JP3954718B2 - 自動車用冷房装置 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、冷媒膨張用のオリフィス部を有する自動車用冷房装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用冷房装置の中には、温度式膨張弁の代わりに弁開度の調整機能がないオリフィス部を用いて冷房サイクルを構成し、冷媒の絞り膨張を行うようにしたものがある。この種の自動車用冷房装置の冷房サイクル10は、図5に示すように、図示しない走行用のエンジンによって駆動されるコンプレッサ11と、このコンプレッサ11によって圧縮され高温高圧となった冷媒を凝縮液化させるコンデンサ12と、コンデンサ12からの冷媒を絞り減圧・膨張させるオリフィス部13と、冷媒を蒸発させて空気を冷却するエバポレータ14と、余剰冷媒の貯溜と気液の分離を行いガス冷媒のみをコンプレッサ11に戻すアキュムレータ15とから構成されている。なお、同図中符号「16」はコンデンサ12に冷却空気を供給するコンデンサファン、「17」は空調ユニット内に空気を取り入れ車室内に向けて送風するブロアファンである。
【0003】
このように、エバポレータ14の上流側に配置され減圧した冷媒をエバポレータ14に送り込む機能を司るオリフィス部13として、従来より、絞り度(または絞り径)が一定の固定オリフィスチューブを用いたものがある。固定オリフィスチューブは、たとえば、内部に一本の細径チューブを通して構成され、冷媒がその細径チューブの内部を通過することによって圧力降下が生じる。かかる固定オリフィスチューブを用いたシステム(固定オリフィスシステム)は、構造が簡単で製造コストが低く、レイアウトの自由度も高いというメリットがある。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このような固定オリフィスシステムにあっては、温度式膨張弁と違って冷媒流量調節機能がないことから、特にアイドリング時の冷房能力が顕著に低下するという欠点がある。
【0005】
詳述すると、固定オリフィスシステムでは、オリフィス部13内の一本の細径チューブのみによって冷媒を減圧させる構造のため、オリフィス部13の出口圧力は入口圧力のみによって決定される。そのため、アイドリング時などの高圧力状態では、オリフィス部13の入口圧力、つまりコンデンサ12の出口圧力(凝縮圧力)が上昇し、これに伴ってオリフィス部13の出口圧力も上昇する。そして、オリフィス部13の出口圧力が上昇すると、エバポレータ14における冷媒の蒸発温度が上昇するため、冷房能力が低下することになる。
【0006】
なお、冷房サイクルの特性としてアイドリング時などに凝縮圧力が上昇するのは、アイドリング時には走行時に比べて風の当たる量が大幅に減少し、またコンデンサ12を通過して加熱された空気が吹き返すなどしてコンデンサ12の能力が低下し、さらにコンプレッサ回転数の低下により循環冷媒流量も減少するなどの理由からである。
【0007】
従来には、アイドリング時の冷房能力を維持するために、入口圧と出口圧との圧力差によってオリフィス有効長さ(膨張させる長さ)を変化させ凝縮圧力が上昇した際の圧力降下を大きくするようにした可変(二段)構造のオリフィス部が提案されている(実開昭56−148577号公報)。
【0008】
しかしながら、この構造はあまり実用的ではない。すなわち、一般的にオリフィスチューブの絞り度は長さよりも内径(断面積)による影響度が支配的であるところ、実用上のオリフィス径はφ1.3〜φ1.8mm程度であり、普通はこの範囲で詳細なチューニングを0.1mm刻みで実施している。一方、長さで同様のチューニングを行う場合には、刻みのレベルを5〜10mmの単位で変化させる必要がある。したがって、オリフィス有効長さを変化させる構造のものでは、設定変更に大幅なストローク変更を要するため(実作動時のストロークも大きくする必要がある)、オリフィス部全体のボディが大きくなり、ボディを共用し設定値を異ならせた種々のバリエーションを実現することは実質上きわめて困難である。
【0009】
ところで、車両の高速走行時(高負荷状態)には、コンデンサ12に多量の風が当たるので十分な能力を発揮するが、通常走行時に比べて冷媒循環量が多くなるため、高圧回路圧力(オリフィス部13の入口圧力)が上昇し、アイドリング時の高圧回路圧力よりも高くなることがある。
【0010】
このような挙動を示すことから、二段に可変する構造を有するオリフィス部では、高速走行時においてもアイドリング時と同じように、冷媒通路を絞るように作動する。高速走行時にオリフィス径を絞ることにより起こる問題は、次のとおりである。
【0011】
まず、コンプレッサが高速回転しているときにオリフィス径を絞って冷媒流量を低下させると、吐出ガス温度が異常に上がってしまう。また、コンプレッサから送られた冷媒がオリフィス部でせき止められるため、オリフィス上流側圧力つまり吐出圧力が異常に上がってしまう。これらコンプレッサ吐出冷媒温度の異常上昇やコンプレッサ吐出冷媒圧力の異常上昇により、冷房サイクルを保護するために設けられるサーマルスイッチやプレッシャスイッチが作動してコンプレッサが停止してしまい、自動車用冷房装置の信頼性が損なわれる虞がある。また、コンプレッサが停止してしまことによって、冷房状態を維持することができなくなる。
【0012】
本発明は、上記従来技術に伴う課題を解決するためになされたものであり、通常運転時およびアイドリング時のみならず、オリフィス部の入口圧力がアイドリング時よりも高圧となる高速運転時などの場合においても、コンプレッサが停止することを防止して信頼性を高め得る自動車用冷房装置を提供することを目的とする。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するための請求項1に記載の発明は、冷房サイクルの高圧回路から流下した冷媒を絞り膨張させて低圧回路のエバポレータに流下させるオリフィス部を有する自動車用冷房装置において、
前記オリフィス部は、
冷媒配管内に固定されるアウターチューブと、
当該アウターチューブ内に冷媒流れ方向に沿って摺動自在に収容されるインナーチューブと、
前記アウターチューブと前記インナーチューブとの間に配置されると共に前記インナーチューブを冷媒流れ方向の上流側に向けて移動させる方向の弾発力を付勢する弾性手段と、を有し、
前記インナーチューブは、
前記高圧回路に連通し当該高圧回路から流下した冷媒の絞り膨張を行う第1オリフィスと、
前記第1オリフィスと前記低圧回路とを連通し前記第1オリフィスから流下した冷媒の絞り膨張を行うと共に前記第1オリフィスよりも小さい開口断面積を有する第2オリフィスと、を有し、
前記アウターチューブは、
前記インナーチューブの摺動部を摺動自在に保持する収容室を有し、
前記インナーチューブおよび前記アウターチューブの共働により、前記第2オリフィスをバイパスして前記第1オリフィスと前記低圧回路とを連通する第1バイパス通路と、前記第1バイパス通路よりも冷媒流れ方向の下流側に位置して前記第2オリフィスをバイパスして前記第1オリフィスと前記低圧回路とを連通する第2バイパス通路と、が形成されるように構成してなり、
前記インナーチューブは、
前記高圧回路と前記低圧回路との圧力差が第1の所定値になるまでは、前記弾性手段の前記弾発力により、前記第1バイパス通路を開くと共に第2バイパス通路を閉じ、
前記第1の所定値以上になると、前記弾性手段の前記弾発力に抗して冷媒流れ方向の下流側に移動して前記第1と第2のバイパス通路の両者を閉じ、
前記圧力差が前記第1の所定値よりも大きい第2の所定値以上になると、前記弾性手段の前記弾発力に抗して下流側にさらに移動して前記第2バイパス通路を開くように作動することを特徴とする自動車用冷房装置である。
【0014】
かかる発明によれば、自動車の走行状態によって決まる高圧回路と低圧回路との圧力差がばね荷重との関係で決まる第1の所定値以下のとき、例えば、通常走行時(低中速走行)のときには、インナーチューブは第1バイパス通路を開いており、オリフィス部に圧送されてきた冷媒は、インナーチューブの第1オリフィスを通って絞り膨張され、第1バイパス通路を通って低圧回路に導かれる。このとき、第1オリフィスは開口面積が大きく、かつ、第1オリフィスを流下した冷媒の大部分は第1バイパス通路の方へ逃げるため、第1オリフィスで減圧された冷媒はその後あまり圧力降下を受けることなく低圧回路に噴出され、冷媒流量も十分な量が確保される。これにより所望の冷房能力が得られる。
【0015】
一方、アイドリング時などにおいて前記圧力差が第1の所定値以上になったときには、インナーチューブは第1と第2のバイパス通路を閉じるように移動する。高圧回路から圧送されてきた冷媒は、まずインナーチューブの第1オリフィスを通過して絞り膨張された後、さらに第2オリフィスのみを通って絞り膨張が行われて噴出される。このとき、第2オリフィスは第1オリフィスよりも開口面積(絞り径)が小さいため、第1オリフィスで減圧された冷媒は第2オリフィスでさらに減圧される。つまり、冷媒流量を絞って大きな圧力降下が得られ、これにより所望の冷房能力が得られる。
【0016】
また、高速運転時などで前記圧力差が第1の所定値よりも大きい第2の所定値以上になったときには、インナーチューブは第2のバイパス通路を開くように、アイドリング時の移動方向と同じ方向に向けてさらに移動する。高圧回路から圧送されてきた冷媒は、インナーチューブの第1オリフィスを通って絞り膨張され、第2バイパス通路を通って低圧回路に導かれる。このとき、第1オリフィスは開口面積が大きく、かつ、第1オリフィスを流下した冷媒の大部分は第2バイパス通路の方へ逃げるため、第1オリフィスで減圧された冷媒はその後あまり圧力降下を受けることなく低圧回路に噴出され、冷媒流量も十分な量が確保される。これによりコンプレッサ吐出冷媒温度やコンプレッサ吐出冷媒圧力が異常に上昇しないので、コンプレッサが停止することがなくなり、もって、自動車用冷房装置の信頼性は損なわれない。
【0017】
また、請求項2に記載の発明は、前記インナーチューブの高圧側端部にねじ部を形成し、当該ねじ部に取り付けた調整ねじの固定位置を変えることにより、前記第1と第2の所定値を変更可能としたことを特徴とする。
【0018】
かかる構成によれば、調整ねじを回してその固定位置を変えると、インナーチューブが冷媒流れ方向の上流側に向けて最も移動したときのばね長が変わり、ばね荷重の大きさが変わるので、インナーチューブの作動(冷媒流れ方向の下流側に向かう移動)に必要な圧力差が変更される。これにより、オリフィス部の作動特性を微調整でき、車種に適した作動特性を備えたオリフィス部を得る。
【0019】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【0020】
図1(A)(B)(C)は、本発明の一実施形態に係る自動車用冷房装置に使用されるオリフィス部の構造を示す断面図であり、(A)は通常走行(低中速走行)時を、(B)はアイドリング時を、(C)は高速走行時をそれぞれ示している。また、図2は、同オリフィス部のアウターチューブおよびインナーチューブを分解した状態で示す斜視図である。なお、以下の説明においては、説明の便宜上、高圧回路から低圧回路に向かって流れる冷媒流れ方向の上流側を「後側」(図1では左側に示される)とし、冷媒流れ方向の下流側を「前側」(図1では右側に示される)として、各部材の説明や動作説明を行う。
【0021】
本実施形態のオリフィス部20は、図5に示した冷房サイクル10の高圧回路から流下した冷媒を絞り膨張させて低圧回路側のエバポレータ14に流下させるものであり、エバポレータ14に案内する冷媒の流量および圧力を、当該オリフィス部20の入口と出口との圧力差を感知して3段階に作動するオリフィスチューブである。なお、コンデンサ12は高圧回路の一部を構成し、エバポレータ14は低圧回路の一部を構成している。
【0022】
このオリフィス部20は、図1および図2に示すように、冷媒配管21内に固定されるアウターチューブ22と、当該アウターチューブ22内に冷媒流れ方向つまり前後方向に沿って摺動自在に収容されるインナーチューブ23と、アウターチューブ22とインナーチューブ23との間に配置されると共にインナーチューブ23を冷媒流れ方向の上流側つまり後側に向けて移動させる方向の弾発力を付勢する圧縮スプリング24(弾性手段に相当する)と、を有する。
【0023】
前記インナーチューブ23は、略円筒形状をなし、前側に位置する大径部25と、後側に位置する小径部26と、前記大径部25と小径部26との間に形成され長手方向の略中央部に位置する段差部27と、が形成されている。インナーチューブ23の前端近傍にはOリング28が取り付けられている。
【0024】
また、インナーチューブ23は、高圧回路に連通し当該高圧回路から流下した冷媒の絞り膨張を行う第1オリフィス31と、当該第1オリフィス31と低圧回路とを連通し第1オリフィス31から流下した冷媒の絞り膨張を行う第2オリフィス32と、を有している。第1オリフィス31は、インナーチューブ23の小径部26後端から大径部25にかけて延び、第2オリフィス32は、第1オリフィス31の前端から大径部25前端にかけて延びている。これら第1と第2のオリフィス31、32はインナーチューブ23の軸線上に穿設され、第2オリフィス32は、第1オリフィス31よりも小さい開口断面積を有している。
【0025】
さらに、インナーチューブ23の外周面には、第1オリフィス31と第2オリフィス32とが連通する部位に対応して、環状溝33が形成されている。この環状溝33によって、インナーチューブ23外周面とアウターチューブ22内周面との間に、環状の通路34が形成されることになる。この環状通路34と前記第1オリフィス31とを連通するため、径方向に延びる連通孔35がインナーチューブ23に形成されている。
【0026】
また、インナーチューブ23の外周面のうち、前記連通孔35から前側に向けて延びる溝36が形成されている。但し、この溝36は大径部25の前端までは貫通していない。この溝36によって、インナーチューブ23外周面とアウターチューブ22内周面との間に、連通孔35から前側に向けて伸びる通路37が形成されることになる。図1(C)に示すように、インナーチューブ23が所定位置まで前進すると、アウターチューブ22前端に開放口38が形成され、前記通路37は低圧回路と連通状態になる。これ以外の場合には、開放口38はインナーチューブ23により閉じられている(図1(A)(B)参照)。
【0027】
インナーチューブ23の高圧側端部にねじ部40が形成され、当該ねじ部40に、オリフィス部20の作動圧力を調整する作動圧力調整機構としての調整ねじ41が取り付けられている。この調整ねじ41とアウターチューブ22の後端面との間に、圧縮スプリング24が配置されている。調整ねじ41はいわゆるダブルナットから構成され、その固定位置を変えることでインナーチューブ23が後退限位置にあるときの圧縮スプリング24の長さを変化させ、当該圧縮スプリング24が付勢する弾発力(ばね荷重)の大きさを調整し得るようにしてある。圧縮スプリング24の弾発力は、当該オリフィス部20が搭載される車種に最も適した作動特性が得られるように車種ごとに微調整されるべきものであるため、このような調整ねじ41を設けることで、きわめて簡単に、同一の圧縮スプリング24を用いて種々の車種に対応することができる。
【0028】
前記アウターチューブ22は、中空の略円筒形状をなし、前側に位置する小径部42と、後側に位置する大径部43と、が形成されている。オリフィス部20は、アウターチューブ22の大径部43外周に形成した環状溝44にOリング45を取り付け、例えば圧入などの手段によって冷媒配管21内の所定位置に固定されている。
【0029】
また、アウターチューブ22は、インナーチューブ23の摺動部である大径部25を摺動自在に保持する収容室46を有している。アウターチューブ22の後端にはストッパ47が形成され、当該ストッパ47にインナーチューブ23の段差部27が当接することにより、インナーチューブ23の後退限位置が規制される。
【0030】
さらに、アウターチューブ小径部42には、径方向に延びる貫通孔48が形成され、アウターチューブ小径部42と冷媒配管21との間に、低圧回路に連通する通路49が形成されている。当該通路49は、インナーチューブ23外周面とアウターチューブ22内周面との間に形成される前記環状通路34に、貫通孔48を介して、連通自在となっている。
【0031】
本実施形態では、インナーチューブ23およびアウターチューブ22の共働により、第2オリフィス32をバイパスして第1オリフィス31と低圧回路とを連通する第1バイパス通路51と、第1バイパス通路51よりも冷媒流れ方向の下流側に位置して第2オリフィス32をバイパスして第1オリフィス31と低圧回路とを連通する第2バイパス通路52と、が形成されるように構成されている。具体的には、第1バイパス通路51は、インナーチューブ23に形成された連通孔35と、インナーチューブ23外周面とアウターチューブ22内周面との間に形成された環状通路34と、アウターチューブ小径部42に形成された貫通孔48と、アウターチューブ小径部42と冷媒配管21との間に形成された通路49と、から形成される(図1(A)参照)。一方、第2バイパス通路52は、連通孔35と、インナーチューブ23外周面とアウターチューブ22内周面との間に形成され連通孔35から前側に向けて伸びる通路37と、アウターチューブ22前端に形成される開放口38と、から形成される(図1(C)参照)。
【0032】
上記構成のインナーチューブ23は、高圧回路と低圧回路との圧力差および圧縮スプリング24のばね荷重によって3段階に作動(可動)し、凝縮圧力上昇時(高圧力状態時)に冷媒流れ方向の下流側に向けて前進移動して、第1バイパス通路51を閉じたり、第2バイパス通路52を開いたりするようになっている。
【0033】
概説すれば、高圧回路の圧力(コンデンサ12における凝縮圧力)と低圧回路の圧力(エバポレータ14における蒸発圧力)との圧力差が第1の所定値P1になるまでは、図1(A)に示すように、インナーチューブ23は圧縮スプリング24の弾発力により後退限位置に保持され、第1バイパス通路51を開くと共に第2バイパス通路52を閉じている。次いで、前記圧力差が第1の所定値P1以上になると、同図(B)に示すように、高圧となった冷媒の静圧により、インナーチューブ23は圧縮スプリング24の弾発力に抗して冷媒流れ方向の下流側に向けて前進移動し、第1と第2のバイパス通路51、52の両者を閉じている。そして、前記圧力差が第1の所定値P1よりも大きい第2の所定値P2以上になると、同図(C)に示すように、さらに高圧となった冷媒の静圧により、インナーチューブ23は圧縮スプリング24の弾発力に抗して下流側にさらに前進移動して第1バイパス通路51を閉じると共に第2バイパス通路52を開くように作動する。第1と第2の所定値P1、P2の変更は、調整ねじ41の固定位置を変えることによりなされる。
【0034】
詳述すると、インナーチューブ23による第1、第2バイパス通路51、52の開閉は、インナーチューブ23に作用する三つの力、つまり高圧回路圧力と、圧縮スプリング24の弾発力と、低圧回路圧力によって決まる収容室46内の圧力とのバランスによってなされる。
【0035】
本実施形態では、高圧回路圧力と低圧回路圧力との圧力差が第1の所定値P1以上になると、インナーチューブ23が圧縮スプリング24の弾発力に抗して前進移動して第1バイパス通路51を閉じるように、圧縮スプリング24の弾発力の値を設定してある。ここで、コンデンサ12における冷媒の凝縮圧力とは、コンプレッサ11の能力による循環冷媒流量とコンデンサ12での熱負荷とによって決まるものであり、エバポレータ14における冷媒の蒸発圧力とは、前記循環冷媒流量とエバポレータ14での熱負荷とによって決まるものであり、前記第1の所定値P1とは、エンジンがアイドリング状態で自動車用冷房装置10を作動させたときに生じる圧力差を意味している。
【0036】
第1オリフィス31の開口面積(オリフィス径a)は第2オリフィス32の開口面積(オリフィス径b)よりも大きく設定されているが、具体的に、これらオリフィス径a、bの値をどのように設定するかは、通常走行時(たとえば、低中速走行時)およびアイドリング時でそれぞれ最大冷房時に必要とされるエバポレータ14の冷媒圧力および循環冷媒流量が得られるように設定されている。一例を挙げると、第1オリフィス31のオリフィス径aはφ1.6mmに設定され、第2オリフィス32のオリフィス径bはφ1.3mmに設定されている。
【0037】
また、圧縮スプリング24の弾発力は、その車種に最も適した作動特性が得られるように車種ごとに微調整されるべきものであるが、ここでは、たとえば、図3に示すような作動特性、つまり、入口圧力が17.0kg/cm2(第1の所定値P1)に達すると、インナーチューブ23が前進移動して第1バイパス通路51を閉じ、この状態から入口圧力が14.0kg/cm2以下に下降すると、インナーチューブ23が後退移動して第1バイパス通路51を開くように設定してある。これらの圧力差の下では、第2バイパス通路52は閉じられたままである。入口圧力がさらに大きくなり20.0kg/cm2(第2の所定値P2)以上に上昇すると、インナーチューブ23がさらに前進移動して第2バイパス通路52を開くように、圧縮スプリング24の弾発力を設定してある。この圧力の下では、第1バイパス通路51は閉じられたままである。
【0038】
入口圧力が17.0kg/cm2(第1の所定値P1)に達したときには、主として第2オリフィス32(オリフィス径φ1.3mm)が機能し、17.0kg/cm2(第1の所定値P1)に達するまで、20.0kg/cm2(第2の所定値P2)以上のとき、および、14.0kg/cm2以下に下降したときには、主として第1オリフィス31(オリフィス径φ1.6mm)が機能する。
【0039】
第1、第2バイパス通路51、52は、第1オリフィス31によって減圧・膨張した冷媒を圧力を略維持したままエバポレータ14に導くための抜け穴ないし逃げ穴的な機能を果たすものであるため、第1オリフィス31から流出した冷媒がさらに減圧されないような開口面積を有することが好ましい。具体的には、各バイパス通路51、52の開口面積が第1オリフィス31の開口面積以上となることが好ましい。
【0040】
次に、本実施形態の作用を説明する。
まず、自動車用冷房装置1の作動原理を図4に示すモリエル線図に基づいて概説する。
図中実線で示す冷房サイクルは、自動車が通常に走行している場合を示しており、コンプレッサ11で断熱圧縮された高温高圧のガス冷媒(A位置)は、コンデンサ12にて外部に熱を放出して中温高圧の液冷媒(B位置)となる。この液冷媒は、オリフィス部20を通過して絞り膨張が行われて低温低圧の霧状冷媒(C位置)となる。この霧状冷媒は、エバポレータ14にて空気と熱交換して該空気を冷却し、過熱蒸気(D位置)となってコンプレッサ11に帰還する。このとき、エンジンによって駆動されるコンプレッサ11の回転数が高いため、冷媒の圧送・吸引量(循環冷媒流量)は多く、吸入圧は低くなる。また、コンデンサ12に当たる風の量が多いため、冷媒は十分に凝縮され、凝縮圧力も低くなる。
【0041】
一方、図中破線a→b→c→dで示す冷房サイクルは、エンジンがアイドリング状態にある場合を示している。このとき、エンジンによって駆動されるコンプレッサ11の回転数が低いため、循環冷媒流量は少なく、吸入圧は高くなる。また、コンデンサ12に当たる風の量が少ないため、冷媒は十分に凝縮されず、凝縮圧力も高くなる。したがって、アイドリング時における高圧回路圧力と低圧回路圧力との圧力差ΔP2は、通常走行時の圧力差ΔP1と比べて一般的に大きくなっている。前述した第1の所定値P1は、このΔP2に相当するものである。
【0042】
《通常走行時(低中速走行)》
通常走行時(低中速走行)では、高圧回路と低圧回路との圧力差が第1の所定値P1以下であるため、図1(A)に示すように、インナーチューブ23は圧縮スプリング24の弾発力により後退限位置に保持され、第1バイパス通路51を開くと共に第2バイパス通路52を閉じている。つまり、収容室46内の冷媒圧力と圧縮スプリング24の弾発力との合成力による後方向への力の方が、高圧回路中の冷媒の静圧によってインナーチューブ23に作用する前方向への力よりも大きい状態となっている。
【0043】
したがって、オリフィス部20に圧送されてきた冷媒の大部分は、インナーチューブ23の第1オリフィス31および第1バイパス通路51を通って低圧回路に噴出されて減圧・膨張され、前記冷媒の一部は、第2オリフィス32を通って低圧回路に噴出されて減圧・膨張される。第1バイパス通路51の開口面積は第1オリフィス31の開口面積以上であるため、この場合には、主として、第1オリフィス31(オリフィス径φ1.6mm)が作用している。そして、噴出された冷媒は、冷媒配管21を通ってエバポレータ14に送られ、空気と熱交換を行って該空気を冷却する。
【0044】
このように、通常走行時には、第1バイパス通路51を開いた状態でオリフィス径が大きい第1オリフィス31によって絞り膨張が行われるので、エバポレータ14に達する冷媒流量が多くなり、所定の冷房性能を発揮することができる。
【0045】
《アイドリング状態》
渋滞中やエンジン暖機時などのアイドリング状態の場合には、上記の原理により高圧回路と低圧回路との圧力差が第1の所定値P1以上になるため、高圧となった冷媒の静圧によってインナーチューブ23に作用する前方向への力の方が、収容室46内の冷媒圧力と圧縮スプリング24の弾発力との合成力による後方向への力よりも大きい状態となり、図1(B)に示すように、インナーチューブ23は前進移動し、第1と第2のバイパス通路51、52の両者を閉じる。
【0046】
したがって、オリフィス部20に圧送されてきた冷媒は、インナーチューブ23の第1オリフィス31を通過して第1段目の絞り膨張が行われ、次いで第2オリフィス32を通過して第2段目の絞り膨張が行われた後に低圧回路に噴出される。第2オリフィス32の内径bが第1オリフィス31の内径aよりも小さいため、第1オリフィス31で減圧・膨張された冷媒は絞り度が大きい第2オリフィス32でさらに減圧・膨張されて噴出される。この場合には、結果的に見て、主として第2オリフィス32(オリフィス径φ1.3mm)が作用している。そして、噴出された冷媒は、冷媒配管21を通ってエバポレータ14に送られ、空気と熱交換を行って該空気を冷却する。
【0047】
このように、アイドリング時には、第1、第2バイパス通路51、52の両者を閉じて第1オリフィス31からの冷媒をすべてオリフィス径が小さい第2オリフィス32に導いて絞り膨張をさらに行うため、エバポレータ14内の冷媒の圧力が低くなる。冷媒の蒸発圧力が低い状態の下では、冷媒の蒸発温度も低くなり、自動車用冷房装置の冷房性能は比較的高い値を示してアイドリング時の循環冷媒流量の少なさが補われ、所望の冷房能力が維持されることになる。
【0048】
《高速走行時》
高速走行時の場合には、コンデンサ12に多量の風が当たるので十分な能力を発揮するものの、通常走行時に比べて冷媒循環量が多くなるため、高圧回路圧力が徐々に上昇する。そして、高圧回路と低圧回路との圧力差が第1の所定値P1以上となると、前述したように、インナーチューブ23が前進移動して第1と第2のバイパス通路51、52の両者が閉じられるので、高圧回路圧力つまりコンプレッサ吐出冷媒圧力がさらに上昇したり、コンプレッサ吐出冷媒温度がさらに上昇したりし、このままの状態が継続すると、サーマルスイッチやプレッシャスイッチが作動してコンプレッサが停止し、冷房状態を維持することができなくなる。
【0049】
しかしながら、本実施形態では、高速走行時のように高圧回路と低圧回路との圧力差が第1の所定値P1よりも高い第2の所定値P2以上になると、図1(C)に示すように、インナーチューブ23がさらに前進移動して、第2バイパス通路52を開くことになる。
【0050】
したがって、オリフィス部20に圧送されてきた冷媒の大部分は、インナーチューブ23の第1オリフィス31および第2バイパス通路52を通って低圧回路に流下し、前記冷媒の一部は、第2オリフィス32を通って低圧回路に流下する。第2バイパス通路52の開口面積は第1バイパス通路51と同様に第1オリフィス31の開口面積以上であるため、この場合には、主として、第1オリフィス31(オリフィス径φ1.6mm)が作用することになる。
【0051】
このように、高速走行時には、第2バイパス通路52を開いた状態でオリフィス径が大きい第1オリフィス31によって絞り膨張が行われるので、エバポレータ14に達する冷媒流量が多くなり、コンプレッサ吐出冷媒温度が下がる。また、オリフィスの圧力損失が減ることでコンプレッサ吐出冷媒圧力も下がる。これより、サーマルスイッチやプレッシャスイッチが作動せず、コンプレッサが停止することがなくなり、もって、自動車用冷房装置の信頼性は損なわれない。
【0052】
なお、このとき、冷媒流量の増加によりオリフィス出口圧力は若干上昇する傾向となるが、エバポレータ出口におけるスーパーヒートを低下させることで冷房性能は向上する。
【0053】
このように本実施形態の自動車用冷房装置では、インナーチューブ23を3段階に作動させて高圧力時における圧力開放機構を設けてあるので、通常運転時およびアイドリング時のみならず、オリフィス部20の入口圧力がアイドリング時よりも高圧となる高速運転時などの場合においても、コンプレッサが停止せず、自動車用冷房装置の信頼性を維持できる。また、コンプレッサが停止しないので所望の冷房状態を維持することが可能となる。
【0054】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1に記載の発明によれば、圧力差とばね荷重とでインナーチューブを3段階に移動させるようにしたので、通常運転時およびアイドリング時のみならず、オリフィス部の入口圧力がアイドリング時よりも高圧となる高速運転時などの場合においても、コンプレッサが停止することを防止して信頼性を高めることが可能となる。
【0055】
また、請求項2に記載の発明によれば、上記請求項1記載の発明の効果に加え、調整ねじを回すことによってインナーチューブの作動に必要な圧力差(所定値)を変更できるようにしたので、車種に適した作動特性が得られるように車種ごとに容易に微調整を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 図1(A)(B)(C)は、本発明の一実施形態に係る自動車用冷房装置に使用されるオリフィス部の構造を示す断面図であり、(A)は通常走行時(低中速走行)を、(B)はアイドリング時を、(C)は高速走行時をそれぞれ示す断面図である。
【図2】 同オリフィス部のアウターチューブおよびインナーチューブを分解した状態で示す斜視図である。
【図3】 同オリフィス部の作動特性図である。
【図4】 冷房サイクルをモリエル線図上に表した図である。
【図5】 オリフィス部を有する自動車用冷房装置の冷房サイクルを示す構成図である。
【符号の説明】
12…コンデンサ
14…エバポレータ
20…オリフィス部
21…冷媒配管
22…アウターチューブ
23…インナーチューブ
24…圧縮スプリング(弾性手段)
31…第1オリフィス
32…第2オリフィス
40…ねじ部
41…調整ねじ
46…収容室
51…第1バイパス通路
52…第2バイパス通路
Claims (2)
- 冷房サイクルの高圧回路から流下した冷媒を絞り膨張させて低圧回路のエバポレータ(14)に流下させるオリフィス部(20)を有する自動車用冷房装置において、
前記オリフィス部(20)は、
冷媒配管(21)内に固定されるアウターチューブ(22)と、
当該アウターチューブ(22)内に冷媒流れ方向に沿って摺動自在に収容されるインナーチューブ(23)と、
前記アウターチューブ(22)と前記インナーチューブ(23)との間に配置されると共に前記インナーチューブ(23)を冷媒流れ方向の上流側に向けて移動させる方向の弾発力を付勢する弾性手段(24)と、を有し、
前記インナーチューブ(23)は、
前記高圧回路に連通し当該高圧回路から流下した冷媒の絞り膨張を行う第1オリフィス(31)と、
前記第1オリフィス(31)と前記低圧回路とを連通し前記第1オリフィス(31)から流下した冷媒の絞り膨張を行うと共に前記第1オリフィス(31)よりも小さい開口断面積を有する第2オリフィス(32)と、を有し、
前記アウターチューブ(22)は、
前記インナーチューブ(23)の摺動部を摺動自在に保持する収容室(46)を有し、
前記インナーチューブ(23)および前記アウターチューブ(22)の共働により、前記第2オリフィス(32)をバイパスして前記第1オリフィス(31)と前記低圧回路とを連通する第1バイパス通路(51)と、前記第1バイパス通路(51)よりも冷媒流れ方向の下流側に位置して前記第2オリフィス(32)をバイパスして前記第1オリフィス(31)と前記低圧回路とを連通する第2バイパス通路(52)と、が形成されるように構成してなり、
前記インナーチューブ(23)は、
前記高圧回路と前記低圧回路との圧力差が第1の所定値(P1)になるまでは、前記弾性手段(24)の前記弾発力により、前記第1バイパス通路(51)を開くと共に第2バイパス通路(52)を閉じ、
前記第1の所定値(P1)以上になると、前記弾性手段(24)の前記弾発力に抗して冷媒流れ方向の下流側に移動して前記第1と第2のバイパス通路(51、52)の両者を閉じ、
前記圧力差が前記第1の所定値(P1)よりも大きい第2の所定値(P2)以上になると、前記弾性手段(24)の前記弾発力に抗して下流側にさらに移動して前記第2バイパス通路(52)を開くように作動することを特徴とする自動車用冷房装置。 - 前記インナーチューブ(23)の高圧側端部にねじ部(40)を形成し、当該ねじ部(40)に取り付けた調整ねじ(41)の固定位置を変えることにより、前記第1と第2の所定値(P1、P2)を変更可能としたことを特徴とする請求項1に記載の自動車用冷房装置。
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