JPH01262216A - 車両用空調装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は自動車等の車両に使用される冷凍サイクルを
備えた空調装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、例えば自動車用空調装置では小型軽量化が要求さ
れており、その冷凍サイクルを構成する圧縮機、蒸発器
、凝縮器及び膨張弁等のうち、特に圧縮機の小型軽量化
の要望が高まっている。このため、現在では内部に油室
（オイルチャンバ）を持たない形式にして小型化を実現
した圧縮機が多く使用されている。従って、この種の油
室を持たない圧縮機を備えた冷凍サイクルでは、圧縮機
用の潤滑油を冷媒とともにサイクル内にて循環させ、圧
縮機の潤滑を行っている。そのため、凝縮器又は蒸発器
にも潤滑油が流れることになり、潤滑油の影響を受けて
凝縮器又は蒸発器にて冷媒の沸点変化や伝熱特性の低下
を起こして冷房能力に悪影響を及ぼす虞れがあった。又
、時には潤滑油が蒸発器内に停滞して圧縮機に戻らなく
なり、圧縮機の潤滑が充分に行われないという虞れがあ
った。

そこで、上記の問題に対処するために、冷凍サイクル内
に油分離器（オイルセパレータ）を設け、圧縮機から吐
出される冷媒から潤滑油を分離して圧縮機に戻すように
したものが提案されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、従前の油分離器を設けた冷凍サイクルで
は、単に冷凍サイクル内の圧力差に基いて潤滑油の戻し
流量を調節するようにしただけであった。従って、自動
車用空調装置の冷凍サイクルのように、エンジンに駆動
連結して作動するように構成したものでは、エンジン回
転数の変動が大きく、負荷変動も大きい、このため、高
負荷時や低負荷時に潤滑油の戻し流量が変動することに
なり、その変動に対処して潤滑油の戻し流量を通量にす
るために、油分離器内に予めたくさんの潤滑油を封入し
なければならなかった。

又、油分離器から圧縮機への潤滑油の戻し流量が少ない
場合には、低負荷時に一層戻し流量が少なくなって圧縮
機における潤滑油切れを起こす虞れがあった。一方、油
分離器から圧縮機への潤滑油の戻し流量が多すぎる場合
には、圧縮機の体積効率を下げて能力が下がるという虞
れがあった。

この発明は前述した事情に鑑みてなされたものであって
、その目的は、圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発
器と、圧４Ｉ機から吐出される冷媒と潤滑油との混合流
体から潤滑油を分離して一時的に貯留する油分離器と、
その油分離器から圧縮機へ潤滑油を戻すための戻し管路
とを有する冷凍サイクルを備えた車両用空調装置におい
て、油分離器から圧縮機への潤滑油の戻し流量を、常に
適量に維持することが可能な車両用空調装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］ 上記の目的を達成するためにこの発明においては、圧縮
機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、それらの部材
を循環する冷媒と潤滑油との混合流体から潤滑油を分離
して一時的に貯留する油分離器と、その油分離器から圧
縮機へ潤滑油を戻すための戻し管路とを有する冷凍サイ
クルを備えた車両用空調装置において、油分離器から圧
縮機へ戻される潤滑油の流量を調節するために設けた戻
し流量調節手段と、混合流体中に光を発射させてその透
光を受光し、同受光量に基いて混合流体中の潤滑油の流
量を検出する潤滑油流量検出手段と、その潤滑油流量検
出手段に基き検出される潤滑油流量が少ない場合には、
油分離器から圧縮機に戻される潤滑油の戻し流量を増大
させるよにう戻し流量調節手段を作動制御し、潤滑油流
量検出手段に基き検出される潤滑油流量が多い場合には
、油分離器から圧縮機に戻される潤滑油の戻し流量を減
少させるように戻し流量調節手段を作動制御する制御手
段とを備えている。

［作用］ 従って、潤滑油流量検出手段に基き検出される圧縮機吐
出側の潤滑油流量が少ない場合には、制御手段により戻
し流量調節手段が作動制御Ｂされ、油分離器から圧縮機
に戻される潤滑油の戻し流量が増大される。一方、潤滑
油流量検出手段に基き検出される圧縮機吐出側の潤滑油
流量が多い場合には、制御手段により戻し流量調節手段
が作動制御され、油分離器から圧縮機に戻される潤滑油
の戻し流量が減少される。

このように、圧縮機から吐出される潤滑油流量の増減に
対応して、油分離器から圧縮機への潤滑油の戻し流量が
調節される。

［実施例］ 以下、この発明を自動車用空調装置に具体化した一実施
例を第１図〜第６図に基いて詳細に説明する。

第１．２図に示すように、この実施例の空ｉＩ′ｉｌ装
置を構成する冷凍サイクル１は、自動車エンジン２に対
し電磁クラッチ３を介して駆動連結された圧縮機４と、
その圧縮機４から吐出された高圧ガス状の冷媒を外部空
気と熱交換させることにより液状に凝縮するための凝縮
器５と、その凝縮器５により凝縮された液状冷媒と未凝
縮のガス冷媒とを分離するための気液分離器６と、冷媒
の流路面積を増減することにより冷媒流量を制御しなが
ら減圧する膨張手段としての電磁制御弁よりなる膨張弁
７と、車室内気と熱交換することにより低圧液状の冷媒
を蒸発させるための蒸発器８とを備えている。尚、この
実施例の冷凍サイクル１において、圧縮機４は油室（オ
イルチャンバ）を持たない形式のものであり、圧縮機４
から吐出される冷媒には圧縮機４を潤滑するための潤滑
油が混合されている。

そして、第１図に示すように圧縮機４の吐出側と凝縮器
５との間には、冷媒と潤滑油との混合流体から潤滑油を
分離して一時的に貯留するための油分離器９が介装され
ている。この油分離器９は、混合流体中の冷媒及び潤滑
油を遠心分離の作用に基いて分離すると共に、分離され
た潤滑油を貯留するためにタンク状に形成された周知の
構成のものである。

油分離器９と圧縮機４の吸入側との間には、油分離器９
から圧縮機４へ潤滑油を戻すための戻し管路１０ａ、ｌ
ｏｂが設けられている。そして、その戻し管路１０ａ、
１０ｂの間には、油分離器９から圧縮機４へ戻される潤
滑油の流量を調節するための戻し流量調節手段としての
、電磁コイル１１ａを有する電磁制御弁よりなる戻し流
量調節弁１１が介装されている。

又、圧縮機４の吐出側と油分離機９との間を連結する管
路１２の途中には、圧縮機４から吐出される混合流体の
吐出温度を検出するためのサーミスタ等よりなる吐出温
度センサ１３と、圧縮機４から吐出される混合流体中の
潤滑油の流量を検出するための潤滑油流量検出手段とし
ての潤滑油流量計１４とが直列に介装されている。

更に、蒸発器８と圧縮機４の吸入側との間を連結する管
路１５の途中には、圧縮機４に吸入される吸入冷媒の温
度を検出するためのサーミスタ等よりなる吸入温度セン
サ１６が介装されている。

又、蒸発器８の近傍には、蒸発器８にて冷却された空気
の吹出用ファン１７ａを作動させるためのブロワモータ
１７が配設されている。

そして、この実施例の空調装置は、前記電磁クラッチ３
、膨張弁７、戻し流量調節弁１１及びブロワモータ１７
を作動制御するための制御ユニット２１を備え、同制御
ユニット２１の出力側には前記電磁クラッチ３、膨張弁
７、戻し流量調節弁１１の電磁コイルｌｌａ及びブロワ
モータ１７が信号線２２ａ、２２ｂ、２２ｃ、２２ｄを
介してそれぞれ電気的に接続されている。又、制御ユニ
ット２１の入力端には、吐出温度センサ１３、潤滑油流
量計１４及び吸入温度センサ１６が信号線２３ａ、２３
ｂ、２３ｃを介してそれぞれ電気的に接続されている。

更に、制御ユニ・ｙ　）　２１にはこの空調装置を起動
・停止させるために操作される操作スイッチ２４が接続
されている。

ここで、前記戻し流量調節弁１１について詳しく説明す
る。第３図に示すように同流量調節弁１１は入口３１ａ
及び出口３１ｂを有するハウジング３１を備え、その人
口３１ａには油分離器９側に連通する戻し管路１０ａの
一端が接続され、同じく出口３１ｂには圧縮機４の吸入
側管路１５に連通ずる戻し管路１０ｂの一端が接続され
ている。

このハウジング３１内には弁座３２が形成され、この弁
座３２には弁体３３が当接可能に配設されている。弁体
３３はシャフト３４及びプランジャ３５とともに一体的
に形成されている。

プランジャ３５の外周には固定鉄心３６が配設され、更
にこの固定鉄心３６の外周にはコイル３７が巻装され、
両部材３６．３７により前記電磁コイルｌｌａが構成さ
れている。

又、プランジャ３５と固定鉄心３６との間には弁体３３
を弁座３２から離間する方向へ付勢するプランジャスプ
リング３８が配設されている。又、弁体３３には同弁体
３３をプランジャスプリング３８と反対の方向へ付勢す
る対向スプリング３９が配設されている。

更に、コイル３７には信号線２２Ｃが接続され、制御ユ
ニット２１から制御信号が入力されるようになっている
。

そして、制御ユニット２１からの制御信号に基き電磁コ
イルｌｌａが励磁されることにより、プランジャ３５が
プランジャスプリング３８の付勢力に抗して固定鉄心３
６側に吸引される。即ち、弁体３３が弁座３２に近接す
る方向へ移動することになる。これによって、入口３１
ａ側から出口３１ｂ側へ向けて流れる潤滑油の流路面積
が絞られ、油分離器９からの潤滑油の戻し流量が低減さ
れる。

一方、制御ユニット２１からの制御信号に基き、電磁コ
イルｌｌａの励磁強度が弱められることにより、プラン
ジャスプリング３８の付勢力に基き弁体３３が弁座３２
から離間する方向へ付勢移動される。これによって、潤
滑油の流路面積が増大され、油分離器９からの潤滑油の
戻し流量が増大−される。即ち、この実施例では、前記
制御信号に基き電磁コイルｌｌａの励磁強度が制御され
、油分離器９から圧縮機４への潤滑油の戻し流量が調節
されるようになっている。

次に、前記潤滑油流量計１４について詳しく説明する。

第４図に示すように同流量計１４はアルミニウム等の金
属により形成されて両側に開口部４１ａ、４１ｂを有す
る配管ホルダ４１を備え、各開口部４１ａ、４１ｂには
、管路１２を構成すると共に吐出温度センサ１３から延
びる配管１２ａ及び油分離器９から延びる配管１２ｂが
それぞれロウ付けによって接続されている。

又、配管ホルダ４１の内部には前記開口部４１ａ、４１
ｂに連通ずる中空部４１ｃが形成され、同中空部４１ｃ
内には光の透過が可能な、例えばパイレックスガラス等
よりなる耐圧ガラス管４２が配設され、０リング４３に
より封止されている。

そして、一方の配管１２ａから流入する混合流体が耐圧
ガラス管４２を介して他方の配管１２ｂから流出するよ
うになっている。

更に、配管ホルダ４１の中間部分には、前記中空部４１
ｃに直交する貫通穴４１ｄが形成され、同貫通穴４１ｄ
には耐圧ガラス管４２を挟む一対の素子ホルダ４４．４
５が対向配置されて固定されている。各素子ホルダ４４
．４５の中心部には凹部４４ａ、４５ａがそれぞれ形成
され、同凹部４４ａ、４５ａの内側には耐圧ガラス管４
２を介して対向する透孔４４ｂ、４５ｂが形成されてい
る。又、一方の素子ホルダ４４の凹部４４ａ内にはＬＥ
Ｄ　（発光ダイオード）よりなる発光素子４６が配設さ
れ、カバー４４ｃにより固定され、他方の素子ホルダ４
５の凹部４５ａ内にはフォトトランジスタよりなる受光
素子４７が配設され、カバー４５ｃにより固定されてい
る。そして、発光素子４６から発射された光は透孔４４
ｂを介して耐圧ガラス管４２に達し、同ガラス管４２を
透過し、他方の透孔４５ｂを介して受光素子４７にて受
光されるようになっている。このように、発光素子４６
から発射して受光素子４７にて受光される光量は、耐圧
ガラス管４２内を通過する混合流体中の潤滑油流量によ
って変化するものであり、その受光量変化は受光素子４
７から検出信号として出力され、制御ユニット２１に入
力されるようになっている。即ち、この実施例の潤滑油
流量計１４は混合流体中に光を発射させてその透光を受
光し、同受光量に基いて混合流体中の潤滑油の流量を検
出するようになっている。

ここで、潤滑油流量計１４を通過する潤滑油流量と、そ
れに対応して受光素子４７から出力される検出信号との
関係を第６図に従って説明する。

潤滑油流量計１４を通過する混合流体が潤滑油をまった
く含まない冷媒ガスである場合には、発光素子４６から
発射する光が耐圧ガラス管４２をほとんど透過して受光
素子４７にて受光される。

従って、受光素子４７の検出信号レベルは最大値（この
場合約４Ｖ）となる。又、混合流体中の潤滑油流量が増
大するに伴って、発光素子４６から発射され、耐圧ガラ
ス管４２を透過して受光素子４７に受光される光量が減
少する。従って、受光素子４７の検出信号レベルは低下
する。

そして、制御ユニット２１は、操作スイッチ２４のオン
状態において、吐出温度センサ１３、潤滑油流量計１４
及び吸入温度センサ１６からの検出信号を入力すると共
に、それら検出信号に基いて電磁クラッチ３、膨張弁７
、戻し流量調節弁ｌ１及びブロワモータ１７を作動制御
するようになっている。

即ち、この実施例において制御ユニット２１は、潤滑油
流量計１４からの検出信号レベルが予め定めた規定値よ
りも大きいか否かを判断し、つまり圧縮機４から吐出さ
れる混合流体中の潤滑油流量が予め定めた規定値（この
場合１　ｋｇ　／　ｈ　、第６図参照）よりも大きいか
否かを判断する。そして、潤滑油流量が規定値よりも小
さい場合には、圧縮機４から吐出される混合流体中の潤
滑油流量を増大させるために、戻し流量調節弁１１の電
磁コイルｌｌａに制御信号を出力してその調節弁１１を
開く。これによって、油分離器９から圧縮機４への潤滑
油戻し流量が増大される。

一方、この実施例において制御ユニソ１−２１は、吐出
温度センサ１３からの検出信号レベルが予め定めた規定
値よりも小さいか否かを判断し、つまり圧縮機４から吐
出される混合流体の吐出温度が予め定めた規定値よりも
小さいか否かを判断する。

そして、吐出温度が規定値よりも大きい場合には、圧縮
機４から吐出される混合流体の吐出温度を下げるために
、戻し流量調節弁１１の電磁コイル１１ａに制御信号を
出力してその調節弁１１を開く。

これによって、油分離器９から圧縮機４への潤滑油戻し
流量が増大される。

又、この実施例において制御ユニット２１は、電磁クラ
ッチ３、膨張弁７、戻し流量調節弁１１及びプロワモー
タ１７のうち、例えばブロワモータ１７の作動状態に応
じてその他の部材３，７゜１１の作動状態を制御するよ
うになっている。即ち、前記混合流体の吐出温度が規定
値よりも小さく、且つ前記潤滑油流量が規定値よりも大
きい状態で、プロワモータ１７の作動状態が冷房能力を
高めるために空気吹出量を増大する高回転状態である場
合には、油分離機９から圧縮機４への潤滑油戻し流量を
規定値まで減少させるために、戻し流量調節弁１１の電
磁コイルｌｌａに制御信号を出力してその調節弁１１を
絞る。

更に、この実施例において制御ユニット２１は、吸入温
度センサｌＧからの検出信号に基いて膨張弁７の絞り量
を作動制御する。

次に、上記のように構成された空調装置の作用を第５図
のフローチャートに従って説明する。

さて、操作スイッチ２４をオン操作した通常の運転状態
において、吐出温度センサ１３及び潤滑油流量計１４か
らの検出信号は制御ユニット２１に入力される。

そして、制御ユニット２１はステップ（以下、単にｒＳ
Ｊという）１において潤滑油流量計１４の受光素子４６
からの検出信号レベルが、第６図に示すように潤滑油流
量の規定値（この場合１　ｋｇ／ｈ）よりも大きい値に
対応する値（この場合的２．５Ｖよりも小さい値）であ
るか否かを判断する。

このＳｌにおける判断結果がＮＯの場合、例えば圧縮機
４に供給される潤滑油量が不足している場合には、制御
ユニット２１の制御が３２へ移行し、油分離器９から圧
縮機４への潤滑油の戻し流量を増大させるために戻し流
ｉＪ調節弁１１の電磁コイルｌｌａに制御信号を出力し
、戻し流量調節弁１１を開く。この結果、圧縮機４に戻
される潤滑油量が増大され、圧縮機４には充分な量の潤
滑油が供給されることになる。よって、圧縮機４の潤滑
油切れを防止することができる。

又、Ｓｌにおける判断結果がＹＥＳの場合には、制御ユ
ニッ）２１の制御が８３へ移行し、吐出温度センサ１３
からの検出信号レベルが規定値（この場合１２０℃）よ
りも小さい値に対応する値であるか否かを判断する。

そして、Ｓ３における判断結果がＮＯの場合、即ち圧縮
機４から吐出される混合流体中の冷媒温度が規定値より
も高い場合には、制御ユニット２１の制御が３２へ移行
し、油分離器９から圧縮機４への潤滑油の戻し流量を増
大させるために戻し流量調節弁１１の電磁コイルｌｌａ
に制御信号を出力し、戻し流量調節弁１１を開く。この
結果、圧縮機４に戻される潤滑油量が増大され、この潤
滑油により混合流体中の冷媒が冷却され、圧縮機４から
吐出される混合流体の吐出温度が下げられる。

一方、Ｓ３における判断結果がＹＥＳの場合には、制御
ユニット２１の制御が３４へ移行し、空調装置の冷房能
力を高めるためにブロワモータ１７が空気吹出量を増大
させる高回転状態であるか否かを判断する。

そして、Ｓ４における判断結果がＹＥＳの場合には、制
御ユニッ！２１の制御が８５へ移行し、油分離器９から
圧縮機４への潤滑油の戻し流量を減少させるために戻し
流量調節弁１１の電磁コイルｌｌａに制御信号が出力さ
れ、戻し流量調節弁１１が絞られる。この結果、圧縮機
４に戻される潤滑油量が減少され、圧縮機４における混
合流体中の潤滑油の割合が低減されて圧縮機４の体積効
率を向上させることができ、冷房能力を更に高めること
ができる。

又、Ｓ４における判断結果がＮｏの場合には、制御ユニ
ッ１−２１の制御が８１へ戻り、８１〜Ｓ５の判断又は
処理が実行される。

上記のようにこの実施例では、圧縮機４、凝縮器５、・
膨張弁７、蒸発器８、圧縮機４から吐出される冷媒と潤
滑油との混合流体から潤滑油を分離して一時的に貯留す
る油分離器９及びその油分離器９から圧縮機４へ潤滑油
を戻すための戻し管路１０ａ、１０ｂを有する冷凍サイ
クルを備えた自動車用空調装置において、圧縮機４から
吐出される混合流体中の潤滑油流量を潤滑油流量計１４
により検出し、その検出信号に基き戻し流量調節弁１１
を作動制御して圧縮機４への潤滑油の戻し流量を調節す
るようにしている。

このため、単に圧力差に基いて潤滑油の戻し流量を調節
するように構成した従来例の空調装置とは異なり、圧縮
機４に対する潤滑油の供給量を適量に調節することがで
きる。このため、自動車エンジンの回転数や負荷が変動
し、冷凍サイクルｌ全体や圧縮ａ４に対する潤滑油の供
給条件が変動しても、その条件変動に対応して冷凍サイ
クル１や圧縮機４に供給する潤滑油を適量にすることが
できる。

この結果、圧縮機４における潤滑油切れを防止すること
ができると共に、冷凍サイクル１内におけるガス状態の
吐出冷媒の温度上昇を防止することもできる。又、前記
条件変動に対処するために油分離器９内に予めたくさん
の潤滑油を封入する必要がまったくない。

更に、この実施例では、混合流体中に光を発射させてそ
の透光を受光し、同受光量に基いて混合流体中の潤滑油
の流量を検出する非接触型の潤滑油＠置針１４を設けて
いるので、接触型の流量計とは異なり混合流体の流れに
影響を与えることがまったくなく、流量計としての耐久
性を向上することもできる。

尚、前記実施例では、油分離器９を圧縮機４の吐出側に
設けたが、これに限定されるものではなく、圧縮機４の
吸入側に設けてもよい。

又、前記実施例では、吐出温度センサ１３を設けて圧縮
機４から吐出される混合流体の温度を検出するように構
成したが、これに限定されるものではなく、吐出温度セ
ンサ１３を省略して構成してもよい。

１発明の効果コ 以上詳述したようにこの発明によれば、圧縮機と、凝縮
器と、膨張手段と、蒸発器と、圧縮機から吐出される冷
媒と潤滑油との混合流体から潤滑油を分離して一時的に
貯留する油分離器と、その油分離器から圧縮機へ潤滑油
を戻すための戻し管路とを有する冷凍サイクルを備えた
車両用空調装置において、冷凍サイクル全体や圧縮機の
作動状態の変動に対応して油分離器から圧縮機への潤滑
油の戻し流量を適量に維持することができるという優れ
た効果を発揮する。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第、６図はこの発明を具体化した一実施例を示
す図面であって、第１図は空調装置の冷凍サイクルを示
す概念図、第２図は空調装置が自動車に搭載された状態
を説明する部分破断平面図、第３図は戻し流量調節弁を
示す縦断面図、第４図は潤滑油流量計を示す縦断面図、
第５図は空調装置の制御を説明するフローチャート、第
６図は潤滑油流量と受光素子の検出信号との関係を説明
する図である。 図中、１は冷凍サイクル、４は圧縮機、５は凝縮機、７
は膨張手段としての膨張弁、９は油分離器、１０ａ、ｆ
ｏｂは戻し管路、１１は戻し流量調節手段としての戻し
流量調節弁、１４は潤滑油流量検出手段としての潤滑油
流量計。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　圧縮機と、凝縮器と、膨張手段と、蒸発器と、それ
   らの部材を循環する冷媒と潤滑油との混合流体から潤滑
   油を分離して一時的に貯留する油分離器と、その油分離
   器から前記圧縮機へ潤滑油を戻すための戻し管路とを有
   する冷凍サイクルを備えた車両用空調装置において、 前記油分離器から圧縮機へ戻される潤滑油の流量を調節
   するために設けた戻し流量調節手段と、前記混合流体中
   に光を発射させてその透光を受光し、同受光量に基いて
   混合流体中の潤滑油の流量を検出する潤滑油流量検出手
   段と、 前記潤滑油流量検出手段に基き検出される潤滑油流量が
   少ない場合には、油分離器から圧縮機に戻される潤滑油
   の戻し流量を増大させるよにう戻し流量調節手段を作動
   制御し、潤滑油流量検出手段に基き検出される潤滑油流
   量が多い場合には、油分離器から圧縮機に戻される潤滑
   油の戻し流量を減少させるように戻し流量調節手段を作
   動制御する制御手段と を備えたことを特徴とする車両用空調装置。