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JP2004255990A - Air conditioner for automobile - Google Patents

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JP2004255990A
JP2004255990A JP2003048391A JP2003048391A JP2004255990A JP 2004255990 A JP2004255990 A JP 2004255990A JP 2003048391 A JP2003048391 A JP 2003048391A JP 2003048391 A JP2003048391 A JP 2003048391A JP 2004255990 A JP2004255990 A JP 2004255990A
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compressor
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air conditioner
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Japanese (ja)
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Shinji Saeki
真司 佐伯
Tokumi Tsugawa
徳巳 津川
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TGK Co Ltd
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TGK Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an air conditioner for an automobile allowing reduction of cost of a compressor and clutchlessness without lowering operation efficiency of the compressor. <P>SOLUTION: An expansion device 3 with a full-close function to close a flow passage when the variable displacement compressor 1 performs a minimum displacement operation is arranged between a condenser 2 and an evaporator 4. The shutoff of a coolant circulating passage required for preventing freezing in the clutchlessness is performed by the expansion device 3. As a result, a circulating flow passage shutoff function in the variable displacement compressor 1 is not required, and thereby cost can be reduced and the operation efficiency can be improved since pressure loss is eliminated. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は自動車用空調装置に関し、特にエンジンと圧縮機との間にエンジンの動力を伝達したり遮断したりするためのクラッチを不要とした自動車用空調装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
自動車用空調装置の冷凍サイクルに用いられる圧縮機は、エンジンを駆動源としており、一般にエンジンの動力をクラッチを介して圧縮機に伝達するようにしている。エンジンは、走行状態によって回転数が変化するため、エンジンによって駆動される圧縮機は、回転数制御を行うことができない。そこで、エンジンの回転数に制約されることなく適切な冷房能力を得るために、圧縮機として、エンジンの回転数に応じて冷媒の吐出容量を可変することのできる可変容量圧縮機が用いられている。
【0003】
可変容量圧縮機は、一般に、気密に形成されたクランク室内で傾斜角可変に設けられた揺動板が回転軸の回転運動によって駆動されて揺動運動をし、その揺動板の揺動運動により回転軸と平行な方向にピストンが往復運動する構成になっている。この斜板式の可変容量圧縮機では、ピストンにかかるクランク室内の圧力と吸入室の吸入圧力との差圧でピストンのストロークが決められ、揺動板の傾斜角度が決められ、可変容量圧縮機の吐出容量が決められる。したがって、この吐出容量を制御するには、クランク室の圧力を可変すればよく、そのクランク室の圧力は、可変容量圧縮機の吐出室からクランク室へ導入する冷媒の流量を制御することによって可変され、その冷媒流量の制御は容量制御弁にて行うようにしている。
【0004】
従来の可変容量圧縮機では、たとえばその吐出室とクランク室との間に設けられた給気通路に容量制御弁を配置し、クランク室と吸入室との間に設けられた排気通路に固定オリフィスを形成している。ここで、容量制御弁が全開して吐出室からクランク室への冷媒の導入量を最大にすることにより、揺動板の傾斜角が最小になって吐出容量が最小になる。
【0005】
このような可変容量圧縮機では、空調装置を運転するときには、クラッチをつないで可変容量圧縮機をエンジン駆動し、運転を停止するときには、クラッチを切って可変容量圧縮機を停止するようにしている。これに対し、エンジンの動力を断続させるこのようなクラッチを装備しない、いわゆるクラッチレス圧縮機が知られている。
【0006】
クラッチレス圧縮機では、エンジンと圧縮機とは直結されていて圧縮機は常に駆動されているため、可変容量を最小の状態で運転していても、多少の冷媒の循環量があり、冷媒が循環することにより、蒸発器において凍結が発生することがあった。
【0007】
このため、従来のクラッチレス圧縮機では、可変容量最小で運転しているときに、冷凍サイクル内を循環する冷媒の流れを停止させることで、蒸発器の凍結防止を図っている。この冷媒の循環を停止させるには、圧縮機の吸入側に電磁開閉弁を設け、この電磁開閉弁を閉状態にすることで、冷凍サイクル内の冷媒循環を停止させている。
【0008】
また、別の方法として、圧縮機の吐出側に逆止弁(吐出開閉弁)を設け、吐出容量が小さくなってその逆止弁の前後差圧が小さくなったときに逆止弁が閉じるよう作用して、冷凍サイクル内の冷媒循環を停止させるようにしたものもある(たとえば、特許文献1参照。)。これにより、クラッチレス圧縮機が容量制御弁を全開にして最小容量で運転しているとき、圧縮機の吐出側が逆止弁により閉塞されて冷媒が凝縮器の方に流れることはなくなるため、蒸発器での凍結が防止されることになる。
【0009】
【特許文献1】
特開平10−205446号公報(段落番号〔0030〕,〔0038〕,図1)
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のクラッチレス圧縮機では、最小容量運転時に蒸発器での凍結防止を行うために、圧縮機の吐出側に逆止弁を設けているので、圧縮機の構造が複雑になってコストが高くなるとともに、冷媒の吐出流量が多いときには、その逆止弁が圧力損失を増大させる要因になっているため、圧縮機の運転効率を低下させているという問題点があった。
【0011】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、圧縮機のコストを低減するとともに、圧縮機の運転効率を低下させることなくクラッチレス化を可能にした自動車用空調装置を提供することを目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、最小容量運転時に吐出室とクランク室との間の給気通路よりもクランク室と吸入室との間の排気通路を小さくまたは閉塞するよう制御されるクラッチレスの可変容量圧縮機を備えた自動車用空調装置において、冷媒の絞り膨張を行うものであって、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時に流路が閉塞される全閉機能付膨張装置を備えていることを特徴とする自動車用空調装置が提供される。
【0013】
このような自動車用空調装置によれば、冷媒の絞り膨張を行う膨張装置を、可変容量圧縮機の最小容量運転時に流路が閉塞されるものにしたことにより、可変容量圧縮機では吐出開閉弁が不要になるためコストを低減でき、通常運転時において、吐出開閉弁での圧力損失がなくなるため運転効率を向上できる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図1は本発明による自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【0015】
この冷凍サイクルは、冷媒を圧縮する可変容量圧縮機1と、圧縮された冷媒を凝縮する凝縮器2と、凝縮された冷媒を断熱膨張させる全閉機能付膨張装置3と、膨張された冷媒を蒸発させる蒸発器4とを備えている。
【0016】
可変容量圧縮機1は、気密に形成されたクランク室5内に図示しないエンジンからプーリを介して動力が伝達される回転軸6があり、その回転軸6には揺動板7が傾斜角可変状態に設けられている。この揺動板7には、回転軸6と平行な方向に往復運動する複数のピストン8が設けられている。これらのピストン8を収容しているシリンダボアの一端にはそれぞれ吸入ポートおよび吐出ポートを有するプレートが配置され、吸入ポートは吸入用リリーフ弁9を介して吸入室10に連通し、吐出ポートは吐出用リリーフ弁11を介して吐出室12に連通している。吸入室10は蒸発器4からの配管が接続され、吐出室12は凝縮器2への配管が接続されている。
【0017】
また、ここに例示した可変容量圧縮機1では、その吐出室12とクランク室5との間に設けられた給気通路に容量制御弁13を配置し、クランク室5と吸入室10との間に設けられた排気通路には固定オリフィス14を設けている。これにより、吐出室12の吐出圧力Pdが容量制御弁13を介してクランク室5に導入され、クランク室5内の圧力Pcが固定オリフィス14を介してクランク室5から吸入室10に少しずつ抜かれるので、容量制御弁13を制御することにより、クランク室5内の圧力Pcが制御されて、可変容量圧縮機1の冷媒吐出容量が制御される。
【0018】
容量制御弁13は、可変容量圧縮機1の制御方式に応じた制御を行うもので、外部から与えられる電気信号により吐出室12からクランク室5に導入する冷媒流量を制御してクランク室5内の圧力Pcを制御する。たとえば、可変容量圧縮機1が定流量制御式の圧縮機である場合、容量制御弁13は、可変容量圧縮機1から吐出される冷媒が一定の流量で吐出するように制御する。また、可変容量圧縮機1が差圧制御式の圧縮機の場合、容量制御弁13は、吐出圧力Pdと吸入圧力Psとの差圧または吐出圧力Pdとクランク室5内の圧力Pcとの差圧が一定になるように制御する。さらに、可変容量圧縮機1が吸入圧力一定制御式の圧縮機の場合には、容量制御弁13は、吸入室10の吸入圧力Psが一定になるように制御する。もちろん、可変容量圧縮機1は、以上の制御方式のものに限定されるものではなく、どのような制御方式のものでもよい。
【0019】
凝縮器2と蒸発器4との間に配置された全閉機能付膨張装置3は、可変容量圧縮機1からの冷媒吐出容量が最小容量で運転されているときに流路を閉塞することができる流路閉塞部と、冷媒を断熱膨張することができる絞り部とを備えている。流路閉塞部は、全閉機能付膨張装置3が電気式膨張弁の場合、電気信号が与えられたときに流路を閉塞するタイプ、または電気信号が切れたときに流路を閉塞するタイプがある。全閉機能付膨張装置3が機械式膨張弁の場合には、流路閉塞部として、可変容量圧縮機1が最小吐出容量で運転しているときの高圧圧力と低圧圧力との差圧により閉止することができる差圧弁で構成することができる。また、全閉機能付膨張装置3の絞り部については、電気式膨張弁の場合、電気信号により冷媒の流路の大きさを制御して、その冷媒入口と出口との差圧が一定になるように、または流量が一定になるように制御する。機械式膨張弁の場合においては、冷媒入口と出口との差圧があらかじめ決められた値になるように制御する。
【0020】
次に、電気式および機械式の全閉機能付膨張装置3の具体的な構成例を示し、説明する。
図2は電気式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【0021】
この全閉機能付膨張装置3は、可変容量圧縮機1が定流量制御式のものである場合に適用して好適な差圧制御の膨張弁を構成している。全閉機能付膨張装置3は、ボディ21の側面に高圧の冷媒を受ける入口ポート22が設けられ、そこに凝縮器2からの冷媒配管23が溶着されている。この冷媒配管23には、その流路を塞ぐようにストレーナ24が配置されている。入口ポート22は、冷媒流路25を介して出口ポート26に連通されている。この出口ポート26には、冷媒配管27が溶着されている。冷媒流路25の途中には、主弁座28がボディ21と一体に形成されている。この主弁座28に上流側から対向して主弁体29が配置され、主弁座28とともに主弁を構成している。主弁体29は、主弁座28との間に冷媒が導入される部屋を構成するピストン30と一体に形成されている。ピストン30は、主弁体29が主弁座28に対して接離する方向に進退自在に配置され、中心軸線位置には冷媒流路31が形成され、その冷媒流路31は主弁体29に横から穿設されたオリフィス32と連通されている。この冷媒流路31およびオリフィス32が、ピストン30の図の上部の部屋に導入された高圧の冷媒を減圧してピストン30の図の下方の部屋に導く絞り流路を構成している。ピストン30の図の下方の部屋は、圧入部材33によって閉止されており、ピストン30と圧入部材33との間には、ピストン30を主弁の閉弁方向に付勢するスプリング34が配置されている。圧入部材33は、スプリング34の荷重をその圧入量で調整した後、図の下端部がボディ21に溶着されている。
【0022】
ピストン30と圧入部材33とによって形成された部屋は、ボディ21に形成された冷媒流路35を介して主弁の下流側、すなわち、出口ポート26に連通する部屋に連通されており、その途中にパイロット弁座36が成形され、このパイロット弁座36に対向して下流側からニードル形状のパイロット弁体37が配置され、パイロット弁座36とともにパイロット弁を構成している。
【0023】
ボディ21の上部には、パイロット弁を制御するソレノイド部が設けられている。このソレノイド部は、下端部がボディ21の上部に形成された嵌合穴38に嵌入されたスリーブ39と、そのスリーブ39の中に軸線方向に進退自在に配置されたプランジャ40と、スリーブ39の上端部に嵌合された筒状のコア41と、プランジャ40の軸線位置に貫通して固定配置され、下端部がボディ21に形成された軸受42によって支持され、上端部がコア41の軸線位置に貫通形成された開口部に圧入されている軸受43によって支持されたシャフト44と、プランジャ40と軸受43との間に配置され、シャフト44を介してパイロット弁体37をその閉弁方向に付勢するスプリング45と、スリーブ39の外側に配置された電磁コイル46と、その外側を囲繞するよう形成されたヨーク47と、このヨーク47とスリーブ39との間に磁気回路を形成するよう配置されたプレート48とから構成されている。ここで、スプリング45は、可変容量圧縮機1が最小容量で運転しているときの高圧圧力と低圧圧力との差圧によりパイロット弁体37がリフトされる力よりも大きなばね力を有している。コア41の開口端部は、圧入部材49によって閉止された後、それらの先端部は溶接によってシールされている。そして、ボディ21とスリーブ39とプレート48とによって囲まれた空間には、ゴムOリング50が配置されている。
【0024】
このように構成された全閉機能付膨張装置3において、まず、電磁コイル46への制御電流が0で通電されていない図示の状態では、入口ポート22に高圧の冷媒が導入されると、その冷媒は、ピストン30の上部の部屋に導入される。この冷媒は、主弁体29のオリフィス32およびピストン30の冷媒流路31を介してピストン30の下部の部屋に導入され、さらにボディ21に形成された冷媒流路35を介してパイロット弁に供給される。
【0025】
空調装置が停止している場合または空調装置が起動中であっても冷凍負荷が非常に小さい場合のように、可変容量圧縮機1が最小容量で運転しているとき、パイロット弁の前後差圧がスプリング45によって設定された値よりも小さくなる。このとき、ピストン30の下部の部屋の冷媒圧力がパイロット弁体37を押し開くまでには至らないので、やがて、ピストン30の下部の部屋がピストン30の上部の部屋と同圧になり、主弁体29は、スプリング34により付勢されて主弁座28に着座した状態、すなわち主弁が全閉した状態を維持する。これにより、最小容量で運転している可変容量圧縮機1から吐出された冷媒は、この全閉機能付膨張装置3において循環が停止され、蒸発器4まで流れていくことはなくなり、したがって、蒸発器4での凍結を防止することができる。このとき、容量制御弁13は、吐出された冷媒を最大流量でクランク室5に導入するように制御しているため、その吐出された冷媒は、可変容量圧縮機1の中を循環することになる。
【0026】
次に、空調装置が起動されるなどして、可変容量圧縮機1が可変容量域に入ると、パイロット弁の前後差圧がスプリング45によって設定された値を越えるようになる。すると、ピストン30の下部の部屋の冷媒圧力がパイロット弁体37を押し開き、出口ポート26に連通する低圧の部屋に抜けていく。これにより、ピストン30の下部の部屋の圧力が低下するので、ピストン30が図の下方へ移動し、主弁体29が主弁座28から離れて主弁が開き、入口ポート22に導入された冷媒が主弁を通って出口ポート26に流出するようになる。
【0027】
出口ポート26への冷媒の流出により、主弁の上流側の冷媒圧力が下がると、パイロット弁に供給される冷媒の圧力も低下するので、パイロット弁体37は、閉弁方向に移動する。これにより、ピストン30の下部の部屋に導入される冷媒の圧力が上昇するため、ピストン30は図の上方へ移動し、これに伴って、主弁体29は閉弁方向へ移動されて主弁が冷媒の流量を絞るため、主弁の上流側の冷媒圧力が上がる。以上の動作を繰り返すことで、主弁の前後差圧が一定に制御される。
【0028】
また、電磁コイル46に通電すると、プランジャ40がコア41の方へ吸引され、パイロット弁体37を閉弁方向に付勢しているスプリング45のばね力を減少させ、パイロット弁の設定差圧を小さくする。電磁コイル46の通電電流値を増加すると、プランジャ40のコア41への吸引力が増加し、パイロット弁の差圧、すなわち差圧弁の前後差圧をさらに小さく設定することができる。
【0029】
このようにして、差圧制御膨張弁は、主弁の前後差圧を電磁コイル46に給電される電流によって決まる一定の値になるよう冷媒を制御する。このとき、定流量制御式の可変容量圧縮機1は、一定の流量が流れるように制御するため、差圧制御式の全閉機能付膨張装置3は、可変容量圧縮機1の制御と競合することなく、安定した制御が行われる。
【0030】
図3は機械式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
この全閉機能付膨張装置3aは、凝縮器2と蒸発器4との間の冷媒配管内に挿設される円筒状のボディ51を有し、冷媒流れの上流側に位置するその図示左側部分は、縮径されていてその周側面の一部が大きく開口され、その開口部にはストレーナ52が嵌合されている。ボディ51は、その中央の冷媒流路の途中に、弁座53を構成する段差が設けられていている。この弁座53に対向して下流側から弁体54がその軸線方向に進退自在に配置され、その弁体54は、その下流側に配置されたスプリング55によって閉弁方向に付勢されている。これにより、弁体54、弁座53およびスプリング55によって差圧弁を構成している。また、このボディ51の下流側の端部には、スプリング55を受けているオリフィス形成部材56が嵌合されており、そのオリフィス形成部材56には、外部に連通する環状のオリフィス57が穿設されている。このオリフィス57は、外側から貫通しないよう環状に穿設され、スプリング55を収容している冷媒流路側からはその環状のオリフィス57の一部と内部で連通するような穴を穿設して、開口面積が変化しない固定オリフィスを構成している。これにより、スプリング55を収容している冷媒流路の冷媒をオリフィス57を介してオリフィス形成部材56の外側端面から放射状に放出させるようにしている。そして、ボディ51の外周には、全閉機能付膨張装置3aが凝縮器2と蒸発器4との間の冷媒配管内に挿設されたときに、冷媒配管との間でシールを行うゴムOリング58が設けられている。
【0031】
ここで、スプリング55は、可変容量圧縮機1が最小容量で運転しているときの高圧圧力と低圧圧力との差圧により弁体54がリフトされる力よりも大きなばね力に設定されている。
【0032】
このような構成の全閉機能付膨張装置3aにおいて、可変容量圧縮機1が最小容量で運転しているとき、高圧圧力と低圧圧力との差圧、つまり差圧弁の前後差圧がスプリング55によって設定された値よりも小さくなる。このため、弁体54は、スプリング55によって弁座53に着座されて閉弁状態に保持され、冷媒はこの差圧弁で循環が停止されて蒸発器4まで流れていくことはなくなり、蒸発器4での凍結防止が可能になる。このとき、容量制御弁13は、吐出された冷媒を最大流量でクランク室5に導入するように制御しているため、その吐出された冷媒は、可変容量圧縮機1の中を循環することになる。
【0033】
可変容量圧縮機1が可変容量域に入ると、凝縮器2からの高圧冷媒は、まず、ストレーナ52を介して弁体54の上流側に導入される。差圧弁の前後差圧がスプリング55によって設定された値より高くなると、弁体54が弁座53より離れ、冷媒が弁座53の下流側へと流れ、さらにオリフィス形成部材56の環状のオリフィス57を通過し、ここで絞り膨張されて蒸発器4へと流れる。このとき、弁体54は、その前後の差圧とスプリング55の付勢力とのバランスによって冷媒流量を制御する。
【0034】
なお、上記の実施の形態では、可変容量圧縮機1として、吐出室とクランク室との間の給気通路に容量制御弁13を配置し、クランク室と吸入室との間の排気通路に固定オリフィスを配置した場合の例を示したが、本発明は、この実施の形態に限定されるものではない。本発明は、最小容量運転時に給気通路よりも排気通路を小さくまたは実質的に閉塞できる構成であればよいので、給気通路に固定オリフィスを配置し、排気通路に容量制御弁を配置した構成や、給気通路および排気通路にこれらを連動して開放および閉塞することができる容量制御弁を配置した構成の可変容量圧縮機でもよい。
【0035】
また、上記の実施の形態では、全閉機能付膨張装置として電気制御または機械制御の差圧式膨張弁の場合を例にして示したが、ステッピングモータで制御駆動される比例弁、オン・オフの時間比で流量制御を行うオン・オフ弁など、最小容量運転時に全閉する機能を有する制御弁であれば、差圧式の膨張弁に限定されるものではない。
【0036】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、冷媒の絞り膨張を行う装置に最小容量運転時に全閉する機能を有する膨張装置を用いて、最小容量運転時に冷凍サイクル内の冷媒循環を停止できるにようにして可変容量圧縮機のクラッチレス化を可能にする構成にした。これにより、可変容量圧縮機の吐出側に吐出開閉弁が不要になるため、可変容量圧縮機のコストが低減できるとともに吐出側での圧力損失がなくなり、運転効率を向上させることができる。また、膨張装置は、差圧式膨張弁の場合、差圧弁として機能している機構のスプリングの荷重を最小容量運転時における高圧圧力と低圧圧力との差圧では開かないような値に設定しているだけなので、実質的なコスト増加にはならない。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明による自動車用空調装置の冷凍サイクルを示すシステム図である。
【図2】電気式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【図3】機械式の全閉機能付膨張装置の構成例を示す縦断面図である。
【符号の説明】
1 可変容量圧縮機
2 凝縮器
3,3a 全閉機能付膨張装置
4 蒸発器
5 クランク室
6 回転軸
7 揺動板
8 ピストン
9 吸入用リリーフ弁
10 吸入室
11 吐出用リリーフ弁
12 吐出室
13 容量制御弁
14 固定オリフィス
21 ボディ
22 入口ポート
23 冷媒配管
24 ストレーナ
25 冷媒流路
26 出口ポート
27 冷媒配管
28 主弁座
29 主弁体
30 ピストン
31 冷媒流路
32 オリフィス
33 圧入部材
34 スプリング
35 冷媒流路
36 パイロット弁座
37 パイロット弁体
38 嵌合穴
39 スリーブ
40 プランジャ
41 コア
42,43 軸受
44 シャフト
45 スプリング
46 電磁コイル
47 ヨーク
48 プレート
49 圧入部材
50 ゴムOリング
51 ボディ
52 ストレーナ
53 弁座
54 弁体
55 スプリング
56 オリフィス形成部材
57 オリフィス
58 ゴムOリング
Pc 圧力
Pd 吐出圧力
Ps 吸入圧力
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to an air conditioner for a vehicle, and more particularly to an air conditioner for a vehicle that does not require a clutch for transmitting and shutting off the power of the engine between the engine and the compressor.
[0002]
[Prior art]
A compressor used in a refrigeration cycle of an automotive air conditioner uses an engine as a drive source, and generally transmits the power of the engine to the compressor via a clutch. Since the rotation speed of the engine changes depending on the running state, the compressor driven by the engine cannot perform the rotation speed control. Therefore, in order to obtain an appropriate cooling capacity without being limited by the engine speed, a variable displacement compressor capable of varying the discharge capacity of the refrigerant according to the engine speed is used as the compressor. I have.
[0003]
In general, a variable displacement compressor is configured such that a swinging plate provided with a variable inclination angle is driven by a rotating motion of a rotating shaft in an airtight crank chamber to perform a swinging motion, and the swinging motion of the swinging plate is performed. Thus, the piston reciprocates in a direction parallel to the rotation axis. In this swash plate type variable displacement compressor, the stroke of the piston is determined by the differential pressure between the pressure in the crank chamber applied to the piston and the suction pressure in the suction chamber, the inclination angle of the swing plate is determined, and the The discharge capacity is determined. Therefore, in order to control this discharge capacity, the pressure in the crank chamber may be varied, and the pressure in the crank chamber is variable by controlling the flow rate of the refrigerant introduced from the discharge chamber of the variable displacement compressor into the crank chamber. The refrigerant flow rate is controlled by a capacity control valve.
[0004]
In a conventional variable displacement compressor, for example, a displacement control valve is disposed in an air supply passage provided between the discharge chamber and the crank chamber, and a fixed orifice is provided in an exhaust passage provided between the crank chamber and the suction chamber. Is formed. Here, when the displacement control valve is fully opened to maximize the amount of refrigerant introduced from the discharge chamber to the crank chamber, the tilt angle of the swing plate is minimized and the displacement is minimized.
[0005]
In such a variable displacement compressor, when operating the air conditioner, the clutch is connected to drive the engine of the variable displacement compressor, and when the operation is stopped, the clutch is disengaged to stop the variable displacement compressor. . On the other hand, a so-called clutchless compressor without such a clutch for interrupting the power of the engine is known.
[0006]
In a clutchless compressor, the engine and the compressor are directly connected and the compressor is constantly driven.Therefore, even if the compressor is operated with the variable capacity at a minimum, there is a small amount of refrigerant circulation, and The circulation sometimes caused freezing in the evaporator.
[0007]
For this reason, in the conventional clutchless compressor, the freezing of the evaporator is prevented by stopping the flow of the refrigerant circulating in the refrigeration cycle when the compressor is operated at the minimum variable capacity. To stop the circulation of the refrigerant, an electromagnetic on-off valve is provided on the suction side of the compressor, and the electromagnetic on-off valve is closed to stop the circulation of the refrigerant in the refrigeration cycle.
[0008]
As another method, a check valve (discharge opening / closing valve) is provided on the discharge side of the compressor so that the check valve closes when the discharge capacity decreases and the differential pressure across the check valve decreases. There is one that acts to stop the circulation of the refrigerant in the refrigeration cycle (for example, see Patent Document 1). As a result, when the clutchless compressor is operating at the minimum capacity with the capacity control valve fully opened, the discharge side of the compressor is closed by the check valve, and the refrigerant does not flow toward the condenser. Freezing in the vessel will be prevented.
[0009]
[Patent Document 1]
JP-A-10-205446 (paragraph numbers [0030] and [0038], FIG. 1)
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional clutchless compressor, a check valve is provided on the discharge side of the compressor in order to prevent freezing in the evaporator at the time of the minimum capacity operation. When the refrigerant flow rate is high and the discharge flow rate of the refrigerant is high, the check valve is a factor that increases the pressure loss, so that the operating efficiency of the compressor is reduced.
[0011]
The present invention has been made in view of such a point, and provides an air conditioner for a vehicle that can reduce the cost of a compressor and enable a clutchless operation without reducing the operation efficiency of the compressor. With the goal.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, in order to solve the above-mentioned problem, a clutch controlled so as to make the exhaust passage between the crank chamber and the suction chamber smaller or close than the supply passage between the discharge chamber and the crank chamber during the minimum capacity operation. In a vehicle air conditioner equipped with a variable displacement compressor, the expansion device having a fully-closed function for performing throttle expansion of the refrigerant and closing a flow path when the variable displacement compressor operates at a minimum capacity is provided. An air conditioner for a vehicle is provided.
[0013]
According to such an automotive air conditioner, the expansion device that performs the expansion expansion of the refrigerant is configured such that the flow path is closed at the time of the minimum capacity operation of the variable capacity compressor. This eliminates the need for a pressure switch, thereby reducing costs, and reducing the pressure loss at the discharge on-off valve during normal operation, thereby improving operating efficiency.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a system diagram showing a refrigeration cycle of an automotive air conditioner according to the present invention.
[0015]
This refrigeration cycle includes a variable capacity compressor 1 for compressing a refrigerant, a condenser 2 for condensing the compressed refrigerant, an expansion device 3 with a fully closed function for adiabatically expanding the condensed refrigerant, and And an evaporator 4 for evaporating.
[0016]
The variable displacement compressor 1 has a rotating shaft 6 to which power is transmitted from an engine (not shown) via a pulley in a hermetically formed crank chamber 5. The state is provided. The swing plate 7 is provided with a plurality of pistons 8 that reciprocate in a direction parallel to the rotation shaft 6. A plate having a suction port and a discharge port is disposed at one end of a cylinder bore accommodating these pistons 8, the suction port communicates with a suction chamber 10 via a suction relief valve 9, and the discharge port is connected to a discharge port. It communicates with the discharge chamber 12 via a relief valve 11. The suction chamber 10 is connected to a pipe from the evaporator 4, and the discharge chamber 12 is connected to a pipe to the condenser 2.
[0017]
Further, in the variable displacement compressor 1 exemplified here, the displacement control valve 13 is disposed in an air supply passage provided between the discharge chamber 12 and the crank chamber 5, and the displacement control valve 13 is disposed between the crank chamber 5 and the suction chamber 10. A fixed orifice 14 is provided in the exhaust passage provided in the circumstance. As a result, the discharge pressure Pd of the discharge chamber 12 is introduced into the crank chamber 5 through the displacement control valve 13, and the pressure Pc in the crank chamber 5 is gradually released from the crank chamber 5 to the suction chamber 10 through the fixed orifice 14. Therefore, by controlling the displacement control valve 13, the pressure Pc in the crank chamber 5 is controlled, and the refrigerant displacement of the variable displacement compressor 1 is controlled.
[0018]
The displacement control valve 13 controls the variable displacement compressor 1 in accordance with the control method. The displacement control valve 13 controls the flow rate of the refrigerant introduced from the discharge chamber 12 into the crank chamber 5 by an externally supplied electric signal, and controls the inside of the crank chamber 5. Is controlled. For example, when the variable displacement compressor 1 is a constant flow control type compressor, the displacement control valve 13 controls the refrigerant discharged from the variable displacement compressor 1 to discharge at a constant flow rate. When the variable displacement compressor 1 is a differential pressure control type compressor, the displacement control valve 13 is configured to control the differential pressure between the discharge pressure Pd and the suction pressure Ps or the difference between the discharge pressure Pd and the pressure Pc in the crank chamber 5. Control the pressure to be constant. Further, when the variable displacement compressor 1 is a compressor of a constant suction pressure control type, the displacement control valve 13 controls the suction pressure Ps of the suction chamber 10 to be constant. Of course, the variable capacity compressor 1 is not limited to the above-described control system, but may be any control system.
[0019]
The expansion device 3 with the fully closed function disposed between the condenser 2 and the evaporator 4 can block the flow path when the refrigerant discharge capacity from the variable capacity compressor 1 is operated at the minimum capacity. It has a flow path closing part which can be formed, and a throttle part which can adiabatically expand the refrigerant. When the expansion device with fully closed function 3 is an electric expansion valve, the flow path closing portion closes the flow path when an electric signal is given, or closes the flow path when the electric signal is cut off. There is. When the expansion device with fully closed function 3 is a mechanical expansion valve, it is closed by a differential pressure between a high pressure and a low pressure when the variable capacity compressor 1 is operating at the minimum discharge capacity as a flow path closing portion. Can be configured with a differential pressure valve. In the case of an electric expansion valve, the size of the flow path of the refrigerant is controlled by an electric signal in the throttle section of the expansion device 3 with the fully closed function, so that the differential pressure between the refrigerant inlet and the refrigerant becomes constant. Or the flow rate is controlled to be constant. In the case of a mechanical expansion valve, control is performed so that the differential pressure between the refrigerant inlet and the outlet becomes a predetermined value.
[0020]
Next, specific configuration examples of the electric and mechanical expansion devices 3 with the fully closed function are shown and described.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of an electric expansion device with a fully closed function.
[0021]
The expansion device 3 with the fully closed function constitutes a differential pressure control expansion valve suitable for application when the variable displacement compressor 1 is of a constant flow control type. The expansion device 3 with a fully closed function is provided with an inlet port 22 for receiving a high-pressure refrigerant on a side surface of a body 21, and a refrigerant pipe 23 from the condenser 2 is welded thereto. A strainer 24 is arranged in the refrigerant pipe 23 so as to close the flow path. The inlet port 22 is connected to an outlet port 26 via a coolant channel 25. A refrigerant pipe 27 is welded to the outlet port 26. A main valve seat 28 is formed integrally with the body 21 in the middle of the refrigerant passage 25. A main valve body 29 is disposed facing the main valve seat 28 from the upstream side, and forms a main valve together with the main valve seat 28. The main valve body 29 is formed integrally with a piston 30 that forms a room into which the refrigerant is introduced between the main valve body 29 and the main valve seat 28. The piston 30 is disposed so as to be able to advance and retreat in a direction in which the main valve body 29 comes into contact with and separate from the main valve seat 28, and a refrigerant flow path 31 is formed at a center axis position. Is communicated with an orifice 32 drilled from the side. The refrigerant flow path 31 and the orifice 32 constitute a throttle flow path that decompresses the high-pressure refrigerant introduced into the upper chamber of the piston 30 in the figure and guides it to the lower chamber of the piston 30 in the figure. The lower chamber of the piston 30 in the figure is closed by a press-fitting member 33, and a spring 34 for urging the piston 30 in the main valve closing direction is disposed between the piston 30 and the press-fitting member 33. I have. The press-fitting member 33 has its lower end welded to the body 21 after adjusting the load of the spring 34 by the amount of press-fitting.
[0022]
The room formed by the piston 30 and the press-fitting member 33 communicates with the room downstream of the main valve, that is, the room communicating with the outlet port 26, through a refrigerant flow passage 35 formed in the body 21. A pilot valve seat 36 is formed, and a needle-shaped pilot valve body 37 is arranged from the downstream side facing the pilot valve seat 36, and constitutes a pilot valve together with the pilot valve seat 36.
[0023]
A solenoid portion for controlling a pilot valve is provided on an upper portion of the body 21. The solenoid portion includes a sleeve 39 having a lower end fitted in a fitting hole 38 formed in an upper portion of the body 21, a plunger 40 disposed in the sleeve 39 so as to be able to advance and retreat in the axial direction, and a sleeve 39. A cylindrical core 41 fitted to an upper end portion is fixedly disposed through an axial position of the plunger 40, and a lower end portion is supported by a bearing 42 formed on the body 21, and an upper end portion is positioned at an axial position of the core 41. A shaft 44 supported by a bearing 43 press-fitted into an opening formed through the shaft is disposed between the plunger 40 and the bearing 43, and the pilot valve body 37 is attached via the shaft 44 in the valve closing direction. A biasing spring 45, an electromagnetic coil 46 disposed outside the sleeve 39, a yoke 47 formed so as to surround the outside, a yoke 47 and the sleeve 3 And a deployed plate 48. to form a magnetic circuit between the. Here, the spring 45 has a spring force greater than the force by which the pilot valve body 37 is lifted by the differential pressure between the high pressure and the low pressure when the variable capacity compressor 1 is operating at the minimum capacity. I have. After the open end of the core 41 is closed by the press-fitting member 49, the distal ends thereof are sealed by welding. A rubber O-ring 50 is arranged in a space surrounded by the body 21, the sleeve 39, and the plate 48.
[0024]
In the expansion device 3 with the fully closed function configured as described above, first, in the illustrated state where the control current to the electromagnetic coil 46 is 0 and the current is not supplied, when a high-pressure refrigerant is introduced into the inlet port 22, The refrigerant is introduced into a room above the piston 30. This refrigerant is introduced into the lower chamber of the piston 30 through the orifice 32 of the main valve body 29 and the refrigerant flow path 31 of the piston 30, and is further supplied to the pilot valve through the refrigerant flow path 35 formed in the body 21. Is done.
[0025]
When the variable displacement compressor 1 is operating at the minimum displacement, such as when the air conditioner is stopped or the refrigeration load is very small even when the air conditioner is running, the differential pressure across the pilot valve Becomes smaller than the value set by the spring 45. At this time, since the refrigerant pressure in the lower chamber of the piston 30 does not reach the position where the pilot valve body 37 is pushed open, the lower chamber of the piston 30 eventually becomes the same pressure as the upper chamber of the piston 30, and the main valve The body 29 is urged by the spring 34 to maintain a state of being seated on the main valve seat 28, that is, a state where the main valve is fully closed. As a result, the refrigerant discharged from the variable displacement compressor 1 operating at the minimum capacity is stopped from circulating in the expansion device 3 with the fully closed function, and does not flow to the evaporator 4, and therefore, is not evaporated. Freezing in the vessel 4 can be prevented. At this time, since the displacement control valve 13 controls the discharged refrigerant to be introduced into the crank chamber 5 at the maximum flow rate, the discharged refrigerant circulates through the variable displacement compressor 1. Become.
[0026]
Next, when the variable displacement compressor 1 enters the variable displacement range, such as when the air conditioner is started, the differential pressure across the pilot valve exceeds the value set by the spring 45. Then, the refrigerant pressure in the room below the piston 30 pushes and opens the pilot valve body 37 and flows out into the low-pressure room communicating with the outlet port 26. As a result, the pressure in the lower chamber of the piston 30 decreases, so that the piston 30 moves downward in the drawing, the main valve body 29 separates from the main valve seat 28, the main valve opens, and is introduced into the inlet port 22. The refrigerant flows out to the outlet port 26 through the main valve.
[0027]
When the refrigerant pressure on the upstream side of the main valve decreases due to the refrigerant flowing out to the outlet port 26, the pressure of the refrigerant supplied to the pilot valve also decreases, so that the pilot valve body 37 moves in the valve closing direction. As a result, the pressure of the refrigerant introduced into the lower chamber of the piston 30 increases, so that the piston 30 moves upward in the drawing, and accordingly, the main valve body 29 moves in the valve closing direction, and Reduces the flow rate of the refrigerant, so that the refrigerant pressure on the upstream side of the main valve increases. By repeating the above operation, the differential pressure across the main valve is controlled to be constant.
[0028]
Further, when the electromagnetic coil 46 is energized, the plunger 40 is attracted toward the core 41, the spring force of the spring 45 biasing the pilot valve body 37 in the valve closing direction is reduced, and the set differential pressure of the pilot valve is reduced. Make it smaller. When the value of the current supplied to the electromagnetic coil 46 is increased, the attractive force of the plunger 40 to the core 41 is increased, and the differential pressure of the pilot valve, that is, the differential pressure across the differential pressure valve can be set smaller.
[0029]
In this way, the differential pressure control expansion valve controls the refrigerant so that the differential pressure across the main valve becomes a constant value determined by the current supplied to the electromagnetic coil 46. At this time, since the constant flow control type variable displacement compressor 1 controls so that a constant flow rate flows, the differential pressure control type expansion device 3 with the fully closed function competes with the control of the variable displacement compressor 1. Without this, stable control is performed.
[0030]
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a mechanical expansion device with a fully closed function.
The expansion device 3a with a fully-closed function has a cylindrical body 51 inserted into a refrigerant pipe between the condenser 2 and the evaporator 4, and a left side portion of the expansion device 3a located on the upstream side of the refrigerant flow. Is reduced in diameter and a part of the peripheral side surface is largely opened, and a strainer 52 is fitted into the opening. The body 51 is provided with a step that constitutes the valve seat 53 in the middle of the center refrigerant passage. A valve body 54 is arranged to be able to advance and retreat in the axial direction from the downstream side facing the valve seat 53, and the valve body 54 is urged in a valve closing direction by a spring 55 arranged on the downstream side. . Thus, the valve element 54, the valve seat 53 and the spring 55 constitute a differential pressure valve. An orifice forming member 56 receiving a spring 55 is fitted to the downstream end of the body 51, and an annular orifice 57 communicating with the outside is formed in the orifice forming member 56. Have been. The orifice 57 is formed in an annular shape so as not to penetrate from the outside, and a hole is formed in the refrigerant flow path containing the spring 55 so as to communicate with a part of the annular orifice 57 inside. The fixed orifice has a constant opening area. Thus, the refrigerant in the refrigerant flow path containing the spring 55 is radially discharged from the outer end surface of the orifice forming member 56 via the orifice 57. When the expansion device 3a with the fully closed function is inserted into the refrigerant pipe between the condenser 2 and the evaporator 4 on the outer periphery of the body 51, a rubber O that seals with the refrigerant pipe is provided. A ring 58 is provided.
[0031]
Here, the spring 55 is set to a spring force greater than the force by which the valve body 54 is lifted by the differential pressure between the high pressure and the low pressure when the variable displacement compressor 1 is operating at the minimum displacement. .
[0032]
In the expansion device 3a with the fully closed function having such a configuration, when the variable displacement compressor 1 is operating at the minimum displacement, the differential pressure between the high pressure and the low pressure, that is, the differential pressure across the differential pressure valve is adjusted by the spring 55. It becomes smaller than the set value. For this reason, the valve element 54 is seated on the valve seat 53 by the spring 55 and is kept in the closed state, and the refrigerant is stopped from circulating by the differential pressure valve and does not flow to the evaporator 4. To prevent freezing. At this time, since the displacement control valve 13 controls the discharged refrigerant to be introduced into the crank chamber 5 at the maximum flow rate, the discharged refrigerant circulates through the variable displacement compressor 1. Become.
[0033]
When the variable capacity compressor 1 enters the variable capacity range, the high-pressure refrigerant from the condenser 2 is first introduced to the upstream side of the valve element 54 via the strainer 52. When the differential pressure across the differential pressure valve becomes higher than the value set by the spring 55, the valve element 54 separates from the valve seat 53, the refrigerant flows downstream of the valve seat 53, and further, the annular orifice 57 of the orifice forming member 56. , Where it is throttled and expanded and flows to the evaporator 4. At this time, the valve element 54 controls the flow rate of the refrigerant by the balance between the differential pressure before and after the valve element 54 and the urging force of the spring 55.
[0034]
In the above embodiment, as the variable displacement compressor 1, the displacement control valve 13 is disposed in the air supply passage between the discharge chamber and the crank chamber, and is fixed to the exhaust passage between the crank chamber and the suction chamber. Although an example in which an orifice is arranged has been described, the present invention is not limited to this embodiment. The present invention may be configured so that the exhaust passage is smaller or substantially closed than the air supply passage during the minimum capacity operation.Therefore, a configuration in which a fixed orifice is arranged in the air supply passage and a capacity control valve is arranged in the exhaust passage. Alternatively, a variable displacement compressor having a configuration in which a displacement control valve capable of opening and closing the intake passage and the exhaust passage in conjunction with each other may be arranged.
[0035]
Further, in the above-described embodiment, the case of the differential pressure type expansion valve of the electric control or the mechanical control is shown as an example of the expansion device with the fully closed function, but the proportional valve controlled and driven by the stepping motor, the ON / OFF of the The control valve is not limited to a differential pressure type expansion valve as long as it is a control valve having a function of fully closing at the time of the minimum capacity operation, such as an on / off valve that performs flow control at a time ratio.
[0036]
【The invention's effect】
As described above, in the present invention, the expansion device having the function of fully closing during the minimum capacity operation is used for the device that performs the throttle expansion of the refrigerant so that the refrigerant circulation in the refrigeration cycle can be stopped during the minimum capacity operation. Thus, the variable displacement compressor is made clutchless. This eliminates the need for a discharge opening / closing valve on the discharge side of the variable displacement compressor, thereby reducing the cost of the variable displacement compressor, eliminating pressure loss on the discharge side, and improving operating efficiency. Also, in the case of a differential pressure type expansion valve, the expansion device sets the load of the spring of the mechanism functioning as the differential pressure valve to a value that does not open with the differential pressure between the high pressure and the low pressure during the minimum capacity operation. There is no substantial cost increase.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a system diagram showing a refrigeration cycle of an automotive air conditioner according to the present invention.
FIG. 2 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of an electric expansion device with a fully closed function.
FIG. 3 is a longitudinal sectional view showing a configuration example of a mechanical expansion device with a fully closed function.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Variable displacement compressor 2 Condenser 3, 3a Expansion device with fully closed function 4 Evaporator 5 Crank chamber 6 Rotary shaft 7 Swing plate 8 Piston 9 Relief valve for suction 10 Suction chamber 11 Relief valve for discharge 12 Discharge chamber 13 Capacity Control valve 14 Fixed orifice 21 Body 22 Inlet port 23 Refrigerant pipe 24 Strainer 25 Refrigerant flow path 26 Outlet port 27 Refrigerant pipe 28 Main valve seat 29 Main valve element 30 Piston 31 Refrigerant flow path 32 Orifice 33 Press-fit member 34 Spring 35 Refrigerant flow path 36 Pilot valve seat 37 Pilot valve body 38 Fitting hole 39 Sleeve 40 Plunger 41 Core 42, 43 Bearing 44 Shaft 45 Spring 46 Electromagnetic coil 47 Yoke 48 Plate 49 Press-in member 50 Rubber O-ring 51 Body 52 Strainer 53 Valve seat 54 Valve body 55 spring 56 orifice forming member 57 Orifice 58 Rubber O-ring Pc Pressure Pd Discharge pressure Ps Suction pressure

Claims (5)

最小容量運転時に吐出室とクランク室との間の給気通路よりもクランク室と吸入室との間の排気通路を小さくまたは閉塞するよう制御されるクラッチレスの可変容量圧縮機を備えた自動車用空調装置において、
冷媒の絞り膨張を行うものであって、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時に流路が閉塞される全閉機能付膨張装置を備えていることを特徴とする自動車用空調装置。
For a vehicle equipped with a clutchless variable displacement compressor that is controlled so that the exhaust passage between the crank chamber and the suction chamber is smaller or closed than the supply passage between the discharge chamber and the crank chamber during the minimum displacement operation. In air conditioners,
An air conditioner for an automobile, which performs expansion expansion of a refrigerant and includes an expansion device with a fully-closed function in which a flow path is closed at the time of a minimum capacity operation of the variable capacity compressor.
前記全閉機能付膨張装置は、電気制御により前記流路を閉塞できるようにしたことを特徴とする請求項1記載の自動車用空調装置。The automotive air conditioner according to claim 1, wherein the expansion device with a fully closed function is capable of closing the flow passage by electric control. 前記全閉機能付膨張装置は、制御電流が0で前記流路が閉塞されることを特徴とする請求項2記載の自動車用空調装置。The vehicle air conditioner according to claim 2, wherein the flow path of the expansion device with the fully closed function is closed when the control current is zero. 前記全閉機能付膨張装置は、制御電流が0で閉弁し、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時における高圧圧力と低圧圧力との差圧以上の所定の差圧で開弁して絞り膨張を行う差圧制御式の膨張弁であることを特徴とする請求項2記載の自動車用空調装置。The expansion device with a fully closed function closes when the control current is 0, and opens and throttles at a predetermined differential pressure equal to or higher than the differential pressure between the high pressure and the low pressure during the minimum displacement operation of the variable displacement compressor. The automotive air conditioner according to claim 2, wherein the air conditioner is a differential pressure control type expansion valve that performs expansion. 前記全閉機能付膨張装置は、前記可変容量圧縮機の最小容量運転時における高圧圧力と低圧圧力との差圧以上の所定の差圧で開弁する差圧弁と、前記差圧弁の開弁時に冷媒の絞り膨張を行うオリフィスとを有する膨張弁であることを特徴とする請求項1記載の自動車用空調装置。The fully-closed expansion device has a differential pressure valve that opens at a predetermined differential pressure equal to or higher than the differential pressure between the high pressure and the low pressure during the minimum displacement operation of the variable displacement compressor, and when the differential pressure valve is opened. 2. The automotive air conditioner according to claim 1, wherein the expansion valve has an orifice for restricting expansion of the refrigerant.
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