JP2014125045A - 自動車の空気調和機の配管構造 - Google Patents

Abstract

【課題】冷媒配管を通じた車室内への振動伝搬を十分に低減できる自動車の空気調和機の配管構造を提供すること。
【解決手段】車室に設置される空調ユニット３と、車室外に設置される圧縮機２と、を備える自動車の空気調和機の配管構造１は、圧縮機２に接続される第１配管１１と、空調ユニット３に接続される第２配管１２と、第２配管１２よりも剛性が高く、第１配管１１に一端側が接続されるとともに、車体フレーム５に他端側が振動伝搬可能に結合される高剛性配管１４と、を備えている。第２配管１２は、高剛性配管１４から分岐されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車に搭載される空気調和機の配管構造に関する。

車載の空気調和機を構成する圧縮機の振動は、車室内に伝搬し、騒音源となりうる。圧縮機の振動は、冷媒の配管を通じて伝搬されるので、配管に剛性の低いゴムホースを採用して振動を減衰させる、あるいは配管に制振材を貼り付けるなどの振動対策がとられている。
また、圧縮機の振動により配管の位置が変位するのに対処する技術として、特許文献１には、第１ブロック、第２ブロック、および第３ブロックからなる配管継手を圧縮機の配管接続に用いることが記載されている。Ｕ字状の第１ブロックの内側に直方体状の第２ブロックが全方位摺動可能に組み付けられ、第２ブロックの両側面にＵ字状の第３ブロックが全方位摺動可能に組み付けられる。これらの３つのブロックを相対的に摺動させ、配管に生じる変位を吸収することにより、配管の破損を防止している。

特開平１−２５５７８６号公報

停車時にエンジンが停止するハイブリッド自動車では、エンジンが停止し、エンジン音がしないときの圧縮機の振動による騒音が顕在化している。ハイブリッド自動車の停車時や、エンジンが搭載されない電気自動車には、エンジン音がしない分、高い静粛性が求められる。
そのため、単に、ゴムホースや制振材を配管に用いたり、特許文献１のような配管継手を用いるだけでは不十分である。特許文献１の配管継手には、部材コストの上昇や、摺動による摩耗、振動によるブロック脱落のおそれもある。
ここで、高性能の制振材はコストが高い。ゴムホースは安価であるが、冷媒の漏れを防ぐのに足りる剛性を確保するため、剛性を極力低くして振動の減衰効果を高めるのには限界がある。

本発明は、上記のような課題に基づいてなされたもので、冷媒配管を通じた車室内への振動伝搬を十分に低減できる自動車の空気調和機の配管構造を提供することを目的とする。

ところでゴムホースは、曲げ方向の剛性が低いことで振動の横波成分は減衰させるが、軸線方向の剛性はさほど低くないために縦波成分を伝搬させ易い。
そこで、本発明者は、振動成分毎の伝搬経路を検討し、本発明を想到した。
本発明は、車室に設置される空調ユニットと、車室外に設置される圧縮機と、を備える空気調和機の配管構造であって、圧縮機に接続される第１配管と、空調ユニットに接続される第２配管と、第２配管よりも剛性が高く、第１配管に一端側が接続されるとともに、車両が備える車体部材に他端側が振動伝搬可能に結合される高剛性配管と、を備え、第２配管は、高剛性配管から分岐されていることを特徴とする。

圧縮機が運転されると、圧縮機が発生する振動が第１配管を経て高剛性配管に伝搬される。
ここで、高剛性配管と第２配管との間の剛性差に基づいて、高剛性配管の分岐部前後の剛性変化に対して、高剛性配管から第２配管へと至る経路の剛性変化は大きい。振動は、剛性変化がより小さい方に伝搬されるため、分岐部で高剛性配管の方へと誘導される。これにより、第２配管に伝搬される振動が大幅に低減される。
そして、振動は、高剛性配管から車体部材へと伝搬される。その車体部材を伝搬する過程で振動が減衰される。車両が備える車体部材から車室の外殻および車室外に設置される振動源（圧縮機やエンジン）を除いて、適切な車体部材が選択される。
以上により、空気調和機の配管構造を通じて車室壁や空調ユニットに伝搬される振動を十分に低減することができる。それにより、エンジン音がしないときにも圧縮機の騒音が顕在化しない高い静粛性を実現できる。

本発明の自動車の空気調和機の配管構造では、第１配管は、第１配管本体と、曲げ方向の剛性が第１配管本体よりも低い弾性材料から形成された弾性ホースと、を有することが好ましい。
そうすると、第１配管本体に伝搬された振動の横波成分が、弾性ホースを伝搬される間に減衰される。そうして分岐部に至る振動が低減されることで、車室側に伝搬される振動をより低減することができる。

本発明の自動車の空気調和機の配管構造では、第２配管は、高剛性配管から分岐される第２配管本体と、第２配管本体よりも曲げ方向の剛性が低い弾性材料から形成された弾性ホースと、を有することが好ましい。
高剛性配管と第２配管本体との分岐部で管路が転向されると振動の横波成分が生じるが、その横波成分をゴムホースなどの弾性ホースにより減衰させることができる。そのため、車室側に伝搬される振動をより低減することができる。

本発明の自動車の空気調和機の配管構造では、電池、および電池を冷却する電池冷却器を備え、高剛性配管の他端側は、電池冷却器に振動伝搬可能に結合され、電池冷却器が有する流路と、高剛性配管とが、冷媒流通可能に接続されていることが好ましい。
空気調和機と冷媒回路を共用する電池冷却器に冷媒を引き込むにあたり、高剛性配管を利用できるので、電池冷却専用の配管を省くことができる。

本発明の自動車の空気調和機の配管構造によれば、冷媒配管を通じた車室内への振動伝搬を十分に低減できるので、車室内の高い静粛性を実現できる。

第１実施形態に係る自動車の空気調和機の配管構造を示す模式図である。 配管の分岐部を示す図である。 第２実施形態に係る自動車の空気調和機の配管構造を示す模式図である。

以下、添付図面に示す実施形態に基づいて本発明を詳細に説明する。
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係る空気調和機は、エンジンおよび電池を動力源とするハイブリッド自動車に搭載されている。その空気調和機は、その一部の構成のみを図１に示すが、エンジン４に支持される圧縮機２と、車両の前端部に設置される熱交換器と、膨張弁や熱交換器、送風機などを内蔵する空調ユニット３とを備えている。それらは、配管により接続されて冷媒回路を構成している。

圧縮機２は、バッテリから電力が駆動されるモータを内蔵する電動圧縮機とされている。圧縮機構には、スクロール式、ロータリ式、遠心式などの任意の方式を採用できる。この圧縮機２は、エンジンルーム内で、エンジン４にブラケット４１を介して支持されている。
空調ユニット３は、ＨＶＡＣ（Heating ventilation and air conditioning）システムと呼ばれ、車室内の冷房、暖房、および換気の空調全般を担う。空調ユニット３は、エンジンルームと車室とを隔てる車室壁Ｗに設置されている。

空気調和機の配管構造１は、空気調和機の冷媒回路の一部に相当し、圧縮機２と、空調ユニット３とを接続している。
配管構造１は、圧縮機２に接続される第１配管１１と、空調ユニット３に接続される第２配管１２と、それらの間に介在する高剛性配管１４とを備えている。
第１配管１１は、第１配管本体１１０と、第１ゴムホース１３とを有している。
第１配管本体１１０の一端側は、圧縮機２のハウジングに設けられる吐出口に接続されている。第１配管本体１１０には、アルミニウムまたはアルミニウム合金により形成される所定の肉厚の管が用いられているが、その材料、肉厚は任意である。その材料として、銅、鉄などの金属や樹脂を用いることもできる。
本実施形態では、第２配管本体１２０も第１配管本体１１０と同様に構成されている。

第１配管本体１１０の他端側には、第１ゴムホース１３が接続されている。第１ゴムホース１３は、圧縮機２から第１配管本体１１０を介して伝搬される振動の横波成分を減衰させる。第１ゴムホース１３の材料は任意であるが、第１ゴムホース１３内を流れる冷媒の漏れを防止するのに足りる限り、圧縮機２から伝搬される振動を減衰させるために、第１配管本体１１０よりも低い曲げ剛性の弾性材料が選択される。
第１ゴムホース１３は、圧縮機２から空調ユニット３までの配管取り回しスペースを縦断するように配設されている。

第１ゴムホース１３に一端側が接続される高剛性配管１４は、アルミニウムまたはアルミニウム合金により、第１配管本体１１０および第２配管本体１２０よりも肉厚大に形成されることにより、第１配管本体１１０および第２配管本体１２０よりも高い剛性が与えられている。高剛性配管１４は、その剛性の高さに基づいて振動を良く伝搬させる。
ここで重要なのは、第２配管本体１２０との剛性の差であり、第２配管本体１２０よりも高剛性とされる限り、高剛性配管１４の材料、肉厚は任意である。
高剛性配管１４の他端側は、近くに位置する車体部材である車体フレーム（シャシー）５に、ロウ付け、あるいは継手を介して振動伝搬可能に結合されている。高剛性配管１４の端部と車体フレーム５との間はシール部材により封止されている。
車体フレーム５は、車両の基台をなし、車体フレーム５に対して、上述の車室壁Ｗを含む車室の外殻や、車両全体の外殻であるボディが組み付けられている。

高剛性配管１４の長さ方向途中の分岐部１５で、第２配管本体１２０が高剛性配管１４から分岐されている。
したがって、図２に示すように、分岐部１５を介して、高剛性配管１４の前端側（第１ゴムホース１３側）１４１から後端側（車体フレーム５側）１４２に至る振動の主経路Ｒ１と、高剛性配管１４の前端側１４１から第２配管本体１２０に至る分岐経路Ｒ２とが形成されている。

ところで高剛性配管１４の後端側１４２は、圧縮機２と空調ユニット３とを結ぶ冷媒回路としては不要である。その点からすれば、後端側１４２は、内部を中実に埋めたり、中実の棒状や柱状部材に置き換えることもできるが、そうすると分岐部１５の前後で剛性に差が出て、高剛性配管１４に伝搬される振動を車体フレーム５に誘導する効果が小さくなる。
したがって、高剛性配管１４は、中実とするなどの特別な加工を施さずに、前端から後端まで同じ肉厚、同じ材料で均質に形成されている。つまり、前端側１４１と後端側１４２の剛性は同等である。このことが、振動を車体フレーム５に確実に誘導するのに寄与する。

第２配管１２は、第２配管本体１２０と、第２ゴムホース１６とを有している。
第２配管本体１２０は、高剛性配管１４に接続される部位１２１と、車室壁Ｗに設けられる空調ユニット３の接続口３１に接続される部位１２２とに分かれていて、それらの部位１２１，１２２の間には第２ゴムホース１６が挿入されている。
第２配管本体１２０の部位１２１は、高剛性配管１４よりも剛性が低いことが必要である。そのため、部位１２１は、図２に示すように、高剛性配管１４よりも肉厚が小とされている。
なお、部位１２１と高剛性配管１４の肉厚を同じとし、部位１２１に高剛性配管１４の材料よりも剛性の低い材料を用いることもできる。

上記の第２配管本体１２０と高剛性配管１４との剛性差に基づいて、分岐経路Ｒ２では、分岐部１５で配管の剛性が変化する。一方、主経路Ｒ１は、上述のように前端側１４１と後端側１４２の剛性が同等なので、分岐部１５で剛性が変化しない。仮に、主経路Ｒ１で剛性が変化するとしても、その剛性変化の度合は、分岐経路Ｒ２の剛性変化よりも小さいことが必要である。その剛性変化の差に基づいて、振動の伝搬される向きが制御される。
以上で説明した配管構造１に含まれる各配管は、継手を介して間接的に接続しても、ロウ付けにより直接接続してもよい。

空調ユニット３による制御により圧縮機２が運転されると、圧縮機２から発生する振動が第１配管本体１１０に伝搬される。その振動は、配管の軸線方向に沿って振動する縦波成分と、軸線方向に対して屈曲する方向に振動する横波成分（曲げ振動成分）を含んでいる。その振動の横波成分は、第１配管本体１１０から第１ゴムホース１３を伝搬される際に、第１配管本体１１０よりも第１ゴムホース１３の曲げ剛性が低いことによって減衰される。
一方、縦波成分は、第１ゴムホース１３の軸方向剛性がさほど低くないために高剛性配管１４に伝搬される。この高剛性配管１４の分岐部１５から第２配管本体１２０に振動が伝播されると、第２配管本体１２０の振動により車室壁Ｗおよび空調ユニット３が振動し、その振動が車室内に放射されることで騒音となる。

しかし、上述した高剛性配管１４と第２配管本体１２０との間には剛性差があり、振動は、剛性変化がより小さい方に伝搬されるため、剛性変化が大きい分岐経路Ｒ２よりも剛性変化が小さい主経路Ｒ１に、高剛性配管１４に伝搬した振動の大部分が誘導される。それにより、分岐経路Ｒ２に伝搬される振動は大幅に低減される。
振動は、主経路Ｒ１の高剛性配管１４の後端側１４２から車体フレーム５へと伝搬され、車体フレーム５の各部に伝搬される過程で減衰される。

ここで、高剛性配管１４の前端側１４１と後端側１４２の剛性が同等のため、主経路Ｒ１の剛性変化は実質的にゼロであり、分岐経路Ｒ２の剛性変化と主経路Ｒ１の剛性変化との差が非常に大きい。そのため、分岐経路Ｒ２が存在しないかの如く、分岐部１５から高剛性配管１４の後端側１４２へと振動をより確実に誘導することができる。

さて、分岐部１５では、高剛性配管１４から、それに交差する第２配管本体１２０へと管路が転向される（配管の向きが変わる）。それによって振動の横波成分が生じるが、その横波成分は第２ゴムホース１６により減衰される。

以上によれば、配管構造１を通じて車室壁Ｗや空調ユニット３に伝搬される振動を十分に低減することができる。それにより、エンジン音がしない停車時にも圧縮機２の騒音が気にならない高い静粛性を実現できる。
また、配管構造１には、エンジン４から発生する振動も伝搬されるが、その振動をも、上記同様に第１ゴムホース１３による減衰、高剛性配管１４の車体フレーム５への結合、高剛性配管１４からの第２配管本体１２０の分岐、および第２ゴムホース１６による減衰により低減されるので、走行時の静粛性も向上させることができる。

高剛性配管１４が結合される対象は、いずれも車室外に設置される振動源であるエンジン４や圧縮機２、および車室壁Ｗを含む車室の外殻を除いて、車両が備える車体部材から適宜選択することができる。

第２配管本体１２０は、適宜な継手を用いて高剛性配管１４に対して平行に接続することもできる。
そうすると、分岐部１５で分岐経路Ｒ２の転向により横波成分が生じるのを抑えられる。それにより、車室壁Ｗおよび空調ユニット３に伝搬される振動をより低減することができる。あるいは、第２配管本体１２０に挿入される第２ゴムホース１６を廃して低コスト化を図ることもできる。

〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について説明する。
なお、第１実施形態で説明した構成と同様の構成には同じ符号を付している。
第２実施形態の空気調和機は、図３に示すように、車両の動力源とされる電池１７を冷却する電池冷却器１８と共に構成されている。

電池１７には、リチウムイオン二次電池、燃料電池などを用いることができる。
電池冷却器１８は、詳細な図示を省略するが、電池１７を収容するケースと、電池１７に熱交換可能に接触する熱交換部材とを有している。熱交換部材には、その内部に細い流路が形成されており、その流路を流通する冷媒により、電池１７が冷却される。

本実施形態では、第１実施形態とは異なり、電池冷却器１８に対して高剛性配管１４が振動伝搬可能に結合されている。
さらに、電池冷却器１８の熱交換部材の管路に、高剛性配管１４が冷媒流通可能に接続されており、これによって電池冷却器１８が冷媒回路に組み入れられている。冷媒は、空調ユニット３と電池冷却器１８の両方から配管構造７を通じて圧縮機２へ戻る。空調ユニット３のコントローラにより、空調および電池冷却に必要な流量が制御される。
本実施形態によれば、電池冷却器１８に冷媒回路の冷媒を引き込むのに高剛性配管１４を利用できるので、電池冷却専用の配管を省くことができる。

上記各実施形態の配管構造は、種々の変形、改良が可能である。
例えば、第１配管１１は、第１配管本体１１０および第１ゴムホース１３に加え、第１ゴムホース１３と高剛性配管１４との間に介在するもう一つの第１配管本体を有していてもよい。
また、第２配管１２は、第２配管本体１２０の部位１２１および第２ゴムホース１６のみを有していてもよい。

本発明は、空気調和機の配管構造を備えている限り、電池を動力源とする電気自動車、エンジンを動力源とする自動車など、自動車の種類を問わずに適用できる。
また、本発明における圧縮機は、電動圧縮機に限らず、エンジンを動力源とする圧縮機であってもよい。
上記以外にも、本発明の主旨を逸脱しない限り、上記実施の形態で挙げた構成を取捨選択したり、他の構成に適宜変更することが可能である。

１ 配管構造
２ 圧縮機
３ 空調ユニット
４ エンジン
５ 車体フレーム（車体部材）
７ 配管構造
１１ 第１配管
１１０ 第１配管本体
１２ 第２配管
１２０ 第２配管本体
１３ 第１ゴムホース（弾性ホース）
１４ 高剛性配管
１５ 分岐部
１６ 第２ゴムホース（弾性ホース）
１７ 電池
１８ 電池冷却器（車体部材）
３１ 接続口
４１ ブラケット
１２１，１２２ 部位
１４１ 前端側
１４２ 後端側
Ｒ１ 主経路（圧縮機やエンジンの振動の経路）
Ｒ２ 分岐経路（同上）
Ｗ 車室壁

Claims (4)

1. 車室に設置される空調ユニットと、車室外に設置される圧縮機と、を備える自動車の空気調和機の配管構造であって、
   前記圧縮機に接続される第１配管と、
   前記空調ユニットに接続される第２配管と、
   前記第２配管よりも剛性が高く、前記第１配管に一端側が接続されるとともに、車体部材に他端側が振動伝搬可能に結合される高剛性配管と、を備え、
   前記第２配管は、前記高剛性配管から分岐されている、
   ことを特徴とする自動車の空気調和機の配管構造。
2. 前記第１配管は、第１配管本体と、曲げ方向の剛性が前記第１配管本体よりも低い弾性材料から形成された弾性ホースと、を有する、
   請求項１に記載の自動車の空気調和機の配管構造。
3. 前記第２配管は、前記高剛性配管から分岐される第２配管本体と、前記第２配管本体よりも曲げ方向の剛性が低い弾性材料から形成された弾性ホースと、を有する、
   請求項１または２に記載の自動車の空気調和機の配管構造。
4. 電池、および前記電池を冷却する電池冷却器を備え、
   前記高剛性配管の他端側は、前記電池冷却器に振動伝搬可能に結合され、
   前記電池冷却器が有する流路と、前記高剛性配管とが、冷媒流通可能に接続されている、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の自動車の空気調和機の配管構造。

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