JP2012501423A - 車両室温調節システム - Google Patents

Abstract

ｎｙｌｏｎ １２等のポリマー材料で被覆した鋼から形成される流体流導管を含む、車両室温調節システム用のアンダーボディアセンブリが開示される。導管は、対向する両端部間で接合部又は可撓性接続部を含まずにひと続きになっている。一形態では、導管は、管のポリマー外層に対しシールされるポリマー材料から形成される分岐又はコネクタを含む。

Description

本発明は、車両室温調節システムに関する。より詳細には、本発明は、鋼管を用いた冷却又は加熱用流体導管を有する、かかるシステムに関する。

［関連出願の相互参照］
本特許出願は、２００８年８月２９日に出願された米国仮特許出願第６１／０９２，９２５号（その全体が参照により本明細書に援用される）の利益を主張する。

車両、特に自動車用の室温調節暖房又はエアコンシステムは、該システムを完成させるのに長い管又は導管の使用を必要とする互いに離れた構成部品を含む。エアコンシステムでは、例えばコンプレッサーは、アキュムレーター同様にエンジンルームに位置している。コンデンサーは通常、車両の前部のラジエーターの前面に位置し、１つ又は複数のエバポレーターが車室内に位置している。同様に、車室暖房用の流体導管は、通常はエンジン冷却液である熱源と車室内の熱交換器との間で被加熱液体を搬送する。

ＳＵＶ（Sport Utility Vehicle）及びバン等の特定の車両では、流体管路がエンジンルームから後輪の後ろに延びている。これらの場合では、接続流体管路は長さが数フィートである。

組立手順により、システムの管は、アンダーボディアセンブリと呼ばれるサブアセンブリとして設置するために束ねられて接続された群となるようになっている。システムの管は、金属又はプラスチック製の取付ブロックに固定される、少なくとも２つの種々の直径を有するアルミニウム製の複数の管を備える。管の自由端は、システム構成部品に接続するための連結ブロックを含む。弁若しくはセンサーを受け入れるための、又は、他の場合ではシステム内の流体にアクセスするための１つ又は複数のアクセスポートが管に固定され、管の内部通路と流体連通する。

かかるサブアセンブリは通常、管製造を専門にしているベンダーによって自動車メーカーに供給される。サブアセンブリは木枠に入れられて組立工場に出荷される。車両組立工程において、管のサブアセンブリは所定位置につくように操作されねばならない。かかる操作には管の一時的な偏向を要する。その目的のため、アセンブリによっては、管に流体密関係で取り付けられたホースから形成される幾つかの可撓性継手セクションを有するセグメント管を含むものもある。

現在採用されているようなアセンブリは特定の望ましくない特性を有する。第一に、アルミニウム管は可撓性ではない。アルミニウム管は、捲縮又はキンク等の永久損傷なしには、応力をかけて偏向位置につかせることはできない。したがって、採用される管は通常、設置工程に関連する操作に耐えるのに十分な強度のある直径を有する。その結果、これらの管はシステム内の流体の流れのために過剰な容積を有する。

さらに、アンダーボディアセンブリに必要な可撓性を付与するためのホース継手の使用により、漏出路の可能性がある複数の接合部がもたらされる。また、別個のアクセスポート又はコネクタを管に取り付けるには、コネクタ及び管を流体密に固着するのにロウ付け又は他の製造技術を必要とする。

本発明のシステムは、ナイロン製の外層を有する鋼管からなる接続導管を採用する。数多くの利点が得られる。第一に、鋼管の強度により、導管がより小さな直径を有する管から作製されることで、あまりスペースを取らない、よりコンパクトなアンダーボディアセンブリが生み出される。この構成により、システムの冷却部における冷媒充填の低減も得られる。さらに、鋼管の固有の弾性により、管セクション間で接続されるホースの可撓性接合部なしに所定位置につくように操作することが可能となる。このため、幾つかの漏出路の可能性が排除される。

得られる別の重要な利点は、管と関連コネクタ要素との間に形成される接合部が管のポリマー被覆によってシールされることである。したがって、複雑なエンドフォーム又はロウ付けした接続部を含む現用の取付構成が排除される。

車両室温調節冷房システムの典型的な概略図である。 暖房及び冷房用の車両室温調節システムのアンダーボディアセンブリの斜視図である。 図２のアンダーボディアセンブリの一部分の斜視図である。 図２のアンダーボディアセンブリの別の部分の斜視図である。 本発明のシステムに採用される管の断面図である。 連結ブロックに固定されていると共に該ブロックにシールされた、本発明を具現するシステムの導管の断面図である。 システムの内部流体流路へのアクセスを有する分岐ポート又はコネクタが設けられた、本発明を具現するシステムの導管の斜視図である。 図７の構成のコネクタ及び導管の一実施形態を示す、部分的に切り欠かれた分解斜視図である。 図７のコネクタ及び導管構成の別の実施形態の分解斜視図である。 図９の構成の一部分の斜視底面図である。 図７の管及びコネクタ構成の別の実施形態の分解斜視図である。 図７の導管及びコネクタ構成のさらに別の実施形態の分解図である。

図１を参照すると、全体として１０で示された、本発明の典型的な車両室温調節冷房システムが示されている。この概略図は、本発明を具現する室温調節システムの典型的なものである。本発明は暖房システム構成部品にも適用可能性を有する。

図示のシステム構成部品は、冷媒圧縮機１２と、熱交換器又はエバポレーター１４と、コンデンサー１６の形態の別の熱交換器と、液溜部１８とを含む。液体の管路又は導管２０が圧縮機１２とエバポレーター１４との間に延びる。蒸気又はガスの管路又は導管２２が残りのシステム要素間に延びる。システムは流体密の閉ループであり、この閉ループ内に、全くよく知られている方法で、エバポレーター又は熱交換器１４を通る空気から熱を除去する冷媒が循環する。

図２乃至図４は、アンダーボディ１９に固定されたアンダーボディアセンブリ又は管束２４を示す。この管束２４は導管２０及び２２並びに加熱システム導管２３を含み、これらは、アセンブリをアンダーボディ１９に取り付ける取付ブラケット２６に固定される概ね平行な導管からなる細長い束２４になるように構成される。

導管はそれぞれ、内部流体通路を画定する。管は剛性であり、対向する両端部２５及び２７間にいかなる接合部又は可撓性接続部も含まない。図示の束は、液体管路２０、蒸気管路２２及び２つの加熱液体管路２３を含む。液体管路２０は蒸気管路２２の外径よりも小さい外径を有する。蒸気管路２２及び加熱システム導管２３は同じ外径を有する。導管２０、２２及び２３の内部流路の内径は同様に相関している。

アンダーボディアセンブリと呼ばれる束は、図示の形態で自動車組立工場に供給される。導管はエンジンルームから車両の後部、すなわち後輪の後ろに延びる長さを有する。特定の用途では、管の長さは端部２５と端部２７との間が１０フィートを超える。各管は、組立時に車両の室温調節流体システムを完成させるために接続するための取付ブロック２８又はホース接続部３０を含む。

本発明を具現するシステムの導管を図５に断面図で示す。各導管２０、２２又は２３は、ポリマー外層３４が管の外表面に結合されている中空鋼管コア３２を備える。管は内部流体通路３５を画定する。ｎｙｌｏｎ １２等の熱可塑性ポリアミドが適した材料と考えられる。通常、鋼管の腐食を防ぐのにクロメートプライマー等の中間層がある。

内部鋼管３２は６．３５ｍｍの外径及び０．７１ｍｍの肉厚を有する。ナイロン被覆厚は０．１７０ｍｍであるため、導管の外径全体は６．６９ｍｍとなる。これに比して、現用の自動車室温調節システムは管路２０にアルミニウム管を用いており、外径全体が典型的には９．５３ｍｍ（内径は６ｍｍ又は７ｍｍ）である。戻り管路２２は、加熱液体導管２３同様に外径が典型的には１６ｍｍ乃至１９ｍｍ（内径は１３．５ｍｍ）である。

重要なことには、本明細書で開示しているアンダーボディアセンブリの導管２０、２２又は２３は直径全体がより小さいことから、現用の構成よりもスペースを取らない、非常にコンパクトなアンダーボディアセンブリが得られる。

本発明の原理を実施する上で採用すべき適した管は、TI Group Automotive Systems LLC（ミシガン州ウォーレン所在）から入手可能な「ＮｙＧａｌ」鋼管である（ＮｙＧａｌはTI Group Automotive Systems LLCの登録商標である）。この管は、Ｎｙｌｏｎ １２（Ｎｙｌｏｎ １２はIE DuPont and DeNemurs Companyの登録商標である）熱可塑性ポリアミド製の他の層を有する圧延鋼管である。

これまで採用されてきたアルミニウム管の代わりに、被覆した鋼管を使用することは、より小さな直径サイズで強度があることでシステムに充填するのに必要な冷媒が節約されるという利点を提供する。また、鋼管の強度及び可撓性により、可撓性ホースセクションで管セグメントを接合する必要性が排除される。導管２０は、サブアセンブリの形状を維持するのに十分な「スプリングバック」により、設置時の操作を可能にするのに十分に可撓性がある。

図６に示すように、ナイロン外層３４を流体シールとして用い、導管２０等の導管をコネクタブロック３６に接合することができる。図示のように、導管２０はポリアミド外層３４を有する鋼管コア３２を含む。導管の端部は初めに、その自由端３９から離間した半径方向アップセット３８を有して形成される。

コネクタブロック３６は、別のシステム構成部品に接続するためのブロック嵌合パイロット４２を有するベース４０を含む。留め具（不図示）を受け入れてブロック３６をシステム構成部品に固定する穴４４が設けられている。ブロック嵌合パイロット４２を囲むシール（不図示）が、ベース４０のブロック嵌合パイロット４２と部品の関連表面との間に介在する。

ブロックベース４０及びブロック嵌合パイロット４２は、導管受け貫通孔４６を画定する。この貫通孔４６は、導管２０の外径よりも大きな大径部４８と、管を受け入れるための、導管２０の外径とほぼ同じ直径の中間部５０と、ブロックの外表面の表面カウンタボア５２とを含む。

導管２０は貫通孔４６内でコネクタブロック３６に固定される。導管２０の自由端は、アップセット３８がカウンタボア５２に着座するまでコネクタブロック３６に挿入される。導管２０は中間ボア部５０内に延び、そこで精密なパイロット操作（close piloting）関係に保持される。導管の自由端は貫通孔４６の大径部４８内に位置する。導管２０の自由端は、該自由端を貫通孔の大径部に合致させるように拡径しており、したがって、カウンタボア５２内のアップセット３８と大径部４８内に位置する拡径した自由端とによって貫通孔４６内に捕捉される。導管２０のポリアミド外層３４は、大径部４８及び中径部５０内で貫通孔４６の内表面に対しシールして、コネクタブロック３６と導管２０との間に流体密シールを提供する。

図７は、本発明の導管を用いるシステム１０等の車両室温調節システムの流体導管のために意図された接合を示す。かかる接合は導管のポリアミド外層を用いて流体密接合を提供することでなすことができる。

鋼管コア２３２から作製されると共にポリアミド外層２３４を有する導管２２０の一セクションが示されている。管は、管路２２０の流路２２１へのアクセスを提供することを意図した中空コネクタ又はポート２７０の形態の流体分岐を含む。コネクタ端部２７２は典型的には、取り外し可能なキャップ（不図示）によって閉鎖されるか、又は、導管路内の流体へのアクセスを必要とするセンサー又は他のシステム装置を受け入れる。コネクタ２７０は、管路２２０に対して垂直に取り付けられて示されているが、任意の便宜的な又は所望の角度で位置決めされてもよい。

図８に示す構成部品を用い、コネクタ／導管の組合せをつくることができる。導管３２０がポリアミド外層３３４を有する鋼管コア３３２から作製されて示されている。穴３８０が管の側壁に貫設され、導管の内部流体通路３２１との流体連通を提供する。

コネクタ３７０が、Ｎｙｌｏｎ １２又はスピン溶接若しくは摩擦溶接に適した熱可塑性材料等、熱可塑性ポリマー材料から作製される。コネクタ３７０は中空であり、穴３８０の直径よりも大きな外径を有する管状部３７４を含む。縮径した延長部３７６がコネクタ３７０の管状部の一端部から延びる。この延長部は穴３８０よりも大きな直径を有する。

コネクタ３７０及び導管３２０は溶融突合せ接合によって接合される。この接合は、延長部３７６を穴３８０に対して位置決めすること、及び、導管３２０に対してコネクタ３７０をスピン又は振動させることによって達成される。管コア３３２の熱可塑性層３３４と延長部３７６の熱可塑性材料との接触が溶融を引き起こしそれらが流体密関係で接合することで、コネクタ３７０を導管３２０に支持するのに十分な機械的強度が得られる。

一代替形態として、コネクタは、機械加工、鋳造又は鍛造した金属から作製することができる。延長部３７６は接着剤の使用により導管３２０に接合することができる。誘導加熱を接合の代替的な方法として採用することができる。ポリマー層３３４が溶融し、流体密接合を形成することになる。

図７に示すようなコネクタの一変更形態を図９及び図１０の実施形態に示す。図８の実施形態におけるように、導管４２０は該導管の中央通路４２１と流体連通する穴４８０を含む。

ポリアミド又は他の熱可塑性材料から形成されるコネクタ４７０が提供される。コネクタ４７０は、導管４２０の長手方向に延びる取付プレート４８２を有して形成される中空管状部４７４を含む。図１０に最もよく見られるように、プレート４８２は、導管４２０を形成する鋼管コア４３２のポリアミド層４３４の外表面に相補的な円弧状内表面４８４を含む。内表面４８４は、コネクタ４７０及び取付プレート４８２と同じ熱可塑性材料から形成される一対の隆起ビード４８６を含む。ビード４８６は表面４８４の長手方向に延びる。熱可塑性材料製の円弧状の横方向ビード４８７が長手方向ビード４８６間に延びる。

コネクタ４７０は、導管に対するコネクタ４７０の振動によって導管４２０の外表面に固定される。ビード４８６及び４８７はポリアミド層４３４の外表面と同様に溶融されることで、２つの構成部品を流体密関係で固定する。コネクタ４７０、取付プレート４８２又はビード４８６及び４８７に意図される熱可塑性材料はＮｙｌｏｎ １２に限定されないことに留意すべきである。適合性のある融点を有する、スピン溶接又は振動溶着に適した任意の熱可塑性材料も許容可能であろう。

別の代替形態として、導管４２０のポリマー外層及びポート又はコネクタ４７０を赤外線透過性熱可塑性材料から作製することができる。その場合、これらの構成部品を一緒にレーザー溶接して流体密接合を形成することができる。また、別の代替形態として、接着剤を用いて、取付プレート４８２を導管４２０のポリマー外層４３４に接合することができる。

さらなる一変更形態のコネクタ５７０を図１１に示す。図８及び図９の実施形態におけるように、導管５２０は該導管の中央通路５２１と流体連通する穴５８０を含む。

ポリアミド等の熱可塑性材料から形成されるコネクタ５７０が提供される。コネクタ５７０は、導管５２０の長手方向に延びる横方向の取付プレート５８２を有して形成される中空管状部５７４を含む。プレート５８２は、導管５２０を形成する鋼管コア５３２のポリアミド層５３４の外表面に相補的な円弧状を有する内表面５８４を含む。内表面は長手方向縁部５８８から延び、導管５２０の外径よりも幾分大きな直径に形成される。

取付プレート５８２の各端部は、導管５２０の外径に相補的であると共に該外径とほぼ同じ直径に形成される円弧状フランジ５９０を含む。

コネクタ５７０はさらに、取付プレート５８２と同様の形状の別個のキャップ５９２を含む。キャップ５９２は長手方向縁部５９８間に延びる内表面５９４を含む。端部フランジ５９６が導管５２０の外径とほぼ同じ直径に形成される。キャップ５９２のフランジ５９６間の長さは、長手方向縁部５９８が取付プレート５８２の長手方向縁部５８８に対面した状態でフランジ５９６が取付プレート５８２のフランジ５９０と位置合わせするようなものである。

金属環５９９が各対のフランジ５９０及び５９６に連係する。金属環５９９は、これらのフランジの外表面を囲んで導管５２０の外表面にしっかり固定する。

金属環は、取付プレート５８２及びキャップ５９２を、ポリアミド外層５３４に流体密関係で導管５２０の穴５８０に重なる関係で導管に固着させるようにかしめる(crimp)ことができることが意図される。取付プレート５８２及びキャップ５９２の位置合わせされた縁部５８８及び５９８は、レーザー溶接又は誘導溶接されて流体密接合を形成することができる。

コネクタの一変更形態が図１２の実施形態に開示されている。ポリアミド又は他の熱可塑性材料から形成されるコネクタ６７０が提供される。コネクタ６７０は、導管６２０の幾つかのセクションを受け入れるように、導管受け孔６６２を画定する対向する両端部を有する中央通路６６４を画定する、中央の中空長手方向部６６０を含む。管状部６７４が長手方向部６６０から延びる。導管６２０は中空であり、長手方向部の通路６６４と流体連通する通路６２１を画定する。他の実施形態におけるように、コネクタ６７０は、管の長さ範囲に対して垂直であるものとして図示されている。当然のことながら、コネクタ６７０は任意の所望の角度で位置決めされてもよい。

導管６２０は、ポリアミド外層６３４を有する鋼管コア６３２の２つの別個のセクションから形成される。導管６２０の各別個の部分の一端部が導管受け孔６６２に挿入される。孔は、コネクタ６７０への導管６２０のスピン溶接が既知のスピン溶接法によって達成されるように導管の端部を受け入れるようにサイズ決めされる。

コネクタ６７０もまた、機械加工、鋳造又は鍛造した金属から作製することができる。そのような例では、接合は導管受け部６６２を導管６２０の端部でかしめることによって達成することができる。ポリマー外層６３４が流体密シールを提供する。

米国特許第６，３６７，８５０号（その明細書及び図面は参照により本明細書に援用される）に開示されている接合及び方法を用い、導管６２０の端部をコネクタ６７０に取り付けることもできる。

本発明の様々な特徴を添付の図面と共に示し記載してきた。しかしながら、本発明の範囲から逸脱しない限り変更を行ってもよいことを理解せねばならない。

Claims (25)

1. ポリマー材料製の外層を含み、内部流体通路を画定する剛性鋼管、
   を備える、自動車用の室温調節システムのための導管。
2. 前記管は、対向する両端部間でいかなる接合部又は可撓性接続部も含まずにひと続きになっている、請求項１に記載の室温調節システムのための導管。
3. 前記ポリマー材料はポリアミドである、請求項２に記載の室温調節システムのための導管。
4. 前記ポリアミドはｎｙｌｏｎ １２である、請求項３に記載の室温調節システムのための導管。
5. 前記管は長さが少なくとも１０フィートである、請求項４に記載の室温調節システムのための導管。
6. 前記導管は、少なくとも一端部にコネクタを含み、いなかる接合部又は可撓性接続部も含まないひと続きの管である、請求項５に記載の室温調節システムのための導管。
7. 前記導管は少なくとも一端部にホース接続部を含む、請求項５に記載の室温調節システムのための導管。
8. 前記管は、少なくとも１つの穴を含み、該穴を通じて前記内部流体通路と連通し、ポリマー材料から形成された流体分岐又はコネクタが前記管の長手方向軸に或る角度で配置され、前記分岐は前記管に、前記穴を通じて、該管によって画定される前記内部流体通路と流体連通した状態で接続され、該接続は前記外層及び前記分岐の一方の前記ポリマー材料によってシールされる、請求項１に記載の室温調節システムのための導管。
9. 前記流体分岐又はコネクタは前記管の前記穴を囲む管状部を含み、前記コネクタは前記管に流体密シール関係で接合される、請求項８に記載の室温調節システムのための導管。
10. 前記流体分岐又はコネクタは、前記管の前記穴を囲んで配置される縮径した延長部を含み、該延長部及び前記管の前記外層が、溶融突合せ接合を画定する、請求項９に記載の室温調節システムのための導管。
11. 前記コネクタは、前記管の長手方向に延びるポリマー取付プレートを含み、該取付プレートは、前記管の前記ポリマー層の外表面に相補的な円弧状内表面を含み、前記コネクタは、前記管の前記外層及び前記コネクタの前記取付プレートの少なくとも一方の溶融されるポリマー材料によって前記管に固定される、請求項９に記載の室温調節システムのための導管。
12. 前記ポリマー取付プレートの前記円弧状内表面は、該取付プレートの長手方向及び横方向に延びる、ポリマー材料製のビードを含み、前記取付プレートは前記管の前記外層及び前記ビードの少なくとも一方の溶融されるポリマー材料によって前記管の前記外層にシールされる、請求項１１に記載の室温調節システムのための導管。
13. 前記取付プレートは、前記管の前記外層の外径とほぼ同じ直径を有する円弧状フランジを画定する対向する両端部を含み、前記取付プレートと同様の形状の別個のキャップが、前記取付プレートの端部フランジと同様の端部フランジを有し、前記フランジ間に円弧状内表面を有する、前記取付プレート及び前記別個のキャップは、前記管の前記外層の直径よりも大きな直径、及び、互いに対面した嵌合する長手方向縁部を有し、前記端部フランジは前記管の前記ポリマー外層に固定され、前記嵌合する長手方向縁部は一緒に溶接されて流体密接合を形成する、請求項１１に記載の室温調節システムのための導管。
14. 前記管は、該管の自由端から離間した環状の半径方向アップセットを含み、コネクタは、一端部に、前記アップセットを受け入れるようにサイズ決めされたカウンタボアと、対向する端部に、前記管の直径よりも大きな直径を有する拡径部と、前記管を受け入れるようにサイズ決めされた中央部とを有する貫通孔を画定し、前記管は、前記アップセットが前記カウンタボアに着座される状態で前記中央部に配置され、前記自由端は、前記管の前記大径部に配置されると共に、前記貫通孔の前記拡径部に合致するように拡径していることで前記コネクタを前記管に固定する、請求項２に記載の室温調節システムのための導管。
15. 少なくとも１つがポリマー外層を含む鋼管であり、それぞれが流体通路を画定する複数の管、
    を含む、車両室温調節システム用の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
16. 前記管は、対向する両端部間でいかなる接合部又は可撓性接続部も含まずにひと続きになっている、請求項１５に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
17. 前記管は、取付ブラケットによって一緒に接合される、請求項１６に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
18. 前記管の少なくとも一部は、該管の少なくとも一端部にコネクタを含む、請求項１７に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
19. 前記管の少なくとも一部は、該管の少なくとも一端部にホース接続部を含む、請求項１７に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
20. 前記管は、対向する両端部間の長さが少なくとも１０フィートである、請求項１７に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
21. 前記複数の管のうちの１つは、該複数の管のうちの少なくとも１つの他の管の外径よりも小さい外径を有する、請求項２０に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
22. 前記ポリマー材料はポリアミドである、請求項１６に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
23. 前記ポリマー材料はｎｙｌｏｎ １２である、請求項２２に記載の流体導管のアンダーボディアセンブリ。
24. 室温調節システム用のアンダーボディアセンブリを有する車両を組み立てる方法であって、該方法は、
    自動車のアンダーボディを設けるステップ、
    それぞれがポリマー外側被覆を含む、少なくとも２つの剛性鋼管を含む束を設けるステップ、
    を備え、
    前記管は、対向する両端部間で接合部又は可撓性接続部を含まずにひと続きになっており、
    前記方法は、
    前記束を前記自動車のアンダーボディに取り付けるステップ、
    を備える、室温調節システム用のアンダーボディアセンブリを有する車両を組み立てる方法。
25. 前記アンダーボディへの前記アンダーボディアセンブリの取付時に、前記剛性鋼管を撓ませて該管を前記アンダーボディに位置決めするステップをさらに備える、請求項２４に記載の方法。

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