CN103423468A

CN103423468A - 控制阀

Info

Publication number: CN103423468A
Application number: CN2013101902624A
Authority: CN
Inventors: 利根川正明
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2012-05-25
Filing date: 2013-05-21
Publication date: 2013-12-04
Also published as: JP2013245769A; US9285046B2; US20130313461A1; EP2667119A2; JP5974239B2; EP2667119A3; EP2667119B1; KR20130132287A

Abstract

提供一种能防止或抑制因工作流体所包含的杂质的啮入而引起的阀部工作不良的控制阀。一种方案的控制阀（1）包括：阀身（5），具有冷媒流动的内部通道；阀孔（16），设于内部通道；阀驱动体（22），接合/分离于阀孔（16）来开闭阀部；引导部（24），内插并可滑动地支承阀驱动体（22）；以及遮蔽壁（38），设于阀驱动体（22），在阀部全开时关闭阀驱动体（22）与引导部（24）的间隙的一端开口部。

Description

控制阀

技术领域

本发明涉及控制工作流体的流动的控制阀。

背景技术

一般地，压缩机、冷凝器、蒸发器等被配置于冷媒循环通道而构成汽车用空调装置。并且，为进行与这样的制冷循环的运转状态相应的冷媒循环通道的切换、冷媒流量的调整等，而设有各种控制阀（例如参照专利文献1）。作为这样的控制阀，适当使用阀部根据从冷媒受到的压力与对抗于它的弹簧的势能的平衡而被开闭的机械阀，以及具备用于从外部电调整开度的促动器的电力驱动阀。

在先技术文献

专利文献

〔专利文献1〕日本特开平11－287354号公报

发明内容

发明所要解决的课题

但是，在这样的空调装置中，有时压缩机的排出冷媒中会包含有因其滑动部的磨损等而产生的金属粉等杂质。并且，在冷媒在制冷循环中循环的过程中，有时该杂质会流入控制阀的滑动部，而妨碍其顺滑的滑动。即，前后差压作用于控制阀的阀芯，在该阀芯的滑动部的入口与出口之间也会产生压力差，杂质因该压力差而流入滑动部。若该杂质固定于滑动部，则有可能会妨碍到阀部的顺滑的开闭。此外，这样的问题不仅发生于车辆，在安装有控制阀的装置中同样有可能发生。

本发明的目的在于提供一种可防止或抑制因工作流体所包含的杂质的啮入而引起的阀部的工作不良的控制阀。

用于解决课题的手段

为解决上述课题，本发明一个方案的控制阀包括：阀身，具有工作流体流动的内部通道；阀孔，设于内部通道；阀驱动体，接合/分离于阀孔来开闭阀部；引导部，内插并可滑动地支承阀驱动体；以及遮蔽部，设于阀驱动体，在阀部全开时关闭阀驱动体与引导部的间隙的一端开口部。

通过该方案，至少在阀部全开时，阀驱动体与引导部的间隙的开口端部被关闭，故即使杂质被与工作流体一起导入，也能限制向该间隙的侵入。其结果，能够防止或抑制因工作流体所包含的杂质的啮入而引起的阀部的工作不良。

发明效果

通过本发明，能够提供一种可防止或抑制因工作流体所包含的杂质的啮入而引起的阀部的工作不良的控制阀。

附图说明

图1是表示第1实施方式的控制阀的具体结构和动作的剖面图。

图2是表示第1实施方式的控制阀的具体结构和动作的剖面图。

图3是表示阀驱动体的滑动部的结构和动作的部分放大剖面图。

图4是表示变形例的阀驱动体的滑动部的结构的部分放大剖面图。

图5是表示另一变形例的阀驱动体的滑动部的结构的部分放大剖面图。

图6是表示另一变形例的阀驱动体的滑动部的结构的部分放大剖面图。

图7是表示第2实施方式的控制阀的主要部分的剖面图。

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。

［第1实施方式］

本实施方式将本发明的控制阀具体化为适用于混合动力车和电动汽车的制冷循环的电磁阀。该制冷循环是将用于对车室内进行空气调节的第1冷媒循环回路与用于冷却车载电池的第2冷媒循环回路并联连接而构成的。具体来讲，压缩机、冷凝器、贮液器设于共用的冷媒循环通道，第1膨胀装置和空气调节用蒸发器设于所分岔的独立的冷媒循环通道中的一者，第2膨胀装置和电池冷却用蒸发器设于另一者。

在压缩机中被压缩后的高温高压的冷媒被送到冷凝器与车室外的空气进行热交换，被冷凝。被冷凝后的冷媒在贮液器中被进行气液分离，该液态冷媒被送到第1膨胀装置和第2膨胀装置中的至少一者。第1膨胀装置使被导入的液态冷媒节流膨胀而成为低温低压的气液混合的冷媒，并送出到空气调节用蒸发器。空气调节用蒸发器通过使从第1膨胀装置送来的冷媒与车室内的空气进行热交换而使之蒸发，并使蒸发后的气体冷媒返回压缩机。此时，第1膨胀装置检测空气调节用蒸发器的出口处的冷媒温度，来控制向空气调节用蒸发器送出的冷媒的流量，以使得该出口处的冷媒具有预定的过热度。

同样地，第2膨胀装置使被导入的液态冷媒节流膨胀而成为低温低压的气液混合冷媒并送出到电池冷却用蒸发器。电池冷却用蒸发器通过使从第2膨胀装置送来的冷媒与电池进行热交换而蒸发，使蒸发后的气体冷媒返回压缩机。此时，第2膨胀装置检测电池冷却用蒸发器的出口处的冷媒温度，来控制向电池冷却用蒸发器送出的冷媒的流量，以使得该出口处的冷媒具有预定的过热度。

各膨胀装置是作为将被省略图示的膨胀阀（温度式膨胀阀）与在该膨胀阀的阀部的下游侧允许或阻断冷媒的流动的断流阀组装后的组合阀而构成的。本实施方式的控制阀作为该断流阀来发挥作用。即，本实施方式的控制阀分别设于第1膨胀装置和第2膨胀装置。在仅使空调装置发挥作用的情况下，第1膨胀装置的控制阀被开阀，第2膨胀装置的控制阀被闭阀。相反地，在仅使电池的冷却装置发挥作用的情况下，第1膨胀装置的控制阀被闭阀，第2膨胀装置的控制阀被开阀。

接下来，说明本实施方式的控制阀的具体结构。本实施方式的控制阀是作为所谓的先导工作方式的电磁阀而构成的。图1和图2是表示第1实施方式的控制阀的具体结构和动作的剖面图。如图1所示那样，控制阀1是组装阀主体2与电磁元件4而构成的。控制阀1具备与所对应的膨胀阀共用的阀身5。

在阀身5，形成有连接于被省略图示的导入口的导入通道10和连接于导出口12的导出通道14。并且，在导入通道10与导出通道14的中间部设有阀孔16，在其上游侧开口端部形成有阀座18。被阀身5和电磁元件4包围的压力室、即在阀孔16的上游侧的压力室20，配设有阶梯圆柱状的阀驱动体22。通过该阀驱动体22落位/分离于阀座18，来开闭主阀。此外，从电磁元件4侧向压力室20延伸设置有阶梯圆筒状的引导部24，阀驱动体22被内插于引导部24。阀驱动体22和引导部24被同轴地配设于阀孔16（在同一轴线上）。阀驱动体22在与引导部24之间划分出背压室26。

阀驱动体22是将由圆柱状的弹性体（例如聚四氟乙烯（PTFE）或橡胶）构成的阀芯32固定于圆筒状的主体30的内侧而构成的，通过该阀芯32落位/分离于阀座18来开闭主阀。在阀芯32，沿其轴线贯穿有先导阀孔34。在先导阀孔34的背压室26侧的端部，形成有先导阀座36。在主体30的周边缘部附近，形成有将背压室26的内外连通的小径的孔（orifice）37（作为“漏泄（leak）通道”来发挥作用）。此外，在主体30的下端部，设有沿半径方向向外法兰盘状地延伸的遮蔽壁38。遮蔽壁38防止或抑制冷媒中的杂质啮入阀驱动体22与引导部24的滑动部，其详细情况会在后面叙述。阀驱动体22的外周面被可滑动地支承于引导部24的内周面，沿轴线方向（主阀的开闭方向）稳定地动作。向开阀方向对阀驱动体22赋予势能的弹簧40（作为“赋予势能构件”来发挥作用）被装于阀身5与阀驱动体22之间。

另一方面，电磁元件4被安装于阀身5的端面，来密封压力室20。电磁元件4包括：芯50，与引导部24一体成形；套筒52，固定于芯50；柱塞54，在套筒52内与芯50相对配置；线圈骨架56，外插嵌合于套筒52；以及电磁线圈58，缠绕于线圈骨架56。柱塞54相对于芯50配设在阀主体2的相反侧、即套筒52的底部侧。并且，从外部覆盖电磁线圈58地进行树脂封模（mold），并覆盖该封模部的更靠外侧地设有壳60。壳60也作为构成磁回路的磁轭而发挥作用。封模部的一端向壳60的外方延伸而成为连接器62，连接器62的连接端子64连接于电磁线圈58。壳60介由密封环66与阀身5连结。

芯50呈阶梯圆筒状，其下半部被扩径而连设于引导部24。柱塞54呈阶梯圆筒状，在与芯50相反侧形成背压室68。背压室68介由如下部分连通于背压室26：设于柱塞54的侧部的连通通道70、形成于柱塞54的外周面的连通沟（未图示）、芯50与柱塞54之间的空间、以及芯50与工作杆72之间的余隙。因此，在如图2所示那样的控制阀1进行控制时，背压室26和背压室68两者中充满上游侧压力Pin。

工作杆72同轴地插于芯50和柱塞54的内侧。工作杆72在其上端部具有被略微扩径了的卡定部74，下端部成为锥状的先导阀芯76。先导阀芯76向背压室26延伸，并落位/分离于先导阀座36来开闭先导阀。向闭阀方向对先导阀芯76赋予势能的弹簧78（作为“赋予势能构件”来发挥作用）装于套筒52的底部与卡定部74之间。此外，向使柱塞54从芯50分离的方向赋予势能的弹簧80（作为“赋予势能构件”而发挥作用）装于柱塞54与芯50之间。此外，在本实施方式中，弹簧80的弹簧荷重被设定为比弹簧78大。

通过这样的结构，先导阀芯76基本上与柱塞54一体地动作，但在先导阀芯76落位于先导阀座36时，可与柱塞54相对变位。由此，在接通电磁元件4时，其吸引力不直接作用于先导阀芯76、即能仅通过弹簧78的势能来关闭先导阀，故能够减小对先导阀座36的损伤（变形或压损等）。此外，在柱塞54的上端部嵌装有环状的弹性体82（例如橡胶）。由此，能够抑制在断开电磁元件4时、柱塞54碰撞套筒52时的碰撞声。

如图2所示那样，如以上那样构成的控制阀1在电磁元件4被接通时（通电状态），吸引力作用于芯50与柱塞54之间，故工作杆72通过弹簧78的势能而可向闭阀方向变位，先导阀芯76落位于先导阀座36，使先导阀闭阀。此时，导入通道10的冷媒介由孔37被导入背压室26，故向闭阀方向的差压较大地作用于阀驱动体22，对抗弹簧40的势能地使主阀闭阀。在保持电磁元件4接通的状态下，主阀和先导阀两者保持闭阀状态，故背压室26的压力被保持。其结果，主阀的闭阀状态被稳定维持。

另一方面，如图1所示那样，若电磁元件4从接通变成关闭（非通电状态），则芯50与柱塞54之间的吸引力消失，故先导阀芯76被吊起而从先导阀座36分离，先导阀成为开阀状态。其结果，背压室26内的冷媒介由先导阀孔34被向下游侧导出，背压室26的压力降低。在此，孔37的通道剖面比先导阀孔34的通道剖面小，故开阀方向的差压会暂时作用于阀驱动体22。阀驱动体22因该差压所产生的力和弹簧40的势能而被推上去，主阀被迅速地开放。

接下来，说明本实施方式的主要部分的结构和动作的详细情况。

图3是表示阀驱动体的滑动部的结构和动作的部分放大剖面图。图3的（A）是图2的A部放大图，表示电磁元件4被接通了的状态。图3的（B）是图3的（A）的B部放大图。图3的（C）是表示电磁元件4被关闭了的状态的放大图。

如图3的（A）和（B）所示那样，在阀驱动体22的与引导部24的滑动部与遮蔽壁38之间，设有凹部39。凹部39被构成为在图3的（C）所示的主阀全开时在与引导部24的滑动面之间形成空隙S，并在图3的（B）所示的闭阀时，其背压室侧（滑动部侧）的端面41与引导部24的端面25处于同一平面上。

通过这样的结构，即使如图3的（B）所示的那样在主阀闭阀时、冷媒所包含的金属粉等杂质（参照黑圆点）绕过遮蔽壁38而附着于凹部39，也会在开阀时、阀驱动体22相对于引导部24相对变位的过程中收纳于空隙S，能够防止或抑制该杂质啮入两者的滑动部这样的事态。即，在冷媒中，除这样的杂质外，还包含压缩机的润滑油，故该润滑油也会附着于阀驱动体22的外表面。因此，有杂质变得容易介由形成于阀驱动体22的润滑油层而附着的倾向。因此，在本实施方式中采用如下结构：在作为可动侧的阀驱动体22设置凹部39，即使阀驱动体22因开阀工作而被拉入引导部24的内侧，附着的杂质也不易接合到滑动面。

此外，控制阀1是所谓的开关阀（on-off valve），在开始开阀时，迅速成为图3的（C）所示的全开状态。因此，遮蔽壁38迅速落位于引导部24的端面25，阀驱动体22与引导部24的间隙的一端开口部被关闭。因此，即使在主阀开阀时，杂质向该间隙的侵入也会被限制。其结果，能够防止或抑制因杂质的啮入而引起的阀部的工作不良。

（变形例1）

图4是表示变形例的阀驱动体的滑动部的结构的部分放大剖面图。图4的（A）对应于图3的（A），图4的（B）对应于图3的（B）。在本变形例中，被构成为阀驱动体22上的凹部39的背压室侧的端面41在闭阀状态下处于比引导部24的端面25更靠背压室26侧（滑动部侧）。通过这样的结构，即使阀驱动体22与引导部24的一端开口部被施以倒角（chamfering）等，也能够有效地抑制杂质附着于阀驱动体22的滑动面附近的情况。因此，能够更有效地防止或抑制杂质的啮入。

（变形例2）

图5是表示另一变形例的阀驱动体的滑动部的结构的部分放大剖面图。在上述实施方式中未叙述，但如图5的（A）所示那样，可以在阀驱动体22的与引导部24的滑动面上设置迷宫（labyrinth）35。通过这样的结构，能够限制介由阀驱动体22与引导部24的间隙的冷媒流动本身，能够抑制杂质进入该间隙。

此外，可以如图5的（B）所示那样，在主阀全开时，使先导阀闭阀。例如，设想在组装有控制阀1的膨胀阀被设置于制冷循环时，在设置的最初，会进行用于使冷媒充填于制冷循环内的抽真空，而逆流会流到控制阀1。在这样的情况下，压力的大小关系会反转，故有高压的冷媒被导入先导阀孔34的可能性。在这一点上，通过本变形例，主阀一旦开阀，如图示那样先导阀会关闭，故不易产生使阀驱动体22闭阀的差压。即，能够防止在使冷媒充填于制冷循环时主阀关闭而导致其困难这样的事态。此外，仅从防止逆流的观点出发，也可以不在阀驱动体22上设置遮蔽壁38。

（变形例3）

图6是表示另一变形例的阀驱动体的滑动部的结构的部分放大剖面图。在上述实施方式中未叙述，但可以如图6的（A）所示的那样，使在阀驱动体22的遮蔽壁138中与导入通道10相对的面（与接合/分离于引导部24的面相反侧的面）成为引导面139，将通过导入通道10流来的冷媒所包含的杂质导向阀孔16。在图示的例子中，沿半径方向向外使遮蔽壁138比上述实施方式的遮蔽壁38大，并使引导面139成为预定角度的锥面。

由此，使从上游侧流来的杂质容易碰撞引导面139，使碰撞后的杂质沿半径方向向内弹回而容易被导向阀孔16。特别地，能够在主阀开始开阀至成为全开状态的过程、即直至遮蔽壁138落位于引导部24的过程中，抑制杂质侵入阀驱动体22与引导部24的间隙附近。

此外，可以如图6的（B）所示那样通过在引导部24的下面形成环状沟140（凹部），来形成壁部142，以限制在遮蔽壁138迂回的杂质被导向与阀驱动体22的间隙。此外，可以如图示那样针对遮蔽壁138也使与引导部24的相对面成为锥形状的引导面144，将杂质导向环状沟140。

［第2实施方式］

本实施方式的控制阀在不是先导工作式、而是由电磁元件构成的直动式这一点、以及是常闭阀这一点上与第1实施方式不同。图7是表示第2实施方式的控制阀的主要部分的剖面图。

控制阀201是组装阀主体202与电磁元件204而构成的。控制阀201包括所对应的膨胀阀和共用的阀身205。在阀身205，形成有连接于被省略图示的导入口的导入通道10和连接于被省略图示的导出口的导出通道14。在导入通道10与导出通道14的中间部设有小径的阀孔16。在阀孔16的上游侧的压力室20配设有阀驱动体222。在阀身205固定有引导部224，可滑动地支承阀驱动体222。阀驱动体222是将阀芯232与柱塞254一体构成的。阀芯232由弹性体（在本实施方式中是橡胶）构成，落位/分离于阀座18来开闭阀部。

在本实施方式中，引导部224还作为电磁元件204的套筒来发挥作用。此外，如上述那样，阀驱动体222还作为电磁元件204的柱塞来发挥作用。即，电磁元件204包括：套筒252，与引导部224一体成形；芯250，被固定为密封套筒252的上端部；柱塞254，与阀驱动体222一体成形、并与芯250同轴地配置；线圈骨架256，外插嵌合于芯250；电磁线圈58，缠绕于线圈骨架256；以及壳260，从外部覆盖电磁线圈58地被组装于芯250和筒252。

在芯250的下面中央处设有弹簧支架270，向闭阀方向对阀驱动体222赋予势能的弹簧280（作为“赋予势能构件”来发挥作用）装于弹簧支架270与柱塞254之间。引导部224在其下半部扩径，并被螺合固定于阀身205。通电用的束线272被从电磁线圈58引出。

在阀驱动体222的下端部，设有沿半径方向向外法兰盘状地延伸的遮蔽壁238。在阀驱动体222中的与引导部224的滑动部同遮蔽壁238之间设有凹部39。凹部39被构成为在阀部全开时与引导部224的内周面之间形成空隙S，并在闭阀时该滑动部侧的端面处于比引导部224的下端面更靠滑动部侧。形成于柱塞254与芯250之间的压力室226被构成为介由贯穿阀驱动体222地设置的连通通道270和凹部39而可连通于压力室20。

通过这样的结构，在闭阀时，即使冷媒所包含的杂质绕过遮蔽壁238而附着于凹部39，在开阀时也会被收纳于空隙S，能够防止或抑制该杂质啮入阀驱动体222与引导部224的滑动部这样的事态。此外，控制阀201是所谓的开闭阀，在开阀开始后迅速成为全开状态。因此，遮蔽壁238迅速落位于引导部224的下端面，阀驱动体222与引导部224的间隙的一端开口部被关闭。因此，即使在开阀时，杂质向该间隙的侵入也会被限制。其结果，能够防止或抑制因杂质的啮入而引起的阀部的工作不良。

以上说明了本发明的优选实施方式，但显然本发明不限定于该特定的实施方式，在本发明的技术思想范围内能够有各种变形。

在上述实施方式中，对于本发明的控制阀，表示了具备作为用于从外部电调整开度的促动器的电磁元件的电磁阀的例子，但例如也能够采用以电机为促动器的电动阀等其它电驱动阀。此外，还能够被构成为阀驱动体仅通过其前后差压被开闭的机械式的控制阀。此外，在上述实施方式中，表示了将本发明的控制阀适用于混合动力车和电动汽车的例子，但当然也可适用于安装了内燃机的汽车。此外，当然不仅可适用于车辆，还可适用于使工作流体循环的其它装置。

此外，在第1实施方式中，表示了将阀驱动体配置在相对于阀孔与促动器（电磁元件）相同侧的压力室，并在该压力室内形成背压室的例子。在变形例中，可以将阀驱动体配置在相对于阀孔与促动器相反侧的压力室，并在阀身与阀驱动体之间形成背压室。背压室可以设于阀孔的上游侧，也可以设于下游侧。

在上述实施方式中，表示了将遮蔽壁一体成形于阀驱动体的例子。在变形例中，可以以独立于阀驱动体的其它工序来制造遮蔽壁，并组装它们。例如可以制作环状的遮蔽构件，并使其外插嵌合于阀驱动体的端部来作为遮蔽部。具体来讲，可以向圆筒状的阀驱动体压入固定由橡胶等弹性体构成的环状的遮蔽构件。或者，也可以将O环等密封环作为遮蔽构件，使其嵌装于阀驱动体。

或者，可以将由橡胶等弹性体构成的环状的遮蔽构件组装于引导部并使其向阀驱动体侧延伸，另外，在阀驱动体上的与该遮蔽构件的相对面设置预定宽度的凹部，将遮蔽构件构成为可向该凹部的宽度方向变位。并且，可以在阀部全开时在引导部的滑动面与凹部之间形成空隙，并且通过该遮蔽构件落位于凹部的滑动部侧来关闭阀驱动体与引导部的间隙的一端开口部。

在上述实施方式中，表示了将本发明的控制阀构成为在膨胀阀的阀部的下游侧允许或阻断冷媒的流动的断流阀的例子，但也可以使之为在膨胀阀的阀部的上游侧允许或阻断冷媒的流动的阀。此外，也可以使本发明的控制阀不与膨胀阀成为一体，而是作为独立的断流阀来构成。

标号说明

1控制阀、4电磁元件、5阀身、16阀孔、18阀座、22阀驱动体、24引导部、26背压室、32阀芯、34先导阀孔、35迷宫、38遮蔽壁、39凹部、72工作杆、76先导阀芯、138遮蔽壁、139引导面、140环状沟、142壁部、144引导面、201控制阀、202阀主体、204电磁元件、205阀身、222阀驱动体、224引导部、232阀芯、238遮蔽壁。

Claims

1.一种控制阀，其特征在于，包括：

阀身，具有工作流体流动的内部通道，

阀孔，设于上述内部通道，

阀驱动体，接合/分离于上述阀孔来开闭阀部，

引导部，内插并可滑动地支承上述阀驱动体，以及

遮蔽部，设于上述阀驱动体，在上述阀部全开时关闭上述阀驱动体与上述引导部的间隙的一端开口部。

2.如权利要求1所述的控制阀，其特征在于，

上述遮蔽部被设于在上述阀驱动体中闭阀时从与上述引导部的滑动部露出的侧的端部。

3.如权利要求2所述的控制阀，其特征在于，

上述遮蔽部通过落位于上述引导部的一端侧的端面来关闭上述一端开口部。

4.如权利要求1至3的任意一项所述的控制阀，其特征在于，

上述阀驱动体的滑动部与上述遮蔽部之间设置凹部；

上述凹部在上述阀部全开时与上述引导部的滑动面之间形成空隙。

5.如权利要求4所述的控制阀，其特征在于，

上述凹部被构成为：在闭阀时，滑动部侧的端面与上述引导部的端面处于同一面上、或比上述引导部的端面更靠滑动部侧。

6.如权利要求1至5的任意一项所述的控制阀，其特征在于，

在上述阀驱动体中的与上述引导部的滑动面设有迷宫构造。

7.如权利要求1至6的任意一项所述的控制阀，其特征在于，

上述遮蔽部在与上述引导部的抵接面相反侧具有引导面，该引导面呈将工作流体所包含的杂质导向上述阀孔的形状。

8.如权利要求1至7的任意一项所述的控制阀，其特征在于，

在上述引导部设有壁部，该壁部限制在上述遮蔽部迂回的工作流体所包含的杂质被导向上述一端开口部的情况。