CN107975470A - 一种内部带节流装置的电动控制阀 - Google Patents

Abstract

一种内部带节流装置的电动控制阀，目的是提高响应速度，降低功耗；本发明包括磁回路、运动节流机构和弹性元件；磁回路包括线圈、导磁体、壳体、铁芯和衔铁；导磁体镶嵌在线圈端部，导磁体置于壳体内部并与壳体内圆周相接触；衔铁和铁芯置于线圈内；运动节流机构包括阀体、衔铁、阀杆、阀芯和顶针；阀杆两端分别与衔铁和阀芯压配固定，阀芯另一端与顶针压配固定；阀体侧面有三组侧孔分别与曲轴箱腔、排气腔和吸气腔连通，曲轴箱腔、排气腔和吸气腔之间通过装在阀体外圆周的O型密封圈相互隔离；弹性元件包括波纹管、堵头、弹簧及底座；波纹管底部通过底座与阀体压配固定在阀体内空腔，波纹管端部与堵头焊接，弹簧套在阀杆上并置于铁芯与衔铁之间。

Description

一种内部带节流装置的电动控制阀

技术领域

本发明属于机械制造领域，涉及到流体力学范畴，具体涉及一种内部带节流机构的电动控制阀。

背景技术

现有汽车空调压缩机在曲轴箱腔和吸气腔之间的阀板上设置有固定节流孔，与电动控制阀主阀口一起根据压缩机的吸、排气压力共同调节压缩机曲轴箱压力至目标值，从而改变压缩机排量。固定节流孔与电动控制阀主阀口分属不同的压缩机部件。电动控制阀分别与压缩机的曲轴箱腔、排气腔和吸气腔连接，压缩机不工作时，各腔压力通过固定节流孔和主阀口(全开)达到平衡；压缩机最大排量工作时，阀板上固定节流孔使压缩机曲轴箱腔和吸气腔维持最小压力差，确保压缩机正常工作，防止压缩机卡死。压缩机由大排量到小排量工作时，主阀口开度逐渐增大，由排气腔流入曲轴箱腔的冷媒流量逐渐增加，曲轴箱压力Pc升高，由于阀板固定节流孔的存在，曲轴箱压力Pc上升较慢，只有当排气腔到曲轴箱腔的流量大于固定节流孔流量时，曲轴箱腔压力Pc才开始上升，压缩机排量才发生改变，具有一定的滞后性，同时由于阀板固定节流孔的存在，在不需要制冷时，压缩机始终有曲轴箱腔流入吸气腔的冷媒，此时压缩机仍维持一定的排量(最小排量)，压缩机无法做到0排量，消耗能量。

发明内容

本发明目的是克服上述已有技术的不足，提供一种可提高响应速度、解决压缩机制冷滞后性、降低功耗的内部带节流装置的电动控制阀。

本发明包括磁回路、运动节流机构（含节流孔及阀口）和弹性元件；磁回路包括线圈、导磁体、壳体、铁芯和衔铁；线圈为螺线管式结构，铁芯和衔铁装在线圈内部，导磁体镶嵌在线圈端部，导磁体置于壳体内部并与壳体内圆周相接触；衔铁和铁芯置于线圈中心孔内；所述运动节流机构包括阀体、衔铁、阀杆、阀芯和顶针；阀杆两端分别与衔铁和阀芯一端压配固定，阀芯另一端与顶针压配固定，简称阀芯组件，阀芯组件可以阀体中心孔内运动；阀芯和顶针中心有通孔Ⅰ，在顶针侧壁有固定节流孔，阀体侧面有三组侧孔分别与曲轴箱腔（Pc）、排气腔（Pd）和吸气腔（Ps）连通，装在阀体外圆周的O型密封圈使曲轴箱腔（Pc）、排气腔（Pd）和吸气腔（Ps）之间相互隔离；阀芯两端分别与阀体和铁芯锥面之间形成阀口Ⅰ、阀口Ⅱ，阀口Ⅰ和阀口Ⅱ为相互联动结构；弹性元件包括波纹管、堵头、弹簧及底座；波纹管底部通过底座与阀体压配固定在阀体内空腔，波纹管端部与堵头焊接，弹簧套在阀杆上并置于铁芯与衔铁之间，底座与阀体之间为过盈压配连接。

壳体、导磁体、衔铁和铁芯均为低碳钢或电磁纯铁软磁材料，通电时被磁化，断电时磁性消失。衔铁、铁芯间设有工作气隙为0.5mm-0.9mm。铁芯外圆与阀体之间、阀体与壳体之间均为过盈压配连接，铁芯端面与壳体平面紧密接触。阀杆与衔铁之间、阀杆与阀芯之间、阀芯和顶针之间均为过盈压配连接，上述零件连接在一起称为阀芯组件，并在阀芯、顶针侧壁和中心设置通孔。阀芯两端分别与阀体和铁芯锥面组成阀口Ⅰ和阀口Ⅱ，由阀口Ⅰ、阀口Ⅱ、阀芯和顶针上中心通孔、侧壁孔组成节流通道，随着电流的不同，节流通道的通径发生改变。

衔铁在磁场作用下运动，并带动运动节流机构（含节流机构）运动，改变阀口开度。在顶针侧壁有节流孔，阀芯分别与曲轴箱腔、排气腔和吸气腔通过阀体连通；阀芯与铁芯锥面形成阀口Ⅱ，在线圈供电电流为零时可以阻断曲轴箱腔和吸气腔的通道；阀芯另一端与阀体锥面形成另一阀口Ⅰ，为电控阀主阀口，受提供线圈电流大小控制，控制压缩机排气腔到曲轴箱腔间冷媒的流量，在线圈供电电流达到一定值时可阻断排气腔与曲轴箱腔之间的通道；阀口Ⅰ和阀口Ⅱ联动，阀口Ⅰ增大，阀口Ⅱ减小，反之，阀口Ⅰ减小，阀口Ⅱ增大。

内部节流装置是运动节流机构的一部分，阀芯和顶针中心有通孔Ⅰ，侧壁有通孔Ⅱ（多孔）与吸气腔连通，顶针侧壁有固定节流孔与曲轴箱腔连通，与随电流变化的阀口Ⅱ共同调整节流通径。具体地说，在电流作用于线圈条件下，磁回路内部产生磁场，衔铁在磁力作用下推动运动节流机构动作与弹性元件弹力平衡，使与运动节流机构连接的阀口Ⅰ平衡到相应位置，即阀口开度。不同的电流作用下，阀口Ⅰ开度不同。同时运动节流机构部分的阀芯和顶针中心有孔Ⅰ，一端与压缩机吸气腔相通，一端连接顶针通过侧壁固定节流孔与曲轴箱腔相通，孔的大小和长度与压缩机系统相匹配。一方面，电流作用到线圈端子时，产生磁力作用于衔铁，推动阀杆带动阀芯连顶针位移，此时阀口Ⅰ开度减小、阀口Ⅱ开度增大，并与波纹管和弹簧的弹力达到平衡，使阀口Ⅰ和阀口Ⅱ开度稳定到一个状态。随着电流的逐渐增加，曲轴箱腔到吸气腔的节流由阀口Ⅱ逐渐过渡到固定节流孔，也即节流通径由小变大至恒定。电流增加时，阀口Ⅰ开度逐渐减小，由排气腔流入曲轴箱腔的冷媒流量逐渐减小，而曲轴箱腔至吸气腔节流由阀口Ⅱ（由关闭逐渐增大至全开）过渡到节流孔，即曲轴箱腔到吸气腔的节流通径由小变大，曲轴箱压力Pc降低，压缩机排量逐渐增加，当电流达到0.8A左右时，阀口Ⅰ完全关闭，阀口Ⅱ开度最大，压缩机全排量工作，此时曲轴箱腔和吸气腔之间只有节流孔节流，维持压缩机正常工作的曲轴箱腔和吸气腔的最小压力差。反之，电流减小时，阀口Ⅰ开度逐渐增加而阀口Ⅱ开度逐渐减小，增加压缩排气腔到曲轴箱腔冷媒的流量，此时由排气腔到曲轴箱腔的流量大于由曲轴箱腔通过节流孔到吸气腔的流量，因此曲轴箱腔压力Pc升高，压缩机排量降低。同时阀口Ⅰ开度逐渐减小，节流逐渐由节流孔过渡到阀口Ⅱ节流，由曲轴箱腔到吸气腔的流量进一步降低，曲轴箱腔压力Pc升高更快，排量变化迅速，提高了压缩机的响应速度。

当电流增加时，衔铁受电磁力作用运动，与波纹管和弹簧弹力平衡后，使阀口Ⅰ和阀口Ⅱ稳定到一定开度；当电流减小时，衔铁受到的电磁力减小，波纹管和弹簧弹力使运动节流机构回复，与电磁力平衡后同样使阀口Ⅰ和阀口Ⅱ稳定到一定开度。另一方面，当热负荷增加，也即吸气压力Ps增加时，波纹管受吸气压力Ps作用收缩，阀口Ⅰ的开度变小；反之，热负荷低时，波纹管伸长，阀口Ⅰ的开度变大，从而对压缩机排量起到调整作用。

本发明还包括有一个护套，用于隔离压缩机曲轴箱与外界大气，护套置于壳体内腔并与壳体焊接，衔铁和铁芯置于线圈、导磁体和护套内腔。

本发明由传统单一的阀板固定节流改为阀板固定节流和电控阀内部可变节流相结合，电控阀内部节流由两部分组成，随着电流的改变节流通径变化，在压缩机排量改变过程中提高压缩机响应速度，排量改变快速，舒适度进一步提升，且最小排量可做到更小，甚至到0，更加节能降耗，而且电动控制阀的工作原理维持不变，通用性强。通过在电控阀内部增加可变节流机构，使压缩机曲轴箱腔和吸气腔之间的节流成为可变的，实现压缩机曲轴箱腔与吸气腔间的节流或与现阀板上固定节流孔一起实现节流作用，在压缩机排量改变过程中提高响应速度，解决压缩机制冷滞后性，而且压缩机最小排量更低，降低功耗。

附图说明

图1 为本发明结构示意图；

图2为本发明压缩机最大排量工作状态下节流状态示意图；

图3为本发明压缩机最小排量工作状态下节流状态示意图。

图中：1、底座；2、阀体；3、波纹管；4、堵头； 5、顶针；6、阀芯；7、壳体；8、铁芯；9、护套；10、阀杆；11、线圈；12、弹簧；13、衔铁；14、导磁体；15、接线端子；16、节流孔；17、阀口Ｉ；18、通孔Ｉ；19、阀口Ⅱ； 20、通孔Ⅱ；21、O型密封圈Ⅰ，22、O型密封圈Ⅱ，23、O型密封圈Ⅲ。Pc为压缩机曲轴箱腔压力；Pd为压缩机排气腔压力；Ps为压缩机吸气腔压力。

具体实施方式

从线圈11一端从右往左依次排列吸气腔通道、排气腔通道和曲轴箱腔通道，接线端子15与线圈11连接，用来给线圈11接入电流。电控阀内部增加由固定节流孔16和阀口Ⅱ19组成的节流机构，且节流孔16通径小于阀口Ⅱ19开度最大时的通径，随着电流的增大，阀口Ⅱ19由关闭到打开，此时阀口Ⅱ19节流，当电流达到一定值时，阀口Ⅱ19通径等于节流孔16通径，继续增大电流，阀口Ⅱ19通径大于节流孔16通径，此时节流孔16节流。磁回路中导磁体14与线圈11注塑为一体，置于壳体7内部，与壳体7圆周接触，护套9与壳体7焊接，用于隔离压缩机曲轴箱与外界大气，衔铁13和铁芯8置于线圈11（含导磁体14）和护套9内腔，铁芯8外圆与阀体2、阀体2与壳体7均为过盈压配连接，且铁芯8端面与壳体7平面紧密接触，线圈11（连同导磁体14）同心置于壳体7、衔铁13、铁芯8形成的空腔内。衔铁13、铁芯8间设计有工作气隙0.5mm～0.9mm。运动节流机构（含节流机构）中阀杆10与衔铁13、阀杆10与阀芯6、阀芯6和顶针5均为过盈压配连接，称作阀芯组件，整体在阀体2中心孔内运动，阀体侧面有三组侧孔分别与曲轴箱腔（Pc）、排气腔（Pd）和吸气腔（Ps）连通，装在阀体2外圆周的O型密封圈I 21、O型密封圈Ⅱ22和O型密封圈 Ⅲ 23使曲轴箱腔（Pc）、排气腔（Pd）和吸气腔（Ps）之间相互隔离。节流机构中阀芯6一端与阀体2锥面配合组成阀口Ⅰ17，另一端与铁芯8锥面配合形成阀口Ⅱ19，阀口Ⅰ17和阀口Ⅱ19联动，即阀口Ⅰ17开度增加，阀口Ⅱ19开度减小，反之阀口Ⅰ17开度减小，阀口Ⅱ19开度增加。同时与阀芯6过盈连接的顶针5置于曲轴箱腔内，节流孔16设置在顶针5侧壁，阀芯6和顶针5中心设有通孔Ⅰ18，阀芯6另一端设置四个侧通孔Ⅱ20通过阀口Ⅱ19与压缩机吸气腔相通。弹性元件中波纹管3底部通过底座1与阀体2压配固定在阀体内空腔，周围感受曲轴箱腔压力Pc，端部与堵头4焊接，感受运动节流机构传递过来的电磁力和通过阀芯6传递过来的吸气腔压力Ps。弹簧12套在阀杆10上置于铁芯8与衔铁13之间（工作气隙）位置。

如图2所示，压缩机最大排量工作，此时阀口Ｉ17完全关闭，阀口Ⅱ19开度最大，大于节流孔16流通面积，此时只有节流孔16节流。阀口Ⅰ17为电动控制阀主阀口，用来控制压缩机排气腔到曲轴箱腔的通道，随着电流的不同，阀的开度不同，曲轴箱压力Pc不同，从而压缩机排量就不同；节流孔16和阀口Ⅱ19组成曲轴箱腔和吸气腔之间的节流通道，节流孔16为固定节流孔，阀口Ⅱ19随着电流的变化而变化，阀口Ⅱ19节流通径小于节流孔16节流通径时，阀口Ⅱ19节流，反之，节流孔16节流，即电流由零增大时，阀口Ⅱ19由0（完全闭合）逐渐增大，电流增加到一定值，阀口Ⅱ19节流等于节流孔16节流，电流继续增大，阀口Ⅱ19继续增大，此时节流作用由节流孔16完成，也即压缩机小排量工作时，阀口Ⅱ19节流，节流通径较小，由曲轴Pc腔流入吸气腔的冷媒量较小，曲轴箱压力Pc维持较大值，维持压缩机小排量工作，压缩机的最小排量可以做到更小甚至到0；压缩机大排量工作时，节流孔16节流，节流通径较大，保留现压缩机大排量工作时曲轴箱腔和吸气腔间的压力差，保证压缩机正常工作。压缩机排量由大到小变化时，节流通径由大到小直至关闭，使压缩机排量减小过程中，压缩机曲轴箱腔到吸气腔节流通径逐渐减小，从而快速提高压缩机曲轴箱压力Pc，即提高压缩机的响应速度。通孔Ⅰ18和通孔Ⅱ20为连接通孔，无节流作用。图3中，压缩机最小排量工作（不制冷），此时阀口Ⅰ17开度最大，阀口Ⅱ19完全关闭，节流孔16不起作用。

Claims (6)

1.一种内部带节流装置的电动控制阀，其特征是包括磁回路、运动节流机构和弹性元件；磁回路包括线圈、导磁体、壳体、铁芯和衔铁；线圈为螺线管式结构，铁芯和衔铁装在线圈内，导磁体镶嵌在线圈端部，导磁体置于壳体内部并与壳体内圆周相接触；运动节流机构包括阀体、衔铁、阀杆、阀芯和顶针；阀杆两端分别与衔铁和阀芯一端压配固定，阀芯另一端与顶针压配固定；阀芯和顶针中心有通孔Ⅰ，在顶针侧壁有一个起节流作用的小孔，位于压缩机曲轴箱与吸气腔的通道之间；阀体侧面有三组侧孔分别与曲轴箱腔、排气腔和吸气腔连通，曲轴箱腔、排气腔和吸气腔之间通过装在阀体外圆周的O型密封圈相互隔离；阀芯两端分别与阀体和铁芯锥面之间形成阀口Ⅰ、阀口Ⅱ，阀口Ⅰ和阀口Ⅱ为相互联动结构；弹性元件包括波纹管、堵头、弹簧及底座；波纹管底部通过底座与阀体压配固定在阀体内空腔，波纹管端部与堵头焊接，弹簧套在阀杆上并置于铁芯与衔铁之间。

2.如权利要求1所述的内部带节流装置的电动控制阀，其特征是壳体、导磁体、衔铁和铁芯均为低碳钢或电磁纯铁软磁材料。

3.如权利要求1或2所述的内部带节流装置的电动控制阀，其特征是衔铁、铁芯间设有工作气隙为0.5mm-0.9mm。

4.如权利要求1或2所述的内部带节流装置的电动控制阀，其特征是铁芯外圆与阀体之间、阀体与壳体之间均为过盈压配连接，铁芯端面与壳体平面紧密接触。

5.如权利要求1或2 所述的内部带节流装置的电动控制阀，其特征是阀杆与衔铁之间、阀杆与阀芯之间、阀芯和顶针之间均为过盈压配连接。

6.如权利要求1或2 所述的内部带节流装置的电动控制阀，其特征是还包括有用于隔离压缩机曲轴箱与外界大气的护套，护套置于壳体内腔并与壳体焊接，衔铁和铁芯置于线圈、导磁体和护套内腔。