DE102004040476A1

DE102004040476A1 - Kapazitäts-Steuerventil

Info

Publication number: DE102004040476A1
Application number: DE102004040476A
Authority: DE
Inventors: Norio Takahashi Uemura; Toshiaki Takahashi Iwa; Katsuya Takahashi Shirai; Keigo Takahashi Shirafuji; Yukihiko Isesaki Taguchi
Original assignee: Eagle Industry Co Ltd; Sanden Corp
Current assignee: Eagle Industry Co Ltd
Priority date: 2003-08-22
Filing date: 2004-08-20
Publication date: 2005-03-17
Anticipated expiration: 2024-08-21
Also published as: US20050040356A1; DE102004040476B4; JP2005069072A; FR2859008A1; CN1594884A; CN100351521C; US7077380B2

Abstract

Ein Kapazitäts-Steuerventil wird in einen Strömungsweg, der eine Auslasskammer (58) und eine Kurbelkammer (16) eines verstellbaren Kompressors miteinander verbindet, eingesetzt und mit einer Ventileinheit (86) und einer Antriebseinheit (88) versehen. Die Ventileinheit (86) weist ein Ventilelement (130) zum Öffnen/Schließen des Strömungswegs oder eines Ventildurchgangs (132) der Ventileinheit (86) auf. Die Antriebseinheit (88) weist einen beweglichen Kern oder Kolben (158) zum Bewegen des Ventilelements (130) und einen Weg (174, 180, 182, 184) auf, der in dem Kolben (158) ausgebildet ist und Kammern (161, 163) miteinander verbindet, die auf beiden Seiten des Kolbens (158) angeordnet sind.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Kapazitäts-Steuerventil, und insbesondere ein Kapazitäts-Steuerventil zum Steuern einer Auslasskapazität eines verstellbaren Kompressors, der für eine Fahrzeug-Klimaanlage vorgesehen ist.

Der verstellbare Kompressor, der zum Beispiel in der ungeprüften Japanischen Patentveröffentlichung Nr. 11-218078 beschrieben ist, ist mit einem Kapazitäts-Steuerventil versehen. Das Kapazitäts-Steuerventil weist ein Ventilelement und eine elektromagnetische Antriebseinheit zum Bewegen des Ventilelements auf. Das Ventilelement wird von der elektromagnetischen Antriebseinheit bewegt, um einen Ventildurchgang zu Öffnen/Schließen, und der Ventildurchgang verbindet die Auslasskammer des Kompressors mit der Kurbelkammer desselben.

Die elektromagnetische Antriebseinheit weist einen beweglichen Eisenkern oder Kolben auf, der an das Ventilelement gekoppelt ist. Der Kolben ist in eine Zylinderbohrung eingesetzt, die in der elektromagnetischen Antriebseinheit festgelegt ist.

Im Speziellen weist der Kolben ein Ende auf der Seite des Ventilelements auf, das die Zylinderbohrung in eine Einlasskammer unterteilt, und ein Kältemittel wird veranlasst, von einer Ansaugkammer des Kompressors in die Einlasskammer zu fließen. Die Einlasskammer ist mit einer druckempfindlichen Kammer verbunden, die auf der anderen Endseite des Kolbens angeordnet ist, und ein Balg ist in der druckempfindlichen Kammer angeordnet. Der Balg wird expandiert/zusammengezogen durch den Druck der Ansaugkammer und ist mechanisch über den Kolben mit dem Ventilelement verbunden. Demgemäß übt der Balg eine Zwangskraft auf das Ventilelement aus, die dem Druck der Ansaugkammer entspricht.

Wenn der Magnet der elektromagnetischen Antriebseinheit angeregt wird, wird das Ventilelement von dem Magneten in der Schließrichtung desselben bewegt. Demgemäß wird das Öffnen des Ventilelements, und somit der Druck der Kurbelkammer, durch die Antriebskraft des Magneten und die Zwangskraft des Balgs eingestellt.

Da der Kolben, wie beschrieben wurde, die Einlasskammer bildet, nimmt die eine Stirnseite des Kolbens den Druck der Ansaugkammer auf, und ist dem Kältemittel ausgesetzt. Demzufolge wird das fein verteilte Schmieröl, das in das Kältemittel gemischt ist, in der Einlasskammer verflüssigt, und das verflüssigte Schmieröl dringt in einen Spalt zwischen dem Kolben und der inneren Umfangsoberfläche der Zylinderbohrung ein.

Der Spalt ist extrem eng, so dass das Schmieröl, das in den Spalt eingedrungen ist, den Gleitwiderstand des Kolbens aufgrund seiner Viskosität erhöht. Im schlimmsten Fall wird der Spalt von dem Schmieröl blockiert, was dazu führt, dass die Kammer, die auf der anderen Endseite des Kolbens angeordnet ist, auf eine luftdichte Weise abgedichtet wird. In diesem Fall, selbst wenn die elektromagnetische Kraft des Magneten in einem gewissen Maß geändert wird, bleibt der Kolben verklemmt, wobei damit die geschmeidige Öffnen-/Schließfunktion des Ven tilelements verhindert wird. Dies destabilisiert die Druckeinstellung in der Kurbelkammer, das heißt, die Steuerung der Auslasskapazität des Kompressors.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Kapazitäts-Steuerventil bereitzustellen, bei dem eine geschmeidige Öffnen-/Schließfunktion eines Ventilelementes desselben gewährleistet wird, selbst wenn das Kapazitäts-Steuerventil bei einem verstellbaren Kompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet wird.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Kapazitäts-Steuerventil gemäß Anspruch 1. Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.

Um die oben genannte Aufgabe zu lösen, weist ein Kapazitäts-Steuerventil gemäß der vorliegenden Erfindung auf: eine Ventileinheit, die in einen Strömungsweg eines Arbeitsfluids einzusetzen ist, wobei die Ventileinheit einen Ventildurchgang zum Verbinden eines stromaufwärtigen Abschnittes mit einem stromabwärtigen Abschnitt des Strömungsweges und ein Ventilelement zum Öffnen/Schließen des Ventildurchgangs aufweist; und eine Antriebseinheit zum Bewegen des Ventilelements, wobei die Antriebseinheit eine unmagnetische Kernführung, einen beweglichen Kern, der gleitbar in der Kernführung angeordnet ist, wobei der bewegliche Kern den Innenraum der Kernführung in eine erste Kammer in einem luftdichten Zustand und eine zweite Kammer in einem Zustand, in dem ein Einströmen des Arbeitsfluids unvermeidbar ist, auf beiden Seiten des beweglichen Kerns in Bezug auf eine axiale Richtung desselben unterteilt, eine Solenoidanordnung zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft, um den beweglichen Kern in einer Schließrichtung des Ventilelements zu bewegen, ein Übertragungselement zum mechanischen Übertragen der Bewegung des beweglichen Kerns auf das Ventilelement, und einen Verbindungsweg, der in dem beweglichen Kern und/oder der Kernführung ausgebildet ist, und der die erste und die zweite Kammer miteinander kommunizieren lässt.

Bei dem oben genannten Kapazitäts-Steuerventil kommunizieren die erste und die zweite Kammer über den Verbindungsweg miteinander, so dass es möglich ist, den luftdichten Zustand der ersten Kammer zu vermeiden. Demzufolge kann der bewegliche Kern geschmeidig in der Kernführung gleiten. Dies verbessert das Ansprechverhalten des beweglichen Kerns auf die elektromagnetische Kraft der Solenoidanordnung und gewährleistet eine stabile Öffnen-/Schließfunktion der Ventileinheit.

Im Speziellen in einem Fall, in dem das Kapazitäts-Steuerventil bei einem verstellbaren Kompressor für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet wird, enthält ein Kältemittel als das Arbeitsfluid Schmieröl. Wenn das Schmieröl in einen Spalt zwischen dem beweglichen Kern und einer inneren Umfangsoberfläche der Kernführung fließt, wirkt das Schmieröl, das eingedrungen ist, als ein Dichtungsölfilm, der die erste Kammer in einen luftdichten Zustand versetzt. Aufgrund des Verbindungsweges, der an dem beweglichen Kern vorgesehen ist, nimmt die erste Kammer jedoch nicht den luftdichten Zustand ein.

Genauer gesagt weist der bewegliche Kern einen gleitenden Umfangsabschnitt auf, der an einem Teil des beweglichen Kerns in Bezug auf die axiale Richtung desselben ausgebildet ist und auf einer inneren Umfangsoberfläche der Kernführung gleitet, und der verbleibende Umfangsabschnitt ist in einem Zustand außer Kontakt relativ zu der inneren Umfangsoberfläche der Kernführung. In diesem Fall ist bevorzugt, dass der bewegliche Kern einen Abschnitt großen Durchmessers, der an einem Ende der Seite der ersten Kammer angeordnet ist und als der gleitende Umfangsabschnitt dient, und einen Abschnitt kleinen Durchmessers, der sich von dem Abschnitt großen Durchmessers zu dem anderen Ende, das an der Seite der zweiten Kammer angeordnet ist, hin erstreckt und der kleiner als der Abschnitt großen Durchmessers ist, als den verbleibenden Umfangsabschnitt aufweist.

Der bewegliche Kern gleitet nur mit dem gleitenden Umfangsabschnitt desselben auf der inneren Umfangsoberfläche der Kern führung, wobei dabei der Gleitwiderstand des beweglichen Kerns drastisch reduziert wird und die geschmeidige Gleitbewegung des beweglichen Kerns gewährleistet wird. Selbst wenn Schmieröl in einen Spalt zwischen dem gleitenden Umfangsabschnitt des beweglichen Kerns und der inneren Umfangsoberfläche der Kernführung eintritt, wird das Schmieröl sofort zu der Seite des Abschnitts kleinen Durchmessers des beweglichen Kerns hin ausgestoßen, durch eine Druckzunahme in der ersten Kammer, wenn sich der bewegliche Kern zu der Seite der ersten Kammer hin bewegt.

Weiterhin ist, da ein ringförmiger Raum zwischen dem Abschnitt kleinen Durchmessers des beweglichen Kerns und der inneren Umfangsoberfläche der Kernführung ausgebildet ist, der ringförmige Raum als ein Teil des Verbindungsweges verwendbar.

In anderen Worten weist der Verbindungsweg ferner einen inneren Durchgang auf, der in dem beweglichen Kern ausgebildet ist, und ein Ende des inneren Durchgangs mündet in den ringförmigen Raum und das andere Ende in die erste Kammer. Im Speziellen weist der innere Durchgang eine axiale Durchgangsöffnung, die in die erste Kammer mündet, und eine radiale Durchgangsöffnung auf, welche die axiale Durchgangsöffnung und den ringförmigen Raum miteinander verbindet.

Wenn das Schmieröl in die erste Kammer fließt, leitet der innere Durchgang das Schmieröl in der ersten Kammer schnell durch den ringförmigen Raum in die zweite Kammer.

Ferner weist der Verbindungsweg vorzugsweise mindestes eine axiale Rille auf, die in einer äußeren Umfangsoberfläche des beweglichen Kerns ausgebildet ist. Die axiale Rille lässt die erste und die zweite Kammer miteinander kommunizieren und verhindert zuverlässig, dass die erste Kammer einen luftdichten Zustand einnimmt.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der beigefügten Zeichnungen. Von den Figuren zeigen:
1 eine Längs-Schnittansicht eines verstellbaren Kompressors, der ein Kapazitäts-Steuerventil aufweist;
2 eine vergrößerte Ansicht des Kapazitäts-Steuerventils von 1;
3 eine vergrößerte Ansicht eines Kolbens von 2; und
4 eine perspektivische Ansicht des Kolbens von 3.
Ein verstellbarer Kompressor, der in 1 gezeigt ist und der in eine Fahrzeug-Klimaanlage oder dergleichen eingebaut ist, komprimiert ein gasförmiges Kältemittel, das als ein Arbeitsfluid dient, und fördert das komprimierte Kältemittel über einen Kältemittel-Zirkulationsweg der Klimaanlage zu einem Kondensator. Das Kältemittel dieser Art enthält fein verteiltes Schmieröl, und solch ein Schmieröl wird zum Schmieren verschiedener Arten von beweglichen Bauteilen in dem Kompressor verwendet.
Der Kompressor weist ein zylindrisches Gehäuse 2 auf. Das Gehäuse 2 weist ein vorderes Gehäuse 4, ein zentrales Gehäuse 6 und ein hinteres Gehäuse 8 auf, und die Gehäuse sind durch eine Vielzahl von Kopplungsbolzen 10 aneinandergekoppelt.
Das zentrale Gehäuse 6 weist eine hohle Zylinderschale 12 auf, die sich von einer vorderen Endplatte 4 und einem Zylinderblock 14, der zwischen der Zylinderschale 12 und dem hinteren Gehäuse 8 angeordnet ist, wegerstreckt. Die Zylinderschale 12 und der Zylinderblock 14 sind integral ausgebildet, und die Zylinderschale 12 definiert eine Kurbelkammer 16 darin.
Eine Antriebswelle 18 ist konzentrisch in der Kurbelkammer 16 angeordnet. Die Antriebswelle 18 wird von dem vorderen Gehäuse 4 und dem Zylinderblock 14 durch Lager 20 bzw. 22 drehbar gehalten.
Wie anhand von 1 ersichtlich ist, weist das vordere Gehäuse 4 einen Vorsprung 24 auf. Der Vorsprung 24 ragt nach außen hervor, und ein Dichtungselement 26 ist an der Innenseite des Vorsprungs 24 angeordnet. Die Antriebswelle 18 durchdringt mit einem Endabschnitt das Dichtungselement 26 und ragt aus dem Vorsprung 24 heraus.
Eine Kraftübertragungsscheibe 28 steht mit dem einen Ende oder hervorstehenden Ende der Antriebswelle 18 in verzahntem Eingriff. Der verzahnte Eingriff bewirkt, dass sich die Antriebswelle 18 und die Kraftübertragungsscheibe 28 integral miteinander drehen. Das hervorstehende Ende der Antriebswelle 18 weist ein Außengewinde an einer äußeren Umfangs-Oberfläche davon auf, und eine Mutter 30 ist an dem Außengewinde befestigt. Die Mutter 30 verhindert, dass sich die Kraftübertragungsscheibe 28 in einer axialen Richtung derselben in Bezug auf die Antriebswelle 18 bewegt.
Eine Riemenscheibe 34 wird von einer äußeren Umfangs-Oberfläche des Vorsprungs 24 über ein Lager 32 drehbar gehalten. Die Riemenscheibe 34 ist an eine äußere Umfangskante der Kraftübertragungsscheibe 28 durch eine Vielzahl von Kopplungsbolzen 36 gekoppelt. Wenn die Riemenscheibe 34 gedreht wird, bringt diese die Antriebswelle 18 über die Kraftübertragungsscheibe 28 in der gleichen Richtung in Drehbewegung.
In Fällen, in denen der Kompressor bei einer Fahrzeug-Klimaanlage verwendet wird, wird die Riemenscheibe 34 von einem Fahrzeug-Motor über einen endlosen Antriebsriemen angetrieben.
In der Kurbelkammer 16 ist eine Taumelscheibe 38 angeordnet, und die Taumelscheibe 38 ist über eine Kupplung 40 und einen Rotor 42 an die Antriebswelle 18 gekoppelt. Der Rotor 42 ist auf der Antriebswelle 18 montiert, um integral mit der Antriebswelle 18 zu rotieren. Der Rotor 42 wird von einer inneren Endoberfläche des vorderen Gehäuses 4 über ein Axiallager 44 drehbar gehalten.
Die Kupplung 40 steht derart mit dem Rotor 42 in Eingriff, um ein Neigen der Taumelscheibe 38 zuzulassen. Zwischen dem Rotor 42 und der Kupplung 40 ist eine Kompressions-Schraubenfeder 46 angeordnet. Die Kompressions-Schraubenfeder 46 umschließt die Antriebswelle 18 und drückt die Kupplung 40 in Richtung zu dem Zylinderblock 14.
Demgemäß wird die Taumelscheibe 38 von der Kompressions-Schraubenfeder 46 in solch eine Richtung gezwungen, dass die Taumelscheibe 38 eine senkrechte Haltung relativ zu der Antriebswelle 18 aufweist.
Der Zylinderblock 14 weist eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 48 auf, und die Zylinderbohrungen 48 sind um eine Achse der Antriebswelle 18 in regelmäßigen Abständen angeordnet. In die Zylinderbohrungen 48 sind jeweils Kolben 50 eingesetzt. Bei jedem Kolben 50 ist ein Ende als eine Gleitkörperaufnahme 52 ausgebildet, und das andere Ende des Kolbens 50 unterteilt die entsprechende Zylinderbohrung 48 in eine Kompressionskammer.
Die Gleitkörperaufnahme 52 ragt aus dem Zylinderblock 14 in die Kurbelkammer 16 heraus, und hält ein Paar von Gleitkörpern 54 in dem Innenraum derselben. Die Gleitkörper 54 halten gleitbar eine äußere Umfangskante der Taumelscheibe 38. Demgemäß wird, wenn die Taumelscheibe 38 mit der Antriebswelle 18 gedreht wird, die Drehung der Taumelscheibe 38 in eine Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 50 umgewandelt, und ein wechselseitiger Hub des Kolbens 50 wird durch einen Neigungswinkel der Taumelscheibe 38 bestimmt.
Das hintere Gehäuse 8 definiert jeweils eine Ansaugkammer 56 und eine Auslasskammer 58 in demselben. Genauer gesagt ist die Auslasskammer 58 im Zentrum des hinteren Gehäuses 8 positio niert und mit dem Kondensator der Fahrzeug-Klimaanlage verbunden. Die Ansaugkammer 56 ist in einer ringförmigen Form ausgebildet, welche die Auslasskammer 58 umgibt, und ist mit einem Verdampfer der Klimaanlage über den Kältemittel-Zirkulationsweg verbunden.
Zwischen dem Zylinderblock 14 und dem hinteren Gehäuse 8 ist eine Ventilplatte 60 eingebettet. Die Ventilplatte 60 weist ein Ansaugloch 62 und ein Auslassloch 64 für jede Zylinderbohrung 84, das heißt für jede Kompressionskammer, auf. Ferner sind an der Ventilplatte 60 jeweils ein Ansaugventil und ein Auslassventil zum Öffnen/Schließen des Ansaugloches 62 bzw. des Auslassloches 64 angebracht.
Auch wenn die Ansaug- und Auslassventile in 1 nicht gezeigt sind, sind die Ansaug- und Auslassventile jeweils als Blattventile ausgebildet, und werden ansprechend auf die Hin- und Herbewegung der entsprechenden Kolben 50, das heißt die Zunahme und Abnahme des Volumens der entsprechenden Kompressionskammern, geöffnet/geschlossen. Demgemäß werden die Prozesse des Ansaugens, Komprimierens und Ausstoßens des Kältemittels in jeder Kompressionskammer kontinuierlich durchgeführt, während sich die Antriebswelle 18 dreht. In 1 ist nur ein Ventilanschlag 66 zur Begrenzung der maximalen Öffnung des Auslassventils dargestellt. Der Ventilanschlag 66 ist an die Ventilplatte 60 zusammen mit den Ansaug- und Auslassventilen mittels eines Befestigungsbolzens 70 befestigt.
Ein Ansatzabschnitt 72 ist derart in dem hinteren Gehäuse 8 integral ausgebildet, dass er nach außen herausragt. Der Ansatzabschnitt 72 weist ein zylindrisches Ventileinbauloch 74 auf. Das Ventileinbauloch 74 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Antriebswelle 18, und zwar in einer vertikalen Richtung. Ein oberes Ende des Ventileinbaulochs 74 ist offen, und ein unteres Ende desselben mündet in die Ansaugkammer 56.
In das Ventileinbauloch 74 ist ein Kapazitäts-Steuerventil 76 eingepasst. Das Steuerventil 76 hat die Funktion, eine Einströmmenge des Kältemittels von der Auslasskammer 58 in die Kurbelkammer 16 zu steuern, wodurch der Druck in der Kurbelkammer 16 von dem Steuerventil 76 variiert wird. Der Druck in der Kurbelkammer 16 bestimmt den Neigungswinkel der Taumelscheibe 38 und somit die wechselseitigen Hübe der Kolben 50, wodurch die Kapazität des Kompressors gesteuert wird.
Der Zylinderblock 14 weist eine zentrale Bohrung 78 für das Lager 22 auf, und das Lager 22 ist an einem Ende der zentralen Bohrung 78 angeordnet. Die zentrale Bohrung 78 bildet eine Kammer 80 zwischen dem Lager 22 und der Ventilplatte 60. Der Zylinderblock 14 weist ferner eine Ausnehmung 82 auf, die sich von der Kammer 80 in der radialen Richtung derselben entlang der Ventilplatte 60 nach außen erstreckt. Die Ventilplatte 60 ist mit einer Öffnung 84 versehen, um die Ausnehmung 82 und die Ansaugkammer 56 miteinander zu verbinden. Demgemäß ist die Kurbelkammer 16 über einen inneren Durchgang des Lagers 22, die Kammer 80, die Ausnehmung 82 und die Öffnung 84 mit der Ansaugkammer 56 verbunden.
2 zeigt die Details des Kapazitäts-Steuerventils 76.
Das Steuerventil 76 weist allgemein eine Ventileinheit 86 und eine elektromagnetische Antriebseinheit 88 auf, und die Ventileinheit 86 ist in dem Ventileinbauloch 74 untergebracht. Insbesondere weisen die Einheiten 86 und 88 ein Ventilgehäuse 90 bzw. ein Solenoidgehäuse 92 auf. Die Gehäuse 90, 92 sind jeweils in einer zylindrischen Form ausgebildet und derart miteinander verbunden, dass ein oberes Ende des Ventilgehäuses 90 mit einem unteren Ende des Solenoidgehäuses 92 zusammenpasst, wie es in 2 dargestellt ist.
Das untere Ende des Solenoidgehäuses 92 ist mit dem Ventilgehäuse 90 in das Ventileinbauloch 74 eingesetzt. Das Solenoidgehäuse 92 weist außerhalb des Ventileinbaulochs 74 einen Befestigungsflansch 94 auf. Das Steuerventil 76 ist mittels dem Be festigungsflansch 94 und einem Bolzen 96 in den Ansatzabschnitt 72 des hinteren Gehäuses 8 eingesetzt (Bezugnahme auf 1).
Ein Dichtungsring 96 ist zwischen dem unteren Ende des Solenoidgehäuses 92 und einer inneren Umfangsoberfläche des Ventileinbaulochs 74 angeordnet. Dichtungsringe 98 und 100 sind auch zwischen einem oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 90 und der inneren Umfangsoberfläche des Ventileinbaulochs 74 vertikal angeordnet.
Außerhalb des Ventilgehäuses 90 ist eine ringförmige Kammer 102 zwischen den Dichtungsringen 96 und 98, und eine ringförmige Kammer 104 zwischen den Dichtungsringen 98 und 100 ausgebildet. Die obere ringförmige Kammer 102 kommuniziert mit der Auslasskammer 58 über ein Verbindungsloch 106, und weist einen Filter 108 darin auf. Das Verbindungsloch 106 ist in einer Unterteilungswand des hinteren Gehäuses 8 ausgebildet. Die Unterteilungswand trennt die Auslasskammer 58 und das Ventileinbauloch 74 voneinander.
Die untere ringförmige Kammer 104 kommuniziert mit der Kurbelkammer 16 über einen Verbindungsdurchgang 110. Der Verbindungsdurchgang 110 ist entweder in dem Gehäuse 2 des Kompressors ausgebildet oder als ein Rohr, das sich außerhalb des Gehäuses 2 erstreckt, ausgebildet.
In dem oberen Abschnitt des Ventilgehäuses 90 ist ein gestuftes Loch 112 ausgebildet und das gestufte Loch 112 ist an dem oberen Ende des Ventilgehäuses 90 geöffnet. Ein fixierter Kern 114 der elektromagnetischen Antriebseinheit 88 ist durch eine Dichtung in das gestufte Loch 112 eingesetzt. Das heißt, der fixierte Kern 114 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und weist einen unteren Endabschnitt mit einer Stufe auf, die in das gestufte Loch 112 passt, wobei der untere Endabschnitt als ein Stopfen ausgebildet ist, der das obere Ende des gestuften Lochs 112 blockiert.
Das untere Ende des fixierten Kerns 114 bildet in dem gestuften Loch 112 eine Ventilkammer 116. Die Ventilkammer 116 ist mit der oberen ringförmigen Kammer 102 über eine Vielzahl von Einlass-Durchgangsöffnungen 118 verbunden, und die Einlass-Durchgangsöffnungen 118 sind in dem Ventilgehäuse 90 ausgebildet. Demgemäß ist die Ventilkammer 116 über die Einlass-Durchgangsöffnungen 118, die ringförmige Kammer 102, den Filter 108 und das Verbindungsloch 106 ständig mit der Auslasskammer 58 verbunden, um dadurch den Druck der Auslasskammer 58, und somit einen Auslassdruck des Kältemittels aufzunehmen. Der Filter 108 verhindert, dass Fremdstoffe von der Auslasskammer 58 in die Ventilkammer 116 fließen.
Ein Schaftloch 120 ist konzentrisch in dem Ventilgehäuse 90 ausgebildet, um sich von der Ventilkammer 116 zu einer druckempfindlichen Kammer 122 zu erstrecken. Die druckempfindliche Kammer 122 ist in dem unteren Endabschnitt des Ventilgehäuses 90 ausgebildet und mit der Ansaugkammer 56 verbunden.
Genauer gesagt ist der untere Endabschnitt des Ventilgehäuses 90 als ein gestufter Abschnitt ausgebildet, der sich zu dem unteren Ende des Ventileinbaulochs 74 hin verjüngt. Folglich wird ein ringförmiger Raum 124 zwischen dem unteren Endabschnitt des Ventilgehäuses 90 und der inneren Umfangsoberfläche des Ventileinbaulochs 74 freigehalten. Ferner ist das Ventilgehäuse 90 mit einem Loch 126 versehen zum Verbinden des ringförmigen Spaltes 124 mit der druckempfindlichen Kammer 122. Dies ermöglicht der druckempfindlichen Kammer 122, den Druck in der Ansaugkammer 56 (Ventileinbauloch 74), oder einen Ansaugdruck des Kältemittels, über den ringförmigen Raum 124 und das Loch 126 aufzunehmen.
Ein Ventilschaft 128 ist gleitbar in das Schaftloch 120 eingesetzt. Der Ventilschaft 128 erstreckt sich nach oben, wobei er durch die Ventilkammer 116 läuft, und ein oberer Endabschnitt des Ventilschafts 128 ist gleitbar in dem unteren Endabschnitt des fixierten Kerns 114 eingesetzt. Das untere Ende des Ventilschafts 128 ragt in die druckempfindliche Kammer 122.
Ein Ventilelement 130 ist in der Ventilkammer 116 angeordnet, wobei das Ventilelement 130 integral auf dem Ventilschaft 128 ausgebildet ist. Insbesondere ist das Ventilelement 130 als Flansch ausgebildet, der an dem Ventilschaft 128 vorgesehen ist. Der Ventilschaft 128 weist Abschnitte mit kleinem Durchmesser 128a und 128b auf, die oberhalb bzw. unterhalb des Ventilelements 130 angeordnet sind.
Der untere Abschnitt mit kleinem Durchmesser 128b erstreckt sich in Richtung zu der druckempfindlichen Kammer 122 mit einer vorgegebenen Länge, um dabei einen ringförmigen Ventildurchgang 132 zwischen dem Ventilschaft 128 und einer inneren Umfangsoberfläche des Schaftlochs 120 zu bilden. Bei dem Ventildurchgang 132 ist folglich ein oberes Ende als eine Ventilöffnung 133 ausgebildet, die durch das Ventilelement 130 geöffnet/geschlossen wird, und die Ventilöffnung 133 weist an einer äußeren Umfangskante derselben einen Ventilsitz für das Ventilelement 130 auf.
Die Abschnitte mit kleinem Durchmesser 128a und 128b haben den gleichen äußeren Durchmesser, und der Ventilschaft 128 weist an beiden axialen Seiten desselben im wesentlichen den gleichen Druck-aufnehmenden Bereich auf. Folglich wirkt der Auslassdruck in der Ventilkammer 116 praktisch nicht auf den Ventilschaft 128 in einer Richtung, in der das Ventilelement 130 geschlossen wird.
Ferner sind in dem Ventilgehäuse 90 eine Vielzahl von Auslass-Durchgangsöffnungen 134 ausgebildet, so dass die Auslass-Durchgangsöffnungen 134 den Ventildurchgang 132 und die ringförmige Kammer 104 miteinander verbinden. Demgemäß ist der Ventildurchgang 132 über die Auslass-Durchgangsöffnungen 134, die ringförmige Kammer 104 und den Verbindungsdurchgang 110 mit der Kurbelkammer 16 verbunden.
In der druckempfindlichen Kammer 122 ist ein Balg 136 angeordnet. Der Balg 136 weist einen oberen Sitz 138 und einen unteren Sitz 140 auf, und ist derart ausgebildet, dass der Innenraum desselben als eine Vakuumkammer wirkt. In der Vakuumkammer ist eine Balgfeder 142 zwischen dem oberen Sitz 138 und dem unteren Sitz 140 angeordnet. Die Balgfeder 142 wird durch eine Kompressions-Schraubenfeder gebildet und zwingt den Balg 136 in eine sich ausdehnende Richtung.
Eine hohle zylindrische Führung 144 erstreckt sich von dem unteren Sitz 140 nach außen. Die zylindrische Führung 144 ist gleitbar in ein Führungsloch 148 oder eine Kappe 146 eingepasst. Die Kappe 146 bildet einen Teil des Ventilgehäuses 90, das heißt das untere Ende der druckempfindlichen Kammer 122.
Darüber hinaus ist eine Ventilfeder 150 in dem Führungsloch 148 untergebracht. Die Ventilfeder 150 wird auch durch eine Kompressions-Schraubenfeder gebildet, und ist zwischen dem unteren Sitz 140 und dem unteren Ende des Führungslochs 148 angeordnet. Die Ventilfeder 150 drückt den Balg 136 nach oben, um dadurch den oberen Sitz 138 des Balgs 136 in Kontakt mit dem unteren Ende des Ventilschafts 122 zu bringen. Folglich zwingt die Ventilfeder 150 das Ventilelement 130 über den Balg 136 und den Ventilschaft 122 in eine Öffnungsrichtung. Wie anhand von 2 offensichtlich ist, ist die Kappe 146 in ein Innengewinde 152 des Ventilgehäuses 90 eingeschraubt.
Der fixierte Kern 114 weist ein zentrales Loch im Zentrum desselben auf. Das zentrale Loch erstreckt sich durch den fixierten Kern 114 koaxial mit dem Ventilschaft 128. Eine Antriebsstange 154 ist in das zentrale Loch eingepasst, und ein vorgegebener Spalt 156 wird zwischen der Antriebsstange 154 und der inneren Umfangsoberfläche des zentralen Lochs freigehalten. Folglich ist die Antriebsstange 154 in einem berührungsfreien Zustand relativ zu dem fixierten Kern 114.
Ein oberer Endabschnitt der Antriebsstange 154 steht nach oben von dem fixierten Kern 114 hervor, und hat einen geringfügig größeren Durchmesser als das zentrale Loch. Ein Eisenkolben 158, der als ein beweglicher Kern dient, ist an dem oberen End abschnitt der Antriebsstange 154 befestigt. Der Kolben 158 hat eine zylindrische Form und ist koaxial zu dem fixierten Kern 114 angeordnet.
Der fixierte Kern 114 und der Kolben 158 sind von einer Kolbenführung 160 umgeben, die aus nichtmagnetischem Material gefertigt ist. Die Kolbenführung 160 ist als ein Hohlzylinder ausgebildet, und weist ein geschlossenes oberes Ende und ein offenes unteres Ende auf. Das untere Ende der Kolbenführung 160 ist an dem Solenoidgehäuse 92 befestigt.
Zwischen dem oberen Ende der Kolbenführung 160 und dem fixierten Kern 114 ist ein Raum freigehalten, um es dem Kolben 158 zu erlauben, sich in einer axialen Richtung zu bewegen. Die Kolbenführung 160 hat einen inneren Durchmesser, der im Wesentlichen gleich einem äußeren Durchmesser des fixierten Kerns 114 und dem des Kolbens 158 ist. Folglich gleitet der Kolben 158, wenn der Kolben 158 sich in einer axialen Richtung bewegt, auf einer inneren Umfangsoberfläche der Kolbenführung 160. Der Kolben 158 unterteilt den Raum in eine Kammer 161 zwischen dem Kolben 158 und dem fixierten Kern 114, und eine Kammer 163 zwischen dem oberen Ende der Kolbenführung 160 und dem Kolben 158.
In der Kammer 163, das heißt zwischen dem oberen Ende der Kolbenführung 160 und dem Kolben 158, ist eine Kolbenfeder 162 angeordnet. Die Kolbenfeder 162 wird durch eine Kompressions-Schraubenfeder gebildet, und drückt den Kolben 158 nach unten. Demgemäß wird die Antriebsstange 154 mit dem Kolben 158 ebenfalls nach unten gedrückt, und das untere Ende der Antriebsstange 154 wird in Kontakt mit dem oberen Ende des Ventilschafts 128 gebracht, wie in 2 dargestellt ist. Genauer gesagt ist an dem unteren Ende der Antriebsstange 154 ein sich verjüngendes Aufnahmeloch ausgebildet, und das obere Ende des Ventilschafts 128 ist als ein außengewölbtes sich verjüngendes Ende ausgebildet, das dem sich verjüngenden Aufnahmeloch der Antriebsstange 154 entspricht. Demgemäß ist das außengewölbte sich verjüngende Ende des Ventilschafts 128 in das sich verjüngende Aufnahmeloch der Antriebsstange 154 eingepasst.
In dem Solenoidgehäuse 92 ist eine Solenoidanordnung 165 untergebracht, und die Solenoidanordnung 165 weist einen Magneten 164 auf, der die Kolbenführung 160 umgibt. Wenn er angeregt wird, übt der Magnet 164 eine elektromagnetische Kraft auf den Kolben 158 aus. Die elektromagnetische Kraft bewirkt ein Herunterdrücken des Kolbens 158, wobei dabei der Ventilschaft 128 über die Antriebsstange 154 des Kolbens 158 nach unten gedrückt wird, wobei dabei der Zwangskraft der Ventilfeder 150 und dem Balg 138 widersetzt wird. Demgemäß wird das Ventilelement 130 geschlossen, wie in 2 gezeigt ist.
Das Schließen des Ventilelements 130 blockiert die Durchgänge 106, 102, 118, 116, 132, 134, 104 und 110, welche die Auslasskammer 58 und die Kurbelkammer 16 miteinander verbinden. Daraus folgt, dass Kältemittel nicht von der Auslasskammer 58 zu der Kurbelkammer 16 gefördert wird, und das Kältemittel in der Kurbelkammer 16 in die Ansaugkammer 56 ausgelassen wird. Dies verringert den Druck in der Kurbelkammer 16 und erhöht die wechselseitigen Hübe der Kolben 50 oder die Auslassmenge des Kompressors.
Die Zunahme der Auslassmenge lässt den Druck in der Ansaugkammer 58 oder der druckempfindlichen Kammer 122 abnehmen. Der Balg 136 expandiert dann, und erhöht dadurch die Zwangskraft des Balgs 136, welche in die Richtung zum Öffnen des Ventilelements 130 wirkt. Folglich wird das Öffnen des Ventilelements 130 durch die elektromagnetische Kraft und den Druck in der Ansaugkammer 58 bestimmt.
Da die Kappe 146 in das Innengewinde 152 des Ventilgehäuses 90 eingeschraubt ist, wie oberhalb erwähnt wurde, kann eine vorgegebene Last des Balgs 136, insbesondere der Balgfeder 142, die darin angeordnet ist, durch Variieren einer Einschraublänge der Kappe 146 eingestellt werden. Demgemäß wird der Druck in der Ansaugkammer 56, der das Öffnen des Ventilelements 130 steuert, in erster Linie von einem elektrischen Stromwert bestimmt, der an den Magneten 164 geliefert wird, praktisch ohne von dem Auslassdruck beeinflusst zu werden.
Wenn der Magnet 164 angeregt ist, wird das Ventilelement 130 durch Aufnehmen der Zwangskraft der Ventilfeder 150 und des Balgs 136 geöffnet. In diesem Fall wird das Kältemittel von der Auslasskammer 58 durch die oben genannten Durchgänge zu der Kurbelkammer 16 gefördert, wodurch der Druck in der Kurbelkammer 16 erhöht wird. Daraus folgt, dass die wechselseitigen Hübe der Kolben 50, und somit die Auslassmenge des Kompressors, verringert werden.
Die Zwangskraft der Ventilfeder 150 ist angemessen größer als diejenige der Kolbenfeder 162. Aus diesem Grund wird, selbst wenn der Balg 136 in einem vollständig zusammengezogenen Zustand ist, wenn der Magnet 164 einmal entmagnetisiert ist, das Ventilelement 130 zwangsweise geöffnet, wodurch die Auslassmenge des Kompressors minimiert wird.
Wie in 2 dargestellt ist, sind die druckempfindliche Kammer 122 und der Spalt 156 in dem fixierten Kern 114 miteinander über einen Verbindungsweg verbunden. Insbesondere weist der Verbindungswege einen axialen Durchgang 166 auf, der in dem Ventilgehäuse 90 ausgebildet ist, und der axiale Durchgang 166 erstreckt sich von der druckempfindlichen Kammer 122 zu einer ringförmigen Kammer 168, die an einer oberen Endseite des Ventilgehäuses 90 angeordnet ist. Die ringförmige Kammer 168 ist zwischen dem Ventilgehäuse 90 und dem fixierten Kern 114 ausgebildet. Ferner ist in dem fixierten Kern 114 ein radiales Loch 170 zum Verbinden der ringförmigen Kammer 168 mit dem Spalt 156 ausgebildet. Folglich fließt Kältemittel in der druckempfindlichen Kammer 122 durch den Verbindungsweg in den Spalt 156 und fließt dann von dem Spalt 156 in die Kammer 161 der Kolbenführung 160.
Das Kältemittel hohen Druckes in der Ventilkammer 116 entweicht auch in den Spalt 156 durch einen Spalt zwischen dem Ventilschaft 128 und der inneren Umfangsoberfläche des zentralen Lochs in dem fixierten Kern 114. Jedoch ist eine Verlustmenge durch Undichtigkeit von solch einem Kältemittel hohen Druckes extrem gering, so dass der Druck in dem Spalt 156 nicht durch das Entweichen des Kältemittels hohen Druckes beeinflusst wird. Darüber hinaus fließt das Kältemittel hohen Druckes, das aufgrund einer Undichte in den Spalt 156 entwichen ist, über den Verbindungsweg in die druckempfindliche Kammer 122, und wird dann von der druckempfindlichen Kammer 122 zurück zu der Ansaugkammer 56 geführt.
3 ist eine vergrößerte Ansicht des Kolbens 158.
Der Kolben 158 weist eine Durchgangsöffnung 172 im Zentrum desselben auf. Der obere Endabschnitt der Antriebsstange 154 ist in einen unteren Endabschnitt der Durchgangsöffnung 172 eingesetzt, und die Antriebsstange 154 ist integral mit dem Kolben 158 verbunden.
Ein oberer Abschnitt der Durchgangsöffnung 172 ist als eine Feder-unterbringende Kammer 174 ausgebildet, die mit der Kammer 163 der Kolbenführung 160 kommuniziert, und die Kolbenfeder 162 ist in der Feder-unterbringenden Kammer 174 aufgenommen.
Der Kolben 158 weist einen Abschnitt großen Durchmessers 176 an einem oberen Ende desselben auf, und gleitet nur mit dem Abschnitt großen Durchmessers 176 auf der inneren Umfangsoberfläche der Kolbenführung 160. Insbesondere weist der Kolben 158 einen Abschnitt kleinen Durchmessers 178 an einer unteren Seite des Abschnitts großen Durchmessers 176 auf, der einen kleineren Durchmesser als der Abschnitt großen Durchmessers 176 hat. Zwischen einer äußeren Umfangsoberfläche des Abschnitts kleinen Durchmessers 178 und der inneren Umfangsoberfläche der Kolbenführung 160 wird ein ringförmiger Raum 180 freigehalten.
In der axialen Richtung des Kolbens 158 ist der Abschnitt großen Durchmessers 176 entsprechend kurz, verglichen mit dem Abschnitt kleinen Durchmessers 178, und der Kolben 158 hat einen kleinen Gleitwiderstand. Ferner ist wünschenswert, dass der ringförmige Raum 180 so klein wie möglich ist, um eine Beeinflussung eines magnetischen Kreises, der zwischen dem fixierten Kern 114 und dem Kolben 158 gebildet wird, zu vermeiden.
Ferner ist ein Paar von radialen Durchgangsöffnungen 182 in dem Abschnitt kleinen Durchmessers 178 des Kolbens 158 ausgebildet. Die radialen Durchgangsöffnungen 182 sind separat voneinander in diametraler Richtung des Kolbens 158 angeordnet und verbinden die Feder-unterbringende Kammer 174 und den ringförmigen Raum 180 miteinander. Insbesondere sind die radialen Durchgangsöffnungen 182 benachbart zu dem Abschnitt großen Durchmessers 176 angeordnet.
Der ringförmige Raum 180 und die radialen Durchgangsöffnungen 182 verbinden die Kammern 161 und 163 in der Kolbenführung 160, so dass die Kammer 163 niemals in einen luftdichten Zustand gebracht wird. Folglich, selbst wenn Kältemittel von dem Spalt 154 in dem fixierten Kern 114 durch die Kammer 161 und den ringförmigen Raum 180 fließt, um zwischen den Abschnitt großen Durchmessers 176 des Kolbens 158 und der inneren Umfangsoberfläche der Kolbenführung 160 einzutreten, nimmt die Kammer 163 aufgrund des Schmieröls, das in dem Kältemittel enthalten ist, nicht einen luftdichten Zustand an. Dies ermöglicht, den Kolben 158 geschmeidig zu bewegen und die verlässliche Öffnen/Schließ-Funktion des Ventilelements 130 zu gewährleisten.
Ferner ist, wie anhand von 4 offensichtlich ist, ein Paar von axialen Rillen 184 in der äußeren Umfangsoberfläche des Kolbens 158 ausgebildet. Die axialen Rillen 184 erstrecken sich von der oberen Endoberfläche des Kolbens 158 zu dem unteren verjüngten Endabschnitt des Kolbens 158. Die radialen Durchgangsöffnungen 182 münden in die entsprechenden unteren Enden der axialen Rillen 184.
Die axialen Rillen 184 erhöhen eine Querschnittsfläche der Durchgänge, welche die Kammern 161 und 163 miteinander verbinden. Ferner können eine oder mehr als zwei axiale Rillen 184 vorgesehen sein.
Ferner können die Durchgänge, welche die Kammern 161 und 163 verbinden, in der Kolbenführung 160 ausgebildet sein.

Claims

Kapazitäts-Steuerventil mit: einer Ventileinheit (86), die in einen Strömungsweg eines Arbeitsfluids einzusetzen ist, wobei die Ventileinheit (86) einen Ventildurchgang (132) zum Verbinden eines stromaufwärtigen Abschnittes mit einem stromabwärtigen Abschnitt des Strömungsweges und ein Ventilelement (128, 130) zum Öffnen/Schließen des Ventildurchgangs (132) aufweist; und einer Antriebseinheit (88), die mit der Ventileinheit (86) verbunden ist und das Ventilelement (128, 130) bewegt, wobei die Antriebseinheit (88) eine unmagnetische Kernführung (160), die sich in einer Bewegungsrichtung des Ventilelements (128, 130) erstreckt, einen beweglichen Kern (158), der gleitbar in der Kernführung (160) angeordnet ist, wobei der bewegliche Kern (158) den Innenraum der Kernführung (160) in eine erste Kammer (163) in einem luftdichten Zustand und eine zweite Kammer (161) auf beiden Seiten des beweglichen Kerns (158) in Bezug auf eine axiale Richtung desselben unterteilt, wobei die zweite Kammer (161) auf der Seite der Ventileinheit (86) angeordnet ist, eine Solenoidanordnung (165) zum Erzeugen einer elektromagnetischen Kraft, um den beweglichen Kern (158) in einer Schließrichtung des Ventilelements (128, 130) zu bewegen, und ein Übertragungselement (154) zum mechanischen Übertragen der Bewegung des beweglichen Kerns (158) auf das Ventilelement (128, 130) aufweist; wobei das Kapazitäts-Steuerventil dadurch gekennzeichnet ist, dass: die Antriebseinheit (88) ferner einen Verbindungsweg (174, 182, 180, 184) aufweist, der in dem beweglichen Kern (158) und/oder der Kernführung (160) ausgebildet ist und der die erste Kammer (163) und die zweite Kammer (161) miteinander kommunizieren lässt.
Ventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kern (158) einen gleitenden Umfangsabschnitt (176) aufweist, der an einem Teil des beweglichen Kerns (158) in Bezug auf die axiale Richtung desselben ausgebildet ist und auf einer inneren Umfangsoberfläche der Kernführung (160) gleitet, und der verbleibende Umfangsabschnitt (178) ist in einem berührungsfreien Zustand relativ zu der inneren Umfangsoberfläche der Kernführung (160).
Ventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der bewegliche Kern (158) einen Abschnitt großen Durchmessers (176), der an einem Ende der Seite der ersten Kammer (163) angeordnet ist und als der gleitende Umfangsabschnitt dient, und einen Abschnitt kleinen Durchmessers (178), der sich von dem Abschnitt großen Durchmessers (176) zu dem anderen Ende der Seite der zweiten Kammer (161) hin erstreckt und der kleiner als der Abschnitt großen Durchmessers (176) ist, als den verbleibenden Umfangsabschnitt aufweist, und dass der Verbindungsweg einen ringförmigen Raum (180) aufweist, der zwischen dem Abschnitt kleinen Durchmessers (178) und der inneren Umfangsoberfläche der Kernführung (160) ausgebildet ist.
Ventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsweg ferner einen inneren Durchgang (174, 182) aufweist, der in dem beweglichen Kern (158) ausgebildet ist, und dass ein Ende des inneren Durchgangs (174, 182) in den ringförmigen Raum (180) und das andere Ende in die erste Kammer (163) mündet.
Ventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der innere Durchgang eine axiale Durchgangsöffnung (174), die in die erste Kammer (163) mündet, und eine radiale Durchgangsöffnung (182) aufweist, welche die axiale Durchgangsöffnung (174) und den ringförmigen Raum (180) miteinander verbindet.
Ventil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungsweg mindestens eine axiale Rille (184) aufweist, die in einer äußeren Umfangsoberfläche des beweglichen Kerns (158) ausgebildet ist, wobei die axiale Rille (184) die erste Kammer (163) und die zweite Kammer (161) miteinander kommunizieren lässt.
Ventil nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die radiale Durchgangsöffnung (182) mit einem Ende in ein unteres Ende der axialen Rille (184) mündet.
Ventil nach irgendeinem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Strömungsweg eine Auslasskammer (58) und eine Taumelscheibenkammer (16) eines verstellbaren Kompressors miteinander verbindet, und dass das Arbeitsfluid ein Kältemittel ist, das Schmieröl enthält.
Ventil nach Anspruch 8, wobei das Ventil ferner einen Weg (74, 122, 156, 166, 168, 170) aufweist, der die zweite Kammer (161) und eine Ansaugkammer (56) des Kompressors miteinander verbindet.