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Die vorliegende Erfindung betrifft ein in einem Verdichter verwendetes Sperrventil.
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Ein Verdichter der Art mit variabler Kapazität ist bekannt. Dieser Verdichter hat an einem Abgabedurchtritt ein Sperrventil. Wenn in dem Verdichter mit dem Sperrventil ein Kältemittel unter Hochdruck von einem Abgabeanschluss zu einer Abgabekammer abgegeben wird, während ein Abgabeventil weggeschoben wird, ist es wahrscheinlich, dass das Kältemittelgas eine Schwankung erzeugt. Wenn ein Ventilelement des Sperrventils durch das schwankende Kältemittelgas gedrückt wird, wird das Ventilelement zum Schwingen gebracht und das durch diese Schwingung des Ventilelements verursachte Geräusch breitet sich durch einen externen Kältemittelkreislauf nach außen aus, was ein unerwünschtes Geräusch verursachen kann.
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Die Druckschrift
JP 2000-346217 A offenbart einen Verdichter mit einem Sperrventil. Dieses Sperrventil hat ein Ventilgehäuse, das einen Verbindungsanschluss aufweist. Eine Öffnungsfläche des Verbindungsanschlusses ist kleiner als proportional zu einer Hublänge eines Ventilelements, das sich in einer Richtung weg von einem Ventilsitz bewegt. Diese Druckschrift beschreibt, dass ein Auftreten einer durch ein wiederholtes Öffnen und Schließen des Ventilelements (Pendelerscheinung) verursachten Schwingung unterdrückt ist, wenn die Hublänge klein ist, da eine große Menge eines Fluids in einem Strömungspfad nicht ausströmt, und dass es daher weniger wahrscheinlich ist, dass das abnormale Geräusch und die Schwingung auftritt, und dass der Druckverlust ebenfalls reduziert werden kann.
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Wenn eine Strömungsrate eines Kältemittels ausgesprochen niedrig ist, wird es schwierig, die Pendelerscheinung des Ventilelements zu unterdrücken. Entsprechend ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Sperrventil für einen Verdichter bereit zu stellen, in dem die Pendelerscheinung eines Ventilelements ausreichend unterdrückt werden kann, und der Betrieb des Ventilelements weiter stabilisiert werden kann.
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Ein Sperrventil für einen Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung hat: einen Ventilsitz, der an einem Kältemittelströmungspfad eines Verdichters angeordnet ist und eine Ventilbohrung aufweist, durch die ein Kältemittel durchtritt; ein Ventilelement, das in einer Richtung, in der es den Ventilsitz berührt und diesen verlässt, beweglich ist; ein Vorspannelement zum Vorspannen des Ventilelements in eine Richtung, in der das Ventilelement nahe an den Ventilsitz gerät; ein Ventilgehäuse, in dem eine Ventilkammer in Verbindung mit der Ventilbohrung ausgebildet ist und in der das Ventilelement und das Vorspannelement aufgenommen sind; und ein Verbindungsfenster, das in einer Umfangswand des Ventilgehäuses ausgebildet ist und einen Teil des Kältemittelströmungspfads ausbildet. Die Ventilbohrung hat einen Abschnitt kleinen Durchmessers und einen Abschnitt großen Durchmessers, der weiter stromabwärts als der Abschnitt kleinen Durchmesser liegend bereit gestellt ist, und eine Strömungspfadquerschnittsfläche aufweist, die größer als die des Abschnitts kleinen Durchmessers ist. Das Ventilelement hat eine Anlageoberfläche zum Schließen des Abschnitts großen Durchmessers der Ventilbohrung, wenn das Ventilelement auf den Ventilsitz aufsitzt, und eine äußere Umfangsoberfläche, die durch die Umfangswand geführt ist und die Verbindung durch das Verbindungsfenster unterbricht. Das Verbindungsfenster weist eine derartige Form auf, dass eine Öffnungsfläche davon allmählich mit ansteigendem Abstand von dem Ventilsitz größer wird. Das Sperrventil weist einen offenen Zustand, einen vollständig geschlossenen Zustand und einen Pufferzustand auf. Wenn die Anlageoberfläche sich von dem Abschnitt großen Durchmesser der Ventilbohrung trennt, und die äußere Umfangsoberfläche das Verbindungsfenster öffnet, ist der offene Zustand definiert. Wenn die Anlageoberfläche den Abschnitt großen Durchmessers der Ventilbohrung schließt, und die äußere Umfangsoberfläche die Verbindung durch das Verbindungsfenster unterbricht, ist der vollständig geschlossene Zustand definiert. Wenn die Anlageoberfläche sich von dem Abschnitt großen Durchmessers der Ventilbohrung trennt, und die äußere Umfangsoberfläche die Verbindung durch das Verbindungsfenster unterbricht, ist der Pufferzustand definiert.
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Gemäß dem Sperrventil für den Verdichter, das voranstehend beschrieben wurde, kann die Pendelerscheinung des Ventilelements ausreichend unterdrückt werden, und der Betrieb des Ventilelements kann weiter stabilisiert werden.
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Die voranstehend beschriebene und andere Aufgaben, Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der vorliegenden ausführlichen Beschreibung der vorliegenden Erfindung deutlicher werden, wenn sie in Zusammenhang mit den anhängenden Zeichnungen betrachtet wird.
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Verdichter mit einem Sperrventil gemäß einer Ausführungsform zeigt.
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2 ist eine Querschnittsansicht, die das Sperrventil gemäß der Ausführungsform zeigt.
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3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Sperrventil gemäß der Ausführungsform betrieben wird.
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4 ist eine andere Querschnittsansicht, die den Zustand zeigt, in dem das Sperrventil gemäß der Ausführungsform betrieben wird.
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5 ist eine Ansicht zum Beschreiben eines Verhältnisses zwischen einer Größe einer Verschiebung eines Ventilelements einer Fläche eines Strömungspfads (Strömungspfadfläche), durch die ein Kältemittelgas innerhalb einer Ventilkammer strömen kann.
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6 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis eines Versuchs zeigt, der an der Ausführungsform ausgeführt wurde.
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Eine Ausführungsform wird im Folgenden mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Wenn eine Zahl, eine Größe oder Ähnliches erwähnt ist, ist der Bereich der vorliegenden Erfindung nicht notwendiger Weise auf diese Zahl, diese Größe oder Ähnliches begrenzt, solange dies nicht anders bestimmt ist. Die gleichen oder entsprechende Bauteile werden durch die gleichen Bezugszeichen bezeichnet, und wiederholende Beschreibungen werden nicht gegeben.
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Verdichter 100
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1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Taumelscheibenverdichter (im Folgenden als "Verdichter" bezeichnet) 100 der Art mit variabler Kapazität zeigt. Ein Sperrventil (im Folgenden als "Sperrventil 10" bezeichnet) 10 für den Verdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist an diesen Verdichter 100 angebaut und funktioniert als Differenzialdrucksteuerventil (die Details werden im Folgenden beschrieben). Der Verdichter 100 hat einen Zylinderblock 1, ein vorderes Gehäuse 3 und ein rückwärtiges Gehäuse 5.
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Der Zylinderblock 1 ist zwischen das vordere Gehäuse 3 und das rückwärtige Gehäuse 5 eingefügt. Innerhalb des Zylinderblocks 1 ist eine Mehrzahl Zylinderbohrungen 1a konzentrisch in gleichwinkligen Abständen bereitgestellt. Der Zylinderblock 1 und das vordere Gehäuse 3 bilden darin eine Kurbelkammer 9 aus.
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Der Zylinderblock 1 weist eine Wellenbohrung 1h und das vordere Gehäuse 3 weist eine Wellenbohrung 3h auf. Eine Antriebswelle 6 ist drehbar in den Wellenbohrungen 1h und 3h durch eine Wellendichtungsvorrichtung 9a und Lagervorrichtungen 9b und 9c gelagert. Das vordere Gehäuse 3 ist mit einer Riemenscheibe 6m durch eine Lagervorrichtung 3b bereitgestellt, und die Riemenscheibe 6m ist an der Antriebswelle 6 befestigt. Ein Riemen 6m, der durch eine Maschine oder einen Motor eines Fahrzeugs angetrieben ist, ist um die Riemenscheibe 6m gewickelt.
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Eine Ansatzscheibe 9f und eine Taumelscheibe 7 sind innerhalb der Kurbelkammer 9 bereitgestellt. Die Antriebswelle 6 ist in die Ansatzscheibe 9f gedrückt und in die Taumelscheibe 7 eingedrückt. Lagervorrichtungen 9d und 9e sind zwischen der Ansatzscheibe 9f und dem vorderen Gehäuse 3 bereit gestellt. Eine Neigungswinkelreduktionsfeder 8a ist zwischen der Ansatzscheibe 9f und der Taumelscheibe 7 bereit gestellt. Die Ansatzscheibe 9f und die Taumelscheibe 7 sind durch einen Gelenkmechanismus 7c zum Lagern der Taumelscheibe 7 derart verbunden, das ein Neigungswinkel variabel ist.
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Ein Sicherungsring 6a ist an der Antriebswelle 6 befestigt. Eine Rückführfeder 8b ist zwischen dem Sicherungsring 6a und der Taumelscheibe 7 bereitgestellt. Ein Kolben 1b ist in jeder der Mehrzahl der Zylinderbohrungen 1a aufgenommen. Ein paar Schuhe 7a und 7b sind zwischen jedem Kolben 1b und der Taumelscheibe 7 bereit gestellt. Eine Taumelbewegung der Taumelscheibe 7 wird durch die Schuhe 7a und 7b in die Hin- und Herbewegung von jedem Kolben 1b umgewandelt.
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Eine Ventileinheit 1d ist zwischen dem Zylinderblock 1 und dem rückwärtigen Gehäuse 1 bereit gestellt. Jede Zylinderbohrung 1a bildet zwischen dem Kolben 1b und der Ventileinheit 1d eine Verdichtungskammer 1c aus. Eine Ansaugkammer 5a und eine ringförmige Abgabekammer 5b sind innerhalb des rückwärtigen Gehäuses 5 bereit gestellt. Ein Kältemittelgas (Fluid) wird zu der Ansaugkammer 5a zugeführt. Wenn der Kolben 1 sich in der Ansaugphase befindet, wird das Kältemittelgas in der Ansaugkammer 5a in die Verdichtungskammer 1c gesaugt. Wenn der Kolben 1b sich in der Abgabephase befindet, wird das Kältemittelgas in der Verdichtungskammer 1c verdichtet und in die Abgabekammer 5b abgegeben. Die Kurbelkammer 9 und die Ansaugkammer 5a sind durch einen Durchtritt 4a verbunden. Die Kurbelkammer 9 und die Abgabekammer 5b sind durch die Durchtritte 4b und 4c verbunden. Ein Kapazitätssteuerventil 2 ist in dem rückwärtigen Gehäuse 5 aufgenommen. Das Kapazitätssteuerventil 2 ist mit den Durchtritten 4b und 4c in Verbindung und ist mit der Ansaugkammer 5a durch einen Druckerfassungsdurchtritt 4b in Verbindung.
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Das Kapazitätssteuerventil 2 öffnet und schließt die Durchtritte 4b und 4c ausgehen von einem durch den Druckerfassungsdurchtritt 4d erfassten Strömungsratendifferenzialdruck oder Ähnlichem des Kältemittelgases. Das Hochdruckkältemittelgas in der Abgabekammer 5b wird durch die Durchtritte 4b und 4c zu der Kurbelkammer 9 zugeführt. Der Druck in der Kurbelkammer 9 wird auf einen erwünschten Wert angepasst, und damit ändert sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 7, und eine gewünschte Abgabekapazität wird erhalten.
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Ein Abgabedurchtritt 5c (Kältemittelströmungspfad) ist innerhalb des rückwärtigen Gehäuses 5 ausgebildet. Der Abgabedurchtritt 5c ist mit der Abgabekammer 5b in Verbindungen und ist zu einer rückwärtigen Oberfläche des rückwärtigen Gehäuses 5 hin offen. Der Abgabedurchtritt 5c weist einen Bohrungsabschnitt 5d großen Durchmessers auf, der von einer Innenwandfläche der Abgabekammer 5b von hinten her ausgespart ist, und einen Bohrungsabschnitt 5e kleinen Durchmessers, der verursacht, dass der Bohrungsabschnitt 5d großen Durchmessers mit einer Öffnung 5f in Verbindung ist. Das als nächstes beschriebene Sperrmittel 10 ist innerhalb des Bohrungsabschnitts 5d großen Durchmessers vorgesehen. Wenn der Verdichter 100 an einer Klimaanlage für das Fahrzeug montiert ist, ist die Öffnung 5f an der Seite der rückwärtigen Oberfläche des rückwärtigen Gehäuses 5 in dem Abgabedurchtritt 5c mit einem nicht gezeigten Kondensator verbunden.
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Sperrventil 10
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2 ist eine Querschnittsansicht, die das Sperrventil 10 zeigt. Das Sperrventil 10 hat einen Ventilsitz 11, ein Ventilgehäuse 13 und ein Ventilelement 15. Das Sperrventil 10 ist durch Zusammenbauen und einstückig Machen dieser Bauteile ausgebildet. Mit einem O-Ring 17, der in einem ausgesparten Abschnitt 11e des Ventilsitzes 11 eingepasst ist, wird das Sperrventil 10 von der Seite der Abgabekammer 5b her in den Bohrungsabschnitt 5d großen Durchmessers eingefügt. Der Bohrungsabschnitt 5d großen Durchmessers ist mit einem Stufenabschnitt 5g bereit gestellt.
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Mit einer äußeren Umfangsoberfläche des Ventilsitzes 11, die gegen den Stufenabschnitt 5g in Anlage ist, wird das Sperrventil 10 durch einen nicht dargestellten Sicherungsring und Ähnliches zurückgehalten. Das Sperrventil 10 verursacht eine Trennung zwischen der Abgabekammer 5b und dem Abgabedurchtritt 5c. Die Abgabekammer 5b ist an der stromaufwärts liegenden Seite des Abgabedurchtritts 5c angeordnet, und ein Abschnitt des Bohrungsabschnitts 5d großen Durchmessers gegenüber der Abgabekammer 5b mit dem Ventilsitz 11 dazwischen eingefügt ist an der stromabwärts liegenden Seite des Abgabedurchtritts 5c angeordnet. Im Folgenden werden die Konfigurationen des Ventilsitzes 11, des Ventilgehäuses 13 und des Ventilelements 15 ausführlich in dieser Reihenfolge beschrieben.
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Ventilsitz 11
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Der Ventilsitz 11 weist einen zylindrischen Abschnitt 11a und einen zylindrischen Abschnitt 11b auf, und ist an dem Abgabedurchtritt 5c in dem Verdichter 100 angeordnet (1). Eine innere Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11a weist eine Größe und eine Form entsprechend einer äußeren Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11b auf, und der zylindrische Abschnitt 11b ist an der inneren Seite des zylindrischen Abschnitts 11a angeordnet. Die zylindrischen Abschnitte 11a und 11b sind als getrennte Elemente erzeugt, und werden dann einstückig gemacht. Die zylindrischen Abschnitte 11a und 11b können durch ein Herstellungsverfahren oder Ähnliches ebenfalls einstückig ausgebildet werden.
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Eine Endfläche 11ae des zylindrischen Abschnitts 11a, die an der Seite der Abgabekammer 5b angeordnet ist, ist bündig mit einer Endfläche 11be des zylindrischen Abschnitts 11b, die an der Seite der Abgabekammer 5b angeordnet ist. Eine Ventilbohrung 12, durch die das verdichtete Kältemittelgas (Kältemittel) durchtritt, ist innerhalb des Ventilsitzes 11 bereit gestellt. Die Ventilbohrung 12 verursacht, dass die Abgabekammer 5b mit der stromabwärts liegenden Seite des Abgabedurchtritts 5c in Verbindung ist. Die Ventilbohrung 12 hat einen Abschnitt 12a großen Durchmessers und einen Abschnitt 12b kleinen Durchmessers.
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Der Abschnitt 12a großen Durchmessers ist Abschnitt, der durch einen Abschnitt der inneren Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11a ausgebildet ist, der nicht mit dem zylindrischen Abschnitt 11b (der frei gelegt ist) bedeckt ist. Der Abschnitt 12b kleinen Durchmessers ist ein Abschnitt, der durch eine innere Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11b ausgebildet ist. Der Abschnitt 12a großen Durchmessers ist in der Strömungsrichtung des Kältemittelgases weiter stromabwärts liegend als der Abschnitt 12b kleinen Durchmessers angeordnet. Ein Durchmesser D1 des Abschnitts 12a großen Durchmessers ist größer als ein Durchmesser D2 des Abschnitts 12b kleinen Durchmessers, und der Abschnitt 12a großen Durchmessers hat eine Strömungspfadquerschnittsfläche, die größer als die des Abschnitts 12b kleinen Durchmessers ist.
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Der Durchmesser D1 beträgt z.B. 4 mm bis 8 mm, und der Durchmesser D2 beträgt z.B. 3 mm bis 6 mm. In einer Richtung einer Achsenlinie X1 ist eine Länge D3 des Abschnitts 12a großen Durchmessers kürzer als eine Länge D4 des Abschnitts 12b kleinen Durchmessers. Die Länge D3 des Abschnitts 12a großen Durchmesser in der Richtung der Achsenlinie X1 kann z.B. auf einen Wert gleich wie oder größer als (Durchmesser D1 – Durchmesser D2)/2 eingestellt sein. Wenn der Durchmesser D1 5 mm beträgt und der Durchmesser D2 3 mm beträgt, kann die Länge D3 auf einen Wert gleich wie oder größer als 1 mm eingestellt sein.
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Eine äußere Umfangsoberfläche des zylindrischen Abschnitts 11a ist mit einem ausgesparten Abschnitt 11d bereitgestellt, um mit einem Ende 13k des Ventilgehäuses 13 in Eingriff zu geraten, und mit dem ausgesparten Abschnitt 11e bereit gestellt, in den der O-Ring 17 eingepasst ist. Eine Sitzoberfläche 11c ist an einer Spitze des zylindrischen Abschnitts 11a ausgebildet, die zu der stromabwärts liegenden Seite zeigt. Die Sitzoberfläche 11c liegt parallel zu einer Ebene rechtwinklig zu einer Achsenlinie X1.
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Ventilgehäuse 13
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Das Ventilgehäuse 13 hat eine Umfangswand 13a und einen Bodenabschnitt 13b und weist eine Ventilkammer 13s (sh. 3) darin auf. Die Umfangswand 13a weist eine zylindrische Form auf, die der Achsenlinie X1 als Mittelachse aufweist, und der Bodenabschnitt 13b weist eine Scheibenform auf, die eine rückwärtige Kante der Umfangswand 13a schließt. Das Ende 13k des Ventilgehäuses 13 ist extern mit dem ausgesparten Abschnitt 11d des zylindrischen Abschnitts 11a in Eingriff, und dabei ist das Ventilgehäuse 13 an dem Ventilsitz 11 befestigt, und die Ventilkammer 13s gerät mit der Ventilbohrung 12 in Verbindung. Das Ventilelement 15 und eine Feder 16 sind in der Ventilkammer 13s aufgenommen.
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Eine Mehrzahl Verbindungsfenster 14 ist irgendwo in der Umfangswand 13a in der Richtung der Achsenlinie X1 ausgebildet, um zu verursachen, dass die Ventilkammer 13s mit dem Äußeren der Umfangswand 13a in Verbindung ist. Die Mehrzahl der Verbindungsfenster 14 ist voneinander getrennt und entlang des Umfangs eines Kreises mit der Achsenlinie X1 als Mitte ausgerichtet. Jedes Verbindungsfenster 14 weist eine Form eines gleichschenkligen Dreiecks mit abgerundeten Ecken auf. Ein Fensterendabschnitt 14a des Verbindungsfensters 14, das am nächsten an dem Ventilsitz 11 angeordnet ist, bildet eine Spitze dieses Dreiecks.
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Jedes Verbindungsfenster 14 ist ein Abschnitt, um zu gestatten, dass das Kältemittelgas, das von der Ventilbohrung 12 in die Ventilkammer 13s geströmt ist, zu dem Äußeren der Ventilkammer 13s nach außen ausströmt, und kann einen Teil des Kältemittelströmungspfads (Abgabedurchtritt) in dem Verdichter 100 (1) ausbilden (oder kann als Teil des Kältemittelströmungspfads funktionieren). Solange jedes Verbindungsfenster 14 eine derartige Form aufweist, das eine Öffnungsfläche davon allmählich mit einem ansteigenden Abstand von dem Ventilsitz 11 größer wird, ist die Form des Verbindungsfensters 14 nicht auf die Form des gleichschenkligen Dreiecks begrenzt, sondern kann eine dreieckige Form wie z.B. eine Form eines gleichseitigen Dreiecks oder eines rechtwinkligen Dreiecks aufweisen. Jede Seite der dreieckigen Form kann eine gerade Linie oder eine gekrümmte Linie sein. Jede Spitze der dreieckigen Form kann gebogen oder gekrümmt sein.
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Ventilelement 15
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Das Ventilelement 15 ist innerhalb der Ventilkammer 13s des Ventilgehäuses 13 angeordnet und mit Bezug auf den Ventilsitz 11 an der stromabwärts liegenden Seite des Abgabedurchtritts 5c angeordnet. Das Ventilelement 15 hat einen zylindrischen Abschnitt 15a und einen Scheibenabschnitt 15b. Der zylindrische Abschnitt 15a weist eine zylindrische Form auf, die die Achsenlinie X1 als eine Mittelachse aufweist. Der Scheibenabschnitt 15b weist eine Scheibenform auf, die eine vordere Kante des zylindrischen Abschnitts 15a schließt.
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Ein kleiner Freiraum, der es dem Ventilelement 15 gestattet, in die Richtung der Achsenlinie X1 zu gleiten, ist zwischen einer äußeren Umfangsoberfläche 15c des zylindrischen Abschnitts 15a des Ventilelements 15 und einer inneren Umfangsoberfläche 13c der Umfangswand 13a des Ventilgehäuses 13 sichergestellt. Aufgrund des Freiraums kann das Ventilelement 15 durch das Ventilgehäuse 13 geführt werden und sich in einer Richtung bewegen, in der es den Ventilsitz 11 berührt und diesen verlässt. Die Feder 16 (Vorspannelement) ist zwischen dem Scheibenabschnitt 15b des Ventilelements 15 und dem Bodenabschnitt 13b des Ventilgehäuses 13 bereitgestellt. Die Feder 16 spannt das Ventilelement 15 in eine Richtung vor, in der das Ventilelement 15 nahe an den Ventilsitz 11 gerät.
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Ein Außendurchmesser des Scheibenabschnitts 15b des Ventilelements 15 ist nahezu gleich einem Innendurchmesser der Umfangswand 13a des Ventilgehäuses 13. Eine Anlageoberfläche 15d ist an einem vorderen Ende des Scheibenabschnitts 15b des Ventilelements 15 ausgebildet, und die äußere Umfangsoberfläche 15c, die durch die Umfangswand 13a des Ventilgehäuses 13 geführt ist, ist um den zylindrischen Abschnitt 15a des Ventilelements 15 herum ausgebildet. Die Anlageoberfläche 15d liegt ebenfalls parallel zu der Ebene rechtwinklig zu der Achsenlinie X1. Wenn das Ventilelement 15 nach vorne verschoben ist und die Anlageoberfläche 15d mit der Sitzoberfläche 11c in Anlage ist, sitzt das Ventilelement 15 an dem Ventilsitz 11 und die Anlageoberfläche 15d schließt den Abschnitt 12a großen Durchmessers der Ventilbohrung 12. Zu dieser Zeit schließt die äußere Umfangsoberfläche 15c des zylindrischen Abschnitts 15a des Ventilelements 15 das Verbindungsfenster 14 und unterbricht die Verbindung durch das Verbindungsfenster 14 (vollständig geschlossener Zustand).
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In dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 an dem Ventilsitz 11 sitzt, ist ein Abschnitt der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15, der am nächsten an dem Ventilsitz 11 angeordnet ist (ein Abschnitt, der zwischen der Anlageoberfläche 15d und der äußeren Umfangsoberfläche 15c angeordnet ist), von dem Fensterendabschnitt 14a des Verbindungsfensters 14 um einen bestimmten Abstand D entfernt (D > 0). Der Abstand D beträgt z.B. 0,5 mm bis 3,0 mm.
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Betrieb des Verdichters 100
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Der Betrieb des Verdichters 100, der wie voranstehend beschrieben konfiguriert ist, wird im Folgenden mit Bezug auf 3 und 4 beschrieben. Der Fall der Verwendung des Verdichters 100 in z.B. einer Klimaanlage für ein Fahrzeug wird angenommen. Die Abgabekammer 5b ist durch den Abgabedurchtritt 5c mit dem Kondensator verbunden, der Kondensator ist durch ein Expansionsventil mit einem Verdampfer verbunden, und der Verdampfer ist mit der Ansaugkammer 5a verbunden. Wenn die Antriebswelle 6 drehend durch die Maschine oder Ähnliches angetrieben ist, wird das in die Ansaugkammer 5a geströmte Kältemittelgas in der Verdichtungskammer 1c verdichtet und mit einer Hubgröße des Kolbens 1b entsprechend dem Neigungswinkel der Taumelscheibe 7 in die Abgabekammer 5b abgegeben.
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Es wird angenommen, dass das Kapazitätssteuerventil 2 während dieses Zeitraums gemäß einer Anweisung von einem Insassen, die Klimaanlagentemperatur zu ändern, einer Änderung der Anzahl der Umdrehungen der Maschine oder Ähnlichem des Fahrzeugs und Ähnlichem aktiviert wird. Wenn das Hochdruckkältemittelgas in der Abgabekammer 5b durch die Durchtritte 4b und 4c zu der Kurbelkammer 9 zugeführt wird, verringert sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 7 und die Abgabekapazität verringert sich. Wenn im Gegensatz das Hochdruckkältemittelgas in der Abgabekammer 5b weniger wahrscheinlich durch die Durchtritte 4b und 4c zu der Kurbelkammer 9 zugeführt wird, erhöht sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 7 und die Abgabekapazität erhöht sich. Wie voranstehend beschrieben wurde, kann die Abgabekapazität in dem Verdichter 100 geändert werden, wie es geeignet ist.
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Das Sperrventil 10 arbeitet wie folgt. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 7 minimal wird, und die Strömungsrate des von der Abgabekammer 5b abgegebenen Kältemittelgases übermäßig niedrig wird, wird ein Druckunterschied zwischen der Abgabekammer 5d und der stromabwärts liegenden Seite des Abgabedurchtrittes 5c gleich wie oder kleiner als ein vorbeschriebener Wert ΔP. Durch die Vorspannkraft der Feder 16 wird das Ventilelement 15 zu dem Ventilsitz 11 hin vorgespannt und auf den Ventilsitz 11 gesetzt. Die Anlageoberfläche 15d des Ventilelements 15 schließt den Abschnitt 12a großen Durchmessers der Ventilbohrung 12 und die äußere Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15 unterbricht die Verbindung des Ventilgehäuses 13 durch das Verbindungsfenster 14. Dieser Zustand wird durch die Vorspannkraft der Feder 16 beibehalten. Als Ergebnis erreicht der Abgabedurchtritt 5c den geschlossenen Zustand (vollständig geschlossener Zustand), und der Kältemittelkreislauf zwischen dem Verdichter, dem Kondensator, dem Expansionsventil und dem Verdampfer hält an.
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Wenn mit Bezug auf 3 der Neigungswinkel der Taumelscheibe 7 von dem minimalen Wert erhöht wird, steigt die Strömungsrate des von der Abgabekammer 5b abgegebenen Kältemittelgases ebenfalls, und ein Druckunterschied zwischen der Abgabekammer 5b und der stromabwärts liegenden Seite des Abgabedurchtritts 5c überschreitet den vorbeschriebenen Wert ΔP. Die Vorspannkraft der Feder 16 ergibt diesen Druckunterschied derart, dass das Ventilelement 15 die Ventilbohrung 12 nicht länger schließen kann, und das Ventilelement 15 wird durch das Ventilgehäuse 13 geführt und trennt sich von dem Ventilsitz 11. Während eines Zeitraums von dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 an dem Ventilsitz 11 sitzt, zu dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 sich um den Abstand D in einer Richtung weg von dem Ventilsitz 11 bewegt, wird hier das Verbindungsfenster 14 im Wesentlichen durch die äußere Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15 geschlossen (Pufferzustand). In diesem Pufferzustand tritt lediglich eine kleine Menge des Kältemittelgases durch den Spalt zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15 und der inneren Umfangsoberfläche 13c des Ventilgehäuses 13, tritt durch das Verbindungsfenster 14 und wird nach außen abgegeben.
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Mit Bezug auf 4 wird mit dem Anstieg des Druckunterschieds das Ventilelement 15 durch das durch die Ventilbohrung 12 durchtretende Kältemittelgas weiter geschoben. Danach bewegt sich das Ventilelement 15 weiter über den Abstand D nach rückwärts, die äußere Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15 öffnet das Verbindungsfenster 14 (offener Zustand). In diesem offenen Zustand trennt sich die Anlageoberfläche 15d des Ventilelements 15 von dem Abschnitt 12a großen Durchmessers der Ventilbohrung 12 und die äußere Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15 öffnet das Verbindungsfenster 14 des Ventilgehäuses 13. Wenn das Ventilelement 15 weiter nach rückwärts verschoben wird und ein rückwärtiges Ende des zylindrischen Abschnitts 15a mit dem Bodenabschnitt 13b des Ventilgehäuses 13 in Anlage gerät, erlangt die Ventilbohrung 12 den vollständig offenen Zustand. Zu dieser Zeit öffnet der zylindrische Abschnitt 15a das Verbindungsfenster 14 vollständig. Als Ergebnis wird der Zustand des Abgabedurchtritts 5c zu einem vollständig geöffneten Zustand umgeschaltet, und der Kältemittelkreislauf zwischen dem Verdichter, dem Kondensator, dem Expansionsventil und dem Verdampfer wird durchgeführt. Eine Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 von dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 sitzt, zu dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 mit dem Bodenabschnitt 13b des Ventilgehäuses 13 in Anlage ist, entspricht der Hubgröße (maximale Größe der Verschiebung) des Ventilelements 15. Obwohl das Ventilelement 15 konfiguriert ist, mit dem Bodenabschnitt 13b in Anlage zu geraten, kann das Ventilelement 15 mit einem Federaufnahmevorsprung in Anlage geraten, der an dem Bodenabschnitt 13b ausgebildet ist, oder das Ventilelement 15 kann mit einem Vorsprung in Anlage geraten, der an einem anderen Abschnitt als an dem Federaufnehmer bereitgestellt ist. In diesen Fällen entspricht eine Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 von dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 sitzt, zu dem Zustand, in dem das Ventilelement 15 mit den voranstehend erwähnten Vorsprüngen in Anlage gerät, der Hubgröße (maximale Größe der Verschiebung) des Ventilelements 15.
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Ein Verhältnis zwischen der Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 und einer Fläche des Strömungspfads (Strömungspfadfläche), durch die das Kältemittelgas innerhalb der Ventilkammer 13s strömen kann, wird mit Bezug auf 5 beschrieben. Wie durch eine Linie L1 in der Figur dargestellt ist, ändert sich mit der Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s. Insbesondere, wenn die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 null beträgt, beträgt die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s ebenfalls null. Wenn das Ventilelement 15 sich von der Sitzoberfläche 11c weg bewegt, erhöht sich die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s (Abschnitt F1). In dem Abschnitt F1 steigt die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s linear um eine Größe entsprechend (Größe der Verschiebung des Ventilelements 15) × (Länge eines inneren Umfangs der Umfangswand 13a des Ventilgehäuses 13).
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In einem Abschnitt F2 wird die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s sogar dann nicht erhöht, wenn das Ventilelement 15 sich weiter von der Sitzoberfläche 11c wegbewegt. Dies ist deswegen der Fall, da der voranstehend erwähnte Abstand D (D > 0) in dem Zustand bereitgestellt ist, in dem das Ventilelement 15 an dem Ventilsitz 11 sitzt. Eine Fläche des Verbindungsfensters 14 ist ausreichend größer als eine Querschnittsfläche des kleinen Spalts zwischen der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15 und der inneren Umfangsoberfläche 13c der Umfangswand 13a des Ventilgehäuses 13, und somit ist die Strömung des Kältemittelgases in dem Abschnitt F2 begrenzt. Sogar falls die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 sich erhöht, ändert sich die Strömungsrate des Kältemittelgases in dem Abschnitt F2 deswegen nicht abrupt. Ein Druckunterschied zwischen der Ventilbohrung 12 und dem äußeren des Ventilgehäuses 13 ändert sich nicht abrupt, und die Pendelerscheinung tritt kaum auf.
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Wenn die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 null beträgt (in einen vollständig geschlossenen Zustand), ist ein nahezu vollständig geschlossener Raum, der eine Kapazität entsprechend dem Abstand D × einer Querschnittsfläche des Ventilelements 13s aufweist, innerhalb der Ventilkammer 13s ausgebildet, um kontinuierlich zu dem Abschnitt 12A großen Durchmessers zu führen. Der Abschnitt 12A großen Durchmessers und der nahezu vollständig geschlossene Raum, der eine Kapazität entsprechend dem Abstand D × eine Querschnittsfläche der Ventilkammer 13s aufweist, funktioniert als Dämpfungsraum, und dieser Dämpfungsraum wirkt dem Druck in eine das Ventilelement 15 schließende Richtung entgegen, was es schwieriger macht, das Ventilelement 15 zu schließen. Da die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 ansteigt (wenn das Verbindungsfenster 14 geöffnet wird), wird die Dämpfungswirkung dieses Dämpfungsraums allmählich abgeschwächt. Dieser Dämpfungsraum funktioniert hauptsächlich während eines Zeitraums von dem Zeitpunkt, zu dem die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 null beträgt, zu dem Zeitpunkt, zu dem die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 den Abstand D erreicht, d.h., während eines Zeitraums des Pufferzustands.
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Wenn die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 der gleiche Wert wie der Abstand D wird, überlappt der Abschnitt der äußeren Umfangsoberfläche 15c des Ventilelements 15, der am nächsten an dem Ventilsitz 11 angeordnet ist (der Abschnitt, der zwischen der Anlageoberfläche 15d und der äußeren Umfangsoberfläche 15c angeordnet ist) mit dem Fensterendabschnitt 14a des Verbindungsfensters 14. Wenn das Ventilelement 15 weiter über den Abstand D hinaus nach rückwärts bewegt wird, wird der offene Zustand ausgebildet, und nahe dem Fensterendabschnitt 14a des Verbindungsfensters 14 gerät die Ventilbohrung 12 in direkte Verbindung mit dem Äußeren des Ventilgehäuses 13, und die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s steigt allmählich an (Abschnitt F3). Bis die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s eine vorbeschriebene Strömungspfadfläche (im Folgenden beschrieben) erreicht, fährt die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s damit fort, mit dem Anstieg in der Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 fort anzusteigen.
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Wie voranstehend beschrieben wurde, weist das Verbindungsfenster 14 im Wesentlichen eine Form eines gleichschenkligen Dreiecks auf, das sich von dem Fensterendabschnitt 14a zu der dem Ventilsitz 11 gegenüber liegenden Seite verbreitert. Direkt, nachdem die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 den Abstand D überschreitet, ist eine Anstiegsrate der Öffnungsfläche des Verbindungsfensters 14 zu dem Anstieg der Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 relativ niedrig. Wenn die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 fortfährt, weiter anzusteigen, wird die Rate des Anstiegs in der Öffnungsfläche (Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s) zu dem Anstieg der Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 höher. Diese Öffnungsfläche fährt damit fort, anzusteigen, bis die Anlagefläche 15d des Ventilelements 15 sich mit dem Fensterbodenabschnitt 14d des Verbindungsfensters 14 überlappt, und danach ist die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s durch die Öffnungsfläche des Verbindungsfensters 14 (und/oder) eine Strömungspfadquerschnittfläche des zylindrischen Abschnitts 11b des Ventilsitzes 11) begrenzt, und wird im Wesentlichen konstant. Da diese Öffnungsfläche des Verbindungsfensters 14 relativ groß ist, kann ein Verlust der Fluidströmungsrate sogar in dem Fall einer hohen Strömungsrate reduziert werden.
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Wie voranstehend beschrieben wurde, ist die Ventilbohrung 12 mit dem Abschnitt 12a großen Durchmessers und dem Abschnitt 12b kleinen Durchmessers bereitgestellt, und der Abschnitt 12a großen Durchmessers ist weiter stromabwärts liegend als der Abschnitt 12b kleinen Durchmessers angeordnet. Der innerhalb des Abschnitts 12a großen Durchmessers ausgebildete Raum kann die Dämpferfunktion aufweisen. Insbesondere, falls die Ventilbohrung 12 ein lediglich zylindrischer Raum ist und keine Dämpferfunktion aufweist, strömt das Kältemittelgas relativ rasch in die Ventilbohrung 12. Dieses rasche Einströmen des Kältemittelgases kann die Schwingung induzieren, die durch das wiederholte Öffnen und Schließen des Ventilelements 15 verursacht ist (Pendelerscheinung).
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Die Ventilbohrung 12 in der vorliegenden Ausführungsform weist den Abschnitt 12a großen Durchmessers an der stromabwärts liegenden Seite auf. Der innerhalb des Abschnitts 12a großen Durchmessers ausgebildete Raum stellt dem Ventilelement 15 die Bremskraft bereit. Sogar falls das Kältemittelgas mit einem Druck, der den Ventilschließdruck überschreitet, einströmt, und das Kältemittelgas des Ventilelements 15 drückt, und somit das Ventilelement 15 versucht, sich plötzlich zu der stromabwärts liegenden Seite zu bewegen, unterdrückt der innerhalb des Abschnitts 12a großen Durchmessers ausgebildete Raum diese Bewegung des Ventilelements 15 aufgrund der Dämpfungswirkung. Die durch das wiederholte Öffnen und Schließen des Ventilelements 15 verursachte Schwingung kann unterdrückt werden.
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In einem Abschnitt F4 ist die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s konstant. Die hierin vorbeschriebene Strömungspfadfläche bezieht sich auf einen Wert, der durch die Strömungspfadquerschnittsfläche des zylindrischen Abschnitts 11b des Ventilsitzes 11 und/oder die Öffnungsfläche des Verbindungsfensters 14 begrenzt ist. In dem Abschnitt F4 erhöht sich die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s sogar dann nicht, wenn die Größe der Verschiebung des Ventilelements 15 weiter ansteigt.
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Durch das Erhöhen eines Werts des Abstands D ändert sich das voranstehend erwähnte Verhältnis von dem Verhältnis, das durch die Linie L1 dargestellt ist, zu de durch eine Linie L2 und eine Linie L3 in 5 dargestellten Verhältnissen. Damit wird das Verbindungsfenster 14 geschlossen, und der Abschnitt F2, in dem die Strömungspfadfläche in der Ventilkammer 13s nicht ansteigt, wird länger, wie durch einen Abschnitt F2A und einen Abschnitt F3A ersichtlich ist. Es ist bevorzugt, den Wert des Abstands D abhängig von der Verwendungsumgebung des Verdichters 100 wie z.B. dem angenommenen Druck des Kältemittelgases zu optimieren.
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Unter der Annahme dass z.B. die Hubgröße (maximale Größe der Verschiebung) des Ventilelements 15 L [mm] beträgt, kann die vorliegende Ausführungsform derart konfiguriert werden, dass das Verhältnis des Abstands D [mm] ≥ × L erfüllt ist. Alternativ kann unter der Annahme, dass die Strömungspfadquerschnittsfläche des Abschnitts 12b kleinen Durchmessers der Ventilbohrung 12S [mm2] beträgt, die vorliegende Ausführungsform derart konfiguriert werden, dass das Verhältnis des Abstands D [mm] ≥ 0,035 × S erfüllt ist. Wie voranstehend beschrieben wurde, kann das Sperrventil 10 gemäß der vorliegenden Ausführungsform die durch das wiederholte Öffnen und Schließen des Ventilelements 15 verursachte Schwingung unterdrücken.
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6 ist eine Ansicht, die ein Ergebnis eines Versuchs zeigt, der an der Ausführungsform ausgeführt wurde. In dem aus 6 ersichtlichen Vergleichsbeispiel 1 ist die Ventilbohrung 12 durch lediglich einen zylindrischen Raum und den Abstand D = 0 ausgebildet. In dem Vergleichsbeispiel 2 ist die Ventilbohrung 12 durch lediglich einen zylindrischen Raum und den Abstand D > 0 ausgebildet. Das Beispiel weist eine Konfiguration ähnlich zu der der voranstehend erwähnten Ausführungsform auf. In dem Beispiel hat die Ventilbohrung 12 den Abschnitt 12a großen Durchmessers und den Abstand D > 0.
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In der Konfiguration des Vergleichbeispiels 1 traten in der Strömungsrate des von dem Abgabedurchtritt 5c abgegebenen Kältemittelgases relativ große Variationen auf. In der Konfiguration des Vergleichsbeispiels 2 traten mehr oder weniger Variationen in der Strömungsrate des von dem Abgabedurchtritt 5c abgegebenen Kältemittelgases auf, obwohl diese im Vergleich mit denen des Vergleichsbeispiels 1 verbessert waren. In der Konfiguration des Beispiels wurde ein verbessertes Ergebnis im Vergleich zu den in den Vergleichsbeispielen 1 und 2 erhaltenen erhalten. Gemäß dem Sperrventil 10 der Ausführungsform kann gesehen werden, dass die Variationen der Strömungsrate des Kältemittelgases reduziert werden können.
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Wie voranstehend beschrieben wurde, ist es erwünscht, dass das in dem Verdichter der Art mit variabler Kapazität vorhandene Sperrventil den Kältemittelströmungspfad nur dann schließen soll, wenn die Strömungsrate des Kältemittels ausgesprochen niedrig ist. Wenn nämlich die Strömungsrate des Kältemittels null oder im Wesentlichen null beträgt, schließt das Sperrventil den Kältemittelströmungspfad (Ventilbohrung). Wenn jedoch eine bestimmte Strömungsrate des Kältemittels strömt, lässt das Sperrventil den Kältemittelpfad geringfügig offen und gestattet die Abgabe des Kältemittels mit dem an einem niedrigen Wert beibehaltenen Ventilöffnungsdruck. Als Ergebnis funktioniert der Verdichter wünschenswert als Verdichtungsmittel. Wenn jedoch der Ventilöffnungsdruck auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, ist es wahrscheinlich, dass das Sperrventil den Kältemittelströmungspfad schließt, und als Ergebnis ist es wahrscheinlich, dass die Pendelerscheinung auftritt, da der Kältemittelpfad sogar in einem Fall geschlossen wird, der nicht der Fall der ausgesprochen niedrigen Strömungsrate ist.
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In der vorliegenden Ausführungsform funktionieren der Abschnitt 12a großen Durchmessers und der nahezu geschlossene Raum, der eine Kapazität entsprechend dem Abstand D × die Querschnittsfläche der Ventilkammer 13s aufweist, als der Dämpferraum. Dieser Dämpferraum funktioniert hauptsächlich in dem Pufferzustand zwischen dem vollständig geschlossenen Zustand und dem offenen Zustand (oder dem Pufferzustand zwischen dem offenen Zustand und dem vollständig geschlossenen Zustand) des Sperrventils 10.
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Sogar falls der Ventilöffnungsdruck nicht auf einen niedrigen Wert eingestellt ist, macht es die Funktion des Dämpferraums schwierig, den Kältemittelströmungspfad sogar in einem Fall zu schließen, der nicht der Fall einer ausgesprochen niedrigen Strömungsrate ist, und somit kann die Pendelerscheinung unterdrückt werden. Als Ergebnis können die Schwingung des Ventilelements und die durch die Schwingung verursachte Schwankung wirkungsvoll unterdrückt werden.
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Obwohl die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben wurde, sollte verstanden werden, dass die hierin offenbarte Ausführungsform in jeder Hinsicht darstellend und nicht begrenzend ist. Der Bereich der vorliegenden Erfindung ist durch die Begriffe der Ansprüche definiert, und soll jegliche Modifikationen innerhalb des Bereichs und der Bedeutung einschließen, die den Begriffen der Ansprüche gleichwertig sind.
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In einem Sperrventil (10) für einen Verdichter hat eine Ventilelement (15) eine Anlageoberfläche (15d) und eine äußere Umfangsoberfläche (15c). Eine Ventilbohrung (12) hat einen Abschnitt (12a) großen Durchmessers und eine Abschnitt (12b) kleinen Durchmessers. Ein Verbindungsfenster (14) weist eine derartige Form auf, dass eine Öffnungsfläche davon allmählich mit einem ansteigenden Abstand von einem Ventilsitz größer wird. Das Sperrventil weist einen offenen Zustand, einen vollständig geschlossenen Zustand und einen Pufferzustand auf. Wenn die Anlageoberfläche sich von dem Abschnitt großen Durchmessers trennt, und die äußere Umfangsoberfläche das Verbindungsfenster öffnet, ist der offene Zustand definiert. Wenn die Anlageoberfläche den Abschnitt großen Durchmessers schließt und die äußere Umfangsoberfläche die Verbindung durch das Verbindungsfenster unterbricht, ist der vollständig geschlossenen Zustand definiert. Wenn die Anlageoberfläche sich von dem Abschnitt großen Durchmessers trennt, und die äußere Umfangsoberfläche die Verbindung durch das Verbindungsfenster unterbricht, ist der Pufferzustand definiert. Die Pendelerscheinung ist unterdrückt.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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