DE10226612B4

DE10226612B4 - Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion

Info

Publication number: DE10226612B4
Application number: DE10226612A
Authority: DE
Inventors: Teruyuki Nagoya Hotta; Shigeki Okazaki Ito; Yasushi Nakajima Yamanaka; Ryo Matsuda; Kazuhiko Watanabe; Keiji Sasaki
Original assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Current assignee: Fujikoki Corp; Denso Corp
Priority date: 2001-06-19
Filing date: 2002-06-14
Publication date: 2008-02-28
Anticipated expiration: 2022-06-15
Also published as: JP3995513B2; ITTO20020530A0; US20030010833A1; ITTO20020530A1; US6634567B2; JP2003074741A; DE10226612A1

Abstract

Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion, mit
– einem Kühlungssteuerungs-Expansionsventil (5) in einer Strömungsbahn eines Kältemittels, das in einen Verdampfer (4) eines Kühlsystems eingeleitet wird, das einen Kältekreislauf bildet, zur Steuerung des Strömungsdurchsatzes des Kältemittels;
– einem Drucksensors (6) an einem Ende des Expansionsventils (5) zur Ermittlung eines Druckes des Kältemittels, das durch einen Kältemittelkanal in dem Expansionsventil (5) geleitet wird,
– Verbindungseinrichtungen (8a, 44) zur unmittelbaren Verbindung des Drucksensors (6) und des Expansionsventils (5);
– einer hermetischen Abdichtung (6a) in der Nähe des Zusammentreffens des Expansionsventils (5) und des Drucksensors (6) zur Vermeidung eines Kältemittelaustritts;
dadurch gekennzeichnet,
– dass die hermetische Abdichtung (6a, 45) zwischen dem Drucksensor (6, 50, 60) und einem Block (8) angeordnet ist, die den Grundkörper des Expansionsventils (5) bildet,
– dass der Block (8) und der Drucksensor (6, 50, 60) mit Hilfe der Verbindungseinrichtungen (8a, 41, 40) verbunden...

Description

Die Erfindung betrifft ein Kühlungssteuerungs-Expansionsventil mit Drucksensorfunktion zur Verwendung in einem Kältekreis. Im einzelnen umfaßt die Erfindung ein Kühlungssteuerungs-Expansionsventil oder eine Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion, bei der ein Drucksensor unmittelbar mit einem Expansionsventil verbunden ist. Die Erfindung betrifft eine derartige Expansionsventileinheit gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Die EP 0 898 131 A1 zeigt und beschreibt ein thermostatisches Kühlungssteuerungsventil. Das Ventil weist eine Drucksensorfunktion neben der Funktion des Expansionsventils für einen Kältekreis auf.
Die DE 197 45 244 A1 befaßt sich mit einer integrierten Sensorvorrichtung. Eine Druck-Meßeinheit dient zum Messen des Druckes eines strömenden Mediums. Als Beispiel wird eine Druckmessung im Kältekreislauf einer Kraftfahrzeug-Klimaanlage beschrieben.
Thermostatische Expansionsventile werden verwendet als Expansionsventile in Kältekreisläufen. Kältesteuerungs-Expansionsventile werden ebenfalls eingesetzt bei Kältekreisläufen als Expansionsventile, die den Durchsatz des Kältemittels steuern, das in einen Verdampfer eintritt, indem der Kühlungsgrad des Hochdruck-Kältemittels ermittelt wird, bevor dieses in den Verdampfer eintritt. Es ist bekannt, daß die Verwendung von Kälte- oder Kühlungssteuerungs-Expansionsventilen ermöglicht, daß das ganze System in kompakter Form ausgebildet werden kann. Ein Kälte- oder Kühlungssteuerungs-Expansionsventil befindet sich in einem Kältesystem, das einen Kompressor, einen Kondensator zum Kondensieren des Hochdruckkältemittels, eine Druckreduzierungseinrichtung zur Reduzierung des Druckes des kondensierten Kältemittels, einen Verdampfer zum Verdampfen des Kältemittels nach der Druckreduktion, einen Speicher, usw., umfaßt. Das Expansionsventil befindet sich stromaufwärts des Verdampfers.
Der Kältekreislauf ist mit einem Sensor zur Ermittlung des Druckes des Kältemittels und zur Abgabe eines der Menge entsprechenden elektrischen Signals versehen, durch den die Funktion des Kältekreislaufes im Normalfall gesteuert wird. Beispiele für Sensoren umfassen einen Drucksensor und ei nen Druckschalter mit elektrischen Kontakten. Die japanische Patentanmeldung Hei 11-351990 schlägt einen Drucksensor vor, der eine Absolutdruckmeßmethode anwendet, oder einen solchen mit geschlossenem Meßsystem, als Drucksensor, der für Kältekreisläufe verwendbar ist.
Verschiedene Einrichtungen sind entwickelt und vorgeschlagen worden als gesonderte Einheiten. Diese Einrichtungen befinden sich nach dem Stand der Technik in den angegebenen Kältekreisläufen als gesonderte Komponenten.
Die Montage von gesonderten Komponenten erfordert eine ungünstige Anzahl von Arbeitsstunden, einschließlich Herstellung der Leitungsverbindungen, etc.. Wenn diese Komponenten im Kältekreislauf eines Klimasystems für Kraftfahrzeuge oder dergleichen verwendet werden, werden die einzelnen Komponenten im allgemeinen in Massenproduktion hergestellt. Daher spielt die Rolle der Arbeitsstunden, die für die Montage benötigt werden, eine wichtige Rolle, da die benötigte Arbeitszeit die Kosten für die Herstellung erhöht. Folglich besteht Bedarf daran, daß die notwendigen Arbeitsstunden und die Zahl der Teile möglichst gering sind.
Zur Erfüllung dieser Bedingungen schlägt die japanische Gebrauchsmusteranmeldung 55144268 ein Expansionsventil mit einem Druckschalter vor, die zu einer Einheit kombiniert sind. Das Expansionsventil mit Druckschalter soll Leitungsverbindungen ersparen und die Montage vereinfachen. Eine Membran als Antrieb für das Ventilelement des Expansionsventils spricht auf die Auslaßseite des Verdampfers an. Außerdem sind die Membran und das Gehäuse eines Druckschalters zur Ermittlung des Druckes des Kältemittels am Verdampferausgang in Abstand zueinander angeordnet.
Daher wird die Ermittlung des Kältemitteldrucks getrennt in zwei Positionen, d. h. in einer Position des Druckschalters und in der Position der Membran, die das Ventilelement antreibt, durchgeführt. Daher passen die Temperaturcharakteristika der beiden Druckmessungen nicht zusammen, da die Ermittlung des Druckes in unterschiedlichen Positionen erfolgt. Das Ansprechverhalten in bezug auf die Temperatur ist bei diesem System langsam.
Die vorliegende Erfindung ist im Hinblick auf folgende Aufgabenstellung entwickelt worden.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion zu schaffen, die kompakt aufgebaut ist durch Einfügen eines Drucksensors in das Expansionsventil und einfach zu montieren ist.
Die Lösung der gestellten Aufgabe ergibt sich aus den Merkmalen der Ansprüche 1 und 2.
Der Drucksensor ist unmittelbar verbunden mit dem Expansionsventil mit Hilfe von Verbindungseinrichtungen. Eine hermetische Abdichtung befindet sich in der Nähe des Zusammentreffens zwischen dem Expansionsventil und dem Drucksensor, so daß ein Austritt von Kältemittel vermieden wird. Eine Antriebskammer befindet sich in einem Block, der den Basiskörper des Expansionsventils bildet. Die Antriebskammer wird begrenzt durch eine Membran und schließt ein Kältemittel ein, das eine Steuerung des Öffnungsgrades eines Ventilelements in dem Expansionsventil gestattet. Ein erster Raum ist angrenzend an die Antriebskammer vorgesehen. Der erste Raum steht mit dem Kältemittelkanal in Verbindung. Der erste Raum wird mit einem Hochtemperatur- und Hochdruckkältemittel gefüllt und ist näher zu dem Drucksensor angeordnet als die Antriebskammer. Ein zweiter Raum ist angrenzend an den ersten Raum auf der Seite des Drucksensors ausgebildet. Der Drucksensor befindet sich zwischen dem erstem Raum und dem zweiten Raum und ermittelt den Druck des Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittels auf der Basis der Druckdifferenz zwischen dem Druck in dem ersten und dem zweiten Raum.
Bei der Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion entsprechend Erfindung sollte das hermetische Dichtglied vorzugsweise ein O-Ring sein, der den Zwischenraum zwischen dem Drucksensor und dem Block abdichtet.
Gemäß der Erfindung sollte der Drucksensor vorzugsweise den Druck des Kältemittels mit einer Druckmeßeinrichtung erfassen, die eine Halbleitereinrichtung einschließt.
Andererseits kann bei beiden Ausführungsformen der Drucksensor den Druck des Kältemittels mit einem Kontakt-Druckschalter erfassen.
Bei einer der beiden Ausführungsformen der Erfindung können die Verbindungsmittel gebildet werden durch Bördelung bzw. plastische Verformung eines Randbereichs des Blockes.
Gemäß der Erfindung können die Verbindungsmittel auch durch einen Gewindeeingriff mithilfe einer Überwurfmutter gebildet werden, durch die der Drucksensor am Block des Ventils festgelegt wird.
Bei dieser Ausführungsform ist vorzugsweise ein Außengewinde auf einer Verlängerung des Blockes vorgesehen, auf den die Überwurfmutter aufgeschraubt wird.
Im folgenden werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert.
1 ist ein Schnitt und zeigt den generellen Aufbau einer Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung;
2 ist eine teilweise geschnittene Seitenansicht zu 1 und zeigt das äußere Erscheinungsbild der Expansionsventileinheit mit Ladeventil;
3 ist eine Explosionsdarstellung der Bauteile in dreidimensionaler Anordnung der Expansionsventileinheit gemäß 1;
4 ist ein Blockdiagramm und zeigt einen Kältekreislauf, auf den die Expansionsventileinheit gemäß der Erfindung anwendbar ist;
5 ist ein Schnitt und zeigt eine zweite Ausführungsform in bezug auf die Verbindung zwischen dem Expansionsventil und dem Drucksensor;
6 ist ein Schnitt einer dritten Ausführungsform, die sich auf einen Drucksensor bezieht, und zeigt ein Beispiel eines doppelt wirkenden Kontaktdruckschalters;
7 ist ein Schnitt einer vierten Ausführungsform, die sich auf einen Drucksensor bezieht, und zeigt ein Beispiel eines dreifach wirkenden Kontaktdruckschalters.
Anschließend soll eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben werden. 1 ist ein Schnitt und zeigt den allgemeinen Aufbau einer Expansionsventileinheit mit Druckabtastfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 ist eine Seitenansicht zu 1 und zeigt das äußere Erscheinungsbild der Expansionsventileinheit mit einem Ladeventil. 3 ist eine Explosionsdarstellung der Bauteile und zeigt in dreidimensionaler Ansicht die Expansionsventileinheit gemäß 1. 4 ist ein Blockdiagramm und zeigt einen Kühlzyklus, für den die erfindungsgemäße Expansionsventileinheit angewendet wird.
Zunächst soll der Kühlzyklus gemäß 4 beschrieben werden. Ein Kältemittel wird unter hohem Druck durch einen Kompressor komprimiert. Das komprimierte Kältemittel gelangt in einen Kondensator 3 über eine Kältemittelleitung 2. Das in diesem Fall verwendete Kältemittel ist HFC-134a. Der Kompressor 1 wird durch einen Antrieb 1a angetrieben, beispielsweise eine Maschine oder ein Elektromotor. Im Fall eines Kraftfahrzeugs als ein Beispiel ist die Antriebseinheit 1a eine Maschine, obgleich dies in der Zeichnung nicht gezeigt ist. Die Maschine ist mit dem Kompressor 1 über eine Kette oder einen Riemen verbunden und treibt den Kompressor 1 in Rotationsrichtung an.
Das in den Kondensator 3 eingeleitete Kältemittel wird kondensiert und damit verflüssigt. Anschließend gelangt das Kältemittel in einen Verdampfer 4, nachdem der Durchsatz des Kältemittels durch ein Expansionsventil als druckreduzierende Einheit gesteuert worden ist, insbesondere über einen Kühlungssteuerungs-Expansionsventil 5. Eine sorgfältige Steuerung einschließlich einer Steuerung des Kühlungssteuerungs-Expansionsventil 5 ist bei einem Kältekreislauf, der für eine Fahrzeug-Klimaanlage verwendet wird, unerläßlich, insbesondere wegen der Umweltbedingungen. Beispielsweise ändern sich die Temperatur und die Feuchtigkeit innerhalb und außerhalb des Fahrzeugs in komplizierter Weise über große Bereiche, und auch die Maschinendrehzahl ändert sich in erheblichem Maße. Das Expansionsventil 5 führt eine Durchsatzsteuerung entsprechend der Änderung der Temperatur als einen der Kühlleistungs-Steuervorgänge durch.
Ein Drucksensor 6 ist in den Kältekreislauf eingefügt und dient als Sensor zur Ermittlung eines übermäßig hohen Druckes oder eines übermäßig niedrigen Druckes, der in dem Kältekreislauf auftreten kann, und zur Steuerung des Steuersystems bei Ermittlung eines der genannten abnormen Drücke.
Wenn beispielsweise der Abgabedruck des Kältemittels hoch und die Kältemittelaustrittstemperatur hoch sind, nimmt die Wärmeaustauschkapazität ab. Im Hinblick auf diese Umstände steuert der Drucksensor 6 das Steuersystem derart, daß, wenn der Kältemitteldruck in dem Kältekreislauf innerhalb eines normalen Druckbereichs liegt, der Druckschalter in die EIN-Stellung gelangt, während, wenn der Kältemitteldruck niedriger oder höher als der normale Druckbereich ist, der Druckschalter in die AUS-Stellung gelangt. Im übrigen steuert der Drucksensor 6 den Gebläsemotor des Kondensators 3, usw., im EIN-AUS-Modus.
Das Kältemittel wird nach der Druckreduktion in einen Verdampfer 4 für eine endotherme Verdampfung eingeleitet. Luft wird gekühlt durch den Wärmeaustausch mit dem Verdampfer, und kühle Luft gelangt in das Innere des Fahrzeugs mithilfe eines nicht gezeigten Gebläses zur Klimatisierung des Innenraums. Das Kältemittel, das durch den Verdampfer 4 hindurchgeht, wird in einen Speicher 7 als gesättigte Flüssigkeit eingeleitet. Das Kältemittel aus dem Speicher 7 wird durch den Kompressor 1 angesaugt und von diesem wieder an den Kondensator 3 abgegeben, so daß ein Kältekreislauf entsteht.
Anschließend soll eine spezielle Ausführungsform einer kühlungsgesteuerten Expansionsventileinheit gemäß der Erfindung beschrieben werden, die eine Drucksensorfunktion aufweist. 1 zeigt die Anordnung des kühlungsgesteuerten Expansionsventils 5, das unmittelbar mit einem Drucksensor 6 versehen ist, als ein Beispiel der Expansionsventileinheit zur Verwendung im Kältekreis eines Kraftfahrzeug-Klimatisierungssystems oder dergleichen. Das Expansionsventil 5 weist einen Block 8 auf, der den Grundkörper des Ventils bildet. Hochdruck-Kältemittel gelangt in dem Block 8 von dem Kondensator 3 stromaufwärts des Expansionsventils 5. Der Block 8 weist eine im wesentlichen kubische Form auf. Eine Seite des Blockes 8, an dem sich der Drucksensor 6 befindet, weist eine kreiszylindrische Ausnehmung auf.
Der Grundaufbau und die Funktion des Kühlungsssteuerungs-Expansionsventils 5 werden beschrieben in der japanischen Offenlegungsschrift 2000-220917 und gehören nicht zum Kern der vorliegenden Erfindung. Daher wird hier eine detaillierte Beschreibung fortgelassen.
Im folgenden soll lediglich das Kühlungssteuerungs-Expansionsventil 5 beschrieben werden, das im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung steht. Das Hochdruck-Kältemittel wird in das Expansionsventil 5 durch die Kältemittelleitung 9 eingeleitet, die in dem Block 8 als Einlaß zur Aufnahme des Kältemittels von dem Kondensator 3 ausgebildet ist.
Ein Leitungsteil wird in dem Kältemittelkanal 9 angebracht. Eine Kanalbohrung 10 befindet sich in dem Kältemittelkanal 9. Die Kanalbohrung 10 erstreckt sich zu einem mittleren Bereich des Blockes 8. Eine Ventilstangen- Führungsbohrung 11 befindet sich im Mittelbereich des Blockes 8 und schneidet die Kanalbohrung 10 im rechten Winkel. Die Kanalbohrung 10 und die Ventilstangen-Führungsbohrung 11 stehen miteinander in Verbindung. Wie in 2 gezeigt ist, ist ein Ladeventil A an einer Seite des Blockes 8 in Verbindung mit dem Kältemittelkanal 9 vorgesehen.
Eine Ventilstange 12 ist axial beweglich in der Ventilstangen-Führungsbohrung 11 angeordnet. An einem Ende der Ventilstange 12 ist eine Membran-Trägerscheibe 13 angebracht. Die Membran-Trägerscheibe 13 ist gebildet aus einem Abschnitt erweiterten Durchmessers der Ventilstange 12. Die Ventilstange 12 weist im übrigen einen unterhalb des Kopfes liegenden Abschnitt 13a auf, der einen reduzierten Durchmesser aufweist und einstückig mit der Membran-Trägerscheibe 13 verbunden ist. Eine Schraubenfeder 14 umgibt den Abschnitt 13a der Ventilstange 12. Die Schraubfeder 14 spannt die Ventilstange 12 ständig zur Seite der Trägerscheibe 13 vor. Das andere Ende der Ventilstange 12 ist mit einem konischem Ventilelement 15 versehen, das einem Ventilsitz 16 in dem Block 8 gegenüberliegt. Der Ventilsitz 16 steht in Verbindung mit einem Kanal 17, der zu dem Verdampfer 4 führt.
Weiterhin ist der Block 8 mit einer kleinen Bohrung 18 versehen, die als Kältemittelkanal dehnt und sich parallel zur Ventilstange 12 erstreckt. Die kleine Bohrung 18 schafft eine Verbindung zwischen der Kanalbohrung 10 und einer Kammer 19, in der sich die Schraubenfeder befindet. Die Trägerscheibe 13 befindet sich in einem Zwischenraum zwischen einem Membran-Stützglied 20 und einem Membran-Halteglied 21.
Eine scheibenförmige Membran 22 besteht aus einer flexiblen, dünnen Folie. Der äußere Umfang der Membran 22 wird zwischen dem Stützglied 20 und dem Halteglied 21 eingespannt und ist fest mit diesen durch Schweißen verbunden, so daß Kältemittel nicht nach außen austreten können.
Die Endfläche der Membran-Trägerscheibe 13 liegt gegen den Mittelbereich der Membran 22 an. Das Membran-Stützglied 20, das Membran-Halteglied 21 und die Membran 22 können als eine Einheit durch Pressen mit der Membran-Trägerscheibe 13 im Inneren hergestellt werden. Das Membran-Stützglied 20 weist eine Anzahl von Schlitznuten 20a in gleichen Winkelabständen auf der unteren Oberfläche, bezogen auf die Zeichnung, auf, die gegen den Block 8 anliegt.
Die Schlitznuten 20a dienen als Durchlässe für das Kältemittel von der Kanalbohrung 10, der kleinen Bohrung 18 und der Kammer 19, die die Schraubenfeder aufnimmt. Die Schlitznuten 20a bilden einen Teil eines Kanals zur Einleitung des Kältemittels auf die Seite des Drucksensors 6. Das Membran-Halteglied 21 weist eine Ausnehmung im inneren Mittelbereich auf. Ein Gas ist eingeschlossen zwischen der Ausnehmung und der Membran 22. Nachdem das Gas in der Ausnehmung eingeschlossen worden ist, wird der Gaseinlaß mit einem Stopfen 23 verschlossen, so daß eine Antriebskammer 24 gebildet wird. Das Gas in der Antriebskammer 24 dehnt sich und zieht sich zusammen entsprechend der Umgebungstemperatur.
Das eingeschlossene Gas ist vorzugsweise ein Gas, dessen Volumen sich stark mit der Temperatur ändert, z. B. R404a, R407 oder R22. Das Expansionsventil 5 ist ausgebildet, wie im einzelnen beschrieben wurde. Der Drucksensor 6, der später erörtert werden soll, ist fest oberhalb des Membran-Haltegliedes 21 angeordnet, bezogen auf die Zeichnung. Der Drucksensor 6 ist fest in einem zylindrischen Hohlraum angeordnet, der in dem Block 8 auf einer Seite ausgebildet ist, so daß eine Kühlungssteuerungs-Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion gemäß der vorliegenden Erfindung entsteht.
Der Drucksensor 6, der in den zylindrischen Hohlraum in dem Block 8 eingefügt ist, wird festgelegt durch Verformen eines dünnwandigen Endbereichs 8a des Blockes 8 mithilfe eines nicht gezeigten Bördelwerkzeugs.
Der dünnwandige Endbereich 8a drückt gegen einen Stufenbereich 44 eines Gehäuses 38 des Drucksensors 6 und verbindet so das Expansionsventil 5 und den Drucksensor 6 zu einer Einheit. Zur Erhaltung einer gasdichten Verbindung zwischen dem Block 8 und dem Drucksensor 6 ist ein O-Ring 6a als hermetische Dichtung an einem Eckbereich eines später beschriebenen Sensorträgers 37 angeordnet. Bei dieser Anordnung wird das Kältemittel von der stromaufwärtigen Seite in die Kammer 19 der Schraubenfeder durch die Kanalbohrung 10 und die kleine Bohrung 18 in dem Block eingeleitet. Das eingeleitete Kältemittel gelangt weiterhin durch die Schlitznuten 20a und damit auf die Seite des Drucksensors 6 über einen Kanalraum 8b im Block 8.
Es ist daher ebenfalls ein Kanalraum 8b auf der Seite der Antriebskammer 24 vorgesehen, die dem Drucksensor 6 näher liegt, und das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel gelangt in den Kanalraum 8b vor der Druckreduzierung. Folglich umgibt das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel den gesamten Umfang der Antriebskammer 24. Auf diese Weise wird die Überleitung der Wärme auf das Gas in der Antriebskammer 24 verbessert, und die Temperaturreaktion der Membran 22 wird in vorteilhafter Weise erhöht.
Wenn das Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel durch den Block 8 strömt, ändert sich der Druck des Gases in der Antriebskammer 24 entsprechend dem Druck und der Temperatur des Kältemittels. Die Druckänderung wird ausgeglichen durch die Kraft, mit der die Membran-Trägerscheibe 13 aufgrund der Vorspannkraft der Schraubenfeder 14 gegen die Membran drückt. Folglich wird die Trägerscheibe 13 in einer vorgegebenen Position gehalten. Die Änderung der Position der Trägerscheibe 13 bewirkt, daß das Ventilelement 15 der Ventilstange 12 die Querschnittsfläche für den Durchgang des Kältemittels zwischen dem Ventilelement 15 und dem Ventilsitz 16 ändert. Daher ändert sich der Kältemittel-Durchsatz zwischen dem Ventilelement 15 und dem Ventilsitz 16 entsprechend der Position, in der sich die Trägerscheibe 13 befindet. Auf diese Weise wird der Durchsatz des Kältemittels gesteuert.
Das bedeutet, daß, wenn die Temperatur des Kältemittels auf der stromaufwärtigen Seite ansteigt, der Druck in der Antriebskammer 24 steigt und damit das Ventilelement 15 in Richtung der Schließung des Ventils verschoben wird.
Dadurch wird die abgegebene Kältemittelmenge reduziert, und damit erhöht sich der Grad der Kühlung des Kältemittels auf der stromaufwärtigen Seite. Wenn umgekehrt die Kältemitteltemperatur auf der stromaufwärtigen Seite sinkt, arbeitet das System in entgegengesetzter Weise. Auf diese Weise kann der Grad der Kühlung des Hochdruck-Kältemittels auf der stromabwärtigen Seite gesteuert werden. Das Kältemittel, das in die Kanalkammer 8b eingeleitet worden ist, gelangt zu dem Drucksensor 6, der in dem zylindrischen Raum in dem Block 8 angeordnet ist.
Anschließend soll der Drucksensor 6 beschrieben werden. Im Kern ist der Drucksensor 6 im einzelnen in der japanischen Offenlegungsschrift 11-351990 beschrieben worden. Die Erfindung, die in dieser Schrift dargestellt wird, ist ein Drucksensor, der die absolute Druckmethode oder die eingeschlossene Druckmeßmethode verwendet. Eines der Meßverfahren wird entsprechend den Umgebungsbedingungen, den geforderten Toleranzen, etc., ausgewählt.
Der Drucksensor 6 umfaßt ein Sensorelement 30 mit einer Drucksensoreinrichtng 31, die eine Halbleitereinrichtung mit Piezo-Widerstandseffekt ist. Das Sensorelement 30 ist fest in einer Öffnung 34 in der Mitte des zylindrischen Sensorträgers 37 angebracht. Die Drucksensoreinrichtung 31 des Sensorelements 30 wird getragen durch eine Trägerplatte 32. Der äußere Umfang der Trägerplatte 32 bildet einen dünnwandigen Kragen 32a.
Ein ringförmiger Vorsprung 35 befindet sich am Umfang der Öffnung 34 in dem Sensorträger 37. Der Kragen 32a liegt gegen den ringförmigen Vorsprung 35 an. Der Kragen 32a und der Vorsprung 35 sind gasdicht miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt. Folglich stehen die Kanalkammer 8b, die ein Zwischenraum zwischen dem Sensorträger 37 und dem Membran-Halteglied ist, und ein Raum 36, der zwischen dem Sensorelement 30 und dem Gehäuse 38 gebildet wird, nicht miteinander in Verbindung. Daher unterscheiden sich der Druck in der Kanalkammer 8b und dem Raum 36 voneinander.
Der Raum 36 ist ein geschlossener Raum, der unter Atmosphärendruck gehalten wird. Das Kältemittel, das durch den Kanalraum 8b eingeleitet wird, erreicht die Drucksensoreinrichtung 31 durch die Öffnung 34 in der Mitte des Sensorträgers 37.
Daher wird eine Druckdifferenz zwischen dem Druck im Kanalraum 8b und dem Druck in dem Raum 36 ermittelt. Der Drucksensor 6 führt eine Druckmessung auf der Basis der Druckdifferenz zwischen dem Kanalraum 8b und dem Raum 36 durch.
Der Kanalraum 8b dient sowohl als Aufnahme für den Drucksensor 6 als auch als Kanal zur Verbesserung der Temperaturreaktion der Antriebskammer 24. Folglich kann der Block 8, der den Grundkörper für das erfindungsgemäße Expansionsventil 5 bildet, kompakt ausgebildet werden, verglichen mit einer Anordnung, bei der der Kanalraum 8b zur Druckermittlung und ein anderer Kanalraum 8b zur Verbesserung der Temperaturreaktion der Antriebskammer 34 in unterschiedlichen Positionen vorgesehen sind.
Außerdem ist der Drucksensor 6 an dem Block 8 so angebracht, de der Drucksensor 6 und das Expansionsventil 5 durch einen O-Ring 6a und weitere Maßnahmen gasdicht gegeneinander abgedichtet sind. Es besteht daher keine Gefahr, daß das Kältemittel austreten kann. Die Druckmessung ist im übrigen genau.
Bei der ersten Ausführungsform ist das Sensorelement 30 in der Mitte des Sensorträgers 37 angeordnet. Das Sensorelement 30 kann jedoch auch in verschiedener anderer Weise angeordnet sein, so daß die Anordnung nicht auf das obige Beispiel beschränkt ist. Der Drucksensor 6 wird an dem Block 8 wie folgt befestigt. Nachdem der Sensorträger 37, der O-Ring 6a und das Gehäuse 38 in den Block 1 eingefügt worden sind, wird das dünnwandige äußere Ende 8a des zylindrischen Teils des Blockes 8 nach innen durch Bördeln so verformt, daß der Stufenbereich 44 des Gehäuses 38 übergriffen wird, so daß der Drucksensor 6 sich nicht mehr lösen kann. Auf diese Weise werden das Expansionsventil 5 und der Drucksensor 6 miteinander zu einer Einheit verbunden durch Verwendung des dünnwandigen Endbereichs 8a als Verbindungsglied.
Die Verbindung durch Bördeln ist zuverlässig, ohne daß die Gefahr einer Trennung des Drucksensors aufgrund von Schwingungen besteht, und zwar auch dann, wenn die Expansionsventileinheit an dem Aufbau eines Kraftfahrzeugs befestigt ist. Im Fall einer Verbindung durch Bördeln kann der Drucksensor 6 nicht von dem Block 8 gelöst werden.
Obgleich die Bördelung durchgeführt wird durch Verformen des dünnwandigen Endbereichs 8a des Blockes 8 in bezug auf den Drucksensor 6, kann auch ein Teilbereich des Drucksensors 6 durch Bördeln mit dem Block 8 verbunden sein.
Daher kann die erfindungsgemäße Expansionsventileinheit als zusammengehörige Anordnung der Teile behandelt werden und auch als zusammenhängender Satz von Teilen ausgewechselt werden. Es ist daher möglich, Probleme durch Austauschen des kompletten Satzes zu beheben. Es besteht keine Schwierigkeit in bezug auf den Austausch von Teilen trotz der Bördelung. Weiterhin ist der O-Ring 6a vorgesehen als Dichtelement am äußeren Umfang des Sensorträgers 37. Wenn der Sensorträger 37 in den Block 8 eingefügt wird, liegt der O-Ring 6a gegen die innere Umfangswand des zylindrischen Teils des Blockes 8 an und hält eine gasdichte Verbindung aufrecht, so daß der Kanalraum 8b und der gasdichte Raum 36 gebildet werden.
Als hermetisches Dichtelement gemäß der vorliegenden Erfindung muß nicht notwendigerweise ein O-Ring 6a vorgesehen sein. Es kann sich beispielsweise auch um einen elastischen Ring mit X-Querschnitt handeln. Es ist auch möglich, ein Dichtelement zu verwenden, das als "Packung" bezeichnet werden kann. Das Kältemittel, das in den Block gelangt, wird durch die kleine Bohrung 18 und die Kammer 19 der Schraubenfeder sowie die Schlitznuten 20a in dem Membran-Stützglied und den Kanalraum 8b zu dem Expansionsventil geleitet, so daß die Ventilstange 12 entsprechend Änderungen der Temperatur und des Druckes bewegt wird. Auf diese Weise erfolgt die Durchsatzsteuerung auf der Seite des Expansionsventils, und der Druck des Kältemittels wird auf der Drucksensorseite abgetastet. Auf diese Weise übt das Expansionsventil gleichzeitig zwei Funktionen aus.
Anschließend soll eine zweite Ausführungsform beschrieben werden.
5 zeigt eine zweite Ausführungsform, die sich auf die Verbindung des Expansionsventils 5 und des Drucksensors 6 bezieht. Die zweite Ausführungsform stimmt im wesentlichen mit der ersten Ausführungsform überein, soweit es die Art und Weise betrifft, wie das Kältemittel durch den Block aufgenommen wird und durch diesen hindurchgeht und mit dem Sensorelement in Berührung kommt und den Druck des Kältemittels ermittelt.
Die erste und zweite Ausführungsform unterscheiden sich voneinander in der Art der Verbindung des Expansionsventils 5 mit dem Drucksensor 6 zu einer Einheit.
Bei der zweiten Ausführungsform ist eine Schraubverbindung vorgesehen. Ein Außengewinde 40 befindet sich auf einem zylindrischen Bereich auf der oberen Seite des Blockes 8, bezogen auf die Darstellung in der Zeichnung. Eine Mutter 41 mit einem Innengewinde 42 wird auf den Gewindebereich des Blockes 8 aufgeschraubt, so daß das Innengewinde 42 in das Außengewinde 40 eingreift. Nachdem der Drucksensor 6 in den Block 8 eingefügt worden ist, wird das Innengewinde 42 der Mutter 41 mit dem Außengewinde 40 an dem Block 8 in Eingriff gebracht. Folglich drückt ein innerer Kragenbereich 43 der Mutter 41 gegen den Stufenbereich 44 des Gehäuses des Drucksensors 6, so daß der Drucksensor 6 in bezug auf den Block 8 festgelegt wird.
Diese Konstruktion ermöglicht eine Demontage und damit ein rasches Auswechseln von Teilen sowie Wartungsarbeiten. Obgleich ein O-Ring 45 in der Nähe des Gewindebereichs angeordnet ist, der eine gasdichte Verbindung der zweiten Ausführungsform aufrechterhält, ist dieser O-Ring nicht die einzige Abdichtungsmöglichkeit. Es können beispielsweise auch Dichtbänder aus synthetischem Material oder einer aushärtenden Zwei-Komponenten-Dichtmasse in dem abzudichtendem Bereich zwischen dem Außengewinde 40 und dem Innengewinde 42 und dem Berührungsbereich zwischen dem Kragenbereich 43 und dem Stufenbereich 44 verwendet werden.
6 zeigt eine dritte Ausführungsform, die sich auf einen Drucksensor zur Ermittlung des Druckes des Kältemittels mithilfe eines mechanisch arbeitenden Druckschalters und nicht einem Halbleiter-Druckschalter bezieht. Der Drucksensor 50 gemäß 6 basiert auf einem herkömmlichen Druckschalter, der eine doppelt wirkende Steuerung ermöglicht und beschrieben ist in der japanischen Patentschrift 7-101583 . Der Drucksensor 50 ist mit dem Expansionsventil 5 zu einer Einheit verbunden. Eine Membran 52 wird durch ein Membran-Stützglied 58 und einen O-Ring 6a gegen die in 6 untere Endfläche eines Endbereichs 59a am äußeren Umfangs des Gehäuses 59 des Drucksensors 50 gedrückt und auf diese Weise zwischen beiden festgehalten.
Mit anderen Worten, der O-Ring 6a liegt zwischen dem äußeren Umfangsbereich des Stützgliedes 58 der Membran und dem Endbereich 59a des Gehäuses 59. Der äußere Umfangsbereich des Stützgliedes 58 der Membran liegt gegen den äußeren Umfangsbereich des Membran-Haltegliedes 21 an. Auf diese Weise wird das Stützglied 58 durch das Halteglied 21 abgestützt. Somit wird Dichtheit des Kanalraums 8b durch den O-Ring 6a aufrechterhalten. Das Expansionsventil 5 ist ebenso aufgebaut wie bei der vorangegangenen Ausführungsform und arbeitet in gleicher Weise.
Das Kältemittel, das von dem Kanalraum 8b des Expansionsventils 5 zugeführt wird, wird eingeleitet in eine Öffnung 51 des Stützgliedes 58 der Membran und drückt die Membran 52 durch den Druck des Kältemittels ein. Wenn die Membran 52 verformt wird, wird eine Betätigungsstange 53 mithilfe einer Schnapp-Scheibe 57, die in Berührung mit der Membran 52 angeordnet ist, vorwärtsgedrückt, so daß beispielsweise ein Kontakt zwischen Kontakten 54 und 55 innerhalb des Gehäuses 59 unterbrochen wird. Es ist daher möglich, eine Zweifach-Steuerung derart durchzuführen, daß, wenn sich der Druck des Kältemittels in dem Kältekreis innerhalb eines normalen Bereichs befindet, der Druckschalter in die Stellung EIN geschaltet wird, während, wenn sich der Kältemitteldruck in einem höheren oder niedrigeren Bereich als der normale Bereich befindet, der Druckschalter in die Stellung AUS geschaltet wird.
7 zeigt eine vierte Ausführungsform, die sich auf den Drucksensor bezieht. Bei der vierten Ausführungsform wird ein herkömmlicher Berührungsdruckschalter verwendet, der eine Dreifach-Steuerung ermöglicht, wie er in der japanischen Patentschrift 7-114094 dargestellt ist. Dieser Druckschalter wird mit dem Expansionsventil 5 zu einer Einheit verbunden. 4 zeigt einen Drucksensor 60, der auf einen Druckschalter basiert, der eine Dreifach-Steuerung ermöglicht. Der Drucksensor 60 ist mit dem Expansionsventil 5 zu einer Einheit verbunden.
Das Kältemittel, das von dem Kanalraum 8b des Expansionsventils zugeführt wird, wird in eine Öffnung 51 des Drucksensors 60 und treibt eine Membran 61. Wenn die Membran 61 verschoben wird, wird Druck auf eine Schnapp-Scheibe 62 ausgeübt, die sich in Berührung mit der Membran befindet. Wenn die Schnapp-Scheibe 62 gedrückt wird, wird eine Schnapp-Scheibe 63 entsprechend dem Druck auf der Schnapp-Scheibe 62 gedrückt.
Die Membran 61 wird zwischen einem O-Ring 6a und einem Endbereich 71a eines Gehäuses 71 des Drucksensors 60 ebenso abgestützt wie bei der dritten Ausführungsform gemäß 6. Der O-Ring 6a liegt zwischen dem Endbereich 71a des Gehäuses 71 und einem Stützglied 72 für die Membran und schließt den Kanalraum 8b dicht ab. Folglich wird die Membran 61 durch den Druck des Kältemittels aus dem Kanalraum 8b bewegt, so daß sie die Stangen 64 und 65 über die Schnapp-Scheiben 62 und 63 betätigt. Die Stangen 64 und 65 führen einen Arbeitsgang durch, etwa Unterbrechung des Kontakts zwischen Kontakten 66 und 67 oder des Kontakts zwischen Kontakten 68 und 69.
Es ist daher möglich, eine Dreifach-Steuerung, bei der eine EIN-AUS-Steuerung eines Gebläsemotors für den Kondensator 33 zusätzlich zu der Zweifach-Steuerung gesteuert wird, bei der der Kältemitteldruck in dem Kältekreis im normalen Bereich den EIN-Zustand und im hohen oder zu niedrigen Bereich den AUS-Zustand steuert, zu verwirklichen. Die vierte Ausführungsform verwendet im übrigen ein Bördelverfahren, bei dem der dünnwandige äußere Endbereich 8a des Blockes 8 mit einem Bördelwerkzeug als Mittel der Verbindung des Expansionsventils 5 und des Drucksensors 60 umgebogen wird. Obgleich vier Ausführungsformen im einzelnen beschrieben worden sind, ist die vorliegende Erfindung nicht zwingend beschränkt auf diese Ausführungsformen, sondern auch auf andere Ausführungsformen erstreckbar.
Wie oben ausgeführt wurde, ist der Drucksensor mit dem Expansionsventil unmittelbar verbunden. Daher wird das Expansionsventil mit der Drucksensorfunktion kompakt in bezug auf die Gesamtgröße, und der Herstellungsaufwand in bezug auf Arbeitskraft reduziert. Es ist möglich, ein Expansionsventil mit Drucksensorfunktion zu reduzierten Kosten herzustellen.

Claims

Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion, mit – einem Kühlungssteuerungs-Expansionsventil (5) in einer Strömungsbahn eines Kältemittels, das in einen Verdampfer (4) eines Kühlsystems eingeleitet wird, das einen Kältekreislauf bildet, zur Steuerung des Strömungsdurchsatzes des Kältemittels; – einem Drucksensors (6) an einem Ende des Expansionsventils (5) zur Ermittlung eines Druckes des Kältemittels, das durch einen Kältemittelkanal in dem Expansionsventil (5) geleitet wird, – Verbindungseinrichtungen (8a, 44) zur unmittelbaren Verbindung des Drucksensors (6) und des Expansionsventils (5); – einer hermetischen Abdichtung (6a) in der Nähe des Zusammentreffens des Expansionsventils (5) und des Drucksensors (6) zur Vermeidung eines Kältemittelaustritts; dadurch gekennzeichnet, – dass die hermetische Abdichtung (6a, 45) zwischen dem Drucksensor (6, 50, 60) und einem Block (8) angeordnet ist, die den Grundkörper des Expansionsventils (5) bildet, – dass der Block (8) und der Drucksensor (6, 50, 60) mit Hilfe der Verbindungseinrichtungen (8a, 41, 40) verbunden sind; – dass ein hermetisch abgedichteter Raum (19, 8b) zwischen dem Block (8) und dem Kühlungssteuerungs-Expansionsventil (5) vorgesehen ist, welcher hermetisch abgedichtete Raum (19, 8b) ein Durchsatzsteuerglied (22, 24) umgibt, dass in dem Expansionsventil (5) angeordnet ist; – dass der Drucksensor (6, 50, 60) angrenzt an den hermetisch abgedichteten Raum (19, 8b) zur Abtastung eines Druckes des Kältemittels in dem hermetisch abgedichteten Raum (19, 8b).
Expansionsventileinheit mit Drucksensorfunktion, mit – einem Kühlungssteuerungs-Expansionsventil (5) in einer Strömungsbahn eines Kältemittels, das einem Verdampfer (4) eines Kältesystems zugeführt wird, das einen Kältekreislauf bildet, zur Steuerung des Durchsatzes des Kältemittels; – einem Drucksensor (6) an einem Ende des Expansionsventils (5) zur Überwachung des Druckes des Kältemittels, das über einen Kältemittelkanal dem Expansionsventil (5) zugeführt wird; – Verbindungseinrichtungen (8a) zur unmittelbaren Verbindung des Drucksensors (6) und des Expansionsventils (5); – einer hermetischen Abdichtung (6a) in der Nähe des Zusammentreffens zwischen dem Expansionsventil (5) und dem Drucksensor (6) zur Vermeidung eines Kältemittelaustritts; gekennzeichnet durch eine Antriebskammer (24) in einem Block (8), der einen Basiskörper des Expansionsventils (5) bildet, welche Antriebskammer (24) begrenzt wird durch eine Membran (22) und ein Kältemittel einschließt zur Steuerung des Öffnungsgrades des Ventilelements (12, 15) des Expansionsventils (5); – einen ersten Raum (8b) angrenzend an die Antriebskammer (24), welcher erste Raum (8b) mit dem Kältemittelkanal in Verbindung steht und gefüllt wird mit einem Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittel und näher an dem Drucksensor (6) angeordnet ist als die Antriebskammer (24); und – einen zweiten Raum (36) angrenzend an den ersten Raum auf der Seite, die dem Drucksensor zugewandt ist, wobei der Drucksensor (6, 31, 32) zwischen dem ersten Raum (8b) und dem zweiten Raum (36) angeordnet ist zur Ermittlung des Druckes des Hochtemperatur- und Hochdruck-Kältemittels auf der Basis einer Druckdifferenz zwischen dem Druck im ersten und zweiten Raum.
Expansionsventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der die hermetische Abdichtung einen O-Ring (6a) zum Abdichten des Zwischenraums zwischen dem Drucksensor (6) und dem Block (8) umfaßt.
Expansionsventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der Drucksensor den Druck des Kältemittels mithilfe einer Drucksensoreinrichtung (31) ermittelt, die eine Halbleitereinrichtung umfaßt.
Expansionsventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der der Drucksensor den Druck des Kältemittels mit einem Kontakt-Druckschalter ermittelt.
Expansionsventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verbindungseinrichtungen zum Verbinden des Blockes (8) und des Drucksensors (6) plastisch verformtes, umgebördeltes Material umfassen.
Expansionsventileinheit nach Anspruch 1 oder 2, bei der die Verbindungsmittel eine Schraubverbindung (41, 42, 43) umfassen, mit deren Hilfe der Drucksensor (6) mit dem Expansionsventil (5) verbunden ist.
Expansionsventileinheit nach Anspruch 7, bei der der Gewindeeingriff den Drucksensor (6) mit dem Block (8) mithilfe einer Überwurfmutter mit Innengewinde und Außengewinde auf dem Außenumfang des Blockes verbindet.