DE19821438A1

DE19821438A1 - Elektromagnetisches Steuerventil

Info

Publication number: DE19821438A1
Application number: DE19821438A
Authority: DE
Inventors: Masahiro Kawaguchi; Ken Suitou; Hiroyuki Nagai; Masanori Sonobe; Tomoo Okada; Ichiro Ohkawara; Tadaaki Ikeda
Original assignee: Toyota Motor Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Current assignee: Toyota Industries Corp; Saginomiya Seisakusho Inc
Priority date: 1997-05-20
Filing date: 1998-05-13
Publication date: 1999-01-14
Also published as: US6142445A; FR2765942A1; KR19980086873A; JPH10318414A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektromagnetisches Steuerventil für einen Kompressor mit variabler Kapazität, und insbesondere ein elektromagnetisches Steuerventil für ei nen Kompressor mit variabler Kapazität, welcher in einer Kühleinheit für Fahrzeuge verwendbar ist.

Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben ein elektroma gnetisches Steuerventil für einen Kompressor mit variabler Kapazität entwickelt, welcher in einer Kühleinheit für Fahr zeuge verwendbar ist und der in der japanischen Patentanmel dung Nr. 8-109797 offenbart ist.

Fig. 4 ist eine schematische Ansicht eines Kapazitätssteuer mechanismus in einem Kompressor mit variabler Kapazität, in dem das obige elektromagnetische Steuerventil verwendet wird.

Ein Kompressor 20 ist mit einem elektromagnetischen Steuer ventil 1-5 zur Kapazitätssteuerung an seinem Anbringungshohl raumabschnitt 40 versehen. Eine Vielzahl von Zylindern 25 ist innerhalb des Kopfabschnitts vorgesehen und führt zum Kurbel gehäuse 21 des Kompressors 20. Ein Kolben 26 ist verschiebbar für jeden der Zylinder 25 vorgesehen. Eine Antriebswelle 27 ist drehbar zwischen dem Kurbelgehäuse 21 und dem Kopfab schnitt 41 vorgesehen. Die Antriebswelle 27 wird durch einen (nicht gezeigten) Motor mit Unterstützung eines Riemens 35 und eines Antriebsrades 34, welches am äußeren Ende vorgese hen ist, angetrieben.

Die Antriebswelle 27 ist mit einer bekannten Wobbel-Platte 29 zur Winkelvariation versehen. Die Wobbel-Platte 29 ist mit den Kolben 26 über Kolbenstangen 24 verbunden. Die geneigte Wobbel-Platte 29 wird durch die Antriebswelle 27 gedreht, um die Kolbenstangen 24 und die Kolben 26 hin- und herzubewegen. Somit kann der Anbringungswinkel der Wobbel-Platte 29 automa tisch eingestellt werden, und zwar abhängig von der Differenz zwischen dem Steuerkammerdruck Pc innerhalb des Kurbelgehäu ses 21 und dem Ansaugseitendruck Ps innerhalb der Zylinder 25. Dementsprechend kann die Hubweite der Kolben abhängig von der Neigung der Wobbel-Platte 29 variiert werden.

Jeder der Zylinder 25 hat einen Saugeinlaß S und einen Entla deauslaß D und ist über Passagen d und s mit einem Kondensie rer 31, einem Verdampfer 32 und einem Ausdehnungsventil 33 verbunden, welche den Kühlkreislauf bilden. Das elektromagne tische Steuerventil 1-5 ist zu einer Steuerkammer C innerhalb des Kurbelgehäuses 21 über eine Kühlpassage 36, zu dem Saug einlaß S über eine Kühlpassage 37 und zu dem Entladeauslaß D über eine Kühlpassage 38 geführt.

Fig. 5 ist eine Querschnittsansicht des elektromagnetischen Steuerventils nach dem Stand der Technik, falls nicht mit Energie versorgt.

Das elektromagnetische Steuerventil 1-5 enthält: (a) ein Ven tilelement 8a, welches in einer Ventilkammer 18 vorgesehen ist, die durch einen oberen Hauptkörper 7 und einen Ventil hauptkörper 17 gebildet ist, und welches wiederholt in Kon takt mit und weg von einem Ventilsitz 17d kommt, der in einer Ventilöffnung 17k gebildet ist, die auf dem Weg zu einer Pc- Druckeinlaßöffnung 17h liegt, die zur Kurbelkammer C in dem Kurbelgehäuse 21 führt; (b) eine Pd-Druckeinführöffnung 17i, welche auf der gegenüberliegenden Seite der Pc-Druckeinführ öffnung 17h von der Ventilkammer 18 gebildet ist und welche zur auf der Entladeseite gelegenen Kühlpassage 38 des Kom pressors 20 führt; (c) eine Ventilführung 17e, die von der pd-Druckeinführöffnung 17i zur Pc-Druckeinführöffnung 17h läuft; (d) einen Ventilstößel 8b, der einheitlich mit dem Ventilelement 8a ausgebildet ist und der in der vertikalen Richtung innerhalb der Ventilführung 17e beweglich ist; (e) eine Stoßeinheit 9 zum Stoßen des Ventilelements 8a in die Ventilöffnungsrichtung; (f) einen Tauchkolben 5, der oberhalb des oberen Hauptkörpers 7 gelegen ist, welcher vertikal mit tels der Saugleistung einer elektromagnetischen Spule 15 be weglich ist und welcher das Ventilelement 8a in der Ventil schließrichtung über eine Verbindungsstange 6 stößt, die ver tikal in einer Durchgangsöffnung 7b des oberen Hauptkörpers 7 beweglich ist; (g) eine Druckangleichöffnung 17g, die in dem Ventilhauptkörper 17 gebildet ist und die von der Ventilkam mer 18 zur Pd-Druckeinführöffnung 17i läuft; (h) Druckpolster 11, die unterhalb der Pd-Druckeinführöffnung 17i gebildet sind und in einem Raum 17g liegen, der mit dem Saugeinlaß S des Kompressors 20 kommuniziert; und (i) einen Korrekturstift 10, welcher in Punktkontakt mit der unteren Oberfläche des Ventilstößels 8 an seinem oberen Ende und mit den Druckpol stern 11 an seinem unteren Ende kommt und der in einem Füh rungsloch 17j, das von der Pd-Druckeinführungsöffnung 17i zum Raum 17g läuft, beweglich ist.

Mit dem Saugdruck Ps der Kolbenzylinder 25 in Fig. 5 steuern die Druckbälge 11 die Öffnung des Ventilelements 8a, welches in der Kühlpassage liegt, das von der Kühlpassage (Entlade druck-Zuführpassage) 38 zum Kurbelgehäuse 21 läuft.

Ein Gehäuse 2, eine Spulenführung 3, der Tauchkolben 5, die Verbindungsstange 6, der obere Hauptkörper 7, die elektroma gnetische Spule 15 und eine Tauchkolbenröhre 16 bilden ein heitlich einen elektromagnetischen Aktuator. Die Öffnung des Ventilelements wird abhängig von dem Strom gesteuert, der der elektromagnetischen Spule durch den elektromagnetischen Ak tuator zugeführt wird.

Mit dem obigen elektromagnetischen Steuerventil jedoch gibt es insofern ein Problem, als daß die Steuerstabilität oft er niedrigt ist. Die Kontaktoberflächen zwischen dem Tauchkolben und dem oberen Hauptkörper sind eine konische Oberfläche mit einheitlichen vertikalen Winkeln und einer vertikal zum Ven tilstößel verlaufenden Ebene. Falls der Tauchkolben von dem Zentrum des Saugabschnitts des oberen Hauptkörpers abweicht, ist die horizontale Saugkraft zum Saugabschnitt mit der koni schen Oberfläche groß in dem Fall, in dem der Kolben nahe dem oberen Hauptkörper liegt, und klein in dem Fall, in dem der Tauchkolben weit vom oberen Hauptkörper weg ist. Wegen des Ungleichgewichts der Saugkraft weicht der Kolben weiter vom Zentrum ab und wird durch die Tauchkolbenröhre aufgrund der horizontalen Saugkraft bei der Bewegung gestoßen. Der Rei bungswiderstand, der hier bewirkt wird, erscheint als Hyste rese, welche die Steuerstabilität des Ventils erniedrigt.

Da der Magnetkraftverlust zwischen dem Tauchkolben und der Spulenführung groß ist, ist es notwendig, eine Spule zu ver wenden, welche groß genug ist, um die erforderliche Spulen saugkraft zu erhalten.

Die vornehmliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Verbesserung der Steuerstabilität eines elektromagne tischen Ventils durch Reduzieren der Hysterese in dem elek tromagnetischen Aktuator und ebenfalls Reduzieren des Magnet kraftverlusts.

Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung liegt in der Be reitstellung eines elektromagnetischen Steuerventils mit ei nem Tauchkolben, der durch die elektromagnetische Kraft einer elektromagnetischen Spule beweglich ist. Der Tauchkolben stellt die Öffnung des Ventilkörpers dieses elektromagneti schen Steuerventils ein. Ein Ende des Führungsstifts ist in ein Loch gezwängt und dann darin befestigt, welches in dem Zentrum der Spulenführung liegt, so daß sich der Tauchkolben in dem Zentrum des Saugabschnitts bewegt. Ein Führungsloch ist in dem Zentrum des Tauchkolbens gebildet, so daß sich der Tauchkolben entlang des Führungsstifts bewegt.

Bei einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisches Steuerventil geschaffen, welches mit ei nem Tauchkolben versehen ist, der durch die elektromagneti sche Kraft einer elektromagnetischen Spule beweglich ist, wo bei die Bewegungen des Tauchkolbens auf das Ventil über die Verbindungsstange übertragen werden, um so die Öffnung des Ventilelements einzustellen. Ein Ende der Verbindungsstange ist in ein Loch gezwängt und damit verbunden, welches in dem Zentrum des Tauchkolbens gebildet ist, so daß sich der Tauch kolben in dem Zentrum des Saugabschnitts bewegt. Ein Füh rungsabschnitt zum Führen der Verbindungsstange ist in dem Zentrum des oberen Hauptkörpers vorgesehen.

Bei einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein elektromagnetisches Steuerventil mit einem Tauchkolben verse hen, der durch die elektromagnetische Kraft der elektromagne tischen Spule beweglich ist, wobei die Bewegungen des Tauch kolbens auf das Ventilelement über die Verbindungsstange übertragen werden, um so die Öffnung des Ventilelements ein zustellen. Die Verbindungsstange ist in ein Loch gezwängt und darin angebracht, das in dem Zentrum des Tauchkolbens gebil det ist, so daß sich der Tauchkolben in dem Zentrum des Saugabschnitts bewegt. Ein erster Führungsabschnitt zum Füh ren der Verbindungsstange ist an dem unteren Ende der Spulen führung vorgesehen.

Bei einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein zweiter Führungsabschnitt mit einem geringen Reibungswider stand zum Führen der Verbindungsstange an dem unteren Ende des oberen Hauptkörpers des elektromagnetischen Steuerventils vorgesehen.

Bei einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung ist eine Spulenabdeckung aus einem magnetischen Material innerhalb der elektromagnetischen Spule vorgesehen, so daß das obere Ende der Spulenabdeckung in Kontakt mit dem Gehäuse steht, während das untere Ende den Tauchkolben umgibt.

Die obige und weitere Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den begleitenden Zeichnungen klarer er scheinen.

In den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht einer ersten Ausführungs form eines elektromagnetischen Steuerventils in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 eine Querschnittsansicht einer zweiten Ausführungs form eines elektromagnetischen Steuerventils in Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung;

Fig. 3 eine Querschnittsansicht einer vierten und fünften Ausführungsform eines elektromagnetischen Steuer ventils in Übereinstimmung mit der vorliegenden Er findung;

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines Kapazitätssteuerme chanismus in einem Kompressor mit variabler Kapazi tät, in welchem ein übliches elektromagnetisches Steuerventil verwendet wird; und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht zum Illustrieren des übli chen elektromagnetischen Steuerventils, falls nicht mit Energie versorgt.

Das Folgende ist eine Beschreibung von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen.

Erste Ausführungsform

Fig. 4 zeigt einen Kapazitätssteuermechanismus in einem Kom pressor mit variabler Kapazität, in dem ein elektromagneti sches Steuerventil verwendet wird. Fig. 1 zeigt ein elektro magnetisches Ventil 1-1, das an solch einem Kapazitätssteuer mechanismus, wie in Fig. 4 gezeigt, angebracht ist.

Dieses elektromagnetische Steuerventil 1-1 umfaßt Bälge 12 zum Steuern der Öffnung eines Ventilelements 80 durch einen Saugdruck Ps eines Kolbenzylinders 25 und einen elektromagne tischen Aktuator zum Steuern der Öffnung des Ventilelements 80 durch den elektrischen Strom, der der elektromagnetischen Spule zugeführt wird. Die Bälge 12 sind in einem Entlade druck-Versorgungsweg 38 vorgesehen, der zum Innenraum eines Kurbelgehäuses 21 von der Entladeseite eines Kompressors 20 führt. Der elektromagnetische Aktuator besteht aus einem Ge häuse 2, einer Spulenführung 3, einem Tauchkolben 5, einer Verbindungsstange 6, einem oberen Hauptkörper 7, einer elek tromagnetischen Spule 15 und einer Tauchkolbenröhre 16.

Ein Ende eines Führungsstiftes 60 ist in ein Loch 3b gezwängt und darin befestigt, das in dem Zentrum der Spulenführung 3 gebildet ist, so daß sich der Tauchkolben 5 in dem Zentrum eines Saugabschnitts 70 bewegt, wobei er Abstand zur Tauch kolbenröhre 16 hält. Ein Führungsloch 5a ist in dem Zentrum des Tauchkolbens 5 gebildet, so daß der Tauchkolben 5 sich entlang des Führungsstiftes 60 bewegt. Ein Abstand von 0,2 mm o. ä. ist zwischen dem Tauchkolben 5 und der Tauchkolbenröhre 16 gebildet, so daß sie niemals miteinander in Kontakt gera ten. Dieser Aspekt der Ausführungsform ist der gleiche wie bei weiteren Ausführungsformen.

Da ein Ende des Führungsstiftes 60 durch das in dem Zentrum der Spulenführung 3 gebildete Loch 3b befestigt ist, wird der Tauchkolben 5 entlang des Führungsstiftes durch das Führungs loch 5a geführt. Somit bewegt sich der Tauchkolben 5 im Zen trum des Saugabschnitts 70, ohne mit der Tauchkolbenröhre 16 in Kontakt zu geraten.

Zweite Ausführungsform

Fig. 2 zeigt ein elektromagnetisches Steuerventil 1-2, wel ches an dem oben erwähnten Kapazitätssteuermechanismus ange bracht ist.

Dieses elektromagnetische Steuerventil 1-2 ist mit denselben Bälgen 12 und dem elektromagnetischen Aktuator wie bei der ersten Ausführungsform versehen. Ein Ende der Verbindungs stange 6 ist in ein Loch 5b gezwängt und darin befestigt, welches in dem Zentrum des Tauchkolbens 5 gebildet ist, so daß sich der Tauchkolben 5 in dem Zentrum des Saugabschnitts 70 bewegt und einen Abstand zur Tauchkolbenröhre 16 hält. Der Tauchkolben 5 ist an dem einen Ende der Verbindungsstange 6 durch das Loch 5b angebracht und durch das Führungsloch 7b, das in dem Zentrum des oberen Hauptkörpers 7 gebildet ist, über die Verbindungsstange 6 geführt.

Dritte Ausführungsform

Fig. 3 zeigt ein elektromagnetisches Steuerventil 1-3, wel ches an dem oben erwähnten Kapazitätssteuermechanismus ange bracht ist.

Dieses elektromagnetische Steuerventil 1-3 ist mit denselben Bälgen 12 und dem elektromagnetischen Aktuator versehen wie bei der ersten Ausführungsform. Ein Ende der Verbindungsstan ge 6 ist in das Loch 5b gezwängt und darin befestigt, das in dem Zentrum des Tauchkolbens gebildet ist, so daß sich der Tauchkolben in dem Zentrum des Saugabschnitts bewegt und gleichzeitig Abstand zur Tauchkolbenröhre 16 hält. Ein erster Führungsabschnitt 90-1 aus Polytetrafluorethylen (Teflon) mit geringem Reibungswiderstand ist an dem unteren Ende der Spu lenführung 3 vorgesehen, und ein zweiter Führungsabschnitt 90-2 aus Polytetrafluorethylen (Teflon) mit niedrigem Rei bungswiderstand ist an dem unteren Ende des oberen Hauptkör pers 7 vorgesehen.

Der Tauchkolben 5 ist an der Verbindungsstange 6 durch das Loch 5b angebracht und durch den ersten Führungsabschnitt 90-1 und den zweiten Führungsabschnitt 90-2 über die Verbin dungsstange 6 geführt.

Wenn sich der Tauchkolben 5 entlang der Führungsabschnitte 90-1 und 90-2 bewegt, kann das Ungleichgewicht der horizonta len Saugkraft, welches an dem konischen Saugabschnitt erzeugt wird, reduziert werden. Weiterhin gibt es keinen Reibungswi derstand zwischen dem Tauchkolben 5 und der Tauchkolbenröhre 16, da sie nicht in Kontakt miteinander geraten. Da der ver tikale Reibungswiderstand, welcher an der Verbindungsstange verursacht wird, durch den Führungsabschnitt aus Poly tetrafluorethylen (Teflon) reduziert werden kann, kann die Hysterese in dem elektromagnetischen Aktuator etwa viermal kleiner sein als beim Stand der Technik.

Vierte Ausführungsform

Ein elektromagnetisches Steuerventil nach einer vierten Aus führungsform ist das gleiche wie bei der ersten bis dritten Ausführungsform, mit Ausnahme der Tatsache, daß eine Spulen abdeckung 50 aus einem magnetischen Material innerhalb der elektromagnetischen Spule 15 derart vorgesehen ist, daß das obere Ende davon in Kontakt mit dem Gehäuse 2 ist, während das untere Ende um den Tauchkolben 5 herum positioniert ist.

Da die Magnetkraft zwischen der Spulenabdeckung 50 und dem Tauchkolben 5 transferiert wird, kann der Magnetkraftverlust reduziert werden und kann die Spulensaugkraft zweimal größer sein als im Fall, in dem keine Spulenabdeckung verwendet wird. Somit kann die elektromagnetische Spule entsprechend kleiner gestaltet werden.

Obwohl die vorliegende Erfindung vollständig mit Hilfe von Beispielen unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben worden ist, sollte man bemerken, daß verschiedene Änderungen und Modifikationen für die Fachleute klar erschei nen werden. Deshalb sollten solche Änderungen und Modifika tionen als darin enthalten betrachtet werden, falls sie nicht vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abweichen, der in den folgenden Patentansprüche definiert ist.

Claims

1. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil mit:
einem Tauchkolben zum Steuern der Öffnung eines Ventil elements, welcher für einen festen oberen Hauptkörper durch eine elektromagnetische Spule antreibbar ist; und
einer Ausrichteinheit zum Bewegen des Tauchkolbens ent lang der zentralen Achse des festen oberen Hauptkörpers.

2. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktoberflächen zwischen dem Tauchkolben und dem festen oberen Hauptkörper konische Oberflächen mit dem selben Apexwinkel und einer Ebene senkrecht zur Achse des Tauchkolbens sind.

3. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinheit durch ein Führungsloch gebildet ist, welches koaxial mit dem Tauchkolben ist, sowie durch Führungselemente, welche sich entlang des Führungsloches bewegen.

4. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinheit durch In-Eingriff-Bringen eines En des eines Führungsstiftes gebildet ist, der in das Zen trum einer Spulenführung gezwängt ist, wobei ein Füh rungsloch in dem Zentrum des Kolbens gebildet ist.

5. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinheit durch In-Eingriff-Bringen eines En des einer Verbindungsstange gebildet ist, welche in das Zentrum des Tauchkolbens gezwängt ist, mit einem Füh rungsloch, das in dem Zentrum des festen oberen Haupt körpers gebildet ist.

6. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichteinheit durch In-Eingriff-Bringen eines En des einer Verbindungsstange gebildet ist, die in das Zentrum des Tauchkolbens gezwängt ist, mit einem Füh rungselement mit geringem Reibungswiderstand, das in dem zentralen konkaven Abschnitt einer Spulenführung gebil det ist.

7. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Ende der Verbindungsstange in Eingriff mit einem Führungselement mit geringem Reibungswiderstand ist, welches in einem konkaven Abschnitt an dem unteren Ende des festen oberen Hauptkörpers vorgesehen ist.

8. Tauchkolbenartiges elektromagnetisches Steuerventil nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch:
eine Spulenabdeckung aus einem magnetischen Material, deren oberes Ende in Kontakt mit einem Außengehäuse für den Tauchkolben ist und dessen unteres Ende in der Nähe der Kontaktoberflächen zwischen dem Tauchkolben und dem festen oberen Hauptkörper liegt, welche innerhalb der elektromagnetischen Spule des Tauchkolbens vorgesehen ist.