-
Die vorliegende Erfindung betrifft
eine Steuervorrichtung variabler Kapazität zur Verwendung in Verbindung
mit einem Kühlkreislauf,
der Kohlendioxid als Kühlmittel
verwendet und der einen Kompressor variabler Kapazität, der mit
einer Taumelscheibe versehen ist, die kippbar an einer Antriebswelle
befestigt ist, und einen Kolben aufweist, der innerhalb eines Kompressionsraums
hin- und herbewegbar ist, wenn die Antriebstaumelscheibe rotiert,
um die Kapazität
des durch den Kühlkreislauf
strömenden Kühlmittels
durch Variation des Kolbenhubs in Übereinstimmung mit dem Kippwinkel
der Antriebstaumelscheibe in Abhängigkeit
von der Differenz zwischen dem Druck in dem Kompressionsraum und
dem Kolbengegendruck zu variieren. Insbesondere betrifft die vorliegende
Erfindung eine Steuervorrichtung variabler Kapazität gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
-
Die
EP 0 919 720 A2 , die den Ausgangspunkt der
vorliegenden Erfindung bildet, offenbart ein Steuerventil für Kompressoren
variabler Kapazität. Das
Ventil weist einen Elektromagneten, eine drucksensitive Kammer mit
einem Balg und eine Ventilkammer mit einem Ventilelement auf, wobei
der Elektromagnet mit einem Kolben versehen ist, der an einem Ende
mit einem Stab verbunden ist, dessen anderes Ende lösbar mit
einem Anschlag des Balgs verbunden ist. Die gesamte Innenwandung
des Elektromagnetgehäuses
kann durch Niedertemperaturkühlmittelgas
gekühlt
werden. Weiter ist eine Einstellschraube zur Einstellung der Stärke des
Balgs vorgesehen.
-
Ein in der JP H5-99136 offenbartes
Drucksteuerventil, das bei einem Taumelscheibenkompressor variabler
Kapazität
verwendet wird, umfaßt
ein erstes Steuerventil, das eine Öffnungs/Schließ-Steuerung
der Verbindung zwischen einer Auslaßkammer und einem Kurbelgehäuse implementiert,
ein zweites Steuerventil, das eine Öffnungs/Schließ-Steuerung der
Verbindung zwischen dem Kurbelgehäuse und einer Einlaßkammer
implementiert, einen Übertragungsstab,
der bei Betätigung
auf das erste und zweite Steuerventil einwirkt, einen elektromagnetischen
Aktuator, der den Übertragungsstab
und das drucksensitive Element (wie eine Membran oder einen Balg)
bewegt, das bei Betätigung
auf das zweite Steuerventil einwirkt, indem der Druck innerhalb
der Einlaßkammer
erfaßt
wird.
-
Das in der japanischen, nicht geprüften Patentpublikation
Nr. H9-268974 offenbarte Steuerventil für einen Kompressor variabler
Kapazität
weist ein Ventilelement, das einen Luftzuführdurchgang, der einen Auslaßdruckbereich
und ein Kurbelgehäuse verbindet, öffnet/schließt, eine
drucksensitive Einheit, die mit einer Seite des Ventilelements über einen
drucksensitiven Stab verbunden ist, um eine ineinandergreifende
Betätigung
zu erreichen, und die in einer drucksensitiven Kammer aufgenommen
ist, die mit einem Einlaßdruckbereich
kommuniziert, um eine Kraft auf das Ventilelement entlang der Richtung auszuüben, in
der der Öffnungsgrad
des Luftzuführdurchgangs
reduziert wird, wenn der Druck in dem Einlaßdruckbereich ansteigt, eine
Elektromagneteinheit, die mit der anderen Seite des Ventilelements über einen
Elektromagnetstab verbunden ist, um eine ineinandergreifende Betätigung zu
erreichen, und die eine Last bzw. Kraft auf das Ventilelement entlang
der Richtung ausübt,
in der der Offnungsgrad des Luftzuführdurchgangs reduziert wird,
wenn der Elektromagnet angeregt wird, und ein Mittel zum zwangsweisen Öffnen auf,
das eine Kraft auf das Ventilelement entlang der Richtung ausübt, in der
der Luftzuführdurchgang
zwangsweise geöffnet
wird, wenn der Elektromagnet entmagnetisiert wird, wobei das Ventilelement
und die drucksensitive Einheit miteinander derart verbunden sind,
daß der
Kontakt zwischen dem Ventilelement und der drucksensitiven Einheit
frei hergestellt/unterbrochen werden kann.
-
Wenn der Druck innerhalb der drucksensitiven
Kammer einen Zustand hohen Einlaßdrucks annimmt, während der
Elektromagnet der Elektromagneteinheit demagnetisiert bleibt, wird
die drucksensitive Einheit entlang der Richtung verschoben, in der der Öffnungsgrad
des Luftzuführdurchgangs
reduziert wird. Zu dieser Zeit arbeitet die Kraft, die von dem Mittel
zur zwangsweisen Öffnung
des Ventilelements ausgeübt
wird, in der entgegengesetzten Richtung zu der Richtung der Verschiebung
der drucksensitiven Einheit, wodurch ein Trennen der drucksensitiven
Einheit und des Ventilelements voneinander verursacht wird und das
Ventilelement in seiner maximalen Öffnungsposition gehalten wird.
Es ist anzumerken, daß die
obige Veröffentlichung
offenbart, daß die
drucksensitive Einheit aus einem Balg aufgebaut ist, und auch offenbart,
daß sie
aus einer Membran stattdessen gebildet sein kann.
-
Wenn jedoch ein Steuerventil mit
einer Membran oder einem Balg verwendet wird, um das drucksensitive
Element bei der drucksensitiven Einheit zu bilden, wie bei den in
Verbindung mit einem Kühlkreislauf
oben genannten Beispielen, der Kohlendioxid als Kühlmittel
verwendet, da das Kühlmittel
mit dem Druck innerhalb des Kühlkreislaufes
einen Level etwa zehnmal so hoch wie in einem Kühlkreislauf der Freon als Kühlmittel
beim Stand der Technik verwendet, erreicht, tritt das Problem auf,
daß es
schwierig ist, einen ausreichenden Grad an Druckwiderstandsfähigkeit
bei dem drucksensitiven Element zu erreichen. Ein anderes Problem
ist, daß die
Größe des elektromagnetischen
Aktuators selbst groß sein muß, da es
notwendig ist, die von dem elektromagnetischen Aktuator bereitgestellte
elektromagnetische Kraft auszuüben,
um das Ventil gegen einen hohen Druck anzutreiben bzw. zu betätigen.
-
Dementsprechend ist es eine Aufgabe
der vorliegenden Erfindung, eine Steuervorrichtung variabler Kapazität für einen
Kühlkreislauf
anzugeben, der eine verläßliche Steuerung
bzw. Regelung variabler Kapazität
verwirklicht, wobei ein zufriedenstellendes Niveau der Druckwiderstandsfähigkeit
gegen den Druck im Kühlkreislauf
bei Verwendung von Kohlendioxid als Kühlmittel erreicht wird, ohne
daß die Größe des Drucksteuerventils
erhöht
werden muß.
-
Die obige Aufgabe wird durch eine
Steuervorrichtung variabler Kapazität gemäß Anspruch 1 gelöst. Bevorzugte
Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche.
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung
versehen mit dem Drucksensor, der den Druck auf der Niederdruckseite
des Kühlkreislaufes
detektiert, der Kohlendioxid als Kühlmittel verwendet, wird das
Ventilelement entlang der Richtung bewegt, in der der Wert des von
dem Drucksensor detektierten Drucks dem Solldruck angepaßt wird,
z.B. entlang der Richtung, in der der Niederleveldruck verringert
wird, wenn der detektierte Wert höher als der Solldruck ist, und
in der Richtung, in der der Niederdrucklevel erhöht wird, wenn der detektierte
Druck niedriger als der Solldruck ist, indem die elektromagnetische
Spule gesteuert wird, und dadurch ist es nicht erforderlich, einen
Abschnitt mit einer geringen Druckwiderstandsfähigkeit wie die Niederleveldruckdetektionseinheit
beim Stand der Tech nik einzusetzen, wodurch eine höhere Druckwiderstandsfähigkeit
gegen den Druck im Kühlkreislauf
erreichbar ist.
-
Außerdem ist es gemäß der vorliegenden
Erfindung wünschenswert
sicherzustellen, daß das Ventilelement
auf eine Position eingestellt ist, an der es die Verbindung zwischen
der Niederdruckkammer und dem Kurbelgehäuse unterbricht und es gestattet, der
Hochdruckkammer und der Druckeinstellkammer miteinander zu kommunizieren,
wenn der elektromagnetischen Spule keine Energie zugeführt wird,
und daß durch
die elektromagnetische Kraft, die von der elektromagnetischen Spule
ausgeübt
wird, eine Bewegung des Ventilelements in der Richtung bewirkt wird,
in der die Niederdruckkammer und die Druckeinstellkammer miteinander
in Verbindung treten und die Hochdruckkammer von der Druckeinstellkammer unterbrochen
wird. Durch Minimierung der Kompressorauslaßkapazität, wenn der elektromagnetischen Spule
keine Energie zugeführt
wird, wird ein gleichmäßigerer
bzw. ruckfreierer Betrieb während
der anfänglichen
Kompressorstartphase erreicht.
-
Es ist auch wünschenswert, ein kleines Loch am
Ventilelement zu bilden, durch das die Druckeinstellkammer und die
Niederdruckkammer miteinander kommunizieren können, wenn das Ventilelement die
Druckeinstellkammer von der Niederdruckkammer abgeschnitten hat.
Da dies einer kleinen Menge an Kühlmittel
gestattet, zu der Niederdruckseite vom Kurbelgehäuse zu fließen, wird ein Anstieg der Temperatur
im Kurbelgehäuse
verhindert.
-
Das Ventilelement umfaßt weiter
einen Ventilelementhauptkörper,
der innerhalb der Druckeinstellkammer vorgesehen ist, und eine Führungseinheit,
die sich von dem hochdruckseitigen Verbindungsdurchlaß erstreckt
und durch die Hochdruckkammer hindurch geht, die die von der Feder
ausgeübte
Kraft auf den Ventilelementhauptkörper überträgt, mit einem Druck, dessen
Level dem Drucklevel in der Niederdruckkammer entspricht, zugeführt in eine
Federgehäusekammer,
die die Feder und die Führungseinheit
umgibt, der bzw. die die Federgehäusekammer von der Hochdruckkammer
pneumatisch unterbricht. Folglich wird der Niederleveldruck auf
die beiden Seiten des Ventilelements ausgeübt, was es dem Ventilelement
gestattet, in einer ruhigeren bzw. ruckfreieren Betätigung anzugreifen
verglichen mit einem Ventilelement mit verschiedenen Drücken, die
auf die zwei Seiten davon ausgeübt werden.
Dadurch wird die Betätigungskraft
des Ventilelements reduziert, und so kann die elektromagnetisch
Spule miniaturisiert werden.
-
Es ist wünschenswert, daß das der
elektromagnetischen Spule zugeführte
Steuersignal ein Tast- bzw. Einschaltverhältnissignal ist, wobei dessen
maximale Spannung auf einen vorbestimmten Spannungslevel durch eine
konstante Spannungsschaltung beschränkt ist. Durch Halten einer
konstanten Spannung mit der Konstantspannungsschaltung und Anpassung
des Leistungslevels in Übereinstimmung
mit dem Einschaltverhältnis
kann, wenn der Kühlkreislauf
in ein Fahrzeug eingebaut ist, in dem die Spannung einer die Versorgung
bildenden Batteriespannungsquelle stark schwankt, das Maß, in dem
solche Spannungsschwankungen den Betrieb des Kühlkreislaufes beeinflussen,
minimiert werden, so daß die
Bewegung des Ventilelements in einer stabilen Weise gesteuert bzw.
geregelt werden kann. Außerdem
kann das Aufprallgeräusch
unterdrückt werden,
das auftreten würde,
wenn das Ventilelement mit dem Ventilsitz aufgrund übermäßiger elektromagnetischer
Kraft in Kontakt tritt.
-
Die Ventilhubgröße, die den Abstand zwischen
der Position, in der das Ventilelement den niederdruckseitigen Verbindungsdurchlaß blockiert,
und der Position, in der das Ventilelement den hochdruckseitigen
Verbindungsdurchlaß blokkiert,
darstellt, sollte vorzugsweise auf 1 mm oder kleiner eingestellt sein.
Durch Reduzierung des Abstandes, über den sich das Ventilelement
bewegt, wird es sowohl der Hochdruckkammer als auch der Niederdruckkammer gestattet,
eine Verbindung mit der Druckeinstellkammer schnell herzustellen/zu
unterbrechen.
-
Weiter ist es wünschenswert, daß der Solldruck
berechnet wird in Übereinstimmung
mit der Wärmelastumgebung
des Kühlkreislaufes
um sicherzustellen, daß der
optimale Solldruck korrespondierend zu spezifischen Klimatisierungsbedingungen eingestellt
wird.
-
KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNG
-
1 ist
ein schematisches Blockdiagramm des Kühlkreislaufs gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
-
2 ist
eine Schnittansicht des Kompressors variabler Kapazität der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 ist
eine Schnittansicht des Drucksteuerventils der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn keine Energie zugeführt wird;
-
4 ist
eine Schnittansicht des Drucksteuerventils bei der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, wenn Energie zugeführt wird;
-
5 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines Abschnitts des Drucksteuerventils der Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, die am Ventilelement gebildete Auslaufnuten zeigt; und
-
6(a), 6(b) und 6(c) zeigen Zeitdiagramme des der elektromagnetischen
Spule des Drucksteuerventils zugeführten Steuersignals.
-
BESTE AUSFÜHRUNGSFORM
DER ERFINDUNG
-
Das folgende ist eine Erklärung einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung.
-
1 ist
ein schematisches Blockdiagramm eines Kühlkreislaufes 1, der
Kohlendioxid als Kühlmittel
verwendet. Der Kühlkreislauf 1 weist
mindestens einen Kompressor variabler Kapazität (nachfolgend als Kompressor
bezeichnet) 3, der ein Drucksteuerventil 2 zur Variierung
der Auslaßkapazität umfaßt und das
Kühlmittel
in einen superkritischen Bereich komprimiert, einen Radiator bzw.
Kühler 4,
der die Temperatur des Gasphasenkühlmittels, das in den superkritischen
Bereich komprimiert worden ist, verringert, einen internen Wärmetauscher 7,
der aus einem hochdruckseitigen Wärmetauscher 5, durch den
das Hochdruckgasphasenkühlmittel
strömt,
das aus dem Kühler 4 ausgeströmt ist,
und einen niederdruckseitigen Wärmetauscher 6,
durch den das Niederdruckgasphasenkühlmittel strömt, das
dem Kompressor 3 zugeführt
wird, so daß der
Wärmeaustausch
zwischen dem Hochdruckphasenkühlmittel und
dem Niederdruckphasenkühlmittel
erfolgt, ein Expansionsventil 8, das das durch den hochdruckseiti gen
Wärmetauscher 5 geströmte Gasphasenkühlmittel
expandiert, um dessen Druck auf ein Niveau im Gas-Flüssigkeits-Mischbereich
abzusenken, einen Verdampfer 9, der das durch das Expansionsventil 8 geströmte Kühlmittel
im Gas-Flüssigkeits-Mischzustand
verdampft, und einen Sammler 10 auf, der eine Gas-Flüssigkeits-Trennung
für das
vom Verdampfer 9 verdampfte Kühlmittel erreicht und überschüssiges Kühlmittel
speichert. Folglich wird ein Kühlmittelkreislauf 1 realisiert,
der die Wärme
von Luft absorbiert, die durch den Verdampfer 9 strömt, der
in einem Klimatisierungskanal eines Klimatisierungssystems für Fahrzeuge
(nicht dargestellt) beispielsweise angeordnet ist, und die Wärme an die
Außenseite
durch den Kühler 4 abgibt.
-
Außerdem ist ein Drucksensor 12 zur
Detektion des Niederleveldrucks an der Niederdruckleitung 11 vorgesehen,
die sich von der Auslaßseite
des Expansionsventils 8 zu der Einlaßseite des Kompressors 3 erstreckt.
Der Niederleveldruck Ps, der von dem Drucksensor 12 detektiert
wird, wird an eine Steuerung 17 zusammen mit Signalen,
die von einem Temperatursensor 13 zur Detektion der Außenlufttemperatur
Ta und einem Temperatursensor 14 zur Detektion der Kabineninnentemperatur
Tinc ausgegeben werden, mit einem Temperatureinstellsignal Tset,
das durch eine Temperatureinstelleinrichtung 15 an einem
Armaturenbrett bzw. Bedienpanel (nicht dargestellt) vorgegeben wird,
mit der Menge an Sonnenstrahlung Qsun, die durch einen Sonnenstrahlungsmengendetektionssensor 16 detektiert
wird, und dergleichen eingegeben bzw. der Steuerung 17 zugeführt.
-
Die Steuerung 17 weist mindestens
eine Eingabeschaltung 18, die die verschiedenen, oben genannten
Signale als Daten aufnimmt, eine Speichereinheit 19, die
aus einem Nurlesespeicher (ROM) und einem Arbeits- bzw. Direktzugriffsspeicher (RAM)
gebildet ist, eine Zentralprozessoreinheit (CPU) 20, die
Steuersignale durch eine arithmetische Operation erhält bzw.
bestimmt, indem die Daten gemäß einem
Programm, das von der Speichereinheit 19 aufgerufen wird,
verarbeitet und die Daten in der Speichereinheit 19 gespeichert
werden, eine Ausgabeschaltung 21, die das Tast- bzw. Einschaltverhältnis des
Steuersignals basierend auf den von der Zentralprozessoreinheit 20 berechneten
Steuerdaten ausgibt, eine Konstantspannungsschaltung 23,
die eine gewünschte
Konstantspannung unter Verwendung der Versorgung von einer Batteriequelle 22 erzeugt,
und eine Einschaltverhältnissteuerschaltung 24 auf,
die ein Steuersignal ausgibt, um das Tast- bzw. Einschaltverhältnis zu
erreichen, das von der Ausgabeschaltung 21 ausgegeben wird.
-
Der Kompressor 3, der zum
Beispiel wieder in 2 gezeigte
Taumelscheibenkompressor variabler Kapazität sein kann, umfaßt einen
Außenblock 30 gebildet
aus einem Vorderblock 31, der ein Kurbelgehäuse 34 bildet,
einem Zentralblock 32, in dem eine Vielzahl von Zylindern 35 gebildet
sind, und einem Rückblock 33,
der einen Einlaßraum 36 und
einen Auslaßraum 37 bildet
bzw. definiert.
-
Eine sich durch den Außenblock 30 erstreckende
Antriebswelle 38 ist am Vorderblock 31 und Zentralblock 32 mittels
Lagern 39a bzw. 39b drehbar gelagert. Diese Antriebswelle 38 ist
mit einem Antriebsmotor (nicht dargestellt) über einen Riemen, eine Riemenscheibe
und eine elektromagnetische Kupplung verbunden, und dies bewirkt,
daß sich
die Antriebswelle 38 dreht, wenn die elektromagnetische Kupplung
in Eingriff steht und die Motordrehung darauf übertragen wird. Außerdem ist
an der Antriebswelle 38 eine Taumelscheibe 40 vorgesehen,
die sich zusammen mit der Antriebswelle 38 dreht und sich relativ
zu der Antriebswelle 38 frei neigen bzw. verkippen kann.
-
Die Zylinder 35 sind im
Zentralblock 32 um die Antriebswelle 38 herum in einem bestimmten
Abstand voneinander gebildet. Sie sind in einer zylindrischen Form
mit einer zentralen Achse ausgebildet, die sich parallel zu der
Achse der Antriebswelle 38 erstreckt, und weisen jeweils
einen gleitend darin aufgenommenen Kolben 41 auf, der mit
einem Ende von der Taumelscheibe 40 gehalten ist.
-
Wenn die Antriebswelle 38 rotiert,
bewirkt dies, daß die
Taumelscheibe 40 rotiert, wobei ein bestimmter Neigungswinkel
bei dem oben beschriebenen Aufbau beibehalten wird, und ein Ende
der Taumelscheibe 40 schwingt über einen spezifischen Bereich
entlang der Richtung, in der sich die Achse der Antriebswelle 38 erstreckt.
Folglich bewegen sich die Kolben 41, die an der Frontfläche der
Taumelscheibe 40 befestigt sind, jeweils hin- und her längs der
Richtung, in der die Achse der Antriebswelle 38 verläuft, um
die volumetrische Kapazität
eines Kompressionsraums 42 zu ändern, der in dem korrespondierenden Zylinder
ge bildet ist, wodurch das Kühlmittel über einen
Einlaßdurchlaß 43 mit
einem Einlaßventil 44 vom Einlaßraum 36 aufgenommen
und das komprimierte Kühlmittel
in den Auslaßraum 37 über einen
Auslaßdurchlaß 45 mit
einem Auslaßventil 46 ausgegeben bzw.
ausgestoßen
wird.
-
Die Auslaßkapazität des Kompressors 3 ist festgelegt
durch den Hub der Kolben 41, und der Hub ist seinerseits
festgelegt in Übereinstimmung
mit der Druckdifferenz zwischen dem Druck, der auf die Vorderseite
jedes Kolbens 41 ausgeübt
wird, d.h. der Druck in dem Druckraum 42, und dem Druck,
der auf die Rückseite
des Kolbens ausgeübt
wird, d.h. der Druck innerhalb des Kurbelgehäuses 34. Genauer gesagt
wird die Druckdifferenz zwischen dem Kompressionsraum 42 und
dem Kurbelgehäuse 34 verringert,
indem der Druck in dem Kurbelgehäuse 34 erhöht wird,
um einen geringeren Hub für
den Kolben 41 einzustellen und dadurch eine geringere Auslaßkapazität zu erreichen,
wohingegen die Druckdifferenz zwischen dem Kompressionsraum 42 und
dem Kurbelgehäuse 34 erhöht wird,
in dem der Druck in dem Kurbelgehäuse 34 verringert
wird, um einen größeren Hub
für die
Kolben 41 bereitzustellen und dadurch eine höhere Auslaßkapazität zu erreichen.
-
Das Drucksteuerventil 2 ist
am Rückblock 33 des
Kompressors 3 angeordnet, um den Druck im Kurbelgehäuse 34 zu
steuern bzw. zu regeln. Dieses Drucksteuerventil 2 ist
gebildet aus einer Antriebseinheit 60, einer Zentralblockeinheit 70 und
einer Ventilelementeinheit 80, wie in 3 und 4 dargestellt.
-
Die Antriebseinheit 60 umfaßt ein zylindrisches
Gehäuse 61,
das durch Dichtstemmen an einem Ende der Zentralblockeinheit 70 befestigt
ist, einen zylinderförmigen
Zylinder 62, der in dem Gehäuse 61 aufgenommen
und an einem Ende der Zentralblockeinheit 70 befestigt
ist, eine elektromagnetische Spule 63, die um den Zylinder 62 gewunden
ist, einen Plungerkolben 64, der gleitend in dem Zylinder 62 eingesetzt
bzw. aufgenommen ist und der eine Endfläche, die in Kontakt mit einem
Ventilelementantriebsstab 68 auf der Seite in Kontakt tritt,
auf der die Zentralblockeinheit 70 angeordnet ist, und
eine andere Endfläche
aufweist, an der eine Federaufnahmeöffnung 65 gebildet
ist, eine Feder 66, die in die Federaufnahmeöffnung 65 mit
einem Ende eingesetzt ist und in Kontakt mit dem Plungerkolben 64 und
einem Deckel 67 steht, der das andere Ende der Feder
66 hält und durch
Dichtstemmen an dem anderen Ende des Gehäuses 61 befestigt
ist, um so den Zylinder 62 am anderen Ende abzudichten.
-
Die Zentralblockeinheit 70 ist
gebildet aus einem zylindrischen Block 71 mit einem zylindrischen Vorsprung 71a zur
Befestigung des Zylinders 63 und einem äußeren Ringabschnitt 71b,
an dem das Gehäuse 61 durch
Dichtstemmen am anderen Ende davon befestigt ist. Sie umfaßt eine
Durchgangsöffnung 74,
an der der zylindrische Vorsprung 71a gebildet ist und
durch den sich der Ventilelementantriebsstab 68 gleitend
erstreckt, eine Niederdruckkammer 73, die in einer zylindrischen
Form in der Mitte des Blocks 71 gebildet ist, und eine
Vielzahl von niederdruckseitigen Verbindungslöchern 72, die sich
von der Niederdruckkammer 73 in radialer Richtung erstrecken.
Es ist anzumerken, daß der
Druck innerhalb der Niederdruckkammer 73 etwa dem Druck
in der Niederdruckleitung des Kühlkreislaufs 1 entspricht,
da die Vielzahl der niederdruckseitigen Verbindungslöcher 72 mit
dem Einlaßraum 36 des
Kompressors 3 über
eine erste, am Rückblock 33 gebildete
Nut 75 kommunizieren.
-
Die Ventilelementeinheit 80 umfaßt ein äußeres Gehäuse 81,
das in einer im wesentlichen zylindrischen Form ausgebildet ist,
und ein inneres Gehäuse 82,
das am äußeren Gehäuse 81 angebracht ist.
Eine Druckeinstellkammer 86 ist gebildet, und ein Öffnungs/Schließ-Abschnitt 91 eines
Ventilelements 90 ist am äußeren Gehäuse 81 auf der Seite
zum Zentralblock aufgenommen, und am inneren Gehäuse 82 ist ein Gleitabschnitt 93 des
Ventilelements 90 gleitend aufgenommen, und eine Hochdruckkammer 84 ist
zwischen einem Abschnitt 92 geringen Durchmessers des Ventilelements 90 und
dem inneren Gehäuse 82 gebildet.
Außerdem
kommuniziert die Druckeinstellkammer 86 mit dem Kurbelgehäuse 34 über ein
Kurbelwellenverbindungsloch 85, das am äußeren Gehäuse 81 gebildet ist,
und eine zweite Nut 95, die am Rückblock 33 gebildet
ist, wohingegen die Hochdruckkammer 84 mit dem Auslaßraum 37 über ein
Verbindungsloch 83, das sich durch das äußere Gehäuse 81 und das innere
Gehäuse 82 erstreckt,
und eine dritte Nut 96, die am Rückblock 33 gebildet
ist, kommuniziert.
-
Außerdem ist der innere Durchmesser
der Druckeinstellkammer 86 größer als der innere Durchmesser
der Niederdruckkammer 73, und der Innendurchmesser des
inneren Gehäuses 82 ist
geringer als der Innendurchmesser der Druckein stellkammer 86.
Folglich ist ein niederdruckseitiger Ventilsitz 76 zwischen
der Niederdruckkammer 73 und der Druckeinstellkammer 86 gebildet,
und ein hochdruckseitiger Ventilsitz 77 ist zwischen der
Hochdruckkammer 84 und der Druckeinstellkammer 86 gebildet.
Wenn der Öffnungs/Schließ-Abschnitt
91 des Ventilelements 90, aufgenommen in der Druckeinstellkammer 86,
auf den niederdruckseitigen Ventilsitz 76 oder den hochdruckseigen
Ventilsitz 77 aufgesetzt wird, wird die Verbindung zwischen
der Niederdruckkammer 73 und der Druckeinstellkammer 86 bzw.
zwischen der Hochdruckkammer 84 und der Druckeinstellkammer 86 hergestellt/unterbrochen.
-
Ein Niederdruckraum 87 ist
zwischen einem Ende des Gleitabschnitts 93 des Ventilelements 90 und
dem inneren Gehäuse 82 gebildet,
um mit dem Einlaßraum 36 über ein
Verbindungsloch 88, das an einem Deckel 89 gebildet
ist, der das innere Gehäuse 82
am äußeren Gehäuse 81 befestigt,
und dem Verbindungsraum 97 zu kommunizieren, der am Rückblock 33 gebildet
ist. Weiter ist im Niederdruckraum 87 eine Feder 94 vorgesehen,
die eine Kraft auf das Ventilelement 90 ausübt, um es
gegen den niederdruckseitigen Ventilsitz 76 zu pressen.
Es ist anzumerken, daß der Öffnungs/Schließ-Abschnitt
91 gegen den niederdruckseitigen Ventilsitz 76 gepreßt bleibt,
solange keine Energie der elektromagnetischen Spule 63 zugeführt wird,
da die von der Feder 94 ausgeübte Kraft größer eingestellt
ist als die von der früher
erwähnten
Feder 66 ausgeübte
Kraft.
-
Da der Niederleveldruck auf beide
Endflächen
des Ventilelements 90 längs
der Richtung, in der es sich bewegt, ausgeübt wird, wodurch eine Druckdifferenz
zwischen den beiden Enden des Ventilelements 90 längs der
Bewegungsrichtung eliminiert wird, kann sich das Ventilelement 90 gleichmäßig bzw.
ruckfrei bewegen, was es ermöglicht,
das Niveau der ausgeübten
Kraft, um das Ventilelement 90 zu betätigen bzw. anzutreiben, niedrig
zu halten und letztendlich die Größe der elektromagnetischen Spule 63 selbst
gering bzw. klein zu halten.
-
Weiter sind am Öffnungs/Schließ-Abschnitt 91 des
Ventilelements 90 eine Vielzahl von Überlaufnuten ausgebildet, die
zwischen der Druckeinstellkammer 86 und der Niederdruckkammer 73 kommunizieren,
wenn der Öffnungs/Schließ-Abschnitt 91 am niederdruckseitigen
Ventilsitz 76 aufgesetzt ist. Da sie es ge statten, daß das Kühlmittel
innerhalb des Kurbelgehäuses 84 zur
Niederdruckseite fließt,
erhöht
sich die Temperatur im Kurbelgehäuse 34 nicht.
-
Da der Druck im Kühlkreislauf 1 dem
Gleichgewichtsdruck zwischen der Hochdruckseite und der Niederdruckseite
beim Starten bzw. Einschalten entspricht, ist der Niederleveldruck
hoch an dem wie oben beschrieben aufgebauten Drucksteuerventil 2 und
da keine Energie dem Drucksteuerventil 2, wie in 3 beim Starten bzw. Einschalten
dargestellt, zugeführt
wird, stehen der Auslaßraum 37 und
das Kurbelgehäuse 34 miteinander
in Verbindung, wobei der Druck im Kurbelgehäuse 34 bei allen Werten
dem Hochleveldruck entspricht. Da die Differenz zwischen dem Hochleveldruck
und dem Niederleveldruck gering ist, ist in dieser Situation die
Auslaßkapazität gering,
was in einer geringen Antriebslast des Kompressors 3 resultiert
und es möglich
macht, den Kompressor 3 leicht bzw. ruckfrei oder gleichmäßig zu starten.
-
Weiter, wenn die Wärmelast
des Kühlkreislaufes
hoch ist und es daher erforderlich ist, die Kapazität unmittelbar
nach der anfänglichen
Phase des Einschaltens bzw. Startens zu erhöhen, beginnt die Energiezuführung zu
der elektromagnetischen Spule 63 des Drucksteuerventils 2,
wird der Plungerkolben 64 zu der elektromagnetischen Spule 63 gezogen und
wird das Ventilelement 90 mittels des Ventilelementantriebsstabs 68 gegen
die von der Feder 94 ausgeübte Kraft bewegt, wodurch bewirkt
wird, daß der Öffnungs/Schließ-Abschnitt 91 den
niederdruckseitigen Ventilsitz 76 verläßt und auf den hochdruckseitigen
Ventilsitz 67 aufgesetzt wird und der in 4 dargestellte Zustand erreicht wird.
So tritt das Kurbelgehäuse 34 in
Verbindung mit dem Einlaßraum 36 über die
Druckeinstellkammer 86 und die Niederdruckammer 73,
und der Druck im Kurbelgehäuse 34 wird
gleich dem Niederleveldruck. Folglich steigt der Hub bzw. die Hubgröße der Kolben 41,
da der Niederleveldruck niedriger wird, was die Auslaßkapazität des Kompressors 3 erhöht.
-
Nachdem der Betrieb des Kompressors 3 sich
stabilisiert hat, wird dann das Drucksteuerventil 2 längs der
Richtung, in der die Auslaßkapazität des Kompressors 3 erhöht wird,
gesteuert, wenn der von dem Drucksensor detektierte Druck Ps größer als
der Solldruck Psa ist, wohingegen das Drucksteuerventil 2 längs der
Richtung, in der die Auslaßkapazität des Kompressors 3 verringert
wird, ge steuert wird, wenn der vom Drucksensor 12 detektierte
Druck Ps geringer als der Solldruck Psa ist. Es ist anzumerken,
daß ein
spezifischer, fester Wert für
den Solldruck Psa verwendet werden kann oder daß der Solldruck Psa festgelegt
werden kann basierend auf der Wärmelast T
{T = K1·F(Ta)
+ K2·F(Tinc)
+ K3·F(Qsun) – K4·F(Tset)
+ K5}, berechnet in Übereinstimmung
mit der Luftaußentemperatur
Ta, der Kabineninnentemperatur Tinc, der Menge an Sonnenstrahlung
Qsun, der Temperatureinstellung Tset und dergleichen {Psa = K6·F(T) +
K7}. Es ist anzumerken, daß K1,
K2, K3, K4 und K6 jeweils Betriebskonstanten darstellen und K5 und
K7 jeweils einen Korrekturterm darstellen.
-
Weiter wird das Einschaltverhältnis Ds
für das
der elektromagnetischen Spule 63 zugeführte Steuersignal berechnet
durch die folgende Gleichung 1 in Abhängigkeit vom Niederleveldruck
Ps und dem Sollniederleveldruck Psa. Es ist anzumerken, daß in der
Formel (1) unten A eine Proportionalkonstante darstellt, P eine
Integrationskonstante darstellt und C einen Konekturterm darstellt. Ds = A(Ps–Psa) + B∫(Ps–Psa)dt + C (1)
-
Wenn der Niederleveldruck Ps höher als
der Solldruck Psa ist, kann folglich ein Steuersignal erhalten werden,
das ein größeres Tast-
bzw. Einschaltverhältnis
erreicht, wohingegen, wenn der Niederleveldruck Ps geringer als
der Solldruck Psa ist, ein Kontrollsignal erhalten werden kann,
das ein geringeres Tast- bzw. Einschaltverhältnis erreicht, wie in 6(a), 6(b) und 6(c) beispielhaft
dargestellt.
-
Da außerdem die Konstantspannungsschaltung 23 vorgesehen
ist, wie oben beschrieben, um aufgrund von Schwankungen der Spannung
der Batteriequelle 22 eine Inkonsistenz in dem Maß der Steuerung,
die auf das Ventilelement 90 des Drucksteuerventils 2 ausgeübt wird,
zu verhindern, kann eine genaue Kapazitätssteuerung durchgeführt werden.
-
INDUSTRIELLE
ANWENDBARKEIT
-
Wie oben beschrieben, ist gemäß der vorliegenden
Erfindung ein separater Drucksensor zur Detektion des Niederleveldrucks
vorgesehen unabhängig
von dem Drucksteuerventil, und so weist das Drucksteuerventil selbst
keinen Abschnitt mit einer niedrigen Druckwiderstandsfähigkeit
gegen den Druck im Kühlkreislauf
auf, der Kohlendioxid als Kühlmittel
verwendet, wodurch es möglich
gemacht wird, die Servicedauer bzw. Wartungsintervalle des Drucksteuerventils
zu verlängern
und einen stabilen Betrieb zu erreichen.
-
Da weiter der einheitliche Niederleveldruck auf
beide Endflächen
des Ventilelements des Drucksteuerventils in seiner Bewegungsrichtung
ausgeübt wird,
gibt es keine Druckdifferenz zwischen den beiden Endflächen des
Ventilelements, und daher kann die Bewegungslast bzw. -kraft auf
das Ventilelement reduziert werden, wodurch eine Miniaturisierung
der elektromagnetischen Spule ermöglicht wird.
-
Da weiter eine minimale Menge an
Kühlmittel vom
Kurbelgehäuse
zu der Niederdruckseite fließen kann,
wird ein Anstieg der Temperatur im Kurbelgehäuse minimiert und die an den
Gleitabschnitten des Kompressors erzeugte Hitze kann absorbiert
werden, um eine Erhöhung
der Wartungsintervalle bzw. Servicedauer des Kompressors selbst
zu erreichen.
-
Da weiter eine Konstantspannung für das der elektromagnetischen
Spule des Drucksteuerventils zugeführte Steuersignal erreicht
wird, kann das Drucksteuerventil unter konstanten Bedingungen gesteuert
werden, wodurch es möglich
ist, eine gewünschte
Auslaßkapazität für den Kompressor
mit einem hohen Grad an Verläßlichkeit
zu erreichen.