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GEBIET DER
ERFINDUNG
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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Regelventil für einen in einem Klimagerät für Kraftfahrzeuge
usw. eingesetzten Kompressor mit variabler Verdrängung und insbesondere ein
Regelventil für
einen Kompressor mit variabler Verdichtung, der die Zufuhr von Kältemittelgas
aus einem Auslassdruckbereich in einen Zwischendruckbereich des
Kompressors je nach Bedarf regelt.
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Die
den am nächsten
kommenden Stand der Technik darstellende US-A-5 332 365 beschreibt
einen Schrägplatten-Kompressor
mit variabler Verdrängung,
der eine Kurbel-, eine Saug- und eine Auslasskammer aufweist. Die
Kurbelkammer ist über
einen ersten Verbindungskanal mit der Saugkammer und über einen
zweiten Verbindungskanal mit der Auslasskammer verbunden. Ein erster
Regelventilmechanismus ist in dem ersten Verbindungskanal und ein
zweiter Regelventilmechanismus in dem zweiten Verbindungskanal angeordnet.
Die Fluidverbindung zwischen Kurbel- und Saugkammer wird so über den
ersten Regelventilmechanismus gesteuert, dass der Saugkammerdruck
auf einem vorbestimmten konstanten Wert gehalten wird, während die
Fluidverbindung zwischen Kurbel- und Auslasskammer kontinuierlich
geschlossen ist. Die Fluidverbindung zwischen Kurbel- und Auslasskammer
wird von dem zweiten Regelventilmechanismus geöffnet, wenn der vorbestimmte
konstante Druckwert der Saugkammer erhöht werden muss. Im letzteren
Zustand ist die Fluidverbindung zwischen Kurbel- und Saugkammer kontinuierlich
geschlos sen, solange der Kurbelkammerdruck nicht außergewöhnlich erhöht wird.
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Ein
Magnetspulen-Regelventil und ein Kompressor mit variabler Verdrängung der
vorbeschriebenen Art sind auch in der EP-A-0 992 689 beschrieben.
Die US-A-4 730 986 offenbart einen Taumelscheiben-Kompressor mit
variabler Verdrängung,
der mit einem Regelventil in Taumelscheiben-Winkelausführung versehen
ist.
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Bisher
wird ein mit einem Zylinder, einem Kolben, einer Nockenscheibe und
dergleichen versehener Kompressor mit variabler Verdrängung zum Verdichten
und zur Abgabe eines Kältemittelgases
in einem Klimagerät
eines Kraftfahrzeuges eingesetzt. Ein bekanntes Regelventil für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
weist einen Kältemittelgaskanal
auf, der einen Auslassdruckbereich mit einer Kurbelkammer in einem
Zwischendruckbereich verbindet, wobei über das Einstellen des Drucks
in der Kurbelkammer der Kippwinkel der Nockenscheibe und damit die
Abgabeleistung verändert
wird. Die Einstellung des Kurbelkammerdrucks erfolgt durch Verstellen
der Öffnung
des im Kältemittelkanal
angeordneten Regelventils, wodurch ein auf hohen Druck verdichtetes
Kältemittelgas
aus dem Auslassdruckbereich der Kurbelkammer zugeführt wird.
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Ein
typisches Regelventil der vorbeschriebenen Art ist in 3 als
Regelventil 100 für
einen leistungsverstellbaren Kompressor (nachstehend "Regelventil" genannt) (siehe
die Japanische Offenlegungsschrift Nr. 2000-120912) dargestellt.
Das Regelventil 100 ist auf der hinteren Gehäuseseite
dieses Kompressors mit variabler Verdrängung angeordnet und über O-Ringe 121a, 121b und 131b in
der Weise montiert, dass ein luftdich ter Zustand hergestellt wird
und der Druck in der Kurbelkammer des Kompressors mit variabler
Verdrängung
eingestellt werden kann.
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Das
Regelventil 100 umfasst einen Regelventil-Körper 120,
eine Magnetspulen-Anregungseinheit 130 und eine druckempfindliche
Einheit 145, wobei die Magnetspulen-Anregungseinheit 130 in
der Mitte des Regelventils 100 und zu beiden Seiten desselben
der Regelventil-Körper 120 und
die druckempfindliche Einheit 145 angeordnet sind.
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Die
Magnetspulen-Anregungseinheit 130 weist an ihrem äußeren Umfang
ein Magnetspulengehäuse 131 und
im Innern dieses Magnetspulengehäuses 131 eine
Magnetspule 131A, einen durch die Erregung der Magnetspule 131A bedingt
nach oben und unten beweglichen Plungerkolben 133 und eine magnetische
Zugeinrichtung 141 auf. Eine Plungerkolben-Kammer 130a zur
Aufnahme des Plungerkolbens 133 steht mit einem im Regelventil-Körper 120 ausgebildeten
Kältemittel-Saugkanal 129 in
Verbindung. Weiter ist die Magnetspule 131A mit einer Leitungsschnur
(nicht dargestellt) verbunden, über
die von einem Steuerrechner (nicht dargestellt) geregelter Erregerstrom
zugeführt
werden kann.
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Die
druckempfindliche Einheit 145 ist unter dem Magnetspulengehäuse 131 angeordnet
und weist in ihrem Innern eine druckempfindliche Kammer 145a auf.
Diese druckempfindliche Kammer 145a enthält einen
Balg 146 und eine druckempfindliche Feder 159,
welche den Plungerkolben 133 über einen Schaft 138 oder
dergleichen betätigt,
wobei das Innere der druckempfindlichen Kammer 145a in einem
Vakuumzustand gehalten wird.
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Der
Regelventil-Körper 120 umfasst
eine Ventilkammer 123, in der eine Ventileinrichtung 132, die
vom Plungerkolben 133 geöffnet und geschlossen wird,
vorgesehen ist. Ein Kältemittelgas
mit hohem Auslassdruck Pd wird über
den Auslassdruckbereich des Kompressors und den Kältemittel-Auslasskanal 126 der
Ventilkammer 123 zugeführt.
In der Bodenfläche
der Ventilkammer 123 ist eine Ventilöffnung 125 ausgebildet,
die mit einem Kurbelkammer-Kältemittelkanal 128 in
Verbindung steht, wobei die Ventilkammer 123 oben mit einem
Stopfen 124 verschlossen ist. In der Mitte des Stopfens 124 ist eine
Druckkammer 151 in Form einer stehenden Öffnung mit
Boden ausgebildet, deren Querschnittsfläche gleich der der Ventilöffnung 125 und
dieser gegenüberliegend
angeordnet ist. Die Druckkammer 151 ist weiterhin als Schraubenaufnahme 151a ausgebildet,
in deren Grund eine Ventilschließfeder 127 angeordnet
ist, welche die Ventileinrichtung 132 gegen die Bodenfläche der
Ventilklammer 123 vorspannt.
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Die
Ventileinrichtung 132 besteht aus einem schaftartigen Körper mit
einem oberen Bereich 132a, einem vergrößerten Ventilbereich 132b,
einem Bereich 132c kleineren Durchmessers und einem unteren
Bereich 132d. Der obere Bereich 132a und der untere
Bereich 132d weisen die gleiche Querschnittsfläche wie
die Ventilöffnung 125 auf.
Der obere Bereich 132a ist auf dem Stopfen 124 mit
der Druckkammer 151 gelagert, während der vergrößerte Ventilbereich 132b in
der Ventilkammer 123 angeordnet ist und der Bereich kleineren
Durchmessers 132c einem Kurbelkammer-Kältemittelkanal 128 gegenüberliegt,
der mit einer Kurbelkammer (Zwischendruck Pc) in der Ventilöffnung 125 in
Verbindung steht. Der untere Bereich 132d ist auf dem Regelventil-Körper 120 gelagert,
dessen Endbereich in eine Plungerkolben-Kammer 130a eingesetzt
ist, in die ein Kältemittelgas
mit einem Saugdruck Ps in Kontakt mit dem Plungerkolben 133 eingeleitet
wird. Die Ventileinrichtung 132 wird zusammen mit der Senkrechtbewegung
des Plungerkolbens 133 nach oben und unten bewegt, wobei über den
vergrößerten Ventilbereich 132b der
Ventileinrichtung 132 der Spalt zwischen einem Ventilsitz 125a auf
der Oberseite der Ventilöffnung 125 eingestellt
wird. Der der Plungerkolben-Kammer 130a beaufschlagte Niedrigtemperatur-Saugdruck Ps gelangt
in den druckempfindlichen Bereich 130a.
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Der
Stopfen 124 weist eine mit der Druckkammer 151 in
Verbindung stehende liegende Öffnung 153 auf,
die mit der Druckkammer 151 verbunden ist, und es steht
diese liegende Öffnung 152 mit einem
durch den Stopfen 125 und den Regelventil-Körper 120 begrenzten
Spaltbereich 139 in Verbindung. Andererseits ist der Regelventil-Körper 120 versehen
mit einer Neutralisierungsöffnung 155 zur Verbindung
des Spaltbereichs 129 mit der Plungerkolben-Kammer 130a,
in welche das Kältemittelgas mit
einem Saugdruck Ps eintritt. Somit wird das Kältemittelgas mit dem Saugdruck
Ps in der Plungerkolben-Kammer 130a über die Neutralisierungsöffnung 155 in
die Druckkammer 151 geleitet und über sowohl den oberen als auch
den unteren Bereich 132a, 132d von der Ventileinrichtung 132 aufgenommen. Da
weiterhin die oberen und unteren Bereiche 132a und 132d der
Ventileinrichtung 132 gleiche Querschnitte aufweisen, sind
die aus den oberen und unteren Bereichen 132a und 132d aufgenommenen Drücke im Gleichgewicht
und neutralisiert, so dass die Ventileinrichtung 132 nicht
wesentlich von dem Auslassdruck Pd beeinflusst wird. Darüber hinaus weist
die Ventileinrichtung 132 einen Bereich 132c kleineren
Durchmessers auf, der in der Nähe
eines einen Kurbelkammerdruck Pc führenden Kurbelkammer-Kältemittelkanals 128 liegt,
so dass bei auf dem Ventilsitz 125a befindlichem Ventilbereich 132b der Ventileinrichtung 132 die
Letztere selbst dann nicht mit nicht benötigtem Druck beaufschlagt wird,
wenn sich Druck Pc in der Kurbelkammer befindet, da die nach oben
und unten gerichteten Kräfte
im Gleichgewicht sind.
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Ein
Plungerkolben 133, an dem die Ventileinrichtung 132 angebracht
ist, befindet sich im Innern des Magnetspulengehäuses 131 und ist gleitbar
auf einem Rohr 136 gelagert, das über einen O-Ring 134a in
dichtem Kontakt mit dem Endbereich des Regelventil-Körpers 120 steht.
Das obere Ende 138A eines Schafts 138 ist in eine
Aufnahmeöffnung 137 im unteren
Ende des Plungerkolbens 133 eingesetzt und in diesem befestigt
und es ist das untere Ende 138B des Schafts 138 gleitend
so an der magnetischen Zugeinrichtung angebracht, dass es von der oberen
Aufnahmeöffnung 142 der
Zugeinrichtung 141 zur unteren Aufnahmeöffnung 143 vorsteht.
Eine Ventilöffnungsfeder 144 ist
zwischen dem Plungerkolben 133 und der oberen Aufnahmeöffnung 142 der
magnetischen Zugeinrichtung 141 vorgesehen, um den Plungerkolben 133 von
der magnetischen Zugeinrichtung 141 weg vorzuspannen.
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Weiter
ist von einem Stopfenpaar 147, 148 in dem in der
druckempfindlichen Kammer 145a angeordneten Balg 146 der
Stopfen 147 im unteren Bereich 138B des Schafts 138 vom
Schaft weg bewegbar angeordnet. Eine den Stopfen 147 von
der magnetischen Zugeinrichtung 147 weg vorspannende Feder 150 ist
zwischen einem Flansch 149 des Stopfens 147 und
der unteren Aufnahmeöffnung 143 der magnetischen
Zugeinrichtung 141 angeordnet.
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Steigt
der Saugdruck Ps in der druckempfindlichen Kammer 145a an
und wird somit der Balg 146 zusammengezogen, so kommt das
Stopfenpaar 147, 148 miteinander in Kontakt, um
die Ausbreitung des Balgs 146 zu regulieren. Die maximale
Ausbreitung des Balgs ist kleiner als das maximale Bauvolumen des
unteren Bereichs 138B des Schafts 138 zusammen
mit dem Stopfen 147 des Balgs 146 gewählt.
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Wird
der Bedienungsschalter des Klimageräts eingeschaltet und ist die
erfasste Temperatur beispielsweise gleich einer vorgegebenen Temperatur
oder höher
als diese, so veranlasst der Rechner die Erregung der Magnetspule 131A des
Regelventils 100. Hierdurch wird der Plungerkolben 133 zur magnetischen
Zugeinrichtung 141 gezogen, wodurch die den Plungerkolben 133 kontaktierende
Ventileinrichtung 132 bis in die Nähe der Ventilöffnung 125 bewegt
und der Zufluss zur Kurbelkammer unterbrochen wird. Andererseits
wird Niedrigtemperatur-Kältemittelgas über den
Kältemittel-Saugkanal 129 und die
Plungerkolben-Kammer 130a des Regelventil-Körpers 120 aus
dem Saugdruckbereich in den druckempfindlichen Bereich 145 verbracht.
Der Balg 146 im druckempfindlichen Bereich 145 wird
entsprechend dem Kältemittelgasdruck
bei einem Saugdruck Ps verdrängt,
wobei die Verdrängung über den Schaft 138 und
den Plungerkolben 133 auf die Ventileinrichtung 132 übertragen
wird. Anders ausgedrückt
wird die Öffnungsstellung
der Ventileinrichtung 132 zur Ventilöffnung 125 hin durch
die Saugkraft der Magnetspule 131A, die Vorspannkraft des
Balgs 146 und die Vorspannkraft der Ventilschließfeder 127 sowie
der Ventilöffnungsfeder 144 bestimmt.
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Steigt
der Druck (Saugdruck Ps) in der druckempfindlichen Kammer 145a an,
so zieht sich der Balg 146 zusammen und folgt die Bewegung
der Ventileinrichtung 132 der Verdrängung des Balgs 146,
da die Schrumpfrichtung derjenigen Richtung entspricht, in welche
die Magnetspule 131A den Plungerkolben 133 zieht,
so dass die Öffnungsweite der
Ventilöffnung 125 reduziert
wird. Hierdurch wird die aus dem Auslassdruckbereich in die Ventilkammer 123 eingetragene
Menge an Hochdruck-Kältemittelgas
verringert (Kurbelkammerdruck Pc fällt ab) und der Kippwinkel
der Nockenscheibe vergrößert. Sinkt
weiterhin der Druck in der druckempfindlichen Kammer 145a ab,
so expandiert der Balg 146 aufgrund der Rückstellkraft
der Feder 159 des druckempfindlichen Bereichs und des Balgen 146 selbst, bewegt
sich die Ventileinrichtung 132 in Richtung einer Vergrößerung der Öffnungsweite
der Ventilöffnung 125 unter
Erhöhung
der Menge des in die Ventilkammer 123 einzuleitenden Hochdruck-Kältemittelgases
(Erhöhung
des Kurbelkammerdruck Pc) und wird der Kippwinkel der Nockenscheibe
verkleinert.
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Wird
andererseits die Wärmelast
kleiner, so strömt
Hochdruck-Kältemittelgas
aus dem Auslassdruckbereich in die Kurbelkammer im Zwischendruckbereich,
steigt der Druck im Innern der Kurbelkammer an und wird der Kippwinkel
der Nockenscheibe kleiner.
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In
dem Falle, wo die Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruckbereich
und der Kurbelkammer kleiner wird als ein vorgegebener Wert, wird
der Kältemittelzufluss
aus dem Kompressor zum Kondensator blockiert. Wird wie erläutert die
Wärmelast
kleiner und ist die Magnetspule 131A entmagnetisiert, so wird
die Saugwirkung auf den Plungerkolben 133 unterbrochen
und bewegt sich aufgrund der Vorspannkraft der Ventilöffnungsfeder 144 der
Plungerkolben 133 von der magnetischen Zugeinrichtung 141 weg sowie
die Ventileinrichtung 132 in Richtung einer Freigabe der
Ventilöffnung 125 des
Regelventil-Körpers 120 und
wird der Zustrom zur Kurbelkammer hin beschleunigt.
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Beim
Ansteigen des Drucks in der druckempfindlichen Kammer 145 zieht
sich der Balg 146 zusammen und wird die Öffnung der
Ventileinrichtung 132 kleiner. Da jedoch der untere Bereich 138B des Schafts 138 lösbar auf
dem Stopfen 147 des Balgen 146 angeordnet ist,
wird die Ventileinrichtung 132 durch die Verdrängung des
Balgs 146 nicht beeinflusst.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Was
das vorbeschriebene Regelventil 100 nach dem Stand der
Technik anbetrifft, so müssen dessen
Abmessungen reduziert werden, um ein Regelventil von geringer Baugröße bereit
zu stellen, das in einem Klimagerät eines Kompressors mit variabler Verdrängung eingesetzt
werden kann.
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Eine
Möglichkeit
zur Verkleinerung des Regelventils 100 ist die Verringerung
der Anzahl der Spulenwindungen der Magnetspule 131A. Berücksichtigt
man, dass die Magnetspule 131A für die Reaktionskraft auf der
druckempfindlichen Seite verantwortlich zeichnet, lässt sich
eine zur Miniaturisierung des Regelventils führende Verringerung der Windungsanzahl
der Magnetspule über
eine Reduzierung der Größe der druckempfindlichen
Kammer 145A oder anders gesagt eine Verringerung des Durchmessers
des Balgs 146 sowie durch Verkleinerung der Feder 159 des
druckempfindlichen Bereichs erzielen.
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Der
Platz für
die Unterbringung der Feder 159 des druckempfindlichen
Bereichs in der druckempfindlichen Kammer 145A ist jedoch
beschränkt. Führt beispielsweise
das in den Kompressor eingeleitete Kältemittelgas einen hohen Druck
von etwa dem Zehnfachen des normalen Werts, so ist es schwierig,
die Größe der Feder 159 in
dem druckempfindlichen Bereich zu reduzieren. Damit muss eine Lösungsmöglichkeit
für die
Verringerung der Windungsanzahl der Magnetspule 131A gefunden werden,
mittels derer die Baugröße des Regelventils ohne
hauptsächliche
Veränderung
der Feder 159 reduziert werden kann, doch ist bei dem konventionellen
Regelventil 100 eine solche Lösungsmöglichkeit nicht gegeben.
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Unter
dem Aspekt der vorbeschriebenen Probleme besteht die Aufgabe der
vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines eine Feder im druckempfindlichen
Bereich sowie einen Balg aufweisenden Regelventils geringerer Baugröße für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung.
Zur Lösung
dieser Aufgabe umfasst das erfindungsgemäße Regelventil für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
eine Magnetspulen-Anregungseinheit in seiner Mitte, einen Regelventil-Körper, der über der Magnetspulen-Anregungseinheit
angeordnet ist, und eine druckempfindliche Einheit mit Anordnung
unter der Magnetspulen-Anregungseinheit,
wobei der Regelventil-Körper
mit einer Ventileinrichtung zum Öffnen
und Schließen
des Kanals zwischen einem Auslassdruckbereich und einem Zwischendruckbereich des
Kompressors ausgestattet ist, die Magnetspulen-Anregungseinheit
einen Plungerkolben aufweist, der sich entsprechend der Anregung
bewegt, und mit einer magnetischen Zugeinrichtung sowie einem Balg
zur Betätigung
der Ventileinrichtung versehen ist, und die druckempfindliche Einheit
eine Feder zum Betätigen
der Ventileinrichtung aufweist.
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Das
vorbeschriebene erfindungsgemäße Regelventil
für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
umfasst einen Balg, welcher in der Magnetspulen-Anregungseinheit
von der Feder der druckempfindlichen Einheit abgesetzt angeordnet
ist. Durch das Merkmal der Erfindung lässt sich der Durchmesser des
Balgs verringern, ohne dass die konstruktive Gestaltung der Feder
in der druckempfindlichen Einheit verändert werden muss, und wird durch
eine Verringerung des Balgdurchmessers die Anzahl der Windungen
der Magnetspule notwendigerweise reduziert, was schließlich in
einer Reduzierung der Gesamtgröße des Regelventils
für einen Kompressor
mit variabler Verdrängung
resultiert.
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Weiter
ist in dem erfindungsgemäßen Regelventil
für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
die druckempfindliche Einheit mit einem Atmosphärendruck-Einlassloch versehen.
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Außerdem ist
bei dem erfindungsgemäßen Regelventil
der Balg entlang der gleichen Achse wie die Feder der druckempfindlichen
Einheit angeordnet bzw. die Länge
des Balgs so gewählt,
dass dieser sich sowohl bis zum Plungerkolben als auch zu der magnetischen
Zugeinrichtung erstrecken kann, bzw. ist die Magnetspulen-Anregungseinheit
mit einem Zentralisierungsmechanismus ausgestattet, der an der Regelventil-Körperseite
des Balgs angeordnet ist.
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Schließlich steht
die Magnetspulen-Anregungseinheit mit dem Saugdruckbereich des Kompressors
am oberen Ende des Regelventil-Körpers
in Verbindung.
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KURZBESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es
zeigen:
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1 eine
Senkrecht-Querschnittsansicht des Regelventils für einen Kompressor mit variabler Verdrängung gemäß der hier
beschriebenen Ausführungsform;
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2 eine
teilweise im größeren Maßstab gezeichnete
Senkrecht-Querschnittsansicht des Regelventils für einen Kompressor mit variabler
Verdrängung
gemäß 1;
und
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3 eine
Senkrecht-Querschnittsansicht eines konventionellen Regelventils
für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORM
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Es
folgt eine Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Regelventils
für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
mit Bezug auf die Zeichnungen.
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1 und 2 zeigen
ein erfindungsgemäßes Regelventil 10 für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
(nachfolgend bezeichnet als "Regelventil"), wobei 1 eine
Senkrecht-Querschnittsansicht des Regelventils 10 und 2 eine
teilweise im größeren Maßstab gehaltene
Senkrecht-Querschnittsansicht desselben sind.
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Der
Kompressor mit variabler Verdrängung zur
Verdichtung und Abgabe von Kältemittelgas
in einem Klimagerät
für Kraftfahrzeuge
umfasst einen Zylinder, einen Kolben, eine Nockenscheibe usw. sowie einen
Kältemittelgaskanal,
der einen Auslassdruckbereich und eine in einem Zwischendruckbereich
angeordnete Kurbelkammer miteinander verbindet. Das Regelventil 10 ist
in der Mitte des Kältemittelgaskanals
angeordnet. Durch Verstellen der Öffnung des Regelventils 10 wird
ein verdichtetes Kältemittelgas unter
hohem Druck aus dem Auslassdruckbereich der Kurbelkammer zugeführt, wodurch
der Druck in der Kurbelkammer gesteuert wird.
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Das
Regelventil 10 befindet sich auf der hinteren Gehäuseseite
des Kompressors und ist über O-Ringe 21a, 21b und 31b luftdicht
in diesem montiert. Das Regelventil 10 weist auf einen
Regelventil-Körper 20,
eine Magnetspulen-Anregungseinheit 30 und eine druckempfindliche
Einheit 45, wobei sich die Magnetspulen-Anregungseinheit 30 im
mittleren Abschnitt des Regelventils 10 befindet und an
beiden Seiten derselben der Regelventil-Körper 20 bzw. die druckempfindliche
Einheit 45 angeordnet sind.
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Die
Magnetspulen-Anregungseinheit 30 weist auf ihrem äußeren Umfang
ein Magnetspulengehäuse 31 auf,
in dessen Innerem eine Magnetspule 31A, ein sich entsprechend
der jeweiligen Anregung der Magnetspule 31A nach oben bzw.
unten bewegender Plungerkolben 33 und eine magnetische Zugeinrichtung 41 angeordnet
sind. Eine den Plungerkolben 33 aufnehmende Plungerkolben-Kammer 30a steht
mit einem im Regelventil-Körper 20 ausgebildeten
Kältemittel-Einlasskanal 29 in
Verbindung. Weiter ist die Magnetspule 31A über eine
Leitungsschnur verbunden, die von einem Steuerrechner (nicht dargestellt)
geregelten Erregerstrom liefert.
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Weiter
ist in Verbindung mit der an anderer Stelle zu beschreibenden Magnetspulen-Anregungseinheit 30 von
einer Feder 59 der druckempfindlichen Einheit 45 abgesetzt
ein Balg 46 zur Betätigung
der Ventileinrichtung 32 im Plungerkolben 33 und
einer magnetischen Zugeinrichtung 41 in der gleichen Achse
wie die Feder 59 der druckempfindlichen Einheit vorgesehen.
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Wie
aus 1 ersichtlich, ist die druckempfindliche Einheit 45 unter
dem Magnetspulengehäuse 31 angeordnet
und eine druckempfindliche Kammer 45a im Innern dieser
Einheit ausgebildet. Eine Feder 59 zum Betätigen des
Plungerkolbens 33 über
den Schaft 38 usw. befindet sich in der druckempfindlichen
Kammer 45a. Weiter ist die druckempfindliche Einheit 45 mit
einem Atmosphärendruck-Einlassloch 48 zum
Einleiten atmosphärischen
Drucks in die druckempfindliche Kammer 45a ausgestattet.
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Der
Regelventil-Körper 20 umfasst
eine Ventilkammer 23 und eine Ventileinrichtung 32,
die zum Öffnen
und Schließen
durch den Plungerkolben 33 in der Ventilkammer 23 getrieben
wird. Ein Kältemittelgas
mit hohem Auslassdruck Pd wird über
den Auslassdruckbereich des Kompressors und den Kältemittel-Auslasskanal in die
Ventilkammer 23 eingeleitet. Eine mit dem Kurbelkammer-Kältemittelkanal 28 in
Verbindung stehende Ventilöffnung 25 ist
in der Bodenfläche
der Ventilkammer 23 ausgebildet und es ist die Ventilkammer 23 oben
mit einem Stopfen 24 verschlossen. Am unteren Ende des
Stopfens 24 ist eine Druckkammer 51 in Form einer
stehenden Öffnung
mit Boden sowie einem Querschnitt, welcher dem der Ventilöffnung 25 ent spricht,
dieser Ventilöffnung
gegenüberliegend
ausgebildet. Diese Druckkammer 51 dient auch als Schaubenaufnahmekammer 51a,
an deren Boden eine Ventilschließfeder 27 befestigt
ist, welche die Ventileinrichtung 32 gegen die Bodenfläche der
Ventilkammer 23 vorspannt.
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Die
Ventileinrichtung 32 ist in Form eines schaftartigen Körpers mit
einem oberen Bereich 32a, einem größeren Ventilbereichbereich 32b,
einem Bereich 32c kleineren Durchmessers und einem unteren
Bereich 32d vorgesehen. Der obere und der untere Bereich 32a, 32d weisen
die gleiche Querschnittsfläche
auf wie die Ventilöffnung 25.
Der obere Bereich 32a ist auf dem Stopfen 24 mit
der Druckkammer 51 gelagert, es befindet sich der größere Ventilbereich 32b im
Innern der Ventilkammer 23 und es ist der Bereich 32c kleineren
Durchmessers gegenüber
einem Kurbelkammer-Kältemittelkanal 28 angeordnet,
der mit einer Kurbelkammer (Zwischendruck Pc) in der Ventilöffnung 25 in
Verbindung steht. Der untere Bereich 32d ist auf dem Regelventil-Körper 20 gelagert,
dessen Ende in eine Plungerkolben-Kammer 30a eingesetzt
ist, in die Kältemittelgas mit
einem Saugdruck Ps eingeleitet wird, wobei Kontakt mit einer Zentralisierungseinheit 60 hergestellt wird,
die sich mit dem Plungerkolben 33 zusammen bewegt. Die
Ventileinrichtung 32 wird durch die Senkrechtbewegung des
Plungerkolbens 33 auf und ab bewegt und es wird der Spalt
zwischen einem Ventilsitz 25a an der Oberseite der Ventilöffnung 25 über den
größeren Bereich 32b der
Ventileinrichtung 32 verstellt.
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Die
Ventilkammer 51 des Stopfens 24 steht an ihrem
oberen Ende mit einem Saugdruckbereich des Kompressors in Verbindung.
Anders gesagt ist der Regelventil-Körper 20 am oberen
Ende 55 mit dem Saugdruckbereich des Kompressors verbunden und weist
der Körper 20 weiter
einen Kältemittel-Saugkanal 29 auf,
welcher in horizontaler Richtung ausgebildet ist und das obere Ende 55 des
Ventilkörpers 20 mit
der Plungerkolben-Kammer 30a der Magnetspulen-Anregungseinheit 30 verbindet.
Somit wird Kältemittelgas
mit Saugdruck Ps in die Druckkammer 51 geleitet, wobei
die Ventileinrichtung 32 Saugdruck Ps aus sowohl dem oberen
als auch dem unteren Bereich 32a, 32d erhält. Da die
oberen und unteren Bereiche 32a und 32d gleiche
Querschnittsflächen
aufweisen, werden die aus diesen oberen und unteren Bereichen 32a, 32d beaufschlagten Saugdrücke Ps ins
Gleichgewicht gebracht und neutralisiert, so dass die Ventileinrichtung 32 vom
Auslassdruck Pd im Wesentlichen nicht beeinflusst wird. Weiter weist
die Ventileinrichtung 32 einen Bereich 32c kleineren
Durchmessers auf, der nahe dem Kurbelkammerdruck Pc führenden
Kurbelkammer-Kältemittelkanal
angeordnet ist, so dass bei auf dem Ventilsitz 25a befindlichem
Ventil 32b der Ventileinrichtung 32 unbenötigte Kraft
selbst bei der Aufnahme von Kurbelkammerdruck Pc nicht auf die Ventileinrichtung 32 einwirkt,
da sich die von oben und unten kommenden Kräfte im Gleichgewicht befinden.
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Weiter
ist ein Plungerkolben 33 mit einem die Ventileinrichtung 32 kontaktierenden
Zentralisierungsmechanismus 60 im Innern des Magnetspulen-Gehäuses 31 angeordnet
und ist der Plungerkolben 33 gleitend auf einem Rohr 36 gelagert,
das über einen
O-Ring 34a mit dem Ende des Regelventil-Körpers 20 verbunden
ist. Ein Schaft 38 ist in einer Aufnahmeöffnung 42 im
Innern der Aufnahmeöffnung 37 und
der magnetischen Zugeinrichtung 41 im Inneren des Plungerkolbens 33 angeordnet
und es ist ein Balg 46 außerhalb des Schafts 38 vorgesehen.
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Der
Balg 46 hat gegenüber
dem im konventionellen Regelventil 100 eingesetzten einen
kleineren Durchmesser, wodurch die Baugröße des Regelventils 10 verringert
werden kann, und eine größere Länge als
der Balg 146 des Regelventils 100 nach dem Stand
der Technik, wobei sich der Balg sowohl bis zum Plungerkolben 33 als
auch zur magnetischen Zugeinrichtung 41 erstreckt und damit
seine Haltbarkeit erhöht
wird. Der untere Endbereich 46B des Balgs 46 ist
am unteren Endbereich der Magnetspulen-Anregungseinheit 30 durch
Schweißen
befestigt. Weiter ist der obere Endbereich 46A des Balgs 46 zwischen
dem oberen Bereich 37 des Schafts 38 und dem unteren
Endbereich 61B eines an anderer Stelle noch zu beschreibenden
unteren Pilotbereichs 61 ausgebildet.
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Wie
aus 2 ersichtlich, ist der Zentralisierungsmechanismus 60 über dem
oberen Bereich 38A des Schafts 38 angeordnet,
um Fehlfunktionen der Ventileinrichtung 32 aufgrund von
Verknickungen des langen und schmalen Balgs 46 zu verhindern. Anders
gesagt umfasst der Zentralisierungsmechanismus 60 einen
unteren Pilotbereich 61 und einen oberen Pilotbereich 62,
wobei der Letztere einstückig mit
dem Plungerkolben 33 ausgebildet ist und zusammen mit diesem
auf und ab bewegt wird. Weiter sind beiderseits des oberen Pilotbereichs 62 des Plungerkolbens 33 Kältemittel-Einlassöffnungen 63 vorgesehen,
welche die Plungerkolben-Kammer 30a mit der Aufnahmeöffnung 37 des
Plungerkolbens 33 verbinden. Außerdem ist ein Kältemittel-Einlassschlitz 64 im
unteren Pilotbereich 61 ausgebildet, welcher die Verbindung
der Plungerkolben-Kammer 30a mit der Aufnahmeöffnung 42 der
magnetischen Zugeinrichtung 41 herstellt.
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Der
obere Bereich 38A einer Abstufung 38 ist über den
oberen Bereich 46A des Balgs 46 mit dem unteren
Ende 61B des unteren Pilotbereichs 61 verbunden.
Ein Pilotvorsprung 61A des unteren Pilotbereichs 61 wird
mit einer Pilotausnehmung 62B des oberen Pilotbereichs 62 verbunden,
um die Zentralisierungsfunktion zu bewerkstelligen. Weiterhin ist
der obere Pilotbereich 62 mit dem oberen Ende an der Ventileinrichtung 32 angebracht,
so dass die Bewegung des Plungerkolbens 33 auf die Ventileinrichtung 32 übertragen
wird. Eine Ventilöffnungsfeder 44 zum Vorspannen
des Plungerkolbens 33 zusammen mit dem oberen Pilotbereich 62 von
der magnetischen Zugeinrichtung 41 weg ist zwischen dem
unteren Pilotbereich 61 und dem oberen Pilotbereich 62 vorgesehen.
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Außerdem ist
ein Stopfen 47 im Innern der Feder 59 des druckempfindlichen
Bereichs in der druckempfindlichen Kammer 45a über einen
Flansch 49 am unteren Bereich 38B des Schafts 38 angebracht.
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Es
folgt nunmehr eine Beschreibung der Funktionsweise des Kompressors
mit variabler Verdrängung
und des Regelventils 10 gemäß der vorbeschriebenen Ausführungsform.
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Durch
die Drehkraft des Motors in einem Kraftfahrzeug wird die Nockenscheibe
des Kompressors drehend angetrieben. Durch die Drehung der Nockenscheibe
bedingt wird die Kapazität
in der Kurbelkammer verändert,
wobei die Volumenänderung sequenziell
das Ansaugen, das Verdichten und das Austragen des Kältemittelgases
ermöglicht
und eine dem Kippwinkel der Nockenscheibe entsprechende Menge Kältemittelgas
ausgegeben wird.
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Befindet
sich der Betriebsschalter des Klimageräts in der Einschaltstellung
und überschreitet
die erfasste Tempera tur die Einstelltemperatur, so veranlasst der
Rechner das Erregen der Magnetspule 31A des Regelventils,
wobei der Anregung entsprechend der Plungerkolben 33 zur
magnetischen Zugeinrichtung 41 hin gezogen wird und damit
die den Zentralisierungsmechanismus 60 kontaktierende Ventileinrichtung 32 sich
in Richtung des Schließens
der Ventilöffnung 25 bewegt
und der Kältemittel-Gasstrom aus
der Kurbelkammer blockiert wird. Andererseits wird Niedrigtemperatur-Kältemittelgas
aus dem Saugdruckbereich durch das obere Ende 55 des Regelventil-Körpers 20 über den
Kältemittelsaugkanal 29,
die Plungerkolben-Kammer 30a, die Kältemittel-Einlassöffnung 63 und
den Kältemittel-Einlassschlitz 64 in
die Aufnahmeöffnung 37 des
Plungerkolbens 33 und die Aufnahmeöffnung 42 der magnetischen
Zugeinrichtung 41 geleitet. Der Balg 46 wird dem
Druck des Kältemittelgases
bei Saugdruck Ps entsprechend verdrängt und es wird diese Verdrängung über den
Zentralisierungsmechanismus 60 und den Plungerkolben 33 auf
die Ventileinrichtung 32 übertragen. Das heißt, dass
die Öffnung
der Ventileinrichtung 32 zur Ventilöffnung 25 hin durch
die Anziehungskraft der Magnetspule 31A, die Vorspannkraft
des Balgs sowie die Vorspannkraft der Ventilschließfeder 27,
der Ventilöffnungsfeder 44 und
der Feder 59 des druckempfindlichen Bereichs 59 bestimmt
wird.
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Steigt
der Druck (Einlassdruck Ps) in der Aufnahmeöffnung 37 und der
Aufnahmeöffnung 42 an, so
kollabiert der Balg 46 entsprechend der Richtung, in welche
die Magnetspule 31A den Plungerkolben 33 zieht,
und folgt somit der Verdrängung
des Balgs 46 eine Bewegung der Ventileinrichtung 32,
welche die Öffnungsweite
der Ventilöffnung 25 verkleinert. Hierdurch
wird die Menge des aus dem Auslassdruckbereich in die Ventilkammer 23 eingeleiteten Hochdruck-Kältemittelgases
reduziert (der Kurbelkammerdruck Pc fällt ab) und der Kippwinkel
der No ckenscheibe vergrößert. Beim
Abfall des Drucks in der Aufnahmeöffnung 37 und der
Aufnahmeöffnung 42 expandiert
der Balg 46 entsprechend der Kraft der Feder 59 des
druckempfindlichen Bereichs und der Rückstellkraft des Balgs selbst,
wodurch die Ventileinrichtung 32 in die Richtung einer
Vergrößerung der Öffnungsweite
der Ventilöffnung 25 bewegt,
die Menge des in die Ventilkammer 23 eingeleiteten Hochdruck-Kältemittelgases
(der Kurbelkammerdruck Pc) vergrößert und
der Kippwinkel der Nockenscheibe verkleinert wird. Wird andererseits
die Wärmelast
geringer, so strömt
Hochdruck-Kältemittelgas aus
dem Auslassdruckbereich in die Kurbelkammer im Zwischendruckbereich,
wodurch der Druck in der Kurbelkammer erhöht und der Kippwinkel der Nockenscheibe
reduziert wird.
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Fällt in dieser
Phase die Druckdifferenz zwischen dem Auslassdruckbereich und der
Kurbelkammer auf einen vorbestimmten Wert oder darunter, so wird
der Kältemittelgasstrom
vom Kompressor zum Kondensator unterbrochen. Bei reduzierter Wärmelast
und entmagnetisierter Magnetspule 31A verschwindet die
den Plungerkolben 33 ziehende Saugkraft und bewegt sich
der Plungerkolben 33 durch die Wirkung der Vorspannkraft
der Ventilöffnungsfeder 44 von
der magnetischen Zugeinrichtung 41 weg. Im Zuge dieser
Bewegung bewegt sich die Ventileinrichtung 32 in Richtung
der Freigabe der Ventilöffnung 25 des
Regelventil-Körpers 20 und
wird der Zufluss zur Kurbelkammer beschleunigt.
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Wie
bereits erwähnt
umfasst das Regelventil 10 in der hier beschriebenen Ausführungsform
eine in seiner Mitte angeordnete Magnetspulen-Anregungseinheit 30,
einen über
der Magnetspulen-Anregungseinheit 30 angeordneten Regelventil-Körper 20 und
eine unter der Magnetspulen-Anregungseinheit 30 ange ordnete
druckempfindliche Einheit 45, wobei der Regelventil-Körper 20 mit einer
Ventileinrichtung 32 zum Öffnen und Schließen des
Auslass- und des Zwischendruckbereichs des Kompressors ausgestattet
ist. Weiter weist die Magnetspulen-Anregungseinheit 30 einen bei
Erregung beweglichen Plungerkolben 33, eine magnetische
Zugeinrichtung 41 und einen Balg 46 zur Betätigung der
Ventileinrichtung 32 auf. Die druckempfindliche Einheit 45 ist
mit einer Feder 59 zum Betätigen der Ventileinrichtung
und einem Atmosphärendruck-Einlassloch 48 versehen. Da
der Balg 46 in der Magnetspulen-Anregungseinheit 30 angeordnet
und von der Feder 59 der druckempfindlichen Einheit abgesetzt
ist, lässt
sich die konstruktive Gestaltung der Einheiten auf einfache Weise ändern, wobei
zum Beispiel der Durchmesser des Balgs 46 unabhängig von
der Konstruktion der Feder 59 der druckempfindlichen Einheit
reduziert werden kann. Im Zuge dieser konstruktiven Änderung
ist auch die Anzahl der Windungen der Magnetspule 31A reduzierbar,
wodurch ein Regelventil 10 bereitgestellt werden kann,
das kleiner ist als das konventionelle Regelventil 100,
und bei dem die Breite der Magnetspule 31A um ca. 20 %
und die Gesamtlänge
des Regelventils um ca. 2/3 gegenüber dem Ventil nach dem Stand
der Technik verringert sind.
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Da
weiterhin der Balg 46 in der Magnetspulen-Anregungseinheit 30 in
Reihe entlang der gleichen Achse wie die Feder 59 der druckempfindlichen Einheit
angeordnet und in einer solchen Länge vorgesehen ist, dass er
sich sowohl bis zum Plungerkolben als auch zur magnetischen Zugeinrichtung 41 erstrecken
kann, ist die Haltbarkeit des Balgs 46 selbst in dem Falle
größer, wenn
sein Durchmesser reduziert ist. Da außerdem ein Zentralisierungsmechanismus 60 auf
der Seite des Regelventil-Körpers 20 des Balgs 46 vorgesehen
ist, der ein Ausknicken des Balgs verhindert und Kraft zur Mittelachse
hin überträgt, ist
das Öffnen/Schließen der
Ventileinrichtung 32 zuverlässig gewährleistet.
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Darüber hinaus
ist die Magnetspulen-Anregungseinheit 30 über den
vom oberen Ende 55 des Regelventil-Körpers 20 sich nach
unten erstreckenden Saugdruck-Einlasskanal 29 mit dem Saugdruckbereich
des Kompressors verbunden, so dass gegenüber dem konventionellen Regelventil 100 kein Platz
für die
Anordnung eines Kältemittel-Saugkanals 129 benötigt wird
und die Baugröße des Regelventils
weiter verringert werden kann.
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Wie
vorstehend ausgeführt
umfasst das erfindungsgemäße Regelventil
für einen
Kompressor mit variabler Verdrängung
eine Balg, der von der druckempfindlichen Einheit abgesetzt ist,
wodurch der Balgdurchmesser kleiner gewählt und die Anzahl der Windungen
der Magnetspule reduziert werden kann, so dass ein konventionelles
Ventil von geringerer Baugröße bereitgestellt
wird.