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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Steuerventil zum Steuern des
Hubs eines Kompressors mit variablem Hub, der in einer Fahrzeugklimaanlage verwendet
wird.
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Ein
typischer Kühlkreislauf
in einer Fahrzeugklimaanlage hat einen Kondensator, ein Expansionsventil,
das als eine Dekompressionsvorrichtung funktioniert, einen Verdampfer
und einen Kompressor. Der Kompressor saugt Kühlmittelgas von dem Verdampfer
an, komprimiert dann das Gas und gibt das komprimierte Gas zu dem
Kondensator ab. Der Verdampfer führt
einen Wärmetausch
zwischen dem Kühlmittel
in dem Kühlkreislauf
und der Luft in dem Fahrgastraum durch. Die Wärme von Luft an dem Verdampfer
wird auf das durch den Verdampfer strömende Kühlmittel gemäß der thermischen
Last oder der Kühllast übertragen.
Deshalb repräsentiert
der Druck des Kühlmittelgases
an dem Auslass oder dem stromabwärtigen
Abschnitt des Verdampfers die Kühllast.
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Kompressoren
mit variablem Hub werden weitläufig
in Fahrzeugen verwendet. Solche Kompressoren umfassen einen Hubsteuerungsmechanismus,
der arbeitet, um den Druck an dem Auslass des Verdampfers oder den
Ansaugdruck auf einem vorbestimmten Zielniveau (Zielansaugdruck)
zu halten. Der Hubsteuerungsmechanismus regelt den Hub des Kompressors
oder den Neigungswinkel einer Taumelscheibe durch Bezugnahme auf
den Ansaugdruck derart, dass die Strömungsrate des Kühlmittels in
dem Kühlkreislauf
der Kühllast
entspricht.
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Ein
typischer Hubsteuerungsmechanismus hat ein Hubsteuerventil, das
ein intern gesteuertes Ventil genannt wird. Das intern gesteuerte
Ventil erfasst den Ansaugdruck mittels eines druckempfindlichen
Elements, wie einem Balg oder einer Membran. Das intern gesteuerte
Ventil bewegt einen Ventilkörper über eine
Verschiebung des Druckerfassungselements, um den Ventilöffnungsgrad
einzustellen. Demzufolge ändert
sich ein Druck in einer Taumelscheibenkammer (einer Kurbelkammer),
was die Neigung der Taumelscheibe ändert.
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Jedoch
kann ein intern gesteuertes Ventil, das einen einfachen Aufbau und
einen einzelnen Zielansaugdruck hat, nicht auf geringe Änderungen von
Klimatisierungsanforderungen reagieren. Deshalb werden auch Steuerventile
verwendet, die einen Zielansaugdruck haben, der durch einen externen elektrischen
Strom geändert
werden kann. Ein typisches elektrisch gesteuertes Steuerventil hat
einen elektromagnetischen Aktuator, der eine elektrisch gesteuerte
Kraft erzeugt. Der Aktuator ändert
die Kraft, die auf das Druckerfassungselement wirkt, wodurch der
Zielansaugdruck geändert
wird.
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In
einem Hub-Steuerungsablauf, in dem der Ansaugdruck als eine Referenz
verwendet wird, ändert
eine Änderung
des Zielansaugdrucks durch eine elektrische Steuerung den tatsächlichen
Ansaugdruck nicht immer schnell auf den Zielansaugdruck. Dies ist
so, weil es stark von der Größe der Kühllast an
dem Verdampfer abhängt,
ob der tatsächliche
Ansaugdruck schnell einen Zielansaugdruck anstrebt, wenn der Zielansaugdruck geändert wird.
Deshalb, selbst wenn der Zielansaugdruck fein und kontinuierlich
durch Steuern des Stroms zu dem Steuerventil gesteuert wird, ist
es wahrscheinlich, dass Änderungen
des Kompressorhubs zu langsam oder zu plötzlich sind.
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EP-A-0 812 987 zeigt
ein Steuerventil, das für
einen Kompressor mit variablem Hub verwendet wird, der in einem
Kühlkreislauf
einer Klimaanlage eingebaut ist. Das Steuerventil hat ein Ventilgehäuse, eine
Ventilkammer, einen Ventilkörper,
der in der Ventilkammer zum Einstellen der Öffnungsgröße einer Steuerpassage aufgenommen
ist, die die Auslasskammer und die Kurbelkammer verbindet, einen Aktuator
zum Aufbringen einer Kraft auf den Ventilkörper gemäß externen Befehlen und ein
Drängelement,
das den Ventilkörper
in eine Richtung drängt, um
die Steuerpassage zu öffnen.
Des Weiteren offenbart
EP-A-0
812 987 ein Druckerfassungselement, das hauptsächlich aus
einem Balg besteht. Das Druckerfassungselement erfasst den Ansaugdruck,
das heißt
das Druckerfassungselement bewegt den Ventilkörper, gemäß einem Unterschied zwischen
zwei Erfassungspunkten, von denen einer in der Ansaugkammer und
der andere in dem Inneren des Balgs gelegen ist.
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Des
Weiteren zeigt auch
JP-A-11
201 054 ein Steuerventil, das für einen Kompressor mit variablem
Hub verwendet wird, wie er vorstehend beschrieben ist.
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Es
ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Steuerventil eines
Kompressors mit variablem Hub vorzusehen, das den Hub eines Kompressors
genau steuert und die Antwort einer Hubsteuerung verbessert.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung wird mit einen Steuerventil gemäß Anspruch
1 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Gemäß der Erfindung
wird das Steuerventil für
einen Kompressor mit variablem Hub bzw. variabler Verdrängung verwendet,
der in einem Kühlkreislauf
einer Klimaanlage eingebaut ist. Der Kompressor hat eine Steuerkammer
und eine Steuerpassage, die die Steuerkammer mit einer Druckzone
verbindet, in der der Druck anders als der Druck in der Steuerkammer
ist. Der Hub bzw. die Verdrängung
des Kompressors wird gemäß dem Druck
der Steuerkammer variiert. Das Steuerventil weist ein Ventilgehäuse, eine
Ventilkammer, einen Ventilkörper,
ein Druckerfassungselement, einen Aktuator und ein Drängelement
auf. Die Ventilkammer ist in dem Ventilgehäuse definiert, um einen Teil
der Steuerpassage auszubilden. Der Ventilkörper ist in der Ventilkammer
zum Einstellen der Öffnungsgröße der Steuerpassage aufgenommen.
Das Druckerfassungselement bewegt sich gemäß dem Druckunterschied zwischen zwei
Drucküberwachungspunkten,
die in dem Kühlkreislauf
gelegen sind. Das Druckerfassungselement bewegt den Ventilkörper derart,
dass der Hub des Kompressors geändert
wird, um Änderungen
des Druckunterschieds entgegen zu wirken. Der Aktuator bringt gemäß externen
Befehlen eine Kraft auf den Ventilkörper auf. Die Kraft, die durch
den Aktuator aufgebracht wird, entspricht einem Zielwert des Druckunterschieds.
Das Druckerfassungselement bewegt den Ventilkörper derart, dass der Druckunterschied
den Zielwert anstrebt. Das Drängelement
ist in der Ventilkammer aufgenommen. Das Drängelement drängt den
Ventilkörper
in eine Richtung, um die Steuerpassage zu öffnen.
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Andere
Aspekte und Vorteile der Erfindung werden offensichtlich von der
folgenden Beschreibung zusammengenommen mit den beiliegenden Zeichnungen,
die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.
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Die
Erfindung, zusammen mit ihren Aufgaben und Vorteilen, kann am Besten
durch Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der derzeit bevorzugten
Ausführungsformen
zusammen mit den begeleitenden Zeichnungen verstanden werden, in
denen:
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1 eine
Querschnittsansicht ist, die einen Kompressor mit variablem Hub
der Taumelscheibenbauart gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung darstellt;
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2 eine
Querschnittsansicht ist, die das Steuerventil in den Kompressor
von 1 darstellt;
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3 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Steuerventil gemäß einer
zweiten Ausführungsform darstellt;
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4 eine
vergrößerte Querschnittsansicht ist,
die ein Steuerventil gemäß einer
dritten Ausführungsform
darstellt;
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5 eine
vergrößerte Querschnittsansicht ist,
die ein Steuerventil gemäß einer
vierten Ausführungsform
darstellt;
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6 eine
vergrößerte Querschnittsansicht ist,
die ein Steuerventil gemäß einer
fünften
Ausführungsform
darstellt; und
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7 eine
Querschnittsansicht ist, die ein Steuerventil eines Vergleichsbeispiels
darstellt.
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Eine
Fahrzeugklimaanlage CV gemäß einer ersten
Ausführungsform
wird nun mit Bezug auf 1 und 2 beschrieben.
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Eine
Steuerkammer, die in dieser Ausführungsform
eine Kurbelkammer 12 ist, ist in einem Gehäuse 11 des
Kompressors definiert. Eine Antriebswelle 13 erstreckt
sich durch die Kurbelkammer 12 und ist drehbar abgestützt. Die
Antriebswelle 13 ist über
einen Kraftübertragungsmechanismus
PT mit einer Fahrzeugkraftmaschine bzw. einem Fahrzeugverbrennungsmotor
E verbunden und wird durch diese/diesen angetrieben. In 1 ist
das linke Ende des Kompressors als das vordere Ende definiert, und das
rechte Ende des Kompressors ist als das hintere Ende definiert.
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In
dieser Ausführungsform
ist der Kraftübertragungsmechanismus
PT ein kupplungsloser Mechanismus, der beispielsweise einen Riemen
und eine Riemenscheibe hat. Der Kraftübertragungsmechanismus PT überträgt deshalb
konstant Leistung von dem Verbrennungsmotor E zu dem Kompressor, wenn
der Verbrennungsmotor E läuft.
Alternativ kann der Mechanismus PT ein Kupplungsmechanismus sein
(bspw. eine elektromagnetische Kupplung), der wahlweise Leistung überträgt, wenn
er mit einem Strom versorgt wird.
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Eine
Ansatzplatte 14 ist in der Kurbelkammer 12 gelegen
und ist an der Antriebswelle 13 befestigt, um einstückig mit
der Antriebswelle 13 zu drehen. Eine Antriebsplatte, die
in dieser Ausführungsform eine
Taumelscheibe 15 ist, ist in der Kurbelkammer 12 gelegen.
Die Taumelscheibe 15 gleitet entlang der Antriebswelle 13 und
neigt sich bezüglich
der Achse der Antriebswelle 13. Ein Gelenkmechanismus 16 ist zwischen
der Ansatzplatte 14 und der Taumelscheibe 15 vorgesehen.
Der Gelenkmechanismus 16 und die Ansatzplatte 14 bewirken,
dass die Taumelscheibe 15 einstückig mit der Antriebswelle 13 dreht
und sich bezüglich
der Achse der Antriebswelle 13 neigt.
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Zylinderbohrungen 11a (nur
eine ist gezeigt) sind in dem Gehäuse 11 ausgebildet.
Ein Kolben mit einem einzelnen Kopf 17 ist hin und herbewegbar
in jeder Zylinderbohrung 11a aufgenommen. Jeder Kolben 17 ist
durch ein Paar Schuhe 18 an den Umfangsabschnitt der Taumelscheibe 15 gekoppelt. Deshalb
wandeln die Schuhe 18, wenn die Taumelscheibe 15 mit
der Antriebswelle 13 dreht, die Drehung der Taumelscheibe 15 in
eine Hin- und Herbewegung der Kolben 17 um.
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Eine
Ventilplattengruppe 19 ist in dem hinteren Abschnitt des
Gehäuses 11 gelegen.
Eine Kompressionskammer 20 ist durch den zugehörigen Kolben 17 und
die Ventilplattenbaugruppe 19 in jeder Zylinderbohrung 11a definiert.
Eine Ansaugkammer 21, die Teil einer Ansaugdruckzone ist,
und eine Auslasskammer 22, die Teil einer Auslassdruckzone
oder einer Hochdruckzone ist, sind in dem hinteren Abschnitt des
Gehäuses 11 definiert.
Die Ventilplattenbaugruppe 19 hat Ansauganschlüsse 23,
Ansaugventilklappen 24, Auslassanschlüsse 25 und Auslassventilklappen 26.
Jeder Satz aus dem Ansauganschluss 23, der Ansaugventilklappe 24,
dem Auslassanschluss 25 und der Auslassventilklappe 26 korrespondiert
zu einer der Zylinderbohrungen 11a.
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Wenn
sich jeder Kolben 17 von der oberen Totpunktposition zu
der untern Totpunktposition bewegt, wird Kühlgas bzw. Kühlmittelgas
in der Ansaugkammer 21 über
den entsprechenden Ansauganschluss 23 und das entsprechende
Ansaugventil 24 in die entsprechende Zylinderbohrung 11a angesaugt.
Wenn sich jeder Kolben 17 von der unteren Totpunktposition
zu der oberen Totpunktposition bewegt, wird Kühlmittelgas in der entsprechenden
Zylinderbohrung 11a auf einen vorbestimmten Druck komprimiert
und wird über
den entsprechenden Auslassanschluss 25 und das entsprechende
Auslassventil 26 zu der Auslasskammer 22 abgegeben.
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Wie
in 1 gezeigt ist, sind eine Ableitpassage 27 und
eine Zuführpassage 28 in
dem Gehäuse 11 ausgebildet.
Die Ableitpassage 27 verbindet die Kurbelkammer 12 mit
der Ansaugkammer 21. Die Zuführpassage 28 verbindet
die Auslasskammer 22 mit der Kurbelkammer 12.
Die Zuführpassage 28 wird durch
das Steuerventil CV reguliert.
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Der
Grad der Öffnung
des Steuerventils CV wird zum Steuern der Beziehung zwischen der
Strömungsrate
von Hochdruckgas, das durch die Zuführpassage 28 in die
Kurbelkammer 12 strömt,
und der Strömungsrate
von Gas geändert,
das durch die Ableitpassage 27 aus der Kurbelkammer 12 ausströmt. Der
Kurbelkammerdruck wird entsprechend bestimmt. Gemäß einer Änderung
des Drucks in der Kurbelkammer 12 wird der Unterschied
zwischen dem Kurbelkammerdruck und dem Druck in jeder Kompressionskammer 20 geändert, was
den Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 ändert. Als
eine Folge wird der Hub von jedem Kolben 17, das heißt der Abgabehub
gesteuert.
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Wenn
bspw. der Druck in der Kurbelkammer 12 verringert wird,
erhöht
sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 erhöht und der
Kompressorhub wird demzufolge vergrößert. Wenn der Kurbelkammerdruck
angehoben wird, wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 verringert,
und der Kompressorhub wird demzufolge verringert.
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Wie
in 1 gezeigt ist, hat der Kühlkreislauf der Fahrzeugklimaanlage
den Kompressor und einen externen Kühlkreislauf 30. Der
externe Kühlkreislauf 30 hat
einen Kondensator 31, eine Dekompressionsvorrichtung, die
in dieser Ausführungsform
ein Expansionsventil 32 ist, und einen Verdampfer 33.
In dieser Ausführungsform
wird Kohlendioxid als das Kühlmittel
verwendet.
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Ein
erster Drucküberwachungspunkt
P1 ist in der Auslasskammer 22 gelegen. Ein zweiter Drucküberwachungspunkt 22 ist
in der Kühlmittelpassage bei
einem Abschnitt gelegen, der stromabwärts von dem ersten Drucküberwachungspunkt 21 in
Richtung zu dem Kondensator 31 um einen vorbestimmten Abstand
beabstandet ist. Der erste Drucküberwachungspunkt
P1 ist über
eine erste Druckeinleitungspassage 35 mit dem Steuerventil
CV verbunden. Der zweite Drucküberwachungspunkt 22 ist über eine zweite
Druckeinleitungspassage 36 (siehe 2) mit dem
Steuerventil CV verbunden.
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Wie
in 2 gezeigt ist, hat das Steuerventil CV ein Ventilgehäuse 41.
Eine Ventilkammer 42, eine Verbindungspassage 43 und
eine Druckerfassungskammer 44 sind in dem Ventilgehäuse 41 definiert. Eine Übertragungsstange 45 erstreckt
sich durch die Ventilkammer 42 und die Verbindungspassage 43. Die Übertragungsstange 45 bewegt
sich in der Axialrichtung oder in der Vertikalrichtung, wie in der
Zeichnung gesehen werden kann. Der obere Abschnitt der Übertragungsstange 45 ist
gleitbar in die Verbindungspassage 43 eingepasst.
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Die
Verbindungspassage 43 ist durch den oberen Abschnitt der Übertragungsstange 45 von
der Druckerfassungskammer 44 getrennt. Die Ventilkammer 42 ist
durch eine stromaufwärtige
Sektion der Zuführpassage 28 mit
der Auslasskammer 22 verbunden. Die Verbindungspassage 43 ist über eine stromabwärtige Sektion
der Zuführpassage 28 mit der
Kurbelkammer 12 verbunden. Die Ventilkammer 42 und
die Verbindungspassage 43 bilden einen Teil der Zuführpassage 28.
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Ein
zylindrischer Ventilkörper 46 ist
in dem Mittelabschnitt der Übertragungsstange 45 ausgebildet
und ist in der Ventilkammer 42 angeordnet. Eine Stufe,
die zwischen der Ventilkammer 42 und der Verbindungspassage 43 definiert
ist, dient als ein Ventilsitz 47. Wenn die Übertragungsstange 45 von der
Position von 2 oder der untersten Position
zu der obersten Position bewegt wird, bei der der Ventilkörper 46 den
Ventilsitz 47 berührt,
wird die Verbindungspassage 43 von der Ventilkammer 42 getrennt. Das
heißt
der Ventilkörper 46 steuert
den Öffnungsgrad
der Zuführpassage 28.
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Eine
ringförmige
Nut 46a ist an der Außenfläche des
Ventilkörpers 46 in
der Ventilkammer 42 ausgebildet. Ein erster Federsitz,
der in dieser Ausführungsform
ein Schnappring 62 ist, ist in die Nut 46a eingepasst.
Ein Teil der Deckenwand der Ventilkammer 42, die die untere Öffnung der
Verbindungspassage 43 umgibt, funktioniert als ein Federsitz 63 oder ein
zweiter Federsitz. Eine Spiralfeder 64 ist zwischen dem
Federsitz 63 und dem Schnappring 62 angeordnet.
Die Feder 64 drängt
den Ventilkörper 46 in
die Richtung, die die Verbindungspassage 43 öffnet.
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Ein
Druckerfassungselement, das in dieser Ausführungsform ein Balg 48 ist,
ist in der Druckerfassungskammer 44 angeordnet. Das obere
Ende des Balgs 48 ist an dem Ventilgehäuse 41 fixiert. Das untere
Ende (bewegliches Ende) des Balgs 48 nimmt das obere Ende
der Übertragungsstange 45 auf.
Der Balg 48 teilt die Druckerfassungskammer 44 in
eine erste Druckkammer 49, die das Innere des Balgs 48 ist,
und eine zweite Druckkammer 50, die das Äußere des
Balgs 48 ist. Die erste Druckkammer 49 ist über eine
erste Druckeinleitungspassage 35 mit dem ersten Drucküberwachungspunkt
P1 verbunden. Die zweite Druckkammer 50 ist über eine
zweite Druckeinleitungspassage 36 mit dem zweiten Drucküberwachungspunkt
P2 verbunden. Deshalb ist die erste Druckkammer 49 dem
Druck PdH ausgesetzt, der an dem ersten Drucküberwachungspunkt P1 überwacht wird,
und die zweite Druckkammer 50 ist dem Druck PdL ausgesetzt,
der an dem zweiten Drucküberwachungspunkt
P2 überwacht
wird. Der Balg 48 und die Druckerfassungskammer 44 bilden
einen Druckerfassungsmechanismus.
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Eine
Zieldruckunterschiedsänderungseinrichtung,
die in dieser Ausführungsform
ein elektromagnetischer Aktuator 51 ist, ist an dem unteren
Abschnitt des Ventilgehäuses 41 angeordnet.
Der elektromagnetische Aktuator 51 hat einen becherförmigen Zylinder 52.
Der Zylinder 52 ist in der axialen Mitte des Ventilgehäuses 41 angeordnet.
Ein zylindrischer stationärer
Eisenkern 53 ist in die obere Öffnung des Zylinders 52 eingepasst.
Der stationäre Kern 53 definiert
eine Kolbenkammer 54 in dem Zylinder 52 und trennt
die Ventilkammer 42 von der Kolbenkammer 54.
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Ein
beweglicher Kern 56, der wie ein umgedrehter Becher geformt
ist, ist in der Kolbenkammer 54 angeordnet. Der bewegliche
Eisenkern 56 gleitet in der Axialrichtung entlang der Innenwand
des Zylinders 52. Ein axiales Führungsloch 57 ist
in der Mitte des stationären
Eisenkerns 53 ausgebildet. Der untere Abschnitt der Übertragungsstange 45 ist
durch das Führungsloch 57 gleitbar
abgestützt.
Das untere Ende der Übertragungsstange 45 ist
an dem beweglichen Eisenkern 56 fixiert. Der bewegliche
Eisenkern 56 bewegt sich einstückig mit der Übertragungsstange 45.
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Die
Ventilkammer 52 ist über
einen Spalt, der zwischen dem Führungsloch 57 und
der Übertragungsstange 45 geschaffen
ist (in den Zeichnungen ist der Raum zu Darstellungszwecken vergrößert) mit der
Kolbenkammer 54 verbunden. Die Kolbenkammer ist deshalb
dem Auslassdruck der Ventilkammer 42 ausgesetzt. Da der
Raum zwischen der Übertragungsstange 45 und
dem Führungsloch 57 als
eine Passage verwendet wird, gibt es keine Notwendigkeit zum Ausbilden
einer Passage zum Verbinden der Ventilkammer 42 mit der
Kolbenkammer 54. Obwohl es nicht detailliert beschrieben
ist, verbessert ein Aussetzen der Kolbenkammer 54 dem Druck
in der Ventilkammer 42 die Betriebseigenschaften des Steuerventils
CV oder die Ventilöffnungsgradsteuereigenschaften.
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Eine
Spule 61 ist um den stationären Eisenkern 53 und
dem beweglichen Eisenkern 56 herum gelegen. Die Spule 61 ist
mit einem Antriebsschaltkreis 71 verbunden, und der Antriebsschaltkreis 71 ist
mit einer Steuerungseinrichtung 70 verbunden. Die Steuerungseinrichtung 70 empfängt externe
Information (AN-AUS-Zustand der Klimaanlage, die Temperatur der
Fahrgastzelle und eine Zieltemperatur) von dem Erfassungselement 72.
Auf Basis der empfangenen Information befehligt die Steuerungseinrichtung 70 den
Antriebsschaltkreis 71, um ein Antriebssignal zu der Spule 61 zuzuführen.
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Die
Spule 61 erzeugt eine elektromagnetische Kraft, deren Größe von dem
Wert des extern zugeführten
elektrischen Stroms abhängt,
zwischen dem beweglichen Eisenkern 56 und dem stationären Eisenkern 53.
Der Wert des Stroms, der zu der Spule 61 zugeführt wird,
wird durch Steuern der Spannung gesteuert, die auf die Spule 61 aufgebracht
wird. Die aufgebrachte Spannung wird durch Pulsbreitenmodulation
(PWM) gesteuert.
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(Betriebscharakteristik des Steuerventils)
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Die
Position der Übertragungsstange 45 (des
Ventilkörpers 46)
oder die Ventilöffnung
des Steuerventils CV wird in der folgenden Weise gesteuert.
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Wie
in 2 gezeigt ist, wenn die Spule 61 mit
keinem elektrischen Strom versorgt wird (Einschaltverhältnis =
0%), wird die Position der Übertragungsstange 45 beherrschend
durch die nach unten gerichtete Kraft des Balgs 48 und
die nach unten gerichtete Kraft der Feder 64 bestimmt.
Somit ist die Übertragungsstange 45 an
ihrer untersten Position platziert, und die Verbindungspassage 43 ist
vollständig
geöffnet.
Der Unterschied zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 12 und
dem Druck in den Kompressionskammern 20 wird somit groß. Als eine
Folge wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 minimiert,
und der Abgabehub des Kompressors wird auch minimiert.
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Wenn
ein Strom mit einem minimalen Einschaltverhältnis, das größer als
0% ist, zu der Spule 61 des Steuerventils CV zugeführt wird, übersteigt die
nach oben gerichtete Elektromagnetische Kraft die Resultierende
aus den nach unten gerichteten Kräften des Balgs 48 und
der Feder 64, was die Übertragungsstange 45 nach
oben bewegt. In diesem Zustand wirkt die nach oben gerichtete elektromagnetische
Kraft gegen die Resultierende aus der Kraft, die auf dem Druckunterschied ΔPd (ΔPd = PdH – PdL) basiert,
und den nach unten gerichteten Kräften des Balgs 48 und
der Feder 64. Die Position des Ventilkörpers 46 der Übertragungsstange 45 relativ zu
dem Ventilsitz 47 ist derart bestimmt, dass nach oben gerichtete
und nach unten gerichtete Kräfte
im Gleichgewicht sind.
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Falls
bspw. die Strömungsrate
des Kühlmittels
in dem Kühlkreislauf
aufgrund einer Abnahme der Drehzahl des Verbrennungsmotors E verringert wird,
verringert sich die nach unten gerichtete Kraft auf Basis des Druckunterschieds ΔPd, und die
elektromagnetische Kraft kann nicht die Kräfte ausgleichen, die auf die Übertragungsstange 45 wirken. Deshalb
bewegt sich die Übertragungsstange 45 (der Ventilkörper 46)
nach oben. Dies verringert den Öffnungsgrad
der Verbindungspassage 43 und verringert somit den Druck
in der Kurbelkammer 12. Demzufolge wird der Neigungswinkel
der Taumelscheibe 15 erhöht, und der Hub des Kompressors
wird vergrößert. Die
Vergrößerung des
Hubs des Kompressors erhöht
die Strömungsrate
des Kühlmittels
in dem Kühlkreislauf,
was die Druckdifferenz ΔPd
erhöht.
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Im
Gegensatz dazu, wenn die Strömungsrate
des Kühlmittels
in dem Kühlkreislauf
aufgrund einer Erhöhung
der Drehzahl des Verbrennungsmotors E erhöht wird, erhöht sich
die nach unten gerichtete Kraft auf Basis des Druckunterschieds ΔPd und die gegenwärtige elektromagnetische
Kraft kann nicht die Kräfte
ausgleichen, die auf die Übertragungsstange 45 wirken.
Deshalb bewegt sich die Übertragungsstange 45 (der
Ventilkörper 46)
nach unten und erhöht
den Öffnungsgrad
der Verbindungspassage 43. Dies erhöht den Druck in der Kurbelkammer 12. Demzufolge
wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 verringert,
und der Hub des Kompressors wird auch verringert. Die Verringerung
des Hubs des Kompressors verringert die Strömungsrate des Kühlmittels
in dem Kühlkreislauf,
was die Druckdifferenz ΔPd
verringert.
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Wenn
das Einschaltverhältnis
des zu der Spule 61 zugeführten elektrischen Stroms erhöht wird,
um die elektromagnetische Kraft zu erhöhen, kann die Druckdifferenz ΔPd nicht
die Kräfte
ausgleichen, die auf die Übertragungsstange 45 wirken. Deshalb
bewegt sich die Übertragungsstange 45 (der Ventilkörper 46)
nach oben und verringert den Öffnungsgrad
der Verbindungspassage 43. Als eine Folge wird der Hub
des Kompressors vergrößert. Demzufolge
wird die Strömungsrate
des Kühlmittels
in dem Kühlkreislauf
erhöht
und der Druckunterschied ΔPd
wird erhöht.
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Wenn
das Einschaltverhältnis
des zu der Spule 61 zugeführten Stroms verringert wird
und die elektromagnetische Kraft demzufolge verringert wird, kann der
Druckunterschied ΔPd
nicht die Kräfte
ausgleichen, die auf die Übertragungsstange 45 wirken. Deshalb
bewegt sich die Übertragungsstange
(der Ventilkörper 46)
nach unten, was den Öffnungsgrad der
Verbindungspassage 43 erhöht. Demzufolge wird der Kompressorhub
verringert. Als eine Folge wird die Strömungsrate des Kühlmittels
in dem Kühlkreislauf
erhöht,
und der Druckunterschied ΔPd
wird verringert.
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Wie
vorstehend beschrieben ist, wird der Zielwert des Druckunterschieds ΔPd durch
das Einschaltverhältnis
des zu der Spule 61 zugeführten Stroms bestimmt. Das
Steuerventil CV bestimmt automatisch die Position der Übertragungsstange 45 (des
Ventilkörpers 46)
gemäß Änderungen
des Druckunterschieds ΔPd,
um den Zielwert des Druckunterschieds ΔPd aufrecht zu erhalten. Der
Zielwert des Druckunterschieds ΔPd
wird extern durch Einstellen des Einschaltverhältnisses des zu der Spule 61 zugeführten Strom
gesteuert.
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Die
vorstehend dargestellte Ausführungsform
hat die folgenden Vorteile.
- (1) Auf den Ansaugdruck,
der durch die thermische Last in dem Verdampfer 33 beeinflusst
wird, wird zum Steuern der Öffnung
des Steuerventils CV nicht direkt Bezug genommen. Stattdessen wird
der Druckunterschied ΔPd
zwischen den Drucküberwachungspunkten
P1 und P2 in dem Kühlkreislauf
zum Regeln des Hubs des Kompressors direkt gesteuert bzw. kontrolliert.
Deshalb wird der Hub kaum durch die thermische Last des Verdampfers 33 beeinflusst.
Mit anderen Worten gesagt, wird der Hub schnell und genau durch
eine externe Steuerung der Steuerungseinrichtung 70 gesteuert.
- (2) 7 zeigt ein Steuerventil CVH
eines Vergleichsbeispiels. Ein Hauptunterschied des Steuerventils
CVH des Vergleichsbeispiels gegenüber dem Steuerventil CV der
vorstehenden Ausführungsform
ist, dass die Feder 64 in der Kolbenkammer 54 gelegen
ist und die Feder 64 den Ventilkörper 56 über den
beweglichen Eisenkern 56 in die Öffnungsrichtung drängt. Deshalb
ist der bewegliche Eisenkern 56 becherförmig, so dass die Feder in
der Kolbenkammer 54 aufgenommen werden kann. Das heißt der Raum
zum Aufnehmen der Feder 64 öffnet zu dem stationären Eisenkern 53.
Somit hat der bewegliche Eisenkern 56 zum Aufnehmen der
Feder 64 einen großen Raum
oder eine große
Aussparung an einem Abschnitt, der dem stationären Eisenkern 53 zugewandt
ist. Dies schmälert
den magnetischen Pfad zwischen dem stationären Eisenkern 53 und
dem beweglichen Eisenkern 56, was die elektromagnetische
Kraft schwächer
macht, die durch den elektromagnetischen Aktuator 51 erzeugt
wird.
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Jedoch
ist in dem Steuerventil CV der vorstehenden Ausführungsform die Feder 64 in
der Ventilkammer 42 gelegen. In anderen Worten gesagt, muss
der bewegliche Eisenkern 56 die Feder 64 nicht direkt
aufnehmen. Dieser Aufbau erhöht
die Flexibilität
der Bauform des beweglichen Eisenkerns. Somit ist der bewegliche
Eisenkern 56 wie ein umgedrehter Becher geformt. Das heißt der Bereich
eines Abschnitts des beweglichen Eisenkerns 56, der dem stationären Kern 53 zugewandt
ist, ist groß.
Dies erweitert den magnetischen Pfad zwischen dem beweglichen Eisenkern 56 und
dem stationären
Eisenkern 53. Deshalb erzeugt das Steuerventil CV bei Zuführen eines
gleichen Stroms zu der Spule 61 an dem elektromagnetischen
Aktuator 51 eine größere elektromagnetische
Kraft als die des Steuerventils CVH. In anderen Worten gesagt, erfordert das
Steuerventil CV einen niedrigen Strom zum Steuern des Zieldruckunterschieds.
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Es
ist möglich,
die Funktion der Feder 64 durch den Balg 48 zu
ersetzen. In diesem Fall können
jedoch die Betriebseigenschaften des Balgs 48 oder die
Ausdehnungs- und
Zusammenzieheigenschaft gemäß Änderungen
des Druckunterschieds ΔPd
nicht optimal eingestellt werden. Deshalb ist ein Ersetzen der Funktion
der Feder 64 durch den Balg 48 nicht bevorzugt.
- (3) Der Schnappring 62, der als ein
Federsitz dient, ist von dem Ventilkörper 46 unabhängig. Der
Federsitz kann einstückig
mit dem Ventilkörper 46 ausgebildet
sein, ohne von dem Konzept der vorliegenden Erfindung abzuweichen.
Jedoch hat in der vorstehenden Ausführungsform, in der der Schnappring 62 ein
separates Element ist, der Ventilkörper 46 eine einfache
zylindrische Form und ist somit leicht herzustellen.
- (4) Der Federsitz ist mit dem Schnappring 62 gebildet.
Der Schnappring 62 wird leicht an dem Ventilkörper 46 befestigt.
- (5) Das obere Ende der Übertragungsstange 45 ist
durch die Verbindungspassage 43 gleitbar abgestützt. Der
bewegliche Eisenkern 56 ist an dem unteren Ende der Übertragungsstange 45 fixiert. Deshalb
ist das untere Ende der Übertragungsstange 45 über den
beweglichen Eisenkern 56 durch die Innenwand des Zylinders 52 gleitbar
abgestützt.
Ein Raum ist zwischen dem Führungsloch
und der Übertragungsstange 45 geschaffen.
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Das
integrierte Element, das die Übertragungsstange 55 und
den beweglichen Eisenkern 56 hat, ist an zwei Stellen abgestützt, das
heißt
an dem oberen Ende und dem unteren Ende. Deshalb ist das integrierte
Element im Vergleich zu einem Fall stabil abgestützt, in dem der Mittelabschnitt
der Übertragungsstange 45 durch
das Führungsloch 57 gleitbar abgestützt ist.
Der Aufbau verhindert auch, dass das integrierte Element sich neigt
und verringert somit die Reibung, die auf die Übertragungsstange 45 wirkt. Als
eine Folge wird eine Hysterese in dem Steuerventil CV verhindert.
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Ein
Steuerventil CV gemäß einer
zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 3 beschrieben.
Die Beschreibung der zweiten Ausführungsform konzentriert sich auf
die Unterschiede von der Ausführungsform
von 1 und 2, und die selben Bezugszeichen werden
verwendet, um auf Teile Bezug zu nehmen, die gleichartig zu denjenigen
in der Ausführungsform von 1 und 2 sind.
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In
dem Steuerventil CV, das in 3 gezeigt ist,
ist die Ventilkammer 42 durch die stromabwärtige Sektion
der Zuführpassage 28 mit
der Kurbelkammer 12 verbunden und ist durch die stromaufwärtige Sektion
der Zuführpassage 28 mit
der Auslasskammer 22 verbunden. Dieser Aufbau verringert
den Druckunterschied zwischen der zweiten Druckkammer 50 und
der Verbindungspassage 43, die zueinander benachbart sind.
Demzufolge wird verhindert, dass Kühlmittel zwischen der Verbindungspassage 43 und der
zweiten Druckkammer 50 entweicht, und gestattet somit,
dass der Kompressorhub genau gesteuert wird.
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In
der Ausführungsform
von 3 wirkt der Auslassdruck, der in die Verbindungspassage 43 eingeleitet
wird, auf den Ventilkörper 46 entgegen
die elektromagnetische Kraft des elektromagnetischen Aktuators 51.
Deshalb muss die elektromagnetische Kraft des Aktuators 51,
wenn der Ventilkörper 46 die Verbindungspassage 43 vollständig schließt, stärker als
in der Ausführungsform
von 2 sein. Jedoch ist im Gegensatz zu dem Steuerventil
CVH des Vergleichsbeispiels in 7, die Feder 64 in
der Ventilkammer 42 angeordnet. Das heißt der bewegliche Eisenkern 56 muss
die Feder 64 nicht direkt aufnehmen. Somit ist der bewegliche
Eisenkern 56 wie ein umgedrehter Becher geformt, der den
magnetischen Pfad zwischen dem beweglichen Eisenkern 56 und dem
stationären
Eisenkern 53 verbreitert. Das heißt, wie in dem Vorteil (2)
der in 1 und 2 gezeigten Ausführungsform
erwähnt
ist, erhöht
der Aufbau von 3 die Flexibilität der Bauform
des beweglichen Eisenkerns 56 im Vergleich zu dem Steuerventil CVH,
das in 7 gezeigt ist. Mit anderen Worten gesagt, ist
der magnetische Pfad zwischen dem beweglichen Eisenkern 56 und
dem stationären
Eisenkern 53 erhöht.
Daher ist die Anwendung der vorliegenden Erfindung auf das Steuerventil
CV von 3 besonders vorteilhaft.
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Ein
Steuerventil CV gemäß einer
dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 4 beschrieben.
Die Beschreibung der dritten Ausführungsform konzentriert sich
auf die Unterschiede von der Ausführungsform von 1 und 2,
und die selben Bezugszeichen werden für eine Bezugnahme auf Teile
verwendet, die gleichartig zu denjenigen in der Ausführungsform
von 1 und 2 sind.
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In
der dritten Ausführungsform
ist ein Abschnitt mit kleinem Durchmesser 65 in der Ventilkammer 42 um
den Federsitz 63 herum ausgebildet, wie in 4 gezeigt
ist. Der Durchmesser des Abschnitts mit kleinem Durchmesser 65 ist
im Wesentlichen der selbe wie der Außendurchmesser der Feder 64,
so dass das obere Ende der Feder 64 durch den Abschnitt
mit kleinem Durchmesser 65 gehalten wird. Dieser Aufbau
verhindert, dass die Feder 64 in eine Richtung senkrecht
zu der Achse des Ventilgehäuses 41 verschoben
wird. Mit anderen Worten gesagt wird verhindert, dass die Feder 64 sich
von dem Schnappring 62 und dem Federsitz 63 löst. Insbesondere
ist das Verhindern, dass sich die Feder 64 von dem Federsitz 63 löst, vorteilhaft
für ein
Gestatten, dass Kühlmittel
gleichmäßig zwischen
der Verbindungspassage 43 und der Ventilkammer 42 strömt. Der Aufbau
von 4 gestattet deshalb, dass der Kompressorhub genau
gesteuert werden kann.
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Ein
Steuerventil CV gemäß einer
fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 5 beschrieben.
Die Beschreibung der vierten Ausführungsform konzentriert sich auf
die Unterschiede von der Ausführungsform
von 4, und die selben Bezugszeichen werden verwendet,
um auf die selben Teile Bezug zu nehmen, die gleichartig zu denjenigen
in der Ausführungsform von 4 sind.
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In
der vierten Ausführungsform
ist der Abschnitt mit kleinem Durchmesser 65 derart verjüngt, dass
der Durchmesser in Richtung des Federsitzes 63 verringert
ist. Wenn die Feder 64 mit dem Ventilgehäuse 41 zusammengebaut
wird, führt
die verjüngte
Struktur die Feder 64 zu dem Ventilsitz, was den Zusammenbau
erleichtert.
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Ein
Steuerventil CV gemäß einer
fünften Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf 6 beschrieben.
Die Beschreibung der vierten Ausführungsform konzentriert sich auf
die Unterschiede von der Ausführungsform
von 1 und 2, und die selben Bezugszeichen werden
verwendet, um auf Teile Bezug zu nehmen, die gleichartig zu denjenigen
in der Ausführungsform von 1 und 2 sind.
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In
der Ausführungsform
von 6 ist die Feder 64 eine konische Feder,
deren Durchmesser sich in Richtung des Federsitzes 63 erhöht. Dieser
Aufbau stabilisiert die Feder 64 ohne die Form der Ventilkammer 42 wie
der in 5 gezeigte Abschnitt mit kleinem Durchmesser 65 zu
verkomplizieren. Die Ausführungsform
von 6 hat die selben Vorteile wie die Ausführungsform
von 4.
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Des
weiteren sollte es zu verstehen sein, dass die Erfindung in den
folgenden Formen ausgeführt
werden kann.
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Der
erste Drucküberwachungspunkt
P1 kann in der Ansaugdruckzone zwischen dem Verdampfer 33 und
der Ansaugkammer 21 angeordnet sein, und der zweite Drucküberwachungspunkt
P2 kann an einem Abschnitt stromabwärtig von dem ersten Drucküberwachungspunkt
P1 in der Ansaugdruckzone angeordnet sein.
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Der
erste Drucküberwachungspunkt
P1 kann in der Auslassdruckzone zwischen der Auslasskammer 22 und
dem Kondensator 31 angeordnet sein, und der zweite Drucküberwachungspunkt
P2 kann in der Ansaugdruckzone angeordnet sein, die den Verdampfer 33 und
die Ansaugkammer 21 umfasst.
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Der
erste Drucküberwachungspunkt 21 kann in
der Auslassdruckzone zwischen der Auslasskammer 22 und
dem Kondensator 31 angeordnet sein, und der zweite Drucküberwachungspunkt
P2 kann in der Kurbelkammer 12 angeordnet sein. Alternativ kann
der zweite Drucküberwachungspunkt
P2 in der Kurbelkammer 12 angeordnet sein, und der erste Drucküberwachungspunkt
P1 kann in der Ansaugdruckzone angeordnet sein, die den Verdampfer 33 und
die Ansaugkammer 21 umfasst. Im Gegensatz zu den Ausführungsformen
von 1 bis 6, sind die Stellen der Drucküberwachungspunkte
P1 und P2 nicht auf den Hauptkreislauf des Kühlkreislaufs begrenzt, der
den Verdampfer 33, die Ansaugkammer 21, die Kompressionskammern 20,
die Auslasskammer 22 und den Kondensator 31 umfasst.
Beispielsweise können
die Drucküberwachungspunkte P1,
P2 in einer Zwischendruckzone oder der Kurbelkammer 12,
oder in einem Unterkreis des Kühlkreislaufs
angeordnet sein, der die Zuführpassage 28,
die Kurbelkammer 12, und die Ableitpassage 27 umfasst.
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Das
Steuerventil CV kann als ein Ableitsteuerventil zum Steuern des
Drucks in der Kurbelkammer 12 durch Steuern der Öffnung der
Ableitpassage 27 verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann in einem Steuerventil eines Kompressors
mit variablem Hub bzw. variabler Verdrängung der Wobbelbauart ausgeführt werden.
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Deshalb
sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen als beispielhaft
und nicht als beschränkend
zu betrachten, und die Erfindung ist nicht auf die hier gegebenen
Details beschränkt,
sondern kann innerhalb des Umfangs und der Äquivalenz der angehängten Ansprüche modifiziert
werden.