DE60300135T2

DE60300135T2 - Vierweg Schaltventil

Info

Publication number: DE60300135T2
Application number: DE2003600135
Authority: DE
Inventors: Hisatoshi Hachioji-shi Hirota
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2002-02-14
Filing date: 2003-02-11
Publication date: 2005-03-24
Anticipated expiration: 2023-02-12
Also published as: ES2232790T3; DE60300135D1; JP2003240134A; US6810911B2; EP1336788A1; JP3958059B2; EP1336788B1; US20030159739A1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf ein Vierwege-Schaltventil gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1, 13 oder 17, insbesondere auf ein Vierwege-Schaltventil zum Umschalten von Kältemittelleitungen zwischen Kühl- und Heizbetriebs-Modii, z.B. in einem Heiz- und Kühlsystem des Wärmepumpentyps für ein automobiles Fahrzeug. Ein Ventil dieses Typs ist bekannt aus dem Dokument EP 0927846 .
In einem automobilen Fahrzeug wird für den Kühlbetrieb ein Kühlkreis eingesetzt. Zum Heizen wird das Kühlmittel des Motors als Wärmequelle benutzt. Verbrennungskraftmotoren, deren Effizienz verbessert ist, können im Winter mit dem Kühlmittel keine ausreichende Heizkapazität bereitstellen. Aus diesem Grund wird sowohl zum Kühlen als auch zum Heizen ein Wärmepumpensystem verwendet. In solchen Systemen ist es notwendig, die Strömungsrichtung des Kältemittels umzukehren, das durch Wärmetauscher im Fahrzeuginneren und außerhalb des Fahrzeuginneren strömt, wenn das System zwischen Kühlen und Heizen umgeschaltet wird. Dies wird durch ein Vierwege-Schaltventil vorgenommen.
17 ist ein Blockdiagramm eines bekannten Heiz- und Kühlsystems, das ein Vierwege-Schaltventil 102 benutzt. Das Heiz- und Kühlsystem enthält einen Kompressor 101, das Vierwege-Schaltventil 102, einen außenliegenden Wärmetauscher 103, eine Druckreduziervorrichtung 104, einen im Fahrzeuginnenraum liegenden Wärmetauscher 105 und einen Akkumulator 106. Das Vierwege-Schaltventil 102 hat vier Anschlüsse A bis D. Der Anschluss A ist mit dem Kompressor 101 verbunden, der Anschluss B ist mit dem außenliegenden Wärmetauscher 103 verbunden, der Anschluss C ist mit dem innenliegenden Wärmetauscher 105 verbunden und der Anschluss D ist mit dem Akkumulator 106 verbunden.
Während des Kühlbetriebs verbindet das Vierwege-Schaltventil 102 die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D, wie in 17 mit durchgezogenen Linien angedeu tet ist. Deshalb strömt vom Kompressor 101 komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck in den Anschluss A und wird vom Anschluss B zum außenliegenden Wärmetauscher 103 geleitet, in welchem das Kältemittel dazu gebracht wird, einen Wärmeaustausch und eine Kondensation auszuführen, ehe das Kältemittel durch die Druckreduziervorrichtung 104 adiabatisch zu Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck expandiert wird. Der innenliegende Wärmetauscher 105 bewirkt, dass das Kältemittel mit der niedrigen Temperatur und dem niedrigen Druck Wärme mit der warmen Luft im Fahrzeuginnenraum austauscht und verdampft. Dann strömt das Kältemittel vom Anschluss C zum Anschluss D und zum Akkumulator 106, in welchem das Kältemittel separiert wird in Gas und Flüssigkeit, ehe es zum Kompressor 101 zurückkehrt.
Während des Heizbetriebs verbindet das Vierwege-Schaltventil 102 die Anschlüsse A und C und die Anschlüsse B und D, wie dies in gestrichelten Linien angezeigt ist. Dann strömt das von Kompressor 101 komprimierte Kältemittel mit hoher Temperatur und hohem Druck vom Anschluss A über den Anschluss C zu dem innenliegenden Wärmetauscher 105, in welchem es Wärme mit kühler Luft im Fahrzeuginnenraum austauscht, um den Fahrzeuginnenraum zu beheizen. Das vom innenliengenden Wärmetauscher 105 kondensierte Kältemittel wird durch die Druckreduziervorrichtung 104 adiabatisch zu Kältemittel mit niedriger Temperatur und niedrigem Druck expandiert. Dann führt das Kältemittel einen Wärmeaustausch im außenliegenden Wärmetauscher 103 bis zur Verdampfung aus, ehe es vom Anschluss B zum Anschluss D und in den Akkumulator 106 strömt, in welchem das Kältemittel in Gas und Flüssigkeit separiert wird.
Dieses Vierwege-Schaltventil 102 ist bekannt aus JP 2001-183291A und ist so konfiguriert, dass ein erstes Ventil und ein drittes Ventil zum Öffnen und Schließen von Passagen von einem Anschluss A, dem das Kältemittel mit Hochdruck zugeführt wird, zu einem Anschluss B oder einem Anschluss C, und ein zweites Ventil und ein viertes Ventil zum Öffnen und Schließen von Passagen von dem Anschluss B oder dem Anschluss C zu einem Niederdruckanschluss D in dem Ventilkörper separat und unabhängig vorgesehen sind, und dass das erste Ventil und das zweite Ventil, und das dritte Ventil und das vierte Ventil jeweils durch erste und zweite Kolben betätigt werden. Zum wahlweisen Leiten des Hochdruckkältemittels von dem Anschluss A zu Druckkammern zum Betätigen der ersten und zweiten Kolben sind zwei Magnetventile vorgesehen. Die zwei Mag netventile führen das Hochdruckfluid von dem Anschluss A in die jeweilige Druckkammer für den ersten oder zweiten Kolben, um zwischen einem ersten Status, in dem die Anschlüsse A und B, und die Anschlüsse C und D verbunden sind, und einem zweiten Status im Zuschalten, in dem die Anschlüsse A und C und die Anschlüsse B und D verbunden sind. Als Folge der Ausbildung des bekannten Vierwege-Schaltventils sind zwei Sätze von Dreiwege-Schaltventilen miteinander parallel innerhalb eines großdimensionierten Körpers angeordnet. Die Notwendigkeit, zwei Sätze von Ventilelementen und die Zylinder für die die Ventilelemente treibenden Kolben zu bearbeiten, erhöht die Herstellungskosten.
Es ist ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, ein Vierwege-Schaltventil anzugeben, das eine kompakte Baugröße hat und kostengünstig ist. Das Ventildesign soll auch ein zuverlässiges Ventilelement-Sitzverhalten ohne eine ungenügende Abdichtung sicherstellen und soll direkte Strömungsverbindungen zwischen Hochdruck- und Niederdruckverbindungen vermeiden, wenn der Ventilstatus umgeschaltet wird.
Diese Gegenstände werden mit den Merkmalen der Ansprüche 1, 13 oder 17 erreicht.
In diesem Vierwege-Schaltventil sind die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile und der Kolben in dem hohlen zylindrischen Körper koaxial angeordnet. Dies vereinfacht die Ausbildung des Ventils und ermöglicht eine kompakte Baugröße. Der Körper wird vorbereitet nur durch uniaxiale Bearbeitung. Dies reduziert die Herstellungskosten. Weiterhin sind die Ventilelemente der ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile so konfiguriert, dass sie daran gehindert werden, sich gleichzeitig aufzusetzen. Im Gegenteil produzieren sie eine abpuffernde Funktion durch Bereitstellen eines Abstandes über welchen sich das früher aufsetzende Ventilelement bewegt, um es dem anderen Ventilelement zu ermöglichen, sich nachfolgend aufzusetzen, und zwar durch Federn oder durch nachgiebige Dichtglieder. Beide Ventilelemente werden zuverlässig aufgesetzt. Dies eliminiert die Möglichkeiten einer unzureichenden Abdichtung als Folge von Bearbeitungsungenauigkeiten, Herstellungs- und Zusammenbautoleranzen und thermischer Expansionseinflüsse. Wenn das Vierwege-Schaltventil zwischen den ersten und zweiten Betriebszuständen umschaltet, beschränken die vorgesehenen Führungen die Hubbereiche der Ventilelemente und schließen sie auch alle Ventilöffnungen, ehe das jeweilige Ventilelement aufgesetzt wird. Dadurch wird verhindert, dass der unter hohem Druck stehende erste Anschluss und der vierte, unter niedrigem Druck stehende Anschluss gleichzeitig miteinander in Strömungsverbindung geraten, wodurch der hohe Druck in dem ersten Anschluss und der niedrige Druck in dem vierten Anschluss aufrecht gehalten werden.
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung, z.B. für ein Heiz- und Kühlsystem eines Wärmepumpentyps für ein automobiles Fahrzeug, werden unter Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
1 eine Längsschnittansicht einer ersten Ausführungsform eines Vierwege-Schaltventils, in einer Schaltposition mit dem Magneten AUS,
2 eine Längsschnittansicht der ersten Ausführungsform mit dem Magneten EIN,
3 eine Schnittansicht einer zweiten Ausführungsform eines Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
4 eine Schnittansicht einer dritten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
5 die dritte Ausführungsform in einer Schaltposition mit dem Magneten EIN,
6 eine Schnittansicht einer vierten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
7 eine vierte Ausführungsform in einer Schaltposition (Magnet EIN),
8 eine Schnittansicht einer fünften Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
9 eine Schnittansicht einer sechsten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils in einer ersten Schaltposition,
10 die sechste Ausführungsform in einer zweiten Schaltposition,
11 eine Schnittansicht einer siebten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
12 die siebte Ausführungsform in einer Schaltposition mit dem Magneten EIN,
13 eine Schnittansicht einer achten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
14 eine Schnittansicht einer neunten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS),
15 die neunte Ausführungsform in einer Schaltposition mit dem Magneten EIN,
16 eine Schnittansicht einer zehnten Ausführungsform des Vierwege-Schaltventils (Magnet AUS) und
17 eine Anordnung eines Heiz- und Kühlsystems unter Verwendung eines Vierwege-Schaltventils.
Das Vierwege-Schaltventil in den 1 und 2 hat vier Anschlüsse A, B, C und D in der Peripherie eines hohlen, im Wesentlichen zylindrischen Körpers 1. In einem Heiz- und Kühlsystem des Wärmepumpentyps ist der Anschluss A verbunden mit einer Verrohrung zum Empfangen eines von einem Kompressor gelieferten Kältemittels unter hohem Druck, ist der Anschluss B verbunden mit einer Verrohrung, die zu einem außenliegenden Wärmetauscher führt, ist der Anschluss C verbunden mit einer Verrohrung, die zu einem innenliegenden Wärmetauscher führt, und ist der Anschluss D verbunden mit einer Verrohrung für Niederdruck-Kältemittel, die zur Saugseite des Kompressors führt.
Entlang einer längsverlaufenden Zentralachse des Körpers 1 ist ein Zylinder geformt, in welchem eine hohle Hülse 2 axial beweglich ist, die eine Treibstange definiert. Die Hülse 2 definiert eine zentrale Kältemittelpassage an der Niederdruckseite. Zwei separate ringförmige Ventilelemente 3, 4 sind auf der Hülse 2 axial verschiebbar angeordnet. Die Hülse 2 wird in ringförmigen Führungen 5, 6, 7, 8 geführt. Die Führungen sind an der Hülse 2 festgelegt zum Begrenzen der Hubbereiche der Ventilelemente 3 und 4. Zwischen den Ventilelementen 3 und 4 und den Führungen 6, 7 sind Federn 9 und 10 vorgesehen, die jeweils die Ventilelemente 3 und 4 in Richtung zu den Führungen 5, 6 beaufschlagen. Zwischen der Hülse 2 und dem Ventilelement 3 ist ein O-Ring 11 angeordnet. Das Ventilelement 4 hat an seinen oberen und unteren Enden eingeformte Vertiefungen und ist so angeordnet, dass es sich teilweise mit den Führungen 7, 8 überlappt, wobei ein O-Ring 12 dazwischen angeordnet ist. Das Ventilelement 4 besitzt eine Öffnung 13 zum Einführen von Druck zu einer Ventilelementfläche über welche das Ventilelement 4 axial an der Führung 8 anliegen kann.
Der Körper 1 hat ein unteres offenes Ende, das durch eine Kappe 14 geschlossen ist. In der Kappe 14 ist eine Vertiefung geformt, die eine Führungsfläche zum axialen Führen der untersten Führung 5 auf der Hülse 2 definiert. Eine ringförmige Endfläche der Vertiefung der Kappe 14 formt einen unteren Ventilsitz für das Ventilelement 3. Oberhalb des Ventilelements 3 ist im Körper 1 als ein oberer Ventilsitz für das Ventilelement 3 ein ringförmiger Vorsprung oder ein Ringflansch 15 geformt. Unterhalb des Ventilelements 4 ist in dem Körper als ein unterer Ventilsitz für das Ventilelement 4 ein ringförmiger Vorsprung oder ein Ringflansch 16 geformt. Oberhalb des Ventilelements 4 ist in den Körper 1 eine Führung 17 fest eingepasst fixiert, die einen oberen Ventilsitz an der Niederdruckseite für das Ventilelement 4 bildet.
Das Ventilelement 4, die Führung 7 und die Ventilöffnung des Ringflansches 16, in welche die Führung 7 lose eingesetzt ist, haben größere Abmessungen als das Ventilelement 3, die Führung 6, und die Ventilöffnung des Ringflansches 15, in welche die Führung 6 lose eingesetzt sein kann, so dass die Druckaufnahmefläche des Ventilelements 4 größer ist als die Druckaufnahmefläche des Ventilelements 3. Sobald die Ventilelemente 3 und 4 aus dem Anschluss A Hochdruck aufnehmen, wirkt auf die Ventilelemente 3, 4 und die Hülse 2 eine nach oben gerichtete Druckkraft.
Die Führungen 5, 6, 7, 8 an der Hülse 2 sind in solchen Positionen angeordnet, dass sie früher in ihre jeweils zugeordneten Ventilöffnungen (Kappenvertiefung, Ringflansche 15, 16, Führung 17) eintreten als die Ventilelemente 3 und 4 an ihren Sitzen zur Anlage kommen. Dies verhindert, dass die Anschlüsse A, B, C, D gleichzeitig miteinander strömungsverbunden werden, wenn das Vierwege-Schaltventil umschaltet. Dies verhindert auch, dass Hochdruckkältemittel direkt zur Niederdruckseite während des Umschaltens strömt, so dass die Drücke an der Hochdruckseite und der Niederdruckseite aufrecht gehalten werden. Dies gestattet es auch, zwischen dem Kühlbetrieb und dem Heizbetrieb ohne Druckverluste gleichförmig umzuschalten.
Oberhalb der Hülse 2 ist ein Kolben 18 in der Innenkammer des Körpers 1 axial verschiebbar angeordnet. Ein Raum an der oberen Seite des Kolbens 18 formt eine Druckkammer für Hochdruck zum Verschieben des Kolbens 18 nach unten.
Das Ventilelement 3 ist Teil eines Dreiwege-Schaltventils in den Körper 1 und dient zum Verbinden des Anschlusses B entweder mit dem Anschluss A oder dem Anschluss D. Das Ventilelement 4 ist Teil eines Dreiwege-Schaltventils zum Verbinden des Anschlusses C entweder mit dem Anschluss A oder dem Anschluss D.
Um die jeweiligen Umschaltoperationen auszuführen ist am oberen Ende des Körpers 1 ein Dreiwege-Magnetventil 19 vorgesehen. Ein feststehender Kern 21 verschließt das obere Ende einer Hülse 20, in der ein Plunger 22 axial beweglich ist. Außerhalb der Hülse 20 ist eine Magnetspule 23 angebracht. Durch den Kern 21 erstreckt sich axial eine Kältemittelpassage und ein ringförmiger Vorsprung oder ein Ringflansch 21' (Ventilsitz) ist im Kern 21 an einer im Mittelbereich liegenden Stelle der Kältemittelpassage integral geformt. Die Kältemittelpassage ist am oberen Ende über ein Rohr 24 mit einem Hochdruckraum 24' im Körper 1 verbunden, der mit dem Anschluss A strömungsverbunden ist. Im Kern 21 unterhalb des Ventilsitzes eine Ventilelementnadel 25 axial beweglich untergebacht. Der Plunger 22 enthält eine axial bewegliche Ventilelementnadel 26. Die Nadel 26 besitzt ein unteres angespitztes Ende gegenüberliegend zu einem Ventilsitz, der in einer Kappe oder einer Scheibe 27 geformt ist, die die Öffnung an der Oberseite des Körpers 1 verschließt. Der Ventilsitz ist an einer im Mittelbereich liegenden Stelle einer Passage geformt, die die Druckkammer der oberen Seite des Kolbens 18 und einen Raum an der unteren Seite davon, die mit dem Anschluss D verbunden ist, verbindet. Ein unteres Ende der Hülse 22 ist in die Kappe 27 eingepasst und formt eine Passage, die die Innenseite der Hülse 20 und die Druckkammer des Kolbens 18 verbindet.
Der Kern 21 und der Plunger 22 weisen längsverlaufende periphere Nuten auf. Die Nut in dem Kern 21 kommuniziert in dem Raum an der unteren Seite des ringförmigen Vor sprungs oder Ventilsitzes im Inneren des Kerns 21. Zwischen der Nadel 25 und dem Kern 21 ist eine Feder 28 eingesetzt, die den Plunger 21 und die Nadeln 25, 26 in einer Richtung nach unten beaufschlagt. Wenn die Spule 23 entregt ist, gibt die Nadel 25 den zugeordneten Ventilsitz frei, während die Nadel 26 auf den zugeordneten Ventilsitz aufgesetzt ist.
Mit dem Magneten AUS (1) wird der Plunger 22 nach unten durch die Feder 28 beaufschlagt. Die Nadel 25 gibt ihren Ventilsitz frei. Die mit dem Anschluss A kommunizierende Hochdruckkammer 24' ist über das Rohr 24 und das Dreiwege-Magnetventil 19 mit der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 verbunden. Die Nadel 26 sitzt auf ihrem Ventilsitz auf und blockiert die Verbindung zwischen der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 und der mit dem Anschluss D kommunizierenden Niederdruckkammer 1'.
Das dem Anschluss A zugeführte Hochdruck-Kältemittel wird über das Rohr 24 und das Dreiwege-Magnetventil 19 in die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 eingeführt, um den Kolben 18 nach unten zu schieben. Der Kolben 18 schiebt die Hülse 2 nach unten. Das Ventilelement 3 wird auf den an der Endfläche der Kappe 14 vorgesehenen Ventilsitz aufgesetzt. Das Ventilelement 4 wird auf den Ventilsitz des ringförmigen Vorsprungs 16 aufgesetzt. Der Hochdruck aus dem Anschluss A wirkt auf das Ventilelement 3 in der Ventilschließrichtung und intensiviert die Abdichtung zwischen den Passagen positiv, die die höchsten und niedrigsten Drücke führen.
Der Anschluss A ist mit dem Anschluss B verbunden. Der Anschluss C ist mit dem Anschluss D verbunden. Das Heiz- und Kühlsystem für das automobile Fahrzeug ist eingestellt auf einen Kühlbetriebsmodus. Das vom Kompressor gelieferte Hochdruck-Kältemittel, das am Anschluss A empfangen wird, strömt vom Anschluss B zum außenliegenden Wärmetauscher. Das Kältemittel vom innenliegenden Wärmetauscher, das am Anschluss C ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Unmittelbar nachdem der Magnet EIN geschaltet ist (2), wird der Plunger 22 zum Kern 21 gezogen. Die Nadeln 25, 26 bewegen sich nach oben, bis die Nadel 25 auf ihrem Ventilsitz aufsitzt, um die Zufuhr von hohem Druck aus dem Anschluss A zu blockieren. Die Nadel 26 verlässt ihren Ventilsitz und stellt eine Strömungsverbindung zwischen der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 und der Niederdruckkammer 1' beim Anschluss D her. Dies baut die Kraft ab, mit der der Kolben 18 die Hülse 2 nach unten drückt. Zu diesem Zeitpunkt empfängt die Führung 7 den Hochdruck an der Bodenfläche, während die Führung 8 den Niederdruck an der oberen Fläche aufnimmt. Die Hülse 2 wird nach oben geschoben. Sobald die Hülse 2 beginnt, sich nach oben zu bewegen, taucht zunächst die Führung 6 in den ringförmigen Vorsprung 15 ein, um die Ventilöffnung zwischen den Anschlüssen A und B zu blockieren. In ähnlicher Weise taucht die Führung 8 in die zentrale Öffnung der Führung 17 ein, um die Ventilöffnung zwischen den Anschlüssen C und D zu blockieren. Sobald diese Führungen 6, 8 beginnen einzutauchen, verbleibt die andere Führung 5 weiterhin eingepasst in der Kappe 14, um die Strömungsverbindung zwischen den Anschlüssen B und D zu schließen. Die Führung 7 taucht in den ringförmigen Vorsprung 16 ein, und schließt die Strömungsverbindung zwischen den Anschlüssen A und C. Dann sind alle Anschlüsse A, B, C, D voneinander separiert.
Wenn sich die Hülse 2 weiter nach oben bewegt, wird die Führung 5 zusammen mit dem Ventilelement 3 nach oben bewegt, bis das Ventilelement 3 die Kappe 14 verlässt. Das Ventilelement 3 wird dann weiter nach oben bewegt, um die Anschlüsse B und D zu verbinden, sobald die Führung 5 aus der Kappe 14 entfernt worden ist. Andererseits bewirkt die Führung 7, dass sich das Ventilelement 4 nach oben bewegt und den ringförmigen Vorsprung 16 verlässt. Zu dem Zeitpunkt, an welchem die Führung 7 sich aus dem ringförmigen Vorsprung 16 heraus bewegt, nimmt nun die Führung 8 den Hochdruck über die Drosselöffnung 13 auf, um sich nach oben zu bewegen. Diese Aufwärtsbewegung wird angehalten, sobald sich das Ventilelement 4 auf die Führung 17 aufsetzt, um das Vierwege-Schaltventil in den in 2 gezeigten Status zu bringen. Dies verbindet die Anschlüsse A und C. Zur gleichen Zeit wird das Ventilelement 4 durch die Führung 7 nach oben geschoben, als Folge des hohen Drucks, der auf die Führung 8 in einer Aufwärtsrichtung einwirkt. Dies intensiviert zwangsweise den Abdichtungseffekt. Es ist anzumerken, dass in diesem Status, selbst nachdem das Ventilelement 4 aufgesetzt hat, die Hülse 2 weiterhin bestrebt sein mag, sich als Folge des hohen Drucks, der auf die Führung 8 einwirkt, nach oben zu bewegen, durch Freigeben des Ventilelements 4 an der Führung 17. Diese Aufwärtsbewegung wird angehalten, wenn das Ventilelement 3 auf dem ringförmigen Vorsprung 15 aufgesetzt hat. Die Differenz zwischen den jeweiligen Hubwegdistanzen wird herbeigeführt durch die Feder 10. Demzufolge werden die Ventilelemente 3,4 individuell und nicht gleichzeitig aufgesetzt, und werden sie durch die Federn 9, 10 jeweils abgepuffert. Diese eliminiert die Möglichkeit, dass eines der Ventilelemente 3, 4 einen ungenügenden Abdichtungseffekt entwickelt als Folge von Bearbeitungstoleranzen, Montagetoleranzen von Komponententeilen etc.
Das Heiz- und Kühlsystem ist in den Heizbetriebsmodus umgeschaltet. Das am Anschluss A anstehende Hochdruck-Kältemittel strömt vom Anschluss C zu dem innenliegenden Wärmetauscher, und das Kältemittel, das von dem außenliegenden Wärmetauscher geliefert und am Anschluss B empfangen wird, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Beim Umschalten des Betriebsmodus führt das Dreiwege-Magnetventil 19 entweder das Hochdruck-Kältemittel in die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18, um dadurch die Ventilelemente 3, 4 nach unten zu drücken, oder werden die Druckkammern an der oberen Seite des Kolbens 18 und der Anschluss D verbunden, um den Druck in der Kammer zu reduzieren. Da die Druckaufnahmeflächen der Führungen 7, 8 größer sind als diejenigen der Führung 6, wird die Führung 8 dazu gebracht, die Ventilelemente 3, 4 nach oben zu drücken.
Die zweite Ausführungsform in 3 weist substanziell dieselbe interne Struktur auf wie die erste Ausführungsform. Sie arbeitet auch auf dieselbe Weise, hat jedoch eine unterschiedliche externe Körperstruktur, nämlich einen wärmeresistenten Harzkörper 30 und einen Metallkörper 31, der die Außenseite des Harzkörpers 30 abdeckt. Wenn beispielsweise Kohlendioxid als das Kältemittel in dem Heiz- und Kühlsystem für das automobile Fahrzeug benutzt wird, kann die maximale Kältemitteltemperatur bis auf ca. 170°C steigen. Als das Harz wird beispielsweise Polyphenylsulfid benutzt, das auch gegen sogar höhere Temperaturen resistent ist. Der Harzkörper 30 unterdrückt die Wärmeleitung und reduziert demzufolge den Wärmeverlust in dem Vierwege-Schaltventil. Der äußere Metallkörper 31 stellt die notwendige Druckfestigkeit sicher.
Vorzugsweise sind auch die Ventilelemente 3, 4 und die Führung 17 aus einem Harz hergestellt. Die Hülse 2 ist an ihrer inneren peripheren Oberfläche mit einer Harzauskleidung 32 bedeckt. In den Metallkörper 31 sind Verbindungen 33 zum Anschließen von Rohren einer Kältemittelverrohrung eingeschraubt.
Zu der zweiten Ausführungsform ist anzumerken, dass das Ventilelement 4 keine spezifisch geformte Drosselöffnung zum Einführen von Druck zu der Oberfläche aufweist, über welche das Ventilelement 4 an der Fläche der Führung 8 anliegt, vielmehr ein Spiel vorgesehen sein kann zwischen der Hülse 2 und dem Ventilelement 4, um die Funktion der Drosselöffnung 13 zu erzielen.
Die dritte Ausführungsform der 4 und 5 enthält Ventilelemente 3, 4 mit identischen Abmessungen. Die Kraft, mit der die Ventilelemente 3, 4 nach oben geschoben werden, wird durch eine Feder 35 erzeugt.
Die Hülse 2 und der Kolben 18 sind durch einen Schaft 36 verbunden. Die Feder 35 ist zwischen der Führung 17 und dem Kolben 18 angeordnet und beaufschlagt den Kolben 18 nach oben.
Wenn der Magnet AUS ist (9), erreicht der am Anschluss A vorhandene Hochdruck die Hochdruckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 über das Rohr 24 und das Dreiwege-Magnetventil 19, um die Kraft der Feder 35 zu überwinden und den Kolben 18 nach unten zu schieben.
Die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D sind verbunden, um den Kühlbetriebmodus des Heiz- und Kühlsystems einzustellen.
Sobald der Magnet EIN-geschaltet ist (5) wird der Druck in der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 reduziert, um die Treibkraft des Kolbens 18 abzubauen. Die Feder 35 schiebt den Kolben zusammen mit der Hülse 2 nach oben, die mit dem Kolben 18 verbunden ist, und auch die Ventilelemente 3, 4 auf der Hülse 2.
Die Anschlüsse A, C und die Anschlüsse B, D werden dann miteinander verbunden, und zwar für den Heizbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems.
Die vierte Ausführungsform in den 6 und 7 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass Druckkammern an oberen und unteren Seiten des Kolbens 18 geformt sind, und dadurch, dass das Dreiwege-Magnetventil 19 wahlweise Hochdruck-Kältemittel in diese Druckkammern leitet, wodurch der Kolben 18 bewegt wird, um die Ventilelemente 3, 4 zu betätigen.
In dem Körper ist zwischen der Führung 17, die den Ventilsitz für das Ventilelement 4 formt, und dem Kolben 18 eine Führung 40 oder ein Trennring fixiert, um an der unteren Seite des Kolbens 18 eine Druckkammer zu definieren. Der Körper 1 und die Kappe 27 sind mit Kältemittelpassagen 41, 42 versehen zum Einführen des unter hohem Druck stehenden Kältemittels in das Dreiwege-Magnetventil 19. Ein Auslassanschluss des Dreiwege-Magnetventils 19 kommuniziert mit der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 über eine Ventilöffnung, die durch die Nadel 26 geöffnet und geschlossen wird. Der andere Auslassanschluss des Dreiwege-Magnetventils 19 kommuniziert mit der Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 über eine Ventilöffnung, die durch die Nadel 25 und das Rohr 24 geöffnet und geschlossen wird. Der Kolben 18 enthält eine axiale Kältemittelpassage 43, die am oberen Ende verschlossen ist, und weiterhin eine kleindurchmessrige Verbindungspassage 43', um die Kältemittelpassage 43 und die Druckkammern, die an den oberen und unteren Seiten des Kolbens 18 definiert sind, zu verbinden. In Verbindungspassagen zu der kleindurchmessrigen Verbindungspassage 43' sind Ventilelemente 44, 45 vorgesehen, die mit den Drücken in den Druckkammern belastbar sind, um wechselweise jeweils die Verbindungspassagen zu verschließen. Diese Ventilelemente 44, 45 sind einander gegenüberliegend angeordnet. Wenn eines dieser Ventilelemente 44, 45 die ihm zugeordnete Verbindungspassage verschließt, arbeitet das andere in einer verblockten Weise, um seine Verbindungspassage zu öffnen, und umgekehrt. Der Kolben 18 hat ein unteres, nach unten vorstehendes Ende, das sich durch die Führung 40 erstreckt und hier durch den quer angeordneten Schaft 36 mit der Hülse 2 verbunden ist.
Es ist anzumerken, dass bei der vierten Ausführungsform die Anschlüsse unterschiedlich von denen der ersten bis dritten Ausführungsformen angeordnet sind, da die Anschlüsse B und C in vertauschter Lage vorgesehen sind.
Wenn der Magnet AUS ist (6) wird der Hochdruck vom Anschluss A in die Druckkammer der unteren Seite des Kolbens 18 über die Kältemittelpassagen 41, 42, das Dreiwege-Magnetventil 19 und das Rohr 24 eingeführt, um den Kolben 18 nach oben zu schieben. Zu diesem Zeitpunkt beaufschlagt der Druck in der Druckkammer an der unte ren Seite des Kolbens 18 des Ventilelements 45 so, dass dieses die Verbindung zwischen der Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 und die unter niedrigem Druck stehende Kältemittelpassage 43 unterbricht, wodurch das Ventilelement 45 das Ventilelement 44 dazu zwingt, die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 mit der unter niedrigem Druck stehenden Kältemittelpassage 43 zu verbinden.
Dies bewirkt, dass der Kolben 18 die Hülse 2 nach oben bewegt, um die zwei Dreiwege-Schaltventile umzustellen, wodurch die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D jeweils miteinander verbunden werden, und zwar für den Kühlbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel aus dem Anschluss A strömt vom Anschluss B zu dem externen Wärmetauscher. Das Kältemittel aus dem internen Wärmetauscher, das am Anschluss C empfangen wird, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Wenn der Magnet EIN-geschaltet ist (7) wird der Hochdruck vom Anschluss A in die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 über die Kältemittelpassagen 41, 42 und das Dreiwege-Magnetventil 19 gebracht, um den Kolben 18 nach unten zu schieben. Der Druck in der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 zwingt das Ventilelement 44, die Verbindung zwischen der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 und der unter niedrigem Druck stehenden Kältemittelpassage 43 abzusperren, wodurch das Ventilelement 44 das Ventilelement 45 dazu zwingt, die Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 mit der unter niedrigem Druck stehenden Kältemittelpassage 43 zu verbinden.
Dies bewirkt, dass der Kolben 18 die Hülse 2 nach unten schiebt, um die zwei Dreiwege-Schaltventile umzuschalten, wodurch die Anschlüsse A und C und die Anschlüsse B und D jeweils miteinander verbunden werden für den Heizbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems. Das am Anschluss A anstehende Kältemittel mit hohem Druck strömt vom Anschluss C zum internen Wärmetauscher. Das vom externen Wärmetauscher abgegebene Kältemittel, das am Anschluss B empfangnen wird, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Die fünfte Ausführungsform in 8 unterscheidet sich von der vierten Ausführungsform dadurch, dass die Funktion in der Ventilelemente 44, 45, die in dem Kolben 18 vorgesehen sind, durch Drosselöffnungen konstituiert sind.
Der Kolben 18 enthält eine Drosselöffnung 46 zwischen der Kältemittelpassage 43, die sich axial durch den Kolben 18 erstreckt, und der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18. Die Führung 40 hat eine Drosselöffnung 47 zwischen der Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 und dem unter niedrigem Druck stehenden Raum beim Anschluss D.
Wenn der Magnet AUS ist (8) erreicht der Hochdruck vom Anschluss A die Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 über die Kältemittelpassage 41, 42, das Dreiwege-Magnetventil 19 und das Rohr 24. Obwohl Kältemittel von der Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 zum unter niedrigem Druck stehenden Raum beim Anschluss D über die Drosselöffnung 47 mit kleiner Stromrate durchlecken kann, wird der Hochdruck in der Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18 aufrecht gehalten, da das unter hohem Druck stehende Kältemittel mit einer erheblich größeren Stromrate eingeführt wird. Falls Kältemittel auf der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 mit einer kleinen Stromrate durchleckt, nachdem die Zufuhr von Hochdruck abgebrochen worden ist, und zwar zu dem unter niedrigem Druck stehenden Raum beim Anschluss D und über die Drosselöffnung 46, wird der Druck in der Druckkammer der oberen Seite des Kolbens 18 progressiv vermindert. Dies bewirkt, dass der Kolben 18 nach oben geschoben wird. Der Kolben 18 bewegt auch die Hülse 2 nach oben, um die zwei Dreiwege-Schaltventile umzuschalten, so dass für den Kühlbetriebmodus des Heiz- und Kühlsystems die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D jeweils miteinander verbunden werden. Das am Anschluss A anstehende Kältemittel mit hohem Druck strömt vom Anschluss B zum externen Wärmetauscher. Das am Anschluss C anstehende Kältemittel vom internen Wärmetauscher strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Wenn der Magnet EIN-geschaltet ist, erreicht der Hochdruck vom Anschluss A über die Kältemittelpassagen 41, 42 und das Dreiwege-Magnetventil 19 die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18. Zu dieser Zeit wird, obwohl Kältemittel aus der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 über die Drosselöffnung 46 mit kleiner Stromrate zum unter niedrigem Druck stehenden Raum am Anschluss D durchleckt, der Hochdruck in der Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 aufrecht gehalten, da das unter hohem Druck stehende Kältemittel mit einer viel größeren Stromrate eingeführt wird. Aus der Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 18, zu der die Zufuhr von Hochdruck unterbrochen ist, zu dem unter niedrigem Druck stehenden Raum an dem Anschluss D über die Drosselöffnung 47 mit einer kleinen Stromrate durchleckendes Kältemittel vermindert den Druck in der Druckkammer an der unteren Seite progressiv. Dies bewirkt, dass der Kolben 18 nach unten geschoben wird. Der Kolben 18 schiebt die Hülse 2 nach unten, um die zwei Dreiwege-Schaltventile umzuschalten, bis für den Heizbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems die Anschlüsse A und C und die Anschlüsse B und D jeweils miteinander verbunden sind. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel im Anschluss A strömt vom Anschluss C zum internen Wärmetauscher. Das Kältemittel aus dem externen Wärmetauscher, das am Anschluss B ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Die sechste Ausführungsform der 9 und 10 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass der Körper 1 so konfiguriert ist, dass er an einem gegenüber liegenden Ende dieselbe Ausbildung hat, um die hier gleichgroß dimensionierten Ventilelemente 3, 4 nach oben zu schieben.
Spezifischer sind an dem unteren Ende des Körpers 1 ein Kolben 50 und ein Dreiwege-Magnetventil 51 vorgesehen. Das Dreiwege-Magnetventil 51 und der Hochdruckraum, der mit dem Anschluss A kommuniziert, werden durch ein Rohr 52 verbunden, das auch mit dem Dreiwege-Magnetventil 19 verbunden ist.
Wenn das obere Dreiwege-Magnetventil 19 nicht erregt ist (9) (Magnet AUS) und wenn das untere Dreiwege-Magnetventil 51 erregt ist (Magnet EIN), dann verbindet das obere Dreiwege-Magnetventil 19 die Druckkammern der oberen Seit des Kolbens 18 mit dem Anschluss A, um den Druck in der Druckkammer zu erhöhen, während das untere Dreiwege-Magnetventil 51 die Druckkammer an der unteren Seite des Kolbens 50 mit dem Anschluss D verbindet, um den Druck in der Druckkammer zu vermindern. Der Kolben 18 schiebt die Hülse 2 und die Ventilelemente 3, 4 nach unten, so dass die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D jeweils miteinander verbunden werden für den Kühlbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems. Das am Anschluss A anstehende Kältemittel unter hohem Druck strömt vom Anschluss B zum externen Wärmetau scher. Das Kältemittel aus dem internen Wärmetauscher, das am Anschluss C ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Wenn das obere Dreiwege-Magnetventil 19 erregt und das untere Dreiwege-Magnetventil 51 entregt ist, verbindet das obere Dreiwege-Magnetventil 19 die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 mit dem Anschluss D, um den Druck in der Druckkammer zu vermindern. Das untere Dreiwege-Magnetventil 51 verbindet die Druckkammer der unteren Seite des Kolbens 50 mit dem Anschluss A, um den Druck in der Druckkammer zu erhöhen. Der Kolben 50 schiebt die Hülse 2 und die Ventilelemente 3, 4 nach oben, um für den Heizbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems die Anschlüsse A und C und die Anschlüsse B und D miteinander zu verbinden. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel im Anschluss A strömt vom Anschluss C zum internen Wärmetauscher. Das Kältemittel vom externen Wärmetauscher, das am Anschluss B ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Die siebte Ausführungsform der 11 und 12 weist substanziell dieselbe interne Ausbildung auf wie die erste Ausführungsform und funktioniert auch auf dieselbe Weise, ist jedoch unterschiedlich in der Ausbildung der Niederdruck-Kältemittelpassagen. Spezifischer werden in der siebten Ausführungsform die Ventilelemente 3, 4 und die Führungen 5, 6, 7, 8 auf einer massiven Treibstange 55 gehalten, und sind Räume an beiden Enden der Treibstange 55 über ein Rohr 56 miteinander verbunden, d.h. ein Raum in einer Vertiefung, die in der Kappe 14 geformt ist zum Definieren einer Kältemittelpassage zusammen mit einer Führung zum axialen Führen der Führung 5, und ein Raum, der zwischen der Führung 17 und dem Kolben 18 definiert ist, sind hierfür vorgesehen.
Wenn der Magnet AUS geschaltet ist (11), erreicht der hohe Druck im Anschluss A die Druckkammer der oberen Seite des Kolbens 18 über das Rohr 24 und das Dreiwege-Magnetventil 19, wodurch der Kolben 18 nach unten geschoben wird. Für den Kühlbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems werden die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D jeweils miteinander verbunden. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel im Anschluss A strömt vom Anschluss B zum externen Wärmetauscher. Das Kältemittel von dem internen Wärmetauscher, das am Anschluss C ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Wenn der Magnet EIN-geschaltet ist (12) wird die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 umgeschaltet auf niedrigen Druck, und die an der Treibstange 55 fixierten Führungen werden mit größerem Druck beaufschlagt als die Führung 6.
Dies schiebt die Treibstange 55 nach oben, wodurch für den Heizbetriebsmodus der Anschlüsse A und C, und die Anschlüsse B und D über das Rohr 56 verbunden werden.
Die achte Ausführungsform in 13 weist dieselbe interne Ausbildung aus wie die siebte Ausführungsform und funktioniert auch auf dieselbe Weise, jedoch ist die Gestalt des Körpers 1 modifiziert, um einen Wärmeverlust zu reduzieren.
Die achte Ausführungsform weist eine die Dicke reduzierende Vertiefung 57 auf, die durch einen Einschnitt von der äußeren Peripherie in einen Bereich des Körpers 1 zwischen der Niederdruckpassage und der Hochdruckpassage geformt wird. Dies erhöht den thermischen Widerstand zwischen der Hochdruckpassage, durch welche das Kältemittel mit hoher Temperatur strömt, und der Niederdruckkammer, durch welche das Kältemittel mit niedriger Temperatur strömt, und reduziert dadurch die Wärmeleitung von der Hochdruckpassage zu der Niederdruckpassage im Inneren des Körpers 1. Diese Ausbildung reduziert den Wärmeverlust innerhalb des Vierwege-Schaltventils.
Die neunte Ausführungsform der 14 und 15 weist substanziell dieselbe interne Ausbildung aus, und funktioniert auf dieselbe Weise wie die erste Ausführungsform, unterscheidet sich davon jedoch dadurch, dass die Ventilelemente 3,4 und die Führungen 5, 6, 7, 8, die an der Hülse 2 montiert sind, miteinander in Stopfen 60, 61 integral geformt sind. Dichtringe verbessern die Dichteigenschaften während des Schließens der Ventile und dienen zum Bereitstellen der Funktionen der Federn 9, 10 der ersten Ausführungsform.
In der neunten Ausführungsform sind die zwei Stopfen 60, 61 an der Hülse 2 festgelegt und tragen Abschnitte der Stopfen 60, 61, mit welchen diese auf der Kappe 14, den ringförmigen Vorsprüngen 15, 16, und der Führung 17 ausgesetzt werden, Dichtringe 62, 63, 64, 65, die darauf aufgepasst sind. Die Stopfen 60, 61 besitzen großdurchmessrige Abschnitte, die zusammen mit der Kappe 14, den ringförmigen Vorsprüngen 15, 16, und der Führung 17 Ventile formen, und kleindurchmessrige Abschnitte, die mit den jeweili gen großdurchmessrigen Abschnitten integral geformt sind, und die Führungen 5', 6', 7', 8' definieren, welche axial an beiden Enden vorstehen und zugeordnete Ventilöffnungen öffnen und verschließen, während sie die axialen Bewegungen der Hülse 2 der Stopfen 60, 61 führen. Die Dichtringe 62, 63, 64, 65 sind auf die Stopfen 60, 61 so aufgepasst, dass sie von den Sitzflächen der Stopfen vorstehen. Die Ringe sind aus einem nachgiebigen Material hergestellt, wie aus Gummi und/oder Polytetrafluorethylen. Dies verbessert die Dichteigenschaften jedes Ventils in geschlossener Kondition ohne die notwendige Bearbeitungsgenauigkeit der Bereiche zu erhöhen, in denen die Ventilelemente aufgesetzt werden. Wenn die Stopfen 60, 61 mit unterschiedlichem Timing aufgesetzt werden, wird der sich früher aufsetzende eine Stopfen nachhaltig als Folge seiner Nachgiebigkeit deformiert, um den Abstand entstehen zu lassen, über welchen sich der andere Stopfen bewegt, um nachfolgend aufgesetzt zu werden.
Wenn der Magnet AUS geschaltet ist (14), erreicht der Hochdruck vom Anschluss A die Druckkammer, die an der oberen Seite des Kolbens 18 definiert ist, über das Rohr 24 und das Dreiwege-Magnetventil 19, wodurch der Kolben 18 nach unten geschoben wird. Die Anschlüsse A und B und die Anschlüsse C und D sind jeweils verbunden für den Kühlbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel im Anschluss A strömt vom Anschluss B zum externen Wärmetauscher. Das Kältemittel vom internen Wärmetauscher, das am Anschluss C ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Wenn der Magnet EIN-geschaltet ist (15) wird die Druckkammer an der oberen Seite des Kolbens 18 zum niedrigen Druck umgeschaltet durch das Dreiwege-Magnetventil 19, wodurch die Kraft des Kolbens 18 abgebaut wird, mit der dieser die Hülse 2 nach unten schiebt. Der an der Hülse 2 befestigte Stopfen 61 erhält höheren Druck als der Stopfen 60. Die Hülse 2 wird nach oben geschoben.
Für den Heizbetriebsmodus des Heiz- und Kühlsystems sind nun die Anschlüsse A und C und die Anschlüsse B und D verbunden. Das unter hohem Druck stehende Kältemittel im Anschluss A strömt vom Anschluss C zum internen Wärmetauscher. Das Kältemittel vom externen Wärmetauscher, das am Anschluss B ansteht, strömt vom Anschluss D zum Kompressor.
Die zehnte Ausführungsform in 16 hat dieselbe interne grundsätzliche Ausbildung und funktioniert auf dieselbe Weise wie die erste Ausführungsform, unterscheidet sich davon jedoch dadurch, dass Passagen, durch welches Kältemittel hindurchtritt, so geformt sind, dass sie eine wärmeisolierende Struktur haben, und auch dadurch, dass die Dichteigenschaften des Ventilelements jedes geschlossenen Ventils verbessert sind.
An den Innenwänden von Passagen des Körpers 1, unterteilt entsprechend der inneren Durchmesser der Passagen, sind für wärmeisolierende Zwecke mehrere Harzhülsen 70, 71, 72, 73 eingepasst. Eine Harzhülse 74 ist auch in einer Kältemittelpassage des Anschlusses A vorgesehen. Eine Treibstange 75 (ein hohler Zylinder, der integral geformt ist mit einer Führung zum Halten der Ventilelemente 3, 4) enthält auch eine Harzhülse 76 in einer zentralen Kältemittelpassage. Die Wärmeisolierung der Kältemittelpassagen unterdrückt die Wärmeübertragung über den Körper 1. Wenn der Körper 1 aus einem Material hergestellt ist, das exzellente Wärmeleitfähigkeit hat, wie Aluminium, dann reduziert die Isolierungskonfiguration den Wärmeverlust in dem Vierwege-Schaltventil. Die Harzhülsen 70, 71, 72, 73, 74 können beispielsweise aus einem Polyphenylensulfidharz bestehen.
Zum Verbessern der Abdichteigenschaften der geschlossenen Ventile sind Dichtringe 77, 78, 79, 80 mit elastischen Eigenschaften vorgesehen. Die Ringe haben viereckige Querschnittsgestalt und sind aufgepasst auf die Kappe 14, die ringförmigen Vorsprünge 15, 16 und die Führung 17. Die Dichtringe 77, 78, 79, 80 werden durch Druck deformiert, wenn die Ventilelemente 3, 4 aufgesetzt sind, um zwischen den Ventilelementen 3, 4 und den diesen zugeordneten Ventilsitzen luftdicht abzuschließen. Dies verbessert die Dichteigenschaften jedes geschlossenen Ventils ohne eine verbesserte Bearbeitungsgenauigkeit von Bereichen zu erfordern, in denen die Ventilelemente aufgesetzt werden. Die Dichtringe 77, 78, 79, 80 können beispielsweise hergestellt sein aus Gummi, Polytetrafluorethylen oder einem ähnlichen Material.
Die Führung 8 ist an dem oberen Ende der Treibstange 5 durch Verstemmen oder Aufbördeln festgelegt. Die Hülse 81 ist in eine zentrale Öffnung der Führung 8 eingepresst. Die Hülse 81 besitzt ein offenes Ende zur Kommunikation mit dem Raum beim Anschluss D.
Obwohl bei der ersten Ausführungsform das obere Ende des Körpers 1 durch die Kappe 27 verschlossen wird, die mit dem Ventilsitz für das Nadelventil zum Öffnen und Schließen der Verbindung zwischen der Druckkammer und der oberen Seite des Kolbens 18 und dem Raum beim Anschluss D und der Kältemittelpassage, die sich axial entlang des Kolbens 18 erstreckt, integral geformt ist, sind an dieser Stelle in der zehnten Ausführungsform zwei separate Komponenten vorgesehen. Spezifischer wird das offene obere Ende des Körpers 1 durch eine Kappe 82 verschlossen. An der Kappe 82 ist ein hohler zylindrischer, nach unten hängender Abschnitt geformt zum beweglichen Aufnehmen des Kolbens 18. In den zentralen Abschnitt der Kappe 82 ist ein oberer Endabschnitt eines Niederdruck-Kommunikationsgliedes 83 eingepasst, das eine Ventilöffnung und eine sich axial durchgehend erstreckende Kältemittelpassage aufweist, während ein unterer Endabschnitt des Gliedes 83 sich luftdicht durch eine Mittelöffnung des Kolbens 18 erstreckt.
Obwohl in den ersten bis zehnten Ausführungsformen der unter niedrigem Druck stehende Anschluss D axial außerhalb der zwei Dreiwege-Schaltventile angeordnet und durch die hohle zylindrische Hülse 2 oder das Rohr 56 außerhalb des Körpers angeschlossen ist, kann die gleiche Funktion erhalten werden durch eine längsverlaufende Passage, die so durch den Körper 1 geformt wird, dass die Öffnungen der Anschlüsse A bis D vermieden werden können.

Claims

Vierwege-Schaltventil zum Umschalten zwischen einem ersten Status, in welchem ein in einen ersten Anschluss (A) eingeführtes Fluid zu einem zweiten Anschluss (B) und das in einen dritten Anschluss (C) eingeführte Fluid zu einem vierten Anschluss (D) geführt wird, und einem zweiten Status, in welchem das in den ersten Anschluss (A) eingeführte Fluid zu dem dritten Anschluss (C) und das in den zweiten Anschluss (B) eingeführte Fluid zu dem vierten Anschluss (D) geführt wird, wobei das Vierwege-Schaltventil umfasst: ein erstes Dreiwege-Schaltventil, das schaltbar ist zum Verbinden des zweiten Anschlusses (B) entweder mit dem ersten Anschluss (A) oder dem vierten Anschluss (D); ein zweites Dreiwege-Schaltventil, das im Zusammenspiel mit dem ersten Dreiwege-Schaltventil schaltbar ist zum Verbinden des dritten Anschlusses (C) entweder mit dem vierten Anschluss (D) oder dem ersten Anschluss (A); einen Kolben (18) zum gleichzeitigen Betätigen eines Ventilelements (3) des ersten Dreiwege-Schaltventils und eines Ventilelements (4) des zweiten Dreiwege-Schaltventils; wobei das erste Dreiwege-Schaltventil, das das zweite Dreiwege-Schaltventil und der Kolben (18) in einem hohlen zylindrischen Körper (1) koaxial angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilelemente (3, 4) der ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile axial verschiebbar angeordnet sind auf einer axialen Treibstange (2, 55, 75) zum Öffnen und Schließen von Ventilöffnungen von Ventilsitzen des Körpers (1 ), die geformt sind an Mündungen von Passagen, die axial an beiden Seiten des jeweiligen Ventilelements angeordnet sind und mit den ersten und den vierten Anschlüssen (A, D) kommunizieren, an der Treibstange (2, 55) Führungen (5, 6, 7, 8) fixiert sind, die axial nach außen vorstehen von axial gegenüberliegenden Sitzflächen der Ventilelemente (3, 4) zum Einsetzen in die jeweilige Ventilöffnung und zum Schließen der Ventilöffnung, ehe das jeweilige Ventilelement (3, 4) aufgesetzt wird, und zur gleichen Zeit zum Begrenzen eines axialen Hubbereichs des jeweiligen Ventilelements (3, 4) auf der Treibstange, und eine Feder (9, 10), die Ventilelemente (3, 4) in einer solchen Richtung beaufschlagt, dass das jeweilige Ventilelement (3, 4) in Anlage an einer der axial außen angeordneten Führungen (5, 6, 7, 8) gebracht wird.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 1, in welchem ein mit dem ersten Anschluss (A) kommunizierender Hochdruckraum zwischen den ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventilen angeordnet ist, in welchem ein mit dem vierten Anschluss (D) kommunizierender Niederdruckraum an einer axial äußeren Seite der Treibstange (2, 55) angeordnet ist und in welchem die Ventilelemente (2, 4) der Dreiwege-Schaltventile enthaltende Räume mit dem zweiten Anschluss (B) und dem dritten Anschluss (C) jeweils in Strömungsverbindung sind.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 2, in welchem die Treibstange (2) geformt wird von einer hohlen zylindrischen Hülse zum Verbinden von Räumen, die an axial äußeren Seiten der Hülse angeordnet sind, mit dem vierten Anschluss (D).
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 2, in welchem an axial äußeren Seiten der Treibstange (2) angeordnete Räume miteinander in Strömungsverbindung sind durch eine Verrohrung oder eine in dem Körper (1) geformte Passage zum Verbinden der Räume mit dem vierten Anschluss (D).
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 2, in welchem ein Dreiwege-Magnetventil (19) vorgesehen ist zum wahlweisen Verbinden einer Druckkammer an einer Seite des Kolbens (18) gegenüberliegend zu derjenigen Seite des Kolbens (18), an der die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile angeordnet sind, mit dem ersten Anschluss (A) oder dem vierten Anschluss (D), um dadurch, sobald die Druckkammer in Strömungsverbindung mit dem ersten Anschluss (A) ist, zu bewirken, dass die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile in einer ersten Richtung betätigt werden, in der sich der Kolben (18) bewegt, zum Schalten des Vierwege-Schaltventils in den ersten Status.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 5, in welchem das eine näher bei dem Kolben (18) angeordnete der ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile konfiguriert ist mit einer größeren druckaufnehmenden Fläche als eine druckaufnehmende Fläche des anderen, wodurch der Kolben (18) in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung durch eine Treibkraft beaufschlagbar ist, die generiert wird als Folge der Differenz der druckaufnehmenden Flächen, sobald das Dreiwege-Magnetventil die Druckkammer mit dem vierten Anschluss (D) verbindet, um dadurch die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile in den zweiten Status zu schalten.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 5, in welchem zum Betätigen des ersten Dreiwege-Schaltventils, des zweiten Dreiwege-Schaltventils und des Kolbens (18) in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung eine Feder (35) vorgesehen ist, um die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile in den zweiten Status umzuschalten, sobald das Dreiwege-Schaltventil (19) die Druckkammer mit dem vierten Anschluss (D) verbindet.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 2, in welchem an beiden axialen Seiten des Kolbens (18) erste und zweite Druckkammern vorgesehen sind, und ein Dreiwege-Magnetventil (19) vorgesehen ist zum wahlweisen Strömungsverbinden des ersten Anschlusses (A) mit der ersten Druckkammer oder der zweiten Druckkammer, um dadurch wahlweise das im ersten Anschluss (A) zugeführte Fluid in die erste Druckkammer oder die zweite Druckkammer einzuführen, wodurch der Kol ben (18) die Dreiwege-Schaltventile axial zu dem ersten oder dem zweiten Status verstellt.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 8, in welchem der Kolben (18) ein erstes Öffnungs/Schließventil (44) zum Öffnen und Schließen einer ersten Drosselöffnung umfasst, die zwischen der ersten Druckkammer und einer mit dem vierten Anschluss (D) kommunizierenden Niederdruckpassage vorgesehen ist, und ein zweites Öffnungs/Schließventil (45) zum Öffnen und Schließen einer zweiten Drosselöffnung, die zwischen der zweiten Druckkammer und der Niederdruckpassage angeordnet ist, und in welchem die ersten und zweiten Öffnungs/Schließventile (44, 45) so angeordnet sind, dass das erste Öffnungs/Schließventil schließt, falls der Druck in der ersten Druckkammer hoch ist und das zweite Öffnungs/Schließventil öffnet, auf eine Weise, die bewegungsgekuppelt ist mit der Schließoperation des ersten Öffnungs/Schließventils, und dass das zweite Öffnungs/Schließventil schließt, sobald der Druck in der zweiten Druckkammer hoch ist, und das erste Öffnungs/Schließventil öffnet, auf eine Weise, bewegungsgekuppelt mit der Schließoperation des zweiten Öffnungs/Schließventils.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 8, in welchem der Kolben (18) eine erste Drosselöffnung aufweist, die zwischen der ersten Druckkammer und einer mit dem vierten Anschluss (D) strömungsverbundenen Niederdruckpassage angeordnet ist, und eine zweite Drosselöffnung vorgesehen ist in einem Glied (40), das die zweite Druckkammer und die Niederdruckpassage voneinander separiert.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 5, in welchem an einer Seite der ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile abgewandt von einer Seite, an der der Kolben angeordnet ist, ein zweiten Kolben (50) vorgesehen ist zum Betätigen der ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu der ersten Richtung, und in welchem ein zweites Dreiwege-Magnetventil (51) zum wahlweisen Strömungsverbinden einer zweiten Druckkammer, die an einer Seite des zweiten Kolbens (50) entgegengesetzt zu einer Seite davon vorgesehen ist, an der die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile angeordnet sind, mit dem ersten Anschluss (A) oder dem vierten Anschluss (D), um dadurch zu bewirken, dass der zweite Kolben (50) die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile in der zweiten Richtung beaufschlagt zum Umschalten des Vierwege-Schaltventils zu dem zweiten Status, sobald die zweite Druckkammer mit dem ersten Anschluss (A) strömungsverbunden ist.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 1, in welchem die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile Dichtglieder (62 – 65; 77, 78, 79) aufweisen, die an Abschnitten angeordnet sind, mit denen die Ventilelemente (3, 4; 60, 61) aufgesetzt werden, und zwar in einer dazwischenliegenden Weise.
Vierwege-Schaltventil zum Schalten zwischen einem ersten Status, in welchem ein in einem ersten Anschluss (A) eingeführtes Fluid zu einem zweiten Anschluss (B) geführt, und das in dem dritten Anschluss (C) eingeführte Fluid zu einem vierten Anschluss (D) geführt wird, und einem zweiten Status, in welchem das in den ersten Anschluss (A) eingeführte Fluid zu dem dritten Anschluss (C) und das in den zweiten Anschluss (B) eingeführte Fluid zu dem vierten Anschluss (D) geleitet wird, wobei das Vierwege-Schaltventil aufweist: ein erstes Dreiwege-Schaltventil, das umschaltbar ist zum Verbinden des zweiten Anschlusses (B) entweder mit dem ersten Anschluss (A) oder dem vierten Anschluss (D); ein zweites Dreiwege-Schaltventil, das umschaltbar ist gemeinsam mit dem ersten Dreiwege-Schaltventil zum Verbinden des dritten Anschlusses (C) entweder mit dem vierten Anschluss (D) oder dem ersten Anschluss (A); einen Kolben (18) zum gleichzeitigen Betätigen eines Ventilelements (60) des ersten Dreiwege-Schaltventils und eines Ventilelements (61) des zweiten Dreiwege-Schaltventils; in welchem die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile jeweils ein Ventilelement (60, 61) aufweisen, das an einer axial beweglichen Treibstange (2) fixiert ist, zum Öffnen und Schließen von Ventilöffnungen, die an Mündungen von Passagen geformt sind, die an axial beiden Seiten des jeweiligen Ventilelements (60, 61) angeordnet und mit dem ersten Anschluss (A) und dem vierten Anschluss (D) strömungsverbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Vierwege-Schaltventil auch einen hohlen zylindrischen Körper (1) umfasst, in welchem das erste Dreiwege-Schaltventil, das zweite Dreiwege-Schaltventil und der Kolben (18) in dieser Sequenz koaxial angeordnet sind; und ein Dreiwege-Magnetventil (19) vorgesehen ist zum wahlweisen Strömungsverbinden einer an einer Seite des Kolbens (18) entgegengesetzt zu einer Seite davon, an der das erste Dreiwege-Schaltventil angeordnet ist, vorgesehenen Druckkammer, mit dem ersten Anschluss (A) oder dem vierten Anschluss, um dadurch zu bewirken, dass die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile in einer ersten Richtung betätigt werden, in der sich der Kolben (18) bewegt zum Schalten des Vierwege-Schaltventils zu dem ersten Status, sobald die Druckkammer mit dem ersten Anschluss (A) strömungsverbunden ist, und Führungen (5', 6', 7', 8') vorgesehen sind, deren jede an der Treibstange (2) fixiert sind und die axial nach außen vorstehen von axial entgegengesetzten Sitzflächen der jeweiligen Ventilelemente (60, 61), um eingesetzt zu werden in die jeweilige Ventilöffnung zum Verschließen der Ventilöffnung, ehe das Ventilelement (60, 61) aufgesetzt wird, nachgiebige Dichtglieder (62 – 65) an Sitzflächenabschnitten angeordnet sind, mit denen die Ventilelemente aufgesetzt werden, und das zweite Dreiwege-Schaltventil konfiguriert ist mit einer größeren Druckaufnahmefläche als eine Druckaufnahmefläche des ersten Dreiwege-Schaltventils, wodurch der Kolben (18) betätigt wird in einer zweiten Richtung entgegengesetzt zu einer ersten Richtung durch eine Treibkraft generiert als Folge einer Differenz der Druckaufnahmeflächen, sobald das Dreiwege-Magnetventil (19) veranlasst, dass die Druckkammer mit dem vierten Anschluss (D) strömungsverbunden ist, um dadurch die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile zu dem zweiten Status zu schalten.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 13, in welchem die Ventilelemente (60, 61) und die Führungen (5' – 8') der ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile miteinander integral geformt sind als Stopfen, die an der Außenseite der hohlen Treibstange (2) angeordnet sind.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 1 oder 13, in welchem der hohle zylindrische Körper (1), der die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile enthält, eine Doppelstruktur besitzt, in welcher ein innerer Teil davon durch einen Harzkörper (30) und ein äußerer Teil davon durch einen Metallkörper (31) geformt wird.
Vierwege-Schaltventil gemäß Anspruch 1 oder 13, in welchem der die ersten und zweiten Dreiwege-Schaltventile enthaltende hohle zylindrische Körper (1) einen die Dicke reduzierenden Abschnitt (57) aufweist, der angeordnet ist zwischen einer Niederdruckpassage und einer Hochdruckpassage, um die Wärmeübertragung dazwischen zu unterdrücken.
Vierwege-Schaltventil, insbesondere für ein Heiz- und Kühlsystem für ein automobiles Fahrzeug, zum wahlweisen Umschalten zwischen einem ersten und einem zweiten Status unter Verbinden entweder erster und zweiter Anschlüsse (A, B) und dritter und vierter Anschlüsse (C, D) oder der ersten und dritten Anschlüsse (A, C) und der zweiten und vierten Anschlüsse (B, D), wobei das Ventil einen Körper (1) aufweist, ferner Strömungspassagen, Ventilelemente und Ventilsitze im Inneren des Körpers und zumindest ein Magnetventil zum Umschalten des Vierwege-Schaltventils dadurch gekennzeichnet, dass eine hohle oder eine massive Treibstange (2, 55, 75) in einer im Wesentlichen zylindrischen Kammer des Körpers (1) axial beweglich geführt wird durch mehrere an der Peripherie der Treibstange (2, 55, 75) angebrachte, hülsenförmige Führungen (5, 6, 7, 8, 5', 6', 7', 8'), und durch mehrere zylindrische Führungsflächen von Ventilöffnungen des Körpers (1), die Treibstange zwischen jeweils zweien der Führungen zwei separate Ventilelemente (3, 4, 60, 61) von ersten und zweiten koaxialen Dreiwege-Schaltventilen trägt, die Ventilelemente zumindest durch eine axiale Bewegung der Treibstange axial verstellbar sind zum Aufsetzen auf oder zum Abheben von jeweils zugeordneten Ventilsitzen der Ventilöffnungen des Körpers (1), und in welchem die Treibstange (2, 55, 75) axial bewegbar ist durch zumindest einen Kolben (18, 50), der in der zylindrischen Kammer des Körpers (1) koaxial beweglich angeordnet ist, wobei die Druckbeaufschlagung des Kolbens (18, 50) gesteuert wird durch zumindest ein Dreiwege-Magnetventil (19, 51), das an einem axial äußeren Ende des Körpers (1) vorgesehen ist.