DE60302981T2

DE60302981T2 - Regelventil für Verdichter mit veränderlicher Verdrängung

Info

Publication number: DE60302981T2
Application number: DE60302981T
Authority: DE
Inventors: Hisatoshi Hachioji-shi Hirota; Morimitsu Hachioji-shi Kajiwara
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2002-10-23
Filing date: 2003-10-16
Publication date: 2006-07-06
Anticipated expiration: 2023-10-17
Also published as: EP1413752B1; US20040086391A1; EP1413752A1; KR20040036578A; JP2004278511A; DE60302981D1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Steuerventil für einen Kompressor mit variabler Verdrängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Allgemein wird in der Klimaanlage eines Autos ein Kompressor mit variabler Verdrängung verwendet, ohne durch die Beschränkung der Drehzahl des den Kompressor antreibenden Motors eine adäquate Kühlkapazität zu erzielen. Bei einem bekannten Kompressor mit variabler Verdrängung ist in einer gasdichten Kurbelwellenkammer eine Taumelscheibe mit einem variablen Schrägstellungswinkel angeordnet, die Kolben antreibt, welche in jeweiligen Zylindern hin- und hergehende Bewegungen ausführen, um Kältemittel aus einer Ansaugkammer anzusaugen, das Kältemittel zu komprimieren und dann in eine Auslasskammer abzugeben. Der Schrägstellungswinkel der Taumelscheibe wird durch ein Steuerventil durch Verändern des Drucks in der Kurbelwellenkammer variiert, wodurch die Kältemittelauslasskapazität variiert wird. Allgemein wird ein bekanntes Steuerventil so betrieben, dass es einen Teil des abgegebenen Kältemittels (Auslassdruck Pd) in die Kurbelwellenkammer einführt, derart, dass der Druck Pc in der Kurbelwellenkammer gesteuert wird. Diese Steuerung wird ausgeführt unter Berücksichtigung des Ansaugdrucks Ps in der Ansaugkammer. Das Steuerventil fühlt den gegenwärtigen Ansaugdruck Ps und regelt die Strömungsrate des aus der Auslasskammer in die Kurbelwellenkammer eingeführten Kältemittels, um den Ansaugdruck Ps auf einem konstanten Niveau zu halten. Das Steuerventil ist ausgestattet mit einer Fühlsektion für den Ansaugdruck und einer Ventilsektion zum Öffnen und Schließen einer Passage, die von der Ansaugkammer zu der Kurbelwellenkammer führt, und zwar unter Berücksichtigung des festgestellten Ansaugdrucks Ps. Ferner ermöglicht es ein bekannter Typ des Steuerventils, den Wert des einzustellenden Ansaugdrucks Ps extern frei einzustellen, und zwar zu Beginn der variablen Verdrängungsoperation und durch einen Solenoid, der die Konfiguration von Einstellungen der Druckfühlsektion durch elektrischen Strom gestattet.
Konventionell extern gesteuerte Steuerventile umfassen einen Typ zum Steuern des Kompressors, mit welchem der Motor ohne eine elektromagnetische Kupplung direkt verbunden ist (JP-A-2000-110731). In dem bekannten Steuerventil generiert der Solenoid eine elektromagnetische Kraft in der Ventilschließrichtung. Die Druckfühlsektion operiert in der Ventilöffnungsrichtung, sobald der Ansaugdruck Ps beispielsweise unter den atmosphärischen Druck abfällt. Wenn der Solenoid nicht erregt ist, befindet sich die Ventilsektion in einem voll offenen Status, wodurch der Druck Pc in der Kurbelwellenkammer an einem Druck gehalten wird, der nahe beim Auslassdruck Pd liegt. Die Taumelscheibe wird dann im Wesentlichen unter einem rechten Winkel gegenüber der treibenden Welle eingestellt. Der Kompressor arbeitet mit minimaler Kapazität. Die Auslasskapazität kann substantiell bis nahe zu Null reduziert werden, auch wenn der Motor läuft, der direkt und ohne eine elektromagnetische Kupplung mit der Antriebswelle verbunden ist. In dem bekannten Steuerventil ist der Solenoid zwischen die Druckfühlsektion und die Ventilsektion eingesetzt. Der Ansaugdruck Ps wird über den Solenoid der Druckfühlsektion zugeführt, welche den Ansaugdruck Ps und den atmosphärischen Druck vergleicht. Der Solenoid muss deshalb in seiner Gesamtheit in einer Druckkammer untergebracht werden, so dass Komponenten des Solenoids unter Berücksichtigung einer Resistenz gegen Druck auszubilden sind.
Es ist ein Gegenstand der Erfindung, ein Steuerventil anzugeben, mit welchen es möglich ist, den Kompressor mit variabler Verdrängung zu der minimalen Kapazität zu verstellen, z.B., ohne den Kompressor durch eine elektromagnetische Kupplung vom Motor zu trennen, und das ohne einen druckresistenten Solenoid in einer Druckkammer ausgebildet werden kann.
Das vorerwähnt Problem wird gelöst durch ein Steuerventil gemäß Patentanspruch 1.
In diesem Steuerventil ist das den Druck ermittelnde Glied zwischen einem ersten Plunger und einem Teil des Solenoids ausgenommen den ersten Plunger angeordnet. Das den Druck fühlende Glied separiert den Druck im Inneren des Kompressors mit der variablen Verdrängung von dem atmosphärischen Druck, was es ermöglicht, das Steuerventil ohne Unterbringen des Solenoids in einer Druckkammer auszubilden. Solange der Solenoid nicht erregt ist, stellt der erste Plunger die voll geöffnete Position der Ventilsek tion ein. Der Ansaugdruck beaufschlagt über das den Druck fühlende Glied den zweiten Plunger in einer Richtung weg von dem ersten Plunger. Dies gestattet es, den Kompressor mit der variablen Verdrängung zu der minimalen Kapazität zu steuern. Das Steuerventil ist dann einsetzbar, wenn der Kompressor permanent oder ohne eine elektromagnetische Kupplung angetrieben wird.
Mit dem unterteilten Plunger des Solenoids und mit dem dazwischen angeordneten, den Druck fühlenden Glied führt nur einer der Teilplunger die Ventilöffnungssteuerung zum Regeln des Drucks in der Kurbelwellenkammer aus. Komponenten, die von der Ventilsektion zu einem Bereich rangieren, in welchem das den Druck fühlende Glied angeordnet ist, einschließlich eines der Plunger, der die Ventilöffnungsbewegung der Ventilsektion steuert, brauchen nur als Komponenten ausgebildet zu werden, die dem aufgebrachten Druck widerstehen. Ein Teil des Solenoids ausgenommen dieses einen Plungers, kann als ein Teil ausgebildet sein, der zum atmosphärischen Druck offen ist und nicht in einer Druckkammer oder einer Einkapselung untergebracht zu werden braucht.
Eine Konsequenz dieser Struktur liegt darin, dass das den Druck fühlende Glied von diesem einen Plunger wegbewegt wird, wenn der Solenoid nicht erregt ist, so dass jegliche Versetzbewegungen des den Druck fühlenden Gliedes nicht auf die Ventilsektion übertragen werden, und dass, zur gleichen Zeit, die Ventilsektion in dem voll offenen Status verbleibt. Dies ermöglicht es, den Kompressor auf minimale Kapazität einzustellen, ohne eine elektromagnetische Kupplung zu verwenden.
Ausführungsformen der Erfindung werden unter Bezug auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
1 einen Längsschnitt eines Steuerventils für einen Kompressor mit variabler Verdrängung (erste Ausführungsform),
2 einen Schnitt des Steuerventils in einem Status, nachdem der Kompressor mit der variablen Verdrängung angelaufen ist,
3 einen Schnitt des Steuerventils in einem Status, in welchem sich der Kompressor in einer gleichbleibenden Operation befindet,
4 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (zweite Ausführungsform),
5 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (dritte Ausführungsform),
6 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (vierte Ausführungsform),
7 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (fünfte Ausführungsform),
8 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (sechste Ausführungsform),
9 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (siebente Ausführungsform),
10 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (achte Ausführungsform),
11 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (neunte Ausführungsform),
12 einen teilweisen und vergrößerten Schnitt einer Ventilsektion eines weiteren Steuerventils (zehnte Ausführungsform), und
13 einen Schnitt eines weiteren Steuerventils (elfte Ausführungsform).
Das Steuerventil von 1 für einen Kompressor mit variabler Verdrängung umfasst eine Ventilsektion, in welcher eine Öffnung in der Oberseite eines Körpers 11 einen Anschluss 12 bildet, der mit einer nicht gezeigten Auslasskammer des Kompressors kommuniziert und einen Auslassdruck Pd empfängt. An dem Anschluss 12 ist ein Sieb 13 vorgesehen. Der Anschluss 12 kommuniziert mit einem Anschluss 14, der mit einer Kurbelkammer des Kompressors verbunden ist. Der Anschluss 12 ist so in dem Körper 11 ausgebildet, dass er gesteuerten Druck Pc nach außen in die Kurbelkammer leitet. In einer Kältemittelpassage zwischen dem Anschluss 12 und den Anschluss 14 ist als integraler Teil des Körpers 11 ein Ventilsitz 15 ausgebildet. An der Seite des Auslassdrucks Pd des Ventilsitzes 15 ist ein Ventilelement 15 axial beweglich angeordnet. Das Ventilelement 16 wird durch eine Feder 17 in Ventilschließrichtung beaufschlagt, deren Last durch eine Einstellschraube 18 eingestellt ist, die in den Anschluss 12 eingeschraubt ist. Unterhalb des Körpers 11 kommuniziert ein Anschluss 19 mit einer Ansaugkammer des Kompressors, um einen Ansaugdruck Ps aufzunehmen.
An einem unteren Ende des Körpers 11 ist ein hohles zylindrisches Glied 20 angeordnet. In dem hohlen zylindrischen Glied 20 ist ein erster Plunger 21 axial beweglich untergebracht. Der erste Plunger 21 ist in einer Führung 22 angeordnet, die z.B. aus Polytetrafluoräthylen hergestellt ist, d.h., einem Material, das einen niedrigen Gleitwiderstand hat. Die Führung 22 ist entlang der Peripherie an einer Stelle eines unteren Gehäuseteils eingepasst. Die Peripherie der Führung 22 steht in Gleitkontakt mit der Innenwand des hohlen zylindrischen Gliedes 20. Wenn sich der erste Plunger 21 axial bewegt, dann führt die Führung 22 den ersten Plunger 21 und hält ihn mit einem vorbestimmten Abstand von der inneren Wand des hohlen zylindrischen Gliedes 20. Es ist anzumerken, dass die Führung 22 nicht den gesamten Umfang des ersten Plungers 21 umschreibt, sondern einen Bereich hat, der aufgeschnitten ist (Passagenschlitz), und es erlaubt, dass der Ansaugdruck Ps in einen Raum an der Seite des unteren Endes des ersten Plungers 21 eingeführt wird.
Der erste Plunger 21 besitzt einen durch Presseinpassen fixierten oberen Endflansch 23. Zwischen dem Flansch 23 und der oberen Endfläche des hohlen zylindrischen Gliedes 20 ist eine Feder 24 eingesetzt. Ein in dem Körper 11 mit nahezu keinem Spiel angeordneter, axial beweglicher Schaft 25 ist an einem unteren Ende an einer oberen axialen Stelle an dem ersten Plunger 21 fixiert, z.B. durch Presseinpassen. Der Schaft 25 und die Führung 22 positionieren den ersten Plunger 21 in der Achse des Körpers 11. Das obere Ende des Schafts 25 erstreckt sich durch eine Ventilöffnung in Kontakt mit dem Ventilelement 16.
Die den ersten Plunger 21 aufwärts beaufschlagende Feder 24 weist eine größere Federkraft auf als die das Ventilelement 16 in der Ventilschließrichtung beaufschlagende Feder 17. Solange der Solenoid nicht erregt ist, liegt der erste Plunger 21 an der Decke einer Kammer an, die mit dem Anschluss 19 kommuniziert, und ist das Ventilelement 16 in der voll offenen Position.
Unterhalb des ersten Plungers 21 ist eine Membrane 26 angeordnet, die eine Druck fühlende Sektion konstituiert. Ein äußerer Umfangsrand der Membrane 26 ist sandwichartig zwischen dem hohlen zylindrischen Glied 20 und einem Gehäuse 27 des Solenoids eingeschlossen und durch eine Dichtung 28 abgedichtet. Der sandwichartige Einschluss ist realisiert durch Bördeln eines oberen Endrandes des Gehäuses 27 auf das untere Ende des Körpers 11, wobei das hohle zylindrische Glied 20 dazwischen gehalten ist. Demzufolge erstreckt sich ein Teil, der eine Druckkammer des Steuerventils bildet, bis zu einem Bereich hin, der abgetrennt ist durch die Membrane 26, und erhält ein Teil unterhalb dieses Bereichs den atmosphärischen Druck. Die Membran 26 ist beispielsweise ausgebildet aus einem Stück eines Polyimidfilms. Jedoch wäre es möglich, anstelle eine Vielzahl von Stücken zu verwenden, die einander überlagert sind, um den Widerstand der Membrane 26 gegen Bruch zu steigern, der verursacht werden könnte durch wiederholte Kollisionen des ersten Plungers 21.
In dem Gehäuse 27 sind eine Magnetspule 29 angeordnet und im Inneren der Magnetspule 29 eine Hülse 30. Die Hülse 30 enthält einen fixierten Kern 31. Zwischen dem Kern 31 und der Membrane 26 ist ein zweiter Plunger 32 angeordnet, der in der Hülse 30 axial beweglich ist. Der zweite Plunger 32 hält das obere Ende eines zentralen Schafts 33, z.B. durch Presseinpassen. Das untere Ende des Schaftes 33 ist in einem Lager 35 abgestützt, das in einem Knopf 34 angeordnet ist, der das untere offene Ende des Gehäuses 27 verschließt. Zwischen den zweiten Plunger 32 und dem Kern 31 ist eine Feder 36 vorgesehen, welche den zweiten Plunger 32 zu der Membrane 26 beaufschlagt.
Der Körper 11 trägt an einer Stelle zwischen dem Anschluss 12 (Auslassdruck Pd) und dem Anschluss 14 (Druck Pc) einen O-Ring 37. Ein weiterer O-Ring 38 ist an einer Stelle eingepasst, die zwischen dem Anschluss 17 (Druck Pc) und dem Anschluss 19 (Ansaugdruck Ps) liegt. Das untere Ende des Gehäuses 27 trägt einen O-Ring 39, um den Ansaugdruck Ps von dem atmosphärischen Druck zu separieren. Die Magnetspule 29 kann mit Steuerstrom über einen Kabelstrang 40 versorgt werden.
Das hohle zylindrische Glied 20, das Gehäuse 27, und der Knopf 34 bestehen aus magnetischen Materialien und dienen als ein Joch des magnetischen Kreises des Solenoids. Die Magnetkraftlinien erstrecken sich durch das Gehäuse 27, das hohle zylindrische Glied 20, den ersten Plunger 21, den zweiten Plunger 32, den Kern 31, und den Knopf 34.
In 1 ist der Solenoid nicht erregt. Der Ansaugdruck Ps ist hoch, d.h., die Klimaanlage ist nicht in Betrieb, und die Membran 26 wird gegen die Last der Feder 36 nach unten verlagert. Der zweite Plunger 32 liegt am Kern 31 an. Der erste Plunger 21 wird durch die Feder 24 nach oben beaufschlagt und von der Membrane 26 weg bewegt und ist deshalb frei von Einflüssen der Membrane 26, die durch Variationen des Ansaugdrucks Ps verlagert werden könnte. Der erste Plunger 21 beaufschlagt das Ventilelement 16 über den Schaft 25 zu der voll offenen Position. Auch dann, wenn der Kompressor durch den Motor weiterhin angetrieben sein sollte, wird er mit minimaler Auslasskapazität betrieben.
Wenn nach dem Anlaufen des Kompressors (2) der Magnetspule 29 maximaler Steuerstrom zugeführt wird, wird der zweite Plunger 32 durch den hohen Ansaugdruck Ps in Anlage mit dem Kern 31 nach unten gepresst, so dass sogar, falls der zweite Plunger 32 durch den Kern 31 angezogen wird, der zweite Plunger 32 in der gleichen Position verbleibt. Deshalb verhalten sich in diesem Fall der zweite Plunger 32 und der Kern 31 so, als ob sie ein einziger fixierter Kern wären, so dass der zweite Plunger 32 den ersten Plunger 21 anzieht, was bewirkt, dass der erste Plunger 21 über die Membrane 26 an dem zweiten Plunger 32 festgelegt wird, wodurch der Schaft 25 nach unten gezogen wird. Die Feder 17 setzt das Ventilelement 16 auf den Ventilsitz 15, um die Ventilsektion voll zu schließen. Die sich von der Auslasskammer zu der Kurbelkammer erstreckende Passage ist blockiert. Der Kompressor wird prompt in einen Betrieb mit maximaler Kapazität umgeschaltet.
Der Kompressor, der kontinuierlich mit maximaler Kapazität betrieben wird, vermindert den Ansaugdruck Ps, so dass die Membrane 26 dazu tendiert, sich nach oben zu bewegen. Wenn dann der Steuerstrom vermindert wird, entsprechend der eingestellten Temperatur der Klimaanlage (3), dann bewegen sich der ersten Plunger 21, die Memb rane 26, und der zweite Plunger 32 in angezogenem Status gemeinsam nach oben zu einer Position, in welcher der Ansaugdruck Ps, die Kräfte der Federn 17, 24 und 36 und die Anzugskraft des Solenoids ausgeglichen sind. Dies schiebt über den Schaft 25 das Ventilelement 16 von dem Ventilsitz 15 nach oben, um eine vorbestimmte Ventilöffnung einzustellen. Unter Auslassdruck Pd stehendes Kältemittel wird in die Kurbelkammer mit einer Strömungsrate eingeführt, die zu einem Wert geregelt wird, der abhängt von dem Ventilöffnungsgrad. Der Kompressor wird zu einem Betrieb mit einer Kapazität eingestellt, die mit dem Wert des Steuerstroms korrespondiert.
Wenn der Steuerstrom konstant bleibt, dann fühlt die Membrane 26 den Ansaugdruck Ps und steuert sie den Ventilöffnungsgrad der Ventilsektion. Wenn die Kühllast erhöht wird, wird der Ansaugdruck Ps die Membrane 26 verlagern, um den Ventilöffnungsgrad zu verringern. Der Kompressor wird verstellt, um die Auslasskapazität zu erhöhen. Wenn die Kühllast vermindert wird, dann versetzt der Ansaudruck Ps die Membrane 26 so nach oben, dass der Ventilöffnungsgrad vergrößert wird. Der Kompressor wird in einer Richtung verstellt, in welcher er die Auslasskapazität vermindert. Auf diese Weise wird der Kompressor so betrieben, dass der Ansaugdruck Ps konstant gehalten wird.
Das Steuerventil von 4 unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform dadurch, dass die Stellen der Anschlüsse 12 (Auslassdruck Pd) und 14 (gesteuerter Druck Pc) vertauscht sind.
Das Ventilelement 16 in 4 ist integral mit einem Druck fühlenden Kolben 41, und der Auslassdruck Pd wird in einen Bereich mit verringertem Durchmesser eingeführt, der das Ventilelement 16 und den Druck fühlenden Kolben 41 verbindet. Der Druck fühlende Kolben 41 hat einen Außendurchmesser gleich dem Innendurchmesser einer Ventilöffnung, die den Ventilsitz 15 bildet, so dass die Druckaufnahmefläche des Ventilelements 16 und die Druckaufnahmefläche des den Druck fühlenden Kolbens 41 gleich sind. Die am Ventil 16 durch den Auslassdruck Pd generierte Kraft und die des den Druck fühlenden Kolbens 41 sind kompensiert. Der Solenoid und die Membrane 26 steuern das Ventilelement 16 ohne Einfluss des relativ hohen Auslassdrucks Pd.
Der den Druck fühlende Kolben 41 hat eine Doppelfunktion, da er einerseits die Einflüsse des Auslassdrucks Pd löschen muss, und andererseits als ein Schaft wirkt, der die Bewegungen des Solenoids und der Membrane 26 auf das Ventilelement 16 überträgt, wie in der ersten Ausführungsform.
Das Steuerventil in 5 unterscheidet sich von den ersten und zweiten Ausführungsformen dadurch, dass es zusätzlich die Strömungsrate des Kältemittels (unter dem Druck Pc) regelt, das von der Kurbelkammer zu der Ansaugkammer abströmen kann, und auch die Strömungsrate des Kältemittels (unter dem Auslassdruck Pd) reguliert, das in die Kurbelkammer eingeführt wird.
In diesem Steuerventil von 5 ist die mit der Kurbelkammer kommunizierende Passage in zwei Teile unterteilt. D.h., der Körper 11 hat einen Anschluss 14a (gesteuerter Druck Pc1 für die Kurbelkammer) und einen Anschluss 14b (Druck Pc2 von der Kurbelkammer). Dies dient dazu, eine Passage zu bilden, die es ermöglicht, dass Kältemittel, das von der Auslasskammer eingeführt und durch die Ventilsektion gesteuert wird, einmal in die Kurbelkammer eintritt und dann von der Kurbelkammer in die Ansaugkammer strömt, um so positiv Schmieröl für die Schmierung des Kompressors zu transportieren, das mit dem Kältemittel vermischt ist.
Der Anschluss 14b, über welchen Kältemittel aus der Kurbelkammer zurückkehrt, öffnet sich über eine Kommunikationspassage 42 in einen Raum, der mit dem zu der Ansaugkammer führenden Anschluss 19 kommuniziert. Die Passage 42 wird durch eine Ventilschließglied-Struktur 21c des ersten Plungers 21 geöffnet und geschlossen. Wenn die Ventilsektion voll geschlossen ist, ist eine Passage zwischen der Kurbelkammer und der Ansaugkammer geöffnet, um die Strömungsrate zu maximieren, mit der das Kältemittel aus der Kurbelkammer zu der Ansaugkammer strömt, was es ermöglicht, dass der Kompressor einen prompten Übergang zum Betrieb mit maximaler Kapazität ausführt. Sobald die Ventilsektion voll offen ist, ist die Passage zwischen der Kurbelkammer und der Ansaugkammer geschlossen, um die Strömungsrate zu maximieren, mit der Kältemittel von der Auslasskammer in die Kurbelkammer eingeführt wird, was es ermöglicht, dass der Kompressor einen prompten Übergang zum Betrieb mit minimaler Kapazität ausführt.
Das Steuerventil von 5 umfasst abpuffernde Mittel, um die Schläge der Kollisionen des ersten Plungers 21 an der Membrane 26 weicher zu machen, die auftreten, wenn der erste Plunger 21 nach Erregen des Solenoids zu dem zweiten Plunger 32 gezogen wird. Zwischen dem ersten Plunger 21 und der Membrane 26 ist eine Scheibe 42 zwischengeschaltet, und zwischen dem ersten Plunger 21 und der Scheibe 43 ist eine Feder 44 eingeordnet. Diese Anordnung hat nicht nur die Funktion, die Scheibe 43 permanent in Kontakt mit der Membrane 26 zu bringen, sondern auch die Funktion der Feder 24, die in den ersten bis dritten Ausführungsformen des ersten Plungers 21 zu der Ventilsektion beaufschlagt. Die Scheibe 43 wird an der unteren Endperipherie des ersten Plungers 21 durch eine nach unten vorstehende Führung 22 gehalten.
Die Scheibe 43 wird durch die Feder 44 so beaufschlagt, dass der zweite Plunger 32, die Membrane 26 und die Scheibe 43 in Kontakt bleiben und sich gemeinsam bewegen. Wenn der Solenoid nicht erregt ist (6) dann sind der erste Plunger 21 und die Scheibe 43 durch die Feder 44 separiert. Wenn der Solenoid erregt ist, wird der erste Plunger 21 durch die Scheibe 43 angezogen, die damit integriert ist, und wird dann an der Scheibe 43 durch eine Kollision festgelegt. Die Kraft des Schlages der Kollision wird auf die Membrane 26 übertragen, nachdem sie durch Abpuffern durch die Scheibe 43 absorbiert worden ist, so dass der Schlag an der Membrane 26 selbst reduziert ist.
Das Steuerventil in 7 umfasst einen Mechanismus zum Einstellen der Kraft der Feder 36 und unterscheidet sich von der zweiten Ausführungsform. In den Knopf 34 ist eine Einstellschraube 45 eingeschraubt. Die Einstellschraube 45 stützt das untere Ende des axial beweglichen Schafts 33. Auf einem Zwischenabschnitt des Schaftes 33 sin ein rückhaltender Ring 46 aufgepasst und ist ein Federwiderlager 47 so vorgesehen, dass die Aufwärtsbewegung des Federwiderlagers 47 durch den rückhaltenden Ring 46 begrenzt wird. Zwischen dem Federwiderlager 47 und der Einstellschraube 45 ist eine Feder 36 eingesetzt. Die Einschraubtiefe der Einstellschraube 45 in den Knopf 34 kann verändert werden, um die Kraft der Feder 36 und in weiterer Folge den gesetzten Wert für das Steuerventil einzustellen.
Das Steuerventil in 8 ist so ausgebildet, dass der erste Plunger 21 und die Scheibe 43 durch eine Hülse 48 axial beweglich geführt sind, die durch Presseinpassen an dem hohlen zylindrischen Glied 20 fixiert ist. Der ersten Plunger 21 ist in Kontakt mit dem den Druck fühlenden Kolben 41, der mit dem Ventilelement 16 integral ausgebildet ist. Das hohle zylindrische Glied 20 hat einen unteren erweiterten Teil, so das zwischen dem Teil und der Hülse 48 ein ringförmiger Raum definiert wird. Durch einen abgestuften Abschnitt des Gliedes 20 ist zumindest eine Querkommunikationsöffnung 49 geformt zur Kommunikation zwischen dem Anschluss 19 (Ansaugdruck Ps) und einem Raum oberhalb der Membrane 26. Das untere Ende des Solenoids ist mit einem Konnektor 50 zum Anschließen des Kabelstrangs versehen. Der Konnektor 50 enthält die Einstellschraube 45 für die Einstellung der Kraft der Feder 36 und weist eine Kommunikationsöffnung 51 zum Verbinden der Innenseite des Solenoids mit der Atmosphäre auf. In dieser Ausführungsform hat das Ventilelement 16 eine sich verjüngende Gestalt.
Das Steuerventil von 9 unterscheidet sich von der sechsten Ausführungsform dadurch, dass die Zentrierung des ersten Plungers 21 und der Scheibe 43 nach einer anderen Methode ausgeführt wird. Der erste Plunger 21 ist dadurch zentriert, dass er auf den den Druck fühlenden Kolben 41 aufgepasst ist, der mit dem Ventilelement 16 integral ist. Die Scheibe 43 wird dadurch zentriert, dass sie an einer Endfläche, die zur Membrane 26 weist, einen konvexen Bereich besitzt. Der konvexe Bereich ist in einen konkaven Bereich eingepasst, der im Zentrum der Membrane 26 und des zweiten Plungers 52 ausgebildet ist.
Das Steuerventil von 10 unterscheidet sich von der fünften Ausführungsform dadurch, dass die Gestalt des ersten Plungers 21 so geändert ist, dass dieser prompter in Kontakt mit der Membrane 26 gebracht werden kann.
Der erste Plunger 21 wird axial beweglich durch zwei C-förmige Führungen 22 gehalten, die mit einer vorbestimmten Distanz in gleitendem Kontakt mit der inneren Wand des hohlen zylindrischen Gliedes 20 sind, d.h., dass zwischen dem ersten Plunger 21 und der inneren Wand ein relativ großes Spiel aufrechtgehalten ist. Die Endfläche 21a des ersten Plungers 21 gegenüberliegend zur Membrane 26 ist in einem zentralen Bereich 21b flach und hat einen sich sanft verjüngenden umgebenden Bereich. Anstelle davon könnte der Querschnitt der Endfläche 21a die Gestalt eines Bogens mit einem großen Radius haben.
Falls die Führung 22 aus einem Material wie beispielsweise Polytetrafluoräthylen besteht, das die Charakteristik hat, abhängig von der Temperatur oder des Kältemitteltyps zu expandieren und zu kontrahieren, dann kann die Führung 22 manchmal bewirken, dass der erste Plunger 21 zunächst in eine schräge Position kippt und erst dann Kontakt mit der Membrane 26 herstellt, wenn der Solenoid erregt wird, um zu bewirken, dass sich der erste Plunger 21 und der zweite Plunger 32 gegenseitig anziehen. In diesem Fall wird die konvex gerundete oder verjüngte Endfläche des ersten Plungers 21 zuverlässig an der Membrane anliegen, um zu bewirken, dass das Ventilelement 16 die Ventilsektion umgehend schließt. Diese Ausbildung der Endfläche verhindert das Auftreten einer zweistufigen Operation, die auftreten könnte in dem Fall einer rein flachen Plungerendfläche, d.h., eine zweistufige Operation während welcher zunächst nur ein umfänglicher Bereich der flachen Endfläche des ersten Plungers 21 die Membrane 26 durch die anziehende Kraft kontaktiert, und dann erst nach einer Stoppverzögerung die flache Endfläche in vollen Kontakt mit der Membrane 26 gebracht wird. Dieses spezielle Endflächen-Design ermöglicht es, das Ventilelement 16 prompt zu schließen und auch das Ventilelement 16 akkurat zu schließen, da das Phänomen des Stopps nach dem ersten Schritt der zweistufigen Operation nicht auftritt.
Darüber hinaus hat das Steuerventil von 10 eine ähnliche Ausbildung wie die fünfte Ausführungsform in 7.
Das Steuerventil von 12 unterscheidet sich von dem der 10 dadurch, dass als das den Druck fühlende Glied zum Abtasten des Ansaugdrucks Ps ein Balg verwendet wird.
Der Balg ist zwischen den ersten und zweiten Plungern 21, 32 angeordnet. Der Balg 52 besitzt einen Flanschbereich, der sich von einer oberen Endfläche radial erstreckt. Dieser Flanschbereich ist zwischen das hohle zylindrische Glied 20 und das Gehäuse 27 sandwichartig eingeschlossen und wird durch die Dichtung 28 abgedichtet. Die untere Endfläche des Balges 52 ist verschlossen und in Kontakt mit dem zweiten Plunger 32. Der erste Plunger 21 hat an einem unteren Bereich ein integrales säulenartiges Glied 53. Das säulenartige Glied 52 ist in einem hohlen Raum des Balges 52 positioniert. Wenn der Solenoid nicht erregt ist und der erste Plunger 21 durch die Feder 24 in der Aufwärtsrichtung beaufschlagt wird, dann ist das säulenartige Glied 53 des ersten Plungers 21 von dem Balg 52 beabstandet.
Das Steuerventil von 11 ist ähnlich dem der achten Ausführungsform in 10.
Das Steuerventil von 12 ist so ausgebildet, dass sogar dann, wenn der Ansaugdruck Ps in irgendeiner Kondition ist, die dazu führt, dass der aufgenommene Druck nicht ausgeglichen ist mit dem Auslassdruck Pd, der an der Ventilsektion aufgenommen wird, es möglich ist, das Ventil prompt voll zu öffnen.
In den Steuerventilen in den 4, 7 bis 11 sind die Anschlüsse der Ventilsektion von der Solenoidseite in der Reihenfolge der jeweiligen Drücke angeordnet, nämlich für den Ansaugdruck Ps, den Auslassdruck Pd, und dem Druck Pc für die Kurbelkammer, um zu verhindern, dass der Auslassdruck Pd, der der höchste Druck ist, die Steuerung des Ventilelements 16 beeinträchtigt. Dies wird erzielt durch Auslegen des inneren Durchmessers A der Ventilöffnung gleich mit dem Außendurchmesser B des den Druck fühlenden Kolbens 41, wie erwähnt. Das Ventilelement 16 steuert die Ventilsektion mit dem Differentialdruck (Pc – Ps) zwischen dem Druck Pc für die Kurbelkammer und dem Ansaugdruck Ps.
Der Differentialdruck (Pc – Ps) zwischen dem Druck Pc, der auf das Ventilelement 16 wirkt, und dem Ansaugdruck Ps, der auf den den Druck fühlenden Kolben 41 wirkt, kann auf das Ventilelement 16 und auf den den Druck fühlenden Kolben 14 eine Last in einer selbstschließenden Richtung aufbringen, da der Druck Pc höher ist als der Ansaugdruck Ps. Wenn der Solenoid entregt ist, um die Ventilsektion voll zu öffnen, dann drückt die den erste Plunger 21 in der Ventilöffnungsrichtung beaufschlagende Feder 24 den den Druck fühlenden Kolben 41 weg, um das Ventilelement 16 von dem Ventilsitz 15 zu trennen. Wenn jedoch der Differentialdruck (Pc – Ps) zunimmt, dann nimmt auch die in der selbst schließenden Richtung wirkende Kraft zu, was eine Schwierigkeit hervorrufen kann, die Ventilsektion zu öffnen. In einigen Fällen kann es sogar vorkommen, dass die Ventilsektion nicht öffnen kann. Insbesondere im Fall von Kompressoren, die ohne eine elektromagnetische Kupplung angetrieben werden, kann es notwendig sein, das Steuer ventil zwangsweise voll zu öffnen, um die Auslasskapazität des Kompressors zu minimieren, unabhängig davon, in welcher Druckkondition der Ansaugdruck Ps ist, und sobald die Stromzufuhr zum Solenoid unterbrochen wird.
Aus diesem Grund ist in dem Steuerventil der 12 der innere Durchmesser A der Ventilöffnung z.B. um ca. 3% größer ausgebildet als der Außendurchmesser B des den Druck fühlenden Kolbens 41, um den druckaufnehmenden Bereich des Ventilelementes 16 größer zu machen als den duckaufnehmenden Bereich des druckfühlenden Kolbens 41, wodurch der auf den Auslassdruck Pd bezogene Druckaufnahme-Ausgleich in der Ventilöffnungsrichtung aufgegeben ist. Dies reduziert die Last in der selbstschließenden Richtung auch dann, wenn der Differentialdruck (Pc – Ps) zunimmt, so dass es möglich ist, die Ventilsektion durch die Beaufschlagungskraft der Feder 24 zwangsweise voll zu öffnen, sobald der Solenoid entregt wird.
Das Steuerventil der 13 ist so ausgebildet, dass zusätzlich zu der Steuermethode von 10 (die Strömungsrate in die Kurbelkammer wird gesteuert, während der Einfluss des Auslassdrucks Pd in die Kurbelkammer eingeführten Kältemittels beseitig ist) das Steuerventil von 13 die Strömungsrate des Kältemittels mit dem Druck Pc regelt, das aus der Kurbelkammer in die Ansaugkammer austreten kann.
In 13 ist der Körper 11 mit einem Anschluss 14a zum Überleiten des Kältemittels in die Kurbelkammer und einem Anschluss 14b zum Einführen Kältemittels aus der Kurbelkammer ausgestattet. Der Anschluss 14b kommuniziert mit einem Raum, der den ersten Plunger 21 enthält, über eine Kältemittelpassage 54, die koaxial ist zu dem den Druck fühlenden Kolben 41. Das Ende des den Druck fühlenden Kolbens 41 an der Solenoidseite weist ein integrales Ventilelement 55 auf, dessen Endfläche in Kontakt ist mit dem ersten Plunger 21. Das Ventilelement 55 hat die Ventilelementstruktur eines Schieberventils. Wenn das Ventilelement 16 von dem Ventilsitz 15 abgehoben ist, dann schließt das Ventilelement 55 die Kältemittelpassage 54, um den Strom von der Kurbelkammer zur Ansaugkammer zu unterbrechen. Wenn das Ventilelement 16 auf den Ventilsitz 15 aufgesetzt hat, dann öffnet das Ventilelement 55 die Kältemittelpassage 54, so dass Kältemittel aus der Kurbelkammer über den Anschluss 19 in die Ansaugkammer austreten kann. Dies gestattet es, den Druck Pc in der Kurbelkammer prompt zu erhöhen oder zu vermindern, so dass der Kompressor mit der variablen Verdrängung prompt jeweils zum Betrieb mit maximaler Kapazität oder mit minimaler Kapazität verstellt wird.

Claims

Steuerventil für einen Kompressor mit variabler Verdrängung zum Regeln des Drucks in einer gasdichten Kurbelkammer zur Veränderung der Kältemittelauslasskapazität des Kompressors, dadurch gekennzeichnet, dass eine Plungereinrichtung eines Solenoids des Steuerventils unterteilt ist in einen ersten Plunger (21) und einen zweiten Plunger (32), und dass ein Druck fühlendes Glied zwischen den ersten und zweiten Plungern (21, 32) angeordnet ist zum Fühlen des Ansaugdrucks (Ps) in einer Ansaugkammer des Kompressors.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plunger (21) zwischen einer Ventilsektion für den gesteuerten Druck (Pc) in der Kurbelkammer und dem den Druck fühlenden Glied in einem Status angeordnet ist, in der er beaufschlagt ist zum Öffnen der Ventilsektion, und dass der zweite Plunger (32) nach Erregen des Solenoids zu dem ersten Plunger (21) über das den Druck fühlende Glied gezogen wird, um mit dem ersten Plunger (21) ein integrales Glied zu bilden, und dass der zweite Plunger (32) über das den Druck aufnehmende Glied durch den Ansaugdruck (Ps) in einer Richtung weg von dem ersten Plunger (21) beaufschlagt ist, sobald der Solenoid entregt ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das den Druck fühlende Glied eine Membrane (26) oder ein Balg (32) ist.
Steuerventil nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane (26) entweder gebildet ist aus einem einzelnen Kunststoffmaterial, oder durch Laminieren einer Vielzahl Kunststoffmaterial-Filmstücken, vorzugsweise aus Polyimid.
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsektion zwischen ersten und zweiten Anschlüssen (12, 14) angeordnet ist, die jeweils kommunizie ren mit einer Auslasskammer und der Kurbelkammer des Kompressors mit der variablen Verdrängung.
Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsektion ein bewegliches Ventilelement (16) enthält, das an der Seite des ersten Anschlusses (12) eines Ventilsitzes (15) angeordnet ist, der in einer Passage zwischen dem ersten Anschluss (12) und dem zweiten Anschluss (14) ausgebildet ist, und dass ein bewegungsübertragender Schaft (25) zwischen dem Ventilelement (12) und dem ersten Plunger (21) vorgesehen ist.
Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsektion ein bewegliches Ventilelement (16) an der Seite des zweiten Anschlusses (14) eines Ventilsitzes (15) aufweist, der in einer Passage zwischen dem ersten Anschluss (12) und dem zweiten Anschluss (14) gebildet ist, dass mit dem Ventilelement (16) ein den Druck fühlender Kolben (41) integral ausgebildet ist, dass der den Druck fühlende Kolben (41) einen Außendurchmesser im Wesentlichen gleich einem Innendurchmesser einer den Ventilsitz (15) bildenden Ventilöffnung aufweist, dass der den Druck fühlende Kolben (41) den Auslassdruck (Pd) aus der Auslasskammer erhält auf einer Druckaufnahmefläche, die gleich ist einer Druckaufnahmefläche des Ventilelements (16), und in einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung, aus der das Ventilelement (16) den Auslassdruck (Pd) erhält, und dass der den Druck fühlende Kolben (41) den Ansaugdruck (Ps) auf einer Endfläche erhält, die zu dem Solenoid weist, zum Übertragen der Bewegung des ersten Plungers (21) auf das Ventilelement (16).
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem den Druck fühlenden Glied und dem ersten Plunger (21) stoßabsorbierende Mittel vorgesehen sind.
Steuerventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die stoßabsorbierenden Mittel eine Scheibe (43) umfassen, die zwischen dem den Druck fühlenden Glied und dem ersten Plunger (21) angeordnet ist, und dass eine Feder (44) vorgesehen ist, um die Scheibe (43) permanent in Anlage an dem den Druck fühlenden Glied zu beaufschlagen.
Steuerventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plunger (21) und die Scheibe (43) durch eine Hülse (48) zentriert sind.
Steuerventil nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plunger (21) dadurch zentriert ist, dass er an einem den Druck fühlenden Kolben (41) fixiert ist, der mit dem Ventilelement (16) integral ausgebildet ist, und dass die Scheibe (43) zentriert wird durch Einpassen eines konvexen oder konkaven Bereichs, der in einem Zentrum der Endfläche der Scheibe (43) gegenüberliegend zu dem den Druck fühlenden Glied gebildet ist, in einen konkaven oder konvexen Bereich, der in einem Zentrum des den Druck fühlenden Gliedes und des zweiten Plungers (32) gebildet ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plunger (21) an einem den Druck fühlenden Kolben (41) fixiert ist, der mit dem Ventilelement (16) der Ventilsektion integral ausgebildet ist, und dass der erste Plunger (21) an einer dem den Druck fühlenden Glied zugewandten Seite durch eine C-förmige Führung (22) gehalten ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plunger (21) axial beweglich gehalten wird durch zwei umgebende, axial beabstandete C-förmige Führungen (22).
Steuerventil nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Plunger (21) eine Endfläche (21a) mit einer sich verjüngenden Gestalt zum Kontaktieren des den Druck fühlenden Gliedes aufweist, wobei die Endfläche (21a) einen dem den Druck fühlenden Glied gegenüberliegenden zentralen flachen Bereich (21b) definiert, wobei der zentrale flache Bereich (21b) eine kleinere Dimension hat als die gesamte Endfläche (21a).
Steuerventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsektion an der Seite des zweiten Anschlusses (14) eines Ventilsitzes (15), der in einer Passage zwischen dem ersten Anschluss (12) und dem zweiten Anschluss (14) ausgebildet ist, ein bewegliches Ventilelement (16) umfasst, dass mit dem Ventilelement (16) ein Druck fühlender Kolben (41) integral ausgebildet ist, dass der den Druck fühlende Kolben (41) einen äußeren Durchmesser (B) kleiner als ein Innendurchmesser (A) einer den Ventilsitz (15) bildenden Ventilöffnung aufweist, und dass der den Druck fühlende Kolben (41) den Auslassdruck (Pd) auf einem Druckaufnahmebereich erhält, der kleiner ist als ein Druckaufnahmebereich des Ventilelements (16), und aus einer Richtung die entgegengesetzt ist zu einer Richtung aus der das Ventilelement (16) den Auslassdruck (Pd) erhält, und den Ansaugdruck (Ps) auf einer Endfläche aufnimmt, die zum Solenoid weist, zum Übertragen der Bewegung des ersten Plungers (21) auf das Ventilelement (16).
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsektion ein bewegliches Ventilelement (16) an der Seite eines ersten Anschlusses (12) eines Ventilsitzes (15) umfasst, der in einer ersten Passage zwischen dem ersten Anschluss (12) und einem zweiten Anschluss (14) ausgebildet ist, die jeweils mit einer Auslasskammer und der Kurbelkammer des Kompressors kommunizieren, dass jeweils ein dritter Anschluss (14b) und ein vierter Anschluss (19) vorgesehen sind, die jeweils kommunizieren mit der Kurbelkammer und der Ansaugkammer, dass ein Schaft (25) zum Übertragen einer Bewegung des ersten Plungers (21) auf das Ventilelement (16) zwischen dem Ventilelement (16) und dem ersten Plunger (21) in einer zweiten Passage (42) angeordnet ist, die sich zwischen dem dritten Anschluss (14b) und dem vierten Anschluss (19) erstreckt, und dass der erste Plunger (21) mit einer Ventilschließelementstruktur (21c) ausgebildet ist zum Öffnen und Schließen der zweiten Passage (22).
Steuerventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ventilsektion ein erstes bewegliches Ventilelement (16) an der Seite des zweiten Anschlusses (14a) eines Ventilsitzes (15) umfasst, der in einer ersten Passage zwischen ersten und zweiten Anschlüssen (12, 14a) gebildet ist, die jeweils kommunizieren mit einer Auslasskammer und einer Kurbelkammer des Kompressors, dass ein dritter Anschluss (14b) und ein vierter Anschluss (19) vorgesehen und durch eine zweite Passage (54) verbunden sind und jeweils kommunizieren mit der Kurbelkammer und der Ansaugkammer, dass mit dem ersten Ventilelement (16) ein Druck fühlender Kolben (41) integral ausgebildet ist, dass der den Druck fühlende Kolben (41) einen Außendurchmesser hat, der substantiell gleich ist einem Innendurchmesser einer den Ventilsitz (15) bildenden Ventilöffnung, und Auslassdruck (Pd) auf einem Druckaufnahmebereich aufnimmt, der gleich ist mit einem Druckaufnahmebereich des Ventilelements, und aus einer Richtung entgegengesetzt zu einer Richtung, aus welcher das Ventilelement (16) den Auslassdruck (Pd) erhält, dass ein zweites Ventilelement (55) mit dem den Druck fühlenden Kolben (41) integral ausgebildet ist zum Öffnen und Schließen der zweiten Passage (54), und dass der erste Plunger (21) den Ansaugdruck (Pc) auf einer Endfläche aufnimmt, die zu dem Solenoid weist, zum Übertragen einer Bewegung des ersten Plungers (21) über den Kolben (41) auf das Ventilelement (16).
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Solenoid eine Feder (36) aufweist, die den zweiten Plunger (32) zu dem ersten Plunger (21) beaufschlagt gegen den Ansaugdruck (Ps), der von dem den Druck fühlenden Glied aufgenommen wird, und dass zum Einstellen der Kraft der Feder (36) eine Einstellschraube (45) vorgesehen ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil eine Ventilsektion, eine Solenoidsektion und eine Druck fühlende Sektion zum Vergleichen eines Ansaugdrucks (Ps) in einer Ansaugkammer des Kompressors mit dem atmosphärischen Druck umfasst, dass eine Plungereinrichtung eines Solenoids (29, 31) zum wahlweisen Betätigen der Ventilsektion erste und zweite, separierte, koaxiale Plunger (21, 32) umfasst, dass ein Druck fühlendes Glied (26, 52) der den Druck fühlenden Sektion zwischen den ersten und zweiten Plungern (21, 32) angeordnet ist, und dass das den Druck fühlende Glied (26, 52) in dem Steuerventil eine gasdichte Separation konstituiert zwischen der unter Druck gesetzten Ventilsektion und der dem atmosphärischen Druck ausgesetzten Solenoidsektion.