DE69815015T2

DE69815015T2 - Thermostatisches Expansionsventil mit integriertem, elektrisch betätigbarem Einlassventil

Info

Publication number: DE69815015T2
Application number: DE69815015T
Authority: DE
Inventors: Peter John Des Planes Malone; William Nicholas Windsor Eybergen
Original assignee: Parker Hannifin Corp
Current assignee: Parker Hannifin Corp
Priority date: 1997-10-03
Filing date: 1998-10-02
Publication date: 2004-04-01
Anticipated expiration: 2018-10-03
Also published as: CN1113178C; US5979780A; AU8717498A; CN1221859A; EP0907057B1; KR100415354B1; DE69815015D1; JPH11159919A; BR9804152A; AU735114B2; EP0907057A1; KR19990036732A; ES2197405T3

Description

Hintergrund der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf thermisch ansprechende oder thermostatisch betriebene Ventile, und sie bezieht sich insbesondere auf thermostatisch betriebene Expansionsventile der Bauart, die zur Steuerung des Flusses von Kühlmittel bei einer Klimaanlage oder bei einem Kühlsystem eingesetzt wird. Bei Klimaanlagensystemen, die für die Kühlung des Passagierabteils für Motorfahrzeuge eingesetzt werden, ist es bekannt, ein Expansionsventil einzusetzen, um den Kühlmittelfluß von der Hochdruckseite des Kompressors durch den Kondensator zum Verdampfer zu steuern, und zwar durch Anwendung eines Ventils, welches durch die Expansionskraft des Strömungsmittels in einer geschlossenen Kammer bewegt wird, welches die Temperatur des Flusses abfühlt, der aus dem Verdampfer austritt. Solche Ventile werden als thermostatische Expansionsventile bezeichnet und haben weit verbreitete Anwendung bei Automobilklimaanlagensystemen gefunden.
Gegenwärtig wird es immer populärer, duale bzw. doppelte Verdampfer in einem einzigen Automobilklimaanlagensystem vorzusehen, wie beispielsweise eines für die Passagiere auf den vorderen Sitzen und ein weiteres für die Passagiere auf den hinteren Sitzen, oder alternativ getrennte Verdampfer zur Kühlung der Positionen in der linken und der rechten Sitzreihe, wie beispielsweise für den Fahrer und den Beifahrer. Wenn duale bzw. doppelte Verdampfer eingesetzt werden, ist es erwünscht gewesen, einen Weg oder Mittel zum Abschalten von einem der Verdampfer ferngesteuert mit einer elektrisch betriebenen Vorrichtung vorzusehen, ohne den Kostennachteil hinnehmen zu müssen, getrennte elektrisch gesteuerte Abschaltventile in der Kühlmittelleitung zu den Verdampfern vorzusehen.
Die thermostatisch gesteuerten mechanischen Expansionsventile, die gegenwärtig bei Automobilklimaanlagensystemen eingesetzt werden, haben weit verbreitete Anwendung wegen ihren geringen Kosten und der Einfachheit der Konstruktion gefunden. Jedoch können thermostatisch gesteuerte Expansionsventile nur auf Temperaturveränderungen im Fluß des Kühlmit tels reagieren, welches aus dem Verdampfer herauskommt, und es gibt keinen Weg, eine Steuerung eines externen Anwenders des Ventils vorzusehen, sobald es in dem System kalibriert und eingebaut worden ist. Es ist erwünscht gewesen, eine elektrische Fernsteuerung des Fahrzeugklimaanlagensystems vorzusehen, um dem Anwender einen größeren Grad an Steuerung zu geben, und nicht nur auf der Fähigkeit des thermostatischen Expansionsventils zu beruhen, eine ordnungsgemäße Steuerung durch Reaktion auf die Auslaßtemperatur des Verdampfers vorzusehen.
Weiterhin ist es erwünscht gewesen, eine elektrische Steuerung des Kühlmittelflusses in einem Kühl- oder Klimaanlagensystem vorzusehen, welches die Anwendung eines Mikrocomputers ermöglicht, um ausgewählte Algorithmen einzusetzen, um die Steuerung des Kühlmittelflusses in einer Weise vorzusehen, die eine verbesserte Kühlungssteuerung vorsieht. Somit ist es erwünscht gewesen, einen Weg oder Mittel vorzusehen, elektrisch den Fluß des Kühlmittels zu mehreren Verdampfern in einem Fahrzeugklimaanlagensystem fernzusteuern. Es ist weiter erwünscht gewesen, von fern den Kühlmittelfluß zu einer Vielzahl von Verdampfern in einem Fahrzeugklimaanlagensystem in einer Weise vorzusehen, die ausreichend niedrige Kosten hat, um das System kostengünstig auf dem Markt für Motorfahrzeuge mit großen Stückzahlen zu machen.
Weiterhin sei hingewiesen auf JP-A-08210733, die ein elektromagnetisches Ventil offenbart, welches an der Seite des Expansionsventils montiert ist, um ein Flüssigkeitshammergeräusch bzw. Kavitationsgeräusch zu verhindern. Ein Primärdurchlaß ist durch den Ventilkörper zu dem elektromagnetischen Ventil vorgesehen. Eine Dichtung wird am Ende eines Ankers gehalten und schließt und öffnet einen Hochdruckflußpfad durch den Primärdurchlaß.
Gemäß der Erfindung sind eine thermostatische Expansionsventilanordnung nach Anspruch 1 und ein Verfahren zur elektrischen Steuerung einer Kühlmittelversorgung für ein thermostatisches Expansionsventil nach Anspruch 7 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den abhängigen Ansprüchen offenbart.
Kurze Zusammenfassung der Erfindung
Es ist ein Ziel, der vorliegenden Erfindung, eine ferngesteuerte Abschaltung des Kühlmittelflusses zu einem Verdampfer eines Kühlsystems vorzusehen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine ferngesteuerte Abschaltung des Kühlmittelflusses zum Einlaß eines Kühlmittelexpansionsventils vorzusehen.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ferngesteuert einen elektrisch betriebenen Abschalter im Einlaß eines thermostatisch betriebenen Kühlmittelexpansionsventils zu steuern.
Es ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, die Möglichkeit eines elektromagnetbetätigten Ventils im Einlaß stromaufwärts des thermostatisch gesteuerten Ventilgliedes in einem Kühlmittelexpansionsventil vorzusehen.
Die vorliegende Erfindung sieht ein thermisch ansprechendes mechanisches Expansionsventil vor, um den Kühlmittelfluß von der Kompressorauslaßseite zum Verdampfer in einem Kühlsystem zu steuern. Die Erfindung sorgt für die Zugabe eines elektrisch betriebenen Ventilgliedes in dem Einlaßdurchlaß eines thermostatischen mechanischen Expansionsblockventils, um ein Abschalten des Kühlmittelflusses zu dem thermostatisch betriebenen Expansionsventilglied zu gestatten. In der bevorzugten Praxis ist die elektrische Betätigungsvorrichtung ein Elektromagnet, der am Ende des Blockventils gegenüberliegend zu der Strömungsmitteldruckkapsel angebracht ist, die für den thermostatischen Betrieb des Expansionsventilgliedes vorgesehen ist. Die vorliegende Erfindung sorgt somit für eine einfache Modifikation oder eine Anpassung eines existierenden thermostatisch betriebenen mechanischen Expansionsventils zur Steuerung des Kühlmittelflusses zu einem Verdampfer in einer Weise, die ein ferngesteuertes elektrisches Abschalten des Expansionsventils an seinem Einlaß ermöglicht, und zwar ohne die Notwendigkeit von teuren Veränderungen bei der Herstellung des Expansionsventils, was teure Veränderungen an den Produktionswerkzeugen erfordern würde. Die Fähigkeit, ein entferntes elektrisch betriebenes Abschalten eines thermostatisch betriebenen Kühlmittelexpansionsventils vorzusehen, ist insbesondere für Systeme geeignet, die mehrere Verdampfer einsetzen, insofern als der Anwender in bequemer Weise ferngesteuert den Kühlmittelfluß zu irgend einem der Verdampfer abschalten kann, falls erwünscht.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die einzige Zeichnung der Erfindung ist eine Querschnittsansicht der Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung.
Detaillierte Beschreibung der Erfindung
Mit Bezug auf die Zeichnungen ist die Ventilanordnung im allgemeinen bei 10 angezeigt, und weist einen Ventilkörper oder Ventilblock 12 auf, in dem ein Hochdruckeinlaßdurchlaß 14 ausgebildet ist, und ein Auslaßdurchlaß 16 mit reduziertem Druck, und ein Fluß durch den Abfühldurchlaß 18.
Es sei bemerkt, daß beim Einbau des Ventils 10 in einem Kühlmittelsystem der Einlaßdurchlaß 14 über eine Leitung 20, die in gestrichelter Umrandung angezeigt ist, anzuschließen ist, und zwar in Verbindung mit dem Auslaß eines Kondensators 22, dessen Einlaß über die Leitung 24, die in gestrichelter Umrandung gezeigt ist, mit dem Ablaß oder Auslaß eines Kompressors 26 verbunden ist. Der Einlaß des Kompressors ist über eine Leitung 28, die in gestrichelter Umrandung gezeigt ist, in Verbindung mit dem Durchlaß 18 zu verbinden. Das Einlaßende des Durchlasses 18 ist über eine Leitung 30, die in gestrichelter Umrandung gezeigt ist, so anzuschließen, daß sie mit dem Ablaßauslaß eines Verdampfers 32 in Verbindung steht. Der Einlaß des Verdampfers ist über die in gestrichelter Umrandung gezeigte Leitung 34 mit dem Ventilauslaßdurchlaß 16 verbunden.
Der Einlaßdurchlaß 14 der Ventilanordnung 10 steht in Verbindung mit einem Transfer- bzw. Übertragungsdurchlaß 36, der in dem Körper 12 ausgebildet ist, wobei der Transferdurchlaß mit einer ringförmigen Region 38 in Verbindung steht, die zwischen einem umgekehrten napfförmigen Ventilglied 40 und einer rohrförmigen Abdeckung oder einem Führungsglied 42 ausgebildet ist, und zwar aufgenommen in einer Ausnehmung, die in dem oberen Ende des Ventilkörpers 12 ausgebildet ist. Das Ende des rohrförmigen Gliedes 42 ist vorzugsweise verschraubt in Eingriff mit dem Ventilkörper, um dieses darin zu halten. Das rohrförmige Glied 42 hat eine daran ausgeführte Faltung 44, wobei die Unterfläche davon gegen einen elastischen Dichtungsring 46 abdichtet, der auf der Oberseite des Körpers 12 angeordnet ist. Das Ventilglied 40 hat einen Ventilsitz 48, der in dem geschlossenen Ende davon ausgebildet ist, und der zum Kontakt durch eine elastische Abdeckung oder ein Ventilglied 50 angeordnet ist. Das elastische Ventilglied 50 ist nach unten gegen eine Schulter 56 vorgespannt, die in einem verschiebbar bewegbaren Anker 52 durch einen Stößel oder ein Druckentlastungsglied 58 ausgebildet ist, welches ein mittleres Loch in dem Ventilglied 50 schließt, und welches wiederum nach unten durch das untere Ende der Feder 60 vorgespannt ist, wobei deren oberes Ende gegen das Polstück 54 anliegt. Die Feder 60 spannt somit das Ventilglied 50 und den Anker 52 in einer Abwärtsrichtung vor, so daß das Ventilglied 50 auf dem Ventilsitz 48 sitzt.
Das rohrförmige Glied 42 wirkt als eine Führung für den bewegbaren Anker 52, hat darüber eine Spule 62 aufgenommen, auf der eine Wicklung von leitendem Material 64 aufgewickelt ist, welches in einem Paar von elektrischen Verbindungsanschlüssen endet, wobei einer davon durch das Bezugszeichen 66 veranschaulicht und bezeichnet wird, und der zur elektrischen externen Verbindung damit geeignet ist. Die Spule 64 und die Wicklung 62 werden durch einen ferromagnetischen Behälter 58 oder eine Abdeckung umgeben, die die Flußschleife um die Spule in Zusammenarbeitung mit einer den Fluß sammelnden Haltescheibe 70 vollendet, die auf dem Polstück 54 durch geeignete Befestigungsmittel gesichert ist, wie beispielsweise durch die Schraube 72.
Im Betrieb ist das Ventil 50 normalerweise in der geschlossenen Position, wie es das Druckentlastungsglied 58 ist. Bei einer Erregung der Spule 64 bewegt die Kraft der magnetischen Anziehung den Anker 52 zum Polstück 54 hin, was bewirkt, daß das Ventilglied 50 vom Ventilsitz 48 angehoben wird, was den Fluß zur inneren Kammer 74 des Gliedes 40 gestattet.
Die Kammer 74 steht in Verbindung mit einem Ventilglied in Form einer Kugel 96, die durch die Feder 98 vorgespannt ist, die durch einen Napf 100 gehalten wird, der in dem Napf 40 in dem Ventilkörper sitzt. Das Kugelventilglied 96 ist gegen einen Ventilsitz 102 vorgespannt, der in dem Körper 12 ausgebildet ist, und der Ventilsitz 102 steht in Verbindung mit dem Auslaßdurchlaß 16.
Eine Betätigungsstange 104 ist verschiebbar in den Körper in einer Bohrung 106 geführt; und die Stange 104 erstreckt sich durch den Abfühldurchlaß 18 und die Öffnung 108 und nach außen aus dem Körper in die Kammer 110 der thermisch ansprechenden Betätigungsvorrichtung, die im allgemeinen bei 114 innerhalb der Kapsel 112 angezeigt ist. Die Stange wird durch eine (nicht gezeigte) Membran betätigt, die einen Teil der Betätigungsvorrichtung 114 bildet. Die Kapsel 112 steht verschraubt mit dem Ende des Ventilkörpers benachbart zum Durchlaß 18 in Verbindung und ist somit in einer in der Technik bekannten Weise daran angebracht.
Im Betrieb bewirkt die thermisch ansprechende Betätigungsvorrichtung 114 die Bewegung der Stange 104, um die Öffnung des Ventils 96 vom Ventilsitz 102 zu bewirken, um den Fluß zum Durchlaß 16 in einer in der Technik wohlbekannten Weise zu gestatten.
Die vorliegende Erfindung sieht somit einen ferngesteuerten Abschluß des Flusses in dem Einlaß eines thermostatisch betätigten Expansionsventils vor und findet insbesondere Anwendung bei thermostatisch betätigten Expansionsventilen, die zur Steuerung des Kühlmittelflusses in einem Kühl- oder Klimaanlagensystem eingesetzt wird.
Die Ventilanordnung der vorliegenden Erfindung kann durch Modifikation eines existierenden Thermoexpansionsventils der Bauart ausgeführt werden, die zur Steuerung des Kühlmittelflusses in Automobilklimaanlagensystemen hergestellt wird, so daß dieses einen Elektromagneten aufweist, der an dem Ventilblock an dem Ende gegenüberliegend zu der thermisch ansprechenden Betätigungsvorrichtung angebracht ist, um die Bewegung des Expansionsventilgliedes innerhalb des Blockes zu steuern. Eine ähnliche Modifikation kann an einem thermostatisch betriebenen Expansionsventil vorgenommen werden, dessen Einlaß und Auslaß in rechten Winkeln in dem Ventilkörper angeordnet ist, und zwar durch Vorsehen einer Öffnung in dem Ventilkörper und durch Anbringen einer Elektromagnetbetätigungsvorrichtung und eines Ventils mit dem Anker, der mit der Ventilbetätigungsstange ausgerichtet ist.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben mit Bezug auf die veranschaulichten Ausführungsbeispiele beschrieben worden ist, sei bemerkt, daß an der Erfindung Modifikationen und Veränderungen vorgenommen werden können, und daß sie nur durch den Umfang der folgenden Ansprüche eingeschränkt wird.

Claims

Thermostatische Expansionventilanordnung (10) mit einer integralen elektrisch betätigten Einlassabschaltung zur Verwendung bei der Steuerung des Kühlmittelflusses, wobei die Ventilanordnung (10) folgendes aufweist: (a) eine Struktur zur Definition eines Ventilkörpers (12) mit einem Hochdruckeinlassdurchlass (14), einem ersten Ringventilsitz (102) in dem Einlassdurchlass (14) und einen Auslassdurchlass (16) in Verbindung mit dem Ventilsitz (102) und einem Abfühldurchlass (18); (b) eine erste Ventilabdeckung (96) beweglich zwischen einer den ersten Ventilsitz (102) öffnenden und einer den ersten Ventilsitz (102) schließenden Position; (c) thermisch ansprechende Mittel einschließlich eines Betätigungsglieds (114), die betriebsmäßig ansprechend auf Temperaturänderungen des Flusses oder der Strömung in dem Abfühldurchlass (18), die erste Abdeckung (96) zwischen den ersten und zweiten Positionen bewegen; (d) ein zweiter ringförmiger Ventilsitz (48) angeordnet in dem Einlassdurchlass (14) stromaufwärts gegenüber und in Verbindung stehend mit dem ersten ringförmigen Ventilsitz (102), und einer zweiten Abdeckung (50) beweglich aus einer Position des Öffnens und einer Position des Schließens des zweiten Ventilsitzes (48) und des Blockierens der Strömung bzw. des Flusses zu dem ersten Ventilsitz (102); und (e) eine elektrisch betätigte Vorrichtung (52, 54, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72) betätigbar bei Erregung, um die zweite Abdeckung (50) zu der Öffnungsposition zu bewegen, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch betätigte Vorrichtung und die zweite Abdeckung (50) an einem Ende des Körpers (12) benachbart zu dem Hochdruckeinlassdurchlass (14) angeordnet sind, wobei der Hochdruckeinlassdurchlass (14) mit einer Ringzone (38) in Verbindung steht, wobei ein schalenförmiges Glied (40) in der erwähnten Ringzone (38) angeordnet ist und der zweite Ventilsitz (48) in dem napfförmigen Glied (40) geformt ist.
Anordnung (10) nach Anspruch 1, wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung einen elektromagnetischen Betätiger aufweist.
Anordnung (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung Mittel (60, 98) aufweist, welche die ersten und zweiten Abdeckungen (96, 50) in die geschlossene Position vorspannen.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung eine Elektromagnetspule (64) mit einem beweglichen Anker (52) aufweist, wobei die Ankerbewegung mit der Bewegung des Betätigers (114) der thermisch ansprechenden Mittel ausgerichtet ist.
Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung außerhalb des Ventilkörpers (12) angeordnet ist.
Anordnung (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die thermisch ansprechenden Mittel an einem Ende des Körpers (12) angeordnet sind, und wobei die elektrisch betätigte Vorrichtung an einem Ende des Körpers (12) entgegengesetzt zu dem erwähnten einen Ende angeordnet ist.
Verfahren zur elektrischen Steuerung einer Versorgung von Kühlmittel zu einem thermostatischen Expansionsventil (10), wobei Folgendes vorgesehen ist: ein Ventilkörper (12) mit einem Hochdruckeinlass (14), einem Auslass (16) mit reduziertem Druck und ein Ventilglied (96) bewegt bezüglich eines Ventilanschlusses (102) durch einen thermisch ansprechenden Betätiger (114) zur Steuerung des Flusses vom Einlass (14) zum Auslass (16), wobei folgendes vorgesehen ist: (a) Anordnen einer beweglichen Abdeckung (50) im Einlass stromaufwärts gegenüber dem beweglichen Ventilglied (96); (b) Anordnen eines elektrisch betätigten Betätigers (52, 53, 58, 60, 62, 64, 66, 68, 70, 72) am Ventilkörper (12) und Erregung des Betätigers und Bewegen der Abdeckung (50) und Öffnen der Kühlmittelversorgung zu dem erwähnten Ventilglied (96); dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren folgendes aufweist: (c) Anordnen eines napfförmigen Gliedes (40) in einer Ringzone (38) an einem Ende des Ventilkörpers (12) und Verbinden der Ringzone (38) mit dem Hochdruckeinlass (14); und (d) Formen eines Ventilsitzes (48) in dem napfförmigen Glied (40) für die Abdeckung (50).
Verfahren nach Anspruch 7, wobei der Schritt des Erregens des Betätigers das elektromagnetische Bewegen der Abdeckung (50) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, wobei der Schritt des Anordnens eines beweglichen Betätigers das Vorspannen des Betätigers in die geschlossene Position umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der Schritt des Anordnens eines elektrisch betätigten Betätigers das Anbringen des Betätigers am Ventilkörper (12) umfasst, und zwar an dem Ende entfernt von dem thermisch ansprechenden Betätiger (114).