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Gebiet der
Erfindung
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Diese
Erfindung betrifft allgemein Klimatisierungssysteme und insbesondere
ein Steuerventil für Kältemittel,
welches in einen Verdampfer eines Kraftfahrzeug-Klimatisiersystems eintritt.
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Hintergrund
der Erfindung
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Es
entspricht der herkömmlichen
Verfahrensweise bei Kraftfahrzeug-Klimatisiersystemen, ein Steuerventil
zu verwenden, um den Kältemittelstrom
in den Verdampfer zu regulieren. Das Steuerventil drosselt den Strom
der Kältemittelflüssigkeit, welche
von dem Kondensor in den Verdampfer gelangt, um dadurch den Druck
des Kältemittels,
welches in den Verdampfer eintritt zu reduzieren und für eine effiziente
Arbeitsweise des Systems zu sorgen.
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Im
US-Patent Nr. 5 479 786 ist eine strömungsregulierende Vorrichtung
offenbart und beansprucht, welche ein Element umfasst, welches abdichtend
in einer Leitung eines Klimatisiersystems aufgenommen ist. In dem
Element sind Durchgänge gebildet,
welche einen Einlass an einer Seite und einen Auslass an der anderen
Seite der Dichtung aufweisen. Ein auf Temperatur ansprechendes thermostatisches
Metallelement hat ein Ende, welches fest an dem Element montiert
ist, und ein entgegen gesetztes Ende, welches bewegbar ist, um mindestens einen
Teil des Einlasses eines Durchgangs in Abhängigkeit von der Temperatur
des thermostatischen Metallelements zu öffnen und zu schließen. Bei
bestimmten der in dem Patent offenbarten verschiedenen Ausführungsformen
ist das thermostatische Metallelement als Spirale ausgebildet, wobei
ein bewegbares Ende an eine drehbar an das Element montierte Hülse gekoppelt
ist und angepasst ist, in Abhängigkeit
von der Temperatur des thermostatischen Metallelements zu rotieren,
um den Betrag der Beschränkung
des Blockierens des Einlasses eines Durchgangs zu erhöhen, wenn
die Temperatur des Kältemittels,
und einhergehend des thermostatischen Metallelements, steigt.
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Strömungsventile,
welche in Übereinstimmung
mit den Lehren des obigen Patents hergestellt werden, sind sehr
effektiv bei der Variierung der Strömungsdrosselung als Antwort
auf die Kältemitteltemperatur
beim Austritt aus dem Kondensor, wobei eine höhere Drosselung der Strömung bei
hohen Temperaturen geliefert wird, welche durch Leerlauf oder Stop-and-Go-Fahrten
bei besonders hohen Umgebungstemperaturen verursacht werden, und
weniger Drosselung der Strömung
bei niedrigen oder Straßentemperaturen
geliefert wird, und wobei zwischen den zwei Extremen variable Strömung geliefert
wird, um eine verbesserte Kühlungseffizienz
zu erhalten. Jedoch kann unter besonders schweren Lastbedingungen
eine völlige
Drosselung zu einem exzessiven Druck des Kompressors führen, was
ein Außer-Eingriff-Bringen
der Kompressorkupplung zur Folge hat, so dass der Kompressor nicht
weiter von dem Motor angetrieben wird. Das führt wiederum zu wesentlichem
Verlust an Kühleffizienz
und zu einer allgemeinen Zunahme der Kabinentemperatur des Fahrzeugs.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist ein Ziel der gegenwärtigen
Erfindung, ein strömungsregulierendes
Ventil für
Klimatisierungssysteme zu liefern, welches die oben festgestellten
Beschränkungen
des Stands der Technik überwindet.
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist die Bereitstellung eines einfachen,
zuverlässigen
und relativ kostengünstigen
Ventils, welches die Kältemittelströmung in
einen Verdampfer reguliert, um eine effiziente Arbeitsweise eines
Klimatisierungssystems, insbesondere bei Hochlastbedingungen, zu
erhalten. Noch ein weiteres Ziel ist die Bereitstellung eines Steuerventils
zur Regulierung der Kältemittelströmung, welches
leicht hergestellt und montiert werden kann, und welches eine lange
Nutzungsdauer aufweist. Andere Ziele und Merkmale der Erfindung
werden im Folgenden teilweise offensichtlich und teilweise hervorgehoben.
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Kurz
gesagt umfasst ein Strömungsregulierventil,
welches in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt wurde, einen Körper, welcher in einer Leitung
eines Klimatisierungssystems mit Mitteln zur Bereitstellung einer
Dichtung zwischen dem Körper
und der Leitung aufnehmbar ist. Es ist mindestens ein Durchgang
vorgesehen, welcher sich von einer Einlassseite zu einer Auslassseite
des Dichtungsmittels erstreckt. Ein auf Temperatur ansprechendes
spiralförmiges
thermostatisches Metallelement hat ein Ende, welches relativ zu
dem Körper
fest montiert ist, und ein entgegen gesetztes Ende, welches an eine Hülse montiert
ist, welche drehbar an dem Körper montiert
ist. Die Hülse
hat erste und zweite Fenster, welche durch ein Stegelement einer
ausgewählten Breite
beabstandet sind. Die Hülse
wird durch das spiralförmige
thermostatische Metallelement in Abhängigkeit von der Temperatur
des Elements so zur Drehung veranlasst, dass bei niedrigen Temperaturen
das erste Fenster mit dem Einlass des Durchgangs ausgerichtet ist,
um eine maximale Kältemittelströmung durch
das Ventil zu erzielen, und wenn die Temperatur des Kältemittels
steigt, und dabei die Temperatur des thermostatischen Elements zunimmt,
bewegt sich das Stegelement über
den Einlass um variabel die Strömung
in Abhängigkeit
von der Temperatur des Elements zu drosseln, bis eine vollständige Drosselung
erreicht ist. Bei andauernder Zunahme der Temperatur, z.B. verursacht
durch Hochlastbedingungen, gelangt das zweite Fenster in Ausrichtung
mit dem Einlass, um die Drosselung zu verringern und den Kältemittelfluss
zu steigern, um exzessiven Kompressordruck und ein Außer-Eingriff-Gelangen
der Kompressorkupplung zu vermeiden.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Vorderansicht eines Strömungsregulierventils
im Querschnitt, welches in Übereinstimmung
mit dem Stand der Technik hergestellt ist, wobei ein Filterabschnitt
zu veranschaulichenden Zwecken entfernt wurde, und 2 ist
eine Endansicht desselben;
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3 ist
eine Vorderansicht eines Strömungsregulierventils
im Querschnitt, welches in Übereinstimmung
mit einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung, gezeigt in verkleinertem Maßstab, hergestellt wurde;
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4 ist
eine vergrößerte Draufsicht
des Ventils von 3 von oben, gezeigt ohne den
Diffusor am Auslassende;
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5 ist
eine vergrößerte Vorderansicht
der Struktur der 4, wobei das Filterelement im
Querschnitt gezeigt ist;
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6 ist
eine Vorderansicht des Ventilkörpers
des Ventils der 3, gezeigt in verkleinertem Maßstab;
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7 ist
eine Draufsicht des Ventilkörpers der 6 von
oben;
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8 ist
ein Schaubild, welches die Ergebnisse eines Tests zeigt, welcher
die Flüssigkeitsströmung durch
einen Ventilkörper
widerspiegelt, welcher eine Einzelfenstereinlasshülse bei
zunehmender und abnehmender Temperatur aufweist; und
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9 ist
ein Schaubild ähnlich
dem der 8, welcher die Ergebnisse eines
Tests eines Ventilkörpers
zeigt, welcher zwei verschiedene Einlasshülsen verwendet, welche erste
und zweite Fenster aufweisen, wobei eine ein Stegelement hat, welches
die Fenster um ungefähr
0.042 Inch trennt, und die zweite ein Stegelement hat, welches die Fenster
um ungefähr
0,048 Inch trennt.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
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Ein
Steuerventil nach dem Stand der Technik ist in 1 und 2 gezeigt. 1 zeigt
einen Querschnitt entlang einer Längsachse des Elements 26a,
welches aus geeignetem Material wie zum Beispiel Polytetrafluorethylen
mit niedrigem Reibungskoeffizienten gebildet ist. Das thermostatische
Metallelement 44 weist ein Ende 42 auf, welches
fest an der Hülse 38a befestigt
ist, welche wiederum fest in irgendeiner geeigneten Weise an dem
Element 26a befestigt ist, wie zum Beispiel durch Bereitstellung entgegen
gesetzter ebener Flächen
an dem Umfang des Elements 26a und durch Bildung der Hülse 38a mit
einer entsprechenden Konfiguration. Das bewegbare Ende 46 des
thermostatischen Elements 44 ist fest an einer Endkappe 54 befestigt,
welche drehbar an dem Einlassende des Elements 26a montiert
ist. Die Endkappe 54 ist mit einem bogenförmigen Schlitz 56 gebildet,
welcher mit dem Durchgang 31a des Durchgangs 28a ausgerichtet
ist. Der Durchgang 31a erstreckt sich über die gesamte längsgerichtete
Länge des
Elements 26a von dem Einfassende zu einem entgegen gesetzten
Auslassende. Eine zweite Öffnung,
Bohrung 58, ist in der Endkappe 54 gebildet, welche
in die und aus der Ausrichtung mit dem Durchgang 29a des
Durchgangs 28a bewegbar ist, welcher sich ebenfall über die
gesamte längsgerichtete
Länge des
Elements 26a erstreckt. Aufgrund der bogenförmigen Form
des Schlitzes 56 ist der Durchgang 31a für den gesamten
Bereich der Drehbewegung der Endkappe 54 für die in
Frage kommenden Temperaturen offen. Unter Arbeitsbedingungen, welche
nach dem geringeren Maß an
Strömungsdrosselung
verlangen, ist die Bohrung 58 mit dem Durchgang 29a ausgerichtet,
sodass Kältemittel
durch beide Durchgänge 29a und 31a des
Durchgangs 28a strömt,
aber wenn es einen Anstieg im Kondensordruck gibt, welcher zu einem
Anstieg in der Temperatur der Kältemittelflüssigkeit
führt,
rotiert das spiralförmige
thermostatische Element zu einer Winkelposition, in welcher der
Durchgang 29a völlig
oder teilweise blockiert ist, aber der Durchgang 31a offen
gelassen wird. Als ein Ergebnis ist die Strömung durch den Durchgang 28a weiter
gedrosselt und der Druck des Kältemittels,
welches das Steuerventil verlässt, ist
reduziert. Die Durchgänge 29a und 31a sind
beide aus kreisförmigen
Bohrungen geformt, welche einen Durchmesser von ungefähr 1,194
mm (0.047 Inch) aufweisen.
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Insbesondere
mit Bezug auf 3 ist ein variables Blendenventil
(orifice valve) 100 gezeigt, welches in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt ist, welches einen allgemein zylindrischen
Filtermantel 102 aufweist, in welchem der Ventilkörper 104 aufgenommen
ist. Der Ventilkörper 104 weist
einen ersten Durchgang 104a und einen zweiten Durchgang 104b auf,
welche sich von einer Einlassseite eines abdichtenden O-Ring-Mittels 106,
welches an dem Diffusor 108 montiert ist, zu einer Auslassseite 108a erstrecken.
Ein spiralförmiges
thermostatisches Metallelement 110 hat ein Ende 110a,
welches fest an dem Körper 104 montiert
ist, und ein entgegen gesetztes Ende, welches fest, zum Beispiel
durch Schweißen
an eine Einlasshülse 112,
welche drehbar an Körper 104 montiert
ist, montiert ist. Der Filtermantel 102 ist mit einem Maschenabschnitt 102a (4)
ausgestattet, welcher aus Nylon oder anderem geeigneten Material
gebildet ist, welches eine ausgewählte Maschenweite, wie zum
Beispiel 275 Mikrometer, aufweist, und der Diffusor 108 ist
mit einem Maschenabschnitt 108a ausgestattet, welcher aus
demselben oder einem ähnlichen
Material, welches eine andere ausgewählte Maschenweite, wie zum
Beispiel 130 Mikrometer, aufweist, gebildet sein kann.
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Wie
in 5 zu sehen ist, umfasst die Einlasshülse 112 einen
im Allgemeinen zylindrischen Körper
oder eine Seitenwand, welche aus geeignetem Material, wie zum Beispiel
rostfreiem Stahl gebildet ist, welche erste und zweite im Allgemeinen rechteckige
Fenster 112a bzw. 112b aufweist, welche durch
ein Stegelement 112c beabstandet sind, welches eine ausgewählte Breite
in der Umfangs- oder „w"-Richtung, wie in der Figur gezeigt,
aufweist. Die Fenster sind in die und aus der Ausrichtung mit dem im
Allgemeinen rechteckigen Einlass 104c des Durchgangs 104b in
dem Körper 104 bewegbar,
da die Hülse 112 rotiert,
wenn sich die helixförmige
Spirale 110 in Abhängigkeit
von Temperaturänderungen ausdehnt
und zusammen-zieht. Die Fenster sind in der Richtung der Längsachse 102a etwas
verlängert, um
jedweder in Längsrichtung
gleitenden Bewegung der Hülse
in Folge solcher Ausdehnung oder Kontraktion entgegen zu kommen.
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Während der
normalen Arbeitsweise wird die Hülse 112 so
angeordnet, dass sich der Einlass 104c irgendwo zwischen
einer maximalen Drosselung, wobei das Stegelement 112c mit
dem Einlass 104c ausgerichtet ist, und völliger Öffnung,
wobei das Fenster 112a mit dem Einlass 104c ausgerichtet
ist, befindet. Im Falle höherer
als normaler Arbeitstemperaturen, was einen Druckanstieg im Kompressor
zur Folge hätte,
beginnt das Fenster 112b, sich in Ausrichtung mit dem Einlass 104c zu
bewegen, um die Kältemittelströmung zu
steigern. Das verhindert, dass sich der Druck bis zu einem Niveau
aufbaut, welches dazu führen
würde,
dass die Kompressorkupplung außer
Eingriff gelangt.
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Mit
Bezug auf 8, welche eine Kurve der Strömung gegen
die Temperatur für
ein variables Einzelfensterventil darstellt, welches einen festen
und einen variablen Durchgang aufweist, welches in Wasser getestet
wurde und wobei steigende Temperatur bei „a" gezeigt ist und abnehmende Temperatur bei „b" gezeigt ist, ist
zu sehen, dass die Strömung bei
den höheren
Temperaturniveaus gedrosselt ist. In 9 sind die
Ergebnisse gleichartiger Tests zweier verschiedener Ventile gezeigt,
welche beide eine Doppelfensterhülse
aufweisen, welche in Übereinstimmung
mit der Erfindung hergestellt ist und mit einem Körper 104 verwendet
wird, welcher eine Öffnung
eines Einlasses 104c in der „w"-Richtung von ungefähr 1,118 mm (0.044 Inch) aufweist.
Die Kurven „c" und „d" repräsentieren
zunehmende bzw. abnehmende Temperaturen einer Einlasshülse, welche
ein Stegelement von ungefähr
1,219 mm (0.048 Inch) in der „w"-Richtung oder Umfangsrichtung
aufweist, ungefähr
0,1016 mm (0.004 Inch) mehr als die „w"-Abmessung der Einlassöffnung 104c.
Die Kurven „e" und „f" repräsentieren
zunehmende bzw. abnehmende Temperaturen einer Einlasshülse, welche
ein Stegelement von ungefähr
1,067 mm (0.042 Inch) in der „w"-Richtung aufweist,
ungefähr
0,0508 mm (0,002 Inch) weniger als die „w"-Abmessung der Einlassöffnung 104c.
Es ist zu erkennen, dass die Strömung
in beiden Ventilen von einem Minimum bei dem vollen Drosselniveau
bei etwas erhöhten
Temperaturen steigt, wenn die Temperatur weiter ansteigt. Es wird auch
festzustellen sein, dass die Kurve „f" für
abnehmende Temperatur der Kurve „e" für
steigende Temperatur dicht folgt, wohingegen die Kurve „d" relativ zur Kurve „c" einen größeren Hysteresegrad,
wie bei „g" im Vergleich mit „h" festgestellt, aufweist.
Obwohl folglich beide Ventile ein zunehmendes Strömungsniveau
von dem voll gedrosselten Zustand liefern, liefert das Ventil, welches
das 1,067 mm (0.042 Inch) Stegelement aufweist, weniger Hysterese
und wird bevorzugt, wenn die Temperaturen über die Temperaturniveaus steigen,
welche volle Drosselung verursachen.
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Mit
Blick auf das oben Erwähnte
wird zu erkennen sein, dass die verschiedenen Ziele der Erfindung
erreicht werden. Beim Ausführen
der Erfindung liefert eine zuverlässige, einfache und leicht
montierte Vorrichtung eine zusätzliche
Drosselung für
die Kältemittelströmung unter
Bedingungen eines hohen Kondensordrucks mittels eines auf Temperatur
ansprechenden thermostatischen Elements, gefolgt von einer verringerten
Drosselung, d.h. gesteigerter Strömung des Kühlmittels, wenn die Temperatur
weiter ansteigt, um zu vermeiden, dass der Kompressordruck auf ein
Niveau ansteigt, bei welchem die Kompressorkupplung außer Eingriff
gelangen würde,
was den Kompressor veranlasst, mit begleitendem Verlust an Kühlung zu
arbeiten.
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Man
wird sich bewusst sein, dass verschiedene Änderungen in der obigen Konstruktion
vorgenommen werden können,
ohne vom Umfang der Erfindung abzuweichen. Zum Beispiel kann die
rotierbare Hülse,
welche die durch ein Stegelement getrennten Fenster aufweist, eine
Endkappe des Körpers 104 auf
die in 1 gezeigte Weise des Stands der Technik mit einer
weiteren Öffnung,
welche benachbart zu der Öffnung 58 gebildet
ist, bilden, wobei die Wand der Endkappe zwischen den Öffnungen
als das Stegelement dient. Es ist beabsichtigt, dass all die Gegenstände, welche
in der obigen Beschreibung eingeschlossen oder in den begleitenden Zeichnungen
gezeigt sind, als veranschaulichend und nicht in einem einschränkenden
Sinn ausgelegt werden sollen.