JP6450011B2 - 空調用コンプレッサ向けの電気制御弁 - Google Patents

Description

本発明は、空調用コンプレッサ内、特に自動車のための空調用コンプレッサ内で使用するための電気制御弁に関する。電気制御弁は、空調用コンプレッサの高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流の制御およびクランクケース圧力領域から低圧領域内への冷媒流の制御を行う。

空調用コンプレッサの設計と動作モードはどちらも、たとえば、ＤＥ１０２０１１１１７３５４Ａ１から当業者には知られている。

空調用コンプレッサのクランクケーシング内には、圧力室内へ冷媒を汲み入れるために、複数のピストンが配置される。このプロセスでは、以下の説明から明らかになるように、揺動板を回転させることによって、ピストンの動きを案内する。

たとえばベルト駆動を介して回転される揺動板が、ゼロとは異なる傾斜角を有する場合、ピストンが揺動板の回転軸の周りを回るとき、ピストンの軸方向の行程運動（stroke movement）が引き起こされる。このプロセスでは、空調用コンプレッサの吸入室によって冷媒が吸い上げられ、圧力室内へ汲み入れられる。

吸入室は、空調用コンプレッサの低圧側コネクタに連結され、低圧側コネクタは、自動車内に搭載された状態で、空調システムの低圧領域に連結され、すなわち特にコンデンサの出口と連結される。圧力室は、空調用コンプレッサの高圧側出口に連結され、高圧側出口は、気候システムの高圧領域に連結され、特に熱交換器を介してコンデンサの入口と連結される。

押しのけ容積（displacement volume）を適合させるために、特に冷媒の流れを制御するために、空調用コンプレッサ内の揺動板の傾斜角を変動させることがすでに知られている。たとえば、空調用コンプレッサが最大押しのけ容積に事前設定されている場合、揺動板を後方へ旋回させることで、空調用コンプレッサのピストンの軸方向のハブ行程（hub stroke）が減少し、したがって押しのけ容積が低減される。

さらに、制御弁によって冷媒流のそのような制御を実行することが知られている。この目的で、制御弁は、高圧領域、低圧領域、およびクランクケース圧力領域（crankcase pressure area）に連結され、３つの領域間の冷媒の流れを制御する。

たとえば、制御弁が、１つの位置で、空調用コンプレッサの高圧領域とクランクケース圧力領域との間の連結を開放した場合、冷媒は高圧領域からクランクケース圧力領域内へ流れ、クランクケース圧力領域内に圧力上昇が生じる。

制御弁が、別の位置で、空調用コンプレッサのクランクケース圧力領域と低圧領域との間の連結を開放した場合、冷媒はクランクケース圧力領域から低圧領域内へ流れ、クランクケース圧力領域内に圧力降下が生じる。

クランクケース圧力領域内の圧力上昇が制御弁によって制御されると、揺動板は後方へ旋回する。したがって、空調用コンプレッサのピストンの軸方向の行程運動は減少し、空調用コンプレッサの押しのけ容積は低減される。したがって、空調システムの高圧領域内の圧力はこれ以上増大しない。

クランクケース圧力領域内の圧力降下が制御弁によって制御されると、揺動板は外に振れる（すなわち傾斜する）。したがって、空調用コンプレッサのピストンの軸方向の行程運動は増大し、空調用コンプレッサの押しのけ容積はより大きくなる。したがって、空調システムの高圧領域内の圧力はさらに増大する。

通常、揺動板は、ばね張力によって傾斜開始位置で保持され、その結果、クランクケース圧力領域内の圧力が後に降下した場合、揺動板は、開始位置内へ再び旋回し、空調用コンプレッサ内の押しのけ容積に関して開始位置を提供する。

制御弁１００の例示的な実現形態について、図１を使用して以下に説明する。この場合、制御弁１００は、高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流の制御およびクランクケース圧力領域から低圧領域内への冷媒流の制御をそれぞれ行う空調用コンプレッサに使用されるものとして、概略図に示されている。

制御弁１００の作動は、制御弁内の制御ピストン１０４を動かすことによって行われる。ここで制御ピストン１０４は、少なくとも１つの封止体１０８を有する作動ロッド１０６を備える。その結果、作動ロッド１０６は、制御ピストン１０４の長手方向およびその逆方向に動き、その結果、封止体１０８はそれぞれ、制御弁内で高圧領域とクランクケース領域との間の通路を開放または閉鎖する。

制御弁内の制御ピストン１０４の動きは、案内された動きとして行われることが多い。制御ピストンのピストン案内は、例として、制御弁のケーシング内の長手方向の穿孔によって実現することができる。さらに、ケーシング内には、高圧領域Ｐｄ、低圧領域Ｐｓ、およびクランクケース圧力領域Ｐｃの連結のために、横方向の凹部Ｐｓ、Ｐｄ、およびＰｃを設けることができる。

空調用コンプレッサの分野では、制御ピストンは、ニードルとも呼ばれることが多い。ここで、ニードルは、封止体（すなわち遮断体）が、円錐形になるように構成され、高圧領域とクランクケース圧力領域との間の通路およびクランクケース圧力領域と低圧領域との間の通路内で環状の入出開口と協働することを特徴とする。

制御ピストンの作動は、以下の説明にしたがって行われる。制御ピストン１０４が第１の位置内へ動かされた場合、制御弁１００（より厳密には封止体１０８）は、高圧領域Ｐｄからクランクケース圧力領域Ｐｃ内への通路を開放する。同時に、クランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間の通路は封止される（すなわち閉鎖される）。

その結果、冷媒は、高圧領域Ｐｄからクランクケース圧力領域Ｐｃ内へ流れることができ、そこで圧力の上昇をもたらすことができる。制御弁が第１の位置に入る結果、空調用コンプレッサは下方へ調節される。

制御ピストン１０４が第２の位置内へ動かされた場合、制御弁１００（より厳密には封止体１０８）は、クランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間の通路を開放する。同時に、高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間の通路は封止される（すなわち閉鎖される）。

その結果、冷媒は、クランクケース圧力領域Ｐｃから低圧領域Ｐｓ内へ流れ、クランクケース圧力領域内で圧力の降下をもたらす。制御弁が第２の位置に入る結果、空調用コンプレッサは上へ調節される。

制御ピストンの動きは、作動ロッド１０６の側に配置された電磁環状コイル１０２によってもたらされる。環状コイル１０２内へ電力が供給された場合、コイルの内部に磁場が誘導され、この磁場は、環状コイル内に配置された制御ピストン１０４の作動ロッド１０６の端部と相互作用する。

有利には、環状コイル１０２内に配置された制御ピストン１０４の作動ロッド１０６の端部は、強磁性体材料から形成される。

電磁環状コイルによって動作する制御弁内では、第１の位置と第２の位置との間の制御ピストンの動きの制御は厳密でない。環状コイル１０２と環状コイル１０２内に配置された制御ピストン１０４の作動ロッド１０６の端部との間の機械的および磁気的相互作用の結果、環状コイル１０２内へ供給される電力に関して、制御ピストン１０４の動きにヒステリシスが生じる。

さらに、高圧領域および低圧領域内で制御ピストンの封止体にそれぞれ作用する高圧および低圧は可変であり、誘導される磁場に対して反対に作用する。したがって、例として、高圧領域内がより高圧である場合、たとえば制御ピストンを１つの位置から第２の位置へ動かすには、より強い磁場が必要とされる。

さらに、制御弁の厳密な制御は、制御ピストンの位置を確認するという複雑な性質のために不都合であり、たとえば制御ピストンを閉位置で維持するのにさえ電磁環状コイル内の電流の一定の流れが必要になるため、エネルギー効率が悪い。

本発明の根本は、制御ピストンの動きの厳密な制御を可能にする制御弁を提供するという目的を定めている。さらに、本発明の目的は、言わば、費用効果が高いと同時にエネルギー効率よく機能する制御弁を提供することである。

上記の目的の少なくとも１つは、独立請求項に記載する本発明によって実現される。有利な発展形態は、従属請求項にて述べる。

本発明の根本によれば、高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流の制御およびクランクケース圧力領域から低圧領域内への冷媒流の制御を行うために空調用コンプレッサ内で使用されるように特に設計された電気制御弁が提案される。制御弁は、２つの異なる位置で高圧領域とクランクケース圧力領域の連結およびクランクケース圧力領域と低圧領域の連結を行う制御ピストンを備える。さらに、制御弁は、制御ピストンを上記２つの位置間で前後に動かす電気モータを備える。制御弁は、電気モータによって動かされた制御ピストンの位置を確認するセンサを備える。さらに、制御弁は、センサによって確認された制御ピストンの位置に応じて、電気モータによる制御ピストンの動きを用いて冷媒流を制御する制御ユニットを備える。

本発明に関連して、「モータ」または「電気モータ」という用語は、回転を介して電気エネルギーを機械運動に変換するデバイスを示す。この文脈では、モータまたは電気モータという用語は、回転を用いて制御ピストンを動かすステータおよびロータの存在を意味する。その結果、回転を用いて制御ピストンを動かさないそのようなデバイス（たとえば並進を用いる）はすべて、モータまたは電気モータという用語に含まれない。

有利には、モータ内の回転を用いる制御ピストンの動きは、制御ピストンを制御弁の２つの異なる位置（すなわち開位置および閉位置）で厳密に位置決めすることを可能にする。制御ピストンが電気モータ内の回転を用いて動くとき、モータ内に設けられたロータをステータに対して厳密な角度で位置決めすることが可能であり、その結果、封止体に作用する反対圧力（counterpressure）をさらに補償する必要はない。

言い換えれば、上記２つの位置間における前後運動の精度の増大という電気制御弁の利点は、モータ内の回転運動を制御ピストンの並進運動に機械的に変換することによって実現される。同時に、電気環状コイルと比較して、モータを使用することで、制御ピストンが制御弁の２つの異なる位置間を動く際の供給力をより強くすることが可能になり、その結果、たとえば、高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流をより良好に閉鎖することができる。

同時に、ほとんどヒステリシスがないこと、電流を保持する必要がないため、エネルギー効率が増大すること（たとえば電磁環状コイル参照）、たとえば電気的な再起動（たとえばハードリセット）後に制御ピストンの位置をより厳密に確認するために、追加のセンサを用いて位置確認が改善されること、制御弁を作製するコストが低減されること、制御弁の全体的なサイズが低減されること、電磁環状コイルの節約によりその重量が節約されることという利点が実現される。

本発明をよりよく理解するために、これについて、以下の図に示す例示的な実施形態を使用してより詳細に説明する。これらの図では、同一の部分に同一の参照番号および同一の構成要素名を与える。さらに、図示および記載する設計からの個々の特徴または特徴の組合せは、個々の独立した発明的解決策または本発明による解決策を示すことができる。

高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流を制御する空調用コンプレッサ向けの制御弁の概略図である。 空調用コンプレッサ向けの本発明による制御弁の概略図であり、空調用コンプレッサの下方調節に対応する第１の位置にある制御弁を示す。 空調用コンプレッサ向けの本発明による制御弁の概略図であり、空調用コンプレッサの部分的な上方調節に対応する中間位置にある制御弁を示す。 空調用コンプレッサ向けの本発明による冷媒流を制御する制御弁の概略図であり、空調用コンプレッサの上方調節に対応する第２の位置にある制御弁を示す。

図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照して、以下、高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流またはクランクケース圧力領域から低圧領域内への冷媒流を制御する空調用コンプレッサ向けの制御弁の本発明の一般原理について、より詳細にまず説明する。

図２ａ、図２ｂ、および図２ｃでは、第１の例示的な実施形態の空調用コンプレッサ向けの本発明による制御弁を示し、さらなる例示的な実施形態について、この説明でより詳細に説明する。制御弁のすべて例示的な実施形態は、制御ピストンを制御弁の２つの異なる位置内に厳密に位置決めすることを可能にする。

制御弁２００は、空調用コンプレッサ（図示せず）の高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流の制御およびクランクケース圧力領域から低圧領域内への冷媒流の制御をそれぞれ行う。この目的で、制御弁は、空調用コンプレッサの高圧領域に連結する連結部Ｐｄと、空調用コンプレッサのクランクケース圧力領域に連結する連結部Ｐｃと、空調用コンプレッサの低圧領域に連結する連結部Ｐｓとを備える。

制御弁２００は、制御ピストン２０４をさらに備え、制御ピストン２０４は、制御弁２００内で２つの異なる位置を占めることができる。ここで、制御ピストン２０４は、少なくとも１つの封止体２０８を有する作動ロッド２０６を備える。

２つの異なる位置のうちの第１の位置で、制御ピストン２０４は、高圧領域をクランクケース圧力領域に連結する。２つの異なる位置のうちの第２の位置で、制御ピストン２０４は、クランクケース圧力領域を低圧領域に連結する。

本発明では、制御弁２００の作動は、制御ピストン２０４を２つの位置に位置決めすることによって行われ、高圧領域からクランクケース圧力領域内への通路およびクランクケース圧力領域から低圧領域内への通路はそれぞれ、制御ピストン２０４によって適当に開放または閉鎖される。

制御弁２００は、電気モータ２０２をさらに備え、電気モータ２０２は、制御ピストン２０４を２つの位置間で前後に動かす。電気モータ２０２の使用は、制御ピストン２０４が回転を用いて２つの位置間で動くことを意味する。厳密には、電気モータ２０２のこの回転運動は、本発明において、制御ピストン２０４の位置決めを厳密な角度で実施することができるために有利である。

さらに、制御弁２００は、電気モータ２０２によって動かされた制御ピストン２０４の位置を確認するセンサ２１０と、センサ２１０によって確認された制御ピストン２０４の位置に応じて、電気モータ２０２によって制御ピストン２０４の動きを用いて冷媒流を制御する制御ユニット２１２とを備える。

電気モータ２０２、センサ２１０、および制御ユニット２１２の相互作用において、制御ピストン２０４を制御弁２００の２つの異なる位置で位置決めする精度の改善という本発明によるさらなる利点が実現される。有利には、制御ユニット２１２内でセンサ２１０によって、目標値と実際値とのずれを確認することができる。

言い換えれば、目標値（基準変数）と、センサ２１０によって確認された制御ピストンの位置に対応する実際値（制御変数）とを使用して、モータ２０２をトリガするように制御ユニット２１２を適合させることで、制御ピストン２０４が動くときの擾乱の影響（擾乱変数（disturbance variables））を最小にすることが可能である。

さらに、有利には、制御弁または空調用コンプレッサの異なる特徴を制御ユニット２１２内に可逆的に設けることができ、これらの特徴は、制御ピストンの位置を介して、高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流に適した厳密な制御を伝達する。

本発明による制御弁の有利な発展形態によれば、制御ピストンは、２つの位置間で可動であり、その結果、制御弁の高圧領域とクランクケース圧力領域との間およびクランクケース圧力領域と低圧領域との間の連結部の断面が連続可変になる。

その結果、制御ピストンの前後運動によって、制御ピストンは、制御弁が高圧領域およびクランクケース圧力領域を互いに連結する第１の位置と、制御弁がクランクケース圧力領域および低圧領域を互いに連結する第２の位置とに位置決めされるだけでなく、第１の位置と第２の位置との間に位置する中間位置へも動かされる。したがって、制御ピストンの第１の位置および第２の位置は、制御ピストンの動きに関して最大変位位置（positions of maximum displacement）に対応する。

さらに、本発明による制御弁の有利な発展形態では、制御弁のケーシングが２つの異なる位置間の制御ピストンの動きを案内することが想定される。言い換えれば、有利な発展形態では、制御弁のケーシングは、制御ピストンの動きを２つの異なる位置間で制限するように、ガイドとして設計される。

本発明による制御弁のさらに有利な発展形態によれば、制御ピストンの動きは、２つの位置間の螺旋運動の形態または直線運動の形態で行われる。特に螺旋運動の場合、制御ピストンの前後運動が回転角および螺旋形の特徴的な曲線に応じて設定されるため、特に電気モータによって制御ピストンを厳密に位置決めすることが可能になる。

さらに有利な発展形態では、本発明による制御弁は、歯車機構をさらに備え、電気モータは、歯車機構を用いて制御ピストンの位置を前後に動かす。この場合、歯車機構は、たとえば、モータの回転運動を並進運動に機械的に変換して制御ピストンを２つの異なる位置間で動かすことを可能にする。

歯車機構はまた、制御ピストンが動かされる前の電気モータの回転運動の力またはトルクの適合性に関して有利である。最後に記載した有利な発展形態の例示的な実装形態は、ウォーム歯車機構またはベベル歯車機構を構成する。

高圧領域およびクランクケース圧力領域ならびにクランクケース圧力領域および低圧領域がそれぞれ互いに連結される２つの異なる位置で、モータが高トルクであるとき、制御ピストンは、それぞれの他の連結部、すなわちクランクケース圧力領域と低圧領域との間または高圧領域とクランクケース圧力領域との間の連結部がそれぞれ特にしっかり封止されるように動かされることが、特に強調されるべきである。したがって、制御弁が使用されるとき、効率が増大する。

本発明による制御弁のさらに有利な発展形態では、電気モータがサーボモータとして設計され、センサを組み込むことが想定される。この場合、この実現形態は、制御ピストンの位置を確認するための制御弁内の追加のセンサを不要にするために有利である。この構造のため、サーボモータ内へ組み込まれたセンサは、モータシャフトの回転位置を検出するが、モータシャフトの回転位置は、制御ピストンの位置に直接依存する。

特に、サーボモータおよび歯車機構によってすぐ上に記載した例示的な発展形態の組合せの場合、センサは、サーボモータのモータシャフトの回転位置および歯車機構の既知の伝達比に応じて制御ピストンの位置を確認するように適合される。この場合、制御ピストンの位置がモータの回転運動および歯車機構の伝達比に直接依存することを利用して、制御ピストンの位置を確認するための制御弁内の追加のセンサを不要にすることが可能である。

別の有利な発展形態では、本発明による制御弁のセンサは、ホールセンサとして設計される。磁場の変化として制御ピストンの動きから制御ピストンの位置を確認することが可能である。制御弁の異なる構造は、磁場の変化としての位置のそのような確認を可能にする。

一方では、例として、少なくともセンサに面する制御ピストンの端部に磁性を与えることができ、またはこの端部は、磁石（好ましくは永久磁石）を備えることができる。その結果、制御ピストンの動きが磁場の変化を直接引き起こし、したがってホールセンサとして設計されたセンサによってこの動きを確認することが可能になる。有利な構成では、制御ピストンに永久磁石が設けられ、永久磁石はホールセンサに対向して配置される。

他方では、例として、少なくともセンサに面する制御ピストンの端部を金属または金属合金から形成することができ、その結果、制御ピストンの動きが遮蔽または集束によって外部の磁場を間接的に変化させ、したがってホールセンサとして設計されたセンサによって変化を確認することが可能になるようにこの磁場を制御する。

そのような発展形態は、この配置により、制御ピストンの磁性が与えられた端部または制御ピストンに取り付けられた磁石をセンサと同一平面上に配置する必要がもはやないため、特に本発明による制御センサを小型化する場合に有利である。逆に、横方向に配置された永久磁石によって外部の磁場を生成することもでき、その結果、長手方向軸における制御弁の構造高さを低減させることができる。

本発明による制御弁のさらに有利な発展形態によれば、ホールセンサは、少なくとも制御ピストンの２つの異なる位置のうちの１つにおいて、ホールセンサ上に配置された永久磁石に接し（たとえば取り囲む）、したがって放出される磁場を外部擾乱から遮蔽するように設計される。別法として、同じ効果はまた、制御ピストンの１つの位置で、制御ピストンに配置された永久磁石によってホールセンサを配置することによって自然に生成される。

この発展形態は、制御ピストンの位置の１つでホールセンサによって永久磁石に接する（または逆も同様である）ことによって、この位置が外部の磁場による擾乱とは無関係に確認されるために有利である。

特に、そのような発展形態はまた、擾乱とは無関係のこの制御ピストン位置でセンサの較正を可能にし、これは、たとえば温度の変動および永久磁石の放出された磁場の関連する変化を補償する上で有利である。その結果、このようにして、本発明による制御弁内の制御ピストンの位置を確認するときの精度を改善することもできる。

さらに、本発明による制御弁の有利な発展形態では、ホールセンサが制御ピストンを動かすことなく制御ピストンの２つの異なる位置のうちの少なくとも１つを確認するように設計されることが想定される。この目的で、ホールセンサは、たとえば、測定された磁場強度が、制御ピストンの２つの異なる位置のうちの少なくとも１つに割り当てられた磁場強度に対する事前に保存された（任意選択で再較正することが可能）基準値と比較されるように設計することができる。

本発明による制御弁の別の有利な発展形態では、ホールセンサが磁場強度（すなわち絶対磁場強度）に対する事前に保存された基準値なしで機能することが想定される。この場合、ホールセンサは、磁場強度の測定された変化が、制御ピストンを動かすための電気モータのトリガ信号と比較されるように適合される。

たとえば、電気モータが均一の信号でトリガされた場合、電気モータは、制御ピストンを２つの位置間で直線的に動かす。制御ピストンがホールセンサから離れる方へ動くとき、制御ピストンがホールセンサからさらに離れれば離れるほど、測定される磁場強度の変化は低減される。したがって、このようにしてホールセンサによって、磁場強度の変化を使用して、制御ピストンの距離、したがって位置も確認することができる。

本発明による制御弁のさらに有利な発展形態によれば、制御部は、センサによって確認された制御ピストンの位置およびパルス幅変調（すなわちＰＷＭ）入力信号に応じて、電気モータによる制御ピストンの動きを用いて冷媒流が制御されるように設計される。たとえば、ＰＷＭ入力信号の周波数は４００Ｈｚであり、または言い換えればパルス幅持続時間は１秒の１／４００である。

その結果、これにより、提供されるＰＷＭ入力信号をトリガするための既存の空調用コンプレッサとの後方互換性が特に保証される。

さらに、本発明による制御弁の有利な発展形態では、制御部は、少なくとも部分的に、パルス幅変調入力信号によって提供される電力が、モータによって制御ピストンを動かすために、およびセンサによって制御ピストンの位置を確認するために使用されるように設計される。その結果、制御弁への追加の電源は不要になる。

図２ａ、図２ｂ、および図２ｃを参照して、本発明による制御弁内の制御ピストンの３つの例示的な位置について、例示的な実施形態によって以下により詳細に説明する。

第１の例示的な実施形態によれば、本発明による制御弁２００が、図２ａ、図２ｂ、および図２ｃに示されている。ここで、制御弁２００は、前述した制御ピストン２０４、電気モータ２０２、センサ２１０、および制御ユニット２１２を備える。

繰り返しを避けるため、この文脈では、特に空調用コンプレッサ内で高圧領域Ｐｄからクランクケース圧力領域Ｐｃ内への冷媒の流れおよびクランクケース圧力領域Ｐｃから低圧領域Ｐｓ内への冷媒の流れを制御弁がそれぞれどのように可能にするかについて説明する上記の記載を参照するのみとする。

第１の例示的な実施形態によれば、制御弁２００の制御ピストン２０４は、作動ロッド２０６と、作動ロッド２０６の一方の端部に位置する封止体２０８とを備える。作動ロッド２０６および封止体２０８は、図示の第１の例示的な実施形態のように、単体から構築される（すなわち形成される）。

ここで、制御ピストン２０４の作動は、作動ロッド２０６を動かす電気モータ２０２によって実施される。作動ロッド２０６と封止体２０８との間の機械的な結合のため、この動きは封止体２０８へ伝達される。例示的な実施形態では、作動ロッド２０６の作動は、制御弁２００の長手方向において直線運動として行われ、この単体構造によって、封止体２０８へ等しく伝達される。

制御弁２００の制御ピストン２０４が第１の位置内へ動かされた場合、封止体２０８は、高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間の通路を開放する（たとえば図２ａ参照）。その結果、冷媒は、空調用コンプレッサの高圧領域Ｐｄからクランクケース圧力領域Ｐｃ内へ流れることができ、そこで（すなわち空調用コンプレッサのクランクケース内で）圧力の上昇をもたらすことができる。制御弁が第１の位置に入る結果、空調用コンプレッサは下方へ調節される。

同時に、制御ピストンの第１の位置で、クランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間の通路は封止される（すなわち閉鎖される）。その結果、冷媒は、クランクケース圧力領域から低圧領域内へ流れることができず、クランクケース内で圧力の降下をもたらすことはできない。

制御弁２００の制御ピストン２０４が第２の位置内へ動かされた場合、封止体２０８は、クランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間の通路を開放する（たとえば図２ｂおよび図２ｃ参照）。その結果、冷媒は、空調用コンプレッサのクランクケース圧力領域Ｐｃから低圧領域Ｐｓ内へ流れることができ、クランクケース内で圧力の降下をもたらすことができる。制御弁が第２の位置に入る結果、空調用コンプレッサは上方へ調節される。

同時に、制御ピストンの第２の位置で、高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間の通路は封止される（すなわち閉鎖される）。その結果、冷媒は、高圧領域からクランクケース圧力領域内へ流れることができず、そこで（すなわち空調用コンプレッサのクランクケース内で）圧力の上昇をもたらすことはできない。

例示的な実施形態によれば、制御ピストン２０４は、２つの位置間（すなわち第１の位置と第２の位置との間）で可動であり、その結果、制御弁の高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間およびクランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間の連結部の断面がそれぞれ連続可変になる。

その結果、制御ピストンの前後運動によって、制御ピストンは、制御弁が高圧領域およびクランクケース圧力領域を互いに連結する第１の位置と、制御弁がクランクケース圧力領域および低圧領域を互いに連結する第２の位置とに位置決めされるだけでなく、第１の位置と第２の位置との間に位置する中間位置へも動かされる。したがって、制御ピストンの第１の位置および第２の位置は、制御ピストンの動きに関して最大変位位置に対応する。

たとえば、図２ｂは、空調用コンプレッサの部分的な上方調節に対応する制御ピストン２０４の中間位置を示す。この中間位置で、制御弁２００内の制御ピストン２０４の位置によって制御されるチャネルの横断面は、クランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間で低減される。

有利な発展形態では、チャネルの横断面の低減は、制御ピストン２０４が中間位置で、制御弁２００の高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間またはクランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間のチャネルをそれぞれ解放することのみによって生成される。

たとえば、中間位置で、制御ピストン２０４は、この目的で、クランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間のチャネルを解放する制御ピストン２０４内の開口が、クランクケース圧力領域Ｐｃおよび低圧領域Ｐｓの連結のために、制御弁２００のケーシング内の凹部ＰｃおよびＰｓの一方からずれて設けられるように位置決めすることができる。制御弁２００内の制御ピストン２０４の対応する中間位置が、図２ｂに示されている。

たとえば、別の中間位置で、制御ピストン２０４はまた、言わば、高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間のチャネルを解放する制御ピストン２０４内の開口が、高圧領域Ｐｄおよびクランクケース圧力領域Ｐｃの結合のために、制御弁２００のケーシング内の凹部ＰｄおよびＰｃの一方からずれて設けられるように位置決めすることができる。

しかし、制御弁２００の制御ピストン２０４は、いかなる中間位置においても、３つすべての領域間の連結、すなわち高圧領域Ｐｄと、クランクケース圧力領域Ｐｃと、低圧領域Ｐｓとの間の連結は可能でないように設計されることが、特に強調されるべきである。したがって、高圧領域Ｐｄと低圧領域Ｐｓとの間のショートサーキットの可能性は除外される。

空調用コンプレッサの分野で一般的であるように、制御ピストン２０４をニードルと呼ぶこともできる。ここで、ニードルは、封止体２０８（すなわち遮断体）が、円錐形になるように設計され、高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間およびクランクケース圧力領域Ｐｃと低圧領域Ｐｓとの間で制御弁２００のケーシング内の環状の凹部Ｐｄおよび／またはＰｓと協働することを特徴とする。

図２ａ、図２ｂ、および図２ｃの制御弁２００の例示的な実施形態では、制御ピストン２０４は、中空のニードルとして設計され、ニードル内で制御弁に対して長手方向に向けられた凹部（たとえば長手方向の穿孔）は、制御弁２００が開放されたとき、高圧領域Ｐｄとクランクケース圧力領域Ｐｃとの間の通路を形成する。

さらに、制御弁２００のこの例示的な実施形態では、封止体２０８とは反対側の作動ロッド２０６の端部に、センサ２１０に面する永久磁石２２０が配置される。センサ２１０は、ホールセンサとしてさらに設計される。

さらに、図示の例示的な実施形態の制御弁２００は、制御ユニット２１２に連結された電気的連結部２２２を備え、電気的連結部２２２を介して、たとえばパルス幅変調入力信号が入力される。センサ２１０および電気モータ２０２はそれぞれ、制御ユニット２１２に電気的に連結される。

１００、２００ 制御弁
１０２ 電磁環状コイル
２０２ 電気モータ
１０４、２０４ 制御ピストン
１０６、２０６ 作動ロッド
１０８、２０８ 封止体
２１０ センサ
２１２ 制御ユニット
２２０ 永久磁石
２２２ 連結部

Claims (14)

1. 高圧領域からクランクケース圧力領域内への冷媒流の制御および前記クランクケース圧力領域から低圧領域内への冷媒流の制御を行うための空調用コンプレッサ向けの電気制御弁であって、
   第１の位置で前記高圧領域と前記クランクケース圧力領域を連結し、第２の位置で前記クランクケース圧力領域と前記低圧領域を連結する制御ピストンと、
   前記制御ピストンを前記第１の位置および前記第２の位置の間で前後に動かす電気モータと、
   前記電気モータによって動かされた前記制御ピストンの位置を確認するセンサと、
   前記センサによって確認された前記制御ピストンの前記位置に応じて、前記電気モータによる前記制御ピストンの動きを用いて前記冷媒流を制御する制御ユニットと、を備え、
   前記制御ピストンは、前記第１の位置と前記第２の位置の間において、第１の中間位置または第２の中間位置に移動可能であり、
   前記第１の中間位置では、前記低圧領域と遮断された状態で、前記高圧領域と前記クランクケース圧力領域が前記第１の位置よりも小さな流路面積で連結され、
   前記第２の中間位置では、前記高圧領域と遮断された状態で、前記クランクケース圧力領域と前記低圧領域が前記第２の位置よりも小さな流路面積で連結される、
   制御弁。
2. ２つの異なる位置間の前記制御ピストンの前記動きを案内するケーシングをさらに備える、
   請求項１に記載の制御弁。
3. 前記制御ピストンと前記ケーシングとの間に配置された１つまたは複数の封止デバイスをさらに備える、
   請求項２に記載の制御弁。
4. 前記モータは、前記２つの異なる位置間の螺旋運動または直線運動の形態で、前記制御ピストンを前記２つの異なる位置間で前後に動かす、
   請求項１から３のいずれか一項に記載の制御弁。
5. 歯車機構をさらに備え、
   前記電気モータは、前記歯車機構を用いて前記制御ピストンの前記位置を動かす、
   請求項１から４のいずれか一項に記載の制御弁。
6. 前記歯車機構は、ウォーム歯車機構またはベベル歯車機構として設計される、請求項５に記載の制御弁。
7. 前記電気モータは、サーボモータとして設計され、前記センサを備える、
   請求項１から６のいずれか一項に記載の制御弁。
8. 前記センサは、ホールセンサとして設計され、前記制御ピストンの前記動きは、磁場の変化として確認される、
   請求項１から７のいずれか一項に記載の制御弁。
9. 前記ホールセンサに対向して前記制御ピストンに配置された永久磁石をさらに備える、請求項８に記載の制御弁。
10. 前記ホールセンサは、少なくとも前記制御ピストンの前記２つの異なる位置のうちの１つにおいて、前記ホールセンサ上に配置された前記永久磁石に接するように設計される、
    請求項９に記載の制御弁。
11. 前記ホールセンサは、前記制御弁を動かすことなく前記制御弁の前記２つの異なる位置のうちの少なくとも１つを確認するように設計される、
    請求項８から１０のいずれか一項に記載の制御弁。
12. 前記制御ユニットは、前記センサによって確認された前記制御ピストンの前記位置およびパルス幅変調入力信号に応じて、前記電気モータによる前記制御ピストンの動きを用いて前記冷媒流が制御されるように設計される、
    請求項１から１１のいずれか一項に記載の制御弁。
13. 前記制御ユニットは、少なくとも部分的に、前記パルス幅変調入力信号によって提供される電力が、前記モータによって前記制御ピストンを動かすために、および前記センサによって前記制御ピストンの前記位置を確認するために使用されるように設計される、
    請求項１から１２のいずれか一項に記載の制御弁。
14. 高圧領域、低圧領域、およびクランクケース圧力領域を有する空調用コンプレッサであって、
    請求項１から１３のいずれか一項に記載の制御弁をさらに備える空調用コンプレッサ。
    

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