CN113646530A - 容量控制阀 - Google Patents

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CN113646530A CN202080026542.XA CN202080026542A CN113646530A CN 113646530 A CN113646530 A CN 113646530A CN 202080026542 A CN202080026542 A CN 202080026542A CN 113646530 A CN113646530 A CN 113646530A
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神崎敏智
高桥涉
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Abstract

本发明提供一种控制精度高的容量控制阀。该容量控制阀(V)具备：阀壳体(10)，其形成有供吸入压力(Ps)的吸入流体通过的吸入口(13)和供控制压力(Pc)的控制流体通过的控制口(15)；压力驱动部(61)，其通过吸入流体而受到收缩方向的力；以及主阀(50)，其由从压力驱动部(61)受到开阀方向的力的阀芯(51)和供阀芯(51)接触或分离的阀座(53)构成，其中，阀芯(51)配置为通过控制流体而受到向关闭方向的力。

Description

容量控制阀
技术领域
本发明涉及一种对工作流体的容量进行可变控制的容量控制阀，例如，涉及一种根据压力对汽车的空调***中使用的可变容量型压缩机的排出量进行控制的容量控制阀。
背景技术
汽车等的空调***中使用的可变容量型压缩机具备：由发动机进行旋转驱动的旋转轴、倾斜角度可变地与旋转轴连结的斜板、以及与斜板连结的压缩用活塞等，通过使斜板的倾斜角度变化，来使活塞的行程量变化以控制流体的排出量。使用容量控制阀，利用吸入流体的吸入室的吸入压力Ps、排出由活塞加压的流体的排出室的排出压力Pd、以及收纳了斜板的控制室的控制压力Pc，并对控制室内的压力进行适当控制，由此，该斜板的倾斜角度能够连续地变化。
这样的容量控制阀用于通过使一体地安装于波纹管的阀芯沿轴向移动而产生使控制压力Pc与吸入压力Ps均衡的流动，其中，在阀芯上作用有使该阀芯向打开方向移动的控制压力Pc，在收纳有波纹管的空间中供给吸入室的吸入压力Ps。
在可变容量型压缩机的连续驱动时，容量控制阀通过控制压力Pc和吸入压力Ps使阀芯沿轴向移动，从而开闭主阀以调整可变容量型压缩机的控制室的控制压力Pc。通过控制可变容量型压缩机中的控制室的压力，斜板相对于旋转轴的倾斜角度连续地变化，活塞的行程量会变化而使排出的流体的排出量增减，调节空调***的冷却能力(参见专利文献1)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利第3783434号公报(第20页至第22页、图11)
发明内容
发明要解决的课题
然而，在专利文献1中，在可变容量型压缩机的连续驱动时，容量控制阀虽然能够通过控制室的控制压力Pc和吸入室的吸入压力Ps来自主地控制控制室的控制压力Pc，但由于控制压力Pc作用于使阀芯向打开方向起作用的方向，因此当由于外部的振动等而使控制压力Pc瞬间变高时，阀芯有可能因误动作而打开。此外，在阀芯打开时，控制压力Pc的控制流体流入吸入室内，有可能作用于使波纹管过度收缩的方向。
本发明是着眼于这样的问题而完成的，其目的在于提供一种控制精度高的容量控制阀。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的容量控制阀具备：
阀壳体，其形成有供吸入压力的吸入流体通过的吸入口和供控制压力的控制流体通过的控制口；
压力驱动部，其通过所述吸入流体而受到收缩方向的力；以及
主阀，其由从所述压力驱动部受到开阀方向的力的阀芯和供该阀芯接触或分离的阀座构成，
其中，所述阀芯配置为由于所述控制流体而受到向关闭方向的力。
由此，阀芯通过控制流体而受到向关闭方向的力，因此即使控制流体的控制压力以增大的方式变动，也不会发生主阀打开那样的误动作。此外，能够将该容量控制阀应用于基于控制压力的增加而使活塞的行程量变动的类型的可变容量型压缩机。
也可以是，在所述阀壳体上形成有贯通孔，在该贯通孔中可滑动地配置有从所述压力驱动部向所述阀芯传递力的杆。
由此，即使在主阀打开时控制压力的控制流体从控制口流入吸入口，也能够抑制向压力驱动部的流入，因此压力驱动部通过吸入流体的吸入压力而高响应性地进行感应。
也可以是，在所述阀壳体中配置有对所述阀芯向关闭方向施力的弹簧。
由此，在主阀关闭时阀芯被向阀座施力，而在主阀打开时阀芯从杆和弹簧受到彼此相反方向的力，因此即使产生振动等也能够稳定地维持主阀的关闭、打开状态。
也可以是，所述阀芯为球体。
由此，能够充分确保阀芯从吸入流体和控制流体受压的受压面积。
也可以是，具备固定于所述阀壳体并且收纳所述压力驱动部的外壳，在该外壳上形成有供吸入压力的吸入流体流通的第二吸入口。
由此，能够通过简单的结构使收纳压力驱动部的空间与配置主阀的空间独立并隔离。
附图说明
图1是示出实施例的容量控制阀的结构的剖视图；
图2是示出实施例的容量控制阀的主阀关闭的状态的剖视图；
图3是示出实施例的容量控制阀的主阀打开的状态的剖视图；
图4是示出变形例的容量控制阀的结构的剖视图。
具体实施方式
以下，根据实施例对用于实施本发明的容量控制阀的方式进行说明。
[实施例]
参照图1至图3，对实施例1的容量控制阀进行说明。以下，将从图1的正面侧观察时的左右侧作为容量控制阀的左右侧进行说明。
本发明的容量控制阀V组装在汽车等的空调***中使用的未图示的可变容量型压缩机中，通过对制冷剂即工作流体(以下简称为“流体”)的压力进行可变控制，来控制可变容量型压缩机的排出量，将空调***调整至所希望的制冷能力。
首先，对可变容量型压缩机进行说明。可变容量型压缩机具有外壳，该外壳具备排出室、吸入室、控制室和多个缸体。另外，在可变容量型压缩机中设置有将控制室与排出室直接连通的未图示的连通路，在该连通路中设置有用于对控制室和排出室的压力进行平衡调整的固定节流孔(参照图1)。
另外，可变容量型压缩机具备：旋转轴，其由设置在外壳1的外部的未图示的发动机进行旋转驱动；斜板，其在控制室内通过铰链机构以偏心状态连结于旋转轴；以及多个活塞，其与斜板连结，且往复移动自如地嵌合在各缸体内，其中，使用由电磁力进行开闭驱动的容量控制阀V，利用吸入流体的吸入室的吸入压力Ps、排出由活塞加压的流体的排出室的排出压力Pd、以及收纳了斜板的控制室的控制压力Pc，并对控制室内的压力进行适当控制，来使斜板的倾斜角度连续地变化，从而使活塞的行程量变化以控制流体的排出量。
具体地，控制室内的控制压力Pc越低，斜板相对于旋转轴的倾斜角度越小，活塞的行程量减少，但当成为一定以下的压力时，斜板相对于旋转轴成为大致垂直状态、即与垂直相比稍微倾斜的状态。此时，活塞的行程量成为最小，活塞对气缸内的流体的加压成为最小，由此，流体向排出室的排出量减少，空调***的制冷能力成为最小。另一方面，控制室内的控制压力Pc越高，斜板相对于旋转轴的倾斜角度越大，活塞的行程量增加，但当成为一定以上的压力时，斜板相对于旋转轴成为最大倾斜角度。此时，活塞的行程量成为最大，活塞对气缸内的流体的加压成为最大，由此，流体向排出室的排出量增加，空调***的制冷能力成为最大。
如图1所示，组装在可变容量型压缩机中的容量控制阀V通过吸入室内的吸入压力Ps来进行主阀50的开闭控制，通过对控制口15与吸入口13的连通进行开闭，来对控制室内的控制压力Pc进行可变控制。即，本发明的容量控制阀V被分类为对可变容量型压缩机的出口侧进行控制(Pc-Ps控制)的类型的控制阀。另外，本实施例的容量控制阀V可以是组装在可变容量型压缩机的外部的外部控制阀(ECV)、也可以是组装在可变容量型压缩机的内部的内部控制阀(MCV)。
在本实施例中，主阀50由固定安装在杆52的前端处的球形的阀芯51和形成在插通有该杆52的前端部的阀壳体10的内径部上的阀座53构成，主阀50通过阀芯51与阀座53接触或分离而进行开闭。
接着，对容量控制阀V的结构进行说明。如图1所示，容量控制阀V主要由以下部分构成：阀壳体10，其由金属材料或树脂材料形成；外壳11，其外嵌固定于该阀壳体10；阀芯51，其沿轴向往复移动自如地配置在阀壳体10内；以及压力驱动部61，其配置在外壳11内，根据压力驱动室40中的吸入压力Ps对阀芯51施加向轴向左方的作用力。
外壳11形成为轴向左端部打开并且右端部关闭的有底的筒状，阀壳体10的轴向右端部插嵌到该外壳11的轴向左端部，从而一体地以大致密封状态连接固定。
在阀壳体10上形成有：控制口15，其与可变容量型压缩机的控制室连通且与轴向平行地开口；以及吸入口13，其作为与可变容量型压缩机的吸入室连通的吸入口在径向上开口。此外，在外壳11上形成有第二吸入口14，其作为与可变容量型压缩机的吸入室连通的第二吸入口在径向上开口。另外，这些口从容量控制阀V的轴向左侧起按照控制口15、吸入口13、第二吸入口14的顺序配置。
阀壳体10沿轴向贯通形成，在其前端部10c外嵌状地覆盖过滤器16，从而防止异物侵入阀壳体10内。在该过滤器16的端面上贯通形成的开口部构成控制口15。此外，在阀壳体10的前端部10c内嵌有筒状的罩17，在该罩17的内周部上设置有保持阀芯51并且向图示右方向即闭阀方向施力的弹簧58。进一步地，该控制口15在从主阀50的轴线偏离的下侧位置上开口，且罩17的尖细状的前端部17a面向控制口15的内侧，因此提高了异物的侵入防止效果。
此外，在阀壳体10的内部形成有：第一阀室20，其与控制口15连通且收纳有阀芯51；以及第二阀室30，其与吸入口13连通且插通有杆52。此外，在外壳11的内部形成有压力驱动室40，其与第二吸入口14连通且收纳有压力驱动部61。另外，第二阀室30和压力驱动室40均流入吸入压力Ps的吸入流体而成为相同的压力，因此也可以不在外壳11的外表面的吸入口13以及第二吸入口14之间安装O形环等密封件。
此外，在阀壳体10和外壳11的内部，沿轴向往复移动自如地配置有呈球形的阀芯51和连接有该阀芯51的杆52，在阀壳体10的内周部上，在同心位置上贯通形成有直径比阀芯51小的插通孔10a和直径比该插通孔10a小且能够供杆52的外周面滑动的作为贯通孔的引导孔10b。进一步地，在插通孔10a的轴向左侧的内径部上形成有能够供阀芯51的与阀口径面积C相当的外表面接触或分离的阀座53。
在阀壳体10的内部，第一阀室20和第二阀室30以能够通过沿轴向往复移动的阀芯51和阀座53的接触或分离而开闭的方式被分隔开。详细而言，如图2所示，在主阀50打开时，第一阀室20与第二阀室30连通，此外，如图3所示，在主阀50关闭时，第一阀室20与第二阀室30隔离。另外，在引导孔10b的内周面与杆52的外周面之间沿径向形成有微小的间隙，杆52能够相对于阀壳体10沿轴向顺利地相对移动。此外，连接有阀芯51的杆52的前端部52a形成为尖细状的较小直径，因此能够在主阀50打开时确保流体的流路。
如图1所示，主阀50具有：阀芯51，其配置于第一阀室20并由球体构成；杆52，其一端与阀芯51连接并插通于引导孔10b，且由直径比阀芯51小的轴体构成；以及压力驱动部61，其连接该杆52的另一端，经由杆52对阀芯51施加轴向的驱动力。
此外，在阀芯51的左端部嵌合固定有由罩17的前端部17a支承的弹簧58的端部，该弹簧58向图示右方向即闭阀方向对阀芯51施力，以使阀芯51落座于阀座53。此外，弹簧58被设定为弹簧常数小于设置于后述的压力驱动部61的螺旋弹簧63。
压力驱动部61被收纳于压力驱动室40，主要由以下部分构成：波纹管芯62，其形成为可沿轴向伸缩；螺旋弹簧63，其内置于该波纹管芯62；以及接合器64，其嵌合设置于波纹管芯62的轴向左端的自由端部62a，其中，波纹管芯62的轴向右端的基端部62b固定连接于外壳11。
此外，压力驱动部61成为以下状态：通过在波纹管芯62的自由端部62a与基端部62b之间被压缩的螺旋弹簧63的作用力，经由杆52对阀芯51向开阀方向施力。即，压力驱动部61对阀芯51作用开阀方向的驱动力，并且受到弹簧58的闭阀方向的反作用力。
接着，对容量控制阀V的动作、主要是主阀50的开闭动作进行说明。
首先，对吸入压力Ps较小的正常控制时的开闭动作进行说明。如图2所示，对于容量控制阀V，在吸入压力Ps为正常控制时，阀芯51被向图示左侧的开阀方向施力，从阀座53分离，由此，主阀50成为打开状态。
详细而言，在阀芯51上，沿轴向向右、即向关闭方向作用有弹簧58的作用力(Fsp)，并且作用有阀口径面积C乘以控制压力Pc而得到的作用力(Fpc)，进一步作用有波纹管有效面积A与阀口径面积C的差值的面积A-C乘以吸入压力Ps而得到的作用力(Fps)。另一方面，在阀芯51上，沿轴向向左、即向打开方向作用有波纹管芯62内的螺旋弹簧63的作用力(Fbel)。另外，在考虑到波纹管芯62自身的作用力时，只要将螺旋弹簧63自身的作用力加上波纹管芯62自身的作用力即可。
即，以轴向向右为正，在阀芯51上作用有力F1＝Fsp+Fpc+Fps-Fbel。在正常控制时，吸入压力Ps较小，因此F1＜0，即阀芯51被沿轴向向左施力，从阀座53分离，由此，主阀50以与力F1相应的开度打开。另外，通过将阀口径面积C、波纹管有效面积A、弹簧58、螺旋弹簧63设计变更为任意的尺寸、特性，能够设定为期望的Pc-Ps特性。
接着，对进行使空调***的输出上升的操作、空调***的膨胀阀的输出增加、向可变容量型压缩机的吸入室供给的吸入流体的流量、吸入压力Ps增加的情况下的开闭动作进行说明。如图3所示，对于容量控制阀V，由于吸入压力Ps增大，阀芯51被向图示右侧的闭阀方向施力，落座于阀座53，由此，主阀50成为关闭状态。
详细而言，与上述同样地，在阀芯51上，沿轴向向右、即向关闭方向作用有弹簧58的作用力(Fsp)，并且作用有阀口径面积C乘以控制压力Pc而得到的作用力(Fpc)，进一步作用有波纹管有效面积A与阀口径面积C的差值的面积A-C乘以吸入压力Ps而得到的作用力(Fps)。另一方面，在阀芯51上，沿轴向向左、即向打开方向作用有波纹管芯62内的螺旋弹簧63的作用力(Fbel)。即，以轴向向右为正，在阀芯51上作用有力F2＝Fsp+Fpc+Fps-Fbel。在吸入压力Ps为最大的控制时，吸入压力Ps较大，因此F2≥0，即阀芯51被沿轴向向右施力，落座于阀座53，由此，主阀50关闭。
这样，阀芯51通过控制压力Pc的控制流体而受到向关闭方向的力，因此即使控制压力Pc以增大的方式变动，也不会发生主阀50打开那样的误动作。此外，能够将该容量控制阀应用于基于控制压力Pc的增加而使活塞的行程量变动的类型的可变容量型压缩机。
此外，在形成于阀壳体10的引导孔10b中可滑动地配置有从压力驱动部61向阀芯51传递力的杆52，由此，即使在主阀50打开时控制压力Pc的控制流体从控制口15流入吸入口13，也能够抑制向收纳压力驱动部61的压力驱动室40的流入，因此压力驱动部61通过吸入流体的吸入压力Ps而高响应性地进行感应。
此外，配置有对阀芯51向关闭方向施力的弹簧58，由此，在主阀50关闭时阀芯51被向阀座53施力，而在主阀50打开时阀芯51从杆52和弹簧58受到彼此相反方向的力，因此即使产生振动等也能够稳定地维持主阀50的关闭、打开状态。
进一步地，阀芯51为球体，由此，能够充分确保阀芯51从吸入流体和控制流体受压的受压面积。
此外，在固定于阀壳体10并且收纳压力驱动部61的外壳11上，形成有供吸入压力Ps的吸入流体流通的第二吸入口14，由此，能够通过简单的结构使收纳压力驱动部61的压力驱动室40与配置主阀50的第一阀室20、第二阀室30独立并隔离。
接着，参照图4对变形例的容量控制阀进行说明。另外，对与上述的实施例相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。
在阀壳体10和外壳11的内部，沿轴向往复移动自如地配置有呈球形的阀芯51和连接有该阀芯51的杆52，在阀壳体10的内周部上，在同心位置上贯通形成有直径比阀芯51小的插通孔10a、直径比该插通孔10a小且能够供杆52的外周面滑动的作为贯通孔的引导孔10b、以及直径比该引导孔10b扩大的扩径孔10d。进一步地，在插通孔10a的轴向左侧的内径部上形成有能够供阀芯51接触或分离的阀座53。
此外，在扩径孔10d的左端的扩径阶梯部10e上嵌合固定有被安装在杆52的外周面上的凸缘部66支承的保持弹簧65的端部，该保持弹簧65向图示右方向即闭阀方向对阀芯51施力，以将阀芯51保持为落座于阀座53的状态。
由此，容量控制阀V在吸入压力Ps增大的情况下，能够增加向图示右侧的闭阀方向对阀芯51施加的作用力，使其落座于阀座53，由此，主阀50成为可靠的关闭状态。
详细而言，与上述同样地，在阀芯51上，沿轴向向右、即向关闭方向作用有弹簧58的作用力(Fsp)，并且作用有阀口径面积C乘以控制压力Pc而得到的作用力(Fpc)，进一步作用有波纹管有效面积A与阀口径面积C的差值的面积A-C乘以吸入压力Ps而得到的作用力(Fps)(参照图3)，除此之外，还作用有保持弹簧65的作用力(Fsp2)。另一方面，在阀芯51上，沿轴向向左、即向打开方向作用有波纹管芯62内的螺旋弹簧63的作用力(Fbel)。即，以轴向向右为正，在阀芯51上作用有力F3＝Fsp+Fpc+Fps+Fsp2-Fbel。在吸入压力Ps为最大的控制时，吸入压力Ps较大，因此F3≥0，即阀芯51被沿轴向向右施加较大的作用力，落座于阀座53，由此，主阀50可靠地关闭。
这样，在吸入压力Ps增大的情况下，即使波纹管芯62收缩，杆52也追随该波纹管芯62的收缩而一起动作，能够保持杆52，能够提高其耐久性。
另外，保持弹簧65并不限定于上述的变形例，也可以对杆52沿轴向向左、即向打开方向作用作用力，由此，能够一体地保持杆52和阀芯51。
以上，根据附图对本发明的实施例进行了说明，但具体的结构不限于这些实施例，即便有在不脱离本发明主旨的范围内的变更、追加，也包含在本发明中。
例如，在上述实施例中，构成主阀50的阀芯51和杆52固定连接，但不限于此，也可以是阀芯和杆可分离地抵接的状态，还可以是杆和阀芯一体地构成，即构成为杆兼作阀芯。
此外，例如，在上述实施例中，阀壳体10与外壳11分体地构成，但也可以一体地形成。
此外，压力驱动部61也可以在内部不使用螺旋弹簧，而使波纹管芯62具有作用力。
符号说明
10：阀壳体；10a：插通孔；10b：引导孔(贯通孔)；11：外壳；13：吸入口；14：第二吸入口(第二吸入口)；15：控制口；20：第一阀室；30：第二阀室；40：压力驱动室；50：主阀；51：阀芯；52：杆；53：阀座；58：弹簧；61：压力驱动部；62：波纹管芯；63：螺旋弹簧；64：接合器；65：保持弹簧；Pc：控制压力；Pd：排出压力；Ps：吸入压力；V：容量控制阀。

Claims (5)

1.一种容量控制阀，其具备：
阀壳体，其形成有供吸入压力的吸入流体通过的吸入口和供控制压力的控制流体通过的控制口；
压力驱动部，其通过所述吸入流体而受到收缩方向的力；以及
主阀，其由从所述压力驱动部受到开阀方向的力的阀芯和供该阀芯接触或分离的阀座构成，
其中，所述阀芯配置为通过所述控制流体而受到向关闭方向的力。
2.根据权利要求1所述的容量控制阀，其中，
在所述阀壳体上形成有贯通孔，在该贯通孔中可滑动地配置有从所述压力驱动部向所述阀芯传递力的杆。
3.根据权利要求1或2所述的容量控制阀，其中，
在所述阀壳体中配置有对所述阀芯向关闭方向施力的弹簧。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的容量控制阀，其中，
所述阀芯为球体。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的容量控制阀，其中，
具备固定于所述阀壳体并且收纳所述压力驱动部的外壳，在该外壳上形成有供吸入压力的吸入流体流通的第二吸入口。
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