CN1804394A - 可变容量压缩机用控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可变容量压缩机用控制阀，其能够在压力控制区间稳定地动作，并且在电磁铁不通电时，能够使可变容量压缩机迅速切换成排出容量最小的运转。在可变容量压缩机用控制阀中，在压力控制区间，作用于阀芯的闭阀方向的力增加，并与由制冷剂压力作用于阀芯的开阀方向的力平衡，因此可以实现稳定的压力控制。另外，当阀芯超过压力控制区间的终点位置时，由于作用于阀芯的闭阀方向的力减小而使全开时的阀开度变大，因此在电磁铁不通电时，能够确保充分的制冷剂流量，可以使可变容量压缩机迅速地切换成排出容量最小的运转。

Description

可变容量压缩机用控制阀

技术领域

本发明涉及一种可变容量压缩机用控制阀，特别涉及一种用于控制可变容量压缩机的排出容量的可变容量压缩机用控制阀，上述可变容量压缩机构成汽车用空调装置的冷冻循环。

背景技术

由于在汽车用空调装置的冷冻循环中，为了压缩制冷剂而使用的压缩机是以发动机作为驱动源，因此不能够进行转速控制。所以，为了不受发动机转速的限制而获得适当的制冷能力，使用可以改变制冷剂的压缩容量的可变容量压缩机。

在这种可变容量压缩机中，摆动板安装在由发动机驱动旋转的轴上，而上述摆动板上连接有压缩用活塞，通过改变摆动板的角度来改变压缩用活塞的冲程，由此改变制冷剂的排出量。

通过将压缩后的制冷剂的一部分导入密闭的曲轴箱内，并使该导入的制冷剂的压力变化，使施加在压缩用活塞的两面上的压力的平衡发生变化，从而摆动板的角度连续地变化。

通过在可变容量压缩机的排出室与曲轴箱之间或者在曲轴箱与吸入室之间设置控制阀，并改变从排出室导入曲轴箱的制冷剂流量或者改变从曲轴箱向吸入室导出的制冷剂流量，可以调整曲轴箱内的压力。例如，在前者的情况下，在曲轴箱与吸入室之间设置节流孔(orifice)，形成制冷剂从排出室流向吸入室的路径。控制阀具有阀芯，该阀芯与阀孔接触或分离而可以开闭该阀孔，上述阀孔形成例如使排出室和曲轴箱连通的制冷剂通道。并且，通过驱动电磁铁(solenoid)来控制该阀芯距阀孔的提升量，由此调整从排出室侧流向吸入室侧的制冷剂流量(例如参照专利文献1)。

更具体地讲，该控制阀的阀芯配置在阀孔的下游侧，并且该控制阀在该阀芯与阀孔相反的一侧具有沿轴线方向支承阀芯的轴。该轴与电磁铁的插棒式铁芯(可动铁芯)形成为一体，抵接在阀芯的端面上。该控制阀上设置有：对阀芯向开阀方向施力的弹簧；安装在插棒式铁芯与铁芯(固定铁芯)之间，并对插棒式铁芯向开阀方向施力的弹簧；以及对插棒式铁芯向闭阀方向施力的弹簧。因此，在电磁铁通电时，阀芯保持在由制冷剂产生的压力、由上述这些弹簧产生的合力、以及电磁铁力平衡的位置上，其阀开度被确定。

【专利文献1】特开2003-328936号公报(图2等)

在这种可变容量压缩机用控制阀中，如果在阀芯从闭阀位置到实际进行压力控制的压力控制区间的终点位置进行动作的期间，闭阀方向的作用力不足，则尽管必须保持在原来规定的阀开度，但是阀芯仍然剧烈动作，成为全开状态。即，在压力控制区间，虽然阀开度增加，但是在作用于阀芯上的闭阀方向的力即便是暂时减小的情况下，当因制冷剂的压力而产生的闭阀方向的力超过成为该减小起点的力时，阀芯便剧烈地向全开位置动作。另一方面，当制冷剂的压力因全开状态而减小时，阀芯再次向全闭位置动作。根据这种阀芯的动作，阀开度反复处于打开·关闭的状态，从而产生不能实现在压力控制区间进行稳定的控制的问题。

所以，以往，在该压力控制区间，在增加阀开度的同时，使弹簧的作用力增加，并且使得由弹簧与电磁铁产生的闭阀方向的力与由制冷剂的压力产生的开阀方向的力平衡。

但是，如果这样增大由弹簧产生的闭阀方向的作用力，结果就会导致最大阀开度变小，因此在全开时不能充分确保制冷剂流量，存在着把可变容量压缩机切换成排出容量最小的运转时的响应性差的问题。

发明内容

本发明是鉴于上述问题而提出的，其目的在于提供一种可变容量压缩机用控制阀，其能够在压力控制区间稳定地动作，并且在电磁铁不通电时，能够使可变容量压缩机迅速切换到排出容量最小的运转。

为了解决上述问题，本发明提供一种可变容量压缩机用控制阀，其控制可变容量压缩机的制冷剂的排出容量，其特征在于，具有：阀芯，其配置成与阀孔接触或分离，开闭上述阀孔，上述阀孔与上述可变容量压缩机的曲轴箱连通，并形成导入或导出上述制冷剂的制冷剂通道；轴，其在轴线方向上支承上述阀芯；电磁铁，其通过上述轴对上述阀芯赋予闭阀方向的电磁铁力；施力单元，其产生克服上述电磁铁力的作用力，并且被设定成，在上述阀芯从闭阀位置提升(lift)到规定位置期间，由上述作用力与上述电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力恒定或增加，所述规定位置至少经过了压力控制区间，如果上述阀芯超过上述规定位置，上述作用力与上述电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力就减小。

在这种可变容量压缩机用控制阀中，在阀芯从闭阀位置提升到至少经过了压力控制区间的规定位置期间，由施力单元的作用力与电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力恒定或增加。因此，在进行压力控制时，该闭阀方向的力抵抗由制冷剂压力作用于阀芯上的开阀方向的力，并与其平衡。

另外，当阀开度进一步增加、阀芯超过规定位置时，由施力单元的作用力与电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力减小，因此，相对地开阀方向的力增大，全开时的阀开度增大。

根据本发明的可变容量压缩机用控制阀，由于在压力控制区间，作用于阀芯的闭阀方向的力恒定或增加，并与由制冷剂压力作用于阀芯上的开阀方向的力平衡，因此可以实现稳定的压力控制。

另外，如果阀芯超过经过了压力控制区间的规定位置，则由于作用于阀芯的闭阀方向的力减小而使得全开时的阀开度增大，因此在电磁铁不通电时，可以确保充分的制冷剂流量，可以使可变容量压缩机迅速地切换到排出容量最小的运转。

附图说明

图1是表示实施方式的可变容量压缩机用控制阀的结构的剖视图。

图2是表示作用于阀芯的轴线方向的力的关系的曲线图。

标号说明

1可变容量压缩机用控制阀；  2阀构成部；  3电磁铁；

10主体；                   15阀孔；     16阀座；

17阀芯；                   21轴；       32铁芯；

33插棒式铁芯；             34电磁线圈； 38轴承部件；

39支承面形成部件；         SP1、SP2、SP3弹簧。

具体实施方式

下面，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。另外，在以下的说明中，为了方便起见，有时以图示的状态为基准上下表示各结构的位置关系。

图1是表示本实施方式的可变容量压缩机用控制阀的结构的剖视图。

可变容量压缩机用控制阀1通过将阀构成部2和电磁铁3组装成一体而构成，上述阀构成部2开闭用于使未图示的可变容量压缩机的排出制冷剂的一部分流入其曲轴箱的制冷剂流道，上述电磁铁3用于调整该阀构成部2的阀部的开阀量并控制所通过的制冷剂流量。

在阀构成部2中，在其主体10的上部设有开口(port)11，该开口11与可变容量压缩机的排出室连通并承受排出压力Pd。在该主体10的上端部以覆盖该开口11的方式嵌装有粗滤器12。开口11与设于主体10的侧部的开口13在内部连通。该开口13与可变容量压缩机的曲轴箱连通，并将被控制后的压力(称为“曲轴压力”)Pc导出到该曲轴箱。

在连通开口11和开口13的制冷剂通道中，嵌入有圆筒状的阀座形成部件14，通过其内部通道形成阀孔15，通过其曲轴箱侧的端部内周缘形成阀座16。

另外，阀芯17配置成从导出排出压力Pd的一侧与该阀座16对置，并且可以与阀座16自由地接触或分离。阀芯17具有长圆柱状的主体，在该主体的中央具有导向部18，该导向部18可滑动地贯穿设于主体10的导向孔19。阀芯17的一端配置在阀孔15的下游侧与曲轴箱连通的压力室51内，并且与该阀孔15接触或分离，以开闭该阀孔15。并且，在阀芯17的导向部18的下方，隔着细径部形成有凸缘状的凸缘部20，该凸缘部20通过配置在同一轴线上的细长状的轴21被支承在轴线方向上。该阀芯17除了细径部以外的截面积与阀孔15的截面积大致相等，在关闭阀孔15时，阀芯17的一端部部分贯穿阀孔15内部而构成所谓的滑柱式阀芯。

另外，在比主体10的中央稍稍靠下方的位置形成有开口23，该开口23与可变容量压缩机的吸入室连通并承受吸入压力Ps，该开口23还与设在主体10的下端中央的规定深度的开口孔24连通。该开口孔24形成导入吸入压力Ps的压力室52，并配置有阀芯17与轴21的抵接部。

另一方面，电磁铁3具有：固定在其壳体31内的铁芯32；插棒式铁芯33，为了控制阀构成部2开闭，通过轴21使阀芯17进退；电磁线圈34，通过来自外部的供给电流而产生包括铁芯32和插棒式铁芯33的磁路。

在铁芯32的上端部设有螺纹部，通过该螺纹部与设于主体10的开口孔24上的螺纹部旋合，铁芯32被固定在主体10上。在铁芯32上设置有通孔，该通孔沿轴线方向贯通铁芯32的中央，并且使轴21的上半部贯穿其中，在铁芯32的上端开口部嵌入有圆筒状的导向部件35，该导向部件35支承轴21的上端部并使其能够滑动。在该导向部件35的周缘部形成有在轴线方向上贯通的制冷剂通道35a。

在铁芯32的下半部外套有下端封闭的有底套筒36的上半部，在该有底套筒36内，插棒式铁芯33与轴21形成为一体并被支承为在铁芯32的下方可以沿轴线方向进退。有底套筒36的上端嵌装在槽部，该槽部沿圆周设置在铁芯32的中央部。另外，在有底套筒36与铁芯32之间配置有截面为葫芦状的密封部件37，密封部件37气密地保持着有底套筒36的内部。

另外，在有底套筒36内的下端部固定配设有轴承部件38，轴承部件38支承轴21的下端部并使其可以滑动。在轴21的长度方向的下部嵌装有插棒式铁芯33。在设置于插棒式铁芯33的上端面中央的孔部内，压配合有圆筒状支承面形成部件39，该插棒式铁芯33通过安装在铁芯32与支承面形成部件39之间的弹簧SP1(第一弹簧)向下方施力，另一方面，该插棒式铁芯33通过安装在其与轴承部件38之间的弹簧SP2(第二弹簧)向上方施力。并且，通过调整支承面形成部件39在插棒式铁芯33的孔部中的压配合量，可以设定弹簧SP1赋予插棒式铁芯33的弹簧载荷，并且还可以设定阀开度进而设定弹簧SP1在轴线方向上的位置，在该位置上磁隙变大、弹簧SP1成为自由状态(即，大致自然长度)。

另外，在主体10的导向孔19的下端开口部附近与阀芯17的凸缘部20之间，安装有朝向上方直径变大的圆锥状的弹簧SP3(第三弹簧)，对阀芯17向开阀方向施力，阀芯17、轴21以及插棒式铁芯33可以一体地动作。

另外，在有底套筒36的外周配置有电磁线圈34，用于对该电磁线圈进行供电的导线42被导出到外部。

接下来，对作用于可变容量压缩机用控制阀的阀芯的力的特性进行说明。图2是表示作用于阀芯的轴线方向力的关系的曲线图。该图的横轴表示形成于插棒式铁芯与铁芯之间的磁隙的大小(阀开度的大小、即与阀芯17的提升量相对应)，纵轴表示作用于阀芯的以闭阀方向为正方向的各力的大小。另外，这里所述的磁隙和力的正方向在图1中示出。

如图2所示，这里，作为电磁铁3的吸引力特性，用点划线表示通电时的电流值(I)变化为0.2A、0.4A、0.6A、0.8A时的电磁铁力。另外，用细实线表示由各弹簧SP1、SP2、SP3产生的弹簧载荷、及其合力(SP1+SP2+SP3)。另外，用粗实线表示与各电流值对应的电磁铁力与弹簧载荷的合力的总和，即总合力的特性。

从该图可知，在本实施方式中，弹簧SP1和弹簧SP3使开阀方向的力(即负向力)作用于阀芯17上，弹簧SP2和电磁铁3使闭阀方向的力(即正向力)作用于阀芯17上。并且，弹簧SP1构成为，其弹簧常数大于弹簧SP2、SP3的弹簧常数，其弹簧载荷一直作用到实际进行压力控制的压力控制区间的终点位置。另外，这里所述的“压力控制区间”的意思是，在电磁铁3处于通电状态、作用于阀芯17的力平衡的状态下，阀芯17通过压力控制沿轴线方向变位的区间(即，阀芯17距阀座16的提升位置)。

即，调整上述支承面形成部件39向插棒式铁芯33的孔部中的压配合量，以便在阀芯17被提升到压力控制区间的终点位置时弹簧SP1变成自由状态。所以，随着阀芯17从闭阀状态被提升、磁隙变大，被压缩的弹簧SP1因弹性恢复而伸长，并且其弹簧载荷变小。另外，当阀芯17变位到压力控制区间的终点位置时，弹簧SP1大致成为自然长度，并失去其弹力。因此，在阀芯17上，由弹簧SP1产生的力一直从闭阀位置作用到压力控制区间的终点位置，而在此以后，不再作用。结果，弹簧载荷的合力(SP1+SP2+SP3)呈从其终点位置开始斜率变小的折线状变化。

因此，如图所示，由该弹簧载荷的合力与在各电流值的电磁铁力的总和力产生的闭阀方向的力具有如下特性：在阀芯17从闭阀位置提升到压力控制区间的终点位置期间增加，当阀芯17超过该终点位置时减小。所以，由于在阀芯17处于压力控制区间时，随着阀开度的增加，弹簧载荷与电磁铁力的总和力增加，因此，即使由排出压力Pd和吸入压力Ps的压差(Pd-Ps)产生的开阀方向的力稍微发生变动，也会与该总和力平衡。因此，虽然没有断开向电磁铁3的通电，但在该压力控制区间中，也不会出现阀芯17突然变位到其最大开度位置而使阀开度成为全开状态。

另一方面，在阀开度进一步增加、阀芯17的动作超过压力控制区间的终点位置时，由于弹簧载荷的合力与电磁铁力的总和力产生的闭阀方向的力减小，因此，相对地开阀方向的力增大，全开时的阀开度变大。

返回图1，在具有上述结构的可变容量压缩机用控制阀1中，由于阀芯17的受压面积与阀孔15的截面积相等，因此，实质上曲轴压力Pc不会作用于阀芯17的轴线方向上。因此，阀芯17单纯地感知排出压力Pd和吸入压力Ps的压差，向阀部的开闭方向动作。

另外，由对阀芯17赋予开阀方向的作用力的弹簧SP1和弹簧SP3产生的弹簧载荷，设定成大于对阀芯17赋予闭阀方向的作用力的弹簧SP2的弹簧载荷。因此，在电磁铁3不通电时，阀芯17离开阀座16，阀部保持为全开状态。此时，从可变容量压缩机的排出室导入开口11的排出压力为Pd的高压制冷剂，通过全开状态的阀部从开口13流入曲轴箱。这样，由于曲轴压力Pc与排出压力Pd接近，因此可变容量压缩机进行排出容量最小的运转。

另一方面，在汽车用空调装置起动时或制冷负荷最大时，提供给电磁铁3的电流值为最大。此时，插棒式铁芯33被铁芯32以最大吸引力吸引，因此，阀芯17由克服弹簧SP1和弹簧SP3的作用力、并固定在插棒式铁芯33上的轴21向闭阀方向被按压，落座于阀座16上，阀部成为全闭状态。此时，被导入开口11的排出压力为Pd的高压制冷剂由全闭的阀部被阻止，因此曲轴压力Pc变成接近吸入压力Ps的压力，从而可变容量压缩机进行排出容量最大的运转。

这里，在提供给电磁铁3的电流值设定为规定值时，阀芯17停止在如下的阀提升位置，即，由排出压力Pd与吸入压力Ps的压差所产生的压力、由弹簧SP1和弹簧SP3的弹簧载荷所产生的开阀方向的力、由弹簧SP2的弹簧载荷和电磁铁力所产生的闭阀方向的力平衡的阀提升位置。

在获得上述平衡的状态下，如果发动机的转速提高而使可变容量压缩机的转速提高、排出容量增大，则由于排出压力Pd上升、吸入压力Ps下降，因此其压差(Pd-Ps)变大，开阀方向的力作用在阀芯17上，阀芯17进一步提升，使得从排出室流入曲轴箱的制冷剂的流量增大。这样，曲轴压力Pc上升，可变容量压缩机被控制成，向排出容量减小的方向动作，并且使压差(Pd-Ps)成为由电磁铁3设定的规定值。此时，即使压差(Pd-Ps)在成为上述规定值的过程中稍微发生变动，但是由于在该压力控制区间闭阀方向的力增大，因此，阀芯17不会突然变位成全开状态，可以实现稳定的压力控制。另一方面，在发动机的转速降低的情况下，则进行相反的动作，可变容量压缩机被控制成压差(Pd-Ps)成为由电磁铁3设定的规定值。

如上所述，在可变容量压缩机用控制阀1中，在压力控制区间，作用于阀芯17的闭阀方向的力增加并与通过制冷剂压力而作用于阀芯17上的开阀方向的力平衡，因此可以实现稳定的压力控制。

另外，当阀芯17超过压力控制区间的终点位置时，由于作用于阀芯17的闭阀方向的力减小，使得全开时的阀开度增大，因此在电磁铁3不通电时，可以确保充分的制冷剂流量，可以使可变容量压缩机迅速地切换成排出容量最小的运转。

另外，在本实施方式中，示出了作为如下的控制阀来构成可变容量压缩机用控制阀的例子，即，上述控制阀将排出压力Pd与吸入压力Ps之间的压差控制为恒定，以此来改变从排出室导入曲轴箱的制冷剂的流量。但是也可以采用如下的控制阀来构成，即，将曲轴压力Pc与吸入压力Ps的压差控制为恒定，以此来改变从曲轴箱导出到吸入室的制冷剂的流量。

另外，在本实施方式中，示出了由各弹簧的作用力与电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力设定成，在阀芯17从闭阀位置提升到压力控制区间的终点位置期间增加的例子，但是也可以设定成上述闭阀方向的力增加的区间为超过压力控制区间的终点位置的规定位置。另外，除了设定成增加，也可以设定成大致恒定。

另外，在本实施方式中，示出了将支承面形成部件39设置在插棒式铁芯33侧的示例，但是也可以把支承面形成部件39设置在铁芯32侧，也可以设置在上述两侧。

另外，阀芯17的形状在全长范围内呈具有大致相同截面积的圆柱状，但是也可以构成为，使阀孔15附近的上端部截面积增大，以使其可以与阀孔15离合(着脱)。另外，由于阀芯17具有作为活塞杆的功能，因此也可以构成为如下方式，即，将同轴的活塞杆固定在与阀孔15接触或分离的阀芯部上。另外，示出了使阀芯17的下端部构成为在轴线方向较短的凸缘部20的示例，但是，也可以向下方形成得较长。

另外，在本实施方式中，示出了通过弹簧SP1、SP2、SP3来构成控制作用于阀芯17上的力的特性的施力单元，但是也可以用其它弹性部件来构成施力单元。

Claims (6)

1.一种可变容量压缩机用控制阀，其控制可变容量压缩机的制冷剂排出容量，其特征在于，具有：

阀芯，其配置成与阀孔接触或分离，开闭上述阀孔，上述阀孔与上述可变容量压缩机的曲轴箱连通，并形成导入或导出上述制冷剂的制冷剂通道；

轴，其在轴线方向上支承上述阀芯；

电磁铁，其通过上述轴对上述阀芯赋予闭阀方向的电磁铁力；

施力单元，其产生克服上述电磁铁力的作用力，并被设定成：在上述阀芯从闭阀位置提升到规定位置期间，由上述作用力与上述电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力恒定或增加，所述规定位置至少经过了压力控制区间，如果上述阀芯超过上述规定位置，由上述作用力与上述电磁铁力的合力产生的闭阀方向的力减小。

2.根据权利要求1所述的可变容量压缩机用控制阀，其特征在于，

控制从排出室导入上述曲轴箱的制冷剂流量，以使上述排出室的排出压力与吸入室的吸入压力的压差保持规定值；

上述阀孔形成连通上述排出室与上述曲轴箱的制冷剂通道，上述阀芯配置成从上述曲轴箱侧与上述阀孔接触或分离。

3.根据权利要求1所述的可变容量压缩机用控制阀，其特征在于，

上述电磁铁具有：铁芯，其中同轴地内插有上述轴；插棒式铁芯，其配置在上述铁芯的与上述阀芯相反的一侧，并且与上述轴一体地动作，将闭阀方向的驱动力传递给上述阀芯；

上述施力单元具有：第一弹簧，其至少安装在上述铁芯与上述插棒式铁芯之间，并对上述插棒式铁芯向开阀方向施力；第二弹簧，其配置在上述插棒式铁芯的与上述铁芯相反的一侧，并对上述插棒式铁芯向闭阀方向施力；

在上述阀芯从上述闭阀位置提升到上述规定位置期间，上述第一弹簧对上述插棒式铁芯施加作用力，如果上述阀芯超过上述规定位置，上述第一弹簧变成自由状态。

4.根据权利要求3所述的可变容量压缩机用控制阀，其特征在于，

在上述铁芯与上述插棒式铁芯的至少一方设有支承面形成部件，支承面形成部件与上述第一弹簧对置，并可以在轴线方向上调整位置；

通过调整上述支承面形成部件在轴线方向上的位置，可以设定上述第一弹簧变成自由状态的位置。

5.根据权利要求4所述的可变容量压缩机用控制阀，其特征在于，

上述支承面形成部件压配合在形成于上述插棒式铁芯端面的孔部中，并通过调整其压配合量，可以设定上述第一弹簧变成自由状态的位置。

6.根据权利要求4所述的可变容量压缩机用控制阀，其特征在于，

上述施力单元还具有对上述阀芯向开阀方向施力的第三弹簧，并被设定成：在断开向上述电磁铁的通电、并且上述第一弹簧为自由状态以后，借助于上述第二弹簧与上述第三弹簧的合力，上述阀芯被提升到成为预先设定的最大阀开度的位置。

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