DE112018002801B4

DE112018002801B4 - Steuerventil für einen Verdichter variabler Kapazität mit mehreren Ventilbohrungen zwischen Kurbelkammer und Ansaugkammer

Info

Publication number: DE112018002801B4
Application number: DE112018002801.1T
Authority: DE
Inventors: Yeol Woo Sung; Se Young Song
Original assignee: Hanon Systems Corp
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2017-05-30
Filing date: 2018-05-28
Publication date: 2024-11-07
Anticipated expiration: 2038-05-29
Also published as: KR20180130863A; CN110678649B; US20200400133A1; US11221003B2; DE112018002801T5; CN110678649A; WO2018221902A1; KR102051661B1

Abstract

Steuerventil (700) zum Einstellen eines Neigungswinkels einer Taumelscheibe (500) eines Verdichters variabler Kapazität, das Steuerventil (700) umfassend:
ein Ventilgehäuse (710), das eine erste Öffnung (712) in Verbindung mit einer Auslasskammer (320) des Verdichters, eine zweite Öffnung (714) in Verbindung mit einer Kurbelkammer (250) und eine dritte Öffnung (716) in Verbindung mit einer Ansaugkammer (310) aufweist;
einen ersten Durchgang, der es der ersten Öffnung (712) ermöglicht, mit der zweiten Öffnung (714) in Verbindung zu sein, und einen zweiten Durchgang, der es der zweiten Öffnung (714) ermöglicht, mit der dritten Öffnung (716) in dem Ventilgehäuse (710) in Verbindung zu sein;
ein erstes Schaltmittel zum Öffnen und Schließen des ersten Durchgangs; und
ein zweites Schaltmittel zum Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs,
wobei in einem ersten Zustand, in dem ein Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) verringert wird, um einen Bewegungsabstand eines Kolbens (112) zu minimieren, der erste Durchgang vollständig geöffnet ist und der zweite Durchgang teilweise geöffnet ist und in einem zweiten Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) erhöht wird, um den Bewegungsabstand des Kolbens (112) zu maximieren, der erste Durchgang vollständig geschlossen ist und der zweite Durchgang vollständig geöffnet ist,
wobei in einem dritten Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) eingestellt ist, sodass der Bewegungsabstand des Kolbens (112) zwischen den Bewegungsabständen des ersten Zustands und des zweiten Zustands liegt, der erste Durchgang teilweise geöffnet ist und der zweite Durchgang in einem Maß geöffnet ist, das größer als die teilweise Öffnung und kleiner als die vollständige Öffnung ist,
wobei das zweite Schaltmittel (740) eine erste (746a), zweite (746b) und dritte (764) Bohrungsöffnung zum individuellen Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs umfasst, und in dem ersten Zustand die zweite Bohrungsöffnung (746b) geöffnet ist, und die erste Bohrungsöffnung (746a) und die dritte Bohrungsöffnung (764)geschlossen sind,
wobei die erste (746a), zweite (746b) und dritte (764) Bohrungsöffnung in dem zweiten Zustand geöffnet sind; und
wobei die erste (746a) und zweite (746b) Bohrungsöffnung in dem dritten Zustand geöffnet sind und die dritte Bohrungsöffnung (764) geschlossen ist.

Description

[Technisches Gebiet]
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf ein Steuerventil und einen Verdichter variabler Kapazität, insbesondere auf ein Steuerventil und einen Verdichter variabler Kapazität, die in der Lage sind, einen unnötigen Verlust von Steuergas zu verhindern, um einen Wirkungsgrad des Verdichters zu verbessern.
[Stand der Technik]
Generell saugt ein Verdichter, der in Klimaanlagen eingesetzt wird, Kältemittelgas an, das durch einen Verdampfer geleitet wird, um es auf hohe Temperaturen und hohen Druck zu verdichten, und lässt dann das verdichtete Kältemittelgas zu einem Kondensator aus. Es werden verschiedene Arten von Verdichtern verwendet, wie z. B. ein Kolbenverdichter, ein Rotationsverdichter, ein Scrollverdichter und ein Taumelscheibenverdichter.
Unter diesen Verdichtern wird der Verdichter mit einem Elektromotor als Energiequelle normalerweise als elektrischer Verdichter bezeichnet, und der Taumelscheibenverdichter wird verbreitet in Klimaanlagen für Fahrzeuge eingesetzt.
Der Taumelscheibenverdichter beinhaltet eine scheibenförmige Taumelscheibe, die schräg auf einer Antriebswelle montiert ist, die durch die von einem Motor übertragene Leistung gedreht wird, um von der Antriebswelle gedreht zu werden. Das Prinzip des Taumelscheibenverdichters besteht darin, Kältemittelgas durch geradliniges Hin- und Herbewegen einer Vielzahl von Kolben in Zylindern zusammen mit der Drehung der Taumelscheibe anzusaugen oder zu verdichten und auszulassen. Insbesondere der Taumelscheibenverdichter variabler Kapazität, der in der koreanischen Patentanmeldung KR 10 2012 0 100 189 A offenbart ist, beinhaltet eine Taumelscheibe, deren Neigungswinkel durch Einstellen des Drucks in einer Kurbelkammer variiert wird, und ist konfiguriert, sodass sich der Bewegungsabstand eines Kolbens ändert, wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe variiert wird, wodurch die Auslassrate des Kältemittels reguliert wird.
Bei dem Taumelscheibenverdichter variabler Kapazität ist ein Durchgang durch eine feste Bohrungsöffnung definiert, sodass der Verdichter variabel betrieben werden kann, indem das Kältemittelgas in der Kurbelkammer in eine Ansaugkammer ausgelassen wird. Die feste Bohrungsöffnung ist generell in der Ventilplatte des Taumelscheibenverdichters variabler Kapazität gebildet, die aufgrund der begrenzten Bearbeitbarkeit der Ventilplatte groß ist. Daher tritt das Kältemittel in der Kurbelkammer übermäßig in die Ansaugkammer aus, und es wird kontinuierlich ein ineffizienter Hub ausgeführt, wie z. B. eine kontinuierliche Einführung von Hochdruckkältemittel aus der Auslasskammer in die Kurbelkammer, um die Leckage des Kältemittels zu ergänzen.
Der Stand der Technik umfasst ferner das Dokument WO 2018/139 476 A1 , das Dokument US 4 526 516 A , das Dokument US 2005/0 254 961 A1 , das Dokument EP 1 033 489 A2 und das Dokument WO 2017/057 160 A1 .
Dementsprechend besteht ein Bedarf an Verfahren zur Lösung dieser Probleme.
[OFFENBARUNG]
[Technisches Problem]
Ein Gegenstand der vorliegenden Offenbarung ist ein Steuerventil und ein Verdichter variabler Kapazität, die in der Lage sind, einen unnötigen Verlust von Steuergas zu verhindern, um den Wirkungsgrad des Verdichters zu verbessern.
[Technische Lösung]
Um den oben genannten Gegenstand gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung zu erreichen, ist ein Steuerventil (700) bereitgestellt, um einen Neigungswinkel einer Taumelscheibe (500) eines Verdichters variabler Kapazität einzustellen. Das Steuerventil (700) beinhaltet ein Ventilgehäuse (710) mit einer ersten Öffnung (712) in Verbindung mit einer Auslasskammer (320) des Kompressors, einer zweiten Öffnung (714) in Verbindung mit einer Kurbelkammer (250) und einer dritten Öffnung (716) in Verbindung mit einer Ansaugkammer (310), einem ersten Durchgang, der es dem ersten Öffnung (712) ermöglicht, mit der zweiten Öffnung (714) in Verbindung zu sein, und einem zweiten Durchgang, der es der zweiten Öffnung (714) ermöglicht, mit der dritten Öffnung (716) im Ventilgehäuse (710) in Verbindung zu sein, einem ersten Schaltmittel zum Öffnen und Schließen des ersten Durchgangs, und einem zweiten Schaltmittel zum Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs, wobei in einem ersten Zustand, in dem ein Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) verringert wird, um einen Bewegungsabstand eines Kolbens (112) zu minimieren, der erste Durchgang vollständig geöffnet ist und der zweite Durchgang teilweise geöffnet ist, und in einem zweiten Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) erhöht wird, um den Bewegungsabstand des Kolbens (112) zu maximieren, der erste Durchgang vollständig geschlossen ist und der zweite Durchgang vollständig geöffnet ist.
In einem dritten Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) eingestellt ist, sodass der Bewegungsabstand des Kolbens (112) zwischen den Bewegungsabständen des ersten Zustands und des zweiten Zustands liegt, ist der erste Durchgang teilweise geöffnet und der zweite Durchgang ist in einem Maß geöffnet, das größer als die teilweise Öffnung und kleiner als die vollständige Öffnung ist.
Das zweite Schaltmittel kann den zweiten Durchgang öffnen, die Öffnung größer werdend in der Reihenfolge von dem ersten Zustand über den dritten Zustand zu dem zweiten Zustand.
Das zweite Schaltmittel umfasst eine erste, zweite und dritte Bohrungsöffnung zum individuellen Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs, und in dem ersten Zustand ist die zweite Bohrungsöffnung geöffnet, und die ersten und dritte Bohrungsöffnung sind geschlossen.
In dem zweiten Zustand sind die erste, zweite und dritte Bohrungsöffnung geöffnet.
In dem dritten Zustand sind die erste und die zweite Bohrungsöffnung geöffnet, und die dritte Bohrungsöffnung ist geschlossen.
Das erste Schaltmittel kann ein Kugelventil sein, das mit dem Ventilgehäuse (710) zwischen der ersten Öffnung (712) und der zweiten Öffnung (714) in Kontakt kommt oder von diesem getrennt ist, um den ersten Durchgang zu öffnen und zu schließen.
Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Verdichter variabler Kapazität bereitgestellt, der eine Zylinderbohrung (110), in der sich der Kolben (112) hin und her bewegt, um ein Kältemittel zu verdichten, eine Kurbelkammer (250) mit einer darin angeordneten Taumelscheibe (500), eine Ansaugkammer (310) zum Bereitstellen des von außen in die Zylinderbohrung (110) übertragenen Kältemittels, eine Auslasskammer (320), um das aus der Zylinderbohrung (110) ausgelassene Kältemittel nach außen zu übertragen, eine Ventilanordnung (600), die konfiguriert ist, um das Kältemittel in die Zylinderbohrung (110) anzusaugen oder daraus auszulassen, und das Steuerventil (700) gemäß dem obigen Aspekt, das mit der Kurbelkammer (250), der Ansaugkammer (310) und der Auslasskammer (320) verbunden ist beinhaltet.
[Vorteilhafte Wirkungen]
Ein Verdichter variabler Kapazität gemäß exemplarischen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung kann einen Steuergasverlust reduzieren, indem eine in einer vorhandenen Ventilanordnung gebildete feste Bohrungsöffnung eliminiert und in einem Steuerventil oder einem Durchgang, der das Steuerventil mit einer Kurbelkammer verbindet, gebildet ist. In diesem Fall ist das Bilden der festen Bohrungsöffnung in dem Steuerventil dahingehend von Vorteil, dass die Größe der festen Bohrungsöffnung je nach Betrieb des Verdichters variabel ist (was durch selektives Öffnen und Schließen einer Vielzahl von Öffnungen möglich ist). Andererseits bewirkt ein Bilden der festen Bohrungsöffnung in dem Durchgang zwischen Steuerventil und Kurbelkammer, dass der Steuergasverlust reduziert wird, da die feste Bohrungsöffnung im Vergleich zu einer vorhandenen Bohrungsöffnung, deren Mindestgröße aufgrund von Bearbeitungsschwierigkeiten begrenzt ist, auf eine kleinere Größe bearbeitet werden kann.
[Beschreibung der Zeichnungen]

1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die schematisch einen typischen Taumelscheibenverdichter veranschaulicht;
2 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Durchgang und eine feste Bohrungsöffnung bei einem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
3 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel für einen Durchgang und eine feste Bohrungsöffnung bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
4 ist eine schematische Ansicht, die einen maximalen Hub eines Steuerventils bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
5 ist eine schematische Ansicht, die einen variablen Hub des Steuerventils bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
6 ist eine Draufsicht, die einen Durchgang Pc-Pd-Ps bei dem Verdichter variabler Kapazität von 2 und 3 veranschaulicht;
7 ist eine schematische Ansicht, die einen detaillierten Betriebszustand eines Steuerventils in einem Regelmodus für einen Verdichter variabler Kapazität gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
8 ist eine schematische Ansicht, die einen detaillierten Betriebszustand eines Steuerventils in einem variablen Modus für den Verdichter variabler Kapazität von 7 veranschaulicht; und
9 ist eine schematische Ansicht, die einen detaillierten Betriebszustand eines Steuerventils in einem Modus maximaler Bewegung für den Verdichter variabler Kapazität von 7 veranschaulicht.

[Beste Vorgehensweise]
Hierin nachstehend ist ein Taumelscheibenverdichter gemäß exemplarischer Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen detailliert beschrieben (in der vorliegenden Offenbarung wird das in einem Verdichter strömende Kältemittelgas als Gas, Kältemittelgas usw. bezeichnet, und das in ein Steuerventil strömende Kältemittelgas wird separat als Steuergas bezeichnet, da es sich um ein Steuerungskonzept handelt).
1 ist eine teilweise perspektivische Ansicht, die schematisch einen typischen Taumelscheibenverdichter veranschaulicht. Die Grundkonfiguration des Verdichters wird mit Bezugnahme auf 1, und die Grundkonfiguration des Verdichters mit Ausnahme der Hauptkonfiguration der vorliegenden Offenbarung bezieht sich auf 1, ist aber nicht darauf beschränkt.
Wie es in 1 veranschaulicht ist, beinhaltet ein Taumelscheibenverdichter 10 ein im Wesentlichen zylindrisches Hauptgehäuse 100, ein mit der Vorderseite des Hauptgehäuses 100 gekoppeltes vorderes Gehäuse 200, ein mit der Rückseite des Hauptgehäuses 100 gekoppeltes hinteres Gehäuse 300 und eine darin bereitgestellte Antriebseinheit.
Das Hauptgehäuse 100 ist darin mit einem Zylinderblock mit einer Vielzahl von Zylinderbohrungen 110 bereitgestellt, und in jede der Zylinderbohrungen ist ein Kolben 112 eingeführt. Die Antriebseinheit ist in dem vorderen Gehäuse 200 angeordnet, und eine Ansaugkammer 310 und eine Auslasskammer (nicht veranschaulicht in 1) sind in dem hinteren Gehäuse 300 angeordnet.
Die Antriebseinheit beinhaltet eine Antriebswelle 230, die mit einer Riemenscheibe 210 gekoppelt ist, die von einem Motor angetrieben wird, um sich damit zu drehen, und einen Rotor 400 und eine Taumelscheibe 500, die mit der Antriebswelle 230 gekoppelt sind. Die Antriebswelle 230 ist über dem vorderen Gehäuse 200 und dem Hauptgehäuse 100 installiert, und der Rotor 400 und die Taumelscheibe 500 sind in dem vorderen Gehäuse 200 angeordnet.
Der Kolben 112 ist mit der Taumelscheibe 500 verbunden, die mit einer Neigung in einem bestimmten Neigungswinkel in Bezug auf die Antriebswelle 230 angetrieben wird, und bewegt sich durch das Antreiben der Taumelscheibe 500 geradlinig in Längsrichtung in der Zylinderbohrung 110 hin und her. Kältemittelgas wird durch die Hin- und Herbewegung des Kolbens 112 verdichtet.
Der Raum, in dem der Rotor 400 und die Taumelscheibe 500 in dem vorderen Gehäuse 200 untergebracht sind, wird als Steuerkammer oder Kurbelkammer 250 bezeichnet, und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 wird durch Einstellen des Drucks in der Kurbelkammer 250 verändert. Im Einzelnen wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 durch Ändern des Differenzdrucks zwischen der Ansaugkammer 310 und der Kurbelkammer 250 eingestellt und dadurch die Auslassmenge und der Druck des Kältemittels reguliert.
Das hintere Gehäuse 300 beinhaltet die Ansaugkammer 310, in der das in den Kolben 112 angesaugte Kältemittelgas untergebracht ist, die Auslasskammer 320, aus der das durch den Kolben 112 verdichtete Kältemittel ausgelassen wird, und ein Steuerventil (nicht veranschaulicht in 1). Zwischen dem hinteren Gehäuse 300 und dem Hauptgehäuse 100 ist eine Ventilanordnung 600 bereitgestellt, um einen Durchgang für Kältemittelgas zu öffnen und zu schließen, der mit der Ansaugkammer 310 und der Auslasskammer beim Ansaugen und Auslassen des Kältemittelgases in Verbindung ist. Zu diesem Zweck ist eine Ventilplatte mit einer Ansaug- und einer Auslasslamelle versehen, sie ist aber im Gegensatz zum Stand der Technik nicht mit einer festen Bohrungsöffnung für den Durchgang von Steuergas versehen (die detaillierte Konfiguration der Ventilplatte ist weggelassen, da die Ventilplatte eine allgemeine Komponente ist). Die vorliegende Offenbarung schlägt eine Struktur vor, die einen Verlust von Steuergas minimiert, indem sie die normalerweise in der Ventilplatte bereitgestellte feste Bohrungsöffnung eliminiert und eine Öffnungsstruktur an dem hinteren Gehäuse 300 und dem Steuerventil angewendet wird.
Das Kältemittelgas in der Ansaugkammer 310 wird in die Zylinderbohrung 110 eingeführt, und das durch den Kolben 112 verdichtete Kältemittelgas wird zu der Auslasskammer 320 ausgelassen. Ein erster Durchgang (angegeben durch die gestrichelte Linie in 2), der über die Auslasskammer 320 und das Steuerventil zu der Kurbelkammer 250 führt, und ein zweiter Durchgang (angegeben durch die durchgehende Linie in 2), die von der Kurbelkammer 250 zu der Ansaugkammer 310 führt, sind Durchgänge, die von dem Steuerventil reguliert werden.
Wenn eine Kühllast niedrig ist, wird der Druck in der Kurbelkammer 250 durch das Steuerventil reguliert, wodurch auch der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 reduziert wird, sodass die Taumelscheibe 500 senkrecht zu der Antriebswelle 230 wird. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 reduziert wird, verringert sich auch der Bewegungsabstand des Kolbens, sodass die Auslassrate des Kältemittels reduziert wird (erster Zustand).
Wenn andererseits eine Kühllast hoch ist, wird der Druck in der Kurbelkammer 250 durch das Steuerventil reguliert, sodass er abnimmt, wobei in diesem Fall auch der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 erhöht wird. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 erhöht wird, wird auch der Bewegungsabstand des Kolbens vergrößert, so dass die Auslassrate des Kältemittels erhöht wird (zweiter Zustand).
Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 eingestellt ist, sodass der Bewegungsabstand des Kolbens zwischen den Bewegungsabständen des ersten Zustands und des zweiten Zustands (dritter Zustand) liegt, ist auch die Auslassrate des Kältemittels zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand eingestellt.
Zum Zeitpunkt der Inbetriebnahme des Verdichters oder um den Bewegungsabstand des Kolbens durch Vergrößern des Neigungswinkels der Taumelscheibe 500 zu maximieren, muss der Druck in der Kurbelkammer 250 so weit wie möglich gesenkt werden. Dazu muss das Hochdruck-Steuergas in der Kurbelkammer 250 schnell in die Ansaugkammer 310 ausströmen. Im Stand der Technik sind die Bohrungsöffnungen in dem Steuerventil (zum Öffnen des Durchgangs zwischen Kurbelkammer und Ansaugkammer) und in der Ventilplatte bereitgestellt, sodass das Kältemittelgas in der Kurbelkammer 250 in die Ansaugkammer 310 ausströmt. In der vorliegenden Offenbarung strömt das Steuergas jedoch nur über das Steuerventil in die Ansaugkammer 310. Zusätzlich ist in der vorliegenden Offenbarung eine variable Öffnung (die später beschrieben ist) in dem Steuerventil 700 gebildet, die bei maximalem Durchfluss so weit wie möglich geöffnet wird, sodass das Steuergas in der Kurbelkammer 250 innerhalb kurzer Zeit in die Ansaugkammer 310 strömen kann.
Um andererseits den Bewegungsabstand des Kolbens durch Verringern des Neigungswinkels der Taumelscheibe 500 zu verringern, muss die Kurbelkammer 250 schnell mit dem Steuergas gefüllt werden. Um die Kurbelkammer 250 schnell mit dem Steuergas zu füllen, wird die in dem Steuerventil 700 gebildete variable Öffnung verengt, um die Menge des Steuergases, das aus der Kurbelkammer 250 ausgelassen wird, zu minimieren. Zusätzlich kann die Kurbelkammer 250 schneller mit dem Steuergas gefüllt werden, da keine feste Öffnung vorhanden ist oder die Größe der Öffnung kleiner ist als die der vorhandenen Öffnung.
Bei dem Taumelscheibenverdichter mit der obigen Konfiguration ist ein Durchgang und eine Öffnungsstruktur, in der das Kältemittelgas gemäß der vorliegenden Offenbarung strömt, detailliert beschrieben.
2 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die ein Beispiel für einen Durchgang und eine feste Bohrungsöffnung bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 3 ist eine teilweise Querschnittsansicht, die ein weiteres Beispiel für einen Durchgang und eine feste Bohrungsöffnung bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht (hierin ist der erste Durchgang durch die gestrichelte Linie und der zweite Durchgang durch die durchgezogene Linie angegeben).
Um das Kältemittelgas zu der Kurbelkammer 250 zuzuführen, wird, wie es in 2 veranschaulicht ist, das Kältemittelgas aus einer mit der Auslasskammer 320 verbundenen Auslasskammer-Verbindungsöffnung Pd eingeführt und strömt entlang des ersten Durchgangs zu der Kurbelkammer 250.
Um andererseits das Kältemittelgas aus der Kurbelkammer 250 auszulassen, wird das Kältemittelgas entlang des zweiten Durchgangs, was der gleiche Weg wie der erste Durchgang ist, in die Zylinderbohrung 110 eingeführt. Das Kältemittelgas strömt durch die Ansauglamelle der Ventilplatte zu dem hinteren Gehäuse 300 und wird durch eine feste Bohrungsöffnung 330, die in Richtung der Ansaugkammer 310 durch die Wandfläche des hinteren Gehäuses 300 an dem zweiten Durchgang gebildet ist, in die Ansaugkammer 310 ausgelassen. In diesem Fall kann die feste Bohrungsöffnung 330 in einer Richtung schräg zu der Längsrichtung der Antriebswelle 230 angeordnet sein.
Wie es in 3 veranschaulicht ist, kann eine feste Bohrungsöffnung 330' auch in einer Richtung senkrecht zu der Längsrichtung der Antriebswelle 230 angeordnet sein.
Um den Verlust von Steuergas, der durch Bereitstellen der festen Öffnung in der Ventilanordnung 600 verursacht werden kann, zu minimieren, sind der Durchgang (zweiter Durchgang), in dem das Hochdruckgas in der Auslasskammer 320 durch das Steuerventil in dem hinteren Gehäuse 300 zu der Kurbelkammer 250 strömt, und der Durchgang, der von der Kurbelkammer 250 zu der Ansaugkammer 310 führt, als ein einziger Durchgang bereitgestellt sein.
Somit kann die vorhandene feste Öffnung, die in der Ventilanordnung 600 gebildet ist, eliminiert oder auf das hintere Gehäuse 300 oder das später zu beschreibende Steuerventil verlagert werden, wie es in 2 und 3 veranschaulicht ist, um den Verlust von Steuergas zu minimieren.
Ein Bilden der Bohrungsöffnung 330 oder 330' in dem hinteren Gehäuse 300 ist dahingehend von Vorteil, dass die Größe der Bohrungsöffnung weiter reduziert wird, im Vergleich dazu, wenn die Bohrungsöffnung in der Ventilanordnung 600 gebildet ist. Zusätzlich können die Verbindungsöffnung Auslasskammer-Kurbelkammer und die Verbindungsöffnung Kurbelkammer-Ansaugkammer, die in dem hinteren Gehäuse 300 gebildet sind, als eine einzige Verbindungsöffnung bereitgestellt sein, und es kann ein separater Ventilkörper bereitgestellt sein, um die Größe der Öffnung zu verändern.
Bei dem Taumelscheibenverdichter gemäß der Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung mit der obigen Konfiguration ist ein Betriebszustand eines Steuerventils gemäß jedem Hub und damit ein Durchgang für Kältemittelgas detailliert beschrieben.
4 ist eine schematische Ansicht, die einen maximalen Hub des Steuerventils bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht. 5 ist eine schematische Ansicht, die einen variablen Hub des Steuerventils bei dem Verdichter variabler Kapazität gemäß der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht.
Wie es in 4 und 5 veranschaulicht ist, beinhaltet das Steuerventil 700 eine Öffnung 712, der durch eine Längsfläche eines Ventilgehäuses 710 zum Einführen von Kältemittelgas gebildet ist, und eine variable Öffnung 714, die auf der anderen Oberfläche des Ventilgehäuses 710 gegenüber der Öffnung 712 gebildet ist. In dem Ventilgehäuse 710 ist eine Ventillamelle 730 untergebracht, und ein Längsende der Ventillamelle 730 ist durch eine Feder 750 elastisch gelagert. Eine Längsseite der Ventillamelle 730, die der Richtung der Öffnung 712 entspricht, wird geöffnet, um das Kältemittelgas einzuführen. In einem Ende der Ventillamelle 730 ist ein Öffnung in Richtung der Feder gebildet, damit das Kältemittelgas hindurchströmt und das Gas, das durch die Ventillamelle 730 geströmt ist, strömt in die variable Öffnung 714 aus.
Obwohl die variable Öffnung 714 an sich, die durch das Ventilgehäuse 710 gebildet ist, eine Öffnung ist, deren Größe fest ist, ist sie als variable Öffnung definiert, da der Öffnungsgrad der variablen Öffnung 714 durch die Ventillamelle 730 verändert wird.
Wie es in 4 veranschaulicht ist, ist in dem maximalen Hub, bei dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 maximal ist, die Zufuhr des Kältemittelgases aus der Auslasskammer 320 blockiert (eine detaillierte Ausführungsform des Steuerventils ist später beschrieben), und das Kältemittelgas wird aus der Kurbelkammer 250 in das Steuerventil 700 eingeführt. Da die Rückstellkraft der Feder 750 größer eingestellt ist als der Druck des Steuergases, wird die Ventillamelle 730 durch die Rückstellkraft der Feder 750 gedrückt, um die variable Öffnung 714 zu öffnen. Das durch die Öffnung 712 des Ventilgehäuses 710 eingeführte Kältemittelgas wird dann in die Öffnung der Ventillamelle 730 eingeführt. Das eingeleitete Kältemittelgas strömt durch die variable Öffnung 714 in Richtung Ps der Ansaugkammer 310.
Wie es in 5 veranschaulicht ist, wird in dem variablen Hub, bei dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 reduziert wird, das Kältemittelgas aus der Auslasskammer eingeführt (eine detaillierte Ausführungsform des Steuerventils ist später beschrieben), sodass das Steuergas einen größeren Druck als die Feder 750 aufweist. Somit drückt die Ventillamelle 730 die Feder 750, um einen Teil der variablen Öffnung 714 zu blockieren. Daher wird das durch die Öffnung 712 des Ventilgehäuses 710 eingeführte Kältemittelgas in einer signifikant reduzierten Menge in die variable Öffnung 714 ausgelassen, obwohl es durch die Ventillamelle 730 strömt. Auf diese Weise ist die Größe der an dem Ventilgehäuse 710 gebildeten variablen Öffnung 714 variabel.
Hierin nachstehend wird die detaillierte Konfiguration und das Betriebsverhältnis des Steuerventils abhängig von dem Kältemittelstrom detailliert beschrieben. Obwohl das Steuerventil aus Gründen der Zweckmäßigkeit als Kugelventil beschrieben ist, ist dies nur ein Beispiel und soll die vorliegende Offenbarung nicht einschränken.
6 ist eine Draufsicht, die einen Durchgang Pc-Pd-Ps bei dem Verdichter variabler Kapazität von 2 und 3 veranschaulicht. 7 ist eine schematische Ansicht, die einen detaillierten Betriebszustand eines Steuerventils in einem Regelmodus für einen Verdichter variabler Kapazität gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung veranschaulicht;
In dem hinteren Gehäuse 300 kann die Verbindungsöffnung Pd-Pc, die es der Auslasskammer 320 ermöglicht, mit der Kurbelkammer 250 in Verbindung zu sein, und die Verbindungsöffnung Pc-Ps, die es der Kurbelkammer 250 ermöglicht, mit der Ansaugkammer 310 in Verbindung zu sein, als ein einzige gemeinsame Verbindungsöffnung 350 bereitgestellt sein.
Im Einzelnen ermöglicht der erste Durchgang, dass eine erste Öffnung 712 mit einer zweiten Öffnung 714 in Verbindung ist, und der zweite Durchgang, dass die zweite Öffnung 714 mit einer dritten Öffnung 716 in dem Ventilgehäuse 710 in Verbindung ist. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 verringert wird, um den Bewegungsabstand des Kolbens 112 (erster Zustand) zu minimieren, wird der erste Durchgang vollständig geöffnet und der zweite Durchgang teilweise geöffnet. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 vergrößert wird, um den Bewegungsabstand des Kolbens 112 (zweiter Zustand) zu maximieren, wird der erste Durchgang vollständig geschlossen und der zweite Durchgang vollständig geöffnet. In dem obigen dritten Zustand kann der erste Durchgang teilweise geöffnet und der zweite Durchgang in einem Maß geöffnet sein, das größer als die teilweise Öffnung und kleiner als die vollständige Öffnung ist.
Im Regelmodus, bei dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 nicht verändert wird, wird das Kältemittelgas durch die Verbindungsöffnung in das hintere Gehäuse 300 eingeführt und strömt durch die Ventilanordnung 600 (in Richtung des gestrichelten Pfeils) zu der Kurbelkammer 250 (siehe 1). In diesem Fall kann die feste Bohrungsöffnung des hinteren Gehäuses 300 eliminiert sein, und das Kältemittelgas kann nur durch die in dem Steuerventil 700 gebildete variable Öffnung 714 in die Ansaugkammer 310 eingeleitet werden.
Das hintere Gehäuse 300 ist mit einer Bohrung gebildet, die mit jeder Öffnung des Steuerventils 700 in Verbindung ist. Der Einfachheit halber wird die Kurbelkammerrichtung durch Pc, die Ansaugkammerrichtung durch Ps und die Auslasskammerrichtung durch Pd dargestellt, und jede in dem Steuerventil 700 gebildete Richtungsöffnung entspricht jeder Öffnung des hinteren Gehäuses 300 wie in 6.
Das kugelförmige Steuerventil 700 kann eine Struktur aufweisen, wie es in 7 veranschaulicht ist.
Das Steuerventil 700 kann zunächst ein Ventilgehäuse 710 beinhalten. Das Ventilgehäuse 710 kann eine erste Öffnung 712 aufweisen, durch die das Steuergas in der Auslasskammerrichtung Pd eingeführt wird, eine zweite Öffnung 714, durch die das Steuergas in der Kurbelkammerrichtung Pc geleitet wird, und eine dritte Öffnung 716, durch die das Steuergas in der Ansaugkammerrichtung Ps ausgelassen wird.
Ein kugelförmiger Ventilkopf 720 wird in das Ventilgehäuse 710 eingeführt, und der Abschnitt des Ventilgehäuses 710, in den der Ventilkopf 720 eingesetzt ist, weist eine innere Umfangsfläche auf, die durch den Ventilkopf 720 selektiv betätigt und verschlossen werden kann. Der Ventilkopf 720 ist durch eine Feder 770 elastisch gelagert. Eine Ventillamelle 730 steht hervor und erstreckt sich von der einen Seite des Ventilkopfs 720, und die Ventillamelle 730 weist eine darin gebildete vertiefte Nut 732 auf.
Ein Lamellengehäuse 750 umschließt die äußere Umfangsfläche der Ventillamelle 730 und zwischen der Außenwand des Lamellengehäuses 740 und einem Träger 742, der mit der Ventillamelle 730 in Kontakt ist und von dieser getragen wird, ist in Längsrichtung ein Lamellenkanal 744 für den Durchgang des Steuergases ausgebildet. Das Lamellengehäuse 740 weist einen Vorsprung 740a auf, der von einem dem Ventilkopf 720 gegenüberliegenden Ende aus unter den Längsenden des Lamellengehäuses 740 nach außen hervorsteht. In der Außenwand sind beabstandet von dem Vorsprung 740a eine erste Bohrungsöffnung 746a und eine zweite Bohrungsöffnung 746b gebildet. In 7 sind sich die erste und die zweite Bohrungsöffnung 746a und 746b einander gegenüber, sie sind aber nicht geradlinig angeordnet.
Das Lamellengehäuse 740 beinhaltet einen ersten Lamellenblock 750 und einen zweiten Lamellenblock 760, die an den Enden davon gebildet sind. Der zweite Lamellenblock 760 wird in den ersten Lamellenblock 750 eingeführt, und ein in die vertiefte Nut 732 der Ventillamelle 730 eingefügter Lamelleneinsatz 762 steht von einem Ende des zweiten Lamellenblocks 760 hervor.
7 veranschaulicht den Steuergasstrom in dem Steuerventil 700, wenn der Regelmodus oder der zweite Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 nicht verändert wird, auf den ersten Zustand geändert wird, in welchem Fall das Steuergas zwischen dem Ventilkopf 720 und dem Ventilgehäuse 710 strömt, wenn es in das Steuerventil 700 in die Richtung Pd der Auslasskammer 320 (angegeben durch die durchgezogene Linie) eingeleitet wird. Ein Teil des Steuergases wird in Kurbelkammerrichtung Pc ausgelassen und ein Teil in den Lamellenkanal 744 des Lamellengehäuses 740 eingeführt.
In diesem Fall ist die erste Bohrungsöffnung 746a durch das Ventilgehäuse 710 geschlossen und die zweite Bohrungsöffnung 746b ist geöffnet. Somit wird das Steuergas in Richtung Ps der Ansaugkammer 310 nur durch die zweite Bohrungsöffnung 746b eingeführt. Da ein Teil des Steuergases in Kurbelkammerrichtung Pc anstatt in Richtung Ps der Ansaugkammer 310 zugeführt wird, kann die Menge des in Richtung Ps der Ansaugkammer 310 ausströmenden Kältemittelgases minimiert werden.
Hier wird die erste Bohrungsöffnung 746a entsprechend der Bewegung des Lamellengehäuses 740 durch die Ventillamelle 730 geöffnet oder geschlossen und die zweite Bohrungsöffnung 746b immer offen gehalten. Dementsprechend kann die zweite Bohrungsöffnung 746b als feste Bohrungsöffnung und die erste Bohrungsöffnung 746a als variable Bohrungsöffnung definiert werden.
8 ist eine schematische Ansicht, die einen detaillierten Betriebszustand eines Steuerventils in einem variablen Modus für den Verdichter variabler Kapazität von 7 veranschaulicht.
In dem variablen Modus, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 variiert wird (dritter Zustand), strömt das Kältemittelgas in den gleichen Weg wie 6.
Wenn, unter Bezugnahme auf 8, die Menge des aus der Richtung Pd der Auslasskammer 320 ausgelassenen Steuergases zunimmt, bewegt sich die Ventillamelle 730 weiter in Richtung des ersten Lamellenblocks 750 und des zweiten Lamellenblocks 760 und der Spalt zwischen dem Ventilkopf 720 und der inneren Umfangsfläche des Ventilgehäuses 710 ist klein. Während sich der Ventilkopf 720 bewegt, werden die Ventillamelle 730 und das Lamellengehäuse 740 nach links in 9 geschoben, sodass die erste Bohrungsöffnung 746a zusammen mit der zweiten Bohrungsöffnung 746b geöffnet wird. Somit wird das Steuergas in Kurbelkammerrichtung Pc und in Richtung Ps der Ansaugkammer 310 zugeführt, und die Menge des in Richtung Ps der Ansaugkammer 310 zugeführten Steuergases nimmt zu.
9 ist eine schematische Ansicht, die einen detaillierten Betriebszustand eines Steuerventils in einem Modus maximaler Bewegung für den Verdichter variabler Kapazität von 7 veranschaulicht.
Im Modus maximaler Bewegung, bei dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe 500 maximal ist, strömt das Kältemittelgas entlang der gestrichelten Richtung von der Kurbelkammer 250 zu der Ansaugkammer 310.
Da der Ventilkopf 720 in diesem Fall, wie es in 9 veranschaulicht ist, durch den Druck des in das Steuerventil 700 aus der Richtung Pd der Auslasskammer 320 eingeleiteten Kältemittelgases gedrückt wird und der Ventilkopf 720 durch die innere Umfangsfläche des Ventilgehäuses 710 blockiert wird, verläuft das Steuergas nicht durch den Ventilkopf 720.
Gleichzeitig wird das Steuergas durch die zweite Öffnung 714 aus der Kurbelkammerrichtung Pc eingeleitet, und der erste Lamellenblock 750 und der zweite Lamellenblock 760 werden durch das durch das Lamellengehäuse 740 geleitete Steuergas so weit wie möglich gedrückt. Wenn der erste Lamellenblock 750 und der zweite Lamellenblock 760 in 9 nach links gedrückt werden, wird der Spalt zwischen dem Lamellengehäuse 740 und dem ersten und dem zweiten Lamellenblock 750 und 760 geöffnet. Der entsprechende Spalt kann als dritte Bohrungsöffnung 764 definiert werden. Wenn die zweite Bohrungsöffnung 746b, die eine feste Bohrungsöffnung ist, geöffnet wird, wird die erste Bohrungsöffnung 746a, die eine variable Bohrungsöffnung ist, geöffnet und die dritte Bohrungsöffnung 764 wird zusätzlich geöffnet, wobei die Menge des in Richtung Ps der Ansaugkammer 310 abgegebenen Kältemittelgases maximal wird.
Gemäß der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, den Verlust von Steuergas zu reduzieren, indem die in der vorhandenen Ventilanordnung gebildete feste Bohrungsöffnung eliminiert und in dem Steuerventil oder in dem Durchgang zwischen Steuerventil und Kurbelkammer gebildet ist. In diesem Fall ist ein Bilden der festen Bohrungsöffnung in dem Steuerventil dahingehend von Vorteil, dass die Größe der festen Bohrungsöffnung je nach Betrieb des Verdichters variabel ist (was durch selektives Öffnen und Schließen einer Vielzahl von Öffnungen möglich ist). Andererseits bewirkt ein Bilden der festen Bohrungsöffnung in dem Durchgang zwischen Steuerventil und Kurbelkammer, dass der Steuergasverlust reduziert wird, da die feste Bohrungsöffnung im Vergleich zu der vorhandenen Bohrungsöffnung, deren Mindestgröße aufgrund von Bearbeitungsschwierigkeiten begrenzt ist, auf eine kleinere Größe bearbeitet werden kann.
[Industrielle Anwendbarkeit]
Die vorliegende Offenbarung stellt ein Steuerventil und einen Verdichter variabler Kapazität bereit, die in der Lage sind, einen unnötigen Verlust von Steuergas zu verhindern, um den Wirkungsgrad des Verdichters zu verbessern.

Claims

Steuerventil (700) zum Einstellen eines Neigungswinkels einer Taumelscheibe (500) eines Verdichters variabler Kapazität, das Steuerventil (700) umfassend: ein Ventilgehäuse (710), das eine erste Öffnung (712) in Verbindung mit einer Auslasskammer (320) des Verdichters, eine zweite Öffnung (714) in Verbindung mit einer Kurbelkammer (250) und eine dritte Öffnung (716) in Verbindung mit einer Ansaugkammer (310) aufweist; einen ersten Durchgang, der es der ersten Öffnung (712) ermöglicht, mit der zweiten Öffnung (714) in Verbindung zu sein, und einen zweiten Durchgang, der es der zweiten Öffnung (714) ermöglicht, mit der dritten Öffnung (716) in dem Ventilgehäuse (710) in Verbindung zu sein; ein erstes Schaltmittel zum Öffnen und Schließen des ersten Durchgangs; und ein zweites Schaltmittel zum Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs, wobei in einem ersten Zustand, in dem ein Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) verringert wird, um einen Bewegungsabstand eines Kolbens (112) zu minimieren, der erste Durchgang vollständig geöffnet ist und der zweite Durchgang teilweise geöffnet ist und in einem zweiten Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) erhöht wird, um den Bewegungsabstand des Kolbens (112) zu maximieren, der erste Durchgang vollständig geschlossen ist und der zweite Durchgang vollständig geöffnet ist, wobei in einem dritten Zustand, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe (500) eingestellt ist, sodass der Bewegungsabstand des Kolbens (112) zwischen den Bewegungsabständen des ersten Zustands und des zweiten Zustands liegt, der erste Durchgang teilweise geöffnet ist und der zweite Durchgang in einem Maß geöffnet ist, das größer als die teilweise Öffnung und kleiner als die vollständige Öffnung ist, wobei das zweite Schaltmittel (740) eine erste (746a), zweite (746b) und dritte (764) Bohrungsöffnung zum individuellen Öffnen und Schließen des zweiten Durchgangs umfasst, und in dem ersten Zustand die zweite Bohrungsöffnung (746b) geöffnet ist, und die erste Bohrungsöffnung (746a) und die dritte Bohrungsöffnung (764)geschlossen sind, wobei die erste (746a), zweite (746b) und dritte (764) Bohrungsöffnung in dem zweiten Zustand geöffnet sind; und wobei die erste (746a) und zweite (746b) Bohrungsöffnung in dem dritten Zustand geöffnet sind und die dritte Bohrungsöffnung (764) geschlossen ist.
Steuerventil nach Anspruch 1, wobei das zweite Schaltmittel den zweiten Durchgang öffnet, die Öffnung größer werdend in der Reihenfolge von dem ersten Zustand über den dritten Zustand zu dem zweiten Zustand.
Steuerventil nach Anspruch 1, wobei das erste Schaltmittel ein Kugelventil ist, das mit dem Ventilgehäuse (710) zwischen der ersten Öffnung (712) und der zweiten Öffnung (714) in Kontakt kommt oder von diesem getrennt ist, um den ersten Durchgang zu öffnen und zu schließen.
Verdichter variabler Kapazität, umfassend: eine Zylinderbohrung (110), in der sich ein Kolben (112) hin und her bewegt, um ein Kältemittel zu verdichten; eine Kurbelkammer (250) mit einer darin angeordneten Taumelscheibe (500); eine Ansaugkammer (310) zum Bereitstellen des von außen in die Zylinderbohrung (110) übertragenen Kältemittels; eine Auslasskammer (320), um das aus der Zylinderbohrung (110) ausgelassene Kältemittel nach außen zu übertragen; eine Ventilanordnung (600), die konfiguriert ist, um das Kältemittel in die Zylinderbohrung (110) anzusaugen oder daraus auszulassen; und das Steuerventil (700) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, verbunden mit der Kurbelkammer (250), der Ansaugkammer (310) und der Auslasskammer (320).