恆流量膨脹閥的製作方法
2023-05-31 04:42:31 3
專利名稱：恆流量膨脹閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種恆流量膨脹閥，更具體地涉及一種用於自動車空氣調節器的製冷循環的恆流量膨脹閥，其使高溫高壓製冷劑絕熱膨脹以將該高溫高壓製冷劑變為低溫低壓製冷劑，從而以恆定的流量將該製冷劑傳送給蒸發器。
背景技術：
通常，用於自動車空氣調節器的製冷循環包括壓縮機、冷凝器或氣體冷卻器、膨脹閥、蒸發器以及蓄能器。在這些構成元件中，壓縮機和膨脹閥控制製冷劑的流量。在可變排量壓縮機中，為了控制製冷劑的流量，有時使用電子控制閥，其進行差壓控制以使得壓縮機的排放壓力與吸入壓力之差變為恆定而不管制冷劑的流量。在這種情況下，對於用於電子控制的膨脹閥建議採用恆流量膨脹閥，其控制製冷劑的流量以使其恆定而不管橫過該膨脹閥的差壓，從而避免由可變排量壓縮機的電子控制閥執行的差壓控制與膨脹閥的控制之間出現競爭。
例如在日本未審專利特開2001-153495號公報中描述了一種已知的恆流量膨脹閥(圖1)。通過組合一螺線管和一恆差壓閥而構成該膨脹閥，該螺線管能夠改變在製冷劑絕熱地膨脹的部分處的製冷劑通道的流動通道截面面積，該恆差壓閥保持橫過所述製冷劑通道(其流動通道截面面積由所述螺線管設定)的差壓恆定。因此，該恆差壓閥控制橫過所述製冷劑通道(其流動通道截面面積由所述螺線管確定)的差壓以使得該差壓保持恆定，因此將流過所述製冷劑通道的製冷劑的流量控制為恆定。所述流量可由供應給螺線管的電流值自由設定。
另外，所述差壓閥包括一活塞，該活塞通過其相對端感測橫過製冷劑通道的差壓，並根據該差壓沿著閥打開或閥關閉方向操作，並且還已知一種恆流量膨脹閥，其通過活塞的滑動部分改善了由於製冷劑的小洩漏導致的特性退化(例如，參見日本未審專利特開2004-53192號公報(圖1))。
根據該恆流量膨脹閥，沿著製冷劑的流動方向串聯布置一主閥和與螺線管互鎖的限制裝置，並且與它們並行地串聯布置有用於致動主閥元件並具有固定孔的活塞、壓力腔室和與所述螺線管一起形成可變孔的導閥(pilot valve)。結果，由於活塞的滑動部分與壓力腔室相連，因此從滑動部分洩漏的製冷劑洩漏進入壓力腔室中，進而通過導閥控制已洩漏的製冷劑以及從壓力腔室排放的製冷劑，從而可以基本上消除從活塞的滑動部分洩漏的製冷劑的影響。
在如上所述構成的恆流量膨脹閥中，當螺線管根據供應至其的電流值將導閥控制為閥升程時，壓力腔室處於與由導閥形成的可變孔的尺寸相對應的壓力下，因此活塞根據在壓力腔室中的壓力與入口埠中的壓力之間的差壓將主閥控制為閥升程，以使得製冷劑以預定的流量流過主閥和限制裝置。那時，當製冷劑的流量增加時，橫過與螺線管互鎖的限制裝置的差壓增加，因此差壓沿著使可變孔減小的方向控制導閥。在上遊側壓力腔室中的壓力與可變孔的減小成比例地增加，並且活塞通過沿著閥關閉方向控制主閥而操作以減少製冷劑的流量。相反，當製冷劑的流量減少時，沿著閥打開方向控制主閥以增加製冷劑的流量。結果，將流過恆流量膨脹閥的製冷劑的流量控制為由螺線管確定的恆流量。
在傳統的恆流量膨脹閥(其構造成通過布置在出口埠側的導閥來控制壓力腔室中的壓力)中，導閥的閥元件接收在出口壓力和壓力腔室中的壓力之間沿著閥打開方向的差壓。然而，壓力腔室中的壓力與入口壓力相近，因此作用於導閥的閥元件的差壓非常大。該差壓起到幹擾導閥(其通過感測流過限制裝置的製冷劑的流量而操作)的作用，因此期望消除該差壓。在這種情況下，考慮為導閥增加用於消除該差壓的機構。然而，這使得恆流量膨脹閥的結構非常複雜，因此使得可變孔的壓力接收面積較小從而減少差壓對導閥的影響程度。然而，壓力接收面積的減少是有限制的，並且逆著導閥通過感測製冷劑的流量而沿著閥關閉方向作用在其閥元件上的力，沿著閥打開方向的差壓的影響程度很大，這使得差壓不可忽略。這導致導閥趨於如同其是恆差壓閥一樣動作的問題。
發明內容
鑑於該問題作出本發明，並且本發明的目的是提供一種恆流量膨脹閥，其減少了差壓對導閥的影響程度。
為了解決上述問題，本發明提供了一種恆流量膨脹閥，包括用於控制製冷劑的流量的主閥；活塞，其通過在主閥上遊側的壓力與形成在主閥相反側的壓力腔室中的壓力之間的差壓而沿著閥打開/關閉方向致動主閥；以及導閥，其被控制以使得壓力腔室中的壓力由螺線管設定，並且通過感測製冷劑流量的變化而使所述壓力恆定，其中沿著製冷劑的流動方向在製冷劑入口埠和製冷劑出口埠之間串聯布置一限制通道和所述主閥，該限制通道用於生成與製冷劑的流量成比例的差壓以通過該差壓控制所述導閥，同時與所述主閥並行地設置沿著製冷劑的流動方向串聯布置的所述導閥、所述壓力腔室和一固定孔。
從下面結合附圖的描述中將明白本發明的上述和其它目的、特徵和優點，其中附圖以示例的方式顯示了本發明的優選實施例。
圖1是表示根據本發明第一實施例的恆流量膨脹閥處於其關閉狀態的結構的縱剖視圖。
圖2是表示根據該第一實施例的恆流量膨脹閥處於其打開狀態的結構的縱剖視圖。
圖3A和圖3B是表示導閥中的壓力的狀態的解釋性視圖，其中圖3A是傳統的恆流量膨脹閥的主要部分的放大局部剖視圖，而圖3B是根據本發明的恆流量膨脹閥的主要部分的放大局部剖視圖。
圖4是表示根據本發明第二實施例的恆流量膨脹閥的結構的縱剖視圖。
圖5是表示根據本發明第三實施例的恆流量膨脹閥的結構的縱剖視圖。
圖6是沿著圖5的線A-A剖取的剖視圖。
具體實施例方式
下面將參照附圖詳細地描述本發明的實施例。
圖1是表示根據第一實施例的恆流量膨脹閥處於其關閉狀態的結構的縱剖視圖。圖2是表示根據該第一實施例的恆流量膨脹閥處於其打開狀態的結構的縱剖視圖。
根據第一實施例的恆流量膨脹閥具有主體1，該主體形成有在主體1的相應側面開口的製冷劑入口埠2和製冷劑出口埠3，向該製冷劑入口埠引入高壓製冷劑，從該製冷劑出口埠朝向蒸發器排放低壓製冷劑。將主閥座4壓配於在製冷劑入口埠2和製冷劑出口埠3之間連通的製冷劑通道的中間部分中。從下遊側以與主閥座4相對的方式設置由彈簧5沿著閥關閉方向推動的主閥元件6，並且其與主閥座4一起形成主閥。
在主閥的上遊側，沿著與主閥的軸線相同的軸線在形成於主體1中的缸孔內可運動地設置活塞7。活塞7通過延伸穿過主閥的閥孔的軸而與主閥元件6相連。如圖1所示，壓力腔室9形成在活塞7的下方，該壓力腔室通過用壓配部件8關閉主體1的開口而形成。在活塞7和壓配部件8之間設置有用於沿著主閥的閥打開方向推動活塞7的彈簧10。彈簧10的負載由壓配部件8的壓配量來調節，並且在負載調節之後，將壓配部件8的下端(如圖中所示)焊接到主體1上，從而從外部氣密地密封壓力腔室9。
壓力腔室9通過形成在主體1中的導向通道11與一腔室連通，該腔室與主閥的上遊側連通，並且導向通道11進入該腔室中的開口形成導閥座12。從上遊側以與導閥座12相對的方式設置有針形式的導閥元件13，並且其與導閥座12一起形成起可變孔作用的導閥。壓力腔室9還通過形成在主體1中的製冷劑通道14與主閥的下遊側(即，與製冷劑出口埠3連通的腔室)連通。將起固定孔作用的孔成形部件15壓配在製冷劑通道14中。當然，如果可以在主體1中形成具有與孔成形部件15的通孔內徑相同的製冷劑通道14，則可以不用孔成形部件15。
導閥元件13設置在導閥的入口埠與製冷劑入口埠2之間的通道中，從而形成限制從製冷劑入口埠2流來的製冷劑的流量的限制通道16。限制通道16限制製冷劑的流量以在製冷劑入口埠2與導閥的入口埠之間生成差壓，該差壓用作用於沿著閥關閉方向推動導閥元件13的力。因此，限制通道16具有通過感測製冷劑的流量而控制導閥的功能。
在主體1的頂部設置有控制導閥的螺線管。該螺線管包括套筒20，其下端裝配在形成於主體1的上部中的孔內；柱塞21，其可軸向運動地設置在套筒20中；芯部22，其呈中空形式並裝配在套筒20的上端中；軸25，其以軸向延伸穿過柱塞21的方式固定地設置在該柱塞中，其下部由壓配在主體1中的軸承23支撐，而其上端由軸承24支撐，該軸承24壓配進沿著芯部22的軸線貫穿該芯部形成的孔中；彈簧26，其設置在柱塞21和軸承24之間，用於通過軸25沿著閥關閉方向推動導閥元件13；線圈27，其設置在套筒20的外圍周圍；軛28，其形成為包圍線圈27的外部；以及板29，其設置在軛28與套筒20之間，用於形成磁路。
在形成於主體1的頂部中的孔的底部設置有環形填充物30。當套筒20裝配在所述孔中時，通過使套筒20的最前端形成為具有銳角而將該環形填充物30壓配在所述底部中，從而從外部形成密封。芯部22的上開口端被壓配部件31關閉，並且芯部22和壓配部件31的上端通過焊接而氣密地密封。
螺線管的軸25與導閥元件13一體形成。另外，沿著相同的軸線形成導向通道11、軸承23壓配在其中的孔、以及套筒20裝配在其中的孔，它們都形成在主體1中。因此，導向通道11和所述孔基本上位於相同的軸線，因此可以將與作為附加部件的軸25的最前端一體形成的導閥元件13引導至導閥座12，該導閥座基本上位於與導閥元件13的軸線相同的軸線上。
可以通過調節軸承24進入芯部22中的壓配插入量而調節設置在柱塞21與軸承24之間的彈簧26的負載。另外，通過將軛28的下端型鍛到形成於主體1的頂部的凸緣上，而將螺線管固定到主體1上。
接下來，將給出對如上所述構成的恆流量膨脹閥的操作的描述。首先，當在線圈27處於沒有向其供應控制電流的斷電狀態的情況下沒有將製冷劑引入到製冷劑入口埠2中時，主閥處於完全打開狀態，這是因為推動活塞7的彈簧10的彈簧負載被設定為比推動主閥元件6的彈簧5的彈簧負載大。另外，由於導閥元件13被包含在螺線管中的彈簧26沿著閥關閉方向推動，並座在導閥座12上，因此導閥處於完全關閉狀態。
在上述狀態下，當將製冷劑引入製冷劑入口埠2中時，製冷劑通過限制通道16被引入活塞7上方的腔室中。主閥元件6的壓力接收面積比活塞7的壓力接收面積小，並且壓力腔室9由於其通過孔成形部件15與製冷劑出口埠3連通而處於低壓，從而活塞7被高製冷劑壓力克服彈簧10的推動力而向下壓，由此主閥被完全關閉，如圖1所示。因此，恆流量膨脹閥處於完全關閉狀態。
現在，當向線圈27供應合適的電流時，柱塞21被芯部22吸引，因此在柱塞21的吸引力和彈簧26的負載平衡的位置處導閥元件13靜止不動，從而將導閥設定為一定的升程量。這致使高壓製冷劑通過具有由螺線管設定的孔和導向通道11的導閥而供應到活塞7下方的壓力腔室9，並且製冷劑以比引入壓力腔室9中的製冷劑的流量小的恆定流量從孔成形部件15流到製冷劑出口埠3，從而使壓力腔室9加壓到一定值。結果，活塞7運動到這樣的位置，在該處在活塞7上方的腔室中的壓力和在活塞7下方的壓力腔室9中的壓力之間的差壓與彈簧5和10的負載平衡，因此與活塞7相連的主閥元件6還以活塞7的運動量運動離開主閥座4，從而如圖2所示，主閥打開，以允許製冷劑以根據控制電流的值的預定流量流過恆流量膨脹閥。此時，根據流過限制通道16的製冷劑的流量，通過橫過限制通道16生成的差壓致使在導閥元件13上作用沿著閥關閉方向的推動力。
在該狀態下，當製冷劑的流量改變時，橫過限制通道16生成的差壓改變，因此導閥的升程量改變。結果，在導閥的下遊側的壓力腔室9中的壓力改變，從而改變主閥的升程量。例如，當製冷劑的流量增加時，由於橫過限制通道16生成的差壓增加，因而沿著閥關閉方向推動導閥元件13。因此，壓力腔室9中的壓力下降以使活塞7向下運動，如圖2所示，從而使主閥沿著閥關閉方向運動以使流過主閥的製冷劑的流量減少。相反，當製冷劑的流量減少時，橫過限制通道16的差壓降低，這使得導閥的可變孔變大以使壓力腔室9中的壓力增加，從而使主閥沿著閥打開方向運動，以增加製冷劑的流量。因此，以根據螺線管的控制電流的值保持的恆流量從恆流量膨脹閥排放製冷劑。
當供應給線圈27的控制電流的值從上述狀態(其中從恆流量膨脹閥排放的製冷劑的流量保持不變)改變時，導閥的可變孔改變以改變在導閥的下遊側的壓力腔室9中的壓力，從而改變主閥的升程量。例如，當控制電流的值增加時，使可變孔較大，從而使壓力腔室9中的壓力增加以減少作用在活塞7的相對端面上的差壓，由此使活塞7向上運動，如圖2所示，從而將主閥設定為允許製冷劑以較大的流量流動的升程位置。相反，當控制電流的值減少時，使可變孔較小，從而使壓力腔室9中的壓力減少以增加作用在活塞7的相對端面上的差壓，由此使活塞7向下運動，如圖2所示，從而將主閥設定為允許製冷劑以較小的流量流動的升程位置。
接下來，將與在上述日本未審專利特開2004-53192號公報中公開的傳統的恆流量膨脹閥進行比較，來描述根據本發明的恆流量膨脹閥的結構特性。
圖3A和圖3B是表示導閥中的壓力的狀態的解釋性視圖，其中圖3A是傳統的恆流量膨脹閥的主要部分的放大局部剖視圖，而圖3B是根據本發明的恆流量膨脹閥的主要部分的放大局部剖視圖。
如圖3A所示，傳統的恆流量膨脹閥構造成沿著製冷劑的流動方向串聯布置主閥101和與螺線管互鎖的限制裝置102，並且與它們並行地沿著製冷劑的流動方向串聯地布置用於致動主閥元件並具有固定孔103的活塞104、壓力腔室105以及通過螺線管形成可變孔的導閥106。相反，如圖3B所示，根據本發明的恆流量膨脹閥構造成沿著製冷劑的流動方向在製冷劑入口埠2與製冷劑出口埠3之間串聯布置限制通道16和主閥32，並且與主閥32並行地沿著製冷劑的流動方向串聯布置導閥33、壓力腔室9和固定孔34。
在圖3A和圖3B中，對於主要部分的壓力，入口壓力用P1表示，中間壓力用P2表示，出口壓力用P3表示，而壓力腔室105和9中的壓力用Px表示。現在，以示例的方式，假設入口壓力P1和出口壓力P3分別為12MPa和3MPa，並且橫過主閥101和32的差壓為8.5MPa，作用於活塞104和7的相對端的差壓為1MPa，並且橫過限制裝置102和限制通道16的差壓為0.5MPa。
這裡，當注意作用於導閥106和33的壓力時，應理解在傳統的恆流量膨脹閥中，由於壓力腔室105中的壓力為11MPa，因此差壓(Px-P3)為8MPa，而在根據本發明的恆流量膨脹閥中，由於壓力腔室9中的壓力為10.5MPa，因此差壓(P2-Px)僅為1MPa。這意味著如果其它壓力條件相同，則可以大大減少差壓對導閥33的影響程度。如上所述，差壓起到幹擾導閥(其通過由限制裝置102或限制通道16感測製冷劑的流量而進行操作)的作用，因此希望使差壓最小。根據本發明的恆流量膨脹閥可以充分降低差壓，而不提供用於消除差壓的具體機構。
圖4是表示根據本發明第二實施例的恆流量膨脹閥的結構的縱剖視圖。在圖4中，具有與圖1和圖2中出現的構成元件相同或等價功能的構成元件用相同的附圖標記表示，並省略對其的詳細描述。
根據該第二實施例的恆流量膨脹閥與根據第一實施例的恆流量膨脹閥在結構方面的不同之處在於，其具有用於消除作用於導閥的差壓的附加裝置。更具體地，在該恆流量膨脹閥中，將沿軸向可運動地支撐螺線管的軸25的軸承23的間隙設定為足夠小，從而使螺線管的內部充分地氣密密封。另外，在軸25和導閥元件13的中央設置有均壓孔35，從而使與壓力腔室9連通的導向通道11與螺線管的氣密閉合內部彼此連通。
通過該結構，螺線管內部的壓力與壓力腔室9中的壓力基本相等，從而將來自壓力腔室9的壓力沿著閥打開方向作用於導閥元件13上，並且將相同壓力沿著閥關閉方向作用於與導閥元件13一體形成的軸25的端面上，由此消除了差壓，從而僅通過橫過限制通道16與製冷劑的流量成比例生成的差壓使導閥操作。根據該第二實施例的恆流量膨脹閥的結構和操作的其它特徵與根據第一實施例的恆流量膨脹閥的相同。
圖5是表示根據本發明第三實施例的恆流量膨脹閥的結構的縱剖視圖。圖6是沿著圖5的線A-A剖取的剖視圖。在圖5和圖6中，具有與圖4中出現的構成元件相同或等價的功能的構成元件用相同的附圖標記表示，並省略對其的詳細描述。應注意，在圖6中，為了清楚顯示，省略了推動活塞7的彈簧10。
根據該第三實施例的恆流量膨脹閥與根據第二實施例的恆流量膨脹閥的不同之處在於，改變了均壓孔35的位置。更具體地，儘管該恆流量膨脹閥在使軸25和軸承23緊密地彼此裝配，從而使螺線管的內部充分地氣密閉合方面構造類似，但是均壓孔35形成在主體1中。如圖6所示，如沿著螺線管的軸向看時，活塞7設置在其中的缸壁36與形成於主體1的頂部中的孔(套筒20裝配在其中)的內部局部重疊，因此以這樣的方式形成均壓孔35，即，使其在避開軸承23壓配於其中的軸承安裝孔37的位置處在所述重疊區域中延伸穿過缸壁36。
結果，通過均壓孔35使得螺線管內的壓力與壓力腔室9中的壓力近似相等，因此消除了作用於導閥元件13的差壓，從而使導閥僅可以感測到流過限制通道16的製冷劑的流量，以可變地控制可變孔。根據該第三實施例的恆流量膨脹閥的結構和操作的其它特徵與根據第一和第二實施例的恆流量膨脹閥的相同。
根據本發明的恆流量膨脹閥能夠將作用於導閥的差壓減少至與作用於活塞的相對端面的小差壓相同的水平。這基本上可以不用用於消除差壓的機構，從而可以提高控制的準確性。
上述僅認為是說明本發明的原理。另外，由於各種修改和變動對於本領域技術人員是顯而易見的，因此並不希望將本發明限制為所示和所述的結構和應用，因此可以將所有合適的修改和等價物視為落在所附權利要求及其等價物中的本發明的範圍內。
權利要求
1.一種恆流量膨脹閥，包括用於控制製冷劑的流量的主閥；活塞，其通過在主閥上遊側的壓力與形成在主閥相反側的壓力腔室中的壓力之間的差壓而沿著閥打開/關閉方向致動主閥；以及導閥，其被控制以使得壓力腔室中的壓力由螺線管設定，並且通過感測製冷劑流量的變化而使所述壓力恆定，其中，沿著製冷劑的流動方向在製冷劑入口埠和製冷劑出口埠之間串聯布置一限制通道和所述主閥，該限制通道用於生成與製冷劑的流量成比例的差壓以通過該差壓控制所述導閥，同時與所述主閥並行地設置沿著製冷劑的流動方向串聯布置的所述導閥、所述壓力腔室和一固定孔。
2.根據權利要求1所述的恆流量膨脹閥，其特徵在於，所述主閥具有設置在主閥座的製冷劑輸出埠側的主閥元件，並且所述活塞沿著所述主閥的軸向可滑動地設置在所述主閥的入口與所述壓力腔室之間，所述活塞與一軸相連，該軸一體連接至所述主閥元件並延伸穿過所述主閥的閥孔，並且所述活塞被沿著所述主閥的閥打開方向推動。
3.根據權利要求1所述的恆流量膨脹閥，其特徵在於，包括差壓消除裝置，用於消除在所述製冷劑入口埠中作用於所述導閥的壓力與所述壓力腔室中的壓力之間的差壓。
4.根據權利要求3所述的恆流量膨脹閥，其特徵在於，所述差壓消除裝置是形成在所述導閥的閥元件中的均壓孔，所述閥元件與所述螺線管的軸一體形成，所述均壓孔的一端在與所述壓力腔室連通的導向通道中開口，而另一端在所述螺線管的氣密閉合內部開口。
5.根據權利要求3所述的恆流量膨脹閥，其特徵在於，所述差壓消除裝置是一均壓孔，該均壓孔在所述螺線管的氣密閉合內部與所述壓力腔室之間連通。
全文摘要
一種恆流量膨脹閥，以減少差壓對其導閥的影響程度。該恆流量膨脹閥包括限制通道，用於限制從製冷劑入口埠引入的製冷劑的流量；主閥，控制從所述限制通道流出的製冷劑的流量，以將製冷劑排放到製冷劑出口埠；活塞，其通過在主閥的入口埠側的中間壓力與形成在主閥相反側的壓力腔室中的壓力之間的差壓而沿著閥打開/關閉方向致動主閥；以及導閥，用於感測與流過限制通道的製冷劑的流量成比例的差壓，從而控制壓力腔室中由螺線管設定的壓力。與主閥並行地沿著製冷劑的流動方向串聯布置有導閥、壓力腔室和固定孔。這可以僅嚮導閥作用與作用於活塞的相對端面的小差壓相同水平的差壓，從而可以減少差壓對導閥的影響程度。
文檔編號F25B41/06GK1828100SQ20061005769
公開日2006年9月6日 申請日期2006年2月24日 優先權日2005年3月1日
發明者廣田久壽 申請人:株式會社Tgk