專利名稱：用于可變容量壓縮機的控制閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制制冷循環內可變容量壓縮機容量的控制閥。
背景技術：
如待審日本專利申請2001-173556的第15到16頁和圖12所公開的，用于制冷循環中的可變容量斜盤式壓縮機，通過調節曲柄腔或容納斜盤的腔室內的壓力，任意地改變斜盤的傾角或壓縮機的容量。
也就是說，壓縮機提供了一種調節曲柄腔內壓力的控制閥。控制閥例如改變供氣通道的開口度，其中供氣通道使制冷循環的較高壓力區和曲柄腔相互連接。一制冷循環的較低壓力區和曲柄腔通過一放氣通道相互連接。
調節控制閥的開口度，以控制從較高壓力區通過供氣通道導入曲柄腔的比較高壓力的制冷氣體總量和從曲柄腔通過放氣通道排到較低壓力區的制冷氣體的總量之間的平衡關系。因而，確定曲柄腔內的壓力。斜盤的傾角根據曲柄腔內壓力的變化而變化。其結果是調節了活塞的行程即壓縮機的容量。
近來，二氧化碳通常用作制冷循環的制冷劑，取代了傳統的含氟氯碳化物。當二氧化碳用作制冷劑時，制冷循環內較高和較低壓區之間的壓力差比用氟氯碳化物的大很多(例如10Mpa)。因此，在上述利用制冷循環內的壓力差調節壓縮機容量的結構中，制冷氣體以基于在制冷循環中產生的壓力差的較高速度流經控制閥的內部。
當制冷氣體以較高速度流經控制閥內部時，包含在制冷氣體中、不能由過濾器完全過濾掉的細微外來顆粒(例如10到20微米的固體顆粒)會在控制閥內部產生侵蝕。鑒于控制閥的結構，侵蝕趨向出現在調節控制閥開口度的那一部分周圍，在該部分制冷氣體的流量很大且氣流錯綜復雜。特別是，用于開啟和關閉控制閥的閥座的座表面和閥體的閥表面，構成調節控制閥開口度的部分。當座表面和閥表面產生裂縫時，在控制閥完全關閉(即座表面與閥表面接觸)的狀態下，制冷氣體會通過裂縫泄漏出來。其結果是，不能保持在控制閥完全關閉狀態下的壓縮機的容量。因此，需要一種當用于可變容量壓縮機的控制閥處于完全關閉狀態時，能降低制冷氣體泄漏量的控制閥。
發明內容
根據本發明，可變容量壓縮機可任意改變基于曲柄腔內壓力的容量，通過改變將曲柄腔和制冷循環的較高和較低壓力區域之一連接起來的通道的開口度，調節曲柄腔內的壓力。可變容量壓縮機的控制閥具有一閥座和一閥。閥座具有調節通道開口度的座表面。閥具有調節通道開口度的閥表面。至少座表面和閥表面之一由較高硬度的材料制成。
本發明的其它方面和優點，通過下面說明書，結合附圖、借助對本發明示例的說明，可以更清楚地顯示出來。
認為本發明中具有新穎性的特點，在隨附的權利要求中詳細地顯示出來。本發明及其目的和優點，通過結合附圖對優選實施例進行的下述說明，可以進行最好的理解，其中圖1A表示變容斜盤式壓縮機的示意圖和根據本發明優選實施例的控制閥的縱向橫斷面圖；以及圖1B表示根據本發明優選實施例中用于調節控制閥開口度的相鄰部分的局部放大的橫斷面圖。
具體實施例方式
下面，參照圖1A和1B，說明本發明的優選實施例。
圖1A表示用于汽車空調制冷循環的變容斜盤式壓縮機1(以下稱為壓縮機1)的示意圖。壓縮機1將制冷氣體從吸氣腔2導入壓縮腔1a，然后，當壓縮腔1a的容量通過斜盤(未示出)的旋轉而變化時，壓縮導入的制冷氣體且將被壓縮的制冷氣體排入排氣腔3。一油分離器4靠近排氣腔3的出口，用于使容納在制冷氣體內的霧狀潤滑油與制冷氣體分離。順便說一句，二氧化碳用作制冷循環的制冷劑。
在壓縮機1中，容納斜盤的曲柄腔5通過放氣通道6與在制冷循環內較低壓力區的吸氣腔2連通。在制冷循環內較高壓力區中的油分離器4，通過供氣通道7與曲柄腔5連通。在油分離器4中，從制冷氣體中分離出來的潤滑油和一部分制冷氣體一起通過供氣通道7輸送到曲柄腔5內且潤滑曲柄腔5內的滑動部分。即，供氣通道7作為雙重輸送通道，將從油分離器4分離出來的潤滑油送到曲柄腔5。
順便說一句，一過濾器8安裝在供氣通道7的上游側(油分離器4的一側)，以排除制冷氣體中的外來顆粒。過濾器8的網目尺寸，僅為排除20到30微米的外來顆粒或者為免除上述對制冷氣體流量的干擾。
一控制閥CV安裝在供氣通道7內且可任意地調節供氣通道7的開口度。控制閥CV開口度的調節，可控制從排氣腔3通過供氣通道7導入曲柄腔5的較高壓制冷氣體的總量和從曲柄腔5通過放氣通道6運送到吸氣腔2的制冷氣體的總量之間的平衡關系。因而確定曲柄腔5內的壓力。斜盤的傾角根據曲柄腔5內壓力的變化而變化，從而對壓縮機1的容量進行調節。
例如，當曲柄腔5內的壓力由于控制閥CV的開口度減小而下降時，斜盤的傾角增大，因而壓縮機1的容量增大。相反，當曲柄腔5內的壓力由于控制閥CV的開口度增大而上升時，斜盤的傾角減小，因而壓縮機1的容量減小。
現在，對控制閥進行描述。
如圖1A所示，控制閥CV的閥殼10包括在圖中上側的閥體11和下側的致動殼體12。從圖中下側開始，閥腔22、連通通道23和壓力傳感腔24分別限定在閥體11內。閥桿25可運動地安裝穿過閥腔22和連通通道23，沿著閥殼10(圖中垂直方向)的軸線方向延伸。穿插連通通道23的閥桿25上端，使連通通道23與壓力傳感腔24分隔開。
連通通道23通過供氣通道7的上游部分與壓縮機1的油分離器4連通。閥腔22通過供氣通道7的下游部分與壓縮機1的曲柄腔5連通。閥腔22和連通通道23構成供氣通道7的一部分。
如圖1A和1B所示，在閥桿25中間部分形成的閥部分31設置在閥腔22內。在閥體11內，閥腔22和連通通道23之間的臺階形成閥座32，于是連通通道23形成閥孔。當閥桿25從圖1A所示的連通通道23(供氣通道7)開啟的狀態下向上運動到閥部分31到達閥座32的狀態時，閥部分31的平的閥表面31a與閥座32的平的座表面32a接觸，從而將連通通道23(供氣通道7)關閉。用于推動閥桿25的螺旋彈簧60安裝在閥腔22內。螺旋彈簧60沿著使閥部分31遠離閥座32的方向推動閥桿25。
一呈圓柱形的波紋管33容納在壓力傳感腔24內。波紋管33的上端固定到閥殼10。閥桿25的上端固定到波紋管33的下端。波紋管33一端具有一底部且將壓力傳感腔24分隔成第一壓力腔49和第二壓力腔50。
固定節流閥41設置在排氣通道40內，該排氣通道將排氣腔3與外部制冷循環回路(未示出)連接起來。第一壓力腔49通過第一壓力引導通道42與排氣通道40連通，且與相對于固定節流閥41的上游側(排氣腔3的一側)連接。第二壓力腔50通過第二壓力引導通道43與排氣通道40連通，且在相對于固定節流閥41的下游側連接。因此，由于波紋管33的下端部分根據壓力差移動，所以波紋管33反映固定節流閥41的上游側和下游側之間壓力差的變化，以確定閥桿25(閥部分31)的位置。附帶說一下，波紋管33按照下述方式使閥部分31運動，壓縮機1容量變化以消除固定節流閥41的上游側和下游側之間壓力差的變化。
在閥殼10的下側設置一電磁致動器51。電磁致動器51提供一圓柱形容納圓柱體52，該圓柱體一端的底部在致動器殼體12的中間。一呈筒形的中心柱53固定配裝到位于上側的容納圓柱體52的開口上。該中心柱53的配裝結構，在容納圓柱體52的最下面部分形成一活塞腔54。
活塞56容納在活塞腔54內且沿軸線方向(圖1A中垂直方向)可移動。導向孔57沿中心柱53的軸向延伸穿過中心柱53的中心。閥桿25的下側可運動地安裝在導向孔57內。閥桿25的下端固定配裝到活塞腔54內的活塞56。因此，在任何時候活塞56和閥桿25都是整體上下運動。
線圈61圍繞容納圓柱體52的外圓周纏繞且部分覆蓋著中心柱53到活塞56的區域。根據空調ECU(未示出)的命令向線圈61輸送電力。因此，在活塞和中心柱53之間產生大小與輸送到線圈61的電力相對應的電磁力(電磁吸引力)。電磁力通過活塞56傳遞到閥桿25(閥部分31)。
在上述控制閥CV中，電磁致動器51根據外部供應的電力改變施加到閥部分31上的電磁力，因而，可以任意地改變對固定節流閥41的上游側和下游側之間的壓力差(設定壓力差)的控制目標，其中節流閥是用于利用波紋管33進行閥部分31的定位操作的基準。即，控制閥CV根據壓力差的變化，整體并自主地將閥桿25(閥部分31)定位，以便保持由輸送到線圈61的電力決定的設定壓力差。此外，該設定壓力差通過調節輸送到線圈61的電力進行外部變化。
如現有技術中所描述的，在優選實施例中壓縮機1的容量通過制冷循環中的壓力差進行調節，制冷氣體能以相對高的速度流過供氣通道7。然后，在開啟和關閉供氣通道7的控制閥CV中，作為調節控制閥CV開口度部分的閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a，都由防侵蝕的較高硬度的材料制成。
順便說一下，在優選實施例中“具有較高硬度的材料”一詞意味著材料具有500或以上的維氏硬度，這是因為制冷循環內相對高和低的壓力之間的壓力差偶爾會接近10Mpa，并且有引起侵蝕的顆粒，由細微的固體顆粒(10到20微米)例如具有較高硬度的二氧化硅構成。閥座32的材料是黃銅且其具有接近200的維氏硬度。因此，為了得到具有較高硬度的閥座32的座表面32a的材料，在閥座32的材料表面利用鍍鎳磷的方法涂敷一高硬度層32b。因此，閥座32的座表面32a由具有500到800維氏硬度的較高硬度的材料構成。
此外，閥桿25(閥部分31)的材料是不銹鋼(SUS)且具有接近00的維氏硬度。因此，為了得到具有較高硬度的閥部分31的閥表面31a的材料，利用鹽浴滲氮方法在閥部分31材料的表面上涂敷一高硬度層31b。因此，閥部分31的閥表面31a由具有900到1100維氏硬度的較高硬度材料構成。
順便說一下，上述高硬度涂層31b、32b的厚度范圍大約從幾個微米到1毫米。圖1B所示高硬度層31b、32b的厚度是為便于理解進行了夸大。而且，在圖1B中未示出螺旋線圈60。
根據上述優選實施例，可獲得以下有益效果。
(1)在控制閥CV中，閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a都由較高硬度的材料制成。因此，即使包含在制冷氣體中的外來顆粒與閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a碰撞，也很難產生裂縫。因此，在控制閥CV處于完全關閉狀態下由裂縫引起的制冷氣體泄漏量會下降。其結果是，將對應控制閥CV完全關閉狀態的壓縮機1的容量(優選實施例中的最大容量)保持住。
(2)閥座32的高硬度層32b由與閥部分31的高硬度層31b不同的材料制成。因而，可以防止閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a之間出現相同金屬現象。相同金屬現象意味著彼此相同的金屬會導致例如摩擦系數增大的不利之處。
(3)供氣通道7的雙重作用是可作為一輸送通道，該輸送通道向曲柄腔5輸送由油分離器4分離出的潤滑油。在油分離器4中，外來顆粒在潤滑油從制冷氣體中分離出來的同時也被分離出來。因此，例如與不具有輸送通道雙重作用的供氣通道7相比，有較多的外來顆粒通過控制閥CV內部。在控制閥CV中，閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a都由具有較高硬度的材料制成。即使在上述硬度條件下，在控制閥CV完全關閉的狀態下制冷氣體的泄漏量也能可靠地下降。然而，本發明具體結構是供氣通道7具有作為輸送通道的雙重作用，用于從油分離器4向曲柄腔5輸送潤滑油，因而，制冷氣體的泄漏量在控制閥CV完全關閉的狀態下也能更有效地下降。
(4)壓縮機1是一個用在制冷循環中的制冷壓縮機，且將二氧化碳用作制冷循環的制冷劑。因此，與使用氯氟碳制冷劑相比，在控制閥CV內的制冷劑的較高和低壓之間的壓力差會變得很大，制冷劑的流速變得很快。結果，閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a很容易受到外來顆粒引起的損壞。即，本發明是以二氧化碳制冷劑壓縮機的控制閥的方式實施的，這樣，制冷氣體的泄漏量在控制閥CV完全關閉的狀態下能有效地下降。
本發明不局限于上述實施例，而是可以修改為下列可替換的實施例。
在上述優選實施例的可替換實施例中，閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a，都由較高硬度的材料制成。在這種狀態下，可以得到與段落(1)相同的有益效果。也就是說，在控制閥CV處于完全關閉的狀態時，使制冷氣體的泄漏量下降。但是，很顯然，分別由較高硬度材料制成的閥座32的座表面32a和閥部分31的閥表面31a，更可靠地實現上述有益效果。
在優選實施例中，閥座32的座表面32a以這樣的方式由具有較高硬度的材料的構成閥座32的材料利用鍍鎳磷的方法進行表面硬化處理。在上述優選實施例的可替換實施例中，閥座32材料的表面硬化處理方法，可從由鍍鎳、鍍鎳磷硼、鍍鎳硼、鍍鎳硼鎢、鍍鉻和鍍銅組成的方法組中進行選擇。因此，座表面32a由具有較高硬度的材料構成。
而且，閥座32的座表面32a不局限于用電鍍方法進行表面硬化處理，而是可利用離子滲氮、氣體氮碳共滲、鹽浴滲氮方法之一進行硬化處理。因此，閥表面31a由較高硬度的材料構成。
再者，閥部分31的閥表面31a并不局限于利用滲氮進行表面硬化處理。閥部分31的閥表面31a可以利用鍍鎳、鍍鎳磷、鍍鎳磷硼、鍍鎳硼、鍍鎳硼鎢、鍍鉻和鍍銅方法之一，對閥部分31材料的表面硬化。
可選擇的，閥部分31(閥桿25)的材料是滲碳鋼，且材料表面利用滲碳方法進行硬化處理，以形成具有較高硬度的閥表面31a。
在上述優選實施例的可選擇實施例中，閥座32的材料并不局限于黃銅，而可以是其它銅系列材料、鋁系列材料或不銹鋼材料(SUS)。
在優選實施例中，控制閥CV改變連接制冷循環(油分離器4)較高壓力區和曲柄腔5的供氣通道7的開口度，從而調節曲柄腔5內的壓力。即，本發明具體為所謂的送氣側控制閥，該控制閥安裝在供氣通道7內。在上述優選實施例的可選擇實施例中，控制閥改變連接曲柄腔5和制冷循環較低壓力區(例如吸氣腔2)的放氣通道6的開口度，從而調節曲柄腔5內的壓力。因此，本發明具體為所謂的放氣側控制閥，該控制閥安裝在放氣通道6內。
在優選實施例中，控制閥CV根據壓力差的變化，整體并自主地將閥部分31定位，以便保持由外部供應的電力決定的設定壓力差。即，本發明具體為所謂的外控閥。但是，本發明并不局限以外控閥的方式實施，也可以內控閥或者單以電磁閥的方式實施。
因此，本發明的示例和實施例僅出于說明目的而非進行限制，并且本發明并不局限于在此給出的細節，而是可以在從屬權利要求的范圍內進行改進。
權利要求
1.一種可變容量壓縮機的控制閥，該控制閥可根據曲柄腔內的壓力任意地改變容量，以通過改變連接曲柄腔和制冷循環的較高和較低壓力區域之一的通道的開口度調節曲柄腔內的壓力，控制閥包括一閥座，具有用于調節通道開口度的座表面；以及一閥，具有用于調節通道開口度的閥表面，至少座表面和閥表面之一由較高硬度的材料制成。
2.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是閥座的座表面和閥的閥表面都由具有較高硬度的材料制成。
3.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是座表面和閥表面由彼此不同的材料制成。
4.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是具有較高硬度的材料通過表面硬化處理形成，表面處理從鍍鎳、鍍鎳磷、鍍鎳硼、鍍鎳磷硼、鍍鎳硼鎢、鍍鉻、鍍銅、鹽浴滲氮、離子滲氮、氣體氮碳共滲和滲碳處理組成的方法組中選擇。
5.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是油分離器安裝在制冷循環的較高壓力區內，用于從流入較高壓力區的制冷氣體中分離出潤滑油，連接油分離器和曲柄腔的通道可具有向曲柄腔輸送從油分離器中分離出的潤滑油的雙重作用。
6.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是將二氧化碳用作制冷循環的制冷劑。
7.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是較高硬度的材料具有500或以上的維氏硬度。
8.根據權利要求7所述的控制閥，其特征是座表面的材料具有500到800的維氏硬度。
9.根據權利要求7所述的控制閥，其特征是閥表面的材料具有900到1100的維氏硬度。
10.根據權利要求1所述的控制閥，其特征是較高和低壓力區之間的最大壓力差超過10Mpa。
全文摘要
一種可變容量壓縮機，根據曲柄腔內的壓力改變容量，通過改變連接曲柄腔和制冷循環的較高和較低壓力區之一的通道的開口度調節曲柄腔內的壓力。可變容量壓縮機的控制閥具有一閥座和一閥。閥座具有的閥表面用于調節通道的開口度。閥具有的閥表面用于調節通道的開口度。至少座表面和閥表面之一由較高硬度的材料制成。
文檔編號F04B39/16GK1508426SQ20031012094
公開日2004年6月30日 申請日期2003年11月13日 優先權日2002年11月14日
發明者梅村聰, 水谷秀樹, 村瀨正和, 廣瀨達也, 橋本友次, 也, 和, 樹, 次 申請人:株式會社豐田自動織機