专利名称：用于可变容量压缩机的控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于控制制冷循环内可变容量压缩机容量的控制阀。
背景技术：
如待审日本专利申请2001-173556的第15到16页和图12所公开的，用于制冷循环中的可变容量斜盘式压缩机，通过调节曲柄腔或容纳斜盘的腔室内的压力，任意地改变斜盘的倾角或压缩机的容量。
也就是说，压缩机提供了一种调节曲柄腔内压力的控制阀。控制阀例如改变供气通道的开口度，其中供气通道使制冷循环的较高压力区和曲柄腔相互连接。一制冷循环的较低压力区和曲柄腔通过一放气通道相互连接。
调节控制阀的开口度，以控制从较高压力区通过供气通道导入曲柄腔的比较高压力的制冷气体总量和从曲柄腔通过放气通道排到较低压力区的制冷气体的总量之间的平衡关系。因而，确定曲柄腔内的压力。斜盘的倾角根据曲柄腔内压力的变化而变化。其结果是调节了活塞的行程即压缩机的容量。
近来，二氧化碳通常用作制冷循环的制冷剂，取代了传统的含氟氯碳化物。当二氧化碳用作制冷剂时，制冷循环内较高和较低压区之间的压力差比用氟氯碳化物的大很多(例如10Mpa)。因此，在上述利用制冷循环内的压力差调节压缩机容量的结构中，制冷气体以基于在制冷循环中产生的压力差的较高速度流经控制阀的内部。
当制冷气体以较高速度流经控制阀内部时，包含在制冷气体中、不能由过滤器完全过滤掉的细微外来颗粒(例如10到20微米的固体颗粒)会在控制阀内部产生侵蚀。鉴于控制阀的结构，侵蚀趋向出现在调节控制阀开口度的那一部分周围，在该部分制冷气体的流量很大且气流错综复杂。特别是，用于开启和关闭控制阀的阀座的座表面和阀体的阀表面，构成调节控制阀开口度的部分。当座表面和阀表面产生裂缝时，在控制阀完全关闭(即座表面与阀表面接触)的状态下，制冷气体会通过裂缝泄漏出来。其结果是，不能保持在控制阀完全关闭状态下的压缩机的容量。因此，需要一种当用于可变容量压缩机的控制阀处于完全关闭状态时，能降低制冷气体泄漏量的控制阀。
发明内容
根据本发明，可变容量压缩机可任意改变基于曲柄腔内压力的容量，通过改变将曲柄腔和制冷循环的较高和较低压力区域之一连接起来的通道的开口度，调节曲柄腔内的压力。可变容量压缩机的控制阀具有一阀座和一阀。阀座具有调节通道开口度的座表面。阀具有调节通道开口度的阀表面。至少座表面和阀表面之一由较高硬度的材料制成。
本发明的其它方面和优点，通过下面说明书，结合附图、借助对本发明示例的说明，可以更清楚地显示出来。
认为本发明中具有新颖性的特点，在随附的权利要求中详细地显示出来。本发明及其目的和优点，通过结合附图对优选实施例进行的下述说明，可以进行最好的理解，其中图1A表示变容斜盘式压缩机的示意图和根据本发明优选实施例的控制阀的纵向横断面图；以及图1B表示根据本发明优选实施例中用于调节控制阀开口度的相邻部分的局部放大的横断面图。
具体实施例方式
下面，参照图1A和1B，说明本发明的优选实施例。
图1A表示用于汽车空调制冷循环的变容斜盘式压缩机1(以下称为压缩机1)的示意图。压缩机1将制冷气体从吸气腔2导入压缩腔1a，然后，当压缩腔1a的容量通过斜盘(未示出)的旋转而变化时，压缩导入的制冷气体且将被压缩的制冷气体排入排气腔3。一油分离器4靠近排气腔3的出口，用于使容纳在制冷气体内的雾状润滑油与制冷气体分离。顺便说一句，二氧化碳用作制冷循环的制冷剂。
在压缩机1中，容纳斜盘的曲柄腔5通过放气通道6与在制冷循环内较低压力区的吸气腔2连通。在制冷循环内较高压力区中的油分离器4，通过供气通道7与曲柄腔5连通。在油分离器4中，从制冷气体中分离出来的润滑油和一部分制冷气体一起通过供气通道7输送到曲柄腔5内且润滑曲柄腔5内的滑动部分。即，供气通道7作为双重输送通道，将从油分离器4分离出来的润滑油送到曲柄腔5。
顺便说一句，一过滤器8安装在供气通道7的上游侧(油分离器4的一侧)，以排除制冷气体中的外来颗粒。过滤器8的网目尺寸，仅为排除20到30微米的外来颗粒或者为免除上述对制冷气体流量的干扰。
一控制阀CV安装在供气通道7内且可任意地调节供气通道7的开口度。控制阀CV开口度的调节，可控制从排气腔3通过供气通道7导入曲柄腔5的较高压制冷气体的总量和从曲柄腔5通过放气通道6运送到吸气腔2的制冷气体的总量之间的平衡关系。因而确定曲柄腔5内的压力。斜盘的倾角根据曲柄腔5内压力的变化而变化，从而对压缩机1的容量进行调节。
例如，当曲柄腔5内的压力由于控制阀CV的开口度减小而下降时，斜盘的倾角增大，因而压缩机1的容量增大。相反，当曲柄腔5内的压力由于控制阀CV的开口度增大而上升时，斜盘的倾角减小，因而压缩机1的容量减小。
现在，对控制阀进行描述。
如图1A所示，控制阀CV的阀壳10包括在图中上侧的阀体11和下侧的致动壳体12。从图中下侧开始，阀腔22、连通通道23和压力传感腔24分别限定在阀体11内。阀杆25可运动地安装穿过阀腔22和连通通道23，沿着阀壳10(图中垂直方向)的轴线方向延伸。穿插连通通道23的阀杆25上端，使连通通道23与压力传感腔24分隔开。
连通通道23通过供气通道7的上游部分与压缩机1的油分离器4连通。阀腔22通过供气通道7的下游部分与压缩机1的曲柄腔5连通。阀腔22和连通通道23构成供气通道7的一部分。
如图1A和1B所示，在阀杆25中间部分形成的阀部分31设置在阀腔22内。在阀体11内，阀腔22和连通通道23之间的台阶形成阀座32，于是连通通道23形成阀孔。当阀杆25从图1A所示的连通通道23(供气通道7)开启的状态下向上运动到阀部分31到达阀座32的状态时，阀部分31的平的阀表面31a与阀座32的平的座表面32a接触，从而将连通通道23(供气通道7)关闭。用于推动阀杆25的螺旋弹簧60安装在阀腔22内。螺旋弹簧60沿着使阀部分31远离阀座32的方向推动阀杆25。
一呈圆柱形的波纹管33容纳在压力传感腔24内。波纹管33的上端固定到阀壳10。阀杆25的上端固定到波纹管33的下端。波纹管33一端具有一底部且将压力传感腔24分隔成第一压力腔49和第二压力腔50。
固定节流阀41设置在排气通道40内，该排气通道将排气腔3与外部制冷循环回路(未示出)连接起来。第一压力腔49通过第一压力引导通道42与排气通道40连通，且与相对于固定节流阀41的上游侧(排气腔3的一侧)连接。第二压力腔50通过第二压力引导通道43与排气通道40连通，且在相对于固定节流阀41的下游侧连接。因此，由于波纹管33的下端部分根据压力差移动，所以波纹管33反映固定节流阀41的上游侧和下游侧之间压力差的变化，以确定阀杆25(阀部分31)的位置。附带说一下，波纹管33按照下述方式使阀部分31运动，压缩机1容量变化以消除固定节流阀41的上游侧和下游侧之间压力差的变化。
在阀壳10的下侧设置一电磁致动器51。电磁致动器51提供一圆柱形容纳圆柱体52，该圆柱体一端的底部在致动器壳体12的中间。一呈筒形的中心柱53固定配装到位于上侧的容纳圆柱体52的开口上。该中心柱53的配装结构，在容纳圆柱体52的最下面部分形成一活塞腔54。
活塞56容纳在活塞腔54内且沿轴线方向(图1A中垂直方向)可移动。导向孔57沿中心柱53的轴向延伸穿过中心柱53的中心。阀杆25的下侧可运动地安装在导向孔57内。阀杆25的下端固定配装到活塞腔54内的活塞56。因此，在任何时候活塞56和阀杆25都是整体上下运动。
线圈61围绕容纳圆柱体52的外圆周缠绕且部分覆盖着中心柱53到活塞56的区域。根据空调ECU(未示出)的命令向线圈61输送电力。因此，在活塞和中心柱53之间产生大小与输送到线圈61的电力相对应的电磁力(电磁吸引力)。电磁力通过活塞56传递到阀杆25(阀部分31)。
在上述控制阀CV中，电磁致动器51根据外部供应的电力改变施加到阀部分31上的电磁力，因而，可以任意地改变对固定节流阀41的上游侧和下游侧之间的压力差(设定压力差)的控制目标，其中节流阀是用于利用波纹管33进行阀部分31的定位操作的基准。即，控制阀CV根据压力差的变化，整体并自主地将阀杆25(阀部分31)定位，以便保持由输送到线圈61的电力决定的设定压力差。此外，该设定压力差通过调节输送到线圈61的电力进行外部变化。
如现有技术中所描述的，在优选实施例中压缩机1的容量通过制冷循环中的压力差进行调节，制冷气体能以相对高的速度流过供气通道7。然后，在开启和关闭供气通道7的控制阀CV中，作为调节控制阀CV开口度部分的阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a，都由防侵蚀的较高硬度的材料制成。
顺便说一下，在优选实施例中“具有较高硬度的材料”一词意味着材料具有500或以上的维氏硬度，这是因为制冷循环内相对高和低的压力之间的压力差偶尔会接近10Mpa，并且有引起侵蚀的颗粒，由细微的固体颗粒(10到20微米)例如具有较高硬度的二氧化硅构成。阀座32的材料是黄铜且其具有接近200的维氏硬度。因此，为了得到具有较高硬度的阀座32的座表面32a的材料，在阀座32的材料表面利用镀镍磷的方法涂敷一高硬度层32b。因此，阀座32的座表面32a由具有500到800维氏硬度的较高硬度的材料构成。
此外，阀杆25(阀部分31)的材料是不锈钢(SUS)且具有接近00的维氏硬度。因此，为了得到具有较高硬度的阀部分31的阀表面31a的材料，利用盐浴渗氮方法在阀部分31材料的表面上涂敷一高硬度层31b。因此，阀部分31的阀表面31a由具有900到1100维氏硬度的较高硬度材料构成。
顺便说一下，上述高硬度涂层31b、32b的厚度范围大约从几个微米到1毫米。图1B所示高硬度层31b、32b的厚度是为便于理解进行了夸大。而且，在图1B中未示出螺旋线圈60。
根据上述优选实施例，可获得以下有益效果。
(1)在控制阀CV中，阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a都由较高硬度的材料制成。因此，即使包含在制冷气体中的外来颗粒与阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a碰撞，也很难产生裂缝。因此，在控制阀CV处于完全关闭状态下由裂缝引起的制冷气体泄漏量会下降。其结果是，将对应控制阀CV完全关闭状态的压缩机1的容量(优选实施例中的最大容量)保持住。
(2)阀座32的高硬度层32b由与阀部分31的高硬度层31b不同的材料制成。因而，可以防止阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a之间出现相同金属现象。相同金属现象意味着彼此相同的金属会导致例如摩擦系数增大的不利之处。
(3)供气通道7的双重作用是可作为一输送通道，该输送通道向曲柄腔5输送由油分离器4分离出的润滑油。在油分离器4中，外来颗粒在润滑油从制冷气体中分离出来的同时也被分离出来。因此，例如与不具有输送通道双重作用的供气通道7相比，有较多的外来颗粒通过控制阀CV内部。在控制阀CV中，阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a都由具有较高硬度的材料制成。即使在上述硬度条件下，在控制阀CV完全关闭的状态下制冷气体的泄漏量也能可靠地下降。然而，本发明具体结构是供气通道7具有作为输送通道的双重作用，用于从油分离器4向曲柄腔5输送润滑油，因而，制冷气体的泄漏量在控制阀CV完全关闭的状态下也能更有效地下降。
(4)压缩机1是一个用在制冷循环中的制冷压缩机，且将二氧化碳用作制冷循环的制冷剂。因此，与使用氯氟碳制冷剂相比，在控制阀CV内的制冷剂的较高和低压之间的压力差会变得很大，制冷剂的流速变得很快。结果，阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a很容易受到外来颗粒引起的损坏。即，本发明是以二氧化碳制冷剂压缩机的控制阀的方式实施的，这样，制冷气体的泄漏量在控制阀CV完全关闭的状态下能有效地下降。
本发明不局限于上述实施例，而是可以修改为下列可替换的实施例。
在上述优选实施例的可替换实施例中，阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a，都由较高硬度的材料制成。在这种状态下，可以得到与段落(1)相同的有益效果。也就是说，在控制阀CV处于完全关闭的状态时，使制冷气体的泄漏量下降。但是，很显然，分别由较高硬度材料制成的阀座32的座表面32a和阀部分31的阀表面31a，更可靠地实现上述有益效果。
在优选实施例中，阀座32的座表面32a以这样的方式由具有较高硬度的材料的构成阀座32的材料利用镀镍磷的方法进行表面硬化处理。在上述优选实施例的可替换实施例中，阀座32材料的表面硬化处理方法，可从由镀镍、镀镍磷硼、镀镍硼、镀镍硼钨、镀铬和镀铜组成的方法组中进行选择。因此，座表面32a由具有较高硬度的材料构成。
而且，阀座32的座表面32a不局限于用电镀方法进行表面硬化处理，而是可利用离子渗氮、气体氮碳共渗、盐浴渗氮方法之一进行硬化处理。因此，阀表面31a由较高硬度的材料构成。
再者，阀部分31的阀表面31a并不局限于利用渗氮进行表面硬化处理。阀部分31的阀表面31a可以利用镀镍、镀镍磷、镀镍磷硼、镀镍硼、镀镍硼钨、镀铬和镀铜方法之一，对阀部分31材料的表面硬化。
可选择的，阀部分31(阀杆25)的材料是渗碳钢，且材料表面利用渗碳方法进行硬化处理，以形成具有较高硬度的阀表面31a。
在上述优选实施例的可选择实施例中，阀座32的材料并不局限于黄铜，而可以是其它铜系列材料、铝系列材料或不锈钢材料(SUS)。
在优选实施例中，控制阀CV改变连接制冷循环(油分离器4)较高压力区和曲柄腔5的供气通道7的开口度，从而调节曲柄腔5内的压力。即，本发明具体为所谓的送气侧控制阀，该控制阀安装在供气通道7内。在上述优选实施例的可选择实施例中，控制阀改变连接曲柄腔5和制冷循环较低压力区(例如吸气腔2)的放气通道6的开口度，从而调节曲柄腔5内的压力。因此，本发明具体为所谓的放气侧控制阀，该控制阀安装在放气通道6内。
在优选实施例中，控制阀CV根据压力差的变化，整体并自主地将阀部分31定位，以便保持由外部供应的电力决定的设定压力差。即，本发明具体为所谓的外控阀。但是，本发明并不局限以外控阀的方式实施，也可以内控阀或者单以电磁阀的方式实施。
因此，本发明的示例和实施例仅出于说明目的而非进行限制，并且本发明并不局限于在此给出的细节，而是可以在从属权利要求的范围内进行改进。
权利要求
1.一种可变容量压缩机的控制阀，该控制阀可根据曲柄腔内的压力任意地改变容量，以通过改变连接曲柄腔和制冷循环的较高和较低压力区域之一的通道的开口度调节曲柄腔内的压力，控制阀包括一阀座，具有用于调节通道开口度的座表面；以及一阀，具有用于调节通道开口度的阀表面，至少座表面和阀表面之一由较高硬度的材料制成。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是阀座的座表面和阀的阀表面都由具有较高硬度的材料制成。
3.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是座表面和阀表面由彼此不同的材料制成。
4.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是具有较高硬度的材料通过表面硬化处理形成，表面处理从镀镍、镀镍磷、镀镍硼、镀镍磷硼、镀镍硼钨、镀铬、镀铜、盐浴渗氮、离子渗氮、气体氮碳共渗和渗碳处理组成的方法组中选择。
5.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是油分离器安装在制冷循环的较高压力区内，用于从流入较高压力区的制冷气体中分离出润滑油，连接油分离器和曲柄腔的通道可具有向曲柄腔输送从油分离器中分离出的润滑油的双重作用。
6.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是将二氧化碳用作制冷循环的制冷剂。
7.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是较高硬度的材料具有500或以上的维氏硬度。
8.根据权利要求7所述的控制阀，其特征是座表面的材料具有500到800的维氏硬度。
9.根据权利要求7所述的控制阀，其特征是阀表面的材料具有900到1100的维氏硬度。
10.根据权利要求1所述的控制阀，其特征是较高和低压力区之间的最大压力差超过10Mpa。
全文摘要
一种可变容量压缩机，根据曲柄腔内的压力改变容量，通过改变连接曲柄腔和制冷循环的较高和较低压力区之一的通道的开口度调节曲柄腔内的压力。可变容量压缩机的控制阀具有一阀座和一阀。阀座具有的阀表面用于调节通道的开口度。阀具有的阀表面用于调节通道的开口度。至少座表面和阀表面之一由较高硬度的材料制成。
文档编号F04B39/16GK1508426SQ20031012094
公开日2004年6月30日 申请日期2003年11月13日 优先权日2002年11月14日
发明者梅村聪, 水谷秀树, 村濑正和, 广濑达也, 桥本友次, 也, 和, 树, 次 申请人:株式会社丰田自动织机