(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
供給開口（３２）と除去開口（３６）を有するバルブ・ハウジング（３１）と、前記供給開口と前記除去開口（３２、３６）の間に配置された通路開口（３４）のバルブ・シート（４１）を閉鎖するバルブ閉鎖部材（３７）と、前記バルブ閉鎖部材（３７）の閉鎖方向に作用するリセッティング・デバイス（３９）とを有する、特に冷却剤としてＣＯ2 で動作する車両空調システムの膨張バルブを制御する方法であって、
前記バルブ閉鎖部材（３７）に割り当てられる低圧側の調節要素（４２）が、低圧側の圧力が上昇したとき、または低圧側の温度が上昇したとき、低圧側において所定の閾値を介して活動化され、少なくとも１つの作動要素（４８）を作動させ、この作動要素（４８）によって、前記バルブ閉鎖部材（３７）に作用する前記リセッティング・デバイス（３９）の閉鎖力が低減され、それにより、通路開口（３４）が拡大され、前記調節要素（４２）が前記低圧の関数または前記低圧側の温度により低減化されることにより、差圧によって制御される前記バルブ閉鎖部材（３７）の開放特性がより低い開圧力に移動されることを特徴とする方法。
【請求項２】
供給開口（３２）と除去開口（３６）を有するバルブ・ハウジング（３１）と、前記供給開口と前記除去開口（３２、３６）の間に配置された通路開口（３４）のバルブ・シート（４１）を閉鎖するバルブ閉鎖部材（３７）と、前記バルブ閉鎖部材（３７）の閉鎖方向に作用するリセッティング・デバイス（３９）とを備える膨張バルブであって、
前記バルブ閉鎖部材（３７）の閉鎖力を低減するために、調節要素（４２）を低圧側に配置し、前記バルブ閉鎖部材（３７）に割り当て、前記バルブ閉鎖部材（３７）に設けられたリセッティング・デバイス（３９）に作用する少なくとも１つの作動要素（４８）に接続することを特徴とする膨張バルブ。
【請求項３】
低圧によって活動化される前記調節要素（４２）が、前記通路開口（３４）を閉鎖する前記バルブ閉鎖部材（３７）の閉鎖力を低減させるために、膜要素または膨張ベローズ
（４４）によって形成され、かつ高圧側のリセッティング・デバイス（３９）に作用するタペット（４８）を作動させることを特徴とする請求項２に記載の膨張バルブ。
【請求項４】
低圧によって活動化される前記調節要素（４２）が、前記通路開口（３４）を閉鎖する前記バルブ閉鎖部材（３７）の閉鎖力を低減させるために、膜要素または膨張ベローズ
（４４）によって形成され、低圧側のリセッティング・デバイス（３９）に作用するタペット（４８）を作動させることを特徴とする請求項２に記載の膨張バルブ。
【請求項５】
低圧によって作動される前記調節要素（４２）が、不活性気体充填剤（４６）を備えることを特徴とする請求項２に記載の膨張バルブ。
【請求項６】
低圧側の温度が上昇する際に活動化される前記調節要素（４２）が、前記バルブ閉鎖部材（３７）に対して低圧側において作用する閉鎖力を低減させる、または前記リセッティング・デバイス（３９）に平行な開放方向において作用するばね力でバルブ閉鎖部材（３７）に作用する温度センサを備え、前記バルブ閉鎖部材（３７）が、高圧側のリセッティング・デバイス（３９）によって閉鎖位置に保持されることを特徴とする請求項２に記載の膨張バルブ。
【請求項７】
低圧側の温度が上昇する際に活動化される前記調節要素（４２）が、前記バルブ閉鎖部材（３７）に対して低圧側に作用する閉鎖力を低減させる、または前記リセッティング・デバイス（３９）に平行な開放方向に作用するばね力でバルブ閉鎖部材（３７）に作用する温度センサを備え、前記バルブ閉鎖部材（３７）が、低圧側のリセッティング・デバイス（３９）によって閉鎖位置に保持されることを特徴とする請求項２に記載の膨張バルブ。
【請求項８】
低圧側の温度が上昇する際に作動される前記調節要素（４２）が、形状記憶合金またはワックス膨張要素の形態にあることを特徴とする請求項２に記載の膨張バルブ。
【請求項９】
前記温度センサが、前記ハウジング（３１）の外部に設けられ、かつ周囲の温度または車両部分の温度を含むことを特徴とする請求項６または７に記載の膨張バルブ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１、２の特徴の前部分に記載の膨張バルブを制御する方法および、特に冷却剤としてＣＯ2で動作する車両空調システム用の膨張バルブに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＤＥ  １０  ２００４  ０１０  ９９７  Ｂ３は、膨張バルブとその膨張バルブを制御する方法を開示し、この場合、バルブ閉鎖部材の開放と閉鎖の動きは、高圧側の供給開口と低圧側の膨張バルブの除去開口との圧力差の関数として設定される。リセッティング・デバイスが、冷却剤回路が動作していないとき、バルブ閉鎖部材を閉鎖位置に維持する。
【０００３】
高圧側と低圧側の圧力差の関数として動作するこのタイプの膨張バルブは、複数の動作条件を最適に満たさなければならない。迅速な応答特性と良好な冷却能力が、たとえば最高で約４０℃の低から平均の周囲温度において、このタイプの膨張バルブで得られた。
【０００４】
冷却剤システムの場合、冷却剤の圧力が車両の不動作期間中に周囲温度の関数として高い値まで上昇している、車両の長期不動作期間後に迅速な冷却を得ることが望ましい。高い周囲温度下では、最大冷却能力を得るのにかかる時間が長過ぎるのが一般的である。
【特許文献１】ＤＥ  １０  ２００４  ０１０  ９９７  Ｂ３
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
したがって、本発明は、膨張バルブを制御する方法、および長期不動作後かつ高い周囲温度において、迅速な応答特性が設けられ、それにより冷却される空間の迅速な冷却が得られるという趣旨で最初に述べられたタイプの膨張バルブを開発する目的に基づく。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は、請求項１の特徴による方法と、請求項２の特徴による膨張バルブによって本発明により達成される。他の有利な改良と開発は、他の請求項で与えられる。
【０００７】
膨張バルブを制御するための本発明による方法によって得られる効果は、差圧によって制御される膨張バルブのバルブ閉鎖部材の開放特徴が、より低い開放圧力に移動され、その結果として、冷却剤回路の応答特性が増大することである。これは、バルブ特徴をより低い値に移動させることによって、バルブ閉鎖部材の早期の開放が行われ、それにより、非常に迅速に上昇する高圧とより急速にではなく降下する低圧との間において得られる冷却剤の質量流が増大するという効果に基づく。冷却剤回路がスイッチ・オンされると、圧縮器がスイッチ・オンされ、高圧側では数秒内に、開始期間にわたってほぼ維持される最大許容圧力に到達する。そのような条件下で冷却剤の質量流を増大させることによって、低圧側において冷却回路構成要素の冷却が行われるために、迅速な低圧の降下が達成される。
【０００８】
動作していない空調システムが始動された直後に比較的大きな圧力差を得ることが、低圧側にあり、かつ低圧側の上昇温度または上昇圧力の関数として所定の閾値を介して活動化される調節要素を有し、冷却剤の流れが通路開口を通って流れるように、リセッティング・デバイスの閉鎖力がバブル閉鎖部材に作用する、特に請求項１による方法を実施するための膨張バルブによって、本発明により可能になる。このために、第１実施態様によれば、調節要素は、バルブ閉鎖部材のリセッティング・デバイスに作用する少なくとも１つの作動要素を活動化するために使用される。これにより、冷却剤回路の応答特性が向上する。冷却が、数秒後でも得られる。少なくとも１つの作動要素によってバルブ閉鎖部材に作用する閉鎖力を低減する代替として、通路開口に平行な通路が設けられる実施態様が設けられ、この通路は、低圧側において活動化することができる調節要素と共にバイパス・バルブを形成し、かつその調節要素によって閉鎖される。低圧側において低圧または温度の所定の閾値を超えると、バイパス・バルブが開放され、それにより、低圧側の高圧または高温において、特に高い周囲温度の下で始動されるとき、比較的大量の冷却剤の流れが膨張し、冷却がより早期においても行われる。
【０００９】
膨張バルブの有利な改良によれば、調節要素が、低圧によって活動化され、特に不活性気体充填剤を有する膨張ベローズとして設計され、かつ通路開口を閉鎖するバルブ閉鎖部材の閉鎖力を低減するために高圧側に作用するリセッティング・デバイスに作用するタペットを備える。たとえば高い周囲圧力または空調システムの一部の加熱のために、膨張バルブにおいて冷却剤の低圧または蒸発圧力が上昇する際、膨張ベローズの自由長は、圧力により短縮される。膨張ベローズの上に配置されたタペットは、低圧側から高圧側に突出し、閉鎖力を規制するようにセッティング・バルブに作用する。膨張ベローズのストローク長が短縮されるとき、閉鎖力、特にばね要素として設計されたリセッティング・デバイスの事前応力は低減され、それによりバルブ閉鎖部材は、より早期に通路開口を開放し、冷却剤の質量流が、膨張バルブを通って流れる。
【００１０】
本発明の代替改良によれば、低圧側において行われるバルブ閉鎖要素の活動化が、バルブ閉鎖部材を使用してもたらされ、この場合、リセッティング・デバイスは、低圧側に配置される。その結果、バルブ閉鎖部材の早期の開放、およびしたがって時期尚早開放時間への膨張バルブの開放特徴の変位が、低圧の関数として、または低圧が上昇する際、同様に得られる。
【００１１】
本発明による膨張バルブの他の有利な改良によれば、低圧側の温度が上昇する際に調節要素を活動化することができ、調節要素が、低圧側に配置される温度センサを備え、かつ膨張バルブの膨張閉鎖部材の閉鎖力の低減を同様に得ることができる。たとえば、温度が上昇する場合にバルブ閉鎖部材を開放するために設けられる調整トラベルを生成させるワックス膨張要素が、温度センサとして設けられる。代替実施態様が、温度が上昇する際にばね要素の自由長の短縮させる形状記憶合金を備える前記ばね要素によって設けられ、したがって再び、バルブ閉鎖部材の早期の開放が行われる。
【００１２】
本発明の代替改良によれば、バルブ閉鎖部材を閉鎖位置において維持するリセッティング・デバイスが、低圧側に設けられる。バルブ閉鎖部材に作用し、かつ温度センサを備える調節要素を高圧リセッティング要素と同じ方法で設計することができる。
【００１３】
本発明の他の有利な改良によれば、調節要素の温度センサを、膨張バルブのハウジングの外部にも設けることが提供される。その結果、周囲温度または隣接部分の温度は、制御変数の基盤として取り入れることができる。
【００１４】
本発明の他の有利な改良によれば、低圧側に配置され、かつ低圧の関数として活動化することができるバイパス・バルブが、膜要素または膨張ベローズの上に配置され、かつ供給開口と除去開口の間の通路開口に平行な通路を閉鎖する閉鎖部材を有することが提供される。膜要素または膨張ベローズは、不活性気体で充填されることが好ましく、それにより、バイパスを開放するために低圧の関数として活動化することが可能になる。代替として、ベローズは、冷却剤、特にＣＯ2で充填することができる。この場合、充填は、たとえば１５℃または２０℃より低い温度において、充填材料の圧力が蒸発圧力にほぼ同一に対応するように設計される。
【００１５】
膨張バルブの低圧側にあるバイパスの代替改良は、バイパス・バルブを低圧側の温度の関数として活動化することができる。この場合、冷却剤の温度または周囲温度、およびまた空調システムの他の部分の温度を、制御変数として使用することができる。冷却剤の温度の関数としてストローク動きを生じる制御媒体が、ベローズに設けられることが好ましい。ベローズまたは膨張ベローズの代替として、ワックス膨張要素、または形状記憶合金で作成されたばね要素を使用することができる。
【００１６】
圧力依存バイパス・バルブの他の有利な改良によれば、通路を閉鎖するバルブ閉鎖部材が高圧側に配置され、バルブ・シートに対して作用する特にばね要素である閉鎖要素を有することが提供される。その結果、車両が動作していないとき、閉鎖位置を保証することができる。
【００１７】
本発明ならびに本発明の他の有利な実施態様および開発は、図面に示される例を参照して以下においてより詳細に記述および説明される。記述および図面から収集される特徴は、単独で個々に使用することができ、またはそれらのいくつかは、本発明による任意の所望の組合わせにおいて使用することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は、ＣＯ2で動作することが好ましい冷却剤回路１１を示す。この冷却剤回路１１は、たとえば車両空調システムとして使用される。圧縮器１２が、高圧側の圧縮冷却剤を外部熱交換器１４に供給する。後者は、周囲に接続され、熱を外に排出する。後者の下流に、供給線１７を介して冷却剤を膨張バルブ１６に供給する内部熱交換器１５が接続される。高圧側の膨張バルブ１６の上流に、たとえば夏に１２０バールにもなる入力圧力が存在する。冷却剤は、膨張バルブ１６を通って流れ、低圧側に進行する。出力側において、膨張バルブ１６は、静止条件下において３５バールと４５バールの間の圧力を有する。圧力の軽減によって冷却される冷却剤は、除去線１８を介して内部熱交換器２１の中に進み、周囲から熱を除去し、その結果、車両の内部などを冷却する。コレクタ２２が、熱交換器の下流に接続される。蒸気の形態にある冷却剤は、内部熱交換器１５を通って流れ、圧縮器１２に進む。この冷却剤回路１１を動作させるために、ＤＥ  １０  ２００４  ０１０  ９９７  Ｂ３においてより詳細に記述され、かつ完全に参照される差圧膨張バルブ１６が設けられる。膨張バルブ１６についてこの文献において記述された動作に基づいて、車両における冷却曲線が高い周囲温度において描かれている図２が、以下においてより詳細に記述される。
【００１９】
車両は、たとえば、長期間高い周囲温度において動作されておらず、４０℃を超える高い周囲温度が行き渡っている。車両が動作していないとき（ＩＩ）、通常、冷却剤回路１１の高圧側と低圧側において約８０バールの圧力均衡が存在する。冷却剤回路１１の開始（ＩＩ−１）直後、高圧側の冷却剤の圧力は、圧縮器の電力のために、高圧側においてたとえば最高で１３３バールの最大許容値まで数秒以内に上昇する。対照的に低圧側では、圧力は、ごく緩慢に降下する（下の曲線）。開始段階（ＩＩ−１）の他の動作中、低圧は、小さい勾配でのみ降下する。その結果、ごく少量の圧力変化が設けられ、これにより、車両内部の緩慢な冷却が開始段階（ＩＩ−１）において行われる。空調システムの応答特性は遅延される。駆動モード（ＩＩ−２）中、上の曲線と下の曲線の水平部分によって本質的に描かれる静止状態が生じる。第３段階（ＩＩＩ）は、アイドリング・モードにおける膨張バルブ１６の上流の高圧（上の曲線）、および膨張バルブ１６の下流のより低い圧力（下の曲線）を示す。
【００２０】
開始段階（ＩＩ−１）において改善された応答特性が得られ、かつ開始段階の持続時間が短縮されるように、本発明により、圧力差が依然として比較的平均である間、冷却剤の比較的大量の質量流をもたらすために、これらの条件下においてバルブの開放を増強することが提案される。このために、これが、差圧によって制御される膨張構成要素の開放特性をより低い開放圧力に変位させる手段によって行われることを提案する。低減化は、上昇する低圧側、あるいは冷却剤または周囲温度の上昇する蒸発温度を介して行われる。膨張バルブのバルブ閉鎖部材の開放特性を変位させる代替として、低圧側において低減化され、かつ温度または圧力の関数として開放されるバイパス・バルブを設けることが提案される。上述した例示的な実施形態は、冷却剤の蒸発温度および蒸発圧力に基づく。本発明によるこれらの活動化手段が、図３から８においてより詳細に示される。
【００２１】
図３は、本発明による第１膨張バルブ１６の概略的な断面図を示す。通路開口３４を介して除去開口３６に接続される供給開口３２が、バルブ・ハウジング３１に設けられている。バルブ閉鎖部材３７が通路開口３４に設けられている。圧力均衡が存在するとき、前記バルブ閉鎖部材３７は、ばね要素として設計されることが好ましいリセッティング・デバイス３９を介して、バルブ・シート４１の閉位置が高圧側に保持される。不活性気体４６で充填される膨張ベローズまたはベローズ４４を備える調節要素４２が、除去開口３６に設けられている。一端において、ベローズ４４は、ハウジングの壁４７に支持される。反対側において、ベローズ４４は、低圧の関数として、少なくとも１つの作動要素４８、特に供給開口３２の中に延びるタペットを活動化する。これらのタペット４８は、リセッティング・デバイス３９の事前応力を設定するように作用する変位要素４９に係合する。調節要素４２のストローク動きを限定するために、調節要素４２の端部位置を決めるようにストップ４３が設けられる。
【００２２】
除去開口３６の低圧側の圧力が上昇するとすぐに、ベローズ４４は、上昇する圧力のために圧縮され、ストローク動きを実施する。同時に、タペット４８の一方向ストローク動きが、リセッティング・デバイス３９の事前応力を低減させるために行われ、それによりバルブ閉鎖部材３７が、圧力差が比較的小さいときでも開放され、冷却剤が、開始段階においてより早期に高圧側から低圧側に進行する。その結果、膨張バルブ１６に対して動作特徴の圧力依存変位を得ることができる。
【００２３】
図４は、図３に対する代替実施形態を示す。膨張バルブ１６の構造は、図３の構造に対応する。これとは別に、温度依存調節要素４２が、低圧または蒸発圧力に依存する調節要素４２の代わりに設けられる。この温度依存調節要素４２は、たとえば、形状記憶合金から作成されるばね５２を備える。少なくとも１つの作動要素４８が、調節要素４２に設けられ、リセッティング・デバイス３９に作用し、閉鎖力を低減させる。低圧側の温度がある所望の値を超えるとすぐに、形状記憶合金から作成されたばね５２の短縮が行われる。その結果、リセッティング・デバイス３９に作用する圧力は低減され、それにより、通路開口３４を開放することが可能になる。さらに、調節要素４２を活動化させるために、ワックス膨張要素、バイメタル、または他の２材料要素を温度センサとして設けることができる。代替として、調節要素４２はまた、バルブ閉鎖要素に直接作用することもできる。
【００２４】
図５は、図３の代替実施形態を示す。この実施形態は、リセッティング・デバイス３９とバルブ閉鎖部材３７が低圧側に配置される点が異なる。低圧側においてバルブ閉鎖部材３７を誘導するために、バブル閉鎖要素３７を内部で変位させるように誘導する保持および誘導要素５５が設けられる。さらに、保持および誘導要素５５は、低圧側においてバルブ閉鎖部材３７を受け、ベローズ４４を閉鎖する。その結果、保持および誘導要素５５は、２つ以上の機能を有する。さらに、これは、閉鎖力が通路開口３４に作用するバルブ閉鎖部材３７の閉鎖力の限定を得るためにストップ４３と接合する作動要素４８として、特にタペットとして作用する。低圧が増大すると、例示的な実施形態によれば、ベローズ４４は加圧され、右に移動する。これにより、リセッティング・デバイス３９の事前応力は低減され、それにより、通路開口３４の早期の開放が行われる。これにより、冷却剤回路１１の応答特性は向上する。それ以外では、機能は、図３による実施形態の場合と同じである。
【００２５】
図６は、図４に対する代替実施形態を示す。この実施形態では、リセッティング・デバイス３９とバルブ閉鎖部材３７は、低圧側において同様に構成される。図４の実施形態による作動要素４８の代わりに、機能的には同一の方式で作動要素４８が設けられ、管状要素として設計され、形状記憶合金から作成されたばね５２の進行変化の関数として、バルブ閉鎖部材３７に対するリセッティング・デバイス３９の事前応力を増大または低減させる。管状要素は、特徴の変位を制約する２つの端部位置またはストップ４３の間を移動する。
【００２６】
図７は、膨張バルブ１６の他の代替実施形態の概略図を示す。この実施形態は、ＤＥ  １０  ２００４  ０１０  ９９７  Ｂ３に記載された差圧膨張バルブによる基本的な構造を有する。さらに、通路開口３４と平行して、低圧側に配置され、かつ通路６１と共にバイパス・バルブ６２を形成する調節要素４２によって閉鎖される平行通路６１が存在する。図７の実施形態によれば、このバイパス・バルブ６２は、蒸発圧力の関数として低圧側において活動化される。このために、たとえば、不活性気体で充填される、または閉鎖力が圧縮ばねによって実施されている間、内部が大気に接続されるベローズ４４が設けられる。通路６１に対面するベローズ４４の端部に、通常動作に対応し、たとえば４５バールより小さい低圧値が冷却剤システム１１に存在するとき、通路６１を閉鎖する閉鎖部材６３が存在する。
【００２７】
図８は、図７の代替実施形態を示す。蒸発圧力の関数として活動化することができるバイパス・バルブ６２の代わりに、温度の関数として活動化することができるバイパス・バルブ６２が設けられる。制御媒体６６が、調節要素６２において設けられ、これはベローズとして設計され、温度の関数として容積の変化を受ける。閉鎖部材６３は、ベローズの上に配置されるたとえばタペットの形態にある作動要素４８によって作動させられ、通路６１の高圧側に設けられることが好ましく、閉鎖部材６８、特にばね要素を介して閉鎖位置に保持される。
【００２８】
ベローズの内部に封入された充填剤は、ＣＯ2冷却剤の温度が低圧側において上昇する際、ベローズの外部より高い圧力の上昇が行われるような圧力と温度の特徴を有する。その結果、温度が低圧側において上昇する際、バイパスの開放を達成することができる。
【００２９】
上述された特徴のすべては、それぞれ、本発明についてそれ自体が本質的であり、所望に応じて互いに組み合わせることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】冷却剤循環プロセスを示す概略図である。
【図２】車両において「開始補助」のない差圧バルブでの高い周囲温度における様々な動作段階の冷却曲線を示す図である。
【図３】低圧の関数として行われる開放特徴の変位を有する、膨張バルブの概略的断面図である。
【図４】温度の関数として低圧側において行われる開放特徴の変位を有する、膨張バルブの概略的断面図である。
【図５】図３の代替実施形態の概略的断面図である。
【図６】図４の代替実施形態の概略的断面図である。
【図７】差圧バルブに平行な低圧側において制御されるバイパス・バルブを有する、膨張バルブの代替実施形態の概略的断面図である。
【図８】差圧バルブに平行な温度制御バイパス・バルブを有する、膨張バルブの代替実施形態の概略的断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１１  冷却剤回路、１２  圧縮器、１４  外部熱交換器、１５  内部熱交換器、１６  膨張バルブ、１７  供給線、１８  除去線、２１  内部熱交換器、２２  コレクタ、３１  バルブ・ハウジング、３２  供給開口、３４  通路開口、３６  除去開口、３７  バブル閉鎖部材、３９  リセッティング・デバイス、４１  バルブ・シート、４２  調節要素、４３  ストップ、４４  膨張ベローズ、４６  不活性気体充填剤、４８  作動要素  タペット、４９  変位要素、５２  ばね、５５  保持および誘導要素、６１  通路、６２  バイパス・バルブ、６３  閉鎖部材、６６  制御媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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