用于空调压缩机的电控制阀的制作方法

本发明涉及一种用于空调压缩机的电控制阀，所述空调压缩机特别是用于机动车辆的空调压缩机。所述电控制阀控制从空调压缩机的高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动，以及从曲柄箱压力区域到空调压缩机的低压区域中的制冷剂流动。
背景技术：
：空调压缩机的设计和操作模式对于本领域技术人员都是已知的，例如通过DE102011117354A1。多个活塞布置在空调压缩机的曲柄壳体中，以便将制冷剂泵送到压力室中。在该过程中，活塞的移动由旋转的摇摆盘(wobbleplate)引导，如将从以下描述变得清楚。如果例如经由带传动而旋转的摇摆盘具有不为零的倾斜角，则这引起活塞在它们围绕摇摆盘的旋转轴线转动时的轴向行程移动。在该过程中，制冷剂被空调压缩机的吸入室吸取，并被泵送到压力室中。吸入室连接到空调压缩机的低压侧连接器，所述低压侧连接器本身在机动车辆中的安装状态下连接到空调系统的低压区域，即，特别是与冷凝器的出口连接。压力室连接到空调压缩机的高压侧出口，所述高压侧出口本身连接到气候系统的高压区域，特别是经由热交换器与冷凝器的入口连接。为了适应排量容积，特别是控制制冷剂的流动，改变摇摆盘在空调压缩机中的倾斜角是已知的。例如，如果空调压缩机被预设用于最大排量容积，则摇摆盘的回转引起空调压缩机的活塞的轴向毂行程减小，且从而减少排量容积。另外，通过控制阀执行对制冷剂流动的这种控制是已知的。为此，控制阀连接到高压区域、低压区域和曲柄箱压力区域，并控制这些区域之间的制冷剂的流动。例如，如果控制阀在一个位置打开空调压缩机的高压区域和曲柄箱压力区域之间的连接，则制冷剂从高压区域流入曲柄箱压力区域；在曲柄箱压力区域中存在压力上升。如果控制阀在另一位置打开空调压缩机的曲柄箱压力区域和低压区域之间的连接，则制冷剂流动从曲柄箱压力区域流入低压区域；在曲柄箱压力区域中存在压力下降。由控制阀控制的曲柄箱压力区域中的压力上升引起摇摆盘的回转。因此，空调压缩机的活塞的轴向行程移动减少，且空调压缩机的排量容积减小。因此，空调系统的高压区域中的压力不进一步增加。由控制阀控制的曲柄箱压力区域中的压力下降引起摇摆盘的摆出(即倾斜)。因此，空调压缩机的活塞的轴向行程移动增加，且空调压缩机的排量容积增大。因此，空调系统的高压区域中的压力进一步增加。通常，摇摆盘通过弹簧张力保持在倾斜的起始位置，使得如果在曲柄箱压力区域中存在稍后的压力下降，则摇摆盘再次枢转到起始位置，并提供相对于空调压缩机中的排量容积的起始位置。下面将使用图1来解释控制阀100的示范性实现例。在这种情况下，以示意图示出了控制阀100，其用于空调压缩机，以分别控制从高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动，以及从曲柄箱压力区域到低压区域中的制冷剂流动。控制阀100的致动通过控制阀中的控制活塞104的移动来进行。这里的控制活塞104包括具有至少一个密封体108的致动杆106。因此，致动杆106在控制活塞104的纵向方向上和与其相反的方向上移动，使得密封体108相应地打开或阻断控制阀中的高压区域和曲柄箱之间的通道。控制活塞104在控制阀中的移动通常作为被引导的运动而发生。例如，可以通过控制阀的壳体中的纵向孔来实现控制活塞的活塞引导。另外，可以在壳体中设置横向凹部Ps、Pd和Pc，以用于连接高压区域Pd、低压区域Ps和曲柄箱压力区域Pc。在空调压缩机领域中，控制活塞通常也被称为针。这里，针的特征在于密封体(即，截流体)配置为锥形的，并在高压区域和曲柄箱压力区域之间的通道中、以及在曲柄箱压力区域和低压区域之间的通道中与环形入口/出口孔口协作。控制活塞的致动根据以下描述进行：如果控制活塞104移动到第一位置，则控制阀100(更确切地，密封体108)打开从高压区域Pd到曲柄箱压力区域Pc中的通道。同时，曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的通道被密封(即，被阻断)。因此，制冷剂可以从高压区域Pd流入曲柄箱压力区域Pc，且可以在那里提供压力上升。控制阀的第一位置导致空调压缩机被向下调节。如果控制活塞104移动到第二位置，则控制阀100(更确切地，密封体108)打开曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的通道。同时，高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的通道被密封(即，被阻断)。因此，制冷剂将从曲柄箱压力区域Pc流入低压区域Ps中，且在曲柄箱压力区域中提供压力下降。控制阀的第二位置导致空调压缩机被向上调节。控制活塞的移动由布置在致动杆106的侧面的电磁环形线圈102引起。如果电力馈送到环形线圈102，则在线圈的内部感应出磁场，所述磁场与布置在环形线圈内部的控制活塞104的致动杆106的端部相互作用。有利地，布置在环形线圈102内部的控制活塞104的致动杆106的端部由铁磁材料制成。在用电磁环形线圈操作的控制阀中，对控制活塞在第一位置和第二位置之间的移动的控制是不精确的。环形线圈102与布置在其中的控制活塞104的致动杆106的端部之间的机械和磁相互作用导致相对于馈送到环形线圈102中的电力的控制活塞104的移动的滞后。另外，在高压区域和低压区域中分别作用在控制活塞的密封体上的高压和低压是可变的，并且抵消感应磁场。因此，举例来说，在高压区域中的较高压力的情况下，需要较强的磁场，例如将控制活塞从一个位置移动到第二位置。另外，由于确定控制活塞的位置的复杂性质，对控制阀的精确控制是不利的，且不是能量高效的，例如因为，即使将控制活塞保持在关闭位置，在电磁环形线圈中也需要恒定的电流流动。技术实现要素：本发明的目的在于提供一种控制阀，其使得能够对控制活塞的移动进行精确控制。另外，可以说，本发明的目的是提供一种成本有效的控制阀，其同时可以能量高效地作用。上述目的中的至少一个通过在独立权利要求中所述的本发明来实现。有利改进在从属权利要求中阐述。根据本发明，提出了一种电控制阀，其特别设计为用于空调压缩机，以控制从高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动，以及从所述曲柄箱压力区域到低压区域中的制冷剂流动。所述控制阀包括控制活塞，其在两个不同位置将所述高压区域连接到所述曲柄箱压力区域，和将所述曲柄箱压力区域连接到所述低压区域。另外，所述控制阀包括电动机，其在所述两个位置之间来回地移动所述控制活塞。所述控制阀包括传感器，其确定由所述电动机移动的所述控制活塞的位置。此外，所述控制阀包括控制单元，其根据由所述传感器确定的所述控制活塞的位置，借助于通过所述电动机的所述控制活塞的移动来控制所述制冷剂流动。关于本发明，术语“电机”或“电动机”表示经由旋转将电能转换为机械运动的装置。在此情景中，术语电机或电动机意味着存在借助于旋转来移动控制活塞的定子和转子。因此，不借助于旋转(例如借助于平移)来移动控制活塞的所有的这样的装置不包含在术语电机或电动机中。有利地，借助于电动机中的旋转的控制活塞的移动使得能够在控制阀的两个不同位置(即，打开位置和关闭位置)对控制活塞进行精确定位。当控制活塞借助于电动机中的旋转而移动时，可以以相对于定子的精确的角度来定位设置在电动机中的转子，使得不需要额外补偿作用在密封体上的反压力。换言之，通过将电动机中的旋转运动机械转换为控制活塞的平移运动，实现了电控制阀的在两个位置之间的前后移动的增加的精度的优点。同时，与电环形线圈相比，电动机的使用允许控制活塞在控制阀的两个不同位置之间的移动中的更强的馈送力，因此，例如，从高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动可以更好地被阻断。同时，实现了以下优点，几乎没有滞后，增加了能量效率，因为不需要保持电流(例如与电磁环形线圈相比)；借助于附加的传感器改善了位置确定，例如用于在电重启(例如，硬复位)之后更精确地确定控制活塞的位置；降低了生产控制阀的成本；通过节省电磁环形线圈，减小了控制阀的总尺寸，并节省了其重量。附图说明为了更好地理解本发明，使用在下面的附图中描绘的示范性实施例来更详细地解释本发明。在这些附图中，相同的部件提供有相同的附图标记和相同的部件名称。另外，来自示出和描述的设计的单独的特征或特征的组合可以描绘根据本发明的单独的、独立的(多个)创造性解决方案。以下示出了：图1是用于空调压缩机的控制阀的示意图，其用于控制从高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动；图2a是根据本发明的用于空调压缩机的控制阀的示意图，其处于对应于空调压缩机的向下调节的第一位置；图2b是根据本发明的用于空调压缩机的控制阀的示意图，其处于对应于空调压缩机的部分向上调节的中间位置；以及图2c是根据本发明的用于空调压缩机的控制阀的示意图，其处于对应于空调压缩机的向上调节的第二位置。具体实施方式参考图2a、2b和2c，下面首先将更详细地解释用于空调压缩机的控制阀的一般创造性原理，所述控制阀用于控制从高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动，或从曲柄箱压力区域到低压区域中的制冷剂流动。在图2a、2b和2c中，描绘了根据本发明的第一示范性实施例的用于空调压缩机的控制阀，在说明书中更详细地解释其他示范性实施例。控制阀的所有的示范性实施例允许在控制阀的两个不同位置中对控制活塞进行精确定位。控制阀200分别控制从空调压缩机(未示出)的高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动，以及从曲柄箱压力区域到低压区域中的制冷剂流动。为此，控制阀包括用于连接到空调压缩机的高压区域的连接Pd、用于连接到空调压缩机的曲柄箱压力区域的连接Pc、以及用于连接到空调压缩机的低压区域的连接Ps。控制阀200还包括控制活塞204，其可以设定控制阀200中的两个不同位置。这里，控制活塞204包括具有至少一个密封体208的致动杆206。在所述两个不同位置中的第一位置，控制活塞204将高压区域连接到曲柄箱压力区域。在所述两个不同位置中的第二位置，控制活塞204将曲柄箱压力区域连接到低压区域。在本发明的情景下，通过将控制活塞204定位在所述两个位置中来进行控制阀200的致动，其中从高压区域到曲柄箱压力区域中的通道，以及从曲柄箱压力区域到低压区域中的通道分别由控制活塞204适当地打开和阻断。控制阀200附加地包括电动机202，电动机202在所述两个位置之间来回地移动控制活塞204。电动机202的使用意味着借助于旋转的控制活塞204在两个位置之间的移动。精确地，电动机202的这种旋转运动在本发明的情景下是有利的，这是由于可以以精确的角度进行控制活塞204的定位。另外，控制阀200包括传感器210和控制单元212，传感器210确定由电动机202移动的控制活塞204的位置，控制单元212根据由传感器210确定的控制活塞204的位置，借助于通过电动机202的控制活塞204的移动来控制制冷剂流动。在电动机202、传感器210和控制单元212的相互作用下，实现了根据本发明的另外的优点，所述优点在于改善了在控制活塞200的两个不同位置中定位控制活塞204的精度。有利地，可以通过传感器210在控制单元212中确定目标值和实际值之间的偏差。换言之，使用目标值(参考变量)和实际值(控制变量，其对应于由传感器210确定的控制活塞的位置)的控制单元212的用于触发电动机202的适配允许在控制活塞204移动时干扰(干扰变量)的影响被最小化。另外，有利地，可以在控制单元212中可逆地提供控制阀或空调压缩机的不同特性，且这些特性经由控制活塞的位置将适当的精确控制传递至从高压区域到曲柄箱压力区域中的制冷剂流动。根据本发明的控制阀的有利改进，控制活塞在两个位置之间可移动，使得在控制阀的高压区域和曲柄箱压力区域之间的连接的截面、以及在控制阀的曲柄箱压力区域和低压区域之间的连接的截面是连续可变的。因此，通过控制活塞的前后移动，后者不仅被定位在第一位置(其中控制阀将高压区域和曲柄箱压力区域彼此连接)和第二位置(其中控制阀将曲柄箱压力区域和低压区域彼此连接)，而是还被置于位于第一位置和第二位置之间的中间位置。因此，控制活塞的第一位置和第二位置对应于相对于控制活塞的移动的最大位移的位置。另外，根据本发明的控制阀的有利改进设想了，控制阀的壳体引导控制活塞在两个不同位置之间的移动。换言之，控制阀的壳体在有利改进中被设计为引导件，使得控制活塞的移动被限制在两个不同位置之间。基于根据本发明的控制阀的另一有利改进，控制活塞的移动以两个位置之间的螺旋运动或直线运动的形式进行。特别是在螺旋运动的情况下，能够通过电动机特别精确地定位控制活塞，这是由于控制活塞的前进和后退运动是根据旋转角度和螺旋特性曲线来设定。在另一有利改进中，根据本发明的控制阀附加地包括传动机构，在所述传动机构的帮助下，电动机来回地移动控制活塞的位置。在这种情况下，传动机构使得以下成为可能，例如，将电动机的旋转运动机械转换成平移运动，以在两个不同位置之间移动控制活塞。在控制活塞通过电动机移动之前，传动机构在电动机的旋转运动的力或扭矩的适应性的方面也是有利的。最后指定的有利改进的示范性实施方式包括蜗轮传动机构或锥齿轮传动机构。应当特别强调的是，当电动机在两个不同位置中(其中高压区域和曲柄箱压力区域、以及曲柄箱压力区域和低压区域分别彼此连接)处于高扭矩时，控制活塞移动，使得相应的其他连接(即分别在曲柄箱压力区域和低压区域之间，或在高压区域和曲柄箱压力区域之间的其他连接)被特别良好地密封。因此，当使用控制阀时效率增加。根据本发明的控制阀的另一有利改进设想了，电动机被设计为伺服电动机并集成传感器。在这种情况下，这种实现是有利的，这是由于其使得控制阀中的用于确定控制活塞的位置的附加的传感器是多余的。由于该结构，集成到伺服电动机中的传感器确实检测电动机轴的旋转位置，但这直接取决于控制活塞的位置。特别地，在将上面提到的具有伺服电动机和传动机构的示例改进组合的情况下，传感器适配为使得根据伺服电动机的电动机轴的旋转位置以及传动机构的已知的传动比来确定控制活塞的位置。在这种情况下，利用了控制活塞的位置对电动机的旋转运动以及传动机构的传动比的直接依赖性，且可以省略控制阀中的用于确定控制活塞的位置的附加的传感器。在另一有利改进中，根据本发明的控制阀的传感器被设计为霍尔传感器。可以依照磁场变化从控制活塞的移动来确定控制活塞的位置。控制阀的不同构造允许将依照磁场变化来确定位置。一方面，举例来说，控制活塞的至少面向传感器的端部可以被磁化或者包括磁体(优选永磁体)，使得控制活塞的移动直接引起磁场变化，且从而变得能够通过被设计为霍尔传感器的传感器来确定。在有利的配置中，永磁体设置在控制活塞处，使得其布置为与霍尔传感器相对。另一方面，举例来说，控制活塞的至少面向传感器的端部可以由金属或金属合金形成，使得控制活塞的移动通过屏蔽或聚焦来间接地改变外部磁场，且从而控制它，使得变化能够通过被设计为霍尔传感器的传感器来确定。这样的改进特别是在根据本发明的控制传感器的微型化的情况下是有利的，这是因为在这种布置的情况下，控制活塞的磁化的端部或附接至其的磁体不必布置为与传感器平齐。相反，也可以通过侧向布置的永磁体产生外部磁场，使得可以减小控制阀沿纵向轴线的构造高度。基于根据本发明的控制阀的另一有利改进，霍尔传感器被设计为使得，至少在控制活塞的两个不同位置的一个中，其邻接(例如，围绕)布置在其上的永磁体，且从而屏蔽所发射的磁场免受外部干扰。替代地，自然也可以通过在控制活塞的一个位置中通过布置在控制活塞处的永磁体布置的霍尔传感器来产生相同的效果。这种改进是有利的，这是由于通过在控制活塞的一个位置中永磁体与霍尔传感器的邻接(或反之亦然)，该位置独立于外部磁场的干扰而被确定。特别地，这样的改进还允许在该控制活塞位置中的传感器的校准独立于干扰，这例如对于补偿温度波动以及永磁体的发射磁场的相关变化是有利的。因此，当确定控制活塞在根据本发明的控制阀中的位置时的精度也可以以这种方式被改善。另外，根据本发明的控制阀的有利改进设想了，霍尔传感器被设计为使得其在不移动的情况下确定控制活塞的两个不同位置中的至少一个位置。为此，霍尔传感器例如可以被设计为使得测量的磁场强度与预先保存(可选地，是能够被重新校准的)参考值进行比较，所述参考值用于分配给控制活塞的两个不同位置中的至少一个位置的磁场强度。根据本发明的控制阀的另一有利改进设想了，霍尔传感器在没有用于(即，绝对)磁场强度的预先保存的参考值的情况下进行管理。在这种情况下，霍尔传感器适配为使得测量的磁场强度的变化与用于移动控制活塞的电动机的触发信号相比较。例如，如果电动机被均匀信号触发，则它在两个位置之间线性地移动控制活塞。随着控制活塞移动远离霍尔传感器，控制活塞越远离霍尔传感器，测量的磁场强度的变化越减小。因此，也可以使用磁场强度的变化通过霍尔传感器以这种方式确定控制活塞的距离和位置。依照根据本发明的控制阀的另一有利改进，控制被设计为使得，根据由传感器确定的控制活塞的位置以及脉冲宽度调制(即PWM)输入信号，借助于通过电动机的控制活塞的移动来控制制冷剂流动。例如，PWM输入信号具有400Hz的频率，或换言之，1/400秒的脉冲宽度持续时间。因此，这特别确保了与提供PWM输入信号来触发的现有空调压缩机的向后兼容性。此外，在根据本发明的控制阀的有利改进中，控制被设计为使得，至少部分地，由脉冲宽度调制输入信号提供的电力被用于由电动机移动控制活塞，并且用于由传感器确定控制活塞的位置。因此，不需要到控制阀的附加的电力供给。参考图2a、2b和2c，将根据示范性实施例在下文更详细地解释控制活塞在根据本发明的控制阀中的三个示例位置。根据第一示范性实施例，在图2a、2b和2c中示出了根据本发明的控制阀200。这里，控制阀200包括已经描述的控制活塞204、电动机202、传感器210和控制单元212。为了避免重复，在这种情景下，仅参考上面的陈述，其解释了特别是在空调压缩机中，控制阀如何使得制冷剂能够分别从高压区域Pd流入曲柄箱压力区域Pc中，以及从曲柄箱压力区域Pc流入低压区域Ps中。根据第一示范性实施例，控制阀200的控制活塞204包括致动杆206，并且在其一端具有密封体208，如第一示范性实施例中所描绘的，致动杆206和密封体208由一体件构造(即形成)。这里，控制活塞204的致动由电动机202执行，电动机202将致动杆206设定为运动。由于致动杆206和密封体208之间的机械联接，移动被传递到密封体208。在示范性实施例中，致动杆206的致动作为沿控制阀200的纵向方向的线性运动而进行，且通过一体式构造等效地传递到密封体208。如果控制阀200的控制活塞204移动到第一位置，则密封体208打开高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的通道(例如参见图2a)。因此，制冷剂可以从空调压缩机的高压区域Pd流入曲柄箱压力区域Pc中，并在那里(即，在空调压缩机的曲柄箱中)提供压力上升。控制阀的第一位置导致空调压缩机被向下调节。同时，在控制活塞的第一位置，曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的通道被密封(即，被阻断)。因此，没有制冷剂可以从曲柄箱压力区域流入低压区域并在曲柄箱中提供压力下降。如果控制阀200的控制活塞204移动到第二位置，则密封体208打开曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的通道(例如，参见图2b和图2c)。因此，制冷剂可以从空调压缩机的曲柄箱压力区域Pc流入低压区域Ps，并在曲柄箱中提供压力下降。控制阀的第二位置导致空调压缩机被向上调节。同时，在控制活塞的第二位置，高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的通道被密封(即，被阻断)。因此，没有制冷剂可以从高压区域流入曲柄箱压力区域中并在那里(即，在空调压缩机的曲柄箱中)提供压力上升。根据示范性实施例，控制活塞204在两个位置之间(即，在第一位置和第二位置之间)可移动，使得控制阀的高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的连接的截面、以及控制阀的曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的连接的截面分别是连续可变的。因此，通过控制活塞的前后移动，后者不仅被定位在第一位置(其中控制阀将高压区域和曲柄箱压力区域彼此连接)和第二位置(其中控制阀将曲柄箱压力区域和低压区域彼此连接)，而是还被置于位于第一位置和第二位置之间的中间位置。因此，控制活塞的第一位置和第二位置对应于相对于控制活塞的移动的最大位移的位置。例如，图2b示出了控制活塞204的中间位置，其对应于空调压缩机的部分向上调节。在该中间位置，由控制阀200中的控制活塞204的位置控制的通路的截面在曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间减小。在有利改进中，在中间位置，通路的截面的减小由控制活塞204产生，仅分别开启控制阀200的高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的通路，或曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的通路。例如，在中间位置，控制活塞204可以为此定位为使得，控制活塞204中的开口(其开启曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间的通路)设置为偏离用于曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps的连接的控制阀200的壳体中的凹部Pc和Ps中的一个。在图2b中绘示了控制活塞204在控制阀200中的相对应的中间位置。例如，在另一中间位置，可以说，控制活塞204还可以定位为使得，控制活塞204中的开口(其开启高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的通路)设置为偏离用于高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc的连结的控制阀200的壳体中的凹部Pd和Pc中的一个。然而，应当强调的是，控制阀200的控制活塞204被设计为使得所有三个区域(即，高压区域Pd、曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps)之间的连接不可能在任何中间位置。因此，排除了高压区域Pd和低压区域Ps之间的短路的可能性。通常在空调压缩机的领域中，控制活塞204也可以被称为针。这里，针的特征在于密封体208(即，截流体)被设计为锥形的，并在高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间、以及在曲柄箱压力区域Pc和低压区域Ps之间与控制阀200的壳体中的环形凹部Pd和/或Ps协作。在图2a、2b和2c中的控制阀200的示范性实施例中，控制活塞204被设计为中空针，其在针中具有相对于控制阀纵向取向的凹部(例如纵向钻孔)，在控制阀200打开时形成高压区域Pd和曲柄箱压力区域Pc之间的通道。另外，在控制阀200的该示范性实施例中，面向传感器210的永磁体220布置在致动杆206的与密封体208相对的端部。另外，传感器210被设计为霍尔传感器。另外，所描绘的示范性实施例中的控制阀200包括电连接222，其连接到控制单元212，并且经由电连接222来输入例如脉冲宽度调制输入信号。传感器210和电动机202每一个电连接到控制单元212。附图标记列表附图标记描述100，200,控制阀102电磁环形线圈202电动机104，204,控制阀106，206致动杆108，208密封体210传感器212控制单元220永磁体222连接当前第1页1 2 3