DE10008682C2 - Kompressor variabler Verdrängung - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor va­ riabler Verdrängung, der insbesondere für Klimaanlagen für Kraftfahrzeugen und anderen Fahrzeugen geeignet ist.

Bei einem Kühlmittelkreislauf für eine Kraftfahrzeugklimaanlage ist ein Kompressor mit variabler Verdrängung benutzt worden. Zum Ermöglichen der Änderung oder der Variation einer Verdrängung weist nach firmeninternem Wissen ein derartiger Kompressor einen in Fig. 6 dargestellten Verdrängungssteuermechanismus auf.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 6, ein Verdrängungssteuermecha­ nismus 100 ist in einem Gehäuseabschnitt 53a vorgesehen, der an einem Ende eines hinteren Gehäuses 53 vorgesehen ist. Der Ver­ drängungssteuermechanismus 100 weist ein Ventilgehäuse 101 auf, das aus einem Gehäusekörper 101 mit einer Durchgangsöffnung 101c, die sich in einer axialen Richtung erstreckt, und einem Kappenteil 101b, das auf ein Ende des Gehäusekörpers 101a aufge­ paßt ist, zusammengesetzt ist. Eine Kombination von einem Ende des Gehäusekörpers 101a und des Kappenteiles 101b bildet einen Druckerfassungsraum, in dem ein Balgenabschnitt 102 als Drucker­ fassungsvorrichtung vorgesehen ist.

Der Balgenabschnitt 102 ist so aufgebaut, daß axiale Teile 102d an entgegengesetzten Enden eines Balgenkörpers 102c vorgesehen sind und der Balgenkörper 101c mit einem Vakuum im Inneren ver­ sehen ist und daß eine innere Feder 102a zwischen den axialen Teilen 102d vorgesehen ist. Der Raum, an dem der Balgenabschnitt 102 vorgesehen ist, ist mit einer Ansaugkammer 65 durch einen Durchgang 67 verbunden, und der Balgenabschnitt 102 in dem Druc­ kerfassungsraum ist derart gebildet, daß er einen Druck in der Ansaugkammer 65 aufnimmt. Auf einem Ende des Balgenabschnittes 102 ist ein Tragteil 102b vorgesehen, das sich von einem Ende des axialen Teiles/Balgenabschnittes 102 fortpflanzt, und eine Feder 103 ist um das Tragteil 102b so vorgesehen, daß der Bal­ genkörper 102c nach unten in der Darstellung von Fig. 6 gepreßt wird.

Eine Übertragungsstange 104 ist auf solche Weise gelagert, daß sie durch die Durchgangsöffnung 101c des Ventilgehäuses 101a eingesteckt werden kann, und ein Ende der Übertragungsstange 104 steht in Kontakt mit dem Tragteil 102b des Balgenabschnittes 102. Das andere Ende der Übertragungsstange 104 steht in Verbin­ dung mit einer Ausnehmung des anderen Endes des Gehäusekörpers 101a, und ein Kugelventil 105 wird darin kontaktiert.

Das Kugelventil 105 wirkt mit Elastizität (Ausdehnung und Zusam­ menziehung) des Balgenabschnitts 102 zusammen und wird in die axiale Richtung so bewegt, daß ein Verbindungsdurchgang 101d, der mit einem Ende der Durchgangsöffnung 101c verbunden ist, zwischen der Ausgabekammer 64 und der Kurbelkammer 55 geöffnet oder geschlossen wird.

An dem anderen Ende des Ventilgehäusekörpers 101a, an dem das Kugelventil 105 angefügt ist, ist eine Ventilkammer 106 durch die Ausgabekammer 64 und eine Verbindungsöffnung 101e gebildet. An dem anderen Ende des Ventilgehäusekörpers 101a (d. h. ein obe­ res Ende des Papieres der Zeichnung) ist ein Stator 107 vorgese­ hen, in dem ein becherartiger Gehäuseabschnitt 108a mit einem Endabschnitt (d. h. dem oberen Ende der Zeichnung) des Kugelven­ tiles 105 in Kontakt steht, und eine Solenoidstange 108 ist so gelagert, dass sie in den Stator 107 eingeführt werden kann. Ein Tauchkolben 109 steht in Kontakt mit einem oberen Abschnitt des Stators 107, in den die Solenoidstange 108 eingeführt ist, und eine Röhre 110 ist zum Bedecken des oberen Abschnittes des Sta­ tors 107 und des Umfangsabschnittes des Tauchkolbens 109 vorge­ sehen. In der Röhre 110 ist eine Tauchkolbenkammer 111 über dem Stator 107 gebildet. Ein Solenoid 112 als Mittel zum Anlegen ei­ nes Magnetfeldes ist so vorgesehen, daß es die Röhre 110 ein­ kreist oder umgibt. Das Solenoid 112 dient zum Anlegen einer elektromagnetischen Kraft an eine Lücke zwischen dem Tauchkolben 109 und dem Stator 107 so, daß die elektromagnetische Kraft auf das Kugelventil 105 durch die Solenoidstange 108 wirkt.

Genauer, während des Kühlbetriebes, wenn eine Kühllast größer wird, wird eine elektromagnetische Kraft größer, so daß der Öff­ nungsgrad des Kugelventiles 105 abnimmt. Wenn der Öffnungsgrad des Ventiles abnimmt, nimmt eine Verschiebung des Kühlmittels, das in die Kurbelkammer fließt, zu einem niedrigeren Druck in der Kurbelkammer ab, so daß die Neigung einer Schiefscheibe (d. h. ein Winkel relativ zu einer Oberfläche senkrecht zu einer Antriebswelle) größer wird. Wenn andererseits eine Kühllast kleiner wird, wird die elektromagnetische Kraft kleiner, so daß ein Öffnungsgrad des Kugelventiles 105 zu größerem Wert gezwun­ gen wird, und eine Verschiebung des Kühlmittels, das in die Kur­ belkammer fließt, wird zum Vergrößern des Druckes in der Kurbel­ kammer vergrößert, so daß die Neigung der Schiefscheibe kleiner wird.

Wie oben beschrieben wurde, werden bei dem Steuermechanismus va­ riabler Verdrängung eine Kraft Fv zum Drücken des Kugelventiles 105 in die geschlossene Ventilposition und eine Kraft Fb zum Be­ einflussen des Balgenabschnittes 102 und der Übertragungsstange 104 zum Drücken des Kugelventiles 105 in die offene Ventilposi­ tion, durch die unten angegebenen Gleichungen (1) und (2) ange­ geben:

Fv = (Pd - Pc).Sv + f(I), (1)

worin Pd den Ausgabekammerdruck, Pc den Kurbelkammerdruck, Ps den Ansaugkammerdruck, f(I) die elektromagnetische Kraft bei einem elektrischen Strom I, fs die Kompressionskraft der Feder, fb die gemeinsame Kompressionskraft des Balgens und der inneren Fe­ der, Sv eine Abdichtfläche des Kugelventiles, Sb eine wirksame Fläche des Balgens und Sr die Querschnittsfläche der Stange dar­ stellen.

Fb = fb - fs - {(Sb - Sr).Ps + Sr.Pc} (2)

Aus den Gleichungen (1) und (2) folgt, wenn Fv < Fb ist, daß der Ventilkörper, der aus dem Kugelventil 105 besteht, geöffnet wird, und die folgende Gleichung (3) wird erfüllt:

(Pd - Pc).SV + f(I) < fb - fs - {(Sb - Sr).Ps + Sr.Pc} (3)

Nun wird eine Gleichung Pc = Ps + α in die oben genannte Gleichung (3) eingesetzt, so daß die folgende Gleichung (4) gilt:

Die Gleichung (4) wird als eine Drucksteuereigenschaft oder Kennlinie einer Ansaugkammer angesehen, und wie in Fig. 7 ge­ zeigt ist, wird der Druck der oben beschriebenen Ansaugkammer variiert durch Variieren eines elektrischen Stromflusses I zu der elektromagnetischen Spule, die das Solenoid 112 darstellt. Der Kompressor variabler Verdrängung des oben beschriebenen Ty­ pes, der das oben beschriebene Verdrängungssteuerventil beinhal­ tet, wird im allgemeinen als Typ äußerer Steuerung beschrieben, der die Verdrängung durch ein äußeres Signal variieren kann.

Wie jedoch durch die Gleichung (4) gezeigt ist, wird gemäß des Verdrängungssteuermechanismus für den Kompressor variabler Ver­ drängung vom äußeren Steuerungstyp der Steueransaugdruck zum Va­ riieren durch den Ausgabedruck gezwungen, selbst wenn der zu dem Solenoid 112 gelieferte Strom konstant gehalten wird, und daher gibt es ein ernstes Problem des Versagens eines stabilen Steuer­ betriebes.

In Hinblick auf das obige ist es zum Minimieren der unerwünsch­ ten Effekte des Ausgabedruckes bei dem oben beschriebenen Aufbau notwendig, entweder die Abdichtfläche des Kugelventiles 105 zu verringern oder die wirksame Fläche des Balgens 102 zu vergrö­ ßern. In dem ersteren Fall gibt es jedoch das Problem, daß der Betrag des Ausgabegases, das in die Kurbelkammer 55 eingeführt wird, unzureichend ist, wodurch eine unstabile Steuerung der Verdrängung resultiert, andererseits wird der Balgen in dem letzteren Fall groß bemessen und ein Steuerbereich des Ansaug­ druckes durch das äußere Signal (das ist der Betrag des elektri­ schen Stromes) verringert.

Weiterhin ist es bei dem Verdrängungssteuermechanismus für den Kompressor variabler Verdrängung vom äußeren Steuertyp nötig zum Vergrößern des Ansaugdrucksteuerbereiches durch die äußeren Si­ gnale (der Betrag des elektrischen Stromes), entweder die elek­ tromagnetische Kraft zu vergrößern oder die wirksame Fläche des Balgens 102 zu verkleinern. Wie oben jedoch beschrieben wurde, ist die Verkleinerung der wirksamen Fläche des Balgens begrenzt, und daher wird in der praktischen Anmeldung es nötig sein, die elektromagnetische Kraft zu vergrößern. Somit wird unausweich­ lich das Solenoid groß bemessen, und wie in Fig. 6 gezeigt ist, steht das Solenoid übermäßig von dem hinteren Gehäuse 53 vor, und folglich ist es notwendig, daß ausreichender Raum für den Kompressor vorgesehen wird.

Wenn neben dem obigen bei dem Verdrängungssteuermechanismus des Kompressors variabler Verdrängung vom äußeren Steuertyp die gleiche Art von Verdrängungssteuerventil sowohl für Kompressoren großer Verdrängung als auch Kompressoren kleiner Verdrängung be­ nutzt wird, bei denen die Kurbelverdrängung des ersteren sich stark von der des letzteren unterscheidet, sieht einer der bei­ den Kompressoren übermäßiges Ausgabegas (oder andererseits unzu­ reichendes) vor, so daß die Verdrängungssteuerung unstabil wird. Somit ist es notwendig, daß das Verdrängungssteuerventil gemäß den Verdrängungen der Kurbelkammern 55 bestimmt wird. Dieses re­ sultiert in neuen Problemen bei dem Entwurf des Gerätes, daß die Spezifikationen der Hauptelemente und Abschnitte (d. h. Ventile, Balgen, Solenoid usw.) selektiv geändert werden müssen.

Weiterhin wird bei dem Verdränaungssteuermechanismus für den Kompressor variabler Verdrängung vom äußeren Steuertyp aus der oben beschriebenen Gleichung (1), selbst wenn das Solenoid dema­ gnetisiert ist und die Gleichung f(1) = 0 erfüllt ist, der Zustand von Fv = (Pd - Pc).Sv < 0 erreicht. Wenn somit der Ansaugdruck zum Zu­ sammenziehen des Balgens 102 erhöht wird, wird das Kugelventil 105 geschlossen mit dem unerwünschten Resultat, daß eine minima­ le Verdrängung nicht aufrechterhalten wird. Daher gibt es Fälle, in denen nicht die Anforderung zum Minimieren des Leistungsver­ brauches des Kompressors durch die äußeren Signale erfüllt wird.

Aus der DE 197 13 414 C2 ist ein ähnlicher Kompressor variabler Verdrängung bekannt, der ebenfalls ein Regelventil als Verdrängungssteuermechanismus aufweist. Das Regelventil regelt die Menge des Gases das aus der Auslasskammer in die Kurbelkammer gelangen soll.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen neuen Verdrängungssteuermechanismus für einen Kompressor variabler Verdrängung vorzusehen, der eine Verbesserung der Ansaugdruck­ steuergenauigkeit bei geringen unerwünschten Wirkungen von dem Ausgabedruck ermöglicht.

Diese Aufgabe wird gelöst durch einen Kompressor variabler Ver­ drängung mit den Merkmalen des Anspruches 1.

Insbesondere weist der Kompressor eine Ansaugkammer, eine Ausga­ bekammer, eine Kurbelkammer und einen Verdrängungssteuermecha­ nismus zum Einstellen des Druckes der Kurbelkammer zum Steuern der Verdrängung des Kompressors auf. Der Verdrängungssteuerme­ chanismus weist eine Steuerdruckkammer auf. Ein erster Durchgang verbindet die Steuerdruckkammer und die Ausgabekammer. Ein er­ stes Drucksteuerventil, das mit dem ersten Durchgang verbunden ist, regelt einen Öffnungsgrad des ersten Durchganges. Ein zwei­ ter Durchgang, der mit der Kurbelkammer und der Ausgabekammer verbunden ist, verbindet diese beiden Kammern miteinander. Ein zweites Drucksteuerventil, das mit dem zweiten Durchgang verbunden ist, regelt einen Öffnungsgrad des zweiten Durchganges als Reaktion auf den Druck der Steuerdruckkammer.

Bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Solch ein Kompressor weist den Vorteil auf, daß er eine kleine Abmessung des Solenoids und des Balgens ermöglicht, daß er eine geeignete Einstellung des Einführens des Ausgabegases in die Kurbelkammer durch eine kleine und unwesentliche Modifikation der Spezifikation der Elemente ohne wesentliche Änderung des Hauptaufbaues ermöglicht und daß eine minimale Verdrängung durch Demagnetisierung des Solenoids aufrechterhalten werden kann.

Weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfin­ dung werden ersichtlich aus der folgenden Beschreibung anhand der Figuren. Von den Figuren zeigt:

Fig. 1 eine Schnittansicht eines Kompressors variab­ ler Verdrängung gemäß einer ersten Ausfüh­ rungsform der Erfindung;

Fig. 2A eine Schnittansicht eines ersten Drucksteuer­ ventilabschnittes, der in dem Kompressor vari­ abler Verdrängung von Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 2B eine vergrößerte Schnittansicht eines Ventil­ abschnittes des in Fig. 2A gezeigten ersten Drucksteuerventilabschnittes;

Fig. 3 eine Schnittansicht eines zweiten Drucksteuer­ ventilabschnittes, der in dem Kompressor vari­ abler Verdrängung von Fig. 1 enthalten ist;

Fig. 4 ein Diagramm, das die Ansaugdrucksteuereigen­ schaften/Kennlinien des Kompressors variabler Verdrängung von Fig. 1 zeigt;

Fig. 5A u. 5B Schnittansichten eines zweiten Drucksteuerven­ tilabschnittes für einen Kompressor variabler Verdrängung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung, worin Fig. 5A einen offe­ nen Zustand des Ventiles zeigt, wobei Fig. 5B einen geschlossenen Zustand des Ventiles zeigt;

Fig. 6 eine Schnittansicht eines Teiles eines Kom­ pressor variabler Verdrängung, wie er bei der Anmelderin vorhanden ist; und

Fig. 7 ein Diagramm, das die Ansaugdrucksteuereigen­ schaften des Kompressors variabler Verdrängung von Fig. 6 zeigt.

Der Kompressor variabler Verdrängung ist durch das Bezugszeichen 50 bezeichnet. Der Kompressor 50 weist einen Zylinderblock 51 mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen 51a, ein vorderes Ge­ häuse, das auf ein Ende des Zylinderblockes 51 gepaßt ist, und ein hinteres Gehäuse 53, das auf dem Zylinderblock 51 durch eine Ventilplattenvorrichtung 54 vorgesehen ist auf. Eine Antriebs­ welle 56 ist so vorgesehen daß sie sich transversal innerhalb einer Kurbelkammer 55 erstreckt, die durch den Zylinderblock 51 und das vordere Gehäuse 52 abgegrenzt ist. Ein Schiefscheibe 57 ist um einen Mittelabschnitt der Antriebswelle 56 vorgesehen. Die Schiefscheibe 57 ist mit einem Rotor 58, der an der An­ triebswelle 56 befestigt ist, durch einen Kopplungsabschnitt ge­ koppelt.

Ein Ende der Antriebswelle 56 erstreckt sich nach außen von dem vorderen Gehäuse 52 durch einen Vorsprungsabschnitt 52a, der von dem vorderen Gehäuse 52 nach außen vorsteht. Eine elektromagne­ tische Kupplung 70 ist auf dem Vorsprungsabschnitt 52a durch ein Lager 60 gelagert. Die elektromagnetische Kupplung 70 weist ei­ nen Rotor 71 um den Vorsprungsabschnitt 52a herum, eine in dem Rotor 71 enthaltene elektromagnetische Einrichtung 72 und eine Kupplungsscheibe 73, die an einem Ende der Außenseite des Rotors 71 angefügt ist, auf. Ein Ende der Antriebswelle 56 ist mit der Kupplungsscheibe 73 durch ein Befestigungsteil 74 wie eine Schraube usw. gekoppelt.

Innerhalb der Zylinderbohrung 51a ist ein Kolben 62 vorgesehen, der eine Ausnehmung 62a an seinem inneren Ende aufweist, und ein äußerer Umfangsabschnitt der Schiefscheibe 57 ist in der Ausneh­ mung 62a so aufgenommen, daß der Kolben mit der Schiefscheibe 57 durch einen Schuh 63 zusammenwirkt.

Das hintere Gehäuse 53 schließt darin eine Ansaugkammer 65 und eine Ausgabekammer 64 ein. Die Ansaugkammer 65 ist mit der Zy­ linderbohrung 51a durch ein Ansaugventil (nicht gezeigt) verbun­ den, das an der Ventilplattenvorrichtung 54 angefügt ist, und die Ausgabekammer 64 ist mit der Zylinderbohrung 51a durch ein Ausgabeventil der Ventilplattenvorrichtung 54 verbunden. Die An­ saugkammer 65 ist mit der Kurbelkammer 55 durch eine Öffnung 83 und einen Durchgang 85 verbunden.

Weiter weist der Kompressor variabler Verdrängung 50 ein erstes und ein zweites Drucksteuerventil 10 und 30 auf, die auf eine Weise miteinander zusammenwirken, die später beschrieben wird. Das erste Drucksteuerventil 10 ist in einer Ausnehmung in der Rückwand des hinteren Gehäuses 53 angeordnet. Das zweite Druck­ steuerventil 30 ist in einer Gaskammer 84 angeordnet, die in dem Zylinderblock 51 gebildet ist. Sowohl das erste als auch das zweite Drucksteuerventil 10 und 30 dienen als ein Hauptteil ei­ nes Verdrängungssteuermechanismus zum Steuern einer Verdrängung des Kompressors variabler Verdrängung 50.

Es ist ersichtlich, daß der oben beschriebene Aufbau im wesent­ lichen ähnlich zu dem vorherigen Kompressor mit der Ausnahme des Verdrängungssteuermechanismus ist.

Als nächstes wird Bezug genommen auf Fig. 2A und 2B. Das er­ ste Drucksteuerventil 10 weist ein Ventilgehäuse 1 auf. Das Ven­ tilgehäuse 1 weist einen Körper 11, eine Kappe 12 und ein zylin­ drisches Teil 13 auf. Das Ventilgehäuse 1 weist ein Abdeckteil 14 auf, das daran anschließend gebildet ist und in der axialen Richtung durch einen Sprengring 14a fixiert ist. Ein Balgen 2 ist in dem Ventilgehäuse 1 vorgesehen. Der Balgen 2 dient als druckempfindliches Teil zum Aufnehmen eines Ansaugdruckes, und er weist ein Vakuum im Inneren auf, in dem eine Feder 2a vorge­ sehen ist. Ein Ende des Balgens 2 steht in Kontakt mit einem Tragteil 3, und das andere Ende des Tragteil 3 steht in Kontakt mit einer Übertragungsstange 4, die so getragen ist, daß sie in das Ventilgehäuse 1 eingefügt werden kann. Das andere Ende der Übertragungsstange 4 steht in Kontakt mit einem Ventilkörper 5. Der Ventilkörper 5 dient zum Öffnen und Schließen eines ersten Durchganges 86, der die Ausgabekammer 64 und die Steuerdruckkam­ mer 32 als Reaktion auf das Expandieren/Kontraktieren des Bal­ gens 2 verbindet. Der Ventilkörper 5 ist in einer Ventilkammer 6 vorgesehen, die mit der Ausgabekammer 64 in Verbindung steht. Der Ventilkörper 5 ist integral mit einem Solenoidstangen­ abschnitt 8 gebildet, der so getragen ist, daß er in einen Sta­ tor 7 eingefügt werden kann.

Eine Feder 9 ist als ein federndes Teil zum Drücken des Ventil­ körpers 5 in die offene Ventilposition vorgesehen. Der Solenoid­ stangenabschnitt 8 steht in Kontakt mit einem Tauchkolben 20, der in einer Tauchkolbenkammer 22 vorgesehen ist, die von dem Stator 7 und einer Röhre 21 eingeschlossen ist.

Zwischen dem zylindrischen Teil 13 des Ventilgehäuses 1 und dem Abdeckteil 14 ist ein Solenoid 23 vorgesehen, das zum Bewirken einer elektromagnetischen Kraft zwischen dem Tauchkolben 20 und dem Stator 7 und zum Bewirken einer Last zum Drücken des Ventil­ körpers 5 zu einer geschlossenen Ventilposition durch den So­ lenoidstangenabschnitt 8 dient. Das zylindrische Teil 13 ist ge­ windemäßig mit dem Körper 11 gekoppelt.

In dem Ventilgehäuse 1 ist eine Öffnung 1a vorgesehen, die die Drucksteuerkammer 32 (Fig. 3) mit der Ansaugkammer 65 in Zusam­ menwirkung mit einem Durchgang 67 und einem Teil des ersten Durchganges 86 verbindet. Als Resultat dient die Ansaugkammer 65 als Niederdruckkammer. Eine Kombination der Öffnung 1a, des Durchganges 67 und des Teiles des ersten Durchganges 86 wird als dritter Durchgang bezeichnet.

Die Öffnung 1a weist eine Öffnungsfläche auf, die ausreichend kleiner als die Öffnungsfläche des Ventilkörpers 5 ist. Somit ist in dem vollständig geöffneten Zustand des Ventilkörpers 5 der Druck der Steuerdruckkammer 32 gleich dem Ausgabedruck. An­ dererseits ist in dem voll geschlossenen Zustand des Ventilkör­ pers 5 der Druck der Steuerdruckkammer 32 gleich dem Ansaug­ druck. In Hinblick auf das obige ermöglicht das Regeln des Ven­ tilöffnungsgrades, den Druck der Steuerdruckkammer 32 in dem Be­ reich zwischen dem Ausgabedruck und dem Ansaugdruck zu variie­ ren. Der Ausgabedruck wirkt auf die Tauchkolbenkammer 22 durch die Lücke zwischen dem Solenoidstangenabschnitt 8 und dem Stator 7. Hier wird der Zustand des Ventilöffnens des ersten Drucksteu­ erventiles 10 durch die folgenden Gleichungen dargestellt:

f(I) + (Pd - Pa).Sv1 - f1 < fb - fs - {Pa.Sr1 + Ps.(Sb - Sr1)} (5)

Da die Ventilabdichtfläche Sv1 gleich der Querschnittsfläche der Übertragungsstange Sr1 gesetzt ist, so daß Sr1 = Sv ist, damit kann die Gleichung (6) realisiert werden

f(I) + Pd.Sv1 - f1 < fb - fs - Ps.(Sb - Sv1) (6)

Daher wird nun die folgende Gleichung (7) realisiert, die eine Ventilöffnungseigenschaft/Kennlinie des ersten Drucksteuerven­ tilmittels 10 ist.

In den Gleichungen (5) bis (7) ist Pd der Ausgabedruck, Ps der Ansaugdruck, Pa der Druck in der Steuerdruckkammer, Sv1 die Ven­ tilabdichtfläche, Sr1 die Querschnittsfläche der Übertragungsstange, Sb die wirksame Fläche des Balgens, fb eine zusammenge­ setzte Preßkraft des Balgens 2 und der Feder 2a in dem Balgen, und f1 die Druckkraft der Feder 9.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 3, das in Fig. 1 gezeigte zweite Drucksteuerventil weist ein Ventilgehäuse 31, eine Über­ tragungsstange 33, die in das Ventilgehäuse 31 eingefügt werden kann und an ihrem einen Ende in die Steuerdruckkammer 32 vor­ steht, und eine Feder 35, die in der Steuerdruckkammer 32 vorge­ sehen ist und als federndes Teil zum Pressen eines Endes der Übertragungsstange 33 durch eine Führung 34 dient, auf. Weiter weist das zweite Drucksteuerventil 30 einen Ventilkörper 37, der mit dem anderen Ende der Übertragungsstange 33 verbunden ist und das Öffnen/Schließen eines zweiten Durchganges oder eines Ver­ bindungsdurchganges 36 regelt, der sich von der Ausgabekammer 64 zu der Gaskammer 84 erstreckt, durch Verschieben oder Bewegen der Übertragungsstange 33, und eine Feder 38 zum Pressen des Ventilkörpers 37 in die geschlossene Ventilposition auf. Hier wird die Bedingung des Öffnens des Ventiles des zweiten Druck­ steuerventiles 30 durch die folgende Gleichung (8) dargestellt:

f3 + (Pd - Pc).Sv2 < (Pa - Pc).Sr2 + f2 (8)

worin in Gleichung (8) Sv2 eine Ventilabdichtfläche ist, Sr2 ei­ ne Querschnittsfläche der Übertragungsstange ist, f2 eine Druck­ kraft oder eine federnde Kraft der Feder 35 ist und f3 eine Druckkraft der Feder 38 ist.

Da die Ventilabdichtfläche Sv2 und die Querschnittsfläche der Übertragungsstange Sr2 einander gleichgesetzt sind und daher Sr2 = Sv2 ist, ist die folgende Gleichung (9) erfüllt:

f3 + Pd.Sv2 < Pa.Sv2 + f2 (9).

Daher ist die folgende Gleichung (10) erfüllt:

Mit andern Worten: das System ist so ausgelegt, daß das zweite Drucksteuerventil 30 betätigt wird (geöffnet/geschlossen) durch eine Druckdifferenz zwischen der Ausgabekammer 64 und der Steu­ erdruckkammer 32.

Wenn folglich der Druck in der Steuerdruckkammer 32 durch das erste Drucksteuerventil 10 gesteuert wird, kann das zweite Drucksteuerventil 30 in seinem Öffnungs-/Schließzustand geregelt werden, und daher ist es möglich, den Betrag des Ausgabegases zu regeln, das in die Kurbelkammer 55 eingeführt wird, zum Einstel­ len des Neigungswinkels der Schrägscheibe 57, so daß der Kolben­ hub gesteuert werden kann.

Der Kolbenhub wird gemäß der Gleichung (7) gesteuert, die die Ventilöffnungscharakteristiken/Kennlinien des ersten Drucksteu­ erventiles 10 darstellt. Mit andern Worten, die Charakteristiken stellen eine Änderung des Steueransaugdruckes durch eine Ände­ rung des Lieferns des elektrischen Stromes I zu dem Solenoid 23 dar.

Die Steuerdruckkammer 32 ist von äußerst kleiner Verdrängung, und da es ausreichend ist, daß nur ein kleiner Betrag des Ausga­ begases zu der Steuerdruckkammer 32 geliefert wird, kann eine Ventilöffnungsfläche Sv1 des ersten Drucksteuerventiles 10 viel kleiner als die Ventilöffnungsfläche Sv2 des zweiten Drucksteu­ erventiles 10 sein.

Daher wird ein Koeffizient (Faktor) von Pd, d. h. Sv1/(Sb - Sv1) kleiner aus der oben beschriebenen Gleichung (7), wünschenswerte Ansaugdrucksteuercharakteristiken/Kennlinien mit wenig Einfluß der Ausgabedruckänderung können erhalten werden, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Weiter ist es möglich, die wirksame Fläche Sb kleiner zu machen, in dem die Ventilöffnungsfläche Sv1 kleiner gemacht wird, und ein Koeffizient von f(I), d. h. 1/(Sb - Sv1) kann größer gemacht werden.

Folglich ist es ausreichend, die elektromagnetische Kraft f(I) zum Erzielen einer Änderung des Ansaugdruckes kleiner zu machen, was im wesentlichen äquivalent zu dem obigen Aufbau ist, und zum Beispiel ist es ausreichend, selektiv die Windung des Solenoids 23 zu steuern oder zu verringern. Somit kann eine Größe des er­ sten Drucksteuerventiles 10 im Gegensatz zu dem obigen Aufbau kleiner gemacht werden.

Wie oben beschrieben wurde wird der Kolbenhub durch die Glei­ chung (7) gesteuert, die die Ventilöffnungscharakteristi­ ken/Kennlinien des ersten Drucksteuerventiles 10 darstellt, und der Kolbenhub wird nicht von dem Betriebsmodus (oder Eigen­ schaft) des zweiten Drucksteuerventiles 30 beeinflußt. Folglich ist es möglich, die Menge des Ausgabegases in die Kurbelkammer 55 zu regeln, indem der Ventildurchmesser des zweiten Drucksteu­ erventiles 30 frei geändert wird.

Weiter wird der Ventilkörper 5 durch eine Kraft der Feder 9 ge­ öffnet, wenn das Solenoid 23 demagnetisiert ist, und daher kann eine minimale Verdrängung in dem Bereich von f1 < (Pd - Pa).Sv1 auf­ rechterhalten werden.

Es wird Bezug genommen auf Fig. 5A und 5B. Es erfolgt die Be­ schreibung in Hinblick auf einen Kompressor variabler Verdrän­ gung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung. Der Kompressor variabler Verdrängung ist im wesentlichen der gleiche wie der zuerst erwähnte Kompressor variabler Ver­ drängung aus Fig. 1 mit der Ausnahme des Aufbaues des zweiten Drucksteuerventiles. Daher wird die folgende Erläuterung auf das zweite Drucksteuerventil zur Vereinfachung nur begrenzt.

Das zweite Drucksteuerventil 40 weist einen Ventilzylinder 41, einen Ventilkörper 42, der einen Verbindungsdurchgang zwischen der Ausgabekammer 64 und der Kurbelkammer 55 öffnet/schließt, und eine Feder 43 als federndes Teil zum Drücken eines Endes ei­ nes Ventilkörpers 42 auf. Es sei angemerkt, daß eine Kammer, die durch die Kombination des anderen Endes des Ventilkörpers 42 und des Ventilzylinders 41 eingeschlossen ist, als eine Steuerdruck­ kammer 44 dient, und ein Ende des durch die Feder 43 komprimier­ ten Ventilkörpers 42 wird durch den Ansaugdruck beeinflußt.

Da die Druckaufnahmeoberfläche Sa der Steuerdruckkammer 44 des Ventilkörpers 42 gleich einer Druckaufnahmefläche Ss für den An­ saugdruck ist, wird der Ventilöffnungszustand des zweiten Druck­ steuerventiles 40 durch die unten angegebene Gleichung (11) dar­ gestellt:

Pa.Sa < Ps.Sa + f4 (11)

Folglich wird die folgende Gleichung (12) erfüllt. In den Glei­ chungen (11) und (12) stellt f4 eine Druckkraft der Feder 43 dar:

Wie durch die Gleichung (12) gezeigt ist, ist das zweite Druck­ steuerventil 40 so aufgebaut, daß es sich gemäß einer Druckdif­ ferenz zwischen der Steuerdruckkammer 44 und der Ansaugkammer 64 öffnet und schließt. Daher kann die Öffnungs- und Schließtätig­ keit des zweiten Drucksteuerventiles durch Einstellen des Druc­ kes der Drucksteuerkammer 44 mittels des ersten Drucksteuerven­ tiles 10 gesteuert werden, und der Betrag des Ausgabegases, das in die Kurbelkammer 55 eingeführt wird, wird zum Variieren des Neigungswinkels der Schiefscheibe 57 eingestellt, so daß der Kolbenhub gesteuert werden kann.

Gemäß dem oben beschriebenen Kompressor kann ein unerwünschter Einfluß des Ausgabedruckes so ausgeschlossen werden, daß die Ge­ nauigkeit der Ansaugdrucksteuerung verbessert werden, wodurch ein gewünschter Verdrängungssteuermechanismus für einen Kompres­ sor variabler Verdrängung vorgesehen wird. Eine Verringerung der Größe des Solenoids und des Balgens kann erzielt werden. Der Be­ trag des in die Kurbelkammer eingeführten Ausgabegases kann richtig durch eine einfache Modifikation der Spezifikation ein­ gestellt werden (d. h. die Modifikation des Ventildurchmessers des zweiten Drucksteuerventiles), ohne daß eine wesentliche Än­ derung in der Konstruktion des Hauptaufbaues oder der Elemente des Verdrängungssteuermechanismus wie Solenoid und Balgen geän­ dert werden müssen. Weiter ist es möglich, eine minimale Ver­ drängung durch die Magnetisierung des Solenoids aufrechtzuerhal­ ten.

Die Öffnung des dritten Durchganges kann mit der Kurbelkammer verbunden sein, ohne dass sie durch die Ansaugkammer geht. In diesem Fall dient die Kurbelkammer als Niederdruckkammer.

Claims (11)

1. Kompressor variabler Verdrängung (50), mit
einer Ansaugkammer (65), einer Ausgabekammer (64), einer Kurbel­ kammer (55) und einem Verdrängungssteuermechanismus zum Einstel­ len des Druckes (Pc) der Kurbelkammer (55) zum Steuern der Ver­ drängung des Kompressors (50), wobei der Verdrängungssteuerme­ chanismus aufweist:
eine Steuerdruckkammer (32, 44);
einen ersten Durchgang (86), der mit der Steuerdruckkammer (32, 44) und der Ausgabekammer (64) verbunden ist, zum Verbinden der Ausgabekammer (64) mit der Steuerdruckkammer (32, 44);
ein erstes Drucksteuerventil (10), das mit dem ersten Durchgang (86) verbunden ist, zum Regeln eines Öffnungsgrades des ersten Durchganges (86);
einen zweiten Durchgang (36), der mit der Kurbelkammer (55) und der Ausgabekammer (64) verbunden ist, zum Verbinden der Ausgabe­ kammer (64) mit der Kurbelkammer (55); und
ein zweites Drucksteuerventil (30, 40), das mit dem zweiten Durchgang (36) verbunden ist, zum Regeln eines Öffnungsgrades des zweiten Durchganges (36) als Reaktion auf den Druck in der Steuerdruckkammer (32, 44).

2. Kompressor nach Anspruch 1, bei dem der Verdrängungssteuermechanismus einen dritten Durch­ gang (1a, 67, 86) aufweist zum Verbinden der Steuerdruckkammer (32, 44) mit einer Niederdruckkammer (65, 55), die im Druck niedriger als die Ausgabekammer (64) ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, bei der der dritte Durchgang (1a, 67, 86) eine Öffnung (1a) auf­ weist.

4. Kompressor nach Anspruch 3, bei dem das erste Drucksteuerventil (10) und die Öffnung (1a) Durchgangsdurchmesser aufweisen, die derart bestimmt sind, daß die Steuerdruckkammer (32, 44) einen Druck (Pa) aufweist, der in einem Bereich zwischen einem Druck (Pd) in der Ausgabekammer (64) und einem Druck in der Niederdruckkammer (65, 55) variabel ist.

5. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem das erste Drucksteuerventil (10) eine Ventilöffnungsflä­ che aufweist, die kleiner als die des zweiten Drucksteuerventi­ les (30, 40) ist.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem das zweite Drucksteuerventil (30) aufweist:
ein federndes Teil (35), das in der Steuerdruckkammer (32) ange­ ordnet ist und eine federnde Kraft aufweist;
einen Ventilkörper (37) zum Regeln des zweiten Durchganges (36); und
eine Übertragungsstange (33), die in die Steuerdruckkammer (32) vorsteht und das federnde Teil (35) kontaktiert, zum Übertragen der federnden Kraft und eines Druckes (Pa) der Steuerdruckkammer (32) zu dem Ventilkörper (37).

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 5, bei dem das zweite Drucksteuerventil (40) aufweist:
einen Ventilkörper (42) zum Regeln des zweiten Durchganges, wo­ bei an dessen einem Ende ein Druck der Steuerdruckkammer (44) anliegt und an dessen anderem Ende ein Druck der Niederdruckkam­ mer (65, 55) anliegt; und
ein federndes Teil (43) um gegen das andere Ende des Ventilkör­ pers (42) zu drücken.

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Niederdruckkammer die Ansaugkammer (65) ist.

9. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 7, bei dem die Niederdruckkammer die Kurbelkammer (55) ist.

10. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, bei dem das erste Drucksteuerventil (10) aufweist:
ein Druckerfassungsteil (2), das auf einen Druck (Ps) der An­ saugkammer (65) reagiert, zum Bewirken seiner Expansion und Kon­ traktion;
einen Ventilkörper (5), der als Reaktion auf die Expansion und die Kontraktion betätigt wird; und
einen Solenoidabschnitt (8), um eine variable Last auf den Ven­ tilkörper (5) aufzubringen.

11. Kompressor nach Anspruch 10, bei dem das erste Drucksteuerventil (10) ein federndes Teil (9) aufweist, zum federnden Pressen des Ventilkörpers (5) in eine offene Position, wenn der Solenoidabschnitt (8) demagnetisiert ist.