DE3615289A1 - Vorrichtung zur klimatisierung eines fahrzeuges - Google Patents

Description

HOEGER, STELLR-ECHT & PARTNER 3 6 1 5 2 8 9

PATENTANWÄLTE

UHLANDSTRASSE 14.C-D 7ooo stuttgart ι _ 4 _

A 47 025 m Anmelder: Kabushiki Kaisha Toyoda in - 212 Jidoshokki Seisakusho

5. Mai 1986 1, Toyoda-cho 2-chome

Kariya-shi

Aichi, Japan

Beschreibung : Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuges

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuges nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs

Im allgemeinen wird ein Kompressor einer Klimaanlage für ein Fahrzeug intermittierend betrieben, um eine übermäßige Abkühlung und ein anschließendes Versagen der Kühlung aufgrund des Einfrierens eines Verdampfers zu verhüten. Der intermittierende Betrieb des Kompressors verursacht jedoch eine Veränderung der Kühlkapazität und variiert die Temperatur der gekühlten Luft weitgehend, die ihrerseits in den Fahrgastraum eines Fahrzeuges eingespeist werden soll. Als Folge hiervon wird die Kühlwirkung verschlechtert.

Der Kompressor einer solchen Klimaanlage wird vom Motor des Fahrzeuges angetrieben. Da der intermittierende Betrieb dadurch verwirklicht wird, daß eine Kupplung, die ihrerseits zwischen dem Motor und dem Kompressor angeordnet ist, ein- und ausgerückt wird, wird auch die Glätte und Sanftheit des Fahrzeugantriebs verschlechtert. Infolgedessen besteht Bedarf nach einem preisgünstigen Mechanismus, durch den eine Kompressorkapazität (Kompressorhubraum) entsprechend der Kühlbelastung eingestellt wird, um einen intermittierenden Betrieb des Kompressors bei einem Minimum zu halten oder ganz zu eliminieren sowie die Temperatur der gekühlten, zuzuführenden Luft zu stabilisieren, so daß insgesamt die Kühlwirkung im

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Fahrgastraum wie auch die Glätte und Sanftheit des Fahrzeugantriebes verbessert wird.

Um diesen Forderungen zu genügen, wird im Stande der Technik bereits eine Ausführung vorgeschlagen, bei der ein Verdampfungsdruckregulator mit spulenförmigem Ventilkörper in einer Saugleitung angeordnet ist, die ihrerseits die Rückführleitung für das Kühlmittel der Fahrzeugklimaanlage ist. Der Regulator stellt den Druck eines Verdampfers in Abhähgigkeit von der Größe der Kühlbelastung ein, um die Temperatur des Verdampfers über einem bestimmten Wert zu halten. Jedoch hat ein solcher Verdampfungsdruckregulator einen Nachteil, der darin besteht, daß dem Kompressor der Klimaanlage Kühlmittel nicht in ausreichender Menge zugeführt wird, wenn sich der spulenfÖrmige Ventilkörper in seiner nahezu völlig geschlossenen Stellung befindet.

Es ist Aufgabe der Erfindung, die angegebenen Mangel der bekannten Fahrzeugklimaanlage zu überwinden und eine Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuges vorzuschlagen, bei welcher der Schmierungszustand in der Kompressionskammer eines Kompressors selbst dann in guter Verfassung gehalten werden kann, wenn der Kompressor mit kleiner Kompressorverschiebung betrieben wird.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß wird eine Klimaanlage für ein Fahrzeug vorgeschlagen, bei der ein Kompressor Saugkammern, Ausstoßkammern und eine Antriebskammer aufweist, die ihrerseits

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einen Kolbenantriebsmechanismus enthält und von den Saugkammern unabhähgig ausgebildet ist. Die Klimaanlage weist ferner einen Kondensator, ein Expansionsventil, einen Verdampfer und ein Ventil zur Regulierung des Verdampfungsdruckes auf. Diese Teile sind in einem Leitungssystem der Klimaanlage angeordnet, welches eine Rohrleitung einschließt, die zwischen den Ausstoß- und Saugkammem des Kompressors angeordnet ist. Ein Rohrleitungsteil, welches vom Verdampfer zum Regulierventil für den Verdampfungsdruck verläuft, steht über einen Bypassdurchlaß mit der Antriebskammer in Verbindung. Bei dieser Anordnung kann selbst dann, wenn der Kompressor ständig mit geringer Kompressionskapazität betrieben wird, eine kleine Menge an Kühlmittel über den Bypassdurchlaß angesaugt und von der Antriebskammer, beispielsweise einer TaumelScheibekammer zur Kompressionskammer während jedes Saughubes in jeder einzelnen Kompressionskammer verschoben werden, so daß eine gleichmäßige Schmierung der Antriebskammer stattfindet.

Die nachstehende Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung dient im Zusammenhang mit beiliegender Zeichnung der weiteren Erläuterung. Es zeigen:

Fig. 1 eine Längsschnittansicht durch die

Mitte eines Taumelscheibenkompressors gemäß einer ersten Ausfürhungsform;

Fig. 2 eine vergrößerte Querschnittsansicht entlang der Linie A-A in Fig. 1;

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Fig. 3 ein Schaltbild mit der schematischen

Darstellung einer Fahrzeugklimaanlage;

Fig. 4 ein Schaltbild mit der schematischen

Darstellung einer zweiten Ausführungsform;

Fig. 5 ein Schaltdiagramm mit der schematischen Darstellung einer Klimaanlage nach dem Stande der Technik und

Fig. 6 eine Längsschnittansicht durch die Mitte eines bekannten Verdampfungsdruckregulierventils.

Zunächst wird eine kurze Erläuterung einer Fahrzeugklimaanlage gemäß dem Stande der Technik gegeben. Die Fig. 5 zeigt eine an sich bekannte Klimaanlage für ein Fahrzeug, bei welcher eine Saugrohrleitung 33 von einem Verdampfer 37 zu einem Kompressor 40 hin verläuft. Die Leitung 33 enthält ein Verdampfungsdruckregulierventil 39a, welches im einzelnen in Fig. 6 dargestellt ist und der Aufrechterhaltung der Temperatur des Verdampfers 37 oberhalb eines vorbestimmten Wertes dient. Wenn die Kühlbelastung erhöht wird und der innere Druck auf der Verdampferseite steigt, wird ein spulenförmiger Ventilkörper 4 2 in einem Gehäuse 41 des Steuerventils 39a in Offenstellung verschoben, und zwar entgegen den resultierenden Kräften des Atmosphärendruckes und einer Feder 44, die von einem Gehäuse 4 3 umschlossen ist. Wenn andererseits die Kühl- , belastung erniedrigt wird und der Innendruck auf der Verdampferseite abnimmt, schließt der Ventilkörper 4 2

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einen Ventildurchlaß 41a aufgrund der resultierenden Kräfte des Atmosphärendrucks und der Feder 44. Diese bekannte Klimaanlage hat den Nachteil, daß dem Kompressor 40 Schmiermittel nicht in ausreichender Weise zugeleitet wird, wenn sich der Ventilkörper 42 in seiner nahezu völlig geschlossenen Stellung befindet.

Nachstehend wird im Zusammenhang mit Fig. 1-3 eine erste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. An den Stirnseiten von Zylinderblöcken 1,2 sind mit Hilfe einer passenden Anzahl von Schraubbolzen 7 Ventilplatten 3,4 sowie vordere und hintere Gehäuse 5,6 befestigt. An der Verbindungsstelle zwischen den Zylinderblöcken 1 und 2 ist eine Taumelscheibenkammer 8 als Antriebskammer für später noch zu beschreibende Kolben 12 ausgebildet. Die Kammer 8 enthält eine Taumelscheibe 10, die an einer Antriebswelle 9 befestigt ist. In den Zylinderblöcken 1,2 sind fünf Paare von Zylinderbohrungen 11 vorgesehen, von denen in Fig. 1 nur ein Paar dargestellt ist. Die Zylinderbohrungen 11 nehmen die Kolben 12 auf, welche mit Hilfe von Kugeln 13 und Schuhen 14 an der Taumelscheibe 10 befestigt sind.

An den Seiten der vorderen und hinteren Gehäuse 5, 6 sind mittig jeweils Ausstoßkammern 15 und diese Kammern periphär umgebend Saugkammern 16 ausgebildet. Die Saugkammern 16 sind über einen Saugdurchlaß 17 miteinander verbunden, der in den Zylinderblöcken 1,2 und in den Ventilplatten 3,4 vorgesehen ist. An den Ventilplatten 3,4 sind Saugventilabschnitte 18 und Ausstoßventilabschnitte 19 ausgebildet.

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Am Zylinderblock 2 ist ein L-förmiger Saugnippel oder Saugflansch 20 befestigt, der mit dem Saugdurchlaß 17 in Verbindung steht. Ein Ausstoßflansch 21 (Fig. 3) ist so befestigt, daß er mit der Ausstoßkammer 15 verbunden ist. An einem abstehenden Teil 20a des Saugflansches 20 ist ein zylindrisches Gehäuse 22 mit geschlossenem Boden aufgeschraubt und auf diese Weise befestigt. In das Gehäuse 22 ist ein zylindrischer, spulenförmiger Ventilkörper 23 gleitbar eingesetzt, der in eine durchgehende Bohrung 20b in der Mitte des Teils 20a eingreift. Ein elastischer Faltenbalg 24 verbindet einen stirnseitigen Basisteil 23a des Ventilkörpers 23 mit dem abstehenden Teil 20a. Eine Druckkammer 25, die zwischen dem Ventilkörper 23 und dem Faltenbalg 24 ausgebildet ist, steht mit einem Saugdurchlaß 26 im Saugflansch 20 in Verbindung, und zwar über einen Druckdurchlaß 23b, der seinerseits im Ventilkörper 23 ausgebildet ist. Eine Schraubenfeder 27, die zwischen dem Ventilkörper 23 und dem Boden des Gehäuses 22 angeordnet ist, spannt den Ventilkörper ständig zu einem Saugdurchlaß 26a hin vor, der in der Mitte des Saugdurchlasses 26 vorgesehen ist. Eine Kammer des zylindrischen Gehäuses 22, die auf der Seite der Feder 27 vorgesehen ist, bildet eine Atmosphärendruckkammer 28, die über eine Öffnung 22a des Gehäuses 22 mit der Atmosphäre verbunden ist. Wie erwähnt, ist der Saugflansch 22 als einstückiges Bauteil mit einem Verdampfungsdruckregulierventil 39 versehen, welches das zylindrische Gehäuse 22, den spulenförmigen Ventilkörper 23, den Faltenbalg 24, die Feder 27, usw. enthält.

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In der Nähe der Saugventilöffnung 26a öffnet sich das eine Ende einer Bypassleitung 29, die mit der Taumelscheibenkammer 8 derart verbunden ist, daß Kühlmittelgas im Saugdurchlaß 26 in die Taumelscheibenkammer 8 selbst dann eingeführt werden kann, wenn die Saugventilöffnung 26a im Saugflansch 20 vom Ventilkörper 23 verschlossen ist.

Der beschriebene Taumelscheibenkompressor 30 wird, wie in Fig. 3 dargestellt, vom Motor 31 eines Fahrzeuges angetrieben und bildet zusammen mit weiteren Teilen die Klimaanlage eines Fahrzeuges. Diese weiteren Teile umfassen einen Kondensator 34 und ein Sammelgefäß 35, die mit einer Ausstoßrohrleitung 32 und einer Saugrohrleitung 33 verbunden sind, sowie ein Expansionsventil 36 und einenVerdampfer 37, die im Fahrgastraum eines Fahrzeuges angeordnet sind.

Nachstehend wird die Betriebsweise der zuvor erläuterten Klimaanlage beschrieben.

Wenn die Temperatur des Fahrgastraumes hoch ist und eine hohe Kühlbelastung, beispielsweise beim Anlaufen des Fahrzeugmotors erforderlich ist, steigt die Temperatur des Verdampfers 37, welcher den Wärmeaustausch vornimmt, an, wodurch sich der Sättigungsdruck des Kühlmittels erhöht. Dementsprechend wird auch der Druck in der Saugrohrleitung 33 erhöht, wodurch der Druck in der Druckkammer 25 steigt. Infolgedessen wird der Ventilkörper 23 gegen die resultierenden Kräfte des Drucks in der Atmosphärendruckkammer 28 und der Feder 27 so verschoben, daß sich die Saugventilöffnung 26a des Saugdurchlasses 26 öffnet und hierdurch ein Betrieb mit voller Kapazität erreicht ist.

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Wenn anschließend die Temperatur des Fahrgastraumes abgesenkt ist und somit die Kühlbelastung gesunken ist, werden auch die Temperatur des Verdampfers 37 und der Sättigungsdruck erniedrigt. Mit der Erniedrigung des Sättigungsdruckes wird der Druck im Saugdurchlaß 26 (Saugrohrleitung 33) abgesenkt, wodurch der Druck in der Druckkammer 25 abfällt. Wenn der Druck im Saugdurchlaß

26 und der Druck in der Druckkammer 25 konstant werden, werden der Druck in der Druckkammer 25 und die resultierenden Kräfte des Atmosphärendruckes und der Feder

27 ausbalanciert, so daß der Ventilkörper 23 in einer spezifischen Öffnungsstellung gehalten wird. Dies entspricht der Ausführung einer Betriebsweise mit mittlerer Kapazität.

Wenn die Temperatur des Fahrgastraumes weiter abgesenkt und hierdurch die Kühlbelastung weiter reduziert ist, ist der Druck in der Druckkammer 25 bestrebt, abzusinken. In diesem Augenblick wird der Ventilkörper 23 in Richtung auf seine Schließstellung verschoben, so daß der Öffnungsquerschnitt der Saugventilöffnung 26a reduziert wird. Infolgedessen wird die Absenkung des Druckes in der Saugrohrleitung 33 unterdrückt und der Druck im Verdampfer 37 wird oberhalb eines vorbestimmten Wert gehalten. Somit ist die Temperatur des Verdampfers 37 bei einem vorbestimmten Wert stabilisiert, so daß gekühlte Luft bei einer stabilisierten Temperatur zugeführt werden kann und ein Einfrieren des Verdampfers 37 verhindert ist.

Wenn andererseits ein kontinuierlicher Betrieb bei vollständig durch den Ventilkörper 23 geschlossener Saugventilöffnung 26a ausgeführt wird, wird die Zuführung

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von Kühlmittel aus der Saugrohrleitung 33 gestoppt, so daß eine Kompressionskammer R (ein Raum in jeder Zylinderbohrung 11) während des Saughubes jedes hin- und hergehenden Kolbens 12 bei einem negativen Druck gehalten werden kann. Aufgrund eines Zwischenraums etc. zwischen jedem Kolben 12 und jeder Zylinderbohrung 11 wird eine kleine Menge an Kühlmittel angesaugt, die aus der Taumelscheibenkammer 8 in jede Kompressionskammer R fließt. In diesem Augenblick wird Kühlmittel, welches Schmiermittel enthält, in die Taumelscheibenkammer 8 über die Bypassleitung 29 eingeführt, um Schmiermittel zu den gleitenden Teilen, beispielsweise den Kolben 12, den Schuhen 14 und der Taumelscheibe 10 heranzuführen. Infolgedessen ist eine Abnutzung und eine Reibung an den gleitenden Teilen verhindert.

Fig. 4 zeigt eine zweite Ausführungsform, bei welcher das Verdampfungsdruckregulierventil 39a in der Mitte der Saugrohrleitung 33 vorgesehen ist. Wenn das Verdampfungsdruckregulierventil 39a vollständig geschlossen ist, steht die Rohrleitung 33 auf der Verdampferseite mit der TaumelScheibenkammer 8 über eine Bypassleitung 38 in Verbindung. Diese Ausführung ist dadurch vorteilhaft, daß die Taumelscheibenkammer 8 ständig geschmiert werden kann.

Die vorliegende Erfindung kann auch bei folgenden Konstruktionen verkörpert werden:

(1) Die Erfindung läßt sich nicht nur auf Taumelscheibenkompressoren 30 sondern auch auf Kompressoren mit

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Kurbelwelle, sowie auf Tauraelscheibenkoitipressoren anderer Art und auch weitere Kompressoren mit hin- und hergehenden Kolben anwenden. Im Falle eines Kompressors mit Kurbelwelle wird das Kurbelwellengehäuse, welches einen Kurbelwellenmechanismus aufnimmt, zur Antriebskammer.

(2) Es ist möglich, eine geringfügige Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer 8 und der Saugkammer 16 dadurch herzustellen, daß man einen passenden, engen Mediumdurchlaß vorsieht, der von der Taumelscheibenkammer 8 zur Saugkammer 16 hinverläuft. In diesem Fall kann das Kühlmittel der Saugkammer 16 selbst dann zugeführt werden, wenn das Verdampfungsdruckregulierventil 39 einen Saugdurchlaß zwischen dem Verdampfer 37 und der Saugkammer 16 vollständig verschließt. Dementsprechend kann eine Überhitzung an der Saugkammer 16 vermieden werden. Somit läßt sich ein kontinuierlicher Lauf des Kompressors ohne Risiko eines Betriebsversagens ausführen.

Wie sich aus der voranstehenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen ergibt, wird durch die Erfindung der Vorteil vermittelt, daß die Schmierung der Kompressionskammern dadurch glatt und wirksam erreicht werden kann, daß eine kleine Menge an Kühlmittel, welches seinerseits ein Schmiermittel enthält und über die Bypassleitung zugeführt wird, veranlaßt wird, aus der Antriebskammer zu den jeweiligen Kompressionskammern der Zylinderbohrungen selbst dann zu fließen, wenn der Kompressor in einem

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Zustand mit geringer Verschiebung oder geringem. Hubraum betrieben wird.

Weiterhin können erfindungsgemäß bestimmte konstruktive Elemente des Verdampfungsdruckregulierventils, beispielsweise das Gehäuse, als gemeinsamer Konstruktionsteil mit dem Kompressorkörper, nämlich dem Saugflansch, ausgebildet werden, so daß die Anzahl der Bauteile reduziert werden kann, was zu einer preisgünstigen Klimaanlage für ein Fahrzeug führt. Weiterhin kann die Anordnung der Rohrleitungen leicht an Fahrzeugen angebracht werden.

- Leerseite -

Claims (1)

1. HOEGER, STELLRECKT &-RÄRTNER 3615289

   PATENTANWÄLTE
   UHLANDSTRASSE 14 ο · D 7000 STUTTSART 1

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   5. Mai 1986 1, Toyoda-cho 2-chome

   Kariya-shi

   Aichi, Japan

   Patentansprüche :

   1. Vorrichtung zur Klimatisierung eines Fahrzeuges mit einem Kühlmittelkompressor/ der seinerseits folgende Merkmale aufweist:

   wenigstens einen in einem Kompressionszylinder hin- und hergehenden Kolben, eine Saugkammer für unkomprimiertes Kühlmittel, eine Ausstoßkammer für komprimiertes Kühlmittel und eine von den Saug- und Ausstoßkammern unabhähgige Antriebskammer, die einen Antriebsmechanismus zum Hin- und Herbewegen des oder der Kolben in ihren Kompressionszylindem enthält, wobei der Antriebsmechanismus vom Motor des Fahrzeuges angetrieben ist;

   mit einer ersten Rohrleitung zur Überführung des komprimierten Kühlmittels aus der Ausstoßkammer des Kompressors zu einem Verdampfer zur Durchführung eines Wärmeaustausches des Kühlmittels; mit einer zweiten Rohrleitung zur Rückführung des Kühlmittels nach seiner thermischen Expansion vom Verdampfer zur Saugkammer des Kompressors; mit einem in der ersten Rohrleitung angeordneten Kondensator zum Kondensieren des komprimierten, aus der Ausstoßkammer des Kompressors austretenden Kühlmittels;

   mit einem in der ersten Rohrleitung zwischen dem Kondensator und dem Verdampfer angeordneten Expansionsventil zur Steuerung der Strömungsgeschwindigkeit des Kühlmittels nach seiner Kondensation; und mit einem in der zweiten Rohrleitung zwischen dem Verdampfer und der Saugkammer des Kompressors

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   angeordneten Drucksteuerventil zum Steuern des Verdampfungsdruckes im Verdampfer in Abhängigkeit von der an der Vorrichtung anliegenden Kühlbelastung, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Rohrleitung (33) mit einer Bypassleitung (29,38) versehen ist, die eine ständige Verbindung zwischen dem Verdampfer (37) und der Antriebskammer

   (8) des Kompressors (30) vermittelt und ein Fließen des Kühlmittels nach dessen Wärmeaustausch in die Antriebskammer selbst dann ermöglicht, wenn die an der Vorrichtung anliegende Kühlbelastung gering ist.

   2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Drucksteuerventil (39,39a) ein druckempfindliches, einen spulenförmigen Ventilkörper (23) enthaltendes Ventil ist, das als integrierter Bauteil an einem Saugflansch (2 0) des Kompressors (3 0) befestigt ist und das Kühlmittel nach dessen Wärmeaustausch in die Saugkammer (16) einläßt;

   daß das Ventil (39,39a) ein am Saugflansch (20) befestigtes, zylindrisches Gehäuse (22) mit einer darin ausgebildeten Atmosphärendruckkammer (28) aufweist;

   daß der spulenförmige Ventilkörper (23) im Gehäuse (22) verschieblich gelagert ist und eine Saugventilöffnung (26a) eines im Saugflansch (20) ausgebildeten Saugdurchlasses (26) einstellbar öffnet und verschließt; daß eine in der Atmosphärendruckkammer (28) angeordnete Feder (27) den Ventilkörper (23) ständig in seine den Saugdurchlaß (26) verschließende Schließstellung vorspannt; und

   daß zwischen dem Gehäuse (22) und dem Ventilkörper (23)

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   ein Faltenbalg elastisch und abdichtend angeordnet ist, der eine von der Atmosphärendruckkammer (28) getrenntes Saugdruckkammer (25) bildet.

   3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Bypassleitung (29) in Parallelschaltung mit dem Saugdurchlaß (26) des Saugflansches (20) einen in diesem Flansch ausgebildeten Durchlaßteil umfaßt, der sich unmittelbar zur Antriebskammer (8) des Kompressors hin öffnet.

   4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Saugventilöffnung (26a) des Saugdurchlasses (26) als Senkbohrung im Saugflansch (20) und komplimentär zu einem Endteil des Ventilkörpers (23) ausgebildet ist.

   5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor (30) ein Taumelscheibenkompressor ist und eine drehbar an einer mit dem Fahrzeugmotor (31) verbundenen Welle angeordnete Taumelscheibe umfaßt, die in einer die Antriebskammer bildenden Taumelscheibenkammer (8) umläuft, welche ihrerseits durch Zwischenräume zwischen den Kolben (12) und den Wänden der Kompressionszylinder (11) mit diesen Zylindern in Strömungsverbindung steht.