DE4446087A1 - Verdrängungsvariabler Kolbenkompressor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen kupplungslosen verdrängungsvariablen Kolbenkompressor und insbesondere auf einen kupplungslosen verdrängungsvariablen Kolbenkompressor der den Nei­ gungswinkel einer Taumelscheibe durch Verwendung der Druckdiffe­ renz zwischen einer Kurbelkammer und einer Ansaugkammer für die Zufuhr eines Gases in einem Auslaßdruckbereich zu der Kurbelkammer und für das Auslassen des Gases in der Kurbelkammer zu einem An­ saugdruckbereich steuert, wodurch der Druck in der Kurbelkammer eingestellt wird.

Im Allgemeinen werden Kompressoren in Fahrzeugen dazu verwendet, komprimiertes Kühlgas dem Fahrzeugeigenen Klimaanlagensystem zuzu­ führen. Für die Aufrechterhaltung der Lufttemperatur innerhalb des Fahrzeugs auf einem Niveau, welches für die Fahrzeugpassagiere komfortabel ist, ist es wichtig, einen Kompressor zu verwenden, dessen Verdrängungsmenge an Kühlgas steuerbar ist. Ein bekannter Kompressor dieser Gattung steuert den Neigungswinkel einer Taumel­ scheibe, die schwenkbar auf einer Antriebswelle gelagert ist, und zwar basierend auf der Differenz zwischen dem Druck in einer Kur­ belkammer und dem Ansaugdruck und konvertiert die Rotationsbewe­ gung der Taumelscheibe in die lineare Hin- und Herbewegung eines jeden Kolbens. Im herkömmlichen Kompressor ist eine elektromagne­ tische Kupplung zwischen einer externen Antriebsquelle wie bei­ spielsweise dem Fahrzeugmotor und der Rotationswelle des Kompres­ sors vorgesehen. Die Kraftübertragung von der Antriebsquelle auf die Rotationswelle wird gesteuert durch den Ein-/Aus-Betrieb die­ ser Kupplung. Wenn die Kraftübertragung von der Antriebsquelle auf die Rotationswelle unterbrochen wird, dann wird die Verdrängung des Kompressor an Kühlgas auf 0 gesetzt. In dem Zeitpunkt, in wel­ chem die elektromagnetische Kupplung aktiviert oder deaktiviert wird, erzeugt der Kupplungsbetrieb einen Schock oder Stoß, der für gewöhnlich nicht nur schädlich für den Kompressor selbst sondern auch für den gesamten Fahrkomfort ist, wie es die Erfahrungen von Fahrzeugpassagieren zeigen. Desweiteren erhöht das Vorsehen der elektromagnetischen Kupplung das Gesamtgewicht des Kompressors. Zur Lösung der vorstehend genannten Nachteile offenbart das US-Pa­ tent Nr. 51 73 032 einen Kompressor, der dafür vorgesehen ist, die Verdrängungsmenge auf 0 zu setzen ohne die Verwendung einer elek­ tromagnetischen Kupplung. In einem solchen kupplungslosen System, läuft der Kompressor selbst dann, wenn keine Kühlung erforderlich ist. Bei Kompressoren dieser Gattung ist es wichtig, daß dann, wenn eine Kühlung unnötig ist, die Auslaß- bzw. Förderverdrängung soviel wie möglich reduziert wird, um den Verdampfer vor einem Ge­ frieren zu schützen. Unter diesen Bedingungen ist es ebenfalls wichtig, die Zirkulation an Kühlgas durch den Kompressor und des­ sen externem Kühlkreislauf zu stoppen. Der in dem US-Patent Nr. 51 73 032 beschriebene Kompressor ist dafür vorgesehen, den Gas­ strom in die Ansaugkammer des Kompressors vom externen Kühlkreis­ lauf durch die Verwendung eines elektromagnetischen Ventils zu blockieren. Dieses Ventil erlaubt wahlweise die Zirkulation des Gases durch den externen Kühlkreislauf und den Kompressor. Wenn die Gaszirkulation durch das Ventil blockiert wird, fällt der Druck innerhalb der Ansaugkammer, wobei das Steuerventil, welches auf diesen Druck anspricht, vollständig öffnet. Die vollständige Öffnung des Steuerventils erlaubt dem Gas in der Auslaßkammer, in die Kurbelkammer einzuströmen, wodurch wiederum der Druck inner­ halb der Kurbelkammer erhöht wird. Das Gas innerhalb der Kurbel­ kammer wird zu der Ansaugkammer gefördert. Dementsprechend wird ein Kurzschlußkanal ausgebildet, welcher durch die Zylinderbohrun­ gen, die Auslaßkammer, die Kurbelkammer, die Ansaugkammer läuft und zu den Zylinderbohrungen zurückführt. Wenn der Druck in der Ansaugkammer wie vorstehend beschrieben verringert wird, fällt auch der Druck in den Zylinderbohrungen, wodurch eine Erhöhung hinsichtlich der Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer und dem Ansaugdruck in den Zylinderbohrungen verursacht wird. Diese Druckdifferenz verringert wiederum die Neigung der Taumel­ scheibe, welche die Kolben hin- und her bewegt. Als ein Ergebnis hiervon wird die Auslaßverdrängung sowie das hierfür durch den Kompressor benötigte Antriebsdrehmoment minimiert, wodurch der Energie­ verlust soweit wie möglich reduziert wird. In dem konventio­ nellen Kompressor wird ein Ansauganschluß, welcher zwischen jeder Kompressionskammer und deren angeschlossener bzw. zugehöriger An­ saugkammer angeordnet ist, durch ein Klappenventil geöffnet und geschlossen, das in dieser Kompressionskammer angeordnet ist und zwar basierend auf der Druckdifferenz zwischen der Kompressions­ kammer und der Ansaugkammer. Wenn insbesondere der Kolben vom obe­ ren Totpunkt zum unteren Totpunkt während des Ansaughubs bewegt wird, dann wird der Druck in der zugehörigen Ansaugkammer höher als der Druck in der zugehörigen Kompressionskammer. Als ein Er­ gebnis hiervon zwingt das Kühlgas in jeder Ansaugkammer das zuge­ hörige Klappenventil sich zu öffnen und strömt in die zugehörige Kompressionskammer ein. Wenn sich der Kolben vom unteren Totpunkt zum oberen Totpunkt während des Auslaßhubs bewegt, dann schließt das zugehörige Klappenventil den zugehörigen Ansauganschluß, was dazu führt, daß das Kühlgas in der Kompressionskammer durch einen Auslaßanschluß in die zugehörige Auslaßkammer ausströmt. Da die Klappenventile jedoch eine Elastizität aufweisen, muß die Druck­ differenz zwischen jeder Kompressionskammer und der zugehörigen Ansaugkammer hoch genug sein, um die elastische Kraft eines jeden Klappenventils zu überwinden, um den Ansauganschluß zu öffnen. Es vergeht einige Zeit, um eine Druckdifferenz aufzubauen, wodurch das Öffnen des Ansauganschlusses verzögert wird. Für die Schmie­ rung des Innenraumes des Kompressors wird ein Schmierölnebel in dem Kühlgas in Lösung gehalten, um die internen Teile des Kompres­ sors zu schmieren. Das Schmieröl tritt zwischen den Ansaugan­ schlüssen und den zugehörigen Klappenventilen ein, wobei die Kon­ taktkraft zwischen den peripheren Abschnitten der Ansauganschlüsse und der zugehörigen Klappenventilen erhöht wird. Dies verzögert das Öffnen der Klappenventile. Das sich verzögerende Öffnen der Klappenventile verringert die Stromrate an Kühlgas in die Kompres­ sionskammern oder verringert die volumetrisch Effizienz des Kom­ pressors. Selbst wenn die Klappenventile geöffnet werden, wirkt des weiteren der elastische Widerstand der Klappenventile als ein Ansaugwiderstand auf den Strom an Kühlgas, wodurch die Stromrate des Kühlgases oder die volumetrisch Effizienz des Kompressors wei­ ter verringert wird. Die Verringerung hinsichtlich der volumetri­ schen Effizienz verschlechtert den gesamten Kühlbetrieb einer mit diesem Kompressor ausgerüsteten Vorrichtung. In Fahrzeugen, in welchen ein derartiger Kompressor montiert ist, wird beispiels­ weise die Motordrehzahl im Leerlauf erhöht, um den Kühlungsbetrieb zu verbessern. Die hohe Motordrehzahl bzw. Geschwindigkeit im Leerlauf erhöht selbstverständlich auch den Kraftstoffverbrauch.

Es ist dementsprechend eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kompressor zu schaffen, dessen Drehmomentänderung unter­ drückt werden kann und dessen volumetrisch Effizienz durch Ein­ stellen der Stromrate an Kühlgas verbessert werden kann, welches in Ansaugkammern einströmt.

Zur Erreichung dieser Aufgabe hat der Kompressor gemäß der vorlie­ genden Erfindung die folgenden Elemente:
einen inneren Kühlgaskanal, der in selektiver Weise an einen ex­ ternen Kühlkreislauf angeschlossen oder von diesem getrennt werden kann, welcher separat vom Kompressor angeordnet ist. Der Kompres­ sor hat desweiteren eine Anzahl von Kolben, die in einer Anzahl von Zylinderbohrungen in einem Gehäuse für das Komprimieren von Gas hin- und her bewegbar sind. Der Kompressor hat eine Antriebs­ welle, die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist. Eine Taumelscheibe ist auf der Antriebswelle für eine integrale Drehung sowie für eine Neigungsbewegung mit Bezug zur Antriebswelle abgestützt. Die Taumelscheibe ist zwischen einem maximalen Neigungswinkel und ei­ nem minimalen Neigungswinkel bewegbar. Ein Rotationsventil ist in dem Mittenabschnitt des inneren Kühlgaskanals für eine synchrone Rotation mit der Antriebswelle angeordnet. Das Rotationsventil hat einen Kühlgaszuführkanal für das sequentielle Zuführen des Kühl­ gases in dem internen Kühlgaskanal zu jeder Zylinderbohrung. Ein Entkopplungsmittel entkoppelt den externen Kühlkreislauf vom in­ ternen Kühlgaskanal, wenn die Taumelscheibe sich in dem minimalen Neigungswinkel befindet.

Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Aus­ führungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitende Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine seitliche Querschnittsansicht eines gesamten Kompressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 2-2 gemäß der Fig. 1,

Fig. 3 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 3-3 gemäß der Fig. 1,

Fig. 4 ist eine Querschnittsansicht entlang der Linie 4-4 gemäß der Fig. 1,

Fig. 5 ist eine seitliche Querschnittsansicht des gesamten Kompressors, dessen Taumelscheibe sich in einem minimalen Nei­ gungswinkel befindet,

Fig. 6 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht wesentlicher Teile, die eine Rotationsventil in eine Offenstellung zeigt,

Fig. 7 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht effenzieller Teile, welche das Rotationsventil in eine Schließstellung zeigt,

Fig. 8 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht effenzieller Teile, die ein deaktiviertes Solenoid zeigt,

Fig. 9 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht, effenzieller Teile, die ein weiteres Ausführungsbeispiel darstellt und

Fig. 10 ist eine vergrößerte Querschnittsansicht effenzieller Teile, die eine Verschlußplatte in geschlossener Stellung darstellt.

Ein Kompressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung wird im folgenden beschrieben.

Die Fig. 1 zeigt eine Querschnittsansicht, des gesamten Kompres­ sors. Der Umriß des Kompressors wird mit Bezug auf die Fig. 1 beschrieben. Ein Zylinderblock 1 bildet ein Teil des Gehäuses des Kompressors. Ein vorderes Gehäuse 2 ist an das vordere Ende des Zy­ linderblocks 1 befestigt. Ein hinteres Gehäuse 3 ist an das hin­ tere Ende des Zylinderblocks 1 über eine erste Platte 4, eine zweite Platte 5 und eine dritte Platte 6 befestigt. Das vordere Gehäuse 2 bildet eine Kurbelkammer 2a aus. Eine Antriebswelle 9 ist drehbar in dem vorderen Gehäuse 2 und dem Zylinderblock 1 ge­ lagert. Das vordere Ende der Antriebswelle 9 steht aus der Kurbel­ kammer 2a nach außen hervor, wobei an diesem vorderen Ende eine Riemenscheibe 10 befestigt ist. Die Riemenscheibe 10 ist an den Motor eines Kraftfahrzeugs über einen Riemen 11 wirkverbunden. Ein Stützrohr 2b steht vom vorderen Ende des vorderen Gehäuses 2 in einer solchen Weise vor, daß es das vordere Ende der Antriebswelle 9 umwindet. Die Riemenscheibe 10 ist über ein Schräglager 7 auf dem Stützrohr 2b gelagert. Durch das Schräglager 7 nimmt das Stützrohr 2b sowohl die Schub- bzw. Axialbelastung wie auch die Radialbelastung auf, welche auf die Riemenscheibe 10 einwirkt. Zwischen dem vorderen Ende der Antriebswelle 9 und dem vorderen Gehäuse 2 ist eine Lippendichtung 12, welche die Druckleckage aus der Kurbelkammer 2a verhindert. Eine Antriebsplatte 8 ist auf der Antriebswelle 9 montiert. Ein Auflager 14 mit einer kugelförmigen Oberfläche, ist ebenfalls in einer gleitfähigen Weise auf der An­ triebswelle 9 gelagert. Eine Taumelscheibe 15 ist auf dem Auflager 14 in einer solchen Weise gelagert, daß sie mit Bezug auf die An­ triebswelle 9 verschwenkbar ist. Wie in der Fig. 2 gezeigt wird, sind ein paar Stützen oder Streben 16 und 17 fest an der Taumel­ scheibe 15 befestigt, wobei ein paar Führungsstifte 18 bzw. 19 an den Stützen 16 und 17 gesichert sind. Ein Arm 8a steht von der An­ triebsplatte 8 vor. Ein Verbindungsstück 20 erstreckt sich senk­ recht zu der Achse der Antriebswelle 9 und ist drehbar durch den Arm 8a gehalten. Die Führungsstifte 18 und 19 sind gleitfähig in beide Endabschnitte des Verbindungsstücks 20 eingesetzt. Die Tau­ melscheibe 15 ist um das Auflager 14 mit Bezug auf die Antriebs­ welle 9 schwenkbar und zusammen mit der Antriebswelle 9 rotierbar. Eine Anzahl von Zylinderbohrungen 1a sind durch den Zylinderblock 1 hindurch ausgeformt, wobei sie mit der Kurbelkammer 2a verbunden sind. Ein Einzelkopfkolben 22 ist in jeder Zylinderbohrung 1a auf­ genommen. Die Rotationsbewegung der Antriebswelle 9 wird über die Antriebsplatte 8, die Taumelscheibe 15 und Schuhe 23 auf die Kol­ ben 22 übertragen, was dazu führt, daß die Kolben 22 vorwärts und rückwärts in den zugehörigen Zylinderbohrungen 1a entsprechend der Neigung der Taumelscheibe 15 hin- und her bewegt werden. Wie in den Fig. 1 und 3 gezeigt wird, ist in dem hinteren Gehäuse 3 eine Auslaßkammer 3a ausgebildet. Ein Auslaßanschluß 4a ist in der ersten Platte 4 ausgebildet, wobei ein Auslaßventil 5a an der zweiten Platte 5 ausgebildet ist. Eine Anzahl von Kompressionskam­ mern P sind in den Zylinderbohrungen 1a durch die Kolben 22 ausge­ bildet. Wenn sich die Kolben 22 vorwärts bewegen, zwingt das Kühl­ gas in jeder Kompressionskammer P das Auslaßventil 5a dazu, den Auslaßanschuß 4a zu öffnen, wobei das Gas in die Auslaßkammer 3a einströmt. Das Auslaßventil 5a grenzt gegen einen Halter oder An­ schlag 6a an der dritten Platte 6 an, welcher den Öffnungsgrad des Auslaßanschlusses 4a begrenzt. Das Schub- bzw. Axiallager 53 ist zwischen der Antriebsplatte 8 und dem vorderen Gehäuse 2 angeord­ net. Dieses Axiallager 53 nimmt die Reaktionskraft von jeder Kom­ pressionskammer P auf, welche über den jeweils zugehörigen Kolben 22, die Taumelscheibe 15, die Streben 16 und 17, die Führungs­ stifte 18 und 19 sowie das Verbindungsstück 20 auf die Antriebs­ platte 8 einwirkt.

Im folgenden wird eine Beschreibung des Aufbaus gegeben, welcher das Kühlgas zu jeder Zylinderbohrung 1a führt.

Gemäß der Fig. 1, 5 und 6 ist eine Bohrung 13 in dem Mittelab­ schnitt des Zylinderblocks 1 ausgebildet, die sich in die Axial­ richtung der Antriebswelle 9 erstreckt. Ein Rotationsventil 24 ist in der Bohrung 13 in einer rotierbaren und gleitfähigen Weise pla­ ziert. Ein Gaszuführkanal 24a ist in dem Rotationsventil 24 ausge­ bildet, dessen Einlaß 24b an dem hinteren Ende (das rechte Ende gemäß der Fig. 1) des Rotationsventils 24 geöffnet ist. Wie in der Fig. 4 gezeigt wird, hat der Gaszuführkanal 24a einen Auslaß 24c, der an der äußeren Fläche des Rotationsventils 24 geöffnet ist. Ein kleindurchmessriger Abschnitt, der an dem hinteren Ende der Antriebswelle 9 ausgebildet ist, ist in das Rotationsventil 24 eingesetzt. Das Rotationsventil 24 ist gleitfähig auf diesem kleindurchmessrigen Abschnitt gelagert. Eine Verschlußplatte 21 ist an das hintere Ende der Antriebswelle mittels einer Schraube 25 fest fixiert. Zwischen der Verschlußplatte 21 und dem Rotations­ ventil 24 befindet sich eine Feder 26, die das Rotationsventil 24 gegen das Auflager 14 vorspannt. Eine Endfläche des Rotations­ ventils 24 ist dafür ausgebildet, gegen die Verschlußplatte 21 zu stoßen. Wenn die Endfläche des Rotationsventils 24 gegen die Ver­ schlußplatte 21 stößt, dann wird der Einlaß 24b des Gaszuführka­ nals 24a durch die Verschlußplatte 21 blockiert. Ein Rohr 27 ist gleitfähig auf der Antriebswelle 9 zwischen dem Auflager 14 und der Rotationswelle 24 gelagert. Das Rohr 27 hat ein vorderes Ende, daß mit der hinteren Endfläche des Auflagers 14 in Eingriff bring­ bar ist sowie ein hinteres Ende, welches mit der vorderen Endflä­ che des Rotationsventils 24 in Eingriff bringbar ist. Das Rohr 27 ist teilweise innerhalb der Bohrung 13 plaziert, wobei ein Gleit­ lager 28 zwischen der inneren Wand der Bohrung 13 und dem Rohr 27 eingefügt ist. Das Gleitlager 28 nimmt die Radialbelastung auf die Antriebswelle 9 über das Rohr 27 auf. Das Dichtungsbauteil S ist zwischen dem Gleitlager 28 und dem Rotationsventil 24 angeordnet, um die Kurbelkammer 2a vor der Bohrung 13 abzudichten. Wie in der Fig. 6 gezeigt wird, sind erste und zweite Stufenabschnitte 9a und 9b an der äußeren Oberfläche der Antriebswelle 9 ausgebildet. Der erste Stufenabschnitt 9a beschränkt bei Ineingriff kommen mit dem Rotationsventil 24 die Bewegung des Rotationsventils 24 in Richtung zum Auflager 14 (die Vorwärtsbewegung des Rotationsven­ tils 24). Der zweite Stufenabschnitt 9b beschränkt bei Ineingriff kommen mit dem Rohr 17 die Vorwärtsbewegung des Rohrs 27. Ein An­ saugkanal 29 ist in dem Mittelabschnitt des hinteren Gehäuses 3 ausgebildet. Der Einlaß 24b des Gaszuführungskanals 24a ist zum Ansaugkanal 29 hin geöffnet. Die Fig. 7 zeigt die hintere Endflä­ che des Rotationsventils 24, welche gegen die Verschlußplatte 21 anstößt, so daß das Rotationsventil 24 in die geschlossene Posi­ tion überführt wird. In diesem Zeitpunkt wird die Rückwärtsbewe­ gung des Rotationsventils 24 beschränkt und die Verbindung zwi­ schen dem Ansaugkanal 29 und dem Gaszuführungskanal 24a blockiert. Wenn das Auflager 14 sich in Richtung zur Verschlußplatte 21 durch die wellenförmige Bewegung der Taumelscheibe 15 bewegt, stößt das Auflager 14 gegen das Rohr 27, und preßt dabei das Rohr 27 gegen das Rotationsventil 24. Anschließend bewegt sich das Rotationsven­ til 24 zum Kontakteingriff mit der Verschlußplatte 21 entgegen der Vorspannkraft der Feder 26. Dementsprechend wird die Rückwärtsbe­ wegung des Auflagers 14 beschränkt, wobei die Taumelscheibe 15 na­ hezu senkrecht zur Antriebswelle 9 festgelegt wird. Der Neigungs­ winkel der Taumelscheibe 15 wird demnach dann minimiert. Es ist jedoch an dieser Stelle festzuhalten, daß der minimale Neigungs­ winkel der Taumelscheibe 15 geringfügig größer als 0 Grad ist. Wenn das Rotationsventil 24 in geschlossene Stellung überführt ist, wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 minimal. Das Ro­ tationsventil 24 wird zwischen der geschlossenen Stellung und ei­ ner offenen Stellung im Ansprechen auf die wellenförmige Bewegung der Taumelscheibe 15 geschaltet. Der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 wird begrenzt durch den Kontakt eines Vorsprungs 8b der Antriebsplatte 8 mit der Taumelscheibe 15.

Wie in den Fig. 1 und 4 gezeigt wird, hat der Zylinderblock 1 eine Anzahl von Ansauganschlüssen 13a die jeweils eine Verbindung zwischen der zugehörigen Kompressionskammer P und der Bohrung 13 erlauben. Wenn das Rotationsventil 24 entweder in der Öffnungs­ stellung gemäß der Fig. 6 oder in der geschlossenen Stellung ge­ mäß der Fig. 7 sich befindet, dann wird der Auslaß 24c des Gaszu­ führkanals 24a in dem Rotationsventil 24 sequentiell mit den ein­ zelnen Ansauganschlüssen 13a entsprechend der Rotation des Rotati­ onsventils 24 verbunden. Wenn sich das Rotationsventil 24 in der Offenstellung befindet, dann wird das Kühlgas in dem Ansaugkanal 29 sequentiell in die einzelnen Kompressionskammern P über den Gaszuführungskanal 24a durch die Vorwärtsbewegung der Kolben 22 gefördert. Der Hub des Kolbens 22 ändert sich entsprechend der Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 2a und dem An­ saugdruck in der zugehörigen Zylinderbohrung 1a. Entsprechend die­ ser Druckdifferenz ändert sich der Neigungswinkel der Taumel­ scheibe 15, wodurch die Kompressionsverdrängung ebenfalls verän­ dert wird. Der Druck in der Kurbelkammer 2a wird durch ein Ver­ drängungs- bzw. Versatzsteuerventil 30 gesteuert, welches an dem hinteren Gehäuse 3 befestigt ist. Dieses Verdrändungssteuerventil 30 und der Aufbau, der damit verbunden ist, wird nunmehr im fol­ genden mit Bezug auf die Fig. 1 und 4 beschrieben.

Ein Ventilgehäuse 31 des Verdrängungssteuerventils 30 hat einen ersten Anschluß 31a, einen zweiten Anschluß 31b sowie einen Steu­ eranschluß 31c. Der erste Anschluß 31a ist mit der Auslaßkammer 3a über ein Kanal 32 verbunden. Der zweite Anschluß 31b ist über einen Kanal 33 mit dem Ansaugkanal 29 verbunden, wobei der Steu­ eranschluß 31c über einen Steuerkanal 34 mit der Kurbelkammer 2a in Verbindung steht (siehe Fig. 4). Der Druck in einer Ansaug­ druckerfassungskammer 35, die mit dem zweiten Anschluß 31b in Ver­ bindung steht, wirkt gegen eine Einstellfeder 37 über ein Dia­ phragma 36. Die Vorspannkraft der Einstellfeder 37 wird auf einen Ventilkörper 39 über das Diaphragma 36 und eine Stange 38 übertra­ gen. Der Ventilkörper 39 ist durch eine Rückholfeder 40 in die Richtung vorgespannt, in welcher eine Ventilbohrung 31d geschlos­ sen wird (siehe Fig. 6). Der Ventilkörper 39 öffnet oder schließt die Ventilbohrung 31d selektiv entsprechend einer Änderung des An­ saugdrucks in der Ansaugdruck-Erfassungskammer 35. Wenn die Ven­ tilbohrung 31d geschlossen ist, wird die Verbindung zwischen dem ersten Anschluß 31a und dem Steueranschluß 31c blockiert, wodurch die Verbindung zwischen der Auslaßkammer 3a und der Kurbelkammer 2a unterbrochen wird. Ein Druckentspannungskanal 41 ist in der An­ triebswelle 9 ausgebildet. Der Kanal 41 hat einen Einlaß 41a der zur Kurbelkammer 2a hin geöffnet ist, sowie einen Auslaß 41b, der zum ersten Stufenabschnitt 9a hin geöffnet ist. Ein Spalt 42 gemäß der Fig. 4 ist zwischen er äußeren Oberfläche des hinteren Endab­ schnitts der Antriebswelle 9 und dem Rotationsventil 24 in der un­ mittelbaren Nachbarschaft zum ersten Stufenabschnitt 9a ausgebil­ det. Dieser Spalt 42 verbindet den Auslaß 41b des Kanals 41 mit dem Gaszuführungskanal 24a. Aus diesem Grunde wird die Kurbelkam­ mer 2a mit dem Gaszuführungskanal 24a über den Kanal 41 und den Spalt 42 verbunden. Ein elektromagnetisches Ventil 43 ist an das hintere Gehäuse 3 befestigt. Dieses elektromagnetische Ventil 43 ist nahezu auf halbem Wege entlang eines Kanal 44 angeordnet. Wenn ein Solenoid 45 des elektromagnetischen Ventils 43 erregt bzw. ak­ tiviert wird, dann schließt der Ventilkörper 46 die Ventilbohrung 43a. Wenn das Solenoid 45 entregt bzw. deaktiviert wird, öffnet der Ventilkörper 46 die Ventilbohrung 43a. Aus diesem Grunde öff­ net oder schließt das elektromagnetische Ventil 43 in selektiver Weise den Kanal 44, welcher die Auslaßkammer 3a mit der Kurbelkam­ mer 2a verbindet. Ein Auslaßanschluß 1b erlaubt dem Kühlgas, von der Auslaßkammer 3a auszuströmen. Dieser Auslaßanschluß 1b und der vorstehend erwähnte Ansaugkanal 29 sind durch einen externen Kühl­ kreislauf 47 miteinander verbunden, welche einen Kondensator 48, ein Expansionsventil 49, sowie einen Verdampfer 50 aufweist. Das Expansionsventil 49 regelt bzw. steuert die Stromrate an Kühlgas entsprechend einer Änderung des Gasdrucks an der Auslaßseite des Verdampfers 50. Ein Computer C steuert das Solenoid 45 des elek­ tromagnetischen Ventils 43. Insbesondere aktiviert der Computer C das Solenoid 45 im Ansprechen auf den "ON"-Betrieb eines Start­ schalters 51 für das in Betrieb nehmen des Klimaanlagensystem bzw. im Ansprechen auf den "OFF"-Betrieb eines Beschleunigungsschalters 52 des Kraftfahrzeugs. Der Computer C deaktiviert das Solenoid 45 im Ansprechen auf den "OFF"-Betrieb des Startschalters 51 oder im Ansprechen auf den "ON"-Betrieb des Beschleunigungsschalters 52. Die Fig. 1 zeigt das Solenoid 45 im aktivierten Zustand, wobei der Kanal 44 in diesem Fall geschlossen ist.

Die Funktion des Kompressors mit geschlossenem Kanal 44 wird im nachfolgenden beschrieben.

Wenn die Kühlbelastung hoch ist und der Druck in dem Ansaugkanal 29 oder der Ansaugdruck ebenfalls hoch ist, dann erhöht sich der Druck in der Ansaugdruck-Erfassungskammer 35, wobei der Öffnungs­ grad der Ventilbohrung 31d durch den Ventilkörper 39 verringert wird. Dies reduziert die Menge an Kühlgas, welche in die Kurbel­ kammer 2a von der Auslaßkammer 3a über den Kanal 32, den ersten Anschluß 31a, den Ventilkörper 31d, den Steueranschluß 31c sowie den Steuerkanal 34 strömt. Desweiteren strömt das Kühlgas in der Kurbelkammer 2a über den Druckentspannungskanal 41 in den Gaszu­ führungskanal 24a aus. Der Druck in der Kurbelkammer 2a fällt da­ her. Wenn der Ansaugdruck in jeder Zylinderbohrung 1a hoch ist, dann wird die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 2a und dem Ansaugdruck in der Zylinderbohrung 1a geringer. Dies er­ höht den Neigungswinkel der Taumelscheibe 15, wie in den Fig. 1 und 6 dargestellt wird. Wenn im Gegensatz hierzu die Kühlbelastung gering ist und dementsprechend der Ansaugdruck niedrig ist, wird der Öffnungsgrad der Ventilbohrung 31d durch den Ventilkörper 39 vergrößert, wobei sich die Menge an Kühlgas, welche in die Kurbel­ kammer 2a von der Auslaßkammer 3a her einströmt vergrößert wird. Dies erhöht den Druck in der Kurbelkammer 2a. Wenn der Ansaugdruck in jeder Zylinderbohrung 1a niedrig ist, dann vergrößert sich die Differenz zwischen dem Druck in der Ansaugkammer 2a und dem An­ saugdruck in der Zylinderbohrung 1a. Dies reduziert den Neigungs­ winkel der Taumelscheibe 15. Wenn keine Kühlbelastung auftritt und der Ansaugdruck extrem niedrig wird, erreicht der Öffnungsgrad der Ventilbohrung 31d durch den Ventilkörper 39 ein maximales Niveau. Unter dieser Situation fließt das Kühlgas in der Auslaßkammer 3a rasch in die Kurbelkammer 2a über den Steuerkanal 34, wodurch den Druck in der Kurbelkammer 2a schnell sich erhöht. Folglich bewegt sich die Taumelscheibe 15 und das Auflager 14 rückwärts, wodurch der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 reduziert wird. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 verringert wird, dann stößt das Auflager 14 an das Rohr 27 an, welches wiederum an das Rotati­ onsventil 24 anstößt. Wenn das Auflager 14 weiter unter dieser Si­ tuation rückwärts bewegt wird, dann erreicht das Rotationsventil 24 die Verschlußplatte 21. Folglich wird der Querschnittsbereich zwischen dem Ansaugkanal 29 und dem Gaszuführungskanal 24a, durch den das Kühlgas hindurchströmt graduell verringert, wobei die Menge an Kühlgas, welche in den Gaszuführungskanal 24a vom Ansaug­ kanal 29 herströmt, graduell verringert wird. Dies reduziert eben­ falls langsam die Menge an Kühlgas, die in jede Kompressionskammer P vom Gaszuführungskanal 24a aus über den zugehörigen Ansaugan­ schluß 13a geleitet wird, was in einer langsamen Reduktion der Auslaßverdrängung resultiert. Als ein Ergebnis hiervon fällt der Auslaßdruck graduell ab, so daß das Drehmoment in dem Kompressor sich nicht erheblich ändert, innerhalb einer kurzen Zeitperiode.

Wenn das Rotationsventil 24 mit der Annährung an die Verschluß­ platte 21 fortfährt und letztlich gegen diese Platte 21 stößt, dann wird die Verbindung zwischen dem Ansaugkanal 29 und dem Gas­ zuführungskanal 24a unterbrochen, wobei die Zirkulation an Kühlgas in dem externen Kühlkreislauf 47 gehindert wird. Aus diesem Grunde existiert keine Möglichkeit, daß ein Gefrieren des Verdampfers 50 auftritt. Das Kühlgas, welches zur Auslaßkammer 3a von jeder Zy­ linderbohrung 1a ausgelassen wird, strömt in die Kurbelkammer 2a, durchströmt den Kanal 32, den Kanal in dem Verdrängungssteuerven­ til 30, sowie den Steuerkanal 34. Das Kühlgas in der Kurbelkammer 2a strömt zum Gaszuführungskanal 24a durch den Druckentspannungs­ kanal 41 und den Spalt 42. Nachdem das Kühlgas in dem Gaszufüh­ rungskanal 24a in jede Kompressionskammer P eingeleitet wurde, wird das Kühlgas zur Auslaßkammer 3a ausgelassen. Mit dem minima­ len Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 (wenn die Taumelscheibe nahezu senkrecht auf der Antriebswelle 9 ausgerichtet ist) wird, wie aus dem vorstehenden ersichtlich ist, eine Gaszirkulationsrute ausgebildet, die die Auslaßkammer 3a, den Kanal 32, den Kanal in den Verdrängungssteuerventil 30, den Steuerkanal 34, die Kurbel­ kammer 2a, den Druckentspannungskanal 41, den Spalt 42, den Gaszu­ führungskanal 24a, sowie der Kompressionskammer P verbindet. Es existieren Druckdifferenzen unter der Auslaßkammer 3a, der Kurbel­ kammer 2a sowie dem Gaszuführungskanal 24a.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist der Kanal 33, welcher das Verdrängungssteuerventil 30 mit dem Ansaugkanal 29 verbindet, stromauf zur Verschlußplatte 21 angeordnet, um den Ansaugdruck an das Verdrängungssteuerventil 30 auszulegen. Aus diesem Grunde kann das Verdrängungssteuerventil 30 immer den Ansaugdruck erfassen, welcher die Kühlbelastung reflektiert. Bei Erzeugung irgendeiner Kühlbelastung, kann daher der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 schnell und automatisch erhöht werden.

Wenn das Solenoid 45 durch die "OFF"-Betätigung des Startschalters 51 oder die "ON"-Betätigung des Beschleunigungsschalters 52 gemäß diesem Ausführungsbeispiel deaktiviert wird, öffnet der Ventilkör­ per 46 des elektromagnetischen Ventils 43 den Kanal 44, wie in der Fig. 8 gezeigt wird. Unter dieser Bedingung strömt das Kühlgas in der Auslaßkammer 3a schnell in die Kurbelkammer 2a über den Kanal 44. Dies verringert den Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 auf ein Minimum. Wenn sich die Kühlbelastung erhöht und der Ansaug­ druck im Ansaugkanal 29 erhöht, wobei die Ventilbohrung 31d durch den Ventilkörper 39 geöffnet ist, dann wird die Ventilbohrung 31d durch den Ventilkörper 39 geschlossen, wie in der Fig. 7 gezeigt ist. Wenn alternativ hierzu der Startschalter 51 auf "ON" gesetzt ist oder der Beschleunigungsschalter 52 auf "OFF" gesetzt ist, wo­ bei der Kanal 44 durch den Ventilkörper 46 geöffnet ist, dann wird das Solenoid 45 aktiviert, wodurch verursacht wird, daß der Ven­ tilkörper 39 den Kanal 44 blockiert, wie in der Fig. 8 gezeigt ist.

Wie vorstehend erwähnt wurde, existieren Druckdifferenzen unter den Auslaßkammer 3a der Kurbelkammer 2a, sowie dem Gaszuführungs­ kanal 24a. Wenn der Kanal 44 blockiert ist und die Ventilbohrung 31d durch den Ventilkörper 39 unter der Bedingung geschlossen ist, dann fällt der Druck in der Kurbelkammer 2a und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 15 wird größer als der minimale Neigungswinkel. Die Vergrößerung des Neigungswinkels verursacht, daß das Auflager 14 sich von dem Rohr 27 weg bewegt. Infolge der Vorspannkraft der Feder 26, bewegt sich das Rotationsventil 24 im Ansprechen auf die Bewegung es Rohres 27 und entfernt sich dabei von der Verschluß­ platte 21. Die Bewegung des Rotationsventils 24 vergrößert gradu­ ell die Größe des Gaskanals zwischen dem Ansaugkanal 29 und dem Gaszuführungskanal 24a. Dies vergrößert graduell die Strömungsrate an Kühlgas zu dem Kanal 24a sowie die Menge an Kühlgas, welche in jede Kompressionskammer P geführt wird. Folglich wird die Auslaß­ verdrängung sowie der Auslaßdruck langsam erhöht. Dementsprechend ändert sich das Drehmoment an der Antriebswelle 9 nicht scharf bzw. abrupt innerhalb einer kurzen Zeitperiode. Für die Zufuhr von Kühlgas in jede der Zylinderbohrungen 1a wird das Rotations­ ventil 24 verwendet. Im Gegensatz zu einem konventionellen klap­ penartigen Ansaugventil, verbessert dieses Rotationsventil 24 die volumetrisch Effizienz des Kompressors. Das Rotationsventil 24 kann das Kühlgas zu jeder Kompressionskammer P unmittelbar dann zuführen, wenn der Druck in dieser Kompressionskammer P geringfü­ gig unter dem Druck in dem Gaszuführkanal 24a fällt. Die verbes­ serte volumetrische Effizienz verbessert desweiteren den Kühlungs­ betrieb. Im Leerlauf des Kraftfahrzeugs bei eingebautem Kompres­ sor, kann der Kühlungsbetrieb verbessert werden ohne das die Motordrehzahl erhöht wird, wobei der Kraftstoffverbrauch reduziert werden kann.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebe­ nen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern kann beispielsweise auch in der Form gemäß der Fig. 9 und 10 ausgeführt werden.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist ein Rotationsventil 24A wie eine Kappe ausgebildet, deren Oberseite fest an das hintere Ende der Antriebswelle 9 mittels einer Schraube 25 befestigt ist. Der Einlaß 24b des Gaszuführungskanals 24a ist in der Oberseite des Rotationsventils 24A ausgebildet. Eine Buchse 21A ist gleitfähig auf der Antriebswelle 9 gelagert und in den Gaszuführungskanal 24a des Rotationsventils 24A eingesetzt. Die Buchse 21A ist dafür kon­ struiert, für die Neigung der Taumelscheibe 15 verantwortlich zu sein. Eine Feder 26 ist zwischen dem Rotationsventil 24A und der Buchse 21A angeordnet. Wenn wie in der Fig. 9 gezeigt wird, die Taumelscheibe 15 sich in ihrem maximalen Neigungswinkel befindet, dann versetzt die Vorspannkraft der Feder 26 die Buchse 21A in die Offenstellung, nämlich beabstandet von dem Einlaß 24b des Gaszu­ führungskanals 24a. Wenn wie in der Fig. 10 gezeigt wird, die Taumelscheibe 15 sich in ihrem minimalen Neigungswinkel befindet, dann wird die Buchse 21A in die geschlossene Position versetzt um den Einlaß 24b des Gaszuführungskanals 24a zu verschließen. Eine Druckentspannungsbohrung 21a ist in der Buchse 21A vorgesehen und an einen Auslaß 41b eines Kanals 41 angeschlossen. Wenn die Tau­ melscheibe 15 den minimalen Neigungswinkel annimmt, wird eine Gas­ zirkulationsrute durch die Kompressionskammern P, die Auslaßkammer 3a, den Kanal 32, den Kanal innerhalb des Steuerventils 30, den Steuerkanal 34, die Kurbelkammer 2a, den Druckentspannungskanal 41 und den Gaszuführungskanal 24a ausgebildet. Eine Druckentspan­ nungsbohrung 21a hält die Verbindung zwischen den Kompressionskam­ mern P und dem Kanal 41 aufrecht. In dieser Modifikation gleitet das Rotationsventil 24A nicht entlang der Achse der Bohrung 13 sondern rotiert lediglich in der Bohrung 13. Die Dichtung zwischen dem Rotationsventil 24 und der inneren Wandung der Bohrung 13 wird demzufolge im Vergleich zu jener Struktur verbessert, wonach das Rotationsventil 24 in der Bohrung 13 gleitet.

Aus diesem Grund sollen die vorliegenden Beispiele und Ausfüh­ rungsformen illustrativ und nicht restriktiv betrachtet werden, wobei die Erfindung nicht auf die vorstehend beschriebenen Details beschränkt sein soll, sondern innerhalb des Schutzbereichs der an­ liegenden Ansprüche modifiziert werden kann.

Ein Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung hat demzufolge einen internen Kühlgaskanal, der in selektiver Weise mit einem ex­ ternen Kühlkreislauf verbindbar und von diesem abkoppelbar ist, der separat vom Kompressor angeordnet ist. Der Kompressor hat eine Vielzahl von Kolben, die hin- und her bewegbar in einer Vielzahl von Zylinderbohrungen in einem Gehäuse für das Komprimieren von Gas gelagert sind. Der Kompressor hat eine Antriebswelle, die drehbar durch das Gehäuse gelagert wird. Eine Taumelscheibe ist auf der Antriebswelle derart gelagert, daß sie mit dieser integral dreht und bezüglich der Antriebswelle eine Verschwenkbewegung aus­ führen kann. Die Taumelscheibe ist zwischen einem maximalen Nei­ gungswinkel und einem minimalen Neigungswinkel bewegbar. Ein Rota­ tionsventil ist in der Mitte des internen Kühlgaskanals für ein synchrones Rotieren mit der Antriebswelle angeordnet. Das Rotati­ onsventil hat einen Kühlgaszuführungskanal für das sequentielle Zuführen von Kühlgas in dem internen Kühlgaskanal zu jeder Zylin­ derbohrung. Eine Abkopplungs- bzw. Abtrenneinrichtung trennt den externen Kühlkreislauf vom internen Kühlgaskanal, wenn die Taumel­ scheibe sich in ihrem minimalen Neigungswinkel befindet.

Claims (10)

1. Kompressor mit einem internen Kühlgaskanal (29 usw.), der in selektiver Weise mit einem externen Kühlkreislauf (47) verbindbar und von diesem trennbar ist, welcher separat vom Kompressor vorgesehen ist, wobei der Kompressor eine Anzahl von Kolben (22) aufweist, die in einer Anzahl von Zylinderbohrungen (1a) in einem Gehäuse hin und her bewegbar sind, um Gas zu komprimieren, wobei der Kompressor gekennzeichnet ist durch:
eine Antriebswelle (9), die drehbar in dem Gehäuse gelagert ist;
eine Taumelscheibe (15), die auf der Antriebswelle (9) für eine mit dieser integrierten Drehung sowie für eine Neigungsbewe­ gung bezüglich der Antriebswelle (9) gelagert ist, wobei die Tau­ melscheibe (15) zwischen einem maximalen Neigungswinkel und einem minimalen Neigungswinkel bewegbar ist,
ein Rotationsventil (24), das in der Mitte des internen Kühlgaskanals (29 usw.) für eine synchrone Rotation mit der Antriebswelle (9) angeordnet ist, wobei das Rotationsventil (24) einen Kühlgaszuführungskanal (24a, 24c) für das sequentielle Zuführen an Kühlgas in dem internen Kühlgaskanal (29 usw.) zu jeder Zylinderbohrung (1a) hat, und
Abkopplungsmittel (21) für das Abkoppeln des externen Kühl­ kreislaufs (47) von dem internen Kühlgaskanal (29 usw.), wenn die Taumelscheibe (15) den minimalen Neigungswinkel annimmt.

2. Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Steuermittel (30) für das Erfassen eines Drucks, der in dem internen Kühlgaskanal (29 usw.) angesaugt wird, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe (15) zu steuern.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkopplungsmittel (21) stromab bezüglich einer Position ange­ ordnet ist, wo das Steuermittel (30) den Druck in dem internen Kühlgaskanal (29 usw.) erfaßt.

4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuermittel ein Ventil (30) hat, welches im Ansprechen auf den Druck geöffnet wird, der von dem externen Kühlkreislauf (47) in den internen Kühlgaskanal (29 usw.) angesaugt wird.

5. Kompressor nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch Betätigungsmittel (43) für das Antreiben der Taumelscheibe (15) entsprechend einem elektrischen Signal, welches indikativ für die Betriebszustände des Kompressors ist.

6. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der interne Kühlgaskanal folgende Elemente hat:
einen ersten Kanal (41, 24a) für das Verbinden der Kurbelkammer (2a) mit dem Kühlgasansaugkanal (29) für das Zuführen von Kühlgas aus der Kurbelkammer (2a) zu dem Kühlgasansaugkanal (29),
einen zweiten Kanal (24) für das Verbinden der Auslaßkammer (3a) mit der Kurbelkammer (2a), für das Zuführen von Kühlgas aus der Auslaßkammer (3a) zu der Kurbelkammer (2a), sowie
einen Zirkulationskanal, der den ersten und zweiten Kanal aufweist, wobei der Zirkulationskanal auf das Abkoppeln des externen Kühlkreislaufs (47) vom internen Kühlgaskanal (29 usw.) ausgebildet wird.

7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der externe Kühlkreislauf (47) mit dem Kühlgasansaugkanal (29) verbunden wird, um das Kühlgas zum Kühlgasansaugkanal (29) zu för­ dern, wobei
ein Auslaßanschluß (1b) vorgesehen ist, für das Verbinden der Auslaßkammer (3a) mit den externen Kühlkreislauf (47), um das Kühlgas aus der Auslaßkammer (3a) zum externen Kühlkreislauf (47) auszufördern.

8. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Abkopplungsmittel ein bewegbares Bauteil (27, 21) hat, welches entlang dem internen Kühlgaskanal (29 usw.) bewegbar ist, wobei das bewegbare Bauteil (27, 21) und das Rotationsventil (24) in eine Axialrichtung der Antriebswelle (9) bewegbar auf der An­ triebswelle (9) gelagert sind, und wobei das bewegbare Bauteil (27, 21) sich zusammen mit dem Rotationsventil (24) entsprechend einer Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe (15) bewegt und die Zylinderbohrungen (1a) von dem Kühlgasansaugkanal (29) ab­ sperrt, wenn die Taumelscheibe (15) den minimalen Winkel einnimmt.

9. Kompressor nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil (27, 21) den Kühlgaszuführungskanal (24a) von dem Kühlgasansaugkanal (29) absperrt, wenn die Taumelscheibe (15) den minimalen Neigungswinkel annimmt.

10. Kompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegbare Bauteil folgende Elemente hat:
ein Rohr (27), das zwischen der Taumelscheibe (15) und dem Rotationsventil (24) angeordnet und auf der Antriebswelle (9) ent­ sprechend der Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe (15) bewegbar ist, wobei das Rohr (27) das Rotationsventil (24) auf der Antriebswelle (9) basierend auf der Bewegung des Rohrs (27) be­ wegt, und
ein Verschlußbauteil (21), das auf der Antriebswelle (9) zwischen dem Rotationsventil (24) und dem Kühlgasansaugkanal (29) montiert ist, wobei das Verschlußbauteil (21) in selektiver Weise den Kühlgasansaugkanal (29) entsprechend der Bewegung des Rotati­ onsventils (24) öffnet und schließt.