DE68906639T2

DE68906639T2 - Schrägscheibenverdichter mit einem Mechanismus zur Veränderung der Verdrängung.

Info

Publication number: DE68906639T2
Application number: DE89310708T
Authority: DE
Inventors: Yukihiko Taguchi
Original assignee: Sanden Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 1988-10-24
Filing date: 1989-10-18
Publication date: 1993-10-07
Anticipated expiration: 2009-10-19
Also published as: US5092741A; KR970001754B1; AU4365389A; EP0366348A1; EP0366348B1; KR900006683A; AU617011B2; CN1015303B; CA2001398A1; CA2001398C; DE68906639D1; CN1043370A; JPH02115577A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kältemittelverdichter und insbesondere einen Schrägscheibenverdichter, wie beispielsweise einen Taumelscheibenverdichter, mit veränderlichem Hub zum Einsatz in einer Autoklimaanlage.
Man hat es als wünschenswert festgestellt, einen Schrägscheiben-Kolbenverdichter mit einer Einstellvorrichtung für den Hub oder die Verdrängung zur bedarfsabhängigen Steuerung des Verdichtungsverhältnisses zu schaffen. Wie im US-Patent Nr. 4,428,718 beschrieben, kann das Verdichtungsverhältnis durch Veränderung des Neigungswinkels der schrägen Fläche durch Betätigen einer Ventilsteuervorrichtung eingestellt werden. Der Neigungswinkel der Schrägscheibe wird so eingestellt, daß er bei einer Veränderung der Wärmelast des Verdampfers eines den Verdichter umfassenden äußeren Kreislaufs oder bei einer Veränderung der Verdichterdrehzahl einen konstanten Saugdruck aufrechterhält.
In einer Klimaanlage verbindet ein Rohrstück den Verdampferausgang mit der Saugkammer des Verdichters. Demgemäß entsteht ein Druckverlust zwischen der Saugkammer und dem Verdampferauslaß, der in der in Fig. 10 gezeigten Weise direkt proportional zum Saugstrom ist. Damit steigt der Druck am Verdampferausgang an, wenn die Leistung des Kompressors zum Aufrechterhalten eines konstanten Drucks in der Saugkammer bei entsprechenden Veränderungen der Wärmelast oder der Drehzahl des Verdichters eingestellt wird. Dieser Anstieg des Verdampferauslaßdrucks führt zu einem ungewünschten Absinken der Wärmeübertragungsfähigkeit des Verdampfers.
Das oben genannte US-Patent Nr 4,428,718 beschreibt eine Ventilsteuervorrichtung zur Lösung dieses Problems. Die Ventilsteuervorrichtung, die sowohl auf den Saugdruck als auch auf den Auslaßdruck anspricht, schafft eine gesteuerte Verbindung des Saugfluids und des Auslaßfluids mit der Kurbelkammer des Verdichters und steuert damit den Hub des Verdichters. Der Steuerpunkt für die Veränderung des Verdichterhubes wird mittels dieser Verdichterhubsteuerung so verschoben, daß ein annähernd konstanter Verdampferauslaßdruck eingehalten wird. Die Ventilsteuervorrichtung macht sich dabei den Umstand zunutze, daß der Auslaßdruck des Verdichters ungefähr direkt proportional zum Saugstrom ist.
Bei der oben beschriebenen Verdichtersteuervorrichtung wird jedoch ein einziges Ventilelement, das aus einer Zahl von Teilen gebildet ist, zur Steuerung der Fluidströmung sowohl zwischen der Auslaßkammer und der Kurbelkammer als auch zwischen der Kurbelkammer und der Saugkammer verwendet. Damit erfordert die Herstellung jedes Teiles und die Montage der großen Zahl von Teilen zur Steuervorrichtung eine außergewöhnliche Präzision, um ein korrektes Funktionieren der Ventilsteuervorrichtung sicherstellen zu können. Ferner steigt dann, wenn die Wärmelast des Verdampfers oder die Drehzahl des Verdichters sich schnell ändert, der Druck in der Auslaßkammer an, und es strömt eine übermäßige Menge von Auslaßgas von der Auslaßkammer durch einen Verbindungskanal der Ventilsteuervorrichtung in die Kurbelkammer aufgrund einer Zeitverzögerung zwischen der Betätigung der Ventilsteuervorrichtung und der Reaktion des den Verdichter enthaltenden äußeren Kreislaufs. Aufgrund der übermäßigen Strömungsmenge des Auslaßgases erfolgt ein Absinken des Verdichtungswirkungsgrades des Verdichters und der Lebensdauer der inneren Verdichterteile.
Zur Vermeidung dieses Nachteils schlägt die japanische Patentanmeldung 1-142276 einen Schrägscheibenverdichter mit veränderlichem Hub vor, der unter Ausnutzung der Beziehung zwischen Auslaßdruck und Saugstrom entwickelt wurde. Damit ist die Ventilsteuervorrichtung dieser japanischen '276-Veröffentlichung so ausgebildet, daß sie einen einfachen physischen Aufbau besitzt und bei Veränderungen des Auslaßdruckes direkt auf ein Ventilsteuerelement einwirkt, wodurch die Probleme der Kompliziertheit, des übermäßigen Auslaßstroms und der langsamen Antwortzeit des Standes der Technik gelöst werden.
Sowohl im US '718-Patent als auch in der japanischen '276-Veröffentlichung hält jedoch die Ventilsteuervorrichtung den Verdampferauslaßdruck auf einem bestimmten Wert dadurch aufrecht, daß der zwischen dem Verdampferauslaß und der Saugkammer des Verdichters auftretende Druckverlust in direkter Abhängigkeit des Drucks in der Auslaßkammer des Verdichters kompensiert wird, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Damit wird ein Wert zur Kompensation des Druckverlustes durch eindeutige Beziehung zu einem Wert des Drucks in der Auslaßkammer bestimmt, d.h. ein einziger Wert zur Kompensation des Druckverlusts entspricht einem einzigen Wert des Auslaßkammerdrucks. Wenn ferner der Hub des Verdichters in Abhängigkeit einer Eigenschaft einer Autoklimaanlage, wie beispielsweise der Temperatur der Luft im Fahrgastraum oder der Temperatur der den Verdampfer verlassenden Luft, zusätzlich zur Veränderung der Wärmelast des Verdampfers oder der Drehzahl des Verdichters gesteuert wird, um damit die Autoklimaanlage weiter zu verfeinern, ist es erforderlich, den Druckverlust flexibel zu kompensieren. Daher ist das oben beschriebene Vorgehen des Standes der Technik hinsichtlich der Kompensation des Druckverlustes für einen verfeinerten Betrieb der Autoklimaanlage nicht geeignet.
Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, einen Schrägscheiben-Kolbenverdichter mit einer Hubeinstellvorrichtung, die den Druckverlust kompensiert, zur geeigneten Verwendung in einer hochentwickelten Autoklimaanlage vorzusehen.
Ein Schrägscheiben-Verdichter gemäß der vorliegenden Erfindung enthält ein Gehäuse, welches einen Zylinderblock, eine Frontplatte an dessen einem Ende und eine rückseitige Platte an dessen anderem Ende aufweist, wobei der Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylindern und einer daneben angeordneten Kurbelkammer versehen ist; eine Mehrzahl von jeweils in einem entsprechenden Zylinder verschiebbar eingepaßten Kolben; eine mit den Kolben gekoppelte Antriebsvorrichtung zum Hin- und Herbewegen der Kolben in den Zylindern, wobei die Antriebsvorrichtung eine im Gehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle, einen mit der Antriebswelle gekoppelten und zusammen damit drehbaren Rotor und eine Koppeleinrichtung zur Antriebskopplung des Rotors und der Kolben derart, daß die Drehbewegung des Rotors in eine Hin- und Herbewegung der Kolben umgesetzt wird, aufweist, wobei die Koppelvorrichtung ein eine relativ zur Antriebswelle geneigt angeordnete Fläche aufweisendes Element aufweist, dessen Neigungswinkel zur Veränderung des Hubes der Kolben und damit der Leitung des Verdichters einstellbar ist; einen ersten Durchgang zwischen der Kurbelkammer und der Saugkammer; eine im Gehäuse vorgesehene Steuerkammer; eine erste Ventileinrichtung zur Steuerung des Schließens bzw. Öffnens des ersten Durchgangs zur Veränderung der Leistung des Verdichters durch Einstellen des Neigungswinkels, wobei die erste Ventilsteuereinrichtung ein den ersten Durchgang öffnendes bzw. schließendes Ventilelement und eine an einem Ende mit dem Ventilelement gekoppelte und am anderen Ende in die Saugkammer ragende Verschiebeeinrichtung zum Verschieben eines Steuerpunkts des Ventilelementes in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Steuerkammer aufweist; eine zweite Ventilsteuereinrichtung zur Steuerung des Druckes in der Steuerkammer; eine Vorrichtung zum Erfassen des Steuerpunkts des Ventilelementes; eine Vorrichtung zum Feststellen einer Veränderung des Steuerpunkts des Ventilelementes aufgrund eines Zustands der Klimaanlage und des erfaßten Steuerpunkts; und eine Vorrichtung zum Beaufschlagen der zweiten Ventilsteuervorrichtung mit einem Steuersignal zur Veränderung des Drucks in der Steuerkammer.
In den beigefügten Zeichnungen zeigt
Figur 1 einen senkrechten Längsschnitt durch einen Taumelscheiben-Kältemittel verdichter gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 2 eine vergrößerte Teilschnittdarstellung der in Figur 1 gezeigten ersten und zweiten Ventilsteuervorrichtungen;
Figur 3 einen senkrechten Längsschnitt eines Taumelscheiben-Kältemittelverdichters gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 4 einen senkrechten Längsschnitt eines Taumelscheiben-Kältemittelverdichters gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 5 einen senkrechten Längsschnitt eines Taumelscheiben-Kältemittelverdichters gemäß einer vierten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
Figur 6 ein Diagramm zur Darstellung einer vom Verdichter nach den Figuren 1, 3 und 4 erzeugten Betriebscharakteristik;
Figur 7 ein Diagramm zur Darstellung einer vom Verdichter nach Figur 5 erzeugten Betriebscharacteristik;
Figur 8 ein Diagramm zur Darstellung einer von den Verdichtern nach den Figuren 1, 3, 4 und 5 erzeugten Betriebscharakteristik;
Figur 9 ein Diagramm zur Darstellung einer vom Verdichter nach dem Stand der Technik erzeugten Betriebscharakteristik; und
Figur 10 ein Diagramm zur Darstellung der Beziehung zwischen dem zwischen dem Verdampferauslaß und der Verdichtersaugkammer auftretenden Druckverlust und dem Saugstrom.
In Figur 1 ist der Aufbau eines Schrägscheibenverdichters insbesondere eines Taumelscheiben-Kältemittelverdichters 10 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Verdichter 10 nach Figur 1 umfaßt eine zylindrische Gehäuseanordnung 20 mit einem Zylinderblock 21, einer Frontplatte 23 an einem Ende des Zylinderblocks 21, einer zwischen dem Zylinderblock 21 und der Frontplatte 23 gebildeten Kurbelkammer 22 und einer am anderen Ende des Zylinderblocks 21 befestigten rückseitigen Platte 24. Die Frontplatte 23 ist am Zylinderblock 21 auf der Vorderseite (links in Figur 1) der Kurbelkammer 22 mittels einer Mehrzahl von Schrauben 101 befestigt. Die rückseitige Platte 24 ist am anderen Ende des Zylinderblocks 21 mittels einer Mehrzahl von (nicht gezeigten) Schrauben befestigt. Zwischen der rückseitigen Platte 24 und dem Zylinderblock 21 ist eine Ventilplatte 25 angeordnet. Mittig in der Frontplatte 23 ist eine Ausnehmung 231 zur Lagerung einer Antriebswelle 26 über ein in der Ausnehmung 231 angeordnetes Lager 30 gebildet. Der innere Endbereich der Antriebswelle 26 ist in einem in einer Mittenbohrung 210 des Zylinderblocks 21 angeordneten Lager 31 drehbar gelagert. Die Bohrung 210 erstreckt sich bis zu einer rückseitigen Stirnfläche des Zylinderblocks 21, wo sie eine weiter unten im Detail beschriebene erste Ventilsteuervorrichtung aufnimmt.
Ein Kurvenrotor 40 ist auf der Antriebswelle 26 mittels eines Stiftelements 261 befestigt und dreht sich zusammen mit der Antriebswelle 26. Zwischen der inneren Stirnfläche der Frontplatte 23 und der benachbarten axialen Stirnfläche des Kurvenrotors 40 ist ein Drucknadellager 32 angeordnet. Der Kurvenrotor 40 weist einen Arm 41 mit einem sich darin erstreckenden Stiftelement 42 auf.
Eine Schrägplatte 50 ist benachbart dem Kurvenrotor 40 angeordnet und weist eine Ausnehmung 53 auf, durch die die Antriebswelle 26 hindurchgeht. Die Schrägplatte 50 besitzt einen Arm 51 mit einem Schlitz 52. Der Kurvenrotor 40 und die Schrägplatte 50 sind über das Stiftelement 42 verbunden, das in den Schlitz 52 zur Bildung eines Schwenklagers eingesetzt ist. Das Stiftelement ist in dem Schlitz 52 in geeigneter Weise so angeordnet, daß es eine Einstellung der Winkelstellung der Schrägplatte 50 in Bezug auf die Längsachse der Antriebswelle 26 erlaubt.
Auf der Schrägplatte 50 ist über Lager 61 und 62 eine Taumelscheibe 60 drehbar befestigt. Am äußeren Umfangsende der Taumelscheibe 60 ist ein gabelförmiges Gleitstück 63 befestigt, das in geeigneter Weise auf einer zwischen der Frontplatte 23 und dem Zylinderblock 21 gehaltenen Gleitschiene 64 angeordnet ist. Das gabelförmige Gleitstück 63 verhindert eine Rotation der Taumelscheibe 60, und die Taumelscheibe 60 schwankt bei Rotation des Kurvenrotors 40 entlang der Schiene 64. Der Zylinderblock 21 weist eine Mehrzahl von am Umfang angeordneten Zylinderkammern 70 auf, in denen Kolben 71 hin- und hergehen. Jeder Kolben 71 ist mit der Taumelscheibe 60 über eine entsprechende Verbindungsstange 72 verbunden.
Die rückseitige Platte 24 weist eine am Umfang angeordnete ringförmige Saugkammer 241 und eine mittig angeordnete Auslaßkammer 251 auf. Die Ventilplatte 25 ist zwischen dem Zylinderblock 21 und der rückseitigen Platte 24 angeordnet und weist eine Mehrzahl von ventilgesteuerten Saugöffnungen 242 auf, die die Saugkammer 241 mit den entsprechenden Zylindern 70 verbinden. Die Ventilplatte 25 weist ebenfalls eine Mehrzahl von ventilgesteuerten Auslaßöffnungen 252 auf, die die Auslaßkammer 251 mit den entsprechenden Zylindern 70 verbinden. Die Saugöffnungen 242 und die Auslaßöffnungen 252 sind mit geeigneten Reed-Ventilen versehen, wie es im US-Patent 4,011,029 von Shimizu beschrieben ist.
Die Saugkammer 241 weist einen Einlaßbereich 241a auf, der mit einem Verdampfer des (nicht gezeigten) äußeren Kühlkreislaufes verbunden ist. Die Auslaßkammer 251 weist einen Auslaßbereich 251a auf, der mit einem Verflüssiger des (nicht gezeigten) Kühlkreislaufs verbunden ist.
Zwischen dem Zylinderblock 21 und der inneren Oberfläche der Ventilplatte 25 als auch zwischen der äußeren Oberfläche der Ventilplatte 25 und der rückseitigen Platte 24 sind jeweils Dichtungen 27 und 28 zum Dichten der zugehörigen Oberfläche des Zylinderblocks 21, der Ventilplatte 25 und der rückseitigen Platte 24 angeordnet.
Bezugnehmend auf Figur 2 weist die erste Ventilsteuereinrichtung 19 ein becherförmiges Gehäuseelement 191 mit einer davon umgrenzten inneren Ventilkammer 192 auf. Zwischen einer Außenfläche des Gehäuseelements 191 und einer Innenfläche der Bohrung 210 ist ein O-Ring 19a zum Dichten der zugehörigen Flächen des Gehäuseelements 191 und des Zylinderblocks 21 angeordnet. An einem (links in Figur 2 angeordneten) geschlossenen Ende des Gehäuseelements 191 ist eine Mehrzahl von Öffnungen 19b gebildet, die den Kurbelkammerdruck in die Ventilkammer 192 über einen zwischen dem Lager 31 und dem Zylinderblock 21 vorliegenden Spalt 31a leiten. In der Ventilkammer 192 ist ein Faltenbalg 193 angeordnet, der sich in Abhängigkeit des Kurbelkammerdrucks in Längsrichtung zusammenzieht oder ausdehnt. Ein an einem Vorderende (links in Figur 2) befestigtes Ansatzelement 193b ist an einem axialen Fortsatz 19c befestigt, der mittig am geschlossenen Ende des Gehäuseelements 191 gebildet ist. Ein Ventilelement 193a ist am rückseitigen Ende (rechts in Figur 2) des Faltenbalgs 193 befestigt.
Ein Zylinderelement 194 mit einem Ventilsitz 194a durchdringt mittig die Ventilplattenanordnung 200, die die Ventilplatte 25, die Dichtungen 27 und 28, ein (nicht gezeigtes) Saugventilelement und ein (nicht gezeigtes) Auslaßventilelement umfaßt. Der Ventilsitz 194a ist am Vorderende des Zylinderelements 194 gebildet und am offenen Ende des Gehäuseelements 191 befestigt. Eine Mutter 100 mit einem ringförmigen Ausschnittbereich 100a, der an einer äußeren Umfangsfläche an der Rückseite der Mutter gebildet ist, ist auf das Zylinderelement 194 vom rückwärtigen Ende des Zylinderelements 194 her aufgeschraubt, um das Zylinderelement 194 an der Ventilplattenanordnung 200 mit dem Ventilhalteelement 253 zu befestigen. Dieses rückwärtige Ende des Zylinderelements 194 befindet sich in einer Steuerkammer 263.
Eine konische Ausnehmung 194b des Zylinderelements 194 nimmt das Ventilelelment 193a auf und ist am Ventilsitz 194a ausgebildet. Diese Ausnehmung 194b ist mit einem Zylinder 194c verbunden, der axial im Zylinderelement 194 ausgebildet ist. Ein Betätigungsstift 195, der im Zylinder 194c verschiebbar angeordnet ist, steht vom rückwärtigen Ende des Zylinders 194c hervor und ist mit dem Ventilelement 193a über eine Vorspannfeder 196 verbunden. Zwischen einer Innenfläche des Zylinders 194c und einer Außenfläche des Betätigungsstifts 195 ist ein O-Ring 197 zum Dichten der zusammengehörigen Flächen des Zylinders 194c und des Betätigungsstifts 195 angeordnet.
Am Ventilsitz 194a ist eine Radialbohrung 151 zur Verbindung der konischen Ausnehmung 194b mit einem Ende eines im Zylinderblock 21 gebildeten Kanals 152 gebildet. Der Kanal 152 weist eine Aushöhlung 152a auf und stellt ebenfalls eine Verbindung zur Saugkammer 241 über ein in der Ventilanordnung 200 gebildetes Loch 53 dar. Ein Durchgang 150, der die Kurbelkammer 22 und die Saugkammer 241 verbindet, wird über den Spalt 31a, die Bohrung 210, die Öffnungen 19b, die Ventilkammer 192, die konische Ausnehmung 194b, die Radialbohrung 151, den Kanal 152 und das Loch 153 zusammen erhalten. Damit wird ein Öffnen bzw. Schließen des Durchgangs 150 durch die Kontraktion oder Expansion des Faltenbalgs 193 in Abhängigkeit des Kurbelkammerdrucks gesteuert.
Ein (nach links in Figur 2) hervorstehender ringförmiger Vorsprung 261 ist an einer Innenfläche der rückseitigen Platte 24 zum Begrenzen eines axialen zylindrischen Hohlraums 260 gebildet. Der ringförmige Ansatz 261 umfaßt einen Ringflansch 261a, der an einer inneren Umfangsfläche nahe beim Vorderende des Ansatzes gebildet ist. Ein O-Ring 262 ist zwischen dem ringförmigen Ausschnittbereich 100a der Mutter 100 und dem Ringflansch 261a zur Trennung der Auslaßkammer 251 von der Steuerkammer 263 gebildet.
Ein Stopfenelement 264 mit einem an seiner äußeren Umfangsfläche nahe dem rückseitigen Ende gebildeten Ringflansch 264a ist vorzugsweise in eine innere Umfangsfläche des axialzylindrischen Hohlraums 260 zum Begrenzen der Steuerkammer 263 eingeschraubt. Zwischen einem an einem rückwärtigen Ende des axial-zylindrischen Hohlraums 260 gebildeten ringförmigen Ausschnittbereichs 260a und dem Ringflansch 264a ist ein O-Ring 265 zum Abdichten der Steuerkammer 263 gegenüber der Umgebung des Verdichters angeordnet.
Ein Kanal oder Durchgang 266 mit einem Drosselbereich 266a ist am ringförmigen Ansatz 251 zur Verbindung der Auslaßkammer 251 mit der Steuerkammer 263 gebildet. Das Stopfenelement 264 weist ferner eine Mittenöffnung 264b auf, in der ein zylindrisches Element 267 aus Isolierstoff, beispielsweise Polyimid-Kunststoff, fest angeordnet ist. Das zylindrische Element 267 weist ferner einen damit einstückig gebildeten und davon nach vorne abstehenden ringförmigen Ansatz 267a auf, der den Betätigungsstift 195 umgibt. Das Zylinderelement 267 ist mit einer positiven und negativen Elektrode 271 bzw. 272 versehen, die jeweils fest darin angeordnet sind. Das rückwärtige Ende der negativen Elektrode 272 liegt frei auf der Außenseite des Verdichters und ist mit einer Steuereinheit über eine Leitung 82 verbunden. Das vorderseitige Ende der negativen Elektrode 272 ist mit einer elektrischen Widerstandsplatte 273, beispielsweise aus Ni-Cu-Legierung, verbunden, die an einer Innenfläche des ringförmigen Ansatzes 267a befestigt ist. Das rückwärtige Ende der positiven Elektrode 271 liegt frei an der Außenseite des Verdichters und ist mit der Steuereinheit 90 über eine Leitung 81 verbunden. Das Vorderende der positiven Elektrode 271 liegt frei in der Steuerkammer 263 und ist mit dem Stück bzw. Gleitstück 274 über eine gewendelte Leitung 275 verbunden. Das Stück 274 aus elektrisch leitendem Material, beispielsweise Phosphorbronze, ist in isolierter Weise am rückwärtigen Ende des Betätigungsstifts 195 derart befestigt, daß er bei Axialbewegung des Betätigungsstifts 195 auf der Platte 273 in Axialrichtung gleitet. Damit entspricht die Axialbewegung des Betätigungsstifts 195 der Axialbewegung des Stücks 274. So bilden die positive und die negative Elektrode 271 bzw. 272, die Platte 273, das Stück 274 und die gewendelte Leitung 275 ein Potentiometer 270. Damit wird die Axialposition des Betätigungsstifts 195, die im wesentlichen einen Steuerpunkt des Saugkammerdrucks darstellt, mittels des Potentiometers 270 erfaßt. Das Potentiometer 270 übermittelt ein den Steuerpunkt des Saugkammerdrucks angebendes Signal an die Steuereinheit 90 über die Leitungen 81 und 82.
An der rückseitigen Platte 24 ist in Radialrichtung ein radialer zylindrischer Hohlraum 280 zur Aufnahme einer zweiten Ventilsteuereinrichung 290 gebildet. Vom radial inneren Ende bis zum radial äußeren Ende weist der radiale zylindrische Hohlraum 280 einen konischen Hohlraumbereich 281, einen Hohlraumbereich 282 mit kleinerem Durchmesser und einen Hohlraumbereich 283 mit größerem Durchmesser in dieser Reihenfolge auf. Der Hohlraumbereich 282 mit kleinerem Durchmesser ist mit dem Hohlraumbereich 283 mit größerem Durchmesser über eine schräge Ringfläche 284 verbunden.
Die zweite Ventilsteuereinrichung 290 weist ein becherförmiges Gehäuse 291 mit einem kleineren Gehäusebereich 291a auf, dessen Durchmesser etwas geringer ist als der Durchmesser des kleineren Hohlraumbereichs 282. Das becherförmige Gehäuse 291 weist ebenfalls einen größeren Gehäusebereich 291b mit einem Durchmesser auf, der etwas geringer als der des größeren Hohlraumbereichs 283 ist. Ein Ringflansch 291c ist nahe eines rückwärtigen Endes (am unteren Ende in Figur 2) des größeren Gehäusebereichs 291b gebildet.
Das becherförmige Gehäuse 291 wird in den zweiten zylindrischen Hohlraum 280 eingeschoben, vorzugsweise bis es mit dem radial äußeren Ende des zweiten zylindrischen Hohlraums 280 an einer vorderen Stirnfläche eines Ringflansches 291c anschlägt, so daß die Gehäusebereiche 291a und 291b mit kleinem bzw. großem Durchmesser jeweils in die Hohlraumbereiche 282 und 283 mit kleinem bzw. großem Durchmesser eingepaßt sind. Innerhalb des Gehäusebereichs 291b mit großem Durchmesser ist eine Stange 292 angeordnet, an deren Vorderende ein Kugelelement 293 fest befestigt ist. Ein ringförmiger Fortsatz 292a erstreckt sich vom rückwärtigen Ende der Stange 292 und umgibt damit eine Vorspannfeder 294, die zwischen dem rückwärtigen Ende der Stange 292 und einem Vorderende einem Lagerblocks 295 angeordnet ist, welcher fest an einer Innefläche des rückwärtigen Endes des becherförmigen Gehäuses 291 angeordnet ist. Die Vorspannfeder 294 drückt aufgrund ihrer Vorspannkraft die Stange 292 nach vorne. Eine Magnetspule 296 ist an der Innenfläche des rückwärtigen Endes des becherförmigen Gehäuses 291 derart angeordnet, daß sie die Stange 292 im wesentlichen umgibt.
Ein Ventilsitz 277 mit einer Öffnung 277a ist fest innerhalb eines rückwärtigen Endes des kleinen Gehäusebereichs 291a angerordnet. Die Öffnung 277a verbindet den axialen Hohlraum 298a des kleinen Gehäusebereichs 291a mit dem axialen Hohlraum 298b des großen Gehäusebereichs 291b. Ein an der äußeren Umfangsfläche des Gehäuses 291 gebildeter Ringraum 298c ist im Grenzbereich zwischen dem kleinen und großen Gehäusebereich 291a bzw. 291b angeordnet. Im Grenzbereich zwischen dem kleinen und großen Gehäusebereich 291a bzw. 291b ist eine Mehrzahl von Radialbohrungen 298d zur Verbindung des axialen Hohlraums 298b des großen Gehäusebereichs 291b mit dem Ringraum 298c gebildet. Ein Kanal 299a ist nahe des radialen Mittelpunkts der rückseitigen Platte 24 zur Verbindung der Steuerkammer 263 mit dem konischen Hohlraumbereich 281 gebildet. Ein Kanal 299b ist nahe eines radial äußeren Bereichs der rückseitigen Platte 24 zur Verbindung der Saugkammer 241 mit dem Ringraum 298c gebildet. Damit wird ein Durchgang 300, der die Steuerkammer 263 mit der Saugkammer 241 verbindet, durch den Kanal 299a, den konischen Hohlraumbereich 281 des Hohlraums 280, den axialen Hohlraum 298a, die Öffnung 277a, den axialen Hohlraum 298b, die Radialbohrungen 298d, den Ringraum 298c und den Kanal 299b gebildet.
Ferner verbinden der Durchgang 300 und der Durchgang 266 zusammen die Auslaßkammer 251 mit der Saugkammer 241 über die Steuerkammer 263. Die Fläche der Öffnung 277a des Ventilsitzes 277 ist in ihrer Größe und Form so gewählte daß der Volumenstrom des von der Steuerkammer 263 in die Saugkammer 241 fließenden Kältemittels gleich oder größer als der maximale Volumenstrom des von der Auslaßkammer 251 in die Steuerkammer 263 fließenden Kältemittels ist.
Ferner bewegt sich bei Erregung der Magnetspule 296 die Stange 292 rückwärts entgegen der Vorspannkraft der Vorspannfeder 294 zum Öffnen der Öffnung 277a. Damit fließt das durch den Kanal 266 in die Steuerkammer 263 geleitete Auslaßgas durch den Kanal 300 in die Saugkammer 241, wodurch der Druck in der Steuerkammer 263 relativ zum Druck in der Saugkammer 241 verringert wird. Wenn andererseits die Magnetspule 296 geschaltet wird, bewegt sich die Stange 292 aufgrund der Rückstellkraft der Vorspannfeder 294 vorwärts zum Schließen der Öffnung 277a. Damit füllt sich die Steuerkammer 263 mit durch den Kanal 266 zugeführtem Auslaßgas, wodurch der Druck in der Steuerkammer 263 relativ zum Druck in der Auslaßkammer 251 erhöht wird. Als Folge davon kann der Druck in der Steuerkammer 263 zwischen dem Druck Pd der Auslaßkammer 251 und dem Druck Ps der Ansaugkammer 241 dadurch frei gewählt werden, daß das Verhältnis der Einschaltzeit der Magnetspule 296 zur Ausschaltzeit, wie es in einer sehr kurzen Zeitspanne in der in Figur 6 gezeigten Weise festgelegt ist, variiert wird.
Nach Figur 2 ist ferner ein O-Ring 400 zwischen einer äußeren Umfangsfläche des kleineren Gehäusebereichs 291a und einer inneren Umfangsfläche des kleineren Hohlraumbereichs 282 zum gegenseitigen Abdichten der entsprechenden Oberflächen angeordnet. Ein O-Ring 500 ist zwischen einer äußeren Umfangsfläche des großen Gehäusebereichs 291b und einer inneren Umfangsfläche des großen Hohlraumbereichs 283 zum gegenseitigen Abdichten der zugehörigen Flächen angeordnet. Eine Leitung 83 verbindet die Magnetspule 296 mit der Steuereinheit 90.
Beim Betrieb des Verdichters 10 nach den Figuren 1 und 2 wird die Antriebswelle durch den Fahrzeugmotor in Drehung versetzt, vorzugsweise über eine Magnetkupplung 600. Der Kurvenrotor 40 reht sich zusammen mit der Antriebswelle 26. Das verursacht ebenso eine Drehung der Schrägplatte 50, was wiederum eine Schwankbewegung der Taumelscheibe 60 bewirkt. Die Schwankbewegung der Taumelscheibe 60 bewegt die Kolben 71 in ihren entsprechenden Zylindern 70 hin und her. Bei der Hin- und Herbewegung der Kolben 71 fließt Kältemittelgas, das durch den Einlaßbereich 241a in die Saugkammer 241 eintritt, durch die Saugöffnungen 242 in jeden Zylinder 70 und wird verdichtet. Das verdichtete Kältemittelgas wird von jedem Zylinder über die Auslaßöffnungen 252 in die Auslaßkammer 251 und von dort durch den Auslaßbereich 251a in den Kühlkreislauf ausgestoßen.
Die Leistung des Verdichters 10 wird so eingestellt, daß in Abhängigkeit einer Veränderung der Wärmelast des Verdampfers oder einer Veränderung der Drehzahl des Verdichters ein konstanter Druck in der Saugkammer 241 aufrechterhalten wird. Die Leistung des Verdichters wird durch Veränderung des Neigungswinkels der Schrägplatte eingestellt, der vom Druck in der Kurbelkammer abhängt. Ein Ansteigen des Kurbelkammerdrucks verringert den Neigungswinkel der Schrägplatte und der Taumelscheibe und verringert damit die Leistung des Kompressors. Ein Absinken des Kurbelkammerdrucks vergrößert den Neigungswinkel der Schrägplatte und der Taumelscheibe und erhöht damit die Leistung des Verdichters.
Die erste und zweite Ventilsteuervorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung wirken in der im folgenden beschriebenen Weise derart zusammen, daß ein konstanter Druck am Verdampferauslaß während der Leistungssteuerung des Verdichters aufrechterhalten wird.
Wenn die Steuereinheit 90 das Zustandssignal der Klimaanlage, wie beispielsweise die Temperatur der Luft im Fahrgastraum oder die Temperatur der den Verdampfer verlassenden Luft, erhält, wird auf der Grundlage dieser beiden Signale entschieden, ob der Kammerdruck verändert wird oder nicht. Diese Entscheidung wird im Hinblick auf das Aufrechterhalten des Auslaßdrucks des Verdampfers auf einem vorbestimmten Wert getroffen. Dann gibt die Steuereinheit 90 ein Steuersignal aus, welches das in einer sehr kurzen Zeitspanne definierte Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit der Magnetspule 296 angibt. Wie in Figur 2 gezeigt ist, versetzt dieses Steuersignal für die zweite Ventilsteuervorrichtung 90 diese in die Lage, den Druck in der Steuerkammer 263 im Bereich vom Druck der Auslaßkammer 251 bis zum Druck der Saugkammer 241 zu steuern.
Der Betätigungsstift 195 drückt das Ventilelement 193a über die Vorspannfeder 196, die die Kraft vom Betätigungsstift 195 auf das Ventilelement 193a des Faltenbalgs 193 sanft überträgt, in Richtung zur Kontraktion des Faltenbalgs 193. Der Betätigungsstift 195 wird in Abhängigkeit des erhaltenen Drucks in der Steuerkammer 263 bewegt. Damit bewegt ein ansteigender Druck in der Steuerkammer 263 den Stift 195 zum Faltenbalg 193 hin, wodurch die Neigung zur Kontraktion des Faltenbalgs 193 verstärkt wird. Als Folge davon ändert sich der Druck in der Ansaugkammer 241 von Ps1 nach Ps2. Damit wird der Druckverlust kompensiert, wodurch ein konstanter Druck im Auslaßbereich des Verdampfers aufrechterhalten wird, wie in Figur 8 gezeigt ist. Da sich der Betätigungsstift 195 in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Steuerkammer 263 bewegt und eine Kraft direkt auf den Faltenbalg 193 (das Steuerventilelement) ausübt, wird der Steuerpunkt, an dem der Faltenbalg 193 arbeitet, in einer sehr direkten und schnell ansprechenden Weise durch Druckänderungen in der Steuerkammer 263 verschoben.
Figur 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die gleichen Bezugszeichen zur Bezeichnung der in den Figuren 1 und 2 gezeigten entsprechenden Elemente verwendet werden. In der zweiten Ausführungsform ist ein Hohlraum 220, in dem die erste Ventilsteuervorrichtung 19 angeordnet ist, in einem Mittenbereich des Zylinderblocks 21 gebildet und von der Bohrung 210, in der die Antriebswelle 26 drehbar gelagert ist, getrennt. Öffnungen 19b verbinden die Ventilkammer 192 mit einem am Vorderende des Hohlraums 220 gebildeten Raum 221. Ein den Raum 221 mit der Ansaugkammer 241 über das Loch 153 verbindender Kanal 162 ist im Zylinderblock 21 gebildet und führt den Ansaugkammerdruck in den Raum 221. Ein die Kurbelkammer 22 mit der Radialbohrung 151 verbindender Kanal 163 ist ebenfalls im Zylinderblock 21 gebildet. Damit wird ein die Kurbelkammer 22 mit der Ansaugkammer 241 verbindender Durchgang 160 gemeinsam durch Kanal 163, Radialbohrung 151, konische Ausnehmung 194b, Ventilkammer 192, Öffnungen 19b, Raum 221, Kanal 162 und Loch 153 erhalten. Als Folge davon wird das Öffnen bzw. Schließen des Durchgangs 160 durch Kontraktion bzw. Expansion des Faltenbalgs 193 in Abhängigkeit des Ansaugkammerdrucks gesteuert.
Figur 4 zeigt eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen der in den Figuren 1 und 2 gezeigten gleichen Elemente verwendet werden. In der dritten Ausführungsform ist ein einen Drosselbereich 301a aufweisender Kanal 301 in der rückseitigen Platte 24 zur Verbindung der Steuerkammer 263 mit der Ansaugkammer 241 gebildet. Ein Kanal 302 ist nahe der radialen Mitte der rückseitigen Platte 24 zur Verbindung der Auslaßkammer 251 mit dem Ringraum 298c gebildet. Ferner ist die Öffnungsfläche des Drosselbereichs 301a hinsichtlich ihrer Größe und Form so gewählt, daß der Druck in der Steuerkammer 263 mit dem Auslaßkammerdruck gleichgesetzt wird, wenn die Öffnung 277a durch Erregung der Magnetspule 296 geöffnet wird, d.h. wenn der Durchlaß des die Steuerkammer 263 mit der Auslaßkammer 251 verbindenden Durchgangs 300' erhalten wird.
Figur 5 zeigt eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, bei der die gleichen Bezugszeichen zum Bezeichnen der in den Figuren 1 und 2 dargestellten entsprechenden Elemente verwendet werden. In der vierten Ausführungsform ist in einem näheren radial äußeren Bereich der rückseitigen Platte 24 ein Kanal 304 zur Verbindung des Ringraums 298c mit einer in der Ventilplattenanordnung 200 gebildeten Öffnung 303 gebildet. Im Zylinderblock 21 ist ein Kanal 305 zur Verbindung der Öffnung 303 mit der Kurbelkammer 22 gebildet. Damit wird ein die Steuerkammer 263 mit der Kurbelkammer 22 verbindender Durchgang 300" durch den Kanal 299a, den konischen Hohlraumbereich 281, den axialen Hohlraum 298a, die Öffnung 277a, den axialen Hohlraum 298b, die Radialbohrungen 298d, den Ringraum 298c, den Kanal 304, die Öffnung 303 und den Kanal 305 gebildet.
Die Öffnungsfläche der Öffnung 277a des Ventilsitzes 277 ist in ihrer Größe und Form so gewählt, daß der Volumenstrom des von der Steuerkammer 263 in die Kurbelkammer 22 strömenden Kältemittels gleich oder größer als der maximale Volumenstrom des von der Auslaßkammer 251 in die Steuerkammer 263 fließenden Kältemittels ist. Damit kann der Druck in der Steuerkammer 263 frei zwischen dem Auslaßkammerdruck Pd und dem Kurbelkammerdruck Pc durch Veränderung des in einer sehr kurzen Zeitspanne, wie in Figur 7 gezeigt ist, definierten Verhältnisses der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit der Magnetspule verändert werden.
Die Figuren 1 bis 5 zeigen eine bei einem Taumelscheibenverdichter verwendete Vorrichtung zum Einstellen der Leistung. Typischerweise ist bei diesem Verdichtertyp die Taumelscheibe in einem schrägen oder geneigten Winkel relativ zur Achse der Antriebswelle angeordnet, schwankt, ohne zu rotieren und koppelt die Kolben antriebsmäßig mit der Antriebsquelle. Dieser Typ von Leistungseinstellvorrichtung unter Verwendung selektiver Fluidverbindung zwischen der Kurbelkammer und der Ansaugkammer kann jedoch bei jedem anderen Verdichtertyp eingesetzt werden, der eine Schrägscheibe oder -fläche in der Antriebsvorrichtung verwendet. Beispielsweise zeigt die US-A-4,664,604 diesen Typ von Leistungseinstellvorrichtung bei einem Schrägscheibenverdichter. Die Schrägscheibe ist wie die Taumelscheibe in einem schrägen Winkel angeordnet und koppelt die Kolben antriebsmäßig mit der Antriebsquelle. Während jedoch die Taumelscheibe nur schwankt, führt die Schrägscheibe sowohl eine Schwank- als auch eine Drehbewegung durch. Der Begriff Schrägplattenverdichter wird daher verwendet, um jeden Verdichtertyp einschließlich des Taumelscheibenverdichters und des Schrägscheibenverdichters zu bezeichnen, bei dem eine schräge Platte oder Oberfläche in der Antriebsvorrichtung Verwendung findet.

Claims

1. Schrägscheiben-Kältemittelverdichter mit einem Gehäuse (20), welches einen Zylinderblock (21), eine Frontplatte (23) an dessen einem Ende und eine rückseitige Platte (24) an dessen anderem Ende aufweist, wobei der Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylindern (70) und einer daneben angeordneten Kurbelkammer (22) versehen ist; mit einer Mehrzahl von jeweils in einem entsprechenden Zylinder verschiebbar eingepaßten Kolben (71); mit einer mit den Kolben gekoppelten Antriebsvorrichtung zum Hin- und Herbewegen der Kolben in den Zylindern, wobei die Antriebsvorrichtung eine im Gehäuse drehbar gelagerte Antriebswelle (26), einen mit der Antriebswelle gekoppelten und zusammen damit drehbaren Rotor (40) und eine Koppelanordnung (60, 72) zur Antriebskopplung des Rotors und der Kolben derart, daß die Drehbewegung des Rotors in eine Hin- und Herbewegung der Kolben umgesetzt wird, aufweist, wobei die Koppelvorrichtung ein eine relativ zur Antriebswelle geneigt angeordnete Fläche aufweisendes Element (60) aufweist, dessen Neigungswinkel zur Veränderung des Hubes der Kolben und damit der Leistung des Verdichters einstellbar ist; und wobei die rückseitige Platte (24) eine Ansaugkammer (241) und eine Auslaßkammer (251) aufweist; ferner mit einem ersten Durchgang (150, 160) zwischen der Kurbelkammer (22) und der Ansaugkammer (241); einer im Gehäuse vorgesehenen Steuerkammer (263); einer ersten Ventileinrichtung (19) zur Steuerung des Schließens und Öffnens des ersten Durchgangs (150, 160) zur Veränderung der Leistung des Verdichters durch Einstellen des Neigungswinkels, wobei die erste Ventilsteuereinrichtung ein den ersten Durchgang öffnendes bzw. schließendes Ventilelement (193a) und eine an einem Ende mit dem Ventilelement gekoppelte und am anderen Ende in die Steuerkammer (263) ragende Verschiebeeinrichtung (195) zum Verschieben eines Steuerpunkts des Ventilelements in Abhängigkeit von der Druckänderung in der Steuerkammer aufweist; mit einer zweiten Ventilsteuereinrichtung (290) zur Steuerung des Druckes in der Steuerkammer; einer Vorrichtung (270) zum Erfassen des Steuerpunkts des Ventilelements; einer Vorrichtung (90) zum Feststellen einer Veränderung des Steuerpunkts des Ventilelements aufgrund eines Zustands dem Klimaanlage und des erfaßten Steuerpunkts; und einer Vorrichtung (90) zum Beaufschlagen der zweiten Ventilsteuervorrichtung (290) mit einem Steuersignal zur Veränderung des Drucks in der Steuerkammer (263).

2. Verdichter nach Anspruch 1, ferner enthaltend einen die Steuerkammer (261) mit der Auslaßkammer (252) verbindenden zweiten Durchgang (266) und einen die Steuerkammer (263) mit der Ansaugkammer (241) verbindenden dritten Durchgang (300); wobei die zweite Ventilsteuereinrichtung (290) im dritten Durchgang angeordnet ist und das Schließen bzw. Öffnen des dritten Durchgangs steuert (Figuren 2, 3).

3. Verdichter nach Anspruch 2, wobei der zweite und dritte Durchgang (266, 300'; 300, 301) in ihrer Größe und Form so gewählt sind, daß im Offenzustand der zweiten Ventilvorrichtung der Volumenstrom des von der Steuerkammer (263) in die Ansaugkammer (241) fließenden Fluids gleich oder größer als der maximale Volumenstrom des von der Auslaßkammer (252) in die Steuerkammer (252) in die Steuerkammer (263) fließenden Fluids ist.

4. Verdichter nach Anspruch 2 oder 3, wobei der zweite Durchgang (266) einen Drosselbereich (266a) aufweist.

5. Verdichter nach Anspruch 1, ferner umfassend einen die Steuerkammer (263) mit der Auslaßkammer (251) verbindenden zweiten Durchgang (300') und einen die Steuerkammer (263) mit der Ansaugkammer (241) verbindenden dritten Kanal (301'; wobei die zweite Ventilsteuereinrichtung (290) im zweiten Kanal (300') angeordnet ist und das Schließen bzw. Öffnen des zweiten Kanals steuert (Figur 4).

6. Verdichter nach Anspruch 5, wobei der dritte Durchgang (301) einen Drosselbereich (301a) aufweist.

7. Verdichter nach Anspruch 6, wobei der Drosselbereich (301a) so groß gewählt ist, daß er einen Druckausgleich zwischen dem Druck in der Steuerkammer (263) und dem Auslaßkammerdruck herbeiführt, wenn die zweite Ventileinrichtung (290) offen ist.

8. Verdichter nach Anspruch 1, ferner umfassend einen die Steuerkammer (263) mit der Auslaßkammer (251) verbindenden zweiten Durchgang (266) und einen die Steuerkammer (263) mit der Kurbelkammer (22) verbindenden dritten Durchgang (300"); wobei die zweite Ventilsteuereinrichtung (290) im dritten Durchgang (300") angeordnet ist und das Schließen bzw. Öffnen des dritten Durchgangs steuert (Figur 5).

9. Verdichter nach Anspruch 8, wobei der zweite und dritte Durchgang (266, 300") so groß gewählt sind, daß im Offenzustand der zweiten Ventileinrichtung (290) der Volumenstrom des von der Steuerkammer (263) in die Kurbelkammer (22) strömenden Fluids gleich oder größer als der maximale Volumenstrom des von der Auslaßkammer (251) in die Steuerkammer (263) strömenden Fluids ist.

10. Verdichter nach Anspruch 8 oder 9, wobei der zweite Durchgang (266) einen Drosselbereich (266a) aufweist.

11. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Erfassungseinrichtung für den Steuerpunkt ein Potentiometer (270) ist.

12. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die zweite Ventilsteuereinrichtung ein Gehäuse (291) und eine im Gehäuse angeordnete Magnetspule (296) aufweist.

13. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Steuersignal von einem Verhältnis der Einschaltzeit zur Ausschaltzeit der Magnetspule abhängt.

14. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ventilsteuereinrichtung (19) das Öffnen und Schließen des ersten Durchgangs (160) in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Ansaugkammer steuert (Figur 3).

15. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Ventilsteuereinrichtung (10) das Öffnen und Schließen des ersten Durchgangs (150) in Abhängigkeit von Druckänderungen in der Kurbelkammer steuert (Figuren 2, 4, 5).

16. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Klimatisierungszustand die Lufttemperatur des Fahrgastraums ist.

17. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei der Klimatisierungszustand die Temperatur der den Verdampfer verlassenden Luft ist.

18. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Ventileinrichtung (19) einen Faltenbalg (193) aufwest.