DE69821274T2

DE69821274T2 - Schiefscheibenverdichter mit veränderlicher Förderleistung

Info

Publication number: DE69821274T2
Application number: DE1998621274
Authority: DE
Inventors: Yukio Oosato-gun Kazahaya
Original assignee: Zexel Valeo Climate Control Corp
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 1997-03-25
Filing date: 1998-03-24
Publication date: 2004-11-18
Anticipated expiration: 2018-03-25
Also published as: DE69821274D1; US5931079A; EP0867617B1; EP0867617A2; EP0867617A3; JPH10266952A

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Diese Erfindung bezieht sich auf einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung, wobei die Kolbenhublänge sich entsprechend der Neigung der Taumelscheibe ändert.
Beschreibung des Stands der Technik
1 zeigt die gesamte Anordnung eines herkömmlichen Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung, wie z. B. in der US-4533299 offenbart.
Der herkömmliche Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung beinhaltet eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 106, die axial durch einen Zylinderblock 101 hindurch gebildet sind, eine Mehrzahl von Kolben 107, die gleitend in den entsprechenden Zylinderbohrungen 106 aufgenommen sind, einen Druckflansch 140, der fest an einer Antriebswelle 105 für eine gemeinsame Drehbewegung mit der Antriebswelle 105 angebracht ist, eine Taumelscheibe 110 mit einem zentralen Durchgangsloch 109, durch welches sich die Antriebswelle 105 erstreckt und in Bezug auf eine imaginäre Ebene senkrecht zur Antriebswelle 105 und gleichzeitig entlang der Antriebswelle 105 gekippt werden kann, eine Verbindung 141, die den Druckflansch 140 und die Taumelscheibe 110 verbindet, so dass die Taumelscheibe kippbar für eine gemeinsame Drehbewegung mit dem Druckflansch 140 angetrieben wird, eine Mehrzahl von Schuhen 150, die an der Gleitfläche 110a der Taumelscheibe 110 in Bezug auf den Umfang der Taumelscheibe 110 gleiten, einen Halter 153, der an der Taumelscheibe 110 so angebracht ist, dass dieser sich in Bezug auf die Taumelscheibe 110 drehen kann, um die Schuhe 150 zu halten, und eine Haltestützplatte 155, die fest an der Taumelscheibe 110 angebracht ist, um den Halter 153 gleitend zu stützen.
Ein Ende einer Mehrzahl von Verbindungsstäben 11 ist jeweils mit einem der Schuhe so verbunden, dass das kugelförmige Ende gegen den Schuh 150 verschwenkt werden kann und das andere Ende mit dem entsprechenden Kolben 107 verbunden ist.
3 zeigt die Verbindung 141 und die dazugehörigen Bestandteile.
Die Verbindung 141 besteht aus einem Bügel 110e, der an einer vorderseitigen Oberfläche 110c der Taumelscheibe 110 gebildet ist, einer linearen Führungsnut 110f, die in dem Bügel 110e so gebildet ist, dass die Führungsnut 110f in Bezug auf die Oberfläche 110c auf der Seite des Druckflansches geneigt ist, und einem Stab 143, der in die Oberfläche 140b des Druckflansches 140 auf der Seite der Taumelscheibe eingeschraubt ist. Der Stab 143 hat einen kugelförmigen Endabschnitt 143a, der gleitend in die Führungsnut 110f eingepasst ist.
Ein Drehmoment von einem nicht gezeigten Motor, der in einem nicht gezeigten Kraftfahrzeug eingebaut ist, wird an die Antriebswelle 105 übertragen, um diese zu drehen. Ein Drehmoment von der Antriebswelle 105 wird von dem Druckflansch 140 an die Taumelscheibe 110 über die Verbindung 141 übertragen, um eine Drehung der Taumelscheibe 110 um die Antriebswelle 105 zu bewirken. Wenn sich die Taumelscheibe 110 dreht, gleiten die Schuhe 150 gegen die Gleitfläche 110a der Taumelscheibe 110 entlang dem Umfang der Taumelscheibe 110, wodurch ein von der Taumelscheibe 110 übertragenes Drehmoment in die Hin- und Herbewegung des Kolbens 107 umgewandelt wird.
Die Verbindung 141, die am besten in der 3 gezeigt ist, bietet die folgenden vorteilhaften Wirkungen.
Wenn die Wärmebelastung auf den Kompressor abnimmt, um ein Drehmoment zu erzeugen, welches auf die Taumelscheibe 110 wirkt, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 110 zu reduzieren, bewegt sich der Mittelpunkt der Rotation der Taumelscheibe 110 (d. h. ein Schnittpunkt zwischen der Achse des Stabs 143 und einer Y-Achse orthogonal zur Achse der Antriebswelle 105) in eine Richtung weg von der Achse der Antriebswelle 105, so dass das Drehmoment, das auf die Taumelscheibe 110 wirkt, abnimmt, und wenn sich die Taumelscheibe 110 um einen Winkel kippt, welcher das Moment auf Null reduziert, wird die Steuerung des Kompressors stabil. Die Verbindung 141 lässt sich auf einfache Weise herstellen und da das kugelförmige Ende 143a des Stabs 143 gleitend in der Führungsnut 110f eingebaut ist (in Punktberührung mit dieser), findet kaum ein Einklemmen des kugelförmigen Endes 143a in der Führungsnut 110f statt, selbst wenn diese nicht mit großer Genauigkeit zusammengebaut ist.
Hierbei ist zu beachten, dass, wenn der Kompressor in Betrieb ist, die Taumelscheibe 110 immer Kompressions-Reaktionskräfte (die Summe davon ist durch P dargestellt) von den Kompressionskolben 107 sowie Zug-Reaktionskräfte (deren Summe durch T dargestellt ist) von Kolben während des Ansaughubs 107 (3) aufnimmt. Insbesondere nimmt ungefähr die Hälfte des äußeren Umfangsabschnitts (Bereich auf der Kompressionskolbenseite) der Taumelscheibe 10 die Kompressions-Reaktionskräfte P auf, während die ungefähr andere Hälfte des äußeren Umfangs (Bereich auf der Ansaugkolbenseite) desselben die Zug-Reaktionskräfte T aufnimmt. In 1 ist die Seite des Betrachters (dieselbe entsprechend der Vorderseite von 1) des äußeren Umfangs der Taumelscheibe 110 in Bezug auf eine imaginäre Ebene einschließlich der Achse der Antriebswelle 105 (X-Achse) und einer Achse (Y-Achse), die orthogonal zur Achse der Antriebswelle 105 ist und sich auf einer Ebene einschließlich eines Punkts in der oberen Totpunktposition der Taumelscheibe und eines Punkts in der unteren Totpunktposition der Taumelscheibe erstreckt (welcher sich entlang einer Neigungsrichtung der Taumelscheibe erstreckt) der Bereich auf der Kompressionskolbenseite, während eine entfernte Seite (entsprechend der Rückseite von 1) des äußeren Umfangs der Taumelscheibe 110 in Bezug auf dieselbe imaginäre Ebene der Bereich der Ansaugkolbenseite ist. In 3 ist die obere Hälfte des äußeren Umfangs der Taumelscheibe 10 in Bezug auf die Achse (X-Achse) der Antriebswelle 5 der Bereich auf der Ansaugkolbenseite, während die untere Hälfte des äußeren Umfangs derselben der Bereich auf der Kompressionskolbenseite ist.
4 zeigt die Verteilung der Kompressions-Reaktionskräfte und Zug-Reaktionskräfte, die auf die Taumelscheibe wirken. 2 ist eine Ansicht entlang der Linie A-A von 1.
Wenn die Summe P der Kompressions-Reaktionskräfte (diese Kräfte oder Komponenten der Summe P sind durch F1, F2 und F3 dargestellt), die auf den Bereich der Taumelscheibe 110 auf der Kompressionskolbenseite wirken, so groß ist wie die Zug-Reaktionskräfte (diese Kräfte oder Komponenten der Summe T sind durch Fi, ... dargestellt), die auf den Bereich der Taumelscheibe 110 auf der Ansaugkolbenseite wirken, und gleichzeitig in dieselben Richtungen parallel zueinander an entsprechenden Stellen im gleichen Abstand von der Rotationsachse der Antriebswelle 105 wirken, heben sich die beiden Arten von Kräften auf, um hierdurch die Taumelscheibe 5 in einem ausgeglichenen Zustand zu halten.
Die Kompressions-Reaktionskräfte wirken jedoch in eine entgegengesetzte Richtung zu den Zug-Reaktionskräften, so dass das Torsionsmoment MT an einem Hebeldrehpunkt von P1 oder um die Y-Achse (im Uhrzeigersinn in 2) erzeugt wird.
Als Folge davon nehmen die Ränder L und R des zentralen Durchgangsloches 109 der Taumelscheibe 110 das Torsionsmoment MT auf.
Wenn das Torsionsmoment MT groß ist, wird die Taumelscheibe 110 daran gehindert, dass sie leichtgängig an der Antriebswelle 105 entlang gleitet, wodurch sich die Steuerbarkeit des Kompressors verschlechtert sowie ein Abrieb der Kontaktabschnitte (Ränder L und R) der Taumelscheibe 110 an der Antriebswelle 105 erfolgt. Dadurch kann der Kompressor blockieren.
Zusammenfassung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung bereitzustellen, mit einer Bauart, die das Torsionsmoment reduzieren kann, welches auf eine Taumelscheibe wirkt, um hierdurch die Last zu reduzieren, die auf das zentrale Durchgangsloch der Taumelscheibe wirkt, um die Steuerbarkeit des Kompressors zu verbessern und gleichzeitig den Abrieb der Kontaktabschnitte der Taumelscheibe und einer Antriebswelle sowie ein daraus resultierendes Blockieren des Kompressors zu verhindern.
Um diese Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung vor, der aufweist: eine Antriebswelle, einen Zylinderblock, der durch diese hindurch gebildet ist, mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, eine Mehrzahl von Kolben, die gleitend in entsprechenden der Zylinderbohrungen aufgenommen sind, ein drehbares Element, das fest an der Antriebswelle für eine gemeinsame Bewegung mit der Antriebswelle angebracht ist, während sich diese dreht, eine Taumelscheibe, die an der Antriebswelle so montiert ist, dass sie in Bezug auf eine imaginäre Ebene senkrecht zur Antriebswelle gekippt ist und axial entlang der Antriebswelle gleiten kann, wobei die Antriebswelle eine Gleitfläche und ein zentrales Durchgangsloch hat, durch welches sich die Antriebswelle erstreckt, eine Verbindungseinrichtung, die zwischen dem drehbaren Element und der Taumelscheibe angeordnet ist zum kippbaren Verbinden der Taumelscheibe mit dem drehbaren Element, um zu bewirken, dass die Taumelscheibe sich zusammen mit dem drehbaren Element dreht, eine Mehrzahl von Schuhen, die jeweils an der Gleitfläche der Taumelscheibe angeordnet sind zum Gleiten entlang eines Umfangs der Taumelscheibe, wenn sich die Antriebswelle dreht, eine Mehrzahl von Verbindungsstäben, von welchen jeder ein Ende hat, das gleitend mit einem entsprechenden der Schuhe verbunden ist, und das andere Ende mit einem entsprechenden der Kolben verbunden ist, einen Halter, der an der Taumelscheibe so angeordnet ist, dass der Halter in Bezug auf die Taumelscheibe drehbar ist, zum Halten der Schuhe, und ein Haltemittel-Stützelement, das fest an der Taumelscheibe angebracht ist, um den Halter gleitend zu stützen, wobei eine Hublänge jedes der Kolben sich entsprechend einer Neigung der Taumelscheibe ändert.
Der erfindungsgemäße Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung ist dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung um einen vorbestimmten Betrag von einer Grenze zwischen einem Bereich auf einer Kompressionskolbenseite, welcher Kompressions-Reaktionskräfte von einigen der Kolben während eines Kompressionshubs aufnimmt, und einem Bereich auf der Ansaugkolbenseite, welcher Zugreaktionskräfte von einigen der Kolben während des Ansaughubs aufnimmt, in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite versetzt ist.
Laut dem erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung wird, da die Verbindungseinrichtung zu dem Bereich auf der Kompressionskolbenseite versetzt ist, ein Torsionsmoment, das auf die Taumelscheibe wirkt, extrem reduziert. Folglich reduziert sich die Last, die auf das zentrale Durchgangsloch der Taumelscheibe wirkt, wenn das zentrale Durchgangsloch in Eingriff mit der Antriebswelle gebracht wird, wodurch die axiale Bewegung (Kippbewegung) der Taumelscheibe leichtgängig wird. Dadurch kann die Steuerbarkeit des Kompressors verbessert werden und gleichzeitig wird ein Abrieb der Kontaktabschnitte der Taumelscheibe und der Antriebswelle und ein daraus resultierendes Blockieren des Kompressors verhindert.
Vorzugsweise umfasst die Verbindungseinrichtung einen Bügel, der an einer Oberfläche der Taumelscheibe auf der Seite des drehbaren Elements gebildet ist, eine lineare Führungsnut, die in dem Bügel so gebildet ist, dass sie in Bezug auf die Oberfläche der Taumelscheibe auf der Seite des drehbaren Elements geneigt ist, und einen Stab, der in eine Oberfläche des drehbaren Elements auf der Taumelscheibenseite eingeschraubt ist und von welchem ein kugelförmiger Endabschnitt gleitend in der Führungsnut eingesetzt ist, wobei die Führungsnut und der Stab in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite um den vorbestimmten Betrag versetzt sind.
Gemäß der bevorzugten Ausführungsform sind die Führungsnut, die in dem Bügel gebildet ist und der Stab, dessen einer kugelförmiger Endabschnitt gleitend in der Führungsnut eingesetzt ist, nicht an der Grenze zwischen dem Bereich auf der Ansaugkolbenseite und dem Bereich auf der Kompressionskolbenseite angeordnet, sondern von der Grenze in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite wie oben beschrieben versetzt, so dass eine Last, die auf das zentrale Durchgangsloch der Taumelscheibe wirkt, wenn das zentrale Durchgangsloch in Eingriff mit der Antriebswelle gebracht wird, reduziert wird, wodurch die axiale Bewegung (Kippbewegung) der Taumelscheibe leichtgängig wird.
Weiterhin bevorzugt beträgt der vorbestimmte Betrag des Versatzes 10 bis 20 mm.
Gemäß dieser bevorzugten Ausführungsform nimmt das Torsionsmoment, das auf die Taumelscheibe wirkt, auf einen extrem kleinen Wert ab.
Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beilegenden Zeichnungen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht im Längsschnitt, die die gesamte Anordnung eines herkömmlichen Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung zeigt;
2 ist eine Schnittansicht entlang Linie A-A der 1;
3 ist eine Seitenansicht einer Verbindung und zugehöriger Komponententeile, die in der 1 gezeigt sind;
4 ist eine Skizze, die die Verteilung der Kompressions-Reaktionskräfte und Zugreaktionskräfte zeigt, die auf die Taumelscheibe des Kompressors der 1 wirken;
5 ist eine Seitenansicht einer Verbindung und zugehöriger Komponententeile eines Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
6 ist eine Querschnittsansicht im Längsschnitt der gesamten Anordnung des Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung gemäß der Ausführungsform der Erfindung;
7 ist eine Seitenansicht einer in der 6 dargestellten Taumelscheibe;
8 ist eine Vorderansicht der in der 6 dargestellten Taumelscheibe;
9 ist eine Skizze, die die Verteilung der Kompressions-Reaktionskräfte und Zugreaktionskräften zeigt, die auf die Taumelscheibe des Kompressors der 6 wirken; und
10 ist ein Schaubild, das das Verhältnis zwischen Kolbenhub und Torsionsmoment zeigt, welches sich ändert, wenn eine Verbindung versetzt wird.
Genaue Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
Die Erfindung wird nun im Detail in Bezug auf die Zeichnungen beschrieben, die eine bevorzugte Ausführungsform davon zeigen.
6 zeigt die gesamte Anordnung eines Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung. 5 zeigt eine Verbindung und zugehörige Komponententeile. 7 ist eine Seitenansicht einer Taumelscheibe, wohingegen 8 eine Vorderansicht derselben ist. 9 zeigt die Verteilung der Kompressions-Reaktionskräfte und Zugreaktionskräfte, die auf die Taumelscheibe wirken. 10 zeigt das Verhältnis zwischen dem Kolbenhub und dem Torsionsmoment, welches sich ändert, wenn die Verbindung versetzt wird.
Der Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung hat einen Zylinderblock 1, dessen eines Ende mit einem hinteren Kopf 3 über eine Ventilplatte 2 gesichert ist und dessen anderes Ende mit einem vorderen Kopf 4 gesichert ist. Der Zylinderblock 1 hat eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 6, die sich axial dadurch in vorbestimmten Umfangsintervallen um eine Antriebswelle 5 erstrecken. Jede Zylinderbohrung 6 hat einen Kolben 7, der gleitend darin aufgenommen ist.
Der vordere Kopf 4 definiert ein Kurbelgehäuse 8, welches eine Taumelscheibe 10 enthält. Die Taumelscheibe 10 wird von der Antriebswelle 5 angetrieben und dreht sich gemeinsam mit dieser. Eine Mehrzahl von Schuhen 50, an welchen sich jeweils ein kugelförmiges Ende 11a eines entsprechenden Verbindungsstabs 11 dreht, sind an einer Gleitfläche 10a der Taumelscheibe 10 durch einen Halter 53 gehalten. Der Halter 53 ist an einem Vorsprung 10b in der Taumelscheibe 10 befestigt und durch eine Haltestützplatte (Halte-Stützelement) 55 gestützt oder gehalten. Das andere Ende des Verbindungsstabs 11 ist an dem entsprechenden Kolben befestigt.
Jeder Schuh 50 besteht aus einem ersten Stützelement 51 zum gleitenden Stützen einer vorderen Oberfläche des einen kugelförmigen Endes 11a des entsprechenden Verbindungsstabs 11, so dass das eine kugelförmige Ende 11a des Verbindungsstabs 11 relativ in Bezug auf das erste Stützelement 51 und ein zweites Stützelement 52 drehbar ist zum gleitenden Stützen oder Halten einer rückseitigen Oberfläche des einen kugelförmigen Endes 11a desselben, so dass die rückseitige Oberfläche des einen Endes 11a davon relativ in Bezug auf das zweite Stützelement 52 drehbar ist.
In dem hinteren Kopf 3 ist eine Auslasskammer 12 mit einer die Auslasskammer 12 umgebenden Ansaugkammer 13 gebildet.
Die Ventilplatte 2 weist Kühlmittelauslassöffnungen 16 auf, die jeweils zwischen einer Kompressionskammer in einer entsprechenden der Zylinderbohrungen und der Auslasskammer 12 kommunizieren sowie Kühlmitteleinlassöffnungen 15, die jeweils zwischen einer Kompressionskammer in einer entsprechenden der Zylinderbohrungen 6 und der Auslasskammer 12 kommunizieren. Die Kühlmittelauslassöffnungen 16 und die Kühlmitteleinlassöffnungen 15 sind jeweils in vorbestimmten Umfangsintervallen um die Antriebswelle 5 angeordnet. Die Kühlmittelauslassöffnungen 16 werden von entsprechenden Auslassventilen 17 geöffnet und geschlossen, die als Einheitselemente gebildet sind. Das Einheitselement der Auslassventile 17 ist an einer Stirnfläche auf der Seite des hinteren Kopfes der Ventilplatte 2 durch einen Bolzen 19 und eine Mutter 20 zusammen mit einem Ventilstopper 18 befestigt.
Die Kühlmitteleinlassöffnungen 15 werden durch entsprechende Ansaugventile 21 geöffnet und geschlossen, die als Einheitselemente gebildet sind, und zwischen der Ventilplatte 2 und dem Zylinderblock 1 angeordnet sind. Der Bolzen 19 hat ein Führungsloch 19a, das zum Führen des Hochdruck-Kühlgases von der Auslasskammer 12 zu einem radialen Lager 24 und einem Drucklager 25 verwendet wird.
Ein hinteres Ende der Antriebswelle 5 ist drehbar durch das radiale Lager 24 und das Drucklager 25 gestützt, während ein vorderes Ende der Antriebswelle 5 drehbar durch ein radiales Lager 26 gestützt ist.
Ein Verbindungsdurchgang 31 ist zwischen der Ansaugkammer 13 und dem Kurbelgehäuse 8 für eine Verbindung zwischen diesen gebildet und ein Druck-Steuerventil 32 ist an einem Zwischenabschnitt des Verbindungsdurchgangs 31 zum Steuern des Drucks in der Ansaugkammer 13 und des Drucks in dem Kurbelgehäuse 8 vorgesehen.
Die Antriebswelle 5 hat einen Druckflansch (Drehelement) 40, der fest an einem vorderen Abschnitt davon zum Übertragen eines Drehmoments von der Antriebswelle 5 an die Taumelscheibe 10 angebracht ist. Der Druckflansch 40 ist drehbar an einer Innenwand des vorderen Kopfs 4 durch ein Drucklager 33 gestützt. Der Druckflansch 40 und die Taumelscheibe 10 sind miteinander über eine Verbindung (Verbindungseinrichtung) 41 verbunden. Die Taumelscheibe 10 kann in Bezug auf eine imaginäre Ebene senkrecht zur Antriebswelle 5 kippen.
Die Verbindung 41 besteht aus einem Bügel 10e, der an einer Vorderfläche 10c der Taumelscheibe 10 gebildet ist, einer linearen Führungsnut 10f, die in dem Bügel 10e gebildet ist, und einem Stab 43, der in eine Oberfläche 40a des Druckflansches 40 an der Taumelscheibenseite eingeschraubt ist. Die Längsachse der Führungsnut 10f ist in einem vorbestimmten Winkel in Bezug auf die Vorderfläche 10c der Taumelscheibe 10 geneigt. Ein kugelförmiges Ende 43a des Stabes 43 ist gleitend in die Führungsnut 10f eingepasst.
Die Taumelscheibe 10 hat ein zentrales Durchgangsloch 9, durch welches sich die Antriebswelle 5 erstreckt. Die Taumelscheibe 10 ist axial gleitend an der Antriebswelle 5 kippbar angebracht, d. h. so dass ihr Winkel in Bezug auf die imaginäre Ebene senkrecht zur Antriebswelle 5 variiert werden kann. Eine Spulenfeder 44 ist an der Antriebswelle 5 zwischen dem Druckflansch 40 und der Taumelscheibe 10 angebracht, um die Taumelscheibe 10 in Richtung des Zylinderblocks 1 zu zwingen. Weiterhin hat die Antriebswelle 5 einen daran angebrachten Stopper 45 und eine Spulenfeder 47 ist an der Antriebswelle 5 zwischen dem Stopper 45 und der Taumelscheibe 10 angebracht, um die Taumelscheibe 10 in Richtung des Druckflansches 40 zu zwingen.
Wenn der Kompressor in Betrieb ist, nimmt ungefähr die Hälfte des äußeren Umfangs (Bereich auf der Kompressionskolbenseite) der Taumelscheibe 10 Kompressions-Reaktionskräfte P von den Kompressionskolben 7 auf, während die ungefähr andere Hälfte des äußeren Umfangs (Bereich auf der Ansaugkolbenseite) desselben die Zugreaktionskräfte T von den Kolben während des Ansaughubs 7 aufnimmt. In der 5 ist die obere Hälfte des äußeren Umfangs der Taumelscheibe 10 in Bezug auf die Achse (X-Achse) der Antriebswelle 5 der Bereich auf der Ansaugkolbenseite, während die untere Hälfte des äußeren Umfangs der Bereich auf der Kompressionskolbenseite ist. In der 7 ist die linke Hälfte der Taumelscheibe 10 in Bezug auf die Achse (X-Achse) der Antriebswelle 5 der Bereich auf der Ansaugkolbenseite, während die rechte Hälfte der Bereich auf der Kompressionskolbenseite ist, und in der 8 ist die linke Hälfte des äußeren Umfangs der Taumelscheibe 10 in Bezug auf eine Y-Achse orthogonal zur Achse (X-Achse) der Antriebswelle 5 der Bereich auf der Ansaugkolbenseite, während die rechte Hälfte des äußeren Umfangs davon der Bereich auf der Kompressionskolbenseite ist.
Wie in den 5, 7 und 8 gezeigt ist, ist die Verbindung 41 versetzt (um einen Versatzbetrag OH) in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite. Insbesondere sind die Führungsnut 10f, die in der Taumelscheibe 10 gebildet ist, und der Stab 43, dessen kugelförmiges Ende 43a in der Führungsnut 10f angebracht ist, die beide essentielle Teile der Verbindung 41 sind, nicht an einer Grenze zwischen dem Bereich auf der Ansaugkolbenseite und dem Bereich auf der Kompressionskolbenseite angeordnet, sondern in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite um einen vorbestimmten Betrag (Versatzbetrag) verschoben.
Weiterhin wird mit dem Versatz der Verbindung 41 in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite ein in der 8 dargestelltes Ausgleichsgewicht W verschoben in eine Richtung weg von der Führungsnut 10f (d. h. von einer Stelle, gezeigt durch eine durchgezogene Linie zu einer Stelle, gezeigt durch eine Strich-Punkt-Linie), um ein Rotationsgleichgewicht der Taumelscheibe 10 aufrechtzuerhalten.
Nun wird der Betrieb des Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung der obigen Bauart beschrieben.
Ein Drehmoment von einem nicht gezeigten Motor, der in einem nicht gezeigten Kraftfahrzeug eingebaut ist, wird an die Antriebswelle 5 zur Rotation derselben übertragen. Ein Drehmoment von der Antriebswelle 5 wird an die Taumelscheibe 10 über den Druckflansch 40 und die Verbindung 41 übertragen, um die Taumelscheibe 10 zu drehen.
Wenn sich die Taumelscheibe 10 dreht, gleiten die Schuhe 50 entlang der Gleitflächen 10a. Auf Grund des Winkels, in dem die Taumelscheibe in Bezug auf die imaginäre Ebene senkrecht zur Kurbelwelle montiert ist, wird das Drehmoment, das von der Taumelscheibe 10 übertragen wird, in die Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 7 umgewandelt. Wenn sich der Kolben 7 in der Zylinderbohrung 6 hin- und herbewegt, ändert sich das Volumen der Kompressionskammer in der Zylinderbohrung 6. Als Folge wird nacheinander Kühlmittelgas in der Kompressionskammer angesaugt, komprimiert und zugeführt, wodurch Hochdruck-Kühlmittelgas von der Kompressionskammer in einer Menge entsprechend der Neigung der Taumelscheibe 10 zugeführt wird. Während des Ansaughubs öffnet sich das Ansaugventil 21, um Niederdruck-Kühlmittelgas von der Ansaugkammer 13 in die Kompressionskammer in der Zylinderbohrung 6 zu ziehen. Während des Entladezyklus öffnet sich das Auslassventil 17, um Hochdruck-Kühlmittelgas von der Kompressionskammer der Auslasskammer 12 zuzuführen.
Wenn die Wärmebelastung auf den Kompressor abnimmt, schließt das Drucksteuerventil 32 den Verbindungsdurchgang 31, wodurch der Druck in dem Kurbelgehäuse 8 steigt, um die Neigung der Taumelscheibe 10 zu erhöhen. Als Folge davon nimmt die Hublänge des Kolbens 7 ab, um die Zufuhrmenge oder Förderleistung des Kompressors zu reduzieren. In der Zwischenzeit gleitet das kugelförmige Ende 43a des Stabs 43 der Verbindung 41 entlang der Führungsnut 10f zu einem Ende davon.
Wenn die Wärmebelastung des Kompressors zunimmt, öffnet das Drucksteuerventil 32 den Verbindungsdurchgang 31, wodurch der Druck in dem Kurbelgehäuse 8 sinkt, um die Neigung der Taumelscheibe 10 zu erhöhen. Folglich steigt die Hublänge des Kolbens 7, um die Zufuhrmenge oder Förderleistung des Kompressors zu erhöhen. In der Zwischenzeit gleitet das kugelförmige Ende 43a der Stange 43 der Verbindung 41 entlang der Führungsnut 10f zu dem anderen Ende davon.
Wenn der Kolben 7 sich linear hin- und herbewegt, nimmt die Taumelscheibe 10 immer Kompressions-Reaktionskräfte P von den Kolben 7 während des Kompressionshubs auf, d. h. Kräfte der Kolben 7 während des Kompressionshubs, die wirken, um die Taumelscheibe 10 zu schieben sowie Zugreaktionskräfte T von den Kolben 7 während des Ansaughubs, d. h. Kräfte der Kolben 7 während des Ansaughubs, die wirken, um die Taumelscheibe 10 zu ziehen, was in den 5 und 7 gezeigt ist.
Die Kompressions-Reaktionskräfte wirken in entgegengesetzter Richtung zu den Zugreaktionskräften. Da jedoch die Verbindung 41 zu einer vorbestimmten Stelle in dem Bereich auf der Kompressionskolbenseite versetzt ist, wirkt eine Kompressionsreaktionskraft F3, d. h. eine Komponente der Summe P der Kompressionsreaktionskräfte als negative Zugreaktionskraft auf einen Punkt L3, der auf einer Ansaugkolbenseite der Taumelscheibe 10 in Bezug auf einen Hebeldrehpunkt P2 angeordnet ist, was in der 9 gezeigt ist.
Folglich wird die Summe P der Kompressionsreaktionskräfte (F1 + F2) im Wesentlichen gleich der Summe (ΣFi + F3) der Zugreaktionskräfte T, welche einen negativen Wert annimmt oder in dieselbe Richtung wirkt wie die Kompressionsreaktionskräfte.
Deshalb nimmt das Torsionsmoment Mt um den Hebeldrehpunkt P2 auf einen extrem geringen Wert ab.
10 zeigt, dass, wenn eine Bohrungssteigung 80 mm beträgt, der Wert des Torsionsmoments MT viel kleiner ist, wenn die Versatzmenge OH 10 bis 20 mm beträgt, als wenn die Versatzmenge OH gleich 0 ist. Das Torsionsmoment MT hat den minimalen Wert wenn OH = 15 mm, vorausgesetzt, dass der Ansaugdruck Ps = 1,8 bar (Kgf/cm²), der Auslassdruck Pd = 15,5 bar (Kgf/cm²) und die Drehzahl N = 1800 U/min sind.
Gemäß dem Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung der Ausführungsform nimmt das Torsionsmoment, das auf die Taumelscheibe 10 wirkt, auf einen extrem kleinen Wert ab, da die Verbindung 41 in Richtung des Bereichs auf der Kompressionskolbenseite versetzt ist. Folglich nimmt die Last, die auf das zentrale Durchgangsloch 9 der Taumelscheibe 10 wirkt, wenn das zentrale Durchgangsloch 9 in Eingriff mit der Antriebswelle 5 gebracht wird, ab, wodurch die axiale Bewegung (Kippbewegung) der Taumelscheibe 10 leichtgängig wird. Dadurch kann die Steuerbarkeit des Kompressors verbessert werden und gleichzeitig ein Abrieb der Kontaktabschnitte der Taumelscheibe 10 und der Antriebswelle 5 und ein dadurch resultierendes Blockieren des Kompressors verhindert werden.
Obwohl gemäß der obigen Ausführungsform die Verbindung 41 aus dem Bügel 10e, der linearen Führungsnut 10f, die in dem Bügel 10e gebildet ist, und der Stange 43 besteht, die in die Oberfläche 40a des Druckflansches 40 auf der Taumelscheibenseite eingeschraubt ist, ist dies nicht einschränkend, die Verbindung kann jedoch durch einen Arm, der an einer vorderseitigen Oberfläche der Taumelscheibe gebildet ist, einen Schlitz, der durch den Arm geformt ist, ein Paar Vorsprünge, die an der Oberfläche des Druckflansches auf der Taumelscheibenseite gebildet sind und einen Stift, der sich zwischen den zwei Vorsprüngen erstreckt und in den Schlitz eingreift, gebildet sein. Die Verbindung mag jegliche Bauart aufweisen, solange die Verbindung die Taumelscheibe 10 mit dem Druckflansch 40 so verbinden kann, dass eine Änderung des Winkels der Taumelscheibe 10 möglich ist.
Es ist dem Fachmann weiterhin klar, dass die vorstehende die bevorzugte Ausführungsform ist und Variationen der Erfindung und verschiedene Änderungen und Modifikationen erfolgen können, ohne die Idee und den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Claims

Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung, der aufweist: eine Antriebswelle (5), einen Zylinderblock (1), der durch diese hindurch gebildet ist mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen (6), eine Mehrzahl von Kolben (7), die gleitend in entsprechenden der Zylinderbohrungen (6) aufgenommen sind, ein drehbares Element (40), das fest an der Antriebswelle (5) für eine gemeinsame Drehbewegung mit dieser angebracht ist, eine Taumelscheibe (10), die an der Antriebswelle (5) so montiert ist, dass sie in Bezug auf eine imaginäre Ebene senkrecht zur Antriebswelle (5) gekippt ist und axial entlang der Antriebswelle (5) gleiten kann, und eine Gleitfläche (10a) und ein zentrales Durchgangsloch (9) hat, durch welches sich die Antriebswelle (5) erstreckt, eine Verbindungseinrichtung (41), die zwischen dem drehbaren Element (40) und der Taumelscheibe (10) angeordnet ist zum kippbaren Verbinden der Taumelscheibe (10) mit dem drehbaren Element (40), um zu bewirken, dass die Taumelscheibe (10) sich zusammen mit dem drehbaren Element (40) dreht, eine Mehrzahl von Schuhen (50), die jeweils an der Gleitfläche (10a) der Taumelscheibe (10) angeordnet sind zum Gleiten entlang eines Umfangs der Taumelscheibe (10), während sich die Antriebswelle (5) dreht, eine Mehrzahl von Verbindungsstäben (11), von welchen jeder ein Ende (11a) hat, das gleitend mit einem entsprechenden der Schuhe (50) verbunden ist, und das andere Ende (11b) mit einem entsprechenden der Kolben (7) verbunden ist, einen Halter (53), der an der Taumelscheibe (10) so angeordnet ist, dass der Halter (53) in Bezug auf die Taumelscheibe (10) drehbar ist, zum Halten der Schuhe (50), und ein Haltemittel-Stützelement (55), das fest an der Taumelscheibe (10) angebracht ist, um den Halter (53) gleitend zu stützen, wobei eine Hublänge jedes der Kolben (7) sich entsprechend einer Neigung der Taumelscheibe (10) ändert, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungseinrichtung (41) um einen vorbestimmten Betrag von einer Grenze zwischen einem Bereich einer Kompressionskolbenseite, welcher Kompressions-Reaktionskräfte (P) von einigen der Kolben (7) während eines Kompressionshubs aufnimmt, und einem Bereich einer Ansaugkolbenseite, welcher Zugreaktionskräfte (T) von einigen der Kolben (7) während des Ansaughubs aufnimmt, in Richtung zum Bereich der Kompressionskolbenseite versetzt ist.
Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung nach Anspruch 1, wobei die Verbindungseinrichtung (41) einen Bügel (10e), der an einer Fläche (10c) der Taumelscheibe (10) auf der Seite des drehbaren Elements gebildet ist, eine lineare Führungsnut (10f), die in dem Bügel (10e) mit einer Neigung in Bezug auf die Fläche (10c) der Taumelscheibe (10) auf der Seite des drehbaren Elements gebildet ist, und einen Stab (43) aufweist, der in eine Fläche (40a) des drehbaren Elements auf der Seite der Taumelscheibe eingeschraubt ist und einen kugelförmigen Endabschnitt (43a) hat, der gleitend in die Führungsnut (10f) eingesetzt ist, wobei die Führungsnut (10f) und der Stab (43) in Richtung zum Bereich der Kompressionskolbenseite um den genannten vorbestimmten Betrag versetzt sind.
Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung nach Anspruch 1 oder 2, wobei der vorbestimmte Betrag des Versatzes 10 bis 20 mm beträgt.