EP1899605B1 - Steuerungsventil für einen kältemittelverdichter und kältemittelverdichter - Google Patents

Steuerungsventil für einen kältemittelverdichter und kältemittelverdichter Download PDF

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EP1899605B1
EP1899605B1 EP06776125A EP06776125A EP1899605B1 EP 1899605 B1 EP1899605 B1 EP 1899605B1 EP 06776125 A EP06776125 A EP 06776125A EP 06776125 A EP06776125 A EP 06776125A EP 1899605 B1 EP1899605 B1 EP 1899605B1
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EP
European Patent Office
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control
pressure
suction
refrigerant compressor
delivery
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EP06776125A
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Joan Aguilar Rojas
Roland Cäsar
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Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Daimler AG
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Publication date
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Definitions

  • the invention relates to a control valve for a refrigerant compressor according to the preamble of patent claim 1 and a refrigerant compressor according to the preamble of patent claim 8.
  • a refrigerant compressor having a plurality of operating in a drive housing displacement piston, which are driven by a via a drive shaft, a pulley and the belt drive of a drive assembly of a motor vehicle driven swash plate in its conveying movement.
  • the pistons define an axial lifting movement of the associated cylinder bores.
  • the delivery rate of the refrigerant compressor is adjustable via the drive housing pressure p c acting in the cavity of the drive housing, which acts on the rear side facing away from the displacement side of the piston.
  • the Drive housing of the refrigerant compressor with the suction pressure p s having suction chamber and the delivery pressure p D having delivery chamber connected. It is commonly set in the conveying operation of the compressor via a rigidly throttled, permanently open line to the suction chamber and controlled by a valve throttled connection to the delivery chamber of the drive housing pressure p c .
  • the EP 1 033 489 A2 discloses a control valve for a refrigerant compressor for controlling the delivery rate of the refrigerant compressor via adjustment of a drive housing pressure p c of the refrigerant compressor, wherein a control body of the control valve is electromagnetically and driven by a pressure cell and the control body on the one hand a delivery-side control line between a high pressure p D of the compressor loaded delivery chamber and the drive housing of the compressor and on the other hand, a suction-side control line between the drive housing and a suction pressure p s acted upon suction chamber of the compressor changeable throttles and / or shut-off and thereby shut off both the delivery side and the suction side control line.
  • a valve with essentially the same construction and function is also in the EP 0 396 017 A disclosed.
  • the object of the invention is to further improve delivery capacity and control of the refrigerant compressor.
  • a refrigerant compressor or a compressor controlled by such a valve has delivery pistons operating in a drive housing, which perform in an associated cylinder bore of the drive housing alternating strokes.
  • the delivery pistons are moved between a displacement end position delimiting a displacement movement on the one hand and an intake stroke which delimits an intake movement.
  • the displacement movement is directed towards a cylinder bore of the drive housing of the displacement side of the delivery piston opposite limiting valve plate out.
  • the valve plate has two counter-closing check valves, via which the cylinder bore is connected on one side with a suction chamber of the compressor and on the other hand with a delivery chamber of the compressor.
  • the delivery pistons are driven by a swashplate rotating in the drive housing and adjustable in its angle of attack.
  • the swash plate is driven via an associated axle, a seated on the axle pulley and the belt drive of a drive unit of the motor vehicle.
  • the drive housing of the refrigerant compressor forms in the rotation range of the swash plate a with the displacement side of the delivery piston remote from the rear side in communication, hermetically sealed cavity in which.ein drive housing pressure p c acts.
  • drive housing pressure p c acts.
  • a change in the angle of attack of the swash plate is done by adjusting the force acting on the rear sides of the piston drive housing pressure p c .
  • the cavity of the drive housing via two control lines on the one hand with a delivery pressure p D having delivery chamber and the other with a suction pressure p S having suction chamber of the refrigerant compressor is connected, these lines are controllable via a control valve of the refrigerant compressor.
  • the control valve has a control body acting on both control lines, which is electromagnetically driven, so that via an associated control, for example, acting against a spring force magnetic force and about a control position of the control body is adjustable.
  • the control valve and / or refrigerant compressor are both the delivery side and the suction side Control line controlled throttleable or lockable.
  • the suction-side control line can be closed or greatly throttled during operation of the compressor, so that the bypass flow of conventional control valves and refrigerant compressors, which is discharged at the unchangeable throttled suction-side control line from the drive housing to the suction chamber, greatly reduced to improve the cooling capacity, or avoided.
  • the present control valve or the refrigerant compressor on a control body which is driven by a pressure cell is.
  • a pressure cell allows the drive of the control body as a function of pressure variables or pressure differences occurring at the refrigerant compressor or at the refrigerant circuit, so that certain operating pressure states of the refrigerant compressor can flow directly into the control of the control body.
  • the pressure box allows an improvement of the control valve by taking into account direct state variables at the refrigerant compressor.
  • a pressure box for driving the control body which monitors the pressure difference of atmospheric pressure p A of the vehicle environment and suction pressure p s .
  • the control of the control body for mutual opening of the delivery-side control line to reduce the delivery at too low suction pressure and the suction-side control line to increase the flow rate of the refrigerant compressor at high suction pressure. Due to the direct detection of the suction pressure of the refrigeration system and a suction pressure-dependent control of the refrigerant compressor in particular cooling losses and fluctuations, which may occur, for example, in a evaporator temperature-dependent control avoided.
  • the magnetic reaction of the solenoid controlling the control body takes place directly on the control body or an armature fastened to the control body.
  • the force of the electromagnetic effect of the coil on the control body of the control valve act directly and can be considered particularly advantageous as a control variable component given Kraftwegönn the control body, for example, for throttling control of an associated opening.
  • This is particularly advantageous in a combined control of the control body with the aid of various force-applying elements, such as springs or pressure cans.
  • control valve or the refrigerant compressor in undisturbed operation and condition of the associated refrigeration system, the control body occupies a rest position when switching off the refrigeration system operation in which the suction-side control line is locked. This can be achieved by appropriate vote of the involved Feder Thetician drive and switching elements, preferably in this state, the control valve and the associated control is de-energized.
  • the control valve and the associated control By blocking the suction-side control line of the control valve, a deposition of refrigerant condensate in the drive housing of the refrigerant compressor is reduced or avoided during standstill of the refrigeration system, so that when restarting the refrigerant compressor after prolonged shutdown of the refrigeration system improved start cooling capacity is reached.
  • a particular embodiment of the control valve provides that the pressure cell brings the control body at lowering the suction pressure below an associated minimum operating value in a position releasing the conveying side control line. It is thereby achieved that, for example, in the case of leaks in the refrigerant circuit, damage to the refrigerant compressor caused by readjustment of the refrigerating capacity control does not occur if the swash plate is over-tightened, but that by disengaging the delivery-side control line Swash plate brought into neutral position and thus damage can be avoided.
  • control valve and / or the compressor shuts off both control lines simultaneously in a control position. It can thus be controlled in addition to a conveyor-side control line releasing and thus the delivery line lowering control mode, and the suction-side control line releasing and thus increasing the flow rate of the refrigerant compressor control operation holding mode, in which both the suction side and the feed side control line is locked, and thus the set flow rate can be maintained without further control interventions, as well as without the flow rate reducing Beipassstrom the refrigerant via the control lines.
  • control valve and / or the refrigerant compressor In order to ensure a particularly easy to control and functionally reliable operation of the control valve and / or the refrigerant compressor is provided in an embodiment of the control valve or the compressor that the control body is movable over an intermediate position away between two end positions, wherein blocked in a first end position, the conveyor-side control line is, in the intermediate position both Control lines are locked and the suction-side control line is locked in a second end position.
  • control valve or the refrigerant compressor resulting from combinations of the above-mentioned embodiments, or from the drawings and their description.
  • the figures show an embodiment of a control valve or that of an associated refrigerant compressor.
  • FIG. 1 shows a refrigerant compressor of a motor vehicle 1, which is driven by a belt pulley 12 integrated in the belt drive of the drive unit of the motor vehicle.
  • the drive power is transmitted via the pulley 12 and a drive shaft 13, which is arranged sealed in a hermetically sealed drive housing 10 of the refrigerant compressor 1 to a rotatably connected to the drive shaft 13 swash plate 14.
  • the swash plate 14 In the drive housing 10 are provided with the swash plate 14 in engagement pistons 11, which perform an alternating stroke in an associated cylinder. Of the plurality of circumferentially distributed piston 11 only one is shown in the drawing.
  • the rotating swash plate 14 causes the drive of the piston 11 in the lifting movement.
  • the opposite, dead center of the stroke movement of the pistons which ends the suction movement, is variable.
  • the dead-end of the stroke movement ending the suction movement is determined by a force equilibrium between the pressure prevailing in the drive housing p c , which acts on the opposite side of the delivery side of the piston 11, and the pressure acting on the delivery side during the intake movement.
  • the refrigerant compressor 1 delivers refrigerant sucked to the suction line 4 of the refrigerant circuit with then increased pressure to the pressure line 3 of the refrigerant circuit.
  • the suction line 4 is connected to the refrigerant compressor 1 to the suction chamber 102, from which the piston 11 suck refrigerant.
  • the pressure line 3 of the refrigerant circuit is connected to the refrigerant compressor 1 to the delivery chamber 101, in which the piston 11 promote the compressed refrigerant.
  • the delivery pistons 11 of the refrigerant compressor are connected to the suction chamber 102, on the one hand, and the delivery chamber 101, on the other hand, via two non-return valves which determine the delivery direction and interlock.
  • the delivery-side control line 21 is connected to the conveying chamber 101 having the delivery pressure p c
  • the suction-side control line 22 is connected to the suction chamber 102 having the suction pressure p s .
  • the control line 21 is connected via the control chamber 211 and the lead portion 29 with the cavity of the drive housing 10.
  • opening the suction-side control line 22 this is connected via the associated control chamber 221 and the supply line section 28 with the cavity of the drive housing 10.
  • control valve 2 For controlled opening of the two control lines 21 and 22, the control valve 2 has a control body 20 which, when moving in the control bore in the two limiting the stroke of the control body 20 end positions of the control valve 2, the control lines 21 and 22 alternately opens and in one between the end positions arranged intermediate position closes both control lines 21 and 22, wherein the control body 20, the control lines in each case seals against the associated control chamber.
  • the control body 20 of the control valve 2 is driven in the control bore of the control valve 2 by means acting on the armature 201 of the control body 20 magnetic coil 24 and on the other hand by a resilient, in the interior with suction pressure p s acted upon pressure cell 23.
  • a regulated flow rate of the refrigerant compressor 1 an increase in the current flowing through the coil 24 via the increase in the associated magnetic force causes the control body 20 to move in the direction of releasing the suction-side control line 22, which is connected to the suction chamber 102 having the suction pressure p s is.
  • the control line 22 is released relative to the control chamber 221 of the control valve 2 and can reduce the drive housing pressure p c via the supply line section 28 of the control line.
  • suction pressure p s increases, a movement of the control body in the direction of an opening of the suction-side control line takes place, as in the case of the increase of the current flowing through the coil 24. As described, this results in an increase in the delivery rate of the refrigerant compressor, which in turn results in a decrease in the suction pressure p s in the suction chamber 102.
  • a reduction of the current flowing through the magnetic coil 24 and a decrease in the suction pressure p s in the suction chamber 102 of the refrigerant compressor both cause a rectified movement of the control body 20 of the control valve 2 of the refrigerant compressor in which starting from a control state of the control valve of the control valve 21 and 22 Control body 20 is moved in the direction of an opening of the delivery-side control line 21.
  • the current is turned off at the solenoid coil 24, thereby causing with the aid of the resilient action of the pressure cell 23 and any additional spring of the control body 20 in a conveyor-side control line 21 releasing and the suction-side control line 22 blocking position is moved.
  • the delivery-side control line 21 check valve, not shown in the drawing is usually provided.
  • the present coupled control of the control body - by the pressure can on the one hand and the solenoid on the other hand low vibration and easy to control operated.
  • a desired suction pressure With a constant excitation of the magnetic coil 24 can thus be adjusted via the additionally coupled to the control body 20 pressure cell 23, a desired suction pressure.
  • Increases the suction pressure p s for example, by stronger thermal load of the evaporator in the refrigerant circuit is brought by the pressure cell 23 of the control body 20 in a suction-side control line 22 releasing control position, so that as a result of the drive housing pressure p c reduced, the angle of attack of the control disk 14 and so that the capacity of the compressor - to compensate for the increased thermal load - be increased.
  • the suction pressure p s decreases until the level of the desired suction pressure is reached and the suction-side control line 22 is closed again via the pressure box 23 acting on the control body 20.
  • an exactly inverse action by effected by the pressure cell 23 enable the delivery-side control line 21.
  • the control circuit of the proposed control valve 2 and the refrigerant compressor 1 is small and therefore particularly stable, so that by regulating and adjusting the suction pressure control engagement of the pressure cell 23 20 control vibrations of the refrigeration cycle can be prevented on the control body. Changing thermal and drive-related loads on the refrigeration cycle are immediately recorded and readjusted.
  • About the advantageously strongly attenuated variable excitation of the solenoid coil 24 is a basic refrigerant line from the outside adjustable on the control valve 2.
  • FIGS. 2 to 4 show a conceptual representation of an embodiment of the control valve 2 of a refrigerant compressor 1 of a motor vehicle in various control positions.
  • the control valve is the same in all cases with regard to the components and their control-independent arrangement, so that descriptions of corresponding objects and situations in individual figures also apply to the other figures.
  • control valve 2 has in a housing on a control body 20 which is arranged with its cylindrical cross-section within a coordinated cylindrical control bore of the control valve 2 movable.
  • the control body 20 has partial bodies of different diameters.
  • On the control bore of the control valve 2 are on the one hand connected to the 'delivery pressure p D conveying side connected control line 21, one with the suction pressure p s having suction side connected control line 22, and the supply line sections 28 and 29 of the control lines to Drive housing of the refrigerant compressor connected.
  • the central locking body of the control body 20 is divided by completely circumferential sealing abutment against the outer wall of the cylindrical control bore this control bore in a delivery-side control chamber 211 and a suction-side control chamber 221nd These are each connected to the associated drive housing side connected control line sections 28 and 29.
  • the control body 20 may be divided into two adjacent in the axial direction locking body, which are connected by a relative to the two locking bodies in the radial direction constricted push rod, wherein the push rod releases a central control chamber, which is bounded laterally by the blocking bodies.
  • the locking body alternately release the two control lines with respect to the central control chamber, which is connected via a supply line section with the cavity of the drive housing.
  • an electromagnetically operable control coil 24 is arranged in the interior of the control bore. This magnetically acts on an associated armature 201 of the control body 20.
  • the control body 201, the control bore in the radial direction substantially filling at the central opening of the coil 24 is arranged.
  • the armature 201 is connected via a radially reduced as armature connecting rod 202, the local control chamber 211 free-saving region of the control body 20 to the central Störisson.
  • a coil spring 25 In the inner opening of the coil 24 is a coil spring 25, which supports the control body 20 against the magnetic attraction direction.
  • An excitation of the coil 24 causes by the magnetic effect of a tightening of the armature 201 of the control body 20 so that it is moved by increasing the current in the coil 24 with its central locking body in the direction of the delivery-side control line 21.
  • the control body 20 On the opposite side of the armature, the control body 20 has a again designed as a connecting rod 203 in the radial direction executed portion which is sealed carried out through an associated bore of the housing of the control valve to a pressure can chamber 261 and connected to a pressure cell 23.
  • the pressure can chamber 261 is connected via a supply line 26 with atmospheric pressure vehicle environment.
  • the resiliently designed pressure cell 23 is arranged, which is hermetically sealed with its interior relative to the pressure can chamber, and is connected with its interior via the feed line 27 to the suction pressure p s having suction side of the refrigerant compressor.
  • An increase in the suction pressure p s thus causes a displacement of the locking body of the control body 20 in the direction of the delivery-side control line 21.
  • a reduction of the suction pressure p s causes an opposite movement of the control body 20 in the direction of the suction-side control line 22nd
  • FIG. 2 shows a control state of the control valve 2, in which the central locking body 20, the delivery-side control line 21 via the delivery-side control chamber 211 with the connected to the drive housing of the compressor control line section 29.
  • the central locking body of the control body 20 blocks the suction-side control line 22 relative to the drive housing of the compressor from.
  • This control position is taken in particular in two operating cases of the refrigerant compressor. On the one hand, this is the case when the refrigeration system is switched off, that is to say in a quiescent operating state, and, on the other hand, when controlling a delivery capacity reduction at the refrigerant compressor.
  • the currentless coil 24 of the control valve 2 that at this point no the control body 20 in the direction of the delivery-side control line 21 moving force on the control body 20 is initiated.
  • the resilient action of the pressure cell 23 or in the present case supported by the spring 25 causes against the pressure applied in the pressure box 23 worshipsaug réelle on the suction side of the refrigerant circuit, the assumption of the shown control position of the control body 20 in the control valve 2.
  • the delivery-side control line 21 via the Control chamber 211 and the control line section 29 connected to the drive housing of the refrigerant compressor.
  • suction-side control line is sealed by the central locking body of the control body 20 relative to the drive housing of the compressor, so that the entry of condensing refrigerant over the open suction-side control line is avoided at longer stationary refrigeration cycle.
  • the suction pressure p s on the suction side of the compressor lowers and causes a lowering of the pressure in the supply line 27 connected to the suction side
  • the control body 20 is moved in the direction of the suction-side control line 22 via the connecting rod 203, so that when the suction-side control line 22 is closed, the delivery-side control line 21 is released.
  • control position of the control valve 2 may be similar to the in FIG. 2 shown control position may also be provided as a rest position of the control valve, in which case both the delivery-side control line 21 and the suction-side control line 22 are locked.
  • FIG. 3 illustrated control position of the control valve 2 is taken when the delivery of the refrigerant compressor coincides with the provided by the control of the refrigeration system basic delivery.
  • the direction of force of the magnetic force of the coil 24 rectified force of the suction pressure p s in the pressure cell 23 causes the taking of the position of the control body 20 shown in the control bore of the control valve 2, wherein both the delivery-side control line 21 and the suction side Control line 22 relative to the associated control chambers 211 and 221 or connected thereto and connected to the drive housing 10 of the refrigerant compressor 1 control line section 28 and 29 are locked.
  • control state of the control valve 2 causes an increase in the capacity of the refrigerant compressor, which can be done for example by increasing the demand for the basic cooling through the control of the refrigeration cycle - driven by increased current to the coil 24 or at an unchanged actuated basic cooling via a voltage applied to the refrigerant compressor increased suction pressure p s acting on the pressure cell 23.
  • control positions of the control valve 2 can be taken alternately during operation of the refrigerant compressor by different effects.
  • a displacement of the control body 20 is effected by increasing the current of the coil 24 in the direction of blocking the delivery-side control line and reducing the current of the coil 24 in the direction of blocking the suction-side control line.
  • a change of suction pressure p s which rests in the interior of the pressure cell 23, and / or magnetic force of the coil 24 to the armature 201 causes a change in force in the equilibrium of magnetic force, spring forces of coil spring 25 and pressure cell 23 and pressure can force due to the differential pressures applied there.
  • a changed position of the blocking body 204 of the control body 20 is effected until the setting of a new equilibrium of forces.
  • control valve 2 causes a change in the cooling capacity of the refrigerant compressor and thereby a Saugdruckver selectedung which has a control action against the control intervention counteracting and thus the control body 20 again in holding control position effect.
  • a correspondingly changed energization of the coil 24 causes a change in magnetic force on the armature 201 of the control body 20.
  • the forces are transmitted from the armature 201 via the connecting rod 202 on the central locking body 204 of the control body 20 and the push rod 203 on the active surface of the pressure cell 23 having the front of the pressure cell.
  • An altered magnetic force thus causes the intake of the middle holding position of the control body at a corresponding to the change in the magnetic force changed force of the pressure cell 23 and thus at a corresponding to their effective area changed suction pressure.
  • the target suction pressure can be changed at which the holding control position of the control valve 2 is taken.
  • a variable operating point of the refrigerant compressor can be adjusted, via the pressure box 23 this operating point in direct force equilibrium between magnetic force spring elements involved and force of the pressure cell a substantially constant suction pressure p s belonging to Adjusted via the solenoid coil operating point, or changed balance of power regulates.

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Description

  • Die Erfindung betrifft ein Steuerungsventil für einen Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff des Patenanspruchs 1 und einen Kältemittelverdichter nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 8.
  • In der DE 38 22 465 A1 ist ein Kältemittelverdichter offenbart, der mehrere in einem Antriebsgehäuse arbeitende Verdrängungskolben aufweist, welche von einer über eine Antriebswelle eine Riemenscheibe und den Riementrieb eines Antriebsaggregates eines Kraftfahrzeugs angetriebene Taumelscheibe in ihrer Förderbewegung angetrieben werden. Die Kolben legen dabei eine in axialer Richtung der zugehörigen Zylinderbohrungen ausgerichtete, alternierende Hubbewegung aus. Die Förderleistung des Kältemittelverdichters ist über den im Hohlraum des Antriebsgehäuses wirkenden Antriebsgehäusedruck pc einstellbar, der auf die der Verdrängungsseite der Kolben abgewandte Rückseite wirkt. So kann ausgehend von einer maximalen Förderleistung des Verdichters durch Erhöhung des Antriebsgehäusedrucks pc die Ansaugbewegung der Kolben bis zur Einstellung einer minimalen Förderleistung beziehungsweise bis zum Ausschalten der Förderleistung reduziert werden. Zum Einstellen des die Förderleistung vorgebenden Antriebsgehäusedrucks pc ist das Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters mit der den Saugdruck ps aufweisenden Saugkammer und der den Förderdruck pD aufweisenden Förderkammer verbunden. Dabei wird gängigerweise im Förderbetrieb des Verdichters über eine starr gedrosselte, dauerhaft geöffnete Leitung zur Saugkammer und eine durch ein Ventil gesteuerte drosselbare Verbindung zur Förderkammer des Antriebsgehäusedruck pc eingestellt.
  • Die EP 1 033 489 A2 (nächsten Stand den Technik) offenbart ein Steuerungsventil für einen Kältemittelverdichter zur Steuerung des Fördergrades des Kältemittelverdichters über Einstellung eines Antriebsgehäusedrucks pc des Kältemittelverdichters, wobei ein Steuerkörper des Steuerungsventils elektromagnetisch und durch eine Druckdose angetrieben ist und der Steuerkörper einerseits eine förderseitige Steuerleitung zwischen einer mit Hochdruck pD des Verdichters beaufschlagten Förderkammer und dem Antriebsgehäuse des Verdichters und andererseits eine saugseitige Steuerleitung zwischen dem Antriebsgehäuse und einer mit Saugdruck ps beaufschlagten Saugkammer des Verdichters veränderbar drosselnd und/oder absperrend steuert und dabei sowohl die förderseitige als auch die saugseitige Steuerleitung absperren kann.
  • Ein Ventil mit im Wesentlichen gleicher Bauweise und Funktion ist auch in der EP 0 396 017 A offenbart.
  • Aufgabe der Erfindung ist es, Förderleistung und Steuerung des Kältemittelverdichters weiter zu verbessern.
  • Die Aufgabe wird durch ein Steuerungsventil für einen Kältemittelverdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und durch einen Kältemittelverdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 8 gelöst. Ein derartiger, beziehungsweise ein von einem solchen Ventil gesteuerter Kältemittelverdichter weist in einem Antriebsgehäuse arbeitende Förderkolben auf, welche in einer zugehörigen Zylinderbohrunge des Antriebsgehäuses alternierende Hubbewegungen ausführen. Dabei sind die Förderkolben zwischen einer eine Verdrängungsbewegung begrenzend abschließenden Verdrängungsendstellung einerseits und einer eine Ansaugbewegung begrenzend abschließenden Ansaugendstellung bewegt. Dabei ist die Verdrängungsbewegung auf eine die Zylinderbohrung des Antriebsgehäuses der Verdrängungsseite der Förderkolben gegenüberliegend begrenzenden Ventilplatte hin gerichtet. Die Ventilplatte weist zwei gegensinnig schließende Rückschlagventile auf, über welche die Zylinderbohrung einerseits mit einer Saugkammer des Verdichters und andererseits mit einer Förderkammer des Verdichters verbunden ist.
  • Die Förderkolben werden durch eine im Antriebsgehäuse drehende und in ihrem Anstellwinkel verstellbare Taumelscheibe angetrieben. Die Taumelscheibe wird dabei über eine zugehörige Achse, eine auf der Achse sitzende Riemenscheibe und den Riementrieb eines Antriebsaggregates des Kraftfahrzeugs angetrieben. Das Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters bildet im Drehbereich der Taumelscheibe einen mit der der Verdrängungsseite der Förderkolben abgewandten Rückseite in Verbindung stehenden, hermetisch abgedichteten Hohlraum, in welchem.ein Antriebsgehäusedruck pc wirkt. Bei gleich bleibender Verdrängungsendstellung der Kolben kann über die Veränderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe die Ansaugendstellung der Kolben eingestellt werden. Dadurch ist die Förderleistung des Kältemittelverdichters veränderbar.
  • Eine Veränderung des Anstellwinkels der Taumelscheibe erfolgt durch Einstellung des auf die Rückseiten der Kolben wirkenden Antriebsgehäusedrucks pc. Dazu ist der Hohlraum des Antriebsgehäuses über zwei Steuerleitungen einerseits mit einer einen Förderdruck pD aufweisenden Förderkammer und andererseits mit einer einen Saugdruck pS aufweisenden Ansaugkammer des Kältemittelverdichters verbunden, wobei diese Leitungen über ein Steuerungsventil des Kältemittelverdichters steuerbar sind. Dabei weist das Steuerungsventil einen auf beide Steuerungsleitungen wirkenden Steuerkörper auf, der elektromagnetisch angetrieben wird, so dass über eine zugehörige Steuerung beispielsweise eine entgegen einer Federkraft wirkende Magnetkraft und darüber eine Steuerstellung des Steuerkörpers einstellbar ist.
  • Beim Steuerungsventil und/oder Kältemittelverdichter sind dabei sowohl die förderseitige als auch die saugseitige Steuerleitung gesteuert drosselbar beziehungsweise absperrbar. Dadurch kann während des Betriebes des Verdichters die saugseitige Steuerleitung verschlossen oder stark gedrosselt werden, so dass der Bypassstrom herkömmlicher Steuerungsventile und Kältemittelverdichteren, der an der unveränderbar gedrosselten saugseitigen Steuerleitung vom Antriebsgehäuse zur Saugkammer abgeführt wird, zur Verbesserung der Kälteleistung stark verringert, beziehungsweise vermieden ist.
  • Da eine Ansteuerung eines die saugseitige Steuerungsleitung sperrenden, insbesondere aber eines diese gezielt drosselnden Steuerungzustandes mit einem ausschließlich elektromagnetisch angetriebenen Steuerkörper insbesondere in Ermangelung erfasster Zustandsgrößen des Kältemittelkreislaufs nur schwer steuerbar ist, weist das vorliegende Steuerungsventil beziehungsweise der Kältemittelverdichter einen Steuerkörper auf, welcher durch eine Druckdose angetrieben ist. Eine derartige Druckdose ermöglicht den Antrieb des Steuerkörpers in Abhängigkeit von am Kältemittelverdichter oder am Kältemittelkreislauf auftretenden Druckgrößen beziehungsweise Druckdifferenzen, so dass bestimmte Betriebsdruckzustände des Kältemittelverdichters direkt in die Ansteuerung des Steuerkörpers einfließen können. Da die elektromagnetische Ansteuerung des Steuerkörpers in Abhängigkeit der vorliegenden Messstellen der zugehörigen Steuerung, beispielsweise auch nur in Abhängigkeit von sekundären Messgrößen wie beispielsweise einer Verdampferausströmtemperatur, geregelt werden, ermöglicht die Druckdose eine Verbesserung des Steuerungsventils durch Berücksichtigung direkter Zustandsgrößen am Kältemittelverdichter.
  • Bei einer Ausführungsform des Steuerungsventils ist eine Druckdose zum Antrieb des Steuerkörpers vorgesehen, welche die Druckdifferenz von atmosphärischem Druck pA der Fahrzeugumgebung und Saugdruck ps überwacht. Dadurch kann in Abhängigkeit eines Sollsaugdrucks die Ansteuerung des Steuerkörpers zum wechselseitigen Öffnen der förderseitigen Steuerleitung zum Verringern der Förderleistung bei zu geringem Saugdruck und der saugseitigen Steuerleitung zur Erhöhung der Förderleistung des Kältemittelverdichters bei zu hohem Saugdruck erfolgen. Durch die direkte Erfassung des Saugdruckes der Kälteanlage und eine saugdruckabhängige Ansteuerung des Kältemittelverdichters werden insbesondere Kälteleistungsverluste und -schwankungen, die beispielsweise bei einer verdampfertemperaturabhängigen Steuerung auftreten können, vermieden.
  • Zur besonders effektiven Ansteuerung des die beiden Steuerleitungen steuernden Steuerkörpers erfolgt bei einer besonderen Ausgestaltung des Steuerungsventils und/oder des Kältemittelverdichters die magnetische Wirkumsetzung der den Steuerkörper steuernden Magnetspule direkt am Steuerkörper beziehungsweise einem am Steuerkörper befestigten Anker. Dadurch kann die Kraft der elektromagnetischen Wirkung der Spule am Steuerkörper des Steuerungsventils direkt wirken und kann bei gegebenen Kraftwegeverhältnissen am Steuerungskörper beispielsweise zur drosselnden Steuerung einer zugehörigen Öffnung besonders vorteilhaft als Steuergrößenkomponente berücksichtigt werden. Dies ist insbesondere bei einer kombinierten Ansteuerung des Steuerungskörpers unter Zuhilfenahme verschiedener kraftbeaufschlagender Elemente, wie beispielsweise Federn oder Druckdosen von Vorteil. Dabei kann über die Ansteuerung der elektromagnetischen Spule ein Eingriff in das Kräftegleichgewicht am Steuerkörper zwischen federnden Elementen, Druckaufnehmer beziehungsweise Druckdose und Magnetwirkung erfolgen. Dadurch ist ein unterschiedlicher Betriebspunkt des Steuerungsventils, also ein veränderlicher Sollsaugdruck einstellbar, so dass wiederum eine veränderbare Grundkälteleistung des Verdichters steuerbar ist.
  • Bei einer Ausführungsform des Steuerungsventils beziehungsweise des Kältemittelverdichters ist vorgesehen, dass bei ungestörtem Betrieb und Zustand der zugehörigen Kälteanlage der Steuerkörper bei Abschalten des Kälteanlagenbetriebs eine Ruhestellung einnimmt in welcher die saugseitige Steuerleitung gesperrt ist. Dies kann durch entsprechende Abstimmung der beteiligten Federbeziehungsweise Antriebs- und Schaltelemente erreicht werden, wobei vorzugsweise in diesem Zustand das Steuerungsventil und die zugehörige Steuerung stromlos ist. Durch die Sperrung der saugseitigen Steuerleitung des Steuerungsventils wird während des Stillstands der Kälteanlage ein Ablagern von Kältemittelkondensat im Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters verringert, beziehungsweise vermieden, so dass bei erneutem Start des Kältemittelverdichters nach längerem Stillstand der Kälteanlage eine verbesserte Startkälteleistung erreicht ist.
  • Eine besondere Ausgestaltung des Steuerungsventils sieht vor, dass die Druckdose den Steuerkörper bei Absenken des Saugdrucks unter einen zugehörigen Minimalbetriebswert in eine die förderseitige Steuerleitung freigebende Stellung bringt. Dadurch wird erreicht, dass beispielsweise bei Undichtigkeiten des Kältemittelkreislaufs nicht über eine durch Nachregeln der Kälteleistungssteuerung hervorgerufene Beschädigung des Kältemittelverdichters bei zu stark angestellter Taumelscheibe erfolgt, sondern dass durch Freischalten der förderseitigen Steuerleitung die Taumelscheibe in Neutralstellung gebracht und auf diese Weise Beschädigungen vermieden werden.
  • Bei einer Ausführungsform des Steuerventils und/oder des Verdichters ist vorgesehen, dass der Steuerkörper in einer Steuerstellung beide Steuerungsleitungen gleichzeitig absperrt. Es kann somit neben einem die förderseitige Steuerleitung freigebenden und somit die Förderleitung senkenden Steuerbetriebszustand, sowie einem die saugseitige Steuerleitung freigebenden und somit die Förderleistung des Kältemittelverdichters erhöhenden Steuerungsbetrieb ein Haltebetriebszustand angesteuert werden, in welchem sowohl die saugseitige als auch die förderseitige Steuerleitung gesperrt ist, und somit die eingestellte Förderleistung ohne weitere Steuereingriffe, sowie ohne die Förderleistung senkenden Beipassstrom des Kältemittels über die Steuerleitungen gehalten werden kann. Ausgehend vom Steuerzustand mit beidseitig geschlossenen Steuerleitungen kann beispielsweise auch ein Haltebetriebszustand angesteuert werden, bei dem bei geschlossener förderseitiger Steuerleitung eine stark angedrosselte saugseitige Steuerleitung geöffnet wird, die dann nicht einen Bypassstrom der gesteuerten förderseitigen Steuerleitung abführt, sondern nur die an den Kolben auftretenden Leckagen beim Verdichten ausgleicht.
  • Um einen besonders einfach ansteuerbaren und funktionssicheren Betrieb des Steuerungsventils und/oder des Kältemittelverdichters sicherzustellen, ist bei einer Ausführungsform des Steuerungsventils beziehungsweise des Verdichters vorgesehen, dass der Steuerköper über eine Zwischenstellung hinweg zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei in einer ersten Endstellung die förderseitige Steuerleitung gesperrt ist, in der Zwischenstellung beide Steuerleitungen gesperrt sind und in einer zweiten Endstellung die saugseitige Steuerleitung gesperrt ist. Dadurch ist es ermöglicht, eine Betriebsgrundstellung vorzusehen, in welcher beide Steuerleitungen sowohl förderseitig als auch saugseitig gesperrt sind, beziehungsweise bei gesperrter förderseitiger Steuerleitung die saugseitige Steuerleitung stark angedrosselt ist, von der aus die beiden in ihrer Wirkung einander Entgegengerichteten Steuereingriffe zum Erhöhen beziehungsweise Senken der Förderleistung des Kältemittelverdichters aus der Betriebsgrundstellung des Steuerkörpers heraus in einander gegensinnig gerichteten Bewegungen ansteuerbar sind. Dadurch entfällt beispielsweise ein Überfahren eines gegensinnigen Steuerzustandes zur Ansteuerung eines gewollten Steuerzustandes aus der Betriebsgrundstellung heraus.
  • Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Steuerungsventils beziehungsweise des Kältemittelverdichters ergeben sich aus Kombinationen oben genannter Ausführungsformen, beziehungsweise aus dem Zeichnungen und ihrer Beschreibung.
  • Die Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Steuerungsventils beziehungsweise das eines zugehörigen Kältemittelverdichters.
  • Dabei zeigen:
    • Fig. 1
    Eine schematische Darstellung eines Kältemittelverdichters mit zugehörigem Steuerungsventil,
    Fig. 2
    ein Steuerungsventil in förderseitig geöffneter Steuerstellung,
    Fig. 3
    ein Steuerungsventil in einer Steuerungsstellung mit beidseitig geschlossener Steuerleitung, sowie
    Fig. 4
    ein Steuerungsventil mit saugseitig freigegebener Steuerleitung.
  • Figur 1 zeigt einen Kältemittelverdichter eines Kraftfahrzeugs 1, welcher über eine im Riementrieb des Antriebsaggregats des Kraftfahrzeugs eingebundene Riemenscheibe 12 angetrieben ist. Die Antriebsleistung wird über die Riemenscheibe 12 und eine Antriebswelle 13, welche gedichtet in einem hermetisch verschlossenen Antriebsgehäuse 10 des Kältemittelverdichters 1 angeordnet ist an eine drehfest mit der Antriebswelle 13 verbundene Taumelscheibe 14 übertragen. Im Antriebsgehäuse 10 sind mit der Taumelscheibe 14 in Eingriff stehende Kolben 11 vorgesehen, welche in einem zugehörigen Zylinder eine alternierende Hubbewegung ausführen. Von den mehreren auf dem Umfang verteilten Kolben 11 ist in der Zeichnung nur einer dargestellt. Die sich drehende Taumelscheibe 14 bewirkt dabei den Antrieb der Kolben 11 in der Hubbewegung. Während der die Verdrängungsbewegung der Kolben beendende Totpunkt in einer unveränderbaren Position des Kolbens erfolgt, ist der Entgegengesetzte, die Ansaugbewegung beendende Totpunkt der Hubbewegung der Kolben variabel. Der die Ansaugbewegung beendende Todpunkt der Hubbewegung ist durch ein Kräftegleichgewicht zwischen dem im Antriebsgehäuse herrschenden Druck pc , welcher auf die der Förderseite der Kolben 11 Entgegengesetzte Rückseite wirkt, und den bei der Ansaugbewegung auf der Förderseite wirkenden Druck bestimmt. Durch Variation des im Hohlraum des Antriebsgehäuse 10 herrschenden Drucks pc kann somit die Taumelscheibe 14 zwischen einem Anstellwinkel maximaler Förderleistung bei einem sehr geringen Antriebsgehäusedruck pc bis hin zu einem die Taumelscheibe vollständig flachstellenden und die Förderleistung auf Null reduzierenden Anstellwinkel verändert werden. Durch die Hubbewegung der Kolben 11 fördert der Kältemittelverdichter 1 an der Sauleitung 4 des Kältemittelkreislaufs angesaugtes Kältemittel mit dann erhöhtem Druck zur Druckleitung 3 des Kältemittelkreislaufs. Die Saugleitung 4 ist am Kältemittelverdichter 1 an der Saugkammer 102 angeschlossen, aus der die Kolben 11 Kältemittel ansaugen. Die Druckleitung 3 des Kältemittelkreislaufs ist am Kältemittelverdichter 1 an der Förderkammer 101 angeschlossen, in welche die Kolben 11 das verdichtete Kältemittel fördern. Die Förderkolben 11 des Kältemittelverdichters sind über zwei die Förderrichtung bestimmende und wechselseitig sperrende Rückschlagventile mit der Saugkammer 102 einerseits und der Förderkammer 101 andererseits verbunden.
  • Die Einstellung der Förderleistung des Kältemittelverdichters 1 während des Förderbetriebs über den im Antriebsgehäuse 10 herrschenden Drucks pc erfolgt über ein Steuerungsventil 2, welches den Druck pc über Steuerung zweier Steuerleitungen 21 und 22 einstellt. Die förderseitige Steuerleitung 21 ist mit der den Förderdruck pc aufweisenden Förderkammer 101, die saugseitige Steuerleitung 22 mit der den Saugdruck ps aufweisenden Saugkammer 102 verbunden. Bei entsprechender Öffnung der Steuerleitungen durch den Steuerkörper 20 ist die Steuerleitung 21 über die Steuerkammer 211 und den Zuleitungsabschnitt 29 mit dem Hohlraum des Antriebsgehäuses 10 verbunden. Bei Öffnung der saugseitigen Steuerleitung 22 ist diese über die zugehörige Steuerkammer 221 und den Zuleitungsabschnitt 28 mit dem Hohlraum des Antriebsgehäuses 10 verbunden.
  • Zur gesteuerten Öffnung der beiden Steuerleitungen 21 und 22 weist das Steuerungsventil 2 einen Steuerkörper 20 auf, welcher bei Bewegung in der Steuerbohrung in den beiden die Hubbewegung des Steuerkörpers 20 begrenzenden Endstellungen des Steuerventils 2 die Steuerleitungen 21 und 22 wechselweise öffnet und in einer zwischen den Endstellungen angeordneten Zwischenstellung beide Steuerungsleitungen 21 und 22 verschließt, wobei der Steuerkörper 20 die Steuerleitungen jeweils gegen die zugehörige Steuerkammer abdichtet.
  • Der Steuerkörper 20 des Steuerungsventils 2 wird in der Steuerbohrung des Steuerungsventils 2 mittels einer auf den Anker 201 des Steuerkörpers 20 wirkenden Magnetspule 24 und andererseits durch eine federnd nachgiebige, im Innenraum mit Saugdruck ps beaufschlagte Druckdose 23 angetrieben. Dabei bewirkt ausgehend von einer eingeregelten Förderleistung des Kältemittelverdichters 1 eine Erhöhung des durch die Spule 24 fließenden Stromes über die Erhöhung der zugehörigen Magnetkraft eine Bewegung des Steuerkörpers 20 in Richtung einer Freigabe der saugseitigen Steuerungsleitung 22, welche mit der den Saugdruck ps aufweisenden Saugkammer 102 verbunden ist. Durch diese Bewegung wird die Steuerungsleitung 22 gegenüber der Steuerkammer 221 des Steuerungsventils 2 freigegeben und kann über den Zuleitungsabschnitt 28 der Steuerleitung den Antriebsgehäusedruck pc verringern. Durch Verringerung des Antriebsgehäusedrucks werden im Ansaugzustand der Förderkolben 11 diese verstärkt ausgerückt, so dass eine vergrößerte Kältemittelmenge angesaugt und gefördert werden kann. Die Förderleistung des Kältemittelverdichters 1 wird somit vergrößert. Den gleichen Effekt wie eine Erhöhung des die Spule 24 durchfließenden Stromes erzielt eine Veränderung des Saugdrucks ps in der Saugkammer 102 bei der der Druck ps ansteigt. Die Druckdose 23 des Steuerungsventils 2, welche über eine Druckstange mit dem Steuerungskörper 20 verbunden ist, ist mit ihrem Innenraum über eine Zuleitung 27 mit der den Saugdruck ps aufweisenden Saugkammer 102 des Kältemittelverdichters verbunden. Steigt der Saugdruck ps an, erfolgt wie bei der Erhöhung des die Spule 24 durchfließenden Stromes eine Bewegung des Steuerkörpers in Richtung einer Öffnung der saugseitigen Steuerleitung. Wie beschrieben, erfolgt dadurch eine Erhöhung der Förderleistung des Kältemittelverdichters, welche wiederum ein Absinken des Saugdruckes ps in der Saugkammer 102 nach sich zieht.
  • Eine Verringerung des die Magnetspule 24 durchfließenden Stromes und ein Absinken des Saugdruckes ps in der Saugkammer 102 des Kältemittelverdichters bewirken beide eine gleichgerichtete Bewegung des Steuerkörpers 20 des Steuerungsventils 2 des Kältemittelverdichters bei welchem ausgehend von einem die beiden Steuerleitungen 21 und 22 sperrenden Steuerungszustand des Steuerungsventils der Steuerkörper 20 in Richtung einer Öffnung der förderseitigen Steuerleitung 21 bewegt wird. Durch Absinken des Saugdrucks ps und ein dadurch bewirktes Zusammenziehen der Druckdose 23 und/oder ein Verringern des Stromes der Steuerspule 24 des Steuerungsventils 2 wird somit die mit der den Förderdruck pD aufweisenden Förderkammer 101 verbundene Steuerleitung 21 geöffnet, so dass über die Steuerkammer 211 des Steuerungsventils 2, sowie die daran angeschlossene Zuleitung 29 der Steuerleitung der Antriebsgehäusedruck pc im Antriebsgehäuse 10 des Kältemittelverdichters 1 erhöht wird. Dadurch wird eine geringere Kältemittelmenge angesaugt, so dass sich der Saugdruck ps des Kältemittelverdichters erhöht.
  • Wird die Kältemittelanlage ausgeschaltet, erfolgt ein Abschalten des Stromes an der Magnetspule 24, wodurch sich unter Zuhilfenahme der federnden Wirkung der Druckdose 23 und einer eventuell vorhandenen zusätzlichen Feder der Steuerkörper 20 in eine die förderseitige Steuerungsleitung 21 freigebende und die saugseitige Steuerungsleitung 22 sperrende Stellung bewegt wird. Dadurch wird bei über einen längeren Zeitraum abgestelltem Fahrzeug die Kältemittelkondensatbildung im Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters durch Sperrung der saugseitigen Steuerungsleitung 22 unterbunden. In der förderseitigen Steuerleitung 21 ist gängigerweise in der Darstellung nicht gezeigtes Rückschlagventil vorgesehen.
  • Da im Betrieb der Kältemittelanlage beispielsweise durch veränderte Belüftungstemperaturen am Verdampfer wechselhafte Betriebszustände im Kältekreislauf auftreten können kann die vorliegende gekoppelte Steuerung des Steuerkörpers - durch die Druckdose einerseits und die Magnetspule andererseits schwingungsarm und gut steuerbar betrieben werden.
  • Bei einer konstanten Anregung der Magnetspule 24 kann somit über die zusätzlich am Steuerkörper 20 angekoppelte Druckdose 23 ein Sollsaugdruck eingeregelt werden. Erhöht sich der Saugdruck ps beispielsweise durch stärkere thermische Belastung des Verdampfers im Kältemittelkreislauf wird durch die Druckdose 23 der Steuerkörper 20 in eine die saugseitige Steuerleitung 22 freigebende Steuerstellung gebracht, so dass in Folge dessen der Antriebsgehäusedruck pc verringert, der Anstellwinkel der Steuerscheibe 14 und damit die Förderleistung des Verdichters - zum Ausgleich der erhöhten thermischen Belastung - erhöht werden. Durch die erhöhte Förderleistung sinkt wiederum der Saugdruck ps, bis das Niveau des Sollsaugdruckes erreicht ist und über die auf den Steuerkörper 20 wirkende Druckdose 23 die saugseitige Steuerleitung 22 wieder geschlossen wird. Bei einer Verringerung des Saugdruckes ps erfolgt eine genau inverse Wirkungsweise durch die von der Druckdose 23 bewirkte Freigabe der förderseitigen Steuerleitung 21. Der Regelkreis des vorgeschlagenen Steuerventils 2 beziehungsweise Kältemittelverdichters 1 ist klein und dadurch besonders stabil, so dass durch den den Saugdruck nachregelnden Steuereingriff der Druckdose 23 am Steuerungskörper 20 Regelschwingungen des Kältekreislaufs unterbunden werden. Wechselnde thermische und antriebsbedingte Belastungen des Kältekreislaufs werden unmittelbar erfasst und nachgeregelt. Über die vorteilhafterweise stark bedämpft veränderliche Anregung der Magnetspule 24 ist am Steuerungsventil 2 eine Grundkälteleitung von außen einstellbar.
  • Die Figuren 2 bis 4 zeigen eine konzeptionelle Darstellung einer Ausführungsform des Steuerungsventils 2 eines Kältemittelverdichters 1 eines Kraftfahrzeugs in verschiedenen Steuerungsstellungen. Das Steuerungsventil ist in Bezug auf die Bauteile und deren steuerungsunabhängiger Anordnung in allen Fällen gleich, so dass Beschreibungen entsprechender Gegenstände und Sachverhalte bei Einzelfiguren ebenso für die anderen Figuren gelten.
  • Das in Figur 2 dargestellte Steuerungsventil 2 weist in einem Gehäuse einen Steuerkörper 20 auf, welcher mit seinem zylindrischen Querschnitt innerhalb einer darauf abgestimmten zylindrischen Steuerbohrung des Steuerungsventils 2 bewegbar angeordnet ist. Der Steuerkörper 20 weist dabei Teilkörper verschiedener Durchmesser auf. An der Steuerbohrung des Steuerungsventils 2 sind einerseits eine mit der den' Förderdruck pD aufweisenden Förderseite verbundene Steuerleitung 21, eine mit der den Saugdruck ps aufweisenden Saugseite verbundene Steuerleitung 22, sowie die Zuleitungsabschnitte 28 und 29 der Steuerungsleitungen zum Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters angeschlossen. Der zentrale Sperrkörper des Steuerkörpers 20 gliedert durch vollständig umlaufendes dichtendes Anliegen an der äußeren Wand der zylindrischen Steuerbohrung diese Steuerbohrung in einen förderseitigen Steuerraum 211 sowie einen saugseitigen Steuerraum 221. Diese sind jeweils mit den zugehörigen antriebsgehäuseseitig verbundenen Steuerleitungsabschnitten 28 und 29 verbunden. Alternativ kann der Steuerkörper 20 auch in zwei in axialer Richtung nebeneinander liegende Sperrkörper gegliedert sein, die durch eine gegenüber den beiden Sperrkörpern in radialer Richtung verengte Druckstange verbunden sind, wobei die Druckstange eine zentrale Steuerkammer freigibt, die seitlich von den Sperrkörpern begrenzt ist. Die Sperrkörper geben wechselweise die beiden Steuerleitungen gegenüber der zentralen Steuerkammer frei, die über einen Zuleitungsabschnitt mit dem Hohlraum des Antriebsgehäuses verbunden ist.
  • Am Ventilgehäuse ist im Bereich der Steuerbohrung innenliegend eine elektromagnetisch betreibbare Steuerspule 24 angeordnet. Diese wirkt magnetisch auf einen zugeordneten Anker 201 des Steuerkörpers 20. Der Steuerkörper 201 ist die Steuerbohrung in radialer Richtung im Wesentlichen ausfüllend an der Mittelöffnung der Spule 24 angeordnet. Der Anker 201 ist über einen als Ankerverbindungsstange 202 radial verkleinerten, die dortige Steuerkammer 211 freisparenden Bereich des Steuerkörpers 20 mit dem zentralen Störkörper verbunden. In der Innenöffnung der Spule 24 befindet sich eine Spiralfeder 25, welche den Steuerkörper 20 entgegen der magnetischen Anzugsrichtung abstützt. Eine Anregung der Spule 24 bewirkt durch die magnetische Wirkung ein Anziehen des Ankers 201 des Steuerkörpers 20, so dass dieser durch Erhöhen des Stromes in der Spule 24 mit seinem zentralen Sperrkörper in Richtung der förderseitigen Steuerleitung 21 bewegt wird. Auf der dem Anker gegenüberliegenden Seite weist der Steuerkörper 20 einen wiederum als Verbindungsstange 203 in radialer Richtung verkleinert ausgeführten Teilbereich auf, welcher gedichtet durch eine zugehörige Bohrung des Gehäuses des Steuerungsventils bis zu einer Druckdosenkammer 261 durchgeführt und mit einer Druckdose 23 verbunden ist. Die Druckdosenkammer 261 ist über eine Zuleitung 26 mit atmosphärischem Druck aufweisender Fahrzeugumgebung verbunden. In der Druckdosenkammer 261 ist die federnd ausgeführte Druckdose 23 angeordnet, welche mit ihrem Innenraum gegenüber der Druckdosenkammer hermetisch dicht ausgeführt ist, und mit ihrem Innenraum über die Zuleitung 27 an die den Saugdruck ps aufweisende Saugseite des Kältemittelsverdichters angeschlossen ist. Eine Steigerung des Saugdruckes ps bewirkt somit ein Verschieben des Sperrkörpers des Steuerkörpers 20 in Richtung der förderseitigen Steuerleitung 21. Eine Verringerung des Saugdruckes ps bewirkt eine Entgegengesetzte Bewegung des Steuerkörpers 20 in Richtung der saugseitigen Steuerleitung 22.
  • Figur 2 zeigt einen Steuerzustand des Steuerungsventils 2, in welchem der zentrale Sperrkörper 20 die förderseitige Steuerleitung 21 über die förderseitige Steuerkammer 211 mit dem mit dem Antriebsgehäuse des Verdichters verbundenen Steuerleitungsabschnitt 29. Der zentrale Sperrkörper des Steuerkörpers 20 sperrt dabei die saugseitige Steuerleitung 22 gegenüber dem Antriebsgehäuse des Verdichters ab. Diese Steuerungstellung wird insbesondere in zwei Betriebsfällen des Kältemittelverdichters eingenommen. Einerseits ist dies bei ausgeschalteter Kälteanlage, also in einem Ruhebetriebszustand der Fall, andererseits bei der Ansteuerung einer Förderleistungsverringerung am Kältemittelverdichter.
  • Im ersten Fall bewirkt die stromlose Spule 24 des Steuerungsventils 2, dass an dieser Stelle keine den Steuerkörper 20 in Richtung der förderseitigen Steuerleitung 21 bewegende Kraft am Steuerkörper 20 eingeleitet wird. Die federnde Wirkung der Druckdose 23 beziehungsweise im vorliegenden Fall unterstützt von der Feder 25 bewirkt dabei entgegen dem in der Druckdose 23 anliegenden Ruhesaugdruck auf der Saugseite des Kältemittelkreislaufs die Einnahme der gezeigten Steuerstellung des Steuerkörpers 20 im Steuerungsventil 2. Dabei ist die förderseitige Steuerleitung 21 über die Steuerkammer 211 und den Steuerleitungsabschnitt 29 mit dem Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters verbunden. Dies bewirkt bei auslaufender Kältemaschine ein Anstellen der Taumelscheibe in Richtung minimaler Förderleistung, also in Richtung neutraler Position, wodurch das Schleppmoment im Offbetrieb und bei Neustart des Antriebsaggregates verringert wird. Die saugseitige Steuerleitung ist durch den zentralen Sperrkörper des Steuerkörpers 20 dichtend gegenüber dem Antriebsgehäuse des Verdichters verschlossen, so dass bei länger ruhendem Kältekreislauf das Eindringen von kondensierendem Kältemittel über die offene saugseitige Steuerleitung vermieden ist.
  • Im zweiten Betriebsfall, in dem die in Figur 2 gezeigte Steuerstellung des Steuerkörpers 20 im Steuerungsventil 2 eingenommen wird, ist ein die Kältemittelförderungsleistung des Kältemittelverdichters 1 reduzierender Steuerzustand des Steuerungsventils 2. Am Steuerungsventil 2 wird im Allgemeinen, also auch in anderen Steuerungsbetriebszuständen über die Spule 24 eine Grundleistung des Kältemittelverdichters über die Anregung der Spule eingestellt. Dadurch wird der Steuerkörper 20 zunächst in Richtung der förderseitigen Steuerleitung 21 bewegt. Die Fördertätigkeit des Kältemittelverdichters bewirkt dabei ein Absenken des Saugdrucks ps. Wird nun im Bereich der über die Spule 24 von der Steuerung der Klimaanlage vorgegebenen Grundförderleistung des Kältemittelverdichters die Förderleitung zu hoch, senkt sich der Saugdruck ps an der Ansaugseite des Verdichters und bewirkt über die mit der Saugseite verbundene Zuleitung 27 ein Absenken des Drucks in der Druckdose 23. Durch Senken des Drucks in der Druckdose 23 wird über die Verbindungsstange 203 der Steuerkörper 20 in Richtung der saugseitigen Steuerleitung 22 bewegt, so dass bei gesperrter saugseitiger Steuerleitung 22 die förderseitige Steuerleitung 21 freigegeben wird. Dadurch erfolgt eine Beaufschlagung des Antriebsgehäuses des Kältemittelverdichters mit über den förderseitigen Druck pD erhöhten Druck, so dass der Druck pc im Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters steigt und die Taumelscheibe in einem flacheren die Kältemittelförderungsleistung verringernden Anstellwinkel eingestellt wird.
  • Die in Figur 3 gezeigte Steuerstellung des Steuerungsventils 2 kann ähnlich der in Figur 2 gezeigten Steuerstellung ebenso als Ruhestellung des Steuerungsventils vorgesehen sein, wobei in diesem Fall sowohl die förderseitige Steuerungsleitung 21 als auch die saugseitige Steuerungsleitung 22 gesperrt sind.
  • Ansonsten wird die in Figur 3 dargestellte Steuerstellung des Steuerungsventils 2 eingenommen, wenn die Förderleistung des Kältemittelverdichters mit der von der Steuerung der Kälteanlage vorgesehenen Grundförderleistung übereinstimmt. Dabei bewirkt die zur Kraftrichtung der Magnetkraft der Spule 24 gleichgerichtete Kraft des Saugdruckes ps in der Druckdose 23 die Einnahme der gezeigten Stellung des Steuerkörpers 20 in der Steuerbohrung des Steuerungsventils 2, wobei sowohl die förderseitige Steuerleitung 21 als auch die saugseitige Steuerleitung 22 gegenüber den zugehörigen Steuerkammern 211 und 221 beziehungsweise die daran angeschlossenen und mit den Antriebsgehäuse 10 des Kältemittelverdichters 1 verbundenen Steuerleitungsabschnitt 28 und 29 gesperrt sind. Die gleichgerichteten Kräfte der magnetischen Wirkung der Spule 24 auf den Anker 201 und des in der Druckdose 23 gegenüber den in der Druckdosenkammer 261 herrschenden atmosphärischen Drucks wirkenden Saugdruck ps stehen im gezeigten Steuerungszustand des Steuerungsventils 2 im Gleichgewicht mit den zur entsprechenden Verformung der Druckdose 23 notwendigen Federungskräfte beziehungsweise einer zusätzlichen zur Verformung der Spiralfeder 25 erforderlichen Federkraft.
  • Der in Figur 4 gezeigte Steuerungszustand des Steuerungsventils 2 bewirkt eine Erhöhung der Förderleistung des Kältemittelverdichters, welche beispielsweise durch eine Erhöhung der Anforderung an die Grundkälteleistung über die Steuerung des Kältekreislaufs - angesteuert über erhöhten Strom an der Spule 24 erfolgen kann oder bei einer unverändert angesteuerten Grundkälteleistung über einen am Kältemittelverdichter anliegenden erhöhten Saugdruck ps der auf die Druckdose 23 wirkt. Durch den auf die Druckdose 23 wirkenden erhöhten Saugdruck ps und/oder die auf den Anker 201 des Steuerkörpers 20 wirkende erhöhte Magnetkraft erfolgt eine Verschiebung des Steuerkörpers 20 entgegen der Federkräfte der Druckdose 23 und gegebenenfalls.einer zusätzlichen Feder 25 in Richtung der förderseitigen Steuerleitung 21, so dass der Sperrkörper des Steuerkörpers 20 die förderseitige Steuerleitung 21 gegenüber der zugehörigen Steuerkammer 211 und dem dortigen mit dem Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters verbundenen Steuerleitungsabschnitt 29 dichtend absperrt. Dabei wird die saugseitige Steuerleitung 22 gegenüber der zugehörigen Steuerkammer 221 geöffnet, so dass über den an der Steuerkammer 221 angeschlossenen Steuerleitungsabschnitt 28 der Antriebsgehäusedruck pc im Antriebsgehäuse des Kältemittelverdichters verringert wird. Dadurch erfolgt ein stärkeres Anstellen der Taumelscheibe und somit eine Erhöhung der Förderleistung des Kältemittelverdichters.
  • Die in den Figuren 2 bis 4 dargestellten Steuerstellungen des Steuerungsventils 2 können während des Betriebs des Kältemittelverdichters durch unterschiedliche Wirkungen abwechselnd eingenommen werden. Bei gleich bleibendem auf die Druckdose 23 wirkendem Saugdruck wird eine Verschiebung des Steuerkörpers 20 bei Erhöhung des Stromes der Spule 24 in Richtung einer Sperrung der förderseitigen Steuerungsleitung und bei Verringerung des Stromes der Spule 24 in Richtung einer Sperrung der saugseitigen Steuerungsleitung bewirkt. Andererseits erfolgt eine Verschiebung des Steuerkörpers 20 im Steuerungsventil 2 durch veränderten Saugdruck ps, welcher über die Druckdose 23 den Steuerkörper 20 bewegt. Eine Veränderung von Saugdruck ps, der im Innenraum der Druckdose 23 anliegt, und/oder Magnetkraft der Spule 24 auf den Anker 201 bewirkt eine veränderte Kraft im Kräftegleichgewicht von Magnetkraft, Federkräften von Spiralfeder 25 und Druckdose 23 sowie Druckdosenkraft durch die dort anliegenden Differenzdrücke. Durch eine solche Veränderung wird bis zum Einstellen eines neuen Kräftegleichgewichts eine veränderte Lage des Sperrkörpers 204 des Steuerkörpers 20 bewirkt.
  • Der mit der Lageveränderung einhergehende Steuereingriff am Steuerungsventil 2 bewirkt eine Veränderung der Kälteleistung des Kältemittelverdichters und dadurch eine Saugdruckveränderung, die über die Druckdose eine den Steuereingriff entgegenwirkende und somit den Steuerkörper 20 erneut in Haltesteuerstellung bringende Wirkung hat. Somit wird bei Erhöhung des Saugdruckes ps in der Druckdose über die Druckstange 203 der Sperrkörper in Richtung einer Freigabe der saugseitigen Förderleitung 22 erreicht, so dass durch die damit verbundene Verringerung des Antriebsgehäusedrucks pc im Kältemittelverdichter eine Erhöhung der Förderleitung des Kältemittelverdichters erfolgt und somit der Saugdruck ps wieder sinkt und damit über zugehöriges Absinken der Druckkraft der Druckdose ein Sperren der saugseitigen Steuerleitung 22 und somit keine weitere Erhöhung der Förderleitung des Kältemittelverdichters erfolgt. Bei Verringerung des Saugdruckes ps erfolgt eine gegenläufige Wirkweise, so dass durch Verringerung der Druckkraft der Druckdose 23 am Steuerkörper 20 ein Verschieben des Sperrkörpers 204 in Richtung einer Freigabe der förderseitigen Steuerleitung 21 erfolgt und somit durch die damit verbundene Erhöhung des Antriebsgehäusedrucks pc eine Verringerung der Kälteleistung und damit eine Erhöhung des Saugdrucks ps und dadurch wiederum eine Erhöhung der Druckkraft der Druckdose 23 erfolgt, so dass die förderseitige Steuerleitung 21 wieder geschlossen wird.
  • Eine entsprechend veränderte Bestromung der Spule 24 bewirkt eine veränderte Magnetkraft auf den Anker 201 des Steuerkörpers 20. Am Steuerkörper 20 herrscht jeweils ein Kräftegleichgewicht zwischen der Magnetkraft den Federungskräften von Spiralfeder 25 und Druckdose 23 sowie der an der Druckdose durch die an den beiden Seiten von deren Wirkfläche wirkenden unterschiedlich hohen Drücken. Die Kräfte werden dabei vom Anker 201 über die Verbindungsstange 202 auf den zentralen Sperrkörper 204 des Steuerkörpers 20 und über die Druckstange 203 auf die die Wirkfläche der Druckdose 23 aufweisende Vorderseite der Druckdose übertragen. Eine veränderte Magnetkraft bewirkt somit die Einnahme der mittleren Haltstellung des Steuerkörpers bei einer entsprechend der Veränderung der Magnetkraft veränderten Kraft der Druckdose 23 und somit bei einem entsprechend deren Wirkfläche veränderten Saugdruck. Somit kann durch Ansteuerung der Magnetspule 24 der Sollsaugdruck verändert werden, bei dem die Haltesteuerstellung des Steuerungsventils 2 eingenommen wird.
  • Über eine vorteilhafterweise stark gedämpfte Anregung der Spule 24 und die zugehörige Magnetkraft kann somit ein veränderlicher Betriebspunkt des Kältemittelverdichters eingestellt werden, wobei über die Druckdose 23 dieser Betriebspunkt in unmittelbarem Kräftegleichgewicht zwischen Magnetkraft beteiligten Federelementen und Kraft der Druckdose einen im Wesentlichen konstanten Saugdruck ps zugehörig zum über die Magnetspule eingestellten Betriebspunkt, beziehungsweise veränderten Kräftegleichgewicht einregelt.

Claims (11)

  1. Steuerungsventil (2) für einen Kältemittelverdichter (1) zur Steuerung des Fördergrades des Kältemittelverdichters (1) über Einstellung eines Antriebsgehäusedrucks pC des Kältemittelverdichters (1), wobei ein Steuerkörper (20) des Steuerungsventils (2) elektromagnetisch und durch eine Druckdose (23) angetrieben ist und der Steuerkörper einerseits eine förderseitige Steuerleitung (21) zwischen einer mit Hochdruck pD des Kältemittelverdichters (1) beaufschlagten Förderkammer (101) und dem Antriebsgehäuse (10) des Kältemittelverdichters (1) und andererseits eine saugseitige Steuerleitung (22) zwischen dem Antriebsgehäuse (10) und einer mit Saugdruck pS beaufschlagten Saugkammer (102) des Kältemittelverdichters (1) veränderbar drosselnd und/oder absperrend steuert und dabei sowohl die förderseitige (21) als auch die saugseitige Steuerleitung (22) absperren kann,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch den Steuerkörper (20) beide Steuerungsleitungen (21; 22) gleichzeitig absperrbar sind.
  2. Steuerungsventil (2) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Druckdose (23) die Druckdifferenz von atmosphärischem Druck pA der Fahrzeugumgebung und Saugdruck ps überwacht.
  3. Steuerungsventil (2) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    zur Steuerung des Steuerkörpers (20) eine elektrisch betriebene Magnetspule (24) magnetisch auf den Steuerkörper (20) oder einen am Steuerkörper (20) befestigten Anker (201) einwirkt.
  4. Steuerungsventil (2) nach Anspruch 1 oder 2
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der bei Abschalten des Kälteanlagenbetriebs bei ungestörtem Betrieb und Zustand der zugehörigen Kälteanlage das Steuerungsventil (2) in der Ruhestellung die saugseitige Steuerleitung (22) sperrt.
  5. Steuerungsventil (2) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Druckdose (23) den Steuerkörper (20) bei Absinken des Saugdrucks unter einen Minimalbetriebswert in eine die förderseitige Steuerleitung freigebende Stellung bringt.
  6. Steuerungsventil (2) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    durch den Steuerkörper (20) beide Steuerungsleitungen (21; 22) gleichzeitig absperrbar sind.
  7. Steuerungsventil (2) nach Anspruch 1
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der Steuerkörper (20) über eine Zwischenstellung hinweg zwischen zwei Endstellungen bewegbar ist, wobei in einer ersten Endstellung die förderseitige Steuerleitung (21) gesperrt ist, in der Zwischenstellung beide Steuerleitungen (21; 22) gesperrt sind und in der zweiten Endstellung die saugseitige Steuerleitung (22) gesperrt ist.
  8. Kältemittelverdichter (1) für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs, mit einem Steuerungsventil nach Anspruch 1.
  9. Kältemittelverdichter (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Druckdose (23) die Druckdifferenz von atmosphärischem Druck pA der Fahrzeugumgebung und Saugdruck ps überwacht.
  10. Kältemittelverdichter (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    der bei Abschalten des Kälteanlagenbetriebs bei ungestörtem Betrieb und Zustand der zugehörigen Kälteanlage das Steuerungsventil (2) in der Ruhestellung die saugseitige Steuerleitung (22) sperrt.
  11. Kältemittelverdichter (1) nach Anspruch 8,
    dadurch gekennzeichnet, dass
    die Druckdose (23) den Steuerkörper (20) bei Absinken des Saugdrucks unter einen Minimalbetriebswert in eine die förderseitige Steuerleitung (22) freigebende Stellung bringt.
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