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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Steuergerät zum Steuern
des Hubraums eines Kompressors mit variablem Hubraum, der verwendet wird
bei einem Kühlkreislauf
einer Fahrzeugklimaanlage.
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Ein
typischer Kompressor mit variablem Hubraum umfasst eine Antriebsscheibe,
die mit Kolben gekoppelt ist. Die Antriebsscheibe ist in einer Kurbelkammer
untergebracht. Der Druck der Kurbelkammer wird eingestellt, um den
Neigungswinkel der Antriebsscheibe zu ändern, wodurch der Hubraum des
Kompressors zwischen einem minimalen Hubraum und dem maximalen Hubraum
geändert
wird. Der Kurbelkammerdruck wird durch ein Steuerventil eingestellt.
Insbesondere wird der Öffnungsgrad
des Steuerventils eingestellt auf der Grundlage einer Anweisung
von einem Regler.
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Wenn
der Abgabedruck in dem Kühlmittelkreislauf übermäßig ist,
erhalten die Leitungen des Kreislaufes eine übermäßige Last. Wenn ein Abgabedrucksensor
einen Druck erfasst, der höher
als eine vorgegebene Höhe
ist, stellt deshalb der Regler das Anweisungssignal zu dem Steuerventil
derart ein, dass der Kompressorhubraum graduell vermindert wird
bis der Abgabedruck unter die vorgegebene Höhe fällt (beispielsweise bei der
Offenlegungsschrift der japanischen ungeprüften Patentanmeldung Nr. 59-112156).
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Im
Vergleich mit einem Fall, wobei der Hubraum schnell vermindert wird,
verhindert die Erfindung der Offenlegungsschrift, die den Hubraum
graduell vermindert, eine Störung
der Passagiere durch eine plötzliche Änderung
der Kühlleistung.
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Ein übermäßig erhöhter Abgabedruck
kann jedoch nicht schnell gesenkt werden gemäß einer Abnahme des Kompressorhubraums.
Dabei kann der Hubraum auf einen Wert fallen, der sich nahe dem
minimalen Hubraum befindet. Wenn der Hubraum sich nahe dem minimalen
Hubraum befindet, wird wenig Kühlmittel
zu dem Kompressor von dem externen Kühlmittelkreislauf zugeführt. Das
heißt, dass
das in dem Kühlmittel
enthaltene Schmiermittel nicht ausreichend zu dem Kompressor zugeführt wird.
Somit werden Teile, die eine Schmierung benötigen, wie beispielsweise gleitende
Abschnitte der Kolben und der Zylinderbohrungen nur schlecht geschmiert.
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Die
Druckschrift JP 64-66 477 A zeigt ein Verfahren zum Steuern eines
Kompressors mit variabler Leistung. Um ein Klemmen eines Gleitteils
des Kompressors zu vermeiden, wird die Pumpleistung gesenkt, wenn
der Abgabedruck oder die Temperatur den voreingestellten Wert überschreitet.
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Die
Druckschrift
DE 44
39 512 C2 offenbart einen Kompressor, bei dem ein schneller
Abbau des in der Kurbelkammer herrschenden Drucks in die Ansaugkammer
verhindert wird, um ein schnelles Zunehmen des Neigungswinkels der
Taumelscheibe zu verhindern.
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Bei
einem Kompressor der Druckschrift
DE 40 33 422 A1 wird der Kolbenhub durch
zwei Ventileinheiten gesteuert, die einerseits die Auslasskammer
und andererseits die Ansaugkammer mit der Kurbelkammer verbinden
bzw. von ihr trennen.
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Die
Druckschrift JP 59-112 156 A zeigt ein Verfahren zum Steuern eines
Kompressors.
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Demgemäß besteht
die Aufgabe der vorliegenden Erfindung darin, ein Steuergerät und ein Steuerverfahren
zu schaffen, die auf zuverlässige Weise
eine Schmierung der gleitenden Teile eines Kompressors mit variablen
Hubraum gewährleisten können, wenn
ein übermäßiger Abgabedruck
gesenkt wird.
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Diese
Aufgabe ist im Hinblick auf das Steuergerät durch ein Gerät mit den
Merkmalen des Anspruchs 1 bzw. ein Gerät mit den Merkmalen des Anspruchs
7 gelöst.
Im Hinblick auf das Steuerverfahren ist diese Aufgabe durch ein
Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 13 bzw. ein Verfahren
mit den Merkmalen des Anspruchs 16 gelöst.
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Vorteilhafte
Weiterbildungen der Erfindungen sind in den abhängigen Ansprüchen aufgezeigt.
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Andere
Gesichtspunkte und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden ersichtlich
aus der folgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen,
die mittels eines Beispiels die Grundsätze der Erfindung darstellen.
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Die
Erfindung zusammen mit ihrer Aufgabe und ihren Vorteilen wird am
besten verständlich
unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung der momentan bevorzugten
Ausführungsbeispiele
im Zusammenhang mit den beigefügten
Zeichnungen.
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1 stellt
eine Schnittansicht eines Taumelscheibenkompressors mit variablem
Hubraum gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung dar.
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2 zeigt
eine Schnittansicht eines in 1 gezeigten
Kompressors, wenn der Hubraum minimal ist.
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3 stellt
eine Schnittansicht des Steuerventils des in 1 gezeigten
Kompressors dar.
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4 zeigt
einen Verlauf des Betriebs des in 1 gezeigten
Kompressors.
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5 zeigt
einen anderen Verlauf des Betriebs des in 1 gezeigten
Reglers;
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und 6 zeigt
eine Schnittansicht, die einen Taumelscheibenkompressor mit variablem
Hubraum gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung darstellt.
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Ein
Steuergerät
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun beschrieben. Das Steuergerät wird verwendet bei
einem Taumelscheibenkompressor mit variablem Hubraum, der sich in
einem Kühlmittelkreislauf
einer Fahrzeugklimaanlage befindet.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Kompressor
einen Zylinderblock 1, ein vorderes Gehäuseelement 2, das
mit dem vorderen Ende des Zylinderblocks 1 verbunden ist,
und ein hinteres Gehäuseelement 4,
das mit dem hinteren Ende des Zylinderblocks 1 verbunden
ist. Eine Ventilscheibenbaugruppe 3 befindet sich zwischen
dem hinteren Gehäuseelement 4 und
dem Zylinderblock 1.
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Eine
Kurbelkammer 5 ist definiert zwischen dem Zylinderblock 1 und
dem vorderen Gehäuseelement 2.
Eine Antriebswelle 6 erstreckt sich durch die Kurbelkammer 5 hindurch
und ist drehbar gelagert durch den Zylinderblock 1 und
das vordere Gehäuse 2.
Die Antriebswelle 6 ist mit einer externen Antriebsquelle
verbunden, die ein Motor E bei diesem Ausführungsbeispiel ist, über einen
Kraftübertragungsmechanismus
ohne eine Kupplung, wie beispielsweise eine elektromagnetische Kupplung.
Der Kraftübertragungsmechanismus
umfasst ein Riemenrad 7 und einen Riemen 8. Wenn
der Motor E läuft,
wird die Antriebswelle 6 konstant gedreht. Da der Kompressor keine
elektromagnetische Kupplung hat, die teuer und schwer ist, sind
die Kosten und das Gewicht des Kompressors vermindert. Da es auch
keinen Stoß gibt
aufgrund des Einkuppelns und Auskuppelns einer elektromagnetischen
Kupplung, ist die Motorleistung verbessert.
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Eine
Mitnehmerscheibe 11 ist an der Antriebswelle 6 in
der Kurbelkammer 5 fixiert, um sich einstückig mit
der Antriebswelle 6 zu drehen. Eine Antriebsscheibe, die
eine Taumelscheibe 12 bei diesem Ausführungsbeispiel ist, ist in
der Kurbelkammer 5 untergebracht. Die Taumelscheibe 12 gleitet
entlang der Antriebswelle 6 und neigt sich bezüglich der Achse
der Antriebswelle 6. Ein Gelenkmechanismus 13 ist
zwischen der Mitnehmerscheibe 11 und der Taumelscheibe 12 vorgesehen.
Der Gelenkmechanismus 13 veranlasst, dass sich die Mitnehmerscheibe 11 einstückig mit
der Antriebswelle 6 dreht. Der Gelenkmechanismus 13 ermöglicht auch
eine Bewegung der Taumelscheibe 12 entlang der Achse der Antriebswelle 6 und
eine Neigung derselben bezüglich
dieser.
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Zylinderbohrungen 1a sind
in dem Zylinderblock 1 bei konstanten Winkelintervallen
um die Antriebswelle 6 herum ausgebildet. Jede Zylinderbohrung 1a nimmt
einen einfach wirkenden Kolben 20 auf. Eine Kompressionskammer 29,
deren Volumen sich in Übereinstimmung
mit den Hin- und Herbewegung des Kolbens 20 ändert, ist
in jeder Bohrung 1a definiert. Das vordere Ende von jedem
Kolben 20 ist mit dem Umfang der Taumelscheibe 12 über ein
Paar Schuhe 19 verbunden. Die Drehung der Taumelscheibe 12 wird
in eine Hin- und Herbewegung der Kolben 20 umgewandelt.
Die Mitnehmerscheibe 11, die Taumelscheibe 12,
der Gelenkmechanismus 13, die Schuhe 19 und die
Kolben 20 bilden einen Kompressionsmechanismus, der das
Kühlmittelgas
komprimiert und den Hubraum des Kompressors ändert.
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Eine
Ansaugkammer 21 und eine Abgabekammer 22 sind
zwischen der Ventilscheibenbaugruppe 3 und dem hinteren
Gehäuseelement 4 definiert.
Die Ventilscheibenbaugruppe 3 hat Ansauganschlüsse 23,
Ansaugventilklappen 24, Abgabeanschlüsse 25 und Abgabeventilklappen 26.
Jeder Satz aus dem Ansauganschluss 23, der Ansaugventilklappe 24,
dem Abgabeanschluss 25 und der Abgabeventilklappe 26 entspricht
einer der Zylinderbohrungen 1a. Wenn jeder Kolben 20 sich
von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt, strömt Kühlmittelgas
aus der Ansaugkammer 21 in die entsprechende Zylinderbohrung 1a ein über den
entsprechenden Ansauganschluss 23 und das Ansaugventil 24.
Wenn jeder Kolben 20 sich von dem unteren Totpunkt zu dem
oberen Totpunkt bewegt, wird das Kühlmittelgas in der entsprechenden
Zylinderbohrung 1a auf einen vorgegebenen Druck komprimiert
und zu der Abgabekammer 22 abgegeben über den entsprechenden Abgabeanschluss 25 und
das Abgabeventil 26.
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Wie
in 3 gezeigt ist, umfasst ein Kurbelkammerdrucksteuermechanismus
einen Ablaufkanal 27, einen Zufuhrkanal 28 und
ein Steuerventil CV. Der Druck in der Kurbelkammer 5 (Kurbelkammerdruck
Pc) beeinflusst den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12.
Die Kanäle 27, 28 sind
in den Kompressorgehäuse
ausgebildet und das Steuerventil CV befindet sich in dem Kompressor.
Der Ablaufkanal 27 verbindet die Kurbelkammer 5 mit
der Ansaugkammer 21, die dem Ansaugdruck Ps ausgesetzt
ist. Der Zufuhrkanal 28 verbindet die Abgabekammer 22, die
dem Abgabedruck Pd ausgesetzt ist, mit der Kurbelkammer 5.
Das Steuerventil CV reguliert den Zufuhrkanal 28.
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Die Öffnung des
Steuerventils CV wird eingestellt, um die Durchflussrate des mit
hohem Druck beaufschlagten Gases zu steuern, das zugeführt wird zu
der Kurbelkammer 5 über
den Zufuhrkanal 28. Der Kurbelkammerdruck Pc wird bestimmt
durch die Durchflussrate des zu der Kurbelkammer 5 zugeführten Gases über den
Zufuhrkanal 28 und die Durchflussrate des Kühlmittelgases,
das über
den Ablaufkanal 27 von der Kurbelkammer 5 ausströmt. Wenn sich
der Kurbelkammerdruck Pc ändert, ändert sich die
Differenz zwischen dem Kurbelkammerdruck Pc und dem Druck in den
Zylinderbohrungen 1a, wodurch wiederum der Neigungswinkel
der Taumelscheibe 12 oder der Winkel der Taumelscheibe 12 gegenüber einer
Ebene geändert
wird, die senkrecht zu der Achse der Antriebswelle 6 ist.
Demgemäß wird der
Hub von jedem Kolben 20 oder der Kompressorhubraum geändert.
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Wenn
der Öffnungsgrad
des Steuerventils CV klein ist, ist der Kurbelkammerdruck Pc abgesenkt,
was die Differenz zwischen dem Kurbelkammerdruck Pc und dem Druck
in der Kompressionskammer 29 vermindert. Demgemäß wird der
Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 erhöht und der Kompressorhubraum
wird erhöht.
In 1 befindet sich die Taumelscheibe 12 in
Kontakt mit der Mitnehmerscheibe 11 und der Neigungswinkel
der Taumelscheibe 12 ist maximiert. Bei diesem Zustand
ist der Kompressorhubraum maximiert.
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Wenn
der Öffnungsgrad
des Steuerventils CV erhöht
wird, wird der Kurbelkammerdruck Pc erhöht, was die Differenz zwischen
dem Kurbelkammerdruck Pc und dem Druck in der Kompressionskammer 29 erhöht. Demgemäß wird der
Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 vermindert und der Kompressorhubraum
wird vermindert. In 2 befindet sich die Taumelscheibe 12 in
Kontakt mit einer Feder und komprimiert diese, die auf die Antriebswelle 6 aufgepasst
ist, und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 wird minimiert.
Bei diesem Zustand ist der Kompressorhubraum minimal. Der minimale
Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 befindet sich nahezu
bei 0° und
beträgt
beispielsweise 2–5°. Die Feder 14 dient
als ein Mittel zum Begrenzen des minimalen Neigungswinkels der Taumelscheibe 12.
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Wie
in 1 und 2 gezeigt ist, umfasst der Kühlmittelkreislauf
der Fahrzeugklimaanlage den Kompressor und einen externen Kühlmittelkreislauf 30.
Der externe Kühlmittelkreislauf 30 umfasst
beispielsweise einen Kondensator 31, eine Entspannungsvorrichtung,
die ein Entspannungsventil 32 bei diesem Ausführungsbeispiel
ist, und einen Verdampfer 33.
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Eine
Vorrichtung zum Anhalten der externen Zirkulation des Kühlmittels,
die ein Absperrventil 69 bei diesem Ausführungsbeispiel
ist, befindet sich an einem Kühlmittelkanal
zwischen der Abgabekammer 22 des Kompressors und dem Kondensator 31 des externen
Kühlmittelkreislaufes 30.
Das Absperrventil 69 sperrt den Kühlmittelkanal ab, wenn der
Druck Pd in der Abgabekammer 22 unter eine vorgegebene Höhe fällt, um
die Zirkulation des Kühlmittels
durch den externen Kühlmittelkreislauf 30 anzuhalten.
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Das
Absperrventil 69 kann ein Differenzventil sein, das mechanisch
die Drücke
bei beiden Seiten erfasst. Alternativ kann das Absperrventil 69 ein
elektromagnetisches Ventil sein, das betätigt und gesteuert wird gemäß dem Abgabedruck
Pd durch einen Regler 70, der nachfolgend diskutiert wird.
Der Abgabedruck Pd fällt
unter die vorgegebene Höhe,
wenn der Kompressorhubraum minimal ist. Somit kann das Absperrventil 69 mechanisch
mit der Taumelscheibe 12 derart verbunden sein, dass das
Absperrventil 69 den Kanal absperrt, wenn der Neigungswinkel
der Taumelscheibe 12 minimal ist.
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Wie
in 3 gezeigt ist, umfasst das Steuerventil CV ein
Zufuhrventil und eine Vorrichtung zum Einrichten eines Solldrucks,
die bei diesem Ausführungsbeispiel
ein Elektromagnet ist. Das Zufuhrventil ist bei einem oberen Abschnitt
des Ventils CV angeordnet, während
der Elektromagnet 60 bei einem unteren Abschnitt des Ventils
angeordnet ist. Das Zufuhrventil stellt die Öffnungsgröße (Drosselbetrag) des Zufuhrkanals 28 ein,
der die Abgabekammer 22 mit der Kurbelkammer 5 verbindet.
Der Elektromagnet 60 ist ein elektromagnetisches Stellglied
zum Drängen
einer Stange 40, die sich in dem Steuerventil CV befindet,
auf der Grundlage eines von einer äußeren Quelle zugeführten Stroms.
Die Stange 40 hat einen fernen Endabschnitt 41,
einen Ventilkörper 43, einen
Verbindungsabschnitt 42, der den fernen Endabschnitt 41 und
den Ventilkörper 43 miteinander verbindet,
und eine Führung 44.
Der Ventilkörper 43 ist
ein Teil der Führung 44.
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Ein
Ventilgehäuse 45 des
Steuerventils CV hat einen Stopfen 45a, einen oberen Halbkörper 45b und
einen unteren Halbkörper 45c.
Der obere Halbkörper 45b definiert
die Form des Zufuhrventilabschnitts. Der untere Halbkörper 45c definiert
die Form des Elektromagneten 60. Eine Ventilkammer 46 und
ein Verbindungskanal 47 sind in dem oberen Halbkörper 45b definiert.
Der obere Halbkörper 45b und
der Stopfen 45a definieren eine Druckerfassungskammer 48.
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Die
Stange 40 bewegt sich in der axialen Richtung des Steuerventils
CV oder vertikal in der Ansicht der Zeichnung in der Ventilkammer 46 und dem
Verbindungskanal 47. Die Ventilkammer 46 ist wahlweise
mit dem Kanal 47 verbunden oder von diesem getrennt in Übereinstimmung
mit der Position der Stange 40. Der Verbindungskanal 47 ist
von der Druckerfassungskammer 48 getrennt durch den fernen
Endabschnitt 41 der Stange 40.
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Die
Bodenwand der Ventilkammer 46 ist durch die obere Endfläche eines
stationären
Eisenkerns 62 ausgebildet. Ein erster radialer Anschluss 51 ist
in einem Teil der Wand des Ventilgehäuses 45 ausgebildet,
die die Ventilkammer 46 umgibt.
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Der
erste radiale Anschluss 51 ermöglicht eine Verbindung der
Ventilkammer 46 mit der Abgabekammer 22 über einen
stromaufwärtigen
Abschnitt des Zufuhrkanals 28. Ein zweiter radialer Anschluss 52 ist
in einem Teil des Ventilgehäuses 45 ausgebildet,
das den Verbindungskanal 47 umgibt. Der zweite radiale
Anschluss 52 ermöglicht
eine Verbindung des Verbindungskanals 47 mit der Kurbelkammer 5 über einen
stromabwärtigen
Abschnitt des Zufuhrkanals 28. Der erste Anschluss 51,
die Ventilkammer 46, der Verbindungskanal 47 und
der zweite Anschluss 52 bilden einen Kanal, der sich in
dem Steuerventil CV befindet und ist ein Teil des Zufuhrkanals 28.
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Der
Ventilkörper 43 der
Stange 40 befindet sich in der Ventilkammer 46.
Eine Ventilkörperdrängfeder 56 befindet
sich in der Ventilkammer 46 und drängt den Ventilkörper 43 abwärts. Eine
Stufe ist ausgebildet zwischen der Ventilkammer 46 und
dem Verbindungskanal 47. Die Stufe dient als ein Ventilsitz 53 und
der Verbindungskanal 47 dient als eine Ventilöffnung.
Wenn die Stange 40 bewegt wird von der Position von 3 oder
der untersten Position zu der obersten Position, bei der der Ventilkörper 43 in Kontakt
tritt mit dem Ventilsitz 53, wird der Verbindungskanal 47 von
der Ventilkammer 46 getrennt. Das heißt, dass der Ventilkörper 43 ein
Zufuhrventilkörper
ist, der die Öffnungsgröße des Zufuhrkanals 28 steuert.
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Ein
Druckerfassungselement, das ein Balg 54 bei diesem Ausführungsbeispiel
ist, befindet sich in der Druckerfassungskammer 48. Das
obere Ende des Balgs 54 ist an dem Stopfen 45a des
Ventilgehäuses 45 fixiert.
Ein Stangensitz 54a befindet sich bei dem unteren Ende
des Balgs 54. Das obere Ende der Stange 40 befindet
sich in dem Stangensitz 54a. Eine drängende Feder 55 befindet
sich in dem Balg 54 und erweitert den Balg 54 abwärts. Der
Balg 54 wird gegen den fernen Endabschnitt 41 der
Stange gedrückt über den
Stangensitz 54a durch die Abwärtskraft der Feder 55.
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Die
Druckerfassungskammer 48 ist mit einem Drucküberwachungspunkt,
der die Ansaugkammer 21 ist, verbunden über einen Druckeinführanschluss 57,
der in dem oberen Halbkörper 45b des Ventilgehäuses 45 ausgebildet
ist, und einen Druckeinführkanal 37,
der in dem hinteren Gehäuseelement 4 ausgebildet
ist. Das heißt,
dass die Druckerfassungskammer 48 dem Druck Ps in der Ansaugkammer 21 ausgesetzt
ist.
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Der
Elektromagnet 60 umfasst einen tassenförmigen Zylinder 61.
Der stationäre
Eisenkern 62 ist in einen oberen Ausschnitt des Zylinders 61 eingepasst.
Der stationäre
Kern 62 definiert eine Elektromagnetkammer 63 in
dem Zylinder 61. Ein beweglicher Eisenkern 64 befindet
sich in der Elektromagnetkammer 63. Der bewegliche Eisenkern 64 bewegt sich
axial. Der stationäre
Kern 62 hat eine Führungsöffnung 65,
durch die die Führung 44 der
Stange 40 sich erstreckt.
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Eine
drängende
Feder 66 ist in der Elektromagnetkammer 63 untergebracht
und drängt
den beweglichen Kern 64 in Richtung auf den stationären Kern 62.
Deshalb werden die Führung 44 und
der bewegliche Kern 64 gegeneinander gedrückt durch
die Abwärtskraft
der Feder 56 und die Aufwärtskraft der Feder 66 zum
Bewegen des Kerns. Somit bewegen sich der bewegliche Kern 64 und
die Stange 40 einstückig.
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Eine
Spule 67 ist um den stationären Kern 62 und den
beweglichen Kern 64 herum gewickelt. Die Spule 67 erhält Antriebssignale
von einem Treiberschaltkreis 71 auf der Grundlage von Anweisungssignalen
von dem Regler 70, der ein Computer ist. Insbesondere gibt
der Regler 70 Anweisungssignale ab gemäß externen Informationen, die
von einer Gruppe 72 von externen Informationsvorrichtungen
erhalten werden. Die Spule 67 erzeugt eine elektromagnetische
Kraft, die dem Wert des Stroms von dem Treiberschaltkreis 71 entspricht.
Die elektromagnetische Kraft drängt
den beweglichen Kern 64 in Richtung auf den stationären Kern 62.
Der zu der Spule 67 zugeführte elektrische Strom wird
durch Steuern der Spannung gesteuert, die an die Spule 67 angelegt wird.
Bei diesem Ausführungsbeispiel
wird die angelegte Spannung durch eine Impulsbreitenmodulation gesteuert.
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Die
Gruppe 72 der externen Informationsvorrichtungen umfasst
beispielsweise einen Klimaanlagenschalter 73, eine Temperatureinstelleinrichtung 74 zum
Einstellen einer Solltemperatur in dem Fahrgastraum, einen Temperatursensor 75,
der die Temperatur in dem Fahrgastraum erfasst, und einen Abgabedrucksensor 77 zum
Erfassen des Drucks in der Abgabekammer 22. Auf der Grundlage
der Signale von der Gruppe der externen Informationsvorrichtungen 72 berechnet
der Regler 70 eine Kühlleistung, die
für den
Kühlmittelkreislauf
erforderlich ist und sendet einen Anweisungswert (Zyklussignal),
der der erforderlichen Kühlleistung
entspricht, zu der Spule 67 über den Treiberschaltkreis 71.
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Die
Position der Stange 40 in dem Steuerventil CV, d.h. die
Ventilöffnung
des Steuerventils CV wird folgendermaßen ermittelt.
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Wenn
kein Strom an die Spule 67 angelegt ist (Zyklusverhältnis =
0%), wie in 3 gezeigt ist, ist die Abwärtskraft
der Federn 55 und 56 dominant beim Ermitteln der
Position der Stange 40. Infolgedessen wird die Stange 40 zu
ihrer untersten Position bewegt und veranlasst, dass der Ventilkörper 43 den Verbindungskanal 47 vollständig öffnet. Demgemäß wird der
Kurbeldruck Pc bei den momentanen Umständen maximal. Deshalb ist die
Differenz zwischen dem Kurbeldruck Pc und dem Druck in den Kompressionskammern 29 groß, wodurch
der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 und der Kompressorhubraum minimal
werden.
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Wenn
eine Kühlung
nicht erforderlich ist, beispielsweise wenn der Klimaanlagenschalter 73 abgeschaltet
ist, gibt der Regler 70 ein Signal ab zum Minimieren des
Hubraums zu dem Steuerventil CV. Das heißt, dass der Regler 70 den
Treiberschaltkreis 71 anweist, das Zyklusverhältnis der
Spule 67 auf 0% einzurichten. Wenn das Fahrzeug plötzlich beschleunigt
wird, wenn die Klimaanlage sich in Betrieb befindet, weist der Regler 70 den
Treiberschaltkreis 71 auch an, das Zyklusverhältnis, das
zu der Spule 77 gesandt wird, auf 0% zu reduzieren zum
Vermindern der Antriebslast des Kompressors, die auf den Motor E
wirkt.
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Somit
wird der Kompressorhubraum minimal, wie in 2 gezeigt
ist. Bei diesem Zustand ist der Druck Pd auf der Seite der Abgabekammer 22 niedriger
als ein vorgegebener Wert, wodurch das Absperrventil 69 geschlossen
wird. Demgemäß wird die
Zirkulation des Kühlmittels
durch den externen Kühlmittelkreislauf 30 angehalten.
Das heißt,
wenn der Kompressorhubraum minimal ist, hält das Absperrventil 69 die
Kühlmittelzirkulation
durch den externen Kühlmittelkreislauf 30 hindurch
an. Da der minimale Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 nicht Null
ist, wird Kühlmittel
in die Kompressionskammer 29 hinein angesaugt von der Ansaugkammer 21, komprimiert
und zu der Abgabekammer 22 abgegeben, selbst wenn der Kompressorhubraum
minimal ist.
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Demgemäß ist ein
interner Kühlmittelkreislauf
in dem Kompressor ausgebildet, d.h. ein Kanal mit den Kompressionskammern 29,
der Abgabekammer 22, dem Zufuhrkanal 28, der Kurbelkammer 5, dem
Ablasskanal 27 und der Ansaugkammer 21. Zusammen
mit dem Kühlmittel
zirkuliert das Schmiermittel in dem internen Kühlmittelkreislauf. Selbst wenn
das Kühlmittel,
das Schmiermittel enthält,
nicht von dem externen Kühlmittelkreislauf 30 zurückgeleitet
wird, werden deshalb die gleitenden Elemente (beispielsweise die
Kolben 20 und die Zylinderbohrung 1a) zuverlässig geschmiert.
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Wenn
der elektrische Strom in Übereinstimmung
mit dem minimalen Zyklusverhältnis
(Zyklusverhältnis > 0%) innerhalb dem
Bereich der Zyklusverhältnisse
zu der Spule 67 zugeführt
wird, überschreitet
die aufwärtsgerichtete
elektromagnetische Kraft die Abwärtskraft
der Federn 55, 56 und die Stange 40 bewegt
sich aufwärts.
Bei diesem Zustand wirkt die Resultierende aus der aufwärtsgerichteten elektromagnetischen
Kraft und der Aufwärtskraft
der Feder 66 gegen die Resultierende der Kräfte der
Federn 55, 56, die geschwächt wird durch die Aufwärtskraft
des Balgs 54 auf der Grundlage des Ansaugdrucks Ps in der
Druckerfassungskammer 48. Die Position des Ventilkörpers 43 der
Stange 40 gegenüber
dem Ventilsitz 53 wird derart bestimmt, dass die Aufwärts- und
Abwärtskräfte ausgeglichen
sind.
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Das
Steuerventil CV ermittelt automatisch die Position der Stange 40 gemäß den Änderungen des
Ansaugdrucks Ps, um den Ansaugdruck Ps bei dem Sollwert zu halten.
Der Sollwert des Ansaugdrucks Ps kann extern geändert werden durch Einstellen
des Zyklusverhältnisses
des zu der Spule 67 zugeführten Stroms.
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Wenn
der Abgabedruck Pd sich von einem Wert ändert, der niedriger als ein
erster Ansprechgrenzwert L1 ist, zu einem Wert, der gleich oder
höher als
der erste Ansprechgrenzwert L1 ist, wie in 4 gezeigt
ist, startet der Regler 70 eine Schutzsteuerung (Abgabedruckbegrenzungssteuerung). Ungeachtet
der Höhe
der Kühllast
oder der für
den Kühlmittelkreislauf
erforderlichen Kühlleistung
weist der Regler 70 insbesondere den Treiberschaltkreis 71 an,
das Zyklusverhältnis
Dt, das zu der Spule 67 gesandt wird, von dem momentanen
Wert graduell zu vermindern. Demgemäß wird der Kompressorhubraum
graduell vermindert. Infolgedessen wird die Erhöhung des Abgabedrucks Pd angehalten
und beginnt dann, sich zu vermindern.
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Der
Regler 70 vermindert das Zyklusverhältnis DT, das zu dem Treiberschaltkreis 71 gesandt wird,
auf das Referenzzyklusverhältnis
DTS und weist dann den Treiberschaltkreis 71 an, das Zyklusverhältnis zu
der Spule 67 auf 0% zu vermindern. Deshalb wird der Kompressorhubraum
minimal und der Abgabedruck PD wird beträchtlich gesenkt. Dies verhindert,
dass die Leitungen des externen Kühlmittelkreislaufes 30 eine übermäßige Last
erhalten auf der Grundlage eines hohen Abgabedrucks PD.
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Der
Regler 70 ändert
das Referenzzyklusverhältnis
DTS in Übereinstimmung
mit der Drehzahl NC, die durch den Drehzahlsensor 76 erfasst
wird. Wenn die Drehzahl NC hoch ist, ist die Geschwindigkeit der
Kolben 20 auch hoch. Bei diesem Zustand ist die Schmierung
zwischen den Kolben 20 und den Zylinderbohrungen 1a unzureichend.
Der Regler 70 setzt deshalb das Referenzzyklusverhältnis DTS
relativ hoch, so dass der Kompressorhubraum plötzlich minimal wird bevor der
Hubraum zu klein ist. Das heißt,
dass das Erhöhen
des Referenzzyklusverhältnisses
DTS plötzlich
den Kompressorhubraum minimiert von einem Zustand, wobei eine relativ
große Durchflussrate
des Kühlmittels
in den Kompressor einströmt.
Wenn der Kompressorhubraum minimal ist, wird das Absperrventil 69 geschlossen
und Kühlmittel,
das Schmiermittel enthält,
strömt
nicht aus dem Kompressor aus zu dem externen Kühlmittelkreislauf 30.
Somit wird die Schmierung der Antriebswelle 6 verbessert,
wenn die Drehzahl NC hoch ist. Wenn die Drehzahl NC der Antriebswelle 6 zu
niedrig ist, richtet der Regler 70 das Referenzzyklusverhältnis DTS
relativ niedrig ein zum Verhindern, dass die Kühlung unnötigerweise angehalten wird.
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Der
Regler 70 speichert den Wert des momentanen Zyklusverhältnisses
DT unmittelbar vor dem Start der Schutzsteuerung. Der gespeicherte Wert
des Zyklusverhältnisses
DT wird verwendet als ein Sollwert, wenn der Hubraum zu einem normalen Wert
zurückkehrt.
Wenn der Abgabedruck PD gesenkt ist und unterhalb einen zweiten
Ansprechgrenzwert L2 abfällt,
der niedriger als der erste Ansprechgrenzwert L1 ist, wie in 4 gezeigt
ist, weist der Regler 70 den Treiberschaltkreis 71 an,
das Zyklusverhältnis
DT zu senden, das gleich dem gespeicherten Zyklusverhältnis DTR
ist (siehe 5) oder hält die Schutzsteuerung an.
Demgemäß beginnt
der Kompressorhubraum, in Übereinstimmung
mit der Kühllast
gesteuert zu werden.
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Das
Ausführungsbeispiel
der 1 bis 5 hat die folgenden Vorteile.
- (1) Wenn das zu dem Treiberschaltkreis 71 gesandte
Zyklusverhältnis
DT auf das Referenzzyklusverhältnis
DTS während
der Schutzsteuerung abfällt,
beurteilt der Regler 70, dass die Durchflussrate des Kühlmittels,
das zu dem Kompressor zurückkehrt
von dem externen Kühlmittelkreislauf 30 oder
die Menge des Schmiermittels, das zu dem Kompressor zurückkehrt,
zu niedrig ist und minimiert sofort den Kompressorhubraum. Somit hält das Absperrventil 69 die
Zirkulation des Kühlmittels
durch den externen Kühlmittelkreislauf 30 hindurch
an. Der Kompressor wird bei dem minimalen Hubraum betrieben, der
nicht gleich 0 ist, und ein interner Kühlmittelkreislauf wird in dem Kompressor
gebildet. Deshalb wird Schmiermittel nicht von dem Kompressor abgegeben
und die gleitenden Teile der Kolben 20 und der Zylinderbohrungen 1a werden
zuverlässig
geschmiert durch das Schmiermittel, das in dem zirkulierenden Kühlmittel
enthalten ist.
- (2) Der Regler 70 startet die Schutzsteuerung bei dem
ersten Ansprechgrenzwert L1 des Abgabedrucks PD und hält die Schutzsteuerung
bei dem zweiten Ansprechgrenzwert L2 des Abgabedrucks an. Der erste
Ansprechgrenzwert L1 ist unterschiedlich von dem zweiten Ansprechgrenzwert
L2. In anderen Worten gibt es eine Hysterese. Im Gegensatz zu einem
Fall, wobei es nur einen Ansprechgrenzwert gibt, wird deshalb die Schutzsteuerung
nicht zu häufig
in einer kurzen Periode gestartet und angehalten. Dies stabilisiert die
Hubraumsteuerung des Kompressors.
- (3) Der Regler 70 ändert
das Referenzzyklusverhältnis
DTS in Übereinstimmung
mit der durch den Drehzahlsensor 76 erfassten Drehzahl
NC. Dies schützt
auf zuverlässige
Weise die Klimaanlage ohne die Kühlleistung
zu senken.
- (4) Es wird angenommen, dass der minimale Neigungswinkel der
Taumelscheibe 12 gleich 0° beträgt und der minimale Hubraum
gleich 0 ist. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 dabei
gleich 0 ist, gehen die Kolben 20 nicht hin und her, das
heißt,
dass das Kühlmittel
nicht komprimiert wird. Dabei kann der Kurbelkammerdruck PC nicht
unterschiedlich von dem Druck in den Druckkammern 29 eingerichtet
werden. Die Taumelscheibe 12 kann nicht erhöht werden
von 0°. Somit
ist eine Struktur zum Steuern des Hubraums, die unabhängig von
einer Struktur zum Steuern des Kurbelkammerdrucks ist, erforderlich,
wodurch der Kompressor kompliziert wird.
Bei dem Ausführungsbeispiel
der 1 bis 5 ist jedoch der minimale Hubraum
nicht gleich Null. Deshalb kann der Hubraum von dem minimalen Hubraum
erhöht
werden durch Steuern des Kurbelkammerdrucks Pc. In anderen Worten
wird der Hubraum gesteuert durch die Struktur zum Steuern des Kurbelkammerdrucks
Pc, wodurch die Struktur vereinfacht wird.
- (5) Das Steuerventil CV umfasst den Elektromagneten 60,
der den Sollansaugdruck gemäß den externen
Signalen ändert.
Der Balg 54 verwendet den Sollansaugdruck zum Ermitteln
der Position des Ventilkörpers 43.
Deshalb ermöglicht
das Steuerventil CV eine feinere Klimaanlage im Vergleich mit einem
Steuerventil, das keinen Elektromagneten hat, d.h. ein Steuerventil,
das einen einzelnen Sollansaugdruck hat.
- (6) Das Steuerventil CV ist ein so genanntes Zufuhrsteuerventil,
das den Öffnungsgrad
des Zufuhrkanals 28 einstellt zum Steuern des Kurbelkammerdrucks
Pc. Wenn der Hubraum minimiert werden muss, öffnet deshalb das Steuerventil
CV den Zufuhrkanal 28 vollständig. Somit wird der Zufuhrkanal 28 als
ein Teil des inneren Kühlmittelkreislaufs
verwendet, wodurch die Struktur des Kompressors vereinfacht wird.
- (7) Die Antriebswelle 6 ist unmittelbar mit dem Motor
E gekoppelt. Wenn der Motor E läuft,
dreht sich die Antriebswelle 6 immer. Deshalb muss bei
dem Ausführungsbeispiel
der 1 bis 5 der minimale Hubraum sehr
klein sein oder nahezu Null im Vergleich mit einem Kompressor, der
eine Kupplung hat. Das kommt daher, weil der Energieverlust des
Motors E reduziert werden muss, wenn eine Kühlung nicht ausgeführt wird.
Deshalb zeigt die Durchflussrate des Kühlmittels, das zu dem Kompressor
zurückgeleitet
wird von dem externen Kühlmittelkreislauf,
die Neigung, zu niedrig zu sein, wenn der Hubraum nahe seines Minimalwerts
liegt. In anderen Worten ist die vorliegende Erfindung besonders
vorteilhaft, wenn sie auf einen kupplungslosen Kompressor angewandt wird.
-
Ein
Kompressor gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf 6 beschrieben.
Die Beschreibung des zweiten Ausführungsbeispiels konzentriert
sich auf die Unterschiede von dem ersten Ausführungsbeispiel und die selben
Bezugszeichen werden verwendet zum Bezeichnen von ähnlichen
Teilen wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel.
-
Eine
elektromagnetische Kupplung 90 befindet sich zwischen der
Antriebswelle 6 des Kompressors und des Motors E. Ein Rotor 91 der
Kupplung wird durch eine Außenwand
des vorderen Gehäuseelements 2 durch
ein Lager 92 gestützt.
Ein Riemen 93 befindet sich in Eingriff mit dem Motor E
und dem Rotor 91. Eine flexible Nabe 94 ist an
dem vorderen Ende der Antriebswelle 6 fixiert. Ein Anker 95 ist
durch den Randabschnitt der Nabe 94 gestützt. Eine
elektromagnetische Spule 96 ist durch die Außenwand
des vorderen Gehäuseelements 2 gestützt und
befindet sich in dem Rotor 91.
-
Wenn
der Regler 70 die Spule 96 anweist, um erregt
zu werden, wenn der Motor E läuft,
wird der Anker 95 durch die elektromagnetische Kraft angezogen
und gegen den Rotor 91 gedrückt. Die Kupplung 90 wird
deshalb in Eingriff gebracht und überträgt die Kraft des Motors E auf
die Antriebswelle 6. Wenn der Regler 70 die Spule 96 bei
diesem Zustand zu der Entregung anweist, wird der Anker von dem
Rotor 91 getrennt durch die Kraft der Nabe 94.
Demgemäß wird die
Kupplung 90 ausgekuppelt und löst die Verbindung zwischen
der Antriebswelle 6 und dem Motor E.
-
Während der
Schutzsteuerung kuppelt der Regler 70 die Kupplung 90 aus,
wenn das Zyklusverhältnis
DT zu dem Treiberschaltkreis 71 vermindert wird auf das
Referenzzyklusverhältnis
DTS (siehe 5). Demgemäß wird der Kompressor angehalten und
der Abgabedruck PD wird beträchtlich
gesenkt. Dies verhindert, dass die Leitungen des externen Kühlmittelkreislaufes 30 eine übermäßige Last
erhalten aufgrund eines übermäßigen Werts
des Abgabedrucks PD. Die Hin und – Herbewegung der Kolben 20 wird
auch angehalten. Deshalb besteht eine Notwendigkeit, die Kolben 20 und
die Zylinderbohrungen 1a zu schmieren.
-
Wenn
der Abgabedruck PD unter den zweiten Ansprechgrenzwert L2 fällt, der
niedriger als der erste Ansprechgrenzwert L1 ist, kuppelt der Regler 70 die
Kupplung 90 ein und weist den Treiberschaltkreis 71 zum
Erregen der Spule 67 bei dem gespeicherten Zyklusverhältnis DTR
an (siehe 5). Deshalb startet der Kompressor
seinen Betrieb bei einem Hubraum, der der Kühllast entspricht.
-
Es
sollte für
den Fachmann ersichtlich sein, dass die vorliegende Erfindung in
vielen anderen spezifischen Gestalten ausgeführt werden kann ohne von dem
Kern oder Umfang der Erfindung abzuweichen. Insbesondere sollte
verständlich
sein, dass die Erfindung in den folgenden Gestalten ausgeführt werden
kann.
-
Bei
den dargestellten Ausführungsbeispielen ändert das
Steuerventil CV den Sollansaugwert. Das Steuerventil CV kann jedoch
verwendet werden zum Ändern
eines Sollabgabedrucks. Dabei wird der Sollwert des Abgabedrucks
Pd ermittelt durch eine Solldruckänderungseinrichtung und das
Steuerventil CV ermittelt automatisch die Position eines Ventilkörpers derart,
dass der Abgabedruck Pd bei dem Sollwert gehalten wird in Übereinstimmung
mit dem Abgabedruck.
-
Im
Gegensatz zu den dargestellten Ausführungsbeispielen können sich
zwei Drucküberwachungspunkte
in dem Kühlmittelkreislauf
befinden. Das heißt,
es kann sich ein erster Drucküberwachungspunkt
beispielsweise in einer Abgabedruckzone befinden und ein zweiter
Drucküberwachungspunkt
kann sich beispielsweise in einer Abgabedruckzone befinden, deren
Druck niedriger als jener des ersten Drucküberwachungspunkts ist. Dabei kann
ein Steuerventil eingesetzt werden, das die Druckdifferenz zwischen
den Drucküberwachungspunkten
erfasst. Das Steuerventil hat ein Druckerfassungselement. Das Druckerfassungselement
wird versetzt auf der Grundlage der Druckdifferenz, um einen Ventilkörper derart
zu bewegen, dass der Kompressorhubraum geändert wird, um die Druckdifferenz
aufzuheben. Deshalb wird die Kraft, die auf das Druckerfassungselement
aufgebracht wird durch die Solldruckänderungseinrichtung geändert durch
eine externe Steuerung. Demgemäß wird der
Solldruck geändert,
auf den Bezug genommen wird, wenn die Position des Ventilkörpers bestimmt
ist durch das Druckerfassungselement.
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Die
Druckerfassungsstruktur kann weggelassen werden von dem Steuerventil
CV, so dass das Steuerventil CV als ein elektromagnetisches Ventil dient.
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Das
Steuerventil CV kann verwendet werden als ein so genanntes Ablaufsteuerventil,
das den Öffnungsgrad
des Ablaufkanals 27 einstellt zum Ändern des Kurbelkammerdrucks
Pc.
-
Das
heißt,
dass das Steuerventil CV die Öffnung
von einem beliebigen Drucksteuerkanal einstellen kann, der mit der
Kurbelkammer 5 verbunden ist, wie beispielsweise der Zufuhrkanal 28 oder
der Ablaufkanal 27.
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Der
minimale Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 kann bei den
Ausführungsbeispielen
von 1 bis 5 gleich 0° betragen, so dass der minimale
Hubraum des Kompressors gleich Null ist. Dabei bewegen sich die
Kolben 20 nicht hin und her, wenn der Kompressorhubraum
minimal ist und ein unnötiger
Kühlvorgang
wird nicht durchgeführt
durch die Drehung der Antriebswelle 6. In anderen Worten wird
das Kühlmittel
nicht zu dem externen Kühlmittelkreislauf 30 abgegeben.
Eine Schmierung muss auch nicht aufrechterhalten bleiben zwischen
den Kolben 20 und den Zylinderbohrungen 1a. Somit kann
das Absperrventil 69 weggelassen werden.
-
Der
Regler kann das Referenzzyklusverhältnis DTS gemäß dem Abgabedruck
PD ändern,
der erfasst wird durch den Abgabedrucksensor 77. Das heißt, wenn
der Abgabedruck PD hoch ist, ist die Schmierung zwischen den Kolben 20 und
den Zylinderbohrungen 1a unzureichend. Dabei richtet der Regler 70 das
Referenzzyklusverhältnis
DTS relativ hoch ein, so dass der Kompressorhubraum plötzlich minimal
wird, bevor der Hubraum zu klein wird oder bevor in anderen Worten
die Durchflussrate des Kühlmittels
zu klein wird, das zu dem Kompressor zurückkehrt von dem externen Kühlmittelkreislauf 30 (die
Menge des enthaltenen Schmiermittels). Wenn der Abgabedruck PD relativ
niedrig ist, richtet der Regler 70 das Referenzzyklusverhältnis DTS
relativ niedrig ein, so dass eine unnötige Kühlung nicht durchgeführt wird.
Diese Struktur verbessert die Kühlleistung,
während
auf zuverlässige
Weise die Klimaanlage geschützt
wird.
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Bei
den dargestellten Ausführungsbeispielen wird
das Absperrventil 69 verwendet zum Absperren des Auslasses
des Kompressors. Stattdessen kann das Absperrventil 69 zum
Absperren des Einlasses des Kompressors verwendet werden.
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Die
vorliegende Erfindung kann bei einem Steuerventil eines Flatterkompressors
(wobble type) mit variablem Hubraum ausgeführt werden. Das heißt, dass
die vorliegende Erfindung bei jeder beliebigen Art eines Kompressors
mit variablem Hubraum mit einer neigbaren Antriebsscheibe ausgeführt werden
kann, die eine Drehung der Antriebswelle 6 in eine Hin-
und Herbewegung der Kolben 20 umwandelt.
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Bei
den dargestellten Ausführungsbeispielen wird
der Druck in der Abgabekammer 22 durch den Abgabedrucksensor 77 erfasst.
Es kann jedoch der Druck bei einem beliebigen Punkt in einer Zone,
die dem Abgabedruck PD ausgesetzt ist, oder der Hochdruckzone durch
den Sensor 77 erfasst werden.
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Deshalb
sind die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als darstellend
und nicht als einschränkend
zu betrachten und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen
Details beschränkt, sondern
kann innerhalb dem Umfang und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche abgewandelt
werden.
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Ein
Kompressor mit einem variablem Hubraum hat ein Steuerventil (CV)
zum Steuern des Hubraum's
des Kompressors. Wenn der Druck in einer Abgabekammer 22 des
Kompressors (Abgabedruck) gleich oder höher als ein erster Ansprechgrenzwert (L1)
ist, führt
ein Regler 70 eine Begrenzungssteuerung zum Begrenzen des
Abgabedrucks aus. Während
der Begrenzungssteuerung vermindert der Regler 70 graduell
ein Zyklusverhältnis,
das zu dem Steuerventil (CV) gesandt wird, so dass der Hubraum des Kompressors
graduell vermindert wird. Wenn das Zyklusverhältnis vermindert wird auf ein
Referenzzyklusverhältnis,
richtet der Regler 70 das Zyklusverhältnis auf 0% ein. Infolgedessen
wird der Kompressorhubraum minimal und der Abgabedruck wird gesenkt.
Deshalb erhalten die Leitungen an einem externen Kühlmittelkreislauf
keine übermäßige Last
auf der Grundlage einer Hochdruckabgabe.