DE10221396B4 - C02-Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen - Google Patents
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Abstract
Axialkolbenverdichter
zur Zirkulation von CO2 als Kältemittel
in einem geschlossenen Kreislauf einer Fahrzeugklimaanlage mit einem
einen Triebwerksraum (21) begrenzenden Gehäuse (27), einem Zylinderblock
(22) und einem Zylinderkopf (23), wobei der Hochdruckseite (25)
des Verdichters (20) ein Schmiermittel- bzw. Ölabscheider zugeordnet ist,
und wobei ferner ein weiterer Schmiermittel- bzw. Ölabscheider (28) zwischen Triebwerksraum
(21) und der Saugseite (26) des Verdichters (20) wirksam ist, dadurch
gekennzeichnet, daß der weitere Ölabscheider
(28) im Bereich des Zylinderblocks (23) innerhalb einer im Zylinderblock
(23) vom Triebwerksraum (21) zur Saugseite (26) des Verdichters
(20) führenden
by-pass-Leitung (29) angeordnet ist.
Description
- Die Erfindung betrifft einen Axialkolbenverdichter zur Zirkulation von CO2 als Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf einer Fahrzeugklimaanlage gemäß Oberbegriff des Anspruches 1.
- Die Klimaanlage eines Kraftfahrzeuges besteht entsprechend
3 aus den Hauptkomponenten - – Kältemittelverdichtereinem
10 , - – einem
dem Verdichter nachgeordneten ersten Wärmetauscher
11 , - – einem
diesem nachgeordneten inneren Wärmetauscher
12 , - – einem
Expansionsorgan, insbesondere Expansionsventil
13 , - – einem
diesem nachgeordneten Verdampfer
14 . - Die vorgenannten Komponenten werden durch dazwischen geschaltete Rohrleitungen miteinander verbunden. Der Kältemittelverdichter 10 hat die Aufgabe, Kältemittel, hier CO2, aus einem Verdampfer, in dem es unter Wärmeaufnahme verdampft, abzusaugen und auf einen höheren Druck zu verdichten, so dass in einem dem Verdichter nachgeordneten Wärmetauscher (zum Beispiel Verflüssiger oder Gaskühler im überkritischen Bereich) Wärme auf einem höheren Temperaturniveau wieder abgegeben werden kann. Anschließend erfährt das Kältemittel im Expansionsventil
13 eine Drosselung auf das Druckniveau des nachgeordneten Verdampfers14 . Zwischen Verdampfer14 und innerem Wärmetauscher12 ist noch ein Kältemittel-Abscheider15 angeordnet, in dem flüssiges Kältemittel abgeschieden wird. Nicht dargestellt sind in3 Komponenten des Kältemittelkreislaufs, die dem Schmiermittel- bzw. Ölhaushalt (Ölabscheidung, Ölrückführung) des Verdichters dienen. - Als Kältemittelverdichter werden bei Fahrzeugklimaanlagen sehr häufig Axialkolbenverdichter verwendet. Es kommen aber auch andere Verdichterbauformen, wie zum Beispiel Scroll-Verdichter, zum Einsatz.
- Bei Verwendung von CO2 als Kältemittel hat sich gezeigt, dass der Einsatz eines Ölabscheiders notwendig ist. Das Lösungsverhalten von Öl in CO2 ist gering, wodurch der für die Schmierung notwendige Ölrücktransport nicht sichergestellt ist. Weiterhin führt die Verwendung von CO2 als Kältemittel dazu, dass es bei der Verdichtung zu vergleichsweise hohen Verdichtungsendtemperaturen kommt. Aus diesem Grund müssen – anders als bei R134a-Verdichtern – grundviskosere und additivierte Öle verwendet werden. Diese viskoseren Öle führen auf der anderen Seite zu erheblichen Nachteilen im Wärmetauscher (reduzierter Wärmeübergangskoeffizient; Verklebung im Wärmetauscher). Aufgrund der kompakten Bauweise von Verdichtern, insbesondere Axialkolbenverdichtern für Fahrzeugklimaanlagen, muß darüber hinaus mit einem relativ großen Ölwurf gerechnet werden. Aus diesen Gründen erscheint es unerlässlich, dass bei CO2-Klimaanlagen ein Ölabscheider zum Einsatz kommt. Das Öl wird dann im Ölabscheider vom verdichteten Kältemittel in einem vorbestimmten Abscheidegrad getrennt. Das Kältemittel durchströmt anschließend den Kreislauf, wobei in den Wärmetauschern ein zum Kreislauf ohne Ölabscheider vergleichsweise günstigerer Wärmeübergang realisiert werden kann. Das abgeschiedene Öl wird in den Triebwerksraum des Verdichters zurückgeführt, oder zu vorbestimmten Bereichen derselben geleitet, zum Beispiel einer Wellenabdichtung innerhalb eines Nebenraums des Triebwerkraums.
- Es gibt auch Konstruktionen in Verbindung mit Axialkolbenverdichtern für Fahrzeugklimaanlagen, die sich durch eine by-pass-Leitung zwischen Triebwerksraum und der Saugseite des Verdichters auszeichnen, wobei in dieser by-pass-Leitung ein Regelventil zur Drucksteuerung zwischen der Saugseite des Verdichters und dem Triebwerksraum angeordnet ist (s.
EP 0 742 116 B1 ). Dieser by-pass-Leitung ist auch noch ein Ölabscheider zugeordnet, der in der Gehäusewand integriert ist. Im übrigen liegt die by-pass-Leitung außerhalb des Verdichters. Diese Konstruktion hat zwar den Vorteil, daß unkontrollierter Ölmitriß durch die by-pass-Leitung hindurch zur Saugseite hin weitgehend vermieden ist. Nachteilig ist jedoch, daß die by-pass-Leitung an der den Triebwerksraum begrenzenden Gehäusewand einerseits und am Zylinderkopf saugseitig andererseits angeschlossen und abgedichtet werden muß. Es entstehen somit zusätzliche Dichtstellen, die zum einen fertigungs- und montagetechnisch aufwendig sind und zum anderen auch Leckagestellen bilden. - Aus der
DE 39 00 234 C2 ist ferner ein Taumelscheibenverdichter mit veränderlicher Verdrängung bekannt, welcher ein Zylindergehäuse zur Begrenzung einer Taumelscheibenkammer und einer Anzahl von Zylinderbohrungen sowie eine in der Taumelscheibenkammer vorgesehene Taumelscheibe, die mittels einer Welle angetrieben wird, aufweist. Auch der Verdichter gemäß derDE 39 00 234 C2 weist eine unzureichende Ölabscheidung auf. - Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Axialkolbenverdichter der zuletzt genannten Art zu schaffen, der sich bei verbesserter Schmierölversorgung der Triebwerksteile durch ein Minimum von Dicht- und damit Leckagestellen auszeichnet.
- Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruches 1 gelöst, wobei konstruktive Details und Ausführungsformen in den Unteransprüchen beschrieben sind. Durch die Erfindung wird – wie beim Stand der Technik nach der
EP 0 742 116 B1 – stationär eine größere Ölmenge im Triebwerksraum gehalten. Der Ansaugvorgang wird durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen effektiver, da mehr Kältemittel und weniger Öl beim Saughub in die Zylinderräume gelangt und mitverdichtet wird. Der Ölwurf aus dem Verdichter heraus in das System bzw. in die Anlage wird reduziert. Dies führt zu einer erhöhten Effektivität der Wärmetauscher und damit erhöhten Effizienz des Gesamtsystems. - Durch die zusätzliche Ölabscheidung parallel zu der bereits vorbekannten Ölabscheidung an der Hochdruckseite, ist es möglich, den letztgenannten Ölabscheider im Hauptgasstrom des Verdichters geringer zu dimensionieren.
- Von besonderem Vorteil ist dabei, dass das durch die saugseitig zusätzliche Ölabscheidung gewonnene Öl eine geringere Temperatur aufweist als das im Hauptkreis des Verdichters an der Hochdruckseite abgeschiedene Öl. Dementsprechend kann dem Triebwerksraum Schmiermittel mit geringerer Temperatur zugeführt werden, wodurch der Wirkungsgrad der Schmierung erheblich erhöht wird.
- Konstruktiv liegt der Kern der vorliegenden Erfindung darin, dass der weitere Ölabscheider im Bereich des Zylinderblocks innerhalb einer im Zylinderblock vom Triebwerksraum zur Saugseite des Verdichters hin führenden by-pass-Leitung angeordnet ist, die sich dann auch noch durch sog. Ventilplatte zwischen Zylinderblock und Zylinderblock sowie ggf. durch eine zwischen Zylinderkopf und Ventilplatte eingespannte Ventilmembran hindurcherstreckt. Damit sind für die by-pass-Leitung keine gesonderten Dichtungen erforderlich. Es wirken in bezug auf die by-pass-Leitung die bereits vorhandenen Dichtungen zwischen Zylinderblock und Ventilplatte einerseits und Ventilplatte, ggf. Ventilmembran und Zylinderkopf andererseits. Damit entstehen durch die erfindungsgemäß angeordnete by-pass-Leitung auch keine zusätzlichen Leckagestellen. Die Herstellungskosten der erfindungsgemäßen Konstruktion sind bei erhöhter Funktionssicherheit erheblich geringer.
- Wie bereits erwähnt, ist es für den Wirkungsgrad nicht unerheblich, wenn das in den Triebwerksraum zurückgeführte Öl eine relativ niedrige Temperatur aufweist. Dementsprechend hat sich als vorteilhaft erwiesen, die erwähnte by-pass-Leitung, der auch der zusätzliche Ölabscheider zugeordnet ist, im Randbereich des Verdichters, aber noch innerhalb der äußeren Begrenzung anzuordnen, vorzugsweise nach Art einer „Gehäuse-Kühlrippe". Auch kann es von Vorteil sein, der zusätzlichen Öl-abscheidung eine Kühleinrichtung zuzuordnen, mit der das abgeschiedene Öl aktiv auf eine niedrigere Temperatur gebracht wird.
- Nachstehend werden zwei Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Schema-Zeichnungen näher erläutert. Diese zeigen in:
-
1 eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen konzipierten Axialkolbenverdichters im schematischen Längsschnitt; und -
2 eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäß konzipierten Axialkolbenverdichters im schematischen Längsschnitt. - In den
1 und2 ist ein Axialkolbenverdichter für Fahrzeugklimaanlagen im schematischen Längsschnitt dargestellt, wobei hinsichtlich der detaillierten Konstruktion eines derartigen Axialkolbenverdichters beispielhaft verwiesen wird auf dieDE 198 09 768 A1 oder bereits erwähnteEP 0 742 116 B1 . - Derartige Axialkolbenverdichter
20 , die im vorliegenden Fall zur Zirkulation von CO2 als Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf einer Fahrzeugklimaanlage dienen sollen, umfassen ein einen Triebwerksraum21 begrenzendes Gehäuse27 , einen Zylinderblock22 sowie einen Zylinderkopf23 , wobei im Zylinderkopf23 eine Druckkammer25 mit Ölabscheider sowie Saugkammern26 ausgebildet sind. Die Druckkammer25 ist mit dem Auslaß der einzelnen Zylinderräume im Zylinderblock22 verbunden, während die Einlässe der einzelnen Zylinderräume mit den Saugkammern26 in Verbindung stehen. - Die in den Zylinderräumen hin- und herverschiebbaren Kolben sind mit einer Schräg- oder Taumelscheibe gekoppelt, die auf einer zentralen Antriebswelle gelagert ist. Diese Antriebswelle wird vom Fahrzeugmotor angetrieben, und zwar über eine außerhalb des Gehäuses
27 angeordnete Antriebsriemenscheibe24 . - Wie bereits oben ausgeführt, ist neben dem hochdruckseitigen Ölabscheider ein weiterer Schmiermittel- bzw. Ölabscheider
28 zwischen Triebwerksraum21 und der Saugseite26 des Verdichters20 vorgesehen, wobei der weitere Ölabscheider28 im Bereich des Zylinderblocks23 angeordnet ist, und zwar hier konkret innerhalb einer im Zylinderblock23 vom Triebwerksraum21 zur Saugseite26 des Verdichters20 führenden by-pass-Leitung29 . - Der Ölabscheider
28 kann in Form eines Gewebe-Ölabscheiders, Prallwand-Ölabscheiders, Labyrinth-Ölabscheiders oder Zyklonen-Ölabscheiders ausgebildet sein. Er befindet sich vorzugsweise im Einlassbereich der von der Triebwerkskammer21 zur Saugseite26 des Verdichters20 führenden by-pass-Leitung29 . - Entsprechend
1 liegt die by-pass-Leitung29 im Randbereich des Verdichters20 , wo die Temperaturen etwas niedriger sind als im zentralen Bereich des Verdichters. - Bei der Ausführungsform nach
2 ist an den weiteren Ölabscheider28 im Bereich zwischen Triebwerkskammer21 und Saugseite26 eine Ölrückführleitung30 angeschlossen, über die im Ölabscheider28 gesammeltes Öl in den Triebwerksraum21 zurückgeführt wird. In diese Ölrückführleitung30 mündet eine weitere Ölrückführleitung31 von der Hochdruckseite25 bzw. dem dort vorgesehenen ersten Ölabscheider. Diese weitere Ölrückführleitung31 umfaßt noch ein Regelventil32 . - Somit lässt sich sowohl vom hochdruckseitigen Ölabscheider als auch vom niederdruckseitigen Ölabscheider abgeschiedenes Öl in die Triebwerkskammer
21 zurückführen oder zu Teilbereichen derselben, insbesondere zu dort angeordneten Dreh- und/oder Gleitlagern leiten. Wie erwähnt, liegt die by-pass-Leitung29 im Randbereich des Zylinderblocks22 , d.h. nahe der in der Regel kühleren Umgebung. Um einen zusätzlichen Kühleffekt zu erzielen, erstreckt sich die by-pass-Leitung29 innerhalb einer radial nach außen vorstehenden Längsrippe des Zylinderblocks sowie der angrenzenden Bereiche von Gehäuse27 und Zylinderkopf23 . Diese Längsrippe stellt eine Art Gehäuse-Kühlrippe dar. Auf jeden Fall soll sich die by-pass-Leitung durch den Zylinderblock sowie durch eine zwischen Zylinderkopf und Zylinderblock angeordnete Ventilplatte sowie zwischen diesen Teilen angeordnete Dichtungen hindurcherstrecken, so dass für die by-pass-Leitung keine gesonderten Dichtungen erforderlich werden. In den1 und2 ist die Ventilplatte mit der Bezugsziffer33 angedeutet. Eine genauere Darstellung von Ventilplatte und Ventilmembranen erübrigt sich, da es sich hierbei um an sich bekannte Bauteile handelt. -
- 10
- Kältemittelverdichter
- 11
- erster Wärmetauscher
- 12
- innerer Wärmetauscher
- 13
- Expansionsventil
- 14
- Verdampfer
- 15
- Kältemittel-Abscheider
- 20
- Axialkolbenverdichter
- 21
- Triebwerksraum
- 22
- Zylinderblock
- 23
- Zylinderkopf
- 24
- Antriebsriemenscheibe
- 25
- Druckkammer mit Ölabscheider
- 26
- Saugkammer
- 27
- Gehäuse
- 28
- weiterer Ölabscheider
- 29
- by-pass-Leitung
- 30
- Ölrückführleitung
- 31
- Ölrückführleitung
- 32
- Regelventil
- 33
- Ventilplatte
Claims (7)
- Axialkolbenverdichter zur Zirkulation von CO2 als Kältemittel in einem geschlossenen Kreislauf einer Fahrzeugklimaanlage mit einem einen Triebwerksraum (
21 ) begrenzenden Gehäuse (27 ), einem Zylinderblock (22 ) und einem Zylinderkopf (23 ), wobei der Hochdruckseite (25 ) des Verdichters (20 ) ein Schmiermittel- bzw. Ölabscheider zugeordnet ist, und wobei ferner ein weiterer Schmiermittel- bzw. Ölabscheider (28 ) zwischen Triebwerksraum (21 ) und der Saugseite (26 ) des Verdichters (20 ) wirksam ist, dadurch gekennzeichnet, daß der weitere Ölabscheider (28 ) im Bereich des Zylinderblocks (23 ) innerhalb einer im Zylinderblock (23 ) vom Triebwerksraum (21 ) zur Saugseite (26 ) des Verdichters (20 ) führenden by-pass-Leitung (29 ) angeordnet ist. - Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß von dem weiteren Ölabscheider (
28 ) wenigstens eine Leitung (30 ) zum Triebwerksraum (21 ) oder Teilbereichen desselben und/oder zu Dreh- und/oder Gleitlagern innerhalb oder außerhalb des Triebwerksraumes (21 ) führt, über die abgeschiedenes Öl zu den vorgenannten Bereichen/Stellen leitbar ist. - Axialkolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Einlaßbereich der von der Triebwerkskammer (
21 ) zur Saugseite (26 ) des Verdichters (20 ) führenden by-pass-Leitung (29 ) eine Ölsperre vorgesehen ist. - Axialkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ölabscheider in Form eines – Gewebe-Ölabscheiders, – Prallwand-Ölabscheiders, – Labyrinth-Ölabscheiders, – Zyklonen-Ölabscheiders, oder – einer Kombination davon ausgebildet ist.
- Axialkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die einen weiteren Ölabscheider (
28 ) umfassende by-pass-Leitung (29 ) von der Triebwerkskammer (21 ) zur Saugseite (26 ) des Verdichters (20 ) im Randbereich des Verdichters (20 ) angeordnet ist und sich durch den Zylinderblock (22 ), eine zwischen Zylinderblock (22 ) und Zylinderkopf (23 ) angeordnete Ventilplatte (33 ) und ggf. eine zwischen der Ventilplatte (33 ) und Zylinderkopf (23 ) eingespannte Ventilmembran sowie zwischen diesen Teilen angeordnete Dichtungen hindurcherstreckt. - Axialkolbenverdichter nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die by-pass-Leitung (
29 ) nach Art einer „Gehäuse-Kühlrippe" ausgeführt ist, oder sich innerhalb einer solchen erstreckt. - Axialkolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der einen weiteren Ölabscheider (
28 ) umfassenden by-pass-Leitung29 , zumindest dem weiteren Ölabscheider (28 ) selbst, und/oder der an diesem angeschlossenen Ölrückführleitung (30 ) eine Kühleinrichtung zugeordnet ist.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: ZEXEL VALEO COMPRESSOR EUROPE GMBH, 68766 HOCKENHE |
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Owner name: VALEO COMPRESSOR EUROPE GMBH, 68766 HOCKENHEIM, DE |
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8364 | No opposition during term of opposition | ||
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Effective date: 20111201 |