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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter mit variabler Verdrängung zum Gebrauch in einem Fahrzeugklimaanlagensystem und dergleichen.
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STAND DER TECHNIK
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Patentdruckschrift 1 offenbart die folgende Technik. In einem Verdichter mit variabler Verdrängung, der eine Kühlmittelauslassrate variabel steuert, in dem gemäß einem Druck in einer Kurbelkammer ein Neigungswinkel einer Taumelscheibe geändert wird, die mit einer Antriebswelle verbunden ist, um eine Kolbenhubgröße eines Verdichtungsmechanismus' einzustellen, teilen sich ein Druckzuführpfad, der eine Auslasskammer mit der Kurbelkammer verbindet und dessen Öffnung durch ein Steuerventil eingestellt wird, um den Druck in der Kurbelkammer zu steuern, und ein Druckauslasspfad, der die Kurbelkammer und eine Saugkammer verbindet, teilweise einen gemeinsamen Pfad, der mit einem Ende der Kurbelkammer in Verbindung ist.
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DRUCKSCHRIFTENLISTE
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Patentdruckschrift
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- Patentdruckschrift 1: Japanische, offengelegte Patenanmeldung JP 2003-301 771
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG GELÖST WERDEN
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Öl, das zusammen mit einem Auslassgas ausgelassen wird, ist in der Auslasskammer enthalten. Bei der in der Patentdruckschrift 1 beschriebenen Technik strömt das Öl, das in dem Auslassgas enthalten ist, durch einen Spalt eines Lagers zum radialen Stützen der Antriebswelle zu der Kurbelkammer zurück, wenn das das Steuerventil geöffnet ist. Dies stellt das Ölniveau in der Kurbelkammer sicher und hat einen Beitrag für die Schmierung der jeweiligen Abschnitte.
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Jedoch wird das Auslassgas, das durch den Spalt des Lagers strömt, nahe der Mitte der Taumelscheibe ausgelassen, und das in der Auslassgasströmung enthaltene Öl wird nicht direkt zu jenen Abschnitten verteilt, die zu schmieren sind, wie zum Beispiel die Gleitflächen der Taumelscheibe und Gleitstücke an dem Umfang. Somit gibt es weiterhin Raum für eine Verbesserung zum Schmieren mit dem Öl, das aus der Auslasskammer zu der Kurbelkammer zurückströmt.
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Weitere Verdichter sind aus
JP 2004-218 565 A ;
US 2008/0 145 239 A1 ;
JP 2008-106 679 A und
US 2012/0 073 430 A1 bekannt.
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Die vorliegende Erfindung wurde angesichts eines derartigen herkömmlichen Problems geschaffen und sieht einen Verdichter mit variabler Verdrängung vor, der eine verbesserte Schmierung der Ölströmung aus einer Auslasskammer zurück zu der Kurbelkammer hat.
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MITTEL ZUM LÖSEN DER PROBLEME
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Diese Aufgabe wird durch einen Verdichter mit variabler Verdrängung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen definiert.
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Dementsprechend sieht die vorliegende Erfindung einen Verdichter mit variabler Verdrängung vor, der unter anderem Folgendes aufweist:
einen Zylinderblock, in dem viele Zylinderbohrungen, die ringartig angeordnet sind, und eine Mittelbohrung ausgebildet sind, die innerhalb der vielen Zylinderbohrungen positioniert ist;
ein vorderes Gehäuse, das ein Ende des Zylinderblocks abschließt und zusammen mit dem Zylinderblock eine Kurbelkammer definiert;
eine Ventilplatte, die das andere Ende des Zylinderblocks abschließt, und in der ein Auslassloch und ein Saugloch ausgebildet sind, die jeweils mit den vielen Zylinderbohrungen in Verbindung sind;
einen Zylinderkopf, der gegenüber dem Zylinderblock mit der dazwischenliegenden Ventilplatte vorgesehen ist, und in dem entweder eine Saugkammer oder eine Auslasskammer in einem Mittelteil ausgebildet ist, und die andere von der Saugkammer und der Auslasskammer ist in einem ringartigen Teil außerhalb des Mittelteils ausgebildet, wobei die Saugkammer mit einem saugseitigen, externen Kühlmittelkreislauf in Verbindung ist und die Auslasskammer mit einem auslassseitigen, externen Kühlmittelkreislauf in Verbindung ist;
einen Kolben, der jeweils in den vielen Zylinderbohrungen angeordnet ist und sich in einer axialen Richtung einer Antriebswelle hin und her bewegt;
die Antriebswelle, von der ein Ende in die Mittelbohrung eingefügt ist, und die durch den Zylinderblock über ein Radiallager radial gestützt ist;
einen Rotor, der an der Antriebswelle befestigt ist und sich einstückig mit der Antriebswelle dreht;
eine Taumelscheibe, die mit dem Rotor über eine Verbindungseinheit verbunden ist und an der Antriebswelle gleitbar angebracht ist, so dass die Taumelscheibe einen variablen Neigungswinkel hinsichtlich einer Achse der Antriebswelle hat, wenn sich diese synchron mit dem Rotor dreht;
einen Wandlermechanismus, der eine Drehung der Taumelscheibe zu einer Hin- und Her-Bewegung des Kolbens wandelt;
einen Druckzuführpfad, der die Auslasskammer mit der Kurbelkammer verbindet;
ein Steuerventil, das eine Öffnung des Druckzuführpfads einstellt; und
einen Druckentspannungspfad, der die Kurbelkammer mit der Saugkammer verbindet,
wobei ein Druck in der Kurbelkammer geändert wird, indem die Öffnung durch das Steuerventil eingestellt wird, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe zu ändern und einen Hub des Kolbens einzustellen, und ein Kühlmittel, das in die Zylinderbohrung aus der Saugkammer angesaugt wird, verdichtet und in die Auslasskammer ausgelassen wird.
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Ein stromabwärtiger Teil des Druckzuführpfads weist Folgendes auf: einen stromaufwärtigen Pfad entlang einer Mittelachse der Antriebswelle; und einen stromabwärtigen Pfad, der den stromaufwärtigen Pfad schneidet und mit diesem verbunden ist, und der ein offenes Ende hat, das mit der Kurbelkammer in Verbindung ist.
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WIRKUNGEN DER ERFINDUNG
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Wenn das Steuerventil geöffnet wird, ändert ein Teil des Kühlmittelgases in der Auslasskammer beim Erreichen des stromabwärtigen Pfads von dem stromaufwärtigen Pfad in der Antriebswelle in dem Druckzuführpfad die Richtung und strömt aus der Öffnung des stromabwärtigen Pfads heraus. Öl, das in dem Kühlmittel enthalten ist, bricht aus der Antriebswelle nach außen aus und wird zu der Taumelscheibe geführt, und zwar aufgrund der Zentrifugalkraft in dem sich drehenden stromabwärtigen Pfad. Dies verbessert die Schmierung der zu schmierenden Abschnitte (Gleitabschnitte) der Taumelscheibe (insbesondere die Taumelscheibe an der Seite des Verdichtungshubs).
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Verdichters mit variabler Verdrängung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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2 zeigt eine Längsschnittansicht einer Mittelbohrung, die in dem Verdichter ausgebildet ist.
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3 zeigt eine Ansicht bei Betrachtung in der Richtung eines Pfeils A in der 2.
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4 zeigt eine Ansicht bei Betrachtung in der Richtung eines Pfeils B in der 2.
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5 zeigt eine Einzelheit eines Druckzuführpfads und eines Druckentspannungspfads, die in dem Verdichter ausgebildet sind, und deren Umgebungen.
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6 zeigt eine Längsschnittansicht des Hauptteils eines Verdichters mit variabler Verdrängung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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MODUS ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
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Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Die 1 zeigt eine Längsschnittansicht eines Verdichters (insbesondere eines Taumelscheibenverdichters mit variabler Verdrängung) gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
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Ein Verdichter 100 mit variabler Verdrängung ist ein kupplungsloser Verdichter und weist Folgendes auf: einen Zylinderblock 101, in dem viele Zylinderbohrungen 101a und eine Mittelbohrung 101b ausgebildet sind, die innerhalb der vielen Zylinderbohrungen 101a positioniert ist; ein vorderes Gehäuse 102, das mit einem Ende des Zylinderblocks 101 verbunden ist; und einen Zylinderkopf 104, der mit dem anderen Ende des Zylinderblocks 101 über eine Ventilplatte 103 verbunden ist.
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Eine Antriebswelle 110 tritt durch eine Kurbelkammer 140 hindurch, die durch den Zylinderblock 101 und das vordere Gehäuse 102 definiert ist. Eine Taumelscheibe 111 ist um einen axial mittleren Teil der Antriebswelle 110 platziert. Die Taumelscheibe 111 ist über einen Kopplungsmechanismus 120 mit einem Rotor 112 verbunden, der an der Antriebswelle 110 befestigt ist, und der Neigungswinkel (Winkel einer Neigung) der Taumelscheibe 111 hinsichtlich der Achse der Antriebswelle 110 ist variabel.
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Der Kopplungsmechanismus 120 weist Folgendes auf: einen ersten Arm 112a, der von dem Rotor 112 vorsteht; einen zweiten Arm 111a, der von der Taumelscheibe 111 vorsteht; und einen Kopplungsarm 121, von dem ein Ende mit dem ersten Arm 112a über einen ersten Verbindungsstift 122 drehbar verbunden ist, und von dem das andere Ende mit dem zweiten Arm 111a über einen zweiten Verbindungsstift 123 drehbar verbunden ist.
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Die Taumelscheibe 111 hat ein Durchgangsloch 111b, das so geformt ist, dass die Taumelscheibe 111 in einem Bereich von einem maximalen Neigungswinkel zu einem minimalen Neigungswinkel geneigt werden kann. Ein Regulierteil eines minimalen Neigungswinkels, der mit der Antriebswelle 110 in Kontakt ist, ist in dem Durchgangsloch 111b ausgebildet. Der Regulierteil des minimalen Neigungswinkels in dem Durchgangsloch 111b ermöglicht es, dass die Taumelscheibe 111 bei ungefähr 0° geneigt wird, wobei 0° der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 ist, wenn die Taumelscheibe 111 orthogonal zu der Antriebswelle 110 steht. Hierbei bezeichnet ”ungefähr 0°” den Bereich von 0° bis 0,5°.
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Eine Gegenneigungsfeder 114 zum Vorspannen der Taumelscheibe 111 zu dem minimalen Neigungswinkel, bis der minimale Neigungswinkel erreicht ist, ist zwischen dem Rotor 112 und der Taumelscheibe 111 angeordnet, und eine Neigungsfeder 115 zum Vorspannen der Taumelscheibe 111 in jener Richtung, in der der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 vergrößert wird, ist zwischen der Taumelscheibe 111 und einem Federstützelement 116 angeordnet. An dem minimalen Neigungswinkel hat die Neigungsfeder 115 eine größere Vorspannkraft als die Gegenneigungsfeder 114. Wenn dementsprechend die Antriebswelle 110 nicht gedreht wird, ist die Taumelscheibe 111 an einem Neigungswinkel positioniert, an dem die Vorspannkräfte der Gegenneigungsfeder 114 und der Neigungsfeder 115 im Gleichgewicht sind.
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Ein Ende der Antriebswelle 110 ist in die Mittelbohrung 101b eingefügt und durch ein Radiallager 131 in der radialen Richtung gestützt, und eine Endfläche der Antriebswelle 110 ist durch eine Axialplatte 132 gestützt. Das andere Ende der Antriebswelle 110 ist durch ein Radiallager 133 in der radialen Richtung gestützt, und der an der Antriebswelle 110 befestigte Rotor 112 ist durch ein Lager 134 in der axialen Richtung gestützt. Der Spalt zwischen der einen Endfläche der Antriebswelle 110 und der Axialplatte 132 ist auf einen vorbestimmten Spalt unter Verwendung einer Einstellschraube 135 eingestellt.
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Das andere Ende der Antriebswelle 110 tritt durch einen Nabenabschnitt 102a hindurch, der aus dem vorderen Gehäuse 102 vorsteht, und es erstreckt sich zu der Außenseite und ist mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung (nicht dargestellt) verbunden. Eine Wellendichtvorrichtung 130 ist zwischen der Antriebswelle 110 und dem Nabenabschnitt 102a vorgesehen, um das Innere von der Außenseite abzuschließen. Eine Leistung von einer externen Antriebsquelle wird zu der Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen, wodurch der Antriebswelle 110 ermöglicht wird, sich synchron mit der Drehung der Leistungsübertragungsvorrichtung zu drehen.
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Ein Kolben 136 ist in jeder Zylinderbohrung 101a platziert. Ein Außenumfangsteil der Taumelscheibe 111 ist in einem Innenraum eines Endes des Kolbens 136 untergebracht, das zu der Kurbelkammer 140 vorsteht, und die Taumelscheibe 110 ist an den Kolben 136 über ein Paar Gleitstücke 137 gekoppelt. Dies ermöglicht es dem Kolben 136, sich in der Zylinderbohrung 101a gemäß der Drehung der Taumelscheibe 111 hin und her zu bewegen.
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In dem Zylinderkopf 104 ist eine Saugkammer 141 eingeteilt und in einem mittleren Teil ausgebildet, und eine Auslasskammer 142 umgibt die Saugkammer 141 ringartig. Die Saugkammer 141 ist mit der Zylinderbohrung 101a über ein in der Ventilplatte 103 ausgebildetes Saugloch 103a und über ein Saugventil (nicht dargestellt) in Verbindung. Die Auslasskammer 142 ist mit der Zylinderbohrung 101a über ein Auslassventil (nicht dargestellt) und ein Auslassloch 103b in Verbindung, das in der Ventilplatte 103 ausgebildet ist.
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Das vordere Gehäuse 102, der Zylinderblock 101, die Ventilplatte 103 und der Zylinderkopf 104 sind durch viele Durchgangsschrauben 105 über Dichtungen (nicht dargestellt) aneinander befestigt, um ein Verdichtergehäuse zu bilden.
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Ein Dämpfer ist an dem Zylinderblock 101 an dessen oberen Abschnitt in der Figur vorgesehen. Der Dämpfer wird dadurch ausgebildet, dass ein Abdeckungselement 106 und eine Bauwand 101c, die in dem oberen Teil des Zylinderblocks 101 ausgebildet ist, durch Schrauben über ein Dichtungselement (nicht dargestellt) aneinander befestigt werden. Ein Rückschlagventil 200 ist in einem Dämpferraum 143 angeordnet. Das Rückschlagventil 200 befindet sich in einem Verbindungsteil zwischen einem Verbindungspfad 144 und dem Dämpferraum 143, und es arbeitet als Reaktion auf die Druckdifferenz zwischen dem Verbindungspfad 144 (stromaufwärtige Seite) und dem Dämpferraum 143 (stromabwärtige Seite). Im Einzelnen blockiert das Rückschlagventil 200 den Verbindungspfad 144, falls die Druckdifferenz kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, und sie entspannt den Verbindungspfad 144, falls die Druckdifferenz größer ist als der vorbestimmte Wert. Die Auslasskammer 142 ist mit einem auslassseitigen Kühlmittelkreislauf des Klimaanlagensystems über einen Auslasspfad verbunden, der durch den Verbindungspfad 144, das Rückschlagventil 200, den Dämpferraum 143 und einen Auslassanschluss 106a in einer oberen Wand des Abdeckungselements 106 ausgebildet ist.
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Ein Sauganschluss 104a und ein Verbindungspfad 104b sind in dem Zylinderkopf 104 ausgebildet. Die Saugkammer 141 ist mit einem saugseitigen Kühlmittelkreislauf des Klimaanlagensystems durch einen Saugpfad verbunden, der durch den Verbindungspfad 104b und den Sauganschluss 104a ausgebildet ist. Der Saugpfad erstreckt sich geradlinig von der radialen Außenseite des Zylinderkopfs 104, um so einen Teil der Auslasskammer 142 zu schneiden.
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Ein Steuerventil 300 ist ebenfalls in dem Zylinderkopf 104 vorgesehen. Das Steuerventil 300 stellt die Öffnung eines Druckzuführpfads 145 ein, der die Auslasskammer 142 mit der Kurbelkammer 140 verbindet, um die Menge des Auslassgases zu steuern, die in die Kurbelkammer 140 eingeführt wird. Das Kühlmittel in der Kurbelkammer 140 strömt durch einen Druckentspannungspfad 146 in die Saugkammer 141. Eine Öffnung 103c, die in der Ventilplatte 103 ausgebildet ist, ist in dem Druckentspannungspfad 146 positioniert.
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Das Steuerventil 300 steuert die Auslassgasmenge, die in die Kurbelkammer 140 eingeführt wird, um den Druck in der Kurbelkammer 140 zu ändern, um dadurch den Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 zu ändern, d. h. den Hub des Kolbens 136. Das Auslassvolumen (die Kühlmittelauslassdurchsatzrate) des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung kann auf diese Weise variabel gesteuert werden.
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Wenn die Klimaanlage eingeschaltet ist, nämlich im Betriebszustand des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung, wird eine Leistung, die einem in dem Steuerventil 300 enthaltenen Solenoid zugeführt wird, auf der Grundlage eines externen Signals eingestellt, um das Auslassvolumen variabel zu steuern, so dass der Druck in der Saugkammer 141 auf einem vorbestimmten Niveau ist. Das Steuerventil 300 kann den Saugdruck in Abhängigkeit von der externen Umgebung optimal steuern.
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Wenn die Klimaanlage ausgeschaltet ist, nämlich in dem Nicht-Betriebszustand des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung, wird die Leistung zu dem in dem Steuerventil 300 enthaltenen Solenoid unterbrochen, um den Druckzuführpfad 145 zwangsweise zu entspannen, wodurch das Auslassvolumen des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung auf das Minimum gesteuert wird.
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Als nächstes wird die Struktur der Mittelbohrung 101b im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Die 2 bis 4 stellen die Mittelbohrung 101b und deren Umgebungen dar (außer der Antriebswelle 110). Die in dem Zylinderblock 101 ausgebildete Mittelbohrung 101b weist Folgendes auf: eine erste Bohrung 101b1, die das Radiallager 131 stützt; eine zweite Bohrung 101b2 angrenzend an der ersten Bohrung 101b1, die an der Seite der Ventilplatte 103 positioniert ist; und eine dritte Bohrung 101b3 angrenzend an der ersten Bohrung 101b1, die mit der Kurbelkammer 140 verbunden ist.
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Eine Umfangswand 101b21 der zweiten Bohrung 101b2 an der Seite der Ventilplatte 103 ist rund und radial außerhalb der ersten Bohrung 101b1. Die dritte Bohrung 101b3 besteht aus einer Bodenwand 101b31 und einer Umfangswand 101b32. Die Umfangswand 101b32 hat viele gekrümmte Flächen, die zu der Antriebswelle 110 vorstehen. Die vielen gekrümmten Flächen passen zu den Bauwänden der Zylinderbohrungen 101a. Eine Vertiefung 101b33 ist zwischen angrenzenden gekrümmten Flächen angeordnet, und sie ist so geneigt, dass sich ihr Abstand von der Antriebswelle 110 vergrößert, wobei sich der Abstand von der Kurbelkammer verringert.
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Die Umfangswand 101b32 der dritten Bohrung passt zu den Bauwänden der Zylinderbohrungen 101a. Somit ist die Umfangswand 101b32 der dritten Bohrung von der Antriebswelle 110 im Design radial am weitesten nach außen entfernt.
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Die Länge der dritten Bohrung 101b3 in der axialen Richtung der Antriebswelle 110, nämlich die Tiefe von der Endfläche der Zylinderbohrung 101a an der Seite der Kurbelkammer 140 zu der Bodenwand 101b31 ist kleiner als die jeweilige Länge der ersten Bohrung 101b1 und der zweiten Bohrung 101b2.
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Als nächstes werden die Strukturen des Druckzuführpfads 145 und des Druckentspannungspfads 146 im Folgenden im Einzelnen beschrieben. Die 5 stellt diese Pfade und deren Umgebungen dar. Der Druckzuführpfad 145 weist Folgendes auf: einen ersten Pfad 145a, der die Auslasskammer 142 mit der zweiten Bohrung 101b2 verbindet; die zweite Bohrung 101b2; ein Durchgangsloch 135a, das entlang der Mittelachse der Einstellschraube 135 ausgebildet ist; ein Durchgangsloch 132a, das gleichmäßig in der Axialplatte 132 ausgebildet ist; einen zweiten Pfad 145b, der sich von einer Endfläche der Antriebswelle 110 zu dem Inneren der Antriebswelle 110 axial erstreckt; und einen dritten Pfad 145c, der im Wesentlichen orthogonal zu dem zweiten Pfad 145b ist und in der Außenumfangsfläche der Antriebswelle 110 mündet, und der mit der Kurbelkammer 140 in Verbindung ist.
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Das Steuerventil 300 ist an der Mitte des ersten Pfads 145a in dem Zylinderkopf 104 positioniert (siehe 1). Der erste Pfad 145a, der in der Umfangswand 101b21 der zweiten Bohrung mündet, hat an seinem stromabwärtigen Ende in dem Zylinderblock 101 einen Führungspfad 145a1, der zu einem radial mittleren Bereich der zweiten Bohrung 101b2 gerichtet ist und axial so geneigt ist, dass er sich dem offenen Ende des zweiten Pfads 145b annähert. Der Führungspfad 145a1 ist angesichts des Layouts des Steuerventils 300 geeignet positioniert.
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Die Position des dritten Pfads 145c in der axialen Richtung der Antriebswelle 110 liegt in der dritten Bohrung 101b3 und nahe der axialen Position der Endfläche der Zylinderbohrung 101a an der Seite der Kurbelkammer 140. Der dritte Pfad 145c hat viele Öffnungen zu der Umfangswand 101b32 der dritten Bohrung.
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Da der dritte Pfad 145c in die dritte Bohrung 101b3 mündet, wird die Öffnung durch die Taumelscheibe 111 auch dann nicht blockiert, wenn die Taumelscheibe 111 an dem minimalen Neigungswinkel ist. Der Druckentspannungspfad 146 weist Folgendes auf: den dritten Pfad 145c; den zweiten Pfad 145b; das Durchgangsloch 132a der Axialplatte 132; das Durchgangsloch 135a der Einstellschraube 135; die zweite Bohrung 101b2; und einen vierten Pfad 145d, der die zweite Bohrung 101b2 mit der Saugkammer 141 verbindet.
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Somit bilden der dritte Pfad 145c, der zweite Pfad 145b, das Durchgangsloch 132a der Axialplatte 132, das Durchgangsloch 135a der Einstellschraube 135 und die zweite Bohrung 101b2 einen gemeinsamen Pfad mit dem Druckzuführpfad 145, und die zweite Bohrung 101b2 ist ein Zweigraum zwischen dem Druckzuführpfad 145 und dem Druckentspannungspfad 146.
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Mit der Vorgabe, dass die zweite Bohrung 101b2 ein Zweigpfad ist, kann der vierte Pfad 145d in einfacher Weise dadurch ausgebildet werden, dass ein Durchgangsloch in der Ventilplatte 103 ausgebildet wird (ein Hauptkörper an der Mitte und eine Saugventilbauplatte, in der das Saugventil ausgebildet ist, eine Auslassventilbauplatte, in der das Auslassventil ausgebildet ist, und eine Dichtung an beiden Seiten des Hauptkörpers), das zwischen der zweiten Bohrung 101b2 und der Saugkammer 141 angeordnet ist. Obwohl die Öffnung 103c mit reduziertem Durchmesser in der Ventilplatte 103 ausgebildet ist (sie kann auch nur in dem Hauptkörper ausgebildet sein), kann die Öffnung 103c in einem anderen Element ausgebildet sein, das den vierten Pfad 145d bildet.
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Das offene Ende des vierten Pfads 145d in der zweiten Bohrung 101b2 ist radial im Inneren der Umfangswand 101b21 der zweiten Bohrung und von dem Erstreckungsbereich des Führungspfads 145a1 entfernt (zum Beispiel die Position, die durch C in der 4 bezeichnet ist). Durch eine derartige Positionierung kann das Öl, das in dem Auslassgas enthalten ist, das in die zweite Bohrung 101b2 hineingeströmt ist, davon abgehalten werden, direkt aus dem vierten Pfad 145d herauszuströmen.
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Als nächstes wird die Kühlmittelgasströmung in dem Druckzuführpfad 145 und dem Druckentspannungspfad 146 im Folgenden beschrieben, die die vorstehend beschriebenen Strukturen haben.
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Eine Auslassgasströmung aus der Auslasskammer zu der Kurbelkammer durch den Druckzuführpfad 145 wird zunächst beschrieben.
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Wenn zum Beispiel das Steuerventil 300 aus dem geschlossenen Zustand geöffnet wird, wird eine Auslassgasströmung aus der Auslasskammer 142 zu der Kurbelkammer 140 erzeugt, und das Auslassgas strömt zunächst in die zweite Bohrung 101b2 durch den ersten Pfad 145a.
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Der Führungspfad 145a1 ist in dem Bereich vor der Öffnung des ersten Pfads 145a zu der Umfangswand 101b21 der zweiten Bohrung ausgebildet. Dementsprechend wird eine Hauptauslassgasströmung zu dem offenen Ende des Durchgangslochs 135a der Einstellschraube 135 geführt, und das Auslassgas strömt in einfacher Weise in den zweiten Pfad 145b. Die Antriebswelle 110 wird durch das Radiallager 131 gestützt, so dass der Spalt zwischen der Außenumfangsfläche der Antriebswelle 110 und dem Radiallager 131 schmal ist. Daher strömt das Auslassgas, das in die zweite Bohrung 101b2 geströmt ist, hauptsächlich durch den zweiten Pfad 145b.
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Da sich der zweite Pfad 145b dreht, bewegt sich das in dem Auslassgas enthaltene Öl zu der Umfangswand des zweiten Pfads 145b aufgrund der Zentrifugalkraft, und es wird aus dem dritten Pfad 145c in die Kurbelkammer 140 durch die Auslassgasströmung radial nach außen gesprüht.
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Da sich der dritte Pfad 145c auch dreht, wird das gesprühte Öl teilweise ganz um die Kurbelkammer 140 radial nach außen diffundiert. Infolgedessen wird das Öl den zu schmierenden Abschnitten (Gleitabschnitten) in der Kurbelkammer zugeführt.
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Die Hauptströmung des gesprühten Öls trifft auf die Umfangswand 101b32 der dritten Bohrung und ändert seine Richtung zu der Kurbelkammer 140, um eine direkte Strömung zu der Taumelscheibe 111 zu bilden. Dies hat insbesondere einen Beitrag für die Schmierung der Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137, die sich der Strömung in der axialen Richtung der Antriebswelle 110 annähern.
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Das Öl, dass auf die vorstehende, gekrümmte Fläche der Umfangswand 101b32 der dritten Bohrung getroffen ist, strömt teilweise in die Vertiefung 101b33. Das in die Vertiefung 101b33 hineinströmende Öl bildet aufgrund der geneigten Fläche eine direkte Strömung zu den Gleitflächen der Taumelscheibe 111 und den Gleitstücken 137 entlang der Auslassgasströmung radial nach außen in der Kurbelkammer 140. Dies hat einen weiteren Beitrag für die Schmierung der Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137 (siehe 3 und 5).
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Hierbei ist die Länge der dritten Bohrung 101b3 in der axialen Richtung der Antriebswelle 110 kleiner als die Länge der jeweiligen anderen Bohrungen (d. h. die Tiefe ist kleiner). Dementsprechend ändert das Öl, das auf die Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 getroffen ist und seine Richtung entgegen der Kurbelkammer 140 geändert hat, unmittelbar seine Richtung an der Bodenwand 101b31 und kehrt zu der Kurbelkammer 140 zurück. Öl (Dunst) kann somit davon abgehalten werden, in der dritten Bohrung 101b3 zu verbleiben, und es wird behutsam zu der Kurbelkammer 140 zurückgeführt. Dies stellt das Ölniveau in der Kurbelkammer 140 sicher und hat einen Beitrag zur Aufrechterhaltung einer günstigen Schmierfunktion.
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Auf diese Weise wird das in dem Auslassgas enthaltene Öl radial nach außen ganz um die Kurbelkammer 140 gesprüht und diffundiert. Die Schmierung von jedem zu schmierenden Abschnitt in der Kurbelkammer 140 wird infolgedessen verbessert. Insbesondere werden die Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und die Gleitstücke 137 wirksam geschmiert.
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Als nächstes wird eine Strömung des Kühlmittelgases aus der Kurbelkammer 140 zu der Saugkammer 141 durch den Druckentspannungspfad 146 beschrieben. Wenn das Steuerventil 300 geschlossen wird, wird der Druckzuführpfad 145 blockiert, und der dritte Pfad 145c, der zweite Pfad 145b, das Durchgangsloch 132a der Axialplatte 132, das Durchgangsloch 135a der Einstellschraube 135 und die zweite Bohrung 101b2 werden zu dem Druckentspannungspfad 146 geschaltet.
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Infolgedessen strömt Durchblasgas, das dann erzeugt wird, wenn der Kolben 136 Gas komprimiert, aus der Kurbelkammer 140 zu der Saugkammer 141 durch den Druckentspannungspfad 146. Dabei versucht Öl in der Kurbelkammer 140 ebenfalls zu der Saugkammer 141 entlang der Gasströmung zu fließen. Jedoch ist das offene Ende des dritten Pfads 145c an der Seite der Kurbelkammer 140 mit der dritten Bohrung 101b3 verbunden, und die Ölkonzentration in der dritten Bohrung 101b3 ist gering, wenn dies mit jener in der Kurbelkammer 140 verglichen wird, da Öl (Dunst) davon abgehalten wird, in der dritten Bohrung 101b3 zu verbleiben, wie dies vorstehend erwähnt wurde, so dass eine Strömung des Öls zu der Saugkammer 141 verhindert wird.
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Zusätzlich dreht sich das offene Ende des dritten Pfads 145c an der Seite der Kurbelkammer 140, was die Strömung des Öls zu der Saugkammer 141 weiter verhindert. Somit werden die Wirkung zum Einführen des Öls in die Kurbelkammer 140, wenn das Steuerventil 300 geöffnet ist (der Druckzuführpfad 145 geöffnet ist), und die Wirkung zum Verhindern der Ölströmung zu der Saugkammer 141, wenn das Steuerventil 300 geschlossen ist (wenn der Druckentspannungspfad 146 geöffnet ist), kombiniert, um das Ölniveau in der Kurbelkammer 140 sicherzustellen und eine wirksame Schmierung zu bewirken. Die in dem Kühlmittel enthaltene Ölmenge kann daher reduziert werden, wenn dies mit den herkömmlichen Verdichtern verglichen wird. Zusätzlich wird eine Strömung des Öls zu der Saugkammer 141 verhindert, d. h. eine Strömung aus dem Verdichter. Dies hat einen Beitrag zu einer verbesserten Funktion des Klimaanlagensystems.
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Wie dies vorstehend beschrieben ist, wird eine bidirektionale Strömung in dem Pfad (dem dritten Pfad 145c, dem zweiten Pfad 145b, dem Durchgangsloch 132a der Axialplatte 132, dem Durchgangsloch 135a der Einstellschraube 135 und der zweiten Bohrung 101b2) erzeugt, der für den Druckzuführpfad 145 und den Druckentspannungspfad 146 gemeinsam vorgesehen ist, und zwar in Abhängigkeit von der Öffnung des Steuerventils 300. Der Druck in der Kurbelkammer 140 wird dementsprechend geändert, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 111, d. h. den Hub des Kolbens 136, zu ändern. Das Auslassvolumen des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung kann auf diese Weise variabel gesteuert werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel weist der stromabwärtige Teil des Druckzuführpfads 145 Folgendes auf: den zweiten Pfad 145b entlang der Mittelachse der Antriebswelle 110; und den dritten Pfad 145c, der den zweiten Pfad 145b schneidet und mit diesem verbunden ist und ein offenes Ende hat, das mit der Kurbelkammer 140 in Verbindung ist. Eine derartige Struktur hat die folgenden Wirkungen.
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Wenn das Steuerventil 300 geöffnet wird, ändert ein Teil des Kühlgases in der Auslasskammer 142 beim Erreichen des dritten Pfads 145c von dem zweiten Pfad 145b in der Antriebswelle 110 die Richtung und strömt aus der Öffnung des dritten Pfads 145c heraus. Das Öl, das in dem Kühlmittel enthalten ist, bricht aus der Antriebswelle 110 aus und wird zu der Taumelscheibe 111 geführt, und zwar aufgrund der Zentrifugalkraft in dem sich drehenden dritten Pfad 145c. Dies verbessert die Schmierung der Gleitflächen (zu schmierenden Abschnitte) der Taumelscheibe 111 (insbesondere die Taumelscheibe an der Seite des Verdichtungshubs) und der Gleitstücke 137.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel liegt außerdem die Position der Achse des dritten Pfads 145c in der axialen Richtung der Antriebswelle 110 in der dritten Bohrung 101b3 und nahe der axialen Position der Endfläche der Zylinderbohrung 101a an der Seite der Kurbelkammer 140, und der dritte Pfad 145c mündet in der Umfangswand der dritten Bohrung 101b3. Eine derartige Struktur hat die folgenden Wirkungen.
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Die Hauptströmung des aus der Öffnung des dritten Pfads 145c gesprühten Öls trifft auf die gesamte Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 und ändert ihre Richtung zu der Kurbelkammer 140, um eine direkte Strömung zu der Taumelscheibe 111 zu bilden. Dies hat einen Beitrag für die Schmierung der Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137. Da der dritte Pfad 145c in die dritte Bohrung 101b3 mündet, wird die Öffnung des dritten Pfads 145c durch die Taumelscheibe 111 auch dann nicht blockiert, wenn die Taumelscheibe 111 an dem minimalen Neigungswinkel ist.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem die Länge der dritten Bohrung 101b3 in der axialen Richtung der Antriebswelle 110 kleiner als die jeweilige Länge der ersten Bohrung 101bl und der zweiten Bohrung 101b2 (d. h. die Tiefe ist kleiner). Bei einer derartigen Struktur ändert das Öl, das auf die Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 getroffen ist und seine Richtung entgegen der Kurbelkammer 140 ändert, unmittelbar die Richtung an der Bodenwand und kehrt zu der Kurbelkammer 140 zurück. Dies stellt das Ölniveau in der Kurbelkammer 140 sicher.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem der geneigte Bereich, dessen Abstand sich von der Antriebswelle 110 vergrößert, wenn sich der Abstand von der Kurbelkammer 140 verkleinert, in der Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 ausgebildet. Mit einer derartigen Struktur strömt das Öl, das auf die Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 getroffen ist, in einfacher Weise zu der Kurbelkammer 140 radial nach außen und verteilt sich in einfacher Weise auf die Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137. Die Schmierung der Gleitflächen kann somit verbessert werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem die Vertiefung 101b33, deren Abstand sich von der Antriebswelle 110 vergrößert, in der Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 ausgebildet, und die Vertiefung 101b33 befindet sich zwischen angrenzenden Zylinderbohrungen. Mit einer derartigen Struktur strömt das Öl, das auf die Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 getroffen ist, in einfacher Weise radial nach außen, und es verteilt sich in einfacher Weise direkt auf die Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137. Die Schmierung der Gleitflächen kann somit weiter verbessert werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist außerdem die Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 teilweise oder insgesamt einstückig mit der Bauwand der jeweiligen Zylinderbohrung. Mit einer derartigen Struktur befindet sich die Umfangswand der dritten Bohrung 101b3 von der Antriebswelle 110 radial nach außen am weitesten entfernt, so dass das Öl in einfacher Weise direkt auf die Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137 verteilt wird. Die Schmierung der Gleitflächen kann somit weiter verbessert werden.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel hat außerdem der erste Pfad 145a, der in die zweite Bohrung 101b2 mündet, den Führungspfad 145a1, der zu dem radial mittleren Bereich der zweiten Bohrung 101b2 gerichtet ist und axial so geneigt ist, dass er sich dem offenen Ende des zweiten Pfads 145b annähert. Mit einer derartigen Struktur führt der Führungspfad 145a1 die Hauptströmung des Auslassgases zu dem offenen Ende des zweiten Pfads 145b, und das Öl strömt in einfacher Weise in den zweiten Pfad 145b.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel bilden außerdem die zweite Bohrung 101b2, der zweite Pfad 145b und der dritte Pfad 145c einen gemeinsamen Pfad mit dem Druckentspannungspfad 146, und die zweite Bohrung 101b2 ist ein Zweigraum zwischen dem Druckzuführpfad 145 und dem Druckentspannungspfad 146. Das Steuerventil 300 ist an der Mitte des ersten Pfads 145a positioniert, und die Öffnung (Drossel) 103c ist in der Mitte des Druckentspannungspfads 146 vorgesehen, der die zweite Bohrung 101b2 mit der Saugkammer 141 verbindet. Mit einer derartigen Struktur wird die Schmierung der Gleitflächen der Taumelscheibe 111 an der Seite des Verdichtungshubs und der Gleitstücke 137 verbessert, und eine Strömung des Öls aus dem Verdichter heraus wird verhindert. Dies hat einen Beitrag zu einer verbesserten Funktion des Klimaanlagensystems.
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Gemäß diesem Ausführungsbeispiel mündet außerdem der Druckentspannungspfad 146, der die zweite Bohrung 101b2 mit der Saugkammer 141 verbindet, in der Fläche an der Seite der Ventilplatte 103 an einer Position radial im Inneren der Umfangswand der zweiten Bohrung 101b2 und von dem Erstreckungsbereich des Führungspfads 145a1 entfernt. Mit einer derartigen Struktur wird eine direkte Strömung des in dem Auslassgas enthaltenen Öls in die Saugkammer 141 verhindert.
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Dieses erste Ausführungsbeispiel beschreibt die Struktur für eine noch wirksamere Strömung des Öls in dem Kühlgas in die Kurbelkammer 140 für eine verbesserte Schmierung. In Abhängigkeit von dem Modell des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung hat das Öl jedoch eine Neigung, dass es in der Kurbelkammer 140 akkumuliert wird. Falls in einem derartigen Fall die Wirkung der Ölströmung in die Kurbelkammer 140 zu stark ist, wird das Öl übermäßig in der Kurbelkammer 140 zurückgehalten, was eine Erhöhung des Drehwiderstands der Taumelscheibe 111 verursacht. Dies kann zu einer Verschlechterung des Wirkungsgrads des Verdichters führen.
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Ein derartiger Verdichter kann mit einem Umgehungspfad 147 versehen sein, um eine Ölmenge einzustellen, die in der Kurbelkammer 140 zurückgehalten wird, um eine übermäßige Ölmenge in der Kurbelkammer 140 zu verhindern, wie dies in der 6 als ein Beispiel dargestellt ist.
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Gemäß diesem zweiten Ausführungsbeispiel mit dieser Struktur wird überschüssiges Öl behutsam in die Saugkammer 141 durch den Umgehungspfad 147 ausgelassen, der anders als der dritte Pfad 145c keine Zentrifugalwirkung hat, so dass das in der Kurbelkammer 140 zurückgehaltene Öl auf ein geeignetes Niveau aufrechterhalten werden kann.
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Der Umgehungspfad 147 ist parallel zu dem zweiten Pfad 145b und dem dritten Pfad 145c und verbindet die dritte Bohrung 101b3 mit der zweiten Bohrung 101b2. Der minimale Querschnittsflächeninhalt des Umgehungspfads 147 wird eingestellt, um das in der Kurbelkammer 140 verbleibende Öl innerhalb eines geeigneten Bereichs zu steuern. Da nur überschüssiges Öl in der Kurbelkammer 140 ausgelassen werden muss, ist der minimale Querschnittsflächeninhalt des Umgehungspfads 147 kleiner als der jeweilige minimale Querschnittsflächeninhalt des zweiten Pfads 145b und des dritten Pfads 145c.
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Die dargestellten Ausführungsbeispiele sind lediglich Beispiele der vorliegenden Erfindung, und die vorliegende Erfindung hat nicht nur die Merkmale, die durch die beschriebenen Ausführungsbeispiele direkt angegeben sind, sondern auch vielfältige Verbesserungen und Abwandlungen, die durch den Fachmann innerhalb des Umfangs der Ansprüche geschaffen werden können.
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Zum Beispiel kann ein Teil der Öffnung des dritten Pfads 145c zwischen der Kurbelkammer 140 und der axialen Position der Endfläche der Zylinderbohrung 101a an der Seite der Kurbelkammer 140 angeordnet sein, solange die Achse des dritten Pfads 145c in der dritten Bohrung 101b3 liegt.
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Auch wenn nur ein dritter Pfad 145c bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen vorgesehen ist, können viele dritte Pfade 145c vorgesehen sein. Zusätzlich können sich die Positionen (Öffnungspositionen) der vielen dritten Pfade 145c in der axialen Richtung der Antriebswelle 110 unterscheiden. Der Ölsprühbereich kann koaxial aufgeweitet werden.
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Da darüber hinaus die Öffnung des dritten Pfads 145c zusammen mit der Taumelscheibe 111 gedreht wird, kann die Öffnung des dritten Pfads 145c zu einer spezifischen Position in der Taumelscheibe 111 zeigen. Auch wenn der Pfad, der dem Druckzuführpfad 145 und dem Druckentspannungspfad 146 gemeinsam vorgesehen ist, bei den Ausführungsbeispielen ausgebildet ist, können der Druckzuführpfad und der Druckentspannungspfad in dem Verdichter mit variabler Verdrängung separat ausgebildet sein.
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Falls ein Stopper der Neigungsfeder, die an der Antriebswelle ausgebildet ist, in der Kurbelkammer vorgesehen wird, wie dies in der Patentdruckschrift 1 beschrieben wird, kann der dritte Pfad in die Kurbelkammer zwischen dem Stopper und der Bodenfläche des Zylinderblocks ohne dritte Bohrung münden. Die Öffnung des dritten Pfads wird davon abgehalten, dass sie durch die Taumelscheibe blockiert wird.
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Die vorliegende Erfindung kann auch auf die Struktur angewendet werden, bei der die Auslasskammer an dem mittleren Teil des Zylinderkopfs ist und die Saugkammer in dem ringartigen Teil außerhalb des mittleren Teils ist. In einem derartigen Fall ist die mittlere Bohrung wie bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen ausgebildet, der Führungspfad (145a1) ist mit der Saugkammer über eine Drossel in Verbindung, und der vierte Pfad (145d) ist mit der Auslasskammer in dem mittleren Teil in Verbindung. Dieselbe Wirkung zum Verhindern, dass in dem Auslassgas enthaltenes Öl, das in die zweite Bohrung 101b2 hineingeströmt ist, direkt aus dem Führungspfad (145a1) herausströmt, kann auf diese Weise erreicht werden. Falls der Druckentspannungspfad und der Druckzuführpfad separat ausgebildet sind, kann die Endfläche der Antriebswelle an der Seite der Ventilplatte näher an die Ventilplatte gebracht werden, um die Endfläche der Einstellschraube an die Ventilplatte zu fügen, so dass der zweite Pfad durch ein Durchgangsloch, das in der Ventilplatte ausgebildet ist und mit der Auslasskammer in Verbindung ist, und durch das Durchgangsloch der Einstellschraube in Verbindung ist (die erste Bohrung wird erweitert, während die zweite Bohrung weggelassen wird).
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Die vorliegende Erfindung ist auf alle reziprokierende Verdichter mit variabler Verdrängung anwendbar. Falls zum Beispiel die vorliegende Erfindung auf einen Verdichter mit oszillierender Platte angewendet wird, bei dem eine hintere Fläche einer oszillierenden Platte, die mit einer Kolbenstange verbunden ist und in der axialen Richtung einer Antriebswelle oszilliert, gleitbar an einer sich drehenden Taumelscheibe gefügt ist, kann die Schmierfunktion dadurch verbessert werden, dass das Öl zu einer Gleitfläche einer Schwenkstütze zwischen der Kolbenstange und der sich oszillierenden Platte radial außerhalb entfernt von der Antriebswelle und einer Außenumfangsgleitfläche mit hoher Gleitgeschwindigkeit zwischen der Taumelscheibe und der oszillierenden Platte wirksam zugeführt wird.
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Bezugszeichenliste
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- 100
- Verdichter mit variabler Verdrängung
- 101
- Zylinderblock
- 101a
- Zylinderbohrung
- 101b
- mittlere Bohrung
- 101b1
- erste Bohrung
- 101b2
- zweite Bohrung
- 101b21
- Umfangswand der zweiten Bohrung
- 101b3
- dritte Bohrung
- 101b31
- Bodenwand der dritten Bohrung
- 101b32
- Umfangswand der dritten Bohrung
- 101b33
- Vertiefung der dritten Bohrung
- 102
- vorderes Gehäuse
- 103
- Ventilplatte
- 104
- Zylinderkopf
- 110
- Antriebswelle
- 111
- Taumelscheibe
- 112
- Rotor
- 120
- Kopplungsmechanismus
- 131
- Radiallager
- 132a
- Durchgangsloch der Axialplatte
- 135a
- Durchgangsloch der Einstellschraube
- 136
- Kolben
- 137
- Gleitstück
- 140
- Kurbelkammer
- 141
- Saugkammer
- 142
- Auslasskammer
- 145
- Druckzuführpfad
- 145a
- erster Pfad
- 145a1
- Führungspfad
- 145b
- zweiter Pfad
- 145c
- dritter Pfad
- 146
- Druckentspannungspfad
