DE112013002240B4

DE112013002240B4 - Verdichter mit variabler Verdrängung und autonom verkleinertem mininmalen Neigungswinkel bei vergrößerter Drehzahl

Info

Publication number: DE112013002240B4
Application number: DE112013002240.0T
Authority: DE
Inventors: c/o Sanden Corporation Terauchi Satoshi; c/o Sanden Corporation Taguchi Yukihiko
Original assignee: Sanden Holdings Corp
Current assignee: Sanden Corp
Priority date: 2012-04-25
Filing date: 2013-04-24
Publication date: 2021-05-20
Anticipated expiration: 2033-04-25
Also published as: CN104254690B; JP2013227900A; DE112013002240T5; US10012218B2; JP6013768B2; US20150118073A1; CN104254690A; WO2013161887A1

Abstract

Verdichter (100) mit variabler Verdrängung, mit:
einem Gehäuse (101, 102, 104), in dem eine Auslasskammer (142), eine Saugkammer (141), eine Kurbelkammer (140) und Zylinderbohrungen (101a) definiert sind,
Kolben (136), die in den Zylinderbohrungen (101a) eingesetzt sind,
einer Antriebswelle (110), die in dem Gehäuse (101, 102, 104) drehbar gestützt ist,
einem Rotor (112), der synchron drehbar an der Antriebswelle (110) befestigt ist,
einer Taumelscheibe (111), die mit dem Rotor (112) über eine Kopplungseinrichtung (120-123) gekoppelt ist, und die sich synchron mit dem Rotor (112) dreht und gleitbar an der Antriebswelle (110) so angebracht ist, dass sich ihr Neigungswinkel relativ zu einer Achse der Antriebswelle (110) ändert,
einer Einrichtung zum Regulieren eines minimalen Neigungswinkels, um einen minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) auf ungefähr 0° zu regulieren, wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) orthogonal zu der Achse der Antriebswelle (110) als 0° definiert ist,
einer Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) zum Drücken der Taumelscheibe (111) in einer Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels von dem minimalen Neigungswinkel,
einer Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) zum Drücken der Taumelscheibe (111) in einer Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels von einem maximalen Neigungswinkel bis zum minimalen Neigungswinkel,
einem Wandlermechanismus, der zwischen den Kolben (136) und der Taumelscheibe (111) angeordnet ist, um eine Drehbewegung der Taumelscheibe (111) zu einer reziprokierenden Bewegung der Kolben (136) umzuwandeln, und
einem Steuerventil (300) zum Steuern eines Drucks in der Kurbelkammer (140),
der den Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) durch Ändern einer Druckdifferenz zwischen der Kurbelkammer (140) und der Saugkammer (141) ändert, um einen Hub der Kolben (136) einzustellen, ein Kühlmittel verdichtet, das von der Saugkammer (141) in die Zylinderbohrungen (101a) gesaugt wird, und verdichtetes Kühlmittel in die Auslasskammer (142) auslässt,
dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungskörper (400) der Antriebswelle (110), an der die Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) und die Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) angebracht sind, des Rotors (112), der Kopplungseinrichtung (120-123) und der Taumelscheibe (111) so konfiguriert ist, dass:
wenn die Antriebswelle (110) nicht gedreht wird, der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) an einem vorbestimmten Neigungswinkel θa positioniert ist, an der eine Summe einer Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) und einer Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) null beträgt;
wenn die Antriebswelle (110) aus jenem Zustand, bei dem die Drehung gestoppt ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) an dem vorbestimmten Neigungswinkel θa positioniert ist, bis zu einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wird, ein Moment einer Drehbewegung MS, auf der Grundlage einer Einstellung eines Trägheitsprodukts in einer Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe (111) in der Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels wirkt, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) von dem vorbestimmten Neigungswinkel θa zu verkleinern, und wodurch ein Moment MF auf der Grundlage einer kombinierten Kraft der Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) und der Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) in der Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels wirkt, wodurch der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) autonom an einem vorbestimmten Neigungswinkel θb positioniert wird, an dem eine Summe des Moments MS und des Moments MF null beträgt; und
wenn sich die Drehzahl der Antriebswelle (110) erhöht, der vorbestimmten Neigungswinkel θb der Taumelscheibe (111) sich autonom verkleinert und zu einem minimalen Winkel θb(Nmax) bei einer maximalen Drehzahl (Nmax) wird,
wobei die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115), die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) und das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe (111) so eingestellt sind, dass der vorbestimmte Neigungswinkel θb an dem minimalen Winkel in einem Neigungswinkelbereich positioniert ist, in dem ein Verdichtungsbetrieb zur Zeit der maximalen Drehzahl sicher durchgeführt werden kann.

Description

STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Verdichter mit variabler Verdrängung zum Verdichten eines Kühlmittels und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben, und insbesondere auf einen Verdichter mit variabler Verdrängung, der zum Gebrauch bei einem Klimaanlagensystem für Fahrzeuge geeignet ist, und auf ein Verfahren zum Herstellen desselben.
Ein Verdichter mit variabler Verdrängung, der eine Taumelscheibe hat, deren Neigungswinkel variabel gesteuert werden kann, und der in einem Klimaanlagensystem für Fahrzeuge verwendet wird, ist allgemein bekannt (zum Beispiel Patentdruckschriften 1 und 2). Insbesondere ist in der Patentdruckschrift 1 ein Verdichter mit variabler Verdrängung offenbart, bei dem eine Taumelscheibe so ausgelegt ist, dass ein Moment einer Drehbewegung in einer Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels wirkt, wenn ein Neigungswinkel der Taumelscheibe kleiner ist als ein vorbestimmter Neigungswinkel (θs), und wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe größer ist als der vorbestimmte Neigungswinkel (θs), wirkt das Moment der Drehbewegung in einer Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels, und der minimale Neigungswinkel wird so reguliert, dass der minimale Neigungswinkel der Taumelscheibe auf den vorbestimmten Neigungswinkel (θs) gesteuert wird.
DRUCKSCHRIFTEN DES STANDES DER TECHNIK
PATENTDRUCKSCHRIFTEN

Patentdruckschrift 1: JP 2010 168959 A
Patentdruckschrift 2: JP 3783434 B

KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
PROBLEME, DIE DURCH DIE ERFINDUNG ZU LÖSEN SIND
Ein Moment einer Drehbewegung auf der Grundlage eines Trägheitsprodukts in einer Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe ist proportional zu einem Quadrat einer Drehzahl der Taumelscheibe, d.h. zu einem Quadrat einer Drehzahl des Verdichters. Auch wenn das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe auf einen kleinen Wert festgelegt wird, kann sein Einfluss nicht ignoriert werden, wenn die Drehzahl des Verdichters erhöht wird, und es wird zu einem großen Wert in einem hohen Drehzahlbereich. Daher hat das Moment der Drehbewegung auf der Grundlage des Trägheitsprodukts in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe in dem hohen Drehzahlbereich einen großen Einfluss auf eine Winkeländerungsbewegung der Taumelscheibe.
In einem in der 2 der Patentdruckschrift 1 gezeigten Kopplungskörper 400, der eine Neigungswinkelverkleinerungsfeder und eine Neigungswinkelvergrößerungsfeder hat, wirken das Moment der Drehbewegung auf der Grundlage des Trägheitsproduktes in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe und ein Moment, das auf die Taumelscheibe in der Winkeländerungsrichtung auf der Grundlage einer kombinierten Kraft der Druckkräfte der Federn wirkt, auf die Taumelscheibe, wenn die Antriebswelle gedreht wird, wie dies in der 4 gezeigt ist.
Da jedoch in dieser Patentdruckschrift die Werte des Momentes der Drehbewegung auf der Grundlage des Trägheitsproduktes in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe und des Moments, das auf die Taumelscheibe in der Winkeländerungsrichtung auf der Grundlage der kombinierten Kraft der Druckkräfte von beiden Federn wirkt, nicht klar sind, ist es unklar, wie der Neigungswinkel der Taumelscheibe von einem Neigungswinkel θa (θa: ein Neigungswinkel der Taumelscheibe, bei dem die Summe der Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder und der Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder in einem Zustand null beträgt, bei dem die Drehung gestoppt wird) geändert wird, wenn der Drehbetrieb nach dem Zustand bei gestoppter Drehung über einen hohen Drehzahlbereich durchgeführt wird, und folglich ist der beste Weg zum Unterdrücken einer Vergrößerung des Leistungsverbrauchs des Verdichters in dem hohen Drehzahlbereich nicht gezeigt.
Angesichts der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, insbesondere einen Verdichter mit variabler Verdrängung, bei dem eine
Erhöhung des Leistungsverbrauchs des Verdichters in einem hohen Drehzahlbereich unterdrückt wird, und ein Verfahren zum Herstellen des Verdichters vorzusehen.
Andere Verdichter sind aus WO 2008/119319 A2 ; DE 199 61 767 A1 ; und US 6 425 741 B1 bekannt.
MITTEL ZUM LÖSEN DES PROBLEMS
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, sieht die vorliegende Erfindung einen Verdichter mit variabler Verdrängung gemäß dem Anspruch 1 vor.
Wenn bei einem derartigen Verdichter mit variabler Verdrängung gemäß der vorliegenden Erfindung der Neigungswinkel der Taumelscheibe zur Zeit der maximalen Drehzahl als θb(Nmax) dargestellt wird, wird eine Beziehung zwischen Werten des Neigungswinkels θb, an dem die Taumelscheibe autonom positioniert ist, wenn die Drehzahl nicht die maximale Drehzahl ist, des vorstehend beschriebenen θa und des vorstehend beschriebenen θb(Nmax) zu θa > θb ≥ θb (Nmax). Auch wenn die Drehzahl des Verdichters erhöht wird und der Neigungswinkel der Taumelscheibe in einer Verkleinerungsrichtung durch das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe geändert wird, wird daher der autonom positionierte Neigungswinkel θb der Taumelscheibe nicht kleiner als θb(Nmax) in einem autonom positionierten Zustand. Die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder, die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder und das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe sind so eingestellt, dass θb(Nmax) ein minimaler Winkel in einem Neigungswinkelbereich wird, in dem ein Verdichtungsbetrieb zur Zeit der maximalen Drehzahl sicher durchgeführt wird. Anders gesagt sind die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder, die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder und das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe so eingestellt, dass der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt werden kann, um ein Auslassen des Drucks in die Auslasskammer sicher zu bewirken, und dass θb(Nmax) ein minimaler Winkel in einem garantierten Betriebsbereich wird, in dem der Neigungswinkel der Taumelscheibe sicher geändert werden kann, indem die Druckdifferenz zwischen der Kurbelkammer und der Saugkammer unter Verwendung eines Steuerventils zum Steuern der Menge des Auslassgases gesteuert wird, die in die Kurbelkammer eingeführt wird. Auch wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe übergangsweise einen Winkel nahe einem mechanisch minimalen Neigungswinkel (ungefähr 0°) in einem hohen Drehzahlbereich einschließlich der maximalen Drehzahl erreicht, ist es daher möglich, das Auftreten eines Zustands einer unmöglichen Versetzungssteuerung zu vermeiden, da das vorstehend beschriebene Moment MF und das vorstehend beschriebene Moment MS gewährleisten, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe zu dem Neigungswinkel θb zurückkehren kann (zum Beispiel ungefähr 1°), bei dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird. Da zusätzlich der Neigungswinkel θb (ungefähr 1°) ein minimaler Winkel in dem Neigungswinkelbereich ist, in dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird, kann der Leistungsverbrauch des Verdichters mit variabler Verdrängung in einem hohen Drehzahlbereich nahe seiner maximalen Drehzahl am effizientesten und sicher reduziert werden. Da gleichzeitig eine Erhöhung des Drucks in der Kurbelkammer auf ein minimales Maß unterdrückt wird, ist es außerdem möglich, eine Verbesserung der Lebensdauer einer Wellendichtvorrichtung für die Antriebswelle, etc. zu fördern.
Da des Weiteren der Kopplungskörper tatsächlich gedreht wird, kann der Neigungswinkel θb bei der maximalen Drehzahl an einem minimalen Winkel (zum Beispiel ungefähr 1°) in einem Neigungswinkelbereich positioniert werden, in dem der Verdichtungsbetrieb in einem Zustand sicher durchgeführt wird, der Einflüsse einer Schwankung des Trägheitsprodukts in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe, von Schwankungen der Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder und der Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder und von Reibkräften enthält, die an der Kopplungseinrichtung und einem Gleitabschnitt zwischen der Taumelscheibe und der Antriebswelle erzeugt werden.
Bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung gemäß der vorliegenden Erfindung, wie er vorstehend beschrieben ist, kann ein Sollwert des vorstehend beschriebenen, vorbestimmten Neigungswinkels θb bei der maximalen Drehzahl auf ungefähr 1° eingestellt werden.
Bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung gemäß der vorliegenden Erfindung kann des Weiteren als die vorstehend beschriebene Kopplungseinrichtung ein Kopplungsmechanismus verwendet werden, der eine Struktur hat, bei der der Kopplungsmechanismus einen Kopplungsarm zum Koppeln des Rotors mit der Taumelscheibe hat. Bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung, der einen Kopplungsmechanismus hat, ist es erforderlich, einen Einfluss eines Kopplungsarms zu berücksichtigen, der das Trägheitsprodukt in der das Trägheitsprodukt schwankt breiter als andere Gelenkstrukturen, die keinen Kopplungsarm haben. Daher ist die Art und Weise der vorliegenden Erfindung, bei der der Kopplungskörper tatsächlich gedreht wird, um den Neigungswinkel θb bei der maximalen Drehzahl sicherzustellen, für einen derartigen Verdichter mit variabler Verdrängung geeignet, der einen Kopplungsmechanismus hat.
WIRKUNG GEMÄSS DER ERFINDUNG
Somit kann bei der vorliegenden Erfindung die Erhöhung des Leistungsverbrauchs des Verdichters in einem hohen Drehzahlbereich effizient unterdrückt werden, während die Winkeländerungsbewegung der Taumelscheibe des Verdichters mit variabler Verdrängung bis zu der maximalen Drehzahl sicher gewährleistet werden kann.
Figurenliste

1 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Verdichters mit variabler Verdrängung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einer kombinierten Kraft einer Druckkraft einer Neigungswinkelverkleinerungsfeder und einer Druckkraft einer Neigungswinkelvergrößerungsfeder und dem Neigungswinkel bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung, der in der 1 abgebildet ist.
3 zeigt eine vertikale Schnittansicht eines Kopplungskörpers bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung, der in der 1 abgebildet ist.
4 zeigt eine grafische Darstellung von Charakteristika eines Trägheitsprodukts in einer Winkeländerungsrichtung einer Taumelscheibe bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung, der in der 1 abgebildet ist.
5 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Moment MF und einem Moment MS zur Zeit, wenn ein Kopplungskörper bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung gedreht wird, der in der 1 abgebildet ist.
6 zeigt eine grafische Darstellung einer Beziehung zwischen einem Neigungswinkel θb einer Taumelscheibe und einer Drehzahl eines Verdichters zur Zeit, wenn ein Kopplungskörper bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung gedreht wird, der in der 1 abgebildet ist.
7 zeigt eine Konzeptdarstellung eines Zustands eines Verdichtungsbetriebs bei einem Winkel nahe einem minimalen Neigungswinkel einer Taumelscheibe bei dem Verdichter mit variabler Verdrängung, der in der 1 abgebildet ist.

AUSFÜHRUNGSBEISPIELE ZUM AUSFÜHREN DER ERFINDUNG
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben.
(1) Verdichter mit variabler Verdrängung
Die 1 zeigt einen Verdichter mit variabler Verdrängung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, der bei einem Klimaanlagensystem für Fahrzeuge verwendet wird. Ein Verdichter 100 mit variabler Verdrängung, der in der 1 abgebildet ist, ist ein kupplungsloser Verdichter, und er hat einen Zylinderblock 101 mit vielen Zylinderbohrungen 101a, ein vorderes Gehäuse 102, das an einem Ende des Zylinderblocks 101 vorgesehen ist, und einen Zylinderkopf 104, der an dem anderen Ende des Zylinderblocks 101 über eine Ventilplatte 103 vorgesehen ist.
Eine Antriebswelle 110 ist über eine Kurbelkammer 140 angeordnet, die durch den Zylinderblock 101 und das vordere Gehäuse 102 definiert ist, und um einen mittleren Abschnitt in ihrer axialen Richtung ist eine Taumelscheibe 111 angeordnet. Die Taumelscheibe 111 ist an einen Rotor 112 gekoppelt, der an die Antriebswelle 110 über einen Kopplungsmechanismus 120 befestigt ist, und ihr Neigungswinkel kann entlang der Antriebswelle 110 geändert werden.
Der Kopplungsmechanismus 120 hat 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 eine Seite an einem Ende drehbar an dem ersten Arm 112a über einen ersten Kopplungsstift 122 gekoppelt ist, und eine Seite des anderen Endes drehbar an den zweiten Arm 111a über einen zweiten Kopplungsstift 123 gekoppelt ist.
Ein Durchgangsloch 111c der Taumelscheibe 111 ist mit einer Form dergestalt ausgebildet, dass die Taumelscheibe 111 in einem Bereich von einem maximalen Neigungswinkel (θmax) zu einem minimalen Neigungswinkel (θmin) geneigt werden kann, und in dem Durchgangsloch 111c sind ein Abschnitt zum Regulieren eines maximalen Neigungswinkels und ein Abschnitt zum Regulieren eines minimalen Neigungswinkels ausgebildet, die jeweils mit der Antriebswelle 110 in Kontakt gelangen.
Bei diesem Ausführungsbeispiel wird hierbei zum Beispiel ein kupplungsloser Verdichter angenommen, der eine maximale Auslasskapazität von ungefähr 160 cc hat, und wenn ein Neigungswinkel der Taumelscheibe als 0° definiert wird, wenn die Taumelscheibe 111 orthogonal zu der Antriebswelle 110 steht, ist der Abschnitt zum Regulieren des minimalen Neigungswinkels in dem Durchgangsloch 111c so ausgebildet, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 ungefähr 0° wird. Hierbei meint „der minimale Neigungswinkel θmin ist ungefähr 0°“ einen Bereich, der größer ist als -0,5° und kleiner ist als 0,5°, jedoch ist es bevorzugt, dass der Bereich in einem Bereich von 0° oder größer und kleiner als 0,5° eingestellt ist. Des Weiteren ist der Abschnitt zum Regulieren des maximalen Neigungswinkels in dem Durchgangsloch 111c so ausgebildet, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 in einem Bereich von 20° bis 21° vorhanden ist.
Zwischen dem Rotor 112 und der Taumelscheibe 111 ist eine Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114 angebracht, die eine Druckschraubenfeder zum Drücken der Taumelscheibe 111 herunter zu dem minimalen Neigungswinkel aufweist, und zwischen der Taumelscheibe 111 und einem Federstützelement 116 ist eine Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 angebracht, die eine Druckschraubenfeder zum Drücken der Taumelscheibe 111 in einer Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels der Taumelscheibe 111 bis zu einem vorbestimmten Neigungswinkel aufweist, der kleiner ist als der maximale Neigungswinkel. Da die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 an dem minimalen Neigungswinkel größer eingestellt ist als die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114, wenn die Antriebswelle 110 nicht gedreht wird, wird die Taumelscheibe 111 an einem vorbestimmten Neigungswinkel θa positioniert, an dem eine kombinierte Kraft der Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114 und der Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 null beträgt (2).
Hierbei wird eine kombinierte Kraft Fmin der Druckkräfte an dem minimalen Neigungswinkel θmin und dem vorbestimmten Neigungswinkel θa, der in der 2 gezeigt ist, unter Berücksichtigung eines behutsamen Schaltens von einem AUS-Zustand (ein Nicht-Betriebszustand des Klimaanlagensystems) des kupplungslosen Verdichters zu einem EIN-Zustand (ein Betriebszustand des Klimaanlagensystems) bei einer Drehzahl des Verdichters eingestellt, die jener eines Leerlaufs eines Fahrzeugs entspricht (zum Beispiel 700 U/min), und sie wird so eingestellt, dass sie so klein wie möglich ist, um den Leistungsverbrauch in dem AUS-Zustand zu reduzieren. Da der vorbestimmte Neigungswinkel θa in einem Bereich sein muss, in dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird, wird er in einem Bereich eingestellt, der größer ist als 1° und kleiner ist als 5°, um so eine übermäßige Last des Verdichters zur Zeit eines Starts einer Kraftmaschine zu vermeiden. Es ist bevorzugt, dass der vorbestimmte Neigungswinkel θa in einem Bereich von 2° bis 3° eingestellt ist, und dass Fmin in einem Bereich von ungefähr -40 N ± 15 N eingestellt ist (das Minuszeichen stellt die Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels dar). Die kombinierte Kraft Fmax der Druckkräfte an dem maximalen Neigungswinkel θmax ist in einem Bereich von ungefähr 60 N ± 15 N eingestellt.
Ein Ende der Antriebswelle 110 erstreckt sich zu der Außenseite durch das Innere eines Nabenteils 102a des vorderen Gehäuses 102, der zur Außenseite vorsteht, und es ist mit einer Leistungsübertragungsvorrichtung verbunden, die in der Figur nicht gezeigt ist. Hierbei ist eine Wellendichtvorrichtung 130 zwischen der Antriebswelle 110 und dem Nabenteil 102a eingesetzt, und sie dichtet das Innere von der Außenseite ab. Die Antriebswelle 110 und der Rotor 112 sind durch Lager 131, 132 in der radialen Richtung und durch ein Lager 133 und eine Axialplatte 134 in der Axialrichtung gestützt. Eine Leistung von einer externen Antriebsquelle wird zu der Leistungsübertragungsvorrichtung übertragen, und die Antriebswelle 110 kann mit einer Drehung der Leistungsübertragungsvorrichtung synchron gedreht werden. Hierbei ist ein Spalt zwischen einem Abschnitt, der mit der Axialplatte 134 der Antriebswelle 110 in Kontakt ist, und der Axialplatte 134 durch eine Einstellschraube 135 auf einen vorbestimmten Spalt eingestellt.
Jeder Kolben 136 ist in einer jeweiligen Zylinderbohrung 101a angeordnet, der radial äußere Abschnitt der Taumelscheibe 111 ist in einem Innenraum enthalten, der an einem Ende des Kolbens 136 ausgebildet ist, das zu einer Seite der Kurbelkammer 140 vorsteht, und die Taumelscheibe 111 ist so konfiguriert, dass sie zusammen mit dem Kolben 136 über ein Paar Gleitstücke 137 arbeitet. Daher können sich die Kolben 136 in den Zylinderbohrungen 101a gemäß der Drehung der Taumelscheibe 111 hin und her bewegen.
In dem Zylinderkopf 104 sind eine Saugkammer 141 an einem mittleren Abschnitt in der radialen Richtung und eine Auslasskammer 142 definiert, die das radial Äußere der Saugkammer 141 ringartig umgibt. Die Saugkammer 141 ist mit der Zylinderbohrung 101a über ein in der Ventilplatte 103 ausgebildete Verbindungsloch 103a und ein Saugventil (in der Figur nicht gezeigt) in Verbindung, und die Auslasskammer 142 ist mit der Zylinderbohrung 101a über ein Auslassventil (in der Figur nicht gezeigt) und ein in der Ventilplatte 103 ausgebildetes Verbindungsloch 103b in Verbindung.
Ein Verdichtergehäuse ist durch Befestigen des vorderen Gehäuses 102, des Zylinderblocks 101, der Ventilplatte 103 und des Zylinderkopfes 104 mit vielen Durchgangsschrauben 105 über Dichtungen ausgebildet, die in der Figur nicht gezeigt sind.
Ein Schalldämpfer ist an einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 101 in der 1 vorgesehen. Der Schalldämpfer ist durch Befestigen eines Deckelelements 106 an einer ausgebildeten Wand 101b ausgebildet, die in einem oberen Abschnitt des Zylinderblocks 101 definiert und ausgebildet ist, und zwar durch Schrauben über ein Dichtungselement, das in der Figur nicht gezeigt ist. Ein Rückschlagventil 200 ist in einem Schalldämpferraum 143 angeordnet. Das Rückschlagventil 200 ist an einem Verbindungsabschnitt zwischen einem Verbindungspfad 144 und dem Schalldämpferraum 143 angeordnet, es arbeitet als Reaktion auf eine Druckdifferenz zwischen dem Verbindungspfad 144 (einer stromaufwärtigen Seite) und dem Schalldämpferraum 143 (einer stromabwärtigen Seite), es schließt den Verbindungspfad 144, wenn die Druckdifferenz kleiner ist als ein vorbestimmter Wert, und es öffnet den Verbindungspfad 144, wenn die Druckdifferenz größer ist als der vorbestimmte Wert. Somit ist die Auslasskammer 142 mit einer Auslassseite eines Kühlmittelkreislaufes in dem Klimaanlagensystem über einen Auslasspfad verbunden, der durch den Verbindungspfad 144, das Rückschlagventil 200, den Schalldämpfer 143 und einen Auslassanschluss 106a ausgebildet ist.
Ein Sauganschluss 104a und ein Verbindungspfad 104b sind in dem Zylinderkopf 104 ausgebildet, und die Saugkammer 141 ist mit einer Saugseite eines Kühlmittelkreislaufs in dem Klimaanlagensystem über einen Saugpfad verbunden, der durch den Verbindungspfad 104b und den Sauganschluss 104a ausgebildet ist. Der Saugpfad erstreckt sich gradlinig von der radialen Außenseite des Zylinderkopfes 104 über einen Teil der Auslasskammer 142.
Des Weiteren ist ein Steuerventil 300 in dem Zylinderkopf 104 vorgesehen. Das Steuerventil 300 stellt einen Öffnungsgrad des Verbindungspfads 145 ein, der die Auslasskammer 142 mit der Kurbelkammer 140 verbindet, und es steuert eine Menge des ausgelassenen Gases, die in die Kurbelkammer 140 eingeführt wird. Des Weiteren strömt das Kühlmittel in der Kurbelkammer 140 in die Saugkammer 141 durch einen Verbindungspfad 101c, einen Raum 146 und einen Durchlass 103c, der in der Ventilplatte 103 ausgebildet ist.
Durch Ändern des Drucks in der Kurbelkammer 140 durch das Steuerventil 300 zum Ändern des Neigungswinkels der Taumelscheibe 111, nämlich der Hübe der Kolben 136, ist es daher möglich, die Auslassverdrängung des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung variabel zu steuern.
Wenn das Klimaanlagensystem betrieben wird, d.h. in einem Zustand, bei dem der Verdichter 100 mit variabler Verdrängung betrieben wird, wird die Stromstärke, die auf einen in dem Steuerventil 300 eingebauten Solenoiden aufgebracht wird, auf der Grundlage eines externen Signals eingestellt, und die Auslassverdrängung des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung wird variabel derart gesteuert, dass der Druck in der Saugkammer 141 zu einem vorbestimmten Wert wird. Das Steuerventil 300 kann den Saugdruck in einer optimalen Weise gemäß einer externen Umgebung steuern.
Wenn des Weiteren das Klimaanlagensystem nicht betrieben wird, d.h. in einem Zustand, bei dem Verdichter 100 mit variabler Verdrängung nicht betrieben wird, wird der Verbindungspfad 145 durch Ausschalten der Stromzufuhr zu dem in dem Steuerventil 300 eingebauten Solenoiden aktiv geöffnet, wodurch die Auslassverdrängung des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung auf ein Minimum gesteuert wird.
(2) Winkeländerungsmoment, das auf die Taumelscheibe wirkt
Das Winkeländerungsmoment, das auf die Taumelscheibe 111 zur Zeit des Betriebs des Verdichters 100 mit variabler Verdrängung wirkt, ist folgendermaßen.

- Ein Moment MCL, das durch die Zylinderdrücke verursacht wird, die auf die jeweiligen Kolben wirken (in der Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels).
- Ein Moment MCR, das durch den Druck in der Kurbelkammer verursacht wird, der auf die jeweiligen Kolben wirkt (in der Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels).
- Ein Moment MP, das durch die Trägheitskräfte der reziprokierenden Bewegungen der Kolben verursacht wird (in der Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels).
- Ein Moment MS einer Drehbewegung auf der Grundlage der Einstellung des Trägheitsprodukts in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe.
- Ein Moment MF, das durch die kombinierte Kraft der Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder und der Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder verursacht wird.

Wenn das Klimaanlagensystem betrieben wird, sind die Momente des Gasdrucks (MCR-MCL) im Allgemeinen größer als die anderen mechanischen Momente (MP, MS, MF), wodurch es möglich ist, die mechanischen Momente weniger zu berücksichtigen. Da jedoch das Moment MP und das Moment MS Funktionen sind, die das Quadrat der Drehzahl enthalten, können das Moment MP und das Moment MS in dem hohen Drehzahlbereich nicht ignoriert werden.
Da insbesondere die Momente des Gasdrucks (MCL, MCR) in einem AUS-Zustand des kupplungslosen Verdichters ziemlich klein werden (wenn das Klimaanlagensystem nicht betrieben wird), wird die Winkeländerungsbewegung der Taumelscheibe 111 durch die mechanischen Momente (MP, MS, MF) leichter beeinflusst.
Die Momente, deren Werte einstellbar sind, sind das Moment MF und das Moment MS von den mechanischen Momenten. Das Moment MF kann durch die Druckkräfte der Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114 und der Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 und deren Federkonstanten eingestellt werden, und bei diesem Ausführungsbeispiel kann es aus einem Produkt der Druckkraft F, die in der 2 gezeigt ist, und einem Abstand L zwischen einer momentanen Drehmitte C an einem beliebigen Neigungswinkel der Taumelscheibe 111, der in Abhängigkeit von deren Design definiert ist, wie dies in der 3 gezeigt ist, und der axialen Mitte der Antriebswelle 110 berechnet werden (MF = F·L). Hierbei ist die momentane Drehmitte ein Schnitt zwischen einer Linie, die orthogonal zu der Achse der Antriebswelle 110 durch eine Drehmitte (Punkt K) der Taumelscheibe 110 ist, und einer Achse, die durch eine Mitte eines ersten Kopplungsstifts 122 und eine Mitte eines zweiten Kopplungsstifts 123 in einem Kopplungskörper 400 der Antriebswelle 110, an der die Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114 und die Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 montiert sind, des Rotors 112, des Kopplungsmechanismus' 120 und der Taumelscheibe bestimmt ist, die in der 3 gezeigt sind.
Des Weiteren kann das Moment MS durch die Form, die Masse und den Massenschwerpunkt der Taumelscheibe 111 eingestellt werden, d.h. durch die Einstellung des Trägheitsprodukts, und bei diesem Ausführungsbeispiel kann es aus dem Wert des Trägheitsprodukts P, das in der 4 gezeigt ist, unter Verwendung einer Gleichung MS=P·ω2 berechnet werden (hierbei ist ω eine Winkelgeschwindigkeit der Drehung der Antriebswelle).
Die 4 zeigt das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe 111 einschließlich den Einflüssen aufgrund des Kopplungsstifts 123 und des Kopplungsarms 121.
Da der zweite Kopplungsstift 123 mittels einer Presspassung in die Taumelscheibe 111 gepasst ist, ist er in der Taumelscheibe 111 integriert. Der Kopplungsarm 121 dreht sich um eine Mitte des ersten Kopplungsstifts 122, und er ändert seine Position entsprechend der Änderung des Neigungswinkels der Taumelscheibe 111. Da ein Moment einer Drehbewegung auf einen Abschnitt um die Mitte des ersten Kopplungsstifts 122 durch den Kopplungsarm 121 wirkt, wenn die Antriebswelle 111 gedreht wird, verursacht der Kopplungsarm 121 ein Moment einer Drehbewegung, durch das die Taumelscheibe 111 über den zweiten Kopplungsstift 123 jederzeit in die Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels gerichtet wird. Angesichts des Moments der Drehbewegung in der Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels, das durch den Kopplungsarm 121 verursacht wird, wird daher das Trägheitsprodukt des Kopplungskörpers des zweiten Kopplungsstifts 123 und der Taumelscheibe 111 so eingestellt, dass es eine derartige Eigenschaft zeigt, wie sie in der 4 gezeigt ist. Da nämlich der Wert des Trägheitsprodukts P durch zwei Faktoren des Kopplungsarms 121 und des Kopplungskörpers des zweiten Kopplungsstifts 123 und der Taumelscheibe 111 konfiguriert ist, zeigt es einen breiteren Änderungsbereich als andere Gelenkstrukturen, die keinen Kopplungsarm 121 haben.
Hierbei ist der Neigungswinkel θs der Taumelscheibe, an dem der Wert des Trägheitsprodukts P null beträgt, in einem Bereich eingestellt, der größer ist als 0° und kleiner ist als 1°.
(3) Neigungsbewegung der Taumelscheibe durch das Moment MF und das Moment MF
Als nächstes wird unter Bezugnahme auf die 5 und die 6 beschrieben, wie der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 durch das Moment MF und das Moment MS positioniert wird, wenn der Kopplungskörper 400 der Antriebswelle 110, an der die Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114 und die Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 angebracht sind, des Rotors 112, des Kopplungsmechanismus' 120 und der Taumelscheibe 111 gedreht wird.
Zum Beispiel wird ein Fall betrachtet, bei dem der Verdichter 100 mit variabler Verdrängung in einem Zustand betrieben wird, bei dem der Zylinderkopf 104, die Ventilplatte 103, das Auslassventil, das Saugventil und die Kolben 136 von dem Verdichter unter Atmosphärendruck beseitigt sind. In diesem Zustand wirken nur das Moment MF und das Moment MS auf die Taumelscheibe, da das Moment des Gasdrucks (MCR-MCL) und das Moment MP null betragen.
Hierbei kann der Neigungswinkel θ der Taumelscheibe zum Beispiel durch Messen einer Versetzung der Taumelscheibe 111 in der axialen Richtung unter Verwendung einer Laserversatzmessvorrichtung zur Zeit bestimmt werden, wenn die Taumelscheibe 111 gedreht wird. Wenn die Position der Taumelscheibe 111, an der der Laser ausgestrahlt wird, an einer Position entsprechend einem Teilkreis festgelegt ist, durch den die Mittelachsen der jeweiligen Kolben 136 hindurch treten, wird die gemessene Versetzung ΔL der Taumelscheibe 111 in der axialen Richtung zu dem Kolbenhub selbst. Wenn in diesem Fall der Durchmesser des Teilkreises durch D dargestellt wird, wird eine Beziehung zwischen dem Neigungswinkel θ und der Versetzung ΔL der Taumelscheibe durch tanθ = ΔL/D dargestellt, und der Neigungswinkel θ der Taumelscheibe 111 kann durch Messen der Versetzung ΔL der Taumelscheibe 111 in der axialen Richtung einfach bestimmt werden.
In einem Zustand, bei dem die Drehung der Antriebswelle 110 gestoppt ist, ist der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 an dem Neigungswinkel θa der Taumelscheibe 111 positioniert, an dem die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114 und die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 im Gleichgewicht sind, da MS = 0 gilt.
Wenn die Antriebswelle 110 aus jenem Zustand, bei dem die Drehung gestoppt ist, bis zu einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wird, wirkt das Moment MS der Drehbewegung auf der Grundlage des Trägheitsprodukts P in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe 111 auf die Taumelscheibe 111, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 von dem Neigungswinkel θa zu ändern. Da hierbei eine Beziehung θs < θa gilt, wirkt das Moment MS in der Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels, und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 verkleinert sich von dem Neigungswinkel θa zu dem Neigungswinkel θs.
Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 kleiner wird als der Neigungswinkel θa, ist der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 autonom an einer Position positioniert, an der die Summe des Moments MF und des Moments MS null beträgt (ein Neigungswinkel 8b), da das Moment MF, das durch die kombinierte Kraft F der Druckkräfte der Federn verursacht wird, die in der 2 gezeigt ist, auf die Taumelscheibe 111 in der Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels wirkt. Der Neigungswinkel θb nähert sich dem Neigungswinkel θs an, wenn sich die Drehzahl der Antriebswelle 110 erhöht, und sie wird zu dem kleinsten Winkel bei der maximalen Drehzahl (Nmax). Der Neigungswinkel θb(NmaX) bei der maximalen Drehzahl wird auf einen minimalen Winkel in einem Neigungswinkelbereich festgelegt, in dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird. Bei der maximalen Drehzahl ist nämlich ein erforderlicher, minimaler Verdichtungsbetrieb sicher gewährleistet, und es wird verhindert, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 übermäßig groß wird.
Hierbei wird angenommen, dass die maximale Drehzahl (Nmax) bei einem Taumelscheibenverdichter mit variabler Verdrängung zum Beispiel ungefähr 9000 U/min (± 1000 U/min) beträgt.
Der mechanisch minimale Neigungswinkel θmin der Taumelscheibe 111 wird auf ungefähr 0° eingestellt, obwohl die Möglichkeit besteht, dass der Neigungswinkel übergangsweise den minimalen Neigungswinkel θmin in dem Betriebszustand des tatsächlichen Verdichters 100 mit variabler Verdrängung erreicht, da in diesem Zustand das Moment MP und das Moment des Gasdrucks (MCR-MCL) entweder null oder ziemlich klein sind, damit die Auslassverdrängung von dem minimalen Neigungswinkel θmin zurückgestellt wird, muss der Neigungswinkel θb(Nmax) in einem Neigungswinkelbereich positioniert sein, in dem der Verdichtungsbetrieb durch das Moment MF und das Moment MS sicher durchgeführt wird.
Üblicherweise wird der Verdichtungsbetrieb unzureichend durchgeführt oder wird in einem Zustand überhaupt nicht durchgeführt, bei dem der Neigungswinkel kleiner wird als ein bestimmter Neigungswinkel, wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 klein wird und sich ungefähr 0° annähert. Wenn dieser Neigungswinkel in den Grenzbereich tritt, der experimentell bestimmt wurde, wurde dementsprechend der Grenzbereich bei ungefähr 0,2° erkannt, und es wurde bestätigt, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111, bei dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird, 0,4° oder mehr betrug.
Wie dies in der Konzeptdarstellung in der 7 gezeigt ist, die einen Zustand eines Verdichtungsbetriebs an einer Position nahe dem minimalen Neigungswinkel zeigt, wenn ein Neigungswinkel eines Grenzbereichs zwischen einem Bereich, in dem der Verdichtungsbetrieb überhaupt nicht durchgeführt wird, und einem Bereich durch θc dargestellt wird, in dem der Verdichtungsbetrieb unzureichend durchgeführt wird, und wenn ein Neigungswinkel des Grenzbereichs zwischen dem Bereich, in dem der Verdichtungsbetrieb unzureichend durchgeführt wird, und einem Bereich durch θd dargestellt wird, in dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird, können diese Bereiche nämlich folgendermaßen dargestellt werden.
Der Bereich, in dem der Verdichtungsbetrieb überhaupt nicht durchgeführt wird: 0° ≤ θ < θc
Der Bereich, in dem der Verdichtungsbetrieb unzureichend durchgeführt wird: θc ≤ θ < θd
Der Bereich, in dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird: θd < θ.
Es wurde bestätigt, dass θc ungefähr 0,2° beträgt und θd 0,4° oder mehr beträgt. Ob der Verdichtungsbetrieb durchgeführt wird oder nicht, wird mit einer Drehzahl des Verdichters entsprechend einem Leerlaufzustand eines Fahrzeugs bestimmt (zum Beispiel 700 U/min).
Daher ist es wünschenswert, dass der Neigungswinkel θs, bei dem der Wert des Trägheitsprodukts P in der 4 null beträgt, ungefähr 0,4° beträgt (ungefähr in einem Bereich von 0,4° ± 0,3°), und dass der vorstehend beschriebene Neigungswinkel θb(Nmax) ungefähr 1° beträgt (ungefähr in einem Bereich von 1° ± 0,5°), vorzugsweise 1° oder weniger (mit θs < θb).
Obwohl eine Schwankung des Neigungswinkels θb(Nmax) groß wird, da eine Schwankung des Wertes des Trägheitsprodukts P größer ist als jene der anderen Gelenkstrukturen, da dort ebenfalls eine Schwankung der kombinierten Kraft F der Druckkräfte der Federn vorhanden ist, und da des Weiteren Reibungskräfte vorhanden sind, die an dem Kopplungsmechanismus 120 und an einem Gleitabschnitt zwischen dem Umfang der Antriebswelle 110 und dem Durchgangsloch 111c zu jener Zeit wirken, wenn die Taumelscheibe 111 geneigt ist, ist es bei dem Kopplungsmechanismus 120 möglich, den Neigungswinkel θb innerhalb eines gewünschten Bereichs sicher zu positionieren, indem der Wert des Trägheitsprodukts P und die kombinierte Kraft F der Druckkräfte der Federn so korrigiert werden, dass der Neigungswinkel θb(Nmax) auf einen Sollneigungswinkel eingestellt wird, da der Neigungswinkel θb(Nmax) durch den sich tatsächlich drehenden Kopplungskörper 400 erkannt wird. Da die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder 114, die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder 115 und das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe 111 so eingestellt sind, dass, wenn die Antriebswelle 110 hinsichtlich des Kopplungskörpers 400 gedreht wird, sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 111 autonom verkleinert, wenn sich die Drehzahl vergrößert, indem das Trägheitsprodukt in der Winkeläriderungsrichtung der Taumelscheibe 111 eingestellt wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, und bei der maximalen Drehzahl wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe an einem minimalen Winkel in einem Neigungswinkelbereich positioniert, in dem der Verdichtungsbetrieb sicher durchgeführt wird, wobei eine derartige Konfiguration einen effizienten Beitrag für die Reduzierung des Leistungsverbrauchs des Verdichters mit variabler Verdrängung in dem hohen Drehzahlbereich hat. Des Weiteren hat er gleichzeitig einen Beitrag für die Verbesserung der Lebensdauer der Wellendichtvorrichtung 130, da eine Erhöhung des Drucks in der Kurbelkammer unterdrückt wird.
Hierbei ist der vorstehend beschriebene Wert von θs als ein Wert gezeigt, der einen gewünschten Zustand zeigt, und er ist nicht darauf beschränkt. Auch wenn θs auf einen geringfügig negativen Winkel eingestellt ist (zum Beispiel -0,5°< θs < 0°), können die Druckkräfte der Federn zum Beispiel so eingestellt sein, dass ein gewünschter θb gemäß der Summe des Moments MF und des Moments MS erhalten werden kann.
Auch wenn der Verdichter 100 mit variabler Verdrängung bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel als ein kupplungsloser Verdichter beschrieben ist, kann er des Weiteren auch ein Verdichter mit variabler Verdrängung sein, der mit einer elektromagnetischen Kupplung versehen ist. Des Weiteren kann die vorliegende Erfindung auf einen Wobbelscheiben-Verdichter mit variabler Verdrängung angewendet werden.
Des Weiteren ist die Kopplungseinrichtung zum Koppeln des Rotors und der Taumelscheibe nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Zum Beispiel kann eine Struktur verwendet werden, bei der ein Schlitz in einem Rotorarm ausgebildet ist, und ein Stift, der an einer Taumelscheibe befestigt ist, ist mit dem Schlitz gekoppelt.
Auch wenn die Taumelscheibe bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel direkt durch die Antriebswelle gestützt ist, kann des Weiteren eine Taumelscheibenstruktur verwendet werden, bei der die Taumelscheibe durch ein Taumelscheibenstützelement (Buchse) gestützt ist, das gleitbar an der Antriebswelle angebracht ist.
Darüber hinaus ist die Einrichtung zum Regulieren des minimalen Neigungswinkels nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Zum Beispiel kann der minimale Neigungswinkel durch Befestigen eines Schnapprings an der Antriebswelle reguliert werden.
GEWERBLICHE ANWENDBARKEIT
Die vorliegende Erfindung kann auf einen beliebigen Taumelscheiben-Verdichter mit variabler Verdrängung angewendet werden, der ein Kühlmittel verdichtet, und insbesondere ist sie geeignet bei einem Verdichter anwendbar, der bei einem Klimaanlagensystem für Fahrzeuge verwendet wird.
Bezugszeichenliste

100:: Verdichter mit variabler Verdrängung
101:: Zylinderblock
101a:: Zylinderbohrung
101b:: ausgebildete Wand
101c:: Verbindungspfad
102:: vorderes Gehäuse
102a:: Nabenteil
103:: Ventilplatte
103a:: Saugloch
103b:: Auslassloch
103c:: Durchlass
104:: Zylinderkopf
104a:: Sauganschluss
104b:: Verbindungspfad
105:: Durchgangsschrauben
106:: Deckelelement
106a:: Auslassanschluss
110:: Antriebswelle
111:: Taumelscheibe
111a:: zweiter Arm
111c:: Durchgangsloch
112:: Rotor
112a:: erster Arm
114:: Neigungswinkelverkleinerungsfeder
115:: Neigungswinkelvergrößerungsfeder
116:: Federstützelement
120:: Kopplungsmechanismus
121:: Kopplungsarm
122:: erster Kopplungsstift
123:: zweiter Kopplungsstift
130:: Wellendichtvorrichtung
131, 132:: Radiallager
133:: Axiallager
134:: Axialplatte
135:: Einstellschraube
136:: Kolben
137:: Gleitstück
140:: Kurbelkammer
141:: Saugkammer
142:: Auslasskammer
143:: Schalldämpferraum
144:: Verbindungspfad
145:: Druckzuführpfad
146:: Raum
200:: Rückschlagventil
300:: Steuerventil

Claims

Verdichter (100) mit variabler Verdrängung, mit: einem Gehäuse (101, 102, 104), in dem eine Auslasskammer (142), eine Saugkammer (141), eine Kurbelkammer (140) und Zylinderbohrungen (101a) definiert sind, Kolben (136), die in den Zylinderbohrungen (101a) eingesetzt sind, einer Antriebswelle (110), die in dem Gehäuse (101, 102, 104) drehbar gestützt ist, einem Rotor (112), der synchron drehbar an der Antriebswelle (110) befestigt ist, einer Taumelscheibe (111), die mit dem Rotor (112) über eine Kopplungseinrichtung (120-123) gekoppelt ist, und die sich synchron mit dem Rotor (112) dreht und gleitbar an der Antriebswelle (110) so angebracht ist, dass sich ihr Neigungswinkel relativ zu einer Achse der Antriebswelle (110) ändert, einer Einrichtung zum Regulieren eines minimalen Neigungswinkels, um einen minimalen Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) auf ungefähr 0° zu regulieren, wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) orthogonal zu der Achse der Antriebswelle (110) als 0° definiert ist, einer Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) zum Drücken der Taumelscheibe (111) in einer Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels von dem minimalen Neigungswinkel, einer Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) zum Drücken der Taumelscheibe (111) in einer Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels von einem maximalen Neigungswinkel bis zum minimalen Neigungswinkel, einem Wandlermechanismus, der zwischen den Kolben (136) und der Taumelscheibe (111) angeordnet ist, um eine Drehbewegung der Taumelscheibe (111) zu einer reziprokierenden Bewegung der Kolben (136) umzuwandeln, und einem Steuerventil (300) zum Steuern eines Drucks in der Kurbelkammer (140), der den Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) durch Ändern einer Druckdifferenz zwischen der Kurbelkammer (140) und der Saugkammer (141) ändert, um einen Hub der Kolben (136) einzustellen, ein Kühlmittel verdichtet, das von der Saugkammer (141) in die Zylinderbohrungen (101a) gesaugt wird, und verdichtetes Kühlmittel in die Auslasskammer (142) auslässt, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kopplungskörper (400) der Antriebswelle (110), an der die Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) und die Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) angebracht sind, des Rotors (112), der Kopplungseinrichtung (120-123) und der Taumelscheibe (111) so konfiguriert ist, dass: wenn die Antriebswelle (110) nicht gedreht wird, der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) an einem vorbestimmten Neigungswinkel θa positioniert ist, an der eine Summe einer Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) und einer Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) null beträgt; wenn die Antriebswelle (110) aus jenem Zustand, bei dem die Drehung gestoppt ist und der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) an dem vorbestimmten Neigungswinkel θa positioniert ist, bis zu einer vorbestimmten Drehzahl gedreht wird, ein Moment einer Drehbewegung MS, auf der Grundlage einer Einstellung eines Trägheitsprodukts in einer Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe (111) in der Richtung zum Verkleinern des Neigungswinkels wirkt, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) von dem vorbestimmten Neigungswinkel θa zu verkleinern, und wodurch ein Moment MF auf der Grundlage einer kombinierten Kraft der Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) und der Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115) in der Richtung zum Vergrößern des Neigungswinkels wirkt, wodurch der Neigungswinkel der Taumelscheibe (111) autonom an einem vorbestimmten Neigungswinkel θb positioniert wird, an dem eine Summe des Moments MS und des Moments MF null beträgt; und wenn sich die Drehzahl der Antriebswelle (110) erhöht, der vorbestimmten Neigungswinkel θb der Taumelscheibe (111) sich autonom verkleinert und zu einem minimalen Winkel θb(Nmax) bei einer maximalen Drehzahl (Nmax) wird, wobei die Druckkraft der Neigungswinkelvergrößerungsfeder (115), die Druckkraft der Neigungswinkelverkleinerungsfeder (114) und das Trägheitsprodukt in der Winkeländerungsrichtung der Taumelscheibe (111) so eingestellt sind, dass der vorbestimmte Neigungswinkel θb an dem minimalen Winkel in einem Neigungswinkelbereich positioniert ist, in dem ein Verdichtungsbetrieb zur Zeit der maximalen Drehzahl sicher durchgeführt werden kann.
Verdichter (100) mit variabler Verdrängung gemäß Anspruch 1, wobei ein Sollwert des vorbestimmten Neigungswinkels θb bei der maximalen Drehzahl ungefähr 1° beträgt.
Verdichter (100) mit variabler Verdrängung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Kopplungseinrichtung (120-123) ein Kopplungsmechanismus ist, der einen Kopplungsarm zum Koppeln des Rotors (112) mit der Taumelscheibe (111) hat.