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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Verdichter mit veränderlicher Verdrängung, die in Fahrzeugklimaanlagen verwendet werden, und die die Neigung einer Antriebsscheibe zur Steuerung der Verdrängung verändern.
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5 und 6 zeigen einen Teil eines solchen Verdichters. Dieser Verdichter hat ein Gehäuse 105, eine Antriebswelle 102, einen Rotor 101, der an der Welle 102 befestigt ist, und eine Taumelscheibe 103, welche als eine Antriebsscheibe dient. Eine Wellenbohrung 103a ist in der Mitte der Taumelscheibe 103 ausgebildet. Die Antriebswelle 102 erstreckt sich durch die Bohrung 103a. Ein vorbestimmtes Spiel ist zwischen der Welle 102 und der Bohrung 103a vorhanden. Das Gehäuse 105 hat Zylinderbohrungen 105a. Ein Kolben 104 ist in jeder Zylinderbohrung 105a aufgenommen und ist mit dem Umfang der Taumelscheibe 103 durch ein Paar Schuhe oder Gleitstücke gekoppelt.
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Ein Gelenkmechanismus 107 ist zwischen dem Rotor 101 und der Taumelscheibe 103 angeordnet. Der Gelenkmechanismus 107 hat ein Paar Führungsstifte 108, die auf der Taumelscheibe ausgebildet sind, und hat einen Stützarm 109, welcher an dem Rotor 101 ausgebildet ist. Jeder Führungsstift 108 hat eine Kugel 108a an seinem entfernten Ende. Ein Paar von Führungsbohrungen 109a ist in dem Stützarm 109 ausgebildet. Die Achse jeder Führungsbohrung 109a ist relativ zu einer zu der Achse L der Antriebswelle 102 senkrechten Ebene geneigt. Die Kugel 108a jedes Führungsstifts 108 ist in die zugehörige Führungsbohrung 109a des Stützarms 109 eingesetzt. Die innere Wand 109b jeder Führungsbohrung 109a dient als Führungsfläche, die die Bewegung der zugehörigen Kugel 108a führt.
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Der Rotor 101 und der Gelenkmechanismus 107 veranlassen die Taumelscheibe 103 sich zusammen mit der Antriebswelle 102 zu drehen. Die Drehung der Taumelscheibe 103 wird durch die Schuhe 106 in eine lineare Hin- und Herbewegung der Kolben 104 umgewandelt. Die Kolben 104 komprimieren in die Zylinderbohrungen 105a eingesaugtes Kühlmittelgas und liefern das komprimierte Gas aus den Zylinderbohrungen 105a. Die Taumelscheibe 103 hat einen oberen Totpunkt D1 an dem jeder Kolben 104 am oberen Totpunkt in der zugehörigen Zylinderbohrung 105a positioniert ist. Die Taumelscheibe 103 hat ferner einen unteren Totpunkt D2, bei dem jeder Kolben 104 in der zugehörigen Zylinderbohrung 105a am unteren Totpunkt positioniert ist. Wie in den 5 und 6 gezeigt ist, ist ein Kolben 104 in Übereinstimmung mit dem oberen Totpunkt D1 am oberen Totpunkt positioniert. Wenn die Taumelscheibe 103 um 180 Grad von den in den 5 und 6 gezeigten Zuständen gedreht wird, wird der gezeigte Kolben 104 mit dem unteren Totpunkt D2 übereinstimmen und am unteren Totpunkt angeordnet sein.
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Der Gelenkmechanismus 107 führt die Taumelscheibe 103 zur Neigung zwischen der maximalen in 5 gezeigten Neigung und der minimalen in 6 gezeigten Neigung. Eine Neigung der Taumelscheibe 103 veranlasst die Führungskugeln 108a der Führungsstifte 108 in den Führungsbohrungen 109a zu gleiten. Ferner veranlasst das Neigen die Taumelscheibe 103 zum Gleiten auf der Antriebswelle 102. Das Spiel zwischen der Bohrung 103a der Taumelscheibe 103 und der Antriebswelle 102 erlaubt der Taumelscheibe 103 sich sanft auf der Antriebswelle 102 zu bewegen. Wenn die Neigung der Taumelscheibe verändert wird, wird der untere Totpunkt jedes Kolbens 104 verändert, während sein oberer Totpunkt unverändert bleibt. Entsprechend wird der Hub des Kolbens 104 verändert. Die Veränderungen des Kolbenhubs verändern die Verdrängung des Verdichters.
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Wenn jeder Kolben 104 am oberen Totpunkt ist, ist der obere Abstand oder schädliche Raum jedes Kolbens 104 (der Abstand zwischen dem Ende des Kolbens 104 und einer Ventilplatte, welche in den Zeichnungen nicht gezeigt ist) vorzugsweise so nahe wie möglich bei Null und konstant. Ein solcher oberer Abstand gestattet dem Verdichter einen konstanten Betrieb mit einem hohen Verrichtungswirkungsgrad bei jedem gegebenen Neigungswinkel der Taumelscheibe 103. Der Gelenkmechanismus 107 ist folglich ausgelegt, eine vorbestimmte obere Totpunktposition für jeden Kolben 104 bei jedem gegebenen Neigungswinkel der Taumelscheibe 103 aufrechtzuerhalten.
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Wenn sie in der in 5 gezeigten maximalen Neigungsposition ist, maximiert die Taumelscheibe 103 den Hub des Kolbens 104 und maximiert dadurch das Verdichtungsverhältnis von Kühlmittelgas. Zu dieser Zeit erzeugt der Gasverdichtungsvorgang vergleichsweise große Reaktionskräfte. Die Reaktionskräfte resultieren in einer relativ großen Kraft F. Die Kraft F wirkt auf die innere Wand 109b der Führungsbohrung 109a durch die Kolben 104, die Taumelscheibe 103 und die Kugeln 108a der Führungsstifte 108. Die innere Wand 109b ist relativ zu einer der zur Achse L der Antriebswelle 102 senkrechten Ebene geneigt. Folglich wird die Kraft F in eine Komponente F1, die parallel zu der inneren Wand 109b ist, und in eine Komponente F2 unterteilt, die auf die innere Wand 109b senkrecht ist.
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Die Komponente F1 ist von der Achse L der Antriebswelle 102 abgewandt und bewegt die Taumelscheibe 103 folglich in 5 gesehen aufwärts. In anderen Worten, die Komponente F1 bewegt den oberen Totpunkt D1 der Taumelscheibe 103 von der Achse L der Antriebswelle 102 weg. Im Ergebnis wird, wie in 5 gezeigt ist, ein spezifischer Punkt (ein Punkt, der radial mit dem unteren Totpunkt D2 übereinstimmt) der Bohrung 103a gegen die Antriebswelle 102 gepresst. In diesem Zustand rattert die Taumelscheibe 103 nicht radial relativ zu der Antriebswelle 102.
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Wenn sie in einer in 6 gezeigten Minimalneigungsstellung ist, minimiert die Taumelscheibe 103 den Hub des Kolbens 104 und minimiert das Verdichtungsverhältnis von Kühlmittelgas. Dies vermindert die durch Kompressionsreaktionskräfte erzeugte, auf die Kolben 104 wirkende Kraft F. Die Komponente F1 ist entsprechend vermindert. Die Kraft, die den oberen Totpunkt D1 von der Achse L der Antriebswelle 102 weg bewegt, ist folglich schwächer. Wenn diese Kraft geringer ist als die auf die Taumelscheibe 103 wirkende Schwerkraft, wird die Taumelscheibe 103 durch Schwerkraft bewegt.
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Beispielsweise ist in 6 die Taumelscheibe 103 in Richtung der Schwerkraft bewegt (abwärts in 6). Dies bedeutet, ein Punkt an der Innenwand der Bohrung 103a, der radial dem oberen Totpunkt D1 entspricht, berührt die Antriebswelle 102. Wenn die Taumelscheibe 103 um 180 Grad von dem in 6 gezeigten Zustand gedreht wird, berührt ein Punkt an der Innenwand der Bohrung 103a, der mit dem unteren Totpunkt D2 übereinstimmt, die Antriebswelle 102. In anderen Worten, die Drehung der Taumelscheibe 103 verändert ständig den Punkt der inneren Wand der Bohrung 103a, der die Antriebswelle 102 berührt, wodurch die Taumelscheibe 103 bezüglich der Antriebswelle 102 radial rattert. Dies erzeugt Geräusche und Vibrationen.
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Wenn die Taumelscheibe 103 in der maximalen Neigungsposition ist, wie in 5 gezeigt ist, berührt ein Punkt auf der Innenwand der Bohrung 103a, der mit dem oberen Totpunkt D2 übereinstimmt, ständig die Antriebswelle 102. Andererseits berührt, wenn die Taumelscheibe 103 in der minimalen Neigungsposition ist, wie in 6 gezeigt ist, ein Punkt an der inneren Wand der Bohrung 103a, der mit dem oberen Totpunkt D1 übereinstimmt, die Antriebswelle 102. Dies bedeutet, dass die radiale Position der Taumelscheibe bezüglich der Achse L der Antriebswelle 102 im Zustand der 5 gegenüber dem Zustand der 6 verschieden ist. Dies bewirkt, dass der obere Totpunkt des Kolbens 104 gemäß 6 näher an der Ventilplatte (nicht dargestellt) ist als der obere Totpunkt des Kolbens 104 gemäß 5. Mit anderen Worten, von dem oberen Totpunkt von 5 wird der obere Totpunkt von 6 in Richtung auf das obere Ende der Zylinderbohrung 105a (nach rechts in den Zeichnungen) bewegt. Mit anderen Worten, der obere Abstand des Kolbens 104 ist instabil, wenn er am oberen Totpunkt ist. Dies bewirkt eine ungleichmäßige Verdichtung von Kühlmittelgas. Ferner müssen die Kolben 104 daran gehindert werden, die Ventilplatte zu berühren. Der obere Abstand der Kolben kann folglich nicht zu dicht bei Null gewählt werden.
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DE 196 22 869 A1 zeigt einen verdrängungsvariablen Kompressor mit einer Drehwelle, einer Taumelscheibe mit einer Durchgangsbohrung, in welche die Drehwelle eingesetzt ist für eine Neigungsbewegung der Taumelscheibe, einer Stützplatte, die an der Drehwelle montiert ist, und einem Gelenkmechanismus zwischen der Stützplatte und der Taumelscheibe für das Führen der Neigungsbewegung der Taumelscheibe. Die Verdrängung des Kompressors ist veränderlich durch Einstellen des Neigungswinkels der Taumelscheibe. Die Taumelscheibe ist mittels des Gelenkmechanismus an die Drehwelle an zwei Punkten angeschlossen und berührt unmittelbar die Drewhelle an einem einzelnen Kontaktpunkt, der an der inneren Peripherie der Durchgangsbohrung angeordnet ist.
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DE 195 14 748 A1 zeigt einen Taumelscheiben-Kältemittelkompressor mit variabler Förderleistung. Der Kompressor ist von einem Fahrzeugmotor ohne Zwischenschaltung einer Magnetkupplung antreibbar und besitzt eine Antriebswelle, die um ihre Drehachse zu einer Drehbewegung antreibbar ist, und eine Taumelscheibe, die schwenkbar ist, um eine Hin- und Herbewegung von Kolben in Zylinderbohrungen zur Ausführung von Ansaug- und Kompressionshüben anzutreiben, wobei die Taumelscheibe um eine Schwenkachse schwenkbar ist, um ihren Neigungswinkel bezüglich einer zur Drehachse der Antriebswelle senkrechten Ebene zu verändern, und zwar zwischen einem Neigungswinkel von 0° und einem relativ großen Neigungswinkel. Ein Produkt der Trägheitswerte für die Taumelscheibe wird dabei so eingestellt, dass automatisch ein Moment erzeugt wird, durch welches die Taumelscheibe bereits bei der geringsten möglichen Drehzahl derselben aus der 0°-Position derart verschwenkt wird, dass sie einen großen Neigungswinkel einnimmt.
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Weitere Verdichter mit veränderlicher Verdrängung gemäß dem Stand der Technik sind in
JP H06-207 584 A und
JP H08-338 364 A gezeigt.
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Es ist die Aufgabe der Erfindung, einen Verdichter mit veränderlicher Verdrängung zu schaffen, der die Radialposition einer Taumelscheibe bezüglich einer Antriebswelle in einer vorbestimmten Position aufrechterhält.
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Die Aufgabe der Erfindung wird durch einen Verdichter mit veränderlicher Verdrängung mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
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Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen beschrieben.
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Erfindungsgemäß hat ein Verdichter mit veränderlicher Verdrängung ein Gehäuse mit einer Zylinderbohrung, einen in der Zylinderbohrung angeordneten Kolben, eine drehbar durch das Gehäuse gestützte Antriebswelle, eine an der Antriebswelle zum Drehen mit der Antriebswelle angebrachte Drehstütze, eine mit dem Kolben wirkverbundene Antriebsscheibe zur Umwandlung einer Drehung der Antriebswelle in ein Reziprokieren des Kolbens und einen zwischen der Drehstütze und der Antriebsscheibe angeordneten Gelenkmechanismus. Die Antriebsscheibe hat eine zentrale Stützbohrung, in welche die Antriebswelle eingeführt ist. Die Stützbohrung ermöglicht es der Antriebsscheibe kippbar auf der Antriebswelle gehalten zu sein und in Axialrichtungen der Antriebswelle zu gleiten. Die Antriebsscheibe gleitet und kippt auf der Antriebswelle zwischen einer maximalen Neigungsstellung und einer minimalen Neigungsstellung. Der Kolben bewegt sich um einen Hub auf der Basis der Neigung der Antriebsscheibe, um die Verdrängung des Verdichters zu verändern. Der Gelenkmechanismus dreht die Antriebsscheibe zusammen mit der Drehstütze und führt die Kippbewegung und die Gleitbewegung der Antriebsscheibe. Die Masse der Antriebsscheibe ist so angeordnet und positioniert, dass die Radialposition der Antriebsscheibe bezüglich der Antriebswelle durch Zentrifugalkräfte konstant gehalten wird, wenn die Antriebsscheibe dreht, unabhängig von der Neigung der Antriebsscheibe.
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Ferner ist mit der vorliegenden Erfindung eine Taumelscheibe zur Verwendung in einem Verdichter mit veränderlicher Verdrängung geschaffen. Die Taumelscheibe hat einen oberen Totpunkt zum Positionieren des Kolbens an einem oberen Totpunkt in der Zylinderbohrung und hat einen unteren Totpunkt zum Positionieren des Kolbens an einem unteren Totpunkt in der Zylinderbohrung. Der Schwerpunkt der Taumelscheibe ist von der Achse der Antriebswelle in Richtung auf den oberen Totpunkt verschoben.
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Weitere Vorteile und Wirkungen der Erfindung werden aus der nachfolgenden Beschreibung in Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich, welche beispielhaft die Prinzipien der Erfindung zeigen.
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Die Erfindung sowie deren Aufgabe und Vorteile werden aus der nachfolgenden Beschreibung der derzeit bevorzugten Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
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1 ist eine Querschnittansicht, die einen Verdichter mit veränderlicher Verdrängung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die den Verdichter von 1 zeigt, wenn die Neigung der Taumelscheibe minimal ist;
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3 ist eine Perspektivansicht, teilweise geschnitten, die eine Taumelscheibe zeigt;
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4 ist eine vergrößerte Teilschnittansicht, die den Verdichter von 1 zeigt;
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5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die eine Taumelscheibe eines herkömmlichen Verdichters mit veränderlicher Verdrängung zeigt; und
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6 ist eine vergrößerte Schnittansicht wie 5, wenn die Neigung der Taumelscheibe minimal ist.
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Ein Verdichter mit veränderlicher Verdrängung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird beschrieben. Dieser Verdichter wird in einem Fahrzeugklimaanlagensystem verwendet.
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Wie in 1 gezeigt ist, ist ein vorderes Gehäuse 11 an der vorderen Stirnfläche eines Zylinderblocks 12 befestigt. Ein hinteres Gehäuse 13 ist mit einer Ventilplatte 14 an der hinteren Stirnfläche des Zylinderblocks 12 befestigt. Eine Kurbelkammer 15 ist durch die inneren Wände des vorderen Gehäuses 11 und die vordere Endfläche des Zylinderblocks 12 begrenzt. Eine Antriebswelle 16 ist drehbar in dem vorderen Gehäuse 11 und dem Zylinderblock 12 gehalten und erstreckt sich durch die Kurbelkammer 15.
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Das vordere Gehäuse 11 hat eine zylindrische Wand, die sich nach vorne erstreckt. Das vordere Ende der Antriebswelle 16 ist in der zylindrischen Wand des vorderen Gehäuses angeordnet und ist an einer Riemenscheibe 17 befestigt. Die Riemenscheibe 17 ist drehbar durch die zylindrische Wand mittels eines Schräglagers 18 abgestützt. Die Riemenscheibe 17 ist unmittelbar mit einer externen Antriebsquelle (ein Fahrzeugmotor 20 in diesem Ausführungsbeispiel) durch einen Riemen 19 gekoppelt. Der Verdichter dieses Ausführungsbeispiels wird als kupplungsloser Verdichter mit veränderlicher Verdrängung bezeichnet, weil er nicht ein- oder ausgekuppelt wird.
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Eine Lippendichtung 21 ist zwischen der Antriebswelle 16 und dem vorderen Gehäuse 11 angeordnet, um die Kurbelkammer abzudichten. Dies bedeutet, die Lippendichtung 21 hindert Kühlmittelgas in der Kurbelkammer 15 am Austritt nach außen.
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Ein Rotor 22 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 befestigt. Die Kurbelkammer 15 nimmt ferner eine Taumelscheibe 23 auf, welche als eine Antriebsscheibe dient. Eine Bohrung 23a ist in der Mitte der Taumelscheibe 23 ausgebildet. Die Antriebswelle 16 erstreckt sich durch die Bohrung 23a zum Halten der Taumelscheibe 23. Die Taumelscheibe 23 gleitet längs und kippt bezüglich der Achse L der Welle 16. Ein vorbestimmtes Spiel ist zwischen der Bohrung 23a und der Antriebswelle 16 vorgesehen, um der Taumelscheibe 23 zu gestatten sich sanft bezüglich der Antriebswelle 16 zu bewegen. Der Rotor 22 ist mit der Taumelscheibe 23 über einen Gelenkmechanismus 71 gekoppelt. Die Taumelscheibe 23 hat ein Gegengewicht 59, das an der Gegenseite des Gelenkmechanismus 71 bezüglich der Achse L der Antriebswelle 16 angeordnet ist.
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Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, ist ein Paar Führungsstifte 25 an der vorderen Stirnfläche der Taumelscheibe 23 ausgebildet und erstreckt sich vorwärts. Die Taumelscheibe 23 hat einen oberen Totpunkt D1, der jeden Kolben 36 am oberen Totpunkt positioniert. Die Taumelscheibe 23 hat ferner einen unteren Totpunkt D2, der jeden Kolben 36 am unteren Totpunkt positioniert. Eine imaginäre Ebene H2 in 3 enthält den oberen Totpunkt D1, den unteren Totpunkt D2 und die Achse L der Antriebswelle 16. Eine andere imaginäre Ebene H1 steht auf die Ebene H2 senkrecht und enthält die Achse L der Antriebswelle 16. Die Führungsstifte 25 sind bezüglich der Ebene H2 symmetrisch.
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Die Führungsstifte 25 stehen in Richtung auf den Rotor 22 vor und haben Führungskugeln 25a an den entfernten Enden. Ein Paar Stützarme 24 ist auf der hinteren Stirnfläche des Rotors 22 ausgebildet und erstrecken sich in Richtung auf die Taumelscheibe 23. Die Stützarme 24 sind bezüglich der imaginären Ebene H2 symmetrisch. Jeder Arm 24 hat eine Führungsbohrung 24a in dem entfernten Ende. Die Achse der Führungsbohrung 24a ist bezüglich einer Ebene senkrecht auf die Achse L der Antriebswelle 16 geneigt. Die Kugel 25a jedes Führungsstifts 25 ist gleitend in die zugehörige Führungsbohrung 24a eingesetzt. Die innere Wand 24b jeder Führungsbohrung 24a dient als Führungsfläche, die die zugehörige Kugel 25a führt.
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Das Zusammenwirken der Arme 24 und der Führungsstifte 25 gestattet es der Taumelscheibe 23 sich zusammen mit der Antriebswelle 16 zu drehen. Das Zusammenwirken führt zudem das Neigen der Taumelscheibe 23 und die Bewegung der Taumelscheibe 23 längs der Achse L der Antriebswelle 16. Wenn die Taumelscheibe 23 nach hinten in Richtung auf den Zylinderblock 12 gleitet, nimmt die Neigung der Taumelscheibe 23 ab.
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Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Schraubenfeder 26 um die Antriebswelle 16 zwischen dem Rotor 22 und der Taumelscheibe 23 angeordnet. Die Feder 26 drückt die Taumelscheibe 23 nach hinten bzw. in eine Richtung zur Verminderung der Neigung der Taumelscheibe 23. Der Rotor 22 hat einen Vorsprung 22a an seiner hinteren Stirnfläche. Ein Anschlag der Taumelscheibe 23 gegen den Vorsprung 22a begrenzt die maximale Neigung der Taumelscheibe 23.
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Der Zylinderblock 12 hat eine Schieberkammer 27 in seinem Mittenabschnitt. Die Schieberkammer 27 erstreckt sich längs der Achse L der Antriebswelle 16. Ein hohlzylindrischer Schieber 28 mit einem geschlossenen Ende ist gleitend in der Schieberkammer 27 aufgenommen. Eine Schraubenfeder 29 ist zwischen einer in der Schieberkammer 27 ausgebildeten Stufe und dem Schieber 28 angeordnet, um den Schieber 28 in Richtung auf die Taumelscheibe 23 vorzuspannen.
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Das hintere Ende der Antriebswelle 16 ist in den Schieber 28 eingeführt. Ein Radiallager 30 ist zwischen dem hinteren Ende der Antriebswelle 16 und der inneren Wand des Schiebers 28 angeordnet. Das Radiallager 30 ist an dem Schieber 28 mittels eines Sprengrings befestigt und bewegt sich folglich zusammen mit dem Schieber 28 relativ zu der Antriebswelle 16 längs der Achse L der Antriebswelle 16. Das hintere Ende der Antriebswelle 16 ist drehbar durch die innere Wand der Schieberkammer 27 unter Zwischenordnung des Radiallagers 30 und des Schiebers 28 gehalten.
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Ein Ansaugdurchlass 32 ist in dem Mittenabschnitt des hinteren Gehäuses 13 und der Ventilplatte 14 begrenzt. Das innere Ende des Durchlasses 32 ist mit der Schieberkammer 27 verbunden. Eine Positionierfläche 33 ist an der Ventilplatte 14 um die innere Öffnung des Ansaugdurchlasses ausgebildet. Die hintere Stirnfläche des Schiebers 28 dient als eine Schieberfläche 34, die gegen die Positionierfläche 33 anliegt. Die Anlage hindert den Schieber 28 daran, sich weiter rückwärts von dem Rotor 22 weg zu bewegen und trennt den Ansaugdurchlass 32 von der Schieberkammer 27.
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Ein Axial- oder Rückstoßlager 35 ist gleitend auf der Antriebswelle 16 gehalten und ist zwischen der Taumelscheibe 23 und dem Schieber 28 angeordnet. Die Kraft der Feder 29 hält das Axiallager 35 ständig zwischen der Taumelscheibe 23 und dem Schieber 28.
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Wenn ihre Neigung abnimmt, bewegt sich die Taumelscheibe 23 nach hinten und drückt den Schieber 28 mit dem Axiallager 35 nach hinten. Dies bedeutet, die Taumelscheibe 23 bewegt den Schieber 28 zur Positionierfläche 33 gegen die Kraft der Feder 29. Die Anlage der Schieberfläche 34 des Schiebers 28 gegen die Positionierfläche 33, wie in 2 gezeigt, begrenzt die Minimalneigung der Taumelscheibe 23. Die Minimalneigung der Taumelscheibe 23 ist etwas mehr als Null Grad. Null Grad bezieht sich auf den Winkel der Taumelscheibenneigung, wenn sie senkrecht auf die Achse L der Antriebswelle 16 ist.
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Der Zylinderblock 12 hat Zylinderbohrungen 12a um die Achse L der Antriebswelle 16. Jede Zylinderbohrung 12a nimmt einen Einkopfkolben 36 auf. Jeder Kolben 36 ist operativ mit der Taumelscheibe 23 über ein Paar Gleitstücke oder Schuhe 37 verbunden. Eine Drehung der Taumelscheibe 23 wird in eine Hin- und Herbewegung (Reziprokieren) jedes Kolbens 36 in der zugehörigen Zylinderbohrung 12a über die Schuhe 37 umgewandelt. Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Kolben 36, der mit dem oberen Totpunkt D1 der Taumelscheibe 23 übereinstimmt, an seinem oberen Totpunkt positioniert. Wenn die Taumelscheibe 23 um 180 Grad ausgehend von dem Zustand in 1 gedreht wird, wird der gezeigte Kolben 36 axial mit dem unteren Totpunkt D2 der Taumelscheibe 23 ausgerichtet. Dies positioniert den Kolben 36 am unteren Totpunkt. Der obere Abstand des Kolbens 36, wenn dieser am oberen Totpunkt ist, ist nahe Null gesetzt.
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Veränderungen in der Neigung der Taumelscheibe 23 verändern den unteren Totpunkt der Kolben 36, während der obere Totpunkt unverändert aufrechterhalten wird. Im Ergebnis wird der Hub der Kolben 36 verändert und die Verdrängung des Verdichters ist entsprechend verändert. Der konstante obere Totpunkt der Kolben 36 bedeutet einen konstanten oberen Abstand der Kolben 36. In anderen Worten, der obere Abstand der Kolben 36 wird bei jeder gegebenen Verdrängung des Verdichters auf einen vorbestimmten Wert gehalten, welcher nahe Null ist.
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Das hintere Gehäuse 13 hat eine ringförmige Ansaugkammer 38 und eine ringförmige Ausstoßkammer 39. Die Ausstoßkammer 39 ist um die Ansaugkammer 38 begrenzt. Die Ventilplatte 14 hat Sauganschlüsse 40 und Ausstoßanschlüsse 42. Jeder Sauganschluss 40 und jeder Ausstoßanschluss 42 stimmt mit einer der Zylinderbohrungen 12a überein. Die Ventilplatte 14 hat Saugventilklappen 41 und Ausstoßventilklappen 43. Jede Saugventilklappe 41 stimmt mit einem der Ansauganschlüsse 40 überein und jede Ausstoßventilklappe 43 stimmt mit einem der Ausstoßanschlüsse 42 überein.
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Wenn sich jeder Kolben 36 von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt in der zugehörigen Zylinderbohrung 12a bewegt, tritt Kühlmittelgas in der Ansaugkammer 38 in die Zylinderbohrung 12a durch den zugehörigen Ansauganschluss 40 ein, während es bewirkt, dass die zugehörige Saugventilklappe 41 sich in eine geöffnete Position biegt. Wenn sich jeder Kolben 36 von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt in der zugehörigen Zylinderbohrung 12a bewegt, wird Kühlmittelgas in der Zylinderbohrung 12a komprimiert und durch den zugehörigen Ausstoßanschluss 42 in die Ausstoßkammer 39 abgegeben, während es bewirkt, dass die zugehörige Ausstoßventilklappe 43 sich in eine offene Position biegt.
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Ein Axial- oder Rückstoßlager 44 ist zwischen dem vorderen Gehäuse 11 und dem Rotor 22 angeordnet. Das Axiallager 44 nimmt die Reaktionskraft der Gaskompression auf, die auf den Rotor 22 über die Kolben 36 und die Taumelscheibe 23 wirkt.
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Die Ansaugkammer 38 ist durch eine Bohrung 45 mit der Schieberkammer 27 verbunden. Wenn sie die Positionierfläche 33 berührt, trennt die Schieberfläche 34 des Schiebers 28 die Bohrung 45 von dem Ansaugdurchlass 32.
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Die Antriebswelle 16 hat einen Axialdurchlass 46. Der Durchlass 46 hat einen Einlass 46a, welcher zur Kurbelkammer 15 in der Nähe der Lippendichtung 21 öffnet, und hat einen Auslass 46b, welcher zum Inneren des Schiebers 28 öffnet. Das Innere des Schiebers 28 ist mit der Schieberkammer 27 über eine Druckentlastungsbohrung 47 verbunden, welche in der Schieberwand nahe dem hinteren Ende des Schiebers 28 ausgebildet ist. Der Durchlass 46, die Bohrung 47 und das Innere der Schieberkammer 27 dienen als ein Zapfdurchlass, der Kühlmittelgas von der Kurbelkammer 15 in die Ansaugkammer 38 entlässt.
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Die Ausstoßkammer 39 ist mit der Kurbelkammer 15 über einen Versorgungsdurchlass 48 verbunden. Der Versorgungsdurchlass 48 ist durch ein Verdrängungssteuerventil 49 geregelt, welches in dem hinteren Gehäuse 13 aufgenommen ist. Das Steuerventil 49 ist mit dem Ansaugdurchlass 32 durch einen Druckführdurchlass 50 verbunden.
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Wie in 2 gezeigt ist, hat das Steuerventil 49 ein Ventilgehäuse 51 und den Solenoid 52. Das Gehäuse 51 und der Solenoid 52 sind aneinander befestigt und begrenzen eine Ventilkammer 53 dazwischen. Die Ventilkammer 53 nimmt einen Ventilkörper 54 auf. Das Gehäuse 51 hat zudem eine Ventilbohrung 55, die sich längs seiner Achse erstreckt. Die untere Öffnung der Ventilbohrung 55 ist dem Ventilkörper 54 zugewandt. Eine Öffnungsfeder 56 erstreckt sich zwischen dem Ventilkörper 54 und einer Wand der Ventilkammer 53. Die Feder 56 drückt den Ventilkörper 54 in einer die Ventilbohrung 55 öffnenden Richtung. Die Ventilkammer 53 ist durch den stromaufwärtigen Abschnitt des Versorgungsdurchlasses 48 mit der Ausstoßkammer 39 verbunden.
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Eine Druckfühlkammer 58 ist in dem oberen Abschnitt des Steuerventils 49 oberhalb des Gehäuses 51 ausgebildet. Die Fühlkammer 58 ist über den Druckführdurchlass 50 mit dem Ansaugdurchlass 32 verbunden und nimmt einen Balg 60 auf, welcher als ein Druckfühlelement dient. Eine Stangenbohrung 61 ist in dem Gehäuse 51 ausgebildet und verbindet die Druckfühlkammer 58 mit der Ventilkammer 53. Ein unterer Teil der Stangenbohrung 61 bildet die Ventilbohrung 55. Die Stangenbohrung 61 nimmt gleitend eine Stange 62 auf. Die Stange 62 schafft eine Wirkverbindung zwischen dem Ventilkörper 54 und dem Balg 60. Die Stange 62 hat einen Abschnitt kleinen Durchmessers, welcher sich in die Ventilbohrung 55 erstreckt. Das Spiel zwischen dem Abschnitt kleinen Durchmessers und der Ventilbohrung 55 gestattet den Durchfluss von Kühlmittelgas.
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Ein Anschluss 63 ist in dem Gehäuse 51 zwischen der Ventilkammer 53 und der Druckfühlkammer 58 vorgesehen. Der Anschluss 63 ist mit der Kurbelkammer 15 durch den stromabwärtigen Abschnitt des Versorgungsdurchlasses 48 verbunden. Dies bedeutet, die Ventilkammer 53, die Ventilbohrung 55 und der Anschluss 63 bilden einen Teil des Versorgungsdurchlasses 48.
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Der Solenoid 52 hat eine Stempelkammer 66 mit einem offenen oberen Ende. Ein fester Stahlkern 64 ist in die obere Öffnung der Stempelkammer 66 eingepresst. Ein zylindrischer Stempel 67 mit einem geschlossenen oberen Ende ist gleitend in der Stempelkammer 66 aufgenommen. Eine Nachführfeder 68 erstreckt sich zwischen dem Stempel 67 und dem Boden der Stempelkammer 66. Die Kraft der Nachführfeder 68 ist kleiner als die Kraft der Öffnungsfeder 56. Die Stempelkammer 66 ist mit der Ventilkammer 53 über eine Stangenbohrung 69 verbunden, die in dem festen Kern 64 ausgebildet ist. Eine Solenoidstange 70 ist einstückig mit dem Ventilkörper 54 ausgebildet und gleitend in der Bohrung 69 aufgenommen. Die Kräfte der Öffnungsfeder 56 und der Nachführfeder 68 bewirken, dass das entfernte Ende der Solenoidstange 70 den Stempel 67 ständig berührt. Somit bewegen sich der Stempel 67 und der Ventilkörper 54 zusammen mit der Solenoidstange 70 dazwischen. Eine zylindrische Spule 74 ist um den festen Kern 64 und den Stempel 67 angeordnet.
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Ein Auslass 75 ist in dem Zylinderblock 12 ausgebildet und mit der Ausstoßkammer 39 verbunden. Der Auslass 75 ist mit dem Ansaugdurchlass 32 über einen externen Kühlmittelkreis 76 verbunden. Der Kühlmittelkreis 76 enthält einen Kondensator 77, ein Expansionsventil 78 und einen Verdampfer 79. Der Verdichter, der Kondensator 77, das Expansionsventil 78 und der Verdampfer 79 sind in einem Fahrzeug angebracht und dienen als ein Fahrzeugklimaanlagensystem.
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Ein Temperatursensor 81 ist in der Nähe des Verdampfers 79 angeordnet. Der Temperatursensor 81 erfasst die Temperatur des Verdampfers 79 und gibt auf die erfasste Temperatur bezogene Signale an einen Rechner 85 heraus. Der Rechner 85 ist zudem mit einem Fahrgastraum-Temperatursensor 82, einem Klimaanlageneinschalteschalter 83, einem Temperaturwähler 84 und der Spule 74 des Steuerventils 49 verbunden. Ein Passagier bestimmt eine gewünschte Fahrgastraumtemperatur oder eine Zieltemperatur durch den Temperaturwähler 84.
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Der Betrieb des oben beschriebenen Verdichters wird nun beschrieben.
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Wenn der Klimaanlageneinschalteschalter 83 eingeschaltet ist, bzw. wenn die durch den Fahrgastraum-Temperatursensor 82 erfasste Temperatur höher ist als eine mit dem Temperaturwähler 84 eingestellte Soll-Temperatur, versorgt der Rechner 85 die Spule 74 mit einem Strom. Der Strom erzeugt eine magnetische Anziehungskraft zwischen dem festen Kern 64 und dem Stempel 67 in Übereinstimmung mit der Größe des Stroms. Die Anziehungskraft wird auf den Ventilkörper 54 über die Solenoidstange 70 übertragen und drückt den Ventilkörper 54 gegen die Kraft der Öffnungsfeder 56 in eine die Ventilbohrung 55 schließende Richtung. Andererseits variiert die Länge des Balgs 60 in Übereinstimmung mit dem Ansaugdruck in dem Ansaugdurchlass 32, der über den Druckführdurchlass 50 in die Druckfühlkammer 58 zugeführt wird. Die Veränderungen in der Länge des Balgs 60 werden auf den Ventilkörper 54 über die Stange 62 übertragen.
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Die Öffnungsfläche zwischen dem Ventilkörper 54 und der Ventilbohrung 55 ist durch das auf den Ventilkörper 54 wirkende Kräftegleichgewicht bestimmt. Insbesondere ist die Öffnungsfläche oder der Öffnungsquerschnitt durch die Gleichgewichtsstellung des Körpers 54 bestimmt, welche durch die Kraft des Solenoids 52, die Kraft des Balgs 60 und die Kraft der Öffnungsfeder 56 beeinflusst ist.
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Wenn die Kühllast groß ist, ist die in dem Fahrgastraum des Fahrzeugs durch den Sensor 82 erfasste Temperatur erheblich höher als eine durch den Temperaturwähler 84 gewählte Zieltemperatur und der Ansaugdruck ist hoch. Der Rechner 85 erhöht die Größe des an die Spule 74 abgegebenen Stroms, wenn der Unterschied zwischen der Fahrgastraumtemperatur und der Zieltemperatur ansteigt. Dies erhöht die Anziehungskraft zwischen dem festen Kern 64 und dem Stempel 67, um dadurch die resultierende Kraft zu erhöhen, die den Ventilkörper 54 veranlasst, die Ventilbohrung 55 zu schließen. Entsprechend wird der zur Bewegung des Ventilkörpers 54 in einer die Ventilbohrung 55 schließenden Richtung erforderliche Druck vermindert. In diesem Zustand ändert der Ventilkörper 54 die Öffnung der Ventilbohrung 55 in Übereinstimmung mit relativ niedrigem Ansaugdruck. In anderen Worten, wenn die Größe des Stroms zu dem Steuerventil 49 angehoben wird, dient das Ventil 49 zum Halten des Drucks (des Zielansaugdrucks) auf einem niedrigen Wert.
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Ein kleiner Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper 54 und der Ventilbohrung 55 vermindert die Menge des Kühlmittelgasflusses von der Ausstoßkammer 39 zu der Kurbelkammer 15 über den Versorgungsdurchlass 48. Das Kühlmittelgas in der Kurbelkammer 15 fließt in die Ansaugkammer 38 über den Durchlass 46 und die Druckentlastungsbohrung 47. Dies vermindert den Druck in der Kurbelkammer 15. Ferner ist der Ansaugdruck hoch, wenn die Kühllast groß ist. Entsprechend ist der Druck in jeder Zylinderbohrung 12a hoch. Folglich ist der Unterschied zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 12a klein. Dies erhöht die Neigung oder Anstellung der Taumelscheibe 23 und veranlasst dadurch den Verdichter zum Betrieb mit großer Verdrängung.
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Wenn die Ventilbohrung 55 durch den Ventilkörper 54 vollständig verschlossen ist, ist der Versorgungsdurchlass 48 geschlossen. Dies unterbricht die Zufuhr von hoch bedrucktem Kühlmittelgas in der Ausstoßkammer 39 zu der Kurbelkammer 15. Folglich wird der Druck in der Kurbelkammer 15 im wesentlichen gleich dem niedrigen Druck der Ansaugkammer 38. Die Neigung der Taumelscheibe 23 wird somit maximal, wie in 1 gezeigt ist, und der Verdichter arbeitet mit maximaler Verdrängung.
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Wenn die Kühllast gering ist, ist der Unterschied zwischen der durch den Sensor 82 erfassten Fahrgastraumtemperatur und einer durch den Temperaturwähler 84 gesetzten Temperatur gering und der Ansaugdruck ist niedrig. Der Rechner 85 vermindert die Größe des an die Spule 74 abgegebenen Stroms, wenn der Unterschied zwischen der Fahrgastraumtemperatur und der Zieltemperatur kleiner wird. Dies vermindert die Anziehungskraft zwischen dem festen Kern 64 und dem Stempel 67 und vermindert dadurch die resultierende Kraft, die den Ventilkörper 54 in einer die Ventilbohrung 55 schließenden Richtung bewegt. Dies erhöht den Ansaugdruck, der erforderlich ist, um den Ventilkörper 54 in einer Richtung zum Schließen der Ventilbohrung 55 zu bewegen. In diesem Zustand ändert der Ventilkörper 54 die Öffnung der Ventilbohrung 55 in Übereinstimmung mit relativ hohem Ansaugdruck. In anderen Worten, wenn die Größe des Stroms zum Steuerventil 49 vermindert wird, dient das Ventil 49 zum Halten des Ansaugdrucks (Zielansaugdruck) auf einem höheren Wert.
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Eine größere Öffnungsfläche oder Öffnungsquerschnitt zwischen dem Ventilkörper 54 und der Ventilbohrung 55 vergrößert die Menge Kühlmittelgas, die von der Ausstoßkammer 39 in die Kurbelkammer 15 fließt. Dies erhöht den Druck in der Kurbelkammer 15. Ferner, wenn die Kühllast klein ist, ist der Ansaugdruck niedrig und der Druck in den Zylinderbohrungen 12a ist niedrig. Folglich ist die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 12a groß. Dies vermindert die Neigung der Taumelscheibe 23. Der Verdichter arbeitet somit mit geringer Verdrängung.
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Wenn die Kühllast gegen Null geht, fällt die Temperatur des Verdampfers 79 auf eine Gefriertemperatur. Wenn der Temperatursensor 81 eine Temperatur erfasst, die gleich oder niedriger ist als die Gefriertemperatur unterbricht der Rechner 85 die Stromabgabe an die Spule 74. Der Rechner 85 unterbricht zudem die Stromabgabe an die Spule 74, wenn der Klimaanlageneinschalteschalter 83 ausgeschaltet wird.
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Unterbrechen des Stroms zu der Spule 74 unterbricht die magnetische Anziehungskraft zwischen dem festen Kern 64 und dem Stempel 67. Der Ventilkörper 54 wird dann durch die Kraft der Öffnungsfeder 56 gegen die Kraft der Nachführfeder 68 bewegt, die durch Stempel 67 und die Solenoidstange 70 übertragen wird, wie in 2 gezeigt ist. Mit anderen Worten, der Ventilkörper 54 wird in einer Richtung zum Öffnen der Ventilbohrung 55 bewegt. Dies maximiert die Öffnungsfläche oder Querschnittsfläche zwischen dem Ventilkörper 54 und der Ventilbohrung 55. Entsprechend steigt der Gasfluss von der Ausstoßkammer 39 zu der Kurbelkammer 15 an. Dies hebt weiter den Druck in der Kurbelkammer 15 an und minimiert dadurch die Neigung der Taumelscheibe 23. Der Verdichter arbeitet somit mit minimaler Verdrängung.
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Wenn, wie oben beschrieben wurde, die Größe des Stroms zu der Spule 74 angehoben wird, funktioniert der Ventilkörper 54 des Steuerventils 49 derart, dass die Öffnung der Ventilbohrung 55 durch einen niedrigeren Ansaugdruck verschlossen wird. Wenn andererseits die Größe des Stroms zu der Spule 74 vermindert wird, funktioniert der Ventilkörper 54 derart, dass die Öffnung der Ventilbohrung 55 durch einen höheren Ansaugdruck verschlossen wird. Der Verdichter ändert die Neigung der Taumelscheibe, um seine Verdrängung einzustellen, und hält damit den Ansaugdruck auf einem Soll-Wert. Entsprechend umfassen die Funktionen des Steuerventils 49 die Änderungen des Vorgabewerts des Ansaugdrucks in Übereinstimmung mit der Größe des zugeführten Stroms und erlaubt einen Betrieb des Verdichters mit minimaler Verdrängung bei jedem vorgegebenen Ansaugdruck. Ein mit solchen Steuerventilen 49 ausgestatteter Verdichter variiert oder verstellt die Kühlkapazität der Klimaanlage.
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Wenn die Neigung der Taumelscheibe 23 minimal ist, wie in 2 gezeigt ist, liegt die Schieberfläche 34 des Schiebers 28 an der Positionierfläche 33 an. Diese Anlage trennt den Ansaugdurchlass 32 von der Ansaugkammer 38. Dies unterbricht den Gasfluss von dem externen Kühlmittelkreis 76 zu der Ansaugkammer 38 und unterbricht dadurch die Zirkulation von Kühlmittelgas zwischen dem Kreis 76 und dem Verdichter.
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Die minimale Neigung der Taumelscheibe 23 ist geringfügig größer als Null Grad. Dadurch wird, sogar wenn die Neigung der Taumelscheibe 23 minimal ist, Kühlmittelgas in den Zylinderbohrungen 12a an die Ausstoßkammer 39 abgegeben und der Verdichter arbeitet mit minimaler Verdrängung. Das in die Ausstoßkammer 39 von den Zylinderbohrungen 12a ausgestoßene Kühlmittelgas betritt die Kurbelkammer 15 über den Versorgungsdurchlass 48. Das Kühlmittelgas in der Kurbelkammer 15 wird über den Durchlass 46, die Druckentlastungsbohrung 47 und die Ansaugkammer 38 wieder in die Zylinderbohrungen 12a gesaugt. Dies bedeutet, dass wenn die Neigung der Taumelscheibe 23 minimal ist, Kühlmittelgas innerhalb des Verdichters durch die Ausstoßkammer 39, den Versorgungsdurchlass 48, die Kurbelkammer 15, den Durchlass 46, die Druckentlastungsbohrung 47, die Ansaugkammer 38 und die Zylinderbohrungen 12a zirkuliert. Diese Zirkulation von Kühlmittelgas ermöglicht es dem in dem Gas enthaltenen Schmieröl die bewegten Teile des Kompressors zu schmieren.
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3 ist eine Perspektivansicht, die die Taumelscheibe 23 teilweise geschnitten zeigt. Die imaginäre Ebene H1 teilt die Taumelscheibe in einen ersten Abschnitt 231 und einen zweiten Abschnitt 232. Der erste Abschnitt 231 enthält den oberen Totpunkt D1 und der zweiten Abschnitt 232 enthält den unteren Totpunkt D2. Die imaginäre Ebene H2, welche zu der Ebene H1 senkrecht ist, enthält den oberen Totpunkt D1 und den unteren Totpunkt D2. Die Masse der Taumelscheibe 23 ist so angeordnet und platziert, dass der Schwerpunkt G der Taumelscheibe 23 sich auf der Ebene H2 befindet und von der Ebene H1 in Richtung auf den oberen Totpunkt D1 verschoben ist. Mit anderen Worten, der Schwerpunkt G ist in dem ersten Abschnitt 231 der Taumelscheibe 23 positioniert. Ferner ist der Schwerpunkt G nahe der vorderen Stirnfläche der Taumelscheibe 23 positioniert, d.h. nahe der Oberfläche, an der die Führungsstifte 25 ausgebildet sind.
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4 zeigt die Taumelscheibe 24 in minimaler Neigungsstellung. Wenn sich die Taumelscheibe 23 von der mit durchgezogenen Linien gezeigten minimalen Neigungsposition in eine durch doppelt-strichpunktierte Linien gezeigte größere Neigungsposition verschiebt, bewegt sich der Schwerpunkt G weg von der Ebene H1, wie durch Pfeil A gezeigt ist. Dies bedeutet, wenn sich die Taumelscheibe 23 von der Minimalneigungsstellung zu der maximalen Neigungsstellung bewegt, dass der Schwerpunkt allmählich weiter von der Ebene H1 weg bewegt wird. Wenn die Taumelscheibe 23 in der Maximalneigungsstellung ist, ist der Abstand zwischen dem Schwerpunkt G und der Ebene H1 maximal. Wenn die Taumelscheibe 23 zwischen der Minimalneigungsposition und der Maximalneigungsposition bewegt wird, ist der Schwerpunkt stets auf der Ebene H2 und im ersten Abschnitt 231 positioniert, welcher den oberen Totpunkt D1 enthält. Der Ort des Schwerpunkts G in der Taumelscheibe 23 ist durch die Masse des Gegengewichts 59 und die Positionen des Gegengewichts 59 und der Führungsstifte 25 bestimmt. Mit anderen Worten, die Masse der Taumelscheibe 23 ist bewusst oder gezielt angeordnet, um dieses Ergebnis zu erzielen.
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Wenn die Taumelscheibe 23 zu drehen beginnt, während sie in der in 4 gezeigten Minimalneigungsstellung ist, wirkt eine Zentrifugalkraft R1 auf den ersten Abschnitt 231, welcher den oberen Totpunkt D1 enthält, und eine Zentrifugalkraft R2 wirkt auf den zweiten Abschnitt 232, welcher den unteren Totpunkt D2 enthält. Die Zentrifugalkraft R1 ist größer als die Zentrifugalkraft R2. Der Unterschied zwischen den Kräften R1 und R2 wird auf der Basis des Orts des Schwerpunkts G der Taumelscheibe 23 erzeugt. Der Unterschied zwischen den Kräften R1 und R2 wirkt auf die Taumelscheibe 23 und bewegt den oberen Totpunkt D1 weg von der Achse L der Antriebswelle 16. Im Ergebnis wird ein dem unteren Totpunkt D2 entsprechender Punkt der inneren Wand der Bohrung 23a in der Taumelscheibe 23 gegen die Antriebswelle 16 gepresst. Die Taumelscheibe mit minimaler Neigungsstellung dreht sich einheitlich mit der Antriebswelle 16, während der dem Punkt D2 zugehörige Punkt gegen die Antriebswelle 16 gedrückt ist.
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Die Taumelscheibe 23 ist in der maximalen Neigungsstellung gemäß 1. In diesem Zustand drückt, wie beim herkömmlichen Verdichter von 5, eine Kraft auf der Basis der Verdichtungsreaktionskraft konstant den Punkt der inneren Wand der Bohrung der 23a der dem unteren Totpunkt D2 entspricht, gegen die Antriebswelle 16. Wenn sich die Taumelscheibe 23 von der Maximalneigungsstellung zu der Minimalneigungsstellung bewegt, wird die auf der Verdichtungsreaktionskraft basierende Kraft (die Kraft, welche den oberen Totpunkt D1 von der Antriebswelle 16 weg bewegt) klein. Jedoch drückt die auf Zentrifugalkräften basierende, auf die Taumelscheibe 23 wirkende Kraft den Punkt der inneren Wand der Bohrung 23a entsprechend dem Punkt D2 konstant gegen die Antriebswelle 16, unabhängig von der Neigung der Taumelscheibe 23.
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Wie zuvor beschrieben wurde, berührt die innere Wand der Bohrung 23a der Taumelscheibe 23 die Antriebswelle 16 stets am gleichen Ort, unabhängig von der Neigung der Taumelscheibe 23 und der Verdrängung des Verdichters, welche durch die Neigung der Taumelscheibe 23 bestimmt ist. Folglich rattert die Taumelscheibe 23 trotz des Spiels zwischen der Bohrung 23a und der Antriebswelle 16 nicht radial bezüglich der Antriebswelle 16. Folglich werden die erzeugten Geräusche und Vibrationen eliminiert.
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Wenn die Neigung der Taumelscheibe 23 verändert wird, bleibt die Radialposition der Taumelscheibe 23 bezüglich der Antriebswelle 16 unverändert. Entsprechend ist der obere Abstand jedes Kolbens 36 konstant, wenn er im oberen Totpunkt ist. Dies gestattet es, dass der obere Abstand jedes Kolbens 36 nahe Null sein kann, ohne zu bewirken, dass die Kolben 36 gegen die Ventilplatte 14 schlagen. Folglich arbeitet der Verdichter bei hohem Verdichtungsverhältnis bei jeder gegebenen Neigung der Taumelscheibe 23.
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Der Ort des Schwerpunkts der Taumelscheibe 23 kann leicht eingestellt werden, indem das Gewicht des Gegengewichts 59 und die Positionen des Gegengewichts 59 und der Führungsstifte 25 relativ zu der Taumelscheibe 23 verändert werden.
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Wenn die Taumelscheibe 23 minimale Neigung hat, unterbricht der Schieber 28 den Fluss von Kühlmittelgas vom externen Kühlmittelkreis 76 zum Verdichter. Mit anderen Worten, die Zirkulation des Kühlmittels zwischen dem Verdichter und dem Kreis 76 ist unterbrochen. Dies gestattet einen Betrieb des Verdichters, auch wenn eine Kühlung nicht erforderlich ist. Folglich ist der Verdichter unmittelbar mit dem Motor 20 gekoppelt, ohne einen teuren und schweren Kupplungsmechanismus, wie eine elektromagnetische Kupplung dazwischen vorzusehen. Folglich vermindert die vorliegende Erfindung das Gewicht und die Kosten des Verdichters und verhindert, dass Fahrgäste den Stoß fühlen, der erzeugt wird, wenn die Kupplung den Verdichter und den Motor verbindet oder trennt.
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Solange der Motor 20 läuft, wird ein kupplungsloser Verdichter mit veränderlicher Verdrängung mit minimaler Verdrängung betrieben, wenn ein Kühlen nicht erforderlich ist. Verglichen mit einem mit einer Kupplung ausgerüsteten Verdichter wird ein kupplungsloser Verdichter häufiger mit minimaler Verdrängung betrieben. Folglich sind Vibrationen und Geräusche, die bei minimalem Verdrängungsbetrieb erzeugt werden, störender. Die Erfindung ist somit besonders vorteilhaft für einen kupplungslosen Verdichter mit veränderlicher Verdrängung, weil die Radialposition der Taumelscheibe 23 relativ zu der Antriebswelle 16 konstant ist.
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Es ist für den Fachmann zu erkennen, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen speziellen Formen ausgeführt werden kann, ohne den Schutzumfang der Erfindung zu verlassen; es ist insbesondere anzumerken, dass die Erfindung auf folgende Weise verkörpert werden kann.
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In dem erläuterten Ausführungsbeispiel ist der Schwerpunkt G in der Taumelscheibe 23 stets bei jeder gegebenen Neigung der Taumelscheibe 23 in dem ersten Abschnitt 231 der Taumelscheibe 23 positioniert, welcher den oberen Totpunkt D1 enthält. Der Schwerpunkt G kann in dem zweiten Abschnitt 232 positioniert sein, der den unteren Totpunkt D2 enthält, solange die auf der Verdichtungsreaktionskraft basierende Kraft groß genug ist, einen Punkt der inneren Wand der Bohrung 23a der Taumelscheibe 23 entsprechend dem unteren Totpunkt D2 gegen die Antriebswelle 16 zu pressen.
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Der Schwerpunkt kann aus der imaginären Ebene H2 verlagert werden, solange der Schwerpunkt G in dem ersten Abschnitt 231 positioniert ist, der den oberen Totpunkt D1 enthält.
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Im Gegensatz zu dem erläuterten Ausführungsbeispiel kann der Schwerpunkt G in Richtung auf die imaginäre Ebene H1 bewegt werden, wenn sich die Taumelscheibe 23 von der minimalen Neigungsstellung zu der maximalen Neigungsstellung bewegt. In diesem Fall wird der Unterschied zwischen der Zentrifugalkraft R1, die auf den ersten Abschnitt der Taumelscheibe 23 wirkt, und der Zentrifugalkraft R2, die auf den zweiten Abschnitt 232 der Taumelscheibe 23 wirkt, kleiner, wenn die Neigung der Taumelscheibe 23 zunimmt.
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Die vorliegende Erfindung kann in einem Verdichter mit veränderlicher Verdrängung mit einer Kupplung verwirklicht werden.
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Folglich werden die vorliegenden Beispiele und Ausführungsbeispiele als erläuternd und nicht als beschränkend betrachtet und die Erfindung ist nicht auf die hier angegebenen Einzelheiten beschränkt, sondern kann innerhalb des Schutzumfangs der Erfindung gemäß den nachfolgenden Ansprüchen modifiziert werden.
