DE19931075A1 - Kompressor variabler Verdrängung und Verdrängungssteuerventilsystem für einen Kompressor variabler Verdrängung - Google Patents

Abstract

Ein Kompressor variabler Verdrägung enthält ein Verdrängungssteuerventilsystem zur Steuerung einer Verdrängung des Fluids für die Kompression. Das Verdrängungssteuerventilsystem enthält ein Druckmeßmittel (89) zum Messen eines Druckes einer Ansaugkammer (63) oder eines Druckes einer Kurbelkammer (23), eine Übertragungsstange (101), die derart gelagert ist, daß sie durch ein Ventilgehäuse (85) hindurchgehen kann, wobei ein Ende der Übertragungsstange (101) in Kontakt mit dem Druckmeßmittel (89) ist, einen Ventilkörper (127) zum Öffnen/Schließen eines Übertragungspfades zwischen einer Auslaßkammer (65) und einer Kurbelkammer (23) entsprechend einer Ausdehnung oder einer Kontraktion des Druckmeßmittels (89), während das andere Ende der Übertragungsstange (101) in Kontakt mit dem Ventilkörper (127) ist, und ein Solenoid (123) zum Beaufschlagen dieses Ventilkörpers (127) mit einer elektromagnetischen Kraft. Ein Ventilschaft (131) des Ventilkörpers (127) ist derart gelagert, daß er durch einen Stator (111) des Solenoids (123) hindurchgeführt werden kann, der Ventilschaft (131) steht in die Kolbenkammer (121) des Solenoids (123) hinein. Die Kolbenkammer (121) ist so gebildet, daß sie in Verbindung mit der Ansaugkammer (63) steht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kompressor variabler Verdrängung und ein Verdrängungssteuerventilsystem für einen Kompressor variabler Verdrängung. Speziell bezieht sie sich auf ein Verdrängungssteuerventilsystem, das in einem Kompressor variabler Verdrängung zur Verwendung in einer Auto­ klimaanlage oder ähnlichem vorgesehen ist.

Herkömmlicherweise wird ein Kompressor variabler Verdrängung in einem Kühlkreislauf einer Autoklimaanlage verwendet. Ein Verdrängungssteuerventilsystem ist in einem hinteren Gehäuse derart vorgesehen, daß das Volumen des kühlenden Kühlmittels für die Kompression dieses Kompressors variabler Verdrängung geändert wird. Das Verdrängungssteuerventilsystem enthält ein Ventilgehäuse und ein Solenoid. Das Ventilgehäuse weist einen Druckmeßraum an seinem einen Ende und eine Ventilkammer an dem anderen Ende auf. Der Druckmeßraum ist mit einer Ansaugkammer verbunden. Innerhalb des Meßraumes ist ein Balgabschnitt ange­ ordnet. Eine Ventilkammer steht in Verbindung mit einer Kur­ belkammer und einer Auslaßkammer des Kompressors, und ein Pfad zur Verbindung dazwischen wird durch ein Ventilelement, das in der Ventilkammer aufgenommen ist, geöffnet oder geschlossen. Eine Ausdehnung/Kontraktion des Balgabschnittes wird in eine Bewegung zum Öffnen/Schließen des Ventiles über eine Übertra­ gungsstange umgewandelt. Weiter stellt ein Solenoid die Öff­ nung dieses Ventilelementes ein.

Bei diesem Verdrängungssteuerventilsystem nimmt, wenn eine Kühlungslast des Kompressors zunimmt, eine elektromagnetische Kraft derart zu, daß sie eine Verringerung eines Ventilhubs oder einer Hubhöhe des Ventiles, das ist ein Öffnungsgrad des Ventiles, bewirkt. Wenn der Ventilhub verringert wird, wird die Menge des Kühlmittels, die in die Kurbelkammer fließt, verringert. Als Ergebnis wird der Druck der Kurbelkammer der­ art reduziert, daß eine Neigung der Schrägscheibe (Winkel re­ lativ zu einer Ebene senkrecht zu einer Antriebswelle) zu­ nimmt.

Andererseits nimmt, wenn die Kühlungslast des Kompressors ge­ ring ist, die elektromagnetische Kraft derart ab, daß ein Zu­ nehmen der Öffnung des Ventils bewirkt wird. Als Ergebnis steigt die Menge des Kühlmittels, das in die Kurbelkammer fließt, derart an, daß der Druck in der Kurbelkammer ansteigt, wodurch die Neigung der Schrägscheibe reduziert wird.

Dieses Verfahren wird externes Steuerverfahren genannt, das eine Änderung der Verdrängung frei entsprechend einem externen Signal ermöglicht.

Bei dem herkömmlichen externen Steuerverfahren eines Kompres­ sors variabler Verdrängung wurde vorgeschlagen, durch Erfassen der Fahrzeugbeschleunigungen den Kompressor dazu zu bringen, daß er in seiner minimalen Verdrängung gehalten wird, um den Stromverbrauch des Kompressors zu reduzieren, wodurch die Fahrzeugbeschleunigungseigenschaft verbessert wird.

Bei dem herkömmlichen Verdrängungssteuerventilsystem bleibt, sogar wenn eine Stromversorgung für das Solenoid ausgeschaltet ist, eine Kraft, die eine Druckdifferenz ist, die ein Schlie­ ßen des Ventilkörpers bewirkt. Wenn beispielsweise ein Ansaug­ kammerdruck eine obere Grenze zur Steuerung übersteigt, wird der Balg derart kontrahiert, daß das Ventil geschlossen wird. Als Ergebnis wird kein Auslaßgas zu der Kurbelkammer gelie­ fert. Daher kann die Verdrängung nicht auf ihren Minimalpegel gehalten werden.

Weiterhin ist auch eine solche Schwierigkeit vorhanden, daß, wenn ein konstanter Strom zu der elektromagnetischen Spule des Solenoids geliefert wird, der Ansaugkammerdruck durch einen Auslaßkammerdruck geändert wird, wodurch eine stabilisierte Störung beeinträchtigt wird.

Daher wird, obwohl die Dichtfläche des Ventilkörpers klein sein muß, um den Einfluß des Auslaßkammerdruckes zu verrin­ gern, die Menge des Auslaßgases, das in die Kurbelammer einge­ bracht wird, ungenügend, so daß die Verdrängungssteuerung in­ stabil wird.

Es ist folglich Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Ver­ drängungssteuersystem für einen Kompressor variabler Verdrän­ gung vorzusehen, bei dem eine Ansaugkammerdrucksteuergenauig­ keit verbessert ist und seine Verdrängung auf seinem Minimum gehalten werden kann.

Weiterhin soll ein Kompressor variabler Verdrängung vorgesehen werden, der das Verdrängungssteuerventilsystem verwendet.

Die Aufgabe wird durch den Kompressor variabler Verdrängung des Anspruches 1 oder durch das Verdrängungssteuerventilsystem des Anspruches 7 gelöst.

Weiterbildung der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Zum Lösen der obigen Aufgabe ist entsprechend einem Aspekt der Erfindung ein Kompressor variabler Verdrängung mit einer Aus­ laßkammer, einer Ansaugkammer, einer Kurbelkammer und einem Verdrängungssteuerventilsystem zu Steuerung eines Kolbenhubes durch Einstellen eines Druckes in der Kurbelkammer vorgesehen. Das Verdrängungssteuerventilsystem enthält ein Druckmeßmittel, das durch Messen eines Druckes in der Ansaugkammer oder eines Druckes in der Kurbelkammer ausgedehnt/kontrahiert wird, eine Übertragungsstange, die derart gelagert ist, daß sie durch ein Ventilgehäuse hindurchgehen kann, wobei ein Ende der Übertra­ gungsstange in Kontakt mit dem Druckmeßmittel ist, einen Ven­ tilkörper zum Öffnen/Schließen eines Übertragungspfades zwi­ schen einer Auslaßkammer und einer Kurbelkammer entsprechend einer Ausdehnung/Kontraktion des Druckmeßmittels, während das andere Ende der Stange in Kontakt mit dem Ventilkörper ist, und ein Magnetfeldbeaufschlagungsmittel zum Beaufschlagen des Ventilkörpers mit einer Kraft basierend auf einer elektroma­ gnetischen Kraft. Bei dem Verdrängungskompressor ist ein Ven­ tilschaft des Ventilkörpers derart gelagert, daß es durch den Stator hindurchgehen kann, der das Magnetfeldbeaufschlagungs­ mittel ist, und der Ventilschaft steht in eine Kolbenkammer des Magnetfeldbeaufschlagungsmittels derart hinein, daß die Kolbenkammer in Verbindung mit der Ansaugkammer steht.

Weiter ist entsprechend einem anderer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verdrängungssteuerventilsystem für einen Kom­ pressor variabler Verdrängung mit einer Auslaßkammer, einer Ansaugkammer und einer Kurbelkammer zur Steuerung eines Kol­ benhubs durch Einstellen eines Druckes in der Kurbelkammer vorgesehen. Das Verdrängungssteuerventilsystem enthält ein Druckmeßmittel, das durch Messen eines Druckes in der Ansaug­ kammer oder eines Druckes in der Kurbelkammer ausgedehnt/kon­ trahiert wird, eine Übertragungsstange, die derart gelagert ist, daß sie durch ein Ventilgehäuse bewegt werden kann, wobei ein Ende der Übertragungsstange in Kontakt mit dem Druckmeß­ mittel ist, einen Ventilkörper zum Öffnen/Schließen eines Übertragungspfades zwischen einer Auslaßkammer und einer Kur­ belkammer entsprechend einem Ausdehnen/einer Kontraktion des Druckmeßmittels, während das andere Ende der Stange in Kontakt mit dem Ventilkörper ist, und ein Magnetfeldbeaufschlagungs­ mittel zum Beaufschlagen des Ventilkörpers mit einer Kraft ba­ sierend auf einer elektromagnetischen Kraft. Bei dem Verdrän­ gungssteuerventilsystem ist ein Ventilschaft des Ventilkörpers derart gelagert, daß er durch den Stator hindurchgeführt wer­ den kann, der das Magnetfeldbeaufschlagungsmittel ist, und der Ventilsohaft steht in eine Kolbenkammer des Magnetfeldbauf­ schlagungsmittels so hinein, daß die Kolbenkammer in Verbin­ dung mit der Ansaugkammer steht.

Weitere Merkmale und Zweckmäßigkeiten der vorliegenden Erfin­ dung ergeben sich aufgrund der Beschreibung von Ausführungs­ formen anhand den Figuren. Von den Figuren zeigen:

Fig. 1 eine Querschnittsansicht, die einen gesam­ ten Aufbau eines Kompressors variabler Verdrängung zeigt, der ein Verdrängungs­ steuerventilsystem der bekannten der Tech­ nik zeigt,

Fig. 2 eine Querschnittsansicht, die ein Verdrän­ gungssteuerventilsystem des Kompressors variabler Verdrängung der bekannten der Technik zeigt,

Fig. 3 eine Darstellung, die eine Ansaugkammer­ drucksteuereigenschaft des Verdrängungs­ steuerventilsystems des Kompressors varia­ bler Verdrängung der bekannten der Technik zeigt,

Fig. 4 eine Querschnittsansicht, die ein Verdrän­ gungssteuerventilsystem eines Kompressors variabler Verdrängung entsprechend einer ersten Ausführungsform zeigt, und

Fig. 5 eine Querschnittsansicht, die ein Verdrän­ gungssteuerventilsystem eines Kompressors variabler Verdrängung entsprechend einer zweiten Ausführungsform zeigt.

Vor der Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung wird mit Bezug zu Fig. 1 bis 3 ein Kom­ pressor variabler Verdrängung, der ein herkömmliches Verdrän­ gungssteuerventilsystem verwendet, und sein Verdrängungssteu­ erventilsystem beschrieben.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, enthält ein herkömmlicher Kompres­ sor variabler Verdrängung 11 einen Zylinderblock 15, der eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 13 aufweist, ein vorderes Ge­ häuse 17, das an einem Ende des Zylinderblockes 15 vorgesehen ist, und ein hinteres Gehäuse 19, das über eine Ventilplatte 19 an dem Zylinderblock 15 vorgesehen ist. Eine Antriebswelle 25 ist derart vorgesehen, daß sie durch eine Kurbelkammer 23, die durch den Zylinderblock 15 und das vordere Gehäuse 17 de­ finiert ist, hindurchgeht, und eine Schräg- bzw. Taumelscheibe 27 ist um einen Mittelabschnitt der Antriebswelle 25 vorgese­ hen.

Die Schrägscheibe 27 ist über einen Verbindungsabschnitt 31 mit einem Rotor 29 verbunden, der an der Antriebswelle 25 be­ festigt ist.

Ein Ende der Antriebswelle 25 geht durch einen Vorsprungsab­ schnitt 33 hindurch, der außerhalb des vorderen Gehäuses 17 derart vorsteht, daß er sich nach außen erstreckt. Eine elek­ tromagnetische Kupplung 37 ist über ein Lager 35 um den runden Vorsprungsabschnitt 33 vorgesehen.

Die elektromagnetische Kupplung 37 enthält eine Rotor 39, der um den runden Vorsprungsabschnitt 33 vorgesehen ist, eine in den Rotor 39 eingebaute elektromagnetische Einheit 41 und eine Kupplungsplatte 43, die an der äußeren Endseite des Rotors 39 vorgesehen ist. Das Ende der Antriebswelle 25 ist mit der Kupplungsplatte 43 über ein Befestigungselement 45, wie zum Beispiel eine Schraube, verbunden.

Ein Dichtelement 47 ist derart zwischen der Antriebswelle 25 und dem runden Vorsprungsabschnitt 33 angeordnet, daß die Ver­ bindung zwischen dem inneren und dem äußeren unterbrochen ist. Das andere Ende der Antriebswelle 25 ist innerhalb des Zylin­ derblockes 15 angeordnet und durch ein Lagerteil 49 gelagert. Die Bezugszeichen 51, 53 und 55 bezeichnen ein Lager.

Ein Kolben 57 ist innerhalb der Zylinderbohrung 13 vorgesehen. Ein äußerer Umfang der Schrägscheibe 27 ist in einem Hohlraum 59 an einem Ende eines inneren Abschnittes des Kolbens 57 un­ tergebracht. Der Kolben 57 ist mit der Schrägscheibe 27 über einen Schuh bzw. Gleitkörper 61 verbunden.

Eine Ansaugkammer 63 und eine Auslaßkammer 65 sind in dem hin­ teren Gehäuse 21 definiert. Die Ansaugkammer 63 ist mit der Zylinderbohrung 13 über ein Ansaugventil (nicht gezeigt), das an einer Ansaugöffnung 71 der Ventilplatte 19 vorgesehen ist, verbunden. Andererseits ist die Auslaßkammer 65 mit der Zylin­ derbohrung 13 über ein Auslaßventil (nicht gezeigt), das an einer Auslaßöffnung 73 der Ventilplatte 19 vorgesehen ist, verbunden. Die Ansaugkammer 63 steht über eine Öffnung 67 mit einer Luftkammer 69 in Verbindung, die an einem Ende der An­ triebswelle 25 gebildet ist.

Ein Verdrängungssteuerventilsystem 75 ist in einem Hohlraum in einer hinteren Wand des hinteren Gehäuses 21 vorgesehen.

Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist das Verdrängungssteuerventilsy­ stem 75 in einem Aufnahmeabschnitt 77 untergebracht, der an einem Endabschnitt des hinteren Gehäuses 21 vorgesehen ist. Das Verdrängungssteuerventilsystem 75 enthält ein Ventilgehäu­ se 85. Das Ventilgehäuse 85 weist einen Gehäusekörper 81 mit einem in der axialen Richtung vorgesehenen Durchgangsloch 79 und ein an einem Ende des Gehäusekörpers befestigtes kappen­ förmiges Deckelelement 83 auf. Als ein Druckmeßelement ist ein Balgabschnitt 89 in einem Druckmeßraum 87 vorgesehen, der durch das Deckelelement 83 zusammen mit einem Hohlraum, der an einem Ende des Gehäusekörpers 81 des Ventilgehäuses 85 gebil­ det ist, gebildet. Ein Paar von Wellenelementen 91 sind an beiden Enden eines Balgkörpers 91 derart vorgesehen, daß ein Vakuumraum bzw. Unterdruckraum innerhalb des Balgkörpers 91 gebildet wird. Eine innere Feder 95 ist zwischen den inneren Wellenelementen 93 angeordnet. Der Balgabschnitt 89 ist in ei­ nem Raum vorgesehen, der mit der Ansaugkammer 63 über einen Übertragungspfad 97 in Verbindung steht. Daher ist der Balgab­ schnitt 89 in dem Druckmeßraum 87 vorgesehen und ist derart aufgebaut, daß er einen Druck der Ansaugkammer 63 empfängt. An einem äußeren Ende des Balgabschnittes 89 ist ein Lagerelement 97' derart vorgesehen, daß es durchgehend von einem Ende des Wellenelementes 93 gebildet ist. Um das Wellenelement 93 ist eine Feder 99 derart vorgesehen, daß der Balgkörper 91 in der Figur nach unten gedrückt wird.

Eine Übertragungsstange 101 ist in dem Durchgangsloch 79, das in dem Ventilgehäuse 85 vorgesehen ist, derart gelagert, daß sie dadurch bewegt werden kann. Ein Ende der Übertragungsstan­ ge 101 ist in Kontakt mit dem Lagerelement 97' diese Balgab­ schnittes 89. Das andere Ende dieser Übertragungsstange 101 steht in Verbindung mit einem Hohlraum des anderen Endes des Gehäusekörpers 81 und ein Kugelventil 103 ist derart vorgese­ hen, daß es in Kontakt mit dem anderen Ende der Übertragungs­ stange 101 ist.

Das Kugelventil 103 wird durch eine Ausdehnung und eine Kon­ traktion des Balgabschnittes 89 derart in der axialen Richtung bewegt, daß ein Übertragungspfad 105 zwischen der Auslaßkammer 65, die in Verbindung mit einem Ende des Durchgangsloches 79 steht, und der Kurbelkammer 23 geöffnet und geschlossen wird.

Eine Ventilkammer 109 steht in Verbindung mit der Auslaßkammer 65 über das Übertragungsloch 107 und ist an dem anderen Endab­ schnitt des Gehäusekörpers 81 gebildet, in dem das Kugelventil 103 vorgesehen ist. Ein Stator 111 ist an dem anderen Ende (oberes Ende in der Figur) des Gehäusekörpers 81 vorgesehen und ein schalenförmiger Aufnahmeabschnitt 113 ist an einem oberen Ende des Kugelventils 103 in der Figur derart vorgese­ hen, daß er in Kontakt damit ist. Eine Solenoidstange bzw. Ma­ gnetstange 115 ist durch den Stator 111 derart gelagert, daß sie dort hindurchbewegt werden kann. Ein Kolben 117 ist derart vorgesehen, daß er in Kontakt mit einem oberen Abschnitt des Stators 111 ist, in dem die Magnetstange 115 eingefügt ist. Ein Rohr 119 ist derart vorgesehen, daß es den oberen Ab­ schnitt des Stators 111 und den Umfang des Kolbens 117 be­ deckt. Eine Kolbenkammer 121 ist oberhalb des Stators 111 und innerhalb des Rohres 117 gebildet. Ein Magnet bzw. ein So­ lenoid 123 ist als Magnetfeldbeaufschlagungsanordnung derart vorgesehen, daß der Umfang dieses Rohres 119 umgeben ist. Die­ ses Solenoid 123 erzeugt eine elektromagnetische Kraft in ei­ nem Spalt zwischen dem Kolben 117 und dem Stator 111. Die elektromagnetische Kraft wird über die Magnetstange 115 auf das Kugelventil 103 angewendet.

Speziell steigt eine elektromagnetische Kraft an, wenn eine Kühllast des Kompressors zur Zeit des Kühlens ansteigt, wo­ durch bewirkt wird, daß die Öffnung des Kugelventils 103 ver­ ringert wird. Wenn der Ventilhub verringert ist, verringert sich die Menge des Kühlmittels, das in die Kurbelkammer 23 fließt, derart, daß sich der Druck in der Kurbelkammer 23 ver­ ringert und sich eine Neigung der Schrägscheibe 27 (Winkel re­ lativ zu einer Ebene senkrecht zu der Antriebswelle) erhöht.

Andererseits verringert sich die elektromagnetische Kraft, wenn die Kühllast des Kompressors gering ist, wodurch bewirkt wird, daß die Öffnung des Kugelventils 103 zunimmt. Als Ergeb­ nis nimmt die Menge des Kühlmittels, das in die Kurbelkammer 23 fließt, derart zu, daß der Druck innerhalb der Kurbelkammer 23 zunimmt, wodurch die Neigung der Schrägscheibe 27 verrin­ gert wird.

In dem herkömmlichen Verdrängungssteuerventilsystem 75 mit einem solchen Aufbau sind eine Kraft Fv, die das Kugelventil 103 in einer Richtung drückt, in der es geschlossen wird, und eine Kraft Fb, die auf den Balgabschnitt 89 und die Übertra­ gungsstange 101 derart einwirkt, daß das Kugelventil 103 in einer Richtung gedrückt wird, in der es geöffnet wird, durch die folgenden Formeln 1 und 2 ausgedrückt.

Fv = (Pd-Pc) . Sv + f(I) (1)

Pd: Auslaßkammerdruck, Pc: Kurbelkammerdruck, Ps: Ansaugkam­ merdruck, f(I): elektromagnetische Kraft zur Zeit des Stromes I, fs: Druckkraft der Feder, fb: zusammenwirkende Druckkraft des Balgs und der internen Feder, Sv: Dichtfläche des Kugel­ ventils, Sb: effektive Fläche des Balgabschnittes, Sr: Stan­ genquerschnittsfläche,

Fb = fb - fs - {(Sb-Sr) . Ps + Sr . Pc} (2)

Wenn Fv < Fb ist hier der Ventilkörper, der durch das Kugelven­ til 103 gebildet ist, geöffnet. Aus den Formeln 1 und 2 kann eine folgende Formel 3 gebildet werden.

(Pd-Pc).Sv+f(I) < fb-fs-{(Sb-Sr).Ps+Sr.Pc} (3)

Durch Ersetzen von Pc mit Ps + α in der Formel 3 und Umstellen wird die folgende Formel (4) erhalten.

Die obige Formel 4 ist eine Ansaugkammerdrucksteuereigenschaft des Verdrängungssteuerventilsystems 75, und, wie in Fig. 3 ge­ zeigt ist, ändert sich der Ansaugkammerdruck durch Ändern der Größe des der elektromagnetischen Spule, die aus dem Solenoid 123 gebildet ist, zugeführten Stroms. Der Kompressor variabler Verdrängung, der das Verdrängungssteuerventil mit diesem Auf­ bau verwendet, wird im allgemeinen externer Steuertyp genannt und seine Verdrängung kann frei durch ein externes Signal ge­ ändert werden.

Bei dem herkömmlichen Kompressor variabler Verdrängung des ex­ ternen Steuertyps wurde vorgeschlagen, durch Erfassen der Fahrzeugbeschleunigungen den Kompressor dazu zu zwingen, daß er bei seiner minimalen Verdrängung gehalten wird und der Stromverbrauch des Kompressors derart verringert wird, daß die Beschleunigungseigenschaft des Fahrzeuges verbessert wird.

Sogar wenn die Stromversorgung zu dem Solenoid 123 in dem her­ kömmlichen Verdrängungssteuerventilsystem ausgeschaltet wird, ist jedoch Fv = (Pd - Pc) . Sv < 0 von der obigen Formel 1 ver­ wirklicht, so daß eine Kraft, die ein Druckunterschied ist, der versucht, das Kugelventil 103 zu schließen, verbleibt. Wenn beispielsweise der Ansaugkammerdruck eine obere Grenze zur Steuerung übersteigt, wird der Balg derart kontrahiert, daß von der obigen Formel 2 Fb < 0 erreicht wird. Folglich wird der Ventilkörper 103 geschlossen und kein Auslaßgas wird zu der Kurbelkammer 23 geliefert, so daß die minimale Verdrän­ gung nicht aufrechterhalten werden kann.

Wie durch die obige Formel 4 gezeigt ist, wird, sogar wenn ein vorbestimmter Pegel des Stromes zu der elektromagnetischen Spule 123 geliefert wird, der Druck in der Ansaugkammer 63 aufgrund des Druckes der Auslaßkammer 65 geändert, so daß eine stabilisierte Steuerung verhindert ist.

Daher wird, obwohl die Dichtfläche des Kugelventils 103 ver­ ringert werden muß, damit ein Einfluß des Druckes der Auslaß­ kammer 65 reduziert wird, in diesem Fall die Einführmenge des Auslaßgases, die zu der Kurbelkammer 23 geliefert wird, unzu­ reichend, wodurch die Verdrängungssteuerung instabil wird.

Nun wird die Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu Fig. 4 und 5 beschrieben.

Da der Kompressor der Ausführungsform der vorliegenden Erfin­ dung die gleiche Struktur wie der in Fig. 1 gezeigte herkömm­ liche Kompressor mit Ausnahme des Verdrängungssteuerventilsy­ stems aufweist, wird nur das Verdrängungssteuerventilsystem in dieser Ausführungsform beschrieben. In dem Verdrängungssteuer­ ventilsystem der vorliegenden Erfindung sind ähnliche Teile durch gleiche Bezugszeichen bezeichnet, die in dem herkömmli­ chen Beispiel mit Bezug zu Fig. 1 bis 3 beschrieben wurden.

Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird mit Bezug zu Fig. 4 beschrieben.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, ist ein Verdrängungssteuerventilsy­ stem 125 in dem Aufnahmeabschnitt 77 des Steuersystems vorge­ sehen, der an einem Ende des hinteren Gehäuses 21 des Kompres­ sors variabler Verdrängung derart gebildet ist, daß er hohl ist, wie in der bekannten Technik. Das Verdrängungssteuerven­ tilsystem 125 enthält das Ventilgehäuse 85 mit dem Ventilge­ häusekörper 81 und den an einem Ende davon vorgesehenen kap­ penförmigen Gehäusekörper 83. Der Balg-, Ausdehnungsmanschet­ ten- bzw. Druckdostenabschnitt 89 ist in dem Druckmeßraum 87 an einem Ende dieses Ventilgehäuses 85 vorgesehen.

Der Balgabschnitt 89 enthält den Balgkörper 91, Wellenelemente 93, 93, die interne Feder 95, das Lagerelement 97. Die Wel­ lenelemente 93, 93 sind derart angeordnet, daß sie von beiden Enden des Balgkörpers 91 derart nach innen vorstehen, daß die Enden der Wellenelemente auseinander sind. Die interne Feder 95 ist um den Umfang der Wellenelemente 93, 93 innerhalb des Balgkörpers 91 vorgesehen. Das Lagerelement 97 ist an einem Ende des Wellenelementes 93 des Balgkörpers 91 derart vorgese­ hen, daß es durchgehend zu dem Wellenelement 93 ist. Als Er­ gebnis ist das Innere des Balgkörpers 91 ein Vakuum bzw. Un­ terdruckraum. Die Feder 99 ist um das Lagerelement 97 derart vorgesehen, daß der Balgkörper 91 in der Figur nach unten durch das Wellenelement 93 gedrückt wird.

Der Balgabschnitt 89 dient als Druckmeßmittel zum Empfangen eines Drucks der Ansaugkammer 63 (im folgenden als Ansaugkam­ merdruck bezeichnet).

Der Gehäusekörper 81 enthält das Durchgangsloch 79, das in der axialen Richtung durch den Gehäusekörper 81 hindurchgeht. Die­ ses Durchgangsloch 79 enthält die Übertragungsstange 101. Die Übertragungsstange 101 ist derart gelagert, daß sie durch den Ventilgehäusekörper 81 hindurchgehen kann. Ein Ende der Über­ tragungsstange ist in Kontakt mit einem oberen Ende des Lager­ elementes 97 des Balgabschnittes 89. Das andere Ende dieser Übertragungsstange 101 ist in Kontakt mit einem Abschnitt 129 mit großem Durchmesser an einem Ende eines Ventilkörpers 127. Dieser Ventilkörper 127 öffnet und schließt die Verbindung der Pfade 105, 107 und der Pfade 133, 135 für die Übertragung zwi­ schen der Auslaßkammer 65 und der Kurbelkammer 23 entsprechend einer Ausdehnung und Kontraktion des Balgabschnittes 89. Der Stator 111 ist um den Ventilkörper 127 herum vorgesehen. Der Stator 111 ist in Kontakt mit einem oberen Ende des Gehäuse­ körpers 81 und lagert einen Ventilschaft 131 des Ventilkörpers 127 derart, daß er durch den Stator 111 bewegt werden kann. Die Ventilkammer 109 ist durch den Gehäusekörper 81 und einen Endabschnitt des Stators 111 gebildet. Das heißt, daß ein En­ de dieses Ventilkörpers 127 in der Ventilkammer 109 aufgenom­ men ist.

Die Ventilkammer 109 steht mit der Auslaßkammer 65, dem Pfad 133, einem Raum 141 und dem Pfad 107 in Verbindung. Der Kolben 117 ist an dem anderen Endabschnitt des Stators 111 vorgese­ hen. Das Rohr 119 ist derart vorgesehen, daß es diesen Kolben 117 mit dem Stator 111 bedeckt. Die Kolbenkammer 121 ist durch den Stator 111 und das Rohr 119 gebildet. Ein Übertragungspfad 139 ist derart vorgesehen, daß diese Kolbenkammer 121 mit der Ansaugkammer 63, dem Pfad 97, einem Lochabschnitt 143 und dem Druckmeßraum 87 in Verbindung steht.

Die elektromagnetische Spule ist um den Umfang des Rohres 119 herum vorgesehen. Die elektromagnetische Spule ist aus einem Solenoid 127 als eine Magnetfeldbeaufschlagungsanordnung ge­ bildet zur Erzeugung einer elektromagnetischen Kraft in einem Spalt zwischen dem Kolben 117 und dem Stator 111 und zum Be­ aufschlagen dieser elektromagnetischen Kraft auf den Abschnitt 129 mit großem Durchmesser des Ventilkörpers über den Ventil­ schaft 131.

Bei dem Verdrängungssteuerventilsystem 125 mit einem solchen Aufbau sind eine Kraft Fv zum Drücken des Ventilkörpers 127 in einer Richtung zum Schließen des Ventils und eine Kraft Fb, die auf den Balgabschnitt 89 und die Übertragungsstange 101 derart angewendet wird, damit der Ventilkörper 125 in einer Richtung zum Schließen des Ventils gedrückt wird, in den fol­ genden Formeln 5 und 6 ausgedrückt.

Fv = f(I) + Ps . Sp - (Sp-Sv) . Pd - Pc . Sv (5)

Fb = fb - fs - {(Sb-Sr) . Ps + Sr . Pc} (6)

Pd: Auslaßkammerdruck, Pc: Kurbelkammerdruck, Ps: Ansaugkam­ merdruck, fs: Druckkraft der Feder, fb: zusammenwirkende Druckkraft des Balgs und der internen Feder, f(I): elektroma­ gnetische Kraft zur Zeit des Stromes I, Sv: Ventilkörperdicht­ fläche, Sb: effektive Fläche des Balgs, Sr: Querschnittsfläche der Übertragungsstange, Sp: Druckaufnahmefläche des Ventil­ schaftendes.

Hier werden durch Ersetzen von Pc mit Ps + α die folgenden Formeln 7 und 8 erhalten.

Fv = f(I) + (Sv - Sp) . (Pd - Ps) - α . Sv (7)

Fb = fb - fs - Sb.Ps - α . Sr (8)

Wenn die Größe des zugeführten Stromes (I) zu dem Solenoid 123, das aus der elektromagnetischen Spule gebildet ist, null beträgt, ist die elektromagnetische Kraft f(I) = 0 und Fv = (Sv-Sp).(Pd-Ps) - α . Sv. Da Pd-Ps < 0 und a = Pc-Ps < 0 und wenn Sv ≦ Sp eingestellt ist, ist Fv < 0 immer verwirk­ licht. Das heißt, daß durch Bilden der Ansaugkammerdruckauf­ nahmefläche (Sp) des Ventilschaftes 131 gleich zu der oder größer als die Dichtfläche (Sv) des Ventilkörpers 127 der Bal­ gabschnitt 89 derart kontrahiert wird, daß Fb < 0 verwirklicht wird, sogar wenn ein Druck der Ansaugkammer 63 eine obere Grenze zur Steuerung übersteigt, und folglich wird Fv < 0 im­ mer verwirklicht durch Einstellen des zu der elektromagneti­ schen Spule 123 gelieferten Stromes (I) auf null. Als Ergebnis wird der Ventilkörper 127 immer in der Figur nach oben durch eine Kraft gedrückt, die ein Druckunterschied ist, so daß das Ventil geöffnet ist. Folglich wird das Auslaßgas immer in die Kurbelkammer 23 derart eingeführt, daß eine minimale Verdrän­ gung erhalten bleibt.

Wenn Fv < Fb, dann ist der Ventilkörper geöffnet. Die folgende Formel 9 wird durch die Formeln 7 und 8 verwirklicht.

f(I) + (Sv-Sp) . (Pd-Ps) - α . Sv < fb - fs - Sb . Ps - α . Sr

Die obige Formel 9 ist eine Ansaugdrucksteuereigenschaft des Verdrängungssteuerventilsystems 125 der ersten Ausführungs­ form.

Daher wird durch Einstellen der Ansaugkammerdruckaufnahmeflä­ che (Sp) des Ventilschafts 131 des Ventilkörpers 127 derart, daß sie etwas größer ist als die Ventilkörperdichtfläche (Sv), die Auslaßkammerdrucksteuereigenschaft erhalten, die kaum durch einen Druck der Auslaßkammer (im folgenden als Auslaß­ kammerdruck bezeichnet) beeinflußt wird.

Durch Einstellen von Sv = Sp in der obigen Formel 9 wird die Ansaugkammerdrucksteuereigenschaft erhalten, die nicht durch den Auslaßkammerdruck beeinflußt wird. Weiterhin wird durch Einstellen von bis zu Sv = Sr eine Ansaugkammerdrucksteuerei­ genschaft, die durch die folgende Formel 10 dargestellt ist und nicht durch einen Druck α oder einen Druck der Kurbelkam­ mer 23 beeinflußt wird, erhalten.

Als nächstes wird das Verdrängungssteuerventilsystem des Kom­ pressors variabler Verdrängung entsprechend einer zweiten Aus­ führungsform der vorliegenden Erfindung mit Bezug zu Fig. 5 beschrieben. Entsprechend der zweiten Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung, die in Fig. 5 gezeigt ist, unterscheidet sich ein Verdrängungssteuerventilsystem 145 für den Kompressor variabler Verdrängung von dem Verdrängungssteuerventilsystem 125 der in Fig. 4 gezeigten ersten Ausführungsform darin, daß eine Feder 149 zum Hochdrücken des Balgabschnittes 89 in einer Richtung zum Öffnen des Ventiles in einem konkaven Schalenab­ schnitt 147 im Bodenabschnitt des Deckelelementes 83 unterhalb des Balgabschnitts 89 in Bezug zu der Figur vorgesehen ist. Diese Feder 149 weist einen Zweck zum Lagern des Balgabschnit­ tes 89 auf, speziell wenn der Balgabschnitt 89 kontrahiert ist, wie in der herkömmlichen Technik. Wenn die elektromagne­ tische Kraft f(I) null wird, weist sie ebenfalls eine Funktion zum Drücken des Balgabschnittes 89 komplett derart nach oben auf, daß der Ventilkörper 127 geöffnet wird.

Bei den Verdrängungssteuerventilsystemen 125, 145 für den Kom­ pressor variabler Verdrängung der ersten und zweiten Ausfüh­ rungsform ist, wenn der zu dem Solenoid 123 zugeführte Strom abgeschaltet ist, der Ventilkörper 127 immer offen durch eine Druckdifferenz, die auf den Ventilkörper 127 in einer Richtung zum Öffnen/Schließen einwirkt. Als Ergebnis kann die minimale Verdrängung aufrecht erhalten werden und die Steuergenauigkeit des Ansaugkammerdrucks wird verbessert.

Weiterhin ist bei einem Aufbau, bei dem eine Feder zwischen dem Balgabschnitt 89 und dem Ventilgehäuse 81 vorgesehen ist, wenn der zu dem Solenoid 123 zugeführte Strom abgeschaltet ist, der Ventilkörper 127 immer derart offen, daß die minimale Verdrängung aufrecht erhalten werden kann.

Obwohl der Schrägscheibenkompressor variabler Verdrängung als Kompressor variabler Verdrängung der Ausführungsform der vor­ liegenden Erfindung beschrieben wurde, ist die vorliegende Er­ findung nicht auf den Schrägscheibenkompressor variabler Ver­ drängung beschränkt, sondern es ist selbstverständlich, daß die vorliegende Erfindung auf einen Schwingplattenkompressor variabler Verdrängung anwendbar ist.

Wie oben beschrieben wurde, ist es möglich, ein Verdrängungs­ steuerventilsystem für einen Kompressor variabler Verdrängung vorzusehen, das die Ansaugkammerdrucksteuergenauigkeit verbes­ sern kann und den Ansaugkammerdruck auf einer minimalen Ver­ drängung halten kann, und einen Kompressor variabler Kompres­ sion vorzusehen, der dieses System verwendet.

Claims (12)

1. Kompressor variabler Verdrängung mit
einer Auslaßkammer (65), einer Ansaugkammer (63), einer Kur­ belkammer (23) und einem Verdrängungssteuerventilsystem (125, 145) zur Steuerung eines Kolbenhubes durch Einstellen eines Druckes in der Kurbelkammer (23),
wobei das Verdrängungssteuerventilsystem (125, 145) aufweist ein Druckmeßmittel (89), das durch Messen eines Druckes in der Ansaugkammer (63) oder eines Druckes in der Kurbelkammer aus­ gedehnt/kontrahiert wird,
eine Übertragungsstange (101), die derart gelagert ist, daß sie durch ein Ventilgehäuse (85) geführt werden kann, wobei ein Ende der Übertragungsstange (101) in Kontakt mit dem Druckmeßmittel (89) ist,
einen Ventilkörper (127) zum Öffnen/Schließen eines Übertra­ gungspfades (133, 141, 107, 105, 137, 135) zwischen der Aus­ laßkammer (65) und der Kurbelkammer (23) entsprechend einem Ausdehnen/einer Kontraktion des Druckmeßmittels (89), während das andere Ende der Stange (101) in Kontakt mit dem Ventilkör­ per (127) ist, und
ein Magnetfeldbeaufschlagungsmittel (123) zum Anlegen einer Kraft an den Ventilkörper (127) basierend auf einer elektroma­ gnetischen Kraft,
wobei ein Ventilschaft (131) des Ventilkörpers (127) derart gelagert ist, daß er durch einen Stator (111) hindurchgehen kann, der in dem Magnetfeldbeaufschlagungsmittel (123) enthal­ ten ist, wobei der Ventilschaft (131) in eine Kolbenkammer (121) des Magnetfeldbeaufschlagungsmittels (123) derart hin­ einragt, daß die Kolbenkammer (121) in Verbindung mit der An­ saugkammer (63) steht.

2. Kompressor variabler Verdrängung nach Anspruch 1, bei dem der Ventilkörper (127) eine erste Druckempfangsfläche (Sp) zum Empfangen eines Druckes in einer Kolbenkammer des Ventil­ schafts (131) und eine zweite Druckempfangsfläche (Sv) einer Seite des Körpers (127) in Kontakt mit einem Ventilsitz zum Empfangen eines Drucks von der Kurbelkammer (23) aufweist, wo­ bei die erste Druckempfangsfläche (Sp) so eingestellt ist, daß sie gleich oder größer als die zweite Druckempfangsfläche (Sv) ist.

3. Kompressor variabler Verdrängung nach Anspruch 1 oder 2, bei dem die Übertragungsstange (101) eine Kurbelkammerdruckempfangs­ fläche (Sr) aufweist, die so eingestellt ist, daß sie gleich zu der Druckempfangsfläche (Sp) einer Seite des Ventilkörpers (127) in Kontakt mit einem Ventilsitz ist, zum Empfangen eines Drucks von der Kurbelkammer (23).

4. Kompressor variabler Verdrängung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem ein elastisches Element (149) vorgesehen ist zum Drücken des Druckmeßmittels (89) in einer Richtung zum Öffnen des Venti­ les, wobei das elastische Element (149) zwischen dem Druckmeß­ mittel (89) und dem Ventilgehäuse (85) angeordnet ist.

5. Kompressor variabler Verdrängung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, weiter mit einem Übertragungspfad zum Erzeugen, daß eine Druckmeßkammer (87) in Verbindung mit der Kolbenkammer (121) steht, wobei das Druckmeßmittel (89) in der Druckmeßkammer (87), die in Verbindung steht mit der Ansaugkammer (63), vorgesehen ist.

6. Kompressor variabler Verdrängung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, bei dem der Ventilkörper (127) eine zylindrische Form aufweist.

7. Verdrängungssteuerventilsystem für einen Kompressor va­ riabler Verdrängung mit einer Auslaßkammer (65), einer Ansaug­ kammer (63) und einer Kurbelkammer (23) zur Steuerung eines Kolbenhubs durch Einstellen eines Druckes in der Kurbelkammer (23),
wobei das Verdrängungssteuerventilsystem aufweist ein Druckmeßmittel (89), das durch Messen eines Druckes in der Ansaugkammer (63) oder eines Druckes in der Kurbelkammer (23) ausgedehnt/kontrahiert wird,
eine Übertragungsstange (101), die derart gelagert ist, daß sie durch ein Ventilgehäuse (85) hindurchgeführt werden kann, wobei ein Ende der Übertragungsstange (101) in Kontakt mit dem Druckmeßmittel (89) ist,
einen Ventilkörper (127) zum Öffnen/Schließen eines Übertra­ gungspfades (133, 141, 107, 105, 137, 135) zwischen der Aus­ laßkammer (65) und der Kurbelkammer (23) entsprechend einem Ausdehnen/einer Kontraktion des Druckmeßmittels (89), während das andere Ende der Stange (101) in Kontakt mit dem Ventilkör­ per (127) ist, und
ein Magnetfeldbeaufschlagungsmittel (123) zum Anlegen einer Kraft an den Ventilkörper (127) basierend auf einer elektroma­ gnetischen Kraft,
wobei der Ventilkörper (127) einen Ventilschaft (131) auf­ weist, der derart gelagert ist, daß er durch einen Stator (111) hindurchgehen kann, der in dem Magnetfeldbeaufschla­ gungsmittel (123) enthalten ist,
wobei der Ventilschaft (131) derart in eine Kolbenkammer (121) des Magnetfeldbeaufschlagungsmittels (123) hineinragt, daß die Kolbenkammer (121) in Verbindung mit der Ansaugkammer (63) steht.

8. Verdrängungssteuerventilsystem nach Anspruch 7, bei dem der Ventilkörper (127) eine erste Druckempfangsfläche (Sp) zum Empfangen eines Druckes in einer Kolbenkammer des Ventil­ schafts (131) des Ventilkörpers (127) und eine zweite Druck­ empfangsfläche (Sv) einer Seite des Ventilkörpers (125) in Kontakt mit einem Ventilsitz zum Empfangen eines Druckes von der Kurbelkammer (23) aufweist,
wobei die erste Druckempfangsfläche (Sp) derart eingestellt ist, daß sie gleich oder größer als die zweite Druckempfangs­ fläche (Sv) ist.

9. Verdrängungssteuerventilsystem nach Anspruch 7 oder 8, bei dem die Übertragungsstange (101) eine Kurbelkammerdruckempfangs­ fläche (Sr) der Übertragungsstange (101), die derart einge­ stellt ist, daß sie gleich der Druckempfangsfläche (Sv) einer Seite des Ventilkörpers (127) in Kontakt mit einem Ventilsitz ist, zum Empfangen eines Druckes von der Kurbelkammer (23) aufweist.

10. Verdrängungssteuerventilsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, bei dem ein elastisches Teil (149) zum Drücken des Druckmeßmittels (89) in einer Richtung zum Öffnen des Ventiles vorgesehen ist, wobei das elastische Teil (149) zwischen dem Druckmeßmittel (89) und dem Ventilgehäuse (85) angeordnet ist.

11. Verdrängungssteuerventilsystem nach einem Ansprüche 7 bis 10, weiter mit einem Übertragungspfad zum Erzeugen, daß eine Druckmeßkammer (87) in Kontakt mit der Kolbenkammer (121) ist, wobei das Druckmeßmittel (89) in der Druckmeßkammer (87), die in Verbin­ dung mit der Ansaugkammer (63) steht, vorgesehen ist.

12. Verdrängungssteuerventilsystem nach einem der Ansprüche 7 bis 11, bei dem der Ventilkörper (127) eine zylindrische Form aufweist.