DE3709711C2 - Kompressor - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Kompressor mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Patentanspruchs 1.

Im allgemeinen wird der Kompressor für die Klimaanlage eines Kraftfahrzeugs neben dem Motor angeordnet und über eine Riemenscheibe an der Kurbelwelle über einen Keilriemen ange­ trieben. Der Kompressor enthält eine elektromagnetische Kupplung, welche die Antriebsleistung von dem Motor auf den Kompressor überträgt.

Deshalb wird die Leistung des Kompressors proportional der Drehzahl des Motors erhöht. Dies bedeutet, daß bei hoher Ge­ schwindigkeit des Kraftfahrzeugs der Kompressor ebenfalls mit hoher Drehzahl angetrieben wird, so daß die Luft in dem betreffenden Innenraum zu stark gekühlt wird. Ferner wird dadurch die Leistungsaufnahme entsprechend erhöht. Die Charakteristik der Kühlleistung von Gaskompressoren dieser Art ist in Fig. 7 in gestrichelten Linien dargestellt.

Zur Vermeidung dieser Schwierigkeit ist es aus der US 48 81 878 und der US 48 87 943 bekannt, Kompressoren mit veränderlicher Kapazität zu verwenden, bei denen das Volumen der Kompressionskammern in Abhängigkeit von der Drehzahl des Gaskompressors geändert wird. Bei einem solchen Kompressor ist eine Steuerplatte auf der Innen­ seite des vorderen Seitenblocks des Kompressors vorgesehen, und eine Ausnehmung (Ansaugöffnung), die in Verbindung mit einer Verbindungsöffnung in dem vorderen Seitenblock und der Zylinderkammer steht und in der Steuer­ platte ausgebildet ist. Die Steuerplatte kann um einen vorher­ bestimmten Winkel durch eine Antriebseinrichtung gedreht werden, um das Gasvolumen zu ändern, das durch die Ver­ bindungsöffnung in dem vorderen Seitenblock angesaugt wird.

Bei einem derartigen Kompressor, bei dem die Kapazität durch die Steuerplatte geändert wird, ist jedoch eine viel längere Zeitspanne erforderlich, um die Luft auf eine vorherbestimmte Temperatur abzukühlen, als bei bekannten Kompressoren, bei denen die Kompressionskammer ein konstantes Volumen auf­ weist. Eine Charakteristik derartiger Kompressoren ist durch die gestrichelte Linie in Fig. 7 dargestellt. Deshalb ermöglichen Kompressoren der beschriebenen Art mit veränder­ licher Kapazität keine schnelle Abkühlung von Luft, was insbesondere bei hohen Außentemperaturen von Interesse ist (ausgezogene Kurve in Fig. 7).

Die lange Zeitspanne, die ein Kompressor mit veränderlicher Kapazität zur Abkühlung der Luft auf die eingestellte Tem­ peratur benötigt, ist insbesondere darauf zurückzuführen, daß der Ansaugdruck in der Ansaugkammer konstant gehalten wird.

Die graphische Darstellung in Fig. 9 zeigt die Kühlleistung bei einem Kompressor mit veränderlicher Kapazität, bei dem der Ansaugdruck in der Ansaugkammer auf konstanten Werten von 0,5, 1,0, 1,5 und 2,0 kg/cm² gehalten wird.

Wie aus der Darstellung in Fig. 9 ersichtlich ist, ist die zum Abkühlen der Luft auf die eingestellte Temperatur er­ forderliche Zeitspanne um so kürzer, je niedriger der Ansaug­ druck ist. Ferner kann eine geringere Temperatur eingestellt werden, wenn der Ansaugdruck verringert werden kann.

Im Hinblick auf die erwähnte Beziehung zwischen dem Ansaug­ druck und der Kühlleistung liegt der Erfindung die Er­ kenntnis zugrunde, daß ein Kompressor mit veränderlicher Kapazität derart ausgebildet werden kann, daß der Kompressor anfänglich mit verringertem An­ saugdruck arbeitet, um eine hohe Kühlleistung zu er­ zielen, während er nach Ablauf einer vorherbestimmten Zeitspanne mit einem erhöhten Ansaugdruck arbeitet, um eine zu starke Kühlung von Luft zu verhindern. Besonders vorteilhafte Ergebnisse können dadurch erzielt werden, daß der Kompressor anfänglich vor dem Erreichen der eingestellten Temperatur mit einer konstanten Kapazität wie im Falle be­ kannter Kompressoren arbeitet, während er nach Erreichen der eingestellten Temperatur mit veränderlicher Kapazität arbeitet.

Die EP 02 20 801 A1 offenbart einen Kompressor mit einem an den beiden Enden des Zylinders befestigten vorderen beziehungsweise hinteren Seitenblock, einem in dem Zylinder angeordneten Rotor, in dem eine Anzahl von Flügeln in radialer Richtung gleitend verschiebbar sind, einer Steuerplatte, die eine Öffnung für eine Verbindung eines Ansaugkanals in dem vorderen Seitenblock mit einer Zylinderkammer aufweist, wobei die Steuerplatte an der Innenseite des vorderen Seitenblocks um einen vorherbestimmten Winkel drehbar angeordnet ist, sowie mit einer Antriebsrichtung zum Antrieb der Steuerplatte, die einen Zylinderkolben aufweist, dessen vorderes Ende mit der Steuerplatte und dessen hinteres Ende zur Außenseite des Kompressors und daher zum Normal-Luftdruck weist, wobei der Zylinderkolben durch eine Feder zu der Saugkammer vor­ gespannt ist und der Antriebsrichtung eine Steuereinrich­ tung zugeordnet ist.

Aus der EP 0 174 516 B1 ist ein Kompressor bekannt, bei dem die am Kolben angreifenden Drücke und die Federkraft gleichzeitig Antriebs- und Steuermedium sind.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Kompressor mit veränderlicher Kapazität anzugeben, bei dem Schwierigkeiten der genannten Art möglichst weitgehend vermieden werden können, indem eine Optimierung der Kühlleistung entsprechend den gegebenen Temperaturunterschieden erfolgt.

Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Vorteile des erfindungsgemäßen Kompressors liegen insbeson­ dere in dem erhöhten Kühlwirkungsgrad zu Beginn des Betriebs und in der Vermeidung einer zu starken Kühlung der Luft in der Dauer-Betriebsphase, so daß eine beachtliche Verringerung der Leistungsaufnahme erzielbar ist.

Anhand der Zeichnung soll die Erfindung beispielsweise näher erläutert werden. Es zeigt

Fig. 1 einen Längsschnitt durch einen Kompressor gemäß der Erfindung im Bereich der Ansaugöffnung;

Fig. 2 einen Längsschnitt wie in Fig. 1, aber im Bereich der Auslaßöffnungen;

Fig. 3 und 4 Schnittansichten durch die Antriebseinrichtung für die Steuerplatte eines Kompressors gemäß der Er­ findung;

Fig. 5 und 6 Querschnitte durch den Kompressor zur Erläuterung des Zustands bei hoher beziehungsweise niedriger Drehzahl;

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Änderung der Kühl­ leistung; und

Fig. 8 und 9 graphische Darstellungen der Kühlleistung bei einem Kompressor gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel ist ein Kompressor mit einem Hauptteil 1 vorgesehen, der von einem Gehäuse 2 hermetisch umgeben ist. Das Gehäuse 2 weist ein offenes Ende auf, an dem ein Stirnteil 3 befestigt ist.

Der Hauptteil 1 enthält einen Zylinder 4 mit einer im wesentlichen elliptisch ausgebildeten zylindrischen Innen­ fläche. An den gegenüberliegenden Enden des Zylinders 4 ist ein vorderer Seitenblock 5 beziehungsweise ein hinterer Seitenblock 6 befestigt. Der Zylinder 4 und die beiden Seiten­ blöcke 5 und 6 begrenzen eine im wesentlichen elliptische Zylinderkammer, in der ein massiver zylindrischer Rotor 9 in einer horizontalen Lage drehbar angeordnet ist. Einstückig mit dem Rotor 9 ist eine Rotorwelle 7 ausgebildet, und an dem Rotor 9 sind fünf Flügel 8 gleitend verschiebbar ange­ ordnet, die in radialer Richtung des Rotors 9 verschiebbar sind. Eine im wesentlichen zylindrisch ausgebildete Steuer­ platte 10 ist drehbar an der Innenfläche des vorderen Seiten­ blocks 5 befestigt. Die Steuerplatte 10 kann innerhalb eines vorgegebenen Winkelbereichs gedreht werden.

In einem peripheren Randbereich der Steuerplatte 10 ist eine Ausnehmung vorgesehen, die eine Ansaugöffnung bildet. Die An­ saugöffnung 11 ermöglicht eine Verbindung zwischen der Zylinderkammer 13 und einem Ansaugkanal 14 über einen Ver­ bindungskanal 12 in dem vorderen Seitenblock 5.

Bei hohen Drehzahlen des Kompressors wird der Ansaugdruck erniedrigt, so daß die Ansaugöffnung 11 als Folge einer Drehung der Steuerplatte 10 bewegt wird. Dadurch wird das Volumen der Kompressionskammer verringert, wodurch der An­ saugdruck ansteigt.

Andererseits wird bei niedriger Drehzahl der Ansaugdruck erhöht, so daß die Steuerplatte 10 und damit die Ansaug­ öffnung 11 in entgegengesetzter Richtung gedreht wird, wo­ durch das Volumen der Kompressionskammer auf einen maximalen Wert erhöht werden kann. Die Drehung der Steuerplatte 10 er­ folgt mit Hilfe eines Antriebsmechanismus, der im folgenden näher beschrieben werden soll.

Bei der Rotation des Rotors 9 wird ein gasförmiges Kühlmittel mit geringem Druck durch den Ansaugkanal 14 in dem Stirnteil 3 in die Zylinderkammer 13 durch den Verbindungskanal 12 ein­ gesaugt, der in dem vorderen Seitenblock 5 um 180° versetzt von der Ansaugöffnung angeordnet ist, wie durch die Pfeile in ausgezogenen Linien in Fig. 1 angedeutet ist. Das auf einen hohen Druck in der Zylinderkammer 13 komprimierte gasförmige Kühlmittel tritt über einen kleinen Spalt zwischen dem Zylinder 4 und dem Innenumfang des Gehäuses 2 über eine Öffnung 15 mit einem Ventil 16 (Fig. 5 und 6) aus. Das Gas gelangt dann in einen Ölabscheider 18, der hinter dem hinteren Seitenblock 6 angeordnet ist, und zwar über einen Verbindungskanal 17, der in dem hinteren Seitenblock 6 um 180° versetzt zu dem Verbindungskanal 12 angeordnet ist. Das Gas gelangt dann durch einen hinteren Zwischenraum in dem Gehäuse 2 und einen Auslaß 19 zur Außenseite des Kompressors.

Im folgenden soll die Antriebseinrichtung für die Steuer­ platte bei dem in den Fig. 1 bis 4 dargestellten Ausführungs­ beispiel näher erläutert werden. Ein Zylinderkolben 21 ist in einer Saugkammer 20 angeordnet, die durch den vorderen Seiten­ block 5 und den Stirnteil 3 begrenzt ist. Die Längsachse des Zylinderkolbens 21 erstreckt sich in einer Richtung senkrecht zu der Achse des Kompressors. Das eine Ende 21a des Zylinder­ kolbens 21 weist in die Saugkammer 20, und das andere Ende 21b des Zylinderkolbens weist zur Außenseite. In einer Bohrung des Zylinderkolbens 21 ist eine Feder 22 angeordnet, die normalerweise den Zylinderkolben 21 in Saugkammer 20 vor­ spannt.

Von der Oberseite der Steuerplatte 10 ragt ein Antriebsstift 23 vor. Der Antriebsstift 23 erstreckt sich durch eine bogen­ förmige Führung 24 in dem vorderen Seitenblock 5, so daß das Ende 23a des Antriebsstifts in die Saugkammer 20 vorragt. Das Ende 23a wird von einer daran angreifenden Ausnehmung 25 auf­ genommen, die seitlich von dem Zylinderkolben 21 ausgebildet ist, so daß durch die Bewegung des Zylinderkolbens 21 der Antriebsstift 23 in der Führung 24 bewegt wird, wodurch die Steuerplatte 10 um einen vorherbestimmten Winkel gedreht wird.

Bei dem in Fig. 3 dargestellten ersten Ausführungsbeispiel der Antriebseinrichtung für den Zylinderkolben 21 ist eine Sperr­ einrichtung für den Zylinderkolben vorgesehen, durch den der Zylinderkolben arretiert oder freigegeben werden kann. Der Zylinderkolben 21 weist eine Eingriffsöffnung 27 in seiner Seitenfläche auf. Mit der Eingriffsöffnung 27 kann ein durch eine Feder 28 vorgespannter Arretierstift 29 in Eingriff gelangen. Normalerweise wird der Zylinderkolben 21 arretiert, weil der Arretierstift 29 in die Eingriffsöffnung 27 eingreift. Bei diesem Zustand ist auch die Steuerplatte 10 arretiert, wobei das Volumen der Kompressionskammer auf dem maximalen Wert gehalten wird.

Um die Arretierung des Zylinderkolbens 21 aufzuheben, ist eine Spule 30 vorgesehen, bei deren Erregung der als Magnetkern ausgebildete Arretierstift 29 entgegen der Wirkung der Feder 28 aus der Eingriffsöffnung 27 herausbewegt wird, um die Arretierung des Zylinderkolbens 21 aufzuheben, so daß dieser längsverschiebbar ist. Die Stromversorgung der Spule 30 kann in Abhängigkeit von einem Signal von einem nicht dargestellten Temperaturfühler eingeleitet werden, der in dem zu kühlenden Innenraum des Kraftfahrzeugs angeordnet ist, und die Luft­ temperatur in diesem Innenraum feststellt. Wahlweise kann die Stromversorgung durch ein Signal von einem Temperaturfühler festgestellt werden, der die Lufttemperatur an einem nicht dargestellten Verdampfer feststellt.

In Abhängigkeit von der gemessenen Temperatur wird der Zylinderkolben in Abhängigkeit von dem Ausgangssignal des Temperaturfühlers derart gesteuert, daß vor dem Erreichen einer vorherbestimmten Lufttemperatur der Zylinderkolben 21 durch die Sperreinrichtung arretiert wird, damit der Kom­ pressor derart arbeitet, daß eine schnelle Kühlung verursacht wird. Zur Freigabe der Arretierung des Zylinderkolbens 21 wird die Spule 30 erregt, um den Arretierstift 29 anzuziehen, so daß der Zylinderkolben längsverschiebbar ist, sobald eine vorherbestimmte Lufttemperatur erreicht wurde.

Bei diesem Zustand kann der Zylinderkolben 21 in Abhängigkeit von der eingestellten Vorspannung der Feder 22 und der Kraft verschoben werden, die durch den Saugdruck in der Saugkammer 20 ausgeübt wird. Entsprechend der Differenz der ausgeübten Kräfte wird der Zylinderkolben 21 bewegt und damit die Steuerplatte 10 entlang einem vorherbestimmten Winkel um ihre Achse gedreht, wodurch der Saugdruck in der Saug­ kammer auf einem praktisch konstanten Wert gehalten werden kann, der vorzugsweise etwa 2 kg/cm² beträgt.

Fig. 5 zeigt die Lage der Steuerplatte 10 bei einem Betrieb des Kompressors bei hoher Drehzahl. Fig. 6 zeigt die Lage der Steuerplatte bei einem Betrieb des Kompressors bei niedriger Drehzahl.

Fig. 8 zeigt die Kühlleistungs-Charakteristik eines Kom­ pressors gemäß der Erfindung.

Bei dem in Fig. 4 dargestellten abgewandelten Ausführungsbei­ spiel ist eine Einstelleinrichtung zur Einstellung der Feder­ kraft der Feder 22 vorgesehen. Die Feder 22 ist derart ange­ ordnet, daß ihr äußeres Ende 22a an der Bodenfläche 26a eines hohlzylindrischen Gehäuses 26 anliegt, welches das äußere Ende des Zylinderkolbens 21 umgibt. Durch eine Längsver­ schiebung des Gehäuses 26 in Pfeilrichtung in Fig. 4 kann die Länge der Feder 22 und damit deren Federkraft eingestellt werden. Zu diesem Zweck ist entlang dem Umfang des Gehäuses 26 ein Außengewinde vorgesehen, das mit einem Innengewinde an einem Antriebszahnrad 33 kämmt, das seinerseits mit einem Antriebszahnrad 32 kämmt, das an der Abtriebswelle eines Antriebsmotors 31 befestigt ist, so daß bei einer Drehung des Antriebszahnrads 33 eine Längsverschiebung des Gehäuses 26 erfolgt. In dieser Weise kann das Gehäuse 26 entlang einem vorherbestimmten Abstand entsprechend der Richtung und Dreh­ zahl der Drehung der Abtriebwelle des Motors 31 nach innen oder außen verschoben werden.

Im folgenden soll die Arbeitsweise der Einstelleinrichtung für die Federkraft erläutert werden. In der Anfangsbetriebsphase des Kompressors, bei der eine schnelle Kühlung der Luft in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs erfolgen soll, wird der Ansaugdruck in der Kompressionskammer vorzugsweise auf einem niedrigeren Wert gehalten, als der des Dauerbetriebs ist. Deshalb muß dann eine derartige Einstellung der Federkraft der Feder 22 erfolgen, daß eine ver­ hältnismäßig geringe Kraft ausgeübt wird. Bei der in Fig. 4 in strichpunktierten Linien dargestellten herausgezogenen Lage des Gehäuses 26 verursacht die auf der Bodenfläche 26a des Gehäuses anliegende Feder 22 eine verhältnismäßig kleine Kraft. In diesem Zustand wird der Zylinderkolben 21 ent­ sprechend der Differenz zwischen der eingestellten Federkraft der Feder 22 und der Kraft verschoben, welche durch den An­ saugdruck in der Saugkammer erzeugt wird.

Bei einem Dauer-Betrieb des Kompressors mit einer derart eingestellten Federkraft würde bei einem verringerten Ansaugdruck in der Saugkammer die Luft in dem Innenraum des Kraftfahrzeugs zu stark gekühlt. Um dies zu vermeiden, ist es wünschenswert, daß der Ansaugdruck in der Saugkammer auf einem verhältnismäßig hohen Wert gehalten wird. Zu diesem Zweck wird der Motor 31 betätigt, um das Gehäuse 26 in die in ausgezogenen Linien dargestellte Lage durch Antrieb des Zahnrads 32 vorzuschieben. Durch diese Vorwärtsbewegung des Gehäuses 26 wird die Feder 22 entsprechend zusammengedrückt, so daß durch die Feder 22 eine größere Federkraft ausgeübt wird. Der Zylinderkolben 21 wird dann entsprechend der Differenz zwischen der erhöhten Federkraft der Feder 22 und der Kraft verschoben, die durch den Ansaugdruck in der Saugkammer erzeugt wird, so daß ein praktisch konstanter An­ saugdruck in der Saugkammer 20 beibehalten wird.

Ein in dem zu kühlenden Innenraum oder in der Umgebung des Verdampfers vorgesehener Temperaturfühler zur Messung der Lufttemperatur dient zur Erzeugung eines Ausgangssignals, durch das der Antriebsmotor 31 erregt wird, wenn die gemessene Lufttemperatur einen vorherbestimmten Wert erreicht.

Durch die obigen Ausführungsbeispiele wird deshalb ein Kom­ pressor beschrieben, bei dem in vorteilhafter Weise eine Arbeitsweise mit unveränderlicher oder veränderlicher Kapazität möglich ist. Beim Beginn der Arbeitsweise wird die Steuerplatte durch den Sperrmechanismus für den Zylinder­ kolben arretiert, so daß durch den Kompressor eine schnelle Abkühlung erzielbar ist, so daß der Vorteil bekannter Kom­ pressoren in diesem Zusammenhang beibehalten werden kann. Wenn dagegen die vorherbestimmte Lufttemperatur erreicht ist, wird die Arretierung des Zylinderkolbens aufgehoben, wodurch die Steuerplatte gedreht wird, so daß die Kapazität der Kompressionskammer begrenzt wird, um eine zu starke Luft­ kühlung zu verhindern.

Beim Beginn des Betriebs kann der Ansaugdruck des Kompressors auf einen verhältnismäßig niedrigen Wert eingestellt werden, während im Dauer-Betrieb ein verhältnismäßig hoher Wert eingestellt wird. Die eingestellten Werte des Ansaugdrucks werden durch Änderung des Volumens der Kompressions­ kammer durch die Drehung der Steuerscheibe aufrecht erhalten.

Deshalb wird eine hohe Kühlleistung in der Anfangsbetriebs­ phase erzielt, so daß eine schnelle Abkühlung des Innenraums auf eine gewünschte Lufttemperatur selbst bei hohen Außen­ temperaturen erzielbar ist. Während des Dauerbetriebs wird dagegen eine zu starke Kühlung der Luft in dem Innenraum ver­ mieden und der Leistungsbedarf verringert.

Claims (6)

1. Kompressor, der insbesondere für eine Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug verwendbar ist, mit
einem an den beiden Enden eines Zylinders (4) befestigten vorderen beziehungsweise hinteren Seitenblock (5, 6),
einem in dem Zylinder (4) angeordneten Rotor (9), in dem eine Anzahl von Flügeln (8) in radialer Richtung gleitend verschiebbar sind,
einer Steuerplatte (10), die eine Öffnung (11) für eine Verbindung eines Ansaugkanals (12) in dem vorderen Seitenblock (5) mit der Zylinderkammer (13) aufweist, wobei die Steuerplatte (10) an der Innenseite des vorderen Seitenblocks um einen vorherbestimmten Winkel drehbar angeordnet ist; sowie mit
einer Antriebseinrichtung zum Antrieb der Steuerplatte (10), die einen Zylinderkolben (21) aufweist, der in und aus einer Saugkammer (20) verschiebbar ist und dessen vorderes Ende (21a) mit der Steuerplatte (10) verbunden ist und dessen hinteres Ende (21b) zur Außenseite des Kompressors und daher zum normalen Luftdruck weist, wobei der Zylinderkolben (21) durch eine Feder (22) in Richtung der Saugkammer (20) vorgespannt ist, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebseinrichtung eine Steuereinrichtung (29, 30; 26, 31, 32, 33) zugeordnet ist, die in einer Anfangsbetriebsphase den Ansaugdruck auf einen niedrigeren Wert als den des Dauerbetriebs korrigiert, um in der Anfangsbetriebsphase eine erhöhte Kühl­ leistung zu erzielen.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Arretiereinrichtung (29, 30) zur Verhinderung einer Längsverschiebung des Zylinder­ kolbens (21) aufweist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Arretiereinrichtung einen durch die Erregung einer Spule (30) verschiebbaren Arretierstift (29) aufweist.

4. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Spule (30) in Abhängigkeit von Signalen von einem Temperaturfühler erregbar ist, der in dem zu kühlenden Innenraum oder in der Nähe des Verdampfers der Klima­ anlage angeordnet ist.

5. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung eine Einstelleinrichtung (26, 31, 32, 33) zur Einstellung der Federkraft der Feder (20) auf­ weist.

6. Kompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung einen Antriebsmotor (31) auf­ weist, an dessen Abtriebwelle ein Antriebszahnrad (32) befestigt ist, das mit einem angetriebenen Zahnrad (33) kämmt, und daß eine Hülse (26) das äußere Ende des Zylinderkolbens (21) umgibt, welche Hülse ein Außenge­ winde aufweist, das mit einem Innengewinde an dem ange­ triebenen Zahnrad (33) kämmt.