DE3713696A1

DE3713696A1 - Taumelscheibenkompressor mit variabler foerderleistung

Info

Publication number: DE3713696A1
Application number: DE19873713696
Authority: DE
Inventors: Hiroaki Kayukawa; Masaki Ohta; Shinichi Suzuki; Kenji Takenaka
Original assignee: Toyoda Jidoshokki Seisakusho KK; Toyoda Automatic Loom Works Ltd
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 1986-04-25
Filing date: 1987-04-24
Publication date: 1987-10-29
Also published as: US4730986A; KR870010311A; DE3713696C2; KR900001294B1; JPH0427393B2; JPS62253970A

Description

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung für den Kältemittelkreislauf einer Kfz-Klimaanlage, und zwar insbesondere einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung mit einem Regel- bzw. Steuerventil, mit einer Ansaugkammer, mit einer Auslaßkammer und mit einer Taumelscheibenkammer, wobei der Hub der Kolben des Kompressors erfindungsgemäß in Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen den Drücken in der Taumelscheibenkammer und in der Ansaugkammer variabel ist, und zwar derart, daß der Schwenkwinkel der Taumelscheibe zur Steuerung bzw. Regelung der Förderleistung variiert wird.

Ein Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung ist aus der US-PS 44 28 718 bekannt. Bei diesem bekannten Kompressor dehnt sich der Faltenbalg eines Steuerventils für die Förderleistung aufgrund einer Änderung des Abgleichs zwischen dem Auslaßdruck und dem Umgebungsdruck aus, wenn die erforderliche Kühlleistung abnimmt oder wenn die Drehzahl des Kompressors ansteigt. Dabei wird der Ventilkörper betätigt und schließt einen Auslaßkanal, der die Taumelscheibenkammer mit der Ansaugkammer verbindet. Hierdurch wird ein weiterer Ventilkörper betätigt, der mit dem erstgenannten Ventilkörper verbunden ist, um einen Versorgungskanal zu öffnen, der die Auslaßkammer und die Taumelscheibenkammer verbindet, wodurch die Druckdifferenz zwischen dem Druckmitteldruck in der Taumelscheibenkammer und dem Ansaugdruck verringert wird, indem ein unter hohem Druck stehendes gasförmiges Kältemittel in die Taumelscheibenkammer geleitet wird. Die Zufuhr des unter hohem Druck stehenden Kältemittelgases in die Taumelscheibenkammer erhöht den Druckmitteldruck, der an der Rückseite der einzelnen Kolben wirksam ist, und verkürzt damit den Hub der Kolben, wodurch ein Abfall des Ansaugdruckes des Kompressors vermieden wird, während die Förderleistung des Kompressors verringert wird.

Der vorstehend beschriebene konventionelle Kompressor mit variabler Förderleistung hat jedoch insofern einen Nachteil, als bei einer Unterbrechung der Zufuhr des unter hohem Druck stehenden gasförmigen Kältemittels aus der Auslaßkammer in die Taumelscheibenkammer bei laufendem Kompressor das gasförmige Kältemittel nicht sofort über den Auslaßkanal aus der Taumelscheibenkammer in die Ansaugkammer entweichen kann. Dies liegt daran, daß das Ausmaß der Öffnung des Auslaßkanals selbst, das heißt dessen freier Querschnitt, konstant und unveränderlich ist. Wenn der Kühlleistungsbedarf der Klimaanlage ansteigt, ist der Kompressor folglich nicht in der Lage, die Förderleistung schnell zu erhöhen. Die Ansprechcharakteristik des bekannten Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung ist somit hinsichtlich der Steuerung der Förderleistung in Abhängigkeit von einer Änderung des Kühlleistungsbedarfs unbefriedigend.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik, liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Nachteile des bekannten Taumelscheibenkompressors zu vermeiden und einen verbesserten Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung anzugeben, bei dem es möglich ist, den Anstellwinkel der Taumelscheibe und damit die Förderleistung in Abhängigkeit von einer Änderung des Kühlleistungsbedarfs in einem zugehörigen Kältemittelkreislauf schnell zu ändern.

Dabei wird gleichzeitig angestrebt, die Förderleistung des Kompressors in Abhängigkeit von einem oder mehreren elektrischen Signalen ändern zu können, die einem Betriebsparameter entsprechen, welcher die Klimaanlage und/ oder ein mit der Klimaanlage ausgerüstetes motorisch angetriebenes Fahrzeug betrifft.

Außerdem wird angestrebt, daß die Förderleistung des verbesserten erfindungsgemäßen Taumelscheibenkompressors über einen weiten Bereich zwischen einer sehr kleinen Förderleistung und einer großen Förderleistung variabel ist.

Die gestellte Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch einen Taumelscheibenkompressor mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 gelöst.

Wenn bei dem erfindungsgemäßen Kompressor die erforderliche Kühlleistung ansteigt und das zweite Ventil in Abhängigkeit von mindestens einem externen elektrischen Signal elektromechanisch geöffnet wird, und zwar bei Vorliegen eines Betriebszustandes, in dem das erste Ventil geschlossen ist, um die ersten Verbindungskanaleinrichtungen zu sperren, dann wird der freie Querschnitt der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen vergrößert, so daß ein sofortiges und schnelles Zurückfließen des Kältemittels aus der Taumelscheibenkammer über die zweiten Verbindungskanaleinrichtungen in die Ansaugkammer ermöglicht wird. Der Druckmitteldruck in der Taumelscheibenkammer fällt folglich sofort ab, was bedeutet, daß die Druckdifferenz zwischen den Drücken in der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer kleiner wird, was wiederum zur Erhöhung der Förderleistung des Kompressors führt. Die Ansprechcharakteristik der Steuerung der Förderleistung des Kompressors in Abhängigkeit von einem Anstieg des Kühlleistungsbedarfs kann hierdurch erhöht werden.

Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand von abhängigen Ansprüchen.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend ferner anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt durch eine erste bevorzugte Ausführungsform eines Taumelscheibenkompressors mit variabler Förderleistung und Anstellwinkel- Steuerventileinrichtungen für die Taumelscheibe;

Fig. 2 einen vergrößerten Teilquerschnitt durch den Kompressor gemäß Fig. 1, insbesondere durch dessen Ventileinrichtungen, wobei die Ventileinrichtungen geschlossen sind;

Fig. 3 eine der Darstellung gemäß Fig. 2 entsprechende Darstellung, wobei jedoch die Ventileinrichtungen geöffnet sind;

Fig. 4 eine der Darstellung gemäß Fig. 2 und 3 entsprechende Darstellung für eine abgewandelte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kompressors und

Fig. 5A bis 5B schematische Darstellungen verschiedener Ausführungsformen der ersten Ventileinrichtungen für einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigen Fig. 1 bis 3 eine bevorzugte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Kompressors mit variabler Förderleistung.

Gemäß Fig. 1 besitzt der Kompressor ein hinteres Gehäuse 3, welches mit der in der Zeichnung rechten Stirnfläche eines Zylinderblocks 1 verbunden ist, wobei sich zwischen den Elementen 1 und 3 eine Ventilplatte 2 befindet. In dem hinteren Gehäuse 3 sind eine ringförmige Ansaugkammer 4 und eine zentral angeordnete Auslaßkammer 5 vorgesehen, wobei die beiden Kammern durch eine Trennwand voneinander getrennt sind. Ferner ist die Ansaugkammer 4 über eine Ansaugöffnung (nicht gezeigt) mit einem äußeren Kältemittelkreislauf verbunden, mit dem auch die Auslaßkammer über eine nicht gezeigte Öffnung verbunden ist. Ein vorderes Gehäuse bzw. ein Taumelscheibengehäuse 6, welches glockenförmig ausgebildet ist, ist an der linken Stirnfläche des Zylinderblocks 1 befestigt und definiert dort eine Taumelscheibenkammer 7. Eine Antriebswelle 8, welche von einer (Brennkraft-)Maschine (nicht gezeigt) zu einer Drehbewegung antreibbar ist, ist einerseits im Zylinderblock 1 und andererseits im vorderen Gehäuse 6 drehbar gelagert.

In dem Zylinderblock 1 sind sechs zueinander parallele, durchgehende Zylinderbohrungen 9 vorgesehen, von denen in der Zeichnung nur eine sichtbar ist und die parallel zur Antriebswelle 8 verlaufen. In jede der Bohrungen 9 ist ein Kolben 10 gleitverschieblich eingepaßt, mit dessen linkem Ende eine Verbindungsstange 11 über ein Kugelgelenk verbunden ist. Die Ventilplatte 2 ist mit Ansaugventileinrichtungen 12 ausgestattet, über die ein gasförmiges Kältemittel aus der Ansaugkammer 4 in die als Kompressionskammern dienenden Zylinderbohrungen 9 strömen kann. Weiterhin sind der Ventilplatte 2 Auslaßventileinrichtungen 13 zugeordnet, die das Austreten des komprimierten Kältemittels aus den Kompressionskammern der Zylinderbohrungen 9 in die Auslaßkammer 5 ermöglichen.

Ein Antriebselement 14, welches nachstehend auch als Zapfenplatte 14 bezeichnet wird, ist drehfest auf der Antriebswelle 8 montiert. Eine kippbare Antriebsplatte 14 ist über einen Führungszapfen 15 derart mit der Platte 14 verbunden, daß sie gemeinsam mit dieser drehbar ist, wobei der Zapfen 15 in einen Schlitz eines Ansatzes 14 a eingreift, der von dem Antriebselement 14 absteht.

Eine Taumelscheibe 17 wird durch die Antriebsplatte 16 derart gehaltert, daß sie Schwenkbewegungen der Antriebsplatte 16 folgen kann. Die Taumelscheibe 17 ist jedoch durch eine in einer fest vorgegebenen Position angeordnete Führungsstange 18 gegen eine Drehung gesichert. Die von den Kolben 10 abgewandten, linken Enden der Verbindungsstangen 11 sind über Kugelgelenke mit der Taumelscheibe 17 verbunden. Wenn das Antriebselement 14 von der Antriebswelle 8 angetrieben wird, dann pendelt die Taumelscheibe 17, so daß die Kolben 10 über die Verbindungsstangen 11 in ihren Zylinderbohrungen 9 zu einer Hin- und Herbewegung angetrieben werden. Der Hub der Kolben 10 ist dabei von der Druckdifferenz Δ p = Pc - Ps abhängig, wobei Pc für den Druck in der Taumelscheibenkammer 7 steht, während Ps für den Druck in der Ansaugkammer 4 steht. Der Taumelwinkel der Taumelscheibe 17, der Hub der Kolben 10 und damit die Förderleistung des Kompressors nehmen also ab, wenn die Druckdifferenz zunimmt. Andererseits wird die Förderleistung erhöht, wenn die Druckdifferenz zunimmt. Andererseits wird die Förderleistung erhöht, wenn die Druckdifferenz Δ p abnimmt. Hinsichtlich dieses Grundprinzips arbeitet der erfindungsgemäße Kompressor mit variabler Förderleistung ähnlich wie konventionelle Kompressoren mit variabler Förderleistung.

Durch das hintere Gehäuse 3, die Ventilplatte 2 und den Zylinderblock 1 hindurch führt ein Gaskanal 19, über den das komprimierte Kältemittel aus der Auslaßkammer 5 in die Taumelscheibenkammer 7 strömen kann. In diesen Kanal 19 ist ein erstes Regel- bzw. Steuerventil 20 für die Kompressorförderleistung eingefügt. Ein weiterer Kanal 23 geht durch den Zylinderblock 1, die Ventilplatte 2 und das hintere Gehäuse 3 hindurch und dient dazu, Leckgas bzw. ein gasförmiges Kältemittel, welches aus der Auslaßkammer 5 in die Taumelscheibenkammer 7 gelangt ist, aus dieser in die Ansaugkammer 4 abzuleiten. Der freie Querschnitt des Auslaßkanals 23 wird, soweit erforderlich, mit Hilfe eines zweiten Regel- bzw. Steuerventils 22 kontrolliert, welches als Magnetventil ausgebildet ist. Ein erster Abschnitt 23 a des Auslaßkanals 23 ist im Zylinderblock 1 ausgebildet. Ein zweiter Abschnitt 23 b geht durch die Ventilplatte 2 hindurch und ein dritter Abschnitt 23 c ist in dem hinteren Gehäuse 3 ausgebildet.

Aufbau und Wirkungsweise des ersten Ventils 20 werden nachstehend anhand von Fig. 2 näher erläutert. Man erkennt, daß das erste Ventil 20 ein zylindrisches Gehäuse 24 besitzt, welches fest in das hintere Gehäuse 3 eingeschraubt ist. In dem Gehäuse 24 ist ein Ventilkörper in Form einer Kugel 27 mittels einer Druckfeder 25 gegen einen Ventilsitz 26 vorgespannt. Eine Ventilstange 29 zum Betätigen der Kugel 27 ist oberhalb derselben in dem Ventilgehäuse 24 angeordnet und mittels einer Druckfeder 28 in Schließrichtung vorgespannt, deren eines Ende sich an einer Schulter des Gehäuses 24 abstützt und deren anderes Ende in Kontakt mit einem oberen Flansch der Ventilstange 29 steht. Hierdurch wird das obere Ende der Ventilstange 29 in Kontakt mit einer Membran 30 gehalten. Andererseits sind die Membran 30 und damit auch die Ventilstange 29 mittels einer Druckfeder 33 in Öffnungsrichtung vorgespannt, wobei sich die Feder 33 einerseits an einer gleitverschieblichen Halterung 31 und andererseits an einer feststehenden Halterung 32 abstützt und eine Elastizität hat, die größer ist als diejenige der Druckfeder 28. Die Membran 30 kann durch einen Faltenbalg oder eine ähnliche Vorrichtung, das heißt ganz allgemein durch ein druckempfindliches Membranelement ersetzt werden. Das Bezugszeichen 20 a bezeichnet einen der Abdichtung dienenden O-Ring, während das Bezugszeichen 20 b einen der Sicherung des Ventilgehäuses 24 dienenden Federring bezeichnet.

Der unterhalb der Membran 30 vorgesehene, die Druckfeder 28 aufnehmende Hohlraum bildet eine erste Druckkammer R 1, welche mit der Ansaugkammer 4 in Verbindung steht. Eine zweite Druckkammer R 2, welche die Feder 33 aufnimmt, steht mit der Umgebung bzw. der Atmosphäre in Verbindung. Der die Kugel 27 aufnehmende Hohlraum bildet eine dritte Druckkammer R 3, welche mit der Auslaßkammer 5 in Verbindung steht. Wenn die Gesamtkraft aufgrund des Atmosphärendrucks in der zweiten Druckkammer R 2 und der Federkraft der Druckfeder 33 die Gesamtkraft des Drucks in der ersten Druckkammer R 1 und der Federkraft der Druckfeder 28 übersteigt, und zwar aufgrund eines Abfallens des in der ersten Druckkammer R 1 herrschenden Ansaugdruckes Ps, dann wird die Kugel 27 in Öffnungsrichtung nach unten in die in Fig. 3 gezeigte Lage gedrückt, so daß das komprimierte gasförmige Kältemittel aus der Auslaßkammer 5 über den Kanal 19 in die Taumelscheibenkammer 7 strömen kann, um dort den Druck Pc zu erhöhen, so daß die Förderleistung verringert wird.

Das zweite Ventil 22 besitzt ein Ventilgehäuse 34, welches fest in das hintere Gehäuse 3 eingeschraubt ist. An dem Ventilgehäuse 34 ist eine Erregerwicklung 35 angebracht, welche einen Teil des Gehäuses 34 umgibt. In dem Ventilgehäuse 34 ist ein axial beweglicher Zylinder 36 angeordnet, welcher der Halterung eines Ventilelements dient. Ein mit einem fest vorgegebenen axialen Hub beweglicher Magnetkern 37 ist gleitverschieblich in dem Zylinder 36 angeordnet und mittels einer Druckfeder 38 nach oben, nämlich in Schließrichtung, vorgespannt. Ein Ventilkörper 39 ist einstückig am oberen Ende des Magnetkerns 37 angeformt und wirkt mit einem Ventilsitzelement 40 zusammen, in dem eine Ventilöffnung 40 a vorgesehen ist, die in dem Kanalabschnitt 23 b des hinteren Gehäuses 3 liegt. Eine Druckfeder 41 stützt sich einerseits an dem Zylinder 36 und andererseits an dem Sitzelement 40 ab, um den Ventilkörper 39 in Öffnungsrichtung vorzuspannen.

Der Zylinder 36 stützt sich mit seinem unteren Ende an einer Membran 42 oder dergleichen ab, auf deren gegenüberliegende Seite eine Druckfeder 44 einwirkt, die sich einerseits an einer beweglichen Halterung 43 abstützt, welche an der Membran anliegt, und die sich andererseits an einer Bodenfläche des Ventilgehäuses 34 abstützt, so daß der Zylinder 36 über die Membran und die bewegliche Halterung 43 in Schließrichtung vorgespannt wird. Der Kanalabschnitt 23 b und eine erste Druckkammer R 4 des zweiten Ventils 22 sind über einen Kanal 45 miteinander verbunden, der durch den Magnetkern 37, den Ventilkörper 39 und den Zylinder 36 durchgeht. Der die Feder 44 aufnehmende Hohlraum bildet eine zweite Druckkammer R 5, welche mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Wenn die Gesamtkraft des Druckes Pc in der Taumelscheibenkammer 7, der auch in der ersten Druckkammer R 4 wirkam ist, die Federkraft der Druckfeder 41 und die Gewichtskräfte des Zylinders 36 und des Magnetkerns 37 die Gesamtkraft des Umgebungsdruckes in der zweiten Druckkammer R 5 und der Federkraft der Druckfeder 44 übersteigt, das heißt wenn der Druck Pc einen vorgegebenen Druck P _A übersteigt, und zwar aufgrund von Leckströmen des Kältemittels aus den Kompressionskammern in die Taumelscheibenkammer 7, dann werden der Zylinder 36, der Magnetkern 37 und der Ventilkörper 39 mechanisch nach unten bewegt, wodurch der Kanal 23 geöffnet wird, so daß das Kältemittel aus der Taumelscheibenkammer 7 über den Kanal 23 in die Ansaugkammer 4 strömen kann. Hierdurch wird ein Druckanstieg in der Taumelscheibenkammer 7 aufgrund von Leckströmen des Kältemittels vermieden.

Andererseits ist ein externer Signalkreis 46 vorgesehen, welcher einen Drucksensor im vorderen Gehäuse 6 umfaßt. Der externe Signalkreis 46 liefert ein Signal, welches beispielsweise dem Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 entspricht. Der Signalkreis 46 ist mit einem Ventilsteuerkreis 47 verbunden, welcher seinerseits mit der Wicklung 35 verbunden ist. Wenn der von dem Drucksensor erfaßte Druck in der Taumelscheibenkammer 7 einen vorgegebenen Druckwert P′ _A erreicht, der größer ist als der vorgegebene Druck P _A, dann liefert der Steuerkreis 47 einen Erregerstrom für die Wicklung 35. Hierdurch wird der Ventilkörper 39 zusammen mit dem Magnetkern 37 entgegen der Kraft der Druckfeder 38 in axialer Richtung aus der in Fig. 2 gezeigten Schließstellung in die in Fig. 3 gezeigte Offenstellung bewegt, wodurch die Ventilöffnung 40 a mit einem größeren Querschnitt freigegeben wird, als wenn sie durch die zuvor beschriebene rein mechanische Verstellung des Ventilkörpers 39 geöffnet wird, so daß ein maximaler Strömungsquerschnitt erreicht wird. Das Kältemittel kann somit aus der Taumelscheibenkammer 7 über die auf den maximalen Querschnitt geöffnete Ventilöffnung 40 a und die Kanalbereiche 23 b und 23 c in die Ansaugkammer 4 strömen, so daß der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 schnell abfällt, wodurch die Förderleistung mit entsprechender Geschwindigkeit erhöht wird.

Nachstehend wird die Arbeitsweise des mit variabler Förderleistung arbeitenden Taumelscheibenkompressors der vorstehend beschriebenen Bauart noch näher beschrieben.

Wenn die Temperatur in der Fahrgastkabine eines Fahrzeugs hoch ist und wenn folglich die erforderliche Kühlleistung der mit dem erfindungsgemäßen Kompressor ausgerüsteten Klimaanlage hoch ist, dann ist der Druck Ps in der Ansaugkammer 4 höher als ein vorgegebener Wert Ps ₀. Daher ist das erste Ventil 20 geschlossen, so daß der Kanal 19 gesperrt ist. Andererseits wird die Wicklung 35 des zweiten Ventils 22 erregt, um den Kanal 23 so weit wie möglich zu öffnen, so daß das Kältemittel aus der Taumelscheibenkammer 7 in die Ansaugkammer 4 fließen kann, und zwar weil der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 in diesem Fall höher ist als der vorgegebene Wert P′ _A. Das aufgrund von Leckströmen aus den Kompressionskammern der Zylinderbohrungen in die Taumelscheibenkammer 7 gelangende Kältemittel wird also über den Auslaßkanal 23 in die Ansaugkammer 4 zurückgeführt. Bei diesen Betriebsbedingungen wird die Druckdifferenz Δ p zwischen dem Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 und dem Druck Ps in der Ansaugkammer unter einem vorgegebenen Wert p ₀ gehalten. Die Kolben 10 werden folglich mit maximalem Hub hin- und herbewegt, und die Taumelscheibe 17 schwenkt mit ihrem maximalen Schwenkwinkel, so daß eine maximale Förderleistung des Kompressors erreicht wird.

Wenn die Klimaanlage weiterarbeitet, fallen der Druck Ps in der Ansaugkammer 4 und der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 allmählich ab. Wenn der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 den vorgegebenen Druckwert P′ _A erreicht, unterbricht der Steuerkreis 47 den Erregerstrom für die Wicklung 35, so daß die Stellung des Ventilkörpers 39 nunmehr rein mechanisch in Abhängigkeit vom Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 beeinflußt wird. Bei diesem Betriebszustand öffnet und schließt der Ventilkörper 39 die Ventilöffnung 40 a zyklisch für kurze Zeitintervalle in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Druckwert P _A, der kleiner ist als der vorgegebene Druckwert P′ _A, um einen anomalen Anstieg des Druckes Pc in der Taumelscheibenkammer 7 aufgrund von Leckströmen aus den Kompressionskammern zu verhindern.

Auf die beschriebene Weise wird die Temperatur im Fahrgastraum allmähl allmählich verringert, so daß auch die erforderliche Kühlleistung abnimmt. Wenn dabei der Druck Ps in der Ansaugkammer 4 unter den vorgegebenen Druckwert Ps ₀ absinkt, wird das erste Ventil 20 geöffnet, so daß über den Kanal 19 das unter hohem Druck stehende Kältemittel aus der Auslaßkammer 5 in die Taumelscheibenkammer 7 fließen kann. Der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 steigt folglich an und damit auch die Druckdifferenz Δ p, so daß der Hub der Kolben 10 verringert und der Anstellwinkel der Taumelscheibe 17 reduziert wird, so daß die Förderleistung abnimmt. Wenn dabei der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 über den vorgegebenen Druckwert P _A auf den weiteren vorgegebenen Druckwert P′ _A ansteigt, wird das zweite Ventil 22 erneut geöffnet, um den Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 schnell abzusenken und damit einen Abfall der Förderleistung zu unterdrücken. Wenn der Kompressor also mit niedriger Förderleistung arbeitet, kann diese Förderleistung schnell erhöht werden, wodurch die Ansprechcharakteristik der Einrichtungen zum Steuern bzw. Regeln der förderleistung verbessert wird.

Beim Ansteigen des Druckes ps in der Ansaugkammer über den vorgegebenen Wert Ps ₀ aufgrund eines Anstiegs des Kühlleistungsbedarfs wird das erste Ventil 20 geschlossen, um die Zufuhr des komprimierten Kältemittels aus der Auslaßkammer 5 zu der Taumelscheibenkammer 7 zu unterbrechen. Folglich nimmt die Druckdifferenz Δ p zwischen dem Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 und dem Druck Ps in der Ansaugkammer 4 ab, so daß die Förderleistung erhöht wird. Das Ausmaß des Öffnens des zweiten Ventils 22 kann durch elektromagnetische Steuerung des Tastverhältnisses für den Erregerstrom der Wicklung 35 mit Hilfe des Steuerkreises 47 gesteuert werden.

Fig. 4 zeigt ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Kompressors mit variabler Förderleistung. Dieser Kompressor besitzt zusätzlich einen Auslaßkanal 48 mit fest vorgegebenem freien Querschnitt zwischen dem Kanalabschnitt 23 b und der Ansaugkammer 4, so daß ständig Leckgas aus der Taumelscheibenkammer 7 fließen kann, während die Kanalabschnitte 23 b und 23 c mit Hilfe des zweiten Ventils 22 in derselben Weise wie beim ersten Ausführungsbeispiel miteinander verbunden und voneinander getrennt werden können. Die Steuerung der Förderleistung erfolgt im übrigen bei dem Kompressor gemäß Fig. 4 in derselben Weise, wie dies vorgehend für das erste Ausführungsbeispiel beschrieben wurde.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele von Kompressoren gemäß der Erfindung können in der nachstehend näher erläuterten Weise abgeändert werden.

1) Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird das erste Steuerventil 20, welches in dem Hochdruck-Kältemittelkanal 19 angeordnet ist, in Abhängigkeit vom Kältemitteldruck Ps in der Ansaugkammer 4 derart betätigt, daß die Bewegungen der Ventilstange 29 gesteuert werden. Das erste Ventil 20 kann aber auch in der Weise ausgebildet werden, daß der Öffnungsquerschnitt in Abhängigkeit von Bewegungen der Kugel 27 und der Ventilstange 29 in der Weise geändert werden, wie dies in Fig. 5A bis 5D schematisch dargestellt ist. Beispielsweise zeigt Fig. 5A einen Fall, in dem das Ausmaß der Öffnung des ersten Ventils 20 zunimmt, wenn der Auslaßdruck Pd bezüglich eines vorgegebenen Druckwertes ansteigt. Fig. 5B zeigt den Fall, daß das Ausmaß der Öffnung des ersten Ventils 20 zunimmt, wenn der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer bezüglich eines vorgegebenen Druckwerts ansteigt. Weiterhin zeigen Fig. 5C und 5D diejenigen Fälle, in denen das Ausmaß der Öffnung des ersten Ventils 20 erhöht wird, wenn die Druckdifferenz Δ p = Pc - Ps abnimmt bzw. wenn die Druckdifferenz Δ p′ = Pd - Ps erhöht wird.

Bei den vorstehend erläuterten Ausführungsbeispielen wird das zweite Ventil 22 geöffnet, wenn der Drucksensor beispielsweise ein konventioneller piezo-elektrischer Drucksensor des externen Signalkreises feststellt, daß der Druck Pc in der Taumelscheibenkammer 7 den vorgegebenen Druckwert P′ _A erreicht. Das externe elektrische Detektorsignal zum Öffnen des zweiten Ventils 22 kann aber auch ein Sensorsignal sein, welches entspricht:

a) einem am Eingang des Kompressors mit Hilfe eines konventionallen thermoelektrischen Elements erfaßten Anstieg der Temperatur des angesaugten Kältemittels;
b) einem mit Hilfe eines konventionellen thermoelektrischen Elements erfaßten Anstieg der Temperatur des gasförmigen Kältemittels am Auslaß des Verdampfers der Klimaanlage;
c) einem mit Hilfe eines konventionellen thermoelektrischen Elements erfaßten Anstieg der Temperatur in der zu klimatisierenden Fahrgastkabine eines Fahrzeugs;
d) einem mit Hilfe eines konventionellen fotoempfindlichen Elements erfaßten Anstieg der Sonneneinstrahlung (ein geeignetes Element ist beispielsweise ein Fototransistor);
e) einem mit Hilfe eines druckempfindlichen Elements erfaßten Absinken der Ansaugleistung der Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs;
f) einer mit Hilfe eines konventionellen Potentiometers erfaßten Abnahme der Öffnung der Fahrzeug-Drosselklappe;
g) einem mit Hilfe eines geeigneten Beschleunigungsmessers festgestellten Absinken der Fahrzeugbeschleunigung;
h) einem mit Hilfe eines konventionellen Tachometers erfaßten Absinken der Motordrehzahl eines Fahrzeugs; oder
i) einem Abnehmen der Laufgeschwindigkeit des Fahrzeugs, die mittels eines geeigneten Detektors erfaßt wird, beispielsweise mit Hilfe eines Detektors für das Übersetzungsverhältnis (den gewählten Gang) des zu klimatisierenden Fahrzeugs. Ferner können auch mehrere der oben angesprochenen externen elektrischen Detektorsignale ausgewertet werden, um das zweite Ventil zu steuern. Diese Berücksichtigung mehrerer Einflußgrößen wird sogar bevorzugt.

Wie aus der vorstehenden Beschreibung deutlich wird, wird das zweite Ventil 22 erfindungsgemäß dann voll geöffnet, wenn es erforderlich ist, das Kältemittelgas über den Auslaßkanal schnell aus der Taumelscheibenkammer in die Ansaugkammer abzuleiten, um damit die Förderleistung schnell in Abhängigkeit von der erforderlichen Kühlleistung zu erhöhen, so daß die Ansprechcharakteristik der Förderleistungssteuerung verbessert wird.

Ferner wird aus der vorstehenden Beschreibung deutlich, daß dem Fachmann, ausgehend von den beschriebenen Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und/ oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei den Grundgedanken der Erfindung verlassen müßte.

Claims

1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung für den Kältemittelkreislauf einer Kfz-Klimaanlage mit einem Gehäuseelement, in dem eine Ansaugkammer für ein Kältemittel vor der Kompression desselben und eine Auslaßkammer für das Kältemittel nach der Kompression desselben vorgesehen sind, mit einem Zylinderblock, in dem mehrere Zylinderbohrungen derart angeordnet sind, daß sie eine axiale Antriebswelle umgeben, wobei in jeder Zylinderbohrung ein hin- und herbeweglicher Kolben zum Ansaugen des Kältemittels aus der Ansaugkammer und zum Ausstoßen des komprimierten Kältemittels in die Auslaßkammer angeordnet ist, mit einem Taumelscheibengehäuse, in dem eine Taumelscheibenkammer ausgebildet ist, die mit den Zylinderbohrungen in Verbindung steht und eine Antriebsplatte enthält, die gemeinsam mit der Antriebswelle zu einer Drehbewegung antreibbar ist und deren Neigungswinkel bezüglich der Antriebswelle variabel ist und die der Halterung und Abstützung einer nicht drehbaren Taumelscheibe dient, mit mehreren Verbindungsstangen, welche die Taumelscheibe und die Kolben miteinander verbinden, mit ersten Verbindungskanaleinrichtungen, über die eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Auslaßkammer in dem Gehäuseelement herstellbar ist, mit ersten Ventileinrichtungen, die in die ersten Verbindungskanaleinrichtungen eingefügt sind, um diese zu öffnen und zu schliessen, mit zweiten Verbindungskanaleinrichtungen, mit deren Hilfe eine Fluidverbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer des Gehäuseeelements herstellbar ist, und mit zweiten Ventileinrichtungen, die in die zweiten Verbindungskanaleinrichtungen eingefügt sind, um den Querschnitt der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen zu verändern, gekennzeichnet durch folgende Merkmale:
es sind erste Ventilsteuereinrichtungen vorgesehen, welche umfassen:
erste Einrichtungen zum Erfassen einer Änderung eines Druckmittelwertes, welcher eine Änderung der erforderlichen Kühlleistung für den Kältemittelkreislauf anzeigt, bezüglich eines vorgegebenen ersten Druckpegels, und
zweite Einrichtungen zum Steuern der Betätigung der ersten Ventileinrichtungen in Abhängigkeit von einem Signal der ersten Einrichtungen,
wobei die ersten Ventilsteuereinrichtungen die ersten Ventileinrichtungen mechanisch zwischen einer ersten Position, in der sie einen Teil der ersten Verbindungskanaleinrichtungen öffnen, und einer zweiten Position bewegen, in der sie diesen Teil der ersten Verbindungskanaleinrichtungen schließen, und
es sind zweite Ventilsteuereinrichtungen vorgesehen, welche erste Betätigungseinrichtungen zum elektrischen Betätigen der zweiten Ventileinrichtungen in Abhängigkeit von mindestens einem elektrischen Signal umfassen, welches eine Änderung eines physikalischen Wertes anzeigt, der den Kältemittelkreislauf und/oder das zu klimatisierende Fahrzeug betrifft,
wobei die ersten Betätigungseinrichtungen der zweiten Ventilsteuereinrichtungen die zweiten Ventileinrichtungen zwischen einer ersten Position, in der sie das Ausmaß der Öffnung eines Teils der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen auf ein Minimum reduzieren, und einer zweiten Position bewegen, in der sie das Ausmaß der Öffnung dieses Teils der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen auf ein Maximum bringen.

2. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Druckmitteldruckwert, welcher eine Änderung der erforderlichen Kühlleistung für den Kältemittelkreislauf anzeigt, einen der folgenden Werte umfaßt:
Den Druckmitteldruck in der Ansaugkammer; den Druckmitteldruck in der Taumelscheibenkammer; den Druckmitteldruck in der Auslaßkammer; den Differenzdruck zwischen dem Druckmitteldruck in der Ansaugkammer und dem Druckmitteldruck in der Auslaßkammer und den Differenzdruck zwischen den Druckmitteldrücken in der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Einrichtungen der ersten Ventilsteuereinrichtungen ein druckempfindliches Membranelement umfassen, welches mit seiner einen Seite an eine erste Druckkammer und mit seiner anderen Seite an eine zweite Druckkammer angrenzt, wobei in einer dieser Druckkammern der Druckmittelwert, wirksam ist, welcher eine Änderung der erforderlichen Kühlleistung für den Kältemittelkreislauf anzeigt, und daß die zweiten Einrichtungen der ersten Ventilsteuereinrichtungen ein stangenförmiges Element umfassen, dessen eines Ende mit dem druckempfindlichen Membranelement verbunden ist und dessen anderes Ende der Bewegung eines Ventilkörpers der ersten Ventileinrichtungen dient.

4. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventileinrichtungen folgende Elemente umfassen:
Ein Ventilsitzelement, welches in die zweiten Verbindungskanaleinrichtungen eingefügt ist und in dem eine Ventilöffnung ausgebildet ist;
einen Ventilkörper, welcher bezüglich der Ventilöffnung zum Öffnen und Schließen derselben beweglich ist, wobei der Ventilkörper ein magnetisierbares Kernelement umfaßt; und
ein Ventilgehäuse zur Aufnahme des Ventilkörpers,
wobei die ersten Betätigungseinrichtungen der zweiten Ventilsteuereinrichtungen eine Erregerwicklung umfassen, die so angeordnet ist, daß sie das Kernelement des Ventilkörpers umfaßt, derart, daß das Kernelement des Ventilkörpers durch Erregen der Erregerwicklung in Abhängigkeit von dem mindestens einen elektrischen Signal magnetisch bewegbar ist.

5. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Ventilsteuereinrichtungen zweite Betätigungseinrichtungen zum mechanischen Betätigen der zweiten Ventileinrichtungen in Abhängigkeit von einer Änderung eines Druckmitteldrucks in der Kammer der zweiten Betätigungseinrichtungen umfassen, mit deren Hilfe die zweiten Ventileinrichtungen aus einer ersten Position in eine dritte Position bewegbar sind, in der sie das Ausmaß der Öffnung des genannten Teils der zweiten Verbindungskanaleinrichtungen vergrößern, wenn der Druckmitteldruck in der Taumelscheibenkammer größer ist als der zweite vorgegebene Druckpegel.

6. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Betätigungseinrichtungen ein druckempfindliches Membranelement umfassen, an dessen beide Seiten eine erste Druckkammer, die mit der Atmosphäre in Verbindung steht, sowie eine zweite Druckkammer angrenzen, die mit der Taumelscheibenkammer in Verbindung steht, wobei das druckempfindliche Membranelement in Wirkverbindung mit dem magnetisierbaren Kernelement des Ventilkörpers der zweiten Ventileinrichtungen steht.

7. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der physikalische Wert, welcher den Kältemittelkreislauf und/oder das zu klimatisierrende Fahrzeug betrifft, mindestens einer der folgenden physikalischen Werte ist:
Drehzahl des Motors des zu klimatisierenden Fahrzeugs, Temperatur am Auslaß eines Verdampfers des Kältemittelkreislaufs, Temperatur des Kältemittels vor dessen Kompression, Temperatur in einer Fahrzeugkabine und Fahrgeschwindigkeit des Fahrzeugs.

8. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dritte Verbindungskanaleinrichtungen mit fest vorgegebenem frein Querschnitt vorgesehen sind, die eine ständige gedrosselte Verbindung zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer bewirken, so daß beim Arbeiten des Kompressors Leckgas aus der Taumelscheibenkammer in die Ansaugkammer ableitbar ist.

9. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Ventileinrichtungen und die ersten Ventilsteuereinrichtungen zu einer Ventileinheit zusammengefaßt sind und daß die zweiten Ventileinrichtungen und die zweiten Ventilsteuereinrichtungen zu einer anderen Ventileinheit zusammengefaßt sind.

10. Taumelscheibenkompressor nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinheiten in das Gehäuseelement eingebaut sind.