DE3824752A1

DE3824752A1 - Taumelscheibenkompressor

Info

Publication number: DE3824752A1
Application number: DE3824752A
Authority: DE
Inventors: Thomas Dipl Ing Maurer; Richard Dipl Ing Knauf
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 1988-07-21
Filing date: 1988-07-21
Publication date: 1990-01-25
Also published as: IT1230348B; ES2015742A6; IT8921184A0; JP2792924B2; JPH0270984A

Description

Stand der Technik

Die Erfindung betrifft einen Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung, insbesondere für den Kältemittelkreislauf einer Fahrzeug-Klimaanlage, der im Oberbegriff des Anspruchs 1 definierten Gattung.

Bei solchen Taumelscheibenkompressoren ist die Förderleistung bei konstanter Drehzahl und konstantem Ansaugdruck von dem Hub der von der Taumelscheibe angetriebenen Kolben und dieser wiederum von der Druckdifferenz zwischen dem auf die Kolbenrückseite wirkenden Druck in der Taumelscheibenkammer und dem Druck in der Ansaugkammer des Kältemittels abhängig. Nimmt die Druckdifferenz zu, so nehmen der Taumelwinkel der Taumelscheibe, der Hub der Kolben und die Förderleistung ab.

Umgekehrt steigt die Förderleistung bei abnehmender Druckdifferenz und damit sich vergrößernden Taumelwinkel und Kolbenhub. Zur Variation der Förderleistung wird daher der Kältemitteldruck in der Taumelscheibenkammer mittels der beiden Ventileinrichtungen in den beiden Verbindungskanälen zwischen Taumelscheibenkammer und Auslaßkammer einerseits und Ansaugkammer andererseits eingestellt.

Bei einem bekannten Taumelscheibenkompressor dieser Art (DE 37 13 696 A1) ist die Ventileinrichtung im ersten Verbindungskanal zwischen der hochdruckführenden Auslaßkammer und der Taumelscheibenkammer als Druckventil ausgebildet, das vom Druck in der Ansaugkammer derart gesteuert wird, daß das Druckventil bei einem einen Vorgabewert übersteigenden Wert geschlossen und bei einem den Vorgabewert unterschreitenden Wert geöffnet wird. Die im zweiten Verbindungskanal zwischen der Taumelscheibenkammer und der Ansaugkammer angeordneten Ventileinrichtung ist als Magnetventil ausgebildet, das von einem externen Signalkreis gesteuert wird. Mittels eines Drucksensors wird der Druck in der Taumelscheibenkammer erfaßt und dem Signalkreis zugeführt. Steigt der Druck in der Taumelscheibenkammer über einen Vorgabewert, so liefert der Signalkreis einen entsprechenden Erregerstrom für das Magnetventil. Dieses öffnet, und das Kältemittel kann über den maximalen Öffnungsquerschnitt des Magnetventils aus der Taumelscheibenkammer in die Ansaugkammer strömen, wodurch der Druck in der Taumelscheibenkammer sinkt.

Eine solche Regelung der Förderleistung des Taumelscheibenkompressors hat eine relativ schlechte Regelgüte und ist hinsichtlich der Ventilkonstruktion recht aufwendig.

Vorteile der Erfindung

Der erfindungsgemäße Taumelscheibenkompressor mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 hat demgegenüber den Vorteil, daß mit den beiden einfachen Magnetventilen und dem Wegrückmelder für den momentanen Kolbenhub eine exakte Regelung der Förderleistung möglich ist. Da durch den Wegaufnehmer für den die Förderleistung bestimmenden Kolbenweg, der den Kolbenhub direkt oder durch Erfassen des Schwenkwinkels der Taumelscheibe indirekt mißt, auch die Kompressordrehzahl erfaßt wird, kann ein möglicher Schlupf zwischen Antriebsmotor und Kompressor erkannt werden. Ein besonderer Schlupfsensor wird damit entbehrlich.

Durch die in den weiteren Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen sind vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des im Anspruch 1 angegebenen Taumelscheibenkompressors möglich.

Zeichnung

Die Erfindung ist anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Längsschnitt eines Taumelscheiben kompressors mit variabler Förderleistung,

Fig. 2 ein Diagramm zweier Ausgangsspannungen eines Wegaufnehmers zur Erfassung des Kolbenhubs in Abhängigkeit vom Umdrehungswinkel der Antriebs welle des Taumelscheibenkompressors in Fig. 1.

Beschreibung des Ausführungsbeispiels

Der für den Einsatz im Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage in einem Kraftfahrzeug konzipierte Taumelscheibenkompressor besitzt ein topfförmiges Gehäuse 10 mit Lagerzapfen 11, einen die Topföffnung verschließenden Zylinderblock 12 und einen an der gegenüberliegenden Zylinderblockseite angesetzten Deckel 13. Alle Elemente 10, 11 und 12 sind flüssigkeits- und gasdicht aneinandergesetzt. Eine Antriebswelle 14, welche von der nicht dargestellten Brennkraftmaschine des Kraftfahrzeugs angetrieben wird, ist einerseits im Lagerzapfen 11 des Gehäuses 10 und andererseits in einer Zentralbohrung 15 im Zylinderblock 12 drehbar gelagert.

Im Zylinderblock 12 ist eine ungerade Anzahl von achsparallelen, durchgehenden Zylinderbohrungen 16 eingebracht, von denen in Fig. 1 nur eine sichtbar ist. Die Zylinderbohrungen 16 sind auf einem zur Antriebswelle 14 koaxialen Teilungskreis im gleichen Abstand voneinander angeordnet. Die Zylinderbohrungen 16 sind zum Gehäuse 10 hin offen und stehen somit mit einer im Gehäuse 10 ausgebildeten Taumelscheibenkammer 17 in Verbindung. Auf der gegenüberliegenden Seite sind die Zylinderbohrungen 16 von einer Ventilplatte 18 abgedeckt, die im Deckel 13 drehfest gehalten ist. Die Ventilplatte 18 enthält eine Reihe von Einlaßventilen 19 und Auslaßventilen 20, von denen jeweils ein Einlaß- und Auslaßventil 19, 20 einer Zylinderbohrung 17 zugeordnet sind. Von den Einlaß- und Auslaßventilen 19, 20 sind in Fig. 1 nur jeweils ein Ventil schematisch angedeutet. Die Einlaßventile 19 sind im Bereich einer ringförmigen Ansaugkammer 21 und die Auslaßventile 20 im Bereich einer etwa scheibenförmigen Auslaßkammer 22 angeordnet. Die Ansaugkammer 21 und die Auslaßkammer 22 sind zueinander koaxial im Deckel 13 eingebracht und werden von der Ventilplatte 18 abgeschlossen.

In jeder der Zylinderbohrungen 16 ist ein Kolben 23 gleitverschieblich eingepaßt, dessen in Fig. 1 rechte Stirnseite zusammen mit der Ventilplatte 18 in jeder Zylinderbohrung 16 eine Kompressionskammer 24 begrenzt. Das von der Kompressionskammer 24 abgekehrte Ende eines jeden Kolbens 23 ist über ein Kugelgelenk 25 mit einer Verbindungsstange 26 verbunden, die wiederum über ein Kugelgelenk 27 an einer Taumelscheibe 28 angelenkt ist. Die Taumelscheibe 28 ist konzentrisch zur Antriebswelle 14 angeordnet und durch eine Führungsstange 29 gegen Drehung gesichert. Sie ist über ein Wälzlager 30 auf einer Antriebsplatte 31 derart gehalten, daß sie Schwenkbewegungen der Antriebsplatte 31 folgen kann. Die Antriebsplatte 31 ist kipp- und axial verschiebbar auf einem Antriebselement 32 befestigt, das drehfest mit der Antriebswelle 14 verbunden ist. Die Verbindung ist dabei über einen Führungszapfen 33 hergestellt, der in einen Schlitz 34 in einem radialen Fortsatz 35 des Antriebselements 32 eingreift. Wird das Antriebselement 32 von der Antriebswelle 14 angetrieben, dann pendelt die Taumelscheibe 28, wodurch die Kolben 23 über die Verbindungsstangen 26 zu einer hin- und hergehenden Bewegung in jeder Zylinderbohrung 16 angetrieben werden.

Der die Förderleistung des Taumelscheibenkompressors bestimmende Hub der Kolben 23 ist abhängig von der Druckdifferenz zwischen dem in der mit Kältemittel gefüllten Taumelscheibenkammer 17 herrschenden Druck und dem Druck in der Ansaugkammer 21 für das Kältemittel. Zur Variation der Förderleistung muß daher die Druckdifferenz geändert werden, und zwar derart, daß zur Erzielung einer höheren Förderleistung die Druckdifferenz reduziert und zur Erzielung einer geringeren Förderleistung die Druckdifferenz vergrößert wird. Hierzu sind zwei in der Taumelscheibenkammer 17 mündende Verbindungskanäle 36 und 37 vorgesehen, wobei der erste Verbindungskanal 36 die Auslaßkammer 22 mit der Taumelscheibenkammer 17 und der zweite Verbindungskanal 37 die Taumelscheibenkammer 17 mit dem Ansaugkanal 21 verbindet. In jedem Verbindungskanal 36 bzw. 37 ist ein 2/2-Wege-Magnetventil 38 bzw. 39 zum Öffnen und Schließen des Öffnungsquerschnitts des Verbindungskanals 36 bzw. 37 angeordnet. Die mit 40 und 41 schematisch angedeuteten Erregerwicklungen der beiden Magnetventile 38, 39 sind mit einem Regler 42 verbunden. Bei nicht bestromten Erregerwicklungen 40, 41 sind die beiden Magnetventile 38, 39 über Ventilschließfedern 43, 44 geschlossen, so daß die Verbindung zwischen den Kammern 17, 21 und 22 unterbrochen ist. Dem Regler 42 ist der momentane Kolbenhub der Kolben 23 als Regelgröße zugeführt. Der Kolbenhub wird von einem als Istwertaufnehmer fungierenden Hallgenerator 45 erfaßt und als elektrische Ausgangsspannung dem Regler 42 zugeführt. Der Hallgenerator 45 besteht dabei aus einem an einem Kolben 23 befestigten Permanentmagneten 46 und aus einem innerhalb des Verschiebeweges des Kolbens 23 angeordneten Hallelement 48, das vorzugsweise als sog. Hall-IC ausgebildet ist und auf der Außenwand des Zylinderblocks 12 in einer Ausnehmung 47 befestigt ist. Der Permanentmagnet 46 ist an dem Kolben 23 so befestigt, das seine Magnetisierungsrichtung parallel zur Kolbenachse verläuft. Dieser Aufbau des Istwertgebers ermöglicht den Verzicht auf druckdichte elektrische Durchführungen zur Signalabnahme.

Wie in Fig. 1 ebenfalls dargestellt ist, kann alternativ der Permanentmagnet 46′ des Hallgenerators 45′ auch an der Antriebsplatte 31 und das Hallelement 48′ bzw. das Hall-IC auf der Außenwand des Gehäuses 10 in einer Ausnehmung 47′ 10 angeordnet werden. Der Permanentmagnet 46 ist dabei so ausgerichtet, daß seine Magnetisierungsachse radial zur Antriebsplatte 31 verläuft. Die Ausgangsspannung des Hallgenerators 45′ ist ein Maß für den momentanen Schwenkwinkel der Antriebsplatte 31 gegenüber dem Antriebselement 32 und damit des momentanen Schwenkwinkels der Taumelscheibe 28. Da dieser Schwenkwinkel den Kolbenhub der Kolben 23 festlegt, ist er damit ein Maß für den Kolbenhub.

An den Regler 42 ist noch eine Führungsgröße (Pfeil 49) gelegt, die z.B. die vorgegebene Temperatur im Kraftfahrzeuginnenraum repräsentiert. Die Differenz zwischen Regelgröße und Führungsgröße ist ein Maß für die erforderliche Förderleistung des Kompressors. Die Führungsgröße kann weitere Parameter berücksichtigen, wie Verdampfungs- und Heißgastemperatur, Drehzahl des Antriebsmotors, Saug- und Verdichtungsdruck.

Die Wirkungsweise des vorstehend beschriebenen Taumelscheibenkompressors im Kältemittelkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage ist wie folgt:

Wenn die Temperatur im Kraftfahrzeuginnenraum und damit die erforderliche Kühlleistung der Klimaanlage hoch ist, wird dem Regler 42 eine hohe Raumtemperatur bzw. eine hohe Förderleistung bzw. ein großer Kolbenhub in Form einer die Führungsgröße darstellenden elektrischen Spannung signalisiert. Ist der Momentanwert des Kolbenhubs kleiner als es der erforderlichen Förderleistung entspricht, wird das zweite Magnetventil 39 erregt, dieses öffnet und verbindet über den zweiten Verbindungskanal 37 die Taumelscheibenkammer 17 mit der Ansaugkammer 21. Dadurch sinkt der Druck in der Taumelscheibenkammer 17, und damit nimmt die Druckdifferenz zwischen Taumelscheibenkammer 17 und Ansaugkammer 21 ab. Der Kolbenhub nimmt zu und damit die Förderleistung des Kompressors. Ist die vorgegebene Förderleistung erreicht, so fällt die Ansteuerung des zweiten Magnetventils 39 weg und der zweite Verbindungskanal 37 ist wieder geschlossen.

Sinkt die Temperatur im Kraftfahrzeuginnenraum und wird damit der Förderleistungsbedarf kleiner, so steuert der Regler 42 infolge der mit umgekehrtem Vorzeichen bestehenden Differenz zwischen Regelgröße und Führungsgröße das erste Magnetventil 38 an. Dieses öffnet und verbindet über den ersten Verbindungskanal 36 die Auslaßkammer 22 mit der Taumelscheibenkammer 17. Infolge des hohen Drucks in der Auslaßkammer 22 steigt damit der Druck in der Taumelscheibenkammer 17, was einen Anstieg der Druckdifferenz zwischen Taumelscheibenkammer 17 und Ansaugkammer 21 und damit eine Reduzierung des Kolbenhubs zur Folge hat. Mit kleinerem Kolbenhub sinkt die Förderleistung des Kompressors.

Das dem Momentanwert des Kolbenhubs proportionale Ausgangssignal U _H des Hallgenerators 45 bzw. 45′, das dem Regler 42 als Regelgröße zugeführt wird, ist in Fig. 2 über den Umdrehungswinkel α der Antriebswelle 14 für minimale und maximale Förderleistung dargestellt. Zwischen diesen beiden Extremwerten kann der Kompressor jede beliebige Förderleistung liefern, was zu unterschiedlicher Größe der Ausgangsspannung U _H führt. Die Förderleistung kann durch eine Auswerteelektronik gesteuert werden, die gleichzeitig einen möglichen Schlupf zwischen Antriebsmotor und Kompressor erkennt. Gegenüber den bisherigen Saugdruckreglern ist neben der Regelung noch eine Steuerung möglich.

Claims

1. Taumelscheibenkompressor mit variabler Förderleistung, insbesondere für den Kältemittelkreislauf einer Fahrzeug-Klimaanlage, mit einer Ansaugkammer für ein Kältemittel vor dessen Kompression und einer Auslaßkammer für das Kältemittel nach dessen Kompression, mit mehreren, längs eines zu einer Antriebswelle koaxialen Teilungskreises äquidistant und achsparallel angeordneten Zylinderbohrungen, mit jeweils in einer der Zylinderbohrungen hin- und herbeweglichen Kolben, die jeweils eine über ein Einlaßventil mit der Ansaugkammer und über ein Auslaßventil mit der Auslaßkammer in Verbindung stehende Kompressionskammer begrenzen, mit einer kältemittelgefüllten Taumelscheibenkammer, welche die Zylinderbohrungen auf der von den Kompressionskammern abgekehrten Kolbenseite überdeckt und eine mittels der Antriebswelle in eine Taumelbewegung versetzbare Taumelscheibe enthält, die über Koppelelemente mit den Kolben zu deren axialem Antrieb verbunden ist, mit einem ersten Verbindungskanal von der Auslaßkammer zu der Taumelscheibenkammer und einem zweiten Verbindungskanal von der Taumelscheibenkammer zu der Ansaugkammer und mit in den Verbindungskanälen angeordneten Ventileinrichtungen, die zur Steuerung des in der Taumelscheibenkammer herrschenden Kältemitteldrucks definiert geöffnet oder geschlossen werden, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventileinrichtungen als 2/2-Wege-Magnetventile (38, 39) ausgebildet sind, deren Öffnen und Schließen mittels eines Reglers (42) steuerbar ist, und daß dem Regler (42) der Kolbenhub oder die Größe des Schwenkwinkels der Taumelscheibe (28) als Regelgröße zugeführt ist.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Regelgröße mittels eines zweiteiligen Istwertaufnehmers erfaßt wird, der als Hallgenerator (45; 45′) ausgebildet ist, und zwei galvanisch getrennte Funktionselemente aufweist, von denen eines außen auf und eines in der Taumelscheibenkammer (17) angeordnet ist.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hallgenerator (45) als ein Funktionselement einen an einem Kolben (23) befestigten Permanentmagneten (46) mit in Hubrichtung ausgerichteter Magnetachse und als anderes Funktionselement ein auf der Bohrungswand der diesem Kolben (23) zugeordneten Zylinderbohrung (16) angeordnetes Hallelement (48), vorzugsweise Hall-IC, aufweist.

4. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Taumelscheibe (28) gegen Drehung gesichert ist und sich auf einer kippbaren Antriebsplatte (31) abrollt, die drehfest mit der Antriebswelle (14) verbunden ist und bei deren Drehbewegung eine Drehpendelbewegung ausführt, und daß der Hallgenerator (45′) als ein Funktionselement einen an der Antriebsplatte (31) befestigten Permanentmagenten (46′) mit in Radialrichtung der Antriebsplatte (31) ausgerichteter Magnetachse und als anderes Funktionselement ein in der Wand der Taumelscheibenkammer (17) angeordnetes Hallelement (48′), vorzugsweise Hall-IC, aufweist.