DE4230407A1 - Verstellkompressor der taumelscheiben-bauart - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf Verstellkompressoren der Taumelscheiben-Bauart, d. h. auf Kompressoren mit veränder­ licher Fördermenge der Taumelscheiben-Bauart, zur Anwendung in Fahrzeugen und Kühlsystemen. Vor allem bezieht sich die Erfindung auf einen Kompressor, bei dem der Kurbelkammer­ druck geregelt wird. Ein Mengenregelventil ändert die Nei­ gung der Taumelscheibe mit Bezug auf den Unterschied zwischen den Drücken in einem Kompressionsraum und der Kurbelkammer, so daß die Förder- oder Ausstoßmenge dadurch geregelt wird.

Bei herkömmlichen Kompressoren dieser Art, wie sie z. B. in den ungeprüften JP-Patent-Veröffentlichungen Nr. 60-1 75 783 und Nr. 63-16 177 beschrieben sind, entweicht ein Leckgas von einem Kompressionsraum durch einen seitlichen Spielraum oder Spalt zwischen der Außenfläche eines Kolbens und der Innen­ wand einer Zylinderbohrung während des Kompressionsvorgangs in eine Kurbelkammer. Der Gasdruck in der Kurbelkammer wird geregelt, indem das Leckgas zu einer Ansaugkammer mit dem Regelventilmechanismus ausgebracht wird. Durch Regeln des Gasdrucks besteht die Möglichkeit, die Neigung der Taumel­ scheibe oder die Fördermenge des Kompressors in veränderli­ cher Weise zu regulieren.

Die oben erwähnte Zufuhr des Leckgases von dem Kompressions­ raum in die Kurbelkammer ist nicht stabil, und zwar vor allem, wenn der Ausstoßdruck niedrig ist. Das Leckgas allein erzeugt eine unzureichende Menge in der Kühlmittelzufuhr zur Kurbel­ kammer. Es ist deshalb nicht möglich, unverzüglich die Nei­ gung der Taumelscheibe zu regulieren, was die geeignete ver­ änderliche Regelung der Fördermenge hindern kann. Im Bestre­ ben, diesen Nachteil zu beseitigen, ist vorgeschlagen worden, einen Kältemittel-Zufuhrkanal vorzusehen, der die Ausstoß­ kammer des Kompressors und die Kurbelkammer verbindet, und im Verlauf dieses Kanals eine Verengung oder Drosselstelle anzuordnen, um ausgestoßenes Gas in Übereinstimmung mit der beschränkten Menge in die Kurbelkammer einzuführen, so daß dadurch ein Ausgleich für die unzureichende Menge in der Kühl­ mittelzufuhr durch das Leckgas geschaffen wird.

Wenn jedoch der Kältemittel-Zufuhrkanal mit der Verengung oder Drosselstelle vorgesehen wird, so steigen, wie in der beigefügten Fig. 11 gezeigt ist, die durch den Kältemittel- Zufuhrkanal zugeführte Kältemittelmenge (angegeben durch eine Kurve E3) und die durch das Leckgas zugeführte Kälte­ mittelmenge (angegeben durch eine Kurve E4) mit einer Erhö­ hung im Ausstoßdruck Pd an. Wenn der Ausstoßdruck Pd besonders hoch ist, so wird die Summe der beiden Mengen der Kältemit­ telzufuhr (angegeben durch die Kurve E3+4) erheblich groß.

Ein derartiger Verstellkompressor der Taumelscheiben-Bauart wird häufig als ein Kompressor für Kältemittelgas verwen­ det, das einen Kühlkreislauf in einer Kühlanlage bildet. Wenn der Ausstoßdruck Pd hoch ist, wird das Ausstoßgas, das über den geforderten Pegel hinausgeht, von der Ausstoßkammer durch die im Kältemittel-Zufuhrkanal angeordnete Verengung oder Drosselstelle, die Kurbelkammer und den Mengenregel­ ventilmechanismus zur Ansaugkammer zurückgeführt. Als Ergeb­ nis dessen sinkt der Anteil an dem Kühlkreislaufsystem der Kühlanlage von der Ausstoßkammer zuzuführendem Kältemittel­ gas ab. Dadurch erhebt sich ein neues Problem, und zwar das einer geringeren Kühlleistung oder -wirkung.

Es ist deshalb die primäre Aufgabe der vorliegenden Erfin­ dung, einen Verstellkompressor der Taumelscheiben-Bauart zu schaffen, der störungsfrei und stetig eine veränderliche Re­ gelung des Ausstoßvolumens oder der Fördermenge bewirken kann und leistungsfähig das komprimierte Gas ohne eine Beeinflus­ sung oder Beeinträchtigung durch eine Änderung im Aus­ stoßdruck des Kompressors liefern kann.

Um diese Aufgabe zu lösen, umfaßt der Verstellkompressor der Taumelscheiben-Bauart gemäß dieser Erfindung eine Ansaug­ kammer sowie eine Ausstoßkammer für ein Kühl- oder Kältemit­ telgas, eine Mehrzahl von in jeweiligen Zylinderbohrungen hin- und hergehenden Kolben sowie eine in einer Kurbelkammer angeordnete Taumelscheibe. Die Kolben sind antriebsseitig mit der Taumelscheibe gekoppelt. Bei der Hin- und Herbewe­ gung eines jeden Kolbens wird das Kühlgas von der Ansaugkam­ mer her angesaugt und in der zugeordneten Zylinderbohrung komprimiert.

Das Kühlgas wird dann in die Ausstoßkammer gefördert. Die Neigung der Taumelscheibe wird als eine Funktion oder in Ab­ hängigkeit von der Differenz zwischen dem Druck im Kompres­ sionsraum innerhalb der Zylinderbohrung und dem Druck in der Kurbelkammer verändert, um variabel die Fördermenge an Kühl­ gas zu regeln.

Im Verlauf eines Kältemittel-Zufuhrkanals, der die Ausstoß­ kammer mit der Kurbelkammer verbindet, ist ein Durchsatzmen­ gen-Regelventilmechanismus vorgesehen, welcher mit einem Aus­ stoßdruckraum versehen ist, der sich im Verlauf des Kältemit­ tel-Zufuhrkanals auf der Seite der Ausstoßkammer befindet. Im Verlauf dieses Kältemittel-Zufuhrkanals ist auf der Sei­ te der Kurbelkammer eine Zwischenkammer angeordnet. Zwischen der Ausstoßkammer und der Zwischenkammer ist eine Ventil­ öffnung vorhanden, so daß die beiden Kammern miteinander in Verbindung kommen können.

In der Zwischenkammer ist ein auf Druck ansprechendes Element (ein druckempfindliches Bauteil) angeordnet, um die Zwischen­ kammer in einen ersten sowie einen zweiten drucksensitiven Raum zu unterteilen. Der erste drucksensitive Raum steht über die Ventilöffnung mit dem Ausstoßdruckraum in Verbin­ dung. Der zweite drucksensitive Raum hat entweder mit der Kurbelkammer oder der Ansaugkammer Verbindung.

Das druckempfindliche Element ist in Abhängigkeit von einem Unterschied zwischen den Drücken im ersten sowie zwei­ ten drucksensitiven Raum verlagerbar. Eine Verengung oder Drosselung ermöglicht eine Verbindung zwischen dem ersten drucksensitiven Raum und der Kurbelkammer. Ein an das druck­ empfindliche Element gekoppelter Ventilkörper ist synchron mit der Tätigkeit oder Funktion des druckempfindlichen Ele­ ments verlagerbar und ändert entsprechend der Verlagerung die Größe des Öffnungsquerschnitts der Ventilöffnung. Ein Rückstellelement führt den Ventilkörper und das druckempfindli­ che Element zu Positionen zurück, in welchen die Ventilöff­ nung durch den Ventilkörper freigegeben oder geöffnet ist, wenn der Druck in der Ausstoßkammer nahezu zu Null wird.

Die Aufgabe und weitere Ziele sowie die Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden, auf die Zeichnungen Bezug nehmenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsfor­ men eines Verstellkompressors deutlich. Es zeigen

Fig. 1 einen Axialschnitt eines Taumelscheiben-Verstellkom­ pressors in einer ersten erfindungsgemäßen Ausfüh­ rungsform;

Fig. 2 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Durchsatz­ mengen-Regelventilmechanismus zur Verwendung in dem in Fig. 1 dargestellten Kompressor;

Fig. 3 ein Diagramm zur Beziehung zwischen dem Ausstoßdruck des Kompressors von Fig. 1 und dem Druckunterschied in einem Innen- sowie Außenraum eines in dem Regel­ ventilmechanismus von Fig. 2 verwendeten Faltenbalgs;

Fig. 4 ein Diagramm zur Beziehung zwischen der Durchsatzmen­ ge an einer Drosselstelle des Kompressors von Fig. 1 und dem Druckunterschied in dem Innen- sowie Außen­ raum des Faltenbalgs von Fig. 3;

Fig. 5 ein Diagramm zur Beziehung zwischen dem Ausstoßdruck des Kompressors von Fig. 1 und der der Kurbelkammer zugeführten Kältemittelmenge;

Fig. 6 eine vergrößerte Schnittdarstellung eines Durchsatz­ mengen-Regelventilmechanismus zur Verwendung in einem Kompressor nach einer zweiten erfindungsgemäßen Ausführungsform;

Fig. 7 einen vergrößerten Querschnitt eines Durchsatzmengen- Regelventilmechanismus zur Verwendung in einem Kom­ pressor einer dritten erfindungsgemäßen Ausführungs­ form;

Fig. 8 Kurven zur Darstellung der Beziehung zwischen dem Ausstoßdruck des Kompressors in der dritten Ausfüh­ rungsform sowie der der Kurbelkammer zugeführten Kältemittelmenge und zur Beziehung zwischen der Durchsatzmenge an einer Verengung sowie dem Druck­ unterschied im Innen- und Außenraum des Faltenbalgs;

Fig. 9(a) bis 9(d) Teil-Querschnitte von Kompressoren im Bereich des Durchsatzmengen-Regelventilmechanismus in verschiedenen Abwandlungen gemäß der Erfindung;

Fig. 10 eine Schnittdarstellung eines Durchsatzmengen- Regelventilmechanismus für einen Kompressor in einer weiteren Abwandlung gemäß der Erfindung;

Fig. 11 ein Diagramm zur Beziehung zwischen dem Ausstoß­ druck in einem herkömmlichen Kompressor und der der Kurbelkammer zugeführten Kältemittelmenge.

Die erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Taumel­ scheiben-Verstellkompressors wird unter Bezugnahme auf die Fig. 1-5 beschrieben.

Gemäß Fig. 1 ist ein vorderes Gehäuseteil 2 mit der einen Stirnseite eines Zylinderblocks 1 verbunden, während unter Zwischenfügung einer Ventilplatte 4 ein hinteres Gehäuseteil 3 mit der anderen Stirnseite des Zylinderblocks 1 verbunden ist. In einer im vorderen Gehäuseteil 2 befindlichen Kurbel­ kammer ist eine durch Radiallager 7A und 7B gelagerte An­ triebswelle 6 angeordnet.

Rund um das Radiallager 7B sind im Zylinderblock 1 mehrere Zylinderbohrungen ausgestaltet, von denen nur eine darge­ stellt ist. Jede Zylinderbohrung 8 steht mit der Kurbelkam­ mer 5 in Verbindung, und in jede Zylinderbohrung 8 ist ein Kolben 9 eingesetzt, wobei zwischen jedem Kolben 9 und der Ventilplatte 4 ein Kompressionsraum 10 abgegrenzt wird.

Mit der Antriebswelle 6 ist eine von dieser in der Kurbel­ kammer 5 gehaltene Mitnehmerplatte 11 synchron drehbar. Auf der Antriebswelle 6 wird eine Hülse 12 verschiebbar gehalten, und eine Feder 13 ist zwischen der Mitnehmerplatte 11 sowie der Hülse 12 angeordnet.

An der Hülse 12 ist über ein Paar von Zapfen 14 eine Dreh­ platte 15 verschwenkbar gelagert. Diese Drehplatte 15 ist ringförmig gestaltet und umgibt die Antriebswelle 6, wobei von einem Teil der Drehplatte 15 ein Stützarm 15a vorragt. Von der Mitnehmerplatte 11 steht ein Lagerarm 11a vor, in welchem ein Langloch 16 ausgebildet ist. Am freien Ende des Stützarms 15a ist ein Führungsstift 17 angebracht, der in das Langloch 16 eingesetzt ist. Aufgrund des Eingriffs des Führungsstifts 17 in das Langloch 16 des Lagerarms 11a dreht die Drehplatte 15 zusammen mit der Antriebswelle 6 und der Mitnehmerplatte 11.

Wenn die Drehplatte 15 hin- und herschwenkt, gleitet die Hülse 12 auf der Antriebswelle 6 vor und zurück. Die Gleit­ bewegung der Hülse 12 in Richtung zum Radiallager 7a hin wird begrenzt, wenn die Feder 13, wie in Fig. 1 gezeigt ist, am stärksten zusammengedrückt ist. An der Mitnehmerplatte 11 ist eine schräge Berührungsfläche 11b ausgebildet, die, wenn die Drehplatte 15 gegen die Berührungsfläche 11b zur Anlage kommt, die Schräglage der Drehplatte in ihrer am stärksten geneigten Lage begrenzt.

An der Drehplatte 15 ist über ein Drucklager 19 eine Tau­ melscheibe 18 montiert. Gleich der Drehplatte 15 ist auch die Taumelscheibe 18 ringförmig gestaltet, und sie umschließt die Antriebswelle 6. Die Taumelscheibe 18 ist funktionell über mehrere Pleuelstangen 20 mit den einzelnen Kolben 9 ge­ koppelt. In Verknüpfung mit der Drehung der Antriebswelle 6 und der Drehung der geneigten Drehplatte 15 schwenkt die Taumelscheibe 18 vor und zurück, wobei ihre Drehung durch eine (nicht dargestellte) Drehsperrstange unterbunden wird. In Übereinstimmung mit diesem Schwenkvorgang geht jeder Kol­ ben 9 in seiner zugeordneten Zylinderbohrung 8 hin und her.

Im hinteren Gehäuseteil 3 sind eine durch eine Trennwand 21 voneinander getrennte Ansaugkammer 22 und Ausstoßkammer 23 ausgebildet. Die Ventilplatte 4 ist mit einer Ansaugöffnung 24 sowie einer Ausstoßöffnung 25 in Verbindung mit jeder Zy­ linderbohrung 8 versehen. Jeder Kompressionsraum 10 steht über die Ansaugöffnung 24 bzw. die Ausstoßöffnung 25 mit der Ansaugkammer 22 bzw. der Ausstoßkammer 23 in Verbindung. Ein Ansaugventil 26 und ein Ausstoßventil 27 sind jeweils in jeder Ansaugöffnung 24 bzw. jeder Ausstoßöffnung 25 vor­ handen.

Während des Ansaugtaktes des Kolbens 9 wird die Ansaugöff­ nung 24 durch das Ansaugventil 26 geöffnet, während die Aus­ stoßöffnung 25 durch das Ausstoßventil 27 verschlossen wird. Im Ausstoßtakt des Kolbens 9 wird die Ansaugöffnung 24 durch das Ansaugventil 26 verschlossen, während die Ausstoßöffnung 25 durch das Ausstoßventil 27 freigegeben wird. Die Ansaug­ kammer 22 und die Ausstoßkammer 23 sind jeweils mit einem Einlaß 28 und einem Auslaß 29 versehen, durch welche der Kompressor dieser Ausführungsform beispielsweise mit einem (nicht dargestellten) Kühlkreislauf einer Kältemittelanlage in Verbindung steht.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, ist der Zylinderblock 1 mit einem Aufnahmeraum 30 ausgestattet, während die Ventilplatte 4 mit einer Verbindungsöffnung 31 versehen ist, so daß der Aufnahme­ raum 30 mit der Ansaugkammer 22 in Verbindung kommen kann. Ein Verbindungsstück 32 ist mittels eines Abdichtringes 33 in die Wand des Aufnahmeraumes 30 auf der Seite der Kurbelkam­ mer 5 eingesetzt. Das Verbindungsstück 32 wird von einer Durchgangsbohrung 34 durchsetzt, wodurch der Aufnahmeraum 30 mit der Kurbelkammer 5 verbunden werden kann. Ein Basis­ teil 35 ist auf der Seite der Ventilplatte 4 an der Wand des Aufnahmeraumes 30 befestigt, und dieses Basisteil 35 ist mit einer Mehrzahl von Durchgangslöchern 36 ausgestattet.

Am Basisteil 35 ist ein Faltenbalg 37 befestigt. Gas mit einem vorbestimmten Druck ist in diesem Faltenbalg 37 einge­ schlossen, so daß sich der Faltenbalg 37 in Abhängigkeit vom Druckunterschied im Faltenbalg 37 und im Aufnahmeraum 30 aus­ dehnt sowie zusammenzieht. Am freien Ende des Faltenbalgs 37 ist eine Ventilnadel 38 angebracht, die in Übereinstim­ mung mit der Bewegung des Faltenbalgs 37 mit einem Ventil­ sitz 34a der Durchgangsbohrung 34 in Anlage kommt oder von diesem Sitz 34a gelöst wird. Wenn die Ventilnadel 38 am Ven­ tilsitz 34a anliegt, so ist die Verbindung der Kurbelkammer 5 mit der Ansaugkammer 22 über die Durchgangsbohrung 34, den Aufnahmeraum 30, die Durchgangslöcher 36 sowie die Verbin­ dungsöffnung 31 unterbrochen bzw. im umgekehrten Fall des Abhebens der Ventilnadel 38 vom Ventilsitz 34a geöffnet, um den Druck in der Kurbelkammer 5 zu regeln. Wie sich aus der obigen Beschreibung ergibt, bilden das Verbindungsstück 32, der Faltenbalg 37 und die Ventilnadel 38 einen Mengenregel­ ventilmechanismus 39.

Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt ist, ist ein Durchsatzmen­ gen-Regelventilmechanismus 40 an der Stirnwand des hinteren Gehäuseteils 3 angeordnet. Dieser Regelventilmechanismus 40 ist mit einem Ausstoßdruckraum 41, einer Zwischenkammer 42 und einem Kurbelkammerdruckraum 43, der im folgenden als Kurbeldruckraum der Einfachheit halber bezeichnet wird, aus­ gestattet. Der Ausstoßdruckraum 41 steht über eine Verbin­ dungsöffnung 44 mit der Ausstoßkammer 23 in Verbindung. Der Kurbeldruckraum 43 hat über einen Kanal 45, der sich durch das hintere Gehäuseteil 3 und den Zylinderblock 1 erstreckt, mit der Kurbelkammer 5 Verbindung.

Um eine Verbindung zwischen dem Ausstoßdruckraum 41 und der Zwischenkammer 42 zu ermöglichen, ist eine Ventilöffnung 46 vorgesehen, in welche ein Ventilkörper 47 locker so einge­ setzt ist, daß er in der Auf- und Abwärtsrichtung bewegbar ist. Der Ventilkörper 47 hat einen im Ausstoßdruckraum 41 festgehaltenen Kopf 47a, der mit einem Ventilsitz 46a am obe­ ren Umfang der Ventilöffnung 46 in Anlage kommt oder von die­ sem abgehoben wird. In Übereinstimmung mit dieser Anlage oder diesem Abheben steht der Ausstoßdruckraum 41 entweder mit der Zwischenkammer 42 in Verbindung oder ist er von dieser fluidseitig getrennt.

In der Zwischenkammer 42 ist ein elastischer Faltenbalg 48 gehalten, der als ein auf Druck ansprechendes Element (druckempfindliches Element) und als ein rückstellendes Ele­ ment dient. Die bodenseitige Stirnfläche des Faltenbalgs 48 ist an einer Zwischenwand 49 zwischen dem Kurbeldruckraum 43 und der Zwischenkammer 42 befestigt. Das obere Ende des Faltenbalgs 48 ist mit dem unteren Ende des Ventilkörpers 47 verbunden und von diesem Ventilkörper 47 abgedeckt. Der Faltenbalg 48 trennt die Zwischenkammer 42 in einen Außenraum 42a (erster drucksensitiver Raum), der mit dem Ausstoßdruck­ raum 41 in Verbindung steht, und einen Innenraum 42b (zweiter drucksensitiver Raum), der mit der Kurbelkammer 5 Verbindung hat. Wenn der Kompressor stillsteht und der Ausstoßdruck gleich Null ist, wird der Ventilkörper 47 in einer Position gehalten, die den Durchlaßquerschnitt der Ventilöffnung 46 maximiert, wie in Fig. 2 gezeigt ist, wobei dieses Offenhal­ ten durch die elastische Kraft des Faltenbalgs 48 bewirkt wird.

Die Zwischenwand 49 wird von einer Durchgangsbohrung 50 sowie einer Verengung oder Drosselbohrung 51 durchsetzt. Mittels der Durchgangsbohrung 50 kann der Innenraum 42b mit dem Kur­ beldruckraum 43 in Verbindung kommen, während durch die Dros­ selbohrung 51 der Außenraum 42a mit dem Kurbeldruckraum 43 verbunden werden kann. Die Durchgangsbohrung 50 bewirkt folg­ lich, daß das in der Kurbelkammer 5 vorhandene Kühlgas in den Innenraum 42b eintritt. Die Drosselbohrung 51 regelt die Durchsatzmenge des in den Außenraum 42a strömenden kompri­ mierten Kühlgases, wenn das Kühlgas über den Kurbeldruckraum 43 und den Kanal 45 zur Kurbelkammer 5 geführt wird.

Gemäß der ersten Ausführungsform bilden die Verbindungsöff­ nung 44, der Ausstoßdruckraum 41, die Ventilöffnung 46, der Innenraum 42a, die Drosselbohrung 51, der Kurbeldruckraum 43 und der Kanal 45 einen Kältemittel-Zufuhrkanal R, der von der Ausstoßkammer 23 zur Kurbelkammer 5 verläuft.

Der Durchsatzmengen-Regelventilmechanismus 40 der ersten Aus­ führungsform hat die durch die Diagramme der Fig. 3 bis 5 spezifizierten Kennwerte. In den Diagrammen stellt Pd den Druck in der Ausstoßkammer 23 (den Ausstoßdruck) dar, ist Ps der Druck in der Ansaugkammer 22 (der Ansaugdruck), gibt Pc den Druck in der Kurbelkammer 5 (den Kurbelkammer­ druck) an und stellt Pw den Druck in dem Außenraum 42a (den Zwischenkammerdruck) dar.

Die Differenz zwischen dem Zwischenkammerdruck Pw und dem Kurbelkammerdruck Pc, d. h. ΔP (ΔP = Pw - Pc), steigt an, wenn sich der Ausstoßdruck Pd in einem Bereich von Null bis zu einem vorbestimmten Ausstoßdruck Pds befindet, und sie wird maximal, wenn Pd zu Pds wird, wie in Fig. 3 gezeigt ist. Dieser vorbestimmte Ausstoßdruck Pds wird im voraus in einer solchen Weise bestimmt, um in geeigneter Weise den Zeitpunkt, an welchem das Öffnen der Ventilöffnung 46 durch die Tätig­ keit des Ventilkörpers 47 beginnt, enger eingegrenzt festzu­ setzen, und zwar in Abhängigkeit von der elastischen Kraft des Faltenbalgs 48. Das heißt mit anderen Worten, daß die elastische Kraft des Faltenbalgs 48 so bestimmt wird, daß die maximale Differenz ΔPmax auf den geeigneten Wert fest­ gesetzt wird. Wenn der Ausstoßdruck Pd in einem Bereich vom vorbestimmten Ausstoßdruck Pds bis zum kritischen Ausstoß­ druck PdO (der Druck zu der Zeit, da die Ventilöffnung 46 geschlossen wird) liegt, vermindert sich die Differenz ΔP linear mit einem Anstieg im Ausstoßdruck Pd aus dem folgen­ den Grund. Steigt der Ausstoßdruck Pd an, so wird der Zwi­ schenkammerdruck Pw größer. Der erhöhte Zwischenkammerdruck wirkt auf den Faltenbalg 48 und den Ventilkörper 47, um den Öffnungsquerschnitt der Ventilöffnung 46 zu vermindern. Wenn die Ventilöffnung 46 kleiner gemacht wird, vermindert sich die vom Ausstoßdruckraum 41 dem Außenraum 42a zugeführ­ te Kältemittelmenge, wodurch die Menge an durch die Dros­ selbohrung 51 abgeführtem Kältemittel kleiner wird. Wenn der Ausstoßdruck Pd stabil ist, so wird deshalb der Öffnungs­ grad der Ventilöffnung 46 mittels des Ventilkörpers 47 in Abhängigkeit vom Unterschied zwischen dem Zwischenkammerdruck Pw und dem Kurbelkammerdruck Pc geregelt, um die Druckdiffe­ renz ΔP nahezu konstant zu halten.

Wird der Ausstoßdruck Pd gleich dem oder größer als der kri­ tische Ausstoßdruck PdO, so kommt der Ventilkörper 47 zum Anliegen am Ventilsitz 46a, um die Ventilöffnung 46 gänzlich abzusperren. Als Ergebnis dessen wird die Differenz ΔP zwi­ schen dem Zwischenkammerdruck Pw und dem Kurbelkammerdruck Pc zu Null.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, haben die Durchsatzmenge q des durch die Drosselbohrung 41 tretenden Kühlmittels und die obige Druckdifferenz ΔP eine solche proportionale Beziehung, daß bei einem Anstieg der Druckdifferenz ΔP die gedrosselte Durchsatzmenge q linear ansteigt. Es sei angenommen, daß ΔP1 und ΔP2 die Druckdifferenzen sind, die den Ausstoßdrücken Pd1 sowie Pd2 entsprechen, und daß q1 sowie q2 die gedros­ selten Durchsatzmengen sind, die Pd1 sowie Pd2 in Fig. 3 und 4 entsprechen, so gilt dann die Beziehung q1 < q2, wenn Pd2 < Pd1 ist. Solange der Ausstoßdruck Pd in dem Bereich vom vorbestimmten Ausstoßdruck Pds bis zum kritischen Ausstoß­ druck PdO liegt, ist, je höher der Ausstoßdruck Pd ist, die gedrosselte Durchsatzmenge q kleiner oder wird die Menge an der Kurbelkammer zugeführtem Kühlmittel geringer.

Das bedeutet, daß die der Kurbelkammer 5 über den Durchsatz­ mengen-Regelventilmechanismus 40 zugeführte Kühlmittelmenge im Verhältnis zu einem Anstieg im Ausstoßdruck Pd größer wird, wenn Pd im Bereich zwischen Null und dem vorbestimmten Aus­ stoßdruck Pds liegt, wie durch eine Kurve E1 in Fig. 5 ange­ geben ist. Liegt der Ausstoßdruck Pd im Bereich vom vorbe­ stimmten Ausstoßdruck Pds bis zum kritischen Ausstoßdruck PdO, so nimmt die zugeführte Kühlmittelmenge linear ab. Wenn Pd gleich PdO ist oder darüber hinausgeht, wird die Kühlmittelzufuhr zur Kurbelkammer 5 unterbrochen. Die Menge des zur Kurbelkammer 5 durchsickernden Leckgases steigt mit einem Anstieg im Ausstoßdruck Pd einfach an, wie durch eine Kurve E2 in Fig. 5 angegeben ist. Wie des weiteren die Kur­ ve E1+2 in Fig. 5 zeigt, wird zwischen q1 und q2 die Summe der Menge an durch den Durchsatzmengen-Regelventilmechanis­ mus 40 zugeführtem Kältemittel und die Menge an durch das Leckgas zugeführtem Kältemittel stabil, solange der Ausstoß­ druck Pd im Bereich vom vorbestimmten Ausstoßdruck Pds bis zum kritischen Ausstoßdruck PdO liegt.

Die proportionale Neigung in der Beziehung zwischen der ge­ drosselten Durchsatzmenge q und der Druckdifferenz ΔP ist eine Funktion des Kurbelkammerdrucks Pc. Wie durch die aus­ gezogene sowie die gestrichelte Linie in Fig. 4 gezeigt ist, wird die proportionale Neigung umso niedriger, je größer der Kurbelkammerdruck Pc (ausgedrückt durch Pc2 < Pc1) ist. Wenn sich der Kurbelkammerdruck Pc ändert, selbst wenn die Druckdif­ ferenz ΔP konstant ist, so ändert sich die gedrosselte Durch­ satzmenge q.

Wie aus der Fig. 5 deutlich wird, wird gemäß der ersten Aus­ führungsform das Kühlgas stabil der Kurbelkammer 5 innerhalb eines vorgegebenen Druckbereichs ohne Rücksicht auf eine Ände­ rung im Ausstoßdruck Pd zugeführt. Im Gegensatz zu herkömmli­ chen Vorrichtungen wird, auch wenn eine Last im Kühlkreis­ lauf niedrig ist und der Ausstoßdruck Pd gering ist, eine ausreichende Menge an Ausstoßgas der Kurbelkammer 5 zugeführt. Es ist auf diese Weise möglich zu verhindern, daß die Regel­ fähigkeit der Ausstoßmenge aufgrund einer unzureichenden Menge an ausgestoßenem Gas schlechter wird oder abfällt. Selbst wenn die Last im Kühlkreislauf und auch der Ausstoß­ druck Pd hoch ist, so wird keine Überförderung an Ausstoß­ gas zur Kurbelkammer 5 auftreten. Dadurch kann verhindert werden, daß die Zufuhrmenge an ausgestoßenem Gas zum Kühl­ kreislauf relativ abnimmt, wodurch ansonsten die Kühllei­ stung herabgesetzt wird.

Wenn bei der ersten Ausführungsform die Antriebswelle 6 mit ihrem Drehen aufhört, wodurch der Ausstoßdruck Pd abfällt, so verlagert die elastische Kraft des Faltenbalgs 48 den Ventilkörper 47 in einer Richtung (aufwärts in Fig. 2), um den Öffnungsgrad der Ventilöffnung 46 zu maximieren. Demzufolge strömt das in der Ausstoßkammer 23 enthaltene komprimierte Gas über den Durchsatzmengen-Regelventilmecha­ nismus in die Kurbelkammer 5, wodurch der Kurbelkammerdruck Pc schnell größer als der Ansaugdruck Ps wird (Ps < Pc). Zu dieser Zeit bewirkt der Druckanstieg zusammen mit der Wirkung der Feder 13, daß die Hülse 12 unverzüglich nach rechts (Fig. 1) gleitet, um sich dem Zylinderblock 1 anzu­ nähern, wodurch die Neigung der Taumelscheibe 18 auf den minimalen Winkel eingestellt wird. Wenn der Kompressor in diesem Zustand in Betrieb geht, wird die Ausstoß- oder För­ dermenge minimal, und dadurch wird die Drehmomentbelastung der Antriebswelle minimiert, so daß der Kompressor störungs­ frei und glatt betrieben werden kann.

Da der Faltenbalg 48 darüber hinaus auch als ein auf Druck ansprechendes Element sowie als ein Rückstellelement bei die­ ser Ausführungsform dient, kann die Anzahl der notwendigen Bauteile vermindert werden, was eine leichtere Montage ge­ währleistet.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 6 wird eine zweite erfindungs­ gemäße Ausführungsform beschrieben.

Bei der in Fig. 6 gezeigten Ausführungsform steht der Innen­ raum 42b mit der Ansaugkammer 22 über einen Kanal 52 in Ver­ bindung, um Kühlgas mit einem Ansaugdruck Ps in den Innen­ raum 42b zu führen. Für den Kompressor kann die Möglichkeit einer Verbindung mit einem (nicht dargestellten) Ansaugrohr einer Kühlanlage über den Kanal 52 vorgesehen werden. Glei­ cherweise kann der Kompressor über den Ausstoßdruckraum 41 mit einer (nicht dargestellten) Ausstoßleitung einer Kühlan­ lage in Verbindung gebracht werden.

Im allgemeinen ändert sich der Ansaugdruck Ps geringer als der lnnendruck der Kurbelkammer 5 (Kurbelkammerdruck Pc). Wenn der Kompressor so konstruiert ist, daß das Kühlgas mit dem Ansaugdruck Ps in den Innenraum 42b eintreten kann, wie das bei der zweiten Ausführungsform der Fall ist, wird die Druckdifferenz ΔP′ zwischen dem Zwischenkammerdruck Pw und dem Ansaugdruck Ps (ΔP′ = Pw - Ps) nahezu konstant. Der Kurbelkammerdruck Pc wird sich nicht zu stark erhöhen, wodurch die Durchsatzmenge des Kühlgases durch die Drossel­ bohrung 51 stabil gemacht wird.

Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 im folgenden erläutert.

Bei der dritten Ausführungsform wird anstelle des oben erwähn­ ten Faltenbalgs 48 ein zylindrischer Steuerkolben 53 mit einem Kopf verwendet, und der Ventilkörper 57 ist mit dem Steuerkolben 53 verbunden, welcher einen Außenraum 42c und einen lnnenraum 42d abgrenzt. Im Innenraum 42d ist eine Schraubenfeder 54 untergebracht, die den Steuerkolben 53 zu­ sammen mit dem Ventilkörper 47 in die Freigabeposition für die Ventilöffnung 46 belastet. Im Kopf des Steuerkolbens 53 ist eine Verengung oder Drosselbohrung 61 ausgebildet, die eine Verbindung des Außenraumes 42c mit dem Innenraum 42d ermöglicht.

Gemäß der dritten Ausführungsform wird die Position des Steuerkolbens 53 in Abhängigkeit von der Druckdifferenz ΔP zwischen dem Zwischenkammerdruck Pw im Außenraum 42c und dem Kurbelkammerdruck Pc im Innenraum 42d geregelt. Das bedeu­ tet, daß, während der Ausstoßdruck Pd sich von Null zum vor­ bestimmten Ausstoßdruck Pds nach Inbetriebnahme des Kompres­ sors erhöht, wie in Fig. 8 gezeigt ist, der Steuerkolben 53 nicht verlagert wird. Insofern steigt die Druckdifferenz ΔP linear an.

Wenn der Ausstoßdruck Pd den vorbestimmten Ausstoßdruck Pds erreicht, kommt die Druckdifferenz ΔP zu ihrem maximalen Wert. Bei einem weiteren Ansteigen des Ausstoßdrucks Pd, wo­ bei der Zwischenkammerdruck Pw entsprechend ansteigt, ver­ schiebt sich der Ventilkörper 47 zusammen mit dem Steuerkol­ ben 53 in einer den Öffnungsgrad der Ventilöffnung 46 ver­ kleinernden Richtung, wobei die Feder 54 zusammengedrückt wird. Als Ergebnis dessen nimmt, wenngleich der Ausstoßdruck Pd über den vorbestimmten Ausstoßdruck Pds hinaus zum kriti­ schen Ausstoßdruck PdO ansteigt, die Druckdifferenz ΔP mit dem Anstieg im Ausstoßdruck Pd ab.

Bei der dritten Ausführungsform wird die auf den Steuerkolben ausgeübte Druckdifferenz durch die folgende Gleichung ausge­ drückt, in welcher S1 die gesamte Querschnittsfläche der Ven­ tilöffnung 46, S2 die Druckaufnahmefläche des Steuerkolbens 53 auf der Seite des Außenraumes 42c und F die elastische Kraft der Feder 54 bezeichnen:

S1(Pd - Pw) + S2(Pw - Pc) = F.

Durch Umschreiben der obigen Gleichung ergibt sich die fol­ gende Gleichung für die Druckdifferenz ΔP (= Pw - Pc), die auf den Steuerkolben 53 einwirkt:

(Pw - Pc) = ΔP = F/S2 - (Pd - Pw)S1/S2,

worin ist:

Pw = (F + S1·Pc)/(S2 - S1) - S1·Pd/(S2 - S1).

Wenn sich die Druckaufnahmefläche S2 des Steuerkolbens auf der Seite des Außenraumes 42c vergrößert, wird die Neigung einer durch eine gestrichelte Linie in Fig. 8 angegebenen Kurve geringer.

Wenn S3 die Querschnittsfläche der Drosselbohrung 61 bezeich­ net, wird die Durchsatzmenge q des Kühlgases aus der folgen­ den Gleichung berechnet:

Damit wird die Durchsatzmenge q des durchtretenden Kühlgases durch eine in Fig. 8 gezeigte Kurve ausgedrückt.

Um das Leckgas aus dem seitlichen Zwischenraum zwischen der Außenwand des Mantels des Steuerkolbens 53 und der Innenwand der Zwischenkammer 42 zu unterdrücken, wird bei dieser Aus­ führungsform der seitliche Zwischenraum für eine leistungs­ fähige Wirkung der Oberflächenspannung (Viskosität) eines im Kühlgas enthaltenen Schmieröls enger gemacht. Zusätzlich wird die Querschnittsfläche S3 der Drosselbohrung 61 ausrei­ chend größer als die Leckfläche des seitlichen Zwischenrau­ mes festgesetzt. Ferner arbeitet der Steuerkolben 53 in einem Bereich, in dem die auf den Steuerkolben 53 wirkende Druck­ differenz ΔP klein ist.

Da die Druckkraft der Feder 54 genauer und angemessener als die elastische Kraft des Faltenbalgs 58 bei der dritten Aus­ führungsform eingestellt werden kann, dürfte es relativ ein­ fach sein, den Zeitpunkt, an dem das Öffnen der Ventilöffnung 46 durch den Ventilkörper 47 beginnt, stärker eingegrenzt festzusetzen. Das erleichtert die allgemeine Konstruktion des Durchsatzmengen-Regelventilmechanismus 40 und trägt zu einer Kostensenkung des Kompressors bei. Es ist darauf hinzuweisen, daß die anderen baulichen Ausgestaltungen, Funktionen und Vorteile der dritten Ausführungsform zu den­ jenigen der ersten Ausführungsform gleichartig sind.

Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschrie­ benen Ausführungsformen beschränkt, sondern kann in der fol­ genden Weise abgewandelt werden.

1) Wie in Fig. 9(a) gezeigt ist, kann, um den seitlichen Zwischenraum weiter zu verengen, die Außenfläche des Mantels des Steuerkolbens 53 mit einer Beschichtung 55 aus Tetra­ fluoräthylen od. dgl. Material versehen werden. In diesem Fall glättet oder vergleichmäßigt die Schmierwirkung des Tetrafluoräthylens die Bewegung des Steuerkolbens 53, um die Hysterese der Durchsatzmenge des Kühlgases aufgrund einer Änderung im Ausstoßdruck zu vermindern.

Alternativ kann ein Ring 56 von rechtwinkligem Querschnitt rund um die Außenfläche des Steuerkolbens 53 herum ange­ bracht werden, wie in Fig. 9(b) gezeigt ist, oder es kann ein O-Ring 57 rund um die Außenfläche des Steuerkolbens 53 vor­ gesehen werden, wie in Fig. 9(c) gezeigt ist, um die Menge an Leckgas durch den seitlichen Zwischenraum hindurch zu un­ terdrücken oder zu verringern. Ferner kann die Drosselboh­ rung 61 des Steuerkolbens 53 weggelassen werden, wobei der seitliche Zwischenraum am Steuerkolben 53 selbst als die Verengung oder zur Drosselung verwendet werden kann, wie in Fig. 9(d) gezeigt ist.

2) Bei den einzelnen beschriebenen Ausführungsformen ist der Ventilkörper 47 am Faltenbalg 48 oder dem Steuerkolben 53 befestigt. Als eine Abwandlung dieser Konstruktion können der Ventilkörper und der Steuerkolben aus getrennten oder eigenen Teilen gebildet werden, wie in Fig. 10 gezeigt ist. Im einzelnen umfaßt hiernach der Ventilkörper 47 eine Ven­ tilkugel 58, eine Halterung 59 und eine Feder 60, wobei die Ventilkugel 58 gegen die Stirnfläche eines Stütz- oder Auflagerschaftes 53a des Steuerkolbens 53 mittels der Hal­ terung 59 durch die Feder 60 gedrückt wird.

3) Wie beschrieben wurde, sind der Faltenbalg 48 oder der Steuerkolben 53 unterhalb des Ventilkörpers 47 angeordnet. Als eine Abwandlung dieser Konstruktion kann die vertikale Anordnung der einzelnen Bauteile 41, 43, 44, 46, 47 und 50, die in Fig. 2 gezeigt ist, umgekehrt werden. In diesem Fall wird der Ventilkörper 47, wenn der Kompressor stillge­ setzt wird, unter der Schwerkraft an einer Position angeord­ net, welche einen maximalen Öffnungsgrad liefert.

Die Erfindung offenbart somit einen Taumelscheiben-Verstell­ kompressor, der eine Ansaugkammer, eine Ausstoßkammer und eine Kurbelkammer umfaßt. Im Verlauf eines Kältemittel-Zu­ fuhrkanals, der die Ausstoß- mit der Kurbelkammer verbindet, ist ein Durchsatzmengen-Regelventilmechanismus angeordnet, der mit einem längs des Kältemittel- Zufuhrkanals auf der Seite der Ausstoßkammer angeordneten Ausstoßdruckraum versehen ist. Längs dieses Kältemittel- Zufuhrkanals ist auf der Seite der Kurbelkammer eine Zwi­ schenkammer angeordnet. Zwischen dem Ausstoßdruckraum und der Zwischenkammer ist eine Ventilöffnung vorhanden, die eine Verbindung dieser beiden Kammern untereinander ermög­ licht. Ein auf Druck ansprechendes Element ist in der Zwi­ schenkammer aufgenommen und teilt diese in einen ersten sowie einen zweiten drucksensitiven Raum, von denen der erste über die Ventilöffnung mit dem Ausstoßdruckraum in Verbindung ist. Der zweite drucksensitive Raum hat entweder mit der Kurbel­ kammer oder der Ansaugkammer Verbindung. In Abhängigkeit von einer Druckdifferenz zwischen dem ersten und dem zweiten drucksensitiven Raum ist das auf Druck ansprechende Element verlagerbar. Eine Verengung ermöglicht eine Verbindung des ersten drucksenisitiven Raumes mit der Kurbelkammer. Mit dem auf Druck ansprechenden Element ist ein Ventilkörper derart gekoppelt, daß er synchron mit einem Arbeiten des auf Druck ansprechenden Elements verlagerbar ist, wobei er entsprechend dieser Verlagerung den Öffnungsgrad der Ventilöffnung regelt. Ein Rückstellorgan führt den Ventilkörper und das auf Druck ansprechende Element zu vorbestimmten Positionen zurück, in welchen die Ventilöffnung durch den Ventilkörper freigegeben wird, wenn der Druck in der Ausstoßkammer nahezu zu Null wird.

Die vorstehend beschriebenen Beispiele und Ausführungsformen sind als erläuternd und nicht beschränkend anzusehen, und die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Einzelheiten begrenzt, sondern kann im Rahmen der Patentansprüche abge­ wandelt werden.

Claims (10)

1. Verstellkompressor der Taumelscheiben-Bauart mit einer Ansaugkammer (22), einer Ausstoßkammer (23) und einer Kurbelkammer (5), gekennzeichnet durch einen Durchsatz­ mengen-Regelventilmechanismus (40), der in einem die Ausstoßkammer (23) mit der Kurbelkammer (5) verbindenden Kältemittel-Zufuhrkanal (R) liegt und umfaßt:

• - einen längs des Kältemittel-Zufuhrkanals auf der Seite der Ausstoßkammer angeordneten Ausstoßdruckraum (41),
• - eine längs des Kältemittel-Zufuhrkanals auf der Seite der Kurbelkammer angeordnete Zwischenkammer (42),
• - eine zwischen dem Ausstoßdruckraum (41) und der Zwi­ schenkammer (42) befindliche Ventilöffnung (46), die eine Verbindung zwischen dem Ausstoßdruckraum und der Zwischen­ kammer ermöglicht,
• - ein in der Zwischenkammer (42) befindliches, auf Druck ansprechendes Element (48, 53), das die Zwischenkammer in einen ersten drucksensitiven Raum (42a, 42c), der über die Ventilöffnung (46) mit dem Ausstoßdruckraum (41) in Verbindung steht, und einen zweiten drucksensi­ tiven Raum (42b, 42d), der mit wenigstens einer Kammer aus Kurbelkammer (5) sowie Ansaugkammer (22) in Verbin­ dung steht, unterteilt und das im Ansprechen auf eine Druckdifferenz zwischen dem ersten sowie zweiten druck­ sensitiven Raum (42a, 42c; 42b, 42d) verlagerbar ist,
• - eine längs des Kältemittel-Zufuhrkanals (R) angeordne­ te Drosselbohrung (51, 61), die eine Verbindung des ersten drucksensitiven Raumes (42a, 42c) mit der Kurbelkammer (5) zuläßt,
• - einen mit dem auf Druck ansprechenden Element (48, 53) verbundenen Ventilkörper (47; 58, 59, 60), der synchron mit der Funktion des auf Druck ansprechenden Elements ver­ lagerbar sowie zu einer Einregelung des Durchlaßquer­ schnitts der Ventilöffnung (46) gemäß dieser Verlagerung imstande ist, und
• - ein Rückstellorgan, das den Ventilkörper sowie das auf Druck ansprechende Element zu vorbestimmten Positionen zurückführt, in denen die Ventilöffnung durch den Ventil­ körper geöffnet ist, wenn ein Druck in der Ausstoßkammer nahezu zu Null wird.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Druck ansprechende Element einen Faltenbalgmecha­ nismus (48), der als das Rückstellorgan dient, umfaßt.

3. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das auf Druck ansprechende Element einen zylindrischen Steuerkolben (53) mit einem Kopf umfaßt und daß der erste sowie zweite drucksensitive Raum (42c, 42d) durch den Kopf und einen Mantel des Steuerkolbens begrenzt sind.

4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Rückstellorgan eine Feder (54), die den Steuerkolben zur Ventilöffnung (46) hin belastet, umfaßt.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Feder (54) innerhalb des Mantels des Steuerkolbens angeordnet ist.

6. Kompressor nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen einer Außenfläche des Mantels des Steuerkolbens (53) und einer Innenwand der Zwischenkam­ mer (42) ein Zwischenraum vorhanden ist, daß der Kopf des Steuerkolbens mit einer diesen durchsetzenden Drosselboh­ rung (61) versehen ist und daß die Drosselbohrung eine gegenüber dem Zwischenraum größere Querschnittsfläche be­ sitzt.

7. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenfläche des Mantels des Steuerkolbens eine Schicht (55) aus Tetrafluoräthylen aufweist.

8. Kompressor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß an der Außenfläche des Mantels des Steuerkolbens (53) ein Ring (56, 57) befestigt ist, der den Zwischenraum zwischen der Innenwand der Zwischenkammer (42) und der Außenfläche des Mantels des Steuerkolbens (53) verkleinert.

9. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper (47) am auf Druck ansprechenden Element (48, 53) befestigt ist.

10. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Ventilkörper einen vom auf Druck ansprechenden Element (53) vorragenden, in die Ventilöffnung (46) eingesetz­ ten Schaft (53a), eine die Ventilöffnung freigebende sowie schließende Ventilkugel (58) und eine die Ventilkugel in Schließrichtung der Ventilöffnung belastende Feder (60) umfaßt.