DE60106176T2

DE60106176T2 - Taumelscheibenverdichter

Info

Publication number: DE60106176T2
Application number: DE60106176T
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Kariya-shi Uneyama; Tetsuhiko Kariya-shi Fukanuma; Hiroshi Kariya-shi Kubo; Hiroaki Kariya-shi Kayukawa
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2000-11-07
Filing date: 2001-11-06
Publication date: 2005-10-20
Anticipated expiration: 2021-11-07
Also published as: KR100450695B1; CN1144948C; US20020085924A1; BR0105192A; US6688852B2; EP1207300A2; JP4385516B2; EP1207300A3; EP1207300B1; CN1353245A; KR20020035740A; JP2002138953A; DE60106176D1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Kolbenverdichter für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs und auf ein Verfahren zur Herstellung des Kolbenverdichters.
Die nicht geprüfte japanische Patentveröffentlichung Nr. 2000–2180 beschreibt einen Taumelscheibenverdichter mit variabler Verdrängung. Der Verdichter umfaßt eine Antriebswelle, auf die die Antriebskraft von einem Motor übertragen wird. Eine Antriebsplatte (Taumelscheibe) ist mit der Antriebswelle verbunden, sodass sich die Antriebsplatte integral um und zur Antriebswelle geneigt dreht. Die Antriebsplatte ist in einer Kurbelkammer angeordnet. Mit der Antriebsplatte sind Kolben verbunden, die in Zylinderbohrungen aufgenommen sind. Die Drehung des Motors wird in eine Hin- und Herbewegung der Kolben durch die Antriebswelle und die Antriebsplatte übertragen. Der Neigungswinkel der Antriebsplatte ändert sich entsprechend der Änderung der Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer und dem Druck in den Zylinderbohrungen. Der Hub der Kolben ändert sich entsprechend dem Neigungswinkel der Antriebsplatte. Die Verdrängung des Verdichters ändert sich entsprechend.
Eine Schraubenfeder begrenzt die axiale Bewegung der Antriebswelle in einem Gehäuse. Die Schraubenfeder drückt die Antriebswelle konstant in der axialen Richtung. Die Begrenzung der Bewegung der Antriebswelle verhindert die Kollision zwischen dem Kopf jedes Kolbens und einer Ventilplatte, wenn die Antriebswelle gleitet.
Um jedoch zuverlässig zu verhindern, dass sich die Antriebswelle axial bewegt, muss die Schraubenfeder eine große Kraft aufbringen. Dies vermindert die Lebensdauer eines Drucklagers, das die Kraft von der Schraubenfeder aufnimmt und der Leistungsverlust des Verdichters nimmt zu. Die Zunahme des Leistungsverlustes des Verdichters verschlechtert den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs (Motor).
Aus diesem Grund weist der z.B. in der japanischen geprüften Gebrauchsmusterveröffentlichung 2-23827 beschriebene Taumelscheibenverdichter mit variabler Verdrängung einen Anschlag auf (Einstellschraube), der gegen das Ende einer Antriebswelle statt der Schraubenfeder anschlägt. Der Anschlag ist in eine Bohrung eingeschraubt, in der das Ende der Antriebswelle aufgenommen ist, um die Bewegung der Antriebswelle zu begrenzen.
Das Gehäuse und die Antriebswelle dehnen sich durch die Wärme aus und ziehen sich zusammen. Der Verformungsbetrag in bezug auf die gleiche Temperaturände rungen unterscheidet sich zwischen dem Gehäuse und der Antriebswelle. Dies liegt an der Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten, der sowohl dem Gehäuse als auch der Antriebswelle eigen ist. Wenn beispielsweise der Betrag der thermischen Zusammenziehung des Gehäuses größer als der der Antriebswelle in bezug auf die gleichen Temperaturänderungen ist, nimmt der Raum zwischen dem Anschlag des Gehäuses und der Antriebswelle in axialer Richtung entsprechend der Abnahme der Umgebungstemperatur ab. Wenn sich das Gehäuse und die Antriebswelle weiter zusammenziehen, nachdem der Raum Null ist, wird die Antriebswelle durch das Gehäuse mit Druck beaufschlagt und das Gehäuse nimmt eine große axiale Last auf.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kolbenverdichter zu schaffen, der verhindert, dass eine Antriebswelle eine Last aufnimmt, die durch die Differenz zwischen dem thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und dem einer Antriebswelle erzeugt wird, und mit dem die Herstellungskosten vermindert werden, und ein Verfahren zur Herstellung des Kolbenverdichters zu schaffen.
Zur Lösung der obigen Aufgabe und gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Kolbenverdichter geschaffen. Der Kolbenverdichter umfaßt ein Gehäuse, eine Antriebswelle, einen Zylinderblock, eine Ventilplatte, eine Vielzahl von Einkopfzylindern, eine Antriebsplatte, einen Steuermechanismus, ein Berührungsteil, einen ersten Anschlag und einen zweiten Anschlag. Das Gehäu se bildet eine Kurbelkammer. Die Antriebswelle erstreckt sich durch die Kurbelkammer und wird drehbar vor dem Gehäuse gelagert. Der Zylinderblock bildet einen Teil des Gehäuses und weist eine Vielzahl von darin ausgebildeten Zylinderbohrungen auf. Die Ventilplatte weist eine Ansaugöffnung, ein Ansaugventil, eine Auslaßöffnung und ein Auslaßventil entsprechend jeder Zylinderbohrung auf. Die Ventilplatte ist an dem Gehäuse zum Verschließen der Zylinderbohrungen angeordnet. Jeder Einkopfzylinder wird hin- und herbewegbar in einer der Zylinderbohrungen aufgenommen. Die Antriebsplatte ist in der Kurbelkammer angeordnet und arbeitsmäßig mit den Kolben zur Umwandlung der Drehung der Antriebswelle in die Hin- und Herbewegung der Kolben angeordnet. Der Steuerungsmechanismus steuert den Neigungswinkel der Antriebsplatte durch Steuern des Drucks in der Kurbelkammer zur Änderung des Hubs der Kolben. Das Berührungsteil wird plastisch verformt und mittels Presssitz auf der Antriebswelle angeordnet. Der erste Anschlag ist in dem Gehäuse angeordnet und begrenzt die axiale Bewegung der Antriebswelle. Der erste Anschlag begrenzt die Bewegung der Antriebswelle in Richtung von der Ventilplatte weg. Der zweite Anschlag ist in der Ventilplatte angeordnet. Der zweite Anschlag begrenzt die Bewegung der Antriebswelle in Richtung der Ventilplatte durch den Anschlag mit dem Berührungsteil. Nachdem das Berührungsteil an der Antriebswelle angebracht ist, ist die axiale Last, die zur Änderung der Position des Berührungsteils erforderlich ist, größer als die maximale auf die Antriebswelle infolge der Zunahme des Drucks in der Kurbelkammer aufgebrachte Last, und geringer als die auf das Berührungsteil mittels des zweiten Anschlags entspre chend der Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Antriebswelle aufgebrachte Last.
Weitere Aspekte und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung darstellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung wird zusammen mit ihren Zielen und Vorteilen am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung von gegenwärtig bevorzugten Ausführungsbeispielen zusammen mit den beigefügten Zeichnungen deutlich. Es zeigen
1 eine Schnittansicht zur Darstellung eines Verdichters gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
2 eine perspektivische Ansicht zur Darstellung eines in dem Verdichter von 1 vorgesehenen Berührungsteils;
3(a) eine vergrößere Ansicht des auf das hintere Ende einer Antriebswelle aufgesetzten Berührungsteils; und
3(b) eine vergrößerte Teilansicht des Berührungsteils von 3(a), wenn eine Ventilplatte angebracht ist.
GENAUE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORM
Ein Kolbenverdichter mit variabler Verdrängung für eine Klimaanlage eines Fahrzeugs gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird im Folgenden unter Bezugnahme auf die 1 bis 3(b) beschrieben.
Wie in 1 dargestellt, ist ein vorderes Gehäuse 11 an dem vorderen Ende eines Zylinderblocks 12 angeordnet. Ein hinteres Gehäuse 13 ist an dem hinteren Ende des Zylinderblocks 12 angebracht. Eine Ventilplatte 14 ist zwischen dem hinteren Gehäuse 13 und dem Zylinderblock 12 angeordnet. Das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 12 und das hintere Gehäuse 13 sind mittels Schraubenbolzen befestigt (nicht dargestellt). Bei dieser Ausführungsform bilden das vordere Gehäuse 11, der Zylinderblock 12, das hintere Gehäuse 13 und die Ventilplatte 14 ein Gehäuse des Verdichters. Jedes Teil (11, 12, 13 und 14) des Gehäuses besteht zur Verminderung des Gewichts aus einer Aluminiumlegierung. Die linke Seite in 1 wird als das vordere Ende des Verdichters und die rechte Seite von 1 als das hintere Ende des Verdichters bezeichnet.
Die Ventilplatte 14 umfaßt eine Hauptplatte 14a, eine erste Unterplatte 14b, eine zweite Unterplatte 14c und eine Halteplatte 14d. Die erste Unterplatte 14b, die aus einem gehärteten Kohlenstoffstahl besteht, ist an der vorderen Fläche der Hauptplatte 14a angebracht. Die zweite Unterplatte 14c ist an der hinteren Fläche der Hauptplatte 14a angebracht. Die Halteplatte 14d ist an der hinteren Fläche der zweiten Unterplatte 14c angebracht. Die erste Unterplatte 14b und die Ventilplatte 14 sind an dem Zylinderblock 12 befestigt.
Eine Kurbelkammer 15 wird zwischen dem vorderen Gehäuse 11 und dem Zylinderblock 12 ausgebildet. Eine Antriebswelle 16, die aus einem Metall auf Eisenbasis besteht, erstreckt sich durch die Kurbelkammer 15. Das vordere Ende der Antriebswelle 16 erstreckt sich durch das Gehäuse. Die Antriebswelle 16 ist drehbar zwischen dem vorderen Gehäuse und dem Zylinderblock 12 gelagert. Das vordere Ende der Antriebswelle 16 wird von dem vorderen Gehäuse 11 durch ein erstes Radiallager 17 gelagert. Eine Lagerbohrung 18 ist im Wesentlichen in der Mitte des Zylinderblocks 12 vorgesehen. Das hintere Ende der Antriebswelle 16 wird mittels eines zweiten Radiallagers 19 gelagert, das in der Lagerbohrung 18 angeordnet ist. Eine Wellendichtungsanordnung 20 ist um den vorderen Endabschnitt der Antriebswelle 16 angeordnet.
Zylinderbohrungen 12a (nur eine ist in 1 dargestellt) sind in dem Zylinderblock 12 in einem gleichwinkligen Abstand um die Achse der Antriebswelle 16 angeordnet. Ein Einkopfkolben 21 ist in jeder Zylinderbohrung 12a aufgenommen. Die Öffnung jeder Zylinderbohrung 12a ist mittels der Ventilplatte 14 und jedem Kolben 21 verschlossen. Eine Kompressionskammer 22 wird in jeder Zylinderbohrung 12a ausgebildet. Das Volumen jeder Kompressionskammer 22 ändert sich entsprechend der Hin- und Herbewegung des entsprechenden Kolbens 21.
Ein Rotor, der eine Anschlagsscheibe 23 bei dieser Ausführungsform darstellt, ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 befestigt. Die Anschlagsscheibe 23 dreht sich einstückig mit der Antriebswelle 16. Ein Drucklager ist zwischen der Anschlagsscheibe 23 und einer Innenwand 11a des vorderen Gehäuses 11 vorgesehen. Die Innenwand 11a nimmt die axiale Last auf, die durch die Reaktionskraft, die auf jeden Kolben 21 während der Kompression einwirkt, erzeugt wird. Die Innenwand 11a dient als ein erster Anschlag, der die Vorwärtsbewegung der Antriebswelle 16 begrenzt.
Eine Antriebsplatte, die als Taumelscheibe 25 bei dieser Ausführungsform ausgebildet ist, ist in der Kurbelkammer 15 vorgesehen. Die Antriebswelle 16 ist in eine Wellenbohrung in der Taumelscheibe 25 eingesetzt. Ein Gelenkmechanismus 26 ist zwischen der Anschlagsplatte 23 und der Taumelscheibe 25 angeordnet. Die Taumelscheibe 25 ist mit der Anschlagsplatte 23 durch den Gelenkmechanismus 26 verbunden und wird mittels der Antriebswelle 16 gelagert. Somit dreht sich die Taumelscheibe 25 integral mit der Anschlagsplatte 23 und der Antriebswelle 16. Die Taumelscheibe 25 ist in bezug auf die Antriebswelle 16 geneigt, wobei sie axial längs der Antriebswelle 16 gleitet. Die Anschlagsplatte 23 und der Gelenkmechanismus 26 bilden eine Neigungssteuereinrichtung.
Jeder Kolben 21 ist mit dem Umfang der Taumelscheibe 25 mittels eines Paares von Schuhen 27 verbunden. Die Drehung der Antriebswelle 16 wird auf die Taumelscheibe 25 übertragen, und die Drehung der Taumelscheibe 25 wird in die Hin- und Herbewegung jedes Kolbens durch das entsprechende Paar Schuhe 27 umgewandelt.
Ein Begrenzungsring 28 ist auf der Oberfläche der Antriebswelle 16 zwischen der Taumelscheibe 25 und dem Zylinderblock 12 vorgesehen. Wie mittels der gestrichelten Linie in 1 dargestellt, wird der minimale Neigungswinkel der Taumelscheibe 25 bestimmt, wenn die Taumelscheibe 25 den Begrenzungsring 28 berührt. Wie mittels der ausgezogenen Linie in 1 dargestellt, wird der maximale Neigungswinkel der Taumelscheibe 25 bestimmt, wenn die Taumelscheibe 25 gegen die Anschlagsplatte 23 anschlägt.
Die Antriebswelle 16 ist arbeitsmäßig mit einem Motor 30 durch einen Kraftübertragungsmechanismus 29 verbunden, der als Antriebsquelle dient. Der Kraftübertragungsmechanismus 29 kann ein Kupplungsmechanismus, wie z.B. eine elektromagnetische Kupplung oder ein kupplungsloser Mechanismus, wie z.B. eine Kombination eines Riemens und einer Riemenscheibe sein. Der Kupplungsmechanismus verbindet und trennt wahlweise den Antrieb mittels einer externen elektrischen Steuerung. Der kupplungslose Mechanismus weist keinen Kupplungsmechanismus auf und überträgt konstant die Leistung. Ein kupplungsloser Kraftübertragungsmechanismus 29 wird bei dieser Ausführungsform verwendet.
In der Mitte des hinteren Gehäuses 13 ist eine Ansaugkammer 31 ausgebildet. Radial außerhalb der Ansaugkammer 31 ist eine Auslaßkammer 32 ausgebildet.
An der Ventilplatte 14 sind für jede Zylinderbohrung 12a eine Ansaugöffnung 33, ein Ansaugventil 34, eine Auslaßöffnung 35 und ein Auslaßventil 36 ausgebildet. Jedes Ansaugventil 34 öffnet und schließt wahlweise die entsprechende Ansaugöffnung 33. Jedes Auslaßventil 36 öffnet und schließt wahlweise die entsprechende Auslaßöffnung 35. Die Ansaugkammer 31 und jede Zylinderbohrung 12a sind mit der entsprechenden Ansaugöffnung 33 verbunden. Die Auslaßkammer 32 und jede Zylinderbohrung 12a sind mit der entsprechenden Auslaßöffnung 35 verbunden. Die Ansaugkammer 31 und die Auslaßkammer 32 sind mit einem externen Kühlmittelkreislauf verbunden, der in den Fig. nicht dargestellt ist.
Ein Zuführkanal 37 ist in dem Zylinderblock 12 und dem hinteren Gehäuse 13 vorgesehen. Der Zuführkanal 27 verbindet die Kurbelkammer 15 und die Auslaßkammer 32. Ein Steuerventil 38, das ein elektromagnetisches Ventil ist, ist in dem Zuführkanal 37 vorgesehen. Wenn ein Solenoid 38a erregt wird, wird der Zuführkanal 37 geschlossen. Wenn der Solenoid 38a entregt ist, wird der Zuführkanal 37 geöffnet. Der Öffnungsgrad des Zuführkanals 37 wird entsprechend dem Niveau des auf den Solenoid 38a aufgebrachten Erregerstroms eingestellt. Das Steuerventil 38 wirkt als ein Steuermechanismus zur Steuerung des Neigungswinkels der Antriebsplatte mittels Steuerung des Drucks in der Kurbelkammer zur Änderung des Hubs der Kolben.
Eine Berührungsteilkammer 40 ist zwischen der Lagerbohrung 18 und der ersten Unterplatte 14b ausgebildet. Ein Berührungsteil 39, das eine Bewegung der Antriebswelle 16 in Richtung der Ventilplatte 14 verhindert, ist in der Berührungsteilkammer 40 angeordnet. Die Öffnung der Berührungsteilkammer 40 wird mittels der Ventilplatte 14 verschlossen. Die Berührungsteilkammer 40 und die Ansaugkammer 31 sind mittels eines in der Ventilplatte 14 ausgebildeten Kanals 41 verbunden. Der Kanal 41 ist gegenüber der wesentlichen Mitte der Antriebswelle 16 ausgebildet.
Die Antriebswelle 16 weist einen axialen Kanal 42 auf, der die Berührungskammer 40 und die Kurbelkammer 15 verbindet. Der axiale Kanal 42 weist einen Einlaß 42a und einen Auslaß 42b auf. Der Einlaß 42a ist zwischen dem ersten radialen Lager 17 und der Anschlagsplatte 23 angeordnet. Der Auslaß 42b ist an der Fläche am hinteren Ende der Antriebswelle 16 ausgebildet. Der axiale Kanal 42, die Lagerbohrung 18, die Berührungsteilkammer 40 und der Kanal 41 bilden einen Überlaufkanal, der die Kurbelkammer 15 und die Ansaugkammer 31 verbindet. Der Kanal 41 dient als ein Begrenzer.
Wie in 2 dargestellt, weist das zylindrische Berührungsteil 39 einen Flansch 39a auf. Das Berührungsteil 39 ist z.B. durch Pressen von SPC (kalt gewalzter Stahl) oder SUS 304 (rostfreier Stahl) gebildet. Das Berührungsteil 39 ist mittels Presssitz am hinteren Ende der Antriebswelle 16 aufgepaßt. Die Bewegung der Antriebswelle 16 in Richtung der Ventilplatte 14 wird durch den Anschlag des Flansches 39a des Berührungsteils 39 gegen die erste Unterplatte 14b der Ventilplatte 14 begrenzt. Die vordere Fläche der ersten Unterfläche 14b dient als ein zweiter Anschlag, der die Bewegung der Antriebswelle 16 in Richtung der Ventilplatte 14 begrenzt.
Wie in den 1, 3(a) und 3(b) dargestellt, weist das hintere Ende der Antriebswelle 16 einen ersten Abschnitt 16a kleinen Durchmessers und einen zweiten Abschnitt 16b kleinen Durchmessers auf. Der zweite Abschnitt 16b kleinen Durchmessers ist zwischen dem ersten Abschnitt 16a kleinen Durchmessers und der ersten Unterplatte 14b angeordnet. Der Außendurchmesser des zweiten Abschnitts 16b kleinen Durchmessers ist größer als der des ersten Abschnitts 16a kleinen Durchmessers und kleiner als der Innendurchmesser des zweiten radialen Lagers 19.
Das Berührungsteil 29 ist auf den zweiten Abschnitt 16b kleinen Durchmessers so aufgepaßt, dass das Berührungsteil 39 nicht den ersten Abschnitt 16a kleinen Durchmessers berührt. Wie in 3(b) dargestellt, bedeckt das Berührungsteil 39, wenn es an der Antriebswelle 16 angebracht ist und in der Berührungsteilkammer 40 aufgenommen ist, die mittels der Ventilplatte 14 verschlossen ist, vollständig den zweiten Abschnitt 16b kleinen Durchmessers. Das Berührungsteil 39 ist mittels Presssitz auf den zweiten Abschnitt 16b infolge einer plastischen Verformung aufgepaßt.
Die Stoßlast wird axial auf die Antriebswelle 16 von dem Kolben 21 infolge der Zunahme des Drucks in der Kurbelkammer 15 (Kurbeldruck) aufgebracht. Nachdem das Berührungsteil 39 an der Antriebswelle 16 angebracht ist, ist die axiale Last, die zur Änderung der Position des Kontaktteils 39 erforderlich ist, größer als die maximale Stoßlast. Die Drucklast wird axial auf das Berührungsteil 39 durch den zweiten Anschlag in folge des Unterschieds der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Welle 16 aufgebracht. Die axiale Last zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 ist geringer als die Drucklast.
Ein Verfahren zum Zusammenbau des Verdichters und insbesondere die Schritte zum Aufpressen des Berührungsteils 39 auf die Antriebswelle 16 werden im Folgenden beschrieben.
3(a) ist eine vergrößere Ansicht eines wichtigen Teils des Verdichters vor dem Anbringen des hinteren Gehäuses 13 und der Ventilplatte 14. In diesem Zustand ist die Berührungsteilkammer 40 an einer Seite gegenüberliegend der Seite, an der die Antriebswelle 16 eingesetzt wird, geöffnet. Das Berührungsteil 39 wird auf den zweiten Abschnitt 16b kleinen Durchmessers der Antriebswelle 16 von der Öffnung der Berührungsteilkammer 40 aus eingesetzt. Das Pressen des Berührungsteils 39 wird zeitweilig unterbrochen, wobei ein Teil des Berührungsteils 39 von der Berührungsteilkammer 40 vorsteht.
Wie in 3(b) dargestellt, wird die erste Unterplatte 14b der Ventilplatte 14 gegen das Berührungsteil 39 gepreßt. Dann wird die erste Unterplatte 14b an dem Zylinderblock 12 befestigt. Das Berührungsteil 39 wird weiter mittels Presssitz auf den zweiten Abschnitt 16b kleinen Durchmessers aufgebracht und in der Berührungsteilkammer 30 aufgenommen.
Im Folgenden wird die Arbeitsweise des Verdichters beschrieben.
Die Taumelscheibe 25 dreht sich integral mit der Antriebswelle 16 über die Anschlagsplatte 23 und den Gelenkmechanismus 26. Die Drehung der Taumelscheibe 25 wird in die Hin- und Herbewegung der Kolben 21 über die Schuhe 27 umgewandelt. Das der Ansaugkammer 31 von dem externen Kühlmittelkreislauf zugeführte Kühlmittel wird in jede Kompressionskammer 22 durch die entsprechende Ansaugöffnung 33 angesaugt. Das Kühlmittel in jeder Kompressionskammer 22 wird mittels des Hubs des entsprechenden Kolbens 21 verdichtet. Das verdichtete Kühlmittel wird dann zur Auslaßkammer 32 durch die entsprechende Auslaßöffnung 35 ausgegeben. Hierdurch wird das Ansaugen, das Verdichten und die Ausgabe des Kühlmittelgases in der Kompressionskammer 22 wiederholt. Das zur Auslaßkammer 32 ausgegebene Kühlmittel strömt durch einen Auslaßkanal (nicht dargestellt) zu dem externen Kühlmittelkreislauf.
Der Öffnungsgrad des Steuerventils 38 oder der Öffnungsgrad des Zuführkanals 37 werden mittels der Steuerung (nicht dargestellt) entsprechend der Kühllast eingestellt. Dies ändert den Öffnungsgrad zwischen der Auslaßkammer 32 und der Kurbelkammer 15.
Wenn die Kühllast groß ist, wird der Öffnungsgrad des Zuführkanals 37 vermindert. Hierdurch nimmt die Strömungsmenge des der Kurbelkammer 15 von der Auslaßkammer 32 zugeführten Kühlmittelgases ab. Wenn die Strömungsmenge des der Kurbelkammer 15 zugeführten Kühlmittelgases abnimmt, wird das Kühlmittel der Ansaugkammer 31 durch den axialen Kanal 42 zugeführt. Dies vermindert graduell den Druck in der Kurbelkammer 15.
Hierdurch nimmt die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 12a ab. Dann wird die Taumelscheibe 25 auf die maximale Neigungsposition versetzt. Hierdurch nimmt der Hub jedes Kolbens 21 zu, wodurch die Verdrängung des Verdichters erhöht wird.
Wenn die Kühlmittellast abnimmt, nimmt der Öffnungsgrad des Steuerventils 38 zu. Die Strömungsmenge des der Kurbelkammer 15 von der Auslaßkammer 32 zugeführten Kühlmittelgases nimmt zu. Wenn die Strömungsmenge des der Kurbelkammer 15 zugeführten Kühlmittelgases größer als die Strömungsmenge des der Saugkammer 31 durch den axialen Kanal 42 zugeführten Kühlmittelgases ist, nimmt der Druck in der Kurbelkammer 15 graduell zu. Hierdurch nimmt die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 15 und dem Druck in den Zylinderbohrungen 12a zu. Die Taumelscheibe 25 wird dann auf die minimale Neigungsposition versetzt. Daher nimmt der Hub jedes Kolbens 21 ab, wodurch die Verdrängung des Kompressors abnimmt.
Die Innenwand 11a des vorderen Gehäuses 11 nimmt die auf die Kolben 21 aufgebrachte Kompressionslast des Kühlmittelgases durch die Schuhe 27, die Taumelscheibe 25, den Gelenkmechanismus 26, die Anschlagsplatte 23 und das Drucklager 24 auf. D.h., wenn der Verdichter arbeitet, bewegen sich die Antriebswelle 16, die Taumelscheibe 25, die Anschlagsplatte 23 und die Kolben 21 axial von der Ventilplatte 14 entsprechend der Kompressionslast weg. Diese Bewegung wird durch die Innenwand 11a des vorderen Gehäuses 11 durch das Drucklager 24 begrenzt. Der Verdichter erzeugt beim Betrieb Wärme und die Temperatur nimmt gegenüber dem Einbau des Verdichters zu. Die Temperaturzunahme bewirkt, dass sich das Gehäuse und die Antriebswelle 16 ausdehnen. Der Unterschied des Verformungsbetrages zwischen dem Gehäuse und der Antriebswelle 16 erzeugt einen Raum zwischen der Ventilplatte 14 und dem Berührungsteil 39. Der Abstand des Raums zwischen der Ventilplatte 14 und dem Berührungsteil 39 ist geringer als der Abstand des Raums zwischen dem Kopf des Kolbens 21 und der Ventilplatte 14.
Wenn eine Versetzungsbegrenzungssteuerung durchgeführt wird, wenn der Verdichter mit der maximalen Versetzung arbeitet, schließt das Steuerventil 38 plötzlich den Zuführkanal 37 von dem völlig geöffneten Zustand. Somit wird Hochdruckkühlmittelgas in der Auslaßkammer 32 plötzlich der Kurbelkammer 15 zugeführt. Der Überlaufkanal, der den axialen Kanal 42 einschließt, gibt jedoch nicht eine ausreichende Menge Kühlmittelgas frei, das in die Kurbelkammer 15 angesaugt wurde. Somit nimmt der Druck in der Kurbelkammer 15 plötzlich zu. Wenn der Druck in der Kurbelkammer 15 plötzlich zunimmt, nimmt der Neigungswinkel der Taumelscheibe 25 plötzlich ab. Hierdurch wird die Taumelscheibe 25 mit dem minimalen Neigungswinkel (dargestellt durch die gestrichelte Linie in 1) gegen den Begrenzungsring 28 mit großer Kraft gedrückt, oder zieht die Anschlagsplatte 23 mit großer Kraft durch den Gelenkmechanismus 26 nach hinten.
Die Antriebswelle 16 nimmt daher eine große Kraft (Stoßkraft) in axialer Richtung in Richtung der Ventilplatte 14 auf und bewegt sich. In diesem Fall ist die Bewegung der Antriebswelle 16 durch den Anschlag des Berührungsteils 39 gegen die Ventilplatte 14 begrenzt. Somit wird jeder Kolben 21 daran gehindert, mit der Ventilplatte 14 zu kollidieren, wenn jeder Kolben 21 den oberen Totpunkt erreicht. Die zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 erforderliche axiale Kraft ist größer als die Stoßkraft. Somit wird die Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 nicht durch den Anschlag des Berührungsteils 39 gegen die Ventilplatte 14 verändert. Die Versetzungsbegrenzungssteuerung begrenzt die Versetzung des Verdichters auf ein Minimum für eine bestimmte Zeitdauer. Die Versetzungsbegrenzungssteuerung wird so durchgeführt, dass die Leistung des Motors zur Antriebskraft beiträgt, wenn ein Fahrzeug überholt oder bergauf fährt.
Wenn die Umgebungstemperatur abnimmt, kühlt jedes Teil des Verdichters ab und zieht sich zusammen. Teile, die einen großen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen, ziehen sich stärker zusammen (Deformationsbetrag pro Längeneinheit) als Teile, die einen kleinen thermischen Ausdehnungskoeffizienten aufweisen. Jedes Teil (11, 12 und 13) des Gehäuses besteht aus Aluminium. Die Antriebswelle 16 besteht aus einem eisenhaltigen Metall. Eine Aluminiumlegierung weist einen größeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten als Eisen auf. Das Gehäuse zieht sich daher mehr als die Antriebswelle 16 zusammen. Hierdurch wird die Antriebswelle 16 axial von dem Gehäuse gedrückt. In diesem Fall nimmt das Berührungsteil 39 von der Ventilplatte 14 eine Druckkraft in Vorwärtsrichtung auf. Die zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 erforderliche axiale Kraft ist geringer als die Drucklast. Wenn das Berührungsteil 39 somit die Drucklast aufnimmt, wird das Berührungsteil 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 nach vorne versetzt. Hierdurch nimmt die Antriebswelle 16 nicht die große Drucklast aufgrund des Zusammenziehens des Gehäuses auf.
Die bevorzugte Ausführungsform weist folgende Vorteile auf.
Die axial nach rückwärts gerichtete Bewegung der Antriebswelle 16 ist durch den Anschlag des Berührungsteils 39 gegen die Ventilplatte 14 begrenzt. Dies löst die Probleme, die verursacht werden, wenn eine Feder vorgesehen ist. Die Probleme sind die Abnahme der Lebensdauer des Drucklagers 24, das die Federlast aufnimmt und der steigende Leistungsverlust des Verdichters an dem Drucklager 24. Die Abnahme des Druckverlustes des Verdichters verbessert den Kraftstoffverbrauch eines Fahrzeugs (Motor 30). Ebenfalls wird die Konstruktion durch das Weglassen der Feder vereinfacht.
Die zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 erforderliche axiale Kraft wird größer als die maximale Stoßkraft, die auf die Antriebswelle 16 mittels des Kolbens 21 infolge der Zunahme des Kurbeldrucks aufgebracht wird, eingestellt. Somit ändert sich die Position des Berührungsteils 39 nicht durch die Zunahme des Kurbeldrucks. Hierdurch wird die Bewegung der Antriebswelle 16 zu verlässig mittels des Berührungsteils 39 und der Ventilplatte 14 begrenzt.
Die zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 erforderliche Kraft ist geringer als die axiale Druckkraft, die zwischen dem Gehäuse und der Antriebswelle 16 infolge der Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten bewirkt wird. Wenn das Berührungsteil 39 gegen die Ventilplatte 14 infolge der Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten gedrückt wird, verändert sich die Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16. Die Antriebswelle 16 nimmt somit keine übermäßige Kraft von der Ventilplatte 14 infolge der Differenz des thermischen Ausdehnungskoeffizienten auf.
Beim Aufbringen mittels Presssitzes auf die Antriebswelle 16 wird das Berührungsteil 39 plastisch verformt. Die Berührungsabschnitte des Berührungsteils 39 und der Antriebswelle 16 müssen daher nicht genau bearbeitet werden, wenn das Berührungsteil 39 mittels Presssitz auf die Antriebswelle 16 nur mit elastischer Verformung aufgebracht wird. D.h., die Toleranz des Berührungsteils 39 und der Antriebswelle 16 wird vergrößert, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Das Berührungsteil 39 wird mittels Presssitz auf die Antriebswelle 16 aufgebracht. Daher sind keine Schraubenbefestigungsmittel oder Klebemittel erforderlich, um das Berührungsteil 39 an der Antriebswelle 16 zu befestigen. Das Berührungsteil 39 wird einfach durch Pressen des Berührungsteils 39 auf die Antriebswelle 16 aufgebracht. Die Position des Berührungsteils 39 wird einfach durch Pressen des Berührungsteils 39 mittels der Ventilplatte 14 beim Anbringen der Ventilplatte 14 an den Zylinderblock 12 bestimmt.
Das Berührungsteil 39 wird auf den Umfang des hinteren Endes der Antriebswelle 16 aufgepaßt. Somit ist die Berührungsfläche zwischen dem Berührungsteil 39 und der Antriebswelle 16 größer als wenn, z.B. ein Berührungsteil in eine in dem Ende der Antriebswelle 16 ausgebildete Bohrung mittels Presssitz, angebracht würde. Der Druck zwischen dem Berührungsteil 39 und der Antriebswelle 16 ist ausreichend und das Berührungsteil 39 wird zuverlässig an der Antriebswelle 16 angebracht.
Wenn das Berührungsteil an der Antriebswelle 16 angebracht und in der Berührungsteilkammer 40 aufgenommen ist, berührt es immer die Antriebswelle an einem Teil, der der axialen Länge des zweiten Abschnitts 16b kleinen Durchmessers entspricht. D.h., das Berührungsteil 39 berührt die Antriebswelle 16 mit einer konstanten axialen Länge. Die axiale Kraft, die zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 in bezug auf die Antriebswelle 16 erforderlich ist, ändert sich somit nicht.
Der Abschnitt des Berührungsteils 39, der gegen die erste Unterplatte 14b der Ventilplatte 14 anschlägt, ist flanschförmig ausgebildet. Somit ist die Berührungsfläche des Berührungsteils 39 in bezug auf die erste Unterplatte 14b groß. Der Verschleiß des Berüh rungsteils 39 und der Ventilplatte 14 wird daher vermindert.
Die erste Unterplatte 14b der Ventilplatte 14 dient als ein zweiter Anschlag. Die Konstruktion zur Begrenzung der Rückwärtsbewegung der Antriebswelle 16 wird somit vereinfacht.
Die Rückwärtsbewegung der Antriebswelle 16 ist durch den Anschlag des Berührungsteils 39 gegen die erste Unterplatte 14b begrenzt. Die erste Unterplatte 14b besteht aus einem Material, das einen größeren Verschleißwiderstand als die Hauptplatte 14a aufweist. Somit weist der zweite Anschlag einen verbesserten Verschleißwiderstand auf.
Die Rückwärtsbewegung der Antriebswelle 16 wird durch die Verwendung des Raums begrenzt, der das hintere Ende der Antriebswelle 16 aufnimmt (Berührungsteilkammer 40). Da keine besonderen Teile zur Begrenzung der Bewegung der Antriebswelle 16 erforderlich sind, wird die Größe des Verdichters vermindert.
Das Berührungsteil 39 wird durch Pressen ausgebildet. Somit sind die Herstellungskosten für das Berührungsteil 39 gegenüber den Herstellungskosten eines Berührungsteils durch Schneiden vermindert.
Die bevorzugte Ausführungsform kann wie folgt verändert werden.
Der Flansch kann so ausgebildet sein, dass er sich radial von dem Berührungsteil 39 nach innen erstreckt.
In diesem Fall wird der Außendurchmesser des Berührungsteils kleiner als der Innendurchmesser des zweiten Radiallagers 19. Das zweite Radiallager 19 kann somit von der Antriebswelle 16 abgenommen werden, während das Berührungsteil angebracht wird. Dies erleichtert die Wartung des Verdichters.
Am Außenumfang des hinteren Endes der Antriebswelle 16 kann eine Ringnut ausgebildet sein. Das Berührungsteil 39 kann dann auf die Antriebswelle 16 an dem Abschnitt hinter der Nut aufgepaßt werden. In diesem Fall kann das Schneiden der Antriebswelle 16 zur Ausbildung des zweiten Abschnitts 16b kleinen Durchmessers entfallen und die Herstellungskosten werden vermindert.
Wenn das Berührungsteil 39 an die Antriebswelle 16 angebracht ist und in der Berührungsteilkammer 40 aufgenommen ist, kann das Berührungsteil 39 nur einen Teil des zweiten Abschnitts 16b kleinen Durchmessers abdecken.
Die Antriebswelle 16 kann einen konstanten Durchmesser oder den Durchmesser des zweiten Radiallagers 19 von dem Abschnitt, auf den das zweite Radiallager 19 auf das hintere Ende aufgepaßt ist, aufweisen. In diesem Fall ist das Berührungsteil 39 auf das hintere Ende der Antriebswelle 16 mittels Presssitz aufgepaßt und der Außendurchmesser der Antriebswelle ist gleich dem Innendurchmesser des zweiten Radiallagers 19. Somit kann ein Schneiden des ersten Abschnitts 16a kleinen Durchmessers und des zweiten Abschnitts 16b kleinen Durchmessers entfallen, wodurch die Herstellungskosten gesenkt werden.
Das Berührungsteil 39 kann zylindrisch ohne den Flansch 39a ausgebildet sein. In diesem Fall kann die Ausbildung des Flansches 39a entfallen und die Herstellungskosten können gesenkt werden.
Das Berührungsteil 39 kann gegen einen anderen Teil als die erste Unterplatte 14b der Ventilplatte 14 anschlagen. Beispielsweise kann ein Teil zwischen dem Berührungsteil 39 und der ersten Unterplatte 14b in der Berührungsteilkammer 40 vorgesehen sein, das als ein zweiter Anschlag dient. Alternativ kann ein Teil des Zylinderblocks 12 so ausgebildet sein, dass es sich in die Berührungsteilkammer 40 erstreckt, sodass der Vorsprung gegen das Berührungsteil 39 anschlägt.
Das Berührungsteil 39 kann gegen die Hauptplatte 14a zur Begrenzung der Rückwärtsbewegung der Antriebswelle 16 anschlagen.
An der hinteren Endfläche der Antriebswelle 16 kann eine Aussparung ausgebildet sein. Ein Berührungsteil kann mittels Presssitz in die Aussparung eingepaßt sein. Dies erleichtert die kleinere Ausbildung des Außendurchmessers des Berührungsteils als des Innendurchmessers des zweiten Radiallagers 19.
Auf das Berührungsteil 39 oder die erste Unterplatte 14a kann eine Verschleißwiderstandsbeschichtung aufgebracht werden. Dies vermindert den Verschleiß des Berührungsteils 39 und der ersten Unterplatte 14b.
Die vorliegend Erfindung kann bei einem Taumelscheibenverdichter mit variabler Verdrängung verwendet werden.
Die vorliegende Erfindung kann bei einem Verdichter mit konstanter Verdrängung verwendet werden, bei dem die Taumelscheibe direkt an der Antriebswelle befestigt ist.
Die vorliegenden Beispiele und Ausführungsformen sollen lediglich zur Darstellung und nicht zur Begrenzung dienen und die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Einzelheiten begrenzt, sondern kann innerhalb des Umfangs und der Äquivalenz der beigefügten Ansprüche verändert werden.
Ein Kolbenkompressor umfaßt ein Gehäuse, das eine Kurbelkammer 15 bildet. Eine Ventilplatte 14 bildet einen Teil des Gehäuses. Eine Antriebswelle 16 ist in der Kurbelkammer 15 angeordnet. Ein Berührungsteil 39 wird plastisch verformt und mittels Presssitz an der Antriebswelle 16 angebracht. Eine Innenwand 11a und eine erste Unterplatte 14b sind in dem Gehäuse angeordnet und begrenzen die axiale Bewegung der Antriebswelle 16 entsprechend. Nach dem Anbringen des Berührungsteils 39 an der Antriebswelle 16 ist die zur Änderung der Position des Berührungsteils 39 erforderliche axiale Kraft größer als die maximal auf die Antriebswelle 16 infolge der Zunahme des Drucks in der Kurbelkammer 5 aufgebrachte Kraft und geringer als die auf das Berührungsteil 39 mittels der ersten Unterplatte 14b entsprechend dem Unterschied in dem thermischen Ausdeh nungskoeffizienten des Gehäuses und der Antriebswelle 16 aufgebrachte Kraft.

Claims

Kolbenverdichter umfassend ein Gehäuse, das eine Kurbelkammer (15) bildet; eine Antriebswelle (16), die sich durch die Kurbelkammer (15) erstreckt und drehbar von dem Gehäuse gelagert ist; einen Zylinderblock (12), wobei der Zylinderblock (12) einen Teil des Gehäuses bildet und mehrere darin ausgebildete Zylinderbohrungen (12a) aufweist; eine Ventilplatte (14), wobei die Ventilplatte (14) einen Teil des Gehäuses bildet und entsprechend jeder Zylinderbohrung (12a) eine Ansaugöffnung (33), ein Ansaugventil (34), eine Auslaßöffnung (35) und ein Auslaßventil (36) aufweist; eine Vielzahl von Einkopfkolben (21), wobei jeder Einkopfkolben (21) hin- und herbewegbar in einer der Zylinderbohrungen (12a) aufgenommen ist; eine Antriebsplatte (25), die in der Kurbelkammer (15) angeordnet und arbeitsmäßig mit dem Kolben (21) zur Umwandlung der Drehung der Antriebswelle (16) in die Hin- und Herbewegung der Kolben (21) verbunden ist; einen Steuermechanismus (38) zum Steuern des Neigungswinkels der Antriebsplatte (25) durch Steuern des Drucks in der Kurbelkammer (15) zur Änderung des Hubs der Kolben (21); einen ersten Anschlag (11a), der im Gehäuse angeordnet ist und die axiale Bewegung der Antriebswelle (16) begrenzt, wobei der erste Anschlag (1a) die Bewegung der Antriebswelle (16) in Richtung von der Ventilplatte (14) weg begrenzt; einen zweiten Anschlag (14b), de in dem Gehäuse vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass ein Berührungsteil (39) plastisch verformt und mittels Presssitz auf der Antriebswelle angeordnet ist, und dass der zweite Anschlag (14b) die Bewegung de Antriebswelle (16) in Richtung der Ventilplatte (14) durch den Anschlag mit dem Berührungsteil (39) begrenzt, wobei, nachdem das Berührungsteil (39) an der Antriebswelle (16) angebracht ist, die zur Änderung der Position des Berührungsteils (39) erforderliche axiale Last größer als die maximale auf die Antriebswelle (16) infolge des Druckanstiegs in der Kurbelkammer (15) aufgebrachte axiale Last und geringer als die auf das Berührungsteil (39) durch den zweiten Anschlag (14b) entsprechende Differenz der thermischen Ausdehnungskoeffizienten des Gehäuses und der Antriebswelle (16) aufgebrachte Last ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1, dadurch gkennzeichnet, dass das Berührungsteil (39) die Antriebswelle (16) an einer konstanten axialen Länge berührt.
Kolbenverdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Teil des Berührungsteils (39), das den zweiten Anschlag (14b) berührt, flanschförmig ausgebildet ist.
Kolbenverdichter nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Berührungsteil (39) einen zylindrischen Abschnitt aufweist, der einen Endabschnitt der Antriebswelle (16) bedeckt.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagerbohrung (40) in dem Zylinderblock (12) zur Aufnahme des Endabschnitts der Antriebswelle (16) ausgebildet ist, wobei ein Abschnitt der Ventilplatte (14), der der Lagerbohrung (40) zugewandt ist, als der zweite Anschlag (14b) dient.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens entweder der zweite Anschlag (14b) oder das Berührungsteil (39) verschleißbeständig ist.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Berührungsteil (39) auf den Umfang der Antriebswelle (16) aufgepaßt ist.
Kolbenverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Berührungsteil (39) mittels Pressen ausgebildet ist.