EP2021630B1 - Method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor - Google Patents
Method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor Download PDFInfo
- Publication number
- EP2021630B1 EP2021630B1 EP07723707A EP07723707A EP2021630B1 EP 2021630 B1 EP2021630 B1 EP 2021630B1 EP 07723707 A EP07723707 A EP 07723707A EP 07723707 A EP07723707 A EP 07723707A EP 2021630 B1 EP2021630 B1 EP 2021630B1
- Authority
- EP
- European Patent Office
- Prior art keywords
- compressor
- rotation
- pressure
- piston
- angle
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B27/00—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B27/08—Multi-cylinder pumps specially adapted for elastic fluids and characterised by number or arrangement of cylinders having cylinders coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B27/14—Control
- F04B27/16—Control of pumps with stationary cylinders
- F04B27/18—Control of pumps with stationary cylinders by varying the relative positions of a swash plate and a cylinder block
Definitions
- the present invention relates to a method for controlling a refrigerant mass flow of a compressor according to claim 1 and to a compressor according to the preamble of claim 9.
- Compressors for automotive air conditioning systems and method for controlling the same are known from the prior art.
- the refrigerant mass flow of these compressors is generally determined by the lifting height of the pistons of the compressor, wherein the lifting height is defined by the deflection of a pivotable in their relative position to a drive shaft of the compressor inclined or swash plate.
- the regulation of the deflection angle takes place via a variation of the engine compartment, which is essentially delimited by a housing of the compressor and in which the swashplate mechanism is also mounted.
- a compressor described therein provides (as already explained above) a suction gas pressure level p s and a high-pressure level p d during operation. This is done by (usually) a control valve, through which the operating point is set. Likewise, the air conditioner about these pressure levels. Responsible for this is, for example, an expansion device (which regulates the circulation, pressure separation), which in turn reacts to changes in the operating state of the compressor and optionally intervenes regulating.
- a pressure p c is set by control valves on the compressor, which is between the Sauggasdruckrefers p s and the high pressure level p d .
- the change of the engine room pressure p c engages in the force or torque balance on the swash plate so that the tilt angle of the swash plate can be adjusted. If the pressure p c in the engine room approaches the suction pressure p s , then the swash plate is adjusted in the direction or to a maximum tilt angle. If an engine room pressure p c is set significantly above the suction pressure p s , then the swash plate is adjusted to a lower or minimum tilt angle.
- the regulation is effected by the possible volume flows (volume flow 1 between between p d and p c , volume flow 2 between p c and p s ) the individual chambers or pressure positions.
- the model described here is simplified and should be considered as an example.
- compressors according to the prior art Since operating speed of the compressor or operation of the vehicle almost constantly changes the speed (compressors according to the prior art are generally connected via a belt drive to the engine of the vehicle), in the compressors according to the prior art, permanent control interventions are necessary, ie a permanent variation of the engine room pressure p c is necessary (see also the above explanations).
- the control process by a corresponding adjustment of the engine room pressure p c is slow in speed fluctuations and there is a strong overshoot, since the engine room comprises a relatively large volume.
- the inertia of the control is determined by the length of the controlled system, with the controlled system being represented as follows: On a change in the compressor speed The tilt angle of the swash plate changes, which results in a change in the refrigerant mass flow, which results in a change in the ratio of p d to p s . After detection of the above-described ratio, pC is readjusted depending on the detected ratio.
- Object of the present invention is to provide a method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor, in which a largely constant refrigerant mass flow can be achieved even with speed fluctuations, with losses by regulating interventions between the pressure levels of high pressure p d and engine room pressure p c on the one hand or Engine room pressure p c and suction pressure p s (pressure in a suction chamber) on the other hand can be kept as low as possible by reducing the number of control interventions. Furthermore, care should be taken that the simplest control valve configuration can be used, which ensures low costs. It is another object of the present invention to provide a compressor in which a method according to the invention is implemented.
- the object is achieved by a method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor, in particular an axial piston compressor and further in particular a compressor for motor vehicle air conditioning systems, which may comprise CO 2 as a refrigerant, in which approximately a moment equilibrium between a caused by rotationally moving masses moment M sw and a conditional by translationally moving masses moment M k, ges for at least one deflection angle ⁇ gl of the swash plate is brought about and in which the product of the compressor speed n, the Sauggas Together p (the suction gas, which in the cylinder with a pressure p s * flows and the pressure p s * may be different from p s, since by constrictions, or the like, a pressure reduction between a Sauggashunt and the cylinder space occurs) and the piston stroke s for different compressor speeds n, at least for certain speed ranges, in particular.
- p the suction gas, which in the cylinder with a pressure p s * flows and the pressure
- the compressor for which the inventive method is designed generally has a drive shaft and an adjustable in its inclination to the drive shaft swash plate, which is arranged in a substantially defined by a housing of the compressor engine room and the same through their deflection angle with respect to the drive shaft defines the piston stroke s of the compressor.
- the Sauggas In addition to the product of the compressor speed n, the Sauggas prevail p and Kolbenhubs s and the pressure p d on the high pressure side of the compressor and / or the pressure p s on the suction gas side of the compressor and / or a Regelventilstellish one Control valve (this is usually the energization of the coil of the valve), which is mounted between the high pressure side and the engine room in a compound of both chambers, held approximately constant.
- a feedback feedback loop, usually a feedback controller on the control valve
- the moment equilibrium is established between M sw and M k, ges (at least) for a deflection angle ⁇ gl for which ⁇ min ⁇ ⁇ gl ⁇ ⁇ max .
- the pressure p c in the engine room is varied in order to obtain a desired operating point, ie a desired refrigerant mass flow in the compressor. This ensures that desired operating points can be safely approached, while within one and the same operating point, ie at a certain desired refrigerant mass flow, the inventive method so automatically regulate engages that a changing engagement with respect to the engine room pressure p c is essentially not necessary ,
- the suction pressure p s * is the suction pressure prevailing in the cylinder space (which may well differ from the pressure p s in a suction gas chamber upstream of the cylinders), while ⁇ is the density of the refrigerant in the cylinder space or in the cylinder spaces represents.
- the object is achieved by a compressor with the features of claim 9.
- An essential point of the invention is that in a compressor, in particular axial piston compressor with a housing and a substantially arranged in the housing, driven via a drive shaft compressor unit for sucking and compressing a refrigerant with a likewise arranged in the housing swash plate, the moments M sw due the rotationally moving masses and M k, ges are due to the translationally moving masses to each other in a predetermined ratio, wherein the compressor comprises at least one intake-side inlet valve, which is configured so that it affects the entering into the cylinder chamber refrigerant mass flow speed-dependent so in that the ratio of the moments M sw and M k, ges on the one hand and the throttle power of the at least one intake valve on the other hand are related to each other in such a way that at least over parts of the possible speed range of the compressor, the refrigerant Ma stream, which is pumped into the system, is approximately constant.
- the said parts of the speed range are preferably compressor speeds between 6000 and 9000 rpm, but in particular compressor speeds between 2500 and 7000 rpm.
- the inlet valve or the Inlet valves may be arranged, for example, between a suction gas chamber (pressure p s ) and the cylinder chambers (pressure p s *).
- pressure p s suction gas chamber
- pressure p s * the cylinder chambers
- Such a structural design of a compressor according to the invention ensures that control interventions for the engine room pressure p c are minimized, in particular in the case of speed jumps, since the refrigerant mass flow remains constant for a wide speed range without such control interventions.
- the inlet valve which is responsible for the suction gas density p entering the cylinder, is a pressure-controlled lamella valve.
- a slot-controlled valve can be arranged in the refrigerant circuit of a compressor according to the invention.
- the at least one inlet valve, in particular lamellar (or slot-controlled) valve preferably has a valve plate with through-hole (s) or through-flow bore (s) and a particular tongue-shaped suction lamella.
- Each cylinder can (may) be assigned one or more inlet valve (s), wherein additionally or alternatively, the corresponding suction lamellae can be integrated in a Sauglamellenplatine.
- a slot-controlled valve may, for example, be a slot in the cylinder wall. In the field of lamellar valves, it may also be a construction in which the suction lamella is seated in the piston and the suction takes place under the piston. In all the above-described embodiments are constructionally easy to implement versions of a compressor according to the invention.
- the end of one or each cylinder space associated with the inlet valve (s) may comprise an in particular radially extending annular enlargement which in particular limits the stroke of the suction lamella (s) and which is bevelled or flattened towards the attachment point of the suction lamella (s).
- the ratio of piston diameter and through-bore in the valve plate (D / d) is about 1.5 to 5, especially 2.5 to 4, with a particularly preferred value being about 3.6.
- the ratio of through-bore in the valve plate and lift of the suction fin (d / t) is about 2.5 to 8, especially 3.7 to 6.7, with a particularly preferred value being about 4, 55 is located.
- the ratio of piston stroke to the stroke of the suction plate in about 10 to 30, in particular 14 to 24, in which case a particularly preferred value is about 17.3. All the above-described values or ratios ensure that a compressor according to the invention has an optimum control behavior.
- the design relates to the refrigerant R744 (CO 2 ), it being noted at this point that for other refrigerants an adjustment of the parameter set is necessary and included in the spirit of the present invention.
- the tilting behavior of the swash plate can be so effectively limiting effect that at high speeds of the same, especially at very high speeds or maximum speed, the angle of maximum deflection of the swash plate is smaller than the angle of maximum deflection ⁇ max at low speeds of compressor.
- the geometry and dimensioning of all translationally moving parts such as axial piston, piston rod or sliding blocks or the like.
- all rotationally moving parts such as swash plate, driver or the like.
- the moment M k ges due to the translationally moving masses, in particular the piston, optionally including sliding blocks, piston rods or the like.
- the angle of maximum deflection of the swash plate is smaller than the angle ⁇ max maximum deflection at lower speeds of the compressor.
- a moment equilibrium between a torque M sw caused by rotationally moving masses and a moment M k, ges caused by translationally moving masses is determined for at least one deflection angle ⁇ gl of a swivel disk which is in the form of a swivel ring 1 (see. Fig. 2 ) is present.
- Fig. 1 A clarification of the derivation of the two above-described moments is out Fig. 1 seen. This is a simplified derivation which is to be regarded as exemplary (in this context, simplifying is to be understood in the sense that in the model calculation the variables of interest for one slice are calculated) for the different moments.
- Direction angle of the z-axis ⁇ 3 ⁇ opposite the main axes of inertia ⁇ , ⁇ , ⁇ ⁇ ⁇
- M sw J Y Z ⁇ ⁇ 2
- the (tilt) moment of the swashplate can be deliberately adjusted by various parameters (geometry, density distribution, mass, center of mass) as a result of the associated deviation moment
- a torque equilibrium (M k, ges ⁇ M sw ) for at least one deflection angle ⁇ gl of the swash plate or the swivel ring 1 is made, ie for a compressor in which the moment equilibrium feature of the inventive method is implemented in Fig. 2 shown.
- a preferred embodiment of a compressor according to the invention comprises a housing, a cylinder block and a cylinder head.
- pistons are mounted axially movable back and forth.
- the compressor is driven by means of a belt pulley by means of a drive shaft 2.
- the compressor described here is a variable piston-stroke compressor, the piston stroke being regulated by a pressure difference defined by the pressures p s * and p c ,
- a pressure difference defined by the pressures p s * and p c
- a swivel plate in the form of a swivel ring 1 more or less deflected or pivoted from its or its vertical position (see also Fig. 3b if the pressure difference is large, the tilt angle of the swing ring 1 is small, while if the pressure difference is small, the tilt angle is large).
- the larger the resulting swing angle or deflection angle the larger the piston stroke. If the piston stroke is large, the mass flow is initially large.
- the size of the corresponding pressure depends on the system control, ie the expansion device position.
- a design with two springs is conceivable.
- the sliding sleeve 3 can be stored both against the action of both springs, as well as with the action of a spring and against the action of the other spring.
- the support member 5 is articulated both radially and (in a direction perpendicular to the drive shaft axis) perpendicular to the power transmission element 6, which means that the support member 5 is slidably mounted in a plane (and not only along an axis).
- the support element 5 is formed in the shape of a cylinder bolt and has a groove 7, by means of which the support element 5 is in operative engagement with the force transmission element 6.
- the support element 5 facing the end or is the support member 5 facing end portion of the power transmission element 6 in the form of a flat steel. This means that the said end region of the force transmission element 6 has an approximately rectangular peripheral contour. This approximately rectangular shaped end portion is engaged with the groove 7 of the support member 5 in engagement.
- the advantage of the construction of the power transmission element 6 and the support member 5 and in particular their storage inside each other is that the flat steel does not have to build too high; the strength and rigidity (low deformation) is provided by the width of the bearing. In a central region, the strength of the force transmission element 6 increases while it is sleeve-shaped at its end facing the drive shaft 2. With the aid of the sleeve-shaped part 8 of the force transmission element 6 selbiges is mounted or fixed to the drive shaft 2. For a non-rotating connection of the drive shaft 2 with the sleeve-shaped part 8 of the force transmission element 6, a key 2a provides.
- the power transmission element 6 is integrally formed and also einstoffig with the sleeve-shaped part 8.
- the power transmission element 6 and the sleeve-shaped part 8 by two different components (possibly even of different materials) act.
- the force transmission element 6 or the sleeve-shaped part 8 of the force transmission element 6 has two recesses in the form of grooves 9.
- the power transmission element 6 and the sleeve-shaped part 8 can also be designed in one piece with the drive shaft 2. This may, for example, be a forged part; a one-piece design is preferred for mass production.
- the sliding sleeve 3 which has a recess 10 corresponding to the force transmission element 6, is slipped over the drive shaft 2 (sliding fit).
- the sliding sleeve 3 also has two recesses in the form of holes 11.
- the power transmission element 6 and the sliding sleeve 3 are secured by a groove nut (not shown) on the drive shaft 2, wherein the sliding sleeve 3 can reciprocate on the drive shaft 2 in the axial direction.
- the sleeve-shaped part 8 of the power transmission element is fixed in rotation with the spring 4 on the drive shaft 2.
- a plate spring 12 is further arranged on the drive shaft 2, which ensures that the compressor does not start at a minimum deflection angle of the pivot ring 1.
- 2 stops in the form of stop plates 13, 14 are arranged on the drive shaft, which limit the deflection angle of the pivot ring.
- the stop disc 13 serves as a stop for a minimum deflection angle
- the stop plate 14 serves as a stop for a maximum deflection angle of the pivot ring 2.
- On the back can also be provided a bearing seat for the main thrust bearing.
- the support element 5 is mounted in a cylindrical recess in the form of a bore 15 in the pivot ring 1.
- the bore 15 extends perpendicular to the drive shaft axis.
- the power transmission element 6 is rotatably connected to the drive shaft 2 in the present preferred embodiment. It should also be noted at this point that the drive shaft 2 is not broken through the sleeve-shaped training or the sleeve-shaped part 8 of the power transmission element 6 and thus has corresponding stability.
- the clear width of the bore of the pivot ring 1 is at least slightly larger than the corresponding extent of the force transmission element 6 (mountability).
- the mechanism of support member 5 and power transmission element 6 is not intended to transmit the torque from the shaft to the swash plate in the form of the swivel ring 1.
- the bearings between support member 5 and power transmission element 6, between the power transmission element 6 and drive shaft 2 and between support member 5 and pivot ring 1 are not designed to transmit torque. Accordingly, it eliminates a kind of driving function for the support member 5 and the power transmission element 6. This is deliberately chosen for reasons of hysteresis, ie the tilting of the pivot ring 1 and the torque transmission are functionally decoupled from each other.
- the mechanism of power transmission element 6 and support member 5 essentially receives the piston forces.
- the torque in turn is transmitted from the drive shaft 2 to the swivel ring 1 by a tilting joint (realized by drive bolt 15a) provided on the drive shaft centerline.
- the torque between the sliding sleeve 3 and the pivot ring 1 transmitting drive pin 15a are locked or secured to the pivot ring with snap rings 16a.
- the swivel ring 1 has flats 17, which correspond to flats 18 on the sliding sleeve 3.
- the sliding sleeve 3 is dispensed with and the torque transmission takes place directly in any desired form between the drive shaft and the swivel ring 1 (eg via flattenings on the drive shaft 2 and the swivel ring 1). It should be noted at this point that it is also within the scope of the present invention to couple the functions of torque transfer and gas power support.
- Fig. 3a is a qualitative representation of the preferred interpretation of the moments according to the equations used (see. Fig. 1 ), wherein in addition to the rotational and translationally related moments (M sw and M k, ges ), the sum of the moments is shown. How one Fig. 3a can be found over a wide range of the tilt angle or deflection angle of the pivot ring 1 in about a moment equilibrium, which is in the present figure is a representation of the moments on the pivot angle ⁇ for any speed n of the drive shaft 2.
- Fig. 3b is for a fixed spring rate of the return spring 4 and for fixed pressure conditions on the high pressure and the suction side of 130 and 35 bar for different speeds n, the differential pressure prevailing between the engine room and suction side, each consideration for a compressor with moment equilibrium and with a prevailing over the entire speed range constant suction gas density p, applies. It should be noted at this point that this is a rather theoretical approach, since both the pressure p d and the pressure p s * at the piston for this calculation are assumed to be constant for each rotational speed n of the drive shaft 2. In practice, with increasing speed n, in particular the suction pressure p s * and thus the suction gas density p are lowered.
- Fig. 3a the moment equilibrium M sw to M k, ges is qualitatively represented.
- the moments M sw and M k, ges can also be adjusted by appropriate engine design so that in addition to an engine with neutral behavior as in Fig. 3a represented, an engine with alsregelndem behavior or an engine designed with abregelndem behavior.
- the moments M sw and M k, ges or their relationship to each other would be (n) only provided accordingly, for CO 2 as the refrigerant course M sw ⁇ M k, ges or M sw > M k, ges is preferred.
- the product of the compressor speed n, the Sauggas Together p of the sucked gas in the cylinders and the piston stroke s for different compressor speeds n at least for certain speed range in about kept constant, while a prevailing in the engine room pressure p c is also kept approximately constant (because, for example, the current flow of the control valve is kept constant).
- the delivery volume, ie the mass flow can be kept approximately constant even without regulation of the engine room pressure p c .
- the delivery volume per time V [cm 3 / s] V geo [cm 3 ] xn [1 / s], where V geo stands for the geometric delivery volume and n for the compressor speed.
- V geo D 2 ⁇ / 4 xsx ⁇ , where ⁇ represents the number of pistons.
- At least one intake-gas side inlet valve is arranged, which is configured such that the refrigerant mass flow entering the cylinder bores is speed-dependent (in particular on the Sauggas Stahl) influenced, that the ratio of the moments M sw and M k, ges on the one hand and the throttle performance the intake valve on the other hand in relation to each other in relation to each other that at least over parts of the speed range of the compressor, the refrigerant mass flow, which is conveyed in the system, is approximately constant.
- valves are used on the suction side conditionally as a throttle point and specifically in the context of the parameters M sw and M k, ges designed or tuned. It should be further mentioned at this point that at M SW ⁇ M k, ges the deflection angle of the pivot ring 1 remains constant in speed jumps. In other words, when the rotational speed of the compressor doubles from n1 to n2, the refrigerant mass flow is kept substantially constant by a deflection angle reduction (here halving).
- FIG. 4a The throttling by the suction-side valves is shown schematically in FIG Fig. 4a shown, wherein the influence of throttling by a log-ph diagram in Fig. 4b is clarified (pressure reduction to p s * for the gas in the cylinder chamber).
- the critical point (with CO 2 as refrigerant is a supercritical process) is designated KP.
- KP critical point
- the refrigerant mass flow over the speed of the drive 2 -l. Compressor shaft in Fig. 4c applied qualitative representation.
- the real ratio is shown, which can vary depending on the operating point.
- the selected representation is plotted for a fixed operating point. The illustration therefore applies to a constant tilt angle.
- the influence of the throttling of the suction gas at a minimum tilt angle is very low and, for example, at a tilt angle of 0 ° does not exist, which is illustrated by the fact that meet in this area the curves of the individual speeds approximately.
- Fig. 4c is the mass flow of the refrigerant over the speed shown qualitatively, which shows that the mass flow of the refrigerant is significantly reduced by the throttling effect at higher speeds than at low speeds.
- the mass flow of the refrigerant is increased without loss from m2t to m3t. Due to the losses, however, the mass flow of the refrigerant is increased from a mass flow m2r to a mass flow m3r.
- the swivel ring 1 is therefore a kind of internal controller (watt controller).
- Undercompensation means in this context that at a doubling of the rotational speed, the geometric displacement or the tilt angle or the stroke of the piston is so automatically changed that the mass flow of the refrigerant is slightly reduced compared to the starting position. A corrective control intervention becomes necessary.
- overcompensation in this context means that at a doubling of the rotational speed, the geometric displacement or the tilt angle or the stroke of the piston is automatically changed such that the mass flow of the refrigerant is slightly increased compared to the starting position. A corrective control intervention becomes necessary, as in the case of undercompensation.
- FIG. 6 Indicator diagrams for two operating points are shown to show the influence of the valve losses as a function of the rotational speed n of the drive shaft 2. While at a speed of 800 rpm, the average pressure loss is about 0.5 bar, the pressure loss is at the same valve configuration at 3000 rev / min on average about 3 bar. This behavior can be influenced by appropriate dimensioning of the suction-side valves within certain limits.
- the dimensioning of the suction-side valves and the compressor geometry is in Fig. 7 described.
- the dimensioning of the parameters refers to the application of the refrigerant R744 (CO 2 ).
- the dimensioning of compressors which use refrigerant R134a / R152a varies considerably; Here, the vote of the moment equilibrium or the moments M sw and M k, ges should look significantly different with respect to the valve geometry. In R134a / R152a, the pressure losses are relatively lower, resulting in that the moments M sw must be chosen to be greater than M k, ges (overcompensation of the moments) in order to achieve compensation in the range of the mass flow of the refrigerant.
- the compressor has (see. Fig. 7 ) On the inlet side for the suction gas in the cylinder chamber, a valve plate 19 with a suction lamella 20 mounted thereunder.
- the suction lamella 20 is tongue-shaped and serves to control the Sauggaseinlasses.
- the suction lamella 20 closes a through-flow bore 21, while the suction lamella 20 moves downwards during aspiration of the suction gas (due to the negative pressure prevailing in the cylinder) by a stroke t (indicated by arrows 22) and to be sucked in Refrigerant or the suction gas through the passage throttle bore 21 inlet into the cylinder granted.
- the passage throttle bore 21 has a diameter d. Due to the geometry of the inlet valve, ie in particular due to the diameter d of the passage throttle bore 21 or in particular due to the sum of the diameter d of the passage throttle bore 21 and the stroke t of the suction plate 20 and the compressor geometry over a wide work areas of the compressor according to the invention to a desired lowering the suction pressure p s .
- the number of pistons N is 5 to 9; the stroke t of the suction lamella 20 is between 0.9 and 1.2 mm, while the valve plate 19 has a bore (through-flow bore 21) whose diameter d is between 4 and 6 mm.
- the values for the piston diameter D are approximately 15 to 19 mm and the piston stroke s is approximately 17 to 22 mm.
- the maximum stroke volume per cylinder V is 3 ccm to 6 ccm.
- the energetically favorable variables describing the geometry of the compressor are a ratio of piston diameter and piston stroke of about 0.65 to 1.1, a ratio of piston diameter and passage throttle bore 21 in the valve plate 19 of about 2.5 to 4, a ratio of passage throttle bore 21 in the valve plate 19 and stroke t of the suction plate of about 3.7 to 6.7 and a ratio of piston stroke s to the stroke t of the suction plate of about 14 to 24th
- the passage throttle bore 21 is used on the suction side as a throttle point and designed specifically in conjunction with the other parameters controlling the compressor.
- the inflowing gas flows through a suction chamber, which is mounted in the cylinder head, with the pressure P s and is then introduced via the inlet valve, which has, for example, the configuration described above, in the cylinder bore, where due to the Saugventil configuration of the pressure p s * adjusts, which ensures an optimal control behavior of the compressor.
- Fig. 8 finally a speed jump from 2000 rpm to 6000 rpm is shown; the curves represent the pressure at the suction gas side, the mass flow of the refrigerant, the speed and the pressure at the high pressure side.
- the mass flow of the refrigerant and the pressures in the engine room at the suction gas side of the compressor and the pressure side of the compressor remain substantially unchanged.
- According to the invention has been achieved by a vote of the moments M sw and M k, ges in connection with the suction valves that prevails this behavior.
- the ideal range for the design is, as already mentioned, the average speed range, so that for the above sizes short-term changes (mass flow of the refrigerant and the pressures in the engine room on the suction side of the compressor and the pressure side of the compressor) are compensated josschreib.
- the mass flow for a corresponding speed jump can be measured relatively easily.
- the design of the parameters of the suction valves and the parameters M sw and M k, ges can be understood by measuring and weighing.
- a measurement of the piston stroke can be done by attaching a magnet to the piston in a simple manner, since the magnet can be detected via a sensor on the housing.
- the mass flow m is detectable before or after the compressor mass flow meters.
- By means of a tachometer and the compressor speed n can be determined in a simple manner.
- a simple switching valve can be used, which can influence the gas flow from the high-pressure side into the engine room.
- the switching valve can intervene when another operating point is to be set.
- An intervention on the control valve by a so-called feedback as in the prior art is not necessary.
- the control valve which regulates the gas flow from the pressure side of the compressor in the engine room of the compressor, thus no additional signal must be supplied, as is known in the prior art.
- additional signals e.g. the change in the mass flow of the refrigerant, the change of a pressure difference, the change of the suction pressure, etc.
- the self-regulation can compensate for variations in the refrigerant mass flow due to the rotational speed. It should be noted at this point that it is essential that not only the mass flow can be kept substantially constant, but at the same time the pressure layers on the pressure side and the suction side of the compressor.
- the solenoid of the control valve actuates the control valve only when a new operating point is to be set.
- a so-called switching valve is compared to the prior art thus characterized in that the feedback range can be omitted. Such a switching valve is significantly cheaper than the valves used in the prior art.
- Such a simple valve used in a compressor according to the invention is preferably a valve of the type used for today's ABS or ESP valves.
- inventive scheme works much faster than the previous scheme.
- the variables to be controlled are regulated at about the same time as the speed increases, according to the state of the art, this happens with a time delay, since first a feedback variable must be tapped, which is fed or assigned to the control valve.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Compressors, Vaccum Pumps And Other Relevant Systems (AREA)
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regeln eines Kältemittel-Massenstroms eines Verdichters gemäß Anspruch 1 sowie einen Verdichter gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 9.The present invention relates to a method for controlling a refrigerant mass flow of a compressor according to
Verdichter, für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen sowie Verfahren zur Regelung derselben sind aus dem Stand der Technik bekannt. Es finden verstärkt Axialkolbenverdichter einen Einsatz in Kraftfahrzeug-Klimaanlagen. Der Kältemittel-Massenstrom dieser Verdichter wird im allgemeinen durch die Hubhöhe der Kolben des Verdichters bestimmt, wobei die Hubhöhe durch die Auslenkung einer in ihrer relativen Lage zu einer Antriebswelle des Verdichters schwenkbaren Schräg- bzw. Schwenkscheibe definiert ist. Die Regulierung des Auslenkwinkels erfolgt über eine Variation des in einem im wesentlichen durch ein Gehäuse des Verdichters begrenzten Triebwerksraum, in welchem auch der Schwenkscheibenmechanismus angebracht ist. Aufgrund des Verhältnisses des im Triebwerksraum vorherrschenden Drucks pc und des Drucks auf einer Hochdruckseite des Verdichters pd bzw. des Drucks auf einer Sauggasseite des Verdichters ps kann ein gewünschter Auslenkwinkel der Schwenkscheibe (entsprechend einer bestimmten Hubhöhe der Kolben) durch eine Veränderung des Drucks pc im Triebwerksraum hergestellt werden, was einen wunschgemäßen Kältemittel-Massenstrom sicherstellt. Nachteilig daran ist jedoch, daß insbesondere bei wechselnden Drehgeschwindigkeiten (die Drehzahl ändert sich quasi ständig, da der Verdichter über einen Riementrieb mit dem Motor verbunden ist) sehr viele Regeleingriffe für den im Triebwerksraum vorherrschenden Druck pc notwendig sind.Compressors for automotive air conditioning systems and method for controlling the same are known from the prior art. There are increasingly axial piston compressor use in automotive air conditioning systems. The refrigerant mass flow of these compressors is generally determined by the lifting height of the pistons of the compressor, wherein the lifting height is defined by the deflection of a pivotable in their relative position to a drive shaft of the compressor inclined or swash plate. The regulation of the deflection angle takes place via a variation of the engine compartment, which is essentially delimited by a housing of the compressor and in which the swashplate mechanism is also mounted. Due to the ratio of the prevailing in the engine room pressure p c and the pressure on a high pressure side of the compressor p d or the pressure on a suction gas side of the compressor p s , a desired deflection angle of the swash plate (corresponding to a certain stroke height of the piston) by a change in pressure p c are produced in the engine room, which ensures a desired mass flow of refrigerant. The disadvantage of this, however, is that especially at changing rotational speeds (the speed changes almost constantly, since the compressor is connected via a belt drive with the engine) very many control interventions for the prevailing pressure in the engine room p c are necessary.
Deshalb wird in der
Auf der
In der auf die Anmelderin zurückgehenden
In der ebenfalls auf die Anmelderin zurückgehenden
Weitere Erläuterungen zur Regelung eines Verdichters sind beispielsweise der
Da sich bei Betrieb des Verdichters bzw. Betrieb des Fahrzeugs nahezu permanent die Drehzahl ändert (Verdichter gemäß dem Stand der Technik sind im allgemeinen über einen Riementrieb mit dem Motor des Fahrzeugs verbunden), sind bei Verdichtern nach dem Stand der Technik permanent Regeleingriffe notwendig, d.h. es ist eine permanente Variation des Triebwerksraumdrucks pc nötig (vgl. auch die obenstehenden Ausführungen).Since operating speed of the compressor or operation of the vehicle almost constantly changes the speed (compressors according to the prior art are generally connected via a belt drive to the engine of the vehicle), in the compressors according to the prior art, permanent control interventions are necessary, ie a permanent variation of the engine room pressure p c is necessary (see also the above explanations).
Neben einer verminderten Leistung des Fahrzeuges durch die hohe Anzahl leistungsraubender Regeleingriffe ist zu beachten und von Nachteil, daß der Regelvorgang durch eine entsprechende Anpassung des Triebwerksraumdrucks pc bei Drehzahlschwankungen träge ist und es zu starkem Überschwingen kommt, da der Triebwerksraum ein vergleichsweise großes Volumen umfaßt. Die Trägheit der Regelung ist durch die Länge der Regelstrecke bedingt, wobei sich die Regelstrecke wie folgt darstellt: Auf eine Änderung der Verdichterdrehzahl n hin ändert sich der Kippwinkel der Schwenkscheibe, was eine Änderung im Kältemittelmassenstrom zur Folge hat, woraus eine Änderung des Verhältnisses von pd zu ps resultiert. Nach einer Detektion des vorstehend näher bezeichneten Verhältnisses wird pC in Abhängigkeit des detektierten Verhältnisses neu eingestellt.In addition to a reduced performance of the vehicle by the high number of power-consuming control interventions is to be considered and disadvantageous that the control process by a corresponding adjustment of the engine room pressure p c is slow in speed fluctuations and there is a strong overshoot, since the engine room comprises a relatively large volume. The inertia of the control is determined by the length of the controlled system, with the controlled system being represented as follows: On a change in the compressor speed The tilt angle of the swash plate changes, which results in a change in the refrigerant mass flow, which results in a change in the ratio of p d to p s . After detection of the above-described ratio, pC is readjusted depending on the detected ratio.
Durch die Triebwerkskonzeptionen bzw. die Verfahren zum Regeln eines Verdichters gemäß der
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zum Regeln des Kältemittel-Massenstroms eines Verdichters bereitzustellen, bei welchem auch bei Drehzahlschwankungen ein weitgehend konstanter Kältemittel-Massenstrom erreicht werden kann, wobei Verluste durch Regeleingriffe zwischen den Drucklagen Hochdruck pd und Triebwerksraumdruck pc einerseits bzw. Triebwerksraumdruck pc und Saugdruck ps (Druck in einer Sauggaskammer) andererseits durch Verringerung der Anzahl der Regeleingriffe möglichst gering gehalten werden können. Weiterhin soll darauf geachtet werden, daß eine möglichst einfache Regelventilkonfiguration eingesetzt werden kann, was für geringe Kosten sorgt. Weiterhin ist es Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Verdichter anzugeben, bei welchem ein erfindungsgemäßes Verfahren implementiert ist.Object of the present invention is to provide a method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor, in which a largely constant refrigerant mass flow can be achieved even with speed fluctuations, with losses by regulating interventions between the pressure levels of high pressure p d and engine room pressure p c on the one hand or Engine room pressure p c and suction pressure p s (pressure in a suction chamber) on the other hand can be kept as low as possible by reducing the number of control interventions. Furthermore, care should be taken that the simplest control valve configuration can be used, which ensures low costs. It is another object of the present invention to provide a compressor in which a method according to the invention is implemented.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst, wobei vorteilhafte Weiterentwicklungen und Details der Erfindung in den Unteransprüchen beschrieben sind.This object is achieved by a method having the features of
Im einzelnen wird die Aufgabe durch ein Verfahren zum Regeln des Kältemittel-Massenstroms eines Verdichters, insbesondere eines Axialkolbenverdichters und weiterhin insbesondere eines Verdichters für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, welcher CO2 als Kältemittel aufweisen kann, gelöst, bei welchem in etwa ein Momentengleichgewicht zwischen einem durch rotatorisch bewegte Massen bedingten Moment Msw und einem durch translatorisch bewegte Massen bedingten Moment Mk,ges für wenigstens einen Auslenkwinkel αgl der Schwenkscheibe herbeigeführt wird und bei welchem das Produkt der Verdichterdrehzahl n, der Sauggasdichte p (des Sauggases, welches in den Zylinder mit einem Druck ps* einströmt; der Druck ps* kann sich von ps unterscheiden, da durch Drosselstellen oder dgl. eine Druckabsenkung zwischen einer Sauggaskammer und dem Zylinderraum auftritt) und des Kolbenhubs s für unterschiedliche Verdichterdrehzahlen n zumindest für bestimmte Drehzahlbereiche, insbesondere für Verdichterdrehzahlen n zwischen 600 und 9000 U/min, und weiterhin insbesondere für Verdichterdrehzahlen zwischen 2500 und 7000 U/min, selbsttätig in etwa konstant gehalten wird, während der im Triebwerksraum vorherrschende Druck pc ebenfalls in etwa konstant gehalten wird. Es bleibt zu erwähnen, daß der Verdichter, für den das erfindungsgemäße Verfahren konzipiert ist, im allgemeinen eine Antriebswelle und eine in ihrer Neigung zur Antriebswelle verstellbare Schwenkscheibe aufweist, welche in einem im wesentlichen durch ein Gehäuse des Verdichters definierten Triebwerksraum desselben angeordnet ist und welche durch ihren Auslenkwinkel bezüglich der Antriebswelle den Kolbenhub s des Verdichters definiert.In particular, the object is achieved by a method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor, in particular an axial piston compressor and further in particular a compressor for motor vehicle air conditioning systems, which may comprise CO 2 as a refrigerant, in which approximately a moment equilibrium between a caused by rotationally moving masses moment M sw and a conditional by translationally moving masses moment M k, ges for at least one deflection angle α gl of the swash plate is brought about and in which the product of the compressor speed n, the Sauggasdichte p (the suction gas, which in the cylinder with a pressure p s * flows and the pressure p s * may be different from p s, since by constrictions, or the like, a pressure reduction between a Sauggaskammer and the cylinder space occurs) and the piston stroke s for different compressor speeds n, at least for certain speed ranges, in particular. for compressor speeds n between 600 and 9000 U / min, and further in particular for compressor speeds between 2500 and 7000 U / min, automatically kept approximately constant, while the prevailing in the engine room pressure p c is also kept approximately constant. It should be noted that the compressor for which the inventive method is designed, generally has a drive shaft and an adjustable in its inclination to the drive shaft swash plate, which is arranged in a substantially defined by a housing of the compressor engine room and the same through their deflection angle with respect to the drive shaft defines the piston stroke s of the compressor.
In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird zusätzlich zum Produkt der Verdichterdrehzahl n, der Sauggasdichte p und des Kolbenhubs s auch der Druck pd an der Hochdruckseite des Verdichters und/oder der Druck ps an der Sauggasseite des Verdichters und/oder eine Regelventilstellgröße eines Regelventils (dies ist in der Regel die Bestromung der Spule des Ventils), welches zwischen der Hochdruckseite und dem Triebwerksraum in einer Verbindung beider Kammern angebracht ist, in etwa konstant gehalten. Durch die vorstehend beschriebenen Verfahrensmerkmale wird sichergestellt, daß nur eine geringe Anzahl an Regeleingriffen für den Triebwerksraumdruck pc notwendig ist. Insbesondere durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 wird sichergestellt, daß auf eine Rückkopplung (Feedback-Schleife, in der Regel ein Feedback-Steller am Regelventil) verzichtet werden kann, welche zur Regelung bei Verdichtern bzw. bei Regelverfahren gemäß dem Stand der Technik nötig ist.In a preferred embodiment of the method according to the invention, in addition to the product of the compressor speed n, the Sauggasdichte p and Kolbenhubs s and the pressure p d on the high pressure side of the compressor and / or the pressure p s on the suction gas side of the compressor and / or a Regelventilstellgröße one Control valve (this is usually the energization of the coil of the valve), which is mounted between the high pressure side and the engine room in a compound of both chambers, held approximately constant. By the method features described above it is ensured that only a small number of control actions for the engine room pressure p c is necessary. In particular, by the features of
Vorzugsweise wird das Momentengleichgewicht zwischen Msw und Mk,ges wenigstens für αgl = (αmax - αmin)/2 hergestellt, wobei angemerkt sei, daß αmax den maximalen Auslenkwinkel der Schwenkscheibe und αmin den minimalen Auslenkwinkel der Schwenkscheibe bezeichnet. Alternativ oder zusätzlich wird das Momentengleichgewicht zwischen Msw und Mk,ges (wenigstens) für einen Auslenkwinkel αgl hergestellt, für welchen gilt αmin ≤ αgl ≤ αmax. Weiterhin zusätzlich oder alternativ kann das Momentengleichgewicht zwischen Msw und Mk,ges (wenigstens) für einen Auslenkwinkel αgl = αmax und/oder für einen (fiktiven) Auslenkwinkel αgl ≥ αmax hergestellt werden. Hierdurch wird eine effektive Regelcharakteristik sichergestellt.Preferably, the moment equilibrium is established between M sw and M k, ges at least for α gl = (α max -α min ) / 2, it being noted that α max denotes the maximum deflection angle of the swash plate and α min the minimum deflection angle of the swash plate. Alternatively or additionally, the moment equilibrium is established between M sw and M k, ges (at least) for a deflection angle α gl for which α min ≦ α gl ≦ α max . Additionally or alternatively, the torque balance between M sw and M k, ges (at least) for a deflection angle α gl = α max and / or for a (fictitious) deflection angle α gl ≥ α max are produced. This ensures an effective control characteristic.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Druck pc im Triebwerksraum variiert, um einen gewünschten Betriebspunkt, d.h. einen gewünschten Kältemittel-Massenstrom im Verdichter zu erhalten. Dies stellt sicher, daß gewünschte Betriebspunkte sicher angefahren werden können, während innerhalb ein und desselben Betriebspunktes, d.h. bei einem gewissen gewünschten Kältemittel-Massenstrom, das erfindungsgemäße Verfahren derart selbsttätig regulierend eingreift, daß ein ändernder Eingriff betreffend den Triebwerksraumdruck pc im wesentlichen nicht nötig ist.In a further preferred embodiment, the pressure p c in the engine room is varied in order to obtain a desired operating point, ie a desired refrigerant mass flow in the compressor. This ensures that desired operating points can be safely approached, while within one and the same operating point, ie at a certain desired refrigerant mass flow, the inventive method so automatically regulate engages that a changing engagement with respect to the engine room pressure p c is essentially not necessary ,
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens wird bei einer Erhöhung der Verdichterdrehzahl n der Saugdruck ps* und damit p derart abgesenkt, daß das Produkt aus n, p und s in etwa konstant ist. Beim Saugdruck ps* handelt es sich im Sinne der vorliegenden Anmeldung um den im Zylinderraum vorherrschenden Saugdruck (welcher sich vom Druck ps in einer den Zylindern vorgeschalteten Sauggaskammer durchaus unterscheiden kann), während ρ die Dichte des Kältemittels im Zylinderraum bzw. in den Zylinderräumen darstellt.In a further preferred embodiment of a method according to the invention, with an increase in the compressor speed n, the suction pressure p s * and thus p are lowered such that the product of n, p and s is approximately constant. For the purposes of the present application, the suction pressure p s * is the suction pressure prevailing in the cylinder space (which may well differ from the pressure p s in a suction gas chamber upstream of the cylinders), while ρ is the density of the refrigerant in the cylinder space or in the cylinder spaces represents.
Bezüglich des vorrichtungstechnischen Aspekts wird die gestellte Aufgabe durch einen Verdichter mit den Merkmalen des Patentanspruchs 9 gelöst.With regard to the device-technical aspect, the object is achieved by a compressor with the features of claim 9.
Ein wesentlicher Punkt der Erfindung ist es, daß bei einem Verdichter, insbesondere Axialkolbenverdichter mit einem Gehäuse und einer im wesentlichen in dem Gehäuse angeordneten, über eine Antriebswelle angetriebenen Verdichtereinheit zum Ansaugen und Verdichten eines Kältemittels mit einer ebenfalls im Gehäuse angeordneten Schwenkscheibe die Momente Msw aufgrund der rotatorisch bewegten Massen und Mk,ges aufgrund der translatorisch bewegten Massen zu einander in einem vorbestimmten Verhältnis stehen, wobei der Verdichter wenigstens ein sauggasseitig angeordnetes Einlaßventil umfaßt, welches so konfiguriert ist, daß es den in den Zylinderraum gelangenden Kältemittel-Massenstrom drehzahlabhängig so beeinflußt, daß das Verhältnis der Momente Msw und Mk,ges einerseits und die Drosselleistung des wenigstens einen Einlaßventils andererseits derart zueinander in Relation stehen, daß zumindest über Teile des möglichen Drehzahlbereichs des Verdichters der Kältemittel-Massenstrom, der in das System gefördert wird, in etwa konstant ist. Die besagten Teile des Drehzahlbereichs sind bevorzugt Verdichterdrehzahlen zwischen 6000 und 9000 U/min, insbesondere jedoch Verdichterdrehzahlen zwischen 2500 und 7000 U/min. Das Einlaßventil bzw. die Einlaßventile kann bzw. können beispielsweise zwischen einer Sauggaskammer (Druck ps) und den Zylinderräumen (Druck ps*) angeordnet sein. Neben der bloßen Existenz der Einlaßventile kann auch deren Dimensionierung, welche zu bestimmten gewünschten Verlusten im Kältemittel-Massenstrom führen kann, sowie die Abstimmung Kältemittel-Massenstrom-verlustbringender Maßnahmen aufeinander zur gewünschten Regelcharakteristik führen bzw. beitragen. Durch eine derartige konstruktive Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Verdichters wird sichergestellt, daß Regeleingriffe für den Triebwerksraumdruck pc insbesondere bei Drehzahlsprüngen minimiert werden, da der Kältemittel-Massenstrom für einen weiten Drehzahlbereich ohne derartige Regeleingriffe konstant bleibt.An essential point of the invention is that in a compressor, in particular axial piston compressor with a housing and a substantially arranged in the housing, driven via a drive shaft compressor unit for sucking and compressing a refrigerant with a likewise arranged in the housing swash plate, the moments M sw due the rotationally moving masses and M k, ges are due to the translationally moving masses to each other in a predetermined ratio, wherein the compressor comprises at least one intake-side inlet valve, which is configured so that it affects the entering into the cylinder chamber refrigerant mass flow speed-dependent so in that the ratio of the moments M sw and M k, ges on the one hand and the throttle power of the at least one intake valve on the other hand are related to each other in such a way that at least over parts of the possible speed range of the compressor, the refrigerant Ma stream, which is pumped into the system, is approximately constant. The said parts of the speed range are preferably compressor speeds between 6000 and 9000 rpm, but in particular compressor speeds between 2500 and 7000 rpm. The inlet valve or the Inlet valves may be arranged, for example, between a suction gas chamber (pressure p s ) and the cylinder chambers (pressure p s *). In addition to the mere existence of the intake valves and their dimensioning, which can lead to certain desired losses in the refrigerant mass flow, as well as the coordination of refrigerant mass flow loss-making measures lead each other to the desired control characteristic or contribute. Such a structural design of a compressor according to the invention ensures that control interventions for the engine room pressure p c are minimized, in particular in the case of speed jumps, since the refrigerant mass flow remains constant for a wide speed range without such control interventions.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Einlaßventil, welches für die in den Zylinder gelangende Sauggasdichte p verantwortlich zeichnet, ein druckgesteuertes Lamellenventil. Alternativ oder zusätzlich kann auch ein schlitzgesteuertes Ventil im Kältemittelkreislauf eines erfindungsgemäßen Verdichters angeordnet sein. Das wenigstens eine Einlaßventil, insbesondere Lamellen- (oder schlitzgesteuerte) Ventil, weist vorzugsweise eine Ventilplatte mit Durchgangsbohrung(en) bzw. Durchgangsdrosselbohrung(en) und eine insbesondere zungenförmige Sauglamelle auf. Jedem Zylinder kann (können) ein oder mehrere Einlaßventil(e) zugeordnet sein, wobei zusätzlich oder auch alternativ die korrespondierenden Sauglamellen in einer Sauglamellenplatine integriert sein können. Bei einem schlitzgesteuerten Ventil kann es sich beispielsweise um einen Schlitz in der Zylinderwand handeln. Im Bereich der Lamellenventile kann es sich auch um eine Konstruktion handeln, bei der die Sauglamelle im Kolben sitzt und die Ansaugung unter dem Kolben erfolgt. Bei all den vorstehend bezeichneten Ausführungsformen handelt es sich um konstruktiv einfach zu realisierende Versionen eines erfindungsgemäßen Verdichters.In a preferred embodiment, the inlet valve, which is responsible for the suction gas density p entering the cylinder, is a pressure-controlled lamella valve. Alternatively or additionally, a slot-controlled valve can be arranged in the refrigerant circuit of a compressor according to the invention. The at least one inlet valve, in particular lamellar (or slot-controlled) valve, preferably has a valve plate with through-hole (s) or through-flow bore (s) and a particular tongue-shaped suction lamella. Each cylinder can (may) be assigned one or more inlet valve (s), wherein additionally or alternatively, the corresponding suction lamellae can be integrated in a Sauglamellenplatine. A slot-controlled valve may, for example, be a slot in the cylinder wall. In the field of lamellar valves, it may also be a construction in which the suction lamella is seated in the piston and the suction takes place under the piston. In all the above-described embodiments are constructionally easy to implement versions of a compressor according to the invention.
Das dem/den Einlaßventil(en) zugeordnete Ende eines bzw. jedes Zylinderraums kann eine sich insbesondere radial erstreckende ringförmige Erweiterung umfassen, die insbesondere den Hub der Sauglamelle(n) begrenzt und zur Befestigungsstelle der Sauglamelle(n) hin abgeschrägt bzw. abgeflacht ist.The end of one or each cylinder space associated with the inlet valve (s) may comprise an in particular radially extending annular enlargement which in particular limits the stroke of the suction lamella (s) and which is bevelled or flattened towards the attachment point of the suction lamella (s).
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verdichters beträgt das Verhältnis von Kolbendurchmesser und Kolbenhub (D/s) in etwa 0,4 bis 1,5, insbesondere 0,65 bis 1,1, wobei ein bevorzugter Wert bei in etwa 0,95 liegt. Zusätzlich oder alternativ beträgt das Verhältnis von Kolbendurchmesser und Durchgangsbohrung bzw. Durchgangsdrosselbohrung in der Ventilplatte (D/d) in etwa 1,5 bis 5, insbesondere 2,5 bis 4, wobei ein besonders bevorzugter Wert bei in etwa 3,6 liegt. Wiederum zusätzlich oder alternativ beträgt das Verhältnis von Durchgangsbohrung bzw. Durchgangsdrosselbohrung in der Ventilplatte und Hub der Sauglamelle (d/t) in etwa 2,5 bis 8, insbesondere 3,7 bis 6,7, wobei ein besonders bevorzugter Wert bei in etwa 4,55 liegt. Nochmals alternativ oder zusätzlich beträgt das Verhältnis von Kolbenhub zum Hub der Sauglamelle (s/t) in etwa 10 bis 30, insbesondere 14 bis 24, wobei hier ein besonders bevorzugter Wert bei etwa 17,3 liegt. All die vorstehend beschriebenen Werte bzw. Verhältnisse stellen sicher, daß ein erfindungsgemäßer Verdichter ein optimales Regelverhalten aufweist. Die Auslegung bezieht sich auf das Kältemittel R744 (CO2), wobei an dieser Stelle angemerkt sei, daß für andere Kältemittel eine Anpassung des Parametersatzes notwendig und im Grundgedanken der vorliegenden Erfindung enthalten ist.In a further preferred embodiment of a compressor according to the invention, the ratio of piston diameter and piston stroke (D / s) in about 0.4 to 1.5, in particular 0.65 to 1.1, wherein a preferred value is about 0.95 , Additionally or alternatively, the ratio of piston diameter and through-bore in the valve plate (D / d) is about 1.5 to 5, especially 2.5 to 4, with a particularly preferred value being about 3.6. In turn additionally or alternatively, the ratio of through-bore in the valve plate and lift of the suction fin (d / t) is about 2.5 to 8, especially 3.7 to 6.7, with a particularly preferred value being about 4, 55 is located. Again alternatively or additionally, the ratio of piston stroke to the stroke of the suction plate (s / t) in about 10 to 30, in particular 14 to 24, in which case a particularly preferred value is about 17.3. All the above-described values or ratios ensure that a compressor according to the invention has an optimum control behavior. The design relates to the refrigerant R744 (CO 2 ), it being noted at this point that for other refrigerants an adjustment of the parameter set is necessary and included in the spirit of the present invention.
Bei einem erfindungsgemäßen Verdichter kann ferner das Kippverhalten der Schwenkscheibe derart selbsttätig limitierend wirksam sein, daß bei hohen Drehzahlen desselben, insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen oder der maximalen Drehzahl der Winkel maximaler Auslenkung der Schwenkscheibe kleiner ist als der Winkel maximaler Auslenkung αmax bei niedrigen Drehzahlen des Verdichters. Bevorzugt sind die Geometrie und Dimensionierung sämtlicher translatorisch bewegter Teile wie Axialkolben, Kolbenstange oder Gleitsteine oder dgl. einerseits und sämtlicher rotatorisch bewegter Teile wie Schwenkscheibe, Mitnehmer oder dgl. andererseits derart, daß für vorbestimmte Kippwinkel der Schwenkscheibe, insbesondere zwischen einem vorbestimmten minimalen Kippwinkel und einem vorbestimmten maximalen Kippwinkel das Moment Mk,ges infolge der translatorisch bewegten Massen, insbesondere der Kolben, gegebenenfalls einschließlich Gleitsteine, Kolbenstangen oder dgl. derart kleiner gewählt ist als das Moment Msw infolge des Deviationsmoments, d.h. als das Moment infolge der Massenträgheit der Schwenkscheibe, daß bei hohen Drehzahlen des Verdichters, insbesondere bei sehr hohen Drehzahlen oder bei einer maximalen Drehzahlen der Winkel maximaler Auslenkung der Schwenkscheibe kleiner ist als der Winkel αmax maximaler Auslenkung bei kleineren Drehzahlen des Verdichters. Auch eine derartige konstruktive Ausgestaltung ermöglicht eine Minimierung der Regeleingriffe insbesondere bei Drehzahlsprüngen bei einer gleichzeitigen kostengünstigen Herstellung.In a compressor according to the invention also the tilting behavior of the swash plate can be so effectively limiting effect that at high speeds of the same, especially at very high speeds or maximum speed, the angle of maximum deflection of the swash plate is smaller than the angle of maximum deflection α max at low speeds of compressor. Preferably, the geometry and dimensioning of all translationally moving parts such as axial piston, piston rod or sliding blocks or the like. On the one hand and all rotationally moving parts such as swash plate, driver or the like. On the other hand such that for predetermined tilt angle of the swash plate, in particular between a predetermined minimum tilt angle and a predetermined maximum tilt angle, the moment M k, ges due to the translationally moving masses, in particular the piston, optionally including sliding blocks, piston rods or the like. Is selected to be smaller than the moment M sw due to the Deviationsmoments, ie as the moment due to the inertia of the swash plate, that at high speeds of the compressor, in particular at very high speeds or at maximum speeds, the angle of maximum deflection of the swash plate is smaller than the angle α max maximum deflection at lower speeds of the compressor. Also, such a structural design allows a minimization of the control interventions, especially in speed jumps with a simultaneous cost-effective production.
Die Erfindung wird nachfolgend in Hinsicht auf weitere Vorteile und Merkmale beispielhaft und unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen beschrieben. Die Zeichnungen zeigen in:
- Fig. 1
- eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Herleitung bzw. Berechnung der Momente infolge der translatorisch und rotatorisch bewegten Massen;
- Fig. 2
- den Schwenkscheibenmechanismus eines erfindungsgemäßen Verdichters in Explosionsdarstellung;
- Fig. 3a
- die Momentenverteilung in einem erfindungsgemäßen Verdichter als Funktion des Kippwinkels der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkrings;
- Fig. 3b
- den Differenzdruck zwischen Triebwerksraum und Sauggasseite bzw. den Druck im Triebwerksraum als Funktion des geometrischen Fördervolumens für einen bestimmten Betriebspunkt des erfindungsgemäßen Verdichters bei verschiedenen Verdichterdrehzahlen;
- Fig. 4 a-c
- schematische Erläuterungen zur Funktionsweise eines erfindungsgemäßen Verdichters;
- Fig. 5
- eine Darstellung des Differenzdrucks zwischen Triebwerksraum und Sauggasseite als Funktion des Massenstroms eines erfindungsgemäßen Verdichters;
- Fig. 6
- vier Indikatordiagramme für zwei Betriebspunkte des erfindungsgemäßen Verdichters;
- Fig. 7
- eine schematische Darstellung, welche die Auslegung des Einlaßventils bzw. der Einlaßventile und der Verdichtergeometrie verdeutlicht; und
- Fig. 8
- das Verhalten eines erfindungsgemäßen Verdichters bei einem Drehzahlsprung von 2000 U/min auf 6000 U/min.
- Fig. 1
- a schematic representation to illustrate the derivation or calculation of the moments due to the translational and rotationally moving masses;
- Fig. 2
- the swashplate mechanism of a compressor according to the invention in an exploded view;
- Fig. 3a
- the torque distribution in a compressor according to the invention as a function of the tilt angle of the swash plate or the swivel ring;
- Fig. 3b
- the differential pressure between the engine room and the suction gas side or the pressure in the engine room as a function of the geometric displacement for a specific operating point of the compressor according to the invention at different compressor speeds;
- Fig. 4 ac
- schematic explanations of the operation of a compressor according to the invention;
- Fig. 5
- a representation of the differential pressure between the engine room and the suction gas side as a function of the mass flow of a compressor according to the invention;
- Fig. 6
- four indicator diagrams for two operating points of the compressor according to the invention;
- Fig. 7
- a schematic representation illustrating the design of the intake valve and the intake valves and the compressor geometry; and
- Fig. 8
- the behavior of a compressor according to the invention at a speed jump from 2000 rev / min to 6000 rev / min.
Beim Verfahren zum Regeln des Kältemittel-Massenstroms eines Verdichters wird ein Momentengleichgewicht zwischen einem durch rotatorisch bewegte Massen bedingten Moment Msw und einem durch translatorisch bewegte Massen bedingten Moment Mk,ges für wenigstens einen Auslenkwinkel αgl einer Schwenkscheibe, welche in Form eines Schwenkrings 1 (vgl.
In der vereinfachten, jedoch anschaulichen Herleitung der Massenträgheitsmomente wird davon ausgegangen, daß der Schwerpunkt der Schwenkscheibe im Kippgelenk in etwa auf der Wellenmittelachse liegt, also kein Steineranteil oder ähnliches berücksichtigt werden muß. Für die Herleitung des Deviationsmomentes gelten im allgemeinen die folgenden mathematischen Zusammenhänge, wobei auch das maßgebliche Koordinatensystem in
Das hierbei verwendete Koordinatensystem geht, wie vorstehend erwähnt, aus
Für das Deviationsmoment, welches für die Schwenkbewegung maßgebend ist, gilt :
Unabhängig von der
Zi = Rω2 tanα cosβi
Fmi = mk zi
M(Fmi) = mk R cosβi zi
sowie für das Moment Msw infolge des Deviationsmoments:
Z i = Rω 2 tanα cosβ i
F mi = m k z i
M (F mi ) = m k R cosβ i z i
and for the moment M sw due to the moment of deviation:
Im Zusammenhang mit der Erfindung soll für einen beliebigen Kippwinkel oder Kippwinkelbereich folgendes Momentenverhältnis konstruktiv verwirklicht werden:
- MSW ≥ Mk,ges bzw. bevorzugt der Unterfall MSW = Mk,ges bzw. bevorzugt (für CO2 als Kältemittel) MSW ≈ Mk,ges
- M SW ≥ M k, ges or preferably the sub-case M SW = M k, ges or preferably (for CO 2 as refrigerant) M SW ≈ M k, ges
Damit gilt auch:
Wie bereits erläutert, läßt sich das (Kipp-)Moment der Schwenkscheibe infolge des zugehörigen Deviationsmoments durch verschiedene Parameter (Geometrie, Dichteverteilung, Masse, Massenschwerpunkt) bewußt so einstellen, daßAs already explained, the (tilt) moment of the swashplate can be deliberately adjusted by various parameters (geometry, density distribution, mass, center of mass) as a result of the associated deviation moment
Msw ≥ Mk,ges oder aber der Unterfall Msw = Mk,ges gilt.M sw ≥ M k, ges or else the subcorruption M sw = M k, ges holds.
Im Zusammenhang mit den angegebenen Gleichungen bedeutet:
- θ
- Drehwinkel der Welle (wobei die vor- und nachstehenden Betrachtungen der Einfachheit halber für θ=0 angestellt werden)
- η
- Anzahl der Kolben
- R
- Abstand der Kolbenachse zur Wellenachse
- ω
- Wellendrehzahl
- α
- Kippwinkel des Schwenkringes/Schwenkscheibe
- mk
- Masse eines Kolbens inklusive Gleitsteine bzw. Gleitsteinpaar
- mk,ges
- Masse aller Kolben inklusive Gleitsteine
- msw
- Masse des Schwenkringes
- ra
- Außenradius des Schwenkringes
- ri
- Innenradius des Schwenkringes
- h
- Höhe des Schwenkringes
- g
- Dichte des Schwenkringes
- V
- Volumen des Schwenkringes
- βi
- Winkelposition des Kolbens i
- zi
- Beschleunigung des Kolbens i
- Fmi
- Massenkraft des Kolbens i (inklusive Gleitsteine)
- M(Fmi)
- Moment infolge der Massenkraft des Kolbens i
- Mk,ges
- Moment infolge der Massenkraft aller Kolben
- Msw
- Moment infolge des Aufstellmomentes des Schwenkringes/Schwenkscheibe infolge des Deviationsmoments (Jyz)
- θ
- Angle of rotation of the shaft (the above and following considerations are for simplicity θ = 0)
- η
- Number of pistons
- R
- Distance of the piston axis to the shaft axis
- ω
- Shaft speed
- α
- Tilt angle of the swivel ring / swashplate
- m k
- Mass of a piston including sliding blocks or pair of sliding blocks
- m k, sat
- Mass of all pistons including sliding blocks
- sw
- Mass of the swivel ring
- r a
- Outer radius of the swivel ring
- i
- Inner radius of the swivel ring
- H
- Height of the swivel ring
- G
- Density of the swivel ring
- V
- Volume of the swivel ring
- β i
- Angular position of the piston i
- z i
- Acceleration of the piston i
- F mi
- Mass force of the piston i (including sliding blocks)
- M (F mi )
- Moment due to the mass force of the piston i
- M k, sat
- Moment due to the mass force of all pistons
- M sw
- Moment due to the installation torque of the swivel ring / swashplate as a result of the deviation moment (J yz )
Ein Beispiel für ein Triebwerk, bei dem ein Momentengleichgewicht (Mk,ges ≈ Msw) für wenigstens einen Auslenkwinkel αgl der Schwenkscheibe bzw. des Schwenkrings 1 hergestellt ist, d.h. also für einen Verdichter, bei dem das Momentengleichgewicht-Merkmal des erfindungsgemäßen Verfahrens implementiert ist, ist in
Aus
Da der Innendurchmesser der Feder 4 größer ist als der Außendurchmesser des hülsenförmigen Teils 8 des Kraftübertragungselements 6, kann das hülsenförmige Teil 8 in zusammengebautem Zustand des Schwenkscheibenmechanismus unter die Feder 4 geschoben werden. Das heißt also, daß das hülsenförmige Teil 8 über die Antriebswelle 2 gestülpt und radial durch die Feder 4 auf der Antriebswelle 2 fixiert wird. Auf der der Feder 4 abgewandten Seite des Kraftübertragungselements 6 wird dann die Schiebhülse 3, welche eine zum Kraftübertragungselement 6 korrespondierende Aussparung 10 aufweist, über die Antriebswelle 2 gestülpt (Gleitsitz). Die Schiebehülse 3 weist ferner zwei Aussparungen in Form von Bohrungen 11 auf. Axial werden das Kraftübertragungselement 6 sowie die Schiebehülse 3 durch eine Nutmutter (nicht gezeigt) auf der Antriebswelle 2 gesichert, wobei sich die Schiebehülse 3 auf der Antriebswelle 2 in axialer Richtung hin- und herbewegen kann. Der hülsenförmige Teil 8 des Kraftübertragungselements ist mit der Feder 4 auf der Antriebswelle 2 drehfest fixiert. Für ein besseres Startverhalten des Verdichters ist auf der Antriebswelle 2 ferner eine Tellerfeder 12 angeordnet, welche dafür Sorge trägt, daß der Verdichter nicht bei einem minimalen Auslenkwinkel des Schwenkrings 1 startet. Ferner sind auf der Antriebswelle 2 Anschläge in Form von Anschlagscheiben 13, 14 angeordnet, welche den Auslenkwinkel des Schwenkrings begrenzen. Die Anschlagscheibe 13 dient als Anschlag für einen minimalen Auslenkwinkel, während die Anschlagscheibe 14 als Anschlag für einen maximalen Auslenkwinkel des Schwenkrings 2 dient. An der Rückseite kann auch ein Lagersitz für das Hauptaxiallager vorgesehen sein.Since the inner diameter of the
Das Stützelement 5 ist in einer zylinderförmigen Aussparung in Form einer Bohrung 15 im Schwenkring 1 gelagert. Die Bohrung 15 erstreckt sich senkrecht zur Antriebswellenachse. Die Sicherung des Stützelements 5 im Schwenkring 1 erfolgt mittels zweier Sprengringe 16.The
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß das Kraftübertragungselement 6 in der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform drehfest mit der Antriebswelle 2 verbunden ist. Weiterhin sei an dieser Stelle angemerkt, daß durch die hülsenförmige Ausbildung bzw. den hülsenförmigen Teil 8 des Kraftübertragungselements 6 die Antriebswelle 2 nicht durchbrochen wird und somit entsprechende Stabilität aufweist. Die lichte Weite der Bohrung des Schwenkrings 1 ist mindestens geringfügig größer als die korrespondierende Erstreckung des Kraftübertragungselements 6 (Montierbarkeit).It should be noted at this point that the power transmission element 6 is rotatably connected to the
Bei der vorliegenden bevorzugten Ausführungsform ist der Mechanismus aus Stützelement 5 und Kraftübertragungselement 6 nicht dazu bestimmt, das Drehmoment von der Welle auf die Schrägscheibe in Form des Schwenkrings 1 zu übertragen. Die Lagerstellen zwischen Stützelement 5 und Kraftübertragungselement 6, zwischen Kraftübertragungselement 6 und Antriebswelle 2 und zwischen Stützelement 5 und Schwenkring 1 sind nicht dazu ausgelegt, Drehmoment zu übertragen. Es entfällt demnach eine Art Mitnehmerfunktion für das Stützelement 5 und das Kraftübertragungselement 6. Das ist aus Gründen der Hysterese bewußt so gewählt, d.h. das Verkippen des Schwenkrings 1 und die Drehmomentübertragung werden funktional voneinander entkoppelt. Der Mechanismus aus Kraftübertragungselement 6 und Stützelement 5 nimmt im wesentlichen die Kolbenkräfte auf. Das Drehmoment wiederum wird von der Antriebswelle 2 an den Schwenkring 1 durch ein auf der Antriebswellenmittelachse bereitgestelltes Kippgelenk (realisiert durch Antriebsbolzen 15a) übertragen. Die das Drehmoment zwischen der Schiebehülse 3 und dem Schwenkring 1 übertragenden Antriebsbolzen 15a sind am Schwenkring mit Sprengringen 16a arretiert bzw. gesichert. Der Schwenkring 1 weist Abflachungen 17 auf, welche zu Abflachungen 18 an der Schiebehülse 3 korrespondierenden. Prinzipiell ist in anderen Ausführungsformen auch denkbar, daß die Schiebehülse 3 entfällt und die Drehmomentübertragung in einer beliebigen Form zwischen Antriebswelle und Schwenkring 1 direkt stattfindet (z.B. über Abflachungen an der Antriebswelle 2 und dem Schwenkring 1). Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß es ebenso zum Grundgedanken der vorliegenden Erfindung gehört, die Funktionen der Drehmomentübertragung und der Gaskraftabstützung zu koppeln.In the present preferred embodiment, the mechanism of
Durch die Entkopplung der Drehmomentübertragung und der Gaskraftabstützung kann erreicht werden, daß neben der Möglichkeit, das Stützelement 5 und das Kraftübertragungselement 6 entsprechend klein zu dimensionieren, eine optimierte Flächenpressung, insbesondere zwischen Kraftübertragungselement 6 und Stützelement 5 sowie zwischen Stützelement 5 und Schwenkring 1 erreicht werden. Dadurch und durch die erfindungsspezifische Bauweise von Stützelement 5 und Kraftübertragungselement 6 bzw. durch die erfindungsspezifische Anlenkung zwischen Kraftübertragungselement 6 und Stützelement 5 kann eine kompakte Bauform des Verdichters erreicht werden.By decoupling the torque transmission and the gas power support can be achieved that in addition to the ability to dimension the
In
In
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß in
Im weiteren sei der Fall Msw + Mk,ges ≈ 0 betrachtet. Aus
Für folgende Kippwinkel ist die Einstellung des Momentengleichgewichts sinnvoll:
- für αmin ≤ α ≤ αmax
- für α = (αmax - αmin)/2
- für α = αmax, und
- für α ≥ αmax
- for α min ≤ α ≤ α max
- for α = (α max - α min ) / 2
- for α = α max , and
- for α ≥ α max
Die beiden zuletzt genannten Fälle sind allerdings deutlich zu bevorzugen, wobei angemerkt sei, daß in den Diagrammen der Abbildungen 3a und 3b ungefähr der dritte Fall (Schnittpunkt bei 95 % des maximalen Fördervolumens), d.h. also ein Momentengleichgewicht für α = αmax, realisiert wird. Neben dem sich gegenüber Veränderungen der Drehzahl in etwa neutral verhaltenden Triebwerk wird der Kippwinkel des Schwenkrings 2 im wesentlichen durch die Variation der Drücke ps*, pd sowie des Triebwerksraumdruckes pc verändert. In einem konstanten Betriebspunkt bei vorgegebenem ps* und pd geschieht die Änderung im wesentlichen nur durch den Triebwerksraumdruck pc. Letzteres ist auch den Diagrammen der
Um Regeleingriffe vermeiden bzw. vermindern zu können, die durch Drehzahländerungen verursacht werden, wird bei dem hier beschriebenen Verfahren das Produkt der Verdichterdrehzahl n, der Sauggasdichte p des in den Zylindern angesaugten Gases und des Kolbenhubs s für unterschiedliche Verdichterdrehzahlen n zumindest für bestimmte Drehzahlbereich in etwa konstant gehalten, während ein im Triebwerksraum herrschender Druck pc ebenfalls in etwa konstant gehalten wird (weil z.B. die Bestromung des Regelventils konstant gehalten wird). Dies geschieht zumindest bereichsweise, insbesondere für Verdichterdrehzahlen n zwischen 600 und 9000 U/min und bevorzugt für Verdichterdrehzahlen zwischen 2500 und 7000 U/min. Dadurch kann das Fördervolumen, d.h. der Massenstrom auch ohne Regelung des Triebwerksraumdrucks pc in etwa konstant gehalten werden. Dies verdeutlicht sich einfach aus folgenden Zusammenhängen: Das Fördervolumen pro Zeit V [cm3/ s] = Vgeo [cm3] x n [1/s], wobei Vgeo für das geometrische Fördervolumen und n für die Verdichterdrehzahl steht. Für das geometrische Fördervolumen Vgeo gilt folgende Beziehung: Vgeo = D2π/4 x s x η, wobei η die Anzahl der Kolben darstellt. Der Massenstrom pro Zeit m [g/s] = V [cm3/s] x ρ [g/cm3] wobei p für die zeitlich zu mittelnde Sauggasdichte im Zylinderraum steht. Damit ergibt sich, daß m eine Funktion von n, p und s ist, wobei p eine Funktion von t und p ist. Daraus erkennt man, daß m = K x s x n x ρ gilt, wobei K eine Konstante ist, so daß bei einer Konstanthaltung des Produkts aus s, n und p das Fördervolumen bzw. der Massenstrom konstant gehalten werden.In order to avoid or reduce control interventions, which are caused by changes in speed, in the method described here, the product of the compressor speed n, the Sauggasdichte p of the sucked gas in the cylinders and the piston stroke s for different compressor speeds n at least for certain speed range in about kept constant, while a prevailing in the engine room pressure p c is also kept approximately constant (because, for example, the current flow of the control valve is kept constant). This happens at least regionally, in particular for compressor speeds n between 600 and 9000 rpm and preferably for compressor speeds between 2500 and 7000 rpm. As a result, the delivery volume, ie the mass flow, can be kept approximately constant even without regulation of the engine room pressure p c . This is simply illustrated by the following relationships: The delivery volume per time V [cm 3 / s] = V geo [cm 3 ] xn [1 / s], where V geo stands for the geometric delivery volume and n for the compressor speed. For the geometric delivery volume V geo the following relationship applies: V geo = D 2 π / 4 xsx η, where η represents the number of pistons. The mass flow per time m [g / s] = V [cm 3 / s] x ρ [g / cm 3 ] where p stands for the time to be averaged Sauggasdichte in the cylinder chamber. It follows that m is a function of n, p and s, where p is a function of t and p. It can be seen that m = K xsxnx ρ, where K is a constant, so that when the product of s, n and p is kept constant, the delivery volume or the mass flow are kept constant.
Demnach ermöglicht also eine derartige erfindungsgemäße Ausgestaltung des Verfahrens mit einem Momentengleichgewicht der translatorischen und rotatorischen Massen auf der einen Seite und einer Konstanthaltung der oben näher bezeichneten Parameter auf der anderen Seite eine Regelung eines Verdichters ohne ein Nachregeln des Triebwerksraumdrucks pc für einen entsprechenden Betriebspunkt. Über das Regelventil am Verdichter und die systemseitige Regelung wird lediglich ein gewünschter Betriebspunkt eingestellt, während eine Änderung der Drehzahl der Antriebswelle 2 durch das selbstkompensierende Verhalten eines erfindungsgemäßen Verdichters weitgehend abgefangen wird. Apparativ bedeutet dies, daß bei einer Änderung der Drehzahl ein etwa proportionales Verhalten in bezug auf den geförderten Kältemittel-Massenstrom realisiert werden muß. Dies heißt, daß auch bei einer deutlichen Steigerung der Drehzahl der geförderte Kältemittel-Massenstrom konstant zu halten bzw. zu limitieren ist. Dies wird apparativ (vgl. hierzu
Die Drosselung durch die saugseitigen Ventile ist schematisch in
Wie auch aus
In
Der Hintergrund für diesen Sachverhalt liegt auch darin, daß z.B. bei einer Verdoppelung der Drehzahl der Kippwinkel der Schrägscheibe halbiert werden müßte. Würden die Momente Msw und Mk,ges so ausgelegt, daß Msw größer als Mk,ges wäre (Überkompensation), so würde die Drehzahl einen nichtlinearen Einfluß nehmen (dieser Einfluß unterläge einem quadratischen Gesetz). Ebenso hat auch die Drosselung keinen linearen (sondern einen quadratischen) Einfluß. Es bietet sich an, zumindest einen dieser sich gegenseitig verstärkenden Effekte zu vermeiden. Ohnehin wurde gegenüber dem Stand der Technik bereits erwähnt, daß eine Überkompensation durch den Parameter Msw durch eine entsprechend unattraktive Bauteilmasse und Bauteilgröße erkauft werden müßte. Demnach ist Mk,ges ≈ Msw zu bevorzugen.The background for this situation lies in the fact that, for example, when doubling the speed of the tilt angle of the swash plate would have to be halved. If the moments M sw and M k, ges were designed so that M sw would be greater than M k, saturated (overcompensation), then the speed would have a nonlinear influence (this influence would be subject to a quadratic law). Similarly, the throttling has no linear (but a quadratic) influence. It makes sense to avoid at least one of these mutually reinforcing effects. In any case, it has already been mentioned in comparison with the prior art that overcompensation by the parameter M sw would have to be paid for by means of a correspondingly unattractive component mass and component size. Accordingly, M k, ges ≈ M sw is to be preferred.
Deshalb ist es vorteilhaft, das Regelverhalten in einem mittleren Drehzahlbereich abzustimmen. Im Drehzahlbereich darunter liegt dann eine leichte Unterkompensation vor, im oberen Drehzahlbereich liegt eine leichte Überkompensation vor.Therefore, it is advantageous to tune the control behavior in a medium speed range. In the speed range below there is then a slight undercompensation, in the upper speed range is slightly overcompensation.
Kompensation heißt in diesem Zusammenhang, daß bei einer Drehzahlverdoppelung das geometrische Fördervolumen bzw. der Kippwinkel oder der Hub des Kolbens derart selbsttätig verändert wird, daß der Massenstrom des Kältemittels sich im wesentlichen nicht verändert, der Triebwerksraumdruck pc nicht durch einen Regeleingriff verändert werden muß und sich durch den nicht veränderten Massenstrom das anlagenseitige Druckniveau auf der Saugseite bzw. der Hochdruckseite sowie auch die Kälteleistung im wesentlichen nicht verändert. Bei einem konstanten Kältemittel-Massenstrom m = konst (wobei wie bereits vorstehend erläutert m = Vgeo x ρ x n gilt), wirkt bei einer Veränderung der Drehzahl n dadurch, daß m = K x s x n x ρ gilt, direkt und zeitnah auf ρ x s ein, wobei ρ ebenfalls auf s einwirkt. Man erhält demnach eine sehr schnelle Regelantwort auf die Änderung der Drehzahl n. Durch die Regelstrecke des Regelventils wäre das nicht möglich, so daß ein Überschwingen vermieden werden kann. Der Schwenkring 1 ist demnach eine Art interner Controller (Wattcontroller).Compensation means in this context that at a speed doubling the geometric displacement or the tilt angle or stroke of the piston is changed so automatically that the mass flow of the refrigerant does not change substantially, the engine room pressure p c must not be changed by a control intervention and the plant-side pressure level on the suction side or the high-pressure side as well as the cooling capacity does not change substantially due to the unaltered mass flow. With a constant refrigerant mass flow m = const (where, as explained above, m = V geo x ρ xn), a change in the rotational speed n due to the fact that m = K xsxnx ρ holds is immediate and timely to ρ xs, where ρ also acts on s. Accordingly, a very fast control response to the change of the rotational speed n is obtained. This would not be possible by means of the controlled system of the control valve, so that an overshoot can be avoided. The
Unterkompensation heißt in diesem Zusammenhang, daß bei einer Verdoppelung der Drehzahl das geometrische Fördervolumen bzw. der Kippwinkel bzw. der Hub des Kolbens derart selbsttätig verändert wird, daß der Massenstrom des Kältemittels gegenüber der Ausgangslage etwas verringert wird. Ein korrigierender Regeleingriff wird notwendig. Ebenso bedeutet Überkompensation in diesem Zusammenhang, daß bei einer Verdoppelung der Drehzahl das geometrische Fördervolumen bzw. der Kippwinkel oder der Hub des Kolbens derartig selbsttätig verändert wird, daß der Massenstrom des Kältemittels gegenüber der Ausgangslage etwas erhöht wird. Ein korrigierender Regeleingriff wird, wie im Falle der Unterkompensation, notwendig.Undercompensation means in this context that at a doubling of the rotational speed, the geometric displacement or the tilt angle or the stroke of the piston is so automatically changed that the mass flow of the refrigerant is slightly reduced compared to the starting position. A corrective control intervention becomes necessary. Likewise, overcompensation in this context means that at a doubling of the rotational speed, the geometric displacement or the tilt angle or the stroke of the piston is automatically changed such that the mass flow of the refrigerant is slightly increased compared to the starting position. A corrective control intervention becomes necessary, as in the case of undercompensation.
Eine Unterkompensation von Mk,ges durch Msw oder Mk,ges bietet sich nicht an, da dann die Auslegung der Saugventile auch diesen negativen Effekt mit eliminieren müßte.An undercompensation of M k, ges by M sw or M k, ges is not appropriate, since then the design of the suction valves would also eliminate this negative effect with.
Das heißt zusammengefaßt:
- Msw > Mk,ges (Überkompensation der translatorisch bewegten Massen) bewirkt Nachteile im Bereich "package" und verstärkt den Einfluß der Drosselung durch die Saugventile in unerwünschtem Maße.
- Msw < Mk,ges (Unterkompensation der translatorisch bewegten Massen) bewirkt Nachteile dadurch, daß der Effekt gegen den gewollten Effekt der Sauggasdrosselung arbeitet.
- Msw ≈ Mk,ges ist ideal, die Geometrie im wesentlichen der Saugventile und des Verdichtungsraums sind darauf abgestimmt (insbesondere für das Kältemittel CO2).
- M sw > M k, ges (overcompensation of the translationally moving masses) causes disadvantages in the "package" area and increases the influence of the throttling by the suction valves to an undesirable degree.
- M sw <M k, ges (undercompensation of the translationally moving masses) causes disadvantages in that the effect works against the intended effect of Sauggasdrosselung.
- M sw ≈ M k, is ideal, the geometry of essentially the suction valves and the compression chamber are adapted to it (especially for the refrigerant CO 2 ).
Ebenso wurden die Begriffe Über-, Unter- bzw. Kompensation neben dem Zusammenhang der Momente auch für den Massenstrom des Kältemittels verwendet:
- Unterkompensation: Bei einer Verdoppelung der Drehzahl n wird der Kältemittel-Massenstrom m = Vgeo x n x ρ, d.h. also Vgeo x ρ, derart selbsttätig verändert, daß der Massenstrom des Kältemittels gegenüber der Ausgangslage verringert wird. Ein korrigierender Regeleingriff ist notwendig.
- Überkompensation: Bei einer Verdoppelung der Drehzahl wird das geometrische Fördervolumen derart selbsttätig verändert, daß der Massenstrom des Kältemittels gegenüber der Ausgangslage erhöht wird. Auch hier ist ein korrigierender Regeleingriff notwendig.
- Undercompensation: When doubling the speed n, the refrigerant mass flow m = V geo xnx ρ, ie V geo x ρ, so automatically changed so that the mass flow of the refrigerant is reduced compared to the starting position. A corrective control intervention is necessary.
- Overcompensation: When the speed is doubled, the geometric delivery volume is automatically changed in such a way that the mass flow of the refrigerant relative to the starting position is increased. Again, a corrective control intervention is necessary.
In Zusammenhang mit Drehzahlsprüngen wurde bisher von Erhöhungen der Drehzahl gesprochen. Es ist selbstverständlich, daß das Verhalten sich in gleicher Form bei Drehzahlabsenkungen wiederspiegelt, insbesondere ist es z.B bei. einer Halbierung der Drehzahl das Ziel, Veränderungen des Massenstroms des Kältemittels selbsttätig zu kompensieren. Dazu erhöht sich das geometrische Fördervolumen dementsprechend.In connection with speed jumps has been spoken of increases in speed. It is obvious that the behavior is reflected in the same form at speed drops, in particular it is for example. halving the speed of the target to compensate for changes in the mass flow of the refrigerant automatically. For this purpose, the geometric delivery volume increases accordingly.
In
Die Dimensionierung der saugseitigen Ventile und der Verdichtergeometrie ist in
Der Verdichter weist (vgl.
Die Durchgangsdrosselbohrung 21 weist einen Durchmesser d auf. Aufgrund der Geometrie des Einlaßventils, d.h. insbesondere aufgrund des Durchmessers d der Durchgangsdrosselbohrung 21 bzw. insbesondere aufgrund der Summe des Durchmessers d der Durchgangsdrosselbohrung 21 und des Hubes t der Sauglamelle 20 und auch der Verdichtergeometrie kommt es über weite Arbeitsbereiche des erfindungsgemäßen Verdichters zu einem gewünschten Absenken des Saugdrucks ps. Dies kann beispielsweise (im Falle eines Verdichters mit Kältemittel CO2) mit folgenden Parametern für die Verdichtergeometrie erreicht werden: Die Anzahl der Kolben N beträgt 5 bis 9; der Hub t der Sauglamelle 20 beträgt zwischen 0,9 und 1,2 mm, während die Ventilplatte 19 eine Bohrung (Durchgangsdrosselbohrung 21) aufweist, deren Durchmesser d zwischen 4 und 6 mm liegt. Die Werte für den Kolbendurchmesser D liegen bei ca. 15 bis 19 mm und der Kolbenhub s beträgt in etwa 17 bis 22 mm. Das maximale Hubvolumen pro Zylinder V beträgt 3 ccm bis 6 ccm. Ein bevorzugter Parametersatz lautet: N = 6; D = 18; s = 19; V = 4,7; t = 1,1; d = 5. Demnach ergeben sich als energetisch günstige, die Geometrie des Verdichters beschreibende Größen ein Verhältnis von Kolbendurchmesser und Kolbenhub von etwa 0,65 bis 1,1, ein Verhältnis von Kolbendurchmesser und Durchgangsdrosselbohrung 21 in der Ventilplatte 19 von etwa 2,5 bis 4, ein Verhältnis von Durchgangsdrosselbohrung 21 in der Ventilplatte 19 und Hub t der Sauglamelle von etwa 3,7 bis 6,7 sowie ein Verhältnis von Kolbenhub s zum Hub t der Sauglamelle von etwa 14 bis 24.The passage throttle bore 21 has a diameter d. Due to the geometry of the inlet valve, ie in particular due to the diameter d of the passage throttle bore 21 or in particular due to the sum of the diameter d of the passage throttle bore 21 and the stroke t of the
Es sei an dieser Stelle angemerkt, daß diese Werte die optimale Geometrie für einen Betrieb mit CO2 als Kältemittel wiederspiegeln, daß jedoch je nach konstruktiven Bedürfnissen auch Werte von 0,4 bis 1,5 für das Verhältnis von Kolbendurchmesser und Kolbenhub sowie Werte von 1,5 bis 5 für das Verhältnis von Kolbendurchmesser und Durchgangsdrosselbohrung sowie Werte von 2,5 bis 8 für das Verhältnis von Durchgangsdrosselbohrung und Hub der Sauglamelle sowie Werte von etwa 10 bis 30 für das Verhältnis von Kolbenhub zum Hub der Sauglamelle energetisch günstig sind. In dieser bevorzugten Ausführungsform wird die Durchgangsdrosselbohrung 21 auf der Saugseite als Drosselstelle genutzt und gezielt im Zusammenhang mit den anderen den Verdichter regelnden Parametern ausgelegt. Das einströmende Gas durchströmt eine Saugkammer, welche im Zylinderkopf angebracht ist, mit dem Druck Ps und wird dann über das Einlaßventil, das beispielsweise die vorstehend beschriebene Konfiguration aufweist, in die Zylinderbohrung eingeleitet, wo sich aufgrund der Saugventil-Konfiguration der Druck ps* einstellt, der ein optimales Regelverhalten des Verdichters gewährleistet.It should be noted at this point that these values reflect the optimum geometry for operation with CO 2 as a refrigerant, but that, depending on design requirements, also values of 0.4 to 1.5 for the ratio of piston diameter and piston stroke and values of 1 , 5 to 5 for the ratio of piston diameter and Durchgangsdrosselbohrung and values of 2.5 to 8 for the ratio of Durchgangsdrosselbohrung and stroke of the suction plate and values of about 10 to 30 for the ratio of piston stroke to lift the suction plate are energetically favorable. In this preferred embodiment, the passage throttle bore 21 is used on the suction side as a throttle point and designed specifically in conjunction with the other parameters controlling the compressor. The inflowing gas flows through a suction chamber, which is mounted in the cylinder head, with the pressure P s and is then introduced via the inlet valve, which has, for example, the configuration described above, in the cylinder bore, where due to the Saugventil configuration of the pressure p s * adjusts, which ensures an optimal control behavior of the compressor.
In
Der ideale Bereich für die Auslegung ist, wie bereits erwähnt, der mittlere Drehzahlbereich, so daß für die oben genannten Größen kurzzeitige Veränderungen (Massenstrom des Kältemittels sowie die Drücke im Triebwerksraum an der Saugseite des Verdichters und der Druckseite des Verdichters) selbstregelnd kompensiert werden.The ideal range for the design is, as already mentioned, the average speed range, so that for the above sizes short-term changes (mass flow of the refrigerant and the pressures in the engine room on the suction side of the compressor and the pressure side of the compressor) are compensated selbstregelnd.
Das ist auch versuchstechnisch leicht zu überprüfen. Bei einem Verdichter für die Anwendung des Kältemittels R744 kann der Massenstrom für einen entsprechenden Drehzahlsprung relativ einfach gemessen werden. Die Auslegung der Parameter der Saugventile sowie der Parameter Msw und Mk,ges ist durch Ausmessen und Wiegen nachzuvollziehen. Ein Messen des Kolbenhubs kann durch eine Befestigung eines Magneten am Kolben auf eine einfache Art und Weise erfolgen, da sich der Magnet über einen Sensor am Gehäuse detektieren läßt. Der Massenstrom m ist vor oder nach dem Verdichter über Massenstrommeßgeräte feststellbar. Mittels eines Drehzahlmeßgeräts läßt sich auch die Verdichterdrehzahl n auf einfache Art und Weise bestimmen. Der Druck ps kann in einem Indikatordiagramm indiziert werden und über seinen Zusammenhang mit der Sauggasdichte ρ (ρ = f(p, T)) leicht berechnet werden. Demnach sind alle Größen bestimmbar.This is also easy to test. With a compressor for the application of the refrigerant R744, the mass flow for a corresponding speed jump can be measured relatively easily. The design of the parameters of the suction valves and the parameters M sw and M k, ges can be understood by measuring and weighing. A measurement of the piston stroke can be done by attaching a magnet to the piston in a simple manner, since the magnet can be detected via a sensor on the housing. The mass flow m is detectable before or after the compressor mass flow meters. By means of a tachometer and the compressor speed n can be determined in a simple manner. The pressure p s can be in are indexed to an indicator diagram and easily calculated by its relation to the suction gas density ρ (ρ = f (p, T)). Accordingly, all sizes are determinable.
Durch die erfindungsgemäße Selbstregelung kann entgegen dem Stand der Technik ein einfaches Schaltventil eingesetzt werden, welches den Gasstrom von der Hochdruckseite in den Triebwerksraum beeinflussen kann. Das Schaltventil kann dann eingreifen, wenn ein anderer Betriebspunkt eingestellt werden soll. Ein Eingriff auf das Regelventil durch ein sogenanntes Feedback wie beim Stand der Technik ist nicht notwendig. Dem Regelventil, welches den Gasstrom von der Druckseite des Verdichters in den Triebwerksraum des Verdichters regelt, muß somit kein zusätzliches Signal zugeführt werden, wie es nach dem Stand der Technik bekannt ist. Beim Stand der Technik dienen als zusätzliche Signale z.B. die Änderung des Massenstroms des Kältemittels, die Änderung einer Druckdifferenz, die Änderung des Saugdrucks etc. Für einen einmal eingestellten Betriebspunkt kann die Selbstregelung Schwankungen des Kältemittel-Massenstroms infolge der Drehzahl kompensieren. Es sei an dieser Stelle darauf hingewiesen, daß es wesentlich ist, daß nicht nur der Massenstrom im wesentlichen konstant gehalten werden kann, sondern gleichzeitig die Drucklagen auf der Druckseite und der Saugseite des Verdichters. Die Magnetspule des Regelventils betätigt das Regelventil erst dann, wenn ein neuer Betriebspunkt eingestellt werden soll. Ein sogenanntes Schaltventil ist gegenüber dem Stand der Technik also dadurch gekennzeichnet, daß der Feedbackbereich entfallen kann. Ein solches Schaltventil ist deutlich günstiger, als die nach dem Stand der Technik verwendeten Ventile. Ein solch einfaches in einem erfindungsgemäßen Verdichter verwendetes Ventil ist bevorzugt ein Ventil der Bauart, wie sie für heutige ABS- bzw. ESP-Ventile eingesetzt werden.By the self-regulation according to the invention, contrary to the prior art, a simple switching valve can be used, which can influence the gas flow from the high-pressure side into the engine room. The switching valve can intervene when another operating point is to be set. An intervention on the control valve by a so-called feedback as in the prior art is not necessary. The control valve, which regulates the gas flow from the pressure side of the compressor in the engine room of the compressor, thus no additional signal must be supplied, as is known in the prior art. In the prior art, as additional signals e.g. the change in the mass flow of the refrigerant, the change of a pressure difference, the change of the suction pressure, etc. For a once set operating point, the self-regulation can compensate for variations in the refrigerant mass flow due to the rotational speed. It should be noted at this point that it is essential that not only the mass flow can be kept substantially constant, but at the same time the pressure layers on the pressure side and the suction side of the compressor. The solenoid of the control valve actuates the control valve only when a new operating point is to be set. A so-called switching valve is compared to the prior art thus characterized in that the feedback range can be omitted. Such a switching valve is significantly cheaper than the valves used in the prior art. Such a simple valve used in a compressor according to the invention is preferably a valve of the type used for today's ABS or ESP valves.
Es sei auch darauf hingewiesen, daß die erfindungsgemäße Regelung deutlich schneller als die bisherige Regelung arbeitet. Die zu regelnden Größen werden etwa zeitgleich mit dem Anstieg der Drehzahl geregelt, nach dem Stand der Technik geschieht das zeitverzögert, da zuerst eine Feedbackgröße abgreifbar sein muß, die dem Regelventil zugeführt bzw. zugeordnet wird.It should also be noted that the inventive scheme works much faster than the previous scheme. The variables to be controlled are regulated at about the same time as the speed increases, according to the state of the art, this happens with a time delay, since first a feedback variable must be tapped, which is fed or assigned to the control valve.
Obwohl die Erfindung anhand von Ausführungsformen mit fester Merkmalskombination beschrieben wird, umfaßt sie jedoch auch die denkbaren weiteren vorteilhaften Kombinationen dieser Merkmale, wie sie insbesondere, aber nicht erschöpfend, durch die Unteransprüche angegeben sind. Sämtliche in den Anmeldungsunterlagen offenbarten Merkmale werden als erfindungswesentlich beansprucht, soweit sie einzeln oder in Kombination gegenüber dem Stand der Technik neu sind.However, while the invention will be described in terms of embodiments having a fixed combination of features, it also encompasses the conceivable further advantageous combinations of these features, which are particularly, but not exhaustively, indicated by the subclaims. All disclosed in the application documents Features are claimed as essential to the invention, as far as they are new individually or in combination over the prior art.
- 11
- Schwenkringswivel
- 22
- Antriebswelledrive shaft
- 2a2a
- Paßfederadjusting spring
- 33
- Schiebehülsesliding sleeve
- 44
- RückstellfederReturn spring
- 55
- Stützelementsupport element
- 66
- KraftübertragungselementPower transmission element
- 77
- Nutgroove
- 88th
- hülsenförmiger Teil des Kraftübertragungselements 6sleeve-shaped part of the force transmission element 6
- 99
- Nutgroove
- 1010
- Aussparungrecess
- 1111
- Bohrungdrilling
- 1212
- TellerfederBelleville spring
- 13, 1413, 14
- Anschlagscheibestop disc
- 1515
- Bohrungdrilling
- 15a15a
- Antriebsbolzendrive pin
- 16, 16a16, 16a
- Sprengringsnap ring
- 17, 1817, 18
- Abflachungflattening
- 1919
- Ventilplattevalve plate
- 2020
- Sauglamellesuction plate
- 2121
- DurchgangsdrosselbohrungPassage orifice
- 2222
- Pfeilarrow
Claims (20)
- Method of controlling the coolant mass flow of a compressor, especially of an axial piston compressor, moreover especially for motor vehicle air-conditioning systems, moreover especially for CO2 as coolant, which compressor has a drive shaft (2) and a tilt plate (1) which is variable in terms of its inclination to the drive shaft and which is arranged in a drive mechanism chamber of the compressor substantially defined by a housing of the latter and which, by means of its angle of deflection with respect to the drive shaft (2), defines the piston stroke of the compressor,
wherein there is brought about, approximately, a moment equilibrium between a moment Msw caused by masses moved in rotation and a moment Mk,ges caused by masses moved in translation for at least one angle of deflection αgl of the tilt plate (1),
characterised in that
the product of the compressor speed of rotation n, the inlet gas density p and the piston stroke s for different compressor speeds of rotation n is automatically kept approximately constant at least over a range, especially for compressor speeds of rotation n between 600 and 9000 rpm, especially for compressor speeds of rotation between 2500 and 7000 rpm, whilst a pressure pc prevailing in the drive mechanism chamber is likewise kept approximately constant (ρ x s x n = constant). - Method according to claim 1,
characterised in that
in addition to the product of the compressor speed of rotation n, the inlet gas density ρ and the piston stroke s, there are also kept approximately constant the pressure pd at the high-pressure side of the compressor and/or the pressure ps at the inlet gas side of the compressor and/or a control valve setting variable of a control valve between the high-pressure side and the drive mechanism chamber. - Method according to claim 1 or 2,
characterised in that
the moment equilibrium between Msw and Mk,ges is produced at least for αgl = (αmax - αmin)/2, wherein αmax denotes the maximum angle of deflection of the tilt plate (1) and αmin denotes the minimum angle of deflection of the tilt plate (1). - Method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the moment equilibrium between Msw and Mk,ges is produced at least for an angle of deflection αgl such that: αmin ≤ αgl ≤ αmax. - Method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the moment equilibrium between Msw and Mk,ges is produced at least for an angle of deflection αgl = αmax. - Method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the moment equilibrium between Msw and Mk,ges is produced at least for a (hypothetical) angle of deflection αgl ≥ αmax. - Method according to one of the preceding claims,
characterised in that
the pressure in the drive mechanism chamber pc is varied in order to obtain a desired operating point, that is to say a desired coolant mass flow in the compressor. - Method according to one of the preceding claims,
characterised in that,
in the case of an increase in the speed of rotation n, the inlet pressure ps* - and together therewith ρ - is lowered so that the product of n, ρ and s is approximately constant. - Compressor, especially an axial piston compressor, moreover especially a compressor for the air-conditioning system of a motor vehicle, having a housing and, for drawing in and compressing a coolant, a compressor unit arranged substantially in the housing and driven by means of a drive shaft (2) and having a tilt plate (1) likewise arranged in the housing,
characterised in that
the moments Msw due to the masses moved in rotation and Mk,ges due to the masses moved in translation are in a predetermined ratio to one another,
and in that the compressor has, arranged on the inlet gas side, at least one inlet valve which is so configured that it influences, in dependence on the speed of rotation, the coolant mass flow entering the cylinder space so that, on the one hand, the ratio of the moments Msw and Mk,ges and, on the other hand, the throttling performance of the at least one inlet valve are in a relation to one another such that, at least over parts of the speed of rotation range, especially for compressor speeds of rotation n between 600 and 9000 rpm, especially for compressor speeds of rotation between 2500 and 7000 rpm, the coolant mass flow introduced into the system is approximately constant. - Compressor according to claim 9,
characterised in that
the at least one inlet valve is a pressure-controlled reed valve (19, 20, 21). - Compressor according to claim 9 or 10,
characterised in that
the at least one inlet valve is a slot-controlled valve. - Compressor according to one of claims 9 to 11,
characterised in that
the inlet valve, especially reed valve, has a valve plate (19) having a throttling through-bore (21) and an especially tongue-like inlet blade (20). - Compressor according to one of claims 9 to 12,
having a cylinder block and at least one, especially 5 to 9, piston(s) which is/are arranged to move axially back and forth in bores provided in the cylinder block,
characterised in that
an inlet valve is associated with each cylinder, and/or the corresponding inlet blades (20) are integrated in an inlet blade plate. - Compressor according to claim 9 to 13,
characterised in that
that end of the or each cylinder space which is associated with the inlet valve has a radially extending annular extension, which limits especially the stroke of the inlet blade(s) (20) and which is bevelled off or flattened off towards the fixing location of the inlet blade(s) (20). - Compressor according to one of claims 9 to 14,
if according to one of claims 8 to 10 additionally having a cylinder block and at least one, especially 5 to 9, piston(s) which is/are arranged to move axially back and forth in bores provided in the cylinder block,
characterised in that
the ratio of piston diameter and piston stroke (D/s) is approximately from 0.4 to 1.5, especially from 0.65 to 1.1, moreover especially approximately 0.95. - Compressor according to one of claims 9 to 15, especially claim 15,
characterised in that
the ratio of piston diameter and the throttling through-bore in the valve plate (D/d) is approximately from 1.5 to 5, especially from 2.5 to 4, moreover especially approximately 3.6. - Compressor according to one of claims 9 to 16, especially claim 15 or 16,
characterised in that
the ratio of the throttling through-bore in the valve plate and stroke of the inlet blade (d/t) is approximately from 2.5 to 8, especially from 3.7 to 6.7, moreover especially approximately 4.55. - Compressor according to one of claims 9 to 17, especially claim 15 or 16 or 17,
characterised in that
the ratio of piston stroke to the stroke of the inlet blade (s/t) is approximately from 10 to 30, especially from 14 to 24, moreover especially approximately 17.3. - Compressor according to one of claims 9 to 18,
characterised in that
the tilting behaviour of the tilt plate (1) acts in a self-limiting manner such that at high speeds of rotation of the compressor, especially at very high speeds of rotation or at the maximum speed of rotation, the angle of maximum deflection of the tilt plate (1) is less than the angle of maximum deflection αmax at low speeds of rotation of the compressor. - Compressor according to one of claims 9 to 19,
characterised in that
the geometry and dimensioning of all parts moved in translation, such as axial pistons, piston rod or sliding blocks or the like, on the one hand, and all parts moved in rotation, such as the tilt plate (1), members for conjoint movement or the like, on the other hand, are such that, for predetermined tilt angles of the tilt plate (1), especially between a predetermined minimum tilt angle and a predetermined maximum tilt angle, the moment Mk,ges due to the masses moved in translation, especially that of the pistons, where appropriate including sliding blocks, piston rods or the like, is so selected as to be less than the moment Msw due to the moment of deviation, that is to say than the moment due to the mass inertia of the tilt plate, that at high speeds of rotation of the compressor, especially at very high speeds of rotation or at a maximum speed of rotation, the angle of maximum deflection αmax of the tilt plate (1) is less than the angle of maximum deflection at lower speeds of rotation of the compressor.
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102006024533 | 2006-05-23 | ||
DE102006029874A DE102006029874A1 (en) | 2006-05-23 | 2006-06-28 | Method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor |
PCT/EP2007/002762 WO2007134665A1 (en) | 2006-05-23 | 2007-03-28 | “method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor” |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
EP2021630A1 EP2021630A1 (en) | 2009-02-11 |
EP2021630B1 true EP2021630B1 (en) | 2010-05-19 |
Family
ID=38180359
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
EP07723707A Expired - Fee Related EP2021630B1 (en) | 2006-05-23 | 2007-03-28 | Method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor |
Country Status (3)
Country | Link |
---|---|
EP (1) | EP2021630B1 (en) |
DE (2) | DE102006029874A1 (en) |
WO (1) | WO2007134665A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102008008355A1 (en) * | 2008-02-08 | 2009-08-13 | Valeo Compressor Europe Gmbh | Compressor i.e. axial piston compressor, for motor vehicle, has fluid connector arranged between mechanism area and suction gas side, where sum of moments is formed such that refrigerant mass flow remains constant or decreases at speed |
Family Cites Families (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3417652B2 (en) * | 1994-04-21 | 2003-06-16 | 株式会社豊田自動織機 | Variable capacity swash plate compressor |
DE19616961C2 (en) * | 1996-04-27 | 2002-11-07 | Daimler Chrysler Ag | Reciprocating piston machine with swash plate gear |
DE19839914A1 (en) * | 1998-09-02 | 2000-03-09 | Luk Fahrzeug Hydraulik | Axial piston machine, esp. compressor for motor vehicle air conditioning unit |
DE10329393A1 (en) * | 2003-06-17 | 2005-01-05 | Zexel Valeo Compressor Europe Gmbh | Axial piston compressor, in particular compressor for the air conditioning of a Kraftfahtzeuges |
DE10347709A1 (en) * | 2003-10-14 | 2005-05-12 | Zexel Valeo Compressor Europe | Axial piston compressor, in particular compressor for the air conditioning of a motor vehicle |
DE102004040042A1 (en) * | 2004-08-18 | 2006-02-23 | Zexel Valeo Compressor Europe Gmbh | axial piston |
-
2006
- 2006-06-28 DE DE102006029874A patent/DE102006029874A1/en not_active Withdrawn
-
2007
- 2007-03-28 DE DE502007003864T patent/DE502007003864D1/en active Active
- 2007-03-28 WO PCT/EP2007/002762 patent/WO2007134665A1/en active Application Filing
- 2007-03-28 EP EP07723707A patent/EP2021630B1/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2007134665A1 (en) | 2007-11-29 |
DE102006029874A1 (en) | 2007-11-29 |
EP2021630A1 (en) | 2009-02-11 |
DE502007003864D1 (en) | 2010-07-01 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE19514748C2 (en) | Swash plate compressor with variable delivery rate | |
DE60300370T2 (en) | Method for controlling a refrigerant circuit | |
DE60122225T2 (en) | Swash plate compressor with variable displacement | |
DE10325095B4 (en) | Compressor device and control method for it | |
EP1841965A1 (en) | Axial piston compressor | |
DE102007004130B4 (en) | Swash plate variable displacement compressor with variable throttle mechanism between swash plate chamber and a low pressure region | |
EP2021630B1 (en) | Method for controlling the refrigerant mass flow of a compressor | |
DE60218659T2 (en) | COMPRESSOR WITH VARIABLE DELIVERY VOLUME | |
EP1673537B1 (en) | Axial piston compressor, especially for the air conditioning system of a motor vehicle | |
EP2021631B1 (en) | Method for regulating the coolant mass flow rate of a compressor | |
DE102006029875A1 (en) | Method for controlling the coolant mass stream of an axial piston compressor comprises guiding a pivoting disk in equilibrium between a torque produced by rotating masses and a torque produced by translating masses | |
EP1899605B1 (en) | Pilot valve for a coolant compressor, and coolant compressor | |
EP1718867B1 (en) | Axial piston compressor in particular a compressor for the air conditioner on a motor vehicle | |
EP1692396B1 (en) | Axial piston compressor, in particular for the air conditioning system of a motor vehicle | |
WO2005124150A1 (en) | Axial piston compressor, in particular a compressor for the air conditioning system of a motor vehicle | |
EP1753956B1 (en) | Axial piston compressor, especially for an air-conditioning installation of a motor vehicle | |
WO2006018162A1 (en) | Axial piston compressor | |
DE10354039B4 (en) | Axial piston compressor, in particular compressor for the air conditioning of a motor vehicle | |
EP1636492B1 (en) | Axial piston compressor, particularly a compressor for the air-conditioning system of a motor vehicle | |
DE102008008355A1 (en) | Compressor i.e. axial piston compressor, for motor vehicle, has fluid connector arranged between mechanism area and suction gas side, where sum of moments is formed such that refrigerant mass flow remains constant or decreases at speed | |
EP1602829A2 (en) | Swash plate compressor | |
EP2067995A1 (en) | Swash plate compressor | |
DE102005016271A1 (en) | Compressor for vehicle air conditioning unit has variable throttle position on suction and/or compression side, and regulator depending on pressure difference | |
WO2008025412A1 (en) | Axial piston compressor | |
DE102005033706A1 (en) | Axial piston compressor especially for air conditioning unit of motor vehicle has additional mass associated with swashplate, wherein swashplate or additional mass is pivotably mounted relative to sleeve or drive shaft |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PUAI | Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012 |
|
17P | Request for examination filed |
Effective date: 20081118 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: A1 Designated state(s): AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HU IE IS IT LI LT LU LV MC MT NL PL PT RO SE SI SK TR |
|
AX | Request for extension of the european patent |
Extension state: AL BA HR MK RS |
|
17Q | First examination report despatched |
Effective date: 20090401 |
|
DAX | Request for extension of the european patent (deleted) | ||
RBV | Designated contracting states (corrected) |
Designated state(s): DE FR GB |
|
GRAP | Despatch of communication of intention to grant a patent |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR1 |
|
GRAS | Grant fee paid |
Free format text: ORIGINAL CODE: EPIDOSNIGR3 |
|
GRAA | (expected) grant |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009210 |
|
AK | Designated contracting states |
Kind code of ref document: B1 Designated state(s): DE FR GB |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: GB Ref legal event code: FG4D Free format text: NOT ENGLISH |
|
REF | Corresponds to: |
Ref document number: 502007003864 Country of ref document: DE Date of ref document: 20100701 Kind code of ref document: P |
|
PLBE | No opposition filed within time limit |
Free format text: ORIGINAL CODE: 0009261 |
|
STAA | Information on the status of an ep patent application or granted ep patent |
Free format text: STATUS: NO OPPOSITION FILED WITHIN TIME LIMIT |
|
26N | No opposition filed |
Effective date: 20110222 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R097 Ref document number: 502007003864 Country of ref document: DE Effective date: 20110221 |
|
GBPC | Gb: european patent ceased through non-payment of renewal fee |
Effective date: 20110328 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: GB Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20110328 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 10 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 11 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: FR Ref legal event code: PLFP Year of fee payment: 12 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Payment date: 20180329 Year of fee payment: 12 |
|
PGFP | Annual fee paid to national office [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Payment date: 20180328 Year of fee payment: 12 |
|
REG | Reference to a national code |
Ref country code: DE Ref legal event code: R119 Ref document number: 502007003864 Country of ref document: DE |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: DE Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20191001 |
|
PG25 | Lapsed in a contracting state [announced via postgrant information from national office to epo] |
Ref country code: FR Free format text: LAPSE BECAUSE OF NON-PAYMENT OF DUE FEES Effective date: 20190331 |