FR2841607A1

FR2841607A1 - Electrically-driven compressor for motor vehicle air conditioning system has lifting piston in form of hollow cylinder with suction valve

Info

Publication number: FR2841607A1
Application number: FR0307552A
Authority: FR
Inventors: Henry Hartung; Heiko Drose; Klaus Gebauer; Thomas Reske; Harry Nissen; Dikran Can Magzalci; Thomas Kuppers; Christoph Loy
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2002-06-24
Filing date: 2003-06-23
Publication date: 2004-01-02
Anticipated expiration: 2023-06-23
Also published as: FR2841607B1; DE10322352A1

Abstract

The compressor consists of a housing (1) containing a drive shaft (3) with an oscillating plate (5) that actuates at least one aluminum or alloy lifting piston (8) that moves in a cylinder (7) to compress a CO2 refrigerant liquid. The lifting piston is in the form of a hollow cylinder with a suction valve (9) at its forward end, designed to compress the refrigerant fluid in a chamber (11). The piston is closed by a cast iron or plastic cylindrical segment (21) facing the cylinder wall and located in a groove.

Description

La présente invention concerne un compresseur a entraînement électriqueThe present invention relates to an electrically driven compressor

pour une installation de climatisation de véhicule, destinée à aspirer et comprimer un fluide for a vehicle air conditioning system, intended to suck and compress a fluid

réfrigérant de C02 circulant dans un circuit fermé. C02 refrigerant circulating in a closed circuit.

Les compresseurs utilisés dans les installations de climatisation de véhicules automobiles pour l'aspiration et la compression d'un fluide réfrigérant de CC2, présentent généralement un arbre d'entraînement avec un plateau oscillant qui alimente au moins un piston maintenu déplaçable dans un cylindre pour l'aspiration et la compression d'un fluide réfrigérant de C02. Dans ce cas, l'arbre d'entraînement peut être relié avec un moteur électrique réglé pour le nombre de tours et aménagé sur ou dans le boîtier du compresseur. Ce type d'entraînement, par rapport à un arbre d'entraînement couplé au moteur à combustion interne du véhicule via une poulie à courroie, présente l'avantage que le réglage de la puissance du compresseur s'effectue via un réglage du nombre de tours du moteur électrique. Un ajustage du plateau oscillant pour le réglage d'une puissance déterminée du compresseur n'est ainsi pas nécessaire, de sorte que le plateau oscillant est relié de manière fixe à l'arbre d'entraînement avec un The compressors used in air conditioning systems of motor vehicles for the suction and compression of a coolant CC2, generally have a drive shaft with a swash plate which feeds at least one piston kept movable in a cylinder for l suction and compression of a C02 refrigerant. In this case, the drive shaft can be connected with an electric motor adjusted for the number of revolutions and fitted on or in the compressor housing. This type of drive, compared to a drive shaft coupled to the internal combustion engine of the vehicle via a belt pulley, has the advantage that the adjustment of the compressor power is effected by an adjustment of the number of revolutions of the electric motor. It is therefore not necessary to adjust the swash plate to adjust a specific power of the compressor, so that the swash plate is fixedly connected to the drive shaft with a

angle d'inclinaison non modifiable.tilt angle cannot be changed.

Pour le compresseur à entraînement électrique avec un moteur électrique disposé dans le boîtier du compresseur, le fluide réfrigérant de C02 rentre via la face avant du côté du moteur électrique, et pénètre ensuite à l'intérieur du boîtier du compresseur via des forures de passage jusqu'à un couvercle de boîtier aménagé sur la face avant située en face de ce dernier, avec un espace d'aspiration et un espace à haute pression à la sortie duquel il est repoussé dans le circuit en étant fortement comprimé. Des forures de passage se situent dans ce cas également dans le bloc-cylindres, dans lequel est aménagé au moins un des pistons élévateurs entraîné par le plateau oscillant et comprimant le fluide réfrigérant de CC2. Ces forures de passage sont reliées avec l'espace d'aspiration depuis lequel le piston élévateur aspire le fluide réfrigérant de C02 dans le cylindre de compression dans lequel est aménagé For the electrically driven compressor with an electric motor placed in the compressor housing, the CO 2 refrigerant enters via the front face on the side of the electric motor, and then enters the interior of the compressor housing through passage holes up to 'to a housing cover arranged on the front face situated opposite the latter, with a suction space and a high pressure space at the outlet of which it is pushed back into the circuit while being strongly compressed. Through holes are also located in this case in the cylinder block, in which is arranged at least one of the lifting pistons driven by the swash plate and compressing the coolant CC2. These passage holes are connected with the suction space from which the lifting piston sucks the coolant of C02 in the compression cylinder in which is fitted

le piston élévateur, via une soupape d'aspiration. the lifting piston, via a suction valve.

L'invention a pour but de simplifier la structure d'un compresseur à entraînement électrique pour une installation de climatisation de véhicule avec un boîtier de compresseur dans lequel est aménagé un arbre d'entraînement avec un plateau oscillant qui entraîne au moins un piston élévateur aménagé dans un cylindre de compression pour l'aspiration et la compression du fluide réfrigérant de CC2, et avec une soupape d'aspiration et de sortie dans l'espace de The object of the invention is to simplify the structure of an electrically driven compressor for a vehicle air conditioning installation with a compressor housing in which a drive shaft is fitted with a swash plate which drives at least one fitted lift piston. in a compression cylinder for the suction and compression of the coolant of CC2, and with a suction and outlet valve in the space of

compression du cylindre de compression. compression of the compression cylinder.

Ce but est atteint avec un compresseur à entraînement électrique pour une installation de climatisation de véhicule avec un boîtier de compresseur dans lequel est aménagé un arbre d'entraînement avec un plateau oscillant qui entraîne au moins un piston élévateur aménagé dans un cylindre de compression pour l'aspiration et la compression du fluide réfrigérant de CC2, et avec une soupape d'aspiration et de sortie dans l'espace de compression du cylindre de compression, avec ses caractéristiques distinctives. Des développements avantageux sont exposés This object is achieved with an electrically driven compressor for a vehicle air conditioning installation with a compressor housing in which is fitted a drive shaft with a swash plate which drives at least one lifting piston arranged in a compression cylinder for the suction and compression of the coolant CC2, and with a suction and outlet valve in the compression space of the compression cylinder, with its distinctive characteristics. Advantageous developments are exposed

dans les sous-revendications.in the subclaims.

L'invention consiste en ce que, pour un compresseur à entraînement électrique avec un plateau oscillant aménagé dans le boîtier du compresseur, lequel est aménagé sur un arbre d'entraînement entraîné par un moteur électrique et qui entraîne au moins un piston élévateur aménagé dans un cylindre de compression pour l'aspiration et la compression du fluide réfrigérant de C02, moyennant quoi une soupape d'aspiration et une soupape de sortie sont aménagées dans l'espace de compression du cylindre de compression, le piston élévateur est réalisé à la manière d'un cylindre creux et la soupape d'aspiration est aménagée sur la face avant de celui-ci, du côté de l'espace de compression. Dans ce cas, le fluide réfrigérant de C02 à comprimer est aspiré par le cylindre creux depuis l'espace du boîtier de la manivelle du boîtier du compresseur dans lequel le plateau oscillant est aménagé, et parvient dans l'espace de compression via la soupape d'aspiration. Cette construction est liée à une simplification des éléments de construction, étant donné que le développement d'un espace d'aspiration pour le fluide réfrigérant de C02 dans la culasse ou dans un couvercle fermant le boîtier du compresseur, ainsi que le développement de forures de passage dans la culasse du boîtier de la manivelle jusqu'à l'espace d'aspiration, ne sont plus nécessaires pour l'aspiration du fluide réfrigérant de C02. Le trajet d'aspiration pour ce dernier est raccourci, moyennant quoi apparaissent des pertes de flux plus faibles. La séparation thermique entre haute pression et pression d'aspiration est The invention consists in that, for an electrically driven compressor with a swash plate fitted in the compressor housing, which is fitted on a drive shaft driven by an electric motor and which drives at least one lifting piston fitted in a compression cylinder for the suction and compression of the refrigerant of C02, whereby a suction valve and an outlet valve are arranged in the compression space of the compression cylinder, the lifting piston is produced in the same way as 'A hollow cylinder and the suction valve is arranged on the front face thereof, on the side of the compression space. In this case, the CO 2 refrigerant to be compressed is drawn in by the hollow cylinder from the space of the crank case of the compressor housing in which the swash plate is fitted, and reaches the compression space via the valve d suction. This construction is linked to a simplification of the construction elements, since the development of a suction space for the CO 2 refrigerant fluid in the cylinder head or in a cover closing the compressor housing, as well as the development of boreholes. passage through the cylinder head of the crank case to the suction space is no longer necessary for the suction of the CO 2 refrigerant. The suction path for the latter is shortened, whereby lower flow losses appear. The thermal separation between high pressure and suction pressure is

par ailleurs améliorée.otherwise improved.

Le modèle de piston sous forme de cylindre creux et également nettement plus léger qu'un modèle de piston en matériau plein, ce qui est lié à une diminution de la masse déplacée et à une amélioration du rendement. Le piston peut par ailleurs être au moins partiellement fabriqué en un métal léger, en particulier à forte résistance, pour réduire davantage sa masse. Le piston présente un support de logement du côté du plateau oscillant de la manière connue, pour une tête de joint articulée formée sur le plateau oscillant. Celui-ci peut être par exemple en acier et l'élément de cylindre creux du piston élévateur, en un The piston model in the form of a hollow cylinder and also significantly lighter than a solid material piston model, which is linked to a reduction in the displaced mass and an improvement in efficiency. The piston can also be at least partially made of a light metal, in particular high strength, to further reduce its mass. The piston has a housing support on the side of the swash plate in the known manner, for an articulated seal head formed on the swash plate. This can for example be made of steel and the hollow cylinder element of the lifting piston in one

métal léger.light metal.

Des segments de piston peuvent être disposés entre le piston' élévateur et la paroi de cylindre, qui entraînent une diminution de la friction et de l'usure. Dans ce cas il est avantageux d'aménager les ou au moins l'un des segments de piston dans la cloison du cylindre. Cela permet de configurer le piston élévateur avec une cloison mince, de sorte que la masse du piston élévateur déplacé est encore réduite, en particulier en ce que l'épaisseur de sa cloison peut être maintenue réduite, car l'aménagement d'une rainure de segment de piston à l'intérieur de celle- ci n'est plus nécessaire. Le segment de piston peut aussi être avantageusement fabriqué en un métal léger à haute Piston rings can be arranged between the lifting piston and the cylinder wall, which results in reduced friction and wear. In this case it is advantageous to arrange the or at least one of the piston rings in the partition of the cylinder. This makes it possible to configure the lifting piston with a thin partition, so that the mass of the displaced lifting piston is further reduced, in particular in that the thickness of its partition can be kept reduced, because the arrangement of a groove of piston ring inside it is no longer necessary. The piston ring can also advantageously be made of a light metal with a high

résistance à l'usure.wear resistance.

Les mesures pour le piston élévateur décrites cidessus entraînent globalement une augmentation du rendement The measures for the lifting piston described above lead overall to an increase in efficiency

du compresseur.compressor.

L'invention est à présent expliquée dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation. Les dessins annexés montrent: sur la figure 1, un compresseur à entraînement électrique, en coupe verticale, sur la figure 2, le côté avant d'un piston élévateur pourvu d'une soupape d'aspiration, sur la figure 3a, une vue en coupe d'un piston élévateur avec une soupape d'aspiration ouverte, sur la figure 3b, une vue en coupe de ce dernier avec une soupape d'aspiration fermée et, sur la figure 4, une vue en coupe d'un cylindre de compression. Le compresseur à entraînement électrique représenté de manière très schématique sur la figure 1 présente essentiellement un boîtier de compresseur 1, un moteur électrique 2 réglable via la fréquence d'aspiration, un arbre d'entraînement 3 relié à ce dernier, un espace de boîtier de manivelle 4 pour un plateau oscillant 5 aménagé en solidarité de rotation sur l'arbre d'entraînement 3 avec une inclinaison définie, un bloc-cylindres 6 avec plusieurs cylindres de compression 7 et des pistons élévateurs 8 en forme de cylindres creux aménagés dans ceux-ci et reliés de manière opérative avec le plateau oscillant 5, avec respectivement une soupape d'aspiration 9, une lame de soupape 10 avec des soupapes de sortie 12 respectivement affectées aux espaces de compression il formés dans les cylindres de compression 7, et une culasse 13 avec un espace à haute-pression 14 et un déshuileur 15 aménagé dans celui-ci. La liaison opérative entre un piston élévateur 8 et le plateau oscillant 5 est réalisée pour celui-ci par une tête de joint articulée sur ce dernier et un support de The invention is now explained in the following with the aid of an exemplary embodiment. The accompanying drawings show: in FIG. 1, an electrically driven compressor, in vertical section, in FIG. 2, the front side of a lifting piston provided with a suction valve, in FIG. 3a, a view in section of a lifting piston with an open suction valve, in FIG. 3b, a sectional view of the latter with a closed suction valve and, in FIG. 4, a sectional view of a compression cylinder . The electrically driven compressor shown very diagrammatically in FIG. 1 essentially has a compressor housing 1, an electric motor 2 adjustable via the suction frequency, a drive shaft 3 connected to the latter, a housing space for crank 4 for a swash plate 5 arranged in rotation solidarity on the drive shaft 3 with a defined inclination, a cylinder block 6 with several compression cylinders 7 and lift pistons 8 in the form of hollow cylinders arranged in them ci and operatively connected with the swash plate 5, respectively with a suction valve 9, a valve blade 10 with outlet valves 12 respectively assigned to the compression spaces il formed in the compression cylinders 7, and a cylinder head 13 with a high-pressure space 14 and an oil separator 15 arranged therein. The operational connection between a lifting piston 8 and the swash plate 5 is produced for the latter by a joint head articulated on the latter and a support for

logement L formé sur le piston élévateur 8. housing L formed on the lifting piston 8.

L'aspiration du fluide réfrigérant de C02 s'effectue via l'orifice d'aspiration 16 qui est formé sur un couvercle 17 aménagé du côté du moteur coaxialement par rapport à l'arbre d'entraînement 3. Une forure d'aspiration 18 s'étend depuis l'orifice d'aspiration 16 à l'intérieur de la chambre du moteur. Le fluide réfrigérant de C02 aspiré via l'orifice d'aspiration 16 et la forure d'aspiration 18 afflue à travers la chambre du moteur et la quitte via des forures de passage 19 aménagées dans une cloison intermédiaire 20 séparant l'espace du moteur de l'espace de boîtier de la manivelle 4, et gagne l'espace de The suction of the CO 2 refrigerant takes place via the suction orifice 16 which is formed on a cover 17 arranged on the side of the motor coaxially with the drive shaft 3. A suction bore 18 s 'extends from the suction port 16 inside the engine chamber. The CO 2 refrigerant sucked in via the suction port 16 and the suction hole 18 flows in through the engine chamber and leaves it via passage holes 19 arranged in an intermediate partition 20 separating the space of the engine from the housing space of the crank 4, and gains the space of

boîtier de la manivelle 4.crank case 4.

Les soupapes d'aspiration 9 se trouvent respectivement sur le côté avant détourné du plateau oscillant 5 des pistons élévateurs 8 pourvus d'une ouverture (non représentée) du côté du plateau oscillant, et débouchent dans l'espace de compression 11 respectif. Les pistons élévateurs 8 sont colmatés par rapport à la cloison du cylindre de compression 7 respectif par trois segments de pistons 21 aménagés les uns derrière les autres, lesquels segments se situent respectivement dans une rainure de segment de piston aménagée dans la cloison. Les segments de The suction valves 9 are located respectively on the diverted front side of the swash plate 5 of the lifting pistons 8 provided with an opening (not shown) on the side of the swash plate, and open into the respective compression space 11. The lifting pistons 8 are sealed with respect to the partition of the respective compression cylinder 7 by three piston rings 21 arranged one behind the other, which segments are located respectively in a piston ring groove provided in the partition. The segments of

piston se composent d'une fonte grise de première qualité. piston consist of first quality gray cast iron.

Une alternative consiste également à les fabriquer en une An alternative is also to manufacture them in one

matière plastique, en particulier du PTFE ou Peek. plastic, in particular PTFE or Peek.

Les figures 2 et 3 montrent un piston élévateur 8 avec son côté avant du côté de l'espace de compression avec la soupape d'aspiration 9 disposée dessus. Celle-ci est formée à partir d'une plaque 22 avec une ouverture 22.1 fermant l'espace creux du piston élévateur 8 et d'une lamelle de soupape 23 formée dessus et affectée à l'ouverture qu'elle recouvre en position fermée, dont les positions d'ouverture se situent dans l'espace de compression 11 (piston élévateur sur la figure 1, et figure 3a) et qui repose contre la plaque 22 dans sa position fermée (piston Figures 2 and 3 show a lifting piston 8 with its front side on the side of the compression space with the suction valve 9 disposed thereon. This is formed from a plate 22 with an opening 22.1 closing the hollow space of the lifting piston 8 and a valve strip 23 formed above and assigned to the opening which it covers in the closed position, of which the open positions are located in the compression space 11 (lifting piston in FIG. 1, and FIG. 3a) and which rests against the plate 22 in its closed position (piston

élévateur sur la figure 1, et figure 3a). elevator in Figure 1, and Figure 3a).

La disposition des segments de piston 21 est détaillée sur la figure 4. Ceux-ci sont aménagés dans la cloison du cylindre de compression 7 respectif, lequel est pourvu des The arrangement of the piston rings 21 is detailed in FIG. 4. These are arranged in the partition of the respective compression cylinder 7, which is provided with

rainures de segments de piston correspondantes à cet effet. corresponding piston ring grooves therefor.

Lors de son déplacement, le piston élévateur 8 coulisse de manière étanche dans les segments de piston 21 fixes sur cylindre. Dans la représentation, le piston élévateur 8 est montré avec une soupape d'aspiration 9 fermée, alors que la soupape de sortie 12 est ouverte, ce qui signifie que le During its movement, the lifting piston 8 slides in sealed manner in the piston segments 21 fixed on the cylinder. In the representation, the lifting piston 8 is shown with a suction valve 9 closed, while the outlet valve 12 is open, which means that the

piston élévateur 8 se trouve en course de compression. lifting piston 8 is in compression stroke.

Dans la représentation de la figure 1, on remarque le piston élévateur 8 supérieur, entraîné par le plateau oscillant 5 en rotation, en mode d'aspiration, dans lequel le piston élévateur 8 est éloigné de la lame de soupape 10, et le piston élévateur 8 inférieur en mode de compression, In the representation of Figure 1, we note the upper lift piston 8, driven by the swash plate 5 in rotation, in suction mode, in which the lift piston 8 is distant from the valve blade 10, and the lift piston 8 lower in compression mode,

dans lequel il est déplacé vers la lamelle de soupape 10. in which it is moved to the valve strip 10.

En mode d'aspiration, une sous-pression est générée dans l'espace de compression 11, tant par rapport à l'espace à haute-pression 14 que par rapport à l'espace de boîtier de la manivelle 4, qui a pour effet un soulèvement de la lamelle de soupape 23 de la plaque 22 sur le piston élévateur 8, et une fermeture de la soupape de sortie 12 sur la lame de soupape 10. Du fluide réfrigérant de C02 afflue dans l'espace de compression il depuis l'espace de boîtier de la manivelle 4 à travers le piston élévateur creux 8 et la soupape d'aspiration ouverte 9. Après avoir dépassé son point mort du côté du plateau oscillant, le In suction mode, an underpressure is generated in the compression space 11, both with respect to the high-pressure space 14 and with respect to the housing space of the crank 4, which has the effect a lifting of the valve strip 23 from the plate 22 on the lifting piston 8, and a closing of the outlet valve 12 on the valve blade 10. CO 2 refrigerant flows into the compression space there from the housing space of the crank 4 through the hollow lifting piston 8 and the open suction valve 9. After passing its neutral position on the side of the swash plate, the

piston élévateur 8 se déplace vers la lame de soupape 10. lifting piston 8 moves towards the valve blade 10.

Dans ce cas, le fluide réfrigérant de C02 ayant afflué dans l'espace de compression 11 est comprimé, de sorte qu'une pression supérieure est générée dans l'espace de compression 11 par rapport à celle dans l'espace de boîtier de la manivelle 4, ce qui provoque la fermeture de la soupape d'aspiration 9. Une fois atteinte une pression de compression prédéfinie, laquelle est supérieure à la pression du fluide réfrigérant qui règne dans l'espace de haute-pression 14, la soupape de sortie 12 s'ouvre et le fluide réfrigérant de C02 comprimé est poussé dans l'espace de hautepression 14, dans celui-ci à travers le déshuileur 15, et finalement hors du compresseur dans une In this case, the CO 2 refrigerant having flowed into the compression space 11 is compressed, so that a higher pressure is generated in the compression space 11 relative to that in the housing space of the crank 4, which causes the suction valve 9 to close. Once a predefined compression pressure has been reached, which is greater than the pressure of the refrigerant which prevails in the high-pressure space 14, the outlet valve 12 opens and the compressed C02 refrigerant is pushed into the high-pressure space 14, into it through the oil separator 15, and finally out of the compressor in a

conduite à haute-pression raccordée. high-pressure line connected.

LISTE DES REFERENCESLIST OF REFERENCES

1 Boîtier de compresseur 2 Moteur électrique 3 Arbre d'entraînement 4 Espace de boîtier de la manivelle Plateau oscillant 6 Bloc-cylindres 7 Cylindre de compression 8 Piston élévateur 9 Soupape d'aspiration Lame de soupape il Espace de compression 12 Soupape de sortie 13 Culasse 14 Espace de haute-pression Déshuileur 16 Orifice d'aspiration 17 Couvercle 18 Forure d'aspiration 19 Forure de passage Cloison intermédiaire 21 Segment de piston 22 Plaque 22.1 Ouverture 23 Lamelle de soupape L Support de logement 1 Compressor housing 2 Electric motor 3 Drive shaft 4 Crank housing space Swash plate 6 Cylinder block 7 Compression cylinder 8 Lift piston 9 Suction valve Valve blade il Compression space 12 Outlet valve 13 Cylinder head 14 High-pressure space Oil separator 16 Suction opening 17 Lid 18 Suction bore 19 Passage bore Intermediate partition 21 Piston ring 22 Plate 22.1 Opening 23 Valve plate L Housing support

Claims

1. Electrically driven compressor for a vehicle air conditioning installation, with a compressor housing in which a drive shaft is arranged with a swash plate which drives at least one lifting piston arranged in a compression cylinder for suction and compression of the CO 2 refrigerant, and with a suction and outlet valve in the compression space of the compression cylinder, characterized in that the lifting piston (8) is produced in the manner of a hollow cylinder, in that the suction valve (9) on the lifting piston (8) is arranged on the front side of the latter which is diverted from the swash plate (5), and in that the refrigerant of C 2 to be compressed reaches in the space of

compression (11) via the lifting piston (8).

2. Compressor according to claim 1, characterized in that the lifting piston (8) is blocked by at least one piston ring (21) opposite the cylinder wall, and in that the latter is arranged in a

groove in the cylinder wall.

3. Compressor according to claim 1, characterized in that the lifting piston (8) is made of a light metal, in particular aluminum or an aluminum-based alloy, or in that its housing support (L ) for an articulated joint head fitted on the swash plate (5) is made of steel, and the cylinder element

hollow of the lifting piston (8), of a light metal.

4. Compressor according to claim 2, characterized in that the cylinder segment (21) is made of a first quality gray cast iron or a material

plastic, in particular PTFE or Peek.