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Dokumentenidentifikation DE10152205B4 30.09.2004
Titel Verdrängungssteuerungsgerät für einen Verdichter mit veränderlicher Verdrängung
Anmelder Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki, Kariya, Aichi, JP
Erfinder Ota, Masaki, Kariya, Aichi, JP;
Kawaguchi, Masahiro, Kariya, Aichi, JP;
Tarutani, Tomoji, Kariya, Aichi, JP;
Ueda, Yasunori, Kariya, Aichi, JP;
Inoue, Yoshinori, Kariya, Aichi, JP
Vertreter Tiedtke, Bühling, Kinne & Partner GbR, 80336 München
DE-Anmeldedatum 23.10.2001
DE-Aktenzeichen 10152205
Offenlegungstag 20.06.2002
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 30.09.2004
Veröffentlichungstag im Patentblatt 30.09.2004
IPC-Hauptklasse F04B 27/16

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Verdrängungssteuerungsvorrichtung zum Steuern der Verdrängung eines Verdichters mit einer veränderlichen Verdrängung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zum Steuern eines Neigungswinkels einer Taumelscheibe gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 11.

Ein typischer Verdichter, der für ein Fahrzeugluftaufbereitungssystem (eine Fahrzeugklimaanlage) verwendet wird, ist mit einem Verbrennungsmotor eines Fahrzeugs, über einen Kupplungsmechanismus verbunden, wie z.B. eine elektromagnetische Kupplung. Wenn eine Kühlung nicht notwendig ist, wird die Leistungsübertragung durch Ausrücken der elektromagnetischen Kupplung unterbrochen. Der Verdichter wird daher angehalten.

Das Einrücken und Ausrücken der elektromagnetischen Kupplung verursacht einen Stoß. Der Stoß senkt die Fahrleistungsfähigkeit des Fahrzeugs ab. Daher wurde ein Verdichter der kupplungslosen Bauart vorgeschlagen. Ein Verdichter der Bauart mit veränderlicher Verdrängung wird für den Verdichter der kupplungslosen Bauart verwendet. Wenn die Kühlung nicht notwendig ist, minimiert der Verdichter der Bauart mit variabler Verdrängung die Verdrängung des Verdichters, wobei somit die Kühlung angehalten wird.

Das Ändern des Drucks in der Kurbelkammer, die eine Taumelscheibe aufnimmt, ändert die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer und dem Druck in den Zylinderbohrungen. Das ändert den Neigungswinkel der Taumelscheibe. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 0 ist, bewegen sich Kolben nicht hin und her. Das heißt, dass ein Kühlmittel nicht verdichtet wird. In diesem Zustand gibt es keine Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer und dem Druck in den Zylinderbohrungen. Somit kann der Neigungswinkel der Taumelscheibe nicht erhöht werden. Daher kann die Verdrängung bzw. der Hubraum des Verdichters der Bauart mit veränderlicher Verdrängung nicht auf 0 gesetzt werden. Als Folge wird eine nicht notwendige Verdichtung durchgeführt und die Kraftstoffwirtschaftlichkeit des Verbrennungsmotors verschlechtert sich.

Aus der DE 196 33 533 A1 ist nunmehr eine gattungsgemäße Steuerung für einen verdrängungsvariablen Verdichter bekannt, mittels der die Verdrängung des Verdichters zwischen einer Minimalverdrängung und einer Maximalverdrängung in Abhängigkeit eines Kolbenhubs veränderbar ist. Des weiteren offenbart die US 2 964 234 ebenfalls eine Steuerung für einen Verdichter, mittels der eine „Nullhubregelung" möglich ist. Schließlich zeigt die DE 2 139 932 A allgemein eine Pumpe, welche durch die Auspuffgase eines Verbrennungsmotors angetrieben wird.

Angesichts der vorstehend genannten Stands der Technik ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Steuerung für einen verdrängungsvariablen Verdichter zu schaffen, die die Minimalverdrängung des Verdichters auf 0 setzen kann.

Diese Aufgabe wird durch eine Steuerung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie ein Steuerungsverfahren mit den Verfahrensschritten des Patentanspruchs 11 gelöst.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind dabei Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen näher erläutert.

1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Taumelscheibenverdichter der Bauart mit veränderlicher Verdrängung darstellt, der ein Verdrängungssteuerungsgerät gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung hat;

2 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht, die den Verdichter gemäß 1 zeigt, wenn die Verdrängung minimal ist;

3 ist eine Querschnittsansicht, die einen Taumelscheibenverdichter der Bauart mit veränderlicher Verdrängung zeigt, der die Verdrängungssteuerungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel hat; und

4 ist eine vergrößerte Teilquerschnittsansicht, die eine Verdrängungssteuerungsvorrichtung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel zeigt.

Eine Verdrängungssteuerungsvorrichtung eines Taumelscheibenverdichters mit veränderlicher Verdrängung für ein Fahrzeugklimaanlagensystem gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird unter Bezugnahme auf die 1 und 2 beschrieben.

Wie in 1 gezeigt ist, hat der verdrängungsvariable Taumelscheibenverdichter einen Zylinderblock 1, ein Vordergehäuse 2 und ein Hintergehäuse 4. Das Vordergehäuse 2 ist an dem vorderen Ende des Zylinderblocks 1 befestigt. Das Hintergehäuse 4 ist an dem hinteren Ende des Zylinderblocks 1 befestigt. Eine Ventilplatte 3 ist zwischen dem Zylinderblock 1 und dem Hintergehäuse 4 gelegen. Die linke Seite von 1 wird als das vordere Ende des Verdichters bezeichnet und die rechte Seite von 1 wird als das hintere Ende des Verdichters bezeichnet.

Der Zylinderblock 1 und das Vordergehäuse 2 definieren eine Kurbelkammer 5. Die Antriebswelle 6 ist drehbar an der Kurbelkammer 5 gestützt. Eine Antriebswelle 6 ist mit einem Verbrennungsmotor E verbunden, der eine Antriebsquelle eines Fahrzeugs darstellt. Die Antriebswelle 6 ist mit dem Verbrennungsmotor E ohne einen zwischengefügten Kupplungsmechanismus verbunden. Solange der Verbrennungsmotor E läuft, wird die Antriebswelle 6 angetrieben. Der Verbrennungsmotor E hat eine Vielzahl von Zylindern 101. Ein Kolben 102 ist in jedem Zylinder 101 untergebracht. Jeder Kolben definiert eine Brennkammer 103 in dem entsprechenden Zylinder 101. Jeder Zylinder 101 hat ein Einlassventil 104 und ein Auslassventil 105. Ein Einlassrohr 106 und ein Auslassrohr 107 sind mit den Zylindern 101 verbunden. Jeder Zylinder hat eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 108. Ein Drosselventil 109 ist an dem Einlassrohr 106 vorgesehen.

Eine Mitnehmerplatte 11 ist an der Antriebswelle 6 zum einstöckigen Drehen mit der Antriebswelle 6 in der Kurbelkammer 5 befestigt. Eine Taumelscheibe 12, die als eine Antriebsplatte arbeitet, ist in der Kurbelkammer 5 untergebracht. Ein Wellenloch 12a ist an der Mitte der Taumelscheibe 12 ausgebildet. Die Antriebswelle 6 erstreckt sich durch das Loch 12a. Die Taumelscheibe 12 ist durch die Antriebswelle 6 durch das Loch 12a gestützt. Die Taumelscheibe 12 ist entlang der Fläche der Antriebswelle 6 bewegbar und ist an der Antriebswelle 6 schwenkbar. Ein Gelenkmechanismus 13 ist zwischen der Mitnehmerplatte 11 und der Taumelscheibe 12 gelegen. Die Taumelscheibe 12 ist betriebsfähig mit der Mitnehmerplatte 11 und der Antriebswelle 6 über den Gelenkmechanismus 13 verbunden. Die Taumelscheibe 12 dreht sich einstückig mit der Mitnehmerplatte 11 und der Antriebswelle 6.

Eine Schraubenfeder 14 ist zwischen der Mitnehmerplatte 11 und der Taumelscheibe 12 an der Antriebswelle 6 vorgesehen. Die Schraubenfeder 14 spannt die Taumelscheibe 12 in die Richtung vor, in die der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 verringert wird, d.h. in Richtung der Ventilplatte 3. Der Neigungswinkel wird durch die Neigung der Taumelscheibe 12 bezüglich einer Ebene bestimmt, die senkrecht zu der Achse L der Antriebswelle 6 ist.

Zylinderbohrungen 1a (nur eine Bohrung ist in 1 gezeigt) sind in dem Zylinderblock 1 an gleichen Winkelabständen an der Achse L der Antriebswelle 6 angeordnet. Ein einseitig wirkender Kolben 20 ist in jeder Zylinderbohrung 1a angebracht. Die Öffnung jeder Zylinderbohrung 1a wird mit der Ventilplatte 3 geschlossen. Eine Verdichtungskammer ist in jeder Zylinderbohrung 1a definiert. Das Volumen jeder Verdichtungskammer ändert sich gemäß der Hin- und Herbewegung des entsprechenden Kolbens 20. Das Ende jedes Kolbens 20 ist mit dem Umfang der Taumelscheibe 12 durch ein Paar Gleitstücke 19 verbunden. Somit wird die Drehung der Taumelscheibe 12 in die Hin- und Herbewegung der Kolben 20 gemäß dem Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 umgewandelt.

Die Ventilplatte 3 und das Rückgehäuse 4 definieren eine Saugkammer 21 und eine Ausstoßkammer 22. Die Ausstoßkammer 22 umgibt die Saugkammer 21. Ein Ansauganschluss 23, ein Ansaugventil 24, ein Ausstoßanschluss 25 und ein Ausstoßventil 26 sind an der Ventilplatte 3 für jede Zylinderplatte 1a ausgebildet. Jedes Ansaugventil 24 öffnet und schließt den entsprechenden Ansauganschluss 23 wahlweise. Jedes Ausstoßventil 26 öffnet und schließt den entsprechenden Ausstoßanschluss 25 wahlweise. Die Ansaugkammer 21 und jede Zylinderbohrung 1a sind über den entsprechenden Ansauganschluss 23 verbunden. Die Ausstoßkammer 22 und jede Zylinderbohrung 1a sind über den entsprechenden Ausstoßanschluss 25 verbunden.

Wenn sich jeder Kolben 20 von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt bewegt, strömt Kühlmittel in der Ansaugkammer 21 in die entsprechende Zylinderbohrung 1a über den entsprechenden Ansauganschluss 21 und das entsprechende Ansaugventil 24. Wenn sich jeder Kolben 20 von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt bewegt, wird das Kühlmittel in der entsprechenden Zylinderbohrung 1a bis zu einem vorbestimmten Druck verdichtet. Dann wird das verdichtete Kühlmittel zu der Ausstoßkammer 22 über den entsprechenden Ausstoßanschluss 25 ausgestoßen, während das entsprechende Ausstoßventil 26 gezwungen wird, sich zu öffnen.

Wie in 1 gezeigt ist, ist ein Kühlmittelkreislauf eines Fahrzeugklimaanlagensystems durch den Verdichter und einen externen Kühlmittelkreis 27 ausgebildet. Der externe Kühlmittelkreis 27 weist einen Kondensator 28, ein Expansionsventil 29, das als die Entspannungsvorrichtung arbeitet, und einen Verdampfer 30 auf.

Wie in den 1 und 2 gezeigt ist, ist eine Kuppelkammer 31 an dem Mittelabschnitt des Zylinderblocks 1 definiert. Ein becherförmiger Kuppler (Kuppelglied) 32 ist in der Kuppelkammer 31 untergebracht, so dass er in die Richtung der Achse L bewegbar ist. Das hintere Ende der Antriebswelle 6 ist in einen Holraum des Kupplers 32 gepasst. Ein Radiallager 33 ist zwischen dem hinteren Ende der Antriebswelle 6 und der inneren Fläche des Kupplers 32 gelegen. Das Radiallager 33 wird zwischen einem Spannring 34 und einer Stufe 32a des Kupplers 32 gehalten. Das verhindert, dass das Radiallager 33 sich von dem Kuppler 32 löst. Das Radiallager 33 und der Kuppler 32 bewegen sich in die Richtung der Achse L der Antriebswelle 6. Das hintere Ende der Antriebswelle 6 ist drehbar durch die innere Fläche der Kuppelkammer 31 über das Radiallager 33 und den Kuppler 32 gestützt.

Ein Drucklager 35 ist zwischen der Taumelscheibe 12 und dem Kuppler 32 gelegen. Das Drucklager 35 ist durch die Antriebswelle 6 gestützt und gleitet entlang dieser. Das Drucklager 35 verhindert das Anstoßen der Taumelscheibe 12 gegen den Kuppler 32.

Wenn sich die Taumelscheibe 12 in Richtung des Kupplers 32 bewegt, drückt die Taumelscheibe 12 den Kuppler 32 nach hinten durch das Drucklager 35. Daher bewegt sich der Kuppler 32 in Richtung der Ventilplatte 3 und stößt an eine Positionsfläche 3a der Ventilplatte 3 an. Wie in 2 gezeigt ist, verhindert das Anstoßen des Kupplers 32 gegen die Positionsfläche 3a, dass sich die Taumelscheibe 12 weiter axial nach hinten bewegt. In diesem Zustand beträgt der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 Null Grad, das heißt er ist minimal.

Wenn sich der Kuppler 32 in Richtung der Taumelscheibe 12 von der in 2 gezeigten Position bewegt, drückt der Kuppler 32 die Taumelscheibe 12 über das Drucklager 35 nach vorn. Daher bewegt sich die Taumelscheibe 12 in Richtung der Schleppplatte 11 und der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 steigt an. Wie in 1 gezeigt wird, verhindert das Anstoßen eines ersten Anschlags 12b der Taumelscheibe 12 gegen die Mitnehmerplatte 11, dass sich die Taumelscheibe 12 und der Kuppler 32 weiter axial nach vorn bewegen. In diesem Zustand ist der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 maximal.

Eine Verstellkolbenkammer 37 ist radial nach innen weisend von der Ansaugkammer 21 an der Mitte des Rückgehäuses 4 definiert. Die Stopfen 36 ist in der Verstellkolbenkammer 37 pressgepasst. Die Verstellkolbenkammer 37 ist mit der Kuppelkammer 31 über ein Durchgangsloch 38 verbunden, das an dem Rückgehäuse 4 und der Ventilplatte 3 ausgebildet ist.

Ein zylindrischer Verstellkolben 39 ist in der Verstellkolbenkammer 37 untergebracht und bewegt sich axial. Eine erste Druckkammer 40 und eine zweite Druckkammer 41 sind durch den Verstellkolben 39 in der Verstellkolbenkammer 37 definiert. Die erste Druckkammer 40 und die zweite Druckkammer 41 werden durch eine Abdichtung 42 getrennt, die an die äußere Fläche des Verstellkolbens 39 gepasst ist. Die erste Druckkammer 40 ist der Umgebung bzw. der Atmosphäre durch einen Durchgang 43 ausgesetzt, der in dem Rückgehäuse 4 ausgebildet ist. Die zweite Druckkammer 41 ist mit dem Auslassrohr bzw. Abgasrohr 107 des Verbrennungsmotors E durch einen Anschluss 36a verbunden, der in dem Stopfen 36 ausgebildet ist und ein Rohr (Drucksteuerdurchgang) 44, das mit dem Anschluss 36a verbunden ist.

Ein Steuerstab 45 erstreckt sich axial von der vorderen Fläche des Verstellkolbens 39. Das entfernte Ende des Steuerstabs 45 tritt durch das Durchgangsloch 38 hindurch und steht in die Kuppelkammer 31 vor. Der Kuppler 32 ist nach hinten durch die Schraubenfeder 14 über die Taumelscheibe 12 vorgespannt. Daher stößt der Steuerstab 45 gegen den Kuppler 32 an. Eine Abdichtung 46 ist zwischen das Rückgehäuse 4 und den Steuerstab 45 gepasst. Die Kuppelkammer 31 und die erste Druckkammer 40 sind durch die Abdichtung 46 getrennt. In dem ersten Ausführungsbeispiel bilden die Schraubenfeder 14, der Kuppler 32, die Verstellkolbenkammer 37, der Verstellkolben 39 und der Steuerstab 45 ein Betätigungsglied. Das Betätigungsglied ist betriebsfähig mit der Taumelscheibe 12 verbunden.

Das Betätigungsgliedsteuerventil 47, das ein elektromagnetisches Ventil ist, ist in dem Rohr 44 vorgesehen. Der zu dem Betätigungsgliedsteuerventil 47 zugeführte Strom wird durch einen Regler 48 gemäß einer externen Information von einem Erfassungsglied 49 externer Information geregelt. Die externe Information beinhaltet, ob das Klimaanlagensystem an- oder abgeschaltet ist, die Raumtemperatur eines Fahrzeugs und eine Zieltemperatur. Als Folge wird der Öffnungsgrad des Rohrs 44 oder der Auslassdruck, der in die zweite Druckkammer 41 von dem Verbrennungsmotor E gezogen wird, eingestellt. Bei dem ersten Ausführungsbeispiel bilden das Rohr 44, das Betätigungsgliedsteuerventil 47, das Erfassungsglied 49 externer Informationen und der Regler 48 einen Regler.

Die Kraft der Schraubenfeder 14 wirkt an der Taumelscheibe 12, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 zu verringern. Eine Kraft, die auf der Differenz zwischen dem Druck in der ersten Druckkammer 40 (Atmosphärendruck) und dem Druck in der zweiten Druckkammer 41 basiert, wirkt an der Taumelscheibe 12, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 zu erhöhen. Die Kraft wird über der Verstellkolben 39, den Steuerstab 45, den Kuppler 32 und das Drucklager 35 übertragen. Somit wird die Taumelscheibe 12 bewegt, bis die an der Taumelscheibe 12 wirkenden Kräfte im Gleichgewicht stehen. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 wird demgemäß festgelegt.

Wenn der Öffnungsgrad des Betätigungsgliedsteuerventils 47 ansteigt, steigt der Druck in der zweiten Druckkammer 41 an. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 steigt gemäß der Differenz zwischen dem Druck in der ersten Druckkammer 40 und dem Druck in der zweiten Druckkammer 41 an. Daher wird die Schraubenfeder 14 zusammengedrückt und die Taumelscheibe 12 wird bewegt, bis der Anstieg der Kraft der Schraubenfeder 14 den Anstieg der Kraft auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Druck in der ersten Druckkammer 40 und dem Druck in der zweiten Druckkammer 41 ausgleicht. Als Folge erhöht sich der Hub der Kolben 20, was die Verdrängung des Verdichters erhöht.

Wenn der Öffnungsgrad des Betätigungsgliedsteuerventils 47 sich verringert, verringert sich der Druck in der zweiten Druckkammer 41. Das verringert die Kraft, die den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 erhöht, auf der Grundlage der Differenz zwischen dem Druck in der ersten Druckkammer 40 und dem Druck in der zweiten Druckkammer 41. Daher verringert sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 und die Kraft der Schraubenfeder 14, die an der Taumelscheibe 12 wirkt, verringert sich. Die Taumelscheibe 12 wird bewegt, bis die Verringerung der Kraft der Schraubenfeder 14 durch die Verringerung der Kraft, die auf der Differenz zwischen dem Druck in der ersten Druckkammer 40 und dem Druck in der zweiten Druckkammer 41 basiert, ausgeglichen wird. Als Folge verringerte sich der Hub jedes Kolbens 20, was die Verdrängung des Verdichters verringert.

Wenn die Kühlung nicht notwendig ist oder wenn der Schalter des Klimaanlagensystems ausgeschaltet ist, schließt der Regler 48 das Betätigungsgliedsteuerventil 47 vollständig. Wenn das Betätigungsgliedsteuerventil 47 vollständig geschlossen ist, ist die Differenz zwischen dem Druck in der ersten Druckkammer 40 und dem Druck in der zweiten Druckkammer 41 minimal. Als Folge bewegt die Kraft der Schraubenfeder 14 die Taumelscheibe 12 auf eine Position, so dass der Kuppler 32 gegen die Positionsfläche 3a an der Ventilplatte 3 stößt. In diesem Zustand ist der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 Null. Somit bewegen sich die Kolben 20 auch dann nicht hin und her, wenn die Taumelscheibe 12 sich dreht. Daher ist die Verdrängung des Verdichters Null. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 steigt an, wenn der Öffnungsgrad des Betätigungsgliedsteuerventil 47 erhöht wird, und dann steigt der Druck in der zweiten Druckkammer 41 durch den Auslassdruck des Verbrennungsmotors E an.

Das erste Ausführungsbeispiel schafft die folgenden Vorteile:

Das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) stellt den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 gemäß der Kraft auf der Grundlage des Auslassdrucks (Auslassenergie) des Verbrennungsmotors E und der Kraft der Schraubenfeder 14 ein. Daher kann der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 von null Grad erhöht werden. Somit kann die Minimalverdrängung des Verdichters auf null gesetzt werden. Wenn der Verdichter auf die Minimalverdrängung gesetzt ist, verdichtet der Verdichter das Kühlmittel nicht. Das verringert den Energieverlust des Verbrennungsmotors E und verbessert die Kraftstoffwirtschaftlichkeit.

Das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 459 und der Regler (44, 47, 48, 49) ändern die Verdrängung des Verdichters innerhalb eines Veränderungsbereichs und legen die Position der Taumelscheibe 12 fest. Daher ist außer dem Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und dem Regler (47, 48, 49) ein Verdrängungssteuerungsaufbau nicht erforderlich. Das vereinfacht den Aufbau des Klimaanlagensystems.

3 stellt ein zweites Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung dar. Das zweite Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von dem ersten Ausführungsbeispiel, das in den 1 und 2 gezeigt ist, dahingehend, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 durch Einstellen des Drucks in der Kurbelkammer 5 verändert wird. In dem zweiten Ausführungsbeispiel werden nur diejenigen Teile, die von denjenigen des ersten Ausführungsbeispiels, das in 1 und 2 gezeigt ist, verschieden sind, erklärt. Ähnliche Elemente werden mit ähnlichen Bezugszeichen versehen und ihre genaue Erklärung wird weggelassen.

Der Regler 48, das Erfassungsglied 49 externer Information, ein Auslaufdurchgang 51, ein Zuführungsdurchgang 52 und ein Verdrängungssteuerungsventil 53 bilden einen Steuermechanismus zum Steuern des Drucks in der Kurbelkammer 5 aus. Der Auslaufdurchgang 51 und der Zuführungsdurchgang 52 sind in dem Gehäuse vorgesehen. Der Auslaufdurchgang 51 verbindet die Kurbelkammer 5 mit der Ansaugkammer 21, die ein Teil einer Ansaugdruckzone ist. Die Ansaugdruckzone ist dem Ansaugdruck PS ausgesetzt. Der Zuführungsdurchgang 52 verbindet die Kurbelkammer 5 mit der Ausstoßkammer 22, die ein Teil der Ausstoßdruckzone ist.

Die Ausstoßdruckzone ist dem Ausstoßdruck (PD) ausgesetzt. Das Verdrängungssteuerungsventil 53, das aus einem elektromagnetischen Ventil ausgebildet ist, ist in dem Zuführungsdurchgang 52 vorgesehen. Das Verdrängungssteuerungsventil 53 schließt einen Ventilkörper 53a und einen Solenoid 53b ein. Der Ventilkörper 53a stellt den Öffnungsgrad des Zuführungsdurchgangs 52 ein. Der Solenoid 53b bestimmt die Position des Ventilkörpers 53a gemäß dem von dem Regler 48 zugeführten Strom. Das Verdrängungssteuerungsventil 53 hat im Wesentlichen den selben Aufbau wie das Betätigungsgliedsteuerventil 47.

Das Einstellen des Öffnungsgrades des Verdrängungssteuerungsventil 53 steuert die Menge des der Kurbelkammer 5 durch den Zuführungsdurchgang 52 zugeführten Gases und die Menge des von der Kurbelkammer 5 durch den Auslaufdurchgang 51 ausgestoßenen Gases. Das bestimmt den Druck in der Kurbelkammer 5. Die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 5 und dem Druck in jeder Zylinderbohrung 1a (Verdichtungskammer) wird gemäß dem Druck in der Kurbelkammer 5 verändert. Daher wird der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 geändert und der Hub jedes Kolbens 20 oder die Verdrängung wird eingestellt.

Wenn sich der Öffnungsgrad des Verdrängungssteuerungsventils 53 verringert, verringert sich der Druck in der Kurbelkammer 5. Somit verringert sich die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 5 und dem Druck in jeder Zylinderbohrung 1a. Als Folge bewegt sich die Taumelscheibe 12, sodass sich der Neigungswinkel erhöht. Daher erhöht sich die Verdrängung des Verdichters. Wenn sich der Öffnungsgrad des Verdrängungssteuerungsventils 53 erhöht, erhöht sich der Druck in der Kurbelkammer 5. Somit erhöht sich die Differenz zwischen dem Druck in der Kurbelkammer 5 und dem Druck in jeder Zylinderbohrung 1a. Als Folge verringert sich der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12, was die Verdrängung des Verdichters verringert. Wenn das Verdrängungssteuerungsventil 53 vollständig geöffnet ist, bewegt sich die Taumelscheibe 12, sodass der Kuppler 32 gegen die Positionsfläche 3a der Ventilplatte 3 anstößt. In diesem Zustand ist die Verdrängung des Verdichters minimal und null.

Eine Feder 55 ist zwischen dem Kuppler 32 und der Ventilplatte 3 in der Kuppelkammer 31 vorgesehen. Die Feder 55 spannt den Kuppler 32 vor, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 zu erhöhen. Die Feder 55 ist schwächer bzw. weicher als die Schraubenfeder 14.

Wie in der Beschreibung des Stands der Technik erwähnt ist, kann der Steuermechanismus (48, 49, 51, 52, 53) nicht allein die Verdrängung des Verdichters von dem Minimum erhöhen, welches null beträgt. Jedoch öffnet der Regler 48 des zweiten Ausführungsbeispiels das Betätigungsgliedsteuerventil 47, um die Verdrängung des Verdichters zu erhöhen. Dann steigt der Druck in der zweiten Druckkammer 41 an und eine Kraft wirkt an der Taumelscheibe 12, um den Neigungswinkel zu erhöhen. Daher steigt der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 von null Grad an. Das erhöht die Verdrängung des Verdichters von null.

Die axiale Länge des Steuerstabs 45 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ist geringer als diejenige des Steuerstabs 45 des ersten Ausführungsbeispiels. Ein zweiter Anschlag 54 steht von der Fläche vor, die zu der Vorderseite der Spindel 39 in der ersten Druckkammer 40 weist. Wenn sich daher die Spindel 39 bewegt, sodass die Vorderseite der Spindel 39 gegen den zweiten Anschlag 54 anstößt, steht das entfernte Ende des Steuerstabs 45 nur geringfügig von der Positionsfläche 3a vor. Der Regler 48 öffnet das Betätigungsgliedsteuerventil 47 nur, um die Verdrängung des Verdichters von dem Minimum zu erhöhen. Anderenfalls ist das Betätigungsgliedsteuerventil 47 geschlossen.

Das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und der Regler (44, 47,48, 49) werden nur zum Erhöhen des Neigungswinkels der Taumelscheibe von dem Minimum verwendet. Wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 nicht minimal ist, wird nur der Steuermechanismus (48, 49, 51, 52, 53) verwendet, um die Verdrängung zu ändern. Die Schraubenfeder 14 wird für die Verdrängungssteuerung verwendet, außer wenn der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 von dem Minimum erhöht ist.

Das zweite Ausführungsbeispiel schafft die folgenden Vorteile zusätzlich zu den Vorteilen des in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels.

Intermittierende Verbrennung des Verbrennungsmotors E erzeugt eine Pulsation in dem Abgasdruck bzw. dem Auslassdruck des Verbrennungsmotors E. Somit schwankt der Druck in der zweiten Druckkammer 41 in hohem Maße auch dann, wenn der Öffnungsgrad des Betätigungsgliedsteuerventils 47 nicht geändert wird. Daher ist es wahrscheinlich, dass der Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 unstabil ist, wenn der Verdrängungssteuerungsaufbau lediglich mit dem Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und dem Regler (44, 47, 48, 49) verwendet wird. Jedoch wird in dem zweiten Ausführungsbeispiel nur der Steuermechanismus (48, 49, 51, 52, 53) zum Ändern der Verdrängung weitestgehend in dem Veränderungsbereich der Verdrängung des Verdichters verwendet. Somit ist die Verdrängungssteuerung des Verdichters stabil und die Kühlleistungsfähigkeit des Klimaanlagensystems ist verbessert.

Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehend beschrieben.

Gemäß einem in 4 gezeigten dritten Ausführungsbeispiel kann der Ansaugdruck oder der Unterdruck des Verbrennungsmotors E auf das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) aufgebracht werden. Für diesen Fall ist die zweite Druckkammer 41 der Atmosphäre bzw. der Umgebung ausgesetzt. Die erste Druckkammer 40 ist durch ein Rohr 44 mit einer Vakuumzone bzw. einer Unterdruckzone zwischen einem Drosselventil 109 und einem Einlassventil 104 in dem Einlassrohr 106 verbunden. Die Vakuumzone hat einen Druck, der niedriger als der Atmosphärendruck bzw. der Umgebungsdruck ist.

Wenn der Öffnungsgrad des Betätigungsgliedsteuerungsventils 47 ansteigt, verringert sich der Druck in der ersten Druckkammer 40 auf ein Niveau, das im Wesentlichen dem Einlassdruck des Verbrennungsmotors E gleich ist. Das erhöht den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12. Wenn der Öffnungsgrad des Betätigungsgliedsteuerventils 47 sich verringert, steigt der Druck in der ersten Druckkammer 40 auf ein Niveau an, das im Wesentlichen dm Umgebungsdruck gleich ist. Das verringert den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12. Der in 4 gezeigte Aufbau zeigt einen Verbrennungsmotor E der natürlichen Ansaugbauart (Saugmotor). Wenn der in 4 gezeigte Verbrennungsmotor E eine Ladevorrichtung (Turbolader) hat, kann die Zone zwischen der Ladevorrichtung und dem Einlassventil 104 in dem Einlassrohr 106 als eine Auslassdruckzone verwendet werden. Daher können die Strukturen, die den Strukturen des in den 1, 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels und des in der 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiels ähnlich sind, durch den aufgeladenen Einlassdruck anstelle des Auslassdrucks angetrieben werden. In dem in den 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsbeispiel können der Steuerstab 45, der Kuppler 32 und die Taumelscheibe 12 ausgebildet sein, um sich einstückig axial zu bewegen. Dann kann das Betätigungsgliedsteuerventil 47 auf ein Dreiwegventil geändert werden. Außerdem kann die erste Druckkammer 40 auch mit dem Betätigungsgliedsteuerventil 47 verbunden sein. Die Druckkammer, auf die der Auslassdruck des Verbrennungsmotors E aufgebracht wird, wird durch Schalten des Strömungsdurchgangs des Betätigungsgliedsteuerventils 47 ausgewählt. Die erste Druckkammer 40 oder die zweite Druckkammer 41 wird ausgewählt. Der Verstellkolben 39 bewegt sich axial gemäß der Position des Betätigungsgliedsteuerventils 47. Für diesen Fall wird der Auslassdruck (Auslassenergie) des Verbrennungsmotors E verwendet, um den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 zu verringern. Somit kann die Schraubenfeder 14 weggelassen werden.

Ein Teil des Rohrs 44 und des Betätigungsgliedsteuerventils 47 kann in dem Gehäuse des Verdichters gelegen sein. In den in den 1 bis 4 gezeigten Ausführungsbeispielen wird der Verstellkolben als ein Drucktastelement verwendet, das gemäß der Differenz zwischen dem Druck in den Druckkammern 40 und 41 verschoben wird. Jedoch kann beispielsweise ein Balg oder ein Diaphragma bzw. eine Membran als ein Drucktastelement anstelle des Verstellkolbens verwendet werden.

Gemäß dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel kann das Verdrängungssteuerungsventil 53 als ein Auslaufsteuerungsventil verwendet werden. Für diesen Fall kann das Verdrängungssteuerungsventil 53 den Öffnungsgrad des Auslaufdurchgangs 51 anstelle des Zuführungsdurchgangs 52 zum Steuern des Drucks in der Kurbelkammer 5 einstellen. Gemäß dem in 3 gezeigten zweiten Ausführungsbeispiel können das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45), der Regler (44, 47, 48, 49) und der Regelmechanismus (48, 49, 51, 52, 53) verwendet werden, um die Verdrängung des Verdichters über den Variationsbereich der Verdrängung zu ändern. Die vorliegende Erfindung kann als eine Verdrängungssteuerungsvorrichtung für einen Wellenscheibenverdichter der Bauart mit veränderlicher Verdrängung ausgeführt werden.

Somit wird die Verdrängungssteuerungsvorrichtung für den Verdichter mit veränderlicher Verdrängung verwendet. Der Verdichter wird durch den Verbrennungsmotor E angetrieben. Der Verdichter hat die neigbare Taumelscheibe 12 und den Kolben 20, der durch die Taumelscheibe 12 hin- und herbewegt wird. Der Hub des Kolbens wird gemäß des Neigungswinkels der Taumelscheibe 12 geändert. Die Verdrängung des Verdichters wird zwischen der Minimalverdrängung und der Maximalverdrängung gemäß dem Hub des Kolbens 20 geändert. Die Vorrichtung weist das Betätigungsglied 14, 32, 37, 39, 45 auf, das mit der Taumelscheibe 12 gekoppelt ist. Das Betätigungsglied 14, 32, 37, 39, 45 wird durch den Auslassdruck oder den Einlassdruck von dem Motor E betätigt. Der Regler 44, 47, 48, 49 ändert den Neigungswinkel der Taumelscheibe 12 durch Betätigen des Betätigungsglieds 14, 32, 37, 39, 45.


Anspruch[de]
  1. Steuerung für eine Verdichter mit veränderlicher Verdrängung, der bei einem Kältemittelkreislauf (27) einer Klimaanlage verwendet wird, wobei der Verdichter durch einen Verbrennungsmotor (E) angetrieben wird, wobei der Verdichter eine neigbare Taumelscheibe (12) und einen Kolben (20) hat, der durch eine Drehung der Taumelscheibe (12) hin- und herbewegbar ist, wobei der Hub des Kolbens (20) gemäß dem Neigungswinkel der Taumelscheibe (12) änderbar ist, und wobei die Verdrängung des Verdichters zwischen einer Minimalverdrängung und einer Maximalverdrängung gemäß dem Hub des Kolbens (20) änderbar ist,

    gekennzeichnet durch

    ein Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) zum geregelten Verstellen der Neigung der Taumelscheibe (12), das einen Verstellkolben (39), Balg, Membran oder dergleichen Verstellmittel aufweist, welches mit der Taumelscheibe (12) gekoppelt ist und welches in einer Druckkammer (41) beweglich geführt ist, die über ein Steuerventil (47), welches von einem Regler (48) angesteuert wird, und über ein Rohr (44) mit dem Abgasrohr (107) oder mit dem Einlassrohr (106) des Verbrennungsmotors (E) verbunden ist.
  2. Steuerung gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter eine Kurbelkammer (5) hat, die die Taumelscheibe (12) aufnimmt, deren Neigungswinkel sich gemäß dem Druck in der Kurbelkammer (5) ändert, wobei die Steuerung einen Steuerungsmechanismus (48, 49, 51, 52, 53) für ein Einstellen des Drucks der Kurbelkammer (5) für ein Steuern der Verdrängung des Verdichters hat, der das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und den Regler (44, 47, 48, 49) umfasst.
  3. Steuerung gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest wenn die Verdrängung des Verdichters von der Minimalverdrängung ansteigt, das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und der Regler (44, 47, 48, 49) zum Steuern der Verdrängung des Verdichters verwendet werden.
  4. Steuerung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und der Regler (44, 47, 48, 49) zum Steuern der Verdrängung in dem größten Teil des Bereichs der Verdrängung des Verdichters verwendet werden.
  5. Steuerung gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass nur wenn die Verdrängung des Verdichters von der Minimalverdrängung erhöht wird, das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) und der Regler (44, 47, 48, 49) zum Steuern der Verdrängung des Verdichters verwendet werden.
  6. Steuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Minimalverdrängung des Verdichters null beträgt.
  7. Steuerung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdichter ein Gehäuse aufweist und dass die Druckkammer, die in dem Gehäuse ausgebildet ist, durch den Verstellkolben (39, 45) in eine erste Teildruckkammer (40) und eine zweite Teildruckkammer (41) geteilt ist, wobei

    ein Kopplungsstück (32) vorgesehen ist zum Koppeln des Vertellkolbens (39, 45) mit der Taumelscheibe (12).
  8. Steuerung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regler (44, 47, 48, 49) folgendes aufweist:

    das Rohr (44), welches einen Drucksteuerdurchgang für ein Einführen des Auslass- oder Einlassdrucks von dem Motor (E) zu einer der ersten und zweiten Teildruckkammern (40, 41) bildet; und

    das Steuerventil (47) für ein Steuern der Öffnung des Drucksteuerdurchgangs (44).
  9. Steuerung gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Betätigungsglied (14, 32, 37, 39, 45) eine Feder (14) aufweist, wobei die Feder (14) eine Kraft auf den Verstellkolben (39, 45) aufbringt und die Kraft einer Kraft entgegengesetzt ist, die auf der Druckdifferenz zwischen der ersten Teildruckkammer (40) und der zweiten Teildruckkammer (41) basiert.
  10. Steuerung gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kühlmittelkreislauf (27) eine Ausstoßdruckzone und eine Ansaugdruckzone hat, wobei die Ausstoßdruckzone dem Ausstoßdruck ausgesetzt ist und die Ansaugdruckzone dem Ansaugdruck ausgesetzt ist, wobei der Steuermechanismus (48, 49, 51, 52, 53) folgendes aufweist:

    einen Zuführungsdurchgang (52) zum Verbinden der Ausstoßdruckzone mit der Kurbelkammer (5);

    einen Auslaufdurchgang (51) zum Verbinden der Kurbelkammer (5) mit der Ansaugdruckzone; und

    ein Verdrängungssteuerungsventil (53) zum Steuern der Öffnung des Zuführungsdurchgangs (52) und/oder des Auslaufdurchgangs (51).
  11. Verfahren zum Steuern des Neigungswinkels einer Taumelscheibe (12) für einen Verdichter mit veränderlicher Verdrängung, der bei einem Kältemittelkreislauf (27) einer Klimaanlage verwendet wird, wobei der Verdichter durch einen Verbrennungsmotor (E) angetrieben wird, wobei der Verdichter einen Kolben (20) hat, der durch eine Drehung der Taumelscheibe (12 hin- und herbewegbar ist, wobei der Hub des Kolbens (20) gemäß dem Neigungswinkel der Taumelscheibe (12) geändert wird und die Verdrängung des Verdichters zwischen einer Minimalverdrängung und einer Maximalverdrängung gemäß dem Hub des Kolbens (20) geändert wird,

    dadurch gekennzeichnet, dass

    das Verfahren folgendes aufweist:

    – Leiten eines Einlass- oder Auslassgases des Verbrennungsmotors (E) mit Einlass- oder Auslassdruck zu einem Steuerventil (47),

    – Regeln des das Steuerventil (47) beaufschlagenden Einlass- oder Auslassdrucks mit einem das Steuerventil (47) ansteuernden Regler (48) zur Erzeugung eines Steuerdrucks

    – Beaufschlagen eines mit der Taumelscheibe (12) gekoppelten Verstellkolbens (39), Balgs, Membran oder dergleichen Verstellmittels mit dem Steuerdruck zum Ändern des Neigungswinkels der Taumelscheibe 12.
Es folgen 4 Blatt Zeichnungen






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