DE4002419A1 - Steuerventilvorrichtung fuer verdichter mit variabler kapazitaet und verdichter mit einer steuerventilvorrichtung - Google Patents

Description

Hintergrund der Erfindung

Die Erfindung bezieht sich auf eine Steuerventilvorrichtung zum Steuern der Zeit des Starts der Verdichtung eines Verdich­ ters mit variabler Kapazität oder Fördermenge, der ein Kälte­ mittelgas verdichtet, das in einer Klimaanlage für ein Kraft­ fahrzeug zirkuliert, und auf einen Verdichter mit einer solchen Steuerventilvorrichtung.

Eine übliche Steuerventilvorrichtung dieser Art ist in dem US- Patent 48 65 524 (entsprechend DE-OS 39 04 984) des Anmelders beschrieben.

In diesem Patent wird, wie in Fig. 1 gezeigt ist, ein Flügel­ zellenverdichter mit variabler Fördermenge offenbart, der ein Steuerelement 70 aufweist, das so angeordnet ist, daß es sich zwischen der Position für die minimale Kapazität und der Posi­ tion für die maximale Kapazität dreht, um die Zeit des Beginns der Verdichtung zu steuern, eine erste Druckkammer (eine Nie­ derdruckkammer) 71, die an einer Seite eines druckaufnehmenden Vorsprungs 70 a des Steuerelements 70 gebildet ist und in die der Saugdruck Ps als niedriger Druck eingeleitet wird, eine zweite Druckkammer (eine Hochdruckkammer) 73, die an der anderen Seite des druckaufnehmenden Vorsprungs 70 a gebildet ist und in die der Auslaßdruck Pd als Hochdruck über einen Begrenzungs­ durchlaß 72 eingeführt wird, um darin einen Steuerdruck Pc zu erzeugen, und eine Steuerventilvorrichtung 75 zum Steuern des Steuerdrucks Pc durch Öffnen und Schließen eines Durchlasses 79, der sich zwischen der zweiten Druckkammer 73 und einer Saugkammer 74 erstreckt, in Reaktion auf einen Wechsel im Saug­ druck in Abhängigkeit von einer thermischen Belastung, wobei das Steuerelement 70 in Reaktion auf den Unterschied zwischen der Summe des Saugdruck Ps, der in die erste Druckkammer 71 eingeführt wird und der Antriebskraft einer Schraubenfeder 76, die das Steuerelement 70 in Richtung auf die Stellung für minimale Kapazität antreibt, und dem Steuerdruck Pc gedreht wird, um dadurch die Kapazität des Verdichters zu steuern oder zu regeln.

Wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, ist der Verdichter mit einer Hilfs-Niederdruckkammer 78 versehen, die von der Saugkammer 74 durch eine Wand 80 getrennt ist, durch die hindurchgehend ein Begrenzungs-Durchgangsloch 77 gebildet ist und die Hilfs- Niederdruckkammer 78 mit der Saugkammer 74 verbindet, und ein Balg 75 a als druckempfindliche verformbare Vorrichtung der Steuerventilvorrichtung 75 ist innerhalb der Hilfs-Nieder­ druckkammer 78 angeordnet. Dank dieser Konstruktion wird der Saugdruck Ps so geregelt, daß er beim Abfallen des Auslaßdrucks Pd ansteigt, wie in Fig. 9 gezeigt ist, damit der Druck des Kältemittelgases am Auslaß des Verdampfers ungeachtet einer Änderung in der thermischen Belastung der Klimaanlage im wesentlichen konstant gehalten werden kann, wodurch eine Eis­ bildung am Auslaß des Verdampfers verhindert wird.

Mehr ins Einzelne gehend, fließt gemäß diesem Verdichter mit variabler Kapazität dann, wenn der Balg 75 a sich in Reaktion auf eine Abnahme des Hilfsniederdrucks Ps′ ausdehnt, um das Ventil der Steuerventilvorrichtung 75 zu öffnen, das Kältemit­ telgas unter dem Steuerdruck Pc von der zweiten Druckkammer 73 über den Durchlaß 79 in die Hilfs-Niederdruckkammer 78. Das Kältemittelgas fließt dann durch das Begrenzungs-Durchgangsloch 77 in die Saugkammer 74, wodurch der Steuerdruck Pc innerhalb der zweiten Druckkammer 73 auf einen Wert abnimmt, der niedriger ist als die Summe des Saugdrucks Ps innerhalb der ersten Druck­ kammer 71 und der Antriebskraft der Schraubenfeder 76, so daß das Steuerelement 70 aus der Stellung für die maximäle Kapazität in Richtung auf die Stellung für die minimale Kapazität gedreht wird.

Jedoch ist, wie in Fig. 1 und 2 gezeigt ist, der Balg 75 a in­ nerhalb der Hilfs-Niederdruckkammer 78 angeordnet, so daß dann, wenn das Ventil geöffnet wird, das Kältemittelgas unter dem Steuerdruck Pc an einem Ende 75 a 1 des Balgs 75 a und an dessen gewellter Umfangswand 75 a 2 vorbeiströmt und in die Nähe von dessen anderem Ende 75 a 3 fließt, um in die Saugkammer 74 gezogen zu werden. Bei dieser Gelegenheit schlägt das Kältemittelgas gegen die gewellte Umfangswand 75 a 2 und verursacht eine leichte Vibration des Balgs 75, der wiederum gegen die innere Umfangs­ wand der Hilfs-Niederdruckkammer 78 schlägt. Dies führt zu einem störenden Geräusch, zu einer verschlechterten Kapazitäts­ regelung des Verdichters mit variabler Kapazität und auch zu einer verkürzten Lebensdauer des Balgs.

Zusammenfassende Darstellung der Erfindung

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Steuerventilvorrichtung für einen Verdichter mit variabler Kapazität zu schaffen, die in der Lage ist, das Auftreten eines störenden Geräusches in­ folge einer Vibration des Balgs, wenn die Steuerventilvorrich­ tung in ihren offenen Zustand gebracht wird, zu verhindern, die Regelbarkeit der Kapazität des Verdichters zu verbessern, und die Lebensdauer des Balgs zu verlängern.

Um dieses Ziel zu erreichen, sieht die vorliegende Erfindung einen Verdichter mit variabler Fördermenge oder Kapazität vor, mit einer Saugkammer, einem Raum, innerhalb von dem Auslaßdruck herrscht, einem Steuerelement zum Bestimmen des Zeitpunkts des Beginns der Kompression eines Kältemittelgases, wobei das Steu­ erelement einen druckaufnehmenden Teil hat, mit einer Hoch­ druckkammer, die durch den druckaufnehmenden Teil begrenzt wird und innerhalb der Steuerdruck herrscht und auf den druck­ aufnehmenden Teil des Steuerelements wirkt, mit einem Verbin­ dungsdurchlaß, der die Hochdruckkammer mit der Saugkammer verbindet, und mit einer Steuerventilvorrichtung zum Öffnen und Schließen des Verbindungsdurchlasses, um den Steuerdruck inner­ halb der Hochdruckkammer zu ändern, wobei die Steuerventilvor­ richtung aufweist: ein bewegliches Ventilteil, das so angeordnet ist, daß es den Verbindungsdurchlaß öffnet und schließt, eine Feder, die das bewegliche Ventilteil in eine Schließrichtung antreibt, und einen in direkter Reaktion auf den Saugdruck in­ nerhalb der Saugkammer ausdehnbaren und zusammenziehbaren Balg, um das bewegliche Ventilteil in eine Öffnungsrichtung entgegen der Kraft der Feder anzutreiben, wenn der Balg expandiert wird.

Der erfindungsgemäße Verdichter mit variabler Kapazität ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Hochdruck einführender Durchlaß vorgesehen ist, der ein Ende aufweist, das in den genannten Raum mündet, und ein anderes Ende, das dem beweglichen Ventil­ teil zugewandt ist, daß der Auslaßdruck aus dem genannten Raum innerhalb des den Hochdruck zuführenden Durchlasses herrscht; und daß ein Kolben gleitend in dem den Hochdruck zuführenden Durchlaß eingebaut ist und aus dessen anderem Ende herausragt, daß der Kolben auf den Auslaßdruck innerhalb des den Hochdruck zuführenden Durchlasses anspricht, um das bewegliche Ventilteil in die Schließrichtung anzutreiben.

Gemäß der Steuerventilvorrichtung der vorliegenden Erfindung strömt deswegen, weil der Balg anstatt daß er innerhalb der Hilfs-Niederdruckkammer 33 angeordnet ist, in direkter Ver­ bindung mit der Saugkammer angeordnet ist, das von der Hoch­ druckkammer kommende Kältemittelgas ruhig durch den Verbindungs­ durchlaß in die Saugkammer, wenn sich der Balg ausdehnt, um das Ventil der Steuerventilvorrichtung zu öffnen, so daß der Balg nicht eine leichte Vibration erleidet.

Weiterhin arbeitet, weil der den Hochdruck einführende Durchlaß so ausgebildet ist, daß er den Auslaßdruck direkt an den Kolben anlegt, der Kolben sanfter.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen daß der Verdichter mit variabler Kapazität einen Kurvenring und minde­ stens einen Seitenblock aufweist, die zusammenarbeiten, um einen Zylinder zu bilden, daß der mindestens eine Seitenblock einen in ihm gebildeten zweiten Raum aufweist und das bewegliche Ventilteil aufnimmt, und daß mindestens ein Auslaßventil an dem Kurvenring montiert ist, daß der genannte Raum eine Ventil­ kammer ist, die das mindestens eine Auslaßventil aufnimmt, daß der den Hochdruck zuführende Durchlaß einen ersten, in dem Kurvenring gebildeten Durchlaß, dessen eines Ende in die Ventil­ kammer mündet und dessen anderes Ende in einer Endfläche des Kurvenrings mündet, die zu dem mindestens einen Seitenblock weist, einen zweiten in dem mindestens einen Seitenblock gebildeten Durchlaß, dessen eines Ende in einer Endfläche des mindestens einen Seitenblocks mündet, die zu dem Kurvenring weist, und einen dritten Durchlaß aufweist, dessen eines Ende mit einem anderen Ende des zweiten Durchlasses in Verbindung ist und dessen anderes Ende in den zweiten Raum mündet.

Vorzugsweise weist das bewegliche Ventilteil ein kugelförmiges bewegliches Ventilteil auf oder ist ein solches kugelförmiges Teil, und das kugelförmige bewegliche Ventilteil hat eine Sitzfläche, die im wesentlichen gleich dem Flächeninhalt der Endfläche des Kolbens ist, die zu dem kugelförmigen beweglichen Ventilteil weist.

Die oben genannten und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.

Die einzel­ nen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein.

Kurze Beschreibung der Zeichnung

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, die wesentliche Teile der Kapazitätssteuerung eines herkömmlichen Flügel­ zellenverdichters mit variabler Kapazität zeigt;

Fig. 2 ist ein vergrößerter Längsschnitt, der eine Steuer­ ventilvorrichtung des herkömmlichen Flügelzellenver­ dichters mit variabler Kapazität zeigt;

Fig. 3 ist ein Teillängsschnitt, der eine Ausführungsform einer Steuerventilvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt;

Fig. 4 ist ein Längsschnitt eines Flügelzellenverdichters mit variabler Kapazität, der mit der Steuerventil­ vorrichtung nach Fig. 3 ausgestattet ist;

Fig. 5 ist ein schematischer Querschnitt, der wesentliche Teile der Steuerventilvorrichtung im offenen Zustand zeigt;

Fig. 6 ist ein Querschnitt längs der Linie VI-VI der Linie in Fig. 4, der ein Steuerelement in der Stellung für die maximale Kapazität zeigt;

Fig. 7 ist eine Ansicht ähnlich Fig. 6, die das Steuerelement in der Stellung für die minimale Kapazität zeigt;

Fig. 8 ist ein Querschnitt längs der Linie VIII-VIII in Fig. 4; und

Fig. 9 ist eine graphische Darstellung, die für die Erklärung des Zusammenhangs zwischen dem Saugdruck und dem Auslaßdruck nützlich ist.

Detaillierte Beschreibung

Die Erfindung wird nun im einzelnen anhand der Zeichnung be­ schrieben, die ein Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt.

Fig. 3 zeigt eine Steuerventilvorrichtung gemäß der Ausführungs­ form der Erfindung, und Fig. 4 zeigt einen mit der Steuerven­ tilvorrichtung ausgestatteten Flügelzellenverdichter mit va­ riabler Kapazität.

Es wird nun auf Fig. 4 und 6 Bezug genommen. Der Flügelzellen­ verdichter mit variabler Kapazität besteht hauptsächlich aus einem durch einen Kurvenring 1 mit einer inneren Umfangsfläche 1 a mit im wesentlichen elliptischem Querschnitt gebildeten Zylinder, einem vorderen Seitenblock 3 und einem hinteren Sei­ tenblock 4, die die einander abgewandten offenen Enden des Kurvenrings 1 abschließen, aus einem innerhalb des Zylinders drehbar aufgenommenen zylindrischen Rotor 2, einem vorderen Kopf 5 und einem hinteren Kopf 6, die an den äußeren Enden des vorderen Seitenblocks 3 bzw. hinteren Seitenblocks 4 befestigt sind, und einer Antriebswelle 7, auf der der Rotor 2 befestigt ist. Die Antriebswelle 7 wird durch ein Paar von Radiallagern 8 und 9 gelagert die in dem Seitenblock 3 bzw. 4 vorgesehen sind.

Eine Auslaßöffnung 5 a ist in einer oberen Wand des vorderen Kopfes 5 gebildet, durch die ein Kältemittelgas als thermisches Medium ausgegeben werden soll, während eine Saugöffnung 6 a in einer oberen Wand des hinteren Kopfes 6 gebildet ist, durch die das Kältemittelgas in den Verdichter hineingezogen werden soll. Die Auslaßöffnung 5 a und die Saugöffnung 6 a stehen jeweils mit einer Auslaßdruckkammer 10, die durch den vorderen Kopf 5 und den vorderen Seitenblock 3 begrenzt wird, bzw. einer Saug­ kammer 11, die durch den hinteren Kopf 6 und den hinteren Sei­ tenblock 4 begrenzt wird, in Verbindung.

Ein Paar von Kompressionsräumen 12, 12 wird an diametral gegen­ überliegenden Stellen zwischen der inneren Umfangswand 1 a des Kurvenrings 1, der äußeren Umfangswand des Rotors 2, einer Endfläche des vorderen Seitenblocks 3 an der Seite des Kurven­ rings 1, und einer Endfläche des Steuerelements 24 an der Seite des Kurvenrings 1 begrenzt. In der äußeren Umfangsfläche des Rotors 2 ist eine Mehrzahl von axialen Flügelschlitzen 13 in in Umfangsrichtung gleichen Abständen gebildet, und in jeder von diesen ist ein Flügel 14 radial gleitend eingepaßt.

Ein Bodenteil jedes Flügelschlitzes 13 und ein entsprechender Flügel 14 arbeiten zusammen, um eine Gegendruckkammer 13 a zu definieren, in die Flügelgegendruck von dem Kompressionsraum 12 durch den Zwischenraum zwischen der einen Endfläche des Rotors 2 und der rotorseitigen Endfläche des vorderen Seiten­ blocks 3 und durch den Zwischenraum zwischen der anderen End­ fläche des Rotors 2 und der rotorseitigen Endfläche des Steuer­ elements eingeleitet wird.

Wenn der Rotor 2 rotiert, gleitet die Vorderkante des Flügels 14 längs der im wesentlichen elliptischen Umfangsfläche 1 a des Kurvenrings 1.

Kältemitteleinlaßöffnungen 15, 15 sind in dem hinteren Seiten­ block 4 an diametral gegenüberliegenden Stellen vorgesehen, wie in Fig. 4 gezeigt ist (weil Fig. 4 einen Längsschnitt zeigt, der unter einem Winkel von 90° um die Längsachse des Verdichters gedreht ist, ist nur eine einzige Kältemitteleinlaßöffnung in der Figur gezeigt.) Diese Kältemitteleinlaßöffnungen 15 er­ strecken sich in Axialrichtung durch den hinteren Seitenblock 4, und durch diese sind die Saugkammer 11 und die Kompressions­ räume 12 miteinander in Verbindung.

Kältemittelauslaßöffnungen 16, 16, die jeweils zwei Öffnungen haben, sind durch einander abgewandte seitliche Seitenwände des Kurvenrings 1 an diametral gegenüberliegenden Stellen hin­ durchgehend gebildet. (In Fig. 4 ist aus dem gleichen Grund wie im Fall der Kältemitteleinlaßöffnungen nur eine der Kälte­ mittelauslaßöffnungen gezeigt.) An jeder der seitlichen Seiten­ wände des Kurvenrings 1 ist durch eine Schraube 18 ein Auslaß­ ventildeckel 17 befestigt, der einen Ventilanschlag 17 a auf­ weist. Zwischen der seitlichen Seitenwand und dem Ventilanschlag 17 a wird eine Ventilkammer 39 begrenzt, in der ein Auslaßventil 19 angeordnet ist, das an dem Auslaßventildeckel 17 gehalten ist. Jedes Auslaßventil 19 öffnet sich in Reaktion auf den Auslaßdruck, um dadurch die entsprechende Kältemittelauslaß­ öffnung 16 zu öffnen. Weiterhin werden durch den Kurvenring 1 und die Auslaßventildeckel 17 ein Paar von Durchlässen 20 begrenzt, die jeweils mit einer zugeordneten Auslaßöffnung der Kältemittelauslaßöffnungen 16 über eine entsprechende Ventil­ kammer 39 in Verbindung sind, wenn sich das Auslaßventil 19 öffnet. Ein Paar von Durchlässen 21 ist im vorderen Seitenblock 3 an diametral einander abgewandten Stellen gebildet, die jeweils mit einem entsprechenden Durchlaß 20 in Verbindung sind, wodurch dann, wenn sich das Auslaßventil 19 öffnet, um dadurch die Kältemittelauslaßöffnung 16 zu öffnen, komprimiertes Kältemittelgas im Kompressionsraum 12 aus der Auslaßöffnung 5 a über die Kältemittelauslaßöffnung 16, die Durchlässe 20 und 21 und die Auslaßdruckkammer 10 in der genannten Reihenfolge ausgelassen wird.

Wie in Fig. 4 und 8 gezeigt ist, hat der hintere Seitenblock 4 eine zum Rotor 2 gewandte Endfläche, in der eine ringförmige Aussparung 22 gebildet ist. Ein Paar von Druckarbeitskammern 23, 23 ist in dem Boden der ringförmigen Aussparung 22 an diametral abgewandten Stellen gebildet. Ein Steuerelement 24, das die Form eines kleinen Rings hat, wird in der ringförmigen Aussparung 22 so aufgenommen, daß es sich um seine eigene Achse in einander entgegengesetzten Umfangsrichtungen drehen kann. Das Steuerelement 24 steuert die Zeit des Beginns der Verdich­ tung des Verdichters, und sein äußerer Umfangsrand ist mit einem Paar von diametral einander abgewandten bogenförmigen Ausschnitten 25, 25 versehen, und seine eine Seitenfläche ist einstückig mit einem Paar von diametral einander abgewandten druckaufnehmenden Vorsprüngen 26, 26 versehen, die von dieser axial vorspringen und als druckaufnehmende Elemente wirken. Die druckaufnehmenden Vorsprünge 26, 26 werden gleitend in den zugeordneten Druckarbeitskammern 23, 23 aufgenommen. Das Innere jeder Druckarbeitskammer 23 ist durch den zugeordneten druckauf­ nehmenden Vorsprung 26 in eine Niederdruckkammer 23 ₁ und eine Hochdruckkammer 23 ₂ unterteilt. Jede Niederdruckkammer 23 ₁ steht mit der Saugkammer 11 durch die zugeordnete Kältemittel­ einlaßöffnung 15 in Verbindung, um mit Kältemittelgas unter dem Saugdruck Ps oder niedrigem Druck versorgt zu werden.

In der Zwischenzeit steht eine der Hochdruckkammern 23 ₂, 23₂ mit dem entsprechenden Durchlaß 20 über eine Öffnung 27, eine Verbindungsnut (nicht gezeigt) im hinteren Kopf 6, die mit der Öffnung 27 in Verbindung steht, einen Verbindungsdurchlaß 28 im hinteren Seitenblock 4, die mit der Verbindungsnut in Ver­ bindung steht, und eine den Steuerdruck liefernde Öffnung 29 im Kurvenring 1 in Verbindung. Diese Hochdruckkammern 23 ₂, 23 ₂ sind miteinander mittels eines Durchlasses 30, der im hinteren Kopf 6 so gebildet ist, daß der Auslaßdruck Pd in die beiden Kammern 23 ₂, 23 ₂ über die Öffnung 27 geliefert wird, in Verbin­ dung, um den Steuerdruck Pc zu bilden.

Wie in Fig. 4 gezeigt ist, kann eine der Hochdruckkammern 23 ₂, 23 ₂ mit der Saugkammer 11 über einen Durchlaß 31 in Verbindung treten. Wie in Fig. 3 gezeigt ist, besteht der Durchlaß 31 aus einem Durchlaß 31 a, der in dem hinteren Seitenblock 4 gebildet ist, und Durchlässen 31 b und 31 c, die in einem Gehäuse 35 des Balgs 32 a gebildet sind. Eine Steuerventilvorrichtung 32 ist quer über dem Durchlaß 31 angeordnet.

Die Steuerventilvorrichtung 32 ist in Reaktion auf den Saugdruck Ps, der innerhalb der Saugkammer 11 herrscht, betätigbar. Die Vorrichtung 32 weist auf: als bewegliches Ventilteil 32 b eine Kugel, um den Durchlaß 31, der sich zwischen der Saugkammer 11 und der Hochdruckkammer 23 ₂, in die Auslaßdruck (hoher Druck) Pd eingeführt wird, erstreckt, zu öffnen und zu schließen, eine Schraubenfeder 32 c, die das bewegliche Ventilteil 32 b in seine Schließrichtung antreibt, einen Kolben 32 e, der auf den Auslaßdruck Pd anspricht, der von der Ventilkammer 39 zum Antreiben des beweglichen Ventilteils 32 in seine Schließrich­ tung eingeführt wird, einen in Reaktion auf einen Wechsel im in der Saugkammer 11 herrschenden Saugdruck ausdehnbaren und zusammendrückbaren Balg 32 a, eine an einem freien Ende des Balgs 32 a befestigte Stange 32 f zum Antreiben des beweglichen Ventilteils 32 b in dessen Öffnungsrichtung, und einen den Hoch­ druck einführenden Durchlaß 33 zum direkten Einführen des Aus­ laßdrucks Pd aus der Ventilkammer 39 und zum Anlegen desselben an den Kolben 32 e.

Die Stange 32 f ist beweglich in den Durchlaß 31 c, der im Gehäuse 35 gebildet ist, eingelegt, und ihre Spitze stützt sich gegen das kugelförmige bewegliche Ventilteil 32 b ab. Der Kolben 32 e ist gleitend in einer im hinteren Seitenblock 4 gebildeten Bohrung 34 angeordnet. Der Auslaßdruck Pd wird direkt in die Bohrung 34 über den den Hochdruck zuführenden Durchlaß 33 ein­ geführt, ohne daß er in seiner Fließgeschwindigkeit beschränkt wird, um auf die eine Endfläche des Kolbens 32 e zu wirken, der wiederum das kugelförmige bewegliche Ventilteil 32 formschlüssig in dessen Schließrichtung antreibt. Es sollte beachtet werden, daß deswegen, weil die andere Endfläche des Kolbens 32 den Steuerdruck Pc aufnimmt, der aus der Hochdruckkammer 23 ₂ ein­ geführt wird, der Kolben 32 e in Reaktion auf die Differenz Δ P zwischen dem Auslaßdruck Pd und dem Steuerdruck Pc arbeitet. Der den Hochdruck zuführende Durchlaß 33 weist einen ersten Durchlaß 33 a auf, der in dem Kurvenring 1 gebildet ist und in die Ventilkammer 39 mündet, und einen zweiten Durchlaß 33 b, der in dem hinteren Seitenblock 4 gebildet ist und sich fluchtend von dem ersten Durchlaß 33 a zu der Bohrung 34 er­ streckt. Die Bohrung 34 bildet auch einen Teil des den Hoch­ druck zuführenden Durchlasses 33. Daher wird der Auslaßdruck Pd direkt dem Kolben 32 c durch den Durchlaß 33 zugeführt, ohne daß er in seiner Fließgeschwindigkeit beschränkt wird, so daß die Korrektur des Saugdrucks Ps, die unten beschrieben wird, wirkungsvoll ausgeführt werden kann. Ein Ventilsitzteil 31 d an einem Ende des Durchlasses 31 c, das kugelförmige Ventilteil 32 b und der Kolben 32 e sind so bemessen, daß der Sitzflächen­ inhalt des kugelförmigen beweglichen Ventilteils 32 b auf dem Ventilsitzteil 31 d und der Flächeninhalt S der Endfläche (entsprechend der druckaufnehmenden Fläche des kugelförmigen beweglichen Ventilteils) des Kolbens 32 e, die zum kugelförmigen beweglichen Ventilteil 32 b weist, im wesentlichen einander gleich sind. Wenn der Druck Ps in der Saugkammer 11 oberhalb eines bestimmten Werts ist, der durch ein Einstellglied 32 d eingestellt wird (es sollte beachtet werden, daß der vorbestimm­ te Druck auch durch den Auslaßdruck Pd, der dem Kolben 32 e zugeführt wird, wie unten beschrieben wird, bestimmt wird und sich mit diesem ändert), befindet sich der Balg 32 a in seinem zusammengedrückten Zustand, so daß die Antriebskraft von der Schraubenfeder 32 c und dem Kolben 32 e bewirkt, daß das kugel­ förmige bewegliche Ventilteil 32 den Durchlaß 31 c blockiert. In der Zwischenzeit, wenn der Druck Ps in der Saugkammer 11 niedriger ist als der vorbestimmte Wert, wird der Balg 32 a ausgedehnt, so daß die an dessen freiem Ende befestigte Stange 32 f das kugelförmige bewegliche Ventilteil 32 b gegen die Zwangs­ kraft der Schraubenfeder 32 c und des Kolbens 32 e bewegt, um den Durchlaß 31 c zu öffnen. Ein O-Ring 38 ist zwischen dem Gehäuse 35 und dem hinteren Seitenblock 4 eingesetzt.

Weiterhin wird das Steuerelement 24 in Richtung auf die Position für minimale Kapazität, wie in Fig. 7 gezeigt, durch eine Tor­ sionsschraubenfeder 40 angetrieben, die um eine Nabe des hin­ teren Seitenblocks 4 herum angeordnet ist, die sich in Axial­ richtung in die Saugkammer 11 erstreckt. Somit ist das Steuer­ element 24 in entgegengesetzten Richtungen in Reaktion auf den Unterschied zwischen der Summe des Saugdrucks Ps, der in die Niederdruckkammern 23 ₁ eingeführt wird, und der Antriebskraft der Schraubenfeder 40, und dem Steuerdruck Pc innerhalb der Hochdruckkammern 23 ₂. Genauer wird der Steuerdruck Pc innerhalb der Hochdruckkammern 23 ₂ mittels der Steuerventilvorrichtung 32 so gesteuert, daß der Saugdruck Ps bei dem vorbestimmten Wert gehalten wird, so daß das Steuerelement 24 in entgegenge­ setzten Richtungen zwischen zwei extremen Stellungen gedreht wird, d.h. der Stellung für maximale Kapazität zum Erhalten der maximalen Liefermenge oder Kapazität des Verdichters, wie in Fig. 6 gezeigt ist, und der Stellung für minimale Kapazität zum Erhalten der minimalen Liefermenge oder Kapazität oder Fördermenge des Verdichters, wie in Fig. 7 gezeigt ist.

Es wird nun die Arbeitsweise des wie oben konstruierten Ver­ dichters beschrieben.

Wenn der Saugdruck Ps einen vorbestimmten Wert entsprechend einem Anwachsen der thermischen Belastung überschreitet, wird der Balg 32 a der Steuerventilvorrichtung 32 zusammengedrückt, um den Durchlaß 31 zu schließen (der Zustand wie in Fig. 3 gezeigt). (Es sollte beachtet werden, daß der vorbestimmte Wert sich mit dem dem Kolben 32 e zugeführten Auslaßdruck Pd ändert.) Folglich wird der Steuerdruck Pc innerhalb der Hoch­ druckkammern 23 ₂ auf einem hohen Niveau gehalten, so daß der Steuerdruck Pc die Summe des Drucks Ps innerhalb der Nieder­ druckkammern 23 ₁ und der Antriebskraft der Torsionsschrauben­ feder 40 überwindet, um dadurch das Steuerelement 24 in Richtung auf die Stellung für die maximale Kapazität zu drehen, wie in Fig. 6 gezeigt ist. In der Stellung für maximale Kapazität nimmt das Steuerelement 24 eine solche Stellung ein, daß ein hinteres Ende 25 ₁ von dessen Ausschnitt 25 bezüglich der Dreh­ richtung (in der Ansicht der Fig. 6 die Richtung im Gegenuhr­ zeigersinn) des Rotors 2 sich in einer extremen vorderen Posi­ tion befindet, d.h. in einer extremen Position im Uhrzeiger­ sinn des Steuerelements 27, wodurch der Kompressionshub zum frühesten Zeitpunkt beginnt. Daher ist das Volumen des Kälte­ mittelgases, das innerhalb der Kompressionskammer gefangen ist, die zwischen den zwei aufeinanderfolgenden Flügeln begrenzt ist, das Maximum, was zu der maximalen Liefermenge oder Kapazi­ tät des Verdichters führt.

Andererseits, wenn der Saugdruck Ps unter den vorbestimmten Wert fällt, wird der Balg 32 a der Steuerventilvorrichtung 32 expandiert, um den Durchlaß 31 zu öffnen. Folglich fließt das Kältemittelgas mit dem Steuerdruck Pc von der Hochdruckkammer 23 ₂ durch den Durchlaß 31 in die Saugkammer 11, so daß der Steuerdruck Pc innerhalb der Hochdruckkammern 23 ₂ unter die Summe des Drucks Ps innerhalb der Niederdruckkammern 23 ₁ und der Antriebskraft der Schraubenfeder 40 absinkt, wodurch sich das Steuerelement 24 aus der oben erwähnten Stellung für maximale Kapazität in Richtung auf die Stellung für minimale Kapazität verdreht, wie in Fig. 7 gezeigt ist. In der Stellung für minimale Kapazität nimmt das Steuerelement eine derartige Stellung ein, daß das hintere Ende 25 ₁ jedes Ausschnitts 25 sich in einer extremen hinteren Stellung befindet, wodurch der Kompressionshub im am meisten verzögerten Zeitpunkt beginnt. Daher ist das Volumen des Kältemittelgases, das innerhalb der Kompressionskammer gefangen ist, die zwischen den zwei aufein­ anderfolgenden Flügeln begrenzt ist, das Minimum, was zur minimalen Fördermenge oder Liefermenge des Verdichters führt.

Es wird nun die Arbeitsweise der Steuerventilvorrichtung 32 beschrieben.

Wenn die Kapazität des Verdichters den Maximalwert hat, sind der Steuerdruck Pc und der Auslaßdruck Pd im wesentlichen ein­ ander gleich. Daher ist die Kraft F (F = S (Pd-Pc)) des Kolbens 32 e, die auf das kugelförmige bewegliche Ventilteil 32 b wirkt, im wesentlichen Null. Wenn die Kapazität des Verdichters sich in Richtung auf das Minimum ändert, nimmt der Saugdruck Ps ab, so daß das kugelförmige bewegliche Ventilteil um eine Strecke 1 wie in Fig. 5 gezeigt angehoben wird, und der Steuerdruck Pc nimmt ab, um die Kraft F zu vergrößern. In der Stellung für minimale Kapazität des Steuerelementes 24 gilt für den Steuer­ druck Pc und den Saugdruck Ps der Zusammenhang Ps < Pc < Ps + 3 daN/cm₂. In diesem fall ist, weil der Auslaß­ druck Pd größer ist, die Differenz Δ P (Δ P = Pd-Pc) größer, so daß die Kraft F größer ist, was in einem verkürzten Abheben 1 des kugelförmigen beweglichen Ventilteils 32 b resultiert. Folg­ lich wird die Flußrate des Kältemittelgases, das von der Hoch­ druckkammer 23 ₂ in die Saugkammer 11 fließt, verringert, um dadurch das Steuerelement 24 in Richtung auf die Stellung für maximale Kapazität um ein geringes Maß zu verdrehen. Genauer ist unter der Annahme, daß, falls der Auslaßdruck Pd 14 daN/cm² beträgt, der Saugdruck Ps 1,8 daN/cm², falls der Auslaßdruck Pd 18 daN/cm² ist, wird der Saugdruck Ps auf 1,6 daN/cm² gesteuert. Im Gegensatz dazu wird, falls der Auslaßdruck Pd nur 7 daN/cm² beträgt, der Saugdruck Ps auf 2,2 daN/cm² gesteuert. Auf diese Weise ist dann, wie in Fig. 9 gezeigt ist, wenn der Auslaßdruck Pd höher ist, die Kraft F größer und der Saugdruck Ps wird auf einen kleineren Wert gesteuert, während dann, wenn der Auslaß­ druck Pd kleiner ist, die Kraft F kleiner ist und der Saugdruck Ps auf einen höheren Wert gesteuert wird.

Es wird angenommen, daß ein Balg 32 a mit einer Balghubänderungs­ rate von 1 mm/(1 daN/cm²) und einer Federkonstante von 1,6 daN/mm verwendet wird. Falls die gewünschte Korrekturrate (die Neigung der geraden Linie in Fig. 9) des Saugdrucks Ps pro Änderungs­ einheit von 1 daN/cm² des Auslaßdrucks Pd, der an den Kolben 32 e angelegt wird, auf als Beispiel 0,06 daN/cm² eingestellt ist, ist der erforderliche Korrekturbetrag des Balghubs wie folgt:
0,06 daN/cm²×1 mm/(daN/cm²)=0,06 mm.

Daher beträgt die zur Korrektur des Balghubs durch den Kolben 32 e zu erzeugende Kraft:
0,06 mm×1,6 daN/mm=0,096 daN.

Diese Kraft entspricht einer druckaufnehmenden Fläche von 0,096 cm² des Kolbens 32 e, der eine Einheit der Druckänderung von 1 daN/cm² aufnimmt, die aus dem dem Kolben 32 e zugeführten Auslaßdruck Pd abgeleitet ist. Daher sollte der Radius r des Kolbens 32 e den folgenden Wert haben.
0,096 cm²=π r ² r=0,175 cm.

Daher hat der Kolben 32 e einen erforderlichen Durchmesser von 0,35 cm.

Als bewegliches Ventilteil der Steuerventilvorrichtung 32 mag eine Nadel anstatt des kugelförmigen beweglichen Ventilteils 32 b verwendet werden.

Wie oben beschrieben, wird in Übereinstimmung mit der Steuer­ ventilvorrichtung für den erfindungsgemäßen Verdichter mit variabler Kapazität die Korrektur des Saugdrucks Ps durch den Kolben bewirkt, der auf den Auslaßdruck Pd anspricht, der direkt dem Kolben ohne Begrenzung zugeführt wird. Der Balg ist in der Saugkammer angeordnet, anstatt in der Hilfs-Niederdruckkammer wie bei dem herkömmlichen Verdichter. Daher fließt Kältemittel­ gas unter dem Steuerdruck, das von der Hochdruckkammer her fließt, ruhig in die Saugkammer ein, ohne Vibrationen des Balgs zu verursachen, wenn der Balg expandiert wird, um die Steuer­ ventilvorrichtung zu öffnen. Folglich wird kein störendes Ge­ räusch erzeugt, und die Kapazitätssteuerbarkeit des Verdich­ ters kann verbessert werden, und die Lebensdauer des Balgs kann verlängert werden.

Bei der Erfindung weist ein Verdichter mit variabler Fördermenge oder Kapazität ein Steuerelement zum Bestimmen des Zeitpunkts des Starts der Verdichtung eines Kältemittelgases auf. Der Steuerdruck, der in einer Hochdruckkammer herrscht, wirkt auf das Steuerelement. Die Hochdruckkammer steht mit einer Saug­ kammer über einen Verbindungsdurchlaß in Verbindung, quer über den eine Steuerventilvorrichtung angeordnet ist, um den Verbin­ dungsdurchlaß zu öffnen und zu schließen, um den Steuerdruck innerhalb der Hochdruckkammer zu ändern. Die Steuerventilvor­ richtung weist ein bewegliches Ventilteil, eine das bewegliche Ventilteil in Schließrichtung antreibende Feder, und einen in direkter Abhängigkeit von dem Saugdruck innerhalb der Saug­ kammer ausdehnbaren und zusammenziehbaren Balg auf, um das bewegliche Ventilteil in einer Öffnungsrichtung entgegen der Kraft der Feder anzutreiben, wenn er expandiert wird. Ein Hoch­ druckzuführdurchlaß hat ein Ende, das in einen Raum mündet, innerhalb von dem der Auslaßdruck herrscht, und ein anderes Ende, das zum beweglichen Ventilteil weist, wobei der Auslaß­ druck von dem genannten Raum innerhalb des den Hochdruck zufüh­ renden Durchlasses herrscht. Ein Kolben ist gleitend in dem den Hochdruck zuführenden Durchlaß angeordnet und ragt aus dessen anderem Ende heraus. Der Kolben spricht auf den Auslaß­ druck innerhalb des den Hochdruck zuführenden Durchlasses an, um das bewegliche Ventilteil in Schließrichtung anzutreiben.

Die erfindungsgemäße Steuerventilvorrichtung ist für einen Verdichter vorgesehen, dessen Merkmale sich aus der Beschrei­ bung und den Ansprüchen unter Fortlassung der die Steuerventil­ vorrichtung betreffenden Merkmale ergeben. Die erfindungsgemäße Steuerventilvorrichtung weist die sich auf die eigentliche Steuervorrichtung beziehenden Merkmale auf, die der Beschreibung und dem Anspruch 1 zu entnehmen sind. Weiterbildungen der Steuerventilvorrichtung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Claims (5)

1. Verdichter mit variabler Fördermenge oder Kapazität mit einer Saugkammer (11), einem Raum (39), innerhalb von dem Auslaßdruck herrscht, einem Steuerelement (24) zum Bestim­ men des Zeitpunkts des Beginns der Kompression eines Käl­ temittelgases, wobei das Steuerelement einen druckaufneh­ menden Teil hat, mit einer Hochdruckkammer (23 ₂), die durch den druckaufnehmenden Teil begrenzt wird und inner­ halb der Steuerdruck herrscht und auf den druckaufnehmenden Teil des Steuerelements wirkt, mit einem Verbindungsdurch­ laß, der die Hochdruckkammer (23 ₂) mit der Saugkammer (11) verbindet, und mit einer Steuerventilvorrichtung zum Öffnen und Schließen des Verbindungsdurchlasses (31), um den Steuerdruck innerhalb der Hochdruckkammer zu ändern, wobei die Steuerventilvorrichtung aufweist: ein bewegliches Ventilteil (32 b), das so angeordnet ist, daß es den Ver­ bindungsdurchlaß (31) öffnet und schließt, eine Feder (32 c), die das bewegliche Ventilteil in eine Schließrich­ tung antreibt, und einen in direkte Reaktion auf den Saug­ druck innerhalb der Saugkammer (11) ausdehnbaren und zu­ sammenziehbaren Balg (32 a), um das bewegliche Ventilteil (32 b) in eine Öffnungsrichtung entgegen der Kraft der Feder anzutreiben, wenn der Balg expandiert wird, dadurch gekennzeichnet, daß
ein Hochdruck einführender Durchlaß (34) vorgesehen ist, der ein Ende aufweist, das in den genannten Raum mündet, und ein anderes Ende, das dem beweglichen Ventilteil (32 b) zugewandt ist, daß der Auslaßdruck aus dem genannten Raum innerhalb des den Hochdruck zuführenden Durchlasses herrscht; und
daß ein Kolben (32 e) gleitend in dem den Hochdruck zufüh­ renden Durchlaß (34) eingebaut ist und aus dessen anderem Ende herausragt, daß der Kolben auf den Auslaßdruck inner­ halb des den Hochdruck zuführenden Durchlasses anspricht, um das bewegliche Ventilteil in die Schließrichtung anzu­ treiben.

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß er einen Kurvenring (1) und mindestens einen Seitenblock (3, 4) aufweist, die zusammenarbeiten, um einen Zylinder zu bilden, daß der mindestens eine Seitenblock (4) einen in ihm gebildeten zweiten Raum aufweist und das bewegliche Ventilteil (32 b) aufnimmt, und daß mindestens ein Auslaß­ ventil (19) an dem Kurvenring montiert ist, daß der ge­ nannte Raum (39) eine Ventilkammer ist, die das mindestens eine Auslaßventil aufnimmt, das der den Hochdruck zuführende Durchlaß (34) einen ersten, in dem Kurvenring gebil­ deten Durchlaß (33 a), dessen eines Ende in die Ventilkammer mündet und dessen anderes Ende in einer Endfläche des Kurvenrings mündet, die zu dem mindestens einen Seitenblock weist, einen zweiten in dem mindestens einen Seitenblock gebildeten Durchlaß (33 b), dessen eines Ende in einer Endfläche des mindestens einen Seitenblocks mündet, die zu dem Kurvenring weist, und einen dritten Durchlaß aufweist, dessen eines Ende mit einem anderen Ende des zweiten Durchlasses in Verbindung ist und dessen anderes Ende in den zweiten Raum mündet.

3. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Ventilteil (32 b) ein kugelförmiges beweg­ liches Ventilteil aufweist oder ist, daß das kugelförmige bewegliche Ventilteil eine Sitzfläche hat, die im wesent­ lichen gleich dem Flächeninhalt einer Endfläche des Kolbens (32 e) ist, die zu dem kugelförmigen beweglichen Ventilteil weist.

4. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Balg (32 a) innerhalb der Saugkammer angeordnet ist.

5. Steuerventilvorrichtung für einen Verdichter, gekenn­ zeichnet durch ihre Ausbildung nach einem der vorher­ gehenden Ansprüche.