DE602004005943T2

DE602004005943T2 - Kompressor mit veränderlicher Verdrängung

Info

Publication number: DE602004005943T2
Application number: DE602004005943T
Authority: DE
Inventors: Masaki Ota; Hajime Kurita; Tatsuya Koide; Masakazu Murase; Junya Suzuki
Original assignee: Toyota Industries Corp
Current assignee: Toyota Industries Corp
Priority date: 2003-11-14
Filing date: 2004-11-11
Publication date: 2008-01-17
Anticipated expiration: 2024-11-12
Also published as: DE602004005943D1; JP2005163772A; EP1531266A3; KR100614023B1; US20050147504A1; CN1616824A; CN100373048C; KR20050046569A; JP4103806B2; EP1531266B1; EP1531266A2

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Kompressor und insbesondere einen Kompressor mit variabler Verdrängung, der in einem Kühlkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage Verwendung findet.
Ein in einem Kühlkreislauf verwendeter Kompressor mit variabler Verdrängung beinhaltet ein Gehäuse, das Zylinderbohrungen hat und eine Antriebswelle drehbar lagert. Die Antriebswelle lagert eine Schrägscheibeeibe auf neigbare Art und Weise. Eine Anschlussplatte ist an der Antriebswelle so fixiert, dass sie sich integral mit der Antriebswelle dreht. Ein Gelenkmechanismus ist zwischen der Anschlussplatte und der Schrägscheibeeibe angeordnet. Ein Kolben bewegt sich in jeder Zylinderbohrung hin und her. Der Kolben ist mit einem Außenumfangsbereich der Schrägscheibeeibe verbunden. Wenn sich die Antriebswelle dreht, wird die Drehung auf die Schrägscheibeeibe durch die Anschlussplatte und den Gelenkmechanismus übertragen. Dies bewegt die Kolben hin und her und komprimiert Kühlgas in den zugehörigen Zylinderbohrungen. Außerdem führt der Scharniermechanismus die Schrägscheibeeibe und verändert den Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe, um den Hub der Kolben zu verändern. Auf diese Art und Weise wird die Verdrängung des Kompressors mit variabler Verdrängung variiert.
Die japanische offengelegte Patentveröffentlichungs-Nr. 2001-289159 beschreibt ein Beispiel eines in einem Kompressor mit variabler Verdrängung verwendeten Gelenkmechanismus. Wie in 1 dargestellt, hat eine Schrägscheibeeibe 101 eine Endfläche 101a, die in Richtung einer Anschlussplatte 102 weist (Schubflansch). Ein Gelenkstift 103 ist in der Endfläche 101a angeordnet. Sphärische Vorsprünge 103a und 103b stehen von gegenüberliegenden Seiten des Gelenkstifts 103 hervor. Die Anschlussplatte 102 hat eine Endfläche 102c, die zu der Schrägscheibeeibe 101 hinweist. Eine Führungsnut 102a zum Führen des sphärischen Vorsprungs 103a und eine Führungsnut 102b zum Führen des sphärischen Vorsprungs 103b sind in der Nähe der Endfläche 102c vorgesehen. Wenn der Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe 101 verändert wird, führen die Führungsnuten 102a und 102b die Bewegung der sphärischen Vorsprünge 103a und 103b des Gelenkstifts 103.
Die Anschlussplatte 102 dreht sich in der Richtung des Pfeils R (Drehrichtung R), wie in 1 gezeigt. Genauer gesagt dreht sich, wenn die Anschlussplatte 102 von der Seite aus betrachtet wird, die von der Endfläche 102c weg weist, die Anschlussplatte 102 im Uhrzeigersinn. Die Führungsnut 102a, die sich in der Drehrichtung R vor dem Gelenkstift 103 befindet, überträgt kein Drehmoment von der Anschlussplatte 102 auf die Schrägscheibeeibe 101. Im Gegensatz dazu übermittelt die andere Führungsnut 102b ein Drehmoment von der Anschlussplatte 102 auf die Schrägscheibeeibe 101. Demzufolge muss die Führungsnut 102b lang und tief genug sein, um den sphärischen Vorsprung 103b aufzunehmen und zu führen. Die Wand der Führungsnut 102b muss außerdem in Kontakt mit dem sphärischen Vorsprung 103b kommen, um eine Kraft auf den sphärischen Vorsprung 103b in der Drehrichtung R zu übertragen. Genauer gesagt muss die Wand der Führungsnut 102b von der rückwärtigen Seite des sphärischen Vorsprungs 103b mit Bezug auf die Drehrichtung R in Kontakt geraten.
Die Führungsnut 102a, die kein Drehmoment auf die Schrägscheibeeibe 101 überträgt, braucht nicht tief und lang zu sein. Außerdem ist ein Kontakt zwischen der Wand der Führungsnut 102a und dem sphärischen Vorsprung 103a nicht erforderlich für die Übertragung von Drehmoment von der Anschlussplatte 102 auf die Schrägscheibeeibe 101, Neigung der Schrägscheibeeibe 101 und Aufnehmen der auf die Kolben der Schrägscheibeeibe 101 aufgebrachten Kompressionsreaktion.
Trotzdem ist eine recht aufwändige Bearbeitung erforderlich, um tiefe und lange Nuten auszubilden, das heißt die Führungsnuten 102a und 102b. Demzufolge erfordert die Bearbeitung eines Scharniermechanismus wie des in 1 dargestellten viel Arbeit.
Die Führungsnut 102a, die kein Drehmoment auf die Schrägscheibeeibe 101 übermittelt, hat eine Wand, die in der Drehrichtung R vor dem sphärischen Vorsprung 103a befindlich ist. Außerdem ist der Abstand zwischen dem sphärischen Vorsprung 103a und dem sphärischen Vorsprung 103b klein. Der Abstand zwischen der Führungsnut 102a und der Führungsnut 102b ist ebenfalls klein. Daher ist die Unterstützung der Anschlussplatte 102 durch die Schrägscheibeeibe 101 unzureichend.
Eine von den Kolben produzierte Kompressionsreaktion kann auf exzentrische Art und Weise auf die Schrägscheibeeibe 101 einwirken, wie durch den Pfeil X angezeigt, der den Belastungsmittelpunkt der Reaktion anzeigt. Dies kann die Schrägscheibeeibe 101 in einer Richtung neigen, die von der Richtung abweicht, in der sich die Schrägscheibeeibe 101 neigt, wenn die Verdrängung verändert wird. In einem solchen Fall berühren die sphärischen Vorsprünge 103a und 103b die Wände der Führungsnuten 102a und 102b auf eine andere Art und Weise als sie eigentlich sollten. Dies würde den Gleitwiderstand zwischen den Wänden der Führungsnuten 102a und 102b und den zugehörigen sphärischen Vorsprüngen 103a und 103b erhöhen und die Steuerbarkeit der Verdrängung des Kompressors vermindern.
In ihrem breitesten Aspekt schafft die Erfindung einen Kompressor mit: einem Gehäuse, einer in dem Gehäuse ausgeformten Zylinderbohrung, einer in dem Gehäuse auf drehbare Art und Weise gelagerten Antriebswelle, einer mit der Antriebswelle so verbundenen Anschlussplatte, dass sie sich integral mit der Antriebswelle dreht, einer Nockenplatte (18), die mittels der Antriebswelle in einer neigbaren Art und Weise gelagert ist, wobei die Nockenplatte eine erste Oberfläche hat, die in Richtung der Anschlussplatte weist, und die Anschlussplatte eine zweite Oberfläche hat, die in Richtung der ersten Oberfläche der Nockenplatte weist, einem Kolben, dessen eines Ende mit der Nockenplatte verbunden ist und der sich in der Zylinderbohrung hin und her bewegt, und einem Gelenkmechanismus, der zwischen der Anschlussplatte und der Nockenplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkmechanismus folgendes beinhaltet: eine Lagerung, die an der ersten Oberfläche ausgeformt ist und eine Einsetzöffnung beinhaltet, einen durch die Einsetzöffnung hindurch eingesetzten Stift, der einen sphärischen Bereich und eine drehbare Walze hat, wobei sich der sphärische Bereich von der Lagerung aus in einer Richtung rückwärts mit Bezug auf die Richtung erstreckt, in welcher die Antriebswelle sich während des Betriebs dreht, und die Walze sich von der Lagerung aus in einer Richtung vorwärts mit Bezug auf die Richtung erstreckt, in welcher sich die Antriebswelle während des Betriebs dreht, einen ersten Nocken, der an der zweiten Oberfläche ausgeformt ist und eine Nut beinhaltet, die den sphärischen Bereich umgibt und führt, und einen zweiten Nocken, der an der zweiten Oberfläche ausgeformt ist und eine Nockenfläche für den Kontakt mit der Walze und zum Führen der Walze beinhaltet.
Die vorliegende Erfindung schafft daher einen Kompressor mit variabler Verdrängung, der einen Gelenkmechanismus hat, der einfach bearbeitet wird.
Das US-Patent mit der Veröffentlichungs-Nr. US,5,782,219 offenbart eine Kolbenmaschine, die für Hochdruckanwendungen oder für CO₂-Motorfahrzeug-Klimaanlagensysteme vorgesehen ist und ein Taumelscheibegetriebe hat, dessen Taumelscheibe unterschiedlich geneigte Positionen zu Zwecken der Energiesteuerung einnehmen kann. Für diesen Zweck ist ein Taumelgelenk vorgesehen, das als Bolzengelenk konstruiert ist und eine Kippbewegung der Taumelscheibe, die an der Motorwelle gelagert ist, durch eine Schlitzführung eines Antriebsstifts ermöglicht. Eine gute Steuerbarkeit dieses sich hin und her bewegenden Motors ergibt sich aus die Reibung reduzierenden Motorkomponenten, die an dem Antriebsstift vorgesehen sind und Lager aufweisen, die eine Drehung des Antriebsstifts um seine Längsachse herum ermöglichen, sowie eine Gleitbuchse oder ein Wälzlager an einem der Stiftenden im Eingriff in Schlitzführungen. Außerdem ist in der Nähe des stärker belasteten Stiftendes eine Gleitscheibe vorgesehen, die axiale Kräfte absorbiert.
Das US-Patent mit der Veröffentlichungs-Nr. US 5,387,091 offenbart einen Schrägscheibeeibenkompressor mit variabler Kapazität, einschließlich eines Gelenkmittels. Dieses Gelenkmittel beinhaltet einen Lagerungsarm, einen Hauptführungsstift und einen Hilfsführungsstift. Der Lagerungsarm ist an dem Rotor so vorgesehen, dass er von dort in Richtung der schwingenden Schrägscheibeeibe hervorsteht, und er hat eine Hauptführungsöffnung, die sich rechtwinklig mit der Antriebswelle erstreckt. Der Hauptführungsstift ist drehbar in die Hauptführungsöffnung eingesetzt. Der Hilfsführungsstift ist gleitbar in eine Öffnung eingesetzt, die in dem Hauptführungsstift oder in der schwingenden Schrägscheibeeibe ausgebildet ist, und zwar rechtwinklig mit dem Hauptführungsstift an einem Ende, und ist an seinem anderen Ende an dem anderen der beiden genannten Elemente Hauptführungsstift und schwingende Schrägscheibeeibe fixiert. Mit dem Gelenkmittel können die oberen Freiräume der Kolben stets virtuell gleichmäßig gehalten werden, und die Momente, die sich aus den Kompressionsreaktionskräften ergeben, können daran gehindert werden, mit der Ausgabekapazitätssteuerung zu interferieren. Außerdem kann der Kompressor die Verminderung der Herstellkosten erzielen.
Vorteile und weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nun folgenden Beschreibung, wenn diese zusammen mit den begleitenden Zeichnungen gesehen wird, die beispielhaft die Prinzipien der Erfindung erläutern.
Die Erfindung und bevorzugte Ziele und Vorteile der Erfindung ergeben sich am besten mit Bezug auf die nun folgende Beschreibung der bestimmten beispielhaften Ausführungsformen zusammen mit den begleitenden Zeichnungen, in welchen:
1 eine Querschnittsansicht ist, die einen Gelenkmechanismus eines Kompressors mit variabler Verdrängung aus dem Stand der Technik zeigt;
2 ist ein Querschnittsdiagramm eines Kompressors mit variabler Verdrängung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
3 ist eine Ansicht, die einen Gelenkmechanismus in dem Kompressor der 2 zeigt;
4 ist eine Seitenansicht, die den Gelenkmechanismus der 3 zeigt;
5 ist eine Ansicht, die einen Gelenkmechanismus gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt;
6 ist eine Ansicht, die einen Gelenkmechanismus gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt; und
7 ist eine Ansicht, die einen Gelenkmechanismus gemäß einer noch anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
In den Zeichnungen werden für gleiche Elemente gleiche Ziffern verwendet.
Ein Kompressor 10 mit variabler Verdrängung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug auf die 2 bis 4 beschrieben. In der bevorzugten Ausführungsform wird der Kompressor 10 in einem Kühlkreislauf einer Fahrzeugklimaanlage verwendet.
2 ist eine Querschnittsansicht des Kompressors 10. Die linke Seite, wie in 2 zu sehen, wird als Vorderseite des Kompressors 10 bezeichnet, und die rechte Seite als Rückseite des Kompressors 10. Wie in 2 dargestellt, hat der Kompressor 10 ein Gehäuse 10a, das einen Zylinderblock 11 beinhaltet, ein an dem vorderen Ende des Zylinderblocks 11 fixiertes vorderes Gehäuse 12 und ein an dem hinteren Ende des Zylinderblocks 11 mittels einer Ventilplatte 13 fixiertes hinteres Gehäuse 14.
Eine Kurbelkammer 15 ist in dem Gehäuse 10a zwischen dem Zylinderblock 11 und dem vorderen Gehäuse 12 definiert. Eine Antriebswelle 16, die sich durch die Kurbelkammer 15 hindurch erstreckt, ist auf drehbare Art und Weise zwischen dem Zylinderblock 11 und dem vorderen Gehäuse 12 gelagert. Die Antriebswelle 16 ist mit einem nicht dargestellten Motor verbunden, der als Antriebsquelle für das Fahrzeug dient. Die Antriebswelle 16 wird mittels des Motors angetrieben und in der durch den Pfeil R gekennzeichneten Richtung gedreht.
Eine im Allgemeinen scheibenartige Anschlussplatte 17 ist an der Antriebswelle 16 in der Kurbelkammer 15 fixiert, so dass sie sich integral mit der Antriebswelle 16 dreht. Die Kurbelkammer 15 nimmt eine Schrägscheibeeibe 18 auf, die als eine Nockenplatte funktioniert. Eine Wellenöffnung 18a, durch welche hindurch die Antriebswelle 16 eingesetzt ist, erstreckt sich durch einen mittleren Bereich der Schrägscheibeeibe 18 hindurch. Ein Gelenkmechanismus 19 ist zwischen der Anschlussplatte 17 und der Schrägscheibeeibe 18 angeordnet. Die Schrägscheibeeibe 18 ist mit der Anschlussplatte 17 durch den Scharniermechanismus 19 verbunden und mittels der Antriebswelle 16 bei der Wellenöffnung 18a gelagert. Die Schrägscheibeeibe 18 dreht sich synchron mit der Anschlussplatte 17 und der Antriebswelle 16. Außerdem neigt sich die Schrägscheibeeibe 18 relativ zu der Antriebswelle 16, wenn sie in der axialen Richtung entlang der Antriebswelle 16 gleitet.
Mehrere gleichmäßig beabstandete Zylinderbohrungen 27, von denen in 2 nur eine dargestellt ist, erstrecken sich durch den Zylinderblock 11 hindurch um die Achse T der Antriebswelle 16 herum. Ein Einzelkopfkolben 28 bewegt sich in jeder Zylinderbohrung 27 hin und her. Der Kolben 28 verschließt die vordere Öffnung der Zylinderbohrung 27. Die vordere Seite der Ventilplatte 13 verschließt die hintere Öffnung der Zylinderbohrung 27. Eine Kompressionskammer 29 ist in der Zylinderbohrung 27 definiert. Das Volumen der Kompressionskammer 29 verändert sich gemäß der Hin- und Herbewegung des Kolbens 28.
Der Kolben 28 ist durch zwei Schuhe 30 mit dem Außenumfangsbereich der Schrägscheibeeibe 18 verbunden. Eine Ansaugkammer 31 und eine Auslasskammer 40 sind zwischen der Ventilplatte 13 und dem hinteren Gehäuse 14 definiert. Die Ventilplatte 13 beinhaltet eine Ansaugöffnung 32 und ein Ansaugventil 33, die sich zwischen jeder Kompressionskammer 29 und der Ansaugkammer 31 befinden. Außerdem beinhaltet die Ventilplatte 13 eine Auslassöffnung 34 und ein Auslassventil 35, das zwischen jeder Kompressionskammer 29 und der Auslasskammer 40 vorgesehen ist.
Wenn sich jeder Kolben 28 von seinem oberen Todpunkt zu seinem unteren Todpunkt bewegt, wird Kühlgas (in der bevorzugten Ausführungsform Kohlendioxid) in die entsprechende Kompressionskammer 29 aus der Ansaugkammer 31 durch die zugehörige Ansaugöffnung 32 und das zugehörige Ansaugventil 33 hineingezogen. Wenn sich der Kolben 28 von der unteren zur oberen Todpunktposition bewegt, wird das Kühlgas in der Kompressionskammer 29 auf einen vorbestimmten Druck komprimiert und in die Auslasskammer 40 durch die zugehörige Auslassöffnung 34 und das zugehörige Auslassventil 35 ausgelassen.
Ein Ablasskanal 36, ein Gaszuleitekanal 37 und ein Steuerventil 38 sind in dem Gehäuse 10a des Kompressors 10 vorgesehen. Der Ablasskanal 36 verbindet die Kurbelkammer 15 und die Ansaugkammer 31. Der Gaszuleitekanal 37 verbindet die Auslasskammer 40 und die Kurbelkammer 15. Das Steuerventil 38, das in der Technik bekannt ist, ist in dem Gaszuleitekanal 37 angeordnet.
Der Öffnungsbetrag des Steuerungsventils 38 wird eingestellt, um die Balance zwischen der Menge des Hochdruckauslassgases, das in die Kurbelkammer 15 durch den Gaszuleitekanal 37 hindurch geleitet wird, und der Menge des Gases zu steuern, das durch den Ablasskanal 36 hindurch aus der Kurbelkammer 15 hinausgeleitet wird. Dies bestimmt den Innendruck der Kurbelkammer 15. Wenn sich der Innendruck der Kurbelkammer 15 verändert, verändert sich auch der Unterschied zwischen dem Innendruck der Kurbelkammer 15 und dem Innendruck der Kompressionskammern 29. Dies verändert den Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe 18 (den Winkel der Schrägscheibeeibe 18 relativ zu einer Ebene rechtwinklig zur Achse T der Antriebswelle 16). Auf diese Art und Weise wird der Hub der Kolben 28 oder die Verdrängung des Kompressors 10 eingestellt.
Beispielsweise vergrößert eine Verminderung im Innendruck der Kurbelkammer 15 die Neigung der Schrägscheibeeibe 18. Dies verlängert den Hub der Kolben 28 und erhöht die Verdrängung des Kompressors 10. Im Gegensatz dazu vermindert eine Zunahme im Innendruck der Kurbelkammer 15 die Neigung der Schrägscheibeeibe 18. Dies verkürzt den Hub der Kolben 28 und vermindert die Verdrängung des Kompressors 10.
Der Gelenkmechanismus 19 wird nun diskutiert werden.
Wie es in den 2 bis 4 dargestellt ist, hat die Schrägscheibeeibe 18 eine Endfläche 18b, die in Richtung der Anschlussplatte 17 weist. Eine Lagerung 20 steht von der Endfläche 18b in Richtung der Anschlussplatte 17 hervor. Die Lagerung 20 befindet sich in der Nähe eines Bereichs der Schrägscheibeeibe 18, der jeden Kolben 26 in den oberen Todpunkt bewegt. Dieser Bereich der Schrägscheibeeibe 18 wird als mit dem oberen Todpunkt übereinstimmende Position P bezeichnet. Eine Mittelebene S ist in der Mitte der Lagerung 20 definiert, wo die distale Kante der Lagerung 20 gleichmäßig in zwei Teile geteilt ist. Die Mittelebene S liegt entlang einer Ebene parallel zu einer Ebene einschließlich der Achse T der Antriebswelle 16 und der mit dem oberen Todpunkt übereinstimmenden Position P. Die Mittelebene S ist von der Position P in der Drehrichtung R der Antriebswelle 16 versetzt.
Eine Einsetzöffnung 20a erstreckt sich durch die Lagerung 20 in einer Richtung rechtwinklig zur Mittelebene S. Ein Gelenkstift 21 ist in die Einsetzöffnung 20a der Lagerung 20 pressgepasst und dort fixiert. Der Gelenkstift 21 beinhaltet einen ersten Endbereich 21a (rechtes Ende in 2) und einem zweiten Endbereich 21b (linkes Ende in 2), welche sich von der Lagerung 20 aus erstrecken. Der zweite Endbereich 21b befindet sich in der Drehrichtung R vor dem ersten Endbereich 21a. In anderen Worten erstreckt sich der erste Endbereich 21a von der Lagerung 20 in einer Richtung rückwärts mit Bezug auf die Richtung, in der sich die Antriebswelle 16 dreht. Außerdem erstreckt sich der zweite Endbereich 21b von der Lagerung 20 in einer Richtung vorwärts mit Bezug auf die Richtung, in der sich die Antriebswelle 16 dreht.
Der zweite Endbereich 21b des Gelenkstifts 21 lagert eine zylindrische Walze 22 (einen zweiten Führungsvorsprung) auf drehbare Art und Weise. Ein Schnappring 26 (Stopper) ist an dem zweiten Endbereich 21b angebracht, um zu verhindern, dass die Walze 22 von dem Gelenkstift 21 abfällt. Ein sphärischer Vorsprung 23, der als erster Führungsvorsprung funktioniert, ist integral mit dem ersten Endbereich 21a ausgeformt.
Die mit dem oberen Todpunkt übereinstimmende Position P der Schrägscheibeeibe 18 befindet sich zwischen der Walze 22 und dem sphärischen Vorsprung 23. Der Abstand zwischen der Walze 22 (insbesondere der Ebene M1, die entlang der äußeren Endfläche der Walze 22 liegt) und der Position P ist länger als der Abstand zwischen dem sphärischen Vorsprung 23 (insbesondere der Ebene M2, die den Mittelpunkt des sphärischen Vorsprungs 23 beinhaltet und parallel zur mittleren Ebene S der Lagerung 20 ist) und der Position P. Der minimale Abstand zwischen dem sphärischen Vorsprung 23 und der Lagerung 20 ist länger als der minimale Abstand zwischen der Walze 22 und der Lagerung 20.
Die Anschlussplatte 17 hat eine Endfläche 17a, die in Richtung der Schrägscheibeeibe 18 weist. Ein erster Nocken 24 ist an der Endfläche 17a ausgebildet. Der erste Nocken 24 beinhaltet eine innere Oberfläche 24a, die eine relativ lange und tiefe Nut definiert, um den sphärischen Vorsprung 23 zu führen. Die innere Oberfläche 24a des ersten Nockens 24 definiert die Wand der Nut, die den sphärischen Vorsprung 23 von drei Richtungen aus umgibt, das heißt von hinten mit Bezug auf die Drehrichtung R, aus der Richtung der Schrägscheibeeibe 18 und aus der Richtung der Anschlussplatte 17. Die innere Oberfläche 24a des ersten Nockens 24 ist so geneigt, dass der Scheibenbereich der Anschlussplatte 17 sich weiter entfernt, wenn die Antriebswelle 16 näher kommt.
Ein zweiter Nocken 25 an der Endfläche 17a der Anschlussplatte 17 ausgeformt. Der zweite Nocken 25 befindet sich mit Bezug auf die Drehrichtung R vor dem ersten Nocken 24. Außerdem hat der zweite Nocken 25 eine Nockenoberfläche 25a zum Führen der Walze 22. Diese Nockenoberfläche 25a ist so geneigt, dass der Scheibenbereich der Anschlussplatte 17 sich weiter entfernt, wenn die Antriebswelle 16 näher kommt. In dem zweiten Nocken 25 weist nur die Nockenoberfläche 25a in Richtung der Walze 22. Das heißt, der zweite Nocken 25 ist nach vorne hin mit Bezug auf die Drehrichtung R offen. In anderen Worten beinhaltet der zweite Nocken 25 eine Vorderseite, die der Drehrichtung R der Antriebswelle 16 entgegengesetzt ist, welche Vorderseite offen ist.
Wenn ein Drehmoment von der Anschlussplatte 17 auf die Schrägscheibeeibe 18 übertragen wird, bringt die innere Oberfläche 24a des ersten Nockens 24 eine Kraft auf den sphärischen Vorsprung 23 auf. Die durch das komprimierte Kühlgas erzeugte Kompressionsreaktion wird von den Kolben 28 auf die Schrägscheibeeibe 18 auf exzentrische Art und Weise übertragen, wie durch den Pfeil X gezeigt, der den Belastungsmittelpunkt der Reaktion anzeigt. Die Nockenoberfläche 25a des zweiten Nockens 25 nimmt hauptsächlich eine solche Kompressionsreaktion durch die Walze 22 auf.
Um die Verdrängung des Kompressors 10 zu erhöhen, wird der Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe 18 verändert. In einem solchen Zustand bewegt sich die Walze 22 weg von der Antriebswelle 16 entlang der Nockenoberfläche 25a des zweiten Nockens 25, und der sphärische Vorsprung 23 bewegt sich weg von der Antriebswelle 16 entlang der inneren Oberfläche 24a in dem ersten Nocken 24. Um die Verdrängung des Kompressors 10 zu vermindern, wird der Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe 18 verändert. In einem solchen zustand bewegt sich die Walze 22 in Richtung der Antriebswelle 16 entlang der Nockenoberfläche 25a des zweiten Nockens 25, und der sphärische Vorsprung 23 bewegt sich entlang der inneren Oberfläche 24a in dem ersten Nocken 24 in Richtung der Antriebswelle 16. Auf diese Art und Weise führen die beiden Nocken 24 und 25 die Schrägscheibeeibe 18.
Der Kompressor 10 der bevorzugten Ausführungsform hat die unten beschriebenen Vorteile.

(1) Der zweite Nocken 25 des Scharniermechanismus 19 ist nach vorne mit Bezug auf die Drehrichtung R geöffnet. In anderen Worten ist der zweite Nocken 25, der kein Drehmoment von der Anschlussplatte 17 auf die Schrägscheibeeibe 18 überträgt, keine Nut und hat keine Wand, die die Walze 22 in der Drehrichtung R kontaktiert. Demzufolge ist die aufwändige Bearbeitung einer tiefen Nut nur an einer Stelle erforderlich, oder bei dem ersten Nocken 24. Die Bearbeitung des Gelenkmechanismus 19 wird so vereinfacht. Dies vermindert die Herstellkosten des Kompressors 10.

Außerdem ist die Nockenoberfläche 25a des zweiten Nockens 25 nicht durch irgendwelche Wände umgeben. Das heißt, die Ausgestaltung der Gestalt der Nockenoberfläche 25a ist relativ einfach. Demzufolge wird das Profil (beispielsweise eine fein gekrümmte Oberfläche oder eine Kombination aus flachen Ebenen) der Nockenoberfläche 25a einfacher ausgestaltet, so dass das tote Volumen der Kompressionskammern 29 (das heißt der Zwischenraum zwischen jedem Kolben 28 und der Ventilplatte 13, wenn sich der Kolben 28 im oberen Todpunkt befindet) selbst dann konstant bleibt, wenn der Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe 18 sich verändert.
Außerdem kann der zweite Endbereich 21b des Gelenkstifts 21 aus der Walze 22 hervorstehen, weil um die Nockenoberfläche 25 herum keine Wände vorhanden sind. Dies ermöglicht die Anbringung des Schnapprings 26, um zu verhindern, dass die Walze 22 vom zweiten Endbereich 21b herunterfällt. Der Schnappring 26 wird an dem zweiten Endbereich 21b des Gelenkstifts 21 nach dem Anbringen der Walze 22 an dem zweiten Endbereich 21b angebracht. Auf diese Art und Weise wird die Walze 22 einfach an dem Gelenkstift 21 montiert.

(2) In dem zweiten Nocken 25 weist nur die Nockenoberfläche 25a zu der Walze 22 hin. In anderen Worten hat abgesehen von der Nockenoberfläche 25a der zweite Nocken 25 keine Wände, die in Richtung der Walze 22 weisen. Als Ergebnis kann der Abstand zwischen der Walze 22 und der mit dem oberen Todpunkt übereinstimmenden Position P maximiert werden. In anderen Worten sind der Abstand zwischen der Walze 22 (der Ebene M1) und dem sphärischen Vorsprung 23 (der Ebene M2) und so der Abstand zwischen dem ersten 24 und dem zweiten Nocken 25 lang. Demzufolge lagert die Anschlussplatte 17 die Schrägscheibeeibe 18 stabil. Selbst wenn die Kompressionsreaktion X von den Kolben 28 auf die Schrägscheibeeibe 18 auf exzentrische Art und Weise übertragen wird, wird die Schrägscheibeeibe 18 daher daran gehindert, sich in einer Richtung zu neigen, die von der Richtung abweicht, in der sie sich neigt, um die Verdrängung zu variieren. Außerdem wird der Gleitwiderstand in dem Gelenkmechanismus vermindert, und die Steuerbarkeit der Verdrängung des Kompressors 10 wird verbessert.
(3) Der Gelenkstift 21 lagert die Walze 22 auf drehbare Art und Weise. Demzufolge bewegt sich die Walze 22 gleichförmig entlang der Nockenoberfläche 25a des zweiten Nockens 25. Dies verbessert die Steuerbarkeit der Verdrängung des Kompressors 10.
(4) Die Walze 22, die die Kompressionsreaktion X aufnimmt, befindet sich neben der Lagerung 20. Dies vermindert die Belastung, die durch die Kompressionsreaktion X produziert und von der Walze 22 auf den Gelenkstift 21 aufgebracht wird. Demzufolge wird die Stanzzeit des Gelenkstifts 21 verbessert. Die auf den sphärischen Vorsprung 23 während der Übertragung des Drehmoments aufgebrachte Last ist klein. Demzufolge ist die auf den Gelenkstift 21 während der Übertragung von Drehmoment aufgebrachte Belastung gering. Selbst wenn der sphärische Vorsprung 23 von der Lagerung 20 getrennt wird, beeinträchtigt dies daher nicht die Stanzzeit des Gelenkstifts 21.
(5) Als das Kühlmittel für die Fahrzeugklimaanlage wird Kohlendioxid verwendet. Experimentell ist festgestellt worden, dass die Kompressionsreaktion X, die auf die Schrägscheibeeibe 18 wirkt, größer ist, wenn ein Kohlendioxidkühlgas verwendet wird, als wenn ein FREON-Kühlmittel verwendet wird. Es ist auch experimentell bestätigt worden, dass die Kompressionsreaktion X auf den Außenumfangsbereich der Schrägscheibeeibe 18 einwirkt.

In der bevorzugten Ausführungsform ist die Walze 22 von der mit dem oberen Todpunkt übereinstimmenden Position P getrennt. Außerdem sind der Abstand zwischen der Walze 22 (der Ebene M1) und dem sphärischen Vorsprung 23 (der Ebene M2) und so der Abstand zwischen dem ersten 24 und dem zweiten Nocken 25 lang. Demzufolge nehmen in dem Kompressor 10, der Kohlendioxidkühlgas komprimiert, der Gelenkmechanismus 19 und die Anschlussplatte 17 die Kompressionsreaktion X auf, die auf die Schrägscheibeeibe 18 einwirkt, und zwar in einer bevorzugten Art und Weise. Außerdem wird die Schrägscheibeeibe 18 daran gehindert, sich in einer Richtung zu neigen, die von der verschieden ist, in der sie sich verneigt, um die Verdrängung zu variieren. Der Kompressor 10 ist so zum Komprimieren von Kohlendioxidkühlgas geeignet.
Fachleute werden erkennen, dass die vorliegende Erfindung auf viele andere spezifische Arten und Weisen verkörpert werden kann. Insbesondere kann die vorliegende Erfindung in den folgenden Formen verkörpert werden.
Wie in 5 dargestellt, kann die Walze 22 des Gelenkmechanismus 19 sphärisch sein. In diesem Fall kann die Nockenoberfläche 45a einwärts in Übereinstimmung mit der sphärischen Walze 22 gekrümmt sein. Die einwärts gekrümmte Nockenoberfläche 25a ist viel flacher als die durch die innere Oberfläche 24a des ersten Nockens 24 gebildete Nut (genauer gesagt ist der durch den Querschnitt der Nockenoberfläche 25a gebildete Bogen kürzer als ein Halbkreisbogen). Demzufolge wird der Gelenkmechanismus 19 einfach bearbeitet als Vorteil 1 der oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsform.
In Bezug auf 6 kann der sphärische Vorsprung 23 des Gelenkmechanismus 19 weggelassen werden. In diesem Fall funktioniert der erste Endbereich 21a der Gelenkstütze 21 als der erste Führungsvorsprung. Der erste Nocken 24 beinhaltet eine längliche Führungsöffnung 24a, in welche hinein der erste Endbereich 21a des Gelenkstifts 21 eingesetzt wird. Der erste Nocken 24 kontaktiert die Lagerung 20 direkt, um Drehmoment von der Anschlusswelle 14 auf die Schrägscheibeeibe 18 zu übertragen.
Wie sich aus 3 ergibt, ist der Durchmesser des sphärischen Vorsprungs 23 des Gelenkstifts 21 größer als der Durchmesser der Einsetzöffnung 20a der Lagerung 20. Stattdessen kann, wie in 7 dargestellt, der Durchmesser des sphärischen Vorsprung 23 kleiner sein als der Durchmesser der Einsetzöffnung 20a. Dies ermöglicht es, den Gelenkstift 21, der den sphärischen Bereich 23 beinhaltet, aus einem einzelnen Stangenmaterial herauszuschneiden. Da der sphärische Vorsprung 23 und der Gelenkstift 21 integral gebildet sind, ist die Anzahl der Bauteile des Gelenkmechanismus 19 vermindert.
Der sphärische Vorsprung 23, der einen kleineren Durchmesser als die Einsetzöffnung 20a hat, kann durch die Einsetzöffnung 20a hindurch eingesetzt werden. Genauer gesagt kann beim Verbinden des Gelenkstifts 21 und der Schrägscheibeeibe 18 der Gelenkstift 21 durch die Einsetzöffnung 20a der Lagerung 20 von dem ersten Endbereich 21a aus eingesetzt werden. In der Ausführungsform der 7 ist ein Flansch 21c integral mit dem Gelenkstift 21 an der Kante des zweiten Endbereichs 21b ausgebildet, um ein Abfallen der Walze 22 zu verhindern. Demzufolge ist der Schnappring 26 (siehe 3), der von dem Gelenkstift 21 separat vorgesehen ist, nicht notwendig. Dies ermindert die Anzahl der Bauteile des Gelenkmechanismus 19.
Die Nockenoberfläche 25a des zweiten Nockens 25 kann auswärts in Richtung der Walze 22 gekrümmt sein.
Die Walze 22 kann in Richtung der Lagerung verlängert sein, und die Lagerung 20 kann um den verlängerten Betrag der Walze 22 verschmälert sein.
Der sphärische Vorsprung 23 des Gelenkstifts 21 kann auf drehbare Art und Weise gelagert sein. Wenn der Neigungswinkel der Schrägscheibeeibe 18 verändert wird, bewegt sich der sphärische Bereich 23 entlang der inneren Oberfläche 24a des ersten Nockens 24. Das heißt, der erste Führungsvorsprung kann eine Walze sein.
In den Ausführungsformen der 2 bis 7 wird die Walze 22 als der zweite Führungsvorsprung des Gelenkmechanismus 19 verwendet. Stattdessen kann der zweite Führungsvorsprung an der Lagerung fixiert sein, so dass er sich nicht dreht.
Die Lagerung 20 des Gelenkmechanismus 19 (insbesondere die mittlere Platte S) kann in Ausrichtung mit der mit dem oberen Todpunkt übereinstimmenden Position P ausgebildet sein.
Der Abstand zwischen der Walze 22 und der Lagerung 20 sowie der Abstand zwischen dem sphärischen Bereich 23 und der Lagerung 20 können gleich sein.
In den Ausführungsformen der 2 bis 7 wird die vorliegende Erfindung auf einen Schrägscheibenkompressor [swash plate type compressor] mit variabler Verdrängung angewandt. Stattdessen kann die vorliegende Erfindung auch auf einen Taumelscheibenkompressor [wobble plate type compressor] mit variabler Verdrängung angewandt werden.
In der bevorzugten Ausführungsform wird Kohlendioxid als Kühlmittel der Fahrzeugklimaanlage verwendet. Es kann aber auch stattdessen ein FREON-Kühlmittel verwendet werden. In anderen Worten kann die vorliegende Erfindung auf einen Kompressor mit variabler Verdrängung angewandt werden, wo FREON das Kühlgas ist.

Claims

Kompressor (10) mit: einem Gehäuse (10a), einer in dem Gehäuse ausgeformten Zylinderbohrung (27), einer in dem Gehäuse auf drehbare Art und Weise gelagerten Antriebswelle (16), einer mit der Antriebswelle so verbundenen Anschlussplatte (17), dass sie sich integral mit der Antriebswelle dreht, einer Nockenplatte (18), die mittels der Antriebswelle in einer neigbaren Art und Weise gelagert ist, wobei die Nockenplatte eine erste Oberfläche (18b) hat, die in Richtung der Anschlussplatte weist, und die Anschlussplatte eine zweite Oberfläche (17a) hat, die in Richtung der ersten Oberfläche der Nockenplatte weist, einem Kolben (28), dessen eines Ende mit der Nockenplatte verbunden ist und der sich in der Zylinderbohrung hin und her bewegt, und einem Gelenkmechanismus (19), der zwischen der Anschlussplatte und der Nockenplatte angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Gelenkmechanismus folgendes beinhaltet: eine Lagerung (20), die an der ersten Oberfläche ausgeformt ist und eine Einsetzöffnung (20a) beinhaltet, einen durch die Einsetzöffnung hindurch eingesetzten Stift (21), der einen sphärischen Bereich (23) und eine drehbare Walze (22) hat, wobei sich der sphärische Bereich von der Lagerung aus in einer Richtung rückwärts mit Bezug auf die Richtung erstreckt, in welcher die Antriebswelle sich während des Betriebs dreht, und die Walze sich von der Lagerung aus in einer Richtung vorwärts mit Bezug auf die Richtung erstreckt, in welcher sich die Antriebswelle während des Betriebs dreht, einen ersten Nocken (24), der an der zweiten Oberfläche ausgeformt ist und eine Nut beinhaltet, die den sphärischen Bereich umgibt und führt, und einen zweiten Nocken (25), der an der zweiten Oberfläche ausgeformt ist und eine Nockenfläche für den Kontakt mit der Walze und zum Führen der Walze beinhaltet.
Kompressor nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Nocken eine Vorderseite beinhaltet, die der Drehrichtung der Antriebswelle entgegengerichtet ist, wobei die Vorderseite offen ist.
Kompressor nach Patentanspruch 1 oder 2, bei welchem der Kolben zu einer oberen Totpunktstellung bewegt wird und die Nockenplatte einen Bereich (P) beinhaltet, der sich zwischen dem ersten Führungsvorsprung und dem zweiten Führungsvorsprung befindet, um den Kolben in die obere Totpunktstellung des Kolbens zu bewegen, wobei der Kompressor dadurch gekennzeichnet ist, dass der Abstand zwischen der Walze und dem Bereich größer ist als der Abstand zwischen dem sphärischen Bereich und dem Bereich.
Kompressor nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift (21) sich von der Lagerung entlang der Achse erstreckt, die die Antriebswelle schneidet.
Kompressor nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der sphärische Bereich einen Durchmesser hat, der kleiner ist als der der Einsetzöffnung.
Kompressor nach Patentanspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der sphärische Bereich integral mit dem Stift ausgeformt ist.
Kompressor nach Patentanspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift einen Stopper beinhaltet, der integral mit dem zweiten Endbereich ausgeformt ist, um zu verhindern, dass die Walze von dem Stift abfällt.
Kompressor nach einem der Patentansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Stift sich aus der Walze heraus erstreckt.
Kompressor nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand zwischen der Walze und der Lagerung geringer ist als der Abstand zwischen dem sphärischen Bereich und der Lagerung.
Kompressor nach einem der Patentansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Kompressor dazu angeordnet ist, ein Kohlendioxidkühlgas für eine Klimaanlage zu komprimieren.
Kompressor nach irgendeinem der vorangehenden Patentansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut und die Nockenfläche geneigt sind, so dass die zweite Oberfläche sich weiter entfernt, wenn die Antriebswelle näher kommt.