DE10361925A1

DE10361925A1 - Steuerungen für Verstellverdichter

Info

Publication number: DE10361925A1
Application number: DE10361925A
Authority: DE
Inventors: Srinivas S. Ann Arbor Pitla; Yong Northville Huang; Vipen Novi Khetarpal
Original assignee: Visteon Global Technologies Inc
Current assignee: Hanon Systems Corp
Priority date: 2002-12-23
Filing date: 2003-12-22
Publication date: 2004-07-08
Anticipated expiration: 2023-12-23
Also published as: US20040120829A1; US7014428B2; GB2396669B; FR2849119A1; DE10361925B4; GB0328199D0; GB2396669A

Abstract

Ein Steuerungssystem für einen verstellbaren Verdrängungsverdichter verwendet ein mechanisches Ventil zur Minimierung des Energieverbrauchs in einer Klimaanlage. Das Steuerungssystem kann zur Vermeidung von Motorbelastungen außerdem momentane Angaben zum Energieverbrauch der Klimaanlage der Fahrzeugsteuerung bereitstellen. Steuerungen werden außerdem zur Erfassung des Öls innerhalb des Verdichters verwendet und zur Minimierung seines Vorhandenseins in den dem Verdichter nachgeschalteten Gaskühler- und Verdampferteilen des Systems.

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Verstellverdichter für Klimaanlagen in Personen- und Lastkraftwagen. Verstellverdichter werden in Klimaanlagen mit kupplungslosen und gekuppelten Verdichtern verwendet.

Kraftfahrzeugklimaanlagen sind wie alle Klimaanlagen einer Reihe von Widersprüchen im Betrieb ausgesetzt. Diese Widersprüche schließen einen Bedarf zur Bereitstellung von Kühlung ein, jedoch sollte die Kühlung im Fahrgastraum nicht zu stark sein. Es ist technisch notwendig, den Kühlverdichter zu schmieren, dabei jedoch die nachgeschalteten Wärmetauscher nicht mit dem Schmiermittel zu verunreinigen. Bei Kraftfahrzeugsystemen erwarten Insassen im Fahrgastinnenraum außerdem eine unverzügliche Reaktion auf eine möglicherweise sehr große und sehr rasche Veränderung der Wärmebelastung. Obwohl lediglich die vom Verbrennungsmotor und der Autobatterie gelieferte Energie verfügbar ist, erwarten natürlich die Kraftfahrzeugnutzer darüber hinaus, dass der Betrieb der Klimaanlage weder den Motor belastet noch Bedienschwierigkeiten verursacht. Die Nutzer erwarten außerdem von der Kraftfahrzeugklimaanlage einen niedrigen Energieverbrauch.

In herkömmlichen Kraftfahrzeugklimaanlagen wurde eine Kupplung verwendet, mit der der Klimaanlagenverdichter zur Lieferung von Energie an den Verdichter und damit zur Kühlung des Fahrgastinnenraums ein- oder ausgekuppelt wurde. Das An/Aus-Verhalten dieser Steuerung ergab natürlicherweise eine langsame Reaktion. Der Stand der Technik versuchte den zuvor beschriebenen Bedarf auf verschiedene Weise, und zwar prinzipiell durch Verwendung eines Verstellverdichters, zu decken. In kupplungslosen Verdichtern ist der Verdichter immer betriebsbereit, d. h. er dreht sich ständig, während die Verdrängung des Verdichters durch den Winkel bestimmt wird, in dem eine zentrale Taumelscheibe zu einer Reihe von Kolben und Zylindern, in denen die Verdichtung des Kältemittels stattfindet, ausgerichtet ist. Ein kleiner Winkel (Taumelscheibe senkrecht zu einer Antriebswelle) ergibt eine geringe Verdichtung, während große Winkel (Taumelscheibe im Winkel zur Antriebswelle) entsprechend dem gewählten Winkel eine größere Verdichtung ergeben. Einige ge genwärtige Verstellverdichter geben jedoch zu viel Öl an die nachgeschalteten Klimaanlagenkomponenten, wie z. B. an den Gaskühler oder Kondensator und den Verdampfer, ab, wodurch deren Innenflächen verschmutzt werden und der Wärmetransport zum Fahrgastinnenraum verringert wird. Außerdem können hohe Belastungen der Verdichter den Motor stark belasten und in Extremfällen in ungünstigen Situationen abwürgen. Schließlich kann die Reaktionszeit für Systeme, in denen Verstellverdichter verwendet werden, lang sein, was zu längeren Kühlzyklen und zu einem höheren Energieverbrauch als erforderlich führt. Es wird ein Steuerungssystem benötigt, das auf Klimaanlagenbelastungen schnell reagiert und die Verunreinigung durch Ö1 sowie den Energieverbrauch minimiert, ohne den Verbrennungsmotor zu belasten oder ein Abwürgen zu verursachen.

Die Erfindung erfüllt diese Bedürfnisse durch Bereitstellung eines verbesserten Steuerungssystems für eine Kraftfahrzeugklimaanlage. Obwohl der größte Vorteil für das verbesserte Steuerungssystem bei einem kupplungslosen Verstellverdichter realisiert werden könnte, könnte das Steuerungssystem ebenfalls bei einem Verstellverdichter mit Kupplung verwendet werden.

Ein Aspekt der Erfindung ist ein verstellbarer Verdrängungsverdichter, hier genannt Verstellverdichter. Der Verstellverdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, das aus einer Kurbelgehäusekammer mit einem Kurbelgehäusedruck, einer Einlasskammer mit einem Einlassdruck und einer Auslasskammer mit einem Auslassdruck besteht, wobei der Verdichter außerdem mit einer Antriebswelle, einer mit der Antriebswelle verbundenen und durch diese antreibbaren Taumelscheibe, einer Vielzahl von mit der Taumelscheibe verbundenen und sich in einer Vielzahl von Zylindern hin- und herbewegenden Kolben ausgestattet ist, wobei die Verdrängung des Verdichters durch den Winkel der Taumelscheibe zur Antriebswelle variiert wird. Der Verdichter umfasst außerdem ein Dreiwegesteuerventil mit einem Ventilkörper und einer Ventilkolbenstange, mindestens einer der Bewegung der Kolbenstange entgegenwirkenden Feder und drei in Reihe liegenden Kammern zur Aufnahme von drei Drücken vom Verstellverdichter, und zwar eine Kammer zur Aufnahme eines Auslassdrucks, eine Kammer zur Aufnahme eines Kurbelgehäusedrucks und eine Kammer zur Aufnahme eines Hilfsdrucks, wobei das Steuerventil die Änderung des Kurbelgehäusedrucks und damit die Änderung der Verdrängung des Verdichters bewirkt.

Ein anderer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Verstellverdichters. Das Verfahren umfasst das Steuern einer Verdrängung des Verdichters mithilfe eines Dreiwegeventils, das einen Auslassdruck, einen Kurbelgehäusedruck und einen Hilfsdruck verwendet, und das Einstellen der Verdrängung mithilfe des Dreiwegeventils basierend auf einer Differenz zwischen dem Auslassdruck und dem Kurbelgehäusedruck. Das Verfahren umfasst außerdem das Ölabscheiden aus einer Auslassleitung des Verdichters und Leiten des Öls zu einem Kurbelgehäuse des Verdichters.

Ein noch anderer Aspekt der Erfindung ist ein Verstellverdichter. Der Verstellverdichter umfasst ein Verdichtergehäuse, das aus einer Kurbelgehäusekammer mit einem Kurbelgehäusedruck, einer Einlasskammer mit einem Einlassdruck und einer Auslasskammer mit einem Auslassdruck besteht, wobei der Verdichter außerdem mit einer Antriebswelle, einer mit der Antriebswelle verbundenen und durch diese antreibbaren Taumelscheibe, einer Vielzahl von mit der Taumelscheibe verbundenen und sich in einer Vielzahl von Zylindern hin- und herbewegenden Kolben ausgestattet ist, wobei eine Verdrängung des Verdichters durch den Winkel der Taumelscheibe zur Antriebswelle variiert wird. Der Verstellverdichter umfasst außerdem einen Ölseparator in einer Auslassleitung des Verdichters und ein Vierwegesteuerventil mit einem Ventilkörper und einer Ventilkolbenstange, mindestens einer der Bewegung der Kolbenstange entgegenwirkenden Feder und vier in Reihe liegenden Kammern zur Aufnahme eines Ölseparatordrucks, eines Auslassdrucks, eines Kurbelgehäusedrucks und eines Einlassdrucks vom Verstellverdichter, mit einer Bohrung, die die Kurbelgehäusekammer mit der Einlasskammer verbindet, wobei das Steuerventil die Änderung des Kurbelgehäusedrucks und damit die Änderung der Verdrängung des Verdichters bewirkt.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren des Betreibens eines Verstellverdichters. Das Verfahren umfasst das Steuern einer Verdrängung des Verdichters mithilfe eines Vierwegeventils, das mit einer Drosselbohrung zwischen zwei Kammern des Ventils ausgestattet ist, und das Einstellen der Verdrängung mithilfe des Vierwegeventils basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslassdruck und einem Kurbelgehäusedruck. Das Verfahren umfasst außerdem das Ölabscheiden aus einer Auslassleitung des Verdichters und Leiten des Öls zu einem Kurbelgehäuse des Verdichters.

Andere Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden einer mit dem Fachgebiet vertrauten Person bei Prüfung der nachfolgenden Figuren und ausführlichen Beschreibung offensichtlich oder deutlich. Es ist beabsichtigt, dass sämtliche zu sätzlichen Systeme, Verfahren, Merkmale und Vorteile in diese Beschreibung und den Geltungsbereich der Erfindung einbezogen und durch die beigefügten Patentansprüche geschützt sind.

Kurzbeschreibung der Figuren

Die Erfindung kann mit Bezug auf die folgenden Figuren und die ausführliche Beschreibung besser verstanden werden. Die Komponenten in den Figuren sind nicht notwendigerweise maßstabsgetreu, da die Betonung auf der bildlichen Darstellung der Prinzipien der Erfindung liegt. Außerdem kennzeichnen gleiche Bezugsnummern in den Figuren entsprechende Teile in den verschiedenen Ansichten.

1 ist eine Schnittdarstellung einer ersten Ausgestaltung mit einem Vierwegesteuerventil.

2 ist eine Schnittdarstellung einer zweiten Ausgestaltung mit einem Vierwegesteuerventil.

Die 3 und 4 sind Schnittdarstellungen einer Ausgestaltung eines für die Erfindung geeigneten Rückschlagventils.

5 ist eine genauere Schnittdarstellungen eines Vierwegeventils für die erste und zweite Ausgestaltung.

6 ist ein Blockschaubild, das die Verbindungen des Verstellverdichters zu einem Vierwegesteuerventil zeigt.

7 ist ein Blockschaubild einer anderen alternativen Ausgestaltung eines Steuerungssystems.

Die 8 und 9 sind Schnittdarstellungen eines Dreiwegesteuerventils einer Ausgestaltung.

Die 10 und 11 sind Schnittdarstellungen weiterer alternativer Ausgestaltungen eines Verdichters und eines Steuerungssystems.

1 stellt den Typ eines Verstellverdichters dar, der in sämtlichen Zeichnungen allgemein mit der Bezugsnummer 10 gekennzeichnet ist. Der Verdichter 10 enthält einen Zylinderblock 12, ein Gehäuse 14, das eine Kurbelgehäusekammer 16 bildet, eine Antriebswelle 18, eine Taumelscheibe 20, eine Taumelscheibenfeder 22, ein rückwärtiges Gehäuse 24, mindestens eine Zylinderbohrung 26 und mindestens einen Kolben 28. Das rück wärtige Gehäuse 24 bildet eine Einlasskammer 30 und eine Auslasskammer 32. Eine Ventilplatte 44 bildet für jeden Zylinder einen Einlassanschluss 34 und einen Auslassanschluss 36. Der Verdichter umfasst eine Vielzahl von Kolben und Zylindern, wie z. B. je 5 oder 6 Kolben und Zylinder. Die Antriebswelle 18 ist im Gehäuse 14 derart gelagert, dass sich ein Teil der Antriebswelle 18 innerhalb der Kurbelgehäusekammer 16 befindet. Die Taumelscheibe 20 ist auf der Antriebswelle 18 montiert, so dass sie in der Kurbelgehäusekammer 16 enthalten und zu einer zur Längsachse der Antriebswelle 18 senkrecht stehenden Ebene geneigt ist. Der Neigungswinkel der Taumelscheibe 20 zu der zur Längsachse der Antriebswelle 18 senkrecht stehenden Ebene ist in der Zeichnung durch den Winkel A gekennzeichnet. Eine Feder 22 drückt gegen die Taumelscheibe 20. Der Zylinderblock 12 bildet die Zylinderbohrung 26. Der Kolben 28 befindet sich innerhalb der Zylinderbohrung 26, so dass der Kolben 28 in der Bohrung 26 ein- und auswärts gleiten kann. Diese Gleitbewegung ist, zumindest teilweise, aufgrund eines kleinen Spiels 38 zwischen der Innenfläche 40 der Zylinderbohrung 26 im Zylinderblock 12 und der Außenfläche 42 des Kolbens 28 möglich. Die Kolben 28 könnten an der Taumelscheibe 20 durch Gleitschuhe 54 gesichert sein, die eine Relativbewegung der Taumelscheibe zu den Kolben zulassen.
Systemsteuerungen
Es ist ein Magnetventil 60 vorhanden, das eine Kolbenstange 62 und zwei an der Kolbenstange befestigte Durchflusssteuerelemente 64, 66 umfasst. Das Ventil bildet fünf Kammern 68, 70, 72, 74, 76 zur Steuerung des Betriebs des Verstellverdichters 10. Der Durchlass 67 überträgt P_k von Kammer 74 zu Kammer 68. Deshalb sind in dieser Ausgestaltung die Kammern 68 und 74 mit dem Kurbelgehäusedruck P_k beaufschlagt, während in der Kammer 70 der nachfolgend beschriebene Druck eines Ölseparators P_os herrscht. Die Kammer 72 befindet sich auf dem Verdichterauslassdruck P_a und in Kammer 76 herrscht Verdichtereinlassdruck P_e. Die Drosselbohrung 77 mit einem Durchmesser von etwa 0,4 mm bis 1,0 mm kommuniziert zwischen den Kammern 72 und 74. In einigen Ausgestaltungen könnte ein Druck P_V des vom Verdampfer zurückströmenden Kältemittelgases anstelle von P_e verwendet werden. Das Magnetventil hat eine Spule 78, die Strom von einer externen Energiequelle empfängt. Das Magnetventil ist außerdem an den gegenüberliegenden Enden der Kolbenstange 62 mit Federn 80 und 82 zum Ausgleichen der auf die Kolbenstange 62 einwirkenden Kräfte ausgestattet. Die Feder 80 ist größer (mit einer größeren Federkonstante) als Feder 82, so dass die Feder 80 bei stromloser Spule 78 die Kolbenstange nach oben treibt.
Wie in 1 dargestellt, ist ein ausreichender Strom zur Spule 78 vorhanden, so dass die Kolbenstange nach unten gezogen worden ist, wodurch eine Kommunikation zwischen der Kammer 70 (P_os) und der Kammer 72 (P_a) und ebenfalls zwischen der Kammer 72 (P_a) und der Kammer 74 (P_k) sowie zwischen der Kammer 74 (P_k) und der Kammer 76 (P_e) ermöglicht wird. In dieser Konfiguration ist die Taumelscheibe um den Winkel A geneigt, der eine Zwischenposition zwischen dem Mindestwinkel (fast parallel zu einer zur Längsachse der Antriebswelle 18 senkrecht stehenden Ebene) und dem größten Winkel darstellt, der entsprechend dem verwendeten Verdichtertyp verschieden sein kann und durchaus 30 Grad betragen kann. Mit dieser Formgebung hängt die Steuerung des Ventils 60 in erster Linie von der Differenz zwischen dem Auslassdruck P_a und dem Einlassdruck P_e ab. Da P_a viel aktiver und variabler als P_e ist, ist das Ventil und damit der Verdichter in der Lage, schneller auf Änderungen im Kühlbedarf aufgrund der Kühllast in den Personen- oder Lastkraftwagen zu reagieren, deren Teil der Verdichter und die Klimaanlage ist. Diese schnelle Reaktion ist zum Beispiel wesentlich schneller, als mit einem Ventil erreicht wird, das die P_k- und die P_e-Kammer verbindet.
Das Verdichtersystem könnte außerdem ein Steuerungssystem 95, das eine mikroprozessorbasierte Steuerung 96 und einen Speicher 97 enthält, und eine Signalanpassschaltung 99, die den Strom zur Magnetventilspule 78 steuert, enthalten. Die mikroprozessorbasierte Steuerung könnte jede geeignete Steuerung einschließlich PID- oder andere Arten von Regelungen enthalten und enthält vorzugsweise außerdem eine Pulsweitenmodulations-(PWM-)Routine für eine schnelle Steuerung des Stroms zur Magnetventilspule. Die Steuerung könnte eine Reihe von Eingängen/Ausgängen 98 haben, die eine Temperaturanzeige für den Fahrgastinnenraum enthalten könnten und außerdem eine relative Feuchtigkeit des Fahrgastinnenraums anzeigen könnten. Die Steuerung könnte mithilfe eines Stromlesegeräts 94, das sich innerhalb oder außerhalb der Steuerung befinden könnte, den Strom zur Magnetventilspule steuern und außerdem überwachen. Der Magnetspulenstrom ist der Verdichter- und Klimaanlagenbelastung proportional. In einer Ausgestaltung könnte das Steuerungssystem 95 einen Hinweis auf den Magnetspulenstrom oder die Magnetventilstellung an das Antriebsstrangsteuerungsmodul des Fahrzeugs zur Anzeige der durch die Klimaanlage verursachten Verdichter- und damit Fahrzeugbelastung senden.
Systembetrieb
Wenn die Taumelscheibe um ihren Mindestwinkel geneigt ist, erfolgt bei Drehung der Antriebswelle die Hin- und Herbewegung der Kolben mit dem kleinstmöglichen Hub, wird das Kältemittel im Verdichter um den kleinstmöglichen Betrag verdichtet und der geringste Energieverbrauch bewirkt. Wenn die Taumelscheibe um ihren größten Winkel geneigt ist, erfolgt die Hin- und Herbewegung der Kolben in ihren jeweiligen Zylindern mit dem Maximalhub, wird das Kältemittel viel stärker verdichtet und der größtmögliche Klimatisierungseffekt erzielt. Zur Erreichung des größten Taumelscheibenwinkels zieht die Magnetventilspule die Kolbenstange und die Durchflusssteuerelemente in 1 so weit nach unten, dass das Durchflusssteuerelement 64 die Kommunikation zwischen der Kammer 72 (P_a) und der Kammer 74 (P_k) beendet. Die Sollmenge der durch die Klimaanlage und den Verdichter bereitgestellten Kühlung sowie die Hublänge der Kolbenstange 62 und der Durchflusssteuerelemente im Ventil 60 entsprechen dem für die Spule 78 benötigten Strom. In einer Ausgestaltung enthalten das Steuerungssystem 95 und die mikroprozessorbasierte Steuerung 96 eine Pulsweitenmodulations-(PWM-)Routine zur Steuerung der Bewegung des Magnetventils 60. In PWM-Routinen wird zum Erreichen eines Sollsteueroutputs mithilfe einer sehr schnellen Umschaltung zwischen An und Aus ein Strom mit einer typischerweise variierenden Frequenz an- und ausgeschaltet. Eine Rechteckform mit kurzen Aus-Perioden könnte zur Simulation eines sinusförmigen Stroms, zum Beispiel mit immer längeren An-Perioden, verwendet werden. Bei angeschaltetem Strom wird die Kolbenstange nach unten gezogen und das Ventil geschlossen. Bei ausgeschaltetem Strom überwindet die Feder 80 die Kraft der Feder 82 und das Ventil öffnet. Das ermöglicht es dem Ventil, sehr schnell zu wirken und auf Steuersignale, in diesem Fall der Differenz zwischen P_a und P_e, sehr empfindlich zu reagieren.
Der Verdichter besitzt eine Reihe von Durchlässen, um die Kommunikation des Kältemitteldrucks und auch das Strömen des Kältemittels im Verdichter zu ermöglichen. Der Durchlass 46 überträgt den Kurbelgehäusedruck P_k von der Kurbelgehäusekammer 16 zur Kammer 74 des Ventils 60. Der Durchlass 56 überträgt den Einlassdruck P_e zur Kammer 76 des Ventils. Der Durchlass 58 überträgt den Auslassdruck P_a von der Auslasskammer zur Kammer 72 des Ventils 60. In einer Ausgestaltung könnte der Durchlass 58 eine kurze Passage mit einem Durchmesser von 1 mm bis etwa 5 mm, vorzugsweise etwa 2 mm bis 3 mm, sein. Innerhalb des Ventils kommuniziert die Kammer 68 mit der Kammer 74 und nimmt den Kurbelgehäusedruck P_k durch eine optionale Passage oder Rohrleitung 67 auf. Die Drosselbohrung 77 ermöglicht einen Öldurchfluss von der Kammer 72 mit P_a zur Kammer 74 mit P_k und zur Kurbelgehäusekammer selbst. Außerdem könnte ein Durchlass 85 vom Rückschlagventil 84 zur Kurbelgehäusekammer 16 und außerdem ein zusätzlicher Durchlass 87 von der Kurbelgehäusekammer 16 zur Einlasskammer 30 verlaufen. Der Durchlass 85 ermöglicht die Rückführung von Öl und Kältemittel aus der Auslasskammer zur Kurbelgehäusekammer. Der Durchlass 85 hat einen Durchmesser von 1 mm bis etwa 5 mm, vorzugsweise 2 mm bis 3 mm. Der Durchlass 87 ermöglicht den Durchfluss zwischen der Kurbelgehäusekammer und der Einlasskammer. Der Durchlass 87 könnte einen Durchmesser von 0,25 mm bis 2 mm, vorzugsweise 0,8 mm, haben. Der Durchlass selbst kann lang sein oder eine Länge von nur 2 nun bis 4 mm haben.
Das durch den Verdichter komprimierte Kältemittel verlässt die Auslasskammer 32 über das Rückschlagventil 84. Die Rohrleitung 86 könnte das komprimierte Kältemittel an einen Ölseparator 88 übertragen, um zu verhindern, dass Öl in das dem Ölseparator 88 nachgeschaltete Kühlsystem gelangt. Das Kältemittel strömt durch eine Rohrleitung 92 zu einem (nicht dargestellten) Gaskühler oder Kondensator, während das Öl durch die Ölrückführungsleitung 89 mit dem Durchflusssteuergerät 89a zurückgeführt wird. Das Durchflusssteuergerät 89a könnte eine Drosselbohrung oder ein elektronisches Ventil sein. Die Ölrückführungsleitung führt vorzugsweise in die Kurbelgehäusekammer zurück, in der das Öl zur Schmierung der Verschleißteile des Verdichters, insbesondere der Kolben, Zylinder, Gleitschuhe und der Antriebswelle, benötigt wird. Das Rückschlagventil könnte ebenfalls mit einer Ölrückführungsleitung 91 mit dem Durchflusssteuergerät 91a ausgestattet sein, um das Öl in die Kurbelgehäusekammer zurückzuführen. Eines der beiden Durchflusssteuergeräte 89a bzw. 91a oder beide könnten Drosselbohrungen oder elektronische Ventile wie z. B. Magnetventile sein, die über die Steuerung 95 ferngesteuert geöffnet oder geschlossen werden.
Zweite Ausgestaltung
2 zeigt eine andere Ausgestaltung eines Verstellverdichters 11, die der Ausgestaltung von 1 ähnlich ist. In 2 sind einige andere Rohrleitungsanordnungen dargestellt und außerdem wird ein Zustand gezeigt, in dem die Taumelscheibe 20 um ihren Mindestwinkel geneigt ist. In dieser Ansicht ist die Taumelscheibe fast vertikal angeordnet und die Kolben 28 und Gleitschuhe 54 haben sich nach links bewegt, wodurch ein größerer Teil der Zylinderbohrung 26 erkennbar ist. In dieser Position ist zwar die Kompression des Kältemittels gering, sämtliche Verschleißkomponenten in der Kurbelgehäusekammer benötigen jedoch trotzdem Energie vom Fahrzeugmotor, da sich die Antriebswelle weiterhin dreht, und Schmierung zur Vermeidung von Verschleiß an den bewegten Teilen erforderlich ist. In der in 2 gezeigten Ausgestaltung ist das Magnetventil 60 als geschlossen dargestellt, wobei das Durchflussregelelement 66 die Kommunikation zwischen den Kammern 76 (P_e) und 74 (P_k) und das Durchflussregerelement 64 die Kommunikation zwischen den Kammer 72 (P_a) und 70 (P_os) verhindert. Die Drosselbohrung 77 lässt einen geringen Druckstrom zwischen P_a und P_k zu.
Es kann sein, dass kein Strom vom Steuerungssystem 95 zur Magnetventilspule 78 fließt, und das Steuerungssystem 95 könnte diese geringe Belastung an das Antriebsstrangsteuermodul des Fahrzeugs oder eine Fahrzeugsteuerung übertragen. In dieser Ausgestaltung verlässt das Kältemittel die Auslasskammer 32 und wird zunächst zu einem Ölseparator 88 und anschließend zu einem Rückschlagventil 105 geleitet, bevor es durch eine Rohrleitung 107 zu den nachgeschalteten Klimaanlagenkomponenten wie z. B. einem Gaskühler geleitet wird. Das durch den Ölseparator 88 abgetrennte Öl kann über die Leitung 89 und das Durchflusssteuergerät 89a zur Kurbelgehäusekammer 16 zurückströmen. Das Durchflusssteuergerät 89a könnte eine Drosselbohrung oder ein elektronisches Ventil sein. Das Öl könnte außerdem vom Rückschlagventil 105 über die Rückführungsleitung 101 und das Durchflusssteuergerät 103, das eine Drosselbohrung oder ein elektronisches Ventil wie z. B. ein Magnetventil sein könnte, zur Kurbelgehäusekammer zurückströmen. Der Druck im Ölseparator könnte über die Leitung 90 zum Ventil 60 übertragen werden.
Rückschlagventile
Die 3 und 4 zeigen Details des in 1 dargestellten Rückschlagventils 84. Dieses Rückschlagventil stoppt den Durchfluss, bis der Druck, in diesem Fall der Auslassdruck P_a, einen bestimmten Pegel erreicht. Das Rückschlagventil kann durch Auswahl der Feder 113 individuell ausgelegt werden, um einen Durchfluss nur dann zuzulassen, wenn der Druck den Sollpegel erreicht hat. In dieser Ausgestaltung könnte das Rückschlagventil in den Wänden des rückwärtigen Gehäuses 24 installiert sein. 3 stellt das Rückschlagventil geschlossen dar, während 4 das geöffnete Ventil zeigt, das den Durchfluss des Kältemittels über den Durchlass 86 ermöglicht. In 3 ist das Ventil durch das mithilfe der Feder 113 angetriebene Durchflusssteuerelement 111 geschlossen, wodurch das Passieren des Kältemittels von der Auslasskammer 32 durch die Rohrleitung 86 verhindert wird. Sogar in dieser Konfiguration könnte jedoch ein enger Durchlass oder eine enge Drosselbohrung 115 im Durchflusssteuerelement 111 vorhanden sein, um den Durchfluss des kondensierten Öls über die Drosselbohrung 115 zur Ölrückführungsleitung 91 zu ermöglichen. Die vorzugsweise enge Drosselbohrung 115 hat einen Durchmesser von etwa 0,1 mm, der jedoch im Bereich von etwa 0,1 mm bis etwa 0,4 mm liegen könnte.
4 zeigt das Rückschlagventil 84 in einer geöffneten Stellung, was bedeutet, dass der Auslassdruck des Kältemittels einen Wert erreicht hat, der zur Überwindung der Federkraft der im zusammengedrückten Zustand dargestelltem Feder 113 ausreicht. Das Kältemittel kann jetzt die Rohrleitung 86 frei durchströmen. Im Rückschlagventil 84 oder seinem Durchflusssteuerelement 111 könnten erforderlichenfalls O-Ringe oder andere Dichtungsmittel wie z. B. Kolbenringe eingesetzt werden.
Magnetventile
5 ist eine größere Schnittdarstellung einer Vorzugsausgestaltung eines in den 1 und 2 eingesetzten Magnetventils 60. Wie zuvor festgestellt, ist das Ventil ein sehr schnell wirkendes Magnetventil, das vorzugsweise durch eine bei 400 Hz mit der mikroprozessorbasierten Steuerung 96 arbeitende PWM-Routine angesteuert wird. Der Output der Steuerung ist ein Strom an die Magnetventilspule 78. Der Strom bewirkt die Auf- oder Abbewegung der Kolbenstange 62 zusammen mit ihren Durchflusssteuerelementen 64 und 66. Die Kolbenstange wird außerdem durch eine größere Feder 80 in eine Richtung und durch eine kleinere Feder 82 in eine entgegengesetzte Richtung getrieben. Bei stromloser Spule ist die Feder 80 mit einer größeren Federkonstante in der Lage, die Federkraft der Feder 82 mit der kleineren Federkonstante zu überwinden und das Ventil zu schließen.
Innerhalb des Ventils befinden sich die fünf Kammern 68, 70, 72, 74 und 76. Die Kammern nehmen wie zuvor beschrieben Drücke auf und sind durch den Ventilkopf 69 sowie die Ventilkörperinnenwände 71, 73, 75 voneinander getrennt. Wie dargestellt, haben die Innenwände Bohrungen zur Aufnahme der Kolbenstange 62 und außerdem zur Übertragung von Druck von einer Kammer zur anderen. Außerdem ist ein Rohr 67 zur Übertragung von P_k von der Kammer 74 zur Kammer 68 vorhanden. Das Ventil ist mit den Drosselbohrungen 90a zur Aufnahme eines Ölseparatordrucks, 58a zur Aufnahme eines Auslassdrucks, 46a zur Aufnahme eines Kurbelgehäusedrucks und 56a zur Aufnahme eines Einlassdrucks ausgestattet. Der innerhalb des Ventils bewegliche Ventilkopf 69 wird durch die Feder 82 abwärts, durch die Feder 80 aufwärts und durch die Kolbenstange 62 auf- oder abwärts getrieben. Das Ventil ist in der maximal geöffneten Stellung mit dem Maximalstrom in der Spule 78 und dem Durchflusssteuerelement 64 in der tiefstmöglichen Stellung dargestellt, wodurch die Druckübertragung von der Kammer 70 (P_os) zur Kammer 72 (P_a) ermöglicht und von der Kammer 72 (P_a) zur Kammer 74 (P_k) verhindert wird. Mit dem ebenfalls in der tiefsten Stellung befindlichen Durchflusssteuerelement 66 erfolgt die größtmögliche Kommunikation zwischen den Kammern 74 (P_k) und 76 (P_e). In dieser Stellung tritt die größtmögliche Differenz zwischen dem Einlassdruck und dem Auslassdruck auf. Dadurch wird die Taumelscheibe in ihren maximalen Neigungswinkel gedrückt und die Kolben mit dem Maximalhub hin- und herbewegt, wodurch so viel Kältemittel wie möglich für die Klimaanlage komprimiert wird.
Alternative Ausgesaltungen
6 zeigt eine alternative Kombination des Verdichters und der Steuerungen. Der Verdichter 130 und das Steuerventil 132 sind wie zuvor beschrieben miteinander verbunden, wobei Drücke vom Verdichter bzw. aus der Einlasskammer 136, der Kurbelgehäusekammer 134 und der Auslasskammer 138 durch die Durchlässe 137, 139 und 141 zum Ventil übertragen werden. Der Durchlass 137 enthält einen Hilfsdurchlass 135 von der Einlasskammer. Wie zuvor beschrieben, umfasst das Ventil 132 die Spule 140, die Kolbenstange 142 und die Durchflusssteuerelemente 142a und 142b. Das Ventil 132 umfasst außerdem die Kammern 143, 145, 147, 149 und 151, wobei die Kammern durch den beweglichen Ventilkopf 144 und die Ventilkörperinnenwände 146, 148, 150 voneinander getrennt sind. Das Rohr 67 überträgt P_k von der Kammer 149 zur Kammer 143. Der Durchlass 148a ermöglicht einen geringen Durchfluss von der Kammer 149 mit P_k zur Kammer 147 mit P_a. Das Steuerungssystem 95 steuert das Ventil 132.
In dieser Ausgestaltung strömt das Kältemittel aus der Auslasskammer 138 über die Leitung 155 zum Rückschlagventil 152. Das Rückschlagventil 152 kann außerdem mit einer Rückführungsleitung 154 zur Rückführung des Öls zur Kurbelgehäusekammer 134 ausgestattet sein. In der Leitung 154 kann sich ein Durchflusssteuergerät 153 zur Regelung des Ölrücklaufs befinden. Das Durchflusssteuergerät 153 kann eine Drosselbohrung oder ein durch das Steuerungssystem 195 gesteuertes elektronisches Ventil sein. Das Kältemittel kann aus dem Steuerventil 132 über die Leitung 157 zum Ölseparator 158 und anschließend über die Leitung 160 zum Kühlsystem strömen. In einer Ausgestaltung hat das Rohr vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 5 mm, obwohl auch andere Rohrdurchmesser verwendet werden können, solange kein zu hoher Druckabfall in der Übertragung des heißen, komprimierten Gases vom Verdichter zu den anderen Komponenten der Kraftfahrzeugklimaanlage induziert wird.
Der Ölseparator kann zur Ölrückführung in die Kurbelgehäusekammer 134 mit einer Ölrückführungsleitung 156 und einem Durchflusssteuergerät 156a ausgestattet sein. Das Durchflusssteuergerät 156a kann eine Drosselbohrung oder ein durch das Steuerungssystem 195 gesteuertes elektronisches Ventil sein.
In einer Ausgestaltung ist das Durchflusssteuergerät 156a eine Drosselbohrung mit einem Durchmesser von etwa 0,1 mm bis etwa 0,5 mm, vorzugsweise etwa 0,2 mm. P_os könnte über das Rohr 159 mit dem Durchflusssteuergerät 159a, das eine Drosselbohrung oder ein elektronisches Steuerventil sein könnte, zur Kammer 145 übertragen werden. In einer Ausgestaltung wurde die Ölrückführungsleitung 156 weggelassen, wodurch das gesamte Öl vom Ölseparator 158 über die Leitung 159 vorzugsweise mit einem Durchmesser von etwa 3 mm zur Kammer 145 im Ventil 132 zurückströmt. In einer Ausgestaltung hat die Ölrückführungsleitung 154 vom Rückschlagventil 152 vorzugsweise einen Durchmesser von etwa 3 mm, obwohl andere Durchmesser verwendet werden können.
7 zeigt andere Anordnungen der Leitungen für den Verdichter 130, den Ölseparator 158 und das Rückschlagventil 152. In dieser Ausgestaltung ist die Auslasskammer 138 über die Leitung 163 mit dem Ölseparator 158 verbunden, wobei der Ölseparator 158 außerdem zur Rückführung des Öls in die Kurbelgehäusekammer 134 mit der Ölrückführungsleitung 167 mit dem Durchflusssteuergerät 167a ausgestattet ist. Nach Verlassen des Ölseparators 158 strömt das Kältemittel über die Leitung 161 zum Rückschlagventil 152, das eine Ölrückführungsleitung 165 zum Ölseparator besitzt. Anschließend verlässt das Kältemittel das Rückschlagventil in Richtung der nachgeschalteten Klimaanlageneinrichtung. Der Verdichter, das Rückschlagventil und der Ölseparator in 7 sowie andere Konfigurationen eines Rückschlagventils, eines Ölseparators und einer Rückführungsleitung können sowohl mit Dreiwegeventilen als auch mit Vierwegesteuerventilen verwendet werden.
Dreiwegesteuerventile
Die voranstehenden Ausgestaltungen sind meist mit Vierwegesteuerventilen realisiert worden. Andere Ausgestaltung können Dreiwegesteuerventile verwenden. Dreiwegesteuerventile können zum Beispiel verwendet werden, wenn die zuvor erwähnten Drücke P_a (Auslassdruck), P_k (Kurbelgehäusedruck) und P_e (Einlassdruck) zur Steuerung der variablen Verdrängung des Verdichters durch Steuerung des Neigungswinkels der Taumelscheibe oder eines anderen Steuergeräts wie z. B. einer Schrägscheibe verwendet werden. Dreiwegesteuerventile können außerdem eingesetzt werden, wenn ein Hilfsdruck zur Unterstützung der Steuerung der Drücke verwendet wird. Ein geeigneter Hilfsdruck P_h ist ein Druck, der sich aus einem Druckabfall vom Auslassdruck P_a ergibt. In einer R134a verwendenden Ausgestaltung liegt P_a bei etwa 5 bar bis 20 bar, während P_h bei etwa 0,1 bar bis etwa 1 bar unter P_a liegt. In einer R134a verwendenden Ausgestaltung kann ein Druck mit der erforderlichen Größe für den Hilfsdruck durch Anzapfen des Auslassdrucks, nachdem er das Steuerventil und die damit verbundene Leitung passiert hat und um etwa 0,5 bar bis 1 bar abgefallen ist, erhalten werden. In einem CO₂ verwendenden System liegt P_a bei etwa 50 bar bis 160 bar, während P_h etwa 0,1 bar bis etwa 10 bar kleiner als P_a ist. In einer CO₂-Ausgestaltung kann ein Druck mit der erforderlichen Größe für den Hilfsdruck durch Anzapfen des Auslassdrucks, nachdem er das Steuerventils und die damit verbundene Leitung passiert und um etwa 0,1 bar bis 10 bar abgefallen ist, erhalten werden.
Ein Dreiwegesteuerventil, das P_a und P_h sowie außerdem P_k verwendet, ist in den 8 und 9 dargestellt. Das Dreiwegesteuerventil 200 ist zwar in gewisser Hinsicht dem voranstehend beschriebenen Vierwegesteuerventil ähnlich, jedoch weniger kompliziert. Das Dreiwegesteuerventil 200 hat eine Spule 201, eine Kolbenstange 202 mit den Durchflusssteuerelementen 204 und 206, eine erste starke Feder 207, eine zweite Feder 209 und eine interne Feder 208. In den Ventilkörperinnenwänden 215, 217 befinden sich Bohrungen zur Aufnahme der Kolbenstange 202 und außerdem zur Übertragung von Drücken von den Kammern 214, 216 und 218. Das Ventil 200 empfängt Drücke aus den Drosselbohrungen 222 (P_k), 224 (P_h) und 226 (P_a). Die interne Feder 208 kann als eine Hilfsfeder zum Ausgleichen der die Ventilkolbenstange bei der Steuerung des Ventils bewegenden Kräfte verwendet werden. Die zwischen der feststehenden inneren Wand 215 und der beweglichen Wand 213 platzierte Feder 208 kann in Abhängigkeit der durch die Spule 201 und die Federn 207, 209 aufgebrachten Kraft manchmal der Bewegung der Kolbenstange 202 entgegenwirken und manchmal die Bewegung der Kolbenstange 202 verstärken.
Bei der Übertragung der Drücke vom Verdichter zum Steuerventil können als Direktverbindung eine Rohrleitung oder interne Kanäle zwischen Verdichter und Ventil verwendet werden. Damit wird der Auslassdruck von der Auslasskammer des Verdichters über die Drosselbohrung 226 und die Rohrleitung 225 mit der Kammer 216 verbunden. Die Rohrleitung 225 ist zur Übertragung von P_a ohne nennenswerten Druckabfall vorzugsweise ausreichend groß. Es kann sich ein Hilfsdruck P_h ergeben, wenn die Rohrleitung 225 und die Drosselbohrung 226, die zwischen dem Auslassdruck P_a und der Kammer 214 kommunizieren, ausreichend kleine Durchmesser haben, um den Durchfluss zu drosseln und einen geringen Druckabfall zu induzieren. Ein Rohrdurchmesser von etwa 3 mm bis 4 mm ist für diesen Zweck ausreichend. Es kann auch eine Rohrleitung mit einem Durchmessern von etwa 1 mm bis 5 mm verwendet werden.
8 zeigt das Ventil in der maximal geöffneten Stellung mit dem Maximalstrom in der Spule 201 sowie der Kolbenstange 202 und den Durchflusssteuerelementen 204, 206, die sich, die Kraft der starken Feder 207 überwindend, in ihrer höchstmöglichen Stellung befinden. Das Durchflusssteuerelement 204 verhindert den Durchfluss zwischen den Kammern 218 und 216, während das Durchflusssteuerelement 206 einen maximalen Durchfluss oder Druckausgleich zwischen den Kammern 216 und 214 ermöglicht. In dieser Ausgestaltung minimiert diese Stellung die Differenz P_h and P_a und verhindert die Kommunikation zwischen P_k und P_a, wodurch eine maximale Verdichtung des Kältemittels im Verdichter ermöglicht wird. 9 zeigt dasselbe Ventil 200 in geschlossener Stellung. In dieser Stellung nimmt die Spule 201 den Mindeststrom oder keinen Strom auf. Die starke Feder 207 überwindet die Federkraft der Feder 209, treibt die Kolbenstange 202 abwärts und ermöglicht eine Kommunikation zwischen den Kammern 216 und 218, jedoch nicht zwischen den Kammern 214 und 216. Das erlaubt die kleinstmögliche Verdichtung und führt zum Ausgleich von Auslassdruck und Kurbelgehäusedruck, so dass die Taumelscheibe in eine zur Längsachse der Antriebswelle fast senkrechte Stellung und parallel oder fast parallel zu einer zur Längsachse der Antriebswelle senkrechten Ebene bewegt wird. In dem in den 8 und 9 dargestellten Dreiwegeventil kann sich zwischen den Kammern 216 und 218 ein enger Durchlass mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm bis etwa 0,6 mm befinden. Der Durchlass ist entweder als Durchlass 227 in der Kammerwand 217 (siehe 8) oder als Durchlass 205 im Durchflusssteuerelement 204 (siehe 9) vorgesehen. Die Durchlässe 227 oder 205 ermöglichen den Rücklauf von Öl aus der Verdichterauslasskammer in die Kurbelgehäusekammer.
Mit Bezug auf den Betrieb der Magnetventile in den 8 und 9 ist die Druckdifferenz über der Kammerwand 217 der Auslassdruck P_a minus Kurbelgehäusedruck P_k. Diese zwei Drücke stehen im umgekehrten Verhältnis zueinander. Bei hohem Kühlungsbedarf sind P_a hoch, P_h und P_k niedrig und P_k liegt sehr dicht bei P_e. Bei geringem Kühlungsbedarf kann P_a durch das Steuerventil an die Kurbelgehäusekammer abgegeben werden, was den Kurbelgehäusedruck P_k anhebt, während P_h gegenüber P_a nur wenig abfällt. In diesem Fall ist P_k deshalb hoch und P_h kann niedrig sein. In anderen Ausgestaltungen kann das Dreiwegesteuerventil die drei Kammern für P_a, P_k und P_e verwenden. Die Federn können mit speziellen Federkonstanten für die verwendeten Drücke und Druckbereiche ausgelegt sein. Selbstverständlich existieren viele andere Möglichkeiten der Verwendung der in den 8 und 9 dargestellten Dreiwegesteuerventile. Eine alternative Ausgestaltung kann zum Beispiel die drei Kammern verwenden, um für P_e, P_k und P_a mit einem einzigen Steuerelement erforderlichenfalls die Drosselbohrung zwischen der Kammer mit P_e und der Kammer mit P_k oder die Drosselbohrung zwischen der Kammer mit P_k und der Kammer mit P_a zu regeln. Die Quelle des Auslassdrucks kann die Ölseparatorrückführungsleitung sein, in der das Öl durch das Ventil durch die P_k-Kammer zurück zur Kurbelgehäusekammer strömt. In einer Vorzugsausgestaltung könnte zwischen der Kammer mit P_a und der Kammer mit P_k eine enge Drosselbohrung mit einem Durchmesser von etwa 0,05 mm bis etwa 0,6 mm vorhanden sein.
In den voranstehenden Beispielen wurde die Kammer lediglich zur Messwerterfassung verwendet. Als Äquivalent kann ein Zweiwegeventil, in dem das Öl durch das Steuerventil zurückgeführt wird, ohne eine Kammer für P_e und mit entsprechender Kompensation von Federn oder mit entsprechendem Input vom Steuerungssystem verwendet werden. In einer Ausgestaltung kann eine enge Drosselbohrung vom Ölrücklauf oder der P_a-Kammer zur P_k-Kammer vorhanden sein, wobei die Drosselbohrung einen Durchmesser von etwa 0,05 mm bis etwa 0,6 mm hat, wie zuvor dargelegt worden ist. Es kann außerdem möglich sein, die Drosselbohrung anstatt in einem Steuerelement, das die Steueröffnung wie in 4 gezeigt absperrt, derart anzuordnen, dass jederzeit mindestens eine enge Drosselbohrung zur Ölrückführung von der Ölrückführungsleitung durch das Ventil zur Kurbelgehäusekammer zur Verfügung steht.
Ausgestaltungen mit P_h und einem Dreiwegeventil
Die 10 und 11 sind Schnittdarstellungen eines Verdichters 240, der ein Dreiwegesteuerventil 200 verwendet. 10 zeigt den Verdichter 240 mit einem oberen Gehäuse 248a und einem unteren Gehäuse 248b, dem Steuerventil 200 und einer Steuerung 290 wie die zuvor beschriebene Steuerung 95. Der Verdichter ist mit einer Antriebsscheibe 242, einer Antriebswelle 244, einer um einem Mindestwinkel zur Antriebswelle geneigt dargestellten Taumelscheibe 246 und einer eine Kurbelgehäusekammer 252, eine Einlasskammer 254 und eine Auslasskammer 256 bildenden Ventilplatte ausgestattet. Nachdem das Kältemittel die Auslasskammer verlassen hat und zu dem (nicht dargestellten) Kühlsystem geströmt ist, kehrt das Kältemittel vom Verdampfer mit einem relativ geringen Druck, dem Druck des Verdampfers, an den Einlassanschluss 258 zurück. Es kann außerdem ein Durchlass 262 mit einer Steueröffnung 263 zwischen der Einlasskammer 254 und der Kurbelgehäusekammer 252 vorhanden sein.
In der Ausgestaltung in 10 wird der Durchfluss vom Einlassanschluss 258 zur Einlasskammer 254 durch ein Einlassabsperrventil 280 mit einer vorgeschalteten Kammer 282 im unteren Gehäuse 248b des Verdichters geregelt. Das Einlassabsperrventil 280 wird in geschlossener Stellung gezeigt, die den Durchfluss des Niederdruckkältemittels vom Einlassanschluss 258 zur Einlasskammer 254 verhindert. Zur Vermeidung von Ölman gel kann sich außerdem ein enger Durchlass oder eine enge Drosselbohrung im Einlassabsperrventil 280 befinden, die den Durchfluss geringer Ölmengen vom Steuerventilauslassanschluss durch eine Rohrleitung 270 zum Ventil 280 und zur Einlasskammer 254 zulässt. Dieser Durchlass kann einen Durchmesser von etwa 0,05 mm bis etwa 0,6 mm, vorzugsweise etwa 0,1 mm bis etwa 0,15 mm, haben. Das Ventil 280 kann ebenfalls mit einer das Ventil in die geschlossene Stellung treibenden Feder 286 und mit einer auf der entgegengesetzten Seite befindlichen, das Ventil in die geöffnete Stellung treibenden zweiten Feder ausgestattet sein. Die Feder 286 hat vorzugsweise eine geringfügig höhere Federkonstante als die Feder 287, wodurch das Ventil 280 geschlossen gehalten wird.
Die Leitung 286 überträgt P_e zum Einlassanschluss 258. Die Leitung 270 überträgt P_h zur vorgeschalteten Kammer 282 des Absperrventils 280, so dass die Stellung des Ventils 280 gesteuert wird. Das Absperrventils 280 wird deshalb durch die Feder 186 und P_e geschlossen gehalten, wobei die Feder 287 und P_h im Bestreben, das Ventil zu öffnen, entgegenwirken. In der Ausgestaltung in 10 ist Ventil 200 geöffnet, wodurch ein Druckausgleich zwischen P_a und P_k ermöglicht wird und in 10 eine Tendenz zum Drücken der Taumelscheibe 246 in einen Mindestwinkel und damit zu einem Mindestdurchfluss besteht.
In 11 besteht ein höherer Bedarf zur Klimatisierung und die Bewegung der internen Komponente ist erfolgt. Das Ventil 200 befindet sich wie in 8 dargestellt in geschlossener Stellung, wobei keine Kommunikation zwischen den Kammern 216 und 218 erfolgt. Der Auslassdruck wird zwar nicht an die Kurbelgehäusekammer übertragen, jedoch vollständig zur Kühlung verwendet. Im Ergebnis steigt P_a, während P_h sinkt, wodurch die Federkraft von der Feder 286 überwunden wird. Das Absperrventil 280 in 11 bewegt sich aufwärts, wodurch die Kommunikation zwischen dem Einlassanschluss 258 und der Einlasskammer 254 ermöglicht wird. Deshalb wird jetzt eine wesentlich größere Differenz zwischen Einlass- und Auslassdruck vorherrschen und die Taumelscheibe um einen größeren Winkel zur Antriebswelle des Verdichters geneigt.
Verschiedene Ausgestaltungen der Erfindung sind beschrieben und bildlich dargestellt worden. Die Beschreibung und die bildlichen Darstellungen erfolgten jedoch lediglich anhand von Beispielen. Andere Ausgestaltungen und Implementierungen sind innerhalb des Geltungsbereichs dieser Erfindung möglich und mit dem Fachgebiet vertrauten Personen offensichtlich. Deshalb ist die Erfindung nicht auf spezielle Details, repräsentative Ausgestaltungen und in dieser Beschreibung bildlich dargestellte Beispiele beschränkt. Folg lich ist die Erfindung nicht einzuschränken, außer wie durch die beigefügten Patentansprüche und ihre Äquivalente gefordert.

Claims

Verstellbarer Verdrängungsverdichter, umfassend: – ein Verdichtergehäuse, das aus einer Kurbelgehäusekammer mit einem Kurbelgehäusedruck, einer Einlasskammer mit einem Einlassdruck und einer Auslasskammer mit einem Auslassdruck besteht, wobei der Verdichter außerdem mit einer Antriebswelle, einer mit der Antriebswelle verbundenen und durch diese antreibbaren Taumelscheibe, einer Vielzahl von mit der Taumelscheibe verbundenen und sich in einer Vielzahl von Zylindern hin- und herbewegenden Kolben ausgestattet ist, wobei eine Verdrängung des Verdichters durch den Winkel der Taumelscheibe zur Antriebswelle variiert wird; – einen Ölseparator in einer Auslassleitung des Verdichters; – ein Vierwegesteuerventil mit einem Ventilkörper und einer Ventilkolbenstange, mindestens einer der Bewegung der Kolbenstange entgegenwirkenden Feder und vier in Reihe liegenden Kammern zur Aufnahme eines Ölseparatordrucks, eines Auslassdrucks, eines Kurbelgehäusedrucks und eines Einlassdrucks vom Verstellverdichter mit einer die Kurbelgehäusekammer mit der Einlasskammer verbindenden Drosselbohrung, wobei das Steuerventil die Änderung des Kurbelgehäusedrucks und damit die Änderung der Verdrängung des Verdichters bewirkt.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach Anspruch 1, wobei die Drosselbohrung einen Durchmesser von etwa 0,25 mm bis etwa 2 mm hat.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Ölseparator eine Rohrleitung und ein Durchflusssteuergerät zum Leiten von Öl an das Kurbelgehäuse umfasst.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, außerdem umfassend ein dem Ölseparator vorgeschaltetes oder nachgeschaltetes Rückschlagventil.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Ventil ein Auf/Zu-Ventil zur Steuerung mindestens eines Durchlasses zwischen den Kammern ist.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, außerdem umfassend eine Ölrückführungsleitung vom Ölseparator 88 durch das Vierwegeventil zum Kurbelgehäuse.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Ventil im Wesentlichen einen Durchlass zwischen der Kammer mit Ölseparatordruck und der Kammer mit Auslassdruck verschließt und außerdem im Wesentlichen einen Durchlass zwischen der Kammer mit Kurbelgehäusedruck und dem Druck bei Einlassdruck verschließt, wenn ein maximaler Kältemitteldurchfluss gewünscht wird.
Verstellbarer Verdrängungsverdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Ventil außerdem eine fünfte Kammer in Reihe und einen Durchlass umfasst, der die fünfte Kammer mit der Kammer mit Kurbelgehäusedruck verbindet.
Verfahren zum Betreiben eines verstellbaren Verdrängungsverdichters, umfassend: – Steuern einer Verdrängung des Verdichters mithilfe eines Vierwegeventils mit einer Drosselbohrung zwischen zwei Kammern des Vierwegeventils; – Einstellen der Verdrängung mithilfe des Vierwegeventils basierend auf einer Differenz zwischen einem Auslassdruck und einem Kurbelgehäusedruck; – Ölabscheiden von einer Auslassleitung des Verdichters; – Leiten des Öls zu einem Kurbelgehäuse des Verdichters.