DE4111058C2 - Verdichter mit variabler Fördermenge - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Verdichter, insbesondere einen Flügelzellenverdichter, mit variabler Fördermenge gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Mit derart ausgebildeten Verdichtern wird Kältemittelgas, wel­ ches in einer z. B. in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen installierten Klimaanlage strömt, verdichtet. Derart ausge­ staltete Verdichter sind z. B. durch die JP-OS 63-205478 und die JP-OS 63-85285 bekannt, die jeweils einen Verdichter mit einem Steuerelement offenbaren, welches zwischen einer Stellung für die minimale Fördermenge und einer Stellung für die maximale Fördermenge zum Steuern des Zeitpunkts des Verdichtungsbeginns verdrehbar ist. Ferner weisen diese Verdichter eine Niederdruck­ kammer auf, die an einer Seite eines druckaufnehmenden Vor­ sprungs des Steuerelements vorgesehen ist, und in der ein einen Niederdruck darstellender Saugdruck herrscht. Ferner ist eine auf der anderen Seite des druckaufnehmenden Vorsprungs vorge­ sehene Hochdruckkammer bekannt, in die über einen Drosseldurch­ laß ein einen Hochdruck darstellender Auslaßdruck eingeleitet wird, der darin einen Steuerdruck zu bildet, wodurch das Steuer­ element in Abhängigkeit von der Differenz zwischen der Summe des in die Niederdruckkammer eingeleiteten Saugdrucks und der Verdrängungskraft eines Federelements auf der einen Seite und dem Steuerdruck auf der anderen Seite verdreht wird. Bei dem bekannten Verdichter ist ferner ein Elektromagnetventil zum Öffnen und Schließen eines die Hochdruckkammer mit der Saug­ kammer verbindenden Durchlasses vorgesehen, wobei das Öffnen und Schließen des Durchlasses durch das Elektromagnetventil durch ein externes, von außerhalb des Verdichters bereitge­ stelltes Steuersignal angesteuert wird, um die Durchflußmenge des Kältemittelgases, welches von der Hochdruckkammer in die Saugkammer überströmt, zu steuern, um den in der Hochdruckkammer herrschenden Steuerdruck derart zu verändern, daß das Steuer­ element entsprechend der Veränderung des Steuerdrucks verdreht wird, um dadurch die Fördermenge des Verdichters kontinuierlich zu steuern.

Bei diesen bekannten Verdichtern wird der die Hochdruckkammer mit der Saugkammer verbindende Durchlaß mittels eines Elektro­ magnetventils zur Veränderung des Steuerdrucks innerhalb eines Bereichs von etwa 2 bis 14 kg/cm² geöffnet und verschlossen, so daß die Fördermenge des Verdichters kontinuierlich zwischen einem Minimal- und einem Maximalwert verändert wird. Außerdem ist die Querschnittsfläche des Durchlasses groß. Im speziellen wirkt am Elektromagnetventil ein unter einem Druck von etwa 14 kg/cm² stehendes Kältemittelgas, wenn die Fördermenge des Ver­ dichters maximal ist. Ferner wird die Durchflußmenge des unter einem derart hohen Druck stehenden Kältemittelgases welches von der Hochdruckkammer in die Saugkammer überströmt, durch Öffnen und Schließen des Durchlasses, welcher eine derart große Querschnittsfläche aufweist, mit dem Elektromagnetventil be­ wirkt, was für das Elektromagnetventil eine starke Belastung darstellt. Demnach muß das Elektromagnetventil eine starke Ventilschließkraft (magnetische Anzugskraft) aufweisen, was jedoch in einer vergrößerten Bauform des Elektromagnetventils resultiert.

Diese Forderung nach einer starken Ventilschließkraft, die in einem vergrößerten Elektromagnetventil resultiert, steht der Forderung nach einer feinfühligen Reaktionsfähigkeit, d. h. einer großen Empfindlichkeit eines von außen angesteuerten Magnet­ ventils, zumindest teilweise entgegen.

Ein aus der EP 0 261 507 bekannter Flügelzellenverdichter weist für die Steuerung der Fördermenge auf Grund innerer und äußerer wechselnder Betriebsparameter zwei Verbindungskanäle 36 und 48 auf, die jeweils Druckkammern 28a und 28b mit einer Saugkammer 10 verbinden. Der Öffnungsgrad des einen der beiden Verbindungskanäle wird mittels eines ersten Steuerventils 35 gesteuert, welches kein Magnetventil, sondern ein balgbetätigtes Ventilglied ist, und der Öffnungsgrad des anderen Verbindungs­ kanals wird von einem zweiten Steuerventil 43 gesteuert, welches ein Magnetventil ist. Beim ersten Steuerventil 35 wird die Kontraktion durch Dehnung des Balgs entsprechend dem Druck in der Saugkammer geregelt. Dagegen wird das zweite Steuerventil 43 von einem externen Steuersignal von einem Prozessor gesteu­ ert. Das zweite Steuerventil 43 wird normalerweise so ange­ steuert, daß das Nadelventilglied 47 nur gering vom Ventilsitz 49 beabstandet ist. Folglich kann nur eine geringe Menge Kühlgas aus den Druckkammern 28a und 28b zur Niederdruckkammer 10 fließen, wodurch der Druck in den Druckkammern 28a und 28b normalerweise unter dem Druck in der Hochdruckkammer 11 bleibt. Bei unterschied­ lichen äußeren Betriebsbedingungen des Prozessors steuert die Steuereinheit das zweite Steuerventil entsprechend diesen sich verändernden Betriebsbedingungen, um dadurch die Fördermenge des Kompressors zu steuern.

Die US-PS 4 737 081 beschreibt ebenfalls einen bekannten Flügel­ zellenverdichter mit veränderlicher Förderleistung. Im bekannten Flügelzellenverdichter befindet sich eine mit der Saugkammer 17 über eine Einlaßöffnung 16 und 23 in Verbindung stehende erste Druckkammer 271. Eine zweite Druckkammer 272 steht mit der Auslaßdruckkammer 19 über einen Hochdruckverbindungskanal 29 und mit der Saugkammer 17 über einen Niederdruckverbindungs­ kanal 28 in Verbindung. Ein Steuerventil 33, welches kein Magnet­ ventil ist, ist über dem Niederdruckverbindungskanal 28 und dem Hochdruckverbindungskanal 29 angeordnet. Im Steuerventil 33 kann ein zylinderförmiges Ventilglied 35 in einer Ventilboh­ rung 37 mit der Kontraktion oder der Dehnung eines Balgs 34 in Abhängigkeit vom Saugdruck in der Saugkammer 17 hin und her bewegt werden. Wenn der Saugdruck oberhalb eines vorgegebenen Werts liegt, zieht sich der Balg 34 zusammen und spannt den Ventilkörper 35 in einer solchen Position vor, daß der Hoch­ druckverbindungskanal 29 mit der Auslaßdruckkammer 19 über eine ringförmige Nut im Ventilkörper 35 in Verbindung tritt. Gleichzeitig wird der Niederdruckverbindungskanal 28 durch den Ventilkörper 35 unterbrochen. Die Wirkung besteht darin, daß bei ansteigendem Druck in der zweiten Druckkammer 272 das Steuer­ glied 24 in Richtung seiner die maximale Fördermenge angebende Position gedreht und die Fördermenge dadurch erhöht wird. Umge­ kehrt dehnt sich der Balg 34, wenn der Saugdruck einen vorge­ gebenen Wert unterschreitet, aus und spannt den Ventilkörper 35 in einer solchen Position vor, daß der Niederdruckverbin­ dungskanal 28 mit der Saugkammer 17 in Verbindung steht und daß gleichzeitig der Hochdruckverbindungskanal 29 vom Ventilkörper 35 unterbrochen ist. Folglich wird bei absinkendem Druck in der zweiten Druckkammer 272, wobei das Steuerelement 24 in Richtung seiner die minimale Fördermenge angebenden Position gedreht wird, die Fördermenge reduziert. Ein Magnetventil, das durch ein äußeres Steuersignal steuerbar ist, ist in der US-PS 4 737 081 nicht offenbart. Das dort beschriebene Balg-Steuer­ ventil arbeitet so, daß bei geöffnetem Hochdruckverbindungskanal 29 der Niederdruckverbindungskanal 28 blockiert ist und umge­ kehrt. Das heißt, daß der Hochdruckverbindungskanal und der Nieder­ druckverbindungskanal nicht gleichzeitig geöffnet sein können, da immer bei der Öffnung des einen Kanals der andere unterbro­ chen ist.

Aus der DE 36 29 199 A1 ist ein Flügelzellenverdichter bekannt, der einen Stellantrieb für das Steuerelement mit einem öldruck­ betätigten Kolben aufweist. Die Strömungsrichtung des Antriebs­ fluids im Hinblick auf die Anordnung von Drossel und Ventil stimmt mit der bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung überein, jedoch ist das dortige Ventil nicht elektromagnetisch betätigt.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verdichter der eingangs genannten Art derart auszubilden, daß die Förder­ menge mittels eines externen Steuersignals feinfühlig durch ein Elektromagnetventil gesteuert werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch die Merkmals­ kombination des Anspruchs 1.

Vorzugsweise ist zum Öffnen und Schließen der Drosselbohrung das Elektromagnetventil über ein variables Arbeits-Ruhe-Ver­ hältnis des externen Steuersignals ansteuerbar.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung er­ geben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnung zwei Ausführungsbeispiele im einzelnen beschrieben sind. Dabei zeigt

Fig. 1 einen Querschnitt einer ersten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Flügelzellenverdichters mit va­ riabler Fördermenge, der mit einem externen Steuer­ signal angesteuert werden kann;

Fig. 2 einen Querschnitt mit einem vergrößerten Maßstab eines wesentlichen Ausschnitts der Ausführungsform gemäß Fig. 1;

Fig. 3a eine Schemadarstellung zur Erläuterung des Zustandes des Verdichters bei geöffnetem Elektromagnetventil gemäß Fig. 1, wobei der Verdichter in der Position für die maximale Fördermenge steht;

Fig. 3b eine Schemadarstellung zur Erläuterung des Zustandes des Verdichters bei geschlossenem Elektromagnetventil gemäß Fig. 1, wobei der Verdichter in der Position für die minimale Fördermenge steht;

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Darstellung, eines anderen Ausführungsbeispiels der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt einen Flügelzellenverdichter mit variabler Fördermenge, der von einem externen, von außen bereit gestellten Steuersignal angesteuert werden kann. Der Verdichter weist im wesentlichen einen durch einen Kurvenring 1 gebildeten Zylinder auf, der eine innere Umfangsfläche 1a mit einem im wesentlichen elliptischen Querschnitt aufweist. Der Verdichter besitzt wei­ terhin ein vorderes Seitenteil 3 und ein hinteres Seitenteil 4, welche einander gegenüberliegende Enden des Kurvenrings 1 verschließen, einen zylindrischen Rotor, der drehbar vom Zylin­ der aufgenommen ist, einen vorderen Kopf 5 und einen hinteren Kopf 6, welche an die äußeren Enden der vorderen und hinteren Seitenteile 3 und 4 befestigt sind, und eine Antriebswelle 7, an der der Rotor 2 befestigt ist. Die Antriebswelle 7 ist dreh­ bar in einem Paar von Lagern 8 und 9 gelagert, welche in den Seitenteilen 3 und 4 vorgesehen sind.

In einer oberen Wand des vorderen Kopfes 5 ist eine Auslaß­ öffnung 5a vorgesehen, durch welche das Kältemittelgas ausgestoßen wird. Im oberen Teil der hin­ teren Endwand des hinteren Kopfes 6 ist eine Saugöffnung 6a vorgesehen, durch welche das Kältemittelgas in den Ver­ dichter angesaugt wird. Die Auslaßöffnung 5a und die Saugöffnung 6a sind mit einer Auslaßdruckkammer 10, welche vom vorderen Kopf 5 und vom vorderen Seitenteil 3 gebildet wird bzw. mit einer Saugkammer 11, welche vom hinteren Kopf 6 und vom hinteren Seitenteil 4 gebildet wird, verbunden.

An diametral einander gegenüberliegenden Stellen sind zwischen der inneren Umfangsfläche 1a des Kurvenrings 1, der äußeren Umfangsfläche des Rotors 2, einer zum Kurvenring 1 hinweisenden Stirnfläche des vorderen Seitenteils 3 und einer zum Kurvenring 1 hinweisenden Stirnfläche eines Steuerelements 23 ein Paar von Verdichtungsräumen 12 gebildet. Der Rotor 2 weist eine Vielzahl von axialen Flügelschlitzen auf, welche in der Zeichnung nicht dargestellt sind, und die in Umfangsrichtung gleiche Abstände zueinander aufweisen. In jedem der Flügelschlitze ist ein Flügel 13 radial gleitend eingepaßt.

An diametral einander gegenüberliegenden Stellen sind im hin­ teren Seitenteil 4 Kältemittel-Einlaßöffnungen 14, wie in Fig. 1 dargestellt, vorgesehen. In Fig. 1 ist lediglich eine Kältemittel-Einlaßöffnung gezeigt, da der Querschnitt, der in Fig. 1 wiedergegeben ist, an der Längsachse des Verdichters um 90° abgewinkelt ist. Diese Kältemittel-Einlaßöffnungen 14 er­ strecken sich in axialer Richtung durch das hintere Seitenteil 4 und verbinden die Saugkammer 11 mit den Verdichtungsräumen 12.

An einander gegenüberliegenden Seitenwänden des Kurvenrings 1 sind Kältemittel-Auslaßöffnungen 15 mit jeweils zwei Öffnungen vorgesehen. In Fig. 1 ist aus dem gleichen Grund wie oben ledig­ lich eine Kältemittel-Auslaßöffnung dargestellt. An jeder der einander gegenüberliegenden Seitenwände des Kurvenrings 1 ist mittels einer Schraube 17 ein Auslaßventildeckel 16 mit Ventil­ anschlägen 16a befestigt. Zwischen der Seitenwand und dem Ven­ tilanschlag 16a ist ein Auslaßventil 18 vorgesehen, welches vom Auslaßventildeckel 16 gehalten wird. Zwischen dem Kurvenring 1 und den jeweiligen Ventildeckeln 16 sind an diametral einander gegenüberliegenden Stellen Auslaßräume 19 vorgesehen, welche die jeweiligen Kältemittel-Auslaßöffnungen 15 miteinander ver­ binden, wenn sich die Auslaßventile 18 öffnen. Im vorderen Seitenteil 3 sind an diametral einander gegenüberliegenden Stellen ein Paar von Durchlässen 20 vorgesehen, die jeweils mit einem korrespondierenden Durchlaß der Auslaßräume 19 ver­ bunden sind, so daß, wenn das Auslaßventil 18 öffnet, um die zugeordnete Kältemittel-Auslaßöffnung 15 zu öffnen, verdichtetes Kältemittelgas aus dem Verdichtungsraum 12 über die Kältemittel- Auslaßöffnungen 15, den Auslaßraum 19, den Durchlaß 20 und die Auslaßdruckkammer 10 durch die Auslaßöffnung 5a ausgestoßen wird.

Wie in den Fig. 1 und 3a dargestellt, weist das hintere Seitenteil 4 eine dem Rotor 2 zugewandte Stirnfläche auf, in der eine ringförmige Nut 21 vorgesehen ist. Im Grund der ring­ förmigen Nut 21 ist an diametral gegenüberliegenden Stellen ein Paar von Druckarbeitskammern 22 vorgesehen. In der ring­ förmigen Nut 21 ist ein Steuerelement 23, welches die Form eines Ringes aufweist, derart eingesetzt, daß es um seine Achse in beiden Umfangsrichtungen drehbar ist. Das Steuerelement 23 steuert den Zeitpunkt des Verdichtungsbeginns des Verdichters und weist an seiner Außenumfangskante an diametral einander gegenüberliegenden Stellen Ausschnitte auf, welche nicht dar­ gestellt sind. Die eine Stirnseite des Steuerelements 23 ist mit einem Paar von diametral einander gegenüberliegenden druck­ aufnehmenden Vorsprüngen 23a versehen, die axial vorstehen und als druckaufnehmende Elemente wirken. Die druckaufnehmenden Vorsprünge 23a (siehe Fig. 3a) sind gleitend in den jeweiligen Druckarbeitskammern 22 eingesetzt. Der Innenraum einer jeden Druckarbeitskammer 22 wird durch die zugeordneten druckauf­ nehmenden Vorsprünge 23a in eine Niederdruckkammer 22 ₁ und eine Hochdruckkammer 22 ₂ aufgeteilt.

Jede Niederdruckkammer 22 ₁ ist mit der Saugkammer 11 über die korrespondierende Kältemittel-Einlaßöffnung 14 verbunden, die mit unter Saugdruck Ps oder Niederdruck stehendem Kältemittelgas versorgt wird.

Wie in den Fig. 1, 2 und 3a wiedergegeben, ist eine der Hochdruckkammern 22 ₂ mit einem der Auslaßräume 19 über einen Hochdruckeinlaßkanal 30, der eine Drosselbohrung 31 aufweist, verbunden, und gleichzeitig sind die Hochdruckkammern 22 ₂ durch einen Verbindungskanal 24 miteinander verbunden. Durch diese Anordnung wird die Möglichkeit geschaffen, das unter Auslaßdruck Pd stehende Kältemittelgas vom Auslaßraum 19 über die Drossel­ bohrung 31 in die Hochdruckkammer 22 ₂ einströmen zu lassen, so daß darin der Steuerdruck Pc gebildet wird. Im hinteren Seitenteil 4 und im hinteren Kopf 6 ist ein Elektromagnetsitzventil 40 zum Öffnen und Schließen der Drosselbohrung 31 in Abhängig­ keit von einem externen Steuersignal vorgesehen, wobei das Steuersignal von einer Steuereinheit 60 geliefert wird, welche außerhalb des Verdichters vorgesehen ist. Weiterhin ist eine der Hochdruckkammern 22 ₂ mit der Saugkammer 11 durch einen Überström­ kanal 50 mit einer Querschnittsfläche, die geringer ist als die der Drosselbohrung 31 verbunden, um dadurch eine sehr kleine Menge an Kältemittelgas kontinuierlich von der einen Hochdruck­ kammer 22 ₂ in die Saugkammer 11 überströmen zu lassen.

Demgemäß wird das drehbeweglich gelagerte Steuerelement 23 durch den in der Hochdruckkammer 22 ₂ herrschenden Steuerdruck Pc in Richtung der Position für die maximale Fördermenge ge­ drängt, wohingegen die Summe aus dem in der Niederdruckkammer 22 ₁ herrschenden Saugdruck Ps und der Federkraft der Schraubenfeder 25 eine Verdrängung in Richtung der Position für die minimale Fördermenge bewirkt, wobei die Drehlage des Steuerelements 23 durch die Differenz des Steuerdrucks Pc und der Summe aus dem Saugdruck Ps und der Federkraft der Schraubenfeder 25 gesteuert wird, um dadurch den Zeitpunkt des Verdichtungsbeginns zu steuern.

Wie in Fig. 2 wiedergegeben, weist das Elektromagnetventil 40 ein Überströmelement 41 auf, welches die oben genannte Drossel­ bohrung 31 aufweist sowie einen Spulenkörper 43 mit darum ge­ wickelter Erregerspule 42, einen Kern 44 mit einem einstückig ausgebildeten radialen Flansch, der zwischen dem einen Ende des Spulenkörpers 43 und dem einen Ende des Überströmelements 41 eingelegt ist und von dem ein stangenförmiger Abschnitt in den Spulenkörper 43 eingepaßt ist, einen Stößel 45, der aus einem magnetischen Material hergestellt ist und einen vergrößer­ ten Abschnitt 45a aufweist, welcher gleitend in einer Durch­ gangsbohrung 44a, welche im Kern 44 vorgesehen ist, eingesetzt ist, einen Anschlag 46, welcher auf der anderen Seite des Spu­ lenkörpers 43 zur Beschränkung der Verlagerung des Stößels 45 in der in der Fig. 2 nach rechts gerichteten Bewegung bestimmt ist, und eine Feder 47, welche den Stößel 45 nach rechts drängt sowie ein Abdeckelement 48, dessen eines Ende um einen radialen Flansch 41a, welcher einstückig am Überströmelement 41 vorge­ sehen ist, umgebördelt ist, und dessen anderes Ende um das eine Ende des Anschlags 46 umgebördelt ist. Ferner weist der Anschlag 46 eine Leitung 49 zur Versorgung der Erregerspule 42 mit dem von der Steuereinheit 60, die in der Fig. 1 wiederge­ geben ist, kommenden Steuersignal. Die Gesamtheit des Elektro­ magnetventils 40 ist in einer im hinteren Seitenteil 4 vorge­ sehenen Befestigungsöffnung 4a und in einer im hinteren Kopf 6 vorgesehenen Befestigungsöffnung 6a derart festgelegt, daß das Überströmelement 41 und ein Teil des Abdeckelements 48 in der Befestigungsöffnung 4a und der Rest des Abdeckelements 48 in der Befestigungsöffnung 6a eingesetzt sind, während ein offenes Ende der Befestigungsöffnung 6a auf der Seite des Anschlags 46 mit einem Deckel 48a verschlossen ist.

Zwischen der äußeren Umfangsfläche des Überströmelements 41 und der inneren Umfangsfläche der Befestigungsöffnung 4a be­ findet sich ein Ringraum 32, und zwischen einer freien Stirn­ fläche des Überströmelements 41 und dem Grund der Befestigungs­ öffnung 4a befindet sich ein Raum 33. Das Überströmelement 41 weist eine axial darin vorgesehene zentrale Öffnung 41b, eine Verbindungsöffnung 41c, welche die zentrale Öffnung 41b mit dem Ringraum 32 verbindet, und eine Erweiterungsöffnung 41d, welche sich in den Raum 33 erstreckt und mit der zentralen Öffnung 41b über die Drosselbohrung 31 verbunden ist, auf.

Der Ringraum 32 ist über einen Durchlaß 34 im hinteren Seiten­ teil 4 und einen Durchlaß 35 im Kurvenring 1 mit dem Auslaßraum 19 verbunden, wobei der Raum 33 über einen Durchlaß 36 mit einem der Hochdruckkammern 22 ₂ verbunden ist. Demnach ist der die eine Hochdruckkammer 22 ₂ mit dem einen Auslaßraum 19 ver­ bindende Hochdruck-Einlaßkanal 30 durch die Durchlässe 35 und 34, den Ringraum 32, die Verbindungsöffnung 41c, die zentrale Öffnung 41b, die Drosselbohrung 31, die Erweiterungsöffnung 41d, den Raum 33 und den Durchlaß 36 gebildet.

Die Steuereinheit (C/U) 60 versorgt das Elektromagnetventil 40 mit einem EIN/AUS-Signal (externes Steuersignal) zur arbeits­ abhängigen Steuerung eines Zeitintervalls, in dem das Elektro­ magnetventil 40 geöffnet (oder geschlossen) werden soll, und zwar auf der Grundlage von Eingangssignalen, wie einem die Drehzahl des den Verdichter antreibenden Motors kennzeichnenden Signals (rpm), einem die an der Auslaßseite eines nicht darge­ stellten Verdampfers kennzeichnenden Signals (Tem), welche die thermische Belastung des Verdichters darstellt, und einem Be­ schleunigungssignal, das bei einer starken Beschleunigung des Fahrzeugs festgestellt wird.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des erfindungsgemäßen Flü­ gelzellenverdichters mit variabler Fördermenge beschrieben.

Die Steuereinheit 60 versorgt die Erregerspule mit einem AUS/EIN-Signal, welches das externe Steuersignal darstellt und ein Arbeitsverhältnis aufweist, d. h. das Verhältnis zwi­ schen der Einschaltzeit und der Ausschaltzeit, bestimmt durch die oben erwähnten Signale, inklusive des die Motordrehzahl kennzeichnenden Signals (rpm). Weist das Steuersignal einen niedrigen Pegel auf, so erzeugen die Erregerspule 42 und der Kern 44 keine magnetische Anziehungskraft (eine das Ventil schließende Kraft), wodurch der Stößel 45 durch die Federkraft der Feder 47 in eine in der Fig. 2 nach rechts weisende oder eine das Ventil öffnende Richtung gedrängt wird. Hierdurch wird das linke Ende des Stößels 45 von der Oberfläche des Ven­ tilsitzes, welcher von einem offenen Ende der Drosselbohrung 31 gebildet wird, abgehoben, wodurch die Drosselbohrung 31 geöffnet wird. Das Elektromagnetventil 40 ist demnach offen. Weist das Steuersignal jedoch einen hohen Pegel auf, so erzeugen die Erregerspule 42 und der Kern 44 eine magnetische Anziehungs­ kraft, so daß der Stößel 45 entgegen der Federkraft der Feder 47 nach links in eine das Ventil schließende Lage magnetisch angezogen wird, so daß das Ende des Stößels 45 auf der Ober­ fläche des Ventilsitzes aufsitzt, um die Drosselbohrung 31 zu verschließen. Das Elektromagnetventil 40 ist in diesem Falle geschlossen.

Öffnet das Elektromagnetventil 40, d. h. das Nadelventil 45b öffnet die Drosselbohrung 31 (wie in den Fig. 2 und 3a dar­ gestellt), so wird unter Auslaßdruck Pd stehendes Kältemittelgas aus dem Auslaßraum 19 durch den Hochdruckeinlaßkanal 30, welcher die Drosselbohrung 31 aufweist, in die Hochdruckkammern 22 ₂ übergeleitet. In diesem Fall strömt ein sehr kleiner Teil des Kältemittelgases über den Nebenkanal 50 weiter in die Saugkammer 11. Verglichen mit der Strömungsmenge des in die Hochdruckkammer 22 ₂ übergeleiteten Kältemittelgases ist die Strömungsmenge des weiterströmenden Kältemittelgases gering. Demgemäß steigt der Steuerdruck Pc an, wodurch das Steuerelement 23 in die Position für die maximale Fördermenge verdreht und dadurch die Förder­ menge des Verdichters erhöht wird. Sobald das Steuerelement 23 die Position für die maximale Fördermenge, wie in der Fig. 3a wiedergegeben, erreicht hat, weist der Verdichter seine maximale Fördermenge auf.

Andererseits wird dann, wenn das Elektromagnetventil 40 ge­ schlossen ist, d. h. das Nadelventil 45b die Drosselbohrung 31 wie in der Fig. 3b wiedergegeben, verschließt, das Über­ strömen von unter Auslaßdruck Pd stehendem Kältemittelgas in die Hochdruckkammern 22 ₂ verhindert. Dennoch strömt in diesem Fall eine sehr kleine Menge an Kältemittelgas über den Neben­ kanal 50 in die Saugkammer 11, wodurch der Steuerdruck Pc all­ mählich abnimmt und das Steuerelement 23 in die Position für die minimale Fördermenge verdreht wird, wodurch die Förder­ menge des Verdichters verringert wird. Sobald das Steuerelement 23 seine Lage für die minimale Fördermenge erreicht hat, was in der Fig. 3b wiedergegeben ist, ist die Fördermenge des Ver­ dichters minimal.

Wie oben dargestellt, steigt der in den Hochdruckkammern 22 ₂ herrschende Steuerdruck Pc während des Zeitintervalls an, in dem das Elektromagnetventil 40 abgeschaltet ist, und fällt während des Zeitintervalls ab, in dem das Elektromagnet­ ventil 40 eingeschaltet ist. Dies bedeutet, daß der Steuerdruck Pc einen Pegel einnimmt, der dem Verhältnis von Anschaltzeit und Ausschaltzeit des Steuersignals entspricht, d. h. dem Arbeitsverhältnis des Steuersignals. Demgemäß erzeugt die Steuereinheit 60 ein Steuersignal mit einem verringerten Verhältnis von Anzeit zur Auszeit in Abhängigkeit zu einem Temperaturanstieg dann, wenn die thermische Last ansteigt, wodurch bewirkt wird, daß die Temperatur an der Auslaßseite des Verdampfers steigt. Im Gegensatz hierzu erzeugt die Steuer­ einheit 60 ein Steuersignal mit einem erhöhten Verhältnis von Anzeit zu Auszeit in Abhängigkeit einer Temperaturabnahme, wenn die thermische Belastung abnimmt, wodurch die Temperatur an der Auslaßseite des Verdampfers fällt.

Gemäß der oben beschriebenen Ausführungsform weist die Drossel­ bohrung 31 eine kleine Querschnittsfläche auf, die durch das Elektromagnetventil 40 in Abhängigkeit des von außen gelieferten Steuersignals geöffnet und verschlossen wird, wodurch die Menge an unter Auslaßdruck Pd in die Hochdruckkammern 22₂ eingelei­ teten Kältemittelgases gesteuert wird, wohingegen ständig dafür gesorgt wird, daß eine sehr kleine Menge an Kältemittelgas aus einer der Hochdruckkammern 22 ₂ in die Saugkammer 11 abströmen kann, wodurch der Steuerdruck Pc in den Hochdruckkammern 22 ₂ verändert wird. Demnach ist die auf das Elektromagnetventil 40 ausgeübte Kraft klein, so daß nur eine geringe, das Ventil schließende Kraft erforderlich ist. Somit wird die Möglichkeit geschaffen, ein Elektromagnetventil 40 zu verwenden, das ge­ eignet ist, eine geringe, das Ventil schließende Kraft zu er­ zeugen, wodurch der Steuerdruck Pc, d. h. die Fördermenge des Verdichters von außen feinfühlig hochgenau gesteuert werden kann. Außerdem schwankt der Steuerdruck Pc nur gering, was in einer verringerten Vibration und einer geringeren Geräusch­ entwicklung resultiert.

Im nachfolgenden wird auf die erforderliche, das Ventil schließende Kraft des Elektromagnetventils 40 der obigen Aus­ führungsform näher eingegangen.

In der folgenden Beschreibung stellen s₁ und s₂ die Quer­ schnittsflächen der Drosselbohrung 31 bzw. des Überströmkanals 50 dar.

1. Um den Steuerdruck Pc innerhalb eines Bereichs von etwa 2 bis 14 kg/cm² zu verändern und dadurch die Fördermenge des Verdichters zwischen einem Minimum und einem Maximum zu steuern, ist es erforderlich, daß der Steuerdruck Pc einen Wert von z. B. Pc Pd-0,2 kg/cm² dann einnimmt, wenn die Fördermenge des Verdichters maximal ist (Pd ≒ 14 kg/cm²). Dabei nimmt das Elektromagnetventil 40 seine Offenstellung bei maximalem Ar­ beitsverhältnis ein. Wenn die Fördermenge des Verdichters ma­ ximal ist, nimmt die Durchflußleistung Q₁ des durch die Drossel­ bohrung 31 strömenden Kältemittelgases und die Durchflußleistung Q₂ des durch den Nebenkanal 50 strömenden Kältemittelgases gleiche Werte dann an, sobald der Steuerdruck Pc einen kon­ stanten Wert erreicht hat. Demgemäß ist

wobei α einen Strömungskoeffizienten und ϕ die Dichte des Kältemittelgases darstellen.

Hieraus kann die folgende Gleichung (1) abgeleitet werden:

Da angestrebt wird, daß der Steuerdruck Pc wie oben beschrieben einen Wert Pc Pd-0,2 kg/cm² annehmen soll, wird in der Gleichung Pc durch den Term Pd-0,2 kg/cm² ersetzt. Hieraus ergibt sich die folgende Gleichung (1′):

Angenommen daß normalerweise Pd ≒ 14 kg/cm² und Ps ≒ 2 kg/cm² sind, kann die Gleichung (1′) in die nachfolgende Gleichung transformiert werden:

2. Die Menge an Kältemittelgas, welches durch den Nebenkanal 50 strömt, ist empirisch bestimmt worden. Der Wert des Betrages ist äquivalent der Querschnittsfläche s₂ des Nebenkanals 50, welche 0,08 mm² sein sollte.

Demgemäß ist

s₁ = 7,7s₂ = 0,616 mm² (2)

3. Nachfolgend wird auf die Last, welche auf das geöffnete Elektromagnetventil 40 wirkt, eingegangen.

Es ist erforderlich, das Elektromagnetventil 40 derart aus­ zugestalten, daß es einem maximal einwirkenden Differenzdruck von Pd-Pc ca. 28 kg/cm² standhalten kann. Demgemäß kann aus der Gleichung (2) der Maximalwert der Belastung wie nach­ folgend aufgezeigt berechnet werden:

28 kg/cm² × 0,00616 cm² = 0,173 kg

Demgemäß ist eine Kraft von etwa 500 Gramm als eine vom Elektro­ magnetventil 40 ausgeübte, das Ventil schließende Kraft aus­ reichend.

Die Fig. 4 zeigt eine Abwandlung des oben beschriebenen Aus­ führungsbeispiels der Erfindung.

In dieser Abwandlung ist der Raum 33 mit einem der Auslaßräume 19 über einen Durchlaß 34′ im hinteren Seitenteil 4 und einen Durchlaß 35′ im Kurvenring 1 verbunden, wobei der Ringraum 32 über einen Durchlaß 36′ im hinteren Seitenteil 4 mit einer der Druckarbeitskammern 22 ₂ verbunden ist.

Aufgrund der Ausgestaltung dieses erfindungsgemäßen Ausführungs­ beispiels wird unter Auslaßdruck Pd stehendes Kältemittelgas aus dem Auslaßraum 19 durch den Hochdruckeinlaßkanal 30, welcher von den Durchlässen 35′ und 34′ gebildet wird, den Raum 33, die Erweiterungsöffnung 41d, die Drosselbohrung 31, die zentrale Öffnung 41b, die Verbindungsöffnung 41c, den Ringraum 32 und den Durchlaß 36′ in die Hochdruckkammern 22 ₂ dann überströmen, wenn das Elektromagnetventil 40 öffnet, um die Drosselbohrung 31 zu öffnen.

Auch mit dieser abgewandelten Ausführungsform werden Ergebnisse erhalten, die zu denen des zuvor beschriebenen Ausführungsbei­ spiels vergleichbar sind.

Claims (6)

1. Verdichter mit variabler Fördermenge, wobei der Verdichter durch ein externes Steuersignal ansteuerbar ist, mit einer Saugkammer (11), einem Auslaßraum (19), in dem ein Auslaßdruck (Pd) herrscht, mit einem Steuerelement (23) zum Bestimmen des Zeitpunktes des Verdichtungsbeginns eines Kältemittelgases, wobei das Steuerelement (23) einen druckaufnehmenden Vorsprung (23a) aufweist, mit einer Niederdruckkammer (22 ₁), in der ein Saugdruck (Ps) herrscht und an dem druckaufnehmenden Vorsprung (23a) des Steuerelements (23) angreift, mit einem mit dem Saugdruck (Ps) zusammenwirkenden Federelement (25) zum Verlagern des Steuerelements (23) in Richtung der minimalen Fördermenge, mit einer Hochdruckkammer (22 ₂), in der ein Steuerdruck (Pc) herrscht und an dem druckaufnehmenden Vorsprung (23a) des Steuerelements (23) zum Verlagern des Steuerelements (23) in Richtung der maximalen Fördermenge angreift, mit einem Hochdruckeinlaßkanal (30) zum Einleiten von Kältemittelgas vom Auslaßraum (19) in die Hochdruckkammer (22 ₂), um hierin den Steuerdruck (Pc) zu bilden, wobei der Hochdruckeinlaßkanal (30) eine Drosselbohrung (31) zur Drosselung der Strömung des Kältemittelgases aufweist, und mit einem in Abhängigkeit von dem externen Steuersignal sich öffnenden und schließenden Elektromagnetsitzventil (40), dadurch gekennzeichnet, daß das Elektromagnetsitzventil (40) die Drosselbohrung (31) öffnet und schließt, und daß ein Überströmkanal (50) vorgesehen ist, mittels dessen das Kältemittelgas kontinuierlich von der Hochdruckkammer (22₂) in die Saugkammer (11) überströmt, wobei der Überströmkanal (50) eine Querschnittsfläche (s₂) aufweist, die geringer ist als die Querschnittsfläche (s₁) der Drosselbohrung (31).

2. Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Querschnittsfläche (s₁) der Drossel­ bohrung (31) zur Querschnittsfläche (s₂) der Überström­ kanals (50) einem Wert von 5 bis 10, insbesondere 7,7, entspricht.

3. Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum Öffnen und Schließen der Drosselbohrung (31) das Elektromagnetsitzventil (40) über ein variables Arbeits- Ruhe-Verhältnis (EIN-AUS-Verhältnis) des externen Steuersignals ansteuerbar ist.

4. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Seitenteil (4) mit einer Ausnehmung (4a) vorgesehen ist, daß ein Überströmelement (41), welches in der Ausnehmung (4a) angeordnet ist und einen ersten Durchlaß aufweist, vorgesehen ist, wobei die Drosselbohrung (31) ein Teil des Durchlasses darstellt, daß der Hoch­ druckeinlaßkanal (30) einen zweiten Durchlaß (34) aufweist, der in dem Seitenteil (4) vorgesehen ist und der Kälte­ mittelgas vom Auslaßraum (19) überleitet, daß ein zwischen einer inneren Umfangsfläche der Ausnehmung (4a) des Seiten­ teils (4) und einer äußeren Umfangsfläche des Überström­ elements (41) gebildeter und mit dem zweiten Durchlaß (34) verbundener Ringraum (32) vorgesehen ist, daß ein Ende des ersten Durchlasses mit dem Ringraum (32) verbunden ist, daß ein zweiter, zwischen dem Grund der Ausnehmung (4a) und einer Stirnfläche des Überströmelements (41) ge­ bildeter und mit dem anderen Ende des ersten Durchlasses verbundener Raum (33) vorgesehen ist, und daß ein dritter, im Seitenteil (4) angeordneter und mit dem zweiten Raum (33) und der Hochdruckkammer (22 ₂) verbundener Durchlaß (36) zum Überleiten von Kältemittelgas vorgesehen ist (Fig. 2).

5. Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß ein Seitenteil (4) mit einer Ausnehmung (4a) vorgesehen ist, daß ein Überströmelement (41), welches in der Ausnehmung (4a) angeordnet ist und einen ersten Durchlaß aufweist, vorgesehen ist, wobei die Drosselbohrung (31) ein Teil des Durchlasses darstellt, daß der Hochdruck­ einlaßkanal (30) einen zweiten Durchlaß (34) aufweist, der in dem Seitenteil (4) vorgesehen ist und der Kälte­ mittelgas vom Auslaßraum (19) überleitet, daß ein zwischen dem Grund der Ausnehmung (4a) und einer Stirnfläche des Überströmelements (41) gebildeter und mit dem zweiten Durchlaß (34′) verbundener zweiter Raum (33) vorgesehen ist, wobei das eine Ende des ersten Durchlasses mit dem zweiten Raum (33) verbunden ist, daß ein zwischen der inneren Umfangsfläche der Ausnehmung (4a) des Seitenteils (4) und der äußeren Umfangsfläche des Überströmelements (41) gebildeter und mit dem anderen Ende des ersten Durch­ lasses verbundener Ringraum (32) vorgesehen ist, und daß ein im Seitenteil (4) angeordneter und mit dem Ringraum (32) und der Hochdruckkammer (22 ₂) verbundener dritter Durchlaß (36′) zum Überleiten von Kältemittelgas vorgesehen ist (Fig. 4).

6. Verdichter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdichter ein Flügelzellenver­ dichter ist.