CN1170673A - 带有粘液耦合器的制冷压缩机的空气调节设备 - Google Patents

Abstract

一种具有一台制冷压缩机和一个控制装置的空气调节设备,上述制冷压缩机经至少一个连接件与一驱动装置(例如内燃机)相连,通过上述控制装置制冷压缩机经一调节器以与驱动装置的转速有关的压缩机转速运转。上述连接件是粘液耦合器的传动侧部件的一部分,上述粘液耦合器具有至少一个可充注粘液的工作室和至少一个粘液储存室,两个室各自的充注系数由控制装置经调节器按预定值进行调节。

Description

带有粘液耦合器的 制冷压缩机的空气调节设备

本发明涉及权利要求1前序部分所描述的空气调节设备。

现有的制冷压缩机已广为人知，这种压缩机通过电磁耦合器可以与驱动装置(例如机动车辆的内燃机)连接和脱开。这种通过内燃机实现的传动其固定传动比大于1，因此制冷压缩机的最大连续转速高于驱动装置的转速，完全可能达到8000转/分。

由于制冷压缩机与驱动装置为刚性连接，因此存在依赖于后者的转速的问题。例如当机动车发动后，其内部空间变热，制冷压缩机的功率可能较小，虽然对空气调节装置的冷却需求非常高，而在高速公路上行驶期间，在较高速度下运转的制冷压缩机工作时其功率很大，但由于通过空气调节设备可使与速度条件有关的冷气流混合，对制冷压缩机的功率的要求仍较小，因此，在首先所提到的情况中，制冷压缩机的功率不够，而在随后所提到的情况中，只要制冷压缩机在运转，驱动装置所提供的功率高于所需要的功率。通过接通制冷压缩机只在短时间内保持运转然后再次关掉制冷压缩机虽可弥补后一种情况，但此时不利的影响在于，每次接通都将使制冷压缩机的总质量加速到较高的转速，这必然导致较高的驱动转矩，使制冷压缩机的效率进一步降低。

为了提高效率，在高成本的压缩机中例如安装斜盘，为了在这种方式中可以减小制冷剂的输送体积，将上述斜盘加工成可以进行调节。但是，使斜盘具有这种可调性又将导致压缩机结构复杂，因而价格昂贵。因为要求保持制冷压缩机的油润滑作用不受限制，通常斜盘的行程减小量不能低于5％。根据制冷压缩机的运行情况，如果不再需要它继续工作，只需将开关断开使电磁耦合器脱开即可。

本发明的任务在于进一步开发一种装在空气调节设备中的制冷压缩机，这种压缩机接通时没有冲击负荷，而在运转时能量消耗尽可能最小。

按照本发明，上述任务可通过权利要求1的特征部分描述的特征来完成。

通过上述措施使制冷压缩机经一个粘液耦合器与驱动装置(如机动车辆的内燃机)相连，使制冷压缩机与驱动装置当时的转速无关而总是处在优选的转速范围，例如处在1500转/分和2000转/分之间，其中对上述粘液耦合器进行控制，使其在驱动装置的转速增加时滑转增加。这种滑转虽然可能使粘液耦合器产生损失，但是通过相应的结构措施仍可补偿这些损失(例如因电机发热产生的损失)。另一方面，通过使制冷压缩机仅仅在特别经济的转速范围内运转，可以在非常小的压缩机体积的条件下有效地产生机动车内部空气调节设备所需要的功率。测试表明虽然由于滑转在粘液耦合器上消耗的功率不能作为他用，但由于制冷压缩机是在比较理想的转速范围内运行，而且压缩机体积明显减小，与迄今公知的相当功率的较大制冷压缩机相比，本发明的制冷压缩机工作时仍是很经济的。此外，通过对粘液耦合器进行适当控制，制冷压缩机在按通时可以从零转速加速到最大转速。为此，采用这种粘液耦合器有利的是在这种结构中例如通过控制储存室和工作室中的相应压力，使工作室在开始时完全排空，然后再根据制冷压缩机的运动件所要求加速的转速通过调节器的相应调节将粘液更快或稍慢地注入工作室，使粘液从储存室流入工作室。在加速期间制冷压缩机运动部件加速所需的转矩较小。从而提高了制冷压缩机的效率。

当机动车长时间地停放在炽热的阳光下时，需要使内部空间较快地冷却下来。在这种特殊情况下，可以控制粘液耦合器，使其几乎没有滑转地运行，并将驱动装置的转速直接传递给制冷压缩机的运动件，制冷压缩机可达到预定的速度极限。借此可将制冷压缩机加速到高于其优选转速范围的最大值，例如加速到5000转/分，并将最大转速维持一预定时间，然后通过适当转换和调节从储存室流入工作室的粘液体积流同时以相反方向泵吸粘液使粘液耦合器回到优选转速范围，在这一范围粘液耦合器又以滑转工作。

相反，一旦满足了对机动车内部空间的冷却需求，在现代机动车的空转转速常常可以维持在600转/分和800转/分之间的情况下，制冷压缩机的运动件可保持在优选的转速范围内，其方法是在将驱动装置的运动传递给粘液耦合器之前使驱动装置增速传动，使粘液耦合器与驱动装置的转速比为2或大于2。当然，根据上面所述原因，这些并不是关键性的，因为在驱动装置高速运转的情况下，由于粘液耦合器的运转带有滑转，可以防止制冷压缩机的运动部件超出优选的转速范围。

通过上述措施可使运行系数(Lieferziffer)即冷量与机械功之比从当前常采用的1.7至最大为2提高到2.3至3，同时简化了制冷压缩机的结构，因为例如制冷压缩机为斜盘式压缩机结构，则不必对斜盘进行调整。

在权利要求2中给出了粘液耦合器的一种有利的改型，在此改型中，耦合器的壳体起传动侧部件的作用，同时为使其起容纳皮带的作用，将其制造成皮带轮的形状。由于将这种皮带轮用作粘液耦合器的壳体，故将其设计为构成储存室及工作室。将上述传动侧部件与驱动装置相连之后，传动侧部件可以在与制冷压缩机的轴同心地安装的制冷压缩机的轴套上自由地转动，同时将权利要求4所述的从动侧部件也与压缩机的轴传扭相连。正是用这种方式可在上述两个部件之间实现相对滑转。

权利要求5至9给出了本发明的粘液耦合器的一些进一步改进的优选例。在这些改进中，按照权利要求6和7，将储存室沿径向设置在工作室的外侧，壳体转动时，工作室中的粘液在离心力的作用下可以流入储存室，因此，在驱动期间，调节器暂时不起作用。这种结构的优点是从工作室流入储存室的体积流仅由壳体的转速确定，而不是壳体和从动侧部件(如转子)之间的相对转速。由于工作室和储存室例如是用一条连通管路相连，工作室内的粘液部分与储存室内的粘液之间产生平衡。在对滑转的需求减小时，由于只需要使通过调节器在储存室中产生的压力增高，而且是增高到维持从工作室流入储存室的与转速有关的体积流和将使工作室中达到要求的充注系数所需的附加的粘液压入工作室中，因此简化了调节器的控制。用这种方式可以几乎无延迟地向工作室充注粘液，因此提高了制冷压缩机运动部件的转速。

相反，若要求降低这些部件的转速，只需通过调节器简单地将所供给的压力降到足够低，致使没有新的粘液流入工作室，同时在离心力的作用下使粘液从工作室流入储存室。因为在上述压力降低之前制冷压缩机通常是以高速运行，使粘液从工作室流入储存室的离心力的作用同样也是很强的，因此，能非常迅速地将上述压力的变化转变成制冷压缩机运动部件的转速的变化。

本发明的粘液耦合器还可以迅速且连续地通过调节器将控制过程转变成压缩机功率的变化。通过调节器与各室的相应连接，例如将调节器的第一压力源与工作室相连、将调节器的第二压力源与储存室相连可使这种转换增强。为了提高工作室的充注系数，例如可提高储存室中的压力，而为了降低上述充注系数，可使工作室中压力增加。为了减少粘液流入或流出所需的时间，使两个室中的一个室的压力适当增加，而使另一个室为负压是很合理的。

通过调节器的适当控制使粘液耦合器停止运动以便将工作室完全排空同样也是非常重要的。用这一方法，可以使制冷压缩机运动部件的转速无级地、任意减速地降到零。同样，在随后的启动中通过调节器的适当控制，使粘液更快或较慢地从储存室流入工作室，可以使制冷压缩机的运动部件以较大的加速功率增速。

因为将储存室沿径向设置在工作室的外侧，在例如将有一个压力源的调节器连接在粘液耦合器的转轴的径向区域内时，需要一根输入管，该管将位于转轴区域内的连接端与沿径向位于外侧远端的储存室相连。由于储存室沿径向设置在工作室的外侧可使输入管的径向延伸长度较长，粘液的水平面随压力源的压力变化在径向上可移动的范围也大，因此，由压力源所产生的压力升高或降低的控制范围是非常大的。由于压力源的压力变化较大，工作室的充注速度及排空速度相应也快。如果需要，借助于这些措施，可再次减小粘液耦合器的控制惯性。

下面结合附图进一步描述本发明的实施例，其中：

图1示出了一种粘液耦合器，该耦合器的周边区域构成皮带轮，并与一台制冷压缩机相连；

图2为安装在制冷压缩机轴上的粘液耦合器的截面放大图；

图3与图2类似，但是皮带轮沿轴向安装在粘液耦合器的壳体和制冷压缩机之间；

图4为空气调节设备的回路图。

图4简略地示出了一种空气调节设备回路，该回路设有一台制冷压缩机50，气态制冷剂被该压缩机压缩后进入具有一个冷却器的冷凝器51，从而使经制冷压缩机50压缩的制冷剂冷凝。膨胀阀52(例如一个喷嘴)使进入蒸发器53再气化之前的液态制冷剂膨胀。上述蒸发器安装在需空气调节设备供冷的地方，例如安装在机动车的内部。

下面详细讨论压缩机50。可以将上述压缩机例如安装在机动车的发动机室中，正如从图1和2中清楚地看到的那样，通过一个用作输入件65的轴3可在该压缩机上安装一个粘液耦合器54，在该耦合器的起传动侧部件62作用的外壳1的径向外侧区域上设有槽55，以构成皮带轮56。皮带轮56经皮带57与图中未示出的驱动装置(如机动车的内燃机)相连。在粘液耦合器54的远离制冷压缩机50的一侧装有一个控制装置58，该装置包括一个带压力源26和27的调节器59，下面还将结合粘液耦合器54对调节器59进行描述。

图2所示的粘液耦合器的壳体1通过带有密封件71的轴承2与制冷压缩机50的轴3同心地安装在轴3的轴套7上，上述压缩机可以是任一种公知的压缩机，例如斜盘式压缩机或旋转式压缩机。当然，制冷压缩机50也可以是其它类型的压缩机。

粘液耦合器的壳体1和壳体前壁4一起将空腔64封住，该空腔用于容纳与轴3固定连接用作从动侧部件62的转子6，其中在转子的两侧、在转子与壳体的各有关壁之间分别形成一道缝隙，当这些空间充满粘液时，上述缝隙起切缝5的作用。据此，上述空腔64构成粘液耦合器的工作室7，在此工作室中，由壳体1引起的转动按由工作室7中的充注系数所决定的滑转经转子6传递到轴3上。

在工作室7的外侧边缘区域内至少有一条连接通路9与沿径向设置在工作室7外侧的储存室8相通，上述储存室同样也由壳体1的空腔64构成。最好使连接通路9基本上沿径向延伸。储存室8至少通过一条沿径向延伸的输入管12与处于粘液耦合器54转动中心的连接端13相通。调节器59的第一压力源27经压力管道23和输入管12与储存室8相通，第二压力源26经压力管道24与连接端13范围内的工作室7相通。压力管道23中压力降低的效果可以例如通过提高压力管道24中的压力来增强，这样，压力管道23中的压力降低可确保贮存室8中充注系数的提高，而压力管道24中压力提高有利于粘液在离心力作用下从工作室7流入储存室8。通过转换相应的压力源26，27同样可以使粘液的流动方向反向，此时，通过使工作室7中略为负压可使粘液沿径向朝内流动，因此，提高压力管道23中的压力可引起储存室8中充注系数降低，从而可以使粘液更快地从储存室8转入工作室7中。

如图3所示，作为调节器59的部件的压力源26和27各装有一个电磁铁60，66，借助于这些电磁铁，改变管道23或24中增压比的活塞61，67可沿轴向移动。

上述粘液耦合器运行情况如下：要使制冷压缩机50处于非驱动状态，调节器59通过压力源26和管道24使工作室7从径向内部区域向外保持在一定压力下，这样，粘液(除可忽略不计的剩余部分外)经连接通路9保持在储存室8中。因此，经皮带57驱动时壳体1的转动不能传到转子6上，因为在工作室7中没有用于实现上述传递而在切缝5中所需的粘液。

控制装置58控制调节器59以接通制冷压缩机50，而且借助于压力源27可使压力管道23从而经输入管12可使储存室8具有一定压力。存在于储存室8中的粘液的一部分经连接通路9压入工作室7从而至少流入切缝5的径向外侧区域，因此，在壳体1运动时，虽然有明显的滑转，转子6可以随之运动。由压力源27加入管道23中的负载压力越高，在工作室7的充注系数增加时上述滑转越小，由壳体1传到转子6上的运动分量越大。在由压力源27向储存室8供给的压力最高而由压力源26向工作室7供给的压力最低时，达到最终端状态，在此状态驱动运动几乎无滑转地传递到制冷压缩机50的轴3上。这种状态出现在例如长时间停放在灸热的阳光下的机动车发动后驱动装置处于空转的时候，此时，转速范围在600转/分和800转/分之间。这时，最好选择驱动装置和粘液耦合器54的壳体1之间的增速传动的传动比为1∶2或更大，适当粘液耦合器54的壳体1和制冷压缩机50的轴3的转速至少为1500转/分。在随后的加速过程中，保持调节器59的两个压力源26和27不变，直至驱动装置的转速能达到使粘液耦合器54的壳体1的转速约为2000转/分为止。这意味着达到了制冷压缩机50优选转速的上限，因此，从这时起，进一步提高的驱动装置的转速可以通过增加粘液耦合器54的壳体1和转子6之间的滑转而与制冷压缩机50的轴3脱开，除非要起非常快的冷却作用，才应在短时间内以非常高的转速(例如高达5000转/分)驱动制冷压缩机50的轴3，在驱动装置的转速约为2500转/分时，粘液耦合器54才开始处于滑转状态。通过控制装置使压力源27产生的压力降低，从而在离心力作用下可以将粘液从工作室7压入处于径向更外侧的储存室8中。可通过压力源26的相应接通促进这种有效作用，使处于工作室7中的粘液体沿径向外侧被压入储存室8中。借助于向工作室7及储存室8提供合适压力可以按需要任意调节工作室7中的充注系数，从而任意调节滑转，致使在长时间内制冷压缩机的转速能维持在1500至2000转/分的优选转速范围内，而与驱动装置当时的转速无关。为了断开制冷压缩机50，压力源26和27的作用是将所有从工作室7流出的粘液压入储存室8。因此，粘液耦合器54终止了从驱动装置向制冷压缩机的轴3的传递作用。

上述控制装置最好响应来自图2或3所示的传感器18的信号而动作，上述传感器检测驱动装置和冷却装置当时的转速，从而检测出制冷压缩机需要的功率。

Claims (9)

1、具有一台制冷压缩机和一个控制装置的空气调节设备，上述制冷压缩机经至少一个连接件与一驱动装置例如内燃机相连，通过上述控制装置制冷压缩机经一调节器以与驱动装置的转速有关的压缩机转速运转，其特征在于连接件(皮带57)是粘液耦合器(54)的传动侧部件(62)的一部分，上述粘液耦合器具有至少一个可充注粘液的工作室(7)和至少一个起存储上述粘液作用的储存室(8)，其中上述两个室(7，8)各自的充注系数由控制装置(58)经调节器(59)按预定值进行调节，上述粘液耦合器设有一个经工作室(8)与传动侧部件(62)在运转上有联系的从动侧部件(63)，从上述从动侧部件的运动考虑，该从动侧部件与制冷压缩机(50)的输入件(65)呈传动关系。

2、如权利要求1所述的空气调节设备，其特征在于上述粘液耦合器(54)的传动侧部件(62)设有一个皮带轮(56)。

3、如权利要求2所述的空气调节设备，其特征在于上述皮带轮(56)的周边内有用于构成储存室(8)及工作室(7)的空腔(64)，并用工作室包围上述从动侧部件(63)。

4、如权利要求1或2所述的空气调节设备，其特征在于上述制冷压缩机(50)的输入件(65)由一根轴(3)构成，在轴的对面装有可自由转动的传动侧部件(62)和传扭安装的从动侧部件(63)。

5、如权利要求1，2或3所述的空气调节设备，其特征在于上述调节器(59)经至少一个调节部分(压力源26，27；活塞泵61，67)调节从储存室流入工作室的粘液的体积流。

6、如权利要求1所述空气调节设备，其特征在于设有一个经在由粘液充注的工作室(7)中的切口(5)传递转矩的粘液耦合器(54)的传动侧部件(62)，上述工作室中有一条与储存室(8)相通用以提供粘液的通路(9)，其中为了给定工作室(7)的充注系数，上述两室(7，8)与一个产生压力差的调节器(59)相连。

7、如权利要求6所述的空气调节设备，其特征在于为了确保粘液从工作室(7)的回流，将粘液耦合器(54)的储存室(8)沿径向设置在工作室(7)的外侧，因此能调节上述两室(7，8)的充注系数，这种调节取决于调节器(59)所产生的压力的大小和作用方向，借助于这种调节可增加与转速有关的离心力对粘液的作用。

8、如权利要求6或7所述的空气调节设备，其特征在于上述粘液耦合器(54)有一个位于传动侧部件(62)的转轴的径向区域内用于在上述部件(62)的外侧设置调节器(59)的连接端(13)，该连接端经一沿径向通到储存室(8)的输入管(12)通向储存室(8)。

9、如权利要求6所述的空调设备，其特征在于，上述调节器(59)有一个与工作室(7)相连的第一压力源(26)，和一个与储存室(8)相连的第二压力源(27)。

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