往复活塞式压缩机及对其的控制方法与流程

制冷设备通常被配备有往复活塞式压缩机。在汽车空调系统领域中会有与其它设备一起的这些例子，其中，在相应的制冷设备(空调设备)中，设置有往复活塞式压缩机，该压缩机由驱动引擎的机轴通过皮带驱动和磁耦合驱动。压缩机能通过磁耦合被驱动和被解除驱动。但是驱动和解除驱动都对整个压缩机起作用，并因此对压缩机所传递的所有能量起作用(100％开-关)。其它的例子还存在于移动和静止的空调系统、移动和静止的制冷系统(即比如运输工具制冷系统和超市制冷系统)领域中以及热泵领域中。

驱动和解除驱动都必需压缩机的瞬时运行，且在其运行过程中产生高峰负荷。在这种情况下，开关频率由要被移动的质量和耦合器的开关行为基本限定。

就压缩机而言，比如在汽车空调系统领域中，情况正是：采用四缸往复活塞式压缩机，其中两个各自的气缸组被设置为V形结构。在其他的应用中，也可以利用其他具有所需数量的气缸的往复活塞式压缩机，其中气缸可以(也可以不)设置为气缸组或者被分成气缸组。

当在柴油机上运行时，(例如)在移动的设备尤其在移动的空调设备中的压缩机以相当于驱动运转的转速不断地运转，该转速不相当于压缩机传递所需的冷却能时的转速。因此，需要不断地校正冷却或制冷能。

(例如)在一些运输工具制冷系统中也存在相似的问题。

众所周知，例如在客运汽车中，这能够部分地由行程调节轴向活塞压缩机替代。这样，行程便以连续可变化的方式被调节至接近零，不想要的转速影响就以这种方式部分地被替代。在小型压缩机中常用的这种结构免除了专门的油系统，而且在客运汽车有限的设备和有限的保养期限下运转足够好。但是，迄今为止，人们还没有成功将此转移到具有更高功率水平和需要更长保养期限的多用途运输车的成批生产。

在汽车空调系统领域，在四个气缸V结构的压缩机的情况下，一个气缸组(＝两个气缸＝50％)通常要被解除驱动或者被置于一状态，在该状态下相应的气缸组没有传送率(传送能量)。这是因为相应的气缸组被关闭而由吸入气体流实现的。压缩机然后本质上以零-传送动作运行，向最终压力执行压缩，再膨胀气体，压缩功被传递回机轴。由于这个规律，汽车空调系统已经可能在某种程度上被更精准地(具体到50％级别)调节，但是如果要求获得更高的调节品质，这往往是不够的。

因此，本发明的目的在于提供一种往复活塞式压缩机，其能广泛使用于各领域，比如制冷、空调或者热泵应用，该往复活塞式压缩机相对于现有技术表现出更好地调节品质。本发明的另一个目的在于提供一种相应的设备和相应的调节方法。

所述目的通过本发明的权利要求1的往复活塞式压缩机实现。本发明的第二个方面的目的通过权利要求6和7的设备实现。方法方面的目的通过权利要求8的方法实现。

相应的往复活塞式压缩机包括调节装置，该调节装置被用于对往复活塞式压缩机的传送率进行尤其连续可变化的调节，该调节装置包括用于提供输入信号尤其压缩机的吸入压力或高压的输入端，以及至少一个用于驱动调节元件的输出端。该调节装置被设计来产生数字输出信号，其中调节元件包括数字致动调节阀。该往复活塞式压缩机包括至少一个吸入气体容积和至少一个高压容积，其中，在该制冷设备的该至少一个吸入气体容积和该至少一个高压容积之间设置连接件，其中该数字致动调节阀设置于该连接件。再者，该往复活塞式压缩机包括从该压缩机的通常运行时制冷剂的流向来看被设置在该一个或/各个被分配的高压容积的下游的开-关装置，尤其阀，特别是止回阀。该至少一个吸入气体容积、该至少一个高压容积以及该调节阀被一体化在该往复活塞式压缩机中。

伴随着被分配给高压侧端的、从制冷剂运转流向来看被设置于高压容积的下游的开-关装置的同时关闭，压缩机的高压容积和吸入容积之间的连接件能被打开，压缩机的被分配给上述两个空间的活塞或气缸或(如果合适的话)所有气缸或气缸组能被置于对制冷剂零-传送动作的状态。由于高压容积一体化在压缩机中，这能确保尽可能小的高压容积，从而有利于压缩机节能。

关于设备方面的目的通过根据权利要求6和7的装置来实现，该装置包括相应的往复活塞式压缩机。

整个压缩机和/或气缸组或气缸集合或者(可能的话)单独的气缸，被配有快速开关调节能力(数字调节)。这样，压缩机实际上就能以连续可变化的方式被调节,从其额定传送量或其最大传送量的100％至优选地约10％。

本发明的范围还包括通过数字信号用来调节往复活塞式压缩机或装配有调节往复活塞式压缩机的制冷设备的传送率的方法。

最后需要指出的是，本发明的构思还包括将数字致动阀用作调节阀，来在空调设备的调节装置中调节往复式活塞压缩机的输送率。

本发明的进一步的可选择的特征在从属权利要求以及下面的附图的说明中阐述。在附图的描述中，本发明将以汽车空调的装置(汽车空调或汽车空调系统的制冷设备)为例为基础加以阐述。但是此处需要指出的是，本发明的制冷设备也可以被用于很多地方，比如拖车的制冷设备，或者广泛地用在运输工具制冷设备或静止的制冷设备(比如超市制冷系统)。

被描述的各个特征可以单独地或者以任何需要的组合实现。下面将参见附图在示例性实施方式基础上对本发明进行说明。

在附图中：

图1为汽车的简图，以及被用在该汽车的空调系统中的本发明第一个可能实施方式的简图；

图2显示了图1所示简图的压缩机的部分视图；

图3和图4分别显示了图2所示的压缩机的细节(剖视图)的简图；

图5为本发明的制冷设备的第二个实施方式中使用的压缩机的简图。

如图1所示，制冷设备或空调设备1(以汽车空调系统1的形式)包括用于压缩制冷剂的压缩机10和调节装置12作为主要组成部分，其中，压缩机10为往复活塞式压缩机形式，调节装置12包括调节器14和开-关装置或阀16形式的调节元件。根据本发明的压缩机不仅可以被使用在空调领域，而且可以用于比如静止的和移动的制冷设备领域以及热泵领域。

调节装置12进一步地包括用于提供输入信息(在此处描述的实施方式中压缩机10的吸入压力代表输入信息)的输入端18、用于驱动调节元件(阀16)的输出端20以及传送量测定装置，该传送量测定装置以依靠提供给输入端18的输入信号的方式确定需要的传送量，并产生要提供给输出端20的相应的输出信号。然而，在制冷设备或空调设备中情况是：可变化的输入优选地为压缩机10的吸入压力，在热泵中情况是：可变化的输入比如优选地为高压力，也就是压缩机10的高压端的压力。

调节装置12被设计来产生数字输出信号。为了能执行该数字输出信号，调节压缩机10的传送量的阀16被设计为数字致动电磁阀。可选地，其他类型的阀也是可行的，尤其电磁或者磁力阀、气动阀、液压致动阀或者其他开-关装置(滑动阀或者诸如此类)。

制冷设备1包括吸入气体容积22和高压容积24，其中吸入气体容积22被设置在压缩机10的气缸的上游，高压容积24被设置在压缩机10的气缸的下游，其中方位术语“上游”和“下游”由制冷设备1通常运行过程中制冷剂的流向来定义。在吸入气体容积22和高压容积24之间，连接件26被形成为(例如)在压缩机10的外壳上的孔或开口形式或者管道，其中，数字致动阀16被设置在连接件26中且能够打开、隔断或关闭该连接件。

制冷设备1进一步包括设置在高压容积24下游的止回阀28(第二阀)形式的第二开-关装置。任何其他的开-关装置(滑动阀，比如电磁驱动阀或气动阀，或孔，或诸如此类)也可以替代止回阀28。

吸入气体容积22和高压容积24通过上述连接件26彼此连接，上述连接件26比如管道(旁路管线)能通过数字致动阀16被打开和关闭，从而使得当阀16处于打开状态时该吸入气体容积22和高压容积24(流体地)直接彼此连接。

当阀16处于关闭状态时，吸入气体容积22和高压容积24之间没有直接连接。压缩机10处于通常运转中(此处参见图3)，制冷剂在压缩机中从吸入气体容积22被传输进入气缸并在那里被压缩，然后被排放到高压容积24中并被供给汽车空调系统1使用(在不同情况下制冷剂的路径由箭头标示出)。

然而，当阀16处于其打开位置时(此处参见图4)，在吸入气体容积22和高压容积24之间会有“短路”。当阀16处于打开状态时，止回阀28由于高压而关闭，并因此将高压与压缩机的工作腔隔离。因此，压缩机消耗的能量降至因压缩机内部损耗(比如工作的阀)引起的必不可免值。在其他实施方式中，一些其他的开-关装置(例如)通过调节装置12被关闭。由于气缸传送的制冷剂从高压容积24流回到吸入气体容积22，然后从那儿再流进气缸，然后再又进入高压容积24，因此压缩机10被解除驱动。

阀16的开放时间能通过调节装置12使用任何需要的连续可变化的定时(脉冲)来实现，从而使得压缩机10的传送率能以连续可变化的或大体连续可变化的方式原则上从0调节到100％。然而，在此处描述的实施方式中，调节装置12被合理设计以能确保5％至10％的最小传送量，用以冷却压缩机10。在完全风冷式压缩机的情况下，则可以不用确保这个最小传送量。

需要额外指出的是：此处描述的制冷设备1包括冷凝器30、膨胀阀32形式的膨胀元件以及用于汽车36的空调的/用于冷却需冷却容积的蒸发器34。从要执行空气调节的容积(在本实施方式中为从汽车36)输入设定点值，在该设定点值的帮助下来确定需要的且因此要被设定的吸入压力。

从图2至图4可见，本发明实施方式的制冷设备1包括一体化在压缩机10中的吸入气体容积22和高压容积24。吸入气体侧和高压侧之间的连接件26被设置在吸入气体容积22和高压容积24之间，在此处其优选地被形成为管道的形式(也可以是在相应部件铸造过程中形成的孔或开口，还可以是管)。上文描述的实施方式中，阀16被设置在连接件26(管道)中且因此同样也一体化在压缩机10内。如上文描述的实施方式中所言，所有合适类型的阀和其他开-关装置都是可行的。容积、阀被一体化在压缩机10中(尤其获得高压的设备中)是很优越的。第二个实施方式中的运行模式与第一个实施方式的运行模式相同。

如图5的简图所示，本发明制冷设备的第二个实施方式的压缩机10(该压缩机也同样为往复活塞式气缸形式)包括两个气缸组40形式的两个气缸集合(气缸并不是必须组成气缸组40，以其他规则集合也是可行的)。

制冷设备1，尤其是制冷设备1的往复活塞式压缩机10，包括每个气缸组40(在其他实施方式中，每个气缸集合或每个气缸)、一个用于将制冷剂供入各气缸组40的吸入气体容积22以及一个用于排放制冷剂的高压容积24。相应的吸入气体容积22被设置在分别联系的气缸组40的上游，而相应的高压容积24被设置在分别联系的气缸组40的下游。此处描述的实施方式中，吸入气体容积22和高压容积24被设置在压缩机10内，也就是说，被一体化在压缩机10内。在被分配给第一气缸组40的吸入气体容积22和被分配给第一气缸组40的高压容积24之间，设置有将该两容积彼此连接的连接件26。在该连接件中设置数字致动阀16。分配给第二气缸组40的容积也有相似的结构。在被分配给第二气缸组40的吸入气体容积22和被分配给第二气缸组40的高压容积24之间，设置有将这两容积彼此连接的另一个(第二)连接件26。在连接件中设置数字致动阀(第三阀)16。连接件26为管道形式的。

阀16被设计得与第一和第二实施方式中已经描述的阀16类似，也可以被其他任何需要的开-关装置所替代，其中，至少一个开-关装置为数字致动的以能实现需要的调节精确度。也可以只为被分配给第一气缸组40的空间设置连接件26(例如管道或管)。阀16由调节装置12控制。在本实施例中，同样，连接件26、高压容积和吸入气体容积均被合理设置得一体化在压缩机10中。

通过第二实施方式的结构，可以对单个气缸集合(气缸组40)实现解除驱动和驱动。于是可以通过快速开关调节功能驱动气缸组40或气缸集合或者(可能的话)单个气缸。这样，压缩机10能通过连续可变化的方式或者实质上连续可变化的方式或者以任何需要的步骤从100％被调节到大约10％，其中更低的调节限度由压缩机10的热方面和油管理决定。这里，气缸组40或气缸集合或者(可能的话)单个气缸的开关在这种情况下可能被非同步地执行，从而能限制为零-传送动作的总体时间。

在此需要指出的是：本发明的构思还包括连接件26和/或阀16和/或吸入气体容积和/或高压容积设置在压缩机外的方案。这个方案的结构虽然简单，但是却在某种程度上没有上文描述的实施方式在节能方面效率高，尤其因为高压容积比上文描述的实施方式的高压容积大。再者，当部件被一体化在压缩机中时，各空调设备或制冷设备或热泵的生产者可以简单地安装和简单地构造。

下面将对可能的调节举例：当想要的制冷剂传送相当于额定率的50-100％时，一气缸组40计时(脉冲)运行到完全解除驱动(在50％)；当想要的制冷剂传送相当于额定率的50-10％时，两气缸组计时(脉冲)运行到逐渐重叠。比如，在10％时，每个气缸组以交替的方式每分钟运行6s。

所述调节的另一个优点在于：压缩机10的起动转矩能被限制(通过(例如)所有气缸在起动时被解除启动)。这样，有可能减小连轴器和驱动器(相应的压缩机10通常通过他们被驱动)的尺寸。转矩也可能被本质上控制和减小，从而也能避免连轴器在运行过程中承受可能的负载。

一个或多个气缸组40或气缸集合或气缸也可能在连轴器的每个驱动程序时被解除驱动。这样，连轴器的开关工作被减少。当压缩机10被解除驱动时，转矩在压缩机10与驱动分离的过程中也有可能被减小。

汽车或车辆制冷系统中若是外围系统或单独压缩机系统的情形下，由于驱动部件可被限制尺寸而具有相应的较小的强度，压缩机10的无负载起动尤其重要。因此，此处尤其参见作为CO₂压缩机的速率(功率)调解器的应用，通过其他方法，CO₂压缩机能产生过量的热量，同时能到达干冰区域(干冰状态)。

在此需要指出的是：本申请的构思还包括用于调节空调系统1的相应方法。下面将阐述本发明的用于调节空调系统1的方法。

本发明的方法用来调节例如制冷或空调设备1或热泵的往复活塞式压缩机10，其中，对空调设备1的调节通过对压缩机10的传送率的调节来实现。传送率的调节通过至少一个数字信号来实现。数字信号可以被提供给一个或多个数字致动调节阀16。在可能的实施方式中，制冷设备1具有至少一个吸入气体容积22和至少一个高压容积24，其中，在往复活塞式压缩机10的该至少一个吸入气体容积22和该至少一个高压容积24之间设置连接件26，其中压缩机10的传送率的调节以数字信号控制的方式尤其由数字致动调节阀16通过打开和关闭连接件26来执行。

该制冷设备可以包括多个气缸集合尤其气缸组40，一个以上吸入气体容积22(尤其每个气缸组一个吸入气体容积22)以及一个以上高压容积24(尤其每个气缸组一个高压容积24)，其中，在压缩机1的一个吸入气体容积22和相应的高压容积24之间设置至少一个连接件26。压缩机10的传送率的调节以数字信号控制的方式尤其由数字致动调节阀16通过打开和关闭连接件26来执行。

优选地在制冷设备1的每个吸入气体容积22和每个相应的高压容积24之间均设置连接件26，其中压缩机10的传送率的调节以数字信号控制的方式尤其由数字致动调节阀16通过打开和关闭连接件26来执行。在制冷设备1的运行过程中，被分配给不同气缸集合的连接件26的开和关优选地非同步执行。

本发明的方法的一个可能实施例为用于调节往复活塞式压缩机10的方法，如上面已经讨论的，该往复活塞式压缩机10包括调节装置12且被用于压缩制冷剂。对往复活塞式压缩机10的调节通过对压缩机10的传送率的调节来执行，其中传送率的调节通过至少一个数字信号来实现，其中，数字信号被提供给一个或多个数字致动调节阀16。往复活塞式压缩机10包括至少一个吸入气体容积22和至少一个高压容积24，其中在制冷设备的该至少一个吸入气体容积22和该至少一个高压容积24之间设置连接件，其中对压缩机传送率的调节以数字信号控制的方式尤其由数字致动调节阀16通过打开和关闭连接件来执行。往复活塞式压缩机10包括从往复活塞式压缩机10通常运行时制冷剂的流向来看设置在高压容积24的下游的开-关装置28，其中当连接件26被打开时该开-关装置28被关闭，当连接件26被关闭时该开-关装置28被打开。

调节装置驱动一个或多个调节阀，从而使得压缩机10的额定传送量或最大传送量的5％至10％的传输量被作为最小传输量，和/或额定传送率或额定传送量或最大传送量或最大传送率的100％被作为最大传输量。优选地，在最小传输量和最大传输量之间进行连续的变化或者连续可变化的调节。

再者，本文件还包括下述方法：

1、用于调节具有调节装置的往复活塞式压缩机的方法，其中，对制冷设备的调节通过对压缩机的传送率的调节执行，其中，传送率的调节通过至少一个数字信号实现。

2、根据第1点的方法，其中，数字信号被提供给一个或多个数字致动调节阀。

3、根据第1或2点的方法，其中，制冷设备包括至少一个吸入气体容积和至少一个高压容积，其中，在制冷设备的该至少一个吸入气体容积和该至少一个高压容积之间设置连接件，其中对压缩机的传送率的调节以数字信号控制的方式尤其由数字致动调节阀通过打开和关闭该连接件来执行。

4、根据第1或2点的方法，其中，该制冷设备具有多个气缸集合尤其气缸组、一个以上吸入气体容积(尤其每个气缸组一个吸入气体容积)、一个以上高压容积(尤其每个气缸组一个高压容积)，其中在制冷设备的一个吸入气体容积和相应的高压容积之间设置至少一个连接件，其中对压缩机的传送率的调节以数字信号控制的方式(尤其通过数字致动调节阀)通过打开和关闭该连接件来执行。

5、根据第4点的方法，其中，制冷设备的每个吸入气体容积和相应的高压容积之间设置连接件，其中对压缩机的传送率的调节以由数字信号控制的方式(尤其通过数字致动调节阀)通过打开和关闭该连接件来执行。

6、根据第1至5点的方法，其中，压缩机包括用于要被压缩的制冷剂的一个或多个供给线，其中，在压缩机具有多个气缸集合尤其气缸组的情形下，情况尤其是：每个气缸组对应设有一个供给线，其中对压缩机的传送率的调节以由数字信号控制的方式(尤其通过数字致动调节阀)通过打开和关闭该连接件来执行。

7、根据第1至6点的方法，其中，调节装置驱动一个或多个调节阀，从而使得压缩机的额定传送量或最大传送量的5％至10％的传送量被作为最小传送量。

本申请的公开内容还包括下列：

1、用于空调设备(1)的调节装置(12)，该调节装置被用于调节往复活塞式压缩机(10)的传送率，该调节装置包括用于提供输入信号尤其相应压缩机(10)的吸入压力的输入端(18)，还包括用于驱动调节元件(16)的至少一个输出端(20)，其特征在于：

该调节装置(12)被设计来产生数字输出信号。

2、根据第1点的调节装置(12、112)，其特征在于：该调节元件包括数字致动调节阀(16)。

3、包括调节装置(12)和用于压缩制冷剂的往复活塞式压缩机(10)的制冷设备(1)，其特征在于：

该调节装置为根据第1点或第2点的调节装置(12)。

4、根据第3点的制冷设备(1)，其特征在于：

压缩机(10、110)包括多个气缸集合，尤其气缸组(40、124)。

5、根据第3点或第4点的制冷设备(1)，其特征在于：

该制冷设备(1)包括至少一个吸入气体容积(22)和至少一个高压容积(24)，其中，在制冷设备(1)的该至少一个吸入气体容积(22)和该至少一个高压容积(24)之间设备连接件(26)，其中，在连接件(26)中设置数字致动调节阀(16)。

6、根据第4或5点的制冷设备(1)，其特征在于：

制冷设备(1)包括至少一个吸入气体容积(22)(尤其每个气缸组一个吸入气体容积(22))以及至少一个高压容积(24)(尤其每个气缸组一个高压容积(24))，其中，在该制冷设备(1)的一个吸入气体容积(22)和相应的高压容积(24)之间设置至少一个连接件(26)，其中，该/一数字致动调节阀(16)被设置于该连接件(26)。

7、根据第6点的制冷设备(1)，其特征在于：

在每个吸入气体容积(22)和与其对应的每个高压容积(24)之间设置连接件(26)，其中在各个连接件(26)中设置数字致动调节阀(16)。

8、根据第5至7点的制冷设备(1)，其特征在于：

制冷设备(1)的至少一个吸入气体容积(22)或多个吸入气体容积(22)至少部分地由一体化在压缩机(10)中的压缩机吸入气体容积(22)或者在不同情况下由一体化在压缩机(10)尤其吸入腔中的多个压缩机吸入气体容积(22)形成，该至少一个高压容积(24)或多个高压容积(24)至少部分地由一体化在压缩机(10)中的压缩机高压容积(24)或者在不同情况下由一体化在压缩机(10)尤其压力腔中的多个压缩机高压容积(24)形成，其中，在不同情况下，一体化在压缩机(10)中的一个或多个压缩机吸入气体容积(22)和一体化在压缩机(10)中的一个或多个压缩机高压容积(24)之间设置有一个连接件(26)。

9、根据第3点至第8点的制冷设备(1)，其特征在于：制冷设备(1)包括从制冷设备(1)通常运行时制冷剂的流向来看被设置在高压容积(24)的下游的开-关装置，特别是阀，更特别是止回阀(28)。

10、根据第3点至第8点的制冷设备(1，101)，其特征在于：

压缩机(10)包括用于要被压缩的制冷剂的一个或多个供给线，其中，当压缩机(10)具有多个气缸集合尤其气缸组(40)时，情况尤其是：每个气缸集合被配有一个供给线，其中一个供给线设置有数字致动调节阀(16)。

11、根据第10点的制冷设备(1)，其特征在于：

每个供给线均设置数字致动调节阀(16)。

12、根据第3点至第11点的制冷设备(1)，其特征在于：

制冷设备(1)尤其调节装置(12)被设计来以连续可变化的方式调节压缩机(10)的传送量--从其额定传送率或最大传送率的5％尤其10％调节到100％。

虽然已经以具体实施方式为基础结合附图对本发明进行了描述，然而本发明仍包括可以想到的更加优越的、尤其在从属权利要求中阐述但未穷尽的组合。在申请文件中揭露的所有特征被认为对本发明具有重要作用，其单独地或者结合地相对于现有技术具有新颖性。

附图标记列表：

1 制冷设备或空调设备

10 压缩机

12 调节装置

14 调节器

16 调节元件或阀

18 输入端

20 输出端

22 吸入气体容积

24 高压容积

26 连接件

28 止回阀

30 冷凝器

32 膨胀阀

34 蒸发器

36 车辆(汽车)

40 气缸组