CN1025449C - 具有变量机构的涡旋式压缩机 - Google Patents

Abstract

一种具有变量机构的涡旋式压缩机。它具有一个位于中间压力腔室一部分以控制中间压力腔室和前腔室之间的流体连通的控制装置，其改进之处在于，所述控制装置包括一个阀门元件受所述排泄腔室的压力流体所致动，以及一个汽缸，一个可滑动地置于所述汽缸内的活塞，和一个波纹管，所述汽缸的顶部连接于所述排泄腔室，所述波纹管具有密封的内部并随所述前腔室内的压力变化而改变其长度，从而象节流阀一样控制所述排泄腔室和所述前腔室之间的连通。

Description

本发明涉及一种涡旋式压缩机。具体地说涉及一种具有变量机构的涡旋式压缩机。

当车箱内的空气调节负荷由于空气调节系统的作而减小时，也就是当车箱内的温度低到预定温度时，压缩机的排量就不必象车箱内的空气调节负荷减小以前所需的排量那样多。因此，可以降低压缩机的压缩比。

已知的能够改变压缩比的涡旋式压缩机-例如美国专利4，505，615和我们在1984年11月8日提交的与此有关的669，389号申请所公开的就是一种带变量机构的涡旋式压缩机。

但是，在美国专利4，505，651中，压缩机所产生的压缩比的变化是不够的;在669，389号申请中所公开的机构中，在高速运转时，压缩机排出气体的温度迅速上升。

日本专利60-101295公开了一种压缩机，它的用电磁阀控制的活塞对压力变化的反应不够快。

本发明的主要目的是提供一种能够按照压缩机的负荷或压缩机回转速度的变化连续改变压缩容积的、具有变量机构的涡旋式压缩机，它的活塞对于前腔室和排泄腔的压力变化的反应可以很快。

本发明的涡旋式压缩机，包括一个带有进口、出口的壳体、一个固定地安装在所述壳体内的固定涡形件，该涡形件具有一个圆端盘和从该圆端盘伸展入所述壳体内部的第一螺旋形元件，一个回转涡形件，该涡形件也具有一个圆端盘和从该圆端盘伸出的第二螺旋形元件，所述第一和第二螺旋元件以一定角度和径向偏心相互装配在一起，形成多条线接触，在所述壳体内至少限定一对流体阱，一个与所述回转涡形件活动连接实现所述回转涡形件回转运动的驱动机构，一个用来防止所述回转涡形件在作回转运动时产生自转运动的防止自转机构，所述固定涡形件的圆端盘将所述壳体的内部分成前腔室和后腔室，所述前腔室与所述入口相连，所述后腔室被分成为连接在所述出口和一个由所述两涡形件形成的中央流体阱之间的排泄腔室和中间压力腔室。至少一对穿过所述固定涡形件的所述圆端盘的孔构成流体阱和所述中间压力腔室之间的流体通道，一个穿过所述固定涡形件的所述圆端盘构成所述中间压力腔室和所述前腔室之间的流体通道的连 通通道，一个位于所述中间压力腔室一部分以控制所述中间压力腔室和前腔室之间的流体连通的控制装置，

其改进之外在于，

所述控制装置包括一个阀门元件受所述排泄腔室的压力流体所致动，以及一个汽缸，一个可滑动地置于所述汽缸内的活塞，和一个波纹管，所述汽缸的顶部连接于所述排泄腔室，所述波纹管具有密封的内部并随所述前腔室内的压力变化而改变其长度，从而象节流阀一样控制所述排泄腔室和所述前腔室之间的连通。

在实施例中，其中波纹管安置于活塞中。

本发明的其他目的、特点和情况。结合下面对本发明的最佳实施例的详细说明并参照有关附图就能清楚了解。

图1是本发明的涡旋式压缩机的一个实施例的纵剖视图。

图2是用来表示各孔位置的图1所示压缩机的剖视图。

图3是用于图1的涡旋式压缩机的变量机构的剖视图，作为本发明的第二个实施例。

图4是用于图1的涡旋式压缩机的变量机构的剖视图，作为本发明的第三个实施例。

图5是用于图1的涡旋式压缩机的变量机构的剖视图，作为本发明的第四个实施例。

图6是用于图1的涡旋式压缩机的变量机构的剖视图，作为本发明的第五个实施例。

图7是用于图1的涡旋式压缩机的变量机构的剖视图，作为本发明的第六个实施例。

参照图1所示的本发明的涡旋式压缩机的第一个实施例。该涡旋式压缩机包括壳体10，该壳体具有前端盖11和与其端面而相接合的杯形件12，在前端盖11的中心加工有用于穿入驱动轴13的孔111，前端盖后表面的环形凸台112盖在杯形壳体12上并与孔111同心。凸心112的外圆柱面伸入到杯形壳体12的开口的内壁，从而前端盖11罩住杯形件12的开口121。O形环14置于环形凸台112的外圆柱面和杯形壳体12的开口的内壁之间，封严前端盖11和杯形壳体12的配合面。

环形套筒16从前端盖11的前端面向外伸出，围住驱动轴13并构成轴的密封腔。在图1所示的具体装置中，套筒16与前端盖11是分别制成的，所以套筒16是靠螺钉（未示出）固定到前端盖11的前面;作为一种替换方案，套筒16也可以同前端盖11制成一整体。

驱动轴13通过位于套筒16前端的轴承17可旋转地支承在套筒16上。驱动轴13的里端有一圆盘形转子131，该转子通过位于前端盖11的开口111内的轴承15可旋转地支承在前端盖11上。轴密封件18同位于套筒16的轴密封腔内的驱动轴13装配在一起。

滚筒201可旋转地支承在滚珠轴承19上，该轴承又支承在套筒16的外表面上。电磁线圈202靠支承盘绕套筒16的外表面安装，衔铁盘203弹性地支承在驱动轴13的外端。滚筒201、电磁线圈202、衔铁盘203共同构成一个电磁离合器20。运转时，驱动轴13由外部动力源-例如汽车发动机，通过如上所述的电磁离合器20的旋转传动装置来拖动。

固定涡形件21、回转涡形件22、回转涡形件22的驱动机构和回转涡形件22的自转止动机构及止推轴承24全都装在壳体10内。

固定涡形件21包括一个圆端盘211和螺旋元件212，该螺旋元件固定到圆端盘211上，或者从其上直接延伸出来。固定涡形件21用螺钉25从杯形壳体12的外部拧入端盘211，使其固定在杯形壳体12的内腔。固定涡形件21的圆端盘211将杯形壳体12的内腔分隔成两个腔室一前腔室27和后腔室28，螺旋元件212位于前腔室27内。

隔壁122自杯形壳体12的内端面起沿轴向方向伸出，隔壁122的端面与圆端盘211的端面顶靠在一起，因此，隔壁122将后腔28分成位于后腔28中部的排泄腔室281和中间腔室282。为了保证可靠地密封，可将密封垫26装在隔壁122的端面和端盘211之间。

位于前腔室27的回转涡形体22包括一个螺旋元件222，该螺旋元件固定到圆端盘221的一侧端面上，或者从其上直接延伸出来。回转涡形件22的螺旋元件222和固定涡形件21的螺旋元件212互相错开180°并以一定的径向偏心相互装配在一起，于是在螺旋元件212和222之间形成了密封空间。回转涡形件22通过径向滚针轴承30可回转地支承在套筒23上，该套筒同圆盘部分131的内端面相连接并与驱动轴13的轴线保持某 一偏心距。当回转涡形件22回转时，旋转止动机构或止推轴承24可防止回转涡形件22作旋转运动，该自转止动机构或止推轴承配置在前端盖11的内端面和回转涡形件22的圆端盘221之间。自转止动机构或止推轴承24包括定环241、定圈242、动环243、动圈244和滚珠245。定环241具有多个圆孔241a，并通过定圈242使其连结到前端盖11的内端面上;动环243也有多个圆孔243a，并通过动圈244使其连接到回转涡形件22的后端面上，滚珠245分别装在定环242的孔241a和动环243的圆孔243a之间，并能沿二个圆孔241a和243a的边缘移动。同样，来自回转涡形件22的轴向推力负荷也通过滚珠245作用在前端盖11上。

压缩机壳体10备有进口31和出口32，用来使压缩机同外部致冷回路相连，来自外回路的制冷气体经入口31导入到吸入腔271，并通过螺旋元件212和222之间的敞开的空间被吸入到这二个螺旋元件之间的密封腔。孔口的形状是一个螺旋元件的外端和另一个螺旋元件外侧面形成的。该孔口在回转涡形件22作回转运动时依次打开和关闭。当孔口打开时，待压缩的流体流入这些空间，但不压缩;当孔口闭合时，由于密封住了这个空间，不再有流体继续流入这个空间并开始压缩。因为每个螺旋元件212和222外端的位置是位于渐开线的端点，孔口的位置直接与渐开线的端点有关。此外在密封腔内的致冷气体随着回转涡形件22的回转运动沿径向向中心移动并被压缩。被压缩的致冷气体在中心密封腔通过排泄口213被排泄到排泄腔室281，排泄口213是在圆端盘211的中心加工成的。

参照图1和图2，在固定涡形件21的端盘上有一对孔214和215，并对称设置，以便回转涡形件22的螺旋元件222的轴向端面同时越过孔214、215。孔214和215沟通密封腔和中间压力腔室282。孔214设置在由渐开线角φ1所确定的位置上，并沿着螺旋元件212的内侧壁开口;另一个孔设置在由渐开线角（φ1-π）所确定的位置上，并沿螺旋元件212的外侧壁开口。控制装置，例如具有阀盘341、342的阀34，用紧固件351、352对着孔214、215将其连接到端盘211的端面上。阀片341、342都是由弹性材料制成的，阀片341、342的固有弹性能将阀片按压在每个孔214、215的开口上，使其关闭。

固定涡形件21的端盘211在螺旋元件212的终端的外侧部分也有一通孔29，通孔29经连通腔283使前腔室27和中间压力腔室282相互连通。控制机构36控制着连通腔283和中间压力腔室282之间的连通。控制机构36包括汽缸361、滑动的装在汽缸361内的I型活塞362和螺旋弹簧363，该弹簧装在活塞362的下端与汽缸361底部之间，用来支承活塞362。第一个开口361a开在汽缸361的侧壁上与连通腔383相连;第二个孔361b开在汽缸361的底部与中间压力腔室282相连。汽缸361的上部用盘365盖住，在盘365的中心部分开有小孔366并通过毛细管368与排泄腔281相通。汽缸361和排泄腔281之间的连通可用装在壳体10上的电磁阀364来控制。活塞环362c装在活塞362的上部，阻止汽缸361和活塞362之间有高压气体渗漏。

下面将对控制机构36的工作进行描述。当回转涡形件22由驱动机构13而动作时，经入口31流入吸入腔271中的致冷气体被吸入螺旋元件212和222所围定的密封腔内，在密封腔内的致冷气体向螺旋元件212和222的中心移动，同时受到压缩、缩小体积，并从排泄口213排放到排泄腔281。

在这种情况下，如果电磁阀364不通电。排泄腔281和缸体361之间的连通就被中断，于是活塞362受弹簧363的反弹力的作用向上移动，使活塞362受弹簧363的反弹力的作用向上移动，使活塞362的底部362b处于开口361a的上部。中间压力腔室282经汽缸361和开口361a与连通腔283相通。因此，中间压力腔室282的压力维持吸入压力值。借此，流体腔中的致冷气体经过孔214和215流入中间压力腔室282，最后流至前腔室27。实际的压缩冲程是在螺旋元件越过这些也214和215以后才开始的。因此，压缩机的实际压缩比由于控制机构36的作用而大大降低了。

另一方面，当电磁阀364通电时，排泄腔室281内的压缩气体经毛细管368流入汽缸361。此时，弹簧363的弹力小于压缩气体所产生的压力，活塞362受压缩气体的压力作用向下移动，在这种情况下，连接汽缸361与中间压力腔室282 的第二个孔361b被活塞362遮盖，连通腔283和中间压力腔室282之间的连通孔被中断，于是中间压力腔室282中的压力，由于从流体阱经过孔214和215渗漏出来的气体的作用而逐渐升高，压缩气体的这种渗漏一直继续到中间压力腔室282中的压力与流体阱中的压力相等时为止。当压力平衡时，孔214、215由于阀片341、342自身的弹力作用而被关闭，压缩按常规情况进行，封闭的流体阱的排气量与各螺旋元件212、222的终端最初与外螺旋件211、211接触时的排气量相同。

参照图3所示的控制机构的第二个实施例。控制机构37包括汽缸361、滑动地装在汽缸361内的I型活塞362、安装在活塞362下端面和汽缸361底部之间的用于支承活塞362的弹簧363，以及控制元件37。如上文对图2的说明一样，中间压力腔室282、汽缸361和连通腔283通过第一个和第二个孔361a361b彼此相连。汽缸的上开口被装在工作腔室371中的控制元件37罩住。工作腔室371的内部通过小孔372与汽缸361相通;还通过第二个小孔373与连通腔283相连。小孔372的中间部分通过毛细管368和连接通道374与排泄腔室281相通。波纹管375装在工作腔室371中，包括波纹管部分375a和与波纹管部分375a的下端而相连的阀门部分375b。阀门部分375b滑动地装在小孔372中，用于控制汽缸361和排泄腔室281之间的连通。压缩机1工作时，如果连通腔283内的气体压力降低了，工作腔室371内的气体压力也随之降低。这时如果波纹管部分375a中的气体压力大于工作腔室371中的气体压力，那么波纹管部分375a中的气体就膨胀，因此阀部部分375b就向下移动，关闭小孔372和连接通道374的开口，结果，切断了排泄腔室281和汽缸361之间的连系，在这种情况下，活塞362受弹簧363的反弹力的作用向上移动，使中间压力腔室282和汽缸361相互沟通。正如前文所述的一样，图1的压缩机1的压缩比降低了。

另一方面，如果工作腔室371中的气体压力增大，波纹管部分375a中的气体压力小于工作腔室371中的气体压力，那么，波纹管部分375a中的气体的体积就减小，于是波纹管部分375a收缩。随着波纹管部分375a的收缩，阀门部分375b向上移动，打开小孔372和连接通道374的开口，因而，汽缸361通过小孔和毛细管368与排泄腔室281相连通。在这种情况下，压缩气体从排泄腔室281经过小孔和毛细管368流入气缸361。因为所选定的排泄腔室281中的压缩气体的压力大于弹簧363的反弹力，活塞362受压缩气体的压力作用向下移动。因此。中间压力腔室282经汽缸361与连通腔283之间的连通被切断，于是，如前所述，压缩机1的压缩比增加。

波纹管部分375a的移动距离由工作腔室371中的气体压力来决定，工作阀部分375b的移动距离同样也由工作腔室371中的气体压力来决定。

当空气调节负荷小，或者由于空气压缩机的转速的增加使得工作腔室371中的气体压力低于预定值时，波纹管部分375a向下移动，随之也使阀门部分375b移动一小距离，供给到气缸361中的致冷气体体积减小，活塞362受弹簧363的弹力的作用向上移动，随之，开口361a的开口面积由于活塞362的移动而增加。在开口361a处压缩气体的压力损失由于汽缸361开口面积361a的增加而降低。因而压缩比降低。连通腔283中的气体压力逐渐增加。

当连通腔283中的气体压力升高，并变得比预定值大时，波纹管375的波纹管部分375a收缩，阀门部分375b的移动距离逐渐增大，供给到汽缸361中的压缩气体的体积增多，因此，活塞362由于压缩气体的压力克服了弹簧363的弹力而向下移动，汽缸361的开口361a的开口面积逐渐减小，因而连通腔283中的气体压力也逐渐降低。

参照图4所示的控制机构的第三个实施例，该实施例是第二个实施例的改进的控制元件。为简单起见，将只对控制机构36的改进部分作一说明。第一和第二实施例相同的零件或部分使用相同的数字符号。起控制作用的电磁阀38装在汽缸361的上开口处，包括线圈38a、衔铁38b和弹簧38c。衔铁38b滑动地装在线圈38a的内表面，向下移动则关闭小孔366的开口。小孔366经连接通道374、小孔381和毛细管368始终与排泄腔281相连通。

压缩机1工作时，少量的由排泄腔281排放出来的压缩气体，经过孔366始终向汽缸361的上空间供气。当线圈38a不通电时，孔366的上 端被衔铁38b所关闭，这时，汽缸361中的压缩气体的压力大于弹簧363的反弹力，活塞362向下移动关闭孔361a、361b。由于这二个孔被关闭的结果，中间腔室282和连接腔283之间的连接就中断了，因而压缩机的压缩容积是正常值。

线圈38a通电时，在线圈38a周围有磁力线产生，由于磁力线的作用，将衔铁38b往上推移，压缩气体经小孔366流进工作腔382，活塞362受弹簧363的弹力作用向上移动，因此，连通腔283通过汽缸361与中间压力腔室282相通，压缩体积减少。

参阅图5所示的控制机构的第四个实施例，该实施例是在图3和图4所示的控制机构的基础上，稍加改进的控制元件，其中第三个实施例的电磁阀38被替换成波纹管阀门元件39，波纹管阀门元件39包括装在第一工作腔室393中的波纹管部分391，和连接在波纹管部分391外端底面上的针形部分392，第一工作腔室393经连接通道397与连通腔283相通，针形部分392滑动地穿过小孔396并伸入工作腔室394。小孔396连接在第一和第二工作腔室393、394之间，第二工作腔室经毛细管396与汽缸361和排泄腔室281连通。球395装在弹簧399的顶端，弹簧399装在第二工作腔室394上并与针状部分392的端部相连。因此，由于弹簧399的弹力和波纹管部分391的作用。球395受控打开或关闭小孔396。

压缩机1工作时，从排泄腔室281中排泄出来的少量的压缩气体。通过孔381和毛细管368一直向第二工作腔室394供气。当第一工作腔室393中的气体压力大于波纹管部分391中的压力时，波纹管部分391就收缩，球395受弹簧399弹力的作用与针形部分392一起向上移动，并关闭连接第一工作腔室393和第二工作腔室394之间的连接小孔398的开口。由于压缩气体的压力克服了弹簧363的反弹力推动、活塞362向下移动，并关闭开口361b，切断了连通腔283与中间压力腔室282之间的连系，因而，压缩容积增加。当第一工作腔室393中的气体压力降低到波纹管部分391中的气体压力大于第一作腔室393中的气体压力时，波纹管部分391中的气体就膨胀，针形部分向下移动并克服弹簧399的弹力推动球395。第二工作腔室394中的压缩气体经小孔396流入第一工作腔室393。因为第二工作腔室394的压力降低。活塞362受弹簧363的弹力作用向上移动，因此，连通腔283通过汽缸361和孔361a、361b与中间压力腔室相通，随之，压缩容积减少。

参照图6所示的控制机构的第五个实施例。控制机构40包括汽缸401、活塞阀402、波纹管403和弹簧404。

活塞阀402滑动地装在汽缸内，该活塞阀有两个开口402a和402b。装在汽缸401底部和活塞402下端面之间的弹簧404也将活塞402向上推。波纹管403装在活塞阀402的里面，它包括阀部分403a和波纹管部分402b，阀部分403a穿过活塞402上部的开口402a伸到活塞阀402的外面。汽缸401经过管道405、406和毛细管368与排泄腔室281相通。

因为活塞阀402的里面通过开口402b、汽缸401和开口361a与连通腔283相连，如果连通腔283中的气体压力降低到低于波纹管403b中的气体的压力，波纹管部分403b就膨胀。在这种情况下，阀部分403a打开活塞阀402的开口402a，从节流孔406输送到汽缸401顶部空间的少量压缩气体经活塞402和汽缸401流入连通腔283，此时，处于关闭开口361b的位置上的活塞407受弹簧404反弹力的作用向上移动，使连通腔283和中间压力腔室282之间沟通，随之，压缩比降低。

另一方面，如果连通腔283中的气体压力升高，并变得比波纹管部分403b中的气体压力大时，波纹管部分403b就收缩，阀部分403a将开口402a关闭。在这种情况下，一直有少量的压缩气体从排泄腔室281流至汽缸401的顶部空间，推动活塞克服弹簧404的弹力向下移动，随之，开口361a和361b被活塞阀402关闭，压缩比增加。在这一实施例中所公开的阀部分403a的结构只是一种简单的构造，但可以使用如图7所示的针-球式阀门机构41，波纹管部分的推力也受波纹管403的位置的控制。如图7所示，波纹管403的位置由拧入活塞阀402底部的螺钉42来确定。图7所示的针-球式阀门机构41使用同图6的阀机构40类似的元件。针-球式阀门机构41通过406管道和毛细管368与排泄腔室281连通。当汽 缸401内的压力小于波纹管部分403b内的压力时，波纹管部分403b膨胀，针-球式阀门机构41被向上推，活塞阀402的开口402a打开。因此，排泄空腔281通过管道406和毛细管368与活塞阀402内部流体连通。

当汽缸401内的压力大于波纹管部分403b内的压力时，波纹管部分403b收缩，针-球式阀门机构41被向下推，盖住活塞阀402的开口402a。因此，排泄腔室281不与活塞阀402内部流体连通，从排泄腔室281流出的压力流体作用在活塞阀402的上部端面上，克服弹簧404的反弹力将活塞阀402向下推。这就遮断了连接腔室383和中间压力腔室282之间的连通并增加压缩比。

以上参考附图对本发明的许多特性，优点和实施例作了详细描述。但是，以上分开的内容仅是揭示性的，应当理解，本发明并不严格受限于所描述的实施例。本领域的技术人员可以在不脱离本发明精神的范围内作出各种变化和修改。

Claims (2)

1、一种具有变量机构的涡旋式压缩机，包括一个带有进口(31)、出口(32)、的壳体(10)，一个固定地安装在所述壳体内的固定涡形件(21)，该涡形件具有一个圆端盘(211)和从该圆端盘伸展入所述壳体内部的第一螺旋形元件(212)，一个回转涡形件(22)，该涡形件也具有一个圆端盘(221)和从该圆端盘伸出的第二螺旋形元件(222)，所述第一和第二螺旋元件(212，222)以一定角度和径向偏心相互装配在一起，形成多条线接触，在所述壳体内至少限定一对流体阱，一个与所述回转涡形件活动连接实现所述回转涡形件回转运动的驱动机构(13，23)，一个用来防止所述回转涡形件在作回转运动时产生自转运动的防止自转机构(24)，所述固定涡形件的圆端盘(211)将所述壳体的内部分成前腔室(27)和后腔室(28)，所述前腔室(27)与所述入口(31)相连，所述后腔室(28)被分成为连接在所述出口(32)和一个由所述两涡形件形成的中央流体阱之间的排泄腔室(281)和中间压力腔室(282)，至少一对穿过所述固定涡形件(21)的所述圆端盘(211)的孔(214，215)构成流体阱和所述中间压力腔室(282)之间的流体通道，一个穿过所述固定涡形件(21)的所述圆端盘(211)构成所述中间压力腔室和所述前腔室(27)之间的流体通道的连通通道(29)，一个位于所述中间压力腔室(282)一部分以控制所述中间压力腔室(282)和前腔室(27)之间的流体连通的控制装置(36-40)，

其特征在于，

所述控制装置包括一个阀门元件(362，402)受所述排泄腔室(281)的压力流体所致动，以及一个汽缸(361)，一个可滑动地置于所述汽缸(361)内的活塞(362)，和一个波纹管(391，403b)，所述汽缸的顶部连接于所述排泄腔室，所述波纹管具有密封的内部并随所述前腔室内的压力变化而改变其长度，从而象节流阀一样控制所述排汇腔室和所述前腔室之间的连通。

2、根据权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述波纹管（403）安置于所述活塞（402）内。

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