CN102947589A - 具有特殊的冷却空气导向装置的气冷的活塞式压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于车辆的气冷的活塞式压缩机，该活塞式压缩机具有带有多个气缸（1a，1b）的压缩器（2），该压缩器由电动机（3）驱动并且具有用于产生冷却空气流的通风机（4），其中，通风机（4）布置在电动机（3）和压缩器（2）之间的连接轴（5）上并且从周围环境吸入冷却空气以及将该冷却空气输送至后面的冷却空气通道（6）中，其中此外，至少部分地包围气缸（1a，1b）的冷却空气通道（6）这样设计，使得压缩器的所有布置成一列的气缸（1a，1b）能由冷却空气均匀地环流。

Description

具有特殊的冷却空气导向装置的气冷的活塞式压缩机

技术领域

本发明涉及一种应用在车辆中、特别是商用车中的气冷的活塞式压缩机，该活塞式压缩机具有带有多个气缸的压缩器，该压缩器由电动机驱动，该压缩器还具有通风机，以便产生用于特别是对气缸进行冷却的冷却空气流。

本发明的应用领域特别涉及多气缸的设计形式的无油的活塞式压缩机，其也在高运行压力中单级地工作，其中，气缸的冷却通过冷却空气流来实现。

背景技术

在商用车中、特别是在设计为电动车辆或混合动力车辆的公共车辆中，测试了最近增加的压缩机方案，在这些方案中，利用电动机来驱动压缩机，该电动机例如由发电机和变流器供电并且被装入车辆的、在其上未提供冷却水的位置，然而这些位置的周围环境温度通常很高。在这样的车辆中，由压缩机产生的压缩空气特别用于车辆制动器的运行。

特别对于在电动车辆和混合动力车辆中的应用而言，需要前述形式的无油压缩的压缩机，具有最小的结构空间的低投入的这些压缩机在极端的环境温度中可靠地工作，并且利用很少的维护成本满足很高的空气需求。在无油的压缩机方案中，传统意义上的给压缩器壳体加油不再存在。在活塞在气缸上滑动的表面上的润滑被低摩擦的活塞涂层代替。旋转的部件利用对温度变化不敏感的、耐用的润滑油填充被滚动支撑。此外，在阀门中没有可能产生摩擦热的被引导的部件。

过去，与此相反的是在商用车上使用油润滑的活塞式压缩机来产生压缩空气。这些活塞式压缩机大部分直接利用法兰安装在车辆的内燃机上并且一般通过齿轮来驱动。此外，冷却由冷却水实现，冷却水由内燃机分流。

对于其它的消耗装置，例如为了对安装在商用车上的气动的机组进行供给，使用前述的气冷的压缩机。特别是气冷的活塞式压缩机在这些使用情况下通常配备有轴流式通风机，该通风机安装在活塞式压缩机的曲轴的一侧上且由该曲轴来驱动。这种活塞式压缩机经常设计为W-、V-、或者星型结构，从而能将轴流式通风机的冷却空气尽可能均匀地引导经过所有气缸。如果相反地，一些气缸被另一些气缸-例如布置成一列-在冷却流的方向上所遮盖，就会存在过热的危险。为了避免过热，将这样的气冷的活塞式压缩机在超过8巴的运行压力中设计为二级的或者多级的，以便保持较低的部件温度。这样的多级压缩器方案在通常的现有技术中经常应用于轨道车辆制造中的制动空气压缩机中。此外，一些结构形式利用简单的导风板工作，通过这些导风板使得冷却空气尽可能近地引导经过被遮盖的气缸，以便更好地冷却这些气缸。

在实践中，设计为单级的、特别是设计为气冷的无油的活塞式压缩机方案对于压力超过10巴时是不能实现的，这是因为在最小的结构空间中由于高的转速和功率密度所引起的高的部件温度而导致不能达到必需的部件使用时间。在气冷的单级无油的活塞式压缩机与轴流式通风机在曲轴的端部上布置成一列的情况下存在的问题是，在处于其它的气缸的空气投影（Luftschatten）中的气缸处，被挡住的气缸在使用了挡风板的情况下也会过热，导致活塞环和这个气缸的连杆轴承上的轴承润滑脂快速地磨损。特别是在商用车上的未提供冷却水的位置上，只能使用设计为气冷的压缩机。滚动轴承和气缸的冷却是一个特别的挑战。由于结构空间的限制而不能装配附加的鼓风机和冷却空气导向装置。迄今为止，为了降低轴承温度，无油的压缩器方案是已知的，在这些方案中，通过曲轴箱引导吸入空气。这使得吸入空气被加热，从而使得压缩最终温度升高，由此压缩器的总的温度水平重新升高。这个方案由此看来总体上不适合于单级的压缩器。

DE 10138070C2公开了一种用于无油的两级的压缩器的曲轴箱中的降温的技术解决方案。在此利用由活塞运动决定的体积改变来产生冷却空气流。冷却空气首先用于气缸的外壳冷却，然而也用于曲轴箱的通风。然而这种设计方案的缺点在于，即通风不完全在压缩机里进行，而是需要侧面的冷却空气输送和附加的过滤系统以便清洁冷却空气。此外，污染物和水可以积聚在曲轴箱中。该解决方案由此看来不适合于单级的压缩器。

DE 102004042944A1描述了带有曲轴箱通风装置的活塞式压缩机，在这个通风装置中，冷却空气被从压缩机的吸入空气中分流。这种解决方案的缺点是，冷却空气已经在气缸盖中预热过并且因此会损坏压缩器的效率和热性能。虽然解决了在曲轴箱方面的温度问题；然而气缸区域内的温度问题仍然存在。

由DE 102005040495A1提出了用于无油的多气缸压缩机的曲轴箱冷却的另一种方法。在此，冷却空气体积气流通过曲轴箱产生，并且通过分隔曲轴箱以这样的方式产生，即每个气缸具有其自身的曲轴箱腔体。在此，曲柄连杆机构的装配特别困难，因为曲轴的中间轴承处于曲轴箱的内部。因此这个技术解决方案证实为在制造技术方面是成本高的。

发明内容

因此本发明的目的在于，提出一种能简单装配的、多气缸的单级的、紧凑的气冷的活塞式压缩机，其在高压的情况下也可靠地气冷地工作，其中，在所有气缸上都能调节均匀的气缸壁温度和曲轴箱温度。

该目的通过根据权利要求1的前序部分所述的气冷的活塞式压缩机并结合其特征来实现。后面的从属权利要求给出了本发明的有利的改进方案。

本发明包括的技术原理在于，即在电动机和压缩器之间的连接轴上安装有通风机，该通风机从周围环境吸入冷却空气以及将冷却空气输送至后面的冷却空气通道中，其中，至少部分地包围气缸的空气冷却通道这样设计，使得压缩机的所有布置成一列的气缸由冷却空气均匀地环流。

根据本发明的解决方案的优点特别表现在，在所有气缸处在轴支承部位处的活塞磨损、活塞环磨损以及润滑材料的磨损都同等程度地减少。此外，根据本发明的气冷的活塞式压缩机在没有维护投入的情况下仍能达到很长的使用时间，从而甚至在不更换的情况下也达到了车辆的检修间隔或者车辆使用时间。此外，根据本发明的活塞式压缩机的压缩器能无油地设计并且就此而言产生有利的无油的压缩空气，这样就解决了至今为止经常在商用车制造中出现的制动系统中的浸油和结焦的问题。此外，通过压缩器的无油化解决了油中的冷凝液清除和乳化液粘合的问题。特别在商用车中可使用根据本发明的气冷的活塞式压缩机，这是因为该气冷的活塞式压缩机的特征在于高转速下的足够大的功率密度。

压缩器的气缸的环流应主要通过冷却空气通道引导地从两侧并且垂直于压缩机的旋转方向实现。因此，冷却空气流可以均匀地流向待冷却的位置并且被划分为匹配待冷却的组件的数量。

根据本发明的另一个方面提出，为了产生均匀的冷却空气流，不将沿着流动方向的冷却空气通道的横截面设计为恒定的，而应适宜地选择不同的横截面。因此最靠近通风机的气缸通过横截面控制（Querschnittsdrosselung）获得减少了的冷却空气输送量，使得其它远离通风机布置的气缸获得与所述靠近布置的气缸几乎等量的冷却空气。这种优点仅仅可以根据形成冷却空气的组件的相应的尺寸而转换。优选地，这样的冷却空气通道应该由设计为两部分的塑料壳体构成，该塑料壳体的一半可以利用简单的方式按照带有简单的分型面的形式，优选地通过注塑来制造。

根据另一个对本发明加以改进的措施提出，冷却空气通道在气缸之后在流动方向上再次汇聚（zusammenfasst）冷却空气，使得冷却空气能通过共同的排气通道适宜地从气缸的热区域中向外排出。因为被消耗的、即加热了的冷却空气没有在压缩器单元的不同的位置上向外流出，因此被消耗的冷却空气在必要的情况下通过另一个软管延长部可以适宜地向外导出。

优选地，布置在电动机和压缩器之间的通风机应该按照离心式通风机的方式设计。这种离心式通风机可以特别节省空间地布置在所述的组件之间，同时不会使得整个气冷的活塞式压缩机的外部几何尺寸过度增大。

根据一个优选的实施方式，这种离心式通风机应该首先径向地从压缩机的旋转轴线吹去吸入的冷却空气，据此，应该通过冷却空气通道首先实现在压缩机轴线的轴向方向上的冷却空气流的转向，以便随后重新在远离压缩机轴线的径向方向上越过气缸进行吹气。利用这种特殊的冷却空气流引导装置可以节省结构空间地产生足够的冷却效果。

为了获得紧凑的结构形式还提出，冷却空气应该通过布置在压缩器的驱动侧的轴端部的或电动机的从动侧的轴端部的区域中的法兰的、分布在周边上的开口被吸入，以便从那里由离心式通风机压入冷却空气通道中。通过该法兰区域的利用并不要求额外的结构空间以用于为离心式通风机产生开口。通过这种解决方案特别避免了气冷的活塞式压缩机的进一步的轴向伸展。

根据一个额外的改进本发明的措施提出，过滤的空气到达位于气缸盖和曲轴箱之间的连接管路中，其中在那里，空气的一部分流向气缸盖的方向以用于压缩，并且另一部分流向曲轴箱，从而实现在那里所存在的轴支承部位的内部的冷却。为了使冷却空气在到达曲轴箱内部的作用位置之前不被无益地预热，在此提出，将冷却空气在与气缸分开布置的通道中导入曲轴箱中。因此，由周围环境吸入的过滤的空气优选地在该吸入空气还是冷的位置上进行分配，并且一方面被引导至气缸中用于压缩，并且另一方面被引导通过曲轴箱，其中，流过曲轴箱的冷却空气在壳体内部优选地被均匀地分配到达腔体和待冷却的组件，以便获得特别高效率的内部冷却。

优选地，吸入的和过滤的空气在通过由气缸发出的热量加热前通过管道支路这样划分，即该空气分成输送至气缸盖以用于压缩的一部分，和输送至曲轴箱以用于冷却的另一部分。此外随后也能将冷却空气均匀地分配至腔体和曲轴箱内的待冷却的组件。

根据另一个改进本发明的方面提出，冷却空气通道设计为隔音壳体。由此可以通过冷却空气流避免噪音辐射。通过这个措施，在冷却空气通道自身的结构中就已经准备好了噪音保护措施。

此外还有可能的可替换方案是，将冷却空气通道设计为尽可能结构紧凑地匹配于压缩器的现有的几何尺寸，其中，在可能的情况下能采用其它的隔音措施，例如通过集成隔音材料的方法。此外，这些措施也能够覆盖曲轴箱的其它的发出噪音的构件，特别是气缸盖和曲轴箱。

附图说明

其它的改进本发明的措施在从属权利要求中给出或者在下文中与本发明的优选的实施例的描述一起基于附图详细地说明。图中示出：

图1示出气冷的活塞式压缩机的透视图，

图2从下方示出带有部分截断的压缩器的气冷的活塞式压缩机的示图，和

图2从侧面示出带有同样是部分截断的压缩器的根据图1的活塞式压缩机的示图。

具体实施方式

根据图1，从周围环境吸入和过滤的空气经过空气过滤器13经由吸入空气管路14进入从这里分支的、在压缩器2的气缸盖11和曲轴箱12之间的连接管路10中。因而一部分空气流向气缸盖11的方向以用于压缩，并且剩余部分的空气流入曲轴箱12中以用于冷却位于内部的轴支承部位。因此，从外部吸入的空气在通过由压缩器2发出的热量加热之前被进行划分。加热过的和由此消耗的冷却空气经过冷却空气排出口15离开冷却通路。

轴向地在电动机3和压缩器2之间集成有通风机4，该通风机按照离心式通风机的形式设计。不仅压缩器2而且电动机3都设计为自动对中心的法兰结构形式，并且通过位于两者之间的通风机4互相以螺丝旋紧。空气输入通过径向的开口8实现。

根据图2，气冷的活塞式压缩机在内部具有气缸1a和1b，该气缸在此从下方观察地示出。这两个气缸1a和1b是单级的且无油的压缩器2的组成部分，该压缩器由电动机3驱动。

通风机4布置在由电动机3驱动并且被引导穿过至压缩器2的共同的连接轴5上，通风机4通过该连接轴以电动机转速转动，以便从周围环境吸入冷却空气以及将冷却空气输送至跟随在通风机4后面的冷却空气通道6中。在另外的线路中完全围绕气缸1a和1b的冷却空气通道6这样设计，使得压缩器2的这两个布置成一列的气缸1a和1b-如之前所述地-由冷却空气均匀地环流。

冷却空气通道6引导消耗的冷却空气在流动方向上向这两个气缸1a和1b汇聚到一个共同的排气通道中，从那里出发，消耗的冷却空气被汇聚地向外部引导。因此在这个实施例中这样控制冷却空气导向，即通风机4首先径向地从压缩器2的旋转轴线吹出冷却空气，随后通过冷却空气通道6首先实现在压缩机轴线的轴向方向上的冷却空气流的转向，并且随后重新在远离压缩机轴线的径向方向上越过气缸1a和1b吹出。

气冷的活塞式压缩机具有电动机3的法兰9的、分布在周边上的开口8，从那里出发，冷却空气节省空间地进入通风机4中。

设有连接管路10以用于压缩器2的额外的内部冷却，该连接管路引导一部分吸入的空气进入气缸1a和1b中以用于压缩，然而另一部分分流以用于内部冷却。

过滤的待压缩的空气经由连接管路10进入图3中所示的、气缸盖11的区域中，该气缸盖覆盖了这两个气缸1a和1b并且包括-没有进一步示出的-进气阀和出气阀。过滤的空气的另一部分流经压缩器2的曲轴箱12以用于内部冷却。此外，特别是内部的轴支承部位被供给冷却空气。

显而易见的是，冷却空气通道6的一部分从外部包围了这两个气缸1a和1b，以确保布置成一列的这两个气缸1a和1b由冷却空气符合期望地均匀地环流。

参考标号表

1气缸

2压缩器

3电动机

4通风机

5连接轴

6冷却空气通道

7排气通道

8开口

9法兰

10连接管路

11气缸盖

12曲轴箱

13空气过滤器

14吸入空气管路

15冷却空气排气口

Claims (14)

1.一种用于车辆的气冷的活塞式压缩机，所述活塞式压缩机具有带有多个气缸（1a，1b）的压缩器（2），所述压缩器由电动机（3）驱动并且具有用于产生冷却空气流的通风机（4），其特征在于，所述通风机（4）布置在所述电动机（3）和所述压缩器（2）之间的连接轴（5）上并且从周围环境吸入冷却空气以及将所述冷却空气输送至后面的冷却空气通道（6）中，其中，至少部分地包围所述气缸（1a，1b）的所述冷却空气通道（6）这样设计，使得所述压缩器的所有布置成一列的所述气缸（1a，1b）能由所述冷却空气均匀地环流。

2.根据权利要求1所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述冷却空气通道（6）引起了在每个气缸（1a，1b）的两侧上并且垂直于所述压缩器（2）的旋转方向的、所述气缸（1a，1b）的环流。

3.根据权利要求1所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述冷却空气通道（6）的横截面这样设计，即靠近所述通风机（4）的所述气缸（1b）通过横截面控制获得减少了的冷却空气输送量，使得至少另一个远离所述通风机（4）的所述气缸（1a）获得与所述靠近布置的气缸（1b）几乎等量的冷却空气。

4.根据权利要求1所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，引导冷却空气的所述冷却空气通道（6）由设计为两部分的塑料壳体构成。

5.根据权利要求1所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述冷却空气通道（6）在所述气缸（1a，1b）之后继续汇聚冷却空气内部流动方向，使得所述冷却空气能通过共同的排气通道（7）适宜地从所述气缸（1a，1b）的热区域中排出。

6.根据权利要求1所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述通风机（4）按照同轴地布置在所述电动机（3）和所述压缩器（2）之间的离心式通风机的形式设计。

7.根据权利要求6所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，按照离心式通风机的形式设计的所述通风机（4）径向地从所述压缩器（2）的旋转轴线吹去所述冷却空气，据此，通过所述冷却空气通道（6）首先实现在压缩机轴线的轴向方向上的转向，并且随后重新在远离所述压缩机轴线的径向方向上越过所述气缸（1a，1b）实现转向。

8.根据权利要求1所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述冷却空气通过在所述压缩器（2）的驱动侧的轴端部的区域中的法兰（9）的、分布在周边上的开口（8）被吸入并且从那里由所述通风机（4）输送到所述冷却空气通道（6）中。

9.根据前述权利要求中任一项所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述压缩器（2）设计为单级的、带有多个气缸（1a，1b）的活塞式压缩器。

10.根据前述权利要求中任一项所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述压缩器（2）按照无油的活塞式压缩器的形式设计。

11.根据前述权利要求中任一项所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，从周围环境吸入的和过滤的空气到达位于所述压缩器（2）的气缸盖（11）和曲轴箱（12）之间的连接管路（10）中，其中，在那里所述空气的一部分流向所述气缸盖（11）的方向以用于压缩，并且所述空气的剩余部分流入所述曲轴箱（12）中以用于冷却位于内部的轴支承部位。

12.根据前述权利要求中任一项所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述吸入的和过滤的空气在通过由所述气缸（1a，1b）发出的热量加热前分成输送至所述气缸盖（11）以用于压缩的一部分，和输送至所述曲轴箱（12）以用于冷却的另一部分。

13.根据前述权利要求中任一项所述的气冷的活塞式压缩机，其特征在于，所述冷却空气通道（6）设计为隔音壳体，以便抑制取决于气流的噪音辐射。

14.一种特别是具有压缩空气消耗装置的商用车的形式的电动车辆或混合动力车辆，所述电动车辆或混合动力车辆配备有根据前述权利要求中任一项所述的气冷的活塞式压缩机。

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