CN105765221A - 用于车辆供气系统的压缩机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于车辆供气系统的压缩机，其包括歧管、盖、垫圈、入口和出口。所述歧管和盖固定堆叠到一起，并在其间限定流体通道系统。所述垫圈在所述歧管和盖之间横向延伸。所述流体通道系统包括从入口延伸到气缸入口的入口空气通路、从气缸出口延伸到出口以用于将压缩空气排出到出口的排出空气通路、以及能够被供给有冷却剂以冷却至少排出空气通路的一个或多个冷却剂通道。所述入口空气通路、排出空气通路和冷却剂通道横向延伸并由排出空气通路的壁面限定。所述壁面包括突出到所述排出空气通路中的扰流器翅片。所述扰流器翅片在排出的压缩空气中产生湍流。

Description

用于车辆供气系统的压缩机

技术领域

本发明总地涉及用于车辆(如例如多用途车辆)的供气系统的改进的压缩机。

背景技术

提供车辆供气系统，用于将压缩空气供给到车辆中的气动系统，如气动制动器、气动悬架系统和气动辅助装置。车辆供气系统的压缩机通常包括压缩机体(气缸体)，其具有空气通道系统和气缸活塞单元。空气通道系统提供入口空气通路、排出空气通路、至少一个冷却剂通道以及优选地气缸膛。

空气通过入口，例如入口凸缘和入口空气通道被吸入气缸活塞单元的气缸入口，在气缸活塞单元中，空气被压缩。被压缩的空气然后从气缸出口通过排出空气通路传送到出口，例如，出口凸缘。被压缩空气然后能够被传送到干燥器单元，用于过滤和干燥。

用于车辆中的压缩机通常包括主动冷却系统，该主动冷却系统具有冷却剂通道，该冷却剂通道被供给冷却剂液体，如水，以便冷却压缩空气，这是因为空气的温度在压缩过程中被升高。该温度升高导致所有压缩机部件的总温度升高，并可能缩短压缩机寿命。

容纳气缸活塞单元的气缸体因此设计有眼孔，旨在改善从排出空气通路到冷却剂通道的热传递。排出空气通路和冷却剂通道位于彼此附近，并由壁分隔开。改善热传递的一个选项是在长距离上并且彼此靠近引导排出空气通路和冷却剂通道，由此增大这些通道之间的壁面积。但是，排出空气通路的长度受到设计约束的限制，并且在排出空气通道的较小的横截面面积的情况下，流动阻力增加。从而，热传递受到限制。

为了改善热传递，已知增大排出区域的表面积。这可以通过提供长排出通路或者通过在排出通路的宽的第一区域的壁的表面中提供结构来实现。这个结构可以包括延伸到第一区域中的突起。但是，通过该构造，冷却效率受到限制，并且冷却气缸体仍是一个问题。

此外，压缩机系统被用在冷却装置中，以压缩制冷剂气体并传送压缩的气体，例如，见美国专利第5,775,885号和6,568,920号。EP1288499A2描述了另一种已知的压缩机系统。

发明内容

总地来说，本发明的目的是提供一种用于车辆供气系统的改进的压缩机，其使得能够高效率冷却压缩机排出的压缩空气。

根据本发明的实施方式，压缩机包括歧管、盖、垫圈、入口和出口。歧管和盖以垂直堆叠取向彼此固定，并在它们之间限定流体通道系统。垫圈从歧管和盖之间基本上垂直于垂直方向横向地延伸。流体通道系统包括从入口延伸到气缸入口的入口空气通路、从气缸出口延伸到出口以用于将压缩空气排放到出口的排出空气通路、以及一个或多个冷却剂通道，所述一个或多个冷却剂通道被供给冷却剂，以冷却至少排出空气通路。所述入口空气通路、排出空气通路和冷却剂通道横向地延伸，并且由排出空气通路的壁面限定。所述壁面包括突出到排出空气通路中的扰流器翅片。所述扰流器翅片被构造成在排出的压缩空气流中产生湍流。

本发明已经确定增大所述壁面，尤其是在用于冷却剂流体的冷却剂通道中的壁面以及排出空气通路的宽的第一和最后区域的壁面，与有效的热交换并不特别相关。但是，通过扰流器翅片产生湍流导致热传递的明显提高。扰流器翅片因此通过产生湍流而与防止层流相关，并且不用于增大壁的总表面。该湍流在排出空气通路的中间的相对小通道区域中尤其重要，其中，空气流动速度较高。扰流器翅片的效果在排出空气通路的较宽或较大区域中可能并不非常相关，所述较宽或较大区域包括第一区域、通向通道区域的随后的锥形过渡区域以及在排出空气通道的端部处的增大排出区域。

根据本发明的优选实施方式，扰流器翅片突出到横向平面中，该横向平面基本上平行于垫圈，并基本垂直于歧管、垫圈和盖的垂直堆叠取向。从而，扰流器翅片从在大致垂直方向上伸展的壁面突出。

根据另一实施方式，扰流器翅片在垂直于垂直方向的平面内在两个相邻壁之间交替。从而，一个壁的两个相邻扰流器翅片由翅片间隔分隔开，并且相邻或相对壁的扰流器翅片在它们之间设置。这种布置防止高空气流动阻力，这是因为空气可以围绕扰流器翅片流动。从而，扰流器翅片不作为障碍物提供，而是在通过排出空气通路的空气流中产生湍流。

根据又一实施方式，作为扰流器翅片基本垂直于壁面的尺寸的翅片高度，即，扰流器翅片突出到通道横截面内的程度，与通路宽度，即两个相对壁之间的距离成特定比率或相关。这个比率优选地在大约20％到50％范围内，尤其是在25％到30％范围内。

根据再另一个实施方式，翅片间隔，即，一个壁的两个扰流器翅片之间的距离与翅片高度成特定比率或相关，它是扰流器翅片的高度的大约5到10倍，优选地大约8倍。

根据再另一个实施方式，入口空气通路、排出空气通路和冷却剂通道的壁面在扰流器翅片的外部是平滑的。

应该理解的是本发明的优点在于增大的湍流高，且在流动阻力方面增大小。从空气流向壁的热传递，并由此向冷却剂通道的热传递能够显著提高。而且通过降低排出空气温度，传统构造的若干缺点能够被避免或最小化，例如，油带出物降低，减少碳堆积并且降低保修成本，并且冷却剂流能够减小，且压缩机的寿命能够增加。

压缩机体能够由两个铸造金属零件-歧管和盖制成，所述歧管和盖由垫圈分隔。排出空气通路优选地形成在歧管和盖二者内，扰流器翅片然后可以分别从一个零件延伸到另一个。

本发明的其他目的和优点将部分显而易见且将部分从说明书中显现。

于是，本发明包括构造的特征、元件的组合以及零件的布置方式，所有如在本文陈述的构造中所举例说明的，且本发明的范围将在权利要求中指明。

附图说明

为了更全面理解本发明，参考下面结合附图进行的描述，附图中：

图1是根据本发明的实施方式的压缩机的压缩机机体的横截面图；

图2是图1中所示的歧管实施方式的俯视图；

图3是图2的歧管的一部分的放大图；

图4是图1-3中所示的歧管实施方式的横截面图；

图5是相比于没有扰流器翅片的传统压缩机，显示图1-4中所示的根据本发明的实施方式的压缩机的平均温度降低的图表。

具体实施方式

图1以横截面示出压缩机1，该压缩机1包括歧管2、盖3和设置在歧管2和盖3之间的垫圈4。所述歧管2和盖3由金属例如通过模铸工艺形成，并且形成具有若干通路以及用于容纳活塞的至少一个气缸膛5的压缩机机体。

气缸膛5、入口空气通路6、排出空气通路7以及至少一个冷却剂通道8形成在歧管2和盖3二者内。气缸膛5、入口空气通路6、排出空气通路7和冷却剂通道8的示例性布局在图2中所示的歧管2的俯视图中示出。垫圈4用于将气缸膛5和通路6、7相对于彼此密封。

回来参照图1，歧管2和盖3被示为在垂直方向Z上叠置在一起，且垫圈4在它们之间，以便密封本文描述的通道系统。从而，水平平面相对于垂直方向Z横向延伸。垫圈4在歧管面2a和盖面3a之间，歧管面2a和盖面3a在横向平面内延伸。

在入口空气通路6、排出空气通路7和冷却剂通道8完全形成在歧管2和盖3内的情况下，排出空气通路7和冷却剂通道8由盖3的第一通路底面40、42和歧管的第二通路底面41、43在垂直方向上限定。因此，入口空气通路6、排出空气通路7和冷却剂通道8不在垂直方向上延伸通过歧管2或盖3。

入口空气通路6连接到入口凸缘9。空气通过入口凸缘9和入口空气通路6被吸入气缸活塞单元的气缸入口10a，即，进入气缸膛5，活塞在所述气缸膛5内往复运动以压缩空气。热的压缩空气的空气流16从气缸出口10b通过排出空气通路7排出到空气出口12，将压缩空气传送到随后的装置，例如，传送到将压缩空气供给到随后的气动回路的储存罐的阀设备和空气干燥器装置，该随后的气动回路如例如是气动制动回路。冷却剂通道8在两个冷却剂凸缘8.1和8.2之间伸展，并用于通过从流过排出空气通道7的压缩空气的热空气流16去除热量来冷却这个设备。

歧管2和盖3可以例如经由插入螺栓孔14的螺栓固定到一起，该螺栓孔14延伸通过歧管2和盖3二者。

图2是歧管2的水平歧管面2a的俯视图，其对应于垫圈4的水平面。盖3的水平盖面3a被构造成基本上歧管面2a的镜像。空气通路6、7、冷却剂通道8以及气缸膛5由壁20、21、22限定并分隔，该壁为歧管2的一部分。垫圈4对应于壁20、21、22的横截面区域。

排出空气通路7从具有较大或较宽延伸部的第一区域7.1、随后的锥形过渡区域7.2以及基本上恒定横截面的通道区域7.3延伸到出口区域7.4，该出口区域7.4从通道区域7.3的小横截面加宽到空气出口凸缘12。因此，空气流16在这个方向上从第一区域7.1流向出口区域7.4。排出空气通路7的通道区域7.3位于第一壁20和第二壁21之间。因此，通道区域7.3由第一壁20的壁面24以及基本平行伸展的第二壁21的壁面25限定；从而，通道区域7.3包括由通道宽度限定的基本恒定的横截面，该通道宽度是第一壁20的壁面24和第二壁21的壁面25之间的距离。

冷却剂通道8位于排出空气通道7附近，以便冷却它。冷却剂通道8与通道区域7.3由第二壁21分隔开。

扰流器翅片26从壁面24并从壁面25突出并延伸到通道区域7.3内。扰流器翅片26理想地仅设置在排出空气通路7的通道区域7.3内，而不设置在第一区域7.1、为锥形横截面的过渡区域7.2和具有增大或加宽横截面的排出区域7.4内。扰流器翅片26能够以交替样式布置，其中设置在壁面25处的扰流器翅片26在壁面24的两个相邻扰流器翅片26之间突出。

扰流器翅片26在排出空气通路7的通道区域7.3内部的空气流16中产生湍流，由此减少层流。因此，扰流器翅片26改善从空气流16向壁面24和25并进入壁20和21的热传递。理想地是，扰流器翅片26设置在空气流16的流动形态(flowprofile)变得完全展开的通道区域7.3内，并且扰流器的放置在排出区域7开始之前或在开始处停止。

扰流器翅片26的构造和布置在图3和4中更加详细地示出。扰流器翅片26由它们的翅片宽度w、翅片高度h和翅片间隔s限定，该翅片间隔s是在一个壁面24或25上的两个依次的或相邻的扰流器翅片26之间的距离。空气流16的最大混合在以大约为翅片高度h的八倍的翅片间隔s分隔开的扰流器翅片26的情况下发生，从而，翅片间隔s与翅片高度h的比率优选地在大约8的范围内：

s＝8h或s≈8h

但是，大约8到10的比率范围也可以产生有益效果。

翅片宽度w不以任何相关方式影响空气流16的湍流的量。

扰流器翅片26可以为梯形形状，如图3中所示，但是也可以使用其他形状或构型。

作为扰流器翅片26在垂直方向Z或者歧管2、垫圈4和盖3的堆叠方向上的大小或尺寸的翅片深度d可以在通道区域7.3的深度30的大约0.5到1倍的范围内。深度30可以限定为通道区域7.3的第一通路底面40和歧管面2a之间的距离。

扰流器翅片26设置用于产生或实现湍流，并且不用于增大壁20和21的壁面24和25的表面或总表面；并因此，小于通道深度30的翅片深度d不会产生问题。但是，在翅片深度d等于或几乎等于通道深度30的情况下，可能预期更好性能，使得扰流器翅片26能够在通道区域7.3的整个通道深度30上伸展。

翅片高度h优选地在通道宽度31的大约20％到50％的范围内，尤其是在通道宽度31的大约25％到30％的范围内，以便产生最优湍流，且对空气流16具有相对低的阻力。从而，在具有包括大约7mm的通道宽度31的通道区域7.3的压缩机1内，例如，最佳翅片高度h大约为2mm。

如上所述并如图1中所示，扰流器翅片26设置在歧管2和盖3二者内，歧管2和盖3一起形成排出空气通路7。优选地是，在入口空气通路6和冷却剂通道8内不设置扰流器翅片26。

扰流器翅片26能够一体地形成在歧管2和盖3内。这允许歧管2和盖3压铸成型。

图5以图表示出扰流器翅片26的效果。图5图示了相比于没有扰流器翅片的传统压缩机，图1至4中所示的根据本发明实施方式的压缩机1的平均温度降低。曲线示出以摄氏度为单位的温度降低，其为压缩机速度(以转每分钟(RPM)为单位)的函数——曲线(a)用于0巴增压的情况，曲线(b)用于1巴增压的情况，而曲线(c)用于3巴增压的情况。

由此可以看出在从前述描述中明显得出的那些中，上面提到的目的被有效实现，并且由于在不背离本发明的精髓和范围的情况下可以做出一些变化，因此意图在于在上面描述中包含的和在附图中所示的所有事项应该被解释为说明性的且不是限制含义。

也可以理解的是随后的权利要求书意在覆盖本为描述的本发明的所有一般的和特定的特征，并且本发明的范围的所有陈述，取决于语言，可以被说成落入其间。

Claims (17)

1.一种用于车辆的供气单元的压缩机，所述压缩机包括：歧管；盖；在所述歧管和盖之间的垫圈；入口和出口，所述歧管和盖在垂直取向上固定地叠置且在它们之间限定流体通道系统；所述垫圈基本上垂直于垂直方向横向延伸；所述流体通道系统包括从所述入口延伸到气缸入口的入口空气通路、从气缸出口延伸到出口以用于将压缩空气排出到出口的排出空气通路、以及可供给冷却剂以冷却至少所述排出空气通路的至少一个冷却剂通道；所述入口空气通路、所述排出空气通路和所述至少一个冷却剂通道横向延伸并由排出空气通路的壁面限定；所述壁面包括扰流器翅片，该扰流器翅片突出到排出空气通路中，且该扰流器翅片被构造成在排出的压缩空气中产生湍流。

2.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述入口空气通路、排出空气通路和至少一个冷却剂通道形成在歧管和盖二者内。

3.如权利要求2所述的压缩机，其中，所述入口空气通路、所述排出空气通路和所述至少一个冷却剂通道在垂直方向由所述歧管内的第一通路底面和所述盖内的第二通路底面限定。

4.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述歧管和所述盖由压铸金属形成。

5.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述入口和所述出口分别形成在所述盖和所述歧管的至少一个内。

6.如权利要求1所述的压缩机，还包括形成在所述歧管和所述盖内并连接到气缸入口和气缸出口的气缸膛，所述气缸膛被构造成容纳活塞，以形成气缸活塞单元，用于压缩从入口传送到气缸入口的空气并用于将压缩空气传送到气缸出口。

7.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述扰流器翅片横向突出到排出空气通路中。

8.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述排出空气通路包括连接到气缸出口的第一区域、连接到第一区域的具有锥形横截面的过渡区域、连接到所述过渡区域的具有基本上恒定横截面的通道区域、以及从所述通道区域加宽并连接到所述出口的出口区域。

9.如权利要求8所述的压缩机，其中，所述扰流器翅片仅布置在所述通道区域中。

10.如权利要求8所述的压缩机，其中，所述壁面包括第一壁面和第二壁面，所述第一壁面和所述第二壁面将所述通道区域限定在所述第一壁面和所述第二壁面之间，且所述扰流器翅片以交替样式布置在第一和第二壁面上，使得在第一壁面上的单独一个扰流器翅片设置在第二壁面上的相邻对扰流器翅片之间。

11.如权利要求10所述的压缩机，其中，所述相邻对扰流器翅片之间的翅片间隔是所述扰流器翅片的翅片高度的大约5到10倍。

12.如权利要求8所述的压缩机，其中，所述扰流器翅片延伸到通道区域内翅片高度，并减小通道区域的横截面，且其中所述翅片高度是所述通道区域的通道宽度的大约20％到50％。

13.如权利要求12所述的压缩机，其中，所述翅片高度是所述通道宽度的大约25％到30％。

14.如权利要求12所述的压缩机，其中，所述扰流器翅片具有所述通道区域的通道深度的大约60％到100％的翅片深度。

15.如权利要求1所述的压缩机，其中，所述入口空气通路、排出空气通路和冷却剂通道的壁面在扰流器翅片外部是平滑的。

16.如权利要求11所述的压缩机，其中，所述翅片间隔是所述翅片高度的大约八倍。

17.一种压缩机，包括：气缸体，该气缸体包括流体通道系统，该流体通道系统包括用于排出压缩空气的排出空气通路、可供给冷却剂以冷却该排出空气通路的至少一个冷却剂通道、以及在所述排出空气通路中的至少一个扰流器，所述至少一个扰流器被构造成在排出的压缩空气中产生湍流。