CN110945243B - 具有冷却装置的往复活塞式机器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于压缩机动车的压缩空气系统的流体、尤其环境空气的往复活塞式机器(1)，其包括气缸壳体(2)和层状构造的气缸盖(3)，所述气缸盖包括带有排出阀(6)的阀座元件(4、7)、腔室板(8)和带有压缩介质出口(13)的盖板(10)，其中，设有用于冷却气缸盖(3)的至少一个局部区域的冷却介质通道(17a、b、c)和用于将排出阀(6)与压缩介质出口(13)连接的排出通道(16a、b、c、d、e、f)，所述冷却介质通道和排出通道至少在部分区段延伸穿过气缸盖(3)的部件。为了改善冷却方案，在此规定，冷却介质通道(17a、b、c)的至少一个局部区段和排出通道(16a、b、c、d、e、f)的至少一个局部区段配属于气缸壳体(2)。

Description

具有冷却装置的往复活塞式机器
本发明涉及一种用于压缩机动车的压缩空气系统的流体、尤其环境空气的往复活塞式机器。
这种往复活塞式机器是已知的并且包括气缸壳体、在气缸壳体的活塞室中能上下移动的活塞和具带有阀座板的气缸盖。为了冷却压缩空气设有冷却通道，该冷却通道穿过气缸盖的至少一个局部区域。
为了改善压缩机的性能，尤其重要的是确保有效率的冷却。该冷却有两个主要任务。一是需要冷却死点区域或死容积、即阀座板和上活塞位置之间的区域，因为此处压缩废热最大。另一方面，压缩空气需要在其可以被传输至空气准备装置处前被冷却。
在运行中，这些区域中产生最大的废热。如果死点区域的产热过高，则喷油增大，因为活塞环和气缸之间的配合材料(Passmasse)不利地改变。随后需要借助于油分离器再将油从压缩空气抽取或分离。
由现有技术已知不同的冷却方案或冷却通道布置。专利文献EP 1 963 674 A1公开了一种气缸壳体，该气缸壳体具有配属于气缸壳体的带有冷却水接头的冷却水通道，其中，该冷却水通道在部分区域延伸穿过气缸盖。
此外，EP1 963 674 A1还公开了一种曲轴壳体冷却，其改善了曲轴壳体的两侧的环流。
由专利文献DE 2 410 705 A1还已知一种水冷的阀座板。
本发明所要解决的技术问题是，建议往复活塞式机器的气缸盖区域的一种替代的、改进的结构，该结构能够实现更有效率的冷却并且改善压缩机的效率。
按照本发明，所述技术问题通过根据本发明所述的往复活塞式机器解决，即一种用于压缩机动车的压缩空气系统的流体、尤其环境空气的往复活塞式机器，包括气缸壳体和层状构造的气缸盖，所述气缸盖包括带有排出阀的阀座元件、腔室板和带有压缩介质出口的盖板，其中，设有用于冷却气缸盖的至少一个局部区域的冷却介质通道和用于将排出阀与压缩介质出口连接的排出通道，所述冷却介质通道和排出通道至少在部分区段延伸穿过气缸盖的部件，所述冷却介质通道的至少一个局部区段和排出通道的至少一个局部区段配属于气缸壳体。
另外的有利的设计方案和优选的解决方案变型至少包括下述特征之一：所述往复活塞式机器具有带有往复活塞的压缩机级；
所述冷却介质通道的接头布置在气缸盖区域中；
在气缸壳体中设有换热区域，冷却介质通道的至少一个局部区段和排出通道的至少一个局部区段延伸通过所述换热区域；
所述换热区域在气缸壳体中如此定位，从而冷却介质通道的至少一个局部区段和排出通道的至少一个局部区段由气缸壳体和阀座板形成；
冷却介质通道的所述局部区段和排出通道的至少一个局部区段布置在一个平面内；
在气缸盖中设有四个平面，其中，在每个平面内延伸有至少一条通道，所述至少一条通道是冷却介质通道的局部区段或排出通道的局部区段，从而产生冷却平面或排出通道平面；
所述冷却平面和排出通道平面交替地层状设置，并且冷却介质通道的局部区段或排出通道的局部区段通过连接通道相互连接；
排出通道的至少一个局部区段由盖板和隔板限定边界；
冷却介质通道的至少一个局部区段由隔板和腔室板限定边界；
排出通道的至少一个局部区段由阀座元件和腔室板限定边界；
冷却介质通道的至少一个局部区段由阀座板和阀中间板限定边界；
在气缸盖中设有进入空间，所述进入空间跨越所有层部件延伸并且借助于片式阀门相对于气缸壳体中的气缸空间隔开；
在气缸盖中布置有阀门挺杆，通过所述阀门挺杆能够将片式阀门从阀座板升起，从而将进入空间与气缸空间连接；
所述阀门挺杆能够借助于弹簧力移动到第一位置并且能够借助于压缩介质通过控制空气接头移动到第二位置，片式阀门在所述第二位置打开。
按照本发明，建议一种用于压缩机动车的压缩空气系统的流体、尤其环境空气的往复活塞式机器，其具有改进的冷却方案。
在本发明的意义上，冷却方案的改进不限于冷却通道的布置。
基于已知的往复活塞式压缩机，按照本发明的往复活塞式压缩机还包括气缸壳体和层状构造的气缸盖。该气缸盖包括带有排出阀的阀座元件、腔室板和带有压缩介质出口的盖板，其中，设有用于冷却气缸盖的至少一个局部区域的冷却介质通道和用于将排出阀与压缩介质出口连接的排出通道，所述冷却介质通道和排出通道至少在部分区段延伸穿过气缸盖的部件。
为了改进冷却方案，在此规定，冷却介质通道的至少一个局部区段和排出通道的至少一个局部区段配属于气缸壳体。这意味着，冷却水流过的冷却介质通道以及排出通道，即压缩空气流至压缩空气出口通过的通道具有穿过气缸壳体或至少主要由气缸壳体形成的局部区段。例如，这样的局部区段可以加工到与气缸盖的接触面中并且通过阀座板封闭。
在一种可能的实施方式中，往复活塞式机器可以具有仅带有一个往复式活塞的压缩机级。
此外可以规定，冷却介质通道的接头布置在气缸盖区域中。
在优选的实施方式中，在气缸壳体中设有换热区域，冷却介质通道的至少一个局部区段和排出通道的至少一个局部区段延伸通过所述换热区域。换热区域是这样的区域，在该区域中，冷却通道区段和排出通道区段交替地布置。
此外，所述换热区域可以在气缸壳体中如此定位，从而冷却介质通道的至少一个局部区段和排出通道的至少一个局部区段由气缸壳体和阀座板形成。
如此，冷却介质通道的所述局部区段和排出通道的至少一个局部区段可以布置在一个平面内。
此外气缸盖可以具有四个平面，其中，在每个平面内延伸有至少一条通道，所述至少一条通道是冷却介质通道的局部区段或排出通道的局部区段，从而产生冷却平面或排出通道平面。
在优选的实施方式中，冷却平面和排出通道平面交替地层状设置，并且冷却介质通道的局部区段或排出通道的局部区段通过连接通道相互连接。
在此，所述平面内的通道可以如下形成。排出通道的至少一个局部区段可以由盖板和隔板限定边界。冷却介质通道的至少一个局部区段可以由隔板和腔室板限定边界。排出通道的至少一个局部区段可以由阀座元件和腔室板限定边界。冷却介质通道的至少一个局部区段可以由阀座板和阀中间板限定边界。
在气缸盖中还可以设有进入空间，所述进入空间跨越所有层部件延伸并且借助于片式阀门相对于气缸壳体中的气缸空间隔开。
为了进行操纵还可以在气缸盖中布置有阀门挺杆，通过所述阀门挺杆能够将片式阀门从阀座板升起，从而将进入空间与气缸空间连接，以便可以将往复活塞式压缩机切换为空转运行。
阀门挺杆可以例如借助于弹簧力移动到第一位置并且能够借助于压缩介质通过控制空气接头移动到第二位置，片式阀门在所述第二位置打开。
按照本发明的往复活塞式机器的其它特征和本发明的其它优点由以下参照附图对优选实施例的描述得出。
以下根据附图详细阐述本发明。
在附图中：
图1示出按照本发明的往复活塞式机器的盖区域的剖面图；
图2示出具有压缩空气通道的盖板的剖切平面；
图3示出腔室板的具有冷却通道的剖切平面；
图4示出腔室板的具有压缩空气通道的剖切平面；
图5示出具有冷却通道的阀座板的剖切平面；
图6a、图6b示出具有压缩空气通道和冷却通道的气缸壳体的剖切平面。
图1示出按照本发明的往复活塞式机器1或压缩机的盖区域的剖面图。在此示出带有粗略示出的气缸的气缸壳体2和气缸盖3。这种压缩机适合于压缩机动车的压缩空气系统的环境空气。
所示的单级压缩机1的特点是布置在气缸空间旁边的换热区域22。
这种压缩机的基本问题是，随着压缩的增大，空气温度升高的程度越来越大。在活塞室的上部死容积的区域中达到最高温度，从而此处存在较高的冷却需求。
如同示出的那样，压缩机1的气缸盖3层状地构造，其中，在层与层之间可以分别布置有密封材料或密封元件，以便将多个部件相对彼此密封。由阀座板4和阀中间板7组成的阀座元件与气缸壳体邻接地布置。片式阀门5布置在阀座板4上，并且在阀中间板7上布置图4所示的排出阀6。在阀座板4中加工有冷却通道区段17b，如同在图5、D-D剖面中所示的那样。
具有两个通道平面B-B和C-C的腔室板8布置在阀座元件4+7上，如同将参照图3和图4更详细地阐述的那样。
盖板8终结于压缩介质出口13和布置在盖板10和腔室板8之间的隔板9。因此，该隔板限定冷却水通道17a和压缩空气通道16c的边界并且还用于平面A-A和平面B-B之间的热传递。
由于空气进口12不处于剖切平面内，因此在此仅粗略示出。吸入的空气通过空气进口12穿过进入空间和片式阀门5进入活塞室23中。
此外还示出布置在气缸盖中的阀门挺杆11，为了空转运行，可以借助于该阀门挺杆11打开片式阀门5。通过借助于压缩空气进行操控，阀门挺杆11抵抗所示弹簧的弹簧力向下移动并且将片式阀门5至少部分地从阀座板4抬起。由此出现气缸空间23通过进入空间15与空气进口12的连接，从而不会发生压缩。
在图2至图6a、图6b中示出各剖切平面，从而冷却平面和排出通道平面可见。
在图2中示出盖板的剖切平面，其具有压缩空气通道的局部区段16f。空气从下方通过连接通道20e进入，并且通过迷宫被引至压缩空气出口13。
还可以看到进入空间15和阀门挺杆11的位置和相对于气缸空间23的通孔，这些通孔被片式阀门5盖住。
在图3中示出腔室板8的具有冷却通道的局部区段17c的上部区域的剖切平面B-B。冷却水通过冷却水进口18进入气缸盖3中，并且从那里经由连接通道21a被向下引入气缸壳体2中并且随后通流平面E-E。冷却水从平面E-E通过连接通道21b进入平面D-D并且在那里经由连接通道21c回到平面B-B中并且到达冷却水出口19。
在图4中示出腔室板8的具有压缩空气通道的局部区段16a和16c的下部区域的剖切平面C-C。在该平面中可以看出，压缩空气如何从气缸空间23通过排出阀6被导引通过压缩机1。空气通过连接通道20a第一次进入平面E-E中并且从那里通过连接通道20b返回到平面C-C中，以便随后通过连接通道20c和20d第二次被导引通过平面E-E。空气通过连接通道20d被引入平面A-A中。
在图5中示出具有冷却通道区段17b的阀座板4的另外的剖切平面D-D。
在图6a、图6b中示出气缸壳体2的剖切平面E-E的两种可选的实施方式。在此可以清楚地看到换热区域22。冷却水通道17a和空气通道16b、16d交替地布置。圆柱形区域可以如同在变型中所示的那样被环流。
这种结构的特别的优点是，基本形成两个换热区域。气缸壳体2中的换热区域22和在气缸盖中形成的换热区域，该换热区域通过平面的分层结构产生。从上方观察，空气平面和冷却水平面彼此交替地布置。通过优化的冷却提高了压缩机的效率。
作为所示的冷却水输送的替代，冷却水也可以被反向输送通过压缩机。为了进一步提高冷却功率，还可以在通道中设置结块/肋条或增大表面的涂层。
此外，实施方式不限于如图1所示那样将通道的深度设计为处于一个平面内。这些通道深度也可以设计为，通道至少部分地伸入相邻的平面内。
也可以考虑设置更多或更少的平面，其中，两个冷却水平面或空气平面还可以彼此相邻。
通道的深度或横截面在附图中仅示例性地示出。通道的深度或横截面也可以相当不同地设计或者通过加工到两个板件中产生。
附图标记列表
1 压缩机
2 气缸壳体
3 气缸盖
4 阀座板
5 片式阀门
6 排出阀
7 阀中间板
8 腔室板
9 隔板
10 盖板
11 阀门挺杆
12 空气进口
13 压缩空气出口
14 控制空气接头
15 进入空间
16a、b、c、d、e、f 排出通道区段
17a、b、c 冷却水通道区段
18 冷却水进口
19 冷却水出口
20a、b、c、d、e 空气连接通道
21a、b、c 水连接通道
22 换热区域
23 活塞室
A-A 盖板的剖切平面
B-B 腔室板的冷却剖切平面
C-C 腔室板的压缩空气剖切平面
D-D 阀座板的剖切平面
E-E 曲轴壳体的剖切平面

Claims (15)

1.一种用于压缩机动车的压缩空气系统的流体、尤其环境空气的往复活塞式机器(1)，包括气缸壳体(2)和层状构造的气缸盖(3)，所述气缸盖(3)包括带有排出阀(6)的阀座元件(4、7)、腔室板(8)和带有压缩介质出口(13)的盖板(10)，其中，设有用于冷却气缸盖(3)的至少一个局部区域的冷却介质通道(17a、b、c)和用于将排出阀(6)与压缩介质出口(13)连接的排出通道(16a、b、c、d、e、f)，所述冷却介质通道和排出通道至少在部分区段延伸穿过气缸盖(3)的部件，其特征在于，
所述冷却介质通道(17a、b、c)的至少一个局部区段和排出通道(16a、b、c、d、e、f)的至少一个局部区段配属于气缸壳体(2)。
2.根据权利要求1所述的往复活塞式机器，其特征在于，所述往复活塞式机器(1)具有带有往复活塞的压缩机级。
3.根据权利要求1所述的往复活塞式机器，其特征在于，所述冷却介质通道(17a、b、c)的接头布置在气缸盖区域(3)中。
4.根据权利要求1所述的往复活塞式机器，其特征在于，在气缸壳体(2)中设有换热区域(22)，冷却介质通道的至少一个局部区段(17a)和排出通道的至少一个局部区段(16b、d)延伸通过所述换热区域(22)。
5.根据权利要求4所述的往复活塞式机器，其特征在于，所述换热区域(22)在气缸壳体中如此定位，从而冷却介质通道的至少一个局部区段(17a)和排出通道的至少一个局部区段(16b、d)由气缸壳体(2)和阀座板(4)形成。
6.根据权利要求5所述的往复活塞式机器，其特征在于，冷却介质通道的所述局部区段(17a)和排出通道的至少一个局部区段(16b、d)布置在一个平面(E-E)内。
7.根据权利要求1所述的往复活塞式机器，其特征在于，在气缸盖(3)中设有四个平面(A-A、B-B、C-C、D-D)，其中，在每个平面内延伸有至少一条通道，所述至少一条通道是冷却介质通道的局部区段(17b、c)或排出通道的局部区段(16a、c、e、f)，从而产生冷却平面或排出通道平面。
8.根据权利要求6所述的往复活塞式机器，其特征在于，所述冷却平面和排出通道平面交替地层状设置，并且冷却介质通道的局部区段(17b、c)或排出通道的局部区段(16a、c、e、f)通过连接通道(20a、b、c、d)(21a、b、c、d)相互连接。
9.根据权利要求6所述的往复活塞式机器，其特征在于，排出通道的至少一个局部区段(16f)由盖板(10)和隔板(9)限定边界。
10.根据权利要求6所述的往复活塞式机器，其特征在于，冷却介质通道的至少一个局部区段(17c)由隔板(9)和腔室板(8)限定边界。
11.根据权利要求6所述的往复活塞式机器，其特征在于，排出通道的至少一个局部区段(16a、c)由阀座元件(4、5)和腔室板(8)限定边界。
12.根据权利要求6所述的往复活塞式机器，其特征在于，冷却介质通道的至少一个局部区段(17b)由阀座板(4)和阀中间板(7)限定边界。
13.根据权利要求1所述的往复活塞式机器，其特征在于，在气缸盖(3)中设有进入空间(15)，所述进入空间(15)跨越所有层部件(4、7、8、9、10)延伸并且借助于片式阀门(5)相对于气缸壳体(2)中的气缸空间隔开。
14.根据权利要求1所述的往复活塞式机器，其特征在于，在气缸盖(3)中布置有阀门挺杆(11)，通过所述阀门挺杆(11)能够将片式阀门(5)从阀座板(4)升起，从而将进入空间(15)与气缸空间(23)连接。
15.根据权利要求14所述的往复活塞式机器，其特征在于，所述阀门挺杆(11)能够借助于弹簧力移动到第一位置并且能够借助于压缩介质通过控制空气接头(14)移动到第二位置，片式阀门(5)在所述第二位置打开。
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