CN111120263A - 一种汽车用空气压缩机 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种汽车用空气压缩机，其特征在于，其为活塞式汽车用空气压缩机，所述活塞的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离。本发明提供了一种长寿命排气无油的汽车用空气压缩机，并具有排气压力高、低噪音、低振动、小体积轻量化便于安装等优点。

Description

一种汽车用空气压缩机
技术领域
本发明涉及汽车用空气压缩机，具体而言涉及一种活塞式汽车用空气压缩机。
背景技术
汽车空气压缩机主要用于向汽车制动技术、悬挂系统、车门开启关闭及辅助用气动装置提供必要气源。目前车用空气压缩机主要有滑片式，螺杆式，涡旋式，活塞式空气压缩机等，但是目前市场上所用的基本上还都是有油润滑的活塞式空压机，随气含油高，容易出现“串油”、漏油等故障，严重影响车辆干燥器、汽阀等部件使用寿命，还会额外增加不少费用，而且会造成二次污染。
虽市面已有无油活塞式空压机可以解决随汽“串油”问题，但由于先天性结构限制，承载用轴承均只能采用免维护脂润滑轴承，后期由于润滑不足，容易导致轴承磨损失效，使用寿命较短，且采用免维护轴承，曲轴难于配置平衡振动比传统油润滑空压机大。
而且，随着汽车电动化发展，无发动机后，目前电动空气压缩机是纯电动车型上的主要噪音源，而活塞式空压机噪音相较于其他类型空压机存在先天性短板，难于满足整车舒适性要求。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明提供了一种长寿命排气无油的汽车用空气压缩机，并具有排气压力高、低噪音、低振动、小体积轻量化便于安装等优点。
具体而言，本发明提供了一种汽车用空气压缩机，其特征在于，其为活塞式汽车用空气压缩机，所述活塞的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离，所述小缸径是指与压缩行程区相比小的缸径。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，所述活塞的压缩行程区的环侧布置有起密封作用的自润滑活塞环，和/或在活塞的导向行程区上布置有刮油环和汽环。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，其包括设置于同一曲轴28的低压缸和高压缸，所述低压缸和高压缸串联设置，所述低压缸的活塞19和高压缸的活塞10与所述曲轴28联动，其中，所述活塞19的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，在箱体30上与低压缸的活塞19的导向行程区对应处设有防水透气塞作为呼吸口22，以平衡低压缸的导向行程区外侧的内外压差。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，所述活塞19的位于压缩行程区的下部呈阶梯喇叭状结构，和/或高压级的余隙容积和一二级压缩比按使得活塞10在任一行程位置缸内气体压力高于曲轴箱内压力的方式配置。具体的配置可以在满足该方式的前提下根据压缩机设计常识来进行计算，在此不再阐述。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，箱体30的缸孔外侧布置有阀板18，阀板18的下侧布置有一级进气阀片4、二级进气阀片5，阀板18的上侧布置有一级排气阀2、二级排气阀6，气体沿着气体路径3的指示方向，完成一次两级压缩排出。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，阀板18的外侧为缸盖1，在位于上部的缸盖1的一侧布置有进油接头8，连接至冷却油泵出油口15，并通缸盖出油孔17，连接至外置油冷却器及机滤。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，其包括设置于同一曲轴的双缸，所述双缸对称并列设置，双缸的活塞39与所述曲轴28联动，所述活塞39的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离，所述活塞39的端面、箱体缸孔53与进气阀板36构成一级压缩腔，所述活塞39的下方台阶面、箱体缸孔53与二级排气阀板46构成二级压缩腔。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，所述二级压缩腔的余隙容积和一二级压缩比按使得活塞39在任一行程二级压缩腔的缸内气体压力高于箱内压力的方式配置。具体的配置可以在满足该方式的前提下根据压缩机设计常识来进行计算，在此不再阐述。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，箱体53的上方布置有进气阀板36，活塞39内置一级排气阀41，活塞台阶面布置有二级进气阀44，箱体导向缸孔54台阶面上布置二级排气阀板46，曲轴旋转一周，两侧缸内活塞交替往复运动一次，气体按照气流路径37指示方向被压缩两次。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，进气阀板36的上方为缸盖35，缸盖35和箱体缸孔53构成油或水冷却流道，并通过缸盖出油孔17连接至冷却循环系统。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，活塞57的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离，所述活塞57的端面、箱体缸孔与箱体上部的阀板构成一级压缩缸内空间65，所述活塞57的下方、箱体缸孔与箱体缸孔端面构成二级压缩缸内空间68，气体在一级压缩缸内空间65压缩后从一级排气阀56排出，进入外置的中冷器71，经中冷器71冷却后的一级压缩气体推开二级进气阀62进入二级压缩缸内空间68。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，箱体上部的阀板上布置有一级排气阀56、一级进气阀64，在箱体缸孔上布置有二级进气阀62、二级排气阀70，曲轴旋转一周，缸内活塞往复运动一次，气体沿着气体路径63所示方向被压缩两次。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，其在在曲轴尾部集成油泵16，为设置于曲轴28的轴颈油孔处的第一轴瓦29、第二轴瓦31、第三轴瓦33、第四轴瓦34提供油压力润滑及整机油冷。
在一个实施方式中，本申请的汽车用空气压缩机的特征在于，上述第二轴瓦31、第三轴瓦33的外侧布置有第一连杆27、第二连杆32，连杆小头内置第五轴瓦26、第六轴瓦14，通过飞溅润滑。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
本发明提供了一种有油润滑无油压缩的汽车用活塞式空压机。传统的车用活塞式空压机，压缩行程过程中，由于残留在缸壁润滑油充分与空气接触随气排出，以及进气行程时，箱内油气上窜进入压缩腔中，故气体含油。
本发明结构通过采用小缸径润滑导向行程区和压缩行程区分离，使压缩行程区空气与润滑油不接触，并通过控制建压泄流方向，抑制含油气体回窜压缩缸，从而避免随汽含油；而采用油压力润滑、飞溅润滑，使轴承能得到充分润滑及冷却，并辅以两级压缩技术，大大减少轴承所受载荷，从而保障其长寿命。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式中的技术方案，下面将对具体实施方式中所需要使用的附图做简单的介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图得到其他的附图。
图1是本申请的汽车用双缸串联两级压缩空压机的结构示意图；
图2是本申请的汽车用双缸双作用空气压缩机的结构示意图；
图3是本申请的汽车用外置中冷器空气压缩机的结构示意图；
图中附图标记表示为：
1：缸盖、2：一级排气阀片、3、气体路径；4：一级进气阀、5：二级进气阀、6：二级排气阀、7：排气口、8：进油接头、9：活塞环、10：活塞、11：汽环、12：刮油环、13：活塞销、14：第六轴瓦、15：冷却油泵出油口、16：油泵、17：缸盖出油孔、18：阀板、19：活塞、20：活塞环、21：支撑环、22：呼吸口、23：汽环、24：刮油环、25：活塞销、26：第五轴瓦、27：第一连杆、28：曲轴、29：第一轴瓦、30：箱体、31：第二轴瓦、32：第二连杆、33：第三轴瓦、34：第四轴瓦、35：缸盖、36：进气阀板、37：气流路径、38：一级进气阀片、39：活塞、40：一级排气阀板、41：一级排气阀、42：限程板、43：活塞环、44：二级进气阀、45：阀片限程螺栓、46：二级排气阀板、47：二级排气阀、48：限程板、49：紧固螺栓、50：密封环、51：汽环、52：刮油环、53：箱体缸孔、54：箱体导向缸孔、55：排气口、56：一级排气阀、57：活塞、58：第一活塞环、59：辅助支撑环、60：第二活塞环、61：第三活塞环、62：二级进气阀、63：气体路径、64：一级进气阀、66、汽环、67：刮油环、69：二级排气阀板、70：二级排气阀、71：中冷器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的内容进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。居于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本申请的汽车用空气压缩机，只要其满足“活塞式汽车用空气压缩机，所述活塞的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离”的条件，具体实施方式可以为多种，所述小缸径是指与压缩行程区相比小的缸径。
在这些实施方式的当中，通常活塞的压缩行程区的环侧布置有起密封作用的自润滑活塞环，和/或在活塞的导向行程区上布置有刮油环和汽环。
例如，本申请的汽车用空气压缩机可以是图1示出的汽车用双缸串联两级压缩空压机。图1是本申请的汽车用双缸串联两级压缩空压机的结构示意图。
如图1所示，本申请的汽车用双缸串联两级压缩空压机采用两级压缩来减小气体作用力，并采用活塞油润滑导向行程区和压缩行程区缸孔分离结构，同时控制建压泄流方向。
本申请的汽车用双缸串联两级压缩空压机，包括设置于同一曲轴28的低压缸和高压缸，所述低压缸和高压缸串联设置，所述低压缸的活塞19和高压缸的活塞10与所述曲轴28联动，所述活塞10的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离。
其中，低压缸的活塞19小缸径的导向行程区布置有汽环23、刮油环24，活塞19的压缩行程区布置有自润滑的活塞环20和辅助导向的支撑环21；在箱体30上与低压缸的活塞19的导向行程区对应处设有防水透气塞作为呼吸口22。活塞19的位于压缩行程区的下部呈阶梯喇叭状结构设计。
其中，高压缸的活塞10的导向行程区布置有刮油环12、汽环11，活塞10的压缩行程区布置有多道自润滑的活塞环9，置于一体式的箱体30的缸孔中。
箱体30的缸孔外侧布置有阀板18。阀板18的下侧布置有一级进气阀片4、二级进气阀片5；阀板18的上侧布置有一级排气阀2、二级排气阀6。阀板18的外侧为缸盖1。
缸盖1的一侧布置有进油接头8，连接至冷却油泵出油口15，并通缸盖出油孔17，连接至外置油冷却器及机滤等。
本申请的汽车用空气压缩机的曲轴28的轴颈油孔处可以布置有薄壁轴承即第一轴瓦29、第二轴瓦31、第三轴瓦33、第四轴瓦34。曲轴曲柄处的第二轴瓦31、第三轴瓦33的外侧布置有第一连杆27、第二连杆32，连杆小头内置第五轴瓦26、第六轴瓦14，通过飞溅润滑。第五轴瓦26、第六轴瓦14分别内置有活塞销25、活塞销13，分别连接活塞19、活塞10。
本申请的汽车用空气压缩机可采用在曲轴尾部集成油泵16的设计，为第一轴瓦29、第二轴瓦31、第三轴瓦33、第四轴瓦34提供油压力润滑及整机油冷。此外，本申请的汽车用空气压缩机也可采用整车上如发动机的油润滑及水冷却系统。
工作时：
本申请的汽车用空气压缩机由电机或发动机带动曲轴28旋转，布置于曲轴28上的活塞连杆组件便做往复运动，此时由活塞19、活塞10的端面、箱体30的缸孔、阀板18所构成的容积发生周期性变化。
当活塞19从下止点向上止点运动时，缸内容积减小气体被压缩，压力升高推开一级排气阀片2排出，此时由于压差及活塞环20的密封性，伴随着微量气体向活塞19下方泄露，抑制了下方油气的上窜；与此同时，高压缸的活塞10从上止点向下止点运动，缸内容积增大，此时余隙容积内高压气体膨胀，当缸内压力低于经一级压缩后的气体压力时，气体便推开二级进气阀5进入高压缸内。通过合理配置高压级的余隙容积和一二级压缩比，可以保证活塞10在任一行程位置缸内气体压力高于曲轴箱内压力，由于压差气流下泄，从而抑制箱内油气上窜。具体的配置可以在满足该条件的前提下根据压缩机设计常识来进行计算，在此不再阐述。
当活塞19从上止点向下止点运动时，此时缸内容积减小产生负压，气体推开一级进气阀4，此时活塞19的导向行程区的汽环23、刮油环24位于上止点向下刮油，此时活塞19的位于压缩行程区的下部呈阶梯喇叭状结构设计产生向下脉冲气流，向下抑制导向缸内油气上窜。此外，设计有防水透气的呼吸口22用于平衡低压缸的导向行程区外侧的内外压差；与此同时活塞10从下止点向上止点运动，缸内容积减小，气体被压缩，压力升高推开二级排气阀6，从排气口7排出。
由此，依次完成低压级、高压级的依次压缩，并抑制油汽的上窜。总之曲轴旋转一周，高压缸的活塞、低压缸的活塞交替往复运动一次。气体沿着气体路径3的指示方向，完成一次两级压缩排出。反复重复上述过程，气体被源源不断地压缩排出。
又例如，本申请的汽车用空气压缩机可以是图2示出的汽车用双缸双作用空气压缩机。图2是本申请的汽车用双缸双作用空气压缩机的结构示意图。
如图2所示，设计了一种双级双作用压缩结构，并通过油润滑导向行程区和压缩行程区分离设计，并合理配置二级缸余隙容积和一二级压缩比，从而达到高压级活塞在任一行程缸内二级压缩腔的气体压力高于箱内压力，气流下泄，从而抑制箱内油气上窜，从而达到排汽无油压缩的目的。具体的配置可以在满足上述条件的前提下根据压缩机设计常识来进行计算，在此不再阐述。
通过采用两级压缩活塞，可以提升排气压力，并减小活塞气体作用力，降低轴承负荷，减小活塞缸磨损。并且，双缸双作用活塞使得轴受扭力输出均衡，高效节能，气体力平衡极大的降低运行振动。
活塞内气道集成阀片设计，缸头覆盖环形油冷或水冷流道隔音设计，使得机组运行噪音大大降低，并得到充分冷却，排气温度更低，此新型无油活塞式空气压缩机还具有体积小、重量轻、高防护等级。
具体而言，本申请的汽车用双缸双作用空气压缩机包括设置于同一曲轴的双缸，所述双缸对称并列设置，双缸的活塞39与所述曲轴28联动，所述活塞39的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离，所述活塞39的端面、箱体缸孔53与进气阀板36构成一级压缩腔，所述活塞39的下方台阶面、箱体缸孔53与二级排气阀板46构成二级压缩腔。
活塞39内置一级排气阀板40及一级排气阀41。一级排气阀41外侧为限程板42，活塞台阶面布置有二级进气阀44及阀片限程螺栓45。在活塞39的压缩行程区的环侧布置有起密封作用的多道自润滑活塞环43，在活塞39的导向行程区上布置有刮油环52和汽环51，配作于箱体导向缸孔54中。在箱体导向缸孔54内布置有多道自润滑密封环50。箱体导向缸孔54台阶面上布置二级排气阀板46，在二级排气阀板46下侧通过紧固螺栓49布置有二级排气阀47及限程板48，连通至排气口55。箱体53的上方布置有进气阀板36，进气阀板36下方布置有一级进气阀片38。在一个实施方式当中，进气阀板36的上方为缸盖35，缸盖35和箱体缸孔53构成油或水冷却流道，并通过缸盖出油孔17连接至冷却循环系统。
工作时：
曲轴带动连杆活塞上下往复运动，当活塞39从下止点向上止点运动时，由活塞39的端面、箱体缸孔53、进气阀板36所构成的容积逐渐减小，气体被压缩，压力升高依次推开活塞39上的一级排气阀41、二级进气阀44，进入由活塞39的下方台阶面、箱体缸孔53、二级排气阀板46所构成的二级压缩腔中。
与此同时，曲轴上另一对置曲柄上活塞从上止点向下止点运动，此时由活塞端面、箱体缸孔53、进气阀板36所构成的容积逐渐增大，产生负压，推开一级进气阀片38将气体吸入一级压缩腔中。此时，由活塞39的下方台阶面、箱体缸孔53、二级排气阀板46所构成的二级压缩腔的容积逐渐减少，气压升高，直至推动二级排气阀板46排出。
当活塞39从上止点向下止点运动时，由活塞39的端面、箱体缸孔53、进气阀板36所构成的容积逐渐增大，产生负压，空气推开一级进气阀片38吸入一级腔中。此时，由活塞39的下方台阶面、箱体缸孔53、二级排气阀板46所构成的二级压缩腔容积逐渐建少，气压升高，直至推动二级排气阀板46排出。
与此同时，曲轴上另一对置曲柄上活塞39从下止点向上止点运动时，由活塞39的端面、箱体缸孔53、进气阀板36所构成的容积逐渐减小，气体被压缩，压力升高推动活塞一级排气阀41、二级进气阀44，进入由活塞39的下方台阶面、箱体缸孔53、二级排气阀板46所构成的二级压缩腔中。
曲轴旋转一周，两侧缸内活塞交替往复运动一次，气体按气流路径37指示方向被压缩两次，反复重复上述过程，气体源源不断被压缩排出。
此外，本申请的汽车用空气压缩机可以采用外置中冷器进行级间冷却，例如可以是图3示出的外置中冷器空气压缩机。图3是本申请的汽车用外置中冷器空气压缩机的结构示意图。如图3所示，为了进一步提高压缩效率，也可采用如下方案，采用级间冷却方式，通过外置的中冷器71来冷却经一级压缩的高温气体。
如图3所示，活塞57的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离。所述活塞57的端面、箱体缸孔与箱体上部的阀板构成一级压缩缸内空间65，所述活塞57的下方、箱体缸孔与箱体缸孔端面构成二级压缩缸内空间68，气体在一级压缩缸内空间65压缩后从一级排气阀56排出，进入外置的中冷器71，经中冷器冷却后的一级压缩气体推开二级进气阀62进入二级压缩缸内空间68。
活塞57的压缩行程区布置有自润滑的第一活塞环58、第二活塞环60、第三活塞环61及辅助支撑环59，活塞的导向行程区布置有刮油环67，汽环66。箱体上部的阀板上布置有一级排气阀56、一级进气阀64。箱体缸孔端面上布置有二级进气阀62，二级排气阀板69。二级排气阀板69下方布置二级排气阀70。在箱体缸孔上布置有二级进气阀62、二级排气阀70。
活塞57在箱体缸孔内往复工作，当从下止点向上止点运动时，一级压缩缸内空间65容积减小，气体被压缩，压力升高推动一级排气阀56排出，进入外置的中冷器71。与此同时，二级压缩缸内空间68容积逐渐增大，经中冷器71冷却后一级压缩气体便推开二级进气阀62进入二级腔内。
当活塞从上止点向下止点运动时，一级压缩缸内空间65容积增大产生负压，空气经一级进气阀64被吸入。与此同时，二级压缩缸内空间68容积逐渐减少，气体被压缩，气压升高推动二级排气阀70排出。
曲轴旋转一周，缸内活塞往复运动一次，气体沿着气体路径63所示方向被压缩两次，反复重复上述过程，气体被源源不断被压缩排出。
此外，本发明可用于新能源车辆用电驱动空压机，也可以用于传统车辆由发动机带动，并可集成采用发动机的水冷，油泵润滑及油冷等系统。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种汽车用空气压缩机，其特征在于，其为活塞式汽车用空气压缩机，所述活塞的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离，所述小缸径是指与压缩行程区相比小的缸径。
2.根据权利要求1所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，所述活塞的压缩行程区的环侧布置有起密封作用的自润滑活塞环，和/或在活塞的导向行程区上布置有刮油环和汽环。
3.根据权利要求1或2所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，其包括设置于同一曲轴(28)的低压缸和高压缸，所述低压缸和高压缸串联设置，所述低压缸的活塞(19)和高压缸的活塞(10)与所述曲轴(28)联动，其中，所述活塞(19)的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离。
4.根据权利要求3所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，在箱体(30)上与低压缸的活塞(19)的导向行程区对应处设有防水透气塞作为呼吸口(22)，以平衡低压缸的导向行程区外侧的内外压差。
5.根据权利要求3所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，所述活塞(19)的位于压缩行程区的下部呈阶梯喇叭状结构，和/或高压级的余隙容积和一二级压缩比按使得活塞(10)在任一行程位置缸内气体压力高于曲轴箱内压力的方式配置。
6.根据权利要求3所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，箱体(30)的缸孔外侧布置有阀板(18)，阀板(18)的下侧布置有一级进气阀片(4)、二级进气阀片(5)，阀板(18)的上侧布置有一级排气阀(2)、二级排气阀(6)，气体沿着气体路径(3)的指示方向，完成一次两级压缩排出。
7.根据权利要求3所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，阀板(18)的外侧为缸盖(1)，在位于上部的缸盖(1)的一侧布置有进油接头(8)，连接至冷却油泵出油口(15)，并通缸盖出油孔(17)，连接至外置油冷却器及机滤。
8.根据权利要求1或2所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，其包括设置于同一曲轴的双缸，所述双缸对称并列设置，双缸的活塞(39)与所述曲轴(28)联动，所述活塞(39)的导向行程区采用小缸径，从而与压缩行程区分离，所述活塞(39)的端面、箱体缸孔(53)与进气阀板(36)构成一级压缩腔，所述活塞(39)的下方台阶面、箱体缸孔(53)与二级排气阀板(46)构成二级压缩腔。
9.根据权利要求8所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，所述二级压缩腔的余隙容积和一二级压缩比按使得活塞(39)在任一行程二级压缩腔的缸内气体压力高于箱内压力的方式配置。
10.根据权利要求8所述的汽车用空气压缩机，其特征在于，箱体(53)的上方布置有进气阀板(36)，活塞(39)内置一级排气阀(41)，活塞台阶面布置有二级进气阀(44)，箱体导向缸孔(54)台阶面上布置二级排气阀板(46)，曲轴旋转一周，两侧缸内活塞交替往复运动一次，气体按照气流路径(37)指示方向被压缩两次。
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