CN1279283C - 具有轴向旋转斜盘致动器的轴向活塞压缩机 - Google Patents

Abstract

一种轴向活塞压缩机，其通过多个容纳在静止缸体(22)中的活塞(24)产生供给车辆空气系统的空气，车辆通常为重型卡车，活塞(24)的运动通过控制转动的旋转斜盘(34)确定。在旋转斜盘(34)位于中立位置中时，活塞(24)不动，当旋转斜盘(34)位于一垂直于驱动轴(12)延伸的平面中时，气缸体中活塞(24)上方的压力与致动器(41)所产生的推力平衡。旋转斜盘(34)根据引起致动器(41)向斜盘(34)膨胀的活塞上方的压力降而摆动，并施加一推力，该推力超过活塞(24)上方的降低了的压力，并使旋转斜盘(34)给活塞(24)提供往复运动。

Description

具有轴向旋转斜盘致动器的轴向活塞压缩机

技术领域

本发明涉及一种用在汽车工业中的轴向活塞压缩机，用于为多种在机动车辆中的辅助设备产生压缩空气。尤其是，本发明涉及一种可变排量旋转斜盘空气压缩机，其安装在车辆上并具有活塞，活塞的运动基于旋转斜盘的位移。

背景技术

Kimura等的美国专利5,626,463披露了一种旋转斜盘轴向活塞压缩机。这种类型的压缩机通常用作空调压缩机，其复杂的机械构造是众所周知的，其在一个缸体中至少包括一个可动活塞。活塞从进气区域将要被压缩的空气输送到压缩区域。活塞的往复动作通过旋转斜盘实现，所述斜盘可转动地安装在旋转轴上。

旋转斜盘与连接到至少一个活塞的接收板一起作用，所述板设置在压缩机壳体中，以使它不能转动而且被支撑在一不可转动的止推轴承上。设置止推轴承的目的是接收从旋转斜盘传递到接收板的扭矩，这种类型的压缩机在斜盘和接收板区域处具有复杂的结构，其包括大量的零件。另外，所述的压缩机需要较大的空间。

旋转斜盘轴向活塞型压缩机的另一种结构包括一可转动的气缸体和一静止的旋转斜盘，其披露在Takagi等的美国专利5,394,698中。这种结构的构造也复杂，而且有使油泄漏到气流中的可能。

因此，需要提供一种具有静止气缸筒的可变排量旋转斜盘空气压缩机，所述气缸筒用于容纳活塞。另外，需要提供一种轴向活塞压缩机，其中用于移动旋转斜盘的装置是紧凑而构造简单的。另外，还需要一种可变排量旋转斜盘空气压缩机，该压缩机具有活塞，活塞的往复运动基于旋转斜盘的位移。

发明内容

根据本发明，轴向活塞压缩机的旋转斜盘在中立位置和第二加压位置之间运动，在中立位置中斜盘被平衡以中止压缩空气的压缩时，作用力来自气缸内部的空气压力而且可动凸轮轴环沿相反方向运动，在第二加压位置，选择预负荷在一定的级别，低于该级别时需要增加空气压力。

本发明提供了一种轴向活塞压缩机，用于在空气系统中的压力降低到或位于参考值以下时给空气系统供给压缩空气，包括：一细长的驱动轴，其沿一轴线在相对的端部之间延伸；一气缸体，其安装在所述轴的一端并具有间隔开的气缸筒，所述气缸筒围绕轴并与空气系统流动联通；可滑动地容纳在气缸筒中的活塞；一旋转斜盘，其可转动地安装在轴上并连接到活塞；和一致动装置，其与气缸体轴向隔开，并可根据空气系统中的压力变化而沿轴的另一端在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中致动装置在旋转斜盘上施加一个推力，该推力至少等于参考值，用以将旋转斜盘支撑在与轴垂直的平面中并保持活塞静止，在第二位置中由致动装置施加的推力超出空气系统的降低了的压力，用以使旋转斜盘相对于轴偏转并引起活塞在气缸筒中的往复运动。

因此，本发明的轴向活塞压缩机具有一个可移动的致动装置，其给旋转斜盘上施加推力以使活塞在静止的气缸筒中运动。当致动装置施加在旋转斜盘上的推力与旋转斜盘上活塞产生的力平衡时，压缩机停止空气压缩。因此，压缩机经历一种压力平衡状态，其中旋转斜盘位于一平面中，该平面垂直延伸到支撑旋转斜盘的轴上，而且活塞是不动的。由活塞产生的力是位于静止缸体中活塞上方空气压力的结果，所述缸体与机动车辆的空气系统连通，机动车辆包括但不限于重型卡车。

处于工作状态的压缩机的特征在于活塞的往复运动，所述活塞的往复运动是根据气缸体中的压力降低到在平衡状态下由致动装置所产生的推力以下而在致动装置可控地朝向旋转斜盘运动并使旋转斜盘转动后进行的。

根据本发明的一方面，致动装置包括多个连接到一凸轮轴环元件的弹性元件，凸轮轴环元件与旋转斜盘接触。根据车辆空气系统中的压力降，所述弹性元件能朝向旋转斜盘膨胀一定距离，这引起活塞上方空间中的压力降低到由弹性元件所产生的推力之下。活塞行程由一角度控制，该角度为凸轮轴环所产生的推力使旋转斜盘从其垂直或中立位置偏转的角度，当空气系统中的压力降低到或位于参考值以下时，凸轮轴环由膨胀垫圈偏移，所述参考值等于斜盘处于中立状态时垫圈所产生的力。旋转斜盘将返回中立位置，其中活塞被平衡，因此当达到垫圈所产生的力和活塞上方的压力之间的平衡状态，就产生不连续的空气。

根据本发明的另一方面，旋转斜盘从其中立位置偏移的角度由伺服活塞控制，该活塞可以安装在驱动轴的旋转元件中。伺服活塞连接到一连接件上，该连接件与凸轮轴环元件联接，其对应于致动伺服活塞的信号并对应于车辆空气系统中的压力降而向斜盘偏移一定的距离。

因此，本发明的一个目的是提供一种具有旋转斜盘的轴向活塞压缩机，所述斜盘用于控制活塞的运动，活塞容纳在静止的气缸筒中。

本发明的另一个目的是提供一种轴向活塞压缩机，其中在卡车的空气系统中的压力降低到或位于参考值以下后，旋转斜盘的角位移根据致动装置的位移控制。

本发明的又一个目的是提供一种具有弹性致动装置的轴向活塞压缩机，所述致动装置相对于旋转斜盘可控制地移动，以便在斜盘上施加根据空气系统中压力变化的推力。

本发明的又一个目的是提供一种轴向活塞压缩机，其中在打破平衡状态时开始产生空气，其中由卡车空气系统中预设的压力使旋转斜盘平衡，可控制地移动的凸轮轴环元件就产生一个力。

附图说明

从下面结合附图的详细描述，本发明的上述和其它目的、特征及优点将变得显然。

图1是根据本发明的设有旋转斜盘的轴向活塞压缩机的立体视图；

图2是沿旋转轴线方向剖开的图1压缩机的剖视图，并示出了一种平衡状态，其中活塞是不动的；

图3是图1压缩机的剖面图，表示被致动的活塞；

图4是连接活塞和旋转斜盘的球形连接件的立体视图；

图5是沿V-V线剖开的图4球形连接件的横剖图；

图6是图1所示压缩机的盖板的平面图；

图7是沿VII-VII线的图6盖板的剖面图；

图8是封闭旋转斜盘的压缩机壳体的立体视图；

图9是旋转斜盘和旋转斜盘致动装置的分解透视图；

图10是旋转斜盘致动装置的凸轮轴环的侧视图；

图11是旋转斜盘致动装置另一实施例的立体视图；

图12是设有图11的旋转斜盘致动装置的轴向活塞压缩机的立体视图。

具体实施方式

参照图1至3，安装在重型车辆，例如长途运输卡车上的可变排量旋转斜盘压缩机10为卡车的气压系统产生压缩空气，所述系统包括一个箱体14，用于给各种辅助设备、例如制动系统供给压缩空气。压缩空气的产生通过吸入空气开始，空气可以或不可以由涡轮增压或通过过滤器16输送，这根据空气系统中气压降低到或位于参考压力以下，参考压力可以从北美的10巴到欧洲的13巴变化。

为了提供压缩空气，压缩机10具有一静止的气缸体22，气缸体包括多个气缸筒23，用于容纳可在其中往复运动以进行吸气和压缩冲程的活塞24。活塞上方气缸筒中的空间通过多个排气口20与空气系统流动连通。因此，在压缩机的平衡状态中，此空间中的气压对应于空气系统中的气压，这将在下面解释。

在压力平衡状态中活塞是静止的，其中活塞产生的力与致动装置41抵抗此斜盘装置34所产生的推力相等并方向相反，前一种力作用在旋转斜盘装置34上并与活塞上方空间中的气压相对应。平衡状态的特征在于，旋转斜盘装置的基本垂直位置相对于旋转轴12轴线。一旦气压平衡被打乱，致动装置的推力超过降低的活塞产生的力，使旋转斜盘装置从其垂直位置产生角偏移。结果，活塞开始在静止的气缸筒中往复运动，这将在下面进行详细描述。因此，空气系统中的气压下降越多，旋转斜盘的角位移越大而且活塞冲程越长。

为了提供进气和排气口18、20之间的流通连接，压缩机具有一个盖板26，这在图6和7中可以较清楚地看到，其设有多个防止排出空气返流的单向阀28。最好是，所述单向阀是簧片或提升阀型的，容许空气沿一从高压区域到低压区域的路径流动。因此，当压缩机下游空气系统中的压力降低时，空气经过设置在排气口20中的阀28从气缸筒到空气系统流动。因此，活塞上方的空气压力降低，引起致动装置41、旋转斜盘和活塞的位移。结果，吸气冲程产生一负压，该负压足以容许外部空气通过设置在进气口18中的阀28进入缸体。

注意，尽管停止活塞运动，而且因此压缩机不压缩空气，但轴继续旋转。结果，连接到轴上的辅助装置，如燃料泵将继续工作。

根据本发明的一方面，致动装置包括一弹性元件、例如贝氏(Belleville)垫圈40和一凸轮轴环38，如图9中所示。垫圈连接到具有相对于轴倾斜的凸轮表面的凸轮轴环38上，凸轮轴环的延伸部分66总是与旋转斜盘34接触。注意，旋转斜盘总是位于活塞上方存在的压力之下，以在平衡状态期间将斜盘保持在垂直位置，凸轮轴环继续给斜盘预加负荷。但是，平衡状态中的这种接触不会产生足够的推力来克服活塞上方的压力和使斜盘绕销36转动，销36可转动地安装在轴12上。

尽管所示的致动装置可转动地安装在轴12上，但是它可以被固定地安装到压缩机的壳体62上。另外，不同类型的压缩弹性装置，例如波纹管可以和上述垫圈一样有效地使用。

旋转斜盘装置34由一可转动的内部44和一外部42构成，内部44连接到销36上以绕轴12的轴线A-A转动，外部42在图2和9中示出并通过轴承装置46连接到内部。整个旋转斜盘装置在凸轮轴环38所施加的推力作用下相对于轴转动，当空气系统中的压力降低到或低于参考值时，所述凸轮轴环38根据贝氏(Belleville)垫圈的膨胀而沿轴轴向地运动。

用于将旋转斜盘(图4)的旋转运动转化为活塞(图4)的往复轴向运动的机构，包括多个球形连接件，它们各自由一个球形元件54和一个杆56组成。沿旋转斜盘的外圆周彼此等角距离地隔开、并从其径向延伸的杆56例如可以是螺栓，所述螺栓在其一端设有螺纹，在相对端设有螺母50。球形元件54具有一可滑动地接合活塞杆30的球形外表面，杆30平行于旋转轴12延伸，用于同步的轴向移动，同时容许活塞杆和球形元件相对彼此角偏移。

当旋转斜盘转动时，为了使活塞和旋转斜盘相对彼此移动，各活塞杆30具有一凸缘58，该凸缘的内表面与球形元件的外端52配合，如图5所示。因此，当旋转斜盘角位移到图3所示的位置时，凸缘和球形元件的配合表面彼此相对滑动。这种相对移动容许活塞杆和球形元件54一起轴向移动，同时球形元件根据旋转斜盘的角位移而在凸缘内转动。注意凸缘58可以使其配合表面具有一种不同于环形的形状，只要这些元件能在彼此相对角位移的同时同步地轴向运动就可以，如图3所示。

图3表示压缩机的工作方式，其中垫圈40已经根据空气系统中的压力降低到或低于参考值而膨胀。结果，凸轮轴环轴向移动以使旋转斜盘转动，其运动产生活塞的吸气和压缩冲程。

为了防止旋转斜盘装置的外部42转动，旋转斜盘装有径向延伸的阻挡件60，该阻挡件接合壳体62的轴向槽64，如图8所示。所述槽被限定在两个从壳体内表面向旋转斜盘延伸的径向肋之间。槽和阻挡件的尺寸这样设定，即使斜盘从其中立位置具有最大的位移，阻挡件的头部也不会滑出与槽的接合，如图3所示。注意杆30、56和阻挡件60可以是全螺纹的，因此可以容易地装配或更换。

根据本发明的另一方面，图11和12中所示的致动装置41包括一个伺服活塞70，该活塞能装在压缩机壳体中，但为说明目的仅示出壳体外部。伺服活塞根据外部动力源78所产生的控制信号而致动，动力源78可以是气动、液压或电气的。控制信号代表空气系统压力的参考值，而且一旦压力降低到或低于极限值就会产生。

伺服活塞连接到机械连接件72、74，例如叉件上，连接件连接到凸轮轴环38上。由于伺服活塞的位移，叉件使凸轮轴环偏移，轴环施加一推力，该推力足以使旋转斜盘从其中立位置偏移并使活塞往复运动。当达到空气系统中所需的压力时，伺服活塞返回初始位置，该位置与旋转斜盘相对于轴线的垂直位置对应。

根据该实施例，一个径向延伸的空气入口80设置在盖板84和由耐热材料制成的气缸体82中。在平衡状态下，活塞是不动的而且处于一位置中，在该位置它们挡住空气入口，因此防止外部空气进入。当摆动的旋转斜盘使活塞移动时，空气入口打开，容许外部空气吸入活塞头部上方的气缸筒中，在压缩冲程期间容许通过排气口20将压缩空气输送到空气系统。

如图2和12所示，在一定的条件下为了临时将卡车的发动机从附加载荷的情况下释放，例如当卡车爬一陡峭的山坡时，电磁阀86可以根据驱动器的需求信号关闭排气口88。结果，气缸体中活塞上方的压力迅速升高，使压缩机在短期内达到平衡状态。电磁阀的开启容许压缩机返回到通常的工作模式。

另外，如图2中所示，车辆设有一个中央处理单元90，如用于接收信号，所述信号在空气系统中的气压达到预定的高极限时由压力传感器92产生。一旦此信号被处理，电磁阀就被致动而堵住排气口。

另外，通常是计算机的中央处理单元90能处理一种信号94，该信号表示车辆发动机上的总负荷。因此，如果表示负荷的信号超出一定的极限值，处理单元就产生致动电磁阀的控制信号，从而关闭排气口。在这种情况中，压缩机迅速达到平衡状态，如上所述，并且停止压缩空气。

由于达到平衡状态后活塞的往复运动停止，所以活塞和压缩机头部之间需要的润滑也减少。结果，进入气流的油通道也减少。另外，为了使气流的油通道的作用最小，气缸筒和活塞裙部被涂敷耐磨损材料。因此，活塞裙部与从下面一组材料中选择的材料相关，该组材料包括填充青铜和二硫化钼的聚四氟乙烯材料以及填充石墨和PPS的聚四氟乙烯材料。将阳极氧化铝涂层(接近60RC的硬度)施加到气缸筒的表面上。实际上，正确地选择涂层材料和可控的活塞运动能导致一种结构，其中活塞和压缩机头部之间的润滑是不必需的。

尽管已经参照特定的元件设置、特征等对本发明进行了描述，但这不是所有可能的设置或特征，而且实际上对于本领域的技术人员而言可以进行许多其它变型和变化。

Claims (20)

1.一种轴向活塞压缩机，用于在空气系统中的压力降低到或位于参考值以下时给空气系统供给压缩空气，包括：

一细长的驱动轴，其沿一轴线在相对的端部之间延伸；

一气缸体，其安装在所述轴的一端并具有间隔开的气缸筒，所述气缸筒围绕轴并与空气系统流动联通；

可滑动地容纳在气缸筒中的活塞；

一旋转斜盘，其可转动地安装在轴上并连接到活塞；

其特征在于，

一致动装置，其与气缸体轴向隔开，并可根据空气系统中的压力变化而沿轴的另一端在第一位置和第二位置之间移动，在第一位置中致动装置在旋转斜盘上施加一个推力，该推力至少等于参考值，用以将旋转斜盘支撑在与轴垂直的平面中并保持活塞静止，在第二位置中由致动装置施加的推力超出空气系统的降低了的压力，用以使旋转斜盘相对于轴偏转并引起活塞在气缸筒中的往复运动。

2.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述致动装置包括一弹性元件，该元件连接到与旋转斜盘接触的凸轮轴环上。

3.根据权利要求2所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述弹性元件是贝氏垫圈。

4.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述致动装置可转动地安装在轴上。

5.根据权利要求2所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述弹性元件和凸轮轴环相对于轴静止。

6.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述旋转斜盘具有彼此相连的一个内部和一个外部，以绕具有轴线的轴同步转动。

7.根据权利要求6所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述旋转斜盘具有一个位于内部和外部之间的轴承装置，用于使它们绕所述轴线彼此相对转动，轴向压缩机还包括一个销，该销的轴线垂直于所述轴的轴线延伸，所述销可转动地固定到旋转斜盘装置的内部并安装在轴上以随其旋转。

8.根据权利要求6所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，在旋转斜盘的内部位于致动装置的第二位置中时，旋转斜盘根据凸轮轴环所产生的推力而绕轴线摆动。

9.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，还包括一设有轴向槽的壳体，所述旋转斜盘具有一径向延伸的阻挡件，该阻挡件可滑动地结合壳体的轴向槽，以防止当旋转斜盘在致动装置的第二位置中摆动时，外部绕轴线转动。

10.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，还包括多个球形连接件，它们在旋转斜盘上隔开并向外径向延伸以接合活塞。

11.根据权利要求10所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，球形连接件包括一由连接杆横穿的球形元件。

12.根据权利要求10所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述活塞包括一活塞杆，其基本平行于轴延伸并具有设有凸缘的一端部，所述凸缘围绕球形元件，以容许在旋转斜盘摆动时球形元件和活塞杆之间的相对角位移。

13.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，还包括一个盖板，该盖板围绕轴的一端并设有多个轴向进气口和多个轴向排气口，其中当活塞进行吸气冲程时空气从进气口进入，所述排气口与空气系统流动连通并在活塞压缩冲程期间用于从气缸体排出空气。

14.根据权利要求13所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述盖板具有多个单向阀，单向阀可以从包括提升阀或簧片型的组件中选择，并且单向阀与进气和排气口联通，所述单向阀设置在排气口中并在空气系统中的压力降低到或位于预设值以下时就打开，以容许空气从气缸体流动到空气系统中。

15.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述致动装置可根据空气系统中的压力变化在第二位置中偏移不定的距离。

16.根据权利要求13所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，还包括一电磁阀，其设有能根据需求信号挡住排气口的活塞。

17.根据权利要求1所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，所述致动装置包括一个伺服活塞和一个叉件，伺服活塞根据空气系统中的压力至多降低到参考值以下而被致动，叉件连接在伺服活塞和凸轮轴环之间，所述凸轮轴环与旋转斜盘接触并给它施加推力。

18.根据权利要求17所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，还包括一径向延伸的空气入口，其用于吸入气流，设置于气缸体中并且在致动装置处于第一位置时由活塞挡住。

19.一种轴向活塞压缩机，包括：

一可绕轴线转动的驱动轴；

一旋转斜盘，其可转动地安装在轴上，以绕垂直于所述轴线延伸的枢转轴线转动；

一气缸体，其具有多个围绕所述轴一端的气缸筒；

多个活塞，它们与旋转斜盘接合并容纳在气缸筒中，所述活塞根据活塞上方气缸体中的空气压力而在旋转斜盘上施加力；

其特征在于，

一凸轮轴环，其围绕所述轴的另一端并给旋转斜盘预加负荷，旋转斜盘可在中立位置和第二加压位置之间转动，在中立位置斜盘被平衡以中止压缩空气的压缩时，力来自气缸体中的空气压力而且可动凸轮轴环沿相反方向作用，在第二加压位置选择预负荷在一定的级别，即低于该级别时需要增加空气压力。

20.根据权利要求19所述的轴向活塞压缩机，其特征在于，还包括选自包括贝氏垫圈和伺服活塞的组件中的一个致动器，各自连接到凸轮轴环，以使凸轮轴环根据压力降低到参考值以下而在第一和多个第二位置之间运动，在第一位置中凸轮轴环在旋转斜盘上施加一个推力，该推力至少等于参考值，用以将旋转斜盘支撑在与轴垂直的平面中并保持活塞静止，在第二位置中由凸轮轴环施加的推力超出空气系统的降低了的压力，用以使旋转斜盘相对于轴偏转并引起活塞在气缸筒中的往复运动，所述参考值等于第一位置中凸轮轴环所产生的推力。

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