DE10017704C2 - Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung für einen Verdichter - Google Patents
Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung für einen VerdichterInfo
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Abstract
Bei einer Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung für einen Verdichter in Einklang mit der vorliegenden Erfindung sind ein Expansionsschalldämpfer 46 und ein Resonanzschalldämpfer 58, jeweils mit einer bestimmten Kapazität, im Inneren von Zylinderblöcken 11 und 12 durch Trennwandungen 59 und 60 definiert, derart, daß der Resonanzschalldämpfer 58 in Richtung der Schwerkraft (Vertikalrichtung) höher angeordnet ist als der Expansionsschalldämpfer 46. Der Expansionsschalldämpfer 46 ist verbunden mit Druckräumen 38 und 39 und mit einer Austrittsöffnung 48, und die beiden Schalldämpfer 46 und 58 stehen über einen in den Trennwandungen 59 und 60 ausgebildeten Verbindungskanal 61 in Verbindung. Die Werte für die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58, die freie Querschnittsfläche des Verbindungskanals 61 und die Kanallänge desselben werden so gesetzt, daß eine Druckänderung, die spezifische Frequenzkomponenten der Druckpulsation im Inneren des Expansionsschalldämpfers 46 zu verschieben vermag, im Inneren des Resonanzschalldämpfers 58 erzeugt werden kann. Das im Inneren des Resonanzschalldämpfers 58 kondensierte Schmiermittel wird über den Verbindungskanal 61 in den Expansionsschalldämpfer 46 zurückgeführt.
Description
Die Erfindung betrifft eine Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung
für einen Verdichter, der in einem Fahrzeug-Klimagerät, einer
Druckluftversorgungseinrichtung und dergleichen zum Einsatz
gelangt.
Ein Verdichter dieser Art ist so gestaltet, daß ein von außen
angesaugtes kompressibles Fluid in einen Arbeitsraum eingeführt
wird und der Druck dieses kompressiblen Fluids durch Volumen
verkleinerung des Arbeitsraums erhöht wird. Bei einem derar
tigen Verdichter wird das so verdichtete kompressible Fluid
innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls aus dem Arbeitsraum
in einen Druckraum ausgeschoben. Dies resultiert im Auftreten
einer sogenannten "Druckpulsation" infolge der Druckänderung im
Inneren des Druckraums entsprechend dem Ausschubzeitpunkt. Bei
einem hin- und hergehenden Verdichter, bei dem eine Mehrzahl
von Zylinderbohrungen um eine Drehwelle angeordnet sind und in
den Zylinderbohrungen angeordnete Kolben durch die Schaukel-
oder Taumelbewegung einer an der Drehwelle befestigten Taumel
scheibe zu einer hin- und hergehenden Bewegung veranlaßt
werden, um den Verdichtungsvorgang durchzuführen, tritt eine
Druckpulsation auf, die Frequenzkomponenten verschiedener Ord
nungen (Verhältnis von Umdrehungen zu Frequenz) hat, die der
Anzahl der Zylinderbohrungen (Zylinderzahl) entsprechen. Wenn
eine derartige Druckpulsation auftritt, entsteht Resonanz in
den an den Verdichter angeschlossenen externen Rohrleitungs
anordnungen, wodurch Schwingungs- und Geräuschprobleme hervor
gerufen werden können.
Um die Schwingungen und Geräusche zu reduzieren, sind herkömm
liche Verdichter mit einer Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung
ausgestattet, welche die infolge der Kompressionstätigkeit des
Verdichters auftretende Druckpulsation dämpft. Derartige
Verdichter sind beispielsweise aus den deutschen Patent
schriften DE 39 02 154 C2 und DE 34 07 321 C2 sowie aus der
deutschen Offenlegungsschrift DE 198 00 556 A1 und der
japanischen Druckschrift JP 100 26 080 A bekannt. Als eine
Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung dieser Art ist ein
Druckschalldämpfer vom Expansionsdämpfertyp bekannt geworden.
Der Druckschalldämpfer definiert einen Expansionsraum mit einer
bestimmten Kapazität im Inneren des Gehäuses eines Verdichters
und leitet ein kompressibles Fluid von dem Druckraum durch den
Expansionsraum zu den externen Rohrleitungsanordnungen.
Allgemein verlangt die Ausführung nach dem Stand der Technik
jedoch einen Expansionsraum, der hinreichend Kapazität auf
weist, um die Druckpulsation wirksam dämpfen zu können, und
dies fordert eine Vergrößerung der Abmessungen des Verdichters
heraus. Im Falle eines für Fahrzeugklimageräte verwendeten Ver
dichters ist der Einbauraum für den Verdichter innerhalb des
Motorraums begrenzt. Daher vermag der herkömmliche Schalldämp
fer vom Expansionsdämpfertyp nicht, eine ausreichende Kapazität
sicherzustellen, und kann jene Geräuschkomponenten, die einen
bestimmten Frequenzbereich in der Druckpulsation haben, nicht
ausreichend dämpfen.
Dieses Problem könnte beispielsweise dadurch gelöst werden, daß
man einen Druckschalldämpfer vom Resonanzdämpfertyp, der einen
Resonanzraum nach Art eines toten Endes mit einer bestimmten
Kapazität umfaßt, in einem Zwischenbereich eines Druckkanals,
der sich von dem Druckraum des Verdichters zu der externen
Rohrleitungsanordnung erstreckt, über einen Verbindungskanal
anschließt. Bei dem Resonanzdruckschalldämpfer wird ein Teil
des den Druckkanal durchströmenden kompressiblen Fluids durch
den Verbindungskanal in den Resonanzraum hinein gelenkt. Auf
diese Weise wird eine Druckänderung erzeugt, die die Frequenz
komponente in einem bestimmten Frequenzbereich in der Druck
pulsation verschiebt.
Um die Druckänderung, die die betreffende Frequenzkomponente
verschiebt, stabil erzeugen zu können, muß der Resonanzschall
dämpfer jedoch die Kapazität seines Resonanzraums stets auf
einem bestimmten Wert halten. Indes enthält das kompressible
Fluid Schmierstoff, Wasser, etc., um Schmier- und Kühlfunk
tionen an Gleitflächen im Inneren des Verdichters sicherzu
stellen. Es ist deshalb natürlich, daß der Schmierstoff etc.
mit dem kompressiblen Fluid in den Resonanzraum gelangt. Wenn
ein solches Schmiermittel kondensiert und im Inneren des Reso
nanzraums verbleibt, verändert sich die Kapazität des Resonanz
raums. Diese Veränderung macht die Erzeugung der Druckänderung
instabil, wodurch letztendlich die betreffenden Frequenzkompo
nenten nicht hinreichend gedämpft werden können.
Zur Lösung dieser Schwierigkeiten, mit denen der Stand der
Technik behaftet ist, liegt der vorliegenden Erfindung die Auf
gabe zugrunde, eine Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung für
einen Verdichter bereitzustellen, mit der die betreffenden Fre
quenzkomponenten einer Druckpulsation innerhalb eines begrenz
ten Raumes stabil verschoben werden können.
Bei einem Verdichter, umfassend - im Inneren seines Gehäuses -
einen Kompressionsmechanismus, der so gestaltet ist, daß ein
kompressibles Fluid von außen angesaugt und durch die Tätigkeit
des Kompressionsmechanismus verdichtet wird und das so verdich
tete kompressible Fluid in einen in dem Gehäuse definierten
Druckraum ausgeschoben wird, einen Durchflußkanal zum Führen
des kompressiblen Fluids in dem Druckraum zur Außenseite des
Verdichters und einen Druckschalldämpfungsbereich, der in einem
Zwischenbereich des Durchflußkanals im Inneren des Gehäuses
definiert ist, umfaßt eine Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung
gemäß der vorliegenden Erfindung zur Erfüllung der obengenann
ten Aufgabe eine Trennwand innerhalb des Druckschalldämpfungs
bereichs, die den Druckschalldämpfungsbereich unterteilt in
einen ersten Dämpfungsraum, der Teil des Durchflußkanals bil
det, und einen zweiten Dämpfungsraum, der mit dem ersten Dämp
fungsraum über einen Verbindungskanal in Verbindung steht und
unabhängig von dem Durchflußkanal ist, und Rückführungsmittel,
um die von dem kompressiblen Fluid mitgeführte Flüssigkeit, die
dem zweiten Dämpfungsraum zugeführt wird und in dem zweiten
Dämpfungsraum kondensiert, zu dem ersten Dämpfungsraum zurück
zuführen.
Die im Inneren des zweiten Dämpfungsraums kondensierte Flüssig
keit wird durch die Rückführungsmittel zu dem ersten Dämpfungs
raum zurückgeführt und bleibt nicht im Inneren des zweiten
Dämpfungsraums. Also kann die Kapazität des zweiten Dämpfungs
raums stets konstant gehalten werden und eine Druckänderung,
die die Komponenten des betreffenden Frequenzbereichs in der
Druckpulsation verschiebt, kann stabil erzeugt werden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der nachfolgenden
Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform in Verbindung
mit der beigefügten zeichnerischen Darstellung noch näher
erläutert.
In der Zeichnung zeigen:
Fig. 1 eine querschnittliche Darstellung, die, als Ganzes,
einen Verdichter gemäß der ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
Fig. 2 eine Seitenansicht des hinteren Zylinderblocks in
Fig. 1, von vorne betrachtet;
Fig. 3 eine Draufsicht, die in vergrößerter Darstellung die
Bereiche in der Umgebung des in Fig. 1 dargestellten
Verbindungskanals zeigt;
Fig. 4 eine erläuternde Darstellung der Dämpfung einer
Frequenzkomponente zehnter Ordnung; und
Fig. 5 eine Seitenansicht des hinteren Zylinderblocks der
zweiten Ausführungsform der Erfindung, von vorne
betrachtet.
Im folgenden wird, unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 4,
die erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrie
ben, in der Anwendung auf eine Druckpulsationsdämpfungsvorrich
tung für einen Taumelscheibenverdichter mit doppeltwirkenden
Kolben für ein Fahrzeugklimagerät.
Ein Paar Zylinderblöcke 11 und 12 als Gehäusebestandteile sind
an ihren einander gegenüberliegenden Endbereichen miteinander
gefügt, wie in Fig. 1 gezeigt. Ein vorderes Gehäuse 13, eben
falls einen Bestandteil des Gehäuses darstellend, ist mit der
vorderen Endfläche des vorderen Zylinderblocks 11 durch einen
vorderen, ein Ventil bildenden Körper 14 verbunden. Ein hinte
res Gehäuse 15, welches ebenfalls einen Gehäusebestandteil bil
det, ist mit der hinteren Endfläche des hinteren Zylinder
blocks 12 durch einen hinteren, ein Ventil bildenden Körper 16
verbunden.
Eine Mehrzahl von Schrauben-Einführungsöffnungen 17 sind so
vorgesehen, daß sie das vordere Gehäuse 13, den vorderen ven
tilbildenden Körper 14, die beiden Zylinderblöcke 11 und 12 und
den hinteren ventilbildenden Körper 16 durchgreifen und dann in
das hintere Gehäuse 15 gebohrt sind. Eine Mehrzahl von Durch
gangsschrauben 18 sind von der Seite des vorderen Gehäuse 13
her in die Schrauben-Einführungsöffnungen 17 eingeführt und an
ihrem entfernten Ende jeweils in Schraubenlöcher 17a einge
schraubt, die in dem hinteren Gehäuse 15 vorgesehen sind. Das
vordere Gehäuse 13 und das hintere Gehäuse 15 sind über diese
Durchgangsschrauben 18 an die Endflächen der entsprechenden
Zylinderblöcke 11 und 12 gebunden und befestigt.
Eine Antriebswelle 19 ist in der Mitte der Zylinderblöc
ke 11, 12 und des vorderen Gehäuses 13 in einem Paar von
Radiallagern 20, umfassend ein vorderes und ein hinteres Lager,
drehbar gelagert. Eine Lippendichtung 21 ist zwischen dem äuße
ren Umfang am vorderen Ende der Antriebswelle 19 und dem vorde
ren Gehäuse 13 angeordnet. Die Antriebswelle 19 ist an ihrem
vorderen Ende mit einem Fahrzeugmotor E verbunden, der über
einen Kupplungsmechanismus 22 eine externe Antriebsquelle bil
det. Wenn der Kupplungsmechanismus 22 in Eingriff gebracht
wird, wird die Antriebswelle 19 in Rotation versetzt, und die
Antriebskraft des Fahrzeugsmotors E wird auf sie übertragen.
Wie in den Fig. 1 und 2 dargestellt, sind eine Mehrzahl von
Zylinderbohrungen 23 (fünf in dieser Ausführungsform) im glei
chen Winkel rund um die Antriebswelle 19 durch beide Endberei
che jedes Zylinderblocks 11, 12 gebohrt. In den Zylinderbohrun
gen 23 sind doppeltwirkende Kolben 24, die eine Mehrzahl von
Kompressionsmechanismen darstellen, so aufgenommen und ge
stützt, daß sie eine hin- und hergehende Bewegung ausführen
können. Jede Zylinderbohrung 23 weist eine Mehrzahl (fünf in
dieser Ausführungsform) von Arbeitsräumen (vorne) bzw. 26
(hinten) auf. In anderen Worten: der Verdichter gemäß der vor
liegenden Ausführungsform ist ein doppeltwirkender Zehn-Zylin
der-Kolbenverdichter.
Ein Kurbelraum 27 ist in einem zwischen den beiden Zylinder
blöcken 11 und 12, in deren Innerem befindlichen Zwischen
bereich angeordnet. Eine Taumelscheibe 28 ist an der Antriebs
welle 19 im Inneren des Kurbelraums 27 angeordnet und befe
stigt, und ihr Außenumfangsbereich steht mit dem Zwischenbe
reich des Kolbens 24 über ein Paar Schuhe 29 in Verbindung. Der
Kolben 24 wird durch die Taumelscheibe 28 über die Rotation der
Antriebswelle 19 zu einer hin- und hergehenden Bewegung veranlaßt.
Zwei Drucklager 30, umfassend ein vorderes und ein hinte
res Lager, sind zwischen beiden Endflächen der Taumelscheibe 28
und der inneren Endfläche jedes Zylinderblocks 11, 12 angeord
net. Die Taumelscheibe 28 ist mittels der Drucklager 30 zwi
schen den zwei Zylinderblöcken 11 und 12 eingespannt und gehal
ten. Der Kurbelraum 27 ist über einen Eintrittskanal 31 und
eine Eintrittsöffnung 32 mit einem externen Kältemittelkreis 33
verbunden, der eine externe Rohrleitungsanordnung darstellt,
und bildet einen Saugdruckbereich.
Ein vorderer Saugraum 35 und ein hinterer Saugraum 36 sind
ringförmig, dem Außenumfang zuliegend, in dem vorderen bzw.
hinteren Gehäuse 13 und 15 ausgebildet. Saugkanäle 37, die auch
als die bereits beschriebenen Schraubeneinführungsöffnungen 17
dienen, sind so gestaltet, daß sie beide Zylinderblöcke 11
und 12 durchgreifen und den vorderen Saugraum 35 bzw. hinteren
Saugraum 36 mit dem Kurbelraum 27 verbinden. Ein vorderer
Druckraum 38 und ein hinterer Druckraum 39 sind ringförmig, der
Mitte zuliegend, in dem vorderen bzw. hinteren Gehäuse 13
und 15 definiert.
Eine Mehrzahl von Saugöffnungen 40 sind in den ventilbildenden
Körpern 14 und 16 in der Weise vorgesehen, daß sie diese ven
tilbildenden Körper durchgreifen und zu den einzelnen Zylinder
bohrungen 23 korrespondieren. Ein Saugventil 41 ist in jedem
ventilbildenden Körper 14, 16 zum Öffnen und Schließen jeder
Saugöffnung 40 vorgesehen. Das Saugventil 41 öffnet mit Bewe
gung jedes Kolbens 24 vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt;
hierbei wird ein Kältemittelgas aus den beiden Saugräumen 35
und 36 in die Arbeitsräume 25 und 26 gesaugt.
Eine Mehrzahl von Drucköffnungen 42 sind in jedem ventilbilden
den Körper 14, 16 in der Weise gebohrt, daß sie den ventilbildenden
Körper 14, 16 durchgreifen und zu den einzelnen Zylin
derbohrungen 23 korrespondieren. Ein Druckventil 43 ist in
jedem ventilbildenden Körper 14, 16 zum Öffnen und Schließen
jeder Drucköffnung 42 vorgesehen. Das Kältemittelgas im Inneren
jedes Arbeitsraums 25, 26 wird mit der Bewegung jedes Kol
bens 24 von dessen unterem Totpunkt zu dessen oberem Totpunkt
auf einen bestimmten Druck verdichtet. Hiernach wird es durch
die Tätigkeit des Druckventils 43 in die beiden Druckräume 38
und 39 ausgeschoben. Es sei angemerkt, daß das Öffnen des
Druckventils 43 durch einen über jedem ventilbildenden Kör
per 14, 16 angeordneten Begrenzer 44 begrenzt wird.
Jeder Druckraum 38, 39 steht mit dem im vorstehenden beschrie
benen externen Kältemittelkreis 33 über einen Druckkanal 45,
einen Expansionsschalldämpfer 46 als ersten Dämpfungsraum und
einen Verbindungskanal, der einen Austrittskanal 47 und eine
Austrittsöffnung 48 umfaßt, in Verbindung. Der Expansions
schalldämpfer 46 bildet Teil eines Druckschalldämpfungsbereichs
und ist ein Schalldämpfer vom Expansionsdämpfertyp mit einer
bestimmten Kapazität.
Ein Verflüssiger 49, ein Expansionsventil 50 und ein Verdamp
fer 51 sind hintereinandergeschaltet an den externen Kältemit
telkreis 33 angeschlossen. Der Verflüssiger 49 kühlt das von
dem Verdichter gelieferte Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel
gas und kondensiert das Gas zum flüssigen Kältemittel. Dem
Expansionsventil 50 kommt die Rolle eines veränderlichen Dros
selorgans zu, welches die Hochtemperatur/Hochdruck-Kältemittel
flüssigkeit entspannt und in einen Niedertemperatur/Nieder
druck-Zustand überführt (so zum Beispiel in den zerstäubten
Zustand). Der Verdampfer 51 verdampft das zerstäubte flüssige
Kältemittel durch Wärmeaustausch mit der in den Fahrgastraum
eingeleiteten Luft.
Die Steuerung der Ventilöffnung des Expansionsventils 50
erfolgt auf Basis der Temperatur, die von einem temperatur
fühlenden Zylinder 52 erfaßt wird, der neben dem Verdampfer 51
angeordnet ist. Dementsprechend wird die Strömungsrate des Käl
temittels in dem externen Kältemittelkreis 33 so eingestellt,
daß der Verdampfungszustand des Kältemittels in dem Verdamp
fer 51 einen geeigneten Grad der Erwärmung aufweist. Das von
dem Verdampfer 51 verdampfte Kältemittelgas wird durch die Kom
pressionstätigkeit des Verdichters über die Eintrittsöffnung 32
und den Eintrittskanal 31 in den Kurbelraum 27 zurückgeführt
und wird erneut verdichtet.
Als nächstes wird die Ausgestaltung des Schalldämpfers für den
doppeltwirkenden Kolbenverdichter, welcher den im vorstehenden
beschriebenen Aufbau aufweist, erläutert.
Ein vorderer Expansionsbereich 56 ist einstückig mit dem äuße
ren Bereich des vorderen Zylinderblocks 11 ausgebildet, wie in
den Fig. 1 und 2 dargestellt. Ein hinterer Expansionsbe
reich 57 ist einstückig mit dem äußeren Bereich des hinteren
Zylinderblocks 12 ausgebildet und ist mit dem vorderen Expan
sionsbereich 56 verbunden, wenn beide Zylinderblöcke 11 und 12
miteinander gekoppelt sind. Im Inneren jedes Expansionsbe
reichs 56, 57 ist ein Druckschalldämpfungsbereich definiert.
Der oben beschriebene Expansionsschalldämpfer 46 und ein Reso
nanzschalldämpfer 58, der einen zweiten Dämpfungsraum dar
stellt, welcher einen Schalldämpfer vom Resonanzdämpfertyp
bildet, sind in jedem Druckschalldämpfungsbereich definiert und
sind an den Fügeflächen der Expansionsbereiche 56 und 57, die
einander gegenüberliegen, offen. Wenn die beiden Zylinderblöcke
11 und 12 (Expansionsbereiche 56 und 57) miteinander gekoppelt
sind, dann ist jeder Schalldämpfer 46, 58 abgeschlossen, und
jeder Schalldämpfer 46, 58 definiert jeweils einen integrierten
Raum.
Um eine bestimmte Kapazität zu sichern, erstreckt sich der
Expansionsschalldämpfer 46 in seiner Außenumfangsrichtung
entlang der Außenwandoberfläche 11a, 12a jedes Zylinder
blocks 11, 12. Auf diese Weise wird die überstehende Länge der
Expansionsbereiche 56 und 57 soweit wie möglich reduziert. Weil
der Expansionsschalldämpfer 46 so gebildet ist, daß er beide
Expansionsbereiche 56 und 57 überspannt, um die Kapazität
sicherzustellen, kann auch die überstehende Länge der Expan
sionsbereiche 56 und 57 reduziert werden.
Der Expansionsschalldämpfer 46 und der Resonanzschalldämpfer 58
sind gegeneinander abgetrennt durch Trennwandungen 59 und 60,
die miteinander gekoppelt sind, wenn beide Zylinderblöcke 11
und 12 miteinander gekoppelt sind. Jede Trennwand 59, 60 wird
einstückig mit jedem Zylinderblock 11, 12 beim Gießen des
Zylinderblocks ausgebildet. Der Resonanzschalldämpfer 58 weist
eine bestimmte Kapazität auf und ist in vertikaler Richtung
oberhalb des Expansionsschalldämpfers 46 angeordnet. Der Reso
nanzschalldämpfer 58 steht mit dem Expansionsschalldämpfer 46
über einen Verbindungskanal 61 in Verbindung, der außerdem als
Rückführungskanal dient. Ein Teil des Kältemittelgases, welches
den Expansionsschalldämpfer 46 passiert, strömt in diesen Reso
nanzschalldämpfer 58. Da der Resonanzschalldämpfer 58 aber ein
totes Ende hat, bildet er nicht Teil des Verbindungskanals des
Kältemittelgases von den Druckräumen 38 und 39 zu dem externen
Kältemittelkreis 33.
Der Verbindungskanal 61 wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt,
umfaßt Nuten 62, die einen halbkreisförmigen Querschnitt auf
weisen und etwa in der Mitte der Koppelflächen 59a, 60a der
beiden Trennwandungen 59 und 60 angeordnet sind. Der Verbin
dungskanal 61 ist so gestaltet, daß eine bestimmte freie Quer
schnittsfläche und eine bestimmte Kanallänge sichergestellt
sind. Für die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58, die
freie Querschnittsfläche des Verbindungskanals 61 und die
Kanallänge desselben werden geeignete Werte gesetzt, so daß
eine Druckänderung, die eine spezifische Frequenzkomponente in
der Druckpulsation (periodische Druckänderung) des Kältemittel
gases im Inneren des Expansionsschalldämpfers 46 verschiebt,
erzeugt werden kann, wenn ein Teil des im Inneren des Expan
sionsschalldämpfers 46 strömenden Kältemittelgases in den Reso
nanzschalldämpfer 58 fließt. Dementsprechend können die spezi
fischen Frequenzkomponenten der Druckpulsation im Inneren des
Expansionsschalldämpfers 46 gedämpft werden.
Mitgetragen von dem Kältemittelgas, strömt der Schmierstoff,
der im zerstäubten Zustand feinverteilt vorliegt, ebenfalls in
den Resonanzschalldämpfer 58. Dieser Schmierstoff haftet an der
Innenwandoberfläche und kondensiert in Form von Tröpfchen, wäh
rend das Kältemittelgas wiederholt gegen die Innenwandoberflä
che des Resonanzschalldämpfers 58 trifft. Das kondensierte
Schmiermittel wird durch den im vorstehenden beschriebenen Ver
bindungskanal 61 in den Expansionsschalldämpfer 46 zurückge
führt.
Im folgenden wird der Vorgang der Reduzierung der Druckpulsa
tion in dem doppeltwirkenden Kolbenverdichter, welcher den oben
beschriebenen Aufbau aufweist, erläutert.
Wenn der Kupplungsmechanismus 22 in Eingriff gebracht wird,
wird die Antriebskraft von dem Fahrzeugmotor E auf die
Antriebswelle 19 übertragen. Dabei setzt ein hin- und her
gehender Bewegungsvorgang jedes Kolbens 24 in Verzahnung mit
der Rotation der Taumelscheibe 28 ein. Mit Einsatz der hin- und
hergehenden Bewegung jedes Kolbens 24 beginnt eine Reihe von
Zyklen: Ansaugen des Kältemittelgases von jedem Saugraum 35, 36
in jeden Arbeitsraum 25, 26, Verdichten im Inneren jedes
Arbeitsraums 25, 26 und Ausschieben zu jedem Druckraum 38, 39.
Die zu dem vorderen Druckraum 38 und zu dem hinteren Druck
raum 39 ausgeschobenen Kältemittelgase werden durch den Druck
kanal 45 in den Expansionsschalldämpfer 46 geführt und vereini
gen sich.
Bei dem 10-Zylinder-Verdichter gemäß der vorliegenden Ausfüh
rungsform wird pro Umdrehung der Taumelscheibe 28 zehnmal aus
geschoben. Durch diese Ausschubtätigkeit entsteht eine momen
tane Druckerhöhung im Inneren des Expansionsschalldämpfers 46.
Dementsprechend tritt eine Druckpulsation, welche die Frequenz
komponente zehnter Ordnung umfaßt, die zehnmal pro Umdrehung
der Taumelscheibe 28 wechselt, im Inneren des Expansionsschall
dämpfer 46 auf.
Fig. 4 zeigt ein Beispiel für den Pegel der Druckpulsation
gemessen in der Leitungsanordnung zwischen dem Verdichter und
dem Verflüssiger 49 in dem externen Kältemittelkreis 33. In der
Zeichnung repräsentiert Beispiel 1 das Meßergebnis für einen
Verdichter, bei dem die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58
12 cm3, der freie Durchmesser des Verbindungskanals 61 3,3 mm
und die Kanallänge 4 mm betragen. Beispiel 2 steht für das
Meßergebnis für einen Verdichter, bei dem die Kapazität des
Resonanzschalldämpfers 58 12 cm3, der freie Durchmesser des
Verbindungskanals 61 4,8 mm und die Kanallänge 4 mm betragen.
Ein Vergleichsbeispiel stellt das Meßergebnis für einen Ver
dichter dar, der den Resonanzschalldämpfer 58 und den Verbin
dungskanal 61 nicht enthält.
Fig. 4 zeigt die Anwesenheit einer Spitze (Peak) mit einem
hohen Pulsationspegel bei etwa 1500 U/min, was die Drehzahl NC
der Antriebswelle anzeigt, in der Frequenzkomponente zehnter
Ordnung der Druckpulsation bei der herkömmlichen Ausführung,
d. h. für den 10-Zylinder-Verdichter, der lediglich mit dem
Expansionsschalldämpfer 46 ausgestattet ist (Vergleichsbei
spiel). Die Frequenzkomponente zehnter Ordnung nahe 1500 U/min
hat eine Frequenz von etwa 250 Hz, die im wesentlichen mit der
Eigenfrequenz des externen Kältemittelkreises 33 zusammenfällt.
Dies erzeugt ein Geräusch, das von dem Motorengeräusch ver
schieden ist und für den Fahrer unangenehm ist.
Im Gegensatz hierzu weisen die Verdichter gemäß der vorliegen
den Ausführungsform (Beispiele 1 und 2) Peaks in der Nähe von
1500 U/min auf, jedoch mit einem gegenüber dem Vergleichsbei
spiel um ca. 20% verminderten Pulsationspegel. Der Pulsations
pegel des Peaks bei anderen Drehzahlen als 1500 U/min ist bei
den Beispielen 1 und 2 jeweils verschieden. So kann der Pulsa
tionspegel nahe 1400 U/min, entsprechend einer Frequenz von ca.
233 Hz, durch die Verwendung der Ausführung nach Beispiel 1
wirksam gesenkt werden. Der Pulsationspegel in der Nähe von
1600 bis 2500 U/min, entsprechend Frequenzen von ca. 266 bis
417 Hz, kann durch die Verwendung der Ausführung gemäß Bei
spiel 2 wirksam herabgesetzt werden.
Demnach können mit der vorliegenden Ausführungsform die folgen
den Wirkungen erzielt werden.
Bei dem Verdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind
der durch die Trennwandung 59, 60 definierte Expansionsschall
dämpfer 46 und Resonanzschalldämpfer 58 im Inneren des Expan
sionsbereichs 56, 57 des Zylinderblocks 11, 12 angeordnet. Der
Expansionsschalldämpfer 46 bildet Teil des Durchflußkanals des
Kältemittelgases von dem Druckraum 38, 39 zu dem externen Käl
temittelkreis 33. Der Resonanzschalldämpfer 58 steht mit dem
Expansionsschalldämpfer 46 durch den Verbindungskanal 61 in
Verbindung, ist aber unabhängig von dem Durchflußkanal. Der im
Inneren des Resonanzschalldämpfers 58 auskondensierte Schmier
stoff wird über den Verbindungskanal 61 in den Expansions
schalldämpfer 46 zurückgeführt.
Der in dem Resonanzschalldämpfer 58 kondensierte Schmierstoff
bleibt demnach nicht in dem Resonanzschalldämpfer 58, und damit
kann die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58 konstant ge
halten werden. Dies hat zur Folge, daß die Druckänderung, die
die Komponenten des betreffenden Frequenzbereichs in der Fre
quenzkomponente zehnter Ordnung der Druckpulsation verschiebt,
stabil erzeugt werden kann und damit die Komponenten in dem be
treffenden Frequenzbereich in der Druckpulsation stabil ge
dämpft werden können.
Des weiteren übernimmt der Verbindungskanal 61 die Aufgabe, das
in dem Resonanzschalldämpfer 58 kondensierte Schmiermittel in
den Expansionsschalldämpfer 46 zurückzuführen. Damit erübrigt
sich die Notwendigkeit, von dem Verbindungskanal 61 gesonderte
Rückführmittel vorsehen zu müssen, wodurch der Aufbau verein
facht werden kann.
Bei dem Verdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform wer
den die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58, die freie
Querschnittsfläche des Verbindungskanals 61 und die Kanallänge
desselben so gesetzt, daß die Frequenz der Druckänderung, die
im Inneren des Resonanzschalldämpfers 58 erzeugt wird, mit der
Resonanzfrequenz des Expansionsschalldämpfers 46 übereinstimmt
und ihre Phase der Druckpulsation des Expansionsschalldämp
fers 58 entgegengesetzt ist.
Als Folge davon kann die Druckänderung, die die Komponenten des
betreffenden Frequenzbereichs in der Druckpulsation verschiebt,
nicht nur durch die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58 be
herrscht werden, sondern auch durch die Kombination der für den
freien Querschnitt des Verbindungskanals 61 und für die Kanal
länge desselben gesetzten Werte. Daher kann die Gestaltungs
freiheit für den Expansionsschalldämpfer 46 und den Resonanz
schalldämpfer 58 verbessert werden, und die Abmessungen für
sowohl den Schalldämpfer 46 wie auch den Schalldämpfer 58
können reduziert werden.
Die Frequenz der Druckänderung, die in dem Resonanzschalldämp
fer 58 auftritt, kann durch Variieren der Kombination von ge
setzten Werten für die Kapazität des Resonanzschalldämpfers 58,
die freie Querschnittsfläche des Verbindungskanals 61 und die
Kanallänge desselben verändert werden. Dementsprechend können
leicht Gegenmaßnahmen gegen verschiedene Frequenzkomponenten in
der Druckpulsation ergriffen werden.
Bei dem Verdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist
der Resonanzschalldämpfer 58 in Richtung der Schwerkraft
(Vertikalrichtung) oberhalb des Expansionsschalldämpfers 46
angeordnet.
Aus diesem Grund kann das im Inneren des Resonanzschalldämp
fers 58 auskondensierte Schmiermittel automatisch durch sein
Eigengewicht über den Verbindungskanal 61 in den Expansions
schalldämpfer 46 geführt werden. Anders ausgedrückt: der im
Inneren des Resonanzschalldämpfers 58 kondensierte Schmierstoff
kann mit Hilfe eines einfachen Aufbaus automatisch in den
Expansionsschalldämpfer 46 zurückgebracht werden.
Bei dem Verdichter gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind
die Trennwandungen 59 und 60, die den Expansionsschalldämp
fer 46 und den Resonanzschalldämpfer 58 definieren, als eine
Einheit mit dem vorderen Zylinderblock 11 bzw. dem hinteren
Zylinderblock 12 ausgeführt, welche so angeordnet sind, daß sie
einander gegenüberstehen. Der Expansionsschalldämpfer 46 und
der Resonanzschalldämpfer 58 werden gebildet, wenn die beiden
Zylinderblöcke 11 und 12 miteinander gekoppelt werden. Der Ver
bindungskanal 61, der die beiden Schalldämpfer 46 und 58 mit
einander verbindet, umfaßt die an den Fügeflächen 59a und 60a
der beiden Trennwände 59 und 60 ausgebildeten Nuten 62.
Wenn also die beiden Zylinderblöcke 11 und 12 miteinander ver
bunden werden, können automatisch auch der Expansionsschall
dämpfer 46 und der Resonanzschalldämpfer 58 gebildet werden.
Hierbei kann auch der Verbindungskanal 61 automatisch gebildet
werden. Die zusätzlichen Arbeitsschritte des Bildens der beiden
Schalldämpfer 46 und 58 und des Verbindungskanals 61 können
dadurch eingespart werden.
Wenn die Trennwände 59 und 60 zum Bilden der beiden Schalldämp
fer 46 und 58 einstückig mit dem Zylinderblock 11 und 12 ausge
bildet sind, erübrigen sich andere, gesondert von den Zylinder
blöcken 11 und 12 vorzusehende Komponenten. Dementsprechend
erhöht sich die Zahl der erforderlichen Komponenten nicht.
Es wird nun die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfin
dung beschrieben, vornehmlich unter Bezugnahme auf die Unter
schiede gegenüber der ersten Ausführungsform.
Bei der zweiten Ausführungsform ist der Resonanzschalldämp
fer 71, der den zweiten Dämpfungsraum bildet, seitlich des
Expansionsschalldämpfers 46 in Richtung der Schwerkraft
(Vertikalrichtung) angeordnet, wie in Fig. 5 dargestellt. Die
innere Bodenfläche 71a dieses Resonanzschalldämpfers 71 befin
det sich an einer Stelle, die in der Richtung der Schwerkraft
(Vertikalrichtung) höher liegt als die innere Bodenfläche 46a
des Expansionsschalldämpfers 46. Die Trennwandung 72 zum Defi
nieren der beiden Schalldämpfer 46 und 71 ist in Blech, geson
dert von jedem Zylinderblock 12 (11) ausgeführt und ist mit
jedem Zylinderblock 12 (11) in Richtung der Schwerkraft (Ver
tikalrichtung) gefügt. Eine Verbindungsöffnung 73 als Verbin
dungskanal, die auch als Rückführmittel dient, ist in der
Trennwandung 72 an einer Stelle angeordnet, die der inneren
Bodenfläche 71a des Resonanzschalldämpfers 71 entspricht. (Es
sei angemerkt, daß in Fig. 4 nur der hintere Zylinderblock 12
gezeigt ist.)
Dementsprechend können mit der vorliegenden Ausführungsform
folgende Wirkungen - zusätzlich zu denjenigen der ersten Aus
führungsform - erzielt werden.
Bei dem Verdichter gemäß der zweiten Ausführungsform ist die
innere Bodenfläche 71a des Resonanzschalldämpfers 71 in Rich
tung der Schwerkraft (Vertikalrichtung) höher angeordnet als
die innere Bodenfläche 46a des Expansionsschalldämpfers 46. Die
Verbindungsöffnung 73 ist in der Trennwandung 72 an der Stelle
ausgebildet, die der inneren Bodenfläche 71a entspricht.
Dementsprechend erreicht der im Inneren des Resonanzschalldämp
fers 71 auskondensierte Schmierstoff infolge seines Eigenge
wichts die innere Bodenfläche 71a des Resonanzschalldämpfers 71
und wird im weiteren automatisch über die Verbindungsöffnung 73
in den Expansionsschalldämpfer 46 zurückgeführt. Demnach kann
das in dem Resonanzschalldämpfer 71 auskondensierte Schmiermittel
unter Verwendung eines einfachen Aufbaus automatisch zu dem
Expansionsschalldämpfer 46 zurückgeführt werden.
Bei dem Verdichter gemäß dieser zweiten Ausführungsform umfaßt
die Trennwandung 72 zum Trennen von Expansionsschalldämpfer 46
und Resonanzschalldämpfer 71 ein von jedem Zylinderblock 11, 12
gesondertes Element.
Dementsprechend kann die Frequenz der in dem Resonanzschall
dämpfer 71 auftretenden Druckänderung leicht dadurch verändert
werden, daß die Trennwandung 72 mit einer Verbindungsöffnung 73
gewählt und angeordnet wird, deren freie Querschnittsfläche
und/oder Kanallänge variiert sind bzw. ist. Die Folge ist, daß
der Verdichter leicht verschiedene Frequenzkomponenten in der
Druckpulsation beherrschen kann.
Ferner kann jede der im vorstehenden beschriebenen Ausführungs
formen in der folgenden Weise modifiziert werden.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Nut 62 in der Fügeflä
che 59a, 60a jeder Trennwandung 59, 60 ausgeführt, um den Ver
bindungskanal 61 zu bilden. Es ist aber auch möglich, die
Nut 62 in nur einer der Fügeflächen 59a bzw. 60a vorzusehen.
Bei der ersten Ausführungsform ist die Nut 62 an der Fügeflä
che 59a, 60a jeder Trennwandung 59, 60 so gestaltet, daß sie
eine halbkreisförmige Querschnittsgestalt aufweist; sie kann
jedoch auch zum Beispiel einen elliptischen Querschnitt oder
einen dreieckigen Querschnitt haben.
Bei der ersten Ausführungsform ist der Verbindungskanal 61 an
den Fügeflächen 59a, 60a jeder Trennwandung 59, 60 ausgeführt;
er kann aber auch in einem Abstand von der Fügefläche 59a, 60a
jeder Trennwandung 59, 60 vorgesehen werden.
Bei jeder der im vorstehenden behandelten Ausführungsformen
sind der Expansionsschalldämpfer 46 und der Resonanzschalldämp
fer 58, 71 so ausgebildet, daß sie ein Paar von Zylinderblöcken
11 und 12 überspannen; ebenso können sie aber auch nur in einem
der Zylinderblöcke 11 bzw. 12 vorgesehen sein.
Jeder der vorstehenden Ausführungsformen repräsentiert die
Anwendung der vorliegenden Erfindung auf einen Verdichter der
Taumelscheibenbauart mit doppeltwirkenden Kolben, der für ein
Fahrzeugklimagerät eingesetzt wird. Die vorliegende Erfindung
kann jedoch gleichermaßen auf die Druckpulsationsdämpfungsvor
richtung für einen mit Wellenscheibe ausgeführten Verdichter,
einer mit Taumelplatte ausgeführten Verdichter, einen mit
Schnecke ausgeführten Verdichter, einen mit Flügeln ausgeführ
ten Verdichter oder einen Verdichter mit einfachwirkenden Kol
ben Anwendung finden. Die vorliegende Erfindung kann ferner An
wendung finden auf die Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung für
einen Verdichter, der in einer Druckluftversorgungseinrichtung
eingesetzt wird. In diesem Fall umfaßt die im Inneren des Reso
nanzschalldämpfers 58, 71 auskondensierte Flüssigkeit neben dem
Schmierstoff zum Beispiel Wasser.
Die vorliegende Erfindung wurde in Zusammenhang mit spezifi
schen, beispielhaft gewählten Ausführungsformen beschrieben;
selbstverständlich sind für den Fachmann zahlreiche Modifika
tionen möglich, ohne den Grundgedanken und den Bereich der
Erfindung zu verlassen.
Claims (6)
1. Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung für einen Verdichter
mit einem Gehäuse (11, 12, 13, 15), einem Kompressionsme
chanismus (24), um ein kompressibles Fluid von außen anzu
saugen, das kompressible Fluid zu verdichten und es zu ei
nem in dem Gehäuse (11, 12, 13, 15) definierten Druckraum
(38; 39) auszuschieben, einem Durchflußkanal (45, 46, 47,
48) zum Führen des kompressiblen Fluids im Inneren des
Druckraums zur Außenseite des Verdichters und einem Druck
schalldämpfungsbereich, der in einem Zwischenbereich des
Durchflußkanals (45, 46, 47, 48) im Inneren des Gehäuses
definiert ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trennwand
(59, 60; 72) im Inneren des Druckschalldämpfungsbereichs
in der Weise vorgesehen ist, daß der Druckschalldämpfungs
bereich unterteilt wird in einen ersten Dämpfungsraum
(46), der einen Teil des Durchflußkanals (45, 46, 47, 48)
bildet, und einen zweiten Dämpfungsraum (58; 71), der mit
dem ersten Dämpfungsraum (46) über einen Verbindungskanal
(61; 73) in Verbindung steht und unabhängig von dem Durch
flußkanal (45, 46, 47, 48) ist, und daß Rückführungsmittel
angeordnet sind, um ein von dem kompressiblen Fluid mitge
führtes Fluid, welches in den zweiten Dämpfungsraum (58;
71) eingebracht wird und in dem zweiten Dämpfungsraum (58;
71) kondensiert, zu dem ersten Dämpfungsraum (46) zurück
zuführen.
2. Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei
der die Werte für die Kapazität des zweiten Dämpfungsraums
(58; 71), die freie Querschnittsfläche des Verbindungskanals
(61; 73) und die Kanallänge des Verbindungskanals
(61; 73) so gesetzt sind, daß die in dem zweiten Dämp
fungsraum (58; 71) auftretende Pulsation mit einer Reso
nanzfrequenz des ersten Dämpfungsraums (46) übereinstimmt
und eine Phase aufweist, die der Pulsation im Inneren des
ersten Dämpfungsraums (46) entgegengesetzt ist.
3. Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder
2, bei der der Verbindungskanal (61; 73) auch als Rück
führmittel wirkt.
4. Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei
der der zweite Dämpfungsraum (58) in Richtung der Schwer
kraft (Vertikalrichtung) in einer oberen Lage angeordnet
ist, und der erste Dämpfungsraum (46) in Richtung der
Schwerkraft (Vertikalrichtung) in einer unteren Lage ange
ordnet ist.
5. Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung nach einem der Ansprü
che 1 bis 4, bei der das Gehäuse (11, 12, 13, 15) eine
Mehrzahl von Gehäusebestandteilen aufweist, wobei die
Trennwand (59, 60) einstückig mit einem Paar von den Ge
häusebestandteilen (11, 12) ausgebildet ist, wobei die
zwei Gehäusebestandteile (11, 12) so angeordnet sind, daß
sie einander gegenüberstehen, wobei jeder der Dämpfungs
räume (46, 58) dadurch gebildet wird, daß die zwei Gehäu
sebestandteile (11, 12) miteinander gefügt werden, und wo
bei der Verbindungskanal (61) eine Nut (62) umfaßt, die in
mindestens einer der Fügeflächen der Trennwandungen in dem
Paar von Gehäusebestandteilen (11, 12) gebildet ist.
6. Druckpulsationsdämpfungsvorrichtung nach Anspruch 3, bei
der die innere Bodenfläche (71a) des zweiten Dämpfungs
raums (71) so ausgeführt ist, daß sie in Richtung der
Schwerkraft (Vertikalrichtung) höher angeordnet ist als
die innere Bodenfläche (46a) des ersten Dämpfungsraums
(46), und die Verbindungsöffnung (73) an einer der Lage
der inneren Bodenfläche (71a) des zweiten Dämpfungsraums
(71) entsprechenden Stelle in der Trennwandung (72) ange
ordnet ist.
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Date | Code | Title | Description |
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: KABUSHIKI KAISHA TOYOTA JIDOSHOKKI, KARIYA, AICHI, |
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8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |