DE10124400A1 - Hubkolbenkompressor - Google Patents

Abstract

Ein Hubkolbenkompressor hat eine Vielzahl an Zylinderbohrungen (4), von denen jede eine Kolbenanordnung aufnimmt. Jede Kolbenanordnung bewegt sich zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt in jeder der Zylinderbohrungen (4) hin und her. Jede Kolbenanordnung enthält einen Kolben (10) und einen Kolbenring (12). Eine erste Nut (10a) ist auf einer äußeren Umfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende des Kolbens (10) ausgebildet. Der Kolbenring (12), der eine kegelstumpfförmige konische Gestalt hat, ist in die erste Nut (10a) eingesetzt, so daß sich eine weitere Kante des Kolbenrings (12) zu einem Kolbenrandabschnitt (10c) des Kolbens hin öffnet und eine engere Kante des Kolbenrings (12) gegen eine untere Oberfläche der ersten Nut (10a) stößt. Eine zweite Nut (4a) ist auf einer Innenwand der Zylinderbohrung (4) ausgebildet und erstreckt sich entlang einer axialen Linie zwischen einem Kurbelkammerseitenende der Zylinderbohrung und ungefähr einem Ende der Position des unteren Totpunkts.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Hubkolbenkompres­ soren für die Verwendung in Fahrzeugklimaanlagen. Insbesonde­ re bezieht sie sich auf Zylinderbohrungen und Kolben, die sich in Zylinderbohrungen hin und her bewegen.

Hubkolbenkompressoren sind aus dem Stand der Technik bekannt. Beispielsweise offenbart die japanische zweite (geprüfte) Ge­ brauchsmusterveröffentlichung Nr. 4-52473 einen Kolbenkom­ pressor. Solche Kolbenkompressoren haben Kolben, die sich in den Zylinderbohrungen hin und her bewegen. Eine Nut ist auf einer Außenumfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende des Kolbens ausgebildet. Ein Kolbenring, der ein kegelstumpf­ förmiger, konischer Ring ist und der aus einem Harz herge­ stellt sein kann, ist in der Nut, die um die Außenumfangs­ oberfläche des Kolbens herum ausgebildet ist, eingepaßt. Der Kolbenring erhöht die Dichtwirksamkeit während des Kompres­ sorbetriebs und erhöht dadurch den Wirkungsgrad des Kompres­ sorbetriebs.

In solchen Hubkolbenkompressoren wird die Dichtwirksamkeit zwischen dem Kolben und der Zylinderbohrung erhöht, da kom­ primiertes Gas in einen Raum zwischen der Nut der Außenum­ fangsoberfläche des Kolbens und einer inneren Oberfläche des Kolbenrings eingesaugt wird. Andererseits wird Schmieröl, das in dem Durchblasgas enthalten ist, größtenteils daran gehin­ dert, in eine Kurbelkammer einzudringen. Folglich ist es schwierig, Schmieröl in der Kurbelkammer zu halten, und die Schmierung der Komponenten in der Kurbelkammer kann reduziert sein.

Ein Hubkolbenkompressor, der Schmieröl in der Kurbelkammer hält, ist dem Anmelder intern bekannt. Dieser Hubkolbenkom­ pressor weist eine Vielzahl an Zylinderbohrungen und Kolben auf, die sich in den Zylinderbohrungen hin und her bewegen. Ein Kolbenring, der ein kegelstumpfförmiger konischer Ring ist und aus Harz hergestellt sein kann, ist in die Nut, die um die Außenumfangsoberfläche des Kolbens ausgebildet ist, eingepaßt. Ein äußerer Durchmesser des Kolbenrings ist größer als derjenige des Kolbens. Der Kolbenring ist in der Nut an­ geordnet, so daß sich die weitere Kante des Kolbenrings zu einem Kolbenrandbereich des Kolbens hin öffnet und die engere Kante des Kolbenrings gegen die Bodenoberfläche der Nut stößt. Bei dem Hubkolbenkompressor ist der Kolbenring in der Nut des Kolbens angeordnet, so daß sich die weitere Kante des Kolbenrings zu dem Kolbenrandbereich des Kolbens hin öffnet und nur die engere Kante des Kolbenrings an der Bodenoberflä­ che der Nut des Kolbens haftet. Deshalb behält die Dichtwirk­ samkeit der gleitenden Bauteile zwischen den Kolben und den Zylindern eine hohe Wirksamkeit während des Kompressorbe­ triebs, und gleichzeitig leckt Durchblasgas aus den Zylinder­ bohrungen in eine Kurbelkammer. Als ein Ergebnis kann die Beibehaltung von Schmieröl, das in dem Durchblasgas enthalten ist, in der Kurbelkammer erhöht werden, und die Wirksamkeit der Schmierung der gleitenden Bauteile in der Kurbelkammer kann zunehmen.

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kom­ pressor bereitzustellen, der eine ausreichende Abdichtwirk­ samkeit für die gleitenden Abschnitte zwischen einem Kolben und einer Zylinderbohrung hat, und der ebenso ausreichend Schmieröl in der Kurbelkammer hält, indem Durchblasgas beim Kompressorbetrieb aus der Zylinderbohrung in die Kurbelkammer leckt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale gemäß Anspruch 1 ge­ löst.

Weitere vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Eine weitere Notwendigkeit trat für einen Kompressor auf, der den Aufbau von übermäßigen Mengen an Schmieröl in der Kurbel­ kammer verhindert. Es ist ein Vorteil solcher Kompressoren, daß Gummidichtungen wie beispielsweise Dichtungsbauteile für die Antriebswelle an Eingangs- und Ausgangspunkten in der Kurbelkammer nicht negativ beeinflußt werden, indem sie dem Schmieröl verlängert ausgesetzt werden.

Gemäß einem Aspekt dieser Erfindung weist ein Kompressor eine Vielzahl an Zylinderbohrungen und eine Vielzahl an Kolbenan­ ordnungen auf. Jede Kolbenanordnung bewegt sich zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt von einer der Zylinderbohrungen hin und her. Die Kolbenanordnung weist einen Kolben auf, der eine erste Nut hat, die an und um einen oberen Totpunkt auf einer äußeren Umfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende des Kolbens ausgebildet ist. Ein Kolbenring, der eine kegelstumpfförmige konische Gestalt hat, wird in die erste Nut eingesetzt, so daß sich eine weitere Kante des Kolbenrings zu einem Kolbenrandabschnitt des Kol­ bens hin öffnet und daß eine engere Kante des Kolbenrings ge­ gen eine Bodenoberfläche der ersten Nut stößt. Eine zweite Nut ist auf einer Innenwand von mindestens einer der Zylin­ derbohrungen ausgebildet und erstreckt sich entlang einer Axiallinie zwischen einem Kurbelkammerseitenende der Zylin­ derbohrung und in etwa an einem Ende der Positionen des unte­ ren Totpunkts.

Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden dem Fachmann anhand der nachfolgenden detaillierten Beschreibung der Er­ findung und den beigefügten Zeichnungen klar.

Die vorliegende Erfindung kann unter Bezugnahme auf die nach­ folgenden Zeichnungen leichter verstanden werden.

Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Hubkolbenkom­ pressors gemäß einem Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung.

Fig. 2 ist eine vergrößerte Ansicht einer Innenwand der Zylinderbohrung und des Kolbens aus Fig. 1 gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 3 ist eine vergrößerte Ansicht der Zylinderbohrung, des Kolbens und der Kurbelkammer aus Fig. 1, wenn sich der Kolben ungefähr am oberen Totpunkt befin­ det, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung.

Fig. 4 ist eine vergrößerte Ansicht der Zylinderbohrung, des Kolbens und der Kurbelkammer aus Fig. 1, wenn sich der Kolben ungefähr an einem unteren Totpunkt befindet, gemäß dem Ausführungsbeispiel der vorlie­ genden Erfindung.

Gemäß Fig. 1 ist eine Längsschnittansicht eines Hubkolbenkom­ pressors zur Verwendung in einer Fahrzeugklimaanlage gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung gezeigt. Der Hubkolbenkompressor enthält ein Gehäuse, das einen Raum hat, in den Kühlmittelgas eingesaugt wird und von dem kompri­ miertes Kühlmittelgas ausgestoßen wird. Die Hülle des Kom­ pressors 100 weist einen Zylinderblock 1, ein Frontgehäuse 2, einen Zylinderkopf 3 und eine Ventilplatte 15 auf. Der Zylin­ derblock 1, der eine zylindrische Gestalt hat, wird durch das Frontgehäuse 2 und den Zylinderkopf 3 verschlossen. Diese Teile werden durch eine Vielzahl von Bolzen 50 miteinander befestigt. Eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 4 sind radial im Zylinderblock 1 angeordnet und in Bezug zur Mittelachse des Zylinderblocks 1 ausgerichtet. Eine Kurbelkammer 5 ist im Frontgehäuse 2 ausgebildet. Eine Taumelscheibe 6 ist in der Kurbelkammer 5 angeordnet und fest auf einer Antriebswelle 7 montiert, die sich entlang einer Mittelachse des Kompressors 100 und durch die Kurbelkammer 5 erstreckt. Die Antriebswelle 7 wird vom Frontgehäuse 2 und dem Zylinderblock 1 durch Ra­ diallager 8a und 8b jeweils drehbar gelagert.

In jeder der Zylinderbohrungen 4 ist einer der Kolben 10 un­ tergebracht, und die Kolben 10 sind darin unabhängig und zwi­ schen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt hin und her bewegbar. Halbkugelförmige Schuhe 11a und 11b sind zwischen jeder Gleitoberfläche der Taumelscheibe 6 und inne­ ren Oberflächen der Kolbenrandabschnitte 10c der Kolben 10 angeordnet, so daß die Kolben 10 entlang der seitlichen Ober­ fläche der Taumelscheibe 6 gleiten können. An einer äußeren Umfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende 10b eines Kolbens 10 ist eine erste Nut 10a ausgebildet. Wie in Fig. 2 gezeigt ist, ist ein Kolbenring 12, der eine kegelstumpfför­ mige, konische Gestalt hat, in der ersten Nut 10a angeordnet, so daß sich die weitere Kante des Kolbenrings 12 zu einem Kolbenrandabschnitt 10c des Kolbens 10 hin öffnet und nur die engere Kante des Kolbenrings 12 gegen eine Bodenoberfläche einer ersten Nut 10a stößt. Die weitere Kante des Kolbenrings 12 stößt an eine innere Wand der Zylinderbohrung 4. Unter er­ neuter Bezugnahme auf Fig. 1 ist eine zweite Nut 4a auf der Innenwand der Zylinderbohrung 4 ausgebildet und erstreckt sich entlang einer Axiallinie zwischen einem Kurbelkammersei­ tenende der Zylinderbohrung 4 und um ein Ende eines unteren Totpunkts der Innenwand der Zylinderbohrung 4. Die Länge der zweiten Nut 4a ist größer als diejenige eines Eingriffs zwi­ schen der Zylinderbohrung 4 und dem Kolben 10, wenn sich der Kolben 10 ungefähr in der Position des unteren Totpunkts be­ findet. Eine Ansaugkammer 13 und eine Ausstoßkammer 14 sind im Zylinderkopf 3 ausgebildet und grenzen an eine Ventilplat­ te 15 an. Die Ventilplatte 15 befindet sich zwischen dem Zy­ linderblock 1 und dem Zylinderkopf 3. Ansaugöffnungen 15a und Ausstoßöffnungen 15b sind an der Ventilplatte 15 für jede der Zylinderbohrungen 4 ausgebildet. Ein Ansaugblattventil 16 öffnet und schließt die Ansaugöffnung 15a. Ein Ausstoßblatt­ ventil 17 öffnet und schließt die Ausstoßöffnung 15b. Eine Kupplung (nicht gezeigt), beispielsweise eine elektromagneti­ sche Kupplung, ist auf dem Frontgehäuse 2 befestigt.

Wenn im Betrieb eine Antriebskraft von einer äußeren An­ triebsquelle (zum Beispiel von einem Fahrzeugmotor) über eine bekannte Anordnung aus Riemen und Riemenscheibe und der Kupp­ lung übertragen wird, wird die Antriebswelle 7 gedreht. Die Kupplung überträgt eine Drehkraft auf die Antriebswelle 7 oder trennt eine Drehkraft von der Antriebswelle 7 ab. Die Drehung der Antriebswelle 7 wird so auf die Taumelscheibe 6 übertragen, daß sich die geneigte Oberfläche der Taumelschei­ be 6 in Bezug zur Drehung der Antriebswelle 7 axial nach rechts und nach links bewegt. Folglich gehen die Kolben 10, die mittels der Schuhe 11a und 11b mit der Taumelscheibe 6 verbunden sind, in den Zylinderbohrungen 4 hin und her. Wenn sich die Kolben 10 hin und her bewegen, wird Kühlmittelgas, das aus einer Fluideinlaßöffnung (nicht gezeigt) in die An­ saugkammer 13 eingeführt wird, in jede Zylinderbohrung 4 ein­ gesaugt und komprimiert. Ein Druck des komprimierten Kühlmit­ telgases öffnet das Ausstoßblattventil 17, und das Kühlmit­ telgas wird aus den Zylinderbohrungen 4 in die Ausstoßkammer 14 ausgestoßen und von da durch eine Fluidauslaßöffnung (nicht gezeigt) in einen Fluidkreislauf, beispielsweise in einen Kühlmittelkreislauf. Der Kolbenring 12 kann die Dicht­ wirksamkeit der gleitenden Abschnitte für die Kolben 10 und die Zylinderbohrungen 4 aufrechterhalten.

Wenn sich, wie in Fig. 3 gezeigt ist, der Kolben 10 ungefähr am oberen Totpunkt befindet, kann der Kolbenring 12, der so in die erste Nut 10a eingesetzt ist, daß sich die weitere Kante des Kolbenrings 12 zu einem Kolbenrandabschnitt 10c hin öffnet, seine Form leicht in eine radial einwärts gerichtete Richtung ändern, aufgrund eines Innendrucks der Zylinderboh­ rung 4. Als ein Ergebnis ist ein etwas kleinerer Raum zwi­ schen der weiteren Kante des Kolbenrings 12 und der Innenwand der Zylinderbohrung 4 ausgebildet, und es kann eine ausrei­ chende Menge an Durchblasgas aus der Zylinderbohrung 4 durch den etwas kleineren Raum zwischen Kolben 10 und Zylinderboh­ rung 4 in die Kurbelkammer 5 lecken, da ein Druck in der Kur­ belkammer 5 niedriger als derjenige in der Zylinderbohrung 4 ist. Deshalb kann Schmieröl, das in dem Durchblasgas enthal­ ten ist, in die Kurbelkammer 5 eingeführt werden, und eine Schmierung von jedem der gleitenden Teile in der Kurbelkammer 5 kann zunehmen.

Wenn sich, wie in Fig. 4 gezeigt ist, der Kolben 10 ungefähr am unteren Totpunkt befindet, steht die Kurbelkammer 5 durch die zweite Nut 4a mit der Zylinderbohrung 4 in Verbindung. In dieser Situation kehrt ein Teil des Durchblasgases in der Kurbelkammer zur Zylinderbohrung 4 zurück, da ein Druck in der Kurbelkammer 5 größer ist als derjenige in der Zylinder­ bohrung 4. Das Durchblasgas, das zur Zylinderbohrung 4 zu­ rückkehrt, wird mit dem Kühlmittelgas, das aus der Ansaugkam­ mer 13 eingeführt wird, komprimiert und durch die Ausstoßkam­ mer 14 in einen äußeren Fluidkreislauf ausgestoßen. Als ein Ergebnis wird ein Teil des Schmieröls, das in der Kurbelkam­ mer 5 zurückgehalten wird, mit dem Durchblasgas in den äuße­ ren Fluidkreislauf ausgestoßen. Deshalb kann eine ausreichen­ de Menge an Schmieröl in der Kurbelkammer 5 gehalten werden.

Die zweite Nut 4a kann unterschiedliche Querschnittsgestalten haben. Die zweite Nut 4a kann in allen Zylinderbohrungen 4 ausgebildet sein, oder sie kann an einer spezifischen Zylin­ derbohrung oder -bohrungen 4 ausgebildet sein. Es kann eine zweite Nut 4a an einer Zylinderbohrung 4 ausgebildet sein, oder es kann eine Vielzahl an zweiten Nuten 4a an einer Zy­ linderbohrung 4 ausgebildet sein. Die zweite Nut 4a kann durch Schneiden ausgebildet werden, oder sie kann ausgebildet werden, wenn der Zylinderblock 1 geschmiedet wird. Die vor­ liegende Ausführungsform dieser Erfindung ist auf einen Kom­ pressor angewandt, der eine Taumelscheibe hat, jedoch kann die vorliegende Erfindung auf jeglichen Kompressor angewandt werden, der einen Kolben hat, der sich in einer Zylinderboh­ rung hin- und herbewegt.

Wie vorstehend in Bezug auf das Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung eines Hubkolbenkompressors beschrieben wurde, wird ein Kolbenring, der eine kegelstumpfförmige koni­ sche Gestalt hat, in einer ersten Nut, die an einer äußeren Umfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende des Kol­ bens ausgebildet ist, eingesetzt, so daß sich die weitere Kante des Kolbenrings zu einem Kolbenrandabschnitt des Kol­ bens hin öffnet. Deshalb kann eine Dichtwirksamkeit der glei­ tenden Abschnitte für die Kolben und Zylinderbohrungen wäh­ rend des Kompressorbetriebs aufrechterhalten werden, und Schmieröl kann durch Durchblasgas in die Kurbelkammer einge­ führt werden, das angemessen aus den Zylinderbohrungen zur gleichen Zeit in die Kurbelkammer leckt. Darüber hinaus ist in Bezug auf das Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfin­ dung eine zweite Nut in der Innenwand der Zylinderbohrung ausgebildet und erstreckt sich entlang einer Axiallinie zwi­ schen einem Kurbelkammerseitenende der Zylinderbohrung und in etwa einem Ende einer Position des oberen Totpunkts der In­ nenwand der Zylinderbohrung. Die Länge der zweiten Nut ist größer als diejenige eines Eingriffs zwischen der Zylinder­ bohrung und dem Kolben, wenn sich der Kolben ungefähr am un­ teren Totpunkt befindet. Wenn sich der Kolben ungefähr am un­ teren Totpunkt befindet, wird ein Teil des Durchblasgases in der Kurbelkammer durch die zweite Nut zu der Zylinderbohrung zurückgeleitet, da ein Druck in der Kurbelkammer größer ist als derjenige in der Zylinderbohrung. Das Durchblasgas, das zu der Zylinderbohrung zurückgekehrt ist, wird mit Kühlmit­ telgas, das von einer Ansaugkammer angesaugt wurde, kompri­ miert und durch eine Ausstoßkammer in einen äußeren Fluid­ kreislauf ausgestoßen. Als ein Ergebnis kann ein Teil des Schmieröls, das in der Kurbelkammer enthalten ist, mit dem Durchblasgas in den externen Fluidkreislauf ausgestoßen wer­ den. Deshalb kann eine ausreichende Menge an Schmieröl in der Kurbelkammer gehalten werden.

Ein Hubkolbenkompressor hat eine Vielzahl an Zylinderbohrun­ gen 4, von denen jede eine Kolbenanordnung aufnimmt. Jede Kolbenanordnung bewegt sich zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt in jeder der Zylinderbohrungen 4 hin und her. Jede Kolbenanordnung enthält einen Kolben 10 und einen Kolbenring 12. Eine erste Nut 10a ist auf einer äußeren Umfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende des Kol­ bens 10 ausgebildet. Der Kolbenring 12, der eine kegelstumpf­ förmige konische Gestalt hat, ist in die erste Nut 10a einge­ setzt, so daß sich eine weitere Kante des Kolbenrings 12 zu einem Kolbenrandabschnitt 10c des Kolbens hin öffnet und eine engere Kante des Kolbenrings 12 gegen eine untere Oberfläche der ersten Nut 10a stößt. Eine zweite Nut 4a ist auf einer Innenwand der Zylinderbohrung 4 ausgebildet und erstreckt sich entlang einer axialen Linie zwischen einem Kurbelkammer­ seitenende der Zylinderbohrung und ungefähr einem Ende der Position des unteren Totpunkts.

Claims (3)

1. Ein Kompressor, der folgende Bauteile aufweist:
eine Vielzahl von Zylinderbohrungen (4); und
eine Vielzahl von Kolbenanordnungen, von denen sich jede zwischen einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt in einer der Zylinderbohrungen (4) hin und her bewegt, wobei je­ de der Zylinderanordnungen einen Kolben (10) aufweist, der eine erste Nut (10a) hat, wobei die erste Nut auf einer äuße­ ren Umfangsoberfläche und in etwa an einem ersten Ende des Kolbens (10) ausgebildet ist, wobei der Kolbenring (12), der eine kegelstumpfförmige konische Gestalt hat, in die erste Nut (10a) eingesetzt ist, so daß sich eine weitere Kante des Kolbenrings (12) zu einem Kolbenrandabschnitt (10c) des Kol­ bens hin öffnet und eine engere Kante des Kolbenrings gegen eine Bodenoberfläche der ersten Nut stößt,
wobei eine zweite Nut (4a) auf einer Innenwand von we­ nigstens einer der Zylinderbohrungen (4) ausgebildet ist und sich entlang einer Axiallinie zwischen einem Kurbelkammersei­ tenende der Zylinderbohrung und ungefähr einem Ende des unte­ ren Totpunkts erstreckt.

2. Kompressor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Länge der zweiten Nut (4a) größer ist als eine Länge eines Eingriffs zwischen der Zylinderbohrung (4) und dem Kol­ ben (10), wenn sich der Kolben ungefähr am unteren Totpunkt befindet.

3. Kompressor gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Kompressor ein Taumelscheibenkompressor ist.