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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hubkolbenkompressor
zur Verwendung in einer Fahrzeugklimaanlage. Genauer gesagt bezieht sich
diese Erfindung auf einen Hubkolbenkompressor, der einen verbesserten
Ansaugwirkungsgrad von einem Kältemittel
hat. Als eine Art eines Hubkolbenkompressors kann beispielsweise
ein Schrägscheibenkompressor
oder ein Taumelscheibenkompressor aufgezählt werden.
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Aus
der
DE 32 44 003 A1 ist
ein Verdichter, insbesondere ein von einem Elektromotor angetriebener
Kolbenverdichter bekannt, bei dem an einer Einlaßöffnung zum Kompressionsraum
eine Ventil-Blattfeder angeordnet ist. Die Blattfeder liegt im unbelasteten
Zustand, d.h. im Ruhezustand des Verdichters, nicht an dem ebenen
Ventilsitz an der Einlaßöffnung an,
sondern steht etwas ab.
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US 6 026 721 A beschreibt
ein Herstellungsverfahren für
eine Ansaugventilscheibe und eine Auslaßventilscheibe, die in einem
Kolbenkompressor in einem Fahrzeug-Klimaanlagensystem einge setzt werden
können.
Bei dem Verfahren werden sowohl die Auslaßventilscheibe als auch die
Einlaßventilscheibe
aus einer Lage elastischem Ventilmaterial ausgestanzt. Zunächst wird
ein Durchgangsloch mit mehreren ausgedehnten Öffnungen ausgestanzt. Dieses
ausgestanzte Material bildet die Auslaßventilscheibe. In den verbleibenden
Teil der Lage Ventilmaterial werden mehrere bogenförmige Öffnungen
um das erste Stanzloch herum ausgestanzt und daraus die Einlaßventilscheibe
gebildet.
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Im
folgenden wird unter Bezugnahme auf die
1 bis
3 ein
Taumelscheibenkompressor beschrieben, wie er beispielsweise aus
der Druckschrift
GB
2 171 465 A bekannt ist.
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In 1 ist ein Taumelscheibenkompressor 100 gezeigt,
der in einer Fahrzeugklimaanlage verwendet wird. Das Gehäuse des
Kompressors 100 weist ein Frontgehäuse 2, einen Zylinderblock 1 und ein
Rückgehäuse 3 auf.
Eine Antriebswelle 7 ist vorgesehen, um durch die Mitte
des Frontgehäuses 2 und
des Zylinderblocks 1 zu gehen. Die Antriebswelle 7 ist
durch das Frontgehäuse 2 und
den Zylinderblock 1 über
Lager 8a und 8b drehbar gelagert. In dem Zylinderblock 1 sind
eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen 5 in gleichwinkligen
Abständen
um eine Achse der Antriebswelle 7 herum angeordnet. In
jeder Zylinderbohrung 5 ist ein Kolben 16 verschiebbar angeordnet.
Die Kolben 16 sind in der Lage, sich entlang der Richtung
parallel zur Achse der Antriebswelle 7 hin und her zu bewegen.
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An
der Antriebswelle 7 ist ein Rotor 9 befestigt,
um in der Lage zu sein, zusammen mit der Antriebswelle 7 zu
drehen. Das Frontgehäuse 2 und
der Zylinderblock 1 bilden zusammen eine Kurbelkammer 4.
In der Kurbelkammer 4 ist eine Schrägscheibe 6 untergebracht,
die in ihrem mittleren Abschnitt ein Durchdringungsloch 6c besitzt,
durch das die Antriebswelle 7 hindurchgeht. Der Rotor 9 und
die Schrägscheibe 6 sind
durch einen Gelenkmechanismus 11, der einen Zapfen und
ein Langloch aufweist, verbunden. Der Gelenkmechanismus 11 ermöglicht es
der Schrägscheibe 6,
ihren Neigungswinkel im Bezug zur Antriebswelle 7 zu variieren.
An der Schrägscheibe 6 ist
eine Taumelscheibe 14 über
ein Axiallager 12 und ein Radiallager 13 drehbar
befestigt, die eine im allgemeinen ringförmige Gestalt besitzt. Die Taumelscheibe 14 steht
mit einem Drehverhinderungsbauteil 17 in Eingriff. Ein
unterer Abschnitt der Taumelscheibe 14 wird durch das Drehverhinderungsbauteil 17 an
der Drehung um die Antriebswelle 7 herum gehindert, ist
jedoch in der Lage, eine Taumelbewegung durchzuführen. Die Taumelscheibe 14 und
der Kolben 16 sind über
Kugelgelenke 15a, 15b durch eine Stange verbunden.
Die Stange 15 ist in der Lage, Taumelbewegungen in Bezug
zu der Taumelsscheibe 14 und in Bezug zu dem Kolben 16 durch
die Freiheit der Kugelgelenke 15a, 15b durchzuführen.
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Eine
Ventilplatte 20 ist zwischen dem Zylinderblock 1 und
dem Rückgehäuse 3 angeordnet
und befestigt. In der Ventilplatte 20 ist ein Ansaugloch 20a für jede der
Zylinderbohrungen 5 gebohrt, um eine Fluidverbindung zwischen
einer Ansaugkammer 18 und der Zylinderbohrung 5 herzustellen.
Der Durchlaß des
Kältemittels
durch das Ansaugloch 20a wird durch ein Ansaug blattventil 21 geregelt,
das auf der linksseitigen Oberfläche
der Ventilplatte 20 (in der Figur) befestigt ist. Ein Ausmaß des Biegens
des Ansaugblattventils 21 wird durch einen Boden 23b einer Begrenzungsausnehmung 23' begrenzt, die
an dem rechtsseitigen Ende des Zylinderblocks 1 (in der
Figur) vorgesehen ist. In der Ventilplatte 20 ist ein Auslaßloch 20b für jede der
Zylinderbohrungen 5 gebohrt, das eine Fluidverbindung zwischen
der Zylinderbohrung 5 und einer Auslaßkammer 19 herstellt. Ein
Durchlaß des
Kältemittels
durch das Auslaßloch 20b wird
durch ein Auslaßblattventil 22 geregelt,
das an der rechtsseigigen Oberfläche
der Ventilplatte 20 (in der Figur) befestigt ist. Das Ausmaß des Biegens des
Auslaßblattventils 22 wird
durch einen Ventilrückhalter 30 begrenzt,
der auf dem Auslaßblattventil 22 befestigt
ist.
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Am
linken Ende der Antriebswelle 7 ist eine elektromagnetische
Kupplung 24 vorgesehen. Wenn die elektromagnetische Kupplung 24 eingeschaltet wird,
wird eine externe Antriebskraft auf die Antriebswelle 7 übertragen.
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Wenn
die Antriebswelle 7 durch eine externe Leistungsquelle
(nicht gezeigt) angetrieben wird, dreht sich ferner der Rotor 9 um
die Achse der Antriebswelle 7, zusammen mit der Antriebswelle 7.
Die Schrägscheibe 6 wird
durch den Rotor 9 über
den Gelenkmechanismus 11 auch dazu gebracht, zu drehen.
Gleichzeitig mit der Drehung der Schrägscheibe 6 zeigt der
Umfangsabschnitt der Schrägscheibe 6 eine
Taumelbewegung. Zusammen mit der Taumelbewegung der Schrägscheibe 6 zeigt
die Taumelscheibe 14 auch eine Taumelbewegung, jedoch ohne sich
um die Antriebswelle 7 herum zu drehen. Nur eine Komponente
der Bewegung in der Axialrichtung parallel zur Achse der Antriebswelle 7 des
taumelnden Umfangsabschnittes der Taumelscheibe 14 wird über die
Verbindungsstangen 15 auf die Kolben 16 übertragen.
Als ein Ergebnis werden die Kolben 16 dazu gebracht, in
jeder Zylinderbohrung 5 hin und her zu gehen. Schließlich ist
es ein gut bekanntes Prinzip der Funktion eines Kältemittelkreislaufes,
das Einführen
eines Kältemittels
von einem externen Kühlkreislauf
(nicht gezeigt) über
die Ansaugkammer 18 in die Zylinderbohrung 5 und
das anschließende
Komprimieren des Kältemittels
durch den sich hin- und herbewegenden Kolben 16 und das
Ausstoßen
des Kältemittels über die
Auslaßkammer 19 an
den externen Kühlmittelkreislauf
zu wiederholen.
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Jedoch
besitzt der herkömmliche
Kompressor den folgenden Mangel.
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In 2 ist eine axiale Querschnittansicht der
Zylinderbohrung 5 einschließlich der Begrenzungsausnehmung 23' gezeigt. Die
Begrenzungsausnehmung 23' besitzt
eine einzelne halbmondförmige
Gestalt, die symmetrisch in Bezug zu einer X-Symmetrieachse des
Ansaugblattventils 21 angeordnet ist. Die Spitze des Ansaugblattventils 21 steht in
die zunehmende Region der Begrenzungsausnehmung 23' vor. Das Hin-
und Hergehen des Kolbens 16 kann in einen Ansaugtakt und
einen Auslaßtakt unterteilt
werden. Im Falle des Ansaugtakts wird das Auslaßloch 20b durch die
Wirkung des Auslaßblattventils 22 geschlossen
und das Ansaugloch 20a wird durch die Wirkung des Ansaugblattventils 21 geöffnet. Unter
Bezugnahme auf 2 und 3 strömt das Kältemittel, das durch das Ansaugloch 20a hindurchgegangen
ist, im allgemeinen in die Richtung der Begrenzungsausnehmung 23' entlang der
Oberfläche
der Ventilplattenseite 21b des Ansaugblattventils 21,
wie durch einen Pfeil L1 gezeigt ist. Das einströmende Kältemittel, das an die Begrenzungsausnehmung 23' gelangt ist,
dreht seine Richtung um annähernd
90° sowohl
nach rechts als auch nach links, wie durch einen Pfeil L2 angezeigt
wird. Eine abrupte Änderung
der Strömungsrichtung
um 90° ist schwierig
und das Kältemittel
wird an dem Ablenkungspunkt nicht gleichmäßig strömen. Als ein Ergebnis wird
der Strömungszustand
des Kältemittels in
der Begrenzungsausnehmung 23' während des Ansaugtaktes
ein turbulenter Zustand, so daß er dazu
neigt, dort zu stagnieren, was zu einer Verringerung der Saugwirkungsleistung
des Kompressors führt.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Hubkolbenkompressor
bereitzustellen, der Begrenzungsausnehmungen besitzt, die das Auftreten von
der turbulenten Strömung
des Kältemittels
darin unterdrücken
kann, so daß der
Ansaugwirkungsgrad des Kompressors verbessert werden kann.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruches 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Merkmale sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Der
axiale Querschnitt der Begrenzungsausnehmung gemäß einem Aspekt der vorliegenden
Erfindung besitzt eine Gestalt, die den Ablenkungswinkel der Kältemittelströmung in
der Begrenzungsausnehmung reduziert. Erfindungsgemäß weist
der axiale Querschnitt der Begrenzungsausnehmung eine Einheit von
zwei überlagerten
Halbmonden auf, die zueinander verschoben sind. Somit besitzt die
Begrenzungsausnehmung als Gesamtheit folglich zwei zurückgesetzte
Seitenwände.
An einem Kreuzungspunkt der zwei äußeren Bögen der zwei Halbmonde, d.h.
an einem Kreuzungspunkt der zwei zurückgesetzten Seitenwände, ist
eine Rippe ausgebildet, die der zentralen Achse der Zylinderbohrung
gegenüberliegt
und sich mit einer kurzen Länge
in einer Axialrichtung der Zylinderbohrung erstreckt. Das in die
Begrenzungsausnehmung einströmende
Kältemittel wird
durch diese Rippe in zwei Ströme
gegabelt, die nach rechts und nach links abgelenkt werden. Da sowohl
die rechten als auch die linken Seitenwände der Begrenzungsausnehmung,
die von dem Kältemittel getroffen
werden, weiter zurückgesetzt
sind, wird der Ablenkungswinkel der Strömunglinie des in die Begrenzungsausnehmung
einströmenden
Kältemittels merklich
geringer als 90°.
Deshalb wird der Ablenkungswinkel der Kältemittelströmung in
der Begrenzungsausnehmung reduziert. Je kleiner der Ablenkungswinkel
der Kältemittelströmung ist,
desto gleichmäßiger strömt das Kältemittel
an den Ablenkungsverzweigungspunkt. Als ein Ergebnis kann das Auftreten
der turbulenten Strömung
und das Stagnieren in der Begrenzungsausnehmung unterdrückt werden
und folglich kann der Ansaugwirkungsgrad des Kompressors verbessert
werden.
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Andere
Aufgaben, Merkmale und Vorteile dieser Erfindung werden anhand der
nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen unter Bezugnahme
auf die Zeichnungen verständlich.
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1 ist
eine vertikale Querschnittansicht eines herkömmlichen Taumelscheibenkompressors.
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2 ist
eine axiale Querschnittansicht einer Zylinderbohrung einschließlich einer
Begrenzungsausnehmung gemäß dem Stand
der Technik.
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3 ist
eine vertikale Querschnittsansicht einer Zylinderbohrung aus 2.
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4 ist
eine axiale Querschnittansicht einer Zylinderbohrung einschließlich einer
Begrenzungsausnehmung gemäß einer
ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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5 ist
eine axiale Querschnittansicht einer Zylinderbohrung, die eine Begrenzungsausnehmung
gemäß der zweiten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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6 ist
eine axiale Querschnittansicht einer Zylinderbohrung, die eine Begrenzungsausnehmung
gemäß der dritten
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung enthält.
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In 4 ist
eine axiale Querschnittansicht der Zylinderbohrung 5 einschließlich einer
Begrenzungsausnehmung 23 gemäß der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Begrenzungsausnehmung 23 hat
eine Form, die eine Einheit aus zwei teilweise überlagerten Halbmonden aufweist,
die zueinander versetzt sind und so angeordnet sind, daß sie in
Bezug zu einer Symmetrieachse X des Ansaugblattventils 21 symmetrisch
sind. An dem Kreuzungspunkt der äußeren Bögen der
zwei Halbmonde ist eine Rippe 23a ausgebildet, die der Zentralachse
Z der Zylinderbohrung 5 gegenüberliegt (d.h. die Richtung
senkrecht zum Blatt), und sich in einer kurzen Länge in einer Axialrichtung
Z der Zylinderbohrung 5 erstreckt. Während des Ansaugtaktes des
Kolbens 16 wird das Auslaßloch 20b durch die
Wirkung des Auslaßblattventils 22 geschlossen und
das Ansaugloch 20a wird durch die Wirkung des Ansaugblattventils 21 geöffnet. Unter
Bezugnahme auf Fig. strömt
das Kältemittel,
das durch das Ansaugloch 20a gegangen ist, allgemein in
die Richtung der Begrenzungsausnehmung 23 entlang der ventilplattenseitenoberfläche des
Ansaugblattventils 21, wie durch einen Pfeil L1 gezeigt
ist. Anschließend wird das
in die Begrenzungsausnehmung 23 einströmende Kältemittel durch die Rippe 23a in
zwei Ströme
nach rechts und nach links aufgegabelt, wie durch Pfeile L3 gezeigt
ist. Da beide Seitenwände 23e, 23f der
Begrenzungsausnehmung 23 im Vergleich zu der Rippe 23a weiter
zurückgesetzt
sind, wird der Ablenkungswinkel der Strömungslinie des Kältemittels,
das in die Begrenzungsausnehmung 23 einströmt, merklich
kleiner als 90°.
Deshalb wird der Ablenkungswinkel des Kältemittelstroms in die Begrenzungsausnehmung 23 reduziert.
Danach wird das Kältemittel
entlang der bogenförmigen
Seitenwände 23e und 23f jeweils
leicht in die jeweilige Zylinderbohrung 5 geführt, ohne
eine Turbulenz oder Stagnation hervorzurufen. Als Ergebnis kann
das Auftreten einer turbulenten Strömung und einer Stagnation in
der Begrenzungsausnehmung 23 unterdrückt werden und der Ansaugwirkungsgrad
des Kompressors kann verbessert werden.
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In 5 ist
eine axiale Querschnittansicht der Zylinderbohrung 5 einschließlich einer
Begrenzungsausnehmung 23 gemäß der zweiten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Begrenzungsausnehmung 23 hat
eine Form, die eine Einheit von zwei teilweise überlagerten Halbmonden aufweist,
die zueinander versetzt sind und symmetrisch in Bezug zu einer Symmetrieachse
X des Ansaugblattventils 21 angeordnet sind. Am Kreuzungspunkt
der äußeren Bögen der
zwei Halbmonde ist eine Rippe 23a ausgebildet, die der
Zentralachse Z der Zylinderbohrung 5 gegenüberliegt
und sich in einer kurzen Länge
in Axialrichtung Z erstreckt. In der zweiten Ausführungsform
steht die Rippe 23a mehr als in der ersten Ausführungsform
zu der Z-Achse der Zylinderbohrung 5 vor, in einem Ausmaß, in dem
die Spitze der Rippe 23a annähernd den Umfangskreis 5w der
Zylinderbohrung 5 berührt.
Des weiteren ist eine Kerbe 21b an der Spitze des Ansaugblattventils 21 vorge sehen,
zum Aufnehmen aber nicht Berühren der
vorstehenden Rippe 23a. Die Funktion und der Vorteil der
Begrenzungsausnehmung 23 gemäß der zweiten Ausführungsform
sind die selben wie in der ersten Ausführungsform.
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In 6 ist
eine axiale Querschnittansicht der Zylinderbohrung 5 einschließlich einer
Begrenzungsausnehmung 25 gemäß der dritten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Begrenzungsausnehmung 25 hat
eine Form, die eine Einheit von zwei teilweise überlagerten Halbmonden aufweist,
die zueinander versetzt sind und die so angeordnet sind, daß sie in
Bezug zu einer Y-Achse symmetrisch sind, die sich an einer Position
befindet, die von der Symmetrieachse X des Ansaugblattventils 21 gedreht
ist. An dem Kreuzungspunkt der zwei äußeren Bögen 25a und 25b der
Halbmonde ist eine Rippe 25d ausgebildet, die der Zentralachse
Z der Zylinderbohrung 5 gegenüberliegt und sich in einer kurzen
Länge der
Axialrichtung Z erstreckt. In der dritten Ausführungsform ist die Rippe 25d im
wesentlichen gleichmäßig und
unauffällig
geformt. Die Spitze 21c des Ansaugblattventils 21 steht
in die Begrenzungsausnehmung 25 vor und eine (linke) Seite
der Spitze 21c befindet sich nahe an einem seitlichen Ende
einen Bogens 25b. Während
des Ansaugtakts des Kolbens 16 ist das Auslaßloch 20b durch
die Wirkung des Ausaßblattventils 22 geschlossen
und das Ansaugloch 20a wird durch die Wirkung des Ansaugblattventils 21 geöffnet. Unter
Bezugnahme auf 6 strömt das Kältemittel, das durch das Ansaugloch 20a gegangen
ist, im allgemeinen in die Richtung der Begrenzungsausnehmung 25 entlang
der Ventilplattenseitenoberfläche
des Ansaugblattventils 21, wie durch einen Pfeil L1 gezeigt.
Anschließend wird
das gesamte in die Begrenzungsausnehmung 25 einströmende Kältemittel
durch die Seitenwand des Bogens 25b in die rechtsseitige
Richtung abgelenkt. Da die Seitenwand des Bo gens 25b der
Begrenzungsausnehmung 25 schräg gegenüber der Einströmungsrichtung
des Kältemittels
liegt, ist der Ablenkungswinkel der Strömungslinie des in die Begrenzungsausnehmung 25 einströmenden Kältemittels
geringer als 90°,
wie durch die Pfeile L5 gezeigt ist. Deshalb kann der Ablenkungswinkel
der Kältemittelströmung in
der Begrenzungsausnehmung 25 reduziert werden. Danach wird
die Kältemittelströmung entlang
des Bogens 25a leicht in die Zylinderbohrung 5 geführt. Als
Ergebnis kann das Auftreten der turbulenten Strömung und der Stagnation in
der Begrenzungsausnehmung 25 unterdrückt werden und der Ansaugwirkungsgrad
des Kompressors kann verbessert werden.
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Auf
den Abschnitten der Kreuzungspunkte zwischen jedem der äußeren Bögen der
zwei Halbmonde und dem Kreis 5w der Zylinderbohrung 5 kann
ein Abrunden durchgeführt
werden. Unter Bezugnahme auf die 4 und 5 ist
das Abrunden für
die Abschnitte der Kreuzungspunkte 23b (an beiden rechten
und linken Seiten befindlich) zwischen jedem der äußeren Bögen 23e, 23f der
zwei Halbmonde und des Kreises 5w der Zylinderbohrung 5 möglich, wie
durch gestrichelte Linien vorgeschlagen wird. Unter Bezugnahme auf 6 ist
das Abrunden für
den Abschnitt der Kreuzungspunkte 25c (nur rechts befindlich)
zwischen dem äußeren Bogen
des einen Halbmondes 25a und des Kreises 5w der
Zylinderbohrung 5 möglich,
wie durch eine gestrichelte Linie vorgeschlagen wird.
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Auf
diesem Wege stellt der Hubkolbenkompressor gemäß der vorliegenden Erfindung
die Gestalt der Begrenzungsausnehmung bereit, die durch einen Winkel
leicht und gleichmäßig ablenkt,
der merklich kleiner als ein rechter Winkel der in die Begrenzungsausnehmung
einströmenden
Kältemittelströme ist, ohne
eine Turbulenz und eine Stagnation hervorzurufen. Somit ist es durch
die vorliegende Erfindung möglich,
den Ansaugwirkungsgrad des Kompressors zu verbessern.
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Obwohl
der beispielhafte Kompressor, der für die Erläuterung der vorliegenden Erfindung
verwendet worden ist, ein Taumelscheibenkompressor gewesen ist,
ist es selbstverständlich
möglich,
die vorliegende Erfindung auch auf einen Schrägscheibenkompressor anzuwenden.
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In
der vorliegenden Erfindung ist eine besondere Form einer Begrenzungsausnehmung 23 zur Begrenzung
des Biegebereiches eines Ansaugblattventils 21 eines Hubkolbenkompressors
vorgesehen. Die Begrenzungsausnehmungen sind für jede Zylinderbohrung 5 am
Ende eines Zylinderblocks 1 vorgesehen. In Axialrichtung
gesehen hat die Begrenzungsausnehmung 23 eine Gestalt,
die eine Einheit von zwei Halbmonden aufweist, die zueinander versetzt
und überlagert
angeordnet sind. Am Kreuzungspunkt der äußeren Bögen der zwei Halbmonde ist
eine Rippe 23a ausgebildet, die der Spitze des Ansaugblattventils 21 gegenüberliegt.
Diese Rippe gabelt den Kältemittelstrom,
der von dem Ansaugloch 20a zu der Begrenzungsausnehmung 23 einströmt, in zwei
rechte und linke Strömungen
und lenkt sie leicht durch einen Winkel ab, der merklich kleiner
als ein rechter Winkel ist. Aufgrund der leichten Ablenkung des
Kältemittelstroms
durch die Rippe wird das Auftreten von einer Turbulenz und Stagnation
unterdrückt
und als Ergebnis kann der Ansaugwirkungsgrad des Kompressors verbessert
werden.