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Die
vorliegende Erfindung beansprucht die Priorität der früheren
japanischen Patentanmeldung 2002-352249 .
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kompressoren und insbesondere
auf einen Auslaßventilmechanismus,
der in solchen Kompressoren enthalten ist.
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Eine
Klimaanlage beispielsweise verwendet oftmals einen sogenannten Mehrzylinderkompressor, der
eine Vielzahl an Zylinderbohrungen besitzt, sowie einen Auslaßventilmechanismus,
der jeder der Zylinderbohrungen entspricht. Als Auslaßventilmechanismus
werden Mechanismen verschiedener Arten vorgeschlagen.
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Ein
Beispiel dafür
ist in der japanischen Gebrauchsmusteranmeldungsveröffentlichung
Nr. H6-25576 (
JP 6-25576
U ) offenbart und weist eine Ventilplatte auf, die eine
Mehrzahl von Auslaßlöchern besitzt,
die jeweils mit den Zylinderbohrungen in Ver bindung stehen. An einer
Ausgangsseite eines jeden der Auslaßlöcher überlappt sich ein flexibles
plattenähnliches
Auslaßventil
mit der Ventilplatte.
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Das
plattenähnliche
Auslaßventil
besitzt Enden in einer ersten Richtung parallel zur Ventilplatte. Eines
der Enden ist an der Ventilplatte befestigt. Das andere Ende ist
in einer Richtung weg von der Ventilplatte beweglich, mit einer
Krümmung
des plattenähnlichen
Auslaßventils.
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Des
weiteren besitzt der Auslaßventilmechanismus
einen Ventilhalter, der eine Halteoberfläche besitzt, zur Begrenzung
der Krümmung
des plattenähnlichen
Auslaßventils.
Die Halteoberfläche
des Ventilhalters ist in Bezug zu einer zweiten Richtung parallel
zur Ventilplatte und senkrecht zur ersten Richtung geneigt. In Bezug
zur ersten Richtung ist die Halteoberfläche des Ventilhalters geneigt
und begrenzt eine gekrümmte
Oberfläche.
Die gekrümmte Oberfläche besitzt überall im
wesentlichen denselben Krümmungsradius
in der zweiten Richtung.
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Der
oben erwähnte
Auslaßventilmechanismus
ist effektiv bei der Unterdrückung
eines Geräuschs
des Kompressors, wenn der Abstand von der Ventilplatte zu der Halteoberfläche des
Ventilhalters reduziert ist. In diesem Fall ist jedoch der bewegliche
Bereich des plattenähnlichen
Auslaßventils,
das heißt
der Anhebebetrag des Ventils, auf einen kleinen Bereich begrenzt.
Dies kann zu einer Zunahme des Druckverlustes bei einer hohen Strömungsrate
führen,
sowie zu einer Zunahme des inneren Druckes in jeder der Zylinderbohrungen,
was zu einer Überkompression
führt.
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Wenn
andererseits der Abstand von der Ventilplatte zur Halteoberfläche des
Ventilhalters zunimmt, wird eine Überkompressi on vermieden, jedoch
der Effekt des Unterdrückens
des Geräusches des
Kompressors ist unzureichend.
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Darüber hinaus
ist aus der
DE 42 26
587 A1 ein Kompressor mit einem Auslassventilmechanismus
bekannt, der eine Ventilplatte besitzt, die ein Auslassloch aufweist,
das mit einem Zylinder in Verbindung steht. Ein Auslassventil, das
plattenähnlich und
flexibel ausgebildet ist, besitzt einen festen Abschnitt, der an
der Ventilplatte befestigt ist, und einen beweglichen Abschnitt,
der sich von dem festen Abschnitt in einer radialen Richtung erstreckt.
Ein Ventilrückhalter
ist vorgesehen, der eine gekrümmte Oberfläche besitzt,
wobei sich die Krümmung
in Radialrichtung verändert.
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Außerdem ist
aus der
JP 11-230041
A ein ähnlicher
Kompressor bekannt, der ebenfalls eine Ventilplatte mit einem Auslassloch
besitzt, sowie einen Ventilrückhalter.
Der Ventilrückhalter
ist als Scheibe ausgebildet, wobei sich diese Scheibe in Umfangsrichtung über den
gesamten Umfang in ihrer Krümmung
verändert.
Allerdings ist die Krümmung
in dem Bereich, der einem jeweiligen Auslassventil gegenüber liegt,
konstant.
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Es
ist deshalb eine Aufgabe dieser Erfindung, einen Kompressor bereitzustellen,
bei dem ein Geräusch
unterdrückt
wird, und bei dem eine Überkompression
vermieden wird.
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Es
ist ein Ziel dieser Erfindung, einen Kompressor bereitzustellen,
der einen Auslaßventilmechanismus
besitzt, bei dem ein Bewegungsbereich des Ventils im normalen Betrieb
klein ist und bei einer hohen Strömungsrate automatisch und gleichmäßig zunimmt.
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Diese
Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Weitere
vorteilhafte Entwicklungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
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Erfindungsgemäß ist ein
Kompressor vorgesehen, der einen Auslaßventilmechanismus besitzt, der
eine Ventilplatte aufweist, die ein Auslaßloch besitzt, das mit einem
Zylinder in Verbindung steht, ein plattenähnliches Auslaßventil,
das flexibel ist, wobei das plattenähnlichen Auslaßventil
einen fixierten Abschnitt besitzt, der an der Ventilplatte befestigt
ist, und einen beweglichen Abschnitt, der sich von dem fixierten
Abschnitt in einer ersten Richtung parallel zur Ventilplatte erstreckt,
wobei der bewegliche Abschnitt einem Ausgangsende des Auslaßlochs gegenüberliegt,
und einen Ventilrückhalter,
der eine gekrümmte
Oberfläche
besitzt, die zu dem beweglichen Abschnitt zeigt und von diesem beabstandet
ist und dazu angepaßt
ist, die Bewegung des beweglichen Abschnittes zu begrenzen, wobei
die gekrümmte Oberfläche eine
Mehrzahl von Teilen besitzt, deren Krümmungsradius sich in einer
zweiten Richtung parallel zur Ventilplatte und senkrecht zur ersten
Richtung unterscheidet.
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1 ist
eine vertikale Schnittansicht eines Mehrzylinderkompressors, der
einen Auslaßventilmechanismus
gemäß einer
Ausführungsform
dieser Erfindung besitzt.
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2 ist
eine vergrößerte Schnittansicht,
die schematisch einen charakteristischen Teil des Mehrzylinderkompressors,
der in 1 dargestellt ist, zeigt.
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3 ist
eine vergrößerte Schnittansicht
eines in 2 dargestellten Auslaßventilmechanismus.
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4 ist
eine Draufsicht der Gesamtheit eines Ventilrückhalters, der in dem in 3 dargestellten
Auslaßventilmechanismus
verwendet wird.
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5 ist
eine Draufsicht eines Ventilhalters als Teil des in 3 gezeigten
Ventilrückhalters.
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Die 6A bis 6E sind
Teilschnittansichten (einschließlich
Seitenansichten) des Ventilhalters jeweils entlang der Linien VIa-VIa,
VIb-VIb, VIc-VIc, VId-VId und VIe-VIe in 5.
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Zuerst
erfolgt eine Beschreibung eines Mehrzylinderkompressors unter Bezugnahme
auf 1 (im nachfolgenden wird dieser einfach als ein ”Kompressor” bezeichnet),
der einen Auslaßventilmechanismus
gemäß einem
Ausführungsbeispiel dieser
Erfindung besitzt.
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Der
in 1 dargestellte Kompressor weist ein Gehäuse 1 auf.
Das Gehäuse 1 weist
ein im allgemeinen zylindrisches Gehäuse 3 auf, das einstückig mit
einem Zylinderblock 2 an dessen einem Ende gebildet ist,
und eine im allgemeinen scheibenförmige vordere Endplatte 4,
die eine Öffnung
am anderen Ende des Gehäuses 3 verschließt. Der
Zylinderblock 2 und die vordere Endplatte 4 sind
jeweils mit vier Durchgangslöchern 5 und 6 versehen.
Eine Welle 9, die durch Lager 7 und 8 drehbar
gelagert ist, wird durch die Durchgangslöcher 5 und 6 eingesetzt. In
einer Kurbelkammer 10, die zwischen dem Zylinderblock 2 und
der vorderen Endplatte 4 gebildet wird, ist ein Rotor 11 angeordnet,
der an der Welle 9 angebracht ist.
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An
dem Rotor 11 ist eine Taumelscheibe 13 durch einen
Gelenkmechanismus 12 befestigt. Die Taumelscheibe 13 besitzt
eine innere Wandoberfläche 14,
um mit der Welle 9 gleitfähig in Kontakt zu sein. Durch
diesen Gelenkmechanismus 12 besitzt die Taumelscheibe 13 einen
variablen Neigungswinkel in Bezug zur Welle 9. An der Taumelscheibe 13 ist eine
Schrägscheibe 16,
die mit einer Vielzahl an Kolbenstangen 15 über Kugelkupplungsgelenken
gekoppelt ist, durch Lager 17 und 18 eingepaßt. Die Taumelscheibe 13 besitzt
einen zentralen Vorsprung 20 und einen daran befestigten
Ausgleichsring 21. Der Ausgleichsring 21 ist zusammen
mit der Taumelscheibe 13 drehbar. Die Schrägscheibe 16 ist
zwischen der Taumelscheibe 13 und dem Ausgleichsring 21 eingelegt
und dazwischen eingeklemmt.
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Der
Zylinderblock 2 besitzt eine Vielzahl von Zylinderbohrungen 22,
beispielsweise 7, (nur eine ist in der Figur dargestellt), die in
vorbestimmten Abständen
voneinander um die Welle 9 ausgebildet sind. Ein Kolben 23 ist
in jeder der Zylinderbohrungen 22 eingesetzt. Die Kolbenstange 15 ist über ein
Kugelkupplungsgelenk mit einem Halteabschnitt 24 des Kolbens 23 verbunden.
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Des
weiteren ist eine Führungsstange 25 parallel
zur Welle 9 in der Kurbelkammer 10 angeordnet.
Jeweils das eine und das andere Ende der Führungsstange 25 ist
jeweils durch den Zylinderblock 2 und die vordere Endplatte 4 drehbar
gelagert. Die Führungsstange 25 wird
durch einen Klemmabschnitt 26 der Schrägscheibe 16 eingeklemmt. Somit
wird die Schrägscheibe 16 am
Drehen gehindert (eine Drehung um ihre eigene Achse) und führt ausschließlich eine
Taumelbewegung durch.
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Zusätzlich wird
die Beschreibung unter Bezugnahme auf 2 fortgesetzt,
die schematisch einen kennzeichnenden Teil des oben beschriebenen Mehrzylinderkompressors
beschreibt.
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Der
Zylinderblock 2 besitzt eine axiale Endseite, an der eine
Ventilplattenbaugruppe 27 und ein Zylinderkopf 28 über einen
Bolzen 29 oder dergleichen gekoppelt ist. Die Ventilplattenbaugruppe 27. weist
eine Ventilplatte 31, eine Vielzahl von plattenähnlichen
Ansaugventilen (eines ist in der Figur dargestellt) 32,
die aus flexiblem Material hergestellt ist, eine Mehrzahl von plattenähnlichen
Auslaßventilen (nur
eines ist in der Figur dargestellt) 33, die aus flexiblem
Material hergestellt sind, Dichtungen 34 und 35 und
einen Ventilrückhalter 36 zur
Begrenzung einer Krümmung
der plattenähnlichen
Auslaßventile 33.
Die Ansaugventile 32, die Auslaßventile 33, die Dichtungen 34 und 35 und
der Ventilrückhalter 36 sind über einen
Schraubenbolzen 37 und eine Mutter 38 an der Ventilplatte 31 befestigt.
Die Ventilplatte 31 besitzt eine Mehrzahl von Ansauglöchern (nur
eines ist der Figur dargestellt) 41, sowie eine Vielzahl
an Auslaßlöchern (nur
eines ist in der Figur dargestellt) 42. Jedes der Ansauglöcher 41 und
jedes der Aus laßlöcher 42 entspricht
einer jeden der Zylinderbohrungen 22 und steht mit den
Zylinderbohrungen 22 in Verbindung. Die plattenähnlichen
Ansaugventile 32 und die plattenähnlichen Auslaßventile 33 sind
in einer Eins-zu-Eins-Entsprechung an den Ansauglöchern 41 und
den Auslaßlöchern 42 angeordnet.
Der Ventilrückhalter 36 wird
später
detailliert beschrieben.
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Der
Zylinderkopf 28 besitzt eine Ansaugkammer 43 und
eine Auslaßkammer 44.
Die Ansaugkammer 43 ist entlang des Umfangs des Zylinderkopfs 28 ausgebildet
und mit allen Ansauglöchern 41 bei
einer Betätigung
der plattenähnlichen
Ansaugventile 32 in Verbindung bringbar. Die Auslaßkammer 44 ist
an einer Mittelfläche
des Zylinderkopfs 28 ausgebildet und ist mit allen Auslaßlöchern 42 bei
Betätigung
des plattenähnlichen
Auslaßventils 33 in
Verbindung bringbar. Die Ansaugkammer 43 und die Auslaßkammer 44 sind
an beiden Enden eines Kühlkreislaufs (nicht
gezeigt) durch eine Ansaugöffnung
und eine Auslaßöffnung (nicht
gezeigt) verbunden.
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Des
weiteren ist jeder der Kolben 23 mit einer Vielzahl an
Kolbenringen 45 in Reibkontakt mit der Zylinderbohrung 12 versehen.
In einem Mittelabschnitt des Zylinderblocks 2 ist ein Steuerventil 40 zur Steuerung
der Kommunikation zwischen der Kurbelkammer 10 und der
Ansaugkammer 43 angeordnet, wie in 1 dargestellt
ist.
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In
dem oben beschriebenen Kompressor wird ein Fluid oder ein Kältemittel
dann, wenn sich der Kolben 23 in 2 nach unten
bewegt, durch die Ansaugöffnung
in die Ansaugkammer 43 gesaugt und strömt von der Ansaugkammer 43 durch
das Ansaugloch 41, öffnet
das plattenähnliche
Ansaugventil 32, um in die Zylinderbohrung 22 gesaugt
zu werden. Zu dieser Zeit ist das plattenähnliche Auslaßventil 33 geschlossen.
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Als
nächstes
bewegt sich der Kolben 93 nach oben in 2.
Anschließend
wird ein komprimiertes Kältemittel
von der Zylinderbohrung 22 durch das Auslaßloch 42 geliefert, öffnet das
plattenähnliche
Auslaßventil 33,
um in die Auslaßkammer 44 ausgestoßen zu werden,
wie durch einen Pfeil 46 abgebildet ist. Zu dieser Zeit
ist das plattenähnliche
Ansaugventil 32 geschlossen. Das Kältemittel zirkuliert durch
den Kühlkreislauf.
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Zusätzlich zu 2 erfolgt
eine Beschreibung unter Bezugnahme auf die 3 und 4 hinsichtlich
des Auslaßventils 33 und
des Ventilrückhalters 36.
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Wie
in 3 dargestellt ist, besitzt das plattenähnliche
Auslaßventil 33 einen
festen Abschnitt 33a, der an der Ventilplatte 31 befestigt
ist, und einen beweglichen Abschnitt 33b, der sich von
dem festen Abschnitt 33a in einer ersten Richtung A1 parallel
zur Ventilplatte 31 erstreckt und zu einem ausgangsseitigen
Ende des Auslaßloches 42 zeigt.
Während
des Aussetzens des Kompressorbetriebes wird der bewegliche Abschnitt 33b mit
der Ventilplatte 31 in Kontakt gebracht, um das Auslaßloch 42 zu
bedecken. Während
des Kompressorbetriebes wird der bewegliche Abschnitt 33b wiederholt
in und außer
Kontakt mit der Ventilplatte 31 gebracht, der hin- und
hergehenden Bewegung des Kolbens 23 folgend.
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Wie
in 4 dargestellt ist, besitzt der Ventilrückhalter 36 einen
festen Abschnitt 52, der mit einem Durchgangsloch 51 zum
Einsetzen des Schraubenbolzens 37 versehen ist, und eine
vorbestimmte Anzahl an ventilaufnehmenden Abschnitten 53,
die radial auswärts
von dem festen Abschnitt 52 vorstehen. Die vorbestimmte
Anzahl entspricht der Anzahl der Zylinderbohrungen 22 und
beträgt
in diesem Fall sieben. Jeder der ventilaufnehmenden Abschnitte 53 erstreckt
sich zu einer Position, die dem Auslaßloch 42 entspricht, ähnlich dem
plattenähnlichen
Auslaßventil 33.
Jeder ventilaufnehmende Abschnitt 53 besitzt eine flache
Oberfläche 53a parallel
zur Ventilplatte 31 und überlappt sich mit dem festen
Abschnitt 33a des plattenähnlichen Auslaßventils 33,
und er besitzt eine gekrümmte
Oberfläche 53b,
die zu dem beweglichen Abschnitt 33b des plattenähnlichen Auslaßventils 33 zeigt
und davon beabstandet ist. Die gekrümmte Oberfläche 53b des ventilaufnehmenden
Abschnittes 53 dient dazu, die Bewegung des beweglichen
Abschnittes 33b des plattenähnlichen Auslaßventils 33 zu
begrenzen. Eine Kombination der Ventilplatte 31, eines
plattenähnlichen
Auslaßventils 33 und
des ventilaufnehmenden Abschnitts 53 wird als Auslaßventilmechanismus
bezeichnet.
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Unter
Bezugnahme auf die 5 und zusätzlich auf die 6A bis 6E erfolgt
die Beschreibung der Gestalt der gekrümmten Oberfläche 53b des
ventilaufnehmenden Abschnittes 53.
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In
den 6A bis 6E sind
die Krümmungsradien
ra, rb, rc, rd und re der gekrümmten Oberfläche 53b des
ventilaufnehmenden Abschnitts 53 unterschiedlich zueinander
und so ausgelegt, daß folgendes
Verhältnis
zutrifft:
ra > rb > rc > rd > re
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Genauer
gesagt besitzt die gekrümmte Oberfläche 53b des
ventilaufnehmenden Abschnitts 53 eine Mehrzahl von Teilen,
deren Krümmungsradius
sich voneinander in der zweiten Richtung A2 parallel zur Ventilplatte 31 und
senkrecht zur ersten Richtung A1 in 5 unterscheidet.
Diese Krümmungsradien ändern sich
allmählich
zwischen dem Maximalwert (ra) an einem Ende der ge krümmten Oberfläche 53b in
der zweiten Richtung A2 in 5, das heißt, an einem
ersten Ende 54, und dem minimalen Wert (re) am anderen
Ende, das heißt,
am zweiten Ende 55. Ein größerer Krümmungsradius der gekrümmten Oberfläche 53b bedeutet
ein kleinerer Abstand von der Ventilplatte 31.
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Während des
Kompressorbetriebes in einem normalen Modus wird das plattenähnliche
Auslaßventil 33 innerhalb
eines beweglichen Bereiches zwischen der Ventilplatte 31 und
dem ersten Ende 54 der gekrümmten Oberfläche 53b bewegt,
um das Auslaßloch 42 zu öffnen und
zu schließen.
In diesem Fall wird der Betrieb in einem Zustand durchgeführt, in
dem der bewegliche Bereich des plattenähnlichen Auslaßventils 33 klein
ist. Somit wird die Geräuschunterdrückungswirkung
erzielt.
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Andererseits
wird während
des Kompressorbetriebes mit einer hohen Strömungsrate das plattenähnliche
Auslaßventil 33 mit
dem ersten Ende 54 der gekrümmten Oberfläche 53b in
Kontakt gebracht und entlang der gekrümmten Oberfläche 53b verdreht. Zu
dieser Zeit ist es dem plattenähnlichen
Auslaßventil 33 gestattet,
sich zu öffnen,
bis es mit dem zweiten Ende 55 der gekrümmten Oberfläche 53b maximal
in Kontakt gebracht wird. Somit besitzt das plattenähnliche
Auslaßventil 33 im
wesentlichen einen Bewegungsbereich zwischen der Ventilplatte 31 und
dem zweiten Ende 55 der gekrümmten Oberfläche 53b und öffnet und
schließt
das Auslaßloch 42. In
diesem Fall wird ein Betrieb in einem Zustand durchgeführt, in
dem der bewegliche Bereich des plattenähnlichen Auslaßventils 33 groß ist und
die Überkompression
vermieden wird. Somit ist der Effekt äquivalent dazu, daß die wesentliche
Höhe des Ventilaufnahmeabschnitts 53 sich
automatisch und allmählich
in Abhängigkeit
von dem Betriebszustand des Kompressors ändert, um einen optimalen Zustand
zu erzielen.
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Wie
oben beschrieben wurde, definiert das erste Ende 54 der
gekrümmten
Oberfläche 53b des ventilaufnehmenden
Abschnitts 53 einen minimalen beweglichen Bereich des plattenähnlichen
Auslaßventils 33,
während
das zweite Ende 55 einen maximalen beweglichen Bereich
des plattenähnlichen Auslaßventils 33 definiert.
Hier fällt
das Verhältnis des
minimalen beweglichen Bereichs und des maximalen beweglichen Bereichs
vorzugsweise in einen Bereich von 1,5 bis 3,0.
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Die
Form der gekrümmten
Oberfläche 53b des
Ventilaufnahmeabschnitts 53 kann auf verschiedene Arten
und Weisen modifiziert werden. Beispielsweise kann die gekrümmte Oberfläche 53b in eine
Gestalt gebracht werden, die einen Teil entlang einer konischen
Form besitzt, oder in eine Gestalt, die durch Verdrillen einer flachen
Ebene erhalten wird.
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Der
oben beschriebene Kompressor wird normalerweise in einem Zustand
betrieben, in dem der bewegliche Bereich des Ventils klein ist.
Bei einer hohen Strömungsrate
nimmt der bewegliche Bereich des Ventils automatisch und allmählich zu.
Somit ist es möglich,
die Geräuschunterdrückungswirkung
zu erzielen und das Problem der Überkompression
zu verhindern.