DE19647861A1 - Kompressor der Kolbenbauart - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Kompressoren mit hin- und herbewegbaren Kolben wie beispielsweise solche, wel­ che Taumelscheiben verwenden und insbesondere auf Kompressoren der Kolbenbauart, welche eine Verringerung von Vibrationen und Lärm ermöglichen.

Kompressoren der Kolbenbauart werden gewöhnlich in Fahrzeugen zur Klimatisierung von Fahrgastzellen montiert. Ein typischer Kompressor der Kolbenbauart hat eine Kurbelkammer, welche in einem Gehäuse ausgebildet ist, sowie eine Antriebswelle, die in der Kurbelkammer gelagert ist. Die Antriebswelle ist an ei­ nen Fahrzeugmotor durch eine Kupplung angeschlossen. Eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen erstrecken sich parallel zu und um die Antriebswelle in einem Zylinderblock, der einen Teil des Gehäuses ausbildet. Ein Kolben ist in jeder Zylinderboh­ rung für eine Hin- und Herbewegung untergebracht. Eine Kom­ pressionskammer ist in jeder Zylinderbohrung durch den Kolben ausgebildet. Eine Taumelscheibe ist an der Antriebswelle fi­ xiert und dreht einstückig mit der Welle. Eine Rotation der Taumelscheibe wird in eine lineare Hin- und Herbewegung eines jeden Kolben konvertiert. Die Hin- und Herbewegung jedes Kol­ bens bewirkt eine Kompression des Kühlgases in jeder Kompres­ sionskammer.

Die Kompressionsbewegung eines jeden Kolbens verursacht eine Kompressionsreaktion, um auf den Kolben einzuwirken. Die Kom­ pressionsreaktion wird auf die Antriebswelle durch die Taumel­ scheibe übertragen und verursacht eine Fluktuation des An­ triebswellendrehmoments. Die Drehmomentfluktuation erzeugt Torsionsschwingungen zwischen der Antriebswelle und der Kupp­ lung. Dies erzeugt wiederum Vibrationen und Geräusche. Bei der Analyse bzw. beim Zerlegen der Summe der Drehmomentfluktuati­ on, d. h., der Summe einer jeden Kompressionsreaktion, erzeugt in den Kompressionskammern, unter Verwendung eines "fast Fou­ rier transform (FFT)", wird ersichtlich, daß die Drehmoment­ fluktuation zyklisch auftritt. Es wird ebenfalls ersichtlich, daß die Drehmomentfluktuation eine große Vielfalt von Fre­ quenzanteilen aufweist, welche sich im Bereich von Gleichan­ teilen, bis zu hohen Frequenzen bewegen. Unter den Frequenzan­ teilen ist die Hauptkomponente die n-Frequenzkomponente, wel­ che der Anzahl (n) an Zylinderbohrungen entspricht. Die n- Frequenzkomponente entspricht der Vibrationskomponente, welche zyklisch n-Male während einer einzelnen Umdrehung der An­ triebswelle auftritt. Beispielsweise entspricht ein Zehn- Frequenzanteil der Vibrationskomponente, welche zyklisch zehn­ mal während einer einzigen Umdrehung der Antriebswelle auf­ tritt. Wenn die Frequenz der n-Frequenzkomponente nahe der Vi­ brationsfrequenz des Kompressors und dessen peripherer Ausrü­ stung ist, erzeugen Resonanzphänomene (Resonanzschwingungen) Geräusche, welche auf die Fahrgastzelle übertragen werden kön­ nen.

Die japanische ungeprüfte Gebrauchsmusteroffenlegungsschrift Nr. 1-160180 beschreibt einen verdrängungsvariablen Kompres­ sor, welcher eine Taumelscheibe verwendet. Der Kompressor ist mit fünf Zylinderbohrungen versehen. Die Abstände zwischen den benachbarten Zylinderbohrungen sind nicht gleich. Darüber hin­ aus unterscheidet sich das Totvolumen (das Volumen der Kom­ pressionskammer, wenn der Kolben an dessen oberem Totpunkt an­ gelangt ist) in der Kompressionskammer eines der Zylinderboh­ rungen von dem Totvolumen der anderen Zylinderbohrungen. Das obere Ende eines der Kolben ist um eine vorbestimmte Länge verkürzt, um dessen zugehöriges Totvolumen zu erhöhen. Dies ändert das Volumen und den Druck der Kompressionskammer. Die Erhöhung bezüglich des Totvolumens verringert die Kompressi­ onsreaktion, welche in der Kompressionskammer erzeugt wird, und ermöglicht, daß die Summe der Kompressionsreaktion, welche auf die Taumelscheibe einwirkt, ständig konstant bleibt. Aus diesem Grunde rotiert die Taumelscheibe sanft infolge der Ver­ ringerung der Drehmomentfluktuation der Antriebswelle. Als ein Ergebnis hiervon wird die Erzeugung von Torsionsschwingungen und Geräuschen verringert.

Jedoch verändert der Kompressor gemäß vorstehender Veröffent­ lichung lediglich das Totvolumen eines oder mehrerer Zylinder­ bohrungen, um die Torsionsvibrationen und Geräusche des Kom­ pressors zu verringern. Darüber hinaus lehrt die vorstehend genannte Veröffentlichung nicht, wie die Momentfluktuation der Antriebswelle weiter verringert werden kann. Wenn aus diesem Grunde die Einrichtung gemäß dieser Veröffentlichungsschrift bei zahlreichen Arten von Kompressoren angewendet wird, kann die Verringerung bezüglich der Drehmomentfluktuation der An­ triebswelle ungenügend sein. Folglich kann die Erzeugung von Vibrationen und Geräuschen nicht ausreichend unterdrückt wer­ den.

Es ist folglich eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen Kompressor der Kolbenbauart zu erzeugen, welcher eine Verrin­ gerung der n-Frequenzkomponente der Momentfluktuation verrin­ gert, welche der Anzahl von Zylinderbohrungen n entspricht, um folglich die Erzeugung von Schwingungen und Geräuschen zu un­ terdrücken.

Zur Erreichung der vorstehend genannten Aufgabe hat ein Kom­ pressor für das Komprimieren eines Gases oder Fluids ein Ge­ häuse, eine Antriebswelle, die drehbar durch das Gehäuse gela­ gert wird, eine Antriebsplatte, welche auf der Antriebswelle montiert ist, eine Mehrzahl von Zylinderbohrungen, die in dem Gehäuse ausgebildet sind, und um die Antriebswelle herum ange­ ordnet sind, sowie eine Mehrzahl von Kolben, die jeweils in den Zylinderbohrungen angeordnet und an die Antriebsplatte wirkverbunden sind. Die Antriebsplatte konvertiert eine Dreh­ bewegung der Antriebswelle in eine Hin- und Herbewegung des Kolbens. Der Kompressor hat desweiteren eine Mehrzahl von Kom­ pressionskammern, die jeweils in den Zylinderbohrungen für das Komprimieren des in die Zylinderbohrungen zugeführten Gases entsprechend der Hin- und Herbewegung des Kolbens ausgebildet sind. Jede Kompressionskammer hat ein Totvolumen, welches durch deren Volumen definiert wird, wenn der zugehörige Kolben sich an einem oberen Totpunkt befindet. Eine der Kompressions­ kammern hat ein Totvolumen, welches kleiner ist, als jenes der anderen Kompressionskammern, wobei eine der Kompressionskam­ mern ein Totvolumen hat, welches größer ist als jenes der an­ deren. Ein Referenzvolumen ist durch das Volumen der Zylinder­ bohrung bestimmt, welche ein minimales Totvolumen aufweist, wenn sich der zugehörige Kolben in einem unteren Totpunkt be­ findet. Das Totvolumen der anderen Kammer, welche das größte Totvolumen aufweist, ist größer als das Totvolumen der Kammer mit dem kleinsten Totvolumen und zwar um eins oder mehrere Prozent des Referenzvolumens.

Die Merkmale der vorliegenden Erfindung, welche als neu und erfinderisch erachtet werden, sind in den anliegenden Patent­ ansprüchen beansprucht. Die Erfindung, sowie deren Merkmale und Vorteile werden nachstehend anhand bevorzugter Ausfüh­ rungsbeispiele unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnun­ gen näher erläutert.

Fig. 1 ist eine Querschnittsansicht, die einen Kom­ pressor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegen­ den Erfindung zeigt,

Fig. 2A ist eine Querschnittsansicht entlang der Li­ nie 2A-2A in Fig. 1,

Fig. 2B ist eine Querschnittsansicht entlang der Li­ nie 2B-2B in Fig. 1,

Fig. 3A ist eine diagrammartige Zeichnung, welche das Totvolumen jeder Kompressionskammer auf der vorderen Seite ei­ nes Kompressors darstellt,

Fig. 3B ist eine diagrammartige Zeichnung, welche das Totvolumen jeder Kompressionskammer auf einer hinteren Seite eines Kompressors darstellt,

Fig. 4 ist ein Graph, der die Beziehung zwischen dem erhöhten Totvolumen und der Momentenfluktuation zeigt,

Fig. 5 ist ein Graph, der die Erhöhung einer zehn- Frequenzkomponente und die Veränderung einer fünf- Frequenzkomponente zeigt,

Fig. 6A zeigt das Überlappungsphänomen des fünf- Freqenzanteils und der Summen der vorderen und hinteren Seiten eines Kompressors gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 6B zeigt das Überlappungsphänomen des zehn- Freqenzanteils und der Summen der vorderen und hinteren Seiten eines Kompressors gemäß dem Stand der Technik,

Fig. 7A ist eine diagrammartige Zeichnung, welche das Totvolumen jeder Kompressionskammer an der vorderen Seite ei­ nes Kompressors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt,

Fig. 7B ist eine diagrammartige Zeichnung, die das Totvolumen jeder Kompressionskammer an der hinteren Seite des Kompressors gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung zeigt,

Fig. 8A ist eine diagrammartige Zeichnung, die das Totvolumen jeder Kompressionskammer an der vorderen Seite ei­ nes Kompressors gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung zeigt und,

Fig. 8B ist eine diagrammartige Zeichnung, die das Totvolumen jeder Kompressionskammer an der hinteren Seite ei­ nes Kompressors gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung zeigt.

Ein Kompressor der Doppelkopfkolben-Bauart unter Verwendung einer Taumelscheibe wird nachfolgend mit Bezug auf die Fig. 1 bis 6 näher beschrieben.

Wie in der Fig. 1 dargestellt ist, sind ein vorderer Zylin­ derblock 11 und ein hinterer Zylinderblock 12 an deren jeweils gegenüberliegenden Endabschnitten miteinander verbunden. Ein vorderes Gehäuse 15 ist an das vordere Ende des vorderen Zy­ linderblocks 11 über eine dazwischen angeordnete Ventilplatte 13 angeschlossen. Ein hinteres Gehäuse 16 ist an das hintere Ende des hinteren Zylinderblocks 12 über eine dazwischen ange­ ordnete Ventilplatte 14 angeschlossen. Erste Platten 17, 18, in denen Ansaugventile 17a, 18a ausgebildet sind, sind zwi­ schen den Zylinderblöcken 11, 12 und den Gehäusen 15, 16 je­ weils angeordnet. Zweite Platten 19, 20, in denen Auslaßventi­ le 19a, 20a ausgebildet sind, sind zwischen den Ventilplatten 12, 14 und den Gehäusen 15, 16 jeweils angeordnet. Dritte Platten 17, 18, in denen Halter 21a, 22a ausgebildet sind, sind zwischen den zweiten Platten 18, 20 und den Gehäusen 15, 16 jeweils angeordnet. Die Halter 21a, 22a beschränken die Öffnung der Ansaugventile 19a bzw. 20a.

Wie in den Fig. 1 bis 3 dargestellt ist, sind die Zylinder­ blöcke 11, 12, die Ventilplatten 13, 14 die Gehäuse 15, 16, die ersten Platten 17, 18, die zweiten Platten 19, 20 und die dritten Platten 21, 22 durch eine Mehrzahl von Schraubenbolzen 23 (fünf Bolzen in diesem Ausführungsbeispiel) fest miteinan­ der verbunden. Die Schraubenbolzen 23 sind von der Vorderseite des vorderen Gehäuses 15 eingesetzt und in Schraubenbohrungen eingeschraubt, die in dem hinteren Gehäuse 16 vorgesehen sind.

Auslaßkammern 24, 25 sind an der Peripherie des vorderen und hinteren Gehäuses 15 bzw. 16 ausgebildet. Ansaugkammern 26, 27 sind an den innenseitigen Auslaßkammern 24, 25 jeweils ange­ ordnet. Wie in den Fig. 1, 2A und 2B dargestellt wird, er­ strecken sich eine Mehrzahl von parallelen Zylinderbohrungen 11a, 11b, 11c, 11d, 11e durch den vorderen Zylinderblock 11, wohingegen eine Mehrzahl von parallelen Zylinderbohrungen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e sich durch den hinteren Zylinderblock 12 erstrecken. Die Zylinderbohrungen 11a, 11b, 11c, 11d, 11e sind zu den Zylinderbohrungen 12a, 12b, 12c, 12d, 12e jeweils aus­ gerichtet. Ein Doppelkopfkolben 28 ist in jedem Paar von zu­ einander ausgerichteten Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e untergebracht. Der Aufbau dieses Kompressors sieht demzu­ folge 10 Zylinder mit fünf Kolben vor. In anderen Worten aus­ gedrückt, bildet jeder Kolben 28 vordere und hintere Kompres­ sionskammern 29, 30 in dessen zugehörigem Paar von Bohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e. Die Kompressionskammern 29, 30 sind an die Ansaugkammern 26, 27 durch Ansauganschlüsse 23a, 24a angeschlossen. In der gleichen Weise sind die Kompressionskam­ mern 29, 30 an die Auslaßkammern 24, 25 durch Auslaßanschlüsse 24, 25 angeschlossen. Eine Kurbelkammer 31 ist zwischen dem vorderen und hinteren Zylinderblock 11, 12 angeordnet. Eine Antriebswelle 32 ist drehbar durch Radiallager 33 in Wellen­ bohrungen 11f, 12f gelagert, welche in den Zylinderblocks 11, 12 jeweils ausgebildet sind. Die Antriebswelle 32 wird durch eine externe Antriebsquelle, wie beispielsweise ein Fahrzeug­ motor mittels einer Kupplung (nicht gezeigt) angetrieben. Eine Taumelscheibe 34 ist in der Mitte der Antriebswelle 32 an die­ ser befestigt und in der Mitte jedes Kolbens 28 an diesen durch ein Paar von halbkugelförmigen Schuhen 35, 36 ange­ schlossen. Ein Schub- bzw. Drucklager 37 ist zwischen der vor­ deren Fläche einer Nabe 34a, welche auf der Taumelscheibe 34 ausgebildet ist, und einer gegenüberliegenden inneren Wandung des vorderen Zylinderblocks 11 angeordnet. Ein Schublager 38 ist zwischen der hinteren Fläche der Nabe 34a und der gegen­ überliegenden inneren Wandung des hinteren Zylinderblocks 11 angeordnet. Wenn folglich die Antriebswelle 32 die Taumel­ scheibe 34 dreht, dann wird die Drehbewegung der Taumelscheibe 34 auf jeden Kolben 28 über die zugehörigen Schuhe 35, 36 übertragen, wobei bezüglich jeden Kolbens 28 eine Hin- und Herbewegung in den entsprechendem Paar Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e verursacht wird.

Ein Ansaugkanal 39 ist in dem Zylinderblock 11 ausgebildet, um die Ansaugkammer 26 an die Kurbelkammer 31 anzuschließen, wo­ hingegen ein Ansaugkanal 40 in dem Zylinderblock 12 ausgebil­ det ist, um die Ansaugkammer 27 an die Kurbelkammer 31 anzu­ schließen. Die Kurbelkammer 31 ist an eine Zuführleitung eines externen Kühlkreislaufs (nicht gezeigt) mittels eines Ansaug­ stutzens oder -flansches (nicht gezeigt) angeschlossen. Kühl­ gas, welches durch den externen Kühlkreislauf zirkuliert, wird in die Ansaugkammer 31 über die Zuführleitung eingesaugt. Ein Auslaßkanal 41 erstreckt sich durch den Zylinderblock 11 und das Gehäuse 15, um die Auslaßkammer 24 an den externen Kühl­ kreislaufmittels eines Auslaßstutzens oder -flansches (nicht gezeigt) anzuschließen. In gleicher Weise erstreckt sich ein Auslaßkanal 42 durch den Zylinderblock 12 und das Gehäuse 16 um die Auslaßkammer 25 an den externen Kühlkreislauf über den Auslaßflansch bzw. stutzen anzuschließen.

Jede der vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e haben den gleichen Durchmesser. Der erste Kolben 28, der in den ersten vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11a, 12a untergebracht ist, hat eine bestimmte Länge. Der zweite bis fünfte Kolben 28, die in den entsprechenden zweiten bis fünften vorderen und hinteren Zylinderbohrungen 11b bis 11e, 12b bis 12e untergebracht sind, haben vordere und hintere Köpfe, welche jeweils abgeschnitten sind und folglich um eine vorbestimmte Länge verkürzt sind. Die Verkürzung erhöht sich graduell in Übereinstimmung mit der Rotationsrichtung der An­ triebswelle 32. Folglich unterscheidet sich die Distanz zwi­ schen der Oberfläche des Kopfs des Kolbens 28 zu der gegen­ überliegenden Endfläche der Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e mit jedem Kolben 28. Als ein Ergebnis hiervon unter­ scheidet sich das Totvolumen, in jeder Kompressionskammer 29, 30, d. h., daß Volumen jedes Kompressionskammer 29, 30, wenn der Kolben 28 an dem oberen Totpunkt angeordnet ist, von den anderen.

Das Totvolumen jedes der hinteren Kompressionskammern 30 wird nachfolgend näher beschrieben. Wie in der Fig. 3B dargestellt ist, ist das Totvolumen in der Kompressionskammer 30 der er­ sten hinteren Zylinderbohrung 12a das kleinste unter den fünf Bohrungen 12a bis 12e. Das Totvolumen der Kompressionskammern 30 erhöht sich graduell, und zwar in der Reihenfolge der zwei­ ten, dritten, vierten und fünften Zylinderbohrung 12b, 12c, 12d, 12e in der Rotationsrichtung der Antriebswelle 32, welche durch einen Pfeil angezeigt wird. Das erhöhte Volumen jedes Totvolumens basiert auf den Volumen in der Kompressionskammer 30 der ersten Zylinderbohrung 12a, wenn der zugehörige erste Kolben 28 an dem oberen Totpunkt angeordnet ist. Folglich wird das Totvolumen, welches zu dem ersten Kolben zugehörig ist, nachfolgend als das Bezugsvolumen bzw. Referenzvolumen be­ zeichnet. Das Referenzvolumen ist vorliegend mit 20 Millili­ tern (ml) beispielhaft ausgeführt. Das Totvolumen in jeder hinteren Zylinderbohrung 12b bis 12e wird beispielsweise um 0,2 ml (1% des Referenzvolumens) in jeder sukzessiven Bohrung 12a bis 12d in Rotationsrichtung der Antriebswelle 32 erhöht. Folglich ist das Totvolumen in der fünften Zylinderbohrung 12e, welches das größte unter den fünf Bohrungen 12a bis 12e ist, um 0,8 ml gegenüber der ersten Zylinderbohrung 12a er­ höht.

Die verkürzte Tiefe an der Vorderseite jedes Kolbens 28 ist gleich der verkürzten Tiefe an der Hinterseite der gleichen Kolben 28. Folglich ist in jedem Paar Zylinderbohrungen 11b, 12b, 11c, 12c, 11d, 12d und 11e, 12e, das Totvolumen der vor­ deren Kompressionskammern 29 gleich zu dem Totvolumen in der zugehörigen hinteren Kompressionskammer 30. Folglich wird in gleicher Weise wie die hinteren Totvolumen, jedes der Totvolu­ men an der vorderen Seite des Kompressors graduell in Rotati­ onsrichtung der Antriebswelle 32 erhöht.

Der Betrieb des Kompressors mit dem vorstehend beschriebenen Aufbau wird nachfolgend beschrieben. Wie in der Fig. 1 darge­ stellt ist, wird die Drehbewegung der Antriebswelle 32 in eine lineare Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 28 in dem zugehöri­ gen paar Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e konver­ tiert.

Die Hin- und Herbewegung jedes Kolbens 28 bewirkt, daß das Kühlgas in die Kurbelkammer 31 durch den Ansaugflansch einge­ saugt wird. Das Kühlgas wird anschließend in die Ansaugkammer 26, 27 durch die Ansaugkanäle 39, 40 von der Kurbelkammer 31 eingesaugt. Während des Ansaughubes, in welchem der Kolben 28 sich von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt hin be­ wegt, wird das in der zugehörigen Ansaugkammer 26, 27 befind­ liche Kühlgas in die Kompressionskammer 29, 30 durch die An­ sauganschlüsse 13a, 14a, jeweils eingesaugt. Während des Kom­ pressions-Auslaßhubes, in welchem der Kolben 28 sich von dem unteren Totpunkt zu dem oberen Totpunkt hin bewegt, wird nach­ folgend das Kühlgas in der zugehörigen Kompressionskammer 29, 30 komprimiert. Wenn das Kühlgas auf ein vorbestimmtes Niveau unter Druck gesetzt worden ist, wird das zugehörige Auslaßven­ til 19a, 20a geöffnet, um das Kühlgas in die Auslaßkammer 24, 25 durch die Auslaßanschlüsse 13b, 14b jeweils zu entlassen. Das Kühlgas in den Ansaugkammern 24, 25 wird anschließend zu dem externen Kühlkreislauf durch die Auslaßkanäle 41, 42 je­ weils geleitet, um die Fahrgastzelle zu klimatisieren.

Die Fig. 6A zeigt einen fünf-Frequenzanteil der Schwingungen an der Vorderseite und an der Hinterseite eines aus dem Stand der Technik bekannten Kompressors der Zehnzylinder- Doppelkopfkolbenbauart, der gleiche Totvolumen bezüglich jeder Zylinderbohrung aufweist. Der fünf-Frequenzanteil wird durch Schwingungen erzeugt, welche durch eine Drehmomentfluktuation während einer einzigen Umdrehung der Antriebswelle hervorgeru­ fen werden. Die Fig. 6B zeigt einen Zehn-Frequenzanteil der Schwingungen an der Vorderseite und der Hinterseite des glei­ chen Kompressors. Bei Kompressoren der Doppelkopfkolbenbauart ist die Phase der Kompressionsreaktion um 180° versetzt beim Vergleich der Summe an der Vorderseite (die Summe der Kompres­ sionsreaktion jeder der Fünfzylinderbohrungen) zu der Summe an der Hinterseite (die Summe der Kompressionsreaktion jeder der Fünfzylinderbohrungen). Dies ergibt sich infolge der Bewegung des Kolbens 28 von dem unteren Totpunkt auf der Vorderseite des Kompressors zu dem oberen Totpunkt auf der Hinterseite des Kompressors, wenn die Antriebswelle 32 um 180° gedreht wird.

Die Fig. 6B zeigt einen Zehn-Frequenzanteil, der durch die Drehmomentfluktuation der Antriebswelle 32 verursacht wird, welcher durch Analysieren bzw. Zerlegen der Summe der Kompres­ sionsreaktion in jeder Kompressionskammer unter Verwendung ei­ nes "fast Fourier transform" erhalten wird. Der Zehn- Frequenzanteil ist eine Frequenzkomponente, welche zyklisch zehn-Mal während einer einzigen Rotation der Antriebswelle 32 erzeugt wird. Da der Zehn-Frequenzanteil für eine gleiche An­ zahl von Malen erzeugt wird, stimmt die Phase der Wellenform, welche die vorderseitige Summe repräsentiert, mit der Wellen­ form überein, welche die hinterseitige Summe repräsentiert. Folglich bedeutet die Addition der Zehn-Frequenzkomponente der Momentfluktuation an der Vorderseite und an der Hinterseite des Kompressors eine Anhäufung. Folglich ist die Zehn- Frequenzkomponente der Hauptfaktor, welcher Torsionsvibratio­ nen zwischen der Antriebswelle und der Kupplung verursacht Die Fünf-Frequenzkomponente, welche eine n/2- Frequenzkomponente der Schwingung ist, wird zyklisch fünf-Mal während einer einzigen Rotation der Antriebswelle erzeugt. Da die Fünf-Frequenzkomponente für eine ungerade Anzahl von Malen erzeugt wird, sind die Phase der Wellenform, welche die front­ seitige Summe repräsentiert und die Phase der Wellenform, wel­ che die rückseitige Summe repräsentiert um 180° versetzt. Die Addition der Fünf-Frequenzkomponenten der vorderen und hinte­ ren Seiten, welche versetzt zueinander angeordnet sind, be­ wirkt ein sich Aufheben derselben.

Zur Verringerung der Zehn-Frequenzkomponente der Schwingungen bei dem Kompressor gemäß dem Stand der Technik kann das Totvo­ lumen an der Vorderseite jedes Kolbens sowie das Totvolumens an der Hinterseite des gleichen Kolbens unterschiedlich von­ einander vorgesehen sein. Wie aus der Fig. 5 zu entnehmen ist, sind folglich die vorderen und hinteren Phasen der Zehn- Frequenzkomponenten versetzt zueinander. Dies verringert die Zehn-Frequenzkomponente der Schwingungen. Jedoch sind die Pha­ sen der Fünf-Frequenzkomponente an der vorderen und hinteren Seite versetzt zueinander und zwar in der gleichen Weise, wie die Zehn-Frequenzkomponente. Dies erzeugt ferner Schwingungen, da die vorderen und hinteren Schwingungen nicht länger sich gegenseitig aufheben. Aus diesem Grunde können in solchen Kom­ pressoren die Fünf-Frequenzanteile der Momentfluktuation zu einem Faktor werden, welcher Geräusche erhöht.

Im Vergleich hierzu bewirkt bei dem Kompressor gemäß der vor­ liegenden Erfindung, welche fünf Sätze von unterschiedlichen Totvolumen hat, die Differenz in den Totvolumen zwischen den Paaren von entsprechenden vorderen und hinteren Kompressions­ kammern 29, 30 ein Abweichen der Volumen und Drücke der Paare Kompressionskammern 29, 30. Dies bewirkt einen Versatz der Phasen der Zehn-Frequenzanteile der Drehmomentfluktuation. Folglich wird die Amplitude der Zehn-Frequenzanteile an den vorderen und hinteren Seiten verringert im Vergleich mit einem Aufbau, in welchem sämtliche Totvolumen gleich sind.

Gemäß diesem Ausführungsbeispiel existiert eine Differenz von 0,8 ml zwischen dem maximalen Totvolumen und dem minimalen Totvolumen. Dieser Wert (0,8 ml) entspricht vier Prozent des Referenzvolumens (20 ml) in den Zylinderbohrungen 11a, 12a. Solch eine Erhöhung des Totvolumens hat eine geringe Wirkung auf die Kompressionseffizienz und Funktionsfähigkeit der Kol­ ben 28.

Jedes der Teile des Kompressors besitzt eine räumliche Tole­ ranz. Folglich ist es schwierig, jeden Kompressor mit exakt den gleichen Abmessungen zusammenzubauen. Die konstruktiven Abweichungen verändern das Totvolumen. Das veränderte Volumen des Totvolumens, welche durch solche konstruktiven Toleranzen verursacht werden, ist jedoch geringer als ein Prozent. Der Kompressor gemäß der vorliegenden Erfindung hat eine Abwei­ chung zwischen dem maximalen und minimalen Totvolumen, die vier Prozent des Referenzvolumens entspricht. Folglich wird ungeachtet konstruktionsbedingter Toleranzen der Unterschied bezüglich der Totvolumen zwischen den Paaren Zylinderbohrungen 29, 30 gewährleistet. Folglich wird die Differenz zwischen den maximalen und minimalen Totvolumen nicht auf vier Prozent be­ schränkt, solange sie ein Prozent oder mehr des Totvolumens beträgt.

Gemäß Fig. 4 verbleibt bei Kompressoren mit gleichen Totvolu­ men das Moment-Fluktuationsniveau des Zehn-Frequenzanteils im wesentlichen auf dem gleichen Wert, selbst wenn das Totvolumen erhöht wird. Im Vergleich hierzu verringert sich das Moment­ fluktuationsniveau von Kompressoren mit unterschiedlichen Tot­ volumen in einer im wesentlichen proportionalen Weise mit Be­ zug auf das Volumen, welches sich bezüglich des Referenzvolu­ mens erhöht. Das maximal erhöhte Totvolumen entspricht den vier Prozent des Referenzvolumens. Dies ermöglicht es, daß das Momentfluktuationsniveau drastisch um ungefähr 60% im Ver­ gleich zu Kompressoren mit gleichen Totvolumen verringert wer­ den kann. Folglich ermöglicht die Konstruktion der vorliegen­ den Erfindung eine 60%ige Verringerung des Momentfluktuations­ niveaus im Vergleich zu einem Kompressor mit gleichen Totvolu­ men. In dieser Weise verringert der Kompressor gemäß der vor­ liegenden Erfindung effizient das Drehmomentfluktuationsni­ veau. Insbesondere ermöglicht der Kompressor eine effiziente Verringerung des Zehn-Frequenzanteils (der Hauptfaktor, wel­ cher Torsionsschwingungen verursacht), der der Anzahl von Zy­ lindern entspricht. Die Verringerung hinsichtlich der torsio­ nalen Schwingungen unterdrückt ferner die Erzeugung von Geräu­ schen, welche durch Resonanzschwingungen bzw. Phänomenen ver­ ursacht werden, und die zwischen dem Kompressor und dessen pe­ ripheren Ausrüstungen auftreten. Dies unterdrückt desweiteren Geräusche, die auf die Fahrgastzelle übertragen werden.

Die Totvolumen an den vorderen und hinteren Seiten jedes Kol­ bens 28 sind gleich zueinander vorgesehen. Folglich wird die Phase der vorderseitigen Summe um 180° von der Phase der hin­ terseitigen Summe des Fünf-Frequenzanteils versetzt. Folglich werden die vorderen und hinterseitigen Fünf-Frequenzanteile versetzt zueinander und eliminieren sich. Als ein Ergebnis hiervon werden sowohl die Fünf-Frequenzanteile als auch die Zehn-Frequenzanteile minimiert. Dies unterdrückt die Erzeugung von Geräuschen und Schwingungen.

Die Totvolumen erfordern keine Änderung in der vorstehend be­ schriebenen Weise. Beispielsweise kann jedes Totvolumen durch Vorsehen von Rücksprüngen oder Nuten in dem Kopf des zugehöri­ gen Kolbens 28 geändert werden. Als weitere Möglichkeit kann jedes Totvolumen erhöht werden, durch Bearbeiten der Wände der Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e oder durch Verlän­ gern der Zylinderbohrungen. Die Dicke der Ventilplatten 13, 14 oder die Ansaugventile 17a, 18a können ebenfalls geändert wer­ den, um die Totvolumen zu variieren.

Anstelle der Änderung des Totvolumens in beiden der zugehöri­ gen vorderen und hinteren Kompressionskammern 29, 30 kann le­ diglich das Totvolumen eines der Kammern 29, 30 abgeändert sein. Die Anzahl der Kolben 28 ist nicht auf fünf beschränkt. Beispielsweise können 6, 8 oder 12 Kolben verwendet werden. Das Totvolumen in den zugehörigen Paar vorderer und hinterer Kompressionskammern 29, 30 ist nicht auf fünf Sätze be­ schränkt. Beispielsweise kann der Kompressor drei oder vier Sätze an unterschiedlichen Totvolumen aufweisen. Die Differenz zwischen den maximalen und minimalen Totvolumen kann niedriger als ein Prozent des Referenzvolumens sein, solange der Kom­ pressionsvorgang des Kompressors nicht auf ein unerwünschtes Niveau verschlechtert wird. Das erhöhte Volumen des Totvolu­ mens ist nicht auf das vorstehend Beschriebene beschränkt, sondern kann innerhalb eines Bereichs vorgesehen werden, wel­ cher den Kompressionsvorgang innerhalb eines gewünschten Ni­ veaus aufrechterhält.

Die vorliegende Erfindung kann bei solchen Kompressoren ver­ wendet werden, die Einzelkopfkolben anstelle von Doppelkopf­ kolben anwenden. Die vorliegende Erfindung kann ferner bei Kompressoren vorgesehen sein, welche wellenförmige Nockenplat­ ten anstelle einer Taumelscheibe verwenden.

Ein Kompressor gemäß den zweiten Ausführungsbeispiel der vor­ liegenden Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Fig. 7A und 7B beschrieben. Teile, welche identisch zu jenen sind, die in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendet werden, sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel ist die Reihenfolge bezüglich der Vergrößerung der Totvolumen in einem Kompressor der Dop­ pelkopfkolbenbauart mit zehn Zylindern unterschiedlich zu je­ ner des ersten Ausführungsbeispiels. Insbesondere ist die Dif­ ferenz zwischen den Totvolumen belanglos mit Bezug auf die Ro­ tationsrichtung der Antriebswelle 32. Wie in den Fig. 7A und 7B gezeigt wird, ist das Totvolumen in der ersten Zylin­ derbohrung 12a das kleinste. Das Referenzvolumen in der Boh­ rung 12a ist beispielhaft vorliegend mit 20 ml ausgeführt. Das Totvolumen in der Kompressionskammer 30 der zweiten, dritten, vierten und fünften Zylinderbohrungen 12b, 12c, 12d, 12e, wird beispielsweise um 0,2 ml, 0,6 ml, 0,2 ml und 0,6 ml mit Bezug auf das minimale Totvolumen (Referenzvolumen) jeweils erhöht.

Die Totvolumen in jedem zugehörigen Paar Kompressionskammern 29, 30 der jeweiligen Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e sind gleich zueinander.

Dieser Aufbau ermöglicht dem Kompressor, die Zehn- Frequenzanteile der Schwingungen zu verringern und folglich die Erzeugung der Fünf-Frequenzanteile zu unterdrücken.

Ein Kompressor gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nachstehen mit Bezug auf die Fig. 8A und 8B näher beschrieben.

Dieses Ausführungsbeispiel verwendet ebenfalls einen doppel­ kopfkolbenartigen Kompressor mit zehn Zylindern. In diesem Kompressor unterscheidet sich das Totvolumen in der hinteren Kompressionskammer 29 von dem Totvolumen in der zugehörigen vorderen Kompressionskammer 30. Das Totvolumen in jeder hinte­ ren Kompressionskammer 30 wird erhalten durch Addieren eines vorbestimmten Volumens zu dem Totvolumen in der zugehörigen vorderen Kompressionskammer 29.

Wie in Fig. 8A dargestellt wird, ist das Totvolumen in der Kompressionskammer 29 der ersten vorderen Zylinderbohrung 11a das kleinste. Das Referenzvolumen dieser Kompressionskammer 30 wird beispielhaft mit 20 ml ausgeführt. Das Totvolumen in je­ der sukzessiven, d. h. darauffolgenden vorderen Zylinderbohrung 11b bis 11e wird erhöht beispielsweise um 0,2 ml und zwar in Rotationsrichtung der Antriebswelle 32.

Wie in Fig. 8B dargestellt wird, wird das Totvolumen in jeder Kompressionskammer 30 durch Addieren eines konstanten Volu­ mens, beispielsweise 0,3 ml zu dem Totvolumen in der zugehöri­ gen vorderen Kompressionskammer 29 erhalten. Folglich unter­ scheiden sich die Totvolumen in den zugehörigen vorderen und hinteren Kompressionskammern 29, 30 für jeden Kolben voneinan­ der. Darüber hinaus unterscheiden sich die Totvolumen in jeder Zylinderbohrung 11a bis 11e, 12a bis 12e voneinander. Dieser Aufbau verringert das Niveau der Zehn-Frequenzkomponenten.

Obgleich verschiedene Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung vorstehend beschrieben worden sind, ist es für einen Durchschnittsfachmann ersichtlich, daß die vorliegende Erfin­ dung in zahlreichen anderen spezifischen Ausführungsformen ausgeführt werden kann, ohne von dem Gedanken und Umfang der Erfindung abzuweichen. Daher sind die vorliegenden Ausfüh­ rungsbeispiele lediglich als illustrativ und nicht als re­ striktiv zu erachten, wobei die Erfindung nicht auf die hier­ bei angegebenen Details beschränkt sein soll, sondern inner­ halb des Umfangs der anliegenden Ansprüche abgewandelt und mo­ difiziert werden kann.

Ein Kompressor hat einen vorderen und hinteren Zylinderblock 11, 12, eine Antriebswelle 32, die drehbar durch den Zylinder­ block 11, 12 gelagert ist, eine Taumelscheibe 34, die auf der Antriebswelle 32 montiert ist, eine Mehrzahl von Zylinderboh­ rungen 11a bis 11e, 12a bis 12e, die in dem Zylinderblock 11, 12 ausgebildet und um die Antriebswelle 32 angeordnet sind so­ wie eine Mehrzahl von Kolben 28, die jeweils in den Zylinder­ bohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e angeordnet sind. Die Kolben 28 bewegen sich durch Konvertieren einer Drehung der Antriebs­ welle 32 zusammen mit der Taumelscheibe 34 hin- und her. Eine Mehrzahl von Kompressionskammern 29, 30 sind jeweils in den Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e ausgebildet, um das in die Zylinderbohrungen 11a bis 11e, 12a bis 12e einge­ leitete Gas entsprechend der Hin- und Herbewegung der Kolben 28 zu komprimieren. Jede Kompressionskammer 29, 30 hat ein Totvolumen, welches durch einen Hohlraum mit einem vorbestimm­ ten Volumen definiert ist, wenn sich der zugehörige Kolben 28 an einem oberen Totpunkt in jeder Zylinderbohrung 11a bis 11e, 12a bis 12e befindet. Eine Referenzkapazität wird definiert durch die Kapazität, wenn der Kolben 28 sich an einem unteren Totpunkt der Zylinderbohrung 11a befindet, welche das kleinste Totvolumen hat. Das größte Totvolumen ist größer als das kleinste Totvolumen und zwar um ungefähr 4% der Referenzkapa­ zität.

Claims (13)

1. Kompressor mit einem Gehäuse (11, 12, 15, 16), einer Antriebswelle, die drehbar in dem Gehäuse (11, 12, 15, 16) ge­ lagert ist, einer Antriebsplatte (34), die auf der Antriebs­ welle (32) montiert ist, einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen (11a-11e, 12a-12e), die in dem Gehäuse (11, 12, 15, 16) ausgebildet und um die Antriebswelle (32) angeordnet sind, ei­ ner Mehrzahl von Kolben (28), die jeweils in den Zylinderboh­ rungen (11a-11e, 12a-12e) angeordnet und mit der Antrieb­ splatte (34) wirkverbunden sind und einer Mehrzahl von Kom­ pressionskammern (29, 30), die jeweils in den Zylinderbohrun­ gen (11a-11e, 12a-12e) für das Komprimieren eines Fluids oder Gases, welches in die Zylinderbohrungen (11a-11e, 12a- 12e) eingeleitet wird, in Übereinstimmung mit der Bewegung der Kolben (28), ausgebildet sind, wobei
die Kolben (28) in den Zylinderbohrungen (11a-11e, 12a- 12e) durch Konvertieren einer Rotationsbewegung der Antriebs­ helle (32) über die Antriebsplatte (34) hin- und herbewegbar sind und wobei
jede Kompressionskammer (29, 30) ein Totvolumen hat, wel­ ches durch dessen Volumen ausgebildet wird, wenn der zugehöri­ ge Kolben (28) sich an einem oberen Totpunkt befindet und wo­ bei ein Referenzvolumen durch die Zylinderbohrung (11a, 12a) ausgebildet ist, welche ein kleinstes Totvolumen aufweist, wo­ bei der Kompressor gekennzeichnet ist durch
ein Maximales der Totvolumen, das größer ist als ein Kleinstes der Totvolumen und zwar um ein oder mehr Prozent des Referenzvolumens.

2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (11, 12, 15, 16) ein vorderes Gehäuse (11, 15) und ein hinteres Gehäuse (12, 16) hat, wobei jede Zylinderboh­ rung (11a-11e, 12a-12e) eine vordere Zylinderbohrung (11a- 11e), die in dem vorderen Gehäuse (11, 15) ausgeformt ist und eine hintere Zylinderbohrung (12a-12e) hat, die in dem hinteren Gehäuse (12, 16) ausgeformt ist, wobei die vordere Zylinderbohrung (11a-11e) und die hintere Zylinderbohrung (12a-12e) ein Paar ausbilden, wobei die gepaarten Zylinder­ bohrungen (11a-11e, 12a-12e) den zugehörigen Kolben (28) aufnehmen, welche ein Doppelkopfkolben (28) ist und wobei jede der vorderen und hinteren Zylinderbohrungen (11a-11e, 12a- 12e) eine Kompressionskammer (29, 30) mit einem vorbestimmten Totvolumen hat.

3. Kompressor nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Totvolumen an der Vorderseite und den Hinterseiten je­ des Paares Zylinderbohrungen (11a-11e, 12a-12e) ein im we­ sentliches identisches Volumen aufweisen.

4. Kompressor nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Kammer (29, 30) mit den kleinsten Totvolumen als näch­ ste zu der Kammer (29, 30) mit dem größten Totvolumen angeord­ net ist, wobei die anderen Totvolumen der Kompressionskammern (29, 30) sich zwischen der Kammer (29, 30) mit dem geringsten Totvolumen und der Kammer (29, 30) mit dem größten Totvolumen sukzessive erhöhen.

5. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die sukzessive Erhöhungen der Totvolumen hinsichtlich ih­ rer Volumen jeweils gleich sind.

6. Kompressor nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Totvolumen der Kompressionskammern (29, 30) sich ent­ lang der Drehrichtung der Antriebswelle (32) sukzessive erhö­ hen.

7. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor fünf Doppelkopfkolben (28) hat, wobei die Kom­ pressionskammer (29, 30) mit dem kleinsten Totvolumen das Re­ ferenzvolumen definiert und wobei die Totvolumen der anderen Kompressionskammern (29, 30) sich bezüglich des kleinsten Tot­ volumens und 1%, 2%, 3% und 4% des Referenzvolumens in sukzes­ siver Reihenfolge aufweiten vergrößern.

8. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor ein Kompressor der zehn-Zylinderbauart mit fünf Doppelkopfkolben (28) ist.

9. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Zylinderbohrungen (11a bis 11e, 12a bis 12e) jedes Paares eine im wesentlichen identische Form aufweisen und wobei die Größe jedes Totvolumens variiert wird durch Ändern der Form des zugehörigen Kolbens (28).

10. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die vorderen und hinteren Zylinderbohrungen (11a bis 11e, 12a bis 12e) jedes Paares eine im wesentlichen identische Form ha­ ben und wobei die Größe jedes Totvolumens variiert wird durch Andern der Länge des zugehörigen Kolbens.

11. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (28) eine im wesentliche identische Form haben, und wobei die Größe jedes Totvolumens variiert wird durch Ändern des Volumens der jeweils gepaarten vorderen und hinteren Zy­ linderbohrungen (11a bis 11e, 12a bis 12e).

12. Kompressor nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Totvolumen der vorderen Zylinderbohrungen (11a bis 11e) jeweils vorbestimmt sind, wobei die Totvolumen der hinteren Zylinderbohrungen (12a bis 12e) variiert werden durch Addieren eines konstanten Volumenbetrags zu dem Totvolumen der zugehö­ rigen vorderen Zylinderbohrungen (11a bis 11e).

13. Kompressor nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Kompressor fünf Doppelkopfkolben (28) hat, wobei die vor­ dere Kompressionskammer (29) mit dem kleinsten Totvolumen das Referenzvolumen definiert und wobei die Totvolumen der anderen vorderen Kompressionskammern (29) sich von dem kleinsten Tot­ volumen um 1%, 2%, 3% und 4% des Referenzvolumens in sugsessi­ ver Reihenfolge vergrößern und wobei das Totvolumen jedes der hinteren Zylinderbohrungen (12a bis 12e) sich von den Totvolu­ men der zugehörigen vorderen Zylinderbohrungen (11a bis 11e) um 1,5% des Referenzvolumens vergrößern.