DE19647861A1 - Kompressor der Kolbenbauart - Google Patents
Kompressor der KolbenbauartInfo
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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.
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.
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