DE3607518A1

DE3607518A1 - Kompressor mit einem mechanismus zur verringerung von pulsierenden druckschwankungen

Info

Publication number: DE3607518A1
Application number: DE19863607518
Authority: DE
Inventors: Susumu Saitama Tokio/Tokyo Echizen; Takeo Iijima; Hiroshi Nomura; Susumu Saito
Original assignee: Diesel Kiki Co Ltd
Current assignee: Valeo Thermal Systems Japan Corp
Priority date: 1985-03-12
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1986-09-25
Also published as: AU573074B2; DE3607518C2; KR860007479A; KR880001969B1; US4690619A; AU5428386A; JPH0312672B2; JPS61207885A

Description

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Die Erfindung betrifft einen Kompressor zur Kompression von Gasen wie Kühlgasen od. dgl. und insbesondere einen Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von pulsierenden Druckschwankungen eines Ansaugdrucks.

Speziell betrifft die Erfindung einen Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen, mit einem Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, mit einer Mehrzahl von in den Zylinderbohrungen eingesetzten, hin und her gehende Bewegungen mit entsprechenden Phasendifferenzen ausführenden Kolben, mit einer an einem Ende des Zylinderblocks angeordneten Ventilplatte und einer Mehrzahl von zu den Zylinderbohrungen korrespondierend ausgebildeten Ansaugöffnungen und Ausstoßöffnungen, mit einem Ansaugventil zum öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und mit einem Auslaßventil zum Öffnen und Schließen der Ausstoßöffnungen.

Vv Kompressoren mit einer Mehrzahl von in einem Zylinderblock ausgebildeten Zylinderbohrungen und in den Zylinderbohrungen eingepaßten Kolben, bei denen die Kolben mit einer bestimmten Phasendifferenz hin und her bewegt werden, \ und zwar mit Hilfe von Schrägplatten od. dgl., sind als Wobblekompressoren, Taumelscheibenkompressoren od. dgl. bekannt. Bei derartigen Kompressoren sind die pulsierenden Druckschwankungen des Ansaugdrucks früher ein Problem gewesen. Derartige pulsierende Druckschwankungen werden über Rohrleitungen z. B. im Falle einer Kühlanlage an einen Verdampfer im Innenraum eines Kraftfahrzeugs übertragen und verursachen unangenehme und störende Geräusche. Aus diesem Grunde sind bislang verschiedene Erfindungen zur Verringerung von pulsierenden Druckschwankungen des Ansaugdrucks vorgeschlagen worden.

Bei einer bekannten Erfindung (JA-GM-OS 58-199.588 (1983)) wird die Strömungsrichtung eines einer Niederdruckkammer in einem Zylinderkopf zugeleiteten Ansaug-Gasstroms so oft wie möglich geändert, um Druckschwankungen im Ansaugdruck zu reduzieren.

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In dem zuvor erläuterten bekannten System ist ein äußerer, die Niederdruckkammer begrenzender Umfangsrand vorgesehen. An diesem Umfangsrand ist ein konvexer Bereich ausgebildet, der jeweils eine der Befestigungsschrauben umgibt, die den Zylinderkopf zusammen mit der Ventilplatte mit dem Zylinderblock verbinden- Der konvexe Bereich ragt in die Niederdruckkammer hinein und stellt einen Strömungswiderstand für den am Umfangsrand in der Niederdruckkammer strömenden Gasstrom dar. Die Strömungsgeschwindigkeit des Gases am Umfangsrand ist damit bedeutend anders als die Strömungsgeschwindigkeit des Gases an der Scheidewand zur Hochdruckkammer hin. Aufgrund dieser Geschwindigkeitsdifferenzen werden Druckschwankungen durch Störungen des Gasstroms verstärkt.

A Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einen Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen bei einem Kompressor anzugeben, bei dem Druckschwankungen im Ansaugdruck dadurch verringert werden, daß die Strömung des die Niederdruckkammer durchströmenden Gases vergleichmäßigt wird.

Der erfindungsgemäße Kompressor, bei dem die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst ist, ist dadurch gekennzeichnet, daß am mit der Ventilplatte versehenen Ende des Zylinderblocks ein Zylinderkopf angeordnet und die Ventilplatte zwischen dem Zylinderkopf und dem Zylinderblock sandwichartig eingeklemmt ist, daß eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben zur Befestigung des Zylinderkopfs gemeinsam mit der Ventilplatte am Zylinderblock vorgesehen sind, daß der Zylinderkopf eine Scheidewand im Inneren aufweist und das Innere durch die Scheidewand in eine Hochdruckkammer in der Mitte des Zylinderkopfs und eine Niederdruckkammer am Umfang des Zylinderkopfs unterteilt ist, daß über die Hochdruckkammer die Ausstoßöffnungen mit einem Ausstoßdurchlaß am Zylinderkopf in Verbindung stehen und über die Niederdruckkammer die Ansaugöffnungen mit einem Ansaugdurchlaß am Zylinderkopf in Verbindung stehen, daß ein äußerer, die Niederdruckkammer begrenzender Umfangsrand des Zylinderkopfs vorgesehen ist und der Umfangsrand eine Mehrzahl von konvexen, die Befestigungsschrauben

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umgebenden Bereichen und eine Mehrzahl von konkaven, die Ansaugöffnungen umgebenden Bereichen aufweist und daß die konvexen und konkaven Bereiche an dem Umfangsrand durch Übergangsbereiche mit weich geschwungenen Oberflächen fließend ineinander übergehen, so daß keine Strömungswiderstände für die die Niederdruckkammer durchströmenden Gasströme gegeben sind.

Erfindungsgemäß wird das Gas, das in die Zylinderbohrungen durch jeweils eine Ansaugöffnung von dem Ansaugdurchlaß her eingesaugt wird weich und insoweit laminar strömend auch am äußeren Umfangsrand der Niederdruckkammer geführt, da die konvexen und konkaven Bereiche am Umfangsrand über Übergangsbereiche mit weich geschwungenen Oberflächen miteinander verbunden sind. Dadurch wird die zuvor aufgezeigte Aufgabe gelöst.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den nach- TL geordneten Ansprüchen. Viele andere Vorteile, Merkmale und weitere Ziele dieser Erfindung werden für einen Fachmann deutlich unter Bezugnahme auf die nachfolgende spezielle Beschreibung der Erfindung und die zugehörige Zeichnung, worin ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung lediglich beispielhaft erläutert wird.

In der Zeichnung zeigt

Fig.1 einen Schnitt entlang der Linie I - I in Fig. 2,

Fig. 2 einen Schnitt entlang der Linie II - II in Fig. 3,

Fig. 3 in Stirnansicht einen Kompressor,

Fig. 4 einen Schnitt entlang der Linie IV - IV in Fig. 2 und

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Fig. 5 einen Dichtungsbereich zwischen dem Zylinderkopf und einer Ventilplatte eines erfindungsgemäßen Kompressors in einer vergrößerten Schnittdarstellung.

Bei dem in den Fig. 1 bis 5 dargestellten bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung handelt es sich beispielhaft um einen bekannten Wobblekompressor bzw. Taumelscheibenkompressor. Hier sind beispielhaft in einem Zylinderblock 1 insgesamt fünf Zylinderbohrungen 2 parallel zueinander und in gleichen Abständen voneinander angeordnet und ein Kolbenkopf 3a eines Kolbens 3 ist in jeweils eine Zylinderbohrung 2 gleitend verschiebbar eingesetzt. Der Kolbenkopf 3a ist mit einer Kolbenstange 3b verbunden, die an ihrem anderen, in den Figuren nicht dargestellten Ende mit einer Taumelscheibe verbunden ist oder an einer Taumelscheibe zur Anlage kommt. Die benachbarten Kolben 3 in benachbarten Zylinderbohrungen 2 führen hin und her gehende Bewegungen mit vorgegebenen Phasendifferenzen aus.

Eine Ventilplatte 4 ist zwischen dem Zylinderblock 1 und einem später noch zu beschreibenden Zylinderkopf 5 sandwichartig eingeklemmt, und zwar unter Zuhilfenahme von Dichtungen 6a und 6b, und ist gemeinsam mit dem Zylinderkopf 5 an einem Ende des Zylinderblocks 1 mit Hilfe von Befestigungsschrauben 7 befestigt. Ein Ende jeder Zylinderbohrung 2 ist so geschlossen und durch die Innenflächen der Zylinderbohrung 2, einen Kolbenkopf 3a und eine Innenfläche der Ventilplatte 4 wird eine Kompressionskammer 8 gebildet. Die Ventilplatte 4 weist Ansaugöffnungen 9 und Ausstoßöffnungen 10 gegenüber jeder Zylinderbohrung 2 auf, d. h. im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel gibt es fünf Ansaugöffnungen 9 und fünf Ausstoßöffnungen

Die Ansaugöffnungen 9 werden von einem sternförmig ausgeführten Ansaugventil 11 verschlossen, das zwischen der Ventilplatte 4 und einer Dichtung 6a sandwichartig eingeklemmt ist. Das Ansaugventil 11 ist offenbar und im Ansaugtakt, wenn also der Kolben 3 zurückfährt und das Volumen der Kompressions-

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kammer 8 vergrößert wird, öffnet sich die jeweilige Ansaugöffnung 9, um Gas in die Kompressionskammer 8 einzusaugen. Im Kompressions- und Ausstoßtakt, wenn also der Kolben 3 vorfährt, um das Volumen der Kompressionskammer 8 zu verringern, schließt die jeweilige Ansaugöffnung 9. Auch die Ausstoßöffnungen 10 sind schließbar, und zwar von einem Auslaßventil 12, das gleichfalls sternartig ausgebildet ist. Auf der Rückseite des Auslaßventils 12 ist ein Ventilhalter 13 (Wegbegrenzer) angeordnet. Das Auslaßventil 12 ist mit dem Ventilhalter 13 gemeinsam über eine Befestigungsschraube 14 mittig am Zylinderblock 1 befestigt. Im Ansaugtakt schließt das Auslaßventil 12 die Ausstoßöffnungen 10 und im Kompressions- und Ausstoßtakt öffnet es die Ausstoßöffnungen 10.

Der Zylinderkopf 5 weist eine integral ausgeformte, ringförmige Scheidewand 15 auf, die zentrisch um die Befestigungsschraube 14 herum angeordnet ist. Das Innere des Zylinderkopfs 5, nämlich der Bereich, der von der Ventilplatte 4 und dem Zylinderkopf 5 eingeschlossen ist, ist in eine Niederdruckkammer 16 am Umfang und eine Hochdruckkammer 17 in der Mitte aufgeteilt, und zwar mittels der Scheidewand 15. Die Niederdruckkammer 16 steht mit den Ansaugöffnungen 9 in der Ventilplatte 4 in Verbindung und steht außerdem mit einem Ansaugdurchlaß 18 am Zylinderkopf 5 in Verbindung. Dieser Ansaugdurchlaß 18 ist so angeordnet, daß eine Überlappung mit den Ansaugöffnungen 9 in axialer Richtung in der Niederdruckkammer 16 vermieden wird. An der Innenseite der Scheidewand 15 im Zylinderkopf 5 ist eine Einsatzöffnung 20 mit einem Absatz 19 an einem Ende ausgebildet. Eine Trenneinrichtung bzw. Trennplatte 21 ist vorgesehen, die im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel annähernd die Form eines Zylinders mit einem Boden aufweist. Die Trennplatte 21 als Trenneinrichtung ist mit ihrer äußeren Umfangsflache leicht in die Einsatzöffnung 20 eingedrückt und unterteilt die Hochdruckkammer 17 in eine erste Hochdruck-Teilkammer 17a und eine zweite Hochdruck-Teilkammer 17b. Ein Umfangsrand am Boden der Trennplatte 21 kommt am Absatz 19 am Zylinderkopf 5 zur Anlage, während der umlaufende Stirnrand an der Dichtung 6b zur Anlage kommt.

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Wie Fig. 5 zeigt wirkt die Dichtung 6b als Hauptdichtung dieses Bereichs, da die Dichtungsrate zwischen Ventilplatte 4 und Scheidewand 15 hoch, zwischen Ventilplatte 4 und Trennplatte 21 gering ist, so daß dieser Bereich eine sogenannte Minusdichtung bildet. Diese Anordnung ist getroffen, um die Abdichtung zwischen der Niederdruckkammer 16 und der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a zu verbessern durch Erhöhung des Druckkontakts der Ventilplatte 4 mit der vorderen Stirnfläche der Scheidewand 15. Eine solche Minusdichtung kann eingesetzt werden, da die Abdichtung zwischen der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a und der zweiten Hochdruck-Teilkammer 17b durch einen leichten Preßsitz der ■·»■* Trennplatte 21 im Zylinderkopf 5 gewährleistet ist.

Die erste Hochdruck-Teilkammer 17a ist so ausgebildet, daß sie das Auslaßventil 12 umgibt und mit allen Ausstoßöffnungen 10 in Verbindung steht. Die zweite Hochdruck-Teilkammer 17b steht mit einem Ausstoßdurchlaß 22 am Zylinderkopf 5 in Verbindung. Die erste Hochdruck-Teilkammer 17a und die zweite Hochdruck-Teilkammer 17b stehen über eine Verbindungsöffnung 23 ^ im Boden der Trennplatte 21 miteinander in Verbindung.

Ein äußerer Umfangsrand 24 des Zylinderkopfs 5, der den äußeren Umfangsbereich der Niederdruckkammer 16 bildet, weist eine Mehrzahl von konvexen Bereichen 24a auf, die die Befestigungsschrauben 7 umgeben. Diese konvexen Bereiche 24a gewährleisten die notwendige Stabilität des Zylinderkopfs 5, der von den Befestigungsschrauben 7 durchsetzt ist. Diese Bereiche 24a ragen nach innen in die Niederdruckkammer 16 hinein, um ein Abragen von der äußeren Umfangsflache des Zylinderkopfs 5 zu vermeiden. Im übrigen ist der äußere Umfangsrand 24 auch noch mit einer Mehrzahl von konkaven Bereichen 24b versehen, die die Ansaugöffnungen 9 umgeben. Die konvexen Bereiche 24a und die konkaven Bereiche 24b sind jeweils abwechselnd angeordnet. Die konvexen Bereiche 24a und die konkaven Bereiche 24b sind durch Übergangsbereiche 24c miteinander verbunden. Die Übergangsbereiche 24c haben weich geschwungene Oberflächen derart, daß sich keine oder praktisch keine Strömungswiderstände

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für einen die Niederdruckkammer 16 durchströmenden Gasstrom ergeben. Im dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel ergibt sich der Krümmungsradius R der Übergangsbereiche 24c zu etwa 10 mm oder mehr (vgl. Fig. 1).

Geht man davon aus, daß der Durchmesser des Ansaugdurchlasses 18 zu D,, der Durchmesser einer Ansaugöffnung 9 zu D₂ und der kürzeste Abstand der Scheidewand 15 von dem Umfangsrand 24 zu L (an der Spitze des konvexen Bereichs 24a) bestimmt ist, so ist im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel das Verhältnis D, größer als L und L größer als D₂ vorgegeben, in einer Formel D₁ ~? L >D₂.

Nachfolgend wird die Funktionsweise des zuvor erläuterten Ausführungsbeispiels eines erfindungsgemäßen Kompressors beschrieben. Dazu ist zunächst zu erläutern, daß in Fig. 4 breite weiße Pfeile die Strömung von angesaugtem Gas und schmale schwarze Pfeile die Strömung von ausgestoßenem Gas zeigen.

Wenn eine in den Figuren nicht dargestellte Antriebswelle gedreht wird, führt der Kolben 3 in der Zylinderbohrung 2 eine hin und her gehende Bewegung aus, wobei die Phasendifferenz im dargestellten Ausführungsbeispiel etwa 72° beträgt. Wenn ein Kolben 3 den Ansaugtakt beginnt, wird das Volumen der Kompressionskammer 8 vergrößert, so daß der Druck in der Kompressionskammer 8 verringert wird und das Ansaugventil 11 öffnet, so daß Gas in die Kompressionskammer 8 eingesaugt wird. In diesem Zeitpunkt tritt angesaugtes Gas in die Niederdruckkammer 16 vom Ansaugdurchlaß 18 her ein.

Würde bei der zuvor erläuterten Konstruktion eine Überlappung des Ansaugdurchlasses 18 und eines oder mehrerer Ansaugöffnungen 9 in axialer Richtung existieren, so würde der Gasstrom in diesem Überlappungsbereich eine höhere Geschwindigkeit als in den anderen Bereichen aufweisen und dadurch wurden Druckschwankungen begünstigt. Im hier dargestellten Ausführungsbei-

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spiel jedoch ist der Ansaugdurchlaß 18 so angeordnet* daß sich derartige Überlappungen vermeiden lassen. Dadurch können auch diese Druckschwankungen vermieden werden.

Der Gasstrom angesaugten Gases tritt durch den Ansaugdurchlaß 18 in die Niederdruckkammer 16 ein, durchströmt die Niederdruckkammer 16 und tritt dann über die Ansaugöffnungen 9 in die Kompressionskammer 8 ein. Da im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel die Scheidewand 15 in der Niederdruckkammer 16 ringförmig ausgestaltet ist, insbesondere kreisringförmig, erfolgt die Strömung entlang der Scheidewand 15 weich bzw. laminar. Eine entsprechend weiche und laminare Strömung wird aber auch am Umfangsrand 24 gewährleistet, da die konvexen Bereiche 24a und konkaven Bereiche 24b am Umfangsrand 24 über Übergangsbereiche 24c mit weich geschwungenen Oberflächen miteinander verbunden sind. Es ergeben sich kaum Strömungswiderstände oder Umlenkungen für den angesaugten Gasstrom. Dadurch ergibt sich insgesamt eine sehr gleichmäßige, weiche, laminare Strömung des angesaugten Gases in der Niederdruckkammer 16 und Quellen für Druckschwankungen werden eliminiert.

Ein weiterer Effekt besteht darin, daß das angesaugte Gas im Ansaugdurchlaß eingeschnürt und beim Eintritt in die Niederdruckkammer 16 wieder entspannt wird. Der Gasstrom wird ein weiteres Mal eingeschnürt zwischen der Scheidewand 15 und dem konvexen Bereich 24a am Umfangsrand 24, der ein direktes Einsaugen in die Zylinderbohrungen 2 durch die dem Ansaugdurchlaß 18 benachbarten Ansaugöffnungen 9 verhindert. Der Gasstrom wird beim Eintritt in den Bereich zwischen der Scheidewand 15 und den konkaven Bereichen 24b des Umfangsrands 24 erneut entspannt und danach beim Durchströmen der Ansaugöffnung 9 wieder eingeschnürt, um in der Kompressionskammer 8 wieder entspannt zu werden. Auf die zuvor erläuterte Weise werden die beim Ansaugen erzeugten Druckschwankungen mit vorgegebenen Phasendifferenzen langsam geringer durch die wiederholte Einschnürung und Entspannung des Gasstroms des angesaugten Gases und durch die Führung dieses Gasstroms in einem kurvenförmigen Weg.

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Im hier dargestellten und bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Pulsieren des Drucks des angesaugten Gases in besonders erheblichem Maße abgeschwächt werden, wenn die zuvor erläuterten Durchmesser zu D,"^ L > D₂
bestimmt werden.

Beginnt der Kompressions- und Ausstoßtakt für das Gas, so wird das Volumen der Kompressionskammer 8 verringert und der Druck in der Kompressionskammer erhöht. Dadurch wird das Auslaßventil 12 geöffnet und das ausgestoßene Gas mit hohem Druck von der Ausstoßöffnung 10 in die erste Hochdruck-Teilkammer 17a ausgestoßen. In der ersten Hochdruck-Teilkammer 17a wird das Gas vorübergehend gespeichert und dann durch die Verbindungsöffnung 23 und die zweite Hochdruck-Teilkammer 17b sowie den Ausstoßdurchlaß 22 aus dem Kompressor ausgestoßen.

Offensichtlich sind viele Modifikationen und Variationen der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der zuvor gegebenen Lehren möglich.

Claims

Patentansprüche:

1. Kompressor mit einem Mechanismus zur Verringerung von Druckschwankungen, mit einem Zylinderblock mit einer Mehrzahl von Zylinderbohrungen, mit einer Mehrzahl von in den Zylinderbohrungen eingesetzten, hin und her gehende Bewegungen mit entsprechenden Phasendifferenzen ausführenden Kolben, mit einer an einem Ende des Zylinderblocks angeordneten Ventilplatte und einer Mehrzahl von zu den Zylinderbohrungen korrespondierend ausgebildeten Ansaugöffnungen und Ausstoßöffnungen, mit einem Ansaugventil zum öffnen und Schließen der Ansaugöffnungen und mit einem Auslaßventil zum Öffnen und Schließen der Ausstoßöffnungen, dadurch gekennzeichnet, daß am mit der Ventilplatte (4) versehenen Ende des Zylinderblocks (1) ein Zylinderkopf (5) angeordnet und die Ventilplatte (4) zwischen dem Zylinderkopf (5) und dem Zylinderblock (1) sandwichartig eingeklemmt ist, daß eine Mehrzahl von Befestigungsschrauben (7) zur Befestigung des Zylinderkopfs (5) gemeinsam mit der Ventilplatte (4) am Zylinderblock (1) vorgesehen sind, daß der ■ Zylinderkopf (5) eine Scheidewand (15) im Inneren aufweist und das Innere durch die Scheidewand (15) in eine Hochdruckkammer (17) in der Mitte des Zylinderkopfs (5) und eine Niederdruckkammer (16) am Umfang des Zylinderkopfs (5) unterteilt ist, daß über die Hochdruckkammer (17) die Ausstoßöffnungen (10) mit einem Ausstoßdurchlaß (22) am Zylinderkopf (5) in Verbindung stehen und über die Niederdruckkammer (16) die Ansaugöffnungen (9) mit einem Ansaugdurchlaß (18) am Zylinderkopf (5) in Verbindung stehen, daß ein äußerer, die Niederdruckkammer (16) begrenzender Umfangsrand (24) des Zylinderkopfs (5) vorgesehen ist und der Umfangsrand (24) eine Mehrzahl von konvexen, die Befestigungsschrauben (7) umgebenden Bereichen (24a) und eine Mehrzahl von konkaven, die Ansaugöffnungen (9) umgebenden Bereichen (24b) aufweist und daß die konvexen und konkaven Bereiche (24a, b) an dem Umfangsrand (24) durch Übergangsbereiche (24c) mit weich geschwungenen Oberflächen fließend ineinander übergehen, so daß keine Strömungswiderstände für die die Niederdruckkammer (16) durchströmenden Gasströme gegeben sind.

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2. Kompressor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheidewand (15) ringförmig ausgebildet ist.

3. Kompressor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Ansaugdurchlasses (18) zu D,, der Durchmesser einer Ansaugöffnung (9) zu Dp und der kürzeste Abstand zwischen der Scheidewand (15) in der Niederdruckkammer (16) und dem äußeren Umfangsrand (24) zu L bestimmt ist und daß D₁ größer ist als L und L größer ist als D₂, also die Formel gilt D,|> L > D₂.

4. Kompressor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ansaugöffnungen (9) und der Ansaugdurchlaß (18) in der Niederdruckkammer (16) so angeordnet sind, daß Überlappungen in axialer Richtung nicht auftreten.