DE4415088A1 - Mehrkolbenkühlkompressor - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf einen Mehrkolben-Kühlkompressor, der beispielsweise für die Verwendung in einer Fahrzeugklimaanlage angepaßt ist, und genauer auf eine Anordnung einer Kühlgaseinlaßpassage zu einer Ansaugkammer des Kompressors, zur Reduzierung der Differenz im Ansaugdruck des Kühlgases, das in jeweiligen Zylinderbohrungen des Kompressors eingesogen wird.

Die vorliegende Erfindung ist ebenso auf einen Taumelscheibenkompressor mit konstanter Verdrängung, wie auch auf einen Kompressor mit variabler Verdrängung anwendbar, wobei der letztere mit einer Taumelscheibe ausgestattet ist, die so angeordnet ist, daß ihr Neigungswinkel relativ zu einer Antriebswelle, auf der diese gelagert ist, geändert wird, wie dies beispielweise in dem US-Patent Nr.5056416 offenbart ist. Zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung wird zuerst auf die Fig. 7 und 8 Bezug genommen, die jeweils einen rückwärtigen Endabschnitt eines herkömmlichen Kühlkompressors im Querschnitt und im teilweisen Längsschnitt zeigen.

Der Kompressor enthält einen hinteren Zylinderblock 1, der axial mit einem vorderen Zylinderblock (nicht gezeigt) kombiniert ist, um dadurch eine Zylinderblockanordnung zu bilden, in der eine Vielzahl an Axialzylinderbohrungen 2 ausgebildet ist, die um die mittige Achse der Zylinderblockanordnung angeordnet sind. Eine der Zylinderbohrungen ist in Fig. 8 gezeigt. Jede nimmt einen hin und hergehenden Kolben 7 darin auf. Ein Zylinderkopf oder ein rückwärtiges Gehäuse 6 ist mit dem axialen hinteren Ende des Zylinderblocks 1 verschraubt, wobei eine Ventilplatte 5 dazwischen eingelegt ist. Der Zylinderkopf 6 arbeitet mit der Ventilplatte 5 zusammen, um eine Auslaßkammer 8 im Mittenbereich und eine Ansaugkammer 9 in dem radial äußeren Umfangsbereich des Zylinderkopfes auszubilden. Die Ventilplatte 5 hat eine Ansaugöffnung 3 und eine Auslaßöffnung 4, die es erlauben, jeweils eine Verbindung zwischen jeder Zylinderbohrung 2 und der Ansaugkammer 9 und der Auslaßkammer 8 herzustellen. Eine solche Verbindung wird durch flexible Ansaug- und Auslaßblattventile gesteuert, die an gegenüberliegenden Seiten der Ventilplatte 5 angeordnet sind. Wie deutlich in Fig. 7 zu erkennen ist, ist ein Kühlgaseinlaß 12 vorgesehen, in dem eine Gaseinlaßpassage 13 in Verbindung mit der Ansaugkammer 9 ausgebildet ist, und die über eine äußere (nicht gezeigte) Leitung, durch die ein Kühlgas unter einem Ansaugdruck dem Kompressor zugeführt wird, mit einem (nicht gezeigten) Verdampfer des Kühlsystems verbunden ist. Die Auslaßkammer 8 steht direkt mit einer Förderpassage 11 in Verbindung, die in einen Kühlgasauslaß 10 gebohrt ist, durch den ein Kühlgas über eine äußere (nicht gezeigte) Leitung, die mit dem Gasauslaß 10 verbunden ist, unter einem Auslaßdruck aus dem Kompressor heraus zu einem (nicht gezeigten) Kondensator des Kühlsystems gefördert wird.

Obwohl es in den Zeichnungen nicht gezeigt ist, werden die Kolben 7 durch eine (nicht gezeigte) Rotations- Taumelscheibe angetrieben, um in den dazugehörigen Zylinderbohrungen 2 hin und herzugehen, die durch eine drehbar in der Zylinderblockanordnung gelagerte, (nicht gezeigte) Antriebswelle angetrieben wird, um sich zu drehen.

Im Betrieb des vorstehend beschriebenen Kompressors wird ein Kühlgas, das durch die Passage 13 geführt wurde, in die Ansaugkammer 9 gesogen und nachfolgend durch die Ansaugöffnungen 3 in der Ventilplatte 5 in die Zylinderbohrungen 2 eingeführt, in denen das Kühlgas durch die hin- und hergehende Bewegung der Kolben 7 komprimiert wird. Das komprimierte Kühlgas wird durch die Auslaßöffnungen 4 aus den Zylinderbohrungen 2 heraus und in die mittige Auslaßkammer 8 gepumpt, aus der das komprimierte Gas aus dem Kompressor heraus durch die Förderpassage 11 ausgestoßen wird.

Wie in Fig. 7 zu sehen, ist die Ansaugkammer 9 dieses Kompressortyps auf Grund verschiedener Beschränkungsfaktoren beim Konstruieren eines Kompressors oft zwangsläufig kompliziert ausgebildet, so daß der Fluß des Kühlgases in die Ansaugkammer einem Widerstand unterliegt und ferner die Abstände zwischen der Gaseinlaßpassage 13 zu den jeweiligen Ansaugöffnungen 3 unterschiedlich sind. In solch einer Anordnung der Ansaugkammer 9 wird der Ansaugdruck des Kühlgases an einer Ansaugöffnung 3, die weiter von der Einlaßpassage 13 entfernt ist, niedriger, wie dies in der Gasflußrichtung im Gegenuhrzeigersinn in der Ansaugkammer 9 in Fig. 7 zu sehen ist. Deshalb tritt eine merkliche Ansaugdruckdifferenz aus einem Druckabfall oder -verlust zwischen der Ansaugöffnung, die der Gaseinlaßpassage 13 am nächsten ist und der Ansaugöffnung, die am weitesten von ihr entfernt ist, heraus auf. Beispielsweise bei einer Kompressordrehzahl von 3000 Umdrehungen pro Minute beträgt die Druckdifferenz ungefähr 0,5-1kg pro cm², mit dem Ergebnis, daß der volumetrische Wirkungsgrad des Kompressors nicht nur beeinträchtigt ist, sondern ferner die Differenz im Ansaugdruck eine Pulsation des Kühlgases hervorruft, die wiederum Vibrationen und Geräusche von Kompressorteilen entstehen läßt.

Es ist deshalb eine Aufgabe der Erfindung, einen Mehrkolben-Kühlkompressor zu schaffen, bei dem die vorstehend genannten Probleme gelöst sind.

In einem erfindungsgemäßen Mehrkolbenkompressor ist ein Zylinderkopf vorgesehen, der an dem rückwärtigen Ende einer Zylinderblockanordnung des Kompressors befestigt ist, wobei eine Ventilplatte dazwischen eingelegt ist, und der eine Ansaugkammer hat, die in seinem radial äußeren Bereich ausgebildet ist, so daß sie eine mittige Auslaßkammer umgibt. Desweiteren enthält der Kompressor eine Kühlgaseinlaßpassage, die gerade angeordnet ist, um darin ein Kühlgas aus einem Kühlkreislauf, in dem der Kompressor angeordnet ist, aufzunehmen, und der eine Bohrungsanordnung hat, um an vielen Stellen eine direkte Verbindung zwischen der Gaseinlaßpassage und der Ansaugkammer zu schaffen. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung enthält die Bohrungsanordnung der Kühlgaseinlaßpassage zwei Bohrungen, die auf gegenüberliegenden Seiten der Axialmitte des Kompressors längs einer Linie, die sich durch die Axialmitte radial erstreckt, voneinander beabstandet sind. Da das Kühlgas durch die Passage mit weniger Widerstand fließen kann und der Unterschied des Abstandes zu den jeweiligen Ansaugöffnungen herabgesetzt werden kann, kann die Druckdifferenz bei solchen Ansaugöffnungen und somit die Differenz im Ansaugdruck des in die jeweiligen Zylinderbohrungen einzusaugenden Gases gesenkt werden.

Die Kühlgaseinlaßpassagenvorrichtung kann so geformt sein, daß sie zumindest zwei Verbindungspassagenabschnitte hat, die unterschiedliche Querschnittsflächen haben, so daß die schädliche Pulsation des Kühlgases in solchen Gaseinlaßpassagenabschnitten abgedämpft wird. Gemäß einem bevorzugten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel, enthält die Kühlgaseinlaßpassagenvorrichtung einen reduzierten Passagenabschnitt und einen erweiterten Passagenabschnitt, der in seinem Querschnitt länglich geformt ist, so daß der Dämpfungseffekt erreicht wird, ohne daß die axiale Abmessung des Kompressors wesentlich erweitert wird.

Somit kann die Kühlgaseinlaßpassagenvorrichtung für einen ruhigeren Fluß des Kühlgases an die jeweiligen Ansaugöffnungen sorgen und dadurch den Druckverlust des durch die Ansaugöffnungen in die jeweiligen Zylinderbohrungen einzusaugenden Gases reduzieren. Als Ergebnis ist die Druckdifferenz des Kühlgases, das einem Ansaugdruck unterliegt, verringert. Deshalb kann die Pulsation des Gases auf Grund solcher Druckdifferenz erfolgreich verhindert werden. Durch das Vorsehen der Kühlgaseinlaßvorrichtung in der Kombination mehrerer Passagenabschnitte mit unterschiedlichen Querschnittsflächen kann die Gaspulsation mit einer relativ hohen Frequenz, die durch die Vibration der Ansaugventile auf der Ventilplatte hervorgerufen wird, unterdrückt werden.

Die vorstehende Aufgabe und andere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden durch die nachfolgende genaue Beschreibung des bevorzugten Ausführungsbeispiels davon in Verbindung mit den zugehörigen Zeichnungen deutlicher zum Ausdruck kommen.

Fig. 1 ist eine Querschnittansicht eines Zylinderkopfes am hinteren Ende eines Mehrkolben-Kühlkompressors, der erfindungsgemäß konstruiert ist,

Fig. 2 ist eine Teilansicht im Längsschnitt von dem rückwärtigen Endabschnitt des Kompressors, die eine in dem Zylinderkopf ausgebildete Kühlgaseinlaßpassage zeigt,

Fig. 3 ist eine untere Ansicht des Kompressors, die die Kühlgaseinlaßpassage zeigt,

Fig. 4 ist eine Längsschnittansicht eines hinteren Endabschnittes eines Kompressors gemäß einem modifizierten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiels,

Fig. 5 ist eine untere Ansicht des Kompressors aus Fig. 4,

Fig. 6 ist eine Querschnittansicht längs der Linie A-A aus Fig. 5,

Fig. 7 ist eine Querschnittansicht eines Zylinderkopfes an einem rückwärtigen Endabschnitt eines herkömmlichen Mehrkolben-Kühlkompressors,

Fig. 8 ist eine Teilansicht des Längsschnittes des rückwärtigen Endabschnittes des Kompressors aus Fig. 7.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 1 bis 3 ist ein hinterer Endabschnitt eines Mehrkolben-Kühlkompressors dargestellt, der gemäß der vorliegenden Erfindung konstruiert ist. Da diejenigen Teile des Kompressors, die mit denselben Bezugszeichen wie die des vorstehend unter Bezugnahme auf die Fig. 7 und 8 beschriebenen herkömmlichen Kompressors versehen sind, im wesentlichen denselben Aufbau und dieselbe Funktion wie deren Gegenstücke haben, wird von einer genauen Beschreibung abgesehen.

Der Kompressor hat einen Zylinderkopf 20, der am äußeren Ende des hinteren Zylinderblocks 1 befestigt ist, wobei die Ventilplatte 5 dazwischen eingelegt ist. Wie in den Fig. 2 und 3 zu sehen, hat der Zylinderkopf 20 an seinem äußeren Ende einen integrierten Gaseinlaß 21, in dem eine Kühlgaseinlaßpassage 22 ausgebildet ist. Die Passage 22 ist gerade geformt und erstreckt sich radial durch die Achse des Kompressors und hat zwei Bohrungen 23, 23, die zwischen der Gaseinlaßpassage 22 und der Ansaugkammer 9 an zwei unterschiedlich angeordneten Stellen eine Verbindung bildet. Wie deutlich durch gestrichelte Kreise 23, 23 in Fig. 1 zu sehen, ist eine der Verbindungsbohrungen an einer Position angeordnet, die bezüglich der axialen Mitte des Kompressors der anderen gerade gegenüberliegt.

Im Kompressorbetrieb wird ein in die Gaseinlaßpassage 22 eingesaugtes Kühlgas in jede Zylinderbohrung 2, hauptsächlich durch eine der Verbindungsbohrungen 23, 23, die näher an der Ansaugöffnung 3 für diejenige Zylinderbohrung ist, eingeführt, deren Kolben 7 dann einen Ansaugtakt vollziehen. Somit unterliegt das Kühlgas, das durch die Ansaugöffnungen 3 in die Zylinderbohrungen einführt wird, die im Kreisumfang von der Ansaugöffnung 3, die in Fig. 2 oben gezeigt ist, relativ weit entfernt sind, einem geringeren Widerstand als vorher, da das Gas durch die gerade und somit widerstandfreiere Passage 22 fließen kann, ohne durch die gesamte komplizierte und somit mit Widerstand versehene Passage, die durch die Ansaugkammer 9 gebildet ist, zu fließen. Deshalb kann der Druckverlust des Kühlgases auf Grund eines solchen Widerstandes reduziert wird. Dementsprechend kann die Druckdifferenz des in die jeweiligen Zylinderbohrungen 2 eingesaugten Gases verringert werden, so daß eine schädliche Pulsation des Gases auf Grund einer solchen Druckdifferenz verhindert werden kann.

Wie durch die gestrichelten Linien in Fig. 1 und 3 gezeigt ist, kann die Gaseinlaßpassage 22 T-förmig ausgebildet sein, so daß am Ende der zusätzlichen Linie der Passage, die an die Ansaugöffnung angrenzt, die im Kreisumfang am weitesten entfernt ist, eine dritte Bohrung 23′ vorgesehen ist, wie dies entlang der Gasflußrichtung im Gegenuhrzeigersinn in der Ansaugkammer 9 von der oberen Ansaugöffnung 3, wie in Fig. 2 gezeigt, zu sehen ist. Offensichtlich kann das Vorsehen einer solchen zusätzlichen Bohrung 23′ den Druckverlust und somit die Druckdifferenz weiter reduzieren.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 4 bis 6, die ein anderes bevorzugtes erfindungsgemäßes Ausführungsbeispiel zeigen, ist die Kühlgaseinlaßpassage 22, die in dem Zylinderkopf 20 ausgebildet ist, so geformt, daß sie zuerst einen erweiterten Abschnitt 21a hat, der in direkter Verbindung mit einer Gasführungsbohrung 26 steht, die als ein Anschlußstück 25 ausgebildet ist, das an dem Zylinderkopf befestigt ist und durch einen Dichtring 24 abgedichtet ist, und mit einer (nicht gezeigten) äußeren Leitung verbunden ist, die zu einem (nicht gezeigten) Verdampfer führt, und das einen zweiten reduzierten Abschnitt 21b hat, der im Zylinderkopf in Verbindung mit der ersten Gaspassage 21a ausgebildet ist. In dem Zylinderkopf 20 sind zwei Bohrungen 23c, 23c′ zur jeweiligen Verbindung zwischen der Ansaugkammer 9 und dem erweiterten Passagenabschnitt 21a und dem reduzierten Passagenabschnitt 21b ausgebildet. Wie im ersten Ausführungsbeispiel ist eine der zwei Verbindungsbohrungen 23c, 23c′ von der anderen radial beabstandet auf einer gestrichelten Linie angeordnet, die durch die axiale Mitte des Kompressors verläuft. Eine solche Konfiguration der Gaseinlaßpassage 22 in Kombination der zwei Passagenabschnitte 21a, 21b, die unterschiedliche Querschnittflächen haben, kann einen Dämpfungseffekt schaffen, um die Pulsation des Kühlgases zu schwächen oder abzudämpfen. Wie deutlich in Fig. 6 gezeigt, ist jeweils der erweiterte Passagenabschnitt 21a länglich geformt und der reduzierte Abschnitt 21b im Querschnitt kreisförmig, so daß der Dämpfungseffekt erhalten werden kann, ohne daß die axiale Abmessung des Kompressors wesentlich vergrößert wird.

In diesem Ausführungsbeispiel ist nicht nur der Druckverlust der Kühlgases wie im ersten Ausführungsbeispiel reduziert, sondern es kann dementsprechend die Pulsation des Gases mit einer relativ niedrigen Frequenz, auf Grund des Druckverlustes gesenkt werden. Es soll betont werden, daß die Gaspassage 22, die durch eine Kombination der vergrößerten und verkleinerten Passagenabschnitte 21a, 21b ausgebildet ist, ferner einen Effekt schaffen, um die Gaspulsation mit einer relativ hohen Frequenz, die durch die Vibration der Ansaugventile 3a für die jeweiligen Zylinderbohrungen 2 hervorgerufen werden, gedämpft wird.

Es soll klargestellt werden, daß die vorliegende Erfindung in anderen Formen und Abwandlungen ausgebildet werden kann, ohne daß der Erfindungsgedanke verlassen wird. Beispielsweise müssen die Gaseinlässe 21, in denen die Einlaßpassagen 22 ausgebildet sind, nicht wie in den vorstehend genannten Ausführungsbeispielen integriert mit dem Zylinderkopf 20 ausgebildet sein, sondern sie können als getrenntes Teil hergestellt werden und an dem Zylinderkopf in einer geeigneten Art und Weise befestigt werden.

Es ist ein Mehrkolbenkompressor offenbart. Der Kompressor hat einen Zylinderkopf, der am hinteren Ende einer Zylinderblockanordnung eines Kompressors mit einer dazwischen eingelegten Ventilplatte befestigt ist und der daran eine Ansaugkammer ausgebildet hat, die in seinem radial äußeren Bereich ausgebildet ist, so daß sie eine mittige Auslaßkammer umgibt. Dort ist in dem Kompressor eine Kühlgaseinlaßpassage vorgesehen, die sich gerade radial durch die axiale Mitte des Kompressors erstreckt, und die zumindest zwei Bohrungen zur Schaffung einer direkten Verbindung zwischen der Gaseinlaßpassage und der Ansaugkammer an zwei Positionen, die radial voneinander beabstandet sind, hat. Die Kühlgaseinlaßpassage kann eine Kombination von zumindest zwei Passagenabschnitten mit unterschiedlichen Querschnittflächen enthalten.

Claims (5)

1. Mehrkolbenkompressor in einem Kühlsystem, der folgende Bauteile aufweist:
eine sich axial erstreckende Zylinderkopfanordnung, die eine Vielzahl an Zylinderbohrungen (2) hat, die um ihre mittige Achse angeordnet sind,
eine Vielzahl an hin und hergehenden Kolben (7), die in den axialen Zylinderbohrungen (2) der Zylinderblockanordnung aufgenommen sind,
ein Zylinderkopf (20), der so angeordnet ist, daß er ein axiales Ende der Zylinderblockvorrichtung verschließt, wobei eine Ventilplatte (5) dazwischen eingelegt ist, und der eine Auslaßkammer (8) und eine Ansaugkammer (9) darin hat, wobei die Auslaßkammer (8) radial im Mittenbereich des Zylinderkopfes (20) ausgebildet ist, und die Ansaugkammer (9) radial im äußeren Bereich davon ausgebildet ist, so daß sie die Auslaßkammer (8) umgibt, und
eine Kühlgas-Einlaßpassagenvorrichtung (22), die angeordnet ist, um ein Kühlgas von einem Kühlsystem aufzunehmen und die eine Bohrungsvorrichtung (23) zur Schaffung einer direkten Verbindung zwischen der Gas- Einlaßpassagenvorrichtung (22) und der Ansaugkammer (9) an zumindest zwei Stellen in der Ansaugkammer (9) hat.

2. Mehrkolbenkompressor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zumindest zwei Stellen längs einer Linie, die sich radial durch die axiale Mitte des Kompressors erstreckt, voneinander beabstandet sind.

3. Mehrkolbenkompressor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungsanordnung (23) zumindest zwei Bohrungen (23, 23) zur Schaffung der direkten Verbindung in den zumindest zwei Stellen in der Ansaugkammer (9) enthält.

4. Mehrkolbenkompressor gemäß Anspruch 1, wobei die Kühlgas-Einlaßpassagenvorrichtung (22) zumindest zwei Passagenabschnitte (21a, 21b) hat, die unterschiedliche Querschnittflächen haben und in direkter Verbindung zueinander stehen.

5. Mehrkolbenkompressor gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kühlgaseinlaßpassage in dem Zylinderkopf ausgebildet ist.