DE60216689T2

DE60216689T2 - Saugventil in Lamellenausführung

Info

Publication number: DE60216689T2
Application number: DE2002616689
Authority: DE
Inventors: Scott M. Syracuse Macbain; Ronald J. Fayetteville Duppert
Original assignee: Carrier Corp
Current assignee: Carrier Corp
Priority date: 2001-10-05
Filing date: 2002-10-02
Publication date: 2007-04-12
Anticipated expiration: 2022-10-03
Also published as: US7390176B2; CN1428513A; DE60216689D1; KR100503834B1; US7850437B2; CN1262761C; JP2003129959A; US20080277008A1; EP1300590A1; US20030068245A1; KR20030029461A; EP1300590B1

Description

Ein typischer sich hin und her bewegender Verdichter hat eine Ventilplatte mit einer oder mehreren darin ausgebildeten Ansaugöffnungen und Auslassöffnungen. Normalerweise sind die Ansaug- und Auslassventile vom selben generellen Typ. Jedes Ventil ist normalerweise geschlossen und öffnet aufgrund eines Druckdifferenzials über das Ventil in der Richtung des Öffnens. Da Ansaugventile in die Verdichtungskammer/den Verdichtungszylinder öffnen, haben sie im allgemeinen keine Ventilabstützungen, um das Zwischenraumvolumen zu minimieren, und somit ist das Auslenken des Ventils nicht physikalisch begrenzt. Wenn ein Ansaugventil öffnet, wirkt (wirken) die Ventilspitze(n) mit (einer) Ausnehmung(en) in dem Kurbelgehäuse nach einem kleinen Maß an Öffnungsbewegung zusammen, wobei weiteres Öffnen aufgrund einer Biegung des Ventils weg von dem Ventilsitz und in den Zylinder auftritt. EP 1 041 284 offenbart ein Ansaugventil für einen Verdichter mit einer einzelnen Ansaugöffnung pro Zylinder. US 2 579 667 offenbart einen Verdichter mit einem Ansaugventil mit Führungsstiften, die in vier gleich beabstandeten Ansatzstücken aufgenommen sind.
Die Elastizität der Ansaugventile und das Anhaften des Ventils an dem Ventilsitz aufgrund eines Ölfilms (Haftreibung, "Stiktion") steht dem Öffnen des Ansaugventils entgegen. Die Öffnungsbewegung des Ansaugventils bevor die Spitze(n) mit der (den) Ausnehmung(en) zusammenwirkt (zusammenwirken) erlaubt nur eine begrenzte Strömung in den Zylinder. Die Ventilspitze schlägt somit in die Ausnehmung und biegt sich bei jedem Zyklus in den Zylinder. Das größte Maß an Verbiegung tritt nominal am Mittelpunkt des Ventils zwischen der Spitzenabstützung und der Stiftabstützung auf. Weil die Ventilspitzen nahe den Ansaugöffnungen angeordnet sind und weil die Ventilspitzen in einem nominalen Linienkontakt mit dem Kurbelgehäuse sind, werden die Ventilspitzen tendenziell gestresst, was zu einem Ventilversagen führen kann, in dem dem Ventil ermöglicht wird, in den Zylinder gezogen zu werden.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird ein sich hin und her bewegender Verdichter vorgeschlagen, wie er in Anspruch 1 beansprucht ist. Zu mindest in einer bevorzugten Ausführungsform, für Mehrfach-Öffnung-Ansaugventile, sind jede Ventilspitze und die zugehörige Spitzenausnehmung entlang Linien angeordnet, die sich von der Achse des Zylinders durch die Achse der zugehörigen Ansaugöffnung erstrecken. Diese Anordnung minimiert den Abstand zwischen der Achse jeder Ansaugöffnung und der Spitzenausnehmung und setzt die Last aufgrund von Strömung durch die Ansaugöffnungen so nahe wie möglich an die Zylinderwandspitzenabstützung und minimiert so die Effekte des transversalen Verbiegens, während die Spanne von den Stiften zu den Spitzen verkürzt wird. Diese Kombination ergibt das Ventil mit dem geringsten maximalen Stress.
Diese Erfindung reduziert zumindest in ihren bevorzugten Ausführungsformen maximalen Betriebsstress auf Ansaugventile.
Diese Erfindung optimiert auch zumindest in ihren bevorzugten Ausführungsformen Ventilspitzen- und Ventilspitzenausnehmungspositionen.
Grundsätzlich sind eine Ventilspitze und ihre zugehörige Ausnehmung entlang jeder Linie von dem Zentrum des Zylinders durch das Zentrum oder die Achse einer Ansaugöffnung vorgesehen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung sollte nun Bezug auf die nachfolgende detaillierte Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform davon zusammen mit den begleitenden Zeichnungen genommen werden, wobei:
1 eine zylinderseitige Ansicht einer Ventilplatte ist, die eines von zwei Ansaugventilen an Ort und Stelle zeigt;
2 eine Schnittansicht aufgenommen entlang der Linie 2-2 aus 1 ist; und
3 eine Ansicht aufgenommen entlang der Linie 3-3 aus 2 und mit dem zweiten Ansaugventil an Ort und Stelle ist.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsform
In den 1 und 2 bezeichnet das Bezugszeichen 30 im allgemeinen eine Ventilplatte, die zwei Zylindern eines sich hin und her bewegenden Verdichters zugeordnet ist. Zwei oder mehr Ansaugdurchgänge 30-1 und 30-2 jeweils mit Achsen A und B und mindestens ein Auslassdurchgang 30-3 mit einer Achse C sind jedem Zylinder zugeordnet. Der Punkt D entspricht der Achse eines Zylinders. Der Punkt E entspricht der Achse der Bohrung 30-4 und des Stiftes/Bolzens 60, der die Ventilplatte 30 und das Auslassventil 50 in Position hält, wenn ein einzelner Bolzen 60 verwendet wird. Wenn mehr als ein Bolzen 60 verwendet wird, wäre die Achse E an einem Mittelpunkt einer Linie, die durch ihre Zentren geht. Stifte 22 sind in Bohrungen 30-5 aufgenommen und halten das Ansaugventil 20 in Position. Die Achse F ist der Mittelpunkt zwischen den Achsen der Stifte 22 und ihren Bohrungen 30-5 für jedes Ansaugventil 20. Die Achsen A, B, D, D, E und F sind als Punkte oder Linien veranschaulicht, selbst bei Fehlen der zugehörigen Struktur, aufgrund ihrer Beziehungen bezogen auf die vorliegende Erfindung. Spezifisch Bezug nehmend auf 1 sind Ansaugpassagen 30-1 und 30-2 symmetrisch angeordnet relativ zu einer Ebene, die durch Achsen C, D, E und F definiert ist. Es wird angemerkt, dass die Ebene, die durch Achsen C, D, E und F definiert ist, das Ansaugventil 20 in zwei symmetrische Bereiche aufteilt, aber dass nur zwei der Achsen notwendig sind, um die Ebene zu definieren. Wenn es zwei Auslassdurchgänge zugehörig zu einem Zylinder gibt, ist die Ebene der Symmetrie definiert durch die Achsen D und E zusammen mit einem Mittelpunkt der Achsen der zwei Auslassdurchgänge. Es wird angemerkt, dass Ansaugdurchgänge 30-1 und 30-2 ebenfalls symmetrisch angeordnet sind bezogen auf das Ansaugventil 20, wenn es in Position ist. Das Auslassventil 50 ist nur durch den Auslassdurchgang 30-3 sichtbar. Das Ansaugventil 20 hat jeweils zwei Arme oder Vorsprünge 20-1 und 20-2, die, wie angemerkt, in Bezug auf das Ansaugventil 20 symmetrisch sind. Der erste Arm 20-1 erstreckt sich in die Richtung einer Ebene, die durch Achsen A und D definiert ist, und endet in einer Spitze 20-1a, die symmetrisch in Bezug auf die Ebene, die durch die Achsen A und D definiert ist, ist. Der zweite Arm 20-2 erstreckt sich in die Richtung einer Ebene, die durch Achsen B und D definiert ist, und endet in einer Spitze 20-2a, die symmetrisch relativ zu der durch die Achsen B und D definierten Ebene ist.
In den 2 und 3 bezeichnete das Bezugszeichen 10 allgemein einen sich hin und her bewegenden Verdichter mit zwei veranschaulichten Zylindern. Wie herkömmlich üblich hat jeder Zylinder des Verdichters 10 ein Ansaugventil 20 und ein Auslassventil 50, die als Blattventile veranschaulicht sind, sowie einen Kolben 42, der in einer Bohrung 40-3 eines Kurbelgehäuses 40 angeordnet ist. Ventile 20 und 50 wirken mit der Ventilplatte 30 in ihrer Ventilaktion zusammen. Das Auslassventil 50 hat eine Abstützung 51, die die Bewegung des Ventils 50 begrenzt und die normalerweise dazu ausgelegt ist, die über den Auslassdurchgang 30-3 auf das Ventil 50 ausgeübte Öffnungskraft über ihre gesamte Öffnungsbewegung abzuleiten. Wenn das Ventil 20 in der offenen Position ist, wie in 2 gestrichelt gezeigt ist, wirken die Spitzen 20-1a und 20-2a mit Lagerungsanschlägen 40-1a und 40-2a jeweils in Ausnehmungen 40-1 und 40-2 in dem Kurbelgehäuse 40, die als Ventilstops dienen, zusammen. Die Lagerungsanschläge 40-1a und 40-2a werden berührt nach einer Öffnungsbewegung des Ansaugventils 20 in der Größenordnung von 0,1 Inches (2,5 mm), um das Zwischenraumvolumen zu minimieren, wobei eine weitere Öffnungsbewegung durch Verbiegen des Ventils 20 auftritt, wie gestrichelt gezeigt. Spezifisch ist die Bewegung des Ventils 20 wie bei einem frei tragenden Holm, bis die Spitzen 20-1a und 20-2a jeweils wie mit den Lagerungsanschlägen 40-1a und 40-2a zusammenwirken. An diesem Punkt gibt es drei Positionen von Abstützungen. Der erste ist an dem befestigten Ende des Ventils 20 und ist in der Art eines Linien- oder eines dünnen Bandkontaktes mit dem Kurbelgehäuse 40 symmetrisch angeordnet in Bezug auf eine Ebene, die durch die Achsen C, D, E und F definiert ist, und erzeugt tendenziell die gestrichelt in 2 gezeigte Verbiegung. Diese Verbiegung ist im wesentlichen um eine Achse senkrecht zu der Ebene, die durch die Achsen C, D, E und F definiert ist. An einem Niveau stützen die Spitzen 20-1a und 20-2a effektiv das freie Ende des Ventils 20, um die gestrichelt veranschaulichte Verbiegung zu erzeugen. Dies ist jedoch das Ergebnis der individuellen Wechselwirkung der Spitzen 20-1a und 20-2a jeweils mit Lagerungsanschlägen 40-1a und 40-2a. Wie am besten in 3 gezeigt sind die Bereiche der Spitzen 20-1a und 20-2a, die jeweils die Lagerungsanschläge 40-1a und 40-2a überlagern, die schmalsten Bereiche des Ventils 20 und sind symmetrisch um die Ebenen, die jeweils durch Achsen A und D und Achsen B und D definiert sind. Weil sie schmal sind, neigen die Spitzen 20-1a und 20-2a dazu, gebogen zu werden. Aufgrund der Symmetrie neigen die Spitzen 20-1a dazu, sich um eine Achse quer zu der Ebene zu biegen, die durch die Achsen A und D definiert ist, und die Spitzen 20-2a neigen dazu, sich um eine Achse quer zu der Ebene zu biegen, die durch die Achsen B und D definiert ist.
Weil die Verbiegung relativ zu den Spitzen 20-1a und 20-2a jeweils um Achsen quer zu Ebenen ist, die jeweils durch die Achsen A und D und die Achsen B und D definiert sind, wird das größte Maß an Bewegung der Spitzen 20-1a und 20-2a aufgrund von Verbiegung benötigt, um das Ventil 20 in die Bohrung 40-3 zu ziehen. Aufgrund der Symmetrie der Spitzen 20-1a und 20-2a relativ zu den Ebenen, die durch die Achsen A und D und die Achsen B und C definiert sind, wirken auch die Kräfte aufgrund der Gasströmung durch die Ansaugöffnungen 30-1 und 30-2 symmetrisch. Stress wird minimiert durch Minimieren der Effekte von transversalem Verbiegen durch Minimieren des Abstands zwischen der ausgeübten Kraft auf das Ventil aufgrund von Gasströmung und der Ventilspitzenabstützung durch Lagerungsanschläge 40-1a und 40-2a.
Im Betrieb werden die Ansaugventile 20 während des Ansaughubes aus dem Sitz gelöst, wenn das Druckdifferenzial über die Ventile 20 ausreichend ist, um die inherente Federkraft des Ventils 20, Adhäsionskräfte, usw. zu überwinden. Beim Lösen eines Ventils 20 aus dem Sitz verbiegt ein Aufprallen der Ansaugströmung durch die Ansaugdurchgänge 30-1 und 30-2 das Ventil 20 relativ zu dem befestigten Ende des Ventils 20, bis die Spitzen 20-1a und 20-2a jeweils mit den Lagerungsanschlägen 40-1a und 40-2a der Ausnehmungen 40-1 und 40-2 zusammenwirken. An diesem Punkt gibt es nicht länger ein Verbiegen lediglich relativ zu einem einzelnen befestigten Ende. Die Hauptverbiegung ist an einem nominalen Mittelpunkt zwischen dem befestigten Ende und den Spitzen 20-1a und 20-2a, die mit Lagerungsanschlägen 40-1a und 40-2a zusammenwirken um eine Achse quer zu einer Ebene, die durch Achsen C und D definiert ist. Außerdem gibt es eine Verbiegung von jeder der Spitzen 20-1a und 20-2a und/oder von ihren jeweiligen Armen 20-1 und 20-2. Die Spitze 20-1a verbiegt sich um eine Achse quer zu einer Ebene, die durch Achsen A und D definiert ist, und die Spitze 20-2a verbiegt sich um eine Achse, quer zu einer Ebene, die durch Achsen B und D definiert ist. Die Verbiegung von Spitzen 20-1a und 20-2a bewirkt ihre Bewegung jeweils relativ zu Lagerungsanschlägen 40-1a und 40-2a, um jeweils hin zu den Achsen A und B gerichtet zu werden, die bei einem minimalen Abstand sind, so dass der maximal erzeugte Stress reduziert wird.
Es ist anzumerken, dass die Bewegung der Spitzen 20-1a und 20-2a, um ein Verbiegen zu ermöglichen, jeweils entlang Ebenen A-D und B-D ist, was auch entlang eines Radius der Bohrung 40-3 ist. Dies führt zu einer Bewegung entlang Ebenen, die dazu führt, dass die Spitzen 20-1a und 20-2a relativ zu den Ausnehmungen 40-1 und 40-2 zentriert sind. Dementsprechend können Zwischenräume um die Spitzen 20-1a und 20-2a minimiert werden, wodurch das Zwischenraumvolumen und Kräfte an den Spitzen 20-1a und 20-2a in ihrer Kooperation jeweils mit Ausnehmungen 40-1a und 40-2a ausbalanciert sind.
Obwohl eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung beschrieben und veranschaulicht wurde, sind andere Änderungen den mit dem Stand der Technik vertrauten Fachleuten ersichtlich. Z.B. können drei oder mehr Ansaugöffnungen verwendet werden. Es ist daher beabsichtigt, dass der Umfang der vorliegenden Erfindung nur durch den Umfang der beigefügten Ansprüche begrenzt ist.

Claims

Sich hin und her bewegender Verdichter (10) mit einem Zylinder (40-3) mit einer Achse (D), einer Ventilplatte (30) mit einer Mehrzahl von Ansaugöffnungen (30-1, 30-2), die jede eine Achse (A, B) haben, mindestens einer Auslassöffnung (30-3) mit einer Achse C, und einem Ansaugventil (20), das an einem Ende davon an der Ventilplatte befestigt ist und dazu angepasst ist, sich in Sitzkooperation und aus Sitzkooperation mit den Ansaugöffnungen heraus zu bewegen, wobei das Ansaugventil (20) eine Mehrzahl von Armen (20-1, 20-2) hat, die in Spitzen (20-1a, 20-2a) enden, wobei sich jede Spitze in eine Richtung erstreckt, die durch eine Ebene definiert ist, die durch die Achse (D) des Zylinders (40-3) und eine entsprechende Achse (A, B) einer der jeweiligen Ansaugöffnungen (30-1, 30-2) definiert ist, und wobei das Ansaugventil zwischen dem befestigten Ende und den Armen flexibel ist.
Verdichter nach Anspruch 1, wobei die Spitzen (20-1a, 20-2a) symmetrisch in Bezug auf die entsprechende Ebene, die durch die Achse (D) des Zylinders (40-3) und eine entsprechende Achse (A, B) der Ansaugöffnungen (30-1, 30-2) definiert ist, sind.
Verdichter 10 nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein Kurbelgehäuse (40), das den Zylinder (40-3) definiert, einen Kolben (42), der in dem Zylinder angeordnet ist, wobei das Kurbelgehäuse eine Mehrzahl von Lagerungsanschlägen (40-1a, 40-2a) definiert, und eine Einrichtung zum Halten des Ansaugventils.
Verdichter nach Anspruch 3, wobei die Spitzen (20-1a, 20-2a) symmetrisch in Bezug auf die entsprechende Ebene, die durch die Achse (C) des Zylinders (40-3) und eine entsprechende Achse (A, B) der Ansaugöffnungen (30-1, 30-2) definiert ist, sind.
Verdichter nach Anspruch 3 oder 4, wobei jede der Spitzen (20-1a, 20-2a) mit einem entsprechenden der Mehrzahl von Lagerungsanschlägen (40-1a, 40-2a) zusammenwirkt und damit symmetrisch sind.
Verdichter nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das Ansaugventil (20) in Bezug auf eine Ebene symmetrisch ist, die durch die Achse (D) des Zylinders (40-3) und einen Mittelpunkt (F) der Einrichtung (22) zum Halten des Ansaugventils (20) definiert ist.