MXPA02002014A - Compresor para frenos de aire con menos aceite o sin aceite. - Google Patents

Abstract

Un cilindro es dividido en dos camaras por una pared para recibir un par de pistones. Esto reduce la longitud de la carrera y correspondientemente reduce la velocidad lineal del piston. Esto lleva a reducir el factor PV asociado con la degradacion y desgaste de los anillos de piston. Siempre que, el arreglo multi-cilindro .proporcione el mismo desempeno en un ensamble de compresor sin lubricante sin una notable expansion dimensional condicionante relativo a los sistemas conocidos.

Description

COMPRESOR PARA FRENOS DE AIRE CON MENOS ACEITE O SIN ACEITE Antecedentes de la Invención Campo de la Invención Esta invención se relaciona con compresores utilizados en sistemas de frenado de vehículo pesado. Más particularmente, la solicitud está dirigida a un compresor de aire libre de aceite o con menos aceite.

Discusión de la Técnica Los compresores de aire se utilizan en sistemas de freno para proporcionar y mantener aire bajo presión para operar los frenos de vehículo y cualesquiera sistemas de aire auxiliares. El compresor es impulsado por motor y típicamente es un compresor de reciprocación, de dos cilindros, de una sola etapa. Una varilla de conexión se extiende desde el cigüeñal impulsado por motor y está conectada operativamente a un pistón que hace reciprocación en una perforación asociada para comprimir el aire en la perforación y proporcionar aire a presión al sistema de frenos/sistema de aire auxiliar. El motor de vehículo proporciona un suministro continuo de aceite al compresor. El aceite se dirige desde el motor a una entrada de aceite del compresor para mantener la lubricación de la varilla de conexión y cojinetes de cigüeñal, anillos de pistón y otros componentes dinámicos. Los pistones típicamente incluyen una pluralidad de anillos de pistón para sellarse con la pared de perforación. Por ejemplo, las disposiciones comerciales usualmente emplean cinco (5) anillos de pistón que, aún cuando sellan la cámara de compresión, no inhiben suficientemente el aceite arrojado desde el cigüeñal de entrar hacia y contaminar el sistema de frenos de aire. Un parámetro PV está asociado usualmente con el flujo de calor impuesto por las superficies de frotación de compresores. Un factor PV identifica la severidad de desgaste asociado con los componentes de frotación. En conexión con los anillos de pistón, un factor PV se reconoce como un producto de promedio por presión de gas de ciclo (representada, v.gr., en libras por pulgada cuadrada) multiplicada por la velocidad de anillo promedio en el movimiento de reciprocación (expresado, v , gr . , en pies por minuto). Por vía de ejemplo solamente, un compresor de freno de aire típico tiene un factor PV en la escala de 2,249.60 kg/cm2-30.48 cm. por minuto (32,000 libras por pulgada cuadrada-pies por minuto) . El factor PV es un indicador del desgaste de los anillos de pistón. Entre menor es el factor PV, es menos severo el desgaste y la operación se mejora. Se sabe que reduciendo la longitud de la carrera del pistón, a su vez, reduciría la velocidad lineal del pistón y de esta manera tendría un impacto en el factor PV. Sin embargo, esto necesitaría pistones mayores o más pistones para compensar una cantidad reducida de aire comprimido. Las dimensiones del sistema que acomodan el compresor de aire no permiten la mera adición de pistones similares o substitución con un pistón mayor. De esta manera, existe una necesidad de convertir el sistema de compresor en un sistema de múltiples cilindros sin expandir notoriamente las dimensiones de la disposición de compresor original. Los anillos de pistón de los compresores de menos aceite/exentos de aceite usualmente se construyen a partir de materiales poliméricos que se someten a degradación a temperaturas elevadas. De esta manera, existe una necesidad continua de reducir el calor impuesto en los anillos de pistón para llevar al máximo la vida útil del anillo.

Compendio de la Invención La presente invención proporciona un compresor d8 menos aceite/libre de aceite y lubricado que llena las necesidades anteriores y otras en una manera sencilla y económica . Más particularmente, la invención proporciona un compresor de aire, para suministrar aire a un sistema de freno de vehículo, comprendido de un cilindro dividido en múltiples cámaras, cada cámara teniendo su propio pistón. Los pistones están mecánicamente interconectados para moverse al unísono. Los múltiples pistones proporcionar el mismo diámetro de cilindro efectivo en donde cada pistón tiene una longitud de carrera reducida que resulta en un factor PV reducido para los anillos de pistón . De conformidad con una modalidad propuesta, la descarga y admisión de aire ocurren simultáneamente en ambos cilindros en tándem. Es decir, el aire se descarga de un lado de las cámaras al mismo tiempo que está entrando en el otro lado de las cámaras y, asimismo, el aire de admisión entra en un lado de las cámaras mientras que se descarga del otro lado de las cámaras en el otro extremo de la carrera. Las cámaras son de volumen substancialmente igual y debido a la interconexión a través del enlace mecánico, los pistones se mueven en tándem. Un beneficio primario de la presente invención reside en la reducción en condiciones que inducen el desgaste impuestas en el conjunto de compresor de los compresores de menos aceite/libres de aceite. Otro beneficio de la invención está en el campo de reducción de carga de aceite en compresores lubricados. La experiencia muestra que los compresores de carrera más corta pasan menos aceite. Todavía otro beneficio de la invención se relaciona con la capacidad de usar un concepto propuesto de compresor de carrera más corta sin expandir notoriamente las dimensiones del compresor. 10 Todavía otra ventaja se realiza mediante eliminación de aceite como un lubricante (en los compresores de menos aceite) y el potencial asociado para contaminación del sistema de frenos de aire. Todavía otras particularidades y beneficios de 15 la invención se harán evidentes a aquellos experimentados en el ramo después de leer y entender la siguiente descripción detallada. v , Breve Descripción de los Dibujos 20 La Figura 1 es una vista en sección transversal parcial, longitudinal, de un compresor de aire convencional utilizado en un sistema de frenado de vehículo pesado. La Figura 2 es una representación en sección 25 transversal esquemática de una modalidad preferida de la presente invención durante una carrera descendente; La Figura 3 es una representación en secc transversal esquemática de una modalidad preferida de presente invención durante una carrera ascendente; y La Figura 4 es una representación gráfica los factores PV asociados con las enseñanzas de presente invención.

Descripción Detallada de las Modalidades Preferidas de la Invención Volviendo primero a la Figura 1, y por vía de introducir términos comunes utilizados en la siguiente descripción de las modalidades preferidas de la invención, un compresor de reciprocación de dos cilindros, una sola etapa se ilustra e identifica como técnica anterior. Un cárter 10 aloja el cigüeñal 12, pistones 14 (solamente uno de los cuales se muestra en sección transversal), la varilla de conexión 16, perforación 18 de cilindro, y cojinetes 20 principales. Como es sabido, el pistón incluye anillos 22 de pistón en la superficie periférica del mismo adaptados para acoplar sel lableme te la pared interna que define la perforación de cilindro. El cigüeñal es impulsado por el motor del vehículo y típicamente opera de un modo continuo cuando el motor está funcionando. La compresión de aire real. sin embargo, se controla mediante el mecanismo de descarga de compresor y el regulador (no mostrado) . Durante una carrera descendente del pistón, la válvula 30 de entrada se abre para atraer aire atmosférico hacia el cilindro o cámara. A medida que el pistón empieza su carrera ascendente, la válvula de entrada se cierra y el aire se comprime y eventualmente empuja a la válvula 32 de descarga desde su asiento y entrega aire comprimido al sistema. El conjunto está diseñado de manera que a medida que un pistón se comprime, la otra cámara está recibiendo aire durante su carrera descendente. Se proporciona un suministro de aceite continuo al compresor y lubrica los cojinetes de cigüeñal de varilla de conexión. Un derrame de aceite de los cojinetes lubrica otros componentes dinámicos del compresor. El flujo de aire a través del compartimento de motor, así como el movimiento del vehículo, ayudan a enfriar el compresor. El refrigerante que fluye desde el sistema de enfriamiento del motor también se proporciona de preferencia a la cabeza de compresor para mantener temperaturas de aire de descarga dentro de una escala deseada. Puesto que estos aspectos de la estructura son convencionales, la discusión adicional en la presente se considera innecesaria para un entendimiento completo de la presente invención . Volviendo ahora a las Figuras 2 y 3, y como se • · describe en los Antecedentes, el factor PV está relacionado con la severidad de las condiciones que _ 5 inducen desgaste experimentadas por los anillos de pistón. Puesto que esto está directamente relacionado con la velocidad de anillo promedio que resulta del movimiento de reciprocación del pistón (como se expresa en metros por minuto (pies por minuto)), la presente 10 invención reduce la longitud de carrera del pistón para reducir el PV en aproximadamente cincuenta por ciento (50%) sin reducir el funcionamiento. Para lograr este objetivo, el cilindro 40 está dividido en primero y segundo compartimentos o cámaras 42, 44 mediante una 15 pared 46 mostrada como un diafragma. La pared tiene una abertura adaptada para recibir estrechamente un conjunto de enlace mecánico o varilla 50 a través de la misma. La varilla se interconecta mecánicamente a un pistón 52 primero o inferior a un pistón 54 segundo o superior. De 20 preferencia, los volúmenes de las dos cámaras 42, 44 son substancialmente iguales y, cuando se añaden juntos, son iguales al volumen original de un cilindro no seccionado, es decir, el equivalente del cilindro mostrado en la Figura 1. El diámetro de cilindro también es 25 substancialmente el mismo que aquel en la Figura 1 debido a la restricción dimensional impuesta por el medio ambiente en donde está montado el compresor en el vehí ulo . Se observará también que el segundo pistón 54 tiene una altura reducida y tiene un anillo 56 de pistón que acopla sellablemente la pared de cilindro. Asimismo, el pistón 52 incluye un solo anillo 58 de pistón que acopla sellablemente la pared de cilindro. En una disposición preferida, los anillos de pistón tienen una sección transversal generalmente en forma de U de manera que la fricción con la pared lateral se reduce durante la carrera de admisión, es decir, la forma de U se abate durante la carrera de admisión. Por otra parte, durante la carrera de compresión, la configuración en forma de U se expande para proporcionar una interfaz de sello aumentada deseada con la pared de cilindro. Un material preferido de construcción del anillo de pistón es un material a base de PTFE que, en conexión con el diseño de anillo, reduce el número de anillos cuando se compara con las disposiciones anteriores. Las aberturas 60 y 64 asociadas con las cámaras 42 y 44, respectivamente, permiten que el aire de admisión entre a estas cámaras durante la carrera descendente del compresor (Figura 2). Inversamente, durante la carrera ascendente el aire comprimido se descarga de ambas cámaras a través de las aberturas 62 y 65. No se requiere sello entre el cárter y los cilindros. Puesto que la carga de aceite se elimina en compresores de menos aceite y libres de aceite, y la carga de aceite es reducida en los compresores de carrera corta lubricados, el potencial de contaminar el resto del sistema de frenos de aire también se reduce substancialmente . Esto limita el número potencial de regresos del cliente para servicio. Adicionalmente, el número reducido de anillos reduce la energía atraída en el conjunto de pistón/cilindro. Además, la nueva disposición es mucho más sencilla y menos costosa puesto que se elimina el suministro de aceite. Los anillos de pistón no están sujetos a los mismos problemas de degradación puesto que los anillos de pistón encuentran una velocidad lineal reducida debido a la longitud reducida de carrera. La fricción reducida y la generación de temperatura reducida, a su vez, reduce la necesidad de enfriar los cilindros. Se observará, sin embargo, que el enfriamiento de la cabeza todavía se puede modificar para usar el aire para enfriar efectivamente el cilindro. Por ejemplo, puesto que los pasajes de aire de admisión se pueden extender ahora a lo largo del lado del cilindro. en lugar de estar solamente en la parte superior del mismo como en las disposiciones anteriores, los pasajes de aire se pueden guiar efectivamente para servir también una función de transferencia de calor para el cilindro. Consecuentemente, todas estas particularidades ventajosas y beneficios están asociados con la modificación a una disposición de dos cámaras que es igual al volumen original de la técnica anterior. La Figura 4 representa gráficamente el factor 10 PV reducido asociado con la presente invención. El compresor de menos aceite de la presente invención V representado por la linea 70 tiene un PV reducido de aproximadamente cincuenta por ciento (50%) menos cuando se compara con la disposición anterior (línea 72), sin 15 ninguna pérdida en funcionamiento. La invención se ha descrito con referencia a la modalidad preferida. Evidentemente, modificaciones y alteraciones se ocurrirán a otros después de una lectura ' y entendimiento de la descripción detallada. Por 20 ejemplo, se pueden utilizar diferentes configuraciones de pistón. Alterna ivamente, la disposición se puede modificar de manera que una de las cámaras se esté sometiendo a compresión en la carrera ascendente y la otra cámara se comprima en la carrera descendente - aún 25 cuando esta modificación no se considera tan deseable como la modalidad preferida arriba descrita. Adicionalmente , la conexión universal entre la varilla 50 de interconexión y el primero y segundo pistones se podría modificar como se considere necesario. Asimismo, se podrían utilizar materiales alternativos. La modalidad ilustrada muestra un par de pistones, aún cuando se contempla que un número mayor de pistones podría utilizarse sencillamente duplicando la disposición estructural arriba descrita. La invención se pretende que incluya todas estas modificaciones y alteraciones en tanto queden dentro del alcance de las reivindicaciones que se acompañan y los equivalentes de las mismas.

Claims (11)

REIVINDICACIONES

1.- Un compresor de menos aceite de reciprocación para suministrar aire a un sistema de freno de vehículo accionado por aire, el compresor de menos aceite de reciprocación incluyendo: un conjunto de pistón y cilindro que incluye: un cilindro dividido a lo largo de su eje longitudinal en una pluralidad de cámaras, en donde las cámaras están separadas por una pared, el cilindro incluyendo : una primera cámara; una segunda cámara; y, un pasaje sellable de aire en la pared que separa las cámaras adyacentes del cilindro; y, un primer pistón movible en la primera cámara ; una varilla conectada al primer pistón y adaptada para conectar el primer pistón a una fuente de energía externa; un segundo pistón movible en la segunda cámara ; y un enlace mecánico que conecta el primer pistón al segundo pistón en la cámara de cilindro adyacente .

2. - El compresor de menos aceite de conformidad con la reivindicación 1, en donde un anillo • * de pistón está asociado con cada uno de los primero y segundo pistones y está colocado en una ranura anular en 5 cada pistón .

3. - El compresor de menos aceite de conformidad con la reivindicación 1, en donde la pluralidad de cámaras en el cilindro son de volumen substancial ente igual . °

4.- El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 1. en donde el pasaje sellable al aire en el diafragma permite el enlace mecánico entre los pistones en cámaras de cilindro adyacentes para moverse libremente entre primera 5 y segunda posiciones.

5. - El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 1, en donde el primer pistón y el segundo pistón, a través de un enlace mecánico, se mueven en tándem entre primera y segunda posiciones en sus cámaras de cilindro respectivas .

6. - El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 1, en donde el conjunto de pistón y cilindro incluye además una pluralidad de segundas cámaras en el cilindro, una pluralidad de segundos pistones montados deslizable y sel lablemente en cada segunda cámara, y un enlace mecánico, entre los segundos pistones en cámaras de cilindro consecutivas a lo largo del eje longitudinal del cilindro, que conectan los segundos pistones entre sí.

7. - El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 6. en donde la pluralidad de segundos pistones, a través de los enlaces mecánicos, se mueven en tándem con el primer pistón y uno con el otro entre primera y segunda posiciones en sus cámaras de cilindro respectivas.

8. - El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 1, en donde el conjunto de cabeza de cilindro incluye además una válvula de entrada de aire para cada cámara de compresión en el conjunto de pistón y cilindro, y una válvula de descarga de aire para cada cámara de compresión en el conjunto de pistón y cilindro.

9. - El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 8, en donde la pluralidad de válvulas de entrada de aire proporciona control separado de entrada de aire para cada cámara de compresión en el conjunto de pistón y cilindro.

10. - El compresor de menos aceite de reciprocación de conformidad con la reivindicación 9, en donde la pluralidad de válvulas de admisión de aire, la pluralidad de válvulas de descarga de aire, y la pluralidad de pistones dentro de las cámaras de cilindro operan de manera que los ciclos de admisión y compresión/descarga de cada cámara de compresión sean substancialmente simultáneos en un modo paralelo de operación .

11.- Un compresor de lubricación de reciprocación que tiene una carrera más corta con el propósito de reducción de paso de aceite que comprende: un conjunto de pistón y cilindro que incluye: un cilindro dividido en una pluralidad de cámaras separadas por una pared, un pistón recibido en cada cámara y los pistones interconectados operativamen e entre sí y uno de los pistones incluyendo una varilla adaptada para conectar los pistones a una fuente de energía externa.