專利名稱：一種活塞-汽缸組件的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種活塞一汽缸組件，以及一種壓縮缸，特別^g用于在例如 電冰箱、空調系統等等冷卻系統中使用的往復式壓縮機。本發明的教導也適用 于大多數^頓往復式汽缸的馬達，例如，線性壓縮機和內燃機。如從現有技術中所了解及在圖1中可以看到的，在用于制冷的往復活塞式壓縮機l中，制7^體的壓縮是MJl汽缸l1 (其構成了大小變化的壓縮室C)中的活塞10在由驅動機構限定的最小和最大移動限制之間的往復式運動而獲得的，而驅動機構限定的移動限制分別被稱為下止點和上止點。壓縮室在其一端打開并在另一端由所述閥板5關閉。為了使活塞10的移動以適當的方式發生， 因此在活塞和壓縮室的直徑之間必須要有差異。在目前所知道的壓縮機1中， 活塞的直徑和壓縮室的直徑是不變的，其以常數或者不斷可變的徑向間隙F為 特征。在壓縮機的工作過程中，存在于活薪啦縮室之間的間隙保持填滿潤滑油， 以給活塞10提供承靠支撐，從而防止活塞發生與壓縮室壁接觸的現象，而這種 將導致活塞io禾口/m縮室的磨損。這是由于機械育號M以劃艮由油和由活塞對于壓縮室的相對移動而產生的粘滯摩擦。當活塞10從下止點移動到上止點，存于壓縮室內的氣體被壓縮，這樣使得 其壓力相對于存于壓縮機殼體內的氣體壓力得到增加。從而產生趨于將部分要 壓縮的氣體排出到殼體中的壓差，該部分氣體于是經過徑向間隙F泄漏。這些 現象意 壓縮機的容積損失(或者靴令能力的損失)，這是由于經過泄漏損失的氣體已經被施加了壓縮功。這些損^j;接降低ffi^機的能量效率。機械能的耗散和氣體通過活塞和壓縮室之間存在的間隙的泄漏都受該間隙 值的強烈影響，因此它的傲趙氏，機械能的耗散越大同時氣體的泄漏越小。另—方面，它的繊高，機械能的耗散趣氏同時氣體的泄漏越大。為此，高效壓 縮機設法達到一被認為是最優化的間隙值，在該值處氣體的泄漏和機械能的耗 散育獬使得壓縮機的能量效率避嘬大化。除活塞和壓縮室之間的徑向間隙F之外,以下因素對機械能的耗散和氣體 的泄漏量有影響i) 活塞10的直徑，ii) 壓縮室和活塞10的長度，iii) 活塞10的移動距離，iv) 驅動軸的旋^g，v) 驅動機構的幾何結構，vi) 所用制冷氣體的類型，vii) 潤滑油的種類，和vW)壓縮機的工作條件(壓力和,)。壓縮機在某一時刻時容積損失處于最大量。這一點可以在圖2中觀察到， 圖2顯示了活塞在下止點(LDP)和上止點(UDP)之間移動的位置。如可以看到的，在從下止點到上止點的移動之間，容積損失在0。和125。的 曲軸轉角之間是微不足道的。當活塞/Xl:止點UDP到下止點LDP移動時，同 樣的情況發生在相反方向上，在此，從210。到360。的范圍內容積損失是微不足 道的，緊接著曲軸新一輪的旋轉周期又將開始。然而，在角度125鄰210。(或 者泄漏區域LeaR)之間，容積損失將有很大增加，因此應當采取必要的手段以 防止活塞10在該行程處的低效率。文獻DE236148描述了現有技術中已知的克服該問題的一種方式，其描述 了具有可變徑向間隙的活塞一汽缸組件的使用。根據該文獻的教導，人們預見 到一種汽缸，該汽缸使得活塞沖程的一半具有固定的徑向間隙而另一半具有向 下到LDP不斷減少的徑向間隙。盡管在泄漏區域LeaR中的氣體泄漏問題已經 得到改善，然而在活塞的上部還是應該進纟灘殊設置，因此，靠ifii止點UDP， 徑向間隙不能過度減少，這將導致摩擦過高并隨后導致壓縮機的效率損失以及 活塞的疲勞。這樣，不管該文獻描述的解決方案在泄漏區域LeaR中減少氣體損 失的事實如何，以不同的特征帝隨活塞都是必需的，這將提高活塞一汽缸組件 的^費用。現有技術的另一個解決方案在文獻W094/24436中可以了解到。根據該文 獻的教導，人們預見到一種配置為截錐形的汽缸輪廓，其中在上止點UDP處的 缸徑應當小于在下止點LDP處的汽缸11的直徑。這樣徑向間隙將跟隨壓縮室 內部壓力的升高。即便達到汽缸更精確密封的預期，這種解決方案也不能展現 出高效率，因為壓縮室內的壓力僅在較靠近UDP的區域顯著地增大。發明內容為了解決這些壓縮機(麟似錢)的容積損失(或是制冷能力損失)的 問題，依照本發明，人們可預見到以這樣一種方式配置壓縮室汽缸，即在正被 壓縮的氣體仍未對活塞頂部施加顯著的力的階段中，摩擦將盡可能的低，而僅 在要壓縮的氣體在活塞上施加較大的力的階段期間，在容積損失削弱壓縮機的 效率的時刻，摩擦會有顯著的效果。因此，本發明基于氣體3I5i活塞和壓縮室之間存在的間隙的泄漏是壓縮室 內與殼體內(未示出)氣體壓差的函數的事實。因為只有當活塞相當接近于上 止點的時候壓縮室內部的壓力才產生大的增加，所以氣體的泄漏僅在壓縮的終 了瞬間發生。由此，人們斷定活塞和壓縮室之間存在的徑向間隙只有當活塞接 近于上止點時才應該是小的。這樣，依靠于在壓縮室和外殼內的壓力間差異顯 著的區域中該徑向間隙減少的事實，氣體通過活塞和壓縮室之間存在的間隙的 泄漏將保持小的狀態，并且機械能的耗散將會是小的，因為，在壓縮室的大部 M度中，活塞和壓縮室間存在的徑向間隙將是大的，并且摩擦因之將會是低 的。本發明的目標是依靠活塞一汽缸組件來實現的，其中活塞可移動地設置在 該汽缸之內，該汽缸具有壓縮室，活塞在上止點和下止點之間移動，徑向間隙 分隔開活塞的滑動面和汽缸的弓l導面，該汽缸的弓l導面配置成使得徑向間隙沿 著活塞從下止點到上止點的移動將是可變的。所述目標也可由該徑向間隙沿著 活塞移動的變化是非線性的這一事實來實現；在一個具體實施例中，該汽缸的 滑動面具有圓柱形輪廓第一移動延伸段和截錐形輪廓的第二移動延伸段，該第 一移動延伸段接近于上止點定位以及，在另一個具體實施例中，該汽缸具有 截錐形輪廓的第一移動延伸段和截錐形輪廓的第二移動延伸段，織一移動延 伸段較接近于上止點定位，上止點處的缸徑小于下止點處的缸徑，并且在第一 移動延伸段中該缸徑朝向上止點側和該缸徑朝向下止點側的關系不同于在第二移動延伸段中該缸徑朝向上止點側和該缸徑朝向下止點側的關系。更進一步的說，本發明的目標^31過用于活塞一汽缸組件的汽缸來實現的，該汽缸具有可o:徑的輪廓并且接近沖程的終點時直徑較小，該直徑的變化是 非線性的。該汽缸可具有圓柱形輪廓的第一移動延伸段和截錐形輪廓的第二移 動延伸段，或者是截錐形輪廓的第一移動延伸段和截錐形輪廓的第二移動延伸 段，織二移動延伸段的角度比織一移動延伸段的角度更大。在具有與要壓縮氣體施加在活塞上的力成比例的這種直徑變化的可能性 中，人們可以預見到一種截錐形輪廓的延伸段(在該氣itt活塞上施加較弱壓 力的階段期間)和在活塞靠近上止點處的最小值的階段中圓柱形輪廓的結合，由此防止容積損失； 一種兩個圓錐形輪廓的結合，該圓錐在最靠近上止點處具 有更閉合角度，以減少該徑向間隙并由此防止容積損失；或者這樣的一個解決 方案，其中該汽缸輪廓是非線性的并配置成使得以與氣體施加在活塞上的壓力 成反比的方式減小徑向間隙。
現在將參照附圖描繪的具體實施例對本發明進行更詳細地描述。附圖示出圖1是依照現有技術教導構建的往復式壓縮機壓縮室的示意圖；圖2是以曲軸轉角的函數表示的活塞位置和M活塞和壓縮室之間存在的間隙的氣體泄漏之間關系的曲線圖；圖3是依照本發明教導的形成為兩個截錐體的壓縮室的示意圖；圖4是依照本發明教導的具有在其他實施例中是截錐形的圓柱部分的示意性壓縮室，其中接近于上止點(UDP)的延伸段是圓柱形的。
具體實施方式
如附圖3和4所示，活塞一汽缸組件是用這樣的方式布置的，即活塞10 將可移動地位于該汽缸11的內部。該汽缸11具有壓縮室C。該壓縮室C在活 塞10位于上止點UDP時的最小容積和活塞位于下止點LDP時的最大容積之間 變化。該徑向間隙F隔離活塞滑動面9 (活塞10外表面)和汽缸引導面12 (該 汽缸ll的內表面)。為了達到本發明的目標，該汽缸11的滑動面9配置成使得該徑向間隙F 將沿著活塞10在上止點UDP和下止點LDP之間的移動而變化，并且這種變化 可能是線性或者非線性的。本發明的一個具體實施例可以在圖4中觀察到，其目標在于使徑向間隙F 接近圖2所示的容積損失行為。依照該具體實施例，壓縮室以這樣一種方式配 置，即汽缸10的滑動面9將具有圓柱形輪廓的第一移動延伸段LR和截錐形輪 廓的第二移動延伸段LC， i織一移動延伸段LR接近于上止點UDP定位。如 可以在圖4中看到的，該截錐形輪廓的直徑在接i^J:止點UDP時是最小的，尤 其是在圓柱形輪廓的移動延伸段LR的開端處，而其在下止點LDP時是最大的。由此將有接近于上止點UDP的區域，其中活凝啦縮室之間存在的徑向間 隙F將是最小的和不變的，以及這樣一個區域，其中該間隙在活塞10的針位 置中都是可變的，并且在下止點LDP處是最大的。按照本發明另一個實施例，如圖3所示，該汽缸ll可以配置成使其具有截 錐形輪廓的第一移動延伸段LR和也為截錐形輪廓的第二移動延伸段LC, 一移動延伸段LR ，上止點UPD定位。在本實施例中，該汽缸ll在上止點 UDP處的直徑大于該汽缸11在下止點LDP處的直徑。優選的是該截錐體在第 二移動延伸段LC中的角度比^S第一移動延伸段LR中的角度大，這就導致在 第一移動延伸段LR中上止點UDP處和下止點LDP處的汽缸11的直徑之間的 關系不同于在第二移動延伸段LC中上止點UDP處和下止點LDP處的汽缸11 的直t&間的關系。換而言之，在第一移動延伸段LR中上止點UPD處和朝向下止點LDP側 的缸徑之間的關系高于在第二移動延伸段LC中朝向上止點UPD側和下止點 LDP處的汽缸11直徑之間的關系。在其中汽缸11的輪廓是非線性的并配置成使其以與由氣體施加在活塞上 的壓力成反比的方式減小該徑向間隙的版本未在圖中示出，但是應當具有依照 氣體壓力/氣體泄漏的行為進fiH周節的滑動面，如圖2所示。對于應用了本發明 教導的活塞一汽缸組件的每個具體的解決方案，人們應當作出必要的適應性變 化。在描述的所有具體實施例中，都有可能達到本發明的目標，也就是說，通 過對徑向間隙的調節以至使其跟隨壓縮室C內的氣體行為而提供最小移動阻 力，并且同時阻止壓縮氣體的泄漏，由此克服現有技術的缺陷。雌的實施例己得至鵬述，人們應當理解的是本發明的范圍包括其它可能 的變化，僅僅由隨后的權禾腰求內容所限制，其包括可能的等同方式。
權利要求
1.一種活塞-汽缸組件，活塞(10)可移動地位于汽缸(11)的內部，該汽缸(11)具有壓縮室(C)，活塞(10)在上止點(UDP)和下止點(LDP)之間移動，徑向間隙(F)分隔開活塞(10)的滑動面(9)和汽缸(11)的引導面(12)，該組件的特征在于汽缸(11)的引導面(12)配置成使得徑向間隙(F)沿著活塞(10)從下止點(LDP)到上止點(UDP)的移動是可變的，并且該徑向間隙(F)沿著活塞(10)的移動的變化是非線性的。
2. 如權利要求1所述的活塞一汽缸組件，其特征在于該汽缸(11)的滑 動面(9)具有圓柱形輪廓的第一移動延伸段(LR)和截錐形輪廓的第二移動延 伸段(C)，第一移動延伸段(LR)接近于上止點(UDP)定位。
3. 如權利要求2所述的活塞一汽缸組件，其特征在于該截錐體的直徑與 rnia上止點(UDP)的直徑相比更大并且更靠近下止點(LDP)。
4. 如權利要求2或者3所述的活塞一汽缸組件，其特征在于該第一移動 延伸段(LR)中的圓柱形輪廓的徑向間隙(F)是最小的。
5. 如權利要求2， 3或者4所述的活塞一汽缸組件，其特征在于該截錐 形輪廓的直徑在其接近于上止點(UDP)時是最小值并且在下止點(LDP)處 是最大的。
6. 如權利要求1所述的活塞一汽缸組件，其特征在于該汽缸(11)具有 截錐形輪廓的第一移動延伸段(LR)和截錐形輪廓的第二移動延伸段(LC)， 該第一移動延伸段(LR)更靠iO:止點(UDP)定位，該汽缸(11)在上止點(UDP)處的直徑比該汽缸(11)在下止點(LDP) 處的直徑大，并且在第一移動延伸段(LR)中上止點(UDP)側的汽缸(11)直徑和下止點 (LDP)側的缸徑之間的關系與在第二移動延伸段(LC)中上止點(UDP)側 的汽缸(11)直徑和下止點(LDP)側的缸fet間的關系是不同的。
7. 如權利要求6所述的活塞—汽缸組件，其特征在于錢一移動延伸段 (LR)中上止點側和下止點(LDP)側的缸徑之間的關系大于在第二移動延伸段(LC)中在上止點(UDP)側與下止點(LDP)側的汽缸(11)直徑之間的關系。
8. 如權利要求1所述的活塞一汽缸組件，其特征在于該徑向間隙(F)與在壓縮室(C)內要壓縮的氣體施加在活塞(10)上的力成比例。
9. 一種用于活塞一汽缸組件的汽缸，該汽缸的特征在于具有直徑是可變 的并且在該衍呈端部處較小的輪廓，itt徑變化是非線性的。
10. 如權利要求8所述的汽缸，，征在于具有圓柱形輪廓的第一移動延伸段(LR)和截錐形輪廓的第二移動延伸段(LC)。
11. 如權利要求8所述的汽缸，其特征在于具有截錐形輪廓的第一移動延伸段(LR)和截錐形輪廓的第二移動延伸段(LC)，第二移動延伸段(LC) 的角度比第一移動延伸段(LR)的角度更大。
全文摘要
一種活塞—汽缸組件，用于制冷系統，例如該制冷系統可包括冰箱、空調系統等等。為了解決大多數壓縮機存在的容積(或者制冷能力)損失的問題，依照本發明，人們可預見到用這樣一種方式可配置壓縮室汽缸(11)，即在正被壓縮的氣體仍未對活塞(10)頂部施加顯著的力的階段中，摩擦將盡可能的低，而僅在要壓縮的氣體在活塞(10)上施加較大的力的階段期間，在容積損失削弱壓縮機的效率的時刻，摩擦會有顯著的效果。
文檔編號F04B39/12GK101228354SQ200680026742
公開日2008年7月23日 申請日期2006年7月21日 優先權日2005年7月22日
發明者C·R·施拉姆, E·格拉夫, F·H·克萊因, R·林克 申請人:惠而浦股份公司