在图1中,根据本发明的活塞压缩机具有一个
气缸2,其在两 侧被前壁封闭,一个活塞4可在所述气缸中前后移动。活塞4包 含两个彼此相隔的
活塞头6和8,它们优选在各自的外周边缘上装 配有
活塞环以实现密封的目的,并且在气缸2中分隔出两个工作 腔10和12。所述两个活塞头6和8通过撑杆14而相互连接,例 如
螺纹连接。活塞头6和8的对置内侧设有导向表面16和17,用 于引导滑环18。
气缸2的前壁具有开口,用于设置至少一个进气阀20和22 和相应排气阀24或26。
气缸2通过安装装置设置在一个壳体32中,所述安装装置形 成了分隔壁28和30。壳体32具有至少一个吸孔34和一个排孔 36,其中,可以清楚地看到,一个形成在壳体32与气缸2之间的 空间被分隔壁28和30分割,以形成一个引入通道38和一个排出 通道40;该引入通道将吸孔34与进气阀20和22连通,或是选择 性地打开或关闭通向
工作腔10和12的进气口;该排出通道将排 气阀24、26与排孔36连通,或是选择性地打开或关闭工作腔10 和12的排气口。
活塞4沿图1中的
水平方向移动。该方向在图2至8中为竖 直方向,即在图2至8中相对于图1所示结构旋转了90°。
图2和3中的透视图示出了活塞4具有穿过活塞的相应的两 个曲轴42和44。曲轴轴线相对于气缸2和/或壳体32是固定的, 并且在图1中以A标记出来。每个曲轴分别具有相对于其轴线偏 心安置的至少一个曲柄盘46和/或48,曲柄盘与滑环18相互作 用,所述滑环可以垂直于曲轴轴线沿着活塞头6和8的导向表面 16和17直线移动,从而产生滑环或曲柄导向件,通过该导向件, 曲柄盘的旋转偏心运动可以通过公知的方式转
化成在气缸2中按 轨迹运行的振荡运动。滑环优选被分段化,以便于组装。
图4中示出了曲轴42和44,它们被设计成用于相应的两个气 缸2,这两个气缸在壳体32中前后安置(图1),并且相应的活塞 4在气缸中操作。在图示的实施例中,每个活塞配备有位于曲轴 42上的两个曲柄盘46和位于曲轴44上的一个曲柄盘48,它们与 相应的滑环18协作。可以清楚地看出,曲柄盘46和48彼此相对 轴向偏置,以使它们的运动路径径向交叉,侧而可以在曲轴42和 44之间实现减小的距离。通过以公知方式向曲轴42和44提供平 衡重50和52,振动力被平衡。
作为示例,曲轴42和44可以分别安装在气缸2的壁上。
为了驱动阀20、22、24和26,曲轴具有凸轮54和56,它们 通过作动元件驱动阀。
齿轮58和/或60以抗扭的方式在相应曲 轴的相应一端连接着该曲轴,从而曲轴42、44中只有一个需要从 外界驱动。齿轮58和60具有相同的尺寸并且相互
啮合,从而使 曲轴42和44以相同的速度反向旋转。齿轮58、60优选被用作位 于在压缩机中循环的冷却剂和/或
润滑剂中的齿轮
泵中的元件。
图5示出了活塞与根据图4的曲轴相组合。
图6示出了安置在图中曲轴42、44的左侧并且被配备给一个 气缸的曲柄/阀机构的各部分的透视图。
在图示的例子中,每个曲轴42和/或44的两侧分别具有位 于气缸外侧的凸轮54和/或56,它们与滚轮式挺杆62和/或64 相互作用,每个滚轮式挺杆分别驱动一个阀元件66和/或68,所 述阀元件跨接于一个气缸上方。图6中左侧的阀元件66驱动多个 进气阀20(图1)。右侧的阀元件68驱动多个排气阀24。在图示 的例子中,阀在相应的阀元件处被约束导向。可以清楚地看到, 在图示的例子中,分别有四个进气阀和四个排气阀安置在气缸2 的前壁上,并且分别被一个相应的阀元件驱动。
从图1中可以清楚地看到,进气阀20、22和排气阀24、26 均彼此面对着安置,被安置在活塞的左侧和/或右侧(图1)或是 上侧和/或下侧(图2至8)的阀机构具有相同的结构,或者呈现 为镜像对称。
当压缩机以二冲程操作模式运行时,相对于驱动后曲轴的旋 转,进气阀和排气阀分别具有大约180°的
相移,从而在相邻曲轴 42、44以相同的速度反向旋转的过程中,并且具有适宜设计的凸 轮54、56的情况下,可实现各个阀的同相驱动。
下面根据图9至13详细描述阀机构。
阀元件66和/或68在固定于壳体上的
导轨(未示出)中被 以可直线移动的方式导向,并且抵抗着
弹簧70和/或72施加的 力在凸轮54和/或56中前后移动,所述弹簧被
支撑在壳体32和 相应的阀元件之间。
用于驱动排气阀20的桥状阀元件66(图9)中包含用于每个 排气阀的导向通道74,排气阀20的轴延伸于所述导向通道中,并 且导向通道通向凹槽76,阀轴即终止于此。阀弹簧80被支撑在阀 轴的端部凸缘78与阀元件66之间,以迫使排气阀20处于关闭位 置。一个
螺柱82拧入阀元件66中并且面对着端部凸缘78,用以 调节游隙。
用于驱动排气阀24的阀元件68也具有一个导向通道84(图 10),阀杆延伸于该导向通道中。阀杆终止于一个挡
块86,例如, 挡块拧在阀杆上并且其与阀头之间的距离可调,以调节游隙。阀 弹簧88支撑在阀元件68与阀之间。
作为图9和10所示结构(这种结构可以以多种方式
修改)的 结果,不需要为阀杆配备缸性壳体导向部;通过阀元件66向底部 的移动,根据图9的进气阀20分别向下打开;通过阀元件68向 顶部的移动,根据图10的排气阀24分别向上打开。此外,弹簧 80和88可以以下述方式构造尺寸,即在相关工作腔内的强
负压的 作用下,进气阀20会打开,而不需要阀元件66移动,和/或在 相关工作腔内的强过压的作用下,排气阀24会打开,而不需要阀 元件68移动。
图11和12示出了具有容纳于其中的辊轮88的滚轮式挺杆, 以及壳体固定的导向件90。
图13中示出了带有凸轮54和56的两个曲轴42和44的一部 分。与根据图6至8的实施例不同,曲轴42只具有一个曲柄盘46, 而曲轴44具有两个曲柄盘48。可以清楚地看到,用于驱动配备给 进气阀的滚轮式挺杆或桥接阀元件66的凸轮被设计成“负凸轮”, 其在常态下抵抗着弹簧70而将桥接阀元件66推压在图9所示位 置,并且只在具有较小直径的凸轮区域中,启动阀元件66的向下 运动,如图8所示,以打开进气阀20。配备给排气阀的曲轴44 的凸轮56被设计为常规凸轮,其具有因直径增大而产生的凸轮行 程。
下面描述活塞式压缩机的组装:
图5所示的实际驱动机构是这样被首先组装出来的,即曲轴 和滑环被安置在两个相邻活塞头上,然后利用撑杆14安装相应的 另外一侧活塞头,以产生图5中的模块。
然后,分别由两个对中分割的半体构成的气缸2被安装在活 塞4上。然后,阀机构被安装在固定于气缸上的组装表面中,如 此形成的整个结构被一起置于壳体32中,该壳体同样由两部分构 成。气缸半体和壳体半体可以被设计为一体而成为单件。
图14中示出了根据本发明的活塞式压缩机92,其通过凸缘安 装在内燃机的曲柄壳或缸盖94上。附图标记96表示用于驱动曲 轴之一的皮带轮。
壳体32的吸孔34上也可以通过凸缘安装一个抽吸模块(未 示出),例如
节流阀和/或用于测量流入空气量的装置等等。
前面描述的压缩机以下述方式操作:
压缩机优选以二冲程操作模式运转。随着图1所示的活塞4 从左向右移动,首先进气阀20和排气阀26被启动,以使新鲜气 流进入工作腔10,并且压缩了的新鲜空气以实现目的所需的压力 级别从工作腔20排出。在活塞4从左向右移动时,进气阀22和 排气阀24优选关闭,在活塞从右向左移动时,这些阀以相反的方 式操作,即通过进气阀22和排气阀24引入新鲜增压气流,同时 阀20和26优选关闭。适宜的方式是,公知的
相位调节和/或冲 程调节装置当然可以被采用,以控制进气阀和排气阀,以使被输 送的空气量(气体流率)可以被调节成适合于内燃机所需的相应 操作条件,并且通过适宜地设置相对于活塞运动止点的相应阀开 闭时间,可以使压缩机高效运转。
下面将描述所述活塞式压缩机的功能细节,其中可行的修改 和附加特征也将被描述。
1.总体结构形状。
尽管进包含一个气缸和一个安置在其中的双作用活塞,根据 本发明的活塞式压缩机也能够以高级别的效率和低压力脉冲操 作。通过将活塞设计成具有两个相隔的活塞头,在活塞头之间安 置着曲柄机构,不但能够获得使曲轴及其润滑部与
工作空间完全 分开的优点,而且能够毫无问题地将曲轴(n)安装在气缸壁中。 根据需要,活塞式压缩机可以具有任何数量的气缸以及在气缸中 操作的活塞。其中各个气缸在操作中可以实现相移,从而获得最 小的压力脉冲。可能达到的冲程/孔径比允许具有低活塞速度, 这对使用寿命具有有益的影响。
这种结构使得进气和排气阀可以相对于气缸横截面具有大横 截面,因而压缩机可以以低
流动阻力操作。
增压器可以在压力侧通过凸缘直接安装在缸盖或需要被增压 的发动机的吸管上。如果通过凸缘直接安装在缸盖上,则壳体32 可以在其长度方向上具有与壳体内部连通的若干排孔36,这些排 孔36直接通向各个气缸的引入通道。位于压缩机前面的抽吸侧可 以通过凸缘安装一个带有节流阀的抽吸部件,该抽吸部件装有一 个用于排气再循环的连接件,或者具有一个从其分支出来的旁通 管,该旁通管环绕着压缩机直接通向内燃机的吸管。
相对于
排量(冲程容积)而言,这种结构可以实现大的表面 积—容积比,从而可以实现大的排气阀。
壳体和气缸的壁之间的自由路径总体上较短,因此在冷却所 述壁时压缩空气也会被有效地冷却。
2.曲柄机构。
曲柄机构可以包含一个或多个曲轴,其中曲轴(n)的旋转运 动可以利用大多数类型的已知机构而转化为活塞的冲程运动。前 面描述的具有滑环的机构容易安装,操作中几乎没有
摩擦力,并 且可以产生平缓的正弦曲线活塞运动。
前面描述的具有两个反向旋转曲轴的实施例可以被用作 Lancester偏置结构,其中每个活塞的曲柄机构中的活塞和滑环的 振动正弦重力完全相互偏置。此外,各个气缸被偏置,以使重力 的动态力不会从任何气缸引入到壳体。此外,在壳体外侧具有外 部作用的重力,因此根据本发明的压缩机能够以非常低的振动级 别操作。
在前面描述的实施例中,
曲柄销或曲柄盘沿轴向彼此错置, 从而一方面可以产生紧凑的结构设计,另一方面可以具有低机械
应力,并因此而使曲柄机构具有高抗扭强度。
另一个优点是活塞没有横向力,这可以降低摩擦损失并且延 长使用寿命。活塞头不带护罩,也有助于降低重量。此外,不会 遇到侧倾力。
位于曲轴端部的齿轮58和60(图4)用于实现曲轴之间的同 步化和动力传输。齿轮也可以被替换为卷扬装置,例如
齿形带。 只需要从一端驱动一个曲轴,例如利用带轮96(图14)驱动。
3.冷却/润滑。
齿轮58和60(图4)可以被用作齿轮泵中的元件,齿轮泵可 以输送冷却/润滑
流体,使之在压缩机或增压器的通道中循环。 至少与工作腔10和12邻接的气缸壁优选被冷却,其中端的热传 导路径可以确保高效冷却。增压器可以附加具有一个位于排孔36 前面的内部
热交换器。作为一种替代或附加,压缩了的空气可以 在进入内燃机之前流经一个外部热交换器。
增压器的优选的集成润滑剂/冷却剂循环系统可以连接着内 燃机或者与之分离。
根据本发明的压缩机的一个重要方面主要基于这样的事实, 即流经排孔36的压缩空气一方面不带润滑剂,另一方面其尽可能 冷。在这两种情况下,均为
凸轮轴的两个曲轴穿过活塞头并且借 助于容易密封的
轴承安装在气缸2中,因此在活塞中形成一个相 对于外界密封的润滑剂空间,同时用作冷却剂的液体润滑剂可以 通过曲轴供应到该空间。润滑剂/冷却剂可以从内侧有效地冷却 活塞头。当然,穿过气缸壁、气缸与壳体之间的空间、壳体的通 道,构成了流体循环系统,以使冷却剂/润滑剂循环。
滚轮式挺杆64的柄杆可以通过曲轴而被湿润滑,以使润滑剂 不
接触新鲜空气。非常硬的挺杆端部或接触表面的组合结构是有 益的。
可实现低摩擦和高
耐磨性的材料的连接件优选被用于将阀连 接到阀杆,或者在图示的例子中,连接到桥状阀元件。
以公知的方式带有固体润滑剂或者浸透了润滑剂的材料的连 接件优选用作滚轮式挺杆和阀的导向件。还可以为各种环件(座 环等)提供固体润滑剂或者使它们浸透润滑剂。
低操作
温度使得带有固体润滑剂或者浸透了润滑剂的导套可 以被使用,从而使得液体润滑剂或冷却剂的循环可以局限在活塞 中的润滑剂空间内。
陶瓷材料可以被使用,以使液体润滑剂的需求量最小化。
4.增压交换过程。
如前面所解释,根据本发明的增压器优选以二冲程模式操作。 进气和排气阀可以以多种不同的方式驱动。在代表性的实施例中, 它们不但可以被带有适宜给定尺寸弹簧的阀元件驱动,而且可以 被用作
单向阀,其中在相应工作腔具有负压的情况下进气阀打开, 在相应工作腔具有过压的情况下排气阀打开。在替代性的实施例 中,只有进气阀或只有排气阀可以被设计成单向阀,另一个阀可 以被曲轴(s)驱动。
即使是在阀特别是排气阀的Desmodromic操作中,如果阀的 压降超过预定值,则也可以实现自我控制功能。
进气和/或排气阀可以利用已知的阀作动机构驱动,例如通 过切换截止杠杆(pick-off lever)和/或截止
角度而实现驱动,从 而使得它们的开闭功能是可变的,和/或将它们保持在打开或关 闭
位置。
5.开环或闭环压缩机控制
压缩机曲轴的转速可以刚性传递到内燃机曲轴。在被增压的 内燃机与压缩机之间,可以安置具有步进或连续可调变速比的齿 轮机构。可以用一个
联轴器将压缩机与内燃机完全脱离。
压缩机的输送量可以通过可变作动阀来改变,其中在阀处于 打开位置时,可形成吸孔34至排孔36(图1)的低流率路径。
作为一种替代,在压缩机不运转时,新鲜空气可以通过旁通 管供应给内燃机。
根据需要,可以关闭单个气缸。
利用分隔壁28和30中的可控开口,增压器的输送量可以改 变。节流阀可以设在吸孔34的上游。
多个压缩机可以并联或
串联于一个内燃机中。
为了向活塞头施加更小的应力,在每个活塞中,每个曲轴可 以设有两个或更多个曲柄盘。
阀还可以通过单独的驱动装置例如电磁、液压或其它适宜的 驱动装置而被相对于曲轴的旋转完全独立地驱动。也可以只有一 个曲轴穿过每个活塞,而不是两个曲轴,等等。
总而言之,本发明的压缩机能够提供多种渠道来调节空气的 最大压缩、轻微压缩、没有压缩,甚至是压缩机用于
制动时的往 复压缩。
根据本发明的压缩机和/或增压器适用于为所有类型的内燃 机包括二冲程发动机、
四冲程发动机或以不同冲程次序运转的发 动机、火花点燃式发动机、柴油机、燃气发动机等增压。
附图标记清单
2 气缸 50 平衡重
4 活塞 52 平衡重
6 活塞头 54 凸轮
8 活塞头 56 凸轮
10 工作腔 58 齿轮
12 工作腔 60 齿轮
14 撑杆 62 滚轮式挺杆
16 导向表面 64 滚轮式挺杆
17 导向表面 66 阀元件
18 滑环 68 阀元件
20 进气阀 70 弹簧
22 进气阀 72 弹簧
24 排气阀 74 导向通道
26 排气阀 76 凹槽
28 分隔壁 78 端部凸缘
30 分隔壁 80 阀弹簧
32 壳体 82 螺柱
34 吸孔 84 导向通道
36 排孔 86 挡块
38 引入通道 88 滚轮
40 排出通道 90 导向件
42 曲轴 92 活塞式压缩机
44 曲轴 94 缸盖
46 曲柄盘 96 皮带轮
48 曲柄盘