DE102018121159A1 - Cylinder head for a reciprocating compressor - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf (2) für einen Hubkolbenverdichter (1) zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, aufweisend mehrere Kanalabschnitte (10, 11) und Kammern (14.1, 14.2, 15.1, 15.2), durch die unterschiedliche Luftströme leitbar sind, wobei die Kammern gegenüber dem Hubkolbenraum (16.1, 16.2) des Hubkolbenverdichters (1) mittels einer Ventilträgerplatte (5) abgegrenzt sind, wobei an der Ventilträgerplatte (5) in den Kammerbereichen (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) verschließbare Ventile (12.1, 12.2 ,13.1, 13.2) angeordnet sind, die nur in eine Strömungsrichtung vom Luftstrom geöffnet werden können.Erfindungsgemäß ist in zumindest einer Kammer (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) ein strömungsleitendes Element (20.1, 20.2) in einem Übergangsbereich zwischen Kanalabschnitt (10, 11) und Kammer (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) angeordnet, dass den wesentlichen Anteil des Luftstroms in eine Richtungsänderung zwingt, so dass die Kammer (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) im Wesentlichen durchströmt wird.The invention relates to a cylinder head (2) for a reciprocating compressor (1) for compressing a compressible working medium, comprising a plurality of channel sections (10, 11) and chambers (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) through which different air flows can be conducted, the chambers against the reciprocating piston chamber (16.1, 16.2) of the reciprocating compressor (1) are delimited by means of a valve carrier plate (5), valves (12.1, 12.2, 13.1,) on the valve carrier plate (5) in the chamber regions (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) 13.2) which can only be opened by the air flow in one direction of flow. According to the invention, in at least one chamber (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) there is a flow-guiding element (20.1, 20.2) in a transition region between the channel section (10, 11) and Chamber (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) arranged that forces the essential portion of the air flow into a change of direction, so that the chamber (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) essentially is flowed through.

Description

Die Erfindung betrifft einen Zylinderkopf für einen Kompressor, insbesondere einen Hubkolbenkompressor für den Einsatz in Kraftfahrzeugen, der zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, insbesondere Luft, für den Einsatz in einer Druckluftversorgungsvorrichtung eines Kraftfahrzeugs, geeignet ist.The invention relates to a cylinder head for a compressor, in particular a reciprocating compressor for use in motor vehicles, which is suitable for compressing a compressible working medium, in particular air, for use in a compressed air supply device of a motor vehicle.

Hubkolbenverdichter bzw. Verdichter oder Luftpresser dienen der Kompression von Gasen, z. B. Luft, die als Arbeitsmedium zum Betrieb verschiedener Aggregate in einem Kraftfahrzeug genutzt werden.Reciprocating compressors or compressors or air compressors are used to compress gases, e.g. B. air, which are used as a working medium for operating various units in a motor vehicle.

Der Hubkolbenverdichter besteht im Wesentlichen aus einem Grundkörper, bzw. Kurbelwellengehäuse oder Zylindergehäuse, in dem mindestens ein Hubkolben angeordnet ist, und einem Zylinderkopf. Im Betrieb wird Umgebungsluft über einen Einlasskanal in den Hubkolbenraum eingesaugt, verdichtet und anschließend über einen Kanal weitergeleitet. Bei einem mehrstufigen Hubkolbenverdichter erfolgt die Weiterleitung der verdichteten Luft in eine weitere bzw. nachfolgende Verdichterstufe und wird dort weiter verdichtet. Die komprimierte Luft wird anschließend über eine Luftaufbereitungseinheit in den Druckluftbehälter geleitet.The reciprocating compressor essentially consists of a base body, or crankshaft housing or cylinder housing, in which at least one reciprocating piston is arranged, and a cylinder head. In operation, ambient air is sucked into the piston chamber via an inlet duct, compressed and then passed on via a duct. In the case of a multi-stage reciprocating compressor, the compressed air is passed on to a further or subsequent compressor stage, where it is compressed further. The compressed air is then fed into the compressed air tank via an air treatment unit.

Die unterschiedlichen Luftströme, unverdichtete Luft, vorkomprimierte Luft und Druckluft werden durch Kanäle und Kammern im Zylinderkopf geleitet. Zwischen den Kammern und/oder Kanälen verläuft zu Kühlung der komprimierten Luft bzw. Druckluft ein Kühlkanal. Es hat sich nun gezeigt, dass die Strömungsverhältnisse insbesondere in den Kammern den Wirkungsgrad des Hubkolbenverdichters negativ beeinflussen.The different air flows, uncompressed air, pre-compressed air and compressed air are conducted through channels and chambers in the cylinder head. A cooling duct runs between the chambers and / or ducts to cool the compressed air or compressed air. It has now been shown that the flow conditions, in particular in the chambers, have a negative influence on the efficiency of the reciprocating compressor.

Eine der Aufgaben der Erfindung ist es, die Strömungsverhältnisse für die durchströmende Luft durch den Zylinderkopf zu verbessern, insbesondere die Luftströmung im Bereich der Kammer zu verbessern.One of the objects of the invention is to improve the flow conditions for the air flowing through the cylinder head, in particular to improve the air flow in the region of the chamber.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Ausführung entsprechend Anspruch 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale der erfindungsgemäßen Ausführung finden sich in den Unteransprüchen.The object is achieved by an embodiment according to claim 1. Further advantageous features of the embodiment according to the invention can be found in the subclaims.

Es wird ein Zylinderkopf für einen Hubkolbenverdichter zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, aufweisend mehrere Kanalabschnitte und Kammern, durch die unterschiedliche Luftströme leitbar sind, vorgeschlagen. Die Kammern sind gegenüber dem Hubkolbenraum des Hubkolbenverdichters mittels einer Ventilträgerplatte abgegrenzt. Weiterhin sind an der Ventilträgerplatte in den Kammerbereichen verschließbare Ventile angeordnet, die nur in der gewünschten Strömungsrichtung des Luftstroms geöffnet werden können.A cylinder head for a reciprocating piston compressor for compressing a compressible working medium is proposed, comprising a plurality of duct sections and chambers through which different air flows can be conducted. The chambers are delimited from the reciprocating piston chamber of the reciprocating compressor by means of a valve carrier plate. Furthermore, closable valves are arranged on the valve support plate in the chamber areas, which can only be opened in the desired flow direction of the air flow.

Erfindungsgemäß werden die Strömungsverhältnisse dadurch verbessert, dass in zumindest einer Kammer ein strömungsleitendes Element in einem Übergangsbereich zwischen Kanalabschnitt und Kammer angeordnet ist, dass den wesentlichen Anteil des Luftstroms in eine Richtungsänderung zwingt, so dass die Kammer im Wesentlichen durchströmt wird. Durch diese Umleitung wird erreicht, dass die Kammer vollständiger durchströmt wird, so dass es zu einer verbesserten Kühlung der durch die Komprimierung erhitzten Druckluft kommt. Je niedriger die Temperatur der Ansaugluft ist, umso größer ist die Effizienz beim Verdichten.According to the invention, the flow conditions are improved in that a flow-guiding element is arranged in at least one chamber in a transition region between the channel section and the chamber, forcing the essential portion of the air flow to change direction, so that the chamber is essentially flowed through. This diversion ensures that the chamber is flowed through more completely, so that there is an improved cooling of the compressed air heated by the compression. The lower the temperature of the intake air, the greater the efficiency in compression.

Der erfindungsgemäße Hubkolbenverdichter weist mindestens zwei Verdichtungsstufen auf. In der ersten Stufe wird die Luft vorverdichtet und anschließend über einen Zwischenkanal der zweiten Stufe zugeführt, um dort in einem zweiten Verdichtungsschritt auf das gewünschte Druckniveau verdichtet zu werden.The reciprocating compressor according to the invention has at least two compression stages. In the first stage, the air is precompressed and then fed via an intermediate channel to the second stage in order to be compressed there to the desired pressure level in a second compression step.

In einer Ausführung kann das strömungsleitende Element in einer Ansaugkammer angeordnet sein, so dass ein wesentlicher Anteil des Luftstroms derart geleitet wird, dass eine Durchströmung der Ansaugkammer erfolgt und die Ventilöffnung des Einlassventils im Wesentlichen in Axialrichtung angeströmt wird. Die axiale Anströmung der Ventilöffnung des Einlassventils, die aus mehreren Durchlässen zusammengesetzt sein kann, bewirkt ein verbessertes Einströmverhalten durch die Durchlässe in den Hubkolbenraum. Dies wiederum hat den Vorteil, dass das Lamellenventil, welches auf der hubkolbenseitigen Seite der Ventilträgerplatte an der Ventilträgerplatte befestigt ist, gleichmäßiger belastet wird. Unter dem Begriff „Druchströmung der Ansaugkammer“ ist erfindungsgemäß zu verstehen, dass der Luftstrom den Hohlraum der Ansaugkammer derart durchströmt, dass möglichst im ganzen Kammervolumen eine gewisse Luftbewegung stattfindet.In one embodiment, the flow-guiding element can be arranged in a suction chamber, so that a substantial proportion of the air flow is directed in such a way that the suction chamber is flowed through and the valve opening of the inlet valve is flowed against essentially in the axial direction. The axial flow against the valve opening of the inlet valve, which can be composed of several passages, brings about an improved inflow behavior through the passages into the reciprocating piston chamber. This in turn has the advantage that the lamella valve, which is attached to the valve carrier plate on the piston side of the valve carrier plate, is loaded more uniformly. According to the invention, the term “through-flow of the suction chamber” means that the air flow flows through the cavity of the suction chamber in such a way that a certain amount of air movement takes place in the entire chamber volume.

Besonders vorteilhaft ist die Anordnung des strömungsleitenden Elements in der Ansaugkammer der zweiten Verdichterstufe, um den Kühleffekt auf den vorkomprimierten Luftstrom zu verbessern.The arrangement of the flow-guiding element in the suction chamber of the second compressor stage is particularly advantageous in order to improve the cooling effect on the precompressed air flow.

In einer weiteren Ausführung kann das strömungsleitende Element in einem Auslassraum angeordnet sein, so dass ein wesentlicher Anteil des Luftstroms derart geleitet wird, dass eine Durchströmung der Druckkammer bewirkt wird, wobei das strömungsleitende Element derart angeordnet ist, dass der verbleibende Austrittsquerschnitt aus der Druckkammer in den Druckluftkanal eine Querschnittsfläche aufweist, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche der zugeordneten Ventilöffnung des Auslassventils entspricht. Der Austrittsquerschnitt aus der Druckkammer in den Druckluftkanal ist der wirksame Querschnitt zwischen Kammer und Kanal. Dieser Wert kann beispielsweise mittels einer Strömungssimulation ermittelt werden.In a further embodiment, the flow-guiding element can be arranged in an outlet space, so that a substantial proportion of the air flow is directed such that a flow through the pressure chamber is effected, the flow-guiding element being arranged such that the remaining outlet cross section from the pressure chamber into the Compressed air duct has a cross-sectional area which is essentially the cross-sectional area of the associated valve opening of the Exhaust valve corresponds. The outlet cross section from the pressure chamber into the compressed air channel is the effective cross section between the chamber and the channel. This value can be determined, for example, using a flow simulation.

Vorzugweise ist das strömungsleitende Element in der Druckkammer der ersten Verdichterstufe angeordnet, um die Kühlung bzw. Zwischenkühlung der vorkomprimierten Luft zu verbessern. Weiterhin kann der Austrittsquerschnitt aus der Druckkammer zwischen 80% und 120% der Querschnittsfläche der Ventilöffnungen des Auslassventils entsprechen.The flow-guiding element is preferably arranged in the pressure chamber of the first compressor stage in order to improve the cooling or intermediate cooling of the pre-compressed air. Furthermore, the outlet cross-section from the pressure chamber can correspond to between 80% and 120% of the cross-sectional area of the valve openings of the exhaust valve.

In einer bevorzugten Ausführung eines zweistufigen Hubkolbenzylinders sind in der Ansaugkammer der zweiten Verdichterstufe und in der Druckkammer der ersten Verdichterstufe strömungsleitende Elemente positioniert.In a preferred embodiment of a two-stage reciprocating cylinder, flow-guiding elements are positioned in the suction chamber of the second compressor stage and in the pressure chamber of the first compressor stage.

Ein Einlassventil setzt sich zusammen aus der Ventilöffnung in der Ventilträgerplatte und dem Lamellenventil, welches in seiner Schließstellung von unten an der Ventilträgerplatte anliegt. Zur Befüllung des Hubkolbenraums, also wenn der Hubkolben sich nach unten bewegt, wird ein Luftstrom durch die Ventilöffnung des Einlassventils angesaugt, der das Lamellenventil in die Offenstellung bewegt. Die Ventilöffnung kann aus mehreren Durchlässen bestehen, die unterschiedlich zueinander angeordnet sein können, wobei die Anordnung derart erfolgt, dass das Lamellenventil beim Öffnen und in der Offenstellung möglichst gleichmäßig belastet wird. Vorzugsweise sind die Durchlässe U-förmig zueinander angeordnet.An inlet valve is composed of the valve opening in the valve carrier plate and the lamellar valve, which in its closed position lies against the valve carrier plate from below. To fill the piston chamber, that is, when the piston moves downward, an air flow is sucked in through the valve opening of the inlet valve, which moves the lamella valve into the open position. The valve opening can consist of several passages which can be arranged differently from one another, the arrangement being such that the lamella valve is loaded as evenly as possible when opening and in the open position. The passages are preferably arranged in a U-shape with respect to one another.

Zwischen den Durchlässen sind Stege vorgesehen die im Wesentlichen zwei Funktionen haben. Sie wirken als strömungsleitende Elemente und sie stützen das Lamellenventil in der Schließstellung. Die Abstützung ist erforderlich, damit die Lamelle auf der Ventilträgerplatte plan aufliegt und die erforderliche Abdichtung während der Kompression gewährleistet ist.Crosspieces are provided between the passages, which essentially have two functions. They act as flow-guiding elements and support the lamella valve in the closed position. The support is required so that the lamella lies flat on the valve support plate and the required sealing is ensured during compression.

Erfindungsgemäß können die Stege zwischen den Durchlässen eine Aussparung aufweisen, so dass auf der Unterseite der Ventilträgerplatte, der Seite an der das Lamellenventil anliegt, eine luftleitende Verbindung zwischen den Durchlässen entsteht. Messungen bzw. Simulationen haben ergeben, dass sich die Strömungsverhältnisse im Ventilbereich durch diese Maßnahme verbessern und die Belastung des Lamellenventils verringert wird.According to the invention, the webs between the passages can have a cutout, so that an air-conducting connection between the passages is formed on the underside of the valve carrier plate, the side on which the lamella valve rests. Measurements and simulations have shown that this measure improves the flow conditions in the valve area and reduces the load on the lamella valve.

Anhand von Ausführungsbeispielen werden weitere vorteilhafte Ausprägungen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Die genannten Merkmale können nicht nur in der dargestellten Kombination vorteilhaft umgesetzt werden, sondern auch einzeln untereinander kombiniert werden.
Die Figuren zeigen im Einzelnen:

  • 1 Draufsicht auf die geschnittene Ventilsitzplatte des Zylinderkopfes
  • 2 Schnitt A-A zur Darstellung der Strömung durch die Druckkammer der ersten Verdichterstufe
  • 3 Schnitt B-B zur Darstellung der Strömung durch die Ansaugkammer der zweiten Verdichterstufe
  • 4 Detaildarstellung der Ventilöffungen des Einlassventils der ersten Verdichterstufe
On the basis of exemplary embodiments, further advantageous features of the invention are explained with reference to the drawings. The features mentioned can not only be advantageously implemented in the combination shown, but can also be combined individually with one another.
The figures show in detail:
  • 1 Top view of the cut valve seat plate of the cylinder head
  • 2 cut AA to represent the flow through the pressure chamber of the first compressor stage
  • 3 cut BB to represent the flow through the suction chamber of the second compressor stage
  • 4 Detailed view of the valve openings of the inlet valve of the first compressor stage

1 zeigt eine Draufsicht auf die geschnittene Ventilsitzplatte 5 eines zweistufigen Zylinderkopfes 2. Beide Stufen weisen je eine Ansaugkammer 14.1, 14.2 oder auch Einlasskammer und eine Druckkammer 15.1, 15.2 auf, wobei die Ansaugkammern 14.1, 14.2 zwischen den Druckkammern 15.1, 15.2 angeordnet sind. 1 shows a plan view of the cut valve seat plate 5 of a two-stage cylinder head 2 , Both stages have a suction chamber 14.1 . 14.2 or inlet chamber and a pressure chamber 15.1 . 15.2 on, the suction chambers 14.1 . 14.2 between the pressure chambers 15.1 . 15.2 are arranged.

Die Ansaugkammer 14.1 der ersten Verdichterstufe 17 ist mit der Umgebungsluft verbunden, so dass über das Einlassventil 12.1 Umgebungsluft in den Hubkolbenraum 16.1 gelangt. Das Einlassventil 12.1 weist eine Einlassöffnung 21 auf, die sich aus mehreren Durchlässen 23 zusammensetzt. Das hier nicht dargestellte Lamellenventil 26, welches auf der Hubkolbenraumseite der Ventilsitzplatte 5 angeordnet ist, öffnet sich, wenn der Hubkolben sich im Hubkolbenraum nach unten bewegt.The suction chamber 14.1 the first compressor stage 17 is connected to the ambient air, so through the inlet valve 12.1 Ambient air in the piston area 16.1 reached. The inlet valve 12.1 has an inlet opening 21 on that is made up of multiple culverts 23 put together. The lamella valve, not shown here 26 , which is on the piston side of the valve seat plate 5 is arranged, opens when the piston moves down in the piston chamber.

Bewegt sich der Hubkolben nach oben wird vorkomprimierte Druckluft über die Auslassventile 13.1 der ersten Verdichterstufe 17 in die Druckkammer 15.1 gedrückt.If the reciprocating piston moves upwards, compressed air is released via the exhaust valves 13.1 the first compressor stage 17 into the pressure chamber 15.1 pressed.

An die Einlasskammer 14.1 grenzt die Einlasskammer 14.2, wobei dazwischen ein Abschnitt des Kühlkanals 8.2 angeordnet ist, um zu verhindern, dass es zu einer Wärmeübertragung zwischen vorkomprimierter Druckluft und der Umgebungsluft kommt.
Ein weiterer Kühlkanalabschnitt 8.2 ist zwischen der Einlasskammer 14.2 und der Druckkammer 15.2 der zweiten Verdichterstufe 18 vorgesehen.To the inlet chamber 14.1 borders the inlet chamber 14.2 , with a portion of the cooling channel in between 8.2 is arranged to prevent heat transfer between pre-compressed compressed air and the ambient air.
Another cooling channel section 8.2 is between the inlet chamber 14.2 and the pressure chamber 15.2 the second compressor stage 18th intended.

In der Einlasskammer 14.2 der zweiten Verdichterstufe 18 ist weiterhin ein strömungsleitendes Element 20.2 angeordnet.In the inlet chamber 14.2 the second compressor stage 18th is still a flow-guiding element 20.2 arranged.

2 zeigt eine Schnittdarstellung mit dem Schnittverlauf Schnitt A-A. Hier wird die Strömung durch die Druckkammer 15.1 der ersten Verdichterstufe 17 genauer dargestellt. Das strömungsleitende Element 20.1 ist dabei so angeordnet, dass in dem Übergangsbereich zwischen Kammer 15.1 und Kanalabschnitt 11 ein wesentlicher Anteil des Luftstroms in eine Richtungsänderung gezwungen wird, so dass die Kammer 15.1 besser bzw. gleichmäßiger durchströmt wird. Durch die Umlenkung des Luftstroms wird die Verweilzeit der vorkomprimierten Druckluft in der Druckkammer 15.1 verlängert, so dass die Kühlung bzw. Zwischenkühlung der vorkomprimierten Druckluft besser wird. 2 shows a sectional view with the section course section AA , Here is the flow through the pressure chamber 15.1 the first compressor stage 17 shown in more detail. The flow-guiding element 20.1 is arranged so that in the transition area between the chamber 15.1 and Canal section 11 a substantial portion of the air flow is forced into a change of direction, leaving the chamber 15.1 is flowed through better or more evenly. By deflecting the air flow, the residence time of the pre-compressed air in the pressure chamber 15.1 extended, so that the cooling or intercooling of the pre-compressed air is better.

Der 2 ist dagegen nicht zu entnehmen, dass der Austrittsquerschnitt aus der Druckkammer 15.1 in den Zwischenkanal 11 zwischen 80% und 120% der Querschnittsfläche der Ventilöffnungen 22 des Auslassventils 13.1 entspricht. Dieser Zusammenhang muss bei der Strömungsauslegung berücksichtigt werden, damit ein gewisser Rückstau entsteht, der verhindert, dass der Großteil der vorkomprimierten Druckluft einen direkteren Weg in den Zwischenkanal 11 nimmt, ohne die Kühlwirkung der Druckkammer 15.1 zu nutzen. Strömungssimulationen und Versuche haben diesen Effekt bestätigt.The 2 on the other hand, it cannot be seen that the outlet cross section from the pressure chamber 15.1 in the intermediate channel 11 between 80% and 120% of the cross-sectional area of the valve openings 22 of the exhaust valve 13.1 equivalent. This connection must be taken into account when designing the flow so that there is a certain back pressure that prevents the majority of the pre-compressed air from entering the intermediate channel more directly 11 takes without the cooling effect of the pressure chamber 15.1 to use. Flow simulations and tests have confirmed this effect.

3 zeigt eine Schnittdarstellung mit dem Schnittverlauf B-B, zur Darstellung der Strömung durch die Ansaugkammer 14.2 der zweiten Verdichterstufe 18. Die vorkomprimierte Druckluft aus der ersten Verdichterstufe 17 strömt von dem Zwischenkanal 11 aus in die Ansaugkammer 14.2 und von dort über die Ventilöffnung 21 des Einlassventils 12.2 in den zweiten Hubkolbenraum 16.2. 3 shows a sectional view with the section course BB, to show the flow through the suction chamber 14.2 the second compressor stage 18th , The pre-compressed air from the first compressor stage 17 flows from the intermediate channel 11 out into the suction chamber 14.2 and from there through the valve opening 21 of the intake valve 12.2 in the second piston chamber 16.2 ,

Das strömungsleitende Element 20.2 ist dabei so angeordnet, dass in dem Übergangsbereich zwischen Zwischenkanal 11 und Kammer 15.2 ein wesentlicher Anteil des Luftstroms in eine Richtungsänderung gezwungen wird, was bewirkt, dass die Kammer 15.2 besser bzw. gleichmäßiger durchströmt wird. Dadurch, dass der Luftstrom umgelenkt wird verlängert sich die Verweilzeit der vorkomprimierten Druckluft in der Ansaugkammer 14.2, so dass die Zwischenkühlung der vorkomprimierten Druckluft verbessert wird. Der Wirkungsgrad der zweiten Verdichterstufe 18 wird wesentlich verbessert, wenn die Lufttemperatur möglichst niedrig ist. Um das zu erreichen wird auch der Zwischenkanal 11 gekühlt.The flow-guiding element 20.2 is arranged so that in the transition area between the intermediate channel 11 and chamber 15.2 a substantial portion of the airflow is forced into a change of direction, which causes the chamber 15.2 is flowed through better or more evenly. The fact that the air flow is deflected increases the dwell time of the pre-compressed compressed air in the suction chamber 14.2 , so that the intermediate cooling of the pre-compressed air is improved. The efficiency of the second compressor stage 18th is significantly improved when the air temperature is as low as possible. To achieve this, the intermediate channel is also used 11 chilled.

Weiterhin ist das strömungsleitende Element 20.2 derart angeordnet, dass die Ventilöffnung des Einlassventils 23 im Wesentlichen in Axialrichtung angeströmt werden.
Versuche und Simulationen haben gezeigt, dass die axiale Anströmung der Ventilöffnung 23 die Belastung auf das Lamellenventil 26.2 wesentlich verringert. Die gleichmäßige Aufteilung auf die zwei Durchlässe 23 bewirkt weiterhin ein verbessertes Einströmverhalten in den Hubkolbenraum 16.2.Furthermore, the flow-guiding element 20.2 arranged such that the valve opening of the intake valve 23 flow is essentially in the axial direction.
Experiments and simulations have shown that the axial flow against the valve opening 23 the load on the lamella valve 26.2 significantly reduced. The even distribution between the two passages 23 causes an improved inflow behavior in the piston area 16.2 ,

4 a, b zeigen eine weitere Optimierung der Strömung bzw. der Luftführung. Die Ventilöffnungen des Einlassventils 12.1 der ersten Verdichterstufe 17 bestehen aus mehreren Durchlässen die U-förmig angeordnet sind. Zur Verbesserung der Befüllung des Hubkolbenraums 16.1 sind die Stege 25 zwischen den Durchlassöffnungen mit Aussparungen 25 versehen worden. Durch die Aussparungen 25 wird eine durchgehende luftleitende Verbindung 27 gebildet, die insbesondere beim Abheben des Lamellenventils 26.1, also beim Einsaugvorgang, bewirkt, dass die Strömungs- und Druckverhältnisse zu einer gleichmäßigeren Belastung des Lamellenventils führen. 4 a, b show a further optimization of the flow or air flow. The valve openings of the intake valve 12.1 the first compressor stage 17 consist of several passages which are arranged in a U-shape. To improve the filling of the piston area 16.1 are the bridges 25th between the openings with recesses 25th been provided. Through the cutouts 25th becomes a continuous air-conducting connection 27 formed, especially when lifting the lamella valve 26.1 , i.e. during the suction process, causes the flow and pressure conditions to lead to a more even load on the lamella valve.

Die Erfindung schlägt zur Verbesserung der Strömungsverhältnisse durch den Zylinderkopf 2 im Wesentlichen drei optionale Möglichkeiten vor. In einem Zylinderkopf können eine, zwei oder auch alle drei Lösungen umgesetzt werden. Jede für sich bietet bereits eine Verbesserung der Effizienz des Kompressors.The invention proposes to improve the flow conditions through the cylinder head 2 essentially three optional options. One, two or all three solutions can be implemented in a cylinder head. Each of them already offers an improvement in the efficiency of the compressor.

BezugszeichenlisteReference list

11
Kompressorcompressor
22
ZylinderkopfCylinder head
33
ZylindergehäuseCylinder housing
44
DichtungselementSealing element
55
VentilträgerplatteValve support plate
66
ZwischenelementIntermediate element
77
ZylinderkopfdeckelCylinder head cover
8.1, 8.28.1, 8.2
KühlmittelkanalCoolant channel
9.1, 9.29.1, 9.2
IsolierkammerIsolation chamber
1010
DruckluftkanalCompressed air duct
1111
ZwischenkanalIntermediate channel
12.1, 12.212.1, 12.2
EinlassventilInlet valve
13.1, 13.213.1, 13.2
AuslassventilExhaust valve
14.1, 14.214.1, 14.2
AnsaugkammerSuction chamber
15.1, 15.215.1, 15.2
DruckkammerPressure chamber
16.1, 16.216.1, 16.2
HubkolbenraumPiston chamber
1717
erste Verdicherstufefirst compression level
1818th
zweite Verdichterstufesecond compressor stage
1919
VerbindungskanalConnecting channel
20.1, 20.220.1, 20.2
strömungsleitendes Elementflow-guiding element
21.1, 21.221.1, 21.2
Ventilöffnung EinlassventilValve opening inlet valve
22.1, 22,222.1, 22.2
Ventilöffnung AuslassventilExhaust valve opening
2323
Durchlasspassage
2424
Stegweb
2525
AussparungRecess
26.1,26.226.1.26.2
LamellenventilLamella valve
2727
luftleitende Verbindungair-conducting connection

Claims (7)

Zylinderkopf (2) für einen Hubkolbenverdichter (1) zum Verdichten eines kompressiblen Arbeitsmediums, aufweisend mehrere Kanalabschnitte (10, 11) und Kammern (14.1, 14.2, 15.1, 15.2), durch die unterschiedliche Luftströme leitbar sind, wobei die Kammern gegenüber dem Hubkolbenraum (16.1, 16.2) des Hubkolbenverdichters (1) mittels einer Ventilträgerplatte (5) abgegrenzt sind, wobei an der Ventilträgerplatte (5) in den Kammerbereichen (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) verschließbare Ventile (12.1, 12.2 13.1, 13.2) angeordnet sind, die nur in eine Strömungsrichtung vom Luftstrom geöffnet werden können, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer Kammer (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) ein strömungsleitendes Element (20.1, 20.2) in einem Übergangsbereich zwischen Kanalabschnitt (10, 11) und Kammer (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) angeordnet ist, dass den wesentlichen Anteil des Luftstroms in eine Richtungsänderung zwingt, so dass die Kammer (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) im Wesentlichen durchströmt wird.Cylinder head (2) for a reciprocating piston compressor (1) for compressing a compressible working medium, comprising several channel sections (10, 11) and chambers (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) through which different air flows can be conducted, the chambers being opposite the reciprocating piston chamber ( 16.1, 16.2) of the reciprocating compressor (1) are delimited by means of a valve support plate (5), closable valves (12.1, 12.2 13.1, 13.2) being arranged on the valve support plate (5) in the chamber areas (14.1, 14.2, 15.1, 15.2), which can only be opened by the air flow in one direction of flow, characterized in that in at least one chamber (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) a flow-guiding element (20.1, 20.2) in a transition region between the channel section (10, 11) and chamber (14.1 , 14.2, 15.1, 15.2) is arranged that forces the essential portion of the air flow to change direction, so that the chamber (14.1, 14.2, 15.1, 15.2) is essentially flowed through d. Zylinderkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubkolbenverdichter (1) mindestens zwei Verdichtungsstufen (17, 18) aufweist.Cylinder head after Claim 1 , characterized in that the reciprocating compressor (1) has at least two compression stages (17, 18). Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein strömungsleitendes Element (20.2) in einer Ansaugkammer (14.2) angeordnet ist, so dass ein wesentlicher Anteil des Luftstroms derart geleitet wird, dass eine Durchströmung der Ansaugkammer (14.2) bewirkt und die Ventilöffnung des Einlassventils (21.1, 21.2) im Wesentlichen in Axialrichtung angeströmt wird.Cylinder head after Claim 2 , characterized in that a flow-guiding element (20.2) is arranged in a suction chamber (14.2), so that a substantial proportion of the air flow is directed such that a flow through the suction chamber (14.2) causes and the valve opening of the inlet valve (21.1, 21.2) flow is essentially in the axial direction. Zylinderkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsleitende Element (20.2) in der Ansaugkammer (14.2) der zweiten Verdichterstufe 18 angeordnet ist.Cylinder head after Claim 3 , characterized in that the flow-guiding element (20.2) is arranged in the suction chamber (14.2) of the second compressor stage 18. Zylinderkopf nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein strömungsleitendes Element (20.1) in einer Druckkammer (15.1) angeordnet ist, so dass ein wesentlicher Anteil des Luftstroms derart geleitet wird, dass eine Durchströmung der Druckkammer (15.1) bewirkt wird, wobei das strömungsleitende Element (20.1) derart angeordnet ist, dass der Austrittsquerschnitt aus der Druckkammer (15.1) in den Zwischenkanal (11) eine Querschnittsfläche aufweist, die im Wesentlichen der Querschnittsfläche der zugeordneten Ventilöffnung (22) des Auslassventils (13.1) entspricht.Cylinder head after Claim 2 , characterized in that a flow-guiding element (20.1) is arranged in a pressure chamber (15.1), so that a substantial proportion of the air flow is directed such that a flow through the pressure chamber (15.1) is effected, the flow-guiding element (20.1) being such it is arranged that the outlet cross-section from the pressure chamber (15.1) into the intermediate channel (11) has a cross-sectional area which essentially corresponds to the cross-sectional area of the assigned valve opening (22) of the outlet valve (13.1). Zylinderkopf nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Austrittsquerschnitt zwischen 80% und 120% der Querschnittsfläche der Ventilöffnungen (22) des zugeordneten Auslassventils (13) entspricht.Cylinder head after Claim 4 , characterized in that the outlet cross-section corresponds to between 80% and 120% of the cross-sectional area of the valve openings (22) of the assigned outlet valve (13). Zylinderkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass das strömungsleitende Element (20.1) in der Druckkammer (15.1) der ersten Verdichterstufe 17 angeordnet ist.Cylinder head after Claim 5 or 6 , characterized in that the flow-guiding element (20.1) is arranged in the pressure chamber (15.1) of the first compressor stage 17.
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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US4813852A (en) * 1987-03-11 1989-03-21 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Discharge arrangement of a compressor having a plurality of compression chambers
US5533870A (en) * 1992-11-13 1996-07-09 Kabushiki Kaisha Toyoda Jidoshokki Seisakusho Piston type compressor
DE19807728A1 (en) * 1997-02-25 1998-09-17 Toyoda Automatic Loom Works Compressor

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