DE2127546A1 - Kreiskolben-Verdichter - Google Patents

Description

• Anlage zur Patent- und Gebrauchsmusterhilf sanmeldung Kreiskolben-Verdichter Die Erfindung bezieht sich auf einen Kreiskolben-Verdichter, insbesondere Kälteverdichter für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen, mit einem zweibogigen Trochoiden-Gehäuse, dessen Bögen die Außenwände der als Saug- und Druckkammer wirkenden Arbeitskammern bilden, mit einer Rückexpansionskammer und mit einem dreieckigen Läufer, der über einen Exzenter gelagert ist.
• Eine Kreiskolbenmaschine mit solchen Bauelementen ist bekannt (DU-OS 2 020 781). Es ist außerdem bekannt, Kreiskolbenmaschinen als Buft-Pumpen zu verwenden (DT-OS 1 628 285).
• Bei der Verwendung derartiger Kreiskolbenmaschinen als Verdichter für das Kältemittel in Kraftfahrzeugklimasnlagen besteht die Schwierigkeit, daß bereits bei der Leerlauf-Drehzahl des Motors und bei hoher Temperatur und hohem Druck im Kondensator annähernd die volle Kälteleistung verlangt wird. Es kommt also besonders bei einer solchen Verwendung eines Verdichters darauf an, daß beim Leerlauf ein hoher Liefergrad erreicht wird. ähnliche Forderungen an die leerlaufleistung bestehen auch bei Abgas-Nachverbrennung sanl ag en.
• Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, den Liefergrad eines Kreiskolben-Verdichters zu verbessern.
• Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß in den Gehäuse-Bögen der Arbeitsksmmern mindestens eine taschenförmige Ausnehmung angeordnet ist, die als tberströmweg von der Rückean,sionskammer zur vorauslaufenden Druckkammer dient und die bei geschlossenem Einlaß ein Aufladen der Druckkammer gestattet.
• Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und zwar zeigen: Fig. 1 den Kreiskolben-Verdichter mit geschlossenem Einlaß an der Rückexpansionskammer, Fig. 2 den Verdichter mit gerade öffnendem Einlaß an der Rückexpansionskammer und Fig. 3 einen Schnitt durch-einen der beiden Gehäuse-Bögen mit den taschenförmigen Ausnehmungen.
• Ein Kreiskolben-Verdichter hat ein zweibogiges Gehäuse 1 mit trochoidaler Kontur. An der Trochoid-Innenwand 2 dieses Gehäuses gleitet ein dreieckiger LauSer 3 mit Dichtleisten 8,9 und 10 entlang, die in die Kanten 5,6 und 7 des Läufers 3 eingesetzt sind. Der Läufer 3 ist auf einem Exzenter 4 gelagert, -der eine Exzentrizität e hat.
• Der Läufer 3 hat jeweils mitten zwischen den Kanten 5,6,7 Durchströmnuten 11,12 und 13. In seitlichen Begrenzungswänden des Gehäuses 1 sind an zwei sich gegenüberliegenden Stellen Einlässe 14 und 15 vorgesehen, deren Mündungsquerschnitt etwa dreieckförmig ist. Außerdem sind an zwei sich gegenüberliegenden Stellen von zwei Bögen 16 und 17 der Innenwand 2 Öffnungen 18 und 19 als Auslässe angebracht, in die je ein Auslaßventil 20 und 21 eingesetzt ist.
• Durch den Läufer 3 sind in dem Gehäuse 1 zwei Arbeitskammern 22 und 23 gebildet, die wechselweise als Saugkammern und als Druckkammern wirksam sind. In den Wänden der Bögen 16 und 17 sind taschenförmige Ausnehmungen 24 bzw. 25 vorgesehen. In der Fig. 3 ist zu erkennen, daß mehrere Ausnehmung gen nebeneinanderliegen. Jeweils eine der beiden Ausnehmungen 24 und 25 verbindet über einen gewissen Drehwinkel a des Exzenters (Fig. 2) die jeweilige Druckkammer 22 bzw. 23 mit dem in Drehrichtung hinter ihr liegenden Raum 26/27, dessen beide Teilräume 26 und 27 über die Durchströmnuten 11,12 und 13 im Mantel des Läufers 3 miteinander korrespondieren.
• Der beschriebene Kreiskolben-Verdichter arbeitet wie folgt: Nach der Fig. 1 steht der Läufer 3 im oberen Totpunkt und dreht sich in Pfeilrichtung A entgegen dem Uhrzeigersinn.
• Die Kante 6 gleitet über die Kante der Ausnehmung 24, so daß das von dem vorhergehenden Kompressionstakt noch vorhandene komprimierte Druckmittel aus dem Raum 26,27 in die Druckkammer 23 überströmt. Deshalb heißen die Ausnehmungen 24 und 25 Uberströmnuten. Die überströmung wird spätestens beendet nach dem Durchlauf des Aufladewinkels a. Dann nämlich wird, wie die Fig. 2 zeigt, der Raum 26 mit dem Einlaß 15 verbunden. Ein Rückfluß von Druckmittel in den Einlaß soll vermieden werden, da er einen Füllungsverlust darstellt.
• Bei einer Beerlaufdrehzahl von 1000 U/Min bewegen sich die Kanten 5,6 und 7 des Läufers 3 nur mit 1/3 dieser Drehzahl gegenüber der Gehäusewand, so daß selbst bei verhältnismäßig schmalen Überströmnuten eine ausreichende Zeit zum Überströmen von Druckmittel verfügbar ist. Auf diese Weise findet ein Druckausgleich zwischen dem Raum 26,27 und der Druckkammer 23 statt, und der Raum 26,27 wirkt als Rückexpansionskammer. Der Liefergrad des Kreiskolben-Verdichters wird durch die Aufladung derDruckkammer aus der Rückexpansionskammer 26,27 erhöht, deren Füllung anderenfalls-also ohne Uberströmnuten-in den Einlaß zurückströmen würde. Es sind Liefergrade zwischen 75 und 80% zu erwarten (ohne Rückexpansions-Aufladung ca. 60 bis 65%).
• Der Aufladewinkel a soll bei für die Beerlaufdrehzahl ausreichender Zeit möglichst klein sein und läßt sich so festlegen, daß fast ein voller Druckausgleich möglich ist. Bei höherer Drehzahl wird infolge der zeitlich kürzeren Öffnung der Uberströmnuten kein voller Druckausgleich mehr erreicht, und die Aufladung der Druckkammer wird vermindert. Dies ist aber kein Fehler, denn bei steigender Drehzahl wird bald die Grenze erreicht, bei der die Leistung des Verdichters ohnehin zu groß ist und durch Ausschalten einer Kupplung vermindert werden muß. Die Öffnung der Überströmnuten kann zur Vergrößerung des Zeitquerschnittes auch etwas vor 0.T. gelegt werden und damit die Füllung der Kompressionskammer verbessert werden, wodurch der dabei entstehende Förderverlust mehr als ausgeglichen wird.
• Ein weiterer Vorteil dieser Aufladung liegt darin, daß die Druckdiagramme der Kammern einen größeren Inhalt erhalten, da das Ausschieben infolge der Aufladung früher beginnt.
• Außerdem wird bei einer Zweikammerverdichtung dadurch auch der Verlauf des Drehmomentes gleichförmiger, da sich die Drehmomente aller Kammern 22,23 und 26/27 überlagern.
• Die Durchströmnuten 18 und 19 dienen lediglich zum Vermeiden von Drosselungen innerhalb der Rückexpansionskammern 26 und 27.
• Die Größe der Aufladung wird anhand des folgenden Beispiels errechnet: Aufladewinkel CL = 200.
• Kältemittel Frigen F 12, Gaskonstante R = 7,01 Druck -kammer: Ansaugvol-umen Vo= 56,9 cm3, Ansaugdruck PO = 2,5 ata Ansaugtemperatur T0 = 273 + 20 = 293 ° K Daraus folgt das angesaugte Gasgewicht G0 mit y = l/vo und vO = R-To/po = 7,01 . 293/2,5 . 10 4 = 8,2 . 10 2 m3/Kp zu G0 = Vo . y = Vo/vo = 56,9 . 10 6/8,2 . 10-2 = 6,95 . 10-4 Kp Die Rückexpansionskammer hat in der Stellung OT das Volumen des schädlichen Raumes V5 = 3,9 cm³; also Co = 3,9/56,9 100 = 6,85 %.
• Erfahrungsgemäß steigt der Druck im Kondensator im Leerlauf aufp = 17 ata an, der gleich dem Förderdruck des Verdichters ist. Bei polytropischer Verdichtung wird und das Gasgewicht des schädlichen Raumes Gs=Vs/v = 3,9.10-6/1,47.10-2 Gesamtes Gasgewicht in beiden Kammern G5 = 2,65.10-4 Kp G = Go + G5 = (6,95+2,65) . 10 = 9,6 . 10-4 Kp In der Stellung CL = 200 beträgt das Volumen der Rückexpansionskammer VR = 4,3 cm3 und das Volumen der Druck kammer VK = 37,6 cm3. Das Gasgewicht G verteilt sich in dieser Stellung bei gleichem Druck Pa (Aufladedruck) auf das gesamte Volumen V=VR + VK = 4,3+37,6 = 41,9 cm3 und ergibt das spezifische Auflade-Volumen va = V/G = 41,9.10-6/9,6.10-4 Va = 4,36 . 102m3/Kp Damit ergibt sich für die Druck kammer im aufgeladenen Zustand ein Gasgewicht GKa = VK/va = 37,6.10-6/4,36.10-2= 8,6.10-4 Kp. Dies bedeutet gegenüber dem ursprünglich angesaugten Gasgewicht G0 = 6,95.10-4 Kp eine Aufladung von A20 = (8,6-6,95) /6,95.100 = 23,6% und damit eine entsprechende Verbesserung des Liefergrades.
• Für einen Aufladewinkel a von 300 wird A30 = 20,2%.

Claims (4)

1. Ansprüche

   ½ Kreiskolben-Verdichter, insbesondere Kälteverdichter für Kraftfahrzeug-Klimaanlagen mit einem zweibogigen Trochoiden-Gehäuse, dessen Bögen die Außenwände der als Saug-und Druckkammer wirkenden Arbeitskammern bilden, mit einer Ruckexpansionsksmmer und mit einem drei eckigen fiäuf er , der über einen Exzenter gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, daß in den Gehäuse-Bögen (16,17) der Arbeitskammern (22, 23) mindestens eine taschenförmige Ausnehmung (24,25) angeordnet ist, die als Überströmweg von der Rückexpansionskammer (26,27) zur vorauslaufenden Druckkammer (22,23) dient und die bei geschlossenem Einlaß (14,15) ein Aufladen der Druckkammer (22,23) gestattet.
2. 2. Kreis.olben-Verdichter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in Achsrichtung nebeneinander mehrere taschenförmige Ausnehmungen (24,25) angeordnet sind.
3. 3. Kreiskolben-Verdichter nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine derartige Anordnung der Ausnehmungen (24,25) in den Gehäuse-Bögen (16,17), daß das Öffnen des Überströmweges im oberen Totpunkt des Exzenters beginnt und das Schließen vor dem Öffnen des Einlasses (14,15) in der Rückexpansionskammer (26,27) erfolgt.
4. 4. Kreiskolben-Verdichter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Läufer (3) Durchströmnuten (11,12,13) vorgesehen sind, von denen jeweils eine zwischen den Teilen (26,27) der Rückexpansionskammer (26,27) liegt. He