CN105793566A - 用于空气压缩机的气缸头 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于空气压缩机的气缸头(10、50、90、130)，其具有至少一个用于从周围环境吸入未经压缩的空气的吸入通道(12、52、92、132)和至少一个用于排放经压缩的空气的压力通道，并且还具有冷却水通道(14、16、54、56、94、96、136)，其中，至少一个吸入通道(12、52、92、132)可以通过至少一个布置在气缸头下侧(18、58、98、138)上的吸片(20、60、100、140)相对于压缩腔(22、62、102、142)压力密封地封闭。根据本发明规定，至少一个吸入通道(12、52、92、132)以区段形式由靠近吸片的基本上同中心的环形槽(26、66、106、146)包围。由此，有利地减小了从周围环境通过至少一个吸入通道(12、52、92、132)流入气缸头(10、50、90、130)中的空气的升温。

Description

用于空气压缩机的气缸头

技术领域

本发明涉及一种用于空气压缩机的气缸头，其具有至少一个用于从周围环境吸入未经压缩的空气的吸入通道和至少一个用于排放经压缩的空气的压力通道，并且还具有冷却水通道，其中，至少一个吸入通道可以通过至少一个布置在气缸头下侧上的吸片相对于压缩腔压力密封地封闭。

背景技术

用于产生压缩空气的压缩机尤其用于机动车辆和轨道车辆中的气动制动系统的运行。为了实现高效率，由压缩机吸入的周围环境空气在到达压缩机中的压缩腔之前应当尽可能少升温。压缩机的气缸头中的热量输入主要通过在压缩腔中释放的压缩热量导致。在这种情况下，强烈升温的气缸头将其热量强制性地释放到吸入空气中，该吸入空气通常在气缸头内部的至少一个吸入通道中引向压缩腔。在这里，在吸入通道向着吸片的开口区域中发生向吸入空气中的特别强烈的热量带入。吸入空气温度的降低同时也导致压缩最终温度的显著下降，这具有对于本领域技术人员而言熟知的优点。

DE69826381T2涉及一种活塞压缩机，其具有用于压缩气体或者气体混合物(例如空气)的水冷的气缸头。压缩机具有气缸头，该气缸头具有吸入空气进入开口以及排出空气排出开口。气体压缩机的气缸头由具有高的导热性的铝制成。此外，在气缸头上在内侧构造有空气冷却肋片并且与冷却肋片相邻地构造有流动通路，以便将释放的压缩热量由气缸头引出到周围环境中。在气缸头中为了进一步优化冷却而引入多个水冷通道，并且将一体构造的冷却肋片布置在排出空气的流动路径中。没有提出用于在很大程度上避免通过吸入空气进入开口流入的周围环境空气的温度升高的装置。

发明内容

本发明的任务是提出一种用于压缩空气压缩机的气缸头，其中，在很大程度上避免吸入空气通过吸入通道时的温度升高。本发明基于如下认识，即，吸入空气在气缸头的吸入通道区域中的不期望的升温可以通过设置热隔离以被动的方式减小。

本发明因此涉及一种用于空气压缩机的气缸头，其具有至少一个用于从周围环境吸入未经压缩的空气的吸入通道和至少一个用于排放经压缩的空气的压力通道，并且还具有冷却水通道，其中，至少一个吸入通道可以通过至少一个布置在气缸头下侧上的吸片相对于压缩腔压力密封地封闭。为了解决该任务，提出了至少一个吸入通道以区段形式由靠近吸片的基本上同中心的环形槽包围。

通过该结构尤其实现了将流入吸入通道中的外部空气的温度升高保持得很小。通过吸片的差的传热值还实现了吸入通道相对于压缩腔的热隔离。起热隔离作用的环形槽与常规的气缸头相比导致通过气体压缩机的压力通道排放的压缩空气的温度或者压缩最终温度的显著降低，并因此还导致了明显更小的油消耗以及导致了配备有根据本发明的气缸头的空气压缩机的减小的碳化倾向。通过此外产生的更小的空气体积流量，也可以在不改变压缩功率的情况下降低压缩机的所需的机械驱动功率。

根据一个有利设计方案，提出将环形槽至少部分地用热隔离的介质填充。这样的介质可以例如是空气或者多孔的、优选闭孔的塑料。通过该结构，即使在相对较小的环形槽体积的情况下也可实现良好的热隔离作用。

根据另一改进方案，环形槽具有两个基本上彼此平行延伸的槽壁。由于环形槽的基本上矩形的横截面几何形状，环形槽的生产过程得以简化。因此可以例如通过铣削在预先通过浇铸法生产的气缸头中引入环形槽。

根据本发明的另一改进方案，环形槽的槽底具有基本上半圆形的横截面几何形状。由此，有利地避免了在气缸头中构成应力裂纹。

在气缸头的第一实施方式中，环形槽具有指离至少一个吸片的开口。由此，环形槽的开口与通过吸入通道吸入的空气的流动方向相对地取向，从而由此在环形槽中产生更快的空气交换。通过该空气交换，环形槽中的空气总是具有相对较低的温度。

在一个有利设计方案中，环形槽的槽底具有至少一个朝向至少一个吸片的方向的穿孔。由此，可以将可能在环形槽中积累的冷凝物和/或油从否则仅向上开放的、也就是从吸片指离的环形槽引走。

根据气缸头的第二实施方式，环形槽具有面向至少一个吸片的开口。因此，可能的冷凝物和/或油可以仅由于重力作用而自动地从由此自清洁的环形槽流走。

在另一改进方案中，在环形槽的槽底和至少一个冷却水通道之间存在至少一个微小的间距。因此，在环形槽和冷却水通道之间存在的(薄的)材料隔板的温度近似地对应于相邻的冷却水通道中的冷却水的温度。在这里，该间距可以减小到几毫米，只要还产生气缸头的足够的机械承载能力。

在根据本发明的气缸头的第三实施方式的情况下，环形槽具有至少两个开口，这两个开口分别交替地从至少一个吸片指离或者面向至少一个吸片。通过环形槽的交替地相反取向的开口支持了油和/或冷凝物的流走。因此，可以将在环形槽的区段(其开口指离吸片或者向上地与吸入的空气的流动方向相反地指向)中积累的油和/或冷凝物在环形槽的具有相反取向(即向下)的、在流动方向中取向的开口的相邻区段中引走。

根据气缸头的第四实施方式设置，至少一个控制通道可以通过至少一个用于空气压缩机的功率调节的滑片至少部分地覆盖，并且环形槽具有面向至少一个吸片以及至少一个滑片的开口，其中，环形槽至少以区段形式在至少一个控制通道的区域中延伸。由此，可以更容易地考虑气缸头的具体结构条件，并且可以由于环形槽的热隔离作用而高效地屏蔽例如来自控制通道的以及否则会进入到进入通道中的热量输入。通过与控制通道处于连接中的死体积(Todvolumen)或者损失体积，压缩腔依赖于滑片的位置增大或者缩小。由此,可以实现配备有根据本发明的气缸头的空气压缩机的低损耗的功率调节。

气缸头优选由铝或者由铝合金形成。因此，气缸头具有出色的热特性，尤其是具有良好的导热性，其用于对整合于气缸头中的水冷的直接或主动作用的优化的支持。在这里，直接或主动冷却系统得到吸入通道区域中的环形槽的起间接或被动冷却作用的热隔离效果的支持。

附图说明

为了进一步解释本发明，本说明书附有附图。在附图中：

图1示出气缸头的第一实施方式的示意性纵剖视图，

图2示出气缸头的第二实施方式的示意性纵剖视图，

图3示出气缸头的第三实施方式的示意性纵剖视图，

图4示出气缸头的第四实施方式的示意性纵剖视图，并且

图5示出本发明的作用方式的原理图。

具体实施方式

图1相应地示出根据本发明的气缸头10的第一实施方式的高度简化的纵剖视图。气缸头尤其具有用于从周围环境吸入待压缩的空气或者其他气体或者气体混合物的大致空心柱形的吸入通道12，两个冷却水通道14、16以及在图中未示出的压力通道，通过该压力通道将经压缩的空气从气缸头10引出。通过在气缸头10的下侧18上能运动地布置的吸片20，可将吸入通道12相对于压缩腔22压力密封地锁闭。在这里，待压缩的空气从周围环境通过吸入通道12的吸入沿用箭头表示的流动方向24进行。

根据本发明，吸入通道12具有靠近吸片的并且将其同中心地包围的环形槽26，该环形槽以隔热尽可能好的介质填充，该介质在这里仅示例性地是来自周围环境的空气。环形槽26具有两个基本上彼此平行延伸的槽壁28、30，这些槽壁以近似半圆形的纵剖面几何形状过渡到槽底32。环形槽26中的环形开口34背离吸片20或者说与流动方向24反向。

为了使可能的冷凝物和/或在可能的情况下沉积的油残渣能够在环形槽的槽底32区域中从环形槽26流走，在槽底32中引入至少一个可选的穿孔36。将穿孔36的空间方位选择成使得吸片20不依赖于其位置地始终使穿孔36相对于压缩腔22密封。

因为环形槽26在面向吸片20的端部区段38上完全地同中心地包围吸入通道12，因此在吸入通道12的端部区段38的区域中，吸入通道12相对于气缸头10高效地热隔离，从而大大地限制来自热的气缸头10的不期望的热量输入到通过吸入通道12到达压缩腔22的空气中。此外，由于环形槽26的近似空心柱形的几何形状，在吸入通道12的端部区段38与气缸头10之间实际上不存在相关的热桥。

气缸头10优选由具有良好导热性的铝合金或者由纯铝形成，以便高效地支持从气缸头10到周围环境的散热，并降低热应力的风险。此外，由铝合金或者纯铝制成的气缸头可以在生产技术方面相对简单地生产和加工，具有小的重量并仍然实现足够的机械承载能力。

压缩腔22与吸入通道12之间的热隔离通过吸片20来实现，该吸片具有相对较差的导热性或者说具有高的隔热能力，从而高效地支持或者在下面补充环形槽26的隔热作用。

由于同中心包围吸入通道12的环形槽26的出色的隔热作用，在很大程度上防止了吸入的空气的不期望的升温，并且显著降低了经压缩的空气的压缩最终温度。这尤其导致油消耗降低，并且导致用于产生压缩空气或者其他压缩气体和/或气体混合物的配备有根据本发明的气缸头10的压缩空气压缩机或者说压缩机的较小的碳化倾向。与环形槽26的在这里仅仅示例性示出的同中心布置不同，也可以根据气缸头10的相应结构条件选择相对于吸入通道12略微偏心的布置。

图2示出根据本发明的气缸头50的第二实施方式的高度示意化的纵剖面视图。气缸头50具有空心柱形的吸入通道52和两个冷却水通道54、56。在气缸头50的下侧58上也布置有能相对气缸头运动的吸片60，吸片将吸入通道52相对于压缩腔62压力密封地封闭。周围环境空气沿流动方向64通过吸入通道52在吸片60开启得足够宽的情况下抽吸到压缩腔62中。大致同中心地围绕吸入通道52的靠近吸片的环形槽66包括两个槽壁68、70以及一个具有半圆形纵剖面几何形状的槽底72。

与图1所示的第一实施方式不同，环绕的环形槽66的开口74面向吸片60布置，由此简化环形槽66的排泄，这是因为其中可能积累的冷凝物和/或油残渣能够由于重力作用而轻易地流走。通过优选完全填充空气的环形槽66，进行吸入通道52的端部区段76相对于气缸头50的隔热，由此在很大程度上抑制来自周围环境的吸入空气的升温。

在槽底72与冷却水通道54之间仅存在微小的间距78或者说很小的壁厚，从而环形槽66与第一冷却水通道54之间存在的材料隔板80的温度近似相当于相邻的冷却水通道54中的冷却水的温度。这同样适用于第二冷却通道56相对于环形槽66。

图3示出根据本发明的气缸头90的第三实施方式的示意性纵剖面图，它表示了图1和图3的两个实施方式的组合。气缸头90具有吸入通道92和两个冷却水通道94、96。在气缸头90的下侧98上布置有能运动的吸片100，该吸片在相应的姿态实现吸入通道92相对于气缸头90的压缩腔102的压力密封的封闭。来自周围环境的空气再在流动方向104上被抽吸到压缩腔102中。将吸入通道92在其吸片侧的端部区段118上同中心包围的环形槽106导致吸入通道92的隔热。环形槽106同样包括两个近似彼此平行延伸的槽壁108、110以及分别具有半圆形纵剖面几何形状的第一槽底112和第二槽底113，槽底彼此相对地并且就流动方向104而言相反地取向。

作为与前两个实施方式的显著区别，环形槽106具有两个彼此相对取向的开口114、116。第一开口114在这里背离吸片100布置，而第二开口116面向吸片100布置。第一开口114的取向因此对应于根据图1的气缸头10的第一实施方式地取向，而第二开口116相应于根据图2的气缸头50的第二实施方式地取向。由于两个开口114、116的交替相对的取向，可以将可能沉积的冷凝物和/或油从环绕的环形槽106的其开口114从吸片100指离的区段引走到环形槽106的其开口116面向吸片100的相邻区段中。由此，防止了这样的残渣在具有向上的、从吸片100指离的环形槽106的区段中的积累。这里所示的前两个实施方式的组合尤其实现了环形槽106对气缸头90内部的结构空间需求和具体几何形状的更加灵活的适配。

图4示出根据本发明的气缸头130的第四实施方式。气缸头130具有用于从周围环境吸入空气的吸入通道132、用于配备有气缸头130的空气压缩机的功率调节的控制通道134以及冷却水通道136。吸片140能运动地定位在气缸头130的下侧138上。借助吸片140，压缩腔142可以相对于吸入通道132压力密封地封闭。控制通道134可以通过同样能运动地布置在气缸头130的下侧138上的滑片144至少部分地封闭，以便特别是与这里未示出的死体积或者损失体积相关联地实现设有气缸头130的空气压缩机的低损耗的功率调节。吸片140在这种情况下至少以区域形式与滑片144重叠，也就是说滑片144至少以区段形式布置在气缸头130的下侧138与吸片140之间。从周围环境吸入的空气以流动方向145通过吸入通道132并且在吸片140的相应的姿态的情况下到达压缩腔142中。

环绕的环形槽146包括两个近似彼此平行延伸的槽壁148、150以及一个具有基本上半圆形的纵剖面几何形状的槽底152。环形槽146的开口154面向吸片140或者滑片144。环形槽146又导致吸入通道132的端部区段156相对于实心气缸头130以及相对于控制通道134的隔热，该控制通道侧向间隔开地平行于吸入通道132在气缸头130内部延伸。

为了实现滑片144与气缸头130的下侧138的平齐的封闭，在控制通道134、环形槽146与控制通道134之间的分隔壁158以及环形槽146的区域中将盆状的凹部160引入气缸头130的下侧138中，该盆状的凹部的深度大致相当于滑片144的材料厚度。

除了用于控制通道134的滑片144的盆状的凹部160，环形槽146的设计方案基本上遵循根据图2的气缸头50的第二实施方式中的环形槽66的形状。

图5以示意性视图示出本发明的主题的工作方式，其参照这里仅示例性地针对所有其他实施方式使用的图2的气缸头50的部分视图。

强的初始的热流170从气缸头50的压缩腔62出发。该初始热流170分成主热流172和明显更小的剩余热流174。由于环形槽66的良好的隔热作用，实际上整个初始热流作为主热流172在这里向填充有冷却水176作为可能的冷却剂的冷却水通道54的方向偏斜，该冷却水通道是强的热沉。仅可忽略的小的剩余热流174还会环流具有强的隔热作用的环形槽66并到达吸入通道52，从而剩余热流最多只能轻微地使吸入通道升温。由于环形槽66的阻热作用，将空气在吸入通道52中的升温几乎完全地抑制，如吸入通道52中的三角形的并以点填充的温度特征178所示。

与此不同，在没有隔热环形槽66的根据本发明的屏蔽作用的情况下，如通过三角形的并以水平阴影线表示的温度特征180所示，产生吸入通道52中的显著的温度升高，这具有各种不期望的副作用。另一个从压缩腔62出发的伴生的热流182在很大程度上由于吸片60而与吸入通道52或者与环形槽66的槽壁70偏离，这是因为吸片60与气缸头50相比具有突出的隔热能力，该隔热能力可以高达气缸头50的隔热能力的八倍。

附图标记列表(说明书的组成部分)

10气缸头(第一实施方式)

12吸入通道

14冷却水通道

16冷却水通道

18气缸头的下侧

20吸片

22压缩腔

24吸入空气的流动方向

26(隔热的)环形槽

28环形槽的槽壁

30环形槽的槽壁

32槽底

34环形槽的开口

36槽底中的穿孔

38吸入通道的端部区段

50气缸头(第二实施方式)

52吸入通道

54冷却水通道

56冷却水通道

58气缸头的下侧

60吸片

62压缩腔

64吸入空气的流动方向

66(隔热的)环形槽

68环形槽的槽壁

70环形槽的槽壁

72槽底

74环形槽的开口

76吸入通道的端部区段

78间距

80材料隔板

90气缸头(第三实施方式)

92吸入通道

94冷却水通道

96冷却水通道

98气缸头的下侧

100吸片

102压缩腔

104吸入空气的流动方向

106(隔热的)环形槽

108环形槽的槽壁

110环形槽的槽壁

112环形槽106的第一槽底

113环形槽106的第二槽底

114环形槽106的第一开口

116环形槽106的第二开口

118吸入通道92的端部区段

130气缸头(第四实施方式)

132吸入通道

134控制通道

136冷却水通道

138气缸头的下侧

140吸片

142压缩腔

144滑片

145吸入空气的流动方向

146(隔热的)环形槽

148环形槽的槽壁

150环形槽的槽壁

152槽底

154环形槽的开口

156吸入通道的端部区段

158环形槽与控制通道之间的分隔壁

160气缸头下侧的凹部

170(图5中的)热流

172主热流

174剩余热流

176冷却水

178吸入通道52的端部区段中的吸入空气的温度特征

180现有技术中的温度特征

182压缩腔62的伴生热流

Claims (11)

1.一种用于空气压缩机的气缸头(10、50、90、130)，所述气缸头具有用于从周围环境吸入未经压缩的空气的至少一个吸入通道(12、52、92、132)和用于排放经压缩的空气的至少一个压力通道，并且还具有冷却水通道(14、16、54、56、94、96、136)，其中，所述至少一个吸入通道(12、52、92、132)能通过布置在所述气缸头的下侧(18、58、98、138)上的至少一个吸片(20、60、100、140)相对于压缩腔(22、62、102、142)压力密封地封闭，其特征在于，所述至少一个吸入通道(12、52、92、132)以区段形式由靠近吸片的基本上同中心的环形槽(26、66、106、146)包围。

2.根据权利要求1所述的气缸头(10、50、90、130)，其特征在于，所述环形槽(26、66、106、146)至少部分地用热隔离的介质(176)填充。

3.根据权利要求1或2所述的气缸头(10、50、90、130)，其特征在于，所述环形槽(26、66、106、146)具有两个基本上彼此平行延伸的槽壁(28、30、68、70、108、110、148、150)。

4.根据权利要求3所述的气缸头(10、50、90、130)，其特征在于，所述环形槽(26、66、106、146)的槽底(32、72、112、152)具有基本上半圆形的横截面几何形状。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的气缸头(10)，其特征在于，所述环形槽(26)具有指离所述至少一个吸片(20)的开口(34)。

6.根据权利要求5所述的气缸头(10)，其特征在于，所述环形槽(26)的槽底(32)具有朝向所述至少一个吸片(20)方向的至少一个穿孔(36)。

7.根据权利要求1至4中任一项所述的气缸头(50)，其特征在于，所述环形槽(66)具有面向所述至少一个吸片(60)的开口(74)。

8.根据权利要求7所述的气缸头(50)，其特征在于，在所述环形槽(66)的槽底(72)与至少一个冷却水通道(54、56)之间存在微小的间距(78)。

9.根据权利要求1至4中任一项所述的气缸头(90)，其特征在于，所述环形槽(106)具有至少两个分别交替地从所述至少一个吸片(100)指离或者面向所述至少一个吸片(100)的开口(114、116)。

10.根据权利要求1至4中任一项所述的气缸头(130)，其特征在于，至少一个控制通道(134)能通过用于所述空气压缩机的功率调节的至少一个滑片(144)至少部分地覆盖，并且所述环形槽(146)具有面向所述至少一个吸片(140)以及所述至少一个滑片(144)的开口(154)，其中，所述环形槽(146)至少以区段形式在所述至少一个控制通道(134)的区域中延伸。

11.根据权利要求1至10中任一项所述的气缸头(10、50、90、130)，其特征在于，所述气缸头(10、50、90、130)由铝或者由铝合金形成。