[发明专利]一种活塞－汽缸组件

说明书

本申请要求案件号为PI0503019-6、申请日为2005年7月22日的巴西专利的优先权，据此将其作为参照引入。

技术领域

本发明涉及一种活塞-汽缸组件，以及一种压缩缸，特别是适用于在例如电冰箱、空调系统等等冷却系统中使用的往复式压缩机。本发明的教导也适用于大多数使用往复式汽缸的马达，例如，线性压缩机和内燃机。

背景技术

如从现有技术中所了解及在图1中可以看到的，在用于制冷的往复活塞式压缩机1中，制冷气体的压缩是通过汽缸11(其构成了大小变化的压缩室C)中的活塞10在由驱动机构限定的最小和最大移动限制之间的往复式运动而获得的，而驱动机构限定的移动限制分别被称为下止点和上止点。压缩室在其一端打开并在另一端由所述阀板5关闭。为了使活塞10的移动以适当的方式发生，因此在活塞和压缩室的直径之间必须要有差异。在目前所知道的压缩机1中，活塞的直径和压缩室的直径是不变的，其以常数或者不断可变的径向间隙F为特征。

在压缩机的工作过程中，存在于活塞和压缩室之间的间隙保持填满润滑油，以给活塞10提供承靠支撑，从而防止活塞发生与压缩室壁接触的现象，而这种现象将导致活塞10和/或压缩室的磨损。这是由于机械能耗散用以克服由油和由活塞对于压缩室的相对移动而产生的粘滞摩擦。

当活塞10从下止点移动到上止点，存于压缩室内的气体被压缩，这样使得其压力相对于存于压缩机壳体内的气体压力得到增加。从而产生趋于将部分要压缩的气体排出到壳体中的压差，该部分气体于是经过径向间隙F泄漏。这些现象意味着压缩机的容积损失(或者制冷能力的损失)，这是由于经过泄漏损失的气体已经被施加了压缩功。这些损失直接降低压缩机的能量效率。

机械能的耗散和气体通过活塞和压缩室之间存在的间隙的泄漏都受该间隙值的强烈影响，因此它的值越低，机械能的耗散越大同时气体的泄漏越小。另一方面，它的值越高，机械能的耗散越低同时气体的泄漏越大。为此，高效压缩机设法达到一被认为是最优化的间隙值，在该值处气体的泄漏和机械能的耗散能够使得压缩机的能量效率达到最大化。

除活塞和压缩室之间的径向间隙F之外，以下因素对机械能的耗散和气体的泄漏量有影响：

i)活塞10的直径，

ii)压缩室和活塞10的长度，

iii)活塞10的移动距离，

iv)驱动轴的旋转速度，

v)驱动机构的几何结构，

vi)所用制冷气体的类型，

vii)润滑油的种类，和

viii)压缩机的工作条件(压力和温度)。

压缩机在某一时刻时容积损失处于最大量。这一点可以在图2中观察到，图2显示了活塞在下止点(LDP)和上止点(UDP)之间移动的位置。

如可以看到的，在从下止点到上止点的移动之间，容积损失在0°和125°的曲轴转角之间是微不足道的。当活塞从上止点UDP到下止点LDP移动时，同样的情况发生在相反方向上，在此，从210°到360°的范围内容积损失是微不足道的，紧接着曲轴新一轮的旋转周期又将开始。然而，在角度125°和210°(或者泄漏区域LeaR)之间，容积损失将有很大增加，因此应当采取必要的手段以防止活塞10在该行程处的低效率。

文献DE236148描述了现有技术中已知的克服该问题的一种方式，其描述了具有可变径向间隙的活塞一汽缸组件的使用。根据该文献的教导，人们预见到一种汽缸，该汽缸使得活塞冲程的一半具有固定的径向间隙而另一半具有向下到LDP不断减少的径向间隙。尽管在泄漏区域LeaR中的气体泄漏问题已经得到改善，然而在活塞的上部还是应该进行特殊设置，因此，靠近上止点UDP，径向间隙不能过度减少，这将导致摩擦过高并随后导致压缩机的效率损失以及活塞的疲劳。这样，不管该文献描述的解决方案在泄漏区域LeaR中减少气体损失的事实如何，以不同的特征制造活塞都是必需的，这将提高活塞-汽缸组件的生产费用。

现有技术的另一个解决方案在文献WO94/24436中可以了解到。根据该文献的教导，人们预见到一种配置为截锥形的汽缸轮廓，其中在上止点UDP处的缸径应当小于在下止点LDP处的汽缸11的直径。这样径向间隙将跟随压缩室内部压力的升高。即便达到汽缸更精确密封的预期，这种解决方案也不能展现出高效率，因为压缩室内的压力仅在较靠近UDP的区域显著地增大。

发明内容