[发明专利]多缸直线排列发动机压缩机的缓冲室

说明书

本发明涉及一种用于压缩气体的自由浮动活塞式多级发动机压缩机。在某些应用场合里，这些压缩机被用于压缩气体，通过几级压缩，把压缩机吸气侧的某一变化着的压力压缩到某一显著变化着的排气压力。在一种三级压缩机里，吸气压力可在15和30磅/吋²之间变化，而排气压力则在2000和3600磅/吋²之间变化，这就要求压缩机以低至67∶1到高至240∶1的压缩比工作。这可使发动机部分和压缩机部分之间的能量平衡和发动机压缩机机组的动力冲程和返回冲程之间的功平衡产生了明显的差额。

平衡这些能量和功的问题是相当头痛的，因为在变化的进、排气压力下在第一级压缩机上所作的压缩功可按显著不同于第二级和任何随后级的变化率来变化。

除了这些特殊的问题之外，还有多级压缩机的基本问题，不管它们是属于自由振荡活塞式或是属于驱动曲轴式，都有通过压缩机活塞端面的配置来使最大气体压力保持最小的问题。在曲轴驱动式压缩机内，一级或多级压缩机的活塞端面积通常被等分为二部分，活塞端面和它们相应的最大压力的乘积的矢量和被配置成零以使机器的最大应力和最大轴承负荷保持最小。在自由浮动活塞式压缩机内，各种力和在活塞上或通过活塞所作的功的平衡可能比它们的绝对值更重要，其中给定的功平衡受各别活塞端面的选择和位置的影响。这在该种机器的缓冲室内可能会产生过大的压力，要不要求多于一个缓冲室，或者甚至要求多于一个发动机/压缩机活塞组件，使这种发动机/压缩机在其整个的压力和负荷范围内，并且最好用多种不同的气体满意的运转。

已经提出了许多种不同的解决方案来处理这些复杂的问题。例如在美国专利第2，241，957号中，提出设置二个分离的相对运动的内燃机或发动机活塞组件，其中一个装有一个蓄能器或平衡活塞，而另一个装有全部压缩机活塞，它们的非作用面（背面）中至少一个承受高于大气压的压力，它们的非作用面作为辅助的蓄能器，每一蓄能器为其相应的压缩机部分提供平衡功。

本发明的主要目的是要提供一种紧凑坚固的多级发动机压缩机，使其部件数量最少并适于在整个宽广的运转工况范围内运转，并适合许多不同的应用场合而无须改变其主要部件。在这种压缩机内仅需要一个发动机活塞。

本发明更为特殊的目的是要提供一种自由活塞式多级发动机压缩机，它需要少量的部件，尺寸较平常为小，并在显著改变进、排气压力和压力比的情况下，适于使发动机或动力部分保持接近最佳运转工况。

本发明的另一个目的是要提供一种发动机，使其在部分负荷工况下接近最佳工况运转。

本发明的再一个目的是要提供一种压缩机，它不要求一种窄的活塞外形和气缸结构以满足各种工况或应用场合，但只要求稍微改变控制元件，诸如小控制活塞和/或弹簧的直径。

在阅读本发明优先实施例的下例论述时，本发明的上述和其它的目的会变得更为明显。

图1是本发明的简略的外观;

图2至图6是发动机部分，缓冲室部分、第一压缩部分、第二压缩部分和第三压缩部分的压力-冲程图;

图7是连于负缓冲室的控制装置的放大视图。

为要达到本发明的主要目的，设置了壳体和单体往复运动活塞组件2，其上装置着发动机或动力活塞3，通过活塞杆4、活塞3和阶梯活塞式单体压缩机活塞组件5直接相互连接。

在本发明的优先实施例中，阶梯活塞压缩机的整个压缩机级是单作用的，并且在同一方向上作用，压缩机活塞组件的唯一起作用的背面是处于唯一的蓄能器或缓冲器部分内，并且最好是第一级压缩机活塞的背面。在动力和返回冲程内，它按相反方向作用，以形成功平衡，为使发动机或动力部分处于或接近其最佳运转工况运转，这是必要的。

在图1中，简略地表示一台三级发动机压缩机的优先实施例。在图2至图6中，表示了相应于发动机部分、缓冲器和3个压缩级的压力-冲程图，用它们的相应的曲线下面的面积来代表动力和回返行程内每一部分的相对功，出于清晰起见，已经忽视了摩擦功和帚气功。返回行程期间各部分的功是用虚线下面的面积来表示的，而动力冲程期间各部分的功是用实践下面的面积表示的。为了按希望那样操作发动机压缩机，发动机或动力部分必须以某一压缩比工作，这取决于左方座标的位置，右方座标是由所希望喷入发动机的燃料输入量和压缩机的进、排气压力所决定的。动力和返回行程相同是通过在平衡或缓冲部分提供适当的压力来达到，在动力和回返行程内，其绝对功基本相等。