一種具有油分離結構的壓縮機的製作方法
2023-05-12 09:24:56
專利名稱：一種具有油分離結構的壓縮機的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種壓縮機。具體地說，本發明涉及一種用於壓縮機的油分離結構，從而將霧化的潤滑劑從致冷劑氣體中分離出來，其中所說的壓縮機被用於機動車的空調系統。
壓縮機內的致冷劑氣體被壓縮，並在壓縮機與外部迴路之間循環，以帶走熱量。一些壓縮機包括一用於收集霧化油的油分離結構。收集到的油用於潤滑壓縮機的部件。圖5(a)和5(b)示出了這樣一種油分離結構。圖5(a)和5(b)中的壓縮機包括一殼體101。殼體101內裝配有一壓縮機構(未示出)。一排放通道102形成於殼體101上，以將致冷劑從壓縮機構導向外部致冷迴路。一凹槽103形成於殼體101中，並位於排放通道102內。凹槽103具有一圓形的橫截面，並沿壓縮機的軸向延伸。一柱塞104包括一第一凸緣105、第二凸緣106和筒體107，該筒體107用於連接凸緣105和106。柱塞104從左側插入凹槽103，如圖5(a)所示。具體地說，柱塞104被壓入配合在凹槽103內，從而使第一凸緣105與定位階梯103b接觸，其中定位階梯形成於凹槽103的內壁103a上。
一環形溝槽103c在開口端形成於凹槽103的壁上。一卡環108與環形溝槽103c接合。具體地說，卡環108的外周部分108a裝配在溝槽103c內。卡環108的橫截面是楔形的，以使其軸向尺寸朝向圓周方向減小。柱塞104被固定於卡環108與階梯103b之間。卡環108可防止柱塞104從凹槽103內脫出。
尺寸上的誤差將會改變溝槽103c與階梯103b之間的距離d。但是，由於溝槽103c內外周部分108a的徑向伸入度可以改變，因此柱塞104仍然可靠地固定在卡環108與階梯103b之間。這樣就允許柱塞104在軸向位置上的變化。在圖5(b)中，實線表示出當距離d小於柱塞104的軸向尺寸h時卡環108的位置。斷開線表示出當距離d基本等於柱塞104的軸向尺寸h時卡環108的位置。
如圖5(a)所示，一分離腔室109在柱塞104的右側由第一凸緣105所限定。而且，第一和第二凸緣105、106形成了環形腔室110的端部。一出口通道111形成於第一凸緣105和筒體107內，以使分離腔室109與環形腔室110相連接。分離腔室109受到壓縮機的排放壓力。分離腔室109通過一形成於殼體101上的回油通道112與一低壓區相連接。低壓區為一壓力低於排放壓力的區域。
致冷劑氣體從壓縮機通過排放通道102被排放到外部迴路。在排放前，氣體沿分離腔室109的內壁103a流動。離心力使霧化的潤滑劑與氣體分離。接下來，氣體通過出口通道111和環形腔室110排放到外部迴路。由於分離腔室109與低壓區之間的壓差，使得被分離的油通過回油通道112返回低壓區。這些油接著被輸送給壓縮機的部件，以潤滑並冷卻壓縮機的部件。
但是，由於機械加工的誤差，溝槽103c與階梯103b之間的距離d可能遠小於柱塞104的軸向尺寸h。這樣，卡環108就不能裝配在溝槽103c內。
另外，如果距離d大於軸向尺寸h，那麼柱塞104將不能可靠地固定於卡環108與階梯103b之間。這樣，柱塞104可能隨分離腔室109內致冷劑氣體的流動而旋轉，這將使第一和第二凸緣105、106的圓周表面105a、106a在凹槽103的內表面103a上滑動，從而使柱塞104磨損。而且，如果柱塞鬆動地固定在卡環108與階梯103b之間，那麼柱塞104將會在凹槽103內抖動，這種抖動產生了振動和噪音。
為解決該問題，從具有不同軸向尺寸的柱塞中選擇柱塞104。當將柱塞104裝配在腔室103內時，測量溝槽103c與階梯103b之間的距離d，並選擇具有相應軸向尺寸的柱塞104。這樣，由於機械加工精度而產生的尺寸誤差就可通過卡環108來調節。因此，將柱塞104裝配在溝槽103內是很複雜的。
因此，本發明的一個目的是提供一種用於壓縮機的油分離結構，該結構有利於柱塞裝配到溝槽內。
為實現本發明上述和其它目的，本發明提供一種壓縮機。這種壓縮機包括一殼體、一壓縮機構、一排放通道和一油分離器。壓縮機構被安裝在殼體內，用於壓縮致冷劑氣體。潤滑油與氣體混合。排放通道允許致冷劑流出壓縮機。油分離器將潤滑油與氣體分離。該分離器包括一凹槽、一柱塞和一供給通道。柱塞可靠地壓裝在凹槽內。柱塞和凹槽形成一個定位於流動通道內的分離腔室。柱塞包括一出口通道，該出口通道從分離腔室通向下遊。致冷劑氣體進入分離腔室，沿分離腔室的壁流動，並離開分離腔室，其中分離腔室將油與氣體分離。供給通道將分離腔室連接到壓縮機構上，以向壓縮機構供給潤滑劑。
結合附圖，通過下文本發明之實施例和原理說明的描述將會清楚本發明的其它方面和優點。
本發明之新穎的特徵具體如權利要求書所述。結合附圖，參照對最佳實施例的說明，將會更好地理解本發明及其目的和優點，其中附圖
圖1為一剖視圖，該圖示出了根據本發明之一個實施例的變容式壓縮機；圖2為一放大的局部剖視圖，該圖示出了圖1之壓縮機內的油分離結構；圖3為一剖視圖，該圖示出了圖2中的油腔；圖4(a)為一側視圖，該圖示出了用於糙化圖2中柱塞表面的方法；圖4(b)為一側視圖，該圖示出了在圖2之柱塞上塗層的方法；圖4(c)為圖4(b)中被虛線圈住部分的放大視圖；圖4(d)為一剖視圖，該圖示出了圖4(a)之柱塞裝配到凹槽內的方法；圖5(a)為一放大的局部剖視圖，該圖示出了現有技術中的油分離結構；圖5(b)為一放大的局部剖視圖，該圖示出了圖5(a)中現有技術中的卡環。
現在對根據本發明之一個實施例的油分離結構進行說明。該機構被用於變容式壓縮機，這種壓縮機用於機動車的空調系統。
首先，說明壓縮機的結構。
如圖1所示，前蓋11固定於缸體12的前端面上。後蓋13固定於缸體12的後端面上。一閥板14設置於後蓋13與後端面之間。一曲柄腔15由前蓋11的內壁和缸體12的前端面限定而成。前蓋11、缸體12和後蓋13都由鋁或鋁合金製成，它們構成了壓縮機的殼體。與由鐵合金製成的壓縮機殼體相比，由鋁或鋁合金製成的壓縮機殼體減輕了壓縮機的重量。
一驅動軸16伸入曲柄腔15內，並且可轉動地被前蓋11和缸體12所支承。驅動軸16可通過一電磁離合器(未示出)與發動機為可操作連接。當發動機運轉時，離合器有選擇地將發動機的驅動力傳送到傳動軸16。
一擋板19在曲柄腔15內被固定於傳動軸16上。一斜盤20在曲柄腔15內被傳動軸16所支承，以使斜盤20沿軸16的表面滑動，並相對軸16的軸線傾斜。擋板19的一部分和斜盤20的一部分構成了一個鉸接機構21。該鉸接機構21可允許斜盤20相對傳動軸16傾斜，並可與傳動軸16成整體旋轉。當斜盤20的中央部分向缸體12移動時，斜盤20的傾角減小。當斜盤20向擋板19移動時，斜盤20的傾角增大。
缸孔12a形成於缸體12上。每個缸孔12a內都容裝一單頭活塞22。具體地說，每個活塞22的一端都位於相關的缸孔12a內，而活塞22的另一端則通過滑靴23與斜盤20的周緣相連接。活塞22可通過斜盤20的旋轉在缸孔12a內往復移動。
一吸入腔室24和一排放腔室25形成於後蓋13內。吸入口26、吸入閥瓣27、排放口28和排放閥瓣29形成於閥板14上。致冷劑氣體從外部致冷劑迴路被抽入吸入腔室24。接著，當各個活塞22在相應的缸孔12a內從上死點向下死點移動時，吸入腔室24內的致冷劑氣體通過相應的吸入口26和相應的吸入閥瓣27被吸入缸孔12a內。當活塞22在缸孔12a內從下死點向上死點移動時，缸孔12a內的氣體被壓縮到一預定的壓力。接著，氣體通過相應的排放口28和相應的排放閥瓣29洩入排放腔室25。
一減壓消音器17被設置成跨在缸體12與後蓋13上。一消音器腔室17a形成於消音器17中。消音器腔室17a被連接到一外部致冷劑迴路上。一排放通道18形成於後蓋13上，以使排放腔室25與消音器腔室17a相聯通。排放腔室25內的致冷劑氣體通過排放通道18和消音器腔室17a被排放到外部迴路。消音器17消除了致冷劑氣體的壓力波動。
一排放通道30包括一沿其軸線形成於傳動軸16上的通道30a和一形成於缸體12與閥板14上的通道30b。排放通道30將曲柄腔15與吸入腔室24連接起來。一供給通道31將一洩壓區(分離腔室49，這將在下文中說明)與一作為低壓區的曲柄腔15連接起來。低壓區的壓力低於排放壓力。
一位移控制閥32被裝配在後蓋13內，以控制供給通道31。該控制閥32是一個電磁閥，並且包括一個螺線圈32a和一閥體32b。螺線圈32a的激勵和去激勵可使閥體32b開啟和關閉供給通道。該控制閥32被連接到一臺計算機(未示出)上。計算機可激勵螺線圈32a或使螺線圈32a去激勵，以根據空氣調節的要求移動閥體32b。因此，控制閥32控制著從排放腔室25到曲柄腔15的致冷劑氣體的流量，致冷劑氣體的流量控制著曲柄腔15與缸孔12a之間的壓力差。就是說，控制閥32可改變作用於各個活塞22前端和後端上的壓力差。斜盤20的傾角可根據壓力差的變化而改變。這就改變了活塞22的衝程，並改變了壓縮機的位移量。
當去激勵時，螺線圈32a使閥體32b將供給通道31打開，供給通道31將分離腔室49(排放壓力區)與曲柄腔15連接起來。因此，腔室49內的高壓氣體通過供給通道31被輸送到曲柄腔15，這增加了曲柄腔15的壓力。曲柄腔壓力的增加使斜盤20的傾角減小。這就縮短了各個活塞22的衝程，並減小了壓縮機的位移量。當被激勵時，螺線圈32a使閥體32b關閉供給通道31，這樣就通過排放通道30釋放曲柄腔15內的氣體，從而降低曲柄腔15內的壓力。曲柄腔壓力的減小使斜盤20的傾角增大。這就延長了各個活塞22的衝程，並使位移增加。
上述壓縮機的油分離結構說明如下。
如圖2和3所示，一凹槽41形成於排放腔室25內，並位於排放通道18內。凹槽41在排放腔室25的內壁25a上開口。腔室41的開口端41a被倒角為錐形。開口端41a的直徑朝排放腔室25的方向增加。凹槽41具有圓形的橫截面。凹槽41的內壁41b包括一鄰近開口端41a的大直徑部分42和一小直徑部分43。一階梯41c形成於大直徑部分42和小直徑部分43之間。
一柱塞44由與後蓋13相同的一種材料製成。就是說，柱塞44由鋁或鋁合金製成。柱塞44通過鑄造或鍛造而成，並包括一第一凸緣45、一第二凸緣46和一筒體47，該筒體47連接著第一和第二凸緣45、46。第一凸緣45包括一止動件52和一末端部分48。末端部分48在止動件52的相反側由筒體47形成。止動件52的外徑和第二凸緣46的外徑基本與凹槽41的大直徑部分42的外徑相同。一階梯45a形成於止動件52和末端部分48之間。止動件52的階梯45a與凹槽41的階梯41c接合。
如圖4(a)所示，柱塞44的整個表面包括止動件52和末端部分48的圓周表面52a、48a及第二凸緣46的圓周表面46a，該柱塞的整個表面通過噴丸加工而被糙化。圖4(a)示出了彈丸或顆粒擊打柱塞44表面的情形。
如圖4(c)所示，柱塞44的糙化表面塗有固體潤滑劑塗層47a。塗層47a由浸液塗層形成。就是說，柱塞44被浸在溶解有固體潤滑劑的溶液內。接著，將柱塞44烘乾，以除去溶液，這樣就形成了固體潤滑劑的塗層。固體潤滑劑包括碳氟樹脂，例如二硫化鉬和聚四氟乙烯。
如圖4(d)所示，已被塗層的柱塞44插入凹槽41內，並使第一凸緣45的末端部分48首先進入。柱塞44被一夾具J頂推，直到第一凸緣45的階梯45a與階梯41c接合。末端部分48的外徑大於小直徑部分43的直徑。從而，將末端部分48壓入裝配在小直徑部分43內而使柱塞44被一預定的接觸區域所支承。
柱塞44的第一凸緣45在凹槽41的右側部分形成一個圓形的分離腔室49。第一和第二凸緣45、46在分離腔室49的左側形成一個環形腔室50。一出口通道51形成於第一凸緣45和筒體47上，以使分離腔室49與環形腔室50聯通。出口通道51在末端部分48上設有一入口，而且通道51與分離腔室49同軸線。一橫向孔形成一對從出口通道51通向環形腔室50的出口。分離腔室49的直徑大於通向出口通道51的所述入口直徑。
如圖3所示，一導入通道18a形成了排放通道18的上遊部分，而且該通道使排放腔室25與分離腔室49聯通。導入通道18a被連接到分離腔室49上，從而從軸線方向觀察時，通道18a與分離腔室49的內壁41b相切，如圖3所示。一與消音器腔室17a相連的出口通道18b形成了排放通道18的下遊部分。該出口通道18b將環形腔室50與消音器腔室17a連接起來。
排放腔室25內的致冷劑氣體通過導入通道18a導入分離腔室49。接著，氣體沿分離腔室49的內壁49b旋轉。氣體旋轉的離心力將霧化的油與致冷劑氣體分離。與位於腔室49周緣上的氣體相比，位於分離腔室49中心軸線附近的氣體包含較少量的油。出口通道51和分離腔室49同軸，而且通向出口通道51的入口直徑小於分離腔室49的直徑。因此，位於中心處並包含少量油的氣體從聯通通道50排出。接著，氣體通過出口通道51、環形腔室50、出口通道18b和消音器腔室17a被排向外部致冷劑迴路。曲柄腔51內的壓力低於作用於分離腔室49內的排放壓力。分離腔室49內的氣體通過壓力差被導入曲柄腔15，以控制壓縮機的位移。當氣體導入曲柄腔15時，分離腔室內被分離的油通過供給通道31吸入曲柄腔15。然後，這些油在活塞22與滑靴23之間、滑靴23與斜盤20之間傳送。這些油潤滑並冷卻接合表面。
所述的實施例具有以下優點。
(1)柱塞44被擠壓裝配在凹槽41內。換言之，通過將柱塞44插入凹槽中而使柱塞44很容易地與壓縮機裝配在一起，這樣，與現有技術相比，明顯縮短了製造時間。
(2)後蓋13和柱塞44由同一種類的材料製成，並具有相同的熱膨脹係數。這樣，就可防止柱塞44的末端部分48由於熱的影響從凹槽41的小直徑部分43上脫合。就是說，無論溫度如何變化，柱塞44都能可靠地固定於凹槽41(後蓋13)內。
(3)固體潤滑劑塗層形成於柱塞44的表面上。具體地說，形成於止動件52和第一凸緣45的末端部分48之表面52a、48a上的塗層可使柱塞44平滑地插入凹槽41內。
如果液體潤滑劑例如油塗敷在柱塞44的表面上，那麼當末端部分48壓入小直徑部分43時，由於柱塞44的末端部分48和凹槽41的小直徑部分43被精確加工而成，則液體潤滑劑將會脫離末端部分48的表面。這樣，就妨礙了柱塞44順利插入凹槽41內。
在所述的實施例中，後蓋13(小直徑部分43)與柱塞44(末端部分48)之間的塗層是由不同於後蓋13和柱塞44的材料製成的。塗層消除了柱塞44與凹槽41的磨損，並可防止後蓋13與柱塞44的刮屑混入油中。因此，供給通道31內不會塞滿刮屑。
(4)在形成塗層47a之前，柱塞44的表面被糙化。這樣就可允許柱塞44的表面容納固體潤滑劑，從而可強化塗層47a。
(5)柱塞44的表面通過噴丸加工而被糙化。與使用化學物質糙化柱塞44的表面之方法相比，噴丸加工改善了工人的工作環境。
(6)出口通道51向分離腔室49開口，並與凹槽41同軸。因此，位於旋轉中心的氣體通過出口通道51被導入環形腔室50。換言之，氣體通過出口通道51流向環形腔室50，油通過離心力從所說的氣體中除去。這樣就減少了通過氣體流動吸入環形腔室50的油量。就是說，該結構減少了排放到外部致冷劑迴路中的油量，從而改善了油的回收效率。
(7)柱塞44包括第一和第二凸緣45、46，該凸緣45、46通過筒體47而成為一個整體。這種結構有利於柱塞44裝配到凹槽41內。
(8)凹槽41的開口端41a是錐形的。就是說，開口端41a的直徑朝向排放腔室25增加。這樣就可允許柱塞44平滑地插入凹槽41內。
(9)定位階梯41c形成於凹槽41中。柱塞44被推壓，直到它接觸階梯41c，這樣，不必測量壓入的距離就可形成具有預定容積的分離腔室49。因此，這種結構減少了分離腔室49的油分離能力的變化。
(10)定位階梯41c是錐形的。這種結構可使末端部分48順利插入小直徑部分43內。
(11)供給通道31可控制壓縮機的位移，並起到一回油通道的作用，該回油通道可用作油分離結構。這種結構消除了專門設計回油通道的必要性，從而簡化了壓縮機的結構。
本領域的技術人員應該清楚可在不脫離本發明構思的範圍內，以許多具體的方式實施本發明。尤其應該理解本發明可以如下方式被實施。
柱塞44可由黃銅或黃銅合金製成。就是說，柱塞44可由與後蓋13所用的材料不同的金屬製成。由不同種類的金屬製成後蓋13和柱塞44可防止磨損，因為如果後蓋13和柱塞44由同一種金屬製成，並缺乏合適的固體潤滑劑，那麼就會產生磨損。與鐵合金相比，黃銅或黃銅合金的熱膨脹係數與鋁的熱膨脹係數接近。因此，凹槽41和柱塞44之間的接合不會由於溫度的變化而明顯鬆動。
在最佳實施例中，後蓋13和柱塞44由同一種類的材料製成。就是說，後蓋13和柱塞44所用的材料屬同一類型，並包括相同的成分比例。當採用相同類型的材料製造後蓋13和柱塞44時，可改變成分和比例。例如，當使用鋁合金製造後蓋13和柱塞44時，後蓋13與柱塞44之一可以由包含硬質矽顆粒的鋁合金製成，而其中另一個則由不含硬質矽顆粒的鋁合金製成。後蓋13和柱塞44也可以都由包含硬質顆粒的材料製成。在這種情況下，材料中硬質顆粒與其它成分的比例可是不同的。
柱塞44可由合成樹脂製成，這有利於製造柱塞44並減輕重量。
油分離結構可被構造成這樣在致冷劑氣體中的油可通過慣性分離作用從氣體中分離出去。在這種情況下，柱塞44可以僅具有第一凸緣45，而出口通道18a可直接連接到分離腔室49上。
第一凸緣45、第二凸緣46和筒體47可單獨製做，然後也可通過粘接或焊接形成柱塞44整體。這樣就簡化了柱塞44各個部件的形狀，從而易於部件的製造。此外，這些部件可整體形成柱塞44，這使柱塞44易於裝配到凹槽41內。
排放腔室25可通過供給通道31連接到曲柄腔15上，而分離腔室49可通過一回油通道與曲柄腔15聯通，其中回油通道與供給通道31分開形成。
柱塞44的表面可通過不同於噴丸加工的方法被糙化，例如液體搪磨。
形成塗層47a的溶液可通過噴霧塗敷在柱塞44上。
柱塞44上的塗層可通過電鍍例如鍍錫而形成。
因此，本發明的實例和實施方式僅可被認為是說明性的，而不是限制性的；本發明不只局限於說明書中給出的細節，可在所附權利要求書限定的範圍內對其作出修改。
權利要求
1.一種壓縮機包括一殼體(13)；一壓縮機構，該壓縮機構安裝在殼體(13)內，用於壓縮致冷劑氣體，其中潤滑油混在氣體內；一排放通道(18)，該通道允許致冷劑流出壓縮機；一油分離器，用於將潤滑油從氣體中分離出來，該分離器包括一凹槽(41)；和一裝配在凹槽(41)內的柱塞(44)，凹槽(41)與柱塞(44)形成一位於排放通道(18)內的分離腔室(49)，其中柱塞(44)包括一從分離腔室通向下遊的出口通道(51)，其中致冷劑氣體進入分離腔室(49)，沿分離腔室(49)的壁流動，並從分離腔室(49)流出，該分離腔室將油從氣體中分離出來；和一供給通道(31)，將分離腔室(49)與壓縮機構連接起來，以向壓縮機構供給潤滑劑，所說的壓縮機之特徵在於柱塞(44)被固定於凹槽(41)的壁上，從而使其在壓縮機的工作過程中不能繞其軸線旋轉。
2.根據權利要求1所述的壓縮機，其特徵在於柱塞(44)被擠壓裝配在凹槽(41)內。
3.根據上述權利要求之一所述的壓縮機，其特徵在於排放通道(18)、凹槽(41)和供給通道(31)構成於殼體(13)內。
4.根據上述權利要求之一所述的壓縮機，其特徵在於所說的分離腔室(49)具有一圓形的橫截面。
5.根據上述權利要求之一所述的壓縮機，其特徵在於所說的出口通道(51)具有一入口，該入口的橫截面小於分離腔室(49)之橫截面，其中所說的出口通道(51)與分離腔室(49)同軸線。
6.根據權利要求4所述的壓縮機，其特徵在於致冷劑氣體在分離腔室(49)內旋流，從而使離心力作用於氣體上，將油從氣體中分離出來，其中致冷劑氣體在分離腔室(49)的中心附近從分離腔室(49)中排出。
7.根據權利要求2或3所述的壓縮機，其特徵在於所說的殼體(13)和柱塞(44)由同一種金屬製成。
8.根據權利要求2或3所述的壓縮機，其特徵在於所說的殼體(13)和柱塞(44)由不同種類的金屬製成。
9.根據權利要求7所述的壓縮機，其特徵在於所說的殼體(13)和柱塞(44)由鋁合金製成。
10.根據權利要求8所述的壓縮機，其特徵在於所說的殼體(13)和柱塞(44)之一由鋁或鋁合金製成，而二者中的另外一個則由黃銅製成。
11.根據上述權利要求之一所述的壓縮機，其特徵在於固體潤滑劑的塗層被塗敷在凹槽(41)的壁和柱塞(44)的外表面(46a、48a、52a)的至少之一上，從而使固體潤滑劑存留在於凹槽(41)與柱塞(44)之間。
12.根據權利要求7所述的壓縮機，其特徵在於要塗敷潤滑劑的表面被糙化，以形成適於固體潤滑劑的表面。
13.根據權利要求12所述的壓縮機，其特徵在於要塗敷潤滑劑的表面上置有通過噴丸處理形成的凹坑。
全文摘要
一種壓縮機包括壓縮機構和將油從氣體中分離出來的分離器。分離的油用於潤滑。還有一排放通道(18)；一凹槽(41)設於排放通道(18)內；一柱塞(44)壓配在凹槽(41)內；一供給通道(31)，用於分離的油返回壓縮機。柱塞(44)和凹槽(41)形成一圓形橫截面的分離腔(49)和一環形腔(50)。分離腔(49)通過柱塞(44)內的出口通道(51)與環形腔(50)相連。致冷劑氣體沿分離腔(49)的壁旋流，將油分離出來。由於柱塞(44)壓裝在凹槽(41)內，因此易於安裝。還可防止柱塞(44)的鬆動。
文檔編號F04B27/08GK1239188SQ9910838
公開日1999年12月22日 申請日期1999年6月14日 優先權日1998年6月15日
發明者粥川浩明, 日高茂之, 中內健太, 廣田英 申請人:株式會社豐田自動織機製作所