Головка цилиндра воздушного компрессора

Полезная модель относится к воздушному компрессору с жидкостным охлаждением и по меньшей мере с одним поршнем для сжатия воздуха, установленным в блоке цилиндров, закрытым головкой цилиндра. Воздушный компрессор может использоваться, например, в тормозных системах грузового автотранспорта, автотракторных средств, с двигателями внутреннего сгорания.
Известны головки цилиндра воздушного компрессора (например, по патентам DE2733089, RU2429378), с каналами для охлаждающей жидкости, с крышкой, с всасывающим и нагнетательными клапанами, установленными во всасывающей и нагнетательной полости, имеющими входное и выходное отверстие. Каналы для охлаждающей жидкости расположены вокруг камеры высокого давления для нагнетания сжатого воздуха. Общим их недостатком является возможность перегрева нагнетаемого из компрессора воздуха из-за низкой эффективности охлаждения, и, как следствие, снижение эффективности и надежности работы устройства, поскольку выходящий поток проходит по всему поперечному сечению камеры высокого давления, а охлаждение происходи только тонкого слоя потока у стенок, смежных с каналами для охлаждающей жидкости.
Известна головка цилиндра серийного воздушного компрессора для автомобилей КАМАЗ (например, модели 53205-3509015-02, выбрана в качестве прототипа, схема известной головки цилиндра с крышкой приведена на фиг.1). Известная головка цилиндра воздушного компрессора выполнена с каналами для охлаждающей жидкости, с крышкой, с всасывающим и нагнетательными клапанами, установленными во всасывающей и нагнетательной полостях (в камерах), имеющих входное и выходное отверстие. Нагнетаемый воздух беспрепятственно проходит через нагнетающую полость в выходное отверстие. Интенсивность охлаждения нагнетаемого воздуха является недостаточной, особенно, при работе при высоком давлении и большой скорости потока, например, когда компрессор производит подкачку пневмосистемы тормозов автомобиля. Срединные потоки воздуха в нагнетательной полости практически не охлаждаются, так как не имеют контакта с ее стенками, смежными с каналами для охлаждающей жидкости. Слив охлажадающей жидкости производится через патрубок в боковой стенке, что приводит к неполному заполнению каналов в головке цилиндра и снижению эффективности охлаждения.
Технической задачей полезной модели является повышение эффективности охлаждения нагнетаемого компрессором воздуха.
Технический результат достигается в головке цилиндра воздушного компрессора, с крышкой, со всасывающей и нагнетательной полостями, снабженными всасывающим и нагнетательными клапанами, имеющей входное и выходное отверстия, с каналами для охлаждающей жидкости, охлаждающей стенки нагнетательной полости. В нагнетательной полости установлен рассеиватель выходящего потока, образующий зазоры со стенками нагнетательной полости, выполненный, например, в виде пластины. Площадь зазоров, выполняется, преимущественно, не меньше площади выходного отверстия. Рассеиватель выходящего потока закреплен на крышке. Выход канала для охлаждающей жидкости расположен на крышке.
Полезная модель поясняется рисунками:
фиг. 1 - головка цилиндра воздушного компрессора 53205-3509015- 02 (структурная схема, прототип);
фиг. 2 - головка цилиндра воздушного компрессора (структурная схема);
фиг. 3 – воздушный компрессор (вид сбоку, в разрезе).
Головка 1 цилиндра (далее, также, ГЦ 1) воздушного компрессора выполнена с каналами 2 для охлаждающей жидкости (далее, также, каналы 2). Подача и слив охлаждающей жидкости из каналов 2 производятся через вход и выход 3, 4 для охлаждающей жидкости (отверстия 3, 4). Выход 4 для охлаждающей жидкости из канала 2 выполнен в крышке 5, что позволяет обеспечить наибольшую заполненность рубашки охлаждения в головке цилиндра жидкостью.
Крышка 5 установлена через прокладку 6, повторяющую контуры полостей и каналов, имеющую отверстия для крепежных элементов (болтов 7, шпильки 8 с гайкой 10). Прокладка 6 может быть изготовлена из алюминиевого листа 1 мм с силиконовым уплотнительным слоем, или из без асбестового паронита толщиной 0,8 мм, с высокой рабочей температурой (300 градусов С). Прокладка 9 между головкой 1 цилиндра и блоком-картером 22 компрессора выполняется из алюминиевого листа 1 мм с силиконовым уплотнительным слоем.
Головка 1 цилиндра имеет всасывающий и нагнетательный клапаны 12, 13, установленные на всасывающем отверстии 14 за всасывающей полостью 28 (по направлению движения воздушного потока) и в нагнетательной полости 17, за нагнетательным отверстием 15 соответственно (по направлению движения воздушного потока). ГЦ 1 имеет входное и выходное отверстия 18, 19 для воздушного потока. Всасывающий клапан 12 - фигурная пластина из каленой стальной ленты толщиной 0,4(±0,03) мм. Нагнетательный клапан 13 – пластина прямоугольной формы из каленой стальной ленты толщиной 0,6(±0,03) мм, над которой устанавливается ограничитель 25, выполненный в виде дугообразной металлической пластины, закрепленный самостопорящимися гайками 26.
В нагнетательной полости 17 установлен рассеиватель 23 выходящего потока, выполненный, например, в виде фигурной пластины, повторяющей контур боковых стенок нагнетательной полости 17 и образующей зазоры с этими стенками. Рассеиватель 23 выходящего потока делит полость, образованную ГЦ 1 с крышкой 5 на две камеры: «горячую» и «холодную», он прижимает воздушный поток к охлаждаемым охлаждающей жидкостью стенкам нагнетательной полости 17, тем самым, усиливается теплообмен и повышается эффективность охлаждения нагнетаемого воздуха. Рассеиватель 23 выходящего потока закреплен на крышке 5 болтами 24.
Суммарная площадь зазоров (зазоры по периметру рассеивателя 23 могут представлять собой один непрерывный зазор, например, в случае, если рассеиватель 23 закреплен на крышке 5), выполняется, преимущественно, не меньше площади выходного отверстия 19 для воздушного потока. Тем самым, рассеиватель 23 выходящего потока, повышая эффективность охлаждения, не снижает производительность воздушного компрессора, поскольку не создает перепад давлений.
Воздушный компрессор (фиг. 3) состоит из головки 1 цилиндра с крышкой 5, поршня 20 с шатуном 30, вала 21 коленчатого, блока- картера 22, шестерни 27 привода. При перемещении поршня 20 вниз, в цилиндре блока-картера 22, под всасывающим клапаном 12, образуется разряжение. Внешнее атмосферное давление через входное отверстие 18 отжимает всасывающий клапан 12 от дна ГЦ 1, всасывающий клапан 12, прогибаясь, открывает всасывающее отверстие 14 (может быть выполнено несколько всасывающих отверстий 14), через которое воздух поступает в полость цилиндра блока-картера 22. При перемещении вверх, поршень 20 сжимает воздух. Сжатый воздух, проходя через нагнетательное отверстие 15 (может быть выполнено несколько нагнетательных отверстий 15), отжимает нагнетательный клапан 13. Далее, сжатый воздух, пройдя через щель между рассеивателем 23 и стенками нагнетательной полости 17 проходит в выходное отверстие 19, после чего поступает в трубопровод, например, ведущий к тормозной системе автомобиля. Подача и слив охлаждающей жидкости показаны на рисунках.
Опыт эксплуатации рассеивателя 23 показал, что температура нагнетаемого воздуха, в сравнении с обычной конструкцией нагнетательной полости, уменьшилась в среднем на 10ºС-15ºС .