专利名称：气体压缩机的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种压缩气体的装置，尤其涉及一种用在闭式环路制冷系统中的制冷剂压缩机。
背景技术：
在许多种机械系统中采用气体压缩机来完成各种任务。例如，目前在诸如用可以吸入的空气注入潜水呼吸用具的潜水罐、加压汽车轮胎和为诸如气锤和气动扳手的气动工具提供动力的这类应用场合中使用空气压缩机。另外流行的气体压缩机是用于闭式环路的空调、制冷或加热系统的那类。这样的系统一般采用通过热力循环来对指定区域进行冷却或加热的可压缩气体。
在每一种使用中，都需要采用能尽可能有效和安静的压缩气体的气体压缩机。效率一般受到许多因素的影响，包括压缩机重量、摩擦力、惯性和在压缩冲程顶点的气体再膨胀量。当一个或多个活动零件另一个零件接触时，一般在压缩机内会出现噪声。不幸的是，在压缩机设计中，低噪声和高效率往往是两个相对立的参数，即获得一个参数要以另一个为代价。因此，需要提供一种既能提高工作效率又能降低噪声的新颖的气体压缩机。
随着制冷剂压缩机工业从使用氢氟碳(hydroflouroearbon)(HFC)制冷剂过渡到对环境更有利的(EF)的制冷剂，诸如R134A，所以必须设计和制造用新的制冷剂进行工作的气体压缩机。一般而言，新的EF制冷剂需要在高压下压缩，以获得与原先采用的HFC一样的热动力效果。因此，采用EF制冷剂的气体压缩机必须坚固到能够在所需的较高压力下工作，同时又能提供尽可能多的容量、效率和安静。
在气体压缩机设计中要着重考虑的另一个问题是可制造性。许多气体压缩机采用了具有复杂几何形状的结构，这些结构需要用多个零件制造和组装而成，以达到所需的功能目的。通常这些复杂的几何形状制造困难，成本高。相对应地，由于装配部件的数量和复杂性上去了，组合机器的可制造性就下降了。
一个现有技术的压缩机例子应该有助于对某些还未解决的问题进行举例说明。在Terwilliger的第5,203,857、5,080,130和4,955,796号的美国专利中，一制冷剂压缩机采用了自浮阀碟(free-floating valve disc)来控制低压气体流到压缩区域。在活塞的吸入冲程中，低压气体在阀碟的圆周边周围流动而进入压缩腔。阀碟包括一环状附加凸缘，以把阀碟保持在活塞的顶部。一连接于活塞顶部的平的圆形止动板通过与环状凸缘的接合来固定阀碟。止动板的周边与阀碟的内腔壁邻接，来避免阀碟径向位移。在阀碟的顶部设置一圆形的可接近的覆盖件，以完成阀碟平面的上表面。在活塞的外壁中设置一单独的触发密封件(flip seal)，从而在活塞与内腔壁之间提供一压缩密封。这种几何形状复杂的结构要求活塞和阀碟组件用至少五个单独的零件制造和组装而成，这些零件是(1)活塞；(2)阀碟；(3)圆形止动板；(4)圆形可接近的覆盖件；以及(5)触发密封件。
噪声是许多现有技术压缩机的另一个令人不愉快的效果。Terwilliger压缩机的自浮阀碟(没有阻尼活塞与阀碟相对接触的措施)每一次活塞从吸入冲程转换到压缩冲程都产生噪声，反之亦然，即当圆形止动板接触环状附加凸缘、圆形可接近覆盖件和阀碟内腔壁时，也发出噪声。
各Terwilliger参考文件都需要一夹在气缸头与气缸体之间的出口板(discharge porting plate)来调节从压缩腔输出的气体。一排出阀碟位于在气缸头与出口板之间的排出腔内。排出阀碟被一弹簧推向出口板，从而在吸入冲程中，排出阀碟压坐在出口板上，在压缩冲程中，它被顶升以把在出口板与排出阀碟之间流动的压缩气体释放到排出腔中。一位于排出阀碟中心的单个支柱在阀门的往复运动过程中引导排出阀碟。当排出阀碟沿支柱往复移动时，碟由于作用在其上的力分布不均匀而会摇晃。这种现象作为压缩机工作过程中的另一噪声源出现在Terwilliger压缩机中。
在Terwilliger专利的一个实施例中，所公开的阀碟为一具有多个下侧圆周间隔开的指状部分的模制而成的单个零件。指状部分包括倾斜的引导边缘，以便在环状附加凸缘的周边上贴合移动。但是，Terwilliger没有公开防止易弯的指状部分不小心与附加凸缘脱开的措施。因此，Terwilliger阀碟具有一固有的还未解决的故障形式。
因此，所需要的是一种使容量和效率达到最大而成本和噪声最小的新颖气体压缩机。压缩机应该容易制造，能够承受EF制冷剂所需的较高的工作压力。最后，附加在活塞上的任何低压气体的阀门装置(valving means)应以诸如如下的方式安装，即基本上消除由阀门装置与活塞分离而引起的压缩机故障的可能性。
发明概要根据本发明的一个较佳实施例，一气体压缩机包括一在气缸体内腔内往复移动的活塞。活塞包括一活塞顶部、一活塞底部、一活塞周边和一由端部与底部之间的距离限定的活塞长度。一起阀作用的外罩(以下称阀门外罩或外罩)位于活塞的周围，使该外罩的顶部与活塞的顶部相邻，而外罩的本体位于活塞和内腔壁的中间。在吸入冲程中，一形成在外罩顶部的开口允许低压气体从形成在气缸体的入口流到形成在活塞和外罩的顶部与安装在顶部和气缸头中间的一排出阀的底表面之间的压缩腔中。低压气体流过形成在外罩的侧面的一开口、一形成在活塞与外罩之间的外罩腔、然后再流过外罩顶部的开口到达压缩腔。入口与外罩腔流体连通，从而使低压气体能够在吸入冲程中进入压缩腔。排出阀的顶部和气缸头构成了一在它们之间的排出腔，在压缩冲程中，来自压缩腔中的压缩气体容纳到该排出腔中。还提供有密封压缩腔以防止压缩气体溢出压缩腔的装置，以及至少在活塞吸入冲程的一部分过程中将排出腔与压缩腔隔离开来的装置。
由热塑性材料制成的外罩借助一个或多个形成在外罩底部的弹性指使其保持于活塞。弹性指的功能是当活塞和外罩都在活塞腔内时将外罩保持于活塞上。弹性指另外的功能是将外罩与活塞的相对运动限制在小于活塞冲程距离。当外罩和活塞离开活塞腔时，诸弹性指可活动，使外罩与活塞分离。
为了使外罩与活塞之间的撞击最轻，至少在压缩机启动过程中为外罩与活塞之间的相对运动提供阻尼装置。
在另一较佳实施例中，在气体压缩机的气缸体与气缸头之间设置一压缩机排出阀组件，来调节从设置在气缸体内的活塞腔中的压缩腔释放到形成在气缸头中的排出腔的压缩气体。在这个实施例中，在活塞腔附近的气缸体中形成一阀座表面(seating surface)。可以是透镜形状、并由一热塑性材料制成的一排出阀安装在气缸头与压缩腔中间，并可移动地连接于气缸体。排出阀包括一与压缩腔相邻的底表面、一与排出腔相邻的顶表面和一与阀座表面一致的排出阀座。设置诸如螺旋弹簧的装置，来弹性驱动排出阀朝活塞腔移动，这样，当压缩腔中的压缩气体作用于排出阀底部的力小于由螺旋圈弹簧施加的力时，排出阀座与座落表面接合。
排出阀通过多个设置气缸体内的支柱孔中的支柱可移动地连接于气缸体。各支柱中的至少一部分从气缸体中伸出支柱凸起部分的长度。在排出阀的顶表面设置多个导向件。各导向件包括将排出阀固定于支柱的装置，使排出阀与形成在气缸体中的阀座表面保持恰当的对齐。
为了在运行过程中避免排出阀不对齐，在排出阀的顶部形成一伸出部分，当排出阀闭合并与气缸体接触时，它位于距离气缸头一有限距离处。各支柱凸出部分的长度大于该有限距离，这样，如果排出阀移动达到整个有限距离，伸出部分与气缸头接触，而不能再进一步移动。在伸出部分与气缸头接触的地方，排出阀导向件保持固定于支柱，因此避免了排出阀的不对齐。
可在一个或多个支柱中设置液击保护。一形成在气缸体轴向的与一支柱孔对齐的液击孔容纳了可能在压缩机内形成的流体。当流体在液击孔中时，一从导向件延伸到液击孔中的液击件限制了排出阀的运动。
本发明还提供了一设置在气体压缩机中的活塞与活塞内腔壁之间的压缩机外罩组件。起到调节从一气体通道输入到压缩腔的气体的外罩组件包括一外罩，该外罩具有一设置在活塞顶部之上的外罩顶部、一设置在活塞与内腔壁中间的外罩本体、一构成外周边的外表面和一构成比活塞周边大的但比外罩外周边小的内周边的内表面。内表面还包括一外罩座，以便接合活塞顶部。形成在外罩的开口包括一形成在外罩顶部的顶部开口和至少一个形成在外罩本体中的本体开口。外罩和活塞位于活塞腔内，使外罩的内表面与活塞周边相邻，外罩的外周边与内腔壁相邻。外罩的内周边与活塞周边之间的区域构成了一外罩腔。设置用于密封的装置，诸如形成在外罩外表面中的唇状密封部分，使外罩的外表面相对于内腔壁密封，防止压缩腔中的压缩气体沿内腔壁溢出。最后，在活塞的吸入冲程的至少一部分过程中，一与外罩腔连通的入口允许气体通过外罩腔进入压缩腔。
外罩因其底部包括一个或多个弹性指而被活塞所夹持。包括与活塞底部接合的接合表面的诸弹性指可以将外罩与活塞之间的相对运动限制在小于活塞冲程距离。当活塞和外罩离开活塞腔时，弹性指可活动，从而使活塞与外罩分离。
附图简要说明下面将结合附图更详细地描述本发明的较佳实施例，其中在所有的附图中相同的标号表示相同的或类似的零部件，附图如下
图1是本发明一气体压缩机的剖视图，它显示了在压缩机压缩冲程中的情况；图2是在压缩机吸入冲程中的图1气体压缩机的剖视图；图3是通过一活塞销连接于连杆的压缩机活塞的剖视图；图4是一气体压缩机的排出阀的剖视图，它示出了怎样防止排出阀过度移动的支柱，这些支柱使排出阀与活塞腔对齐；图5是图3的活塞和卡入在活塞上的阀门外罩分离的视图；图6是图3活塞的俯视图；图7是图5起阀作用的外罩的立体图；图8活塞和起阀作用的外罩的剖视图；图9是活塞和外罩的剖视图，它示出了形成在活塞和外罩中的阻尼器，当活塞往复移动时，阻尼器阻尼活塞与外罩之间的接触；图10是形成在外罩中的一唇状密封部分的剖视图，该唇状密封部分用来防止压缩气体在外罩与活塞内腔壁之间溢出；图11A是图4的排出阀的立体图；
图11B是排出阀的剖视图；以及图11C是形成在排出阀中的一导向件的立体图，该导向件在阀运动过程中沿图4的支柱引导排出阀。
较佳实施例的详细描述根据本发明的一较佳实施例，图1和剖视图示出了例如压缩一制冷系统中的制冷剂气体的气体压缩机10。图1示出压缩冲程中的各零件的相对位置，图2示出吸入冲程中的压缩机10。压缩机10包括一其内有一气缸内腔12的气缸体20和一与气缸体20压缩密封气缸盖30。安装一通常是圆柱形的具有一活塞销腔室46和用57表示的外周边的活塞40，使它通过与活塞40和曲轴(未示出)互连的连杆42在气缸内腔12内往复移动。连杆42通过一穿插在和支承于活塞40的活塞销48在活塞销腔室46内可枢轴地连接于活塞40，图3更详细地示出了这些。
在如图1和2所示的活塞40的外周边57上设置一起阀作用的外罩50，以调节从气缸体20中的低压气体通道60a、60b进入压缩腔70的低压气流，而压缩腔70由活塞凸起部43的顶表面44、阀门外罩50的顶表面52和排出阀80的下表面82之间的区域构成。起阀门外罩50最好是由能够承受用于特定压缩机场合的全程作业的预期温度和压力的热塑性材料制成。对于大多数制冷系统的应用，一般预期温度高达350°F，压力高达3500psi，尤其对于采用所谓的“保护环境”的制冷剂的使用场合。已经发现那些如由Amoco制造的商标为KadelTM或由杜邦制造的商标为VespelTM的热塑性材料特别适合于大多数的制冷系统应用，提供了必不可少的结构整体性和适应性以及使噪声和重量都减少。但是，应予以理解的是，用于外罩50结构中的那类材料取决于压缩机系统所提出的特定要求。对于有要求的使用场合，可使用较厚的和/或更饱满的材料。同样，对于要求较少的使用场合，可使用对耐热、力或压力强度较小的材料。
现在参阅图1、2、5和6，活塞40包括一设置在活塞往复移动的中心线上的最好是圆形的凸起部43并形成一上部表面44。设置一穿过阀门外罩50顶表面52的圆形孔54，其大小能在压缩冲程过程中容纳活塞凸起部43，以在活塞的内表面47与外罩的内表面51之间形成圆周形的形状符合的密封(conformalseal)56，从而防止压缩腔70内的气体再进入通道60a、60b。在相对方向的两通路45a和45b形成在活塞40的外表面57，如图所示，以帮助通过在活塞外表面47与外罩内表面51之间形成的低压腔49a和49b的通路低压气体。活塞外表面47的其余部分(包括外周边57)的形状最好符合外罩50的内表面51。为了改善可制造性能，活塞40的厚度(即活塞内表面41与外表面47和周边57之间的距离)最好使整个活塞40尽可能保持均匀。低压腔49a、49b与通道60a、60b的位置对齐，使低压气体在吸入冲程(图2)中容易地流出通道60a、60b，然后通过低压腔49a、49b进入压缩腔70。
如在图7的立体图中所看到的，外罩50包括多个形成在外罩50壁中并在外罩底部62下面延伸的弹性指59。各个弹性指59包括一倾斜的表面63，这样当活塞40插入外罩50中时，该表面能够在活塞40的外周边57上贴合移动。各个弹性指59上的唇部64延伸到外罩50的内表面66之外，在活塞40与外罩50的相对运动中与活塞40的底部55接触，从而当活塞40通过连杆42往复移动时，防止外罩50与活塞40分离。各个弹性指59上的唇部64还起到了限制外罩50与活塞40之间的相对运动小于活塞冲程距离的作用。
如图8所示，当外罩的顶表面52与活塞40的凸起的上表面44对齐时，外罩50与活塞40之间的相对对运动限制在活塞底部55与唇部64之间的距离58。由于活塞上表面44和外罩顶表面在图8中彼此齐平(如发生在压缩冲程过程中)，图8的距离58示出了活塞底部55与唇部64之间的最大距离。该最大距离可通过调整活塞40的长度或外罩50的长度或两者都调整而改变。
如前所述，外罩50最好是由热塑性材料制成，这种材料具有降低活塞40与外罩50之间的接触引起的噪声和减少外罩50总重量的优点。为了进一步降低噪声，可在活塞40与外罩50之间形成附加阻尼器90a、90b，从而当活塞凸起部43在压缩冲程中在密封部56接触外罩50以及可能出现的其它活塞与外罩的接触，和在吸入冲程中可能出现的活塞底部55与弹性指59的唇部64接触时，来减少冲撞力。
如图1、2和9所示，各个阻尼器90a和90b包括一形成在外罩50内表面51的支柱92和一形成在活塞40外表面47的尺寸能容纳支柱92的支柱孔94。支柱92包括一弹簧腔96，一弹簧98如图所示位于该弹簧腔内。弹簧98被偏压，迫使活塞40与外罩50彼此分离。当活塞40通过连杆42而往复移动时，作用在外罩50上的惯性力能够使外罩50和活塞40克服弹簧98产生的反力并在压缩冲程中建立接触而形成密封56。但是，由于弹簧98产生的力对抗活塞40与外罩50之间的接触，所以活塞40与外罩50之间的接触强度大大减少了。这样，在往复移动过程中，弹簧98起到了阻尼活塞与外罩的接触和降低噪声的作用。
阻尼器90a和90b的另一个功能是液击保护作用。当液体出现在压缩机10中时会出现液击，如当制冷剂气体冷凝时可能出现的那样。不象气体，液体不可压缩，把不可承受的应力转移到活塞40和/或外罩50上，从而可能导致压缩机故障。为了减少液击的负面作用，可将两个阻尼器90a、90b彼此相对放置，每一个均在垂直于地球引力的平面中。阻尼器90a、90b这样的放置使气缸体12内的液体均匀地注入两阻尼器90a和90b的支柱孔94，与仅仅注入一只阻尼器相反，这可能导致不均匀的、不对称的液击力作用于活塞40和外罩50的不希望的情况出现。当液体出现在支柱孔94中时，支柱92在孔94内往复移动被限制。当足够量的液体出现在支柱孔94中时，阻尼器90a和90b阻止外罩50和活塞40在密封处56接触。在这种模式的运行过程中，从通道60a和60b接受的低压气体允许回流到通道60a、60b和/或进入排出腔32，使气体不能被完全压缩，从而减少了本来可能作用在活塞40和外罩50上的力并避免了可能出现的故障。当液体蒸发或被另外方式去除时，阻尼器90a和90b恢复全程运动，压缩机10重新能充分地压缩压缩腔70内的气体。
再参阅图9，支柱92和支柱孔94的相对直径可以改变，以控制阻尼效果。例如，当支柱92的直径相当可观地小于支柱孔94的直径时，液体可以在压缩过程中高速流过支柱92的周围进入低压腔49a而从支柱孔94中溢出，从而减少了阻尼效果。当支柱直径相对于支柱孔直径增加时，从支柱孔94流到低压腔49a的液体受到了较多的限制，而阻尼的量增加了。阻尼量还可通过在活塞40中形成一液击通路99来调节。此外，改变通路99的尺寸来调节从支柱孔94流到低压腔49a的液体量。
对于许多制冷系统，压缩机10和通道60a和60b的方向使图1和2所示的横剖面在一垂直于地球引力的平面。因此，本发明一较佳实施例把阻尼器90a和90b定位在如图所示的低压腔49a和49b内。或者，阻尼器可设置在其它的位置。当阻尼器90a和90b定位在低压腔49a和49b内时，必须注意的是要确保足够的空间使低压气体能够在阻尼器90a和90b周围流动。
当外罩50和活塞40拆离气缸内腔12时，迫使各弹性指59上的唇部64朝外超出活塞的外周边，使外罩50和活塞40分离。但是一旦外罩50在活塞40上卡入在位，最终组合在一起插入气缸内腔12，弹性指59就受到内腔壁的制约，活塞40和外罩50变得不可分离。因此，诸弹性指59的另一个功能是消除压缩机运转过程中活塞40与外罩50分离的故障。
外罩50和活塞40的组合大大简化了压缩机10的制造，与目前现有的压缩机相比节省了大量的生产费用。可以用许多种途经来简化制造。例如，根据传统的模具铸造方法包括外罩50和活塞40在内的各几何形状都容易制造。活塞40和外罩50的几何形状能够容易地拉出或模具能够从零件中取出。由于活塞40和外罩50都被制造成单个的零件，所以要制造和组装的零件很少。外罩50还覆盖和保护了活塞销48的两端部，即防止活塞销48不当心滑出位置。因此，不必使用如其它压缩机要求的聚四氟乙烯止动盘或类似止动零件。由于在运转过程中发生故障的零件少了，所以提高了可靠性。此外，外罩50的卡入在位的结构为组装压缩机10提供了一简单的方式。
在活塞40的吸入冲程中，如图2所示，活塞40和外罩50在密封处56分离，使低压气体从通道60a、60b，经外罩50的开口53a、53b，再经低压腔49a、49b，流到压缩腔70。虽然不要求，但开口53a、53b最好与通道60a、60b在活塞40的整个往复移动范围中保持流体连通。为了降低低压气体从开口53a、53b、诸弹性指59之间泄漏到包含连杆42的气缸内腔12的区域中，更可取的是不将任何弹性指59放置在紧靠狭长开孔53a、53b的部位。
一排放阀80与气缸体20(闭合位置)接触，以防止低压气体逸出压缩腔70。图2示出了在闭合位置的排出阀80。排出阀80通过一压缩在气缸头30与排出阀80之间的螺旋圈弹簧86朝向气缸体20偏压。因此，在压缩冲程中，当排出阀没有被迫到其打开位置时，排出阀80保持在闭合位置，如图1所示。排出阀80与气缸体20之间的接触最好建立在气缸内腔12顶部的倾斜表面100与排出阀80的外边缘88之间，当阀的外边缘88与气缸内腔的倾斜表面100接触时，提供连续的密封。
在压缩冲程过程中，活塞40和外罩50在密封处接触，从而形成一由活塞上表面44和外罩上表面52组成的连续表面区域。在压缩机运转的这个位置，低压气腔49a、49b与压缩腔70隔离。当活塞40在压缩冲程中朝压缩腔70运动时，压缩腔70内的气体被压向闭合的排出阀80的底部表面82，使压缩腔70内的气体压力上升。当压缩的气体达到足够的压力来克服由弹簧86作用于排出阀80的反力时，被压气体作用于表面82上的力使排出阀80脱离气缸体20进入打开位置(图1)。随后在排出阀的外边缘88与气缸体的倾斜表面100之间产生空隙102，压缩气体通过该空隙进入排出腔32，以便在制冷系统中进行热力循环。在压缩冲程的顶点或附近，压缩腔70中的所有压缩气体基本上都被清除了。当压缩腔70内的压力小于弹簧86的力，排出阀80回到其闭合位置。
虽然排出阀80可采用多种形式，但图1、2和11A-C示出了一较佳实施例。排出阀80基本上是圆的透镜形状，它包括一底表面82、一顶表面84、一外倾斜边缘88、一弹簧导向件81和多个支柱导向件83。排出阀80最好用类似于或相同于用来制造外罩50的热塑性材料的热塑性材料制成单个的零件。底表面82是曲面的或透镜形，与活塞的上表面44和外罩的顶表面52的表面曲率一致，由此在压缩冲程的顶点或附近基本上能完全将压缩腔70内的压缩气体排除。这些压缩机部件的透镜、弯曲形状还能在压缩运行中提高机械力的分配。这又能使透镜形的部件，尤其是外罩50和排出阀80，做成横截面比原来可能要做成的(如果部件是平的话)薄，材料也比原来的要少。因此，应予以理解的是，通过用所示的和所描述的方法弯曲外罩50和排出阀80，压缩机10的总重量减少了，效率增加了。
如图11A所示，三个支柱导向件83沿顶表面84等间隔120°隔开。各支柱导向件83超出外边缘88延伸，并与位于气缸体20内的支柱29接合。各支柱29超出其支柱导向件83延伸到排出腔32一段长度36(图4)。最好是，各支柱29在气缸内腔12的周围隔开120°，并与支柱导向件83对齐，这样，当各导向件83中的支柱孔89容纳支柱29时，排出阀80对齐和指向气缸内腔12顶部的倾斜表面100。因此，当排出阀80在它的打开和闭合位置循环时，该阀80与倾斜表面100保持较佳对齐，同时很少有或没有由颤动或摆动沉降引起的噪声。
各支柱导向件83包括一延伸到气缸体20内液击孔21(图1和2)中的液击件。液击孔21最好是其周长大于液击件87的圆形。当流体在排出腔32中时，流体将进入和留在一个或一个以上的液击孔21中。由于液击孔21中有不可压缩的流体，液击件87的运动会受到限制，从而在液击孔21中的流体蒸发之前，通过防止排出阀80闭合限制了排出阀80的运动。这样，排出阀80避免了不可压缩的流体在排出腔32中时所产生的不可承受的力所引起的故障。
如前面关于阻尼器90a、90b的描述，液击件87和液击孔21的相对尺寸可以改变，以当流体出现时调节阻尼量。还可以在气缸体20中形成一使液击孔21与排出腔32互连的通路来控制阻尼。
弹簧导向件81具有双重功能。第一，弹簧导向件81有助于把弹簧86保持在气缸头30中一弹簧窝34内的位置。第二，通过限制排出阀80的最大打开距离(在图4中总的用35表示)使其小于各支柱29伸出支柱导向件83的长度36，使它能够限制排出阀80被打开的范围。通过以这种方式限制排出阀80的运行距离，就可以防止支柱导向件83的移动超过支柱29的端部，引起排出阀80挤塞或出现故障。
许多不同类型和位置的弹簧可以补充或替代螺旋圈形弹簧86的功能。例如，除了压缩螺旋圈形弹簧86之外，或取而代之，可将一个或多个拉伸螺旋圈形弹簧(tensile helical coil spring)设置在液击孔21内并在张力状态下连接在气缸体20与支柱导向件83之间，以将排出阀80朝向倾斜表面100偏置。或者，所有的螺旋圈形弹簧86以及支柱29和支柱导向件83都可省去，一个或多个板簧(未示出)内连在排出阀80与气缸体20或气缸头30之间，以将排出阀80朝在其闭合位置的倾斜表面100偏压。
为了避免气体从压缩腔70中泄漏，尤其沿气缸内腔壁22和外罩外表面52之间的可能渗漏的路径泄漏，压缩腔70应该被密封。在一较佳实施例中，在外罩50中形成一圆周唇形密封部分24来防止气体沿该可能渗漏的路径溢出压缩腔70，如图1、2、7和10所示。如图8剖视图所示，渐小的唇形密封部分24从基体26延伸，结束在顶尖部28。由于外罩50顶部28的圆周大于活塞内腔壁22的圆周，顶部28朝内腔壁22，使顶部28与内腔壁22之间的接触在活塞40的往复移动范围中恒定地保持。
在压缩冲程中，压缩腔70内的压缩气体将压力作用于唇形密封部分24的内表面，即迫使顶尖部28紧紧地靠着内腔壁22，从而在外罩50朝排出阀80运行的过程中，在有外罩50移动的内腔壁22的周边形成一连续的密封。在吸入冲程中，当外罩50离开排出阀80移动时，顶尖部28保持与内腔壁22的接触。由于外罩50由热塑性材料所组成，还由于内腔壁22的光滑性，在压缩机工作的过程中，顶尖部28与内腔壁22之间形成的摩擦极小。所以在吸入和压缩冲程中，唇形密封部分24使阻力最小，提高了压缩机工作的效率。此外，由于唇形密封部分24是由热塑性材料制成的，它具有高程度的适应性，并能与活塞内腔壁22形成密封。采用如图所示的唇形密封来密封压缩腔70还减少了压缩机零件的数量，那是因为唇形密封部分24可以模制成整体外罩50的一部分。或者，也可以采用其它类型的密封。
参阅图9和10，在唇形密封部分24与外罩外表面52之间形成一空隙。尽管该空隙相对于压缩腔70的总容积很小，但该空隙25将在压缩冲程的顶点含有未蒸发的气体。因此，空隙25的尺寸最好极小，以便使空隙25中的气体体积最小，而压缩腔70内排空的压缩气体最大。
要注意的是，对本发明实施例中前述说明书、附图和例子进行改变和/或变化对本领域的熟练技术人员来将是显然的。因此，要强调的是，前述的仅仅是较佳实施例的举例说明，而不是用来限制本发明的，所以本发明的基本精神和范围取决于所附的权利要求书。
权利要求
1．一气体压缩机，它包括一其内有一活塞腔的气缸体，所述活塞腔由一具有内腔开口的内腔壁所构成；一连接于气缸体的气缸头；一活塞，它具有一活塞顶部、一活塞底部、一活塞周边和一由顶部与底部之间的距离限定的活塞长度，所述活塞安装成能在所述活塞腔内沿活塞往复移动的轴线往复移动，活塞的往复移动包括活塞的吸入冲程和活塞的压缩冲程；其中所述各冲程限定了在一活塞冲程距离上的所述活塞的运动；一阀门外罩，具有一设置在活塞顶部之上的外罩顶部和一设置在所述活塞和所述内腔壁中间的外罩本体，所述外罩具有一构成外罩外周边的外表面；一构成外罩内周边的内表面，外罩内周边大于所述活塞周边但小于所述外周边，所述内表面包括一用来接合活塞顶部的外罩窝；一形成在外罩顶部的顶部开口；以及一个或多个形成在所述外罩本体中的本体开口；所述外罩位于所述活塞腔内，使所述外罩内周边与所述活塞周边相邻，所述外罩外周边与所述内腔壁相邻，所述外罩内周边和所述活塞周边构成一在它们之间的外罩腔，安装所述外罩使它沿活塞的往复移动轴线往复移动，从而使外罩在外罩冲程距离上运动；一安装在所述气缸头与所述外罩顶部中间的、具有一阀底部和一阀顶部的排出阀，所述阀底部与外罩顶部相邻，构成了一在阀底部与外罩顶部之间的压缩腔，还构成了一在阀顶部与气缸头之间的排出腔；用来密封压缩腔以防止压缩气体逸出压缩腔的装置；用来在活塞吸入冲程的至少一部分过程中将排出腔与压缩腔隔离的装置；以及一与所述一个或多个在外罩本体中的本体开口连通的入口，从而在活塞的吸入冲程中通过外罩气体腔将气体输入到压缩腔中。
2．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述外罩还包括一外罩底部和一由外罩顶部与外罩底部之间的距离所限定的外罩长度，所述外罩长度大于所述活塞长度。
3．如权利要求2所述的压缩机，其特征在于，所述外罩底部包括用来使所述外罩内周边与所述活塞周边保持相邻的装置。
4．如权利要求3所述的压缩机，其特征在于，所述用来保持的装置包括一个或多个形成在外罩上的弹性指状件，当外罩阀和活塞安装在所述活塞腔中时，它或它们能够保持外罩内周边与活塞周边相邻，所述一个或多个指状件可以将外罩冲程的距离限制在小于活塞冲程的距离，当外罩和活塞脱离活塞腔时，所述一个或多个指状件容许使外罩与活塞分离。
5．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述用于隔离的装置包括一形成在排出阀中的排出阀窝；一形成在与所述内腔开口邻近的所述气缸体上的阀座表面；以及用来朝所述活塞腔弹性推动所述排出阀的装置，从而当压缩腔中的压缩气体作用于排出阀的底部的力小于所述弹性推动排出阀的装置作用的力时，所述排出阀面与所述阀座表面接合。
6．如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述弹性推动的装置包括一设置在所述排出阀与所述气缸体之间的螺旋圈形弹簧。
7．如权利要求5所述的压缩机，其特征在于，所述弹性推动的装置包括一设置在所述排出阀与所述气缸体之间的片簧。
8．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，还包括用来使排出阀可活动地连接于气缸体的装置。
9．如权利要求8所述的压缩机，其特征在于，所述用来可活动连接的装置包括多个导向件，所述气缸体还包括多个设置在与所述活塞腔相邻的所述气缸体中的支柱孔，各所述支柱孔包括支柱孔深度；支柱孔周边；一安装在基本上平行于活塞往复移动轴线的支柱孔中的支柱，各支柱的长度大于支柱孔深度，使各支柱的至少一部分从气缸体中伸出，从而构成多个具有支柱伸出长度的支柱伸出部分；其中各所述导向件包括可活动地将所述排出阀固定于一支柱伸出部分的装置，以便使所述排出阀面与所述阀座表面对齐接合。
10．如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述排出阀包括将排出阀的运动限制在小于支柱伸出部分的长度的装置。
11．如权利要求10所述的压缩机，其特征在于，所述用来限制的装置包括一形成在排出阀顶部的伸出件，当所述排出阀面与所述阀座表面接合时，所述伸出件位于距离气缸头的一有限的距离处，所述有限距离小于所述支柱伸出部分的长度。
12．如权利要求9所述的压缩机，其特征在于，所述多个支柱孔中的至少一个包括控制压缩机液击的装置。
13．如权利要求12所述的压缩机，其特征在于，所述控制液击的装置包括一与一支柱孔轴向对齐的液击孔，所述液击孔有一比所述支柱孔的周边大的液击孔周边并含有流体，所述导向件中的至少一个包括一从所述导向件延伸到所述液击孔中的液击件，当流体在所述液击孔中，可限制所述排出阀的运动。
14．如权利要求13所述的压缩机，其特征在于，还包括至少一个形成在所述气缸体中与所述液击孔和所述排出阀内联的通路。
15．如权利要求13所述的压缩机，其特征在于，所述弹性推动的装置包括一设置在所述液击孔中并内联在所述液击孔与所述液击件之间的弹簧，当压缩腔中的压缩气体作用于排出阀的底部的力小于所述弹簧作用于排出阀的力时，该弹簧朝所述阀座表面弹性推动所述排出阀面。
16．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述用来密封的装置包括一形成在外罩外表面中的唇形密封部分，所述唇形密封部分防止压缩腔中的压缩气体至少在活塞的压缩冲程中沿内腔壁逸出。
17．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，还包括至少在压缩机的启动过程中阻尼外罩与活塞之间的相对运动的装置。
18．如权利要求17所述的压缩机，其特征在于，所述阻尼装置包括形成在所述外罩中的阻尼支柱装置、形成在所述活塞中用来容纳所述阻尼支柱装置的阻尼支柱容纳装置和一互联所述阻尼支柱装置和所述阻尼支柱容纳装置的弹簧。
19．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述入口包括一个或多个在远离所述排出腔的穿过所述气缸体的气体通道，与所述气缸内腔连通；以及至少一个穿过所述外罩的气体入口，在各活塞冲程中至少一相当部分上，使至少一个气体通道与所述外罩腔连通。
20．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述入口包括一个或多个穿过所述活塞的与所述外罩腔连通的气体通道。
21．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述外罩由热塑性材料制成。
22．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述排出阀由热塑性材料制成。
23．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述活塞顶部包括一与活塞的往复移动的轴线轴向对齐的凸起部分，所述伸出部分的终端是一具有凸起表面区域的上表面，所述形成在外罩顶部中的顶部开口有一比所述凸起表面区域大的顶部开口区域，以便在活塞往复运动中容纳所述凸起部分的至少一部分。
24．如权利要求1所述的压缩机，其特征在于，所述凸起部分包括一弯曲的凸起部分，至少在活塞的压缩冲程中，所述外罩顶部和所述排出阀底部弯曲形成与所述凸起部分一致。
25．一种设置在气体压缩机的气缸体与气缸头之间的压缩机排出阀组件，用以调节从一设置在气缸头活塞腔中的压缩腔中释放到形成在气缸头中的排出腔的压缩气体，所述排出阀组件包括一形成在与活塞腔相邻的气缸体中的阀座表面；一安装在所述气缸头与所述压缩腔中间的排出阀，所述排出阀具有一与所述压缩腔相邻的底部表面；一与所述压缩腔相邻的顶部表面；以及一与所述阀座表面一致的排出阀面；可活动地将排出阀连接于气缸体的装置；以及用来朝所述活塞腔弹性推动所述排出阀的装置，从而当压缩腔中的压缩气体作用于排出阀的底部的力小于所述弹性推动排出阀的装置作用的力时，所述排出阀面与所述阀座表面接合。
26．如权利要求25所述的排出阀组件，其特征在于，所述排出阀的底部表面基本上是透镜形的。
27．如权利要求25所述的排出阀组件，其特征在于，所述可活动连接的装置包括多个连接于所述顶部表面的导向件；多个设置在与所述活塞腔相邻的所述气缸体中的支柱孔，各所述支柱子包括支柱孔深度；支柱孔周边；以及一安装在基本上平行于活塞往复移动轴线的支柱孔中的支柱，各支柱的长度大于支柱孔深度，使各支柱的至少一部分从气缸体中伸出，从而构成多个具有支柱伸出长度的支柱伸出部分；其中各所述导向件包括可活动地将所述排出阀固定于一支柱伸出部分的装置，以便使所述排出阀面与所述阀座表面对齐接合。
28．如权利要求25所述的排出阀组件，其特征在于，还包括将排出阀的运动限制在小于支柱伸出部分的长度的装置。
29．如权利要求28所述的排出阀组件，其特征在于，所述用来限制的装置包括一形成在排出阀顶部的伸出件，当所述环状阀座表面与所述环状阀面接触时，所述伸出件位于距离气缸头的一有限的距离处，所述有限距离小于所述支柱伸出部分的长度。
30．如权利要求27所述的排出阀组件，其特征在于，所述多个支柱孔中的至少一个还包括控制压缩机液击的装置。
31．如权利要求30所述的排出阀组件，其特征在于，所述控制液击的装置包括至少一个形成在气缸体中的与一支柱孔轴向对齐的液击孔，所述至少一个液击孔有一比所述支柱孔周边大的液击孔周边并含有流体，所述导向件中的至少一个还包括一从所述导向件延伸到所述液击孔中的液击件，当流体在所述液击孔中，可限制所述排出阀的运动。
32．如权利要求31所述的排出阀组件，其特征在于，所述用来弹性推动的装置包括一设置在所述液击孔中并内联在所述液击孔与所述液击件之间的弹簧，当压缩腔中的压缩气体作用于排出阀的底部的力小于所述弹簧作用于排出阀的力时，该弹簧朝所述阀座表面弹性推动所述排出阀面。
33．如权利要求25所述的排出阀组件，其特征在于，所述弹性推动的装置包括一设置在所述排出阀与所述气缸头之间的弹簧。
34．如权利要求33所述的排出阀组件，其特征在于，所述弹簧包括一螺旋圈形弹簧。
35．如权利要求33所述的排出阀组件，其特征在于，所述弹簧包括一片簧。
36．如权利要求25所述的排出阀组件，其特征在于，所述排出阀由热塑性材料制成。
37．如权利要求25所述的排出阀组件，其特征在于，排出阀的底部表面是弯曲的。
38．一设置在气体压缩机的活塞与活塞内腔壁之间的压缩机阀门外罩组件，用来调节从压缩机的气体通道到压缩腔中的气体输入，所述活塞有一活塞顶部、一活塞底部、一活塞周边和一由顶部与底部之间的距离限定的活塞长度，所述活塞安装成能在所述活塞腔内沿活塞往复移动的轴线往复移动，所述往复移动包括活塞的吸入冲程和活塞的压缩冲程，所述各冲程限定了在一活塞冲程距离上的所述活塞的运动，所述外罩组件包括一阀门外罩，具有一设置在活塞顶部之上的外罩顶部；一设置在所述活塞和所述内腔壁中间的外罩本体；一构成外罩外周边的外表面；一构成外罩内周边的内表面，外罩内周边大于所述活塞周边但小于所述外周边，所述内表面包括一用来接合活塞顶部的外罩窝；一形成在外罩顶部的顶部开口；以及一个或多个形成在所述外罩本体中的本体开口；所述外罩位于所述活塞腔内，使所述外罩内周边与所述活塞周边相邻，所述外罩外周边与所述内腔壁相邻，所述外罩内周边和所述活塞周边构成一在它们之间的外罩腔，安装所述外罩使它沿活塞的往复移动轴线往复移动，从而使外罩在外罩冲程距离上运动；用来使外罩的外表面在内腔壁上密封的装置，以防止压缩腔中的压缩气体沿内腔壁溢出；以及一与所述外罩腔连通的入口，在活塞的吸入冲程的至少一部分过程中，用以通过外罩腔将气体输入到压缩腔中。
39．如权利要求38所述的外罩组件，其特征在于，所述外罩还包括一外罩底部和一由外罩顶部与外罩底部之间的距离限定的外罩长度，所述外罩长度大于所述活塞长度。
40．如权利要求39所述的外罩组件，其特征在于，所述外罩底部包括用来保持所述外罩内周边与所述活塞周边相邻的装置。
41．如权利要求40所述的外罩组件，其特征在于，所述用来保持的装置包括一个或多个形成在所述外罩中的弹性指，当外罩阀和活塞安装在所述活塞腔内时，所述一个或多个弹性指的功能是保持外罩内周边与活塞周边相邻，所述一个或多个弹性指的功能是限制外罩与活塞之间的相对运动小于活塞冲程距离，当外罩和活塞脱离活塞腔时，所述一个或多个弹性指允许外罩与活塞分离。
42．如权利要求38所述的外罩组件，其特征在于，所述密封的装置包括一形成在外罩外表面中的唇形密封部分，所述唇形密封部分防止压缩腔中的压缩气体在至少活塞压缩冲程中沿内腔壁逸出。
43．如权利要求38所述的外罩组件，其特征在于，还包括在至少压缩机的启动过程中阻尼外罩与活塞之间的相对运动的装置。
44．如权利要求43所述的外罩组件，其特征在于，所述阻尼装置包括形成在所述活塞中的阻尼支柱装置、形成在所述外罩中的容纳所述阻尼支柱装置的阻尼支柱容纳装置和一互联在所述阻尼支柱装置与所述阻尼支柱容纳装置中的弹簧。
45．如权利要求38所述的外罩组件，其特征在于，所述外罩顶部是弯曲的。
全文摘要
一气体压缩机包括一通过诸卡入活塞底部的弹性指而可取下地连接于活塞的外罩。活塞在气缸内腔内往复移动时，弹性指限制活塞与外罩之间的相对运动。在吸入冲程中，活塞和外罩的顶部分离，在外罩顶部形成一开口，低压气体从入口经开口到压缩腔。在压缩冲程中，活塞和外罩的顶部组合成邻接表面，迫使排出阀打开将压缩气体释放到进入排出腔室。外罩包括一唇形密封部分，防止压缩气体逸出压缩腔。还设置液击保护装置。外罩和排出阀由热塑性材料制成。
文档编号F04B39/00GK1227622SQ97197172
公开日1999年9月1日 申请日期1997年6月27日 优先权日1996年8月8日
发明者杰拉德·L·特维利杰 申请人:杰拉德·L·特维利杰