JP2018059509A - 冷却通路を有するオイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置及びリストピンベアリング表面を冷却する方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】リストピンベアリングとリストピンベアリング表面とを冷却するために、リストピン及び/又はピストンを通じて加圧空気又は自由空気の適切な流れを提供するオイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置を提供する。
【解決手段】シリンダ20と、リストピン受容端86を有する連接棒63と、連接棒のリストピン受容端に提供されたリストピン87と、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つシリンダ内に位置付けられたピストン61とを含むエアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置。少なくとも1つの通路89aがリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。
【選択図】図4
【解決手段】シリンダ20と、リストピン受容端86を有する連接棒63と、連接棒のリストピン受容端に提供されたリストピン87と、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つシリンダ内に位置付けられたピストン61とを含むエアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置。少なくとも1つの通路89aがリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。
【選択図】図4
Description
本開示は、概して、コンプレッサ用ピストンシリンダ配置に関し、より詳しくは、オイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置及びピストンシリンダ配置を冷却する方法に関する。
レシプロケーティングコンプレッサは、その設計の性質上、クランクシャフトの回転運動を、合致する数の連接棒を通じて1つ又は複数のピストンの往復運動に変換する。コンプレッサでは、ピストンが一般にリストピン(wrist pin)と呼ばれるピンを使用して連接棒に結合される。リストピンと、ピストンと、連接棒との間の結合部には、部品間の振動と、コンプレッサの動的構成要素の慣性及び圧縮力により発生する負荷とに対処することのできるベアリング表面が含まれていなければならない。信頼性の高いベアリング表面を作るための多くの容認できるベアリングの種類及び取付け方法がある。しかしながら、ベアリング表面の動作における重要な要素は、動作温度をベアリングの材料及び潤滑油にとって適正な範囲内に保つことである。
油浴式コンプレッサにおいて、ベアリング表面の冷却は、注油システムを通じてオイルをベアリングへ供給することによって実現され、注油システムは、加圧されたオイル(pressurized oil)又ははねかけ(oil splash)を使用し得る。オイルはベアリング表面を通じて又はその周囲を通過してベアリングを潤滑化し、生成された摩擦熱を接合部とベアリング表面とから除去する。オイルフリーコンプレッサでは、ベアリング表面のすべてが起伏のないベアリングであり、注油又はグリースを収容するシールドローラベアリングを必要としない。この種のコンプレッサは、可動構成部品全体にわたってオイルを流すことに依存しない冷却方法を必要とする。オイルフリーコンプレッサにおけるベアリング表面の典型的な冷却方法は、ベアリング表面上で加圧又は自由空気を移動させて、リストピンベアリングを冷却するステップを含む。
例えば、参照によってその全体を本願に援用するCoulinの米国特許第4,550,647号明細書は、内燃機関においてピストンを連接棒に結合するピストンピンを開示している。このピストンピンには複数の通路が設けられ、それによってオイルがピストンピンを通り、ピストンの内側空洞を潤滑化する。参照によってその全体を本願に援用するSmithの米国特許第2,742,883号明細書は、ピストンピンを介して連接棒に結合されたピストンを含む油冷式ピストン構造を開示している。連接棒内に画定されたオイル通路は、オイルをピストンピンに供給する。ピストンピン内に画定された穴がピストンピンからピストンヘッドへ複数の通路を介してオイルを供給する。第二の複数の通路は、ピストンとシリンダとの間に供給されたオイルがピストン内に戻ることを許容する。
以上を鑑み、現在、リストピンベアリングとリストピンベアリング表面とを冷却するために、リストピン及び/又はピストンを通じて加圧空気又は自由空気の適切な流れを提供するオイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置が求められている。
1つの態様において、エアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置は、シリンダと、リストピン受容端を有する連接棒と、連接棒のリストピン受容端に提供されたリストピンと、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つシリンダ内に位置付けられたピストンとを含んでいる。少なくとも1つの通路がリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。
少なくとも1つの通路は、リストピン内に入り且つそれから出る空気の双方向流れを許容し得る。リストピン内に画定された少なくとも1つの通路は2つの入口通路を含み得る。1つの入口通路は連接棒のリストピン受容端の第一の側に提供され得、及び1つの入口通路は連接棒のリストピン受容端の第二の側に提供され得る。少なくとも1つの出口通路がピストン内に画定されて、空気がピストンを通してリストピンから流出することを許容し得る。ピストン内に画定された少なくとも1つの出口通路はリストピンの下に提供され得る。ピストン内に画定された少なくとも1つの出口通路はリストピンに対して傾斜していてもよい。リストピン内に画定された少なくとも1つの通路は入口通路と出口通路とを含み得る。出口通路はリストピンの上面に提供され得、及び入口通路はリストピンの下面に提供され得る。リストピンは、ピストンにより画定された2つの対向する凹部内に保持され得る。リストピンベアリングは、連接棒のリストピン受容端に提供され得る。リストピンベアリングはリストピンと連接棒との間に位置付けられ得る。
他の態様において、鉄道車両用エアコンプレッサは、コンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジングにより支持されたクランクシャフトアセンブリと、コンプレッサハウジング内に支持された少なくとも1つのピストンシリンダとを含み得る。少なくとも1つのピストンシリンダは、シリンダと、リストピン受容端を有する連接棒であって、クランクシャフトアセンブリに連結された連接棒と、連接棒のリストピン受容端内に提供されたリストピンと、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つリシリンダ内に提供されたピストンとを含み得る。少なくとも1つの通路がリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。
少なくとも1つの通路は、リストピン内に入り且つそれから出る空気の双方向流れを許容し得る。リストピン内に画定された少なくとも1つの通路は2つの入口通路を含み得る。1つの入口通路は連接棒のリストピン受容端の第一の側に提供され得、及び1つの入口通路は連接棒のリストピン受容端の第二の側に提供され得る。少なくとも1つの出口通路がピストン内に画定されて、空気がピストンを通してリストピンから流出することを許容し得る。ピストン内に画定された少なくとも1つの出口通路はリストピンの下に提供され得る。ピストン内に画定された少なくとも1つの出口通路はリストピンに対して傾斜していてもよい。リストピン内に画定された少なくとも1つの通路は入口通路と出口通路とを含み得る。出口通路はリストピンの上面に提供され得、及び入口通路はリストピンの下面に提供され得る。リストピンは、ピストンにより画定された2つの対向する凹部内に保持され得る。リストピンベアリングは、連接棒のリストピン受容端に提供され得る。リストピンベアリングはリストピンと連接棒との間に位置付けられ得る。
他の態様において、エアコンプレッサのピストンシリンダ内のリストピンを冷却する方法は、エアコンプレッサのコンプレッサハウジングからピストンシリンダ内へ空気を誘導するステップと、ピストンシリンダからピストンシリンダ内の連接棒上に提供されたリストピン内へ空気を誘導するステップと、リストピンを通して空気を誘導するステップと、リストピンを通してコンプレッサハウジング内へ戻るように空気を誘導するステップとを含む。この方法は、リストピン上に提供されたピストンを通してリストピンから出るように空気を誘導するステップをさらに含み得る。
リストピン及びコンプレッサ並びにコンプレッサの関連要素の動作方法及び機能の上記及びその他の特徴及び特性は、以下の説明と付属の特許請求の範囲とを、添付の図面を参照しながら考慮するとより明らかになるであろう。これらはすべて本明細書の一部を成し、各種の図で同様の参照番号は対応する部品を示す。しかしながら、図面は例示及び説明を目的としているにすぎず、本開示の限定要素の定義として含められているのではないことが明確に理解されるべきである。本明細書と特許請求の範囲とにおいて使用される限り、「1つの(a)」、「1つの(an)」、及び「その(the)」の単数形は、文脈上明らかに他の解釈が必要な場合を除き、複数形を含む。
以下の説明の解釈において、「上側」、「下側」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「横方向」、「長さ方向」という用語及びそれらの派生形は、図中の向きにある本発明に関する。しかしながら、本発明は、特に別段の明確な断りがない限り、代替的な変形形態及びステップの連続をとり得ることが理解されるべきである。また、添付の図面に示され、以下の説明に記載されている具体的なシステム及びプロセスは、単に本開示の例示的な態様であることも理解されるべきである。したがって、本明細書で開示さる態様に関する具体的な寸法及びその他の物理的特性は限定的ではないと考えるべきである。
図面を参照すると、その複数の図を通じて同様の参照番号は同様の部品を示し、本開示は、概して、コンプレッサのピストンシリンダ配置に関し、より詳しくは、リストピンベアリングとリストピンベアリング表面とを冷却するために、リストピンとピストンとを通じて空気を誘導する冷却通路を有するオイルフリーコンプレッサのピストンシリンダ配置に関する。
図1〜3を参照すると、1つの態様によるエアコンプレッサ10が示されている。図のように、エアコンプレッサ10はマルチシリンダエアコンプレッサ10であり、少なくとも第一のピストンシリンダ20と、第二のピストンシリンダ30と、第三のピストンシリンダ40と、第四のピストンシリンダ50とを含む。1つの態様において、エアコンプレッサ10は、オイルフリーエアコンプレッサであり得る。他の態様において、エアコンプレッサ10は、米国特許出願公開第2015/0322933号明細書に開示されているエアコンプレッサ等であり得、同出願の開示全体を参照によって本願に援用する。図1〜3にはエアコンプレッサ10の1つの態様が示されているが、本開示は、オイル式及びオイルフリー式の構成を含む任意の種類のコンプレッサに応用可能であることが理解されるべきである。第一のピストンシリンダ20、第二のピストンシリンダ30、第三のピストンシリンダ40、及び第四のピストンシリンダ50は、コンプレッサハウジング12又はクランクケースにより支持され得、それぞれコンプレッサハウジング12内に配置され、コンプレッサハウジング12によって回転可能に支持されるクランクシャフトアセンブリ60により駆動され得る。エアコンプレッサ10の上記の構成要素を本明細書で詳しく説明する。エアコンプレッサ10は、六角形の断面を有し得る。支持部材13はエアコンプレッサ10の下面に固定され得る。支持部材13は、エアコンプレッサ10を機関車又は鉄道車両に取り付けるために使用され得る。エアコンプレッサ10は、冷却ファン73をさらに含み得る。
第一のピストンシリンダ20、第二のピストンシリンダ30、第三のピストンシリンダ40、及び第四のピストンシリンダ50は実質的に同様の構成であり、マルチシリンダエアコンプレッサ10内において、第一のピストンシリンダ20は第一のシリンダとして動作し、第二のピストンシリンダ30は第二のシリンダとして動作し、第三のピストンシリンダ40は第三のシリンダとして動作し、及び第四のピストンシリンダ50は第四のシリンダとして動作する。本開示の1つの態様において、第一のピストンシリンダ20と第四のピストンシリンダ50とは高圧ピストンシリンダであり得る。この同じ態様において、第二のピストンシリンダ30と第三のピストンシリンダ40とは低圧ピストンシリンダであり得る。第一のピストンシリンダ20と第四のピストンシリンダ50とは、第二のピストンシリンダ30と第三のピストンシリンダ40とより一般に小さく、また一般により小さい直径を有する。
1つの態様において、第一のピストンシリンダ20、第二のピストンシリンダ30、第三のピストンシリンダ40、及び第四のピストンシリンダ50は、エアコンプレッサ10の長さ方向軸11の周囲に放射状に配置される。ピストンシリンダ20、30、40、50はエアコンプレッサ10の外周と接する。1つの態様において、ピストンシリンダ20、30、40、50は、コンプレッサハウジングの外周に沿ってX字形に位置付けられ得る。第一のピストンシリンダ20と第四のピストンシリンダ50とは、X字形配置の第一及び第二の下側の足として配置され得る。第二のピストンシリンダ30と第三のピストンシリンダ40とは、X字形配置の第一及び第二の上側の足として配置され得る。1つの態様において、第二のピストンシリンダ30と第三のピストンシリンダ40とは、コンプレッサハウジング12上の第一のピストンシリンダ20と第四のピストンシリンダ50との間に位置付けられ得る。
図1〜3に示されるように、第一のピストンシリンダ20は円筒形のハウジング21を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング12の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端22aと、第二の端22bとを含む。円筒形のハウジング21は、コンプレッサハウジング12の外部と接するために第一の端22aの付近に配置されたフランジ23を備えて形成される。放熱フィン24は、円筒形のハウジング21の周囲に提供され得、円筒形のハウジング21は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
シリンダヘッド25は、円筒形のハウジング21の第二の端22bに固定される。シリンダヘッド25は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング21の第二の端22bにバルブアセンブリ26を固定する。シリンダヘッド25はまた、バルブアセンブリ26の上方に位置付けられたアンローダキャップ(unloader cap)29も格納する。アンローダキャップ29はアンローダピストン(unloader piston)75を格納し、これは、シリンダヘッド25の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ29を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストン75とアンローダキャップ29との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド25の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気(パイロットエア)から分離される。アンローダピストン75は、空気圧がアンローダキャップ29のパイロットポート77a、77bにかけられると、バルブアセンブリ26の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ10は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド25は、第一の通気路28aと第二の通気路28bとを含む。シリンダヘッド25は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
前述のように、第二のピストンシリンダ30は、これから説明するように、残りのピストンシリンダと実質的に同様の構成を有する。第二のピストンシリンダ30は円筒形のハウジング31を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング12の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端32aと、第二の端32bとを含む。円筒形のハウジング31は、コンプレッサハウジング12の外部と接するために第一の端32aの付近に配置されたフランジ33を備えて形成される。放熱フィン34が円筒形のハウジング31の周囲に提供され得、円筒形のハウジング31は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
シリンダヘッド35は、円筒形のハウジング31の第二の端32bに固定される。シリンダヘッド35は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング31の第二の端32bにバルブアセンブリ36を固定する。シリンダヘッド35はまた、バルブアセンブリ36の上方に位置付けられたアンローダキャップ39も格納する。アンローダキャップ39はアンローダピストンを格納し、これは、シリンダヘッド35の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ39を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストンとアンローダキャップ39との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド35の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気(パイロットエア)から分離される。アンローダピストンは、空気圧がアンローダキャップ39のパイロットポート77a、77bに加えられると、バルブアセンブリ36の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ10は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド35は、第一の通気路38aと第二の通気路38bとを含む。シリンダヘッド35は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
前述のように、第三のピストンシリンダ40は、これから説明するように、残りのピストンシリンダと実質的に同様の構成を有する。第三のピストンシリンダ40は円筒形のハウジング41を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング12の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端42aと、第二の端42bとを含む。円筒形のハウジング41は、コンプレッサハウジング12の外部と接するために第一の端42aの付近に配置されたフランジ43を備えて形成される。放熱フィン44が円筒形のハウジング41の周囲に提供され得、円筒形のハウジング41は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
シリンダヘッド45は、円筒形のハウジング41の第二の端42bに固定される。シリンダヘッド45は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング41の第二の端42bにバルブアセンブリ46を固定する。シリンダヘッド45はまた、バルブアセンブリ46の上方に位置付けられたアンローダキャップ49も格納する。アンローダキャップ49はアンローダピストンを格納し、これは、シリンダヘッド49の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ49を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストンとアンローダキャップ49との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド45の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気(パイロットエア)から分離される。アンローダピストンは、空気圧がアンローダキャップ49のパイロットポート79a、79bに加えられると、バルブアセンブリ46の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ10は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド45は、第一の通気路48aと第二の通気路48bとを含む。シリンダヘッド45は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
前述のように、第四のピストンシリンダ50は、これから説明するように、残りのピストンシリンダと実質的に同様の構成を有する。第四のピストンシリンダ50は円筒形のハウジング51を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング12の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端52aと、第二の端52bとを含む。円筒形のハウジング51は、コンプレッサハウジング12の外部と接するために第一の端52aの付近に配置されたフランジ53を備えて形成される。放熱フィン54が円筒形のハウジング51の周囲に提供され得、円筒形のハウジング51は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
シリンダヘッド55は、円筒形のハウジング51の第二の端52bに固定される。シリンダヘッド55は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング51の第二の端52bにバルブアセンブリ56を固定する。シリンダヘッド55はまた、バルブアセンブリ56の上方に位置付けられたアンローダキャップ59も格納する。アンローダキャップ59はアンローダピストンを格納し、これは、シリンダヘッド55の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ59を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストンとアンローダキャップ59との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド55の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気(パイロットエア)から分離される。アンローダピストンは、空気圧がアンローダキャップ59のパイロットポート80a、80bに加えられると、バルブアセンブリ56の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ10は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド55は、第一の通気路58aと第二の通気路とを含む。シリンダヘッド55は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。
図3を参照すると、第一のピストンシリンダ20は、円筒形のハウジング21内で往復運動可能な第一のピストン61をさらに含む。ピストン61は、第一の端62aと第二の端62bとを含み、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で製作される。ピストン61は、連接棒63を介してクランクシャフトアセンブリ60に動作的に結合される。動作中、ピストン61は、クランクシャフトアセンブリ60の回転を介して生成される往復運動で動作する。空気は、ピストン61の下方運動の結果として、通気路28a、28bのうちの一方を介して第一のピストンシリンダ20の円筒形のハウジング21内に引き込まれる。バルブアセンブリ26は、ピストン61の下方運動中に開き、空気を円筒形のハウジング21内に引き込み、上方運動中に閉じる部分を含む。さらに、バルブアセンブリは、ピストン61の下方運動中に閉じ、ピストン61の上方運動中に開いて、円筒形のハウジング21内の空気が圧縮され、通気路28a、28bの一方を介して円筒形のハウジング21の外へ案内される別の部分を有する。
第二のピストンシリンダ30は、円筒形のハウジング31内で往復運動可能な第二のピストン64をさらに含む。ピストン61は、第一の端65aと第二の端65bとを含み、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で製作される。ピストン64は、連接棒(図示せず)を介してクランクシャフトアセンブリ60に動作的に結合される。動作中、ピストン64は、クランクシャフトアセンブリ60の回転を介して生成される往復運動で動作する。空気は、ピストン64の下方運動の結果として、通気路38a、38bのうちの一方を介して第二のピストンシリンダ30の円筒形のハウジング31内に引き込まれる。バルブアセンブリ36は、ピストン64の下方運動中に開き、空気を円筒形のハウジング31内に引き込み、上方運動中に閉じる部分を含む。さらに、バルブアセンブリは、ピストン64の下方運動中に閉じ、ピストン64の上方運動中に開いて、円筒形のハウジング31内の空気が圧縮され、通気路38a、38bの一方を介して円筒形のハウジング31の外へ案内される別の部分を有する。
第三のピストンシリンダ40は、円筒形のハウジング41内で往復運動可能な第三のピストン67をさらに含む。ピストン67は、第一の端68aと第二の端68bとを含み、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で製作される。ピストン67は、連接棒(図示せず)を介してクランクシャフトアセンブリ60に動作的に結合される。動作中、ピストン67は、クランクシャフトアセンブリ60の回転を介して生成される往復運動で動作する。空気は、ピストン67の下方運動の結果として、通気路48a、48bのうちの一方を介して第三のピストンシリンダ40の円筒形のハウジング41内に引き込まれる。バルブアセンブリ46は、ピストン67の下方運動中に開き、空気を円筒形のハウジング41内に引き込み、上方運動中に閉じる部分を含む。さらに、バルブアセンブリは、ピストン67の下方運動中に閉じ、ピストン67の上方運動中に開いて、円筒形のハウジング41内の空気が圧縮され、通気路48a、48bの一方を介して円筒形のハウジング41の外へ案内される別の部分を有する。第四のピストンシリンダ50は、第一のピストンシリンダ20、第二のピストンシリンダ30、及び第三のピストンシリンダ40と同様の構成(図示せず)をさらに含む。
図4〜6を参照して、第一のピストンシリンダ20の第一のピストン61と連接棒63とをより詳しく説明する。説明は第一のピストンシリンダ20に関して提供されているが、その他のピストンシリンダ30、40、50も第一のピストンシリンダ20と同様に構成されることが理解されるべきである。連接棒63は、棒部材85と、クランクピン受容端(図せず)と、リストピン受容端86とを含み得る。リストピン受容端86は、その中にリストピン87を受けるための開口を画定し得る。リストピン87は、実質的に円筒形の中空部材であり得、連接棒63をピストン61に結合する。リストピン87は、ピストン61の内面に画定された対向する凹部88a、88b内に受けられ得る。しかしながら、リストピン87は、何種類かの方法を使用してピストン61に結合し得ることが想定される。リストピン87は、ピストン61から絶縁されているか、又はピストン61との直接伝導接触部を有し得る。連接棒63が第一のピストンシリンダ20内で往復運動すると、ピストン61は第一のピストンシリンダ20内で上下方向に移動する。
図4に示されるリストピン87の1つの態様において、少なくとも2つの通路89a、89bがリストピン87の下側部分に画定され得る。図4には2つの通路89a、89bが示されているが、必要に応じてそれより少ない又はそれより多い通路がリストピン87内に画定され得ることが想定される。通路89a、89bは、穴、スロット、又はリストピン87に穴あけ加工された他の任意の種類の通路であり得る。1つの態様において、1つの通路89aは連接棒63の一方の側に提供され得、別の通路89bは連接棒63の反対側に提供され得る。通路89a、89bは、空気がリストピン87を通して自由に流れるようにするためのポートとして動作する。この空気の流れは、高温の空気が通路89a、89bの1つを通して流れ、より低温の空気が別の通路89a、89bを通してリストピン87内を流れるようにすることにより、リストピンベアリング90を冷却する。通路89a、89は、リストピン87内において、通路89a、89bがピストン61と連接棒63に組み付けられたときにコンプレッサ10のクランクケースと対面するような向きとされ得る。1つの態様において、リストピン87は連接棒63内で自由に振動し得、ピストン61内に固定され得る。これと同じ種類の配置は、リストピン87を連接棒63内に固定するか、又はリストピン87をピストン61と連接棒63との両方内で自由に浮動させることによっても実現され得る。1つの態様において、リストピンベアリング90は、リストピン87と連接棒63との間の運動及び負荷を伝達するために使用され得る。リストピンベアリング90は、一体化されているか又は外部のシールによってシールされるグリース潤滑式ローラベアリングであり得る。
ピストン61が第一のピストンシリンダ20内で移動すると、空気が移動してリストピン87の中空の中央部から出入りできる。リストピン87を通して移動する空気は、コンプレッサクランクケースから誘導される。オイルフリーコンプレッサ10のクランクケースは、ポジティブ流動システム(positive flow system)を使用して冷却されなければならない。したがって、リストピン87を通して移動する空気は低温の空気であり、それがクランクケース内へ送られる。クランクケースからの空気は、第一のピストンシリンダ20を通してリストピン87内へ誘導される。中空のリストピン87と通路89a、89bとにより作り出された追加の表面積の結果として、リストピン87とリストピンベアリング90とは、対流表面積の増大によってより良好に冷却される。中空のリストピン87内に保持されている高温の空気はすべて、リストピン87内へ誘導される冷却空気により、リストピン87の通路89a、89bの1つから外へ押し出され、誘導され得る。高温の空気は、第一のピストンシリンダ20を通じた強制対流を使用して第一のピストンシリンダ20の壁に伝達され、遠ざけられるか、又はクランクケース内で強制換気が利用されていれば、クランクケースに戻されて、クランクケースを通じて大気中へ遠ざけられる。加熱された空気は、圧力シーリングしていない第一のピストンシリンダ20のボアとピストン61との間のピストンウェアリング(図示せず)を通過してクランクケースに戻り得る。空気の流れは、クランクケース内の強制換気によりリストピン87を通るように保持され得る。しかしながら、依然として、第一のピストンシリンダ20のボアへの伝導を介して冷却力(cooling)が増大され得る。
図5に示される別の態様において、ピストン61はまた、通路91a、91bも含み得、これよって冷却空気はリストピン87から出入りできる。リストピン87の通路89a、89bと同様に、ピストン61内の通路91a、91bはピストン61に穴あけ加工され得る。しかしながら、他の方法を使用してピストン61に通路91a、91bを画定し得ることも想定される。通路91a、91bは、凹部88a、88bの底部に穴あけ加工されて、リストピン87の内部空洞と第一のピストンシリンダ20との間に通路を作り得る。1つの態様において、1つの通路91aは連接棒63の一方の側に提供され得、他の通路91bは連接棒63の反対側に提供され得る。通路91a、91bは、戻ってくる高温の空気をクランクケースに向かって誘導するのを支援するような角度でピストン61に穴あけ加工され得る。1つの態様において、通路91a、91bは連接棒63に向かって下方に且つ内側に傾斜され得る。クランクケースからリストピン87内に画定された通路89a、89bを通り、リストピン87の内部空洞を通り、ピストン61内に画定された通路91a、91bを通り、クランクケースに戻る完全な空気回路が作られ得る。ピストン61はまた、リストピンベアリング90と、リストピン87とを通り、ピストン61に至り、その後、シリンダ壁を通る熱伝導経路(heat conduction path)も含み得る。この熱伝導経路を使用して、加熱された空気は第一のピストンシリンダ20の壁を通り外に出ることができる。伝導経路は、任意の数の手段によって提供され得、これには非断熱ピストンリング、すなわち伝導性リング(図示せず)又は第一のピストンシリンダ20の壁までの自由経路ができるようにするリング状のギャップ(ring gap)が含まれる。
図6に示される別の態様において、複数の通路92a、92bがリストピン87の上側部分に画定され得る。したがって、リストピン87の下側部分において画定される通路89a、89bと同様に、通路92a、92bはリストピン87を完全に貫通して延び得る。図6には2つの通路92a、92bが示されているが、必要に応じてそれより少ない又はそれより多い通路がリストピン87内に画定され得る。通路89a、89b、92a、92bにより、冷却空気は、リストピン87がピストン61から絶縁されているか否かに関係なく、リストピン87を通して移動できる。これらの通路89a、89b、92a、92bはまた、ピストンクラウンが、ピストン61の上方のシリンダにおいて発生する圧縮の熱から断熱されている場合にも有利であり得る。他の態様において、第一のピストンシリンダ20は、通路89a、89b、91a、91b、92a、92bのすべてを含んで、リストピン87とリストピンベアリング90とのためのさらに大きい冷却効果を生じさせ得る。
図4〜6に関して、リストピン87、リストピンベアリング90、及びピストン61を冷却する方法を説明する。1つの態様において、冷却空気はコンプレッサハウジング12からピストンシリンダ20内へ引き込まれ得る。冷却空気は、リストピン87内に画定された通路89a、89bを介してリストピン87内に誘導される。冷却空気は、リストピン87を通して自由に移動することにより、リストピン87とリストピンベアリング90とを冷却する。冷却空気は、リストピン87内に画定された上側通路92a、92bを介してリストピン87の外に誘導され得る。冷却空気はリストピンベアリング90とピストン61とにかかるように通過し、これらの構成要素の両方を冷却し得る。冷却空気はまた、リストピン87から出てピストン61内へ誘導されることにより、ピストン61を冷却し得る。冷却空気は、リストピン87の反対側の2つの開放端から出て、ピストン61に画定された通路91a、91bを通り得る。ピストン61は、冷却空気が通路91a、91bを通して誘導される間に冷却され得る。各通路89a、89b、91a、91b、92a、92bは、それらを通して空気が双方向に流れるように構成され得ることが理解されるべきである。
放射状に配置されたオイルフリーコンプレッサ及び冷却通路を有するリストピンの態様が添付の図面に示され、これまで詳しく説明されたが、当業者にとっては、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなくその他の態様も明らかであり、容易に創出されるであろう。したがって、上記の説明は限定的ではなく例示のためである。上述の本発明は、付属の特許請求の範囲により定義され、特許請求の範囲の意味及び均等物の範囲内に含まれる、本発明に対するすべての変更形態がそれらの範囲に含められるものとする。
Claims (20)
- シリンダと、
リストピン受容端を有する連接棒と、
前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンと、
前記リストピンを介して前記連接棒上に提供され、且つ前記シリンダ内に位置付けられたピストンと
を含み、
少なくとも1つの通路が前記リストピン内に画定されて、空気が前記シリンダから前記リストピン内へ流れることを許容する、エアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置。 - 前記少なくとも1つの通路が、前記リストピン内に入り且つそれから出る前記空気の双方向流れを許容する、請求項1に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記リストピン内に画定された前記少なくとも1つの通路が2つの入口通路を含み、
1つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第一の側に提供され、及び1つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第二の側に提供される、請求項1に記載のピストンシリンダ配置。 - 少なくとも1つの出口通路が前記ピストン内に画定されて、前記空気が前記ピストンを通して前記リストピンから流出することを許容する、請求項1に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記ピストン内に画定された前記少なくとも1つの出口通路が前記リストピンの下に提供される、請求項4に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記ピストン内に画定された前記少なくとも1つの出口通路が前記リストピンに対して傾斜している、請求項4に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記リストピン内に画定された前記少なくとも1つの通路が入口通路と出口通路とを含み、
前記出口通路が前記リストピンの上面に提供され、及び前記入口通路が前記リストピンの下面に提供される、請求項1に記載のピストンシリンダ配置。 - 前記リストピンが、前記ピストンにより画定された2つの対向する凹部内に保持される、請求項1に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンベアリングをさらに含み、
前記リストピンベアリングが前記リストピンと前記連接棒との間に位置付けられる、請求項1に記載のピストンシリンダ配置。 - コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジングにより支持されたクランクシャフトアセンブリと、
前記コンプレッサハウジング内に支持された少なくとも1つのピストンシリンダであって、
シリンダと、
リストピン受容端を有する連接棒であって、前記クランクシャフトアセンブリに連結された連接棒と、
前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンと、
前記リストピンを介して前記連接棒上に提供され、且つ前記シリンダ内に提供されたピストンと
を含む少なくとも1つのピストンシリンダと
を含む、鉄道車両用エアコンプレッサであって、
少なくとも1つの通路が前記リストピン内に画定されて、空気が前記シリンダから前記リストピン内へ流れることを許容する、鉄道車両用エアコンプレッサ。 - 前記少なくとも1つの通路が、前記リストピン内に入り且つそれから出る前記空気の双方向流れを許容する、請求項10に記載のエアコンプレッサ。
- 前記リストピン内に画定された前記少なくとも1つの通路が2つの入口通路を含み、
1つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第一の側に提供され、及び1つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第二の側に提供される、請求項10に記載のエアコンプレッサ。 - 少なくとも1つの出口通路が前記ピストン内に画定されて、前記空気が前記ピストンを通して前記リストピンから流出することを許容する、請求項10に記載のエアコンプレッサ。
- 前記ピストン内に画定された前記少なくとも1つの出口通路が前記リストピンの下に提供される、請求項13に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記ピストン内に画定された前記少なくとも1つの出口通路が前記リストピンに対して傾斜している、請求項13に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記リストピン内に画定された前記少なくとも1つの通路が入口通路と出口通路とを含み、
前記出口通路が前記リストピンの上面に提供され、及び前記入口通路が前記リストピンの下面に提供される、請求項10に記載のピストンシリンダ配置。 - 前記リストピンが、前記ピストンにより画定された2つの対向する凹部内に保持される、請求項10に記載のピストンシリンダ配置。
- 前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンベアリングをさらに含み、
前記リストピンベアリングが前記リストピンと前記連接棒との間に位置付けられている、請求項10に記載のピストンシリンダ配置。 - エアコンプレッサのピストンシリンダ内のリストピンを冷却する方法であって、
前記エアコンプレッサのコンプレッサハウジングから前記ピストンシリンダ内へ空気を誘導するステップと、
前記ピストンシリンダから前記ピストンシリンダ内の前記連接棒上に提供された前記リストピン内へ前記空気を誘導するステップと、
前記リストピンを通して前記空気を誘導するステップと、
前記リストピンを通して前記コンプレッサハウジング内へ戻るように前記空気を誘導するステップと
を含む、方法。 - 前記リストピン上に提供されたピストンを通して前記リストピンから出るように前記空気を誘導するステップをさらに含む、請求項19に記載のリストピンを冷却する方法。
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