JP4592708B2 - ピストン装置 - Google Patents

Description

本発明は機械製造分野に関し、コンプレッサー、ポンプ及び内燃機関に利用できる。

シリンダーが搭載されたクランクケースを有するピストン装置は知られている。その中にはピストンロッドを有したピストンが配置されており、シリンダー上にはカバーが設置されている。クロスヘッドを有したリンクレバーシステムがクランクシャフトに連結し、クランクケースの下部にガイドを有している（ロシア発明者証書第９０５４９９号、Ｆ０１Ｂ９/００、１９７８）。

従来のピストン装置は、容積効率の低減を招く無駄なスペースを有し、バルブで圧力損失を引き起こし、装置のピストンを十分に冷却することができない。

シリンダーが搭載されたクランクケースを有する別のピストン装置も知られている。その中にはピストンロッドを有したピストンが配置されており、シリンダー上にはカバーが設置されている。吸引バルブと吐出バルブが設置されており、２つの平行に提供されたクランクシャフトがシリンダー軸に対して互いに対称に連結配置され、逆回転する。

横梁はピストンのピストンロッドに連結されている。それぞれが対応するクランクシャフトと回転可能に一端で連結され、他端で横梁の対応する端部と回転可能に連結された２本の連接棒が提供されている。

ピストンのピストンロッドは横梁と回転可能に連結されている。装置には横梁に対して異なる角度で連接棒を回転させる機構が提供されている。従来のピストン装置はコンプレッサー、ポンプまたは内燃機関用に用いることができる（ロシア発明者証書第１２２４４１５、Ｆ０１Ｂ９/０２、Ｆ０２Ｂ７５/３２、１９９６）。

コンプレッサーとして使用する際の従来のピストン装置の弱点は、大きな無駄なスペースの存在と、シリンダーのカバー上の吸引バルブと吐出バルブの位置による作動気体の吸気と排気中の圧力損失と、バルブの体積によるカバーとピストンとの間の最少容積の増加と、ピストン装置の容積効率と作動気体によるシリンダー充填効率を低減させ、カバーの同一面を共に占有する吸引バルブと吐出バルブ両方のフロー断面積の減少である。さらに、ピストン装置では、ピストンの充分な冷却が提供されない。

本発明の目的は、無駄なスペースを減少させ、吸気と排気時に圧力損失を減少させ、ピストンを冷却させるピストン装置の提供である。

ピストン装置はシリンダーを搭載したクランクケースを有している。その中にピストンロッドを備えたピストンが配置され、カバーがシリンダー上に設置される。吸引バルブと吐出バルブが設置され、２つの平行に提供されたクランクシャフトがシリンダー軸に対して互いに対称に連結配置され、逆回転する。横梁はピストンのピストンロッドに連結される。それぞれが対応するクランクシャフトと回転可能に一端で連結され、他端で横梁の対応する端部と回転可能に連結された２本の連接棒を有している。

提案するピストン装置の特徴は、ピストンの内側壁に囲まれた中空部を有した前記ピストンの形状と、ピストンの中空部と連結した貫通軸通路を有したピストンロッドである。また、吸引パイプはクランクケース内でピストンロッドと同軸になるように設置され、ピストンロッドは往復運動可能に吸引パイプ内に入りこんでいる。吸引パイプの入口の上方で横梁はピストンロッドと連結され、吸引バルブはピストンの前壁部に設置され、吐出バルブはカバーに設置されている。

中空部を備えたピストン、ピストンの中空部と連結された貫通軸通路を備えたピストンロッド、往復運動するように吸引パイプ内に延び入るピストンロッドに同軸のクランクケース内の吸引パイプ、吸引パイプの入口の上方でピストンロッドと連結された横梁、及び、ピストンの前壁部に設置された吸引バルブが備えられている。

シリンダーのカバーに設置された吐出バルブはピストン装置の無駄なスペースを最小とする（カバーとピストンとの間に最少容積は残る）。これでピストン装置の容積効率が増加し、無駄なスペースを減少させる。ピストンの前壁部に吸引バルブを設置することで吸引バルブと吐出バルブのフロー断面を増加させ、ピストン装置の圧力損失を減少させる。

ピストンが上部から下部に移動するときに吸引パイプからピストンロッドの貫通軸通路を通過して作動気体を吸気させ、ピストンの中空部内へ作動気体を供給し、吸引バルブからシリンダー内へ作動気体を供給する。ピストンの作動中にシリンダーから吐出バルブを介して反対方向の消費側に供給する。

吸引した作動気体によりピストンを冷却し、結果としてピストン装置全体を冷却する。

吸引パイプの入口の上方となる横梁とピストンロッドとの連結はピストンによるピストンロッドの運動を提供する。

吸引バルブをピストンの前壁部に、吐出バルブをシリンダーのカバーに設置したことにより、吸引バルブを他の位置に設けることによって生じる無駄なスペースを減少させる。

また、このように面積に比べ少ない数の吸引バルブを配置し、これと同数の吐出バルブを対向位置に配置したことにより、吸引バルブと吐出バルブとの間の貫通断面を増加させ、よって、圧力損失を低減させ、容積効率を向上させ、作動気体によるシリンダー充填度を増加させる。

ピストンの中空部との連結側に設けられた 拡散部（ディフューザ（diffuser））と、吸引パイプの入口側に設けられた集束部（コンフューザ（confuser））とを備えたピストンの貫通軸通路は、ピストンロッドの貫通軸通路への作動気体の進入時及びピストンロッドの貫通軸通路からピストンの中空部への排出時の最小ガス流速の提供により、貫通軸通路に沿った作動気体の移動中の圧力損失を減少させ、作動気体によるシリンダー充填度を増加させる。

閉鎖位置でカバー表面と同面にシリンダーカバー上で吐出バルブを設置することは可能である。そうすることでピストン側からのカバー平坦面の創出により無駄なスペースの容積が減少する。

閉鎖位置で、ピストンの前壁部に、この前壁部の表面と同一面となり得るように吸引バルブを設置することができ、それにより、ピストンの前壁部を平坦面とすることによる無駄なスペースが減少する。

ピストンコンプレッサーとしてのピストン装置はクランクケース１と、そこに搭載されたシリンダー２を含んでいる。ピストンロッド４を有したピストン３が提供され、シリンダー２にはカバー５が提供され、２つの平行に提供されたクランクシャフト６と７はシリンダー２の軸に対して対称にカウンターウェイトを有しており、互いに連結されており、リンクされたシリンダーギヤ８と９の手段で反対向きに回転する。

横梁２９はピストンロッド４と連結され、２つの連接棒１０と１１は一端でそれぞれ対応するクランクシャフト６または７に回転可能に連結され、別端では、指部材２２と２３が固定された２つの耳部材２５と２６の手段で横梁２９の対応する端部に回転可能に連結されている。連接棒１０、１１との連結領域のピストンロッド４は局部正方横断面を有している。ピストン３のピストンロッド４は軸２１で横梁２９と回転可能に連結されている。

ピストン３はそのピストンの内側壁で囲まれた中空部１２を有している。ピストンロッド４はピストン３の中空部１２と連通する貫通縦軸通路１３を有している。吸引パイプ１４はピストン４と共軸でクランクケース１に設置されている。ピストンロッド４はシール１５を通過して吸引パイプ１４内に延び入り、ガイドに沿って往復運動する。

横梁２９は、ピストン３が下方に位置するとき吸引パイプ１４への入口の上方でピストンロッド４と連結する。吸引バルブ１６はピストン３の前壁部１７に設置されている。吐出バルブ１８はカバー５に設置される。カバー５に設けられた吐出バルブ１８はレシーバ１９に油水圧的に連結され、レシーバ１９は排気パイプ２０に連結されている。

吸引バルブ１６はピストン３の前壁部１７に設置され、閉鎖位置でピストン３の前壁部１７の表面と同一面を形成可能である。

吐出バルブ１８はカバー５上に設置され、閉鎖位置で、カバー５の表面と同一面を形成可能である。

ピストンロッド４の貫通軸通路１３には、ピストン３の中空部１２との連結側に拡散部２７が、吸引パイプ１４の入口側となる側には、集束部２８が設けられている。

吸引バルブ１６と吐出バルブ１８は自動バルブとすることができる。

吐出バルブ１８はコントロールバルブとすることができる。

ピストン３の前壁部の吸引バルブ１６は錐板状とされ、前壁部１７の錐状開口部に密着し、その端部にピンとリミターを有している。

カバー５の吐出バルブ１８は錐状板の形態とされ、この錐状板はカバー５の錐状開口部を閉止するもので、カバー５側にバネ付勢されるピンを有している。

同様に、本発明のピストン装置は４サイクル内燃機関用とすることができる。吐出バルブは制御インレットバルブに置換され、シリンダーへ直接的に燃料を噴入する追加バルブがシリンダーのカバーに設置される。本発明のピストン装置はポンプ用としても利用できる。

ピストンコンプレッサーとして設計されたピストン装置は次のように作動する。クランクシャフト６と７の回転中に、ピストン３はシリンダー２内で往復運動する。上方位置から下方位置へのピストン３の動きで、下方への加速時にピストン３の前壁部１７の吸引バルブ１６は慣性作用でリミターに制限された範囲で自動的に開く。作動気体の吸引は吸引パイプ１４を通して行われ、ピストンロッド４の貫通軸通路１３を通り、ピストン３の中空部１２に進入し、吸引バルブ１６の開口部を通ってシリンダー２に入る。

クランクシャフト６と７のさらなる回転中に、ピストン３は停止して上方に動き始め、吸引バルブ１６はピストン３の上方への加速で閉鎖する。レシーバ１９の圧力を上回るようにシリンダー２内の作動気体が圧縮されると、吐出バルブ１８はバネ圧力に打ち勝って自動的に開き、作動気体はレシーバ１９内に供給され、排気パイプ２０を通って消費側に供給される。その後にサイクルは反復する。

ピストンロッド４の貫通軸通路１３を通る作動気体の移動中に、集束部２８と拡散部２７とにおいて、ピストンロッド４の軸通路１３内への進入時と、圧力が回復する場所であるピストンの中空部１２への排出時の作動気体の遅い流速のために作動気体の圧力損失は減少する。

このピストンコンプレッサーの作動気体の排出処理実行中に、閉鎖位置でカバー５の表面と同一面となるようにカバー５に設置された吐出バルブ１８により、カバー５の平坦面を達成するための無駄なスペースの容積が減少する。

ピストンコンプレッサーの作動気体の排出処理実行中に、閉鎖位置でピストン３の前壁部１７の表面と同一面となるようにピストン３の前壁部１７に設置された吸引バルブ１６により、この前壁部１７の平坦面を達成するための無駄なスペースの容積は減少する。

本発明はコンプレッサー、ポンプ及び内燃機関として最良に利用できる。

ピストンコンプレッサーとしてのピストン装置の縦断面図 横梁部分のＡＡ断面図

Claims (3)

1. シリンダー（２）を搭載したクランクケース（１）であって、該シリンダー（２）にはピストン（３）が内蔵されたものと、
   前記シリンダー（２）上に設置されたカバー（５）と、
   吸引バルブ及び吐出バルブ（１６、１８）と、
   前記シリンダー（２）の軸に対して対称で平行に設置され、互いに逆回転可能な２体のクランクシャフト（６、７）と、
   それぞれ一端で対応するクランクシャフト（６、７）と回転可能に連結された２つの連接棒（１０、１１）と
   前記クランクケース（１）に設置された吸引パイプ（１４）とを備え、
   前記吸引バルブ（１６）は前記ピストン（３）の前壁部（１７）に設置され、前記吐出バルブ（１８）は前記カバー（５）に設置されているピストン装置であって、
   前記ピストン（３）は、ピストンロッド（４）と中空部（１２）とを備え、前記中空部（１２）は前記ピストン（３）の内側壁で囲まれたもので
   前記ピストンロッド（４）は該ピストン（３）の中空部（１２）と連通する貫通軸通路（１３）を備え
   前記吸引パイプ（１４）は前記クランクケース（１）に前記ピストンロッド（４）と同軸に設置され、該ピストンロッド（４）は該吸引パイプ（１４）の中へ往復運動可能なように入り込み、
   横梁（２９）が、前記吸引パイプ（１４）の上方で前記ピストンロッド（４）に連結され、前記横梁（２９）の対応する端部に前記２つの連接棒（１０、１１）の他端が回転可能に連結され、前記ピストン（３）のピストンロッド（４）は前記横梁（２９）と回転可能に連結され,
   ピストンロッド（４）の貫通軸通路（１３）は、ピストン（３）の中空部（１２）との連結側は拡張形状とされ、吸引パイプ（１４）の入口側となる側は、集束形状とされていることを特徴とするのピストン装置。
2. 吐出バルブ（１８）は、閉鎖状態では、カバー（５）の表面と同一面となり得るように前記カバー（５）に設置されていることを特徴とする請求項１記載のピストン装置。
3. 吸引バルブ（１６）は、閉鎖状態では、前壁部（１７）の表面と同一面となり得るように前記ピストン（３）の前壁部（１７）に設置されていることを特徴とする請求項１または２記載のピストン装置。

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