(57)【要約】  本発明は、任意選択的にクラッチにより駆動装置から切断可能な、ガスを圧縮するピストンコンプレッサに関する。ピストンコンプレッサは、圧縮すべきガス用の吸入管路と、ピストンコンプレッサの圧縮室との間に配置されている吸入弁、およびピストンコンプレッサの圧縮室と、圧縮されたガス用の排出管路との間に配置されている排出弁を備えている。さらにピストンコンプレッサは、圧縮されたガスを圧縮室から導出可能な空気抜き装置を備えている。
2019503453.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスを圧縮するピストンコンプレッサであって、
任意選択的にクラッチ（３）により駆動装置から切断可能であり、
圧縮すべきガス用の吸入管路（２２）と、前記ピストンコンプレッサ（１０）の圧縮室（１７）との間に配置されている吸入弁（２１）、および
前記ピストンコンプレッサ（１０）の前記圧縮室（１７）と、圧縮されたガス用の排出管路（２７）との間に配置されている排出弁（２６）、
を備える、
ピストンコンプレッサにおいて、
前記ピストンコンプレッサ（１０）は、前記ピストンコンプレッサ（１０）が前記駆動装置から切断されている間に前記排出管路（２７）から前記圧縮室（１７）内に戻る圧縮されたガスを、前記圧縮室（１７）から導出可能な空気抜き装置（３１，３２，３３，３４，３５，３６，３７，３９）を備える、
ことを特徴とする、ピストンコンプレッサ。
【請求項２】
前記圧縮されたガスは、前記圧縮室（１７）から、周囲圧を有する領域内に導出可能であり、
前記周囲圧を有する領域は、周囲自体、前記吸入系（２３）に接続されるガス室（２２，２４）または前記クランクケース（１６）の内部により形成される、
ことを特徴とする、請求項１記載のピストンコンプレッサ。
【請求項３】
切り換え可能な弁装置（３１，３２）が前記空気抜き装置を形成していることを特徴とする、請求項１または２記載のピストンコンプレッサ。
【請求項４】
逆止弁（３３）が前記空気抜き装置を形成していることを特徴とする、請求項１または２記載のピストンコンプレッサ。
【請求項５】
前記吸入弁（２１）が前記空気抜き装置を形成しており、
前記吸入弁（２１）は、これにより前記吸入管路（２２）と前記圧縮室（１７）との間の接続が、前記圧縮室（１７）内の予め規定された圧力により初めて閉鎖可能であるように形成されており、
前記予め規定された圧力は、前記吸入管路（２２）内の圧力より少なくとも０．１ｂａｒ、好ましくは少なくとも０．２ｂａｒ、特に少なくとも０．５ｂａｒ高い、
ことを特徴とする、請求項１または２記載のピストンコンプレッサ。
【請求項６】
前記吸入弁（２１）は、凹状に形成された弁座と、略平坦に形成された弁リードとを有し、
前記弁リードは、前記圧縮室（１７）内の圧力により弾性変形が引き起こされて初めて、シールするように前記弁座に当接する、
ことを特徴とする、請求項５記載のピストンコンプレッサ。
【請求項７】
前記吸入弁（２１）は、平坦に形成された弁座と、曲げられて形成された弁リードとを有し、
前記弁リードは、前記圧縮室（１７）内の圧力により弾性変形が引き起こされて初めて、シールするように前記弁座に当接する、
ことを特徴とする、請求項５記載のピストンコンプレッサ。
【請求項８】
空気抜き通路（３４，３５，３６，３９）が前記空気抜き装置を形成していることを特徴とする、請求項１または２記載のピストンコンプレッサ。
【請求項９】
少なくとも前記空気抜き通路（３４，３５，３６，３９）の一端は、前記弁プレート（２０）内またはシリンダ壁（１４）内に配置されていることを特徴とする、請求項８記載のピストンコンプレッサ。
【請求項１０】
前記空気抜き通路（３４，３５，３６，３９）内に逆止弁（３８）または遮断弁（４０）が配置されていることを特徴とする、請求項８または９記載のピストンコンプレッサ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスを圧縮するピストンコンプレッサであって、任意選択的にクラッチにより駆動装置から切断可能であり、圧縮すべきガス用の吸入管路と、ピストンコンプレッサの圧縮室との間に配置されている吸入弁、およびピストンコンプレッサの圧縮室と、圧縮されたガス用の排出管路との間に配置されている排出弁を備える、ピストンコンプレッサに関する。
【０００２】
この種のコンプレッサは、例えば商用車の圧縮空気供給、特にブレーキ系の圧縮空気供給に使用される。この場合、コンプレッサの駆動は、内燃機関のパワートレーンを介して実施される。商用車の圧縮空気系が圧縮空気で満たされているときは、コンプレッサを駆動部から切断すべく、コンプレッサと駆動接続部との間にクラッチが配置されている使用形態が公知である。公知の実施の形態では、クラッチの開放と同時に、コンプレッサの排出管路が空にされる。コンプレッサの運転再開時には、始めに、而して無圧となっている排出管路内に圧力を再形成しなければならず、その後、圧縮空気を圧縮空気系内に供給することができるようになる。このような効率損失を回避すべく、ピストンコンプレッサが駆動されない間、排出管路を無圧に切り換えないという解決手段も公知である。
【０００３】
上述の形態のピストンコンプレッサの場合、排出弁が、潤滑オイル残渣による堆積物や、特にこのような堆積物から分離した粒子等の異物により不密になるおそれがある。その際、排出弁は、しばしば弁リードを有し、この弁リードと、その弁座との間にそのような異物が到達し、そこで弁の完全な閉弁を妨げてしまうことがある。例えばこのことから結果として排出弁の不密性が生じると、コンプレッサを駆動部から切断している間、圧力下にある排出管路との関連において、圧縮空気がコンプレッサの圧縮室内に戻ってしまうことがある。そうなると、１２．５ｂａｒ系におけるピストンコンプレッサの圧縮室内の圧力は、６ｂａｒまで上昇し得る。圧縮室内にこのような高い圧力がある状態でピストンコンプレッサの運転再開を行うと、結果として、ピストンの１回目の圧縮行程時、圧縮室内のガスは、約６０ｂａｒに圧縮される。このときに生じるトルクは、クラッチにとっては過大すぎ、クラッチは、このとき、滑り、過熱し、許容できないほど強く摩耗してしまう。加えて、圧縮室内のこのような高い圧力は、コンプレッサ自体を損傷させてしまうおそれすらある。
【０００４】
それゆえ本発明の根底にある課題は、上述の欠点と、このことから生じる望ましくない作用とを回避する、改良されたピストンコンプレッサを提供することである。
【０００５】
この課題を解決すべく、請求項１記載のピストンコンプレッサを提案する。ピストンコンプレッサの発展形は、従属請求項の対象である。
【０００６】
上記課題を解決すべく、ガスを圧縮するピストンコンプレッサであって、任意選択的にクラッチにより駆動装置から切断可能であり、圧縮すべきガス用の吸入管路と、ピストンコンプレッサの圧縮室との間に配置されている吸入弁、およびピストンコンプレッサの圧縮室と、圧縮されたガス用の排出管路との間に配置されている排出弁を備える、ピストンコンプレッサを提案する。このピストンコンプレッサは、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間に排出管路から圧縮室内に戻る圧縮されたガスを、圧縮室から導出可能な空気抜き装置を備えている。
【０００７】
このようなピストンコンプレッサは、吸入管路を備え、吸入管路は、特に吸入系の一部であり、吸入管路を通して、圧縮すべきガスは、ピストンコンプレッサの圧縮室へと案内される。吸入管路と圧縮室との間には、その際、吸入弁が配置されており、吸入弁は、圧縮すべきガスを圧縮室内に吸い込む間（圧縮室内の圧力は、吸入管路内の圧力より低い）、開放されている。圧縮室内でガスを圧縮している間（圧縮室内の圧力は、吸入管路内の圧力より高い）、吸入弁は、圧縮室を吸入管路に対して密封する。
【０００８】
圧縮室と排出管路との間には、排出弁が配置されており、排出弁は、圧縮されたガスを圧縮室から吐出するとき、開放されており（圧縮室内の圧力は、排出管路内の圧力より高い）、而して圧縮室と排出管路との間の接続を規定している。排出弁は、圧縮すべきガスを圧縮室内に吸い込む間、圧縮されたガスが排出管路から圧縮室内に逆流するのを阻止すべく、圧縮室と排出管路との間の接続を閉鎖している（圧縮室内の圧力は、排出管路内の圧力より低い）。
【０００９】
ピストンコンプレッサの吸入弁にも、排出弁にも、しばしば、弁の両側の圧力差に応じて、弁座に押し付けられ、これにより閉弁するか、または弁座から持ち上げられ、これにより開弁する閉鎖体を有する弁が使用される。このような弁の一般的な構造形態は、閉鎖体として用いられる弁リードを有している。
【００１０】
本発明に係るピストンコンプレッサは、圧縮室内の圧力を低下させるべく、圧縮されたガスを圧縮室から導出可能な空気抜き装置を備えている。この場合、特に、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間、特に完全には閉弁していない排出弁を通って、圧力下にある排出管路から圧縮室内に戻り、圧縮室内に圧力上昇を引き起こしてしまう圧縮されたガスは、導出可能である。
【００１１】
ピストンコンプレッサの一実施の形態において、圧縮されたガスは、空気抜き装置により圧縮室から、より低い圧力、特に周囲圧を有する領域に導出可能である。これにより、圧縮されたガスが排出管路から侵入した圧縮室に比してより低い圧力を有する領域に、圧縮されたガスを逃がすことができる。圧縮されたガスを導出した結果、圧縮室内の圧力は低下する。
【００１２】
ピストンコンプレッサの一実施の形態において、周囲圧を有する領域は、周囲自体、吸入系あるいは吸入管路に接続されるガス室またはピストンコンプレッサのクランクケースの内部により形成される。吸入系内の周囲圧を有する領域は、例えば吸入管路または吸入管路に接続されるガス室であることができ、ガス室は、例えばピストンコンプレッサのシリンダヘッド内に形成されており、これにより吸入管路の一部でもある。一実施の形態において、周囲圧を有する領域は、ピストンコンプレッサのクランクケースの内室により形成されており、空気抜き装置を通してピストンコンプレッサの圧縮室から流出するガスは、クランクケース内に案内される。そこでは、特に、まず、クランクケース内での圧力補償が起こり、次いで、クランクケースの空気抜き系を介した周囲との圧力補償が起こる。
【００１３】
なお、吸入系に接続されるガス室内にも、ピストンコンプレッサのクランクケース内にも、圧力変動は生じ得る。吸入系内には、特に新鮮ガスの吸い込みに応じて、例えば吸入系が、相応に大きく寸法設定された内燃機関の吸入系と連通している場合に、圧力変動が生じることがあり、クランクケース内には、特に先行のクランク機構運動に基づいて、圧力変動が生じることがある。しかし、吸入系も、クランクケースも、周囲と連通しており、そこで通常は周囲との圧力変動の常時の補償が行われているため、吸入系に接続されるガス室内またはクランクケース内を支配する圧力は、本発明との関連において、周囲圧と見なされる。
【００１４】
ピストンコンプレッサの一実施の形態において、切り換え可能な弁装置が空気抜き装置を形成しており、この切り換え可能な弁装置により、圧縮室と、より低い圧力、特に周囲圧を有する領域との接続が形成可能であることによって、圧縮されたガスを圧縮室から導出することができる。
【００１５】
この切り換え可能な弁装置は、例えば弁プレート内またはシリンダ壁内に配置される空気抜き開口を介して、ピストンコンプレッサの圧縮室を、任意選択的に、より低い圧力、特に周囲圧を有する領域に接続可能な、切り換え可能な弁装置であってよい。この目的のために特に２ポート２位置方向制御弁を使用することができ、２ポート２位置方向制御弁は、例えば、特にクラッチの操作と並行してまたはずらして開閉し、而して、ピストンコンプレッサが駆動されない限りは、圧縮されたガスの導出により、圧縮室内の圧力補償を可能にするように切り換え可能である。しかし、この種の弁装置を、別のパラメータ、例えば圧縮室内を実際に支配している圧力であって、圧縮室に接続された圧力センサを介して、または別の好適な手段によって検出される圧力に応じて、切り換えるようにしても構わない。
【００１６】
ピストンコンプレッサの別の一実施の形態は、吸入弁の機能も担う遮断解除可能な逆止弁を備えている。このような遮断解除可能な逆止弁は、吸入管路とコンプレッサの圧縮室との間に配置されていて、吸入管路と圧縮室との間の接続を特に自動的に吸入弁の機能に応じて開閉する、切り換え可能な弁装置である。加えて、この種の遮断解除可能な逆止弁は、圧縮されたガスを圧縮室から導出して減圧することができるように、吸入管路と圧縮室との間の接続を任意選択的に開閉可能な、切り換え可能な弁装置である。
【００１７】
例えばこのような遮断解除可能な逆止弁は、上述の切り換え弁と同様に、クラッチ操作に対して並行してまたはずらして切り換え可能であるか、または特に圧縮室内の圧力に関係する、例えばセンサにより検出される別のパラメータに応じて切り換え可能である。コンプレッサの停止状態中の、遮断解除可能な逆止弁の形態の吸入弁の開弁とともに、圧縮室と吸入系との間の圧力補償を行うことができるので、圧縮室内には、顕著な増圧は起こり得ない。
【００１８】
ピストンコンプレッサの別の一実施の形態において、逆止弁が空気抜き装置を形成しており、この逆止弁により、圧縮されたガスは、圧縮室から導出可能である。この種の逆止弁は、特に、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間に排出管路から圧縮室内に戻った圧縮されたガスに基づいて、圧縮室内の圧力が、１回目の圧縮行程中、ピストンコンプレッサまたはピストンコンプレッサに接続される装置を損傷させてしまいそうなほど強まると、逆止弁が開弁し、圧縮室を、より低い圧力、特に周囲圧を有する領域に接続するように設計されている。この場合、逆止弁は、圧縮室と、より低い圧力、特に周囲圧を有する領域との接続を形成し、これにより、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間に排出管路から圧縮室内に戻った圧縮されたガスは、導出可能である。これにより、圧縮室内の圧力は、クラッチの閉鎖後のピストンコンプレッサの１回目の圧縮行程中、圧縮室内に侵入した圧縮されたガスにより高められた圧縮室内の圧力にもかかわらず、逆止弁により定められた最高値を超えて上昇しない。
【００１９】
別の一実施の形態において、吸入弁が空気抜き装置を形成している。この場合、吸入弁は、これにより吸入管路と圧縮室との間の接続が、圧縮室内の所定の圧力から初めて閉鎖可能であるように形成されており、この所定の圧力は、実質的に周囲圧に相当する吸入管路内の圧力より少なくとも０．１ｂａｒ、好ましくは少なくとも０．２ｂａｒ、特に少なくとも０．５ｂａｒ高い。この場合、圧縮室内の圧力が、少なくとも０．１ｂａｒ、好ましくは少なくとも０．２ｂａｒ、特に少なくとも０．５ｂａｒの超過圧力の限界値を下回っているときは、持続的な接続が吸入管路と圧縮室との間に生じる。而して、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間、つまり、ピストンコンプレッサの停止状態中に圧縮室内に到達する圧縮されたガスは、吸入弁のこの開放により、コンプレッサの圧縮室内で増圧が行われることなく、吸入管路内に導出可能である。
【００２０】
吸入弁が圧縮室内の予め規定された圧力から初めて閉弁可能であるピストンコンプレッサの一実施の形態において、吸入弁は、凹状に形成された弁座を特に弁プレートに有し、そして略平坦に形成された弁リードを有しており、弁リードは、圧縮室内の圧力により弾性変形が引き起こされて初めて、シールするように弁座に当接する。この種の実施の形態では、吸入弁は、圧縮行程中、弁リードが、凹状に形成された弁座に当接してシールするように、この弁リードを変形させる十分に高い圧力が、圧縮室内に作用して初めて、閉弁する。圧縮室内の圧力が、吸入弁を閉鎖させる圧力より低い値を有している限り、吸入弁は、開放されている。而して、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間に排出管路から圧縮室内に戻る圧縮されたガスにより、圧縮室内に増圧が引き起こされることはない。
【００２１】
吸入弁が圧縮室内の予め規定された圧力から初めて閉鎖可能であるピストンコンプレッサの別の一実施の形態において、吸入弁は、平坦に形成された弁座と、曲げられて形成された弁リードとを有している。したがって弁リードは、圧縮室内の圧力により弾性変形が引き起こされて初めて、シールするように弁座に当接する。本実施の形態でも、吸入弁は、圧縮行程中、曲げられて構成された弁リードが、平坦に形成された弁座に当接してシールするように、この弁リードを変形させる十分に高い圧力が、圧縮室内に作用して初めて、閉弁する。本実施の形態でも、圧縮室内の圧力が、特に圧縮行程中に吸入弁を閉鎖させる圧力より低い値を有している限り、吸入弁は、開放されたままである。而して、本実施の形態でも、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間に排出管路から圧縮室内に戻る圧縮されたガスが、圧縮室内を増圧させてしまうことはない。
【００２２】
ピストンコンプレッサの別の一実施の形態において、空気抜き通路が空気抜き装置を形成している。このような空気抜き通路、特に、圧縮室に比して低い圧力、特に周囲圧を有する領域への永続的な接続を形成している空気抜き通路により、ガスは、より高い圧力下にある圧縮室内の空気抜き通路の一端から、空気抜き通路を通して、空気抜き通路の他端におけるより低い圧力、特に周囲圧を有する領域内へと導出され得る。これにより、圧縮室との圧力補償が起こる。つまり、ピストンコンプレッサが駆動装置から切断されている間、ガスが、圧力下にある排出管路から圧縮室内に戻っても、ガスは、空気抜き通路を通して導出されるため、圧縮室内に高められた圧力は形成され得ない。
【００２３】
一実施の形態において、少なくとも空気抜き通路の一端は、弁プレート内に配置されており、特に、ピストンコンプレッサの周囲またはピストンコンプレッサの吸入系への圧縮室の接続を形成している。永続的に開放されている空気抜き通路の欠点は、空気抜き通路が、圧縮行程中も、ガスを圧縮室から逃がすことができてしまい、これにより、コンプレッサの効率が下がってしまう点にある。一実施の形態では、しかし、空気抜き通路は、空気抜き通路を通した圧力補償が可能である程度の小さな横断面を有しているが、空気抜き通路の小さな横断面の絞り作用は、圧縮行程中のより大きな体積流量の圧力流は阻止する。
【００２４】
圧縮行程中、圧縮室からガスが逃げることを制限する代替的な構成は、好適な遮断弁を空気抜き通路内に有し、遮断弁は、空気抜き通路を、予め規定された超過圧力から閉鎖する。このために好適な遮断弁は、例えば重力式ボール弁（Ｓｃｈｗｅｒｋｒａｆｔｋｕｇｅｌｖｅｎｔｉｌ）である。有利には、このような遮断弁は、潤滑オイル由来の異物による汚損に対して頑強に構成されている。
【００２５】
別の一実施の形態において、少なくとも空気抜き通路の一端は、シリンダ壁内に配置されており、空気抜き通路は、例えばピストンコンプレッサの周囲との接続を形成している。シリンダ壁の外面に端を発して、空気抜き通路は、管路の形態の接続装置を有していることができ、管路は、空気抜き通路の延長部として用いられ、空気抜き通路を特に吸入系に、またはピストンコンプレッサのクランクケースの内室に接続している。このような空気抜き通路も、圧縮行程中であってもガスを圧縮室から逃がすことができてしまう開口を圧縮室内に形成し、これにより、ピストン圧縮機の効率を下げてしまう。それゆえ空気抜き通路は、特に、圧力補償を保証すべく、コンプレッサが駆動装置から切断されている間に空気抜き通路を通して圧縮室から導出され得るガス体積流量と、この時間内に排出管路から圧縮室内に戻る、排出管路からの圧縮されたガスのガス体積流量とが、少なくとも同じ大きさであるように、十分な大きさに設計されている。
【００２６】
一実施の形態において、空気抜き通路は、シリンダ壁内に配置され、一端が、圧縮行程中、所定のピストン位置からピストンにより通過され、これにより閉鎖されるように配置されている。このことは、特に、空気抜き通路が、ピストンの中間の行程位置と、その上死点との間に配置されている場合に該当する。空気抜き通路のこの配置により、ピストンコンプレッサの停止状態中に排出通路から圧縮室内に戻るガスは、圧縮室内の増圧を防止すべく、導出可能である。同時に、ガスが圧縮室から逃げてしまうことは、ピストンリングが空気抜き通路の開口を、上死点に向かう運動時に通過すると直ちに、防止される。
【００２７】
ピストンコンプレッサの一実施の形態において、空気抜き通路内あるいは空気抜き通路に接続される接続装置内に、逆止弁または遮断弁が配置されている。このような逆止弁または遮断弁は、一方では、ガスがピストンコンプレッサの圧縮行程中に圧縮室から逃げることを回避することができ、他方では、このような逆止弁または遮断弁は、特にクランクケースからの汚染されている可能性のあるガスを圧縮室内に吸い込むことを防止するためにも用いられ得る。
【００２８】
これまで、ピストンコンプレッサの構成部材との関連において、ピストン、シリンダ、シリンダヘッド等、それぞれ単数のように記載してきたが、これらについて説明した特性は、それぞれ、２つ以上のこれらの要素を備えるピストンコンプレッサにも当てはまる。それというのも、本発明は、単段のピストンコンプレッサだけでなく、多段のピストンコンプレッサにも使用され得るからである。
【００２９】
本発明の別の利点、特徴および使用可能性は、図面と関連付けた以下の説明から看取可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】従来技術の例示的なピストンコンプレッサの概略図である。
【図２】従来技術におけるピストンコンプレッサで使用されるような例示的な排出弁を示す図である。
【図３】空気抜き装置が、切り換え可能な弁装置を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第１の例示的な実施の形態の概略図である。
【図４】空気抜き装置が、切り換え可能な弁装置を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第２の例示的な実施の形態の概略図である。
【図５】空気抜き装置が逆止弁を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第３の例示的な実施の形態の概略図である。
【図６】空気抜き装置が空気抜き通路を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第４の例示的な実施の形態の概略図である。
【図７】空気抜き装置が、遮断弁を有する空気抜き通路を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第５の例示的な実施の形態の概略図である。
【図８】空気抜き装置が空気抜き通路を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第６の例示的な実施の形態の概略図である。
【図９】空気抜き装置が空気抜き通路を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第７の例示的な実施の形態の概略図である。
【図１０】空気抜き装置が空気抜き通路を有する、本発明に係るピストンコンプレッサの第８の例示的な実施の形態の概略図である。
【図１１】吸入弁が空気抜き装置を形成する、本発明に係るピストンコンプレッサの第９の例示的な実施の形態の要部を示す図である。
【００３１】
図１は、従来技術として公知であるような例示的なピストンコンプレッサ１０の概略図である。ピストンコンプレッサ１０のクランク軸１１は、クラッチ３を介して駆動装置（図示せず、ここでは内燃機関）に接続されており、クラッチ３により選択的にこの駆動装置から切断可能である。これにより、クラッチ３が開放されているときは、トルクがピストンコンプレッサ１０のクランク軸１１に伝達されないため、クランク軸１１は、ピストンコンプレッサ１０が駆動装置から切断されている間は静止している。
【００３２】
クランク軸１１は、偏心的にクランク軸１１に支持されたコンロッド１２に結合されている。コンロッド１２には、ピストン１３が支持されている。ピストン１３は、軸方向で可動にピストンコンプレッサ１０のシリンダ１４内で支持されている。少なくともクランク軸１１、コンロッド１２およびピストン１３を有するクランク機構１５は、クランクケース１６内に配置されており、クランクケース１６は、堅固にシリンダ１４に結合されている。クランク軸１１の回転運動により、ピストン１３は、コンロッド１２によりシリンダ１４内で行程運動を実施するように動かされる。
【００３３】
ピストン１３の上方で、シリンダ１４は、弁プレート２０により閉鎖されている。これによりシリンダ１４、ピストン１３および弁プレート２０は、シリンダ１４内に圧縮室１７を画定している。弁プレート２０には、吸入弁２１が配置されており、吸入弁２１は、吸入管路２２と圧縮室１７との間に配置されている。吸入管路２２は、吸入系２３の一部であり、吸入系２３は、新鮮空気を周囲からフィルタ（図示せず）を通して吸い込み、吸入管路２２を介してシリンダヘッド（図示せず）を通して圧縮室１７に供給する。シリンダヘッドは、弁プレート２０の上方に配置されており、シリンダヘッド容積２４を有している。シリンダヘッド容積２４は、吸入弁２１を介して圧縮室１７と連通している。この場合、吸入弁２１は、新鮮空気を圧縮室１７内に吸い込むことはできるが、吸入管路２２を介して圧縮室１７内に吸い込まれた空気が逆流することは阻止する遮断弁として構成されている。
【００３４】
さらに弁プレート２０には、排出弁２６が配置されており、排出弁２６は、圧縮室１７と排出管路２７との間に配置されている。排出管路２７を介して、圧縮されたガス、ここでは空気が、ここには示さない圧縮空気アキュムレータに供給される。その際、同じく遮断弁として構成されている排出弁２６は、圧縮された空気が排出管路２７から圧縮室１７内に逆流することを阻止する。
【００３５】
図２は、従来技術におけるピストンコンプレッサ１０内でしばしば使用されるような例示的な排出弁２６を示す図である。排出弁２６は、圧縮室１７の上方においてピストンコンプレッサ１０の弁プレート２０に配置されている。弁プレート２０は、排出開口２８を有し、排出開口２８は、圧縮室１７を、ピストンコンプレッサ１０のシリンダヘッドおよび弁プレート２０内に配置されるシリンダヘッド容積２７ａに接続し、シリンダヘッド容積２７ａは、排出管路２７の一部を形成している。
【００３６】
排出弁２６は、弁体として弁リード２６ａを有し、弁リード２６ａは、圧縮室１７と排出管路２７との間の予め規定された圧力差から、弁座２６ｂより離座し、空気を圧縮室１７から排出管路２７内に通流させることができる。さらに排出弁２６は、排出開口２８の上方に配置された当接要素２６ｃを有し、当接要素２６ｃには、弁リード２６ａが開放された状態において当接する。弁リード２６ａが弁座２６ｂより離座すると直ちに、圧力下にある空気は、圧縮室１７から側方の空いた領域を通して弁リード２６ａと当接要素２６ｃとを流過し、排出管路２７内に流入することができる。
【００３７】
圧縮室１７またはシリンダヘッド容積２７ａ由来の異物、例えば、通流する空気中に含まれる残渣により自ずと形成されてしまう堆積物が、ピストン１３の高温の上面、弁プレート２０またはシリンダヘッド容積２７ａの壁から剥離して生じた、圧縮室１７またはシリンダヘッド容積２７ａ由来の異物が、弁リード２６ａと弁座２６ｂとの間に到達してしまうと、排出弁２６がもはや不完全にしか閉弁しないというおそれが生じる。この場合、圧縮室１７内の圧力が、排出管路２７内の圧力より下がると直ちに、圧縮された空気が、排出管路２７から圧縮室１７内に逆流することがあり得る。商用車の１２．５ｂａｒの圧縮空気系の場合、ピストンコンプレッサ１０の圧縮室１７には、例えば圧縮室１７に向かって逆流する空気により、６ｂａｒまでの圧力がかかることがある。ピストンコンプレッサ１０が、その後、再び駆動装置に接続されると、ピストンコンプレッサ１０は、最初の行程時に約６０ｂａｒの内圧を発生させる。圧縮室１７がこの巨大な内圧に耐えている限り、その際にクランク軸１１に生じるトルクは、クラッチ３にとって、通常は過大すぎ、クラッチ３は、滑り、その際に過熱し、許容できないほどの速さで摩耗してしまう。
【００３８】
図３は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第１の例示的な実施の形態の概略図である。図３に示したピストンコンプレッサ１０の構造は、図１に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図１に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図３に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００３９】
図３に示したピストンコンプレッサ１０は、２ポート２位置方向制御弁３１の形態の空気抜き装置を備え、２ポート２位置方向制御弁３１は、圧縮室１７と吸入系２３との間に配置されている。２ポート２位置方向制御弁は、切り換え可能な弁装置である。図３に示した実施例では、２ポート２位置方向制御弁３１の制御ライン３１ａが、クラッチ３の制御部に信号接続されている。クラッチ３が開放され、これによりピストンコンプレッサ１０がもはや駆動されなくなると、２ポート２位置方向制御弁３１は、空気の通流が可能な接続を圧縮室１７と吸入系２３との間に形成すべく、図示の閉鎖された位置から、開放された位置へと切り換えられる。
【００４０】
而るに、ピストンコンプレッサ１０の停止状態中、例えば排出弁２６がもはや密に閉弁していないとき、圧縮された空気が圧縮室１７内に到達しても、開放された２ポート２位置方向制御弁３１により、吸入管路２２との圧力補償を行うことができる。これにより、特にピストンコンプレッサ１０の運転再開時の１回目の圧縮行程の際にピストンコンプレッサ１０および／またはクラッチ３を損傷させかねない圧縮室１７内の増圧は、発生し得ない。
【００４１】
図４は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第２の例示的な実施の形態の概略図である。図４に示したピストンコンプレッサ１０の構造も、図１に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図１に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図４に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００４２】
図４に示したピストンコンプレッサ１０は、同時に吸入弁としても用いられる遮断解除可能な逆止弁３２の形態の空気抜き装置を備えている。これにより、遮断解除可能な逆止弁３２は、圧縮室１７と吸入系２３との間に配置されている。新鮮空気を吸入管路２２から圧縮室１７内に吸い込んでいる間、遮断解除可能な逆止弁３２は、遮断解除可能な逆止弁３２にかかっている圧力差に基づいて自動的に開弁する。遮断解除可能な逆止弁３２は、さらに、切り換え可能な弁装置でもあり、新鮮空気を吸い込む際の自動的な開弁に加えて、制御信号によっても開放位置に切り換え可能である。図４に示した実施例では、遮断解除可能な逆止弁３２の制御ライン３２ａは、図示しない制御装置に信号接続されている。これにより、少なくとも１つの予め規定されたパラメータ、例えば圧縮室１７内の圧力に基づいて、遮断解除可能な逆止弁３２は、圧縮室１７と吸入管路２２との間の接続を形成すべく、開放され得る。
【００４３】
而るに、ピストンコンプレッサ１０の停止状態中、例えば排出弁２６がもはや密に閉弁していないとき、圧縮された空気が圧縮室１７内に到達すると、遮断解除可能な逆止弁３２は、吸入管路２２との圧力補償を可能にすべく、開放され得る。これにより、特にピストンコンプレッサ１０の運転再開時の１回目の圧縮行程の際にピストンコンプレッサ１０および／またはクラッチ３を損傷させかねない圧縮室１７内の増圧は、起こり得ない。
【００４４】
ピストンコンプレッサ１０の再始動時、遮断解除可能な逆止弁３２は、制御装置により再び作業位置に切り換えられる。作業位置において、遮断解除可能な逆止弁３２は、新鮮空気を吸入管路２２から圧縮室１７内に吸い込む際、遮断解除可能な逆止弁３２にかかっている圧力差に基づいて自動的に開弁する。
【００４５】
図５は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第３の例示的な実施の形態の概略図である。図５に示したピストンコンプレッサ１０の構造も、図１に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図１に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図５に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００４６】
図５に示したピストンコンプレッサ１０は、逆止弁３３の形態の空気抜き装置を備え、逆止弁３３は、圧縮室１７と吸入系２３との間に配置されている。吸入弁２１に対して付加的に圧縮室１７と吸入系２３との間に配置された逆止弁３３は、吸入弁２１とは反対方向で遮断するので、圧縮室１７内への新鮮空気の吸い込み中、閉鎖され、かつピストンコンプレッサ１０の通常運転時の圧縮中、閉鎖されている。
【００４７】
図５に示した実施の形態では、ピストンコンプレッサ１０の停止状態中、例えば排出弁２６がもはや密に閉弁していないとき、圧縮された空気が圧縮室１７内に到達すると、本形態では、まず、圧縮室１７内の増圧が起こる。このときに生じる圧力は、圧縮行程時より高い値には達しないので、差し当たり、圧縮室１７の空気抜きは、不要である。ピストンコンプレッサ１０の運転再開後のピストンコンプレッサ１０の１回目の圧縮行程時に初めて、圧縮室１７内の予圧縮された空気に基づいて、大幅に高められた圧力が生じ、この圧力は、ピストンコンプレッサ１０および／またはクラッチ３を損傷させかねない。それゆえ逆止弁３３は、圧縮室１７内の圧力が臨界値を上回ると直ちに、空気を圧縮室１７から導出すべく、圧縮室１７と吸入管路２１との間の接続を十分大きな横断面で開放するように設計されている。商用車用の例示的なピストンコンプレッサ１０の場合、通常運転時の圧縮室内のピーク圧は、約１６〜１９ｂａｒの間にある。それゆえ、例示的な逆止弁３３は、圧縮室１７内の圧力が例えば２０ｂａｒのときに開弁し、こうして、圧縮された空気を圧縮室１７から導出するように構成されている。
【００４８】
図６は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第４の例示的な実施の形態の概略図である。図６に示したピストンコンプレッサ１０の構造も、図１に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図１に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図６に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００４９】
図６に示したピストンコンプレッサ１０は、空気抜き通路３４の形態の空気抜き装置を備え、空気抜き通路３４は、圧縮室１７と吸入系２３との間に配置されている。空気抜き通路３４は、空気の通流が可能な接続を圧縮室１７と吸入系２３との間に形成するので、ピストンコンプレッサの停止状態中、圧縮室１７内に、周囲圧を大幅に上回る圧力は、形成され得ない。
【００５０】
図６に示した実施の形態において、空気抜き通路３４は、弁プレート２０の領域でシリンダ１４の上面に配置されており、その結果、空気抜き通路３４により、ピストン圧縮機１０の吸入管路２２との常時の圧力補償が行われる。ピストンコンプレッサ１０の停止状態中、圧縮された空気が排出管路２７から圧縮室１７内に到達しても、空気抜き通路３４により吸入管路２２との圧力補償が起こり、これにより、圧縮室１７内の増圧は、行われ得ない。しかし、このような空気抜き通路３４における欠点は、この空気抜き通路３４が、ピストンコンプレッサ１０の圧縮行程中も開放されており、この期間中、圧縮すべき空気を圧縮室１７から逃がしてしまうことである。このことは、ピストン圧縮機１０の効率を低下させてしまう。それゆえ空気抜き通路３４は、小さな横断面しか有さず、ピストンコンプレッサ１０の停止状態中は、吸入系２３との十分な圧力補償を可能にすることができるが、高圧時には、他方、絞り作用を示し、導出されてしまう空気の体積流量を制限することができるように設計されている。
【００５１】
図７は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第５の例示的な実施の形態の概略図である。図７に示したピストンコンプレッサ１０の構造は、図６に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図６に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図７に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００５２】
図７は、やはり、圧縮室１７と吸入系２３との間に配置されている空気抜き通路３９の形態の空気抜き装置を備えるピストンコンプレッサ１０を示している。空気抜き通路３９内には、重力式ボール弁４０の形態の遮断弁が配置されている。重力式ボール弁４０は、圧縮室１７内の圧力が、予め規定された値を上回ると、重力式ボール弁４０のボールをその重力に抗して、重力式ボール弁４０内の上方に配置された弁座に押し付け、空気抜き通路３９を閉鎖する。而して遮断弁により、圧縮行程中に圧縮室１７から圧縮された空気が逃げることは制限される。
【００５３】
図８は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第６の例示的な実施の形態の概略図である。図８に示したピストンコンプレッサ１０の構造は、図６に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図６に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図８に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００５４】
図８に示したピストンコンプレッサ１０も、圧縮室１７と吸入系２３との間に配置されている空気抜き通路３５の形態の空気抜き装置を備えている。図６に示したピストンコンプレッサ１０とは異なり、空気抜き通路３５は、シリンダ１４の壁の上側の領域に配置されている。この空気抜き通路３５も、空気の通流が可能な接続を圧縮室１７とシリンダヘッド容積２４との間に形成し、この接続は、圧縮室１７と吸入系２３との間の圧力補償を可能にする。
【００５５】
図８に示したように、空気抜き通路３５は、大凡、ピストン１３の上側のピストンリングがピストン１３の上死点前約６０°において通過する領域に配置されている。これにより、ピストンコンプレッサ１０が駆動装置から切断されている間は、ピストンコンプレッサ１０の停止状態中、排出管路２７から圧縮室１７内に到達した圧縮された空気が、圧縮室１７から導出されることが達成される。しかし、同時に、圧縮室１７内の空気が、圧縮行程の終期にここから逃げてしまうことは、防止される。
【００５６】
図９は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第７の例示的な実施の形態の概略図である。図９に示したピストンコンプレッサ１０の構造は、図８に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図８に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図９に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００５７】
図９に示したピストンコンプレッサ１０は、圧縮室１７と、クランクケース１６の内部との間に配置されている空気抜き通路３６の形態の空気抜き装置を備えている。図８に示したピストンコンプレッサ１０のように、空気抜き通路３６は、シリンダ１４の壁の上側の領域に配置されている。空気抜き通路３６は、空気の通流が可能な接続を圧縮室１７とクランクケース１６との間に形成する。ピストンコンプレッサ１０のクランクケース１６は、周囲に対して圧力補償を行うことができるため、クランクケース１６の内室内は、実質的に周囲圧が支配している。これにより、空気抜き通路３６を介して、圧縮室１７とクランクケース１６との間の圧力補償が行われ得る。
【００５８】
図１０は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第８の例示的な実施の形態の概略図である。図１０に示したピストンコンプレッサ１０の構造は、図９に示し、説明を添えたピストンコンプレッサ１０の構造に略相当するので、ピストンコンプレッサ１０の同じ要素には、同じ符号を付した。以下では、図９に示したピストンコンプレッサ１０に対する、図１０に示したピストンコンプレッサ１０の相違点についてのみ説明する。
【００５９】
図１０に示したピストンコンプレッサ１０は、図９に示した空気抜き通路３６に相応して、圧縮室１７と、クランクケース１６の内部との間に配置されている空気抜き通路３７の形態の空気抜き装置を備えている。図９に示した空気抜き通路３６とは異なり、空気抜き通路３７内に逆止弁３８が配置されており、逆止弁３８は、空気がクランクケース１６から圧縮室１７内に逆流することを阻止する。その際、逆止弁３８は、圧縮室１７内の圧力と、クランクケース１６内の圧力との間の圧力差が小さいときに既に開弁し、これにより、ピストンコンプレッサ１０の停止時間中の圧縮室１７内の増圧を防止することができるように設計されていることができる。
【００６０】
図１１は、本発明に係るピストンコンプレッサ１０の第９の例示的な実施の形態の要部を示す図であり、本実施の形態のピストンコンプレッサ１０では、吸入弁２１が空気抜き装置を形成している。吸入弁２１の要素は、図１１に分解立体図で示してある。吸入弁２１は、シリンダ１４内の圧縮室１７の上側の閉鎖部を形成している。弁リード２１ａは、吸入弁２１の、シリンダ１４と、吸入弁２１の当接要素２１ｂとの間に配置されている第１の要素と１ピースに構成されている。例示的に示した当接要素２１ｂは、２つの弁開口２１ｃを有し、弁開口２１ｃは、シリンダ１４内の圧縮室１７と、吸入系２３内の圧力との間の圧力差に基づいて、弁リード２１ａにより閉鎖される。
【００６１】
弁リード２１ａは、本実施例では吸入系２３内の圧力（周囲圧）より０．４ｂａｒ高い圧縮室１７内の圧力により、弁リード２１ａが、当接要素２１ｂに当接し（破線で図示した弁リード２１ａ）、その際に弁開口２１ｃを閉鎖するように構成された湾曲を有している。圧力差が０．４ｂａｒより小さいときは、弁リード２１ａは常に、吸入系２３と圧縮室１７との間の接続が生じるような湾曲を有している。而して、圧縮室１７内に到達した圧縮されたガスは、コンプレッサ１０の圧縮室１７内の増圧が行われることなく、吸入弁２１の弁開口２１ｃを通して吸入管路２２内に導出可能である。
【００６２】
ピストンコンプレッサ１０の、別の図示しない、しかし同様に作用する実施の形態では、吸入弁２１は、弁開口２１ｃの領域に凹部を有する当接要素２１ｂを有していてもよく、その結果、弁リード２１ａは、本形態でも、圧縮室１７内の予め規定された圧力から初めて、シールするように当接要素２１ｂに当接することになる。
【符号の説明】
【００６３】
３  クラッチ
１０  ピストンコンプレッサ
１１  クランク軸
１２  コンロッド
１３  ピストン
１４  シリンダ
１５  クランク機構
１６  クランクケース
１７  圧縮室
２０  弁プレート
２１  吸入弁
２１ａ  弁リード
２１ｂ  当接要素
２１ｃ  弁開口
２２  吸入管路
２３  吸入系
２４  シリンダヘッド容積（吸入側）
２６  排出弁
２６ａ  弁リード
２６ｂ  弁座
２６ｃ  当接要素
２７  排出管路
２７ａ  シリンダヘッド容積（排出側）
２８  排出開口
３１  ２ポート２位置方向制御弁
３１ａ  制御ライン
３２  逆止弁
３２ａ  制御ライン
３３  逆止弁
３４  空気抜き通路
３５  空気抜き通路
３６  空気抜き通路
３７  空気抜き通路
３８  逆止弁
３９  空気抜き通路
４０  重力式ボール弁
【図１】
2019503453.tif 000003
【図２】
2019503453.tif 000004
【図３】
2019503453.tif 000005
【図４】
2019503453.tif 000006
【図５】
2019503453.tif 000007
【図６】
2019503453.tif 000008
【図７】
2019503453.tif 000009
【図８】
2019503453.tif 000010
【図９】
2019503453.tif 000011
【図１０】
2019503453.tif 000012
【図１１】
2019503453.tif 000013
【国際調査報告】
2019503453.tif 000014
2019503453.tif 000015
2019503453.tif 000016
2019503453.tif 000017
2019503453.tif 000018
2019503453.tif 000019