(57)【要約】  一般的にボルトを介して冷却チャンバー及びピストンチャンネルを有しているシリンダーブロックに取り付けられたシリンダーヘッドを備えている圧縮機が開示されている。ピストンは、ピストンチャンネル内に配置され、チャンネル内をスライドするときにチャンネルの壁部と接触する接触部分を有している。このチャンネルの壁部はシリンダーブロックと一体化して形成されている。ボルト及び冷却チャンバーのそれぞれは、ピストンの接触部分とチャンネルの壁部との間の最も高い接触点と少なくとも同じくらい高い点から、ピストンの接触部分とチャンネルの壁部との間の最も低い接触点と少なくとも同じくらい低い点へと、延在している。ある実施形態では、冷却チャンバーがボルトとピストンチャンネルとの間に位置している。いくつかの実施形態では、クランクケースがシリンダーブロックと一体化して形成されている。
2008522080.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダーブロックと、
前記シリンダーブロックに隣接して取り付けられたシリンダーヘッドと、
前記シリンダーブロックに隣接して前記シリンダーヘッドを取り付けているボルトと、
前記シリンダーブロック内に形成されたピストンチャンネルであって、前記シリンダーブロックと一体化して形成された壁部を有しているピストンチャンネルと、
流体を収容するために前記ピストンチャンネルに隣接して前記シリンダーブロック内に形成された冷却チャンバーと、
前記ピストンチャンネル内にスライド自在に配置されたピストンであって、該ピストンが最も高い位置から最も低い位置にスライドするときに、前記ピストンチャンネルの壁部と接触するための接触部分を有しているピストンと、
を備えている圧縮機であって、
前記ボルト及び前記冷却チャンバーのそれぞれが、ピストンが最も高い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点から、ピストンが最も低い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点へと延在していることを特徴とする圧縮機。
【請求項２】
前記シリンダーブロックと一体化して形成されたクランクケースと、
前記クランクケース内に少なくとも部分的に配置されたクランクシャフトと、
をさらに備えている圧縮機であって、
前記ピストンが前記クランクシャフトに結合されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項３】
前記冷却チャンバーは、前記ピストンチャンネルと前記ボルトとの間に位置されていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項４】
前記冷却チャンバーは、前記ピストンチャンネルに取り囲まれていることを特徴とする請求項３に記載の圧縮機。
【請求項５】
前記冷却チャンバーは、ウォータージャケットを備えていることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項６】
前記ピストンチャンネルは、円筒型であることを特徴とする請求項１に記載の圧縮機。
【請求項７】
前記ピストンがピストンヘッドを含み、前記接触部分が前記ピストンヘッドに結合された少なくとも１つの環状部材を備えていることを特徴とする請求項６に記載の圧縮機。
【請求項８】
前記環状部材は、圧縮リングを備えていることを特徴とする請求項７に記載の圧縮機。
【請求項９】
前記ピストンヘッドに結合された少なくとも１つの追加的な圧縮リングをさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機。
【請求項１０】
前記ピストンヘッドに結合された少なくとも１つのオイルスクレーパリングをさらに備えていることを特徴とする請求項８に記載の圧縮機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
［関連出願］
この出願は、２００４年１１月２９日に出願された米国特許出願第１０／９９８，４５０号の優先権を主張する。
【０００２】
本発明は圧縮流体を発生させるための装置に関する。より具体的には、本発明は、そのピストンチャンネルの変形及び過度の加熱を制限する圧縮機に関する。
【背景技術】
【０００３】
周知であるように、特定の車両の様々な部材は、操作するために圧縮空気のような圧縮流体の使用を必要とする。例えば、トラック及び他の大きな車両のブレーキシステムは、たいてい、バネをベースにしたアクチュエータのような様々なブレーキ機構をブレーキ位置及び非ブレーキ位置に付勢するために圧縮空気を使用している。
【０００４】
それに応じて、ピストン圧縮機は、この圧縮流体を発生させるための技術として一般的に知られている。それらの圧縮機は、通常は、複数のピストンチャンネルを備えたシリンダーブロックを使用している。複数のピストンは、ピストンチャンネル内にスライド自在に配置され、ピストンがピストンチャンネル内を往復移動するためのクランクシャフトのようないくつかの機構に結合しており、それによって、吸引ストローク及び圧縮ストロークを交互に引き起こしている。ピストンは、シリンダーブロックのピストンチャンネル内を往復移動するときに、ピストンが交互にチャンネルに流体を圧縮させるために引き込み、その次に、この流体を圧縮し、そして吐出する。
【０００５】
ピストンチャンネルへ及びから流体の導入及び吐出を制御するために、それらの圧縮機が一般的に流入ポート及び流出ポートを有する圧縮機ヘッドも含み、流入チャンネル及び流出チャンネルがピストンチャンネルのポートに接続されている。さらに、圧縮機ヘッドは、たいてい、バルブ、あるいは圧縮機ヘッドとそのようなバルブを有しているシリンダーブロックとの間に配置された分離バルブプレートを含み、流体の流入及び流出を制御している。それらのバルブは、ピストンチャンネルが流入チャンネル及び流出チャンネル、最終的に圧縮機ヘッド内の流入ポート及び流出ポートに連通することを可能にしている。
【０００６】
しかしながら、それらの圧縮機の一の問題は、ピストンチャンネルの壁部が圧縮機の組立の間に時々変形してしまう可能性があるということである。予め注意すべきであるように、シリンダーヘッドは、通常、シリンダーヘッドを通じて及びシリンダーブロック内のねじを切られた開口部に一連のボルトを挿入することによって、従来一組の留め具によってシリンダーブロック内に取り付けられている。ヘッド及びブロックがボルトを締めつけることによって固定されるにつれて、クランプ力は、しばしばそれに隣接したピストンチャンネルの壁部を変形させることがある。ブロック周辺に配置された様々なボルトに不均一な締め付け力を加えると、このような変形をさらに悪化させる可能性がある。さらに、ピストンがチャンネルに沿ってスライドするときに接触しているチャンネルの壁部は、大抵、シリンダーボア内に配置されたライナー（liner）であり、より一層変形する傾向がある。
【０００７】
ピストンとチャンネルの壁部との間の密封に影響を及ぼすので、ピストンチャンネルの壁部の変形は、深刻な問題である。例えば、ピストンは、しばしばピストンヘッドに結合された１組の圧縮リングを含み、この圧縮リングの環状形状によってピストンチャンネルの円筒型の形状と係合しており、それによって、圧縮機からピストンヘッドの上方向の流体圧縮チャンバーへのオイルの流通を阻止している。それ故に、チャンネルの壁部が変形する場合、チャンネルの壁部はもはや円筒型ではなく、圧縮リングとチャンネルの壁部との間の係合が決して完全でない。この連続的な密封の欠如は、シリンダーの上方向にある圧縮チャンバーにオイルの漏れを結果としてもたらし、圧縮流体を汚染し、圧縮機の下流の構成要素に影響を与えることができる。例えば、しばしば、空気乾燥機は、車両の関連部分に供給される前に、圧縮機によって供給されている空気中の水分を取り除くために圧縮機と連結して使用される。オイルがピストンヘッドの上方向の圧縮チャンバーに漏れている場合、このオイルは、圧縮空気がそれに連通しているとき、空気乾燥システムを汚染することがある。他の例では、漏れたオイルが空気制御バルブに生じる場合、漏れたオイルは空気制御バルブが適切に働くことを妨げる可能性がある。
【０００８】
同様にして、それらの種類の圧縮機のピストンヘッドも、ピストンチャンネルの壁部に接触しているオイルスクレーパリングを一般に取り付けられる。ピストンの上向きの圧縮ストロークの間に、オイルにそれらの壁部の露呈するためにオイルがチャンネルの壁部に沈殿している後、オイルスクレーパリングは、ピストンの下向きの吸引ストロークの間に、壁部のオイルをかき出すための役目を果たす。それによって、オイルが最後にはピストンヘッドの上方向に圧縮チャンバー内にすることになる。しかしながら、ピストンチャンネルの壁部が変形してしまうと、圧縮リングとほぼ同様にスクレーパリングは、チャンネルの壁部表面から事実上は離昇してしまうこととなり、それによって、チャンネルの壁部からオイルをかき出す能力が低下することとなる。
【０００９】
それらの種類の圧縮機が存在する関連問題として、ピストンがピストンチャンネル内にスライドするときに、ピストンの部分とチャンネルの壁部との間に引き起こされた連続的な滑り接触がチャンネル壁部を加熱させる。この温度上昇は、ボルトのクランプ力によってチャンネルの壁部に配置された付加応力の結果として、チャンネルの壁部をましてやなおさら変形させる傾向がある。
【００１０】
それらの種類の圧縮機に起因する他の問題として、たとえピストンとチャンネルの壁部との間に摩擦に起因する熱がチャンネルの壁部を変形させない場合でも、最後にはピストンチャンネルの上部で圧縮された空気を加熱され、結果として多数の問題に導く可能性がある。例えば、明らかに述べられているように、空気乾燥機は、しばしば、車両の関連部分に圧縮機によって供給されている空気中の水分を取り除くために圧縮機と連結して使用されている。空気がより熱いので、より多くの水蒸気を含むことが可能であり、それ故に、空気乾燥機は水分を取り除くためにますます働かなければならない。この付加熱によって生成された他の問題は、オイルを「炭化（coking up）」させる、すなわち、オイルを燃焼し、カーボンデポジットを残している傾向がある。非常に高温の空気の過度の量によって生じるさらに他の問題は、圧縮機の構成要素は、圧縮機の下流側から寿命が短くなる傾向にある。この理由の一部は、それらの構成要素が、不必要なレベルの加熱及び冷却にさらされて収縮及び膨脹を生じているからである。
【００１１】
それ故、簡単に変形しないピストンチャンネルの壁部を備えたピストン圧縮機が求められている。さらに、過剰に高温にならないピストンチャンネルの壁部を備えたピストン圧縮機が求められている。
【特許文献１】米国特許第６，４３９，８５７号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
それに応じて、本発明の目的は、シリンダーブロックにシリンダーヘッドを固定するプロセスがピストンチャンネルを変形させないピストン圧縮機を提供することである。
【００１３】
さらに、本発明の目的は、ピストンチャンネルの長さに沿って構造的一貫性（structural consistency）を備えたピストン圧縮機を提供することである。
【００１４】
さらに、本発明の他の目的は、表面に生み出される摩擦を生じる面（friction producing surface）の長さに沿った摩擦による加熱の影響を低減するようなピストン圧縮機を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
先行技術の欠点を克服し、記載された少なくともいくつかの目的及び利点を達成するために、本発明は、シリンダーブロックと、シリンダーブロックに隣接して配置されたシリンダーヘッドと、シリンダーブロックに隣接してシリンダーヘッドに取り付けられているボルトと、シリンダーブロックに形成され、シリンダーブロックと一体化して形成された壁部を有しているピストンチャンネルと、流体を収容するためにピストンチャンネルに隣接してシリンダーブロック内に形成された冷却チャンバーと、ピストンチャンネル内にスライド自在に配置されたピストンであって、該ピストンが最も高い位置から最も低い位置へスライドするときに、ピストンチャンネルの壁部に接触している接触部分を有している前記ピストンと、を備えている圧縮機であって、前記ボルト及び前記冷却チャンバーのそれぞれが、ピストンが最も高い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点から、ピストンが最も低い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点へと、延在していることを備えている。
【００１６】
他の実施形態では、本発明は、シリンダーブロックと、シリンダーブロックに隣接して配置されたシリンダーヘッドと、シリンダーブロックに隣接してシリンダーヘッドを取り付けられているボルトと、シリンダーブロック内に形成され、シリンダーブロックと一体化して形成された壁部を有しているピストンチャンネルと、流体を収容するためにピストンチャンネルに隣接してシリンダーブロック内に形成された冷却チャンバーと、シリンダーブロックと一体化して形成されたクランクケースと、クランクケース内に少なくとも部分的に配置されたクランクシャフトと、クランクシャフトに結合し、ピストンチャンネル内にスライド自在に配置されたピストンであって、ピストンが最も高い位置から最も低い位置へスライドするにつれて、ピストンチャンネルの壁部に接触している接触部分を有しているピストンと、を備えている圧縮機であって、ボルト及び冷却チャンバーのそれぞれが、ピストンが最も高い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点から、ピストンが最も低い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点へと、延在していることを備えている。
【００１７】
さらに他の実施形態では、本発明は、ハウジングと、ボルト穴を有している前記ハウジングと、前記ハウジング内に形成されたピストンチャンネルと、前記ハウジング内に一体化して形成された壁部を有しているピストンチャンネルと、流体を収容するためにピストンチャンネルに隣接してハウジング内に形成された冷却チャンバーと、前記ピストンチャンネルにスライド自在に配置されたピストンと、前記ピストンが最も高い位置から最も低い位置にスライドするにつれて、ピストンチャンネルの壁部に接触するための接触部分を有している前記ピストンと、ハウジングのボルト穴に配置されたボルトと、を備えている圧縮機であって、ボルト及び冷却チャンバーのそれぞれが、ピストンが最も高い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点から、ピストンが最も低い位置であるときの前記ピストンの接触部分と前記ピストンチャンネルの壁部との間の少なくとも接触点へと、延在していることを備えている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
圧縮機の一の実施形態の基本概念は、図１に図示されている。説明において使用されるような用語、例えば「上部（top）」、「底部（bottom）」、「上方（above）」、「下方（below）」、「上で（over）」、「下で（under）」、「真上（above）」、「真下（beneath）」、「上に（on top）」、「下に（underneath）」、「上方へ（up）」、「下方へ（down）」、「上部の（upper）」、「下部の（lower）」、「前方（front）」、「後方（rear）」、「背部（back）」、「前方へ（forward）」、及び「後方へ（backward）」といった用語は、図面に図示されている方向において参照された対象について言及しているが、このような方向は本発明の目的を達成するために必要ではない。
【００１９】
圧縮機１０は、シリンダーヘッド１２を含み、シリンダーヘッド１２はシリンダーブロック１４に取り付けられている。ある有利な実施形態において、クランクケース１６は、シリンダーブロック１４を一体化して形成している。クランクシャフト１８は、クランクケース１６内に配置されている。シリンダーブロック１４は、シリンダーブロック１４内に形成された少なくとも１つのピストンチャンネル２０を有し、図２に図示するように、たいてい複数のピストンチャンネル２０を有している。ピストン２２は、各ピストンチャンネル２０に配置され、クランクシャフト１８に結合し、クランクシャフト１８が回転するときにチャンネル２０内を往復運動させる。
【００２０】
ピストン２２は、吸引ストローク及び圧縮ストロークを備えるためにチャンネル２０内に相互に移動可能である。ピストン２２の上方のチャンネル２０内の空間は、圧縮流体を必要としている空気システム（air system）に連通している。ピストン２２のダウンストロークの間に、空気はチャンネル２０に引き込まれる。次のピストン２２のアップストロークの間に、この空気は圧縮され、チャンネル２０から送り出される。ピストン２２の上方の圧縮空間からこの空気の吸入及び吐出を制御するために、一般に、入口開口部及び出口開口部が設けられ、チャンネル及びバルブを備えたシリンダーヘッド１２は、シリンダーブロック１４に隣接して取り付けられている。
【００２１】
各ピストン２２は、ピストンヘッド２４を有し、ピストンヘッド２４は、ピストンチャンネル２０の壁部２６と係合している。通常、チャンネルの壁部２６は円筒型であり、ピストンヘッド２４は、ピストンヘッド２４に結合された環状部材３０を通じてチャンネルの壁部２６に係合している。ある有利な実施形態において、環状部材３０は、圧縮リングである。いくつかの実施形態において、複数の圧縮リング３０がピストンヘッド２４に結合されている。
【００２２】
圧縮リング３０は、チャンネルの壁部２６と直接接触し、チャンネル壁部２６はシリンダーブロック１４に一体化して形成されている。これは、任意の様々方法で作製されることができるが、たいてい鉄のブロックのような硬い１片から始まり、ボーリング又はそれ自体にピストンチャンネルを押し出し加工することによって達成される。もう一つの方法として、シリンダーブロック自体に円筒型のチャンネルを有しているシリンダーブロックは、単にそのような形状を有しているモールドによって鋳造されてもよい。この一体化された壁部はピストンチャンネルの壁部２６としての機能を果たすので、環状の圧縮リング３０の形状に対応しているピストンチャンネル２０の形状が、別個のライナー若しくはケーシングがボア内に配置されている場合より変形するという可能性は非常に少ない。
【００２３】
シリンダーヘッド１２は、少なくとも１つのボルト４０によって、シリンダーブロック１４に取り付けられている。ボルト４０は、圧縮リング３０とチャンネルの壁部２６との間に少なくとも最も高い接触点（すなわち、ピストン２２がアップストロークの最も高い位置であるときのリング３０の位置）から圧縮リング３０とチャンネルの壁部２６との間に最も低い接触点（すなわち、ピストン２２がダウンストロークの最も低い位置であるときのリング３０の位置）へ延在している。このようにして、チャンネル２０に隣接してブロック１４の構造的一体性は、リング３０の移動経路全体に沿って一貫して維持されており、ボルト４０の底部で起きる最終的な締め付けは、この経路に沿って起こるわけではない。
【００２４】
一般的にウォータージャケットである冷却チャンバー５０は、シリンダーブロック１４内に形成されている。ピストンチャンネル２０の場合には、冷却チャンバー５０は、ボーリング、押し出し成型及び鋳造を含む任意の様々な方法で作製されることができる。冷却チャンバー５０は、ピストンチャンネル２０に隣接した位置に置かれ、ある有利な実施形態において、チャンバー５０はチャンネル２０に取り囲まれている。それに応じて、チャンバーは、ピストン２２がピストンチャンネル２０内の往復移動しているとき、壁部２６が壁部２６と圧縮リング３０との間の摩擦が原因で過熱されるにつれて、チャンネル２０を冷却することを助けるために、水のような流体で満たされることができる。
【００２５】
いくつかの実施形態では、冷却チャンバーは、ボルト４０とチャンネル２０との間に位置している。それに応じて、チャンバー５０は、より近くになり、それ故に、チャンネル２０をより冷却することができる。その上、ボルトは、よりチャンネル２０から遠くなり、それ故に、過度の力を出す可能性が高くはない。最終的に、冷却チャンバー５０は、チャンネル２０に影響を及ぼす以前にボルト４０の締め付けの結果として、チャンネル２０の方向に働かせた任意の応力を緩和することができる。壁部２６上の冷却効果及びボルト４０のクランプ力に対しての隔離効果を最大にするために、ボルト４０のように、冷却チャンバー５０が、圧縮リング３０とチャンネルの壁部２６との間に少なくとも最も高い接触点から圧縮リング３０とチャンネルの壁部２６との間に少なくとも最も低い接触点へと延在している。この方法で、リング３０の全体の経路は、チャンバー５０内の流体によって効果的に冷却されることができる。
【００２６】
ある有利な実施形態において、少なくとも１つのオイルスクレーパリング３２も、ピストンヘッド２４に結合されている。ピストン２２が圧縮ストローク間にチャンネル２０の上方へスライドするとき、壁部２６の一部分はクランクケース１６に存在するオイルにさらされ、そこに沈殿していることができる。それに応じて、ピストン２２の下方向の吸引ストロークの間に、オイルスクレーパリング３２は、圧縮リング３０がオイルとの接触する状態になる前に、壁部２６に残留している任意のオイルをクランクケース１６にかき落とすのに役立つ。
【００２７】
本発明が往復運動型圧縮機に関連して示されているけれども、他の実施形態では、本発明は、斜板型圧縮機（swash plate compressors）のように他のタイプの圧縮機を含む。それらの実施形態において、ピストンステム（piston stems）が結合されているクランクシャフトの代わりに、駆動シャフトは、軸方向に圧縮機をそろえ、その中心に位置している。ピストンは斜板に結合され、この斜板は駆動シャフトに取り付けられており、それによって、本出願人に譲渡された特許文献１に開示された設計のように、シャフトの回転運動をピストンの軸方向の運動に変換している。それらに示されているように、いくつかの実施形態では、斜板は、ベアリングを介して（ピストンに結合された）非回転部分に結合された（シャフトに取り付けられた）回転部分を含み、アクチュエータは斜板を接触するように設けられている。これによりアクチュエータは、第１位置にあるとき、シャフトに垂直な位置に斜板を保持するために適切な力を斜板上に与えると共に、ピストンが軸方向に運動しないように維持している。アクチュエータが第２位置にあるとき、斜板を揺動するために適切な力を斜板上に与え、それによってピストンチャンネル内のピストンの往復運動を生じさせている。
【００２８】
同様に、本発明は基本的な往復運動型圧縮機で示されているけれども、他の実施形態において、本発明は、クランクシャフトの反対側に位置している別個のピストン及びピストンチャンネルを有し、これにより、圧縮機の両端から流体を受容及び吐出している圧縮機を採用することができる。
【００２９】
以上の内容は説明的なものであって限定目的を有するものではなく、明白な改変は本発明の精神から逸脱することなく当業者によって為し得ることが理解されるべきである。従って、本発明の技術的範囲を確定するためには、前述の明細書ではなく、添付の特許請求の範囲が参照されるべきである。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明に従って強化されたピストンチャンネルと備える圧縮機の端面断面図である。
【図２】図１の圧縮機の正面断面図である。
【符号の説明】
【００３１】
１０  圧縮機
１２  シリンダーヘッド
１４  シリンダーブロック
１６  クランクケース
１８  クランクシャフト
２０  ピストンチャンネル
２２  ピストン
２４  ピストンヘッド
２６  壁部
３０  圧縮リング
３２  スクレーパリング
４０  ボルト
５０  冷却チャンバー
【図１】
2008522080.tif 000003
【図２】
2008522080.tif 000004
【国際調査報告】
2008522080.tif 000005