(57)【要約】  無給油コンプレッサクランクケース冷却装置は、コンプレッサクランクケースと、コンプレッサクランクケース内で支持された少なくとも１つのピストンシリンダと、コンプレッサクランクケースによって支持され、かつ連結ロッドによって少なくとも１つのピストンシリンダのピストンに連結されたクランクシャフトアセンブリと、コンプレッサクランクケースで支持され、かつコンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの流入口弁と、コンプレッサクランクケースで支持され、かつコンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの排出口弁とを含む。コンプレッサクランクケースを冷却するために、空気の冷却交差流が、少なくとも１つの流入口弁と、少なくとも１つの排出口弁との間に確立される。少なくとも１つの流入口弁および少なくとも１つの排出口弁は逆止弁を含む。第１のノズルは、少なくとも１つの流入口弁に配置され、および第２のノズルは、少なくとも１つの排出口弁に配置される。
2017516014.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄道車両用の無給油コンプレッサクランクケース冷却装置であって、
コンプレッサクランクケースと、
前記コンプレッサクランクケース内で支持された少なくとも１つのピストンシリンダと、
前記コンプレッサクランクケースによって支持され、かつ連結ロッドによって前記少なくとも１つのピストンシリンダのピストンに連結されたクランクシャフトアセンブリと、
前記コンプレッサクランクケースで支持され、かつ前記コンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの流入口弁と、
前記コンプレッサクランクケースで支持され、かつ前記コンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの排出口弁と
を含み、
前記コンプレッサクランクケースを冷却するために、前記少なくとも１つの流入口弁と前記少なくとも１つの排出口弁との間に空気の冷却交差流が確立される、
無給油コンプレッサクランクケース冷却装置。
【請求項２】
前記少なくとも１つの流入口弁および前記少なくとも１つの排出口弁は逆止弁を含む、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項３】
前記少なくとも１つの流入口弁に配置された第１のノズルと、
前記少なくとも１つの排出口弁に配置された第２のノズルと
をさらに含む、請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項４】
前記少なくとも１つの流入口弁に動作可能に接続された流入空気フィルタをさらに含み、
前記流入空気フィルタは、汚染物および破片から前記コンプレッサクランクケースを保護する、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項５】
前記少なくとも１つの流入口弁の前記第１のノズルに配置された流入空気フィルタをさらに含み、
前記流入空気フィルタは、汚染物および破片から前記コンプレッサクランクケースを保護する、
請求項３に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項６】
前記コンプレッサクランクケースは、前記クランクシャフトアセンブリを収容する空洞を画定し、
前記空気の冷却交差流は、前記コンプレッサクランクケースの第１の側から、前記コンプレッサクランクケースの前記空洞を通って、前記コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側に送られる、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項７】
前記少なくとも１つの流入口弁は、前記コンプレッサクランクケースの第１の側で支持され、および前記少なくとも１つの排出口弁は、前記コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側で支持される、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項８】
前記少なくとも１つの流入口弁は、前記少なくとも１つのピストンシリンダの上り行程時に、空気が前記コンプレッサクランクケースに引き込まれるのに伴って開く、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項９】
前記少なくとも１つの排出口弁は、前記少なくとも１つのピストンシリンダの下り行程時に、空気が前記コンプレッサクランクケースから押し出されるのに伴って開く、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１つのピストンシリンダに配置され、前記少なくとも１つのピストンシリンダから加圧流体を排出するように構成されたアンローダ弁アセンブリをさらに含む、
請求項１に記載のクランクケース冷却装置。
【請求項１１】
鉄道車両の無給油コンプレッサクランクケースを冷却する方法であって、
ａ）無給油コンプレッサを設けるステップであって、前記無給油コンプレッサは、
コンプレッサクランクケースと、
前記コンプレッサクランクケース内で支持された少なくとも１つのピストンシリンダと、
前記コンプレッサクランクケースによって支持され、かつ連結ロッドによって前記少なくとも１つのピストンシリンダのピストンに連結されたクランクシャフトアセンブリと、
前記コンプレッサクランクケースで支持され、かつ前記コンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの流入口弁と、
前記コンプレッサクランクケースで支持され、かつ前記コンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの排出口弁と
を含む、ステップと、
ｂ）前記少なくとも１つの流入口弁を介して、空気を前記コンプレッサクランクケースに引き込むステップと、
ｃ）前記コンプレッサクランクケースを通して前記空気を送るステップと、
ｄ）前記少なくとも１つの排出口弁を介して、前記空気を前記コンプレッサクランクケースから押し出すステップと
を含む、方法。
【請求項１２】
前記少なくとも１つのピストンシリンダの上り行程時に、前記少なくとも１つの流入口弁を開くステップをさらに含み、
空気は、前記開いた流入口弁を介して前記コンプレッサクランクケースに引き込まれる、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つのピストンシリンダの下り行程時に、前記少なくとも１つの排出口弁を開くステップをさらに含み、
空気は、前記開いた排出口弁を介して前記コンプレッサクランクケースから押し出される、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１４】
前記コンプレッサクランクケースの第１の側から、前記クランクシャフトアセンブリを越えて、前記コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側から外に送られる空気の冷却交差流を確立するステップをさらに含み、
前記少なくとも１つの流入口弁は、前記コンプレッサクランクケースの前記第１の側で支持され、
前記少なくとも１つの排出口弁は、前記コンプレッサクランクケースの前記反対側の第２の側で支持される、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１５】
前記無給油コンプレッサは、前記少なくとも１つの流入口弁に配置された第１のノズルと、前記少なくとも１つの排出口弁に配置された第２のノズルとをさらに含む、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの流入口弁に動作可能に接続された流入空気フィルタを設けるステップと、
前記少なくとも１つの流入口弁を介して、前記コンプレッサクランクケースに引き込まれる前記空気を、前記流入空気フィルタを使用して濾過するステップと
をさらに含む、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１７】
流入空気フィルタを前記少なくとも１つの流入口弁の前記第１のノズルに設けるステップと、
前記少なくとも１つの流入口弁を介して、前記コンプレッサクランクケースに引き込まれる前記空気を、前記流入空気フィルタを使用して濾過するステップと
をさらに含む、
請求項１５に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの流入口弁および前記少なくとも１つの排出口弁は逆止弁を含む、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの流入口弁は、前記コンプレッサクランクケースで、前記少なくとも１つのピストンシリンダの第１の側において支持され、
前記少なくとも１つの排出口弁は、前記コンプレッサクランクケースで、前記少なくとも１つのピストンシリンダの反対側の第２の側において支持される、
請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【請求項２０】
アンローダ弁アセンブリを前記少なくとも１つのピストンシリンダに設けるステップと、
前記少なくとも１つのピストンシリンダから、前記アンローダ弁アセンブリを介して、流体を排出するステップと
をさらに含む、請求項１１に記載のコンプレッサクランクケースを冷却する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、２０１４年５月９日に出願された米国仮特許出願第６１／９９０，９３４号明細書、および２０１５年５月６日に出願された米国特許出願第１４／７０５，３１９号明細書に対する利益を主張するものであり、これらの特許出願の開示は、参照によりその全体が本明細書に援用されるものとする。
【０００２】
本開示は、鉄道車両に付属する空気ユニットに圧縮空気を供給する、鉄道車両での使用に適した空気コンプレッサの分野に関し、特に、クランクケース内で安全動作温度を維持するための無給油コンプレッサクランクケース冷却装置に関する。
【背景技術】
【０００３】
無給油コンプレッサは、コンプレッサが潤滑なしに動作するのを可能にするために、特別に設計されたベアリングおよび複合封止材料を意図的に使用する。そのような鉄道車両用無給油空気コンプレッサの一例は、２０１３年９月１８日に出願され、本明細書にその全体が援用される、Ｋａｐａｄｉａらによる（特許文献１）に開示されている。特殊な構成要素および材料により、支持面が、潤滑なしに、空気コンプレッサ内の内部負荷に耐えることが可能になるが、支持面は、オイルが充満した空気コンプレッサに組み込まれた大型のオイル溜めによる冷却効果からの恩恵を受けない。したがって、代替手段によって内部冷却が行われなければならない。
【０００４】
無給油空気コンプレッサクランクケース内の冷却を改善する２つの一般的な既存の方法がある。第１の方法は、クランクケースを封止せず、空気がクランクケースの内外を自然に移動するのを可能にする。第２の方法は、コンプレッサ流入空気を、圧縮のために低圧シリンダに導入される前に、クランクケースを通して引き込むものである。
【０００５】
空気がクランクケースの内外を自然に移動するのを可能にする第１の方法を使用することについてはいくつかの欠陥がある。
クランクケースを大気に対して開いたままの状態に置くことによって、周囲環境からの汚染物および破片が、クランクケース内に容易に引き込まれ、支持面、特に、より汚染しやすいピストンリングおよびシリンダ面の摩耗を増加させる。
さらに、開放されたクランクケースは、クランクケースを通る冷却流れを発生させるのではなく、代わりに、同じ空気がクランクケースに引き込まれて、クランクケースから押し出される瞬間的な微風（wafting）のような効果をもたらす。これは、空気コンプレッサから押し出された高温空気が、クランクケースから離れないため、可能な限り効率的に空気コンプレッサの内部構成要素を冷却することができない。
【０００６】
コンプレッサ流入空気を、圧縮のために低圧シリンダに導入される前に、クランクケースを通して引き込む第２の方法を使用する際にもいくつかの欠点がある。
第２の方法は、流入空気のすべてを圧縮の第１段に流入する前にクランクケースを通して引き込むことで、クランクケースを通る外気の確実な流れを発生させる。この流れは、単一の流入箇所から単一の排出箇所に空気を送ることができる。
しかし、空気が第１段シリンダに流入する前にクランクケースを経由すると、コンプレッサに流入する空気の温度は、シリンダに直接引き込まれる場合よりも高くなる。これは、空気コンプレッサに作用する少なくとも２つの効果を有する。
第１に、クランクケースから排出されるいかなる熱も主圧縮流路内でコンプレッサに戻され、その結果、第１段の構成要素の温度がより高くなる。これは、最終的に、内部の空気コンプレッサ構成要素の寿命を縮めることになる。さらに、コンプレッサ流入口の温度が上昇すると、流入空気温度は、コンプレッサ効率に反比例するため、コンプレッサ効率が落ちる。
第２に、空気コンプレッサが、空気コンプレッサを待機モード（空気を圧縮しない）で動作させるための一般的な手段であるヘッドアンローダを利用する場合に、別の欠陥が明らかになる。
このサイクルでは、ヘッドアンローダは通常、機械的に、流入口弁を開いた状態に維持するように機能する。流入口弁を開いた状態に維持することで、吸気行程中に引き込まれた大気は、通常、圧縮行程中に流入口弁から大気に押し戻されるため、空気コンプレッサは回転し続けるが、空気を圧縮しない。同じ空気がシリンダへの出入りを繰り返すため、無負荷サイクル時に空気の温度が上がる。
シリンダ流入空気が大気に接続する前にクランクケースを経由して送られる場合、クランクケース内の空気は、第１段シリンダに引き込まれ、次いで、無負荷サイクル時にケースに押し戻される。したがって、ケース内の空気温度は、ヘッドアンローダを有する一般的な任意の往復動型空気コンプレッサにおいて、無負荷サイクル時に上昇するシリンダ流入口の空気と同様に、無負荷サイクル時に温度が上昇する。
最後に、空気を第１段シリンダに導入する前にクランクケースを通して流入空気を引き込むことで、クランクケースからの汚染物が第１段シリンダ内に拡散する。この汚染物は、ピストンリングからの摩耗片と、密封ベアリングから解放された余分なグリースとを含み、これらの摩耗片およびグリースは共に、無給油コンプレッサに一般的に存在する。この汚染物は、空気コンプレッサの弁を摩耗させて、弁の寿命を縮める。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】米国特許出願第１４／０３０，５８８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
クランクケースの内部構成要素の汚染を増やすことなく、クランクケースの冷却作用を高める無給油空気コンプレッサクランクケース冷却装置が現在必要である。クランクケースを安全な動作温度に維持しながら、内部の動的構成要素の寿命を最大限にする無給油空気コンプレッサクランクケース冷却装置も現在必要である。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
一実施形態では、鉄道車両用の無給油コンプレッサクランクケース冷却装置は、コンプレッサクランクケースと、コンプレッサクランクケース内で支持された少なくとも１つのピストンシリンダと、コンプレッサクランクケースによって支持され、かつ連結ロッドによって少なくとも１つのピストンシリンダのピストンに連結されたクランクシャフトアセンブリと、コンプレッサクランクケースで支持され、かつコンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの流入口弁と、コンプレッサクランクケースで支持され、かつコンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの排出口弁とを含む。コンプレッサクランクケースを冷却するために、空気の冷却交差流が、少なくとも１つの流入口弁と、少なくとも１つの排出口弁との間に確立される。
【００１０】
少なくとも１つの流入口弁および少なくとも１つの排出口弁は逆止弁を含むことができる。第１のノズルは、少なくとも１つの流入口弁に配置され得、第２のノズルは、少なくとも１つの排出口弁に配置され得る。流入空気フィルタは、少なくとも１つの流入口弁に配置され得る。流入空気フィルタは、汚染物および破片からコンプレッサクランクケースを保護することができる。流入空気フィルタは、少なくとも１つの流入口弁の第１のノズルに配置され得る。流入空気フィルタは、汚染物および破片からコンプレッサクランクケースを保護することができる。コンプレッサクランクケースは、クランクシャフトアセンブリを収容する空洞を画定することができる。空気の冷却交差流は、コンプレッサクランクケースの第１の側から、コンプレッサクランクケースの空洞を通って、コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側に送られ得る。少なくとも１つの流入口弁は、コンプレッサクランクケースの第１の側で支持され得、および少なくとも１つの排出口弁は、コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側で支持され得る。少なくとも１つの流入口弁は、少なくとも１つのピストンシリンダの上り行程時に、空気がコンプレッサクランクケースに引き込まれるのに伴って開くことができる。少なくとも１つの排出口弁は、少なくとも１つのピストンシリンダの下り行程時に、空気がコンプレッサクランクケースから押し出されるのに伴って開くことができる。アンローダ弁アセンブリは、少なくとも１つのピストンシリンダに配置することができ、少なくとも１つのピストンシリンダから加圧流体を排出するように構成され得る。
【００１１】
別の実施形態では、鉄道車両の無給油コンプレッサクランクケースを冷却する方法は、無給油コンプレッサを設けるステップであって、無給油コンプレッサは、コンプレッサクランクケースと、コンプレッサクランクケース内で支持された少なくとも１つのピストンシリンダと、コンプレッサクランクケースによって支持され、かつ連結ロッドによって少なくとも１つのピストンシリンダのピストンに連結されたクランクシャフトアセンブリと、コンプレッサクランクケースで支持され、かつコンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの流入口弁と、コンプレッサクランクケースで支持され、かつコンプレッサクランクケースと流体連通する少なくとも１つの排出口弁とを含む、ステップと、少なくとも１つの流入口弁を介して、空気をコンプレッサクランクケースに引き込むステップと、コンプレッサクランクケースを通して空気を送るステップと、少なくとも１つの排出口弁を介して、空気をコンプレッサクランクケースから押し出すステップとを含む。
【００１２】
方法のさらなるステップは、少なくとも１つのピストンシリンダの上り行程時に、少なくとも１つの流入口弁を開くことを含むことができる。空気は、開いた流入口弁を介してコンプレッサクランクケースに引き込まれ得る。方法のさらなるステップは、少なくとも１つのピストンシリンダの下り行程時に、少なくとも１つの排出口弁を開くことを含むことができる。空気は、開いた排出口弁を介してコンプレッサクランクケースから押し出され得る。方法のさらなるステップは、コンプレッサクランクケースの第１の側から、クランクシャフトアセンブリを越えて、コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側から外に送られる空気の冷却交差流を確立することを含むことができる。少なくとも１つの流入口弁は、コンプレッサクランクケースの第１の側で支持され得る。少なくとも１つの排出口弁は、コンプレッサクランクケースの反対側の第２の側で支持され得る。第１のノズルは、少なくとも１つの流入口弁に配置され得、第２のノズルは、少なくとも１つの排出口弁に配置され得る。方法のさらに別のステップは、流入空気フィルタを少なくとも１つの流入口弁に設けることと、少なくとも１つの流入口弁を介して、コンプレッサクランクケースに引き込まれる空気を、流入空気フィルタを使用して濾過することとを含むことができる。方法のさらなるステップは、流入空気フィルタを少なくとも１つの流入口弁の第１のノズルに設けることと、少なくとも１つの流入口弁を介して、コンプレッサクランクケースに引き込まれる空気を、流入空気フィルタを使用して濾過することとを含むことができる。少なくとも１つの流入口弁および少なくとも１つの排出口弁は逆止弁を含むことができる。少なくとも１つの流入口弁は、コンプレッサクランクケースで、少なくとも１つのピストンシリンダの第１の側において支持され得る。少なくとも１つの排出口弁は、コンプレッサクランクケースで、少なくとも１つのピストンシリンダの反対側の第２の側において支持され得る。方法のさらなるステップは、アンローダ弁アセンブリを少なくとも１つのピストンシリンダに設けることを含むことができる。方法のさらに別のステップは、少なくとも１つのピストンシリンダから、アンローダ弁アセンブリを介して、流体を排出することを含むことができる。
【００１３】
以下の詳細な説明を添付図面と併せて読むことで、さらなる細部および利点が分かるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本開示によるクランクケース冷却装置を含む無給油空気コンプレッサの正面斜視図である。
【図２】図１の無給油空気コンプレッサの背面斜視図である。
【図３】本開示の別の実施形態によるクランクケース冷却装置を含む無給油空気コンプレッサの断面図である。
【図４】ピストンシリンダが下り行程時にある図３の無給油空気コンプレッサの別の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下の説明において使用される空間定位を表す用語は、添付図面、図で向きを定められる通りに、または他に以下の詳細な説明で説明される通りに、言及される実施形態に適用される。しかし、当然のことながら、下記に説明される実施形態は、代替の変形形態および構成をとることができる。やはり当然のことながら、添付図面、図で示されるか、または他に本明細書で説明される特定の構成要素、装置、特徴、および操作順序は単なる例示であり、限定するものとみなすべきではない。
【００１６】
本開示は、概略的には、無給油コンプレッサクランクケース冷却装置、特に、コンプレッサクランクケースを通る冷却空気の交差流を発生させるために使用される少なくとも２つの弁を含む無給油コンプレッサクランクケース冷却装置を対象とする。冷却装置の構成要素の特定の好ましい非限定的な実施形態が、図１〜４に示されている。
【００１７】
図１〜４を参照すると、本開示の一実施形態による空気コンプレッサ１０が示されている。
示すように、空気コンプレッサ１０は、第１のピストンシリンダ２０、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０を含む多シリンダ空気コンプレッサ１０である。
一実施形態では、空気コンプレッサ１０は、鉄道車両（図示せず）用の無給油空気コンプレッサである。
第１のピストンシリンダ２０、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０は、コンプレッサハウジングまたはクランクケース１２によって支持されている。また、それぞれは、コンプレッサクランクケース１２内に配置され、コンプレッサクランクケース１２によって回転可能に支持されたクランクシャフトアセンブリ６０によって駆動される。コンプレッサクランクケース１２は、クランクシャフトアセンブリ６０を収容する空洞１４をコンプレッサクランクケース内に画定することができる。
空気コンプレッサ１０の前述の構成要素は、本明細書で詳細に説明される。
コンプレッサクランクケース１２を冷却する方法も下記にさらに詳細に説明される。
空気コンプレッサ１０は、五角形形状の断面を有することができる。支持部材１３は、空気コンプレッサ１０の底面に固定することができる。支持部材１３を使用して、空気コンプレッサ１０を機関車または鉄道車両（図示せず）に取り付けることができる。
【００１８】
第１のピストンシリンダ２０、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０は、多シリンダ空気コンプレッサ１０において、第１のシリンダとして動作する第１のピストンシリンダ２０、第２のシリンダとして動作する第２のピストンシリンダ３０、第３のシリンダとして動作する第３のピストンシリンダ４０、および第４のシリンダとして動作する第４のピストンシリンダ５０と実質的に同様の構造とすることができる。
一実施形態では、第１のピストンシリンダ２０、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０は、空気コンプレッサ１０の長手軸のまわりで、半径方向に構築することができる。ピストンシリンダ２０、３０、４０、５０は、空気コンプレッサ１０の外周と接することができる。
【００１９】
図３および図４に示すように、第１のピストンシリンダ２０は、円筒状ハウジング２１を含み、円筒状ハウジング２１は、コンプレッサクランクケース１２内の、本明細書で説明する対応する開口に挿入されるように構成された第１の端部２２ａと第２の端部２２ｂとを有する。
円筒状ハウジング２１は、コンプレッサクランクケース１２の外面と接するように、第１の端部２２ａに近接して配置されたフランジ２３を有して形成されている。
熱放散フィン２４は、円筒状ハウジング２１のまわりに設けることができ、円筒状ハウジング２１は、十分な強度と熱放散特性とをもたらす、アルミニウムなどの任意の適切な材料から形成することができる。
【００２０】
シリンダヘッド２５は、円筒状ハウジング２１の第２の端部２２ｂに固定されている。シリンダヘッド２５は、通常、空気接続ユニット２６と、空気接続ユニット２６の上面に機械的に固定されたアンローダキャップ２９とを含む。
空気接続ユニット２６は、第１の空気チャネル２７および第２の空気チャネル２８を含む。空気接続ユニット２６は、十分な強度と熱伝達特性とをもたらす、アルミニウムなどの任意の適切な材料から形成することができる。
アンローダキャップ２９は、空気信号が、弁アセンブリ（図示せず）まで案内されたときに、弁アセンブリの流入口側を開いた状態に機械的に維持するアンローダピストン（図示せず）を収容している。やはり当然のことながら、電気信号を使用して、弁アセンブリを制御することもできる。作動すると、空気コンプレッサ１０は、空気を圧縮することなく動作し続け、それにより、空気コンプレッサ１０の空洞１４を冷却する。
【００２１】
第１のピストンシリンダ２０は、円筒状ハウジング２１内で往復動作可能な第１のピストン７０をさらに含むことができる。ピストン７０は、第１の端部７２ａおよび第２の端部７２ｂを含み、十分な強度と熱伝達特性とをもたらす、アルミニウムなどの任意の適切な材料からできている。
ピストン７０は、連結ロッド７４を介して、クランクシャフトアセンブリ６０に動作可能に連結されている。空洞７６は、ピストン７０を保持する円筒状ハウジング２１内に画定することができる。動作時、ピストン７０は、クランクシャフトアセンブリ６０の回転によって引き起こされる往復移動で動作する。
空気は、ピストン７０の下方への移動により、空気チャネル２７、２８の１つを経由して、第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１の空洞７６に引き込まれる。弁アセンブリ（図示せず）は、シリンダヘッド２５に連結することができ、ピストン７０の下方移動時に開いて、空気を円筒状ハウジング２１内に引き込み、上方移動時に閉じる部分を含む。
さらに、弁アセンブリは、ピストン７０の下方移動時に閉じ、ピストン７０の上方移動時に開く別の部分を含むことができ、それにより、シリンダハウジング２１内の空気は圧縮され、案内されてシリンダハウジング２１から外に出る。
【００２２】
すでに述べたように、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０は、第１のピストンシリンダ２０と実質的に同様の構造を有する。
【００２３】
図１および図２を参照すると、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２が、コンプレッサクランクケース１２の第１の側で支持されている。
第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は、コンプレッサクランクケース１２の反対側の第２の側で支持することができる。
第１の流入口弁８０、第２の流入口弁８２、第１の排出口弁９０、および第２の排出口弁９２は、コンプレッサクランクケース１２と流体連通することができる。
一実施形態では、第１の流入口弁８０、第２の流入口弁８２、第１の排出口弁９０、および第２の排出口弁９２は、逆止弁とすることができる。
一実施形態では、第１の流入口弁８０、第２の流入口弁８２、第１の排出口弁９０、および第２の排出口弁９２は、ボールタイプの逆止弁とすることができる。
別の実施形態では、第１の流入口弁８０、第２の流入口弁８２、第１の排出口弁９０、および第２の排出口弁９２は、座部（図示せず）とガイド部材（図示せず）との間に配置されたエラストマー弁要素（図示せず）を含むことができる。このタイプの逆止弁は、「フラッパ」型逆止弁として公知である。しかし、当然のことながら、とりわけ、ダイヤフラム逆止弁、スイング逆止弁、およびリフト逆止弁などの別のタイプの逆止弁の使用も考えられる。
一実施形態では、第１の流入口弁８０、第２の流入口弁８２、第１の排出口弁９０、および第２の排出口弁９２は、コンプレッサクランクケース１２を冷却する、互いの間の空気の冷却交差流１６を確立するのに使用することができる。
２つ流入口弁および２つの排出口弁のみが図に示されているが、コンプレッサクランクケース１２を通る冷却交差流１６用の空気の量を増減させるために、より少ない、または増設した流入口弁および排出口弁をコンプレッサクランクケース１２で支持できると考えられる。
図１および図２に示すように、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は、互いに平行に配置することができ、第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は、互いに平行に配置することができる。しかし、やはり当然のことながら、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は、互いに直列に配置することができ、第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は、互いに直列に配置することができる。弁の構成は、空気コンプレッサ１０に必要とされる容量に応じて、さらに、冗長性を付与するために使用することができる。
【００２４】
一実施形態では、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は、コンプレッサクランクケース１２の下側部分で支持することができる。第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は、コンプレッサクランクケース１２の反対側の下側部分で支持することができる。
一実施形態では、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は、コンプレッサクランクケース１２で、第１のピストンシリンダ２０に隣接して支持することができる。
第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は、コンプレッサクランクケース１２で、第４のピストンシリンダ５０に隣接して支持することができる。
第１の流入口弁８０、第２の流入口弁８２、第１の排出口弁９０、および第２の排出口弁９２のこの配置を使用して、空気の冷却交差流１６をコンプレッサクランクケース１２の第１の側から、コンプレッサクランクケース１２の空洞１４を通って、コンプレッサクランクケース１２の反対側の第２の側に送ることができる。
空気の冷却交差流１６は、クランクシャフトアセンブリ６０およびコンプレッサクランクケース１２の構成要素を冷却するために、クランクシャフトアセンブリ６０を越えて送られる。
コンプレッサクランクケース１２内で、空気のこの冷却交差流１６を確立するために、空気は、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２を介して、コンプレッサクランクケース１２に引き込まれる。
第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の上り行程時に、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は、コンプレッサクランクケース１２に引き込まれる空気によって開かれる。
第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２を開くのに必要な望ましい空気圧量に応じて、選択および／または調整することができる。
第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の上り行程時に、第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は閉じたままである。
一実施形態では、この場合に、空気の冷却交差流１６は、第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２に向かって、クランクケースアセンブリ１２の空洞１４を通して斜めに送られる。
第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の下り行程時に、空気の冷却交差流１６は、第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２から大気に押し出される。
第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の下り行程時に、第１の流入口弁８０および第２の流入口弁８２は閉じたままである。
第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２は、第１の排出口弁９０および第２の排出口弁９２を開くのに必要な望ましい空気圧量に応じて、選択および／または調整することができる。
空気コンプレッサ１０の全容積変化は、空気コンプレッサ１０内のすべてのピストン移動の総計である。
したがって、全容積変化は、第１のピストンシリンダ２０、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０の往復移動による変化を合わせた全容積である。
空気コンプレッサ１０のこの構成および動作は、確実に、最大量のクランクケース容積変化が、空気コンプレッサ１０の他の特性を犠牲にすることなく達成されるようにする。
クランクシャフトアセンブリ６０の回転時に、すべてのピストンシリンダ２０、３０、４０、５０の容積変化を合わせることで、最大体積の空気を使用して、空気コンプレッサ１０を冷却することができる。
【００２５】
図１および図２は、２つの流入口弁８０、８２および２つの排出口弁９０、９２の使用を示しているが、やはり当然のことながら、図３および図４に示すように、１つの流入口弁８０および１つの排出口弁９０のみを使用することもできる。
【００２６】
ここで図３および図４を参照すると、第１のノズル１００は、第１の流入口弁８０および／または第２の流入口弁８２に配置することができる。
第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の上り行程時に、第１のノズル１００を使用して、第１の流入口弁８０および／または第２の流入口弁８２に空気流を送ることができる。
第２のノズル１１０は、第１の排出口弁９０および／または第２の排出口弁９２に配置することができる。
排出された高温空気がコンプレッサクランクケース１２に向かって戻るのを回避するために、第２のノズル１１０を使用して、流れをコンプレッサクランクケース１２から遠ざけることができる。
当然のことながら、第１のノズル１００および第２のノズル１１０の代わりに、より広いもしくはより細い入り口を有するノズル、または様々な断面形状を有するノズルなどの様々なタイプのノズルを使用することができる。
さらに、図３および図４は、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０のみの使用を示しているが、当然のことながら、第２の流入口弁８２および第２の排出口弁９２を同様に使用することができる。
ノズルも同様にこれらの弁に配置することができる。
【００２７】
引き続き図３および図４を参照して、流入空気フィルタ１２０は、第１の流入口弁８０および／または第２の流入口弁８２に動作可能に接続することができる。
流入空気フィルタ１２０は、市販の標準的な任意の流入空気フィルタとすることができ、この流入空気フィルタは、第１の流入口弁８０および／または第２の流入口弁８２を通って、コンプレッサクランクケース１２に引き込まれた空気から、汚染物および破片を除去する選別機能を果たす。
流入空気フィルタ１２０は、クランクシャフトアセンブリ６０およびピストンシリンダ２０、３０、４０、５０の構成要素を摩耗させることがある破片および他の汚染物を除去することで、空気コンプレッサ１０に濾過能力を付与する。
一実施形態では、流入空気フィルタ１２０は、第１のノズル１００の端部に配置することができる。
空気コンプレッサ１０の使用時、空気は、最初に流入空気フィルタ１２０を通り、次いで第１のノズル１００を通り、最後に第１の流入口弁８０および／または第２の流入口弁８２を通って、コンプレッサクランクケース１２の空洞１４に引き込まれる。
【００２８】
第１のピストンシリンダ２０と共に、動作可能に配置された第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０について説明したが、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、コンプレッサクランクケース１２の様々な位置に動作可能に配置することもできると当業者には分かるであろう。
第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、他のピストンシリンダ３０、４０、５０と共に、動作可能に配置することができる。
さらに、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、それぞれ第１のピストンシリンダ２０および第４のピストンシリンダ５０に隣接して配置することができる。
流入口弁８０および排出口弁９０の配置は、第１のピストンシリンダ２０に関連して上記した配置と実質的に同様である。
【００２９】
コンプレッサクランクケース１２を冷却する方法も、図３および図４を参照して説明される。
一実施形態では、この方法は、上記に説明したように、空気コンプレッサ１０を用意するステップを含む。
冷却方法の使用時に、大気からの空気は、第１の流入口弁８０を介して、コンプレッサクランクケース１２の空洞１４に引き込まれる。
空気は、第１の流入口弁８０から第１の排出口弁９０に送られる空気の冷却交差流１６として使用される。
空気の冷却交差流１６は、コンプレッサクランクケース１２の空洞１４に送られ、それにより、クランクシャフトアセンブリ６０およびピストンシリンダ２０、３０、４０、５０の構成要素を越えて流れる。
空気の冷却交差流１６が、コンプレッサクランクケース１２の空洞１４を通過した後、空気は、第１の排出口弁９０を介して、コンプレッサクランクケース１２から押し出される。
空気は、クランクシャフトアセンブリ６０およびピストンシリンダ２０、３０、４０、５０の構成要素のまわりに送られるため、構成要素は空気によって冷却される。
構成要素から発生した熱は、空気の冷却交差流１６に伝達され、コンプレッサクランクケース１２から搬出される。
一実施形態では、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、上記のように、逆止弁とすることができる。
第１の流入口弁８０は、コンプレッサクランクケース１２の第１の側で支持することができる。
第１の排出口弁９０は、コンプレッサクランクケース１２の反対側の第２の側で支持することができる。
【００３０】
空気コンプレッサ１０のピストン２０、３０、４０、５０がそれぞれのピストンシリンダの内外に移動するときに、コンプレッサクランクケース１２内の全容積は、シリンダ２０、３０、４０、５０が、位相ずれが全くなく、同じ直径であるとすると、クランクシャフトアセンブリ６０の単一回転にわたって変化する。
一実施形態では、第１の流入口弁８０は、第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の上り行程時に開く。
コンプレッサクランクケース１２に引き込まれる空気が作用させる圧力は、第１の流入口弁８０を押して開く。
一実施形態では、空気は、コンプレッサクランクケース１２の最大容積が満たされるまで、第１の流入口弁８０を介して、コンプレッサクランクケース１２に引き込むことができる。
一実施形態では、第１の排出口弁９０は、第１のピストンシリンダ２０の円筒状ハウジング２１内でのピストン７０の下り行程時に開くことができる。
コンプレッサクランクケース１２の空洞１４を通って空洞１４から押し出される空気が作用させる圧力は、第１の排出口弁９０を押して開き、それにより、空気が大気に出て行くのを可能にする。
一実施形態では、空気は、コンプレッサクランクケース１２の最小容積分が残るまで、第１の排出口弁９０を介して、コンプレッサクランクケース１２から押し出される。
説明した方法を使用して、空気の冷却交差流１６を、コンプレッサクランクケース１２の第１の側から、クランクシャフトアセンブリ６０を越えて、コンプレッサクランクケース１２の反対側の第１の側から外に送ることができる。
この実施形態では、第１の流入口弁８０は、コンプレッサクランクケース１２の第１の側で支持され、第１の排出口弁９０は、コンプレッサクランクケース１２の反対側の第２の側で支持される。
空気コンプレッサ１０の冷却方法の作用が、第１のピストンシリンダ２０に関連して説明されたが、当然のことながら、冷却方法は、空気の冷却交差流１６を引き起こすすべてのピストンシリンダ２０、３０、４０、５０の往復移動の累積効果である。
第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、および第４のピストンシリンダ５０は、第１のピストンシリンダ２０と同様の態様で動作して、空気の交差流１６を引き起こす。
やはり当然のことながら、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、空気コンプレッサ１０に同じ冷却効果をもたらすために、第２のピストンシリンダ３０、第３のピストンシリンダ４０、または第４のピストンシリンダ５０のうちの１つの近くに配置することもできる。
【００３１】
方法の一実施形態では、第１のノズル１００は、第１の流入口弁８０に配置することができ、第２のノズル１１０は、第１の排出口弁９０に配置することができる。
第１のノズル１００は、空気を大気から第１の流入口弁８０に送るように構成することができる。
第２のノズル１１０は、空気を第１の排出口弁９０から大気に送るように構成することができる。
第２のノズル１１０は、コンプレッサクランクケース１２の構成要素から伝達された熱により、温度が上昇した空気をコンプレッサクランクケース１２から遠ざけて大気に送る。
【００３２】
方法の別の実施形態では、流入空気フィルタ１２０は、第１の流入口弁８０に動作可能に接続することができる。
空気コンプレッサ１０の内部構成要素を汚染または摩耗させないように、空気から任意の汚染物または破片を除去するために、第１の流入口弁８０に引き込まれる空気を流入空気フィルタ１２０で濾過することができる。
流入空気フィルタ１２０は、第１の流入口弁８０に接続された第１のノズル１００の端部に配置することもできる。
【００３３】
上記のように、コンプレッサクランクケース１２の内部構成要素を冷却するために、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０を第１のピストンシリンダ２０と併用する方法についての説明が提示されたが、方法は、コンプレッサクランクケース１２の様々な位置で行うこともできると、当業者には分かるであろう。
第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、他のピストンシリンダ３０、４０、５０と共に、動作可能に配置することができる。
あるいは、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、それぞれ第１のピストンシリンダ２０および第４のピストンシリンダ５０に隣接して配置することができる。
やはり当然のことながら、第２の流入口弁８２および第２の排出口弁９２を使用して、コンプレッサクランクケース１２を通るより多量の空気の冷却交差流１６を発生させることができる。
流入口弁８０および排出口弁９０の配置および動作は、第１のピストンシリンダ２０に関連して上記した配置と実質的に同様である。
【００３４】
上記の方法を使用することで、供給される流入空気の温度への影響は何もない。
したがって、第１の流入口弁８０および第１の排出口弁９０は、流入空気が、最初にコンプレッサクランクケース１２を経由して送られる場合と異なり、空気コンプレッサ１０の全体効率を下げることなく、コンプレッサクランクケース１２を通る指向性の確実な流れを引き起こすことができる。
さらに、第１の流入口弁８０にある空気は、コンプレッサクランクケース１２への流入時に予熱されておらず、その結果、第１段の温度がより低くなる。
上記の空気コンプレッサ１０は、空気コンプレッサ１０の動的バランスを損なうことなく、クランクシャフトアセンブリ６０の１回転当たりのコンプレッサクランクケース１２の容積の全変化を最大限にする多シリンダ構成を含む。
さらに、回転ごとのクランクシャフトアセンブリ６０の全トルク脈動が弱められ、一方で、それでもなお、空気コンプレッサ用の包体が小さい外形寸法に維持される。
【００３５】
無給油コンプレッサクランクケース冷却装置の実施形態が、添付図面に示され、上記に詳細に説明されたが、他の実施形態が当業者に明らかになり、本発明の範囲および趣旨から逸脱することなく、当業者によって容易に案出されるであろう。したがって、前述の説明は、限定するのではなく、例示することを意図されている。上記に説明した本発明は、添付の特許請求の範囲によって規定され、および特許請求の範囲の均等物の趣旨および範囲内に入る、本発明に対するすべての変更形態は、特許請求の範囲に包含される。
【図１】
2017516014.tif 000003
【図２】
2017516014.tif 000004
【図３】
2017516014.tif 000005
【図４】
2017516014.tif 000006
【国際調査報告】
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2017516014.tif 000008