JP2010533262A - 往復ピストン機関 - Google Patents

Abstract

シリンダ内で可動に支持されている少なくとも１つのピストンと、好ましくはピボット・リングとして形成されたピボット要素（１）とを有し、このピボット要素は、シャフト(３)に軸方向可動に取り付けられているガイド・ボディ（５）に、ピボット要素が旋回運動を行なうことができるように、支持されており、この旋回運動によって、少なくとも１つのピストンの運動が引き起こされ、少なくとも１つの戻しばね（１５）のばね力は、始動位置の方向でピボット要素（１）に作用し、始動位置では、このピボット要素は、シャフトの回転軸（Ｄ）が垂直であってなる面（Ｅ）に対し、始動旋回角度（α_{Ｓｔａｒｔ}）で旋回されている、特に自動車両のための往復ピストン機関。ピボット要素（１）が自らの始動位置にあるとき、戻しばね(１５)に予圧を加える追加のばね要素(１９)が設けられている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、請求項１の前提部分に記載の往復ピストン機関に関する。

ここに記載したタイプの往復ピストン機関は知られている。これらの往復ピストン機関は、特に、自動車両におけるパッセンジャー・コンパートメントの温度を調整するための冷却媒体用コンプレッサとして、用いられる。このような往復ピストン機関は、シリンダ孔内で可動に支持されている少なくとも１つのピストンを有する。このピストンは、往復ピストン機関の駆動シャフトに旋回自在に支持されておりかつ駆動室に設けられているピボット要素によって動かされる。このピボット要素は、往復ピストン機関の駆動シャフト上で軸方向に案内されるガイド・ボディにも接続されているのみならず、駆動ピンを介して駆動シャフトにも接続されている。知られた往復ピストン機関において、更に、少なくとも１つの戻しばねのばね力がピボット要素に作用することが提案されている。この場合、ばね力が、ピボット要素の始動位置の方向に作用する。この位置では、ピボット要素は、駆動シャフトの回転軸が垂直であってなる面に対し、始動旋回角度で旋回されている。好ましくはカップリングないしに設計されており従ってまた自動車両の駆動シャフトと共に永続的に作動する冷却媒体用コンプレッサの、そのピボット要素は、回転数に従う、最小限の始動旋回角度を有しなければならない。その目的は、冷却媒体用コンプレッサが所定の冷却力をもたらすことが意図されるときはいつでも、ピボット要素が外側へ旋回することができるためである。駆動室内の圧力の変化に応じてコンプレッサの調整領域の広い拡大を達成するために、戻しばねは、出来る限り大きなばね剛性を有しなければならない。しかしながら、知られた往復ピストン機関では、戻しばねの大きなばね剛性が、ピボット要素の、外側への容易な旋回を阻止することが明らかになった。

従って、本発明の目的は、上記の欠点を有しない往復ピストン機関を提供することである。

この目的を解決するために、請求項１に記載の特徴を有する往復ピストン機関が提案される。この往復ピストン機関は、ピボット要素が自らの始動位置にあるとき、戻しばねに予圧を加える追加のばね要素が設けられていることを特徴とする。この好都合な実施の形態は、自動車両のための往復ピストン機関、例えば、以下ＫＭＶと呼ぶ冷却媒体用コンプレッサをスイッチオンするとき、好ましくはピボット・リングとして形成されたピボット要素を容易にかつスムーズに外側へ旋回することを可能にする。従って、ピボット要素の始動の際のまたは始動の遅れの際の振動が、実際に排除される。

少なくとも１つの追加のばね要素が、湾曲したディスクであることを特徴とする往復ピストン機関は、特に好ましい。この場合、追加のばね要素が、戻しばねよりも小さいばね剛性を有することは好ましい。それ故に、ピボット要素が特に容易に始動し、そして、平坦な特性曲線からより急激な直線的なばね特性曲線へ移行するばね力特性曲線が結果として生じる。従って、漸進的なばね力曲線が形成される。往復ピストン機関の始動の際に、ピボット要素が、小さいばね力を克服すればよい。

更に、戻しばねおよび少なくとも１つの追加のばね要素が、往復ピストン機関のガイド・ボディとシャフトの間に設けられていることを特徴とする往復ピストン機関が好ましい。このことによって、往復ピストン機関の特にコンパクトな実施の形態が生じる。

実際また、戻しばねがコイルばねとして形成されていてなる往復ピストン機関が好ましい。

更に、ピボット要素の始動旋回角度を予め設定する少なくとも１つの停止要素が設けられていることを特徴とする往復ピストン機関が好ましい。停止要素が、ばね束または少なくとも１つの円板ばねであることは好ましい。しかしながら、追加のばね要素も設けられていてよい。

他の好ましい実施の形態では、戻しばねは、停止要素よりも小さいばね剛性を有する。このことによって、戻しばねが、ピボット要素を、停止要素のばね力に抗して、始動旋回角度よりも小さい旋回角度を有する旋回角度位置へ旋回させないことが、特に保証される。

最後に、少なくとも１つの追加のばね要素が、戻しばねに直列に設けられていることを特徴とする往復ピストン機関が好ましい。実際また、少なくとも１つの追加のばね要素が、戻しばねと共に、旋回角度が大きくなる際には、ここで提案される往復ピストン機関の好都合な始動特性を反映する小さな始動ばね力を表わす漸進的なばね特性曲線を作ることが提案されることは、好ましい。

往復ピストン機関のアセンブリの斜視図を示す。 図１示したアセンブリの簡略化した断面図を示す。 追加のばね要素の断面図を示す。 図３に示す追加のばね要素の平面図を示す。

以下、図面を参照して、本発明を詳述する。図１は、ピボット要素１と、シャフト３と、ここでは例えばガイドスリーブとして形成されたガイド・ボディ５とを有する往復ピストン機関のアセンブリを示す。ピボット要素１は、ここでは、ピボット・リングとして形成されているが、ピボット・ディスクまたは斜板カムとして形成されることも考えられる。

ピボット要素１は、駆動ピン７を介して、シャフト３に接続されている。駆動ピン７の、上方の、すなわち径方向外側の端部が、ピボット・リング１に形成された孔９に係合する。ピボット要素１は、駆動ピン７に関節結合されており、駆動ピンを中心として旋回することができる。

ピボット要素１は、更に、軸受スリーブ１１を介しておよび軸受スリーブに設けられた、ここでは認められないピンを介して、ガイド・ボディ５に接続されている。

シャフト３に取り付けられた駆動ピン７は、ガイド・ボディ５の長孔１３を貫通している。それ故に、ガイド・ボディは、シャフト３の回転の際に、ピボット要素１と共に回転される。

既述のように、ガイド・ボディ５は、軸方向可動に、シャフト３に支持されている。シャフト３上でのガイド・ボディ５の最大限の可動性は、ガイド・ボディ５の長孔１３の両端によって規定される。これらの両端は、ガイド・ボディ５の最大限の移動の際に、駆動ピン７と協働する。ガイド・ボディ５は、ここでは、ガイドスリーブとして形成されているが、図１から明らかな機能性を実現するためには、ガイド・ボディの他の実施の形態も考えられる。

シャフト３は、好ましくはカップリングなしに、好ましくはベルト駆動を介して、例えば自動車両の内燃機関の駆動シャフトに結合されており、かくて、いずれの時点でも、内燃機関の回転数に依存している。

図１に示したアセンブリは、往復ピストン機関の、ここでは図示しない駆動室に設けられている。

ピボット要素１の旋回角度α、すなわち、シャフト３の回転軸が垂直であってなる面に対し、ピボット要素１が、旋回されている分の、その角度が、一方では、駆動室の中で作用する圧縮力によってならびに慣性力およびばね力によって影響される。この場合、取り分け、ここでは図示しない少なくとも１つのピストンの、駆動室側の圧力と、往復ピストン機関の、ピストンの対向側で支配している、吸引側の圧力との、その間の相対圧力が決定的である。

ピストンの、駆動室側の圧力と吸引側の圧力の、その間の圧力比の調整が、制御弁によってなされることは好ましい。駆動室側の圧力が、ピストンの、吸引側の圧力に比較して高く調整されるほど、ピストンの行程距離従ってまた往復ピストン機関の吐出力が益々小さくなる。

上記の影響の故に、ピボット要素１は、シャフト３の回転中に、面Ｅに対して可変の旋回角度αをもって、旋回運動を実行する。このことから、少なくとも１つのピストンのおよびガイド・ボディ５の軸方向運動が結果として生じる。付言すれば、往復ピストン機関の機能方法は、十分に知られているので、詳細に立ち入らない。

図２は、図１に示したアセンブリの簡略化した断面図を示す。同一の部材には、同一の参照符号が付されている。従って、図１に対する記述を参照するよう指示する。

図２には、ピボット要素１およびガイド・ボディ５が認められる。両者は、ここでは図示しない軸受スリーブ１１およびこれらの軸受スリーブに設けられたピンを介して、互いに接続されている。シャフト３も認められる。ピボット要素１は、このシャフトと、ここに図示しない駆動ピン７を介して接続されている。

ガイド・ボディ５の内面と、シャフト３の外周面との間には、戻しばね１５が設けられている。戻しばねは、ここでは、例えばコイルばねとして形成されている。シャフト３の回転軸に対し直角に延びている、ガイド・ボディ５の壁部分１７と、戻しばね１５との間には、追加のばね要素１９が設けられている。複数のばね要素１９を備え、これらのばね要素を、戻しばね１５に直列に設けることも考えられる。ばね要素１９は、戻しばね１５を、ピボット要素１の始動位置に予圧する。この場合、ばね要素１９が、戻しばね１５よりも軟らかいこと、従って、ばね要素１９を圧縮するためには、戻しばね１５の場合よりも少ない力で済むことを、書き留めねばならない。

特に図３および４から明らかなように、ばね要素１９は、例えば、シャフト３を受けるための開口部２１を有する湾曲したディスクとして、形成されている。ここでは、ディスクは、仮想の直径線に沿っていわばＵ字形に湾曲されている。ばね要素１９は、従って、いわばシャフト３を包摂する。ここでは、例えば、ばね要素１９の凸面状の湾曲がガイド・ボディ５の壁部分１７に向いており、ガイド・ボディの凹面状の湾曲が戻しばね１５に向いている。ばね要素１９の開口部２１の直径が、ばね要素１９がシャフト３上で軸方向に移動可能であるように、選択されることは好ましい。

図２からは、停止要素２３が認められる。この停止要素は、一方では、シャフト３に形成された溝２５に挿入されているブロッキング要素２４に接触しており、他方では、シャフト３の周面に形成された幅の広い溝２７に軸方向可動に支持されているリテーニング・リング２９に接触している。停止要素２３は、ここでは、例としてのみ、ばね束として設計されている。しかし、その代わりに、少なくとも１つの円板ばねを、またはガイド・ボディに直に取り付けられた硬いばねを設けることも考えることができる。

図２は、停止要素２３がガイド・ボディ５の外側に設けられていることを明示する。停止要素２３は、この停止要素が、ガイド・ボディ５を、以下の位置に保持するように、設けられている。すなわち、この位置では、ピボット要素１が、自らの始動位置にあり、この始動位置では、ピボット要素は、面Ｅに対し、始動旋回角度α_{Ｓｔａｒｔ}で旋回されているのである。溝２７に設けられたリテーニング・リング２９は、ここでは、ガイド・ボディ５の壁部分１７のためのストッパとして用いられる。

十分な力が、右から、停止要素２３およびリテーニング・リング２９に加えられるとき、リテーニング・リング２９が、溝２７の左端に接触するまで、ばね束として形成された停止要素２３およびリテーニング・リング２９が溝２７の中で移動する。ガイド・ボディ５の従ってまたピボット要素１のこの位置では、ピボット要素１は、自らの最小行程位置にある。この位置では、ピボット要素は、面Ｅに対し、最小の角度α_Ｍｉｎ＜α_{Ｓｔａｒｔ}で旋回されている。

ガイド・ボディ５は、この最小行程位置では、最大限はるか左へ移動されている。

ピボット要素１の最小行程位置では、例えば、内燃機関の回転数に従って予め共に作動したＫＭＶを始動させることは容易にはできない。従って、停止要素２３は、上述のように、停止要素が、ガイド・ボディ５を、シャフト３に沿ってはるか右へ移動させて、ピボット要素１が、面Ｅに対し、角度α_{Ｓｔａｒｔ}＞α_Ｍｉｎで旋回されているように、設けられかつ形成されていなければならない。

従って、停止要素２３は、好ましくは、戻しばね１５よりも大きいばね剛性を有し、かくて、面Ｅに対してのピボット要素１の始動位置詳しくはピボット要素の始動旋回角度α_{Ｓｔａｒｔ}を予め設定する。時計回りの方向での、始動旋回角度α_{Ｓｔａｒｔ}分のピボット要素１の僅かな傾斜は、図２では、寸法の故に認められない。

内燃機関が始動され、かつＫＭＶがスイッチオンされるとき、駆動室における圧力比が、調整弁の使用によって変更されて、ピボット要素１が、面Ｅに対して旋回角度α＞α_{Ｓｔａｒｔ}をもって旋回運動を行なう。旋回角度αの大きさは、駆動室内の圧力を調整する調整弁によって予め設定される。ピボット要素１の、外側への旋回（付言すれば、この旋回によって、より高いピストン行程従ってまた往復ピストン機関のより高い吐出量がもたらされる）中に、ガイド・ボディ５の、シャフト３への、軸方向の移動が生じる。ガイド・ボディ５は、図２では、右へ移動し、他方、ピボット要素１は、反時計回りに外側へ旋回し、かくして、面Ｅに対して始動旋回角度α_{Ｓｔａｒｔ}よりも大きい旋回角度αを有する。

既述したように、この場合、右へのガイド・ボディ５の最大限の移動が、図１に示した長孔１３の寸法によって制限される。ピボット要素１は、従って、面Ｅに対し最大限の旋回角度α_ｍａｘまで旋回されることができる。それ故に、空調設備のより高い送出量またはより高い出力が万が一所望されているときは、ピボット要素１の旋回角度αが、α_{Ｓｔａｒｔ}＜α＜α_ｍａｘの範囲で旋回することができる。

駆動室内の圧縮力が、ピボット要素１およびガイド・ボディ５を、始動位置から移動するとき、ばね要素１９および戻しばね１５が、ガイド・ボディ５の移動によって圧縮される。まず、力が、ばね要素１９の圧縮のみを引き起こす。何故ならば、ばね要素が、好ましくも、戻しばね１５よりも小さいばね剛性を有するからである。従って、ＫＭＶは、問題なく始動することができる。

ばね要素１９によって予圧されている戻しばね１５は、まず、ガイド・ボディ４の更なる移動の際に、作用し始める。戻しばね１５のばね力が、好ましくは直線状に増大し、戻しばねのばね力に抗して、ガイド・ボディ５が移動される。

所定のばね力より上では、追加のばね要素１９が完全に圧縮される。戻しばね１５のばね力は、ガイド・ボディが最大限に大きく傾斜され、従って、長孔１３の左端が、駆動ピン７にぶつかるまで、ガイド・ボディ５に作用する。この瞬間、ピボット要素１は、最大限の旋回角度α_ｍａｘに達した。

内燃機関の回転数が増大するにつれて、駆動室内の圧力比が一定の場合に、往復ピストン機関の、噴出される吐出量が増大する。それ故に、冷却能力を一定に保とうとするときには、旋回角度αを減じなければならない。このことは、取り分け、ＫＭＶの駆動室内の圧力と、結果として生じるピストン力と、ピボット・リングの復元モーメントとの、それらとの協力によって生じる。それ故に、ピボット要素１の旋回角度αが減じられ、左へのガイド・ボディ５の移動が生じる。この場合、戻しばね１５のばね力が、ガイド・ボディ５の壁部分１７を押圧する。それ故に、ガイド・ボディは、最後に、始動位置に戻される。ピボット要素１は、再度、面Ｅに対し或る角度α_{Ｓｔａｒｔ}で整列されている。

内燃機関の回転数が更に増大するときおよび冷凍能力への要件が非常に小さいときは、一定の吐出量を保証するために、旋回角度αを更に減じて旋回角度α_Ｍｉｎ≦α_{Ｓｔａｒｔ}にしなければならない。この場合、ガイド・ボディ５は、停止要素２３の力に抗して、左へ移動される。このことによって、リテーニング・リング２９は、停止要素のばね力に抗して溝２７の中で同様に左へ移動する。ガイド・ボディ５が、最大限にはるか左へ移動されているのは、リテーニング・リング２９が溝２７の左端にぶつかるときである。そのとき、ピボット要素１は、最小行程位置にある。その位置では、ピボット要素１は、面Ｅに対し、或る角度α_Ｍｉｎで旋回されており、あるいは、その面に位置している。この場合、最小限の旋回角度α_Ｍｉｎは、製造上の公差の故に、ゼロより小さい値も仮定することができる。旋回角度α_Ｍｉｎ＝０であるとき、最早行程は生じない。このとき、ピストンと吸込弁との間には、圧力パッドが形成される。この圧力パッドは、ピストンが吸込弁に当たることを阻止する。

要するに、少なくとも１つの追加のばね要素１９は、戻しばね１５と比較すれば、一層小さなばね力を生起する。機関の始動の際に、このばね力を克服することが重要である。それ故に、ピボット要素１の、容易な、スムーズな、外側への旋回が保証されている。ばね要素１９の小さなばね力を克服した直後に、かくて、ばね力特性曲線が、戻しばね１５の、急な、好ましくは直線状のばね力特性曲線に移行することができる。ばね要素１９および戻しばね１５は、共に、外側への旋回の最中に、小さな旋回角度から出発し、漸進的なばね特性曲線を作る。従って、ばね要素１９が、戻しばね１５よりも小さいばね剛性を有することは好ましい。それ故に、始動旋回角度α_{Ｓｔａｒｔ}の際のピボット要素１の始動位置と、より大きな旋回角度αとの間の特にソフトな移行が与えられている。

本発明は、従って、好都合にも、ピボット要素１の始動位置で戻しばね１５に予圧を加える追加のばね要素１９によって、個々のばね力の一層ソフトな移行を表わす一層改善された始動特性を実現し、望ましくない振動を回避することを可能にする。

１ ピボット要素
３ シャフト
５ ガイド・ボディ
７ 駆動ピン
９ 孔
１１ 軸受スリーブ
１３ 長孔
１５ 戻しばね
１７ 壁部分
１９ ばね要素
２１ 開口部
２３ 停止要素
２４ ブロッキング要素
２５ 溝
２７ 溝
２９ リテーニング・リング
Ｅ 面
Ｄ 回転軸

Claims (10)

1. シリンダ内で可動に支持されている少なくとも１つのピストンと、好ましくはピボット・リングとして形成されたピボット要素（１）とを有し、このピボット要素は、シャフト(３)に軸方向可動に取り付けられているガイド・ボディ（５）に、前記ピボット要素が旋回運動を行なうことができるように、支持されており、この旋回運動によって、前記少なくとも１つのピストンの運動が引き起こされ、少なくとも１つの戻しばね（１５）のばね力は、始動位置の方向で前記ピボット要素（１）に作用し、前記始動位置では、このピボット要素は、前記シャフトの回転軸（Ｄ）が垂直であってなる面（Ｅ）に対し、始動旋回角度（α_{Ｓｔａｒｔ}）で旋回されている、特に自動車両のための往復ピストン機関において、
   前記ピボット要素（１）が自らの始動位置にあるとき、前記戻しばね（１５）に予圧を加える追加のばね要素（１９）が設けられていることを特徴とする往復ピストン機関。
2. 前記少なくとも１つの追加のばね要素（１９）は、湾曲したディスクであることを特徴とする請求項１に記載の往復ピストン機関。
3. 前記少なくとも１つの追加のばね要素（１９）は、前記戻しばね（１５）よりも小さいばね剛性を有することを特徴とする請求項１または２に記載の往復ピストン機関。
4. 前記戻しばね（１５）および前記少なくとも１つの追加のばね要素（１９）は、前記ガイド・ボディ（５）と前記シャフト（３）の間に設けられていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか１項に記載の往復ピストン機関。
5. 前記戻しばね（１５）はコイルばねとして形成されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項に記載の往復ピストン機関。
6. 前記ピボット要素（１）の前記始動旋回角度（α_{Ｓｔａｒｔ}）を予め設定する少なくとも１つの停止要素（２３）が設けられていることを特徴とする請求項１ないし６のいずれか１項に記載の往復ピストン機関。
7. 前記停止要素（２３）は、ばね束としてまたは少なくとも１つの円板ばねとして形成されていることを特徴とする請求項６に記載の往復ピストン機関。
8. 前記戻しばね（１５）は、前記停止要素（２３）よりも小さいばね剛性を有することを特徴とする請求項７に記載の往復ピストン機関。
9. 前記少なくとも１つの追加のばね要素（１９）は、前記戻しばね（１５）に直列に設けられていることを特徴とする請求項１ないし８のいずれか１項に記載の往復ピストン機関。
10. 前記少なくとも１つの追加のばね要素（１９）は、前記戻しばね（１５）と共に、旋回角度が大きくなるにつれて、漸進的なばね特性曲線を作ることを特徴とする請求項１ないし９のいずれか１項に記載の往復ピストン機関。

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