JP2014528546A - 圧縮機用シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】圧縮機用シリンダヘッドは、圧縮機が空気を供給する操作されない位置（オンロード）と圧縮機がアイドルモードで動作している操作される位置（オフロード）との間で調整される閉鎖装置、制御シリンダ及びこの制御シリンダ内で移動可能な制御ピストンを含む空気圧制御装置、閉鎖装置を操作されない位置（オンロード）へ予め押すばね装置及び制御ピストンを閉鎖装置に連結するように形成される駆動装置を含んでいる。閉鎖装置は、操作されない位置（オンロード）で圧縮空気通路を閉じ、操作されルー（オフロード）で圧縮空気通路を開き、駆動装置は閉鎖装置に永続的に結合され、制御ピストンにより駆動されることができる。

Description

本発明は一般に実用車に使用される形式のような圧縮機用シリンダヘッドに関する。

実用車用圧縮機は一般に機関軸に直接取付けられて、機関により駆動される。このような圧縮機は、車両内部の圧縮空気システム例えば空気圧ブレーキ、レベル制御システム及び他のシステムのために、圧縮空気を供給する。

考慮されている一般的な形式の圧縮機は、往復ピストン圧縮機として実施され、圧縮機ケーシングと圧縮機ケーシングの上側を閉鎖するシリンダヘッドを持っている。シリンダヘッドガスケットがシリンダヘッドとシリンダケーシングとの間に設けられている。機関軸により駆動されるピストンを持つ１つ又は複数のシリンダは、シリンダケーシングに形成されている。

圧縮機は供給段階（オンロード）中にポンピングし、休止段階及び再生段階中に圧縮機は一般に空気を供給しない（オフロード）。多くの実用車では、圧縮機が機関軸に固定的に設けられている結果、少なくとも１つのピストンが、休止段階及び再生段階中もシリンダ内で上下運動し続ける（往復運動）。ピストン圧縮機のエネルギ吸収を低く保つため、一般にアイドリング回路が設けられて、空気があまり圧縮されることなしに交互に供給されるだけである。この目的のため一般に、ただ１つのシリンダを持つ圧縮機のために、供給段階において容積を減少されるシリンダ空間が、空気通路を経て上流又は接続空間に設けられる取入れ空間に接続されている。互いに逆の方向の運動を許す２つ又はそれ以上のシリンダを持つ圧縮機のために、空気通路を経てシリンダ空間を互いに接続することができる。

空気通路を閉鎖するために、例えば薄板（薄片）として構成される閉鎖装置がシリンダヘッドに設けられる。その操作されない位置（オンロード）で、閉鎖装置が空気通路を閉じる結果、圧縮機が空気を供給できる。操作される位置（オフロード）で、閉鎖装置が空気通路を開く結果、圧縮機がアイドリングモードで動作する。

閉鎖装置は、操作される位置（オフロード）と操作されない位置（オンロード）との間で、空気圧制御装置により動かされる。この目的のため、制御装置は、一般に調整器から空気圧入力信号を受ける。空気圧制御装置は一般にシリンダヘッド内で例えば横方向に延びる制御シリンダを持ち、調整器から来る圧縮空気が作用する制御ピストンが、制御シリンダ内に調整可能に案内されている。シリンダヘッドはばね装置も含んでいる。ばね装置は操作されない位置（オンロード）にあり、ピストンは休止位置にあり、閉鎖装置は閉じられている。圧縮空気が調整器により加えられると、制御ピストンが操作（オフロード）されて、閉鎖装置を開く。

制御ピストンと閉鎖装置との間の接続は、ピストンに取付けられかつシリンダヘッドにある溝を通ってシリンダ空間の中へ延びる駆動装置によって行われる。駆動装置は、閉鎖装置にある適当な開口へゆるく挿入される結果、ピストンの前後運動中に閉鎖装置を駆動する。

組立て中に制御ピストンが、一般にばね装置と共に、制御シリンダへ挿入される駆動装置が溝を通ってピストンへ押込まれるか又はねじ込まれる結果、それが溝を通って下方へ下側へ突出する。それから閉鎖装置を、その穴により、シリンダヘッドの下側から駆動装置へ掛けることができる。

しかしこのような装置は、容易な分解を可能にしない。その理由は、制御ピストンに永続的に結合されている駆動装置が制御シリンダから制御ピストンを引出すのを妨げるからである。従って制御シリンダから駆動装置を除去するには、制御ピストンを破壊する必要がしばしばある。

更に閉鎖装置の確実な操作は一般に可能であるとしても、ばね装置により圧縮機を負荷するため閉鎖装置を操作されない位置（オンロード）へ戻すことは問題である。フックの法則によれば、ばね装置により加えられる力は、それがピストンにより動かされる時、連続的に増大する。戻り中に、ばね装置により加えられる力は直線的に減少する結果、移動の終わりにはこの力がますます小さくなり、この移動中に閉鎖装置は縮小する空気通路を完全に閉じるようにされる。これに関連して、ばね装置がその操作されない位置（オンロード）で多少予荷重をかけられる結果、ばね装置が移動の終わりに閉鎖装置を閉鎖するための残余力をなお持っているとしても、移動のこの部分において力はなお最小である。この目的のためばね装置の圧縮空気補助が有利である。このような構成では、圧縮空気もばね装置も、ピストンの戻り中にピストンに作用する。圧縮空気は間隙を経てピストンへ供給可能であるが、このような構成では空気漏れの可能性がある。

概していえば本発明の目的は、閉鎖装置の制御ピストンを連結する駆動装置を持つシリンダヘッドを提供し、閉鎖装置が操作されない位置（オンロード）で圧縮空気通路を閉じ、操作される位置（オフロード）で圧縮空気通路を開くことである。

駆動装置は閉鎖装置にしっかり保持することができ、かつ制御ピストンによりつかんでその前後運動中走行することができる。従って駆動装置は制御ピストンへゆるく挿入することができる。

１つの実施形態によれば、制御ピストンが駆動装置をゆるく保持するように形成される周囲溝を持っている。

他の実施形態によれば、駆動装置が閉鎖装置に確実伝動結合されている。ある実施形態では、駆動装置が鋲及び鋲ピンである。

なお別の実施形態によれば、駆動装置が、制御ピストンの移動方向とは異なる除去方向に引出すことにより、制御ピストンから切離し可能である。

別の実施形態によれば、閉鎖装置が継手ピンに揺動可能に連結可能であり、閉鎖装置が、除去方向に継手ピンから釈放可能である。

本発明の他の実施形態によれば、ポケットが閉鎖装置を揺動可能に保持している。ポケットが、シリンダヘッドの下側に形成されて、閉鎖装置の揺動行程を規定することができる。空気圧制御装置がシリンダヘッドのポケットより上に設けられている。これに関連してシリンダヘッドが、シリンダケーシングに対して支持する支持面を規定し、この支持面がポケットを包囲している。

別の実施形態によれば、シリンダヘッドの壁区域がポケットと制御シリンダとの間に形成され、駆動装置が通って突出する間隙が壁区域に形成され、制御ピストンの移動中に駆動装置が間隙内で移動可能である。

更に別の実施形態によれば、制御ピストンがピストン面及びこのピストン面の反対側にある反対側ピストン面を持っている。更に、制御シリンダが、制御ピストンを操作するためこの制御ピストンのピストン面へ圧縮空気を当てるための制御空間と、圧縮空気を反対側のピストン面へ当てるためのピストン空間とを持っている。制御空間が、圧縮空気をピストン面へ当てるため圧縮空気を供給しかつ制御ピストンを操作されない位置（オンロード）へ復帰させるため圧縮空気を出力するための圧縮空気接続部を持っている。更に圧縮空気が当てられる時に、反対側ピストン面が操作されない位置（オンロード）へ制御ピストンを動かす際ばね装置を援助し、それにより閉鎖装置を閉鎖状態へ動かす。更に閉鎖装置の閉鎖運動の少なくとも最終部分に、反対側のピストン面が間隙に接続されて、圧縮空気が反対側のピストン面に当てられるようにする。

別の実施形態によれば、間隙が、閉鎖装置の閉鎖運動の最終部分に圧縮空気の通路面積を大きくするためある区域に大きくされる幅を持つことができる。

更に別の実施形態によれば、閉鎖装置に自由空間が形成され、閉鎖運動の最終部分において前記自由空間が間隙にもたれかかって、圧縮空気が通過するのを可能にする。その結果圧縮機の動作が改善される。駆動装置が貫通する間隙は、本発明によれば、選択的なやり方で、空気貫通流が増大されて最終移動中に制御ピストンの復帰を改善するようにする。この目的のため間隙をある区域で広げることができる。従って駆動装置は、その復帰の終わりに間隙を完全に閉じることはない。

閉鎖装置の運動の最終部分に、自由空間は間隙にもたれかかることができる結果、空気の通過の著しい増大従ってばね装置の援助が選択的に生じる。更に閉鎖装置が別の位置にあると、自由空間は問題を生じない。なぜならば、自由空間が間隙にもたれかからず、間隙と一直線に並ぶこともないからである。

本発明の典型的な実施形態によれば、空気圧制御装置を形成するために、制御シリンダへ制御ピストンを挿入し、駆動装置が恒久的に取付けられる閉鎖装置を設け、シリンダヘッドにあるポケットへ閉鎖装置を取付け方向に挿入し、閉鎖装置が取付け方向に挿入される時、駆動装置がポケットと制御シリンダとの間の間隙を通って案内されて、制御ピストンに除去可能に係合し、閉鎖装置が取付け方向に挿入される時、閉鎖装置用の開節結合される保持器がポケットに形成されることによって、シリンダヘッドが製造される。

本発明による実施形態が多数の利点を与えることがわかるであろう。例えば駆動装置は制御ピストンに容易に結合することができ、また制御ピストンから容易に除去することもできる。更に制御ピストンを破壊することなく、僅かな費用で分解が可能である。

本発明の更に別の目的及び利点は、一部は明らかになり、また一部は明細書から明らかになる。

従って本発明は、次の開示において例示される構造の特徴、素子の組合わせ、部分の配置及び種々の段階及びこのような段階の１つ又は複数の関係を含み、本発明の範囲は請求項に示される。

本発明の十分な理解のために、添付図面に関係して以下の説明が参照される。

本発明の実施例によりシリンダケーシングに結合するためのガスケットを持つシリンダヘッドを示す。 図１のシリンダヘッドの断面の斜視図を示す。 本発明の実施例によるガスケットなしのシリンダヘッドを示す。 本発明の実施例による制御シリンダの断面の斜視図を示す。

図を参照して、図１は下からの斜視図でシリンダヘッド１を示す。シリンダヘッドガスケット２と吸気弁ガスケット３はシリンダヘッド１の下側１ａへはめ込まれ、例えばシリンダヘッド１の下側から突出するセンタリングピン４により位置ぎめされている。シリンダケーシング（図１には示してない）はシリンダヘッド１の下側１ａへはめられている。従って圧縮機全体はシリンダケーシングとこのシリンダケーシング上へはめられるシリンダヘッド１により形成されている。空気を圧縮するピストンを持つ１つ又は複数のシリンダは、シリンダケーシングに形成されている。圧縮機全体は、車両の内燃機関の機関軸に例えば直接結合可能である。その代わりに、圧縮機全体を内燃機関に係合させ、従って機関が動いている時連続的に駆動することができる。

図２は、ガスケット２及び３（図１）のすぐ下のもっと詳細な断面図を示す。ポケット１ｂがシリンダヘッド１に設けられ、このシリンダヘッドに閉鎖装置８が収容されて、ポケット１ｂ内へ延びる継手ピン１０の周りに揺動可能である。図２に示すように、薄板を閉鎖装置８として用いることができる。閉鎖装置が薄板に限られず、他の適当な構造も閉鎖装置８として使用できることは、当業者にとって明らかである。

ポケット１ｂはシリンダヘッド１の下側１ａに形成することができる。シリンダヘッド１はシリンダケーシングに支持するための支持面とすることができ、この支持面はポケット１ｂを包囲している。即ち下側のポケット１ｂを除く部分は支持面と考えることができる。継手ピン１０は、例えば下側１ａと同一面をなしている。従ってポケット１ｂは揺動可能な閉鎖装置８の揺動行程を規定する。図２は、閉鎖装置８が操作されない（例えば閉鎖）位置にあり、この位置は図において右の位置である。

図３は操作されない位置（オンロード）にある閉鎖装置８を示す。図３において、閉鎖装置８により覆われかつポケット１ｂにより形成されている圧縮空気通路１２は破線で示されている。閉鎖装置８が操作されない位置（オンロード）にあると、閉鎖装置８が圧縮空気通路１２を閉鎖する結果、圧縮機は負荷モードで動作する。従って閉鎖装置８が操作位置（オフロード即ちアイドリング）位置にあると、閉鎖装置８が圧縮空気通路１２を開く結果、圧縮機はアイドリングモードで動作する。当業者は、空気通路１２が図３において２つの部分を持つものとして示されているけれども、空気通路１２は１つの部分を持つこともできることがわかるであろう。

閉鎖装置８が、操作されない位置（オンロード）から操作される位置（オフロード）へ搖動されると、それが圧縮空気通路１２を開く結果、圧縮機のアイドリング動作を可能にするため、シリンダケーシングに形成されるシリンダ空間から圧縮空気通路１２を通って空気が流れることができる。従って圧縮機は、アイドリング動作において空気を供給することなく比較的低いエネルギ消費で動作する。

図２に戻って、閉鎖装置８の図示されている操作されない位置（オンロード）から操作される位置（オフロード）への調整は、シリンダヘッド１においてポケット１ｂの下に形成される制御シリンダ１６内に縦方向調整可能に案内され制御ピストン１４によって行われる。制御シリンダ１６と制御シリンダ１６内で移動可能な制御ピストン１４は、空気圧制御装置と称することができる。

制御ピストン１４は、制御ピストン１４を操作するため圧縮空気を当てられるピストン面１４ａを持っている。この目的のため、図に示す初期位置又は不動作位置において、制御ピストン１４は、制御シリンダ１６へねじ込まれるストッパ１８にもたれかかっている。制御ピストン１４は、２つのＯリングシール１４ｂ，１４ｃにより制御シリンダ１６内に密封され、ばね案内片２２上に案内されるコイルばね２０に抗して動作する。ばね案内片２２はシリンダヘッド１内に取付けられている。図示した実施例では、コイルばね２０は、座屈を避けるため制御ピストン１４内に案内されている。

シリンダヘッド１の壁区域１７がポケット１ｂと制御シリンダ１６との間に形成されている。接続ピン２６が貫通する間隙２４は壁区域１７に形成されている。図２に示すように、結合ピンは駆動装置２６として設けることができる。駆動装置２６は例えば、周囲溝２６ａを持つ鋲（鋲ピン）として実施可能であり、この周囲溝により駆動装置２６が閉鎖装置８に保持される。駆動装置２６はポケット１ｂから間隙２４を通って制御シリンダ１６内へ延びている。駆動装置２６は更に制御ピストン１４の周囲溝２８内へ延びている。周囲溝２８は制御ピストン１４の周りに配置することができる。従って駆動装置２６は、制御ピストン１４の縦方向調整中に連行され、その結果閉鎖装置８が揺動される。駆動装置２６は閉鎖装置８にしっかり保持することができる。対照的に駆動装置２６は、制御ピストン１４の周囲溝２８内にゆるく（例えば締付け効果なしに）はまっている。

ピストン面１４ａは、圧縮空気接続部３２を通って圧縮空気を満たされまた排気される制御空間３０内に位置し、圧縮空気接続部３２は適当な弁を経て接続可能である。圧縮空気接続部３２を経て圧縮空気を当てることにより、制御ピストン１４を図２のコイルばね２０の力に抗して左へ動かすことができる。進行中に制御ピストン１４が駆動装置２６を連行する結果、閉鎖装置８が操作されない位置（図２に示すオンロード）から操作られる位置（オフロード）へ左方へ搖動される。

その結果図４に示すように、圧縮空気通路１２を開くことができる。図２に戻って、制御シリンダ１６は駆動装置２６の左にばね空間３１を持つこともできる。コイルばね２０をばね空間３１内に案内することができる。反対側ピストン面１４ｄをばね空間３１内に形成することができる。

図３に示すように、閉鎖装置８に形成される自由空間３９は、間隙２４にある広くされた（例えば曲げられた）部分２４ａに接して位置せしめられ、閉鎖装置８は操作される位置（オフロード）にある。その結果、空気は自由空間３９を通って間隙２４へ流入することができない。間隙の広くされた部分２４ａの正確な実施例は図４にもっと詳細に示されている。

圧縮空気の作用が終了した後、圧縮空気接続部３２を経て排気を行うことができる。従ってコイルばね２０が緩んで、制御ピストン１４を（図２の右方へ）押し戻す。例えばコイルばね２０はピストン面１４ａとは反対の側にある制御ピストン１４の端部を押すことができる。その結果制御ピストン１４は、空気を制御空間３０から圧縮空気接続部３２へ出す。閉鎖装置８が右方へ操作されない位置（オンロード）へ戻り揺動すると、自由空間３９が間隙２４の広くされた部分２４ａと重なる。その結果、圧縮空気が今や圧縮機から自由空間３９を通ってポケット１ｂへ入り、間隙２４の広くされた部分２４ａを通ってばね空間３１へ入る。従って圧縮機の空気を反対側のピストン面１４ｄへ作用させることができ、これが制御ピストン１４の閉鎖運動を援助する。

閉鎖装置８の操作されない位置（オンロード）は、ポケット１ｂにあるストッパにより規定されず、制御ピストン１４のストッパ１８により規定される。

図２に示される装置を組み立てるために、まず閉鎖装置８が駆動装置２６に結合され、この目的のため駆動装置２６が端部区域を広げられた鋲として具体化されている。当業者は、駆動装置２６を例えばねじ及び／又はナットとして具体化できることもわかるであろう。更にばね案内片２２が制御シリンダ１６に取付けられ、制御ピストン１４及びばね２０が横から制御シリンダ１６内へ矢印Ａにより示す軸線方向Ａに導入される。

図２に示すように、閉鎖装置８は、駆動装置２６と共に、上から矢印Ｍで示す取付け方向に（例えば下から圧縮機全体の設置位置で）挿入して、閉鎖装置８が継手ピン１０に保持（例えば揺動可能に連結される）されるようにすることができる。駆動装置２６は制御ピストン１４の周囲溝２８内へ突出することができる。

分解のため、閉鎖装置８を駆動装置２６と共に、逆の順序に従って継手ピン１０及び制御ピストン１４から、取付け方向とは逆の除去方向に引出すことができる。ストッパ１８と制御ピストン１４は、コイルばね２０と共に、軸線方向とは逆に制御シリンダ１６から除去することができる。

本発明は、個々の事例において動作原理がどんなものであっても、すべての形式のガス圧縮機デザインに適していることがわかる。１例として、通常自動車技術において使用されるようなピストン構造を使用する空気圧縮機が、特別な応用分野としてあげられる。

上述した目的、前述した説明から明らかになった目的のうち上述した目的が効果的に達せられることがわかり、本発明の精神及び範囲を離れることなく若干の変更も行うことができるので、上述した説明に含まれるか又は添付図面に示されるすべての事項が実例と解され、制限する意味で解されるべきではない。

次の請求項は、ここに述べた発明の包括的な特徴及び特有な特徴のすべてをカバーしかつこれらの請求項に含まれる発明の範囲のすべての範囲をカバーすることを意図しているものと解すべきである。

Claims (20)

1. 圧縮機用シリンダヘッドであって、
   操作されない位置と操作される位置との間で調整可能であり、操作されない位置で圧縮空気通路を閉じかつ操作される位置でこの圧縮空気通路を開くように動作する閉鎖装置、
   制御シリンダ及びこの制御シリンダ内で移動可能な制御ピストンを含む空気圧制御装置、
   前記閉鎖装置を前記操作されない位置へ予め押すばね装置及び
   前記制御ピストンを前記閉鎖装置に連結するように動作し、かつ前記閉鎖装置に永久結合されて前記制御ピストンにより駆動可能な駆動装置
   を含むシリンダヘッド。
2. 前記制御ピストンが前記駆動装置をゆるく保持するように形成される周囲溝を持っている、請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 前記駆動装置が前記閉鎖装置に確実伝動結合されている、請求項１に記載のシリンダヘッド。
4. 前記駆動装置が少なくとも１つの鋲及び鋲ピンである、請求項３に記載のシリンダヘッド。
5. 前記駆動装置が、前記制御ピストンの移動方向とは異なる除去方向に引出すことにより、前記制御ピストンから切離し可能である、請求項１に記載のシリンダヘッド。
6. 前記閉鎖装置が継手ピンに揺動可能に連結可能であり、前記閉鎖装置が、前記除去方向に前記継手ピンから釈放可能である、請求項５に記載のシリンダヘッド。
7. 前記閉鎖装置が揺動可能に保持されているポケットが、シリンダヘッドの下側に形成されている、請求項１に記載のシリンダヘッド。
8. 前記ポケットが前記閉鎖装置の揺動行程を規定する、請求項７に記載のシリンダヘッド。
9. 前記空気圧制御装置が前記シリンダヘッドのポケットより上に設けられている、請求項７に記載のシリンダヘッド。
10. 前記シリンダヘッドが、シリンダケーシングに対して支持する支持面を規定し、この支持面が前記ポケットを包囲している、請求項７に記載のシリンダヘッド。
11. 前記シリンダヘッドの壁区域が前記ポケットと前記制御シリンダとの間に形成され、駆動装置が通って突出する間隙が前記壁区域に形成され、前記制御ピストンの移動中に前記駆動装置が前記間隙内で移動可能である、請求項７に記載のシリンダヘッド。
12. 前記制御ピストンがピストン面及びこのピストン面の反対側にある反対側ピストン面を持っている、請求項１１に記載のシリンダヘッド。
13. 前記制御シリンダが、前記制御ピストンを操作するためこの制御ピストンのピストン面へ圧縮空気を当てるための制御空間と、圧縮空気を反対側のピストン面へ当てるためのばね空間とを持っている、請求項１２に記載のシリンダヘッド。
14. 前記制御空間が、圧縮空気を前記ピストン面へ当てるため圧縮空気を供給しかつ前記制御ピストンを操作されない位置へ復帰させるため圧縮空気を出力するための圧縮空気接続部を持っている、請求項１３に記載のシリンダヘッド。
15. 前記圧縮空気が当てられる時に前記制御ピストンを操作されない位置へ動かす際前記ばね装置を援助するため、前記反対側のピストン面が動作する、請求項１４に記載のシリンダヘッド。
16. 前記閉鎖装置の閉鎖運動の少なくとも最終部分に、前記反対側のピストン面が前記間隙に接続されて、前記圧縮空気が前記反対側のピストン面に当てられるようにする、請求項１５に記載のシリンダヘッド。
17. 前記間隙が、前記閉鎖装置の閉鎖運動の最終部分に圧縮空気の通路面積を大きくするため少なくとも１つの広げられる部分を持っている、請求項１６に記載のシリンダヘッド。
18. 閉鎖装置に自由空間が形成され、閉鎖運動の最終部分において前記自由空間が前記間隙にもたれかかって、圧縮空気が通過するのを可能にする、請求項１７に記載のシリンダヘッド。
19. 前記ばね装置が前記制御シリンダに保持され、前記ピストン面の反対側で前記制御ピストンの端部を押す、請求項１に記載のシリンダヘッド。
20. 圧縮機のシリンダヘッドの製造方法であって、
    空気圧制御装置を形成するために、制御シリンダへ制御ピストンを挿入し、
    駆動装置が恒久的に取付けられる閉鎖装置を設け、
    前記シリンダヘッドにあるポケットへ前記閉鎖装置を取付け方向に挿入し、
    前記閉鎖装置が前記取付け方向に挿入される時、前記駆動装置が前記ポケットと前記制御シリンダとの間の間隙を通って案内されて、制御ピストンに除去可能に係合し、前記閉鎖装置が前記取付け方向に挿入される時、前記閉鎖装置用の関節結合される保持器が前記ポケットに形成される
    方法。

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