JP2017523348A - Fully integrated cylinder head for compressor - Google Patents
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Abstract
本発明は、コンプレッサ(2)用のシリンダヘッド(1)であって、シリンダヘッド(1)に配置され、シリンダヘッド(1)を冷却する冷却ユニット(3)と、弁プレート(4)と、を備えるシリンダヘッド(1)に関する。本発明により、冷却ユニット(3)及び弁プレート(4)は、モノリシックデザインでシリンダヘッド(1)にフルインテグレートされている。The present invention is a cylinder head (1) for a compressor (2), which is disposed in the cylinder head (1) and cools the cylinder head (1), a valve plate (4), It is related with a cylinder head (1) provided with. According to the invention, the cooling unit (3) and the valve plate (4) are fully integrated into the cylinder head (1) in a monolithic design.
Description
発明の分野
本発明は、コンプレッサ用のシリンダヘッドであって、シリンダヘッドに配置され、シリンダヘッドを冷却する冷却ユニットと、弁プレートと、を備えるシリンダヘッドに関する。
The present invention relates to a cylinder head for a compressor, the cylinder head including a cooling unit disposed on the cylinder head and cooling the cylinder head, and a valve plate.
軌道交通又は道路交通において使用される昨今の商用車両は、大量の圧縮空気を消費する部分システムを装備する。これらの部分システムの例として、圧縮空気で運転される常用ブレーキや、エアサスペンションが挙げられる。これらの圧縮空気消費器への圧縮空気の供給は、コンプレッサを有する圧縮空気供給装置により実施される。周囲の空気をコンプレッサにより吸い込んで、これを圧縮し、消費器で使用する前に、圧縮空気供給装置の別の構成部分内で空気から異物粒子、例えばオイル又は水を除去する。 Modern commercial vehicles used in track or road traffic are equipped with partial systems that consume large amounts of compressed air. Examples of these partial systems include a service brake operated with compressed air and an air suspension. The supply of compressed air to these compressed air consumers is performed by a compressed air supply device having a compressor. Ambient air is inhaled by the compressor and compressed, removing foreign particles, such as oil or water, from the air in another component of the compressed air supply before use in the consumer.
現代のコンプレッサには、効率についての高まり続ける要求と、所定の圧縮空気流出温度の結果として、弁プレート、冷却ユニット及びシリンダヘッド等の構成部材について高い要求が課される。これらの構成部材は、圧縮により生じる熱負荷及び機械的負荷により強い負荷を受ける。一般に公知の従来技術では、弁プレート、冷却ユニット及びシリンダヘッドの相互のシールとねじ止めが実施される。解決手段の幾つかの変化形態は、冷却機能をシリンダヘッドに統合(integrieren)し、別体の冷却ユニットの使用を省略することである。 Modern compressors impose high demands on components such as valve plates, cooling units and cylinder heads as a result of ever-increasing demands for efficiency and predetermined compressed air outflow temperatures. These components are subjected to strong loads due to heat and mechanical loads caused by compression. In the known prior art, the valve plate, cooling unit and cylinder head are sealed and screwed together. Some variations of the solution are to integrate the cooling function into the cylinder head and omit the use of a separate cooling unit.
ピストンコンプレッサ用の吐出し弁の分野において、一般に公知の従来技術には、自動のリード弁がある。リード弁は、片側で固定されているか、又は両側のガイドに沿って持ち上がるようになっている。リード弁は、一般に、貫通開口を有する弁プレート上にリベット止めされており、上側の捕捉体、ばね要素及び弁リードを有する。 In the field of discharge valves for piston compressors, there is an automatic reed valve as a generally known prior art. The reed valve is either fixed on one side or lifted along the guides on both sides. The reed valve is generally riveted onto a valve plate having a through opening and has an upper catch, a spring element and a valve lead.
発明の開示
本発明の課題は、コンプレッサの性能改善に寄与するとともに、漏れのリスクを低減する、コンプレッサ用の最適化されたシリンダヘッドを提供することである。
DISCLOSURE OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide an optimized cylinder head for a compressor that contributes to improved compressor performance and reduces the risk of leakage.
上記課題は、請求項1の上位概念部に記載のシリンダヘッドから出発して、請求項1の特徴部との関連で解決される。本発明の有利な態様は、後続の従属請求項から看取可能である。 The above problem is solved in the context of the characterizing part of claim 1 starting from the cylinder head described in the superordinate conceptual part of claim 1. Advantageous aspects of the invention can be taken from the subsequent dependent claims.
本発明により、冷却ユニット及び弁プレートは、モノリシック(monolithisch)デザインでシリンダヘッドにフルインテグレート(vollintegriert)されている。換言すれば、シリンダヘッドは、冷却ユニットと弁プレートとを備え、単一の構成部材として形成されている。方法技術的には、冷却ユニットと弁プレートとを備えるフルインテグレート型のシリンダヘッドをモノリシックデザインでロストフォーム法又は創成法(generatives Verfahren:ジェネレイティブメソッド)により製造することを提案する。創成法による製法、例えばラピッドプロトタイピング(Rapid Prototyping)、ステレオリソグラフィ(Stereolithografie)、レーザ焼結(Lasersintern)等の各種造形法によるモノリシックなシリンダヘッドの製造は、特にプロトタイプ及び少量生産に好適である。中量生産及びそれより多くの大量生産には、ロストフォーム鋳造法を提案する。 According to the invention, the cooling unit and the valve plate are fully integrated into the cylinder head in a monolithic design. In other words, the cylinder head includes a cooling unit and a valve plate, and is formed as a single component. In terms of method technology, it is proposed that a fully integrated cylinder head including a cooling unit and a valve plate be manufactured by a monolithic design by a lost foam method or a generative method (generative method). Production methods such as rapid prototyping (Rapid Prototyping), stereolithography (Stereolithography), and manufacturing of monolithic cylinder heads by laser molding (Lasersinter) are particularly suitable for prototypes and small-scale production. For medium-volume production and higher mass production, the lost foam casting method is proposed.
ロストフォーム鋳造法は、従来慣用の鋳造法に比べてより複雑な幾何学形状と、より大きな構成自由度とを実現する。これらの構成上の利点は、シリンダヘッド内の空気案内通路及び水通路の、全体性能に重きをおいた新規構成を可能にし、これにより、コンプレッサのシステム全体の性能向上を実現する。 The lost foam casting method achieves a more complicated geometrical shape and a greater degree of freedom in construction than conventional casting methods. These structural advantages enable a new configuration that emphasizes the overall performance of the air guide passages and water passages in the cylinder head, thereby realizing improved performance of the overall compressor system.
シリンダヘッド、冷却プレート及び弁プレートの統合と、モノリシックデザインによるインターフェースの減少とにより、不密性のリスクが完全に回避されるだけでなく、シリンダヘッドがモノリシックに形成されていない場合にシリンダヘッドと冷却プレートとの間及び冷却プレートと弁プレートとの間に配置されている少なくとも2つのシールも削減される。さらに、シリンダヘッド、冷却ユニット及び弁プレートの統合により、シリンダヘッドと冷却ユニットとの間あるいは冷却ユニットと弁プレートとの間の接合箇所が省略され、ひいては、ねじ止めにより提供される連続的な面圧の必要性も、この領域に存在しないため、支持構造の省略により材料削減及び重量削減が達成される。後加工及び組み立て手間の減少に加え、部品数が少ないことによるコスト削減可能性も無視できない。 The integration of the cylinder head, cooling plate and valve plate and the reduced interface due to the monolithic design not only completely avoids the risk of tightness, but also when the cylinder head is not monolithically formed At least two seals located between the cooling plate and between the cooling plate and the valve plate are also eliminated. Furthermore, the integration of the cylinder head, the cooling unit and the valve plate eliminates the joint between the cylinder head and the cooling unit or between the cooling unit and the valve plate, and thus a continuous surface provided by screwing. There is also no need for pressure in this region, so material savings and weight savings are achieved by omitting the support structure. In addition to the reduction in post-processing and assembly work, the possibility of cost reduction due to the small number of parts cannot be ignored.
好ましくは、シリンダヘッドの、コンプレッサに向かう面に、それぞれ1つの吐出し弁ユニットを収容する少なくとも2つの空所が形成されている。別体のインサートとしての吐出し弁ユニットは、フルインテグレートされるシリンダヘッドの材料とは無関係の、比較的自由な材料選択を容認する。まさに吐出し弁の領域で負荷のピークが発生するので、ここに狙いを定めて、局所的な要求を満たすより抵抗性の高い素材を使用できる。 Preferably, at least two cavities for accommodating one discharge valve unit are formed on the surface of the cylinder head facing the compressor. The discharge valve unit as a separate insert allows a relatively free material selection independent of the material of the fully integrated cylinder head. Since the load peaks occur in the area of the discharge valve, it is possible to aim at this point and use a more resistant material that meets local requirements.
吐出し弁ユニットは、特に好ましくは、シリンダヘッドに設けたそれぞれの空所内に溶接又は螺入される。シリンダヘッドに設けたそれぞれの空所内への吐出し弁ユニットの溶接には、特にレーザ溶接法が好適である。利点は、特に、迅速かつ精緻な加工、極めて良好な熱導出及び極めて高い密封性である。択一的な可能性としての、シリンダヘッドに設けたそれぞれの空所内への吐出し弁ユニットの螺入は、材料ペアのよりフレキシブルな選択肢を提供する。 The discharge valve unit is particularly preferably welded or screwed into each cavity provided in the cylinder head. A laser welding method is particularly suitable for welding the discharge valve unit into each cavity provided in the cylinder head. The advantages are in particular rapid and precise processing, very good heat extraction and very high sealing properties. As an alternative possibility, screwing the discharge valve unit into the respective cavity provided in the cylinder head provides a more flexible choice of material pairs.
さらに好ましくは、吐出し弁ユニットは、弁プレートを有し、弁プレートは、シリンダヘッドに設けられたそれぞれの空所内に配置されている。さらに弁プレートには、少なくとも1つの弁リードを軸方向でガイドする少なくとも2つのガイドピンが配置されている。さらに、少なくとも2つのガイドピンに、少なくとも1つの弁リード用のストッパを形成する捕捉要素が、弁プレートに対して略平行に配置されている。軸方向で少なくとも1つの弁リードと捕捉要素との間には、少なくとも1つの弁リードの戻し用の少なくとも1つのばね要素が配置されている。少なくとも1つの弁リードは、弁リードに圧力がかかると、弁プレートからばね要素の圧力に抗して持ち上がる。このとき、少なくとも1つの弁リードは、あらゆる時点で弁プレートに対して平行に方向付けられた状態にあり、これにより、空気の最適な流出を達成する。 More preferably, the discharge valve unit has a valve plate, and the valve plate is disposed in each cavity provided in the cylinder head. Furthermore, at least two guide pins for guiding at least one valve lead in the axial direction are arranged on the valve plate. Furthermore, at least two guide pins are arranged with a capture element forming at least one valve lead stop substantially parallel to the valve plate. At least one spring element for the return of at least one valve lead is arranged between the at least one valve lead and the capture element in the axial direction. At least one valve lead lifts against the pressure of the spring element from the valve plate when pressure is applied to the valve lead. At this time, at least one valve lead is in a state of being oriented parallel to the valve plate at any point in time, thereby achieving optimal outflow of air.
以下に、本発明を改良するさらなる構成について、本発明の有利な実施例の説明とともに、3つの図面を参照しながら詳細に説明する。 In the following, further configurations for improving the invention will be described in detail with reference to three drawings together with a description of advantageous embodiments of the invention.
好ましい一実施の形態の詳細な説明
図1に示すように、本発明に係るコンプレッサ2は、ピストンハウジング13と、フルインテグレート(完全一体化)される冷却ユニット3及び弁プレート4を有するモノリシックな(一体構造の)シリンダヘッド1とを備える。コンプレッサ2は、軸14を介して駆動される。ピストンハウジング13をシリンダヘッド1の近傍において一部切開して示したため、ピストン室15が看取できる。ピストン室15の内部では、本図には示さないピストンが、軸方向で往復動する。
DETAILED DESCRIPTION OF A PREFERRED EMBODIMENT As shown in FIG. 1, a
図2によれば、フルインテグレートされるモノリシックなシリンダヘッド1は、コンプレッサ2に向かう面5に、本図には示さないそれぞれ1つの吐出し弁ユニット7a,7bを収容する2つの空所6a,6bを有する。両空所6a,6bは、コンプレッサ2の、本図には示さない圧縮室からの圧縮空気吐出し口として用いられる。さらに、コンプレッサ2に向かう面5には、空気供給用の8つの吸込み口16a〜16hと、本図には示さないシリンダヘッドねじ用の6つの開口17a〜17fと、本図には示さないESS−ピストン用の2つの貫通孔18a,18bとが形成されている。これにより、このシリンダヘッド1は、ESS(Energie Saving System)を備えるコンプレッサ2に好適である。
According to FIG. 2, the monolithic cylinder head 1 to be fully integrated has two
図3は、同一に構成される両吐出し弁ユニット7a,7bのうちの1つを示している。吐出し弁ユニット7aは、シリンダヘッド1に設けたそれぞれの空所6a,6b内に配置することを企図した弁プレート8を有する。弁プレート8には、弁リード10を軸方向でガイドする2つのガイドピン9a,9bが配置されている。さらに、2つのガイドピン9a,9bには、弁リード10のためのストッパを形成する捕捉要素11が、弁プレート8に対して平行に配置されている。軸方向で弁リード10と捕捉要素11との間には、弁リード10の戻し用のばね要素12が配置されている。弁リード10は、弁リード10に圧力がかかると、平行に弁プレート8からばね要素12の力に抗して持ち上がるため、空気の最適な流出を達成する。
FIG. 3 shows one of the two
1 シリンダヘッド
2 コンプレッサ
3 冷却ユニット
4 弁プレート
5 面
6a,6b 空所
7a,7b 吐出し弁ユニット
8 弁プレート
9a,9b ガイドピン
10 弁リード
11 捕捉要素
12 ばね要素
13 ピストンハウジング
14 軸
15 ピストン室
16a〜16h 空気供給用の吸込み口
17a〜17f 開口
18a,18b 貫通孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (10)
前記シリンダヘッド(1)に配置され、前記シリンダヘッド(1)を冷却する冷却ユニット(3)と、
弁プレート(4)と、
を備えるシリンダヘッド(1)において、
前記冷却ユニット(3)及び前記弁プレート(4)は、モノリシックデザインで前記シリンダヘッド(1)にフルインテグレートされている、
ことを特徴とするシリンダヘッド(1)。 A cylinder head (1) for the compressor (2),
A cooling unit (3) disposed in the cylinder head (1) for cooling the cylinder head (1);
A valve plate (4);
In a cylinder head (1) comprising:
The cooling unit (3) and the valve plate (4) are fully integrated into the cylinder head (1) in a monolithic design,
A cylinder head (1) characterized by the above.
冷却ユニット(3)と弁プレート(4)とを備えるフルインテグレート型の前記シリンダヘッド(1)をモノリシックデザインでロストフォーム鋳造法により製造することを特徴とする方法。 A method for manufacturing a cylinder head (1) according to any one of the preceding claims,
A method of manufacturing the fully integrated cylinder head (1) comprising a cooling unit (3) and a valve plate (4) by a lost foam casting method with a monolithic design.
冷却ユニット(3)と弁プレート(4)とを備えるフルインテグレート型の前記シリンダヘッド(1)をモノリシックデザインで創成法により製造することを特徴とする方法。 A method for manufacturing a cylinder head (1) according to any one of the preceding claims,
A method of producing a fully integrated cylinder head (1) comprising a cooling unit (3) and a valve plate (4) by a monolithic design by a generating method.
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