JP2018059509A

JP2018059509A - 冷却通路を有するオイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置及びリストピンベアリング表面を冷却する方法

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Publication number: JP2018059509A
Application number: JP2017196815A
Authority: JP
Inventors: ジェフリー・フリッツ; Hritz Jeffrey
Original assignee: Westinghouse Air Brake Technologies Corp
Current assignee: Westinghouse Air Brake Technologies Corp
Priority date: 2016-10-07
Filing date: 2017-10-10
Publication date: 2018-04-12
Also published as: CA2981286A1; MX2017012940A; CA2981286C; US10208743B2; MX2021008993A; US20180100493A1

Abstract

【課題】リストピンベアリングとリストピンベアリング表面とを冷却するために、リストピン及び／又はピストンを通じて加圧空気又は自由空気の適切な流れを提供するオイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置を提供する。
【解決手段】シリンダ２０と、リストピン受容端８６を有する連接棒６３と、連接棒のリストピン受容端に提供されたリストピン８７と、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つシリンダ内に位置付けられたピストン６１とを含むエアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置。少なくとも１つの通路８９ａがリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。
【選択図】図４

Description

本開示は、概して、コンプレッサ用ピストンシリンダ配置に関し、より詳しくは、オイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置及びピストンシリンダ配置を冷却する方法に関する。

レシプロケーティングコンプレッサは、その設計の性質上、クランクシャフトの回転運動を、合致する数の連接棒を通じて１つ又は複数のピストンの往復運動に変換する。コンプレッサでは、ピストンが一般にリストピン（wrist pin）と呼ばれるピンを使用して連接棒に結合される。リストピンと、ピストンと、連接棒との間の結合部には、部品間の振動と、コンプレッサの動的構成要素の慣性及び圧縮力により発生する負荷とに対処することのできるベアリング表面が含まれていなければならない。信頼性の高いベアリング表面を作るための多くの容認できるベアリングの種類及び取付け方法がある。しかしながら、ベアリング表面の動作における重要な要素は、動作温度をベアリングの材料及び潤滑油にとって適正な範囲内に保つことである。

油浴式コンプレッサにおいて、ベアリング表面の冷却は、注油システムを通じてオイルをベアリングへ供給することによって実現され、注油システムは、加圧されたオイル（pressurized oil）又ははねかけ（oil splash）を使用し得る。オイルはベアリング表面を通じて又はその周囲を通過してベアリングを潤滑化し、生成された摩擦熱を接合部とベアリング表面とから除去する。オイルフリーコンプレッサでは、ベアリング表面のすべてが起伏のないベアリングであり、注油又はグリースを収容するシールドローラベアリングを必要としない。この種のコンプレッサは、可動構成部品全体にわたってオイルを流すことに依存しない冷却方法を必要とする。オイルフリーコンプレッサにおけるベアリング表面の典型的な冷却方法は、ベアリング表面上で加圧又は自由空気を移動させて、リストピンベアリングを冷却するステップを含む。

例えば、参照によってその全体を本願に援用するCoulinの米国特許第４，５５０，６４７号明細書は、内燃機関においてピストンを連接棒に結合するピストンピンを開示している。このピストンピンには複数の通路が設けられ、それによってオイルがピストンピンを通り、ピストンの内側空洞を潤滑化する。参照によってその全体を本願に援用するSmithの米国特許第２，７４２，８８３号明細書は、ピストンピンを介して連接棒に結合されたピストンを含む油冷式ピストン構造を開示している。連接棒内に画定されたオイル通路は、オイルをピストンピンに供給する。ピストンピン内に画定された穴がピストンピンからピストンヘッドへ複数の通路を介してオイルを供給する。第二の複数の通路は、ピストンとシリンダとの間に供給されたオイルがピストン内に戻ることを許容する。

以上を鑑み、現在、リストピンベアリングとリストピンベアリング表面とを冷却するために、リストピン及び／又はピストンを通じて加圧空気又は自由空気の適切な流れを提供するオイルフリーコンプレッサ用ピストンシリンダ配置が求められている。

１つの態様において、エアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置は、シリンダと、リストピン受容端を有する連接棒と、連接棒のリストピン受容端に提供されたリストピンと、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つシリンダ内に位置付けられたピストンとを含んでいる。少なくとも１つの通路がリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。

少なくとも１つの通路は、リストピン内に入り且つそれから出る空気の双方向流れを許容し得る。リストピン内に画定された少なくとも１つの通路は２つの入口通路を含み得る。１つの入口通路は連接棒のリストピン受容端の第一の側に提供され得、及び１つの入口通路は連接棒のリストピン受容端の第二の側に提供され得る。少なくとも１つの出口通路がピストン内に画定されて、空気がピストンを通してリストピンから流出することを許容し得る。ピストン内に画定された少なくとも１つの出口通路はリストピンの下に提供され得る。ピストン内に画定された少なくとも１つの出口通路はリストピンに対して傾斜していてもよい。リストピン内に画定された少なくとも１つの通路は入口通路と出口通路とを含み得る。出口通路はリストピンの上面に提供され得、及び入口通路はリストピンの下面に提供され得る。リストピンは、ピストンにより画定された２つの対向する凹部内に保持され得る。リストピンベアリングは、連接棒のリストピン受容端に提供され得る。リストピンベアリングはリストピンと連接棒との間に位置付けられ得る。

他の態様において、鉄道車両用エアコンプレッサは、コンプレッサハウジングと、コンプレッサハウジングにより支持されたクランクシャフトアセンブリと、コンプレッサハウジング内に支持された少なくとも１つのピストンシリンダとを含み得る。少なくとも１つのピストンシリンダは、シリンダと、リストピン受容端を有する連接棒であって、クランクシャフトアセンブリに連結された連接棒と、連接棒のリストピン受容端内に提供されたリストピンと、リストピンを介して連接棒上に提供され、且つリシリンダ内に提供されたピストンとを含み得る。少なくとも１つの通路がリストピン内に画定されて、空気がシリンダからリストピン内へ流れることを許容し得る。

他の態様において、エアコンプレッサのピストンシリンダ内のリストピンを冷却する方法は、エアコンプレッサのコンプレッサハウジングからピストンシリンダ内へ空気を誘導するステップと、ピストンシリンダからピストンシリンダ内の連接棒上に提供されたリストピン内へ空気を誘導するステップと、リストピンを通して空気を誘導するステップと、リストピンを通してコンプレッサハウジング内へ戻るように空気を誘導するステップとを含む。この方法は、リストピン上に提供されたピストンを通してリストピンから出るように空気を誘導するステップをさらに含み得る。

リストピン及びコンプレッサ並びにコンプレッサの関連要素の動作方法及び機能の上記及びその他の特徴及び特性は、以下の説明と付属の特許請求の範囲とを、添付の図面を参照しながら考慮するとより明らかになるであろう。これらはすべて本明細書の一部を成し、各種の図で同様の参照番号は対応する部品を示す。しかしながら、図面は例示及び説明を目的としているにすぎず、本開示の限定要素の定義として含められているのではないことが明確に理解されるべきである。本明細書と特許請求の範囲とにおいて使用される限り、「１つの（ａ）」、「１つの（ａｎ）」、及び「その（ｔｈｅ）」の単数形は、文脈上明らかに他の解釈が必要な場合を除き、複数形を含む。

本開示によるオイルフリーコンプレッサの斜視図である。図１に示されるオイルフリーコンプレッサの側面図である。図１に示されるオイルフリーコンプレッサの線３−３に沿った断面図である。連接棒と、ピストンと、冷却通路を画定するリストピンとを含む、図１のオイルフリーコンプレッサのピストンシリンダの１つの態様の断面図である。連接棒と、冷却通路を画定するピストンと、冷却通路を画定するリストピンとを含む、図１のオイルフリーコンプレッサのピストンシリンダの他の態様の断面図である。連接棒と、ピストンと、冷却通路を画定するリストピンとを含む、図１のオイルフリーコンプレッサのピストンシリンダの他の態様の断面図である。

以下の説明の解釈において、「上側」、「下側」、「右」、「左」、「垂直」、「水平」、「上」、「下」、「横方向」、「長さ方向」という用語及びそれらの派生形は、図中の向きにある本発明に関する。しかしながら、本発明は、特に別段の明確な断りがない限り、代替的な変形形態及びステップの連続をとり得ることが理解されるべきである。また、添付の図面に示され、以下の説明に記載されている具体的なシステム及びプロセスは、単に本開示の例示的な態様であることも理解されるべきである。したがって、本明細書で開示さる態様に関する具体的な寸法及びその他の物理的特性は限定的ではないと考えるべきである。

図面を参照すると、その複数の図を通じて同様の参照番号は同様の部品を示し、本開示は、概して、コンプレッサのピストンシリンダ配置に関し、より詳しくは、リストピンベアリングとリストピンベアリング表面とを冷却するために、リストピンとピストンとを通じて空気を誘導する冷却通路を有するオイルフリーコンプレッサのピストンシリンダ配置に関する。

図１〜３を参照すると、１つの態様によるエアコンプレッサ１０が示されている。図のように、エアコンプレッサ１０はマルチシリンダエアコンプレッサ１０であり、少なくとも第一のピストンシリンダ２０と、第二のピストンシリンダ３０と、第三のピストンシリンダ４０と、第四のピストンシリンダ５０とを含む。１つの態様において、エアコンプレッサ１０は、オイルフリーエアコンプレッサであり得る。他の態様において、エアコンプレッサ１０は、米国特許出願公開第２０１５／０３２２９３３号明細書に開示されているエアコンプレッサ等であり得、同出願の開示全体を参照によって本願に援用する。図１〜３にはエアコンプレッサ１０の１つの態様が示されているが、本開示は、オイル式及びオイルフリー式の構成を含む任意の種類のコンプレッサに応用可能であることが理解されるべきである。第一のピストンシリンダ２０、第二のピストンシリンダ３０、第三のピストンシリンダ４０、及び第四のピストンシリンダ５０は、コンプレッサハウジング１２又はクランクケースにより支持され得、それぞれコンプレッサハウジング１２内に配置され、コンプレッサハウジング１２によって回転可能に支持されるクランクシャフトアセンブリ６０により駆動され得る。エアコンプレッサ１０の上記の構成要素を本明細書で詳しく説明する。エアコンプレッサ１０は、六角形の断面を有し得る。支持部材１３はエアコンプレッサ１０の下面に固定され得る。支持部材１３は、エアコンプレッサ１０を機関車又は鉄道車両に取り付けるために使用され得る。エアコンプレッサ１０は、冷却ファン７３をさらに含み得る。

第一のピストンシリンダ２０、第二のピストンシリンダ３０、第三のピストンシリンダ４０、及び第四のピストンシリンダ５０は実質的に同様の構成であり、マルチシリンダエアコンプレッサ１０内において、第一のピストンシリンダ２０は第一のシリンダとして動作し、第二のピストンシリンダ３０は第二のシリンダとして動作し、第三のピストンシリンダ４０は第三のシリンダとして動作し、及び第四のピストンシリンダ５０は第四のシリンダとして動作する。本開示の１つの態様において、第一のピストンシリンダ２０と第四のピストンシリンダ５０とは高圧ピストンシリンダであり得る。この同じ態様において、第二のピストンシリンダ３０と第三のピストンシリンダ４０とは低圧ピストンシリンダであり得る。第一のピストンシリンダ２０と第四のピストンシリンダ５０とは、第二のピストンシリンダ３０と第三のピストンシリンダ４０とより一般に小さく、また一般により小さい直径を有する。

１つの態様において、第一のピストンシリンダ２０、第二のピストンシリンダ３０、第三のピストンシリンダ４０、及び第四のピストンシリンダ５０は、エアコンプレッサ１０の長さ方向軸１１の周囲に放射状に配置される。ピストンシリンダ２０、３０、４０、５０はエアコンプレッサ１０の外周と接する。１つの態様において、ピストンシリンダ２０、３０、４０、５０は、コンプレッサハウジングの外周に沿ってＸ字形に位置付けられ得る。第一のピストンシリンダ２０と第四のピストンシリンダ５０とは、Ｘ字形配置の第一及び第二の下側の足として配置され得る。第二のピストンシリンダ３０と第三のピストンシリンダ４０とは、Ｘ字形配置の第一及び第二の上側の足として配置され得る。１つの態様において、第二のピストンシリンダ３０と第三のピストンシリンダ４０とは、コンプレッサハウジング１２上の第一のピストンシリンダ２０と第四のピストンシリンダ５０との間に位置付けられ得る。

図１〜３に示されるように、第一のピストンシリンダ２０は円筒形のハウジング２１を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング１２の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端２２ａと、第二の端２２ｂとを含む。円筒形のハウジング２１は、コンプレッサハウジング１２の外部と接するために第一の端２２ａの付近に配置されたフランジ２３を備えて形成される。放熱フィン２４は、円筒形のハウジング２１の周囲に提供され得、円筒形のハウジング２１は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

シリンダヘッド２５は、円筒形のハウジング２１の第二の端２２ｂに固定される。シリンダヘッド２５は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング２１の第二の端２２ｂにバルブアセンブリ２６を固定する。シリンダヘッド２５はまた、バルブアセンブリ２６の上方に位置付けられたアンローダキャップ（unloader cap）２９も格納する。アンローダキャップ２９はアンローダピストン（unloader piston）７５を格納し、これは、シリンダヘッド２５の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ２９を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストン７５とアンローダキャップ２９との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド２５の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気（パイロットエア）から分離される。アンローダピストン７５は、空気圧がアンローダキャップ２９のパイロットポート７７ａ、７７ｂにかけられると、バルブアセンブリ２６の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ１０は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド２５は、第一の通気路２８ａと第二の通気路２８ｂとを含む。シリンダヘッド２５は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

前述のように、第二のピストンシリンダ３０は、これから説明するように、残りのピストンシリンダと実質的に同様の構成を有する。第二のピストンシリンダ３０は円筒形のハウジング３１を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング１２の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端３２ａと、第二の端３２ｂとを含む。円筒形のハウジング３１は、コンプレッサハウジング１２の外部と接するために第一の端３２ａの付近に配置されたフランジ３３を備えて形成される。放熱フィン３４が円筒形のハウジング３１の周囲に提供され得、円筒形のハウジング３１は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

シリンダヘッド３５は、円筒形のハウジング３１の第二の端３２ｂに固定される。シリンダヘッド３５は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング３１の第二の端３２ｂにバルブアセンブリ３６を固定する。シリンダヘッド３５はまた、バルブアセンブリ３６の上方に位置付けられたアンローダキャップ３９も格納する。アンローダキャップ３９はアンローダピストンを格納し、これは、シリンダヘッド３５の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ３９を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストンとアンローダキャップ３９との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド３５の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気（パイロットエア）から分離される。アンローダピストンは、空気圧がアンローダキャップ３９のパイロットポート７７ａ、７７ｂに加えられると、バルブアセンブリ３６の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ１０は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド３５は、第一の通気路３８ａと第二の通気路３８ｂとを含む。シリンダヘッド３５は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

前述のように、第三のピストンシリンダ４０は、これから説明するように、残りのピストンシリンダと実質的に同様の構成を有する。第三のピストンシリンダ４０は円筒形のハウジング４１を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング１２の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端４２ａと、第二の端４２ｂとを含む。円筒形のハウジング４１は、コンプレッサハウジング１２の外部と接するために第一の端４２ａの付近に配置されたフランジ４３を備えて形成される。放熱フィン４４が円筒形のハウジング４１の周囲に提供され得、円筒形のハウジング４１は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

シリンダヘッド４５は、円筒形のハウジング４１の第二の端４２ｂに固定される。シリンダヘッド４５は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング４１の第二の端４２ｂにバルブアセンブリ４６を固定する。シリンダヘッド４５はまた、バルブアセンブリ４６の上方に位置付けられたアンローダキャップ４９も格納する。アンローダキャップ４９はアンローダピストンを格納し、これは、シリンダヘッド４９の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ４９を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストンとアンローダキャップ４９との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド４５の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気（パイロットエア）から分離される。アンローダピストンは、空気圧がアンローダキャップ４９のパイロットポート７９ａ、７９ｂに加えられると、バルブアセンブリ４６の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ１０は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド４５は、第一の通気路４８ａと第二の通気路４８ｂとを含む。シリンダヘッド４５は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

前述のように、第四のピストンシリンダ５０は、これから説明するように、残りのピストンシリンダと実質的に同様の構成を有する。第四のピストンシリンダ５０は円筒形のハウジング５１を含み、これは、本明細書で説明するように、コンプレッサハウジング１２の対応する開口内に挿入されるようになされた第一の端５２ａと、第二の端５２ｂとを含む。円筒形のハウジング５１は、コンプレッサハウジング１２の外部と接するために第一の端５２ａの付近に配置されたフランジ５３を備えて形成される。放熱フィン５４が円筒形のハウジング５１の周囲に提供され得、円筒形のハウジング５１は、アルミニウム等の十分な強度と放熱特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

シリンダヘッド５５は、円筒形のハウジング５１の第二の端５２ｂに固定される。シリンダヘッド５５は、機械的固定具を介して円筒形のハウジング５１の第二の端５２ｂにバルブアセンブリ５６を固定する。シリンダヘッド５５はまた、バルブアセンブリ５６の上方に位置付けられたアンローダキャップ５９も格納する。アンローダキャップ５９はアンローダピストンを格納し、これは、シリンダヘッド５５の上部に機械的に固定されたアンローダキャップ５９を通じて誘導される空気により空圧式に動作する。アンローダピストンとアンローダキャップ５９との間の無潤滑シールにより、シリンダヘッド５５の入口部分にある加圧空気がアンローダシステム内の加圧空気（パイロットエア）から分離される。アンローダピストンは、空気圧がアンローダキャップ５９のパイロットポート８０ａ、８０ｂに加えられると、バルブアセンブリ５６の入口側を開状態に保持するように機能する。この動作期間中、コンプレッサ１０は、コンプレッサ排気口へ圧縮空気を送達せずに回転できる。シリンダヘッド５５は、第一の通気路５８ａと第二の通気路とを含む。シリンダヘッド５５は、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で形成され得る。

図３を参照すると、第一のピストンシリンダ２０は、円筒形のハウジング２１内で往復運動可能な第一のピストン６１をさらに含む。ピストン６１は、第一の端６２ａと第二の端６２ｂとを含み、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で製作される。ピストン６１は、連接棒６３を介してクランクシャフトアセンブリ６０に動作的に結合される。動作中、ピストン６１は、クランクシャフトアセンブリ６０の回転を介して生成される往復運動で動作する。空気は、ピストン６１の下方運動の結果として、通気路２８ａ、２８ｂのうちの一方を介して第一のピストンシリンダ２０の円筒形のハウジング２１内に引き込まれる。バルブアセンブリ２６は、ピストン６１の下方運動中に開き、空気を円筒形のハウジング２１内に引き込み、上方運動中に閉じる部分を含む。さらに、バルブアセンブリは、ピストン６１の下方運動中に閉じ、ピストン６１の上方運動中に開いて、円筒形のハウジング２１内の空気が圧縮され、通気路２８ａ、２８ｂの一方を介して円筒形のハウジング２１の外へ案内される別の部分を有する。

第二のピストンシリンダ３０は、円筒形のハウジング３１内で往復運動可能な第二のピストン６４をさらに含む。ピストン６１は、第一の端６５ａと第二の端６５ｂとを含み、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で製作される。ピストン６４は、連接棒（図示せず）を介してクランクシャフトアセンブリ６０に動作的に結合される。動作中、ピストン６４は、クランクシャフトアセンブリ６０の回転を介して生成される往復運動で動作する。空気は、ピストン６４の下方運動の結果として、通気路３８ａ、３８ｂのうちの一方を介して第二のピストンシリンダ３０の円筒形のハウジング３１内に引き込まれる。バルブアセンブリ３６は、ピストン６４の下方運動中に開き、空気を円筒形のハウジング３１内に引き込み、上方運動中に閉じる部分を含む。さらに、バルブアセンブリは、ピストン６４の下方運動中に閉じ、ピストン６４の上方運動中に開いて、円筒形のハウジング３１内の空気が圧縮され、通気路３８ａ、３８ｂの一方を介して円筒形のハウジング３１の外へ案内される別の部分を有する。

第三のピストンシリンダ４０は、円筒形のハウジング４１内で往復運動可能な第三のピストン６７をさらに含む。ピストン６７は、第一の端６８ａと第二の端６８ｂとを含み、アルミニウム等の十分な強度と熱伝達特性とを提供する任意の適当な材料で製作される。ピストン６７は、連接棒（図示せず）を介してクランクシャフトアセンブリ６０に動作的に結合される。動作中、ピストン６７は、クランクシャフトアセンブリ６０の回転を介して生成される往復運動で動作する。空気は、ピストン６７の下方運動の結果として、通気路４８ａ、４８ｂのうちの一方を介して第三のピストンシリンダ４０の円筒形のハウジング４１内に引き込まれる。バルブアセンブリ４６は、ピストン６７の下方運動中に開き、空気を円筒形のハウジング４１内に引き込み、上方運動中に閉じる部分を含む。さらに、バルブアセンブリは、ピストン６７の下方運動中に閉じ、ピストン６７の上方運動中に開いて、円筒形のハウジング４１内の空気が圧縮され、通気路４８ａ、４８ｂの一方を介して円筒形のハウジング４１の外へ案内される別の部分を有する。第四のピストンシリンダ５０は、第一のピストンシリンダ２０、第二のピストンシリンダ３０、及び第三のピストンシリンダ４０と同様の構成（図示せず）をさらに含む。

図４〜６を参照して、第一のピストンシリンダ２０の第一のピストン６１と連接棒６３とをより詳しく説明する。説明は第一のピストンシリンダ２０に関して提供されているが、その他のピストンシリンダ３０、４０、５０も第一のピストンシリンダ２０と同様に構成されることが理解されるべきである。連接棒６３は、棒部材８５と、クランクピン受容端（図せず）と、リストピン受容端８６とを含み得る。リストピン受容端８６は、その中にリストピン８７を受けるための開口を画定し得る。リストピン８７は、実質的に円筒形の中空部材であり得、連接棒６３をピストン６１に結合する。リストピン８７は、ピストン６１の内面に画定された対向する凹部８８ａ、８８ｂ内に受けられ得る。しかしながら、リストピン８７は、何種類かの方法を使用してピストン６１に結合し得ることが想定される。リストピン８７は、ピストン６１から絶縁されているか、又はピストン６１との直接伝導接触部を有し得る。連接棒６３が第一のピストンシリンダ２０内で往復運動すると、ピストン６１は第一のピストンシリンダ２０内で上下方向に移動する。

図４に示されるリストピン８７の１つの態様において、少なくとも２つの通路８９ａ、８９ｂがリストピン８７の下側部分に画定され得る。図４には２つの通路８９ａ、８９ｂが示されているが、必要に応じてそれより少ない又はそれより多い通路がリストピン８７内に画定され得ることが想定される。通路８９ａ、８９ｂは、穴、スロット、又はリストピン８７に穴あけ加工された他の任意の種類の通路であり得る。１つの態様において、１つの通路８９ａは連接棒６３の一方の側に提供され得、別の通路８９ｂは連接棒６３の反対側に提供され得る。通路８９ａ、８９ｂは、空気がリストピン８７を通して自由に流れるようにするためのポートとして動作する。この空気の流れは、高温の空気が通路８９ａ、８９ｂの１つを通して流れ、より低温の空気が別の通路８９ａ、８９ｂを通してリストピン８７内を流れるようにすることにより、リストピンベアリング９０を冷却する。通路８９ａ、８９は、リストピン８７内において、通路８９ａ、８９ｂがピストン６１と連接棒６３に組み付けられたときにコンプレッサ１０のクランクケースと対面するような向きとされ得る。１つの態様において、リストピン８７は連接棒６３内で自由に振動し得、ピストン６１内に固定され得る。これと同じ種類の配置は、リストピン８７を連接棒６３内に固定するか、又はリストピン８７をピストン６１と連接棒６３との両方内で自由に浮動させることによっても実現され得る。１つの態様において、リストピンベアリング９０は、リストピン８７と連接棒６３との間の運動及び負荷を伝達するために使用され得る。リストピンベアリング９０は、一体化されているか又は外部のシールによってシールされるグリース潤滑式ローラベアリングであり得る。

ピストン６１が第一のピストンシリンダ２０内で移動すると、空気が移動してリストピン８７の中空の中央部から出入りできる。リストピン８７を通して移動する空気は、コンプレッサクランクケースから誘導される。オイルフリーコンプレッサ１０のクランクケースは、ポジティブ流動システム（positive flow system）を使用して冷却されなければならない。したがって、リストピン８７を通して移動する空気は低温の空気であり、それがクランクケース内へ送られる。クランクケースからの空気は、第一のピストンシリンダ２０を通してリストピン８７内へ誘導される。中空のリストピン８７と通路８９ａ、８９ｂとにより作り出された追加の表面積の結果として、リストピン８７とリストピンベアリング９０とは、対流表面積の増大によってより良好に冷却される。中空のリストピン８７内に保持されている高温の空気はすべて、リストピン８７内へ誘導される冷却空気により、リストピン８７の通路８９ａ、８９ｂの１つから外へ押し出され、誘導され得る。高温の空気は、第一のピストンシリンダ２０を通じた強制対流を使用して第一のピストンシリンダ２０の壁に伝達され、遠ざけられるか、又はクランクケース内で強制換気が利用されていれば、クランクケースに戻されて、クランクケースを通じて大気中へ遠ざけられる。加熱された空気は、圧力シーリングしていない第一のピストンシリンダ２０のボアとピストン６１との間のピストンウェアリング（図示せず）を通過してクランクケースに戻り得る。空気の流れは、クランクケース内の強制換気によりリストピン８７を通るように保持され得る。しかしながら、依然として、第一のピストンシリンダ２０のボアへの伝導を介して冷却力（cooling）が増大され得る。

図５に示される別の態様において、ピストン６１はまた、通路９１ａ、９１ｂも含み得、これよって冷却空気はリストピン８７から出入りできる。リストピン８７の通路８９ａ、８９ｂと同様に、ピストン６１内の通路９１ａ、９１ｂはピストン６１に穴あけ加工され得る。しかしながら、他の方法を使用してピストン６１に通路９１ａ、９１ｂを画定し得ることも想定される。通路９１ａ、９１ｂは、凹部８８ａ、８８ｂの底部に穴あけ加工されて、リストピン８７の内部空洞と第一のピストンシリンダ２０との間に通路を作り得る。１つの態様において、１つの通路９１ａは連接棒６３の一方の側に提供され得、他の通路９１ｂは連接棒６３の反対側に提供され得る。通路９１ａ、９１ｂは、戻ってくる高温の空気をクランクケースに向かって誘導するのを支援するような角度でピストン６１に穴あけ加工され得る。１つの態様において、通路９１ａ、９１ｂは連接棒６３に向かって下方に且つ内側に傾斜され得る。クランクケースからリストピン８７内に画定された通路８９ａ、８９ｂを通り、リストピン８７の内部空洞を通り、ピストン６１内に画定された通路９１ａ、９１ｂを通り、クランクケースに戻る完全な空気回路が作られ得る。ピストン６１はまた、リストピンベアリング９０と、リストピン８７とを通り、ピストン６１に至り、その後、シリンダ壁を通る熱伝導経路（heat conduction path）も含み得る。この熱伝導経路を使用して、加熱された空気は第一のピストンシリンダ２０の壁を通り外に出ることができる。伝導経路は、任意の数の手段によって提供され得、これには非断熱ピストンリング、すなわち伝導性リング（図示せず）又は第一のピストンシリンダ２０の壁までの自由経路ができるようにするリング状のギャップ（ring gap）が含まれる。

図６に示される別の態様において、複数の通路９２ａ、９２ｂがリストピン８７の上側部分に画定され得る。したがって、リストピン８７の下側部分において画定される通路８９ａ、８９ｂと同様に、通路９２ａ、９２ｂはリストピン８７を完全に貫通して延び得る。図６には２つの通路９２ａ、９２ｂが示されているが、必要に応じてそれより少ない又はそれより多い通路がリストピン８７内に画定され得る。通路８９ａ、８９ｂ、９２ａ、９２ｂにより、冷却空気は、リストピン８７がピストン６１から絶縁されているか否かに関係なく、リストピン８７を通して移動できる。これらの通路８９ａ、８９ｂ、９２ａ、９２ｂはまた、ピストンクラウンが、ピストン６１の上方のシリンダにおいて発生する圧縮の熱から断熱されている場合にも有利であり得る。他の態様において、第一のピストンシリンダ２０は、通路８９ａ、８９ｂ、９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂのすべてを含んで、リストピン８７とリストピンベアリング９０とのためのさらに大きい冷却効果を生じさせ得る。

図４〜６に関して、リストピン８７、リストピンベアリング９０、及びピストン６１を冷却する方法を説明する。１つの態様において、冷却空気はコンプレッサハウジング１２からピストンシリンダ２０内へ引き込まれ得る。冷却空気は、リストピン８７内に画定された通路８９ａ、８９ｂを介してリストピン８７内に誘導される。冷却空気は、リストピン８７を通して自由に移動することにより、リストピン８７とリストピンベアリング９０とを冷却する。冷却空気は、リストピン８７内に画定された上側通路９２ａ、９２ｂを介してリストピン８７の外に誘導され得る。冷却空気はリストピンベアリング９０とピストン６１とにかかるように通過し、これらの構成要素の両方を冷却し得る。冷却空気はまた、リストピン８７から出てピストン６１内へ誘導されることにより、ピストン６１を冷却し得る。冷却空気は、リストピン８７の反対側の２つの開放端から出て、ピストン６１に画定された通路９１ａ、９１ｂを通り得る。ピストン６１は、冷却空気が通路９１ａ、９１ｂを通して誘導される間に冷却され得る。各通路８９ａ、８９ｂ、９１ａ、９１ｂ、９２ａ、９２ｂは、それらを通して空気が双方向に流れるように構成され得ることが理解されるべきである。

放射状に配置されたオイルフリーコンプレッサ及び冷却通路を有するリストピンの態様が添付の図面に示され、これまで詳しく説明されたが、当業者にとっては、本発明の範囲及び趣旨から逸脱することなくその他の態様も明らかであり、容易に創出されるであろう。したがって、上記の説明は限定的ではなく例示のためである。上述の本発明は、付属の特許請求の範囲により定義され、特許請求の範囲の意味及び均等物の範囲内に含まれる、本発明に対するすべての変更形態がそれらの範囲に含められるものとする。

Claims

シリンダと、
リストピン受容端を有する連接棒と、
前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンと、
前記リストピンを介して前記連接棒上に提供され、且つ前記シリンダ内に位置付けられたピストンと
を含み、
少なくとも１つの通路が前記リストピン内に画定されて、空気が前記シリンダから前記リストピン内へ流れることを許容する、エアコンプレッサ用ピストンシリンダ配置。
前記少なくとも１つの通路が、前記リストピン内に入り且つそれから出る前記空気の双方向流れを許容する、請求項１に記載のピストンシリンダ配置。
前記リストピン内に画定された前記少なくとも１つの通路が２つの入口通路を含み、
１つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第一の側に提供され、及び１つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第二の側に提供される、請求項１に記載のピストンシリンダ配置。
少なくとも１つの出口通路が前記ピストン内に画定されて、前記空気が前記ピストンを通して前記リストピンから流出することを許容する、請求項１に記載のピストンシリンダ配置。
前記ピストン内に画定された前記少なくとも１つの出口通路が前記リストピンの下に提供される、請求項４に記載のピストンシリンダ配置。
前記ピストン内に画定された前記少なくとも１つの出口通路が前記リストピンに対して傾斜している、請求項４に記載のピストンシリンダ配置。
前記リストピン内に画定された前記少なくとも１つの通路が入口通路と出口通路とを含み、
前記出口通路が前記リストピンの上面に提供され、及び前記入口通路が前記リストピンの下面に提供される、請求項１に記載のピストンシリンダ配置。
前記リストピンが、前記ピストンにより画定された２つの対向する凹部内に保持される、請求項１に記載のピストンシリンダ配置。
前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンベアリングをさらに含み、
前記リストピンベアリングが前記リストピンと前記連接棒との間に位置付けられる、請求項１に記載のピストンシリンダ配置。
コンプレッサハウジングと、
前記コンプレッサハウジングにより支持されたクランクシャフトアセンブリと、
前記コンプレッサハウジング内に支持された少なくとも１つのピストンシリンダであって、
シリンダと、
リストピン受容端を有する連接棒であって、前記クランクシャフトアセンブリに連結された連接棒と、
前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンと、
前記リストピンを介して前記連接棒上に提供され、且つ前記シリンダ内に提供されたピストンと
を含む少なくとも１つのピストンシリンダと
を含む、鉄道車両用エアコンプレッサであって、
少なくとも１つの通路が前記リストピン内に画定されて、空気が前記シリンダから前記リストピン内へ流れることを許容する、鉄道車両用エアコンプレッサ。
前記少なくとも１つの通路が、前記リストピン内に入り且つそれから出る前記空気の双方向流れを許容する、請求項１０に記載のエアコンプレッサ。
前記リストピン内に画定された前記少なくとも１つの通路が２つの入口通路を含み、
１つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第一の側に提供され、及び１つの入口通路が前記連接棒の前記リストピン受容端の第二の側に提供される、請求項１０に記載のエアコンプレッサ。
少なくとも１つの出口通路が前記ピストン内に画定されて、前記空気が前記ピストンを通して前記リストピンから流出することを許容する、請求項１０に記載のエアコンプレッサ。
前記ピストン内に画定された前記少なくとも１つの出口通路が前記リストピンの下に提供される、請求項１３に記載のピストンシリンダ配置。
前記ピストン内に画定された前記少なくとも１つの出口通路が前記リストピンに対して傾斜している、請求項１３に記載のピストンシリンダ配置。
前記リストピン内に画定された前記少なくとも１つの通路が入口通路と出口通路とを含み、
前記出口通路が前記リストピンの上面に提供され、及び前記入口通路が前記リストピンの下面に提供される、請求項１０に記載のピストンシリンダ配置。
前記リストピンが、前記ピストンにより画定された２つの対向する凹部内に保持される、請求項１０に記載のピストンシリンダ配置。
前記連接棒の前記リストピン受容端に提供されたリストピンベアリングをさらに含み、
前記リストピンベアリングが前記リストピンと前記連接棒との間に位置付けられている、請求項１０に記載のピストンシリンダ配置。
エアコンプレッサのピストンシリンダ内のリストピンを冷却する方法であって、
前記エアコンプレッサのコンプレッサハウジングから前記ピストンシリンダ内へ空気を誘導するステップと、
前記ピストンシリンダから前記ピストンシリンダ内の前記連接棒上に提供された前記リストピン内へ前記空気を誘導するステップと、
前記リストピンを通して前記空気を誘導するステップと、
前記リストピンを通して前記コンプレッサハウジング内へ戻るように前記空気を誘導するステップと
を含む、方法。
前記リストピン上に提供されたピストンを通して前記リストピンから出るように前記空気を誘導するステップをさらに含む、請求項１９に記載のリストピンを冷却する方法。