JP5234619B2 - エアコンプレッサ - Google Patents

Description

本発明は、エアコンプレッサに関する。
例えば、自動車のような車両のエアブレーキ装置に利用して有効なものに関する。

自動車のような車両のエアブレーキ装置に使用されるエアコンプレッサとして、シリンダ本体に形成されたシリンダ室と、シリンダ室に往復摺動自在に嵌合され駆動装置により往復運動されるピストンと、シリンダ室を閉塞したバルブプレートと、バルブプレートに開設されてシリンダ室に連通した吸入口と、吸入口を開閉する吸入弁と、バルブプレートに開設されてシリンダ室に連通した吐出口と、吐出口を開閉する吐出弁と、を備えているものがある。

このようなエアコンプレッサにおいては、吸入口は真円形孔によって構成されており、吸入弁はリード形の弁体（以下、リードバルブという。）が弁座に対して直交する方向に離着座することにより、吸入口を開閉するように構成されている。吸入弁としてのリードバルブは０．３〜０．５ｍｍ程度の薄い板によって構成されており、一端部のみが固定されて他端が自由端に構成されることにより、シリンダ室内の圧力に応じて高速で開弁閉弁作動を繰り返すことができるようになっている。例えば、特許文献１参照。
特開平８−２８４５０号公報

しかしながら、このようなエアコンプレッサにおいては、吸入口が真円形孔によって構成されているために、エア（空気）の通過面積が限られてしまい、次のような弊害の原因になるという問題点がある。
（１）吸入口の通過面積が小さいと、大気圧とシリンダ室内との圧力差が大きくなるために、油上がり（シリンダ室内の潤滑油がエアに混じる現象）が発生する。
（２）吸入口に接続された吸入室にエアが滞ってしまうことにより、冷却するためにエアコンプレッサ内を循環する自動車ラジエータ水の熱がエアを伝って吐出口から吐出するエアの温度を上昇させる。
（３）真円形孔の直径を大きく設計しただけでは、バルブプレートの剛性が低下するために、ガスケット等の破損が発生してしまう。

本発明の目的は、吸入口の通過面積およびバルブプレート剛性を増加することができるエアコンプレッサを提供することにある。

前記した課題を解決するための手段のうち代表的なものは、次の通りである。
（１）シリンダ本体に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に往復摺動自在に嵌合され駆動装置により往復運動されるピストンと、前記シリンダ室を閉塞したバルブプレートと、該バルブプレートに開設されて前記シリンダ室に連通した吸入口と、該吸入口を開閉する吸入弁と、前記バルブプレートに開設されて前記シリンダ室に連通した吐出口と、該吐出口を開閉する吐出弁と、を備えているエアコンプレッサにおいて、
前記吸入口は長孔形状の吸入孔を複数個備えており、該複数個の吸入孔は前記バルブプレートの周辺部であって前記吸入弁の外縁部より内側に配置されており、前記複数個の吸入孔周囲の肉厚は前記バルブプレートの肉厚よりも薄く形成されており、前記複数個の吸入孔同士間にはリブが設けられている、ことを特徴とするエアコンプレッサ。
（２）前記吸入弁は薄い板によって形成された弁体を備えており、該弁体は一端が固定されて自由端部において前記複数個の吸入孔を開閉するように構成されていることを特徴とする前記（１）に記載のエアコンプレッサ。
（３）前記弁体が自由端部の最も外側で前記複数個の吸入孔に対向するように構成されていることを特徴とする前記（２）に記載のエアコンプレッサ。
（４）前記吸入孔は、前記シリンダ室の中心と同心円に配置されていることを特徴とする前記（１）（２）（３）に記載のエアコンプレッサ。

前記した手段によれば、吸入口の通過面積およびバルブプレート剛性を増加することができる。

本実施形態において、本発明に係るエアコンプレッサは、図１に示されているように、エアブレーキ装置に圧縮空気を供給するものとして構成されている。

図１に示されているように、エアブレーキ装置１は、車両を駆動するためのエンジン２と、エンジン２に清浄空気を供給するためのエアクリーナ３と、エンジン２を冷却するための冷却水系４と、ブレーキ作動装置５と、ブレーキ作動装置５にエアを送給するためのリザーバ６と、リザーバ６とエアコンプレッサ１１との間に介設されているチェック弁７およびエアドライヤ８と、リザーバ６の内圧を制御するためのプレッシャレギュレータ９と、を備えている。

本実施形態に係るエアコンプレッサ１１は往復形に構成されており、シリンダ本体１２を備えている。本体１２にはシリンダ室１３が形成されており、シリンダ室１３内にはピストン１４が往復摺動自在に嵌合されている。ピストン１４はエンジン２により往復直線駆動されるように構成されている。したがって、エンジン２はエアコンプレッサ１１を駆動するための駆動装置を実質的に構成している。

図２に示されているように、シリンダ室１３の一端（以下、上端側とする）にはシリンダヘッド１５が、バルブプレート１６を挟み込んで被せられて固定されている。バルブプレート１６には吐出口１７および吸入口２０がシリンダ室１３にそれぞれ連通するように開設されているとともに、吐出弁１８および吸入弁２５がそれぞれ設備されている。すなわち、バルブプレート１６はシリンダ室１３の一端を閉塞するとともに、吐出弁１８と吸入弁２５とのバルブプレート（弁板）を兼用するように構成されている。

吐出口１７は一対の真円形孔がバルブプレート１６の中央部の若干片側（以下、左側とする。）寄り位置において前後方向に近接して並べられて構成されている。吐出口１７はシリンダヘッド１５に開設された吐出路１９に接続されている。
吐出弁１８は、一端が固定され他端が摺動自在に支持されたリードバルブ１８ａと、開弁時にリードバルブ１８ａをバルブプレート１６の反対側において位置規制するストッパ１８ｂと、を備えている。リードバルブ１８ａはシリンダヘッド１５内におけるバルブプレート１６上に吐出口１７の一対の真円形孔を同時に開閉するように配設されている。
図１に示されているように、吐出路１９はチェック弁７およびエアドライヤ８を介してリザーバ６に接続されている。

図３〜図５に示されているように、吸入口２０は３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを備えており、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは円弧形の長孔形状にそれぞれ形成されている。３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃはバルブプレート１６の周辺部であって、吸入弁２５の外縁部の内側かつシリンダ室１３が形成する円周に沿って配置されている。すなわち、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃはシリンダ室１３の軸線Ｏを中心とする円弧Ｒに沿って一列に並べられている。
吸入口２０のバルブプレート１６のシリンダ室１３側端面には、シール溝２２が３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの開口縁辺部を取り囲むように没設されている。

図３に示されているように、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの周囲の肉厚Ｔ21は、バルブプレート１６の肉厚Ｔ16よりも充分に薄く形成されている。すなわち、図３に示されているように、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃはバルブプレート１６のシリンダヘッド１５側端面に没設された吸入口形成穴２３の底面に開設されている。換言すれば、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの周囲の肉厚Ｔ21は、バルブプレート１６の肉厚Ｔ16と、吸入口形成穴２３の深さＤとの差である。
吸入口形成穴２３の底面上には一対のリブ２４、２４が、中央の吸入孔２１Ａと一方の吸入孔２１Ｂとの間および中央の吸入孔２１Ａと他方の吸入孔２１Ｃとの間にそれぞれ形成されており、一対のリブ２４、２４の肉厚（高さ）Ｔ24は、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの周囲の肉厚Ｔ21よりも薄く設定されている。

図２および図３に示されているように、吸入弁２５はバルブプレート１６のシリンダ室１３側端面に配置されている。吸入弁２５は弁体としてのリードバルブ２６を備えており、リードバルブ２６は０．３〜０．５ｍｍ程度の薄い弾性板材が用いられて大略ドーナツ形状に形成されている。リードバルブ２６はバルブプレート１６下面にシリンダ室１３と同心円に配されて当接されているとともに、一端部においてねじ部材２７によってバルブプレート１６に固定されており、他端部である自由端部において吸入口２０すなわち３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを同時に開閉するようになっている。リードバルブ２６は自由端部の最も外側で３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃに対向している。
なお、一対の吐出口１７、１７はリードバルブ２６のドーナツ形状の内径内における左側寄りに配置されている。

図２に示されているように、吸入口２０すなわち３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃは、シリンダヘッド１５に開設された吸入路２８が接続されている。そして、吸入路２８はエンジン吸気管を介してエアクリーナ３に接続されている。

図１および図２に示されているように、シリンダヘッド１５内には冷却水が循環する冷却水路３０が形成されており、冷却水路３０にはエンジン２を冷却するための冷却水系４が接続されている。

次に、作用を説明する。

ピストン１４がシリンダ室１３内において上死点から下死点方向に移動されると、吸入弁２５のリードバルブ２６が吸入口２０の軸心方向に撓んでバルブプレート１６から離れる（リフトする）ことによって、エアが、吸入路２８、吸入口２０すなわち３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを経て、シリンダ室１３に吸入される。
この際、本実施形態においては、吸入口２０が長円形孔形状に形成された３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが同心円に整列されて構成されていることにより、エアの通過面積が大きくなっているので、エアをシリンダ室１３へ効率よく吸入することができる。
ここで、吸入口２０のエア通過面積は、次式（１）によって決まる。
Ａ≧（Ｌａ＋Ｌｂ＋Ｌｃ）×Ｈ・・・（１）
式（１）中、Ｌａ、Ｌｂ、Ｌｃは、図４に示されているように、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃの長軸の長さである。Ｈは吸入弁２５すなわちリードバルブ２６の図５（ｂ）におけるＯ’点でのリフト量であり、リードバルブ２６が自由端の最外部の同心円上において３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃを同時に開閉するように構成されている。
つまり、本実施形態においては、３個の吸入孔２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃが長円形孔形状に形成され、同心円上に配置されているので、真円形孔形状に形成された従来の吸入孔に比べて、エア通過面積を増加することができる。

逆の圧縮行程においては、吸入弁２５のリードバルブ２６が元に戻されることにより、吸入弁２５が閉じられる。
続いて、シリンダ室１３の内圧が所定の圧力に達すると、吐出弁１８が開かれるため、高圧のエアが、吐出口１７、吐出路１９、を経てリザーバ６に供給される。

リザーバ６のエアはブレーキ弁（図示せず）の制御によって、ブレーキ作動時にブレーキ作動装置５に適宜供給され、これを作動せしめる。

前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。

（１）吸入口を複数個の長円形孔形状の吸入孔を同心円上に配置するとともに、複数個の吸入孔をリードバルブ（吸入弁）の自由端最外部によって同時に開閉するように構成することにより、真円形孔形状に形成された従来の吸入孔に比べて、エア通過面積を増加することができる。

（２）エア通過面積を増加することにより、大気圧とシリンダ室内との圧力差を小さく抑制することができるので、油上がりの発生を防止することができる。

（３）エア通過面積が小さいと、エアが吸入路２８に相対的に滞ってしまうことにより、冷却水路３０の冷却水の熱が吸入路２８に滞ったエアを伝って吐出路１９のエアの温度を上昇させる現象が発生するが、エア通過面積が大きいと、エアが吸入路２８に滞ることがないので、冷却水路３０の冷却水が吐出路１９のエア温度を上昇させる現象の発生を未然に防止することができる。

（４）隣り合う吸入孔同士間にリブを介設することにより、バルブプレートの剛性が低下するのを防止することができるので、ガスケット破損等の弊害の発生を防止することができる。

（５）複数個の吸入孔をバルブプレートの外周縁辺部付近に同心円に配列することにより、吸入弁を小型化することができる。

（６）複数個の吸入孔の周囲の肉厚をバルブプレート全体の肉厚よりも薄くすることにより、エアコンプレッサ全体の重量を低減することができ、また、エアの流路抵抗を低減することができる。

（７）吸入口を複数個の長円形孔形状の吸入孔を同心円上に配置するとともに、複数個の吸入孔をリードバルブ（吸入弁）の自由端最外部によって同時に開閉するように構成することにより、エア通過面積が複数個の吸入孔の長軸の合計と吸入弁リフト量との積となるので、バルブプレート全体を活用することができ、バルブプレートの形状を最適化することができる。

なお、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々に変更が可能であることはいうまでもない。

吸入孔の数は、３個に設定するに限らず、２個または４個以上に設定してもよい。

円弧Ｒとシリンダ室は必ずしも同心円でなくともよい。すなわち、複数個の吸入孔はシリンダ室の中心と同心円に配置しなくともよい。

前記実施例においては、自動車用エアブレーキ装置に使用されるエアコンプレッサについて説明したが、本発明はこれに限らず、他の用途に使用されるエアコンプレッサ等、エアコンプレッサ全般に適用することができる。

本発明の一実施形態であるエアコンプレッサが使用されたエアブレーキ装置を示す模式図である。 本発明の一実施形態であるエアコンプレッサを示す一部省略正面断面図である。 バルブプレート部分を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図、である。 バルブプレートを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図である。 バルブプレートを示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は底面図である。

符号の説明

１…エアブレーキ装置、２…エンジン（駆動装置）、３…エアクリーナ、４…冷却水系、５…ブレーキ作動装置、６…リザーバ、７…チェック弁、８…エアドライヤ、９…プレッシャレギュレータ、
１１…エアコンプレッサ、１２…シリンダ本体、１３…シリンダ室、１４…ピストン、１５…シリンダヘッド、１６…バルブプレート、
１７…吐出口、１８…吐出弁、１９…吐出路、
２０…吸入口、２１Ａ、２１Ｂ、２１Ｃ…吸入孔、２２…シール溝、２３…吸入口形成穴、２４…リブ、２５…吸入弁、２６…リードバルブ、２７…ねじ部材、２８…吸入路、 ３０…冷却水路。

Claims (5)

1. シリンダ本体に形成されたシリンダ室と、該シリンダ室に往復摺動自在に嵌合され駆動装置により往復運動されるピストンと、前記シリンダ室を閉塞したバルブプレートと、該バルブプレートに開設されて前記シリンダ室に連通した吸入口と、該吸入口を開閉する吸入弁と、前記バルブプレートに開設されて前記シリンダ室に連通した吐出口と、該吐出口を開閉する吐出弁と、を備えているエアコンプレッサにおいて、
   前記吸入口は長孔形状の吸入孔を複数個備えており、
   該複数個の吸入孔は前記バルブプレートのシリンダ室反対側端面の周辺部であって前記吸入弁の外縁部より内側に没設された吸入口形成穴の底面に同心円上に配置されて開設されているとともに、前記複数個の吸入孔周囲の肉厚は前記バルブプレートの肉厚よりも薄く形成されており、
   前記複数個の吸入孔同士間には前記バルブプレートの中心から放射状に延在するリブが前記吸入口形成穴底面上に設けられており、該リブの肉厚は前記吸入口形成穴の深さよりも小さく設定されている、
   ことを特徴とするエアコンプレッサ。
2. 前記吸入弁は薄い板によって形成された弁体を備えており、該弁体は一端が固定されて自由端部において前記複数個の吸入孔を開閉するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエアコンプレッサ。
3. 前記弁体が自由端部の最も外側で前記複数個の吸入孔に対向するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のエアコンプレッサ。
4. 前記吸入孔は、前記シリンダ室の中心と同心円に配置されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載のエアコンプレッサ。
5. 前記リブの肉厚が前記吸入孔周囲の肉厚よりも薄く設定されている、ことを特徴とする請求項１、２、３または４に記載のエアコンプレッサ。

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