JP6074578B2 - 車両用圧縮空気を発生する往復ピストン圧縮機用の往復ピストン - Google Patents

Description

本発明は、車両特に実用車用圧縮空気を発生する往復ピストン圧縮機用の往復ピストンであって、往復ピストンが、ピストンヘッド、ピストン胴部壁を持つピストン胴部、及びピストンピンを受入れるピンボスを有するピストン本体を含み、かつピストン本体の２つの取巻き環状溝へ挿入可能な少なくとも２つのピストンリングなるべく３つのピストンリングを含み、これらのピストンリングのうち少なくともピストンヘッドに近い方のピストンリングが、圧縮リングとして構成され、少なくとも１つのピストンリングなるべくピストン胴部に最も近いピストンリングが、油かき取りリングとして構成され、２つの環状溝の間、及びピストンヘッドとこのピストンヘッドの最も近くに設けられる第１の環状溝及び一方又は他方の環状溝から遠い方の側でピストン胴部の最も近くに設けられている第３の環状溝との間に、ピストン本体の隆起が存在するものに関する。

前記の種類の往復ピストンでは、供給される空気への不快又は有害な油取出しが起こる可能性がある。取出されて空気へ導入される油は、この空気を供給されるシステム又は他の後続システムの汚れを生じ、これらの汚れが、サービス技術上除去困難でシステムの寿命を短くすることがある重大な問題を生じる可能性がある。

それは別として、この汚れた空気は環境を著しく悪化する。

従って本発明の基礎になっている課題は、前述した油取出しを考慮して、供給される空気の清潔保持を改善することである。

最初にあげた種類の往復ピストンにおいて、この課題は、本発明によれば、ピストン本体の隆起の少なくとも１つが、ピストン本体の軸線に対して平行に測定されるその隆起高さの少なくとも一部にわたって、少なくとも１つの凹所により、ピストン本体の直径に対して引込められていることによって解決される。

本発明によるこの解決策によって、全体として往復ピストンの圧縮特性の改善が行われる。特にこれによりピストンリングの領域（リング領域）における補償容積又は流れ断面が得られ、それによりリング間空間圧力が適切に設定され、かつ／又は油を含む空気の流れが、往復ピストン圧縮機の駆動側空間からの油取出しに関して、困難にされる。

本発明による有利な別の展開又は本発明による往復ピストンの好ましい構成は、従属請求項からわかる。

本発明によるピストンの好ましい展開によれば、ピストン本体の隆起が、異なる形状を持つ凹所及び／又は凹所により異なるように形成されている。これにより本発明による往復ピストンの断面を特によく変化し、起こり得る油取出し又は油移行又は油漏れに関してピストンの密封性を改善することができる。特にピストンヘッドとその最も近くに設けられるピストンリングとの間にある往復ピストンのいわゆるトップランドも、これらの手段に含めることができる。

それぞれ関係する隆起にそれぞれ設けられる段は、特に１つの段であるか又はこれを持ち、又はピストン本体を取巻く溝であるか又はこれを持ち、かつ／又はピストン本体を取巻く面取り部であるか又はこれを持つことができる。

このような面取り部は、環状溝に隣接し、かつ／又は環状溝に近い方に又はこれから遠い方にあることができる。

本発明による往復ピストンの別の展開によれば、少なくとも１つの凹所が、ピストン本体の軸線に関してピストン本体の周りに回転対称にかつ／又は偏心して取巻いている。その際往復ピストンのピストンピン方向に対して、特に連接棒揺動方向における非対称及び／又は偏心率の異なる程度を設けることができる。

凹所の取巻きが実質的に長円形又は楕円形であるか又は自由形状であってもよい。

凹所の全体の取巻きに関して見て非対称又は偏心とは無関係に、少なくとも１つの凹所が、一定でない凹所深さを持つピストン本体を取巻いており、従って連続的に又は部分的に異なる半径方向凹所深さを持つようにすることができる。もちろん一定でない凹所深さにより、結局非対称又は偏心も得られるようにすることができる。

本発明による往復ピストンの密封性のために、関与するピストンリング又はその選択において、本発明による手段をとるのがよい。

このため例えば少なくとも１つのピストンリングが圧縮リングとして構成され、このため突起付きテーパ圧縮リングが設けられている。

少なくとも１つの別のピストンリングが油かき取りリングとして構成され、このため筒状ばねリングなるべく同一面取り筒状ばねリング又は屋根状面取り筒状ばねリングが設けられている。例えばピストンリングが破断した場合、特に圧縮作用に関して冗長性を保つため、２つの圧縮リング及び１つの油かき取りリングがなるべく使用される。

本発明の展開によれば、油かき取りリングとして設けられる筒状ばねリングが外方へ突出する少なくとも２つの隆起を持っている。これによりこの範囲における油密性が、与えられた課題の本発明による解決策において改善される。

本発明によれば、好んで設けられるように、筒状ばねリングの隆起が、ピストンリングの軸線に対して平行に測って、ピストンリングの高さの２０％より大きくなくかつピストンリングの高さの１０％より大きくない隆起高さを持っていると、特別な改善が行われることがわかった。しかしその際筒状ばねリングの隆起が、ピストンリングの軸線に対して平行に測って異なる大きさの隆起高さを持っていることによって、更に改善が行われる。

好んで設けられる同一面取り筒状リング又は屋根状面取り筒状リングでは、隆起が結合角を持ち、隆起の結合角が０〜６０°の大きさを持っている。隆起の結合角が異なる角度大きさ及び／又は非対称な角度大きさを持っていてもよい。

本発明の次の展開によれば、油かき取りリングが、油の半径方向通過用の少なくとも１つなるべく複数の油排出部を持っている。油排出部が例えば穴又はスリットとして構成されている。これにより油転送が有利に更に減少される。

更に本発明の展開により、油かき取りのために設けられる環状溝が少なくとも１つのなるべく複数の油排出部を持っていると、これらの油排出部がピストン本体の中空の内部に対して閉じられ、例えば槽状又は湾状に形成されるか、又はピストン本体の中空の内部へ導かれ、その際油かき取り環の少なくとも１つの油排出部が、環状溝の少なくとも１つの油排出部と少なくとも一部一致している。環状溝の油排出部が、環状溝の周方向にスリット状延長部を持っていてもよい。

それ以外の本発明の特徴がわかる実施例が図面に示されている。

本発明による往復ピストンの断面を示す。 図１の細部１ｂを拡大図で示す。 突起付きテーパ圧縮リングとして構成される圧縮リングの断面図を示す。 図２による細部の別の実施例を示す。 図１又は４による隆起にある凹所形状の異なる可能例を示す。 図１又は４による隆起にある凹所形状の異なる可能例を示す。 凹所を持つ隆起の細部を断面図で示す。 図７による凹所の周囲線を図７にＡ−Ａで示す断面図の平面図で示す。 油かき取りリングの例を断面図及び部分図で示す。 油かき取りリングの別の実施例の側面図を示す。 油かき取りリング用環状溝の例を断面図で示す。 油かき取りリング用環状溝の別の例を断面図で示す。

図１は本発明による往復ピストンの断面を示す。往復ピストンはピストンヘッド１ａ、ピンボス１ｃ、ピストン胴部壁１ｄを持つピストン胴部、及びピストン胴部壁１ｄをピストンボス１ｃと結合するケース壁１ｅを持っている。

更に往復ピストンは、更に詳細に説明する３つの環状溝を持つリング区域１ｂを持っている。この図１からも、環状溝を区画する個々の隆起が本発明による凹所を持っていることがわかる。

図２は、図１によるリング区域１ｂを拡大図で示す。

複数の環状溝は、そこではピストンヘッド１ａから始まって第１の環状溝１、第２の環状溝２及び第３の環状溝３と番号をつけられている。３つの環状溝を区画する隆起も同様に、第１の隆起３ａ１、第２の隆起３ａ２、第３の隆起３ａ３、第４の隆起３ａ４と番号をつけられている。第１の隆起３ａ１はいわゆるトップランドである。隆起３ａ２〜３ａ４は、本発明により往復ピストンの外周面に対して半径方向に引込められるか又は切込まれている取巻き凹所３ｂの例を示す。図２による実施例では、凹所３ｂはそれぞれ段状に引込められている。

第１の環状溝１及び第２の環状溝２は、例えば図３に断面で示すように突起付きテーパ圧縮リングとして構成できる圧縮リングのために設けられている。

第３の環状溝は、例えば図９又は１０に示されているように油かき取りリングのために設けられている。

図４のａ）〜ｄ）はリング区域１ｂの別の可能な実施例を示し、それぞれの隆起３ａ２〜３ａ３は凹所３ｂの異なる可能な断面形状を示している。例には示されてないが、トップランド３ａ１も凹所を持つことができるであろう。図４のａ）〜ｄ）に示す隆起３ａ１〜３ａ４は互いに無関係に変化可能である。この場合符号は図２のそれに一致する。

図５のａ）〜ｄ）は、特に圧縮ピストンリング溝（第１のリング溝１及び／又は第２のリング溝２）の下の隆起用の凹所３ｂの更に別の可能な断面を示す。

図６のａ）〜ｄ）は、特に油かき取りピストンリング溝（第３のリング溝３）の下の隆起用の凹所３ｂの更に別の可能な断面を示す。

図５のａ）では、凹所３ｂの直径φＹは、ピストン胴部又はピストン胴部壁１ｄの直径φＸ（図１参照）に対して段状に引込められ、即ちピストン胴部の直径φＸは凹所３ｂの直径φＹより大きい。図５のｂ）の構成は図５のａ）に類似しているが、ここでは直径φＸと直径φＹとの間で角αをなして面取り部が設けられている。図５のｃ）では、溝の形の凹所３ｂが設けられ、溝の直径φＹはピストン胴部の直径より小さい、図５のｄ）には図５のａ）又はｂ）とｃ）との組合わせが示され、凹所３ｂの溝の直径φＺ及び溝の下にある直径φＹを持つ凹所の範囲は、ピストン胴部の直径φＸより小さい。

図６のａ）によれば、凹所３ｂの直径φＡは、ピストン胴部又はピストン胴部壁の直径φＢに対して段状に引込んでおり、即ちピストン胴部の直径φＢは凹所３ｂの直径φＡより大きい。図６のｂ）の構成は図６のａ）に類似しており、ここでは直径φＢで、第３の環状溝３に対して角βをなして面取り部が設けられている。図６のｃ）では、図６のａ）に類似し、ここでは凹所３ｂの高さが図６のａ）におけるより小さい。図６のｄ）は図６のａ）又はｃ）とｂ）との組合わせが示されている。この場合ピストン胴部の直径φＢは凹所３ｂの直径φＡより大きく、更にピストン胴部の直径φＡと凹所３ｂの直径φＡとの間に、角βをなして面取り部が設けられている。

図７は、切断線Ａ，Ａを持つ凹所３ｂを持ちかつ２つの環状溝の間にある隆起の断面図を示す。図８に従ってこの切断線Ａ，Ａを見ると、この例では、凹所３ｂが往復ピストンの軸線に関して非対称にかつ／又は偏心して形成可能であり、凹所３ｂの切込み深さはその循環中に例えば異なる大きさであってもよいことがわかる。特に凹所循環の卵形又は楕円形が考えられる。この場合ピストンピンの方向は矢印Ｋで示され、また連接棒揺動方向は矢印Ｐで示される。

図９及び１０は、油かき取りリングの可能な構成として、同一面取り筒状ばねリング（図９）及び屋根状面取り筒状ばねリング（図１０）を示す。油かき取りリングの例は、半径方向に突出する２つの隆起５ａ，ｂ又は９ａ，ｂを持つそれぞれ１つの母体５ｄ又は９ｄを持っている。更に両方の実施例はばね体５ｅ又は９ｅを持っている。更に両方の例において、隆起５ａ，ｂ又は９ａ，ｂの間に油排出部として穴５ｃ又は９ｃが設けられている。図９のｂ）及びｃ）に示すように、これらの油排出部は、油かき取りリングの周囲にわたって分布した穴５ｃ又は長く延びたスリット５ｃとして形成することもできるであろう。

図９による同一面取り筒状ばねリングは、例えば幾何学的に、隆起５ａの隆起高さ５ｄ１と隆起５ｂの隆起高さ５ｄ２との和が同一面取り筒状ばねリング全体のリング高さ５ｆの２０％より小さく、それぞれの隆起高さ５ｄ１又は５ｄ２はそれぞれリング高さ５ｆの１０％にすぎない。例えばリング高さ５ｆ＝４ｍｍであると、隆起５ａの隆起高さ５ｄ１及び隆起５ｂの隆起高さ５ｄ２はそれぞれ０．４ｍｍより小さくなければならない。

図１０による屋根状面取り筒状ばねリングは、例えば幾何学的に次のように設計することができる。即ち隆起９ａの隆起高さ９ｄ１と隆起９ｂの隆起高さ９ｄ２との和が、同一面取り筒状ばねリング全体のリング高さ９ｆの２０％より小さく、それぞれの隆起高さ９ｄ１又は９ｄ２はリング高さ９ｆのそれぞれ１０％にすぎない。例えばリング高さ９ｆ＝４ｍｍであると、隆起９ａの隆起高さ９ｄ１及び隆起９ｂの隆起高さ９ｄ２はそれぞれ０．４ｍｍより小さくなければならない。

隆起５ａ，５ｂ又は９ａ，９ｂは、次のような軸線方向高さ、即ちそれぞれの隆起高さが全油かき取りリング高さの１０％より大きくなく、隆起高さが合わせてこの全油かき取りリング高さの２０％より大きくないような高さを持っているようにする。

結合角は、同様に図９及び１０に例示的にのみ示すように変化することができる。

図１１及び１２には、油かき取りリング用の第３の環状溝の別の可能な例が断面図で示されている。これらの図において、第３の環状溝３も、（１１ｃの所で）ピストン胴部壁１ｄを貫通するか又は（１２ｃの所で）盲穴として形成されて油かき取りリングの油排出部５ｃ（図９）又は９ｃ（図１０）と少なくとも部分的に一致できる少なくとも１つなるべく複数の油排出部１１ｃ又は１２ｃを持つことができる。

Claims (21)

1. 車両用圧縮空気を発生する往復ピストン圧縮機用の往復ピストンであって、前記往復ピストンが、ピストンヘッド（１ａ）、ピストン胴部壁（１ｄ）を持つピストン胴部（１ｄ）、及びピストンピンを受入れるピンボス（１ｃ）を有するピストン本体を含み、かつ前記ピストン本体の２つの取巻き環状溝（１；２；３）へ挿入可能な少なくとも２つのピストンリングを含み、これらのピストンリングのうち少なくとも前記ピストンヘッド（１ａ）に近い方のピストンリングが、圧縮リングとして構成され、少なくとも１つのピストンリングが、油かき取りリングとして構成され、２つの環状溝（１；２；３）の間、及び前記ピストンヘッド（１ａ）とこのピストンヘッド（１ａ）の最も近くに設けられる第１の環状溝（１）及び一方又は他方の前記環状溝から遠い方の側で前記ピストン胴部の最も近くに設けられている第３の環状溝（３）との間に、前記ピストン本体の隆起（３ａ２；３ａ３）が存在するものにおいて、
   前記ピストン本体の前記隆起（３ａ２；３ａ３）の少なくとも１つが、前記ピストン本体の軸線に対して平行に測定されるその隆起高さの少なくとも一部にわたって、少なくとも１つの凹所（３ｂ）により、前記ピストン本体の直径に対して引込められていること、少なくとも１つの凹所（３ｂ）が、前記ピストン本体を取巻く面取り部であるか又はこれを持っていること、及び前記面取り部が環状溝（１；２；３）に隣接し、かつ／又は前記環状溝（１；２；３）に近い方にあるか又は遠い方にあることを特徴とする、往復ピストン。
2. 前記ピストンヘッド（１ａ）と前記第１の環状溝（１）との間の第１の隆起（３ａ１）及び／又は前記第３の環状溝（３）と凹所（３ｂ）とのピストン胴部との間の第４の隆起（３ａ４）も、凹所（３ｂ）を持っていることを特徴とする、請求項１に記載の往復ピストン。
3. 前記ピストン本体の隆起（３ａ１；３ａ２；３ａ３；３ａ４）が、異なる形状を持つ凹所（３ｂ）によりかつ／又は凹所（３ｂ）により異なるように形成されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載の往復ピストン。
4. 少なくとも１つの凹所（３ｂ）が、段であるか又はこれを持っていることを特徴とする、請求項１〜３の１つに記載の往復ピストン。
5. 少なくとも１つの凹所（３ｂ）が前記ピストン本体を取巻く溝であるか又はこれを持っていることを特徴とする、請求項１〜４の１つに記載の往復ピストン。
6. 少なくとも１つの凹所（３ｂ）が、前記ピストン本体の軸線に関してピストン本体の周りに回転非対称にかつ／又は偏心して取巻いていることを特徴とする、請求項１〜５の１つに記載の往復ピストン。
7. 前記凹所（３ｂ）の取巻きが実質的に長円形又は楕円形であることを特徴とする、請求項６に記載の往復ピストン。
8. 少なくとも１つの凹所（３ｂ）が、一定でない凹所深さを持つピストン本体を取巻いていることを特徴とする、請求項１〜７の１つに記載の往復ピストン。
9. 少なくとも１つのピストンリングが圧縮リングとして構成され、このため突起付きテーパ圧縮リングが設けられていることを特徴とする、請求項１〜８の１つに記載の往復ピストン。
10. 少なくとも１つのピストンリングが油かき取りリングとして構成され、このため筒状ばねリングが設けられていることを特徴とする、請求項１〜９の１つに記載の往復ピストン。
11. 前記筒状ばねリングが外方へ突出する少なくとも２つの隆起（５ａ，５ｂ；９ａ，９ｂ）を持っていることを特徴とする、請求項１０に記載の往復ピストン。
12. 前記筒状ばねリングの隆起（５ａｂ；９ａｂ）が、前記ピストンリングの軸線に対して平行に測って、合計でピストンリングの高さの２０％より大きくなくかつそれぞれピストンリングの高さの１０％より大きくない隆起高さ（５ｄ１，５ｄ２；９ｄ１，９ｄ２）を持っていることを特徴とする、請求項１１に記載の往復ピストン。
13. 前記筒状ばねリングの隆起（５ａ，５ｂ；９ａ，９ｂ）が、ピストンリングの軸線に対して平行に測って異なる大きさの隆起高さ（５ｄ１，５ｄ２；９ｄ１，９ｄ２）を持っていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の往復ピストン。
14. 前記筒状ばねリングの隆起（５ａ，５ｂ；９ａ，９ｂ）の結合角（α，β）が０〜６０°の大きさを持っていることを特徴とする、請求項１１〜１３の１つに記載の往復ピストン。
15. 前記筒状ばねリングの隆起（５ａ，５ｂ；９ａ，９ｂ）の結合角（α，β）が異なる角度大きさ及び／又は非対称な角度大きさを持っていることを特徴とする、請求項１１〜１４の１つに記載の往復ピストン。
16. 前記油かき取りリングが、油の半径方向通過用の少なくとも１つの油排出部を持っていることを特徴とする、請求項１０〜１５の１つに記載の往復ピストン。
17. 前記油排出部が穴（５ｃ１）又はスリット（５ｃ２）として構成されていることを特徴とする、請求項１６に記載の往復ピストン。
18. 油かき取りのために設けられる第３の環状溝（３）が少なくとも１つの油排出部を持っていることを特徴とする、請求項１〜１７の１つに記載の往復ピストン。
19. 前記油排出部が前記ピストン本体の中空の内部に対して閉じられているか、又はピストン本体の中空の内部へ導かれていることを特徴とする、請求項１８に記載の往復ピストン。
20. 前記油排出部が、前記第３の環状溝の周方向にスリット状延長部を持っていることを特徴とする、請求項１７又は１８に記載の往復ピストン。
21. 前記油かき取り環の少なくとも１つの油排出部が、前記第３の環状溝（３）の少なくとも１つの油排出部と少なくとも一部一致していることを特徴とする、請求項１６〜２０の１つに記載の往復ピストン。

Images