JP6907248B2 - ２段空気圧縮機 - Google Patents

Description

本発明は、空気ダクトによって互いに接続されて、Ｖ字形に配置されベースブロックに組み込まれるそれぞれのシリンダブロック内に画定される、２つのシリンダが設けられる２段を有する空気圧縮機に関する。圧縮機が潤滑油を使用し、ベースブロック外側の電気モータによって駆動されるクランクシャフトを収容するタイプのものである場合は、通常、ベースブロックの中に圧縮機のクランクケースが画定される。

前述の基本特性を有するが、これらの圧縮機の形成に必要とされる構成部品の数に主に起因するたとえば製造コストに影響するいくつかの不都合を示す２段空気圧縮機が当業界でよく知られているが、これは、簡潔化の程度の低下を示す。

たとえば、圧縮機が潤滑油を使用するタイプのものである場合、その酸化を低減しまたは遅らせるための潤滑油の冷却度の限界、シリンダブロックの冷却度の限界に起因する圧縮機のエネルギー効率を危うくする第１の圧縮段と第２の圧縮段との間の望ましくない空気温度差、およびまた、圧縮機本体を通して熱の均一な分布を得ることの困難さなどの、他の不完全な面を、前記圧縮機は見せる。

文献米国特許第５０２０９７３号明細書および米国特許第２５７６８７６号明細書は、通常のカウンタウェイトを持つクランクシャフトを収容するベースブロックに取り付けられる２つのＶ字形シリンダブロックを提示する、２段空気圧縮機に言及している。前記２つの先行する構造は、空気ダクトを提示し、これは、第１段シリンダの出口を、完全にシリンダブロックおよびベースブロック外側の別々の部片として形成される第２段シリンダの入口と連通し、それにより、取り付けられるべき余分の部品を必要とし、圧縮機の簡潔化の程度を低下させる。

文献米国特許第１０２４９１９号明細書は、単一ブロックとして形成されて、ベースブロックに単一部材として組み込まれた２つのＶ字形シリンダブロックを備え、前記シリンダブロックがそれぞれの弁を通して導入室および吐出室につながる内部通路を単一部材で組み込む、油圧ポンプに言及している。流体導入および流体吐出の内部通路を組み込む単一のブロックを提示しているが、この先行する解決策は、空気ダクトを通して相互に連結した２段を持つ空気圧縮機を指すものではない。したがって、単一のブロックを提示しているが、これは、ポンプ本体から上方へ突出する外部の追加要素を含む圧縮機本体を通しての簡潔化および均一な熱分布の技術的効果をもたらさない。

もう１つの知られている構造が仏国特許出願公開第９３２９５３号明細書に説明されており、これは、流体導入および流体吐出内部通路を単一部材で組み込むシリンダブロックを持つ、ベースブロックに単一部材で組み込まれる２つのＶ字形シリンダブロックを備える、単一部材で形成される油圧ポンプに言及している。流体導入および流体吐出内部通路を組み込む単一ブロックを提示しているにもかかわらず、この先行する解決策はまた、空気ダクトを通して相互に連結した２段を持つ圧縮機に言及しておらず、したがって、２段空気圧縮機の効率のよい動作を得るために必要な技術的効果をもたらさない。

文献米国特許第２０３０７５９号明細書は、１段のみを持つが、ベースブロックに取り付けられる単一ブロックとして形成されるＶ字形シリンダを提示し、各シリンダブロック部分がその側壁に冷媒流体循環室を組み込む、空気圧縮機を説明している。冷却室を組み込んだシリンダブロック部分を示しているが、この先行する圧縮機は、２つの段を相互に連結し、空気圧冷却室を使って各隣接する圧縮室から間隔を置いて配置されたままにするために、ブロック部分に内部で形成されるいかなる空気ダクトも提示していない。

注目され得るように、圧縮機またはポンプブロックを単一部材でまたは複数部材で使用し、Ｖ字形シリンダ内に２段を有する既知の解決策は、アセンブリの適切な簡潔化を同時に保証することができる構造的特性、ベースブロック内での潤滑油の適切な冷却、第１段から第２段へ圧縮または圧送される流体の温度差の減少、ならびに圧縮機／ポンプアセンブリの適切な温度均一化を提供していない。

米国特許第５０２０９７３号明細書 米国特許第２５７６８７６号明細書 米国特許第１０２４９１９号明細書 仏国特許出願公開第９３２９５３号明細書 米国特許第２０３０７５９号明細書

上述の、知られている構造的解決策に関係がある欠点のため、本発明の目的は、シリンダブロックであって、Ｖ字形に配置されベースブロックに組み込まれ、コンパクトな構造を提示し、存在する場合には潤滑油の適切な冷却度と、第一段から第二段へ通過する流体の適切な温度差と、また圧縮機構造を通して熱の均一な分布とを保証する、シリンダブロックから成る２段空気圧縮機を提供することである。

上述した一般的な目的を達成するために、本発明は、最終的な潤滑油を有するクランクケースを規定し、クランクシャフトを収容し支持するベースブロックに固定される第１および第２シリンダブロックを有する、２段空気圧縮機を提案する。

本発明によれば、第１および第２のシリンダブロックは、各シリンダブロック内に画定されるシリンダを閉鎖するシリンダヘッドの内部に通じている外側端部と、ベースブロックに向けられる内側端部とを有する、第１および第２のダクト部をそれぞれ組み込む。このベースブロックは、第１のおよび第２のダクト部の内側端部を接続する第３のダクト部を単一部材で組み込み、第１の圧縮段のシリンダを第２の圧縮段のシリンダに接続する圧縮空気ダクトをそれと共に形成する。

上記で定義した構造により、圧縮機の２段を接続するためのいかなる外部ダクトも排除し、その外形寸法ならびにその取り付け部品の数を減少させ、同時に潤滑油を使用する圧縮機において、クランクケースの潤滑油と直接接触している第３ダクト部を維持することができる。それにより、潤滑油は第１の圧縮段から第２の圧縮段へ伝達されている圧縮空気から熱を除去することができ、潤滑油によって吸収された熱をシリンダブロックのおよびベースブロックの外側のそばを通る冷却空気流に伝達する。

本発明は、本空気圧縮機のための可能な構造の例を介して与えられる、添付の図面を参照して以下に説明されることになる。

保護フェアリングによって取り囲まれる、本発明の空気圧縮機の端部の斜視図である。 保護フェアリングによって取り囲まれる、本発明の空気圧縮機の反対側の斜視図である。 保護フェアリングが開いている、シリンダブロックに隣接する端部から見た、図１に示される本発明の空気圧縮機の端面図である。 図３の矢印ＩＶ−ＩＶによって見た場合の、圧縮機の縦断面図である。 図４の矢印Ｖ−Ｖによって見た、圧縮機の幾分拡大した断面図である。 図４の矢印ＶＩ−ＶＩによって見た、圧縮機の断面図である。

既に注釈され、添付の図面に示されているように、本空気圧縮機は、「Ｖ」字形に配置され、第１および第２のシリンダＣ１、Ｃ２をそれぞれ画定し、ベースブロック３０に固定される、第１および第２のシリンダブロック１０、２０を有する、２段が設けられるタイプのものである。前記シリンダは、このタイプの機械に一般的に使用される金属材料で普通は鋳造される。第１および第２のシリンダブロック１０、２０は、ベースブロック３０のそれぞれの開いた上部領域に対して普通はボルト１０ａ、２０ａを介して着座され固定される。

ベースブロック３０は、潤滑油を収容するクランクケース４０を画定し、各シリンダＣ１、Ｃ２は、バルブプレートＰＶ１、ＰＶ２ｅによっておよびシリンダヘッド５０、６０によって閉鎖される自由端を有し、各シリンダヘッド５０、６０は、それぞれの吸込室５１、６１および吐出室５２、６２を画定し、各シリンダＣ１、Ｃ２は、ベースブロック３０に収容され回転自在に支持されるクランクシャフト７０によって往復運動で変位させられるようにそれぞれのピストンＰ１、Ｐ２を収容する。

図示の構造においては、ベースブロック３０は、蓋３０ａによって閉じられる外側端部と、端壁３２によって閉じられる反対側端部とを有し、この端壁３２は、第１の転がり軸受Ｒ１のためのハウジングを画定するように環状に形成され、前記端壁３２は、支持体３３から間隔を置いて配置され、長手方向ストラット３４を通してその上に固定される支持体３３を担持し、支持体３３は、その中央領域に第２の転がり軸受Ｒ２のためのハウジングを画定し、端壁３２に向けられる環状形状を有する。

ベースブロック３０の内部に貫通して、その周りにコネクティングロッドＢ１、Ｂ２の大きなアイ（ｅｙｅ）が取り付けられる偏心軸部７１を担持する、内側端部７０ａを有するクランクシャフト７０の端部分を、第１および第２の転がり軸受Ｒ１、Ｒ２は支持している。その小さい方のアイは、第１のピストンＰ１におよび第２のピストンＰ２にそれぞれ連結される。

第１の転がり軸受Ｒ１と第２の転がり軸受Ｒ２との間に画定されるクランクシャフト７０の中央部分は、電気モータ８０のロータ８１を担持し、そのステータ８２は、ベースブロック３０の端壁３２におよび支持体３３にそれぞれ固定されるその端部を有する。

クランクシャフト７０は、半径方向流のファンＶを受け止めるように支持体３３よりも先に突出する外側端部７０ｂを提示し、このファンＶは、モータ８０の回転と共に、蓋３０ａの周りでベースブロック３０の端部領域に放出されるように、モータ８０を通過する、ベースブロック３０の周りの軸線方向の空気流を生成する。

クランクシャフト７０ｅの電気モータ８０のおよびファンＶの取付け配置は、上述のおよび添付図面に示されるように、ただ１つの例示的な取付け配置を示すが、これは、以下に説明されるように本発明の基本的態様を限定するものとして本明細書において理解されるべきではない。

本発明によれば、第１および第２のシリンダブロック１０、２０は、それぞれのシリンダＣ１、Ｃ２のシリンダヘッド５０、６０の内部に通じている外側端部１１ａ、２１ａと、ベースブロック３０に向けられる内側端部１１ｂ、２１ｂとを有する第１および第２のダクト部１１、２１を単一部材でそれぞれ組み込んでいる。

第１および第２のダクト部１１、２１の内端１１ｂ、２１ｂを接続して、第１のシリンダＣ１の吐出室５２を第２のシリンダＣ２の吸込室６１に接続する圧縮空気ダクトＣＡをそれと共に形成する、第３のダクト部３１を、ベースブロック３０はその順番でまた単一部材で組み込む。

好ましい図示の構造においては、第１および第２のダクト部１１、２１は、他のシリンダブロック１０，２０に向けられるシリンダブロック１０、２０の外壁部１２、２２とそれぞれのシリンダＣ１、Ｃ２との間でそれぞれのシリンダブロック１０、２０に沿って長手方向に配置され、９０°エルボの形の第３ダクト部３１は、ベースブロック３０のクランクケース４０の内部に形成され、第１および第２のダクト部１１、２１を互いに接続し、圧縮空気ダクトＣＡを形成する。

さらに本発明によれば、第１および第２のシリンダブロック１０、２０には、それぞれ、それぞれのシリンダＣ１、Ｃ２とそれぞれのダクト部１１、２１との間に画定される換気室１３、２３が設けられ、この換気室１３、２３は、クランクシャフト７０の方向と一致する方向に従って両側で開いている。

換気室１３、２３を設けることにより、圧縮空気ダクトＣＡは軸流ファンＶによって生成される空気流の一部が通されるプレナムによってシリンダＣ１、Ｃ２から適切に隔離されたままでいることができる。それにより、シリンダＣ１、Ｃ２の内部で圧縮空気を圧縮する仕事中に第１および第２のピストンＰ１、Ｐ２の両方の動作によって発生する熱源に熱的にあまり影響されやすくない圧縮空気ダクトＣＡを維持することに加えて、モータ８０の効率的な冷却ばかりでなくシリンダＣ１、Ｃ２の効率的な冷却も保証される。

既に上で述べたように、上で規定した構造は、その外形寸法ならびにその取り付け部品の数を減少させること、および同時にクランクケースの潤滑油と直接接触している第３のダクト部を維持することによって、圧縮機の２段を接続するための外部空気ダクトを設けることを排除し、それにより、潤滑油は第１の圧縮段から第２の圧縮段へ伝達されている圧縮空気から熱を除去することができ、潤滑油によって吸収された熱をシリンダブロックのおよびベースブロックの外側のそばを、また換気室１３、２３を通過する冷却空気流に伝達する。

可能な限りの最もコンパクトな構造を維持するために、それぞれ、第１および第２のシリンダＣ１、Ｃ２のシリンダヘッド５０、６０は、それぞれのシリンダヘッド５０、６０の内部に向けられる冷却フィン５３ａ、６３ａを単一部材で組み込む端壁５３、６３を有し、前記シリンダヘッド５０、６０の高さを増大させることなく、ファンＶによって生成される強制空気流との熱交換のための表面積を増大させる。

本圧縮機の構造は、ファンＶと、モータ８０と、部分的にはベースブロック３０と、また、横方向におよび上方に第１および第２のシリンダブロック１０、２０とを半径方向間隙によって、横方向に、上方におよび下方に取り囲む管状フェアリング９０であって、それを通じてファンＶによって引かれる空気が流入されるグリッド９５によって閉じられるファンＶに面する１つの端部と、第１および第２のシリンダブロック１０、２０および横方向にベースブロック３０を横方向におよび上方に、部分的に、かつ圧縮機アセンブリの長手方向に取り囲む反対側の開いた端部と、を有する、管状フェアリング９０を設けることによって完成される。

シリンダブロック１０、２０とファンＶによって生成される強制空気流との間の熱交換をさらに増大させることを目的として、第１および第２のシリンダブロック１０、２０は、フェアリング９０の内部に収容される外部半径方向フィン１５、２５を、一般に単一部材で組み込む。強制空気流とのより大きい効率的な熱交換を提供するのと同じ理由で、ベースブロック３０は、フェアリング９０の隣接する開放端の外側のベースブロック３０の領域で、それから外向きに、およびクランクケース４０の下に突出する下部フィン３５を一般に単一部材で組み込む。下部フィン３５は、ファンＶによって生成される強制空気流によって、ベースブロック３０のおよびその中に収容される最終的な潤滑油のより良好な冷却を促進する。

図１、図２および図３に示されるように、圧縮機には、従来、第１のシリンダＣ１の吸入室５１に直接流入される前にフィルタＦを通過する圧縮されることになる大気を作るために、第１のシリンダブロック１０の外部に、およびフェアリング９０の開口端に外部的に、直接取り付けられるエアフィルタＦがさらに設けられる。

本発明を実施する１つの方法のみが本明細書において説明され示されているが、本明細書に添付する特許請求の範囲に規定される構成概念から逸脱することなく、要素の形状および相対的位置決めに関して変更が行われ得ることを理解されたい。

Claims (4)

1. Ｖ字形に配置され、それぞれ、第１および第２のシリンダ（Ｃ１、Ｃ２）を画定し、クランクケース（４０）を画定するベースブロック（３０）に固定される、第１および第２のシリンダブロック（１０、２０）を有し、各シリンダ（Ｃ１、Ｃ２）が、バルブプレート（ＰＶ１、ＰＶ２）によって、およびシリンダヘッド（５０、６０）によって閉鎖される自由端を有し、シリンダヘッドはそれぞれの吸込室（５１、６１）および吐出室（５２、６２）を画定し、各シリンダ（Ｃ１、Ｃ２）が、ベースブロック（３０）に収容され支持されるクランクシャフト（７０）によって駆動されるそれぞれのピストン（Ｐ１、Ｐ２）を収容する、２段空気圧縮機であって、第１および第２のシリンダブロック（１０、２０）が、それぞれのシリンダ（Ｃ１、Ｃ２）のシリンダヘッド（５０、６０）の内部に通じている外側端部（１１ａ、２１ａ）とベースブロック（３０）に向けられる内側端部（１１ｂ、２１ｂ）とを有する、第１および第２のダクト部（１１、２１）を単一部材でそれぞれ組み込んでおり、ベースブロック（３０）が、第１のおよび第２のダクト部（１１、２１）の内側端部（１１ｂ、２１ｂ）を接続している第３のダクト部（３１）を単一部材で組み込んでおり、第１のシリンダ（Ｃ１）の吐出室（５２）を第２のシリンダ（Ｃ２）の吸込室（６１）に接続している圧縮空気ダクト（ＣＡ）をそれと共に形成しており、
   他のシリンダブロック（１０、２０）に向けられるシリンダブロックの外壁部（１２、２２）とそれぞれのシリンダ（Ｃ１、Ｃ２）との間に、第１および第２のダクト部（１１、２１）が、それぞれのシリンダブロック（１０、２０）に沿って長手方向に設けられ、第３のダクト部（３１）が、ベースブロック（３０）のクランクケース（４０）の内部に画定されて、第１および第２ダクト部（１１、２１）を互いに接続している、エルボから成り、
   第１および第２のシリンダブロック（１０、２０）には、それぞれ１つずつ、それぞれのシリンダ（Ｃ１、Ｃ２）とそれぞれのダクト部（１１、２１）との間に画定されて、クランクシャフト（７０）の方向と一致する方向に従って両側に開いている、換気室（１３、２３）が設けられており、
   第１のおよび第２のシリンダ（Ｃ１、Ｃ２）のシリンダヘッド（５０、６０）が、それぞれのシリンダヘッド（５０、６０）の内部に向けられる冷却フィン（５３ａ、６３ａ）を単一部材で組み込んでいる端壁（５３、６３）を有することを特徴とする、２段空気圧縮機。
2. クランクシャフト（７０）がベースブロック（３０）から外向きに突出し、電気モータ（８０）におよび軸線方向流れのファン（Ｖ）に連結されている、請求項１に記載の圧縮機であって、ファン（Ｖ）と、モータ（８０）と、部分的にはベースブロック（３０）と、また、横方向におよび上方に第１および第２のシリンダブロック（１０、２０）とを、半径方向間隙によって、横方向に、上方におよび下方に取り囲む管状フェアリング（９０）であって、グリッド（９５）によって閉じられているファン（Ｖ）に面する１つの端部と、第１および第２のシリンダブロック（１０、２０）および横方向にベースブロック（３０）を横方向におよび上方に、部分的に、かつ圧縮機の長手方向に取り囲む開いた反対側の端部と、を有する、管状フェアリング（９０）を備えることを特徴とする、圧縮機。
3. 第１および第２のシリンダブロック（１０、２０）が、フェアリング（９０）の内部に収容される外側半径方向フィン（１５、２５）を組み込んでいることを特徴とする、請求項２に記載の圧縮機。
4. ベースブロック（３０）が、下部フィン（３５）を組み込んでおり、この下部フィン（３５）が、フェアリング（９０）の隣接する開放端外側のベースブロック（３０）の領域で、それから外向きに、およびクランクケース（４０）の下に突出することを特徴とする、請求項２または３のいずれか一項に記載の圧縮機。

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