JPH0539780A

JPH0539780A - 無給油式プランジヤー圧縮機

Info

Publication number: JPH0539780A
Application number: JP19387191A
Authority: JP
Inventors: Nobuaki Asahara; 伸明朝原; Akira Suzuki; 昭鈴木
Original assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Shimizu Engineering Co Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd; Hitachi Shimizu Engineering Co Ltd
Priority date: 1991-08-02
Filing date: 1991-08-02
Publication date: 1993-02-19

Abstract

(57)【要約】【構成】従来からある往復動式の内燃機関と同一の基本
システムを持ち、シリンダ（１−１）内にピストン（１
−３）と連動して動くブラダ（１−７）を持つことを特
徴としている。又、ピストンはブラダ（１−７）を保持
する特殊な形状とブラダ（１−７）へのオイルによる冷
却を可能にする空洞を有する。【効果】圧縮が、ブラダ（１−７）の内容積を連続的に
可変する形で行なうため、シール洩れは一切起こらな
い。これによって、シール洩れによる再圧縮現象がなく
なる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、一切の油分を含まな
い清浄な圧縮空気を供給する圧縮機に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】従来、無給油式圧縮機は圧縮や摩擦によ
って発生した熱を空気のみで冷却するため、冷却能力に
限界があり技術上大きな問題となっていた。又、構造的
には摩擦による焼付きから守るため、非接触で回転する
事によって圧縮を行なう形式のものが数多かった。回転
によって圧縮を行なう殆んどのものが、ギヤ形状をした
部品によって構成され、種々あるギヤの組合わせて見ら
れる様な雄，雌１対の噛合わせによってシール面を作
り、そこに設けられた歯の溝とケーシングとの間によっ
て出来る空間の連続的な移動によって圧縮を行なう形式
のものであった。

【０００３】スクリュー形状を有する雄，雌１対のロー
タを並列に配置した時に得られる様な噛合わせを持つス
クリュー圧縮機は、コンパクトで脈動を発生させない効
率の良い方法として高く評価されていた。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、これら
の方法はシールが噛合いによって成し、雄雌１対のロー
タが非接触で回転する構造を持つため、ロータ間同志ロ
ータ・ケーシング間に僅かなすきまを有し、このすきま
を最小限にするため高度な加工技術を駆使したり、何ら
かの支障でロータ間同志の接触が起こった場合の焼付損
傷を少なくするため、より高度を固体潤滑剤の技術が必
要であった。又、この僅かなすきまは、圧縮の際のシー
ル洩れを引き起こし、一度圧縮して高温度化した空気を
さらに再圧縮する形で圧縮が行なわれるため、吐出側の
空気が異常な程、高温度化する。これが熱伝達によって
ロータを膨らめ、最悪の場合にはロータを固渋させる事
故に及ぶ事もあり、信頼性をそこなう大きな問題点とし
て指摘されていた。しかし、これらの問題点を克服した
機種は見られなかった。

【０００５】

【課題を解決するための手段】この発明は、その様な問
題点に於いて、圧縮洩れの少ないプランジャー方式の圧
縮機構について再現見直しを計ったものである。

【０００６】従来、プランジャー式の課題とされてい
た。ピストンとシリンダとの間に発生する摩擦熱の冷却
方法については、オイルで冷却する形で対応した。その
代わり、シリンダ内に設けたブラダによって清浄な空気
と冷却に必要なオイルとを仕切り、ブラダの伸縮で圧縮
出来る構造とした。

【０００７】又、ピストンにはシリンダ内とクランクケ
ース内とを連絡する穴を持つ、クランクシャフトによっ
てかき上げたオイルをブラダに充てる事で圧縮の際に発
生する熱を冷却することが出来る。

【０００８】さらに、ピストンは、ブラダ収縮時のだれ
に対する摺動部への巻込みを防止するためＷ型形状の頭
部で形成する。

【０００９】以上の如く構成によって、無給式プランジ
ャー圧縮機を可能にさせた。

【００１０】

【作用】本発明の基本システムは以下５つの基本構成か
ら成る。

【００１１】（イ）清浄な空気の吸気及び圧縮空気の排
気をコントロールするバルブ部。

【００１２】（ロ）往復運動を支えるシリンダ。

【００１３】（ハ）回転運動を往復運動に変換する機構
をもつ要素部品。

【００１４】（ニ）正確な往復運動を可能にするため、
シリンダ内をガイドする要素部品。

【００１５】（ホ）往復運動する要素と連動して動くプ
ラグ。

【００１６】以上の様な構成にすると下記に示す様な効
果を奏する。

【００１７】（１）一連の工程に於いて発生する摩擦熱
と圧縮の際の圧縮熱とを個々に分けて冷却出来る点で、
冷却能力の高いシステムを構成する事が出来る。

【００１８】（２）圧縮がブラダの容積を可変する形で
行なわれ、バルブの動作と相俟って気密性の高い圧縮が
可能になり、断熱効率がＵＰする。

【００１９】（３）圧縮工程の際に生ずる圧縮熱によっ
て高温化したブラダ内壁は、吸入空気によって均一に冷
却され、ブラダの外壁はクランクシャフトによってかき
上げられたオイルによって冷却されるため効率の良い冷
却が出来る。加えて、無給油式スクリュー圧縮機の様に
排気ポート高温度化による周辺部の部品損傷を防ぐこと
が出来る。

【００２０】以上の様な効果を奏する無給油式プランジ
ャー圧縮機の詳細を図面をおって説明する。

【００２１】

【実施例】本装置を以下に示す通り、バルブ部，シリン
ダ部，伝達動力変換部の３つに大別し説明する。

【００２２】バルブ部（図１）本部は、清浄な吸入空気と圧縮空気の入替をつかさどる
部分である。図１に示す実施例は、数あるバルブ機構の
うち内燃機関で高い評価を得ているツインカム方式を取
上げたものである。

【００２３】（イ）シリンダヘッド（１−２）の吸入
側，吐出側の各々にスプリング（１−１５）を配置す
る。

【００２４】（ロ）吸込，吐出の各スプリング（１−１
５）の中を、吸込側はインテークバルブ（１−１３）、
吐出側はアウトレットバルブ（１−１４）をそれぞれ通
す。

【００２５】（ハ）吸込，吐出の各バルブの末端にスプ
リングリテーナ（１−１６）を取付け、各スプリングの
反力は、これによって保持される。

【００２６】（ニ）吸入，吐出のそれぞれに独立して設
けたインテークロッカシャフト（１−１９），アウトレ
ットロッカシャフト（１−２０）はクランクシャフト
（１−６）より、タイミングベルトによって駆動する。
又、吸込，吐出に必要なバルブのタイミングは、各シャ
フトに設けたギヤの変速比でコントロールする。

【００２７】バルブ部の構成には代案として下記に示す
種類のものがある。

【００２８】（１）吸込，吐出のコントロールを１本の
カムシャフト（２−１）からとるもの（図２）。

【００２９】（２）ロッカアーム（１−１８）を除き、
変わりにタペット（３−１）を配置し、クランク室内に
設けたカムシャフト（３−２）により、これを押上げ機
能するもの（図３）。

【００３０】（３）凹型のカゴ（４−１）にスプリング
（４−２）を入れ、スプリング（４−２）の先に設けた
プレート（４−３）が凸型のバルブシート（４−４）を
押えつける形式のもので、吸入，吐出の各々について向
きを変えて取付、空気の出入れで可変する圧力を利用し
て、バルブ開閉のコントロールを行なうもの（図４）。

【００３１】シリンダ部（図１）本部は、本発明の特長を示す部分でシリンダ（１−１）
内にブラダ（１−７）を配置し、下記の構成から成る。

【００３２】（イ）シリンダ（１−１）内にブラダ（１
−７）を配置する。

【００３３】（ロ）プラダ（１−７）下部に設けたブラ
ダリテーナ（１−８）とピストン（１−３）をリテーナ
ロック（１−９）で固定する。それによって、プラダ
(１−７)はピストン（１−３）の動きに連動する。

【００３４】尚、代案としてプラダ（１−７）の代わり
にベローズを設け、それの伸縮により同一の機能を満た
す方法もある。

【００３５】伝達動力変換部（図１）本部は、回転を上下運動に変える機構を有する部分で構
成する。

【００３６】（イ）クランクシャフト（１〜６）にコネ
クティングロッド（１−５）を取付，回転を上下運動に
変換する。

【００３７】（ロ）コネクティングロッド（１−５）
は、ピストン（１−３）とをピストンピン（１−４）に
よって連結する。

【００３８】（ハ）ピストン（１−３）は、外周に設け
たピストンリング（１−１０）により、シリンダ（１−
１）内壁をガイドされながら摺動する。

【００３９】上記、伝達動力変換部の代案として、カム
式を図５に示すクランクシャフト（１−６）の代わり
に、カムシャフト（５−１）を設けたもので、スプリン
グ（５−２）によってタペット（５−３）をカムに押え
つけ、カムによる変位に応じてブラダ（１−７）の伸縮
を行なう方法もある。

【００４０】以上の様にして、主要部品を構成すると、
クランクシャフト（１−６）の駆動と共にプラダ（１−
７）が伸縮し、バルブ開閉の動作と相俟って圧縮が行な
われる。

【００４１】プラダ（１−７）の冷却は、クランクシャ
フト（１−６）によってかき上げられたオイルと、シリ
ンダ（１−１）内に配したウォータジャケット（１−２
１）の水で冷却される。

【００４２】

【発明の効果】１．シリンダ（１−１）内にブラダ（１
−７）を図１の様に配すると、下記の様な利点をもつ。

【００４３】圧縮は、ブラダ（１−７）の伸縮によ
り内容積を連続的に可変する形で行なわれる。従って、
無給油式スクリュー圧縮機の様にシール洩れによる再圧
縮をする様な挙動が無い分、吐出空気温度の異常上昇を
防ぐ事が出来る。

【００４４】例えば、断熱圧縮した場合の温度上昇は数
１の様に示される。

【００４５】

【数１】

【００４６】Ｔ₁ ：圧縮の初めの絶対温度Ｔ₂ ：圧縮の終りの絶対温度ｋ：断熱指数Ｃｐ／Ｃｖ（空気ｋ＝１.４) ここで、吸入空気温度を３０℃、吸入空気圧力を１atm
／Ｇ吐出空気圧力を７kgf／cm²Ｇとすると

【００４７】

【数２】

【００４８】を得る。

【００４９】これが洩れにより、吸入空気温度４０℃、
吸入空気圧力１atm／Ｇの条件で再圧縮が行なわれたと
すると

【００５０】

【数３】

【００５１】を得る。

【００５２】数２，数３の算出結果から、吸入空気１０
℃の温度上昇に対し吐出空気温度の温度上昇は約１８℃
である。又、吸入空気温度に対する吐出空気温度の上昇
割合は、吸入空気温度が高くなるにつれて、増加の傾向
にある。

【００５３】以上の点から、吐出空気温度を上げない
分、アフタークーラ，プレクーラ等の冷却器を小型化出
来る。

【００５４】従来の無給油式プランジャー圧縮機の
様にピストンとシリンダとの摺動をカーボンリングで行
なうものと違い、摩擦面をオイルで冷却出来る形である
ため、摩擦熱に対する冷却効果に期待出来る。

【００５５】冷却効果の高いシステムを構成出来る
分、従来機に比し高めの回転で回すことが出来る。

【００５６】２．Ｗ型形状の頭部を有するピストン（１
〜３）は、下記の様な効果を奏する。

【００５７】ブラダ（１−７）の収縮の際のだれを保護
し、摺動面への巻込みを防止する。

【００５８】３．シリンダ内とクランクケース内とを連
絡する空洞をもつピストン（１−３）は下記の様な効果
を奏する。

【００５９】圧縮によって発生したプラダ（１−７）の
熱を、クランクシャフト（１−６）によってかき上げら
れたオイルで冷却する事が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例として取上げた無給油式プランジャー圧
縮機の斜視図である。

【図２】バルブ部の代案１を示す図である。

【図３】バルブ部の代案２を示す図である。

【図４】バルブ部の代案３を示す図である。

【図５】伝達動力変換部の代案１を示す図である。

【符号の説明】

（１−１）…シリンダ、（１−２）…シリンダヘッド、
（１−３）…ピストン、（１−４）…ピストンピン、
（１−５）…コネクティングロッド、（１−６）…クラ
ンクシャフト、（１−７）…ブラダ、（１−８）…ブラ
ダリテーナ、（１−９）…リテーナロック、（１−１
０）…ピストンリング、（１−１１）…シリンダヘッド
カバ、（１−１２）…オイルパン、（１−１３）…イン
テークバルブ、(１−１４)…アウトレットバルブ、（１
−１５）…スプリング、（１−１６）…スプリングリテ
ーナ、（１−１７）…バルブリフタ、（１−１８）…ロ
ッカアーム、（１−１９）…インテークロッカシャフ
ト、（１−２０）…アウトレットロッカシャフト、（１
−２１）…ウォータジャケット、（１−２２）…ガスケ
ットパッキン。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】（１）ピストン（１〜３）に連動して動く
ブラダ（１−７）を持ちそれを伸縮するための機構を有
する。（２）Ｗ型形状の頭部を有するピストン（１−３）を持
つ。（３）ピストン（１〜３）は、シリンダ内とクランクケ
ース内とを連絡する空洞を有する。以上の如く構成されたことを特徴とする無給油式プラン
ジャー圧縮機。