JP2006283626A - ピストン機関 - Google Patents
ピストン機関 Download PDFInfo
- Publication number
- JP2006283626A JP2006283626A JP2005103117A JP2005103117A JP2006283626A JP 2006283626 A JP2006283626 A JP 2006283626A JP 2005103117 A JP2005103117 A JP 2005103117A JP 2005103117 A JP2005103117 A JP 2005103117A JP 2006283626 A JP2006283626 A JP 2006283626A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- piston
- working fluid
- pressure
- cylinder
- pressure bearing
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Images
Landscapes
- Magnetic Bearings And Hydrostatic Bearings (AREA)
Abstract
【課題】ピストンとシリンダとの間の摩擦損失を低減させること。
【解決手段】シリンダ2と当該シリンダ2内に配備されたピストン4とにより囲まれた空間からなり、供給された作動流体が動作する作動流体動作室5と、そのピストン4のシリンダ2内における位置に応じて作動流体動作室5にシリンダ2の周壁の連通孔2bを介して連通する作動流体流路7と、そのピストン4とシリンダ2との間の微小隙間gに当該ピストン4の周壁の高圧軸受流体供給孔12,13から高圧の軸受流体を供給してなる静圧軸受9とを備え、その高圧軸受流体供給孔12,13をピストン4の往復運動時に前記連通孔2bと重ならない位置へと形成すること。
【選択図】 図1
【解決手段】シリンダ2と当該シリンダ2内に配備されたピストン4とにより囲まれた空間からなり、供給された作動流体が動作する作動流体動作室5と、そのピストン4のシリンダ2内における位置に応じて作動流体動作室5にシリンダ2の周壁の連通孔2bを介して連通する作動流体流路7と、そのピストン4とシリンダ2との間の微小隙間gに当該ピストン4の周壁の高圧軸受流体供給孔12,13から高圧の軸受流体を供給してなる静圧軸受9とを備え、その高圧軸受流体供給孔12,13をピストン4の往復運動時に前記連通孔2bと重ならない位置へと形成すること。
【選択図】 図1
Description
本発明は、シリンダと当該シリンダ内に配備されたピストンとを有し、そのシリンダの壁面とピストンの頂面とにより囲まれた空間に作動流体が供給されるピストン機関に関する。
従来、この種のピストン機関としては、例えば、膨張機や圧縮機がある。その膨張機とは、シリンダの壁面とピストンの頂面とにより囲まれた空間(作動流体動作室)に導入した高圧の作動流体の膨張動作を利用してクランクシャフトから動力を得るものである。即ち、この膨張機においては、密閉された作動流体動作室における高圧の作動流体が膨張してピストンを押下し、このピストンにコネクティングロッドを介して連結されたクランクシャフトを回転させて動力を発生させる。一方、圧縮機とは、作動流体動作室に導入した作動流体をピストンで圧縮し、高圧の作動流体を生成するものである。例えば、この圧縮機で生成された高圧の作動流体は、上述した膨張機へと送られる。
ところで、そのような膨張機や圧縮機は、熱エネルギを機械エネルギに変換する為の機関に適用される。例えば、この種の機関としては、下記の特許文献1,2に開示されたものがあり、これに類するものとしてブレイトンサイクル機関がある。
このブレイトンサイクル機関とは、吸入した作動流体(作動ガス)を断熱圧縮する圧縮機と、この圧縮機で断熱圧縮された高圧の作動流体に高温流体の熱を等圧力で吸熱させる熱交換器と、この熱交換器で等圧受熱された高圧の作動流体を断熱膨張させる膨張機とを備えた機関であり、高圧の作動流体を膨張機に効率良く供給して、熱エネルギから機械エネルギへの変換効率を向上させるものである。
ここで、その膨張機の断熱膨張に伴って発生するクランクシャフトの回転力は、そのクランクシャフトに結合されたフライホイールを介して内燃機関の駆動力補助用として利用することができ、また、発電機(図示略)を駆動させて蓄電池へ蓄電させることもできる。このことから、このブレイトンサイクル機関を例えば内燃機関の排気ガスの排気熱回収装置(熱エネルギ回収装置)として構築することができる。
尚、下記の特許文献3には排気ポートをサイドポート化した内燃機関が開示されており、また、下記の特許文献4には作動流体動作室の高圧の作動流体(空気)をピストン内に取り込み、その高圧の作動流体をピストンの外周面から噴出させてシリンダとの間に空気軸受を形成したスターリングエンジンが開示されている。
ここで、ピストンが往復運動する際に、その外周面とシリンダの内周面とが接すると大きな摩擦損失を発生させてしまう。これが為、一般に、ピストン機関においては、ピストンの外周面とシリンダの内周面との間に間隔を設けて潤滑油を供給する一方、ピストンの外周面にピストンリングやオイルリングを配備している。これにより、そのピストンリングが作動流体動作室の密閉状態を保ち、そのオイルリングがピストンとシリンダとの間の余分な潤滑油を掻き下げる。尚、そのピストンリング等によってピストンの傾倒が抑制されるので、このピストンリング等は、シリンダに対するピストンの姿勢を正しき状態に保つ軸受の如き役目も果たしている。
しかしながら、従来のピストン機関においては、如何にピストンとシリンダとの間に潤滑油を供給したとしても、ピストンリング等とシリンダとの間の摩擦損失を大幅に低減させることができない。
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、ピストンとシリンダとの間の摩擦損失を低減し得るピストン機関を提供することを、その目的とする。
上記目的を達成する為、請求項1記載の発明では、シリンダと当該シリンダ内に配備されたピストンとにより囲まれた空間からなり、供給された作動流体が動作する作動流体動作室と、そのピストンのシリンダ内における位置に応じて前記作動流体動作室にシリンダの周壁の連通孔を介して連通する作動流体流路と、そのピストンとシリンダとの間の微小隙間に当該ピストンの周壁の高圧軸受流体供給孔から高圧の軸受流体を供給してなる静圧軸受とを備えており、その高圧軸受流体供給孔をピストンの往復運動時に前記連通孔と重ならない位置へと形成している。
例えば、その高圧の軸受流体としては、請求項2記載の発明の如く、作動流体動作室における高圧の作動流体を用いることができる。
これにより、その微小隙間の静圧軸受がピストンを非接触状態でシリンダに保持することができる。また、ピストンがシリンダに対して如何なる位置にあっても高圧軸受流体供給孔と連通孔とが重なることはないので、その高圧軸受流体供給孔と作動流体流路との連通を回避することができ、微小隙間に発生した静圧の抜けを抑止することができる。
本発明に係るピストン機関は、静圧軸受によりピストンを非接触状態でシリンダに対して浮上させることができるので、潤滑油等を用いずともピストンとシリンダとの間における摩擦損失を低減することができる。更に、ピストンが往復運動している状態においても、微小隙間に発生した静圧が抜けてしまうことはないので、静圧軸受の性能が安定し、上述した摩擦損失の低減効果を維持することができる。
以下に、本発明に係るピストン機関,具体的にはサイドポートが設けられているピストン機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
本発明に係るピストン機関の実施例1を図1から図7に基づいて説明する。
図1の符号1は、本実施例1のピストン機関を示す。このピストン機関1は、図1に示す如く、筒状のシリンダ2と、このシリンダ2内でコネクティングロッド3を介して往復運動するピストン4とを備える。
ここで、そのシリンダ2の内壁面とピストン4の頂面とにより囲まれた空間5には作動流体(空気等の気体)が供給され、所定の動作を行った後にシリンダ2の外へと排出される。例えば、このピストン機関1が圧縮機であれば、供給された作動流体がピストン4の上昇に伴って圧縮され、高圧の作動流体として排出される。また、このピストン機関1が膨張機であれば、供給された高圧の作動流体が膨張してピストン4を下降させ、その後、膨張後の作動流体が排出される。以下、その空間5については「作動流体動作室5」という。
これが為、このピストン機関1には、作動流体の流路が2つ設けられている。本実施例1にあっては、シリンダ2の頂面側の第1作動流体流路6と、シリンダ2の周壁側の第2作動流体流路(サイドポート)7とを設けている。
先ず、第1作動流体流路6は、シリンダ2の頂面の略中央に形成された第1連通孔2aを介して作動流体動作室5と連通し得る流路であって、その連通状態が図1に示す開閉弁8によって調節される。この開閉弁8は、例えば、カム(図示略)やロッカーアーム等を介して開弁動作を行う一方、縮められた弦巻バネ等の弾性部材(図示略)の反力によって閉弁動作を行う。
また、第2作動流体流路7は、シリンダ2の周壁に形成された図2に示す第2連通孔2bを介して作動流体動作室5と連通し得る流路である。ここで、その第2連通孔2bは、ピストン4が下死点近傍に位置しているときに作動流体動作室5と連通し、ピストン4が下死点近傍以外に位置しているときにピストン4の外周面で閉塞される位置へと形成される。これが為、本実施例1の第2作動流体流路7は、ピストン4が下死点近傍に位置していれば作動流体動作室5と連通状態になり、ピストン4が下死点近傍以外に位置していれば作動流体動作室5との間で作動流体の流通はない。
尚、ピストン4の外周面とシリンダ2の内周面との間には後述する微小隙間gが設けられているので、ピストン4が下死点近傍以外に位置していても、厳密にはピストン4の外周面が第2連通孔2bを完全に閉塞させることはない。
例えば、このピストン機関1が上述した圧縮機であれば、第1作動流体流路6は作動流体動作室5で生成された高圧の作動流体の排出通路となり、第2作動流体流路7は作動流体動作室5への作動流体の供給通路となる。一方、このピストン機関1が上述した膨張機であれば、第1作動流体流路6は作動流体動作室5への高圧の作動流体の供給通路となり、第2作動流体流路7は膨張後の作動流体の排出通路となる。
更に、このピストン機関1には、シリンダ2の内周面とピストン4の外周面との間の微小隙間gに形成された流体潤滑膜でピストン4をシリンダ2に対して浮上させる(即ち、ピストン4を非接触状態で軸支する)静圧軸受9が設けられている。具体的に、この静圧軸受9とは、高圧の軸受流体を微小隙間gに噴出させ、発生した静圧でピストン4をシリンダ2に対して浮上させるものであり、ピストン4が往復運動する際の摺動抵抗を低減するものである。
本実施例1にあっては、作動流体動作室5における高圧の作動流体をピストン4の内部に導入し、その高圧の作動流体をピストン4の周壁の複数の孔から微小隙間gに噴出させることによって静圧軸受9を構成する。即ち、本実施例1にあっては、その作動流体動作室5における高圧の作動流体が静圧軸受9を形成する為の上述した高圧の軸受流体として利用される。例えば、このピストン機関1が上述した圧縮機であれば、作動流体動作室5で生成された高圧の作動流体をピストン4の内部に導入し、また、このピストン機関1が上述した膨張機であれば、第1作動流体流路6から作動流体動作室5に供給された高圧の作動流体をピストン4の内部へと導入する。
そこで、本実施例1のピストン4においては、作動流体動作室5における高圧の作動流体を高圧の軸受流体として利用する為に、その作動流体動作室5における高圧の作動流体をピストン4の内部へと導入する高圧作動流体導入部10と、その導入された高圧の作動流体を保持する蓄圧室11と、この蓄圧室11における高圧の作動流体を微小隙間gへと噴出させる高圧軸受流体供給孔12,13とが設けられている。
先ず、その高圧作動流体導入部10は、図2及び図3に示す如く、ピストン4の頂面の略中央に設けて作動流体動作室5とピストン4の内部(具体的には蓄圧室11)とを連通させる。これにより、この高圧作動流体導入部10は、作動流体動作室5における高圧の作動流体を蓄圧室11へと導入することができる。
ここで、その高圧作動流体導入部10が単なる貫通孔であるとすると、作動流体は、作動流体動作室5から蓄圧室11へと流入(順流)する一方、作動流体動作室5が低圧になった際に蓄圧室11から作動流体動作室5へも流入(逆流)してしまう。仮に、そのような逆流が起きると、蓄圧室11が減圧されてしまうので、微小隙間gにおける静圧を十分に発生させることができなくなってしまう。
これが為、その高圧作動流体導入部10は、作動流体動作室5から蓄圧室11へと作動流体が流入する一方、蓄圧室11から作動流体動作室5への逆流を抑止し得るように構成する。即ち、この高圧作動流体導入部10は、順流時と比して、逆流時には著しく流路抵抗が増大するよう構成する。
例えば、本実施例1にあっては、その高圧作動流体導入部10を下記の如き流体素子で構成する。
この流体素子は、図4に示す如く、作動流体動作室5側の開口部10aの曲率R1が蓄圧室11側の開口部10bの曲率R2よりも相対的に大きく形成されている。その蓄圧室11側の開口部10bの曲率R2は、極めて小さく設定し、限りなく0に近くすることが好ましい。ここで、作動流体動作室5側の開口部10aは、突起のない滑らかな表面に形成する一方、蓄圧室11側の開口部10bは、蓄圧室11に向けて高さhの突起を突出させる。また、蓄圧室11側の開口10b1の端面10b2は、通路10cの軸線方向となす角度θを鋭角に形成する。これにより、作動流体は、作動流体動作室5側の開口10a1からは蓄圧室11へと滑らかに流れ込むが、蓄圧室11側の開口10b1からは作動流体動作室5へと流出し難くなる。これが為、ピストン4の往復運動に伴って蓄圧室11内に蓄えられる作動流体の圧力(以下「蓄圧室内圧力」という。)Pは増加し、一定の値に漸近する。
尚、高圧作動流体導入部10は、流体素子に替えて逆止弁を用いて構成してもよい。
また、上述した蓄圧室11は、図3に示す如く、ピストン主体4aと、このピストン主体4aの内壁面との間に空間を形成する仕切り部材4bとにより構成される。本実施例1にあっては、その仕切り部材4bによって、ピストン頂部4t側からピストン裾部4s側までを1つの空間とする蓄圧室11を形成する。
続いて、上述した高圧軸受流体供給孔12,13について説明する。
ここで、上述したが如く蓄圧室内圧力Pは一定であるので、その高圧軸受流体供給孔12,13の数量が多いほど、ピストン4をシリンダ2に対して浮上させる力が大きくなる。
そこで、本実施例1にあっては、図1に示す如く、ピストン頂部4t側とピストン裾部4s側とに分けて夫々に複数の高圧軸受流体供給孔12,13を設ける。例えば、ピストン主体4aの周壁で且つピストン頂部4t側には2つの高圧軸受流体供給孔(以下「頂部側高圧軸受流体供給孔」という。)12を形成し、ピストン主体4aの周壁で且つピストン裾部4s側には3つの高圧軸受流体供給孔(以下「裾部側高圧軸受流体供給孔」という。)13を形成している。
具体的に、図5及び図6を用いて上記の頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13を詳述する。その図5は頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13の断面図であり、その図6は微小隙間g側から見た頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13の平面図である。
本実施例1の頂部側高圧軸受流体供給孔12(裾部側高圧軸受流体供給孔13)は、蓄圧室11側のオリフィス12a(13a)と、このオリフィス12a(13a)よりも大径の微小隙間g側の拡大部12b(13b)とで構成される。
これが為、蓄圧室11における高圧の作動流体は、オリフィス12a(13a)を通って拡大部12b(13b)で拡がり、シリンダ2の内周面とピストン4の外周面との間の微小隙間gに噴出されて、ピストン4をシリンダ2に対して浮上させる。即ち、その微小隙間gに流体潤滑膜としての高圧の作動流体が供給されて静圧が発生し、ピストン4がシリンダ2に対して浮上する。
ここで、その拡大部12b(13b)は、微小隙間gにおける高圧の作動流体を溜めて蓄圧する機能を有している。これが為、ピストン4の起動時には受圧面積が大きくなり、より大きな力で安定してピストン4を浮上させることができる。
また、ピストン4が往復運動し始めた後に微小隙間gのクリアランスtc(図3)が変化した場合には、オリフィス12a(13a)によって作動流体の流量が調整されるので、その微小隙間gのクリアランスtcを略一定に保つことができる。
尚、図6に示す上述したオリフィス12a(13a)の直径D1と拡大部12b(13b)の直径D2は、夫々ピストン4の仕様等に応じて適宜最適な値を設定する。また、微小隙間gのクリアランスtcについても同様に適宜最適な値(例えば、15μm〜30μm程度)を設定する。
更に、本実施例1にあっては、2つの頂部側高圧軸受流体供給孔12と3つの裾部側高圧軸受流体供給孔13をピストン4に設けているが、必ずしもかかる態様に限定するものではない。例えば、頂部側高圧軸受流体供給孔12や裾部側高圧軸受流体供給孔13は少なくとも1つ設けていればよく、また、頂部側高圧軸受流体供給孔12又は裾部側高圧軸受流体供給孔13の何れか一方のみをピストン4に形成してもよい。
ところで、本実施例1のピストン機関1は上述したが如くシリンダ2の周壁に第2連通孔2bと第2作動流体流路7を備えているので、ピストン4の外周面における所定の部位が第2連通孔2bと重なり合って表出(第2作動流体流路7が無いものと仮定)し、この第2連通孔2bを介して第2作動流体流路7の内部空間と接している。一方、ピストン4はシリンダ2内で往復運動するので、その所定の部位はピストン4のシリンダ2内での位置に応じて変わる。例えば、ピストン4の外周面上における往復運動時の第2連通孔2bと重なる全範囲は、図7に示す重合範囲Sの如く表される。
これが為、その重合範囲S内に上述した頂部側高圧軸受流体供給孔12や裾部側高圧軸受流体供給孔13を設けると、その頂部側高圧軸受流体供給孔12又は裾部側高圧軸受流体供給孔13と第2作動流体流路7とが連通してしまい、微小隙間gに発生している静圧が抜けてしまう。
そこで、本実施例1の頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13は、上述した重合範囲Sから外れた位置に設ける。これにより、ピストン4が往復運動しても頂部側高圧軸受流体供給孔12及び裾部側高圧軸受流体供給孔13は第2作動流体流路7と連通しないので、微小隙間gに発生している静圧を保持することができ、その微小隙間gにおける静圧軸受9の機能が損なわれ、シリンダ2とピストン4とが接触して摩擦損失が大幅に増加する、という事態を回避することができる。
例えば、本実施例1にあっては、図7に示す如く、その重合範囲Sの周方向における両端から夫々に間隔を設けて頂部側高圧軸受流体供給孔12を形成する。
一方、本実施例1の裾部側高圧軸受流体供給孔13は、ピストン4が上死点に到達した場合でも、その軸線方向(即ち、ピストン4の往復運動方向)において重合範囲Sと重ならない高さに配置されている。これが為、本実施例1にあっては、ピストン4の周方向における位置を特に規制することなく裾部側高圧軸受流体供給孔13を形成することができる。
尚、その裾部側高圧軸受流体供給孔13が軸線方向において重合範囲Sと重なる高さに配置されるのであれば、上述した頂部側高圧軸受流体供給孔12と同様に、重合範囲Sの周方向における両端から離れた位置に裾部側高圧軸受流体供給孔13を形成すればよい。
以上示した如く、本実施例1のピストン機関1によれば、ピストン4とシリンダ2との間に上述した静圧軸受9が形成されるので、その静圧軸受9によってピストン4を非接触状態でシリンダ2に軸支することができる。これが為、ピストン4とシリンダ2との間の摺動抵抗は極めて低くなり、その間の摩擦損失,即ち、ピストン4が往復運動する際の摩擦損失を潤滑油無しで低減することができる。
尚、本実施例1にあっては作動流体動作室5における高圧の作動流体を静圧軸受9形成用の高圧の軸受流体として利用したが、必ずしもこれに限定するものではない。例えば、コネクティングロッド3やクランクシャフト(図示略)等の他の場所から高圧の軸受流体を蓄圧室11へと供給し、その高圧の軸受流体によって静圧軸受9を形成してもよい。
また、本実施例1にあってはピストン4とシリンダ2との間の潤滑油を不要とするが、例えば、始動時や停止時等の静圧軸受9としての機能が十分に発揮されない場合の摺動抵抗を低減する為に、シリンダ2の内壁面に固定潤滑剤等を付してもよい。
ここで、かかる摩擦損失の低減効果を維持する為には、静圧軸受9が形成された状態を保つ,即ち、微小隙間gにおける静圧を保持する必要があり、仮にその静圧を保持することができなければ、従来以上の摩擦損失が発生し、最悪の場合にはピストン4とシリンダ2との間で焼き付きが生じてしまう。
しかしながら、本実施例1のピストン機関にあっては、上述した重合範囲Sから外れた位置に頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13を設けているので、第2作動流体流路7からの静圧の抜けを抑止することができ、ピストン4の往復運動に影響されることなく微小隙間gの静圧を保持することができる。これが為、本実施例1のピストン機関においては、静圧軸受9の性能を安定させることができ、上述した摩擦損失の低減効果を維持し、更に、ピストン4等の焼き付きを有効に抑止することができる。
次に、本発明に係るピストン機関の実施例2を図1,図8及び図9に基づいて説明する。
本実施例2のピストン機関21は、前述した実施例1のピストン機関1において、ピストン主体24aに形成される頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13の数量を変更したもの,即ち、実施例1のピストン4を以下に示す如きピストン24へと変更したものである。以下、本実施例2のピストン24について図8及び図9を用いて詳述する。ここで、その図8は図1のY−Y線で切ったピストン機関21の断面図であり、図9は図1のZ−Z線で切ったピストン機関21の断面図である。
ここで、本実施例2のピストン24は、実施例1と同様に、そのピストン主体24aの外周面とシリンダ2の内周面との間の微小隙間gに静圧軸受9が設けられている。
そこで、本実施例2のピストン24には、図8及び図9に示す如く、実施例1と同様に、高圧作動流体導入部10(図示略),蓄圧室11,頂部側高圧軸受流体供給孔12及び裾部側高圧軸受流体供給孔13が設けられている。
具体的に、本実施例2のピストン24には、実施例1のピストン4と同様のピストン主体24a及び仕切り部材24bが備えられており、そのピストン主体24aと仕切り部材24bとにより囲まれた空間部分に実施例1と同様の蓄圧室11が形成されている。また、このピストン24の頂面の略中央には、その蓄圧室11と作動流体動作室5とを連通させて、その作動流体動作室5から高圧の作動流体を蓄圧室11へと導入する実施例1と同様の高圧作動流体導入部10(図示略)が形成されている。
一方、本実施例2にあっては、実施例1と同様のオリフィス12a,13aと拡大部12b,13bとからなる頂部側高圧軸受流体供給孔12及び裾部側高圧軸受流体供給孔13の数を実施例1に対して夫々増量している。
先ず、本実施例2の頂部側高圧軸受流体供給孔12は、実施例1のピストン4と同様の位置に2つ形成され、更に、その夫々の位置から図8に示す中心軸CLを中心にして反対側にも夫々形成されている。即ち、本実施例2にあっては、ピストン24の中心軸CLを中心として対称に4つの頂部側高圧軸受流体供給孔12がピストン主体24aへと形成される。
これにより、本実施例2にあっては、蓄圧室11に供給された高圧の作動流体が微小隙間gの頂部側にて均等に噴出されるので、その微小隙間gの頂部側の周方向全体に均等な静圧が発生する。
また、本実施例2の裾部側高圧軸受流体供給孔13についても、実施例1のピストン4と同様の位置に3つ形成され、更に、その夫々の位置から中心軸CLを中心にして反対側にも夫々形成されている。即ち、本実施例2にあっては、その6つの裾部側高圧軸受流体供給孔13についても、ピストン24の中心軸CLを中心として対称となる位置に形成される。
これにより、本実施例2にあっては、蓄圧室11に供給された高圧の作動流体が微小隙間gの裾部側にて均等に噴出されるので、その微小隙間gの裾部側の周方向全体に均等な静圧を発生させる。
このように、本実施例2のピストン機関21においては、ピストン24の中心軸CLを中心として対称に頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13とを夫々設けているので、微小隙間gの周方向全体に均等な静圧を発生させることができる。これが為、このピストン機関21においては、微小隙間gのクリアランスtcを周方向全体で均一に保ったままピストン24をシリンダ2に対して浮上させることができる。
以上示した如く、本実施例2のピストン機関21によれば、均等な静圧からなる静圧軸受9をピストン24とシリンダ2との間に形成することができるので、そのピストン24を均一なクリアランスtcのままシリンダ2に非接触状態で軸支させることができる。これが為、そのクリアランスtcの変化に伴う摺動抵抗の増加を抑止することができ、ピストン24とシリンダ2との間の摺動抵抗を極めて低い状態に保ち、その間の摩擦損失をより有効に低減することができる。
また、本実施例2における第2作動流体流路7側の頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13は、実施例1で示した重合範囲Sから外した位置に設けているので、微小隙間gに発生した静圧を保持することができ、静圧軸受9の性能の安定化を図ることができる。これが為、上述した摩擦損失の低減効果を維持することができ、更に、ピストン24等の焼き付きを有効に抑止することができる。
尚、本実施例2にあっては、4つの頂部側高圧軸受流体供給孔12と6つの裾部側高圧軸受流体供給孔13をピストン24に設けているが、必ずしもかかる態様に限定するものではない。例えば、中心軸CLに対して対称に少なくとも1対の頂部側高圧軸受流体供給孔12や裾部側高圧軸受流体供給孔13を設けていればよく、また、頂部側高圧軸受流体供給孔12又は裾部側高圧軸受流体供給孔13の何れか一方のみをピストン24に形成してもよい。
また、本実施例2にあっても作動流体動作室5における高圧の作動流体を静圧軸受9形成用の高圧の軸受流体として利用したが、実施例1にて説明したが如く他の場所から高圧の軸受流体を蓄圧室11へと供給し、その高圧の軸受流体によって静圧軸受9を形成してもよい。
次に、本発明に係るピストン機関の実施例3を図10及び図11に基づいて説明する。
図10の符号41は、本実施例3のピストン機関を示す。このピストン機関41は、図10に示す如く、筒状のシリンダ42と、このシリンダ42内でコネクティングロッド3を介して往復運動するピストン44とを備えており、そのシリンダ42の内壁面とピストン44の頂面とにより囲まれた空間部分には実施例1と同様の作動流体動作室5が形成され、そのピストン44(ピストン主体44a)の外周面とシリンダ42の内周面との間の微小隙間gには静圧軸受9が設けられている。
先ず、本実施例3のシリンダ42について説明する。
このシリンダ42には、実施例1と同様に、その頂面の略中央に第1連通孔42aが形成されており、その第1連通孔42aを介して作動流体動作室5と連通する第1作動流体流路6が配設されている。ここで、その作動流体動作室5と第1作動流体流路6との連通状態は、実施例1と同様の開閉弁8によって調節される。
一方、このシリンダ42の周壁には、実施例1とは異なり、図11に示す如く複数の第2連通孔42bが形成され、その夫々に実施例1と同様の第2作動流体流路47が配設されている。その各第2連通孔42bは、ピストン44が下死点近傍に位置しているときに作動流体動作室5と連通し、ピストン44が下死点近傍以外に位置しているときにピストン44の外周面で閉塞される実施例1と同様のものであり、本実施例3にあっては、略均等な間隔で周方向に8つ形成している。尚、夫々の間隔は不均等であってもよく、また、その数量は必ずしも8つに限定するものではない。
次に、本実施例3のピストン44について説明する。
このピストン44には、実施例1のピストン4と同様のピストン主体44a及び仕切り部材44bが備えられており、そのピストン主体44aと仕切り部材44bとにより囲まれた空間部分に実施例1と同様の蓄圧室11が形成されている。また、このピストン24の頂面の略中央には、その蓄圧室11と作動流体動作室5とを連通させる実施例1と同様の高圧作動流体導入部10(図示略)が形成されている。これが為、その作動流体動作室5における高圧の作動流体は、実施例1と同様に、高圧作動流体導入部10を介して蓄圧室11へと導入される。
更に、本実施例3にあっても、その蓄圧室11における高圧の作動流体を微小隙間gへと噴出させる頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13とがピストン主体44aの周壁に形成されている。その頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13は、実施例1と同様のオリフィス12a,13aと拡大部12b,13bとで構成されている。
ここで、本実施例3にあっては、上述したが如くシリンダ42の周壁に複数の第2連通孔42bと第2作動流体流路47が設けられている。これが為、ピストン44(ピストン主体44a)の外周面には、夫々の第2連通孔42b毎に実施例1と同様の重合範囲S(図示略)が存在する。
そこで、本実施例3の頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13とについても上述した夫々の重合範囲Sから外れた位置に設け、微小隙間gに発生する静圧の抜けを回避させる。
例えば、本実施例3にあっては、図11に示す如く、隣り合う夫々の重合範囲Sの間に頂部側高圧軸受流体供給孔12を1つずつ形成して静圧の抜けを抑止する。
また、その8つの頂部側高圧軸受流体供給孔12は、夫々ピストン44の中心軸CLを中心にして対称となる位置に配置されている。これが為、前述した実施例2の場合と同様に、蓄圧室11に供給された高圧の作動流体が微小隙間gの頂部側にて均等に噴出されるので、その微小隙間gの頂部側の周方向全体には均等な静圧が発生する。
一方、本実施例3の裾部側高圧軸受流体供給孔13についても、実施例1と同様に、ピストン44が上死点に到達した際に、その軸線方向(即ち、ピストン44の往復運動方向)において重合範囲Sと重ならない高さに配置されている。これが為、本実施例3にあっても、ピストン44の周方向における位置を特に規制することなく裾部側高圧軸受流体供給孔13を形成することができる。
また、本実施例3の裾部側高圧軸受流体供給孔13は、夫々ピストン44の中心軸CLを中心にして対称となる位置に複数配置されている。これが為、前述した実施例2の場合と同様に、蓄圧室11に供給された高圧の作動流体が微小隙間gの裾部側にて均等に噴出されるので、その微小隙間gの裾部側の周方向全体には均等な静圧が発生する。
ここで、本実施例3においては、実施例2と同様の位置関係で6つの裾部側高圧軸受流体供給孔13を設けている。
尚、その裾部側高圧軸受流体供給孔13が軸線方向において重合範囲Sと重なる高さに配置されるのであれば、上述した頂部側高圧軸受流体供給孔12と同様に、重合範囲Sの周方向における両端から離れた位置で且つ中心軸CLを中心にして対称となる位置に裾部側高圧軸受流体供給孔13を形成すればよい。
以上示した如く、本実施例3のピストン機関41においても、均等な静圧からなる静圧軸受9をピストン44とシリンダ42との間に形成することができるので、そのピストン44を均一なクリアランスtcのままシリンダ42に非接触状態で軸支させることができる。これが為、そのクリアランスtcの変化に伴う摺動抵抗の増加を抑止することができ、ピストン44とシリンダ42との間の摺動抵抗を極めて低い状態に保ち、その間の摩擦損失をより有効に低減することができる。
また、本実施例3の頂部側高圧軸受流体供給孔12と裾部側高圧軸受流体供給孔13は、重合範囲Sから外した位置に夫々設けているので、微小隙間gに発生した静圧を保持することができ、静圧軸受9の性能の安定化を図ることができる。これが為、上述した摩擦損失の低減効果を維持することができ、ピストン44等の焼き付きを有効に抑止することができる。
尚、本実施例3にあっては、8つの頂部側高圧軸受流体供給孔12と6つの裾部側高圧軸受流体供給孔13をピストン44に設けているが、必ずしもかかる態様に限定するものではない。例えば、中心軸CLに対して対称に少なくとも1対の頂部側高圧軸受流体供給孔12や裾部側高圧軸受流体供給孔13を設けていればよく、また、頂部側高圧軸受流体供給孔12又は裾部側高圧軸受流体供給孔13の何れか一方のみをピストン44に形成してもよい。
また、本実施例3にあっても作動流体動作室5における高圧の作動流体を静圧軸受9形成用の高圧の軸受流体として利用したが、実施例1にて説明したが如く他の場所から高圧の軸受流体を蓄圧室11へと供給し、その高圧の軸受流体によって静圧軸受9を形成してもよい。
以上のように、本発明に係るピストン機関は、潤滑油等を用いることなくピストンとシリンダとの間における摩擦損失を低減する技術として有用である。
1,21,41 ピストン機関
2,42 シリンダ
2a,42a 第1連通孔
2b,42b 第2連通孔
4,24,44 ピストン
4a,24a,44a ピストン主体
4b,24b,44b 仕切り部材
5 作動流体動作室
6 第1作動流体流路
7,47 第2作動流体流路(サイドポート)
9 静圧軸受
10 高圧作動流体導入部
11 蓄圧室
12 頂部側高圧軸受流体供給孔
13 裾部側高圧軸受流体供給孔
12a,13a オリフィス
12b,13b 拡大部
CL 中心軸
g 微小隙間
S 重合範囲
2,42 シリンダ
2a,42a 第1連通孔
2b,42b 第2連通孔
4,24,44 ピストン
4a,24a,44a ピストン主体
4b,24b,44b 仕切り部材
5 作動流体動作室
6 第1作動流体流路
7,47 第2作動流体流路(サイドポート)
9 静圧軸受
10 高圧作動流体導入部
11 蓄圧室
12 頂部側高圧軸受流体供給孔
13 裾部側高圧軸受流体供給孔
12a,13a オリフィス
12b,13b 拡大部
CL 中心軸
g 微小隙間
S 重合範囲
Claims (2)
- シリンダと当該シリンダ内に配備されたピストンとにより囲まれた空間からなり、供給された作動流体が動作する作動流体動作室と、前記ピストンの前記シリンダ内における位置に応じて前記作動流体動作室に前記シリンダの周壁の連通孔を介して連通する作動流体流路と、前記ピストンと前記シリンダとの間の微小隙間に当該ピストンの周壁の高圧軸受流体供給孔から高圧の軸受流体を供給してなる静圧軸受とを備え、
前記高圧軸受流体供給孔を前記ピストンの往復運動時に前記連通孔と重ならない位置へと形成したことを特徴とするピストン機関。 - 前記高圧の軸受流体として前記作動流体動作室における高圧の作動流体を用いることを特徴とした請求項1記載のピストン機関。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005103117A JP2006283626A (ja) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | ピストン機関 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2005103117A JP2006283626A (ja) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | ピストン機関 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2006283626A true JP2006283626A (ja) | 2006-10-19 |
Family
ID=37405812
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2005103117A Pending JP2006283626A (ja) | 2005-03-31 | 2005-03-31 | ピストン機関 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP2006283626A (ja) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016121597A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | マツダ株式会社 | エンジン |
JP2016121600A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | マツダ株式会社 | エンジン |
-
2005
- 2005-03-31 JP JP2005103117A patent/JP2006283626A/ja active Pending
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2016121597A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | マツダ株式会社 | エンジン |
JP2016121600A (ja) * | 2014-12-24 | 2016-07-07 | マツダ株式会社 | エンジン |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JPS5847141A (ja) | 自由ピストン型スターリング機関 | |
JP4120643B2 (ja) | ピストン装置 | |
JP4821856B2 (ja) | 往復動エンジン | |
US7458215B2 (en) | Stirling engine and hybrid system with the same | |
EP1734247A2 (en) | Piston and piston apparatus | |
JP2006283626A (ja) | ピストン機関 | |
CN101560914B (zh) | 密封环气悬浮发动机 | |
JP2002130853A (ja) | スターリングエンジン | |
JP2006274939A (ja) | ピストン機関 | |
JP2006522895A (ja) | ピストン | |
EP3314106A1 (en) | Internal combustion engine/generator with pressure boost | |
JP2006291902A (ja) | ピストン機関 | |
JP2013083220A (ja) | 内燃機関のピストン | |
JP2008513677A (ja) | 移動シリンダ組立体の確実なシール | |
JP2006274938A (ja) | 静圧軸受弁 | |
CN201412223Y (zh) | 密封环气悬浮发动机 | |
JP5444288B2 (ja) | 燃料から機械的エネルギーを生み出すための燃焼装置および方法 | |
JP2019203644A (ja) | 極低温冷凍機のロータリーバルブおよび極低温冷凍機 | |
JP6111626B2 (ja) | フリーピストンエンジン駆動リニア発電機 | |
JP2006188956A (ja) | ピストン機関 | |
CN213392466U (zh) | 一种高压泵 | |
JP2006183568A (ja) | ピストン機関 | |
JP2006188958A (ja) | ピストン装置 | |
JP2002089985A (ja) | 摺動部構造及びスターリング機関の摺動部構造 | |
JP2004156472A (ja) | ピストン装置 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20080318 |
|
A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20090514 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090818 |
|
A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20100105 |