JP2007093396A - Visualization engine - Google Patents
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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- F02F2007/0092—Transparent materials
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Abstract
Description
本発明は、エンジンのシリンダを透明な材料で形成して燃焼室内を目視できる構造とした可視化エンジンに関し、詳しくは、透明シリンダの内周面を効果的に冷却することで、高負荷運転時の熱応力の影響を回避して装置の耐久性を図る可視化エンジンに関する。 The present invention relates to a visualization engine having a structure in which a cylinder of an engine is formed of a transparent material so that the inside of a combustion chamber can be visually observed, and more specifically, by effectively cooling the inner peripheral surface of the transparent cylinder, The present invention relates to a visualization engine that avoids the effects of thermal stress and improves the durability of the apparatus.
従来から、エンジンの構成部品であるシリンダを例えば耐熱ガラスのような透明な材料で形成し、この透明シリンダの外部から燃焼室内における実際の燃料噴射や燃焼状態などを視認できるようにした可視化エンジンが開発されている(特許文献1参照)。
この従来の可視化エンジンは、低速運転中では熱負荷の影響が少ないものの、高負荷、高回転で運転すると燃焼室内の温度が高くなるので、熱応力で透明シリンダが割れたり、あるいは内面からの異常着火でエンジンが破損するおそれがあった。そのため、可視化エンジンを高負荷で運転するためには、透明シリンダを冷却する必要があった。このとき、冷却媒体としてオイル等の液体を用いると燃焼室内が見えにくくなるので、そのような不具合を回避するために空冷式の冷却装置が採用されていた。このような空冷式の冷却装置として、例えば、透明シリンダの外側から冷気を吹き付けるものや、ピストンの下方からシリンダ内に冷気を送るものがあった。 Although this conventional visualization engine is less affected by heat load during low-speed operation, the temperature in the combustion chamber increases when operated at high load and high rotation, so the transparent cylinder breaks due to thermal stress or abnormalities from the inside The engine could be damaged by ignition. Therefore, in order to operate the visualization engine at a high load, it was necessary to cool the transparent cylinder. At this time, if a liquid such as oil is used as a cooling medium, the combustion chamber becomes difficult to see. Therefore, in order to avoid such a problem, an air cooling type cooling device has been adopted. As such an air-cooling type cooling device, for example, there are those that blow cool air from the outside of a transparent cylinder, and those that send cool air into the cylinder from below the piston.
しかしながら、透明シリンダの外側から冷気を吹き付けるものは、透明シリンダの外側の面が冷却される一方で、高負荷運転により燃焼室内の温度は上昇するので、透明シリンダの内外面間における温度差が拡大し、かえって熱応力で透明シリンダが破損する原因となっていた。また、ピストンの下方からシリンダ内に冷気を送るものは、透明シリンダの下部は冷却できても、燃焼室内のヒートスポットとなる透明シリンダ上部までは十分に冷却できず、やはり熱応力の影響を回避できなかった。 However, the one that blows cool air from the outside of the transparent cylinder cools the outer surface of the transparent cylinder, while the temperature in the combustion chamber rises due to high-load operation, so the temperature difference between the inner and outer surfaces of the transparent cylinder increases. However, the transparent cylinder was damaged by thermal stress. Also, in the case of sending cool air from the bottom of the piston into the cylinder, even if the lower part of the transparent cylinder can be cooled, the upper part of the transparent cylinder that becomes the heat spot in the combustion chamber cannot be cooled sufficiently, and the influence of thermal stress is also avoided. could not.
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、透明シリンダの内周面全体を効果的に冷却することによって、高負荷運転時の熱応力の影響を回避して装置の耐久性を図る可視化エンジンを提供することを目的とする。 Therefore, the present invention addresses such problems and effectively cools the entire inner peripheral surface of the transparent cylinder, thereby avoiding the influence of thermal stress during high-load operation and improving the durability of the apparatus. The purpose is to provide a visualization engine.
本発明に係る可視化エンジンは、可視光を透過する材料でできた透明シリンダの内周面に沿って第1の環状部材を設けるとともに、この透明シリンダ内を往復運動するピストンの上部外周面に第2の環状部材を設け、前記透明シリンダの内周面と前記ピストンの外周面との隙間に、前記二つの環状部材で挟まれた気密空間を構成し、この気密空間を構成する部材に貫通孔を形成したものである。 In the visualization engine according to the present invention, a first annular member is provided along an inner peripheral surface of a transparent cylinder made of a material that transmits visible light, and an upper outer peripheral surface of a piston that reciprocates in the transparent cylinder is provided on the upper outer peripheral surface. 2 is provided, and an airtight space sandwiched between the two annular members is formed in a gap between the inner peripheral surface of the transparent cylinder and the outer peripheral surface of the piston, and a through hole is formed in the member constituting the airtight space. Is formed.
本発明によれば、透明シリンダ内におけるピストンの往復運動を利用して、前記透明シリンダと前記ピストンとの隙間にできた気密空間内の空気を前記貫通孔から流入出することができる。したがって、前記気密空間内に流入出した空気が冷却媒体となって、前記透明シリンダの内周面全体を効果的に冷却することができる。 According to the present invention, the air in the airtight space formed in the gap between the transparent cylinder and the piston can flow in and out of the through hole by utilizing the reciprocating motion of the piston in the transparent cylinder. Therefore, the air flowing into and out of the airtight space becomes a cooling medium, and the entire inner peripheral surface of the transparent cylinder can be effectively cooled.
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図1は本発明による可視化エンジンの実施形態を示す断面図である。この可視化エンジンは、エンジンの燃焼室内を目視できる構造を備え、燃料噴射装置や給排気装置の性能、または燃料の種類、エンジンの負荷などのパラメータがエンジンの運転状態に及ぼす影響を撮影、測定できるようにしたものである。
Embodiments of the present invention will be described below in detail with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of a visualization engine according to the present invention. This visualization engine has a structure in which the combustion chamber of the engine can be seen, and can photograph and measure the influence of parameters such as the performance of the fuel injection device and the air supply / exhaust device, or the type of fuel, engine load, etc. It is what I did.
この可視化エンジンの底部のクランクケース1内には、クランクシャフト2が回転可能に軸支され、このクランクシャフト2にコネクティングロッド3が連結されている。このコネクティングロッド3の上端部には下部ピストン組立体4が介装され、この下部ピストン組立体4の上面には伸長ピストン5が取り付けられている。この下部ピストン組立体4は、シリンダ胴部6内に収容された円柱形状の部材であり、シリンダ胴部6の内壁に密着しながら往復運動するようになっている。また、伸長ピストン5は、後述する燃焼室10内で燃料が爆発して発生した力を受ける円筒形状の部材であって、その壁面の一部が切り取られ、その内部空間は大気に開放されている。この伸長ピストン5で受けた力は、下部ピストン組立体4及びコネクティングロッド3に伝達されて、クランクシャフト2を回転するようになっている。この伸長ピストン5の上端部には、燃焼室10の底面を構成するピストンクラウン7が嵌合されている。
A
また、シリンダ胴部6には取付け部材8が設けられ、この取付け部材8の上部に透明シリンダ9が取り付けられている。この透明シリンダ9は、燃焼室10の周面を構成する円筒形状の部材であって、その内部には前記伸長ピストン5が往復運動するようになっている。この透明シリンダ9は、例えば耐熱ガラス等の可視光を透過する透明な部材で形成されており、燃焼室10の内部が外から見えるようになっている。
The
なお、前記伸長ピストン5の上端部に嵌合されたピストンクラウン7についても、例えば耐熱ガラス等の透明な材料で形成することにより、燃焼室10の内部を下方からも目視することができる。図示省略したが、伸長ピストン5の内部にミラーを配置し、このミラーを利用することで燃焼室10の内部が撮影可能となる。
このような透明シリンダ9の上部には、シリンダヘッド11が設けられている。このシリンダヘッド11は、燃焼室10の上面を構成する組立体であって、インジェクタ12や点火プラグ13などの部品が配設されている。また、図示省略したが、シリンダヘッド11には、燃焼室10内に混合気を吸入する吸気ポートや、燃焼室10内の燃焼ガスを排出する排気ポート、これに対応する吸排気手段が配設されている。
Note that the
A
ここで、本発明においては、伸長ピストン5の往復運動を利用して透明シリンダ9の内周面を冷却する機構が設けられている。具体的には、図2に示すように、透明シリンダ9の内周面に沿って下部リング14を設けるとともに、伸長ピストン5の上端部に嵌合されたピストンクラウン7の上部外周面に上部リング15を設け、透明シリンダ9の内周面と伸長ピストン5の外周面との隙間に下部リング14及び上部リング15で挟まれた気密空間Sを構成するようになっている。
Here, in the present invention, a mechanism for cooling the inner peripheral surface of the
この下部リング14は、第1の環状部材となるもので、透明シリンダ9を取付け部材8に取り付けする円筒形状のダボ部材16の内周端面に固定され、混合気や燃焼ガスがクランクケース1側に漏れないように密封するようになっている。また、上部リング15は、第2の環状部材となるもので、ピストンクラウン7の外周に形成された溝に装着され、気密空間Sの気密性を保ちながら滑り動くように、適度の弾性をもたせてある。なお、図2において、下部リング14及び上部リング15は、一本の環状部材としたが、本発明はこれに限られず、気密空間Sの気密性を完全にし、摩耗を少なくするために、2本以上用いてもよい。
The
また、伸長ピストン5の壁面にてピストンクラウン7の底面の近傍には、貫通孔5aが形成されている。この貫通孔5aは、透明シリンダ9と伸長ピストン5との隙間にできた気密空間Sと、伸長ピストン5内部の開放空間とを連通するようになっている。
このような構成により、図2に示すように、伸長ピストン5が上昇するときは、透明シリンダ9と伸長ピストン5との隙間にできた気密空間Sの容積が増加するので、それに伴って伸長ピストン5内部の開放空間の空気が、矢印Bに示すように、貫通孔5aを介して気密空間Sの内部に流入する。
A through
With such a configuration, as shown in FIG. 2, when the
一方、図4に示すように、伸長ピストン5が下降するときは、気密空間Sの容積が減少するので、その内部の空気は、矢印Dに示すように、貫通孔5aを介して伸長ピストン5内部の開放空間へと流出するようになる。
このように、透明シリンダ9内における伸長ピストン5の往復運動に伴って、気密空間Sの内部の空気が貫通孔5aから流入出するようになる。伸長ピストン5が上昇したときには、気密空間Sが透明シリンダ9の上部まで広がるので、燃焼室10内のヒートスポットとなる透明シリンダ9内周面の上部まで十分に冷却することができる。このとき、可視化エンジンを高速運転すると、気密空間Sに流入出する空気の量が増加するので、透明シリンダ9の内周面を効果的に冷却することができる。
On the other hand, as shown in FIG. 4, when the
Thus, the air inside the airtight space S flows in and out of the through
ここで、本実施形態によれば、図3に示すように、伸長ピストン5の円周方向に複数個、例えば4個の貫通孔5aが形成されている。これにより、透明シリンダ9の内周面の全周にわたって空気が取り込まれ、この気密空間Sに取り込まれた空気によって、透明シリンダ9の内周面が冷却される。
また、本実施形態によれば、図3に示すように、前記貫通孔5aは、伸長ピストン5の水平断面において、気密空間Sの半径方向に対して斜め方向を向いて形成されている。これにより、伸長ピストン5が上昇するときには、図3に示すように、気密空間S内に流入した空気が図中で右回りに回転するようになる。一方、伸長ピストン5が下降するときには、図5に示すように、気密空間S内における空気の流れが反転し、図中で左周りに回転するようになる。このように、伸長ピストン5の往復運動に伴って、気密空間S内における空気の流れ方向が反転して空気の乱れが生じるので、透明シリンダ9の内周面での熱伝達率が上がり、効率的な冷却を行うことができる。
Here, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, a plurality of, for example, four through
In addition, according to the present embodiment, as shown in FIG. 3, the
さらに、本実施形態によれば、図2に示すように、前記貫通孔5aは、伸長ピストン5の垂直断面において、該伸長ピストン5の壁面と直交する方向に対して斜め下方向を向いて形成されている。これにより、空気の吸入及び排出の効率を向上することが可能である。
図6は、本発明の第2の実施形態を示す断面図である。この実施形態は、透明シリンダ9を取り付ける取付け部材17の壁面に、貫通孔17aを形成したものである。この貫通孔17aは、透明シリンダ9の内周面と伸長ピストン5の外周面との隙間に形成された気密空間Sと透明シリンダ9の外部とを連通するものである。
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 2, the
FIG. 6 is a cross-sectional view showing a second embodiment of the present invention. In this embodiment, a through-
ここで、本実施形態によれば、図7に示すように、取付け部材17の円周方向に複数個、例えば4個形成されている。
また、本実施形態によれば、各貫通孔17aは、取付け部材17の水平断面において、その壁面と直交する方向に対して斜め方向を向いて形成されている。
さらに、本実施形態によれば、貫通孔17aは、図6に示すように、取付け部材の垂直断面において、その壁面と直交する方向に対して斜め下方向を向いて形成されている。
Here, according to the present embodiment, as shown in FIG. 7, a plurality, for example, four of the attachment members 17 are formed in the circumferential direction.
Moreover, according to this embodiment, each through-
Furthermore, according to this embodiment, as shown in FIG. 6, the through-
この場合においても、透明シリンダ9内における伸長ピストン5が往復運動すると、図6及び図8に示すように、透明シリンダ9と伸長ピストン5との隙間にできた気密空間S内に空気が流入出する。このとき、伸長ピストン5が上昇して空気が流入する時(図7参照)と、伸長ピストン5が下降して空気が流出する時(図9参照)では、気密空間S内における空気の流れる方向が反転して空気の乱れが生じるので、透明シリンダ9の内周面での熱伝達率が上がり、効率的な冷却を行うことができる。
Also in this case, when the
なお、以上の説明においては、取り付け部材17の壁面に貫通孔17aを形成するとしたが、本発明はこれに限られず、気密空間S内の空気を流入出できるものであれば、他の位置でもよく、例えば透明シリンダ9の一部に貫通孔を形成してもよい。
In the above description, the through
1…クランクケース,2…クランクシャフト,3…コネクティングロッド,4…下部ピストン組立体,5…伸長ピストン,5a…貫通孔,6…シリンダ胴部,7…ピストンクラウン,8…取付け部材,9…透明シリンダ,10…燃焼室,11…シリンダヘッド,12…インジェクタ,13…点火プラグ,14…下部リング,15…上部リング,16…ダボ部材,17…取付け部材,17a…貫通孔,S…気密空間 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Crankcase, 2 ... Crankshaft, 3 ... Connecting rod, 4 ... Lower piston assembly, 5 ... Elongation piston, 5a ... Through-hole, 6 ... Cylinder trunk, 7 ... Piston crown, 8 ... Mounting member, 9 ... Transparent cylinder, 10 ... Combustion chamber, 11 ... Cylinder head, 12 ... Injector, 13 ... Spark plug, 14 ... Lower ring, 15 ... Upper ring, 16 ... Dowel member, 17 ... Mounting member, 17a ... Through hole, S ... Airtight space
Claims (6)
前記透明シリンダの内周面に沿って第1の環状部材を設けるとともに、前記ピストンの上部外周面に第2の環状部材を設け、前記透明シリンダの内周面と前記ピストンの外周面との隙間に前記二つの環状部材で挟まれた気密空間を構成し、
この気密空間を構成する前記ピストン又は前記透明シリンダに、外部の開放空間と連通する貫通孔を形成したことを特徴とする可視化エンジン。 A transparent cylinder made of a material that transmits visible light; a cylinder head that is provided above the transparent cylinder and that constitutes a part of the combustion chamber; and a piston that reciprocates in the transparent cylinder; In a visualization engine with a visible structure,
A first annular member is provided along the inner peripheral surface of the transparent cylinder, and a second annular member is provided on the upper outer peripheral surface of the piston, and a gap between the inner peripheral surface of the transparent cylinder and the outer peripheral surface of the piston. An airtight space sandwiched between the two annular members
A visualization engine characterized in that a through hole communicating with an external open space is formed in the piston or the transparent cylinder constituting the airtight space.
Priority Applications (1)
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2011054272A1 (en) * | 2009-11-03 | 2011-05-12 | 奇瑞汽车股份有限公司 | Optical engine cooling method and device |
CN103048141A (en) * | 2012-12-31 | 2013-04-17 | 武汉理工大学 | Test system for heat exchange of internal cooling oil duct of internal-combustion engine piston |
JP2015215431A (en) * | 2014-05-09 | 2015-12-03 | 本田技研工業株式会社 | Internal combustion engine |
CN108457767A (en) * | 2018-03-19 | 2018-08-28 | 宁波市鄞州德来特技术有限公司 | A kind of optical engine and its working method |
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2005
- 2005-09-29 JP JP2005283489A patent/JP2007093396A/en active Pending
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CN103048141B (en) * | 2012-12-31 | 2015-07-22 | 武汉理工大学 | Test system for heat exchange of internal cooling oil duct of internal-combustion engine piston |
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