JP5238807B2 - 燃料駆動型ブレーカー機 - Google Patents

Description

本発明は、２つのピストンを内蔵するシリンダを備えた燃料駆動型ブレーカー機に関するものであり、２つのピストンは、共通する幾何学的軸線に沿ってシリンダ内で移動可能であり、第一のピストンはクロスフロー２ストロークエンジンにおけるピストンとして作用し、少なくともシリンダシェル壁の入口側の入口開口部及びシリンダシェル壁の対向する出口側の出口開口部を開閉するようにされ、さらに開口部が閉じられる際、ブレーカー機の作動ピストンとして作用しかつ２ストロークエンジンの動作中に第二のピストンに接続されたプッシュロッドに往復運動を伝える第二のピストンに対して入口開口部を介して吸気される燃焼性の空気／燃料混合物を圧縮するようにされる。

上述のブレーカー機は、独国特許ＧＢ５７２４４８から公知である。公知のブレーカー機によれば、第一のピストンは空気／燃料混合物が入口開口部から出口開口部に直接流れるのを阻止するようにされたいわゆるノーズを備え、またシリンダシェル壁はこのノーズに対応する突出部を有し、第一のピストンがその上死点位置に達すると、突出部は出口側に向けて燃焼室の後続の残りの部分を動かす。点火プラグは、出口側から前記燃焼室の残りの部分内にのび、空気／燃料混合物を点火するようにされ、それによって第一及び第二のピストンが相互に離間して動くようにされている。

独国特許ＧＢ５７２４４８によるブレーカー機で使用されている型の２ストロークエンジンは、比較的常温の空気／燃料混合物の流入によってある一定の冷却を引き起こすエンジンの入口側と、燃焼相が最も長く生じ高温排出気体の出口開口部が配置されるエンジンの出口側との間に生じる過度の温度差のために、しばしば熱的な問題で影響されることが知られている。関連する熱的差すなわち温度差は、特に第一のピストンに影響し、温度に誘発された応力の結果として第一のピストンに亀裂を生じさせることになる。２ストロークエンジンはまた、最適化された燃焼のために、エンジンの燃焼室内部にピストンクラウンとシリンダヘッドとの所定の相互適合を必然的に伴う優れた流れ条件を必要とすることが知られている。第一ピストンは前記ノーズを備えているが、第二ピストンのクラウンが完全に平面状である独国特許ＧＢ５７２４４８によるブレーカー機の２ストロークエンジンではそのような適合は見い出せない。

本発明の目的は、このような技術背景に対して、独国特許ＧＢ５７２４４８による公知の解決策を改善し、熱的にさらに好ましい条件下で且つ最適化された燃焼によって動作する燃料駆動型ブレーカー機を提供することにある。

本発明によれば、この目的は、上述の燃料駆動型ブレーカー機において、第一ピストンのクラウンが第二ピストンのクラウンに相応した形状をもち、また第一ピストンが、入口側に凹部を備え、凹部が、第一ピストンの上死点位置で、入口側のシリンダシェル壁を介して点火プラグが内部に突出する燃焼室として機能し、また第一ピストンの下死点位置で、入口開口部／両開口部が内部と連通する入口室として機能することによって達成される。

第一ピストンのクラウンの形状を第二ピストンのクラウンの形状と相補的である形状にすることによって、圧縮相中に実質的に空気／燃料混合物のすべてが第一ピストンのクラウンの凹部内に強制され、従って凹部は燃焼室として機能し、点火プラグによる空気／燃料混合物の点火後及び第一及び第二ピストンの作動中、広い火炎前面が燃焼室から効果的に広がる。その後、第一ピストンがその下死点位置に近づくと、排出気体の大部分は最初に出口開口部を通って押し出され、その直後にエンジンの入口開口部／複数の開口部を開くことによって、新しい空気／燃料混合物が吸入される。この段階において、第一ピストンのクラウンの凹部は、逆に言えば、空気／燃料混合物が、第一ピストンを横切って、なお開かれている出口開口部へ流れるのを阻止する入口室として機能する。従って本発明は、エンジン内に所望の好ましい流れ条件をもたらし、それよって高出力、優れた燃料節約、微量の未燃燃料排出物、さらに均一温度条件に貢献する。

本発明の好ましい実施形態によれば、凹部は、平面状の底部及び底部からピストンクラウンに伸びる壁部を備え、好ましくは、壁部は、曲線的な変遷を伴って底部に接続され、前記幾何学的な軸線と平行して弓形の様態で入口側に向かって広がっている。

この解決策の利点は、点火プラグの周囲で空気／燃料混合物の圧縮に関わる最適化された形状の前述の燃焼室をもたらし、さらに出口開口部への燃料漏出の防止に関わる最適化された形状の前述の入口室をもたらすことにある。

好ましくは、濃い空気／燃料混合物のための中央入口開口部は、前記入口側に配置され、希薄な空気／燃料混合物或いは外気のための二次的な入口開口部は、中央入口開口部のそれぞれの側に配置される。

この解決策の利点は、二次的な入口開口部がいわゆる層状吸入を可能にし、この層状吸入により、圧縮された空気／燃料混合気のための中央入口開口部と前記出口開口部との間に一種のエアカーテンを作ることで、出口開口部への燃料漏出をさらに減少させることができることにあり、ピストンクラウンの凹部は点火を可能にするための必須条件である。

二次的な入口開口部を備える場合、二次的な入口開口部は、好ましくは、壁部がシリンダシェル壁と相接するところで連通する。

このことは、さらに安定したエアカーテンの形成に寄与し、その結果、中央入口開口部を出口開口部からより効果的に遮蔽する。

好ましくは、第一ピストンのクラウンは凸状であり、第二ピストンのクラウンは相応して凹状である。

第一ピストンの凸状クラウンと第二ピストンの凹状クラウンとを備えたこの実施形態は、結果として、燃料消費及び排ガスの排出に関して最適化された燃焼をもたらすことが判った。これは、凸状形状の湾曲によって、中央入口開口部から開放された出口開口部への空気／燃料混合物の流入用の通路をさらに伸ばすためであり、燃料漏出の減少をもたらす。

本発明の好ましい実施形態は、添付図面を参照して以下に詳細に説明される。

本発明による燃料駆動型ブレーカー機を示す縦断面図。

図１に示された燃料駆動型ブレーカー機１は、参照番号２で一般的に示されたシリンダを有し、シリンダ２は、相互に直線上に配置された２つのシリンダ半体２．３及び２．４を備えている。第一ピストン３は第一のシリンダ半体２．３に、第二ピストン４は第二のシリンダ半体２．４に配置されている。２つのピストン３、４は、共通の幾何学的軸線Ａに沿って移動可能であり、またピストンリング１９、２０によってそれらのシリンダ半体２．３、２．４に対して密閉されている。

第一ピストン３は、クロスフロー２ストロークエンジンにおけるピストンとして機能し、第一ピストン３は、シリンダシェル壁７の入口側Ｉに３つの入口開口部５、６を有し、３つの開口部のうちの第一の開口部は中央開口部５である。中央開口部５は、図中詳細に解説されていないクランクケース内で空気／燃料混合物と直接接触するが、栓１８で第一ピストン３に連結式に接続されたピストンロッド１７がシリンダ半体２．３から離されているところから始まっている。

従って、２つの第二の入口開口部６（そのうちの１つだけが隠れた状態として、図中破線で表されている）は、クランクケースと接触状態するが、この場合の接触は代わりに例えばサイクロン分離器（図示されていない）を介しての間接的なものであり、サイクロン分離器は、空気或いは極めて希薄な空気／燃料混合物をクランクケース雰囲気から第二の開口部６へ通させるだけである。当然ながらこの目的は、いわゆる掃気損失、すなわち中央入口開口部５から中央入口開口部５に直接対向するシリンダシェル壁７の出口側Ｏに配置された排気ポート或いは出口開口部８への燃焼していない空気／燃料混合物の流れを阻止するためである。

ブレーカー機１の２ストロークエンジンの動作中、第一ピストン３は、従来の仕方で入口開口部５、６及び出口開口部８を開閉するようにされ、そして第一行程で開口部５、６、８が閉じられると、第二ピストンに対して入口開口部５、６を介して吸入された点火可能な空気／燃料混合物を圧縮する。点火は、シリンダシェル壁７を介してシリンダ２内へ伸長する点火プラグ１６によって行われる。空気／燃料混合物の点火後、ブレーカー機１の第一ピストン３は、第二行程において、開いている開口部５、６、８と連通するその初期位置に向かって迅速に且つ大きな力で押し戻され、一方それと同時に、ブレーカー機１の第二ピストン４は、第一ピストン３から迅速に且つ大きな力で押し離され、第二ピストン４が接続されているプッシュロッド９に、例えばたがね綱（図示されていない）を駆動するための動作行程を実行させる。その後、２つのピストン３、４がそれらの最も外側の位置すなわち死点位置に達すると、２つのピストン３、４は方向を変えて、再び第一行程を開始する。

２ストロークエンジンによるブレーカー機１の上述の掃気損失をさらに低減させるために、本発明の図示された好ましい実施形態の第一ピストン３は、実質的に膨らんだ或いは凸状のクラウン１１を、また第二ピストン４は、相対するカップ型の或いは凹状のクラウン１０を有している。加えて、第一ピストン３のクラウン１０は凹部１２を備え、凹部１２は入口側Ｉでピストン３の下に幾分広がりピストンリング１９の丁度上に平面状の底部１３を備えている。平面状の底部１３と凹状ピストンクラウン１１の間に、壁１４が底部１３に向かって垂直に伸びている。壁１４は、入口側Ｉに向かって弓形の様態で湾曲して、曲線的な変遷部１５を介して下向きに底部１３に接続されている。

上述の凹部１２は、第一ピストン３が下死点位置にあるとき、入口開口部５、６が内部と連通する入口室として機能し、また第一ピストン３が上死点位置にあるとき、点火プラグ１６が内部に突出する燃焼室として機能する。

入口室としての凹部１２の機能では、その垂直壁１４は、濃い空気／燃料混合物が入口開口部から出口開口部８に直接流れるのを効果的に防いでいる。加えて、入口側Ｉに向かって弓形の様態で広がる凹部１２の垂直壁１４は、壁１４がシリンダシェル壁７と相接する側、すなわち入口開口部６が相対する中央入口開口部の側にこれら入口開口部６が配置される結果として、希薄な空気／燃料混合物或いは好ましくは清浄な空気のために入口開口部６と共動して、中央入口開口部５と出口開口部８との間の一種のエアカーテンを構成し、エアカーテンは掃気損失を打ち消すよう作用する。

燃焼室としての凹部１２の機能では、凹部１２によってブレーカー機１の２ストロークエンジンは、原則的に、例えば点火プラグ、この場合ここで説明されている点火プラグ１６などによって、それ自体点火される濃い空気／燃料混合物による希薄な空気／燃料混合物の点火に基づく、いわゆる層状給気(stratified charging)により動作することができる。さらに特に、層状給気は、凹部１２の底部１３及び垂直壁１４によって可能にされ、層状給気は、第一ピストン３の圧縮行程中、凹部１２の底部１３及び垂直壁１４と共にエアカーテンを担持し、次いで、圧縮行程中、シリンダシェル壁７に向かって中央入口開口部５からの点火可能な濃い空気／燃料混合物を点火プラグ１６に達するまで閉じ込める。

本発明によれば、第一及び第二ピストン３、４は相互に相対する形状のクラウン１１、１０を有する。この目的は、ピストン３、４が相互に最も近づいた状態にあるとき、両者の間には僅かに最小限の空間だけを残すだけであって、さらにシリンダ２の中のすべての気体はそれによって凹部１２内に強制されるということである。これはまた、高出力及びとりわけ軽量化によるブレーカー工具１などの小型携帯機に特に関連して活用され得る事実に寄与する。最大限の掃気損失削減のために、ピストンクラウン１０、１１の形状は、図示されているようにそれぞれ凹状及び凸状であることができるが、当然のことながら当事者にはその他の形状及び完全に平坦な形状でさえ本発明の可能性の範囲内である。

１ ブレーカー機
２ シリンダ
２．３ 第一シリンダ半体
２．４ 第二シリンダ半体
３ 第一ピストン
４ 第二ピストン
５ 第一の中央入口開口部
６ 第二の入口開口部
７ シリンダシェル壁
８ 出口開口部
９ プッシュロッド
１０ 凹状クラウン
１１ 凸状クラウン
１２ 凹部
１３ 平面状の底部
１４ 垂直壁
１５ 曲線的な変遷
１６ 点火プラグ
１７ ピストンロッド
１８ 栓
１９ ピストンリング
２０ ピストンリング
Ａ 軸線
Ｉ 入口側
Ｏ 出口側

Claims (6)

1. ２つのピストン（３、４）を内蔵するシリンダ（２、２．３、２．４）を備え、２つのピストン（３、４）が共通する幾何学的な軸線（Ａ）に沿ってシリンダ（２、２．３、２．４）内で移動可能であり、第一ピストン（３）がクロスフロー２ストロークエンジンにおけるピストンとして作用し、少なくともシリンダシェル壁（７）の入口側（Ｉ）の入口開口部（５、６）を及びシリンダシェル壁（７）の対向する出口側（Ｏ）の出口開口部（８）を開閉するようにされ、また、開口部（５、６、８）が閉じられる際、ブレーカー機（１）の作動ピストンとして作用し、且つ、クロスフロー２ストロークエンジンの動作中、第二ピストン（４）に接続されたプッシュロッド（９）を往復運動させる第二ピストン（４）に対して、入口開口部／複数の開口部（５、６）を介して吸気される点火可能な空気／燃料混合物を圧縮するようにした燃料駆動型ブレーカー機（１）において、
   第一ピストン（３）が、第二ピストン（４）のクラウン（１０）に相応して形成されたクラウン（１１）を有し、
   前記クラウン（１１）が前記入口側（Ｉ）に凹部（１２）を備え、第一ピストン（３）が上死点位置にあるとき、前記凹部（１２）が、入口側（Ｉ）のシリンダシェル壁（７）を介して点火プラグ（１６）が内部に突出する燃焼室として機能し、また、第一ピストン（３）が下死点位置にあるとき、前記凹部（１２）が、入口開口部／複数の開口部（５、６）によって内部と連通する入口室として機能するように構成されていることを特徴とするブレーカー機（１）。
2. 凹部（１２）が平面状の底部（１３）及び壁部（１４）を備え、前記壁部（１４）が底部（１３）からピストンクラウン（１１）に向かって伸びることを特徴とする請求項１に記載のブレーカー機（１）。
3. 壁部（１４）が曲線的に変化する部分（１５）を介して底部（１３）に接続され、前記幾何学的な軸線（Ａ）と平行して弓形の様態で入口側（Ｉ）に向かって広がることを特徴とする請求項２に記載のブレーカー機（１）。
4. 濃い空気／燃料混合物のための中央入口開口部（５）が入口側（Ｉ）に設けられ、中央入口開口部（５）の両側に希薄な空気／燃料混合物或いは新しい空気のための二次的な入口開口部（６）が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のブレーカー機（１）。
5. 二次的な入口開口部（６）が壁部（１４）とシリンダシェル壁（７）とが相接するところで連通することを特徴とする請求項３又は４に記載のブレーカー機（１）。
6. 第一ピストン（３）のクラウン（１１）が凸状であり、第二ピストン（４）のクラウン（１０）が相対して凹状であることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のブレーカー機（１）。

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