JPS59229143A - 膨張エンジンの吸気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、膨張エンジンの吸気装置の改良に関する。

〔発明の技術的背景〕

従来、ガス液化装置として、その一部に、断熱膨張現象
を利用してガスを冷却するとともにそのときの膨張エネ
ルギーの一部を回収する膨張エンジンを設けるようにし
たものがある。そして、上記のような目的に供される膨
張エンシンにあって、カムを使用せずに吸気弁を開閉さ
せる吸気装置を備えたものが知られている。

上記のようにカムを使用せずに吸気弁を開閉させる膨張
エンジンの吸気装置は、一般に、第１図に示すように構
成されている。すなわち、内部にピストン１を摺動自在
に収容したシリンダ２の頭部壁を弁座とし、この弁座３
の外面にシリンダ２と同軸的に円筒状の弁ケース４を取
着し、上記弁座３の中央部に上記弁ケース４内と上記シ
リンダ１内とを連通させる弁口５を設けている。そして
、上記弁ケース４の上記弁口５と対向する壁６にガス導
入ロアを設け、このガス導入ロアを図示しない高圧ガス
源に接続している。弁ケース４内には弁口５を選択的に
閉塞する有底円筒状の弁体８がその開口端を弁座３側へ
向けて収容されている。弁体８はその外周縁部に放射状
に設けられた突起部９の外面が弁ケース４の内面に摺動
自在に支持されるとともに上記突起部９と前記壁６との
間に介挿された第１のコイルバネ１ｏによって常時、前
記弁口５を閉塞するように前記弁座３の外面に圧接され
ている。

さらに、゛上記弁体８内には、この弁体８の内面に摺動
自在に支持される形に円柱状に形成された中子１１が収
容されている。上記中子１１と上記弁体８のいわゆる底
壁１２との間には第２のコイルバネ１３が介挿されてお
シ、との第２のコイルバネ１３の復元力によって上記中
子１１は上記弁体８の開口部にこの開口部を内側から閉
塞する関係に圧接されている。さらに上記中子１１には
、上記弁体８の開口および前記弁口５を貫通してシリン
ダ２の内部まで達する長さの棒体Ｉ６ａおよび弁体８の
底壁１２の近傍まで達する長さの棒体１６ｂが取付けら
れている。なお、図中１７はガス通流用の切入部を示し
ている。また、排気装置は省略されてｂる。

このような構成の膨張エンジンの吸気装置は以下のよう
に作動する。

まず、シリンダ２内のピストン１が下死点から上死点近
傍に向って移動している状態では、弁ケース４内は導入
ロアから流入した高圧ガスによって高圧に保たれておシ
、また、シリンダ２内はガスが膨張された後の低圧状態
に保たれているので、上記弁体８が弁ケース４内と上記
シリンダ２内との圧力差と第１のコイルバネ１０の復元
力とによって、弁座３に圧接され、これによって弁口５
が閉じた状態となっている。しかして、ピストン１が上
死点近傍まで移動すると、上記ピストン１が中子１１に
取付けられた棒体１６ａに接触する。、そして、接触し
ながら上死点直前までＳ動する間、上記中子１１は第２
のコイルバネ１３を圧縮しながら弁体８内を摺動する。

ピストン１が上死点直前に達すると、中子１ノの棒体１
６ｂが弁体８の底壁１２の内面に接触し、上記弁体８を
図中右方へわずかに移動させる。その結果、上記弁体８
と弁座３との間に微小間隙が生じ、弁ケース４内の高圧
ガスが切欠部１７および弁口５を通って、シリンダ２内
へ流入し、上記弁ケース４内とシリンダ２内の圧力差が
小さくなる。このため、弁体８が第２のコイルバネ１３
の復元力によって弁ケース４内を図中右方へ向けて摺動
し、ピストン１が上死点・に違した直後に、弁体８と弁
座３との間隔が犬きくなシ、大量の高圧ガスがシリンダ
２内へ流入する。その結果、シリンダ２内の圧力が上昇
し、上記ピストンには下死点に向う移動力が付与される
。第２のコイルバネ１３の復元力は第１のコイルバネ１
ｏを圧縮するエネルギに消費されるので、上記弁体８は
第１のコイルバネ１０を圧縮する方向にある一定距離移
動した後、停止し、次に逆方向に移動して再び弁座３に
圧接して前記弁口６を閉じる。なお、この時点では、ピ
ストン１は上死点から下死点に向って移動している。し
かして、ピストン１が下死点に向って移動している間は
、シリンダ２内の圧力が低下し、弁体８は、弁座３に圧
接された状態を保ち、弁口５も閉じた状態に保たれる。

このようなサイクルによってシリンダ２内に流入したガ
スは断熱膨張し、冷却される。

そして、冷却されたガスは、ピストン１が下死点を通過
し上死点に移動する過程で図示しない排気装置にてシリ
ンダ２外へ排出される。

〔背景技術の問題点〕

しかしながら、上記のように構成された膨張エンジンの
吸気装置にあっては次のような問題があった。

すなわち、とのよ・うな吸気装置において、弁口５の開
閉をピストン１の動きに合せて正確に行なわせるには、
弁体８の摺動移動が極めてスムースに行なわれなければ
ならない。そのためには、弁体８の摺動面積を大きくす
る必要があシその結果、弁体８は勿論のこと弁ケース４
も大型化する問題があった。また、弁体８をスムースに
摺動させるには、第１のコイルバネ１０の圧力が上記弁
体８に周上にわたって均一に加わらなければならず、こ
れを実現するには第１のコイルバネ１０を軸方向にある
程度太きく形成する必要がある。したがって、従来の吸
気装置では吸気装置全体が大型化する問題があった。

さらに、摺動面を極めて精度よく加工しなければならな
いので、加工に要する時間と働力の増大化を゛招き、＼
その結果製造費用が増大化する問題もあっまた。

〔発明の目的〕

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、そ
の目的とするところは、簡単な構成で弁の開閉を正確に
行なわせることができ、さらに、小型化、軽量化および
製造費の減少化を図れる膨張エンジンの吸気装置を提供
することにある。

〔発明の概要〕

本発明の膨張エンジンの吸気装置は、シリンダの頭部に
設けられた弁ケース内に、上記シリンダ内と上記弁ケー
ス内とを連通ずる弁口を開閉する弁体を設け、この弁体
を上記弁ケースに対して第１の板バネにて支持させ、上
記弁体に対してピストンが予め定められた距離以内に接
近したとき上記ピストンの移動力を上記弁体の開放力と
して伝える開放力伝達機構を設け、さら゛にこの開放力
伝達機構に上記開放力の伝達方向への弾性をもたせる第
２の板バネを設けたことを特徴としている。

〔発明の効果〕

このような構成であると、弁ケース内に設けられた弁体
は板バネに゛よって弁ケースに支持されているので、上
記板バネの弾性力によって上記弁体を弁口が設けられて
いる弁座に圧接させることができる。この場合、板バネ
はその平面方向には極めて高い剛性を有しているので、
上記板バネに支持された弁体は弁ケースの軸方向には比
較的容易に移動可能であるが、軸と直角方向にはほとん
ど移動不可能である。したがって、弁体が軸方向とは直
角方向に移動するのを防止する手段を設ける必要がない
ので、従来装置のように弁体と弁ケースとの間に摺動面
を設ける必要がない。したがって、弁体の軸方向長さを
短縮できるので弁体自身を小型化でき、さらにコイルバ
ネを使用しないので弁ケースの軸方向長さを短縮でき、
弁ケース自身も小型化でき、結局、吸気装置全体の小型
化、軽量化を図ることができる。

また、摺動面を設ける必要がないので加工に要する時間
を減少させることができ、製造費の減少も図ることがで
きる。

さらに、弁体に開放力を伝える開放力伝達機構の軸方向
への弾性力を板バネによって付与しているので、この開
放力伝達機構にも摺動面を設ける必要がなく、この結果
、上記開放力伝達機構の／Ｉ−型化、軽量化を図れ、上
述の効果をよシ一層発揮させることができる。さらに、
摺動部がないので摩滅部分を減少させることができ、装
置全体の長寿命化を図ることができる。

〔発明の実施例〕

第２図（、）は本発明の一実施例に係る膨張エンジンの
吸気装置の概略構成を示す断面図であシ、第１図と同一
部分は同一符号で示しである。したがって、重複する部
分の説明は省略する。

この実施例においては、弁体８を有底円筒状の弁体本体
２０と、この弁体本体２ｏのいわゆる底壁外面に突設し
た小径の円柱状部２ノとで構成している。そして、上記
弁体８を、その弁体本体２０の開口部が弁座３側に配置
するように弁ケース４内に収容し、この弁体８の円柱状
部２１の外周面を弁座３と平行な２枚の第１の板バネ２
２ａ、２２ｂを介して弁ケース４の内面に固定し、上記
板バネ２２ｈ、２２ｂの復元力によって上記弁体８を上
記弁座３に圧接するようにしている。上記第１の板バネ
２２ａ。

２２ｂは第２図（ｂ）に示すように円板状に形成されて
おシ、周上４ケ所に高圧ガス通流用の孔２３が設けられ
ている。また、弁体８の内面２４に開放力伝達機構Ｊが
設けられている。この開放力伝達機構Ｊは、上記弁体８
の内面２４に弁座３と平行に円板型の第２の板バネ２６
を固定し、この第２の板バネ２６の弁口５に対向する面
に円板２７を介して上記弁口５を貫通してシリンダ２内
に達する長さの棒体２８の一端を取着したものとなって
いる。

このような構成であると、今、ピストン１が下死点から
上死点に移動している状態では、弁体８は板バネ２２ａ
、２２ｂの弾性力および弁ケース４．内とシリンダ２内
の圧力差とによって弁座３に圧・接されている。しかし
て、ピストン１が上死点近傍に接近すると、上記ピスト
ン１の移動力は開放力伝達機構リヘ伝達される。

すなわち、ピストン１が棒体２８に接触し、この棒体２
８が図中右方向に向って移動している間に、上記第２の
板バネ２６が撓んで弾性エネルギが蓄積される。そして
、ピストン１が上死点に達する直前に板バネ２６が弁体
８の底壁内面に接触し、弁体８をわずかに図中右方向へ
移動させる。このとき、弁体８と弁座３との間に微小間
隙が生じて、弁ケース４内とシリンダ２内の圧力差が縮
まる。圧力差が縮まると、上記第２の板バネ２６に蓄積
された弾性エネルギは上記弁体８を０図中右方へさらに
移動させて、上記弁体８を支持する第１の板バネ２２　
ａ　、　２２ｂを撓わませるためのエネルギとして消費
される。

したがって、弁口５が開放され高圧ガスがシリンダ２内
に流入する。上記弁体８は第２の板バネ２６の復元力に
よって図中右方へ運動し、その運動エネルギが第１の板
バネ２２ａ、２２ｂの弾性エネルギにほぼ等しくなった
時点で停止し、その後第１の板バネ２２ａ、２２ｂに蓄
積された弾性エネルギの放出によって、逆方向に移動し
、弁座３に再び圧接して、弁口５を゛閉塞する。

したがって使用する第１の板バネ２２ａ。

２２ｂおよび第２の板バネ２６の材質、板厚および形状
を必要なたわみ量、剛性等を考慮して予め定めておけば
、良好に機能させることができる。

上記のような構成および動作の装置であると、弁体８お
よび棒体２８等の可動部材は、いずれも板バネによシ周
囲の壁面に支持されているので、従来装置のように摺動
面を設ける必要がない。従って、弁ケース４および弁体
８を小型化でき、装置全体の小型化、軽量化を図れる。

さらにこの実施例においては、弁体８に円柱状部２１を
設け、この円柱状部２ノの外周面と弁ケース４の側壁と
の間に２枚の第１の板バネ２２ａ。

２２ｂを設置しているので、弁体８の傾きを防止できる
とＩともに弁ケース４内の容積を有効に利用でき、弁ケ
ース４自身の小型化をさらに促進することができる。

第３図は本発明の別の実施例に係る膨張エンジンの吸気
装置の概略構成を示す断面図であシ、第２図と同一部分
は同一符号で示しである。したがって、重複する部分の
説明は省略する〇この実施例においては、開放力伝達機
構２５が前記実施例と異なっている。すなわち、この実
施例における開放力伝達機構２５は、弁体８の底壁内面
中央部に弁口５を貫通してシリンダ２内に達する長さの
棒体２９の一端を取着し、ピストン１の頭部３ｏの中央
部に凹部３１を設け、との凹部３ノにとの凹部３１を蓋
するように第２の板バネ３２を設置したものとなってぃ
る。

このような構成であると、ピストン１が上死点近傍に接
近すると、上記ピストン１の凹部３１に設けられた第２
の板バネ３２が棒体２９に接触し、この接触状態でピス
トン１が移動している間に上記第２の板バネ３２が撓ん
で弾性エネルギを蓄積する。そして、ピストン１が上死
点に達する直前に上記棒体２９が四部３１の底壁面に接
触し、その結果、弁体８をわずかに図中右方向に移動さ
せる。それ以後の動作は前記の実施例とは／菖同じであ
るので省略する。

上記のような構成であると、前述の実施例と同様な効果
が得られるとともに、第２の板バネ３２をピストン１に
設けているので、弁体８における弁体本体２０のいわゆ
る深さを浅くすることができ、上記弁体８をよシ小型化
できる。

なお、本発明は上述した実施例に限定されるものではな
い。すなわち、本実施例においては棒体を弁体側に設置
したが、ピストン側に設置してもよい。また、使用する
板・ぐネの枚数も特に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の膨張エンジンの吸気装置の概略構成を示
す断面図、第２図（、）は本発明の一実施例に係る膨張
エンジンの吸気装置の概略構成を示す断面・図、第２図
（ｂ）は同実施例の要部を取り出して示す説明図、第３
図は本発明の別の実施例に係る膨張エンジンの吸気装置
の概略構成を示す断面図である。 １・・・ピストン、２・・・シリンダ、３・・・弁座、
４・・・弁ケース、５・・・弁口、７・・・導入口、８
・・・弁体、２２ａ、２２ｂ・・・第１の板バネ、２−
５・・・開放力伝達機構、３１・・・凹部、２６．３２
・・・第２の板バネ、２７川円板、２８．２９・・・棒
。 出願人代理人弁理士　鈴　江　武　彦 第１図 ］・ （ｂ） 第３図 Ｕ２２ｂ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）　　内部に動力取出し用ピストンを摺動自在に収
   容したシリンダの頭部に設けられるとともに高圧ガス供
   給系に通じた弁ケースと、この弁ケースと前記シリンダ
   との間に設けられ上記弁ケース内と上記シリンダ内とを
   連通させる弁口を有した弁座と、前記弁ケース内に設け
   られ上記弁口を開閉する弁体と、この弁体を上記弁ケー
   スに対して弾性的に支持させる第１の板バネと、前記弁
   体に対して前記ピストンが予め定められた距離以内に接
   近したとき上記゛ピストンの移動力を上記弁体の開放力
   として伝える開放力伝達機構と、この開放力伝達機構に
   上記開放力の伝達方向への弾性をもたせる第２の板バネ
   とを具備してなることを特徴とする膨張エンジンの吸気
   装置。
2. （２）前記第２の板バネは、前記弁体の前記弁口に対向
   する面に形成され九′面部の内周面に固定され、前記開
   放力伝達機構は上記第２の板バネに一端が固定され他端
   が上記弁口を貫通して前記シリンダ内に達する棒体で構
   成されてなることを特徴とする特許請求の範囲第（１）
   項記載の膨張エンジンの吸気装置。
3. （３）　　前記開放力伝達機構は前記弁体の前記弁口に
   対向する面に一端が固定され他端が上記弁口を貫通して
   前記シリンダ内に達する棒体で構成され、前記第２の板
   バネは前記ピストンの頭部に設けられた凹部を蓋するよ
   うに固定されてなることを特徴とする特許請求の範囲第
   （１）項記載の膨張エンジンの吸気装置。