JPS63315728A - 内燃式ピストン駆動装置 - 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】 〔発明の利用分野〕 本発明は打込機等のように、燃料の燃焼エネルギーを利
用しピストンを駆動させる内燃式ピストン駆動装置に関
するものである。

〔発明の背景〕

ガスの燃焼を利用した打込機などの従来技術として、米
国特許４４０３７２２号が挙げられる。　この実施例に
よれば、燃料の燃焼圧力によりシリダの内部をピストン
が摺動し、ピストンの上死点と下死点の間に位置するボ
ートを通過した後、燃焼室内部のガスを前記ポートより
機外に流出させる。

ガスの燃焼は上死点の上側の点火プラグ側よりピストン
の上面部へと進行する。この構造では、ピストンの圧縮
駆動行程で、ピストンの上面部において、ピストンに追
従する燃料を含む未燃ガスが先にボートから外部へ排出
される。このため、燃料の消費効率が低いだけでなく、
換気の悪い場所で使用する場合に１機外に排出され蓄積
した未燃ガスが暴発する危険性があった。

〔発明の目的〕

本発明の目的は、上記した従来技術の欠点をなくシ、こ
の種の内燃式ピストン駆動装置の安全性を増し、併せて
、燃料の燃料効率を上げることである。

〔発明の概要〕

本発明は、燃焼ガスを外部に排出するためのポートをシ
リンダの上死点の上側に位置させることにより、ピスト
ンの圧縮行程でピストンの上室側の端面に追従する未燃
ガスの排出を防止できる点に着目し、ピストンの駆動位
置を検出し、その検出結果に基づき、ピストンの上死点
より上側に位置する開口部の開閉制御を行なうように、
シリンダ、ピストン燃焼室のハウジングの関係を工夫し
たものである。

〔発明の実施例〕

本発明に係るガス燃焼式ピストン駆動装置の一実施例を
例えば打込機の構造について、第１図。

第２図、第３図、第４図、第５図、第６図、第７図を用
いて説明する。

第１図において、１は内部に出口開口を有するハウジン
グ、４６は前記ハウジング１の出口開口側にハウジング
１と一体に固定されたシリンダカバー、２はシリンダカ
バー４６とハウジング１で囲まれる空間を摺動可能なシ
リンダ、３は前記シリンダ２内部を摺動可能なピストン
、４は前記シリンダカバー４６のハウジングｌの反対側
に固定したガイドである。前記ガイド４の内部は前記ピ
ストン３に固着したロッド５が図中には示していない釘
を打つように摺動し、かつガイド４の側部には前記釘を
ガイド４内部に挿入する釘送り部６を装置する。

前記ピストン３の前記シリンダ２と摺動する部分には０
リング１４を装着し気密を保ち、ハウジング１とシリン
ダ２とピストン３で閉じられた空間が燃焼室７を形成し
、燃焼室７の内部に装着される格子１５ａ〜１５ｃによ
り燃焼室は７ａ〜７ｄに区切られる。４４ａ〜４４ｃは
、格子１５ａ〜１５ｃの全面に存在する間隙である。

１６は、燃焼室７内部に先端が位置するように固定され
た点火プラグ１８に、圧電素子等を利用して高電圧を発
生させ、燃料に着火するための点火制御装置である。３
４はハウジング１の内部に含まれる燃料シリンダで、３
５は燃料シリンダ３４の内部を摺動する燃料ピストンで
ある。９は燃料シリンダ３４と燃料ピストン３５で制限
される燃料室で、内部にブタン等の液化燃料ガスが充填
され、燃料ピストン３５の反対側に装着された加圧ばね
３０により圧縮され、液化燃料ガスは液相状態に保たれ
る。３６は内部を計量バルブ３７が摺動可能な、計量シ
リンダである。３８は第６図のごとく、計量シリンダ３
６と計量バルブ３７により囲まれる計量室である。１７
は計量室３８を加熱するための温度制御装置である。温
度制御装置１７の構成を第６図に示す。電源４１により
計量室３８の周辺に装着された抵抗４２が発熱し。

計量室３８の内部の液化燃料が加熱される。液化燃料の
温度が上昇すると、計量室３８の周辺に装着された感熱
素子４０の抵抗が増加し、抵抗４２からの発熱量が減少
し、液化燃料への加熱を抑制するように制御される。１
０はハウジング１と燃焼室７に隣接するノズル３９によ
り制限される気化室である。

３１は燃料室９と計量シリンダ３６を結ぶ第１通路であ
る。３２は計量シリンダ３６と気化室１０を結ぶ第２通
路である。第１通路３１と第２通路３２の位置は次のよ
うな条件が付けられる。

計量バルブ３７が第６図のごとく上死点にあるとき、第
１通路３１が計量室３８１こ通し、第２通路３２は計量
室３８に対し閉じられる。第７図のように針通バルブ３
７が下死点にある時、計量室３８は第２通路３２を介し
気化室１０に通じる。

２０は、燃焼室７のハウジングｌの壁面上に位置し外部
と通じる排気口２４と掃気口２５を、開閉するように、
燃焼室７の外側のハウジング１の周囲を摺動する換気ス
リーブである。換気スリーブ２０の下部外側は、ハウジ
ングｌの壁面により囲まれ、第４図に示すように換気ス
リーブ２０が上側に位置する時に、ハウジング１と換気
スリーブ２０で囲まれる空間の気密が保持される。３３
は換気スリーブ２０に設けられ、換気スリーブ２０が摺
動したときに、第５図のように掃気口２５が外気に通じ
るための連絡路である。

２６はシリンダ２の格子１５側の端部にあり。

他のピストン摺動部より径が大きいピストン停止部で、
ピストン３が格子１５側に移動すると前記Ｏリング１４
が前記ピストン停止部２６に移動し０リング１４の弾性
力によりピストン３を格子１５側に停止させる。

前記燃焼室７のピストン３側の出口開口１こは。

シリンダダンパ１９を装着し、ピストン３とシリンダ２
が格子１５側に移動するのを阻止している。

シリンダカバー４６のガイド４缶１こはピストンダンパ
２７を装着し１　ピストン３の駆勤行稈を制限する。

８はハウジング１とシリンダ２とシリンダカバー４６と
換気スリーブ２０で閉じられる蓄圧室である。１１はシ
リンダ２の打ち込み側の下死点の延長上の壁面上におい
て、蓄圧室８とシリンダ２を導通ずる蓄圧口である。２
１は蓄圧室８側から。

シリンダ２への流れを阻止する蓄圧弁である。

１２はピストン３の下死点延長において、シリンダカバ
ー４６と外気を結ぶ吸気口である。２２は吸気口１２に
おいて、シリンダカバー４６内側より外気側への流れを
阻止する吸気弁である。シリンダ２の外壁には、第１図
のように上死点側の上受圧部４５と下死点側の下受圧部
５０をもつ。

２８は、上受圧部４５と下受圧部５０とハウジング１で
囲まれる感圧室である。下受圧部５０の受圧部の面積は
上受圧部４５より大きい。１３は感圧室２８に通じるシ
リンダ２の壁面上の制御口である。感圧室２８は制御口
１３を除き外部に閉じられる。

４３は、ピストン３の上死点より上側に位置する燃焼室
７の壁面より外気に導通する減圧路である。２３は減圧
路４３において、外気側よりシリンダ２側への流れを阻
止する減圧弁である。シリンダ２の外側には、シリンダ
カバ４６との間にシリンダばね２９が装着されシリンダ
２を格子１５方向へ加勢し、減圧路４３のシリンダ２側
はシリンダ２の摺動により、シリンダ２とシリンダダン
パ１９で開閉される。

次に本打込機の作動前の状態を第１図に示す。

ピストン１はピストン停止部２６に停止している。

燃焼室７の壁面の排気口２４と掃気口２５は、換気スリ
ーブ２０により第１図のようにそれぞれ開いている。減
圧路４３のシリンダ２側は閉じられている。計量バルブ
３７は第７図に示すように上死点側に位置し、　計量室
３８の内部には第１通路３１を介し液化燃料ガスが充填
される。計量室３８の液化燃料ガスは、温度制御装置１
７により加熱されている。

次にこの打込機の操作について説明する。換気スリーブ
２０を第４図の位置まで摺動させ、燃焼室７の排気口２
４と掃気口２５をそれぞれ閉じた後、計量バルブ３７を
第７図の位置まで摺動させ。

計量室３８の液化燃料ガスを気化室１０に送る。

気化した燃料はノズル３９を介し噴出し、燃焼室７に空
気と燃料ガスの可燃混合気が充填される。

次に９点火制御装置１６により点火プラグ１８を放電さ
せ燃料混合気に着火する。燃焼室７ａ内部での燃焼によ
り燃焼ガスは膨張し、まだ燃焼していない未燃焼ガスが
押されて各格子１５ａ〜１５Ｃの間隙４４を通って、燃
焼室７ａの未燃焼ガスは燃焼室７ｂに流入し、燃焼室７
ｂの未燃焼ガスは燃焼室７ｃに流入し、未燃焼ガスは次
々にピストン３の方向に流れる。この間１間隙４４を通
過した未燃焼ガスは格子１５が流れに対し障害物となり
格子１５の下流に渦を発生し乱流となる。燃焼室７ａに
おける火炎は層流予混合火炎で燃焼速度が小さいが、火
炎が伝播し格子１５ａの間隙４４ａを通過すると乱流に
より燃焼室７ｂにおける火炎は乱流予混合火炎となり燃
焼速度が上昇する。燃焼速度の増加で燃焼室７ｂから燃
焼室７ｃに流入する未燃焼ガスの流速が上昇し１？８子
１５ｂの下流に発生する渦が更に強くなり強い乱流とな
る。この強い乱流により火炎が燃焼室７ｃに伝播すると
燃焼速度が更に大きくなる。このように火炎が格子１５
を通過する度に燃焼速度が上昇し。

ハウジング１内部が瞬時にして高圧になる。この圧力で
ピストン３は第２図のように、０リング１４の弾性力に
抗してピストン停止部２６からガイド４の方向に押し出
され駆動行程に入り、打ち込みを行いつつかつ、ピスト
ン３のガイド４側の下室の空気を圧縮し蓄圧弁２１を介
し蓄圧室８に押しだし蓄圧する。この時、吸気口１２は
吸気弁２２で閉じられ、減圧路４３もシリンダ２で閉じ
られており、シリンダ２内部の空気の外部への漏洩を防
止し、空気を蓄圧室へ押しだすのに効果がある。

ヒストン３の圧縮駆動行程でピストン３が制御口１３付
近を通過し、制御口１３を通し制御スリーブ４５の受圧
部の圧力が上昇した時、シリンダ２には、制御スリーブ
４５の面積の差により下死点方向に力が作用し、シリン
ダばね２９の圧縮力に抗してガイド４方向に摺動し、減
圧路４３を開き、燃焼室７の内部の燃焼後の高温高圧の
ガスを減圧弁２３を介し大気に放出する。ここで、燃料
ガスの燃焼は点火プラグ１８を起点として燃焼室７をピ
ストン３の上死点側上面の方向に拡がり伝播してい（。

ピストン３の駆動行程において最後に燃料が燃焼するの
は、ピストン３の上部周辺である。減圧路４３より放出
される。減圧路４３の周辺のガスは放出まえに燃焼の伝
播がすでに通過しており未燃燃料を含まない。燃焼ガス
の放出後。

燃焼室７内部は圧力が低下し、減圧弁２３により減圧路
４３を速やかに閉じることができる。

ピストン３はピストンダンパ２７と衝突し、圧縮駆動行
程を終了し、ピストンダンパ２７は、ピストン３との衝
突の衝撃を減衰させる。燃焼室７に充填された燃料の燃
焼反応が終了した後、燃焼室７内部の温度と圧力の急激
な増加は終る。

燃焼ガス放出後、シリンダ２内部の圧力と温度が減少す
る。感圧室２８の圧力が減少すると、シリンダ２はピス
トンばね２９の復元力により作動前の位置へ摺動し復帰
し、シリンダダンパ１９に接し減圧路４３を再び閉じ燃
焼室７を閉じる。

ピストン３は、ピストンダンパ２７に衝突後。

格子１５方向への戻り行程に入る。ピストン３の上室側
は、燃焼室７が閉じられており、燃焼ガスの放出により
圧力が低下し真空になる。ピストン３の下室側は圧力低
下により吸気弁２２が開き。

大気が吸いこまれ大気圧に保つことができる。ピストン
３の上下の圧力差により、ピストン３は格子１５の方向
に摺動し、シリンダダンパ１９により格子１５側への摺
動が制限され、０リング１４の弾性力により、ピストン
停止部２６に復帰する。

この間、蓄圧室８は蓄圧弁２１により封じられ内部の蓄
圧空気を保持することができる。

次に換気スリーブ２０を第５図の位置まで摺動させ、排
気口２４を閉じたままで、連絡口３３と掃気口２５を導
通し、燃焼室７の内部の真空により。

外気を燃焼室７に吸いこむ。燃焼室７の内部の燃焼ガス
の濃度は、掃気口２５より雌れている領域で濃度が高く
、掃気口２４に近い領域で燃焼ガスの濃度が低い分布に
なる。次に換気スリーブ２０を第３図の位置まて摺動さ
せ掃気口２５と排気口２４をそれぞれ開き、蓄圧室８の
蓄圧空気を１周辺の燃焼ガス濃度の低い掃気口２５側よ
り燃焼室７に送り、燃焼ガスの濃度の高い領域側の気体
より、排気０２５を通して押し出し排出する。これによ
り、同じ蓄圧空気量で、燃焼室７内部の燃焼ガスをより
効率的に排出することができる。燃焼室７の内部の燃焼
ガスは空気と交換され、換気を完了する。

実施例においてはピストンの摺動位置を検出後。

ピストンの上死点の管火装置側を開閉する制御する方法
として、ハウジングの内部に位置するシリンダを摺動さ
せ、減圧路を開閉しているが、シリンダを固定する方法
をとることができる。その作動前の状態を第８図に示す
。シリンダ２はハウジング１の出口開口に隣接し固定さ
れる。燃焼室７の周辺のハウジング１の内部に制御室５
２を設ける。制御室５２の内部には、制御ばね２９によ
り下向きに加勢される制御バルブ２９が摺動可能である
。減圧路４３は、燃焼室７のピストン３の上死点より上
側と外部を結ぶ。制御室２８は、減圧路４３の出口と入
口の間の断面上に位置し、制御バルブ４９の摺動により
減圧路４３の開閉が可能である。２８は一方を、シリン
ダ１の上死点の下死点の間の壁面上に位置する制御口２
３に通じ。

他方を制御室５２に通じ、ハウジング１とシリンダ２と
シリンダカバー４６と制御バルブ４９により囲まれる感
圧室である。作動前において、制御バルブ４９は下側に
位置し、・減圧路４３は閉じられている。本発明の実施
例と同様のピストン圧縮駆動行程化おいて、ピストン３
が制御口１３を通過する時、感圧室２８の圧力が上昇し
、制御バルブ４９は、制御ばね２９の弾性力に打ち勝ち
、第９図に示すように上側に摺動し、減圧路４３を開き
、燃焼ガスを外部に放出する。

本例において、減圧路４３の開閉に使用した制御バルブ
４９は２本発明の実施例で開閉制御に使用したシリンダ
２と比較し、小形軽量である。よって第１の変形例にお
いては、小形軽量の制御バルブを使用することで、開閉
に要する時間を短縮することができる。

第１０図、第１１図は１本発明における燃焼ガス放出通
路の他の実施例を示すものである。

第１０図は１本例における作動前のピストン２の上死点
付近の状態を示す縦断面図である。シリンダ２の上死点
側において、第１０図に示すように、シリンダ２に補助
ダンパ５１を装着する。シリンダ２は、実施例と同様に
制御ばね２９により上側に加勢されている。

作動前において、減圧路４３のシリンダ２側はシリンダ
ダンパ１９と補助ダンパ５１で閉じられる。圧縮行程に
おいて、ピストン３が制御口１３を通過する時２第１１
図に示すよう薯こシリンダ２を下側に摺動させ、減圧路
４３を開く。本例では。

シリンダ２に補助ダンパ５１を装着することで。

減圧路の開閉で発生する衝撃を減衰させるのに効果があ
る。

〔発明の効果〕

本発明によれば、燃焼室内部の燃焼ガスを外部に放出す
るための開口部をピストンの上死点側に、設けるように
したので、ピストンの圧縮行程において。

ピストンの上死点側の端面に追従する未然の燃料を含む
気体の外部への放出を防止することができる。未然ガス
の外部放出を防止することで、換気の条件の悪い場所で
所用する時９周辺に蓄積する未然ガスの暴発を未然に防
ぐことができる。またピストンの端面に追従するガスを
燃焼させることで。

燃焼の効率を改善することができる。

４、図の簡単な説明 第１図は本発明による内燃式ピストン駆動装置の実施例
である打込機の打込動作前の状態を示、す縦断面側面図
である。第２図は同打込機の打込時の状態を示す縦断面
側面図である。

第３図と第４図と第５図は１本発明における打込機の換
気スリーブの連絡路と燃焼室のハウジングの排気口と掃
気口の相対関係を示す縦断面の拡大図で、第３図は打込
動作前の状態を示し、第４図は、燃焼室でガスが燃焼し
ている時の状態を示し、第５図はピストンの戻り行程を
完了後、燃焼室の排気口と掃気口を閉じたままで、掃気
口が連絡口と導通している状態を示している。

第６図は本発明における燃料を加熱するための温度制御
装置の構成と、計量室が燃焼室と導通している状態を示
す断面の部分拡大図である。第７図は同計量室が気化室
と導通している状態を示す断面の部分拡大図である。

第８図と第９図は１本発明の他の実施例を示すもので、
打込機の固定されたシリンダとハウジングの減圧路とピ
ストンとシリンダダンパと感圧室と制御バルブと制御口
との相対関係を示す縦断面の拡大図で、第８図は打込動
作前で減圧路が閉じられている状態を示し、第９図は、
ピストンの圧縮駆動工程でピストンが制御口を通過し、
制御バルブが減圧路を開いている時の状態を示している
。

第１０図と第１１図は７本発明の更に他の実施例を示す
もので２打込機のシリンダと７１ウジングの減圧路とピ
ストンとシリンダダンパと補助ダンパとの相対関係を示
す縦断面の拡大図で１第１０は打込動作前で減圧路が閉
じられている状態を示し、第１１図は、ピストンの圧縮
駆動工程でピストンが制御口を通過しシリンダが減圧路
を開いている時の状態を示している。

１はハウジング、２はシリンダ、３はピストン。

７は燃焼室、８は蓄圧室、９は燃料室、１１は蓄圧口、
１２は吸気口、１３は制御口、１４はＯリング、１５は
格子、１６は点火制御装置、１８は点火プラグ、１９は
シリンダダンパ、２０は換気スリーブ、２１は蓄圧室、
２２は吸気弁、２３は減圧弁、２４は排気０．２５は掃
気口、２８は感圧室、２９はシリンダばね、３３は連絡
路、３９はノズル、４３は減圧路、４５は上受圧部、４
６はシリンダカバーである。４９は制御バルブ。

５０は下受圧部、５１は補助ダンパである。

特許出顆人の名称　　日立工機株式会社第６図　　　　
　　第７図

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）出口開口を内部に持つハウジングと、ハウジング
   の出口開口に通じるシリンダと、前記シリンダの内部を
   摺動可能なピストンと、前記ハウジングとシリンダとピ
   ストンで制限される燃焼室と、燃焼室へ空気と燃料を充
   填する充填装置と、燃料室内部に充填された燃料と空気
   の混合気に着火する着火装置と、膨張した燃焼ガスによ
   りピストンを駆動する手段を有する内燃式ピストン駆動
   装置において、ピストンの摺動位置を検出する装置と、
   前記位置検出装置の検出結果に基づき、前記ピストンの
   上死点より上側に位置する開閉制御可能な外部への第１
   開口部を開き、燃焼室内部の高温高圧の燃焼ガスを放出
   する掃気装置を備えていることを特徴とする内燃式ピス
   トン駆動装置。
2. （２）前記位置検出装置の検出位置が前記ピストンの上
   死点と下死点との間に位置することを特徴とする特許請
   求の範囲第１項記載の内燃式ピストン駆動装置。
3. （３）前記ピストンの上死点と下死点との間のシリンダ
   の円筒面に位置する第２の開口部を有し、第２開口部と
   導通する導通路を持ちかつ前記導通路を除く領域が外気
   に対し閉じられた壁面で囲まれる感圧空間を有し、前記
   感圧空間の圧力の増加に従い摺動し変位するスリーブや
   バルブのような圧力受動部材を有し、前記ピストンが燃
   焼ガスの圧縮駆動行程で第２開口部付近を通過し摺動す
   る時に、前記シリンダの第２開口部付近の圧力が増加し
   、第２開口部を経て感圧空間の内部の圧力の増加し前記
   圧力受動部材が一定方向側へ応動することを特徴とする
   ピストンの位置検出装置を有し、前記位置検出装置がピ
   ストンの通過を検出した時に連動して前記第１開口部を
   開くように動く第１開口部の開閉制御装置を含むことを
   特徴とする特許請求の範囲第２項記載の内燃式ピストン
   駆動装置。
4. （４）前記ピストンの上死点より上側に位置する開閉制
   御可能な外部への開口部を開き、燃焼室内部の高温高圧
   の燃焼ガスを放出した後、燃焼室の前記第１開口部を再
   び閉じ燃焼室を閉じた後、燃焼ガスの放出後の冷却と減
   圧のため生じる燃焼室内部の真空を保持するとともに、
   ピストンの下死点延長上の開閉制御可能な外部への第３
   の開口部を開きピストンの下室側を大気圧に保ち、ピス
   トンの両端面の差圧によりピストンを上死点まで摺動さ
   せ戻すことを特徴とする特許請求の範囲第３項記載の内
   燃式ピストン駆動装置。
5. （５）ピストンを上死点側に戻した後、燃焼室のハウジ
   ングに位置し開閉制御可能な外部への開口部を開き、空
   気を燃焼室へ強制的に導入する装置を備えていることを
   特徴とする特許請求の範囲第４項記載の内燃式ピストン
   駆動装置。