JPH0136030B2 - - Google Patents

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ジンにあつ
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
にガス導入口７を設け、このガス導入口７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１０によつて常
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が介挿されており、この第２のコイル
バネ１３の復元力によつて上記中子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１６ａ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
ス通流用の切欠部を示している。また、排気装置
は省略されている。

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
上死点近傍に向つて移動している状態では、弁ケ
ース４内は導入口７から流入した高圧ガスによつ
て高圧に保たれており、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
によつて、弁座３に圧接され、これによつて弁口
５が閉じた状態となつている。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移動す
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１１の棒体１６ｂ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を通つ
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の復元力によつて
弁ケース４内を図中右方へ向けて摺動し、ピスト
ン１が上死点に達した直後に、弁体８と弁座３と
の間隔が大きくなり、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１０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５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つて移動してい
る。しかして、ピストン１が下死点に向つて移動
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
よつてシリンダ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つては次のような問題があ
つた。

すなわち、こ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りその結
果、弁体８は勿論のこと弁ケース４も大型化する
問題があつた。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に周上にわたつ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
軸方向にある程度大きく形成する必要がある。し
たがつて、従来の吸気装置では吸気装置全体が大
型化する問題があつた。

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
あつた。

〔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する弁口を開閉する
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つ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つて上記弁体
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。したがつて、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。したがつ
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つて付与してい
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小
型化、軽量化を図れ、上述の効果をより一層発揮
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、摺動全体の長
寿命化を図ることができる。

〔発明の実施例〕

第２図ａ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り、第
１図と同一部分は同一符号で示してある。したが
つて、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２０のいわゆる底
壁外面に突設した小径の円柱状部２１とで構成し
ている。そして、上記弁体８を、その弁体本体２
０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２２ａ，
２２ｂを介して弁ケース４の内面に固定し、上記
板バネ２２ａ，２２ｂの復元力によつて上記弁体
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り、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２５が設けられ
ている。この開放力伝達機構２５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つている。

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内の圧力差とによつて弁座３に
圧接されている。しかして、ピストン１が上死点
近傍すると、上記ピストン１の移動力は開放力伝
達機構２５へ伝達される。すなわち、ピストン１
が棒体２８に接触し、この棒体２８が図中右方向
に向つて移動している間に、上記第２の板バネ２
６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２２ａ，
２２ｂを撓わませるためのエネルギとして消費さ
れる。したがつて、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の復元力によつ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つた時点で停止し、
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つて、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。

したがつて使用する第１の板バネ２２ａ，２２
ｂ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
板バネにより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
つて、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２１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り、第
２図と同一部分は同一符号で示してある。したが
つて、重複する部分の説明は省略する。

この実施例においては、開放力伝達機構２５が
前記実施例と異なつている。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３０の中央部に凹部３１を設け、この凹部
３１にこの凹部３１を蓋するように第２の板バネ
３２を設置したものとなつている。

このような構成であると、ピストン１が上死点
近接に接近すると、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が凹部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ほぼ
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をより小型化できる。

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、使用する板バ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ａ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……ガス導
入口、８……弁体、２２ａ，２２ｂ……第１の板
バネ、２５……開放力伝達機構、３１……凹部、
２６，３２……第２の板バネ、２７……円板、２
８，２９……棒。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 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 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た凹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 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。