JPH086642B2 - 熱機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、クランク・ケース加圧型の無潤滑圧縮機
や熱駆動機関などの熱機関に関し、特にその作動空間へ
の潤滑油の侵入を防止するための機構に関するものであ
る。

〔従来の技術〕

第６図は従来の熱機関の油あがり防止機構を説明する
ための断面図であり、本図は本発明が適用できる代表的
な熱機関の一種であるスターリングエンジンを示すもの
である。図において、１はクランクケースで、本部品が
基本となってスターリング機関の全部品が組立て構成さ
れる。２はクランクケース１に加工された穴にボルト等
締結部品で固定されたフランジ、３はフランジ２と同様
にクランクケース１に締結固定された軸受ハウジング、
４はクランクケース１に締結固定されたフランジ、５は
軸受ハウジング３に固定された軸受、６はフランジ２に
固定された軸受、７はクランク軸で軸受５及び軸受６で
回転自在に保持されており、スターリング機関が発生し
た動力を外部に伝達するものである。８はクランク軸７
に取り付けられたメカニカル・シールで、クランクケー
ス１内のガスを封じる効果がある。

また９および10はクランク軸７の回転釣合いをとるた
めのバランスウエイトで、クランク軸７に固定されてい
る。11,12はクランク軸７に軸受にて連結されているパ
ワーピストン用コンロッド、13はパワーピストン用コン
ロッド11,12と結合されているクロスヘッドで、これに
はパワーピストン用ロッド14を介してパワーピストン15
が連結されている。またクロスヘッド13の外周はシリン
ダ16の内周と往復摺動可能な様に軸受作用を持たせて嵌
合している。17はクロスヘッド13とパワーピストン15間
の空間、つまりディスタンス室28に備えられた油吸収材
であり、通気性があり、しかも油吸収性のある材料で構
成されており、クロスヘッド13側から飛び散った油やパ
ワーピストン用ロッド14に付着した油を吸収する。

24はクロスヘッド13の上部近傍に設けられた油はね防
止板であり、クロスヘッド13に固定されている。クロス
ヘッド13の摺動部より飛散し上がってくる油をできるだ
け少なく抑制する効果がある。又、油はね防止板24の表
面をスポンジ状多孔質材料で覆うとなお一層の効果があ
る。18a、18bは油吸収材17を納めた空間であるディスタ
ンス室28とクランク室部のバッファ室部29すなわちクラ
ンクケース１内の空間とを連通するそれぞれ第１、第２
の連通孔であり、連通孔18aはクロスヘッド13に、連通
孔18bはシリンダ16とクランクケース１の壁にそれぞれ
設けられている。26は油吸収材17を保持する油吸収材保
持器である。

19はディスプレーサ用コンロッドで、クランク軸７と
軸受にて回転自在に結合されている。20はピストンピ
ン、21はディスプレーサ用ロッドでピストンピン20を接
点としてディスプレーサ用コンロッド19と結合され、ま
たクロスヘッド13、パワーピストン用ロッド14、パワー
ピストン15を貫通してディスプレーサピストン22と固定
結合されている。23はクランクケース１底に溜まったス
ターリング機関の運動部分を潤滑するための潤滑油であ
る。

第７図はクロスヘッドを示すものであり、油はね防止
板24aはクロスヘッド13にスペーサ26を介して、固定用
ネジ27によって固定されている。クロスヘッド13はシリ
ンダ16と摺動し、摺動部は油潤滑されている。

次に従来のスターリング機関の動作について説明す
る。

第６図に示したような、いわゆる１シリンダ２ピスト
ン直列配置のクランク軸型スターリング機関では、シリ
ンダ16内に発生した圧力変動（圧力の発生機構は省略す
る）がパワーピストン15に作用し、力に変換されてパワ
ーピストン用ロッド14、クロスヘッド13、パワーピスト
ン用コンロッド11、12に伝達される。そして回転仕事が
クランク軸７により外部に出力される。この回転仕事の
一部をデイスプレーサピストン22に伝達し、往復運動を
誘起して、スターリング機関としての動作をさせてい
る。

油潤滑して往復摺動するクロスヘッド13から飛び散っ
た油を、油はね防止板24と通気性がありかつ油吸収性の
ある油吸収材17により吸収する。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、油はね量を抑えるため油はね防止板24をシ
リンダ16と接触させると、摩擦により油はね防止板24が
振動し、ここで吸収した油が振動のため、上方へ飛びは
ねる。そのため油はね防止板24はシリンダ16と接触させ
ず、その隙間ができるだけ狭くなるように配置してい
る。

しかし、この隙間を通って直接、飛び出す油粒子は油
吸収材17に直接あたり、油吸収材17の性能的な寿命を短
くしてしまい、機関が高回転になると、この傾向は一層
激しいものになっている。

また、筆者等が発明した熱機関（実願昭63−7462号）
により発生するバッファ室29とディスタンス室28の圧力
差によって、バッファ室へ押し戻される構成にしても機
関が高回転になってくると、クロスヘッド13の摺動面か
らはね飛んだ油が油はね防止板24とシリンダ16の間を通
過する量が増加するなどの問題点があった。

この発明は上記のような問題点を解消するためになさ
れたもので、高回転状態でも飛びはねる油の量を抑制す
ることができ、より安定に使用することができる熱機関
を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る熱ガス機関は、動力ロッド内部空間の
圧力をクロスヘッド下部空間より高く保つようにし、ク
ロスヘッドとシリンダライナの摺動部隙間を塞ぐシール
機構をクロスヘッド上部に取付けて、クロスヘッドとシ
リンダ周壁との摺動部から跳ね飛ぶ潤滑油の流速を減速
させるための密閉空間をクロスヘッド上面及びシリンダ
内壁内面とともに構成したものである。

〔作用〕

この発明においては、クロスヘッド上部にシール機構
を取りつけて、クロスヘッドとシリンダ周壁との摺動部
から跳ね飛ぶ潤滑油の流速を減速させるための密閉空間
を形成したから、クロスヘッドの摺動面からはね飛んだ
油をその流速を減速した上で止めることができ、これに
より直接はね飛んだ油が油はね防止板とシリンダの間か
ら直接飛び散るのを効果的に防止することができる。

〔実施例〕

以下、この発明の一実施例を図について説明する。

第１図はこの発明の一実施例による熱機関の油侵入防
止機構を説明するための図であり、第２図は該油侵入防
止機構の拡大図で、クロスヘッド部を示している。図に
おいて31はクランクケースであり、クランクケースの下
部構造は省略した。33はクランク軸（図示せず）の偏心
ピン部に嵌合されたコンロッド、34はコンロッド33の他
端に連結され、上面外周部分が大きく面取りされたクロ
スヘッド、35はクロスヘッド34に固定されたピストンロ
ッドである。

また24aはクロスヘッド34に固定された多孔質体24b
（発砲金属など）からなる油はね防止板、50はクロスヘ
ッド上部に設けられ、シリンダ39部内に密着摺動し、油
はね防止板24aと押さえ板52で挟み込んで締結したスポ
ンジを材料とするシール部材、51は挟み込まれたスポン
ジの締結部に設けたスペーサ、52はクロスヘッド上面に
設けられた押さえ板、36はこのピストンロッド35に固定
されたピストンであり、ここではシール機構はスポンジ
材50と押さえ板52により構成され、これは上記クロスヘ
ッド34の上面に発砲金属24aと共に固定用ねじ27により
固定されている。

さらに28はピストン36とクロスヘッド34の間の空間で
あるディスタンス室、29はバッファ室、17は上記ディス
タンス室28に備えられた油吸収材であり、37はピストン
36の上部空間である圧縮室、38はピストン36の溝部に装
着され、クランクケース31の上部に位置するシリンダ39
部内周に密着摺動し、圧縮室37を密閉するピストンリン
グである、クロスヘッド34にはピストンリング40が装着
され、両空間28、29を適度にシールしている。41はバッ
ファ室29とディスタンス室28を連通する連通管であり、
その配管の途中に油分離器42と逆止弁43が設けられてい
る。なお、逆止弁43では図中に矢印で示すように、下か
ら上へガスが流通する。

次に動作について説明する。

油上がりは、クランク軸（図示せず）の軸受け部など
の潤滑油が飛散し、クロスヘッド34の摺動面に侵入す
る。潤滑状態にあるクロスヘッド34が往復運動を行なう
ことによって、その摺動面にある潤滑油は、ほぼ機関の
回転数に比例した量がポンプアップされクロスヘッド上
面に溜まる。そして筆者等が発明した、油侵入防止機構
により、機械的にポンプアップされクロスヘッド上面に
溜まった油が、バッファ室29とディスタンス室28の圧力
差（Pd−Pb）により、クロスヘッド下部のバッファ室側
へ、クロスヘッドの摺動部を通って押し戻される。本
来、ポンプアップされた潤滑油が飛散し圧縮室37に侵入
すると、熱交換器の性能低下、流路の圧力損失の増大な
どの種々の不都合が生じる。しかし、回転数が増加する
と潤滑油はポンプアップされる途中に飛び散ろうとす
る。

そこで本発明の主題であるクロスヘッド上面に取り付
けたスポンジからなるシール50により、クロスヘッドの
摺動面から跳ね飛んだ油を止め、その大部分がクロスヘ
ッド34の面取部に、一部がクロスヘッド上面に溜まるよ
うにする。そのことにより、直接飛び跳ねた油が油はね
防止板24aとシリンダ16の内周面との間を通過しなくな
り、またクロスヘッド34上面に溜まった油は、圧力差に
よりバッファ室29側へ押し戻されることとなり、機関が
高回転になっても油吸収体17を越えて圧縮室に流入する
油侵入量を微小な量に抑えることができる。またクロス
ヘッドの面取部では、飛びはねる油の流速がおちるの
で、一層シール50が有効に働く。

ここでスペーサ51は挟み込む隙間を制御することによ
り、シール50がシリンダ39に接する量をきめる役目を果
たし、押さえ板52はスポンジ体からなるシールが必要な
シール巾以上動かないように規制し、シール材の寿命の
向上、シール板が自励振動することにより油を跳ね飛ば
すことを防止している。

このように本実施例では、スポンジ材50と押さえ板52
とからなるシール機構を、面取りしたクロスヘッド34上
に発砲金属とともにねじ止めし、シリンダーライナとク
ロスヘッドの摺動部との隙間部を塞いだので、直接飛び
跳ねた油が油はね防止板24aとシリンダ16の内周面との
間を通過しなくなり、またクロスヘッド34上面に溜まっ
た油は圧力差によりバッファ室29側へ押し戻されること
となり、機関が高回転になっても油吸収体17を越えて圧
縮室に流入する油侵入量を微小な量に抑えることができ
る。またクロスヘッドの面取部で、飛びはねる油の流速
がおちるので、一層シール50が有効に働く。

なお上記実施例では押さえ板52がスペーサ51と別体の
ものを示したが、これは第３図に示すようにスペーサ部
53と一体に形成したものでもよい。

また，上記実施例では、シール機構をスポンジ50と押
さえ板52とで構成した場合を示したが、これはオーリン
グ54とシールハウジング55とにより構成してもよい。

第４図はこのようなシール機構を用いたクロスヘッド
を示しており、シール機構以外の構成は上記第２図，第
３図に示すものと同一である。またここでは、オーリン
グ54のかわりにピストンリング56やエンドレスシール57
（キャップシール）などを用いてもよい。さらにこのシ
ールハウジングをクロスヘッドに設けてもよい。

第５図はこのようにシールハウジングを持つクロスヘ
ッドを示しており、ここではクロスヘッド58はシール部
材を挿入するためのシールハウジング部55aを有し、こ
のハウジング55aの下部が切り欠かれており、上記シー
ルハウジング部にはオーリング54,ピストンリング56あ
るいはエンドレスシール57等のシールが挿入されてい
る。その他の構成は上記第４図に示すものと同様であ
る。

要するに、本発明ではシールはどんな形式でもどんな
材料でもよく、重要な点はシール機構においてクロスヘ
ッド摺動部から跳ね飛ぶ油の流速を一度減速させ、そし
て減速した油をシールで止めることにより直接シールを
越えて飛び出す油粒子をなくすことにある。

〔発明の効果〕

以上のように、この発明によればクロスヘッドとシリ
ンダライナの摺動部隙間を塞ぐシール機構をクロスヘッ
ド上部に取付けて、クロスヘッドとシリンダ周壁との摺
動部から跳ね飛ぶ潤滑油の流速を減速させるための密閉
空間を、クロスヘッド上面及びシリンダ内壁内面ととも
に構成したので、クロスヘッド摺動面からはね飛んだ油
をその流速を減速した上で止めることができ、これによ
り高回転でも油あがりを抑えて安定に運転することがで
きる熱機関を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例による熱機関の油侵入防止
機構を示すを断面図、第２図はこの油侵入防止機構を説
明するためのクロスヘッド部の拡大図、第３図ないし第
５図はそれぞれ他の実施例による熱機関の油侵入防止機
構を示す断面側面図、第６図は従来の熱機関の代表的な
スターリング・エンジンの油侵入防止機構を示す断面側
面図、第７図はこのエンジンのクロスヘッド部の拡大図
である。 17……油吸収材、24……油はね防止板、31……クランク
ケース、28……ディスタンス室、29……バッファ室、33
……コンロッド、34……クロスヘッド、35……ピストン
ロッド、36……ピストン、37……圧縮室、38……ピスト
ンリング、39……シリンダ、40……ピストンリング、41
……連通管、42……油分離器、43……逆止弁、50……シ
ール、51……スペーサ、52……押さえ板。 なお、図中同一符号は同一又は相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダ内に圧力変化を生じさせるディス
   プレーサと、 この圧力変化を機械的な出力として取り出す動力ピスト
   ンと、 該動力ピストン下側に該ピストンと通気孔を有する筒状
   動力ロッドにより連結して配置され、機関往復運動に伴
   う体積変化が微小かまたは無いディスタンス室を上記動
   力ピストン及びシリンダとともに形成するクロスヘッド
   と、 該クロスヘッド下方のバッファ室内に配置され、上記動
   力ピストンの往復運動をクランク軸の回転運動に変換す
   るクランク機構と、 上記動力ピストン、動力ロッド、及びクロスヘッドの内
   部を貫通して摺動自在に設けられ、上記ディスプレーサ
   とクランク機構とを連結するディスプレーサロッドとを
   備え、 上記ディスタンス室内を平均してバッファ室内より高い
   圧力に保持するようにした熱機関において、 上記クロスヘッド上部に設けられ、クロスヘッドとシリ
   ンダ周壁との摺動部から跳ね飛ぶ潤滑油の流速を減速さ
   せるための密閉空間を、クロスヘッド上面及びシリンダ
   内壁内面とともに構成するシール機構を備えたことを特
   徴とする熱機関。