(57)【要約】【課題】ガラス製のシリンダースリーブを破損させることなく圧縮比20以上の高圧縮比を実現可能にすると共に、運転時間を延長可能にし、特別な熟練を要せず容易に組み立て可能な燃焼可視化エンジンとする。【解決手段】ガラス材料で形成された円筒形状のシリンダースリーブ15の圧着面15ｂと、シリンダーヘッド部材13の圧着面13ａとの間に、板金材料で形成されたガスケット部材45を圧縮介装し、このガスケット部材45は、上記圧着面15ｂの形状に沿って環状に連続する平坦なベース板45ａと、該ベース板45ａの少なくとも一面側から突起し、圧着面15ｂの形状に沿って環状に連続するエンボス部45ｂとを有して成形され、上記エンボス部45ｂは、ガスケット部材45を形成する板金材料をプレス成形することにより形成され、ガスケット部材45の圧縮介装時にその高さ寸法Ｈが小さくなり、圧縮が解除されると高さ寸法Ｈが再び回復するバネ性を有することを特徴とする。【選択図】  図７
2011112034.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透過性材料により形成された円筒形状のシリンダースリーブが、シリンダーヘッド部材と下部固定部材との間に気密的に圧着され、該シリンダースリーブ内にピストンが摺動自在に挿入され、前記シリンダースリーブの内部における燃焼状態を、前記シリンダースリーブの側方から観察可能にした燃焼可視化エンジンにおいて、
前記シリンダースリーブの一方の圧着面と前記シリンダーヘッド部材の圧着面との間、又は前記シリンダースリーブの他方の圧着面と前記下部固定部材の圧着面との間の少なくとも片方に、板金材料で形成されたガスケット部材を圧縮介装し、
前記ガスケット部材は、前記シリンダースリーブの圧着面形状に沿って環状に連続する平坦なベース板と、該ベース板の少なくとも一面側から突起し、前記圧着面形状に沿って環状に連続するエンボス部とを有して成形され、
前記エンボス部は、前記ガスケット部材を形成する板金材料をプレス成形することにより前記ベース板と一体に形成され、且つ、前記ガスケット部材の圧縮介装時にその高さ寸法が小さくなり、圧縮が解除されると高さ寸法が再び回復するバネ性を有し、さらに、
前記ガスケット部材の圧縮介装時には、前記ベース板と、前記エンボス部が相対する圧着面との間に隙間を有することを特徴とする燃焼可視化エンジン。
【請求項２】
前記ガスケット部材の圧縮介装時において、前記エンボス部は、相対する圧着面に対して最初は線接触し、その後、圧縮されるにつれて面接触に変化する断面形状であることを特徴とする請求項１に記載の燃焼可視化エンジン。
【請求項３】
前記ガスケット部材は、その面方向視で波打ち形状に成形加工され、前記圧縮介装時には前記波打ち形状が平坦化され、圧縮が解除された時には前記波打ち形状が回復するバネ性を有していることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃焼可視化エンジン。
【請求項４】
前記ピストンに環装されて該ピストンと前記シリンダースリーブとの間の気密を保つピストンリングの少なくとも外周面を、樹脂を含む物質で形成したことを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の燃焼可視化エンジン。
【請求項５】
請求項１乃至４に記載の燃焼可視化エンジンの組立時において、前記シリンダースリーブの圧着面と、前記シリンダーヘッド部材の圧着面、又は前記下部固定部材の圧着面との間に前記ガスケット部材を介装してこれらを互いに圧着させるべく締結する際に、前記ガスケット部材の前記エンボス部を、相対する圧着面に圧接させつつ、前記ベース板と、前記エンボス部が相対する圧着面との間に隙間が残るように締結することを特徴とする燃焼可視化エンジンの組立方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、石英ガラス等の透過性材料でシリンダースリーブを形成することにより、当該シリンダースリーブ内部における燃焼状態を側方から観察可能にした燃焼可視化エンジン及びその組立方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
この種の燃焼可視化エンジンとして、例えば特許文献１に開示されている燃焼観察装置がある。この燃焼観察装置は、石英ガラス等の透過性材料により形成されたシリンダースリーブ（筒状壁）を有し、このシリンダースリーブが、シリンダーヘッド部材と、下部固定部材（下部観察ブロック）との間に挟持されて固定され、シリンダースリーブの中には同じく透過性材料により形成されたピストンが摺動自在に挿入され、シリンダースリーブの内部における燃焼状態を、ピストンの下方からとシリンダースリーブの側方からの両方向から観察可能にしたものである。
【０００３】
ここで、シリンダースリーブの上下端面と、シリンダーヘッド部材及び下部固定部材との間には、図示されないゴム系や石綿系の非金属材料からなるガスケット部材が介装され、これによって燃焼ガスや潤滑オイル等の漏出が防止されると共に、シリンダースリーブが軸方向に熱膨張した際における寸法増大分がある程度まで吸収され、非常に高額なシリンダースリーブの破損が防止されていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開2006-233789号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスケット部材として要求される性能は、気密性、耐熱性、及びクッション性等であるが、これら全てを満足させることは困難である。
【０００６】
すなわち、例えばゴム系のガスケット部材を使用した場合は、圧縮比８程度までの気密性は良好に確保され、ある程度のクッション性も得られるが、耐熱性の面で難があり、運転時間が長くなると熱により材質劣化して吹き抜けを起こしやすく、運転時間が数分以内に限定されてしまう。
【０００７】
一方、石綿系のガスケット部材を使用した場合は、圧縮比10以上の高圧縮比にも耐えられ、耐熱性も良好であるが、クッション性が悪いため、石英ガラス製のシリンダースリーブが熱膨張を起こした場合に、その寸法増大分を吸収することができず、シリンダースリーブを破損させてしまう虞がある。よって、これも運転時間に制限が加わっていた。
【０００８】
また、ゴム系、石綿系、いずれのガスケット部材の場合も、圧縮比20近くの高圧縮仕様とするには気密性が不足していた。また、シリンダースリーブの破損は、運転時のみならず、燃焼可視化エンジンの組立時にも起こり易いため、組立には細心の注意が必要であり、高度な熟練を要していた。
【０００９】
さらに、従来の燃焼可視化エンジンでは、ピストンに環装されてピストンとシリンダースリーブとの間の気密を保つピストンリングが、一般のエンジンと同様に金属材料により形成されていたため、このピストンリングが石英ガラス等の透過性材料により形成されたシリンダースリーブの内面を高速で摺動することにより、シリンダースリーブ内面を傷付けてしまう懸念があった。
【００１０】
金属製のピストンリングによってシリンダースリーブ内面が傷付くことを防止するには、ピストンリングの拡張力を弱める必要があるが、こうすると、燃焼に伴う高圧力を充分にシールすることができなくなる。しかも、燃焼に伴い生成されるカーボン等の燃焼組成物がシリンダースリーブの内面に付着しても、これをピストンリングによって完全に払拭することができず、燃焼状態の視認性が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は、上記課題を解決するべくなされたものであり、透過性材料により形成されたシリンダースリーブを破損させることなく圧縮比20以上の高圧縮比を実現可能にするとともに、運転時間を長くすることができ、しかも特別な熟練を要せず容易に組み立てられ、併せて、透過性材料により形成されたシリンダースリーブの内面を傷付けたり、燃焼状態の視認性が低下することを防止可能な燃焼可視化エンジン及びその組立方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、透過性材料により形成された円筒形状のシリンダースリーブが、シリンダーヘッド部材と下部固定部材との間に気密的に圧着され、該シリンダースリーブ内に形成されたシリンダーボアにピストンが摺動自在に挿入され、前記シリンダースリーブの内部における燃焼状態を、前記シリンダースリーブの側方から観察可能にした燃焼可視化エンジンにおいて、前記シリンダースリーブの一方の圧着面と前記シリンダーヘッド部材の圧着面との間、又は前記シリンダースリーブの他方の圧着面と前記下部固定部材の圧着面との間の少なくとも片方に、板金材料で形成されたガスケット部材を圧縮介装し、前記ガスケット部材は、前記シリンダースリーブの圧着面形状に沿って環状に連続する平坦なベース板と、該ベース板の少なくとも一面側から突起し、前記圧着面形状に沿って環状に連続するエンボス部とを有して成形され、前記エンボス部は、前記ガスケット部材を形成する板金材料をプレス成形することにより前記ベース板と一体に形成され、且つ、前記ガスケット部材の圧縮介装時にその高さ寸法が小さくなり、圧縮が解除されると高さ寸法が再び回復するバネ性を有し、さらに、前記ガスケット部材の圧縮介装時には、前記ベース板と、前記エンボス部が相対する圧着面との間に隙間を有する燃焼可視化エンジンとしたことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の構成に加え、前記ガスケット部材の圧縮介装時において、前記エンボス部は、相対する圧着面に対して最初は線接触し、その後、圧縮されるにつれて面接触に変化する断面形状である燃焼可視化エンジンとしたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に係る発明は、請求項１又は２に記載の構成に加え、前記ガスケット部材は、その面方向視で波打ち形状に成形加工され、前記圧縮介装時には前記波打ち形状が平坦化され、圧縮が解除された時には前記波打ち形状が回復するバネ性を有している燃焼可視化エンジンとしたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に係る発明は、請求項１乃至３のいずれかの構成に加え、前記ピストンに環装されて該ピストンと前記シリンダーボアとの間の気密を保つピストンリングの少なくとも外周面を、樹脂を含む物質で形成した燃焼可視化エンジンとしたことを特徴とする。
【００１６】
請求項５に係る発明は、請求項１乃至４に記載の燃焼可視化エンジンの組立時において、前記シリンダースリーブの圧着面と、前記シリンダーヘッド部材の圧着面、又は前記下部固定部材の圧着面との間に前記ガスケット部材を介装してこれらを互いに圧着させるべく締結する際に、前記ガスケット部材の前記エンボス部を、相対する圧着面に圧接させつつ、前記ベース板と、前記エンボス部が相対する圧着面との間に隙間が残るように締結する燃焼可視化エンジンの組立方法としたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１に記載の発明によれば、ガスケット部材に形成されたエンボス部が、シリンダースリーブの圧着面と、シリンダーヘッド部材の圧着面、又は下部固定部材の圧着面との間で圧縮され、その高さが低くなると同時に、エンボス部の持つバネ性により、エンボス部が相対する圧着面に喰い付くため、良好な気密性が得られる。
【００１８】
しかも、ガスケット部材の圧縮介装時において、ベース板と、エンボス部が相対する圧着面との間には隙間が存在するため、この隙間により、シリンダースリーブが軸方向に熱膨張した際における寸法増大分を確実に吸収し、シリンダースリーブの破損を防止することができる。
【００１９】
さらに、ガスケット部材が板金材料から形成されているため、耐熱性も良好である。したがって、ガラス製のシリンダースリーブを用いて圧縮比20以上の高圧縮比を実現可能にするとともに、運転時間を長くすることができる。
【００２０】
請求項２に記載の発明によれば、ガスケット部材のエンボス部を圧着面に確実に喰い付かせて良好な気密性を得ることができる。
【００２１】
請求項３に記載の発明によれば、ガスケット部材全体に柔らかなクッション性が付与されるため、燃焼可視化エンジンの組立時において、シリンダースリーブが、シリンダーヘッド部材又は下部固定部材に衝突する等して破損する懸念を排除でき、燃焼可視化エンジンの組立を容易にすることができる。
【００２２】
請求項４に記載の発明によれば、ピストンリングの少なくとも外周面を、樹脂を含む物質で形成したことにより、透過性材料により形成されたシリンダースリーブの内面を傷付けたり、燃焼状態の視認性が低下することを防止することができる。
【００２３】
請求項５に記載の発明によれば、シリンダースリーブの締結時に、ガスケット部材のエンボス部が持つバネ性により、エンボス部を相対する圧着面に密着させつつ、ガスケット部材のベース板と、エンボス部が相対する圧着面との間に形成した隙間によって、シリンダースリーブが軸方向に熱膨張した際における寸法増大分を確実に吸収し、シリンダースリーブの破損を防止して、特別な熟練を要せず容易に燃焼可視化エンジンを組み立てることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の実施の形態に係る燃焼可視化エンジンの主要部を示す縦断面図である。
【図２】同実施の形態に係る図１のII-II線に沿う横断面図である。
【図３】同実施の形態に係るガスケット部材の平面図である。
【図４】同実施の形態に係る図３のIV矢視によるガスケット部材の側面図である。
【図５】同実施の形態に係る図３のV矢視によるガスケット部材の側面図である。
【図６】同実施の形態に係る図３のVI-VI線に沿うガスケット部材の縦断面図である。
【図７】同実施の形態に係る図１のVII部を拡大してガスケット部材が圧縮される過程を示した縦断面図であり、(A)は圧縮初期の状態を示す図、(B)は圧縮完了の状態を示す図である。
【図８】エンボス部の別な形状を示す縦断面図である。
【図９】エンボス部の別な形状を示す縦断面図である。
【図１０】エンボス部の別な形状を示す縦断面図である。
【図１１】本発明の実施の形態に係る図１のXI部を拡大した縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、この発明の実施の形態について、図１乃至図10を参照しながら説明する。
【００２６】
図１は、本発明の実施の形態に係る燃焼可視化エンジンの主要部を示す縦断面図であり、図２は、図１のII-II線に沿う横断面図である。
【００２７】
この実施形態の燃焼可視化エンジン１は、実用されている単気筒４サイクルのベースエンジン２からシリンダヘッドアッセンブリー部分（図示せず）を取り去り、これに代えてシリンダーブロック３の上部に燃焼可視化アッセンブリー４を取り付けたものである。
【００２８】
シリンダーブロック３は、そのシリンダーボア３ａ内に汎用的なアルミニューム製の第一ピストン５が摺動自在に収容され、この第一ピストン５がコンロッド６を介してクランクシャフト７に動力伝達可能に連結されている。クランクシャフト７の端部には図示しないタイミングギヤが取り付けられ、そのタイミングギヤが図示しないカムシャフトを回転駆動し、このカムシャフトの回転により動弁機構が駆動されて燃焼可視化アッセンブリー４の吸気バルブと排気バルブ（非図示）が所定のタイミングで開弁される。
【００２９】
燃焼可視化アッセンブリー４は、シリンダーブロック３の上面にボルト９で直接取り付けられる連結用のベースプレート10の上面に、下部アッセンブリー11と上部アッセンブリー12とが順に載置されて固定され、上部アッセンブリー12の頂部には、図示しない点火プラグや燃料噴射装置、吸気バルブ、排気バルブ、動弁機構等が組み込まれたシリンダーヘッド部材13が設けられている。
【００３０】
上部アッセンブリー12は、石英ガラス等の透過性材料によって高精度な円筒形状に形成されたシリンダースリーブ15を有し、このシリンダースリーブ15にシリンダーボア15ａが加工されている。シリンダースリーブ15は、シリンダーヘッド部材13と平板状の下部固定部材17との間に挟持され、その周囲が、図２にも示すスリーブハウジング18によって保持される。
【００３１】
スリーブハウジング18は、図２にも示すように、四角い板状のハウジングベース18ａの四隅からリブ18ｂが一体に直立した形状であり、これら４本のリブ18ｂの内側にシリンダースリーブ15が密に保持されて径方向への動きを規制される。そして、各リブ18ｂの内部を縦貫するように配設された４本のスタッドボルト19の下端が下部固定部材17側に螺合され、上端にはナット20が締結されて、このナット20が締め込まれることにより、シリンダーヘッド部材13とシリンダースリーブ15とスリーブハウジング18とが下部固定部材17側に締結される。
【００３２】
このように、シリンダーヘッド部材13とシリンダースリーブ15とスリーブハウジング18とが下部固定部材17側に締結される際、シリンダースリーブ15の圧着面15ｂ（上側の端面）がシリンダーヘッド部材13の圧着面13ａ（下面）に圧着され、シリンダースリーブ15の圧着面15ｃ（下側の端面）が下部固定部材17の圧着面17ａ（上面）に圧着される。各々の圧着面15ｂ，13ａと、15ｃ，17ａとの間には、後述するガスケット部材45が介装され、高気密的にシールがなされる。
【００３３】
一方、下部アッセンブリー11は、アッパープレート23とロアープレート24との間に金属製且つ円筒状の観察スリーブ25が挟装され、これら三部材23，24，25が、図示しないスタッドボルト等により軸方向に締結されて堅固に一体化された構成である。観察スリーブ25には一対の観察窓25ａが対向位置に穿設されている。
【００３４】
下部アッセンブリー11のアッパープレート23は、上部アッセンブリー12の下部固定部材17の下面に図示しないボルト等で締結される。その際、シリンダーボア15ａの軸心と、観察スリーブ25の軸心とが一致するようにノックピン27を用いて正確に位置決めがなされる。また、下部アッセンブリー11のロアープレート24は、複数のボルト28によってベースプレート10の上面に固定される。なお、シリンダーヘッド部材13を下部固定部材17側に締結しているスタッドボルト19を延長して下部固定部材17とアッパープレート23とロアープレート24とを貫通させ、上部アッセンブリー12と下部アッセンブリー11とをベースプレート10に共締めする構造にしてもよい。
【００３５】
第一ピストン５の上部には、金属製の連結スリーブ30が固定され、この連結スリーブ30の上端に第二ピストン31が固定されている。第二ピストン31は、例えばアルミニュームで形成された略円筒状のピストン外周部材31ａを有し、このピストン外周部材31ａの内側に、シリンダースリーブ15と同様に石英ガラス等の透過性材料によって形成されたピストントップ部材31ｂが嵌装固定された構造であり、ピストン外周部材31ａの部分が複数のスタッドボルト33とナット34とによって連結スリーブ30の上端部に締結されている。
【００３６】
第二ピストン31は、シリンダースリーブ15のシリンダーボア15ａ内に密に、且つ摺動自在に挿入され、そのピストン外周部材31ａの周囲に環状に嵌合された３本のピストンリング35が径方向に拡張してシリンダーボア15ａの内周面に軽く圧接し、これによって第二ピストン31とシリンダーボア15ａとの間が気密的にシールされる。ピストンリング35の構造については後に詳述する。そして、ピストントップ部材31ｂの上面に形成された擂鉢状の凹部31ｃが、シリンダーヘッド部材13下面の凹部13ｂと共に燃焼室36を形成する。
【００３７】
連結スリーブ30の周面には、一対の縦長の開口30ａが対向位置に穿設され、観察スリーブ25の２つの対向する観察窓25ａと重なるようになっている。また、２つの観察窓25ａの下縁部に跨るようにミラー設置台38が固定され、このミラー設置台38が連結スリーブ30の内部を貫通する部分の上面に観察ミラー39が設置されている。この観察ミラー39は、連結スリーブ30のほぼ軸心位置に設置されてその鏡面角度を調整することができ、第二ピストン31の透明なピストントップ部材31ｂを下方に透過した燃焼室36の内部像を水平方向に反射させるようになっている。
【００３８】
そして、燃焼可視化エンジン１の外部には、シリンダースリーブ15の内部における燃焼状態を撮影するために第一及び第二の高速度カメラ41，42が水平姿勢で配置されている。第一の高速度カメラ41はシリンダースリーブ15の上部付近の高さに設置されてシリンダースリーブ15の内部における燃焼状態をシリンダースリーブ15を透過して側方から撮影し、第二の高速度カメラは観察ミラー39の高さに設置されて観察ミラー39を介して燃焼状態を下方から撮影する。
【００３９】
クランクシャフト７が回転すると、コンロッド６を介して第一ピストン５がシリンダーボア３ａ内を上下に摺動し、この第一ピストン５の動きが連結スリーブ30を介して第二ピストン31に伝達され、第二ピストン31がシリンダースリーブ15のシリンダーボア15ａ内を上下に摺動する。その際、連結スリーブ30の開口30ａが縦長であることから、連結スリーブ30が観察ミラー39に接触することはない。
【００４０】
燃焼可視化エンジン１の作動時には、第二ピストン31がシリンダーボア15ａ内を上死点位置から下死点位置（図１の状態）に下降するにつれ、吸気バルブ（非図示）が開弁してシリンダーボア15ａ内部に空気が吸入され、同時に燃料噴射装置（非図示）から燃料が噴射されてシリンダーボア15ａ内部が燃料混合気で満たされる。この燃料混合気は、吸気バルブが閉弁して第二ピストン31がシリンダーボア15ａ内を下死点位置から上死点位置に上昇するにつれて圧縮され、第二ピストン31が上死点位置（圧縮上死点）に達する直前に点火プラグ（非図示）により点火されて爆発・膨張し、第二ピストン31を下死点位置に押し下げる。この力が連結スリーブ30を介して第一ピストン５を押し下げ、第一ピストン５の動きがコンロッド６を介してクランクシャフト７を回転させて、ベースエンジン２の出力となる。その後、排気バルブ（非図示）が開弁すると共に第二ピストン31が下死点位置から上死点位置に上昇して、燃焼後の排気ガスが排気バルブから排出される。
【００４１】
上記の燃料混合気の爆発、膨張行程時において、シリンダースリーブ15の内部における燃焼状態が、第一及び第二の高速度カメラによって側方と下方から撮影されるため、燃焼火炎の挙動を立体的且つ正確に捉えることができる。
【００４２】
前述の如く、シリンダースリーブ15の上側の圧着面15ｂとシリンダーヘッド部材13の圧着面13ａとの間、及びシリンダースリーブ15の下側の圧着面15ｃと下部固定部材17の圧着面17ａとの間に介装されたガスケット部材45は、図３に示すように、シリンダースリーブ15の上下の圧着面15ｂ，15ｃと同形状の中空円板形状であり、その外半径と内半径の寸法が、それぞれシリンダースリーブ15の外半径と内半径と同寸法である。図４は図３のIV矢視によるガスケット部材45の側面図、図５は同じく図３のV矢視によるガスケット部材45の側面図、図６は図３のVI-VI線に沿うガスケット部材45の縦断面図である。
【００４３】
ガスケット部材45は、例えばSUS304系ステンレス材からなる板金材料をプレス成形して上述の中空円板形状に打ち抜いたものであり、シリンダースリーブ15の上下の圧着面15ｂ，15ｃの形状に沿う形で環状に連続する凡そ平坦なベース板45ａと、このベース板45ａの一面側から突起し、圧着面15ｂ，15ｃの形状に沿って同じく環状に連続するエンボス部45ｂとを有している。
【００４４】
また、ガスケット部材45は、その面方向視（図４、図５参照）で、振幅Ｗの波打ち形状に成形加工されている。この波打ち形状は、本実施形態のような浅い凹形状に限らず、凹凸形状（サインカーブ状）や、より細かい波状等であってもよい。なお、例えば上側のガスケット部材45は、そのエンボス部45ｂがシリンダーヘッド部材13の圧着面13ａに接する向きで組み込まれ、下側のガスケット部材45は、エンボス部45ｂが下部固定部材17の圧着面17ａに接する向きで組み込まれる。
【００４５】
エンボス部45ｂの断面形状としては、図６に拡大して示すように、例えば２つの斜面45ｃ，45ｄが浅い角度で突き合わされて高さ寸法Ｈの二等辺三角形を形成した山形断面が好適である。そして、ガスケット部材45がシリンダースリーブ15の上側の圧着面15ｂとシリンダーヘッド部材13の圧着面13ａとの間、又はシリンダースリーブ15の下側の圧着面15ｃと下部固定部材17の圧着面17ａとの間に介装され、シリンダーヘッド部材13からの締結力が加わって三部材13，15，17の間でガスケット部材45が圧縮されてゆく際に、図７(A)に示すように、エンボス部45ｂの山形断面が、相対する圧着面13ａ（17ａ）に対して最初は線接触をし、その後、圧縮されるにつれて、図７(B)に示すように面接触に変化する。
【００４６】
また、エンボス部45ｂは、シリンダーヘッド部材13側からの締結力によって図６及び図７(A)に示す状態から、図７(B)に示す状態に圧縮される際に、そのベース板45ａからの高さ寸法Ｈが小さくなるが、圧縮が解除されれば高さ寸法Ｈが再び回復するバネ性を有している。即ち、エンボス部45ｂの高さ寸法Ｈは、SUS304系ステンレス板材の持つ弾性範囲内に設定される。この高さ寸法Ｈがあまり大きいと、圧縮が解除されてもエンボス部45ｂが元の高さに復帰できない。高さ寸法Ｈを設定する諸条件は、ガスケット部材45の板厚や、エンボス部45ｂの形状にもよるため、適宜設定される。
【００４７】
さらに、前述の通りガスケット部材45は、その面方向視で振幅Ｗの波打ち形状に成形加工されているが、ガスケット部材45が燃焼可視化エンジン１に組み込まれてシリンダーヘッド部材13とシリンダースリーブ15と下部固定部材17との間で圧縮されると波打ち形状が平坦化され、圧縮が解除された時、即ち燃焼可視化エンジン１が分解されると波打ち形状が回復するバネ性を有している。この波打ち形状の大きさも、SUS304系ステンレス板材の弾性係数や、ガスケット部材45の板厚及びエンボス部45ｂの形状等を考慮して適宜設定される。
【００４８】
この燃焼可視化エンジン１を組み立てる際には、シリンダースリーブ15の上側の圧着面15ｂとシリンダーヘッド部材13の圧着面13ａとの間、及びシリンダースリーブ15の下側の圧着面15ｃと下部固定部材17の圧着面17ａとの間に、それぞれガスケット部材45を介装してこれらを圧着させるようにスタッドボルト19のナット20を締結する。その際、図７(B)に示すように、エンボス部45ｂが完全に潰れきらずに所定の高さが残り、且つ、ベース板45ａと、シリンダーヘッド部材13の圧着面13ａ及び下部固定部材17の圧着面17ａとの間に隙間Ｔが残るように締結する。隙間Ｔの大きさは、シリンダースリーブ15の熱膨張率や寸法形状等に応じて適宜設定される。
【００４９】
なお、この実施形態では、シリンダースリーブ15の上下両側の圧着面15ｂ，15ｃにガスケット部材45が設けられているが、例えば圧着面15ｂ，15ｃのどちらか一方にガスケット部材45を設け、他方には従来よりある既存のガスケット部材45やシール部材等を設けるようにすることも考えられる。
【００５０】
ところで、図11に示すように、第二ピストン31に環装されたピストンリング35は、それぞれ上下２段のリング積層体35ａ，35ｂからなる積層構造であり、これらのリング積層体35ａ，35ｂが、その内周側からエキスパンションリング35ｃに押圧されてシリンダースリーブ15の内周面に押し付けられるようになっている。各リング積層体35ａ，35ｂの図示しない合口は、互いに円周方向に180°ずれた位置に配置される。なお、各々のピストンリング35の積層数は２段に限らず、３段以上にしてもよい。各リング積層体35ａ，35ｂの外周角部にはＣ面取りがなされており、このためリング積層体35ａ，35ｂの間に内角90°のＶ字状溝35ｄが形成されている。
【００５１】
これらのピストンリング35が摺動するシリンダースリーブ15はガラス材料で形成されているため、リング積層体35ａ，35ｂの少なくとも外周面を、ガラス材料よりも軟質で、摺動性に富んだ樹脂を含む物質で形成することが望ましい。本実施形態では、ピストンリング35を構成するリング積層体35ａ，35ｂを、それぞれフッ化炭素樹脂（登録商標：テフロン）をベースにガラス材料よりも軟質な金属を所定の混合比率で混合した複合材料により一体形成している。フッ化炭素樹脂は現在までに発見されている物質の中で最も摩擦係数の小さい物質であり、しかもガラス材料よりも軟質であるため、リング積層体35ａ，35ｂの素材として好適である。この材料によってリング積層体35ａ，35ｂの外周部のみをコーティングすることも考えられる。
【００５２】
エキスパンションリング35ｃは、弾性のある金属帯材を環状に形成したものや、同じく金属帯材を波形やスパイラル状に変形させてから環状に形成したもの、あるいはクッション性と耐熱性とを兼ね備えた弾性材料により形成したもの等、多数考えられる。エキスパンションリング35ｃの反発力は、ピストンリング35（リング積層体35ａ，35ｂ）を、シリンダースリーブ15の内周面を傷つけることなく押し付け、且つ、燃焼に伴って生成されるカーボン等の燃焼組成物がシリンダースリーブ15の内面に付着しても、これをピストンリング35で綺麗に払拭できる面圧となるような強度とされる。
【００５３】
以上のように構成された燃焼可視化エンジン１によれば、シリンダースリーブ15の上下の圧着面15ｂ，15ｃと、シリンダーヘッド部材13の圧着面13ａ及び下部固定部材17の圧着面17ａとの間に圧縮介装された２枚のガスケット部材45のエンボス部45ｂが、それぞれ圧着面15ｂ，13ａ間と、圧着面15ｃ，17ａ間とにおいて圧縮されて高さ寸法Ｈが低くなり、各エンボス部45ｂの持つバネ性により、各エンボス部45ｂの稜線が、相対する圧着面13ａ，17ａに喰い付くために、良好な気密性が得られる。
【００５４】
しかも、エンボス部45ｂの持つバネ性により、シリンダースリーブ15の締結時に、エンボス部45ｂを相対する圧着面13ａ，17ａに密着させつつ、ベース板45ａと、エンボス部45ｂが相対する圧着面13ａ，17ａとの間に隙間Ｔが形成されるため、シリンダースリーブ15が軸方向に熱膨張した際における寸法増大分を隙間Ｔによって確実に吸収し、非常に高価なシリンダースリーブ15の破損を確実に防止することができる。
【００５５】
さらに、ガスケット部材45がSUS304等の板金材料から形成されているため、耐熱性も良好である。したがって、ガラス製のシリンダースリーブ15を用いても、圧縮比20以上の高圧縮比が実現可能になるとともに、運転時間を長くすることができる。
【００５６】
また、ガスケット部材45のエンボス部45ｂは、その稜線の部分が相対する圧着面13ａ，17ａに対して最初に線接触をし、その後、圧縮されるにつれて面接触に変化する断面形状であるため、エンボス部45ｂを圧着面13ａ，17ａに確実に喰い付かせて良好な気密性を得ることができる。
【００５７】
さらに、ガスケット部材45は、その面方向視で振幅Ｗの波打ち形状に成形加工され、ガスケット部材45の圧縮介装時にはこの波打ち形状が平坦化され、圧縮が解除された時には波打ち形状が回復するバネ性を有しているため、ガスケット部材45全体に柔らかなクッション性が付与されており、このクッション性によって、燃焼可視化エンジン１の組立時において、シリンダースリーブ15が、シリンダーヘッド部材13又は下部固定部材17に衝突する等して破損する懸念を排除でき、燃焼可視化エンジン１の組立を容易にすることができる。
【００５８】
また、シリンダースリーブ15の上下の圧着面15ｂ，15ｃと、シリンダーヘッド部材13の圧着面13ａ及び下部固定部材17の圧着面17ａとの間にガスケット部材45を介装してこれらを圧着させるべく締結する際において、ガスケット部材45のエンボス部45ｂの高さ寸法Ｈを残し、且つベース板45ａと、シリンダーヘッド部材13の圧着面13ａ及び下部固定部材17の圧着面17ａとの間に隙間Ｔが残るように締結する組立方法としたため、エンボス部45ｂが持つバネ性により、シリンダースリーブ15の締結時にエンボス部45ｂを相対する圧着面13ａ，17ａに密着させつつ、上記隙間Ｔにより、シリンダースリーブ15の熱膨張時における軸方向への寸法増大分を確実に吸収し、シリンダースリーブ15の破損を防止して、特別な熟練を要せず容易に燃焼可視化エンジン１を組み立てることができる。
【００５９】
一方、ピストンリング35を構成するリング積層体35ａ，35ｂを、シリンダースリーブ15のガラス材料よりも軟質な、樹脂を含む物質、例えば摩擦係数の小さいフッ化炭素樹脂と、ガラス材料よりも軟質な金属との混合体により形成したことにより、ピストンリング35の摺動によってシリンダースリーブ15の内面が傷付くことを防止するとともに、ピストンリング35の耐熱性を大幅に向上させて寿命を延ばすことができる。
【００６０】
しかも、シリンダースリーブ15内における燃焼に伴って生成されるカーボン等の燃焼組成物がシリンダースリーブ15の内面に付着しても、この付着物が、ガラス材料よりも軟質なピストンリング35によって綺麗に払拭されるため、シリンダースリーブ15側面からの燃焼状態の視認性が低下する懸念がない。
【００６１】
さらに、ピストンリング35を複数のリング積層体35ａ，35ｂから構成し、各リング積層体35ａ，35ｂの外周角部にそれぞれＣ面取りを施してリング積層体35ａ，35ｂの間にＶ字状溝35ｄを形成したため、シリンダースリーブ15の内面に付着した燃焼組成物を非常に効率良く拭き取ることができ、拭き取った燃焼組成物を一時的にＶ字状溝35ｄ内に蓄積させて、運転時におけるシリンダースリーブ15の透明性を良好に確保することができる。
【００６２】
なお、この発明の形態は、上記実施形態に限定されるものではなく、その発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の設計変更が可能である。例えば、ガスケット部材45のエンボス部45ｂの縦断面図形状は、必ずしも図６に示す単一の山形形状でなくてもよく、図８に示すように複数の山形形状のエンボス部45ｅを設けたり、図９に示すように半円形状のエンボス部45ｆを設けたり、図10に示すように複数の山形形状のエンボス部45ｇをベース板45ａの両面に互い違いに設ける等してもよい。また、ガスケット部材45の材質はSUS304に限らず、耐熱性及びバネ性を有するものであれば、他の金属材料としてもよい（チタン合金等）。
【００６３】
また、ピストンリング35の断面形状や本数、材質等についても、種々の変更を加えることができる。さらには、本実施形態におけるピストンリング35の構成を、一般のエンジンのピストンリング、特に圧縮シール性を担うトップリングとセカンドリングに適用してもよい。この場合は、ピストンリングを構成する複数のリング積層体を樹脂ではなく金属で形成する。これによれば、ピストンリングの摺動によるフリクションを大幅に低減させつつ、圧縮シール性を向上させ、エンジン効率の向上と低燃費に多大な貢献を果たすことができる。
【符号の説明】
【００６４】
１  燃焼可視化エンジン
２  ベースエンジン
４  燃焼可視化アッセンブリー
５  第一ピストン
７  クランクシャフト
13  シリンダーヘッド部材
13a シリンダーヘッド部材の圧着面
15  シリンダースリーブ
15b シリンダースリーブの一方の圧着面
15c シリンダースリーブの他方の圧着面
17  下部固定部材
17a 下部固定部材の圧着面
30  連結スリーブ
31  第二ピストン
35  ピストンリング
39  観察ミラー
41，42  高速度カメラ
45  ガスケット部材
45a ベース部
45b エンボス部
Ｈ  高さ寸法
Ｔ  隙間
Ｗ  波打ち形状の振幅
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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