(57)【要約】    【課題】  シリンダを透明な材料で形成して燃焼室内を目視できる構造とした可視化エンジンにおいて、高負荷運転時の熱応力の影響を回避して装置の耐久性を図る。    【解決手段】  可視化エンジンの構成部品となる透明シリンダ９の内周面に沿って下部リング１４を設けるとともに、伸長ピストン５の冠部に嵌合されたピストンクラウン７の上部外周面に上部リング１５を設け、透明シリンダ９の内周面と伸長ピストン５の外周面との隙間に気密空間Ｓを構成し、伸長ピストン５の壁面に気密空間Ｓと連通する貫通孔５ａを形成した。これにより、伸長ピストン５が往復運動すると、気密空間Ｓの容積が増減し、貫通孔５ａから空気が流入出するようになる。したがって、空気が冷却媒体となって、透明シリンダ９の内周面全体を効果的に冷却することができる。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
可視光を透過する材料でできた透明シリンダと、この透明シリンダの上部に設けられ燃焼室の一部を構成するシリンダヘッドと、前記透明シリンダ内を往復運動するピストンとを備え、前記燃焼室内を目視できる構造の可視化エンジンにおいて、
前記透明シリンダの内周面に沿って第１の環状部材を設けるとともに、前記ピストンの上部外周面に第２の環状部材を設け、前記透明シリンダの内周面と前記ピストンの外周面との隙間に前記二つの環状部材で挟まれた気密空間を構成し、
この気密空間を構成する前記ピストン又は前記透明シリンダに、外部の開放空間と連通する貫通孔を形成したことを特徴とする可視化エンジン。
【請求項２】
前記貫通孔は、前記ピストンの壁面に形成し、前記気密空間と前記ピストンの内側の開放空間とを連通させたことを特徴とする請求項１に記載の可視化エンジン。
【請求項３】
前記貫通孔は、前記透明シリンダの取り付け部材の壁面に形成し、前記気密空間と前記透明シリンダの外部の開放空間とを連通させたことを特徴とする請求項１に記載の可視化エンジン。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記気密空間の円周方向に複数個形成されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の可視化エンジン。
【請求項５】
前記貫通孔は、前記気密空間の半径方向に対して斜め方向を向いて形成されていることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１つに記載の可視化エンジン。
【請求項６】
前記貫通孔は、前記ピストン又は透明シリンダの垂直方向に対して斜め方向を向いて形成されていることを特徴とする請求項２〜５のいずれか１つに記載の可視化エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダを透明な材料で形成して燃焼室内を目視できる構造とした可視化エンジンに関し、詳しくは、透明シリンダの内周面を効果的に冷却することで、高負荷運転時の熱応力の影響を回避して装置の耐久性を図る可視化エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジンの構成部品であるシリンダを例えば耐熱ガラスのような透明な材料で形成し、この透明シリンダの外部から燃焼室内における実際の燃料噴射や燃焼状態などを視認できるようにした可視化エンジンが開発されている（特許文献１参照）。
【特許文献１】特開２００２−１３９４０７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
この従来の可視化エンジンは、低速運転中では熱負荷の影響が少ないものの、高負荷、高回転で運転すると燃焼室内の温度が高くなるので、熱応力で透明シリンダが割れたり、あるいは内面からの異常着火でエンジンが破損するおそれがあった。そのため、可視化エンジンを高負荷で運転するためには、透明シリンダを冷却する必要があった。このとき、冷却媒体としてオイル等の液体を用いると燃焼室内が見えにくくなるので、そのような不具合を回避するために空冷式の冷却装置が採用されていた。このような空冷式の冷却装置として、例えば、透明シリンダの外側から冷気を吹き付けるものや、ピストンの下方からシリンダ内に冷気を送るものがあった。
【０００４】
しかしながら、透明シリンダの外側から冷気を吹き付けるものは、透明シリンダの外側の面が冷却される一方で、高負荷運転により燃焼室内の温度は上昇するので、透明シリンダの内外面間における温度差が拡大し、かえって熱応力で透明シリンダが破損する原因となっていた。また、ピストンの下方からシリンダ内に冷気を送るものは、透明シリンダの下部は冷却できても、燃焼室内のヒートスポットとなる透明シリンダ上部までは十分に冷却できず、やはり熱応力の影響を回避できなかった。
【０００５】
そこで、本発明は、このような問題点に対処し、透明シリンダの内周面全体を効果的に冷却することによって、高負荷運転時の熱応力の影響を回避して装置の耐久性を図る可視化エンジン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】
【０００６】
本発明に係る可視化エンジンは、可視光を透過する材料でできた透明シリンダの内周面に沿って第１の環状部材を設けるとともに、この透明シリンダ内を往復運動するピストンの上部外周面に第２の環状部材を設け、前記透明シリンダの内周面と前記ピストンの外周面との隙間に、前記二つの環状部材で挟まれた気密空間を構成し、この気密空間を構成する部材に貫通孔を形成したものである。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、透明シリンダ内におけるピストンの往復運動を利用して、前記透明シリンダと前記ピストンとの隙間にできた気密空間内の空気を前記貫通孔から流入出することができる。したがって、前記気密空間内に流入出した空気が冷却媒体となって、前記透明シリンダの内周面全体を効果的に冷却することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下、本発明の実施形態を添付図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明による可視化エンジンの実施形態を示す断面図である。この可視化エンジンは、エンジンの燃焼室内を目視できる構造を備え、燃料噴射装置や給排気装置の性能、または燃料の種類、エンジンの負荷などのパラメータがエンジンの運転状態に及ぼす影響を撮影、測定できるようにしたものである。
【０００９】
この可視化エンジンの底部のクランクケース１内には、クランクシャフト２が回転可能に軸支され、このクランクシャフト２にコネクティングロッド３が連結されている。このコネクティングロッド３の上端部には下部ピストン組立体４が介装され、この下部ピストン組立体４の上面には伸長ピストン５が取り付けられている。この下部ピストン組立体４は、シリンダ胴部６内に収容された円柱形状の部材であり、シリンダ胴部６の内壁に密着しながら往復運動するようになっている。また、伸長ピストン５は、後述する燃焼室１０内で燃料が爆発して発生した力を受ける円筒形状の部材であって、その壁面の一部が切り取られ、その内部空間は大気に開放されている。この伸長ピストン５で受けた力は、下部ピストン組立体４及びコネクティングロッド３に伝達されて、クランクシャフト２を回転するようになっている。この伸長ピストン５の上端部には、燃焼室１０の底面を構成するピストンクラウン７が嵌合されている。
【００１０】
また、シリンダ胴部６には取付け部材８が設けられ、この取付け部材８の上部に透明シリンダ９が取り付けられている。この透明シリンダ９は、燃焼室１０の周面を構成する円筒形状の部材であって、その内部には前記伸長ピストン５が往復運動するようになっている。この透明シリンダ９は、例えば耐熱ガラス等の可視光を透過する透明な部材で形成されており、燃焼室１０の内部が外から見えるようになっている。
【００１１】
なお、前記伸長ピストン５の上端部に嵌合されたピストンクラウン７についても、例えば耐熱ガラス等の透明な材料で形成することにより、燃焼室１０の内部を下方からも目視することができる。図示省略したが、伸長ピストン５の内部にミラーを配置し、このミラーを利用することで燃焼室１０の内部が撮影可能となる。
このような透明シリンダ９の上部には、シリンダヘッド１１が設けられている。このシリンダヘッド１１は、燃焼室１０の上面を構成する組立体であって、インジェクタ１２や点火プラグ１３などの部品が配設されている。また、図示省略したが、シリンダヘッド１１には、燃焼室１０内に混合気を吸入する吸気ポートや、燃焼室１０内の燃焼ガスを排出する排気ポート、これに対応する吸排気手段が配設されている。
【００１２】
ここで、本発明においては、伸長ピストン５の往復運動を利用して透明シリンダ９の内周面を冷却する機構が設けられている。具体的には、図２に示すように、透明シリンダ９の内周面に沿って下部リング１４を設けるとともに、伸長ピストン５の上端部に嵌合されたピストンクラウン７の上部外周面に上部リング１５を設け、透明シリンダ９の内周面と伸長ピストン５の外周面との隙間に下部リング１４及び上部リング１５で挟まれた気密空間Ｓを構成するようになっている。
【００１３】
この下部リング１４は、第１の環状部材となるもので、透明シリンダ９を取付け部材８に取り付けする円筒形状のダボ部材１６の内周端面に固定され、混合気や燃焼ガスがクランクケース１側に漏れないように密封するようになっている。また、上部リング１５は、第２の環状部材となるもので、ピストンクラウン７の外周に形成された溝に装着され、気密空間Ｓの気密性を保ちながら滑り動くように、適度の弾性をもたせてある。なお、図２において、下部リング１４及び上部リング１５は、一本の環状部材としたが、本発明はこれに限られず、気密空間Ｓの気密性を完全にし、摩耗を少なくするために、２本以上用いてもよい。
【００１４】
また、伸長ピストン５の壁面にてピストンクラウン７の底面の近傍には、貫通孔５ａが形成されている。この貫通孔５ａは、透明シリンダ９と伸長ピストン５との隙間にできた気密空間Ｓと、伸長ピストン５内部の開放空間とを連通するようになっている。
このような構成により、図２に示すように、伸長ピストン５が上昇するときは、透明シリンダ９と伸長ピストン５との隙間にできた気密空間Ｓの容積が増加するので、それに伴って伸長ピストン５内部の開放空間の空気が、矢印Ｂに示すように、貫通孔５ａを介して気密空間Ｓの内部に流入する。
【００１５】
一方、図４に示すように、伸長ピストン５が下降するときは、気密空間Ｓの容積が減少するので、その内部の空気は、矢印Ｄに示すように、貫通孔５ａを介して伸長ピストン５内部の開放空間へと流出するようになる。
このように、透明シリンダ９内における伸長ピストン５の往復運動に伴って、気密空間Ｓの内部の空気が貫通孔５ａから流入出するようになる。伸長ピストン５が上昇したときには、気密空間Ｓが透明シリンダ９の上部まで広がるので、燃焼室１０内のヒートスポットとなる透明シリンダ９内周面の上部まで十分に冷却することができる。このとき、可視化エンジンを高速運転すると、気密空間Ｓに流入出する空気の量が増加するので、透明シリンダ９の内周面を効果的に冷却することができる。
【００１６】
ここで、本実施形態によれば、図３に示すように、伸長ピストン５の円周方向に複数個、例えば４個の貫通孔５ａが形成されている。これにより、透明シリンダ９の内周面の全周にわたって空気が取り込まれ、この気密空間Ｓに取り込まれた空気によって、透明シリンダ９の内周面が冷却される。
また、本実施形態によれば、図３に示すように、前記貫通孔５ａは、伸長ピストン５の水平断面において、気密空間Ｓの半径方向に対して斜め方向を向いて形成されている。これにより、伸長ピストン５が上昇するときには、図３に示すように、気密空間Ｓ内に流入した空気が図中で右回りに回転するようになる。一方、伸長ピストン５が下降するときには、図５に示すように、気密空間Ｓ内における空気の流れが反転し、図中で左周りに回転するようになる。このように、伸長ピストン５の往復運動に伴って、気密空間Ｓ内における空気の流れ方向が反転して空気の乱れが生じるので、透明シリンダ９の内周面での熱伝達率が上がり、効率的な冷却を行うことができる。
【００１７】
さらに、本実施形態によれば、図２に示すように、前記貫通孔５ａは、伸長ピストン５の垂直断面において、該伸長ピストン５の壁面と直交する方向に対して斜め下方向を向いて形成されている。これにより、空気の吸入及び排出の効率を向上することが可能である。
図６は、本発明の第２の実施形態を示す断面図である。この実施形態は、透明シリンダ９を取り付ける取付け部材１７の壁面に、貫通孔１７ａを形成したものである。この貫通孔１７ａは、透明シリンダ９の内周面と伸長ピストン５の外周面との隙間に形成された気密空間Ｓと透明シリンダ９の外部とを連通するものである。
【００１８】
ここで、本実施形態によれば、図７に示すように、取付け部材１７の円周方向に複数個、例えば４個形成されている。
また、本実施形態によれば、各貫通孔１７ａは、取付け部材１７の水平断面において、その壁面と直交する方向に対して斜め方向を向いて形成されている。
さらに、本実施形態によれば、貫通孔１７ａは、図６に示すように、取付け部材の垂直断面において、その壁面と直交する方向に対して斜め下方向を向いて形成されている。
【００１９】
この場合においても、透明シリンダ９内における伸長ピストン５が往復運動すると、図６及び図８に示すように、透明シリンダ９と伸長ピストン５との隙間にできた気密空間Ｓ内に空気が流入出する。このとき、伸長ピストン５が上昇して空気が流入する時（図７参照）と、伸長ピストン５が下降して空気が流出する時（図９参照）では、気密空間Ｓ内における空気の流れる方向が反転して空気の乱れが生じるので、透明シリンダ９の内周面での熱伝達率が上がり、効率的な冷却を行うことができる。
【００２０】
なお、以上の説明においては、取り付け部材１７の壁面に貫通孔１７ａを形成するとしたが、本発明はこれに限られず、気密空間Ｓ内の空気を流入出できるものであれば、他の位置でもよく、例えば透明シリンダ９の一部に貫通孔を形成してもよい。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による可視化エンジンの実施形態を示す断面図である。
【図２】図１に示す可視化エンジンの伸長ピストンが上昇する状態を示す要部拡大図である。
【図３】図２のＡ−Ａ線断面図である。
【図４】図２に示す可視化エンジンの伸長ピストンが下降する状態を示す要部拡大図である。
【図５】図４のＣ−Ｃ線断面図である。
【図６】本発明による可視化エンジンの他の実施形態を示す断面図で、伸長ピストンが上昇する状態を示すものである。
【図７】図６のＥ−Ｅ線断面図である。
【図８】図６に示す可視化エンジンにおいて、伸長ピストンが下降する状態を示すものである。
【図９】図８のＧ−Ｇ線断面図である。
【符号の説明】
【００２２】
１…クランクケース，２…クランクシャフト，３…コネクティングロッド，４…下部ピストン組立体，５…伸長ピストン，５ａ…貫通孔，６…シリンダ胴部，７…ピストンクラウン，８…取付け部材，９…透明シリンダ，１０…燃焼室，１１…シリンダヘッド，１２…インジェクタ，１３…点火プラグ，１４…下部リング，１５…上部リング，１６…ダボ部材，１７…取付け部材，１７ａ…貫通孔，Ｓ…気密空間
【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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