JPH0731182B2 - 急速圧縮燃焼実験装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、燃焼シリンダ内の空気を急速に圧縮して、
噴射された燃料を燃焼させる急速圧縮燃焼実験装置に関
するものである。

［従来の技術］ 従来の急速圧縮燃焼実験装置は、第４図に示す構成にな
っている。圧縮ピストン１を備えた燃焼シリンダ２に、
作動ピストン６を備えた作動シリンダ７を接続して構成
され、ピストン１とピストン６とは圧縮ロッド５により
連結されている。燃焼シリンダ２の燃焼室４には空気供
給装置23により所定圧に加圧された空気が充填されるよ
うになっている。燃焼シリンダ２のシリンダヘッド３に
燃料噴射弁24が設けられている。また燃焼シリンダ２内
に燃焼状態を観測するための光学ガラス25及び反射鏡26
が設けられ、カメラ27により撮影できるようになってい
る。一方、作動シリンダ７内は、作動ピストン６により
駆動室８と制御室13とに区画されている。そして、駆動
室８はガス容器９と連通していて、高圧ガス供給装置
（図示せず）により所定圧の窒素ガスが充填されるよう
になっている。一方、制動室13内には油圧ユニット19か
ら管路20を経て供給された作動油が満たされるようにな
っている。

本装置を作動させるに際し、燃焼室４に加圧空気を充填
すると共に、駆動室８に窒素ガスを充填し、制動室13に
作動油を満たしておく。そして、油圧ユニット19から管
路21を経てパイロット弁15にパイロット油圧を送ると、
このパイロット弁が開いて制動室13内の作動油が吐出さ
れ、作動ピストン６が充填ガスにより加速される。同時
に、圧縮ピストン１も加速され、燃焼室４内の空気が急
速に圧縮される。圧縮ピストン１が上死点に達したと
き、燃料が噴射され燃焼する。そして、この燃焼状態を
カメラ27により撮影する。

しかし、この場合、観測用の光学系等の振動を防止する
ために、減速、停止時のショックを緩和することが必要
となる。そのために、作動シリンダ７内の先端部に内側
が円錘形に加工された作動用スペーサ35、36を装着して
ある。こうして、作動ピストン６が前進し、ピストンの
肩部がスペーサ35の中に入ると、ピストン前方の油圧が
上昇して、ピストンは次第に減速される。ピストンの前
面が作動シリンダに衝突して、停止するようになってい
る。そして、実験終了後、パイロット油圧を抜いてパイ
ロット弁15を閉じ、管路20から作動油を供給してピスト
ン６及び１をスタート位置に戻す。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、圧縮行程の後半でピストンを減速させる手段と
して、制動用スペーサによる絞り効果を利用している従
来技術には、次のような問題点がある。

、スペーサの形状により制動特性が大きく変化するた
め、形状を決定するには一般に多数回の実験を試行錯誤
的に行なう必要がある。

、燃焼室に充填する空気圧力及び駆動室に充填する窒
素ガス圧力等によって最適なスペーサの形状が異なるた
め、実験条件を大きく変える場合にはスペーサの交換が
必要となる。

、ピストンが上死点に到達して停止する際に作動ピス
トンが作動シリンダに衝突するため、停止直前のピスト
ン速度がかなり低くても大きな衝撃力が発生する。

この発明は、上記のような問題点を解消できるようにし
た急速圧縮燃焼実験装置を提供することを目的とするも
のである。

［問題点を解決するための手段］ この発明の急速圧縮燃焼実験装置は、燃焼シリンダに設
けられた圧縮ピストンを高圧のガスで駆動すると共に、
上記圧縮ピストンの速度を油圧により制動する制動シリ
ンダを設けた急速圧縮燃焼実験装置において、上記制動
シリンダに上記圧縮ピストンが上死点位置まで前進した
ときに開口部が全閉となる作動油吐出用のポートを設け
ると共に、このポートからの作動油吐出系統に圧縮動作
指令を受けて開口するパイロット弁と上記圧縮ピストン
が前進するに従い作動油流路の開口面積が減少する制御
弁を設けてなり、この制御弁には上記圧縮ピストンのス
トロークと該弁の作動油流路の開口面積との関係を連続
的に変える機構が組込まれていることを特徴とするもの
である。

［作用］ 制動シリンダからの作動油吐出系統に、ピストンストロ
ークと弁の開口面積の関係を連続的に変えられる制御弁
が設けられているので、運転条件の変化に対して常に最
適な制動状態を容易に実現することができる。

また、制動シリンダには、ピストンが上死点位置まで前
進したときに開口部が全閉となる作動油吐出ポートが設
けられているから、ピストンは油圧を介して停止される
ので、停止時の振動及び部材の応力を緩和できる。

［実施例］ 本発明の１実施例を第１図、第２図及び第３図により説
明する。従来の構造では２つのピストンで燃焼室、駆動
室及び制動室を構成していたのに対し、本実施例では３
つのピストンを同一軸線上に配して、それぞれの機能を
分けた構造としている。即ち、圧縮ピストン１は燃焼シ
リンダ２及びシリンダカバー３と共に燃焼室４を構成
し、駆動ピストン６は駆動シリンダ７と制動シリンダ12
の端部と共に駆動室８を構成し、また制動ピストン11は
制動シリンダ12と共に制動室13を構成している。３つの
ピストンは圧縮ロッド５と引張りロッド10により、それ
ぞれ結合されている。そして、従来と同様に、燃焼室４
内には空気が、駆動室８には窒素ガスが充填されるよう
になっており、また制動室13には作動油が満たされるよ
うになっている。この場合、制動シリンダ12と制動ピス
トン11とのクリアランスは摺動機能を維持するのに必要
な最小限に設定されている。また制動シリンダ12の先端
に管路22により微小の作動油が供給されるようになって
いる。

制動シリンダ12の上死点寄りに作動油の吐出ポート14が
対称位置に２個設けられ、それぞれの出口にパイロット
弁15が設置されている。また、制動ピストン11の後端に
円錘状のカム18が固定され、制動シリンダ12に固定され
た２個の２方向制御弁17の駆動用ローラがカム18に接す
るようになっている。そして、パイロット弁15の作動油
出口と２方向制御弁17の作動油入口とは管路16で接続さ
れている。

２方向制御弁17の構造を第２図により説明する。弁体28
内にスプール29が嵌装されている。スプール29は下端の
円筒部29aに続いて円錘部29bが形成され、スプールの上
方移動に伴い、作動油流路の開口面積を比例的に減少す
るようになっている。30は調整棒で、上端に角面取り部
30aが、下方につば30bが形成され、また下端部は雄ネジ
30cとなっている。そして、スプール29は調整棒のつば3
0bに接し、バネ31によりローラ側に押えられている。32
は、下端にローラ33を取り付けたローラ脚で、上端に雄
ネジ30cに螺合する雌ネジ32aが設けられている。そし
て、調整棒30にネジ係合した状態で、ストッパ34により
廻り止めされている。こうして、調整棒30を回転し、ロ
ーラ33とスプール29との距離を変えることにより、ロー
ラ位置と開口面積との関係を所定の範囲内で任意に設定
できるようになっている。

本実施例の作動状況を以下に説明する。

作動に際し、従来と同様に、燃焼室４に空気を、駆動室
８に窒素ガスを充填すると共に、制動室13に作動油を満
たしておく。

油圧ユニット19から油圧管路21を経てパイロット油圧を
送るとパイロット弁15が開き、制動室13内の作動油がポ
ート14から吐出され各ピストンが加速される。ピストン
11がストロークの後半になると、円錘状カム18に接した
ローラ33が移動し始め、２方向制御弁17のスプール開口
面積が徐々に減少してピストンを減速させる。ピストン
が更に前進して制動ピストン11の肩部が吐出ポート14を
塞ぐ位置に達すると、そこで制動室13内の作動油の流出
が止まるため、ピストンは停止する。この間に於ける、
パイロット弁15と２方向制御弁17及び吐出ポート14のピ
ストン11のストロークに対する開口面積の変化経過を第
３図に概念的に示す。ピストンストロークの約50％まで
はパイロット弁の開口面積の増大によりピストンを加速
させ、約50％を過ぎると２方向制御弁の開口面積の減少
によりピストンを減速させ、上死点間近では吐出ポート
の開口面積の減少で減速、停止させる。

この過程で、２方向制御弁のローラとスプールとの距離
を長く設定したときの２方向制御弁の開口面積の変化経
過は第３図中の（ａ）で示す通りとなり、ローラとスプ
ールの距離を短く設定したときは図中の（ｂ）又は
（ｃ）で示す通りとなる。（ａ）の場合は、２方向制御
弁で速度が零になるまで減速させるために停止時には殆
んどショックは生じないが、圧縮作動が完了するまでの
時間は長くなる。逆に（ｃ）の場合は、吐出ポートで減
速を開始する直前のピストン速度が高い状態から吐出ポ
ートで急激に減速させるために、停止直前で大きな減加
速度が発生する。しかし、圧縮作動時間は短縮できる。

実際の装置では、燃焼室に充填する空気圧力や圧縮比、
駆動室に充填する窒素ガス圧力、制動室の作動油の粘土
等によってピストン速度の経過は異なるため、それぞれ
の条件に応じて停止時のショックが許容できる範囲内で
圧縮作動時間が最も短くなるように２方向制御弁の開口
面積経過を上記（ａ）から（ｃ）の間で調整する。

尚、ピストンが上死点到達後、制動シリンダ12と制動ピ
ストン11とのクリアランスから微量の作動油が漏洩する
が、油圧管路22によりこの漏洩量と同等又は若干多めの
作動油をシリンダ先端部に供給してやることによりピス
トンを上死点位置で静止状態に維持することができる。

そして、実験終了後がパイロット弁15を閉じ、油圧管路
20から作動油を供給してピストンをスタート位置に戻
す。

［発明の効果］ この発明は上記のようなもので、次の如き効果を奏す
る。

（１）比較的流量特性のはっきりした弁の開口面積変化
によりピストンの速度制御を行うために、制動部機能の
設計が容易になる。従って、従来のような試行錯誤的改
造を省略することができる。

（２）ピストンやシリンダを分解することなく制動特性
を調節できる。

（３）ピストンストロークと弁の開口面積との関係を任
意に設定できるため、運転条件の変化に対して常に最適
な制動状態を容易に実現できる。

（４）ピストンが上死点に達した際に油圧を介して停止
させ、ピストンとシリンダとを衝突させないために、停
止時の振動及び部材の応力を緩和できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の１実施例を示す縦断面図、第２図
は２方向制御弁の縦断面図、第３図はピストンストロー
クに対するパイロット弁、２方向制御弁及びシリンダ吐
出ポートの開口面積の変化状況を示す説明図、第４図は
従来の急速圧縮燃焼実験装置の縦断面図である。 １…圧縮ピストン、２…圧縮シリンダ、６…駆動ピスト
ン、７…駆動シリンダ、11…制動ピストン、12…制動シ
リンダ、14…作動油吐出ポート、17…２方向制御弁、18
…円錐状カム

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】燃焼シリンダに設けられた圧縮ピストンを
   高圧のガスで駆動すると共に、上記圧縮ピストンの速度
   を油圧により制動する制動シリンダを設けた急速圧縮燃
   焼実験装置において、上記制動シリンダに上記圧縮ピス
   トンが上死点位置まで前進したときに開口部が全閉とな
   る作動油吐出用のポートを設けると共に、このポートか
   らの作動油吐出系統に圧縮動作指令を受けて開口するパ
   イロット弁と上記圧縮ピストンが前進するに従い作動油
   流路の開口面積が減少する制御弁を設けてなり、この制
   御弁には上記圧縮ピストンのストロークと該弁の作動油
   流路の開口面積との関係を連続的に変える機構が組込ま
   れていることを特徴とする急速圧縮燃焼実験装置。