JPH01318751A - 断熱エンジンの構造 - Google Patents
断熱エンジンの構造Info
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- JPH01318751A JPH01318751A JP63148358A JP14835888A JPH01318751A JP H01318751 A JPH01318751 A JP H01318751A JP 63148358 A JP63148358 A JP 63148358A JP 14835888 A JP14835888 A JP 14835888A JP H01318751 A JPH01318751 A JP H01318751A
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- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B23/00—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation
- F02B23/02—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition
- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
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- F02B23/06—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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- F02B23/0603—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head
- F02B2023/0612—Other engines characterised by special shape or construction of combustion chambers to improve operation with compression ignition the combustion space being arranged in working piston at least part of the interior volume or the wall of the combustion space being made of material different from the surrounding piston part, e.g. combustion space formed within a ceramic part fixed to a metal piston head the material having a high temperature and pressure resistance, e.g. ceramic
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- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/12—Improving ICE efficiencies
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- Acoustics & Sound (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、シリンダヘッドに冷却系を備えた断熱エン
ジンの構造に関する。
ジンの構造に関する。
従来、セラミック材料を断熱材又は耐熱材として利用し
た断熱ピストン等のエンジン部材は、例えば、特開昭６
１−６６８４８号公報に開示されている。該特開昭６１
−６６８４８号公報に開示された断熱ピストンについて
、第４図を参照して概説する。第４図において、断熱ピ
ストンが示されている。この断熱ピストンの構造につい
ては、セラミックスから成るピストン冠部３１と対向す
るスカート部３２の端面にセラミックスから成るコーテ
ィング層３３を備えたものである。また、ピストン冠部
３１には燃焼室３４が形成され、ピストン冠部３１とス
カート部３２とは、断熱ガスケット３６を介してポルト
３５に皿ばねを介してナツトを締付けて互いに結合され
ている。更に、ピストン冠部３１とスカート部３２との
間にはシールリング３７が配置されている。
た断熱ピストン等のエンジン部材は、例えば、特開昭６
１−６６８４８号公報に開示されている。該特開昭６１
−６６８４８号公報に開示された断熱ピストンについて
、第４図を参照して概説する。第４図において、断熱ピ
ストンが示されている。この断熱ピストンの構造につい
ては、セラミックスから成るピストン冠部３１と対向す
るスカート部３２の端面にセラミックスから成るコーテ
ィング層３３を備えたものである。また、ピストン冠部
３１には燃焼室３４が形成され、ピストン冠部３１とス
カート部３２とは、断熱ガスケット３６を介してポルト
３５に皿ばねを介してナツトを締付けて互いに結合され
ている。更に、ピストン冠部３１とスカート部３２との
間にはシールリング３７が配置されている。
また、エンジンの冷却装置に関しては、シリンダヘッド
及びシリンダライナの上部は勿論のこと、ピストンが往
復動するシリンダライナの下部のシリンダボディにも水
ジャケットが形成されているのが一般的である。ところ
で、セラミック材料を断熱材又は耐熱材としてピストン
ヘッド、シリンダヘッド、シリンダライナ、バルブ等の
エンジン部材に利用した断熱エンジンの冷却装置は、例
えば、実開昭６０−１５９２１号公報に開示されている
。この断熱エンジンの冷却装置を第５図を参照して説明
する。この断熱エンジンの冷却装置４０については、シ
リンダライナ上方部外周のシリンダブロック４１の縦方
向に少なくとも上下二段に形成された冷却室４２．４３
と、各冷却室４２゜４３に設置され各冷却室４２．４３
を流れる冷媒の温度を検出する温度センサー４４．４５
と、該温度センサー４４．４５の検出信号に対応する冷
媒の流速制御信号を冷媒駆動手段４７に伝達するコント
ローラ４６とを有し、該コントローラ４６により各冷却
室４２．４３中の冷媒の流速を制御するものである。こ
の断熱エンジンについては、シリンダライナの上方部分
５２を一体に形成したシリンダヘッド５０の内側に、シ
リンダヘッド内壁部４９とシリンダライナ上方部５１を
一体に形成したライナヘッド５５を嵌合している。シリ
ンダへラド５０の近傍には冷却室５３が形成されている
。シリンダボディであるシリンダブロック４Ｉ及びシリ
ンダへラド５０は、鋳物で製作されている。ライナヘッ
ド５５は、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４ ）又は
Ｐ Ｓ Ｚ （Ｐａｒｔｉａｌｌｙ ５ｔａｂｉｌｉｚ
ｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ ）で製作されている。また、
シリンダライナ４８は、ＰＳＺで製作され、シリンダボ
ディ即ちシリンダブロック４１へ焼ばめ、圧入等によっ
て取付けられている。更に、ピストンへ７ド５４は、シ
リコンナイトライドで製作されている６図中、符号Ａ、
Ｂは冷却水の流れ方向を示す。
及びシリンダライナの上部は勿論のこと、ピストンが往
復動するシリンダライナの下部のシリンダボディにも水
ジャケットが形成されているのが一般的である。ところ
で、セラミック材料を断熱材又は耐熱材としてピストン
ヘッド、シリンダヘッド、シリンダライナ、バルブ等の
エンジン部材に利用した断熱エンジンの冷却装置は、例
えば、実開昭６０−１５９２１号公報に開示されている
。この断熱エンジンの冷却装置を第５図を参照して説明
する。この断熱エンジンの冷却装置４０については、シ
リンダライナ上方部外周のシリンダブロック４１の縦方
向に少なくとも上下二段に形成された冷却室４２．４３
と、各冷却室４２゜４３に設置され各冷却室４２．４３
を流れる冷媒の温度を検出する温度センサー４４．４５
と、該温度センサー４４．４５の検出信号に対応する冷
媒の流速制御信号を冷媒駆動手段４７に伝達するコント
ローラ４６とを有し、該コントローラ４６により各冷却
室４２．４３中の冷媒の流速を制御するものである。こ
の断熱エンジンについては、シリンダライナの上方部分
５２を一体に形成したシリンダヘッド５０の内側に、シ
リンダヘッド内壁部４９とシリンダライナ上方部５１を
一体に形成したライナヘッド５５を嵌合している。シリ
ンダへラド５０の近傍には冷却室５３が形成されている
。シリンダボディであるシリンダブロック４Ｉ及びシリ
ンダへラド５０は、鋳物で製作されている。ライナヘッ
ド５５は、シリコンナイトライド（Ｓｉ３Ｎ４ ）又は
Ｐ Ｓ Ｚ （Ｐａｒｔｉａｌｌｙ ５ｔａｂｉｌｉｚ
ｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ ）で製作されている。また、
シリンダライナ４８は、ＰＳＺで製作され、シリンダボ
ディ即ちシリンダブロック４１へ焼ばめ、圧入等によっ
て取付けられている。更に、ピストンへ７ド５４は、シ
リコンナイトライドで製作されている６図中、符号Ａ、
Ｂは冷却水の流れ方向を示す。
ところで、シリンダライナ上部を一体構造に構成したシ
リンダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリンダボデ
ィ側から水ジャケットを排除して冷却系を縮小する場合
に、ピストンを断熱構造に構成することが好ましいが、
その場合に、シリンダライナは配置されたシリンダボデ
ィには水ジャケットが無いから、ピストン及びピストン
リングとシリンダライナとの摺動特性を向上させるため
、ピストンヘッド部で受熱した熱エネルギーがシリンダ
ライナ及びピストンスカート部へ少しでも熱伝導されな
いように構成し、適度な温度に維持されるようにしなけ
ればならないという課題がある。
リンダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリンダボデ
ィ側から水ジャケットを排除して冷却系を縮小する場合
に、ピストンを断熱構造に構成することが好ましいが、
その場合に、シリンダライナは配置されたシリンダボデ
ィには水ジャケットが無いから、ピストン及びピストン
リングとシリンダライナとの摺動特性を向上させるため
、ピストンヘッド部で受熱した熱エネルギーがシリンダ
ライナ及びピストンスカート部へ少しでも熱伝導されな
いように構成し、適度な温度に維持されるようにしなけ
ればならないという課題がある。
しかしながら、第４図に示す断熱ピストンについては、
ピストンヘッド部がモノリシック構造であり、ピストン
ヘッド部の上面及び側面から受熱した熱を全てピストン
スカート部へ熱伝導させ、ピストンスカート部の温度を
上昇させる原因になる。往復動エンジンの冷却装置に関
しては、シリンダヘッド、シリンダライナの上部及びシ
リンダライナの下部のシリンダボディに水ジャケットを
形成したものについては、該水ジャケットが占めるスペ
ースは大きくなり、そのため軽量化、低コスト化、或い
はエンジンを暖機するのに、冷却水が多いためそれだけ
長時間を要するという問題があり、シリンダボディ即ち
シリンダライナ下部の外周部に水ジャケットを設けてい
ない構造のエンジンが考えられるが、このような構造の
エンジンに上記断熱ピストンを適用した場合には、必ず
しも満足できるものではなかった。
ピストンヘッド部がモノリシック構造であり、ピストン
ヘッド部の上面及び側面から受熱した熱を全てピストン
スカート部へ熱伝導させ、ピストンスカート部の温度を
上昇させる原因になる。往復動エンジンの冷却装置に関
しては、シリンダヘッド、シリンダライナの上部及びシ
リンダライナの下部のシリンダボディに水ジャケットを
形成したものについては、該水ジャケットが占めるスペ
ースは大きくなり、そのため軽量化、低コスト化、或い
はエンジンを暖機するのに、冷却水が多いためそれだけ
長時間を要するという問題があり、シリンダボディ即ち
シリンダライナ下部の外周部に水ジャケットを設けてい
ない構造のエンジンが考えられるが、このような構造の
エンジンに上記断熱ピストンを適用した場合には、必ず
しも満足できるものではなかった。
また、第５図に示す上記断熱エンジンの冷却装置４０に
ついては、単一の室で冷却するものと異なり温度勾配が
なだらかになると共に、ピストンの潤滑も支障なく行わ
れるという効果は充分に果たし得るものであるが、シリ
ンダボディ４１にも冷却室４２．４３を備えているため
、上記と同様な問題点を有している。
ついては、単一の室で冷却するものと異なり温度勾配が
なだらかになると共に、ピストンの潤滑も支障なく行わ
れるという効果は充分に果たし得るものであるが、シリ
ンダボディ４１にも冷却室４２．４３を備えているため
、上記と同様な問題点を有している。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
往復動エンジンの熱発生については、りランクアングル
で上死点（ＴＤＣ）ａ、約７０＠位で完了するものであ
り、その期間でのシリンダ内のガスは高温高圧であるた
め、熱伝導量が多く、それ以後の熱伝導量は全体の約３
０％位であることに着眼し、燃焼室に晒される面となる
ピストンヘッド部で受熱した熱をピストンスカート部へ
少しでも熱伝導されないように構成し、シリンダライナ
下部の冷却を不要にし、また橿めて高度の断熱性を得る
シリンダヘッドのみを水冷却してシリンダボディ側の水
ジャケットを排除し、エンジンの水冷却を必要最小限に
してエンジンそのものを小型軽量に且つ加工性を向上さ
せ、重量の低減及び大幅なコストダウンを図り、更にエ
ンジンの暖機性を向上させ、しかも冷却の必要部位を冷
却水をスムースに流すことによって掻めて有効に且つ迅
速に冷却し、冷却水用ポンプを小型化すると共に、シリ
ンダボディを水冷却しないことによるピストンリング及
びピストンとシリンダライナとの間の摺動問題を解決す
るため、ピストンヘッド部からピストンスカート部への
熱伝導を少しでも少なくなるように構成した断熱エンジ
ンの構造を提供することである。
往復動エンジンの熱発生については、りランクアングル
で上死点（ＴＤＣ）ａ、約７０＠位で完了するものであ
り、その期間でのシリンダ内のガスは高温高圧であるた
め、熱伝導量が多く、それ以後の熱伝導量は全体の約３
０％位であることに着眼し、燃焼室に晒される面となる
ピストンヘッド部で受熱した熱をピストンスカート部へ
少しでも熱伝導されないように構成し、シリンダライナ
下部の冷却を不要にし、また橿めて高度の断熱性を得る
シリンダヘッドのみを水冷却してシリンダボディ側の水
ジャケットを排除し、エンジンの水冷却を必要最小限に
してエンジンそのものを小型軽量に且つ加工性を向上さ
せ、重量の低減及び大幅なコストダウンを図り、更にエ
ンジンの暖機性を向上させ、しかも冷却の必要部位を冷
却水をスムースに流すことによって掻めて有効に且つ迅
速に冷却し、冷却水用ポンプを小型化すると共に、シリ
ンダボディを水冷却しないことによるピストンリング及
びピストンとシリンダライナとの間の摺動問題を解決す
るため、ピストンヘッド部からピストンスカート部への
熱伝導を少しでも少なくなるように構成した断熱エンジ
ンの構造を提供することである。
この発明は、上記の問題点を解消し、上記の目的を達成
するために、次のように構成されている。
するために、次のように構成されている。
即ら、この発明は、シリンダライナ下部を一体構造に構
成したシリンダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリ
ンダボディの内周面にセラミック製シリンダライナを配
置し、セラミック製のピストンヘッド部を断熱層を介し
てピストンスカート部に固定し、前記ビス！・ンヘソド
部の外周部を断熱ガスケットを介して別体に構成したこ
とを特徴とする断熱エンジンの構造に関する。
成したシリンダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリ
ンダボディの内周面にセラミック製シリンダライナを配
置し、セラミック製のピストンヘッド部を断熱層を介し
てピストンスカート部に固定し、前記ビス！・ンヘソド
部の外周部を断熱ガスケットを介して別体に構成したこ
とを特徴とする断熱エンジンの構造に関する。
更に、前記ピストンヘッド部の前記外周部と前記ピスト
ンスカート部との間には隙間が形成されていることを特
徴とする。
ンスカート部との間には隙間が形成されていることを特
徴とする。
また、断熱ガスケットはチタン酸カリウムウィスカー等
の断熱材をステンレススチール等の金属製薄板でくるみ
込んで構成したもの、或いはチタン酸カリウムペーパ等
の断熱材とステンレススチール等の金属製薄板とで積層
したものであることを特徴とする。
の断熱材をステンレススチール等の金属製薄板でくるみ
込んで構成したもの、或いはチタン酸カリウムペーパ等
の断熱材とステンレススチール等の金属製薄板とで積層
したものであることを特徴とする。
この発明による断熱エンジンの構造は、以上のように構
成されており、次のように作用する。即ち、この断熱エ
ンジンの構造は、シリンダライナ上部を一体構造に構成
したシリンダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリン
ダボディの内周面にセラミック製シリンダライナを配置
し、セラミック製のピストンヘッド部を断熱層を介して
ピストンスカート部に固定し、前記ピストンヘッド部の
外周部を断熱ガスケットを介して別体に構成したので、
燃焼ガスに晒される面となる前記ピストンヘッド部の外
周部で受熱した熱を前記断熱ガスケットによって遮断し
、ピストンヘッド部の内周部には熱伝導されない。しか
も、前記ピストンスカート部の上端壁部と前記ピストン
ヘッド部との間には前記断熱材によって同様に断熱され
ているので、前記ピストンヘッド部から前記ピストンス
カート部への熱伝導も抑制される。
成されており、次のように作用する。即ち、この断熱エ
ンジンの構造は、シリンダライナ上部を一体構造に構成
したシリンダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリン
ダボディの内周面にセラミック製シリンダライナを配置
し、セラミック製のピストンヘッド部を断熱層を介して
ピストンスカート部に固定し、前記ピストンヘッド部の
外周部を断熱ガスケットを介して別体に構成したので、
燃焼ガスに晒される面となる前記ピストンヘッド部の外
周部で受熱した熱を前記断熱ガスケットによって遮断し
、ピストンヘッド部の内周部には熱伝導されない。しか
も、前記ピストンスカート部の上端壁部と前記ピストン
ヘッド部との間には前記断熱材によって同様に断熱され
ているので、前記ピストンヘッド部から前記ピストンス
カート部への熱伝導も抑制される。
更に、前記ピストンヘッド部の前記外周部と前記ピスト
ンスカート部との間には隙間を形成したので、前記外周
部から前記ピストンスカート部への熱伝導が一層良好に
遮断される。
ンスカート部との間には隙間を形成したので、前記外周
部から前記ピストンスカート部への熱伝導が一層良好に
遮断される。
また、断熱ガスケットはチタン酸カリウムウィスカー等
の断熱材をステンレススチール等の金属製薄板でくるみ
込むか、或いはチタン酸カリウムペーパ等の断熱材とス
テンレススチール等の金属製部板とで積層したので、断
熱効果が極めて有効である。
の断熱材をステンレススチール等の金属製薄板でくるみ
込むか、或いはチタン酸カリウムペーパ等の断熱材とス
テンレススチール等の金属製部板とで積層したので、断
熱効果が極めて有効である。
以下、図面を参照して、この発明による断熱エンジンの
構造の実施例を詳述する。
構造の実施例を詳述する。
第１図はこの発明による断熱エンジンの構造の一実施例
を示す断面図、及び第２図は第１図の符号への部分の拡
大断面図である。この断熱エンジンは、主として、水ジ
ャケット２を設けたシリンダヘッドｌ、水ジャケットを
備えていないシリンダボディ８、該シリンダボディ８に
形成したシリンダに嵌合したシリンダライナ３、及びピ
ストンヘッド部５とピストンスカート部６から成り且つ
ピストンリング溝２３及びピストンピン孔１３を有する
ピストンＩＯを含んでいる。シリンダヘッドｌは、吸排
気バルブ１８を配置した吸排気ボート１７ （図では一
方のみ示す）を０１ｇえていると共に、シリンダライナ
上部４の一部をシリンダヘッド部２４と一体構造に構成
し且つ燃焼室１１の外周部に水ジャゲット２を設けてい
る。このシリンダヘッド１は、シリンダラ・イナ上部４
及びシリンダヘッド部２４を鋳鉄等の金属材料で構成し
ているが、水ジャケット２によって燃ｔＡ室１ｔの外周
部を冷却しているので熱に対する何らの問題も生じない
、また、この断熱エンジンの構造では、ピストン１０が
往復動するシリンダライナ３及びシリンダボディ８につ
いては、シリンダボディ８を鋳鉄、アルミニウム等の金
属材料で構成し、このシリンダボディ８に水シャケ７）
を設けておらず、またシリンダボディ８の外周面に空冷
のフィン等も設けていない、そこで、シリンダボディ８
から水ジャケットを排除した構造に構成することに伴っ
て、燃焼室１１で発生する熱によって生じるピストン１
０及びピストンリング７とシリンダライナ３との間の摺
動面の問題を解決し、耐焼付性を向上させ、摺動特性を
向上させるために、シリンダボディ８の内周面に窒化珪
素等のセラミック製シリンダライナ３を配置すると共に
、シリンダボディ８はシリンダヘッド１との間に断熱ガ
スケット９を介在させ、高温になる燃焼室１１の熱エネ
ルギーがシリンダボディ８側に熱伝導されるのを防止即
ち熱遮断し、しかも、特に、ピストンヘッド部５を次の
ように構成している。
を示す断面図、及び第２図は第１図の符号への部分の拡
大断面図である。この断熱エンジンは、主として、水ジ
ャケット２を設けたシリンダヘッドｌ、水ジャケットを
備えていないシリンダボディ８、該シリンダボディ８に
形成したシリンダに嵌合したシリンダライナ３、及びピ
ストンヘッド部５とピストンスカート部６から成り且つ
ピストンリング溝２３及びピストンピン孔１３を有する
ピストンＩＯを含んでいる。シリンダヘッドｌは、吸排
気バルブ１８を配置した吸排気ボート１７ （図では一
方のみ示す）を０１ｇえていると共に、シリンダライナ
上部４の一部をシリンダヘッド部２４と一体構造に構成
し且つ燃焼室１１の外周部に水ジャゲット２を設けてい
る。このシリンダヘッド１は、シリンダラ・イナ上部４
及びシリンダヘッド部２４を鋳鉄等の金属材料で構成し
ているが、水ジャケット２によって燃ｔＡ室１ｔの外周
部を冷却しているので熱に対する何らの問題も生じない
、また、この断熱エンジンの構造では、ピストン１０が
往復動するシリンダライナ３及びシリンダボディ８につ
いては、シリンダボディ８を鋳鉄、アルミニウム等の金
属材料で構成し、このシリンダボディ８に水シャケ７）
を設けておらず、またシリンダボディ８の外周面に空冷
のフィン等も設けていない、そこで、シリンダボディ８
から水ジャケットを排除した構造に構成することに伴っ
て、燃焼室１１で発生する熱によって生じるピストン１
０及びピストンリング７とシリンダライナ３との間の摺
動面の問題を解決し、耐焼付性を向上させ、摺動特性を
向上させるために、シリンダボディ８の内周面に窒化珪
素等のセラミック製シリンダライナ３を配置すると共に
、シリンダボディ８はシリンダヘッド１との間に断熱ガ
スケット９を介在させ、高温になる燃焼室１１の熱エネ
ルギーがシリンダボディ８側に熱伝導されるのを防止即
ち熱遮断し、しかも、特に、ピストンヘッド部５を次の
ように構成している。
上記ピストンヘッド部５に特徴を有するピストン１０の
一例について、第１図及び第２図を参照して説明する。
一例について、第１図及び第２図を参照して説明する。
このピストンｌＯは、燃焼室１１の熱がシリンダライナ
３側へ出来るだけ熱伝導されないように、ピストンヘッ
ド部５を断熱材１９及び断熱空気層２０を介してピスト
ンスカート部６に固定し、しかも、ピストンヘッド部５
を後述する二重構造に構成すると共に、ピストンヘッド
部５を窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材で製作する
。ピストンヘッド部５とピストンスカート部６との間の
外周部付近には、断熱シール部材２１が介在し、断熱空
気層２０を密封状態にしている。ピストンスカート部６
は、鋳鉄、アルミニウム等の金属材料から構成されてい
る。ピストンヘッド部５は燃焼室１１が形成された形式
であるが、必ずしもこの形状に限定されるものではない
。ピストンヘッド部５とピストンスカート部６との取付
けは、ピストンヘッド部５の中央部に設けた取付ボス部
３０をピストンスカート部６の上壁端部１２の°中央に
形成した取付孔２７に嵌合し、双方に形成した環状溝に
金属リング２８をメタルフロー即ち変形収容することに
よって両者を固定することができる。また、ピストンス
カート部６に形成されたピストンリング溝２３には、例
えば、セラミック製ピストンリング７が配置されている
。
３側へ出来るだけ熱伝導されないように、ピストンヘッ
ド部５を断熱材１９及び断熱空気層２０を介してピスト
ンスカート部６に固定し、しかも、ピストンヘッド部５
を後述する二重構造に構成すると共に、ピストンヘッド
部５を窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材で製作する
。ピストンヘッド部５とピストンスカート部６との間の
外周部付近には、断熱シール部材２１が介在し、断熱空
気層２０を密封状態にしている。ピストンスカート部６
は、鋳鉄、アルミニウム等の金属材料から構成されてい
る。ピストンヘッド部５は燃焼室１１が形成された形式
であるが、必ずしもこの形状に限定されるものではない
。ピストンヘッド部５とピストンスカート部６との取付
けは、ピストンヘッド部５の中央部に設けた取付ボス部
３０をピストンスカート部６の上壁端部１２の°中央に
形成した取付孔２７に嵌合し、双方に形成した環状溝に
金属リング２８をメタルフロー即ち変形収容することに
よって両者を固定することができる。また、ピストンス
カート部６に形成されたピストンリング溝２３には、例
えば、セラミック製ピストンリング７が配置されている
。
以上の構成において、この発明による断熱エンジンの構
造は、特に、次の構造の点に特徴を有している。即ち、
ピストンヘッド部５を、二重構造に形成した構造に特徴
を有している。ピストンヘッド部５の外周部１５で受熱
する熱をピストンヘッド部５の中央の内周部即ち本体部
２９に熱伝導しないように、ピストンヘッド部５の外周
部１５を、断熱ガスケット１６を介して別体に構成した
ことである。即ち、ピストンヘッド部５の本体部２９の
外周面と外周部１５の内周面との間に、断熱ガスケット
１６を圧入或いは焼嵌め等によって互いに固定する。ピ
ストンヘッド部５の本体部２９の下面外周部位とピスト
ンスカート部６の上面との間には断熱シール部材２１が
介在し、従って、ピストンヘッド部５の本体部２９の半
径方向内向きには断熱空気層２０が密封状態に形成され
る。
造は、特に、次の構造の点に特徴を有している。即ち、
ピストンヘッド部５を、二重構造に形成した構造に特徴
を有している。ピストンヘッド部５の外周部１５で受熱
する熱をピストンヘッド部５の中央の内周部即ち本体部
２９に熱伝導しないように、ピストンヘッド部５の外周
部１５を、断熱ガスケット１６を介して別体に構成した
ことである。即ち、ピストンヘッド部５の本体部２９の
外周面と外周部１５の内周面との間に、断熱ガスケット
１６を圧入或いは焼嵌め等によって互いに固定する。ピ
ストンヘッド部５の本体部２９の下面外周部位とピスト
ンスカート部６の上面との間には断熱シール部材２１が
介在し、従って、ピストンヘッド部５の本体部２９の半
径方向内向きには断熱空気層２０が密封状態に形成され
る。
また、ピストンヘッド部５の外周部１５の下面とピスト
ンスカート部６の上面との間には、隙間１４が形成され
、外周部１５からピストンスカート部６への熱伝導は遮
断される状態に構成されている。ピストンヘッド部５の
本体部２９と外周部１５とは同一の材料で製作し、例え
ば、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材で構成するこ
とが好ましい。更に、ピストンヘッド部５の本体部２９
と外周部１５との間に嵌合している断熱ガスケット１６
の一例については、第２図に示すように、チタン酸カリ
ウムウィスカー、或いはチタン酸カリウムウィスカーと
アルミナファイバーとの混合材、ジルコニアファイバー
等から成る断熱材２５をステンレススチール等の金属製
薄板２６で包み込んで形成されている。
ンスカート部６の上面との間には、隙間１４が形成され
、外周部１５からピストンスカート部６への熱伝導は遮
断される状態に構成されている。ピストンヘッド部５の
本体部２９と外周部１５とは同一の材料で製作し、例え
ば、窒化珪素、炭化珪素等のセラミック材で構成するこ
とが好ましい。更に、ピストンヘッド部５の本体部２９
と外周部１５との間に嵌合している断熱ガスケット１６
の一例については、第２図に示すように、チタン酸カリ
ウムウィスカー、或いはチタン酸カリウムウィスカーと
アルミナファイバーとの混合材、ジルコニアファイバー
等から成る断熱材２５をステンレススチール等の金属製
薄板２６で包み込んで形成されている。
第３図において、ピストンヘッド部５の本体部２９と外
周部１５との間に介在している断熱ガスケット２２の別
の例が示されている。この断熱ガスケット２２は、チタ
ン酸カリウムペーパ、或いはチタン酸カリウムウィスカ
ーとアルミナファイバーとの混合材ペーパ等の断熱材２
５とステンレススチール等の金属製画Ｆｉ２６とを交互
に積層して構成したものである。その他の構成について
は、第２図に示されたものと同一であるので、同一の部
品については同一の符号を付してそれらの説明を省略す
る。
周部１５との間に介在している断熱ガスケット２２の別
の例が示されている。この断熱ガスケット２２は、チタ
ン酸カリウムペーパ、或いはチタン酸カリウムウィスカ
ーとアルミナファイバーとの混合材ペーパ等の断熱材２
５とステンレススチール等の金属製画Ｆｉ２６とを交互
に積層して構成したものである。その他の構成について
は、第２図に示されたものと同一であるので、同一の部
品については同一の符号を付してそれらの説明を省略す
る。
上記のように、この発明による断熱エンジンの構造は構
成されているので、燃焼ガスに晒されてピストンヘッド
部５の外周部１５が受熱した熱量は、断熱ガスケット１
６又は２２で遮断され、中央の本体部２９へは熱伝導さ
れない。しかも、外周部１５の下面とピストンスカート
部６の上面との間には隙間１４が形成されているので、
ピストンヘッド部５の外周部１５からピストンスカート
部６への熱伝導も遮断された状態である。更に、ピスト
ンヘッド部５とピストンスカート部６との間は断熱材１
９及び断熱空気ｊ！ｔ２０が存在するので、熱伝導はピ
ストンヘッド部５の取付ボス部３０からピストンスカー
ト部６の取付孔２７からとなり、従って、燃焼ガスに晒
されるピストンへノド部５からピストンスカート部６へ
熱伝導される熱りは少なくなり、ピストンスカート部６
の温度上昇は低減される。それ故に、セラミック製シリ
ンダライナ３を内周面に嵌合したシリンダボディ８に水
ジャケットを設けなくても、ピストンリング７及びピス
トン１０とシリンダライナ３との間の最適の摺動特性を
十分に確保することができる。
成されているので、燃焼ガスに晒されてピストンヘッド
部５の外周部１５が受熱した熱量は、断熱ガスケット１
６又は２２で遮断され、中央の本体部２９へは熱伝導さ
れない。しかも、外周部１５の下面とピストンスカート
部６の上面との間には隙間１４が形成されているので、
ピストンヘッド部５の外周部１５からピストンスカート
部６への熱伝導も遮断された状態である。更に、ピスト
ンヘッド部５とピストンスカート部６との間は断熱材１
９及び断熱空気ｊ！ｔ２０が存在するので、熱伝導はピ
ストンヘッド部５の取付ボス部３０からピストンスカー
ト部６の取付孔２７からとなり、従って、燃焼ガスに晒
されるピストンへノド部５からピストンスカート部６へ
熱伝導される熱りは少なくなり、ピストンスカート部６
の温度上昇は低減される。それ故に、セラミック製シリ
ンダライナ３を内周面に嵌合したシリンダボディ８に水
ジャケットを設けなくても、ピストンリング７及びピス
トン１０とシリンダライナ３との間の最適の摺動特性を
十分に確保することができる。
従って、シリンダボディ８に水ジャケットを形成しない
ことによって、シリンダボディ８の鋳造工程においては
、水ジヤケツト用の中子を廃止でき、極めて加工性が容
易になり、重量の低減、鋳造コストの大幅なコストダウ
ンを図ることができる。
ことによって、シリンダボディ８の鋳造工程においては
、水ジヤケツト用の中子を廃止でき、極めて加工性が容
易になり、重量の低減、鋳造コストの大幅なコストダウ
ンを図ることができる。
この発明による断熱エンジンの構造は、以上のように構
成されているので、次のような特有の効果を奏する。即
ち、この断熱エンジンの構造は、シリンダライナ上部を
一体構造に構成したシリンダヘッドにのみ水ジャケット
を設け、シリンダボディの内周面にセラミック製シリン
ダライナを配置し、セラミンク製のピストンヘッド部を
断熱層を介してピストンスカート部に固定し、前記ピス
トンヘッド部の外周部を断熱ガスケットを介して別体に
構成したので、燃焼ガスに晒される前記ピストンヘッド
部の外周部で受熱した熱は前記断熱ガスゲットによって
遮断され、該外周部からピストンヘッド部の中央の本体
部への熱伝導を効果的に抑制でき、しかも前記ピストン
スカート部の上端壁部と前記ピストンヘッド部との間に
は前記断熱層によって同様に遮熱され、前記ピストンス
カート部への熱伝導を低減できる。それ故に、シリンダ
ボディ即ちシリンダライナ下部の外周部の水シャケ、ト
を排除でき、最も高温になるシリンダヘッド部及びシリ
ンダライナ上部の部位には水ジャケットが配置されたこ
とになり、従来のものに比較して冷却系を相当に縮小で
き、シリンダボディの鋳造においてシリンダボディの水
ジヤケツト用中子が廃止でき、加工性を容易にし、鋳造
コストを大幅に低減でき、シリンダボディ自体の重量を
低減できる。しかも、シリンダヘッド側の水ジャケット
を小型且つ軽量に構成でき、水ジャケットそのものを冷
却水がスムースに流れる単純な形状に構成でき、冷却水
の流れ抵抗も小さくなり、ポンプ、ラジェータ、配管路
等も小型にできる。
成されているので、次のような特有の効果を奏する。即
ち、この断熱エンジンの構造は、シリンダライナ上部を
一体構造に構成したシリンダヘッドにのみ水ジャケット
を設け、シリンダボディの内周面にセラミック製シリン
ダライナを配置し、セラミンク製のピストンヘッド部を
断熱層を介してピストンスカート部に固定し、前記ピス
トンヘッド部の外周部を断熱ガスケットを介して別体に
構成したので、燃焼ガスに晒される前記ピストンヘッド
部の外周部で受熱した熱は前記断熱ガスゲットによって
遮断され、該外周部からピストンヘッド部の中央の本体
部への熱伝導を効果的に抑制でき、しかも前記ピストン
スカート部の上端壁部と前記ピストンヘッド部との間に
は前記断熱層によって同様に遮熱され、前記ピストンス
カート部への熱伝導を低減できる。それ故に、シリンダ
ボディ即ちシリンダライナ下部の外周部の水シャケ、ト
を排除でき、最も高温になるシリンダヘッド部及びシリ
ンダライナ上部の部位には水ジャケットが配置されたこ
とになり、従来のものに比較して冷却系を相当に縮小で
き、シリンダボディの鋳造においてシリンダボディの水
ジヤケツト用中子が廃止でき、加工性を容易にし、鋳造
コストを大幅に低減でき、シリンダボディ自体の重量を
低減できる。しかも、シリンダヘッド側の水ジャケット
を小型且つ軽量に構成でき、水ジャケットそのものを冷
却水がスムースに流れる単純な形状に構成でき、冷却水
の流れ抵抗も小さくなり、ポンプ、ラジェータ、配管路
等も小型にできる。
また、水ジャケットが小さく水量が少ないため、冷却水
は迅速に流れてエンジンの高温部を直ちに冷却すると共
に、冷却水は所定温度にまで直ちに上昇するので、エン
ジンの暖機性を向上させる。
は迅速に流れてエンジンの高温部を直ちに冷却すると共
に、冷却水は所定温度にまで直ちに上昇するので、エン
ジンの暖機性を向上させる。
また、シリンダボディとシリンダヘッド間の冷却孔が除
去できるので、ガスゲットからの水漏れがなくなる。し
かも、燃焼室側の高温になる前記ピストンヘッド部は窒
化珪素等のセラミック材で構成されており、断熱性、耐
熱性、耐変形性、耐腐食性等を向上させることができ、
熱ショックを受けても強度上の問題が生じることがな（
、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部との
安定した取付状態を得ることができる。また、シリンダ
ボディの内周面にセラミック製シリンダライナを配置し
、シリンダボディに水ジャケットを設けていないにもか
かわらず、前記シリンダライナの温度上昇を抑制するこ
とができ、耐熱性を確保できると共に断熱性を向上でき
、摺動部位の耐焼付性を向上でき、ピストンスカート部
及びピストンリングとシリンダライナとの間の摺動特性
を向上させることができる。
去できるので、ガスゲットからの水漏れがなくなる。し
かも、燃焼室側の高温になる前記ピストンヘッド部は窒
化珪素等のセラミック材で構成されており、断熱性、耐
熱性、耐変形性、耐腐食性等を向上させることができ、
熱ショックを受けても強度上の問題が生じることがな（
、前記ピストンヘッド部と前記ピストンスカート部との
安定した取付状態を得ることができる。また、シリンダ
ボディの内周面にセラミック製シリンダライナを配置し
、シリンダボディに水ジャケットを設けていないにもか
かわらず、前記シリンダライナの温度上昇を抑制するこ
とができ、耐熱性を確保できると共に断熱性を向上でき
、摺動部位の耐焼付性を向上でき、ピストンスカート部
及びピストンリングとシリンダライナとの間の摺動特性
を向上させることができる。
更に、ピストンヘッド部の外周部とピストンスカート部
との間には隙間を形成したので、前記ピストンヘッド部
の前記外周部から前記ピストンスカート部への熱伝導が
遮断され、前記ピストンスカート部の温度上昇を低減で
きる。
との間には隙間を形成したので、前記ピストンヘッド部
の前記外周部から前記ピストンスカート部への熱伝導が
遮断され、前記ピストンスカート部の温度上昇を低減で
きる。
また、断熱ガスケットはチタン酸カリウムウィスカー等
の断熱材をステンレススチール等の金属ＷＩＪ薄板でく
るみ込むか、或いはチタン酸カリウムペーパ等の断熱材
とステンレススチール等の金属製薄板とで積層したので
、断熱効果が極めて有効である。
の断熱材をステンレススチール等の金属ＷＩＪ薄板でく
るみ込むか、或いはチタン酸カリウムペーパ等の断熱材
とステンレススチール等の金属製薄板とで積層したので
、断熱効果が極めて有効である。
第１図はこの発明による断熱エンジンの構造の一実施例
を示す断面図、第２図は第１図の符号Ａの部分の一例を
示す拡大断面図、第３図は第１図の符号への部分の別の
例を示す拡大断面図、第４図は従来の断熱ピストンの一
例を示す断面図、及び第５図は従来の断熱エンジンの冷
却装置の一例を示す断面図である。 １−・−シリンダヘッド、２−−−−−−一水ジャケッ
ト、３−−シリンダライナ、４−・シリンダライナ上部
、５・−一−−−ピストンヘノド部、６−・・−・ピス
トンスカート部、８・・−・・・−シリンダボディ、ｌ
Ｏ・−・・・・−ピストン、１１・・−・・・・燃焼室
、１４・−・−・隙間、１５−−−−−一外周部、１６
．２２−・−・−断熱ガスケット、１９−−・−断熱材
（断熱層） 、２０−−一一−−断熱空気層（断熱層）
、２５−−−御所熱材、２６−−金属材薄板。 出願人 いす＼自動車株式会社 代理人 弁理士 尾 仲 −宗 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ５ 図
を示す断面図、第２図は第１図の符号Ａの部分の一例を
示す拡大断面図、第３図は第１図の符号への部分の別の
例を示す拡大断面図、第４図は従来の断熱ピストンの一
例を示す断面図、及び第５図は従来の断熱エンジンの冷
却装置の一例を示す断面図である。 １−・−シリンダヘッド、２−−−−−−一水ジャケッ
ト、３−−シリンダライナ、４−・シリンダライナ上部
、５・−一−−−ピストンヘノド部、６−・・−・ピス
トンスカート部、８・・−・・・−シリンダボディ、ｌ
Ｏ・−・・・・−ピストン、１１・・−・・・・燃焼室
、１４・−・−・隙間、１５−−−−−一外周部、１６
．２２−・−・−断熱ガスケット、１９−−・−断熱材
（断熱層） 、２０−−一一−−断熱空気層（断熱層）
、２５−−−御所熱材、２６−−金属材薄板。 出願人 いす＼自動車株式会社 代理人 弁理士 尾 仲 −宗 第 １ 図 第 ２ 図 第 ３ 図 第 ４ 図 第 ５ 図
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 （１）シリンダライナ上部を一体構造に構成したシリン
ダヘッドにのみ水ジャケットを設け、シリンダボディの
内周面にセラミック製シリンダライナを配置し、セラミ
ック製のピストンヘッド部を断熱層を介してピストンス
カート部に固定し、前記ピストンヘッド部の外周部を断
熱ガスケットを介して別体に構成したことを特徴とする
断熱エンジンの構造。（２）前記ピストンヘッド部の前
記外周部と前記ピストンスカート部との間には隙間が形
成されていることを特徴とする請求項１に記載の断熱エ
ンジンの構造。 （３）前記断熱ガスケットはチタン酸カリウムウィスカ
ー等の断熱材をステンレススチール等の金属製薄板でく
るみ込んで構成したことを特徴とする請求項１に記載の
断熱エンジンの構造。 （４）前記断熱ガスケットはチタン酸カリウムペーパ等
の断熱材とステンレススチール等の金属製薄板とで積層
したことを特徴とする請求項１に記載の断熱エンジンの
構造。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63148358A JP2560423B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 断熱エンジンの構造 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP63148358A JP2560423B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 断熱エンジンの構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH01318751A true JPH01318751A (ja) | 1989-12-25 |
| JP2560423B2 JP2560423B2 (ja) | 1996-12-04 |
Family
ID=15450971
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP63148358A Expired - Lifetime JP2560423B2 (ja) | 1988-06-17 | 1988-06-17 | 断熱エンジンの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2560423B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675273A1 (en) * | 1994-03-28 | 1995-10-04 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Combustion chamber structure for diesel engines |
-
1988
- 1988-06-17 JP JP63148358A patent/JP2560423B2/ja not_active Expired - Lifetime
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0675273A1 (en) * | 1994-03-28 | 1995-10-04 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Combustion chamber structure for diesel engines |
| US5483933A (en) * | 1994-03-28 | 1996-01-16 | Isuzu Ceramics Research Institute Co., Ltd. | Combustion chamber structure for diesel engines |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2560423B2 (ja) | 1996-12-04 |
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