JPH0418131B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、内燃機関を適切に冷却、断熱を行う
ことにより、内燃機関の熱効率を向上させた断熱
エンジンに関するものである。

［従来の技術］ デイーゼルエンジン、ガソリンエンジンを問わ
ず一般の内燃機関の消費燃料エネルギは1/3ずつ
がそれぞれ出力、冷却損失、排気損失になる。

そこで、機関燃焼室の断熱を行い、1/3の冷却
エネルギ損失を減少させ、出力を増加しようとす
る断熱エンジンが種々提案されている（特開昭52
−131017号、実開昭54−18511号、実開昭57−
101344号、実開昭57−123932号、実開昭57−
139647号等）。

［発明が解決しようとする課題］ しかし、従来提案さている断熱エンジンは、ピ
ストン、シリンダヘツドやシリンダブロツクを断
熱壁とし、吸入、圧縮、膨張、排気行程の全行程
ともに高温壁を利用して断熱を行なうため、混合
気吸入効率が小さくなる、混合気圧縮力が増大す
る、などの理由で、理論熱効率は十分に向上しな
かつた。すなわち、膨張、排気行程においては出
力の向上、冷却エネルギ損失の減少等好ましい作
用を果たす断熱作用が、吸入、圧縮行程において
は逆に熱効率の減少を招くという問題を生じてい
た。

本発明は、従来の問題を解消するために、内燃
機関において吸入、圧縮行程の断熱作用を少なく
し、吸入、圧縮行程では十分に冷却を行うととも
に、膨張、排気行程では十分に断熱して、理論熱
効率の増加をはかることを目的とする。

［課題を解決するための手段］ この目的に沿う本発明の断熱エンジンは、放熱
型シリンダライナとその内面側に断熱シリンダラ
イナを保有し、断熱シリンダライナを機関の行程
に同期させて上下動させ、吸入圧縮行程では断熱
シリンダライナを放熱型シリンダライナに対し下
降させて放熱型シリンダライナの内周面を露出さ
せ、膨張、排気行程では断熱シリンダライナを放
熱型シリンダライナに対して上昇させてシリンダ
ボア内面を断熱シリンダライナ内周面で構成する
ようになつている。そして放熱型シリンダライナ
は熱伝導率の大きい材料で構成し、吸入、圧縮行
程では空、液冷により十分に冷却し、一方断熱シ
リンダライナは熱伝導率の小さい材料、たとえば
耐熱合金またはセラミツクスで構成し、膨張、排
気行程では十分に燃焼室を断熱して高温壁により
燃焼室を高温に保つ。

［作 用］ これにより、吸入、圧縮行程における十分な冷
却と膨張、排気行程における十分な断熱とを行な
い、機関の理論熱効率の向上をはかることができ
る。とくに、セラミツクスは耐熱性に優れてい
る、熱膨張係数が小さい、という材料特性を持つ
ため、断熱することにより高温になる燃焼室を構
成するのに最適である。

なお、本発明はガソリン機関、デイーゼル機関
などの内燃機関全てにあてはまる。

［実施例］ 以下に、本発明の断熱エンジンの望ましい実施
例を図面を参照して説明する。

第１図は本発明の第１実施例に係る断熱エンジ
ンの断面を示しており、デイーゼルエンジンに適
用したものを示している。図中、１はエンジン全
体を示しており、エンジン１は主として、本体構
造物であるシリンダブロツク２、エンジン上部の
シリンダヘツド３、燃焼室の側壁であるシリンダ
ライナ４，５、膨張力を受け運動を行なうピスト
ン６などにより構成されてている。

シリンダライナは、ブロツク２に固定され、冷
却フイン７で常に冷却されている放熱型シリンダ
ライナ４と、放熱型シリンダライナ４の内周面に
摺動可能に嵌合された断熱シリンダライナ５の２
種類が存在する。放熱型シリンダライナ４は、熱
伝導率の大きい材料たとえばアルミ合金等から構
成され、断熱シリンダライナ５は熱伝導率が小さ
くかつ耐熱性の優れた材料、たとえば耐熱合金、
セラミツクスから構成されている。

断熱シリンダライナ５は、ピストン６の往復運
動を回転運動に変えるクランク機構８とは別に設
けられたクランク機構９により、機関の行程に同
期させて放熱型シリンダライナ４に対して上下動
されるようになつている。このクランク機構９の
運動は、クランク機構８の２回転に対し１回転の
割合で同期されており、機関が吸入行程、圧縮行
程前半のときには断熱シリンダライナ５を放熱型
シリンダライナ４に対して下部に位置させ、膨張
行程、排気行程前半のときには上部に位置させる
ようになつている。

シリンダヘツド３は、エンジンに空気を吸入す
る吸気口１０、排気ガスを放出する排気口１１、
吸気、排気を制御する弁１２、弁の開閉を行なう
カム１３、燃料ポンプ１４より燃料を送られ、燃
料を噴射する燃料噴射弁１５により構成されてい
る。また、エンジン１下部は、潤滑油を保持する
オイルパン１６によりおおわれている。

つぎに、上記の装置における作用について説明
する。

第２図イないしヲは、本発明の断熱エンジンの
運動を示すものである。冷却され低温の放熱型シ
リンダライナ４（白部）は、熱伝導率の大きい材
料（アルミニウムなど）により構成され、その外
側が空、液冷により冷却されて燃焼室は十分低温
に保たれる。一方、断熱されて高温になる断熱シ
リンダライナ５（黒部）は、熱伝導率が小さくか
つ耐熱性に優れたセラミツク材料または耐熱合金
などで構成さているので、燃焼ガスからの熱を逃
がさずに高温に保つことにより燃焼室は高温に保
たれて断熱性が保持される。

吸入行程では、第２図イないしハに示すよう
に、高温の断熱シリンダライナ５が最下部または
その近傍に下げられ、低温の放熱型シリンダライ
ナ４が燃焼室に露出される。この燃焼室が冷却さ
れた状態でピストン６（斜線部）が下げられ、吸
気が行なわれる。

圧縮行程では、第２図ニないしヘに示すよう
に、高温の断熱シリンダライナ５は下げられた状
態から上げられていき、前半では冷却されて低温
の放熱型シリンダライナ４が燃焼室に露出され、
燃焼室が冷却さた状態でピストン６が上げられ、
圧縮が行なわれる。

膨張行程では、第２図トないしリに示すよう
に、断熱シリンダライナ５は最上部またはその近
傍に上げられ、断熱シリンダライナ５で、低温の
放熱型シリンダライナ４がおおわれる。このよう
に、燃焼室が断熱された状態でピストン６に膨張
力が伝えられる。

排気行程では、第２図ヌないしヲに示すよう
に、断熱シリンダライナ５は上げられた状態から
下げられていき、前半では、低温の放熱型シリン
ダライナ４をおおつた状態でピストンが上げら
れ、排気が行なわれる。

第３図は、上記装装置における効果を機関の
PV線図を用いて示したものである。図中、本発
明のエンジンの特性は実線Ａで、従来のエンジン
の特性は破線Ｂで示されている。圧縮行程は圧縮
行程前半で十分冷却されているため、かつ、シリ
ンダ内外温度差が高くないので圧縮行程後半で断
熱シリンダライナ５が上昇することによるシリン
ダ内温度上昇も大きくないため、圧縮力は従来の
エンジンどおり小さく保つことができ、実線Ａの
破線Ｂからのずれは比較的小さい。ただし、ピス
トンストロークは変らないから行程容積Ｖの変化
する範囲は従来と同じである。一方、膨張行程は
ほぼ膨張行程全域で断熱シリンダライナ５により
断熱を行なうため、かつ、燃焼による温度上昇に
よりシリンダ内外温度差が高く断熱シリンダライ
ナ５が上昇することによるシリンダ内温度上昇も
大きくなるため、燃焼ガスは高温に保たれ、膨張
力が増し、実線Ａの破線Ｂからのずれが大きくな
る。したがつて、膨張行程では圧縮行程に比べて
実線は点線より斜め上方に大きくずれる。よつ
て、第３図のPV線図に囲まれた面積（仕事）の
比較すなわち実線Ａと破線Ｂで囲まれた面積の比
較から、本発明の断熱エンジン（実線Ａ）の面積
Ｃの方が、従来のエンジン（破線Ｂ）の面積Ｄよ
り広くなるため、機関としての熱効率は断熱エン
ジンの方が大きい。また、吸入行程は十分冷却さ
れいるため、吸気の膨張が防止され、吸気効率は
高い。このため、圧縮上死点での圧力Ｐは従来よ
り高くなる。

第４図は本発明の第２実施例に係る断熱エンジ
ンの断面を示している。本実施例は、ピストン上
下動の速度が比較的低い低速用機関において、ク
ランク機構のかわりにシリンダ装置を用いて断熱
シリンダライナ５を運動させるものである。シリ
ンダ装置は油圧シリンダ１７が用いられる。油圧
ポンプ１８により制御され、送油管１９により送
られた作動油により駆動される油圧シリンダ１７
により断熱高温シリンダライナ５が運動される。
第１実施例におけるクランク機構により運動させ
る方式では、断熱シリンダライナ５は正弦波に近
い運動をするが、油圧シリンダ１７を用いる本方
式では、断熱シリンダライナ５の運動の自由度を
大にできる。したがつて、断熱シリンダライナ５
の上下動の制御は、機関の行程に同期させてより
適切に行なうことができる。その他の構成、作
用、効果は第１実施例に準じるので、準じる部材
に１実施例と同一の符号を付すことにより説明を
省略する。

なお、本発明の断熱エンジンの実施例の説明で
は、空冷式のものを示したが、水冷式のものであ
つてもよい。

［発明の効果］ 本発明の断熱エンジンによれば、低温の放熱型
シリンダライナに対し高温の断熱シリンダライナ
を機関の行程に同期させて上下動させるようにし
たので、吸入、圧縮行程においては高い吸気効率
を得られ、膨張、排気行程においては高い熱効
率、高い排気効率を得るようにすることができ、
機関の熱効率を向上できる。

また、ガソリンエンジンについては、上記の効
果の他に吸入圧縮行程を冷却してノツキングを最
小限におさえることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係る断熱エンジ
ンの断面図、第２図イ，ロ，ハは第１図の断熱エ
ンジンの吸入行程、第２図ニ，ホ，ヘは圧縮行
程、第２図ト，チ，リは膨張行程、第２図ヌ，
ル，ヲは排気行程の作動図、第３図は本発明の断
熱エンジンのPV特性図、第４図は本発明の第２
実施例に係る断熱エンジンの断面図、である。 １……断熱エンジン、２……シリンダブロツ
ク、３……シリンダヘツド、４……放熱型シリン
ダライナ、５……断熱シリンダライナ、６……ピ
ストン、９……クランク機構。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関のシリンダライナを、熱伝導率の大
   きい材料から成る放熱型シリンダライナと該放熱
   型シリンダライナの内周面に摺動可能に嵌合され
   た熱伝導率の小さい材料から成る断熱シリンダラ
   イナとから構成し、該断熱シリンダライナを機関
   の行程に同期させて上下動させたことを特徴とす
   る断熱エンジン。 ２ 前記断熱シリンダライナをセラミツクスから
   構成した特許請求の範囲第１項記載の断熱エンジ
   ン。 ３ 前記断熱シリンダライナを耐熱合金から構成
   した特許請求の範囲第１項記載の断熱エンジン。 ４ 前記断熱シリンダライナの上下動をクランク
   機構により行なわせた特許請求の範囲第１項記載
   の断熱エンジン。 ５ 前記断熱シリンダライナの上下動をシリンダ
   装置により行なわせた特許請求の範囲第１項記載
   の断熱エンジン。