JPS6043151A - 断熱エンジンのライナ−ヘツド - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はシリンダライナー上方部のスラストが作用する
側を厚くかつ円周方向に幅広く形成することによってス
ラストに対抗し得るようにすると共に、排気孔の燃焼室
部周囲に断熱カバーを設けて吸気孔との間の熱応力の減
少を図り、該部分を保護するようにした断熱エンジンの
ライナーヘッドに関する。

熱機関における熱効率はその発生した熱量を出来るだけ
有効に使うことであり、そのために種々の工夫が行われ
て来ているが、材料の耐熱上の問題等のために、その熱
量のかなりの部分が冷却等の手段によって何ら有効に利
用されることなく排出させているのが現状である。

この材料の、囮で、高温に耐え、しがも断熱効果に１受
れたものとしてセラミックが注目され、その利用分野を
広げつつあり、エンジンにおいても、その熱的負荷の高
い部分に在来の材料に変えてセラミックを用いるように
□したものが開発されて来ている。しかし、これらセラ
ミックを用いたものは単に材料を置換した程度のものに
すぎず、材料の有する断熱特性以外のものは何ら利用さ
れるものではなかった。したがって、セラミ・ンク材を
用いた断熱効果による多少の熱効率の向上が得られる程
度であった。

また、一般に内燃機関の燃焼において、壁面温度の低い
運転条件では燃焼室近傍における壁面の冷却効果による
消炎現象が生じ、未燃焼の混合気が壁面上に滞留して、
未燃焼炭化水素を多く含む消炎層を形成し、それが機関
の排気行程において排出されることによって、排気ガス
・中に多量の炭化水素を含有させ、さらに、前記未燃焼
炭化水素の一部は熱分解や重合を起こして燃焼室壁面や
ピストン頭頂面に付着しデポジットを形成し、干渉又は
焼付を発生させることにもなる。従って、従来のセラミ
ック材に単に置換した程度のエンジンにおいては、この
ような問題も大幅に改善するものではなかった。

さらに、従来のセラミックエンジンにおいては、ピスト
ンリングがピストンのヘッド部に近いところに設けられ
ている。これは、現実には該位置にあったのではセラミ
ックエンジンのように高温になるものでは従来手段の摺
動は行い得す、固体潤滑か何らかの手段で解決されるだ
ろうとの前提のもとにそのような位置に持って来ている
と思われる。

このような従来の材料置換程度の断熱エンジンでは熱効
率の改良効果も少なく、排気ガス中の炭化水素の減少も
多くは期待できず、かつデポジットを発生し易く、しか
も潤滑上の問題もからみ実際には作動し得ないエンジン
となっている。そこでピストンヘット部、シリンダライ
ナー、シリンダヘッドの燃焼室面、および吸排気弁に全
べてセラミックを用いると共にその接続部を断熱構造と
し、ピストンリングを作動ガス温度の低いピストンの最
下部に設け、それに伴う冷却を該リングが移動する範囲
程度として、ピストンリングの摺動を実際に行いうるよ
うにし、しかも、燃焼室でのピストンを動かすことに用
いられる以外のエネルギーの逃散を出来るだけ少なくし
て排気ガスを高温で排出し、該排気ガスで排気タービン
を回転させ、該抽気タービンにおいて排気ガスのエネル
ギーを回収し、電動機等を介してクランク軸にトルクを
伝達することにより、大幅なエンジンの熱効率の向りを
図ろうとするエンジンを提供しようとするものであり、
本発明はこのようなエンジンにおけるライナーヘッドの
ライナ一部のスラスＩ・が作用する側を補強すると共に
、ライナーへンドの排気孔部の保護を図るようにするの
がその１］的である。

次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明のライナーヘッドを有する断熱エンジン
が適用されるシステムを示し、図においてＥは断熱エン
ジン、Ｅｘは断熱エンシソＥの抽気マニホールド、ＩＮ
は吸気マニホールド、′ｒは断熱エンジンＥからの排気
ガスによって駆動される排気タービン、Ｃは該排気ター
ビンＴによって駆動される吸気コンプレッサー、Ｇは同
じく該排気タービンＴによって駆動される発電機、Ｓは
該発電機の回転速度を検出する速度検出計、Ｍは前記発
電機Ｇからの電力によって駆動される電動機、Ｍａは該
電動機の回転速度を検出する速度検出計、Ｃｏは前記速
度検出計ＳおよびＭａからの信弓−により電動機Ｍへの
電力の供給を制御するコントローラで°ある。

このような構成により、エンジンＥよりの高温の抽気カ
スにより排気タービンＴを駆動し、該排気タービンＴは
得られた出力により吸気コンプレッサＣを回転してエン
ジンＥへの過給を行なうと同時に発電機Ｇを回転させて
発電し、その電力をコントローラＣｏを介して電動機Ｍ
へ供給し、該電動機Ｍを回転させ、その出力はギヤを介
してエンジンＥのクランク軸へイ・Ｊ加されることにな
る。

第２１４は第１図のシステムに用いられる断熱エンジン
であり、この場合のエンジンはディーゼルエンジンであ
る。

図において、■はシリンダヘッド、２はシリンタボディ
、３はライナーヘッド、４はシリンダライナー、５はぜ
ストンヘッド、６はピストンボディ、７は排（吸）気弁
、８は２重ボートのインナー、９は２重ポートのアウタ
ー、１０は排気マニホールド、１１はビスＩ・ンヘンド
５固定用のボルト、１２．１３は位置決めリング、１５
．１６．１７は断熱ガスケツＩ−，１８は弁案内、Ｉ９
は弁案内スリーブ、２０は冷却ノズル、２１ａ、２１ｂ
、２２ａ、２２ｂは冷却用オイル室、６１．６２はピス
トンリングである。

シリンダへラド１は鋳物で作り、シリンダライナーの上
方部分１ａも一体に形成し、その内側にシリンダへラド
内壁部にライナーヘッド３を設ける。

シリンダボディ２は鋳物で作りシリンダヘッドｌが垂下
して一体的に形成されたシリンダ部分より下側の部分を
構成するものであり、ピストンの丁死点時におけるほぼ
全高に亘る位置に冷却用オイル室２１ａ、２１ｂ、２２
ａ、２２ｂを形成し、内側にはシリンダライナー４を設
ける。そしてシリンタライナー４およびライナーヘッド
３の内面は両者を組付けた後に同時加工を行う。冷却は
上下のオイル室の油温を検知して油の瀉れをコントロー
ルすることによってピストンリングの潤滑が保証される
程度にする。

ライナーヘッド３はシリコンナイトライド（３１５Ｎ４
）又はＰＳＺ　（Ｐａｒ’ｔｉａｌ　ｌｙ　５ｔａｂｉ
ｌｉｚｅｄ　Ｚｉｒｃｏｎｉａ）で作成され、シリンダ
ヘッド内面とシリンダライナー−上方部を一体的に形成
し、シリンダへラドｌへの取付は位置決めリング１２．
１３およびガスケット１６を介在して該シリンダへ・ラ
ドｌへ嵌合される。嵌合手段としては、圧入、焼ばめ等
がある。

シリンダライナー４はＰＳＺで作成され、シリンダボデ
ィ２へ組立式、鋳込式、焼ばめ、圧入等によって取付ら
れる。ＰＳＺは鋼と同じ位の弾性を有し、磁気を帯びず
、熱膨張係数が鉄や鋳鉄と同程度であり、反面熱伝導率
はシリコンナイトライドのｌ／４と低く、摩耗にも強い
特性を有している。

ピストンヘッド５はナイトライドで作成され、その中央
部を凹ませ、下端外周には段部を形成してピストンボデ
ィ６との取付時の位置決めおよび移動を防ぐようにし、
前記中央四部にはピストンボディ結合用のポル）１１挿
通用の孔を設ける。

ピストンボディ６はアルミニウム合金あるいはす４鉄等
の金属で製作し、ト端外周にはピストンへット５下端外
周を嵌入させる段部を形成し、上面中央を」一方へ突出
させて、該突出部上面をピストンへラド５の下面に当接
させ、鎖部にピストンヘッド５と一致する孔を形成しポ
ルトｌｌで両者を結合する。

排（吸）無弁７はその下面をナイトライド又はＰＳＺで
作成するが、排気弁の方は弁全体をナイトライド又はＰ
ＳＺで作成してもよいしまた排気側の弁案内１８も同様
にナイトライド又はＰＳＺで作成する。

排気管８．９はステンレス鋼（ＳＵＳ）の２重配管とす
る。

断熱マニホールドｌＯは耐熱合金で作成するか、内面に
セラミンクを被覆する。

ボルト１１は、燃焼室に面する部分はナイトライド又は
ＰＳＺで覆うようにする。

位１位決めリング１２．１３はコパール又は４２７０イ
で作成する。がナイトライドで作成してもよい。

冷却ノズル２０はセラミックより作成され、ノズルのま
わりに冷却水通路を有するように形成される。

以−ヒの構成により、エンジンで発生する熱はピストン
の作動以外にはシリンダより外部への逃げがなくなり、
まだかなりエネルギーを有する高温の排気ガスとして排
出され、次工程において排気タービンの動力として利用
され、そのエネルギーの回収が図られることになる。　
゛ 第３図はライナーヘッドの底面図、第４図は第３図の線
Ｂ−Ｂでとった断面図であり、ピストンのスラストはＡ
方向に作用する。このスラストの作用する側の半径をｒ
。とじ、他の部分の半径ｒＮより大きくし突出部３０を
゛形成する。該突出部３０の外側はリング１３に内接す
る円形の一部とし、半径ｒＮへの移行部は大きなＲとす
る。

３１はスラスト方向と直交する方向に形成された突出部
であり、該突出部３１はリング１３へのライナーヘッド
３の位置を保持するために形成されるものであり、リン
グ１３との接触面は小さくてよい。該接触面および半径
ｒＮへの移行部は膨出３０と同様にする。突出部３０．
３１を形成することにより半径ｒＮの部分の外側にはリ
ング１３との間に隙間３２１〜３２４が形成される。３
３は吸気孔、３４は排気孔、３５は該排気孔周囲に張り
付けられる断熱カバーである。該断熱カバー３５は特に
温度勾配の大きい部分のみに設けることもできるし、広
く張設することもでき、該断熱カバー３５により排気孔
３４と吸気孔３３との間の狭い部分における排気ガスと
吸気による温度差に基ずく大きな温度勾配を緩和し、該
部分における熱応力とストレスを減少させるものである
。このために、吸、排気孔を楕円形として両者の間隔を
大きくし、その上に断熱カバーを設けることも出来る。

従来、排気ゴｔはカーボンの刺着により作動に障害が生
しることを防ぐため強制的に回転させるようにしていた
が、本発明が適用される断熱エンジンにおいては燃焼室
内でカーボンは完全に燃焼しカーボンのイ」着はないの
で、楕円形状の吸排気機構も十分適用出来るものである
。

また、前記突出部３０の替わりにボアを楕円形とするこ
とも出来る。この場合には吸排気孔を楕円の長袖方向に
離して設けることが出来るので、吸排気孔間の熱負荷は
さらに小さく出来るこｋになる。

ライナーヘッド３のシリンダへラド１への取付はガスケ
ツ）１６に積層する位置決めリング１４の厚さを調整す
ることによってその深さを、リング１２．１３を調整す
ることによってその心合せの調整を行う。なお、位置決
めリング１４は位置決めリング１２．１３と同様にコパ
ール又は４２７０イで作成する。

以１−の構成により、スラスト作用側は強度が向」−シ
、耐久性が良くなると共に突出部の形成により得られる
隙間によって断熱効果も生じ熱応力とストレスの減少も
図れることになる。また、断熱材の保護カバーを排気孔
の燃焼南面周囲に張りつけることにより、吸、排気孔の
間の狭い部分の温度勾配を緩和させる。

以上詳細に説明したように、本発明は、ライナーヘッド
のライナ一部のスラスト作用側を強化すると共に、排気
孔周囲燃焼室面に断熱カバーを設けたので、ヘッドの強
度が向−１ニし耐久性が増し円滑な運転が維持されるこ
とになり、また、吸排気孔の狭い部分の温度勾配を緩和
さゼ、該部分の熱応力とスＩ・レスの減少が図れること
になる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシステムの構成図、第２図は断熱エンジンの断
面図、第３．４図は第２図の要部底面図および断面図で
ある。 ３・・ライナーヘッド、３０舎・突出部、３４・・ＪＪ
ｌ気孔、３５・・断熱カバー。 特許出願人　いす（自動車株式会社 代　理　人　弁　理　士　辻　實 （外１名） 第１回 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダボディと、該シリンダボディ上に取付けられる
   シリンダヘッドと、該シリンダボディの内壁部に設けら
   れるシリンダライナーと、該シリンダヘッドの内壁部に
   位置し、かつ」二記シリンダライナー」二に設けられる
   ライナーヘッドとを設け、該ライナヘッドのライナ一部
   のスラスト作用側を厚くかつ円周方向に幅広く形成する
   と共に該ライナヘッドの排気孔周囲燃焼室面に断熱カバ
   ーを設けたことを特徴とする断熱エンジンのライナーヘ
   ッド。