JPS63302124A - 断熱エンジンの構造 - Google Patents
断熱エンジンの構造Info
- Publication number
- JPS63302124A JPS63302124A JP62133301A JP13330187A JPS63302124A JP S63302124 A JPS63302124 A JP S63302124A JP 62133301 A JP62133301 A JP 62133301A JP 13330187 A JP13330187 A JP 13330187A JP S63302124 A JPS63302124 A JP S63302124A
- Authority
- JP
- Japan
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- cylinder
- combustion chamber
- liner
- heat
- piston
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B3/00—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
- F02B3/06—Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
-
- 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
Landscapes
- Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
- Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (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、断熱エンジンの構造に関する。
（従来の技術〕
従来、セラミック材を断熱材又は耐熱材として利用した
断熱エンジンは、例えば、特開昭５９−１２２７６５号
公報等に開示されている。この断熱エンジンを、第３１
を参照して説明する。この断熱エンジン４０については
、シリンダ中心部４２を有するセラミック製ライナヘッ
ド４１を鋳物から成るシリンダ中心部４３の内側に嵌合
したものである。このライナヘッド４１は、エンジンの
１サイクル中最も高温・高圧ガスに晒され且つ最も熱の
逃げが多い部分であるシリンダヘッド内壁部とシリンダ
ライナ上部を一体に形成したものである。また、ピスト
ンヘッド４４はシリコンナイトライドで製作され、その
中央部を凹ませ、下端外周には段部４６を形成してピス
トンボディ４７との取付時の位置決め及び移動を防ぐよ
うにし、中央凹部４５にはピストンボディ結合用のボル
ト挿通用の孔を設ける。ピストンボディ４７の上端外周
にはピストンヘッド４４の下端外周を嵌入させる段部４
８を形成し、上面中央を上方へ突出させて、突出部４９
上面をピストンヘッド４４の下面に当接させ、ピストン
ヘッド４４とピストンボディ４７とをボルト５０で結合
したものである。
断熱エンジンは、例えば、特開昭５９−１２２７６５号
公報等に開示されている。この断熱エンジンを、第３１
を参照して説明する。この断熱エンジン４０については
、シリンダ中心部４２を有するセラミック製ライナヘッ
ド４１を鋳物から成るシリンダ中心部４３の内側に嵌合
したものである。このライナヘッド４１は、エンジンの
１サイクル中最も高温・高圧ガスに晒され且つ最も熱の
逃げが多い部分であるシリンダヘッド内壁部とシリンダ
ライナ上部を一体に形成したものである。また、ピスト
ンヘッド４４はシリコンナイトライドで製作され、その
中央部を凹ませ、下端外周には段部４６を形成してピス
トンボディ４７との取付時の位置決め及び移動を防ぐよ
うにし、中央凹部４５にはピストンボディ結合用のボル
ト挿通用の孔を設ける。ピストンボディ４７の上端外周
にはピストンヘッド４４の下端外周を嵌入させる段部４
８を形成し、上面中央を上方へ突出させて、突出部４９
上面をピストンヘッド４４の下面に当接させ、ピストン
ヘッド４４とピストンボディ４７とをボルト５０で結合
したものである。
更に、バルブ５１はヘッド下面５２にシリンダライナ４
２の軸線方向に配置されている。このような構成におい
て、エンジンからの高温の排気ガスにより排気タービン
を駆動し、その駆動によって排気タービンで得られた出
力により吸気コンプレッサを回転してエンジンへの過給
を行うと同時に発電機を回転させて発電し、その電力を
コントローラを介して電動機を回転させ、その出力はギ
ヤを介してエンジンのクランク軸へ付加されることにな
る。
２の軸線方向に配置されている。このような構成におい
て、エンジンからの高温の排気ガスにより排気タービン
を駆動し、その駆動によって排気タービンで得られた出
力により吸気コンプレッサを回転してエンジンへの過給
を行うと同時に発電機を回転させて発電し、その電力を
コントローラを介して電動機を回転させ、その出力はギ
ヤを介してエンジンのクランク軸へ付加されることにな
る。
しかしながら、上記のようなセラミック材を断熱材又は
耐熱材として利用するピストン等の断熱エンジン部材に
おいて、断熱特性を十分に得ることは極めて困難なこと
である。セラミック材が燃焼室側の高温に晒される状態
であり、そのため熱シリンダを受け、セラミック材の強
度上の問題がある。また、断熱のため壁面のセラミック
材の厚さを大きくすると、熱容量が大きくなり、吸入工
程時に吸入空気が燃焼室から多く受熱して高温になり、
吸入効率が低下して空気が吸入されなくなるという現象
が生じる反面、膨張工程では断熱性を向上させなければ
ならないという問題がある。
耐熱材として利用するピストン等の断熱エンジン部材に
おいて、断熱特性を十分に得ることは極めて困難なこと
である。セラミック材が燃焼室側の高温に晒される状態
であり、そのため熱シリンダを受け、セラミック材の強
度上の問題がある。また、断熱のため壁面のセラミック
材の厚さを大きくすると、熱容量が大きくなり、吸入工
程時に吸入空気が燃焼室から多く受熱して高温になり、
吸入効率が低下して空気が吸入されなくなるという現象
が生じる反面、膨張工程では断熱性を向上させなければ
ならないという問題がある。
また、ディーゼルエンジンでは、燃料噴射ノズルから燃
料が噴霧されるが、噴霧された燃料が燃焼室内で吸入空
気と速やかに混合し、燃焼室内に発生するスワールによ
って均一に混合することが望ましいが、その点について
も満足できるものが開示されていないのが現状である。
料が噴霧されるが、噴霧された燃料が燃焼室内で吸入空
気と速やかに混合し、燃焼室内に発生するスワールによ
って均一に混合することが望ましいが、その点について
も満足できるものが開示されていないのが現状である。
ところで、前掲特開昭５９−１２２７６５号公報に開示
された断熱エンジン４０については、セラミック製のピ
ストンヘッド部４４には凹部４５が形成され、強度上そ
の厚さも極めて厚く形成しなければならず、熱容量を可
及的に小さくすることと相反する構造となっている。ま
た、バルブ５１はピストンヘッド４４の構造に応じてシ
リンダライナ４２の軸線方向に設置され、ヘッド下面５
２はフラットに形成され、従って吸入空気は半径方向外
向きに噴霧され、シリンダライナ及びヘッド下面部から
受熱し易く、しかもスワールの攪拌作用が発生するよう
な構造には構成されていない、それ故に、上記と同様な
問題点を有している。
された断熱エンジン４０については、セラミック製のピ
ストンヘッド部４４には凹部４５が形成され、強度上そ
の厚さも極めて厚く形成しなければならず、熱容量を可
及的に小さくすることと相反する構造となっている。ま
た、バルブ５１はピストンヘッド４４の構造に応じてシ
リンダライナ４２の軸線方向に設置され、ヘッド下面５
２はフラットに形成され、従って吸入空気は半径方向外
向きに噴霧され、シリンダライナ及びヘッド下面部から
受熱し易く、しかもスワールの攪拌作用が発生するよう
な構造には構成されていない、それ故に、上記と同様な
問題点を有している。
この発明の目的は、上記の問題点を解消することであり
、高度の断熱性を得ると共に、燃焼ガスに晒されて高温
になるピストンヘッドの表面部の熱容量を可及的に小さ
く構成するためフラットな面に構成し、それに応じてシ
リンダへラドライナ側に燃焼室を構成すると共に、燃焼
室の形状を燃料噴霧軌跡に沿って形成し、また燃焼室内
にスワールの攪拌作用を発生させ、燃焼室内で吸入空気
瀝噴霧された燃料とを速やかに且つ均一に混合し、更に
吸入効率及びサイクル効率を向上させ、熱ショックを受
けても強度上の問題が生じることがなく、耐熱性、耐変
形性、耐腐食性等を向上させ、しかも安定した取付状態
を得ることができ、更に爆発時にピストンヘッドに作用
する圧力を好ましい状態で受は止めることができる構造
に構成した断熱エンジンの構造を提供することである。
、高度の断熱性を得ると共に、燃焼ガスに晒されて高温
になるピストンヘッドの表面部の熱容量を可及的に小さ
く構成するためフラットな面に構成し、それに応じてシ
リンダへラドライナ側に燃焼室を構成すると共に、燃焼
室の形状を燃料噴霧軌跡に沿って形成し、また燃焼室内
にスワールの攪拌作用を発生させ、燃焼室内で吸入空気
瀝噴霧された燃料とを速やかに且つ均一に混合し、更に
吸入効率及びサイクル効率を向上させ、熱ショックを受
けても強度上の問題が生じることがなく、耐熱性、耐変
形性、耐腐食性等を向上させ、しかも安定した取付状態
を得ることができ、更に爆発時にピストンヘッドに作用
する圧力を好ましい状態で受は止めることができる構造
に構成した断熱エンジンの構造を提供することである。
なお、ここでいうシリンダへラドライナはシリンダライ
ナ上部とヘッド下面部を合成したものであり、燃焼の盛
んな熱発生期間のみを熱遮断するための構造である。
ナ上部とヘッド下面部を合成したものであり、燃焼の盛
んな熱発生期間のみを熱遮断するための構造である。
ｃ問題点を解決するための手段〕
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。
即ち、この発明は、燃焼室側をフラットな面に形成した
ピストンヘッド、シリンダ中心部を低く且つ外周部を高
くして上部一部を四角筒体に形成した燃焼室を構成する
シリンダへラドライナ、及び前記中心部から前記外周部
に傾斜したヘッド下面の傾斜面に設置したバルブから成
ることを特徴とする断熱エンジンの構造に関し、更に具
体的に詳述すると、前記シリンダへラドライナの外周面
を断熱層によって断熱し、前記バルブを逆Ｖ字型又はシ
リンダ軸とはり平行に設置し、しかも前記シリンダへラ
ドライナがセラミック材から成り且つシリンダライナ上
部とヘッド下面を一体に形成し、また前記ピストンヘッ
ドの前記燃焼室側にはセラミック薄板が配置され、更に
前記シリンダ中心部に燃料噴射ノズルを設置し且つ前記
燃料噴射ノズ゛ ルの噴霧軌跡即ち噴霧パターンに対
応する形状に前記燃焼室が形成されていることを特徴と
する断熱エンジンの構造に関する。
ピストンヘッド、シリンダ中心部を低く且つ外周部を高
くして上部一部を四角筒体に形成した燃焼室を構成する
シリンダへラドライナ、及び前記中心部から前記外周部
に傾斜したヘッド下面の傾斜面に設置したバルブから成
ることを特徴とする断熱エンジンの構造に関し、更に具
体的に詳述すると、前記シリンダへラドライナの外周面
を断熱層によって断熱し、前記バルブを逆Ｖ字型又はシ
リンダ軸とはり平行に設置し、しかも前記シリンダへラ
ドライナがセラミック材から成り且つシリンダライナ上
部とヘッド下面を一体に形成し、また前記ピストンヘッ
ドの前記燃焼室側にはセラミック薄板が配置され、更に
前記シリンダ中心部に燃料噴射ノズルを設置し且つ前記
燃料噴射ノズ゛ ルの噴霧軌跡即ち噴霧パターンに対
応する形状に前記燃焼室が形成されていることを特徴と
する断熱エンジンの構造に関する。
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、この発明は
、燃焼室側をフラットな面に形成したピストンヘッド、
シリンダ中心部を低く且つ外周部を高くして上部一部を
四角筒体に形成した燃焼室を構成するシリンダへラドラ
イナ、及び前記中心部から前記外周部に傾斜したヘッド
下面の傾斜面に設置したバルブから構成したので、前記
セラミック薄板の厚さを可及的に薄く形成でき、その熱
容量を可及的に小さくできる。しかも、前記燃焼室を四
角筒体に形成したので、前記燃焼室内で生じるスワール
は前記四角筒体の辺によって破られてスワールに攪拌作
用が発生し、噴霧された燃料と吸入空気とが極めて迅速
に即ち上死点付近で瞬間の間に均一に混合され、燃焼が
良好に行われる。また、前記シリンダヘッドライナを断
熱層によって断熱すれば、前記シリンダへラドライナの
厚さを薄（構成することができ、前記シリンダへラドラ
イナの熱容量も小さく構成することができる。即ち、前
記シリンダへラドライナ及び前記ピストンヘッドのセラ
ミックスの厚さを薄く構成する程、燃焼室内のガス温度
への追従性がよくなり、前記燃焼室内の高温時と低温時
との壁温振幅は厚さが厚い場合に比較して大きくなり、
結果的に燃焼ガスと燃焼室壁面のセラミックスとの温度
差が小さくなり、熱伝達量が減少するため、吸入空気の
受熱を減少させる。
成されており、次のように作用する。即ち、この発明は
、燃焼室側をフラットな面に形成したピストンヘッド、
シリンダ中心部を低く且つ外周部を高くして上部一部を
四角筒体に形成した燃焼室を構成するシリンダへラドラ
イナ、及び前記中心部から前記外周部に傾斜したヘッド
下面の傾斜面に設置したバルブから構成したので、前記
セラミック薄板の厚さを可及的に薄く形成でき、その熱
容量を可及的に小さくできる。しかも、前記燃焼室を四
角筒体に形成したので、前記燃焼室内で生じるスワール
は前記四角筒体の辺によって破られてスワールに攪拌作
用が発生し、噴霧された燃料と吸入空気とが極めて迅速
に即ち上死点付近で瞬間の間に均一に混合され、燃焼が
良好に行われる。また、前記シリンダヘッドライナを断
熱層によって断熱すれば、前記シリンダへラドライナの
厚さを薄（構成することができ、前記シリンダへラドラ
イナの熱容量も小さく構成することができる。即ち、前
記シリンダへラドライナ及び前記ピストンヘッドのセラ
ミックスの厚さを薄く構成する程、燃焼室内のガス温度
への追従性がよくなり、前記燃焼室内の高温時と低温時
との壁温振幅は厚さが厚い場合に比較して大きくなり、
結果的に燃焼ガスと燃焼室壁面のセラミックスとの温度
差が小さくなり、熱伝達量が減少するため、吸入空気の
受熱を減少させる。
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図において、この発明の一実施例である断熱エンジ
ンの構造が符号１０によって全体的に示されている。断
熱エンジンの構造ｌＯは、主として、ピストンヘッド部
ｌと金属製ピストンスカート部２とから成るピストン２
０、鋳物から成るシリンダヘッド（図示省略）の内側に
嵌合した窒化珪素等のセラミック製のシリンダへラドラ
イナ３０、シリンダへラドライナ３０の中央部に設置さ
れた燃料噴射ノズル２５、及びシリンダヘッドライナ３
０のヘッド下面２２に設置された吸気バルブ２１及び排
気バルブ２７から成る。ピストン２０におけるピストン
ヘッド部ｌの燃焼室側を平らな面即ちフラットな面に形
成したセラミック薄板５を、ピストンヘッド部ｌに断熱
材３を介して配置する。また、ピストンヘッド部１にお
けるセラミック薄板５がフラットな面を構成するのに対
応して、シリンダへラドライナ３０をシリンダ中心部が
低く且つシリンダ外周部が高い形状の燃焼室１５を形成
するように構成する。即ち、シリンダへラドライナ３０
は、シリンダライナ上部２３とヘッド下面部２２を合成
した一体構成したものであり、燃焼の盛んな熱発生期間
のみを熱遮断するための構造である。このような形状の
シリンダへラドライナ３０とフラットな形状のピストン
ヘッド部１のセラミック薄板５によって形成される燃焼
室１５は、断熱エンジンの燃焼室としては最も適してい
る浅皿型の形状に構成することができる。
ンの構造が符号１０によって全体的に示されている。断
熱エンジンの構造ｌＯは、主として、ピストンヘッド部
ｌと金属製ピストンスカート部２とから成るピストン２
０、鋳物から成るシリンダヘッド（図示省略）の内側に
嵌合した窒化珪素等のセラミック製のシリンダへラドラ
イナ３０、シリンダへラドライナ３０の中央部に設置さ
れた燃料噴射ノズル２５、及びシリンダヘッドライナ３
０のヘッド下面２２に設置された吸気バルブ２１及び排
気バルブ２７から成る。ピストン２０におけるピストン
ヘッド部ｌの燃焼室側を平らな面即ちフラットな面に形
成したセラミック薄板５を、ピストンヘッド部ｌに断熱
材３を介して配置する。また、ピストンヘッド部１にお
けるセラミック薄板５がフラットな面を構成するのに対
応して、シリンダへラドライナ３０をシリンダ中心部が
低く且つシリンダ外周部が高い形状の燃焼室１５を形成
するように構成する。即ち、シリンダへラドライナ３０
は、シリンダライナ上部２３とヘッド下面部２２を合成
した一体構成したものであり、燃焼の盛んな熱発生期間
のみを熱遮断するための構造である。このような形状の
シリンダへラドライナ３０とフラットな形状のピストン
ヘッド部１のセラミック薄板５によって形成される燃焼
室１５は、断熱エンジンの燃焼室としては最も適してい
る浅皿型の形状に構成することができる。
更に、第２図は第１図の線ト」における断面図であるが
、この燃焼室１５の形状については、第２図に示すよう
に、上部一部が断面四角形即ち四角筒体２６に形成され
、また下部が断面丸形即ち円筒体２８に形成されている
。更に、この四角筒体２６は、角部を曲面、例えば、半
径の約１７２〜２７３程度のアールで形作った曲面に形
成することが流体の流れ上好ましい、このような形状に
よって、燃焼室１５内で生じるスワールは四角筒体２６
の辺によって破られ、即ち渦を破って攪拌作用が発生し
、噴霧された燃料と吸入空気とが極めて迅速に即ち上死
点付近で瞬間の間に均一に混合され、燃焼が良好に行わ
れる。また、シリンダへラドライナ３０の外周面は、チ
タン酸カリ″ウム等の断熱ガスケット２９及び断熱層２
４によって断熱されているので、シリンダヘッドライナ
３０自体も厚さを薄く構成することができ、熱容量を小
さくすることができる。更に、第２図に示すように、吸
気バルブ２１及び排気バルブ２７は、シリンダへラドラ
イナ３０におけるシリンダ中心部からシリンダ外周部に
傾斜したヘッド下面部２２の傾斜面に設置されている。
、この燃焼室１５の形状については、第２図に示すよう
に、上部一部が断面四角形即ち四角筒体２６に形成され
、また下部が断面丸形即ち円筒体２８に形成されている
。更に、この四角筒体２６は、角部を曲面、例えば、半
径の約１７２〜２７３程度のアールで形作った曲面に形
成することが流体の流れ上好ましい、このような形状に
よって、燃焼室１５内で生じるスワールは四角筒体２６
の辺によって破られ、即ち渦を破って攪拌作用が発生し
、噴霧された燃料と吸入空気とが極めて迅速に即ち上死
点付近で瞬間の間に均一に混合され、燃焼が良好に行わ
れる。また、シリンダへラドライナ３０の外周面は、チ
タン酸カリ″ウム等の断熱ガスケット２９及び断熱層２
４によって断熱されているので、シリンダヘッドライナ
３０自体も厚さを薄く構成することができ、熱容量を小
さくすることができる。更に、第２図に示すように、吸
気バルブ２１及び排気バルブ２７は、シリンダへラドラ
イナ３０におけるシリンダ中心部からシリンダ外周部に
傾斜したヘッド下面部２２の傾斜面に設置されている。
ヘッド下面部２２は、第１図で示すように、外向きに立
ち上がった傾斜面であるので、該傾斜面に吸気バルブシ
ート及び排気バルブシートをそれぞれ形成し、各バルブ
シートに吸気バルブ２１及び排気バルブ２７を設置すれ
ば、吸気バルブ２１は排気バルブ２７と逆Ｖ字型に設置
されることになる（場合によってはシリンダ軸とはり平
行に設置することもできる）、この吸気バルブ２１の傾
きのため、吸入工程における吸入空気の流れは、半径方
向外側からヘッド下面部２２へと伸長している吸気ポー
ト（図示省略）の形状を考慮すると、エンジンの垂直方
向で且つ燃焼室１５の中央に向けてメインの流れが形成
される。それ故に、吸入空気は、高温となっているシリ
ンダへラドライナ３０の内壁面に接することが少なくな
り、熱伝達による受熱量が減少するため、流入する吸入
空気の熱膨張が小さくなり、吸入効率の低下が生じない
、この場合に、ピストンヘッド部１のセラミック薄板５
即ち頂面に吸入空気が接する量が増大したとしても、ピ
ストン２０は後述のように熱容量が小さくなるように構
成されているので、吸入効率が低下するようなことがな
い、一方、吸気バルブ２１及び排気バルブ２７は燃焼室
１５内に収納されているので、誤ってピストン２０がＴ
ＤＣ（上死点）の時、吸気バルブ２１及び排気バルブ２
７が全開した時でもピストン２０と干渉することなく、
常に安全が保たれる。
ち上がった傾斜面であるので、該傾斜面に吸気バルブシ
ート及び排気バルブシートをそれぞれ形成し、各バルブ
シートに吸気バルブ２１及び排気バルブ２７を設置すれ
ば、吸気バルブ２１は排気バルブ２７と逆Ｖ字型に設置
されることになる（場合によってはシリンダ軸とはり平
行に設置することもできる）、この吸気バルブ２１の傾
きのため、吸入工程における吸入空気の流れは、半径方
向外側からヘッド下面部２２へと伸長している吸気ポー
ト（図示省略）の形状を考慮すると、エンジンの垂直方
向で且つ燃焼室１５の中央に向けてメインの流れが形成
される。それ故に、吸入空気は、高温となっているシリ
ンダへラドライナ３０の内壁面に接することが少なくな
り、熱伝達による受熱量が減少するため、流入する吸入
空気の熱膨張が小さくなり、吸入効率の低下が生じない
、この場合に、ピストンヘッド部１のセラミック薄板５
即ち頂面に吸入空気が接する量が増大したとしても、ピ
ストン２０は後述のように熱容量が小さくなるように構
成されているので、吸入効率が低下するようなことがな
い、一方、吸気バルブ２１及び排気バルブ２７は燃焼室
１５内に収納されているので、誤ってピストン２０がＴ
ＤＣ（上死点）の時、吸気バルブ２１及び排気バルブ２
７が全開した時でもピストン２０と干渉することなく、
常に安全が保たれる。
更に、燃料噴射ノズル２５は、シリンダへラドライナ３
０におけるヘッド下面部２２のシリンダ中心部、言い換
えれば、燃焼室１５の最も低い部位に設置されている。
０におけるヘッド下面部２２のシリンダ中心部、言い換
えれば、燃焼室１５の最も低い部位に設置されている。
しかも、燃料噴射ノズル２５の噴孔は、ピストンヘッド
部ｌのセラミック薄板５に平行で且つ半径方向外向きに
形成されている。
部ｌのセラミック薄板５に平行で且つ半径方向外向きに
形成されている。
従って、燃料噴射ノズル２５の噴霧軌跡（図で矢印Ｂ方
向で示す噴椙パターン）に対応して燃焼室１５が形成さ
れていることになる。
向で示す噴椙パターン）に対応して燃焼室１５が形成さ
れていることになる。
次に、ピストン２０については、ピストンヘッド部ｌは
、中央に取付ボス部４を有し、またセラミック材と熱膨
張係数がほぼ等しく、強度が高く、ヤング率が比較的に
高い材料、例えば、サーメット、金属等の材料から構成
されている。このピストンヘッド部ｌそのものには燃焼
室が形成されておらず、ピストンヘッド部１の燃焼室側
はフラットな形状に構成されている。ピストンスカート
部２には、中央にピストンヘッド部１の取付ボス部４が
嵌合する中央孔１２が形成されている。ピストンヘッド
部ｌの取付ボス部４は、ピストンスカート部の中央孔１
２に嵌合され、取付ボス部４に形成された嵌合溝１４と
ピストンスカート部２の中央孔１２に形成された嵌合溝
１３とに跨がって金属製リング１１が嵌入され、ピスト
ンヘッド部１はピストンスカート部２に対して押圧状態
に係止されている。更に、ピストンヘッド部１とピスト
ンスカート部２との中央部の当接部位には断熱ガスケッ
トである緩衝材８が押圧状態に介在しており、この緩衝
材８は断熱機能も有している。また、ピストンヘッド部
ｌとピストンヘッド部２との間には、断熱空気層９が形
成されている。このピストン２０については、セラミッ
ク薄板５が燃焼室１５に面するようにピストンヘッド部
ｌに断熱材３を介して配置されていることである。セラ
ミック薄板５は、窒化珪素等のセラミックスから成り、
厚さ約１ｍ−前後、或いはｌｌｌｌ１１以下に製作され
ている、このセラミック薄板５の外周部には、同様な材
料で形成されたセラミックリング６が嵌合しており、セ
ラミック薄板５とセラミックリング６とは、例えば、符
号１８で示す接触部でＣｖＤ（即ち、化学蒸着）によっ
て接合されている。
、中央に取付ボス部４を有し、またセラミック材と熱膨
張係数がほぼ等しく、強度が高く、ヤング率が比較的に
高い材料、例えば、サーメット、金属等の材料から構成
されている。このピストンヘッド部ｌそのものには燃焼
室が形成されておらず、ピストンヘッド部１の燃焼室側
はフラットな形状に構成されている。ピストンスカート
部２には、中央にピストンヘッド部１の取付ボス部４が
嵌合する中央孔１２が形成されている。ピストンヘッド
部ｌの取付ボス部４は、ピストンスカート部の中央孔１
２に嵌合され、取付ボス部４に形成された嵌合溝１４と
ピストンスカート部２の中央孔１２に形成された嵌合溝
１３とに跨がって金属製リング１１が嵌入され、ピスト
ンヘッド部１はピストンスカート部２に対して押圧状態
に係止されている。更に、ピストンヘッド部１とピスト
ンスカート部２との中央部の当接部位には断熱ガスケッ
トである緩衝材８が押圧状態に介在しており、この緩衝
材８は断熱機能も有している。また、ピストンヘッド部
ｌとピストンヘッド部２との間には、断熱空気層９が形
成されている。このピストン２０については、セラミッ
ク薄板５が燃焼室１５に面するようにピストンヘッド部
ｌに断熱材３を介して配置されていることである。セラ
ミック薄板５は、窒化珪素等のセラミックスから成り、
厚さ約１ｍ−前後、或いはｌｌｌｌ１１以下に製作され
ている、このセラミック薄板５の外周部には、同様な材
料で形成されたセラミックリング６が嵌合しており、セ
ラミック薄板５とセラミックリング６とは、例えば、符
号１８で示す接触部でＣｖＤ（即ち、化学蒸着）によっ
て接合されている。
セラミックリング６の内周面には段部１６が形成されて
おり、ピストンヘッド部ｌの外周部１７がセラミックリ
ング６の段部１６に当接するようにセラミックリング６
に嵌合している。セラミック薄板５、セラミックリング
６及びピストンヘッド部ｌによって形成される空間部に
は、断熱材３が封入されている。この断熱材３は、チタ
ン酸カリウムウィスカー、ジルコニアファイバ等の材料
から成り、断熱機能を果たすと共に、爆発時にセラミッ
ク薄板５に作用する圧力を受は止める構造材として機能
する。ピストンヘッド部１がピストンスカート部２に押
圧状態に取付けられることによって、ピストンヘッド部
ｌの外周部１７がセラミックリング６の段部１６に押し
付けられ、セラミックリング６がピストンスカート部２
の周囲部に押圧される。この場合に、セラミックリング
６とピストンスカート部２とのシールのため、ガスケッ
トであるカーボンシール７が介在されている。
おり、ピストンヘッド部ｌの外周部１７がセラミックリ
ング６の段部１６に当接するようにセラミックリング６
に嵌合している。セラミック薄板５、セラミックリング
６及びピストンヘッド部ｌによって形成される空間部に
は、断熱材３が封入されている。この断熱材３は、チタ
ン酸カリウムウィスカー、ジルコニアファイバ等の材料
から成り、断熱機能を果たすと共に、爆発時にセラミッ
ク薄板５に作用する圧力を受は止める構造材として機能
する。ピストンヘッド部１がピストンスカート部２に押
圧状態に取付けられることによって、ピストンヘッド部
ｌの外周部１７がセラミックリング６の段部１６に押し
付けられ、セラミックリング６がピストンスカート部２
の周囲部に押圧される。この場合に、セラミックリング
６とピストンスカート部２とのシールのため、ガスケッ
トであるカーボンシール７が介在されている。
カーボンシール７に対するシール軸力は、ピストンヘッ
ド部１がピストンスカート部２に押圧状態に取付けられ
ることによって作用する。このピストン２０の構造につ
いては、爆発による圧縮力を、チタン酸カリウム等の断
熱材３によって均等に受ける必要があり、そのためにも
ピストンヘッド部１の燃焼室側の面及びセラミック薄板
５は平らな形状即ちフラットな形状に構成されている。
ド部１がピストンスカート部２に押圧状態に取付けられ
ることによって作用する。このピストン２０の構造につ
いては、爆発による圧縮力を、チタン酸カリウム等の断
熱材３によって均等に受ける必要があり、そのためにも
ピストンヘッド部１の燃焼室側の面及びセラミック薄板
５は平らな形状即ちフラットな形状に構成されている。
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、この発明は、燃焼室側をフラットな面に形成したピ
ストンヘッド、シリンダ中心部を低く且つ外周部を高く
して上部一部を四角筒体に形成した燃焼室を構成するシ
リンダヘッドライナ、及び前記中心部から前記外周部に
傾斜したヘッド下面の傾斜面に設置したバルブから構成
したので、燃焼ガスに晒されて高温になる前記シリンダ
へラドライナに燃焼室を形成し、同様に燃焼ガスに晒さ
れて高温になるピストンヘッドの表面部をフラットにし
てセラミック薄板で構成できる。従って、前記セラミッ
ク薄板の厚さを可及的に薄く形成でき、その熱容量を可
及的に小さくでき、高度の断熱性を得ることができ、吸
入効率及びサイクル効率を向上させる。しかも、前記燃
焼室は四角筒体に形成されているので、前記燃焼室内で
生じるスワールは前記四角筒体の辺によって破られ、ス
ワールに攪拌作用が発生し、噴霧された燃料と吸入空気
とが極めて迅速に即ち上死点付近で瞬間の間に均一に混
合され、燃焼が良好に行われる。また、前記シリンダへ
ラドライナを断熱層によって断熱すれば、前記シリンダ
へラドライナの厚さを薄く構成することができ、前記シ
リンダへラドライナの熱容量も小さく構成することがで
きる。即ち、前記シリンダへラドライナ及び前記ピスト
ンヘッドのセラミックスの厚さを薄く構成する程、燃焼
室内のガス温度への追従性がよくなり、前記燃焼室内の
高温時と低温時との壁温振幅は厚さが厚い場合に比較し
て大きくなり、結果的に燃焼ガスと燃焼室壁面のセラミ
ックスとの温度差が小さくなり、熱伝達量が減少するた
め、吸入空気の受熱を減少させる。しかも、吸入空気の
メインの流れは前記バルブ及びバルブシートの中央付近
に位置する部位から前記燃焼室内に垂直に且つ小火に向
けて流入でき、それ故に、吸入空気は高温となっている
前記シリンダへラドライナの内壁面に接することが少な
くなり、熱伝達による受熱量が減少するため、流入する
吸入空気の熱膨張が小さくなり、吸入効率の低下が生じ
ない、この場合に、前記ピストンヘッド部の前記セラミ
ック薄板即ち頂面に吸入空気が接する量が増大したとし
ても、前記ピストンヘッドは熱容量が小さくなるように
構成されているので、吸入効率が低下するようなことが
なく、吸入効率及びサイクル効率を向上させることがで
きる。更に、前記シリンダ中心部に燃料噴射ノズルを設
置し且つ前記燃料噴射ノズルの噴霧軌跡即ち噴霧パター
ンに対応する形状に前記燃焼室が形成されているので、
吸入空気の受熱量が少な（なり、吸入空気の熱膨張を小
さく抑えることができ、燃料噴霧が吸入空気と良好に混
合され、良好な燃焼を得ることができる。
成されているので、次のような特有の効果を奏する。即
ち、この発明は、燃焼室側をフラットな面に形成したピ
ストンヘッド、シリンダ中心部を低く且つ外周部を高く
して上部一部を四角筒体に形成した燃焼室を構成するシ
リンダヘッドライナ、及び前記中心部から前記外周部に
傾斜したヘッド下面の傾斜面に設置したバルブから構成
したので、燃焼ガスに晒されて高温になる前記シリンダ
へラドライナに燃焼室を形成し、同様に燃焼ガスに晒さ
れて高温になるピストンヘッドの表面部をフラットにし
てセラミック薄板で構成できる。従って、前記セラミッ
ク薄板の厚さを可及的に薄く形成でき、その熱容量を可
及的に小さくでき、高度の断熱性を得ることができ、吸
入効率及びサイクル効率を向上させる。しかも、前記燃
焼室は四角筒体に形成されているので、前記燃焼室内で
生じるスワールは前記四角筒体の辺によって破られ、ス
ワールに攪拌作用が発生し、噴霧された燃料と吸入空気
とが極めて迅速に即ち上死点付近で瞬間の間に均一に混
合され、燃焼が良好に行われる。また、前記シリンダへ
ラドライナを断熱層によって断熱すれば、前記シリンダ
へラドライナの厚さを薄く構成することができ、前記シ
リンダへラドライナの熱容量も小さく構成することがで
きる。即ち、前記シリンダへラドライナ及び前記ピスト
ンヘッドのセラミックスの厚さを薄く構成する程、燃焼
室内のガス温度への追従性がよくなり、前記燃焼室内の
高温時と低温時との壁温振幅は厚さが厚い場合に比較し
て大きくなり、結果的に燃焼ガスと燃焼室壁面のセラミ
ックスとの温度差が小さくなり、熱伝達量が減少するた
め、吸入空気の受熱を減少させる。しかも、吸入空気の
メインの流れは前記バルブ及びバルブシートの中央付近
に位置する部位から前記燃焼室内に垂直に且つ小火に向
けて流入でき、それ故に、吸入空気は高温となっている
前記シリンダへラドライナの内壁面に接することが少な
くなり、熱伝達による受熱量が減少するため、流入する
吸入空気の熱膨張が小さくなり、吸入効率の低下が生じ
ない、この場合に、前記ピストンヘッド部の前記セラミ
ック薄板即ち頂面に吸入空気が接する量が増大したとし
ても、前記ピストンヘッドは熱容量が小さくなるように
構成されているので、吸入効率が低下するようなことが
なく、吸入効率及びサイクル効率を向上させることがで
きる。更に、前記シリンダ中心部に燃料噴射ノズルを設
置し且つ前記燃料噴射ノズルの噴霧軌跡即ち噴霧パター
ンに対応する形状に前記燃焼室が形成されているので、
吸入空気の受熱量が少な（なり、吸入空気の熱膨張を小
さく抑えることができ、燃料噴霧が吸入空気と良好に混
合され、良好な燃焼を得ることができる。
しかも、熱ショックを受けても強度上の問題が生じるこ
とがなく、耐熱性を向上させ、しかも安定した取付状態
を得ることができ、更に爆発時に前記セラミック薄板に
作用する圧力を好ましい状態で受は止めることができる
。しかも、前記セラミック薄板とサーメット等の前記ピ
ストンヘッド部とは、熱膨張係数がほぼ等しいので、両
者の結合状態に問題が生じるようなことはない、また、
サーメット等の前記ピストンヘッド部は剛性が高く、高
圧が掛かったとしても変形し難く、前記ピストンヘッド
部と前記ピストンスカート部との間の結合状態は安定し
ており、しかも境界部のガスシールを安定して達成する
ことができる。しかも、前記断熱材は、例えば、チタン
酸カリウムウィスカー、ジルコニアファイバ等、或いは
これらとグラスファイバとの混合材で構成され、前記エ
ンジンの前記燃焼室に対して高性能の断熱機能を果たし
、前記燃焼室からピストンを通じての熱エネルギーの流
出はなく、熱エネルギーを前記燃焼室に閉じ込めること
ができる。従って、排気ガス流れの下流に設置したエネ
ルギー回収装置によって、熱エネルギーを有効に回収す
ることができる。
とがなく、耐熱性を向上させ、しかも安定した取付状態
を得ることができ、更に爆発時に前記セラミック薄板に
作用する圧力を好ましい状態で受は止めることができる
。しかも、前記セラミック薄板とサーメット等の前記ピ
ストンヘッド部とは、熱膨張係数がほぼ等しいので、両
者の結合状態に問題が生じるようなことはない、また、
サーメット等の前記ピストンヘッド部は剛性が高く、高
圧が掛かったとしても変形し難く、前記ピストンヘッド
部と前記ピストンスカート部との間の結合状態は安定し
ており、しかも境界部のガスシールを安定して達成する
ことができる。しかも、前記断熱材は、例えば、チタン
酸カリウムウィスカー、ジルコニアファイバ等、或いは
これらとグラスファイバとの混合材で構成され、前記エ
ンジンの前記燃焼室に対して高性能の断熱機能を果たし
、前記燃焼室からピストンを通じての熱エネルギーの流
出はなく、熱エネルギーを前記燃焼室に閉じ込めること
ができる。従って、排気ガス流れの下流に設置したエネ
ルギー回収装置によって、熱エネルギーを有効に回収す
ることができる。
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図の線■−■における断面
図、及び第３図は従来の断熱エンジンの一例を示す断面
図である。 ｌ・−・・−ピストンヘッド部、２・−・・−・ピスト
ンスカート部、３・・−・−・・−断熱材、４・−・・
−取付ボス部、５−・−・・セラミック薄板、６・・・
・−・・−セラミックリング、７・・・・・−カーボン
シール、８・−・−・・・緩衝材、９・−一−−−・断
熱空気層、ＩＯ・・・−・−断熱エンジンの構造、１１
−−−−−・金属リング、１２・・・・−・−中央孔、
１３．１４−・−・・・嵌合溝、１５・・−−−−一燃
焼室、１６−−−−−・−・段部、１７−・−・−ピス
トンヘッド部の外周部、２０・・・・・・−ピストン、
２１・・・−・・吸気バルブ、２２−・−・ヘッド下面
部、２３・−・−・シリンダライナ上部、２４・・−・
−断熱層、２５・・−・・・燃料噴射ノズル、２６−・
−・−・四角筒体、２７・・−・−・・排気バルブ、２
８−・−・・−円筒体、２９−・・・・・断熱ガスケッ
ト、３０−・・・・・−シリンダへラドライナ、Ｂ・−
・・・噴霧パターン。 特許出願人 いすり自動車株式会社代理人 弁理士
尾 仲 −家 弟 ３ 図 ４１ ４ソ
を示す断面図、第２図は第１図の線■−■における断面
図、及び第３図は従来の断熱エンジンの一例を示す断面
図である。 ｌ・−・・−ピストンヘッド部、２・−・・−・ピスト
ンスカート部、３・・−・−・・−断熱材、４・−・・
−取付ボス部、５−・−・・セラミック薄板、６・・・
・−・・−セラミックリング、７・・・・・−カーボン
シール、８・−・−・・・緩衝材、９・−一−−−・断
熱空気層、ＩＯ・・・−・−断熱エンジンの構造、１１
−−−−−・金属リング、１２・・・・−・−中央孔、
１３．１４−・−・・・嵌合溝、１５・・−−−−一燃
焼室、１６−−−−−・−・段部、１７−・−・−ピス
トンヘッド部の外周部、２０・・・・・・−ピストン、
２１・・・−・・吸気バルブ、２２−・−・ヘッド下面
部、２３・−・−・シリンダライナ上部、２４・・−・
−断熱層、２５・・−・・・燃料噴射ノズル、２６−・
−・−・四角筒体、２７・・−・−・・排気バルブ、２
８−・−・・−円筒体、２９−・・・・・断熱ガスケッ
ト、３０−・・・・・−シリンダへラドライナ、Ｂ・−
・・・噴霧パターン。 特許出願人 いすり自動車株式会社代理人 弁理士
尾 仲 −家 弟 ３ 図 ４１ ４ソ
Claims (6)
- （１）燃焼室側をフラットな面に形成したピストンヘッ
ド、シリンダ中心部を低く且つ外周部を高くして上部一
部を四角筒体に形成した燃焼室を構成するシリンダヘッ
ドライナ、及び前記中心部から前記外周部に傾斜したヘ
ッド下面の傾斜面に設置したバルブから成ることを特徴
とする断熱エンジンの構造。 - （２）前記シリンダヘッドライナの外周面を断熱層によ
って断熱したことを特徴とする特許請求の範囲第１項に
記載の断熱エンジンの構造。 - （３）前記バルブを逆Ｖ字型に設置したことを特徴とす
る特許請求の範囲第１項に記載の断熱エンジンの構造。 - （４）前記シリンダヘッドライナはセラミック材から成
り、シリンダライナ上部とヘッド下面を一体に形成した
ことを特徴とする特許請求の範囲第１項に記載の断熱エ
ンジンの構造。 - （５）前記ピストンヘッドの燃焼室側にはセラミック薄
板が配置されたことを特徴とする特許請求の範囲第１項
に記載の断熱エンジンの構造。 - （６）前記シリンダ中心部に燃料噴射ノズルを設置し、
前記燃料噴射ノズルの噴霧パターンに対応して前記燃焼
室が形成されていることを特徴とする特許請求の範囲第
１項に記載の断熱エンジンの構造。
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62133301A JPH066891B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 断熱エンジンの構造 |
| DE19883873184 DE3873184T2 (de) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Waermeisolierter brennkraftmaschinenaufbau. |
| EP19880304742 EP0294092B1 (en) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Heat-insulating engine structure |
| DE1988304742 DE294092T1 (de) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Waermeisolierter brennkraftmaschinenaufbau. |
| CA 567987 CA1331119C (en) | 1987-05-30 | 1988-05-27 | Heat-insulating engine structure |
| US07/544,095 US5033427A (en) | 1987-05-30 | 1990-06-26 | Heat-insulating engine structure |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62133301A JPH066891B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 断熱エンジンの構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63302124A true JPS63302124A (ja) | 1988-12-09 |
| JPH066891B2 JPH066891B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=15101460
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62133301A Expired - Lifetime JPH066891B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 断熱エンジンの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066891B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4998517A (en) * | 1988-07-21 | 1991-03-12 | Isuzu Motors | Heat insulating engine |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3211137A (en) * | 1963-03-12 | 1965-10-12 | Love John | Input valve systems for internal combustion engines |
| JPS4923481A (ja) * | 1972-06-26 | 1974-03-01 | ||
| JPS55125918U (ja) * | 1979-02-27 | 1980-09-06 | ||
| JPS5728121U (ja) * | 1980-07-23 | 1982-02-15 | ||
| JPS5848624A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-22 | Toyota Motor Corp | 熱処理用治具 |
-
1987
- 1987-05-30 JP JP62133301A patent/JPH066891B2/ja not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3211137A (en) * | 1963-03-12 | 1965-10-12 | Love John | Input valve systems for internal combustion engines |
| JPS4923481A (ja) * | 1972-06-26 | 1974-03-01 | ||
| JPS55125918U (ja) * | 1979-02-27 | 1980-09-06 | ||
| JPS5728121U (ja) * | 1980-07-23 | 1982-02-15 | ||
| JPS5848624A (ja) * | 1981-09-11 | 1983-03-22 | Toyota Motor Corp | 熱処理用治具 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4998517A (en) * | 1988-07-21 | 1991-03-12 | Isuzu Motors | Heat insulating engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH066891B2 (ja) | 1994-01-26 |
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