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JPS6234924B2 - - Google Patents
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JPS6234924B2 - - Google Patents

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JPS6234924B2
JPS6234924B2 JP13429480A JP13429480A JPS6234924B2 JP S6234924 B2 JPS6234924 B2 JP S6234924B2 JP 13429480 A JP13429480 A JP 13429480A JP 13429480 A JP13429480 A JP 13429480A JP S6234924 B2 JPS6234924 B2 JP S6234924B2
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JP
Japan
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temperature
wall
ceramic
engine
cylinder
Prior art date
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Application number
JP13429480A
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JPS5759018A (en
Inventor
Takashige Ooyama
Teruo Yamauchi
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Hitachi Ltd
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Hitachi Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01PCOOLING OF MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; COOLING OF INTERNAL-COMBUSTION ENGINES
    • F01P7/00Controlling of coolant flow
    • F01P7/02Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air
    • F01P7/04Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio
    • F01P7/048Controlling of coolant flow the coolant being cooling-air by varying pump speed, e.g. by changing pump-drive gear ratio using electrical drives

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、自動車用エンジンに関し、特に燃焼
室シリンダ内壁面等の高温にさらされる部分をセ
ラミツク材で形成した自動車用エンジンに関す
る。本発明による自動車用エンジンは、火花点火
エンジンおよび圧縮点火エンジンのいずれにも適
用することができる。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to an automobile engine, and more particularly to an automobile engine in which portions exposed to high temperatures, such as the inner wall surface of a combustion chamber cylinder, are formed of ceramic material. The automobile engine according to the present invention can be applied to both a spark ignition engine and a compression ignition engine.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

酸化物系、炭化物系、および窒化物系等のセラ
ミツクをエンジン高温部に使用する試みは数多く
提案されている。これは、セラミツク材の耐熱性
と低い熱伝導率とを利用してエンジンの熱損失を
低減し、効率の向上を図るためである。すなわ
ち、一般にセラミツクは、耐熱性に優れているば
かりでなく、熱伝導率がアルミニユウムの
177kcal/mh℃、銅の50〜9kcal/mh℃に対し、
1kcal/mh℃以下と小さい。従つて、このセラミ
ツク材の断熱性を利用してエンジンの熱損失を低
減しようとするものである。
Many attempts have been made to use oxide-based, carbide-based, and nitride-based ceramics in high-temperature parts of engines. This is to reduce engine heat loss and improve efficiency by utilizing the heat resistance and low thermal conductivity of ceramic materials. In other words, in general, ceramics not only have excellent heat resistance, but also have thermal conductivity that is comparable to that of aluminum.
177kcal/mh℃, compared to 50-9kcal/mh℃ of copper.
It is small at less than 1kcal/mh℃. Therefore, it is attempted to reduce the heat loss of the engine by utilizing the heat insulating properties of this ceramic material.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problem that the invention seeks to solve]

しかし、シリンダをセラミツクで構成し、断熱
性を高めると、シリンダの壁温が過度に上昇する
結果を招く。そして、エンジンの熱損失の低減
は、燃焼ガス温度を高めることになり、窒素酸化
物(NOx)の排出量を増大させるという欠点が
ある。しかも、燃焼ガスから燃焼室壁への熱伝達
は、圧力、温度、およびピストンの平均速度が増
大する程大きくなるので、これらのパラメータの
変化に応じて放熱量を制御しないと、燃焼室壁温
が過度に上昇し、セラミツクを焼損する虞れがあ
る。
However, if the cylinder is made of ceramic and the insulation is improved, the wall temperature of the cylinder will increase excessively. Reducing engine heat loss has the drawback of increasing combustion gas temperature and increasing nitrogen oxide (NOx) emissions. Moreover, the heat transfer from the combustion gases to the combustion chamber wall increases as the pressure, temperature, and average speed of the piston increase, so if the amount of heat dissipated is not controlled according to changes in these parameters, the combustion chamber wall temperature There is a risk that the temperature will rise excessively and burn out the ceramic.

本発明は、前記従来技術の欠点を解消し、セラ
ミツクの焼損を生ずることなくエンジンの熱損失
を低減して、エンジンの効率を向上することがで
きるセラミツクを用いた自動車用エンジンを提供
することを目的とする。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention aims to eliminate the drawbacks of the prior art described above, and to provide an automobile engine using ceramic that can reduce heat loss of the engine without causing burnout of the ceramic and improve the efficiency of the engine. purpose.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

本発明は、上記目的を達成するために、内部を
ピストンが往復運動するシリンダと、このシリン
ダを冷却するエンジン冷却手段と、を有する自動
車用エンジンにおいて、前記シリンダのピストン
上死点側と前記ピストンの頭部の少なくとも一部
とをセラミツクにより構成するとともに、前記シ
リンダの内壁面温度を検出する温度検出手段と、
エンジンの回転速度を検出する速度検出手段と、
これら温度検出手段と速度検出手段との少なくと
もいずれか一方の検出信号に基づいて前記エンジ
ン冷却手段を作動し、前記シリンダのセラミツク
壁部の内壁面温度を金属壁部の内壁面温度より所
定温度高く、かつこれらの各内壁面温度を所定温
度範囲に制御する制御手段と、を設けたことを特
徴とする自動車用エンジンである。
In order to achieve the above object, the present invention provides an automobile engine having a cylinder in which a piston reciprocates, and an engine cooling means for cooling this cylinder. at least a part of the head of the cylinder is made of ceramic, and temperature detection means detects the temperature of the inner wall surface of the cylinder;
speed detection means for detecting the rotational speed of the engine;
The engine cooling means is actuated based on a detection signal from at least one of the temperature detecting means and the speed detecting means, and the temperature of the inner wall surface of the ceramic wall portion of the cylinder is set to be higher than the temperature of the inner wall surface of the metal wall portion by a predetermined temperature. , and a control means for controlling the temperature of each inner wall surface within a predetermined temperature range.

〔作 用〕[Effect]

上記の如く構成した本発明においては、上死点
側における燃焼室が断熱性に優れたセラミツクで
構成されるため、シリンダの金属部分の熱損傷を
生ずることなく実質的にエンジンを高温に保持で
き、膨張工程時の燃焼ガスの熱損失が小さく、燃
焼ガス温度を高温に保て、エンジンの効率を向上
することができる。また制御手段が、シリンダ内
壁面の温度とエンジン回転速度との少なくともい
ずれかの値に基づいて、シリンダ内壁面を所定の
温度に制御することにより、セラミツクの焼損を
防止することができる。
In the present invention configured as described above, since the combustion chamber on the top dead center side is made of ceramic with excellent heat insulation, the engine can be maintained at a substantially high temperature without causing thermal damage to the metal parts of the cylinder. , the heat loss of the combustion gas during the expansion process is small, the combustion gas temperature can be maintained at a high temperature, and the efficiency of the engine can be improved. Furthermore, the control means controls the inner wall surface of the cylinder to a predetermined temperature based on at least one of the temperature of the inner wall surface of the cylinder and the engine rotational speed, thereby making it possible to prevent burnout of the ceramic.

〔実施例〕〔Example〕

以下、本発明に係る自動車用エンジンの好まし
い実施例を、添付図面に従つて詳説する。
Hereinafter, preferred embodiments of the automobile engine according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

第1図は、本発明に係る自動車用エンジンの実
施例を示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of an automobile engine according to the present invention.

第1図において、シリンダ1は、上死点側が酸
化物系、炭化物系または窒化物系のセラミツクを
用いたセラミツク壁部8となつており、下死点側
が従来と同様の金属壁部29となつている。シリ
ンダ1の内壁面近傍には、温度検出手段としての
温度センサ2が取り付けられ、内壁面温度Twを
検知する。温度センサ2の出力信号は、制御手段
である制御装置3に入力され、制御装置3の出力
でフアンモータ5を駆動し、エンジン冷却手段で
ある冷却フアン4を作動させるようになつてい
る。冷却フアン4は、シリンダ1の外壁面に沿つ
て冷媒(空気)を流動させて外壁面と外気との間
の熱伝達率αを制御し、もつて内壁面の温度
Twの過度の上昇を防止するためのものである。
なお、温度センサ2は、セラミツク壁部8と金属
壁部29との両方に設けてもよいし、いずれか一
方だけに設けてもよい。
In FIG. 1, the cylinder 1 has a ceramic wall 8 made of oxide, carbide, or nitride ceramic on the top dead center side, and a metal wall 29 similar to the conventional one on the bottom dead center side. It's summery. A temperature sensor 2 as temperature detection means is attached near the inner wall surface of the cylinder 1 to detect the inner wall surface temperature Tw. The output signal of the temperature sensor 2 is input to a control device 3 which is a control means, and the output of the control device 3 drives a fan motor 5 to operate a cooling fan 4 which is an engine cooling means. The cooling fan 4 controls the heat transfer coefficient α0 between the outer wall surface and the outside air by flowing a refrigerant (air) along the outer wall surface of the cylinder 1, thereby reducing the temperature of the inner wall surface.
This is to prevent excessive rise in Tw.
Note that the temperature sensor 2 may be provided on both the ceramic wall portion 8 and the metal wall portion 29, or may be provided on only one of them.

シリンダ1の内面にはピストン12が嵌合さ
れ、ピストンの上部空間に燃焼室が形成されてい
る。そして、燃焼室の上壁には、吸気弁10およ
び燃料噴射弁6を有する吸気系が設けられてい
る。また、燃焼室の上壁には、排気弁11および
排気管15を有する排気系が設けられている。
A piston 12 is fitted into the inner surface of the cylinder 1, and a combustion chamber is formed in the space above the piston. An intake system having an intake valve 10 and a fuel injection valve 6 is provided on the upper wall of the combustion chamber. Further, an exhaust system having an exhaust valve 11 and an exhaust pipe 15 is provided on the upper wall of the combustion chamber.

排気管15には、セラミツク製で高温ガスに耐
えるタービン14が接続され、このタービンは過
給気用の圧縮器(図示せず)を駆動する。タービ
ン14を出た排ガスは、タービン14の上流側か
らバイパス17を通して排気管15へ還流される
排ガスとともに、触媒コンバータ16に導かれ
る。
A turbine 14 made of ceramic and resistant to high temperature gas is connected to the exhaust pipe 15, and this turbine drives a compressor (not shown) for supercharging air. The exhaust gas exiting the turbine 14 is guided to the catalytic converter 16 along with the exhaust gas that is recirculated from the upstream side of the turbine 14 to the exhaust pipe 15 through the bypass 17.

シリンダ1を構成しているセラミツク壁部8
は、一般に機械的強度が不足するので、その周囲
は支持体7によつて補強されている。また、ピス
トン12の頭部の表面には、セラミツク材の壁2
6が形成されている。そして、セラミツク壁部8
と前記支持体7との間には、第4図に示す如く空
胴9を設け、この部分の断熱性を向上させること
が好ましい。
Ceramic wall portion 8 that constitutes the cylinder 1
generally lacks mechanical strength, so its periphery is reinforced by a support 7. Further, a ceramic wall 2 is provided on the surface of the head of the piston 12.
6 is formed. And the ceramic wall part 8
It is preferable that a cavity 9 is provided between the support body 7 and the support body 7, as shown in FIG. 4, to improve the heat insulation properties of this part.

なお、シリンダ1を冷却する場合、クランク軸
に設けた速度検出手段としてのクランク角センサ
32とこのセンサ32に対向したピツクアツプ3
3とにより、エンジン回転数を検出してその信号
を制御装置3に入力し、制御装置3でピストン1
2の平均速度を算出してその算出信号に基づき、
前記モータフアン5を駆動するようにしてもよ
い。
In addition, when cooling the cylinder 1, a crank angle sensor 32 as a speed detection means provided on the crankshaft and a pick-up 3 opposite to this sensor 32 are used.
3, the engine speed is detected and the signal is input to the control device 3, and the control device 3 controls the piston 1.
Calculate the average speed of 2 and based on the calculated signal,
The motor fan 5 may be driven.

上記の如く構成した実施例においては、シリン
ダ1のピストン上死点側をセラミツクを用いたセ
ラミツク壁部8としたことにより、エンジンの効
率を向上することができる。すなわち、セラミツ
クは、金属に比較して熱伝達率が非常に小さく、
耐熱性に優れているため、その壁温を1000℃また
はそれ以上に上昇させることができる。従つて、
シリンダ1の上死点側をセラミツク壁部8にする
と、エンジンの効率に大きな影響を有する膨張行
程における燃焼ガスから壁への熱移動が少なく、
燃焼ガスの熱損失(冷却損失)が低減し、シリン
ダの金属部分の熱損傷を生ずることなく実質的に
エンジンを高温に保持でき、燃焼ガスの温度を高
温に保持でき、エンジンの効率を向上することが
可能となる。
In the embodiment configured as described above, the efficiency of the engine can be improved by forming the ceramic wall portion 8 on the piston top dead center side of the cylinder 1 using ceramic. In other words, ceramic has a very low heat transfer coefficient compared to metal.
Due to its excellent heat resistance, its wall temperature can be raised to 1000 degrees Celsius or more. Therefore,
If the top dead center side of the cylinder 1 is made of ceramic wall 8, there will be less heat transfer from the combustion gas to the wall during the expansion stroke, which has a large effect on engine efficiency.
The heat loss (cooling loss) of the combustion gas is reduced, and the engine can be maintained at a high temperature without causing thermal damage to the metal parts of the cylinder, and the temperature of the combustion gas can be maintained at a high temperature, improving the efficiency of the engine. becomes possible.

燃焼ガスの温度をTg、内壁面の温度をTwとす
ると、 α(Tg−Tw)=Q ……(1) ここで、αはガスから壁への熱伝達率、Qは壁
を通る熱量を示す。いま、セラミツク壁部8の内
壁面温度Twを1000℃としTgを3000℃とすると、
Tg−Tw=2000℃となる。従来の金属製エンジン
では、Tgの値は同じであるが、Twは100℃程度
であつた。従つて、セラミツクを使用した場合
Tg−Tw=2000℃であり、これは従来の金属製の
場合のTg−Tw=2900℃の約2/3となり、壁を通
る熱量(熱損失)Qを約2/3にすることができ
る。
If the temperature of the combustion gas is Tg and the temperature of the inner wall surface is Tw, then α(Tg−Tw)=Q...(1) Here, α is the heat transfer coefficient from the gas to the wall, and Q is the amount of heat passing through the wall. show. Now, if the inner wall temperature Tw of the ceramic wall portion 8 is 1000℃ and Tg is 3000℃,
Tg−Tw=2000℃. In conventional metal engines, the Tg value was the same, but the Tw was around 100°C. Therefore, when using ceramic
Tg - Tw = 2000℃, which is about 2/3 of Tg - Tw = 2900℃ in the case of conventional metal, and the amount of heat (heat loss) Q passing through the wall can be reduced to about 2/3. .

燃焼ガスから内壁面への熱伝達率αは、主とし
て燃焼室内のガスの流動状態で定まるので、燃焼
室内の流速が小さい程その値は小さくなる。しか
し、燃焼室内のガス流速が小さくなると、燃焼速
度が低下してエンジンの熱効率が低下するという
傾向がある。従つて、内壁面温度Twは、燃焼速
度が適正なものになる値に維持する必要がある。
セラミツク壁部8内を伝達する熱量Qは、 λ(Tw−Ta)/δ=Q ……(2) である。ここで、λはセラミツクの熱伝導率、δ
はセラミツクの厚さ(壁厚)、Taはセラミツク壁
部8の外壁面温度である。外壁面から外気中への
熱の移動量は、 α(Ta−To)=Q ……(3) と表わすことができる。ここで、αは外壁面と
外気との間の熱伝達率、Toは外気の温度を示
す。
Since the heat transfer coefficient α from the combustion gas to the inner wall surface is mainly determined by the flow state of the gas in the combustion chamber, the smaller the flow velocity in the combustion chamber, the smaller its value becomes. However, as the gas flow velocity within the combustion chamber decreases, there is a tendency that the combustion velocity decreases and the thermal efficiency of the engine decreases. Therefore, the inner wall surface temperature Tw needs to be maintained at a value that provides an appropriate combustion rate.
The amount of heat Q transmitted within the ceramic wall 8 is λ(Tw-Ta)/δ=Q (2). Here, λ is the thermal conductivity of ceramic, δ
is the thickness of the ceramic (wall thickness), and Ta is the temperature of the outer wall surface of the ceramic wall portion 8. The amount of heat transferred from the outer wall surface to the outside air can be expressed as α 0 (Ta−To)=Q (3). Here, α 0 represents the heat transfer coefficient between the outer wall surface and the outside air, and To represents the temperature of the outside air.

以上の式(1)、式(2)、および式(3)の関係を用いれ
ば次の2つの関係式が得られる。
The following two relational expressions can be obtained by using the above relationships of Equation (1), Equation (2), and Equation (3).

Tg−To=(1/α+1/α+δ/λ)Q ……(4) Tw−To=(δ/λ+1/α)Q ……(5) すなわち、 なる関係式が得られる。従つて、外壁面と外気と
の間の熱伝達率αを制御(αを増大)するこ
とにより、内壁面温度Twの過度の上昇を防ぎ、
内壁面を適正な燃焼速度が得られる温度に維持す
ることができる。この場合、燃焼室内の金属壁部
29の温度は100〜400℃に、セラミツク壁部8の
温度は600℃ないし1500℃になるように局部的に
放熱量を制御することが好ましい。なおλ/δが
小さい場合には、Ta(外壁面温度)が小さくな
るため、セラミツク壁部8を水冷式で冷却するこ
とができる。
Tg−To=(1/α+1/α 0 +δ/λ)Q ……(4) Tw−To=(δ/λ+1/α 0 )Q ……(5) That is, The following relational expression is obtained. Therefore, by controlling the heat transfer coefficient α 0 between the outer wall surface and the outside air (increasing α 0 ), an excessive increase in the inner wall surface temperature Tw can be prevented,
The inner wall surface can be maintained at a temperature at which a proper combustion rate can be obtained. In this case, it is preferable to locally control the amount of heat radiation so that the temperature of the metal wall 29 in the combustion chamber is 100 to 400°C, and the temperature of the ceramic wall 8 is 600 to 1500°C. Note that when λ/δ is small, Ta (outer wall surface temperature) becomes small, so that the ceramic wall portion 8 can be cooled by water cooling.

一方、前記式(6)から解るように、 1/αc=δ/λ+1/α ……(7) とすると Tw−Tc/Tg−Tc=α/αc ……(8) が成立する。 On the other hand, as can be seen from the above equation (6), when 1/αc=δ/λ+1/α 0 (7), Tw-Tc/Tg-Tc=α/αc (8) holds true.

このαcは、セラミツク材の透過熱伝達率に相
当し、セラミツクの場合δ/λの項を無視するこ
とはできない。金属の場合はこのδ/λの項を無
視することができ、α/αc≒α/αが成立する。
This αc corresponds to the transmission heat transfer coefficient of the ceramic material, and in the case of ceramic, the term δ/λ cannot be ignored. In the case of metals, this term δ/λ can be ignored, and α/αc≈α/α 0 holds true.

この式から、燃焼ガスから内壁面への熱伝達率
αの増大に応じてαcを増大してやれば内壁面温
度Twの上昇を防止することができることが解
る。なおこのαcは燃焼室に面した内壁面から外
気へ至る間の熱伝達率に相当する係数である。従
つて、冷却方法によりαcを制御し、内壁面温度
Twを所定の値に維持できる。
From this equation, it can be seen that if αc is increased in accordance with the increase in the heat transfer coefficient α from the combustion gas to the inner wall surface, an increase in the inner wall surface temperature Tw can be prevented. Note that αc is a coefficient corresponding to the heat transfer coefficient from the inner wall surface facing the combustion chamber to the outside air. Therefore, by controlling αc by the cooling method, the inner wall surface temperature
Tw can be maintained at a predetermined value.

一般に、燃焼ガスから内壁面への熱伝達率α
は、第14図に示す如くピストン速度の増大に応
じて増大する。これに対して前記αcは、冷媒が
エンジンの回転速度に応じて流れる従来のエンジ
ンそのままでは、第14図に示す如くピストン速
度が増大するにつれてその増加割合が増大しセラ
ミツク部分の壁面の温度が上昇され易い傾向を有
する。このような増加傾向は、回転速度が高い領
域でセラミツク材の壁が過度に加熱される原因と
なるのでこれを防止する必要がある。そのために
は、回転速度の高い領域の冷媒の量を増加させる
必要がある。すなわち、金属では、エンジン駆動
のフアンで充分冷却できても、セラミツク材では
第14図に示す如くαcが小さいので、エンジン
回転速度に比例した冷媒流量のみでは冷却が不充
分である。したがつて、セラミツク材を使用する
場合は、局所的に冷媒流量を制御する必要があ
る。また、他の加熱防止方法としては、セラミツ
ク材として熱伝導率の高い特殊材質のものを使用
して加熱を防止する方法もある。更には、燃料の
気化熱を利用して前記セラミツク材の壁を冷却す
る方法もある。
In general, the heat transfer coefficient α from the combustion gas to the inner wall surface
increases as the piston speed increases, as shown in FIG. On the other hand, in a conventional engine where the refrigerant flows in accordance with the rotational speed of the engine, the rate of increase in αc increases as the piston speed increases, and the temperature of the wall surface of the ceramic portion increases, as shown in FIG. have a tendency to be easily Such an increasing tendency causes excessive heating of the ceramic wall in areas where the rotational speed is high, so it is necessary to prevent this. For this purpose, it is necessary to increase the amount of refrigerant in the region where the rotational speed is high. That is, even if metal can be sufficiently cooled by an engine-driven fan, ceramic material has a small αc as shown in FIG. 14, so cooling is insufficient only with a refrigerant flow rate proportional to the engine rotation speed. Therefore, when using ceramic materials, it is necessary to locally control the refrigerant flow rate. Another method for preventing heating is to use a special ceramic material with high thermal conductivity to prevent heating. Furthermore, there is also a method of cooling the ceramic wall using the heat of vaporization of the fuel.

従来のエンジンでは、全て金属部分で構成され
ていたので熱伝導率λが大きく、前記αcは燃焼
ガスから内壁面への熱伝達率αと同じように増大
する。これに対して、セラミツクを使用するエン
ジンでは、セラミツク部分の熱伝導率λが一般に
非常に小さいので、ピストン速度が大きくなつた
場合に熱抵抗で加熱され易い。これを防止するた
めには、後述する如く圧縮点火エンジンなどの場
合、噴射弁が噴射する燃料噴射が衝突する箇所を
セラミツク材の壁で構成することが好ましい。
In a conventional engine, the thermal conductivity λ is large because the entire engine is composed of metal parts, and the above-mentioned αc increases in the same way as the heat transfer coefficient α from the combustion gas to the inner wall surface. On the other hand, in engines using ceramic, the thermal conductivity λ of the ceramic portion is generally very small, so that it is easily heated due to thermal resistance when the piston speed increases. In order to prevent this, in the case of a compression ignition engine, etc., as will be described later, it is preferable that the portion where the fuel injection from the injection valve collides is constructed of a wall made of ceramic material.

また、第1図に示した火花の点火エンジンの場
合、燃料噴射弁6から噴射された燃料が一部気化
されない状態で燃焼室に入り、燃焼室壁を冷却す
るように構成するのが好ましい。その理由は、エ
ンジン回転数に比例して冷媒の流量が増大する
が、この程度の流量増加では高速回転時で、且つ
高負加時のセラミツク部分の放熱量が不足するか
らである。第15図は、冷却フアン4あるいは冷
却ポンプの流量および圧力が回転数に比例して増
大し流量増加する傾向を例示するグラフである。
Further, in the case of the spark ignition engine shown in FIG. 1, it is preferable that the fuel injected from the fuel injection valve 6 enters the combustion chamber in a partially unvaporized state to cool the combustion chamber wall. The reason for this is that although the flow rate of the refrigerant increases in proportion to the engine speed, this increase in flow rate results in insufficient heat dissipation from the ceramic portion during high speed rotation and high load. FIG. 15 is a graph illustrating a tendency for the flow rate and pressure of the cooling fan 4 or the cooling pump to increase in proportion to the rotational speed, resulting in an increase in the flow rate.

このような傾向にかんがみ、金属部分とセラミ
ツク部分とではそれらの放熱量を強制的に異なら
せる必要がある。例えば、金属部分は従来の冷却
系で冷却し、セラミツク部分はこれらの冷却系に
更に高速時に作動する冷却系を追加補強すること
が好ましい。また、冷却フアン4の回転数を高速
時に増加することが好ましい。
In view of this tendency, it is necessary to force the metal part and the ceramic part to have different amounts of heat radiation. For example, metal parts are preferably cooled with conventional cooling systems, and ceramic parts are preferably cooled with additional cooling systems that operate at higher speeds. Furthermore, it is preferable to increase the rotational speed of the cooling fan 4 at high speeds.

ピストン12には、第1図中の燃焼室壁に取り
付けたセンサ2の如く、該ピストン内に直接温度
センサを取り付けることは非常に困難である。従
つて、ピストンに取り付けられたセラミツク(第
1図中のセラミツクの壁26など)の加熱を防止
するためにはピストン地面などを油冷または水冷
等で確実に冷却する必要がある。この場合も一般
に、金属部分の表面は冷却され易いが、セラミツ
ク材の部分は熱伝導率が低く冷却されにくい。こ
のため、前述の場合と同様、ピストン頭部のセラ
ミツク材は高速運転時に加熱され易い。この加熱
を防止するためには、エンジン回転数が増大する
につれてセラミツク部分の冷却割合を金属部分に
比して実質上増大してやる必要がある。
It is very difficult to attach a temperature sensor directly to the piston 12, such as the sensor 2 attached to the combustion chamber wall in FIG. Therefore, in order to prevent the ceramic attached to the piston (ceramic wall 26 in FIG. 1, etc.) from heating, it is necessary to reliably cool the piston surface by oil cooling, water cooling, or the like. In this case as well, the surface of the metal part is generally easy to cool, but the ceramic part has low thermal conductivity and is difficult to cool. Therefore, as in the case described above, the ceramic material of the piston head is likely to be heated during high-speed operation. To prevent this heating, it is necessary to substantially increase the cooling rate of the ceramic parts relative to the metal parts as the engine speed increases.

セラミツク壁部8を有するエンジンにおいて
は、金属のみを利用したエンジンに対する従来の
冷却方法を適用すると、金属部分の温度は一様に
維持することはできるが、これより温度が高く、
熱伝達率の悪いセラミツク壁部8では、回転数の
増大とともに温度が上昇し、高速領域では加熱さ
れ熱焼損を生ずる危険がある。すなわち、金属壁
部29とセラミツク壁部8とでは、熱伝導率が一
般に異なるので、セラミツク壁部8を冷却する場
合、燃焼室内の圧力、温度、およびピストン12
の平均速度などの増大に応じて放熱量を増大さ
せ、金属壁部29とは異なつた冷却を行う必要が
ある。
In an engine having a ceramic wall part 8, if the conventional cooling method for an engine using only metal is applied, the temperature of the metal part can be maintained uniformly, but the temperature is higher than that of the metal part.
In the ceramic wall portion 8, which has a poor heat transfer coefficient, the temperature rises as the number of revolutions increases, and there is a risk of heating up in a high speed region and causing thermal burnout. That is, since the metal wall portion 29 and the ceramic wall portion 8 generally have different thermal conductivities, when cooling the ceramic wall portion 8, the pressure and temperature inside the combustion chamber, and the piston 12
It is necessary to increase the amount of heat dissipation in accordance with an increase in the average velocity of the metal wall portion 29, and perform cooling different from that of the metal wall portion 29.

セラミツク壁部8の内壁面温度Twは、第3図
に示す如くエンジンの始動後、時間経過とともに
上昇する。従つて、始動直後の熱損失は、セラミ
ツクを使用する場合でも従来のアルミ製水冷エン
ジンの場合と同じである。しかし、セラミツクの
場合、外壁面から外気への熱伝達率αが非常に
小さく、冷却しないと内壁面温度Twが燃焼ガス
温度Tgとほとんど等しくなるので、このTwがあ
る一定温度になつたらフアン4を駆動し該Twの
過度の上昇を抑制する。
As shown in FIG. 3, the inner wall surface temperature Tw of the ceramic wall portion 8 increases over time after the engine is started. Therefore, the heat loss immediately after startup is the same even when ceramic is used as in a conventional aluminum water-cooled engine. However, in the case of ceramic, the heat transfer coefficient α 0 from the outer wall surface to the outside air is very small, and if it is not cooled, the inner wall surface temperature Tw will be almost equal to the combustion gas temperature Tg. 4 to suppress an excessive rise in Tw.

セラミツク壁部8の温度が上昇した状態におい
て、α(燃焼ガスから内壁面への熱伝達率)=α
(外壁面から外気への熱伝達率)で、且つδ
(壁の厚さ)=0の場合には、第2図に示す如く、
内壁面の温度Twと外壁面の温度Taとがほぼ等し
くなりほぼ1500℃程度になる。また、壁の厚さδ
が0でない場合には、第2図中破線で示した如
く、TwがTaより大きくなり、このTwの値は
1500℃より相当温度だけ高い温度になる。そし
て、Taは、1500℃よりかなり低い温度になる。
このようにTaが小さくなると前記支持体7とし
て耐熱材料を使用する必要がなくなるので、セラ
ミツク材の壁の厚さδはある程度(1mm以上)の
寸法にすることが好ましい。
In a state where the temperature of the ceramic wall portion 8 has increased, α (heat transfer coefficient from combustion gas to the inner wall surface) = α
0 (heat transfer coefficient from the outer wall surface to the outside air), and δ
When (wall thickness) = 0, as shown in Figure 2,
The temperature Tw of the inner wall surface and the temperature Ta of the outer wall surface are approximately equal to approximately 1500°C. Also, the wall thickness δ
When is not 0, Tw becomes larger than Ta, as shown by the broken line in Fig. 2, and the value of Tw becomes
The temperature will be considerably higher than 1500℃. The temperature of Ta is much lower than 1500°C.
When Ta becomes small in this way, there is no need to use a heat-resistant material for the support 7, so it is preferable that the thickness δ of the wall of the ceramic material be a certain value (1 mm or more).

一方、セラミツクの厚さが増大すると熱容量が
増大し、これによつて吸入空気の温度が高くなり
エンジンの充填効率が低下する傾向を生じる。ま
た、窒素酸化物(NOx)の濃度が増大する傾向
も生じる。このような不具合を防止するために
は、燃料噴射弁6からメタノールなどの気化潜熱
の大きい燃料を供給し、充填効率の低下や窒素酸
化物の増大などの悪影響を防止することが好まし
い。
On the other hand, as the thickness of the ceramic increases, the heat capacity increases, which tends to increase the temperature of the intake air and reduce the charging efficiency of the engine. There is also a tendency for the concentration of nitrogen oxides (NOx) to increase. In order to prevent such problems, it is preferable to supply fuel with a large latent heat of vaporization, such as methanol, from the fuel injection valve 6 to prevent negative effects such as a decrease in filling efficiency and an increase in nitrogen oxides.

一方、セラミツク壁部8の放熱状態、すなわち
温度分布状態は、セラミツク材の熱伝導率によつ
ても異なる。その一例を第11図に示す。第11
図において、実線はセラミツク壁部8の熱伝導率
が比較的高く、且つ燃焼室側の壁27と冷却側の
壁28の熱伝達率が同じ場合の温度分布を例示
し、点線はセラミツク壁部8の熱伝導率が低い場
合の温度分布である。
On the other hand, the heat dissipation state, that is, the temperature distribution state, of the ceramic wall portion 8 also differs depending on the thermal conductivity of the ceramic material. An example is shown in FIG. 11th
In the figure, the solid line shows the temperature distribution when the ceramic wall 8 has a relatively high thermal conductivity and the combustion chamber side wall 27 and the cooling side wall 28 have the same heat transfer coefficient, and the dotted line shows the temperature distribution when the ceramic wall 8 has a relatively high thermal conductivity. This is the temperature distribution when the thermal conductivity of No. 8 is low.

第11図において、Tgは燃焼ガス温度(例え
ば3000℃)、Twは燃焼室側の壁(内面壁)の温
度(実線の場合で1500℃)を示し、またTaは冷
却側の壁(外面壁)の温度(実線の場合で約1500
℃またはこれよりわずかに低い温度)を、Toは
外気温度(例えば0℃)をそれぞれ示す。
In Fig. 11, Tg indicates the combustion gas temperature (for example, 3000℃), Tw indicates the temperature of the combustion chamber side wall (inner wall) (1500℃ in the case of the solid line), and Ta indicates the cooling side wall (outer wall). ) temperature (approximately 1500 for the solid line)
℃ or slightly lower), and To indicates the outside temperature (for example, 0℃).

第11図から解かる如く燃焼室セラミツク壁部
8自体の熱伝導率の大小によつても放熱特性を制
御することができる。但し、金属壁部29は、
1500℃の温度に耐えることができないので、この
部分の冷却側の壁28の熱伝達率を高めるため、
この部分を水冷または油冷等で冷却しその温度を
低下させる必要がある。一方、セラミツク材の部
分は、高温に耐えるので、冷却側の壁28と外気
との間の熱伝達率を比較的小さくすることがで
き、例えば空冷によつて冷却する程度でも十分で
ある。例えば、セラミツク材として、高密度に焼
結した炭化珪素に酸化ベリリウムまたは窒化ホウ
素を添加した焼結体を用いると、このような焼結
体で構成したセラミツク材の比抵抗は1012Ωcmで
あり、その熱伝導率は0.7cal/℃であり、このセ
ラミツクは金属に近い熱伝導率を有しているの
で、空冷も可能であり、放熱量の制御が容易とな
る。
As can be seen from FIG. 11, the heat dissipation characteristics can also be controlled by varying the thermal conductivity of the combustion chamber ceramic wall 8 itself. However, the metal wall portion 29 is
Since it cannot withstand a temperature of 1500°C, in order to increase the heat transfer coefficient of the wall 28 on the cooling side of this part,
It is necessary to cool this part using water or oil cooling to lower its temperature. On the other hand, since the ceramic material part can withstand high temperatures, the heat transfer coefficient between the cooling side wall 28 and the outside air can be made relatively small, and cooling by air cooling, for example, is sufficient. For example, if a sintered body made by adding beryllium oxide or boron nitride to highly sintered silicon carbide is used as a ceramic material, the specific resistance of the ceramic material made of such a sintered body is 10 12 Ωcm. , its thermal conductivity is 0.7 cal/°C, and since this ceramic has a thermal conductivity close to that of metal, air cooling is also possible, making it easy to control the amount of heat dissipation.

シリンダ1がセラミツク壁部8と金属壁部29
とで構成されている場合、ピストン12がシリン
ダ1内を上下往復運動する際に、ピストン行程位
置においてシリンダの壁面を通る温度分布に差違
が生じる。その一例を第13図に示した。第13
図は、ピストンの上死点における温度分布を実線
で示し、ピストンの下死点における温度分布を一
点鎖線で示す図である。
The cylinder 1 has a ceramic wall portion 8 and a metal wall portion 29.
When the piston 12 reciprocates up and down within the cylinder 1, a difference occurs in the temperature distribution passing through the wall surface of the cylinder at the piston stroke position. An example is shown in FIG. 13th
In the figure, the temperature distribution at the top dead center of the piston is shown by a solid line, and the temperature distribution at the bottom dead center of the piston is shown by a dashed line.

ピストン12が上死点付近に位置する時は、圧
力および温度とも高く熱伝達率が高い。このた
め、第13図中実線で示したような温度分布にな
る。そして、ピストンが下死点に近づくに従つて
温度は低下し、第13図中一点鎖線で示すような
温度分布になる。
When the piston 12 is located near the top dead center, both pressure and temperature are high and the heat transfer coefficient is high. Therefore, the temperature distribution becomes as shown by the solid line in FIG. 13. As the piston approaches the bottom dead center, the temperature decreases, resulting in a temperature distribution as shown by the dashed line in FIG.

上記のようにエンジンの効率を向上させるため
にシリンダ1の上死点側をセラミツク壁部8にす
ると、燃焼室壁内の温度が高くなり、燃焼室内に
露出している吸気弁10、排気弁11、ピストン
12ならびに点火プラグ13などは過熱されやす
く、特に排気弁11の焼損に対しては十分留意す
る必要がある。このため、排気弁11の内部ある
いはその近傍を冷媒(冷却用空気、水,油)で冷
却する必要がある。
As mentioned above, if the top dead center side of the cylinder 1 is made of ceramic wall 8 in order to improve the efficiency of the engine, the temperature inside the combustion chamber wall increases, and the intake valve 10 and exhaust valve exposed inside the combustion chamber increase. 11, the piston 12, the spark plug 13, etc., are easily overheated, and special care must be taken to prevent the exhaust valve 11 from burning out. Therefore, it is necessary to cool the inside of the exhaust valve 11 or the vicinity thereof with a refrigerant (cooling air, water, oil).

また、点火プラグ13もその異常着火を防止す
るためには適当に冷却する必要があり、このため
には、第5図に示す如く点火プラグ13の近傍の
燃焼室壁を金属製の支持体7で構成し、冷却効果
を高めることが好ましい。第5図の例において
は、点火プラグ13は金属製支持体7にねじ締結
により取り付けられている。また、金属製支持体
7にセラミツク壁部8が取り付けられている。な
お、デイーゼルエンジン(圧縮点火エンジン)の
場合は、その噴射弁が同様の方法で取り付けられ
る。一方、吸気弁10は、吸入空気で冷却される
ので過熱の問題はない。
In addition, the spark plug 13 also needs to be cooled appropriately to prevent its abnormal ignition, and for this purpose, the combustion chamber wall near the spark plug 13 is covered with a metal support 7, as shown in FIG. It is preferable to increase the cooling effect. In the example shown in FIG. 5, the spark plug 13 is attached to the metal support 7 by screw fastening. Further, a ceramic wall portion 8 is attached to the metal support body 7. In addition, in the case of a diesel engine (compression ignition engine), its injection valve is installed in a similar manner. On the other hand, the intake valve 10 is cooled by intake air, so there is no problem of overheating.

第1図において、排気弁11を通して排出され
るガスは非常に高温であるので、排気管15の内
面もセラミツク材で構成されることが好ましい。
なお、圧縮比を高めて急速燃焼を図ることによ
り、排ガスの温度を低下させることができるが、
この急速燃焼を実現する手段としては、混合気に
適度の乱れを与えたり、2個の点火プラグで燃焼
させるなどの手段が用いられている。これととも
に、ノツク制御、および酸素センサによるフイー
ドバツク制御を付加して、エンジンのノツク発生
を防止するとともに窒素酸化物の低減が図られて
いる。また、適度な排気還流(EGR)を行つて
窒素酸化物を低減する方法も行われている。
In FIG. 1, since the gas discharged through the exhaust valve 11 has a very high temperature, it is preferable that the inner surface of the exhaust pipe 15 is also made of ceramic material.
Note that the temperature of exhaust gas can be lowered by increasing the compression ratio and achieving rapid combustion.
As means for achieving this rapid combustion, methods such as providing appropriate turbulence to the air-fuel mixture and combustion using two spark plugs are used. Along with this, knock control and feedback control using an oxygen sensor are added to prevent engine knock and reduce nitrogen oxides. In addition, a method of reducing nitrogen oxides by performing appropriate exhaust gas recirculation (EGR) is also being used.

圧縮点火エンジンでは、壁面蒸気を利用して混
合気形成を行う方式と噴孔を介して燃焼室に連通
した予燃焼室で混合気形成を行う方式とがある。
In compression ignition engines, there are two methods: one uses wall steam to form an air-fuel mixture, and the other uses a pre-combustion chamber that communicates with a combustion chamber through a nozzle hole.

第6図は後者の例、すなわち予燃焼室で混合気
形成を行う例を示す図であり、このような圧縮点
火エンジンにあつては、放熱損失および絞り損失
が大きくなる傾向がある。また、始動時の着火性
が良くないという問題や、噴孔19(第6図)が
高温ガスで腐蝕されやすいという問題がある。第
6図に示す圧縮点火エンジンにあつては、セラミ
ツク壁部8とともにその噴孔19あるいはその近
傍(副燃焼室内壁面)をセラミツク材で形成し、
前記着火性の問題を解決するとともに、噴孔19
のシヨツクが防止される。なお第6図において、
前記副燃焼室20、該副燃焼室に取り付けられた
燃料噴射弁18およびピストン12が図示されて
いる。
FIG. 6 is a diagram showing the latter example, that is, an example in which air-fuel mixture is formed in a pre-combustion chamber, and in such a compression ignition engine, heat radiation loss and throttling loss tend to increase. Further, there are problems in that the ignitability at the time of starting is poor and that the nozzle holes 19 (FIG. 6) are easily corroded by high-temperature gas. In the compression ignition engine shown in FIG. 6, the ceramic wall 8 and the nozzle hole 19 or its vicinity (the wall surface of the auxiliary combustion chamber) are formed of ceramic material,
In addition to solving the problem of ignitability, the nozzle hole 19
shots are prevented. In addition, in Figure 6,
The sub-combustion chamber 20, the fuel injection valve 18 and the piston 12 attached to the sub-combustion chamber are shown.

第7図は前記予燃焼室の他の構造例を示す図で
あり、予燃焼室20の内壁面はセラミツク材の壁
21で構成されている。該予燃焼室20の一側に
は、燃料噴射弁18が取り付けられ、燃焼室へ露
出した先端部には噴孔19が形成されている。
FIG. 7 is a diagram showing another example of the structure of the pre-combustion chamber, in which the inner wall surface of the pre-combustion chamber 20 is composed of a wall 21 made of ceramic material. A fuel injection valve 18 is attached to one side of the pre-combustion chamber 20, and a nozzle hole 19 is formed at the tip exposed to the combustion chamber.

圧縮点火エンジンの始動性向上のためには、電
圧加熱栓を用い、これによつて圧縮温度を高める
ことが効果的である。この目的のため、第7図に
示す予燃焼室においては、セラミツク壁21と前
記電気加熱栓が一体に構成されている。このよう
な構成により、断熱を図り圧縮温度を高めること
ができるとともに、放熱損失を小さくすることが
できる。このように、予燃焼室20をセラミツク
材で構成することにより大きな利点を得ることが
できる。
In order to improve the startability of a compression ignition engine, it is effective to use a voltage heating plug to increase the compression temperature. For this purpose, in the pre-combustion chamber shown in FIG. 7, the ceramic wall 21 and the electric heating plug are constructed in one piece. With such a configuration, it is possible to achieve heat insulation and increase the compression temperature, and also to reduce heat radiation loss. Thus, significant advantages can be obtained by constructing the pre-combustion chamber 20 from ceramic material.

第8図は、予燃焼室の他の構造例を示す図であ
り、予燃焼室20の壁21をセラミツクで造り、
且つその一部に電気加熱栓22が取り付けられて
いる。その他の構造は第7図の場合と実質上同じ
である。このような第8図の構成によつても、圧
縮温度を高め着火性を向上させることができる。
FIG. 8 is a diagram showing another example of the structure of the pre-combustion chamber, in which the wall 21 of the pre-combustion chamber 20 is made of ceramic,
Moreover, an electric heating plug 22 is attached to a part thereof. The other structures are substantially the same as those shown in FIG. Even with the configuration shown in FIG. 8, it is possible to increase the compression temperature and improve the ignitability.

第9図は、予燃焼室の更に他の構造例を示す図
である。この場合は、予燃焼室20の内壁面を形
成するセラミツクの壁21の一部に加熱抵抗体2
4が取り付けられ、該加熱抵抗体24には電極2
3が埋め込まれている。この加熱抵抗体24は、
一般にPTC(Positive Temparature
Coefficient)を有するセラミツク加熱体で形成さ
れる。このPTCセラミツクの一般特性として
は、温度が異常に高くなり一定温度以上になると
電流を流さなくなる性質がある。
FIG. 9 is a diagram showing still another structural example of the pre-combustion chamber. In this case, a heating resistor is attached to a part of the ceramic wall 21 forming the inner wall surface of the pre-combustion chamber 20.
4 is attached to the heating resistor 24, and an electrode 2 is attached to the heating resistor 24.
3 is embedded. This heating resistor 24 is
Generally, PTC (Positive Temperature)
It is made of a ceramic heating element with a coefficient of A general characteristic of this PTC ceramic is that when the temperature becomes abnormally high and exceeds a certain temperature, no current will flow.

第9図に示す構造においても、前記電極を介し
て加熱抵抗体24に電流を流すと抵抗体24が加
熱され、他の構造例の場合と同様圧縮温度を高め
ることができ着火性を向上させることができる。
Also in the structure shown in FIG. 9, when a current is passed through the heating resistor 24 through the electrode, the resistor 24 is heated, and as in the case of other structural examples, the compression temperature can be increased and the ignitability can be improved. be able to.

第10図は圧縮点火エンジンのピストンの構造
例を示す図であり、ピストン12の頭部の表面2
5の一部にセラミツクの壁26が形成されてい
る。前記表面25の全範囲をセラミツクの壁26
で形成することもできるが、セラミツク壁26の
範囲については個々のエンジンに対して決めるこ
とができる。
FIG. 10 is a diagram showing an example of the structure of a piston of a compression ignition engine.
A ceramic wall 26 is formed in a part of 5. The entire area of the surface 25 is covered with a ceramic wall 26.
However, the extent of the ceramic wall 26 can be determined for each individual engine.

第10図において、燃料噴射弁18から噴射さ
れた燃料は表面25にフイルム状に付着する。フ
イルムの厚さは14μm程度である。また、表面温
度は340℃程度である。このため、前記フイルム
はこの表面温度のためすみやかに気化される。従
つて、圧縮工程の終りで、スキツシユにより表面
25近くの燃料を追い出して混合気が形成され
る。
In FIG. 10, fuel injected from the fuel injection valve 18 adheres to the surface 25 in the form of a film. The thickness of the film is about 14 μm. Also, the surface temperature is about 340°C. Therefore, the film is quickly vaporized due to this surface temperature. Thus, at the end of the compression process, the squish expels the fuel near the surface 25 and forms an air-fuel mixture.

このような第10図に示す構造によれば、ピス
トン12の頭部の表面25の少なくとも一部をセ
ラミツクの壁26で構成したので、ピストン12
内への熱放散を防止することができ、圧縮点火機
関の着火性および始動性を向上させることができ
る。
According to the structure shown in FIG. 10, at least a part of the surface 25 of the head of the piston 12 is made of a ceramic wall 26,
This makes it possible to prevent heat dissipation into the engine, thereby improving the ignitability and startability of the compression ignition engine.

第12図は、本発明に係る自動車用エンジンの
他の実施例を示したもので、第1図に示した実施
例と同様ピストン12の頭部の表面(クラウン
部)30の少なくとも一部は熱伝導率の低いセラ
ミツク材の壁31で構成され、クラウン部の上面
30の壁面の温度を高く維持するとともにピスト
ン内部の温度を低く維持しながら全体としての放
熱量の低減を図つている。そして、シリンダ1の
全周には冷媒通路33が設けられ、図示のフアン
4またはポンプ等により冷却空気または冷却水が
循環されるようになつている。
FIG. 12 shows another embodiment of the automobile engine according to the present invention, in which at least a portion of the head surface (crown portion) 30 of the piston 12 is similar to the embodiment shown in FIG. It is constructed with a wall 31 made of ceramic material with low thermal conductivity, and is intended to maintain the temperature of the wall surface of the upper surface 30 of the crown portion high and to maintain the temperature inside the piston low, while reducing the amount of heat dissipated as a whole. A refrigerant passage 33 is provided around the entire circumference of the cylinder 1, and cooling air or cooling water is circulated by a fan 4 or a pump shown in the figure.

本実施例の場合、セラミツク壁部8の外側およ
びシリンダ下部の金属壁部29の外側は、同じ冷
媒(空気、水、または油)で冷却することができ
る。但し、冷媒の流速は運転状態に応じて加減す
る必要がある。冷媒の流速制御は、例えば、フア
ン4あるいは冷却ポンプの回転数をエンジンの回
転速度に応じて変化させることによつて行う。ま
た、エンジンの燃料供給量すなわち発熱量に応じ
て冷却フアン4の回転速度を加減することもでき
る。
In this embodiment, the outside of the ceramic wall 8 and the outside of the metal wall 29 at the bottom of the cylinder can be cooled with the same refrigerant (air, water, or oil). However, the flow rate of the refrigerant needs to be adjusted depending on the operating conditions. The flow rate of the coolant is controlled, for example, by changing the rotational speed of the fan 4 or the cooling pump depending on the rotational speed of the engine. Further, the rotational speed of the cooling fan 4 can be adjusted depending on the amount of fuel supplied to the engine, that is, the amount of heat generated.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上に説明した如く、本発明によれば、シリン
ダのピストン上死点側をセラミツク壁部とするこ
とにより、膨張行程における燃焼ガス温度を高温
に保持でき、エンジンの効率を向上することがで
きる。また、シリンダ内壁面温度とエンジン回転
速度の少なくともいずれか一方により、シリンダ
の金属壁部とセラミツク壁部とを所定の温度範囲
に制御することにより、エンジンの燃損を防止で
きる。
As described above, according to the present invention, by forming the ceramic wall portion on the piston top dead center side of the cylinder, the combustion gas temperature during the expansion stroke can be maintained at a high temperature, and the efficiency of the engine can be improved. Further, by controlling the metal wall portion and the ceramic wall portion of the cylinder within a predetermined temperature range using at least one of the cylinder inner wall surface temperature and the engine rotational speed, engine burnout can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る自動車用エンジンの実施
例の全体構成を示す説明図、第2図はセラミツク
壁部を通る温度分布を示す説明図、第3図はエン
ジン始動後の時間経過に対するセラミツク壁部内
壁面の温度の変化を例示するグラフ、第4図は第
1図のセラミツク壁部とその支持体との結合部の
構造を例示する部分断面図、第5図は第1図中の
点火プラグの取り付け状態を例示する部分断面
図、第6図は本発明によるセラミツク材を使用し
た圧縮点火エンジンの一実施例を示す概略説明
図、第7図は本発明による圧縮点火機関の予燃焼
室の構造の一例を示す概略図、第8図は本発明の
圧縮点火機関の予燃焼室の構造の他の例を示す概
略図、第9図は本発明の圧縮点火エンジンの予燃
焼室の更に他の構造を例示する説明図、第10図
は本発明の圧縮点火エンジンのピストン頭部の構
造を例示する説明図、第11図はセラミツク壁部
の温度分布を例示する説明図、第12図は本発明
による自動車用エンジンの変更実施例の要部を示
す説明図、第13図はピストンの上死点および下
死点における燃焼室壁の温度分布を例示する説明
図、第14図はピストン速度(エンジン回転速
度)の増加に対する燃焼ガスから内壁面への熱伝
達率ならびにセラミツク材の壁の内壁面から外気
へ至る透過熱伝達率の変化を例示するグラフ、第
15図は冷却フアンあるいは冷却ポンプ等の冷媒
流量および冷媒圧力とそれらを駆動するエンジン
回転数の関係を例示するグラフである。 1…シリンダ、2…温度センサ、3…制御装
置、4…冷却フアン、5…モータフアン、6…燃
料噴射弁、7…金属製支持体、8…セラミツク壁
部、10…吸気弁、11…排気弁、12…ピスト
ン、13…点火プラグ、15…排気管、18…燃
料噴射弁、19…噴孔、20…予燃焼室、21…
セラミツク材の壁、22…電気加熱栓、23…電
極、24…加熱抵抗体、25…ピストン頭部の表
面、26…セラミツク材の壁、27…燃焼室側の
壁、28…冷却側の壁、29…金属壁部、32…
クランク角センサ、33…ピツクアツプ。
Fig. 1 is an explanatory diagram showing the overall configuration of an embodiment of an automobile engine according to the present invention, Fig. 2 is an explanatory diagram showing the temperature distribution passing through the ceramic wall, and Fig. 3 is an explanatory diagram showing the temperature distribution passing through the ceramic wall portion. A graph illustrating changes in temperature on the inner wall surface of the wall, FIG. 4 is a partial sectional view illustrating the structure of the joint between the ceramic wall in FIG. 1 and its support, and FIG. 5 is a graph showing the ignition in FIG. FIG. 6 is a schematic explanatory view showing an embodiment of a compression ignition engine using ceramic material according to the present invention; FIG. 7 is a partial sectional view illustrating the state of attachment of the plug; FIG. 7 is a pre-combustion chamber of the compression ignition engine according to the present invention. 8 is a schematic diagram showing another example of the structure of the pre-combustion chamber of the compression ignition engine of the present invention, and FIG. 9 is a schematic diagram showing another example of the structure of the pre-combustion chamber of the compression ignition engine of the present invention. FIG. 10 is an explanatory diagram illustrating the structure of the piston head of the compression ignition engine of the present invention. FIG. 11 is an explanatory diagram illustrating the temperature distribution of the ceramic wall. FIG. 12 is an explanatory diagram illustrating another structure. 13 is an explanatory diagram illustrating the main parts of a modified embodiment of an automobile engine according to the present invention, FIG. 13 is an explanatory diagram illustrating the temperature distribution of the combustion chamber wall at the top dead center and bottom dead center of the piston, and FIG. A graph illustrating changes in the heat transfer coefficient from the combustion gas to the inner wall surface and the permeation heat transfer coefficient from the inner wall surface of the ceramic wall to the outside air as the speed (engine rotational speed) increases. It is a graph illustrating the relationship between the refrigerant flow rate and refrigerant pressure of a pump, etc., and the engine rotation speed that drives them. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Cylinder, 2... Temperature sensor, 3... Control device, 4... Cooling fan, 5... Motor fan, 6... Fuel injection valve, 7... Metal support, 8... Ceramic wall, 10... Intake valve, 11... Exhaust valve, 12... Piston, 13... Spark plug, 15... Exhaust pipe, 18... Fuel injection valve, 19... Nozzle hole, 20... Pre-combustion chamber, 21...
Ceramic wall, 22... Electric heating plug, 23... Electrode, 24... Heating resistor, 25... Piston head surface, 26... Ceramic wall, 27... Combustion chamber side wall, 28... Cooling side wall. , 29...metal wall part, 32...
Crank angle sensor, 33...Pick up.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 内部をピストンが往復運動するシリンダと、
このシリンダを冷却するエンジン冷却手段と、を
有する自動車用エンジンにおいて、前記シリンダ
のピストン上死点側と前記ピストンの頭部の少な
くとも一部とをセラミツクにより構成するととも
に、前記シリンダの内壁面温度を検出する温度検
出手段と、エンジンの回転速度を検出する速度検
出手段と、これら温度検出手段と速度検出手段と
の少なくともいずれか一方の検出信号に基づいて
前記エンジン冷却手段を作動し、前記シリンダの
セラミツク壁部の内壁面温度を金属壁部の内壁面
温度より所定温度高く、かつこれらの各内壁面温
度を所定温度範囲に制御する制御手段と、を設け
たことを特徴とする自動車用エンジン。 2 特許請求の範囲第1項に記載の自動車用エン
ジンにおいて、シリンダの金属壁部内壁温度の所
定温度範囲は100ないし400℃であり、セラミツク
壁部内壁温度の所定温度範囲は600ないし1500℃
であることを特徴とする自動車用エンジン。 3 特許請求の範囲第1項または第2項に記載の
自動車用エンジンにおいて、制御手段はエンジン
回転速度の上昇に伴つて、エンジン冷却手段の冷
媒送出量を増大させることを特徴とする自動車用
エンジン。
[Claims] 1. A cylinder in which a piston reciprocates;
An engine cooling means for cooling the cylinder, wherein the piston top dead center side of the cylinder and at least a part of the head of the piston are made of ceramic, and the inner wall surface temperature of the cylinder is controlled. The engine cooling means is actuated based on a detection signal from at least one of the temperature detection means for detecting the temperature detection means, the speed detection means for detecting the rotational speed of the engine, and the temperature detection means and the speed detection means for detecting the rotational speed of the engine. 1. A motor vehicle engine, comprising control means for setting the temperature of the inner wall surface of the ceramic wall portion to a predetermined temperature higher than the temperature of the inner wall surface of the metal wall portion, and controlling the temperature of each of these inner wall surfaces within a predetermined temperature range. 2. In the automobile engine according to claim 1, the predetermined temperature range of the inner wall temperature of the metal wall of the cylinder is 100 to 400°C, and the predetermined temperature range of the inner wall temperature of the ceramic wall is 600 to 1500°C.
An automobile engine characterized by: 3. The automobile engine according to claim 1 or 2, wherein the control means increases the amount of refrigerant delivered from the engine cooling means as the engine rotational speed increases. .
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