JPH066892B2 - Insulation engine structure - Google Patents
Insulation engine structureInfo
- Publication number
- JPH066892B2 JPH066892B2 JP62133302A JP13330287A JPH066892B2 JP H066892 B2 JPH066892 B2 JP H066892B2 JP 62133302 A JP62133302 A JP 62133302A JP 13330287 A JP13330287 A JP 13330287A JP H066892 B2 JPH066892 B2 JP H066892B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- head
- piston
- combustion chamber
- liner
- 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.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- 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)
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。The present invention relates to the structure of an adiabatic engine.
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。該断熱エンジンを、第3図を
参照して説明する。Conventionally, a heat insulating engine using a ceramic material as a heat insulating material or a heat resistant material is disclosed in, for example, JP-A-59-122765. The adiabatic engine will be described with reference to FIG.
上記断熱エンジン40は、シリンダライナ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
ヘッド43の内側に嵌合している。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。In the heat insulating engine 40, a ceramic liner head 41 having a cylinder liner 42 is fitted inside a cylinder head 43 made of cast metal. Liner head 41
Is a cylinder head inner wall portion, which is the portion exposed to the highest temperature / high pressure gas during one cycle of the engine and in which most heat escapes, and the cylinder liner upper portion are integrally formed.
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4
7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48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42の軸線方向に配置さ
れている。Further, the piston head 44 is made of silicon nitride, the central portion of which is recessed, and a step portion 46 is formed on the outer periphery of the lower end to prevent positioning and movement at the time of attachment to the piston body 47. A hole for inserting a bolt for connecting the piston body is provided in this. Piston body 4
A step portion 48 into which the lower end outer circumference of the piston head 44 is fitted is formed on the outer periphery of the upper end of 7, and the center of the upper surface is projected upward so that the upper surface of the protruding portion 49 abuts the lower surface of the piston head 44. The piston body 47 is connected with a bolt 50. Further, the valve 51 is arranged on the lower surface 52 of the head in the axial direction of the cylinder liner 42.
上記断熱エンジン40は、上記のように構成され、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するものである。発
電された電力は、コントローラの指令によって電動機を
回転させ、その出力をギヤを介してエンジンのクランク
軸へ供給することができる。The adiabatic engine 40 is configured as described above, and drives the exhaust turbine by the high-temperature exhaust gas from the engine, and rotates the intake compressor by the output obtained from the exhaust turbine by the drive to supercharge the engine. At the same time, the generator is rotated to generate electricity. The generated electric power can rotate the electric motor according to a command from the controller, and the output thereof can be supplied to the crankshaft of the engine via the gear.
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、そのため熱ショックを受け、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
厚さを厚くすると、熱容量が大きくなり、吸入行程時
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、膨張行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。However, in an engine member such as a piston that uses the ceramic material as a heat insulating material or a heat resistant material, it is extremely difficult to obtain sufficient heat insulating properties. The ceramic material is in a state of being exposed to the high temperature on the combustion chamber side, which causes a heat shock, which causes a problem in strength of the ceramic material. In addition, if the thickness of the ceramic material on the wall surface is increased for heat insulation, the heat capacity becomes large, and the intake air receives a large amount of heat from the combustion chamber during the intake stroke to reach a high temperature, which reduces intake efficiency and prevents intake of air. However, there is a problem that the adiabaticity must be improved in the expansion process.
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52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
くなる。それ故に、上記と同様な問題点を有している。By the way, in the heat insulating engine 40 disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 59-122765, a recess 45 is formed in the piston head portion 44 made of ceramic, and the thickness thereof must be formed to be extremely thick in view of strength. Has a structure that contradicts making as small as possible. In addition, the valve 51 is installed in the axial direction of the cylinder liner 42 according to the structure of the piston head 44, and the head lower surface 52 is formed flat, so that the intake air is sprayed outward in the radial direction, and the cylinder liner and the head lower surface portion. It becomes easy to receive heat from. Therefore, it has the same problems as described above.
そこで、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、ピストン
ヘッドを平らな面に形成することによって燃焼室をピス
トンヘッドに形成できないので、それに応じてシリンダ
ヘッ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、更に吸入空気の流入
部位を中央付近に多く流入するように構成し、それによ
って吸入効率及びサイクル効率を向上させ、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、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
状態で受け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。Therefore, an object of the present invention is to solve the above-mentioned problems, and to obtain a high degree of heat insulation and to make the heat capacity of the surface portion of the piston head that is exposed to combustion gas and becomes high temperature as small as possible. Therefore, the combustion chamber cannot be formed on the piston head by forming it on a flat surface and forming the piston head on a flat surface.Therefore, configure the combustion chamber on the cylinder head liner side accordingly and change the shape of the combustion chamber to fuel. It is formed along the spray trajectory, and the intake air inflow part is configured to flow in a large amount in the vicinity of the center, thereby improving the intake efficiency and cycle efficiency, and further, there is a problem in strength even if it receives a heat shock. Without increasing the heat resistance, you can obtain a stable mounting state,
Another object of the present invention is to provide a structure of an adiabatic engine having a structure capable of receiving the pressure acting on the piston head at the time of explosion in a preferable state.
なお、ここでいうシリンダヘッドライナは、シリンダラ
イナ上部とヘッド下面部を一体構造に構成したものであ
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。The cylinder head liner referred to here has a structure in which the upper portion of the cylinder liner and the lower surface of the head are integrally formed, and has a structure for shutting off heat only during a heat generation period during which combustion is active.
この発明は、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。即ち、この発明は、燃焼室側をフラッ
トな面に形成したセラミック薄板をピストンヘッド部に
断熱材を介して配置したピストン、シリンダ中心部を低
く外周部を高く形成した燃焼室を構成し且つシリンダヘ
ッド内に配置されたシリンダヘッドライナ、シリンダ中
心部からほぼ水平に前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴
射ノズル、及びシリンダ中心部から外周部に傾斜した前
記シリンダヘッドライナのヘッド下面部の傾斜面に設置
されたバルブ、から構成した断熱エンジンの構造に関す
る。The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention constitutes a piston in which a ceramic thin plate having a flat surface on the combustion chamber side is arranged in the piston head through a heat insulating material, and a combustion chamber in which the cylinder center is low and the outer circumference is high. A cylinder head liner disposed in the head, a fuel injection nozzle that injects fuel into the combustion chamber substantially horizontally from the center of the cylinder, and an inclined surface of the lower surface of the head of the cylinder head liner inclined from the center of the cylinder to the outer periphery. The present invention relates to the structure of an adiabatic engine composed of a valve installed in the.
また、この断熱エンジンの構造において、前記バルブは
互いに逆V字型に設置されているものである。Further, in the structure of this adiabatic engine, the valves are installed in an inverted V shape with respect to each other.
また、この断熱エンジンの構造において、前記シリンダ
ヘッドライナは、セラミック材から形成され、前記ヘッ
ド下面部とシリンダライナ上部とを一体構造に構成した
ものである。Further, in the structure of this adiabatic engine, the cylinder head liner is made of a ceramic material, and the head lower surface portion and the cylinder liner upper portion are integrally formed.
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、燃焼室側の面をフラットに形成したセ
ラミック製のピストンヘッド、シリンダ中心部が低く且
つシリンダ外周部が高い形状に形成されたセラミック製
のシリンダヘッドライナ、及び前記シリンダ中心部から
前記シリンダ外周部に傾斜したヘッド下面の傾斜面に設
置された各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ヘッドライナに燃焼室を形成
し、また燃焼ガスに晒されて高温になる前記ピストンヘ
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構成すること
ができ、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。The structure of the heat insulation engine according to the present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, the structure of this adiabatic engine includes a ceramic piston head having a flat surface on the combustion chamber side, a ceramic cylinder head liner having a low cylinder center portion and a high cylinder outer peripheral portion, and Since it is composed of each valve installed on the inclined surface of the lower surface of the head inclined from the center of the cylinder to the outer peripheral portion of the cylinder, a combustion chamber is formed in the cylinder head liner which is exposed to the combustion gas and becomes high in temperature. The surface of the piston head, which is exposed to heat and is heated to a high temperature, can be flattened and made of a ceramic thin plate. Therefore, the thickness of the ceramic thin plate can be made as thin as possible, the heat capacity thereof can be made as small as possible, a high degree of heat insulation can be obtained, and suction efficiency and cycle efficiency can be improved.
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
垂直に且つ中央に向けて流入でき、それ故に、吸入空気
は高温状態の前記シリンダヘッ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
うなことがない。Moreover, the main flow of the intake air can flow into the combustion chamber vertically and toward the center from the portion located near the center of the valve and the valve seat, and therefore the intake air of the cylinder head liner in the high temperature state. Since the contact with the inner wall surface is reduced and the amount of heat received by heat transfer is reduced, the thermal expansion of the inflowing intake air is reduced and the suction efficiency is not reduced. In this case, even if the amount of intake air in contact with the ceramic thin plate, that is, the top surface of the piston head is increased, the piston head is configured to have a small heat capacity, so that the suction efficiency is lowered. There is no.
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パターンに対応するように
前記燃焼室を形成したので、スワールの形成が弱く、吸
入空気の受熱は小さく抑えられる。即ち、前記ピストン
ヘッドのセラミック薄板の厚さを薄く構成する程、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前記燃焼室壁面のセラミックと
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。Further, since the fuel injection nozzle is installed at the center of the cylinder and the combustion chamber is formed so as to correspond to the spray pattern of the fuel injection nozzle, the swirl is weakly formed and the heat received by the intake air is suppressed to a small level. That is, the thinner the ceramic thin plate of the piston head is, the better the followability to the gas temperature is, and the wall temperature amplitude at high temperature and low temperature in the combustion chamber is higher than that when the thickness is thick. As a result, the temperature difference between the combustion gas and the ceramic on the wall surface of the combustion chamber becomes smaller, and the heat transfer amount decreases, so that the heat reception of the intake air is decreased.
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。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である。この断
熱エンジンの構造10は、主として、ピストンヘッド部
1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ヘッドラ
イナ30、シリンダヘッドライナ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のヘッド下面部22に設置されたバルブ(図では吸気
バルブ21のみを示す)から成る。Hereinafter, embodiments of the structure of the heat insulation engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of the heat insulation engine according to the present invention. The structure 10 of this adiabatic engine has a piston 2 mainly composed of a piston head portion 1 and a metal piston skirt portion 2.
0, a cylinder head liner 30 made of ceramic such as silicon nitride fitted inside a cylinder head (not shown) made of casting, a fuel injection nozzle 25 installed in the center of the cylinder head liner 30, and a cylinder head liner 3.
It is composed of a valve (only the intake valve 21 is shown in the figure) installed on the head lower surface portion 22 of No. 0.
また、ピストン20におけるピストンヘッド部1の燃焼
室側を平らな形状即ちフラットな面に形成したセラミッ
ク薄板5を配置する。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、シリンダヘッドライナ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。Further, a ceramic thin plate 5 having a flat shape, that is, a flat surface on the combustion chamber side of the piston head portion 1 of the piston 20 is arranged. Further, the cylinder head liner 30 is configured to form the combustion chamber 15 having a shape in which the cylinder center portion is low and the cylinder outer peripheral portion is high, corresponding to the flat ceramic thin plate 5 of the piston head portion 1. To do.
シリンダヘッドライナ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ヘッドライナ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で外周ほど体積が
増大する形状に構成することができる。The cylinder head liner 30 has a cylinder liner upper portion 23.
And the lower surface 22 of the head are combined into an integrated structure, which is a structure for cutting off heat only during a period of heat generation during which combustion is active. Cylinder head liner 30 having such a shape
The combustion chamber 15 formed by the flat ceramic thin plate 5 of the piston head 1 is a shallow dish type most suitable as a combustion chamber of an adiabatic engine and can be configured to have a shape in which the volume increases toward the outer periphery. .
また、バルブ21は、シリンダヘッドライナ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2
2は、図で示すように、半径方向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
気バルブシートの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を設置すれば、吸気バルブ
21は図示していない排気バルブと逆V字型に互いに設
置されることになる。Further, the valve 21 is installed on the inclined surface of the head lower surface portion 22 which is inclined from the cylinder center portion to the cylinder outer peripheral portion of the cylinder head liner 30. Head bottom part 2
As shown in the figure, 2 is an inclined surface that rises outward in the radial direction. Therefore, the intake valve seat and the exhaust valve seat are formed on the inclined surface, and the intake valve 21 is installed on each valve seat. Then, the intake valve 21 and the exhaust valve (not shown) are installed in an inverted V shape.
吸気バルブ21の傾きのため、吸入行程における吸入空
気の流れは、第2図に示すように、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29の形状
を考慮すると、第2図の矢印Aで示すように、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
いるシリンダヘッドライナ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はない。Due to the inclination of the intake valve 21, the flow of the intake air in the intake stroke is as shown in FIG. 2 in consideration of the shape of the intake port 29 extending from the outer side in the radial direction to the lower surface portion 22 of the head. As shown by the arrow A in the figure, the main flow is formed in the vertical direction of the engine and toward the center of the combustion chamber 15. Therefore, the intake air is less likely to come into contact with the inner wall surface of the cylinder head liner 30 that is at a high temperature, and the amount of heat received by heat transfer is reduced, so that the thermal expansion of the intake air that flows in is reduced and the intake efficiency is improved. No decrease occurs. In this case, even if the amount of intake air in contact with the ceramic thin plate 5 of the piston head portion 1, that is, the top surface is increased, the piston 20 is configured to have a small heat capacity, so that the suction efficiency is reduced. There is no.
更に、燃料噴射ノズル25は、シリンダヘッドライナ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。
しかも、燃料噴射ノズル25の噴孔即ち噴口は、ピスト
ンヘッド部1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。言い換えれば、燃料噴射ノズ
ル25の噴霧パターン(図で矢印B方向で示す噴霧軌
跡)に対応して燃焼室15が形成されている。Further, the fuel injection nozzle 25 is connected to the cylinder head liner 3
It is installed at the center portion of the cylinder of the head lower surface portion 22 at 0, in other words, at the lowest portion of the combustion chamber 15.
Moreover, the injection hole of the fuel injection nozzle 25, that is, the injection port is formed parallel to the ceramic thin plate 5 of the piston head portion 1 and outward in the radial direction. In other words, the combustion chamber 15 is formed so as to correspond to the spray pattern of the fuel injection nozzle 25 (spray locus shown by arrow B in the figure).
次に、ピストン20について、ピストンヘッド部1は、
中央に取付ボス部4を有し、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。Next, regarding the piston 20, the piston head portion 1
It has a mounting boss portion 4 in the center and is made of a material having a thermal expansion coefficient substantially equal to that of the ceramic material, high strength, and a relatively high Young's modulus, for example, a material such as cermet or metal.
ピストンヘッド部1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が嵌合する中央取付
孔12が形成されている。ピストンヘッド部1の取付ボ
ス部4はピストンスカート部2の中央取付孔12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の中央取付孔12に形成された嵌合溝13
とに跨がって金属製リング11が変形収容され、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。No combustion chamber is formed in the piston head portion 1 itself, and the combustion chamber side of the piston head portion 1 is formed in a flat shape. A central mounting hole 12 into which the mounting boss portion 4 of the piston head portion 1 is fitted is formed at the center of the piston skirt portion 2. The mounting boss portion 4 of the piston head portion 1 is fitted in the central mounting hole 12 of the piston skirt portion 2, and is formed in the fitting groove 14 formed in the mounting boss portion 4 and the central mounting hole 12 of the piston skirt portion 2. Mating groove 13
The metal ring 11 is accommodated in a deformed manner straddling the and, and the piston head portion 1 is locked to the piston skirt portion 2 in a pressed state.
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から成る緩衝材8
が押圧状態に介在しており、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1とピストンスカート
部2との間には、断熱空気層9が形成されている。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1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1mm前後、或いは
1mm以下に製作されている。Further, a cushioning material 8 made of a heat insulating gasket is provided at the contact portion of the central portion between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2.
Are interposed in a pressed state, and the cushioning material 8 also has a heat insulating function. A heat insulating air layer 9 is formed between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2. Regarding the piston 20, the ceramic thin plate 5 is arranged in the piston head portion 1 via the heat insulating material 3 so as to face the combustion chamber 15. The ceramic thin plate 5 is made of ceramics such as silicon nitride and has a thickness of about 1 mm or less than 1 mm.
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(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1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1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。A ceramic ring 6 made of a similar material is fitted to the outer peripheral portion of the ceramic thin plate 5, and the ceramic thin plate 5 and the ceramic ring 6 are, for example, CVD (chemical vapor deposition) at a contact portion indicated by reference numeral 18. Are joined by.
A step portion 16 is formed on the inner peripheral surface of the ceramic ring 6, and the outer peripheral portion 17 of the piston head portion 1 abuts on the step portion 16 of the ceramic ring 6.
Is fitted to. A heat insulating material 3 is enclosed in a space formed by the ceramic thin plate 5, the ceramic ring 6 and the piston head 1.
断熱材3は、チタン酸カリウムウイスカー、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け止める
構造材としても機能する。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1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。The heat insulating material 3 is made of a material such as potassium titanate whiskers or zirconia fiber, and has a heat insulating function.
It also functions as a structural material that receives the pressure acting on the ceramic thin plate 5 at the time of explosion. By mounting the piston head portion 1 on the piston skirt portion 2 in a pressed state, the outer peripheral portion 17 of the piston head portion 1 is pressed against the step portion 16 of the ceramic ring 6, and the ceramic ring 6 is attached to the peripheral portion of the piston skirt portion 2. Pressed. In this case, a carbon seal 7, which is a gasket, is interposed to seal the ceramic ring 6 and the piston skirt portion 2. The seal axial force against the carbon seal 7 is
The piston head portion 1 works by being attached to the piston skirt portion 2 in a pressed state.
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。With respect to the structure of the piston 20, it is necessary to uniformly receive the compressive force due to the explosion by the heat insulating material 3 such as potassium titanate. For this reason, the surface of the piston head portion 1 on the combustion chamber side and the ceramic thin plate 5 are flat. It has a flat shape.
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、次のような効果を奏する。即ち、この断熱エン
ジンの構造は、燃焼室側をフラットな面に形成して断熱
材で遮熱されたセラミック薄板を有するピストンヘッド
部を備えたピストン、シリンダ中心部が低く且つシリン
ダ外周部が高い形状に形成されたセラミック製のシリン
ダヘッドライナ、及び前記シリンダ中心部から前記シリ
ンダ外周部に傾斜したヘッド下面部の傾斜面に設置され
た各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ヘッドライナに半径方向外向きに拡
がる燃焼室を形成し、同様に燃焼ガスに晒されて高温に
なる前記ピストンヘッドの表面部をフラットにして厚さ
の薄い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
を可及的に小さく構成することができ、高度の断熱性を
得ることができる。The structure of the heat insulation engine according to the present invention is configured as described above, and has the following effects. That is, the structure of this adiabatic engine is a piston provided with a piston head part having a ceramic thin plate shielded by a heat insulating material by forming the combustion chamber side into a flat surface, the cylinder central part is low and the cylinder outer peripheral part is high. Since it is composed of a ceramic-made cylinder head liner formed in a shape and each valve installed on the inclined surface of the lower surface of the head that is inclined from the center of the cylinder to the outer circumference of the cylinder, it is exposed to combustion gas and exposed to high temperatures. A combustion chamber that extends radially outward is formed in the cylinder head liner, and the surface of the piston head that is exposed to combustion gas and becomes high in temperature is flattened to be a thin ceramic thin plate. Therefore, the thickness of the ceramic thin plate can be formed as thin as possible, the heat capacity thereof can be made as small as possible, and a high degree of heat insulation can be obtained.
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
垂直に且つ中央に向けて流入でき、それ故に、吸入空気
は高温となっている前記シリンダヘッドライナの内壁面
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。Moreover, the main flow of the intake air can flow into the combustion chamber vertically and toward the center from the portion located near the center of the valve and the valve seat, and therefore the intake air has a high temperature. Since the contact with the inner wall surface of the liner is reduced and the amount of heat received by heat transfer is reduced, the thermal expansion of the inhaled intake air is reduced and the inhalation efficiency is not reduced.
この場合に、前記ピストンヘッド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。In this case, even if the amount of intake air in contact with the ceramic thin plate, that is, the top surface of the piston head is increased, the piston head is configured to have a small heat capacity, so that the suction efficiency is lowered. Therefore, the suction efficiency and the cycle efficiency can be improved.
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、言い換えれば、噴霧
パターンに対応するように前記燃焼室を形成したので、
スワールの形成が弱くなり、吸入空気の受熱量が少なく
なり、吸入空気の熱膨張を小さく抑えることができ、吸
気の流入状態とあいまって燃料噴霧が吸入空気と良好に
混合され、通常よりも圧縮比を下げることができ、良好
な燃焼を得ることができる。Further, since the fuel injection nozzle is installed in the center of the cylinder and the spray locus of the fuel injection nozzle, in other words, the combustion chamber is formed so as to correspond to the spray pattern,
The formation of swirls becomes weaker, the amount of heat received by the intake air is reduced, and the thermal expansion of the intake air can be suppressed to a small level.The fuel spray is mixed well with the intake air together with the intake air inflow state, and it is compressed more than usual. The ratio can be lowered and good combustion can be obtained.
前記ピストンヘッドについては、前記ピストンヘッドの
セラミック薄板の厚さを薄く構成する程、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。Regarding the piston head, the thinner the ceramic thin plate of the piston head is configured, the better the followability to the gas temperature is, and the wall temperature amplitude between the high temperature and the low temperature in the combustion chamber is thick. As compared with the case, the temperature difference between the combustion gas and the ceramics on the wall surface of the combustion chamber becomes small as a result, and the heat transfer amount decreases, so that the heat reception of the intake air is decreased.
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け止めることができ
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。Moreover, even if it receives a heat shock, there is no problem in strength, heat resistance is improved, and a stable mounting state can be obtained. Furthermore, the pressure acting on the ceramic thin plate at the time of explosion is received in a preferable state. be able to. Moreover, since the ceramic thin plate and the piston head portion such as the cermet have substantially the same thermal expansion coefficient, no problem occurs in the joint state of the two.
また、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。Further, the piston head portion has high rigidity, is hard to be deformed even when a high pressure is applied, and the coupling state between the piston head portion and the piston skirt portion is stable,
Moreover, the gas seal at the boundary can be stably achieved.
前記断熱材は、チタン酸カリウムウイスカー、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
方向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。The heat insulating material is composed of potassium titanate whiskers, zirconia fibers, etc., or a mixed material of these and glass fibers, which performs a high-performance heat insulating function for the combustion chamber of the engine, and through the piston from the combustion chamber. There is no outflow of heat energy in the above, and heat energy can be confined in the combustion chamber. Therefore, thermal energy can be effectively recovered by the energy recovery device installed downstream in the exhaust gas flow direction.
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図のサイクル工程の一例を
示す断熱エンジンの構造を示す断面図、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。 1……ピストンヘッド部、3……断熱材、5……セラミ
ック薄板、9……断熱空気層、10……断熱エンジンの
構造、15……燃焼室、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、25……燃料噴射ノズル、30……シ
リンダヘッドライナ、A……吸入空気の流れ方向、B…
…燃料噴霧軌跡(噴霧パターン)。FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of the heat insulation engine according to the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing the structure of the heat insulation engine showing an example of the cycle process of FIG. 1, and FIG. It is sectional drawing which shows an example of a heat insulation engine. 1 ... Piston head part, 3 ... Insulation material, 5 ... Ceramic thin plate, 9 ... Adiabatic air layer, 10 ... Insulation engine structure, 15 ... Combustion chamber, 17 ... Piston head outer peripheral part, 20 ... Piston, 21 ... Intake valve, 22 ...
... head lower surface part, 25 ... fuel injection nozzle, 30 ... cylinder head liner, A ... intake air flow direction, B ...
... Fuel spray trajectory (spray pattern).
Claims (3)
ック薄板をピストンヘッド部に断熱材を介して配置した
ピストン、シリンダ中心部を低く外周部を高く形成した
燃焼室を構成し且つシリンダヘッド内に配置されたシリ
ンダヘッドライナ、シリンダ中心部からほぼ水平に前記
燃焼室に燃料を噴射する燃料噴射ノズル、及びシリンダ
中心部から外周部に傾斜した前記シリンダヘッドライナ
のヘッド下面部の傾斜面に設置されたバルブ、から構成
した断熱エンジンの構造。1. A piston in which a ceramic thin plate having a flat surface on the combustion chamber side is arranged in a piston head portion with a heat insulating material interposed between the piston and a combustion chamber in which the cylinder center portion is low and the outer peripheral portion is high. A cylinder head liner disposed inside, a fuel injection nozzle for injecting fuel into the combustion chamber substantially horizontally from the center of the cylinder, and an inclined surface of the head lower surface of the cylinder head liner inclined from the center of the cylinder to the outer periphery. The structure of an adiabatic engine composed of installed valves.
いる特許請求の範囲第1項に記載の断熱エンジンの構
造。2. The structure of an adiabatic engine according to claim 1, wherein the valves are installed in an inverted V shape.
材から形成され、前記ヘッド下面部とシリンダライナ上
部とを一体構造に構成した特許請求の範囲第1項に記載
の断熱エンジンの構造。3. The structure of an adiabatic engine according to claim 1, wherein the cylinder head liner is made of a ceramic material, and the lower surface of the head and the upper portion of the cylinder liner are integrally structured.
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP62133302A JPH066892B2 (en) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | Insulation engine structure |
| EP19880304742 EP0294092B1 (en) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Heat-insulating engine structure |
| DE1988304742 DE294092T1 (en) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | HEAT-INSULATED COMBUSTION ENGINE ASSEMBLY. |
| DE19883873184 DE3873184T2 (en) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | HEAT-INSULATED COMBUSTION ENGINE ASSEMBLY. |
| 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 |
|---|---|---|---|
| JP62133302A JPH066892B2 (en) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | Insulation engine structure |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63302125A JPS63302125A (en) | 1988-12-09 |
| JPH066892B2 true JPH066892B2 (en) | 1994-01-26 |
Family
ID=15101486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62133302A Expired - Lifetime JPH066892B2 (en) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | Insulation engine structure |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066892B2 (en) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117927359A (en) * | 2023-12-28 | 2024-04-26 | 广西玉柴机器股份有限公司 | Sandwich type combustion chamber |
Citations (1)
| 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 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS5728121U (en) * | 1980-07-23 | 1982-02-15 |
-
1987
- 1987-05-30 JP JP62133302A patent/JPH066892B2/en not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (1)
| 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 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS63302125A (en) | 1988-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5033427A (en) | Heat-insulating engine structure | |
| JP2718071B2 (en) | Sub-chamber insulated engine | |
| US6314933B1 (en) | Piston for internal combustion engines | |
| JP2526947B2 (en) | Insulation engine structure | |
| JP6010944B2 (en) | Compression self-ignition engine | |
| JPH066892B2 (en) | Insulation engine structure | |
| EP0294092B1 (en) | Heat-insulating engine structure | |
| EP0430419A1 (en) | Heat-insulating engine with swirl chamber | |
| JPH066891B2 (en) | Insulation engine structure | |
| JP2906418B2 (en) | Secondary combustion chamber structure | |
| JP5978678B2 (en) | Compression self-ignition engine | |
| JP3104090U (en) | Internal combustion engine | |
| JPH0233412A (en) | Structure of adiabatic engine | |
| JP2560422B2 (en) | Structure of adiabatic piston | |
| JP3254827B2 (en) | Heat shield piston | |
| JPH09170437A (en) | Structure of piston with heat shield combustion chamber | |
| JP2671407B2 (en) | Insulation engine structure | |
| JP2523202Y2 (en) | Whirlpool chamber diesel engine | |
| JPH0668257B2 (en) | Structure of adiabatic piston | |
| JPH01257747A (en) | Structure of adiabatic engine | |
| JPH0689712B2 (en) | Insulation engine structure | |
| JPH0133810Y2 (en) | ||
| JP2917566B2 (en) | Structure of combustion chamber and method of manufacturing the same | |
| JPH0143469Y2 (en) | ||
| JPH0118821Y2 (en) |