JPH066892B2 - 断熱エンジンの構造 - Google Patents
断熱エンジンの構造Info
- 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
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- JP
- Japan
- Prior art keywords
- cylinder
- head
- piston
- combustion chamber
- liner
- Prior art date
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- 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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
互いに逆Ｖ字型に設置されているものである。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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、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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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。
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）。
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）。
Claims (3)
- 【請求項１】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。 - 【請求項２】前記バルブは互いに逆Ｖ字型に設置されて
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。 - 【請求項３】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 |
|---|---|---|---|
| JP62133302A JPH066892B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 断熱エンジンの構造 |
| EP19880304742 EP0294092B1 (en) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Heat-insulating engine structure |
| DE1988304742 DE294092T1 (de) | 1987-05-30 | 1988-05-25 | Waermeisolierter brennkraftmaschinenaufbau. |
| DE19883873184 DE3873184T2 (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 |
|---|---|---|---|
| JP62133302A JPH066892B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 断熱エンジンの構造 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63302125A JPS63302125A (ja) | 1988-12-09 |
| JPH066892B2 true JPH066892B2 (ja) | 1994-01-26 |
Family
ID=15101486
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP62133302A Expired - Lifetime JPH066892B2 (ja) | 1987-05-30 | 1987-05-30 | 断熱エンジンの構造 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH066892B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN117927359A (zh) * | 2023-12-28 | 2024-04-26 | 广西玉柴机器股份有限公司 | 一种夹层式燃烧室 |
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 (ja) * | 1980-07-23 | 1982-02-15 |
-
1987
- 1987-05-30 JP JP62133302A patent/JPH066892B2/ja 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 (ja) | 1988-12-09 |
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