JPS59122765A - 断熱エンジン - Google Patents
断熱エンジンInfo
- Publication number
- JPS59122765A JPS59122765A JP22847782A JP22847782A JPS59122765A JP S59122765 A JPS59122765 A JP S59122765A JP 22847782 A JP22847782 A JP 22847782A JP 22847782 A JP22847782 A JP 22847782A JP S59122765 A JPS59122765 A JP S59122765A
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- JP
- Japan
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- cylinder
- head
- liner
- engine
- piston
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Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/0085—Materials for constructing engines or their parts
- F02F7/0087—Ceramic materials
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0804—Non-oxide ceramics
- F05C2203/083—Nitrides
- F05C2203/0843—Nitrides of silicon
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
- F05C—INDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
- F05C2203/00—Non-metallic inorganic materials
- F05C2203/08—Ceramics; Oxides
- F05C2203/0865—Oxide ceramics
- F05C2203/0895—Zirconium oxide
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Ceramic Engineering (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Abstract
(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
本発明は燃焼室内で発生する熱の該燃焼室からの逃散を
防ぐようにした断熱エンジンにＩＷＩする。
防ぐようにした断熱エンジンにＩＷＩする。
熱機関における効率はその発生した熱量を出来るだけ有
効に使うことであり、そのために種々の工夫か行われて
来ているか、材料の１耐熱上の問題等のために、そのか
なりの部分か冷却等の手段によって伺ら有効に利用され
ることなく排出させているのか現状である。
効に使うことであり、そのために種々の工夫か行われて
来ているか、材料の１耐熱上の問題等のために、そのか
なりの部分か冷却等の手段によって伺ら有効に利用され
ることなく排出させているのか現状である。
この材料の面で、高温に耐え、しかも断熱効果にＩＳれ
たものとしてセラミンクか注目され、その利用分野を広
げつつあり、エンジンにおいても、その熱的負荷の高い
部分に在来の材料に変えてセラミックを用いるようにし
たものか開発されて来ている。しかし、これらセラミン
クを用いたものは単に材料を置換した程度のものにすぎ
ず、材料の有する断熱特性以外のものは何ら利用される
ものではなかった。したがって、セラミンク材を用いた
断熱効果による多少の熱効率の向上が得られる程度であ
った。
たものとしてセラミンクか注目され、その利用分野を広
げつつあり、エンジンにおいても、その熱的負荷の高い
部分に在来の材料に変えてセラミックを用いるようにし
たものか開発されて来ている。しかし、これらセラミン
クを用いたものは単に材料を置換した程度のものにすぎ
ず、材料の有する断熱特性以外のものは何ら利用される
ものではなかった。したがって、セラミンク材を用いた
断熱効果による多少の熱効率の向上が得られる程度であ
った。
また、一般に内燃機関の燃焼において、壁面温度の低い
運転条件では燃焼室近傍における壁面の冷却効果による
消炎現象が生じ、未燃焼の混合気か壁面上に滞留して、
未燃焼炭化水素を多く含む消炎層を形成し、それが機関
の排気行程において排出されることによって、排気ガス
中に多量の炭化水素を含有させ、さらに、前記未燃焼炭
化水素の一部は熱分解や重合を起こして燃焼室壁面やピ
ストン頭頂面に付着しデホシットを形成し、干渉又は焼
付を発生させることにもなる。従って、従来のセラミン
ク材に単に置換した程度のエンジンにおいては、このよ
うな問題も大幅に改善するものではなかった。
運転条件では燃焼室近傍における壁面の冷却効果による
消炎現象が生じ、未燃焼の混合気か壁面上に滞留して、
未燃焼炭化水素を多く含む消炎層を形成し、それが機関
の排気行程において排出されることによって、排気ガス
中に多量の炭化水素を含有させ、さらに、前記未燃焼炭
化水素の一部は熱分解や重合を起こして燃焼室壁面やピ
ストン頭頂面に付着しデホシットを形成し、干渉又は焼
付を発生させることにもなる。従って、従来のセラミン
ク材に単に置換した程度のエンジンにおいては、このよ
うな問題も大幅に改善するものではなかった。
さらに、従来のセラミックエンジンにおいてはピストン
リングがピストンのヘッド部に近いところに設けられて
いる。これは、現実には該位置にあったのではセラミ・
ンクエンジンのように高温になるものでは従来手段のし
ゆう動は行い得す、固体潤滑か側らかの手段で解決され
るだろうとの前提のもとにそのような位置に持って来て
いると思われる。
リングがピストンのヘッド部に近いところに設けられて
いる。これは、現実には該位置にあったのではセラミ・
ンクエンジンのように高温になるものでは従来手段のし
ゆう動は行い得す、固体潤滑か側らかの手段で解決され
るだろうとの前提のもとにそのような位置に持って来て
いると思われる。
このような従来の材料置換程度の断熱エンジンでは熱効
率の改良効果も少なく、１ノド気カス中の炭化水素の減
少も多くは期待出来す、かつデホジントを発生し易く、
しかも潤滑上の問題もからみ実際には作動し得ないエン
ジンとなっている。そこでビス）・ンヘンド部、シリン
ダライナー、シリンダベントの燃焼室面、および吸ｖ１
気弁に全へてセラミンクを用いると共に、七の接続部を
断熱構造としピストンリングを作動ガス温度の低いビス
トノの最下部に設け、それに伴う冷却を該リングか移動
する範囲程度として、ピストンリングのしゅう動を実際
に行いうるようにし、しかも・、燃焼室でのピストンを
動かすことに用いられる以外のエネルギーの逃散を出来
るだけ少なくして排気ガスを高温で排出し、該排気ガス
で排気タービンを回転させ、該排気タービンにおいて排
気ガスのエネルギーを回収し、電動機等を介してクラン
ク軸にトルクを伝達することにより、大幅なエンジンの
熱効率の向上を図ろうとするエンジンを提供するのか本
発明の目的である。
率の改良効果も少なく、１ノド気カス中の炭化水素の減
少も多くは期待出来す、かつデホジントを発生し易く、
しかも潤滑上の問題もからみ実際には作動し得ないエン
ジンとなっている。そこでビス）・ンヘンド部、シリン
ダライナー、シリンダベントの燃焼室面、および吸ｖ１
気弁に全へてセラミンクを用いると共に、七の接続部を
断熱構造としピストンリングを作動ガス温度の低いビス
トノの最下部に設け、それに伴う冷却を該リングか移動
する範囲程度として、ピストンリングのしゅう動を実際
に行いうるようにし、しかも・、燃焼室でのピストンを
動かすことに用いられる以外のエネルギーの逃散を出来
るだけ少なくして排気ガスを高温で排出し、該排気ガス
で排気タービンを回転させ、該排気タービンにおいて排
気ガスのエネルギーを回収し、電動機等を介してクラン
ク軸にトルクを伝達することにより、大幅なエンジンの
熱効率の向上を図ろうとするエンジンを提供するのか本
発明の目的である。
次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。
第１図は本発明の断熱エンジンが適用されるシステムを
示し、図においてＥは断熱エンジン、ＥＸは断熱エンジ
ンＥの排気マニホールド、Ｉｎは吸気マニホールド、Ｔ
は断熱エンジンＥからの排気ガスによって駆動される排
気タービン、Ｃは該排気タービンＴによって駆動される
吸気コンプレッサー、Ｇは同じく該排気タービンＴによ
って駆動される発電機、Ｓは該発電機の回転速度を検出
する速度検出計、Ｍは前記発電機Ｇからの電力によって
駆動される電動機、Ｍａは該電動機の回転速９度を検出
する速度検出計、ＣＯは前記速度検出計ＳおよびＭａか
らの信号により電動機Ｍへの電力の供給を制御するコン
トローラである。
示し、図においてＥは断熱エンジン、ＥＸは断熱エンジ
ンＥの排気マニホールド、Ｉｎは吸気マニホールド、Ｔ
は断熱エンジンＥからの排気ガスによって駆動される排
気タービン、Ｃは該排気タービンＴによって駆動される
吸気コンプレッサー、Ｇは同じく該排気タービンＴによ
って駆動される発電機、Ｓは該発電機の回転速度を検出
する速度検出計、Ｍは前記発電機Ｇからの電力によって
駆動される電動機、Ｍａは該電動機の回転速９度を検出
する速度検出計、ＣＯは前記速度検出計ＳおよびＭａか
らの信号により電動機Ｍへの電力の供給を制御するコン
トローラである。
このような構成により、エンジンＥからの高温−の排気
カスにより排気タービンＴを駆動し、該駆動により排気
タービンＴで得られた出力番こより吸気コンプレンサＣ
を回転してエンジンＥへの過給を行なうと同時に発電機
Ｇを回転させて発心しその電力をコントローラＣＯを介
して電動機Ｍへ供給し、該電動機Ｍを回転させ、その出
力はキヤを介してエンジンＥのクランク軸へ付加される
ことになる。
カスにより排気タービンＴを駆動し、該駆動により排気
タービンＴで得られた出力番こより吸気コンプレンサＣ
を回転してエンジンＥへの過給を行なうと同時に発電機
Ｇを回転させて発心しその電力をコントローラＣＯを介
して電動機Ｍへ供給し、該電動機Ｍを回転させ、その出
力はキヤを介してエンジンＥのクランク軸へ付加される
ことになる。
第２図は本発明実施例の断熱エンジンであり、この場合
のエンジンはディーゼルエンジンである図において、１
はシリンダベント、２はシリンダプロ、り、３はシリン
タライナーの上方ｌイトとシリンダヘッド内壁部を一体
化したライナーヘンド４はシリンダライナー、５はピス
トンへ・ンド、６はビストンボティ、７は排（吸）無弁
、８は２重ポートのインナー、９は２重ポートのアウタ
ー。
のエンジンはディーゼルエンジンである図において、１
はシリンダベント、２はシリンダプロ、り、３はシリン
タライナーの上方ｌイトとシリンダヘッド内壁部を一体
化したライナーヘンド４はシリンダライナー、５はピス
トンへ・ンド、６はビストンボティ、７は排（吸）無弁
、８は２重ポートのインナー、９は２重ポートのアウタ
ー。
１０は排気マニホールド、ｌｌｉ士ピストンへ・ント′
５固定用のボルト、１２．１３４士イ之置Ｑ央め１ノン
グ１５．１６．１７は断熱ガスヶ・ント、１８４士弁案
内、１９は弁案内スリーブ、２０ａ士冷却ノズ゛ル、２
１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂは冷却用オイル室、６１
．６２はピストンリングである。
５固定用のボルト、１２．１３４士イ之置Ｑ央め１ノン
グ１５．１６．１７は断熱ガスヶ・ント、１８４士弁案
内、１９は弁案内スリーブ、２０ａ士冷却ノズ゛ル、２
１ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂは冷却用オイル室、６１
．６２はピストンリングである。
シリンダへ、ド１は鋳物で作り、シリンタライナーの上
ブｊ部分”ｌ ａも一体番こＪ形成し、その内（１１１
１４こシリンダヘッド内壁部とシ）〕ンタ゛ライナー上
方ｆｉ３を一体に形成したライナーへ・ント３を嵌合す
る。
ブｊ部分”ｌ ａも一体番こＪ形成し、その内（１１１
１４こシリンダヘッド内壁部とシ）〕ンタ゛ライナー上
方ｆｉ３を一体に形成したライナーへ・ント３を嵌合す
る。
シリンタホテイ２は鋳物で作すシ１ノンタへ・ンドｌか
垂下して一体的（こ形成されたシＩＪンタ゛３ト分より
下側の部分を構成するものであり、ピストンの下死点時
におけるほぼ全高（こ亘る位置（こ冷却用オイル室２１
ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂを形成し内側にはシリンタ
ライナー４を嵌合する。モしてシリンタライナー４およ
びライナーヘンド′３の内面は両者を組付けた後（こ同
時力１１工を＜１う。７令却Ｃ±上下のオイル室の油温
を検矢０して７山の流れをコントロールすること番とよ
ってピストンリングの潤滑が保証される程度にする。
垂下して一体的（こ形成されたシＩＪンタ゛３ト分より
下側の部分を構成するものであり、ピストンの下死点時
におけるほぼ全高（こ亘る位置（こ冷却用オイル室２１
ａ、２１ｂ、２２ａ、２２ｂを形成し内側にはシリンタ
ライナー４を嵌合する。モしてシリンタライナー４およ
びライナーヘンド′３の内面は両者を組付けた後（こ同
時力１１工を＜１う。７令却Ｃ±上下のオイル室の油温
を検矢０して７山の流れをコントロールすること番とよ
ってピストンリングの潤滑が保証される程度にする。
ライナーヘッド３はシリコンナイトライド（Ｓｌ、 ｓ
、）又はＰＳＺ （Ｐａｒｔｉａｌｌｙ ５ｔａｂｉ
ｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ ）で製作され、シリン
ダヘッド内面とシリンタライナー上方部を一体的に形成
し、エンジンの１サイクル中最も高温・高圧ガスにさら
される（最も熱の逃げか多い）シリンダヘッド内面とシ
リンダライナー上方部を一体的に形成し、断熱カスケ、
ト１７の位δを高温・高圧のシリンタライナー上方部か
ら遠くなるような位置に設けたため、燃焼効率の改良効
果が犬きくなると共に、断熱力スケットの耐久性（熱劣
化性）をも改善出来る。また、シリングヘッド１への取
付は位置決めリング１２．１３および上側に位置決めプ
レートを有するガスケット１６を介在して該シリングヘ
ッド１へ圧入、焼ばめ等により嵌合したので、シリンダ
ヘッドｌとライナーヘッド３との間に空気層が形成され
、熱の逃げが少なくなり、更に熱効率の改良効果が期待
出来る。
、）又はＰＳＺ （Ｐａｒｔｉａｌｌｙ ５ｔａｂｉ
ｌｉｚｅｄ Ｚｉｒｃｏｎｉａ ）で製作され、シリン
ダヘッド内面とシリンタライナー上方部を一体的に形成
し、エンジンの１サイクル中最も高温・高圧ガスにさら
される（最も熱の逃げか多い）シリンダヘッド内面とシ
リンダライナー上方部を一体的に形成し、断熱カスケ、
ト１７の位δを高温・高圧のシリンタライナー上方部か
ら遠くなるような位置に設けたため、燃焼効率の改良効
果が犬きくなると共に、断熱力スケットの耐久性（熱劣
化性）をも改善出来る。また、シリングヘッド１への取
付は位置決めリング１２．１３および上側に位置決めプ
レートを有するガスケット１６を介在して該シリングヘ
ッド１へ圧入、焼ばめ等により嵌合したので、シリンダ
ヘッドｌとライナーヘッド３との間に空気層が形成され
、熱の逃げが少なくなり、更に熱効率の改良効果が期待
出来る。
シリンタライナー４はＰｓＺで製作され、シリンタボデ
ィ２へ組立式、鋳込式、焼ばめ、圧入等によって取付ら
れる。ＰＳＺは鋼と同じ位の弾性を有し、磁気を帯びず
、熱膨張係数が鉄や鋳物と同程度であり、反面熱伝導率
はシリコンナイトライドの１／４と低く、摩耗にも強い
特性を有している。また、ライナーヘッド３をシリコン
ナイトライドにするとＰＳＺのシリンタライナーとのな
じみか非常に良好となる。
ィ２へ組立式、鋳込式、焼ばめ、圧入等によって取付ら
れる。ＰＳＺは鋼と同じ位の弾性を有し、磁気を帯びず
、熱膨張係数が鉄や鋳物と同程度であり、反面熱伝導率
はシリコンナイトライドの１／４と低く、摩耗にも強い
特性を有している。また、ライナーヘッド３をシリコン
ナイトライドにするとＰＳＺのシリンタライナーとのな
じみか非常に良好となる。
ピストンヘッド５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、下端外周には段部を形成してピス
トンボディ６との取付蒔の位置決めおよび移動を防ぐよ
うにし、前記中央凹部にはピストンボディ結合用のボル
ト１１挿通用の孔を設ける。
その中央部を凹ませ、下端外周には段部を形成してピス
トンボディ６との取付蒔の位置決めおよび移動を防ぐよ
うにし、前記中央凹部にはピストンボディ結合用のボル
ト１１挿通用の孔を設ける。
ピストンボディ６はアルミニウム合金あるいは鋳物で製
作し、上端外周にはピストンベンド５下端外周を嵌入さ
せる段部を形成し、上面中央を上方へ突出させて、該突
出部上面をピストンヘッド５の下面に当接させ、核部に
ピストンヘッド５と・一致する孔を形成しポル）１１で
両者を結合する排（吸）無弁７はその燃焼室側に当る下
面を製作してもよい。また排気側の弁案内１８も同様に
シリコンナイトライド又はＰ Ｓ ’Ｚで製作する。
作し、上端外周にはピストンベンド５下端外周を嵌入さ
せる段部を形成し、上面中央を上方へ突出させて、該突
出部上面をピストンヘッド５の下面に当接させ、核部に
ピストンヘッド５と・一致する孔を形成しポル）１１で
両者を結合する排（吸）無弁７はその燃焼室側に当る下
面を製作してもよい。また排気側の弁案内１８も同様に
シリコンナイトライド又はＰ Ｓ ’Ｚで製作する。
排気省８．９は排気カスの高温のためステンレス銅（Ｓ
ＵＳ）の２重配管とする。
ＵＳ）の２重配管とする。
断熱マニ不一ルドｌＯは耐熱合金で製作するか内面にセ
ラミ・ンクを被覆する。
ラミ・ンクを被覆する。
ホルト１１は、燃焼室に面する部分（こシリコンナイト
ライド又はＰＳＺで溶射で覆うようにする位置決めリン
グ１２．１３はコバール又は４２７０イで製作すること
か好ましいかシリコンナイトライドあるいはＰＳＺで製
作してもよい。
ライド又はＰＳＺで溶射で覆うようにする位置決めリン
グ１２．１３はコバール又は４２７０イで製作すること
か好ましいかシリコンナイトライドあるいはＰＳＺで製
作してもよい。
冷却ノスル２０はセラミンクで製作し、７／スルのまわ
りに冷却水通路を有するように形成する。
りに冷却水通路を有するように形成する。
以上の構成により、エンジンで発生する熱はピストンの
作動以外にはシリンダより外部への逃げかなくなり、ま
だかなりのエネルギーを有する高１１ｆｆｉの排気カス
として排出され、次工程において排気タービンの動力と
して利用され、そのエネルギーの回収が図られることに
なる。
作動以外にはシリンダより外部への逃げかなくなり、ま
だかなりのエネルギーを有する高１１ｆｆｉの排気カス
として排出され、次工程において排気タービンの動力と
して利用され、そのエネルギーの回収が図られることに
なる。
以上詳細に説明したように、本発明は、シリンダライナ
一部を有するセラミック製ライナーヘッドをシリングヘ
ッドの内側に嵌合するようにしたので、燃焼は完全に行
なわれ、未燃焼炭化水素が発生すると言うようなことは
なくなり、発生するエネルギーの増大化が図れ、またエ
ンジンで発生した熱の外部への逃げか防げ、排気ガスは
まだかなりのエネルギーを有するので、次工程における
排気ガスの利用が図れ、熱効率を大幅に向上しうること
になる。
一部を有するセラミック製ライナーヘッドをシリングヘ
ッドの内側に嵌合するようにしたので、燃焼は完全に行
なわれ、未燃焼炭化水素が発生すると言うようなことは
なくなり、発生するエネルギーの増大化が図れ、またエ
ンジンで発生した熱の外部への逃げか防げ、排気ガスは
まだかなりのエネルギーを有するので、次工程における
排気ガスの利用が図れ、熱効率を大幅に向上しうること
になる。
第１図はシステムの構成図、第２図は断熱エンジンの断
面図である。 １・・シリンダヘッド、２・・シリンダブロック、３＠
・ライナーへ・ント、４争争シリンダライナー、５・・
ピストンへンド、６争争ピストンボデイ、７・・排（吸
）無弁、Ｅ・・−ンジン
面図である。 １・・シリンダヘッド、２・・シリンダブロック、３＠
・ライナーへ・ント、４争争シリンダライナー、５・・
ピストンへンド、６争争ピストンボデイ、７・・排（吸
）無弁、Ｅ・・−ンジン
Claims (1)
- シリンタライナ一部を有するセラミンク製ライナーベン
トをシリングヘンドの内側に嵌合したことを特徴とする
断熱エンジン。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22847782A JPS59122765A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 断熱エンジン |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP22847782A JPS59122765A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 断熱エンジン |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS59122765A true JPS59122765A (ja) | 1984-07-16 |
| JPH0131024B2 JPH0131024B2 (ja) | 1989-06-22 |
Family
ID=16877082
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP22847782A Granted JPS59122765A (ja) | 1982-12-29 | 1982-12-29 | 断熱エンジン |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS59122765A (ja) |
Cited By (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61119893A (ja) * | 1984-11-15 | 1986-06-07 | いすゞ自動車株式会社 | 内燃機関の断熱構造 |
| US4781157A (en) * | 1987-12-24 | 1988-11-01 | Ford Motor Company | Multipart ceramic cylinder head |
| EP0303444A2 (en) * | 1987-08-12 | 1989-02-15 | Ngk Insulators, Ltd. | Combustion chamber for diesel engines |
| JPH0275765A (ja) * | 1988-09-12 | 1990-03-15 | Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk | 断熱エンジンの着火装置 |
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| DE102009019377A1 (de) | 2009-04-29 | 2010-11-11 | Herzog, Hans-Georg, Dr. Ing. | Partikelfreier Dampf-Dieselmotor |
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-
1982
- 1982-12-29 JP JP22847782A patent/JPS59122765A/ja active Granted
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Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0131024B2 (ja) | 1989-06-22 |
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