JP2014088863A

JP2014088863A - 内燃機関

Info

Publication number: JP2014088863A
Application number: JP2012240731A
Authority: JP
Inventors: Akira Iijima; 章飯島
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2012-10-31
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-05-15

Abstract

【課題】遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関において、充填効率の低下を抑制することにより、充填効率の低下に起因する燃費の悪化を抑制する。
【解決手段】シリンダブロック１２に設けられるシリンダボア１１とピストン１３の頂部とシリンダヘッド１５の下面とで区画される燃焼室１６を備える内燃機関１０において、シリンダブロック１２の頂部にシリンダボア１１に対して軸線方向に隣接させて設けられ、燃焼室１６内からシリンダブロック１２への熱伝達を抑制する遮熱リング２３を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関に関する。

内燃機関（エンジン）においては、冷却損失を低減することで燃費の向上を図るという試みが従来から行われている。このような内燃機関においては、例えば、低熱伝導性材料からなるシリンダライナをシリンダブロックのシリンダボアに挿入することにより、燃焼室を遮熱構造としている（特許文献１参照）。

特開２００５−３３０８７３号公報

しかしながら、上述の内燃機関はシリンダライナに分厚いセラミックを用いるため、燃焼室の熱容量が大きく、燃焼室内の温度（筒内温度）が全行程を通して高くなる。そのため、充填効率の低下、酸素不足による燃焼の緩慢化という問題があり、結果として燃費が向上しない場合があった。

特に、シリンダブロックのシリンダボアは、全高の上端から下端まで分厚いセラミックから構成されるシリンダライナで覆われるため、充填効率の低下に対する寄与度が大きい。その理由は、吸気行程で燃焼室内に入ってきた温度が低い（大気温度〜５０℃程度）新気又は吸気が、数百度のシリンダボア（シリンダライナ）によって１００〜２００℃程度まで加熱されて膨張するためである。

そこで、本発明の目的は、遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関において、充填効率の低下を抑制することにより、充填効率の低下に起因する燃費の悪化を抑制することにある。

上述の目的を達成するために、本発明に係る内燃機関は、シリンダブロックに設けられるシリンダボアとピストンの頂部とシリンダヘッドの下面とで区画される燃焼室を備える内燃機関において、前記シリンダブロックの頂部に前記シリンダボアに対して軸線方向に隣接させて設けられ、前記燃焼室内から前記シリンダブロックへの熱伝達を抑制する遮熱リングを備えるものである。

前記遮熱リングは、筒状の遮熱リング本体と、前記遮熱リング本体の内周面に形成される遮熱層とを有するものであっても良い。

前記遮熱層は、遮熱塗料を前記遮熱リング本体の内周面に塗布し又はポーラスメッキを前記遮熱リング本体の内周面に施すことにより前記遮熱リング本体の内周面に形成される遮熱コーティング層であっても良い。

本発明によれば、遮熱構造の燃焼室を形成した内燃機関において、充填効率の低下を抑制することにより、充填効率の低下に起因する燃費の悪化を抑制することができるという優れた効果を奏する。

（ａ）は本発明の一実施形態に係る内燃機関の模式的な断面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。図１（ａ）の要部拡大図である。

以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関（本実施形態では、ディーゼルエンジン）１０は、シリンダボア１１を有するシリンダブロック１２と、シリンダボア１１内を上下に往復運動するピストン１３と、シリンダブロック１２の頂部（上部）にシリンダヘッドガスケット１４を挟んで取り付けられるシリンダヘッド１５とを備える。シリンダブロック１２、ピストン１３及びシリンダヘッド１５は、鋼やアルミニウム合金等の金属材料からなる。

シリンダブロック１２に設けられるシリンダボア１１と、ピストン１３の頂部と、シリンダヘッド１５の下面とで囲まれた空間が、燃焼室１６を形成する。シリンダブロック１２には、シリンダボア１１を囲うようにウォータジャケット１７が設けられている。また、ピストン１３の頂部には、キャビティ（図例では、リップ付タイプのキャビティ）１８が設けられている。さらに、シリンダヘッド１５には、燃焼室１６に連通する吸排気ポート（吸気ポート１９及び排気ポート２０）と、吸気ポート１９を開閉する吸気弁２１と、排気ポート２０を開閉する排気弁２２と、燃料を上方から燃焼室１６内に噴射する燃料噴射弁（図示せず）とが設けられている。

本実施形態に係る内燃機関１０では、シリンダブロック１２の頂部（ピストン１３の上死点ＴＤＣ付近）に、燃焼室１６内からシリンダブロック１２への熱伝達を抑制する遮熱リング２３をシリンダボア１１に対して軸線方向に隣接させて設けることにより、燃焼室１６を遮熱構造としている。本実施形態に係る内燃機関１０では、シリンダブロック１２の頂部に、シリンダボア１１よりも大径の収容ボア２４がシリンダボア１１に対して軸線方向に連続させて設けられ、その収容ボア２４に遮熱リング２３が圧入されている。

遮熱リング２３は、筒状又はリング状（図例では、円筒状）の遮熱リング本体２５と、遮熱リング本体２５の内周面に形成される遮熱層２６とを有する。遮熱層２６は、遮熱塗料を遮熱リング本体２５の内周面に塗布し又はポーラスメッキを遮熱リング本体２５の内周面に施すこと等により遮熱リング本体２５の内周面に形成される薄膜の遮熱コーティング層である。即ち、遮熱リング２３（遮熱リング本体２５）の内周面に形成される遮熱層（遮熱コーティング層）２６は、約１００μｍ程度の厚さｔｍ（図２参照）で、遮熱塗料、ポーラス材（多孔質材）等からなる。一方、遮熱リング本体２５は、鋼やアルミニウム合金等の金属材料からなる。

図２に図１（ａ）の要部拡大図を示す。

遮熱リング２３の高さ（リング幅）ｈは、比較的低くすることが好ましく、例えば約１０ｍｍとされる。遮熱リング２３の高さｈを比較的低くするのは、遮熱リング２３をピストン１３の摺動範囲を避けて配置するためである。ピストン１３が上死点ＴＤＣに位置した状態においてピストン１３に装着されるトップリング２７の上端と遮熱リング２３の下端との間隔ＣＬが例えば１〜２ｍｍ程度となるように、遮熱リング２３の高さｈが設定される。

また、遮熱リング２３の厚さｔは、比較的薄くすることが好ましく、例えば１〜２ｍｍ程度とされる。遮熱リング２３の厚さｔを比較的薄くするのは、遮熱リング２３をシリンダヘッドガスケット１４のシール範囲を避けて配置するためである。

また、遮熱リング２３の内周面は、シリンダボア１１に対して僅かに凹んでおり、遮熱リング２３の内径（コーティング後）φｄとシリンダボア１１の内径φＤとの差Δｔは例えば０．１ｍｍ程度とされる。即ち、遮熱リング２３の内径φｄは、シリンダボア１１の内径φＤよりも大径とされる（φＤ＜φｄ）。

さらに、遮熱リング２３の頂面（上面）は、シリンダブロック１２の頂面に対して僅かに凹んでおり、遮熱リング２３の頂面とシリンダブロック１２の頂面との高さの差Δｈは例えば０．１ｍｍ程度とされる。

次に、本実施形態に係る内燃機関１０の作用効果を説明する。

本実施形態に係る内燃機関１０では、シリンダブロック１２の頂部（ピストン１３の上死点ＴＤＣ付近）に、燃焼室１６内からシリンダブロック１２への熱伝達を抑制する遮熱リング２３をシリンダボア１１に対して軸線方向に隣接させて設けることにより、燃焼室１６を遮熱構造としている。即ち、本実施形態に係る内燃機関１０では、シリンダボア１１の全高の上端から下端までを遮熱するのではなく、冷却損失に対する影響が大きいシリンダボア１１の上部のみを遮熱リング２３によって遮熱している。このように燃焼室１６を構成することにより、燃焼室１６の熱容量を小さくでき、充填効率の低下が非常に少なく、充填効率の低下に起因する燃費の悪化が生じない。よって、冷却損失の低減により、燃費を向上させることができる。

さらに、本実施形態に係る内燃機関１０では、燃焼室１６の熱容量を小さくするため、遮熱リング２３（遮熱リング本体２５）の内周面に薄膜の遮熱層（遮熱コーティング層）２６を形成しているので、充填効率の低下が非常に少なく、充填効率の低下に起因する燃費の悪化が生じない。燃焼室１６の熱容量が小さくなるのは、遮熱リング２３（遮熱リング本体２５）に分厚いセラミックを用いる必要がなく、内燃機関１０に一般的に用いられる鋼やアルミニウム合金等の金属材料を用いることができるためである。

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態には限定されず他の様々な実施形態を採ることが可能である。

例えば、本発明は、ディーゼルエンジンだけではなく、ガソリンエンジン等へも適用可能である。

１０内燃機関
１１シリンダボア
１２シリンダブロック
１３ピストン
１５シリンダヘッド
２３遮熱リング
２５遮熱リング本体
２６遮熱コーティング層（遮熱層）

Claims

シリンダブロックに設けられるシリンダボアとピストンの頂部とシリンダヘッドの下面とで区画される燃焼室を備える内燃機関において、前記シリンダブロックの頂部に前記シリンダボアに対して軸線方向に隣接させて設けられ、前記燃焼室内から前記シリンダブロックへの熱伝達を抑制する遮熱リングを備えることを特徴とする内燃機関。
前記遮熱リングは、筒状の遮熱リング本体と、前記遮熱リング本体の内周面に形成される遮熱層とを有する請求項１に記載の内燃機関。
前記遮熱層は、遮熱塗料を前記遮熱リング本体の内周面に塗布し又はポーラスメッキを前記遮熱リング本体の内周面に施すことにより前記遮熱リング本体の内周面に形成される遮熱コーティング層である請求項２に記載の内燃機関。