JP2017053267A - Internal combustion engine - Google Patents

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博文 東
Hirofumi Azuma
博文 東
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an internal combustion engine capable of: achieving high thermal efficiency through heat insulation; appropriately keeping a temperature in a combustion chamber; and preventing combustion failure.SOLUTION: An internal combustion engine comprises: a cylinder block which has a cylinder; a cylinder head which is installed on an upper edge of the cylinder block; and a piston which is arranged in a manner that can reciprocate inside the cylinder. The internal combustion engine also has an insulation member, which prevents heat inside the cylinder from transmitting to the cylinder block, within a range from the upper edge of the cylinder block to a position where a first piston ring reaches when the piston is at a top dead center.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、燃焼室に断熱を施し、効率を向上させる内燃機関に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine that provides heat insulation to a combustion chamber to improve efficiency.

内燃機関の多くは、冷却液や大気を利用して冷却を行い、燃焼室の温度を適切に維持している。一方、燃焼室からの熱の放散は、内燃機関の効率を向上させる観点からは少ない方が好ましい。   Many internal combustion engines use cooling liquid or air to cool and maintain the temperature of the combustion chamber appropriately. On the other hand, it is preferable that the heat dissipation from the combustion chamber is small from the viewpoint of improving the efficiency of the internal combustion engine.

例えば、特許文献1には、断熱性の高い調整リングをシリンダライナの内周部に設けた例が見られる。又、特許文献2には、シリンダの壁面に断熱層を設けた例が見られる。   For example, Patent Document 1 shows an example in which an adjustment ring having high heat insulation is provided on the inner peripheral portion of a cylinder liner. Patent Document 2 shows an example in which a heat insulating layer is provided on the wall surface of a cylinder.

特開平8−42389号公報JP-A-8-42389 特開2013−53607号公報JP 2013-53607 A

しかしながら、断熱により内燃機関の冷却が十分になされなくなると、燃焼室の温度が上昇し、ノッキング等の燃焼不良を発生させるおそれがある。   However, if the internal combustion engine is not sufficiently cooled by heat insulation, the temperature of the combustion chamber rises, and there is a risk of causing combustion failure such as knocking.

本発明は、断熱により高い熱効率が得られ、かつ燃焼室の温度を適切に保持し、燃焼不良を防止できる内燃機関を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can obtain high thermal efficiency by heat insulation, can appropriately maintain the temperature of a combustion chamber, and can prevent poor combustion.

本発明は、上記の課題を解決するために、内燃機関を次のように構成した。内燃機関は、シリンダを有するシリンダブロックと、シリンダブロックの上端に取り付けられるシリンダヘッドと、シリンダ内に往復動可能に設けられるピストンとを備えている。更に、内燃機関は、シリンダブロックの上端から、ピストンが上死点にあるときの第1ピストンリングの位置と同等の位置までの範囲で、シリンダ内からシリンダブロックへの熱の移動を抑制する断熱部材を備えている。   In order to solve the above-described problems, the present invention has an internal combustion engine configured as follows. The internal combustion engine includes a cylinder block having a cylinder, a cylinder head attached to an upper end of the cylinder block, and a piston provided in a reciprocating manner in the cylinder. Further, the internal combustion engine has heat insulation that suppresses heat transfer from the inside of the cylinder to the cylinder block in a range from the upper end of the cylinder block to a position equivalent to the position of the first piston ring when the piston is at the top dead center. A member is provided.

本発明によれば、断熱により高い熱効率が得られ、かつ燃焼室の温度を適切に保持し、燃焼不良を防止できる内燃機関を提供することができる。   According to the present invention, it is possible to provide an internal combustion engine that can obtain high thermal efficiency by heat insulation, appropriately maintain the temperature of the combustion chamber, and prevent defective combustion.

本発明にかかる第1実施形態の内燃機関を示す断面図。1 is a cross-sectional view showing an internal combustion engine of a first embodiment according to the present invention. ピストンを示す部分断面図。The fragmentary sectional view which shows a piston. 第2実施形態の内燃機関を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal combustion engine of 2nd Embodiment. 第3実施形態の内燃機関を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal combustion engine of 3rd Embodiment. 第4実施形態の内燃機関を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal combustion engine of 4th Embodiment. 第5実施形態の内燃機関を示す断面図。Sectional drawing which shows the internal combustion engine of 5th Embodiment. 熱流束とクランク角の関係を示すグラフ。The graph which shows the relationship between a heat flux and a crank angle.

(第1実施形態)
本発明にかかる第1実施形態について説明する。図1に、第1実施形態の内燃機関であるエンジン10を示す。図1に示すように、エンジン10は、シリンダヘッド12と、ピストン14と、シリンダ15を有するシリンダブロック16と、クランクケース18とを備えている。以下、エンジン10について、シリンダ15の中心軸Pが鉛直に配置された状態で、シリンダブロック16から見てシリンダヘッド12の側をエンジン10の上方とし、その逆を下方として説明する。
(First embodiment)
A first embodiment according to the present invention will be described. FIG. 1 shows an engine 10 that is the internal combustion engine of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the engine 10 includes a cylinder head 12, a piston 14, a cylinder block 16 having a cylinder 15, and a crankcase 18. Hereinafter, the engine 10 will be described with the cylinder head 12 side as the upper side of the engine 10 as viewed from the cylinder block 16 and the opposite side as the lower side in a state where the central axis P of the cylinder 15 is vertically arranged.

エンジン10は、例えば直列4気筒の液冷ガソリンエンジンである。エンジン10は、シリンダヘッド12とピストン14とシリンダ15で囲まれた燃焼室19を備えている。尚、本発明では、エンジン10の気筒数やシリンダ15の配置等は、特に限定しない。又、ガソリンエンジンではなく、ディーゼルエンジンでもよい。図1は、エンジン10を、シリンダブロック16に設けられた1つのシリンダ15の中心軸Pを通る平面で破断した状態を示している。   The engine 10 is, for example, an in-line four-cylinder liquid-cooled gasoline engine. The engine 10 includes a combustion chamber 19 surrounded by a cylinder head 12, a piston 14, and a cylinder 15. In the present invention, the number of cylinders of the engine 10 and the arrangement of the cylinders 15 are not particularly limited. Also, a diesel engine may be used instead of a gasoline engine. FIG. 1 shows a state in which the engine 10 is broken along a plane passing through the central axis P of one cylinder 15 provided in the cylinder block 16.

シリンダヘッド12は、例えば、アルミニウム合金から形成されている。シリンダヘッド12には、燃焼室19に連通する吸気通路20と排気通路22が設けられている。吸気通路20には、吸気バルブ24と燃料噴射弁とが設けられている。吸気バルブ24は、カムにより駆動し、吸気通路20を開閉する。燃料噴射弁は、制御装置の制御に従い、吸気通路20内に燃料を噴射する。排気通路22には、排気バルブ26が設けられている。排気バルブ26は、カムにより駆動し、排気通路22を開閉する。   The cylinder head 12 is made of, for example, an aluminum alloy. The cylinder head 12 is provided with an intake passage 20 and an exhaust passage 22 that communicate with the combustion chamber 19. The intake passage 20 is provided with an intake valve 24 and a fuel injection valve. The intake valve 24 is driven by a cam to open and close the intake passage 20. The fuel injection valve injects fuel into the intake passage 20 according to the control of the control device. An exhaust valve 26 is provided in the exhaust passage 22. The exhaust valve 26 is driven by a cam to open and close the exhaust passage 22.

シリンダヘッド12の天井壁21には、点火プラグ23が取り付けられている。点火プラグ23は、制御装置の制御に従い、燃焼室19内で点火時期に火花を発生させる。シリンダヘッド12の天井壁21、及び吸気バルブ24と排気バルブ26の各バルブの底面25、27には、断熱材による断熱処理が施されている。   A spark plug 23 is attached to the ceiling wall 21 of the cylinder head 12. The spark plug 23 generates a spark at the ignition timing in the combustion chamber 19 according to the control of the control device. The ceiling wall 21 of the cylinder head 12 and the bottom surfaces 25 and 27 of each valve of the intake valve 24 and the exhaust valve 26 are subjected to heat insulation treatment with a heat insulating material.

尚、エンジン10は、燃料噴射弁でなく、キャブレタで燃料を供給してもよい。又、燃料噴射弁を、燃焼室19に直接燃料を噴射するように設けてもよい。又、天井壁21や各バルブの底面25、27への断熱処理はなくともよい。シリンダヘッド12の下方には、シリンダブロック16が設けられている。   Note that the engine 10 may supply the fuel with a carburetor instead of the fuel injection valve. A fuel injection valve may be provided so as to inject fuel directly into the combustion chamber 19. Moreover, the heat insulation process to the ceiling wall 21 and the bottom surfaces 25 and 27 of each valve may not be required. A cylinder block 16 is provided below the cylinder head 12.

シリンダブロック16は、例えば、アルミニウム合金からなり、紙面に対して4つのシリンダ15が垂直に配列されている。シリンダブロック16には、シリンダライナ40が設けられている。シリンダライナ40は、例えば鋳鉄製の円筒状部材で、シリンダブロック16に鋳込まれている。気筒としてのシリンダ15は、シリンダブロック16に設けられた各シリンダライナ40により形成されている。   The cylinder block 16 is made of, for example, an aluminum alloy, and four cylinders 15 are arranged perpendicular to the paper surface. A cylinder liner 40 is provided in the cylinder block 16. The cylinder liner 40 is a cylindrical member made of cast iron, for example, and is cast into the cylinder block 16. The cylinder 15 as a cylinder is formed by each cylinder liner 40 provided in the cylinder block 16.

又、シリンダブロック16には、シリンダライナ40の外方に冷却液通路42が設けられている。冷却液通路42は、ラジエータに連通し、ラジエータで冷却された冷却液を通過させる。各シリンダ15内には、ピストン14が組み付けられている。   The cylinder block 16 is provided with a coolant passage 42 outside the cylinder liner 40. The coolant passage 42 communicates with the radiator and allows the coolant cooled by the radiator to pass therethrough. A piston 14 is assembled in each cylinder 15.

ピストン14は、ほぼ円柱状で、上面にピストンヘッド17を備え、側面に側壁28を備えている。ピストンヘッド17には、バルブを避ける凹部62と、傾斜面64が形成されている。傾斜面64は、ピストン14の外周部に設けられ、天井壁21とで燃焼室19内にスキッシュエリアを形成する。   The piston 14 is substantially cylindrical, and includes a piston head 17 on the upper surface and a side wall 28 on the side surface. The piston head 17 is formed with a recess 62 that avoids the valve and an inclined surface 64. The inclined surface 64 is provided on the outer peripheral portion of the piston 14 and forms a squish area in the combustion chamber 19 with the ceiling wall 21.

側壁28の外周には、上から、第1ピストンリング溝29、第2ピストンリング溝31、オイルリング溝33(図2参照)が設けられている。第1ピストンリング溝29には、第1ピストンリング30が、第2ピストンリング溝31には、第2ピストンリング32が、オイルリング溝33には、オイルリング34が取り付けられている。第1ピストンリング30、第2ピストンリング32、オイルリング34の各リングは、シリンダライナ40の内面にそれぞれ適度なばね力で接している。   A first piston ring groove 29, a second piston ring groove 31, and an oil ring groove 33 (see FIG. 2) are provided on the outer periphery of the side wall 28 from above. A first piston ring 30 is attached to the first piston ring groove 29, a second piston ring 32 is attached to the second piston ring groove 31, and an oil ring 34 is attached to the oil ring groove 33. Each of the first piston ring 30, the second piston ring 32, and the oil ring 34 is in contact with the inner surface of the cylinder liner 40 with an appropriate spring force.

ピストン14には、コネクティングロッド36の一端がピストンピンを介して結合されている。コネクティングロッド36の他端は、クランク軸37に連結している。ピストン14は、シリンダ15内に往復動自在に設けられ、ピストン14が往復動すると、コネクティングロッド36を介してクランク軸37が矢印Aの方向に回転される。   One end of a connecting rod 36 is coupled to the piston 14 via a piston pin. The other end of the connecting rod 36 is connected to the crankshaft 37. The piston 14 is provided in the cylinder 15 so as to freely reciprocate. When the piston 14 reciprocates, the crankshaft 37 is rotated in the direction of the arrow A via the connecting rod 36.

図1は、ピストン14が往復動の上死点に位置している状態を示している。シリンダライナ40は、シリンダブロック16の上端から、ピストン14の往復動範囲の下端を超えて設けられている。シリンダライナ40の外方には、断熱部材としての断熱スリーブ44が設けられている。   FIG. 1 shows a state where the piston 14 is located at the top dead center of the reciprocating motion. The cylinder liner 40 is provided beyond the lower end of the reciprocating range of the piston 14 from the upper end of the cylinder block 16. A heat insulating sleeve 44 as a heat insulating member is provided outside the cylinder liner 40.

断熱スリーブ44は、筒体形状で、例えば、セラミック等の断熱材から形成されている。断熱スリーブ44は、シリンダライナ40の外径とほぼ等しい内径を有し、シリンダライナ40の外周全体に取り付けられている。断熱スリーブ44は、シリンダブロック16の上端から、図1に示すように、ピストン14が上死点にあるときの第1ピストンリング30の下端の位置まで設けられている。   The heat insulating sleeve 44 has a cylindrical shape and is formed of a heat insulating material such as ceramic. The heat insulating sleeve 44 has an inner diameter substantially equal to the outer diameter of the cylinder liner 40 and is attached to the entire outer periphery of the cylinder liner 40. As shown in FIG. 1, the heat insulating sleeve 44 is provided from the upper end of the cylinder block 16 to the position of the lower end of the first piston ring 30 when the piston 14 is at the top dead center.

尚、断熱スリーブ44の下端の位置は、ピストン14が上死点にあるときの第1ピストンリング30の下端の位置に完全に一致している場合のみならず、第1ピストンリング30の下端の位置よりわずかに下方に位置していてもよい。又、断熱部材は、セラミック等の断熱スリーブ44でなく、シリンダブロック16内に設けられた空間、つまり空気層で形成してもよい。   In addition, the position of the lower end of the heat insulating sleeve 44 is not only when the position of the lower end of the first piston ring 30 is completely coincident with the position of the lower end of the first piston ring 30 when the piston 14 is at the top dead center. It may be located slightly below the position. The heat insulating member may be formed of a space provided in the cylinder block 16, that is, an air layer, instead of the heat insulating sleeve 44 made of ceramic or the like.

次に、エンジン10の作用、及び効果について説明する。エンジン10は、暖機運転が終了し、通常の運転状態で作動しているとする。エンジン10が吸気行程になると、吸気バルブ24が開き、ピストン14がシリンダ15内を降下し、吸気通路20を通って混合気が燃焼室19内に吸引される。   Next, the operation and effect of the engine 10 will be described. It is assumed that the engine 10 has been warmed up and is operating in a normal operating state. When the engine 10 enters the intake stroke, the intake valve 24 opens, the piston 14 moves down in the cylinder 15, and the air-fuel mixture is sucked into the combustion chamber 19 through the intake passage 20.

続いて圧縮行程に移行すると、吸気バルブ24が作動して吸気通路20が閉鎖される。下死点を通過したピストン14は、シリンダ15内を上昇し、燃焼室19内で混合気を圧縮する。混合気は、圧縮されるに伴って温度上昇するが、エンジン10のシリンダヘッド12の天井壁21、及び吸気バルブ24と排気バルブ26の各バルブの底面には、それぞれ断熱処理がなされているため、それらを通して熱が燃焼室19からシリンダヘッド12等に吸収されにくくなっている。   Subsequently, when the process proceeds to the compression stroke, the intake valve 24 is operated and the intake passage 20 is closed. The piston 14 that has passed through the bottom dead center moves up in the cylinder 15 and compresses the air-fuel mixture in the combustion chamber 19. The air-fuel mixture rises in temperature as it is compressed, but the ceiling wall 21 of the cylinder head 12 of the engine 10 and the bottom surfaces of the valves of the intake valve 24 and the exhaust valve 26 are subjected to heat insulation. Through these, heat is hardly absorbed from the combustion chamber 19 into the cylinder head 12 or the like.

一方、ピストン14は、第1ピストンリング30と第2ピストンリング32とオイルリング34の各リングを介してシリンダライナ40の内面に接触している。したがってピストン14が有する熱は、圧縮行程において第1ピストンリング30等を通してシリンダブロック16に伝達され、シリンダブロック16から冷却液に吸収される。   On the other hand, the piston 14 is in contact with the inner surface of the cylinder liner 40 via the first piston ring 30, the second piston ring 32, and the oil ring 34. Accordingly, the heat of the piston 14 is transmitted to the cylinder block 16 through the first piston ring 30 and the like in the compression stroke, and is absorbed by the coolant from the cylinder block 16.

エンジン10が点火時期に達すると、点火プラグ23が作動し、燃焼室19内で混合気の燃焼が開始される。点火は、上死点より通常手前の段階で行われるので、燃焼室19内で混合気の燃焼が行なわれている状態でピストン14は上死点に達する。   When the engine 10 reaches the ignition timing, the spark plug 23 is activated and combustion of the air-fuel mixture is started in the combustion chamber 19. Since the ignition is performed at a stage that is normally before top dead center, the piston 14 reaches top dead center while the air-fuel mixture is being burned in the combustion chamber 19.

図1に示すようにピストン14が上死点に達すると、第1ピストンリング30は、断熱スリーブ44の下端の位置とほぼ同じ位置に達する。断熱スリーブ44は、シリンダライナ40からシリンダブロック16への熱の移動を抑制するので、ピストン14が上死点にある場合、第1ピストンリング30を通した、ピストン14からシリンダブロック16への熱の移動が抑制される。更に、断熱スリーブ44により、シリンダライナ40は、シリンダブロック16の上端から第1ピストンリング30までの部分が断熱される。   As shown in FIG. 1, when the piston 14 reaches top dead center, the first piston ring 30 reaches substantially the same position as the lower end of the heat insulating sleeve 44. Since the heat insulation sleeve 44 suppresses the heat transfer from the cylinder liner 40 to the cylinder block 16, the heat from the piston 14 to the cylinder block 16 through the first piston ring 30 when the piston 14 is at the top dead center. Movement is suppressed. Further, the heat insulating sleeve 44 insulates the cylinder liner 40 from the upper end of the cylinder block 16 to the first piston ring 30.

このように、エンジン10は、断熱スリーブ44により、シリンダライナ40の、シリンダブロック16の上端から第1ピストンリング30までの部分が断熱される。更に、ピストンヘッド17は、燃焼室19に面しているので、燃焼室19内での燃焼により温度が上昇しやすい。しかし、ピストン14が圧縮上死点の位置にある場合、ピストンヘッド17に最も近い位置にある第1ピストンリング30を通した放熱が抑制されるので、燃焼室19からピストン14を通したシリンダブロック16への熱の放散が効果的に防止される。したがって、エンジン10は、上死点における、燃焼室19の温度低下を抑制し、高い熱効率が得られる。   Thus, in the engine 10, the portion of the cylinder liner 40 from the upper end of the cylinder block 16 to the first piston ring 30 is thermally insulated by the heat insulating sleeve 44. Further, since the piston head 17 faces the combustion chamber 19, the temperature tends to rise due to combustion in the combustion chamber 19. However, when the piston 14 is at the position of the compression top dead center, the heat radiation through the first piston ring 30 located closest to the piston head 17 is suppressed, so that the cylinder block that has passed the piston 14 from the combustion chamber 19 Heat dissipation to 16 is effectively prevented. Therefore, the engine 10 suppresses the temperature drop of the combustion chamber 19 at the top dead center, and high thermal efficiency is obtained.

一方、膨張行程が開始され、ピストン14が上死点から降下すると、第1ピストンリング30が断熱スリーブ44の位置から外れる。これにより、膨張行程から排気行程にかけて、ピストン14の熱が、第1ピストンリング30を通してシリンダブロック16等に吸収される。これにより、ピストン14の熱が冷却液に吸収され、ピストン14の温度が過度に上昇することなくエンジン10は、上記燃焼サイクルに続く次の燃焼サイクルに入ることとなる。   On the other hand, when the expansion stroke is started and the piston 14 is lowered from the top dead center, the first piston ring 30 is detached from the position of the heat insulating sleeve 44. Thereby, the heat of the piston 14 is absorbed by the cylinder block 16 and the like through the first piston ring 30 from the expansion stroke to the exhaust stroke. Thereby, the heat of the piston 14 is absorbed by the coolant, and the engine 10 enters the next combustion cycle following the combustion cycle without excessively increasing the temperature of the piston 14.

したがってエンジン10によれば、高い効率が得られ、かつ、ピストン14が適度に冷却され、燃焼室19の過熱によるノッキング等の燃焼不良の発生が抑制される。   Therefore, according to the engine 10, high efficiency is obtained, the piston 14 is appropriately cooled, and occurrence of defective combustion such as knocking due to overheating of the combustion chamber 19 is suppressed.

(第2実施形態)
本発明にかかる第2実施形態について説明する。図3に、第2実施形態のエンジン11の一部断面を示す。エンジン11は、断熱部材としての断熱スリーブ50を、シリンダライナ40の上部に備えている。
(Second Embodiment)
A second embodiment according to the present invention will be described. In FIG. 3, the partial cross section of the engine 11 of 2nd Embodiment is shown. The engine 11 includes a heat insulating sleeve 50 as a heat insulating member on an upper portion of the cylinder liner 40.

断熱スリーブ50は、セラミック等の所定の断熱作用を備えた断熱材から形成されている。断熱スリーブ50は、円筒形で、シリンダライナ40の内径と等しい内径を有している。断熱スリーブ50は、シリンダブロック16の上端から、ピストン14が上死点にあるときの第1ピストンリング30の下端の位置と同じ位置まで設けられている。断熱スリーブ50は、シリンダライナ40と同軸に、シリンダライナ40の上端に連続して設けられている。すなわち、シリンダ15は、シリンダライナ40と、シリンダライナ40の上部に設けられた断熱スリーブ50との組み合わせで形成されている。エンジン11の他の構成は、第1実施形態のエンジン10と同様である。   The heat insulating sleeve 50 is formed of a heat insulating material having a predetermined heat insulating action such as ceramic. The heat insulating sleeve 50 is cylindrical and has an inner diameter equal to the inner diameter of the cylinder liner 40. The heat insulation sleeve 50 is provided from the upper end of the cylinder block 16 to the same position as the position of the lower end of the first piston ring 30 when the piston 14 is at the top dead center. The heat insulating sleeve 50 is continuously provided on the upper end of the cylinder liner 40 coaxially with the cylinder liner 40. That is, the cylinder 15 is formed by a combination of the cylinder liner 40 and the heat insulating sleeve 50 provided on the upper portion of the cylinder liner 40. Other configurations of the engine 11 are the same as those of the engine 10 of the first embodiment.

エンジン11が作動し、ピストン14が圧縮上死点に達すると、第1ピストンリング30がシリンダライナ40から断熱スリーブ50に達する。すると、第1実施形態のエンジン10と同様、ピストン14から第1ピストンリング30を通してシリンダブロック16への熱の移動が抑制され、上死点におけるエンジン11の効率が上昇する。   When the engine 11 is operated and the piston 14 reaches the compression top dead center, the first piston ring 30 reaches the heat insulation sleeve 50 from the cylinder liner 40. Then, like the engine 10 of the first embodiment, the movement of heat from the piston 14 to the cylinder block 16 through the first piston ring 30 is suppressed, and the efficiency of the engine 11 at the top dead center is increased.

ピストン14が降下すると、第1ピストンリング30は断熱スリーブ50との接触から外れる。これ以降、ピストン14の熱は、第1ピストンリング30を通してシリンダブロック16に吸収され、ピストン14が適度に冷却される。   When the piston 14 is lowered, the first piston ring 30 is out of contact with the heat insulating sleeve 50. Thereafter, the heat of the piston 14 is absorbed by the cylinder block 16 through the first piston ring 30, and the piston 14 is appropriately cooled.

第1ピストンリング30は、ピストン14が上死点に達する直前と、上死点を通過した直後に、断熱スリーブ50とシリンダライナ40との境界部分を越える。その際、ピストン14の移動速度はほとんど0に近いので、第1ピストンリング30は、断熱スリーブ50とシリンダライナ40との境界を非常に遅い速度で通過する。   The first piston ring 30 crosses the boundary portion between the heat insulating sleeve 50 and the cylinder liner 40 immediately before the piston 14 reaches top dead center and immediately after passing through the top dead center. At this time, since the moving speed of the piston 14 is almost close to 0, the first piston ring 30 passes through the boundary between the heat insulating sleeve 50 and the cylinder liner 40 at a very low speed.

これにより、仮に、断熱スリーブ50の摩擦係数とシリンダライナ40の摩擦係数とが異なっていたり、両者間に若干段差等が発生していても、第1ピストンリング30は、支障なく断熱スリーブ50とシリンダライナ40との境界を超えることができる。したがって、シリンダブロック16に断熱スリーブ50が設けられていても、ピストン14を円滑に作動させることができる。   As a result, even if the friction coefficient of the heat insulating sleeve 50 and the friction coefficient of the cylinder liner 40 are different, or a slight level difference or the like occurs between them, the first piston ring 30 does not interfere with the heat insulating sleeve 50. The boundary with the cylinder liner 40 can be exceeded. Therefore, even if the cylinder block 16 is provided with the heat insulating sleeve 50, the piston 14 can be operated smoothly.

断熱スリーブ50は、下端部の位置が、上死点に達したときのピストン14の第1ピストンリング30の位置と完全に一致し、ピストン14がわずかでも移動すると、断熱スリーブ50と第1ピストンリング30との接触が外れることが、シリンダ15内でピストン14を円滑に作動できる点で好ましい。   When the position of the lower end portion of the heat insulating sleeve 50 completely coincides with the position of the first piston ring 30 of the piston 14 when the top dead center is reached, and the piston 14 moves even slightly, the heat insulating sleeve 50 and the first piston The contact with the ring 30 is preferably removed from the point that the piston 14 can be smoothly operated in the cylinder 15.

したがってエンジン11は、エンジン10と同様、高い効率が得られ、更に、ピストン14が適度に冷却され、燃焼室19の過熱によるノッキング等の燃焼不良の発生が抑制される。   Therefore, the engine 11 has high efficiency as in the case of the engine 10, and the piston 14 is appropriately cooled, so that occurrence of combustion failure such as knocking due to overheating of the combustion chamber 19 is suppressed.

(第3実施形態)
本発明にかかる第3実施形態について説明する。図4に、第3実施形態のエンジン13の一部断面を示す。エンジン13は、シリンダライナ40の内面に、断熱部材としての断熱層54が施されている。断熱層54は、シリンダライナ40の内表面に断熱材料を付着させて形成されている。
(Third embodiment)
A third embodiment according to the present invention will be described. In FIG. 4, the partial cross section of the engine 13 of 3rd Embodiment is shown. The engine 13 is provided with a heat insulating layer 54 as a heat insulating member on the inner surface of the cylinder liner 40. The heat insulating layer 54 is formed by attaching a heat insulating material to the inner surface of the cylinder liner 40.

断熱層54は、シリンダブロック16の上端部から、上死点にあるピストン14の第1ピストンリング30の下端の位置まで設けられている。断熱層54は、十分な断熱性能を有し、かつ、シリンダライナ40に密着し、ピストン14の往復動によっても摩耗しにくく形成されている。エンジン13の他の構成は、第1実施形態のエンジン10と同様である。   The heat insulating layer 54 is provided from the upper end of the cylinder block 16 to the position of the lower end of the first piston ring 30 of the piston 14 at the top dead center. The heat insulating layer 54 has a sufficient heat insulating performance, is in close contact with the cylinder liner 40, and is not easily worn by the reciprocating motion of the piston 14. Other configurations of the engine 13 are the same as those of the engine 10 of the first embodiment.

エンジン13は、ピストン14が上死点に達すると、第1ピストンリング30が断熱層54に接する。すると、エンジン10と同様第1ピストンリング30を通したピストン14からの熱の移動が抑制され、エンジン13の熱効率が上昇する。   In the engine 13, when the piston 14 reaches top dead center, the first piston ring 30 contacts the heat insulating layer 54. Then, like the engine 10, the movement of heat from the piston 14 through the first piston ring 30 is suppressed, and the thermal efficiency of the engine 13 is increased.

そして、ピストン14が降下すると、第1ピストンリング30は、直ちに断熱層54との接触から外れる。これ以降、ピストン14の熱は、第1ピストンリング30を通してシリンダブロック16に吸収され、ピストン14が適度に冷却される。   Then, when the piston 14 is lowered, the first piston ring 30 is immediately out of contact with the heat insulating layer 54. Thereafter, the heat of the piston 14 is absorbed by the cylinder block 16 through the first piston ring 30, and the piston 14 is appropriately cooled.

したがってエンジン13は、断熱層54によりエンジン13の熱効率が向上され、更に、ピストン14が適度に冷却され、燃焼室19の過熱によるノッキング等の燃焼不良の発生が抑制される。   Therefore, in the engine 13, the thermal efficiency of the engine 13 is improved by the heat insulating layer 54, the piston 14 is appropriately cooled, and occurrence of combustion failure such as knocking due to overheating of the combustion chamber 19 is suppressed.

(第4実施形態)
本発明にかかる第4実施形態について説明する。図5に、第4実施形態のエンジン60の一部断面を示す。エンジン60は、シリンダブロック16に、シリンダ15が設けられている。アルミニウム合金製のシリンダブロック16に直接設けられたシリンダ15の内側に、ピストン14が組み付けられている。
(Fourth embodiment)
A fourth embodiment according to the present invention will be described. In FIG. 5, the partial cross section of the engine 60 of 4th Embodiment is shown. In the engine 60, the cylinder 15 is provided in the cylinder block 16. Piston 14 is assembled | attached inside the cylinder 15 directly provided in the cylinder block 16 made from aluminum alloy.

エンジン60は、シリンダ15の内面から若干外側の位置に断熱スリーブ44を備えている。断熱スリーブ44は、円筒状で、シリンダ15と同軸に設けられている。断熱スリーブ44は、シリンダブロック16の上端から、図5に示すように、ピストン14が上死点にあるときの第1ピストンリング30の下端の位置とほぼ同じ位置まで設けられている。断熱スリーブ44は、例えば、シリンダブロック16を鋳造する際同時に、あるいはシリンダブロック16に形成した溝内に組み入れることによりシリンダブロック16に設けられている。エンジン60の他の構成は、第1実施形態のエンジン10と同様である。   The engine 60 includes a heat insulating sleeve 44 at a position slightly outside the inner surface of the cylinder 15. The heat insulating sleeve 44 is cylindrical and is provided coaxially with the cylinder 15. As shown in FIG. 5, the heat insulating sleeve 44 is provided from the upper end of the cylinder block 16 to substantially the same position as the position of the lower end of the first piston ring 30 when the piston 14 is at the top dead center. The heat insulating sleeve 44 is provided in the cylinder block 16 at the same time when the cylinder block 16 is cast or by being incorporated into a groove formed in the cylinder block 16, for example. Other configurations of the engine 60 are the same as those of the engine 10 of the first embodiment.

エンジン60は、図5に示すようにピストン14が上死点に達すると、第1ピストンリング30が断熱スリーブ44の側方に配置される。すると、第1実施形態のエンジン10と同様、ピストン14から第1ピストンリング30を通したシリンダブロック16への熱の移動が抑制され、エンジン60の熱効率が上昇する。   In the engine 60, as shown in FIG. 5, when the piston 14 reaches top dead center, the first piston ring 30 is disposed on the side of the heat insulating sleeve 44. Then, like the engine 10 of the first embodiment, the movement of heat from the piston 14 to the cylinder block 16 through the first piston ring 30 is suppressed, and the thermal efficiency of the engine 60 increases.

エンジン60は、ピストン14が降下すると、第1ピストンリング30が断熱スリーブ44の位置から離れる。これ以降、ピストン14の熱は、第1ピストンリング30を通してシリンダブロック16に吸収され、ピストン14が適度に冷却される。   In the engine 60, when the piston 14 is lowered, the first piston ring 30 moves away from the position of the heat insulating sleeve 44. Thereafter, the heat of the piston 14 is absorbed by the cylinder block 16 through the first piston ring 30, and the piston 14 is appropriately cooled.

したがってエンジン60は、エンジン10と同様、高い効率が得られ、更に、ピストン14が適度に冷却され、燃焼室19の過熱によるノッキング等の燃焼不良の発生が抑制される。   Therefore, the engine 60 has high efficiency as with the engine 10, and the piston 14 is appropriately cooled, and the occurrence of combustion failure such as knocking due to overheating of the combustion chamber 19 is suppressed.

(第5実施形態)
本発明にかかる第5実施形態について説明する。図6に、第5実施形態のエンジン70の一部断面を示す。エンジン70は、断熱部材としての断熱スリーブ72をシリンダライナ40の外方に備えている。断熱スリーブ72は、第1実施形態のエンジン10の断熱スリーブ44と長さが異なっている。
(Fifth embodiment)
A fifth embodiment according to the present invention will be described. In FIG. 6, the partial cross section of the engine 70 of 5th Embodiment is shown. The engine 70 includes a heat insulating sleeve 72 as a heat insulating member outside the cylinder liner 40. The heat insulating sleeve 72 is different in length from the heat insulating sleeve 44 of the engine 10 of the first embodiment.

断熱スリーブ72は、セラミック等の断熱材から形成され、シリンダライナ40と冷却液通路42の間に設けられている。断熱スリーブ72は、筒体状で、シリンダライナ40の外周面に同心状に設けられている。   The heat insulating sleeve 72 is formed of a heat insulating material such as ceramic and is provided between the cylinder liner 40 and the coolant passage 42. The heat insulating sleeve 72 has a cylindrical shape and is provided concentrically on the outer peripheral surface of the cylinder liner 40.

断熱スリーブ72は、シリンダブロック16の上端から、図5に示すように、クランク軸37が上死点の位置から40度正方向に回転したときのピストン14の第1ピストンリング30の下端の位置と同じ位置まで設けられている。エンジン70の他の構成は、第1実施形態のエンジン10と同様である。   As shown in FIG. 5, the heat insulating sleeve 72 is located at the lower end of the first piston ring 30 of the piston 14 when the crankshaft 37 is rotated in the positive direction by 40 degrees from the position of the top dead center from the upper end of the cylinder block 16. It is provided to the same position. Other configurations of the engine 70 are the same as those of the engine 10 of the first embodiment.

図7に、一般的なエンジンについて、燃焼時にシリンダ15内からシリンダブロック16への熱流束の実測例を示す。図7は、横軸にクランク角θ(度)、縦軸に熱流束(MW/平方m)の値を示す。図7に示すように、熱流束は、ピストンの上死点(TDC)の位置からクランク角が40度回転した位置までの範囲の値が非常に大きく、クランク角が上死点の位置から40度を超えると急速に減少していることがわかる。この例では、特許請求の範囲でいう、熱流束の所定値は、クランク角が40度回転した状態の値である。   FIG. 7 shows an actual measurement example of heat flux from the inside of the cylinder 15 to the cylinder block 16 during combustion for a general engine. FIG. 7 shows the value of the crank angle θ (degrees) on the horizontal axis and the value of heat flux (MW / square m) on the vertical axis. As shown in FIG. 7, the heat flux has a very large value in the range from the position of the top dead center (TDC) of the piston to the position where the crank angle is rotated by 40 degrees, and the crank angle is 40 from the position of the top dead center. It can be seen that when the degree is exceeded, it decreases rapidly. In this example, the predetermined value of the heat flux referred to in the claims is a value when the crank angle is rotated by 40 degrees.

エンジン70は、断熱スリーブ72が、シリンダブロック16の上端の位置から、クランク軸37が上死点の位置から40度回転したときのピストン14の第1ピストンリング30の下端の位置まで設けられている。これにより、エンジン70は、熱流束が大きい領域で第1ピストンリング30を通したピストン14からシリンダブロック16への熱の移動が抑制され、エンジン70の熱効率が上昇する。   In the engine 70, the heat insulating sleeve 72 is provided from the position of the upper end of the cylinder block 16 to the position of the lower end of the first piston ring 30 of the piston 14 when the crankshaft 37 is rotated 40 degrees from the position of the top dead center. Yes. Thereby, in the engine 70, the movement of heat from the piston 14 through the first piston ring 30 to the cylinder block 16 in a region where the heat flux is large is suppressed, and the thermal efficiency of the engine 70 increases.

一方、エンジン70は、クランク軸37(図1参照)が、上死点から40度以上回転すると、第1ピストンリング30が断熱スリーブ72から離れる。そのため、クランク軸37が上死点を挟んで前後40度の範囲以外では、第1ピストンリング30を通してピストン14の熱がシリンダブロック16に吸収され、ピストン14が適度に冷却される。   On the other hand, in the engine 70, when the crankshaft 37 (see FIG. 1) rotates 40 degrees or more from the top dead center, the first piston ring 30 is separated from the heat insulating sleeve 72. Therefore, when the crankshaft 37 is outside the range of 40 degrees before and after the top dead center, the heat of the piston 14 is absorbed by the cylinder block 16 through the first piston ring 30 and the piston 14 is appropriately cooled.

したがってエンジン70は、断熱スリーブ72によって広い範囲で断熱がなされ、エンジン10と同様、高い効率が得られる。更に、エンジン70は、断熱スリーブ72を外れた領域ではピストン14が適度に冷却され、燃焼室19の過熱によるノッキング等の燃焼不良の発生が抑制される。   Therefore, the engine 70 is insulated in a wide range by the heat insulating sleeve 72, and high efficiency can be obtained like the engine 10. Further, in the engine 70, the piston 14 is appropriately cooled in a region outside the heat insulating sleeve 72, and occurrence of combustion failure such as knocking due to overheating of the combustion chamber 19 is suppressed.

尚、第5実施形態では、断熱スリーブ72に代えて、断熱部材として、第2実施形態から第4実施形態と同等の構成を用いてもよい。又、エンジンの特性によって、クランク角と熱流束の関係が図7のグラフと異なる場合は、それに応じて断熱スリーブ72の長さを変更してもよい。   In the fifth embodiment, instead of the heat insulating sleeve 72, a structure equivalent to that of the second to fourth embodiments may be used as a heat insulating member. If the relationship between the crank angle and the heat flux differs from the graph of FIG. 7 depending on the characteristics of the engine, the length of the heat insulating sleeve 72 may be changed accordingly.

又、本発明は上記実施形態に限るものではなく、適宜変更可能である。   Further, the present invention is not limited to the above embodiment, and can be changed as appropriate.

本発明は、自動車用エンジンに利用できる。   The present invention can be used for an automobile engine.

10…エンジン、12…シリンダヘッド、14…ピストン、15…シリンダ、16…シリンダブロック、17…シリンダヘッド、18…クランクケース、20…吸気通路、22…排気通路、30…第1ピストンリング、32…第2ピストンリング、34…オイルリング、37…クランク軸、40…シリンダライナ、42…冷却液通路、44…断熱スリーブ。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Engine, 12 ... Cylinder head, 14 ... Piston, 15 ... Cylinder, 16 ... Cylinder block, 17 ... Cylinder head, 18 ... Crankcase, 20 ... Intake passage, 22 ... Exhaust passage, 30 ... First piston ring, 32 2nd piston ring, 34 ... oil ring, 37 ... crankshaft, 40 ... cylinder liner, 42 ... coolant passage, 44 ... heat insulation sleeve.

Claims (7)

シリンダを有するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの上端に取り付けられるシリンダヘッドと、
前記シリンダ内に往復動自在に設けられるピストンと、
前記シリンダブロックに設けられ、前記シリンダブロックの上端の位置から、前記ピストンが前記往復動の上死点にあるときの前記ピストンの第1ピストンリングと同じ位置までの範囲内で、前記シリンダ内から前記シリンダブロックへの熱の移動を抑制する断熱部材と、を備えた内燃機関。
A cylinder block having a cylinder;
A cylinder head attached to the upper end of the cylinder block;
A piston reciprocally provided in the cylinder;
Provided in the cylinder block, within the range from the position of the upper end of the cylinder block to the same position as the first piston ring of the piston when the piston is at the top dead center of the reciprocating motion, from within the cylinder An internal combustion engine comprising: a heat insulating member that suppresses heat transfer to the cylinder block.
シリンダを有するシリンダブロックと、
前記シリンダブロックの上端に取り付けられるシリンダヘッドと、
クランク軸に連結し、前記シリンダ内にクランク往復動自在に設けられるピストンと、
前記シリンダ内から前記シリンダブロックへの熱の移動を抑制する断熱部材と、を備え、
更に、前記断熱部材は、前記シリンダブロックの上端から、前記シリンダ内において燃焼時に前記シリンダ内から前記シリンダブロックへ移動する熱流束の値が所定値を下回る境界点の位置まで設けられている内燃機関。
A cylinder block having a cylinder;
A cylinder head attached to the upper end of the cylinder block;
A piston connected to the crankshaft and provided in the cylinder so as to be able to reciprocate the crank;
A heat insulating member that suppresses heat transfer from inside the cylinder to the cylinder block, and
Furthermore, the heat insulating member is provided from the upper end of the cylinder block to the position of a boundary point where the value of the heat flux that moves from the cylinder to the cylinder block during combustion in the cylinder falls below a predetermined value. .
前記熱流束の値が所定値を下回る境界点の位置は、前記クランク軸が上死点後40度回転したときの前記ピストンの第1ピストンリングの位置である請求項2に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 2, wherein the position of the boundary point at which the value of the heat flux falls below a predetermined value is the position of the first piston ring of the piston when the crankshaft rotates 40 degrees after top dead center. 前記シリンダは、前記シリンダブロックに設けられたシリンダライナの内側に形成され、
前記断熱部材は、前記シリンダライナの外方に設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関。
The cylinder is formed inside a cylinder liner provided in the cylinder block,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat insulating member is provided outside the cylinder liner.
前記シリンダは、前記シリンダブロックに設けられたシリンダライナの内側に形成され、
前記断熱部材は、前記シリンダライナの内面に設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関。
The cylinder is formed inside a cylinder liner provided in the cylinder block,
The internal combustion engine according to claim 1, wherein the heat insulating member is provided on an inner surface of the cylinder liner.
前記シリンダは、前記シリンダブロックに設けられたシリンダライナの内側に形成され、
前記断熱部材は、前記シリンダライナの上方に、前記シリンダライナと同軸に連続して設けられている請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関。
The cylinder is formed inside a cylinder liner provided in the cylinder block,
The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3, wherein the heat insulating member is continuously provided coaxially with the cylinder liner above the cylinder liner.
前記断熱部材は、前記シリンダブロックに設けられた空間によって形成されている請求項1〜3のいずれか1項に記載の内燃機関。   The internal combustion engine according to claim 1, wherein the heat insulating member is formed by a space provided in the cylinder block.
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