JP3018349B2 - 2サイクル断熱エンジン - Google Patents

2サイクル断熱エンジン

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JP3018349B2
JP3018349B2 JP1182448A JP18244889A JP3018349B2 JP 3018349 B2 JP3018349 B2 JP 3018349B2 JP 1182448 A JP1182448 A JP 1182448A JP 18244889 A JP18244889 A JP 18244889A JP 3018349 B2 JP3018349 B2 JP 3018349B2
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F1/00Cylinders; Cylinder heads 
    • F02F1/18Other cylinders
    • F02F1/22Other cylinders characterised by having ports in cylinder wall for scavenging or charging
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    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/02Engines characterised by their cycles, e.g. six-stroke
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Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は,2サイクル断熱エンジンに関する。
〔従来の技術〕
従来,断熱エンジンとして,シリンダライナ部を有す
るセラミック製ライナヘッドをシリンダヘッドの内側に
嵌合したものは,例えば,特開昭59−122765号公報に開
示されている。
一般に,ガソリンエンジン又はディーゼルエンジンの
作動原理には,4サイクルと2サイクルの2種類の方式が
あるが,2サイクルエンジンは,吸入行程と排気行程が燃
焼行程と圧縮行程の一部で行われ,ピストンの2ストロ
ーク即ちクランクシャフトの1回転で1サイクルを完了
する。2サイクルエンジンとしては,シリンダヘッドに
排気バルブを有する頭弁型及びユニフロー型がある。2
サイクルエンジンは,4サイクルエンジンに比較して弁の
開口期間が短いため,複数個の弁を設けたものが知られ
ている。
〔発明が解決しようとする課題〕
ところで,上記のような断熱エンジンについては,シ
リンダヘッド及びシリンダブロックに形成したシリンダ
から成る燃焼室を,断熱材,セラミック材等から断熱構
造に構成しており,シリンダ内の高熱化により容積効率
が低下し,出力の低下をもたらす。その理由は,吸気バ
ルブと排気バルブとがシリンダヘッドに配置され,互い
に近接して配置され,しかも断熱エンジンはシリンダヘ
ッド及びシリンダ上部は断熱構造のため,燃焼室上部及
び壁面は高温になっており,排気ガス及び燃焼室上部の
温度は相当に高くなっている。それ故に,吸気ポート及
び吸入空気は,排気ポート,燃焼室上部壁及び排気ガス
による熱的影響を受け易く,シリンダ内に吸い込まれる
新気はシリンダ内或いは壁面から受熱して加熱膨張し,
吸入空気が熱的影響のため膨張して吸入空気量が極端
に,例えば,2割以上にも減少させられ,吸入効率が低下
する原因になっている。
しかしながら,2サイクルエンジンでは,吸気ポートが
シリンダライナ下部に設けられており,空気交換は排気
バルブが開弁し,排気ポートを通じて排気される時,シ
リンダ内に圧力波即ちパルス波が発生し,排気ガスを押
し出す現象になる。それによって,該排気ガスの後流に
発生した負の圧力ゾーンに新気がシリンダ下部から流入
するが,シリンダ下部はシリンダヘッドに比較してそれ
ほど高温になっていないので,新気はシリンダ下部の壁
面温度の影響を余り受けない。このことは,特に,断熱
エンジンにおいて,2サイクルの作動を行ってシリンダ下
部より新気を吸入すれば,掃気空気量或いは吸入空気量
が減少しないというメリットが有ることになる。
この発明の目的は,上記の課題を解決することであ
り,シリンダヘッド及びシリンダから成る燃焼室を断熱
構造に構成した2サイクル断熱エンジンにおいて,シリ
ンダヘッド部位が高温になるが,シリンダヘッドより離
れたシリンダ下部が比較的に高温でないことに着眼し,
断熱エンジンにおいて吸気ポートを排気ポートから隔た
ったシリンダ下部に設けた2サイクル作動の制御を行う
と共に,シリンダヘッド部位には排気ポート及び排気マ
ニホルドを配置して高温状態に維持しておき,更に,シ
リンダライナ上部とシリンダライナ下部との境界部に断
熱ガスケットを配置して上部から下部への熱流を遮断
し,吸入空気に対する排気ガス及び高温壁面の熱的影響
を最小限に小さくし,燃焼行程では燃焼室内を断熱し且
つ膨張行程では冷却して吸入行程での温度を低下させる
好ましい構造を提供し,燃焼室上部の断熱構造から生じ
る容積効率の低下を防止して吸入空気量の減少を防止
し,吸気効率を向上させてエンジンの高出力を得る2サ
イクル断熱エンジンを提供することである。
〔課題を解決するための手段〕
この発明は,上記目的を達成するため,次のように構
成されている。即ち,この発明は,シリンダヘッド下面
部とシリンダライナ上部とから成り且つ燃焼室を形成す
るヘッドライナ,前記ヘッドライナの外側に配置され且
つ前記燃焼室を断熱構造に構成する第1断熱ガスケッ
ト,前記シリンダヘッド下面部に形成され且つ排気バル
ブが配設された排気ポート,前記シリンダライナ上部と
前記シリンダライナ上部の下方に位置するシリンダライ
ナ下部との境界部に配置され且つ前記シリンダライナ上
部から前記シリンダライナ下部への熱流を遮断する第2
断熱ガスケット,前記第2断熱ガスケットの下方の前記
シリンダライナ下部に多数形成された吸気口,及び前記
吸気口が開口し且つ前記シリンダライナ下部の外周に形
成された吸気ポート,から成る2サイクル断熱エンジン
に関する。
また,この2サイクル断熱エンジンは,前記吸気ポー
トに過給機が連結されているものである。
〔作用〕
この発明により2サイクル断熱エンジンは,上記のよ
うに構成したので,断熱エンジンおいて,シリンダヘッ
ド部が高温領域になるが,シリンダライナ下部は低温領
域であり,吸気即ち新気は高温領域の熱影響を受けるこ
とがなく,熱膨張によって吸気流量が減少することを防
止でき,また,吸入空気はシリンダライナ下部に形成し
た周方向の吸気口より一気に流れ込み,吸入効率が上昇
する。更に,排気バルブはシリンダヘッド下面部側に設
けてあり,吸気ポート等で冷却されていないので,シリ
ンダヘッド下面部と排気バルブとの温度差が小さく,熱
流束は小さい。従って,この2サイクル断熱エンジン
は,放熱損失を少なくすることができる。
また,この2サイクル断熱エンジンは,吸気ポートに
過給機を連結したので,エンジンの低速時でのトルクを
アップすることができる。
〔実施例〕
以下,図面を参照して,この発明による2サイクル断
熱エンジンの実施例を説明する。
第1図において,この発明による2サイクル断熱エン
ジンの一実施例が示されている。この2サイクル断熱エ
ンジンは,排気バルブ1がシリンダヘッド3に形成され
た排気ポート2に配設されたユニフロウタイプに構成し
たものであり,掃気作用をシリンダ中心線に対して一定
方向の気流によって行わせ,エンジンの効率をアップさ
せたものである。即ち,この2サイクル断熱エンジン
は,排気ポート2の入口部にバルブシート17が配置さ
れ,排気バルブ1はそのバルブフェースがバルブシート
17に離接可能に開閉作動するように配置されている。ま
た,シリンダブロック4に形成したシリンダには,シリ
ンダライナ9が嵌合し,シリンダライナ9の下部には,
周方向に多数の吸気口12が形成され,吸気口12はシリン
ダブロック4に形成された環状の吸気ポート11に開口し
ている。更に,吸気ポート11には,ターボチャージャ,
コンプレッサ等から成る過給機18が連結されている。
燃焼室8の上部における構造は,シリンダヘッド3の
シリンダヘッド下面部6及びシリンダを構成するシリン
ダライナ上部7から構成した一体構造のヘッドライナ5
か成る。ヘッドライナ5は,窒化珪素(Si3N4),炭化
珪素(SiC)等のセラミック材料から成り,シリンダヘ
ッド3の下面部で且つシリンダブロック4のシリンダに
嵌合した状態に配置されている。
ヘッドライナ5の外側には,シリンダヘッド3の下面
部及びシリンダブロック4との間に断熱材から形成され
た第1断熱ガスケット即ち断熱ガスケット10が介在して
いる。更に,ヘッドライナ5のシリンダライナ上部7の
下端面とシリンダライナ下部9の上端面との境界部に
は,シリンダライナ上部7からシリンダライナ下部9へ
の熱流の発生を防止するため,断熱材から成る第2断熱
ガスケット即ち断熱ガスケット15が介在している。
シリンダライナ下部9は,セラミック材料或いは金属
材料で製作できるものである。また,シリンダ内を往復
運動するピストン13については,ピストンヘッド部に配
置された断熱層14及びセラミック材料等から断熱構造に
構成されている。また,図示していないが,排気ポート
2に連結される排気マニホルドはシリンダヘッド3の部
位に配置され,シリンダヘッド部位は高温状態に維持さ
れている。更に,この2サイクル断熱エンジンは,ディ
ーゼルエンジンに適用して好ましいものであり,シリン
ダヘッド3には燃料噴射ノズルが設けられ,燃料噴射時
期は通常の行程で制御されるものである。
従って,この2サイクル断熱エンジンは,シリンダラ
イナ上部7とシリンダライナ下部9との境界部に,断熱
ガスケット15を配置することによって,燃焼室8を構成
する壁面の温度分布は,第1図(A)に示すような状態
になる。第1図(A)において,シリンダライナ上部7,
断熱ガスケット15及びシリンダライナ部9に対応してそ
れらの部位における温度分布の状態を示している。例え
ば,シリンダヘッド3のファイヤデッキを構成するシリ
ンダヘッド下面部6の部位の温度Tが600℃であったと
すると,断熱ガスケット15を配置した境界部の温度Tが
300℃であり,また,吸気口12が形成されているシリン
ダライナ9の下部の温度Tは200℃以下になっている。
更に,この2サイクル断熱エンジンについては,吸気
ポート11がターボチャージャ或いはコンプレッサ等から
成る過給機18が連結されているので,過給機18によって
ブースト圧を向上させれば,エンジンの低速時でのトル
クをアップすることができる。図中,符号16はピストン
リングを示す。
更に,この2サイクル断熱エンジンについては,各排
気バルブ1を電磁力によって開閉作動するように構成で
き,排気バルブ1の開閉作動はクランクの回転とは独立
して,ピストンのストローク位置即ちクランク角を検出
する位置センサーによる検出信号に応答して排気バルブ
1の開閉タイミングを最適状態に開閉制御できるもので
ある。即ち,排気バルブ1の電磁バルブ駆動装置は,電
磁力によってバルブを開閉作動するものであり,エンジ
ンの回転数を検出する回転センサー,エンジンの負荷を
検出する負荷センサー,ピストン13のストローク位置即
ちクランク角を検出する位置センサー,及び吸入空気量
を検出する吸気流量センサーからの各検出信号を受け,
これらの各検出信号に応答して指令を発するコントロー
ラによって制御できるものである。
〔発明の効果〕
この発明による2サイクル断熱エンジンは,上記のよ
うに構成されており,次のような効果を有する。
この2サイクル断熱エンジンは,シリンダヘッド下面
部とシリンダライナ上部とから成るヘッドライナの外側
に配設した第1断熱ガスケットによって燃焼室を断熱構
造に構成し,該シリンダヘッド下面部に形成した排気ポ
ートに排気バルブを配置し,前記シリンダライナ上部と
シリンダライナ下部との境界部に第2断熱ガスケットを
配置し,更に第2断熱ガスケットの下方のシリンダライ
ナ下部に多数の吸気口を形成し,該吸気口をシリンダラ
イナ下部外周に形成した吸気ポートに開口したので,シ
リンダライナ上部とシリンダライナ下部とは熱的に遮断
されてシリンダライナ下部はヘッドライナに比較して低
温になる。それ故に,吸気口から導入される吸入空気
は,シリンダライナ下部から導入されて高温状態のシリ
ンダヘッド下面部とシリンダライナ上部即ちヘッドライ
ナ壁面及び排気ポートの熱影響を受けることがなく,吸
入空気の熱膨張によって吸気流量が減少することが防止
され,吸気効率が向上される。
更に,この2サイクル断熱エンジンは,排気バルブを
シリンダヘッドに配置したユニフロウタイプに構成して
掃気作用をシリンダ中心線に対して一定方向の気流によ
って行わせ,断熱エンジンにおける高温のシリンダヘッ
ドより離れたシリンダライナ下部の比較的に高温でない
部位即ち排気ポート及び排気ガスの熱的影響の少ない部
位に吸気ポートを設けて2サイクル作動の制御を行うの
で,排気ガスのパルス波の後流に負圧の領域を埋める状
態で単一方向の流れ状態で吸入空気を燃焼室内へ吹き込
むことができ,特に,吸入空気に対する排気ガス及び高
温壁面の熱的影響を最小限に小さくしてシリンダ内へ供
給することができ,それによって,吸気流量の減少を防
止でき,シリンダヘッド下面部及びシリンダライナ上部
の壁温が高温になっていたとしても,吸入効率の低下が
少なく,エンジンの高出力を得ることがでできる。
更に,排気バルブは,シリンダヘッド下面部に設けて
あり,吸気ポートを通る吸入空気等で冷却されないの
で,シリンダヘッド下面部と排気バルブとの温度差が小
さく,熱流束は小さい。従って,この2サイクル断熱エ
ンジンは,放熱損失が少なくなり,エンジン効率を向上
させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明による2サイクル断熱エンジンの一実
施例を説明するための概略断面図,及び第1図(A)は
第1図の断熱エンジンの温度分布を示す説明図である。 1……排気バルブ,2……排気ポート,3……シリンダヘッ
ド,4……シリンダブロック,5……ヘッドライナ,6……シ
リンダヘッド下面部,7……シリンダライナ上部,8……燃
焼室,9……シリンダライナ下部,10,15……断熱ガスケッ
ト,11……吸気ポート,12……吸気口,13……ピストン,18
……過給機。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F02F 1/00 F02F 1/22 F02B 77/11 F02B 33/44 F02B 25/04

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シリンダヘッド下面部とシリンダライナ上
    部とから成り且つ燃焼室を形成するヘッドライナ,前記
    ヘッドライナの外側に配置され且つ前記燃焼室を断熱構
    造に構成する第1断熱ガスケット,前記シリンダヘッド
    下面部に形成され且つ排気バルブが配設された排気ポー
    ト,前記シリンダライナ上部と前記シリンダライナ上部
    の下方に位置するシリンダライナ下部との境界部に配置
    され且つ前記シリンダライナ上部から前記シリンダライ
    ナ下部への熱流を遮断する第2断熱ガスケット,前記第
    2断熱ガスケットの下方の前記シリンダライナ下部に多
    数形成された吸気口,及び前記吸気口が開口し且つ前記
    シリンダライナ下部の外周に形成された吸気ポート,か
    ら成る2サイクル断熱エンジン。
  2. 【請求項2】前記吸気ポートに過給機が連結されている
    ことから成る請求項1に記載の2サイクル断熱エンジ
    ン。
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