JPH01257745A - 断熱エンジンの構造 - Google Patents

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。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野〕 この発明は、セラミックエンジン等における断熱エンジ
ンの構造に関する。

〔従来の技術〕

従来、セラミック材料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５９１２２７６５号
公報に開示されている。該公報に開示された断熱エンジ
ンについて、第４図を参照して概説する。この断熱エン
ジンは、シリンダライナ部３３を有するセラミック製ラ
イナヘッド３１をシリンダヘッド３０の内側に嵌合した
ものである。即ち、このライナヘッド３１は、シリンダ
ヘッド内壁部３２とシリンダライナ上方部３３とを一体
に形成したものであり、ライナヘッド３１の該シリンダ
ライナ上方部３３を下部のシリンダライナ３４とは別部
材として形成したものである。また、ライナヘッド３１
をシリンダヘッド３０に取付けるには、位置決めリング
３７．３８及び上側に位置決めプレートを有するガスケ
ット３６を介してライナヘッド３１をシリンダヘッド３
０に圧入、焼嵌め等により嵌合することによって達成し
ている。また、シリンダヘッド３０とライナヘッド３１
との間には空気層３５が形成されている。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、上記のようなセラミツクスを断熱材又は
耐熱材として利用するシリンダヘッド等の断熱エンジン
において断熱特性を十分に得ることは、極めて困難であ
り、十分な断熱特性を得るため壁厚が厚くなるという問
題がある。即ち、工□　ンジンの燃焼室に面する部分は
耐熱性、断熱性、熱シヨツク性に優れた窒化珪素等のセ
ラミックスにて構成し、高温燃焼ガスに耐えることがで
きるが、余り壁厚が大きいと、熱容量が大きくなり、そ
のため吸入効率が低下ずろという問題が生じる。

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については、シリンダヘッド３０と
ライナへ、ド３１との間には空気ＪＷ３５が形成され、
熱の逃げを少なくすることはできるが、ライナヘット′
３１が、比較的に肉厚のセラミック材料から構成されて
いる。従って、上記と同様に、燃焼室側に面するライナ
ー・ノド３１の熱容量が大きくなり、高温に晒される部
分の熱容量を小さくするということでは、十分なもので
なく、吸入効率の低下を防止するという」二足の問題点
を解消することができないものである。

この発明の目的は、上記の問題点を解決することであり
、燃焼室側に面する部材の肉厚を薄く構成したセラミッ
ク製薄板で構成し、該薄板の外周面を断熱構造に構成し
、それによって燃焼室側に面する高温になる部位の熱容
量を小さく構成してエンジンの吸入効率を向上させると
共に、セラミック材料の肉厚の減少に伴う強度劣化を防
止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。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、」二足の課題を解決し、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、シリンダへノ１゛内壁部とシリンダ
ライナ上部とを一体に構成したセラミック製ヘノ［−ラ
イナ本体をシリンダヘッドの内側に嵌合し、該ヘン１−
ライ−ノー本体の燃焼室側内壁面にセラミック！！！薄
板を圧入嵌合し、前記ヘッドライナ本体と前記薄板との
対向面をラフな凹凸面に形成して該対間面に断熱空気層
を形成したことを特徴とする断熱エンジンの構造に関す
る。

〔作用〕

この発明による断熱エンジンの構造は、以北のように構
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、シリンダヘッドに嵌合したセラミック
製ヘッドライナ本体の燃焼室側内壁面にセラミック製薄
板を配置し、前記ヘッドライナ本体と前記ｄＯ板との対
向面を凹凸面に形成して断熱空気層を形成したので、高
温の燃焼ガスに晒される前記薄板のセラミック材料の肉
厚を可及的に薄く形成することができ、熱容量を小さく
することができる。即ち、エンジンの吸入効率を向上さ
せるため、断熱エンジンの燃焼室内壁からの受熱を最小
限にするには、高温になるセラミック性薄板の熱容量を
最小限にし、その外周部を断熱することが重要なことで
ある。そごで、前記薄板の熱容量を小さくして温度振幅
を大に構成すると共に前記薄板の外周部を前記断熱空気
層で断熱するごとによって、エンジンの吸気時に、前記
薄板が僅かな吸気で直ちに冷却され、吸気温度と薄板温
度との温度差が小さくなり、吸気が膨張することなく、
それによって吸気の流量が増加し易くなる。また、燃焼
室内の最高温度時に、前記薄板の温度は直ちに上昇して
吸収される熱量を小さくし、燃焼ガス温度と薄板温度と
の温度差を小さくし、シリンダヘッド、シリンダブロッ
ク等を通して外部に逃げる熱エネルギーを最小限に抑え
る。

〔実施例〕

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。

図において、この発明の実施例である断熱エンジンの構
造については、断熱エンジンにおけるシリンダヘッドと
シリンダヘッドの断熱構造についての技術的思想のみを
開示したものであり、上記以外の部分のシリンダ、ピス
トン及び吸排気弁についての断熱構造については開示し
ていないが、断熱エンジンについては、これらシリンダ
、ビス１〜ン及び吸排気弁についても、窒化珪素等のセ
ラミック材料、断熱材等によって断熱構造に構成するこ
とによって一層確実に断熱の目的を達成できることは勿
論である。

第１図において、この発明の実施例である断熱エンジン
の構造の概略断面図が示されている。この断熱エンジン
の構造（：Ｉ′、シリンダヘッド内壁部２とシリンダラ
イナ上部３とを一体構造に製作したヘッドライナ本体１
を有し、該−・ソトライナ木体１をシリンダヘット１０
の内側に嵌合し、更に該ヘッドライナ本体１の燃焼室側
内壁面に薄板４を嵌合したものである。従って、薄板４
の内壁面が燃焼室５内の燃焼ガスに晒される部分を構成
するようになる。また、ヘットライナ本体１及び薄板４
は、窒化珪素（ＳｉＪａ　）　、炭化珪素（ＳｉＣ）等
のセラミック材で製作されている。この断熱エンジンの
構造は、特に、第２図又は第３図を参照して後述するが
、ヘッドライナ本体１とＡｖ板４との対向面をラフな凹
凸面に形成して該対向面に断熱空気層６又は７を形成し
たことを特徴とするものである。

第１図に示すように、シリンダヘノ１ξ内壁部２とシリ
ンダライナ」二部３とから成るセラミック製ヘットライ
ナ本体１は、鋳物で製作したシリンダヘッド１０に嵌合
されている。該シリンダヘット１０とその内側に嵌合さ
れたヘッドライナ本体１のシリンダヘッド内壁部２との
間には、位置決めの機能も有するプレー１・状の断熱ガ
スヶ・ノド１１が配置されている。また、該シリンダへ
・ノド１０とその内側に嵌合されたヘッドライナ本体ｌ
のシリンダライナ上部３との間には、位置決めの機能も
有するリング状の断熱ガスケソ１−１２．１３が上下に
配置され、しかもシリンダへ・ノド１０とシリンダライ
ナ上部３との間には断熱空気層１４が形成されている。

シリンダヘッド内壁部２には、吸気バルブシート部１５
及び排気バルブシート部１６が形成されている。ヘッド
ライナ本体１の燃焼室側内壁面には、セラミック製薄板
４が配置されている。ヘッドライナ本体１への薄板４の
保持力は、へｙ　Ｆライナ本体１に薄板４を焼嵌め、圧
入等によって軽く嵌合させること即ち軽い圧入代によっ
て生じるように構成されている。また、ヘッドライナ本
体１において、シリンダへ・ノド内壁部２に近い部位の
シリンダライナ上部３には段部１７が形成されている。

ヘッドライナ本体１に嵌合した薄板４に絹、上記段部１
７に嵌合するように同様に段部１Ｂが形成されている。

シリンダヘッド】０の下方には、断熱ガスケソｉ・２３
を介してシリンダライナ１９が嵌合したシリンダブロッ
ク２４が配置されている。シリンダライナ１９内を往復
運動するピストン２０のピストンヘッド部は、上記薄板
４の段部１８の付近まで上界するように構成されている
。

次に、第２図を参照して、この発明による断熱エンジン
の構造におけるヘッドライナ本体１と）１す板４との間
の構成についての一実施例を説明する。

第２図は第１図の符号Ａの部分の拡大断面図である。セ
ラミック類のヘン１゛ライナ本体１の内周面は平滑面２
１に形成されているのに対して、セラミック類の薄板４
の外周面はラフな凹凸面８に形成されている。この薄板
４に形成された凹凸面８は、薄板４の表面を研磨によっ
である程度荒さを取るか、又は円形穴等を多数設けるこ
とによって形成できる。また、薄板４はヘッドライナ本
体１に軽い圧入代を持って焼嵌め、圧入笠によって軽く
嵌合させた状態であり、ヘッドライナ本体１と菖板４と
は接合していない状態である。このような嵌合状態にお
いて、″ＳＳｉ２凹凸面８における多数の凸部２５は、
はぼ同一面を形成し、該凸部２５がヘットライナ本体１
の内周面の平滑面２１に当接した状態になり、薄板４の
凹凸面８における多数の凹部２７とヘッドライナ本体１
の平滑面２１との間に断熱空気層６が形成される。しか
も、７！Ｖ板４はヘッドライナ本体１に対して均等に且
つ堅固に安定して支持され、燃焼ガスによる押圧力をう
けても強度上の問題はない。従って、ヘッドライナ本体
１への薄板４の保持力を発生すると共に、ヘッドライナ
本体１と薄板４との間即ち対向面には断熱層である断熱
空気層６が形成される。

更に、第３Ｍを参照して、この発明による断熱エンジン
の構造におけるヘッドライナ本体１と薄板４との間の構
成についての別の実施例を説明する。第３図は、第２図
と同様に、第１図の符号Ａの部分の拡大断面図である。

この場合には、セラミック類の薄板４の外周面は平滑面
２２に形成されているのに対して、セラミック製のヘッ
トライナ本体１の内周面はラフな凹部２８と凸部２６か
ら成る凹凸面９が形成されている。このヘッドライナ本
体１に形成された凹凸面９は、第２回の凹凸面８と同様
に形成できる。また、両者の嵌合状態は第２図に示すも
のと同様である。従って、ヘン１゛ライナ本体１への薄
板４の保持力を発生ずると共に、ヘッドライナ本体１と
薄板４との間即ち対向面には断熱層である断熱空気層７
が形成される。

この発明による断熱エンジンの構造は、上記のように、
ヘッドライナ本体１と薄板４との境界面即ち対向面に断
熱空気層６又は７を形成したので、ヘッドライナ本体１
と薄板４との間に強力な断熱層が形成され、燃焼室内の
燃焼ガスに晒される薄板４に与えられた熱は断熱空気層
６又は７で遮断されヘッドライナ本体１へは熱伝導し難
くなる。

即ち、ヘッドライナ本体１の内面に配置されたセラミッ
ク製の薄板４は、燃焼室５内の高温の燃焼ガスに晒され
ているものであるが、薄板４は−・ノドライナ本体１に
対して均等に且つ堅固に安定して支持されているので、
燃焼室５内壁からの受熱を最小限にするため、薄板４の
肉厚を可及的に薄く構成でき、熱容量を小さくすること
ができる。

即ち、薄板４を薄く構成することによって強度が劣化す
るのを防止するため、薄板４の外面にヘッドライナ本体
１によって強度を補強すると共に、薄板４とヘッドライ
ナ本体１との間の断熱性を断熱空気層６．７によって向
上させることができる。

〔発明の効果〕

この発明によるＵＩ熱エンジンの構造は、以上のように
構成されているので、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、シリンダヘッドに嵌合した
セラミック製ヘソＦライナ本体の燃焼室側内壁面にセラ
ミック製薄板を配置し、ｉｉ’ｉＪ記ヘッドライナ本体
と前記薄板との対向面を凹凸面に形成して断熱空気層を
形成したので、前記薄板は前記ヘッドライナ本体に対し
て均等に且つ堅固に安定して支持され、高温の燃焼ガス
に晒される前記薄板のセラミック材料の肉厚を可及的に
薄く形成することができ、熱容量を小さくすることがで
きる。即ち、エンジンの吸入効率を向上させるため、断
熱エンジンの燃焼室内壁からの受熱を最小限にするには
、高温になるセラミック性薄板の熱容量を最小限にし、
その外周部を断熱することが重要なことである。そこで
、前記薄板の熱容量を小さくして温度振幅を大に構成す
ると共に前記薄板の外周部を前記断熱空気層で断熱する
ことによって、エンジンの吸気時に、前記薄板が僅かな
吸気で直ちに冷却され、吸気温度と薄板温度との温度差
が小さくなり、吸気が膨張することなく、それによって
吸気の流量が増大し易くなる。

また、燃焼室内の最高温度時に、前記薄板の温度は直ち
に上昇して吸収される熱量を小さくし、燃焼ガス温度と
薄板温度との温度差を小さくし、シリンダヘッド、シリ
ンダブロック等を通して外部に逃げる熱エネルギーを最
小限に抑え、前記燃焼室における熱エネルギーを最大限
に排気ボートを通じて下流に設けたエネルギー回収装置
に送り込むことができ、従って該熱エネルギーを最大限
Ｇこ回収することができる。

言い換えれば、断熱エンジンの内壁の温度は、エンジン
の１サイクル中のノリンダ内燃焼ガス又は吸入空気の温
度にできる限り追従することが望ましい。吸気温度に追
従することによって、エンジンのサイクル効率の向上、
吸入効率の向上が図れる。この発明による断熱エンジン
の構造の場合には、前記ヘッドライナ本体と前記薄板と
の間をラフな前記凹凸面にすることによって空気層が形
成され、両者の当接面は小さくなり、それ故に熱の伝導
面積に絞りを設けたことになって断熱構造を従供してい
るものである。従って、燃焼室内の燃焼ガス温度に追従
すべき部分は、前記薄板のみとなり、引用例に示すよう
な薄板を設けていない場合のヘッドライナ本体、即ち薄
板とへ・ノドライナ本体とが一体構造であるモノリス構
造に比較して、燃焼室に面する壁面の熱容量を大幅に低
減できる。また、ラフな凹凸面による熱伝導面積は、前
記へノドライナ本体と前記薄板との接触圧力に左右され
るが、この発明による断熱エンジンの構造の場合には、
特に吸入工程時には、前記薄板は前記ヘッドライナ本体
に比較して低温となるため、熱膨張量の差により、前記
ヘッドライナ本体と前記薄板との接触圧力は低下し、熱
通過量が減少するため、吸入空気が前記薄板から受ける
熱量が大幅に減少し、吸入効率の向上は一層大きくなる
。

【図面の簡単な説明】

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図の符号Ａにおけるヘット
ライナ本体と薄板との対向面の一実施例を示す拡大断面
図、第３図は第１図の符号Ａにおりるヘッドライナ本体
と薄板との対向面の別の実施例を示す拡大断面図、及び
第４図は従来の断熱エンジンの例を示す断面図である。 １−−ヘッドライナ本体、２−−−−−シリンダヘッド
内壁部、３−−〜−シリンダライナ上部、４−−−一薄
板、５−−−〜燃焼室、６．　　’ｌ−断熱空気層、８
゜９−一一−−凹凸面、１（１−−−−シリンダヘッド
、２１゜２２−−−−−−平滑面、２５　、　２　Ｅｌ
ｒ−−−凸部、２７，２８−　凹部。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダヘッド内壁部とシリンダライナ上部とを一体に
   構成したセラミック製ヘッドライナ本体をシリンダヘッ
   ドの内側に嵌合し、更に該ヘッドライナ本体の燃焼室側
   内壁面にセラミック製薄板を嵌合し、対向面をラフな凹
   凸面に形成して該対向面に断熱空気層を形成したことを
   特徴とする断熱エンジンの構造。