JPH02169813A - 断熱エンジン - 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） 本発明はディーゼルエンジンの燃焼室の主要部分にセラ
ミックス素材を用いた断熱エンジンに関する。

（従来の技術） 近年、ディーゼルエンジンのシリンダライナ、シリンダ
ヘッド、ピストンヘッド、ピストンリング、バルブ、吸
・排気口などエンジンの燃焼室を中心とした部分にセラ
ミックスを採用した断熱エンジンが開発されている。

この種の断熱エンジンはシリンダライナやシリンダヘッ
ドなどの冷却を必要としないため、ラジェータ・システ
ムが不要となり、エンジンの構造が簡単になるばかりか
、燃料の燃焼熱を放熱しないので、熱エネルギーの損失
が少なく、熱効率の良好なエンジンが得られる。

（発明が解決しようとする課題） このような断熱エンジンのシリンダ部分を上下に２分割
して、上部を断熱材により断熱し、クランク側の下部の
温度を低下させると、エンジンの吸入効率の向上や、潤
滑条件が安定して好結果をもたらすが、シリンダの下部
の内面を直接冷却させる方法が未だなく、断熱エンジン
の吸入効率の向上が期待できないという問題が生じてい
る。

一方、断熱ピストンのピストンクラウンは、セラミック
ス等で構成されていて熱発生時に断熱し、吸入行程では
温度が下がっていなければならない。この反する二つの
要因を満足させるためには、ピストンクラウンの熱容量
が小さく、ピストンの排気行程ではピストンクラウンの
熱量を放散する必要があるが、この効果を期待する構造
が完成されていない。

本発明はこのような問題に鑑みてなされたものであり、
その目的は熱効率の良好な断熱エンジンの性能をさらに
向上させようとする断熱エンジンを提供することにある
。

（課題を解決するための手段） シリンダを断熱部分と非断熱部分とに分割した構造を有
すると共に、前記非断熱部分にオイルを吹き付けて該部
分を冷却する冷却手段と、ピストンの往復移動に対応し
て該冷却手段のオイル吹き付けタイミングを制御する制
御手段を設けた断熱エンジンがｔ是イ共される。

（作用） 本発明によれば、オイルの吹付手段を制御してピストン
の上昇時にシリンダ内壁とピストンのスカート部とにオ
イルを吹付ける。この吹付け作用でシリンダ内面にオイ
ルが付着してピストンとシリンダとの間の潤滑が良好に
なるとともに、シリンダ表面の極薄い層で上昇したオイ
ルによりシリンダ表面が冷却される。さらにピストンの
下降時にはピストンヘッドが下部シリンダライナに接触
して放熱することによる冷却効果が期待出来、吸入行程
での空気の充填効率の低下と云う不都合を取除くことが
出来る。

（実施例） つぎに本発明の実施例について図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図であり
、１はシリンダで、上部シリンダライナ１１と下部シリ
ンダライナ１２とに分割され、上部シリンダライナ１１
は耐火性のある断熱材の例えばセラミックス素材からな
っていて、断熱部分を構成し、下部シリンダライナ１２
は例えば炭化珪素などの熱伝導率の良好な素材からなっ
ていて、非断熱部分を構成する。

１３はシリンダヘッドであり、図示していない吸気口や
排気口などを備えて、上部シリンダライナ１２と同様な
断熱素材により構成され、その内壁とピストン２との間
隙は燃料の燃焼室となるものである。

ピストン２は燃料の燃焼サイクルにしたがいシリンダ１
の内部を上下に往復移動してコンロッド３１を介してク
ランク軸３を駆動するもので、その上部のピストンヘッ
ド２１には耐火性断熱材のセラミックス素材が採用され
ている。このピストンヘッドは熱容量が小さくなるよう
構成されていて、ピストンが爆発上死点付近にある時、
加熱されるが、下死点付近ではヘッド２１とシリンダラ
イナ１２が接触して、ピストンヘッド２１の熱を放散す
る。なお、１４は両温センサで、シリンダ１の温度を検
知し、後述するコントローラに送信するものである。

４はオイルを吹付ける吹付手段となるオイルジェットで
、シリンダ１の下方に取付けられて、主としてオイルを
非断熱部分のシリンダ内面に吹付けて冷却を行う冷却手
段となるとともに、必要に応じて一部ピストン２のスカ
ート部にもオイルを吹付けて冷却するものである。

３２は回転センサであり、エンジンのクランク軸３の近
傍に取付けられて、ピストン２の往復運動における移動
位置やエンジン回転数を検出して、オイル吹付のタイミ
ングを制御する制御手段となるもので、検出信号はコン
トローラ５に送出される。そして、オイルポンプ４１か
ら供給されるオイルは、アクチュエータ４３により操作
される電磁弁４２を介してオイルジェット４から吹付け
られるが、そのタイミングは回転センサ３２の検出信号
に基づく排気行程、吸入行程と圧縮行程の一時期にオイ
ル吹付けが行われるよう構成されている。

６１は踏込量センサで、アクセルペダル６に取付けられ
てペダルの踏込量を検出し、検出信号をコントローラ５
に送出する。

コントローラ５はマイクロコンピュータ構成のもので、
演算処理を行う中央処理装置、演算処理手順や制御手順
などを格納する各種メモリ、入／出力ボートなどを備え
ており、前記の各種センサからの信号が入力されると所
定の演算処理が行われ、格納された制御手順に基づいて
オイルポンプ４１やアクチュエータ４３にそれぞれ制御
信号が発せられるよう構成されている。

つぎに、このように構成された本実施例の作動を説明す
る。

エンジンが運転されてシリンダ１の内部の燃料の燃焼サ
イクルにしたがいピストン２が上下に駆動されると、コ
ンロッド３１を介してクランク軸３が回転駆動される。

そしてクランク軸３の回転状態を検出する回転センサ３
２の回転数信号と燃焼サイクルによるピストンの８動位
置信号に基づき、ピストン２の排気行程、吸入行程と圧
縮行程の所定の一時期に発せられコントローラ５からの
指令によって、アクチュエータ４３が作動して電磁弁４
２を制御し、オイルジェットからシリンダ１の内壁にオ
イルの吹付けが行われる。熱伝導率の小さなセラミック
燃焼室とした場合燃焼、排気サイクル時ピストン表面の
温度は厚さ０．２ｍｍ位までが急上昇するが、全体が上
昇するわけではない。ピストンヘッドの熱をオイルを通
して冷却すれば、所定の温度まで低下することが出来る
。排気行程後の吸入行程では確実に温度低下する。この
ため、オイルの飛沫により下部シリンダライナ１２の内
面の潤滑が行われ、ピストンヘッド２１が冷却されると
ともに、ピストン２の下降に伴ってシリンダ内面からオ
イルが掻き落されるとき、圧力上昇によって熱交換効率
が増加することで、オイルによる冷却効率が上昇するこ
とになる。なお、この際オイルジェット４からの吹出す
オイル量はアクセルペダル６に設けた踏込量センサ６１
からの踏込量信号や、両温センサ１４からの温度信号に
よって適切量に制御されるものである。

また、下部シリンダライナ１２は熱伝導率のよい炭化珪
素などを用いているため、オイルの吹付けや掻き落し時
の冷却作用はシリンダライナの全体に及ぼすことになる
。

したがって第２図に示すディーゼルエンジンにおけるＰ
−Ｖ線図のように、圧縮行程のＢ−Ｃの実線の部分が、
オイルによる冷却のため破線にて示すように変化するこ
とになる。

第３図は本発明の他の実施例を示すコンロッドの部分の
説明図であり、同図（ａ）はコンロッドが下方向に移動
中で後述する錘が上方にある場合、同図（ｂ）はコンロ
ッドが上方向に移動中で錘が下方にある場合を示してい
る。

同図において、コンロッド７はピストンとクランク軸と
を連結するもので、該コンロッド７の腕部７１の内部に
は、途中に段部７３を有する段付の長穴７２が大端部か
ら上方に向けて穿設されている。そして段部７３の上方
は細穴７２１、下方は大穴７２２に形成されている。ま
た、細穴７２１の上部にはその内壁より腕部の外壁に向
けて複数個のオイルジェット孔７４が設けられており、
加圧されたオイルが細穴７２１に供給されると、オイル
ジェット孔７４からオイルが吹出して、四方のシリンダ
内壁やピストンスカート部にオイルが吹き付けられて、
これらの部分を冷却するよう形成されている。

段部７３の下方の大穴７２２の部分には、その内壁を摺
接して上下に滑動自在な錘８と、該錘８を上方に押し上
げる弾性力を有するコイルスプリング８１と、錘８が下
方に移動時に該錘のストッパーとなるストッパ一部品８
２とが栓８３によって内封されている。

７５はオイル通路であり、大端部７６から大穴７２２の
上方の開口部７５１にオイルを導くものであり、第３図
（ａ）の如く錘８が上方に９動し、段部７３に接してい
るときはオイル通路７５が塞がれているが、第３図（ｂ
）の如くコンロッド７が上昇中で、錘８が静止の慣性に
よりコイルスプリング８１を圧してストッパ一部品８２
の上方に穆動しているときは、開口部７５１は開放され
て大端部７６からのオイルは細穴７２１の内部に圧送さ
れ、゛オイルジェット孔７４を介して吹出すよう構成さ
れている。

このように構成された上述の実施例の作動をつぎに説明
する。

エンジンが運転されて、ピストンの往復運動が行われる
と、圧縮行程や排気行程ではコンロッドが上昇してピス
トンを押上げるが、このタイミングに合致して錘８は静
止の慣性によりコイルスプリング８１を圧し第３図（ｂ
）に示すようにストッパ一部品８２の上方に移動する。

そしてオイル通路７５の開口部７５１は開放されるため
、クランク軸より供給されて大端部７６からのオイルは
細穴フ２１の内部に圧送され、オイルジェット孔７４を
介してコンロッド７の外方に吹出すことになり、四方の
非断熱部分のシリンダ内壁やピストンのスカート部にオ
イルが吹付けられて冷却が行われることになる。

つぎにエンジンの吸気行程や爆発行程にてコンロッドが
下降すると、錘８はコイルスプリング８１の弾性力およ
び錘８の慣性により、第３図（ｂ）に示すように段部７
３の下方に移動してオイル通路７５の開口部７５１を塞
ぐため、オイルジェット孔７４からのオイルの吹出しは
停止するが、ピストン下降によるオイルの掻き落し作動
によって、前述の実施例と同様にオイルによる冷却効率
が上昇することになる。

したがって、本実施例ではピストンの往復移動に対応す
るオイル吹付けのタイミングはコンロッドの内部に設け
た錘の位置の移動によってタイミングが計られることに
なる。

以上、本発明を上述の実施例によって説明したが、本発
明の主旨の範囲内で種々の変形が可能であり、これらの
変形を本発明の範囲から排除するものではない。

（発明の効果） 本発明によれば、非断熱部分となる下部シリンダの内壁
と、ピストンのスカート部とにオイルを吹付ける吹付手
段を設け、ピストンの往復移動に対応して回転センサか
らの検出信号によりオイルの吹付けタイミングを制御し
たり、またコンロッド内部に設けた錘の移動位置により
タイミングを計って吹付けを制御するので、吹付けたオ
イルによりシリンダ内面やピストンスカート部が冷却さ
れるとともに、ピストンの下降時にはオイルの掻き落し
による圧力上昇にて熱交換効率が向上して良好な冷却効
果が得られ、さらにシリンダ内壁やピストンスカート部
が冷却されるため、断熱エンジンの吸入効率が向上する
という利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す構成ブロック図、第２
図はディーゼルエンジンのＰ−■線図、第３図は本発明
の他の実施例を示す説明図である。 １・・・シリンダ、２・・・ピストン、４・・・オイル
ジェット、５・・・コントローラ、７・・・コンロッド
、８・・・錘、１１・・・上部シリンダ内壁チ、１２・
・・下部シリンダライナ、１４・・・両温センサ、３１
・・・コンロッド、３２・・・回転センサ、４２・・・
電磁弁、６１・・・踏込量センサ、７４・・・オイルジ
ェット孔。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダを断熱部分と非断熱部分とに分割した構
   造を有すると共に、前記非断熱部分にオイルを吹き付け
   て該部分を冷却する冷却手段と、ピストンの往復移動に
   対応して該冷却手段のオイル吹き付けタイミングを制御
   する制御手段とを有することを特徴とする断熱エンジン
   。
2. （２）前記冷却手段は、シリンダの非断熱部分と共にピ
   ストンのスカート部にオイルを吹き付ける吹付手段を有
   することを特徴とする請求項（１）記載の断熱エンジン
   。