JPH0221573Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、燃焼室内壁がセラミツクス等の耐熱
断熱材で被覆され、外部と燃焼室内とが断熱され
る断熱エンジンに使用され、該断熱エンジンの燃
焼室内壁を構成する耐熱断熱材と、金属材料から
形成されるエンジン本体との間を断熱する断熱エ
ンジンのガスケツトに関する。

（従来の技術） 熱機関における熱効率はその発生した熱量を出
来るだけ有効に使うことであり、そのために種々
の工夫が行われて来ているが、材料の耐熱上の問
題等のために、その熱量のかなりの部分が冷却等
の手段によつて何ら有効に利用されることなく排
出させているのが現状である。

この材料の面で、高温に耐え、しかも断熱効果
に優れたものとしてセラミツクスが注目され、そ
の利用分野を広げつつあり、エンジンにおいて
も、その熱的負荷の高い部分に在来の材料に代え
てセラミツクスを用いるようにしたものが開発さ
れて来ている。

（考案が解決しようとする課題） しかし、これらセラミツクスを用いたものは単
に材料を置換した程度のものにすぎず、材料の有
する断熱特性以外のものは何ら利用されるもので
はなかつた。したがつて、セラミツクス材を用い
た断熱効果による多少の熱効率の向上が得られる
程度であつた。

また、上記のごとく従来のエンジンはエンジン
本体を冷却することを前提としているため、該従
来のエンジンに使用されているガスケツトはシー
ル性及び耐熱性のみしか考慮されておらず、断熱
性については考慮されていないばかりか、ガスケ
ツトの有する断熱性は欠点であるとさえ言われて
いる。例えば、雑誌〓内燃機関〓vo1.7［70］
（1968.4 山海堂）のp57〜60にはアスベストを金
属薄板で被覆したガスケツトが記載されている
が、ガスケツトの断熱性を向上させるための構成
が記載されていないばかりか〓中央部のアスベス
トの断熱効果が大きく、ブロツクからヘツドへの
熱伝達が悪いのも欠点の一つである。そこで、ピ
ストンヘツド部、シリンダライナー、シリンダヘ
ツドの燃焼室面、および吸排気弁に全べてセラミ
ツクスを用いると共にその接続部を断熱構造と
し、ピストンリングを作動ガス温度の低いピスト
ンの最下部に設け、それに伴う冷却を該リングが
移動する範囲程度として、ピストンリングのしゆ
う動を実際に行いうるようにし、しかも、燃焼室
でのピストンを動かすことに用いられる以外のエ
ネルギーの逃散を出来るだけ少なくして排気ガス
を高温で排出し、該排気ガスで排気タービンを回
転させ、該排気タービンにおいて排気ガスのエネ
ルギーを回収し、電動機等を介してクランク軸に
トルクを伝達することにより、大幅なエンジンの
熱効率の向上を図ろうとするエンジンを提供しよ
うとするものであり、本考案は、上記のごとき断
熱エンジンの燃焼室内壁を構成する耐熱断熱材
と、金属材料から形成されるエンジン本体との間
を断熱するすることがその目的である。

（課題を解決するための手段） 本考案によれば、内部が中空で金属薄板からな
る偏平ドーナツ型のカバープレートの内部の少な
くとも内周側に、内部が中空でパイプ状のリング
を設け、該カバープレートの内部空間を断熱材で
充填し、該断熱材中にカバープレートの偏平面と
平行な平面方向にその平面を有する補強板を設
け、かつ断熱材の中において該補強板と平行な方
向で該補強板が配置されない部分に配置され、圧
縮時の弾性力を増すとともに熱流を制御する複数
のラミネートプレートを間隔を置いて積層配置し
たことを特徴とする断熱エンジンのガスケツトを
提供できる。

（実施例） 次に本考案の実施例を図面を用いて詳細に説明
する。

第１図は本考案のガスケツトを有する断熱エン
ジンが適用されるシステムを示し、図においてＥ
は断熱エンジン、EXは断面エンジンＥの排気マ
ニホールド、Inは吸気マニホールド、Ｔは断熱エ
ンジンＥからの排気ガスによつて駆動される排気
タービン、Ｃは該排気タービンＴによつて駆動さ
れる吸気コンプレツサー、Ｇは同じく該排気ター
ビンＴによつて駆動される発電機、Ｓは該発電機
の回転速度を検出する速度検出計、Ｍは前記発電
機Ｇからの電力によつて駆動される電動機、Ma
は該電動機の回転速度を検出する速度検出計、
Coは前記速度検出計ＳおよびMaからの信号によ
り電動機Ｍへの電力の供給を制御するコントロー
ラである。

このような構成により、エンジンＥよりの高温
の排気ガスにより排気タービンＴを駆動し、該排
気タービンＴは得られた出力により吸気コンプレ
ツサＣを回転してエンジンＥへの過給を行なうと
同時に発電機Ｇを回転させて発電し、その電力を
コントローラCoを介して電動機Ｍへ供給し、該
電動機Ｍを回転させ、その出力はギヤを介してエ
ンジンＥのクランク軸へ付加されることになる。

第２図は第１図のシステムに用いられる断熱エ
ンジンであり、この場合のエンジンはデイーゼル
エンジンである。

図において、１はシリンダヘツド、２はシリン
ダブロツク、３はシリンダライナーの上方部とシ
リンダヘツド内壁部を一体化したライナーヘツ
ド、４はシリンダライナー、５はピストンヘツ
ド、６はピストンボデイ、７は排（吸）気弁、８
は２重ポートのインナー、９は２重ポートのアウ
ター、１０は排気マニホールド、１１はピストン
ヘツド５固定用のボルト、１２，１３は位置決め
リング、１５，１６，１７は断熱ガスケツト、１
８は弁案内、１９は弁案内スリーブ、２０は冷却
ノズル、２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂは冷却
用オイル室、６１，６２はピストンシリングであ
る。

シリンダヘツド１は鋳物で作り、シリンダライ
ナーの上方部分１ａも一体に形成し、その内側に
シリンダヘツド内壁部とシリンダライナー上方部
を一体に形成したライナーヘツド３を嵌合する。

シリンダボデイ２は鋳物で作りシリンダヘツド
１が垂下して一体的に形成されたシリンダ部分よ
り下側の部分を構成するものであり、ピストンの
下死点時におけるほぼ全高に亘る位置に冷却用オ
イル室２１ａ，２１ｂ，２２ａ，２２ｂを形成
し、内側にはシリンダライナー４を嵌合する。そ
してシリンダライナー４およびライナーヘツド３
の内面は両者を組付けた後に同時加工を行う。冷
却は上下のオイル室の油温を検知して油の流れを
コントロールすることによつてピストンリングの
潤滑が保証される程度にする。

ライナーヘツド３はシリコンナイトライド
（Si₃N₄）又はPSZ（Partially Stabilized
Zirconia）で作成され、シリンダヘツド内面とシ
リンダライナー上方部を一体的に形成し、シリン
ダヘツド１への取付は位置決めリング１２，１３
およびガスケツト１６を介在して該シリンダヘツ
ド１へ嵌合される。嵌合手段としては、圧入、焼
ばめ等がある。

シリンダライナー４はPSZで作成され、シリン
ダボデイ２へ組立式、鋳込式、焼ばめ、圧入等に
よつて取付られる。PSZは鋼と同じ位の弾性を有
し、磁気を帯びず、熱膨張係数が鉄や鋳鉄と同程
度であり、反面熱伝導率はシリコンナイトライド
の1/4と低く、摩耗にも強い特性を有している。

ピストンヘツド５はナイトライドで作成され、
その中央部を凹ませ、下端外周には段部を形成し
てピストンボデイ６との取付時の位置決めおよび
移動を防ぐようにし、前記中央凹部にはピストン
ボデイ結合用のボルト１１挿通用の孔を設ける。

ピストンボデイ６はアルミニウム合金あるいは
鋳鉄等の金属で作成し、上端外周にはピストンヘ
ツド５下端外周を嵌入させる段部を形成し、上面
中央を上方へ突出させて、該突出部上面をピスト
ンヘツド５の下面に当接させ、該部にピストンヘ
ツド５と一致する孔を形成しボルト１１で両者を
結合する。

排（吸）気弁７はその下面をシリコンナイトラ
イド又はPSZで作成するが、排気弁の方は弁全体
をシリコンナイトライド又はPSZで作成してもよ
い。また排気側の弁案内１８も同様にシリコンナ
イトライド又はPSZで作成する。

排気管８，９はステンレス鋼（SUS）の２重
配管とする。

断熱マニホールド１０は耐熱合金で作成する
か、内面にセラミツクスを被覆する。

ボルト１１は、燃焼室に面する部分はシリコン
ナイトライド又はPSZで覆うようにする。

位置決めリング１２，１３はコバール又は42ア
ロイで作成するが、シリコンナイトライドで作成
してもよい。

冷却ノズル２０はセラミツクスより作成され、
ノズルのまわりに冷却水通路を有するように形成
される。

以上の第２図の構成により、エンジンで発生す
る熱はピストンの作動以外にはシリンダより外部
への逃げがなくなり、まだかなりエネルギーを有
する高温の排気ガスとして排出され、次工程にお
いて排気タービンの動力として利用され、そのエ
ネルギーの回収が図られることになる。

第３図は第２図に示す断熱エンジンに用いられ
るガスケツトの内部断面構造を示す図である。
尚、該ガスケツトは上記第２図における断熱ガス
ケツト１５，１６及び１７として使用されるもの
である。

同図において、３１はステンレス鋼よりなり、
その内部を空洞にし熱伝導率を悪くしたパイプ状
の環状のリングである。なお、同図においては、
ガスケツトの内周側と外周側に２つのリング３１
を配置しているが、該リング３１は内周側にのみ
設けてもよい。

３０は、ステンレス鋼（SUS）等の金属薄板
からなるカバープレートである。該カバープレー
ト３０は偏平で中央に穴をあけたドーナツ型であ
つてその内部は中空に形成され、かつカバープレ
ート３０の厚さは非常に薄く構成されている。そ
して、その内部の内外周側もしくは内周側のみに
は、上記中空パイプ状のリング３１が配設され
る。なお、このカバープレート３０の内部は密封
される。

３３はステンレス鋼等の金属からなるリング状
の補強板であり、ガスケツトの形状を維持・補強
するものである。

３４は、ステンレス鋼等の金属からなり、カバ
ープレート３０の偏平面と平行な平面方向にその
平面を有するリング状のラミネートプレートであ
り、同図においてはラミネートプレート３４の複
数枚がそれぞれ非接触で層状に配設されている。
該ラミネートプレート３４を下記する断熱材３２
中に配設する理由の１つは、該ガスケツトをエン
ジンに組み込み、これを厚み方向に圧縮した場
合、ラミネートプレート３４は金属なので圧縮さ
れず、その間に介在する断熱材３２のみが圧縮さ
れ、このラミネートプレート３４配設部分の圧縮
時の弾性力が向上し、ガスケツトのシール性が良
好となるからである。

３２は断熱材であり、例えばセラミツクス粉末
断熱材を用いる。本実施例においては、熱伝導率
が非常に悪く（0.002cal／cm・sec・℃程度）、従
つて断熱性が非常に優れているフオルステライト
を使用している。該断熱材３２は、リング３１、
補強板３３、ラミネートプレート３４を所定の位
置に配置した後であつて、カバープレート３０で
リング３１を覆う前に、その内部に充填される。

ここでラミネートプレート３４をガスケツト内
の全体ではなく、一部のみに配設している理由は
次の通りである。すなわち、断熱エンジン内の温
度分布が一定ではなく、例えば、排気バルブ７周
辺部に配設されている断熱ガスケツト１６の場合
では、ライナーヘツド３側の排気口に近接する内
周部では高温、排気バルブから離れた部分すなわ
ち外周部では低温となる。

よつて、該内周部と外周部とを同様に断熱する
ならば、該排気口部分に熱集中が発生し、溶等の
おそれがある。

ところで、ガスケツトの内部のラミネートプレ
ート３４が配設されている部分は、配設されてい
ない部分より断熱材３２の充填量が少なく、熱伝
導率が増大している。

よつて、上記断熱ガスケツト１６の内周部にラ
ミネートプレート３４を配設することにより内周
部の熱伝導率を増大させ、断熱ガスケツト１６を
通過する熱流をラミネートプレート３４で部分的
に調節し、ガスケツトと当接している熱源側の温
度分布を一定にするためである。

なお、本願に係るガスケツトは、種々の変形が
考えられ、以下これを説明すると、第３図Ａに示
すガスケツトでは、ラミネートプレート３４の配
設された部分から配されない部分へ至る部分の弾
性力が急激に変化するし、ガスケツト内部の温度
分布も一様とならない。そこで、ガスケツトのラ
ミネートプレート３４を第３図Ｂに示すように、
それぞれの面積を序々に変えるように構成すれ
ば、内部の温度分布も滑らかとなり、ガスケツト
の弾性力が暫時変化し、応力の緩和を図ることが
できる。

以上のようにガスケツトを構成すれば断熱材を
通しての熱伝導は非常に少なくなる。

（考案の効果） 以上詳細に説明したように、本考案は、偏平ド
ーナツ型で内部が中空のカバープレートの内部空
間を断熱材で充填し、該断熱材中にカバープレー
トの偏平面と平行な平面方向にその平面を有する
補強板を配置したことによりガスケツトの形状を
維持・補強することができ、さらに複数枚のラミ
ネートプレートをガスケツト内の全体ではなく、
所定部分のみに該複数枚のラミネートプレートを
断熱材を介して間隔を置いて積層配置しているの
で、断熱エンジン内の温度分布が一定ではない部
分に本考案によるガスケツトを使用した場合、ラ
ミネートプレート配設部分の熱伝導率が増大して
いるので、該ガスケツトを通過する熱流量が部分
的に調整され、熱源側の該ガスケツトと当接する
側の表面部分の温度分布を一定にすることができ
る。

さらに本考案は、カバープレートの内部に断熱
材を充填し、該カバープレートの内部の少なくと
も内周側に、内部が中空でパイプ状のリングを設
けたので、エンジンの燃焼室側のセラミツクス材
から外側の金属部材への熱伝達が遮断され、熱の
逃げが少なくなつて、エンジンの熱効率の向上が
図れることになる。

【図面の簡単な説明】

第１図はシステムの構成図、第２図は断熱エン
ジンの断面図、第３図Ａ，Ｂはガスケツトの断面
図である。 ３０……カバープレート、３１……リング、３
２……断熱材、３３……補強板、３４……ラミネ
ートプレート。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内部が中空で金属薄板からなる偏平ドーナツ型
   のカバープレートの内部の少なくとも内周側に、
   内部が中空でパイプ状のリングを設け、該カバー
   プレートの内部空間を断熱材で充填し、該断熱材
   中にカバープレートの偏平面と平行な平面方向に
   その平面を有する補強板を設け、かつ断熱材の中
   において該補強板と平行な方向で該補強板が配置
   されない部分に配置され、圧縮時の弾性力を増す
   とともに熱流を制御する複数のラミネートプレー
   トを間隔を置いて積層配置したことを特徴とする
   断熱エンジンのガスケツト。