JPH0350363A - ２サイクル断熱エンジン - 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〕 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５１−１２２７６５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、吸入工程と排気工程が
燃焼工程と圧縮工程の一部で行われ、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。この２サイクルエンジンには、シリンダヘッド
に排気バルブを有する頭弁型、ユニフロー型があり、４
サイクル式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ある。

（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ではシリンダヘッ
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、吸気ボート及び
吸入空気は、排気ポート、燃焼室上部壁及び排気ガスに
よる熱的影響を受は易く、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、吸入効率を低下さ
せる。

しかしながら、２・す゛イクルの作動のエンジンでは、
吸気ボートは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じ、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害を余り受けない。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ある。

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
に構成した断熱エンジンではシリンダヘッド部位は高温
になるが、シリンダヘッドより離れたシリンダ下部は比
較的に高温でないことに着眼し、断熱エンジンにおいて
吸気ボートを排気ポートから隔たったシリンダ下部に設
けて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を断熱構造に構成して熱流
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、燃焼工程では燃焼室内を断
熱し且つ膨張工程では冷却して吸入工程での温度を低下
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
防止してエンジンの高出力を得ると共に、吸気ボートに
過給機を連結してエンジンの低速時でのトルクをアップ
した２ツ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
の境界部に断熱ガスケットを配置し、更にシリンダライ
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ボートに開口した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、前記吸気ボート
に過給機を連結したものである。

〔作用〕

この発明は、上記のように構成され、次のように作用す
る。即ち、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断熱ガスケットを配置し、更にシ
リンダライナ下部の周方向に多数の吸気口を形成したの
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
ボ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、放熱損失は少なくなる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による２ザイクル断熱
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ザイクル断熱エンジ
ンの一実施例が示されている。この２ザイクル断熱エン
ジンは、排気バルブ１をシリンダヘッド３に配置したユ
ニフロラ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り、排気ボート２
の入口部にバルブシー１−１７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、該吸気口１２ばシリンダブロ
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は
、窒化珪素（ＳｉＪｔ）　、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、該ヘッドライナ５の外面には、シリンダヘッドの
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９の下部の上端面との境界部には、ライナ上部７
からライナ９の下部への熱流の発生を防止するため、断
熱材から成る断熱ガスケット１５が介在している。この
シリンダライナ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、排気ボート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ザ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
は通常の工程で制御されるものである。

従って、シリンダライナ上部７とシリンダライナ９の下
部との境界部に、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下部９に対応してそれ
らの部位の温度Ｔの状態を示している。例えば、シリン
ダヘッド３のファイヤデツキを構成するシリンダヘッド
下面部６の部位の温度が６００℃とすると、断熱ガスケ
ット１５を配置した境界部の温度が３００℃、吸気口１
２が形成されているシリンダライナ９の下部の温度は２
００℃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がクーポ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、該過給機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
のトルクをアンプすることができる。なお、図中、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、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及びその制御装
置は、上記のように構成されており、次のような効果を
有する。

即ち、ごの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ボートに排気バル
ブを配置し、前記シリンダライナ上部とシリンダライナ
下部との境界部に断熱ガスケットを配置し、更にシリン
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ボートに開口したの
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比較的に低温に維持
されており、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１−の熱影舌を
受けることがなく、吸入空気の熱膨張によって吸気流量
が減少することを防止できる。

また、この２サイクル断熱エンジンは、吸入工程による
吸入空気量の減少を防止できる。即ち、排気バルブをシ
リンダヘッドに配置したユニフロラ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前記シリンダヘ
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１〜及び排気ガスの熱的影響の少な
い部位に前記吸気ボートを設け、エンジンを２サイクル
作動の制御を行い、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
焼室内へ吹き込み、しかも、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
内へ吸入されるので吸気流量の減少を防止でき、シリン
ダヘッド及びシリンダ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は少なく、エンジンの高出力を得
ることができる。

１ 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、吸気ボ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、放熱損失は少なくなり、エンジン効率
を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による２ザ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−−−−−一排気バルブ、２−一−−−排気ポー１〜
．３シリンダヘツド、４−−−−−−シリンダブロック
、５−・−へラドライナ、６−−−−−−シリンダヘツ
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、１０　、　１５−−−−一
断熱ガスケット、１１−−−−−吸気ボート、１２−−
−・−吸気口、１３ピストン、１８−−−−一過給機。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）シリンダヘッド下面部とシリンダライナ上部とを
   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断熱ガスケット
   を配置し、更に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２サイクル断熱エンジン。
2. （２）前記吸気ポートに過給機を連結した請求項１に記
   載の２サイクル断熱エンジン。