JPH066891B2 - Insulation engine structure - Google Patents

Insulation engine structure

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JPH066891B2
JPH066891B2 JP62133301A JP13330187A JPH066891B2 JP H066891 B2 JPH066891 B2 JP H066891B2 JP 62133301 A JP62133301 A JP 62133301A JP 13330187 A JP13330187 A JP 13330187A JP H066891 B2 JPH066891 B2 JP H066891B2
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JP
Japan
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cylinder
head
combustion chamber
liner
piston
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JPS63302124A (en
Inventor
英男 河村
寛 松岡
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Isuzu Motors Ltd
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Isuzu Motors Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Valve-Gear Or Valve Arrangements (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、断熱エンジンの構造に関する。The present invention relates to the structure of an adiabatic engine.

〔従来の技術〕[Conventional technology]

従来、セラミック材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59−122765号
公報等に開示されている。該断熱エンジンを、第3図を
参照して説明する。
Conventionally, a heat insulating engine using a ceramic material as a heat insulating material or a heat resistant material is disclosed in, for example, JP-A-59-122765. The adiabatic engine will be described with reference to FIG.

上記断熱エンジン40は、シリンダライナ部42を有す
るセラミック製ライナヘッド41を鋳物から成るシリン
ダヘッド43の内側に嵌合している。ライナヘッド41
は、エンジンの1サイクル中最も高温・高圧ガスに晒さ
れ且つ最も熱の逃げが多い部分であるシリンダヘッド内
壁部とシリンダライナ上部を一体に形成したものであ
る。
In the heat insulating engine 40, a ceramic liner head 41 having a cylinder liner portion 42 is fitted inside a cylinder head 43 made of cast metal. Liner head 41
Is a cylinder head inner wall portion, which is the portion exposed to the highest temperature / high pressure gas during one cycle of the engine and in which most heat escapes, and the cylinder liner upper portion are integrally formed.

また、ピストンヘッド44はシリコンナイトライドで製
作され、その中央部を凹ませ、下端外周には段部46を
形成してピストンボディ47との取付時の位置決め及び
移動を防ぐようにし、中央凹部45にはピストンボディ
結合用のボルト挿通用の孔を設ける。ピストンボディ4
7の上端外周にはピストンヘッド44の下端外周を嵌入
させる段部48を形成し、上面中央を上方へ突出させ
て、突出部49上面をピストンヘッド44の下面に当接
させ、ピストンヘッド44とピストンボディ47とをボ
ルト50で結合したものである。更に、バルブ51はヘ
ッド下面52にシリンダライナ42の軸線方向に配置さ
れている。
Further, the piston head 44 is made of silicon nitride, the central portion of which is recessed, and a step portion 46 is formed on the outer periphery of the lower end to prevent positioning and movement at the time of attachment to the piston body 47. A hole for inserting a bolt for connecting the piston body is provided in this. Piston body 4
A step portion 48 into which the lower end outer circumference of the piston head 44 is fitted is formed on the outer periphery of the upper end of 7, and the center of the upper surface is projected upward so that the upper surface of the protruding portion 49 abuts the lower surface of the piston head 44. The piston body 47 is connected with a bolt 50. Further, the valve 51 is arranged on the lower surface 52 of the head in the axial direction of the cylinder liner 42.

上記断熱エンジン40は、上記のように構成され、エン
ジンからの高温の排気ガスにより排気タービンを駆動
し、その駆動によって排気タービンで得られた出力によ
り吸気コンプレッサを回転してエンジンへの過給を行う
と同時に、発電機を駆動させて発電する。発電された電
力は、コントローラの指令で電動機を回転させ、該電動
機の出力をギヤを介してエンジンのクランク軸へ供給す
ることができる。
The adiabatic engine 40 is configured as described above, and drives the exhaust turbine by the high-temperature exhaust gas from the engine, and rotates the intake compressor by the output obtained from the exhaust turbine by the drive to supercharge the engine. At the same time, the generator is driven to generate electricity. The generated electric power can rotate the electric motor in response to a command from the controller and supply the output of the electric motor to the crankshaft of the engine via the gear.

〔発明が解決しようとする問題点〕[Problems to be solved by the invention]

しかしながら、上記のようなセラミック材を断熱材又は
耐熱材として利用する断熱エンジンのピストン等につい
て、断熱特性を十分に得ることは極めて困難なことであ
る。セラミック材が燃焼室側の高温に晒される状態であ
り、そのため熱ショックを受け、セラミック材の強度上
の問題がある。
However, it is extremely difficult to obtain sufficient heat insulation characteristics for a piston or the like of a heat insulation engine that uses the ceramic material as a heat insulation material or a heat resistance material. The ceramic material is in a state of being exposed to the high temperature on the combustion chamber side, which causes a heat shock, which causes a problem in strength of the ceramic material.

また、断熱のため壁面のセラミック材の厚さを大きくす
ると、燃焼室壁体の熱容量が大きくなり、吸入行程時
に、吸入空気が燃焼室から多く受熱して高温になり、該
吸入空気が膨張してそれ以上の空気を燃焼室に供給でき
なくなり、吸入効率が低下するという現象が生じる反
面、膨張行程では断熱性を向上させなければならないと
いう問題がある。
Further, if the thickness of the ceramic material on the wall surface is increased for heat insulation, the heat capacity of the wall of the combustion chamber increases, and during the intake stroke, the intake air receives much heat from the combustion chamber and reaches a high temperature, and the intake air expands. As a result, it becomes impossible to supply more air to the combustion chamber, resulting in a decrease in suction efficiency, but there is a problem in that the adiabaticity must be improved in the expansion stroke.

また、ディーゼルエンジンでは、燃料噴射ノズルから燃
料が噴霧されるが、噴霧された燃料が燃焼室内で吸入空
気と速やかに混合し、燃焼室内に発生するスワールによ
って均一に混合することが望ましいが、その点について
も満足できるものが開示されていないのが現状である。
Further, in the diesel engine, the fuel is sprayed from the fuel injection nozzle, but it is desirable that the sprayed fuel be quickly mixed with the intake air in the combustion chamber and uniformly mixed by the swirl generated in the combustion chamber. The current situation is that nothing satisfactory is also disclosed.

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40は、セラミック製のピストンヘ
ッド部44には凹部45が形成され、強度上その厚さも
極めて厚く形成しなければならず、熱容量を可及的に小
さくすることと相反する構造となっている。
By the way, in the heat insulating engine 40 disclosed in the above-mentioned Japanese Patent Laid-Open No. 59-122765, a recess 45 is formed in the piston head portion 44 made of ceramic, and the thickness thereof must be formed to be extremely thick in view of strength. Has a structure that contradicts making as small as possible.

また、バルブ51はピストンヘッド44の構造に応じて
シリンダライナ42の軸線方向に設置され、ヘッド下面
52はフラットに形成され、従って吸入空気は半径方向
外向きに噴霧され、シリンダライナ及びヘッド下面部か
ら受熱し易く、しかもスワールの撹拌作用が発生するよ
うな構造には構成されていない。それ故に、上記と同様
な問題点を有している。
In addition, the valve 51 is installed in the axial direction of the cylinder liner 42 according to the structure of the piston head 44, and the head lower surface 52 is formed flat, so that the intake air is sprayed outward in the radial direction, and the cylinder liner and the head lower surface portion. Therefore, the structure is not so constructed that heat is easily received and the swirl stirring action occurs. Therefore, it has the same problems as described above.

そこで、この発明の目的は、上記の問題点を解消するこ
とであり、高度の断熱性を得ると共に、燃焼ガスに晒さ
れて高温になるピストンヘッドの表面部の熱容量を可及
的に小さく構成するため薄肉でフラットめ面に構成し、
それに応じてピストンヘッドを平らに形成したことによ
り燃焼室をピストンヘッドに形成できないので、シリン
ダヘッドライナ側に燃焼室を形成し、燃焼室の形状を燃
料噴射ノズルからの燃料噴霧軌跡に沿って形成し、燃焼
室内にスワールの撹拌作用を発生させ、燃焼室内で吸入
空気と噴霧された燃料とを速やかに且つ均一に混合し、
更に吸入効率及びサイクル効率を向上させ、熱ショック
を受けても強度上の問題が生じることがなく、耐熱性、
耐変形性、耐腐食性等を向上させ、しかも安定した取付
状態を得ることができ、更に爆発時にピストンヘッドに
作用する圧力を好ましい状態で受け止めることができる
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。
Therefore, an object of the present invention is to solve the above problems, to obtain a high degree of heat insulation, and to make the heat capacity of the surface portion of the piston head which is exposed to combustion gas and becomes high temperature as small as possible. In order to do this, make it thin and have a flat surface,
Since the combustion chamber cannot be formed in the piston head by forming the piston head flat accordingly, the combustion chamber is formed on the cylinder head liner side and the shape of the combustion chamber is formed along the fuel spray trajectory from the fuel injection nozzle. Then, a swirl stirring action is generated in the combustion chamber, and the intake air and the atomized fuel are rapidly and uniformly mixed in the combustion chamber,
Furthermore, the suction efficiency and the cycle efficiency are improved, and there is no problem in strength even if it receives a heat shock, heat resistance,
Provide a structure of an adiabatic engine configured to improve deformation resistance, corrosion resistance, etc., and to obtain a stable mounting state, and further to receive the pressure acting on the piston head in an explosive state in a preferable state. It is to be.

なお、ここでいうシリンダヘッドライナは、シリンダラ
イナ上部とヘッド下面部を一体構造に構成したものであ
り、燃焼の盛んな熱発生期間のみを熱遮断するための構
造である。
The cylinder head liner referred to here has a structure in which the upper portion of the cylinder liner and the lower surface of the head are integrally formed, and has a structure for shutting off heat only during a heat generation period during which combustion is active.

〔問題点を解決するための手段〕[Means for solving problems]

この発明は、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、燃焼室側をフラッ
トな面に形成したセラミック薄板をピストンヘッド部に
断熱材を介して配置したピストン、シリンダ中心部を低
く外周部を高く形成し且つ上部を四角筒体に下部を円筒
体に形成した燃焼室を構成するシリンダヘッドライナ、
該シリンダヘッドラインとシリンダヘッドの間に配置さ
れた断熱層、シリンダ中心部からほぼ水平に前記燃焼室
に燃料を噴射する燃料噴射ノズル、及びシリンダ中心部
から外周部に傾斜した前記シリンダヘッドラインのヘッ
ド下面部の傾斜面に設置されたバブル、から構成した断
熱エンジンの構造に関する。
The present invention is configured as follows to achieve the above object. That is, the present invention is a piston in which a ceramic thin plate formed with a flat surface on the combustion chamber side is arranged in the piston head through a heat insulating material, the cylinder center is formed low and the outer periphery is formed high, and the upper part is a square tube body. A cylinder head liner that forms a combustion chamber whose lower part is formed into a cylindrical body,
A heat insulating layer disposed between the cylinder head line and the cylinder head, a fuel injection nozzle for injecting fuel into the combustion chamber substantially horizontally from the cylinder center, and the cylinder head line inclined from the cylinder center to the outer periphery. The present invention relates to the structure of an adiabatic engine composed of bubbles installed on the inclined surface of the lower surface of the head.

また、この断熱エンジンの構造において、前記バルブは
互いに逆V字型に設置されているものである。
Further, in the structure of this adiabatic engine, the valves are installed in an inverted V shape with respect to each other.

また、この断熱エンジンの構造において、前記シリンダ
ヘッドライナは、セラミック材から成り、前記バルブを
配置した前記傾斜面を有する前記ヘッド下面部と、上部
を前記四角筒体に且つ下部を前記円筒体に形成したシリ
ンダライナ上部とを一体構造に構成したものである。
Further, in the structure of this adiabatic engine, the cylinder head liner is made of a ceramic material, and the head lower surface portion having the inclined surface in which the valve is arranged, the upper portion to the square tubular body, and the lower portion to the cylindrical body. The upper part of the formed cylinder liner is integrally structured.

〔作用〕[Action]

この発明による断熱エンジンの構造は、以上のように構
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、燃焼室側をフラットな面に形成したピ
ストンヘッド、シリンダ中心部を低く且つ外周部を高く
して上部一部を四角筒体に形成した燃焼室を構成するシ
リンダヘッドライナ、及び前記中心部から前記外周部に
傾斜したヘッド下面部の傾斜面に設置したバルブから構
成したので、前記セラミック薄板の厚さを可及的に薄く
形成でき、その熱容量を可及的に小さくできる。
The structure of the heat insulation engine according to the present invention is configured as described above, and operates as follows. That is, the structure of this adiabatic engine is composed of a piston head formed with a flat surface on the combustion chamber side, a cylinder forming a combustion chamber with a cylinder center portion low and an outer peripheral portion high and an upper portion partially formed into a square tubular body. Since it is composed of the headliner and the valve installed on the inclined surface of the lower surface of the head inclined from the central portion to the outer peripheral portion, the thickness of the ceramic thin plate can be formed as thin as possible and its heat capacity can be reduced as much as possible. Can be made very small.

しかも、前記燃焼室の上部を四角筒体に形成したので、
前記燃焼室内で生じるスワールは前記四角筒体の辺によ
って破られてスワールに撹拌作用が発生し、噴霧された
燃料と吸入空気とが極めて迅速に即ち上死点付近で瞬間
の間に均一に混合され、燃焼が良好に行われる。
Moreover, since the upper part of the combustion chamber is formed into a square tubular body,
The swirl generated in the combustion chamber is broken by the sides of the rectangular cylinder to generate a stirring action in the swirl, and the sprayed fuel and the intake air are mixed very quickly, that is, evenly near the top dead center during a moment. The combustion is performed well.

また、前記シリンダヘッドラインを断熱層によって断熱
すれば、前記シリンダヘッドライナの厚さを薄く構成す
ることができ、前記シリンダヘッドライナの熱容量も小
さく構成することができる。
Further, if the cylinder head line is thermally insulated by the heat insulating layer, the thickness of the cylinder head liner can be made thin, and the heat capacity of the cylinder head liner can be made small.

また、前記シリンダヘッドライナ及び前記ピストンヘッ
ドのセラミックスの厚さを薄く構成する程、燃焼室内の
ガス温度への追従性がよくなり、前記燃焼室内の高温時
と低温時との壁温振幅は厚さが厚い場合に比較して大き
くなり、結果的に燃焼ガスと燃焼室壁面のセラミックス
との温度差が小さくなり、熱伝達量が減少するため、吸
入空気の受熱を減少させる。
Further, the thinner the ceramic thickness of the cylinder head liner and the piston head is made, the better the followability to the gas temperature in the combustion chamber becomes, and the wall temperature amplitude between the high temperature and the low temperature in the combustion chamber becomes thicker. The thickness of the intake air is larger than that of the case where the thickness is large, and as a result, the temperature difference between the combustion gas and the ceramics on the wall surface of the combustion chamber is small, and the amount of heat transfer is reduced.

〔実施例〕〔Example〕

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。
Hereinafter, embodiments of the structure of the heat insulation engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.

第1図において、この発明の一実施例である断熱エンジ
ンの構造が符号10によって全体的に示されている。
In FIG. 1, the structure of an adiabatic engine, which is an embodiment of the present invention, is indicated generally by the numeral 10.

断熱エンジンの構造10は、主として、ピストンヘッド
部1と金属製ピストンスカート部2とから成るピストン
20、鋳物から成るシリンダヘッド(図示省略)の内側
に嵌合した窒化珪素等のセラミック製のシリンダヘッド
ライナ30、シリンダヘッドライナ30の中央部に設置
された燃料噴射ノズル25、及びシリンダヘッドライナ
30のヘッド下面部22に設置された吸気バルブ21及
び排気バルブ27から成る。
The structure 10 of the adiabatic engine is mainly composed of a piston 20 composed of a piston head portion 1 and a metal piston skirt portion 2, and a cylinder head made of ceramics such as silicon nitride fitted inside a cylinder head (not shown) made of casting. The liner 30 includes a fuel injection nozzle 25 installed in the center of the cylinder head liner 30, and an intake valve 21 and an exhaust valve 27 installed in the head lower surface part 22 of the cylinder head liner 30.

ピストン20におけるピストンヘッド部1の燃焼室側を
平らな面即ちフラットな面に形成したセラミック薄板5
を、ピストンヘッド部1に断熱材3を介して配置する。
また、ピストンヘッド部1におけるセラミック薄板5が
フラットな面を構成するのに対応して、ピストンヘッド
部1に燃焼室を形成できないので、シリンダヘッドライ
ナ30をシリンサ中心部が低く且つシリンダ外周部が高
い形状の燃焼室15を形成するように構成する。即ち、
シリンダヘッドライナ30は、シリンダライナ上部23
とヘッド下面部22を合成した一体構造に構成したもの
であり、燃焼の盛んな熱発生期間のみを熱遮断するため
の構造である。
A ceramic thin plate 5 in which the combustion chamber side of the piston head portion 1 of the piston 20 is formed into a flat surface, that is, a flat surface.
Are arranged on the piston head portion 1 with the heat insulating material 3 interposed therebetween.
Further, since the combustion chamber cannot be formed in the piston head portion 1 in response to the ceramic thin plate 5 in the piston head portion 1 forming a flat surface, the cylinder head liner 30 has a low cylinder center portion and a cylinder outer peripheral portion. The combustion chamber 15 having a high shape is formed. That is,
The cylinder head liner 30 has a cylinder liner upper portion 23.
The head lower surface portion 22 and the head lower surface portion 22 are combined into an integrated structure, which is a structure for cutting off heat only during a period of intense heat generation of combustion.

上記のような形状のシリンダヘッドライナ30とフラッ
トな形状のピストンヘッド部1のセラミック薄板5によ
って形成される燃焼室15は、断熱エンジンの燃焼室と
しては最も適している浅皿型の形状に構成することがで
きる。
The combustion chamber 15 formed by the cylinder head liner 30 having the above-described shape and the ceramic thin plate 5 of the piston head portion 1 having the flat shape is configured in a shallow dish shape most suitable as the combustion chamber of the adiabatic engine. can do.

更に、第2図は第1図の線II−IIにおける断面図である
が、燃焼室15の形状については、第2図に示すよう
に、上部一部が断面四角形即ち四角筒体26に形成さ
れ、また下部が断面丸形即ち円筒体28に形成されてい
る。更に、四角筒体26は、角部を曲面、例えば、半径
の約1/2〜2/3程度のアールで形作った曲面に形成
することが流体の流れ上好ましい。このような形状によ
って、燃焼室15内で生じるスワールは四角筒体26の
辺によって破られ、即ち渦を破って撹拌作用が発生し、
噴霧された燃料と吸入空気とが極めて迅速に即ち上死点
付近で瞬間の間に均一に混合され、燃焼が良好に行われ
る。
Further, FIG. 2 is a sectional view taken along the line II-II in FIG. 1. Regarding the shape of the combustion chamber 15, as shown in FIG. Further, the lower portion is formed into a circular body 28 having a round cross section. Further, in terms of fluid flow, it is preferable that the square tubular body 26 has a corner portion formed into a curved surface, for example, a curved surface having a radius of about 1/2 to 2/3 of the radius. With such a shape, the swirl generated in the combustion chamber 15 is broken by the sides of the rectangular cylindrical body 26, that is, the swirl is broken to generate a stirring action,
The atomized fuel and the intake air are mixed very rapidly, that is, near the top dead center and evenly during the moment, and the combustion is satisfactorily performed.

また、シリンダヘッドライナ30の外周面は、チタン酸
カリウム等の断熱ガスケット29及び断熱層24によっ
て遮熱されているので、シリンダヘッドライナ30自体
も厚さを構成することができ、熱容量を小さくすること
ができる。
Further, since the outer peripheral surface of the cylinder head liner 30 is shielded by the heat insulating gasket 29 such as potassium titanate and the heat insulating layer 24, the thickness of the cylinder head liner 30 itself can be configured to reduce the heat capacity. be able to.

更に、第2図に示すように、吸気バルブ21及び排気バ
ルブ27は、シリンダヘッドライナ30におけるシリン
ダ中心部からシリンダ外周部に傾斜したヘッド下面部2
2の傾斜面に設置されている。ヘッド下面部22は、第
1図で示すように、外向きに立ち上がった傾斜面である
ので、該傾斜面に吸気バルブシート及び排気バルブシー
トをそれぞれ形成し、各バルブシートに吸気バルブ21
及び排気バルブ27を設置すれば、吸気バルブ21は排
気バルブ27と逆V字型に設置されることになる(場合
によってはシリンダ軸とほゞ平行に設置することもでき
る)。
Further, as shown in FIG. 2, the intake valve 21 and the exhaust valve 27 have a head lower surface portion 2 inclined from the cylinder center portion of the cylinder head liner 30 to the cylinder outer peripheral portion.
It is installed on two inclined planes. As shown in FIG. 1, the head lower surface portion 22 is an inclined surface that rises outward, so that an intake valve seat and an exhaust valve seat are formed on the inclined surface, and the intake valve 21 is formed in each valve seat.
If the exhaust valve 27 is installed, the intake valve 21 is installed in an inverted V shape with the exhaust valve 27 (in some cases, the intake valve 21 can be installed substantially parallel to the cylinder axis).

吸気バルブ21の傾きのため、吸入行程における吸入空
気の流れは、半径方向外側からヘッド下面部22へと伸
長している吸気ポート(図示省略)の形状を考慮する
と、エンジンの垂直方向で且つ燃焼室15の中央に向け
てメインの流れが形成される。
Due to the inclination of the intake valve 21, the intake air flow in the intake stroke is in the vertical direction of the engine and in the combustion direction in consideration of the shape of the intake port (not shown) extending from the outer side in the radial direction to the head lower surface portion 22. A main flow is formed towards the center of the chamber 15.

それ故に、吸入空気は、高温となっているシリンダヘッ
ドライナ30の内壁面に接することが少なくなり、熱伝
達による受熱量が減少するため、流入する吸入空気の熱
膨張が小さくなり、吸入効率の低下が生じない。この場
合に、ピストンヘッド部1のセラミック薄板5即ち頂面
に吸入空気が接する量が増大したとしても、ピストン2
0は後述のように熱容量が小さくなるように構成されて
いるので、吸入効率が低下するようなことがない。
Therefore, the intake air is less likely to come into contact with the inner wall surface of the cylinder head liner 30 that is at a high temperature, and the amount of heat received by heat transfer is reduced, so that the thermal expansion of the intake air that flows in is reduced and the intake efficiency is improved. No decrease occurs. In this case, even if the amount of intake air coming into contact with the ceramic thin plate 5 of the piston head portion 1, that is, the top surface increases, the piston 2
Since 0 is configured to have a small heat capacity as described later, the suction efficiency does not decrease.

一方、吸気バルブ21及び排気バルブ27は燃焼室15
内に収納されているので、誤ってピストン20がTDC
(上死点)の時、吸気バルブ21及び排気バルブ27が
全開した時でもピストン20と干渉することなく、常に
安全が保たれる。
On the other hand, the intake valve 21 and the exhaust valve 27 are connected to the combustion chamber 15
Since it is housed inside, the piston 20 is
At (top dead center), safety is always maintained without interfering with the piston 20 even when the intake valve 21 and the exhaust valve 27 are fully opened.

更に、燃料噴射ノズル25は、シリンダヘッドライナ3
0におけるヘッド下面部22のシリンダ中心部、言い換
えれば、燃焼室15の最も低い部位に設置されている。
しかも、燃料噴射ノズル25の多噴孔は、ピストンヘッ
ド部1のセラミック薄板5に平行で且つ半径方向外向き
に形成されている。従って、燃料噴射ノズル25の噴霧
軌跡(図で矢印B方向で示す噴霧パターン)に対応して
燃焼室15が形成されていることになる。
Further, the fuel injection nozzle 25 is connected to the cylinder head liner 3
It is installed at the center portion of the cylinder of the head lower surface portion 22 at 0, in other words, at the lowest portion of the combustion chamber 15.
Moreover, the multiple injection holes of the fuel injection nozzle 25 are formed parallel to the ceramic thin plate 5 of the piston head portion 1 and outward in the radial direction. Therefore, the combustion chamber 15 is formed in correspondence with the spray trajectory of the fuel injection nozzle 25 (spray pattern shown by arrow B in the figure).

次に、ピストン20について、ピストンヘッド部1は、
中央に取付ボス部4を有し、またセラミック材と熱膨張
係数がほぼ等しく、強度が高く、ヤング率が比較的に高
い材料、例えば、サーメット、金属等の材料から構成さ
れている。ピストンヘッド部1そのものには燃焼室が形
成されておらず、ピストンヘッド部1の燃焼室側はフラ
ットな形状に構成されている。
Next, regarding the piston 20, the piston head portion 1
It has a mounting boss portion 4 at the center, is made of a material having a coefficient of thermal expansion substantially equal to that of a ceramic material, high strength, and a relatively high Young's modulus, for example, a material such as cermet or metal. No combustion chamber is formed in the piston head portion 1 itself, and the combustion chamber side of the piston head portion 1 is formed in a flat shape.

ピストンスカート部2には、中央にピストンヘッド部1
の取付ボス部4が嵌合する中央孔12が形成されてい
る。ピストンヘッド部1の取付ボス部4は、ピストンス
カート部2の中央孔12に嵌合され、取付ボス部4に形
成された嵌合溝14とピストンスカート部2の中央孔1
2に形成された嵌合溝13とに跨がって金属製リング1
1が嵌入され、ピストンヘッド部1はピストンスカート
部2に対して押圧状態に係止されている。
The piston skirt 2 has a piston head 1 at the center.
A central hole 12 into which the mounting boss 4 is fitted is formed. The mounting boss portion 4 of the piston head portion 1 is fitted into the central hole 12 of the piston skirt portion 2, and the fitting groove 14 formed in the mounting boss portion 4 and the central hole 1 of the piston skirt portion 2.
The metal ring 1 straddling the fitting groove 13 formed in
1 is inserted, and the piston head portion 1 is locked to the piston skirt portion 2 in a pressed state.

更に、ピストンヘッド部1とピストンスカート部2との
中央部の当接部位には断熱ガスケットである緩衝材8が
押圧状態に介在しており、緩衝材8は断熱機能も有して
いる。また、ピストンヘッド部1とピストンスカート部
2との間には、断熱空気層9が形成されている。
Further, a cushioning material 8 which is a heat insulating gasket is interposed in a pressed state at a contact portion at a central portion between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2, and the cushioning material 8 also has a heat insulating function. A heat insulating air layer 9 is formed between the piston head portion 1 and the piston skirt portion 2.

ピストン20について、セラミック薄板5が燃焼室15
に面するようにピストンヘッド部1に断熱材3を介して
配置されることである。セラミック薄板5は、窒化珪素
等のセラミックスから成り、厚さ約1mm前後、或いは
1mm以下に製作されている。セラミック薄板5の外周
部には、同様な材料で形成されたセラミックリング6が
嵌合し、セラミック薄板5とセラミックリング6とは、
例えば、符号18で示す接触部でCVD(即ち、化学蒸
着)によって接合されている。
For the piston 20, the ceramic thin plate 5 is the combustion chamber 15
Is disposed on the piston head portion 1 via the heat insulating material 3 so as to face. The ceramic thin plate 5 is made of ceramics such as silicon nitride and has a thickness of about 1 mm or less than 1 mm. A ceramic ring 6 made of a similar material is fitted to the outer peripheral portion of the ceramic thin plate 5, and the ceramic thin plate 5 and the ceramic ring 6 are
For example, they are joined by CVD (that is, chemical vapor deposition) at a contact portion indicated by reference numeral 18.

セラミックリング6の内周面には段部16が形成されて
おり、ピストンヘッド部1の外周部17がセラミックリ
ング6の段部16に当接するようにセラミックリング6
に嵌合している。セラミック薄板5、セラミックリング
6及びピストンヘッド部1によって形成される空間部に
は、断熱材3が封入されている。断熱材3は、チタン酸
カリウムウイスカー、ジルコニアファイバ等の材料から
成り、断熱機能を果たすと共に、爆発時にセラミック薄
板5に作用する圧力を受け止める構造材として機能す
る。
A step portion 16 is formed on the inner peripheral surface of the ceramic ring 6, and the outer peripheral portion 17 of the piston head portion 1 abuts on the step portion 16 of the ceramic ring 6.
Is fitted to. A heat insulating material 3 is enclosed in a space formed by the ceramic thin plate 5, the ceramic ring 6 and the piston head 1. The heat insulating material 3 is made of a material such as potassium titanate whiskers and zirconia fiber, and has a heat insulating function and also functions as a structural material that receives the pressure acting on the ceramic thin plate 5 at the time of explosion.

ピストンヘッド部1がピストンスカート部2に押圧状態
に取り付けられることによって、ピストンヘッド部1の
外周部17がセラミックリング6の段部16に押し付け
られ、セラミックリング6がピストンスカート部2の周
囲部に押圧される。この場合に、セラミックリング6と
ピストンスカート部2とのシールのため、ガスケットで
あるカーボンシール7が介在されている。カーボンシー
ル7に対するシール軸力は、ピストンヘッド部1がピス
トンスカート部2に押圧状態に取り付けられることによ
って作用する。
By mounting the piston head portion 1 on the piston skirt portion 2 in a pressed state, the outer peripheral portion 17 of the piston head portion 1 is pressed against the step portion 16 of the ceramic ring 6, and the ceramic ring 6 is attached to the peripheral portion of the piston skirt portion 2. Pressed. In this case, a carbon seal 7, which is a gasket, is interposed to seal the ceramic ring 6 and the piston skirt portion 2. The seal axial force on the carbon seal 7 acts by the piston head portion 1 being attached to the piston skirt portion 2 in a pressed state.

このピストン20の構造については、爆発による圧縮力
を、チタン酸カリウム等の断熱材3によって均等に受け
る必要があり、そのためにもピストンヘッド部1の燃焼
室側の面及びセラミック薄板5は平らな形状即ちフラッ
トな形状に構成されている。
With respect to the structure of the piston 20, it is necessary to uniformly receive the compressive force due to the explosion by the heat insulating material 3 such as potassium titanate. For this reason, the surface of the piston head portion 1 on the combustion chamber side and the ceramic thin plate 5 are flat. It has a flat shape.

〔発明の効果〕〔The invention's effect〕

この発明による断熱エンジンの構造は、以上のように構
成されているので、次のような特有の効果を奏する。即
ち、この断熱エンジンの構造は、燃焼室側をフラットな
面に形成したピストンヘッド、シリンダ中心部を低く且
つ外周部を高くして上部一部を四角筒体に形成した燃焼
室を構成するシリンダヘッドライナ、及び前記中心部か
ら前記外周部に傾斜したヘッド下面部の傾斜面に設置し
たバルブから構成したので、燃焼ガスに晒されて高温に
なる前記シリンダヘッドライナに燃焼室を形成し、同様
に燃焼ガスに晒されて高温になるピストンヘッドの表面
部をフラットにしてセラミック薄板で構成できる。従っ
て、前記セラミック薄板の厚さを可及的に薄く形成で
き、その熱容量を可及的に小さくでき、ガス温度への追
従性を良好にし、高度の断熱性を得ることができ、吸入
効率及びサイクル効率を向上させる。
Since the structure of the heat insulation engine according to the present invention is configured as described above, it has the following unique effects. That is, the structure of this adiabatic engine is composed of a piston head formed with a flat surface on the combustion chamber side, a cylinder forming a combustion chamber with a cylinder center portion low and an outer peripheral portion high and an upper portion partially formed into a square tubular body. Since it is composed of a headliner and a valve installed on the inclined surface of the lower surface of the head inclined from the central portion to the outer peripheral portion, a combustion chamber is formed in the cylinder headliner that is exposed to combustion gas and becomes high in temperature. The surface of the piston head, which is exposed to combustion gas and becomes hot, can be made flat by using a ceramic thin plate. Therefore, the thickness of the ceramic thin plate can be formed as thin as possible, the heat capacity thereof can be made as small as possible, the followability to the gas temperature can be made good, and a high degree of heat insulating property can be obtained. Improve cycle efficiency.

しかも、前記燃焼室を構成するシリンダヘッドライナ
は、上部が四角筒体に且つ下部が円筒体に形成されてい
るので、前記燃焼室内で生じるスワールは前記四角筒体
の辺によって破られ、スワールに撹拌作用が発生し、噴
霧された燃料と吸入空気とが極めて迅速に即ち上死点付
近で瞬間の間に均一に混合され、燃焼が良好に行われ
る。
Moreover, in the cylinder head liner that constitutes the combustion chamber, since the upper portion is formed into a square tubular body and the lower portion is formed into a cylindrical body, the swirl generated in the combustion chamber is broken by the side of the square tubular body and swirled. A stirring action occurs, and the atomized fuel and the intake air are mixed very quickly, that is, evenly in the vicinity of the top dead center during the instant, and the combustion is favorably performed.

また、前記シリンダヘッドライナを断熱層によって断熱
すれば、前記シリンダヘッドライナの厚さを薄く構成す
ることができ、前記シリンダヘッドライナの熱容量も小
さく構成することができる。即ち、前記シリンダヘッド
ライナ及び前記ピストンヘッドのセラミックスの厚さを
薄く構成する程、燃焼室内のガス温度への追従性がよく
なり、前記燃焼室内の高温時と低温時との壁温振幅は厚
さが厚い場合に比較して大きくなり、結果的に燃焼ガス
と燃焼室壁面のセラミックスとの温度差が小さくなり、
熱伝達量が減少するため、吸入空気の受熱を減少させ
る。
Further, if the cylinder head liner is thermally insulated by the heat insulating layer, the thickness of the cylinder head liner can be made thin and the heat capacity of the cylinder head liner can be made small. That is, the thinner the ceramic thickness of the cylinder head liner and the piston head is, the better the followability to the gas temperature in the combustion chamber is, and the wall temperature amplitude at high temperature and low temperature in the combustion chamber becomes thicker. Is thicker than the thicker one, resulting in a smaller temperature difference between the combustion gas and the ceramics on the wall of the combustion chamber.
Since the amount of heat transfer is reduced, the heat reception of the intake air is reduced.

しかも、吸入空気のメインの流れは前記バルブ及びバル
ブシートの中央付近に位置する部位から前記燃焼室内に
垂直に且つ中央に向けて流入でき、それ故に、吸入空気
は高温となっている前記シリンダヘッドライナの内壁面
に接することが少なくなり、熱伝達による受熱量が減少
するため、流入する吸入空気の熱膨張が小さくなり、吸
入効率の低下が生じない。
Moreover, the main flow of the intake air can flow into the combustion chamber vertically and toward the center from the portion located near the center of the valve and the valve seat, and therefore the intake air has a high temperature. Since the contact with the inner wall surface of the liner is reduced and the amount of heat received by heat transfer is reduced, the thermal expansion of the inhaled intake air is reduced and the inhalation efficiency is not reduced.

この場合に、前記ピストンヘッド部の前記セラミック薄
板即ち頂面に吸入空気が接する量が増大したとしても、
前記ピストンヘッドは熱容量が小さくなるように構成さ
れているので、吸入効率が低下するようなことがなく、
吸入効率及びサイクル効率を向上させることができる。
In this case, even if the amount of intake air in contact with the ceramic thin plate, that is, the top surface of the piston head portion increases,
Since the piston head is configured to have a small heat capacity, suction efficiency does not decrease,
Inhalation efficiency and cycle efficiency can be improved.

更に、前記シリンダ中心部に燃料噴射ノズルを設置し且
つ前記燃料噴射ノズルの噴霧軌跡即ち噴霧パターンに対
応する形状に前記燃焼室が形成されているので、吸入空
気の受熱量が少なくなり、吸入空気の熱膨張を小さく抑
えることができ、燃料噴霧が吸入空気と良好に混合さ
れ、良好な燃焼を得ることができる。
Further, since the fuel injection nozzle is installed in the center of the cylinder and the combustion chamber is formed in a shape corresponding to the spray trajectory of the fuel injection nozzle, that is, the spray pattern, the amount of heat received by the intake air is reduced and the intake air is reduced. The thermal expansion of can be suppressed to a low level, the fuel spray can be mixed well with the intake air, and good combustion can be obtained.

しかも、前記ピストンヘッド部が熱ショックを受けても
強度上の問題が生じることがなく、耐熱性を向上させ、
しかも安定した取付状態を得ることができ、更に爆発時
に前記セラミック薄板に作用する圧力を好ましい状態で
受け止めることができる。しかも、前記セラミック薄板
とサーメット等の前記ピストンヘッド部とは、熱膨張係
数がほぼ等しいので、両者の結合状態に問題が生じるよ
うなことはない。
Moreover, even if the piston head portion receives a heat shock, no problem in strength occurs, and heat resistance is improved,
Moreover, a stable mounting state can be obtained, and the pressure acting on the ceramic thin plate at the time of explosion can be received in a preferable state. Moreover, since the ceramic thin plate and the piston head portion such as the cermet have substantially the same thermal expansion coefficient, no problem occurs in the combined state of the two.

また、サーメット等の前記ピストンヘッド部は剛性が高
く、高圧が掛かったとしても変形し難く、前記ピストン
ヘッド部と前記ピストンスカート部との間の結合状態は
安定しており、しかも境界部のガスシールを安定して達
成することができる。
Further, the piston head portion such as cermet has a high rigidity and is hard to be deformed even when a high pressure is applied, the coupling state between the piston head portion and the piston skirt portion is stable, and the gas at the boundary portion is stable. The seal can be stably achieved.

しかも、前記断熱材は、例えば、チタン酸カリウムウイ
スカー、ジルコニアファイバ等、或いはこれらとグラス
ファイバとの混合材で構成され、前記エンジンの前記燃
焼室に対して高性能の断熱機能を果たし、前記燃焼室か
らピストンを通じての熱エネルギーの流出はなく、熱エ
ネルギーを前記燃焼室に閉じ込めることができる。従っ
て、排気ガス流れの下流に設置したエネルギー回収装置
によって、熱エネルギーを有効に回収することができ
る。
Moreover, the heat insulating material is composed of, for example, potassium titanate whiskers, zirconia fibers or the like, or a mixed material of these and glass fibers, and performs a high-performance heat insulating function with respect to the combustion chamber of the engine. There is no outflow of thermal energy from the chamber through the piston and the thermal energy can be trapped in the combustion chamber. Therefore, the thermal energy can be effectively recovered by the energy recovery device installed downstream of the exhaust gas flow.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

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図の線II−IIにおける断面
図、及び第3図は従来の断熱エンジンの一例を示す断面
図である。 1……ピストンヘッド部、3……断熱材、5……セラミ
ック薄板、9……断熱空気層、10……断熱エンジンの
構造、15……燃焼室、17……ピストンヘッド部の外
周部、20……ピストン、21……吸気バルブ、22…
…ヘッド下面部、23……シリンダライナ上部、24…
…断熱層、25……燃料噴射ノズル、26……四角筒
体、27……排気バルブ、28……円筒体、29……断
熱ガスケット、30……シリンダヘッドライナ、B……
噴霧パターン。
FIG. 1 is a cross-sectional view showing an embodiment of the structure of the heat insulation engine according to the present invention, FIG. 2 is a cross-sectional view taken along line II-II of FIG. 1, and FIG. 3 is a cross section showing an example of a conventional heat insulation engine. It is a figure. 1 ... Piston head part, 3 ... Insulation material, 5 ... Ceramic thin plate, 9 ... Adiabatic air layer, 10 ... Insulation engine structure, 15 ... Combustion chamber, 17 ... Piston head outer peripheral part, 20 ... Piston, 21 ... Intake valve, 22 ...
... Head bottom surface, 23 ... Cylinder liner upper part, 24 ...
… Insulating layer, 25 …… Fuel injection nozzle, 26 …… Square cylinder, 27 …… Exhaust valve, 28 …… Cylinder, 29 …… Insulation gasket, 30 …… Cylinder headliner, B ……
Spray pattern.

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】燃焼室側をフラット面に形成したセラミッ
ク薄板をピストンヘッド部に断熱材を介して配置したピ
ストン、シリンダ中心部を低く外周部を高く形成し且つ
上部を四角筒体に下部を円筒体に形成した燃焼室を構成
するシリンダヘッドライナ、該シリンダヘッドライナと
シリンダヘッドとの間に配置された断熱層、シリンダ中
心部からほぼ水平に前記燃焼室に燃料を噴射する燃料噴
射ノズル、及びシリンダ中心部から外周部に傾斜した前
記シリンダヘッドライナのヘッド下面部の傾斜面に設置
されたバルブ、から構成した断熱エンジンの構造。
1. A piston in which a ceramic thin plate having a flat surface on the combustion chamber side is disposed in a piston head through a heat insulating material, a cylinder central part is formed low and an outer peripheral part is formed high, and an upper part is a quadrangular cylinder and a lower part is formed. A cylinder head liner forming a combustion chamber formed in a cylindrical body, a heat insulating layer arranged between the cylinder head liner and the cylinder head, a fuel injection nozzle for injecting fuel into the combustion chamber substantially horizontally from the center of the cylinder, And a valve installed on the inclined surface of the lower surface of the head of the cylinder head liner inclined from the center of the cylinder to the outer circumference.
【請求項2】前記バルブは互いに逆V字型に設置されて
いる特許請求の範囲第1項に記載の断熱エンジンの構
造。
2. The structure of an adiabatic engine according to claim 1, wherein the valves are installed in an inverted V shape.
【請求項3】前記シリンダヘッドライナは、セラミック
材から成り、前記バルブを配置した前記傾斜面を有する
前記ヘッド下面部と、上部を前記四角筒体に且つ下部を
前記円筒体に形成したシリンダライナ上部とを一体構造
に構成した特許請求の範囲第1項に記載の断熱エンジン
の構造。
3. A cylinder liner made of a ceramic material, the lower surface of the head having the inclined surface on which the valve is arranged, the upper part of the cylinder liner and the lower part of the cylinder liner. The structure of the adiabatic engine according to claim 1, wherein the upper part and the upper part are configured as an integrated structure.
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