JPH07119543A - 遮熱エンジンの構造 - Google Patents
遮熱エンジンの構造Info
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- JPH07119543A JPH07119543A JP5288628A JP28862893A JPH07119543A JP H07119543 A JPH07119543 A JP H07119543A JP 5288628 A JP5288628 A JP 5288628A JP 28862893 A JP28862893 A JP 28862893A JP H07119543 A JPH07119543 A JP H07119543A
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
- F02B77/11—Thermal or acoustic insulation
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F1/00—Cylinders; Cylinder heads
- F02F1/24—Cylinder heads
- F02F2001/249—Cylinder heads with flame plate, e.g. insert in the cylinder head used as a thermal insulation between cylinder head and combustion chamber
Abstract
(57)【要約】 （修正有）
【目的】エンジンの燃焼室を二重構造とし、二重の間に
熱通過率の小さい部分安定化ジルコニアを挟持させて燃
焼室の遮熱を図る。 【構成】窒化珪素材のヘッドライナ１に空隙を隔てた外
筒２により被覆して燃焼室を二重構造とし、空隙の要所
にガスケット３を配置するが、ガスケット３の遮熱部３
１は部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、接触部３２には
ステンレス鋼または銅を用いて遮熱部３１を両側から挟
持する。したがって高温度のヘッドライナ１の熱は熱伝
導率の小さなＰＳＺに遮られ、燃焼室が遮熱される。
熱通過率の小さい部分安定化ジルコニアを挟持させて燃
焼室の遮熱を図る。 【構成】窒化珪素材のヘッドライナ１に空隙を隔てた外
筒２により被覆して燃焼室を二重構造とし、空隙の要所
にガスケット３を配置するが、ガスケット３の遮熱部３
１は部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）、接触部３２には
ステンレス鋼または銅を用いて遮熱部３１を両側から挟
持する。したがって高温度のヘッドライナ１の熱は熱伝
導率の小さなＰＳＺに遮られ、燃焼室が遮熱される。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はエンジンの燃焼室の関連
部分に高温度に耐えるセラミックスなどの素材を用い、
冷却せずに高温度で運転して熱効率の向上を図る遮熱エ
ンジンの構造に関する。
部分に高温度に耐えるセラミックスなどの素材を用い、
冷却せずに高温度で運転して熱効率の向上を図る遮熱エ
ンジンの構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】近年、エンジンの冷却機構を省き、燃焼
室のシリンダやピストンなどに従来の金属より高温度に
耐えるセラミックスを用いて耐高熱構造とし、高温度で
エンジンを運転することにより熱効率を向上させる遮熱
エンジンが出現している。
室のシリンダやピストンなどに従来の金属より高温度に
耐えるセラミックスを用いて耐高熱構造とし、高温度で
エンジンを運転することにより熱効率を向上させる遮熱
エンジンが出現している。
【０００３】そして、遮熱エンジンとして通常、ジルコ
ニアコ−ティングタイプの燃焼室を備えたエンジンが開
発されている。
ニアコ−ティングタイプの燃焼室を備えたエンジンが開
発されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ここで上述のジルコニ
アコ−ティングタイプ燃焼室における熱通過率を計算式
により算出してみると、Ｑを通過する熱量、Ａｓを燃焼
室表面積、Ｋ1 を熱通過率、Ｔｇをガス温度、Ｔａを空
気または水温度とすると、これらの関係は次式となる。 Ｑ＝Ａｓ・Ｋ1 （Ｔｇ−Ｔａ）…（１） Ｋ1 ＝１／（１／αｇ＋δ1 ／λｐｚ＋δ2 ／λｓｔ＋１／αｃ）…（２） となり、例えば（２）式におけるαｇはシリンダ内のガ
スの状態で決まる係数で通常のエンジンで２５０ｋｃａ
ｌ／ｍ20Ｃｈ、αｃ＝５０００ｋｃａｌ／ｍ20Ｃｈ、λ
ｐｚはジルコニアの熱伝導率で５ｋｃａｌ／ｍ0 Ｃｈ、
λｓｔはステンレスの熱伝導率で４０ｋｃａｌ／ｍ0 Ｃ
ｈである。
アコ−ティングタイプ燃焼室における熱通過率を計算式
により算出してみると、Ｑを通過する熱量、Ａｓを燃焼
室表面積、Ｋ1 を熱通過率、Ｔｇをガス温度、Ｔａを空
気または水温度とすると、これらの関係は次式となる。 Ｑ＝Ａｓ・Ｋ1 （Ｔｇ−Ｔａ）…（１） Ｋ1 ＝１／（１／αｇ＋δ1 ／λｐｚ＋δ2 ／λｓｔ＋１／αｃ）…（２） となり、例えば（２）式におけるαｇはシリンダ内のガ
スの状態で決まる係数で通常のエンジンで２５０ｋｃａ
ｌ／ｍ20Ｃｈ、αｃ＝５０００ｋｃａｌ／ｍ20Ｃｈ、λ
ｐｚはジルコニアの熱伝導率で５ｋｃａｌ／ｍ0 Ｃｈ、
λｓｔはステンレスの熱伝導率で４０ｋｃａｌ／ｍ0 Ｃ
ｈである。
【０００５】したがってこれらの数値を（２）式により
計算すると、図３の数式図に示すようにこの例における
熱通過率Ｋ1 の値は約２００ｋｃａｌ／ｍ20Ｃｈとなっ
て熱の遮熱が余り行えないという問題がある。
計算すると、図３の数式図に示すようにこの例における
熱通過率Ｋ1 の値は約２００ｋｃａｌ／ｍ20Ｃｈとなっ
て熱の遮熱が余り行えないという問題がある。
【０００６】本発明はこのような問題を改善するためな
されたもので、その目的はエンジンの燃焼室の構造を二
重にして燃焼室からの放熱量を低減させようとする遮熱
エンジンの構造を提供することにある。
されたもので、その目的はエンジンの燃焼室の構造を二
重にして燃焼室からの放熱量を低減させようとする遮熱
エンジンの構造を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
めに本発明によれば、エンジンの燃焼室の内壁部分に耐
熱性の素材を用い、高温度にて運転する遮熱エンジンの
構造において、シリンダヘッドとライナ部とを合体させ
た耐熱素材からなるヘッドライナと、該ヘッドライナと
所定の空隙を隔てた外筒との間の要部に配置されヘッド
ライナ外壁との接触面積がその外壁全面積の２０％以下
に設定された低熱伝導性の素材を備えたガスケットとを
有する遮熱エンジンの構造が提供される。
めに本発明によれば、エンジンの燃焼室の内壁部分に耐
熱性の素材を用い、高温度にて運転する遮熱エンジンの
構造において、シリンダヘッドとライナ部とを合体させ
た耐熱素材からなるヘッドライナと、該ヘッドライナと
所定の空隙を隔てた外筒との間の要部に配置されヘッド
ライナ外壁との接触面積がその外壁全面積の２０％以下
に設定された低熱伝導性の素材を備えたガスケットとを
有する遮熱エンジンの構造が提供される。
【０００８】
【作用】窒化珪素材のヘッドライナと空隙を隔てた外筒
とにより二重構造に形成し、空隙には部分安定化ジルコ
ニアによる熱伝導率の小さいガスケットを配置したの
で、高温度のヘッドライナからの熱流が妨げられて有効
に遮熱される。
とにより二重構造に形成し、空隙には部分安定化ジルコ
ニアによる熱伝導率の小さいガスケットを配置したの
で、高温度のヘッドライナからの熱流が妨げられて有効
に遮熱される。
【０００９】
【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。図１は本発明にかかる遮熱エンジンの
構造の一実施例を示す燃焼室の部分断面図である。
詳細に説明する。図１は本発明にかかる遮熱エンジンの
構造の一実施例を示す燃焼室の部分断面図である。
【００１０】同図における１はシリンダのヘッドライナ
で、シリンダヘッドとライナ部とを合体したもので窒化
珪素材が使用され、該素材は耐熱性が１１００℃まで保
証されて比熱が鉄鋼材とほぼ同等、比重は１／２．５で
燃焼室壁面における熱の応答性が良好である。すなわ
ち、高温度の燃焼ガスからの熱の伝達がよく、壁面から
ガスへの熱移動が少ないので、エンジンの吸入、圧縮行
程におけるヘッドライナからガスへの熱移動が小で、燃
焼期間におけるガスからヘッドライナへの熱移動が大き
いものである。
で、シリンダヘッドとライナ部とを合体したもので窒化
珪素材が使用され、該素材は耐熱性が１１００℃まで保
証されて比熱が鉄鋼材とほぼ同等、比重は１／２．５で
燃焼室壁面における熱の応答性が良好である。すなわ
ち、高温度の燃焼ガスからの熱の伝達がよく、壁面から
ガスへの熱移動が少ないので、エンジンの吸入、圧縮行
程におけるヘッドライナからガスへの熱移動が小で、燃
焼期間におけるガスからヘッドライナへの熱移動が大き
いものである。
【００１１】２はシリンダの外筒で、ヘッドライナ１と
は所定の空隙を隔てて覆うもので、例えば鋳鋼が使われ
ている。
は所定の空隙を隔てて覆うもので、例えば鋳鋼が使われ
ている。
【００１２】３はガスケットで、前記のヘッドライナ１
と外筒２との空隙の要部に配置され、ヘッドライナ外壁
との接触面積が外壁全面積の２０％以下に設定されて燃
焼室の遮熱を図るもので、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニ
ア）からなる遮熱部３１と、該遮熱部３１を熱流方向の
上下流の両側から挟んで保持する接触部３２とにより形
成されている。
と外筒２との空隙の要部に配置され、ヘッドライナ外壁
との接触面積が外壁全面積の２０％以下に設定されて燃
焼室の遮熱を図るもので、ＰＳＺ（部分安定化ジルコニ
ア）からなる遮熱部３１と、該遮熱部３１を熱流方向の
上下流の両側から挟んで保持する接触部３２とにより形
成されている。
【００１３】ＰＳＺは熱伝導率が約１．６ｋｃａｌ／ｍ
0 Ｃｈの小さい値のもので、その断面を四角形とし、こ
れを保持する接触部３２は軟質金属のステンレス鋼また
は銅の素材を用い、断面をコ字状にして遮熱部３１を両
側から挟むように形成し、熱伝導側と熱放散側との間は
不連続として間隔を設け、両者の間の金属による直接の
熱伝導を防止するように構成されている。
0 Ｃｈの小さい値のもので、その断面を四角形とし、こ
れを保持する接触部３２は軟質金属のステンレス鋼また
は銅の素材を用い、断面をコ字状にして遮熱部３１を両
側から挟むように形成し、熱伝導側と熱放散側との間は
不連続として間隔を設け、両者の間の金属による直接の
熱伝導を防止するように構成されている。
【００１４】つぎにこのように構成された本実施例の作
動を説明すると、本実施例におけるヘッドライナ１は窒
化珪素材を用いて熱伝導率が小のため、エンジンスタ−
ト直後に壁面温度の上昇が早くなるとともに、壁面での
過激な温度上昇が生じて熱発生期間における熱移動が抑
制される。
動を説明すると、本実施例におけるヘッドライナ１は窒
化珪素材を用いて熱伝導率が小のため、エンジンスタ−
ト直後に壁面温度の上昇が早くなるとともに、壁面での
過激な温度上昇が生じて熱発生期間における熱移動が抑
制される。
【００１５】また、ヘッドライナ１と外筒２との空隙の
空気層部の熱の伝達については、該空隙の要所にガスケ
ット３として熱伝導率の小さなＰＳＺがヘッドライナの
全外壁の２０％以下の接触面積の部分に配置されている
のみで、さらにこれを保持する接触部３２は金属が不連
続のためヘッドライナ１側からの熱流が抑えられて遮熱
されることになる。
空気層部の熱の伝達については、該空隙の要所にガスケ
ット３として熱伝導率の小さなＰＳＺがヘッドライナの
全外壁の２０％以下の接触面積の部分に配置されている
のみで、さらにこれを保持する接触部３２は金属が不連
続のためヘッドライナ１側からの熱流が抑えられて遮熱
されることになる。
【００１６】図２はシリンダヘッド部の遮熱構造の他の
実施例を示す斜視図であり、４は遮熱部材でシリンダヘ
ッドと外筒上部との空隙に配置されるもので、その上下
面にはステンレス鋼または銅からなる上板４１、下板４
２が設けられ、両者の間のシ−ル部分のみにＰＳＺから
なる遮熱部４３が挟持されている。そして、図２に示す
破線で囲まれたシ−ル部分４４以外はＰＳＺのない空間
が形成されている。
実施例を示す斜視図であり、４は遮熱部材でシリンダヘ
ッドと外筒上部との空隙に配置されるもので、その上下
面にはステンレス鋼または銅からなる上板４１、下板４
２が設けられ、両者の間のシ−ル部分のみにＰＳＺから
なる遮熱部４３が挟持されている。そして、図２に示す
破線で囲まれたシ−ル部分４４以外はＰＳＺのない空間
が形成されている。
【００１７】このような実施例においても前述の実施例
と同様にシリンダヘッドと外筒との間にはシ−ル部分の
みに熱伝導率の小さなＰＳＺが配置されているため、エ
ンジンの運転時は高温度のシリンダヘッドからの熱流が
抑えられて遮熱されることになる。
と同様にシリンダヘッドと外筒との間にはシ−ル部分の
みに熱伝導率の小さなＰＳＺが配置されているため、エ
ンジンの運転時は高温度のシリンダヘッドからの熱流が
抑えられて遮熱されることになる。
【００１８】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。
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。
【００１９】
【発明の効果】上述の実施例のように本発明によれば、
エンジンの燃焼室を窒化珪素材のヘッドライナと、空隙
を隔てた外筒によって二重構造とし、空隙の要所には二
重構造の壁面に接触する部分のみ金属を用いた低熱伝導
率の部分安定化ジルコニアのガスケットを配置したの
で、高温度のヘッドライナからの熱流は外筒に伝導され
難く、したがって遮熱性の良好な燃焼室を得ることがで
きる。
エンジンの燃焼室を窒化珪素材のヘッドライナと、空隙
を隔てた外筒によって二重構造とし、空隙の要所には二
重構造の壁面に接触する部分のみ金属を用いた低熱伝導
率の部分安定化ジルコニアのガスケットを配置したの
で、高温度のヘッドライナからの熱流は外筒に伝導され
難く、したがって遮熱性の良好な燃焼室を得ることがで
きる。
【００２０】なお、前者の実施例における遮熱構造で
は、前述の（２）式に準ずる数式により熱通過率を計算
すると約６８ｋｃａｌ／ｍ2 ℃ｈの値となり、従来の遮
熱エンジンに比して優れた遮熱効果が得られることが明
らかである。
は、前述の（２）式に準ずる数式により熱通過率を計算
すると約６８ｋｃａｌ／ｍ2 ℃ｈの値となり、従来の遮
熱エンジンに比して優れた遮熱効果が得られることが明
らかである。
【図１】本発明にかかる遮熱エンジンの構造の一実施例
を示す燃焼室の部分断面図である。
を示す燃焼室の部分断面図である。
【図２】本発明の他の実施例を示す斜視図である。
【図３】熱通過率の計算式（２）に部材のデ−タを代入
した数式図である。
した数式図である。
１…ヘッドライナ ２…外筒 ３…ガスケット ３１…遮熱部 ３２…接触部
Claims (4)
- 【請求項１】エンジンの燃焼室の内壁部分に耐熱性の素
材を用い、高温度にて運転する遮熱エンジンの構造にお
いて、シリンダヘッドとライナ部とを合体させた耐熱素
材からなるヘッドライナと、該ヘッドライナと所定の空
隙を隔てた外筒との間の要部に配置されヘッドライナ外
壁との接触面積がその外壁全面積の２０％以下に設定さ
れた低熱伝導性の素材を備えたガスケットとを有するこ
とを特徴とする遮熱エンジンの構造。 - 【請求項２】前記のヘッドライナは窒化珪素材が用いら
れていることを特徴とする請求項１記載の遮熱エンジン
の構造。 - 【請求項３】前記のガスケットに用いる低熱伝導性の素
材は部分安定化ジルコニア（ＰＳＺ）であることを特徴
とする請求項１記載の遮熱エンジンの構造。 - 【請求項４】前記のガスケットのヘッドライナおよび外
筒との接触部には軟質金属が用いられ、該金属は熱流方
向には不連続であることを特徴とする請求項１記載の遮
熱エンジンの構造。
Priority Applications (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5288628A JPH07119543A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 遮熱エンジンの構造 |
| US08/329,652 US5522371A (en) | 1993-10-25 | 1994-10-25 | Thermal insulation engine |
| EP94307820A EP0649979A1 (en) | 1993-10-25 | 1994-10-25 | Thermal insulation engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP5288628A JPH07119543A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 遮熱エンジンの構造 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07119543A true JPH07119543A (ja) | 1995-05-09 |
Family
ID=17732644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP5288628A Pending JPH07119543A (ja) | 1993-10-25 | 1993-10-25 | 遮熱エンジンの構造 |
Country Status (3)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5522371A (ja) |
| EP (1) | EP0649979A1 (ja) |
| JP (1) | JPH07119543A (ja) |
Families Citing this family (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| US20060014624A1 (en) * | 2004-07-15 | 2006-01-19 | Biljana Mikijelj | High dielectric strength monolithic Si3N4 |
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| US20090071434A1 (en) * | 2007-09-19 | 2009-03-19 | Macmillan Shaun T | Low heat rejection high efficiency internal combustion engine |
| US20090151708A1 (en) * | 2007-12-14 | 2009-06-18 | Schouweiler Jr David J | Internal combustion engine having a selectively insulated combustion chamber |
| US20100300417A1 (en) * | 2008-12-12 | 2010-12-02 | Schouweiler Jr David J | Internal combustion engine having a transitionally segregated combustion chamber |
| US20130269666A1 (en) * | 2011-08-12 | 2013-10-17 | Mcalister Technologies, Llc | Combustion chamber inserts and associated methods of use and manufacture |
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| SE539891C2 (en) | 2016-01-22 | 2018-01-02 | Scania Cv Ab | Cylinder liner for an internal combustion engine |
| JP6638618B2 (ja) * | 2016-10-19 | 2020-01-29 | トヨタ自動車株式会社 | エンジンの製造方法 |
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|---|---|---|---|---|
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| US4202310A (en) * | 1977-10-12 | 1980-05-13 | Alonso Agustin M | Anti-corrosive polymeric coating |
| JPS5549553A (en) * | 1978-10-03 | 1980-04-10 | Toyota Motor Corp | Cylinder liner and its fixing method |
| JPS59122764A (ja) * | 1982-12-29 | 1984-07-16 | Isuzu Motors Ltd | 断熱エンジン |
| US4562799A (en) * | 1983-01-17 | 1986-01-07 | Cummins Engine Company, Inc. | Monolithic ceramic cylinder liner and method of making same |
| JPS6043152A (ja) * | 1983-08-20 | 1985-03-07 | Isuzu Motors Ltd | 断熱エンジンのライナ−ヘツドおよびシリンダライナ− |
| JPS6090955A (ja) * | 1983-10-24 | 1985-05-22 | Isuzu Motors Ltd | 断熱内燃機関の構造 |
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| US5033427A (en) * | 1987-05-30 | 1991-07-23 | Isuzu Motors Limited | Heat-insulating engine structure |
| US4796572A (en) * | 1987-06-01 | 1989-01-10 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Army | Combustion chamber liner |
| JP2718071B2 (ja) * | 1988-07-21 | 1998-02-25 | いすゞ自動車株式会社 | 副室式断熱エンジン |
| JPH086587B2 (ja) * | 1988-10-28 | 1996-01-24 | いすゞ自動車株式会社 | 副燃焼室式断熱エンジン |
| DE3926796A1 (de) * | 1989-08-14 | 1991-02-21 | Kriegler Franz | Isolierender zylinder |
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-
1993
- 1993-10-25 JP JP5288628A patent/JPH07119543A/ja active Pending
-
1994
- 1994-10-25 EP EP94307820A patent/EP0649979A1/en not_active Withdrawn
- 1994-10-25 US US08/329,652 patent/US5522371A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0649979A1 (en) | 1995-04-26 |
| US5522371A (en) | 1996-06-04 |
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