JPS6043152A - 断熱エンジンのライナ−ヘツドおよびシリンダライナ− - 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】 本発明は断熱エンジンのライナーヘッドおよびシリンタ
ライナーに関する。

熱機関における熱効率はその発生した熱湯を出来るだけ
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って何ら有効に利
用されることなく排出させで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・ンクが注目され、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変えてセラミックを用いるようにし
たものが開発されて来ている。しかし、これらセラミッ
ク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
るものではなかった。したがって１セラミツク材を用い
た断熱効果による多少の熱効率の向」二が得られる程度
であった。

また、一般に内燃機関の燃焼において、壁面温度の低い
運転条件では燃焼室近傍における壁面の冷却効果による
消炎現象が生じ、未燃焼の混合気が壁面」：に滞留して
、未燃焼炭化水素を多く含む消炎層を形成し、それが機
関の排気行程において排出されることによって、排気ガ
ス中に多量の炭化水素を含有させ、さらに、前記未燃焼
炭化水素の一部は熱分解や重合を起こして燃焼室壁面や
ピストン頭頂面に付着しデポジ・ントを形成し、干渉又
は焼付を発生させることともなる。従って、従来のセラ
ミンク材に単に置換した程度のエンジンにおいては、こ
のような問題も大幅に改善するものではなかった。

さらに、従来のセラミックエンジンにおいては、ピスト
ンリングがピストンのへ・ンド部に近いところに設けら
れている。これは、現実には該位置にあったのではセラ
ミックエンジンのように高温になるものでは従来手段の
しゆう動は行い得す、固体潤滑か何らかの手段で解決さ
れるだろうとの前提のもとにそのような位置に持って来
ていると思われる。

このような従来の材料置換程度の断熱エンジンでは熱効
率の改良効果も少なく、排気ガス中の炭化水素の減少も
多くは期待できず、かつデポジ、。

トを発生し易く、しかも潤滑上の問題もからみ実際には
作動し得ないエンジンとなっている。そこで、ピストン
ヘッド部、シリンダライナー、シリンダヘッドの燃焼室
面、および吸排気弁に全べてセラミックを用いると共に
、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
のしゅ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乙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＠ＩＩ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
ジンを提供しようどするものであり、本発明はこのよう
なエンジンにおけるシリンダヘッドとシリンダライナー
とのシール部の断熱上の問題を解決し、また、ピストン
の円滑な作動を行わせるシリンダライナ・−を得ること
がその目的である。

次に本発明の実施例を図面を用いて詳細に説明する。

第１図は本発明のライナーヘッドおよびシリダライナー
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は断熱エンジン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からの排気カスによって駆動される排気タービ
ン、Ｃは該排気タービンＴによって駆動ｉれる吸気コン
プレ・ンサー、Ｇは同じく該排気タービンＴによって駆
動ごれる発電機、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からの電力によって駆動さ
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υ１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ッサ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
あ一部、この場合のエンジンはディーゼルエンジンであ
る。

図において、ｌはシリンダヘッド、２はシリンタボティ
、３はシリンダライナーの上方部とシリンダヘッド内壁
部を一体化したライナーヘッド、４はシリンダライナー
、５はピストンヘッド、６はピストンボディ、７はυ１
（吸）支弁、８は２屯ポートのインナー、９は２重ポー
トのアウター、ｌＯは排気マニホールド、１１はピスト
ンヘッド５固定用のボルト、１２．１３は位置決めリン
グ、１５．１６．１７は断熱ガスケット、１８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
はピストンリングである。

シリンダヘッドｌは鋳物で作り、シリンダの一ヒ方部分
１ａも一体に形成し、その内側にシリンダヘンド内壁部
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
ッド３を嵌合する。

シリンダボディ２は鋳物で作りシリンダヘッド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、２２
ａ、２２ｂを形成し、内側にはシリンタライナー４を嵌
合する。そして、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ってピストンリ
ングの川沿が保証される程度にする。

ライナーヘッド３はシリコンナイトライド（ＳｉｇＮ−
＋）で製作され、シリンダヘンド内壁部をシリンダライ
ナーの上方部へ設け、ライナーヘッド３のシリンダへラ
ドｌへの取付は位置決めリング１２．１３およびガスケ
ット１６を介在して該シリンダへラドｌ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（部分安定化ジルコニア：
Ｐａｒｔｉａｌｌｙ　５ｔａｂｉｌｉｚｅｄ　Ｚｉ’ｒ
ｃｏｎｉａ）で製作され、シリンダボディ２へ組立式、
鋳込式、焼ばめ、圧入等によって取付られる。ＰＳＺは
鋼と同じ位の弾性をイ］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ｌ／４と低く、摩耗にも強い特性を有して
いる。

ピストンヘッド５はナイトライドで製作し、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ィ
６との取付時の位置決めおよび移動を防ぐようにし、前
記中央四部にはビストンボティ結合用のポルト１１挿通
用の孔を設ける。

ピストンボディ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ッド５下端外周
を嵌・入させる段部を形成し、上面中央を」二方へ突出
させて、該突出部−Ｌ面をピストンへラド５の下面に当
接させ、核部にピストン−・ラド５と一致する孔を形成
しポルト１１で両者を結合する。

排（吸）支弁７はその下面をナイトライドヌはＰＳＺで
作成するが、排気弁の方は弁全体をナイトライド又はＰ
ＳＺで作成してもよい。また排気側の弁案内１８も同様
にナイトライド又は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ｌＯは耐熱合金で４作成するか、内面
にセラミックを被覆する。

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

ｆ台置決めリング１２．１３はコバール又は４２７０イ
で作成する。がナイトライドで作成してもよい。

冷却ノズル２０はセラミックより作成され、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−Ｌ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、まだかなりの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図はライナーヘッドおよびシリンダライナーの断面
図であり、該ライナーヘッドおよびシリンダライナーは
前述の構成を有し、それぞれ前述の材ネ゛１より製作さ
れている。

シリンダヘッドとシリンダライナーの接合部を分離した
形式にすると、該接合部には組付時大きな力、例えば５
０〜７０Ｋｇの力を加える必要があると同時に、該部分
を通しての熱伝達の防止も図らなければならない。とこ
ろが前記のような大きな力を加えると、熱伝達の防止を
するために設けた断熱ガスケットは圧縮されて熱伝導が
良くなり、その断熱効果が失なわれることになる。これ
を図のようにシリンダヘッドの内壁部とシリンタライナ
ーの」二方部を一体に形成することによって、シリンダ
ボディ２およびシリンダライナー４と１−記シリンダヘ
ッドｌおよびライナーヘッド３との接合は組付力の小さ
な、例えば５〜１０Ｋｇの箇所で行なうことが出来、断
熱のためのガスケットに大きな圧縮力を加えないで済む
ことになる。

シリンダライナー４は前述のようにＰＳＺで製作されて
いるので、ピストンの衝撃力が作用しても従来の鋼製角
シリンダライナーと同様に該衝撃力に十分対応し古うも
のである。また、ＰＳＺとナイトライドとは馴みがよい
ので、両者を組付けた状態に於いてシリンダライナー内
面の同時加工を行なうことにより両者が当接するシリン
ダライナ一部においてもピストンの作動は何ら支障なく
行いうるちのである。

以１−詳細に説明したように、本発明は、ライナーヘッ
ドをナイトライドで製作し、シリンダライナーのシリン
タライナーをＰＳＺで製作し、組付後円者を同時加工す
るようにしたので、シリ４ンダライナーの接合部におけ
る組付力は小さくて済むことになり、断熱ガスケットに
大きな圧縮力が作用せず該断熱ガスケットによる断熱効
果が十分に得られる。また、ＰＳＺとナイトライドは馴
みが良くシリンダライナ一部の両者の接合部において一
体のものに何ら変りなく加工を行うことが出来るので、
ピストンは何ら支障なくその作動をする、ことが出来る
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図は第２図の要部拡大断面図である。 ３・自ライナーヘッド、４１１・シリンダライチ特許出
願人　いす（自動車株式会社 代　理　人　弁理士　辻　實 （外１名） 第１図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダボディと、該”シリンダボディーＦに取付けら
   れるシリ〉゛ダヘンドと、該シリンダボディの内壁部に
   設けられるシリンダライナーと、該シリンダヘッドの内
   壁部に位置し、かつ上記シリンダライナーの上部に設け
   られるライナーヘッドとを設け、該ライナーヘッドをナ
   イトライドで製作し、かつ、該シリンダライナーをｐｓ
   ｚ　（部分安定化ジルコニア）で製作し、組付後両者を
   同時加［することを特徴とする断熱エンジンのライナー
   へ・ンドおよびシリンダライナー。