JPS6090958A - Structure of heat insulated engine - Google Patents

Structure of heat insulated engine

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Publication number
JPS6090958A
JPS6090958A JP19753883A JP19753883A JPS6090958A JP S6090958 A JPS6090958 A JP S6090958A JP 19753883 A JP19753883 A JP 19753883A JP 19753883 A JP19753883 A JP 19753883A JP S6090958 A JPS6090958 A JP S6090958A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
air layer
liner
ceramics
exhaust
cylinder
Prior art date
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Pending
Application number
JP19753883A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hideo Kawamura
英男 河村
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Motors Ltd
Original Assignee
Isuzu Motors Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Isuzu Motors Ltd filed Critical Isuzu Motors Ltd
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Publication of JPS6090958A publication Critical patent/JPS6090958A/en
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B77/00Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
    • F02B77/11Thermal or acoustic insulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

Abstract

PURPOSE:To improve the heat insulating property of the engine simply and inexpensively by a method wherein a liner, consisting of ceramics contacting with a combustion chamber, is supported to a cylinder head or the like while interposing an air layer and a heat resistant metal tube is arranged at the inside of an exhaust path while interposing the air layer. CONSTITUTION:An oil chamber 30 is provided at the wall part of a cylinder block 26 and a cylinder liner 2, consisting of ceramics, is inserted into the inner peripheral surface of the cylinder block. A cylindrical secion 39 is provided on the lower half of the cylinder head 21 and the cup-shape head liner 4, consisting of ceramics, is engaged with the peripheral wall of the cylindrical section through one pair of rings 23 at the upper and lower part of the peripheral wall. A piston 38 is engaged slidably with the continuous cylindrical surface formed by respective liners 2, 4. Further, a cup-shape crown liner 1, consisting of ceramics, is connected to the upper end of the piston main body 37 so as to form the air layer 6. On the other hand, the exhaust path 34 is formed by inner and outer tubes 11, 15, consisting of the heat resistant metal, and the air layer 42 is formed between both tubes 11, 15.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はセラミクス材料を使用する断熱エンジンに関づ
°るものである。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an adiabatic engine using ceramic materials.

セラミクス材料は耐熱性に優れているが、コストが高く
、鋳ぐるむなどの詩造品としての利用が難しく、長期使
用の内に割れが発生するなどの不具合がある反面、適正
な手段を講じれば断熱効果を有効に発揮することができ
る。しかし、燃焼室を断熱構造としても、排気ガスのブ
ローダウン以後排気通路で温度が急激に低下するために
、排気ガスの熱エネルギを利用する排気ターボ過給機な
どへ至る通路の断熱v4造が必要とされる。しかし、こ
のような排気通路にセラミクス材料を利用することは、
その製作上かなりの固結性があり、かつその通路壁の面
積が広いのでコストも嵩むという欠点がある。
Ceramic materials have excellent heat resistance, but they are expensive, difficult to use for poetic products such as castings, and have problems such as cracking after long-term use. In this case, the heat insulation effect can be effectively exhibited. However, even if the combustion chamber has an insulated structure, the temperature in the exhaust passage drops rapidly after the exhaust gas blows down, so it is necessary to insulate the passage leading to the exhaust turbo supercharger, etc., which utilizes the heat energy of the exhaust gas. Needed. However, using ceramic materials for such exhaust passages
Due to its manufacturing, it has a considerable hardening property, and its passage wall area is large, so it has the drawback of increasing cost.

そこで、本発明の目的は、構造が部平で安価に製4′F
−することができ、十分な断熱効果を得ることができる
断熱エンジンの構造を提供することにある。
SUMMARY OF THE INVENTION Therefore, an object of the present invention is to manufacture a 4'F
- It is an object of the present invention to provide a structure of an adiabatic engine capable of achieving a sufficient heat insulating effect.

このため、本発明の構成は少なくともシリンダヘッドお
よびピストンにそれぞれ燃焼室に接するセラミクスから
なろライナを空気層を介在させて支持するとともに、排
気通路の内側に空気層を介在させてステンレスなどの耐
熱性金属管を配設したものである。
For this reason, the configuration of the present invention is such that at least the cylinder head and the piston support a ceramic liner in contact with the combustion chamber with an air layer interposed therein, and an air layer is interposed inside the exhaust passage to support a heat-resistant liner made of ceramic such as stainless steel. It is equipped with metal tubes.

本発明を実施例に基づいて説明する。ff11図に示す
ように、シリンダブロック26の壁部には油室30が設
けられるとともに、内周面にセラミクスからなるシリン
ダライナ2が嵌装される。そして、シリンダブロック2
6の上端面にガスケット25を介してシリンダヘッド2
1が公知の手段によって結合される。アルミニウムなど
の金属からなるシリンダヘッド21の上半部には空気室
22゜33が股IJられるとともに、下半部には円筒部
39が設けられ、この上端壁にはガスケツ1へ8を、周
壁に上下1対のリング23をそれぞれ介してセラミクス
からなるカップ状のへッドラーイナ4が嵌合支持される
The present invention will be explained based on examples. As shown in FIG. ff11, an oil chamber 30 is provided in the wall of the cylinder block 26, and a cylinder liner 2 made of ceramics is fitted on the inner peripheral surface. And cylinder block 2
6 through the gasket 25 on the upper end surface of the cylinder head 2.
1 are coupled by known means. The upper half of the cylinder head 21 made of metal such as aluminum is provided with an air chamber 22° 33, and the lower half is provided with a cylindrical portion 39. Gaskets 1 and 8 are provided on the upper end wall of the cylinder head 21, and a peripheral wall is provided with gaskets 1 and 8. A cup-shaped headliner 4 made of ceramic is fitted and supported through a pair of upper and lower rings 23, respectively.

ヘッドライナ4の円筒部とシリンダライf2の円筒部と
は連続した円筒部を形成し、ピストン38が摺動可能に
嵌合される。このピストン38はアルミニウムなどの金
属がらなり、hリピストンビン29を支持するピストン
本体37の上端部に、カップ状のセラミクスからなるク
ラウンライナ1が、空気層6を形成丈るようにボルト2
7およびノツ1−28によって結合される。こうして、
シリンダライナ2、ヘッドライナ4およびピストン38
のクラウンライナ1によって囲まれる燃焼室40が形成
される。そして、最も^温に晒される燃焼室40の上半
部分はへラドライナ4とシリンダヘッド21との間に空
気層7が備えられる。
The cylindrical portion of the headliner 4 and the cylindrical portion of the cylinder liner f2 form a continuous cylindrical portion, into which the piston 38 is slidably fitted. The piston 38 is made of metal such as aluminum, and a cup-shaped crown liner 1 made of ceramic is attached to the upper end of the piston body 37 that supports the piston pin 29 to form an air layer 6.
7 and knots 1-28. thus,
Cylinder liner 2, headliner 4 and piston 38
A combustion chamber 40 surrounded by a crown liner 1 is formed. An air layer 7 is provided between the helad liner 4 and the cylinder head 21 in the upper half of the combustion chamber 40, which is most exposed to the temperature.

ヘッドライナ4には排気ボート41が形成される。そし
て、特に排気ボー1−41に連なる排気通路34は空気
室33の内部に鋳ぐるみによって一体的に形成される。
An exhaust boat 41 is formed in the headliner 4. In particular, the exhaust passage 34 connected to the exhaust bow 1-41 is integrally formed inside the air chamber 33 by casting.

すなわち、排気通路34はステンレスなどの耐熱性金属
からなる金属内管11と金属外管15とをも゛つて構成
され、これらは両端部で互いに重合せ結合され、両者の
間に空気層42が形成される。そして、金属内管11の
内周面には予めセラミクス層20がコーディングされる
That is, the exhaust passage 34 is composed of a metal inner tube 11 and a metal outer tube 15 made of a heat-resistant metal such as stainless steel, which are overlapped and connected to each other at both ends, with an air layer 42 between them. It is formed. A ceramic layer 20 is coated on the inner peripheral surface of the metal inner tube 11 in advance.

排気ボート41を開閉する排気弁3もまた好ましくはセ
ラミクスから成形され、このステムは排気通路34を横
切り、シリンダヘッド21に支持したセラミクスからな
る案内向3Gに活動可能に支持される。案内n36は補
強用全屈スリーブ35に嵌合支持され、この金属スリー
ブ35とシリンダヘッド21との間に空気層9が設けら
れる。
The exhaust valve 3 for opening and closing the exhaust boat 41 is also preferably molded from ceramics, the stem of which traverses the exhaust passage 34 and is operatively supported in a guide 3G of ceramics supported on the cylinder head 21. The guide n36 is fitted and supported by a reinforcing fully bent sleeve 35, and an air layer 9 is provided between this metal sleeve 35 and the cylinder head 21.

排気弁3のステムが横切る部分では、排気通路34を偶
成する金属内管11と金属外管15とが互いに重合され
、かつ案内筒36の端部が排気通路34の内部へ突出す
るように支持づる穴が設けられる。
At the part where the stem of the exhaust valve 3 crosses, the metal inner tube 11 and the metal outer tube 15 that form the exhaust passage 34 are overlapped with each other, and the guide tube 36 is supported so that the end thereof protrudes into the inside of the exhaust passage 34. A hole is provided.

図示してないが、ヘッドライナ4には排気ボー1−41
と同様の吸気ボートが設けられ、これを開閉する吸気弁
もまた排気弁4と同様に構成され、シリンダヘッド21
に案内支持される。
Although not shown, the exhaust bow 1-41 is attached to the headliner 4.
An intake boat similar to that shown in FIG.
Guided and supported.

排気通路34に接続される排気マニホールド12もまた
内部に空気層またはセラミクスファイバを収容する空気
室を備えるステンレスなどからなる金属内管11aと金
属外管15aとをもって構成され、これらの両端部はこ
れを互いに重合せてフランジを形成され、かつ鋳物から
なるビス(〜ン本体に金属内管i1aが露出するように
鋳ぐるまれる。
The exhaust manifold 12 connected to the exhaust passage 34 also includes a metal inner tube 11a and a metal outer tube 15a made of stainless steel or the like, each of which has an air layer or an air chamber containing a ceramic fiber therein. are overlapped with each other to form a flange, and the metal inner tube i1a is cast into the main body of the cast screw.

排気ターボ過給機31の接M管32および排気ノズル1
4についても同様に構成される。
Contact M pipe 32 and exhaust nozzle 1 of exhaust turbo supercharger 31
4 is similarly configured.

ディーゼルエンジンの場合、3/4負荷程喧で燃焼ガス
は1200℃程度に上昇する。しかし、排気弁3が開い
て圧力が低下すると、排気通路34では温度が急激に7
00℃近くまで低下する。
In the case of a diesel engine, combustion gas rises to about 1200°C at about 3/4 load. However, when the exhaust valve 3 opens and the pressure decreases, the temperature in the exhaust passage 34 suddenly increases to 7.
The temperature drops to nearly 00℃.

このような条件では、シリンダの内部は^温ガスに晒さ
れ、燃焼室の外壁温度が高く、通常の金属の耐久温度6
00℃を超える。
Under these conditions, the inside of the cylinder is exposed to hot gas, and the temperature of the outer wall of the combustion chamber is high, exceeding the durability temperature of normal metals.
Exceeds 00℃.

このような条件に対して、本発明では燃焼室を形成する
ピストン38のクラウンライフ1、シリンダライナ2、
吸気弁、排気弁3およびヘッドライナ4をそれぞれ部分
安定ジルコニアまたは窯化珪素などのライナをもって形
成したので、燃焼ガスの温度に十分耐え得るものとなっ
ている。しかし、セラミクスは耐熱性に優れてはいるが
、熱伝導率が金属よりも良いので、セラミクスからなる
ライナを支持するビスI・ン本体37、シリンダブロッ
ク26およびシリンダヘッド21へ燃焼¥40の熱が伝
達される。にて、クラウンライナ1とピストン本体37
との間に空気層6を、ヘッドライナ4とシリンダヘッド
21との間に空気層7をそれぞれ設けたことによって熱
の外部放散を遮断することができる。
In response to such conditions, in the present invention, the piston 38 forming the combustion chamber has a crown life of 1, a cylinder liner 2,
Since the intake valve, exhaust valve 3, and headliner 4 are each made of a liner such as partially stabilized zirconia or silicon silicide, they can sufficiently withstand the temperature of combustion gases. However, although ceramics have excellent heat resistance, they have better thermal conductivity than metals, so the heat of combustion is ¥40 to the screw I/N body 37, cylinder block 26, and cylinder head 21 that support the liner made of ceramics. is transmitted. , crown liner 1 and piston body 37
By providing an air layer 6 between the headliner 4 and the cylinder head 21, and an air layer 7 between the headliner 4 and the cylinder head 21, it is possible to block heat from dissipating to the outside.

なお、シリンダブロック26についてはビス]−ン38
の燃焼行程の大半がクラウンライナ1がヘッドライナ4
の内部に嵌合している状態にあるので、図示の実施例で
は設けていないが、ピストン38の下死点に至る部分に
設けることが好ましい。
In addition, regarding the cylinder block 26, the screws 38
The majority of the combustion stroke occurs between crown liner 1 and headliner 4.
Although it is not provided in the illustrated embodiment, it is preferable to provide it at a portion of the piston 38 that reaches the bottom dead center.

また、セラミクスからなる吸気弁および排気弁3のスア
ムを支持する金属スリーブ35とシリンダヘッド21ど
の間にも空気層9が設uられているので、吸気弁および
排気弁3から外部l\の熱放散を抑えることができる。
In addition, since an air layer 9 is provided between the cylinder head 21 and the metal sleeve 35 that supports the suum of the intake and exhaust valves 3 made of ceramics, heat from the intake and exhaust valves 3 to the outside is removed. Dissipation can be suppressed.

m焼行稈終了後に排気弁3が開くと、燃焼室40の燃焼
ガスは排気ポート41から排気通路34および排気マニ
ホールド12を経て排気ターボ過給機31へ送られる。
When the exhaust valve 3 is opened after m-burning culm is completed, the combustion gas in the combustion chamber 40 is sent from the exhaust port 41 to the exhaust turbo supercharger 31 via the exhaust passage 34 and the exhaust manifold 12.

このような排気ポート41から排気ターボ過給機31の
排気ノズル14に至るまでの通路には内外2重の金属管
をもって空気層が形成されるので、この空気層の断熱効
果によって排気熱の外部放散が抑えられる。
Since an air layer is formed in the passage from the exhaust port 41 to the exhaust nozzle 14 of the exhaust turbo supercharger 31 with double inner and outer metal pipes, the heat insulating effect of this air layer allows exhaust heat to be transferred to the outside. Dissipation can be suppressed.

゛ 特に、シリンダヘッド21の内部の排気通路34に
おいては、金属内管11の内周面に熱伝導率の小さい部
分安定ジルコニアなどのセラミクスをコーティングする
ことによって一層断熱効果を高めることができる。また
、排気マニホールド12において内外の金属管11a、
15aの間にセラミクスファイバを充填すれば、一層断
熱効果を向上するとともに、排気騒音を抑えることがで
きる。
In particular, in the exhaust passage 34 inside the cylinder head 21, the heat insulation effect can be further enhanced by coating the inner peripheral surface of the metal inner tube 11 with ceramics such as partially stable zirconia having a low thermal conductivity. In addition, in the exhaust manifold 12, inner and outer metal pipes 11a,
If ceramic fiber is filled between the spaces 15a, the heat insulation effect can be further improved and exhaust noise can be suppressed.

本発明は上述のように、燃焼室40を囲む壁部にセラミ
クスからなるシリンダライナ2、ヘッドライナ4および
クラウンライナ1を備え、かつピストン38およびシリ
ンダヘッド21との間にイれぞれ空気層6,7を設ける
ことによって、燃焼ガスに対する耐熱性と外部への熱伝
達を遮断づることができる。そして、構造が簡単である
から安価に提供することができる。
As described above, the present invention includes a cylinder liner 2, a headliner 4, and a crown liner 1 made of ceramics on the wall surrounding the combustion chamber 40, and has an air layer between the piston 38 and the cylinder head 21, respectively. By providing 6 and 7, it is possible to provide heat resistance against combustion gas and to block heat transfer to the outside. Furthermore, since the structure is simple, it can be provided at low cost.

また、燃焼室40から排気ガスの熱エネルギを利用する
排気ターボ過給vA31へ至る排気通路については、ス
テンレスなどの金属管を内外2重に配置して、これらの
間に空気層を形成するようにしたから、通路の形状が?
!雑でも曲中にプレス成形プることができ、これをシリ
ンダヘッドに鋳込むようにすれば製作も簡単であり、セ
ラミクスを用いる場合に比べてコストを低減することツ
メできる。
In addition, for the exhaust passage from the combustion chamber 40 to the exhaust turbocharging vA31 that utilizes the thermal energy of exhaust gas, metal pipes such as stainless steel are arranged twice inside and outside to form an air layer between them. So what is the shape of the passage?
! Even if it is rough, it can be press-molded during bending, and if it is cast into the cylinder head, it is easy to manufacture, and the cost can be reduced compared to the case where ceramics are used.

要するに、本考案は燃焼ガス温度の最も高0燃焼室では
セラミクス壁と空気層により、燃焼ガス湿度の低下づる
排気通路においてはスフーンレスなどの金属からなる2
重壁とこの内部に形成した空気層により断熱効果を得る
ようにしたものであり、これによって断熱効果の優れた
エンジンを安価←二提供することができ、排気ガスの熱
エネルギを有効に排気ターボ過給機へ送ることができる
から、エンジンの出力増大と熱効率の向上に役立てるこ
とができる。
In short, this invention uses a ceramic wall and an air layer in the combustion chamber where the combustion gas temperature is highest, and a metal wall such as sfoonless in the exhaust passage where the combustion gas humidity decreases.
The heavy wall and the air layer formed inside the wall provide a heat insulating effect.This makes it possible to provide an engine with excellent heat insulating effect at a low price. Since it can be sent to a supercharger, it can be used to increase engine output and improve thermal efficiency.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明に係る断熱エンジンの構造についての正
面断面図である。 1:クラウンライナ 2ニジリンダライプ 3:排気弁
 4:ヘラl;ライナ 6,7.9.42:空気層 1
1:金属内管 15:金属外管 21ニジリンダヘツド
 26:シリンダブロック 31:排気ターボ過給機 
34:排気通路 38:ピストン 40;燃焼室 特許出願人 いすず自動車株式会社 代理人 弁理士 山本俊夫
FIG. 1 is a front sectional view of the structure of an adiabatic engine according to the present invention. 1: Crown liner 2 Rainbow liner 3: Exhaust valve 4: Spatula l; Liner 6, 7.9.42: Air layer 1
1: Metal inner tube 15: Metal outer tube 21 Niji cylinder head 26: Cylinder block 31: Exhaust turbo supercharger
34: Exhaust passage 38: Piston 40; Combustion chamber Patent applicant: Isuzu Motors Co., Ltd. Patent attorney Toshio Yamamoto

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 少なくともシリンダヘッドおよびビス]〜ンにそれぞれ
燃焼室に接するセラミクスからなるライナを空気層を介
在させて支持するとともに、排気通路の内側に空気層を
介在させてステンレスなどの耐熱性金属管を配設したこ
とを特徴とする断熱エンジン。
A liner made of ceramics that is in contact with the combustion chamber is supported at least in the cylinder head and screws with an air layer interposed between them, and a heat-resistant metal pipe such as stainless steel is installed inside the exhaust passage with an air layer interposed between them. An adiabatic engine characterized by:
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EP0299679A2 (en) * 1987-07-11 1989-01-18 Isuzu Motors Limited Cooling system for heat insulating engine

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