JPS62157218A - 断熱内燃機関 - Google Patents

断熱内燃機関

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JPS62157218A
JPS62157218A JP60298606A JP29860685A JPS62157218A JP S62157218 A JPS62157218 A JP S62157218A JP 60298606 A JP60298606 A JP 60298606A JP 29860685 A JP29860685 A JP 29860685A JP S62157218 A JPS62157218 A JP S62157218A
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combustion chamber
cylinder
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wall
exhaust
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JP60298606A
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Hideo Kawamura
英男 河村
Hiroshi Matsuoka
寛 松岡
Shinji Hara
真治 原
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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
    • F02B47/00Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines
    • F02B47/02Methods of operating engines involving adding non-fuel substances or anti-knock agents to combustion air, fuel, or fuel-air mixtures of engines the substances being water or steam
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • 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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  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

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】 り産業上の利用分野] 本光明は水噴射による空気の吸入効率を向上する断熱内
燃機関に関するものである。
〔従来の技術〕
シリンダヘッド、ピストン冠部、シリンダの一部などに
断熱材であるセラミックスを使用して燃焼室の断熱を図
り、高温の排気をターボ過給機へ供給することにより、
ターボ過給機の出力増大を図るとともに、内燃機関の全
体としての熱効率を高める断熱内燃機関は既に種々のも
のが提案されている。しかし、燃焼室を断熱化すると燃
焼室の温度が大幅に上昇づるので、空気の吸入効率が低
下し、部って燃焼状態が豚化するという問題がある。
そこで、燃焼室のtIWl&を下げる手段として、例え
ば実開昭58−163634号公報に開示される技術が
ある。この従来技術によれば、燃料噴射の終期に燃焼室
へ水を噴射してシリンダ内部のR高燃焼4度を低下させ
ることにより排気中のNOX成分を低減することができ
る。しかし、これは燃焼温度の上昇を抑えるものに止ま
り、吸入行程まで引き続きシリンダ内部の温度を低下さ
せることは不可能である。すなわち、燃焼行程に続く排
気行程において燃焼ガスによりシリンダ内部が再加熱さ
れることとなるので、吸入行程において空気がシリンダ
へ吸入されると、瞬時にカロ熱膨張して空気密度が減じ
、空気の吸入効率が低下する。また、内燃機関の熱発生
時に燃第1の予混合気が蓄積されず、高温の壁面でR火
し易くなり、等容燃焼明間が減少し、性能が低下する。
[発明が@決しようとする問題点1 そこで、本発明の目的は排気行程の終期にシリンダ内部
を効果的に冷却することにより、続く吸入行程において
空気温度の上昇を抑え、空気の吸入効率を向上しくりる
断熱内燃機関を提供することにある。
[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するために、本発明の構成は断熱材によ
り燃焼室の壁部を形成し、排気行程の終期付近で燃焼室
に水噴q4を開始し、排気弁の最大リフトの10%以下
の開度で水噴射を終了する水噴q・1ノズルをシリンダ
ヘッドに配設したものである。
(作用1 排気行程の終期付近で燃焼室の壁面に向かって水を噴射
し、排気弁が閉じる前、詳しくは排気弁の全リフトの1
0%以下の開度で水の噴射を終了することにより、燃焼
室の壁面が効果的に冷却されるとともに、水は高温の蒸
気となって燃焼ガスとともに排出される。したがって、
燃焼室の壁面が水により冷却された状態で吸入(1程に
移行し、吸入tljJ$が向上される。そして、燃焼室
の壁面は一時的に冷却されるだけであり、吸入行程の終
了から圧縮行程までは燃焼室の壁部からの熱を受けて空
気が加熱されるので、燃焼状態が改善される。
このように燃焼室の壁部の熱は、排気行程において水に
より吸収され、排気タービンで回収さ枕るとともに、吸
入(テ程の終了後は燃焼室の壁部の内部の熱が燃焼室へ
逆流して空気を加熱ツるように作用するので、燃焼室の
壁部から外部への熱放散を最小限に抑えられ、熱21J
lが向上される。
[発明の実施例] 本発明を実施例に基づいて説明する。まず断熱ディーゼ
ル内燃1関の概要を説明すると、第1図に示すように、
鋳鉄製のシリンダボディ8の円筒部8aにセラミックス
製のシリンダライナ31が嵌合されるとともに、シリン
ダボディ8の上端部に形成した大径の円筒部8bにガス
ケット12゜13を介して逆カップ形のセラミックス製
のへラドライナ6が嵌合される。このヘッドライナ6の
上壁6aにガスケット5を介して鋳鉄製のシリンダヘッ
ド4が重ね合され、シリンダボディ8の7ランジと図示
してないヘッドボルトにより結合される。このようにし
て、ヘッドライナ6の周壁と゛  シリンダボディ8と
の間に断熱空気層7が、よた上壁6aとシリンダヘッド
4との間に断熱空気層23がそれぞれ形成される。ヘッ
ドライナ6の下端部はシリンダライナ31の上端部と突
き合される。
シリンダヘッド4には排気温度の低下を防ぐために、セ
ラミックスをコーティングするかまたは間に断熱空気層
を形成する二重のライナ22を一体に鋳込んでなる吸(
排)気通路1つが形成される。そして、この吸(排)気
通路1つはヘッドライP6の上壁6aに設けた吸(排)
気弁25により開閉される吸く排)気ポートと接続され
る。吸(排)気弁25はシリンダヘッド4の弁ガイド2
Gに摺動可能に支持される。
なお、吸(排)気弁25は説明を簡単にするために歪ね
合せて示す。
ピストン2つはピストンリング11を装着された金属製
のピストン本体9の上面が山形に突出され、この突出面
にセラミックス製のビス1−ン冠部14が重ね合され、
ボルト16とナツト15により結合される。ピストン本
体9にピストンピン10によりコネクティングロッド3
3が連結される。
シリンダヘッド4には燃料噴射ノズル24が支持され、
この先端部はへラドライナ6の上壁6aに支持される。
同様に、水噴射ノズル27がシリンダヘッド4に支持さ
れ、この先端部が上壁6aから燃焼室へ突出される。公
知の燃料噴射ポンプ20から噴射管21を経て燃料噴射
ノズル24より燃料が燃焼室へ噴射される。また、送水
ポンプ2から噴射管3を経て水噴射ノズル27より水が
燃焼室、待にビス1−ン冠部14の上面およびヘラ1:
ライナ6の上壁6aの下面へ噴射されるようになってい
る。
次に、本発明による断熱内燃機関の作動について説明す
る。燃焼行程において燃料噴射ノズル24から噴射され
た燃料は、セラミックス製のヘラドラ・イナ6とセラミ
ックス製のピストン冠部14とで囲まれる燃焼室で燃焼
が行われ、この燃焼熱の外部への放出が阻止される。燃
料噴射時期は通常の内燃131間とほぼ同様である。
第6図に示すように、排気行程の終期すなわちピストン
2つが上死点に達する直前に水噴射ノズル27から水が
燃焼室へ噴Q4される。ここで、水噴射の終期は排気弁
の全リフトの10%以下の開度とされる。また、第6図
に示すように、吸気弁は排気弁が閉じる付近で開き始め
る。
壁面からカロ熱された水は高温・高圧の水蒸気となり、
吸気弁の方へ逆流することなく排気弁を経て排気タービ
ンへ導かれ、有効仕事を行う。
水噴射の終期では、噴射された水は燃焼室のほぼ閉鎖さ
れた空間に留まることになり、燃焼室の壁面から有効に
熱を奪い、燃焼室の壁面を冷却する。
しかし、この冷却は燃焼室の断熱壁の壁面部分だけで壁
部全体が冷却されるわけではない。したがって、排気行
程の終期に水噴fl)Jにより壁面が冷mlされた直後
に吸入行程に移行するため、吸入空気はシリンダの壁部
から熱を奪うことなく、NAと同等の空気量がシリンダ
へ導入される。
具体的には、ピストン冠部14の上面、ヘッドライナ6
の周面および下面に少量の水か噴射されると、第7図に
示すうに、燃焼室の壁面温度は瞬時に約100℃低下す
る。
水噴射は排気行程の柊了時に行われるものであるから、
排気の大部分は高温の状態でターボ過給(スト\供給さ
れる。水噴射前は燃焼室および壁部の温度分布は第2図
に線aで示すようになっているが、ヘッドライナ6につ
いて見れば、水が噴射されると、第3図に線すで示すよ
うに、壁面温度が低下するだけで、壁部の内部温度は壁
面温度よりも高くなっているうこの時期に吸入行程が始
まり、吸気通路から空気がシリンダへ吸入される。この
時、前述のようにヘッドライナ6の壁面温度が低下して
いるので、シリンダへ吸入された空気の温度上昇と膨張
が抑えられ、それだけ密度の高い予励の空気が吸入され
る。続く圧縮(テ程では壁面)品度は第4図に線Cで示
すように壁面温度がヘッドライナ6のもつ熱容量により
回復され、空気温度が上昇され、圧縮仕事を助ける。水
噴射によりシリンダの壁面温度は一時的に低下するだけ
で、この熱は水蒸気として吸収され、ヘッドライナ6の
壁部を通じて外部へ放出される熱量は、水噴射をしない
場合と比へて少なくなる。
したがって、第5図に実線で示す内燃機関のサイクルに
おいて、圧縮行程で燃焼室の壁面からの熱エネルギの吸
収分だけ空気温度Tが高くなり、エントロピが増大する
とともに、燃料の燃焼速度が速くなり、燃費の向上と内
燃機関の出力増加がiりられる。つまり、再熱サイクル
が付加されたものと等価的になり、仕事量が増加し熱効
率が向上される。
[発明の効果1 本発明は上述のように、水噴射により吸入行程における
燃焼室の壁面温度が低下し、空気の吸入効率が向上する
とどもに、燃焼室の壁部を通じて外部へ放散される熱が
水蒸気として吸収され、排気タービンによりエルネギと
して回収されるとともに、圧縮行程において燃焼室の壁
部の内部の熱が壁面へ逆流するので、)焼工の壁部から
の熱放散が抑えられ、熱の回収効率が向上される。
排気行程の終了付近、特に排気弁の全リフトの1/10
以下の開度まで燃焼室の壁面に水を噴射することにより
、効果的に燃焼室の壁面を一時的に冷却することができ
るとともに、壁面を冷却した水は高温の蒸気となって大
゛Lは燃焼カスとともに排出されて排気タービンへ送ら
れるとともに、残りの蒸気は燃焼室に停滞する。続く吸
入行程で燃焼室の壁面が冷却されているので、密度の高
い空気が吸入されることとなり、吸入効率が向上される
圧縮行程では吸入空気が燃焼室の壁部の内部からの熱逆
流により加熱されることとなり、燃焼状態が改善される
したがって、機関の負荷、機関の回転数などのf!i々
の運転条件に応じて水を噴射すれば、燃焼状態が改善さ
れ、出力の増加と燃費の向上を図ることができ、運転騒
音も低減される。
なお、機関の始動時は水の噴射を停止すれば、急速に燃
焼室の温度1芹を図り、始動性が向上されるとともに、
暖気運転時間の短縮を図ることがひきる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る断熱ディーゼル内燃機関の正面断
面図、第2〜4図は燃焼室および壁部の排気11程、水
噴射後および吸入行程における温度9缶をそれぞれ表吏
説明図、第5図は同機関のディーピルサイクルの−r−
s線図、第6図は水噴射時期を表J線図、第7図は水噴
q4による壁面温度および吸入効率の変化を表す絵図で
ある。 4;シリンダヘッド 6:ヘッドライナ 8ニジリンダ
ボデイ 14:ピストン冠部 31ニジリンダライナ

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1.  断熱材により燃焼室の壁部を形成し、排気行程の終期
    付近で燃焼室に水噴射を開始し、排気弁の最大リフトの
    10%以下の開度で水噴射を終了する水噴射ノズルをシ
    リンダヘッドに配設したことを特徴とする断熱内燃機関
JP60298606A 1985-12-28 1985-12-28 断熱デイーゼル内燃機関 Expired - Lifetime JPH0684746B2 (ja)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP60298606A JPH0684746B2 (ja) 1985-12-28 1985-12-28 断熱デイーゼル内燃機関

Applications Claiming Priority (1)

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JP60298606A JPH0684746B2 (ja) 1985-12-28 1985-12-28 断熱デイーゼル内燃機関

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS62157218A true JPS62157218A (ja) 1987-07-13
JPH0684746B2 JPH0684746B2 (ja) 1994-10-26

Family

ID=17861903

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP60298606A Expired - Lifetime JPH0684746B2 (ja) 1985-12-28 1985-12-28 断熱デイーゼル内燃機関

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2007321690A (ja) * 2006-06-02 2007-12-13 Motonobu Kumagai 2ピストン断熱複合エンジン
JP2008169719A (ja) * 2007-01-10 2008-07-24 Motonobu Kumagai 2ストローク断熱複合エンジン

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS5266125A (en) * 1975-11-27 1977-06-01 Hattori Sekio Cooling method of four cycle engine

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JPH0684746B2 (ja) 1994-10-26

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