(57)【要約】【課題】燃焼室近傍で、エンジンが低温のときは、エンジンの放熱を抑制し、エンジンが高温のときは、エンジンの放熱を促進する、燃費のよいエンジンを提供する。【解決手段】シリンダブロックと、シリンダブロックのシリンダボアの一方の端部側に配置されているシリンダヘッドと、シリンダブロックのシリンダボア内に配置されているピストンと、シリンダボアの内壁とシリンダヘッドとピストンとで包囲されている燃焼室とを有するエンジンであって、シリンダブロックは、シリンダブロックの外壁とシリンダボアとの間の少なくとも一部に形成されている冷却経路と、冷却経路とシリンダボアとの間の少なくとも一部に形成されている溝部と、溝部に充填されている、ＡｇａＣｕｂＸｃ（Ｘは、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳから選ばれる１種以上、ａ＋ｂ＝２．００、ｃ＝１．００、１．８０≦ａ≦１．９０、０．１０≦ｂ≦０．２０）で表される材料とを有する、エンジン。【選択図】図２
2017044159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダブロックと、
前記シリンダブロックのシリンダボアの一方の端部側に配置されているシリンダヘッドと、
前記シリンダブロックのシリンダボア内に配置されているピストンと、
前記シリンダボアの内壁と前記シリンダヘッドと前記ピストンとで包囲されている燃焼室と、
を有するエンジンであって、
前記シリンダブロックは、
前記シリンダブロックの外壁と前記シリンダボアとの間の少なくとも一部に形成されている冷却経路と、
前記冷却経路とシリンダボアとの間の少なくとも一部に形成されている溝部と、
前記溝部に充填されている、ＡｇａＣｕｂＸｃ（Ｘは、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳから選ばれる１種以上、並びにａ＋ｂ＝２．００、ｃ＝１．００、１．８０≦ａ≦１．９０、及び０．１０≦ｂ≦０．２０）で表される材料と、
を有する、
エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジン、特に、シリンダボアと冷却経路との間に、熱伝導率が温度によって変化する材料を配置したエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的なエンジンは、特許文献１に開示されるように、シリンダブロックと、シリンダブロックのシリンダボアの一方の端部側に配置されているシリンダヘッドと、シリンダブロックに形成されているシリンダボアに配置されているピストンとを有している。また、シリンダボアの内壁とシリンダヘッドとピストンとで包囲されている燃焼室を有している。
【０００３】
特許文献１に開示された構造を有しているエンジンにおいては、エンジンの冷間始動時、シリンダブロックの外壁とシリンダボアの外壁とは、受熱量が異なるため、熱膨張量が異なる。この熱膨張量の相違に起因して、シリンダボアの外壁がシリンダヘッドを押し上げてしまい、シリンダブロックとシリンダヘッドとの合せ面におけるシール性を損なうおそれがあった。そこで、特許文献１に開示されたエンジンでは、シリンダブロックの外壁とシリンダボアの外壁とで、熱膨張差が大きくならないように、エンジン出力制限を行い、前記シール性を向上させている。
【０００４】
特許文献２には、シンリンダヘッドとインジェクタによって挟持されているガスケットを有しており、ガスケットのシリンダヘッドに接している面及びガスケットのインジェクタに接している面の少なくとも一方が、温度によって熱伝導率が変化する材料で構成されているエンジンが開示されている。
【０００５】
特許文献２に開示されたエンジンおいては、エンジンの冷間始動時には、ガスケットによってインジェクタの放熱が抑制され、インジェクタの結露が防止される。一方、エンジンが所望の温度に達した場合には、前述した材料の熱伝導率が上昇することによって、インジェクタの放熱が促進され、インジェクタの過熱が防止される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−２３１９４８号公報
【特許文献２】特開２０１４−２２２０３５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
エンジンの燃費を向上させるには、エンジンの温度が低いときには、エンジンの放熱を抑制し、エンジンの温度が高いときには、エンジンの放熱を促進することが望まれる。
【０００８】
特許文献１に開示されたエンジンのように、エンジンの温度制御のためにエンジンの出力制限を行うと、所望の出力を得られないだけでなく、燃費が低下する。
【０００９】
特許文献２に開示されたエンジンに使用された材料は、冷却経路から離れた部位で使用される。したがって、この材料の温度の上昇によって、熱伝導率の上昇が認められるのは、この材料の温度が１５０℃以上の場合である。
【００１０】
エンジンの高出力時には、エンジンブロック、特に、燃焼室近傍が過熱されるため、燃焼室近傍を冷却する必要がある。そのため、燃焼室の近傍には、冷却経路が配置されるが、エンジンの冷間始動時又はエンジン出力が小さいときは、燃焼室近傍は冷却経路によって過度に冷却され、燃費が低下するという問題があった。
【００１１】
本発明は、燃焼室近傍において、エンジンの温度が低いときには、エンジンの放熱が抑制され、エンジンの温度が高いときには、エンジンの放熱が促進される、燃費のよいエンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
本発明の要旨は、次のとおりである。
〈１〉シリンダブロックと、
前記シリンダブロックのシリンダボアの一方の端部側に配置されているシリンダヘッドと、
前記シリンダブロックのシリンダボア内に配置されているピストンと、
前記シリンダボアの内壁と前記シリンダヘッドと前記ピストンとで包囲されている燃焼室と、
を有するエンジンであって、
前記シリンダブロックは、
前記シリンダブロックの外壁と前記シリンダボアとの間の少なくとも一部に形成されている冷却経路と、
前記冷却経路とシリンダボアとの間の少なくとも一部に形成されている溝部と、
前記溝部に充填されている、ＡｇａＣｕｂＸｃ（Ｘは、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳから選ばれる１種以上、並びにａ＋ｂ＝２．００、ｃ＝１．００、１．８０≦ａ≦１．９０、及び０．１０≦ｂ≦０．２０）で表される材料と、
を有する、
エンジン。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、燃焼室近傍において、エンジンの温度が低いときには、エンジンの放熱が抑制され、エンジンの温度が高いときには、エンジンの放熱が促進される、燃費のよいエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るエンジンの一部分を示す縦断面模式図である。
【図２】ＡｇａＣｕｂＳｅｃで表される材料の温度と熱伝導率の関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明に係るエンジンの実施形態を詳細に説明する。なお、以下に示す実施形態は、本発明を限定するものではない。
【００１６】
図１は、本発明の一実施形態に係るエンジンの一部分を示す縦断面模式図である。図１中、符号１００は、本発明の一実施形態に係るエンジンを示す。
【００１７】
本発明のエンジン１００は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０のシリンダボア２１の一方の端部側に配置されているシリンダヘッド２０と、シリンダブロック１０に形成されているシリンダボア１２内に配置されているピストン３０を有している。なお、シリンダブロック１０のシリンダボア２１の一方の端部側とは、水平対向エンジンを除けば、一般的には、シリンダブロック１０の上部である。
【００１８】
ピストン３０は、ピストンピン３２を介してコネクティングロッド４０に連結されている。コネクティングロッド４０は、図示しないクランクシャフトに連結されている。
【００１９】
図１に示したように、ピストンピン３２は、紙面の表裏方向に設置されている。したがって、図１は、クランクシャフトの軸方向に垂直な面で切った断面図である。
【００２０】
（シリンダブロック）
シリンダブロック１０は、後述する冷却経路１６を有していればよい。シリンダブロック１０の形式は、例えば、オープンデッキタイプ及びクローズドデッキタイプが挙げられる。
【００２１】
（シリンダヘッド）
シリンダブロック１０のシリンダボア２１の一方の端部側には、シリンダヘッド２０が配置されている。配置方法は、常法でよい。例えば、シリンダブロック１０とシリンダヘッド２０との合せ面に、図示しないガスケットが挟持され、シリンダヘッド２０は、シリンダブロックのシリンダボア２１の一方の端部側に、ボルト等で締結されている。
【００２２】
（ピストン）
ピストン３０は、シリンダブロック１０のシリンダボア１２内に配置されている。配置方法は常法でよい。例えば、ピストン３０は、図示しないピストンリングを介して、シリンダボア１２に配置されている。
【００２３】
（燃焼室）
シリンダボア１２の内壁とシリンダヘッド２０とピストン３０とで包囲されている空間は、燃焼室１４である。燃焼室１４は、シリンダヘッド２０の吸気ポート２２と排気ポート２４に連通されている。また、シリンダヘッド２０には、吸気ポート２２を開閉する吸気バルブ２６と、排気ポート２４を開閉する排気バルブ２８とが取り付けられている。
【００２４】
（冷却経路）
シリンダブロック１０の外壁１５とシリンダボア１２との間には、冷却経路１６が形成されている。冷却経路１６が形成されている位置は、通常のオープンデッキタイプ又はクローズドデッキタイプ等のシリンダブロックに形成されている位置と同様でよいが、その一部としてもよい。冷却経路１６には、適宜、図示しない冷却媒体が供給される。
【００２５】
（溝部）
冷却経路１６とシリンダボア１２との間の少なくとも一部には、溝部１８が形成されている。溝部１８は、冷却経路１６とシリンダボア１２との間で、冷却経路１６に沿うように形成されているが、その一部としてもよい。
【００２６】
溝部１８は、冷却経路１６とシリンダボア１２との間にある。したがって、溝部１８は、冷却経路１６及び燃焼室１４のいずれに対しても近傍である。よって、溝部１８は、冷却経路１６による冷却効果の高い部位であるが、燃焼室１４の近傍でもあるため、エンジン１００の高出力時等においては、一層強力な冷却が望まれる部位でもある。一方、エンジン１００の冷間始動時には、冷却経路１６によって、溝部１８は過剰に冷却されるため、迅速な暖機のためには、保温が必要となる。そこで、この溝部１８には、後述するＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料が充填されている。
【００２７】
溝部１８の幅は、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料を充填できれば特に限定されない。例えば、溝部１８の幅は、冷却経路１６の幅と同等であってよい。なお、溝部１８の幅及び冷却経路１６の幅とは、図１で、溝部１８及び冷却経路１６における水平方向の幅をいう。
【００２８】
（ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料）
上述したように、溝部１８には、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料が充填されている。Ｘは、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳから選ばれる１種以上である。
【００２９】
ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料は、Ａｇ２Ｘで表される材料のＡｇの一部をＣｕで置換した材料である。したがって、ａ＋ｂ＝２．００かつｃ＝１．００を満足する。
【００３０】
理論に拘束されないが、ＡｇとＣｕは周期律表で第１１族であるため、ＡｇとＣｕとでは、原子構造が相互に類似しており、Ａｇのうちの一部をＣｕに置換することができる。そして、この置換により、Ａｇ２Ｘで表される材料においては、１１５〜１２５℃の範囲で熱伝導率が急激に上昇するのに対して、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料においては、１００〜１１０℃の範囲で熱伝導率が急激に上昇する。理論に拘束されないが、その理由は、Ａｇに比べ、ＣｕのＸに対する親和性は低く、低温相がより不安定になり、相転移温度が低下したためと考えられる。また、熱伝導率が上昇したときの熱伝導率の最大値も、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料の方が、Ａｇ２Ｘで表される材料よりも大きい。
【００３１】
このように、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料は、Ａｇ２Ｘで表される材料よりも低温域（１００〜１１０℃）で熱伝導率が上昇する。溝部１８は冷却経路１６の近傍であるため、エンジンの高出力時においても、１００〜１１０℃までは冷却されるが、１００〜１１０℃の温度域になることで、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料の熱伝導率の上昇により、一層強力に溝部１８を冷却することができる。一方で、エンジン１００の冷間始動時等、冷却経路１６の近傍部位が１００℃未満になっている場合には、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料は、熱伝導率の低い断熱材として機能し、暖機効果を向上させることができる。このように、エンジンの温度状況によって、放熱を促進したり、逆に保温を促進したりすることによって、エンジンの燃費を向上させることができる。なお、溝部１８にＡｇ２Ｘで表される材料が充填されていると、１００〜１１０℃では熱伝導率が上昇せず、断熱材として機能してしまう。
【００３２】
冷却経路１６の近傍である溝部１８は、冷却経路１６に供給される冷却媒体の沸点付近の温度になりやすい。ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料の熱伝導率が、１００〜１１０℃の範囲で急激に上昇し、溝部１８の温度が１００℃付近になったときから放熱効果が急激に上昇することは、冷却経路１６に供給される冷却媒体が、一般的には水であることからも好都合である。水の沸点は１００℃であるためである。
【００３３】
１００〜１１０℃の範囲で熱伝導率が急激に上昇するのは、ＡｇａＣｕｂＸｃにおけるａ及びｂが、ａ＋ｂ＝２．００を満たしつつ、１．８０≦ａ≦１．９０及び０．１０≦ｂ≦０．２０を満たすときである。ｂが０．１０以上であれば、ＡｇのＣｕによる置換効果、即ち、１００〜１１０℃の範囲における熱伝導率の急激な上昇効果が認められる。一方、ｂが０．２０以下であれば、その他の特性、例えば、１００℃未満での熱伝導率が充分に低く、断熱材として機能する。なお、ａ及びｂが、ａ＋ｂ＝２．００を満たすため、０．１０≦ｂ≦０．２０であれば、１．８０≦ａ≦１．９０である。また、ａ及びｂは、ａ＋ｂ＝２．００を満たしつつ、１．８０≦ａ≦１．８８及び０．１２≦ｂ≦０．２０、あるいは、１．８２≦ａ≦１．８８及び０．１２≦ｂ≦０．１８を満たすことが、より好ましい。
【００３４】
また、上述したように、Ｘは、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳから選ばれる１種以上である。Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳは、周期律表で第１６族であり、カルコゲンとも呼ばれ、これらの元素は、原子構造が相互に類似する。したがって、Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳは、相互に置換可能である。即ち、ＡｇａＣｕｂＸｃを、ＡｇａＣｕｂＴｅαＳｅβＳγで表したとき、ａ＋ｂ＝２．００及びα＋β＋γ＝１．００を満たしつつ、１．８０≦ａ≦１．９０及び０．１０≦ｂ≦０．２０を満たす。この場合においても、ａ＋ｂ＝２．００及びα＋β＋γ＝１．００を満たしつつ、１．８０≦ａ≦１．８８及び０．１２≦ｂ≦０．２０、あるいは、１．８２≦ａ≦１．８８及び０．１２≦ｂ≦０．１８を満たすことが、より好ましい。
【００３５】
（ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料の充填）
ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料は、塊状で得られるのが一般的である。したがって、溝部１８にＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料を充填するには、塊状のＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料を粉砕して粉末にし、その粉末を溝部１８に充填する。粉砕方法は、特に限定されず、例えば、ボールミル又は乳鉢を用いた粉砕等がある。
【００３６】
粉末の充填の際には、バインダーを用いず、スタンピングのみで圧粉することが好ましい。バインダーを用いると、バインダーの含有分だけ、温度による熱伝導率上昇効果が期待できなくなるためである。バインダーを用いる場合には、可能な限り、少量とすることが好ましい。
【００３７】
充填に関しては、ＡｇａＣｕｂＴｅαＳｅβＳγで表される材料についても、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料と同様である。
【００３８】
（ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料の合成方法）
Ａｇ、Ｃｕ、及びＸそれぞれの単体を秤量する。それぞれの単体の純度は、高い方が好ましく、例えば、９９．９％以上である。
【００３９】
秤量したＡｇ、Ｃｕ、及びＸの単体を容器に装入し、９５０〜１０５０℃に加熱する。Ａｇ及びＸの融点は９５０℃より低いため、加熱により、Ａｇ及びＸは容器内で溶融する。一方、Ｃｕの融点は、１０８５℃であるため、上述した温度に加熱しても容器内で溶融しない。したがって、ＡｇａＣｕｂＸｃで表される材料は、Ａｇ及びＸの融液内で固体のＣｕが拡散することによって合成される。加熱温度が９５０℃以上であれば、Ａｇ及びＸの融液内で固体のＣｕが容易に拡散する。一方、加熱温度が１０５０℃以下であれば、Ｃｕが溶融することなく、前述の固体拡散を実現できる。
【００４０】
Ａｇ及びＸの融液内で、固体のＣｕが拡散するには、Ｃｕ表面が酸化されていない必要があるため、加熱は、真空、不活性雰囲気、又は還元性雰囲気中で行う。
【００４１】
Ａｇ及びＸの融液内で固体のＣｕが充分に拡散するためには、Ｃｕの単体は粉末であることが好ましい。また、拡散効率を向上させ、かつ加熱中のＣｕの酸化を防止するため、Ｃｕ粉末の粒径は、５０〜１００μｍが好ましい。ここでの粒径は、円相当径とする。
【００４２】
９５０〜１０５０℃には、６〜８時間かけて昇温する。６〜８時間かけて昇温すれば、容器中に僅かな酸素が存在していても、Ｃｕ表面に酸化物が形成されることはなく、Ｃｕの拡散を阻害することはない。
【００４３】
９５０〜１０５０℃に達したら、Ｃｕが全て拡散するまで、この温度範囲で保持する。Ｃｕの粉末の粒径が上述した範囲の場合、４〜６時間にわたって保持することが好ましい。４時間以上保持すれば、ＡｇａＣｕｂＸｃにおける０．１０≦ｂ≦０．２０の範囲に相当する量のＣｕ全てが拡散する。一方、６時間以上であれば、全てのＣｕが拡散した後も、無駄に保持することはない。
【００４４】
上記保持の終了後、容器中の内容物を１４０℃まで８０〜９０時間かけて冷却する。８０時間以上かけて冷却すれば、内容物が、冷却による歪を導入しつつ凝固することはない。一方、９０時間以下であれば、無駄に長時間かけて冷却することはない。
【００４５】
容器中の内容物の温度が１４０℃未満になったら、室温になるまで、４５〜７５分かけて冷却する。４５分以上であれば、凝固した内容物に冷却歪が導入されることはない。７５分以下であれば、無駄に長時間かけて冷却することはない。
【００４６】
ＡｇａＣｕｂＴｅαＳｅβＳγで表される材料の合成方法については、これまでの説明で、「ＡｇａＣｕｂＸｃ」を「ＡｇａＣｕｂＴｅαＳｅβＳγ」と、「Ｘ」を「Ｔｅ、Ｓｅ、及びＳから選ばれる１種以上」と読み替えることで説明される。
【実施例】
【００４７】
以下、本発明を実施例により、さらに具体的に説明する。なお、本発明は、以下の実施例で用いた条件に限定されるものではない。
【００４８】
（実施例１の試料の作製）
実施例１の組成が、Ａｇ１．９０Ｃｕ０．１０Ｓｅになるように、Ａｇ、Ｃｕ、及びＳｅを秤量した。Ｃｕは粉末状であり、その粒径は、５０〜１００μｍであった。
【００４９】
秤量したＡｇ、Ｃｕ、及びＳｅを、石英ガラス管内に装入し、真空封入した。この石英ガラス管を１０００℃まで７時間かけて昇温した後、１０００℃で５時間にわたって保持した。その後、石英ガラス管を、１４０℃まで８６時間かけて冷却した後、さらに、室温まで１時間かけて冷却し、Ａｇ１．９０Ｃｕ０．１０Ｓｅで表される材料を得た。
【００５０】
（実施例２の試料の作製）
実施例２の組成が、Ａｇ１．８０Ｃｕ０．２０Ｓｅになるように、Ａｇ、Ｃｕ、及びＳｅを秤量したこと以外は、全て実施例１と同様の操作を行い、Ａｇ１．８０Ｃｕ０．２０Ｓｅで表される材料を得た。
【００５１】
（参考例の試料の作製）
参考例の組成が、Ａｇ２Ｓｅになるように、Ａｇ及びＳｅを秤量したこと以外は、全て実施例１と同様の操作を行い、Ａｇ２Ｓｅで表される材料を得た。
【００５２】
（熱伝導率の評価）
実施例１に係るＡｇ１．９０Ｃｕ０．１０Ｓｅで表される材料、実施例２に係るＡｇ１．８０Ｃｕ０．２０Ｓｅで表される材料、及び参考例に係るＡｇ２Ｓｅで表される材料の熱伝導率を７０〜１４０℃の範囲で測定した。
【００５３】
結果を図２に示す。図２から明らかなように、実施例１及び２においては、１００〜１１０℃の範囲で、急激に熱伝導率が上昇することが確認できた。一方、参考例においては、実施例１及び２より高温の１１５〜１２５℃の範囲で、急激に熱伝導率が上昇することが確認できた。また、実施例１及び２における熱伝導率の最大値は、参考例における熱伝導率の最大値よりも大きいことが確認できた。
【００５４】
（エンジンテスト）
実施例１に係るＡｇ１．９０Ｃｕ０．１０Ｓｅで表される材料を粉砕して粉末にし、その粉末をエンジン１００の溝部１８に圧粉充填して、エンジンテストをした。実施例２に係るＡｇ１．８０Ｃｕ０．２０Ｓｅで表される材料、及び参考例に係るＡｇ２Ｓｅで表される材料についても、同様にエンジンテストをした。その結果、実施例１及び２の場合、参考例の場合よりも、エンジンの燃費が向上することを確認できた。
【００５５】
以上の結果から、本発明の効果を確認できた。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明によれば、燃焼室近傍において、エンジンの温度が低いときには、エンジンの放熱が抑制され、エンジンの温度が高いときには、エンジンの放熱が促進される、燃費のよいエンジンを提供することができる。したがって、本発明は、産業上の利用可能性が大きい。
【符号の説明】
【００５７】
１０    シリンダブロック
１２    シリンダボア
１４    燃焼室
１５    外壁
１６    冷却経路
１８    溝部
２０    シリンダヘッド
２２    吸気ポート
２４    排気ポート
２６    吸気バルブ
２８    排気バルブ
３０    ピストン
３２    ピストンピン
４０    コネクティングロッド
１００    エンジン
【図１】
2017044159.tif 000003
【図２】
2017044159.tif 000004