JPH0370814A - 副室の断熱構造及びその製造法 - Google Patents
副室の断熱構造及びその製造法Info
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- JPH0370814A JPH0370814A JP1205644A JP20564489A JPH0370814A JP H0370814 A JPH0370814 A JP H0370814A JP 1205644 A JP1205644 A JP 1205644A JP 20564489 A JP20564489 A JP 20564489A JP H0370814 A JPH0370814 A JP H0370814A
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Classifications
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B19/00—Engines characterised by precombustion chambers
- F02B19/16—Chamber shapes or constructions not specific to sub-groups F02B19/02 - F02B19/10
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-
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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-
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- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
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-
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- Y10T29/49229—Prime mover or fluid pump making
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- Y10T29/49272—Cylinder, cylinder head or engine valve sleeve making with liner, coating, or sleeve
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- Engineering & Computer Science (AREA)
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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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
この発明は、副室の断熱構造及びその製造法に関する。
従来、エンジンの副燃焼室については、例えば、特開昭
62−67219号公報に開示されたものがある。該公
報に開示されたエンジンの副燃焼室は、副室を構成する
セラ藁ソク製の副室構成部材と、上記副室構成部材の外
周部に嵌合された金属製筒部材とを備えたものであり、
上記筒部材を、重量比で0.13〜0.45%のCと0
.3〜2.5%のStと0.5〜1.0%のMnと10
.0〜i3.o%のCrと0.3〜1.3%のMoと残
部を実質的に占めるFeとからなり実質的にマルテンサ
イト組織化されたマルテンサイト系耐熱鋼で構成し、こ
の筒部材を副室構成部材に焼嵌め嵌合後焼戻し処理して
ソルバイト組織にしたものである。
62−67219号公報に開示されたものがある。該公
報に開示されたエンジンの副燃焼室は、副室を構成する
セラ藁ソク製の副室構成部材と、上記副室構成部材の外
周部に嵌合された金属製筒部材とを備えたものであり、
上記筒部材を、重量比で0.13〜0.45%のCと0
.3〜2.5%のStと0.5〜1.0%のMnと10
.0〜i3.o%のCrと0.3〜1.3%のMoと残
部を実質的に占めるFeとからなり実質的にマルテンサ
イト組織化されたマルテンサイト系耐熱鋼で構成し、こ
の筒部材を副室構成部材に焼嵌め嵌合後焼戻し処理して
ソルバイト組織にしたものである。
また、エンジンの副室の製造法については、例えば、特
開昭61−83451号公報に開示されたものがある。
開昭61−83451号公報に開示されたものがある。
該公報に開示されたエンジンの副室の製造法は、セラミ
ック製の内筒に、圧粉成形ないしは予備焼結した鉄系焼
結材製の外筒を嵌合した後、本焼結することによって両
者を接合一体化してエンジンの副室を製造するにあたっ
て、セラミック粒子を銅系接合材で一体化して、前記内
外筒間の所定位置に形成すべき断熱室の形状と路間等な
形状に底形したインサート部材を準備し、該インサート
部材を前記内外筒間の所定位置に介装した後、本焼結工
程を供するものである。
ック製の内筒に、圧粉成形ないしは予備焼結した鉄系焼
結材製の外筒を嵌合した後、本焼結することによって両
者を接合一体化してエンジンの副室を製造するにあたっ
て、セラミック粒子を銅系接合材で一体化して、前記内
外筒間の所定位置に形成すべき断熱室の形状と路間等な
形状に底形したインサート部材を準備し、該インサート
部材を前記内外筒間の所定位置に介装した後、本焼結工
程を供するものである。
一般に、内燃機関の燃焼室において、副室式は燃料と空
気との混合が副燃焼室と主燃焼室とで2回行われ、混合
状態が直接噴射式に比較して良好である。また、副室式
は直接噴射式に比較して冷却水損失が大きく、燃費が悪
くなる。そこで、冷却水損失を少なくするため、副室を
断熱構造に構成する試みが行われている。しかしながら
、副室の外面を同程度に断熱する構造に構成した場合に
は、熱応力の差に起因する副室の耐久性の問題が発生す
る。また、副室ブロックを構成するセラ5ンク材料が窒
化珪素(SizNt) 、炭化珪素(SiC)等である
場合に、一般に、窒化珪素(SiJ4) 、炭化珪素(
SiC)等のセラミック材料は、高温度に耐える耐熱性
であり且つ高強度な材料であるが、熱伝導率が高く断熱
層は低い材料であり、また、ヤング率が高く、耐変形性
に富んでいるため、温度分布に不均一が発生すると、高
い熱応力が作用することになる。更に、副室を構成する
内壁面の温度分布は、主燃焼室と副室を連通ずる噴孔部
が高温度になり、しかも、噴孔部周囲の温度分布につい
・ても主燃焼室の中央側の噴孔部が特に高くなる。
気との混合が副燃焼室と主燃焼室とで2回行われ、混合
状態が直接噴射式に比較して良好である。また、副室式
は直接噴射式に比較して冷却水損失が大きく、燃費が悪
くなる。そこで、冷却水損失を少なくするため、副室を
断熱構造に構成する試みが行われている。しかしながら
、副室の外面を同程度に断熱する構造に構成した場合に
は、熱応力の差に起因する副室の耐久性の問題が発生す
る。また、副室ブロックを構成するセラ5ンク材料が窒
化珪素(SizNt) 、炭化珪素(SiC)等である
場合に、一般に、窒化珪素(SiJ4) 、炭化珪素(
SiC)等のセラミック材料は、高温度に耐える耐熱性
であり且つ高強度な材料であるが、熱伝導率が高く断熱
層は低い材料であり、また、ヤング率が高く、耐変形性
に富んでいるため、温度分布に不均一が発生すると、高
い熱応力が作用することになる。更に、副室を構成する
内壁面の温度分布は、主燃焼室と副室を連通ずる噴孔部
が高温度になり、しかも、噴孔部周囲の温度分布につい
・ても主燃焼室の中央側の噴孔部が特に高くなる。
従って、副室の内壁部を構成する副室ブロックをセラミ
ック材料で製作した場合に、該副室ブロックの噴孔部に
ついての温度分布が相当に異なり、熱応力がかかること
に威り、セラミック材料の強度に悪影響を及ぼし、耐久
性に問題が生じる。そこで、副室ブロックの耐久性を向
上させるために副室自体を如何に構成するかの課題があ
る。
ック材料で製作した場合に、該副室ブロックの噴孔部に
ついての温度分布が相当に異なり、熱応力がかかること
に威り、セラミック材料の強度に悪影響を及ぼし、耐久
性に問題が生じる。そこで、副室ブロックの耐久性を向
上させるために副室自体を如何に構成するかの課題があ
る。
前掲特開昭62−67219号公報に開示されたエンジ
ンの副燃焼室は、前記筒部材を前記副室構成部材に焼嵌
め嵌合後焼戻し処理してソルバイト組織にしたものであ
り、前記筒部材によって前記副室構成部材に十分な圧縮
残留応力を付与することはできず、前記副室構成部材を
セラミック材料で製作した場合には温度分布の不均一に
よって発生する熱応力に耐えることができない、また、
セラミンク材料に対して金属材料の焼嵌め等によって、
セラミック材料に圧縮残留応力を付与することは、圧縮
力の付加方向が一方向であるため、セラミック材料に有
効な圧縮残留応力を付与することができない。
ンの副燃焼室は、前記筒部材を前記副室構成部材に焼嵌
め嵌合後焼戻し処理してソルバイト組織にしたものであ
り、前記筒部材によって前記副室構成部材に十分な圧縮
残留応力を付与することはできず、前記副室構成部材を
セラミック材料で製作した場合には温度分布の不均一に
よって発生する熱応力に耐えることができない、また、
セラミンク材料に対して金属材料の焼嵌め等によって、
セラミック材料に圧縮残留応力を付与することは、圧縮
力の付加方向が一方向であるため、セラミック材料に有
効な圧縮残留応力を付与することができない。
また、前掲特開昭61−83451号公報に開示された
エンジンの副室の製造法は、外周金属材料が焼結材によ
って構成されている。従って、該焼結金属は断熱層を封
入する機能を有するのみであり、セラミック製の内筒に
対する圧縮力のコントロール、外筒の熱膨張率及び熱伝
導率のコントロールを行うことはできず、セラごツク材
の内筒の耐久性を向上させるという技術的思想を有する
ものではない。
エンジンの副室の製造法は、外周金属材料が焼結材によ
って構成されている。従って、該焼結金属は断熱層を封
入する機能を有するのみであり、セラミック製の内筒に
対する圧縮力のコントロール、外筒の熱膨張率及び熱伝
導率のコントロールを行うことはできず、セラごツク材
の内筒の耐久性を向上させるという技術的思想を有する
ものではない。
更に、従来のように、シリンダヘッド等の大物に、副室
を構成するブロックを直接鋳込む場合には、鋳込時の寸
法のずれが過大となり、製品として使用できないものと
なる。鋳込寸法のずれは、例えば、500問程度の大き
さの場合に、±1 、5a+m程となるが、副室の位置
寸法の精度は±0.2mm程度は必要なものである。
を構成するブロックを直接鋳込む場合には、鋳込時の寸
法のずれが過大となり、製品として使用できないものと
なる。鋳込寸法のずれは、例えば、500問程度の大き
さの場合に、±1 、5a+m程となるが、副室の位置
寸法の精度は±0.2mm程度は必要なものである。
この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
副室の燃焼ガスに晒される副室ブロックを耐熱性、熱シ
ラツク性に優れた窒化珪素、チタン酸アル≧ニウム等の
セラミック材料で形成して高温燃焼ガスに耐える構造に
構成し、特に、副室ブロックの外面に金属材料を鋳込む
ことによって耐高温且つ高強度のセラミック材料から成
る副室ブロックに金属材料から戊る鋳込金属ブロックで
付与される圧縮力をコントロールし、該副室ブロックに
圧縮残留応力を与えて強度を確保すると共に、鋳込金属
ブロック中に繊維強化材を埋め込んだ構造に構成し且つ
前記繊維強化材の材料、量を調節することによって前記
鋳込金属ブロックの熱膨張率及び熱伝導率をコントロー
ルし、特に、断熱構造の副室の噴孔部は熱応力及び機械
的応力に対して強度上過酷な部位であり且つ温度が高温
度になることを考慮して該噴孔形成部位の強度及び湯度
コントロールができる構造に構成し、更に、前記外側ブ
ロックとシリンダヘッドとの接触部位及び接触面積を最
適条件に設定して副室ブロックの温度分布を均一的にコ
ントロールし、副室の噴孔部等の高i’JL?lJ域と
なる部位の熱放散を盛んにして熱蓄積を緩和するように
構成し、副室ブロックの噴孔部全周部位は勿論のこと副
室ブロック全体に渡って温度分布が均一になるように構
成し、副室ブロックへの熱応力の発生を防止して副室ブ
ロック自体の強度を向上させた耐久性に富んだ副室の断
熱構造及びその製造法を提供することである。
副室の燃焼ガスに晒される副室ブロックを耐熱性、熱シ
ラツク性に優れた窒化珪素、チタン酸アル≧ニウム等の
セラミック材料で形成して高温燃焼ガスに耐える構造に
構成し、特に、副室ブロックの外面に金属材料を鋳込む
ことによって耐高温且つ高強度のセラミック材料から成
る副室ブロックに金属材料から戊る鋳込金属ブロックで
付与される圧縮力をコントロールし、該副室ブロックに
圧縮残留応力を与えて強度を確保すると共に、鋳込金属
ブロック中に繊維強化材を埋め込んだ構造に構成し且つ
前記繊維強化材の材料、量を調節することによって前記
鋳込金属ブロックの熱膨張率及び熱伝導率をコントロー
ルし、特に、断熱構造の副室の噴孔部は熱応力及び機械
的応力に対して強度上過酷な部位であり且つ温度が高温
度になることを考慮して該噴孔形成部位の強度及び湯度
コントロールができる構造に構成し、更に、前記外側ブ
ロックとシリンダヘッドとの接触部位及び接触面積を最
適条件に設定して副室ブロックの温度分布を均一的にコ
ントロールし、副室の噴孔部等の高i’JL?lJ域と
なる部位の熱放散を盛んにして熱蓄積を緩和するように
構成し、副室ブロックの噴孔部全周部位は勿論のこと副
室ブロック全体に渡って温度分布が均一になるように構
成し、副室ブロックへの熱応力の発生を防止して副室ブ
ロック自体の強度を向上させた耐久性に富んだ副室の断
熱構造及びその製造法を提供することである。
この発明は、上記の目的を達成するために次のように構
成されている。即ち、この発明は、主燃焼室に噴孔を通
じて連通した副室を形成するセラミック製の副室ブロッ
ク、前記副室ブロックの外側に配置した繊維強化材の成
形体の隙間部に鋳込まれた金属材料から威る鋳込金属ブ
ロック、及び該鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形
成した取付穴に空気層を形成して嵌入固定したことから
成る副室の断熱構造に関する。
成されている。即ち、この発明は、主燃焼室に噴孔を通
じて連通した副室を形成するセラミック製の副室ブロッ
ク、前記副室ブロックの外側に配置した繊維強化材の成
形体の隙間部に鋳込まれた金属材料から威る鋳込金属ブ
ロック、及び該鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形
成した取付穴に空気層を形成して嵌入固定したことから
成る副室の断熱構造に関する。
また、この副室の断熱構造は、前記副室ブロックと前記
鋳込金属ブロックとの間に断熱層を介在させたものであ
る。
鋳込金属ブロックとの間に断熱層を介在させたものであ
る。
更に、この副室の断熱構造は、前記成形体をセラミック
ウィスカー、セラミックファイバー又はステンレススチ
ールファイバーから底形したものである。
ウィスカー、セラミックファイバー又はステンレススチ
ールファイバーから底形したものである。
或いは、この発明は、主P!焼室に噴孔を通じて連通し
た副室を形成する副室ブロックをセラミック材料で形成
する工程、前記副室ブロックの外側に繊維強化材から成
る成形体を組み込む工程、前記成形体の隙間部に金属材
料を鋳込んで鋳込金属ブロックを形成する工程、及び前
記鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形成した取付穴
に空気層を形成して組込む工程、から成る副室の断熱構
造の製造法に関する。
た副室を形成する副室ブロックをセラミック材料で形成
する工程、前記副室ブロックの外側に繊維強化材から成
る成形体を組み込む工程、前記成形体の隙間部に金属材
料を鋳込んで鋳込金属ブロックを形成する工程、及び前
記鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形成した取付穴
に空気層を形成して組込む工程、から成る副室の断熱構
造の製造法に関する。
この発明は、以上のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この副室の断熱構造は、セラミック製
の副室ブロックの外側に配置した繊維強化材の成形体の
隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロックを形成し
、該鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形成した取付
穴に組み込んだので、耐高温且つ高強度のセラミック材
料から成る副室ブロックに鋳込金属ブロックの鋳込によ
って圧縮力が付与され、前記副室ブロックの強度を確保
して前記副室ブロックの亀裂、破壊等の損傷の発生を防
止し副室の耐久性を向上させる。また、前記鋳込金属ブ
ロック中の前記繊維強化材の材料及び含有量を調節する
ことによって、前記鋳込金属ブロックの熱伝導率及び熱
膨張率を最適状態にコントロールすることができ、副室
の耐熱性を向上でき且つ前記副室ブロックの温度分布を
均一にして熱応力の発生を低減する。
作用する。即ち、この副室の断熱構造は、セラミック製
の副室ブロックの外側に配置した繊維強化材の成形体の
隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロックを形成し
、該鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形成した取付
穴に組み込んだので、耐高温且つ高強度のセラミック材
料から成る副室ブロックに鋳込金属ブロックの鋳込によ
って圧縮力が付与され、前記副室ブロックの強度を確保
して前記副室ブロックの亀裂、破壊等の損傷の発生を防
止し副室の耐久性を向上させる。また、前記鋳込金属ブ
ロック中の前記繊維強化材の材料及び含有量を調節する
ことによって、前記鋳込金属ブロックの熱伝導率及び熱
膨張率を最適状態にコントロールすることができ、副室
の耐熱性を向上でき且つ前記副室ブロックの温度分布を
均一にして熱応力の発生を低減する。
或いは、この発明による副室の断熱構造の製造法は、主
燃焼室に噴孔を通じて連通した副室を形成する副室ブロ
ックをセラ兆ンク材料で形成する工程、前記副室ブロッ
クの外側に繊維強化材から成る成形体を組み込む工程、
前記成形体の隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロ
ックを形成する工程、及び前記鋳込金属ブロックをシリ
ンダヘッドに形成した取付穴に空気層を形成して組込む
工程から構成したので、上記構成の副室の断熱構造を容
易に得ることができ、製造工程における寸法精度のずれ
を低減でき、製品の品質の信頼性を向上できる。
燃焼室に噴孔を通じて連通した副室を形成する副室ブロ
ックをセラ兆ンク材料で形成する工程、前記副室ブロッ
クの外側に繊維強化材から成る成形体を組み込む工程、
前記成形体の隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロ
ックを形成する工程、及び前記鋳込金属ブロックをシリ
ンダヘッドに形成した取付穴に空気層を形成して組込む
工程から構成したので、上記構成の副室の断熱構造を容
易に得ることができ、製造工程における寸法精度のずれ
を低減でき、製品の品質の信頼性を向上できる。
以下、図面を参照して、この発明による副室の断熱構造
の実施例を詳述する。
の実施例を詳述する。
第1図はこの発明による副室の断熱構造の一実施例を示
す断面図である。この副室の断熱構造は、主として、副
室2を形成し且つ該副室2と主燃焼室lとを連通ずる噴
孔3を形成した副室ブロック4、該副室ブロック4の外
側に鋳込みよって配置された鋳込金属ブロック6、及び
該鋳込金属ブロック・6の外側に空気N7を形成して位
置するシリンダヘッド10から構成されている。副室2
を形成する副室ブロック4は、窒化珪素(Si3Nm)
、炭化珪素(SiC) 、チタン酸アルミニウム、複
合材料等のセラミック材料によって形成されている。こ
の副室ブロック4については、噴孔3を形成した回りの
部分即ち噴孔3の噴孔形成部位17の厚さが他の部位の
厚さより厚く形成され、−高温度に耐えるように耐熱性
及び強度を増大している。また、副室ブロック4の外面
15に対して鋳込によって配置された鋳込金属ブロック
6は、セラミック材料から成る成形体9を埋め込んだア
ルミニウム(AI) 、鋳鉄(FC)、ニレジスト(N
i−Resist)等の金属材料、言い換えれば、繊維
強化金属(FRM)から形成されている。成形体9は、
窒化珪素(SiJa) 、炭化珪素(SiC) 、酸化
アルミニウム(Ah(h)等のセラミック材料から成る
セラミックウィスカー又はセラミックファイバー、或い
はステンレススチールから成るファイバーによって成形
されたものである。この鋳込金属ブロック6については
、ヘッド下面部を構成する部位にフランジ部5を設けて
いる。また、シリンダヘッド10には、エンジンの気筒
数に対応した数の取付穴13が形成されている。鋳込金
属プロフクロは、シリンダヘッド10に形成した取付穴
13に空気N7を形成した状態で嵌合して組み込まれ、
しかも、鋳込金属ブロック6のフランジ部5が取付穴1
3の入口部18に圧入環によって固定されている。
す断面図である。この副室の断熱構造は、主として、副
室2を形成し且つ該副室2と主燃焼室lとを連通ずる噴
孔3を形成した副室ブロック4、該副室ブロック4の外
側に鋳込みよって配置された鋳込金属ブロック6、及び
該鋳込金属ブロック・6の外側に空気N7を形成して位
置するシリンダヘッド10から構成されている。副室2
を形成する副室ブロック4は、窒化珪素(Si3Nm)
、炭化珪素(SiC) 、チタン酸アルミニウム、複
合材料等のセラミック材料によって形成されている。こ
の副室ブロック4については、噴孔3を形成した回りの
部分即ち噴孔3の噴孔形成部位17の厚さが他の部位の
厚さより厚く形成され、−高温度に耐えるように耐熱性
及び強度を増大している。また、副室ブロック4の外面
15に対して鋳込によって配置された鋳込金属ブロック
6は、セラミック材料から成る成形体9を埋め込んだア
ルミニウム(AI) 、鋳鉄(FC)、ニレジスト(N
i−Resist)等の金属材料、言い換えれば、繊維
強化金属(FRM)から形成されている。成形体9は、
窒化珪素(SiJa) 、炭化珪素(SiC) 、酸化
アルミニウム(Ah(h)等のセラミック材料から成る
セラミックウィスカー又はセラミックファイバー、或い
はステンレススチールから成るファイバーによって成形
されたものである。この鋳込金属ブロック6については
、ヘッド下面部を構成する部位にフランジ部5を設けて
いる。また、シリンダヘッド10には、エンジンの気筒
数に対応した数の取付穴13が形成されている。鋳込金
属プロフクロは、シリンダヘッド10に形成した取付穴
13に空気N7を形成した状態で嵌合して組み込まれ、
しかも、鋳込金属ブロック6のフランジ部5が取付穴1
3の入口部18に圧入環によって固定されている。
また、副室2には、副室2に燃料を噴霧する燃料噴射ノ
ズル8が配置され、場合によっては、噴霧された燃料を
着火させるグロープラグ(図示せず)が配置されている
。更に、図示していないが、シリンダヘッド10には、
吸排気ポートが形成され、該吸排気ポートを開閉する吸
排気バルブが配置されている。シリンダヘッド10は、
ヘッドガスケット14を介在してシリンダブロック11
に固定されている。シリンダブロック11に形成した複
数のシリンダにはシリンダライナが各々嵌合し、該各シ
リンダライナには、ピストンリング34を嵌着したピス
トン12が各々往復運動するように構成されている。
ズル8が配置され、場合によっては、噴霧された燃料を
着火させるグロープラグ(図示せず)が配置されている
。更に、図示していないが、シリンダヘッド10には、
吸排気ポートが形成され、該吸排気ポートを開閉する吸
排気バルブが配置されている。シリンダヘッド10は、
ヘッドガスケット14を介在してシリンダブロック11
に固定されている。シリンダブロック11に形成した複
数のシリンダにはシリンダライナが各々嵌合し、該各シ
リンダライナには、ピストンリング34を嵌着したピス
トン12が各々往復運動するように構成されている。
この副室の断熱構造において、副室ブロック4の噴孔3
が形成された噴孔形成部位17は、他の部位より高温度
になり、熱的にも強度的にも厳しい領域である。また、
副室ブロック4の噴孔3が形成された噴孔形成部位17
でも、主燃焼室1の中央側に位置する部位Aの方が主燃
焼室lから離れる側に位置する部位Bより過酷な熱影響
を受ける所であり且つ部分的に過大な圧縮力が作用する
ところである。
が形成された噴孔形成部位17は、他の部位より高温度
になり、熱的にも強度的にも厳しい領域である。また、
副室ブロック4の噴孔3が形成された噴孔形成部位17
でも、主燃焼室1の中央側に位置する部位Aの方が主燃
焼室lから離れる側に位置する部位Bより過酷な熱影響
を受ける所であり且つ部分的に過大な圧縮力が作用する
ところである。
そこで、この副室の断熱構造は、副室ブロック4を耐高
温且つ高強度のセラミック材料から構成して耐熱性を向
上させ、しかも、副室2を構成する副室ブロック4の外
側にセラミック材料から成る成形体9を組み込んで、該
成形体9にアルミニウム、鋳鉄等の金属材料を鋳込んで
鋳込金属ブロック6を配置し且つ該鋳込金属ブロック6
の厚さ、材料を最適条件に設定即ちコントロールするこ
とによって副室ブロック4に発生する圧縮残留応力のコ
ントロールを行うと共に、成形体9の材料、含有量を最
適条件に設定即ちコントロールすることによって鋳込金
属ブロック6の熱膨張率及び熱伝導率のコントロールを
行う。
温且つ高強度のセラミック材料から構成して耐熱性を向
上させ、しかも、副室2を構成する副室ブロック4の外
側にセラミック材料から成る成形体9を組み込んで、該
成形体9にアルミニウム、鋳鉄等の金属材料を鋳込んで
鋳込金属ブロック6を配置し且つ該鋳込金属ブロック6
の厚さ、材料を最適条件に設定即ちコントロールするこ
とによって副室ブロック4に発生する圧縮残留応力のコ
ントロールを行うと共に、成形体9の材料、含有量を最
適条件に設定即ちコントロールすることによって鋳込金
属ブロック6の熱膨張率及び熱伝導率のコントロールを
行う。
更に、この副室の断熱構造において、鋳込金属ブロック
6のフランジ部5とシリンダヘッド10の取付穴13の
入口部18との接触面積及び接触領域を最適条件に設定
即ちコントロールすることによって副室ブロック4の断
熱度のコントロールを行うものである。従って、この副
室の断熱構造において、鋳込金属ブロック6に副室ブロ
ック4の噴孔形成部位17を接触させることによって熱
の蓄積を低減し、断熱度を他の部位より低下させる。そ
れによって、副室ブロック4に発生する熱エネルギーを
噴孔形成部位I7からシリンダヘッド10へ熱放散させ
、副室プロツク4の該噴孔形成部位17の温度を過度に
上昇させないように構威し、副室ブロック4の噴孔形成
部位17と他の部位との温度差を小さくでき、それによ
って副室ブロック4に発生する熱応力を低減することが
でき、副室ブロック全体として均一な温度分布にコント
ロールすることができる。また、副室プロ7り4の外側
の鋳込金属ブロック6のフランジ部5とシリンダヘッド
10の嵌合穴即ち入口部18と−の接触面積及び接触領
域を最適条件に設定することによって、シリンダへラド
10に熱放散される熱エネルギーをコントロールでき、
セラミック材料から成る副室ブロノク4の温度分布を最
適状態にコントロールすることができる。
6のフランジ部5とシリンダヘッド10の取付穴13の
入口部18との接触面積及び接触領域を最適条件に設定
即ちコントロールすることによって副室ブロック4の断
熱度のコントロールを行うものである。従って、この副
室の断熱構造において、鋳込金属ブロック6に副室ブロ
ック4の噴孔形成部位17を接触させることによって熱
の蓄積を低減し、断熱度を他の部位より低下させる。そ
れによって、副室ブロック4に発生する熱エネルギーを
噴孔形成部位I7からシリンダヘッド10へ熱放散させ
、副室プロツク4の該噴孔形成部位17の温度を過度に
上昇させないように構威し、副室ブロック4の噴孔形成
部位17と他の部位との温度差を小さくでき、それによ
って副室ブロック4に発生する熱応力を低減することが
でき、副室ブロック全体として均一な温度分布にコント
ロールすることができる。また、副室プロ7り4の外側
の鋳込金属ブロック6のフランジ部5とシリンダヘッド
10の嵌合穴即ち入口部18と−の接触面積及び接触領
域を最適条件に設定することによって、シリンダへラド
10に熱放散される熱エネルギーをコントロールでき、
セラミック材料から成る副室ブロノク4の温度分布を最
適状態にコントロールすることができる。
また、鋳込金属プロ、ツク6の外面に当接する突出部3
0が、シリンダヘッド10の取付穴13に形成されてい
る。これらの突出部30は、シリンダへラド10又は鋳
込金属ブロック6のいずれの側に形成されてもよいもの
である。鋳込金属ブロック6とシリンダへラド10とが
突出部30によって接触することによって、鋳込金属ブ
ロック6からシリンダへラド10へ流れる熱流をコント
ロールすることができる。しかも、突出部30の設置位
置、サイズ、数、当接面積等によって、鋳込金属ブロッ
ク6とシリンダヘッド10との接触面積、接触部位がコ
ントロールされるので、鋳込金属ブロック6からシリン
ダへラド10に熱放散される熱エネルギーは、これらの
突出部30の選定された条件によって最適状態にコント
ロールされることになる。
0が、シリンダヘッド10の取付穴13に形成されてい
る。これらの突出部30は、シリンダへラド10又は鋳
込金属ブロック6のいずれの側に形成されてもよいもの
である。鋳込金属ブロック6とシリンダへラド10とが
突出部30によって接触することによって、鋳込金属ブ
ロック6からシリンダへラド10へ流れる熱流をコント
ロールすることができる。しかも、突出部30の設置位
置、サイズ、数、当接面積等によって、鋳込金属ブロッ
ク6とシリンダヘッド10との接触面積、接触部位がコ
ントロールされるので、鋳込金属ブロック6からシリン
ダへラド10に熱放散される熱エネルギーは、これらの
突出部30の選定された条件によって最適状態にコント
ロールされることになる。
この発明による副室の断熱構造は、例えば、次のように
して製作することができる。即ち、この副室の断熱構造
は、主として、主燃焼室1に噴孔3を通じて連通した副
室2を形成する副室ブロック4をセラミック材料で形成
する工程、副室ブロック4の外面15にセラミックウィ
スカー、セラミックファイバー等の繊維強化材から成る
成形棒9を組み込む工程、成形棒9に形成された隙間部
にアル【ニウム等の金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロッ
ク6を形成する工程、及び鋳込金属ブロック6をシリン
ダヘッド10に形成した取付穴13に空気層7を介して
組込む工程によって製造することができる。
して製作することができる。即ち、この副室の断熱構造
は、主として、主燃焼室1に噴孔3を通じて連通した副
室2を形成する副室ブロック4をセラミック材料で形成
する工程、副室ブロック4の外面15にセラミックウィ
スカー、セラミックファイバー等の繊維強化材から成る
成形棒9を組み込む工程、成形棒9に形成された隙間部
にアル【ニウム等の金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロッ
ク6を形成する工程、及び鋳込金属ブロック6をシリン
ダヘッド10に形成した取付穴13に空気層7を介して
組込む工程によって製造することができる。
この副室の断熱構造の製造法は、具体的には、次の各工
程によって達成される。この副室の断熱構造における副
室ブロック4は、窒化珪素(SiJ4)、炭化珪素(S
fC) 、チタン酸アルミニウム、複合材料等のサーマ
ルショックに強いセラ旦ツク材料で製作するものである
。まず、glJ室ブロック4の製作については、副室ブ
ロック4の形状に一体構造で成形し、次いでそれを焼結
して製作することができる。或いは、第2図に示すよう
に、副室ブロック4を上側室ブロック4Uと下側室ブロ
ック4Lに二分割して成形し焼結して製作し、次いで、
化学蕉着(CVD)等によって両者を接合部19で接合
して完成する。又は、第3図に示すように、副室ブロッ
ク4を左副室ブロック4Hと右副室ブロック4Rに二分
割して成形し焼結して製作し、次いで、化学蒸着(CV
D)等によって両者を接合部20で接合して完成する
。副室ブロック4は、上記のようにして製作できるが、
副室ブロック4の噴孔形成部位I7の外周面4Eの形状
について、ストレート状に形成してもよいが、図示のよ
うに、テーバ状に形成して多少小径に構成することが好
ましい。副室ブロック4の噴孔形成部位17の外周面4
Eの形状をテーバ状に形成した場合には、鋳込金属ブロ
ック6が副室ブロック4に接触する接触面積が大きくな
り、副室ブロック4に発生する圧縮残留応力が有効に付
与されることになる。次に、上記製造工程によって製作
した副室ブロック4の必要な箇所に対して機械加工を施
し、第4図に示すように、副室ブロック4の最終形状に
仕上げる。
程によって達成される。この副室の断熱構造における副
室ブロック4は、窒化珪素(SiJ4)、炭化珪素(S
fC) 、チタン酸アルミニウム、複合材料等のサーマ
ルショックに強いセラ旦ツク材料で製作するものである
。まず、glJ室ブロック4の製作については、副室ブ
ロック4の形状に一体構造で成形し、次いでそれを焼結
して製作することができる。或いは、第2図に示すよう
に、副室ブロック4を上側室ブロック4Uと下側室ブロ
ック4Lに二分割して成形し焼結して製作し、次いで、
化学蕉着(CVD)等によって両者を接合部19で接合
して完成する。又は、第3図に示すように、副室ブロッ
ク4を左副室ブロック4Hと右副室ブロック4Rに二分
割して成形し焼結して製作し、次いで、化学蒸着(CV
D)等によって両者を接合部20で接合して完成する
。副室ブロック4は、上記のようにして製作できるが、
副室ブロック4の噴孔形成部位I7の外周面4Eの形状
について、ストレート状に形成してもよいが、図示のよ
うに、テーバ状に形成して多少小径に構成することが好
ましい。副室ブロック4の噴孔形成部位17の外周面4
Eの形状をテーバ状に形成した場合には、鋳込金属ブロ
ック6が副室ブロック4に接触する接触面積が大きくな
り、副室ブロック4に発生する圧縮残留応力が有効に付
与されることになる。次に、上記製造工程によって製作
した副室ブロック4の必要な箇所に対して機械加工を施
し、第4図に示すように、副室ブロック4の最終形状に
仕上げる。
次に、繊維強化材、例えば、窒化珪素(SisN*)、
炭化珪素(SiC) 、酸化アルミニウム(AhOs)
、複合材料等のセラミック材料から成るセラミックウィ
スカー又はセラミックファイバー、或いはステンレスス
チールから成るファイバーによって、第5図に示すよう
に、所定の形状に成形して戒形体9を製作する。従って
、成形棒9には、多数の空隙、ファイバー間の隙間が多
数形成された構造に構成される。また、成形棒9にはヘ
ッド下面部を構成する部位にフランジ部5を設けておく
。次いで、第6図に示すように、成形棒9の内面31に
副室ブロック4の外面15を嵌合して組み込む。
炭化珪素(SiC) 、酸化アルミニウム(AhOs)
、複合材料等のセラミック材料から成るセラミックウィ
スカー又はセラミックファイバー、或いはステンレスス
チールから成るファイバーによって、第5図に示すよう
に、所定の形状に成形して戒形体9を製作する。従って
、成形棒9には、多数の空隙、ファイバー間の隙間が多
数形成された構造に構成される。また、成形棒9にはヘ
ッド下面部を構成する部位にフランジ部5を設けておく
。次いで、第6図に示すように、成形棒9の内面31に
副室ブロック4の外面15を嵌合して組み込む。
更に、第8に示すように、副室ブロック4に組み込んだ
成形棒9を鋳型にセントする。この場合に、副室ブロッ
ク4における副室2、噴孔3、燃料噴射ノズル8の挿入
孔21、及び成形棒9の燃料噴射ノズル8の挿入孔32
、場合によっては、グロープラグの各挿入孔を構成する
部分に、鋳砂23を充填する。鋳砂23を充填した副室
ブロック4と成形棒9を、その外形の形状の空洞部27
を形威した砂型等の鋳型24.25内に配置する。
成形棒9を鋳型にセントする。この場合に、副室ブロッ
ク4における副室2、噴孔3、燃料噴射ノズル8の挿入
孔21、及び成形棒9の燃料噴射ノズル8の挿入孔32
、場合によっては、グロープラグの各挿入孔を構成する
部分に、鋳砂23を充填する。鋳砂23を充填した副室
ブロック4と成形棒9を、その外形の形状の空洞部27
を形威した砂型等の鋳型24.25内に配置する。
この時、副室ブロック4の内部に充填した鋳砂23から
発生するガス等を外部に逃がすためガス抜きバイ128
を配置しておく、このように成形棒9と副室ブロック4
とを鋳型24・、25内に配置した後、アルミニウム(
AI) 、鋳鉄(Fc) 、ニレジスト(Ni−Res
ist)等から成る溶融金属の湯を、湯口部26より矢
印で示すように、鋳型24.25の空洞部27に位置す
る成形棒9に形成されている多数の隙間、空隙部へ注入
し、成形棒9の隙間、空隙部等を充填する。鋳込金属ブ
ロック6を構成する溶融金属が冷却して固化した後、鋳
込金属ブロック6が鋳込まれた副室ブロック4を鋳型2
4.25から取り出し、鋳込金属ブロック6に対して該
鋳込金属ブロック6の最終形状に機械加工を施す。言い
換えれば、副室ブロック4の外側に繊維強化金属(FR
M)が鋳込まれた状態の断熱副室構造として完成する(
第7図参照)。最後に、シリンダヘッド10に形成され
た取付穴13に鋳込金属ブロック6を嵌合し、且つ鋳込
金属プロツク6のフランジ部5をシリンダへノド10の
取付穴13の入口部18に圧入して鋳込金属ブロンクロ
をシリンダヘッド10に固定する。
発生するガス等を外部に逃がすためガス抜きバイ128
を配置しておく、このように成形棒9と副室ブロック4
とを鋳型24・、25内に配置した後、アルミニウム(
AI) 、鋳鉄(Fc) 、ニレジスト(Ni−Res
ist)等から成る溶融金属の湯を、湯口部26より矢
印で示すように、鋳型24.25の空洞部27に位置す
る成形棒9に形成されている多数の隙間、空隙部へ注入
し、成形棒9の隙間、空隙部等を充填する。鋳込金属ブ
ロック6を構成する溶融金属が冷却して固化した後、鋳
込金属ブロック6が鋳込まれた副室ブロック4を鋳型2
4.25から取り出し、鋳込金属ブロック6に対して該
鋳込金属ブロック6の最終形状に機械加工を施す。言い
換えれば、副室ブロック4の外側に繊維強化金属(FR
M)が鋳込まれた状態の断熱副室構造として完成する(
第7図参照)。最後に、シリンダヘッド10に形成され
た取付穴13に鋳込金属ブロック6を嵌合し、且つ鋳込
金属プロツク6のフランジ部5をシリンダへノド10の
取付穴13の入口部18に圧入して鋳込金属ブロンクロ
をシリンダヘッド10に固定する。
第10図において、この発明による副室の断熱構造の別
の実施例が示されている。この副室の断熱構造は、第1
図に示した副室の断熱構造と比較して、鋳込金属ブロン
クロと副室ブロノク4との間に断熱層33を形威した構
造及び該構造により若干機能が相違する以外は、全く同
一の構成及び機能を有しているので、同一の部品には同
一の符号を付して重複する説明を省略する。鋳込金属ブ
ロック6と副室ブロック4との間に介在さ太た断熱層3
3は、セラミック粉体等の断熱材によって構成すること
ができる。このセラミック粉体等の断熱材を成形棒9に
組み込むには、成形棒9を成形する時に、該成形棒9の
所定の位置の内周面に複数個の凹部を形威し、該各凹部
に断熱材を配置することによって、成形棒9と副室ブロ
ック4との間に断熱層33を構成することができる。
の実施例が示されている。この副室の断熱構造は、第1
図に示した副室の断熱構造と比較して、鋳込金属ブロン
クロと副室ブロノク4との間に断熱層33を形威した構
造及び該構造により若干機能が相違する以外は、全く同
一の構成及び機能を有しているので、同一の部品には同
一の符号を付して重複する説明を省略する。鋳込金属ブ
ロック6と副室ブロック4との間に介在さ太た断熱層3
3は、セラミック粉体等の断熱材によって構成すること
ができる。このセラミック粉体等の断熱材を成形棒9に
組み込むには、成形棒9を成形する時に、該成形棒9の
所定の位置の内周面に複数個の凹部を形威し、該各凹部
に断熱材を配置することによって、成形棒9と副室ブロ
ック4との間に断熱層33を構成することができる。
この発明による副室の断熱構造は、上記のように構成さ
れており、次のような機能を有する。
れており、次のような機能を有する。
副室ブロック4を構成する窒化珪素(Si 3N4)、
炭化珪素(SiC) 、チタン酸アルミニウム、複合材
料等のセラミンク材料は、耐熱性に冨んでいるが、引張
力に対しては弱い性質を有している。また、セラミック
材料は、圧縮強度は引張強度に比較して一般に10倍程
度の強度を有しており、圧縮強度に対しては極めて耐久
性に冨んでいるものである。更に、セラミック材料の熱
膨張率は金属材料の熱膨張率に比較して小さいものであ
る。
炭化珪素(SiC) 、チタン酸アルミニウム、複合材
料等のセラミンク材料は、耐熱性に冨んでいるが、引張
力に対しては弱い性質を有している。また、セラミック
材料は、圧縮強度は引張強度に比較して一般に10倍程
度の強度を有しており、圧縮強度に対しては極めて耐久
性に冨んでいるものである。更に、セラミック材料の熱
膨張率は金属材料の熱膨張率に比較して小さいものであ
る。
そこで、上記のように、該セラミック材料を金属に鋳込
むことによって、溶融金属の冷却によって収縮する程度
がセラミック材料より大きく、金属の収縮による寸法変
化を利用して、セラミック材料から成る副室ブロック4
に予め圧縮力を付与して副室ブロック4の強度を確保す
る。熱膨張率は、例えば、セラミック材料の窒化珪素(
SiJa)は、3.2X10−”であり、また、チタン
酸アルミニウムは、約lXl0−”である、これに対し
て、金属材料の鋳鉄は11xlO−’であり、また、ア
ルミニウムは22X10−’である。従って、Fc、A
1等の金属材料が溶融状態から固化して常温になると、
セラミック材料との間に、約1/10はどの熱収縮差が
生じる。この熱収縮差の分だけが、金属材料に圧縮力と
して発生し、該金属材料によるセラミック材料に圧縮残
留応力が付与されることになる。即ち、セラミック材料
の副室ブロツク4の外側に位置する繊維強化材から成る
成形棒9に対して、溶融金属を鋳込むと、該溶融金属が
冷却する時に、該金属材料はセラミック材料に対して収
縮度が大きいため、その収縮度の差によって、鋳込金属
ブロック6には圧縮力が発生し、副室ブロツク4には圧
縮残留応力が付与されることになる。また、副室ブロッ
ク4の噴孔形成部位17の部位Aに対して金属鋳込みの
鋳込金属ブロツクの厚さを最:a厚さに選定することに
よって、該部位の圧縮力を他の部位より増大させること
ができ、副室ブロック4の強度を全体に渡って好ましい
状態の強度を確保するようにコントロールすることがで
きる。
むことによって、溶融金属の冷却によって収縮する程度
がセラミック材料より大きく、金属の収縮による寸法変
化を利用して、セラミック材料から成る副室ブロック4
に予め圧縮力を付与して副室ブロック4の強度を確保す
る。熱膨張率は、例えば、セラミック材料の窒化珪素(
SiJa)は、3.2X10−”であり、また、チタン
酸アルミニウムは、約lXl0−”である、これに対し
て、金属材料の鋳鉄は11xlO−’であり、また、ア
ルミニウムは22X10−’である。従って、Fc、A
1等の金属材料が溶融状態から固化して常温になると、
セラミック材料との間に、約1/10はどの熱収縮差が
生じる。この熱収縮差の分だけが、金属材料に圧縮力と
して発生し、該金属材料によるセラミック材料に圧縮残
留応力が付与されることになる。即ち、セラミック材料
の副室ブロツク4の外側に位置する繊維強化材から成る
成形棒9に対して、溶融金属を鋳込むと、該溶融金属が
冷却する時に、該金属材料はセラミック材料に対して収
縮度が大きいため、その収縮度の差によって、鋳込金属
ブロック6には圧縮力が発生し、副室ブロツク4には圧
縮残留応力が付与されることになる。また、副室ブロッ
ク4の噴孔形成部位17の部位Aに対して金属鋳込みの
鋳込金属ブロツクの厚さを最:a厚さに選定することに
よって、該部位の圧縮力を他の部位より増大させること
ができ、副室ブロック4の強度を全体に渡って好ましい
状態の強度を確保するようにコントロールすることがで
きる。
次に、第9図(A)及び第9図(B)を参照して、副室
の断熱構造がエンジンに搭載されて使用された場合の副
室ブロフクに作用する圧縮力と弓張力との一例を説明す
る。第9図(A)はこの発明による副室の断熱構造の場
合を示し、また、第9図(B)は従来の副室の断熱構造
の場合を示す。
の断熱構造がエンジンに搭載されて使用された場合の副
室ブロフクに作用する圧縮力と弓張力との一例を説明す
る。第9図(A)はこの発明による副室の断熱構造の場
合を示し、また、第9図(B)は従来の副室の断熱構造
の場合を示す。
図において、縦軸の上側に圧縮力を且つ下側に引張力を
とり、また横軸に時間をとる。図がら明らかなように、
第9図(A)において、副室プロ、7り4を構成するセ
ラミック材料に予め圧縮残留応力Pが付与されていると
、エンジン運転時に、各種の応力即ち圧縮力と引張力と
が副室2を構成する副室ブロック4に作用しても、副室
ブロツク4には、予め付与された圧縮残留応力Pのため
、引張力が過大になっても副室ブロック4自体は圧縮力
を受けて(・る状態であり、副室ブロツク4に引張力に
よる亀裂、破損等の損傷が発生することがない。これに
反して、第9図(B)に示すように、従来の副室の断熱
構造の副室ブロフクには予め圧縮残留応力が付与されて
いないので、各種の応力即ち圧縮力と引張力がそのまま
該副室ブロックに作用することになり、特に副室ブロツ
クは引張力をそのまま受けて、副室ブロフクに亀裂、破
損等の損傷を発生させる原因になる。
とり、また横軸に時間をとる。図がら明らかなように、
第9図(A)において、副室プロ、7り4を構成するセ
ラミック材料に予め圧縮残留応力Pが付与されていると
、エンジン運転時に、各種の応力即ち圧縮力と引張力と
が副室2を構成する副室ブロック4に作用しても、副室
ブロツク4には、予め付与された圧縮残留応力Pのため
、引張力が過大になっても副室ブロック4自体は圧縮力
を受けて(・る状態であり、副室ブロツク4に引張力に
よる亀裂、破損等の損傷が発生することがない。これに
反して、第9図(B)に示すように、従来の副室の断熱
構造の副室ブロフクには予め圧縮残留応力が付与されて
いないので、各種の応力即ち圧縮力と引張力がそのまま
該副室ブロックに作用することになり、特に副室ブロツ
クは引張力をそのまま受けて、副室ブロフクに亀裂、破
損等の損傷を発生させる原因になる。
更に、鋳込金属ブロック6における金属材料中に存在す
るセラミンクウィスカー、セラミックファイバー等の繊
維強化材の含有量を種々に変更すること、セラミンク材
料の材質の選定、或いは厚み、配置位置等の変更調節に
よって、鋳込金属ブロック6の熱伝導率及び熱膨張率を
、所望の設定値にコントロールすることができる。
るセラミンクウィスカー、セラミックファイバー等の繊
維強化材の含有量を種々に変更すること、セラミンク材
料の材質の選定、或いは厚み、配置位置等の変更調節に
よって、鋳込金属ブロック6の熱伝導率及び熱膨張率を
、所望の設定値にコントロールすることができる。
また、セラ逅ツタ材料の副室ブロック4と鋳込金属ブロ
ック6とでは、温度差が生じるが、温度差が小さく、全
体が温度上昇する場合に、上記の熱膨張率の差より圧縮
残留応力が低下する場合がある。この場合には、鋳込金
属材料としてニレジスト(Ni−Resist )等の
低熱膨張金属を用いることによってこの発明の作用を有
効にすることができる。これらの材料の選定は、セラQ
7り材料と鋳込金属の温度分布によって自由に選定する
ことができる。
ック6とでは、温度差が生じるが、温度差が小さく、全
体が温度上昇する場合に、上記の熱膨張率の差より圧縮
残留応力が低下する場合がある。この場合には、鋳込金
属材料としてニレジスト(Ni−Resist )等の
低熱膨張金属を用いることによってこの発明の作用を有
効にすることができる。これらの材料の選定は、セラQ
7り材料と鋳込金属の温度分布によって自由に選定する
ことができる。
更に、セラミック材料の副室ブロック4に付与される圧
縮残留応力は、鋳込金属ブロック6の厚さによっても異
なり、例えば、鋳込金属ブロツク6の厚さを厚くすれば
、副室ブロツク4には大きな圧縮残留応力が付与される
ことになる。逆に、セラミック材料に過大な圧縮残留応
力が付与されると、副室ブロツク4に亀裂、破壊等が発
生するので、鋳込金属の厚さについては、副室ブロック
4及び鋳込金属ブロック6の形状、圧縮力、材料強度等
に応して最適条件に選定することが好ましいものである
。
縮残留応力は、鋳込金属ブロック6の厚さによっても異
なり、例えば、鋳込金属ブロツク6の厚さを厚くすれば
、副室ブロツク4には大きな圧縮残留応力が付与される
ことになる。逆に、セラミック材料に過大な圧縮残留応
力が付与されると、副室ブロツク4に亀裂、破壊等が発
生するので、鋳込金属の厚さについては、副室ブロック
4及び鋳込金属ブロック6の形状、圧縮力、材料強度等
に応して最適条件に選定することが好ましいものである
。
上記のように、この発明による副室の断熱構造は、シリ
ンダヘッド10に直接鋳込んで構成したものでないから
、副室ブロツク4に付与する圧縮残留応力は所望な値に
コントロールすることができる。また、シリンダヘッド
10がアルミニウム(Ale、鋳鉄(Fc)のいずれの
材料で製作されていても、副室2を鋳込む金属材料は、
シリンダへノド10の材料に関係なく、自由に選定する
ことができる。
ンダヘッド10に直接鋳込んで構成したものでないから
、副室ブロツク4に付与する圧縮残留応力は所望な値に
コントロールすることができる。また、シリンダヘッド
10がアルミニウム(Ale、鋳鉄(Fc)のいずれの
材料で製作されていても、副室2を鋳込む金属材料は、
シリンダへノド10の材料に関係なく、自由に選定する
ことができる。
この発明による副室の断熱構造は、以上のように構成さ
れているので、次のような効果を有する。
れているので、次のような効果を有する。
即ち、この副室の断熱構造は、主燃焼室に噴孔をijl
して連通した副室を形成するセラξノク製の副室ブロッ
ク、前記副室ブロックの外側に配置した繊維強化材の成
形体の隙間部に鋳込まれた金属材料から成る鋳込金属ブ
ロック、及び該鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形
成した取付穴に空気層を形成して嵌入固定したことから
構成したので、耐高温且つ高強度のセラミ・ノク材料か
ら成る前記副室ブロツクに前記鋳込金属ブロツクによっ
て圧縮残留応力が付与され、前記副室ブロツクの強度を
確保して前記副室ブロックの亀裂、破壊等の損傷の発生
を防止し副室の耐久性を向上できる。しかも、前記鋳込
金属ブロックの厚さ及び前記副室ブロフクとの接触部位
を最適に選定することによって前記副室ブロックに付与
する圧縮残留応力を全体的に且つ部分的に自由にコント
ロールすることができる。特に、前記鋳込金属ブロック
を繊維強化金属で構成したもので、該鋳込金属ブロック
内の前記繊維強化材の含有量或いは材質、例えば、前記
繊維強化材を窒化珪素(Si、N、) 、炭化珪素(S
iC) 、酸化アルミニウム、複合材料等のセラミック
材料から成るセラミックウィスカー、セラミックファイ
バー又はステンレススチールファイバーから最適条件の
ものを選定することによって、前記鋳込金属ブロックの
熱膨張率及び熱伝導率を自由にコントロールすることが
できる。また、強度的に最も厳しい前記副室ブロックの
前記噴孔形成部位の厚さを厚く構成すると、該噴孔形成
部位の強度を十分に確保することができる。
して連通した副室を形成するセラξノク製の副室ブロッ
ク、前記副室ブロックの外側に配置した繊維強化材の成
形体の隙間部に鋳込まれた金属材料から成る鋳込金属ブ
ロック、及び該鋳込金属ブロックをシリンダヘッドに形
成した取付穴に空気層を形成して嵌入固定したことから
構成したので、耐高温且つ高強度のセラミ・ノク材料か
ら成る前記副室ブロツクに前記鋳込金属ブロツクによっ
て圧縮残留応力が付与され、前記副室ブロツクの強度を
確保して前記副室ブロックの亀裂、破壊等の損傷の発生
を防止し副室の耐久性を向上できる。しかも、前記鋳込
金属ブロックの厚さ及び前記副室ブロフクとの接触部位
を最適に選定することによって前記副室ブロックに付与
する圧縮残留応力を全体的に且つ部分的に自由にコント
ロールすることができる。特に、前記鋳込金属ブロック
を繊維強化金属で構成したもので、該鋳込金属ブロック
内の前記繊維強化材の含有量或いは材質、例えば、前記
繊維強化材を窒化珪素(Si、N、) 、炭化珪素(S
iC) 、酸化アルミニウム、複合材料等のセラミック
材料から成るセラミックウィスカー、セラミックファイ
バー又はステンレススチールファイバーから最適条件の
ものを選定することによって、前記鋳込金属ブロックの
熱膨張率及び熱伝導率を自由にコントロールすることが
できる。また、強度的に最も厳しい前記副室ブロックの
前記噴孔形成部位の厚さを厚く構成すると、該噴孔形成
部位の強度を十分に確保することができる。
更に、セラミック材料で構成された前記副室プロツタの
厚さを最適条件に選定し且つ前記鋳込金属ブロックと前
記シリンダヘッドとの間の空気層の厚みを最適条件に選
定することによって、副室に良好な断熱層を得ることが
でき、しかも、前記鋳込金属ブロツクとシリンダへ・ン
ドとの接触面積或いは接触部位を最適状態に選定するこ
とによって、シリンダヘッドへ熱放散する前記副室ブロ
ツクの熱エネルギー量をコントロールでき、特に、前記
副室ブロックの前記噴孔形成部位の熱蓄積を緩和して該
部位の過熱を防止でき、前記副室ブロツクの噴孔形成部
位は勿論のこと、副室ブロフク全体に渡って温度分布を
均一化し、前記副室プロ、りに対して熱応力の発生を低
減して耐久性を向上させることができる。
厚さを最適条件に選定し且つ前記鋳込金属ブロックと前
記シリンダヘッドとの間の空気層の厚みを最適条件に選
定することによって、副室に良好な断熱層を得ることが
でき、しかも、前記鋳込金属ブロツクとシリンダへ・ン
ドとの接触面積或いは接触部位を最適状態に選定するこ
とによって、シリンダヘッドへ熱放散する前記副室ブロ
ツクの熱エネルギー量をコントロールでき、特に、前記
副室ブロックの前記噴孔形成部位の熱蓄積を緩和して該
部位の過熱を防止でき、前記副室ブロツクの噴孔形成部
位は勿論のこと、副室ブロフク全体に渡って温度分布を
均一化し、前記副室プロ、りに対して熱応力の発生を低
減して耐久性を向上させることができる。
また、前記鋳込金属ブロフクの外面と前記シリンダヘッ
ドに形成した前記穴部の内面との接触面積及び接触位置
をコントロールすることによって、前記副室ブロックの
温度コントロールを最適状態に設定でき、温度コントロ
ールを極めて良好に且つ迅速に達成でき、前記副室ブロ
ックを常に良好な温度分布に維持することができる。
ドに形成した前記穴部の内面との接触面積及び接触位置
をコントロールすることによって、前記副室ブロックの
温度コントロールを最適状態に設定でき、温度コントロ
ールを極めて良好に且つ迅速に達成でき、前記副室ブロ
ックを常に良好な温度分布に維持することができる。
また、前記副室プロ、りと前記鋳込金属ブロックとの間
に断熱層を介在させたので、前記断熱層の厚さ、材質を
選定することによって副室の最も好ましい断熱層を容易
に得ることができる。
に断熱層を介在させたので、前記断熱層の厚さ、材質を
選定することによって副室の最も好ましい断熱層を容易
に得ることができる。
或いは、この発明による副室の断熱構造の製造法は、主
燃焼室に噴孔を通じて連通した副室を形成する副室ブロ
ックをセラ粟ツク材料で形成する工程、前記副室ブロッ
クの外側に繊維強化材から戊る成形体を組み込む工程、
前記成形体の隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロ
フクを形成する工程、及び前記鋳込金属ブロックをシリ
ンダヘッドに形成した取付穴に空気層を介して組込む工
程から構成したので、各工程そのものは簡単な工程から
なり、前記鋳込金属ブロックによって前記副室ブロック
に対して容易に圧縮残留応力を付与した上記副室の断熱
構造を製造することができる。
燃焼室に噴孔を通じて連通した副室を形成する副室ブロ
ックをセラ粟ツク材料で形成する工程、前記副室ブロッ
クの外側に繊維強化材から戊る成形体を組み込む工程、
前記成形体の隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロ
フクを形成する工程、及び前記鋳込金属ブロックをシリ
ンダヘッドに形成した取付穴に空気層を介して組込む工
程から構成したので、各工程そのものは簡単な工程から
なり、前記鋳込金属ブロックによって前記副室ブロック
に対して容易に圧縮残留応力を付与した上記副室の断熱
構造を製造することができる。
しかも、個々の副室の断熱構造を製造した後、前記シリ
ンダヘッドに組み込むので、従来のように、シリンダヘ
ッド等の大物に、副室を構成するブロフクを直接鋳込む
場合と異なり、鋳込時の寸法のずれが過大となることが
なく、製品として信頼性に富んだ副室の断熱構造を提供
できる。
ンダヘッドに組み込むので、従来のように、シリンダヘ
ッド等の大物に、副室を構成するブロフクを直接鋳込む
場合と異なり、鋳込時の寸法のずれが過大となることが
なく、製品として信頼性に富んだ副室の断熱構造を提供
できる。
第1図はこの発明による副室の断熱構造の一実施例を示
す断面図、第2図は第1図の副室の断熱構造に組み込む
副室ブロックの一例を示す断面図、第3図は第1図の副
室の断熱構造に組み込む副室ブロックの別の例を示す@
面図、第4図は第1図の副室の断熱構造における副室ブ
ロツクの一例を示す断面図、第5図は第1図の副室の断
熱構造における成形体の一例を示す断面図、第6図は第
4図の副室ブロックに第5図の成形体を組み込んだ状態
を示す断面図、第7図は第6図の副室ブロックに組み込
んだ成形体に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロックを形
成した状態を示す断面図、第8図は第1図の副室の断熱
構造の副室ブロックに金属材料を鋳込む方法を説明する
鋳型を示す説明図、第9図(A)はこの発明による副室
の断熱構造の使用時の応力の作用状態を説明する説明図
、第9図(B)は従来の副室の断熱構造の使用時の応力
の作用状態を説明する説明図、及び第10図はこの発明
による副室の断熱構造の別の実施例を示す断面図である
。 1−m−主燃焼室、2−一一一−−副室、3−・−噴孔
、4副室ブロノク、5−・−・−フランジ部、6−−−
−−−一鋳込金属ブロック、7−・−空気層、9−・−
一−−成形体、1(1−−・−シリンダヘッド、13−
−一−−−−取付穴、17噴孔形成部位、18−・−人
口部、30−−−一突出部、33−一一−−断熱層。
す断面図、第2図は第1図の副室の断熱構造に組み込む
副室ブロックの一例を示す断面図、第3図は第1図の副
室の断熱構造に組み込む副室ブロックの別の例を示す@
面図、第4図は第1図の副室の断熱構造における副室ブ
ロツクの一例を示す断面図、第5図は第1図の副室の断
熱構造における成形体の一例を示す断面図、第6図は第
4図の副室ブロックに第5図の成形体を組み込んだ状態
を示す断面図、第7図は第6図の副室ブロックに組み込
んだ成形体に金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロックを形
成した状態を示す断面図、第8図は第1図の副室の断熱
構造の副室ブロックに金属材料を鋳込む方法を説明する
鋳型を示す説明図、第9図(A)はこの発明による副室
の断熱構造の使用時の応力の作用状態を説明する説明図
、第9図(B)は従来の副室の断熱構造の使用時の応力
の作用状態を説明する説明図、及び第10図はこの発明
による副室の断熱構造の別の実施例を示す断面図である
。 1−m−主燃焼室、2−一一一−−副室、3−・−噴孔
、4副室ブロノク、5−・−・−フランジ部、6−−−
−−−一鋳込金属ブロック、7−・−空気層、9−・−
一−−成形体、1(1−−・−シリンダヘッド、13−
−一−−−−取付穴、17噴孔形成部位、18−・−人
口部、30−−−一突出部、33−一一−−断熱層。
Claims (4)
- (1)主燃焼室に噴孔を通じて連通した副室を形成する
セラミック製の副室ブロック、前記副室ブロックの外側
に配置した繊維強化材の成形体の隙間部に鋳込まれた金
属材料から成る鋳込金属ブロック、及び該鋳込金属ブロ
ックをシリンダヘッドに形成した取付穴に空気層を形成
して嵌入固定したことから成る副室の断熱構造。 - (2)前記副室ブロックと前記鋳込金属ブロックとの間
に断熱層を介在させた請求項1に記載の副室の断熱構造
。 - (3)前記成形体をセラミックウイスカー、セラミック
ファイバー又はステンレススチールファイバーから成形
した請求項1に記載の副室の断熱構造。 - (4)主燃焼室に噴孔を通じて連通した副室を形成する
副室ブロックをセラミック材料で形成する工程、前記副
室ブロックの外側に繊維強化材から成る成形体を組み込
む工程、前記成形体の隙間部に金属材料を鋳込んで鋳込
金属ブロックを形成する工程、及び前記鋳込金属ブロッ
クをシリンダヘッドに形成した取付穴に空気層を形成し
て組込む工程、から成る副室の断熱構造の製造法。
Priority Applications (5)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1205644A JPH0650054B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 副室の断熱構造及びその製造法 |
DE90307646T DE69003629T2 (de) | 1989-08-10 | 1990-07-12 | Vorbrennkammer mit Wärmedämmung und Verfahren für seine Herstellung. |
EP90307646A EP0412659B1 (en) | 1989-08-10 | 1990-07-12 | Heat-insulating structure of swirl chamber and production method thereof |
DE199090307646T DE412659T1 (de) | 1989-08-10 | 1990-07-12 | Vorbrennkammer mit waermedaemmung und verfahren fuer seine herstellung. |
US07/558,544 US5010861A (en) | 1989-08-10 | 1990-07-27 | Heat-insulating structure of swirl chamber and production method thereof |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP1205644A JPH0650054B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 副室の断熱構造及びその製造法 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0370814A true JPH0370814A (ja) | 1991-03-26 |
JPH0650054B2 JPH0650054B2 (ja) | 1994-06-29 |
Family
ID=16510306
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP1205644A Expired - Lifetime JPH0650054B2 (ja) | 1989-08-10 | 1989-08-10 | 副室の断熱構造及びその製造法 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5010861A (ja) |
EP (1) | EP0412659B1 (ja) |
JP (1) | JPH0650054B2 (ja) |
DE (2) | DE69003629T2 (ja) |
Families Citing this family (9)
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---|---|---|---|---|
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US5520148A (en) * | 1995-03-13 | 1996-05-28 | Isuzu Motors Limited | Heat insulating structure for swirl chambers |
US6125813A (en) * | 1997-06-09 | 2000-10-03 | Patrick Power Products, Inc. | Prechamber combustion for a rotary diesel engine |
DE10133757A1 (de) * | 2001-07-11 | 2003-02-13 | Mahle Ventiltrieb Gmbh | Einsatz als Bodenbereich eines Zylinderkopfes |
US9038594B2 (en) * | 2011-07-28 | 2015-05-26 | Pratt & Whitney Canada Corp. | Rotary internal combustion engine with pilot subchamber |
US9567896B2 (en) * | 2013-01-28 | 2017-02-14 | Sonex Research, Inc. | Method for modifying combustion chamber in a reciprocating piston internal combustion engine and resulting engine |
CA2898646C (en) * | 2013-01-28 | 2018-08-14 | Sonex Research, Inc. | Thermally stratified regenerative combustion chamber and method for modifying a combustion chamber in an internal combustion engine and resulting engine |
US9567939B2 (en) * | 2013-01-28 | 2017-02-14 | Sonex Research, Inc. | Thermally stratified regenerative combustion chamber |
DE102017215493A1 (de) * | 2017-09-04 | 2019-03-07 | Man Diesel & Turbo Se | Vorkammeranordnung |
Family Cites Families (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5623517A (en) * | 1979-08-02 | 1981-03-05 | Toshiba Corp | Sub-combustion chamber in internal combustion engine |
JPS59188024A (ja) * | 1983-04-05 | 1984-10-25 | Mazda Motor Corp | デイ−ゼルエンジンの副燃焼室製造法 |
JPS6030421A (ja) * | 1983-07-29 | 1985-02-16 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の副室断熱体 |
GB8328576D0 (en) * | 1983-10-26 | 1983-11-30 | Ae Plc | Reinforcement of pistons for ic engines |
JPS60212614A (ja) * | 1984-04-06 | 1985-10-24 | Ngk Spark Plug Co Ltd | 内燃機関の副室 |
JPS6183451A (ja) * | 1984-09-29 | 1986-04-28 | Mazda Motor Corp | エンジンの副室の製造法 |
US4616611A (en) * | 1984-10-16 | 1986-10-14 | Ngk Insulators, Ltd. | Precombustion chamber construction of internal combustion engine |
JPH0212265Y2 (ja) * | 1985-06-24 | 1990-04-06 | ||
JPH029067Y2 (ja) * | 1985-07-30 | 1990-03-06 | ||
JPH0670369B2 (ja) * | 1985-09-18 | 1994-09-07 | マツダ株式会社 | エンジンの副燃焼室 |
JPH08489Y2 (ja) * | 1987-06-06 | 1996-01-10 | マツダ株式会社 | 内燃機関のセラミック製副室 |
JPS6444322U (ja) * | 1987-09-14 | 1989-03-16 | ||
US4844037A (en) * | 1987-09-24 | 1989-07-04 | Ngk Insulators, Ltd. | Precombustion chamber construction for internal combustion engine |
-
1989
- 1989-08-10 JP JP1205644A patent/JPH0650054B2/ja not_active Expired - Lifetime
-
1990
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