JP2580948Y2 - 副室式エンジンにおける遮熱構造 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この考案は、副室部材で形成する
副室をシリンダヘッドに対して遮熱する副室式エンジン
における遮熱構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、副室式エンジンとしては、吸排気
ポートを備えたシリンダヘッドに形成した取付穴内に副
室を形成する副室部材を嵌入し、該副室部材に燃料噴射
ノズルからの燃料を副室内に噴霧するための燃料噴射孔
と主室に連通する連絡孔を形成し、シリンダヘッドに形
成した副室部材の外周の冷却水室を備えたものが開示さ
れている。また、副室部材を、副室と主室を連通する連
絡孔を形成したホットプラグとしてのロア部材と、燃料
噴射ノズルからの燃料を副室に噴射するための燃料噴射
孔を形成したアッパ部材とで作製したものが開示されて
いる。

【０００３】実開昭５８−７９０１９号公報には、内燃
機関の副室構造が開示されている。該内燃機関の副室構
造は、副室の上部を構成する上部副室部材と、副室の下
部を構成する下部副室部材とがセラミックスにより分割
形成され、前記上部及び下部副室部材がシリンダヘッド
の受入孔に挿入されて副室を郭定する内燃機関の副室構
造において、前記上部副室部材と前記下部副室部材との
接合部間にこれら部材の前記受入孔に対する挿入方向に
弾性を有するガスケットが設けられているものである。

【０００４】

【考案が解決しようとする課題】しかしながら、一般
に、副室を分割した上部副室部材と下部副室部材とで構
成し、両者の接合部間にダンピング材から成るガスケッ
トを設けたものは、下部副室部材即ちホットプラグは副
室と主室とを連通する連絡孔が形成されており、ガスケ
ットは金属材料で作製され、しかも上部副室部材は上面
がシリンダヘッドの壁面に支持のため接触しているもの
である。従って、高温になるホットプラグから上部副室
部材へ熱が伝達され、次いでその熱エネルギーは上部副
室部材からシリンダヘッドへ放散され、副室の遮熱度が
低減するという問題を有している。また、一般の副室で
は、副室からシリンダヘッド側への熱流が大きく、冷却
用きり孔が設けられている領域は高温になり、外周の壁
面は冷却用きり孔から流出する冷却水で冷却されるた
め、熱応力が大きくなり、亀裂、割れ等が発生する。

【０００５】また、スワールチャンバタイプの副燃焼室
の燃焼について、ピストンの上昇するに従ってスワール
チャンバの連絡孔を通って空気は副燃焼室即ち副室内に
導入される。連絡孔が副室の中心に対して偏心している
ことで、副室内に強力なスワールを形成する。ピストン
が上死点ＴＤＣ近くになると、燃料噴射ノズルより上記
により形成されたスワール流に順流になるように燃料が
噴射され、スワール流に乗りながら燃料は空気と混合
し、着火遅れ時間を生じた後に着火する。この着火の後
の火炎は副室内のスワールにより回転しながら、且つ火
炎の伝播により燃焼が行なわれる。この時、燃料と空気
とは完全には混合していないので、燃焼した高温ガスは
副室の中心部に集まり、中心部にあった空気は高温燃焼
ガスに比較して重いため遠心力によって外周へ移動す
る。即ち、スワールチャンバの両サイド（言い換えれ
ば、連絡孔から流入する空気の流線即ちスワール流の両
側）にある空気は、副室の中心に向かって流れ、連絡孔
と対向する副室の外周部に在る燃焼ガスは高温であって
比重が小さいので副室内壁に沿って上記両サイドへと流
れる。

【０００６】そこで、この考案の目的は、上記の課題を
解決することであり、副室部材をセラミックスから成る
アッパ部材とロア部材とで作製し、両部材間に環状溝を
備えた金属ガスケットを介在させ、該金属ガスケットの
外周面をシリンダヘッドの壁面に接触させ、それによっ
て熱がロア部材とアッパ部材から金属ガスケットへ伝達
されるのを防止すると共に、金属ガスケットに伝わる熱
を外周面を通じてシリンダヘッドに放熱して金属ガスケ
ットの温度を低温に維持し、副室全体での遮熱度を向上
させ、場合によっては、金属ガスケットの内側に形成さ
れる環状溝によって副室内での流れを一層強化して空気
と未燃混合気との混合を促進し、良好な混合気を生成さ
せることで、副室での燃焼でスモークが発生するを抑制
し、副室部材及び金属ガスケットの耐久性を向上させた
副室式エンジンにおける遮熱構造を提供することであ
る。

【０００７】

【課題を解決するための手段】この考案は、上記目的を
達成するため、次のように構成されている。即ち、この
考案は、シリンダヘッドに形成した取付穴内に副室を形
成する副室部材を嵌入し、該副室部材に燃料噴射ノズル
からの燃料を副室内に噴霧するための燃料噴射孔と主室
に連通する連絡孔を形成した副室式エンジンにおいて、
前記副室部材をシリンダ軸に対してほぼ平行に二分割し
たセラミックス製のアッパ部材とロア部材とで構成し、
外周面が前記シリンダヘッド壁面に接触する環状溝を備
えた断面Ｕ字形金属ガスケットを前記アッパ部材と前記
ロア部材との間に配置し、前記アッパ部材と前記ロア部
材とに接触する前記金属ガスケットの接触面にジルコニ
アコーティング等の遮熱層を設けたことを特徴とする副
室式エンジンにおける遮熱構造に関する。

【０００８】また、この副室式エンジンにおける遮熱構
造において、前記金属ガスケットに設けた前記環状溝は
前記アッパ部材と前記ロア部材との間に前記副室内で環
状流れを形成させるように前記副室側に開口したもので
ある。

【０００９】

【作用】この考案は、上記のように構成され、次のよう
に作用する。即ち、この副室式エンジンにおける遮熱構
造は、副室部材を二分割したセラミックス製のアッパ部
材とロア部材とで構成し、前記アッパ部材と前記ロア部
材との間に副室側に開口する環状溝を位置させた断面Ｕ
字形金属ガスケットを配置し、前記アッパ部材と前記ロ
ア部材とに接触する前記金属ガスケットの接触面にジル
コニアコーティング等の遮熱層を設け、前記金属ガスケ
ットの外周面をシリンダヘッド壁面に接触させたので、
前記金属ガスケットを低温に維持して前記金属ガスケッ
トの強度を確保して耐久性を向上でき、前記遮熱層の存
在によって前記アッパ部材と前記ロア部材から前記金属
ガスケットへの熱伝達を阻止し、更に、高温になるロア
部材からアッパ部材への熱流を阻止でき、副室全体とし
て遮熱度を向上させる。

【００１０】また、前記金属ガスケットに設けた前記環
状溝は前記アッパ部材と前記ロア部材との間に前記副室
内で環状流れを形成させるように前記副室側に開口した
ので、前記環状溝での環状流れのスワール流即ち空気の
回り込みの流れを一層強化し、副室内での空気と未燃混
合気との混合を促進することができる。

【００１１】

【実施例】以下、図面を参照して、この考案による副室
式エンジンにおける遮熱構造の実施例を説明する。ま
ず、図１及び図２を参照して、この考案による副室式エ
ンジンにおける遮熱構造の一実施例を説明する。図１は
この考案によるシリンダヘッドの構造の一実施例を示す
断面図、及び図２は図１の符号Ａの領域における拡大断
面図である。

【００１２】図１及び図２に示すように、この副室式エ
ンジンは、スワールチャンバタイプであり、シリンダブ
ロック１１の孔部に嵌合したシリンダ１３を構成するシ
リンダライナ１２、シリンダブロック１１にガスケット
を介在させて取り付けたシリンダヘッド３、該シリンダ
ヘッド３に形成した取付穴９内に遮熱空気層８を形成し
て嵌入した副室部材、該副室部材で形成されたディーゼ
ルエンジンの渦流室である副室２に燃料を噴射する燃料
噴射ノズル１７及び副室２に配置されたグロープラグ１
８を有している。副室部材は、シリンダ軸に対してほぼ
平行に二分割したアッパ部材５とホットプラグとしての
ロア部材４とから成り、窒化ケイ素等のセラミックスで
作製されている。アッパ部材５には、燃料噴射ノズル１
７からの燃料を副室２内に噴射するための燃料噴射孔２
０及びグロープラグ１８の挿入孔２１が形成されてい
る。また、ロア部材４には、シリンダ１３側に形成され
る主室１に連通する連絡孔７が形成されている。

【００１３】この考案による副室式エンジンにおける遮
熱構造は、特に、アッパ部材５とロア部材４との間に両
者間のシール性とダンピング性の機能を有する金属ガス
ケット１０を介在し、アッパ部材５とロア部材４とに接
触する金属ガスケット１０の接触面にジルコニアコーテ
ィング等の遮熱壁即ち遮熱層２２，２３を設け、更に金
属ガスケット１０の外周面２５をシリンダヘッド３の取
付穴９の壁面に接触させている。

【００１４】金属ガスケット１０は、インコネル７１
８、ＳＵＳ等の金属材料から作製されており、内側を切
り欠いた中空形状であって副室２側に開口する環状溝１
５を有する断面Ｕ字形に作製されている。金属ガスケッ
ト１０は、環状溝１５を有することによって緩衝即ちダ
ンピング機能を有すると共に副室２内で環状流れを形成
させることができる。更に、金属ガスケット１０は、そ
の外周面２５が取付穴９の壁面に接触するように、金属
ガスケット１０の外径寸法を取付穴９の内径寸法に対し
て公差の範囲で大径に形成されている。

【００１５】また、ロア部材４は、周方向位置決め部材
２４によってシリンダヘッド３に対して位置決めされ、
シリンダヘッド３に固定リング６によって固定されてい
る。アッパ部材５及びロア部材４は、高強度の窒化ケイ
素等のセラミックスで作製されている。シリンダヘッド
３には、冷却水が循環するウォータジャケット即ち冷却
水室１４が形成され、吸排気弁が着座する吸排気ポート
間を冷却水が通るようにバルブシート間に形成された冷
却用きり孔１６が形成されている。シリンダヘッド３と
アッパ部材５とロア部材４の外面を覆う領域に副室部材
の熱応力を低減させる遮熱空気層８を形成している。

【００１６】この副室式エンジンにおける遮熱構造は、
上記のように、アッパ部材５とロア部材４との境界面に
金属ガスケット１０を配置し且つ金属ガスケット１０の
接触面に遮熱層２２，２３を設けたので、次のような機
能を有している。即ち、アッパ部材５及びロア部材４と
シリンダヘッド３の取付穴９の内壁面との間に遮熱空気
層８を形成して副室２を遮熱構造に構成されているの
で、副室２内は高温になってアッパ部材５及びロア部材
４は高温になる。そして、金属ガスケット１０をインコ
ネル７１８等の耐熱合金で作製したとしても、金属ガス
ケット１０の耐熱温度は、６００℃程度であり、セラミ
ックスのアッパ部材５及びロア部材４の耐熱温度に比較
すると大幅に低いものである。ところが、アッパ部材５
及びロア部材４は７００℃以上に温度上昇する。

【００１７】そこで、この副室式エンジンにおける遮熱
構造は、金属ガスケット１０のアッパ部材５及びロア部
材４からの温度影響を受けないように、金属ガスケット
１０とアッパ部材５及びロア部材４との各接触面にジル
コニアコーティング等の遮熱層２２，２３をそれぞれ施
し、金属ガスケット１０の外周面２５をシリンダヘッド
３の壁面に接触させて金属ガスケット１０の熱をシリン
ダヘッド３へ放熱させる。それによって、副室２から金
属ガスケット１０に流入した熱は外周面２５からシリン
ダヘッド３に流れ、金属ガスケット１０の温度は十分に
低下し、金属ガスケット１０を低温に保持することがで
き、金属ガスケット１０を熱から保護して耐久性を向上
させ、金属ガスケット１０はシール性とダンピング性の
機能を十分に果たすことができる。それ故に、この副室
式エンジンにおける遮熱構造は、金属ガスケット１０の
耐久性を向上させ、副室２全体の遮熱度を向上させるこ
とができる。

【００１８】しかるに、金属ガスケット１０とアッパ部
材５及びロア部材４との各接触面に遮熱層を設けない場
合には、アッパ部材５及びロア部材４からの熱が金属ガ
スケット１０からその外周面２５を通じてシリンダヘッ
ド３への熱流が大きくなり、そのため、アッパ部材５及
びロア部材４の温度が低下して副室２の温度が低下し、
アッパ部材５及びロア部材４の副室２に対する遮熱度が
低下することになり、遮熱エンジンの利点が無くなって
しまう。

【００１９】また、金属ガスケット１０に副室２側に開
口する環状溝１５を形成することによって、環状溝１５
がスワール流に直交する水平の回り込み通路を形成する
ことになり、連絡孔７に対向する外周部から環状溝１５
にガイドされて回り込み、スワール流の両側外周部から
中心部へ向かうスワール流が一層強化され、副室２の中
心部への空気の導入が盛んになって副室２内での空気と
未燃混合気の混合が促進され、結果として、スモークの
発生を抑制することができる。

【００２０】更に、副室部材をアッパ部材５とロア部材
４とで形成し、両者の境界面に金属ガスケット１０を配
置することによって、金属ガスケット１０はダンピング
リングの機能を果たし、寸法バラツキを吸収することが
でき、シリンダヘッド３の主室１側の下面と副室部材の
ロア部材４の下面との面を同一平面に設定することがで
きる。更に、金属ガスケット１０は、アッパ部材５とロ
ア部材４との境界面のシールを果たすことができ、アッ
パ部材５及びロア部材４とシリンダヘッド３の取付穴９
との間に形成された遮熱空気層８を密封することがで
き、遮熱空気層８へのガス流出を防止でき、従って、金
属ガスケット１０は無駄容積の低減を果たすことができ
る。

【００２１】更に、金属ガスケット１０は、金属ガスケ
ット１０の外径寸法を取付穴９の内径寸法に対して公差
の範囲で大径に形成することで、その外周面２６が取付
穴９の壁面に接触するので、外周面壁面への金属ガスケ
ット１０の接触部分は、圧縮応力を受ける部分になる
が、該部分は比較的に低温であるので、該部分の強度を
確保できる。しかも、ロア部材即ちホットプラグの厚さ
が薄く形成されていても、金属ガスケット１０の環状溝
１５によって確実にスペースを確保できる。

【００２２】次に、図３を参照して、この考案による副
室式エンジンにおける遮熱構造の別の実施例を説明す
る。この実施例は、上記実施例と比較して、アッパ部材
５とロア部材４との間に介在させた金属ガスケットの形
状が相違する以外は全く同一の構成を有するので、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。この実施例では、アッパ部材５とロア部材４との間
の金属ガスケット２６は、インコネル７１８、ＳＵＳ等
の金属材料から作製されており、外側を切り欠いた中空
形状であってシリンダヘッド３側に開口する環状溝２８
を有する断面Ｕ字形に作製されている。そして、金属ガ
スケット２６の外周面２７は上下２箇所でシリンダヘッ
ド３の取付穴９の壁面に接触している。また、環状溝２
８で形成される空所は遮熱空気層を形成し、金属ガスケ
ット２６のダンピング機能を良好にする。

【００２３】従って、この実施例の副室式エンジンにお
ける遮熱構造では、金属ガスケット２６を低温に維持で
き、金属ガスケット２６の耐久性を向上でき、また、ア
ッパ部材５とロア部材４とは遮熱空気層８によってシリ
ンダヘッド３に対して熱流が阻止されており且つ遮熱層
２２，２３によって金属ガスケット２６に対して熱流が
阻止されているので、高温に維持でき、副室全体の遮熱
度を向上させることができる。

【００２４】

【考案の効果】この考案による副室式エンジンにおける
遮熱構造は、上記のように構成されており、次のような
効果を有する。この副室式エンジンにおける遮熱構造
は、副室部材を二分割したセラミックス製のアッパ部材
とロア部材とで構成し、前記アッパ部材と前記ロア部材
との間に金属ガスケットを配置し、前記アッパ部材と前
記ロア部材とに接触する前記金属ガスケットの接触面に
ジルコニアコーティング等の遮熱層を設け、前記金属ガ
スケットの外周面をシリンダヘッド壁面に接触させたの
で、前記金属ガスケットを低温に維持して前記金属ガス
ケットの強度を確保して耐久性を向上でき、前記遮熱層
の存在によって前記アッパ部材と前記ロア部材から前記
金属ガスケットへの熱伝達を阻止でき、更に、高温にな
るロア部材からアッパ部材への熱流を阻止でき、副室全
体として遮熱度を向上させる。

【００２５】また、前記金属ガスケットは、長期使用に
おいてもシール性とダンピング性の機能を十分に果たす
ことができ、また、その形状は副室側に開口する環状溝
を位置させた断面Ｕ字形に形成されているので、前記金
属ガスケットに設けた前記環状溝は前記アッパ部材と前
記ロア部材との間に前記副室内で環状流れを形成させる
ことができ、前記環状溝での環状流れのスワール流即ち
空気の回り込みの流れを一層強化し、副室内での空気と
未燃混合気との混合を促進することができ、良好な混合
気を生成させることができ、副室での燃焼でスモークの
発生を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この考案による副室式エンジンにおける遮熱構
造の一実施例を示す断面図である。

【図２】この副室式エンジンにおける遮熱構造のアッパ
部材とロア部材の間に金属ガスケットを配置した状態の
一実施例を示す図１の符号Ａの領域の断面図である。

【図３】この副室式エンジンにおける遮熱構造のアッパ
部材とロア部材の間に金属ガスケットを配置した状態の
別の実施例を示す図１の符号Ａに相当する領域の断面図
である。

【符号の説明】

１ 主室 ２ 副室 ３ シリンダヘッド ４ ロア部材 ５ アッパ部材 ７ 連絡孔 ８ 遮熱空気層 ９ 取付穴 １０，２６ 金属ガスケット １３ シリンダ １５，２８ 環状溝 １７ 燃料噴射ノズル ２０ 燃料噴射孔 ２２，２３ 遮熱層 ２５，２７ 外周面

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)考案者 坪沼 孝浩 神奈川県藤沢市土棚８番地 株式会社い すゞセラミックス研究所内 (56)参考文献 実開 昭61−41827（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−29022（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭62−126518（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭61−84132（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭59−144112（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02B 1/00 - 23/10

Claims (2)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 シリンダヘッドに形成した取付穴内に副
   室を形成する副室部材を嵌入し、該副室部材に燃料噴射
   ノズルからの燃料を副室内に噴霧するための燃料噴射孔
   と主室に連通する連絡孔を形成した副室式エンジンにお
   いて、前記副室部材をシリンダ軸に対してほぼ平行に二
   分割したセラミックス製のアッパ部材とロア部材とで構
   成し、外周面が前記シリンダヘッド壁面に接触する環状
   溝を備えた断面Ｕ字形金属ガスケットを前記アッパ部材
   と前記ロア部材との間に配置し、前記アッパ部材と前記
   ロア部材とに接触する前記金属ガスケットの接触面にジ
   ルコニアコーティング等の遮熱層を設けたことを特徴と
   する副室式エンジンにおける遮熱構造。
2. 【請求項２】 前記金属ガスケットに設けた前記環状溝
   は前記アッパ部材と前記ロア部材との間に前記副室内で
   環状流れを形成させるように前記副室側に開口したこと
   を特徴とする請求項１に記載の副室式エンジンにおける
   遮熱構造。