JP3074721B2 - 断熱燃焼室の製造方法 - Google Patents
断熱燃焼室の製造方法Info
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は，主室，副室，ピストンヘッド部等の燃焼
室を断熱構造に構成した断熱燃焼室の製造方法に関す
る。
室を断熱構造に構成した断熱燃焼室の製造方法に関す
る。
〔従来の技術〕 従来，エンジンの副室の製造法として，例えば，特開
昭61−93227号公報に開示されている。該公報に開示さ
れたエンジンの副室の製造法は，予め成形したセラミッ
クス製の内筒の外周の断熱部形成部位にセラミックファ
イバー材を配置し，このセラミックファイバー材を包み
込むように，焼結金属材によって予備成形した外筒を嵌
装し，しかる後に前記外筒を加熱焼結することにより前
記セラミックファイバー材のない部位において前記内筒
と外筒とを結合したものである。更に，前記外筒の開口
端内縁に対応する前記内筒の外縁部位は開口の外側に向
けて先細りのテーパ状としたものである。
昭61−93227号公報に開示されている。該公報に開示さ
れたエンジンの副室の製造法は，予め成形したセラミッ
クス製の内筒の外周の断熱部形成部位にセラミックファ
イバー材を配置し，このセラミックファイバー材を包み
込むように，焼結金属材によって予備成形した外筒を嵌
装し，しかる後に前記外筒を加熱焼結することにより前
記セラミックファイバー材のない部位において前記内筒
と外筒とを結合したものである。更に，前記外筒の開口
端内縁に対応する前記内筒の外縁部位は開口の外側に向
けて先細りのテーパ状としたものである。
一般に，エンジンの燃焼室において，副室式は直接噴
射式に比較して冷却水損失が大きく，燃費が悪い。しか
し，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。更に，副室式は，直接噴射式に比較して,NOx及
びHCの発生が少なく，スモーク，パテキュレートの発生
も少ないものである。即ち，副室式は，スート（SOO
T）,NOx及びHCの発生を低減させることでは直接噴射式
に比較して有利であるが，副室式の冷却水損失を少なく
とも直接噴射式の冷却水損失程度にまで或いはそれ以上
に如何にして改善するかが課題となる。即ち，副燃焼室
での濃混合気燃焼期間の温度上昇を図り，スモーク発生
量，パテキュレート中間生成物の発生を抑えるため，特
に，ディーゼルエンジンの副室渦流室では該室の外周か
ら熱が放散しない構造が好ましく，しかも冷却水損失を
小さくして燃費を改善するには副室を如何に断熱構造に
構成するか，また，副室を断熱構造に構成した場合に副
室自体の強度を如何に確保するかの課題がある。
射式に比較して冷却水損失が大きく，燃費が悪い。しか
し，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。更に，副室式は，直接噴射式に比較して,NOx及
びHCの発生が少なく，スモーク，パテキュレートの発生
も少ないものである。即ち，副室式は，スート（SOO
T）,NOx及びHCの発生を低減させることでは直接噴射式
に比較して有利であるが，副室式の冷却水損失を少なく
とも直接噴射式の冷却水損失程度にまで或いはそれ以上
に如何にして改善するかが課題となる。即ち，副燃焼室
での濃混合気燃焼期間の温度上昇を図り，スモーク発生
量，パテキュレート中間生成物の発生を抑えるため，特
に，ディーゼルエンジンの副室渦流室では該室の外周か
ら熱が放散しない構造が好ましく，しかも冷却水損失を
小さくして燃費を改善するには副室を如何に断熱構造に
構成するか，また，副室を断熱構造に構成した場合に副
室自体の強度を如何に確保するかの課題がある。
しかしながら、前掲特開昭61−93227号公報に開示さ
れたエンジンの副室の製造法では，副室自体の断熱性を
確保するという点では十分な効果を得ることができず，
また，燃焼ガスに晒される表面部は薄肉部材で形成され
ておらず，該熱容量は大きくなり，該壁体は吸入空気或
いは燃焼ガスへの温度追従性が悪く，吸気効率を悪化さ
せるという問題がある。また，燃焼ガスに晒される表面
部の熱応力に対して十分な耐熱性と強度を確保すること
ができず，しかも内筒を包み込んだセラミックファイバ
ー材は断熱材として使用したものであり，製造工程で焼
結金属材に発生する収縮を吸収するダンピング材ではな
く，内筒を薄肉に形成した場合に該内筒の強度を確保で
きないという問題を有している。
れたエンジンの副室の製造法では，副室自体の断熱性を
確保するという点では十分な効果を得ることができず，
また，燃焼ガスに晒される表面部は薄肉部材で形成され
ておらず，該熱容量は大きくなり，該壁体は吸入空気或
いは燃焼ガスへの温度追従性が悪く，吸気効率を悪化さ
せるという問題がある。また，燃焼ガスに晒される表面
部の熱応力に対して十分な耐熱性と強度を確保すること
ができず，しかも内筒を包み込んだセラミックファイバ
ー材は断熱材として使用したものであり，製造工程で焼
結金属材に発生する収縮を吸収するダンピング材ではな
く，内筒を薄肉に形成した場合に該内筒の強度を確保で
きないという問題を有している。
しかるに，上記のようなセラミックスを断熱材又は耐
熱材として使用して燃焼室を構成した構造のものでは，
壁面の強度を確保し，断熱特性を十分に得ることは，極
めて困難であり，十分な強度を得るため，セラミックス
の壁厚を厚くしなければならず，壁厚を厚くしても十分
な断熱効果を得ることができないという問題がある。
熱材として使用して燃焼室を構成した構造のものでは，
壁面の強度を確保し，断熱特性を十分に得ることは，極
めて困難であり，十分な強度を得るため，セラミックス
の壁厚を厚くしなければならず，壁厚を厚くしても十分
な断熱効果を得ることができないという問題がある。
ところで，エンジンにおいて，副室等の燃焼室の内壁
は高温ガスに晒され，高度の耐熱性が要求されると共
に，高い熱応力が作用するため高温高強度材が必要にな
る。特に，エンジンを断熱構造に構成した場合には，燃
焼ガスが高温となり，しかも高度の断熱構造の場合には
内壁が高温に保持されるので，特に高度の耐熱性と高温
高強度材が要求される。
は高温ガスに晒され，高度の耐熱性が要求されると共
に，高い熱応力が作用するため高温高強度材が必要にな
る。特に，エンジンを断熱構造に構成した場合には，燃
焼ガスが高温となり，しかも高度の断熱構造の場合には
内壁が高温に保持されるので，特に高度の耐熱性と高温
高強度材が要求される。
しかしながら，上記要求に応えられる材料は，窒化ケ
イ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセ
ラミックスが存在するが，これらのセラミックスは高耐
熱性で高温高強度である反面，熱伝導率が高い値であ
り，副室等の燃焼室を高度の断熱構造に構成することは
できない。
イ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセ
ラミックスが存在するが，これらのセラミックスは高耐
熱性で高温高強度である反面，熱伝導率が高い値であ
り，副室等の燃焼室を高度の断熱構造に構成することは
できない。
この発明の目的は，上記の課題を解決することであ
り，主室，副室，ピストンヘッド部の凹部等の燃焼室の
燃焼ガスに晒される内壁面即ち内壁体を窒化ケイ素（Si
3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセラミック
スで製作して高度の耐熱性と高温高強度材の要求に応
え，しかも該内壁体の肉厚を可及的に薄くした薄板で形
成して熱容量を小さく構成し，該薄板の外側に断熱性に
富んだチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）から成る外壁
体を配置して高度の断熱構造を確保し，内壁体と外壁体
との間にアルミナファイバー等のセラミックファイバー
又はセラミックウィスカーから成るダンピング部材を配
置し，成形時及び焼成時に発生するチタン酸アルミニウ
ムの収縮をダンピング材で吸収し，内壁体をサーマルス
トレス或いはメカニカルストレスでの破損を防止する断
熱燃焼室の製造方法を提供することである。
り，主室，副室，ピストンヘッド部の凹部等の燃焼室の
燃焼ガスに晒される内壁面即ち内壁体を窒化ケイ素（Si
3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセラミック
スで製作して高度の耐熱性と高温高強度材の要求に応
え，しかも該内壁体の肉厚を可及的に薄くした薄板で形
成して熱容量を小さく構成し，該薄板の外側に断熱性に
富んだチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）から成る外壁
体を配置して高度の断熱構造を確保し，内壁体と外壁体
との間にアルミナファイバー等のセラミックファイバー
又はセラミックウィスカーから成るダンピング部材を配
置し，成形時及び焼成時に発生するチタン酸アルミニウ
ムの収縮をダンピング材で吸収し，内壁体をサーマルス
トレス或いはメカニカルストレスでの破損を防止する断
熱燃焼室の製造方法を提供することである。
この発明は，燃焼室の内壁を構成する高耐熱性で高強
度のセラミックスから薄板を製作する工程，前記薄板の
外側全面をセラミックファイバー又はセラミックウィス
カーから成るダンピング材で覆う工程，前記ダンピング
材の外側全面を低ヤング率で低熱伝導材料のチタン酸ア
ルミニウムの断熱部材から成る外壁材で覆って成形体に
一体成形する工程，次いで前記成形体を窒素ガス雰囲気
中で焼成する工程から成る断熱燃焼室の製造方法に関す
る。
度のセラミックスから薄板を製作する工程，前記薄板の
外側全面をセラミックファイバー又はセラミックウィス
カーから成るダンピング材で覆う工程，前記ダンピング
材の外側全面を低ヤング率で低熱伝導材料のチタン酸ア
ルミニウムの断熱部材から成る外壁材で覆って成形体に
一体成形する工程，次いで前記成形体を窒素ガス雰囲気
中で焼成する工程から成る断熱燃焼室の製造方法に関す
る。
この発明による断熱燃焼室の製造方法は，上記のよう
に構成されているので，チタン酸アルミニウムで高度の
断熱性を確保すると共に，燃焼ガスに晒される内壁であ
る薄板を可及的に薄く形成して熱容量を小さくし，吸入
空気及び燃焼ガスへの温度追従性を良好にして吸気効率
の低下を防止し，ダンピング部材の作用で薄板への応力
の影響を緩和して薄板の破損等の発生を防止し，且つ外
壁体のチタン酸アルミニウムの断熱部材で燃焼室の断熱
性を大幅に向上させる。
に構成されているので，チタン酸アルミニウムで高度の
断熱性を確保すると共に，燃焼ガスに晒される内壁であ
る薄板を可及的に薄く形成して熱容量を小さくし，吸入
空気及び燃焼ガスへの温度追従性を良好にして吸気効率
の低下を防止し，ダンピング部材の作用で薄板への応力
の影響を緩和して薄板の破損等の発生を防止し，且つ外
壁体のチタン酸アルミニウムの断熱部材で燃焼室の断熱
性を大幅に向上させる。
また，この断熱燃焼室の製造方法は，製造工程におい
てチタン酸アルミニウムの外壁体が成形時及び焼成時に
収縮するが，ダンピング部材で該収縮を吸収し，薄板へ
のサーマルストレス或いはメカニカルストレスを緩衝
し，チタン酸アルミニウムの収縮の影響を緩和して薄板
の破損，亀裂等の発生を防止する。
てチタン酸アルミニウムの外壁体が成形時及び焼成時に
収縮するが，ダンピング部材で該収縮を吸収し，薄板へ
のサーマルストレス或いはメカニカルストレスを緩衝
し，チタン酸アルミニウムの収縮の影響を緩和して薄板
の破損，亀裂等の発生を防止する。
以下，図面を参照して，この発明による断熱燃焼室の
製造方法の実施例を詳述する。
製造方法の実施例を詳述する。
第１図はこの発明による断熱燃焼室の製造方法によっ
て作製された断熱燃焼室を示す概略断面図である。第１
図において，断熱燃焼室をエンジンの副室に適用した一
実施例が示されている。
て作製された断熱燃焼室を示す概略断面図である。第１
図において，断熱燃焼室をエンジンの副室に適用した一
実施例が示されている。
断熱燃焼室を適用した断熱副室式エンジンは，図示し
ていないが，燃焼室である副室２は冷却ジャケットを備
えた或いはジャケットレスのシリンダヘッドに形成され
た穴部に組み込まれている。シリンダヘッドはヘッドガ
スケットを介在してシリンダブロックに固定されてい
る。シリンダブロックの孔部に嵌合したシリンダライナ
で形成されるシリンダ内にはピストンリングを嵌着した
ピストンが往復運動する。
ていないが，燃焼室である副室２は冷却ジャケットを備
えた或いはジャケットレスのシリンダヘッドに形成され
た穴部に組み込まれている。シリンダヘッドはヘッドガ
スケットを介在してシリンダブロックに固定されてい
る。シリンダブロックの孔部に嵌合したシリンダライナ
で形成されるシリンダ内にはピストンリングを嵌着した
ピストンが往復運動する。
第１図に示す断熱燃焼室は，主として，シリンダ側に
形成された主室に連絡孔３を通じて連通した燃焼室であ
る副室2,副室２の内壁を構成する高耐熱性で高強度のセ
ラミックスから成る薄板4,薄板４の外側全面を覆ったセ
ラミックファイバー，セラミックウィスカー等のセラミ
ックスから成るダンピング部材5,及びダンピング部材５
の外側全面を覆った低ヤング率で低熱伝導材料のチタン
酸アルミニウム等の断熱部材から成る外壁体６から構成
されている。副室２には，図示していないが，燃料噴射
ノズルが設けられ，該燃料噴射ノズルからの燃料が噴射
されるものであり，薄板4,ダンピング部材５及び外壁体
６には燃料噴射ノズルの取付孔７が形成されている。
形成された主室に連絡孔３を通じて連通した燃焼室であ
る副室2,副室２の内壁を構成する高耐熱性で高強度のセ
ラミックスから成る薄板4,薄板４の外側全面を覆ったセ
ラミックファイバー，セラミックウィスカー等のセラミ
ックスから成るダンピング部材5,及びダンピング部材５
の外側全面を覆った低ヤング率で低熱伝導材料のチタン
酸アルミニウム等の断熱部材から成る外壁体６から構成
されている。副室２には，図示していないが，燃料噴射
ノズルが設けられ，該燃料噴射ノズルからの燃料が噴射
されるものであり，薄板4,ダンピング部材５及び外壁体
６には燃料噴射ノズルの取付孔７が形成されている。
この断熱燃焼室について，燃焼室である副室２の内壁
面を形成する薄板４は，高温の燃焼ガスに晒されて高度
の耐熱性を要求されると共に高いサーマルストレス或い
はメカニカルストレスが作用する。そのため，薄板４
は，耐熱性に富み且つ高温高強度を要求される。そこ
で，薄板を高耐熱性で且つ高温高強度の窒化ケイ素（Si
3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセラミック
スから製作する。また，薄板４は，肉厚を可及的に薄く
形成され，燃焼ガス温度及び吸入空気温度への追従性を
良好に構成されており，吸気効率の低下を防止するよう
に構成されている。
面を形成する薄板４は，高温の燃焼ガスに晒されて高度
の耐熱性を要求されると共に高いサーマルストレス或い
はメカニカルストレスが作用する。そのため，薄板４
は，耐熱性に富み且つ高温高強度を要求される。そこ
で，薄板を高耐熱性で且つ高温高強度の窒化ケイ素（Si
3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセラミック
スから製作する。また，薄板４は，肉厚を可及的に薄く
形成され，燃焼ガス温度及び吸入空気温度への追従性を
良好に構成されており，吸気効率の低下を防止するよう
に構成されている。
また，燃焼室の外側に配置された外壁体６は，低ヤン
グ率で低熱伝導材料のチタン酸アルミニウム（Al2Ti
O5）等の断熱部材から製作されている。チタン酸アルミ
ニウムは断熱性が極めて良好な材料であるので，該チタ
ン酸アルミニウムの外壁体６は，薄板４の外側全面を覆
ったセラミックファイバー又はセラミックウィスカーか
ら成るダンピング部材５の外側全面を覆うことによっ
て，燃焼室である副室２の断熱性を大幅に向上させるこ
とができる。
グ率で低熱伝導材料のチタン酸アルミニウム（Al2Ti
O5）等の断熱部材から製作されている。チタン酸アルミ
ニウムは断熱性が極めて良好な材料であるので，該チタ
ン酸アルミニウムの外壁体６は，薄板４の外側全面を覆
ったセラミックファイバー又はセラミックウィスカーか
ら成るダンピング部材５の外側全面を覆うことによっ
て，燃焼室である副室２の断熱性を大幅に向上させるこ
とができる。
更に，この断熱燃焼室に製作において，チタン酸アル
ミニウムを外壁体６に形成する工程における成形時或い
は焼成時にチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）は収縮を
生じるが，その時にダンピング部材５は上記収縮を吸収
できる緩衝材として作用するものである。そこで，ダン
ピング部材５をサーマルストレス或いはメカニカルスト
レスで圧縮可能な耐熱性を有するアルミナファイバー，
ムライトファイバー等のセラミックファイバー，或いは
アルミナウィスカー等のセラミックウィスカーによって
製作する。
ミニウムを外壁体６に形成する工程における成形時或い
は焼成時にチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）は収縮を
生じるが，その時にダンピング部材５は上記収縮を吸収
できる緩衝材として作用するものである。そこで，ダン
ピング部材５をサーマルストレス或いはメカニカルスト
レスで圧縮可能な耐熱性を有するアルミナファイバー，
ムライトファイバー等のセラミックファイバー，或いは
アルミナウィスカー等のセラミックウィスカーによって
製作する。
それ故に，副室２の内壁面には燃料噴霧と火炎の交互
作用によって大きな熱ショックが作用するが，上記セラ
ミックスから成る薄板４を副室２の内壁面に配置し，薄
板４の外側全面にセラミックファイバー又はセラミック
ウィスカーから成るダンピング部材５を覆って配置する
ことによって，ダンピング部材５の外側全面に断熱性に
富み且つ熱収縮するチタン酸アルミニウムを配置して
も，ダンピング部材５の作用によって副室２の薄板４に
熱ショックに対して強度が高い内壁面を提供することが
できる。従って，副室２を構成する薄板４を，強度は余
り強くないが，薄板４の外側に断熱性に富んだチタン酸
アルミニウムの断熱材を配置しても，薄板４は強度に十
分に耐えることができ，併せて断熱性に富んだ副室２を
提供できる。
作用によって大きな熱ショックが作用するが，上記セラ
ミックスから成る薄板４を副室２の内壁面に配置し，薄
板４の外側全面にセラミックファイバー又はセラミック
ウィスカーから成るダンピング部材５を覆って配置する
ことによって，ダンピング部材５の外側全面に断熱性に
富み且つ熱収縮するチタン酸アルミニウムを配置して
も，ダンピング部材５の作用によって副室２の薄板４に
熱ショックに対して強度が高い内壁面を提供することが
できる。従って，副室２を構成する薄板４を，強度は余
り強くないが，薄板４の外側に断熱性に富んだチタン酸
アルミニウムの断熱材を配置しても，薄板４は強度に十
分に耐えることができ，併せて断熱性に富んだ副室２を
提供できる。
この発明による断熱燃焼室を製作する方法は，次のよ
うにして達成できる。
うにして達成できる。
この断熱燃焼室の製造方法は，副室２等の燃焼室の内
壁体を構成する薄板４を高耐熱性で且つ高温高強度のセ
ラミックスで製作し，該薄板４の外側に緩衝層即ちダン
ピング部材を配置し，これを中子相当にして該ダンピン
グ部材の外側全面にチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）
等の断熱材を鋳込んで成形体を製作し，該成形体を焼成
するものである。詳しくは，副室２等に燃焼室の内壁を
構成する高耐熱性で高温高強度の窒化ケイ素（Si
3N4），炭化ケイ素（SiC）等のセラミックスから薄板４
を製作する工程，薄板４の外側全面を耐熱性，断熱性等
に富んだアルミナファイバー等のセラミックファイバー
或いはセラミックウィスカーから成るダンピング部材５
で覆う工程，ダンピング部材５の外側全面を低ヤング率
で低熱伝導材料のチタン酸アルミニウム等の断熱部材か
ら成る外壁体６で覆って成形体に一体成形する工程，次
いで前記成形体を窒素ガス雰囲気中で焼成する工程から
成るものである。
壁体を構成する薄板４を高耐熱性で且つ高温高強度のセ
ラミックスで製作し，該薄板４の外側に緩衝層即ちダン
ピング部材を配置し，これを中子相当にして該ダンピン
グ部材の外側全面にチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）
等の断熱材を鋳込んで成形体を製作し，該成形体を焼成
するものである。詳しくは，副室２等に燃焼室の内壁を
構成する高耐熱性で高温高強度の窒化ケイ素（Si
3N4），炭化ケイ素（SiC）等のセラミックスから薄板４
を製作する工程，薄板４の外側全面を耐熱性，断熱性等
に富んだアルミナファイバー等のセラミックファイバー
或いはセラミックウィスカーから成るダンピング部材５
で覆う工程，ダンピング部材５の外側全面を低ヤング率
で低熱伝導材料のチタン酸アルミニウム等の断熱部材か
ら成る外壁体６で覆って成形体に一体成形する工程，次
いで前記成形体を窒素ガス雰囲気中で焼成する工程から
成るものである。
この断熱燃焼室の製造方法において，チタン酸アルミ
ニウムによって外壁体６を製作する場合には，例えば,2
種類の製作方法がある。
ニウムによって外壁体６を製作する場合には，例えば,2
種類の製作方法がある。
その１つは，酸化アルミニウムと酸化チタンとを配合
し,Si,Zr等の添加材を混合して焼成して製作することが
できる。この製作方法では,1工程で製品が製作できる
が，焼成時にチタン酸アルミニウムの収縮量が20％〜30
％と大きくなる。
し,Si,Zr等の添加材を混合して焼成して製作することが
できる。この製作方法では,1工程で製品が製作できる
が，焼成時にチタン酸アルミニウムの収縮量が20％〜30
％と大きくなる。
もう１つは，酸化アルミニウムと酸化チタンを焼成
し，焼成後にこれを細かく砕いて粒状にし，これらの粒
体にSi,Zr等の添加材を加えて成形し，再焼成すること
によって製作することができる。この製作方法では,2工
程で製品を製作することになるが，チタン酸アルミニウ
ムの収縮量は成形時に１％程度であり且つ焼成時に２％
程度である。従って，チタン酸アルミニウムの収縮量が
全体で３％程度であれば，アルミナファイバー等のダン
ピング部材５が薄い緩衝層であっても，薄板４への影響
を小さくすることができ，チタン酸アルミニウムの収縮
に対して十分に対応することができる。
し，焼成後にこれを細かく砕いて粒状にし，これらの粒
体にSi,Zr等の添加材を加えて成形し，再焼成すること
によって製作することができる。この製作方法では,2工
程で製品を製作することになるが，チタン酸アルミニウ
ムの収縮量は成形時に１％程度であり且つ焼成時に２％
程度である。従って，チタン酸アルミニウムの収縮量が
全体で３％程度であれば，アルミナファイバー等のダン
ピング部材５が薄い緩衝層であっても，薄板４への影響
を小さくすることができ，チタン酸アルミニウムの収縮
に対して十分に対応することができる。
この断熱燃焼室の製造方法では，チタン酸アルミニウ
ムの上記収縮量を，アルミナファイバー等のダンピング
部材５の圧縮量で吸収するように構成されている。副室
２が，例えば，φ20である場合に，径で約0.6mmの収縮
量が発生する。この収縮量をアルミナファイバーの圧縮
量で吸収するように，アルミナファイバーから成るダン
ピング部材５の厚さをコントロールすることによって達
成できる。薄板４の外側全面にアルミナファイバーを配
置するには，例えば，ディッピングによって付着させて
配置することができる。
ムの上記収縮量を，アルミナファイバー等のダンピング
部材５の圧縮量で吸収するように構成されている。副室
２が，例えば，φ20である場合に，径で約0.6mmの収縮
量が発生する。この収縮量をアルミナファイバーの圧縮
量で吸収するように，アルミナファイバーから成るダン
ピング部材５の厚さをコントロールすることによって達
成できる。薄板４の外側全面にアルミナファイバーを配
置するには，例えば，ディッピングによって付着させて
配置することができる。
また，外壁体６を構成するチタン酸アルミニウムの焼
成温度は,1400℃程度から可能であり，窒素ガス雰囲気
中で焼成する場合に，薄板４を構成する窒化ケイ素（Si
3N4）の強度劣化が発生するほどではない。また，アル
ミナファイバーの耐熱性即ち耐熱温度は1700℃程度であ
り，アルミナファイバーは焼成温度に対しては十分に耐
久性を有しているものである。
成温度は,1400℃程度から可能であり，窒素ガス雰囲気
中で焼成する場合に，薄板４を構成する窒化ケイ素（Si
3N4）の強度劣化が発生するほどではない。また，アル
ミナファイバーの耐熱性即ち耐熱温度は1700℃程度であ
り，アルミナファイバーは焼成温度に対しては十分に耐
久性を有しているものである。
次に，この発明による断熱燃焼室の製造方法で作製し
た別の断熱燃焼室を，第２図を参照して説明する。該断
熱燃焼室は，第１図に示す断熱燃焼室の副室２と比較し
て副室２の形状が若干異なる以外は，全く同一の材料で
製作されたものである。そこで，図では，同一の材料か
ら成る部材には同一の符号を付し，それらについての説
明は省略する。副室２の形状は，内壁体を構成する薄板
４の外形が卵形（図示），球形等の外向きに凸面形状に
形成され，連絡孔３は薄板４と同一のセラミックスで一
体構造に構成されている。従って，薄板４の外形が卵形
（図示），球形等の外向きに凸面形状であるので，外壁
体６のチタン酸アルミニウムの収縮を受ける場合に，薄
板４は外側全面から均一なチタン酸アルミニウムの収縮
力を受けることになり，好ましいものである。
た別の断熱燃焼室を，第２図を参照して説明する。該断
熱燃焼室は，第１図に示す断熱燃焼室の副室２と比較し
て副室２の形状が若干異なる以外は，全く同一の材料で
製作されたものである。そこで，図では，同一の材料か
ら成る部材には同一の符号を付し，それらについての説
明は省略する。副室２の形状は，内壁体を構成する薄板
４の外形が卵形（図示），球形等の外向きに凸面形状に
形成され，連絡孔３は薄板４と同一のセラミックスで一
体構造に構成されている。従って，薄板４の外形が卵形
（図示），球形等の外向きに凸面形状であるので，外壁
体６のチタン酸アルミニウムの収縮を受ける場合に，薄
板４は外側全面から均一なチタン酸アルミニウムの収縮
力を受けることになり，好ましいものである。
更に，第３図を参照して，この発明による断熱燃焼室
の製造方法で作製した更に別の断熱燃焼室を説明する。
該断熱燃焼室は，ピストンヘッド部に凹み部で形成され
た燃焼室に適用した場合であり，第１図に示す断熱燃焼
室と比較して燃焼室の適用例が異なる以外は，全く同一
の材料で製作されたものである。そこで，図では，同一
の材料から成る部材には同一の符号を付し且つ添え字Ａ
を加えて示し，それらの部材の作用及び製造方法につい
ての詳細な説明は省略する。
の製造方法で作製した更に別の断熱燃焼室を説明する。
該断熱燃焼室は，ピストンヘッド部に凹み部で形成され
た燃焼室に適用した場合であり，第１図に示す断熱燃焼
室と比較して燃焼室の適用例が異なる以外は，全く同一
の材料で製作されたものである。そこで，図では，同一
の材料から成る部材には同一の符号を付し且つ添え字Ａ
を加えて示し，それらの部材の作用及び製造方法につい
ての詳細な説明は省略する。
第３図に示した断熱燃焼室は，ピストンヘッド部10に
形成した凹み部11に燃焼室2Aを構成したものである。燃
焼室2Aの燃焼ガスに晒される表面部には，高耐熱性で且
つ高温高強度の窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（Si
C），サイアロン等のセラミックスで製作された薄板4A
が配置されている。該薄板4Aの背面には，アルミナファ
イバー等のセラミックファイバー或いはセラミックウィ
スカーから成るダンピング部材5Aが配置されている。更
に，ダンピング部材5Aの背面には，断熱性に富み且つ低
ヤング率のチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）等の断熱
部材から成る外壁体6Aが配置されている。この断熱燃焼
室は，アルミニウム，アルミニウム合金等の金属材料か
ら成るピストンヘッド部10に配置されている。
形成した凹み部11に燃焼室2Aを構成したものである。燃
焼室2Aの燃焼ガスに晒される表面部には，高耐熱性で且
つ高温高強度の窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（Si
C），サイアロン等のセラミックスで製作された薄板4A
が配置されている。該薄板4Aの背面には，アルミナファ
イバー等のセラミックファイバー或いはセラミックウィ
スカーから成るダンピング部材5Aが配置されている。更
に，ダンピング部材5Aの背面には，断熱性に富み且つ低
ヤング率のチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）等の断熱
部材から成る外壁体6Aが配置されている。この断熱燃焼
室は，アルミニウム，アルミニウム合金等の金属材料か
ら成るピストンヘッド部10に配置されている。
第３図に示す断熱燃焼室の製造方法については，薄板
4Aにダンピング部材5Aを取付け，これにチタン酸アルミ
ニウムの外壁体6Aを鋳込んで成形体を製作し，次いで，
該成形体を焼成して断熱燃焼室を製作する。その後，該
断熱燃焼室をアルミニウム，アルミニウム合金等の金属
材料を鋳込んでピストンヘッド部10を形成し，これを機
械加工してピストンを製作することにより完成する。
4Aにダンピング部材5Aを取付け，これにチタン酸アルミ
ニウムの外壁体6Aを鋳込んで成形体を製作し，次いで，
該成形体を焼成して断熱燃焼室を製作する。その後，該
断熱燃焼室をアルミニウム，アルミニウム合金等の金属
材料を鋳込んでピストンヘッド部10を形成し，これを機
械加工してピストンを製作することにより完成する。
更に，第４図を参照して，この発明による断熱燃焼室
の製造方法で作製した他の断熱燃焼室を説明する。該断
熱燃焼室は，シリンダヘッド17に形成された穴部16に断
熱ガスケット18,19を介在して嵌合したエンジンの主室
である燃焼室に適用した場合であり，第１図に示す断熱
燃焼室と比較して燃焼室の適用例が異なる以外は，全く
同一の材料で製作されたものである。そこで，図では，
同一の材料から成る部材には同一の符号を付し且つ添え
字Ｂを加えて示し，それらの部材の作用及び製造方法に
ついての詳細な説明は省略する。
の製造方法で作製した他の断熱燃焼室を説明する。該断
熱燃焼室は，シリンダヘッド17に形成された穴部16に断
熱ガスケット18,19を介在して嵌合したエンジンの主室
である燃焼室に適用した場合であり，第１図に示す断熱
燃焼室と比較して燃焼室の適用例が異なる以外は，全く
同一の材料で製作されたものである。そこで，図では，
同一の材料から成る部材には同一の符号を付し且つ添え
字Ｂを加えて示し，それらの部材の作用及び製造方法に
ついての詳細な説明は省略する。
第４図に示した断熱燃焼室は，シリンダヘッド17に形
成した穴部16に嵌合して主室即ち燃焼室2Bを構成するヘ
ッドライナ９に適用したものである。ヘッドライナ９
は，シリンダヘッド17のヘッド下面部12とシリンダライ
ナのライナ上部13を一体構造に構成したものである。こ
のヘッドライナ９には，吸気バルブが配置される吸気ポ
ート14及び排気バルブが配置される排気ポート15が形成
されている。主室である燃焼室2Bの燃焼ガスに晒される
表面部には，高耐熱性で且つ高温高強度の窒化ケイ素
（Si3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセラミ
ックスで製作された薄板4Bが配置されている。該薄板4B
の外側全面には，アルミナファイバー等のセラミックフ
ァイバー或いはセラミックウィスカーから成るダンピン
グ部材5Bが配置されている。更に，ダンピング部材5Bの
外側全面には，断熱性に富み即ち低熱伝導性で且つ低ヤ
ング率のチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）等の断熱部
材から成る外壁体6Bが配置されている。
成した穴部16に嵌合して主室即ち燃焼室2Bを構成するヘ
ッドライナ９に適用したものである。ヘッドライナ９
は，シリンダヘッド17のヘッド下面部12とシリンダライ
ナのライナ上部13を一体構造に構成したものである。こ
のヘッドライナ９には，吸気バルブが配置される吸気ポ
ート14及び排気バルブが配置される排気ポート15が形成
されている。主室である燃焼室2Bの燃焼ガスに晒される
表面部には，高耐熱性で且つ高温高強度の窒化ケイ素
（Si3N4），炭化ケイ素（SiC），サイアロン等のセラミ
ックスで製作された薄板4Bが配置されている。該薄板4B
の外側全面には，アルミナファイバー等のセラミックフ
ァイバー或いはセラミックウィスカーから成るダンピン
グ部材5Bが配置されている。更に，ダンピング部材5Bの
外側全面には，断熱性に富み即ち低熱伝導性で且つ低ヤ
ング率のチタン酸アルミニウム（Al2TiO5）等の断熱部
材から成る外壁体6Bが配置されている。
第４図に示す断熱燃焼室の製造方法は，薄板4Bにダン
ピング部材5Bを取付け，これにチタン酸アルミニウムの
外壁体6Bを鋳込んで成形体を製作し，次いで，該成形体
を焼成して断熱燃焼室を製作する。その後，該断熱燃焼
室をシリンダヘッドに形成された穴部に，断熱ガスケッ
ト等を介在させて嵌合することによってシリンダヘッド
に主室を形成することができる。
ピング部材5Bを取付け，これにチタン酸アルミニウムの
外壁体6Bを鋳込んで成形体を製作し，次いで，該成形体
を焼成して断熱燃焼室を製作する。その後，該断熱燃焼
室をシリンダヘッドに形成された穴部に，断熱ガスケッ
ト等を介在させて嵌合することによってシリンダヘッド
に主室を形成することができる。
この発明による断熱燃焼室の製造方法は，以上のよう
に構成されているので，窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケ
イ素（SiC）等のセラミックスから成る前記薄板の高耐
熱性で且つ高温高強度を確保すると共に，ダンピング部
材の作用で薄板への応力の影響を緩和して薄板の破損等
の発生を防止し，且つ前記外壁体のチタン酸アルミニウ
ムで高度の断熱性を確保して燃焼室の断熱性を大幅に向
上させる。
に構成されているので，窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケ
イ素（SiC）等のセラミックスから成る前記薄板の高耐
熱性で且つ高温高強度を確保すると共に，ダンピング部
材の作用で薄板への応力の影響を緩和して薄板の破損等
の発生を防止し，且つ前記外壁体のチタン酸アルミニウ
ムで高度の断熱性を確保して燃焼室の断熱性を大幅に向
上させる。
この断熱燃焼室の製造方法は，上記のように構成され
ているので，窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC）
等のセラミックスから成る前記薄板の外側全面にアルミ
ナファイバーの前記ダンピング部材及びチタン酸アルミ
ニウムの前記外壁体がくるみ込んであるため，主室，副
室，ピストンヘッド部等の燃焼室は高度の断熱性を確保
できる。また，内壁体である前記薄板は窒化ケイ素（Si
4N4），炭化ケイ素（SiC）等のセラミックスであるの
で，耐熱性に富み且つ高温強度に優れたものとなる。し
かも，前記外壁体は，高断熱性で且つ低ヤング率の材料
であるチタン酸アルミニウムで製作されるので，高度の
断熱性を提供できると共に，主室或いは副室に適用した
場合に，シリンダヘッドの機械応力に対しても耐久力に
富んだものとなる。
ているので，窒化ケイ素（Si3N4），炭化ケイ素（SiC）
等のセラミックスから成る前記薄板の外側全面にアルミ
ナファイバーの前記ダンピング部材及びチタン酸アルミ
ニウムの前記外壁体がくるみ込んであるため，主室，副
室，ピストンヘッド部等の燃焼室は高度の断熱性を確保
できる。また，内壁体である前記薄板は窒化ケイ素（Si
4N4），炭化ケイ素（SiC）等のセラミックスであるの
で，耐熱性に富み且つ高温強度に優れたものとなる。し
かも，前記外壁体は，高断熱性で且つ低ヤング率の材料
であるチタン酸アルミニウムで製作されるので，高度の
断熱性を提供できると共に，主室或いは副室に適用した
場合に，シリンダヘッドの機械応力に対しても耐久力に
富んだものとなる。
また，この断熱燃焼室を断熱エンジンに適用した場合
には，主室又は副室は壁面を通じての熱伝導通路が前記
外壁体で遮断され，シリンダヘッドを通じて熱の外部へ
の放熱がなく，前記燃焼室の断熱効果を高め，前記燃焼
室として理想的な構造を得ることができ，更に冷却水損
失を低減でき，燃費を向上できる。
には，主室又は副室は壁面を通じての熱伝導通路が前記
外壁体で遮断され，シリンダヘッドを通じて熱の外部へ
の放熱がなく，前記燃焼室の断熱効果を高め，前記燃焼
室として理想的な構造を得ることができ，更に冷却水損
失を低減でき，燃費を向上できる。
更に，前記薄板は耐熱性，熱ショック性に優れ，高温
燃焼ガスに対して耐久性に富み，前記薄板即ち副室表面
部をセラミック体の肉厚を薄くして熱容量を小さく構成
でき，燃焼ガス及び吸入空気への温度追従性を良好にし
て短時間で温度上昇を可能にして燃料噴霧と空気との混
合を速やかに実行させることができ，或いは短時間で温
度降下を可能にして吸気効率を向上できる。従って，前
記副室及び前記主室において，スモーク,HC及びNOXの発
生を避ける燃焼を行わせることができる。
燃焼ガスに対して耐久性に富み，前記薄板即ち副室表面
部をセラミック体の肉厚を薄くして熱容量を小さく構成
でき，燃焼ガス及び吸入空気への温度追従性を良好にし
て短時間で温度上昇を可能にして燃料噴霧と空気との混
合を速やかに実行させることができ，或いは短時間で温
度降下を可能にして吸気効率を向上できる。従って，前
記副室及び前記主室において，スモーク,HC及びNOXの発
生を避ける燃焼を行わせることができる。
また，この断熱燃焼室の製造方法は，上記のように構
成されているので，製造工程において前記外壁体が成形
時及び燃焼時に収縮するが，該収縮を前記ダンピング部
材で吸収し，前記薄板へのサーマルストレス或いはメカ
ニカルストレスを緩衝し，収縮の影響を緩和して薄肉に
構成した前記薄板の破損を防止する。
成されているので，製造工程において前記外壁体が成形
時及び燃焼時に収縮するが，該収縮を前記ダンピング部
材で吸収し，前記薄板へのサーマルストレス或いはメカ
ニカルストレスを緩衝し，収縮の影響を緩和して薄肉に
構成した前記薄板の破損を防止する。
また，チタン酸アルミニウムで前記外壁体を製作する
場合に，酸化アルミニウムと酸化チタンを焼成し，焼成
後にこれを細かく砕いて粒状にし，これらの粒体にSi,Z
r等の添加材を加えて成形し，再焼成することによって
製作すると，チタン酸アルミニウムの収縮量は成形時に
１％程度となり，焼成時に２％程度となる。従って，チ
タン酸アルミニウムの収縮量が全体で３％程度であるの
で，アルミナファイバー等の前記ダンピング部材が薄い
緩衝層であっても，前記薄板への影響を小さくすること
ができ，チタン酸アルミニウムの収縮に対して十分に対
応することができる。
場合に，酸化アルミニウムと酸化チタンを焼成し，焼成
後にこれを細かく砕いて粒状にし，これらの粒体にSi,Z
r等の添加材を加えて成形し，再焼成することによって
製作すると，チタン酸アルミニウムの収縮量は成形時に
１％程度となり，焼成時に２％程度となる。従って，チ
タン酸アルミニウムの収縮量が全体で３％程度であるの
で，アルミナファイバー等の前記ダンピング部材が薄い
緩衝層であっても，前記薄板への影響を小さくすること
ができ，チタン酸アルミニウムの収縮に対して十分に対
応することができる。
この発明による断熱燃焼室の製造方法では，チタン酸
アルミニウムの前記外壁体の収縮量を，アルミナファイ
バー等の前記ダンピング部材の圧縮量で吸収できるよう
に，アルミナファイバーから成る前記ダンピング部材の
厚さをコントロールすることによって達成できる。
アルミニウムの前記外壁体の収縮量を，アルミナファイ
バー等の前記ダンピング部材の圧縮量で吸収できるよう
に，アルミナファイバーから成る前記ダンピング部材の
厚さをコントロールすることによって達成できる。
また，製造工程において，前記外壁体を構成するチタ
ン酸アルミニウムの焼成温度は1400℃程度から可能であ
り，窒素ガス雰囲気で焼成する場合に，前記薄板を構成
する窒化ケイ素（Si3N4）の強度劣化が発生するほどで
はない。しかも，アルミナファイバーの耐熱性即ち耐熱
温度は1700℃程度であり，前記ダンピング部材のアルミ
ナファイバーは焼成温度に対しては十分に耐久性を有し
ているものである。
ン酸アルミニウムの焼成温度は1400℃程度から可能であ
り，窒素ガス雰囲気で焼成する場合に，前記薄板を構成
する窒化ケイ素（Si3N4）の強度劣化が発生するほどで
はない。しかも，アルミナファイバーの耐熱性即ち耐熱
温度は1700℃程度であり，前記ダンピング部材のアルミ
ナファイバーは焼成温度に対しては十分に耐久性を有し
ているものである。
第１図はこの発明による断熱燃焼室を副室式エンジンに
適用した一実施例を示す断面図，第２図はこの発明によ
る断熱燃焼室を断熱副室式エンジンに適用した別の実施
例を示す断面図，第３図はこの発明による断熱燃焼室を
ピストンヘッド部に形成した燃焼室に適用した他の実施
例を示す断面図，及び第４図はこの発明による断熱燃焼
室をシリンダヘッドに形成した穴部に嵌合するヘッドラ
イナに適用した他の実施例を示す断面図である。１……
主室,2,2A,2B……燃焼室,3……連絡孔,4,4A,4B……薄
板,5,5A,5B……ダンピング部材,6,6A,6B……外壁体,9…
…ヘッドライナ,10……ピストンヘッド部。
適用した一実施例を示す断面図，第２図はこの発明によ
る断熱燃焼室を断熱副室式エンジンに適用した別の実施
例を示す断面図，第３図はこの発明による断熱燃焼室を
ピストンヘッド部に形成した燃焼室に適用した他の実施
例を示す断面図，及び第４図はこの発明による断熱燃焼
室をシリンダヘッドに形成した穴部に嵌合するヘッドラ
イナに適用した他の実施例を示す断面図である。１……
主室,2,2A,2B……燃焼室,3……連絡孔,4,4A,4B……薄
板,5,5A,5B……ダンピング部材,6,6A,6B……外壁体,9…
…ヘッドライナ,10……ピストンヘッド部。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２ Ｆ０２Ｆ 3/00 ３０２Ａ
Claims (1)
- 【請求項１】燃焼室の内壁を構成する高耐熱性で高強度
のセラミックスから薄板を製作する工程，前記薄板の外
側全面をセラミックファイバー又はセラミックウィスカ
ーから成るダンピング材で覆う工程，前記ダンピング材
の外側全面を低ヤング率で低熱伝導材料のチタン酸アル
ミニウムの断熱部材から成る外壁材で覆って成形体に一
体成形する工程，次いで前記成形体を窒素ガス雰囲気中
で焼成する工程から成る断熱燃焼室の製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02279140A JP3074721B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 断熱燃焼室の製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP02279140A JP3074721B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 断熱燃焼室の製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04159418A JPH04159418A (ja) | 1992-06-02 |
| JP3074721B2 true JP3074721B2 (ja) | 2000-08-07 |
Family
ID=17606995
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP02279140A Expired - Fee Related JP3074721B2 (ja) | 1990-10-19 | 1990-10-19 | 断熱燃焼室の製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3074721B2 (ja) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013081733A2 (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Prechamber device for internal combustion engine |
-
1990
- 1990-10-19 JP JP02279140A patent/JP3074721B2/ja not_active Expired - Fee Related
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2013081733A2 (en) * | 2011-12-01 | 2013-06-06 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Prechamber device for internal combustion engine |
| WO2013081733A3 (en) * | 2011-12-01 | 2014-03-06 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Prechamber device for internal combustion engine |
| US9217360B2 (en) | 2011-12-01 | 2015-12-22 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Prechamber device for internal combustion engine |
| US9441528B2 (en) | 2011-12-01 | 2016-09-13 | Cummins Intellectual Property, Inc. | Prechamber device for internal combustion engine |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04159418A (ja) | 1992-06-02 |
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