JP3555431B2 - Structure of heat shield type engine - Google Patents

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JP3555431B2 JP03986598A JP3986598A JP3555431B2 JP 3555431 B2 JP3555431 B2 JP 3555431B2 JP 03986598 A JP03986598 A JP 03986598A JP 3986598 A JP3986598 A JP 3986598A JP 3555431 B2 JP3555431 B2 JP 3555431B2
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は,シリンダヘッドに配設された遮熱層を備えたセラミック製ポートライナから成る遮熱形エンジンの構造に関する。
【0002】
【従来の技術】
通常のエンジンのシリンダヘッドは,燃焼室に対向する面と吸気マニホルドや排気マニホルドを取り付ける取付面とは同一面を構成しておらず,燃焼室に対向する面に対して取付面はほぼ垂直に形成されている。そこで,シリンダヘッドに設けられたポートを遮熱構造に構成するため,予めセラミックスによってセラミック製ポートライナを作製し,アルミニウム合金,Fc等の金属材料から鋳込みによってシリンダヘッドを作製する際に,ポートライナを鋳込み型に配置して鋳込みによってシリンダヘッド内にポートライナを配置していた。
【0003】
しかしながら,チタン酸アルミニウム等の低熱伝導材料から成るポートライナを金属材料に鋳込む場合に,Al又はFcの金属材料に鋳込み後の収縮による圧縮力により,ポートライナには高い圧縮応力が作用する。該圧縮応力によってポートライナが破損する場合がある。そこで,鋳込み後の収縮によるポートライナの破損を防止する対策として,ポートライナの外周部をアルミナファイバー等の材料により巻き込むことが考えられる。例えば,シリンダヘッドに吸排気ポートを形成する製造方法は,セラミックスのポートライナをシリンダヘッドの鋳込み時に鋳ぐるんで断熱構造に構成する場合に,シリンダヘッドを構成する鋳込み金属材料が凝固する時に,該金属材料の収縮力によってポートライナが圧縮応力を受けて破損するのを防止するため,シリンダヘッドとポートライナとの間に緩衝層を設けて鋳ぐるんで作製していた。
【0004】
また,特開平8−150463号公報に開示されたセラミック製ポートライナは,シリンダヘッドの鋳込み時の金属の収縮によってセラミック製ポートライナの破損を防止し,内包される応力緩衝層を封入したものである。該セラミック製ポートライナは,セラミックスでポートライナと板材で外殻を作製し、ポートライナの外面を緩衝材から成る応力緩衝層で覆うと共に応力緩衝層の外面と端面及びポートライナの端面とを外殻で覆い,ポートライナの両端の開口をプラグで閉鎖して中子を作製し,中子をシリンダヘッド鋳型に配置して溶湯を鋳込み,遮熱層を構成する応力緩衝層が露出しない程度に外殻の開口端面を切削加工してポートライナを鋳込んだシリンダヘッドを作製している。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
ところで,セラミックエンジンの構造は,主室である燃焼室部材とピストンヘッド部の遮熱構造によって熱流を外側に放散することを防止しているが,燃焼室部材に吸気マニホルドや排気マニホルドとの間を連通させるシリンダヘッドに形成された吸気ポートや排気ポートが形成されている。しかしながら,大型トラック等に搭載される大型エンジンについては,シリンダヘッドは鋳鉄が主流で作製されている。従って,大型の鋳鉄製シリンダヘッドにおける吸気ポートや排気ポートを遮熱構造に構成するため,鋳鉄を鋳込んでシリンダヘッドを作製する場合に,セラミック製ポートライナを配置して作製できないという問題がある。即ち,鋳鉄の溶湯温度は1450℃〜1500℃程度であるのに対して,Siの耐熱温度は1150〜1200℃程度,アルミナやAlの耐熱温度は900℃程度,SiCの耐熱温度は1400〜1500℃程度であり,エンジンから放出される排気ガス温度は900℃程度である。従って,各種の耐熱セラミックスは,鋳鉄の溶湯温度で熱的に損傷を受けることになり,ポートライナをセラミックスで作製することは困難である。
【0006】
また,シリンダヘッドに屈曲形状のるポートを形成した場合に,ポートに連通するマニホルドをシリンダヘッドに取り付けるため,シリンダヘッドの取付面を平坦に形成する加工が困難であり,製造コストをアップし,必ずしも好ましい製造方法ではなかった。
【0007】
また,シリンダヘッドとポートライナとの間に緩衝層を設けて鋳ぐるんで作製するような場合に,アルミナファイバー部に鋳造時の金属材料の湯が流れ込まないように,継ぎ目の処理,端面の処理等を行う必要があり,処理工程が複雑になり,寸法公差を含めて量産化を行うことができないという問題があった。また,シリンダヘッドの端面にはアルミナ繊維等の緩衝層が露出し,緩衝層の一部が脱落し,遮熱層の性能劣化やセラミック製ポートライナのがた付きが発生し,破損に至ることがある。
【0008】
【課題を解決するための手段】
この発明の目的は,上記の課題を解決するため,セラミックスから成るポートライナを予め作製し,シリンダヘッドをストレート状のポートを備えた形状に鋳込みによって作製し,その後,該ポートに予め作製したセラミックポートライナを挿入して所定の位置に配置し,セラミックポートライナが鋳込みによる熱的影響を受けないように構成した遮熱形エンジンの構造を提供することである。
【0009】
この発明は,ストレート状のポートを備えた鋳込みによって作製された金属から成るシリンダヘッド,前記シリンダヘッドに対向して配置され且つ燃焼室と前記燃焼室にバルブによって開口するポートを備えた燃焼室部材,前記燃焼室部材の前記ポートに連通するように前記シリンダヘッドの前記ポートに挿入され且つ予め決められた所定の角度に傾斜してストレート状に延びる耐熱性セラミックスから成るポートライナ,前記ポートライナと前記シリンダヘッドの前記ポートとの間に形成された遮熱層,及び前記ポートライナの両端に配置されたガスケットから成る遮熱形エンジンの構造に関する。
【0010】
この遮熱形エンジンの構造は,前記シリンダヘッドに形成された前記ポートの出口側開口面を前記シリンダヘッドの下面に対して傾斜した面に形成し,前記ポートに挿入された前記ポートライナが前記燃焼室部材に形成された前記ポートに連通するように配置されている。
【0011】
前記ポートのうち少なくとも排気側のポートに挿入される前記ポートライナの外周には,金属,セラミック繊維又はセラミックスでコーティングされたカーボン繊維から成る補強材が設けられている。ポートライナを形成するセラミックスは,熱伝導率が小さいが,強度が弱いので,ポートライナの強度を補強するため,その外側を補強材で補強してもよい。
【0012】
前記ポートのうち少なくとも排気側のポートに挿入される前記ポートライナの外周には,金属製二重管から成る補強パイプが設けられている。更に,前記補強パイプの前記二重管の中空部が実質的に真空にされると共に前記二重管の前記中空部にはその形状を保持する支持部材が配置されている。即ち,前記ポートライナがストレートに形成されているので,ポートライナの外側に内部が真空にされた金属製二重管を配置でき,ポートライナの補強を達成すると共に遮熱性を向上させることができる。
【0013】
前記ガスケットは,セラミック繊維製ガスケットから構成されている。更に,前記ポートライナに形成されたバルブが貫通する前記ポートライナに形成されたバルブ孔の領域には,セラミック繊維製ガスケットが配置されている。
【0014】
前記ポートライナは二つ割り構造に構成することもできる。前記ポートライナを分割すれば,前記シリンダヘッドの前記ポートへの前記ポートライナの挿入を容易にすることもできるが,ガス漏洩を防止するように考慮した構造に構成する必要がある。
【0015】
この遮熱形エンジンの構造は,前記シリンダヘッドと前記シリンダヘッドに取り付けられたシリンダブロックとの間に配置されたスペーサの孔部に遮熱層を介して前記燃焼室部材が配置され,前記燃焼室部材には前記ポートライナで形成されるポートと前記燃焼室とを連通するポートと該ポートを開閉するバルブが配置されたバルブシートとが形成されている。
【0016】
この遮熱形エンジンの構造は,シリンダヘッドの鋳込み時には,セラミック製ポートライナを配置することなく,シリンダヘッドが作製でき,その後にシリンダヘッドに鋳込みによって形成したポートにセラミック製ポートライナを配置するので,ポートライナは鋳込み時の金属溶湯の熱的影響を受けることがなく,ポートライナに鋳込み時における熱損傷が発生することがない。従って,シリンダヘッドに配置されたセラミック製ポートライナは,耐久性に富んだものに構成できる。しかも,本発明では,シリンダヘッドに形成したポートは,従来のように屈曲した形状に形成せず,ストレート状に形成したので,該ストレート状ポートにストレート状のセラミック製ポートライナを容易に差し込んで固定することができ,しかも,セラミック製ポートライナの両端に繊維ガスケットを配置しておけば,該繊維ガスケットがエンジン運転時にポートに発生する圧力差を吸収してセラミック製ポートライナを緩衝することができ,セラミック製ポートライナの圧力差による損傷を防止できる。
【0017】
従来の遮熱形エンジンの構造は,燃焼室側が水平面に取付部があり,ポートライナとマニホルドが連通する面が垂直に取付部がある構造ではポートライナを加圧して取り付けることができなかったが,この発明による遮熱形エンジンの構造は,上記のように,前記シリンダヘッドに形成された前記ポートの出口側開口面を前記シリンダヘッドの下面に対して傾斜した面に形成したので,確実に強固にポートライナをシリンダヘッドに取り付けることができる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下,図面を参照して,この発明による遮熱形エンジンの構造の一実施例を説明する。図1はこの発明による遮熱形エンジンの構造の一実施例を示す断面図,及び図2は図1の遮熱形エンジンの構造に適用されたポートライナの別の実施例を示す断面図である。
【0019】
図1に示すように,この発明による遮熱形エンジンの構造は,ディーゼルエンジン,ガスエンジン,ガソリンエンジン等の遮熱形エンジンに適用でき,図示した燃焼室23を備えたタイプの他,図示していないが,燃焼室として主室と副室を備えたタイプにも適用できる。この遮熱形エンジンは,主として,シリンダブロック14,シリンダブロック14の上面にガスケット29,36及びシリンダスペーサ15を介して固定されたシリンダヘッド3,シリンダブロック14に形成した孔部24に嵌合したシリンダ25を構成するシリンダライナ26,シリンダヘッド3の一部を構成するシリンダスペーサ15の孔部37に配置された燃焼室部材10,及びシリンダライナ26に形成したシリンダ25内を往復運動するピストン20を有している。また,シリンダヘッド3に形成されたポート7は,燃焼室部材10に対向する側の端部が水平に延び,また,排気マニホルド16及び吸気マニホルド18に対向する側の端部が傾斜面42に形成されている。排気マニホルド16の内面には排気ポートライナ17が空気層43を形成して配置され,また,吸気マニホルド18の内面には吸気ポートライナ19が空気層44を形成して配置されている。
【0020】
燃焼室部材10は,Si等のセラミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されている。燃焼室部材10は,ヘッド下面部28とそれと一体構造のライナ上部27から構成されたヘッドライナから構成されている。燃焼室部材10は,シリンダヘッド3とシリンダブロック14との間に位置するシリンダスペーサ15の外周面とシリンダスペーサ15に形成した孔部37との間に遮熱空気層13を形成するように,ガスケット38を介在してシリンダスペーサ15の孔部37に配置され,燃焼室23が遮熱構造に構成されている。燃焼室部材10のヘッド下面部28には,ポート5,6及び燃焼室23が形成されている。
【0021】
また,シリンダヘッド3に形成された一方のポート7には,排気ポート8を形成するセラミック製ポートライナ1が遮熱空気層40を形成するように配置され,他方のポート7には,吸気ポート9を形成するセラミック製ポートライナ2が遮熱空気層40を形成するように配置されている。ポート5は,ポートライナ1に形成された排気ポート8に連通している。ポート6は,ポートライナ2に形成された吸気ポート9に連通している。排気ポートライナ1の外周には,補強材4が巻き上げられている。燃焼室部材10のヘッド下面部28には,排気側のポート5と吸気側のポート6とが形成されている。
【0022】
燃焼室部材10のポート5に設けたバルブシート51には排気バルブ11が配置され,また,ポート6に設けたバルブシート51には吸気バルブ12が配置されている。排気バルブ11と吸気バルブ12は,それらの上部にはバルブスプリングリテーナ41がコッタで固定され,バルブスプリングリテーナ41とシリンダヘッド3の上面との間にはバルブスプリング32が配置され,カム式動弁機構によってシリンダヘッド3に設けられたバルブガイド31に案内されて上下動可能に構成されている。
【0023】
ピストン20は,Si等のセラミックスや耐熱合金の耐熱材から形成されたピストンヘッド21と,ピストンヘッド21に固定されたAl合金等の金属材から形成されたピストンスカート22とから構成されている。ピストンヘッド21とピストンスカート22との間にはガスケット33が介在して遮熱空気層34が形成されている。ピストンヘッド21とピストンスカート22とは結合リング35でメタルフロー等によって固定されている。燃焼室23は,燃焼室部材10のヘッド下面部28の下面39,シリンダライナ26とライナ上部27とで形成されたシリンダ25及びピストンヘッド21の上面とで囲まれる領域,及び上面に形成された凹部によって形成される。
【0024】
この遮熱形エンジンの構造は,鋳鉄,アルミニウム,その合金等の金属から作製したシリンダヘッド3には,ストレート状の形状のポート7を形成するように鋳込みによって作製されている。シリンダヘッド3のポート7には,ストレート状のセラミック製ポートライナ1,2が遮熱空気層40を形成するように配置されている。セラミック製ポートライナ1,2は,耐熱性セラミックスから形成され,シリンダヘッド3のポート7に挿入されている。セラミック製ポートライナ1,2は,燃焼室部材10のポート5,6にそれぞれ連通するように,予め決められた所定の傾斜角に傾斜してストレートに延びるように挿入されている。即ち,シリンダヘッド3に形成されたポート7の排気マニホルド16と吸気マニホルド18との出口側開口部は,シリンダヘッド3の下面45に対して傾斜した傾斜面42に形成され,ポート7は燃焼室部材10に形成されたポート5,6に連通するように傾斜状態にストレートに延びている。
【0025】
ポートライナ1,2とシリンダヘッド3のポート7との間には遮熱層40が形成され,また,ポートライナ1,2の一端部と燃焼室部材10との間,及びポートライナ1,2の他端部と排気マニホルド16及び吸気マニホルド18との間には,繊維製ガスケット30が配置されている。繊維製ガスケット30は,耐熱性のアルミナファイバー,アルミナウィスカー,アルミナ長繊維等のセラミックス繊維製ガスケットから構成されている。吸気バルブ12と排気バルブ11が貫通するポートライナ1,2に形成されたバルブ孔50の領域には,セラミック繊維製ガスケット30が配置されている。また,ポート7のうち少なくとも排気ポート8に挿入されるポートライナ1の外周には,セラミック繊維又はセラミックスでコーティングされたカーボン繊維から成る補強材4が設けられている。
【0026】
次に,図2を参照して,この発明による遮熱形エンジンの構造の別の実施例を説明する。まず,ポートライナ2は,その外周に金属製二重管47から成る補強パイプ46を設ける構造に構成することができる。補強パイプ46の二重管47の中空部49が実質的に真空にされると共に,二重管49の中空部49にはその形状を保持する波形の支持部材48が配置されている。この場合に,二重管49と支持部材48の凸部とは局部的に接触するのみであり,中空部49の真空層によって十分な遮熱層を形成することができる。
【0027】
又は,この遮熱形エンジンの構造は,図示していないが,ポートライナを二つ割り構造に構成することもできる。ポートライナを二つ割り構造に構成した場合には,シリンダヘッド3のポート7への挿入を容易に行なうことができる。或いは,シリンダヘッド3内でポート7が屈折した形状に構成されている場合には,シリンダヘッド3内に両側の開口部,即ち,燃焼室部材10側の開口部と吸気マニホルド18側及び排気マニホルド16側の開口部からストレート状のポートライナをそれぞれ挿入できるように構成することもできる。
【0028】
【発明の効果】
この発明による遮熱形エンジンの構造は,シリンダヘッドとポートライナとをそれぞれ別工程で作製し,次いで,シリンダヘッドのポートにポートライナを挿入して排気ポートライナと吸気ポートライナを形成するので,ポートライナがシリンダヘッドの鋳込み時の熱影響を受けることがなく,ポートライナにクラックや割れが発生することがなく,耐久性に富んだ遮熱形エンジンを作製することができる。また,この遮熱形エンジンの構造は,良好な遮熱構造を提供できるので,シリンダヘッド領域での熱放散を抑制でき,ポートライナ後流に設けられたターボチャージャやエンジン回収装置へ排気ガスを送り込んで,十分に熱エネルギを回収することができる。また,前記ポートライナの両端には耐熱性ガスケットが配置されているので,ポートライナの内側の圧力と外側の圧力の変化に対して緩衝され,ポートライナが破損することがない。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明による遮熱形エンジンの構造の一実施例を示す断面図である。
【図2】図1の遮熱形エンジンの構造に適用されたポートライナの別の実施例を示す断面図である。
【符号の説明】
1,2 ポートライナ
3 シリンダヘッド
4 補強材
5,6,7 ポート
8 排気ポート
9 吸気ポート
10 燃焼室部材
11,12 バルブ
13 遮熱空気層
14 シリンダブロック
15 シリンダスペーサ
23 燃焼室
30 繊維製ガスケット
37 孔部
40 遮熱空気層
42 傾斜面
45 シリンダヘッド下面
46 補強パイプ
47 二重管
48 支持部材
49 中空部
50 バルブ孔
51 バルブシート
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a structure of a heat shield type engine comprising a ceramic port liner provided with a heat shield layer provided on a cylinder head.
[0002]
[Prior art]
In a normal engine cylinder head, the surface facing the combustion chamber and the mounting surface on which the intake manifold and exhaust manifold are mounted do not form the same surface, and the mounting surface is almost perpendicular to the surface facing the combustion chamber. Is formed. Therefore, in order to configure the port provided in the cylinder head as a heat shield structure, a port liner made of ceramics is manufactured in advance, and when the cylinder head is manufactured by casting from a metal material such as an aluminum alloy or Fc, the port liner is formed. And a port liner is arranged in the cylinder head by casting.
[0003]
However, when a port liner made of a low thermal conductive material such as aluminum titanate is cast into a metal material, a high compressive stress acts on the port liner due to a compressive force caused by shrinkage after casting into a metal material of Al or Fc. The port liner may be damaged by the compressive stress. Therefore, as a measure to prevent the port liner from being damaged due to shrinkage after casting, it is conceivable to wind the outer periphery of the port liner with a material such as alumina fiber. For example, a manufacturing method of forming an intake / exhaust port in a cylinder head is to form a heat insulating structure by piercing a ceramic port liner at the time of casting the cylinder head. In order to prevent the port liner from being damaged by compressive stress due to the contraction force of the metal material, a buffer layer is provided between the cylinder head and the port liner, and the port liner is manufactured by casting.
[0004]
The ceramic port liner disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-150463 prevents damage to the ceramic port liner due to contraction of metal during casting of the cylinder head, and encloses a stress buffer layer contained therein. is there. In the ceramic port liner, a shell is made of a port liner made of ceramics and a plate material, and the outer surface of the port liner is covered with a stress buffer layer made of a buffer material. Make a core by covering the shell with a shell, closing the openings at both ends of the port liner with plugs, placing the core in a cylinder head mold, casting the molten metal, and exposing the stress buffer layer that constitutes the heat shield layer The cylinder head is manufactured by cutting the open end surface of the outer shell and casting a port liner.
[0005]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, the structure of the ceramic engine prevents the heat flow from dissipating to the outside by the heat shielding structure of the combustion chamber member, which is the main chamber, and the piston head. However, the combustion chamber member is provided between the intake manifold and the exhaust manifold. And an intake port and an exhaust port formed in the cylinder head that communicates with each other. However, for large engines mounted on large trucks, cast iron is mainly used for cylinder heads. Therefore, since the intake port and the exhaust port of the large cast iron cylinder head are configured to have a heat shielding structure, there is a problem that when the cylinder head is manufactured by casting the cast iron, the ceramic port liner cannot be arranged and manufactured. . That is, while the temperature of the molten iron of cast iron is about 1450 ° C. to 1500 ° C., the heat resistant temperature of Si 3 N 4 is about 1150 to 1200 ° C., the heat resistant temperature of alumina and Al 2 O 3 is about 900 ° C. The heat-resistant temperature is about 1400 to 1500 ° C, and the temperature of exhaust gas emitted from the engine is about 900 ° C. Therefore, various heat-resistant ceramics are thermally damaged at the temperature of the molten cast iron, and it is difficult to manufacture the port liner with ceramics.
[0006]
Also, when a bent port is formed in the cylinder head, the manifold communicating with the port is mounted on the cylinder head, making it difficult to form a flat cylinder head mounting surface, increasing the manufacturing cost. It was not always a preferred manufacturing method.
[0007]
Also, in the case where a buffer layer is provided between the cylinder head and the port liner and casting is performed, the joint processing and the end surface treatment are performed so that the molten metal material during casting does not flow into the alumina fiber part. And so on, which makes the process complicated, and there is a problem that mass production including dimensional tolerances cannot be performed. Also, a buffer layer such as alumina fiber is exposed at the end face of the cylinder head, and a part of the buffer layer falls off, resulting in deterioration of the performance of the heat shield layer and rattling of the ceramic port liner, leading to damage. There is.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
An object of the present invention is to solve the above-mentioned problems by preparing a port liner made of ceramics in advance, casting a cylinder head into a shape having a straight port, and then manufacturing the ceramic head in the port in advance. An object of the present invention is to provide a structure of a heat shield type engine in which a port liner is inserted and arranged at a predetermined position so that the ceramic port liner is not thermally affected by casting.
[0009]
The present invention relates to a cylinder head made of metal formed by casting and having a straight port, a combustion chamber member provided to face the cylinder head, and having a combustion chamber and a port opened to the combustion chamber by a valve. A port liner made of heat-resistant ceramics, which is inserted into the port of the cylinder head so as to communicate with the port of the combustion chamber member and extends straight at a predetermined angle and extends straight; The present invention relates to a structure of a heat shield type engine comprising a heat shield layer formed between the cylinder head and the port, and gaskets disposed at both ends of the port liner.
[0010]
In the structure of the heat shield type engine, an outlet opening surface of the port formed in the cylinder head is formed on a surface inclined with respect to a lower surface of the cylinder head, and the port liner inserted into the port is provided with the port liner. It is arranged to communicate with the port formed in the combustion chamber member.
[0011]
A reinforcing member made of metal, ceramic fiber, or carbon fiber coated with ceramic is provided on an outer periphery of the port liner inserted into at least one of the ports on the exhaust side. The ceramic forming the port liner has a low thermal conductivity, but has a low strength. Therefore, the outside thereof may be reinforced with a reinforcing material to reinforce the strength of the port liner.
[0012]
A reinforcing pipe made of a metal double pipe is provided on an outer periphery of the port liner inserted into at least the exhaust port of the ports. Further, the hollow portion of the double pipe of the reinforcing pipe is substantially evacuated, and a support member for maintaining the shape is disposed in the hollow portion of the double pipe. That is, since the port liner is formed straight, a metal double tube whose inside is evacuated can be arranged outside the port liner, so that the port liner can be reinforced and the heat shielding property can be improved. .
[0013]
The gasket is formed of a ceramic fiber gasket. Further, a gasket made of ceramic fiber is arranged in a region of a valve hole formed in the port liner through which a valve formed in the port liner passes.
[0014]
The port liner may have a two-part structure. If the port liner is divided, the port liner can be easily inserted into the port of the cylinder head. However, the port liner needs to be configured to prevent gas leakage.
[0015]
The structure of this heat shield type engine is such that the combustion chamber member is arranged through a heat shield layer in a hole of a spacer arranged between the cylinder head and a cylinder block attached to the cylinder head. The chamber member has a port formed by the port liner and a port communicating the combustion chamber, and a valve seat on which a valve for opening and closing the port is disposed.
[0016]
The structure of this heat shield type engine allows the cylinder head to be manufactured without placing a ceramic port liner when casting the cylinder head, and then the ceramic port liner is placed in the port formed by casting in the cylinder head. In addition, the port liner is not thermally affected by the molten metal at the time of casting, and no thermal damage occurs during casting at the port liner. Therefore, the ceramic port liner arranged in the cylinder head can be constructed with high durability. In addition, in the present invention, the port formed in the cylinder head is not formed in a bent shape as in the prior art, but is formed in a straight shape, so that a straight ceramic port liner can be easily inserted into the straight port. If the fiber gasket is arranged at both ends of the ceramic port liner, the fiber gasket can absorb the pressure difference generated in the port when the engine is operating, thereby damping the ceramic port liner. It is possible to prevent damage due to the pressure difference of the ceramic port liner.
[0017]
The conventional heat shield type engine has a structure in which the combustion chamber has a mounting part on the horizontal surface, and the port liner and the manifold communicate with each other vertically. In the structure of the heat shield type engine according to the present invention, as described above, the outlet-side opening surface of the port formed in the cylinder head is formed on a surface inclined with respect to the lower surface of the cylinder head. The port liner can be securely attached to the cylinder head.
[0018]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, an embodiment of the structure of a heat shield type engine according to the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of the heat shield type engine according to the present invention, and FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the port liner applied to the structure of the heat shield type engine of FIG. is there.
[0019]
As shown in FIG. 1, the structure of a heat shield type engine according to the present invention can be applied to a heat shield type engine such as a diesel engine, a gas engine, a gasoline engine and the like. However, it can also be applied to a type with a main chamber and a sub chamber as a combustion chamber. The heat shield type engine mainly fits into the cylinder block 14, the cylinder head 3 fixed to the upper surface of the cylinder block 14 through the gaskets 29 and 36, and the cylinder spacer 15, and the hole 24 formed in the cylinder block 14. A cylinder liner 26 constituting the cylinder 25, a combustion chamber member 10 disposed in a hole 37 of a cylinder spacer 15 constituting a part of the cylinder head 3, and a piston 20 reciprocating in the cylinder 25 formed in the cylinder liner 26. have. The end of the port 7 formed in the cylinder head 3 on the side facing the combustion chamber member 10 extends horizontally, and the end on the side facing the exhaust manifold 16 and the intake manifold 18 has an inclined surface 42. Is formed. An exhaust port liner 17 is formed on an inner surface of the exhaust manifold 16 so as to form an air layer 43, and an intake port liner 19 is formed on an inner surface of the intake manifold 18 so as to form an air layer 44.
[0020]
The combustion chamber member 10 is formed from a heat-resistant material such as a ceramic such as Si 3 N 4 or a heat-resistant alloy. The combustion chamber member 10 includes a head liner including a head lower surface portion 28 and a liner upper portion 27 integrally formed therewith. The combustion chamber member 10 forms a heat shield air layer 13 between the outer peripheral surface of the cylinder spacer 15 located between the cylinder head 3 and the cylinder block 14 and the hole 37 formed in the cylinder spacer 15. The combustion chamber 23 is arranged in the hole 37 of the cylinder spacer 15 with the gasket 38 interposed therebetween, and the combustion chamber 23 is configured as a heat shield structure. Ports 5 and 6 and a combustion chamber 23 are formed in the lower surface portion 28 of the head of the combustion chamber member 10.
[0021]
In one port 7 formed in the cylinder head 3, a ceramic port liner 1 forming an exhaust port 8 is disposed so as to form a heat shielding air layer 40, and in the other port 7, an intake port is formed. The ceramic port liner 2 forming 9 forms a thermal barrier air layer 40. The port 5 communicates with an exhaust port 8 formed in the port liner 1. The port 6 communicates with an intake port 9 formed in the port liner 2. A reinforcing member 4 is wound around the outer periphery of the exhaust port liner 1. An exhaust-side port 5 and an intake-side port 6 are formed in the head lower surface portion 28 of the combustion chamber member 10.
[0022]
An exhaust valve 11 is disposed on a valve seat 51 provided at the port 5 of the combustion chamber member 10, and an intake valve 12 is disposed on the valve seat 51 provided at the port 6. A valve spring retainer 41 is fixed to the upper part of the exhaust valve 11 and the intake valve 12 by a cotter, and a valve spring 32 is disposed between the valve spring retainer 41 and the upper surface of the cylinder head 3. The mechanism is guided by a valve guide 31 provided on the cylinder head 3 so as to be vertically movable.
[0023]
The piston 20 includes a piston head 21 formed of a heat-resistant material such as ceramics such as Si 3 N 4 or a heat-resistant alloy, and a piston skirt 22 fixed to the piston head 21 and formed of a metal material such as an Al alloy. ing. A gasket 33 is interposed between the piston head 21 and the piston skirt 22 to form a heat shield air layer 34. The piston head 21 and the piston skirt 22 are fixed by a connecting ring 35 by metal flow or the like. The combustion chamber 23 is formed on the lower surface 39 of the head lower surface portion 28 of the combustion chamber member 10, a region surrounded by the cylinder 25 formed by the cylinder liner 26 and the liner upper portion 27, and the upper surface of the piston head 21, and on the upper surface. It is formed by a recess.
[0024]
The structure of this heat shield type engine is manufactured by casting a cylinder head 3 made of a metal such as cast iron, aluminum, or an alloy thereof so as to form a straight port 7. In the port 7 of the cylinder head 3, straight ceramic port liners 1 and 2 are arranged so as to form a heat shielding air layer 40. The ceramic port liners 1 and 2 are made of heat-resistant ceramic and are inserted into the ports 7 of the cylinder head 3. The ceramic port liners 1 and 2 are inserted to extend straight at a predetermined inclination angle so as to communicate with the ports 5 and 6 of the combustion chamber member 10, respectively. That is, the outlet side openings of the exhaust manifold 16 and the intake manifold 18 of the port 7 formed in the cylinder head 3 are formed on the inclined surface 42 inclined with respect to the lower surface 45 of the cylinder head 3, and the port 7 is provided in the combustion chamber. It extends straight in an inclined state so as to communicate with ports 5 and 6 formed in the member 10.
[0025]
A heat shield layer 40 is formed between the port liners 1 and 2 and the port 7 of the cylinder head 3, and between one end of the port liners 1 and 2 and the combustion chamber member 10 and between the port liners 1 and 2. A fiber gasket 30 is disposed between the other end of the gasket and the exhaust manifold 16 and the intake manifold 18. The fiber gasket 30 is formed of a ceramic fiber gasket such as heat-resistant alumina fiber, alumina whisker, and alumina long fiber. A ceramic fiber gasket 30 is arranged in a valve hole 50 formed in the port liners 1 and 2 through which the intake valve 12 and the exhaust valve 11 pass. A reinforcing member 4 made of ceramic fiber or carbon fiber coated with ceramic is provided on at least the outer periphery of the port liner 1 inserted into the exhaust port 8 of the ports 7.
[0026]
Next, another embodiment of the structure of the heat shield type engine according to the present invention will be described with reference to FIG. First, the port liner 2 can be configured to have a structure in which a reinforcing pipe 46 composed of a metal double pipe 47 is provided on the outer periphery thereof. The hollow portion 49 of the double pipe 47 of the reinforcing pipe 46 is substantially evacuated, and a corrugated support member 48 for maintaining the shape is disposed in the hollow portion 49 of the double pipe 49. In this case, the double tube 49 and the convex portion of the support member 48 are only in local contact, and a sufficient heat shield layer can be formed by the vacuum layer of the hollow portion 49.
[0027]
Alternatively, the structure of the heat shield type engine is not shown, but the port liner may be configured in a split structure. When the port liner has a two-part structure, the cylinder head 3 can be easily inserted into the port 7. Alternatively, when the port 7 is formed to have a bent shape in the cylinder head 3, the openings on both sides, that is, the openings on the combustion chamber member 10 side, the intake manifold 18 side, and the exhaust manifold are formed in the cylinder head 3. It is also possible to configure so that a straight port liner can be inserted from the opening on the 16 side.
[0028]
【The invention's effect】
In the structure of the heat shield type engine according to the present invention, the cylinder head and the port liner are manufactured in separate processes, and then the port liner is inserted into the port of the cylinder head to form the exhaust port liner and the intake port liner. The port liner is not affected by the heat during the casting of the cylinder head, and the port liner is free from cracks and cracks, and a highly durable heat shield type engine can be manufactured. In addition, the structure of this heat shield type engine can provide a good heat shield structure, so that heat dissipation in the cylinder head area can be suppressed, and exhaust gas is supplied to the turbocharger and engine recovery device provided downstream of the port liner. The heat energy can be sufficiently recovered by feeding. Further, since heat-resistant gaskets are disposed at both ends of the port liner, the port liner is buffered against changes in pressure inside and outside of the port liner, so that the port liner is not damaged.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view showing an embodiment of the structure of a heat shield type engine according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view showing another embodiment of the port liner applied to the structure of the heat shield type engine of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1, 2 port liner 3 cylinder head 4 reinforcing material 5, 6, 7 port 8 exhaust port 9 intake port 10 combustion chamber member 11, 12 valve 13 heat shielding air layer 14 cylinder block 15 cylinder spacer 23 combustion chamber 30 fiber gasket 37 Hole 40 Heat shielding air layer 42 Inclined surface 45 Cylinder head lower surface 46 Reinforcement pipe 47 Double tube 48 Support member 49 Hollow portion 50 Valve hole 51 Valve seat

Claims (9)

ストレート状のポートを備えた鋳込みによって作製された金属から成るシリンダヘッド,前記シリンダヘッドに対向して配置され且つ燃焼室と前記燃焼室にバルブによって開口するポートを備えた燃焼室部材,前記燃焼室部材の前記ポートに連通するように前記シリンダヘッドの前記ポートに挿入され且つ予め決められた所定の角度に傾斜してストレート状に延びる耐熱性セラミックスから成るポートライナ,前記ポートライナと前記シリンダヘッドの前記ポートとの間に形成された遮熱層,及び前記ポートライナの両端に配置されたガスケット,から成る遮熱形エンジンの構造。A cylinder head made of metal produced by casting and having a straight port, a combustion chamber member disposed opposite to the cylinder head and having a combustion chamber and a port opened to the combustion chamber by a valve, and the combustion chamber A port liner made of a heat-resistant ceramic, which is inserted into the port of the cylinder head so as to communicate with the port of the member and which extends straight at a predetermined angle and is inclined between the port liner and the cylinder head; A structure of a heat shield type engine comprising: a heat shield layer formed between the port liner; and gaskets disposed at both ends of the port liner. 前記シリンダヘッドに形成された前記ポートの出口側開口面を前記シリンダヘッドの下面に対して傾斜した面に形成し,前記ポートに挿入された前記ポートライナが前記燃焼室部材に形成された前記ポートに連通するように配置されていることから成る請求項1に記載の遮熱形エンジンの構造。An outlet-side opening surface of the port formed in the cylinder head is formed on a surface inclined with respect to a lower surface of the cylinder head, and the port liner inserted in the port is formed in the combustion chamber member. 2. The structure of a heat-shielded engine according to claim 1, wherein the structure is arranged so as to communicate with the engine. 前記ポートのうち少なくとも排気側のポートに挿入される前記ポートライナの外周には金属,セラミック繊維又はセラミックスでコーティングされたカーボン繊維から成る補強材が設けられていることから成る請求項1に記載の遮熱形エンジンの構造。The reinforcing member made of metal, ceramic fiber, or carbon fiber coated with ceramic is provided on an outer periphery of the port liner inserted into at least one of the ports on the exhaust side among the ports. The structure of the heat shield type engine. 前記ポートのうち少なくとも排気側のポートに挿入される前記ポートライナの外周には,金属製二重管から成る補強パイプが設けられていることから成る請求項1に記載の遮熱形エンジンの構造。2. The structure of the heat shield type engine according to claim 1, wherein a reinforcing pipe made of a metal double pipe is provided on an outer periphery of the port liner inserted into at least one of the ports on the exhaust side of the ports. . 前記補強パイプの前記二重管の中空部が実質的に真空にされると共に前記二重管の前記中空部にはその形状を保持する支持部材が配置されていることから成る請求項4に記載の遮熱形エンジンの構造。5. The reinforcing pipe according to claim 4, wherein the hollow portion of the double tube of the reinforcing pipe is substantially evacuated, and a support member for maintaining the shape is disposed in the hollow portion of the double tube. The structure of the heat shield type engine. 前記ガスケットはセラミック繊維製ガスケットから構成されていることから成る請求項1〜5のいずれか1項に記載の遮熱形エンジンの構造。The structure of a heat shield type engine according to any one of claims 1 to 5, wherein the gasket comprises a ceramic fiber gasket. 前記ポートライナに形成されたバルブが貫通する前記ポートライナに形成されたバルブ孔の領域には,セラミック繊維製ガスケットが配置されていることから成る請求項1〜6のいずれか1項に記載の遮熱形エンジンの構造。7. The gasket according to claim 1, wherein a ceramic fiber gasket is disposed in a region of a valve hole formed in the port liner through which a valve formed in the port liner passes. The structure of the heat shield type engine. 前記ポートライナは二つ割り構造に構成されていることから成る請求項1〜7のいずれか1項に記載の遮熱形エンジンの構造。The structure of the heat shield type engine according to any one of claims 1 to 7, wherein the port liner has a split structure. 前記シリンダヘッドと前記シリンダヘッドに取り付けられたシリンダブロックとの間に配置されたスペーサの孔部に遮熱層を介して前記燃焼室部材が配置され,前記燃焼室部材には前記ポートライナで形成されるポートと前記燃焼室とを連通するポートと該ポートを開閉するバルブが配置されたバルブシートとが形成されていることから成る請求項1〜8のいずれか1項に記載の遮熱形エンジンの構造。The combustion chamber member is disposed in a hole portion of a spacer disposed between the cylinder head and a cylinder block attached to the cylinder head via a heat shield layer, and the combustion chamber member is formed of the port liner. The heat shield type according to any one of claims 1 to 8, further comprising a port that communicates the port to be connected with the combustion chamber, and a valve seat on which a valve that opens and closes the port is disposed. Engine structure.
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