JPH0243563Y2

JPH0243563Y2 -

Info

Publication number: JPH0243563Y2
Application number: JP1986088584U
Authority: JP
Priority date: 1986-06-12
Filing date: 1986-06-12
Publication date: 1990-11-20
Also published as: JPS62202940U

Description

【考案の詳細な説明】（産業上の利用分野）内燃機関のシリンダライナ、ポートライナ、ピ
ストンクラウン、副室等の断熱構造に関するもの
である。

（従来の技術）内燃機関の動力や燃費等の性能向上のために、
燃焼室や排気通路等にセラミツク中空体を用いた
断熱構造の種々の試みがなされているが、セラミ
ツクは加熱または冷却時の熱衝撃、燃焼による急
激な圧力変化等により破損しやすいので、これを
解決するための有効な手段としてセラミツク中空
体をアルミ合金等で直接鋳ぐるみした構造のもの
が試みられている。しかし、鋳ぐるみによる熱衝
撃や圧縮応力によつてセラミツクが破損しやすい
こともあり、これを防止するために強度の高いセ
ラミツクZrO₂やSi₃N₄を用いたり、あるいはセラ
ミツク中空体の外周に鋳ぐるみ金属の圧縮力を緩
和するための緩衝層を被覆したうえで鋳ぐるみす
る試みがなされている。

（考案が解決しようとする問題点）内燃機関の燃焼室や排気通路における外周の金
属部分は温度が50〜200℃程度まで加熱されて熱
膨脹する。例えば一般に水冷エンジンの運転状態
ではシリンダヘツドやシリンダ周りが水温約80℃
に保たれ、鋳ぐるみ体の鋳ぐるみ金属がアルミ合
金の場合その径が常温の場合に比して約0.2％熱
膨脹する。しかし、前記のZrO₂やSi₂N₄の如き高
強度のセラミツク中空体はほとんど熱膨脹しな
い。従つて、これら鋳ぐるみ金属の内面とセラミ
ツク中空体との間に熱膨脹差による空隙を生ずる
ことになり、セラミツク中空体が緩み実用に供し
難い。また、前記の如くセラミツク中空体の外周
に緩衝層を被覆して鋳ぐるみする構造のものは複
雑で加工に工数を要しコスト高となる。

（問題点を解決するための手段）本考案は、上記の如き問題点を解決するために
なされたもので、ZrO₂やSi₃N₄はヤング率が
20000Kg／mm²以上もあり前記の如く鋳ぐるみによ
る収縮はほとんどないので、セラミツク中空体に
はヤング率の低いセラミツクを使用し、該セラミ
ツク中空体をアルミ合金等で鋳ぐるみし常温に冷
却されるときの該鋳ぐるみ金属の収縮する圧縮応
力によつて、上記の鋳ぐるみされるセラミツク中
空体を弾性変形して収縮させた断熱セラミツク鋳
ぐるみ体を提供するものである。

上記のヤング率の低いセラミツクとしてはヤン
グ率が8000Kg／mm²以下で断熱性の高いものが望ま
しく、具体的にはマイカセラミツクやβ−スポジ
ユメン、特にチタン酸アルミが好ましい。また、
上記の弾性変形によるセラミツク中空体の径方向
の収縮率は、内燃機関に使用する箇所によつても
異なり、金属部分の温度における熱膨脹量に応じ
てヤング率の低いセラミツクの選択や鋳ぐるみ時
の押湯や金属への圧力を調整して必要な弾性変形
量を決めるのが望ましいが、少なくとも0.3％以
上は必要であることが判つた。また、鋳ぐるみ時
にはセラミツク中空体を保持するために中子が使
用されるが、この中子は言うまでもなくセラミツ
ク中空体の弾性変形による収縮を阻害するもので
あつてはならないので、そのためには圧縮強度が
50Kg／cm²以下の特性をもつ材料とする。

なお、ヤング率の比較的小さい多孔質セラミツ
クは鋳ぐるみで塑性変形を起しやすくあまり好ま
しくはないが、弾性変形量が0.3％以上であれば
使用可能である。

（作用）上記の如くヤング率が8000Kg／mm²以下のセラミ
ツク中空体をアルミ合金等の鋳ぐるみ金属によつ
て鋳ぐるみすると、常温に冷却されたとき鋳ぐる
み金属の収縮によつてセラミツク中空体が径方向
に弾性変形して収縮する。そしてエンジンの運転
時の温度上昇によつて鋳ぐるみ金属は膨脹する
が、膨脹係数の小さいセラミツクは熱による膨脹
はほとんどないが、弾性変形による収縮が解放さ
れて膨脹する。従つてセラミツク中空体の弾性変
形による収縮量（膨脹量に等しい）がエンジンの
運転状態における鋳ぐるみ金属の熱膨脹量よりも
大きければセラミツク中空体には常に締付応力が
作用し緩みを生ずることがない。

（実施例）本考案による断熱セラミツク鋳ぐるみ体の実施
例を説明する。

実施例１第１図は断熱セラミツク鋳ぐるみ体がセラミツ
クポートライナを付したシリンダヘツドの場合の
実施例である。断熱セラミツク鋳ぐるみ体はセラ
ミツクポートライナ１をシリンダヘツド２となる
アルミ合金からなる鋳ぐるみ金属３によつて鋳ぐ
るみされたもので、セラミツクポートライナ１は
ヤング率が3000Kg／mm²のチタン酸アルミを主成分
とした外径36mm、厚さ３mm、長さ80mmのポートラ
イナ形に成形し焼成した管形状のセラミツク中空
体であり、これを圧縮強度50Kg／cm²の鋳造用石膏
の中子を用いて保持し、アルミ合金からなる鋳ぐ
るみ金属３によつて鋳ぐるみしたもので、セラミ
ツクポートライナ１の外径が弾性変形によつて
0.5％収縮した。なお、４は冷却水路、５はバル
ブ、６はバルブシートである。このシリンダヘツ
ドを使用して水温80℃、回転数5600rpm、排気温
900℃にて運転しセラミツクポートライナ１に緩
みがなく良好であつた。

実施例２第２図は断熱セラミツク鋳ぐるみ体がデイーゼ
ルエンジンの副室の場合の実施例である。セラミ
ツク副室７はヤング率が7000Kg／mm²のマイカセラ
ミツクで外径30mm、厚さ３mmの球殻形状のセラミ
ツク中空体であり、シエルモールド鋳砂による中
空の中子で圧縮強度が10Kg／cm²のものを用い、ア
ルミ合金からなる鋳ぐるみ金属３によつて鋳ぐる
みしたもので、セラミツク副室７の外径が弾性変
形によつて0.3％収縮した。なお、２はシリンダ
ヘツド、４は冷却水路、８はセラミツク口金、９
はグロープラグ、１０は噴射ノズルである。この
セラミツク副室を使用して水温80℃、回転数
3000rpmで運転しセラミツク副室７に緩みがなく
良好であつた。

実施例３上記実施例２と同様に断熱セラミツク鋳ぐるみ
体がデイーゼルエンジンの副室の場合の実施例で
あり、第２図におけるセラミツク副室７にヤング
率が3000Kg／mm²のチタン酸アルミを主成分とした
セラミツクを使用したもので、実施例２と同様に
鋳ぐるみしてセラミツク副室の外径が弾性変形に
よつて0.9％収縮した。このセラミツク副室を使
用して実施例２と同様に運転しセラミツク副室に
緩みがなく良好であつた。

比較例前記実施例２と同様に断熱セラミツク鋳ぐるみ
体がデイーゼルエンジンの副室の場合であり、第
２図におけるセラミツク副室７には実施例２と同
様にマイカセラミツクを使用し、シエルモールド
鋳砂による圧縮強度70Kg／cm²の中実中子を用いて
実施例２と同様に鋳ぐるみして、セラミツク副室
の外径は弾性変形により0.1％しか収縮しなかつ
た。実施例２と同様に運転した結果セラミツク副
室に緩みを生じ破損した。このように中子の圧縮
強度が大きいと弾性変形による収縮が少なく好ま
しくない結果となる。

（考案の効果）本考案になる断熱セラミツク鋳ぐるみ体は前記
の如くヤング率の小さいセラミツクを用い、鋳ぐ
るみによつてセラミツク中空体を弾性変形により
収縮させてあるので、内燃機関が運転状態に入り
温度が上昇し鋳ぐるみ金属が熱膨脹しても、セラ
ミツク中空体は弾性変形が解放されて膨脹するの
で、セラミツク中空体に緩みを生ずることなく、
鋳ぐるみ時においても鋳ぐるみ金属の圧縮応力が
セラミツク中空体の収縮によつて緩和されるので
セラミツク中空体が破損することがない。また、
本考案に用いるチタン酸アルミ等のヤング率の小
さいセラミツクはSi₃N₄等に比べて材料費が約1/
１０と安価で、さらに所定の寸法に研削等の機械加
工も容易であり、よつてコスト的にも安価とな
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案による断熱セラミツク鋳ぐるみ
体がセラミツクポートライナを付したシリンダヘ
ツドの場合の実施例を示す断面図、第２図は本考
案による断熱セラミツク鋳ぐるみ体がエンジンの
セラミツク副室の場合の実施例を示す断面図であ
る。１：セラミツク中空体（セラミツクポートライ
ナ）、３：鋳ぐるみ金属（アルミ合金等）、７：セ
ラミツク中空体（セラミツク副室）。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

管形状または球殻形状のセラミツク中空体の外
周がアルミ合金等の鋳ぐるみ金属によつて鋳ぐる
みされてなる断熱セラミツク鋳ぐるみ体におい
て、鋳ぐるみが、50Kg／cm²以下の圧縮強度をもつ
中子を用いてセラミツク中空体を保持し、鋳ぐる
み後の常温における上記セラミツク中空体の直径
方向の寸法が弾性変形して鋳ぐるみ前の寸法に対
して0.3％以上収縮してなることを特徴とする内
燃機関の断熱セラミツク鋳ぐるみ体。