JPH0355664B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は材料としてセラミクスを使用する断熱
内燃機関におけるシリンダヘツドの構造に関する
ものである。

［従来の技術］ セラミクスはシリンダヘツドに鋳ぐるむなどの
鋳造が難しく、長期使用の内に割れが発生するな
どの難点があるが、適正な手段を講じれば機関の
耐熱性と断熱性を高めることができる。しかし、
燃焼室を断熱構造としても、排気ガスの温度はブ
ローダウン後排気通路で急激に低下するために、
排気ガスの熱エネルギを利用するターボ過給機な
どに至る排気通路を断熱構造とする必要がある。

シリンダヘツドの外部の排気通路すなわち排気
マニホールドの断熱手段については、実開昭57−
35420号公報に開示されるようなものが知られて
いる。シリンダヘツドの内部の排気通路の断熱手
段については、ポートライナを設けたものが種々
提案されている。しかし、その多くはステンレス
などの金属管により２重構造に形成したポートラ
イナを、シリンダヘツドに鋳ぐるむものも提案さ
れている。

しかし、上述のポートライナは鋳型に対する位
置付けに手数が掛るばかりでなく、前者のものは
シリンダヘツドの鋳造時ポートライナが変形し、
あるいは局部的に溶解することがあり、後者のも
のは割れることがあるなどの量産上困難な問題が
ある。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は上述の問題に鑑み、構成が簡単
で容易に製造し得る断熱構造の排気通路を備えた
シリンダヘツドの構造を提供することにある。

［問題を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の構成は金
属シリンダヘツドの排気通路の内周面に環状溝を
設けるとともに、セラミクスコーテイング層を設
け、セラミクスコーテイング層の外面に、耐熱性
薄金属管からなりかつ外周面に前記環状溝に係合
する突条を有するポートライナを拡管圧接したも
のである。

［作用］ 本発明によると、シリンダヘツドを鋳造した後
に排気通路の内周面にセラミクスをコーテイング
するものであるから、加工が簡単であり、セラミ
クスコーテイング層１４は熱変形に対して安定
で、熱伝導率が比較的小さいので、ポートライナ
１５からセラミクスコーテイング層１４を経てシ
リンダヘツド２１への熱放散が抑えられる。

セラミツクスコーテイング層は耐熱性の薄金属
管からなるポートライナを圧接することにより保
護され、耐久性が向上される。

［発明の実施例］ 第１図に示すように、金属製のシリンダブロツ
ク２６はシリンダにセラミクス製のシリンダライ
ナ２を嵌合支持され、下方壁部に冷却油室３０を
備えられる。シリンダブロツク２６の上端面にガ
スケツト２５を介して、シリンダヘツド２１が締
付ボルトにより結合される。アルミニウムなどの
金属製のシリンダヘツド２１の上半部分は空気室
２２を設けられ、シリンダヘツド２１の下半部は
円筒部３９を設けられる。円筒部３９の上端壁に
ガスケツト８を介し、円筒部３９の周壁に上下１
対のリング２３を介し、セラミクス製のヘツドラ
イナ４が嵌合支持される。

ヘツドライナ４とシリンダライナ２は連続した
円筒面を形成し、ピストン３８を摺動可能に嵌合
する。ピストン３８はピストンピン２９を支持す
るアルミニウムなどの金属製の本体３７の上端部
に、セラミクス製の冠部３１を重合せ部に空気層
６が形成されるように、ボルト２７とナツト２８
により結合してなる。こうして、セラミク製のシ
リンダライナ２、ヘツドライナ４、ピストン冠部
３１により燃焼室４０が区画される。最も高温に
なる燃焼室４０の上半部は、ヘツドライナ４とシ
リンダヘツド２１の円筒部３９と両者の間の空気
層７とにより囲まれる。

ヘツドライナ４の排気ポート４１を開閉する排
気弁３もセラミクスから形成される。排気弁３は
排気通路１３を横切り、セラミクス製の案内筒３
６に摺動可能に支持される。案内筒３６は補強用
金属スリーブ３５を外嵌されたうえ、シリンダヘ
ツド２１に支持される。図示していないが、吸気
ポートと吸気弁も同様に構成される。

本発明はアルミニウム、鋳鉄などの金属製のシ
リンダヘツド２１に、規定の寸法よりも通路面積
が僅かに広い排気通路１３を鋳造により一体に形
成し、シリンダヘツド２１の材質と熱膨張率がほ
ぼ同等である部分安定ジルコニアなどのセラミク
スを、排気通路１３の内周面にコーテイングして
コーテイング層１４を形成し、さらに排気通路１
３の内周面にステンレスなどの薄金属管製のポー
トライナ１５を圧接するものである。

ポートライナ１５は排気通路１３よりも内径が
小さく、排気通路１３に対応して湾曲したステン
レスなどの耐熱性の薄金属管からなり、排気通路
１３の内部へ挿通し、拡管して圧接される。第２
図に示すように、ポートライナ１５の両端部に栓
１７，１８を結合し、圧液を栓１８に設けた注液
管１８ａからポートライナ１５の内部へ押し込ん
でポートライナ１５を膨張させ、コーテイング層
１４へ圧接させる。

排気通路１３は一般に円弧状に湾曲され、断面
形状が多少変化するだけなので、ポートライナ１
５をコーテイング層１４に圧接させるだけでも、
ずれる恐れは殆どないが、排気通路１３の途中に
予め環状溝１３ａを形成しておき、ポートライナ
１５の突条１５ａが液圧により変形されて環状溝
１３ａへ係合するように構成すれば、シリンダヘ
ツド２１の排気通路１３とポートライナ１５との
ずれを完全に防止できる。ポートライナ１５の内
部の液圧を解放すると、ポートライナ１５はスプ
リングバツクにより外径が僅かに小さくなり、コ
ーテイング層１４との間に薄い空気層が形成され
る。

最後に、ポートライナ１５の終端部をシリンダ
ヘツド２１の壁面に沿つてカツトするか縁曲げ
し、始端部１５ｂをシリンダヘツド２１の排気通
路１３よりも幾分下方へ突出し、始端部１５ｂを
ヘツドライナ４の排気ポート４１へ圧入嵌合し、
シリンダヘツド２１とヘツドライナ４の端壁４ａ
との間をシールする。

デイーゼル内燃機関の場合、3/4負荷程度で燃
焼ガスは1200℃程度に上昇する。しかし、燃焼室
４０を囲むピストン３８の冠部３１、シリンダラ
イナ２、排気弁３、ヘツドライナ４は部分安定ジ
ルコニア、窒素珪素などで形成してあるので、燃
焼熱に十分耐え得る。ピストン３８の冠部３１と
本体３７との間に空気層６が、ヘツドライナ４と
シリンダヘツド２１との間に空気層７がそれぞれ
設けてあるので、燃焼熱のピストンから外部への
放散が抑えられる。

なお、燃焼行程の大半でピストン３８の冠部３
１がヘツドライナ４に嵌合する状態にあるので、
シリンダブロツク２６には空気層を設けない。

燃焼行程終了後に排気弁３が開くと、燃焼室４
０の燃焼ガスは排気ポート４１から排気通路１３
へ導かれる。本発明ではポートライナ１５の圧接
時のスプリングバツクにより、ポートライナ１５
とコーテイング層１４との間に空気層が形成され
るために、ポートライナ１５からコーテイング層
１４への熱伝達が抑えられる。コーテイング層１
４を構成する部分安定ジルコニアは、熱膨張係数
が鋳鉄とほぼ等しいので熱変形に対して安定であ
り、また熱伝導率が比較的小さいので、シリンダ
ヘツド２１への熱放散が抑えられる。

［発明の効果］ 本発明によれば、排気通路からシリンダヘツド
への熱放散が抑えられ、排気ガスを高温の状態で
排気ターボ過給機などへ供給し、内燃機関の出力
増大と熱効率の向上を図ることができる。

本発明によるシリンダヘツドは排気通路に塗布
するだけでセラミクス層を形成でき、ポートライ
ナとしての薄金属管を拡管することにより排気通
路に圧接できるから、鋳込むなどに比べて、製造
が容易であり、品質の安定した製品を安価に提供
できる。

排気通路の途中に設けた環状溝へポートライナ
の環状突条を係合することにより、シリンダヘツ
ドとポートライナとの安定した結合が得られ、排
気通路の他の部分とポートライナとの間に多少の
隙間が生じても（不完全な圧接部分が生じても）、
隙間は断熱空部として機能し、排気通路の断熱効
果を一層高める。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るシリンダヘツドを備えた
内燃機関の正面断面図、第２図は同シリンダヘツ
ドの製造過程を説明する正面断面図である。 ２：シリンダライナ、３：排気弁、４：ヘツド
ライナ、１３：排気通路、１３ａ：環状溝、１
４：セラミクスコーテイング層、１５：ポートラ
イナ、１５ａ：突条、２１：シリンダヘツド、２
６：シリンダブロツク、３１：冠部、３８：ピス
トン、４０：燃焼室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 金属製シリンダヘツドの排気通路の内周面に
   環状溝を設けるとともに、セラミクスコーテイン
   グ層を設け、セラミクスコーテイング層の外面
   に、耐熱性薄金属管からなりかつ外周面に前記環
   状溝に係合する突条を有するポートライナを拡管
   圧接したことを特徴とする、断熱内燃機関におけ
   るシリンダヘツドの構造。