JPH0370817A - 副室断熱エンジンの冷却制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、副室断熱エンジンの冷却制御装置に関する
。

〔従来の技術〕

従来、エンジンの副燃焼室については、例えば、特開昭
６２−６７２１９号公報に開示されたものがある。該公
報に開示されたエンジンの副燃焼室は、副室を構成する
セラミック製の副室構成部材と、上記副室構成部材の外
周部に嵌合された金属製筒部材とを備えたものであり、
上記筒部材を、重量比で０．１３〜０．４５％のＣと０
．３〜２．５％のＳｉと０．５〜１．０％のＭｎと１０
．０〜１３．０％のＣｒと０．３〜１．３％のＭｏと残
部を実質的に占めるＦｅとからなり実質的にマルテンサ
イト組織化されたマルテンサイト系耐熱鋼で構成し、こ
の筒部材を副室構成部材に焼成め嵌合後焼戻し処理して
ソルバイト＆Ｉ１ｍにしたものである。

また、水冷式予燃焼室前室については、例えば、実開昭
５７−８０６１９号公報に開示されたものがある。該公
報に開示された水冷式予燃焼室前室は、内燃機関の予燃
焼室前室に空洞を形成して該予燃焼室前室内を取巻く環
状の冷却水通路を設け、この冷却水通路の人、出口をシ
リンダヘッドの冷却水通路に連通したものである。

（発明が解決しようとする課題〕 一般に、内燃機関の燃焼室において、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り、ＨＣ，ＮＯｘ
の排出量は少ない。しかしながら、副室式エンジンは直
接噴射式エンジンに比較して冷却水損失が大きく、燃費
が悪くなる。

即ち、副室式エンジンの冷却水損失が太き（なる原因に
ついては、副室内のガス流速が直接噴射式エンジンの燃
焼室のガス流速に比べて１０倍以上であるため、副室の
熱伝達率が大きく、副室壁部からの放熱量が大きくなる
からである。そこで、副室を断熱構造に構成し、壁部の
塩度を上昇させ、冷却水損失を減少させ、ＨＣ，ＮＯＸ
の排出量を低減して低エミツシヨン高性能の断熱エンジ
ンを提供する試みが行われている。しかしながら、副室
を断熱することによって副室の温度は上昇するが、エン
ジンの運転条件によっては副室が高温に戊り過ぎてセラ
ミンク材料の耐熱温度を超えてしまう恐れがあり、また
、副室の外面を同程度に断熱する構造に構成した場合に
は、熱応力の差に起因する副室の耐久性の問題が発生す
る。即ち、副室ブロツクを構成するセラミック材料が、
窒化珪素（ＳＩＪｔ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）等である
場合に、般に、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、炭化珪素（Ｓ
ｉＣ）等のセラミック材料は、高温度に耐える耐熱性で
あり且つ高強度な材料であるが、熱伝導率が高く断熱度
は低い材料であり、また、ヤング率が高いため、耐変形
性に冨んでいるため温度分布に不均一が発生すると、高
い熱応力が作用することになる。更に、副室を構成する
内壁面の温度分布は、主燃焼室と副室を連通ずる噴孔部
が高温度になり、しかも噴孔部周囲における温度分布に
ついても主燃焼室の中央側の噴孔部が特に高くなる。従
って、副室の内壁部を構成する副室ブロックをセラミッ
ク材料で製作した場合に、該副室ブロックの噴孔部につ
いての温度分布が相当に異なり、熱応力がかかることに
成り、セラミ・７り材料の強度に悪影響を及ぼし、耐久
性に問題が生じる。そこで、副室ブロックの耐久性を向
上させるために副室自体を如何に構成するかの課題があ
る。

前掲特開昭６２−６７２１９号公報に開示されたエンジ
ンの副燃焼室は、前記筒部材を前記副室構成部材に焼成
め嵌合径焼戻し処理してソルバイト組織にしたものであ
り、前記筒部材によって前記副室構成部材に十分な圧縮
残留応力を付与することはできず、前記副室構成部材を
セラミック材料で製作した場合には温度分布の不均一に
よって発生する熱応力に耐えることができない。また、
セラミック材料に対して金属材料の焼成め等によって、
セラミック材料に圧縮残留応力を付与することは、圧縮
力の付加方向が一方向であるため、セラミック材料に有
効な圧縮残留応力を付与することができない。

また、前掲実開昭５７−８０６１９号公報に開示された
水冷式予燃焼室前室は、予燃焼室前室内を取巻く環状の
冷却水通路の人、出口をシリンダヘッドの冷却水通路に
連通したものであり、予燃焼室のみをシリンダヘッドの
冷却から切り離して独立的に冷却できるものではない。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
副室の燃焼ガスに晒される副室プロ・ツタを耐熱性、熱
シヨツク性に優れた窒化珪素、チタン酸アルミニウム等
のセラミック材料で形成して高温燃焼ガスに耐える構造
に構成し、特に、エンジンの高速高負荷時に、副室の温
度上昇を抑制するため、副室を構成するセラミ７り材料
から成る副室ブロックの外周に冷却ジャケットを配置し
て該冷却ジャケットに冷却流体を流し、副室プロツクの
外面から冷却し、更に、副室ブロックの外面に金属材料
を鋳込むことによって耐高温且つ高強度のセラミック材
料から成る副室ブロツクに金属材料から成る鋳込金属ブ
ロックで付与される圧縮力をコントロールし、該副室ブ
ロックに圧縮残留応力を与えて強度を確保する副室断熱
エンジンの冷却制御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために次のように構
成されている。即ち、この発明は、主燃焼室に噴孔を通
じて連通した断熱構造の副室を形成するセラミ、り製副
室ブロック、前記副室ブロックの外側に配置した冷却ジ
ャケット、該冷却ジャケットへ冷却流体を供給するポン
プ、該冷却ジャケットへの流体通路に設けた制御弁、エ
ンジン作動状態及び壁面温度を検出するセンサー、及び
該センサーの検出信号に応答して前記制御弁を開閉制御
し且つ前記ポンプをオン・オフ制御するコントローラ、
から戒る副室断熱エンジンの冷却制御装置に関する。

また、この副室断熱エンジンの冷却制？ＩＩＩＷ直にお
いて、前記冷却ジャケットは前記副室ブロックの外面を
金属材料で鋳込んだ鋳込金属ブロックの外面に配置した
ものである。

更に、この副室断熱エンジンの冷却制御装置において、
前記冷却ジャケットは前記副室ブロックの外面に金属材
料で鋳込んだ鋳込金属ブロック内に埋め込んで構成した
ものである。

〔作用〕

この発明による副室断熱エンジンの冷却制御装置は、以
上のように構成されており、次のように作用する。即ち
、この副室断熱エンジンの冷却制御装置は、副室ブロッ
クの外側に配置した冷却ジャケットへ冷却流体を供給す
るポンプ、該冷却ジャケットへの流体通路に設けた制御
弁、エンジン作動状態及び壁面温度を検出するセンサー
、及び該センサーの検出信号に応答して前記制御弁を開
閉制御し且つ前記ポンプをオン・オフ制御するコントロ
ーラから構成したので、エンジン回転及びエンジン負荷
のエンジンの作動状態、或いは前記副室ブロックの壁温
の検出信号に応答して前記制御弁を開閉制御し且つ前記
ポンプをオン・オフ制御することができ、エンジンの低
速低負荷時に副室ブロックの外側からの強制冷却を停止
し、副室から外側へ放熱する状態を防止し、副室内の温
度上昇を達成することができ、良好なエンジン作動を確
保することができ、また、エンジンの高速高負荷時に、
前記制ｊ■弁を開放し且つ前記ポンプを作動して副室ブ
ロフクの外側からの強制冷却し、セラるフタ材料の熱破
壊を防止し、更に、耐高温且つ高強度のセラミック材料
から成る前記副室ブロックに前記鋳込金属ブロックを鋳
込むことによって、前記副室ブロックに圧縮残留応力を
付与でき、前記副室ブロックの強度を確保して前記副室
ブロックの亀裂、破壊等の損傷の発生を防止し副室の耐
久性を向上させる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による副室断熱エンジ
ンの冷却制御装置の実施例を詳述する。

第１図はこの発明による副室の断熱構造の一実施例を示
す断面図である。この副室断熱エンジンは、副室２を断
熱構造に構成すると共に、ピストン１２のピストンヘッ
ド１９、シリンダヘッド１０の下面部に形成された穴部
１６に嵌入したヘッド下面部２０と咳ヘッド下面部２０
と一体構造のライナ上部１５をセラミック材料で断熱構
造に構成したものである。シリンダヘッド１０には、エ
ンジンの気筒数に対応した数の取付穴１３が形成されて
いる。これらの取付穴１３には、副室２を形成し且つ該
副室２と主燃焼室１とを連通ずる噴孔３を形成した副室
ブロック４が嵌入固定されている。また、副室ブロック
４の外側に冷却ジャケット９が位置するようにシリンダ
ヘッド１０に冷却ジャケット９を形成した構造に構成さ
れている。

副室ブロック４、ピストンヘッド１９、ヘッド下面部２
０及びライナ上部１５は、窒化珪素（ＳｉＪ、）、炭化
珪素（ＳｉＣ）　、チタン酸アルミニウム、複合材料等
のセラミック材料によって形成されている。また、副室
ブロック４については、噴孔３を形成した回りの部分即
ち噴孔３の形成部位１７の厚さが他の部位の厚さより厚
く形成され、高温度に耐えるように耐熱性及び強度を増
大している。

また、副室２には、副室２に燃料を噴射する燃料噴射ノ
ズル８が配置され、場合によっては、噴射された燃料を
着火させる或いは着火補助するグロープラグ（図示せず
）が配置されている。

また、副室ブロック４については、副室ブロノク４の形
状に一体構造で底形し、次いでそれを焼結して製作する
ことができる。或いは、副室プリンク４を二分割して底
形し焼結して製作し、次いで、化学蒸着（ＣＶＤ）等に
よって両者を接合して完成する。副室ブロック４は、上
記のようにして製作できるが、副室ブロック４の噴孔形
成部位１７の外周面４Ｅの形状について、図示のように
、ストレート状に形成してもよいが、後述する第４図、
第７図又は第８図に示すように、テーパ状に形成して多
少小径に構成することが好ましい。副室ブロック４の噴
孔形成部位１７の外周面４Ｅの形状をテーパ状に形成し
た場合には、例えば、後述の鋳込金属ブロック６が副室
ブロック４に接触する接触面積が大きくなり、副室ブロ
ック４に発生する圧縮残留応力が有効に付与されること
になる。

更に、シリンダヘッド１０には、気筒数に対応して吸排
気ポート２５が形成され、該吸排気ポート２５を開閉す
る吸排気バルブ２４がヘンド下面部に形成したバルブシ
ートに各々配置されている。

場合によっては、吸気ポートはシリンダライナの下部に
設ける構造に構成することもできる。シリンダムノド１
０は、ヘッドガスケント１４を介在してシリンダブロッ
ク１１に固定されている。シリンダブロック１１に形成
した複数の気筒即ちシリンダにはシリンダライナ２９が
各々嵌合し、該各シリンダライナ２９には、ピストンリ
ング３３を嵌着したピストン１２が各々往復運動するよ
うに構成されている。

以上の構成において、この副室断熱エンジンの冷却制御
装置は、特に、副室ブロック４の外側に冷却ジャケット
９を形成したことを特徴とする。

この冷却ジャケント９には、ポンプ１８に通しる冷却水
供給用の流体通路２８が接続する入口部２６及び冷却水
回収用の流体通路が接続する出口部２７が形成されてい
る。更に、冷却水供給用の流体通路２８の途中には、該
流体通路２８を開閉する制御弁２２が設けられている。

ポンプ１８から送り出される冷却水は、開放状態の制御
弁２２を通り、流体通路２８を通じて冷却シャケノド９
に供給できるように構成されている。更に、副室ブロッ
ク４の外周面の温度を検出するため、温度センサー３１
が副室ブロック４の外壁部に設けられている。更に、エ
ンジンの作動状態、例えば、エンジン回転数及びエンジ
ン負荷を検出するため、回転センサー３６及びｇｌ、荷
センサー３７が設けられている。エンジン回転数は、回
転センサー３６によってクランクシャフトの回転数を検
出することによって検出される。また、エンジン負荷は
、負荷センサー３７によって燃料噴射ポンプから燃料噴
射ノズル８に供給される燃料流量を測定するか、又はア
クセルペダルの踏込み量を測定することで検出すること
ができる。これらのセンサー３１．３６．３７から検出
された検出信号は、コントローラ３５に入力され、コン
トローラ３５は各入力信号に応答して制御弁２２及びポ
ンプ１８に指令を発し、制御弁２２の開閉制御及びポン
プ１８のオン・オフ制御を行うように構成されている。

なお、冷却ジャケット９に供給される冷却流体は、上記
のように冷却水に限らず、冷却オイル或いは冷却エアを
使用することもできる。

一般に、副室２を断熱構造に構成した場合に、エンジン
の高速高負荷時には、副室ブロック４を形成する耐熱性
のセラミック材料の耐熱温度より上昇する状態が発生す
る恐れがある。また、エンジンの低速低負荷時には、シ
リンダ内の最大ガス温度は１０００℃程度になるが、副
室２が断熱構造に構成されていても壁温は１００〜２０
０℃程度である。この現象は、外周部の壁体から外部に
放熱する熱エネルギーが大きいことに起因している。特
に、エンジンの低速低負荷時には、水温も低く、冷却水
温度が８０℃程度とすると、壁体から外部に放熱する熱
エネルギーは相当に大きくなる。

そこで、この発明による副室断熱エンジンの冷却制御装
置は、上記のように、副室２を構成することによって、
副室ブロック４の温度状態、或いはエンジンの作動状態
即ちエンジン負荷又はエンジン回転数を検出し、該各検
出信号をコントローラ３５に入力し、該各検出信号に応
答してコントローラ３５は、制御弁２２及びポンプ１８
に指令を発し、制御弁２２を開閉制御し且つポンプ１８
をオン・オフ制御する。即ち、第２図に示すように、各
センサー３１，３６．３７によって検出されたエンジン
スピード即ちエンジン回転数Ｎ　ｚ、エンジン負荷Ｌｔ
、副室ブロック４の温度Ｔ２が、予め設定した回転数Ｎ
、。、エンジン負荷り、。、副室ブロック４の温度Ｔ、
ｏより高い検出信号に応答して冷却ジャケット９の冷却
水を供給して副室ブロック４即ち副室２を冷却するよう
にコントローラ３５で制御するものである。例えば、各
センサ３１．３６．３７からの検出信号が、第２図の斜
線に示す領域に相当するエンジンの高速高負荷時には、
制御弁２２を開放してポンプ１８を作動して、ポンプ１
８からの冷却水を冷却ジャケット９に流して副室ブロッ
ク４の外周部を冷却することによって、セラミック材料
から成る副室ブロック４の外周部から外部に放熱される
熱流を増大させ、それによってｇｌ室２の温度低下を達
成し、セラミック材料の耐久性を向上させる。また、エ
ンジンの低速低負荷時には、冷却ジャケット９への冷却
水の供給を停止し、副室２を形成する副室ブロック４の
壁部の温度を上昇させ、冷却水損失を減少させ、ＨＣ，
Ｎｏ、の排出量の低減を計るものである。

次に、第３図の処理フロー図を参照して、この副室の断
熱構造における作用について説明する。

エンジンの始動することによって、吸排気バルブ、燃料
噴射ノズル８等が駆動される。エンジンの回転数は回転
センサー３６によって検出され、該検出信号はコントロ
ーラ３５に人力される。また、エンジンの負荷は負荷セ
ンサー３７によって検出されるが、具体的には、エンジ
ン負荷は、アクセルペダルの踏込量の検出センサーによ
って検出された踏込量信号を、エンジンの負荷信号とし
てコントローラ３５に入力するか、或いは、燃料供給装
置の燃料噴射ノズル８から噴出される燃料供給量は該燃
料供給量検出センサーによって検出され、該検出燃料供
給量信号を同様にエンジンの負荷信号としてコントロー
ラ３５に入力することによって検出される。更に、副室
ブロック４の外周部に設置された温度センサー３１によ
って副室ブロック４の外周部の温度を検出し、該検出さ
れた温度信号をコントローラ３５に入力する（ステップ
４０）。

エンジンの回転数を検出する回転センサーによって検出
されたエンジン回転数Ｎ、が予め設定された所定の回転
数Ｎ１゜より大きいか否かを判断する（ステップ４１）
。

エンジン回転数Ｎ、が所定の回転数Ｎえ。以上の回転数
である場合には、負荷センサーによって検出されたエン
ジン負荷Ｌｔが予め設定された所定のエンジン負荷り、
。より大きいか否かを判断する。

エンジン負荷Ｌ７は、燃料噴射ノズル８から副室２への
燃料供給量の検出センサーで検出した検出信号、及び／
又はアクセルペダルの踏込量の検出センサーで検出した
検出信号によって検出することができるものである。（
ステップ４２）。

エンジン回転数Ｎアが所定の回転数Ｎ、。以上の回転数
であり、且つエンジン負荷Ｌ７が所定以上の負荷信号Ｌ
ｕ１１である場合には、副室ブロック４の外周部の温度
Ｔ２が予め設定した温度Ｔｔｏより大きいか否かを判断
する（ステップ４３）。

次いで、副室ブロック４の外周部の温度Ｔ１が予め設定
した温度ＴＥｏより大きい場合には、副室２を形成する
副室ブロック４が過熱状態になっているので、制御弁２
２を開放しくステップ４４）、ポンプＩ８を駆動する（
ステップ４５）、これによりポンプ１８から送り出され
た冷却水は制御弁２２を通って副室２を形成する副室ブ
ロック４の外側に配置された冷却ジャケット９に供給さ
れ、副室ブロック４を冷却するようにコントローラ３５
で制御する（ステップ４６）。

更に、エンジン駆動を続けるか否かを判断すると共に、
エンジンの駆動系、制御弁２２、ポンプ１８の作動系に
異常が無いか否かを判断しくステップ４７）、それらに
異常がなく、エンジン駆動を続ける場合には処理は最初
のステップ４０に戻る。また、異常があり、その信号が
コントローラ３５に入力された場合、或いはエンジン駆
動を停止する場合には、副室ブロック４に対する冷却制
御の処理は終了し、エンジンを停止させる。

検出されたエンジン回転数ＮＥが予め設定された所定の
回転数Ｎ、。より大きくない場合即ち低速の場合には、
エンジンからの排気ガス流量が少なく、副室２の温度は
低下しているので、副室２から外側への放熱量が大きく
、エンジンの作動に対して温度が好ましくない低温にな
っているので、コントローラ３５の指令でポンプ１８の
作動を停止し、制御弁２２を閉鎖し、冷却ジャケット９
への冷却水の供給を停止し、副室ブロック４即ち副室２
の温度上昇をさせる制御を行う。

また、検出されたエンジン負荷りえ−が予め設定された
所定のエンジン負荷Ｌ７゜より大きくない場合には、上
記と同様に、コントローラ３５の指令でポンプ１８の作
動を停止し、制御弁２２を閉鎖し、冷却ジャケット９へ
の冷却水の供給を停止し、副室ブロック４即ち副室２の
温度上昇をさせる制御を行う。

更に、副室ブロック４の外周部の温度Ｔｔが予め設定さ
れた所定の温度Ｔ、。より大きくない場合には、上記と
同様に、コントローラ３５の指令でポンプ１８の作動を
停止し、制御弁２２を閉鎖し、冷却ジャケット９への冷
却水の供給を停止し、副室ブロック４即ち副室２の温度
上昇をさせる制御を行う。

そこで、コントローラ３５の指令でポンプ１８は停止し
くステノブ４８）、制御弁２２は閉鎖しくステップ４９
）、副室２を形成する副室ブロック４の外周部の冷却ジ
ャケット９による冷却作用は停止し、副室２内の温度は
上昇する（ステップ５０）。

更に、エンジン駆動を続けるか否かを判断すると共に、
エンジンの駆動系、制御弁２２、ポンプ１８の作動系に
異常が無いか否かを判断しくステノブ５１）、それらに
異常がなく、エンジン駆動を続ける場合には処理は最初
のステップ４０に戻る。また、異常があり、その信号が
コントローラ３５に入力された場合、或いはエンジン駆
動を停止する場合には、副室ブロック４に対する冷却制
御の処理は終了し、エンジンを停止させる。

次に、図面を参照して、この発明による副室断熱エンジ
ンの冷却制御装置の種々の別の実施例を説明する。以下
の各図面において、同一の部品には同一の符号を付し、
重複する説明を省略する。

まず、第４図を参照して、この発明による副室断熱エン
ジンの冷却制御装置の別の実施例を説明する。この副室
の＠熱構造は、第１図に示した副室の断熱構造と比較し
て、シリンダヘッド１０と副室ブロック４との間に鋳込
金属ブロック６を配置し、冷却ジャケット９を鋳込金属
ブロック６の外周部に配置した以外は、はぼ同一のＩ或
及び冷却機能を有しているものである。副室ブロック４
の外面に対して鋳込によって配置された鋳込金属ブロッ
ク６は、アルミニウム（ＡＩ）　、鋳鉄（Ｆｃ）、ニレ
ジスト（Ｎｉ−Ｒｅｓｉｓｔ）等の金属材料から形成さ
れている。この鋳込金属ブロック６については、ヘンド
下面部を構成する部位にフランジ部５を設けている。鋳
込金属ブロック６のフランジ部５が取付穴１３の人口部
３８に圧入等によって固定されている。更に、副室２に
対してグロープラグ２３が配置されたタイプが示されて
いる。副室２の断熱構造について、副室ブロック４の噴
孔３が形成された噴孔形成部位１７は、他の部位より高
温度になり、熱的にも強度的にも厳しい領域である。

また、副室ブロック４の噴孔３が形成された噴孔形成部
位１７でも、主燃焼室１の中央側に位置する部位の方が
主燃焼室１から離れる側に位置する部位より過酷な熱影
響を受ける所であり且つ部分的に過大な圧縮力が作用す
るところである。そこで、副室ブロック４を耐高温且つ
高強度の上記セラミック材料から構成して耐熱性を向上
させ、咳副室ブロック４の外側に対してアルミニウム、
鋳鉄等の金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロック６を配置
し且つ該鋳込金属ブロック６の厚さ、材料を最適条件に
設定即ちコントロールすることによって副室ブロック４
に発生する圧縮残留応力のコントロールを行う。しかも
、鋳込金属ブロック６のフランジ部５とシリンダへ・ノ
ド１０の取付穴１３の人口部３８との接触面積及び接触
領域を最適条件に設定即ちコントロールすることによっ
て副室ブロツク４の断熱度のコントロールを行うことが
できるように構成されている。

この副室ブロック４を構成する窒化珪素（ＳｉＪ４）、
炭化珪素（ＳｉＣ）　、チタン酸アルξニウム、複合材
料等のセラミック材料は、耐熱性に冨んでいるが、引張
力に対しては弱い性質を有している。

また、セラミ・ノク材料は、圧縮強度は引張強度に比較
して一般に１０倍程度の強度を有しており、圧縮強度に
対しては極めて耐久性に冨んでいるものである。更に、
セラミック材料の熱膨張率は金属材料の熱膨張率に比較
して小さいものである。

そこで、上記のように、該セラミック材料を金属に鋳込
むことによって、溶融金属の冷却によって収縮する程度
がセラミック材料より大きく、金属の収縮による寸法変
化を利用して、セラミック材料から成る副室ブロック４
に予め圧縮残留応力を付与して副室ブロック４の強度を
確保する。また、副室プロ・７り４の噴孔形成部位１７
の部位に対して金属鋳込みの鋳込金属ブロツクの厚さを
最適厚さに選定することによって、該部位の圧縮力を他
の部位より増大させることができ、副室ブロツク４の強
度を全体に渡って好まし状態の強度を確保するようにコ
ントロールすることができる。また、セラミック材料の
副室ブロツク４と鋳込金属ブロック６とでは、温度差が
生しるが、温度差が小さく、全体が温度上昇する場合に
、上記の熱膨張率の差より圧縮残留応力が低下する場合
がある。この場合には、鋳込金属材料としてニレジスト
（ＮｉＲｅｓｉｓｔ　）等の低熱膨張金属を用いること
圧縮残留応力の付与作用を有効にすることができる。こ
れらの材料の選定は、セラミック材料と鋳込金属の温度
分布によって自由に選定することができる６副室ブロツ
ク４の外側に鋳込金属ブロック６を鋳込む場合には、副
室ブロツク４を鋳型にセソトする。この場合に、副室ブ
ロツク４における副室２、噴孔３、燃料噴射ノズル８の
挿入孔２１、場合によっては、グロープラグの各挿入孔
を構成する部分に、鋳砂を充填する。鋳砂を充填した副
室ブロック４を、鋳込金属ブロック６の外形の形状の空
洞部を形成した砂型等の鋳型内に配置する。

副室ブロツク４を鋳型内に配置した後、アルミニウム（
ＡＩ）　、鋳鉄（Ｆｃ）　、ニレジスト（Ｎ）−Ｒｅｓ
ｉｓｔ）等から成る溶融金属の湯を、湯口部より、鋳型
の空洞部へ注入し、空隙部等を充填する。鋳込金属ブロ
ック６を構成する溶融金属が冷却して固化した後、鋳込
金属ブロック６が鋳込まれた副室ブロック４を鋳型から
取り出し、鋳込金属ブロック６に対して該鋳込金属ブロ
ック６の最終形状に機械加工を施す。最後に、シリンダ
ヘッド１０に形成された取付穴１３に断熱空気Ｎ７を形
成する状態で冷却ジャケット９を構成する外側壁面３２
が嵌入されているが、その外側壁面３２内に冷却ジャケ
ット９を形成する状態に、鋳込金属ブロック６を嵌合し
、且つ鋳込金属ブロック６のフランジ部５をシリンダヘ
ッド１０の取付穴１３の入口部３８に圧入して鋳込金属
ブロツク６をシリンダヘッド１０に固定する。

更に、セラミック材料の副室プロ・ツク４に付与される
圧縮残留応力は、鋳込金属ブロック６の厚さによっても
異なり、例えば、鋳込金属ブロック６の厚さを厚くすれ
ば、副室ブロック４には大きな圧縮残留応力が付与され
ることになる。逆に、セラミック材料に過大な圧縮残留
応力が付与されると、副室ブロック４に亀裂、破壊等が
発生するので、鋳込金属の厚さについては、副室ブロッ
ク４及び鋳込金属ブロック６の形状、圧縮力、材料強度
等に応して最適条件に選定することが好ましいものであ
る。

上記のように、副室２は、シリンダヘッド１０に直接鋳
込んで構成したものでないから、副室ブロック４に付与
する圧縮残留応力は所望な値にコントロールすることが
できる。また、シリンダヘッド１０がアルミニウム（Ａ
Ｉ）、鋳鉄（Ｆｃ）のいずれの材料で製作されていても
、副室２を鋳込む金属材料は、シリンダへノド１０の材
料に関係なく、自由に選定することができる。

この実施例のように、副室２を構成することによって、
副室ブロック４の温度状態、或いはエンジンの作動状態
即ちエンジン負荷又はエンジン回転数を検出し、該各検
出信号をコントローラ３５に入力し、該各検出信号に応
答してコントローラ３５は、制御弁２２及びポンプ１８
に指令を発し、制御弁２２を開閉制御し且つポンプ１８
をオン・オフ制御する。即ち、この発明による副室断熱
エンジンの冷却制御装置による副室ブロツク４の冷却制
御を行わない場合には、第５図に示すように、エンジン
スピード即ちエンジン回転の上昇に伴って副室ブロック
４の壁面温度は上昇する。しかしながら、この発明によ
る冷却制御を行うと、第６図に示すように、副室ブロッ
ク４の壁面温度は例えば７００℃以上には上昇せず、副
室ブロック４を構成するセラミック材料に対する熱応力
の影響を低減できると共に、該セラミック材料の耐熱温
度を超える現象を防止でき、副室ブロック４の耐久性を
向上できる。

次に、第７図を参照して、この発明による副室断熱エン
ジンの冷却制？１１装置の更に別の実施例を説明する。

第７図における副室２の構成は、第４図に示す副室２の
構成と比較して、冷却シャケ、２ト９を形成する構造が
相違する以外は、同一の構成及び機能を有するものであ
る。第７図に示す冷却ジャケット９は、鋳込金属ブロッ
ク６とシリンダヘッド１０の取付穴１３の内壁面との間
に部分的に形成され、鋳込金属ブロック６の外面面とシ
リンダヘッド１０の取付穴１３の内壁面との間に配置さ
れた一対のシール材３０によって冷却液体はシールされ
ている。なお、この図面では、コントローラ、ポンプ、
制御弁、防乾センサー及び負荷センサーの図示は省略さ
れている。

更に、第８図、第９図及び第１０図を参照して、この発
明による副室断熱エンジンの冷却制御装置の他の実施例
を説明する。第８図はこの発明による副室断熱エンジン
の冷却制御装置における副室の構成を示す断面図、第９
図は第８の冷却ジャケットを説明する概略説明図、及び
第１０図は第９図の線Ｘにおける展開図である。第８図
における副室２の構成は、第４図に示す副室２の構成と
比較して、冷却ジャケット９を形成する構造が相違する
以外は、同一の構成及び機能を有するものである。第８
図に示す冷却ジャケット９は、副室専用のジャケット自
体をスチール板で形成し、該スチール板をシリンダヘッ
ド１０の取付穴１３の内壁面に近接して鋳込むことによ
って形成されている。この冷却ジャケント９は、第９図
に示すように、冷却液体の入口部２６と出口部２７が一
箇所に形成されている。また、冷却液体は、第１０図に
示すように、冷却ジャケット９内の全域にわたって流れ
るように、ガイド隔壁３４．３９によって矢印に示すよ
うにガイドされている。なお、この図面では、コントロ
ーラ、ポンプ、制御弁、回転センサー及び負荷センサー
の図示は省略されている。

〔発明の効果〕

この発明による副室断熱エンジンの冷却制御装置は、以
上のように構成されているので、次のような効果を有す
る。即ち、この副室断熱エンジンの冷却制御装置は、主
燃焼室に噴孔をｉｌして連通した断熱構造の副室を形成
するセラミック製副室プロ・ノク、前記副室ブロツクの
外側に配置した冷却ジャケント、該冷却ジャケットへ冷
却流体を供給するポンプ、該冷却ジャケントへの流体通
路に設けた制御弁、エンジン作動状態及び前記副室ブロ
ツクの壁面温度を検出するセンサー、及び該センサーの
検出信号に応答して前記制御弁を開閉制御し且つ前記ポ
ンプをオン・オフ制御するコントローラから構成したの
で、エンジン回転及びエンジン負荷のエンジンの作動状
態、或いは前記副室ブロツクの壁温の検出信号に応答し
て前記制御弁を開閉制御し且つ前記ポンプをオン・オフ
制御することができ、エンジンの低速低負荷時に副室ブ
ロックの外側からの強制冷却を停止し、副室から外側へ
放熱する状態を防止し、副室内の温度上昇を大幅に行う
ことができ、ハイドロカーボンの発生を大幅に低減でき
、低フリクシランを実現でき、しかも燃費の低減を計る
ことができ、良好なエンジン作動を確保することができ
る。また、エンジンの高速高負荷時に、前記制御弁を開
放し且つ前記ポンプを作動して副室ブロックの外側から
強制冷却し、温度分布を均一化でき、副室ブロックを構
成するセラミック材料に発生する熱応力を低減でき、ま
た副室への流入空気を増加させ、圧縮比の低下が可能と
なり、無駄な容積比を低減することによってスモークの
発生を抑制し、しかもセラ案ノク材料の耐熱温度を超え
る現象を防止でき、亀裂、フランジ、熱破壊等の発生を
防止することができる。

また、この副室断熱エンジンの冷却制御装置において、
前記冷却ジャケットは前記副室ブロックの外面を金属材
料で鋳込んだ鋳込金属ブロックの外面に配置したので、
耐高温且つ高強度のセラミック材料から成る前記副室ブ
ロックに前記鋳込金属ブロックによって圧縮残留応力が
付与され、前記副室ブロックの強度を確保して前記副室
ブロックの亀裂、破壊等の損傷の発生を防止し副室の耐
久性を向上できる。しかも、前記鋳込金属ブロックの厚
さ及び前記副室ブロックとの接触部位を最適に選定する
ことによって前記副室ブロックに付与する圧縮残留応力
を全体的に且つ部分的に自由にコントロールすることが
できる。更に、強度的に最も厳しい前記副室ブロックの
前記噴孔形成部位の厚さを厚く構成すると、該噴孔形成
部位の強度を十分に確保することができる。

更に、セラミック材料で構成された前記副室ブロックの
厚さを最適条件に選定し且つ前記鋳込金属ブロックと前
記シリンダヘッドとの間の空気層の厚みを最適条件に選
定することによって、副室に良好な断熱度を得ることが
でき、しかも、前記鋳込金属ブロックとシリンダヘッド
との接触面積或いは接触部位を最適状態に選定すること
によって、シリンダヘッドへ熱放散する前記副室ブロッ
クの熱エネルギー量をコントロールでき、特に、前記副
室ブロックの前記噴孔形成部位の熱蓄積を緩和して該部
位の過熱を防止でき、前記副室ブロックの噴孔形成部位
は勿論のこと、副室ブロック全体に渡って温度分布を均
一化し、前記副室ブロックに対して熱応力の発生を低減
して耐久性を向上させることができる。

或いは、前記冷却シャケノドは前記副室ブロックの外面
を金属材料で鋳込んだ鋳込金属ブロックの外面に配置し
た場合には、前記副室ブロックに前記鋳込金属ブロック
を鋳込んだ後に、前記冷却ジャケットを前記副室ブロッ
クの外面の前記鋳込金蔦ブロックの外周面に対して容易
に形成することができ、しかも上記と同様の機能を果た
すことができる。

又は、この副室断熱エンジンの冷却制御装置において、
前記冷却シャケノドは前記副室ブロックの外面に金属材
料で鋳込んだ鋳込金属ブロック内に埋め込んで構成した
場合には、前記副室に対して冷却ジャケント自体をシリ
ンダヘッドを構成する際に同時に容易に鋳込形成するこ
とができ、しかも上記と同様の機能を果たすことができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による副室断熱エンジンの冷却制御装
置の一実施例を示す断面図、第２図は第１図の冷却制御
装置による冷却制？Ｄ　Ｈ域の一例を示す図、第３図は
第１図の副室断熱エンジンの冷却制御装置の作動の一例
を示す処理フロー図、第４図はこの発明による副室断熱
エンジンの冷却制御装置の別の実施例を示す断面図、第
５図は冷却制御を行わない場合のエンジンの作動状態を
示す図、第６図は冷却制御を行った場合のエンジンの作
動状態を示す図、第７図はこの発明による副室断熱エン
ジンの冷却制御装置の更に別の実施例を示す断面図、第
８図はこの発明による副室断熱エンジンの冷却制御装置
の他の実施例を示す断面図、第９図は第８図の冷却シャ
ケノドを説明する概略説明図、及び第１０図は第９図の
線Ｘにおける概略展開図である。 １−−一−−−−生燃焼室、２−−一副室、３−−−−
一噴孔、４・・・副室ブロック、５−・・・・−フラン
ジ部、６−・−・鋳込金属ブロック、７−・−空気層、
９−・−・冷却ジャケット、１０−−−−−シリンダヘ
ッド、１３〜−一−−取付穴、１７−−−−−−噴孔形
成部位、１８−−−・−ポンプ、２２−−−−一制御弁
、３１−・−温度センサー、３５コントローラ、３６−
−−−・回転センサー、３７−−−−・負荷センサー 第 ５ 図 エンジンスピード エンジン入ビードーー◆ 第 図 エンジンスピード　― 第 図

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）主燃焼室に噴孔を通じて連通した断熱構造の副室
   を形成するセラミック製副室ブロック、前記副室ブロッ
   クの外側に配置した冷却ジャケット、該冷却ジャケット
   へ冷却流体を供給するポンプ、該冷却ジャケットへの流
   体通路に設けた制御弁、エンジン作動状態及び前記副室
   ブロックの壁面温度を検出するセンサー、及び該センサ
   ーの検出信号に応答して前記制御弁を開閉制御し且つ前
   記ポンプをオン・オフ制御するコントローラ、から成る
   副室断熱エンジンの冷却制御装置。
2. （２）前記冷却ジャケットは前記副室ブロックの外面を
   金属材料で鋳込んだ鋳込金属ブロックの外面に配置した
   請求項１に記載の副室断熱エンジンの冷却制御装置。
3. （３）前記冷却ジャケットは前記副室ブロックの外面に
   金属材料で鋳込んだ鋳込金属ブロック内に埋め込んで構
   成した請求項１に記載の副室断熱エンジンの冷却制御装
   置。