JPH04347329A - ディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室およびその製          造方法 - Google Patents

ディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室およびその製          造方法

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JPH04347329A
JPH04347329A JP3145675A JP14567591A JPH04347329A JP H04347329 A JPH04347329 A JP H04347329A JP 3145675 A JP3145675 A JP 3145675A JP 14567591 A JP14567591 A JP 14567591A JP H04347329 A JPH04347329 A JP H04347329A
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JP
Japan
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combustion chamber
ceramic
inner box
diesel engine
sub
Prior art date
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Pending
Application number
JP3145675A
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English (en)
Inventor
Hidenori Kita
英紀 北
Akira Tono
東野 晃
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
Original Assignee
Isuzu Ceramics Research Institute Co Ltd
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Publication date
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12Improving ICE efficiencies

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  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)

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】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、ディーゼルエンジン用
セラミックス副燃焼室およびその製造方法に関し、特に
熱の放散を極力減らしたセラミックスと金属の複合体よ
りなるディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室とそ
の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】最近ファインセラミックス技術が注目さ
れ、この技術により製造されたセラミックスを用いて種
々の部品が製造され、たとえば、自動車用の内燃機関に
も多くのセラミックス製の部品が使用されている。
【0003】セラミックスの種類は極めて多く、それぞ
れ物性としてのそれら独特の特徴点をもっている。しか
し、たとえば内燃機関の部品のように、多くの特徴点を
兼ね備えていなければならない部品を構成する場合、1
種類のセラミックスでは実現不可能であるため、それぞ
れ特性が異なるセラミックスを数種類組合せて、あるい
はセラミックスと金属とを組み合わせて、要求特性に合
ったセラミックス複合体構造を案出することになる。
【0004】このようなセラミックス複合体を使用して
いる部品の一例として、内燃機関の副燃焼室を挙げるこ
とができる。
【0005】従来のセラミックス複合体を用いた内燃機
関の副燃焼室は、チタン酸アルミニウムからなる内箱状
体の周囲をアルミニウム、鋳鉄などの金属で鋳ぐるんだ
セラミックス複合体を用いたものが知られている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の内
燃機関の副燃焼室は、断熱性はよいが、チタン酸アルム
ニウムの強度レベルが低いために、鋳ぐるんだ時の凝固
、収縮で発生する応力、あるいは作動時に発生する熱応
力その他の原因で破壊し易いという欠点を有する。
【0007】本発明は、上述の如き従来の不都合を解消
しようとするものであり、その目的は、セラミックスと
金属の複合体からなる内燃機関の副燃焼室において、激
しい熱サイクルにも耐え、製造が簡単で低コストのディ
ーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室とその製造方法
を得ることにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、珪素(Si)、窒素(N)、酸素(O)
、の全ての元素およびチタン(Ti),ジルコニウム(
Zr),ハフニウム(Hf),イットリウム(Y),ホ
ウ素(B),アルミニウム(Al)の元素群の中の少な
くとも1種類以上で構成され、かつ気孔を12%以上含
むセラミックスとその外面に金属が配置されていること
を特徴とするセラミックス副燃焼室を提供し、さらに珪
素(Si)を主成分とし、これに窒素(N)、酸素(O
)、の全ての元素を含み、かつチタン(Ti),ジルコ
ニウム(Zr),ハフニウム(Hf),イットリウム(
Y),ホウ素(B),アルミニウム(Al)の元素群の
中の少なくとも1種類以上を含む混合粉末を形成する工
程と、該混合粉末を用いて箱状体のディーゼルエンジン
用セラミックス副燃焼室の内箱状体を形成する工程と、
該内箱状体のものを窒素雰囲気中で焼結して含有各元素
を窒化するとともに焼結する工程と、該窒化焼結工程を
経た後、酸素を含んだ雰囲気中で加熱して前記窒化物の
一部を酸化物に変化させる工程と、上記の各工程を経て
形成された焼結部品であるディーゼルエンジン用セラミ
ックス副燃焼室の内箱状体を溶融金属中に浸漬して該内
箱状体の周囲に金属を被着する工程と、該被着された金
属を所望の形状に加工する工程とを含むことを特徴とす
るディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室の製造方
法を提供する。
【0009】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。ま
ず、本発明に係るディーゼルエンジン用セラミックス副
燃焼室について説明する。
【0010】図1において、1は副燃焼室であり、2は
燃料噴射ノズル装着部、3はグロ−プラグ装着部、4は
ピストンヘッド、5はピストン、6は通路、7はシリン
ダヘッド本体、8はクラウン、9は主燃焼室である。ピ
ストン5の上昇によって主燃焼室にて圧縮された高温、
高圧の空気はピストンヘッド4により圧縮されて通路6
を通り副燃焼室1内に入り、該副燃焼室1内に高速のス
ワ−ルを発生させる。この中に燃料噴射ノズル(図示な
し)より燃料を噴射する。噴射された燃料は高温、高圧
の空気によって暖められて着火、燃焼しエンジンは始動
する。
【0011】図2において、ディーゼルエンジン用セラ
ミックス副燃焼室1は、後に述べる製法でセラミックス
製の内箱状体10を作ってから該内箱状体10をステン
レス鋼などの金属で鋳ぐるんで外箱状体11を形成する
ことにより副燃焼室が得られる。
【0012】前記ディーゼルエンジン用セラミックス副
燃焼室1の内箱状体10は次のようにして製造される。 シリコン(Si)の粉末100重量部に対して金属チタ
ン(Ti)粉末5重量部を加え、これにオイルを所定量
配合した後、加圧ニ−ダで混練して可塑性を有する組成
物を作成する。
【0013】別に内箱状体製造用の金型を作り、上記組
成物を該金型内に充填する。後にプレスにより略0.4
トン/cm2 の圧力で加圧してから、該成型された組
成物を金型から取り出す。なお、ディーゼルエンジン用
セラミックス副燃焼室1は箱状体であるので、1回のプ
レス加工では成型品を作ることができない。そこでまず
箱状体の内箱状体を縦割りにした前記組成物からなる桶
状の成型品を2個作り、これらを接着剤で貼り合わせて
箱状体の内箱状体を作り、これを炉に入れ、窒素雰囲気
中で最高500℃で脱脂し、同一の窒素雰囲気中で最高
1400℃にて焼成する。この焼成により上記組成物は
完全に窒化し、内部には略15パ−セントに近い容積を
持ち、かつ均一に分散した気孔が形成される。
【0014】次にこれを1000℃の大気中で加熱処理
を施した。この加熱処理後の寸法測定によれば、内箱状
体の寸法は金型での成型時の寸法とほとんど変わってい
ない。このようにして作られた内箱状体の外周をアルミ
ニウムあるいは鋳鉄などの金属で鋳ぐるみ、ディーゼル
エンジン用のセラミックス副燃焼室を作成する。内箱状
体の周囲に金属を鋳ぐるむ方法の一つとして、内箱状体
のすべての開口を閉塞した後、これを溶融金属の中に浸
漬してからこれを引き上げて内箱状体の周囲に金属を被
着して外箱状体を形成し、その後、該金属を切削加工し
て所望の形状に仕上げる。なお、上記大気中での焼結が
終了した内箱状体の熱伝導率、強度、熱膨張率係数、X
線による生成物の同定結果を図3、および図4の図表図
に示す。
【0015】以上のような製法により製造されたセラミ
ックス製の副燃焼室は、チタン酸アルミニウムにより制
作した従来の副燃焼室に比べて熱的特性は同レベルであ
るが、強度面で大きく優っていることが図3、および図
4の図表図から分かる。
【0016】なお、このセラミックス副燃焼室は、内箱
状体を作製する際、また該内箱状体の外周を鋳ぐるんで
外箱状体を形成する際に、破損は生じなかった。また、
該セラミックス副燃焼室をディーゼルエンジンのシリン
ダ本体に接続し、ベンチテストを行なった結果、耐久性
についてはまったく問題はない。本願発明の要旨外の問
題ではあるが、エネルギがセラミックス副燃焼室から外
部に逸走しないので、燃料消費率も従来と比較して約2
.9%向上していることも分かった。
【0017】上記実施例の外に、本発明においては、シ
リコンSi粉末をベースにしてこれに配合する金属粉末
のパーセンテージを替え、またその種類を変え、さらに
セラミックス粉末のパーセンテージを替え、またその種
類を変えて、上記実施例と同様のセラミックス製の内箱
状体を作成した。図3,図4の図表図において、実施例
番号2乃至実施例番号13の例がそれである。
【0018】次に示す実施例では、上記大気中での焼結
までが終了した実施例1の内箱状体をポリカルボシラン
溶液あるいは有機珪素ポリマ溶液に浸漬し、セラミック
ス内部気孔内にこれを含侵させた後、大気中あるいはア
ンモニア雰囲気中で所定条件で加熱処理を行ない、この
部分を薄い窒化膜に転化させた。以降、上記の実施例と
同様にしてセラミックス副燃焼室を作製した。このよう
にして構成されたセラミックス副燃焼室は実施例1のも
のと比較して強度が幾分増加する。
【0019】さらに次の実施例では、上記実施例で使用
したポリカルボシラン溶液や有機珪素ポリマ溶液よりも
粘度の高いポリカルボシランペーストあるいは有機珪素
ポリマペーストを上記大気中での焼結までが終了した実
施例1のセラミックス副燃焼室の内箱状体の内表面に塗
布し後、上記と同様な条件で焼成して前記内箱状体の内
表面に薄い窒化膜を形成した。以降、上記の実施例と同
様にしてセラミックス副燃焼室を作製した。このように
して構成されたセラミックス副燃焼室は、高温、高圧の
空気や燃焼ガスと接するセラミックス副燃焼室の内壁が
薄い窒化膜に覆われているので、実施例1のものと比較
して断熱性が向上する。
【0020】上記実施例群で検討した材料の内、実施例
10のチタン酸アルミ(TiAl2O5 ):15%,
チタン(Ti):10%添加し、大気中での処理までの
工程を経て得た多孔質で低熱伝導のセラミックス材料に
ついて、トルエンで希釈したポリカルボシラン溶液に浸
漬し、セラミックスの中に形成された気孔にこれを含浸
させた後、アンモニア雰囲気中で熱分解させ、さらに窒
素雰囲気中での加熱処理により、気孔の表面の一部を非
晶質セラミックスで構成した。こうして得られた材料は
、図4の図表図に示すように、多孔質セラミックスの中
の気孔中に非晶質セラミックスが付着する。このように
して形成された多孔質セラミックスは、気孔量が20.
1%から17.1%と減りもとの材料に比べて約3%減
少しているが、強度は16%向上した。このことは、す
べての実施例についてもみられた。また、熱伝導率はこ
の加工前と同じレベルであることが確認された。
【0021】
【発明の効果】本発明は、セラミックスと金属の複合体
からなるセラミックス副燃焼室において、内箱状体を構
成するセラミックスであるチタン酸アルミニウムの代わ
りに酸化物複合反応焼結セラミックスを用いてセラミッ
クス副燃焼室を構成したので、熱伝導率は従来形のもの
と同程度でありながら強度は従来のものより3倍であり
、熱サイクルの激しい部分に使用する部品の信頼性が向
上する。また、焼結時の寸法変化率が小さく、また該変
化率のばらつきも小さいので、金型設計も容易となる。 また、同じ理由で焼結後の加工量が小さくなり、部品の
低コストにつながる。
【図面の簡単な説明】
【図1】クラウン上部のシリンダヘッド本体に設けたセ
ラミックス副燃焼室の破断正面図。
【図2】セラミックス副燃焼室の要部横断面図。
【図3】図表図。
【図4】別の図表図。
【符号の説明】
1・・・・・副燃焼室 2・・・・・燃料噴射ノズル装着部 3・・・・・グロ−プラグ装着部 4・・・・・ピストンヘッド 5・・・・・ピストン 6・・・・・通路 7・・・・・シリンダヘッド本体 8・・・・・クラウン 9・・・・・主燃焼室 10・・・・・内箱状体 11・・・・・外箱状体

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】珪素(Si)、窒素(N)、酸素(O)、
    の全ての元素及びチタン(Ti),ジルコニウム(Zr
    ),ハフニウム(Hf),イットリウム(Y),ホウ素
    (B),アルミニウム(Al)の元素群の中の少なくと
    も1種類以上で構成されかつ気孔を12%以上含むセラ
    ミックスとその外面に金属が配置されていることを特徴
    とするディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室。
  2. 【請求項2】上記気孔内部に非晶質セラミックスが形成
    されていることを特徴とする請求項1記載のディーゼル
    エンジン用セラミックス副燃焼室。
  3. 【請求項3】気孔を12%以上含む前記セラミックスの
    金属と接触していない内面には緻密なセラミックス薄膜
    が形成されていることを特徴とする請求項1記載のディ
    ーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室。
  4. 【請求項4】上記外面の金属がアルミニウムであること
    を特徴とする請求項1記載のディーゼルエンジン用セラ
    ミックス副燃焼室。
  5. 【請求項5】上記外面の金属が鋳鉄であることを特徴と
    する請求項1記載のディーゼルエンジン用セラミックス
    副燃焼室。
  6. 【請求項6】珪素(Si)を主成分とし、これに窒素(
    N)、酸素(O)、の全ての元素を含みかつチタン(T
    i),ジルコニウム(Zr),ハフニウム(Hf),イ
    ットリウム(Y),ホウ素(B),アルミニウム(Al
    )の元素群の中の少なくとも1種類以上を含む混合粉末
    を形成する工程と、該混合粉末を用いてセラミックス副
    燃焼室の内箱状体を形成する工程と、該内箱状体を窒素
    雰囲気中で焼結して含有各元素を窒化するとともに焼結
    する工程と、該窒化焼結工程を経た後、酸素を含んだ雰
    囲気中で加熱して前記窒化物の一部を酸化物に変化させ
    る工程と、上記の各工程を経て形成された焼結部品であ
    るセラミックス副燃焼室の内箱状体を溶融金属中に浸漬
    して該内箱状体の周囲に金属を被着する工程と、該被着
    された金属を所望の形状に加工する工程とを含むことを
    特徴とするディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室
    の製造方法。
  7. 【請求項7】上記内箱状体の一部を酸素を含んだ雰囲気
    中で加熱する工程の後、ポリカルボシランあるいは有機
    珪素ポリマ溶液に浸漬した後、加熱処理して気孔中の表
    面に薄い窒化膜を形成する工程を有することを特徴とす
    る請求項6記載のディーゼルエンジン用セラミックス副
    燃焼室。
  8. 【請求項8】上記内箱状体の一部を酸素を含んだ雰囲気
    中で加熱する工程の後、ポリカルボシランあるいは有機
    珪素ポリマペーストを内箱状体の内側面に塗布した後、
    加熱処理して該内箱状体の内側面に薄い窒化膜を形成す
    る工程を有することを特徴とする請求項6記載のディー
    ゼルエンジン用セラミックス副燃焼室。
JP3145675A 1991-05-21 1991-05-21 ディーゼルエンジン用セラミックス副燃焼室およびその製          造方法 Pending JPH04347329A (ja)

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1132592A2 (en) * 2000-03-07 2001-09-12 Juan Ignacio Brardinelli The use of an internal catalyser for diesel engines
WO2004067934A1 (en) 2003-01-31 2004-08-12 C.R.F. Società Consortile Per Azioni A direct injection diesel engine, with catalytic combustion in the combustion chamber
CN102400770A (zh) * 2011-12-02 2012-04-04 昆明理工大学 柴油机高压电燃气喷射单陶瓷燃烧室

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