JPH0531210Y2 - - Google Patents

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JPH0531210Y2 JP1985140814U JP14081485U JPH0531210Y2 JP H0531210 Y2 JPH0531210 Y2 JP H0531210Y2 JP 1985140814 U JP1985140814 U JP 1985140814U JP 14081485 U JP14081485 U JP 14081485U JP H0531210 Y2 JPH0531210 Y2 JP H0531210Y2
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Description

【考案の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本考案は円筒状セラミツク部材を使用して形成
されるエンジンの副室構造に関するものである。
[Detailed Description of the Invention] (Industrial Field of Application) The present invention relates to an engine pre-chamber structure formed using a cylindrical ceramic member.

(従来の技術) 最近、断熱性及び耐熱性に優れたセラミツク材
によつて上記エンジンの副室を形成することが試
みられている。しかし、一般にセラミツク材は引
張り強度が圧縮強度の1/10程度と低く、サーマ
ル・シヨツクによる熱的引張応力の繰り返しや機
械的振動により破損し易く耐久性に乏しい(ワイ
ブル係数が低い)欠点がある。このためエンジン
の副室を形成するセラミツク部材においても、当
該サーマル・シヨツクによる引張応力を抑制して
その耐久性を改善するために、例えば第2図に示
すように耐熱性に優れたステンレス鋼(例えば
SUS430)製の円筒状の金属リング20を上下に
分割可能な一対のセラミツク部材21a,21b
の外周部に焼嵌めにより嵌合して予め圧縮応力を
与え、さらに上記セラミツク材自体の耐熱特性を
活用してエンジン性能をより改善するために、断
熱空間22を上記金属リング20の周囲に形成す
る構成が従来から提案されている(例えば実開昭
58−175118号公報参照)。
(Prior Art) Recently, attempts have been made to form the pre-chamber of the engine using a ceramic material having excellent heat insulation and heat resistance. However, ceramic materials generally have a low tensile strength of about 1/10 of the compressive strength, and are easily damaged by repeated thermal tensile stress due to thermal shock or mechanical vibration, resulting in poor durability (low Weibull coefficient). . For this reason, in order to suppress the tensile stress caused by the thermal shock and improve the durability of the ceramic members that form the subchamber of the engine, for example, as shown in Fig. 2, stainless steel with excellent heat resistance is used. for example
A pair of ceramic members 21a and 21b that can divide the cylindrical metal ring 20 made of SUS430 into upper and lower parts.
A heat insulating space 22 is formed around the metal ring 20 in order to apply compressive stress to the outer periphery of the metal ring 20 by shrink fitting, and further improve engine performance by utilizing the heat resistance properties of the ceramic material itself. Structures that do this have been proposed in the past (for example, by
58-175118).

ところが、このようなセラミツク部材21a,
21bを円筒状の金属リング20により嵌合一体
化して、第2図のようにシリンダヘツド23の副
室形成用凹部24内に嵌合してエンジンの副室2
5を構成した場合、次のような問題が生じる。
However, such ceramic members 21a,
21b is fitted and integrated with a cylindrical metal ring 20, and is fitted into the pre-chamber forming recess 24 of the cylinder head 23 as shown in FIG.
5, the following problems arise.

すなわち、先ず、副室25内の燃焼状態の継続
によつてセラミツク部材21a,21bが高温に
なると、焼嵌めされた上記金属リング20自体も
高温になつて熱膨張する。ところが、金属リング
20は、上下両端部への変形が実質的に拘束され
ているところから、軸方向に圧縮応力が発生する
一方、セラミツク部材21a,21bにより内側
への変形が拘束されているため、結局その圧縮応
力が同図において矢印で示すように金属リング2
0を外側へ向けて座屈させるべく作用し、最終的
には第2図に仮想線で示すように外方側(断熱空
間22側)への熱変形を招来する。そして、その
結果、一対のセラミツク部材21a,21bに対
する締付力が大きく低下する他、更にセラミツク
部材が第2図に示されるように中央部において接
合される上下部材から構成されている場合は、各
セラミツク部材21a,21b間にズレを生じて
その合わせ目部分から高温の燃焼ガスが洩れ、金
属リング20の耐久性を損なわしめる。
That is, first, when the ceramic members 21a, 21b become high in temperature due to the continuation of the combustion state in the auxiliary chamber 25, the shrink-fitted metal ring 20 itself also becomes high in temperature and thermally expands. However, since the metal ring 20 is substantially restrained from deformation toward both the upper and lower ends, compressive stress is generated in the axial direction, and because the deformation inward is restrained by the ceramic members 21a and 21b. , the compressive stress eventually increases to the metal ring 2 as shown by the arrow in the same figure.
0 toward the outside, and ultimately causes thermal deformation toward the outside (towards the heat insulating space 22) as shown by the imaginary line in FIG. As a result, the clamping force against the pair of ceramic members 21a and 21b is greatly reduced, and furthermore, when the ceramic member is composed of upper and lower members joined at the center as shown in FIG. Misalignment occurs between the ceramic members 21a and 21b, and high-temperature combustion gas leaks from the seam, impairing the durability of the metal ring 20.

また、一対のセラミツク部材21a,21bが
相互にズレて移動すると、その合わせ目部分に欠
けを生じ易い。
Furthermore, if the pair of ceramic members 21a, 21b shift from each other and move, chipping is likely to occur at the joint.

(考案の目的) 本考案は、上記の事情に基づいてなされたもの
で、上記金属リングの形状を、その全体に亘り中
央部から両端方向にかけて次第に外方側に厚肉と
なる中細り形状にするとともに、該金属リングを
シリンダヘツドとシリンダブロツクとの間に挟持
して上記金属リングの軸方向への熱変形を実質的
に拘束することによつて、上記熱応力発生時の金
属リングの変形力を内側方向に作用させるように
して上記のような問題点を解決したエンジンの副
室構造を提供することを目的とするものである。
(Purpose of the invention) The present invention was made based on the above-mentioned circumstances, and the shape of the metal ring is made into a medium-thin shape that gradually becomes thicker outward from the center to both ends. At the same time, by sandwiching the metal ring between the cylinder head and the cylinder block to substantially restrain thermal deformation of the metal ring in the axial direction, the deformation of the metal ring when the thermal stress occurs is suppressed. It is an object of the present invention to provide a pre-chamber structure for an engine that solves the above-mentioned problems by applying force inward.

(目的を達成するための手段) 本発明は、上記の目的を達成するために、シリ
ンダヘツドの副室形成用凹部に嵌合される断熱性
の副室チヤンバー部材を中央部で接合される上下
分割構造の一対の円筒状のセラミツク部材で形成
し、該上下一対のセラミツク部材の外周に金属リ
ングを焼嵌めすることにより一体化して上記シリ
ンダヘツドの副室形成用凹部に嵌合するととも
に、上記金属リングと上記シリンダヘツドとの間
に断熱空間を形成したエンジンの副室構造におい
て、上記焼嵌めされる金属リングを、その軸方向
全体に亘り中央部が薄肉で両端部に行くに従つて
次第に外方側に厚肉となる中細り形状になすとと
もに、該金属リングを上記シリンダヘツドとシリ
ンダブロツクとの間に挟持して上記金属リングの
軸方向への熱変形を実質的に拘束したものであ
る。
(Means for Achieving the Object) In order to achieve the above object, the present invention has a heat insulating sub-chamber member fitted in a sub-chamber forming recess of a cylinder head. It is formed of a pair of cylindrical ceramic members with a split structure, and is integrated by shrink-fitting a metal ring to the outer periphery of the pair of upper and lower ceramic members, and is fitted into the sub-chamber forming recess of the cylinder head. In an engine pre-chamber structure in which a heat insulating space is formed between a metal ring and the cylinder head, the metal ring to be shrink-fitted has a thinner wall in the center over the entire axial direction and gradually becomes thinner toward both ends. The metal ring is formed into a medium-thin shape with a thick wall on the outside, and the metal ring is sandwiched between the cylinder head and the cylinder block to substantially restrain thermal deformation of the metal ring in the axial direction. be.

(作用) 上記の手段によると、副室チヤンバーを形成す
る上下一対のセラミツク部材の外周に焼嵌めされ
た金属リングが、その軸方向の全体に亘つて中央
部が薄肉で両端方向にかけて外方側に次第に厚肉
となる中細り形状となつており、その軸方向への
熱変形が実質的に拘束されているので、上下両端
部で拘束され中央部に集中して作用する熱応力に
よる変形力は当該金属リングの内方に向けて働く
ようになり、これにより中央部で接合された上下
一対のセラミツク部材に対する締付力が却つて向
上するようになり、上記上下一対のセラミツク部
材間にズレが発生するようなことはなくなる。
(Function) According to the above means, the metal ring shrink-fitted to the outer periphery of the pair of upper and lower ceramic members forming the subchamber is thin-walled in the center and thin-walled toward the outer side toward both ends. It has a medium-thin shape that gradually becomes thicker, and its thermal deformation in the axial direction is substantially restrained, so the deformation force due to thermal stress is restrained at both the upper and lower ends and concentrated in the center. acts inward of the metal ring, and as a result, the clamping force against the pair of upper and lower ceramic members joined at the center increases, and the misalignment between the pair of upper and lower ceramic members increases. will no longer occur.

(実施例) 以下、本発明の実施例に係るエンジンの副室構
造を図面第1図に沿つて詳細に説明する。
(Example) Hereinafter, a pre-chamber structure of an engine according to an example of the present invention will be described in detail with reference to FIG. 1 of the drawings.

先ず第1図に示すように、本実施例に於けるエ
ンジンの副室構造は、デイーゼルエンジンのシリ
ンダヘツド1の副室形成用凹部11に嵌挿され、
外周部8a,9aに焼嵌めによつて金属リング7
を嵌合した上下に分割可能な一対の窒化硅素
(Si3N4)等からなる円筒状の耐熱性セラミツク
部材8および9によつて形成された副室チヤンバ
ー部材6と、上記金属リング7の外周面7dと上
記シリンダヘツド1の凹部11の内周面11aと
の間に形成された断熱空間15とを有している。
そして、副室を形成するチヤンバー部材としての
上記セラミツク部材8および9は、形成される副
室5のほぼ中央水平面に接合されている。そし
て、上部セラミツク部材8の頂壁8bには、グロ
ープラグ10の挿入孔13と燃料噴射ノズル12
からの噴射燃料導入孔19が穿設されており、他
方下部セラミツク部材9の底壁9bには主燃焼室
3に対して噴孔4が旋回ガス流を発生させるよう
に斜めに穿設されている。
First, as shown in FIG. 1, the sub-chamber structure of the engine in this embodiment is fitted into the sub-chamber forming recess 11 of the cylinder head 1 of the diesel engine.
The metal ring 7 is attached to the outer peripheral portions 8a and 9a by shrink fitting.
A pre-chamber member 6 is formed by a pair of cylindrical heat-resistant ceramic members 8 and 9 made of silicon nitride (Si 3 N 4 ) etc. that can be divided into upper and lower parts, and the metal ring 7 It has a heat insulating space 15 formed between the outer peripheral surface 7d and the inner peripheral surface 11a of the recess 11 of the cylinder head 1.
The ceramic members 8 and 9, which serve as chamber members forming the auxiliary chamber, are joined to a substantially central horizontal plane of the auxiliary chamber 5 to be formed. The top wall 8b of the upper ceramic member 8 has an insertion hole 13 for the glow plug 10 and a fuel injection nozzle 12.
An injected fuel introduction hole 19 is formed in the bottom wall 9b of the lower ceramic member 9, and a nozzle hole 4 is formed obliquely with respect to the main combustion chamber 3 so as to generate a swirling gas flow. There is.

また、上記シリンダヘツド1の凹部11におけ
る上部壁面11bと上部セラミツク部材8の肩部
環状面8cとの間には、リング状のシール部材1
4が嵌合されている。
Further, a ring-shaped seal member 1 is provided between the upper wall surface 11b of the recess 11 of the cylinder head 1 and the shoulder annular surface 8c of the upper ceramic member 8.
4 is fitted.

上記焼嵌めされる金属リング7は、例えば
SUS430等のステンレス鋼や耐熱合金より成り、
上記上部セラミツク部材8と下部セラミツク部材
9とに焼嵌めされることによつてそれら両部材に
締付力を与えて一体的な接合状態に保持すると共
に、耐熱衝撃性(サーマルシヨツク)を改善する
ものである。
The metal ring 7 to be shrink-fitted is, for example,
Made of stainless steel such as SUS430 or heat-resistant alloy,
By shrink-fitting the upper ceramic member 8 and the lower ceramic member 9, a tightening force is applied to the two members to maintain them in an integrally joined state, and the thermal shock resistance is improved. It is something.

そして、上記金属リング7は、その軸方向の全
体に亘つて、中央部に薄肉に形成される一方、上
下両端部にかけて次第に外方側に厚肉となる中細
り形状に形成され、外周面7aがアーチ形の弧面
となつていてこの弧面により上記断熱空間15を
形成する一方、その上端部7eは上記シリンダヘ
ツド1の凹部上端面の外周側段部11cに衝合せ
しめられて固定されているとともに他方下端部7
b外周面にはフランジ部7cが形成され、このフ
ランジ部7cが上記シリンダヘツド1の凹部11
下端面の段部11dに嵌合され、かつ下端部7b
側面の大部分はガスケツト17を介してシリンダ
ブロツク16上に位置している。
The metal ring 7 is formed to have a thin wall at the center over the entire axial direction, and a tapered shape that gradually becomes thicker toward the outside toward both upper and lower ends. is an arched arc surface, and this arc surface forms the heat insulating space 15, while its upper end 7e is fixed by abutting against the outer circumferential step 11c of the upper end surface of the recess of the cylinder head 1. and the other lower end 7
b A flange portion 7c is formed on the outer peripheral surface, and this flange portion 7c fits into the recess 11 of the cylinder head 1.
The lower end portion 7b is fitted into the stepped portion 11d of the lower end surface.
Most of the side surfaces are located on the cylinder block 16 via the gasket 17.

従つて、当該金属リング7は上下両端部では上
記嵌合状態により上,下方および側方への熱変形
が実質的に拘束される一方、上下両端部から作用
する中央の薄肉部での熱応力による変形力は外周
面がアーチ形となつていることにより第1図仮想
線に示すように金属リング7の中心軸方向に作用
するようになり、一対の上下セラミツク部材8,
9に対する嵌合締付力をより高めることになる。
そのため各セラミツク部材8,9間に位置ずれを
生じるようなことはなくなる。
Therefore, at both the upper and lower ends of the metal ring 7, thermal deformation in the upward, downward, and lateral directions is substantially restrained due to the above-mentioned fitted state, while thermal stress in the thin walled portion in the center acting from both the upper and lower ends is suppressed. Due to the arched outer circumferential surface, the deformation force acts in the direction of the central axis of the metal ring 7, as shown by the imaginary line in FIG.
This will further increase the fitting and tightening force for 9.
Therefore, misalignment between the ceramic members 8 and 9 will not occur.

なお、18は位置決め用ボールである。 Note that 18 is a positioning ball.

(考案の効果) 本考案は、以上に説明したように、シリンダヘ
ツドの副室形成用凹部に嵌合される断熱性の副室
チヤンバー部材を中央部で接合される上下分割構
造の一対の円筒状セラミツク部材で形成し、該上
下一対のセラミツク部材の外周に金属リングを焼
嵌めすることにより一体化して上記シリンダヘツ
ドの副室形成用凹部に嵌合するとともに、上記金
属リングと上記シリンダヘツドとの間に断熱空間
を形成したエンジンの副室構造において、上記焼
嵌めされる金属リングを、その軸方向全体に亘り
中央部が薄肉で両端部に行くに従つて次第に外方
側に厚肉となる中細り形状になすとともに、該金
属リングを上記シリンダヘツドとシリンダブロツ
クとの間に挟持して上記金属リングの軸方向への
熱変形を実質的に拘束したことを特徴とするもの
である。
(Effects of the Invention) As explained above, the present invention provides an insulating sub-chamber member fitted into the sub-chamber forming recess of the cylinder head, which is connected to a pair of upper and lower divided cylinders joined at the center. A metal ring is shrink-fitted to the outer periphery of the pair of upper and lower ceramic members to be integrated and fit into the auxiliary chamber forming recess of the cylinder head, and the metal ring and the cylinder head are integrated. In an engine pre-chamber structure in which a heat insulating space is formed between the metal rings, the metal ring to be shrink-fitted has a thin wall at the center and gradually thickens outward toward both ends of the metal ring. In addition, the metal ring is sandwiched between the cylinder head and the cylinder block to substantially restrain thermal deformation of the metal ring in the axial direction.

従つて、本考案によると、上下一対のセラミツ
ク部材に焼嵌めされた金属リングが、その軸方向
の全体に亘つて中央部が薄肉で両端方向にかけて
外方側に次第に厚肉となる中細り形状となつてい
るので、上下両端部で拘束され中央部に集中して
作用する熱応力による変形力は当該金属リングの
内方に向けて働くようになり、中央部で接合され
た上下一対のセラミツク部材に対する締付力が却
つて向上するようになり、上記上下一対のセラミ
ツク部材間にズレが発生するようなことはなくな
る。
Therefore, according to the present invention, the metal ring shrink-fitted to the pair of upper and lower ceramic members has a tapered shape that is thin in the center and gradually thickens outward toward both ends throughout the entire axial direction. Therefore, the deformation force due to the thermal stress that is restrained at both the upper and lower ends and concentrated in the center acts inward on the metal ring, and the pair of upper and lower ceramics bonded at the center. The tightening force against the members is improved, and there is no possibility of misalignment between the pair of upper and lower ceramic members.

また、上記のような構造にすると、金属リング
の材料自体に特別な耐熱低膨張材を使用する必要
がないことから、コストも安価となる。
Furthermore, with the above structure, there is no need to use a special heat-resistant, low-expansion material for the material of the metal ring itself, resulting in lower costs.

また、上記の結果、焼嵌め時の焼嵌め代を小さ
くすることができ作業性も向上する。
Moreover, as a result of the above, the shrink-fitting allowance during shrink-fitting can be reduced, and workability is also improved.

さらに、中央部が薄肉であることから、剛性も
低く(内側へ向けて変形し易い)両端部拘束によ
り負荷される熱応力を該部分で効果的に吸収させ
ることができる。
Furthermore, since the central portion is thin, the rigidity is low (it easily deforms inward), and the thermal stress applied by the restraint at both ends can be effectively absorbed in this portion.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

図面第1図は、本考案の実施例に係るエンジン
の副室構造の縦断面図、第2図は、従来のエンジ
ンの副室構造の縦断面図である。 1……シリンダヘツド、3……主燃焼室、4…
…噴孔、5……副室、6……副室チヤンバー部
材、7……金属リング、8……セラミツク部材
(上部)、9……セラミツク部材(下部)、11…
…副室形成用凹部、15……断熱空間。
FIG. 1 is a longitudinal cross-sectional view of a pre-chamber structure of an engine according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a longitudinal cross-sectional view of a conventional sub-chamber structure of an engine. 1... Cylinder head, 3... Main combustion chamber, 4...
...Nozzle hole, 5... Sub-chamber, 6... Sub-chamber chamber member, 7... Metal ring, 8... Ceramic member (upper part), 9... Ceramic member (lower part), 11...
...Concavity for forming sub-chamber, 15...Insulating space.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] シリンダヘツドの副室形成用凹部に嵌合される
断熱性の副室チヤンバー部材を中央部で接合され
る上下分割構造の一対の円筒状のセラミツク部材
で形成し、該上下一対のセラミツク部材の外周に
金属リングを焼嵌めすることにより一体化して上
記シリンダヘツドの副室形成用凹部に嵌合すると
ともに、上記金属リングと上記シリンダヘツドと
の間に断熱空間を形成したエンジンの副室構造に
おいて、上記焼嵌めされる金属リングを、その軸
方向全体に亘り中央部が薄肉で両端部に行くに従
つて次第に外方側に厚肉となる中細り形状になす
とともに、該金属リングを上記シリンダヘツドと
シリンダブロツクとの間に挟持して上記金属リン
グの軸方向への熱変形を実質的に拘束したことを
特徴とするエンジンの副室構造。
The insulating sub-chamber chamber member fitted into the sub-chamber forming recess of the cylinder head is formed of a pair of cylindrical ceramic members with an upper and lower split structure joined at the center, and the outer periphery of the pair of upper and lower ceramic members is In the sub-chamber structure of an engine, the metal ring is integrated by shrink-fitting into the sub-chamber forming recess of the cylinder head, and a heat insulating space is formed between the metal ring and the cylinder head, The metal ring to be shrunk-fitted is made into a tapered shape that is thin in the center and gradually thickens outward toward both ends throughout the entire axial direction, and the metal ring is attached to the cylinder head. and a cylinder block to substantially restrain thermal deformation of the metal ring in the axial direction.
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