JPH0610452B2 - セラミックを収容するように改変されたエンジン装置 - Google Patents
セラミックを収容するように改変されたエンジン装置Info
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- JPH0610452B2 JPH0610452B2 JP59500642A JP50064283A JPH0610452B2 JP H0610452 B2 JPH0610452 B2 JP H0610452B2 JP 59500642 A JP59500642 A JP 59500642A JP 50064283 A JP50064283 A JP 50064283A JP H0610452 B2 JPH0610452 B2 JP H0610452B2
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- B23C—MILLING
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- B23C5/16—Milling-cutters characterised by physical features other than shape
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- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23P—METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; COMBINED OPERATIONS; UNIVERSAL MACHINE TOOLS
- B23P15/00—Making specific metal objects by operations not covered by a single other subclass or a group in this subclass
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、断熱要素としてセラミックを収容するように
改変されたエンジン装置に関する。
改変されたエンジン装置に関する。
(従来の技術) 内燃機関のシリンダ壁およびヘッドの高温面は、エンジ
ンハウジングの断熱性能を改善するためにセラミックベ
ースの材料によって内張りされる。例えば、米国特許第
4,341,826号では、該技術は、炭化硅素繊維補
強のセラミックまたはガラスの混合物から形成されるエ
ンジン部品の製造を教示する。本来、セラミックは、ヘ
ッドの高温面と同様にシリンダ壁のライナーとして使用
され、ピストンの上側面に使用されてもよく、これ等の
面は、代替的な内燃機関の燃焼室の臨界的に加熱される
面に該当する。他の例として、米国特許第4,245,
611号では、アルミニウムのピストンは、その高温上
側面の断熱性能を改善するためにセラミックで被覆され
る。
ンハウジングの断熱性能を改善するためにセラミックベ
ースの材料によって内張りされる。例えば、米国特許第
4,341,826号では、該技術は、炭化硅素繊維補
強のセラミックまたはガラスの混合物から形成されるエ
ンジン部品の製造を教示する。本来、セラミックは、ヘ
ッドの高温面と同様にシリンダ壁のライナーとして使用
され、ピストンの上側面に使用されてもよく、これ等の
面は、代替的な内燃機関の燃焼室の臨界的に加熱される
面に該当する。他の例として、米国特許第4,245,
611号では、アルミニウムのピストンは、その高温上
側面の断熱性能を改善するためにセラミックで被覆され
る。
(発明が解決しようとする課題) 上述の従来技術には、(a)ピストンに装着された金属シ
ールリングを、シリンダ壁のライナーとして使用される
際のセラミックに対して適切に密封係合させるのが不能
であること、及び(b)高温が作用したときにセラミック
に割れが生じたりして断熱性能が害される等の不都合が
ある。厚くなければ、アルミニウムのピストンの高温面
が不充分に断熱され、セラミックとそれを支持するピス
トンとの異なる熱膨脹に起因する種々問題、例えばセラ
ミックの被覆に割れが生じる等の不都合がある。
ールリングを、シリンダ壁のライナーとして使用される
際のセラミックに対して適切に密封係合させるのが不能
であること、及び(b)高温が作用したときにセラミック
に割れが生じたりして断熱性能が害される等の不都合が
ある。厚くなければ、アルミニウムのピストンの高温面
が不充分に断熱され、セラミックとそれを支持するピス
トンとの異なる熱膨脹に起因する種々問題、例えばセラ
ミックの被覆に割れが生じる等の不都合がある。
(課題を解決するための手段) 本発明は、通常の内燃機関がセラミックを収容するよう
に改変されているエンジン装置において、 (a)ボア開口部を画定する壁のあるブロックを有するエ
ンジンハウジングと、エンジンヘッドと、該ボア開口部
内のピストンとを備え、該ピストンが、該ブロックおよ
びヘッドと共に燃焼室を画定するように協働する上部お
よびシールリングを有し、前記ブロック壁が、前記ボア
開口部を拡大する環状溝をその上端に有し、該溝が、半
径方向外側の円筒形面を有しており、また、 (b)該ブロックのボア開口部に整合するが、該開口部よ
りも大きいボア開口部を画成する壁を有し該ブロックに
結合される延長部材を備え、該延長部材の壁面が、該ブ
ロックの前記半径方向外側の円筒形面にほぼ軸方向に整
合され、更に、 (c)該延長部材と該ブロックとが同様の金属材料からな
り、該延長部材の壁面および該ブロックの半径方向外側
の円筒形面に沿ってセラミックライナーが固定されてい
て、該ライナーの熱膨張係数は該ブロック及び延長部材
の熱膨張係数よりも小さいが、それらの熱膨張係数の差
は、約3.6×10-6cm/cm/℃(2.0×10-6in/
in/゜F)以下になっており、更に、 (d)有効なピストン上部を前記延長部材の有効高さに相
応する距離だけ延長するように前記ピストンに取付けら
れるキャップを備えることを特徴とする。
に改変されているエンジン装置において、 (a)ボア開口部を画定する壁のあるブロックを有するエ
ンジンハウジングと、エンジンヘッドと、該ボア開口部
内のピストンとを備え、該ピストンが、該ブロックおよ
びヘッドと共に燃焼室を画定するように協働する上部お
よびシールリングを有し、前記ブロック壁が、前記ボア
開口部を拡大する環状溝をその上端に有し、該溝が、半
径方向外側の円筒形面を有しており、また、 (b)該ブロックのボア開口部に整合するが、該開口部よ
りも大きいボア開口部を画成する壁を有し該ブロックに
結合される延長部材を備え、該延長部材の壁面が、該ブ
ロックの前記半径方向外側の円筒形面にほぼ軸方向に整
合され、更に、 (c)該延長部材と該ブロックとが同様の金属材料からな
り、該延長部材の壁面および該ブロックの半径方向外側
の円筒形面に沿ってセラミックライナーが固定されてい
て、該ライナーの熱膨張係数は該ブロック及び延長部材
の熱膨張係数よりも小さいが、それらの熱膨張係数の差
は、約3.6×10-6cm/cm/℃(2.0×10-6in/
in/゜F)以下になっており、更に、 (d)有効なピストン上部を前記延長部材の有効高さに相
応する距離だけ延長するように前記ピストンに取付けら
れるキャップを備えることを特徴とする。
(発明の特徴、作用及び効果) 本発明は、通常のエンジンを、セラミックを収容するよ
うに改変することを基本的技術思想としている。即ち、
本発明のエンジン装置は、通常のエンジンに簡単な加
工、組み立て等をほどこしてそれを改変した構成になっ
ている。従って、ブロックとは別部材として製造した延
長部材がブロックに接合され、また、ピストンにはキャ
ップ(これもピストンとは別部材)が取付けられてい
て、前記キャップが、有効なピストン上部を前記延長部
材の有効高さに相当する距離だけ延長するように前記ピ
ストンに取付けられている。
うに改変することを基本的技術思想としている。即ち、
本発明のエンジン装置は、通常のエンジンに簡単な加
工、組み立て等をほどこしてそれを改変した構成になっ
ている。従って、ブロックとは別部材として製造した延
長部材がブロックに接合され、また、ピストンにはキャ
ップ(これもピストンとは別部材)が取付けられてい
て、前記キャップが、有効なピストン上部を前記延長部
材の有効高さに相当する距離だけ延長するように前記ピ
ストンに取付けられている。
また、本発明によれば、上記したようにピストン上部を
前記延長部材の有効高さに相当する距離だけ延長するよ
うに該ピストンにキャップを取付けているために、ピス
トン及びそれに装着されたシールリングと燃焼室との距
離が大きくなり、また、燃焼室の外周側にはセラミック
ライナーが存在するために、耐熱性が向上する。
前記延長部材の有効高さに相当する距離だけ延長するよ
うに該ピストンにキャップを取付けているために、ピス
トン及びそれに装着されたシールリングと燃焼室との距
離が大きくなり、また、燃焼室の外周側にはセラミック
ライナーが存在するために、耐熱性が向上する。
ピストンのシールリングは、セラミックライナーとは係
合せず、ブロックと係合するため、シールリングをセラ
ミックライナーに対して適切に密封係合させるのが困難
であるという既述の従来技術の問題点は生じない。
合せず、ブロックと係合するため、シールリングをセラ
ミックライナーに対して適切に密封係合させるのが困難
であるという既述の従来技術の問題点は生じない。
また、本発明においては、セラミックライナーと、ブロ
ック及び延長部材との熱膨脹係数の差異を上記した数値
に定めているために、エンジンの作動中にセラミックラ
イナーの割れが生じる等の不都合が生じない。
ック及び延長部材との熱膨脹係数の差異を上記した数値
に定めているために、エンジンの作動中にセラミックラ
イナーの割れが生じる等の不都合が生じない。
上記したライナーとしてセラミックライナーを使用する
主たる目的は、燃焼室内における保温性を向上させ、作
動中の燃焼室の温度を上昇させることにある。即ち、セ
ラミックが耐熱性、断熱性のある材料であることは知ら
れており、また、セラミックライナーを設ければ燃焼室
の温度が上昇するという利点が得られる。しかしなが
ら、その温度上昇は、セラミックライナーに割れが生じ
ること等の問題を深刻にする。
主たる目的は、燃焼室内における保温性を向上させ、作
動中の燃焼室の温度を上昇させることにある。即ち、セ
ラミックが耐熱性、断熱性のある材料であることは知ら
れており、また、セラミックライナーを設ければ燃焼室
の温度が上昇するという利点が得られる。しかしなが
ら、その温度上昇は、セラミックライナーに割れが生じ
ること等の問題を深刻にする。
本発明者は、上記不都合が主として熱膨脹係数の差違に
起因することに着眼し、適切な範囲として上記数値を選
定した。エンジンブロックは金属材料(典型的な例とし
ては鋳鉄)から作られるものであり、熱膨脹係数の差違
を上記の数値にするためには、セラミック材料として
は、かなり熱膨脹係数の高いものを採用する必要があ
り、上記数値の選定は、ライナーの厚さを著しく増大さ
せる等の不都合を伴わずに好適に使用し得るセラミック
材料の種類を定めているともいえるものである。
起因することに着眼し、適切な範囲として上記数値を選
定した。エンジンブロックは金属材料(典型的な例とし
ては鋳鉄)から作られるものであり、熱膨脹係数の差違
を上記の数値にするためには、セラミック材料として
は、かなり熱膨脹係数の高いものを採用する必要があ
り、上記数値の選定は、ライナーの厚さを著しく増大さ
せる等の不都合を伴わずに好適に使用し得るセラミック
材料の種類を定めているともいえるものである。
(実施例) 好ましくは、金属スリーブが、円筒形セラミックライナ
ーと延長部材の壁との間に圧入され、この金属スリーブ
は少くとも7.031kg/cm2(100,000psi)の
引張り強さと、該セラミックスリーブおよび延長部材の
材料の熱膨脹係数の中間の熱膨脹係数とを有する材料か
ら成る。好適には、金属スリーブ、400シリーズのス
テンレス鋼から成り、セラミックライナーは、ジルコニ
アおよびおよびアルミナから選択される材料から成り、
延長部材およびエンジンブロックの各々は、鋳鉄から成
る。該キャップは、好ましくは、3.6×10-6cm/cm
/℃(2.0×10-6in/in/゜F)までだけセラミッ
クフェーシングの熱膨脹係数とは異なる熱膨脹係数を有
する材料から成る。即ち、該キャップの熱膨張係数はセ
ラミックフェーシングのそれより大きいのであるが、そ
れらの熱膨張係数の差は、約3.6×10-6cm/cm/℃
(2.0×10-6in/in/゜F)以下になっている。該
キャップは、好ましくは、ピストンの側部に整合する側
壁を有する態様で固定される。
ーと延長部材の壁との間に圧入され、この金属スリーブ
は少くとも7.031kg/cm2(100,000psi)の
引張り強さと、該セラミックスリーブおよび延長部材の
材料の熱膨脹係数の中間の熱膨脹係数とを有する材料か
ら成る。好適には、金属スリーブ、400シリーズのス
テンレス鋼から成り、セラミックライナーは、ジルコニ
アおよびおよびアルミナから選択される材料から成り、
延長部材およびエンジンブロックの各々は、鋳鉄から成
る。該キャップは、好ましくは、3.6×10-6cm/cm
/℃(2.0×10-6in/in/゜F)までだけセラミッ
クフェーシングの熱膨脹係数とは異なる熱膨脹係数を有
する材料から成る。即ち、該キャップの熱膨張係数はセ
ラミックフェーシングのそれより大きいのであるが、そ
れらの熱膨張係数の差は、約3.6×10-6cm/cm/℃
(2.0×10-6in/in/゜F)以下になっている。該
キャップは、好ましくは、ピストンの側部に整合する側
壁を有する態様で固定される。
好ましくは、セラミックフェーシングおよびセラミック
ライナーは、19.05mm(0.75″)以下、最適に
は12.7mm(0.5″)の厚さを有している。延長部
材の高さは、燃焼室の断熱性能の所望の変化を促進する
様に変更される。
ライナーは、19.05mm(0.75″)以下、最適に
は12.7mm(0.5″)の厚さを有している。延長部
材の高さは、燃焼室の断熱性能の所望の変化を促進する
様に変更される。
固定されたセラミックライナーおよび取付けられたキャ
ップは、エンジンの運転中、少くとも55.6℃(10
0゜F)だけ燃焼室のピーク運転温度の上昇を容易にす
る。
ップは、エンジンの運転中、少くとも55.6℃(10
0゜F)だけ燃焼室のピーク運転温度の上昇を容易にす
る。
セラミックフェーシングとピストンとの間の空気間隙
は、好ましくは、約1.27mmから76.2mm(0.0
5″から3.0″)の高さの寸法と、ピストンの直径の
少くとも75%の直径とを有している。
は、好ましくは、約1.27mmから76.2mm(0.0
5″から3.0″)の高さの寸法と、ピストンの直径の
少くとも75%の直径とを有している。
以下、第1図によって本発明の一実施例について説明す
る。エンジンの通常の部分(改変される前の部分)は、
第1図に示す様に、所定の内径12を有する円筒形ボア
開口部11を画定する壁を備えた鉄ベースのエンジンブ
ロック10を包含する。ブロック10は、ボア開口部1
1のまわりでブロック10の軸方向長さに沿って延びる
ように配置される内部冷却チャンネル13を有してい
る。好ましくは、冷却チャンネル13は、ボア開口部1
1の壁の上部肩14に隣接する金属部分の肉厚を増大さ
せるように、上部頚13aにおいて狭くされる。エンジ
ンのヘッド15は、エンジンブロック10のボア開口部
11の頂部を覆って延びる面16を有する金属部材(例
えばアルミニウム)である。
る。エンジンの通常の部分(改変される前の部分)は、
第1図に示す様に、所定の内径12を有する円筒形ボア
開口部11を画定する壁を備えた鉄ベースのエンジンブ
ロック10を包含する。ブロック10は、ボア開口部1
1のまわりでブロック10の軸方向長さに沿って延びる
ように配置される内部冷却チャンネル13を有してい
る。好ましくは、冷却チャンネル13は、ボア開口部1
1の壁の上部肩14に隣接する金属部分の肉厚を増大さ
せるように、上部頚13aにおいて狭くされる。エンジ
ンのヘッド15は、エンジンブロック10のボア開口部
11の頂部を覆って延びる面16を有する金属部材(例
えばアルミニウム)である。
ピストン17は、上下に往復運動するようにボア開口部
11内に装着される。このピストン17には分割された
環状シールリング18が装着され、ピストン17とエン
ジンブロック10とヘッド15とが互に協働して燃焼室
を画定する。ピストン17の下方の往復運動位置は、燃
焼室の最大体積を限定し、上方の位置は、燃焼室の最小
圧縮体積を定める。ピストン17は、通常、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金で作られ、溝19に収容され
る分割されたシールリング18は、エンジンブロック1
0のボア開口部11の内側面と摺動係合する。
11内に装着される。このピストン17には分割された
環状シールリング18が装着され、ピストン17とエン
ジンブロック10とヘッド15とが互に協働して燃焼室
を画定する。ピストン17の下方の往復運動位置は、燃
焼室の最大体積を限定し、上方の位置は、燃焼室の最小
圧縮体積を定める。ピストン17は、通常、アルミニウ
ムまたはアルミニウム合金で作られ、溝19に収容され
る分割されたシールリング18は、エンジンブロック1
0のボア開口部11の内側面と摺動係合する。
エンジンブロック10の改変 上述したような通常の鋳鉄エンジンブロック10は、ま
ず鋳鉄製の延長部材20を面22において該ブロック1
0に冶金的に結合することによって改変される。延長部
材20は、第1図に示す様に、エンジンブロック10の
ボア開口部11を画定する壁に整合して該壁よりも大き
いボア開口部21を画定する壁を有している。延長部材
20のボア開口部21は、5.08mmから25.4mm
(0.2″から1.0″)までの範囲の寸法だけボア開
口部11の直径よりも大きい直径を有している。該延長
部材20は、ピストン17の軸方向ストロークのかなり
な部分に等しいか、または該部分よりも大きい高さを有
している。該延長部材20は、好ましくは、鑞付けによ
って通常のブロック10に結合される。
ず鋳鉄製の延長部材20を面22において該ブロック1
0に冶金的に結合することによって改変される。延長部
材20は、第1図に示す様に、エンジンブロック10の
ボア開口部11を画定する壁に整合して該壁よりも大き
いボア開口部21を画定する壁を有している。延長部材
20のボア開口部21は、5.08mmから25.4mm
(0.2″から1.0″)までの範囲の寸法だけボア開
口部11の直径よりも大きい直径を有している。該延長
部材20は、ピストン17の軸方向ストロークのかなり
な部分に等しいか、または該部分よりも大きい高さを有
している。該延長部材20は、好ましくは、鑞付けによ
って通常のブロック10に結合される。
次に、延長部材20およびエンジンブロック10の組立
体は、機械加工操作を受け、これにより、エンジンブロ
ック10のボア開口部11の壁の上部の直径が、延長部
材20のボア開口部21の壁面にほぼ軸方向に整合する
半径方向外側面23aと、半径方向へ延びる平坦面23
bとを有する環状肩(又は環状溝)23を形成するよう
に、直径24まで拡大される。肩23の深さは、12.
7mmから25.4mm(0.5″から1.0″)までの範
囲内であるが、ピストンリング18がピストンストロー
クの際に肩の空間に達しないように制限される。
体は、機械加工操作を受け、これにより、エンジンブロ
ック10のボア開口部11の壁の上部の直径が、延長部
材20のボア開口部21の壁面にほぼ軸方向に整合する
半径方向外側面23aと、半径方向へ延びる平坦面23
bとを有する環状肩(又は環状溝)23を形成するよう
に、直径24まで拡大される。肩23の深さは、12.
7mmから25.4mm(0.5″から1.0″)までの範
囲内であるが、ピストンリング18がピストンストロー
クの際に肩の空間に達しないように制限される。
丈夫な金属スリーブ25(好ましくは400シリーズの
ステンレス鋼から成る)は、肩23に向って挿入され、
壁面21および面23aに焼き嵌めまたは圧入される外
側面25aを有している。セラミックスリーブ、すなわ
ち円筒形セラミックライナー26は、金属スリーブ25
にしっかり挿入され、ボア開口部11の内壁面と軸方向
に整合する内壁面26aを有するように寸法を定められ
る。
ステンレス鋼から成る)は、肩23に向って挿入され、
壁面21および面23aに焼き嵌めまたは圧入される外
側面25aを有している。セラミックスリーブ、すなわ
ち円筒形セラミックライナー26は、金属スリーブ25
にしっかり挿入され、ボア開口部11の内壁面と軸方向
に整合する内壁面26aを有するように寸法を定められ
る。
セラミックライナー26は、9.0−10.08×10
-6cm/cm/℃(5.0−5.6×10-6in/in/゜F)
の熱膨脹係数を有するセラミック材料から成る。これは
セラミックにしては高い熱膨脹係数であり、従ってアル
ミナおよびジルコニアから選択される材料から成る。セ
ラミックライナー26の熱膨張係数はそれを支持する支
持部材の熱膨張係数より小さいが、それらの熱膨張係数
の差は、約3.6×10-6cm/cm/℃(2.0×10-6
in/in/゜F)以下にすべきである。本実施例におい
て、金属スリーブ25である直接の支持部材は、好まし
くは、約10.08×10-6cm/cm/℃(5.6×10
-6in/in/゜F)の熱膨脹係数を有する400シリーズ
のステンレス鋼から成る。特定の場合には、ブロックの
構造が隣接するボア間にある材料の高温を抑制するよう
になっていれば、鋳鉄製の延長部材20に直接にセラミ
ックライナー26を配置することが可能である。これ
は、大抵の場合に実施不能であり、従って、熱的応力を
軽減するようにセラミックライナー26と鋳鉄製の延長
部材20との間に金属スリーブ25を使用することが必
要である。400シリーズのステンレス鋼は、鋳鉄の熱
膨脹係数〔11.52×10-6cm/cm/℃(6.4×0
-6in/in/゜F)〕よりも僅かに小さい熱膨脹係数〔1
0.08×10-6cm/cm/℃(5.6×10-6in/in/
゜F)〕を有しているにすぎないが、鋳鉄の引張り強さ
〔約2.1093kg/cm2(30,000psi)〕よりも
著しく大きい引脹強さ〔約9.140kg/cm2(13
0,000psi)〕を有している。このように強いステ
ンレス鋼スリーブは、エンジンの運転中、セラミックラ
イナー26を圧縮状態に保持し、セラミックを破砕しよ
うとするブロックの応力に反作用する。この現象は、ブ
ロックの材料が非常に薄く、従って金属の温度がかなり
高くなる隣接するボア間の領域で特に著しい。
-6cm/cm/℃(5.0−5.6×10-6in/in/゜F)
の熱膨脹係数を有するセラミック材料から成る。これは
セラミックにしては高い熱膨脹係数であり、従ってアル
ミナおよびジルコニアから選択される材料から成る。セ
ラミックライナー26の熱膨張係数はそれを支持する支
持部材の熱膨張係数より小さいが、それらの熱膨張係数
の差は、約3.6×10-6cm/cm/℃(2.0×10-6
in/in/゜F)以下にすべきである。本実施例におい
て、金属スリーブ25である直接の支持部材は、好まし
くは、約10.08×10-6cm/cm/℃(5.6×10
-6in/in/゜F)の熱膨脹係数を有する400シリーズ
のステンレス鋼から成る。特定の場合には、ブロックの
構造が隣接するボア間にある材料の高温を抑制するよう
になっていれば、鋳鉄製の延長部材20に直接にセラミ
ックライナー26を配置することが可能である。これ
は、大抵の場合に実施不能であり、従って、熱的応力を
軽減するようにセラミックライナー26と鋳鉄製の延長
部材20との間に金属スリーブ25を使用することが必
要である。400シリーズのステンレス鋼は、鋳鉄の熱
膨脹係数〔11.52×10-6cm/cm/℃(6.4×0
-6in/in/゜F)〕よりも僅かに小さい熱膨脹係数〔1
0.08×10-6cm/cm/℃(5.6×10-6in/in/
゜F)〕を有しているにすぎないが、鋳鉄の引張り強さ
〔約2.1093kg/cm2(30,000psi)〕よりも
著しく大きい引脹強さ〔約9.140kg/cm2(13
0,000psi)〕を有している。このように強いステ
ンレス鋼スリーブは、エンジンの運転中、セラミックラ
イナー26を圧縮状態に保持し、セラミックを破砕しよ
うとするブロックの応力に反作用する。この現象は、ブ
ロックの材料が非常に薄く、従って金属の温度がかなり
高くなる隣接するボア間の領域で特に著しい。
延長部材20の高さは、セラミックライナー26の断熱
性能の所望の変化を促進し、これにより、燃焼室の断熱
性能の所望の変化を促進するように、種々に変更されて
よい。延長部材20の高さは、ピストン17に装着され
るシールリング18がチャンネル13によって冷却され
る通常のブロック10の部分に摺動係合を継続するのを
可能にするように定められねばならない。
性能の所望の変化を促進し、これにより、燃焼室の断熱
性能の所望の変化を促進するように、種々に変更されて
よい。延長部材20の高さは、ピストン17に装着され
るシールリング18がチャンネル13によって冷却され
る通常のブロック10の部分に摺動係合を継続するのを
可能にするように定められねばならない。
ピストン17の改変 金属製の延長キャップ30は、ピストン17の上部に3
1において取付けられる。該キャップ30は、その上側
面30aの凹所において円板状のセラミックフェーシン
グ32を支持する。該フェーシング32のセラミック
は、ジルコニアおよびアルミナから成るグループから選
択され、該セラミックフェーシング32は、19.05
mm(0.75″)以下の厚さ36を有している。該キャ
ップ30は、ピストン17の側壁に沿って下方へ延び該
側壁に重なる円筒形壁33を有する。また、該キャップ
30は、セラミックフェーシング32を収容する凹んだ
開口部を限定する環状リップ35を有している。円筒形
壁33は、その外径38がピストンの外径37に相応す
るようにピストン17の縮小部分ないし頚部分34に取
付けられる。第1図に示す位置に設置されるとき、ピス
トン17の延長キャップ30は、キャップのウエブ30
bと通常のピストン、の上端面40との間に、空気が捕
捉された間隙即ち空気間隙39を形成する。該キャップ
30は、延長部材20の高さに相応する高さを有し、空
気間隙39は、1.27mmから76.2mm(0.05″
から3.0″)の高さと、ピストン17の直径の75%
から98%の直径とを有する。
1において取付けられる。該キャップ30は、その上側
面30aの凹所において円板状のセラミックフェーシン
グ32を支持する。該フェーシング32のセラミック
は、ジルコニアおよびアルミナから成るグループから選
択され、該セラミックフェーシング32は、19.05
mm(0.75″)以下の厚さ36を有している。該キャ
ップ30は、ピストン17の側壁に沿って下方へ延び該
側壁に重なる円筒形壁33を有する。また、該キャップ
30は、セラミックフェーシング32を収容する凹んだ
開口部を限定する環状リップ35を有している。円筒形
壁33は、その外径38がピストンの外径37に相応す
るようにピストン17の縮小部分ないし頚部分34に取
付けられる。第1図に示す位置に設置されるとき、ピス
トン17の延長キャップ30は、キャップのウエブ30
bと通常のピストン、の上端面40との間に、空気が捕
捉された間隙即ち空気間隙39を形成する。該キャップ
30は、延長部材20の高さに相応する高さを有し、空
気間隙39は、1.27mmから76.2mm(0.05″
から3.0″)の高さと、ピストン17の直径の75%
から98%の直径とを有する。
図面の簡単な説明 第1図は本発明の一実施例であるエンジン装置の一部分
の縦断面図である。
の縦断面図である。
10…シリンダブロック、 11…円筒形ボア開口部、 15…ヘッド、16…面、17…ピストン、 18…シールリング、20…延長部材、 23…環状肩(環状溝)、25…金属スリーブ、 26…セラミックライナー、 30…金属製の延長キャップ、 32…セラミックフェーシング、 33…円筒形壁、35…環状リップ、 39…空気間隙。
Claims (7)
- 【請求項1】通常の内燃機関がセラミックを収容するよ
うに改変されているエンジン装置において、 (a) ボア開口部を画定する壁のあるブロックを有する
エンジンハウジングと、エンジンヘッドと、該ボア開口
部内のピストンとを備え、該ピストンが、該ブロックお
よびヘッドと共に燃焼室を画定するように協働する上部
およびシールリングを有し、前記ブロック壁が、前記ボ
ア開口部を拡大する環状溝をその上端に有し、該溝が、
半径方向外側の円筒形面を有しており、また、 (b) 該ブロックのボア開口部に整合するが、該開口部
よりも大きいボア開口部を画定する壁を有し該ブロック
に結合される延長部材を備え、該延長部材の壁面が、該
ブロックの前記半径方向外側の円筒形面にほぼ軸方向に
整合され、更に、 (c) 該延長部材と該ブロックとが同様の金属材料から
なり、該延長部材の壁面および該ブロックの半径方向外
側の円筒形面に沿ってセラミッククライナーが固定され
ていて、該ライナーの熱膨張係数は該ブロック及び延長
部材の熱膨張係数よりも小さいが、それらの熱膨張係数
の差は、約3.6×10-6cm/cm/℃(2.0×10-6
in/in/゜F)以下になっており、更に、 (d) 有効なピストン上部を前記延長部材の有効高さに
相応する距離だけ延長するように前記ピストンに取付け
られるキャップを備える エンジン装置。 - 【請求項2】前記延長部材の高さが、前記ピストンの軸
方向ストロークに相応する特許請求の範囲第1項に記載
のエンジン装置。 - 【請求項3】金属スリーブが、前記セラミックライナー
と前記延長部材の壁との間に圧入され、少くとも7.0
31kg/cm2(100,000psi)の引張り強さと、該
セラミックスリーブおよび延長部材の材料の熱膨脹係数
の中間の熱膨脹係数とを有する材料から成る特許請求の
範囲第1項に記載のエンジン装置。 - 【請求項4】前記金属スリーブが、400シリーズのス
テンレス鋼から成る特許請求の範囲第3項に記載のエン
ジン装置。 - 【請求項5】前記セラミックライナーが、アルミナおよ
びジルコニアから選択される材料から成り、前記エンジ
ンブロックおよび延長部材の各々が、鋳鉄から成る特許
請求の範囲第1項に記載のエンジン装置。 - 【請求項6】前記キャップにセラミックフェーシングが
装着されていて、該セラミックフェーシングと前記ピス
トンの間に空気間隙が形成され、該キャップの熱膨張係
数は該セラミックフェーシングの熱膨張係数よりも大き
いが、それらの熱膨張係数の差は、約3.6×10-6cm
/cm/℃(2.0×10-6in/in/゜F)以下になって
いる特許請求の範囲第1項に記載のエンジン装置。 - 【請求項7】前記セラミックフェーシングおよびセラミ
ックライナーが、19.05mm(0.75″)以下の厚
さを有する特許請求の範囲第6項に記載のエンジン装
置。
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US338714FREGB | 1982-01-11 | ||
PCT/US1983/002040 WO1985002805A1 (en) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | Method and apparatus for modifying the combustion chamber of an engine to accept ceramic liners |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPS58502190A JPS58502190A (ja) | 1983-12-22 |
JPH0610452B2 true JPH0610452B2 (ja) | 1994-02-09 |
Family
ID=22175647
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP59500642A Expired - Lifetime JPH0610452B2 (ja) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | セラミックを収容するように改変されたエンジン装置 |
JP84500642A Pending JPS61500860A (ja) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | セラミツクライナ−を収容する様にエンジンの燃焼室を改変する方法および装置 |
Family Applications After (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP84500642A Pending JPS61500860A (ja) | 1983-12-27 | 1983-12-27 | セラミツクライナ−を収容する様にエンジンの燃焼室を改変する方法および装置 |
Country Status (5)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US4524498A (ja) |
EP (1) | EP0167526B1 (ja) |
JP (2) | JPH0610452B2 (ja) |
DE (1) | DE3381403D1 (ja) |
WO (1) | WO1985002805A1 (ja) |
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