JPH07293324A - 内燃機関の遮熱構造 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ヘツドライナの天壁から吸気ポートへの伝熱
を減じ、吸気温度の上昇を抑止する。 【構成】 シリンダヘツド４の下面に設けた円筒部５
に、内周面との間に隙間を存して逆カツプ形のセラミツ
クス製ヘツドライナ９を嵌装し、円筒部５の内端面５ａ
に遮熱ガスケツト６を挟んでヘツドライナ９の天壁９ａ
を当接する。シリンダライナ１３を嵌合したシリンダ本
体１２の上端面１２ａにシリンダヘツド４を締結し、ピ
ストンをヘツドライナ９とシリンダライナ１３に摺動可
能に嵌合する。ヘツドライナ９の天壁９ａに、弁座７ａ
を備えた吸気ポート孔７を形成する。吸気ポート孔７に
耐熱性薄金属板からなる遮熱スリーブ８を嵌装する。遮
熱スリーブ８の上端に遮熱ガスケツト６に重なるフラン
ジ２１を、円筒壁２３に吸気ポート孔７に嵌合する上下
１対の環状のビード２２，２４をそれぞれ備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は燃焼室を構成する構造部
材にセラミツクスを用いた内燃機関、特に吸気ポートを
遮熱構造とすることにより、吸気が吸気ポートで機関の
壁部から熱を受けて高温になるのを防止する内燃機関の
遮熱構造に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関の燃費向上を図る手段として、
排ガスエネルギを有効に使用するコンパウンドシステム
がある。コンパウンドシステムで排ガスエネルギを有効
に回収するためには、燃焼室の周囲を遮熱構造とし、燃
焼室から外部への放熱を減じ、排ガスを高温に保ちつ
つ、排ガスタービンへ供給するのが有効である。

【０００３】このため、燃焼室を形成する構造部材を、
シリンダヘツドと別体にセラミツクスから構成した内燃
機関が、例えば実開昭60-41545号公報に開示されてい
る。上述の内燃機関では、シリンダを上下に２分割し、
上部シリンダはシリンダヘツドと一体に構成される。遮
熱構造の燃焼室の大部分が上部シリンダすなわちシリン
ダヘツドの下部に形成され、燃焼室からの放熱を減じて
高温に保つ一方、下部シリンダのピストンとの摺動部を
低温に保つものである。しかし、上部遮熱構造体を貫通
する吸気ポートでは周囲が高温になつているために、吸
気が吸気ポートで周囲から受熱し、高温になるという問
題がある。

【０００４】なお、実開昭60-41545号公報に開示される
内燃機関では、吸気ポートにセラミツクス製のスリーブ
を用いているが、該スリーブはヘツドライナから直接熱
を受け、またスリーブの熱容量が大きいので、吸気を低
温の状態で燃焼室へ導くようにはなつていない。また、
弁座を備えるスリーブはヘツドライナと別体になつてい
るので、ヘツドライナのポート孔に対するスリーブの嵌
合部に、燃焼室の圧洩れを抑えるシール部材を備える必
要があり、構造が複雑になり、また吸気弁とスリーブの
弁座とのすり合せなど、高精度の組立が要求される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は上述の
問題に鑑み、構造・組立が簡単で、上部遮熱構造体とし
てのヘツドライナの天壁から吸気ポートへの伝熱を減
じ、吸気温度の上昇を抑止する、内燃機関の遮熱構造を
提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の構成はシリンダヘツドの下面に設けた円筒
部に内周面との間に隙間を存して、逆カツプ形のセラミ
ツクス製ヘツドライナを嵌装し、シリンダライナを嵌合
したシリンダ本体の上端面にシリンダヘツドを締結し、
ピストンをヘツドライナとシリンダライナに摺動可能に
嵌合した内燃機関において、ヘツドライナの天壁に吸気
弁と当接する弁座を下端部に備えた吸気ポート孔を形成
し、該吸気ポート孔に内周面との間に隙間を存して、耐
熱性薄金属板からなる遮熱スリーブを嵌装したものであ
る。

【０００７】

【作用】ヘツドライナの天壁は遮熱ガスケツトを介し
て、シリンダヘツドの円筒部の内端面に当接される。ヘ
ツドライナの天壁に設けた吸気ポート孔は、下端部に弁
座を構成される。吸気ポート孔に嵌装された薄金属板か
らなる遮熱スリーブは、円筒壁に径外方へ突出する上下
１対の環状のビードまたは上下２列の周方向等間隔に並
ぶ少くとも３個の径外方へ突出するハーフパンチを形成
され、該ビードまたはハーフパンチが吸気ポート孔に強
く嵌合ないし当接し、１対のビードまたは２列のハーフ
パンチの間に遮熱空部ないし空気層を区画する。

【０００８】吸気ポート孔と遮熱スリーブとの間の遮熱
空部は、ヘツドライナから遮熱スリーブへの伝熱量を大
幅に低減する。薄金属板からなる遮熱スリーブは熱容量
が小さいから、排気行程に続く吸気行程で、遮熱スリー
ブ自体の温度も低くなり、吸気が遮熱スリーブから受け
る伝熱量は極く僅かであり、したがつて、吸気温度の上
昇が抑えられ、吸気充填効率が向上する。

【０００９】

【実施例】図１は本発明に係る遮熱構造を備えた内燃機
関の左半部を示す正面断面図、図２は同遮熱構造の要部
を拡大して示す正面断面図である。機関は金属製のシリ
ンダ本体１２に、セラミツクスなどの耐熱性を有するシ
リンダライナ１３を嵌装され、シリンダ本体１２の上端
面１２ａにシール部材１０を装着する環状の溝を備えら
れる。金属製のシリンダヘツド４は下面５ｂをシリンダ
本体１２の上端面１２ａに重ね合され、図示してないボ
ルトにより締結される。シリンダヘツド４は下面５ｂに
形成した円筒部５に、セラミツクス製のヘツドライナ９
を装着される。すなわち、円筒部５の内端面５ａとの間
に遮熱ガスケツト６を介して逆カツプ形のヘツドライナ
９が重ね合される。ヘツドライナ９の下面はシリンダ本
体１２の上端面１２ａとシリンダライナ１３の上端面に
重ね合され、シール部材１０により密封される。シリン
ダヘツド４の円筒部５とヘツドライナ９の間には環状の
遮熱空部１４が備えられ、遮熱空部１４によりヘツドラ
イナ９からシリンダヘツド４への伝熱が抑制される。図
示してないが、頂部をセラミツクスなどの遮熱材料で構
成したピストンは、ヘツドライナ９とシリンダライナ１
３に摺接し、燃料燃焼の大部分はヘツドライナ９とピス
トンとの間で行われる。

【００１０】吸気ポート孔７はヘツドライナ９の天壁９
ａに形成され、吸気ポート孔７の下端は吸気弁が当接す
る円錐状の弁座７ａを形成される。吸気ポート孔７の上
端は遮熱ガスケツト６の開口を経てシリンダヘツド４の
吸気通路２へ連通される。吸気通路２の内周面はセラミ
ツクスからなる管状のライナ３で覆われる。好ましく
は、ライナ３はシリンダヘツド４を鋳造する際に鋳込ま
れる。

【００１１】図２に示すように、本発明によれば、吸気
温度の上昇を抑制するために、吸気ポート孔７に薄金属
板からなる遮熱スリーブ８が嵌装される。遮熱スリーブ
８は厚さ０．１〜０．２mmのステンレスなどの金属板か
らプレス成形される。遮熱スリーブ８は上端に一体に形
成されたフランジ２１を、遮熱ガスケツト６とシリンダ
ヘツド４との間に挟まれる。遮熱スリーブ８は円筒壁２
３を、ヘツドライナ９の吸気ポート孔７との間に層厚
０．５〜１mm程度の環状の遮熱空部２５を存して装着さ
れる。遮熱空部２５を燃焼室から遮蔽するために、遮熱
スリーブ８は円筒壁２３に、外方へ突出する上下１対の
環状のビード２２，２４を形成され、ビード２２，２４
が吸気ポート孔７の内周面に弾性的に嵌合される。

【００１２】吸気ポート孔７と遮熱スリーブ８との間の
遮熱空部２５は、１対のビード２２，２４により燃焼室
から密封され、ヘツドライナ９から遮熱スリーブ８への
伝熱量を大幅に低減し、また、薄金属板からなる遮熱ス
リーブ８は熱容量が小さいことから、吸気行程で遮熱ス
リーブ自体の温度も低くなるので、吸気が遮熱スリーブ
８から受ける伝熱量は極く僅かであり、吸気温度の上昇
が抑えられ、吸気充填効率が向上する。

【００１３】図３に示すように、遮熱スリーブ８は上端
に遮熱ガスケツトの上面に重なるフランジを設け、１対
のビード２２，２４の代りに、円筒壁２３に周方向等間
隔に並ぶ少くとも３個の径外方へ突出する裁頭円錐状な
いし半球状の突起、すなわちハーフパンチ２２ａを上下
２列に配設し、ヘツドライナ９の吸気ポート孔７にハー
フパンチ２２ａを当接してもよい。吸気ポート孔７と遮
熱スリーブ８との間の遮熱空部２５ａは、燃焼室から密
封されないが、ヘツドライナ９から遮熱スリーブ８への
伝熱量を減じ、吸気温度の上昇を抑える。

【００１４】

【発明の効果】本発明は上述のように、シリンダヘツド
の下面に設けた円筒部に内周面との間に隙間を存して、
逆カツプ形のセラミツクス製ヘツドライナを嵌装し、シ
リンダライナを嵌合したシリンダ本体の上端面にシリン
ダヘツドを締結し、ピストンをヘツドライナとシリンダ
ライナに摺動可能に嵌合した内燃機関において、ヘツド
ライナの天壁に吸気弁と当接する弁座を下端部に備えた
吸気ポート孔を形成し、該吸気ポート孔に内周面との間
に隙間を存して、耐熱性薄金属板からなる遮熱スリーブ
を嵌装したものであり、ヘツドライナの吸気ポート孔と
遮熱スリーブとの間に形成される環状の遮熱空部によ
り、吸気ポートの遮熱性が向上され、吸気ポートの壁部
から吸気への伝熱量が大幅に減じられ、吸気温度の上昇
が抑えられ、吸気充填効率が向上する。

【００１５】吸気の温度低下により燃焼ガスの温度も低
くなり、それだけ燃焼状態が改善され、ＮＯｘの生成量
が抑制される。

【００１６】遮熱スリーブは構造が簡単であり、プレス
成形により安価に提供でき、吸気ポートの弁座よりも上
流側に嵌装してあるので、筒内圧を保つためのシール部
材を設ける必要がなく、この点でも経済的である。

【００１７】遮熱スリーブは０．１〜０．２mmの薄板か
ら形成されるので、吸気ポートの有効径への影響は殆ど
なく、従来どおりの吸気量を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る遮熱構造を備えた内燃機関の左半
部を示す正面断面図である。

【図２】同内燃機関の遮熱構造の要部を拡大して示す正
面断面図である。

【図３】本発明の変更実施例に係る遮熱構造の平面断面
図である。

【符号の説明】

４：シリンダヘツド ５：円筒部 ５ａ：内端面 ６：
遮熱ガスケツト ５ｂ：下面 ７：吸気ポート孔 ７
ａ：弁座 ８：遮熱スリーブ ９：ヘツドライナ ９ａ：天壁 １２：シリンダ本体 １３：シリンダライ
ナ １４：遮熱空部 ２１：フランジ ２２，２４：ビ
ード ２２ａ：ハーフパンチ ２３：円筒壁 ２５，２
５ａ：遮熱空部

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘツドの下面に設けた円筒部に内
   周面との間に隙間を存して、逆カツプ形のセラミツクス
   製ヘツドライナを嵌装し、シリンダライナを嵌合したシ
   リンダ本体の上端面にシリンダヘツドを締結し、ピスト
   ンをヘツドライナとシリンダライナに摺動可能に嵌合し
   た内燃機関において、ヘツドライナの天壁に吸気弁と当
   接する弁座を下端部に備えた吸気ポート孔を形成し、該
   吸気ポート孔に内周面との間に隙間を存して、耐熱性薄
   金属板からなる遮熱スリーブを嵌装したことを特徴とす
   る内燃機関の遮熱構造。
2. 【請求項２】シリンダヘツドの円筒部の内端面とヘツド
   ライナの天壁との間に遮熱ガスケツトを挟み、前記遮熱
   スリーブは上端に遮熱ガスケツトの上面に重なるフラン
   ジを、円筒壁に上下１対の環状のビードを備え、ヘツド
   ライナの吸気ポート孔に前記ビードを当接した、請求項
   １に記載の内燃機関の遮熱構造。
3. 【請求項３】シリンダヘツドの円筒部の内端面とヘツド
   ライナの天壁との間に遮熱ガスケツトを挟み、前記遮熱
   スリーブは上端に遮熱ガスケツトの上面に重なるフラン
   ジを、円筒壁に周方向等間隔に並ぶ少くとも３個の径外
   方へ突出するハーフパンチを上下２列に配設し、ヘツド
   ライナの吸気ポート孔に前記ハーフパンチを当接した、
   請求項１に記載の内燃機関の遮熱構造。