JPS6166846A - 断熱内燃機関のシリンダヘッド - 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］ 本発明はセラミックスを利用した断熱エンジンのシリン
ダヘッドに関するものである。

［従来の技１ｆｊ］ 高温に耐えしかも断熱効果の優れたセラミックスをエン
ジンの燃焼室の壁部に使用することによって熱サイクル
効率の向上を図るとともに、高温の排気ガスを排気ター
ビンへ送るなどしてエネルギを回収することにより、全
体としての熱効率を向上し得る断熱エンジンはすでに提
案されているが、いまだ種々の問題で実用の段階に達し
ていない。

この種の断熱エンジンとして、例えば第１図に示すよう
なものが知られている。これは、通常の金属からなるシ
リンダヘッド１に円筒部１ａが形成され、この内部にカ
ップ形のセラミックスからなるヘッドライナ３が上下１
対の位置決めリング１２を介して嵌合され、かつシリン
ダヘッド１の下面１ｂとへラドライナ３との間に断熱ガ
スケット１６が介装される。ヘッドライナ３の上端壁に
は吸（排）気ボート８が形成され、同じくセラミックス
で形成される吸（排）気弁７によって開閉される。この
ようにして、燃焼室の大部分がセラミックスからなるカ
ップ形のへラドライナ３とセラミックスからなるピスト
ン２６の冠部５とによって区画され、燃焼室の主要部か
ら離れた部分でヘッドライナ３がセラミックスからなる
シリンダライナ４と突き合わされる。

実際には、ヘッドライナ３とシリンダライナ４との熱膨
張差による応力を０避するために、ライす３．４の間に
は極めて僅かな隙間が備えられ、ヘッドライナ３の下端
面とシリンダボディ３の上端面４ａとの間にシール部材
１７が介装され、シリンダヘッド１からボルトをシリン
ダボディ２へ螺合して締結される。シリンダボディ２の
円筒面２０にシリンダライナ４が嵌合される。シリンダ
ボディ２には必要により冷却用油空２１，２２が向えら
れる。

ピストン２６はセラミックスからなる冠部５と普通の金
属からなるスカート部６とをボルト１１およびナツト１
３により結合して構成される。冠部５の上端面に燃料と
空気との混合を促す窪み９が設けられるとともに、下端
外周部に沿って突条゛１０が備えられる。

スカート部６にはピストンリング４１．４２が装着され
る一方、上端外局部に円筒部１４が形成され、これに前
述した冠部５の突条１０が嵌合される。また、スカート
部６の上端部中心に突部１５が形成され、これに冠部５
が載置され、前述のように両者を貫通するボルト１１に
ナツト１３を螺合して結合される。

この断熱エンジンにおいては１！！籾の燃焼期間の大半
がヘッドライナ３と冠部５とによって囲まれる空間で行
われ、ヘッドライナ３とシリンダライナ４との突合せ部
が燃焼ガスがＲａ温度から幾分低下した部分に配置され
るので、両者の突合せ部から高温＾圧状態での燃焼ガス
の洩れを少なくするとともに、シール部材１７の熱負荷
を軽減することができる。

ヘッドライナ３に用いられるセラミックスとしてはチツ
化ケイ素（ｓ＋　３　Ｎａ　＞が、シリンダライナ４に
はｐｓｚ＜部分安定ジルコニア）、ピストン冠部５には
チツ化ケイ素がそれぞれ用いられる。、ＰＳｚは鋼とほ
ぼ同じ弾性率を有し、熱膨張係数が鉄や鋳鉄と同程度で
あり、熱伝導率はチッ化ケイ素よりも低いが、耐摩耗性
に優れている。

なお、上述の断熱エンジンにおいては、ヘッドライナ３
の下端面をシリンダライナ４の上端面に直接密着するよ
うに押付け、シリンダヘッド１の下端面とシリンダボデ
ィ２の上端面との間にシール部材を介装するようにして
も、断熱ガスケット１６によっである程度熱応力を吸収
することができる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、上述のようにセラミックスからなるヘッドラ
イナ３をシリンダヘッド１の下面にガスケット１６を介
して装着した場合でも、ヘッドライナ３の内部は燃料の
燃焼に供されるものであるから、ヘッドライナ３の外壁
面も６００℃を越えるａ％濃となる。このため、ガスケ
ット１６を経てかなりの熱がシリンダヘッド１へ逃げる
。

そこで、ヘッドライナ３の上端壁部についても外周壁部
の場合のように、シリンダヘッド１との間にリングを装
着して断熱性に優れた空気層を備えることも考えられる
が、この場合は、燃料噴射ノズル穴や吸排気ボートのシ
ールが難しくなり、また、熱応力によるライナ４，３の
中心軸線方向の変形をリングによって吸収することが困
難となる。そして、このような空気層を設けた場合でも
、輻射による熱がシリンダへラド１へ伝達されるのを免
れない。

そこで、本発明の目的はへラドライナの外壁面からシリ
ンダヘッドへの伝導や輻射による熱伝達を抑えて断熱効
果を向上し帰るセラミックス断熱エンジンのシリンダヘ
ッドを提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 上記目的を達成するために、本発明の構成はセラミック
スからなるヘッドライナを装着する金属からなるシリン
ダヘッドの内装面にセラミックスからなるコーティング
層を備えたものである。

［作用コ ヘッドライナ３の外壁面に対向するシリンダヘッド１の
壁面にセラミックスによるコーティング１！２３を設け
ることにより、ヘッドライナ３の外壁面からシリンダヘ
ッド１への熱伝達が抑えられる。

〔発明の実施例１ 本発明を実施例に基づいて説明する。第１因に示すよう
に、本発明によるセラミックス断熱エンジンのシリンダ
ヘッドは、シリンダヘッド１の円筒部１ａの内周面およ
び下面１ｂに、例えばＰＳＺなどのセラミックスからな
るコーティング層２Ｓを形成したうえ、このセラミック
層２３に上下１対の位置決めリング１２を介してセラミ
ックスからなるヘッドライナ３を吹合し、ヘッドライナ
３の上端面とコーティング層２３を備えた下面１ｂとの
間に断熱ガスケット１６を介装して構成される。

本発明は上述のように構成することによって、燃焼空の
熱によってヘッドライナ３が高温とされ、この外壁面か
ら空気１１１２４を経てシリンダヘッド１へ輻射される
熱の伝達が断熱効果の高いコーティング層２３によって
抑えられる。また、ヘッドライナ３の断熱ガスケット１
６に伝達される熱も同様にシリンダヘッド１の下面１ｂ
に設けられたコーティング層２３によってシリンダヘッ
ド１への熱伝達が抑えられる。このようにして、ヘッド
ライナ３からシリンダヘッド１へ伝達される熱のｌｆｆ
１が少なくなるので、従来例に比べてエンジンとしての
熱効率が向上されるとともに、排気ガスの温度も高くな
るから、これを利用する排気タービンの出力を増大させ
ることができる。

なお、このような効果は第２図に示すような平坦なシリ
ンダヘッド１の場合にも得られる。すなわち、通常の金
属で構成されるシリンダヘッド１に浅い円筒部１ａが形
成され、この内周面および下面１ｂにセラミックスから
なるコーティング層２３が設けられ、この内部に断熱ガ
スケット１６および位置決めリング１２を介してセラミ
ックスからなるヘッドプレート３ａが支持される。この
ヘッドプレート３ａは普通のエンジンの場合と同様に、
シリンダライナを備えたシリンダボディにヘッドボルト
をもって結合される。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、ヘッドライナ３ないしヘッドプ
レート３ａを支持するために通常の金属からなるシリン
ダヘッドに形成した円筒部１ａの内壁面に、セラミック
スからなるコーティング層２３を設けたものであるから
、その加工が簡単であり、僅かな費用の負担でその断熱
効果を大幅に向上させることができる。そして、シリン
ダヘッド１の円筒部の寸法をコーティング層２３の厚さ
分だけを大きくしておけば、従来のへラドライナ３、位
置決めリング１２および断熱ガスケット１６をそのまま
使用することができて、コストの増加を最小限に抑える
ことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係るセラミックス断熱エンジンのシリ
ンダヘッドの正面断面図、第２図は本発明の変更寅厖例
に係るセラミックス断熱エンジンのシリンダヘッドの正
面断面図、第３因は同シリンダヘッドが適用される断熱
エンジンの概略構成を示す正面断面図である。 １ニジリンダヘツド　３：ヘッドライナ　１２：位置決
めリング　１６二断熱ガスケツト　２３：コーティング
層

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. セラミックスからなるヘッドライナを装着する金属から
   なるシリンダヘッドの内壁面にセラミックスからなるコ
   ーティング層を備えたことを特徴とするセラミックス断
   熱エンジンのシリンダヘッド。