JPH0319364B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 （技術分野） 本発明は、内燃機関のセラミツクス製副室に係
り、特に自動車等の内燃機関における、複数のセ
ラミツクス体が組み付けられて成るセラミツクス
製副室の改良に関するものである。

（従来技術） デイーゼルエンジンの渦流室等の如き内燃機関
の副室にセラミツクスを用いる試みは、これまで
数多く為されている。例えば、渦流室式のデイー
ゼルエンジンでは、噴口部を形成する渦流室口体
を炭化ケイ素、窒化ケイ素等の各種セラミツクス
で構成し、それらセラミツクスの持つ優れた耐熱
性、高強度特性を利用して渦流室口体の耐久性を
向上させる試みが為されている。また、近年、燃
費、熱効率等の向上を目的として、かかる渦流室
全体をセラミツクスで構成し、セラミツクスの耐
熱性、断熱性を利用して、渦流室内部の燃焼ガス
温度の上昇を図る試みも為されている。

そして、上記渦流室のように、副室の全体がセ
ラミツクスから成るものでは、その構造上の理由
から、例えば実開昭60−63028号公報や実開昭58
−175118号公報等に開示されているように、一般
に、副室が複数のセラミツクス体の組立体として
構成され、またそのような組立体の組立状態を保
持するために、通常、その組立体の外周面に、円
筒状の金属リングが嵌着される構造が採用されて
いる。このように、組立体の組立状態をその外周
面に嵌着した金属リングで保持するようにしたも
のにおいては、シリンダヘツドの収容穴に組立体
をそのまま挿入し、シリンダヘツドでその組立状
態を直接保持させるようにしたもののように、収
容穴への挿入時において、セラミツクス体に欠け
等の不具合が生ずる恐れがなく、容易に装着する
ことができるのである。

（問題点） ところで、上述の如き、組立体の外周面に金属
リングが嵌着されて成るセラミツクス製副室にあ
つては、その内部の空間で燃焼された高温の燃焼
ガスが、下面に開口して設けられた噴孔から主燃
焼室へ噴出せしめられることとなるため、その燃
焼ガスの流路近傍における組立体（セラミツクス
体）の温度が著しく上昇することとなるが、従来
の副室では、前記公報に開示されているセラミツ
クス製副室のように、組立体の下端部周縁と金属
リングの下端部とが密着されており、それら下端
部間における熱伝導性が比較的高くなつているた
め、かかる高温となる組立体の下部から、金属リ
ングを介してシリンダヘツドに伝熱され易く、そ
の分、燃焼効率の低下を招く等の問題を内在して
いる。

しかも、このようなセラミツクス製副室は、セ
ラミツクスが脆性材料であるうえ、セラミツクス
の熱伝導性が低いところから、熱衝撃や熱応力に
よつて損傷を受け易いといつた問題を有している
が、このような問題は、噴孔から主燃焼室に噴出
された燃焼ガスの流路近傍に位置する組立体の下
端外周縁部において大きく、特に金属リングの下
端部にシリンダヘツドとの嵌着用のつば（フラン
ジ）を設けた構造においては、更に大きいもので
あつた。すなわち、燃焼の行われる組立体内部空
間および燃焼ガスの流路近傍においては、内燃機
関の機関始動直後において、組立体の温度が急激
に上昇するが、組立体の外周部等の他の部分で
は、セラミツクス体の熱伝導率が比較的低いこと
から、未だ温度が低く、そのためにそのような温
度差に基づく熱応力が惹起されることとなるので
あり、そしてそのような熱応力は、温度差のつき
易い、燃焼ガスの流路近傍における組立体の下端
外周縁部の如き鋭いエツジ部分である程、大とな
り、また金属リング下端のつば部においては、金
属の肉厚が大であること及びそのつば部でシリン
ダヘツドに固着されるのでセラミツクス体に作用
する圧縮応力も特に大きくなり、熱応力と相まつ
て、その影響も更に大となる。

（解決手段） ここにおいて、本発明は、上述のような問題を
解決するために為されたものであり、その特徴と
するところは、前述の如き、複数のセラミツクス
体を組み合わせて形成した、下面に開口する噴孔
を通じて主燃焼室に連通する空間を内部に有する
中空の組立体の外周面に、下部にシリンダヘツド
に装着するためのフランジを設けた円筒状の金属
リングを嵌着せしめ、該金属リングにて該組立体
の組立状態を保持させると共に、該金属リングを
介して、シリンダヘツドの所定の収容穴に嵌入せ
しめるようにした内燃機関のセラミツクス製副室
において、前記組立体の下端外周縁部であつて、
前記噴孔から主燃焼室へ噴出せしめられる燃焼ガ
スの流路近傍に位置する部位に、該組立体の下面
に開口し、前記金属リングのフランジ厚さと同等
若しくはそれ以上の深さの切除部を形成し、該切
除部にて、前記燃焼ガスの流路近傍における前記
金属リングの下端部と該組立体の下端部とを離隔
せしめたことにある。

（作用および効果） このようにすれば、噴孔からの燃焼ガスの噴出
に伴つて、その流路近傍に位置する組立体下端部
の温度が著しく上昇しても、その高温となる組立
体の部位から金属リングを伝わつてシリンダヘツ
ドに達する熱伝導経路が長くなるため、該組立体
部位からシリンダヘツド側への熱伝導による放熱
速度が緩和され、その分、組立体の断熱効果が向
上して、組立体の温度、ひいては燃焼ガスの燃焼
温度が上昇するのであり、燃焼効率が向上するの
である。

しかも、内燃機関の機関始動時において、該燃
焼ガスの流路近傍における組立体部位の温度が急
激に高くなり、温度が未だ低い状態にある組立体
外周部との間に温度差が生じて熱応力が発生する
こととなるが、本発明では、そのような熱応力の
集中し易い且つセラミツクス体に作用する圧縮応
力の大きいエツジ部である組立体の下端外周縁部
が金属リングのつば部（フランジ）の深さと同等
若しくはそれ以上の深さまで切り欠かれて、そこ
に切除部が形成されているところから、そのよう
な圧縮応力の大きい組立体の下端外周縁部に生じ
る熱応力は効果的に低減せしめられ、以て当該部
分のセラミツクス体（組立体）の耐久性、ひいて
は副室の耐久性が向上され得たのである。

（実施例） 以下、本発明をより一層具体的に明らかにする
ために、その一実施例を図面に基づいて詳細に説
明する。

第１図は、本発明に係るデイーゼルエンジンの
渦流室の一例を示すものである。そこにおいて、
２は、デイーゼルエンジンのシリンダボデーであ
り、そのシリンダボデー２に形成されたシリンダ
ボア４内にピストン６が上下方向に滑動自在に嵌
合せしめられている。また、かかるシリンダボデ
ー２の上方には、ガスケツト８を介してシリンダ
ヘツド１０が取り付けられており、シリンダボア
４の開口を閉塞して主燃焼室１２を形成してい
る。そして、そのシリンダヘツド１０に、一部に
おいて主燃焼室１２に開口せしめられた状態で、
収容穴１４が形成され、その収容穴１４内に、内
部に渦流式の燃焼室を成す空間１６を備えた、窒
化ケイ素、炭化ケイ素、ジルコニア、アルミナ、
ガラスセラミツクス、ムライト等のセラミツクス
から成る渦流室１８が収容されている。

かかる渦流室１８は、第１図から明らかなよう
に、セラミツクスから成る部分が上部セラミツク
ス体２０と下部セラミツクス体２２との上下の二
つのセラミツクス体に横割りされた構造を有して
おり、下部にシリンダヘツドとの嵌着用のつば部
（フランジ）を設けた円筒状の金属リング２４が
それらセラミツクス体２０，２２の外周面に焼嵌
め等によつて嵌着されて、それらを一体に保持し
た構成とされている。

すなわち、上部セラミツクス体２０は、頭頂部
が略球面形状を成すカツプ形状とされており、第
２図に示されているように、その頭頂部に貫通孔
２６，２８を備えている。また、下部セラミツク
ス体２２は、第３図に示されているように、底部
が平坦なカツプ形状を成しており、その底部に、
噴孔として機能する貫通孔３０が形成されてい
る。そして、それらセラミツクス体２０，２２
が、開口部を相互に突き合わせた状態で上下に積
み重ねられることにより、内部に空間１６を有す
る組立体３２が構成され、その組立体３２の外周
面に対して、下部につば部を有する円筒状の金属
リング２４が焼嵌め等によつて嵌着されることに
より、渦流室１８が構成されている。

また、そのような渦流室１８が、金属リング２
４の外周面において、シリンダヘツド１０の収容
穴１４に嵌入され、該金属リング２４の上部及び
該金属リング２４の下部のつばによりシリンダヘ
ツドに固定、装着され、その装着状態において、
第１図に示されているように、組立体３２の頭頂
部に位置する前記貫通孔２６，２８に、グロープ
ラグ３４およびインジエクシヨンノズル３６がそ
れぞれ挿入せしめられると共に、組立体３２の下
面に開口する前記貫通孔３０を通じて、組立体３
２の内部の空間１６が主燃焼室１２に連通せしめ
られるようになつている。そして、前記インジエ
クシヨンノズル３６から空間１６内に噴射され、
かかる空間１６内で燃焼せしめられた燃料の燃焼
ガスが、その下面に開口された貫通孔３０を通
じ、主燃焼室１２の中央部に向かつて噴出せしめ
るようになつている。第１図および第３図に示さ
れているように、前記下部セラミツクス体２２に
形成された貫通孔３０が組立体３２の下面に対し
て傾斜して形成されると共に、渦流室１８がシリ
ンダヘツド１０の収容穴１４に収容された状態に
おいて、その貫通孔３０の傾斜方向が主燃焼室１
２の中央部を向くように配置されているのであ
り、これによつて燃焼ガスが主燃焼室１２の中心
部に向かつて噴出せしめられるようになつている
のである。

そして、本実施例では、このような渦流室１８
において、貫通孔３０から主燃焼室１２に噴出せ
しめられる燃焼ガスの流路近傍に位置する組立体
３２の下端外周縁部に、第１図および第３図に示
されているように、略45゜の面取角度で且つつば
部の深さをもつて周方向に直線状に切り欠かれ
て、組立体３２の下面に開口する切除部３８が形
成され、この切除部３８によつて金属リング２４
のつば部の下端部と組立体３２の下端部とが離隔
せしめられている。なお、第１図に示されている
ように、渦流室１８の金属リング２４とシリンダ
ヘツド１０の収容穴１４との間には、空気収容間
隙としての円筒状の空所４０が形成されており、
これによつて渦流室１８の断熱効果の向上が図ら
れている。

従つて、かくの如き構成の渦流室１８にあつて
は、燃焼ガスによつて高温とされる組立体３２の
下端外周縁部に、略45゜の面取角度で、つば部の
深さと同等若しくはそれ以上の深さの切除部３８
が形成され、大きな応力の生じる部位が鈍角形状
とされて熱応力が分散されるようになつているた
め、エンジンの始動時において、その高温となる
組立体３２の下端外周縁部に集中する熱応力や圧
縮応力がが効果的に低減せしめられ、以て当該部
分のセラミツクス体２２（組立体）の耐久性、ひ
いては渦流室１８の耐久性が向上せしめられるこ
ととなるのである。

また、このような渦流室１８では、エンジンの
作動に伴つて、貫通孔３０から高温の燃焼ガスが
噴出せしめられるため、その燃焼ガスの流路近傍
に位置する組立体３２（下部セラミツクス体２
２）の下端部が著しく高温となるが、この高温と
なる組立体３２の下端部の外周縁部には切除部３
８が形成されて、その高温となる組立体３２の下
端部から金属リング２４を伝わつてシリンダヘツ
ド１０に達する熱伝導経路が長くされているた
め、組立体３２の下端部からシリンダヘツド１０
側へ、熱伝導によつて放熱される熱量が、その温
度差の割りに少なくなり、その分、組立体３２の
断熱効果が向上するのである。従つて、その断熱
効果が向上する分、組立体３２の温度が上昇し
て、燃焼効率をより良好に保つことができるので
ある。

なお、本実施例では、前述のように、金属リン
グ２４の外周部に断熱効果を向上させるための空
所４０が形成され、金属リング２４がその上、下
端部で収容穴１４に嵌合されて、組立体３２から
シリンダヘツド１０側への熱伝導による放熱経路
が金属リング２４の上、下端部に限定されている
ことから、熱伝導による放熱経路がさらに長くな
り、断熱効果がさらに向上する等といつた利点も
ある。

以上、本発明の一実施例を説明したが、これは
文字通りの例示であり、本発明は、かかる具体例
に限定しれ解釈されるべきものではない。

例えば、前記実施例では、切除部３８が、略
45゜の面取り角度をもつて周方向に直線状に形成
されていたが、かかる切除部３８は、第４図に示
されているように、周方向に沿つて円弧状に形成
するようにしてもよく、その面取角度も適宜変更
することが可能である。また、第５図に示されて
いるように、その切除部３８の断面形状を円弧状
とすることも可能である。

また、前記実施例では、組立体３２が上部セラ
ミツクス２０と下部セラミツクス体２２の二つの
セラミツクス体から成る渦流室１８に対して本発
明を適用した場合について述べたが、組立体が三
つ以上のセラミツクス体から構成される渦流室に
対しても、本発明を適用することが可能である。

また、以上の説明にあつては、デイーゼルエン
ジンにおける副燃焼室の一つである渦流室が複数
のセラミツクス体で構成された例について述べた
が、副燃焼室の他のタイプのもの、例えば予燃焼
室式のものや空気室式のもの等においても事情は
同じであり、そのようなタイプの副燃焼室にも本
発明が適用できることは勿論である。

さらに、本発明は、デイーゼルエンジンの副燃
焼室構造のものに好適に適用されるものではある
が、これに限定されるものではなく、デイーゼル
エンジン以外の他の内燃機関に設けられる副室に
おいて、該副室が複数のセラミツクス体にて構成
される場合にも、好適に適用することが可能であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例であるデイーゼル
エンジンの渦流室が該エンジンのシリンダヘツド
に装着された状態を示す断面説明図である。第２
図は第１図に示す渦流室の上部セラミツクス体を
示す平面図であり、第３図は同じく下部セラミツ
クス体を示す底面図である。第４図は本発明の別
の実施例を示す第３図に相当する図であり、第５
図は本発明のさらに別の実施例を示す要部断面図
である。 ２：シリンダボデー、６：ピストン、１０：シ
リンダヘツド、１２：主燃焼室、１４：収容穴、
１６：空間、１８：渦流室、２０：上部セラミツ
クス体、２２：下部セラミツクス体、２４：金属
リング、２６，２８：貫通孔、３０：貫通孔（噴
孔）、３２：組立体、３８：切除部、４０：空所。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 複数のセラミツクス体を組み合わせて形成し
   た、下面に開口する噴孔を通じて主燃焼室に連通
   する空間を内部に有する中空の組立体の外周面
   に、下部にシリンダヘツドに嵌着するためのフラ
   ンジを設けた円筒状の金属リングを嵌着せしめ、
   該金属リングにて該組立体の組立状態を保持させ
   ると共に、該金属リングを介して、シリンダヘツ
   ドの所定の収容穴に嵌入せしめるようにした内燃
   機関のセラミツクス製副室において、 前記組立体の下端外周縁部であつて、前記噴孔
   から主燃焼室へ噴出せしめられる燃焼ガスの流路
   近傍に位置する部位に、該組立体の下面に開口
   し、前記金属リングのフランジ厚さと同等若しく
   はそれ以上の深さの切除部を形成し、該切除部に
   て前記燃焼ガスの流路近傍における前記金属リン
   グの下端部と該組立体の下端部とを離隔せしめた
   ことを特徴とする内燃機関のセラミツクス製副
   室。