JPS61118549A - シリンダ本体とシリンダライナとのシール構造 - 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に間する
ものである。

［従来の技術］ 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
ジンの燃焼空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、より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５図に示すよう
なものが知られている。通常の金属からなるシリンダヘ
ッド１に円筒部３７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１５が上下１対のリ
ング６を介して嵌合され、かつシリンダヘッド１の下面
１ａとへラドライナ１５との間にリング２３、燃料噴射
ノズル５Ｉ５よび吸・排気ポート（図示せず）をそれぞ
れ取り囲むリング２２が介装される。燃焼室はセラミッ
クスからなるカップ形のへラドライナ１５とセラミック
スからなるピストン冠部３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１５がセラミッ
クスからなるシリンダライナ１０と突き合わされる。

実際には、ヘッドライナ１５とシリンダライナ１０との
熱膨張差による応力を回避するために、両者の間には極
めて僅かなＲ間が備えられ、ヘッドライナ１５の下端面
とシリンダボディ９の上端面との間にガスケット８が介
装され、シリンダヘッド１から図示してないボルトをシ
リンダボディ９へ螺合して締結される。シリンダライナ
１０はシリンダボディ９のシリンダ２０に嵌合される。

ピストン１３はセラミックスからなるピストン冠部３を
普通の金属からなるスカート部７に重ね合わせ、上から
挿通したボルト１８に皿ばね１７を介しナツト１６を締
め付けて構成される。ピストン冠部３の上面に燃料と空
気の混合を促す窪み２が設けられるとともに、下面中央
に円筒部３４が、下面外周部に段部がそれぞれ設けられ
る。スカート部７は外周面にピストンリング３９が装着
される一方、上面外周部に設けた突条４を前述したピス
トン冠部３の段部に嵌合される。また、スカート部７の
上面中央に柱３５が形成され、これにガスケット１９を
介してピストン冠部３が重ね合わされ、柱３５と円筒部
３４との間に空部１２が形成される。ピストン冠部３と
スカート部７との外周側の重合せ面にシールリング３１
が介装される。

このようにして、シリンダヘッド１の円筒部３７の内周
面とへラドライナ１５との間に上下１対のリング６によ
って空部２１が形成され、また下面１ａとへラドライナ
１５との間にリング２３゜２２によって空部３０が形成
される。また、ピストン冠部３とスカート部７との間に
空部１２がリング３１によって区画される。これらの空
部２１゜３０．１２は断熱層として働く。

この断熱エンジンでは燃料の燃焼期間の大半がヘッドラ
イナ１５とピストン冠部３とによって囲まれる空間で行
われ、ヘッドライナ１５とシリンダライナ１０との突合
せ部が燃焼ガスが最高温度から幾分低下した部分に配置
され、ガスケット８の熱負荷が軽減される。

ヘッドライナ１５に用いられるセラミックスとしてはチ
ツ化ケイ素（Ｓｉ　３　Ｎａ　）が、シリンダライナ１
０にはＰＳＺ　（部分安定ジルコニア）が、ピストン冠
部３にはチツ化ケイ素がそれぞれ用いられる。

［発明が解決しようとする問題点］ ところで、上述のようにヘッドライナ３とシリンダライ
ナ１ｏとが直接衝合されないように、ヘッドライナ３と
シリンダボディ９との間にガスケット８が介装される構
造では、燃焼室の燃焼ガスがシリンダボディ９のシリン
ダ２０とシリンダライナ１０の外周面との間の隙間を経
てクランク室へ吹き抜ける恐れがある。つまり、シリン
ダボディ９とシリンダライナ１０とのり膨張率の相違か
ら両者の嵌合部に僅かな隙間が生じると、燃焼ガスがヘ
ッドライナ３の下端部とシリンダライナ１０の上端部と
の隙間からシリンダライナ１ｏとシリンダ２０との隙間
を経てクランク室へ吹き抜ける。

ここで、ヘッドライナ３を直接シリンダライナ１０の上
端面に強く衝合させればこのような問題は解消し得るが
、その場合には熱応力によりヘッドライナ３、またはシ
リンダライナ１０が割れたりする恐れがある。

そこで、本発明の目的は従来の構成に変更を加えること
なく、簡単な構造で燃焼室からシリンダライナとシリン
ダボディとの隙間を経て燃焼ガスが吹き扱けるのを抑え
ることができるセラミックス断熱エンジンを提供するこ
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
スからなるシリンダライナの外周面に前記セラミックス
と熱膨張率が同等の金属からなる金属リングを結合し、
前記金属リングの端面を前記シリンダボディの円筒部に
設けた段部に密接させたものである。

［作用］ シリンダライナ１０と熱膨張率がほぼ同じ金属からなる
金属リング４２が高１ｆｆｌ　（６００〜７００℃）に
加熱された後外力により押圧密着されたいわゆるメタル
フローの状態で結合されるか、またはガラス賀と高融点
酸化金属および銀ろうからなるメタライズ層を介してシ
リンダライナ１０の外周面に結合され、この金属リング
４２の端面４２ｂをシリンダボディ９の円筒部２０の上
端部に形成した段部４７へ密接される。このシリンダボ
ディ９とシリンダライナ１０とのシール構造４０によっ
て、ヘッドライナ１５とシリンダライナ１０との突合せ
部の隙間へ燃焼至の燃焼ガスが流れ込んでも、シリンダ
ライナ１０とシリンダ２ｏとの間の隙間を経てクランク
室へ吹き抜けるのを防止される。

［Ｒ明の実施例］ 本発明を実施例に基づいて説明する。本発明によれば、
第１図に示すように、金属からなるシリンダボディ９の
シリンダ２０にセラミックスからなるシリンダライナ１
０が嵌合され、この嵌合部の上端部にシール構造４ｏが
備えられる。丈なりち、ヘッドライナ１０の外周面に１
個または複数個の環状溝４４が設けられ、これにセラミ
ックスと同等の熱膨張率を有する例えばコバールなどの
合金からなる金属リング４２が外挿される。

この金属リング４２の内周面にはシリンダライナ１０と
の密接な結合を得るために、第２図に示すように、銅メ
ッキを施すなどして軟質金属１１４５が備えられる。そ
して、この金属リング４２を加熱し、シリンダボディ９
のシリンダ２０の上端部の内径を拡大して形成した段部
４７へ載せ、この上端面４２ａへ円筒形のポンチなどの
工具４１を押付けると、くぼみ４６（第１図）が残ると
ともに、金属リング４２が押し潰されて、円筒部２０ａ
とシリンダライナ１０の外周面によく密接し、特に軟質
金属層４５が環状溝４４にメタルフローして食い込み、
金属リング４２がシリンダライナ１ｏに結合される。

このような工程は、シリンダボディ９にシリンダライナ
１０を組付ける前に予めシリンダライナ１０に金属リン
グ４２だけを結合するようにしてもよい。

本発明は上述のように構成することによって、金属リン
グ４２がこのメタル７０−した状態にシリンダライナ１
０の外周面に密着されるから、この部分からの燃焼ガス
の通過を阻止することができる。また、金属リング４２
の下端面４２１）がシリンダボディ９の段部４７に密着
されるので、結局シリンダライナ１０の上端部とへラド
ライナ１５の下端部との隙間から燃焼ガスが洩れても、
シリンダライナ１０とシリンダボディ９のシリンダ２０
との間に生じた熱膨張による隙間を通るクランク室への
吹き抜けを完全に阻止することができる。

第３図に示す実施例のように、段部４７と金属リング４
２の下端面４２ｂとの間のシールを完全にするた、めに
、金属リング４２の内周面に円錐面５３を形成し、この
部分に断面横形の軟質カーボンリング５２を装着し、そ
の軟質カーボンリング５２を段部４７とシリンダライナ
１０の外周面に弾性的に係合させるようにしてもよい。

このカーボンリング５２の断面形状は金属リング４３の
円錐面５３よりも僅かに大径で、かつ軸方向の長ざ〈厚
さ）の大きいことが好ましい。

第４図に示す実施例では、シリンダライナ１０の上端部
外周面にメタライズ層５０を形成し、このメタライズ層
に金属リング４２を外挿してろう付けし、この金属リン
グ４２の下端面４２ｂをシリンダボディ９の段部４７へ
押付けるようにしたものである。

具体的ニハ、ＭＯ，〜Ｉｎ　、　Ｓｉｏ２．　Ａ　９２
０３などの組成物を含むメタライズペーストをシリンダ
ライナ１ｏに塗布し、これを乾燥した後、水素と窒素の
混合ガス雰囲気中で加熱してメタライズ＠５０を形成す
る。そして、こσメタライズ層５０に銀箔、チタン箔な
どのろう材を巻き付けたうえ、金属リング４２を嵌合し
、加熱してろう付けする。この金属リング４２も第３図
の場合と同様に、円錐面５３を設けて、軟質カーボンリ
ング５２を装着するようにしてもよい。

第６図は他の形式の断熱エンジンの正面断面図を示す。

この場合シリンダボディ９の上面にヘッドライナに代る
セラミックスからなるシリンダヘッド１Ａの下面１ａが
ガスケット８を介して重ね合わされ、図示してないヘッ
ドボルトによって結合される。他の構成については第５
図に示すものと同様であり、同様の構成部材に共通の符
号をつけて説明を省略する。この場合も、セラミックス
からなるシリンダライナ１０の上端部外周面にシール構
造４０が備えられ、これによってシリンダボディ９のシ
リンダ２０とシリンダライナ１０との間の隙間からの燃
焼ガスの吹き扱けを阻止することができる。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、セラミックスからなるシリンダ
ライナ１０の外周面に、セラミックスと熱伝導率が同等
の合金からなる金属リング４２を密接した状態に結合す
るとともに、該金属リング４２の端面をシリンダボディ
のシリンダ２ｏの上端部に形成した段部４７へ密接した
ものであるから、従来の主要部をなんら変更することな
く構成することができ、シリンダボディ９のシリンダ２
０が熱膨張し、シリンダライナ１ｏとの間に隙間が生じ
ても、シリンダライナ１０の外周面に密着された金属リ
ング４２の端面４２ｂとシリンダボディ９−の段部４７
の接触部によって前述の隙間へ燃焼ガスが洩れるのを阻
止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１因は本発明の第１実施例に係るシリンダボディとシ
リンダライナとのシール構造の要部を示す正面断面図、
第２図は同シール構造の装着工程を示す正面断面因、第
３図および第４因はそれぞれ本発明の第２、第３実施例
に係るシリンダボディとシリンダライナとのシール構造
の正面断面図、第５図は本発明が適用される断熱エンジ
ンの正面断面図、第６図は同じく他の形式の断熱エンジ
ンの正面断面図である。 １ニジリンダヘツド　９ニジリンダボデイ　１０ニジリ
ンダライナ　１３：ピストン　１５：へラドライナ　２
０ニジリンダ　４０：シール構造　４２：金属リング　
４４：環状溝　４５：軟質金属＠　４７：段部　５２：
カーボンリング　５３：円錐面

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. （１）セラミックスからなるシリンダライナの外周面に
   前記セラミックスと熱膨張率が同等の金属からなる金属
   リングを結合し、前記金属リングの端面を前記シリンダ
   ボディの円筒部に設けた段部に密接させたことを特徴と
   するシリンダボディとシリンダライナとのシール構造。
2. （２）前記シリンダライナの外周面に断面円弧状の環状
   溝を設け、前記金属リングの内周面に軟質金属層を備え
   、前記シリンダボディの円筒部と前記シリンダライナと
   の間に前記軟質金属層が前記環状溝にメタルフローの状
   態に前記金属リングを嵌合した特許請求の範囲（１）に
   記載のシリンダボディとシリンダライナとのシール構造
   。
3. （３）前記シリンダライナの外周面にメタライズ層を設
   け、該メタライズ層に前記金属リングをろう付けした特
   許請求の範囲（１）に記載のシリンダボディとシリンダ
   ライナとのシール構造。
4. （４）前記金属リングの内周面に円錐面を設け、該円錐
   面と前記シリンダライナとの間に断面楔状の軟質カーボ
   ンリングを係合した特許請求の範囲（１）〜（３）に記
   載のシリンダボディとシリンダライナとのシール構造。