JPH0370816A - 副室断熱エンジンの温度制御装置 - 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〕 この発明は、主燃焼室に噴孔を通じて連通した断熱構造
の副室の温度を制御する副室断熱エンジンの温度制御装
置に関する。

〔従来の技術〕

一般に、内燃機関の燃焼室において、副室式は燃料と空
気との混合が副燃焼室と主燃焼室とで２回行われ、混合
状態が直接噴射式に比較して良好であり、ＨＣ，ＮＯＸ
の排出量は少ない。しかしながら、副室式エンジンは直
接噴射式エンジンに比較して冷却水損失が大きく、燃費
が悪くなる。

即ち、副室式エンジンの冷却水損失が大きくなる原因に
ついては、副室内のガス流速が直接噴射式エンジンの燃
焼室のガス流速に比べて１０倍以上であるため、副室の
熱伝達率が大きく、副室壁部からの放熱量が大きくなる
からである。

従来、エンジンの副燃焼室については、例えば、特開昭
６３−１６２９２１号公報に開示されたものがある。該
公報に開示されたエンジンの副燃焼室は、副燃焼室本体
の内部を加熱する通電加熱ヒータ部を有するセラミック
製のエンジン副燃焼室であり、副燃焼室本体壁面に開口
する通電用嵌入孔、及び上記通電加熱ヒータ部に通電可
能なよう上記嵌入孔に嵌入焼結された通電セラミック製
のプラグ接続部材を備えたものである。

また、水冷式予燃焼室前室については、例えば、実開昭
５７−８０６１９号公報に開示されたものがある。該公
報に開示された水冷式予燃焼室前室は、内燃機関の予燃
焼室前室に空洞を形成して該予燃焼室前室内を取巻く環
状の冷却水通路を設け、この冷却水通路の人、出口をシ
リンダヘッドの冷却水通路に連通したものである。

また、エンジンの副燃焼室については、例えば、特開昭
６２−６７２１９号公報に開示されたものがある。該公
報に開示されたエンジンの副燃焼室は、副室を構成する
セラミック製の副室構成部材と、上記副室構成部材の外
周部に嵌合された金属製筒部材とを備えたものであり、
上記筒部材を、重量比で０．１３〜０．４５％のＣと０
．３〜２．５％のＳｉと０．５〜１．０％のＭｎと１０
．０〜１３．０％のＣｒと０．３〜１．３％のＭＯと残
部を実質的に占めるＦｅとからなり実質的にマルテンサ
イト系耐熱鋼されたマルテンサイト系耐熱鋼で構成し、
この筒部材を副室構成部材に焼嵌め嵌合後焼戻し処理し
てソルバイト組織にしたものである。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところで、従来、副室を断熱構造に構成し、壁部の温度
を上昇させ、冷却水損失を減少させ、ＨＣ，ＮＯＸの排
出量を低減して低エミツシヨン高性能の断熱エンジンを
提供する試みが行われている。

しかしながら、副室を断熱することによって副室の温度
は上昇するが、エンジンの運転条件によっては副室が高
温に成り過ぎてセラミック材料の耐熱温度を超えてしま
う恐れがあり、また、副室の外面を同程度に断熱する構
造に構成した場合には、熱応力の差に起因する副室の耐
久性の問題が発生する。また、副室ブロックを構成する
セラミック材料が、窒化珪素（ＳｉｓＮｔ）　、炭化珪
素（ＳｉＣ）等である場合に、一般に、窒化珪素（Ｓｉ
Ｊ４）　、炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料は、
高温度に耐える耐熱性であり且つ高強度な材料であるが
、熱伝導率が高く断熱度は低い材料であり、また、ヤン
グ率が高いため、耐変形性に冨んでいるため温度分布に
不均一が発生すると、高い熱応力が作用することになる
。更に、副室を構成する内壁面の温度分布は、主燃焼室
と副室を連通ずる噴孔部が高温度になり、しかも噴孔部
周囲における温度分布についても主燃焼室の中央側の噴
孔部が特に高くなる。従って、副室の内壁部を構成する
ｇ１１室ブロソクをセラミック材料で製作した場合に、
該副室ブロックの噴孔部についての温度分布が相当に異
なり、熱応力がかかることに戒り、セラミック材料の強
度に悪影響を及ぼし、耐久性に問題が生じる。そこで、
副室ブロックの耐久性を向上させるために副室自体を如
何に構成するかの課題がある。

前掲特開昭６３−１６２９２１号公報に開示されたエン
ジンの副燃焼室は、副燃焼室本体内部の熱が通電用嵌入
孔から外部に逃げるのを抑制し、セラミックスによる断
熱効果が損なわれることを防止するものである。しかし
ながら、セラミック材料でも窒化珪素（ＳｉＪ＊）　、
炭化珪素（ＳｉＣ）等のセラミック材料は耐熱性には冨
んでいるが、断熱効果は余り有していない。従って、熱
が通電用嵌入孔から外部に逃げるのを抑制することは不
可能なものである。

また、前掲実開昭５７−８０６１９号公報に開示された
水冷式予燃焼室前室は、予燃焼室前室内を取巻く環状の
冷却水通路の人、出口をシリンダヘッドの冷却水通路に
連通したものであり、予燃焼室のみをシリンダヘッドの
冷却から切り離して独立的に冷却できるものではない。

また、前掲特開昭６２−６７２１９号公報に開示された
エンジンの副燃焼室は、前記筒部材を前記副室構成部材
に焼成め嵌合後焼戻し処理してソルバイトＭｉ織にした
ものであり、前記筒部材によって前記副室構成部材に十
分な圧縮残留応力を付与することはできず、前記副室構
成部材をセラミック材料で製作した場合には温度分布の
不均一によって発生する熱応力に耐えることができない
。

また、セラミック材料に対して金属材料の焼成め等によ
って、セラミック材料に圧縮残留応力を付与することは
、圧縮力の付加方向が一方向であるため、セラミック材
料に有効な圧縮残留応力を付与することができない。

この発明の目的は、上記の課題を解決することであり、
副室の燃焼ガスに晒される副室ブロックを耐熱性、熱シ
３ツク性に優れた窒化珪素、チタン酸アルミニウム等の
セラミック材料で形成して高温燃焼ガスに耐える構造に
構威し、特に、エンジンの低速低負荷時に、副室の温度
上昇を行うため、副室を構成するセラミック材料から成
る副室ブロックの外周にヒータを配置して該ヒータに電
流を流し、副室ブロックの外面から放熱することを防止
し、また、エンジンの高速高負荷時には副室の外周に設
けた冷却シャケノドに冷却流体を流して咳副室を冷却し
、副室を構成するセラミック材料の耐久性を向上させ、
更に、副室ブロックの外面に金属材料を鋳込むことによ
って耐高温且つ高強度のセラミック材料から成る副室ブ
ロックに金属材料から成る鋳込金属ブロックで付与され
る圧縮力をコントロールし、該副室ブロックに圧縮残留
応力を与えて強度を確保する副室断熱エンジンの温度制
御装置を提供することである。

〔課題を解決するための手段〕

この発明は、上記の目的を達成するために次のように構
成されている。即ち、この発明は、主燃焼室に噴孔を通
じて連通した断熱構造の副室を形成するセラ珈ツク製副
室ブロック、前記副室ブロックの外側に配置したヒータ
及び冷却シャケ、ト、該冷却ジャケットへ冷却流体を供
給するポンプ、該冷却シャケ７）への流体通路に設けた
制御弁、エンジン作動状態及び壁面温度を検出するセン
サ、及び該センサーの検出信号に応答して前記制御弁を
開閉制御し且つ前記ポンプ及び前記ヒータをオン・オフ
制御するコントローラ、から成る副室断熱エンジンの温
度制御装置に関する。

また、この副室断熱エンジンの温度制御装置において、
前記コントローラは前記センサーによるエンジンの低速
低負荷信号に応答して前記ヒータをオンにし且つ前記ポ
ンプをオフにするものである。

又は、この副室断熱エンジンの温度制御装置において、
前記コントローラは前記センサーによるエンジンの中速
中負荷信号に応答して前記ヒータと前記ポンプをオフに
するものである。

或いは、この副室断熱エンジンの温度制御装置において
、前記コントローラは前記センサーによるエンジンの高
速高負荷信号に応答して前記ヒータをオフにし且つ前記
ポンプをオンにし、且つ前記制御弁を開放するものであ
る。

更に、この副室断熱エンジンの温度制御装置において、
前記副室ブロツクの外面に前記鋳込金属ブロックを鋳込
んだものである。

〔作用〕

この発明は、以上のように構成されており、次のように
作用する。即ち、この副室断熱エンジンの温度制御装置
は、主燃焼室に噴孔を通して連通した断熱構造の副室を
形成するセラ壽７り製副室ブロソク、前記副室ブロック
の外側に配置したヒータ及び冷却ジャケット、該冷却ジ
ャケットへ冷却流体を供給するポンプ、該冷却ジャケッ
トへの流体通路に設けた制御弁、エンジン作動状態及び
壁面温度を検出するセンサー、及び該センサーの検出信
号に応答して前記制御弁を開閉制御し且つ前記ポンプ及
び前記ヒータをオン・オフ制御するコントローラからＩ
Ｉ或したので、エンジン回転、エンジン負荷のエンジン
の作動状態、或いは前記副室ブロックの壁温の検出信号
に応答して前記ヒータ及び前記ポンプをオン・オフ制御
することができ、副室を常に最も好ましい温度状態にコ
ントロールすることができ、良好なエンジン作動を確保
することができる。即ち、前記センサーによる検出信号
がエンジンの低速低負荷信号に応答して前記ヒータをオ
ンにし且つ前記ポンプをオフにする制御を行い、前記副
室を形成する壁部を加熱して温度を上昇させ、副室から
外側へ放熱する状態を防止し、副室内の温度上昇を達成
することができ、冷却水損失を減少させ、ＨＣ，ＮＯＸ
の排出量を低減して低工稟ソシヲン高性能のエンジンを
提供できる。又は、前記センサーによる検出信号がエン
ジンの中速中負荷信号に応答して前記ヒータと前記ポン
プをオフに制御を行うので、副室の温度を最も好ましい
状態でエンジン駆動を行うことができ、エンジンの性能
を向上できる。或いは、前記センサーによる検出信号が
エンジンの高速高負荷信号に応答して前記ヒータをオフ
にし且つ前記ポンプをオンにし、更に前記制御弁を開放
する制御を行うことができるので、副室ブロックの外側
からの強制冷却し、副室を形成する副室ブロックのセラ
ミック材料の耐熱温度を超えることがなく、セラごソク
材料の熱破壊を防止し、エンジンの耐久性を向上できる
。

また、耐高温且つ高強度のセラミンク材料から成る前記
副室ブロックに前記鋳込金属ブロックを鋳込むことによ
って、前記副室ブロックに圧縮残留応力を付与でき、前
記副室ブロックの強度を確保して前記副室ブロックの亀
裂、破壊等の損傷の発生を防止し副室の耐久性を向上さ
せる。

〔実施例〕

以下、図面を参照して、この発明による副室断熱エンジ
ンの温度制御装置の実施例を詳述する。

第１図には、この発明による副室断熱エンジンの温度制
御装置を達成する副室の断熱構造が示されている。この
副室の断熱構造は、主として、副室２を形成し且つ該副
室２と主燃焼室１とを連通ずる噴孔３を形成した副室ブ
ロック４、副室ブロック４の外面に配置し且つ内周面に
ヒータ７を埋め込んだ絶縁断熱Ｎ９、絶縁断熱層９及び
副室ブロック４に対して鋳込んだ鋳込金属ブロック６、
該鋳込金属ブロック６に形成された冷却ジャケット５、
及び該鋳込金属ブロック６をシリンダへラド１０に形成
した取付穴１３に嵌入固定したことから構成されている
。副室２を形成する副室ブロック４は、耐熱性に冨んだ
材料、例えば、窒化珪素（ＳｉＪｎ）、炭化珪素（Ｓｉ
Ｃ）　、チタン酸アルミニウム、複合材料等のセラミッ
ク材料によって形成されている。この副室ブロック４に
ついては、噴孔３を形成した回りの部分即ち噴孔３の形
成部位１７の厚さが他の部位の厚さより厚く形成され、
高温度に耐えるように耐熱性及び強度を増大している。

また、副室ブロック４の外面に対して鋳込によって配置
された鋳込金属ブロンクロは、アルミニウム（ＡＩ）　
、鋳鉄（Ｆｃ）　、ニレジスト（Ｎｉ−Ｒｅｓ　ｉ　ｓ
　ｔ）等の金属材料から形成されている。絶縁断熱層９
は、窒化珪素（ＳｊｓＮＪ　、炭化珪素（ＳｉＣ）、酸
化アルミニウム（Ａｂ（ｈ）　、チタン酸アルミニウム
、チタン酸カリウム等のセラミック材料から戒るセラご
フタウィスカー、セラミックファイバーセラミック粉体
等から成る絶縁断熱材によって構成されたものである。

この鋳込金属ブロック６については、ヘッド下面部を構
成する部位にフランジ部２２を設けている。

以上の構成において、この副室の断熱構造は、特に、副
室ブロック４の外周面にヒータ１５及び冷却ジャケント
５を配置したことをオフにする。

一般に、副室２を断熱構造に構成した場合に、エンジン
の低速低負荷時には、シリンダ内の最大ガス温度は１０
００℃程度になるが、副室２が断熱構造に構成されてい
ても壁温は１００〜２００℃程度である。この現象は、
外周部の壁体から外部に放熱する熱エネルギーが大きい
ことに起因している。

特に、エンジンの低速低負荷時には、水温も低く、冷却
水温度が８０℃程度とすると、壁体から外部に放熱する
熱エネルギーは相当に大きくなる。これに対して、副室
２を構成するセラミック材料にも耐熱温度があり、エン
ジンの高速高負荷時には該耐熱温度を超える状態になる
恐れが発生する。

そこで、この副室のＵＴ熱槽構造、耐熱性のセラミック
材料で副室ブロック４を構成した場合に、該副室ブロッ
ク４の外側にヒータ７を配置すると共に、冷却ジャケッ
ト５を配置することである。

このヒータ７は、副室ブロノク４の外周面に対して鋳込
金属ブロック６を鋳込むため、絶縁断熱層９の内壁面に
埋め込んだ状態に取付けられ、該ヒータ７が副室ブロッ
ク４の外周面に接触する状態に配置されている。このヒ
ータ７に電流を供給するため、好ましくは、燃焼室から
離れた側にヒータ７の一端に接続する端子２６を設ける
と共に、他端をアース（符号２４）する。図示していな
いが、端子２６は自動車に搭載したバッテリーに接続さ
れている。更に、副室ブロック４の外周面の温度を検出
するため、温度センサー３０が副室ブロック４の外壁部
に設けられている。更に、エンジンの作動状態、例えば
、エンジン回転数及びエンジン負荷を検出するため、回
転センサー１８及び負荷センサー１９が設けられている
。エンジン回転数は、回転センサー１８によってクラン
クシャフトの回転数を検出することによって検出される
。また、エンジン負荷は、負荷センサー１９によって燃
料噴射ポンプから燃料噴射ノズル８に供給される燃料流
量を測定するが、又はアクセルペダルの踏込み量を測定
することで検出することができる。

また、シリンダヘッド１０には、エンジンの気筒数に対
応した数の取付穴１３が形成されている。

鋳込金属ブロック６は、シリンダヘッド１ｏに形成した
取付穴１３に嵌合して組み込まれ、しがも、鋳込金属ブ
ロック６のフランジ部２２が取付穴１３の入口部２１に
圧入等によって固定されている。

また、副室２には、副室２に燃料を噴射する燃料噴射ノ
ズル８が配置され、場合によっては、噴射された燃料を
着火させる或いは着火補助するグロープラグ（図示せず
）が配置されている。

なお、図示していないが、シリンダへラド１゜には、気
筒数に対応して吸排気ボートが形成され、該吸排気ボー
トを開閉する吸排気バルブがヘッド下面部に形成したバ
ルブシートに各々配置されている。場合によっては、吸
気ボートはシリンダライナの下部に設ける構造に構成す
ることもできる。

シリンダヘッド１０は、ヘッドガスケント１４を介在し
てシリンダブロック１１に固定されている。

シリンダブロック１１に形成した複数の気筒即ちシリン
ダにはシリンダライナが各々嵌合し、該各シリンダライ
ナには、ピストンリング３１を嵌着したピストン１２が
各々往復運動するように構成されている。

この副室の断熱構造において、副室ブロック４の噴孔３
が形成された噴孔形成部位１７は、他の部位より高温度
になり、熱的にも強度的にも厳しい領域である。また、
副室ブロック４の噴孔３が形成された噴孔形成部位１７
でも、主燃焼室ｌの中央側に位置する部位の方が主燃焼
室Ｉから離れる側に位置する部位より過酷な熱影響を受
ける所であり且つ部分的に過大な圧縮力が作用するとこ
ろである。そこで、この副室の断熱構造において、副室
ブロック４を耐高温且つ高強度の上記セラミック材料か
ら構成して耐熱性を向上させ、該副室ブロック４の外側
にセラ藁ツクファイバー、セラごツタウィスカー、チタ
ン酸アルミニウム、チタン酸カリウム等の断熱材から成
る絶縁断熱層９を配置し、該絶縁断熱層９及び外側に露
出した副室ブロック４の外面に対してアルミニウム、鋳
鉄等の金属材料を鋳込んで鋳込金属ブロック６を配置し
且つ該鋳込金属ブロック６の厚さ、材料を最適条件に設
定即ちコントロールすることによって副室ブロック４に
発生する圧縮残留応力のコントロールを行う。

この発明による副室断熱エンジンの温度制御装置は、上
記のように構成された副室の断熱構造を用いることによ
り、次のような機能を有する。

この発明による副室断熱エンジンの温度制御装置におい
て、温度センサー３０によって副室２の壁面即ち副室ブ
ロック４の外周面の温度状態を検出でき、また、回転セ
ンサー１８及び負荷センサー１９によってエンジンの作
動状態を検出できる。

例えば、第２図に示すように、エンジンの作動状態及び
副室ブロック４の温度状態に応じて、ヒータフ及び冷却
用ポンプ１６のオン・オフ制御を行うことができる。即
ち、これらのセンサー１８゜１９．３０によってエンジ
ンの低速低負荷時或いは低温状態が検出されると、該検
出信号はコントローラ２０に入力され、該検出信号に応
答してコントローラ２０はヒータ７に指令を発し、ヒー
タ７に電流を流して副室ブロック４の外周部を加熱する
。副室ブロック４の加熱によって、セラミック材料から
成る副室ブロック４の外周部から外部に放熱される熱流
の経路を遮断され、それによって副室２の温度上昇を行
うことができる。即ち、このヒータ７の加熱制御領域は
、第２図の符号Ａで示す領域である。或いは、温度セン
サー３０、回転センサー１８及び負荷センサー１９によ
ってエンジンの中速中負荷時或いは作動良好範囲の温度
状態が検出されると、ヒータ７及びポンプ１６をオフに
して、副室ブロック４に対して強制冷却及び強制加熱を
停止する。このヒータ７とポンプ１６のオフ制御領域は
、第２図の符号Ｂで示す領域である。又は、エンジンの
高速高負荷時或いは高温状態が検出されると、該検出信
号はコントローラ２０に入力され、該検出信号に応答し
てコントローラ２０はヒータ７をオフすると共に、制御
弁１５及び冷却用ポンプ１６に指令を発し、制御弁１５
を開放してポンプ１６をオンして作動する。

ポンプ１６の作動によって、水タンクから送り出された
冷却水は開放状態の制御弁１５を通って入口２７から冷
却ジャケット５に供給され、冷却ジャケット５で副室ブ
ロック４を冷却して出口２８から放出され、水タンクへ
回収されて循環される。

このヒータ７をオフし且つポンプ１６をオンにする制？
！ｌ　’６Ｍ域は、第２図の符号Ｃで示す領域である。

ところで、副室ブロック４を構成する窒化珪素（Ｓｉｓ
Ｎｓ）　、炭化珪素（ＳｉＣ）　、チタン酸アルミニウ
ム、複合材料等のセラミック材料は、耐熱性に冨んでい
るが、引張力に対しては弱い性質を有している。また、
セラごツタ材料は、圧縮強度は引張強度に比較して一般
に１０倍程度の強度を有しており、圧縮強度に対しては
極めて耐久性に冨んでいるものである。更に、セラミッ
ク材料の熱膨張率は金属材料の熱膨張率に比較して小さ
いものである。そこで、上記のように、該セラミック材
料から成る副室ブロック４の外面を金属材料で鋳込んで
鋳込金属ブロック６を配置することによって、溶融金属
の冷却によって収縮する程度がセラミック材料より大き
く、金属の収縮による寸法変化を利用して、セラミンク
材料から戒る副室ブロック４に予め圧縮残留応力を付与
して副室ブロック４の強度を確保する。また、副室ブロ
ック４の噴孔形成部位１７に対して金属鋳込みの鋳込金
属ブロック６の厚さを最適厚さに選定することによって
、該部位の圧縮力を他の部位より増大させることができ
、副室ブロック４全体に渡って好ましい状態の強度を確
保するようにコントロールすることもできる。また、セ
ラミック材料の副室ブロック４と鋳込金属ブロック６と
では、温度差が生じるが、温度差が小さく、全体が温度
上昇する場合に、上記の熱膨張率の差より圧縮残留応力
が低下する場合がある。この場合には、鋳込金属材料と
してニレジスト（Ｎｉ−Ｒｅｓｉｓｔ　）等の低熱膨張
金属を用いること圧縮残留応力の付与作用を有効にする
ことができる。これらの材料の選定は、セラミック材料
と鋳込金属の温度分布によって自由に選定することがで
きる。

この副室の断熱構造は、例えば、次のようにして製作す
ることができる。即ち、この副室の断熱構造は、主とし
て、副室ブロック４をサーマルショックに強い耐熱性の
セラミック材料で形成する工程、副室ブロック４の外面
にセラミックウィスカー、セラミックファイバー等の絶
縁断熱材から成る絶縁断熱層９を組み込む工程、絶縁断
熱層９の外周面及び露出した副室ブロック４の外周面に
対してアルミニウム等の金属材料を鋳込んで鋳込金属ブ
ロンクロを形成する工程、及び鋳込金属ブロック６をシ
リンダへラド１０に形成した取付穴１３に組込む工程に
よって製造することができる。

副室ブロック４の製作については、副室ブロック４の形
状に一体構造で底形し、次いでそれを焼結して製作する
ことができる。或いは、副室ブロック４を二分割して底
形し焼結して製作し、次いで、化学蒸着（ＣＶＤ）等に
よって両者を接合して完成する。副室ブロック４は、上
記のようにして製作できるが、副室ブロック４の噴孔形
成部位１７の外周面４Ｅの形状について、ストレート状
に形成してもよいが、図示のように、テーバ状に形成し
て多少小径に構成することが好ましい。副室ブロック４
の噴孔形成部位１７の外周面４Ｅの形状をテーバ状に形
成した場合には、鋳込金属ブロック６が副室ブロック４
に接触する接触面積が大きくなり、副室ブロック４に発
生する圧縮残留応力が有効に付与されることになる０次
に、上記製造工程によって製作した副室ブロック４の必
要な箇所に対して機械加工を施して最終形状に仕上げる
。

次に、絶縁断熱材、例えば、窒化珪素（Ｓｉ３Ｎ４）、
炭化珪素（ＳｉＣ）　、酸化アルミニウム（ＡＩ！Ｏ，
）、複合材料、チタン酸アルミニウム、チタン酸カリウ
ム等のセラミック材料から戒るセラミソフライスカー又
はセラミックファイバーによって、所定の形状に成形し
て絶縁断熱Ｎ９を製作すると共に、該絶縁断熱層９の内
壁面にヒータ７を埋め込む。

このヒータ７が埋め込まれた絶縁断熱層９の内面に副室
ブロック４の外面を嵌合して組み込む。

次に、副室ブロック４に組み込んだ絶縁断熱層９を鋳型
にセントする。この場合に、副室ブロック４における副
室２、噴孔３、燃料噴射ノズル８の挿入孔３２に鋳砂を
充填する。図示してないが、場合によっては、絶縁断熱
層９の燃料噴射ノズル８の挿入孔、グロープラグの各挿
入孔を構成する部分に鋳砂を充填する。鋳砂を充填した
副室ブロック４と絶縁断熱層９を、鋳込金属ブロック６
の外形の形状の空洞部を形成した砂型等の鋳型内に配置
する。このように絶縁断熱層９と副室ブロック４とを鋳
型内に配置した後、アルミニウム（ＡＩ）、鋳鉄（Ｆｃ
）　、ニレジスト（Ｎｉ−Ｒｅｓｉｓｔ）等から戒る溶
融金属の湯を、湯口部より、鋳型の空洞部へ注入し、空
隙部等を充填する。鋳込金属ブロック６を構成する溶融
金属が冷却して固化した後、鋳込金属ブロック６が鋳込
まれた副室ブロック４を鋳型から取り出し、鋳込金属ブ
ロック６に対して該鋳込金属ブロック６の最終形状に機
械加工を施す。最後に、シリンダヘッド１０に形成され
た取付穴１３に鋳込金属ブロック６を嵌合し、且つ鋳込
金属ブロック６のフランジ部２２をシリンダヘッド１０
の取付穴１３の入口部２１に圧入して鋳込金属ブロック
６をシリンダヘッド１０に固定する。

更に、セラミック材料の副室ブロック４に付与される圧
縮残留応力は、鋳込金属ブロック６の厚さによっても異
なり、例えば、鋳込金属ブロック６の厚さを厚くすれば
、副室ブロック４には大きな圧縮残留応力が付与される
ことになる。逆に、セラミック材料に過大な圧縮残留応
力が付与されると、副室ブロック４に亀裂、破壊等が発
生するので、鋳込金属の厚さについては、副室ブロック
４及び鋳込金属ブロンクロの形状、圧縮力、材料強度等
に応じて最適条件に選定することが好ましいものである
。

上記のように、この副室の断熱構造は、シリンダへフド
１０に直接鋳込んで構成したものでないから、副室ブロ
ック４に付与する圧縮残留応力は所望な値にコントロー
ルすることができる。また、シリンダヘッド１０がアル
ミニウム（ＡＩ）、鋳鉄（Ｆｃ）のいずれの材料で製作
されていても、副室２を鋳込む金属材料は、シリンダヘ
ッド１０の材料に関係なく、自由に選定することができ
る。

次に、第３図の処理フロー図を参照して、この副室断熱
エンジンの温度制御装置における作用について説明する
。エンジンを始動することによって、吸排気バルブ、燃
料噴射ノズル８等が駆動される。エンジンの回転数は回
転センサー１８によって検出され、該検出信号はコント
ローラ２０に入力される。また、エンジンの負荷は負荷
センサー１９によって検出されるが、具体的には、エン
ジン負荷は、アクセルペダルの踏込量の検出センサーに
よって検出された踏込量信号を、エンジンの負荷信号と
してコントローラ２０に入力するか、或いは、燃料供給
装置の燃料噴射ノズル８から噴出される燃料供給量は該
燃料供給量検出センサーによって検出され、該検出燃料
供給量信号を同様にエンジンの負荷信号としてコントロ
ーラ２ｏに入力することによって検出される。更に、副
室ブロック４の外周部に設置された温度センサー３０に
よって副室ブロック４の外周部の温度を検出し、該検出
された温度信号をコントローラ２０に入力する。　（ス
テップ４０）。

エンジンの回転数を検出する回転センサー１８によって
検出されたエンジン回転数Ｎ１が予め設定された所定の
下限回転数Ｎえ。より大きいか、又は所定の上限回転数
Ｎ、より小さいか否かを判断する（ステップ４１〉。

エンジン回転数Ｎえが所定の下限回転数Ｎ１゜以上で且
つ上限回転数Ｎ□より小さい回転数（即ち、Ｎｉ＋　＞
　Ｎｔ　＞　Ｎｖ。）である場合には、負荷センサーに
よって検出されたエンジン負荷Ｌｔが予め設定された所
定の下限負荷Ｌｏ。より大きいか、又は所定の上限負荷
ＬＥＩより小さいか否かを判断する。

エンジン負荷り、は、燃料噴射ノズル８から副室２への
燃料供給量の検出センサーで検出した検出信号、及び／
又はアクセルペダルの踏込量の検出センサーで検出した
検出信号によって検出することができるものである。（
ステップ４２）。

エンジン回転数Ｎ、が所定の下限回転数Ｎ、。以上で且
つ上限回転数Ｎ、より小さい回転数（即ち、Ｎｔ＋　＞
　ＮＥ　＞　ＮＥＯ）であり且つエンジン負荷ＬＥが所
定の下限負荷Ｌ７゜以上で且つ上限負荷ＬＥＩより小さ
い回転数（即ち、Ｌ□＞Ｌ、＞Ｌ、。）である場合には
、副室ブロック４の外周部の温度Ｔ４が予め設定した下
限温度Ｔ、。より大きいか、又は所定の上限温度Ｔ□よ
り小さいか否かを判断する（ステップ４３）。

次いで、副室ブロック４の外周部の温度Ｔ２が予め設定
した下限温度Ｔｉｅより大きく且つ上限温度ＴＥＩより
小さい温度（即ち、Ｔ□＞Ｔ、＞Ｔ。

。）である場合、即ち、第２図の制御領域Ｃに相当する
場合であり、エンジンの中連中負荷時には、副室２を形
成する副室ブロック４を強制的に加熱する必要が無く、
しかも強制的に冷却する必要も無く、最適温度になって
いるので、コントローラ２０の指令によって、ヒータ７
をオフにしくステップ４４）、制御弁１５を閉鎖しくス
テップ４５）、且つポンプ１６をオフにしくステップ４
６）、副室２を形成する副室ブロック４の外側を強制加
熱及び強制冷却しないようにコントローラで制御する。

更に、エンジン駆動を続けるか否かを判断すると共に、
エンジンの駆動系、ヒータ７、制御弁１５、ポンプ１６
の作動系からの各信号によって異常が無いか否かを判断
しくステップ４７）、それらに異常がなく、エンジン駆
動を続ける場合には処理は最初のステップ４０に戻る。

また、異常があり、異常信号がコントローラ２０に入力
された場合、或いはエンジン駆動を停止すると共に、副
室ブロック４に対する温度制御の処理は終了する。

また、ステップ４１において、回転センサー１８で検出
されたエンジン回転数Ｎ２が予め設定された所定の上限
回転数Ｎ□より大きい場合（即ち、Ｎア＞ＮＥ、）　、
ステップ４２において、負荷センサー１９で検出された
エンジン負荷り、が予め設定された所定の上限負荷Ｌ□
より大きい場合（即ち、ＬＥ　＞Ｌ□〉、或いはステッ
プ４３において、温度センサー３０で検出された副室ブ
ロック４の外周面の温度Ｔ１が予め設定された所定の上
限温度Ｔｅｌより大きい場合（即ち、Ｔｔ　＞’ｒ□）
には、即ち、第２図の制御領域Ｃに相当する場合であり
、エンジンの高速高負荷時には、燃焼が盛んであり、副
室２内の温度は過熱状態であり、副室ブロック４を形成
するセラミック材料の耐熱温度を超える可能性があるの
で、副室ブロック４の外周面を冷却する制御を行う。即
ち、コントローラ２０からの指令によってヒータ７をオ
フにしくステップ４８）、制御弁１５を開放しくステッ
プ４９〉、且つ冷却用のポンプ１６を作動する（ステッ
プ５０〉。ポンプ１６の作動によって水タンクより冷却
水が送り出され、該冷却水は開放状態の制御弁１５を通
って入口２７から冷却ジャケット５に送り込まれる。冷
却ジャケット５を通った冷却水は副室ブロック４の外周
面を冷却して出口２８からウォータクーラへ送り込まれ
て冷却され、水タンクへ回収される。これによって副室
ブロック４は冷却され、セラ旦ツタ材料の耐熱温度を超
えることが防止され、副室２の耐久性を向上することが
できる０次いで、エンジン駆動を続けるか否かを判断す
ると共に、エンジンの駆動系、ヒータ７、制御弁１５、
ポンプ１６等の作動系に設けたセンサーによる異常信号
が無いか否かを判断し、それらに異常がなく、エンジン
駆動を続ける場合には処理は最初のステップ４０に戻る
。また、異常があり、異常信号がコントローラ２０に入
力された場合、或いはエンジン駆動を停止する場合には
、副室ブロック４に対する温度制御の処理は終了する（
ステップ５１〉。

更に、ステップ４１において、回転センサー１８で検出
されたエンジン回転数Ｎ、が予め設定された所定の下限
回転数Ｎ０より小さい場合（即ち、Ｎ、。〉Ｎｔ）、ス
テップ４２において、負荷センサー１９で検出されたエ
ンジン負荷り、が予め設定された所定の下限負荷Ｌア。

より小さい場合（即ち、Ｌｔｏ＞Ｌｔ　＞　、或いはス
テップ４３において、温度センサー３０で検出された副
室ブロック４の外周面の温度ＴＥが予め設定された所定
の下限温度Ｔ、。より小さい場合（即ち、Ｔ、。〉Ｔ、
）には、即ち、第２図の制ＪｔＪ域Ａに相当する場合で
あり、エンジンの始動時、アイドリング時等の低速低負
荷時には、エンジンからの排気ガス流量が少なく、副室
２の温度は低下しているので、副室２から外側への放熱
量が大きく、燃焼状態が好ましくなく、ＨＣ，ＮＯＸ等
の好ましくない排気ガスが発生する恐れがあるので、副
室２の温度を上昇させるため、コントローラ２０からの
指令でヒータ７に電流を流して副室ブロック４を加熱す
る制御を行う。

そこで、コントローラ２０の指令によって制御弁１５を
閉鎖しくステップ５２）、ポンプ１６の作動を停止しく
ステップ５３）、且つヒータ７をオンしくステップ５４
）、ヒータ７を埋め込んだ絶縁断熱層９即ちホットプラ
グを加熱して副室ブロック４の外周部を加熱する（ステ
ップ５５）、更に、エンジン駆動を続けるか否かを判断
すると共に、エンジンの駆動系、ヒータ７、制御弁１５
、ポンプ１６等の作動系に設けたセンサーによる異常信
号が無いか否かを判断し、それらに異常がなく、エンジ
ン駆動を続ける場合には処理は最初のステップ４０に戻
る。また、異常があり、異常信号がコントローラ２０に
入力された場合、或いはエンジン駆動を停止する場合に
は、副室プロ・７り４に対する温度制御の処理は終了す
る（ステップ５６〉。

この発明による副室断熱エンジンの温度制御装置を達成
する副室の断熱構造について、上記において説明したが
、上記実施例に限定されるものではない０例えば、第１
図に示した副室の断熱構造では、鋳込金属ブロック６と
副室ブロック４との間にヒータ７及び絶縁断熱層９を配
置した構造に限らず、鋳込金属ブロック６の外周面にヒ
ータ７及びｖＡ縁断熱層９を配置してもよく、また、ヒ
ータを熱放散の厳しい部位即ち熱流の大きい部位に、例
えば、副室ブロック４の噴孔形成部位１７に部分的に配
置してもよいものである。また、鋳込金属ブロック６は
、シリンダヘッド１０に形成された取付穴１３に対して
、図では全面接触した状態で嵌入されているが、前記シ
リンダヘッド１０の取付穴１３の内壁面と鋳込金属ブロ
ック６の外周面２３との間に、断熱空気層を形成する状
態で嵌入してもよいものである。しかも、シリンダヘッ
ド１０の壁面と鋳込金属ブロンクロの外面との接触面積
を調整することによって、或いは、鋳込金属ブロック６
のフランジ部２２とシリンダへラド１０の取付穴１３の
入口部２１との接触面積及び接触領域を最適条件に設定
即ちコントロールすることによって、鋳込金属ブロック
６からシリンダヘッド１０へ流れる熱波をコントロール
し、副室ブロック４の断熱層のコントロールを行うこと
ができるように構成することもできる。

或いは、第１図に示すように、冷却ジャケント５を副室
ブロック４の外面を金属材料で鋳込んだ鋳込金属ブロッ
ク６内に形成することなく、図示していないが、冷却ジ
ャケットを鋳込金属ブロック６の外周面２３に配置する
ことも可能である。

又は、冷却ジャケットは、副室ブロック４の外面２５と
金属材料で鋳込んだ鋳込金属ブロック６の内周面２９と
の間に形成することも可能である。

更に、実施例では、冷却ジャケット５に供給する流体を
冷却水として説明したが、水に限らず、オイル或いはエ
アを冷却流体として使用することも可能である。

〔発明の効果〕

この発明による副室断熱エンジンの温度制御装置は、以
上のように構成されているので、次のような効果を有す
る。即ち、この副室断熱エンジンの温度制御装置は、主
燃焼室に噴孔を通じて連通した断熱構造の副室を形成す
るセラミック製副室ブロック、前記副室ブロックの外側
に配置したヒータ及び冷却ジャケット、該冷却ジャケッ
トへ冷却流体を供給するポンプ、該冷却ジャケットへの
流体通路に設けた制御弁、エンジン作動状態及び壁面温
度を検出するセンサー、及び該センサーの検出信号に応
答して前記制御弁を開閉制御し且つ前記ポンプ及び前記
ヒータをオン・オフ制御するコントローラから構成した
ので、エンジン回転、エンジン負荷のエンジンの作動状
態、或いは前記副室ブロックの壁温の検出信号に応答し
て前記ヒータ及び前記ポンプをオン・オフ制御すること
ができ、副室を常に最も好ましい温度状態にコントロー
ルすることができ、良好なエンジン作動を確保すること
ができ、エンジンの耐久性、エンジン性能を向上できる
。

即ち、前記センサーによる検出信号がエンジンの低速低
負荷信号、例えば、エンジンの始動時、アイドリング時
に応答して前記ヒータをオンにし且つ前記ポンプをオフ
にする制御を行い、前記副室を形成する壁部を加熱して
温度を上昇させ、副室から外側へ放熱する状態を防止し
、副室内の温度上昇を達成することができ、冷却水損失
を減少させ、ＨＣ，ＮＯＸの排出量を低減して燃費の低
減を図ることができ、低工旦フション高性能のエンジン
を提供できる。

又は、前記センサーによる検出信号がエンジンの中速中
負荷信号に応答して前記ヒータと前記ポンプをオフに制
御を行うので、副室の温度を最も好ましい状態に維持し
てエンジン駆動を行うことができ、エンジンの性能を向
上できる。

或いは、前記センサーによる検出信号がエンジンの高速
高負荷信号に応答して前記ヒータをオフにし且つ前記ポ
ンプをオンにし、更に前記制御弁を開放する制御を行う
ことができるので、副室ブロックの外側からの強制冷却
し、圧縮比を低減して無駄な容積比を低減し、スモーク
の発生を低減できる。しかも、前記副室を形成する前記
副室ブロックのセラミック材料の耐熱温度を超えること
がなく、セラミック材料の熱破壊を防止し、エンジンの
耐久性を向上できる。

また、耐高温且つ高強度のセラミック材料から成る副室
ブロックに鋳込金属ブロックを鋳込むことによって、前
記副室ブロックに圧縮残留応力を付与でき、前記副室ブ
ロックの強度を確保して前記副室ブロックの亀裂、破壊
等の損傷の発生を防止し副室の耐久性を向上させる。し
かも、前記鋳込金属ブロックの厚さ及び前記副室ブロッ
クとの接触部位を最適に選定することによって前記副室
ブロックに付与する圧縮残留応力を全体的に且つ部分的
に自由にコントロールすることができる。

強度的に最も厳しい前記副室ブロックの前記噴孔形成部
位の厚さを厚く構成すると、該噴孔形成部位の強度を十
分に確保することができる。

更に、セラミック材料で構成された前記副室ブロックの
厚さを最適条件に選定し且つ前記鋳込金属ブロックと前
記シリンダヘッドとの間の空気層を形成することによっ
て、副室に良好な断熱度を得ることができ、しかも、前
記鋳込金属ブロックとシリンダヘッドとの接触面積或い
は接触部位を最適状態に選定することによって、シリン
ダヘッドへ熱放散する前記副室ブロックの熱エネルギー
量をコントロールでき、特に、前記副室ブロックの前記
噴孔形成部位の熱蓄積を緩和して該部位の過熱を防止で
き、前記副室ブロックの噴孔形成部位は勿論のこと、副
室ブロック全体に渡って温度分布を均一化し、前記副室
ブロックに対して熱応力の発生を低減して耐久性を向上
させることができる。

また、前記副室ブロックと前記鋳込金属プロッりとの間
に断熱層を介在させると、前記断熱層の厚さ、材質を選
定することによって副室の最も好ましい断熱層を容易に
得ることができる。

しかも、個々の副室の断熱構造を製造した後、前記シリ
ンダヘッドに組み込むので・従来のように、シリンダヘ
ッド等の大物に、副室を構成するブロックを直接鋳込む
場合と異なり、鋳込時の寸法のずれが過大となることが
なく、製品として信頼性に冨んだ副室の断熱構造を提供
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による副室断熱エンジンの温度制御装
置の一実施例を示す断面図、第２図は第１図の副室断熱
エンジンの温度制御装置に組み込んだヒータ及びポンプ
の作動領域の一例を示す図、及び第３図はこの発明によ
る副室断熱エンジンの温度制御装置の作動の一例を示す
処理フロー図である。 １−・−・−主燃焼室、２−・−・・・・副室、３・・
・−・−噴孔、４・−副室ブロック、５・−・−・・冷
却ジャケット、６−・鋳込金属ブロック、７−・−・−
ヒータ、９・−・−絶縁断熱層、１０・−・−シリンダ
ヘッド、１３穴、１５−・・−・−制御弁、１６・−・
・・ポンプ、１８回転センサー、１９・・−・−負荷セ
ンサー、２０コントローラ、３３−−−−−−一温度セ
ンサー取付

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. （１）主燃焼室に噴孔を通じて連通した断熱構造の副室
   を形成するセラミック製副室ブロック、前記副室ブロッ
   クの外側に配置したヒータ及び冷却ジャケット、該冷却
   ジャケットへ冷却流体を供給するポンプ、該冷却ジャケ
   ットへの流体通路に設けた制御弁、エンジン作動状態及
   び壁面温度を検出するセンサー、及び該センサーの検出
   信号に応答して前記制御弁を開閉制御し且つ前記ポンプ
   及び前記ヒータをオン・オフ制御するコントローラ、か
   ら成る副室断熱エンジンの温度制御装置。
2. （２）前記コントローラは前記センサーによるエンジン
   の低速低負荷信号に応答して前記ヒータをオンにし且つ
   前記ポンプをオフにする請求項１に記載の副室断熱エン
   ジンの温度制御装置。
3. （３）前記コントローラは前記センサーによるエンジン
   の中速中負荷信号に応答して前記ヒータと前記ポンプを
   オフにする請求項１に記載の副室断熱エンジンの温度制
   御装置。
4. （４）前記コントローラは前記センサーによるエンジン
   の高速高負荷信号に応答して前記ヒータをオフにし且つ
   前記ポンプをオンにし、且つ前記制御弁を開放する請求
   項１に記載の副室断熱エンジンの温度制御装置。
5. （５）前記副室ブロックの外面に前記鋳込金属ブロック
   を鋳込んだ請求項１に記載の副室断熱エンジンの温度制
   御装置。