JPH0524400B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は内燃機関におけるセラミツクス断熱壁
と金属構造体との間の熱遮蔽を図る、内燃機関の
断熱構造に関するものである。

［従来の技術］ 従来から提案されているセラミツクスを利用し
た断熱内燃機関は、モノリスタイプのチツ化ケイ
素、炭化ケイ素などを主体としたセラミツクス断
熱壁を、ピストン本体、シリンダボデイ、シリン
ダヘツドなどの燃焼ガスに曝される金属構造体の
内壁に結合している。セラミツクス断熱壁からの
熱放散を抑えるために、セラミツクス断熱壁と金
属構造体との間に断熱空部を備えたり（特願昭58
−151885号）、爆発圧力に耐えるようにセラミツ
クス断熱壁と金属構造体との間に金属板からなる
ガスケツトを挾んだり（特開昭58−25552号公報）
しているが、上述のような手段ではセラミツクス
断熱壁から金属構造体へ放散される伝熱量を抑え
るには限界がある。燃焼室の壁部の熱伝導率はセ
ラミツクス断熱壁の採用により25分の１程度に減
少しても、燃焼室と金属構造体との熱落差が３倍
にも達するために、伝熱量は７分の１程度に減少
するにすぎない。

［発明が解決しようとする問題点］ 本発明の目的は上述の問題に鑑み、燃焼室の断
熱化を図るために、セラミツクス断熱壁と金属構
造体との間に断熱空部における熱輻射を抑え、熱
効率を高める、内燃機関の断熱構造を提供するこ
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、本発明の構成は耐
熱性金属からなる中空リングの内部に低熱伝導率
の粉末を充填して断熱ガスケツトを形成し、金属
構造体とセラミツクス断熱壁との間に前記断熱ガ
スケツトを介装して断熱ガスケツトを貫通するボ
ルトにより結合し、断熱ガスケツトで囲まれた空
部において少くとも金属構造体の内壁にステンレ
ス鋼板からなる熱反射板を重ね合せたものであ
る。

［作 用］ セラミツクス断熱壁と金属構造体との間の断熱
空部の内壁に備えた、耐熱性を有するステンレス
鋼板からなる熱反射板は、燃焼ガスに曝されるセ
ラミツクス断熱壁から断熱空部を経て金属構造体
へ向う熱輻射を抑える。

［発明の実施例］ 第１図は本発明の原理的な内燃機関の断熱構造
を示す。燃焼ガスに曝されるセラミツクス断熱壁
５１は、金属構造体５２との間に断熱ガスケツト
５５を挾み、これらを貫通するボルト５３にナツ
ト５４を締め付けて結合される。断熱ガスケツト
５５はセラミツクス断熱壁５１と金属構造体５２
との間に断熱空部Ａを区画する。

本発明によれば、セラミツクス断熱壁５１から
断熱空部Ａを経て金属構造体５２へ向う熱輻射を
阻止するために、セラミツクス断熱壁５１と金属
構造体５２との間の断熱空部Ａを区画する内壁に
熱反射板を備えるものである。具体的には、金属
構造体５２の内壁に、ステンレスなどの耐熱性を
有する熱反射板５９ａを重ね合せる。好ましくは
セラミツクス断熱壁５１の内壁にも、熱反射板５
９を重ね合せる。

第２図に示すように、断熱ガスケツト５５はス
テンレスなどの耐熱性を有する金属板から形成し
た中空リング５６の内部に、熱伝導率の小さいチ
タン酸カリウム、コージライトなどの粉末５７を
充填して構成され、ボルト挿通穴は円筒体５６ａ
を嵌合され、円筒体５６ａの両端は縁曲げして中
空リング５６の上下両面へ結合される。特に、チ
タン酸カリウムの粉末を密実に充填することが好
ましく、ボルト５３を締め付けても圧縮荷重に耐
え、金属構造体５２とセラミツクス断熱壁５１と
の間隔を保持する。

本発明は上述のように、断熱空部Ａを区画する
セラミツクス断熱壁５１と金属構造体５２との各
内壁に熱反射板５９，５９ａを重ね合せたから、
高温の燃焼ガスに曝されるセラミツクス断熱壁５
１からの熱輻射が、熱反射板５９により反射さ
れ、断熱空部Ａへ到達する熱輻射量が低減され
る。金属構造体５２の内壁にも熱反射板５９ａを
重ね合せたから、金属構造体５２へ到達する熱輻
射量はさらに低減される。この結果、金属構造体
５２とセラミツクス断熱壁５１との間に断熱空部
Ａを設けただけのものに比べて、セラミツクス断
熱壁５１から金属構造体５２への伝熱量は大幅に
低減される。

断熱ガスケツト５５としての中空リング５６
は、セラミツクス断熱壁５１と金属構造体５２に
重ね合された熱反射板５９，５９ａに接し、中空
リング５６は内部に熱伝導率の極めて小さいチタ
ン酸カリウムの粉末５７を充填されるから、セラ
ミツクス断熱壁５１から中空リング５６とチタン
酸カリウムの粉末５７を経て金属構造体５２への
熱伝導による伝熱量は大幅に低減される。

第３図はセラミツクスを用いた具体的な断熱内
燃機関の正面断面図である。通常の金属からなる
シリンダヘツド１の下部に円筒部１ａが形成さ
れ、円筒部１ａの内部にセラミツクスからなる逆
カツプ形のヘツドライナ３が上下１対の位置決め
リング９を介して嵌合される。シリンダヘツド１
の天壁面１ｂとヘツドライナ３の上面との間に、
リング２６、燃料噴射ノズル５、吸・排気ポート
１１をそれぞれ取り囲むリング１０，１６が介装
される。吸・排気ポート１１はセラミツクスをコ
ーテイングされた吸・排気弁７により開閉され
る。燃焼室はセラミツクスからなる逆カツプ形の
ヘツドライナ３とセラミツクスからなるピストン
冠部８とにより区画される。ヘツドライナ３はセ
ラミツクスからなるシリンダライナ４と、燃焼室
の主要部から離れた部分で突き合される。

実際には、ヘツドライナ３とシリンダライナ４
との熱膨張差による応力を回避するために、両者
の間は極めて僅かな〓間を備えられ、断熱ガスケ
ツト５５と同様のガスケツト２２が、ヘツドライ
ナ３の下端面とシリンダボデイ２の上端面との間
に介装され、シリンダヘツド１から図示してない
ボルトをシリンダボデイ２へ螺合して締結され
る。シリンダライナ４はシリンダボデイ２の円筒
部２０に嵌合される。

ピストン１９はセラミツクスからなるピストン
冠部８を普通の金属からなるスカート部６の上に
重ね合せ、上から挿通したボルト３１にナツト３
３を螺合して締結される。ピストン冠部８は上面
に燃料と空気の混合を促す窪み３９を、下面中央
に円筒部３４を、下面周縁部に段部をそれぞれ設
けられる。スカート部６は外周面にピストンリン
グ４１を装着され、上面周縁部に設けた突条２４
に前述のピストン冠部８の段部を嵌合される。ス
カート部６は上面中央に形成した柱３５に、ガス
ケツト２７を介してピストン冠部８を重ね合さ
れ、柱３５と円筒部３４との間に断熱空部Ｄを形
成される。ピストン冠部８とスカート部６との外
周側の重合せ面は、シールリング２８を介装され
る。

上述のように、シリンダヘツド１１の円筒部１
ａの内周面とヘツドライナ３との間に、上下１対
のリング９により閉鎖された断熱空部Ｃが形成さ
れ、シリンダヘツド１の天壁面１ｂとヘツドライ
ナ３の上面との間に、リング１０，１６，２６に
より閉鎖された断熱空部Ｂが形成される。ピスト
ン冠部８とスカート部６との間に、リング２８に
より閉鎖された断熱空部Ｄが形成される。

上述したシリンダヘツド１の断熱空部Ｂ，Ｃと
ピストン１９の断熱空部Ｄは、第１図に示した断
熱空部Ａと同様に、断熱空部の内壁に熱反射板を
備えられ、燃焼室からヘツドライナ３を経てシリ
ンダヘツド１へ向う熱輻射を抑え、ピストン冠部
８からスカート部６へ向う熱輻射を抑える。

断熱空部Ｂの場合は、燃焼噴射ノズル５の取付
穴と吸・排気ポート１１の穴を備えた上下２枚の
ステンレス鋼板を、シリンダヘツド１の天壁面１
ｂとヘツドライナ３の上面とにそれぞれ重ね合
せ、両者の間にガスケツト１０，１６，２６を挾
んで熱反射板を形成する。燃焼噴射ノズル５の取
付穴と吸・排気ポート１１の穴の各周囲には、第
２図に示すような断熱ガスケツト５５またはイン
コネルなどの耐熱性金属からなる断面円形の中空
リングを装着してヘツドボルトの締付荷重を支持
する。

断熱空部Ｃの場合は、熱反射板としてステンレ
ス鋼板からなる内外２つの円筒体の上下端部の間
に、位置決めリング９を装着して備える。

ピストン１９の断熱空部Ｄの場合は、断熱空部
Ｄの内壁にステンレス鋼板からなる熱反射板を貼
り付けるか、クロムメツキを施す。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、耐熱性金属からなる中
空リングの内部に低熱伝導率の粉末を充填して断
熱ガスケツトを形成し、金属構造体とセラミツク
ス断熱壁との間に前記断熱ガスケツトを介装して
断熱ガスケツトを貫通するボルトにより結合し、
断熱ガスケツトで囲まれた空部において少くとも
金属構造体の内壁にステンレス鋼板からなる熱反
射板を重ね合せたものであるから、次のような効
果が得られる。

金属製のシリンダヘツドの内部に耐熱性に優れ
たセラミツクス製のヘツドライナを断熱空部を存
して嵌挿したことにより、燃焼室の燃焼ガスの温
度を高温に保つことができる。

ヘツドライナの外側に断熱空部を設けたことに
より、ヘツドライナからシリンダヘツドへの伝熱
量を抑え、シリンダヘツドを高温から保護でき
る。

断熱空部の外側、すなわちシリンダヘツドの円
筒部の内面に熱反射板を重ね合せたことにより、
ヘツドライナから断熱空部を経て外部へ向う輻射
による伝熱量を抑止できる。

ヘツドライナとシリンダヘツドとの間に断熱空
部を形成するための断熱ガスケツトは、ステンレ
スなどの耐熱性金属からなる中空リングの内部に
熱伝導率の小さい粉末を充填したので、シリンダ
ヘツドとヘツドライナを結合する締付ボルトの締
付荷重に対して十分な強度を有し、ヘツドライナ
から断熱ガスケツトを経てシリンダヘツドへ向う
伝熱量を抑止できる。

金属構造体とセラミツクス断熱壁との間の空部
に、熱反射板を配設することは、従来の断熱内燃
機関に何ら設計変更をもたらさないで容易に実施
でき、燃焼室からの熱放散を抑え、内燃機関の熱
効率を向上できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は内燃機関の断熱構造の原理的構成を示
す断面図、第２図は同断熱構造における金属構造
体とセラミツクス断熱壁との間に断熱空部を形成
するための断熱ガスケツトの一例を示す正面断面
図、第３図は本発明に係る断熱構造が適用される
断熱内燃機関の正面断面図である。 ５１：セラミツクス断熱壁、５２：金属構造
体、５：断熱ガスケツト、５９，５９ａ：熱反射
板。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 耐熱性金属からなる中空リングの内部に低熱
   伝導率の粉末を充填して断熱ガスケツトを形成
   し、金属構造体とセラミツクス断熱壁との間に前
   記断熱ガスケツトを介装して断熱ガスケツトを貫
   通するボルトにより結合し、断熱ガスケツトで囲
   まれた空部において少くとも金属構造体の内壁に
   ステンレス鋼板からなる熱反射板を重ね合せたこ
   とを特徴とする、内燃機関の断熱構造。