JPH057480Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は逆カツプ形のセラミツクス製のヘツド
ライナを備えた断熱エンジンの構造に関するもの
である。

［従来の技術］ シリンダヘツドの下面とピストン冠部に断熱性
に優れたセラミツクスを利用した断熱エンジン
は、例えば特開昭60−90955号公報などに開示さ
れている。上述の従来技術では、第４図に示すよ
うに、金属製のシリンダヘツド２の下半部の円筒
部１１に嵌挿した逆カツプ形のセラミツクス製の
ヘツドライナ１と、セラミツクス製のピストン冠
部（図示省略）とにより燃焼室が断熱化される。

金属製のシリンダボデイ３はピストン４を嵌合
するセラミツクス製のシリンダライナ１９を嵌合
支持され、シリンダライナ１９の上端壁１４にシ
リンダヘツド２が図示してないヘツドボルトによ
り結合される。ヘツドライナ１の内周面１ａはシ
リンダライナ１９の内周面１９ａと連続し、ピス
トン４が両者に嵌合して燃焼室１５を囲むように
構成される。

ヘツドライナ１の上壁１ｂに吸気ポート９と排
気ポート（図示せず）が設けられ、これらの下端
部に吸気弁８が接する弁座１０と、図示してない
排気弁が接する弁座とが一体に形成される。吸気
ポート９はシリンダヘツド２に設けた吸気通路１
２と接続される。吸気弁８はステムをシリンダヘ
ツド２に結合した弁ガイド１３に摺動可能に支持
される。

シリンダヘツド２の円筒部１１とヘツドライナ
１との間に断熱空気層を形成するために、円筒部
１１の内径はヘツドライナ１の外径よりも大き
く、かつ円筒部１１の深さはヘツドライナ１の高
さよりも大きくされる。円筒部１１とヘツドライ
ナ１の周壁との間に上下１対の環状のガスケツト
２２，２３を装着して断熱空気層２０が形成され
る。また、ヘツドライナ１の上壁１ｂと円筒部１
１の天壁１１ａとの間に、ガスケツト３５と吸気
ポート９と吸気通路１２との接続部を封止するシ
ールリング２１を装着して断熱空気層２０ａが形
成される。同様に、図示してないが吸気ポート９
と吸気通路１２との接続部および燃料噴射ノズル
の取穴にもこれを取り囲むシールリングが介装さ
れる。

ヘツドライナ１の下端部はシリンダボデイ３の
上端壁１４の環状溝に係合したガスケツト７を介
して、シリンダライナ１９の上端面に重ね合さ
れ、この状態はシリンダボデイ３とシリンダヘツ
ド２とのヘツドボルト結合により保持される。

上述の従来技術によれば、シリンダヘツド２の
下面ばかりでなく、シリンダの一部とピストン冠
部がセラミツクス材により囲まれ、燃焼行程の内
でも燃焼温度の高い時期（クランク角にして上死
点の前後60〜70°）に燃焼室が断熱化されるで、
良好な燃焼状態が得られるとともに、排気温度を
高めることができる。しかし、逆カツプ形とされ
るヘツドライナ１の下端部をシリンダボデイ３の
上端壁１４に、また上壁１ｂをガスケツト３５を
介してシリンダヘツド２の円筒部１１の天壁１１
ａに挟持される結果、燃焼行程における爆発荷重
によりヘツドライナ１のコーナ部ａに応力集中が
生じ、この部分から割れが生じる恐れがある。

すなわち、単純化して考えると、第５図に示す
ように、ヘツドライナ１は周壁部１ｃにおいて、
下端部をシリンダボデイ３に、上壁１ｂをシリン
ダヘツド２にそれぞれ支持されるので、燃焼行程
で第６図ａに示すような変形が生じる。この場合
の内周面１ａの下端部ｂからコーナ部ａを経て上
壁１ｂの下面中心ｃに至る荷重分布は、第６図ｂ
に実線３５Ａで表される。このことから、コーナ
部ａには過大な引張荷重が生じるため、コーナ部
ａのところから亀裂が発生する恐れがある。

なお、組立て時、シリンダヘツド２をシリンダ
ボデイ３に結合する６本のヘツドボルトにはそれ
ぞれ約5tの締付荷重が加えられ、コーナ部ａには
破線３５Ｂで示すように圧縮荷重が作用している
が、実線３５Ａで示される燃焼行程での引張荷重
のピークは150Kg／cm²にも達する。

［考案が解決しようとする問題点］ そこで、本考案の目的は上述の問題に鑑み、ヘ
ツドライナのコーナ部にセラミツクスの弱点であ
る引張荷重が作用しないようなヘツドライナの配
置を考慮した、断熱エンジンの構造を提供するこ
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、本考案の構成はシ
リンダヘツドの下壁に設けた円筒部の天壁と該円
筒部に嵌挿した逆カツプ形のセラミツクス製のヘ
ツドライナの上壁との間に、ヘツドライナの内径
よりも小径の環状のガスケツトをヘツドライナと
同心に挟み、シリンダヘツドをシリンダボデイに
締結するヘツドボルトの締付力により、ヘツドラ
イナの下端面をシリンダボデイおよびシリンダラ
イナの上端面に重ね合せたものである。

［作用］ ヘツドライナの上壁とシリンダヘツドの天壁と
の間のガスケツトの位置をシリンダ中心側へ偏倚
させると、ヘツドライナのコーナ部には引張荷重
が作用しない。すなわち、環状のガスケツトの直
径を小さくし、ヘツドライナの内周面よりも内側
の部分でヘツドライナの上壁とシリンダヘツドの
天壁との間に挟むことにより、燃焼行程において
ヘツドライナに作用する爆発荷重はガスケツトを
支点としてシリンダヘツドに支持されることとな
り、この場合は、コーナ部に亀裂を生じさせるよ
うな引張荷重は作用せず、圧縮荷重が作用する。

セラミツクスの特性として圧縮強度は引張強度
の10倍程度にも達するから、燃焼行程でヘツドラ
イナのコーナ部には圧縮荷重だけが作用する時
は、コーナ部が引き裂かれるような力は作用せ
ず、ヘツドライナの亀裂やその他の強度上の問題
を解消することができる。

［考案の実施例］ 第１，２図に示すように、ガスケツト２４はヘ
ツドライナ１の周周面１ａよりも内側に配設され
る。ヘツドライナ１の上壁１ｂにそれぞれ弁座１
０を有する吸気ポート９と排気ポート３１がそれ
ぞれ形成され、吸気ポート９の上端部に大径の円
筒部３３が形成され、円筒部３３の端部周面とシ
リンダヘツド２の天壁１１ａとの間にシールリン
グ２１が介装される。同様に、排気ポート３１の
上端部とシリンダヘツド２の天壁１１ａとの間に
シールリング３４が介装される。

また、第１図に示すように、上壁１ｂに燃料噴
射ノズルの取付穴４０が設けられる。吸気ポート
９および排気ポート３１は通路面積をできるだけ
大きく採るために、ヘツドライナ１の内周面１ａ
に近接して設けられる。したがつて、この部分に
ついては、ガスケツト２４は内周面１ａよりも外
側にはみ出るが、小径の吸気ポート９および排気
ポート３１を２個ずつ設けるなどすれば、ガスケ
ツト２４は上壁１ｂとシリンダヘツド２の天壁１
１ａとの間に、ヘツドライナ１の内周面１ａより
も内側にヘツドライナ１と同心に介装できる。他
の構成については第４図に示す従来例とほぼ同様
である。

本考案によれば、上述のようにガスケツト２４
を第５図に仮想線で示すように配置し、ヘツドラ
イナ１をヘツドボルトでシリンダヘツド２とシリ
ンダボデイ３との間に挟持することにより、組立
て時、コーナ部ａには第３図ｂに破線２４Ｂで示
すように、圧縮荷重が加えられる。燃焼行程でヘ
ツドライナ１に作用する爆発力はガスケツト２４
でシリンダヘツド２に支持されるが、この時ヘツ
ドライナ１は第３図ａに破線で示す状態から実線
で示す状態に変形し、コーナ部ａには第３図ｂに
実線２４Ａで示すように、圧縮荷重が減殺される
だけで、引張荷重は作用しない。セラミツクスの
特性から圧縮荷重に対する強度は引張荷重のそれ
よりも10倍程度の強度を有し、しかもコーナ部ａ
に引張荷重が作用する時はこれを引き裂くような
力を及ぼすのに対して、圧縮荷重の場合は、コー
ナ部ａを引き裂くような力を及ぼさないので、ヘ
ツドライナ１の強度上の信頼性が大幅に向上され
る。

なお、第５図に示すように、ガスケツト２４の
代りにヘツドライナ１のほぼ中心にガスケツト２
５を配置した場合は、第７図ａ，ｂに示すよう
に、上壁１ｂに曲げ応力が生じ、コーナ部ａは過
大な圧縮荷重が、上壁１ｂの下面中心ｃには過大
な引張荷重が作用するので、上壁１ｂに割れが生
じる恐れがある。

したがつて、上述の説明から明らかなように、
ヘツドライナ１の上壁１ｂとシリンダヘツド２の
天壁１１ａとの間に介装する環状のガスケツト２
４は周壁部１ｃと上壁１ｂの中心との間に同心に
配置することが必須であり、応力解析結果によれ
ば、内周面１ａよりも幾分中心側へ偏倚した部分
に配設するのが最適である。

本考案は上述のように、ヘツドライナ１に作用
する燃焼室の爆発荷重を受け止めるシリンダヘツ
ド２とシリンダボデイ３との間において、特に爆
発力の支持点であるガスケツト２４を、ヘツドラ
イナ１の内周面１ａよりも中心側の部分で、上壁
１ｂと天壁１１ａとの間に配置するのが最も好ま
しく、コーナ部ａに作用する荷重を、引張荷重か
ら圧縮荷重に変換できるので、コーナ部ａにこれ
を引き裂くような力が解消され、コーナ部ａから
割れが生じるのを防止することができる。

［考案の効果］ 本考案は上述のように、シリンダヘツドの下壁
に設けた円筒部の天壁と該円筒部に嵌挿した逆カ
ツプ形のセラミツクス製のヘツドライナの上壁と
の間に、ヘツドライナの内径よりも小径の環状の
ガスケツトをヘツドライナと同心に挟み、シリン
ダヘツドをシリンダボデイに締結するヘツドボル
トの締付力により、ヘツドライナの下端面をシリ
ンダボデイおよびシリンダライナの上端面に重ね
合せたものであるから、構造上最も割れの生じ易
いヘツドライナのコーナ部（周壁部と上壁との交
差部）には、常に圧縮荷重が作用し、爆発力によ
る引張荷重（コーナ部を引き裂くような力）は作
用しないので、構成が簡単でコーナ部の割れを防
止でき、強度上信頼性の高い断熱エンジンを提供
できる。

特に、環状のガスケツトをヘツドライナと同心
に配したことにより、ヘツドライナのコーナ部に
は、周方向にほぼ均等な圧縮荷重が作用するの
で、この点でもセラミツク製シリンダライナの実
質的強度を高め、損傷を回避できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る断熱エンジンのヘツドラ
イナを示す平面図、第２図は図１の線−によ
るヘツドライナの正面断面図、第３図ａは同ヘツ
ドライナの爆発荷重による変形を誇張して示す正
面断面図、第３図ｂは同応力分布図、第４図は一
般的な断熱エンジンを示す正面断面図、第５図は
同ヘツドライナの荷重支持点を簡単化して示す正
面断面図、第６図ａは同ヘツドライナの爆発荷重
による変形を誇張して示す正面断面図、第６図ｂ
は同応力分布図、第７図ａはヘツドライナの中心
にガスケツトを配置した場合のヘツドライナの爆
発荷重による変形を誇張して示す正面断面図、第
７図ｂは同応力分布図である。 ａ……コーナ部、１……ヘツドライナ、１ｂ…
…上壁、１ｃ……周壁部、２……シリンダヘツ
ド、３……シリンダボデイ、１１……円筒部、１
９……シリンダライナ、２４……ガスケツト。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. シリンダヘツドの下壁に設けた円筒部の天壁と
   該円筒部に嵌挿した逆カツプ形のセラミツクス製
   のヘツドライナの上壁との間に、ヘツドライナの
   内径よりも小径の環状のガスケツトをヘツドライ
   ナと同心に挟み、シリンダヘツドをシリンダボデ
   イに締結するヘツドボルトの締付力により、ヘツ
   ドライナの下端面をシリンダボデイおよびシリン
   ダライナの上端面に重ね合せたことを特徴とする
   断熱エンジンの構造。