JPH061730U - ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目 的】 エンジンの運転による燃焼熱が作用して
も、それが原因となって生じる圧縮応力を打ち消して、
副燃焼室周りに熱疲労亀裂が発生することを防止し、更
に、燃焼ガスのシール性を良好にすることができるディ
ーゼルエンジンを提供すること。 【構 成】 主燃焼室３に臨むシリンダヘッド４の一部
を、この主燃焼室３から後退させて、ホットプラグ６を
嵌装する嵌装穴７と、これに連通する副燃焼室１とを形
成し、前記嵌装穴７を閉塞するホットプラグ６に前記主
燃焼室３と副燃焼室１とを連通する噴孔５を形成したデ
ィーゼルエンジン１２において、前記嵌装穴７の一部を
ホットプラグ圧入部７ｂとすると共に、この嵌装穴７の
壁面に亀裂が発生することを防止する環状部材１７を設
けた。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案はディーゼルエンジンの改良に関し、特に、渦流室式の副燃焼室を形成 したシリンダヘッドの耐久性を向上させ得るディーゼルエンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】

一般的に、主燃焼室における燃焼状態を改善するために副燃焼室を設けて、燃 焼効率を向上させたディーゼルエンジンは、騒音や排気ガスの特性から乗用車用 に多く用いられている。 例えば、図５に示すように、副燃焼室１はシリンダ２上部の主燃焼室３に面し たシリンダヘッド４に形成されており、主燃焼室３と副燃焼室１とを連通する噴 孔５を形成したホットプラグ６を、嵌装穴７に装着することによって、嵌装穴７ の大部分を閉塞するようにしている。また、副燃焼室１の内部には燃料噴射ノズ ル８が設けられており、燃焼行程中、断熱圧縮された空気に対して、燃料を噴射 して燃焼させ、噴孔５を通して燃焼ガスの一部を主燃焼室３内に噴出させるよう にしている。

【０００３】 ところで、シリンダヘッド４の副燃焼室１を成す壁面には高温の燃焼ガスが作 用するので、この熱によって副燃焼室１周りのシリンダヘッド４は膨張しようと する。しかしながら、シリンダヘッド４は剛性の高いシリンダブロック９にボル ト止めされていて、殆ど変形ができないため、前記副燃焼室１近傍のシリンダヘ ッド４には、大きな圧縮応力が発生して、塑性変形による永久歪みを生じる。

【０００４】 そして、その状態から、エンジンが停止して常温まで温度が下がっても元の寸 法に戻らず、引張応力が残留してしまうのである。その結果、図６に示すように 、吸気弁口10、及び排気弁口11に隣接する副燃焼室１を成す壁面に、熱疲労によ る亀裂Ｃを生じることが多々あるという問題があった。 そこで、従来から、そのような不具合を防止するため、種々の提案がなされて いる。例えば、実開昭60−118333号公報に記載されているように、嵌装穴の開口 部に硬質のリングを圧入して、シリンダヘッドに予め引張応力を付与しておき、 永久歪みの発生を阻止する技術が提案されている。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

しかしながら、本考案者が熱疲労に対するエンジンの耐久試験を行う過程で、 前記公報に記載されている考案の如く、副燃焼室１を成す嵌装穴７の開口部に予 め引張応力を付与しておいても、依然として熱疲労による亀裂Ｃが発生すること が確認された。

【０００６】 そして、本考案者が上記した亀裂Ｃの発生する原因を追求するうち、図５に示 す圧縮応力による応力歪み曲線Ｌから理解されるように、熱疲労による亀裂Ｃは 、ホットプラグ６の側壁6aの外周面に、ある程度のクリアランスＳを隔てて対峙 する嵌装穴７の内周面、即ち、嵌装穴７の中でも、ホットプラグ６が圧入されて いない部分を起点として発生する傾向があることが判明した。

【０００７】 また、前記公報に記載されている考案によると、ホットプラグを隙間嵌めにし ているために、副燃焼室や主燃焼室における爆発の圧力を受けてホットプラグが ガタつき易く、ホットプラグの取り付け状態が不安定となって、騒音が発生した り、耐久性が低下したりするという問題があった。 本考案は以上の問題点に鑑みて、エンジンの運転による燃焼熱が作用しても、 それが原因となって生じる圧縮応力を打ち消して、副燃焼室周りに熱疲労亀裂が 発生することを防止し、更に、ホットプラグの取り付け状態を安定させることが できるディーゼルエンジンを提供することを目的とするものである。

【０００８】

【課題を解決するための手段】

前記目的を達成するための本考案のディーゼルエンジンは、主燃焼室に臨むシ リンダヘッドの一部を、この主燃焼室から後退させて、ホットプラグを嵌装する 嵌装穴と、これに連通する副燃焼室とを形成し、前記嵌装穴を閉塞するホットプ ラグに前記主燃焼室と副燃焼室とを連通する噴孔を形成したディーゼルエンジン において、前記嵌装穴の一部をホットプラグ圧入部とすると共に、この嵌装穴の 壁面に亀裂が発生することを防止する環状部材を設けたことを特徴とする構成で ある。

【０００９】 前記環状部材を設ける手段としては、燃焼熱によってシリンダヘッドに発生す る圧縮応力を打ち消し得るだけの、引張応力を与えることができれば良いので、 例えば、圧入や鋳込みなどの手段を用いることができる。 また、前記環状部材の材質としては、鋳鉄やセラミックなどを使用するのが一 般的であるが、これらに限定されるものではなく、シリンダヘッドの材質の熱膨 張率などを考慮して、引張応力を与え易い材質を適宜選択すると良い。

【００１０】 更に、前記環状部材を圧入する部位としては、嵌装穴の壁面の内、ホットプラ グ圧入部以外の部分でも充分であるが、嵌装穴に対するホットプラグの圧入状態 をより安定させるために、ホットプラグ圧入部に対して前記環状部材を圧入して も良いものである。

【００１１】

【作 用】

本考案のディーゼルエンジンは以上の構成を有しており、嵌装穴に前記環状部 材を設けたことによって、予めシリンダヘッドの製作時から、この環状部材は嵌 装穴の壁面のシリンダヘッドに強い引張応力を発生させる。 従って、エンジンの運転時に、環状部材を通して嵌装穴の内面に高熱が伝えら れると、前記したように、嵌装穴は拘束されたシリンダヘッドに設けられている ので、その熱によって圧縮応力を生じるが、この圧縮応力は前記引張応力と相殺 されてシリンダヘッドの変形が回避される。

【００１２】

【実 施 例】

次に図面を参照して本考案のディーゼルエンジンの実施例を説明する。先ず、 図１に示す乗用車用の副燃焼室付きディーゼルエンジン12は、シリンダブロック ９と、アルミニウム合金製のシリンダヘッド４、及びピストン13によって形成さ れる主燃焼室３を有している。また、このシリンダヘッド４には、主燃焼室３に 通じる吸気通路14を開閉するための吸気弁15が設けられている。そして、噴孔５ を通して前記主燃焼室３に連通している渦流室式の副燃焼室１には、燃料噴射ノ ズル８、及び始動用のグロープラグ16が取り付けられている。

【００１３】 本実施例において、副燃焼室１はシリンダヘッド４に形成した嵌装穴７に、超 硬合金、或いはセラミックなどの高温硬度の高い材料で作られたホットプラグ６ を圧入し、この嵌装穴７の大部分をホットプラグ６によって閉塞することによっ て形成されている。この嵌装穴７は、主燃焼室３に臨むホットプラグ圧入部とし ての大径部7bと、この大径部7bの奥に形成される小径部7aとから成っている。

【００１４】 前記大径部7bの内周面は、シリンダヘッド４の製作時に、予め所定の寸法に機 械加工しており、この大径部7bにホットプラグ６の鍔部6bを圧入している。そし て、この鍔部6bを圧入することによって、ホットプラグ圧入部となる大径部7bに は、予め引張応力が発生することとなる。 一方、前記小径部7aの内周面には、ある程度のクリアランスＳをもってホット プラグ６の鍔部6bから植立する側壁6aの外周面が対峙している。そして、このク リアランスＳは、側壁6aの熱膨張による周方向への拡大を許容するようになって いる。また、この小径部7aの内周面には、環状部材17が圧入により圧縮された状 態で嵌合されることによって、この嵌装穴７を拡大する方向に強い引張応力を発 生させている。

【００１５】 エンジンが運転され、環状部材17を通して嵌装穴７の内面に高熱が伝えられる と、嵌装穴７は拘束されたシリンダヘッド４に形成されていることから、その熱 によって、図２中に示すような圧縮応力Ａを生じるのであるが、この圧縮応力Ａ は前記環状部材17による引張応力Ｂと相殺されてシリンダヘッド４の変形が回避 される。

【００１６】 従って、従来、エンジン12に加熱と冷却が繰り返される時に生じていた過大な 圧縮応力Ａの発生が、実質的に打ち消されて無くなる。ここで、例えば、環状部 材17を鋳鉄とすれば、シリンダヘッド４の母材を成すアルミニウム合金に比して 熱伝導性が低く、嵌装穴７に作用する温度が低下するので、熱歪みに対して一層 良好な傾向となる。

【００１７】 なお、アルミニウム合金と鋳鉄とは熱膨張率が大幅に異なるので、エンジン12 が加熱された時に、予め与えられた引張応力が消失しないよう、実験的に締め代 を決めておくと良い。また、環状部材17をセラミック材とする時はその熱膨張率 を母材であるアルミニウム合金とほぼ等しく設定すると引張応力の変化がなく、 設計が容易になるので好ましい。

【００１８】 また、図１に示す実施例１では、前記環状部材17を嵌装穴７の深さ一杯まで圧 入しているが、熱疲労による亀裂が特定の箇所に集中して発生することが予め分 かっている場合には、図３に示すように、その箇所に対してのみ環状部材17を圧 入するようにしても良い。 更に、図４に示すように、嵌装穴７の小径部7aにホットプラグ６の側壁6aを圧 入して、ホットプラグ６を固定する場合には、このホットプラグ６の鍔部6bに対 峙する嵌装穴７の大径部7bに環状部材17を圧入すると好ましい。 なお、上記各実施例では環状部材17を嵌装穴７に圧入する場合を示したが、鋳 造によって鋳込んでも良い。

【００１９】

【考案の効果】

本考案のディーゼルエンジンは、主燃焼室に臨むシリンダヘッドの一部を、こ の主燃焼室から後退させて、ホットプラグを嵌装する嵌装穴と、これに連通する 副燃焼室とを形成し、前記嵌装穴を閉塞するホットプラグに前記主燃焼室と副燃 焼室とを連通する噴孔を形成したディーゼルエンジンにおいて、前記嵌装穴の一 部をホットプラグ圧入部とすると共に、この嵌装穴の壁面に亀裂が発生すること を防止する環状部材を設けたことを特徴とするので、以下の効果を奏することが できる。

【００２０】 嵌装穴に前記環状部材を設けているので、予めシリンダヘッドの製作時から、 この環状部材によって、嵌装穴の壁面のシリンダヘッドに強い引張応力を発生さ せることができる。 また、エンジンの運転時に、環状部材を通して嵌装穴の内面に高熱が伝えられ ると、その熱によってシリンダヘッドには圧縮応力を生じるが、この圧縮応力は 前記引張応力によって相殺することができるので、結局シリンダヘッドの変形を 回避することができる。

【００２１】 従って、エンジンの運転による燃焼熱が作用しても、それが原因となって生じ る圧縮応力を打ち消すことができ、副燃焼室周りに熱疲労亀裂が発生することを 防止できる。 なお、ホットプラグは嵌装穴のホットプラグ圧入部に圧入されているので、そ の取り付け状態を安定させることができる。

【提出日】平成４年８月２０日

【手続補正１】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００３

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００３】 ところで、シリンダヘッド４の副燃焼室１を成す壁面に は高温の燃焼ガスが作用するので、この熱によって副燃焼室１周りのシリンダヘ ッド４は膨張しようとする。しかしながら、シリンダヘッド４は剛性の高いシリ ンダブロック９にボルト止めされていて、変形が拘束されるため、前記副燃焼室 １近傍のシリンダヘッド４には、大きな圧縮応力が発生して、塑性変形による永 久歪みを生じる。

【手続補正２】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００４

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００４】 そして、その状態から、エンジンが停止して常温まで温 度が下がっても元の寸法に戻らず、引張応力が残留してしまうのである。そして 、これが繰り返される事により材料が疲労し、 その結果、図６に示すように、吸 気弁口１０、及び排気弁口１１に隣接する副燃焼室１を成す壁面に、熱疲労によ る亀裂Ｃを生じることが多々あるという問題があった。 そこで、従来から、そのような不具合を防止するため、種々の提案がなされて いる。例えば、実開昭６０−１１８３３３号公報に記載されているように、嵌装 穴の開口部に硬質のリングを圧入して、シリンダヘッドに予め引張応力を付与し ておき、永久歪みの発生を阻止する技術が提案されている。

【手続補正３】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００６

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００６】 そして、本考案者が上記した亀裂Ｃの発生する原因を追 求するうち、図５に示す熱応力の応力分布Ｌから理解されるように、熱疲労によ る亀裂Ｃは、ホットプラグ６の側壁６ａの外周面に、ある程度のクリアランスＳ を隔てて対峙する嵌装穴７の内周面、即ち、嵌装穴７の中でも、ホットプラグ６ が圧入されていない部分を起点として発生する傾向があることが判明した。

【手続補正４】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】０００７

【補正方法】変更

【補正内容】

【０００７】 また、前記公報に記載されている考案によると、ホット プラグを隙間嵌めにしているために、副燃焼室や主燃焼室における爆発の圧力を 受けてホットプラグがガタつき易く、燃焼ガスのシール性が悪くなり、耐久上問 題があった。 本考案は以上の問題点に鑑みて、エンジンの運転による燃焼熱が作用しても、 それが原因となって生じる圧縮応力を打ち消して、副燃焼室周りに熱疲労亀裂が 発生することを防止し、更に、燃焼ガスのシール性を良好にすることができるデ ィーゼルエンジンを提供することを目的とするものである。

【手続補正５】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１２

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１２】

【実 施 例】

次に図面を参照して本考案のディーゼルエンジンの実施例を説明する。先ず、 図１に示す乗用車用の副燃焼室付きディーゼルエンジン１２は、シリンダブロッ ク９と、シリンダヘッド４、及びピストン１３によって形成される主燃焼室３を 有している。また、このシリンダヘッド４には、主燃焼室３に通じる吸気通路１ ４を開閉するための吸気弁１５が設けられている。そして、噴孔５を通して前記 主燃焼室３に連通している渦流室式の副燃焼室１には、燃料噴射ノズル８、及び 始動用のグロープラグ１６が取り付けられている。

【手続補正６】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１４

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１４】 前記大径部７ｂの内周面は、シリンダヘッド４の製作時に、予め所定の寸法に 機械加工しており、この大径部７ｂにホットプラグ６の鍔部６ｂを圧入している 。そして、この鍔部６ｂを圧入することによって、ホットプラグ圧入部となる大 径部７ｂには、予め引張応力が発生することとなる。 一方、前記小径部７ａの内周面には、ある程度のクリアランスＳをもってホッ トプラグ６の鍔部６ｂから植立する側壁６ａの外周面が対峙している。また、こ の小径部７ａの内周面には、環状部材１７が圧入により圧縮された状態で嵌合さ れることによって、この嵌装穴７を拡大する方向に強い引張応力を発生させてい る。

【手続補正７】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１５

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１５】 エンジンが運転され、環状部材１７を通して嵌装穴７の 内面に高熱が伝えられると、嵌装穴７は拘束されたシリンダヘッド４に形成され ていることから、その熱によって、図２中に示すような圧縮応力Ａを生じるので あるが、この圧縮応力Ａは前記環状部材１７による引張応力Ｂと相殺されてシリ ンダヘッド４に応力がかかることが回避される。

【手続補正８】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００１６

【補正方法】変更

【補正内容】

【００１６】 従って、従来、エンジン１２が加熱される時に生じてい た過大な圧縮応力Ａの発生が、実質的に打ち消されて無くなる。ここで、例えば 、環状部材１７を鋳鉄、シリンダヘッド４の母材をアルミニウム合金とすれば、 環状部材１７の 熱伝導性が低く、嵌装穴７に作用する温度が低下するので、熱歪 みに対して一層良好な傾向となる。

【手続補正９】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】００２０

【補正方法】変更

【補正内容】

【００２０】 嵌装穴に前記環状部材を設けているので、予めシリンダ ヘッドの製作時から、この環状部材によって、嵌装穴の壁面のシリンダヘッドに 強い引張応力を発生させることができる。 また、エンジンの運転時に、環状部材を通して嵌装穴の内面に高熱が伝えられ ると、その熱によってシリンダヘッドには圧縮応力を生じるが、この圧縮応力は 前記引張応力によって相殺することができるので、結局シリンダヘッドに応力が かかること を回避することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案のディーゼルエンジンの実施例１におけ
る要部断面図である。

【図２】本考案のディーゼルエンジンにおける枠Ｄ内の
シリンダヘッドに発生する圧縮応力と環状部材に発生す
る引張応力との関係を示す断面図である。

【図３】本考案のディーゼルエンジンの実施例２におけ
る要部断面図である。

【図４】本考案のディーゼルエンジンの実施例３におけ
る要部断面図である。

【図５】従来のディーゼルエンジンの副燃焼室周りに発
生する圧縮応力による応力歪み曲線を示す一部断面図で
ある。

【図６】従来のディーゼルエンジンの副燃焼室に亀裂が
発生した状態を示す斜視底面図である。

【符号の説明】

１ 副燃焼室 ３ 主燃焼室 ４ シリンダヘッド ５ 噴孔 ６ ホットプラグ ７ 嵌装穴 7a 小径部（ホットプラグ圧入部） 7b 大径部（ホ
ットプラグ圧入部） 12 ディーゼルエンジン 17 環状部材

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【手続補正書】

【提出日】平成４年８月２０日

【手続補正１０】

【補正対象書類名】明細書

【補正対象項目名】図５

【補正方法】変更

【補正内容】

【図５】 従来のディーゼルエンジンの副燃焼室周りに
発生する熱応力の応力分布を示す一部断面図である。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 主燃焼室に臨むシリンダヘッドの一部
   を、この主燃焼室から後退させて、ホットプラグを嵌装
   する嵌装穴と、これに連通する副燃焼室とを形成し、前
   記嵌装穴を閉塞するホットプラグに前記主燃焼室と副燃
   焼室とを連通する噴孔を形成したディーゼルエンジンに
   おいて、前記嵌装穴の一部をホットプラグ圧入部とする
   と共に、この嵌装穴の壁面に亀裂が発生することを防止
   する環状部材を設けたことを特徴とするディーゼルエン
   ジン。