JPH068621B2 - 断熱エンジンのシ−ル構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明はセラミツクスを利用した断熱エンジンのシール
構造に関するものである。

［従来の技術］ 高温に耐えしかも断熱効果の優れたセラミツクスをエン
ジンの燃焼室の壁部に使用することにより、熱サイクル
効率の向上を図るとともに、高温の排気を排気タービン
へ送るなどしてエネルギを回収し、全体としての熱効率
を向上する断熱エンジンは、例えば特開昭58-72652号公
報などに開示されているが、いまだ種々の問問題で実用
の段階に達していない。

特に、セラミツクス製のヘツドライナとセラミツクス製
のシリンダライナとが直接合しないようにし、金属製の
シリンダヘツドと金属製のシリンダ本体とがガスケツト
を挟んで結合される構造では、燃焼室の燃焼ガスがシリ
ンダライナの上端部から洩れると、シリンダ本体の円筒
部とシリンダライナと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、シリンダ本体とシリンダライ
ナとの熱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、燃焼ガスがヘツドライナの下端部とシリンダ
ライナの上端部との隙間から、シリンダ本体の円筒部と
シリンダライナとの嵌合部の隙間を経てクランク室へ吹
き抜ける。

そこで、特開昭58-30454号公報に開示されるように、シ
リンダ本体の円筒部の上端部に内径を拡開して段部を形
成する一方、鋳鉄製のシリンダライナの上端部にフラン
ジを一体に形成し、予め円筒部の段部へシールリングを
当て、シリンダライナを上側からシリンダ本体の円筒部
へ嵌合するか螺合すれば、シリンダライナの上端部に隙
間が生じないから、燃焼ガスがシリンダ本体の円筒部と
シリンダライナとの嵌合部へもれ、クランク室へ吹き抜
けることはない。

しかし、上述の構造では鋳鉄製のシリンダライナならば
問題ないが、セラミツクス製のシリンダライナでは、シ
リンダライナと一体にフランジを設けることはシリンダ
ライナの熱分布が複雑になり、またフランジがシリンダ
本体の円筒部の段部へ押し付けられると、フランジが押
圧力と熱変形により割れる恐れがある。

［発明が解決しようとする問題点］ 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燃焼ガスがシリンダ本体の円筒部
とシリンダライナとの嵌合部へ洩れ、クランク室へ吹き
抜けるのを抑えることができる、断熱エンジンのシール
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、本発明の構成は金属製のシ
リンダ本体の円筒部の上端部に内径を拡大して段部を形
成し、セラミツクス製シリンダライナを前記円筒部へ嵌
合し、シリンダライナの上端部に熱膨張率がセラミツク
スと同等の金属リングを外嵌し、金属リングの下半部内
周壁に形成した円錐部に軟質カーボンリングを係合し、
シリンダヘツドの下面と金属リングの上端面の間に挟ん
だ弾性金属リングにより、金属リングを前記段部へ押し
付け、軟質カーボンリングの下端部を前記段部へ、軟質
カーボンリングの内周壁をシリンダライナの外周壁へ密
接させたものである。

［作用］ シリンダライナと熱膨張率がほぼ同じ金属の金属リング
がシリンダライナの上端部へ外嵌され、金属リングはシ
リンダ本体の円筒部の上端部の段部へ嵌挿され、金属リ
ングの下端面が円筒部の段部へ押し付けられる。金属リ
ングの内周面に形成した円錐部に、軟質カーボンリング
が係合される。軟質カーボンリングはシリンダライナの
外周壁とシリンダ本体の円筒部の段部とに弾性的に密接
されるので、燃焼室の燃焼ガスがヘツドライナとシリン
ダライナとの突合せ部の隙間へ洩れても、シリンダライ
ナの外周壁と段部に密接する軟質カーボンリングによ
り、シリンダライナとシリンダ本体の円筒部との隙間を
経てクランク室へ吹き抜けるのを阻止される。

［発明の実施例］ 第２図に示すように、通常の金属製のシリンダヘツド１
の下面に円筒部３７が形成され、円筒部３７の内部に逆
カツプ形のセラミツクス製のヘツドライナ１５が上下１
対のリング６を介して嵌合され、かつシリンダヘツド１
の下面１ａとヘツドライナ１５との間にリング２３と、
燃料噴射ノズル５、吸・排気ポート（図示せず）をそれ
ぞれ取り囲むリング２２とが介装される。燃焼室はセラ
ミツクス製のヘツドライナ１５とセラミツクス製のピス
トン冠部３とにより区画され、燃焼室の主要部から離れ
た部分でヘツドライナ１５がセラミツクス製のシリンダ
ライナ１０と突き合される。

実際には、ヘツドライナ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
めて僅かな隙間が備えられ、金属製のシリンダヘツド１
の下端面と金属製のシリンダ本体９の上端面との間にガ
スケツト８が介装され、シリンダヘツド１から図示して
ないヘツドボルトをシリンダ本体９へ螺合して締結され
る。シリンダライナ１０はシリンダ本体９の円筒部２０
に嵌合される。

ピストン１３はセラミツクス製のピストン冠部３を普通
の金属製のスカート部７に重ね合せ、上から挿通したボ
ルト１８に皿ばね１７を介しナツト１６を締め付けて結
合される。ピストン冠部３は上面に燃料と空気の混合を
促す窪み２を設けられ、下面中央に円筒部３４を、下面
外周部に段部を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を装着される一方、上面外周
部に設けた突条４を前述したピストン冠部３の段部へ嵌
合される。また、スカート部７は上面中央に柱３５を形
成され、柱３５にガスケツト１９を介してピストン冠部
３を重ね合せ、柱３５と円筒部３４との間に空部１２を
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。

かくして、シリンダヘツド１の円筒部３７の内周面とヘ
ツドライナ１５との間に上下１対のリング６により空部
２１が区画され、シリンダヘツド１の下面１ａとヘツド
ライナ１５との間にリング２３，２２により空部３０が
区画される。また、ピストン冠部３とスカート部７との
間にシールリング３１により空部１２が区画される。こ
れらの空部２１，３０，１２は断熱層として働く。

上述の断熱エンジンでは燃料の燃焼期間の大半がヘツド
ライナ１５とピストン冠部３とにより囲まれる空間で行
われ、ヘツドライナ１５とシリンダライナ１０との突合
せ部は燃焼ガスが最高温度から幾分低下する部分に配置
され、ガスケツト８の熱負荷を軽減する。

第１図に示すように、本発明によれば、セラミツクス製
のシリンダライナ１０の上端部に、セラミツクスと同等
の熱伝導率を有する例えばコバールと称する合金などの
金属リング４２を外嵌する。金属リング４２の下半部内
周壁に形成した円錐部５３に、耐熱性を有する軟質カー
ボンリング５２を挾んで、シリンダ本体９の円筒部２０
と円筒部２０の上端部に形成した大径円筒部２０ａとの
間の段部４７へ押し付ける。軟質カーボンリング５２は
段部４７へ弾性的に密接されるとともに、シリンダライ
ナ１０の外周壁にも密接される。

金属リング４２の上端面４２ａとヘツドライナ１５の下
端面１５ａとの間に、耐熱性を有するインコネルなどの
中空の弾性金属リング４２を弾性的に挾み、シリンダヘ
ツド１をシリンダ本体９に結合するヘツドボルトにより
締め付ける。

本発明は上述のように、金属リング４２がシリンダライ
ナ１０を構成するセラミツクスと熱伝導率がほぼ同等の
金属製のものであるから、両者の嵌合部において熱破壊
が生じる恐れはない。

金属リング４２の円錐部５３に、断面楔形をなし円錐部
５３よりも軸方向に長く、かつ内径がシリンダライナ１
０の外径よりも小さい軟質カーボンリング５２を挾み、
金属リング４２の下端面４２ｂを段部４７へヘツドボル
トの締付け力により押し付ければ、軟質カーボンリング
５２がヘツドライナ１０の外周壁と段部４７とに密接さ
れる。したがつて、熱膨張によりシリンダ本体９の円筒
部２０とセラミツクス製のシリンダライナ１０との嵌合
部に隙間が生じても、燃焼ガスがヘツドライナ１５の下
端面１５ａとシリンダライナ１０の上端面１０ａとの隙
間５７から、円筒部２０とシリンダライナ１０との嵌合
部の隙間へ流れるのを阻止できる。

また、弾性金属リング４２の部分的接触不良により燃焼
ガスが隙間５７から大径円筒部２０ａと金属リング４２
の外周壁との隙間へ回り込んでも、軟質カーボンリング
５２が段部４７へ密接されているので、この部分からの
燃焼ガスの吹抜けも阻止できる。なお、シリンダヘツド
１の下端面とシリンダ本体９の上端面との間は、第２図
に示したガスケツト８により密封される。

第３図は他の形式の断熱エンジンの正面断面図を示す。
この実施例では、シリンダ本体９の上端面にセラミツク
ス製のシリンダヘツド１Ａの下面１ａがガスケツト８を
介して重ね合され、図示してないヘツドボルトにより結
合される。他の構成については第２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。

この実施例でも、セラミツクス製のシリンダライナ１０
の上端部外周壁にシール構造４０が備えられ、シール構
造４０によりシリンダ本体９の円筒部２０とシリンダラ
イナ１０との隙間からの燃焼ガスの吹抜けを阻止でき
る。

［発明の効果］ 本発明は上述のように、金属製のシリンダ本体の円筒部
の上端部に内径を拡大して段部を形成し、セラミツクス
製シリンダライナを前記円筒部へ嵌合し、シリンダライ
ナの上端部に熱膨張率がセラミツクスと同等の金属リン
グを外嵌し、金属リングの下半部内周壁に形成した円錐
部に軟質カーボンリングを係合し、シリンダヘツドの下
面と金属リングの上端面の間に挟んだ弾性金属リングに
より、金属リングを前記段部へ押し付け、軟質カーボン
リングの下端部を前記段部へ、軟質カーボンリングの内
周壁をシリンダライナの外周壁へ密接させたから、次の
ような効果を奏する。

セラミツクス製シリンダライナの上端部に金属リングを
外嵌し、金属リングの内壁下半部の円錐部へ軟質カーボ
ンリングを装着したうえ、ヘツドボルトの締付力により
金属リングをシリンダ本体の段部へ押し付けたから、軟
質カーボンリングの下端面が段部へ弾性的に密接し、同
時に軟質カーボンリングの内周壁がセラミツクス製シリ
ンダライナの外周壁へ弾性的に密接する。

燃焼ガスがヘツドライナとシリンダライナとの隙間から
洩れても、シリンダライナと金属リングとの隙間は軟質
カーボンリングの内周壁で、金属リングと段部との隙間
は軟質カーボンリングの下端壁で密封されるので、燃焼
ガスがシリンダライナとシリンダ本体との隙間を経てク
ランク室へ吹き抜けることはない。

シリンダライナはフランジがなく単純な形状のものであ
り、ヘツドボルトの締付力や複雑な熱変形力を受けない
ので、割れるなどの損傷をうけない。

各部品の構成が簡単であり、従来の主要部を何ら変更す
ることなく構成することができ、量産が容易であり、組
付も簡単である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明に係る断熱エンジンのシール構造の要部
を示す正面断面図、第２図は本発明が適用される断熱エ
ンジンの正面断面図、第３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：シリンダヘツド ９：シリンダ本体 １０：シリン
ダライナ １３：ピストン １５：ヘツドライナ ２
０：円筒部 ４０：シール構造 ４２：金属リング ４
７：段部 ５２：軟質カーボンリング ５３：円錐部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】金属製のシリンダ本体の円筒部の上端部に
   内径を拡大して段部を形成し、セラミツクス製シリンダ
   ライナを前記円筒部へ嵌合し、シリンダライナの上端部
   に熱膨張率がセラミツクスと同等の金属リングを外嵌
   し、金属リングの下半部内周壁に形成した円錐部に軟質
   カーボンリングを係合し、シリンダヘツドの下面と金属
   リングの上端面の間に挟んだ弾性金属リングにより、金
   属リングを前記段部へ押し付け、軟質カーボンリングの
   下端部を前記段部へ、軟質カーボンリングの内周壁をシ
   リンダライナの外周壁へ密接させたことを特徴とする、
   断熱エンジンのシール構造。