JP2000507504A - 内燃機関用のシリンダヘッドの製法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 本発明は、弁座リング（８）及び弁ガイド（７）の領域に段付けされた区分（３，４）を備えた成形コア（２）を有するシリンダヘッド成形型内に、流動性のシリンダヘッド材料、特にアルミニウムを注型することによって、内燃機関用のシリンダヘッドを製作する方法に関する。弁座リング（８）及び弁ガイド（７）を製作するために汎用の鉄又は銅をベースとした材料からプレス又は焼結により弁座リング（８）及び弁ガイド（７）を、５％乃至１５％の開放性の細孔容積を有するように製作し、それぞれ１つの弁座リング（８）及び／又はそれぞれ１つの弁ガイド（７）を成形コア（２）の段付けされた区分（４，３）に装嵌し、次いで流動性のアルミニウムを予熱された成形型内に注型し、アルミニウム溶融体（１）が凝固した後で成形コア（２）を通常の形式で取り外すことを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】 内燃機関用のシリンダヘッドの製法 本発明は、請求の範囲第１項の上位概念に記載の形式の、内燃機関用のシリン ダヘッドの製法に関する。 シリンダヘッドを製作する場合現在では、アルミニウム又はネズミ鋳鉄から注 型し終えたシリンダヘッドの対応する孔内に所定の使用密度で弁座リング及び弁 ガイドを引き込むことが公知である。同時に、高い作動負荷に耐えるようにする ために、弁座表面のシリンダヘッド材料を処理することが所望されている。 弁座リングもしくは中空円筒状の弁ガイドを引き込む公知の方法は、所要の組 込み誤差を維持するために、著しい製作技術的な費用、例えば弁座リング、弁ガ イド及びシリンダヘッドの切削加工を必要としかつシリンダヘッド内に弁座リン グもしくは弁ガイドを組み込む前にこれら構成部分を正確に位置決めする必要が ある。例えばレーザー溶融又は合金化によって表面処理を施す場合には、かなり のエネルギ量が必要であり、このエネルギ量により公知の方法は３パーセントの レーザー効率で極めて不経済に実施される。 更に、弁座リングを高密度でシリンダヘッド内に注型することも所望されてい るが、この場合シリンダヘッド材料と弁座リングとの間に緊密な結合が得られな い（ドイツ国特許公開第３９３７４０２号明細書）。リングはほぼシリンダヘッ ド内に機械的なクランプによってのみ保持されるに過ぎず、従ってシリンダヘッ ドとの緊密な接触は得られず、ひいてはリングが脱落するという危険が生ずる。 この解決策も、弁座リングからシリンダヘッドへの移行部が酸化するという欠点 を有し、この際発生する層は絶縁作用を生ぜしめかつ高い熱伝導性を妨げる。 本発明は上記欠点を回避することにある。従って本発明の課題は、シリンダヘ ッドを製作する方法を改良して、弁座リング及び弁ガイドを直接注型することに よって製作技術的な費用が減少されかつこれにも拘わらずシリンダヘッド材料に 対する弁座リング及び弁ガイドの緊密な結合が得られひいては熱伝導性が高めら れるようにすることにある。 前記課題は本発明によれば、請求項１の特徴部分に記載の、内燃機関用のシリ ンダヘッドの製法によって解決された。 有利な方法は、その他の請求項に記載されている。 本発明による方法のために、５％乃至１５％の開放性の細孔容積を有する弁座 リング及び弁ガイドが使用される。例えば低圧注型によるシリンダヘッドの注型 プロセス中には、流動性のアルミニウムが調質された弁座リング及び弁ガイドの 細孔内に進入して、これを充填する。この場合両材料の緊密な結合が得られる。 シリンダヘッド材料としてアルミニウムが使用される場合には、浸透したアルミ ニウム分だけ材料の熱伝導性が増大する。付加的に、シリンダヘッド及び弁座リ ングもしくは弁ガイド領域の絶縁作用を有する中間層が排除され、これによって 、これら構成部材からシリンダヘッドにおける冷却回路への熱伝導が高められる 。シリンダヘッド加工並びに弁座リングもしくは弁ガイド製作の際の切削製作ス テップは不要である。 更に本発明は、鉄もしくは銅をベースとした通常の弁座リング及び弁ガイド材 料の代わりに、特に流動性の軽金属による滲透性を考慮して構想されているセラ ミック材料を使用することもできる。 成形型内への流動性のアルミニウム材料の注型は、場合によっては可変な圧力 比をもって、圧力下又は重力下で行われる。 弁座リング及び弁ガイドが注型前に加熱されると、有利である。このことは、 挿入した後で成形型と共に又は成形型内に挿入する前に行われる。 有利な方法によれば、弁座リング及び弁ガイドの細孔容積を密度勾配をもって 調整できる、つまり、高い熱的及び機械的な負荷を受ける領域が例えば＜２％の 僅かな細孔容積を有するのに対して、シリンダヘッドに対する領域が前述の限界 範囲の細孔容積を有することができる。 別の有利な方法では、後プレスプロセス中に弁座リ ング及び／又は弁ガイドに異なる圧縮度を生ぜしめることができる。 以下に、本発明の実施例を図面につき詳しく説明する。 第１図は、シリンダヘッドの、弁座リングと弁ガイドとを備えた弁ガイド領域 の断面図であり、 第２図は、密度勾配付けされる細孔を製造するための原理図である。 図面は、注型プロセス後の、シリンダヘッドの吸気通路または排気通路の領域 を部分的に断面した図を示している。凝固したアルミニウム溶融体１からは、段 付けされた複数の区分を有する成形コア２がまだ取り除かれていない。この成形 コア２は、上方の円筒形の区分３と、この区分３の下方の、比較的大きい直径を 有する円筒形の第２の区分４とを有している。両区分３，４の間の移行部を平坦 な環状ショルダ５が形成しているのに対して、第２の区分４の下方の端部は環状 ショルダ６を介して円筒形の成形コア２の外周面に続いている。 注型プロセス前に、上方の区分３には予め製造された弁ガイド７が装嵌され、 下方の区分４には予め製造された弁座リング８が装嵌される。図面から判るよう に、円筒形の区分４と環状ショルダ６との間の角隅領域は、弁座リング８の輪郭 に相応して形成されている。 弁座リング８および弁ガイド７は、５％乃至１５％の開放性の細孔容積を有す るように製造され、装嵌前に予め加熱される。シリンダヘッドの注型プロセス中 に、流動性のアルミニウムは、焼き戻しされた弁座リング８と弁ガイド７との細 孔内に流れ込み、かつこれらの細孔を充填する。この際、重要な点は、充填され る細孔が均一に散在すること、ならびに、注型すべき構成部材が十分な基礎強度 を有することである。 必要に応じて、弁駆動構成部材の細孔容積を密度勾配をもって調整することが 可能であり、すなわち、高い熱的及び機械的な負荷を受ける領域が２％以下の細 孔容積を有するのに対して、シリンダヘッドに対する領域は前述の限界範囲の細 孔容積を有するように形成することができる。このことは、第２図の概略図に基 づき以下に詳説される後プレスプロセス中の異なる圧縮度によって達成すること ができる。 弁座リングのために特殊に構成された鉄（鋼）をベースとする合金から成る金 属粉混合体が、第２図の第１段階に相応して成形型９内で押し棒１０によって例 えば６．４ｇ／ｃｍ³乃至６．８ｇ／ｃｍ³の密度にプレスされて、傾斜面を備え たボディ１１を形成する。次いで、このようなブランクは第２段階で、９００℃ 乃至１２００℃の温度で焼結される。焼結されたブランクは、第３段階で押し棒 １２によって後圧縮を受け、この場合、幾何学的に予め規定されたリング領域 のみが変形される。このため、適当なプレス圧力の場合に、未変形領域（６．４ ｇ／ｃｍ³乃至６．８ｇ／ｃｍ³の密度）から変形領域（＜７．２ｇ／ｃｍ³の密 度）に向けて密度勾配を有するボディ１３が得られる。弁座リングの低密度の領 域、すなわち半径方向外側の領域が後でシリンダヘッドとの接触面を形成するの に対して、弁座リングの高密度の半径方向内側の領域は後で機能面を形成する。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ０１Ｌ 3/22 Ｆ０１Ｌ 3/22 Ｚ Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｆ０２Ｆ 1/24 Ｂ Ｆ

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．弁座リング及び弁ガイドの領域に段付けされた区分を備えた成形コアを有 するシリンダヘッド成形型内に、流動性のシリンダヘッド材料、特にアルミニウ ムを注型することによって、内燃機関用のシリンダヘッドを製作する方法におい て、弁座リング（８）及び弁ガイド（７）を製作するために汎用の鉄又は銅をベ ースとした材料からプレス又は焼結により弁座リング（８）及び弁ガイド（７） を、５％乃至１５％の開放性の細孔容積を有するように製作し、それぞれ１つの 弁座リング（８）及び／又はそれぞれ１つの弁ガイド（７）を成形コア（２）の 段付けされた区分（４，３）に装嵌し、次いで流動性のアルミニウムを予熱され た成形型内に注型し、アルミニウム溶融体（１）が凝固した後で成形コア（２） を通常の形式で取り外すことを特徴とする、内燃機関用のシリンダヘッドの製法 。 ２．流動性のアルミニウムを重力又は圧力下で成形型内に注型する、請求項１ 記載の製法。 ３．流動性のアルミニウムの注型を可変な圧力比で行う、請求項１又は２記載 の製法。 ４．成形型を弁座リング（８）及び弁ガイド（７）と共に注型前に加熱する、 請求項１から３までのいずれか１項記載の製法。 ５．弁座リング（８）及び弁ガイド（７）を、成形型内に挿入する前に加熱す る、請求項１から３までのいずれか１項記載の製法。 ６．弁座リング（８）及び／又は弁ガイド（７）を製作する際に、熱的及び機 械的に著しく負荷される領域で異なる圧縮度により２％以下の細孔容積を生ぜし める、請求項１から５までのいずれか１項記載の製法。 ７．後プレスプロセス中に弁座リング（８）及び／又は弁ガイド（７）に異な る圧縮度を生ぜしめる、請求項６記載の製法。