JP2967243B2 - セラミックス吸排気ポートライナーおよびその製造方法 - Google Patents
セラミックス吸排気ポートライナーおよびその製造方法Info
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Landscapes
- Exhaust Silencers (AREA)
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明はセラミックス吸排気ポー
トライナーおよびその製造方法に関し、特に熱の放散を
極力減らしたセラミックスと金属の複合体よりなる吸排
気ポートライナーとその製造方法に関するものである。
トライナーおよびその製造方法に関し、特に熱の放散を
極力減らしたセラミックスと金属の複合体よりなる吸排
気ポートライナーとその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】最近ファインセラミックス技術が注目さ
れ、この技術により製造されたセラミックスを用いて種
々の部品が製造され、たとえば、自動車用の内燃機関に
も多くのセラミックス製の部品が使用されている。
れ、この技術により製造されたセラミックスを用いて種
々の部品が製造され、たとえば、自動車用の内燃機関に
も多くのセラミックス製の部品が使用されている。
【０００３】セラミックスの種類は極めて多く、それぞ
れ物性としてのそれら独特の特徴点をもっている。しか
し、たとえば内燃機関の部品のように、多くの特徴点を
兼ね備えていなければならない部品を構成する場合、１
種類のセラミックスでは実現不可能であるため、それぞ
れ特性が異なるセラミックスを数種類組合せて、あるい
はセラミックスと金属とを組み合わせて、要求特性に合
ったセラミックス複合体構造を案出することになる。
れ物性としてのそれら独特の特徴点をもっている。しか
し、たとえば内燃機関の部品のように、多くの特徴点を
兼ね備えていなければならない部品を構成する場合、１
種類のセラミックスでは実現不可能であるため、それぞ
れ特性が異なるセラミックスを数種類組合せて、あるい
はセラミックスと金属とを組み合わせて、要求特性に合
ったセラミックス複合体構造を案出することになる。
【０００４】このようなセラミックス複合体を使用して
いる部品の一例として、内燃機関の吸排気ポートライナ
ーを挙げることができる。
いる部品の一例として、内燃機関の吸排気ポートライナ
ーを挙げることができる。
【０００５】従来のセラミックス複合体を用いた吸排気
ポートライナーは、内燃機関のシリンダヘッドを鋳る
時、チタン酸アルミニウムからなる円筒形状をした管状
体をその中に鋳込んでいた。
ポートライナーは、内燃機関のシリンダヘッドを鋳る
時、チタン酸アルミニウムからなる円筒形状をした管状
体をその中に鋳込んでいた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】上述のような従来の吸
排気ポートライナーは、断熱性はよいが、チタン酸アル
ムニウムの強度レベルが低いために、鋳込んだ時の金属
の凝固、収縮で発生する応力、あるいは作動時に発生す
る熱応力その他に原因で破壊し易いという欠点を有す
る。
排気ポートライナーは、断熱性はよいが、チタン酸アル
ムニウムの強度レベルが低いために、鋳込んだ時の金属
の凝固、収縮で発生する応力、あるいは作動時に発生す
る熱応力その他に原因で破壊し易いという欠点を有す
る。
【０００７】本発明は、上述の如き従来の不都合を解消
しようとするものであり、その目的は、セラミックスと
金属の複合体からなる排気マニホ−ルドにおいて、激し
い熱サイクルにも耐え、製造が簡単で低コストのセラミ
ックス吸排気ポートライナーとその製造方法を得る事に
ある。
しようとするものであり、その目的は、セラミックスと
金属の複合体からなる排気マニホ−ルドにおいて、激し
い熱サイクルにも耐え、製造が簡単で低コストのセラミ
ックス吸排気ポートライナーとその製造方法を得る事に
ある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、珪素（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、酸素
（Ｏ）、の全ての元素及びチタン（Ｔｉ），ジルコニウ
ム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），イットリウム
（Ｙ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）の元素群
の中の少なくとも１種類以上で構成されかつ気孔を１２
％以上含むセラミックスにより管状に形成されるととも
に、一方の口は内燃機関の吸排気孔に連通し、他方の口
は吸排気マニホールドのフランジに接続され、その外面
には金属が配置されていることを特徴とするセラミック
ス吸排気ポートライナーを提供するものであり、さら
に、珪素（Ｓｉ）を主成分とし、これに窒素（Ｎ）、酸
素（Ｏ）、の全ての元素を含みかつチタン（Ｔｉ），ジ
ルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），イットリウ
ム（Ｙ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）の元素
群の中の少なくとも１種類以上を含む混合粉末を形成す
る工程と、該混合粉末を用いて吸排気ポ−トライナ−の
内筒形状を形成する工程と、該内筒形状のものを窒素雰
囲気中で焼結して含有各元素を窒化するとともに焼結す
る工程と、該窒化焼結工程を経た後酸素を含んだ雰囲気
中で加熱して前記窒化物の一部を酸化物に変化させる工
程と、上記の各工程を経て形成された焼結部品である吸
排気ポ−トライナ−の内筒の周囲に金属を被着する工程
と、該被着された金属を所望の形状に加工する工程とを
含むことを特徴とするセラミックス吸排気ポートライナ
ーの製造方法を提供ものである。
に、本発明は、珪素（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、酸素
（Ｏ）、の全ての元素及びチタン（Ｔｉ），ジルコニウ
ム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），イットリウム
（Ｙ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）の元素群
の中の少なくとも１種類以上で構成されかつ気孔を１２
％以上含むセラミックスにより管状に形成されるととも
に、一方の口は内燃機関の吸排気孔に連通し、他方の口
は吸排気マニホールドのフランジに接続され、その外面
には金属が配置されていることを特徴とするセラミック
ス吸排気ポートライナーを提供するものであり、さら
に、珪素（Ｓｉ）を主成分とし、これに窒素（Ｎ）、酸
素（Ｏ）、の全ての元素を含みかつチタン（Ｔｉ），ジ
ルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈｆ），イットリウ
ム（Ｙ），ホウ素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）の元素
群の中の少なくとも１種類以上を含む混合粉末を形成す
る工程と、該混合粉末を用いて吸排気ポ−トライナ−の
内筒形状を形成する工程と、該内筒形状のものを窒素雰
囲気中で焼結して含有各元素を窒化するとともに焼結す
る工程と、該窒化焼結工程を経た後酸素を含んだ雰囲気
中で加熱して前記窒化物の一部を酸化物に変化させる工
程と、上記の各工程を経て形成された焼結部品である吸
排気ポ−トライナ−の内筒の周囲に金属を被着する工程
と、該被着された金属を所望の形状に加工する工程とを
含むことを特徴とするセラミックス吸排気ポートライナ
ーの製造方法を提供ものである。
【０００９】
【実施例】以下、本発明の実施例を詳細に説明する。ま
ず、本発明にかかわる内燃機関の吸排気ポートライナー
の内、排気ポ−トライナ−について説明する。
ず、本発明にかかわる内燃機関の吸排気ポートライナー
の内、排気ポ−トライナ−について説明する。
【００１０】図１は内燃機関の排気系統を示す一部破断
した部分側面図であり、図１において、１は内燃機関の
シリンダヘッドであり、その上部には排気ポートライナ
ー２が設けられている。３は排気弁である。４は排気マ
ニホールドである。排気ポートライナー２の一方の口は
排気マニホールド４と接続し、他方の口は内燃機関の燃
焼室５と連結している。シリンダヘッド１は、たとえば
アルミニウム、鋳鉄などの金属からなりこの中に排気ポ
ートライナー２の内筒２１が鋳込まれるとともに、ヘッ
ドライナー７などの他の部品も同時に鋳込まれる。９は
ピストン、１１はシリンダである。
した部分側面図であり、図１において、１は内燃機関の
シリンダヘッドであり、その上部には排気ポートライナ
ー２が設けられている。３は排気弁である。４は排気マ
ニホールドである。排気ポートライナー２の一方の口は
排気マニホールド４と接続し、他方の口は内燃機関の燃
焼室５と連結している。シリンダヘッド１は、たとえば
アルミニウム、鋳鉄などの金属からなりこの中に排気ポ
ートライナー２の内筒２１が鋳込まれるとともに、ヘッ
ドライナー７などの他の部品も同時に鋳込まれる。９は
ピストン、１１はシリンダである。
【００１１】上記排気ポートライナー２の内筒２１は次
のようにして製造される。珪素（Ｓｉ）の粉末１００重
量部に対して金属チタン（Ｔｉ）粉末５重量部を加え、
これにオイルを所定量配合した後に、加圧ニ−ダで混練
して可塑性を有する組成物を作成する。
のようにして製造される。珪素（Ｓｉ）の粉末１００重
量部に対して金属チタン（Ｔｉ）粉末５重量部を加え、
これにオイルを所定量配合した後に、加圧ニ−ダで混練
して可塑性を有する組成物を作成する。
【００１２】別に内筒製造用の金型を作り、上記組成物
を該金型内に充填する。後にプレスにより略０．４トン
／cm2 の圧力で加圧してから、該成型された組成物を金
型から取り出す。なお、排気ポートライナー２の内筒２
１は円筒形状をしており、１回のプレス加工では円筒状
の成型品を作ることができない。そこでまず内筒を縦割
りにした前記組成物からなる樋状の成型品を２個作り、
これらを接着剤で貼り合わせて筒状の内筒を作り、これ
を炉に入れ、窒素雰囲気中で最高５００℃で脱脂し、同
一の窒素雰囲気中で最高１４００℃にて焼成する。この
焼成により上記組成物は完全に窒化し、内部にはほぼ１
５パ−セントに近い容積を持ち、かつ均一に分散した気
孔が形成される。
を該金型内に充填する。後にプレスにより略０．４トン
／cm2 の圧力で加圧してから、該成型された組成物を金
型から取り出す。なお、排気ポートライナー２の内筒２
１は円筒形状をしており、１回のプレス加工では円筒状
の成型品を作ることができない。そこでまず内筒を縦割
りにした前記組成物からなる樋状の成型品を２個作り、
これらを接着剤で貼り合わせて筒状の内筒を作り、これ
を炉に入れ、窒素雰囲気中で最高５００℃で脱脂し、同
一の窒素雰囲気中で最高１４００℃にて焼成する。この
焼成により上記組成物は完全に窒化し、内部にはほぼ１
５パ−セントに近い容積を持ち、かつ均一に分散した気
孔が形成される。
【００１３】次にこれを１０００℃の大気中で加熱処理
を施した。この加熱処理後の寸法測定によれば、内筒の
寸法は金型での成型時の寸法とほとんど変わっていな
い。このようにして作られた内筒２１をアルミニウムあ
るいは鋳鉄などの金属２２にて鋳ぐるみ、ディーゼルエ
ンジン用の排気ポートライナー２を作成する。なお、上
記大気中での焼結が終了した内筒の熱伝導率、強度、熱
膨張率係数、Ｘ線による生成物の同定の結果を図２およ
び図３の図表図に示す。
を施した。この加熱処理後の寸法測定によれば、内筒の
寸法は金型での成型時の寸法とほとんど変わっていな
い。このようにして作られた内筒２１をアルミニウムあ
るいは鋳鉄などの金属２２にて鋳ぐるみ、ディーゼルエ
ンジン用の排気ポートライナー２を作成する。なお、上
記大気中での焼結が終了した内筒の熱伝導率、強度、熱
膨張率係数、Ｘ線による生成物の同定の結果を図２およ
び図３の図表図に示す。
【００１４】以上のような製法により製造されたセラミ
ックス製の内筒２１は、チタン酸アルミニウムから製作
した従来の内筒に比べて熱的特性は同レベルであるが、
強度面で大きく優っていることが該図表図から分かる。
ックス製の内筒２１は、チタン酸アルミニウムから製作
した従来の内筒に比べて熱的特性は同レベルであるが、
強度面で大きく優っていることが該図表図から分かる。
【００１５】なお、この排気ポートライナーは、内筒を
作製する際、また該内筒をシリンダヘッド１に鋳こむ際
に、破損は生じなかった。また、上記排気ポートライナ
ーを用いての内燃機関のベンチテストを行なった結果、
耐久性についてはまったく問題はない。本願発明の要旨
外の問題ではあるが、排気エネルギが排気ポートライナ
ーから外部に逸走しないので、燃料消費率も改善される
ことも分かった。
作製する際、また該内筒をシリンダヘッド１に鋳こむ際
に、破損は生じなかった。また、上記排気ポートライナ
ーを用いての内燃機関のベンチテストを行なった結果、
耐久性についてはまったく問題はない。本願発明の要旨
外の問題ではあるが、排気エネルギが排気ポートライナ
ーから外部に逸走しないので、燃料消費率も改善される
ことも分かった。
【００１６】上記実施例の外に、本発明においては、Ｓ
ｉ粉末をベースにしてこれに配合する金属粉末のパーセ
ンテージを替え、またその種類を変え、さらにセラミッ
クス粉末のパーセンテージを替え、またその種類を変え
て、上記実施例と同様のセラミックス製の内筒を作成し
た。図２および図３の図表図において、実施例番号２乃
至実施例番号１３の例がそれである。
ｉ粉末をベースにしてこれに配合する金属粉末のパーセ
ンテージを替え、またその種類を変え、さらにセラミッ
クス粉末のパーセンテージを替え、またその種類を変え
て、上記実施例と同様のセラミックス製の内筒を作成し
た。図２および図３の図表図において、実施例番号２乃
至実施例番号１３の例がそれである。
【００１７】次に示す実施例では、上記大気中での焼結
までが終了した実施例１の内筒をポリカルボシラン溶液
あるいは有機珪素ポリマ溶液に侵漬し、内部気孔内にこ
れを含侵させた後、大気中あるいはアンモニア雰囲気中
で所定条件で加熱処理を行ない、この部分を薄い窒化膜
に転化させた。以降、上記の実施例と同様にして排気ポ
ートライナーを作製した。このようにして構成された排
気ポートライナーは実施例１のものと比較して強度が幾
分増加する。
までが終了した実施例１の内筒をポリカルボシラン溶液
あるいは有機珪素ポリマ溶液に侵漬し、内部気孔内にこ
れを含侵させた後、大気中あるいはアンモニア雰囲気中
で所定条件で加熱処理を行ない、この部分を薄い窒化膜
に転化させた。以降、上記の実施例と同様にして排気ポ
ートライナーを作製した。このようにして構成された排
気ポートライナーは実施例１のものと比較して強度が幾
分増加する。
【００１８】さらに次の実施例では、上記実施例で使用
したポリカルボシラン溶液や有機珪素ポリマ溶液よりも
粘度の高いポリカルボシランペーストあるいは有機珪素
ポリマペーストを上記大気中での焼結までが終了した実
施例１の内筒表面に塗布し後、上記と同様な条件で焼成
して内筒の表面に薄い窒化膜を形成した。以降、上記の
実施例と同様にして排気ポ−トライナ−を作製した。こ
のようにして構成された排気ポ−トライナ−は、排気ガ
スと接する内筒の内壁が薄い窒化膜に覆われているの
で、実施例１のものと比較して断熱性が向上する。
したポリカルボシラン溶液や有機珪素ポリマ溶液よりも
粘度の高いポリカルボシランペーストあるいは有機珪素
ポリマペーストを上記大気中での焼結までが終了した実
施例１の内筒表面に塗布し後、上記と同様な条件で焼成
して内筒の表面に薄い窒化膜を形成した。以降、上記の
実施例と同様にして排気ポ−トライナ−を作製した。こ
のようにして構成された排気ポ−トライナ−は、排気ガ
スと接する内筒の内壁が薄い窒化膜に覆われているの
で、実施例１のものと比較して断熱性が向上する。
【００１９】上記実施例はすべて排気ポ−トライナ−に
ついて説明しているが、全く同様の方法で給気ポ−トラ
イナ−を製作することができる。
ついて説明しているが、全く同様の方法で給気ポ−トラ
イナ−を製作することができる。
【００２０】
【発明の効果】本発明は、セラミックスと金属の複合体
からなる吸排気ポ−トライナ−において、管状体を構成
するセラミックスであるチタン酸アルミニウムの代わり
に酸化物複合反応焼結セラミックスを用いて吸排気ポ−
トライナ−を構成したので従来形のものと同程度であり
ながら強度は従来のものより３倍であり、熱サイクルの
激しい部分に使用する部品の信頼性が向上する。また、
焼結時の寸法変化率が小さく、また該変化率のばらつき
も小さいので、金型設計も容易となる。また、同じ理由
で焼結後の加工量が小さくなり、部品の低コストにつな
がる。
からなる吸排気ポ−トライナ−において、管状体を構成
するセラミックスであるチタン酸アルミニウムの代わり
に酸化物複合反応焼結セラミックスを用いて吸排気ポ−
トライナ−を構成したので従来形のものと同程度であり
ながら強度は従来のものより３倍であり、熱サイクルの
激しい部分に使用する部品の信頼性が向上する。また、
焼結時の寸法変化率が小さく、また該変化率のばらつき
も小さいので、金型設計も容易となる。また、同じ理由
で焼結後の加工量が小さくなり、部品の低コストにつな
がる。
【図１】セラミックス吸排気ポ−トライナ−の一部破断
正面図。
正面図。
【図２】図表図。
【図３】別の図表図。
１・・・・・シリンダヘッド ２・・・・・排気ポートライナー ３・・・・・排気弁 ４・・・・・排気マニホールド ５・・・・・燃焼室 ７・・・・・ヘッドライナー ９・・・・・ピストン １１・・・・シリンダ ２１・・・・内筒
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) F01N 7/16 F01N 7/18 F01N 7/08
Claims (8)
- 【請求項１】珪素（Ｓｉ）、窒素（Ｎ）、酸素（Ｏ）、
の全ての元素及びチタン（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚ
ｒ），ハフニウム（Ｈｆ），イットリウム（Ｙ），ホウ
素（Ｂ），アルミニウム（Ａｌ）の元素群の中の少なく
とも１種類以上で構成されかつ気孔を１２％以上含むセ
ラミックスにより管状に形成されるとともに、一方の口
は内燃機関の吸排気孔に連通し、他方の口は吸排気マニ
ホールドのフランジに接続され、その外面には金属が配
置されていることを特徴とするセラミックス吸排気ポー
トライナー。 - 【請求項２】上記気孔内部に非晶質セラミックスが形成
されていることを特徴とする請求項１記載のセラミック
ス吸排気ポートライナー。 - 【請求項３】気孔を１２％以上含む前記セラミックスの
金属と接触していない内面には緻密なセラミックス薄膜
が形成されていることを特徴とする請求項１または請求
項２記載のセラミックス吸排気ポートライナー。 - 【請求項４】上記外面の金属がアルミニウムであること
を特徴とする請求項１乃至請求項３記載の吸排気ポート
ライナー。 - 【請求項５】上記外面の金属が鋳鉄であることを特徴と
する請求項１乃至請求項３記載の吸排気ポートライナ
ー。 - 【請求項６】珪素（Ｓｉ）を主成分とし、これに窒素
（Ｎ）、酸素（Ｏ）、の全ての元素を含みかつチタン
（Ｔｉ），ジルコニウム（Ｚｒ），ハフニウム（Ｈ
ｆ），イットリウム（Ｙ），ホウ素（Ｂ），アルミニウ
ム（Ａｌ）の元素群の中の少なくとも１種類以上を含む
混合粉末を形成する工程と、該混合粉末を用いて吸排気
ポートライナーの内筒形状を形成する工程と、該内筒形
状のものを窒素雰囲気中で焼結して含有各元素を窒化す
るとともに焼結する工程と、該窒化焼結工程を経た後酸
素を含んだ雰囲気中で加熱して前記窒化物の一部を酸化
物に変化させる工程と、上記の各工程を経て形成された
焼結部品である吸排気ポートライナーの内筒の周囲に金
属を被着する工程と、該被着された金属を所望の形状に
加工する工程とを含むことを特徴とするセラミックス吸
排気ポートライナーの製造方法。 - 【請求項７】上記内筒の一部を酸素を含んだ雰囲気中で
加熱する工程の後、ポリカルボシランあるいは有機珪素
ポリマ溶液に浸漬した後加熱処理して気孔中の表面に薄
い窒化膜を形成する工程を有することを特徴とする請求
項６記載のセラミックス排気ポートライナーの製造方
法。 - 【請求項８】上記内筒の一部を酸素を含んだ雰囲気中で
加熱する工程の後、ポリカルボシランあるいは有機珪素
ポリマペーストを内筒内側面に塗布した後加熱処理して
該内筒内側面に薄い窒化膜を形成する工程を有すること
を特徴とする請求項６記載のセラミックス吸排気ポート
ライナーの製造方法。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14567291A JP2967243B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | セラミックス吸排気ポートライナーおよびその製造方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP14567291A JP2967243B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | セラミックス吸排気ポートライナーおよびその製造方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04347322A JPH04347322A (ja) | 1992-12-02 |
| JP2967243B2 true JP2967243B2 (ja) | 1999-10-25 |
Family
ID=15390421
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP14567291A Expired - Lifetime JP2967243B2 (ja) | 1991-05-21 | 1991-05-21 | セラミックス吸排気ポートライナーおよびその製造方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2967243B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0791745A1 (en) * | 1996-02-23 | 1997-08-27 | Nobuyoshi Nishikawa | Method of reforming fuel, fuel-reforming apparatus and thermal engine |
-
1991
- 1991-05-21 JP JP14567291A patent/JP2967243B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04347322A (ja) | 1992-12-02 |
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