JPH02175064A - シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はシリンダヘッド、更に詳しくは断熱性排気ボー
トを有するシリンダヘッドに関するものである。

〔従来の技術〕

自動車の燃費全向上させたシ、又は排気ガス中の未燃焼
成分濃度を低減したシ、又はターボチャージャを装着し
た自動車においてその性能を更に向上させる等の目的の
九めに、エンジンからの排気ガスの温度を上昇させるこ
とが試みられている。

排気ガスの温度を上昇させる九めには、高温例、ｔば８
００〜１０００℃の排気ガスが通過するエンジンのシリ
ンダヘッドの排気ポートを、そのような苛酷な条件下に
おいても充分な耐久性を有する構造としなければならな
い。それ故、排気ポートに断熱性を付与するために種々
の提案がなされている。

例えば実開昭６５−４５０４６号公報には、燃焼室の排
気口に連通する排気ポートと、冷却水の通る冷却水通路
とを有するエンジンのシリンダヘッドにおいて、排気ポ
ートは、筒状の断熱材全周を耐熱金属板で覆った３重壁
の筒部材で形成し、この排気ボート用筒部材は冷却水通
路部分を通して排気ポートの入口端部と出口端部及び排
気弁ガイド部でシリンダヘッド本体く融着し、排気ボー
ト用筒部材外周が冷却水通路内に直接対面するエンジン
のシリンダヘッドが開示式れている。

又、特公昭４６−２６５５０号公報には、６融した金属
を注加して冷却することができるような１４〜４２２Ｋ
ｆ／−の圧縮強さを有し％表面は芯と金属との境界面に
おいて少くとも１００〜２５００μの所まで２０〜８０
％の多孔率を有し、該表面多孔性は大きさが２５〜２５
００μの一様に分布した多数の孔からつくられ％核表面
は注形された金属が冷却する際の収縮に合致し該金属と
の機械的結合を容易にし得るように圧縮可能である中空
のセラミックの芯及び該芯を用いた中空の金属−セラＳ
９り複合体構造物が開示されている。

更に１本出願人は特公昭５１−１４１６８号公報に開示
された、弾性率が２００〜５０００　Ｋｇ　／　１１７
　。

曲げ強さが８〜２００）９／ｍ、肉厚が内径の１７４以
下で、表面が滑らかな耐火物骨材とアルミナセメントよ
シなる可撓性のセラミック半製品を鋳型内に設置し、該
セラミック半製品を溶融金属で鋳包む断熱鋳物の製造方
法を提案した。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかしながら、実開昭６３−４５０４６号公報記載のシ
リンダヘッドのように排気ポートを多層構造とする場合
には、単純な形状のものは製造できても、気筒数やパル
プ数が多い最近のエンジンの排気ポートのような極めて
複雑な形状のものは製造が非常に困難となる。

又、特公昭４６−２６５５０号公報や特公昭５１−１６
１６８号公報記載のセラミック中空体を排気ボート内壁
に用いた場合には、熱伝導率の点では優れた特性を有す
るが、セラミック中空体を鋳包む際にシリンダヘッド部
の金属との熱膨張率の違いから冷却時に割れが発生し易
い。又、この点を解決してもセラミック中空体を用いた
場合には使用時に受ける熱衝撃や熱疲労に対する信頼性
が低いため実用化が困難である。

本発明は上記従来技術における問題点を解決する友めの
ものであシ、その目的とするところは、＃造が容易で製
造時の損傷がなく且つ使用時の耐久性及び断熱性に優れ
た排気ポートを有するシリンダヘッドを提供することに
ある。

〔課題を解決する次めの手段〕

すなわち本発明のシリンダヘッドは、排気ボート内壁に
、金属粉末又は該金属粉末及びセラミック粉末からなる
、耐熱性及び耐酸化性が高く且つ熱伝導率の低い多孔性
の溶射層が鋳包まれていることを特徴とする。

本発明に用いる金属粉末は耐熱性及び耐酸化性の優れた
金属例えばステンレススチールなどの粉末である。金属
粉末の平均粒径は適宜選択する。金属粉末は１種類のみ
を用いてもよいし、又は、金属の楕類又はその性状を異
にするものを２ａＩ類以上組合せて用いてもよい。

セラミック粉末も金属粉末と同様の見地から例えばアル
ミナ又はチタン酸アルミニウム、スピネル、ジルコニア
等から適宜選択する。

前記金属粉末及びセラミック粉末を組合せて用いること
もできる。混合比は所望の性質の溶射層が得られるよう
に決定する。

多孔性の溶射層を排気ボート内壁に鋳包む方法としては
、例えば最初に、排気ポート部分に対応する鋳造用中子
の表面に所望の溶射層をプラズマ溶射などによシ形成し
、次いでこの中子を用いてシリンダヘッドを鋳造し、そ
の後中子を除去する方法がある。

多孔性の溶射層の性状例えば多孔率、平均孔径、平均厚
さ等は、金属粉末やセラミック粉末の性状や溶射条件等
を変えることによシ所望に調整できる。又、溶射層は一
層からなるものであってもよいし、又は性状例えば材質
、多孔率、平均孔径、平均厚さを異にする二層以上から
なるものであってもよい。二層以上から形成する場合に
は、各層の性状を調整することによシ、溶射層全体の性
状例えば断熱性や耐久性をよシ細かく調整することがで
きる。

〔作用〕

排気ボート内壁に形成される多孔性の溶射層が金属粉末
又は該金属粉末及びセラミック粉、末からなる２几め、
溶射層がセ・之ミ、ツクと同等以上の断熱性を有すると
ともに延伸性を有し　例えば５〜２０％伸びる）％この
ため熱衝撃や熱疲労による応力を受けても変形すること
により応力が緩和されるので、亀裂などの損傷を生ずる
ことがなく、耐久性に富む。

〔実施例〕

以下の実施例及び比較例により本発明を更に詳細に説明
する。なお、本発明は下記実施例に限定されるものでは
ない。

実施例１ 第１図（ａ）に示す排気ボート鋳造用中子１の所定部分
に、８Ｕ８３１０組成の粉末（平均粒径４０μｍ）を用
いてプラズマ溶射により平均厚さα５■、多孔率５％の
緻密な第１層２を形成し友後。

その上に５Ｏ８３１０組成の粉末（平均粒径８０μｍ）
を用いて条件を変えたプラズマ溶射によυ平均厚さ五５
１１１１　、多孔率３５％の第２層３を形成することに
よシ、第１図（ｂ）に示す溶射層４を得た。

次いで、この中子１を用いて、ＡＣ４Ｃ鋳造用アルミ合
金で第１図（Ｃ）に示すシリンダへ雫ド５．を鋳造した
。６は冷却水通路である。冷却後、中子１を除去し、第
１図（ｄ）に示す本発明のシリンダヘッドを得た。７は
組付は念バルブである。

又、断熱性及び耐酸化性を調べる友め、前記と同様の方
法で第２図に示すような直径１０ｆｉ（１２１１０）、
厚さ４簡（第１層２：α５１１１！１１．第２層３；五
Ｓ、、）の円板状の試験片８を作製した。

実施例２〜４ 平均粒径が各々６０μｍ、＄Ｑμｍ及び１００μｍの５
Ｕ８３１０組成の粉末を用い、溶射条件を変え、且つ単
一層を形成すること以外は実施例１と同様の方法を用い
て、厚さ４ｍ、多孔率２０％（実施例２）、３０チ（実
施例３）及び４０％（実施例４）の溶射層４を有する本
発明のシリンダヘッドを得友。又、単一層を形成するこ
と以外は実施例１と同様の方法で第３図に示す試、験片
９を得几。

比較例 ８ＬＩＳ３１０の代シに、セラミックとして熱伝導率の
低いアルミナキャスタブルを用いて、実施例と同一形状
の排気ポートをスリップキャスティング法で作製し、実
施例と同様の方法で比較例のシリンダヘッドを得た。又
、実施例と同様の方法でセラミック（アルミナキャスタ
ブル）の円板状の試験片を作製した。

く性能比較試験１〉 実施例１〜４及び比較例の試験片について、熱伝導率及
び酸化重量増加率を測定した。熱伝導率は７１５黄銅の
熱伝導率を基準とする比較測定法で求めた。又、酸化重
量増加率は、一端を開放し友管状炉内に１円板状試験片
を一端面（実施例１の試験片８では第１層２）のみが露
出するように耐火物中に埋め込んだ試料を置き。

乾燥剤を通した乾燥空気を流通させながら９００℃で２
４時間放置して試験前後の重量増加を調べた。

上記の結果を第１表にまとめて示す。

第１表：鋳包み不良率、断熱性及び耐酸化性の比較 第１表から明らかな如く１本発明のシリンダヘッドは鋳
包み時の割れ不良率がローであｐ。

比較例の従来のセラミクク製排気ボートヲ有するシリン
ダヘッドに比べて、製造が非常に容易である。

又、熱伝導率は実施例３の多孔率５０％で比較例のセラ
ミック並の低い値を示し、実施例４の多孔率４０％では
比較例のセラミックよシ低い。

更に耐酸化性の点では、実施例１の如く二層構造とする
ことで極めて良好となった。実施例１の場合には熱伝導
率も比較例よシ低く、断熱性及び耐酸化性ともに比較例
のセラミックと同等以上である。

く性能比較試験２〉 実施例１のシリンダヘッドについて、エンジン回転数４
５０Ｏｒｐｍで２００時間の連続高速耐久試験全行りた
。高温での耐久性を調べるため。

排気温度を排気ボート出口で従来の８５０℃から９５０
℃まで上昇させて試験を行ったが、試験終了後全く異常
が認められなかった。

〔発明の効果〕

上述の如く本発明のシリンダヘッドは、排気ボート内壁
に、金属粉末又は該金属粉末及びセラミック粉末からな
る、耐熱性及び耐酸化性が高く且つ熱伝導率の低い多孔
性の溶射層が鋳包まれているため、溶射層がセラミック
に比べて延伸性に富み、製造時の排気ボート内壁の損傷
がなく、製造が極めて容易である。又、排気ボートの断
熱性及び耐酸化性もセラミックからなる排気ボートと同
等以上であシ、耐久性及び断熱性に優れている。

更に、鋳造用中子への溶射によシ容易に性能の優れた多
孔性断熱層を形成し得るので種々の変形が可能であり、
設計の自由度が大きく、それ故、多気筒、多バルブの高
性能エンジン用の複雑な形状の排気ボートを有するシリ
ンダヘッドも容易に得ることができ、量産性が高い。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）〜（ｄ）　Ｆｉ、本発明のシリンダヘッド
の製造方法の一例を示す説明図。 第２図及び第５図は、本発明のシリンダヘッドの排気ボ
ート内壁に形成する多孔性の溶射層の性能を調べるため
の試験片の断面図である。 図中、 １・・・中子　２・・・第１層　３・・・第２層　４・
・・溶射層　５・・・シリンダヘッド　６・・・冷却水
通路７・・・パルプ　８．９−・・試験片

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気ポート内壁に、金属粉末又は該金属粉末及びセラミ
   ック粉末からなる、耐熱性及び耐酸化性が高く且つ熱伝
   導率の低い多孔性の溶射層が鋳包まれていることを特徴
   とするシリンダヘッド。