JPH0313551Y2 - - Google Patents
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- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
【考案の詳細な説明】
（産業上の利用分野）
本考案はガソリンエンジン、デイーゼルエンジ
ン等の排気ポートの内面をライニングするために
用いられるセラミツクポートライナーに関するも
のである。[Detailed Description of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a ceramic port liner used for lining the inner surface of an exhaust port of a gasoline engine, a diesel engine, etc.
（従来の技術）
近年自動車排ガスによる環境汚染が重要な社会
問題となつており、その防止方法としては自動車
排ガス中の有害物質を触媒により除去する方法が
主体となつている。この触媒として使用されてい
るPt、Rh等の貴金属は資源上、コスト上の問題
から使用量の削減が課題となつており、また近年
増加傾向にある４バルブエンジンは排ガス温度低
下による触媒浄化性能の低下が問題となつてい
る。これらの問題を解決する方法の１つとして、
エンジンの排気ポートの内面をセラミツク製のポ
ートライナーによつてライニングし、その断熱作
用により排ガス温度を上昇させることが従来から
提案されている。一般にセラミツクポートライナ
ーの装着についてはエンジンのシリンダーヘツド
を製造する際に、セラミツク製のポートライナー
をアルミニウム等の金属によつて同時に鋳ぐるむ
方法が取られているが、溶融金属の固化時の収縮
により大きな圧縮応力が加わるため高強度セラミ
ツクス材料でも鋳ぐるみ時に部分的に応力が集中
するとセラミツクが破壊してしまう問題があつ
た。(Prior Art) In recent years, environmental pollution caused by automobile exhaust gas has become an important social problem, and the main method for preventing it has been to use a catalyst to remove harmful substances from automobile exhaust gas. Reducing the amount of precious metals used as catalysts, such as Pt and Rh, has become an issue due to resource and cost issues, and four-valve engines, which have been on the rise in recent years, have improved catalyst purification performance by lowering the exhaust gas temperature. The decline in energy consumption has become a problem. One way to solve these problems is to
It has been proposed in the past to line the inner surface of the exhaust port of an engine with a ceramic port liner to increase the exhaust gas temperature due to its heat insulating effect. Generally speaking, ceramic port liners are installed by casting a ceramic port liner with a metal such as aluminum at the same time when manufacturing engine cylinder heads, but this method suffers from shrinkage when the molten metal solidifies. Because compressive stress is applied, even high-strength ceramic materials have the problem that if stress is concentrated locally during casting, the ceramic will break.
そこでこのような問題を解決するために、ポー
トライナーの外表面に石綿、アルミナ等のセラミ
ツクフアイバー層を形成し、その弾力により溶融
金属の固化収縮時の圧縮応力を緩和する方法が提
案されている（例えば、特開昭52−121114号公
報、特開昭59−175693号公報）。ところがこのよ
うにセラミツクフアイバーを緩衝材として介在さ
せたものは、エンジン作動による高温と振動によ
りフアイバー層が弾性を失い、ポートライナーの
脱離等の問題を生ずるうえに、鋳ぐるみ時の工数
が増加し、鋳ぐるみ作業も難しい欠点がある。ま
たポートライナー自体を高強度材料により形成し
て破壊を防止する試みも数多く提案されている
が、４バルブ用エンジンに用いられる２連式のポ
ートライナーの中央部分のように外表面が内側に
くぼんだ部分があると、この部分に極めて大きい
応力集中が生じるためクラツクの発生を完全に防
止することはできなかつた。 In order to solve this problem, a method has been proposed in which a ceramic fiber layer made of asbestos, alumina, etc. is formed on the outer surface of the port liner, and its elasticity relieves the compressive stress caused by the solidification and contraction of molten metal ( For example, JP-A-52-121114, JP-A-59-175693). However, with ceramic fibers interposed as buffering materials, the fiber layer loses its elasticity due to the high temperatures and vibrations caused by engine operation, causing problems such as detachment of the port liner, and increases the number of man-hours required during casting. However, casting work is also difficult. In addition, many attempts have been made to prevent breakage by forming the port liner itself from high-strength materials. If this occurs, extremely large stress concentration occurs in this area, making it impossible to completely prevent the occurrence of cracks.
（考案が解決しようとする問題点）
本考案は上記のような従来の問題点を解決し
て、鋳ぐるみ時に発生する圧縮力によつてクラツ
クを発生することがなく、また使用中にポートラ
イナーの脱離を生ずるおそれもないうえ、鋳ぐる
みを容易に行うことができるセラミツクポートラ
イナーを提供することを目的とするものである。(Problems to be solved by the invention) The present invention solves the above-mentioned conventional problems, eliminates cracks caused by compressive force generated during casting, and prevents the port liner from cracking during use. It is an object of the present invention to provide a ceramic port liner which is free from the risk of detachment and which can be easily cast.
（問題点を解決するための手段）
本考案は上記の目的を達成するために完成され
たものであつて、複数の略円筒状の分岐管を持ち
これらの分岐管の継ぎ部が凹状であるヤング率が
50〜2000Kgｆ／mm2のチタン酸アルミニウム系の撓
み易いセラミツク材料からなる鋳ぐるみ用のセラ
ミツクポートライナーにおいて、セラミツクポー
トライナー本体の凹状の継ぎ部又は凹状の継ぎ部
に対応する側壁に、軸方向の面に沿つて鋳ぐるみ
時の圧縮応力を吸収する切込みを形成したことを
特徴とするものである。(Means for Solving the Problems) The present invention has been completed to achieve the above object, and has a plurality of substantially cylindrical branch pipes, and the joints of these branch pipes are concave. Young's modulus
In a ceramic port liner for casting made of flexible aluminum titanate ceramic material of 50 to 2000 Kgf/ mm2 , a concave joint of the ceramic port liner body or a side wall corresponding to the concave joint is provided with an axial surface. It is characterized by having notches formed along it to absorb compressive stress during casting.
（実施例）
次に本考案を図示の実施例によつて更に詳細に
説明すると、第１図において１は４バルブエンジ
ン用のポートライナー本体であり、２個の略円筒
状の分岐管２，２と単一の排気口３とを有するも
のである。本実施例のポートライナー本体１はチ
タン酸アルミニウムを主成分とする低ヤング率の
セラミツク材料からなるもので、より詳しくは結
晶相としてチタン酸アルミニウムを65％以上含有
し、その結晶の平均粒径が10μｍ以上であり、ヤ
ング率を50〜2000Kgｆ／mm2、圧縮強度を５〜40Kg
ｆ／mm2、気孔率を５〜35％としたものである。こ
のようなチタン酸アルミニウム結晶の各軸方向の
熱膨脹率は、ａ、ｂ軸が正、ｃ軸が負であり、か
つその差が非常に大きいため焼結体冷却時に結晶
粒界や結晶それ自体が、各軸方向の膨脹収縮差に
耐えきれず、結晶粒間や結晶粒内に多数のマイク
ロクラツクを生ずることとなる。そして外力によ
つてこれらのマイクロクラツクの内部空間が接近
したり離間する性質を持つため、鋳ぐるんだ金属
材料が収縮する際に金属材料とともに収縮するこ
とができる利点がある。なおヤング率を50〜2000
Kgｆ／mm2としたのは、これよりもヤング率が小さ
いとポートライナーとして必要な強度を維持する
ことができず、逆にこれよりもヤング率が大きい
と鋳ぐるみ時の収縮が不十分となつて後述する応
力緩和特性を発揮することができないためであ
る。(Embodiment) Next, the present invention will be explained in more detail with reference to the illustrated embodiment. In FIG. and a single exhaust port 3. The port liner main body 1 of this embodiment is made of a ceramic material with a low Young's modulus containing aluminum titanate as a main component.More specifically, it contains 65% or more of aluminum titanate as a crystal phase, and the average grain size of the crystals is 10 μm or more, Young's modulus of 50 to 2000 Kgf/mm 2 and compressive strength of 5 to 40 Kg
f/mm 2 and a porosity of 5 to 35%. The coefficient of thermal expansion in each axis direction of such an aluminum titanate crystal is positive for the a and b axes and negative for the c axis, and the difference between them is very large, so when the sintered body is cooled, grain boundaries and the crystal itself However, it cannot withstand the difference in expansion and contraction in each axial direction, resulting in a large number of microcracks between and within the crystal grains. Since the internal spaces of these microcracks have the property of approaching or separating due to external force, there is an advantage that when the metal material in which they are cast contracts, they can contract together with the metal material. Furthermore, Young's modulus is 50 to 2000.
Kgf/mm 2 was chosen because if the Young's modulus is smaller than this, it will not be possible to maintain the strength required as a port liner, and conversely, if the Young's modulus is larger than this, the shrinkage during casting will be insufficient. This is because the stress relaxation characteristics described later cannot be exhibited.
このようなポートライナー本体１の２個の略円
筒状の分岐管２，２の継ぎ部の位置には、ポート
ライナーの軸方向に凹部４が形成されることとな
るが、本考案においてはセラミツクポートライナ
ー本体１の凹状の継ぎ部又は凹状の継ぎ部に対応
する側壁に、軸方向の面に沿つて鋳ぐるみ時の圧
縮応力を吸収する切込み５を形成する。 A recess 4 is formed in the axial direction of the port liner at the position of the joint between the two substantially cylindrical branch pipes 2, 2 of the port liner main body 1, but in the present invention, the ceramic port liner main body A notch 5 for absorbing compressive stress during casting is formed along the axial surface in the concave joint part 1 or in the side wall corresponding to the concave joint part.
第１図のように、第１の実施例の切込み５はポ
ートライナー本体１の凹状の継ぎ部の中心線上に
排気口３側の上方の端面からポートライナーの軸
方向の面に沿つて形成したものであるが、第２図
に示す第２の実施例のように裏側の端面から切込
み５を形成してもよく、あるいは第３図に示すよ
うに凹部４に臨む壁面の中央部分のみに軸方向の
面に沿つて切込み５を形成してもよい。更にまた
第４図に示す第４の実施例のように、切込み５を
ポートライナー本体１の凹状の継ぎ部に対応する
左右の側壁に軸方向に沿つて形成してもよい。こ
れらの切込み５の幅は0.5〜３mm程度とすればよ
く、一般に金属は熱膨脹係数がセラミツクよりも
大きいので溶融金属をスリツトに侵入させる形で
鋳ぐるんでもよいが、切込み５の内部には低弾性
率のセラミツクフアイバー６等を埋込んでおくこ
とが好ましい。ただしこのようなセラミツクフア
イバーは溶融金属の侵入を防止するために埋込む
ものであり、材質、形状、埋込方法等は何ら制限
を受けるものではない。 As shown in FIG. 1, the notch 5 in the first embodiment is formed on the center line of the concave joint of the port liner body 1 from the upper end surface on the exhaust port 3 side along the axial surface of the port liner. However, as in the second embodiment shown in FIG. 2, the notch 5 may be formed from the end face on the back side, or the notch 5 may be formed in the axial direction only in the central portion of the wall facing the recess 4 as shown in FIG. The cuts 5 may be formed along the surface. Furthermore, as in the fourth embodiment shown in FIG. 4, the notches 5 may be formed along the axial direction in the left and right side walls corresponding to the concave joints of the port liner main body 1. The width of these notches 5 may be approximately 0.5 to 3 mm. Since metal generally has a larger coefficient of thermal expansion than ceramics, molten metal may be cast into the slits by penetrating the slits. It is preferable to embed a ceramic fiber 6 or the like having a modulus of elasticity. However, such ceramic fibers are embedded to prevent the intrusion of molten metal, and there are no restrictions on the material, shape, embedding method, etc.
（作用）
このように構成されたものは、シリンダーヘツ
ドの製造の際にアルミニウム等の金属によつて鋳
ぐるみ、排気ポートの内面の断熱性を向上させる
ために使用されるものであることは従来のものと
同様である。(Function) It is conventional that a cylinder head constructed in this way is cast in metal such as aluminum during the manufacture of cylinder heads, and is used to improve the heat insulation of the inner surface of the exhaust port. It is similar to that of .
しかし本考案のセラミツクポートライナーは、
複数の略円筒状の分岐管２を持ちこれらの分岐管
２の継ぎ部が凹状であるもので、しかもセラミツ
クポートライナー本体１の凹状の継ぎ部又は凹状
の継ぎ部に対応する側壁に、軸方向の面に沿つて
鋳ぐるみ時の圧縮応力を吸収する切込み５を形成
してあるので、鋳ぐるみ時の溶融金属の凝固収縮
によりポートライナー本体１の壁面に軸線と垂直
方向に大きい圧縮力が作用しても、ポートライナ
ー本体１はこの軸線方向の切込み５を利用して撓
むことにより応力の集中を避けることができ、応
力集中によるクラツクの発生を防止できる。特に
本発明ではヤング率が50〜2000Kgｆ／mm2のチタン
酸アルミニウムを主体とする撓み易い材質を使用
したので、ポートライナー本体１自体の撓みと応
力解放用の切込み５との相乗効果により、厚さ５
cmのアルミニウムにより鋳ぐるんだ場合にもクラ
ツクの発生は皆無であつた。しかも本考案のセラ
ミツクポートライナーは、従来のように外周に緩
衝用のセラミツクフアイバーを巻いたものとは異
なり使用中にポートライナーが脱落するおそれも
なく、また鋳ぐるみ作業も容易に行える利点があ
る。 However, the ceramic port liner of this invention
It has a plurality of substantially cylindrical branch pipes 2, and the joints of these branch pipes 2 are concave, and the concave joints of the ceramic port liner main body 1 or the side walls corresponding to the concave joints have an axial direction. Since the notch 5 is formed along the surface to absorb the compressive stress during casting, a large compressive force is applied to the wall surface of the port liner body 1 in the direction perpendicular to the axis line due to solidification contraction of the molten metal during casting. However, the port liner main body 1 can avoid concentration of stress by bending using the notch 5 in the axial direction, and the occurrence of cracks due to concentration of stress can be prevented. In particular, in the present invention, since a flexible material mainly made of aluminum titanate with a Young's modulus of 50 to 2000 Kgf/mm 2 is used, the thickness 5
There were no cracks even when the steel was cast with aluminum. Furthermore, the ceramic port liner of the present invention has the advantage that unlike the conventional ceramic fiber wrapped around the outer periphery, there is no fear that the port liner will fall off during use, and casting work can be performed easily.
（考案の効果）
本考案は以上の説明から明らかなように、ポー
トライナー本来の断熱効果を十分に発揮すること
ができることは勿論、低ヤング率のセラミツク材
料からなるポートライナー本体自体の撓みと、そ
の軸方向の面に沿つて形成された応力解放用の切
込みとの相乗効果により鋳ぐるみ時の圧縮による
破損を完全に防止できること、使用中の脱離がな
いこと、鋳ぐるみを容易に行えること等の多くの
利点を有するものである。よつて本考案は従来の
問題点を解決したセラミツクポートライナーとし
て、その実用的価値は極めて大である。(Effects of the invention) As is clear from the above explanation, the present invention not only can sufficiently exhibit the inherent heat insulation effect of the port liner, but also prevents the bending of the port liner body itself made of ceramic material with a low Young's modulus, and its axis. Due to the synergistic effect of the notches for stress relief formed along the directional plane, damage due to compression during casting can be completely prevented, there is no detachment during use, and casting can be easily performed. It has many advantages. Therefore, the present invention has extremely great practical value as a ceramic port liner that solves the problems of the conventional ceramic port liner.
第１図は本考案の第１の実施例を示す斜視図、
第２図は本考案の第２の実施例を示す斜視図、第
３図は本考案の第３の実施例を示す斜視図、第４
図は本考案の第４の実施例を示す斜視図である。
１……ポートライナー本体、２……分岐管、３
……排気口、４……凹部、５……切込み、６……
セラミツクフアイバー。
FIG. 1 is a perspective view showing a first embodiment of the present invention;
Fig. 2 is a perspective view showing a second embodiment of the invention, Fig. 3 is a perspective view showing a third embodiment of the invention, and Fig. 4 is a perspective view showing a third embodiment of the invention.
The figure is a perspective view showing a fourth embodiment of the present invention. 1... Port liner main body, 2... Branch pipe, 3
...Exhaust port, 4...Recess, 5...Notch, 6...
Ceramic fiber.
Claims (1)
岐管２の継ぎ部が凹状であるヤング率が50〜
2000Kgｆ／mm2のチタン酸アルミニウム系の撓み
易いセラミツク材料からなる鋳ぐるみ用のセラ
ミツクポートライナーにおいて、セラミツクポ
ートライナー本体１の凹状の継ぎ部又は凹状の
継ぎ部に対応する側壁に、軸方向の面に沿つて
鋳ぐるみ時の圧縮応力を吸収する切込み５を形
成したことを特徴とするセラミツクポートライ
ナー。 ２ 切込み５の内部がセラミツクフアイバー６に
より埋込まれている実用新案登録請求の範囲第
１項記載のセラミツクポートライナー。 ３ 切込み５がポートライナー本体１の凹部４に
臨む壁面に形成されたものである実用新案登録
請求の範囲第１項記載のセラミツクポートライ
ナー。 ４ 切込み５が排気口３側の端面から形成された
ものである実用新案登録請求の範囲第１項又は
第２項記載のセラミツクポートライナー。[Claims for Utility Model Registration] 1. A device having a plurality of substantially cylindrical branch pipes 2, in which the connecting portions of these branch pipes 2 are concave, and the Young's modulus is 50 to 50.
In a ceramic port liner for a casting made of a 2000 kgf/mm 2 aluminum titanate-based flexible ceramic material, a concave joint of the ceramic port liner body 1 or a side wall corresponding to the concave joint is provided along the axial surface. A ceramic port liner characterized in that a notch 5 is formed to absorb compressive stress during casting. 2. The ceramic port liner according to claim 1, wherein the inside of the notch 5 is embedded with a ceramic fiber 6. 3. The ceramic port liner according to claim 1, wherein the cut 5 is formed on the wall surface of the port liner main body 1 facing the recess 4. 4. The ceramic port liner according to claim 1 or 2, wherein the notch 5 is formed from the end face on the exhaust port 3 side.
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