JPH04124442A

JPH04124442A - セラミックスライナおよびその製造方法

Info

Publication number: JPH04124442A
Application number: JP24669390A
Authority: JP
Inventors: Hiromichi Kato; 加藤　博通; Katsuhisa Nakada; 勝久中田; Kazuhito Tabata; 田端　一仁
Original assignee: Japan Electronic Control Systems Co Ltd
Current assignee: Hitachi Unisia Automotive Ltd
Priority date: 1990-09-17
Filing date: 1990-09-17
Publication date: 1992-04-24
Also published as: DE4130917A1

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、例えば自動車用エンジンの排気ボート等に用
いて好適なセラミックスライナおよびその製造方法に関
する。

〔従来の技術１一般に、自動車用エンジン等ではシリンダヘッドをアル
ミダイキャストによって成型し、該シリンダヘッドには
エンジンの燃焼室と連通ずる吸気ボートおよび排気ボー
トを設け、吸気ボートから燃焼室内に吸込んだ燃料およ
び空気の混合気を該燃焼室内で燃焼させ、その排気ガス
を排気ボートから排気管等に向けて排出させるようにし
ているそして、排気管の途中には三元触媒等からなる触
媒装置が設けられ、排気ガス中の有害成分を触媒反応に
よって低減させるようにしている。しかし、燃焼室から
排出される排気ガスはアルミダイキャストからなるシリ
ンダヘッドの排気ボート等を流通する間に該シリンダヘ
ッドへの熱伝導により冷却されてしまうから、触媒装置
に達するときに、排気ガスの温度は触媒反応を促進させ
るのに必要な温度よりも低い温度となることがある。

そこで、最新の自動車用エンジンでは、排気ボートの内
周面に断熱性を有するセラミックスライナを設け、燃焼
室からの排気ガスが排気ボートを流通する間に、シリン
ダヘッドへの熱伝導により冷却されるのを防止し、排気
ボートの断熱化を図ることが提案されている。

［発明が解決しようとする課題〕ところで、上述した従来技術では、排気ボートの内周面
にセラミックスライナを設ける場合に、予めアルミナ等
のセラミック材料によってセラミックスライナな焼成し
、シリンダヘッドをアルミダイキャストで成型するとき
に、このアルミニウム材料によってセラミックスライナ
の周囲を鋳ぐるむようにすると、該セラミックスライナ
に割れが発生し、シリンダヘッドの排気ボートにセラミ
ックスライナを一体成型できないという問題がある。

本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので
、本発明は金属材料によって周囲な鋳ぐるんだ場合に割
れ等が発生するのを防止でき、例えばシリンダヘッドの
排気ボート等に一体成型でき、耐久性を向上できるよう
にしたセラミックスライナおよびその製造方法を提供す
ることを目的としている。

〔課題を解決するための手段］上述した課題を解決するために本発明が採用する構成は
、周囲が金属材料によって鋳ぐるまれ、内部に断熱性を
与えるセラミックスライナであって、アルミナに対する
チタニアのモル比が１．０５〜１．２５となるチタン酸
アルミニウムに４．０〜６．０重量％の酸化第二鉄を添
加して所定形状に焼結させることにより形成したことを
特徴としているまた、本発明によるセラミックスの製造
方法はアルミナの粉体に対してモル比が１．０５〜１．
２５となるようにチタニアの粉体な混合する工程と、混
合した粉体を仮焼成して粒度を調整し、チタン酸アルミ
ニウムの粉体を調整する工程と、調整したチタン酸アル
ミニウムの粉体に４．０〜６．０重量％の酸化第二鉄の
粉体を添加し、所定形状に焼成する工程とからなる。

［作用〕上記構成により、当該セラミックスライナな形成する素
材のヤング率を下げて耐久性を向上でき、曲げ強度、耐
熱性および熱分解性等を高めることが可能となり、排気
ボート等の内ばっとして好適に用いることができる。

［実施例］以下、本発明の実施例を第１図ないし第４図に基づき、
自動車用エンジンの排気ボートライナを例に挙げて説明
する。

図において、１は自動車用エンジンのエンジン本体を示
し、該エンジン本体１はクランクケース（図示せず）上
に設けられた多気筒のシリンダ２（１気筒のみ図示）と
、該各シリンダ２上に搭載され、該各シリンダ２内と連
通ずる吸気ボート３および排気ボート４が形成されたシ
リンダヘッド５と、各シリンダ２内を往復動し、該シリ
ンダヘッド５との間で各シリンダ２内に燃焼室６を画成
するピストン７とからなり、該ピストン７は燃焼室６内
で発生する燃焼圧を連接棒８を介してクランク軸（図示
せず）から回転出力として導出させるようになっている
。

９は吸気ボート３を燃焼室６に対して開、閉する吸気弁
を示し、該吸気弁９はシリンダヘッド５にブツシュ１０
を介してリフト可能に設けられ、吸気ボート３先端側の
弁座１１に離１着座するようになっている。そして、該
吸気弁９はピストン７の吸気行程で開弁じ、吸気ボート
３から燃焼室６内に向けて燃料と吸入空気との混合気を
吸込ませるようになっている。ここで、燃焼室６内に吸
込まれた混合気はピストン７により圧縮され（圧縮行程
）、図示しない点火プラグで点火されることにより爆発
、燃焼し、このときに発生する燃焼圧でピストン７を下
向きに押動して膨張行程を行わせる。

１２は燃焼室６に対して排気ポート４を開、閉させる排
気弁を示し、該排気弁１２はシリンダヘッド５にブツシ
ュ１３を介してリフト可能に設けられ、排気ボート４先
端側の弁座１４に離９着座するようになっている。そし
て、該排気弁１２はピストニー′７の排気行程で開弁し
７、燃焼室６内で発生した燃焼ガスとしての排気ガスを
排気ポート４から打・１気管（図示せず）に向けて排出
させるようになっている。この場合、排気ボート４内に
排出される排気ガスの温度は４００〜８５０℃程度の高
温状態となっている。また、前記排気管の途中には白金
、パラジウム等の三元触媒からなる触媒装置（図示せず
）が設けられ、該触媒装置は、例えば４００℃以上の排
気ガスによってその触媒反応が促進（活性化）され、排
気ガス中の有害成分を酸化反応等で除去するようになっ
ている。

１５は排気ポート４を形成すべくシリンダヘッド５に一
体成型されたセラミックスライナとしての排気ポートラ
イナを示し、該排気ポートライナ１５はアルミナ（八ρ
、０３）に対するチタニア（”ｒ、Ｏ，）のモル比が１
．０５〜１．２５の範囲で好ましくはモル比が１．１と
なるチタン酸アルミニウムに重量比が４．０〜６．０重
量％、好ましくは５・重量％の酸化第二鉄（Ｆ、、Ｏ，
）を添加し、こオ］を筒状に焼結させることによって略
り字形状をなす管体として形成されている。そして、該
排気ポートライナ１５はシリンダヘッド５をアルミダイ
キャストによって成型（鋳造）するときに、その周囲を
加熱溶融状態にあ′る金属材料としてのアルミニウム材
料によって鋳ぐるまれ、排気ボー）・４の内ばりを形成
するようになっている。

本実施例による自動車用エンジンは上述の如き構成を有
するもので、次にセラミックスライナとしての排気ポー
トライナ１５の製造方法についで説明する。

まず、アルミナの粉体とチタニアの粉体とを、例えば１
．１なるモル比で混合し、混合した粉体な仮焼成して所
望の粒度に調整することによりチタン酸アルミニウムの
粉体を調整する。次に、このチタン酸アルミニウムの粉
体（９５重量％）に５重量％の酸化第二鉄を添加すると
共に、これを水に溶かしてスラリー状物を形成し、この
スラリー状物を石こう型（図示せず）に注入して略り字
形状をなす管体として成型した後、これを焼成して略り
字形状の管体としての排気ポートライナ１５を形成する
。

そして、シリンダヘッド５をアルミダイキャストによっ
て成型（鋳造）するときに、該シリンダヘッド５の金型
（または砂型）内に排気ポートライナ１５をブツシュ１
．０．１３および弁座１１゜１４等と共に位置決めし、
これらを加熱溶融状態にあるアルミニウム材料によって
鋳ぐるみ、シリンダヘッド５に一体成型する。

この場合、シリンダヘッド５を形成するアルミニウム材
料は加熱溶融状態から固化してゆく段階で熱収縮するよ
うになるから、排気ポートライナ１５には周囲から圧縮
荷重または部分的に引張り荷重が作用し、排気ポートラ
イナ１５に割れ等が発生する原因となる。

そこで、本実施例では、排気ポートライナ１５の素材と
して酸化第二鉄を添加したチタン酸アルミニウムを用い
、このチタン酸アルミニウムをアルミナに対するチタニ
アのモル比が例えば１．１となるように両者を混合して
調整し、さらに５重量％の酸化第二鉄を添加することに
よってそのヤング率を例えば４．４Ｘ　１０　”ｋｇ／
＋ｎｍ”程度まで下げ、曲げ強度を１．４ｋｇ／ｍｍ”
程度まで増大させるようにしている。

即ち、アルミナとチタニアのモル比を１．１としてチタ
ン酸アルミニウムを調整した後に、これに添加する酸化
第二鉄の添加量を変えてヤング率を調べた結果、第２図
に示す如く酸化第二鉄の添加量が４．０〜６．０重量％
の範囲でヤング率を効果的に下げることができ、特に酸
化第二鉄の添加量を５重量％としたときにヤング率が最
小値、例えば４．４Ｘ　１０　”ｋｇ／ｍｍ”程度とな
ることが分かった。

また、第３図に示す如（アルミナとチタニアのモル比を
変えてチタン酸アルミニウムを調整し、これに５重量％
の酸化第二鉄を添加すると、ヤング率はアルミナに対す
るチタニアのモル比が１．０５〜１．２５の範囲でヤン
グ率を効果的に下げることができ、特にモル比が１．１
程度のときにヤング率を最小にできることが分かった。

さらに、アルミナに対するチタニアのモル比を、例えば
１．１としてチタン酸アルミニウムを調整し、これに添
加する酸化第二鉄の添加量を第４図に示す如く変えてい
った場合に、酸化第二鉄の添加量が４．５〜１０重量％
の範囲で熱分解率を効果的に下げることができ、特に５
重量％の前、後で熱分解率を最小にでき、例えば１１０
０℃程度まで熱分解性を向上できると共に、１３００℃
程度まで耐熱性を向上できることが分かった。

かくして、本実施例によれば、酸化第二鉄を添加した低
ヤング率のチタン酸アルミニウムを用いて排気ポートラ
イナ１５をシリンダヘッド５の成型時にアルミニウム材
料で鋳ぐるんだ場合でも、該排気ポートライナ１５に割
れ等が発生するのを効果的に防止でき、熱分解性を向上
できる共に、耐熱性を向上でき、排気ポートライナ１５
の耐久性を大幅に向上させることができる。

また、シリンダヘッド５の排気ポート４にチタン酸アル
ミニウムからなる排気ポートライナ１５を設けることに
よって排気ポート４の断熱性を高めることができるから
、排気ポート４に向は燃焼室６から排出される排気ガス
の熱がシリンダヘッド５に熱伝導して冷却されるのを防
止でき、この排気ガスを排気ポート４から排気管内へと
可及的に高い温度で流通させることにより、触媒装置の
触媒反応を促進でき、排気ガス中の有害成分を効果的に
除去できる等種々の効果を奏する。

なお、前記実施例では、排気ポートライナ１５の素材と
なるチタン酸アルミニウムを、例えばモル比が１．１と
なるようにアルミナとチタニアを混合して調整し、これ
に酸化第二鉄を、例えば５重量％だけ添加するものとし
て述べたが、本発明はこれに限定されるものではなく、
アルミナとチタニアのモル比は１．０５〜１，２５の範
囲であればよく、酸化第二鉄の添加量は４，０〜６，０
重量％の範囲であればよいものである。

また、前記実施例では、排気ポートライナ１５として用
いる場合を例に挙げて説明したが、本発明はこれに限ら
ず、例えばシリンダ２の内ばっとして用いるシリンダヘ
ッド等にセラミックスライナを適用してもよく、さらに
は圧縮機等の吐出ボートにも適用できる。また、排気管
等を鋳造によって成型する場合でも、当該セラミックス
ライナを内ばっとして用いるようにすれば、排気管等の
断熱化を図ることができる。

さらに、前記実施例では、排気ポートライナ１５を略り
字形状の管体として形成するものとして述べたが、これ
に替えて、排気ポートライナ１５を断面半円形状または
円弧状に形成し、排気ポート４の内周面に部分的に配設
するようにしてもよい。

〔発明の効果］以上詳述した通り本発明によれば、アルミナに対するチ
タニアのモル比が１．０５〜１゜２５となるチタン酸ア
ルミニウムに４．０〜６．０重量％の酸化第二鉄を点火
してセラミックスライナを形成したから、当該セラミッ
クスライナを金属材料によって鋳ぐるむようにした場合
でも、当該セラミックスライナに割れ等が発生するのを
効果的に防止でき、耐熱性や耐久性等を向上できる。そ
して、排気ポートライナとして用いた場合には、排気ガ
スが排気ポートを通過する間に冷却されるのを防止でき
、断熱性を向上できる等、種々の効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例を示すエンジンの要部縦断面図
、第２図はチタン酸アルミニウムに酸化第二鉄を添加し
た場合のヤング率の変化を示す特性線図、第３図はアル
ミナに対するチタニアのモル比を変えた場合のヤング率
の変化を示す特性線図、第４図は酸化第二鉄の添加量を
変えた場合の熱分解率を示す特性線図である。１・・・エンジン本体、２・・・シリンダ、３・・・吸
気ボート、４・・・排気ポート、５・・・シリンダヘッ
ド、６・・・燃焼室、７・・・ピストン、９・・・吸気
弁、１２・・・排気弁、１５・・・排気ポートライナ（
セラミックスライナ）。第図第図ｔ　ｒｖ　ｃｃ　ｃ干タニ’／７＋ｙ汁）第４図薮イＬ兜二４大（Ａ　添７１０量（Ｉｔ’／、）平成２
年１０月１８日特許庁長官殿１、事件の表示平成２年特許願第２４６６９３号２、発明の名称セラミックスライナおよびその製造方法３゜補正をする者事件との関係　　特許出願人住所　　群馬県伊勢崎市粕用町１６７１番地１名称　日
本電子機器株式会社代表者　杉野重巳４．５゜

Claims

【特許請求の範囲】

（１）周囲が金属材料によつて鋳ぐるまれ、内部に断熱
性を与えるセラミックスライナであって、アルミナに対
するチタニアのモル比が１．０５〜１．２５となるチタ
ン酸アルミニウムに４．０〜６．０重量％の酸化第二鉄
を添加して所定形状に焼結させることにより形成したこ
とを特徴とするセラミックスライナ。
（２）周囲が金属材料によって鋳ぐるまれ内部に断熱性
を与えるセラミックスライナであって、アルミナの粉体
に対してモル比が１．０５〜１．２５となるようにチタ
ニアの粉体を混合する工程と、混合した粉体を仮焼成し
て粒度を調整し、チタン酸アルミニウムの粉体を調整す
る工程と、調整したチタン酸アルミニウムの粉体に４．
０〜６．０重量％の酸化第二鉄の粉体を添加し、所定形
状に焼成する工程とからなるセラミックスライナの製造
方法。