JPH0452452Y2 - - Google Patents

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JPH0452452Y2
JPH0452452Y2 JP11482484U JP11482484U JPH0452452Y2 JP H0452452 Y2 JPH0452452 Y2 JP H0452452Y2 JP 11482484 U JP11482484 U JP 11482484U JP 11482484 U JP11482484 U JP 11482484U JP H0452452 Y2 JPH0452452 Y2 JP H0452452Y2
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Description

【考案の詳細な説明】[Detailed explanation of the idea]

〔考案の技術分野〕 本考案は、排気断熱ポートを鋳包んだ鋳鉄製の
シリンダヘツドの改良に関する。 〔従来技術〕 エンジンのシリンダヘツドには、排気ポートが
鋳造によつて形成されているが、排気を高温に保
つてそれが持つエネルギーを利用してターボチヤ
ージヤーの駆動したり、また、排気ガスを再燃焼
して清浄化を図る等排気ガスの処理方法が各種提
案されている。 従つて、排気ガスを成るべく高温に保持する必
要から、排気ポートを内管と外管との間に空間部
を有する中空2重管構造としてシリンダヘツド内
に鋳包んで構成した、所謂“排気断熱ポート”が
使用されている。この中空2重管構造の排気断熱
ポートは、その中間部に空気層を形成したり、断
熱材を積層することによつて断熱効果を増加させ
たものであり、有効に使用されている。 従来使用されている排気断熱ポート用の中空2
重管としては、耐熱性と耐腐食性を向上させるた
めにオーステナイト系の耐熱鋼(ステンレス鋼)
が使用されている。 一方、この構造の排気断熱ポートを中子として
鋳包んで鋳造したシリンダヘツドは、鋳造後、排
気バルブや吸気バルブを支持するためにバルブガ
イドをシリンダヘツドに圧入する必要があるが、
この際にはシリンダヘツドを構成する鋳鉄部分と
排気断熱ポートとを貫通して孔を加工し、その孔
の中にバルブガイドを圧入する必要がある。この
孔の加工において、鋳鉄に孔を明けることは容易
であるが、排気断熱ポートを構成する2重管への
孔明け加工はかなり難加工であつて、ドリルが滑
つて排気断熱ポートを貫通し難く、そのために生
産性が低下しているのが現状である。 〔考案の目的〕 排気断熱ポートを鋳鉄によつて鋳包んだ場合の
加工性の問題点を解消するために、本考案者等
は、排気断熱ポートのバルブガイド挿入用の孔の
部分を顕微鏡によつてその組織を検査したとこ
ろ、鋳鉄部分に接する排気断熱ポートの加工面
は、鋳鉄と接する部分がオーステナイト系ステン
レス鋼であると、その主要成分であるCrが鋳造
時、鋳鉄側の炭素と結合し、高硬度のCr炭化物
となつていることが判明した。 しかも、このCr炭化物の硬度は、Hv700とかな
り高硬度となつており、これが原因となつて前記
のように加工性を著しく低下させていることが判
明した。 一方、この事実の確認するためにCrやNiを含
まない金属を鋳鉄の中に鋳含んで見たところ、そ
の金属の硬度は殆ど上昇していないことも判明し
ている。 本考案は、エンジンの排気ガスと接触する面に
オーステナイト鋼の優れた耐熱性と耐蝕性を与
え、シリンダヘツドを構成する鋳鉄に含まれてい
る炭素がオーステナイト鋼に含まれているクロム
の存在により、鋳造時にオーステナイト鋼側に移
行してクロム炭化物を生成する「浸炭現象」によ
る排気断熱ポートの硬度の上昇を防ぎ、もつて機
械加工性に優れたシリンダヘツドを提供すること
を目的とするものである。 〔考案の概要〕 前記目的を達成するための本考案に係るシリン
ダヘツドは、鋳包んで固定され、穿孔加工される
2重管構造の排気断熱ポートを有する鋳鉄製のシ
リンダヘツドにおいて、この排気断熱ポートは鋳
鉄に鋳包まれる外管が軟鋼製で、この外管との間
に空間部を設けた配置された排気ガスと接触する
内管がオーステナイト系耐熱鋼で構成されてい
る。 本考案で言う2重管からなる排気断熱ポートを
構成する軟鋼とオーステナイト系耐熱鋼とは金属
材料で普通に使用されているものを意味してお
り、特殊な材料を使用していない。 そこで軟鋼とは、一般に炭素量が0.12〜0.25%
前後の普通鋼を意味しており、これらを記号で示
すと、SPCC,SS41P,SPHC,SAPH……等の
低炭素含有量の鋼材がこれに該当するものであ
る。 また、オーステナイト系耐熱鋼の代表例は18−
8ステンレス鋼(SUS304)があるが、これと同
様な浸炭現象を示すが、耐熱性と耐蝕性のある材
質がこれに該当するものである。 次に、これらの金属材料の融点について説明す
れば次の通りである。 通常の鋳鉄(C=3.4%,Si=2.1%)の融点は
1150℃程度であり、これを鋳造時に溶融した際の
溶湯の温度は1240℃程度である。また、軟鋼
(SPCC)の溶融温度は1530℃程度であり、そし
てオーステナイト鋼(SUS304)の融点は1530℃
前後である。 従つて、鋳造時における鋳鉄の融点と排気断熱
ポートを形成する軟鋼管とオーステナイト鋼管と
溶湯との融点の差は約300℃程度であり、鋳包み
によつてこの排気断熱ポートをシリンダヘツド内
に設けることは極めて容易であることが理解でき
る。 〔実施例〕 次に、図面を参照して本考案の実施例を説明す
る。 第1図は、ガソリンエンジン用の鋳鉄製のシリ
ンダヘツドの上部構造を示す断面図であり、シリ
ンダヘツド1の下面には燃焼室2が形成され、こ
の燃焼室2に連続して2重管構造の排気断熱ポー
ト3が鋳包みによつて形成されている。 前記燃焼室2内には点火栓4と排気バルブ5及
び図示されていないが、吸気バルブが設けられて
いる。この排気バルブ5のステム5Aは、シリン
ダヘツド1と排気ポート3とを貫通して設けられ
たバルブガイド6によつて支持され、上端をカム
7で駆動されるロツカーアーム8によつて押圧さ
れて作動するように構成されている。 本考案に係る排気ポート3は、排気ガスに接触
する内管3Aがオーステナイト系耐熱鋼管で構成
され、更に外管3Bが軟鋼板管によつて構成さ
れ、両端部8はオーステナイト系耐熱鋼管製の内
管3Aの端部を折曲げて外管3Bを包んで排気断
熱ポート3の空間部9内に鋳造時の湯が侵入しな
いように構成されいてるか、あるいは両端部8を
溶接によつて閉止している。 そして、この排気断熱ポート3の中間部の上面
には平坦面10が形成され、この平坦面10にバ
ルブガイド6が貫通して設けられている。 第2図は、機械加工前のシリンダヘツド1の要
部を示す断面図であつて、シリンダヘツド1に2
重管状の排気断熱ポート3が鋳鉄部分15内に鋳
包みによつて取付けられている。 前記のようにしてシリンダヘツド1が鋳鉄によ
つて排気断熱ポート3を鋳包んだ状態で鋳造され
ると、第3図に示すように平坦面10上にバルブ
ガイド6用の孔13を工具14によつて加工す
る。そして、前記孔13内に第1図に示すように
バルブガイド6を圧入して固定し、このバルブガ
イド6内に排気弁5のステム5Aを挿入して往復
可能に支持する。なお、吸気弁の場合も同様な構
造であるので、その説明を省略する。 前記排気断熱ポート3の加工において、従来の
2重管を使用した構造の排気断熱ポート3は鋳鉄
部分15と接触する部分がオーステナイト系の耐
熱鋼製であつたが、本考案において、前記のよう
に鋳鉄部分15に接触する方の外管3Bを軟鋼製
の管によつて構成し、内管3Aをオーステナイト
系の耐熱鋼によつて形成している点に特徴があ
る。 〔考案の効果〕 次に、本考案の効果を明確にするために空気
と、オーステナイト系の耐熱鋼(ステンレス
鋼)と、炭素鋼の3種類の材料の熱伝導係数に
ついて比較すると第1表のようになる。 〔第 1 表〕 空気 オーステナイト 炭素 系耐熱鋼 鋼 熱伝導係数0.050 14 46 (cal/mh℃,500℃) 更に、鋳包み材の材質と、鋳鉄を使用した鋳造
後の硬さとの関係を第2表に示す。
[Technical Field of the Invention] The present invention relates to an improvement of a cast iron cylinder head having a cast-in exhaust insulation port. [Prior art] Exhaust ports are formed in the cylinder head of an engine by casting, and the exhaust port is kept at a high temperature and uses its energy to drive a turbocharger. Various methods have been proposed for treating exhaust gas, such as re-burning the gas to purify it. Therefore, in order to maintain the exhaust gas as high as possible, the so-called "exhaust port" is constructed by casting the exhaust port into the cylinder head as a hollow double pipe structure with a space between the inner pipe and the outer pipe. "insulated ports" are used. This exhaust heat insulating port having a hollow double pipe structure has an air layer formed in the middle thereof or a heat insulating material is laminated to increase the heat insulating effect, and is effectively used. Hollow 2 for conventionally used exhaust insulation port
For heavy pipes, austenitic heat-resistant steel (stainless steel) is used to improve heat resistance and corrosion resistance.
is used. On the other hand, in the case of a cylinder head that is cast by encasing the exhaust heat insulating port as a core, it is necessary to press fit the valve guide into the cylinder head after casting to support the exhaust valve and intake valve.
In this case, it is necessary to machine a hole through the cast iron part that makes up the cylinder head and the exhaust heat insulation port, and press fit the valve guide into the hole. In machining this hole, it is easy to drill a hole in cast iron, but drilling a hole in the double pipe that makes up the exhaust insulation port is quite difficult, and the drill may slip and penetrate the exhaust insulation port. The current situation is that productivity is declining because of this. [Purpose of the invention] In order to solve the problem of workability when the exhaust insulation port is made of cast iron, the inventors of the present invention used a microscope to examine the hole for inserting the valve guide in the exhaust insulation port. When we examined its structure, we found that if the machined surface of the exhaust heat insulation port that comes in contact with the cast iron part is made of austenitic stainless steel, the main component, Cr, will combine with carbon on the cast iron side during casting. However, it turned out to be a highly hard Cr carbide. Moreover, the hardness of this Cr carbide is quite high, Hv 700, and it has been found that this causes a significant decrease in workability as described above. On the other hand, in order to confirm this fact, when a metal containing no Cr or Ni was cast into cast iron, it was found that the hardness of the metal hardly increased. This invention provides the excellent heat resistance and corrosion resistance of austenitic steel to the surface that comes into contact with engine exhaust gas, and the carbon contained in the cast iron that makes up the cylinder head is replaced by the presence of chromium contained in the austenitic steel. The purpose is to prevent the increase in hardness of the exhaust heat insulation port due to the "carburization phenomenon" in which chromium carbide is transferred to the austenitic steel side during casting, and to provide a cylinder head with excellent machinability. be. [Summary of the invention] To achieve the above object, the cylinder head according to the present invention is a cylinder head made of cast iron having an exhaust insulation port of a double pipe structure fixed by casting and perforated. The outer tube of the port is cast in cast iron and is made of mild steel, and the inner tube that is placed in contact with the exhaust gas and has a space between it and the outer tube is made of austenitic heat-resistant steel. In the present invention, the mild steel and austenitic heat-resistant steel that constitute the exhaust heat insulation port consisting of a double pipe are metal materials that are commonly used, and no special materials are used. Therefore, mild steel generally has a carbon content of 0.12 to 0.25%.
This refers to ordinary steel at the front and rear, and when these are represented by symbols, steel materials with low carbon content such as SPCC, SS41P, SPHC, SAPH, etc. fall under this category. In addition, a typical example of austenitic heat-resistant steel is 18−
8 stainless steel (SUS304), which exhibits a similar carburizing phenomenon, is a heat-resistant and corrosion-resistant material. Next, the melting points of these metal materials will be explained as follows. The melting point of ordinary cast iron (C=3.4%, Si=2.1%) is
The temperature of the molten metal when melted during casting is approximately 1240°C. In addition, the melting temperature of mild steel (SPCC) is about 1530℃, and the melting point of austenitic steel (SUS304) is 1530℃.
Before and after. Therefore, the difference between the melting point of cast iron during casting and the melting points of the mild steel pipe, austenite steel pipe, and molten metal that form the exhaust heat insulation port is about 300°C, and the exhaust heat insulation port is placed inside the cylinder head by casting. It can be seen that it is extremely easy to provide. [Example] Next, an example of the present invention will be described with reference to the drawings. Fig. 1 is a sectional view showing the upper structure of a cast iron cylinder head for a gasoline engine.A combustion chamber 2 is formed on the lower surface of the cylinder head 1, and a double pipe structure is continuous to the combustion chamber 2. The exhaust heat insulation port 3 is formed by casting. Inside the combustion chamber 2, an ignition plug 4, an exhaust valve 5, and an intake valve (not shown) are provided. The stem 5A of the exhaust valve 5 is supported by a valve guide 6 provided through the cylinder head 1 and the exhaust port 3, and is operated by being pressed at the upper end by a rocker arm 8 driven by a cam 7. is configured to do so. In the exhaust port 3 according to the present invention, the inner tube 3A that contacts the exhaust gas is made of an austenitic heat-resistant steel tube, the outer tube 3B is made of a mild steel plate tube, and both ends 8 are made of an austenitic heat-resistant steel tube. Either the end of the inner tube 3A is bent to wrap the outer tube 3B so that hot water during casting does not enter into the space 9 of the exhaust heat insulation port 3, or both ends 8 are closed by welding. are doing. A flat surface 10 is formed on the upper surface of the intermediate portion of the exhaust heat insulation port 3, and the valve guide 6 is provided to penetrate this flat surface 10. FIG. 2 is a sectional view showing the main parts of the cylinder head 1 before machining.
A heavy tubular exhaust insulation port 3 is mounted within the cast iron section 15 by a cast-in. When the cylinder head 1 is cast with the exhaust heat insulation port 3 made of cast iron as described above, the hole 13 for the valve guide 6 is formed on the flat surface 10 using a tool 14, as shown in FIG. Processed by. Then, the valve guide 6 is press-fitted and fixed into the hole 13 as shown in FIG. 1, and the stem 5A of the exhaust valve 5 is inserted into the valve guide 6 and supported so as to be reciprocatable. Note that since the intake valve has a similar structure, its explanation will be omitted. In the machining of the exhaust heat insulation port 3, the part of the exhaust heat insulation port 3 having a structure using a conventional double pipe was made of austenitic heat-resistant steel in contact with the cast iron part 15. It is characterized in that the outer tube 3B that contacts the cast iron portion 15 is made of a mild steel tube, and the inner tube 3A is made of austenitic heat-resistant steel. [Effects of the invention] Next, in order to clarify the effects of the invention, the thermal conductivity coefficients of three types of materials: air, austenitic heat-resistant steel (stainless steel), and carbon steel are compared as shown in Table 1. It becomes like this. [Table 1] Air Austenitic Carbon Heat Resistant Steel Steel thermal conductivity coefficient 0.050 14 46 (cal/mh℃, 500℃) Furthermore, the relationship between the material of the cast-in material and the hardness after casting using cast iron is shown in the second table. Shown in the table.

【表】【table】

【表】 以上のように、本考案は鋳鉄部分15と接触す
る排気断熱ポートの外管3B側に軟鋼管を使用
し、排気ガスと接触する内管3A側にオーステナ
イト系耐熱鋼を使用しており、次の効果を奏する
ことができる。 (イ) 2重管構造の排気断熱ポート3を構成する外
管3Bに軟鋼管(SPCC等)を使用しているの
で、鋳鉄部分15と接触してもこの材質の中に
は大量のCr,Niを含有していないので、Cr炭
化物を生成せず、第2表に示すように鋳造後の
硬度Hv100鋳造後でもHv250程度で、低い値を
示している。一方、この外管3B側にオーステ
ナイト系耐熱鋼(SUS304等)を使用すれば、
その硬度はHv200→700と著しく増加すること
が分かる。 このように本考案によれば、外管3Bの硬度
が鋳包み後もさほど上昇していないために、排
気断熱ポート3にバルブガイド用の孔13を明
ける際の切削性、特に、ドリル14による切削
性が著しく向上することになり、このドリル1
4の位置決めと孔明けが簡単に行なえ、生産性
が著しく向上する。 (ロ) 内管3A側にオーステナイト系耐熱鋼からな
る管を使用しているので、第1表に示している
ようにこの管の熱伝導係数が14kcal/mh℃で
あり、炭素鋼の46kcal/mh℃に比較して約1/3
程度であり、熱伝導性に劣り、更に外管3Bと
内管3Aとの間の空間部9に空気層あるいは断
熱材からなる断熱層を形成しているために、有
効な断熱効果を得ることができる。 なお、実施例においては、ガソリンエンジン用
の鋳鉄製のシリンダヘツドについて説明したが、
デイーゼルエンジン用の鋳鉄製のシリンダヘツド
であつても同様な効果を奏するものであることは
明らかである。
[Table] As described above, the present invention uses a mild steel pipe on the outer pipe 3B side of the exhaust heat insulation port that contacts the cast iron part 15, and uses austenitic heat-resistant steel on the inner pipe 3A side that contacts the exhaust gas. The following effects can be achieved. (a) Since a soft steel pipe (such as SPCC) is used for the outer pipe 3B constituting the exhaust heat insulation port 3 with a double pipe structure, even if it comes into contact with the cast iron part 15, there will be a large amount of Cr, Cr, etc. in this material. Since it does not contain Ni, it does not generate Cr carbide, and as shown in Table 2, the hardness after casting is Hv100, but even after casting it is about Hv250, which is a low value. On the other hand, if austenitic heat-resistant steel (SUS304, etc.) is used on the outer tube 3B side,
It can be seen that the hardness increases significantly from Hv200 to 700. As described above, according to the present invention, since the hardness of the outer tube 3B has not increased significantly even after being cast-in, the machinability when drilling the hole 13 for the valve guide in the exhaust heat insulation port 3 is improved, especially when using the drill 14. The cutting performance is significantly improved, and this drill 1
4. Positioning and drilling can be performed easily, significantly improving productivity. (b) Since a tube made of austenitic heat-resistant steel is used on the inner tube 3A side, the thermal conductivity coefficient of this tube is 14 kcal/mh℃, as shown in Table 1, compared to 46 kcal/mh℃ of carbon steel. Approximately 1/3 compared to mh℃
In addition, since a heat insulating layer made of an air layer or a heat insulating material is formed in the space 9 between the outer tube 3B and the inner tube 3A, an effective heat insulating effect cannot be obtained. I can do it. In addition, in the example, a cast iron cylinder head for a gasoline engine was explained.
It is clear that a cast iron cylinder head for a diesel engine would have similar effects.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は、本考案の実施例に係るシリンダヘツ
ドの上部構造を示す断面図、第2図は排気ポート
を鋳包みによつて鋳造したものを示す断面図、第
3図は、前記第2図のシリンダヘツドの排気断熱
ポートを工具によつて孔明けをしている状態を示
す断面図である。 1……シリンダヘツド、2……燃焼室、3……
排気断熱ポート、3A……内管(オーステナイト
系耐熱鋼製)、3B……外管(軟鋼製)、5……排
気バルブ、6……バルブガイド、8……端部、9
……空間部、14……工具、15……鋳鉄部分。
FIG. 1 is a sectional view showing the upper structure of a cylinder head according to an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a sectional view showing an exhaust port formed by casting, and FIG. FIG. 3 is a sectional view showing a state in which the exhaust heat insulation port of the cylinder head shown in the figure is being drilled with a tool. 1... Cylinder head, 2... Combustion chamber, 3...
Exhaust insulation port, 3A... Inner pipe (made of austenitic heat-resistant steel), 3B... Outer pipe (made of mild steel), 5... Exhaust valve, 6... Valve guide, 8... End, 9
...Space part, 14...Tool, 15...Cast iron part.

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】[Scope of utility model registration request] 鋳包んで固定され、穿孔加工される2重管構造
の排気断熱ポートを有する鋳鉄製のシリンダヘツ
ドにおいて、この排気断熱ポートは鋳鉄に鋳包ま
れる外管が軟鋼製で、この外管との間に空間部を
設けて配置された内管がオーステナイト系耐熱鋼
製で構成されていることを特徴とするシリンダヘ
ツド。
In a cast iron cylinder head that has an exhaust insulation port with a double pipe structure that is fixed by casting and perforated, the exhaust insulation port has an outer pipe that is cast in the cast iron and is made of mild steel, and there is a gap between the outer pipe and the outer pipe. A cylinder head characterized in that an inner tube arranged with a space provided therein is made of austenitic heat-resistant steel.
JP11482484U 1984-07-30 1984-07-30 cylinder head Granted JPS6132547U (en)

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