JPH0458053A - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） この発明は、燃焼室面にセラミック材が設けられたシリ
ンダヘッドに関する。

（従来の技術） セラミック材は耐熱特性が極めて良好であることから、
エンジン各部に使用する試みがなされており、その−例
を第５図に示す（実開昭６０１３６８５６号公報参照）
。これは、相互に隣接する吸、排気バルブ５１．５３の
それぞれのバルブシート５５を一体のセラミツクキ（に
て形成し、このセラミック材バルブシート５５をシリン
ダヘッド５７に一体に鋳造したものである。

（発明が解決しようとする課題） しかしながら、このような従来のシリンダヘッドにあっ
ては、吸、排気バルブ５１．．５３相互間のバルブシー
ト間部５５ｇ及び、これ以外の部位かともに同一材質の
セラミック材にて形成しているので、次のような問題が
ある。

（１）　　シリンダヘッド５７とバルブシート５５との
鋳造冷却時の収縮量差による収縮応力を小さくし、両者
の結合強度の低下を防止するために、熱膨張率の小さい
セラミック材をシリンダヘッド５７の熱膨張率に近付け
るべく、例えばアルミナタイタネート（チタン酸アルミ
）等、セラミックとしては熱膨張率が比較的大きく鋳造
に適しているセラミック材を用いると、ヤング係数が小
さいので強度不足となり、特に大きな負荷が作用するバ
ルブシート間部５５ａが破損する恐れかある。

（２）　　強度向上のために、例えば窒化珪素等のセラ
ミック材を用いると、ヤング係数が大きく熱膨張率が小
さいので鋳造冷却時の収縮量差による収縮応力か大きく
なってシリンダヘッド５７あるいはバルブシート５５が
破損する恐れがある。

そこでこの発明は、燃焼室面にセラミックを一体鋳造し
ても、バルブシート間の強度不足による破損及び、一体
鋳造時での収縮量差に起因する収縮応力による破損を防
止することを目的としている。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 前記課題を解決するためこの発明は、燃焼室面に開口す
る吸・排気口に設けられるそれぞれのバルブシート相互
間の燃焼室面を、熱膨張率が小さくヤング係数が大きい
第１のセラミック材で形成し、上記バルブシート相互間
以外の燃焼室面を熱膨張率が大きくヤング係数が小さい
第２のセラミック材で形成し、これら第１．第２の各セ
ラミック材をシリンダヘッド本体に一体鋳造したもので
ある。

（作用） バルブシート相互間の燃焼室面を形成している第１のセ
ラミック材は、ヤング係数が大きいためエンジン運転中
に現われる応力集中を充分に耐えることかできて破損が
防止され、またバルブシト相互間以外の燃焼室面を形成
している第２のセラミック材は、熱膨張率が大きいため
鋳造冷却時のシリンダヘッド本体との収縮量差による収
縮応力は小さくなって破損の恐れがなくなる。

（実施例） 次にこの発明の実施例を図に基づいて説明する。

第１図はこの発明の一実施例を示すシリンダヘッド１の
燃焼室側から見た説明図であり、シリンダヘッド１の燃
焼室面２には図示省略した吸気弁及び排気弁により開閉
される吸気口３及び排気口５がそれぞれ形成されている
。この吸気口３及び排気口５の各周縁部には、金属製の
バルブシート７．９がそれぞれ圧入されている。

この２つのバルブシート７．９相互間の燃料噴射弁取付
孔１１を含む燃焼室面（第１図では細かいピッチの斜線
で示している部分）は、熱膨張率が小さく、かつ熱伝導
率、ヤング係数共に大きいセラミック材料である例えば
窒化珪素からなる第１のセラミック材としての内側プレ
ート１３で形成しである。一方、バルブシート７．９相
互間以外の燃焼室面（第１図で粗いピッチの斜線で示し
ている部分）は、熱膨張率か大きく、かつ熱伝導率、ヤ
ング係数共に小さいセラミック材料である例えばアルミ
ナタイタネート（チタン酸アルミニウム）からなる第２
のセラミック材としての外側プレート１５て形成しであ
る。そして、これら内側プレート１３と外側プレート１
５とを、例えばアルミニウム合金製のシリンダヘッド本
体１７に一体鋳造してシリンダヘッド１としである。

内側プレート１３は、燃料噴射弁取付孔１１を有し、第
１図の■−■断面図である第２図のように燃焼室面２の
側を長辺とする断面が大略台形状に形成しである。また
、外側プレート１５は、燃焼室面２と反対側の面を、第
２図及び、第１図の■−■断面図である第３図のように
大径としてシリンダヘッド本体１７に対しては凸部１５
ａによって接合するとともに、内側プレート１３に対し
ては傾斜面１５ｂ、１５ｂによって接合するようにして
いる。

さらにバルブシート７．９は、第２図及びその一部拡大
図である第４図のように燃焼室面２側を大径としたテー
パ部７ａ、９ａを設けて、このテパ部７ａ、９ａに内側
プレート１３と外側プレト１５を接合するようにしてい
る。

なお、窒化珪素で形成されている内側プレート１３のシ
リンダヘラ・ド本体１７との接合部には、活性化金属層
を臘付けしたメタライズ層１９を形成して両者の結合力
を向上させている。

次に作用を説明する。

外側プレート１５は、広い接触面でシリンダヘッド本体
１７に接合しているが、熱膨張率がシリンダヘッド本体
１７に近付けるべく大きくヤング係数か小さいため、鋳
造冷却時のシリンダヘット本体１７との収縮量差により
発生する収縮応力は小さく、鋳造時の割れなとの破損は
防止される。

また外側プレート］５は、広い燃焼室面２を有している
が、熱伝導率か小さいため、セラミック材を用いること
によるシリンダヘッドの断熱特性を損うことはない。

バルブシート７．９相互間の内側プレート１３は、ヤン
グ係数の大きい窒化珪素で形成しであることから強度が
高く、このためエンジン運転中のバルブシート７．９の
熱膨張から受ける応力に充分耐えることができ、破損は
防止される。また、内側プレート１３は熱伝導率か大き
いため、バルブシート７．９の付近の熱は外側プレート
１３等へ伝達しやすくなり、バルブシート７．９の高温
化を抑えることができる。

内側プレート１３と外側プレート１５とは、傾斜面１５
ｂによって接合されているので、この内外側ブレー１−
１３．１５相互の熱膨張差によるずれは円滑に行われ、
さらにヤング係数の大きい内側プレート１３の燃焼室面
２の側か長辺に形成されているので、ヤング係数の小さ
い外側プレート１５を内側プレート１３のこの長辺によ
って保護することになる。

また、外側プレート１５は凸部］−５８により、一方向
側プレート１３はメタライス層１９による鋳造時の溶着
により、それぞれシリンダヘッド本体１７に対して強固
に結合されることになる。さらに、バルブシート７．９
は、燃焼室面２側がそれぞれ大径となるテーバ部７ａ、
９ａによって内側プレート］３及び外側プレート］５と
密着することになる。

前記実施例における内、外側プレート１３，１１５の材
質や形状等は図示例に限られるものではなく、この発明
の目的に沿う限り、種々のものに変形したものを用いる
ことかできる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明によれば、バルブシート相互間の
燃焼室面を形成している第１のセラミック材は、ヤング
係数か大きいためエンジン運転中に現われる応力集中を
充分に耐えることができて破損を防止でき、またバルブ
シート相互間以外の燃焼室面を形成している第２のセラ
ミック材は、熱膨張率か大きいため鋳造冷却時のシリン
ダヘッド本体との収縮量差による収縮応力が小さく、破
損を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の一実施例を示すシリンダヘッドの要
部下面図、第２図は第１図の■−■線断面図、第３図は
第１図の■−■線断面図、第４図は第３図の一部拡大図
、第５図は従来のシリンダヘッドの要部断面図である。 １・・シリンダヘッド　　２・・燃焼室面３・・・吸気
口　　５・・・排気ロ ア　９・・・バルブシート １３・・内側プレート（第１のセラミック材）１５・・
・外側プレート（第２のセラミック材）１７・・・シリ
ンダヘッド本体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 燃焼室面に開口する吸・排気口に設けられるそれぞれの
   バルブシート相互間の燃焼室面を、熱膨脹率が小さくヤ
   ング係数が大きい第１のセラミック材で形成し、上記バ
   ルブシート相互間以外の燃焼室面を熱膨脹率が大きくヤ
   ング係数が小さい第２のセラミック材で形成し、これら
   第１、第２の各セラミック材をシリンダヘッド本体に一
   体鋳造したことを特徴とするシリンダヘッド。