JPH09119341A - Cylinder head excellent in heat resistance - Google Patents

Cylinder head excellent in heat resistance

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JPH09119341A
JPH09119341A JP27893595A JP27893595A JPH09119341A JP H09119341 A JPH09119341 A JP H09119341A JP 27893595 A JP27893595 A JP 27893595A JP 27893595 A JP27893595 A JP 27893595A JP H09119341 A JPH09119341 A JP H09119341A
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JP
Japan
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cylinder head
heat
resistant material
exhaust port
aluminum
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Application number
JP27893595A
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Japanese (ja)
Inventor
Ryoichi Shibata
良一 柴田
Kimiteru Otsuka
公輝 大塚
Shigetaka Morita
茂隆 森田
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Proterial Ltd
Original Assignee
Hitachi Metals Ltd
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To improve heat resistance as well as to prevent crack between valves of a cylinder head by forming an exhaust port of the cylinder head by means of an aluminum casting heat resistant material. SOLUTION: An exhausts port 4 of a cylinder head main body 2 is formed of an aluminum casting heat resistant material 16, particularly, it is constituted as an aluminum casting heat resistant cast steel exhaust port. Besides the exhaust port 4 constituted of the aluminum casting heat resistant material 16, a part or the whole of a pipe on the exhaust side, namely, the fire contact surface is also constituted by being frictionally pressure-welded with a heat resistant material 3. The frictionally pressure-welded heat resistant material is extended to the outside of an exhaust valve seat 6 and an intake valve seat as necessary. Therefore, the heat resistance of the exhaust port and the fire contact surface to be exposed to the high-temperature exhaust gas is improved. Aluminum casting of the heat resistant material is performed by setting the heat resistant material in the specified position to be taken as an exhaust port of a cast mold, and casting aluminum fused liquid.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明はシリンダヘッドに係
り、より詳細には、排気ポート、又は排気ポートと弁
間、その近傍の耐熱性を向上させた高出力エンジン用に
好適なシリンダヘッドに関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder head, and more particularly to a cylinder head suitable for a high-power engine having improved heat resistance in the exhaust port, or between the exhaust port and the valve, and in the vicinity thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】内燃機
関用シリンダのシリンダヘッドは、シリンダブロックの
上部に配設されて、シリンダ及びピストンと共に燃焼室
を構成しており、燃焼室側に吸・排気弁、噴射ノズル及
び点火栓等を備えると共に内部にウォータジャケットな
どを備えている。燃焼室には種々の形式のものがあり、
ガソリンエンジンの場合には半球型、くさび型等々があ
り、ディーゼルエンジンの場合には直接噴射式(単室
式)や予燃焼室などの副室式があるが、いずれの燃焼室
であっても、特にシリンダヘッドの燃焼面は、燃焼ガス
にさらされるため、高速運転時に高温に加熱され、弁間
部に割れが発生するという課題がある。
2. Description of the Related Art A cylinder head of a cylinder for an internal combustion engine is arranged above a cylinder block and constitutes a combustion chamber together with a cylinder and a piston. An exhaust valve, an injection nozzle, a spark plug, and the like are provided, and a water jacket and the like are provided inside. There are various types of combustion chambers,
There are hemispherical type and wedge type in the case of gasoline engine, and direct injection type (single chamber type) and sub-chamber type such as pre-combustion chamber in the case of diesel engine. In particular, since the combustion surface of the cylinder head is exposed to the combustion gas, there is a problem that it is heated to a high temperature during high-speed operation and cracks occur in the intervalve portion.

【0003】従来よりその対策として、シリンダヘッド
のジャケット側から冷却効果をよくして燃焼面の温度を
下げる方法あるいはシリンダヘッドの材質を高温にも強
い鋳物にする方法が研究され、弁間部の割れ発生の防止
が図られてきた。しかし、最近エンジンの高出力化と共
に燃焼面の温度はますます高温化し、それに応じてシリ
ンダヘッドの高温強度の一層の改善が要請されるように
なってきた。この要請に対して、後者の材質面での対策
として、鋳鉄にMoやNi等の合金元素を添加すること
により、高温強度向上が図られている。しかし、高価な
MoやNiの合金元素が含まれているため、コストが高
くなるという課題があり、また燃焼面以外の高温にさら
されない部分の硬さも高くなるために加工性が悪く、さ
らに鋳造性も悪いという課題がある。
Conventionally, as a countermeasure, a method of improving the cooling effect from the jacket side of the cylinder head to lower the temperature of the combustion surface or a method of forming the material of the cylinder head into a casting strong against high temperature has been studied, and Prevention of cracking has been attempted. However, recently, as the output of the engine has been increased, the temperature of the combustion surface has become higher and higher, and accordingly, further improvement of the high temperature strength of the cylinder head has been demanded. In response to this demand, as a measure against the latter material, improvement in high temperature strength is attempted by adding alloy elements such as Mo and Ni to cast iron. However, since expensive alloy elements such as Mo and Ni are contained, there is a problem that the cost becomes high. Further, since the hardness of a portion other than the combustion surface which is not exposed to high temperature becomes high, the workability becomes poor, and the casting There is a problem of poor sex.

【0004】前述の課題を解決するために、例えば、特
開昭59−3145号公報においては、シリンダブロッ
クに取り付けられてシリンダの一端を閉塞し、これによ
って密閉空間から成る燃焼室を形成するシリンダヘッド
において、前記燃焼室に臨む表面に耐熱板を鋳込み、こ
の耐熱板の先端部を吸気ポートと排気ポートの開口縁部
を結ぶ線よりも外側に延出させると共に、この耐熱板を
前記燃焼室に臨む表面に露出させるようにしたシリンダ
ヘッドを提案している。この提案の内容を図に基づいて
詳述する。図4はこの提案のシリンダヘッドの底面図で
ある。また、図5は図4のY−Y矢視断面図である。図
6は耐熱板の斜視図である。
In order to solve the above-mentioned problems, for example, in Japanese Patent Laid-Open No. 59-3145, a cylinder is attached to a cylinder block to close one end of the cylinder, thereby forming a combustion chamber consisting of a closed space. In the head, a heat-resistant plate is cast on the surface facing the combustion chamber, the tip of the heat-resistant plate is extended to the outside of the line connecting the opening edge portions of the intake port and the exhaust port, and the heat-resistant plate is provided in the combustion chamber. We have proposed a cylinder head that is exposed on the surface of the cylinder head. The contents of this proposal will be described in detail with reference to the drawings. FIG. 4 is a bottom view of this proposed cylinder head. 5 is a sectional view taken along the line YY of FIG. FIG. 6 is a perspective view of the heat resistant plate.

【0005】このシリンダヘッド21は鋳鉄によって鋳
造されている。シリンダヘッド21には、各シリンダに
対応してそれぞれ空洞から成る吸気ポート22及び排気
ポート23が形成されている。そして吸気ポート22及
び排気ポート23にはそれぞれ、吸気バルブ(図示せ
ず)及び排気バルブ(図示せず)を支持する吸気バルブ
ガイド24及び排気バルブガイド25が形成されてい
る。またこれらの吸気ポート22及び排気ポート23
の、燃焼室に臨む下面側の開口縁部には、吸気側バルブ
シート26、排気側バルブシート27がそれぞれ装着さ
れている。これらのバルブシート26,27が上述の吸
気バルブ及び排気バルブの弁座を構成している。さら
に、上記吸気ポート22及び排気ポート23の開口縁部
の間には、特に図4に示すように耐熱板28が鋳込まれ
ている。この耐熱板28は、通常の圧延鋼板、あるいは
耐熱鋼板等の耐熱性に優れた材料から構成されていると
している。そしてこの耐熱板28の両側面には、上記バ
ルブシート26,27とそれぞれ係合する段部39(図
5参照)が形成され、また燃料噴射ノズルの先端部が挿
入される小孔40(図5参照)が形成されている。なお
図4において、鎖線31で示す円は、シリンダの有効径
を示している。
The cylinder head 21 is cast from cast iron. The cylinder head 21 is provided with an intake port 22 and an exhaust port 23, each of which has a cavity corresponding to each cylinder. An intake valve guide 24 and an exhaust valve guide 25 that support an intake valve (not shown) and an exhaust valve (not shown) are formed in the intake port 22 and the exhaust port 23, respectively. In addition, these intake port 22 and exhaust port 23
An intake-side valve seat 26 and an exhaust-side valve seat 27 are attached to the opening edge of the lower surface facing the combustion chamber. These valve seats 26 and 27 form the valve seats of the intake valve and the exhaust valve described above. Further, a heat-resistant plate 28 is cast between the opening edge portions of the intake port 22 and the exhaust port 23, as shown in FIG. The heat-resistant plate 28 is assumed to be made of a material having excellent heat resistance such as an ordinary rolled steel plate or a heat-resistant steel plate. Steps 39 (see FIG. 5) that engage with the valve seats 26 and 27 are formed on both sides of the heat-resistant plate 28, and a small hole 40 (see FIG. 5) into which the tip of the fuel injection nozzle is inserted. 5) is formed. In FIG. 4, the circle indicated by the chain line 31 indicates the effective diameter of the cylinder.

【0006】そして、鋳鉄製のシリンダヘッド21を鋳
造する際に一緒に鋳込まれる上記耐熱板28は、このシ
リンダヘッド21の下面に露出されている。鋳造後にお
いてこのシリンダヘッド21の下面を、耐熱板28の下
面も一緒に機械加工されるとしている。またこの耐熱板
28は、図4において鎖線29で示すように一対の吸気
・排気ポート22,23の開口の周縁部を結ぶ線より
も、その先端が外側に延出されており、これによって弁
間の広い範囲におけるシリンダヘッド21の保護を行な
うようになっている。すなわち耐熱板28の先端部3
2,33はそれぞれ熱負荷の低くなる位置まで延出され
ており、従ってこの先端部32,33とシリンダヘッド
21との境界部においてはシリンダヘッド21に熱亀裂
を生ずることがなく、これによってシリンダヘッド21
の損傷を効果的に防止することが可能になるとしてい
る。この提案は、シリンダヘッドの燃焼室に臨む表面に
はこの表面に露出するように耐熱板が鋳込まれており、
しかもこの耐熱板の先端を吸気ポートと排気ポートの開
口縁部を結ぶ線よりも外側に延出させて、シリンダヘッ
ドの弁間亀裂の防止を図るものである。ただ、シリンダ
ヘッドが鋳鉄製であるために軽量化の点で課題を有す
る。
The heat-resistant plate 28 that is cast together with the cast iron cylinder head 21 is exposed on the lower surface of the cylinder head 21. After casting, the lower surface of the cylinder head 21 is machined together with the lower surface of the heat resistant plate 28. Further, as shown by a chain line 29 in FIG. 4, the heat-resistant plate 28 has its tip extending outwardly from the line connecting the peripheral portions of the openings of the pair of intake / exhaust ports 22 and 23. The cylinder head 21 is protected in a wide range. That is, the tip portion 3 of the heat-resistant plate 28
Nos. 2 and 33 extend to positions where the heat load is low, and therefore, no thermal cracks are generated in the cylinder head 21 at the boundary between the tip ends 32 and 33 and the cylinder head 21. Head 21
It is said that it will be possible to effectively prevent damage to the. In this proposal, a heat-resistant plate is cast on the surface of the cylinder head facing the combustion chamber so as to be exposed on this surface.
Moreover, the tip of the heat-resistant plate is extended outside the line connecting the opening edge portions of the intake port and the exhaust port to prevent intervalve cracks in the cylinder head. However, since the cylinder head is made of cast iron, there is a problem in weight reduction.

【0007】また、実開昭58−167764号公報に
おいては、図7(底面図)に示すように、シリンダの燃
焼室に臨む表面であって、吸気ポート及び排気ポートを
含む位置に耐熱材を鋳込むようにしたシリンダヘッドを
提案している。このシリンダヘッド21は、吸気ポート
22と排気ポート23をそれぞれ2つ有するものであ
る。38は鋳込まれた耐熱板を示し、吸気ポート22と
排気ポート23、さらに燃料噴射ノズル30の外側まで
延在させた耐熱板として、弁間亀裂の防止を図る提案で
ある。なお、31はシリンダの有効径を示す。
Further, in Japanese Utility Model Laid-Open No. 58-167764, as shown in FIG. 7 (bottom view), a heat-resistant material is provided on the surface of the cylinder facing the combustion chamber and including the intake port and the exhaust port. We have proposed a cylinder head that is cast. The cylinder head 21 has two intake ports 22 and two exhaust ports 23. Reference numeral 38 denotes a cast heat-resistant plate, which is a proposal to prevent intervalve cracks as a heat-resistant plate extending to the outside of the intake port 22, the exhaust port 23, and the fuel injection nozzle 30. Incidentally, 31 indicates an effective diameter of the cylinder.

【0008】上述の如く、シリンダヘッドの耐弁間亀裂
性の向上に関し各種の提案がなされているが、耐熱亀裂
性不足の課題は完全には解決されていない。本発明者等
は、弁間亀裂性の防止及び燃焼熱の拡散防止について鋭
意研究の結果、シリンダヘッドをアルミ合金で鋳造によ
り製作するに際し、排気ポート及び必要に応じ触火面を
耐熱材料をアルミ合金で鋳包んで構成するか、又は排気
ポートをアルミ鋳包み耐熱材料で構成すると共に、触火
面を耐熱材料を摩擦圧接した構造にすることによりまだ
完全には解決されていないシリンダヘッドの弁間亀裂性
を防止し、軽量で、熱間剛性も向上できる耐熱性に優れ
るシリンダヘッドを得ることができることに着目し、本
発明に想到した。本発明における摩擦圧接による耐熱材
料は、シリンダの燃焼室に臨む排気ポートおよび吸気ポ
ートの下面側の開口縁部を含み、かつバルブシートをも
含む部位であって、燃焼噴射ノズルの外側(以下「触火
面」という。)まで延在させる。本発明の目的は、シリ
ンダヘッドの軽量化と共に、耐熱性に優れるシリンダヘ
ッドを提供することにある。
As described above, various proposals have been made for improving the intervalve crack resistance of the cylinder head, but the problem of insufficient heat crack resistance has not been completely solved. As a result of earnest research on prevention of intervalve cracking and diffusion of combustion heat, the inventors of the present invention have found that when manufacturing a cylinder head by casting with an aluminum alloy, an exhaust port and, if necessary, a refractory surface with a heat-resistant material are made of aluminum. A cylinder head valve that has not yet been completely solved by forming it by casting with an alloy, or by constructing the exhaust port with an aluminum casting and using a heat-resistant material, and making the fire contact surface friction-welded with a heat-resistant material. The present invention has been conceived, paying attention to the fact that it is possible to obtain a cylinder head that is excellent in heat resistance and that is capable of preventing inter-cracking, is lightweight, and has improved hot rigidity. The heat-resistant material by friction welding in the present invention is a portion including the opening edge portion on the lower surface side of the exhaust port and the intake port facing the combustion chamber of the cylinder, and also including the valve seat, and outside the combustion injection nozzle (hereinafter referred to as “ It is called the "touch surface".) An object of the present invention is to provide a cylinder head that is excellent in heat resistance as well as being lightweight.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】本発明は、シリンダヘッ
ドの排気ポート及び必要に応じ触火面を含めアルミ鋳包
み耐熱材料により構成したシリンダヘッドである。さら
に本発明は、シリンダヘッドの排気ポートをアルミ鋳包
み耐熱材料により構成すると共に、触火面を耐熱材料を
摩擦圧接した構造としたシリンダヘッドである。そし
て、前記耐熱材料が耐熱鋳鋼であるか、または軽合金複
合材料である。そして、前記シリンダヘッドがアルミ合
金により製作されている。
DISCLOSURE OF THE INVENTION The present invention is a cylinder head made of a heat-resistant material which is cast in aluminum including the exhaust port of the cylinder head and, if necessary, the touch surface. Furthermore, the present invention is a cylinder head having a structure in which the exhaust port of the cylinder head is made of a heat-resistant material by being cast in aluminum and the ignition surface is friction-welded with the heat-resistant material. The heat resistant material is heat resistant cast steel or a light alloy composite material. The cylinder head is made of aluminum alloy.

【0010】シリンダヘッド自体をアルミ製として軽量
化を図り、シリンダヘッドの排気ポートをアルミ鋳包み
耐熱材料による構成とする。または、シリンダヘッドの
排気ポートをアルミ鋳包み耐熱材料により構成すると共
に、触火面を耐熱材料を摩擦圧接した構造とすることに
より優れた耐弁間亀裂性等の耐熱性に優れるシリンダヘ
ッドを得ることができる。シリンダ自体を形成するアル
ミとしては、AC2B(Al−Cu−Si合金系)、A
C4B(Al−Si−Cu合金系)、AC4C(Al−
Si−Mg合金系)等のアルミ材により鋳造により製造
する。なお、本発明において、アルミ製のシリンダヘッ
ドの代りに、重量増加にはなるが、鋳鉄製のシリンダヘ
ッドを適用できることは当然である。
The cylinder head itself is made of aluminum to reduce the weight thereof, and the exhaust port of the cylinder head is made of a heat-resistant material by aluminum casting. Alternatively, the exhaust port of the cylinder head is made of cast aluminum and is made of a heat-resistant material, and the fire contact surface is friction-welded with a heat-resistant material to obtain a cylinder head having excellent heat resistance such as intervalve crack resistance. be able to. As the aluminum forming the cylinder itself, AC2B (Al-Cu-Si alloy system), A
C4B (Al-Si-Cu alloy system), AC4C (Al-
It is manufactured by casting with an aluminum material such as Si-Mg alloy system). In addition, in the present invention, a cylinder head made of cast iron is naturally applicable instead of the cylinder head made of aluminum although the weight is increased.

【0011】[0011]

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態につき図面を
参照して説明する。図1は、排気ポートをアルミ鋳包み
耐熱材料により構成する本発明のシリンダヘッド(シリ
ンダブロックの一部を含む)の縦断面図である。また、
図2はシリンダヘッドの排気ポートをアルミ鋳包み耐熱
材料により構成すると共に、触火面を耐熱材料を摩擦圧
接した構造とした本発明のシリンダヘッド(シリンダブ
ロックの一部を含む)の縦断面図である。図1におい
て、シリンダヘッド1のシリンダ本体2は軽量化を図っ
たアルミ鋳物製である。シリンダヘッド1の構造自体は
従来技術で説明したものと同様である。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cylinder head (including a part of a cylinder block) of the present invention in which an exhaust port is cast in aluminum and made of a heat-resistant material. Also,
FIG. 2 is a vertical cross-sectional view of a cylinder head (including a part of a cylinder block) of the present invention in which the exhaust port of the cylinder head is made of cast aluminum and is made of a heat-resistant material, and the fire surface is friction-welded to the heat-resistant material. Is. In FIG. 1, the cylinder body 2 of the cylinder head 1 is made of cast aluminum for weight reduction. The structure itself of the cylinder head 1 is the same as that described in the related art.

【0012】本発明においては、図1に示すシリンダヘ
ッド本体2の排気ポート4をアルミ鋳包み耐熱材料1
6、特にアルミ鋳包み耐熱鋳鋼排気ポートとして構成す
る。このことにより、高温の排気ガスにさらされる排気
ポートの優れた耐熱性を確保できる。図1における燃料
噴射ノズル8の先端に記載した矢印は、燃料が噴射して
いる状態を示す。なお、図1において、4は排気ポー
ト、5は排気バルブ、7は燃焼室、9はピストン、10
はシリンダブロック、11及び12は水冷ジャケット、
13はガスケットである。図示しないが、アルミ鋳包み
耐熱材料16は排気ポート4と触火面を含めて構成する
こともできる。また同様に本発明を示す図2において
は、アルミ鋳包み耐熱材料16により構成した排気ポー
ト4に加え、排気側のパイプのー部又は全部、即ち触火
面を耐熱材料3を摩擦圧接した構造とする。摩擦圧接さ
れた耐熱材料は、排気バルブシート6及び吸気バルブシ
ート14の外側まで延在させる(図3参照)。このこと
により、高温の排気ガスにさらされる排気ポート及び触
火面共に優れた耐熱性を確保できる。なお、図3におい
て、8aは燃料噴射ノズル取付孔である。
In the present invention, the exhaust port 4 of the cylinder head body 2 shown in FIG.
6, especially as an aluminum cast-in heat resistant cast steel exhaust port. As a result, excellent heat resistance of the exhaust port exposed to high-temperature exhaust gas can be ensured. The arrow at the tip of the fuel injection nozzle 8 in FIG. 1 indicates a state where fuel is being injected. In FIG. 1, 4 is an exhaust port, 5 is an exhaust valve, 7 is a combustion chamber, 9 is a piston, and 10 is a piston.
Is a cylinder block, 11 and 12 are water cooling jackets,
13 is a gasket. Although not shown, the aluminum cast heat resistant material 16 may be configured to include the exhaust port 4 and the fire surface. Similarly, in FIG. 2 showing the present invention, in addition to the exhaust port 4 made of the aluminum cast-in heat-resistant material 16, a structure in which the heat-resistant material 3 is friction-welded to a part or the whole of the exhaust side pipe, that is, the fire surface. And The heat-resistant material friction-welded extends to the outside of the exhaust valve seat 6 and the intake valve seat 14 (see FIG. 3). As a result, excellent heat resistance can be ensured for both the exhaust port exposed to high-temperature exhaust gas and the fired surface. In FIG. 3, 8a is a fuel injection nozzle mounting hole.

【0013】本発明のアルミ製シリンダヘッドの排気ポ
ートの部位に耐熱材料をアルミ鋳包みを行う場合、鋳型
の排気ポートとなる所定位置に耐熱材料をセットし、ア
ルミ溶湯を鋳造(鋳込み温度:670〜700°C)す
る。なお、シリンダヘッドの排気ポートをアルミ鋳包み
耐熱材料により構成すると共に、触火面を耐熱材料を摩
擦圧接した構造とした本発明のシリンダヘッドを得る場
合には、アルミ鋳包み鋳造作業と摩擦圧接作業は、当然
ながら、別工程の作業で行う。
When the heat-resistant material is aluminum-encapsulated in the exhaust port portion of the aluminum cylinder head of the present invention, the heat-resistant material is set at a predetermined position to be the exhaust port of the mold, and the molten aluminum is cast (casting temperature: 670). ~ 700 ° C). In addition, in order to obtain the cylinder head of the present invention in which the exhaust port of the cylinder head is made of a heat-resistant material that is cast in aluminum and the touching surface is friction-welded with a heat-resistant material, when performing the cast-in-aluminum casting work and friction welding. As a matter of course, the work is performed in a separate process.

【0014】本発明のアルミ製シリンダヘッドの触火面
に耐熱材料を摩擦圧接する条件としては、摩擦圧力5〜
15MPa、摩擦時間25〜50秒でアルミ製シリンダ
ヘッドと耐熱材料同士を摩擦しつつ相対運動させた後、
アプセット圧力10〜30MPa、アプセット時間3〜
7秒でアプセットを行う。
The friction pressure of the heat-resistant material on the fired surface of the aluminum cylinder head of the present invention is 5 to 50.
After the aluminum cylinder head and the heat resistant material are rubbed relative to each other at 15 MPa and a friction time of 25 to 50 seconds,
Upset pressure 10 to 30 MPa, upset time 3 to
Upset in 7 seconds.

【0015】本発明において適用する耐熱材料は、フェ
ライト系またはオーステナイト系耐熱鋳鋼を、または軽
合金複合材料を選定する。オーステナイト系耐熱鋳鋼と
しては、重量比率で、C0.15〜0.60%、Si
2.0%以下、Mn1.0%以下、Ni8.0〜20.
0%、Cr15.0〜30.0%、W2.0〜6.0
%、Nb0.2〜1.0%、B0.001〜0.01
%、残部Fe及び不可避的不純物の組成からなる耐熱疲
労性に優れた耐熱鋳鋼を適用する。
As the heat resistant material applied in the present invention, a ferritic or austenitic heat resistant cast steel or a light alloy composite material is selected. As the austenitic heat-resistant cast steel, C0.15 to 0.60% by weight ratio and Si
2.0% or less, Mn 1.0% or less, Ni 8.0 to 20.
0%, Cr 15.0 to 30.0%, W 2.0 to 6.0
%, Nb 0.2 to 1.0%, B 0.001 to 0.01
%, The balance Fe and the unavoidable impurities, and a heat-resistant cast steel excellent in heat fatigue resistance is applied.

【0016】また、フェライト系耐熱鋳鋼としては、重
量比率で、C0.06〜0.20%、N0.01〜0.
10%、Si0.4〜2.0%、Mn0.3〜1.0
%、P0.04%以下、S0.04%以下、Cr15〜
22%、Nb0.01〜2.0%、残部Fe及び不可避
的不純物の基本組成からなる耐熱鋳鋼を適用する。この
耐熱鋳鋼の組成として、さらにMo0.2〜1.0%を
含有せしめてもよい。また、この基本組成の耐熱鋳鋼に
おいて、Nb0.01〜2.0%の代わりに、Ti0.
01〜0.10%、Mo0.2〜1.0%、及びNi
0.01〜1.0%を含有せしめた組成の耐熱鋳鋼であ
ってもよい。さらにまた、この基本組成の耐熱鋳鋼にお
いて、Ti0.01〜0.10%、0.2〜1.0%M
o及び0.01〜1.0%Niを含有せしめた組成の耐
熱鋳鋼であってもよい。
As the ferritic heat-resistant cast steel, C0.06 to 0.20% and N0.01 to 0.
10%, Si 0.4 to 2.0%, Mn 0.3 to 1.0
%, P0.04% or less, S0.04% or less, Cr15 to
A heat-resistant cast steel consisting of a basic composition of 22%, Nb 0.01 to 2.0%, balance Fe and unavoidable impurities is applied. The heat-resistant cast steel may further contain Mo 0.2 to 1.0% as a composition. In the heat-resistant cast steel of this basic composition, Ti0.
01 to 0.10%, Mo 0.2 to 1.0%, and Ni
A heat-resistant cast steel having a composition containing 0.01 to 1.0% may be used. Furthermore, in the heat resistant cast steel of this basic composition, Ti 0.01 to 0.10%, 0.2 to 1.0% M
It may be a heat-resistant cast steel having a composition containing o and 0.01 to 1.0% Ni.

【0017】さらに、フェライト系で他の組成を有する
耐熱鋳鋼としては、重量比率で、C0.05〜0.45
%、Si0.4〜2.0%、Mn0.3〜1.0%、C
r16.0〜25.0%、W1.0〜5.0%、Nb及
び/またはV0.01〜1.0%(各々0.5%以
下)、残部Fe及び不可避的不純物の組成からなる耐熱
鋳鋼を適用する。
Further, as a heat-resistant cast steel having a ferritic and other composition, C0.05 to 0.45 in weight ratio.
%, Si 0.4 to 2.0%, Mn 0.3 to 1.0%, C
r16.0 to 25.0%, W1.0 to 5.0%, Nb and / or V0.01 to 1.0% (each 0.5% or less), heat resistance composed of the balance Fe and unavoidable impurities Apply cast steel.

【0018】また同様にフェライト系で、さらに他の組
成を有する耐熱鋳鋼であって、重量比率で、C0.15
〜1.20%、C−Nb/8が0.05〜0.45%、
Si2%以下、Mn2%以下、Cr16.0〜25.0
%、W及び/またはMo1.0〜5.0%、Nb0.4
0〜6.0%、Ni0.1〜2.0%、N0.01〜
0.15%、残部Fe及び不可避不純物からなる組成を
有し、通常のα相のほかにγ相から(α+炭化物)に変
態したα’相を有すると共に、α’の面積率{α’/
(α+α’)}が20〜70%である耐熱鋳鋼を適用す
る。本発明においては、以上述べた耐熱鋳鋼金属板を適
用するが、これら耐熱鋳鋼は、高温引張強度、耐熱疲労
性、耐酸化性について、従来の耐熱鋳鋼を上回る特性を
示し、また、さらに室温強度、延性、鋳造性及び加工性
に優れており、シリンダヘッドの弁間及びその近傍に摩
擦圧接により形成することにより、優れた耐熱亀裂性を
発揮する。
Similarly, a heat-resistant cast steel of ferritic type and having another composition, having a weight ratio of C0.15.
~ 1.20%, C-Nb / 8 is 0.05-0.45%,
Si 2% or less, Mn 2% or less, Cr 16.0 to 25.0
%, W and / or Mo 1.0 to 5.0%, Nb0.4
0-6.0%, Ni 0.1-2.0%, N 0.01-
It has a composition of 0.15%, balance Fe and unavoidable impurities, and has an α'phase transformed from the γ phase to (α + carbide) in addition to the normal α phase, and has an area ratio of α '{α' /
Heat resistant cast steel having (α + α ′)} of 20 to 70% is applied. In the present invention, the heat-resistant cast steel metal plate described above is applied, but these heat-resistant cast steels show high-temperature tensile strength, heat fatigue resistance, and oxidation resistance that are superior to those of conventional heat-resistant cast steels, and also room temperature strength. It has excellent ductility, castability, and workability, and exhibits excellent heat cracking resistance by being formed by friction welding between and near the valves of the cylinder head.

【0019】また、軽合金複合材料としては、実用化さ
れているボロン、アルミナやアルミナーシリカなどの繊
維で強化したアルミニウム合金である繊維強化FRMあ
るいはアルナミ、SiC等のセラミック粒子を分散した
複合材を適用する。
As the light alloy composite material, a fiber reinforced FRM which is an aluminum alloy reinforced with fibers such as boron, alumina and alumina-silica which have been put into practical use, or a composite material in which ceramic particles such as aluminum and SiC are dispersed. Apply.

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明において
は、シリンダヘッドをアルミ製とし、排気ポート及び必
要に応じ触火面もアルミ鋳包み耐熱材料による構成とす
る。又は排気ポートをアルミ鋳包み耐熱材料による構成
とすると共に、触火面を耐熱材料または軽合金複合材料
を摩擦圧接して、吸・排気ポートを含めて吸・排気バル
ブシートの外側まで延在させた構造としたことにより、
耐弁間亀裂性などの耐熱性に優れるシリンダヘッドを得
ることができる。またシリンダヘッド自体がアルミ製で
あるため、軽量化にも寄与する。
As described above, in the present invention, the cylinder head is made of aluminum, and the exhaust port and, if necessary, the ignition surface are also made of a heat-resistant material by aluminum casting. Alternatively, the exhaust port is made of cast aluminum and made of heat-resistant material, and the fire surface is friction-welded with a heat-resistant material or light alloy composite material to extend to the outside of the intake / exhaust valve seat including the intake / exhaust port. Due to the different structure,
It is possible to obtain a cylinder head having excellent heat resistance such as intervalve crack resistance. Also, since the cylinder head itself is made of aluminum, it contributes to weight reduction.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】本発明のシリンダヘッド(シリンダブロックの
一部を含む)の縦断面図である。
FIG. 1 is a vertical cross-sectional view of a cylinder head (including a part of a cylinder block) of the present invention.

【図2】本発明のシリンダヘッド(シリンダブロックの
一部を含む)の縦断面図である。
FIG. 2 is a vertical sectional view of a cylinder head (including a part of a cylinder block) of the present invention.

【図3】図2のA−A矢視断面図である。FIG. 3 is a sectional view taken on line AA of FIG. 2;

【図4】従来のシリンダヘッドの底面図である。FIG. 4 is a bottom view of a conventional cylinder head.

【図5】図3におけるY−Y矢視図である。FIG. 5 is a view taken in the direction of arrows Y in FIG. 3;

【図6】図3のシリンダヘッドに鋳込まれている耐熱板
の斜視図である。
6 is a perspective view of a heat-resistant plate cast in the cylinder head of FIG.

【図7】従来のシリンダヘッドの底面図である。FIG. 7 is a bottom view of a conventional cylinder head.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダヘッド 2 シリンダヘッド本体 3 摩擦圧接された耐熱材料 4 排気ポート 5 排気バルブ 6 排気バルブシート 7 燃焼室 8 燃料噴射ノズル 8a 燃料噴射ノズル取付孔 9 ピストン 10 シリンダブロック 11 水冷ジャケット 12 水冷ジャケット 13 ガスケット 14 吸気バルブシート 15 吸気ポート 16 アルミ鋳包み耐熱材料 21 シリンダヘッド 22 吸気ポート 23 排気ポート 24 吸気バルブガイド 25 排気バルブガイド 26 吸気側バルブシート 27 排気側バルブシート 28 耐熱板 29 一対の吸気・排気ポートの開口の周縁部を結ぶ鎖
線 30 燃料噴射ノズル孔 31 シリンダの有効径 32 耐熱板の先端部 33 耐熱板の先端部 38 鋳包み耐熱板 39 段部 40 燃料噴射ノズル挿入孔
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Cylinder head 2 Cylinder head body 3 Heat-resistant material friction-welded 4 Exhaust port 5 Exhaust valve 6 Exhaust valve seat 7 Combustion chamber 8 Fuel injection nozzle 8a Fuel injection nozzle mounting hole 9 Piston 10 Cylinder block 11 Water cooling jacket 12 Water cooling jacket 13 Gasket 14 intake valve seat 15 intake port 16 aluminum cast heat resistant material 21 cylinder head 22 intake port 23 exhaust port 24 intake valve guide 25 exhaust valve guide 26 intake side valve seat 27 exhaust side valve seat 28 heat resistant plate 29 pair of intake and exhaust ports 30 A fuel injection nozzle hole 31 An effective diameter of a cylinder 32 A tip of a heat-resistant plate 33 A tip of a heat-resistant plate 38 A cast-in heat-resistant plate 39 A step 40 A fuel injection nozzle insertion hole

Claims (6)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダヘッドの排気ポートをアルミ鋳
包み耐熱材料により構成したことを特徴とするシリンダ
ヘッド。
1. A cylinder head, characterized in that the exhaust port of the cylinder head is made of a heat-resistant material by aluminum casting.
【請求項2】 シリンダヘッドの触火面を含み、アルミ
鋳包み耐熱材料により構成したことを特徴とする請求項
1記載のシリンダヘッド。
2. The cylinder head according to claim 1, wherein the cylinder head includes a touch surface and is made of a heat-resistant material that is cast in aluminum.
【請求項3】 シリンダヘッドの排気ポートをアルミ鋳
包み耐熱材料により構成すると共に、触火面を耐熱材料
を摩擦圧接した構造としたことを特徴とするシリンダヘ
ッド。
3. A cylinder head, characterized in that the exhaust port of the cylinder head is made of aluminum and is made of a heat-resistant material, and the fire surface has a structure in which a heat-resistant material is friction-welded.
【請求項4】 前記耐熱材料が耐熱鋳鋼であることを特
徴とする請求項1乃至請求項3いずれか1項に記載のシ
リンダヘッド。
4. The cylinder head according to claim 1, wherein the heat resistant material is heat resistant cast steel.
【請求項5】 前記耐熱材料が軽合金複合材料であるこ
とを特徴とする請求項1乃至請求項3いずれか1項に記
載のシリンダヘッド。
5. The cylinder head according to claim 1, wherein the heat resistant material is a light alloy composite material.
【請求項6】 前記シリンダヘッドがアルミ合金により
製作されていることを特徴とする請求項1乃至請求項5
いずれか1項に記載のシリンダヘッド。
6. The cylinder head of claim 1, wherein the cylinder head is made of aluminum alloy.
The cylinder head according to any one of items.
JP27893595A 1995-10-26 1995-10-26 Cylinder head excellent in heat resistance Pending JPH09119341A (en)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN1303321C (en) * 2002-09-27 2007-03-07 本田技研工业株式会社 Cylinder head and mould device for its forming

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