JPH09277019A - Exhaust port in internal combustion engine and production thereof - Google Patents

Exhaust port in internal combustion engine and production thereof

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JPH09277019A
JPH09277019A JP8117071A JP11707196A JPH09277019A JP H09277019 A JPH09277019 A JP H09277019A JP 8117071 A JP8117071 A JP 8117071A JP 11707196 A JP11707196 A JP 11707196A JP H09277019 A JPH09277019 A JP H09277019A
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JP
Japan
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exhaust port
core
sprayed coating
cylinder head
exhaust
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Application number
JP8117071A
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Japanese (ja)
Inventor
Hidetaka Niwa
英尊 丹羽
Shinsuke Mori
伸介 森
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Suzuki Motor Corp
Original Assignee
Suzuki Motor Corp
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Publication date
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide an exhaust port of an internal conduction engine excellent in durability and to efficiently produce the cylinder head only with ceramic thermal-splay and metal thermal-spray onto a core at a low cost by improving adhesive force of the joining interface between a heat insulation layer provided on the inner surface of an exhaust passage in contact with exhaust gas and an aluminum alloy constituting a cylinder head. SOLUTION: In a producing method of the exhaust port of the internal combustion engine, the ceramic thermal-spray is executed onto the surface of the core 2 for the exhaust port used at the time of producing the cylinder head 1 to provide the ceramic thermal-spray film 7. Successively, the exhaust port is integrally cast with the cylinder head 1 constituted with the aluminum alloy by using this cre 2 and the ceramic thermal-spray film 7 of the core 2 is transferred to the inner surface of the exhaust passage 8 to produce the exhaust port.

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】本発明は内燃機関の排気ポー
トに係り、特に断熱および耐熱を目的として排気ガスと
接する排気通路の内面にセラミックス溶射皮膜等を設け
て成る内燃機関の排気ポートおよびその製造方法に関す
るものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an exhaust port of an internal combustion engine, and more particularly to an exhaust port of an internal combustion engine in which a ceramic sprayed coating or the like is provided on an inner surface of an exhaust passage which is in contact with exhaust gas for the purpose of heat insulation and heat resistance, and its manufacture. It is about the method.

【0002】[0002]

【従来の技術】一般的な内燃機関において燃焼室に連通
するシリンダヘッドの排気ポートは、高温の排気ガスに
さらされている。内燃機関の熱効率を向上させるために
は、燃焼熱を外部へ伝えない断熱構造が当該排気ポート
に必要であり、また排気ガス温度を高く保持すること
は、未燃成分濃度を低減させるのに必要であるととも
に、ターボチャージャー装着車ではその性能の向上が見
込まれることとなる。このような理由から、従来の内燃
機関においては、排気ポートを断熱性、耐熱性に優れた
セラミックス、あるいは他の断熱性の高い材料にて形成
することで、冷却系統の小型軽量化および熱負荷低減に
よる耐久性の向上を図っている。
2. Description of the Related Art In a general internal combustion engine, an exhaust port of a cylinder head communicating with a combustion chamber is exposed to high temperature exhaust gas. In order to improve the thermal efficiency of the internal combustion engine, a heat insulating structure that does not transfer combustion heat to the outside is required in the exhaust port, and maintaining a high exhaust gas temperature is necessary to reduce the concentration of unburned components. In addition, the performance of turbocharged vehicles is expected to improve. For this reason, in the conventional internal combustion engine, the exhaust port is made of ceramics having excellent heat insulating properties and heat resistance, or other material having high heat insulating properties to reduce the size and weight of the cooling system and reduce the heat load. We are aiming to improve durability by reducing it.

【0003】上記排気ポートを製造する方法としては、
例えば図8および図9に示すようなものがある。図8に
示すようなシリンダヘッド51では、排気通路52の内
面にセラミックス溶射を施して、セラミックス溶射皮膜
53を有する排気ポート54を形成している。また、図
9に示すようなシリンダヘッド51aでは、これを構成
するアルミニウム合金にセラミックスライナ55を鋳包
んで排気ポート54aを一体鋳造している。なお、図に
おいて56は冷却水通路、57は排気バルブ、58はバ
ルブシート、59はバルブガイドを示している。
As a method of manufacturing the exhaust port,
For example, there is one as shown in FIGS. In a cylinder head 51 as shown in FIG. 8, ceramics thermal spraying is applied to the inner surface of the exhaust passage 52 to form an exhaust port 54 having a ceramics thermal spray coating 53. Further, in the cylinder head 51a as shown in FIG. 9, the exhaust line 54a is integrally cast by enclosing the ceramics liner 55 in the aluminum alloy forming the cylinder head 51a. In the figure, 56 is a cooling water passage, 57 is an exhaust valve, 58 is a valve seat, and 59 is a valve guide.

【0004】[0004]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、セラミ
ックス溶射皮膜53を排気通路52の内面に施す製造方
法では、図8に示す如く、狭い排気通路52の内周面に
セラミックス溶射を行うことになるので、施工作業が困
難である上に、複雑な排気通路52の内面形状に均一に
セラミックス溶射皮膜53を設けることは難しく、しか
も研磨などの後加工も必要になるなどの不具合を有して
いた。
However, in the manufacturing method in which the ceramic sprayed coating 53 is applied to the inner surface of the exhaust passage 52, as shown in FIG. 8, ceramic spraying is performed on the inner peripheral surface of the narrow exhaust passage 52. However, the construction work is difficult, and it is difficult to uniformly provide the ceramic sprayed coating 53 on the inner surface of the complicated exhaust passage 52, and further, post-processing such as polishing is required.

【0005】また、排気ポート54aを一体鋳造する方
法では、図9に示す如く、セラミックスライナ55を鋳
包む際に、熱収縮により当該セラミックスライナ55が
破損したり、鋳造欠陥を生じることがあるので、製品の
信頼性に欠けていた。このような問題を解決する手段と
しては、例えば特開昭62ー254960号、特開昭6
1ー126956号、特開平2ー197367号等に開
示されたものがある。
Further, in the method of integrally casting the exhaust port 54a, as shown in FIG. 9, when the ceramic liner 55 is cast and wrapped, the ceramic liner 55 may be damaged or a casting defect may occur due to heat shrinkage. , The product was unreliable. Means for solving such a problem include, for example, JP-A-62-254960 and JP-A-6-264.
There are those disclosed in JP-A 1-126956, JP-A-2-197367 and the like.

【0006】これらセラミックスライナを用いる方法に
共通して言えることは、予めセラミックスを排気通路の
内面形状に精度よく加工する必要があるので、作業工数
が増えるほか、コスト高も招くという欠点があった。し
かも、特開昭62ー254960号の技術ではライナを
鋳込む際、当該ライナ内に冷却媒体を流通させて溶湯と
ライナとの間の「ひけ」を防ぐとしているが、実際の製
造工程では冷却媒体の温度および流通速度を制御するコ
ントロール装置が必要となるため、鋳造コストが高くな
っていた。
What can be said to be common to the methods using these ceramic liners is that the ceramics must be preliminarily machined into the inner shape of the exhaust passage with high accuracy, which results in the increase in the number of work steps and the increase in cost. . Moreover, in the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 62-254960, when a liner is cast, a cooling medium is circulated in the liner to prevent "sink" between the molten metal and the liner, but in the actual manufacturing process, cooling is performed. Since a control device for controlling the temperature and flow rate of the medium is required, the casting cost is high.

【0007】また、特開昭61ー126956号の技術
では、金属製ライナの外面にセラミックス等の断熱層を
溶射により被覆し、該ライナをシリンダヘッドと一体に
鋳込んでいる。この従来技術によれば、セラミックスを
使用したライナに生じる熱膨張差による割れや剥離が無
くなり、中子を必要としないことから生産性に優れてい
るが、セラミックスライナに比べて断熱効果が不十分で
あり、外面に施したセラミックス層と鋳包み金属との密
着力が弱く、内燃機関の運転中の破損の原因となってい
た。さらに、特開平2ー197367号の技術では、チ
タン酸アルミニウムから成る排気ポートライナの開口部
近傍に金ろうとチタンから成るメタライズ層が接合さ
れ、これがアルミニウム合金と隙間なく強固に結合され
ているために鋳造欠陥による諸問題が解決されることに
なる。しかし、この方法はメタライズ層を形成すべく熱
処理を行うため、作業工数が増えてしまうという欠点を
有していた。
Further, in the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 61-126956, an outer surface of a metal liner is coated with a heat insulating layer such as ceramics by thermal spraying, and the liner is cast integrally with a cylinder head. According to this conventional technique, cracking and peeling due to a difference in thermal expansion generated in a liner using ceramics are eliminated, and since a core is not required, productivity is excellent, but a heat insulating effect is insufficient as compared with a ceramic liner. However, the adhesion between the ceramic layer applied to the outer surface and the cast-in metal is weak, which causes damage during operation of the internal combustion engine. Further, in the technique of Japanese Patent Laid-Open No. 2-197367, a metallized layer made of gold braze and titanium is bonded near the opening of the exhaust port liner made of aluminum titanate, and this is firmly bonded to the aluminum alloy without any gap. Problems due to casting defects will be solved. However, this method has a drawback that the number of working steps is increased because the heat treatment is performed to form the metallized layer.

【0008】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、排気ガスと接する排気通路
の内面に設けた断熱層とシリンダヘッドを構成するアル
ミニウム合金との接合界面の密着力を向上させて、耐久
性に優れた内燃機関の排気ポートを提供し、かつ中子へ
のセラミックス溶射と金属溶射のみで能率良く安価に製
造することが可能な内燃機関の排気ポートの製造方法を
提供することにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a bonding interface between a heat insulating layer provided on an inner surface of an exhaust passage in contact with exhaust gas and an aluminum alloy forming a cylinder head. Manufacture of an exhaust port of an internal combustion engine that improves adhesion and provides an exhaust port of an internal combustion engine with excellent durability, and that can be efficiently and inexpensively manufactured only by ceramics spraying and metal spraying on a core. To provide a method.

【0009】[0009]

【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においては、シリンダヘッ
ドを製造する際に用いる排気ポート用中子の表面にセラ
ミックス溶射を行ってセラミックス溶射皮膜を設け、次
いで、この中子を用いてアルミニウム合金により構成さ
れる上記シリンダヘッドと一体鋳造し、上記中子のセラ
ミックス溶射皮膜を排気通路内面に転写させて排気ポー
トを製造している。
In order to solve the problems of the above-mentioned prior art, in the present invention, ceramics thermal spray coating is carried out by performing ceramics thermal spraying on the surface of an exhaust port core used when manufacturing a cylinder head. Then, the core is integrally cast with the cylinder head made of an aluminum alloy, and the ceramic sprayed coating of the core is transferred to the inner surface of the exhaust passage to manufacture the exhaust port.

【0010】また、他の本発明においては、シリンダヘ
ッドを製造する際に用いる排気ポート用中子の表面にセ
ラミックス溶射を行ってセラミックス溶射皮膜を設ける
とともに、このセラミックス溶射皮膜の表面を粗面化
し、さらに上記セラミックス溶射皮膜の表面にアルミニ
ウム溶湯と濡れ性が良い金属材料を溶射して金属溶射皮
膜を設け、次いで、この中子を用いてアルミニウム合金
により構成されるシリンダヘッドと一体鋳造し、上記中
子のセラミックス溶射皮膜および金属溶射皮膜を排気通
路内面に転写させて排気ポートを製造している。
In another aspect of the present invention, ceramics thermal spraying is performed on the surface of the exhaust port core used when manufacturing the cylinder head to provide a ceramics thermal spray coating, and the surface of the ceramic thermal spray coating is roughened. Further, a metal material having good wettability with aluminum molten metal is sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating to provide a metal sprayed coating, and this core is then integrally cast with a cylinder head made of an aluminum alloy, An exhaust port is manufactured by transferring the ceramics sprayed coating and the metal sprayed coating on the core onto the inner surface of the exhaust passage.

【0011】さらに、他の本発明においては、シリンダ
ヘッドを製造する際に用いる排気ポート用中子の表面に
セラミックス溶射を行って、厚さが1.0〜2.0mm
のセラミックス溶射皮膜を設けるとともに、このセラミ
ックス溶射皮膜の表面を粗面化し、さらに上記セラミッ
クス溶射皮膜の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性が良い
金属材料を溶射して、厚さが100〜500μmの金属
溶射皮膜を設け、次いで、この中子を用いてアルミニウ
ム合金により構成されるシリンダヘッドと一体鋳造し、
上記中子のセラミックス溶射皮膜および金属溶射皮膜を
排気通路内面に転写させて排気ポートを製造している。
Further, in another aspect of the present invention, the surface of the exhaust port core used in manufacturing the cylinder head is sprayed with ceramics to have a thickness of 1.0 to 2.0 mm.
Of the ceramic sprayed coating, the surface of the ceramic sprayed coating is roughened, and the surface of the ceramic sprayed coating is further sprayed with a molten aluminum and a metal material having good wettability to obtain a metal spray having a thickness of 100 to 500 μm. A film is provided, and then this core is used to integrally cast a cylinder head made of an aluminum alloy,
The ceramics sprayed coating and the metal sprayed coating of the core are transferred to the inner surface of the exhaust passage to manufacture the exhaust port.

【0012】そして、他の本発明は、請求項1〜3のい
ずれか一の製造方法によって製造された内燃機関の排気
ポートである。
Another aspect of the present invention is an exhaust port of an internal combustion engine manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3.

【0013】[0013]

【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施例に基
づいて詳細に説明する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.

【0014】図1〜図3は本発明に係る内燃機関の排気
ポートの製造方法の実施の形態を示している。図におい
て、1はアルミニウム合金の鋳造品であるシリンダヘッ
ド、2はシリンダヘッド1を製造する際に用いられる排
気ポート用中子である。シリンダヘッド1内の左右箇所
には、燃焼室3に開口する吸気ポート(図示せず)およ
び排気ポート4が形成され、該排気ポート4の近傍部に
はシリンダヘッド1を冷却する複数のウォータジャケッ
ト(冷却水通路)5が形成されている。
1 to 3 show an embodiment of a method for manufacturing an exhaust port of an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is a cylinder head which is a casting of an aluminum alloy, and 2 is a core for an exhaust port used when manufacturing the cylinder head 1. An intake port (not shown) opening to the combustion chamber 3 and an exhaust port 4 are formed at left and right positions inside the cylinder head 1, and a plurality of water jackets for cooling the cylinder head 1 are provided in the vicinity of the exhaust port 4. A (cooling water passage) 5 is formed.

【0015】また、吸気ポート(図示せず)および排気
ポート4の途中の上部には、燃焼室3に向かって傾斜す
る挿入孔6がそれぞれ設けられており、該挿入孔6には
図示しない中空パイプ状のバルブガイドが一体的に取付
けられるようになっている。これらバルブガイドには、
吸気ポート(図示せず)および排気ポート4を開閉する
吸気弁および排気弁(図示せず)がそれぞれ装着され、
内燃機関の駆動時には燃焼室3から排出される高温の排
気ガスが排気ポート4を通って外部へ排出されるように
構成されている。
Insertion holes 6 that are inclined toward the combustion chamber 3 are provided in the upper portions of the intake port (not shown) and the exhaust port 4, respectively, and the insertion holes 6 are hollow (not shown). A pipe-shaped valve guide can be attached integrally. These valve guides include
An intake valve and an exhaust valve (not shown) for opening and closing the intake port (not shown) and the exhaust port 4 are mounted,
When the internal combustion engine is driven, the high temperature exhaust gas discharged from the combustion chamber 3 is configured to be discharged to the outside through the exhaust port 4.

【0016】上記排気ポート4は、高温の排気ガスと接
する面に断熱性および耐熱性を付与するため、排気ポー
ト用中子2の表面に設けられたセラミックス溶射皮膜7
を排気通路8の内面に転写させることによって形成され
ている。このセラミックス溶射皮膜7は、断熱性および
耐熱性に優れており、その断熱効果によってシリンダヘ
ッド1に逃げる熱を低減させている。なお、図2におい
て、9はウォータジャケット5を形成するための中子で
ある。
The exhaust port 4 has a ceramic sprayed coating 7 provided on the surface of the exhaust port core 2 in order to impart heat insulation and heat resistance to the surface in contact with the high temperature exhaust gas.
Is formed on the inner surface of the exhaust passage 8. This ceramic sprayed coating 7 has excellent heat insulation and heat resistance, and the heat escaping effect reduces heat escaping to the cylinder head 1. In FIG. 2, 9 is a core for forming the water jacket 5.

【0017】次に、本実施の形態の排気ポート4の製造
方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the exhaust port 4 of this embodiment will be described.

【0018】まず、排気ポート用中子2の表面に必要に
応じて離型剤を塗布する。そして、図1に示す如く、排
気ポート用中子2の表面に断熱、耐熱に優れるジルコニ
アセラミックス粉末(ZrO2 ー8%Y2 3 )を溶射
し、当該排気ポート用中子2の表面にセラミックス溶射
皮膜7を設ける。このセラミックス溶射皮膜7の厚さ
は、1.0〜2.0mmが適当であり、厚さが1.0m
mよりも薄いと断熱効果が低くなり、厚さが2.0mm
よりも厚いとコスト高を招くことになる。
First, a release agent is applied to the surface of the exhaust port core 2 if necessary. Then, as shown in FIG. 1, zirconia ceramic powder (ZrO 2 -8% Y 2 O 3 ) having excellent heat insulation and heat resistance is sprayed onto the surface of the exhaust port core 2, and the surface of the exhaust port core 2 is sprayed. A ceramic sprayed coating 7 is provided. The ceramic sprayed coating 7 preferably has a thickness of 1.0 to 2.0 mm and a thickness of 1.0 m.
If it is thinner than m, the heat insulation effect will be reduced and the thickness will be 2.0 mm.
If the thickness is thicker, the cost will increase.

【0019】次いで、ジルコニアセラミックス溶射皮膜
7を施した排気ポート用中子2を用いて、図2に示す如
く、これを鋳包むと同時にアルミニウム合金で構成され
るシリンダヘッド1と一体鋳造する。この時、排気ポー
ト用中子2の表面に施されたセラミックス溶射皮膜7が
アルミニウム溶湯と接すると、当該セラミックス溶射皮
膜7の表面が加熱され、アルミニウム溶湯が融着する。
Then, using the exhaust port core 2 having the zirconia ceramics sprayed coating 7, as shown in FIG. 2, the core 2 is cast and simultaneously cast integrally with the cylinder head 1 made of an aluminum alloy. At this time, when the ceramic sprayed coating 7 applied to the surface of the exhaust port core 2 comes into contact with the aluminum molten metal, the surface of the ceramic sprayed coating 7 is heated and the aluminum molten metal is fused.

【0020】上記アルミニウム溶湯の凝固後に排気ポー
ト用中子2を除去すると、当該排気ポート用中子2の表
面に溶射して設けたセラミックス溶射皮膜7のジルコニ
ア層が、排気通路8の内面に転写され、図3に示すよう
な排気ポート4が得られる。この時、排気ポート用中子
2の外周形状がそのままジルコニア層表面に転写される
ので、後加工は不必要となる。なお、本実施の形態にお
いては、断熱性および耐熱性を有するセラミックス溶射
皮膜7としてジルコニアセラミックスを用いたが、内燃
機関の使用条件によってはアルミナ(Al2 3 )ある
いは窒化けい素(Si3 4 )などのセラミックスを用
いることも可能である。
When the exhaust port core 2 is removed after the aluminum melt is solidified, the zirconia layer of the ceramic sprayed coating 7 formed by thermal spraying on the surface of the exhaust port core 2 is transferred to the inner surface of the exhaust passage 8. Then, the exhaust port 4 as shown in FIG. 3 is obtained. At this time, since the outer peripheral shape of the exhaust port core 2 is directly transferred to the surface of the zirconia layer, post-processing is unnecessary. In the present embodiment, zirconia ceramics is used as the ceramic sprayed coating 7 having heat insulation and heat resistance, but alumina (Al 2 O 3 ) or silicon nitride (Si 3 N 3 ) may be used depending on the operating conditions of the internal combustion engine. It is also possible to use ceramics such as 4 ).

【0021】本実施の形態の製造方法では、表面にセラ
ミックス溶射皮膜7を溶射することにより設けた排気ポ
ート用中子2を用いてシリンダヘッド1と一体鋳造し、
当該セラミックス溶射皮膜7を排気通路8の内面に転写
しているため、断熱性および耐熱性に優れ、アルミニウ
ム合金と良好な密着を保ったセラミックス溶射皮膜7の
層を排気通路8の内面に有する排気ポート4を効率よく
安価に製造することができる。
In the manufacturing method according to the present embodiment, the exhaust port core 2 provided by spraying the ceramic sprayed coating 7 on the surface is used to integrally cast with the cylinder head 1.
Since the ceramic sprayed coating 7 is transferred onto the inner surface of the exhaust passage 8, the exhaust having the layer of the ceramic sprayed coating 7 having excellent heat insulation and heat resistance and keeping good adhesion with the aluminum alloy on the inner surface of the exhaust passage 8. The port 4 can be manufactured efficiently and inexpensively.

【0022】図4〜図7は他の本発明に係る内燃機関の
排気ポートの製造方法の実施の形態を示しており、上記
した発明と同一部材には同一符号を付して説明を省略す
る。この発明の実施の形態では、上記した排気ポート用
中子2の表面に設けたセラミックス溶射皮膜7を鋳包む
際に、シリンダヘッド1のアルミニウム合金との密着力
を向上させるため、当該セラミックス溶射皮膜7の表面
に金属溶射皮膜10を設けて、注湯時の熱エネルギーと
アンカー効果によりアルミニウム合金と融着させてい
る。
4 to 7 show another embodiment of the method for manufacturing an exhaust port of an internal combustion engine according to the present invention. The same members as those of the above-mentioned invention are designated by the same reference numerals and their description is omitted. . In the embodiment of the present invention, when the ceramic sprayed coating 7 provided on the surface of the exhaust port core 2 described above is cast and wrapped, the ceramic sprayed coating is improved in order to improve the adhesion with the aluminum alloy of the cylinder head 1. A metal sprayed coating 10 is provided on the surface of No. 7, and is fused with an aluminum alloy by the heat energy at the time of pouring and the anchor effect.

【0023】次に、本実施の形態の排気ポート4aの製
造方法を説明する。
Next, a method of manufacturing the exhaust port 4a of this embodiment will be described.

【0024】まず、上記した発明の手順で、排気ポート
用中子2の表面に図1で示すと同様のセラミックス溶射
皮膜7を設ける。この時、次に溶射される金属との密着
を良好にして注湯時のアンカー効果を有効的に利用する
ため、セラミックス溶射皮膜7の表面が適度に凹凸とな
るように粗面化すべく溶射条件を調整する。例えば、本
実施の形態ではセラミックス溶射皮膜7の表面の中心線
平均表面粗さを5μmRa以上とした。
First, according to the procedure of the invention described above, the same ceramic sprayed coating 7 as shown in FIG. 1 is provided on the surface of the exhaust port core 2. At this time, in order to improve the adhesion with the metal to be sprayed next time and effectively utilize the anchor effect at the time of pouring, the spraying conditions of the ceramic sprayed coating 7 should be roughened so that the surface thereof becomes appropriately uneven. Adjust. For example, in the present embodiment, the center line average surface roughness of the surface of the ceramic sprayed coating 7 is set to 5 μmRa or more.

【0025】そしてさらに、図4に示す如く、上記セラ
ミックス溶射皮膜7の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性
が良くて、合金成分として汎用性のあるZn、Al、C
u、Niを1種または2種以上含む金属材料を溶射す
る。この時、下層のジルコニアセラミックス溶射皮膜7
の層表面は粗面化されているため、アンカー効果により
金属溶射皮膜10の金属溶射層はジルコニア溶射層と強
固に結合する。この金属溶射皮膜10の厚さは、100
〜500μmが適当であり、好ましくは200〜300
μmである。金属溶射皮膜10の厚さが100μmより
も薄いと熱膨張による熱応力の緩和ができなくなり、厚
さが500μmよりも厚いとコスト高を招くことにな
る。また、金属の溶射条件は、アルミニウム溶湯が流れ
込んだときに酸化膜を破る働きを有し、アンカー効果を
有効的に発揮させるため表面が適度に凹凸になるように
調整する。例えば、本実施の形態では金属溶射皮膜10
の表面の中心線平均表面粗さを15〜30μmRaとし
た。
Further, as shown in FIG. 4, Zn, Al, and C, which have good general wettability with the molten aluminum on the surface of the ceramic sprayed coating 7 and have versatility as alloying components.
A metal material containing one or more of u and Ni is sprayed. At this time, the lower layer zirconia ceramics sprayed coating 7
Since the surface of the layer is roughened, the metal sprayed layer of the metal sprayed coating 10 is firmly bonded to the zirconia sprayed layer by the anchor effect. The thickness of this metal spray coating 10 is 100
To 500 μm is suitable, and preferably 200 to 300
μm. If the thickness of the metal spray coating 10 is less than 100 μm, the thermal stress due to thermal expansion cannot be relaxed, and if the thickness is more than 500 μm, the cost will increase. Further, the conditions for thermal spraying of the metal have the function of breaking the oxide film when the molten aluminum flows in, and are adjusted so that the surface is appropriately uneven in order to effectively exhibit the anchor effect. For example, in the present embodiment, the metal spray coating 10
The center line average surface roughness of the surface of was set to 15 to 30 μmRa.

【0026】次いで、ジルコニアセラミックス溶射皮膜
7および金属溶射皮膜10を施した排気ポート用中子2
を用いて、図5に示す如く、これを鋳包むと同時にアル
ミニウム合金で構成されるシリンダヘッド1と一体鋳造
する。この時、排気ポート用中子2の表面に施された金
属溶射皮膜10がアルミニウム溶湯と接すると、金属溶
射皮膜10の表面が加熱・溶融され、アルミニウム溶湯
が融着し、アンカー効果により凝固後は強固な界面が得
られる。鋳造時のジルコニアセラミックス溶射皮膜7の
層に対する熱応力は、この金属溶射皮膜10の層によっ
て緩和されるため、クラックの発生や皮膜の剥離が問題
となることはない。
Next, the exhaust port core 2 having the zirconia ceramic spray coating 7 and the metal spray coating 10 applied thereto.
As shown in FIG. 5, this is cast-in and simultaneously cast integrally with the cylinder head 1 made of an aluminum alloy. At this time, when the metal spray coating 10 applied to the surface of the exhaust port core 2 comes into contact with the aluminum melt, the surface of the metal spray coating 10 is heated and melted, and the aluminum melt is fused and solidified by the anchor effect. Provides a strong interface. Since the thermal stress applied to the layer of the zirconia ceramics sprayed coating 7 during casting is relieved by the layer of the metal sprayed coating 10, cracking and peeling of the coating are not a problem.

【0027】上記アルミニウム溶湯の凝固後に排気ポー
ト用中子2を除去すると、当該排気ポート用中子2の表
面に溶射して設けたセラミックス溶射皮膜7のジルコニ
ア層および金属溶射皮膜10の金属溶射層{NiーAl
(80%ー20%)合金粉末溶射層}が、排気通路8の
内面に転写され、図6に示すような排気ポート4aが得
られる。この時、排気ポート用中子2の外周形状がその
ままジルコニア層表面に転写されるので、上記発明の実
施の形態と同様、後加工は不必要となる。
When the exhaust port core 2 is removed after the aluminum molten metal is solidified, the zirconia layer of the ceramic sprayed coating 7 and the metal sprayed layer of the metal sprayed coating 10 which are thermally sprayed on the surface of the exhaust port core 2 are removed. {Ni-Al
The (80% -20%) alloy powder sprayed layer} is transferred to the inner surface of the exhaust passage 8 to obtain the exhaust port 4a as shown in FIG. At this time, the outer peripheral shape of the exhaust port core 2 is transferred to the surface of the zirconia layer as it is, so that post-processing is not required, as in the embodiment of the invention described above.

【0028】本実施の形態の製造方法では、表面にセラ
ミックス溶射皮膜7および金属溶射皮膜10を溶射する
ことにより設けた排気ポート用中子2を用いてシリンダ
ヘッド1と一体鋳造し、当該セラミックス溶射皮膜7を
排気通路8の内面に転写しているため、断熱性および耐
熱性に優れ、アルミニウム合金とより一層良好な密着を
保ったセラミックス溶射皮膜7および金属溶射皮膜10
の層を排気通路8の内面に有する排気ポート4aを効率
よく安価に製造することができる。製造された排気ポー
ト4aにおいては、図7の顕微鏡写真で示すように、金
属溶射皮膜10の金属溶射層とシリンダヘッド1のアル
ミニウム合金との界面が鋳包み時の溶湯の熱エネルギー
およびアンカー効果によって強固に密着していることが
判る。
In the manufacturing method of the present embodiment, the ceramics sprayed coating 7 and the metal sprayed coating 10 are sprayed on the surface of the exhaust port core 2 for integral casting with the cylinder head 1 and the ceramics sprayed. Since the coating 7 is transferred to the inner surface of the exhaust passage 8, the ceramics thermal spray coating 7 and the metal thermal spray coating 10 have excellent heat insulating properties and heat resistances and maintain a better adhesion with the aluminum alloy.
The exhaust port 4a having the above layer on the inner surface of the exhaust passage 8 can be efficiently manufactured at low cost. In the manufactured exhaust port 4a, as shown in the micrograph of FIG. 7, the interface between the metal sprayed layer of the metal sprayed coating 10 and the aluminum alloy of the cylinder head 1 depends on the thermal energy of the molten metal during casting and the anchor effect. You can see that they are firmly attached.

【0029】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変
更が可能である。
Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes can be made based on the technical idea of the present invention. is there.

【0030】[0030]

【発明の効果】上述の如く、本発明に係る内燃機関の排
気ポートの製造方法は、シリンダヘッドを製造する際に
用いる排気ポート用中子の表面にセラミックス溶射を行
ってセラミックス溶射皮膜を設け、次いで、この中子を
用いてアルミニウム合金により構成される上記シリンダ
ヘッドと一体鋳造し、上記中子のセラミックス溶射皮膜
を排気通路内面に転写させて排気ポートを製造している
ので、断熱性および耐熱性に優れ、アルミニウム合金と
良好に密着したセラミックス溶射皮膜を排気通路内面に
有する排気ポートを効率よく安価に製造することができ
る。しかも、本発明の製造方法は、排気ポート用中子の
外周形状がそのままセラミックス溶射皮膜層表面に転写
されるので、後加工は不要となり、排気ポートを能率良
く低コストにて製造することが可能となる。
As described above, in the method for manufacturing the exhaust port of the internal combustion engine according to the present invention, the surface of the exhaust port core used for manufacturing the cylinder head is sprayed with ceramics to form a ceramic sprayed coating, Next, this core is integrally cast with the cylinder head made of aluminum alloy, and the ceramic sprayed coating of the core is transferred to the inner surface of the exhaust passage to manufacture the exhaust port, so that heat insulation and heat resistance are improved. It is possible to efficiently and inexpensively manufacture an exhaust port having a ceramic sprayed coating, which has excellent properties and is in good contact with an aluminum alloy, on the inner surface of the exhaust passage. Moreover, in the manufacturing method of the present invention, since the outer peripheral shape of the core for the exhaust port is directly transferred to the surface of the ceramic sprayed coating layer, no post-processing is required, and the exhaust port can be manufactured efficiently and at low cost. Becomes

【0031】また、本発明に係る内燃機関の排気ポート
の製造方法は、シリンダヘッドを製造する際に用いる排
気ポート用中子の表面にセラミックス溶射を行ってセラ
ミックス溶射皮膜を設けるとともに、このセラミックス
溶射皮膜の表面を粗面化し、さらに上記セラミックス溶
射皮膜の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性が良い金属材
料を溶射して金属溶射皮膜を設け、次いで、この中子を
用いてアルミニウム合金により構成されるシリンダヘッ
ドと一体鋳造し、上記中子のセラミックス溶射皮膜およ
び金属溶射皮膜を排気通路内面に転写させて排気ポート
を製造しているので、上記発明と同様の効果が得られる
一方、金属溶射皮膜層が熱応力を緩和して皮膜の破損を
防ぐ上、アルミニウム合金と融着することによって、排
気ガスと接する排気通路の内面に設けた断熱層とシリン
ダヘッドを構成するアルミニウム合金との接合界面が強
固に密着させることが可能となり、より一層耐久性に優
れた排気ポートを製造できる。しかも、本発明の製造方
法は、中子へのセラミックス溶射と金属溶射を行うだけ
であるので、セラミックスライナを精度良く加工してか
ら鋳包む従来の製造方法に比べて、はるかに能率的であ
り、安価に製造することができる。
Further, in the method for manufacturing the exhaust port of the internal combustion engine according to the present invention, the surface of the exhaust port core used for manufacturing the cylinder head is sprayed with ceramics to form a ceramics sprayed coating, and the ceramics sprayed. A cylinder made of an aluminum alloy by roughening the surface of the coating, further spraying a molten aluminum and a metal material having good wettability on the surface of the ceramic sprayed coating to form a metal sprayed coating, and then using this core. The head is integrally cast and the ceramic sprayed coating and the metal sprayed coating of the core are transferred onto the inner surface of the exhaust passage to produce the exhaust port, so that the same effect as the above invention can be obtained, while the metal sprayed coating layer is In addition to relieving thermal stress and preventing damage to the coating, it is also possible to eliminate exhaust gas coming in contact with exhaust gas by fusing with aluminum alloy. Bonding interface between the aluminum alloy it is possible to firmly contact constituting the heat insulating layer and a cylinder head provided on the inner surface of the passageway can be produced more exhaust ports more excellent in durability. Moreover, since the manufacturing method of the present invention only performs ceramic spraying and metal spraying on the core, it is far more efficient than the conventional manufacturing method in which the ceramics liner is accurately processed and then cast-in. , Can be manufactured at low cost.

【0032】さらに、本発明に係る内燃機関の排気ポー
トの製造方法は、シリンダヘッドを製造する際に用いる
排気ポート用中子の表面にセラミックス溶射を行って、
厚さが1.0〜2.0mmのセラミックス溶射皮膜を設
けるとともに、このセラミックス溶射皮膜の表面を粗面
化し、さらに上記セラミックス溶射皮膜の表面にアルミ
ニウム溶湯と濡れ性が良い金属材料を溶射して、厚さが
100〜500μmの金属溶射皮膜を設け、次いで、こ
の中子を用いてアルミニウム合金により構成されるシリ
ンダヘッドと一体鋳造し、上記中子のセラミックス溶射
皮膜および金属溶射皮膜を排気通路内面に転写させて排
気ポートを製造しているので、上記発明と同様の効果が
得られる一方、断熱効果の高いセラミックス溶射皮膜を
設けることができるとともに、鋳造時の熱膨張による熱
応力を緩和する金属溶射皮膜を確実に設けることができ
る。
Further, in the method for manufacturing an exhaust port of an internal combustion engine according to the present invention, ceramics is sprayed on the surface of an exhaust port core used when manufacturing a cylinder head,
A ceramic sprayed coating having a thickness of 1.0 to 2.0 mm is provided, the surface of the ceramic sprayed coating is roughened, and aluminum molten metal and a metal material having good wettability are sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating. , A metal spray coating having a thickness of 100 to 500 μm is provided, and then the core is integrally cast with a cylinder head made of an aluminum alloy to form the ceramic spray coating and the metal spray coating of the core on the inner surface of the exhaust passage. Since the exhaust port is manufactured by transferring to a metal, the same effects as those of the above invention can be obtained, and on the other hand, a ceramic sprayed coating having a high heat insulating effect can be provided and a metal that relaxes thermal stress due to thermal expansion during casting. The sprayed coating can be surely provided.

【0033】そして、本発明に係る内燃機関の排気ポー
トは、上記した発明の製造方法により製造されたので、
セラミックス溶射皮膜層による断熱効果でシリンダヘッ
ドに逃げる熱を低減させることが可能となり、冷却系統
を小型軽量化できるとともに、シリンダヘッドへの熱負
荷低減も見込まれ、耐久性の向上を図ることができる。
また、本発明の排気ポートでは、排気ガス温度の上昇に
よるターボ効率の向上および触媒浄化作用の向上が図れ
るので、これを有するシリンダヘッドを使用することに
よりターボチャージャー装着車の性能を高めることがで
きる。
Since the exhaust port of the internal combustion engine according to the present invention is manufactured by the manufacturing method of the invention described above,
It is possible to reduce the heat escaping to the cylinder head due to the heat insulation effect of the ceramic sprayed coating layer, which makes it possible to reduce the size and weight of the cooling system and also to reduce the heat load on the cylinder head, thus improving durability. .
Further, in the exhaust port of the present invention, it is possible to improve the turbo efficiency and the catalyst cleaning action by increasing the exhaust gas temperature, and therefore the performance of the vehicle equipped with the turbocharger can be enhanced by using the cylinder head having this. .

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

【図1】本発明の実施の形態に係る内燃機関の排気ポー
トの排気通路を形成する中子の表面にセラミックス溶射
皮膜を設けた状態を概念的に示す断面図である。
FIG. 1 is a sectional view conceptually showing a state in which a ceramic sprayed coating is provided on the surface of a core forming an exhaust passage of an exhaust port of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.

【図2】上記セラミックス溶射皮膜を設けた中子を用い
て排気ポートを鋳造する状態を概念的に示す断面図であ
る。
FIG. 2 is a sectional view conceptually showing a state in which an exhaust port is cast using a core provided with the ceramic sprayed coating.

【図3】図2における中子の除去後、セラミックス溶射
皮膜が排気通路内面に転写されて製造された排気ポート
を概念的に示す断面図である。
FIG. 3 is a sectional view conceptually showing an exhaust port manufactured by transferring the ceramic sprayed coating to the inner surface of the exhaust passage after removing the core in FIG.

【図4】図1における中子のセラミックス溶射皮膜の表
面に金属溶射皮膜を設けた状態を概念的に示す断面図で
ある。
FIG. 4 is a sectional view conceptually showing a state in which a metal spray coating is provided on the surface of the ceramic spray coating of the core in FIG.

【図5】上記2層の溶射皮膜を設けた中子を用いて排気
ポートを鋳造する状態を概念的に示す断面図である。
FIG. 5 is a sectional view conceptually showing a state in which an exhaust port is cast using a core provided with the above-mentioned two-layer thermal spray coating.

【図6】図5における中子の除去後、2層の溶射皮膜が
排気通路内面に転写されて製造された排気ポートを概念
的に示す断面図である。
FIG. 6 is a sectional view conceptually showing an exhaust port manufactured by transferring two layers of the sprayed coating to the inner surface of the exhaust passage after removing the core in FIG.

【図7】金属溶射皮膜の層とアルミニウム合金の界面
が、鋳包み時の熱エネルギーおよびアンカー効果によっ
て強固に密着していることを示す200倍の顕微鏡写真
である。
FIG. 7 is a 200 × micrograph showing that the interface between the layer of the metal spray coating and the aluminum alloy is firmly adhered by the heat energy during casting and the anchor effect.

【図8】従来例において、セラミックス溶射皮膜を排気
通路の内面に設けた内燃機関の排気ポートを概念的に示
す断面図である。
FIG. 8 is a sectional view conceptually showing an exhaust port of an internal combustion engine in which a ceramic sprayed coating is provided on the inner surface of an exhaust passage in a conventional example.

【図9】他の従来例において、セラミックスライナを鋳
包んだ内燃機関の排気ポートを概念的に示す断面図であ
る。
FIG. 9 is a sectional view conceptually showing an exhaust port of an internal combustion engine in which a ceramics liner is cast in another conventional example.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 シリンダヘッド 2 排気ポート用中子 4,4a 排気ポート 7 セラミックス溶射皮膜 8 排気通路 10 金属溶射皮膜 1 Cylinder Head 2 Core for Exhaust Port 4,4a Exhaust Port 7 Ceramic Sprayed Coating 8 Exhaust Passage 10 Metal Sprayed Coating

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 シリンダヘッドを製造する際に用いる排
気ポート用中子の表面にセラミックス溶射を行ってセラ
ミックス溶射皮膜を設け、次いで、この中子を用いてア
ルミニウム合金により構成される上記シリンダヘッドと
一体鋳造し、上記中子のセラミックス溶射皮膜を排気通
路内面に転写させて排気ポートを製造することを特徴と
する内燃機関の排気ポートの製造方法。
1. A cylinder head for exhaust ports, which is used for manufacturing a cylinder head, is sprayed with ceramics to form a ceramic sprayed coating on the surface of the core, and the cylinder head is made of an aluminum alloy. A method for manufacturing an exhaust port of an internal combustion engine, which comprises integrally casting and transferring the ceramic sprayed coating of the core onto an inner surface of an exhaust passage to manufacture an exhaust port.
【請求項2】 シリンダヘッドを製造する際に用いる排
気ポート用中子の表面にセラミックス溶射を行ってセラ
ミックス溶射皮膜を設けるとともに、このセラミックス
溶射皮膜の表面を粗面化し、さらに上記セラミックス溶
射皮膜の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性が良い金属材
料を溶射して金属溶射皮膜を設け、次いで、この中子を
用いてアルミニウム合金により構成されるシリンダヘッ
ドと一体鋳造し、上記中子のセラミックス溶射皮膜およ
び金属溶射皮膜を排気通路内面に転写させて排気ポート
を製造することを特徴とする内燃機関の排気ポートの製
造方法。
2. A ceramic sprayed coating is formed by performing ceramics spraying on the surface of an exhaust port core used when manufacturing a cylinder head, and the surface of this ceramic sprayed coating is roughened. A surface of the metal is sprayed onto the surface of the molten aluminum and a metal material having good wettability to form a metal sprayed coating, and then this core is integrally cast with a cylinder head made of an aluminum alloy, and the ceramic sprayed coating of the core and A method for manufacturing an exhaust port of an internal combustion engine, which comprises manufacturing an exhaust port by transferring a metal spray coating to an inner surface of an exhaust passage.
【請求項3】 シリンダヘッドを製造する際に用いる排
気ポート用中子の表面にセラミックス溶射を行って、厚
さが1.0〜2.0mmのセラミックス溶射皮膜を設け
るとともに、このセラミックス溶射皮膜の表面を粗面化
し、さらに上記セラミックス溶射皮膜の表面にアルミニ
ウム溶湯と濡れ性が良い金属材料を溶射して、厚さが1
00〜500μmの金属溶射皮膜を設け、次いで、この
中子を用いてアルミニウム合金により構成されるシリン
ダヘッドと一体鋳造し、上記中子のセラミックス溶射皮
膜および金属溶射皮膜を排気通路内面に転写させて排気
ポートを製造することを特徴とする内燃機関の排気ポー
トの製造方法。
3. A ceramic sprayed coating having a thickness of 1.0 to 2.0 mm is formed on the surface of an exhaust port core used when manufacturing a cylinder head, and a ceramic sprayed coating having a thickness of 1.0 to 2.0 mm is formed. The surface is roughened, and a molten aluminum and a metal material having good wettability are sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating to obtain a thickness of 1
A metal sprayed coating having a thickness of 00 to 500 μm is provided, and then this core is integrally cast with a cylinder head made of an aluminum alloy to transfer the ceramic sprayed coating and the metal sprayed coating of the core onto the inner surface of the exhaust passage. A method for manufacturing an exhaust port of an internal combustion engine, which comprises manufacturing an exhaust port.
【請求項4】 請求項1〜3のいずれか一の製造方法に
よって製造された内燃機関の排気ポート。
4. An exhaust port of an internal combustion engine manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
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