JPS59224409A - 内燃機関用シリンダヘツド - 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】 本発明は、内燃（凌関に係り、更に訂■１には内燃ｌＸ
Ｉ！開のシリンダヘッドに係る。

内燃（幾関は一般に、ビス１ヘンと、該ピストンを往復
動可能に支持するシリンダブロックと、ビス１ヘン及び
シリンダブロックと共働１ノー（燃″１３冒゛’−を郭
定するシリンダヘッドとを含ん（・おり、シリンダヘッ
ドにはガソリンの如き燃ゎ］ど空気との混合気を燃焼室
内へ導入づるための吸気ボートど、内燃（幾関によりカ
ムシｐ）１へ等を介して１目見勤されることにより吸気
ボー［・を開閉する吸気バルブどが設（月うれＵＪｊす
、吸気ポー１への燃焼室側聞［１端には吸気バルブの閉
弁１１ｉに吸気バルブのバルブフエースと密に当接する
バルブシート部が設蕎）られ（いる。

一般に、シリンダヘッド自体はｔＹｍ化及び成型性の点
からアルミニウム合金の如き軽金属にて形成されている
が、バルブシー［〜部には内燃機関の運転中に吸気バル
ブが繰返し衝当し、またバルブシート部は燃焼室内に於
りる混合気の爆発によって発生する熱による過酷な温度
条件に１嘱されるしのであるため、バルブシー１へ部に
は従来より一般に、吸気バルブとの摩擦接触及び燃焼生
成物による摩耗、溶損による吹き抜り、吸気バルブの衝
当によるへたりを防止し、またバルブシー［一部の熱に
よる拡径膨張を抑制リベ＜、柿畝や鉄系焼結４．イより
なるリング状のバルブシートが圧入により固定されてい
る。

かかる従来のシリングｌベッドに於ては、鋳ａや鉄系焼
結材の熱膨張率及び熱伝導率がアルミニウム合金の如き
軽金属に比して小さく、Ｊ、たそれらの耐摩耗性も必ず
しも十分なものではないため、内燃機Ｂ９の高性能化に
イ′１！いバルブシーＬ〜の耐摩耗牲の不足、シリンダ
ブロック本体とバルブシートとの熱膨張差によるバルブ
シートの脱落、吸気パルプコリパルプシー１・を経てシ
リンダブに１１ツク体へ熱が必ずしも効果的に伝）ヱさ
れないことに起込１する吸気バルブの熱負荷の増大など
の問題が生じている。Ｊ、た従来のシリンダブロックに
於ては、シリンダヘッド本体に形成されたリレスにバル
ブシー１へを圧入にＪ、って固定する必要があるため、
シリンダヘッド本体のバルブシー［・の受（〕る〕可の
強庇及びゴ法がバルブシートを圧入により固定りるに足
る値に設定されな（）ればならり゛、そのため、バルブ
シー［−及び吸気バルブの直径が制限され、Ｊ、たシリ
ンダヘッド内の冷７ＪＪ水通路をバルブシート及び意力
２室に）バ付けてシリンダヘッドの冷７．１１効率を上
げることができす゛、−でのため内燃（爪間の高性能化
を図ることが困難である。

本発明は、従来のシリンダヘッドに於１）る上述の如き
不具合に鑑み、かかる不具合を生じることがないにう改
良されたシリングｌベッドを提供することを目的としく
いる。

かかる目的は、本発明によれば、繊維にて複合強化され
た軽金属にて構成された吸気バルブ用バルブシート部’
２　、（’４　”ｌる内燃機関用シリンダヘッドによっ
て達成される。

本発明よれば、バルブシー１へ部は繊維により複合強化
されるので、バルブシー［・部のバルブシート面の耐摩
耗性が十分に確保され、またバルブシート部の剛性が向
上され−での熱膨張が抑制されるので、バルブシー［一
部の摩損、ｌ＼たり、溶Ｊ［口こよる吹き抜けなどが生
じることなくシリンダヘッドを長＋！ＩＪ間に亙り使用
づ−ることがＣざる。また本発明によれば、バルブシー
ト部をシリンダヘッド本体と同一または同様の軽金属に
でシリンダヘッド本体と一体的に形成することが可能で
あるので、従来のシリンダヘッド場合の如くシリンダブ
ロックの脱落が生じることがなく、従来のシリンダヘッ
ドに比して熱伝導性が向」ニすることにＪ、り吸気バル
ブの熱負荷が低減され、Ｊ：たシリンダヘッドを軽Ｍ化
することができる。更に本発明によれば、バルブシート
部がシリンダヘッド本体と一体に形成されＩＩ　ｆ！ｉ
　左ｆ［にてｒ！Ｊ合強化されるので、従来のシリンダ
ヘッドに比してバルブシーＩ・及び吸気バルブの大径化
を図り、冷却水通路をシリンダブ［１ツク及び燃焼室に
近ず１（〕ることが可能ひあるので、内燃１穴間の高性
能化を図ることができる。

尚本発明に於て使用される軽金属はシリンダヘッド本体
を構成づる軽金属ど同一また（よ同様の軽金属てあって
゛良く、特にアルミニウム合金やマグオシラム合金が好
ましい。また煕肩ｔはアルミニウム合金やマグネシウム
合金どの密着性に侵れ、耐摩耗性向１．−、９））果、
強度向上効果、熱膨張抑制効果などに１１ねたアルミナ
織肘〔、アルミ犬−シリカわ（紐、炭化ケイ素摂帷、炭
化ケイ素ボイス力、窒化ケイ素小イス力、炭素れ％ａ及
びそれらの１１合μであることが好ましく、・でれらの
体槓率ＧＪ、使用される繊維にＪ、っＣ異なるが５へ一
５０％程痕であることが好ましい。

また本発明によるシリンダｌベッドは、高圧鋳造法など
の加圧鋳造θ、５にたはマ［・リックス金屈と強化繊維
どの況Ｙ５）を焼結させることにより繊維にて強化され
た軽金属よりなるバルブシート素材を形成し、該バルブ
シート素材をシリンダヘッド本体に圧入ツることにより
固定りるが又はシリンダヘッド鋳造用の鋳Ｗ！内の所定
の位置にバルブシート素材を配「イして鋳込むことによ
り￥Ｊ造されで良いが、シリンダヘッド本体とバルブシ
ーＩ・との一体性を確保するためには、バルブシー［−
素材を鋳込む方法が好ましい。

以下に添付の図を参照しつつ１本発明を実施例について
詳細に説明する。

第１図は本発明によるシリンダヘッドを吸気バルブの軸
線に沿って切断して示す縦断面図、りｆｒ　２図は第１
図に示された実施例の要部を示１拡大部分断面図である
。これらの図に於て、１はシリンダヘッドを示しており
、該シリンダヘッドは吸気ボート２を有している。シリ
ンダヘッド１はその下端にて図には示されていないがシ
リンダブ［Ｉツクに連結され、シリンダブロック及びシ
リンダブ０ツク内に往復動可能に支持されるビス］−ン
と共働して燃焼室３を郭定づるようになっている。シリ
ンダヘラＩ〜１　ｆｃ　４−Ｊ、特１．Ａにて形成され
たバルブステムガイド４かバルブステムガイド挿通孔５
に圧入により固定され（いる。バルブスうムガ、イド４
（Ｊス゛ｊ／、＼がイド孔（ｊを右してＪノリ、該スフ
］、ガイド孔に【よ吸気バルブ７のステム８が往復動司
能に挿通されている。ステム８のバルブ要素９を担持づ
る側の端部とは反対側の端部にＧＪｌ、図（、二は示さ
れていないが半割りの二つの【二１ツクピースを介しく
バルブスプリングリデーナが固定され（６３す、該バル
ブスプリングリブ−ノーとシリングｌベッド′ｌのシー
１−面′１０との間（。こは吸気バルブ７に閉弁位１行
へ（＝Ｊ　９！）−４ＪるＵｉＬ　１？ｉ　＝１イルス
ブ°リング及びスジリングシー１へが介装されるにうに
なっている。

吸気ポー１へ２の燃焼室３の側の開１−１端は吸気バル
ブ７により開閉されるようにむっでおり、吸気ポー１−
２の燃焼至３１の側の開ＩＬＩ　ＤＡＭに（Ｊ吸気バル
ブ７の閉弁時にそのバルブ要素９をぞれと密に当接した
状態にで受１）るバルブシート１ｉｔｓ　１１が説←ノ
られている。シリンダヘッド１はアルミニウム合金にて
形成されており、！Ｉ−にバルー１シー１一部１１は第
２図に詳細に示されている如く、実質的に三次元ランダ
ムにて配向された炭化ケイ素小イスカ１２にて複合強化
されでいる。バルブシートｆ’ｉＢ　１１はバルブ要素
９のバルブフェース１３と密に当接するバルブシート面
１／Ｉを有してＪ３す、バルブシー［・部１１はバルブ
シート部１４よりも広い範囲に亙り炭化ケイ素小イスカ
１２にＪ、り複合強化されている。

上述の如き栴成を右するシリンダヘッドは以下の如き要
領にて！Ｂｌ造された。先ず炭化ケイ素ホイスカ（東海
カーボン株式会社製１１−一カマックス」（登録商標）
、平均繊維径０．２μ、平均繊肘〔長５０μ）を真空成
形法によりかさ密瓜０．８＜ｒ／ｃｃにて外径４．１．
５ｍ１ｌｌ、内径３３　、５　ｍｌＬ、　長さ７Ｑｍｍ
の円筒状に成形し、これを＝１１」イダルシリ力にて固
定づることにより、炭化り−・ｒ素ホイスカよりなる１
ｊ雑成形体を形成した。次いでこの＄ｊｉ　Ｈ成形体を
６００℃に予熱して高圧鋳造用の鋳型内の所定の位置に
配買し、該鋳型内に７５０　’Ｃのアルミニウム合金＜
ＪＩＳ／４格Ａ　０８　Ｂ　＞の溶湯を注き、上型ニテ
面圧９’Ｊ　１０００　ｋ（１／　、Ａ９ニ”Ｃ加ｆｆ
、　Ｌ／　’）つアルミニウム合金の溶湯を凝固さ［た
、２アルミニウム合金の溶湯がｉ疑問したのし鋳型より
凝固体を取出し、該ｉ１！固体に対しく洩械加土を施す
ことにより、炭化ケイ素ホ、イス力にてσ２合強化され
たアルミニウム合金よりなり、外径が４０．５ｍｍ、内
径が３４　、５　ｍｍ、高さが６ｎ＋ｍであり、第３図
に示され−（いる如き［０１面形状をｆｊするバルブシ
ート累月１５を形成した３、 次いＣバルブシー［へ素材１５をシリングヘッド＃、７
ｒ造用の鋳型内の所定の位置に中子を用いて固定し、？
η型内に°？／ＩＯ℃のアルミニウム合金＜　ｊ　’Ｉ
Ｓ規格ＡＣ４Ｃ）の溶湯を注さ゛、重沿訪造法によりシ
リンダヘッド５）；祠を形成した。、この場合バルブシ
ート素材はシリンダヘッド中に鋳込まれ、イの摂訂を成
形体が元の形状を保持した状態にてぞの７１−リックス
金居であるアルミニウム合金（ＪＩＳ現格八〇へ８　Ｕ
　）が溶ｉＸ’ｌ！　ｔ、、これによりバルブシー［・
部はシリンダヘッドの曲の部分と一体的に形成された。

かくして形成されたシリレグｌペッド素月に対し１σ１
削等の機械加工を施しでバルブシー［〜面１４などを仕
上げることにより、第１図に示されている如きシリンダ
ヘッドを形成した。

上述の如く形成されたシリンダヘッドについての性能を
評価リベく、６気筒、総排気ｆｕｌ　９８８ＣＣ，最大
出力ｉ　２５Ｐ８１５４００ｒｐｍ　、、最大Ｌ・ルク
１７．５Ｋ（ｊ／４４００１’１）ＩＩＩ　／１’ノイ
クルガソリンエンジンにシリンダヘッドを組込み、回転
数５４０Ｏｒｐｍ、全負荷にて２００１間の耐久試験を
行ったところ、バルブシーｉ−而１４の摩耗はやＹ微で
あり、バルブシー１〜部の１１の１１；２落Ａ５へたり
などの不具合は一切発生せず、上述の如く形成されたシ
リンダヘッドは十分な耐久１！にを右づるものであるこ
とが確認された。にたバルブシー１へ部がシリンダヘッ
ドの他の部分ど一体的に形成され、またバルブシート部
の強度が炭化ケイ素ボイス力により向−ヒされるので、
ｋｌ　ａ　’４’、ｌＪのバルブクー［−が圧入により
固定されている従来のシリンダヘッドに比して冷却水通
路１６及び１７をバルブシーＩ・部１１に近付けること
ができ、まｌζバルブシー［−７ＲＩ　１１の熱１云脣
１′Ｉも改善Ｊれ、これ（によりエンジンの運転中に於
（〕る吸気バルノ′７の温度を低下さけることができ、
Ｊ、たバルブシーｌ−面’ｌ　／ｌ及び吸気バルブ７の
バルジ要素９の直径を従来のシリンダヘッドの場合に比
して約３ｍｍ人ぎくづることが（・　さ　ｌこ　。

第４図は本発明によるシリンダヘッドの仙の一つの実施
例の要８１；を示？ｌ第２ド１とＪｉｔ林の拡大８（；
分断面図Ｃ゛ある。尚ごの第１１図に於（第２図に示さ
れた部分と実質的に同一の部分には同一の符Ｈ３がイ・
ＪされＣいる。

この実施例に於−Ｃは、バルブシ−１・部１１は主どし
℃バルブシート面１４の耐１？−耗性を向上さけるｌこ
めのアルミナク、０れｌ＋ｌｔ’（［：　１８と、１−
と１）でバルブシート部のへたりを抑制づるための炭糸
世＃、　１９どにＪ、り複合強化されている１、更に詳
細に【；Ｊ１パルフシ−］〜部１１の吸気ボー１−２内
を流れる肚合気の流れ方向に児て下流側の部分がバルブ
シート部′１１の輔ｔ；）（・一対し同心の仮、ＪＪ、
ｊ円ｊｎ１面に沿−）実質的に二次元ランダムにで配向
されたアルミブー短繊維１８にて複合強化されており、
吸気ボート２内を流れる混合気の流れ方向に児で上流側
の部分が円周方向に配向された炭素れＮ’１ｆ１９にＣ
？！合強化されている。従ってこの実施例によれば、バ
ルブシー［一部のＷ、損やへたりを第１図及び第２図に
示された実施例の場合よりもにり一層効果的に低減づる
ことができる。

上述の如き構成を右す−るシリンダヘッドは以下の如き
要領にて製造された。先ず炭素繊維（東し株式会社製（
−１１ツカ」　（登録商４ｆｆｊ　）　Ｍ　／Ｉ　Ｏ１
平均繊維径７μ）を円周方向に配向Ｊることにより。

体積率約５０−％にて外径／１．１　、　Ｅｉｍｍ、内
ｆｆ、　、ｌ：３３　。

５ｍｍ、？、五さ２ｍｍのリング状に成形し、その十に
アルミナ短繊維＜　Ｉ　ＣＩ林式会？！　’！ｉｌ　＋
リフィール」（登録商標）、平均織紐径ａμ、平均繊維
長５ｍｍ）を体積率約５０％（かさ畜麿約０．２ｇ／ｃ
ｃ）、厚さ３ｍｍにて配置し、これをコロイダルシリカ
に′Ｃ固定することにより、第５１′イＩに示されてい
る如く炭素繊維１つとアルミナ短繊維１８どよりなる繊
維成形体２０を形成した。次いでこの織組成形ｆホを用
いて前述の実施例の場合と同様の要領にてパルフシ−１
・素材を形成した。

次い（かくし４形成されたバルブシー１−素材を用いて
上述の実茄例の４！ｊＡ合と同ＩＹ！の要領にて重力＃
／ｊ　３Ｐｊ　Ｐ）ξによりシリング゛ｌ＼ツド索材を
形成し、該シリンダヘッド素材に対し１１１１削等の１
ｒｌｆ械加］゛を施しくシリンダヘッドを形成した。

かくして形成されたシリンダヘッドについての性ｒＩＬ
を評価リベく、上述の実施例１ど同一のガソリンエンジ
ン（、ニジリングヘッドをｆ（Ｉ込み、回転数５　’Ｉ
　００１・１）１仝「ｌ荷にて２　Ｑ　０１Ｌ’ｊ間の
耐久試験を７行ったどころ、Ｊ−ｊ、１ｉの如く形成さ
ｌ’ｔ　／、ニジリングヘッドも十分イμ′耐久４’ｔ
を右するｂのであり、バルブシー１−而′１１１及び吸
気バルブ７のパルブリ２素９の直径を約３ｍｎ＋人さく
η−ることかでさ、更に前述の実施例の場合、、１：す
ｂ冷１１［１水通に′ｆ）をバルブシ〜１・面により一
１ｉη近イ１１ノることが（゛さｌＪ。

以」二に於てｔ、を本発明を二つの実施例について＋ｉ
Ｔ細に説明したが、本発明はこれらの実施例に限定され
るもの”（−Ｇ、：ｌ：なく、本発明の範囲内にで種々
の実施例が可能であることは当業者にとって明らかであ
ろう。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるシリンダｌペッドの一つの実施例
を吸気バルブの軸線に治つ′Ｃ切断して示Ｊ縦断面図、
ｚ２図は第１図に示された実施例の要部を示す拡大部分
断面図、第３図；ｉ第１図及び第２図に示された実施例
によるシリンダｌペッドの製造に際し使用されたバルブ
シート素祠を示づ縦断面図、第４図は本発明にＪ、るシ
リンダヘッドの他の一つの実施例の要部を示づ第２図と
同様の拡大部分断面図、第５図は第４図に示された実施
例ににるシリンダヘッドの製造に際し使用されＡ：　楳
Ｍｌ成形体を示づ斜視図である。 １・・・シリンダヘッド、２・・・吸気ボー１−１３・
・・燃焼室、４・・・バルブステムガイド、５・・・バ
ルブステムガイド挿通孔、６・・・ス１ムガイド孔、７
・・・吸気バルブ、８・・・ステム、９・・・バルジ要
素、１０・・・シー［・面、１１・・・バルブシー１〜
部、′１２・・・炭化ケイ素ホイスカ、１３・・・バル
ブフ【−ス、１４・・・バルブシ〜［−而、１；）・・
・バルブシー１−素４Ｌ１６．１７・・・玲１、（ｌ水
通路、１８・・・フルミプ知繊紐、１９・・・炭素れに
訂ｆ、２０・・・繊オ（１成形体特　：？［出　ム′１
　人　　１〜ヨタ自動中株式会拐代　　　理　　　人　
　弁理士　　明石　昌毅第　　１　図 第２図 り ４７− 第３図 ５ 第４図 第５図 Ｌ）の

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 楳雑にて２５ｊ合強化された軽金属にて構成された吸気
   バルブ用バルブシー１へ部をイｉづる内燃機関用シリン
   ダヘッド。