JPS61129416A - 内燃機関用繊維強化鋳鉄製排気マニホ−ルド - 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】 産業上の利用分野 本発明は、内ｍ機関に係り、更に詳細には内燃機関の排
気マニホールドに係る。

従来の技術 自動車等の車輌に搭載される内燃機関の排気マニホール
ドは、複雑な形状を有しており、また内燃機関の運転中
に排気ガスにより高温度に加熱され内燃機関の運転停止
時には常温に冷却されるという熱“サイクルを繰返し受
けるため、一般に鋳造性及び耐熱性に優れた鋳鉄にて構
成されている。

特に排気ガスの規制の強化やターボチャージャによる吸
気の過給等による内燃機関の高出力化に伴ない、内燃８
ＪＩ関の排気ガス温度は益々高くなってきており、その
ため内燃機関の排気マニホールドはＪＩＳＡＩＨ３ＦＣ
２０の如き福ずみ鋳鉄よりＪＩＳ規格ＦＣ４０の如き球
状黒鉛鋳鉄を経て高ケイ素球状黒鉛鋳鉄にて構成される
ようになってきている。

発明が解決しようとする問題点 高ケイ素球状黒鉛鋳鉄のオーステティ１−−バーライト
、フェライト変態点は８２０〜８４０℃にあるため、内
燃機関が過酷な条件にて運転されることによって排気マ
ニホールドが８５０℃以上に繰返し加熱されると、酸化
物量の急増及び組織の変化に起因して鋳鉄の強度が低下
し、内燃機関の運転及び停止が繰返されることによる熱
サイクルを受けると、熱膨張及び収縮により歪を生じ、
更には分岐部等に於て亀裂が発生する虞れがある。

そのため内燃機関の排気ガス温度を８５０℃以下に抑制
するか、排気マニホールドの構成材料として比較的多量
のニッケルを含有する鋳鉄が使用されている。しかし内
燃機関の排気ガス温度を抑制すると、内燃機関の高出力
化及び燃費の向上を図ることが困難であり、またニッケ
ルを比較的多量に含有する鋳鉄は高価であるため、排気
マニホールドのコストを低減することが困難であるとい
う問題がある。

本発明は、従来の内燃ｖａｌＩｌｌ用排気マニホールド
に於ける上述の如き問題に鑑み、内燃機関が過酷な条件
にて運転されても亀裂等が発生することがないよう改良
された低源な内燃機関用排気マニホールドを提供するこ
とを目的としている。

問題点を解決するための手段 上述の如き目的は、本発明によれば、少なくとも一部が
ステンレス鋼繊維にて複合強化された鋳鉄にて構成され
た内燃機関用排気マニホールドによって達成される。

発明の作用及び効果 上述の如き構成によれば、排気マニホールドを構成する
鋳鉄がステンレス鋼繊維にて複合強化されることによっ
てその高温強度が向上されるので排気マニホールドの熱
疲労寿命が改善され、これにより内燃機関が過酷な条件
にて運転されても大きな歪が生じたり分岐部に亀裂が発
生したりすることを回避することができる。

本発明の一つの詳細な特徴によれば、ステンレス鋼繊維
はその一部が鋳鉄母材中に溶出して該母材を合金化して
いる。かかる構成によればステンレス鋼繊維による繊維
強化によって鋳鉄母材が機械的に複合強化されるだけで
なく、ステンレス鋼繊維のニッケルやクロムの如き元素
により鋳鉄母材が合金化され基地組織が強化されるので
、このことによっても排気マニホールドの熱疲労寿命が
改善される。

本発明の、他の一つの詳細な特徴によれば、排気マニホ
ールドを構成する鋳鉄は高ケイ素球状黒鉛鋳鉄である。

高ケイ素球状黒鉛鋳鉄は他の鋳鉄に比して高温強度や耐
酸化性に優れた鋳鉄であり、またステンレス鋼繊維にて
複合強化されるに適した鋳鉄である。

尚本願出願人と同一の出願人の出願に係る特願昭５４−
６４５２２号には、鋳鉄を母材とし、前記母材中に鋳鉄
より熱膨張係数が小さい非金属繊維材が分散して鋳ぐる
まれでいることを特徴とするエンジンの排気マニホール
ドが開示されている。

かかる排気マニホールドによれば、鋳鉄のみにて構成さ
れた排気マニホールドに比して耐久性を向上させること
ができるが、非鉄金属繊維材の一部にて母材が合金化さ
れることはないので合金化による母材の強化を図り、こ
れにより排気マニホールドの熱疲労寿命を改善すること
はできない。

以下に添付の図を参照しつつ、本発明を実施例について
詳細に説明する。

実施例 第１図は本発明による排気マニホールドの二つの実施例
を示す解団的斜視図である。図に於て、排気マニホール
ドは複数個の枝管部１と各枝管部を互いに集結した集合
管部２とを有している。各枝管部１の先端部には内燃機
関に対する取付けを行うための取付フランジ３が設けら
れており、集合管部２の先端部には排気管との接続を行
うための取付７ランジ４が設けられている。

この排気マニホールドは高ケイ素球状黒鉛鋳鉄（３，６
％Ｃ，３，７５％Ｓｉ　、０．４％Ｍｎ。

０．０４％Ｍｇ、残部実質的にＦｅ）にて構成されてお
り、実質的に肉厚中心の平面に沿って実質的に縦横に配
向された繊維径１００μ、かさ密度１／、ｒ’のステン
レス鋼（Ｊ［ｓ規格５ＵＳ３１０）の繊維５にて複合強
化されている。またステンレス鋼繊維５の一部、即ちそ
の主成分であるニッケルやクロムが排気マニホールドの
製造中に鋳鉄母材中に溶出して該母材を合金化している
。尚ステンレス鋼繊維の繊維径は５０〜３００μ程度で
あることが好ましく、そのかさ密度は２〜５ｇ／、ｘ３
程度であることが好ましく、特に亀裂が生じ易い枝管部
１の互いに連結された部分に於けるステンレス鋼繊維の
かさ密度が比較的高く設定されることが好ましい。

上述の如く構成された実施例の排気マニホールドを排気
１１６００ｃｃの４気筒４サイクルガソリン機関に組付
け、排気マニホールドの温度が９００℃Ｘ１０分、１５
０℃×５分となるように内燃機関の出力を調整して９０
０サイクルに亙る試験運転を行ったところ、第２図に示
されている如く、９００サイクルの試験運転が行われた
時点に於ても亀裂等の異常は発生しなかった。これに対
し比較の目的でねずみ鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣ２０＞、球
状黒鉛鋳鉄（ＪＩＳ規格ＦＣＤ４０）　、高ケイ素球状
黒鉛鋳鉄（３，６％Ｇ１３．７５％Ｓ１１、　　　　０
．４％Ｍｎ１０．０４％Ｍ（１，残部実質的にＦｅ）の
みにて構成された比較例１〜３の各排気マニホールドに
ついても同様の試験を行ったところ、それぞれ第２図に
示されている如く比較的早期に亀裂が発生し、従ってこ
れらの排気マニホールドは内燃機関の過酷な条件の運転
には十分には耐え得ないものであることが認められた。

尚第１図に示されている如き排気マニホールドは以下の
如く製造されてよい。まず第３図に示されている如くス
テンレス鋼繊維５よりなる金網を裁断して、それぞれ排
気マニホールドの上下面を覆う形状の二つの金網片６を
形成する。次いで排気マニホールドの内部通路を郭定す
るシェル中子の如き崩壊性又は消失性の中子７に対しそ
の上下より金網片６を取付け、金網片６の周縁部６ａを
溶接等により互いに連結固定する。次いでかくして金網
片が取付けられた中子７を排気マニホールド鋳造用の鋳
型内に配置し、該鋳型内に高ケイ素球状黒鉛鋳鉄の如き
鋳鉄母材の溶湯を注湯し、該溶湯を凝固させて金網片を
鋳くるむ。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はかかる実施例に限定されるものではな
く、本発明の範囲内にて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図は排気マニホールドの一つの実施例を示す解団的
斜視図、第２図は本発明による排気マニホールド及び従
来の排気マニホールドの耐久性を示すグラフ、第３図は
第１図に示された排気マニホールドを製造するための金
網片を示す平面図、第４図は第３図に示された金網片が
取付けられた中子を示す斜視図である。 １・・・枝管部、２・・・集合管部、３．４・・・取付
フランジ、５・・・ステンレス鋼繊維、６・・・金網片
、　５ａ・・・周縁部、７・・・中子 特　許　出　願　人　　トヨタ自動車株式会社代　　　
理　　　人　　弁理士　　明石　昌毅第１図 第　２　図 サイクル数

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. （１）少なくとも一部がステンレス鋼繊維にて複合強化
   された鋳鉄にて構成された内燃機関用排気マニホールド
   。
2. （２）特許請求の範囲第１項の内燃機関用排気マニホー
   ルドに於て、前記ステンレス鋼繊維はその一部が鋳鉄母
   材中に溶出して該母材を合金化していることを特徴とす
   る内燃機関用排気マニホールド。
3. （３）特許請求の範囲第１項又は第２項の内燃機関用排
   気マニホールドに於て、前記鋳鉄は高ケイ素球状黒鉛鋳
   鉄であることを特徴とする内燃機関用排気マニホールド
   。