JPS61201869A - シリンダヘツド及びその製造方法 - 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） 本発明はシリンダヘッドに係り、より詳細には、内燃機
関用の鋳鉄製シリンダにおいて、燃焼面の高温強度を向
上させて燃焼面弁間割れ防止等を図り、高出力エンジン
用に好適なシリンダヘッド及びその製造方法に関する。

（従来の技術及び問題点） 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
という問題がある。

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或
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
に合金元素Ｍｏを主にＮｉ、Ｃｕ及びＣｒ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、この
方法では、シリンダヘッドの鋳鉄鋳物全体に高価なＭｏ
やＮｉの合金元素が含まれているため、コストが高くな
る欠点があり、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（例、Ｎｉ、Ｍｏ含有合金鋳鉄の場
合、Ｈ５：４０〜５０）ために加工性が悪く、更に鋳造
性も悪いという欠点がある。

（発明の目的） 本発明は、前述の従来技術の欠点を解消するためになさ
れたものであって、シリンダヘッドの燃焼面及びその近
傍のみを高温強度に優れた耐熱性の合金鋳鉄製にして燃
焼面弁間割れ等を防止でき。

他の部分は加工性及び鋳造性のよい鋳鉄製にしたシリン
ダヘッド及びその製造方法を提供することを目的とする
ものである。

（発明の構成） 上記目的を達成するため、本発明者は、鋳造性及び加工
性のよい鋳鉄溶湯を用いた一体鋳造により、シリンダヘ
ッドの燃焼面及びその近傍のみを優れた高温強度の耐熱
組織を有する合金鋳鉄製にすることができる方策につい
て、鋭意研究を重ねた結果、シリンダヘッドの燃焼面を
形成するための鋳型表面を有する燃焼面鋳型について、
その鋳型表面にＭｏを主に他の合金元素の合金粉末を塗
布し、その際に上記合金元素が難溶融拡散性であること
を考慮して、溶融熱を十分に確保する手段を上記燃焼面
鋳型に設けることにより、可能であるとの知見を得て１
本発明をなしたものである。

以下に本発明の詳細な説明する。

シリンダヘッドの鋳造に用いる鋳型は、第１図に示すよ
うに、シリンダヘッド内部用鋳型１と燃焼面鋳型（砂型
）２からなり、ジャケット中子３゜吸・排気ポート中子
４などを有している。

上記鋳型において１本発明では、まず燃焼面鋳型２の燃
焼面形成のための鋳型表面にセラミックスファイバーな
どの断熱材５を適宜厚さに配し、この断熱材表面に合金
粉末６を塗布する。

合金粉末６は、Ｎｉ−Ｍｏ、Ｆｅ’−Ｍｏ等々のＭ。

を含むＭｏ合金粉末単体、或いはこのＭｏ合金粉末に対
してＣｕ、Ｃｒ等を含む合金粉末を混合した混合合金粉
末とし、これにセルロース系、フェノール樹脂系などの
アルコール溶液をバインダとして重量比で約５〜３０％
添加し、よく撹拌し、断熱材５の表面に適量塗布する。

塗布量は、目的とする燃焼面においてＭｏ０．２〜０．
７％、Ｃｕ０．４〜１．２％、Ｃｒ０．２〜０．８％添
加するのに必要な合金の各元素含有量から計算して決め
ることができる。なお、上記Ｍｏ、Ｃｕ、Ｏｒなどの合
金元素が下限値未満では注湯により溶融拡散して所期の
高温強度の燃焼面が得がたくなり、逆に上限値を超えて
添加すると、Ｍｏ、Ｃｒは白銑化元素であり、黒皮近傍
にセメンタイトが析出し、加工性及び強度上に問題があ
る。また、Ｃｕは局部的に偏析し、固溶限を超えたもの
が純Ｃｕとして析出するおそれがある。

合金粉末６を塗布した後、乾燥してアルコール等の揮発
性物質を気化・除去し、溶湯注湯時の熱によるガス発生
の抑制を図る。乾燥は約１００〜２００℃で約２０分〜
１時間行うのが望ましい。

次にこのようにして得られた鋳型を用いて注湯を行う。

このときに用いる溶湯は、一般的な普通鋳鉄か又は少量
のＣｕ、Ｃｒ、Ｎｉなどを添加した合金鋳鉄で加工性及
び鋳造性を悪くしない材質のものを使用する。なお、Ｃ
ａを添加すると接種効果が期待できる。溶湯は１３４０
’ｃ以上の如く一般的な注湯温度にて注湯するが、格別
に高温に加熱する必要はない。

注湯後の凝固過程においては、断熱材５の使用によって
溶湯は高温に保持され、凝固終了までの時間が長くなる
ため１Ｍｏ合金等の合金粉末６は十分に加熱溶融され、
Ｍｏ等の合金元素が燃焼面から十分な深さまで拡散し、
合金鋳鉄からなる部分を得ることができる。

例えば１Ｍｏについては、第３図に示すように、燃焼面
から内部に向かって含有量が漸減しており。

したがって、燃焼面におけるＭｏ含有量が所定の値にす
ることができ、高温強度を著しく改善できると共に、燃
焼面より内部に向かって徐々に高温強度が低下するので
、十分な深さにわたって高温強度を具備させることがで
きる。

また、」二記方法における断熱材５の利用に代えて、第
２図に示すように、燃焼面鋳型７に断熱空間８を設ける
ようにすることができる。なお、９は砂型鋳型である。

この燃焼面鋳型７は、例えばシェル型、コールドボック
ス型などの精密鋳型とし、燃焼面に対応する訪型表面に
上記方法と同様の要領で塗布した合金粉末６の内側に、
溶湯圧に耐えうる厚さｔ（例、１５ｍｍ）を残して断熱
空間８を形成する。精密鋳型は金属に比べて熱伝導率は
小さいが、空気に比べると遥かに大きい熱伝導率を有し
ているので、燃焼面鋳型７の内部に空間をつくり、その
空間を断熱空間８として溶湯の熱の逃げを防止し。

凝固時間の延長により溶湯の熱を十分に確保することが
できる。これにより燃焼面鋳型表面に塗Ｃ１したＭｏな
どの元素の溶融拡散を促進することができる。

なお、他の点は上記断熱材を利用する方法と同様であっ
て、目的とする特性を有する断熱面を備えたシリンダヘ
ッドを製造することができる。

（実施例） 夫直鮭上 第１図に示す燃焼面鋳型（砂型）を通常の方法で造型し
た。

次いで、その表面にセラミックスファイバーを厚み１０
ｍｍに取り付け、更にその表面に、セルロース系のアル
コール溶液２０％を添加したＮｉ−Ｍｏ合金粉末（Ｍ　
ｏ　６０％）を塗布した後、乾燥させた。

得られた燃焼面鋳型をセットした後、Ｔ、Ｃ。

３．３％、ＳＬｌ、８％のほか、Ｓｎ０．０８％、Ｃｒ
０８２％を含む合金鋳鉄からなる溶湯を注湯した。

鋳造後、燃焼面を仕上げ加工してシリンダヘッド鋳物を
得た。燃焼面はＭｏ０．３５％を含む合金鋳鉄からなり
、硬さはＨｖ２４０で、高温強度の優れた耐熱組織であ
ることを確認した。

夫庭涯ｌ 第２図に示す燃焼面鋳型（シェル型）を通常の方法で造
型した。但し、肉厚りを１５ｍｍにして断熱空間を内側
に形成した。

次りで、実施例１と同様の条件により、合金粉末の塗布
、乾燥、注湯を行ってシリンダヘッド鋳物を得た。燃焼
面の化学成分、硬さ、組織は実施例１の場合と同様であ
った。

（発明の効果） 以上詳述したように、本発明によれば、シリンダヘッド
の鋳造に際して、燃焼面鋳型の表面に少なくともＭｏ合
金粉末を含む合金粉末を塗布するに当たり断熱手段を設
けるように構成し、溶湯熱の逃げを防止して高温にてＭ
ｏなどの合金元素を溶融拡散せしめるので、燃焼面及び
その近傍に所望のＭｏなどの元素を含む耐熱組織を十分
な深さに得ることができ、高温強度の優れた燃焼面を備
えたシリンダヘッドを製造できるので、燃焼面弁間割れ
を効果的に防止することができる。また。

燃焼面及びその近傍にのみＭｏなどの高価な合金元素を
含めることができ、しかも鋳造性及び加工性のよい鋳鉄
溶湯を注湯すれば足りるので、非常に安価に大量にシリ
ンダヘッドを製造することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図は各々、本発明法の異なる実施例に用
いる鋳型を説明する一部断面図、第３図はシリンダヘッ
トの燃焼面及びその近傍に含まれるＭ　ｏ　ｉｔの漸減
を示す図である。 ２．７・燃焼面鋳型、　　　　５・断熱材６　合金粉末
、　　　　　　　８・・・断熱空間。 特許出願人　　ヤンマーディーゼル株式会社代理人弁理
士　中　　村　　　　尚 第３図 銹才勿表面乃鴫の距高隻−宜２

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １　燃焼室側に燃焼面を備えた鋳鉄製シリンダヘッドに
   おいて、該燃焼面及びその近傍につき、合金元素として
   少なくともＭｏを含有する合金鋳鉄製にし、かつ、上記
   合金元素の含有量が該燃焼面から内部に向かって漸減し
   ていることにより、優れた高温強度の耐熱組織を具備せ
   しめたことを特徴とするシリンダヘッド。 ２　シリンダヘッドの鋳造において、該シリンダヘッド
   の燃焼面を形成するための鋳型表面を有する燃焼面鋳型
   につき、その鋳型表面に少なくともＭｏ合金粉末を含む
   合金粉末をアルコール溶液をバインダとして塗布し、か
   つ、該燃焼面鋳型に断熱手段を設け、しかる後に注湯す
   ることによってＭｏなどを拡散し、燃焼面及びその近傍
   のみを少なくともＭｏを含む合金鋳鉄にて構成すること
   を特徴とするシリンダヘッドの製造方法。 ３　前記断熱手段は、燃焼面鋳型の鋳型表面と合金粉末
   との間にセラミックスファイバーなどの断熱材を介在さ
   せたものである特許請求の範囲第２項記載の方法。 ４　前記断熱手段は、燃焼面鋳型の内側に断熱空間を設
   けたものである特許請求の範囲第２項記載の方法。