JPS61244819A - 断熱マニホルド - 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〕 本発明は断熱性並びに耐久性に優れた断熱マニホルドに
関するものである。

〔従来の技術〕

内燃機関の排気系機器、特にマニホルドの内面はシリン
ダより排出される高温・高圧の燃焼ガスに接するため、
その影響を強く受け、長時間使用することができない難
点があり、又断熱性が小さい欠点がある。

特開昭５８−５１２１４号は内面に耐火断熱コーティン
グを施した排気マニホルド等の内燃機関用排気ガス系機
器を開示している。この内燃機関用排気ガス系機器は、
耐火物原料粒子と無機質結合材の混和物よりなる不定形
耐火物の被覆層を高熱の排気ガスに接する金属製機器本
体の内面に形成したものである。

〔発明が解決しようとする問題点〕

このマニホルドは、耐火物原料粒子と耐熱性無機質結合
材の混和物よりなる不定形耐火物を内面にコーティング
したものであるため被覆層中の水分が比較的多くならざ
るを得す、乾燥時に亀裂が生じるばかりでなく、熱処理
時の収縮が大きく剥離・破損が起りがちである。

また高温の排気ガスにより急激に加熱される際にも熱衝
撃により亀裂を生じるおそれが大きい。

またコーティング材料は不定形状であるため内面に均一
な厚さで付着したマニホルドを得ることはきわめて回置
である。

さらに、マニホルドの内面には耐火物の被覆層があるた
め耐熱性は良好であるが、マニホルドの外面まで温度が
伝わりマニホルドの寿命を縮減するなど決して好ましい
構造とはいえない。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明者等は、これらの欠点にかんがみ種々研究を重ね
た結果、鋳鉄製マニホルドの内面に耐火断熱材粉末を固
化した断熱層を有し、その断熱層の表面に耐火材粉末を
固化した耐火層を有する構造としたものである。

断熱性を付与するために使用する耐火断熱材はシラスバ
ルーン、発泡シリカ、パーライト等の無機質断熱材であ
る。

その粉末の平均粒径は一般に１０〜５００μｍの範囲で
ある。１０μｍより小さいと収縮による亀裂・剥離を生
じるし、５００μｍより大きいと平滑な皮膜層を形成し
にくい。好ましい粒径範囲は２０〜゛２００μｍである
。

耐火材としてはシャモットアルミナ、ジルコン、ジルコ
ニア等の一般に使用されるものでよいが、特にジルコニ
アは熱伝導率が低いので好ましい。耐火材粉末の平均粒
度は一般に１０〜５００μｍの範囲である。１０μｍ小
さいと粒子間の凝集が起こりやすく、平滑な皮膜層を形
成しにくいし、高熱の影響を受けて収縮しやすい。

また、５００μｍより大きいと、平滑な皮膜を形成しに
くい。好ましい粒径範囲は２０〜２００μｍである。

接着性を付与するためには、珪酸ソーダ、珪酸カリ、珪
酸リチウムなどの珪酸塩結合剤、第一リン酸アルミニウ
ム、コロイダルシリカ、エチルシリケート等の無機質結
合剤を用いるのが適当である。

結合剤は水溶液の形で使用するが、その濃度は２０〜６
０ｗｔ％が好ましい。２０ｗｔ％より低いと接着力が小
さく剥離しやすい。又６０ｗｔ％より高いと塗布作業が
回置となる。より好ましくは２５〜５５ｗｔ％である。

結合剤溶液に、硬化剤を適量添加することもできる。硬
化剤は、結合剤の種類によって異なるがそれぞれ公知の
ものが使用できる。例えば、珪酸塩結合剤に対しては珪
弗化ソーダ、焼成リン酸アはマグネシア、ライムなどの
塩基性酸化物、カルシウムアルミネート、弗化アンモニ
ウム等がある。

本発明のマニホルドは耐火断熱層と耐火層とを有する。

耐火断熱層を形成する場合、まずマニホルドの内面に無
機質結合剤溶液を塗布する。これによりマニホルドの内
面は一様に結合剤溶液で濡れる。

これに耐火断熱材粉末を付着させる。付着方法としては
、結合剤溶液表面に粉末を散布したり、マニホルド内に
粉末を充填し、一定時間放置したりする方法等がある。

効率上の観点からは後者の方法がのぞましい。

後者の方法の場合、マニホルドの内部に耐火断熱材粉末
を充填し、一定時間放置すると結合剤溶液は粉末粒子間
に浸透し、充分な量の粉末が濡れることになる。

このプロセスを促進するために粉末全体に幾分圧力をか
けても良い。次にマニホルドの中から粉末を取りだし付
着の不充分な粉末は空気流により吹き飛ばし、除去する
。このようにして、充分に結合剤溶液が含浸した耐火断
熱材粉末の層が形成される。この層の厚さは結合剤溶液
の濃度および厚さによって異なるが、一般に１００〜１
５００μｍである。

以上の方法により形成した結合剤溶液含浸耐火断熱材粉
末層は、水分が非常に少い。従って、次の熱処理による
乾燥・固化工程において層に亀裂が生じたり層が剥離し
たりすることはない。

上記層の熱処理は約３００℃まで徐々に加熱することに
より行う。急激な加熱は層の亀裂や剥離を引き起すおそ
れがあるので、避けるべきである。

時間保持し、次に１００℃に１時間保持する。

さらに安定性向上のためには、３００℃まで加熱するこ
とが望ましい。

次に、必要とあらば、上記の耐火断熱材層の上にさらに
同様の方法により結合剤溶液を塗布し、耐火断熱材粉末
を付着させ、熱処理により乾燥・固化させる。比較的厚
い耐火断熱層を得るためには、このサイクルを数回繰り
返す。充分な断熱性を確保するために、耐火断熱層は１
．５ｍｍ以上必要である。

このようにして形成された耐火断熱層の上に耐火層を形
成する必要がある。耐火層はまず無機質結合剤溶液を塗
布し、耐火材粉末を付着させ、熱処理により乾燥・固化
する工程を含む方法により形成する。具体的な条件は、
耐火材粉末を使用すること以外耐火断熱層の形成条件と
実質的に同一である。耐火層は上記工程からなるーサイ
クルのみで形成することができるが、必要とあらば数回
繰り返してもよい。かかる方法により０．５ｍｍ以上の
耐火層を形成する。

〔実施例〕

本発明を以下の実施例によりさらに詳細に説明する。

実施例１ 予めＰＨＩＯ〜１１のアルカリ性溶液で脱脂処理を施し
た球状黒鉛鋳鉄製マニホルドの内面に、第一段階として
珪曹比２．９、濃度４５ｗｔ％の珪酸ソーダ水溶液に硬
化剤として焼成リン酸アルミニウム（ヘキスト社製Ｈ，
Ｂハードナー）を１０ｗｔ％添加したものを塗布した。

直ちに断熱材としてカサ比重０．２、粒径４４〜１５０
μｍのシラスバルーンを散布した。

シラスバルーンが充分に付着した後、室温で１時間保持
し、次に５０℃に昇温しで１時間保持し、さらに１００
℃に昇温しで１時間保持し、最後に３００℃に昇温しで
１時間保持した。この熱処理により耐火断熱層を完全に
固化した。

このプロセスをさらに２回繰り返し、厚さ３ｍｍの耐火
断熱層を形成した。

第二段階として上記の耐火断熱層の上に上記と同一の無
機質結合剤を塗布し、さらに粒径４４〜１５０μｍの安
定化ジルコニア粒子を散布した後、上記と同一の熱処理
を行い、厚さ０．５ｍｍの耐火層を形成した。

得られた耐火断熱コーティングには全く亀裂は見られず
、また断熱マニホルドに対して１０００℃の燃焼ガスに
よる加熱と放冷を繰り返したが、コーティングの亀裂や
剥離は全く見られなかった。

実施例２ 予めＰＨＩＯ〜１１のアルカリ性溶液で脱脂処理を施し
た球状黒鉛鋳鉄製マニホルドの内面に第一段階として珪
曹比３．０、濃度４０ｗｔ％の珪酸ソーダ水溶液に硬化
剤として焼成リン酸アルミニウム（ヘキスト社製Ｈ１Ｂ
ハードナー）を８ｗｔ％添加したものを塗布した。直ち
に断熱材としてカサ比重０．２２、粒径４４〜１５０μ
ｍのパーライトを散布した。実施例１と同じ方法により
熱処理を施し、耐火断熱層を完全に固化した。このプロ
セスを２回繰り返し厚さ３ｍｍの耐火断熱層を形成した
。

第２段階として、上記の耐火断熱層の上に上記と同一の
無機質結合剤を塗布しさらに粒径４４〜１５０μｍの安
定化ジルコニア粒を散布した後。

上記と同一の加熱処理を行ない厚さ５００μｍの耐火層
を形成した。

得られた耐火断熱コーティングには亀裂、剥離は全く見
られず、また断熱マニホルドに対して、１０００”Ｃの
燃焼ガスによる加熱と放冷とを繰り返したが、コーティ
ング層には亀裂は全く見られなかった。

本実施例は球状黒鉛鋳鉄製の断熱マニホルドについて述
べたが、本発明はこれに限定されるものではなくバーミ
キュラ鋳鉄あるいは普通鋳鉄製のマニホルドでも同じ目
的を達成し得るものである。

また、高温ガスを扱う化学装置や加熱装置等の耐熱部材
の耐火断熱コーティングにも応用できるものである。

〔発明の効果〕

本発明のマニホールドは、耐火層とマニホルドの間に耐
火断熱層を有するため１，０００℃を越える排気ガスが
通過してもマニホルドは６００℃を越えることがなく耐
用寿命を大幅に増大することができた。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 鋳鉄製のマニホルドにおいて、該マニホルドの内面に耐
   火断熱材粉末を固化した断熱層を有し、該断熱層の表面
   に耐火材粉末を固化した耐火層を有することを特徴とす
   る断熱マニホルド。