JPS6176744A - バルブシ−トリングレス軽合金シリンダヘツド - Google Patents

バルブシ−トリングレス軽合金シリンダヘツド

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Publication number
JPS6176744A
JPS6176744A JP19972284A JP19972284A JPS6176744A JP S6176744 A JPS6176744 A JP S6176744A JP 19972284 A JP19972284 A JP 19972284A JP 19972284 A JP19972284 A JP 19972284A JP S6176744 A JPS6176744 A JP S6176744A
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JP
Japan
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cylinder head
alloy
valve seat
fibers
valve
Prior art date
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Pending
Application number
JP19972284A
Other languages
English (en)
Inventor
Tetsuya Suganuma
菅沼 徹哉
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
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Publication of JPS6176744A publication Critical patent/JPS6176744A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F01MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
    • F01LCYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
    • F01L3/00Lift-valve, i.e. cut-off apparatus with closure members having at least a component of their opening and closing motion perpendicular to the closing faces; Parts or accessories thereof
    • F01L3/22Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02FCYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F7/00Casings, e.g. crankcases or frames
    • F02F7/0085Materials for constructing engines or their parts
    • F02F7/0087Ceramic materials
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05CINDEXING SCHEME RELATING TO MATERIALS, MATERIAL PROPERTIES OR MATERIAL CHARACTERISTICS FOR MACHINES, ENGINES OR PUMPS OTHER THAN NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES
    • F05C2253/00Other material characteristics; Treatment of material
    • F05C2253/16Fibres

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Manufacture Of Alloys Or Alloy Compounds (AREA)

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〕 本発明は内燃機関のバルブシートリンダンス軽合金シリ
ンダヘッドに関するものである。
〔従来の技術〕
車両の@量化のために、内燃機関をアルミ合金やマグネ
シウム合金などの軽合金線とすることが行われているが
、これら軽合金は、従来の素材である鋼材と比べて高価
であることから、例えばシリンダヘッド自体を光分に耐
摩耗性のある帳合金製としてバルブシートリングを不要
とするようなことは、困難である。また、シリンダヘッ
ド自体を光分な硬度や強度を有するものとすることは、
その後の加工において有利でない。
従来、軽合金シリンダヘッドではバルブとのソール性及
び耐摩耗性を確保するために、主として耐摩耗性の良好
な鉄系のバルブフートリングをバルブとの当接部に圧入
している。このようにバルブシートリングを装着する方
式では、シリンダヘッドのシートリング用の下穴加工、
シートリング加工及び該リングの圧入工8に多大なコス
トと時間を費やしているだけでなく、熱伝導性が良好で
ないためバルブの冷却効果も低く高温となるため、バル
ブ7−トやバルブには高価な#f熱・耐摩耗性材料が必
要となシ、内燃機関の高性能化の障害にもなっていた。
そこで、鋳鉄製シリンダヘッドで与られるようにバルブ
ノートリングを廃止することが考えられるが、低温側の
インテークバルブシートにおいても局部的には排気に近
い温度となるため、通常のM合金やMg合金では耐熱強
度や高温耐摩耗性が不足するとか、また燃焼生成物等の
析出物のかみこみに弱い等のほか耐食性が不足する等の
問題がある。
そのため%M金合金両合金のシリンダヘッドのバルブ当
り面部に直接、溶射やクラップインクやアロイング等に
よシ、耐熱・耐摩耗性等に優れた材料を表面被覆するこ
とが倹討されている。
〔発明が解決しようとする問題点〕
しかしながら、上記したように耐熱・耐摩耗性材料を被
覆しても、運転中の熱ナイクルによる熱歪に対し、基材
との熱膨張差1弾性率の差及び基材の剛性不足等によシ
被覆材の剥離が生じやすいという問題を有していた。
本発明は、バルブシート相当部が耐熱・r#摩耗性に優
れ、かつ該部位に剥離が生じないバルブシートレス軽合
金シリンダヘッドを提供することを目的とするものであ
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明のバルブシートリングレス軽合金シリンダヘッド
は、内燃機関のAA金合金はMg合金製シリンダヘッド
のバルブシート相当部をM2O3,5i02、SiC等
のセラミックス繊維、炭素繊維又はガラス繊維などの強
化繊維を含む繊維強化金属とし、かつ該部位上のバルブ
掘り面部にM合金又はMg合金を基材とした耐摩耗性材
料被覆層を形成したことを′#徴とする。
不発明において/リンダヘッド内に繊維強化金属(以下
F几Mと記す。)層を形成する目的は該部位の高温強度
や剛性の向上並びにバルブ当シ面部に形成される耐熱・
討蟹耗性材料被覆層の接付注を改善することにあるから
、FRMに使用される強化繊維は上記目的を達成し得る
ものであればいずれも1史用できる。
強化繊維は長繊維でも短繊維でもよく、また28M中へ
の含有体積率は、母材としてのhe金合金Mg合金の植
項、耐熱・耐r遂耗註材1Fによっても、また繊維によ
って異なシ、任意の範囲で使用できるが、好ましくは、
10〜30チの範囲で用いられる。
本発明においてFRMは1強化繊維を予じめ所定の形状
に成形したもの、例えば連続した長繊維をリング状に巻
いたもの、また適当な長さの長繊維を網目状ないしはフ
ェルト状にして所定形状は成形したものなどのNIl、
M1スケルトン予備成形体を用い、これに軽合金を溶浸
するか、又は短繊維を所定の型内に充てんしたものに注
湯するなどによって作ることができる。
FRMの鋳造は、上記繊維スケルトン予備成形体を予じ
めシリンダヘッド用鋳型内の所定位置に配置し、注湯す
ることによって、7リンダヘツドの鋳造と同時に鋳造す
るのが好ましい。
しかしながら、予じめ所定形状、すなわちバルブシート
リング状のFRM粗材を作成しておき。
との粗材をシリンダヘッド用鋳型内の所定の位置に配置
し、一体向に鋳ぐるむようにしてもよい。この場合、F
RMの鋳造に用いられる軽合金は、シリンダヘッドに用
いられるものと同一であることが好ましいが、目的に応
じてよシ耐熱性、耐摩耗性のあるものを選択してよいこ
とは勿論であろう 本発明においてシリンダヘッドに用いられる軽合金とし
ては、従来この種の用途に用いられていたものが、その
まま[重用できる。具体的にハAc4cアルミ合金、A
Z91マグネシウム合金などである。
本発明におけるFRMは、よシ具体的には、長繊維の場
合には、径5.0〜150μmの長繊維であって1体積
率3.0〜30%で同心円状又は網目状に配向した状態
で創まれでいるものが好ましい。
また、短繊維の場合には繊維強化金属は、径0.05〜
15μm長さ10〜500μmの短繊維が体!JR率3
.0〜30−1で複合されているものが好ましい。
本発明に用いるセラミックスfR惟、炭素繊維及びガラ
ス傭維は単独でも、それらのうちの2抽以上を複合して
用いてもよい。
シリンダヘッドのバルブ当シ面に表面被覆する材料を河
合金又はMg合金を基材とする耐摩耗性材料と限定した
理由は、上記M合金系及びMg合金系材料はFe系材料
に比べて耐熱性は劣るが、例えば本発明を比較的低温側
のイノテークバルブシート部に限定した場合には同等間
al idなく。
両材料は熱伝導性が優れ、また、河合金又はMg合金を
母材とするFRMとの接合性が良いからでろる。
FRMに用いる強化繊維の種類5寸法、配合率(体積率
)及び配向について好ましい範囲を記載したが、これら
の範囲はM合金又は両合金母材に対して及び本部品用途
に適切になる範囲を示したもので、この限定値の上下限
内にあるときは、FFLMの形成が不良になるとか、強
化繊維が落剥したり、相手材への攻撃性が増加したシ。
また耐熱・耐摩耗性が不十分であったυ等、また製造上
又は性能上十分な効果を発揮できないなどの欠点を生じ
ない。
繊維スケルトン予備成形体を鋳型に配置し。
溶湯を溶浸してFFLM化するとともに一体化鋳造した
シリンダヘッド及び予じめFRM化した粗形材をリング
形状に加工し、仕上げておき、これを鋳型に配置して鋳
ぐるんだシリンダヘッドは。
それぞれ得失があるが、いずれも本発明品として適当な
ものである。
〔作用〕
M合金又はMg合金製シリンダヘッドのバルブシート相
当部を繊維強化金属とすることKよって、バルブ当シ面
部の高温強度及び剛性を高め。
オた、熱膨張を抑制させることができる。加えてバルブ
当シ面部周辺の熱歪を抑制し、被覆材との接合強度を向
上させる。特にインテーク側のバルブ蟲シ面を耐摩耗性
材料で被覆することはバルブ当り面部の耐g!耗性を向
上ばせる。また、上記#f革粍性材料の基材をM合金又
はMg合金としたので該耐摩耗性材料とAll会金会合
Mg合金FRMとの接合性が良好となシ、剥離が防止さ
れる。
〔実施例〕
本発明を実施例により説明する。
実施例1 u20.−5チ5i02(重量比)からなる平均径20
μmの長繊維を同心円状に束ねてリング状に成形し1M
2図に示すような繊維スケルトン予備成形体4を得た。
該成形体をアルミ会合シリンダヘッド用シェル型のイン
テークバルブ7−ト相当部に配置した後、アルミ会合(
AC4C)溶湯を吸引鋳造して、該部位を上記繊維の体
積率が15チのF RMとし1次に熱処理及び機械加工
を施してシリンダへラドアッシー粗材を作成した。
該粗材のバルブシート相当部の断面図を@3図に示す、
1はシリンダヘッド3に形成したFRMである。次1c
FRMIのバルブとの当シ面部位に耐摩耗性被覆材とし
てM〜17チ5i−4,5チCu(重量比)からなる合
金粉にCo −30%Mo−8%Cr−2チSi (重
量比)かもなるCo基金属間化合物粉末を20%添加し
混会してなるペーストを塗布した後、レーザービームに
よって局部加熱して半溶融状態で液相焼結し、エアブロ
−で急冷して、第4図に示すように耐摩耗性被覆1m 
2を形成した。次に機械加工によって第1図に示すよう
にFRMI上を浚った被i層2にバルブ尚シ面を形成し
てバルブシートリングレス軽合金夷シリンダヘッドを完
成させた。なお、排気側のバルブ7−トは従来どおシ、
焼結合金製バルブ7−) IJングを圧入して形成した
実施例2 実施例1で用いた繊維を網目状のリング形状に成形し、
第5図に示すような繊維スケルトン予備成形体5を得た
。以下実施例1と同様にしてンリンダヘソド粗材を得、
該粗材の当シ面部位に実施例1の耐摩耗性被覆材をプラ
ズマ溶射してコーティングし1機械加工し7て、第6図
に示すよりなFRM6に被覆層7を形成したシリンダヘ
ッド8を得た。
実施例3 平均径10μmのピッチ系炭素長繊維を用い、実施例1
と同様にしてシリンダヘッドを製作した。
実施例4 Agz03−45%5i02(重量比)からなる平均径
3μm、長さ80μmの短繊維をリング状に成形して4
g7図に示すような繊維スケルトン予備成形体9を得た
。以下実施例1と同様にして体積率20チのFRMとし
た後、実施例1と同様にしてシリンダヘッドを得た。
実施例5 実施例4で用いた繊維スケルトン予備成形体9をM合金
(ADT4 )でダイカスト鋳造して第8図に示すよう
なリング状FRM粗材10を得た。該粗材をシリンダヘ
ッド用/エル型のバルブシート相当部位に配置し、 M
g合金(AZ91)を加圧鋳造して、M合金FRMを鋳
ぐるんだMg合金シリンダヘッド粗材を得た。熱処理及
び機械加工を施した後当シ面部位に実施例1と同様にし
て耐摩耗性被覆1−を形成し、以下実施例1と同様にし
てシリンダヘッドを得た。
〔発明の効果〕
本発明はバルブシート部位をFRM化することによシ尚
シ面基材部の高温強度、剛性を高め、熱膨張を抑制し、
当シ面部位の耐摩耗性被覆材の接合強度を向上させて1
.亥被覆制の剥離を防止することができる。また、バル
ブシート部の熱云・4が良ぐlるため、バルブシートの
温度が低下し、バルブシート部の高温強度、硬さ、耐摩
耗性、#食性等に余裕ができ、更に高負荷に耐え、高性
能化が容易となる。又は、耐摩耗性被ijE材に低品質
の抵コスト材を用いることもできる。また、相手のバル
ブの熱もバルブシートを通してよく冷却されるためバル
ブは度が低下し。
バルブの高温強度、硬さ、f#lk耗ヰ、耐食性等にも
余裕ができ、バルブシート同様に低コスト化又は高性能
化が容易となる。
史に、シリンダヘッドのバルブシート周辺の肉厚を薄く
することができ、「経】化につながるとともに、冷却水
による冷却効果が高まり、高性能化が容易となるほか、
冷却水を削減でき。
軽it化と暖気ウオーミングアツプ時間の短縮につなが
る。
更に、本発明は、バルブシートリングの部品点数を削減
することができ、バルブシートリングの圧入の必要がな
いのでそのだめのシリンダヘッド下穴及びシートリング
単体の高精度加工等も必要なくなった。また、バルブシ
ートが一本化しているのでシートリングの圧入不良やゆ
るみKよるシートリングの脱落等の問題も生じない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の実施例1により製造したバルブシート
リングレス軽合金シリンダヘッドのバルブ7一ト部分の
@面図。 42図は本発明の実施例1に用いる同心円状に配向した
長繊維スケルトン予備成形体の斜視図、 第3図は本発明の実施例10F几Mを有するシリンダヘ
ッドのバルブシート部分の断面図。 第4図は本発明の実施例1の耐摩耗性被覆層を形成した
シリンダヘッドのバルブシート部分の断面図、 第5図は本発明の実施例2に用いる網目状繊維スケルト
ン予備成形体の斜視図。 第6図本発明の実施例2により製造したバルブシートリ
ングレス名合金シリンダヘッドのバルブンート部分の断
面図。 第7図は不発明の実施例4に用いる短繊維からなる一戚
惟スケルトン予)1成形体の斜視図。 第8図は本発明の実施例5に用いる短燻維FR,M粗材
の斜視図を表わす。 図中。 1.6・・・FRM       2,7・・・彼覆層
3.8・・・ンリンダヘッド 4.5,9・・・繊維スケルトン予備成形体10・・・
F凡NI粗材 特許出願人 トヨタ自動車株式会社 牙1図 り 牙2図      23図 牙4 図 牙5図 牙6 図

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)内燃機関のAl合金又はMg合金製シリンダヘッ
    ドのインテークバルブシート相当部をセラミックス繊維
    、炭素繊維又はガラス繊維などの強化繊維を含む繊維強
    化金属とし、かつ該部位上のバルブ当り面部にAl合金
    又はMg合金を基材とした耐摩耗性材料被覆層を形成し
    たことを特徴とするバルブシートリングレス軽合金シリ
    ンダヘッド。
  2. (2)繊維強化金属において、径5.0〜150μmの
    長繊維が体積率3.0〜30%で同心円状又は網目状に
    配向した状態で含まれていることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のシリンダヘッド。
  3. (3)繊維強化金属において、径0.05〜15μm、
    長さ10〜500μmの短繊維が体積率3.0〜30%
    で複合されていることを特徴とする特許請求の範囲第1
    項記載のシリンダヘッド。
  4. (4)繊維強化金属が、強化繊維のスケルトン予備成形
    体をバルブシート相当部に配置し、注湯してシリンダヘ
    ッドと一体的に鋳造されてなることを特徴とする特許請
    求の範囲第1項記載のシリンダヘッド。
  5. (5)別体として製造された繊維強化金属がバルブシー
    ト相当部に鋳ぐるまれてなることを特徴とする特許請求
    の範囲第1項記載のシリンダヘッド。
JP19972284A 1984-09-25 1984-09-25 バルブシ−トリングレス軽合金シリンダヘツド Pending JPS6176744A (ja)

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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62150015A (ja) * 1985-12-23 1987-07-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd シリンダヘツドの製造方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62150015A (ja) * 1985-12-23 1987-07-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd シリンダヘツドの製造方法

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