JPH0195863A - 内燃機関用シリンダヘッドの製造方法 - 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） 本発明は内燃機関用シリンダヘッドの製造方法に関する
。

（従来の技術） 内燃機関用シリンダヘッドの、バルブフェースと接触す
るシート部分には、高い耐摩耗性が要求されている。こ
のため、従来より該部分に、バルブシートとして、例え
ば第２図に示すようなシートリング７を適用している。

このようなシリンダヘッド６′は、まず、アルミ合金、
鋳鉄等によりシリンダヘッド本体３を作製した後、バル
ブ８のバルブフェース９と接触する部分に溝を彫り、該
溝に、予め耐摩耗性に優れる材料で製造したシートリン
グ７を嵌め込むことにより製造されている。シートリン
グを有するシリンダヘッドの構成は、例えば特開昭６１
−２２９９２６号及び特開昭６０−１９０６４８号に記
載されている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、上記の方法は、シートリングの製造工程
、シートリングを嵌め込むための溝の研削工程、シート
リングの嵌め込み工程を必要とするため、工程数が多く
なり、製造に長時間を要する。また、シートリングとシ
リンダヘッドとの密着性が悪いため、作動中にシートリ
ングが剥離しやすいという問題がある。また、密着性が
悪く、しかもシートリングの厚さが約１０ｍｍと厚いた
め、熱分布が不均一になり、特にシートリング７及びバ
ルブフェース９の温度が高くなるという問題がある。こ
れによって、シートリングが破損したり、歪んだりする
ことにより、燃焼室１０がバルブ８により完全に閉じな
くなることもある。このため、バルブシートのないシリ
ンダヘッドも考えられてはいるが、バルブシートなしに
耐摩耗性を改善するのは非常に困難である。

従って、本発明は耐摩耗性が高く、しかもヘッドとバル
ブシートを別途に製造して嵌め込むというような多工程
を要さず、また、バルブシートとシリンダヘッドとの密
着性が高く、バルブシートの剥離や過熱を来すことのな
い内燃機関用シリンダヘッドの製造方法を提供すること
を目的とする。

（問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために、本発明の内燃機関用シリ
ンダヘッドの製造方法は、シリンダヘッド鋳造用の鋳型
の中子のバルブシート形成位置に相当する部分に、Ｃｕ
合金を溶射した後、シリンダヘッド本体の鋳造を行なう
ことを特徴とする。

従って、本発明においては、まず、シリンダヘッドの鋳
造用鋳型の中子に、プラズマ溶射等の方法によりＣｕ合
金を溶射し、その後シリンダヘッド本体を形成する金属
、例えばアルミニウム合金を注湯し、鋳造した後、脱型
し、これにバルブガイドを圧入し、パルプガイドの内面
と、バルブシートの当たり面を研削加工することにより
、Ｃｕ合金の溶射物によるバルブシートが形成されたシ
リンダヘッドを製造する。

合金の溶射は、通常、最終的なバルブシートの厚さが約
１ｍから数ｍｍ程度となるように行われる。

中子の一部に溶射するＣｕ合金としては、Ｎｉ５〜５０
重量％、Ｓｉ１〜１０重量％、８００５〜５重量％及び
少量のＦｅと残部Ｃｕからなる合金が、密着性の点で、
また耐摩耗性の点で非常に優れているため、好ましい。

上記のＣｕ合金の限定理由を下記に示す。以下、％は重
量による。

Ｎｉは、強度を上げるために添加されるが、５％未満で
は効果がなく、また５０％を超えると、シリンダヘッド
材との密着性が悪くなり、熱伝導性が悪くなるため、５
〜５０％とした。

Ｓｉ及びＢは、シリサイドまたはホウ化物等の金属間化
合物を作って耐摩耗性を向上させるために添加されるが
、それぞれ１％未満及び０．５％未満では目的とする効
果が得られず、また、１０％及び５％を超えると、靭性
が低下するため、それぞれ１〜１０％及び０．５〜５％
とした。

（作用） 本発明の内燃機関用シリンダヘッドの製造方法において
は、予め中子にＣｕ合金を溶射した後、シリンダヘッド
本体を鋳造することにより、シリンダヘッドにＣｕ合金
溶射層が鋳ぐるまれた形で鋳造される。Ｃｕ合金はシリ
ンダヘッドの基材となるアルミニウム合金または鋳鉄と
の密着性に優れており、しかも、溶射されたＣｕ合金表
面に凹凸が存在するため、予め製造されたバルブシート
を鋳ぐるんだ場合と比べても、シリンダヘッドとバルブ
シートとの密着性は著しく改善される。また、溶射によ
り形成する方法では、バルブシートを別途に製造する場
合に比べて、バルブシートの層厚を非常に薄くスルこと
ができる。従って、密着性の向上により、また、層厚が
薄くなったことにより、作動中のバルブシート及びシー
トリングの熱分布の偏りが改善され、バルブシート及び
バルブフェース部の温度が低下する。また、本発明にお
いてバルブシート材料として特に優れていることが見出
されたＣｕ合金材料を用いることにより、さらに優れた
耐摩耗性が達成される。

（実施例） 以下、本発明を実施例に基づいてさらに詳細に説明する
。

実施例１： 第１図は、本発明の方法により製造されたシリンダヘッ
ド６の一部を示す。

該シリンダヘッド６の製造方法を以下に示す。

まず、Ｎｉ１５％、Ｓｉ３％、８１．５％、少量のＦｅ
及び残部Ｃｕからなる組成の合金を、シリンダヘッド鋳
造用鋳型の吸排気ボート部４のシエル中子に１％数ｍｍ
の厚さでプラズマ溶射して、溶射合金部２を形成する。

その後、アルミ合金ＡＣ２Ｃを上記の鋳型で鋳込んだ後
、鋳型より取り出し、中子を外す。得られたシリンダヘ
ッドにバルブガイド５を圧太し、バルブガイド５の内面
及びバルブシートの当たり面部１を加工して、シリンダ
ヘッド６を得る。

比較のために、バルブシート嵌め込み型の従来例のシリ
ンダヘッドを製造する（比較測高１）。

また、本発明品と同様の組成、即ちＮｉ１５％、Ｓｉ３
％、Ｂ１．５％、少量のＦｅ及び残部Ｃｕからなる合金
によりシートリングを製造し、これをシリンダヘッドに
鋳ぐるむ方法により、シリンダヘッドを製造した。（比
較測高２）。さらに、従来バルブシート嵌め込み型のシ
リンダヘッドにおいて、バルブシートを形成していたＣ
ｕ合金（Ｂｅ０．５％、Ｃｏ２．５％及び残部Ｃｕ）を
本発明の方法と同様の方法により中子に溶射した後、鋳
造を行なうことにより、シリンダヘッドを製造した（比
較測高３）。

上記実施例で製造した本発明のシリンダヘッド並びに比
較測高１．２及び３について、６６００ｒｐｍ及び２０
０■のエンジン運転条件で運転した時のバルブシート温
度、はがれ発生率及びバルブシート当たり幅の増加量（
ｍｍ）を調べた。結果をそれぞれ第３図、第４図及び第
５図のグラフに示す。グラフより明らかなように、本発
明のシリンダヘッドは、従来方法のシートリングを嵌め
込む方法及びシートリングを鋳ぐるむ方法により製造さ
れたシリンダヘッドに比べて、運転時のバルブシート温
度が低い。また、本発明で製造されたシリンダヘッドの
バルブシート部は、従来方法のシートリングを鋳ぐるむ
方法により製造されたシリンダヘッドに比べて、剥がれ
発生率が低い。また、本発明で溶射されるＣｕ合金は、
従来例のＣｕ合金と比べて、耐摩耗性に優れていること
が明らかである。

（発明の効果） 本発明の内燃機関用シリンダヘッドの製造方法において
は、バルブシートをＣｕ合金の溶射により形成するため
、シートリングを別途に形成して嵌め込む方法に比べて
、工程数を減少することができ、製造時間を短縮するこ
とができる。また、本発明の方法により得られたシリン
ダヘッドは、バルブシートとシリンダヘッド本体との密
着性が高く、また、薄いバルブシートを形成することが
できる。従って、作動中にバルブシートの脱落を防止す
ることができる。また、バルブシート及びシートリング
の熱分布の偏りが改善されるため、バルブシート及びバ
ルブフェース部の温度が低下し、過熱による歪みまたは
損傷を防止することができる。また、耐摩耗性について
も、従来のバルブシート材料に比べて著しく改善される
。これにより、本発明においては、従来に比べて簡便な
方法により、耐久性に優れた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図は本発明の一実施例の方法により製造されたシリ
ンダヘッドを示す図、第２図は従来方法により製造され
たシリンダヘッドを示す図、第３図、第４図及び第５図
は、それぞれ本発明のシリンダヘッドと比較測高のシリ
ンダヘッドの運転時のバルブシート温度、バルブシート
の剥がれ発生率及びバルブシートの当たり幅の増加量を
示すグラフである。 ■・・・バルブ−シート部　　２・・・溶射合金部３・
・・シリンダヘッド本体　６．６１・・・シリンダヘッ
ド特許出願人　トコタ自動車株式会社 く云ト、き−−Ｌ畷興　ｐ く→゛い・・＼−−Ｌ＠Ｓ−登讐ε た９≦摩繕脩　ｌ 、′Ｖ１ 、き

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. シリンダヘッド鋳造用の鋳型の中子のバルブシート形成
   位置に相当する部分に、Ｃｕ合金を溶射した後、シリン
   ダヘッド本体の鋳造を行なうことからなる内燃機関用シ
   リンダヘッドの製造方法。