JPH02197367A - セラミックポートライナを有するシリンダーヘッド - Google Patents

セラミックポートライナを有するシリンダーヘッド

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JPH02197367A
JPH02197367A JP1586489A JP1586489A JPH02197367A JP H02197367 A JPH02197367 A JP H02197367A JP 1586489 A JP1586489 A JP 1586489A JP 1586489 A JP1586489 A JP 1586489A JP H02197367 A JPH02197367 A JP H02197367A
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JP
Japan
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cylinder head
exhaust port
port liner
exhaust
aluminum alloy
Prior art date
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Pending
Application number
JP1586489A
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English (en)
Inventor
Masahiko Shigetsu
雅彦 重津
Toshitsugu Kamioka
敏嗣 上岡
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.)
Mazda Motor Corp
Original Assignee
Mazda Motor Corp
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Publication date
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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〕 本発明はセラミックポートライナを有するシリンダーヘ
ッドに関する。
〔従来技術〕
一般に、自動車などのエンジンでは、シリンダヘッドの
排気ポートを断熱性と耐熱性に優れたセラミック製の排
気ポートライナで形成し、排気ガスからシリンダヘッド
へ逃げる熱を極力少なくして、冷却系統の小型・軽量化
及びシリンダヘッドの熱負荷低減による耐久性の向上を
図るとともに、排気ガス温度の上昇によるターボ効率の
向上及び触媒の反応性の向上を図る技術が知られている
通常、上記排気ポートライナは、シリンダヘッドを構成
するアルミニウム合金に鋳ぐるんで一体鋳造しているが
、排気ポートライナを構成しているセラミックが比較的
脆いので、鋳造後のアルミニウム合金の収縮による圧縮
応力で破壊したり、エンジン駆動時の振動で破壊するこ
とがある。
そこで、例えば実開昭6(1−120241号公報には
、排気ポートライナの強度・剛性を高めるため、排気ポ
ートライナをセラミックウールや鉄網等で覆ってアルミ
ニウム合金に一体的に鋳ぐるんだ排気ポートライナが記
載されている。
しかしながら、上記排気ポートライナでは、セラミック
ウールや鉄網等で排気ポートライナの構造が複雑になり
鋳造欠陥が発生しやすく、しかもコスト高になるという
問題がある。
一方、本出願人は、ヤング率及び熱膨張率が低いセラミ
ック材料製の排気ポートライナを用いることにより、鋳
造時にアルミニウム合金の圧縮応力による排気ポートラ
イナの破壊を防止することを提案し、セラミック材料と
してヤング率及び熱膨張率が低くしかも熱伝導率の非常
に小さいチタン酸アルミニウム(ヤング率: 120k
gf /mrr?。
熱膨張率: 0.7 X 10−’/’C1熱伝導率1
.0012cal/am −s −℃)を用いて排気ポ
ートライナを製作し、アルミニウム合金に一体的に鋳ぐ
るんでシリンダヘッドを製作した。
〔発明が解決しようとする課題〕
上記シリンダヘッドでは、排気ポートライナがヤング率
及び熱膨張率の小さいセラミック材料製なので鋳造後に
作用する圧縮応力による排気ポートライナの破壊を防止
出来、しかも排気ポートライナの構造が簡単で安価に製
作出来るが、チタン酸アルミニウムの熱伝導率が鋳造用
中子の熱伝導率(0,05cal/cm−s −℃)よ
りも非常に小さいため、鋳造型内のアルミニウム溶湯の
冷却速度が不均一になり鋳造欠陥が生じ易く、しかもチ
タン酸アルミニウムとアルミニウム合金とのぬれ性があ
まり良くないので、排気ポートライナとアルミニウム合
金間に排気通路内に開口する隙間が形成され易い。この
ため、ウォータジャケットの冷却水が排気ポートライナ
の開口部の近傍部から漏れたり、排気ガスが排気ポート
ライナとアルミニウム合金との隙間に流入してシリンダ
ヘッドへの熱損失が増大するという問題が発生した。
本発明の目的は、排気ポートライナの開口部の近傍部か
らの水漏れを防止しするとともに、シリンダヘッドへの
排気ガスの熱損失を低減し得るセラミックポートライナ
を有するシリンダヘッドを提供することにある。
〔課題を解決するための手段〕
本発明に係るセラミックポートライナを有するシリンダ
ーヘッドは、チタン酸アルミニウムからなる排気ポート
ライナが一体的に鋳ぐるまれたセラミックポートライナ
を有するアルミニウム合金製のシリンダーヘッドであっ
て、上記排気ポートライナの少なくとも開口部の近傍部
に接合された金ロウとチタンとからなるメタライズ層が
アルミニウム合金に接合されているものである。
〔作用〕
本発明に係るセラミックポートライナを有するシリンダ
ーヘッドにおいては、チタン酸アルミニウムからなる排
気ポートライナの少なくとも開口部の近傍部が、そこに
接合された金ロウ及びチタンからなるメタライズ層を介
して、アルミニウム合金製のシリンダーヘッドに隙間な
く強固に接合される。これにより、排気ポートライナと
アルミニウム合金間に隙間が形成されても、この隙間は
メタライズ層を介して排気通路に対して遮断される。
〔発明の効果〕
本発明に係るセラミックポートライナを有するシリンダ
ーヘッドによれば、上記〔作用〕の項で説明したように
、排気ポートライナとアルミニウム合金との間に隙間が
形成されても、この隙間と排気通路とがメタライズ層を
介して遮断されるので、排気通路からこの隙間への排気
ガスの流入を確実に防止して、シリンダヘッドへの排気
ガスの熱損失を低減出来るとともに、鋳造欠陥などによ
りこの隙間へ冷却水が流入しても、この隙間から排気通
路内への冷却水の漏れを確実に防止出来る。
〔実施例〕
以下、本発明の実施例を図面に基いて説明する。
本実施例は、セラミックポートライナを有する4サイク
ルエンジンのシリンダヘッドに本発明を適用した場合の
ものである。
第1図・第5図に示すように、エンジン1のシリンダヘ
ッド2はアルミニウム合金の鋳造品で、その右部及び左
部には燃焼室3に開口する吸気ボート4及び排気ポート
5が形成され、各ボート4・5の近傍部にはシリンダヘ
ッド2を冷却する為の複数のウォータジャケット6が形
成され、吸気ボート4の下流端部及び排気ポートの上流
端部には環状のバルブシート7が夫々一体的に設けられ
、各ボート4・5の途中部の上部には中空パイプ状のバ
ルブガイド8が夫々燃焼室3に向けて一体的に設けられ
、バルブガイド8には各ボート4・5を開閉する為の吸
気弁9及び排気弁1oが装着され、エンジン1の駆動時
に燃焼室3がら排出される高温の排気ガスは排気ポート
5を通って排気通路11へ排出される。
上記排気ポート5の上流端近傍部と下流端近傍部とバル
ブガイド8の近傍部以外の部分は、第1図〜第3図・第
5図に示すように、シリンダヘッド2に一体的に鋳ぐる
まれた排気ポートライナ12で形成され、この排気ポー
トライナ12は排気ガスからシリンダヘッド2への熱損
失を極力少なくするため、熱伝導率が非常に低く断熱性
と耐熱性に優れたチタン酸アルミニウムで形成されると
ともに、その上流端部及び下流端部の開口部12a・1
2bとバルブガイド8の装着用の挿通孔12cの内周部
とは、金ロウ(BAu−1)及びチタン(Ti)からな
るメタライズ層13を介して、シリンダヘッド2を構成
するアルミニウム合金に隙間なく強固に接合されている
次に、上記シリンダヘッド2の製造方法について簡単に
説明する。
先ず、第2図に示すように、チタン酸アルミニウム(ヤ
ング率: 120kgf /mrd、熱膨張率:0.7
 x 10−’/”c、熱伝導重重〇、0012cal
/cm・S・℃)製の排気ポートライナ12を製作する
次に、第3図・第6図に示すように、排気ポートライナ
12の開口部12a・12bと挿通孔12cの内周部に
厚さ20μmの純チタン箔13Aと厚さ50μmの金ロ
ウ(BAu−1)箔13Bを重ね、これを真空炉に収容
して5X10−”Torrの真空中で1025℃で約2
0分間熱処理し、排気ポートライナ12に金ロウ及びチ
タンからなるメタライズ層13を隙間なく強固に接合成
形する。
次に、ウォータジャケット6成形用の中子14を製作す
るとともに、バルブガイド8及びバルブシート7と排気
ポートライナ12とに中子砂を詰めて中子15を製作し
、第4図に示すように、これらの中子14・15を鋳造
型16内にセントして、成形キャビティ17内に温度7
40℃のアルミニウム合金溶湯を0.2〜0.7 kg
/ c rdで低圧注入し、シリンダヘッド2を低圧鋳
造する。鋳造時、チタン酸アルミニウムとアルミニウム
合金とのぬれ性が比較的悪いので、排気ポートライナ1
2とアルミニウム合金との間に僅かな隙間が形成される
ことがあるが、メタライズ層13がアルミニウム合金に
隙間なく強固に接合されるので、この隙間と排気ポート
5とは遮断される。また、鋳造後アルミニウム合金の冷
却時の収縮により排気ポートライナ12に比較的大きな
圧縮応力が作用するが、チタン酸アルミニウムのヤング
率及び熱膨張率が比較的低いので破損することはない。
次に、第5図に示すように、鋳造品を離型し中子14・
15を除去して、シリンダヘッド2を得る。
以上のように、排気ポートライナ12とアルミニウム合
金間に微小隙間が形成されても、この隙間と排気ポート
5とがメタライズ層13を介して遮断されるので、排気
ポート5からこの隙間への排気ガスの流入を確実に防止
して、シリンダヘッド2への排気ガスの熱損失を低減出
来るとともに、アルミ合金の凝固収縮に起因する鋳造欠
陥などによりこの隙間ヘウォークジャケソト6から冷却
水が流入しても、この隙間から排気ボート5内へ冷却水
が漏れるのを確実に防止出来る。
上記メタライズ層13の素材を決定するために行った実
験結果を参考までに第1表に記す。
第1表 〔A:金ロウ(BAu−1)箔、B:銀ロウ(Ag−8
)箔、Cニアルミニウムロウ(BA4145)箔、D:
チタン箔〕上記第1表から判るように、金ロウ箔とチタ
ン箔の場合のみ良好に接合し、金ロウ箔単独、銀ロウ箔
、銀ロウ箔とチタン箔、アルミニウムロウ箔、アルミロ
ウ箔とチタン箔、などのロウ材では接合不良となって実
用に適さない。
尚、排気ポートライナ12の外周部の所望の部位を必要
に応じてアルミ合金に接合する場合にも上記金ロウ箔と
チタン箔を用いて上記実施例と同様に接合することが出
来ることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
図面は本発明の実施例に係るもので、第1図はエンジン
の要部縦断面図、第2図〜第5図は夫々シリンダヘッド
製造の各段階を示すもので、第2図は排気ポートライナ
の縦断面図、第3図はメタライズ層を形成した排気ポー
トライナの縦断面図、第4図は鋳造型の要部縦断面図、
第5図はシリンダヘッドの要部縦断面図、第6図は第3
図VI−Vl線拡大断面図である。 2・・シリンダヘッド、  12・・排気ポートライナ
、  12a・12b・−開口部、  12C・・挿通
孔、 13・・メタライズ層、 13A・・チタン箔、 3B ・金ロウ箔。 マツダ株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チタン酸アルミニウムからなる排気ポートライナ
    が一体的に鋳ぐるまれたセラミックポートライナを有す
    るアルミニウム合金製のシリンダーヘッドであって、 上記排気ポートライナの少なくとも開口部の近傍部に接
    合された金ロウとチタンとからなるメタライズ層がアル
    ミニウム合金に接合されていることを特徴とするセラミ
    ックポートライナを有するシリンダーヘッド。
JP1586489A 1989-01-24 1989-01-24 セラミックポートライナを有するシリンダーヘッド Pending JPH02197367A (ja)

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