JPH0452452Y2 - - Google Patents
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- JPH0452452Y2 JPH0452452Y2 JP11482484U JP11482484U JPH0452452Y2 JP H0452452 Y2 JPH0452452 Y2 JP H0452452Y2 JP 11482484 U JP11482484 U JP 11482484U JP 11482484 U JP11482484 U JP 11482484U JP H0452452 Y2 JPH0452452 Y2 JP H0452452Y2
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- JP
- Japan
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- exhaust
- cast iron
- cylinder head
- steel
- port
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Landscapes
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
Description
〔考案の技術分野〕
本考案は、排気断熱ポートを鋳包んだ鋳鉄製の
シリンダヘツドの改良に関する。 〔従来技術〕 エンジンのシリンダヘツドには、排気ポートが
鋳造によつて形成されているが、排気を高温に保
つてそれが持つエネルギーを利用してターボチヤ
ージヤーの駆動したり、また、排気ガスを再燃焼
して清浄化を図る等排気ガスの処理方法が各種提
案されている。 従つて、排気ガスを成るべく高温に保持する必
要から、排気ポートを内管と外管との間に空間部
を有する中空２重管構造としてシリンダヘツド内
に鋳包んで構成した、所謂“排気断熱ポート”が
使用されている。この中空２重管構造の排気断熱
ポートは、その中間部に空気層を形成したり、断
熱材を積層することによつて断熱効果を増加させ
たものであり、有効に使用されている。 従来使用されている排気断熱ポート用の中空２
重管としては、耐熱性と耐腐食性を向上させるた
めにオーステナイト系の耐熱鋼（ステンレス鋼）
が使用されている。 一方、この構造の排気断熱ポートを中子として
鋳包んで鋳造したシリンダヘツドは、鋳造後、排
気バルブや吸気バルブを支持するためにバルブガ
イドをシリンダヘツドに圧入する必要があるが、
この際にはシリンダヘツドを構成する鋳鉄部分と
排気断熱ポートとを貫通して孔を加工し、その孔
の中にバルブガイドを圧入する必要がある。この
孔の加工において、鋳鉄に孔を明けることは容易
であるが、排気断熱ポートを構成する２重管への
孔明け加工はかなり難加工であつて、ドリルが滑
つて排気断熱ポートを貫通し難く、そのために生
産性が低下しているのが現状である。 〔考案の目的〕 排気断熱ポートを鋳鉄によつて鋳包んだ場合の
加工性の問題点を解消するために、本考案者等
は、排気断熱ポートのバルブガイド挿入用の孔の
部分を顕微鏡によつてその組織を検査したとこ
ろ、鋳鉄部分に接する排気断熱ポートの加工面
は、鋳鉄と接する部分がオーステナイト系ステン
レス鋼であると、その主要成分であるCrが鋳造
時、鋳鉄側の炭素と結合し、高硬度のCr炭化物
となつていることが判明した。 しかも、このCr炭化物の硬度は、Hv700とかな
り高硬度となつており、これが原因となつて前記
のように加工性を著しく低下させていることが判
明した。 一方、この事実の確認するためにCrやNiを含
まない金属を鋳鉄の中に鋳含んで見たところ、そ
の金属の硬度は殆ど上昇していないことも判明し
ている。 本考案は、エンジンの排気ガスと接触する面に
オーステナイト鋼の優れた耐熱性と耐蝕性を与
え、シリンダヘツドを構成する鋳鉄に含まれてい
る炭素がオーステナイト鋼に含まれているクロム
の存在により、鋳造時にオーステナイト鋼側に移
行してクロム炭化物を生成する「浸炭現象」によ
る排気断熱ポートの硬度の上昇を防ぎ、もつて機
械加工性に優れたシリンダヘツドを提供すること
を目的とするものである。 〔考案の概要〕 前記目的を達成するための本考案に係るシリン
ダヘツドは、鋳包んで固定され、穿孔加工される
２重管構造の排気断熱ポートを有する鋳鉄製のシ
リンダヘツドにおいて、この排気断熱ポートは鋳
鉄に鋳包まれる外管が軟鋼製で、この外管との間
に空間部を設けた配置された排気ガスと接触する
内管がオーステナイト系耐熱鋼で構成されてい
る。 本考案で言う２重管からなる排気断熱ポートを
構成する軟鋼とオーステナイト系耐熱鋼とは金属
材料で普通に使用されているものを意味してお
り、特殊な材料を使用していない。 そこで軟鋼とは、一般に炭素量が0.12〜0.25％
前後の普通鋼を意味しており、これらを記号で示
すと、SPCC，SS41P，SPHC，SAPH……等の
低炭素含有量の鋼材がこれに該当するものであ
る。 また、オーステナイト系耐熱鋼の代表例は18−
８ステンレス鋼（SUS304）があるが、これと同
様な浸炭現象を示すが、耐熱性と耐蝕性のある材
質がこれに該当するものである。 次に、これらの金属材料の融点について説明す
れば次の通りである。 通常の鋳鉄（Ｃ＝3.4％，Si＝2.1％）の融点は
1150℃程度であり、これを鋳造時に溶融した際の
溶湯の温度は1240℃程度である。また、軟鋼
（SPCC）の溶融温度は1530℃程度であり、そし
てオーステナイト鋼（SUS304）の融点は1530℃
前後である。 従つて、鋳造時における鋳鉄の融点と排気断熱
ポートを形成する軟鋼管とオーステナイト鋼管と
溶湯との融点の差は約300℃程度であり、鋳包み
によつてこの排気断熱ポートをシリンダヘツド内
に設けることは極めて容易であることが理解でき
る。 〔実施例〕 次に、図面を参照して本考案の実施例を説明す
る。 第１図は、ガソリンエンジン用の鋳鉄製のシリ
ンダヘツドの上部構造を示す断面図であり、シリ
ンダヘツド１の下面には燃焼室２が形成され、こ
の燃焼室２に連続して２重管構造の排気断熱ポー
ト３が鋳包みによつて形成されている。 前記燃焼室２内には点火栓４と排気バルブ５及
び図示されていないが、吸気バルブが設けられて
いる。この排気バルブ５のステム５Ａは、シリン
ダヘツド１と排気ポート３とを貫通して設けられ
たバルブガイド６によつて支持され、上端をカム
７で駆動されるロツカーアーム８によつて押圧さ
れて作動するように構成されている。 本考案に係る排気ポート３は、排気ガスに接触
する内管３Ａがオーステナイト系耐熱鋼管で構成
され、更に外管３Ｂが軟鋼板管によつて構成さ
れ、両端部８はオーステナイト系耐熱鋼管製の内
管３Ａの端部を折曲げて外管３Ｂを包んで排気断
熱ポート３の空間部９内に鋳造時の湯が侵入しな
いように構成されいてるか、あるいは両端部８を
溶接によつて閉止している。 そして、この排気断熱ポート３の中間部の上面
には平坦面１０が形成され、この平坦面１０にバ
ルブガイド６が貫通して設けられている。 第２図は、機械加工前のシリンダヘツド１の要
部を示す断面図であつて、シリンダヘツド１に２
重管状の排気断熱ポート３が鋳鉄部分１５内に鋳
包みによつて取付けられている。 前記のようにしてシリンダヘツド１が鋳鉄によ
つて排気断熱ポート３を鋳包んだ状態で鋳造され
ると、第３図に示すように平坦面１０上にバルブ
ガイド６用の孔１３を工具１４によつて加工す
る。そして、前記孔１３内に第１図に示すように
バルブガイド６を圧入して固定し、このバルブガ
イド６内に排気弁５のステム５Ａを挿入して往復
可能に支持する。なお、吸気弁の場合も同様な構
造であるので、その説明を省略する。 前記排気断熱ポート３の加工において、従来の
２重管を使用した構造の排気断熱ポート３は鋳鉄
部分１５と接触する部分がオーステナイト系の耐
熱鋼製であつたが、本考案において、前記のよう
に鋳鉄部分１５に接触する方の外管３Ｂを軟鋼製
の管によつて構成し、内管３Ａをオーステナイト
系の耐熱鋼によつて形成している点に特徴があ
る。 〔考案の効果〕 次に、本考案の効果を明確にするために空気
と、オーステナイト系の耐熱鋼（ステンレス
鋼）と、炭素鋼の３種類の材料の熱伝導係数に
ついて比較すると第１表のようになる。 〔第 １ 表〕 空気 オーステナイト 炭素 系耐熱鋼 鋼 熱伝導係数0.050 14 46 （cal／mh℃，500℃） 更に、鋳包み材の材質と、鋳鉄を使用した鋳造
後の硬さとの関係を第２表に示す。
シリンダヘツドの改良に関する。 〔従来技術〕 エンジンのシリンダヘツドには、排気ポートが
鋳造によつて形成されているが、排気を高温に保
つてそれが持つエネルギーを利用してターボチヤ
ージヤーの駆動したり、また、排気ガスを再燃焼
して清浄化を図る等排気ガスの処理方法が各種提
案されている。 従つて、排気ガスを成るべく高温に保持する必
要から、排気ポートを内管と外管との間に空間部
を有する中空２重管構造としてシリンダヘツド内
に鋳包んで構成した、所謂“排気断熱ポート”が
使用されている。この中空２重管構造の排気断熱
ポートは、その中間部に空気層を形成したり、断
熱材を積層することによつて断熱効果を増加させ
たものであり、有効に使用されている。 従来使用されている排気断熱ポート用の中空２
重管としては、耐熱性と耐腐食性を向上させるた
めにオーステナイト系の耐熱鋼（ステンレス鋼）
が使用されている。 一方、この構造の排気断熱ポートを中子として
鋳包んで鋳造したシリンダヘツドは、鋳造後、排
気バルブや吸気バルブを支持するためにバルブガ
イドをシリンダヘツドに圧入する必要があるが、
この際にはシリンダヘツドを構成する鋳鉄部分と
排気断熱ポートとを貫通して孔を加工し、その孔
の中にバルブガイドを圧入する必要がある。この
孔の加工において、鋳鉄に孔を明けることは容易
であるが、排気断熱ポートを構成する２重管への
孔明け加工はかなり難加工であつて、ドリルが滑
つて排気断熱ポートを貫通し難く、そのために生
産性が低下しているのが現状である。 〔考案の目的〕 排気断熱ポートを鋳鉄によつて鋳包んだ場合の
加工性の問題点を解消するために、本考案者等
は、排気断熱ポートのバルブガイド挿入用の孔の
部分を顕微鏡によつてその組織を検査したとこ
ろ、鋳鉄部分に接する排気断熱ポートの加工面
は、鋳鉄と接する部分がオーステナイト系ステン
レス鋼であると、その主要成分であるCrが鋳造
時、鋳鉄側の炭素と結合し、高硬度のCr炭化物
となつていることが判明した。 しかも、このCr炭化物の硬度は、Hv700とかな
り高硬度となつており、これが原因となつて前記
のように加工性を著しく低下させていることが判
明した。 一方、この事実の確認するためにCrやNiを含
まない金属を鋳鉄の中に鋳含んで見たところ、そ
の金属の硬度は殆ど上昇していないことも判明し
ている。 本考案は、エンジンの排気ガスと接触する面に
オーステナイト鋼の優れた耐熱性と耐蝕性を与
え、シリンダヘツドを構成する鋳鉄に含まれてい
る炭素がオーステナイト鋼に含まれているクロム
の存在により、鋳造時にオーステナイト鋼側に移
行してクロム炭化物を生成する「浸炭現象」によ
る排気断熱ポートの硬度の上昇を防ぎ、もつて機
械加工性に優れたシリンダヘツドを提供すること
を目的とするものである。 〔考案の概要〕 前記目的を達成するための本考案に係るシリン
ダヘツドは、鋳包んで固定され、穿孔加工される
２重管構造の排気断熱ポートを有する鋳鉄製のシ
リンダヘツドにおいて、この排気断熱ポートは鋳
鉄に鋳包まれる外管が軟鋼製で、この外管との間
に空間部を設けた配置された排気ガスと接触する
内管がオーステナイト系耐熱鋼で構成されてい
る。 本考案で言う２重管からなる排気断熱ポートを
構成する軟鋼とオーステナイト系耐熱鋼とは金属
材料で普通に使用されているものを意味してお
り、特殊な材料を使用していない。 そこで軟鋼とは、一般に炭素量が0.12〜0.25％
前後の普通鋼を意味しており、これらを記号で示
すと、SPCC，SS41P，SPHC，SAPH……等の
低炭素含有量の鋼材がこれに該当するものであ
る。 また、オーステナイト系耐熱鋼の代表例は18−
８ステンレス鋼（SUS304）があるが、これと同
様な浸炭現象を示すが、耐熱性と耐蝕性のある材
質がこれに該当するものである。 次に、これらの金属材料の融点について説明す
れば次の通りである。 通常の鋳鉄（Ｃ＝3.4％，Si＝2.1％）の融点は
1150℃程度であり、これを鋳造時に溶融した際の
溶湯の温度は1240℃程度である。また、軟鋼
（SPCC）の溶融温度は1530℃程度であり、そし
てオーステナイト鋼（SUS304）の融点は1530℃
前後である。 従つて、鋳造時における鋳鉄の融点と排気断熱
ポートを形成する軟鋼管とオーステナイト鋼管と
溶湯との融点の差は約300℃程度であり、鋳包み
によつてこの排気断熱ポートをシリンダヘツド内
に設けることは極めて容易であることが理解でき
る。 〔実施例〕 次に、図面を参照して本考案の実施例を説明す
る。 第１図は、ガソリンエンジン用の鋳鉄製のシリ
ンダヘツドの上部構造を示す断面図であり、シリ
ンダヘツド１の下面には燃焼室２が形成され、こ
の燃焼室２に連続して２重管構造の排気断熱ポー
ト３が鋳包みによつて形成されている。 前記燃焼室２内には点火栓４と排気バルブ５及
び図示されていないが、吸気バルブが設けられて
いる。この排気バルブ５のステム５Ａは、シリン
ダヘツド１と排気ポート３とを貫通して設けられ
たバルブガイド６によつて支持され、上端をカム
７で駆動されるロツカーアーム８によつて押圧さ
れて作動するように構成されている。 本考案に係る排気ポート３は、排気ガスに接触
する内管３Ａがオーステナイト系耐熱鋼管で構成
され、更に外管３Ｂが軟鋼板管によつて構成さ
れ、両端部８はオーステナイト系耐熱鋼管製の内
管３Ａの端部を折曲げて外管３Ｂを包んで排気断
熱ポート３の空間部９内に鋳造時の湯が侵入しな
いように構成されいてるか、あるいは両端部８を
溶接によつて閉止している。 そして、この排気断熱ポート３の中間部の上面
には平坦面１０が形成され、この平坦面１０にバ
ルブガイド６が貫通して設けられている。 第２図は、機械加工前のシリンダヘツド１の要
部を示す断面図であつて、シリンダヘツド１に２
重管状の排気断熱ポート３が鋳鉄部分１５内に鋳
包みによつて取付けられている。 前記のようにしてシリンダヘツド１が鋳鉄によ
つて排気断熱ポート３を鋳包んだ状態で鋳造され
ると、第３図に示すように平坦面１０上にバルブ
ガイド６用の孔１３を工具１４によつて加工す
る。そして、前記孔１３内に第１図に示すように
バルブガイド６を圧入して固定し、このバルブガ
イド６内に排気弁５のステム５Ａを挿入して往復
可能に支持する。なお、吸気弁の場合も同様な構
造であるので、その説明を省略する。 前記排気断熱ポート３の加工において、従来の
２重管を使用した構造の排気断熱ポート３は鋳鉄
部分１５と接触する部分がオーステナイト系の耐
熱鋼製であつたが、本考案において、前記のよう
に鋳鉄部分１５に接触する方の外管３Ｂを軟鋼製
の管によつて構成し、内管３Ａをオーステナイト
系の耐熱鋼によつて形成している点に特徴があ
る。 〔考案の効果〕 次に、本考案の効果を明確にするために空気
と、オーステナイト系の耐熱鋼（ステンレス
鋼）と、炭素鋼の３種類の材料の熱伝導係数に
ついて比較すると第１表のようになる。 〔第 １ 表〕 空気 オーステナイト 炭素 系耐熱鋼 鋼 熱伝導係数0.050 14 46 （cal／mh℃，500℃） 更に、鋳包み材の材質と、鋳鉄を使用した鋳造
後の硬さとの関係を第２表に示す。
【表】
【表】
以上のように、本考案は鋳鉄部分１５と接触す
る排気断熱ポートの外管３Ｂ側に軟鋼管を使用
し、排気ガスと接触する内管３Ａ側にオーステナ
イト系耐熱鋼を使用しており、次の効果を奏する
ことができる。 (イ) ２重管構造の排気断熱ポート３を構成する外
管３Ｂに軟鋼管（SPCC等）を使用しているの
で、鋳鉄部分１５と接触してもこの材質の中に
は大量のCr，Niを含有していないので、Cr炭
化物を生成せず、第２表に示すように鋳造後の
硬度Hv100鋳造後でもHv250程度で、低い値を
示している。一方、この外管３Ｂ側にオーステ
ナイト系耐熱鋼（SUS304等）を使用すれば、
その硬度はHv200→700と著しく増加すること
が分かる。 このように本考案によれば、外管３Ｂの硬度
が鋳包み後もさほど上昇していないために、排
気断熱ポート３にバルブガイド用の孔１３を明
ける際の切削性、特に、ドリル１４による切削
性が著しく向上することになり、このドリル１
４の位置決めと孔明けが簡単に行なえ、生産性
が著しく向上する。 (ロ) 内管３Ａ側にオーステナイト系耐熱鋼からな
る管を使用しているので、第１表に示している
ようにこの管の熱伝導係数が14kcal／mh℃で
あり、炭素鋼の46kcal／mh℃に比較して約1/3
程度であり、熱伝導性に劣り、更に外管３Ｂと
内管３Ａとの間の空間部９に空気層あるいは断
熱材からなる断熱層を形成しているために、有
効な断熱効果を得ることができる。 なお、実施例においては、ガソリンエンジン用
の鋳鉄製のシリンダヘツドについて説明したが、
デイーゼルエンジン用の鋳鉄製のシリンダヘツド
であつても同様な効果を奏するものであることは
明らかである。
る排気断熱ポートの外管３Ｂ側に軟鋼管を使用
し、排気ガスと接触する内管３Ａ側にオーステナ
イト系耐熱鋼を使用しており、次の効果を奏する
ことができる。 (イ) ２重管構造の排気断熱ポート３を構成する外
管３Ｂに軟鋼管（SPCC等）を使用しているの
で、鋳鉄部分１５と接触してもこの材質の中に
は大量のCr，Niを含有していないので、Cr炭
化物を生成せず、第２表に示すように鋳造後の
硬度Hv100鋳造後でもHv250程度で、低い値を
示している。一方、この外管３Ｂ側にオーステ
ナイト系耐熱鋼（SUS304等）を使用すれば、
その硬度はHv200→700と著しく増加すること
が分かる。 このように本考案によれば、外管３Ｂの硬度
が鋳包み後もさほど上昇していないために、排
気断熱ポート３にバルブガイド用の孔１３を明
ける際の切削性、特に、ドリル１４による切削
性が著しく向上することになり、このドリル１
４の位置決めと孔明けが簡単に行なえ、生産性
が著しく向上する。 (ロ) 内管３Ａ側にオーステナイト系耐熱鋼からな
る管を使用しているので、第１表に示している
ようにこの管の熱伝導係数が14kcal／mh℃で
あり、炭素鋼の46kcal／mh℃に比較して約1/3
程度であり、熱伝導性に劣り、更に外管３Ｂと
内管３Ａとの間の空間部９に空気層あるいは断
熱材からなる断熱層を形成しているために、有
効な断熱効果を得ることができる。 なお、実施例においては、ガソリンエンジン用
の鋳鉄製のシリンダヘツドについて説明したが、
デイーゼルエンジン用の鋳鉄製のシリンダヘツド
であつても同様な効果を奏するものであることは
明らかである。
第１図は、本考案の実施例に係るシリンダヘツ
ドの上部構造を示す断面図、第２図は排気ポート
を鋳包みによつて鋳造したものを示す断面図、第
３図は、前記第２図のシリンダヘツドの排気断熱
ポートを工具によつて孔明けをしている状態を示
す断面図である。 １……シリンダヘツド、２……燃焼室、３……
排気断熱ポート、３Ａ……内管（オーステナイト
系耐熱鋼製）、３Ｂ……外管（軟鋼製）、５……排
気バルブ、６……バルブガイド、８……端部、９
……空間部、１４……工具、１５……鋳鉄部分。
ドの上部構造を示す断面図、第２図は排気ポート
を鋳包みによつて鋳造したものを示す断面図、第
３図は、前記第２図のシリンダヘツドの排気断熱
ポートを工具によつて孔明けをしている状態を示
す断面図である。 １……シリンダヘツド、２……燃焼室、３……
排気断熱ポート、３Ａ……内管（オーステナイト
系耐熱鋼製）、３Ｂ……外管（軟鋼製）、５……排
気バルブ、６……バルブガイド、８……端部、９
……空間部、１４……工具、１５……鋳鉄部分。
Claims (1)
- 鋳包んで固定され、穿孔加工される２重管構造
の排気断熱ポートを有する鋳鉄製のシリンダヘツ
ドにおいて、この排気断熱ポートは鋳鉄に鋳包ま
れる外管が軟鋼製で、この外管との間に空間部を
設けて配置された内管がオーステナイト系耐熱鋼
製で構成されていることを特徴とするシリンダヘ
ツド。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11482484U JPS6132547U (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | シリンダヘツド |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP11482484U JPS6132547U (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | シリンダヘツド |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6132547U JPS6132547U (ja) | 1986-02-27 |
| JPH0452452Y2 true JPH0452452Y2 (ja) | 1992-12-09 |
Family
ID=30673822
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP11482484U Granted JPS6132547U (ja) | 1984-07-30 | 1984-07-30 | シリンダヘツド |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6132547U (ja) |
-
1984
- 1984-07-30 JP JP11482484U patent/JPS6132547U/ja active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6132547U (ja) | 1986-02-27 |
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