JPH06117245A - 遮熱壁体構造の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 本発明は、セラミックスから成る内壁部材の
外面に断熱材を簡単に固定することができる遮熱壁体構
造の製造方法を提供する。 【構成】 この遮熱壁体構造の製造方法を遮熱排気通路
の作製に適用しており、排気ポートライナ１をオープン
ポア構造を有する低熱伝導率で且つ低熱膨張係数のセラ
ミックスで作製し、排気ポートライナ１をセラミックフ
ァイバーを均一に混入した水又は有機溶剤中に入れ、排
気ポートライナ１の内部を吸引して負圧にする。排気ポ
ートライナ１の外壁面にセラミックファイバー層からな
る断熱材２が形成されると共に、排気ポートライナ１の
オープンポア内へセラミックファイバーが侵入する。従
って、鋳込み時の金属の熱収縮応力を断熱材２で緩和し
て排気ポートライナ１にかかる圧縮応力を軽減して破損
を防止できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、外側に金属外側部材
を有する燃焼室、副室、排気ポートライナ、排気マニホ
ルドライナ等の内壁部材の外壁面に断熱材を形成する遮
熱壁体構造の製造方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】現在、エンジンに用いられる排気マニホ
ルドは、耐熱性を向上させ且つ製造コストを低く抑える
ために、鋳鉄の鋳造により製作されるものが大半であ
る。鋳鉄の耐熱温度が高い反面、比較的に熱伝導も良好
なため、燃焼室からの放熱量も多い。今日、多くのエン
ジンでは、ターボチャージャを備えているが、該ターボ
チャージャを持つエンジンは、鋳鉄で作製した排気マニ
ホルドを使用しており、重量が非常に重く、エンジン軽
量化の妨げとなっている。

【０００３】ところで、従来、排気ガスのエネルギーを
有効に利用するために、耐熱性に優れ、熱伝導率の小さ
いセラミックスを排気ポート或いは排気マニホルド内に
鋳込む構造のものが開示されている。この時、セラミッ
クスを覆う金属の鋳込み時の収縮による応力の緩和と遮
熱性を向上させる目的で、内部ライナのセラミックスと
外側の金属との間に、炭化ケイ素、アルミナ等のセラミ
ックファイバーを介在させる場合が多い。

【０００４】また、実開昭５９−３０５１１号公報に
は、エンジンの多重排気管が開示されている。該エンジ
ンの多重排気管は、排気管の内管をセラミック材で、外
管を金属材でそれぞれ形成し、内管と外管の間に金属線
錯綜体を介設し、内管の長手方向に直交する分割面を設
けるとともに、内管の分割面同志で形成される隙間又は
内管とフランジとで形成される隙間に弾性体を介設した
ものである。

【０００５】また、実開昭５９−２７１１７号公報に
は、内燃機関の多重排気管が開示されている。該内燃機
関の多重排気管は、排気管の内側の配管をセラミック材
で、同じく外側の配管を金属材でそれぞれ形成するとと
もに、内側と外側の各配管の間に金属線錯綜体を介設
し、排気管を構成する各配管のうち、少なくとも内側の
セラミック配管に、長手方向と略直交する分割面を形成
したものである。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】そこで、燃焼室からの
放熱量を低減してエンジンに設けたターボチャージャに
排気ガスが持つ熱エネルギーを有効に作用させるため
に、熱伝導率が非常に低く且つ比重の小さいセラミック
スで製作された排気マニホルドライナをアルミニウム合
金等の金属で鋳込む製作方法が考えられる。しかしなが
ら、セラミックスは金属に比較して熱膨張率が非常に小
さいため、セラミックス製の排気マニホルドライナをそ
のままの状態で鋳込型に配置して金属を鋳込むと、金属
の熱収縮応力によって排気マニホルドライナを構成する
セラミックスに亀裂、クラック等が発生し、排気マニホ
ルドライナが破壊される恐れがある。特に、排気マニホ
ルドの鋳込みの場合には、排気マニホルドの横方向の熱
収縮量が大きくなるため、この破壊現象は顕著になる。

【０００７】そこで、排気マニホルドの製造方法におい
て、セラミックスから成る内部ポート即ちセラミックラ
イナの外側に低熱伝導率で且つ気孔率の高い断熱材を配
置し、それを鋳込型に配置してアルミニウム合金等の金
属を鋳込んで、排気ポート、排気マニホルド等の排気通
路を作製することが考えられる。この時、断熱材はアル
ミニウム合金の鋳包み時の鋳造応力を緩和すると共に、
遮熱度を向上させる機能を有している。そして、セラミ
ックライナの全体を覆う方法としては、プリフォーム法
があり、場合によっては、厚さ３ｍｍ程度のペーパ状シ
ートの断熱材をポート形状を展開した形状に切断し、こ
の切断したシートをセラミックライナに巻付け、次い
で、約５００℃で加熱してシートを加熱硬化させて作製
することが行なわれている。

【０００８】しかしながら、このような排気通路の製造
方法では、焼成時に断熱材が変形して所望の形状を維持
できず、セラミックライナの形状に対して断熱材の形状
合わせが困難なため、鋳造時の金属収縮応力が不均一に
なり、破損の可能性があると共に、量産性がなく、製造
コストがアップするという問題がある。

【０００９】そこで、この発明の目的は、上記の課題を
解決することであり、燃焼室、副室、排気ポートライ
ナ、排気マニホルドライナ等の内壁部材を熱伝導率が低
く且つ熱膨張係数が小さいチタン酸アルミニウム等のセ
ラミックスで作製し、該内壁部材の外側に断熱材を配置
するのに、空気、水又は有機溶剤を入れた容器中にセラ
ミックファイバーを混入し、その空気、水又は有機溶剤
を入れた容器中に内壁部材を収容し、開口部を通じて内
壁部材の内部を吸引して負圧にすることによってセラミ
ックファイバーを内壁部材の壁面に侵入させると共に、
内壁部材の外面に所定の厚さのセラミックファイバー層
を形成し、それを鋳込型に配置してアルミニウム合金等
の金属を鋳込んで作製し、鋳込み時の金属の熱収縮で受
ける内壁部材の熱収縮応力を緩和して内壁部材の破損を
防止すると共に、量産性を向上できる遮熱壁体構造の製
造方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】この発明は、上記目的を
達成するために、次のように構成されている。即ち、こ
の発明は、内部空間と開口部とを有する内壁部材をセラ
ミックスから作製し、該内壁部材の外面にセラミックフ
ァイバーから成る断熱材を配置し、次いで該断熱材を配
置した前記内壁部材を鋳込型に配置して金属を鋳込んで
金属外側部材を形成する遮熱壁体構造の製造方法におい
て、前記内壁部材をオープンポア構造を有する低熱伝導
率で且つ低熱膨張係数のセラミックスで作製し、前記開
口部を閉鎖した前記内壁部材をセラミックファイバーを
入れた容器に収容し、前記開口部を通じて前記内壁部材
の内部を吸引して負圧にすることにより、前記内壁部材
の外面にセラミックファイバー層を形成すると共に、前
記内壁部材の前記オープンポア内へ前記セラミックファ
イバーを侵入させることを特徴とする遮熱壁体構造の製
造方法に関する。

【００１１】また、この遮熱壁体構造の製造方法におい
て、前記内壁部材は副室内壁、燃焼室内壁、排気ポート
ライナ、排気マニホルドライナ等の高温ガスに晒される
壁面を構成するものである。

【００１２】また、この遮熱排気通路の製造方法におい
て、前記容器内に充填された水又は有機溶剤中には、前
記セラミックファイバーの成形を補助するためのバイン
ダが混入されている。

【００１３】また、この遮熱排気通路の製造方法におい
て、前記通路ライナは低熱伝導率で且つ低熱膨張係数の
チタン酸アルミニウムから作製されているものである。

【００１４】また、この遮熱排気通路の製造方法におい
て、鋳込み金属はアルミニウム合金である。

【００１５】

【作用】この発明による遮熱壁体構造の製造方法は、上
記のように構成されているので、次のように作用する。
この遮熱壁体構造の製造方法は、副室内壁、燃焼室内
壁、排気ポートライナ、排気マニホルドライナ等の高温
ガスに晒される壁面を構成する内壁部材をオープンポア
構造を有する低熱伝導率で且つ低熱膨張係数のセラミッ
クスで作製し、前記内壁部材を閉鎖してセラミックファ
イバーを入れた容器に入れ、開口部を通じて前記内壁部
材の内部を吸引して負圧にすることにより、前記内壁部
材の外壁面にセラミックファイバー層を形成すると共
に、前記内壁部材の前記オープンポア内へ前記セラミッ
クファイバーを侵入させる。

【００１６】従って、内壁部材の外面に前記断熱材を密
着させた状態に構成でき、該内壁部材に対して金属を鋳
込む場合に、鋳込み時に前記内壁部材にかかる金属の熱
収縮応力を前記断熱材で緩和して圧縮応力を軽減し、前
記内壁部材の破損を防止できる。しかも、製造工程が簡
単であり、量産性を向上させることができる。また、前
記容器内には、空気、水又は有機溶剤を入れておくこと
ができるものであり、容器に水又は有機溶剤を入れた場
合には、断熱材の成形を容易にできるように、バインダ
を混入することもできる。

【００１７】

【実施例】以下、図面を参照して、この発明による遮熱
壁体構造の製造方法の一実施例について説明する。図１
はこの発明による遮熱壁体構造の製造方法における水又
は有機溶剤中に内壁部材として通路ライナを設定した工
程を示す断面図、図２は水又は有機溶剤中に設定した通
路ライナから吸引して内部を負圧にする工程を示す断面
図、図３は外面の断熱材を配置された通路ライナを示す
断面図、及び図４はこの発明による遮熱壁体構造の製造
方法で作製した遮熱排気通路の一実施例を示す断面図で
ある。

【００１８】この発明による遮熱壁体構造の製造方法
は、例えば、エンジンにおけるシリンダヘッドに形成さ
れた排気ポート、或いは該排気ポートに連通する排気マ
ニホルド、燃焼室、副室等に適用できるものである。こ
の実施例では、この遮熱壁体構造の製造方法をエンジン
における排気ポートを作製することに適用した一実施例
が示されているが、排気マニホルド、燃焼室、副室等の
高温ガスに晒される壁面を作製する場合にも、容器等に
ついて若干の構造に差異はあるが全く同様に、この遮熱
壁体構造の製造方法で作製できるものである。

【００１９】この遮熱壁体構造の製造方法で作製された
排気ポートは、図４に示すように、エンジンから排出さ
れる排気ガスが流れる内部空間である排気通路４の壁面
を構成する内壁部材である排気ポートライナ１、排気ポ
ートライナ１の外側に配置された外側金属部材３、外側
金属部材３と排気ポートライナ１の間に配置された断熱
材２から作製されている。また、排気ポートライナ１に
は吸排気弁を配置するための孔１０が形成されている。
排気ポートライナ１は、多気筒エンジンの各シリンダに
連通する排気ポートを構成し、排気ポートライナ１は、
微視的には気孔が連通するオープンポア構造を有し、熱
伝導率が低く、熱膨張係数が低く且つ比重の小さいチタ
ン酸アルミニウム等のセラミックスから製作されてい
る。断熱材２は、排気ポートライナ１の外面に密着して
配置され、熱伝導率が低い炭化ケイ素ファイバー、アル
ミナファイバー等のセラミックファイバーから作製され
ている。断熱材２は、例えば、気孔率が８０〜９０％で
あるアルミナファイバーから作製されている。外側金属
部材３は、アルミニウム合金等の金属から鋳込みによっ
て作製されている。

【００２０】次に、この発明による遮熱壁体構造の製造
方法の一実施例について、図１、図２及び図３を参照し
て説明する。この遮熱壁体構造の製造方法は、遮熱排気
通路の製造方法に適用したものである。この遮熱排気通
路の製造方法は、まず、オープンポア構造を有し、熱伝
導率が低く、熱膨張係数が低く且つ比重の小さいチタン
酸アルミニウムのセラミックスから排気通路４を有する
排気ポートライナ１を作製する。両端に開口部１２を有
する排気ポートライナ１の一端即ち開口部１２をプラグ
７で閉鎖すると共に、吸排気弁が配置される孔１０の部
分に栓５を配置して孔１０を閉鎖する。一方、吸引口８
を備えた容器６に入れた水又は有機溶剤９に、炭化ケイ
素ファイバー、アルミナファイバー等のセラミックファ
イバーを均一に混入する。勿論、容器６には、水又は有
機溶剤９を入れることなく、空気そのものであってもよ
いものである。有機溶剤９としては、ポリビニルブチラ
ール等を使用することができる。また、セラミックファ
イバーの成形を助けるために、バインダを混入すること
ができ、該バインダとしては、ポリビニルアルコール、
カルボキシメチルセルロース等を用いることができる。

【００２１】そこで、図１に示すように、排気ポートラ
イナ１を容器６に入れ、排気ポートライナ１の他端の開
口部１２を容器６の吸引口８に整合させ、排気ポートラ
イナ１の内部を吸引して負圧にできるように、排気ポー
トライナ１を容器６内に設定する。この状態に排気ポー
トライナ１を容器６内に設定した後、適宜な吸引ポンプ
等を使用して吸引口８即ち開口部１２を通じて排気ポー
トライナ１の内部を吸引して負圧にすることにより、水
又は有機溶剤９は排気ポートライナ１を通過して排気通
路４から吸引口８を通じて排出される。この時、図２に
示すように、容器６内の水又は有機溶剤９に混入されて
いるセラミックファイバーは、排気ポートライナ１の外
壁面に吸い寄せられてセラミックファイバー層が形成さ
れ、排気ポートライナ１の外壁面に断熱材２が形成され
ると共に、排気ポートライナ１のオープンポア内へ若干
のセラミックファイバーが侵入して行くことになる。

【００２２】次いで、容器６から排気ポートライナ１を
取り出すと、図３に示すように、排気ポートライナ１の
外壁面に断熱材２が均一な厚さに形成された複合体１１
を得ることができる。この複合体１１を適宜に成形し、
所定の形状の成形体を得る。排気ポートライナ１の外壁
面には、均一な厚さの断熱材２が形成され且つセラミッ
クファイバーの一部が排気ポートライナ１のオープンポ
ア内へ食い込んだ状態に固着しているので、この成形体
を焼成したとしても、断熱材２の変形は抑制され、所望
の形状を得ることができる。次いで、断熱材２を配置し
た排気ポートライナ１を鋳込型に配置してアルミニウム
合金から成る金属を鋳込み、図４に示すような断熱材２
の外面にシリンダヘッドを構成する金属外側部材３を形
成し、シリンダヘッドに排気ポートを形成することがで
きる。

【００２３】

【発明の効果】この発明による遮熱壁体構造の製造方法
は、上記のように構成されているので、次のような効果
を有する。即ち、この遮熱壁体構造の製造方法は、燃焼
室、副室、排気ポートライナ、排気マニホルドライナ等
の内壁部材をオープンポア構造を有する低熱伝導率で且
つ低熱膨張係数のセラミックスで作製し、前記内壁部材
をセラミックファイバーを均一に混入した水又は有機溶
剤中に入れた容器、或いはセラミックファイバーを入れ
た容器に収容し、前記内壁部材の内部を吸引して負圧に
する。従って、前記内壁部材の外壁面にセラミックファ
イバー層を形成すると共に、前記内壁部材の前記オープ
ンポア内へ前記セラミックファイバーを侵入させ、前記
内壁部材にセラミックファイバーが堅固に固着する。従
って、前記内壁部材に対して金属を鋳込んだ時に、鋳込
み金属の熱収縮に対して前記セラミックファイバー層が
断熱材の機能及び緩衝材の機能を果たすことができる。

【００２４】従って、前記内壁部材の外面に前記断熱材
を密着させた状態で鋳造することによって、鋳込み時の
金属の熱収縮応力を前記断熱材で緩和して前記内壁部材
にかかる圧縮応力を緩和即ち軽減し、セラミックスから
成る前記内壁部材の破損を防止することができる。しか
も、この遮熱壁体構造の製造方法は、製造工程が簡単で
あり、量産性を向上させることができる。

【００２５】更に、この遮熱壁体構造の製造方法におい
て、前記断熱材は炭化ケイ素、チタン酸カリウム、アル
ミナファイバーであり、気孔率が高く、内部構造に多数
の空気層が封入されているので、十分な応力緩和材とし
て機能すると共に、十分な遮熱性を有しており、チタン
酸アルミニウムから成る前記内壁部材の遮熱性に悪影響
を与えることがない。また、水又は有機溶剤中には前記
セラミックファイバーの成形を補助するためのバインダ
が混入されているので、所望の形状に成形することがで
きる。

【００２６】また、前記内壁部材を鋳込む金属を、比重
の小さいアルミニウム合金を用いると、燃焼室、副室、
排気ポート、排気マニホルド等の遮熱壁体構造自体の重
量を軽くすることができ、例えば、エンジンの軽量化に
寄与することができる。また、この遮熱壁体構造をエン
ジンに用いれば、遮熱エンジンからの排気ガスエネルギ
ーを有効に維持して排気系の後流に配置したターボチャ
ージャで有効にエネルギー回収を行うことができ、燃費
の低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明による遮熱壁体構造の製造方法におけ
る水又は有機溶剤中に通路ライナを設定した工程を示す
断面図である。

【図２】水又は有機溶剤中に設定した通路ライナから吸
引して内部を負圧にする工程を示す断面図である。

【図３】外面の断熱材を配置された通路ライナを示す断
面図である。

【図４】この発明による遮熱壁体構造の製造方法で作製
した遮熱排気通路の一実施例を示す断面図である。

【符号の説明】

１ 排気ポートライナ（内壁部材） ２ 断熱材 ３ 金属外側部材 ４ 排気ポート（内部空間） ５ 栓 ６ 容器 ８ 吸引口（開口部） ９ 水又は有機溶剤

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内部空間と開口部とを有する内壁部材を
   セラミックスから作製し、該内壁部材の外面にセラミッ
   クファイバーから成る断熱材を配置し、次いで該断熱材
   を配置した前記内壁部材を鋳込型に配置して金属を鋳込
   んで金属外側部材を形成する遮熱壁体構造の製造方法に
   おいて、前記内壁部材をオープンポア構造を有する低熱
   伝導率で且つ低熱膨張係数のセラミックスで作製し、前
   記開口部を閉鎖した前記内壁部材をセラミックファイバ
   ーを入れた容器に収容し、前記開口部を通じて前記内壁
   部材の内部を吸引して負圧にすることにより、前記内壁
   部材の外面にセラミックファイバー層を形成すると共
   に、前記内壁部材の前記オープンポア内へ前記セラミッ
   クファイバーを侵入させることを特徴とする遮熱壁体構
   造の製造方法。
2. 【請求項２】 前記内壁部材は副室内壁、燃焼室内壁、
   排気ポートライナ、排気マニホルドライナ等の高温ガス
   に晒される壁面を構成することを特徴とする請求項１に
   記載の遮熱壁体構造の製造方法。
3. 【請求項３】 前記容器内に充填された水又は有機溶剤
   中には、前記セラミックファイバーの成形を補助するた
   めのバインダが混入されていることを特徴とする請求項
   １に記載の遮熱壁体構造の製造方法。
4. 【請求項４】 前記内壁部材はチタン酸アルミニウムか
   ら作製されていることを特徴とする請求項１に記載の遮
   熱壁体構造の製造方法。
5. 【請求項５】 鋳込み金属はアルミニウム合金であるこ
   とを特徴とする請求項１に記載の遮熱壁体構造の製造方
   法。