JPS6187946A - 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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JPS6187946A
JPS6187946A JP20934384A JP20934384A JPS6187946A JP S6187946 A JPS6187946 A JP S6187946A JP 20934384 A JP20934384 A JP 20934384A JP 20934384 A JP20934384 A JP 20934384A JP S6187946 A JPS6187946 A JP S6187946A
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JP
Japan
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cylinder head
fiber
valve seat
alloy
light alloy
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Pending
Application number
JP20934384A
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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Publication date
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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
    • 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)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Powder Metallurgy (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インナートを省略し、
ノートリングの相当1$位を繊維強化金a<F几MHt
、しだシリンダヘッドに関するものである。
〔従来技術〕
車幅の軽薩化のために内燃機関のシリンダヘッドをアル
ミ合金またはマグネシウム合金、−7の軽合金夷とする
ことが行われているが、このような軽合金シリンダヘッ
ドでは一般に、バルブとのシール性ならびに耐摩耗性を
確保するために、主として鉄系のバルブシートリングを
圧入しているうそのためシリンダヘッドのシートリング
丁名加工、/−)IJング加工、圧入工種等に多大なコ
ストと時間を費やしているだけでなく、バルブの冷却効
果も1氏ぐなるためバルブシートやバルブに高級な耐熱
1jt ljn耗注材料が必要となり、エンジン高性能
化のネックにもなっていた。
一方、軽廿金7リンダヘツドのバルブシートをjモ11
6シてバルブシート部位の母(オに直接、溶J打、クラ
ツディングまだはアロインクシ序により1ワt 、−:
s t 習t1′、、IN粍比伺イトをj′(面破i介
したJJら舎には運歎中〕)偽サイクルによる熱正に対
し、tひ材との、′、へ11・l三、ljfの21;ヨ
5.;i(性・8の澄及び母材の11°イ1]性不足等
により岐19材の府11鴇が生じ嶋ぐ、実用化の妨げに
なっていイ、っ 〔気門7ソC+・j(=決しようとする間+l’j’1
点〕本発明者等はインテークバルブ周辺の温度が比較的
低温であることに看目し1.す合金または鳩合金シリン
ダヘッドのインテークバルブシート部をF)1.M化し
、かつバルブとの当シ面部を耐摩耗性材料によシ表面被
覆し、該被覆層の剥P1等の問題が生じないバルブソー
トリングレス怪合金シリンダヘッドを提供しようとする
ものである。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明者等はM合金または鳩舎金製のシリンダヘッドの
インテークバルブシート相当部を金属繊維で繊維強化金
属(FRM )化し、バルブ当シrQi部にM合金また
はMg合金を基材とした耐摩耗性材料の被覆層を設ける
ことにしたつ本発明に用いられる強化用金属1維として
は315、 845. SCC2O45(J440%S
UB 410等のスチール及び鋳鉄寺の鉄系繊維または
Ni系、Co系、Ti系、Cu系等の合金繊維が好まし
い。そしてこれらは長n1.維であれば線径10ないし
300μmのもの、短f#!維であれば線径20ないし
20μmで長さが10ないし500μmのものが好まし
く、それぞれ5.0ないし40%の体積率で含まれるこ
とが好ましい。なお金属fa維の中で上記の鉄系及び合
金系繊維が好ましいのはセラミックlJ2 <44に比
べてマトリックス金属との濡れ比に優れてお#)、まf
c :y ス)も安く、強度特性自体はセラミック繊維
に劣るもの一十分、実用に値するものを得ることができ
るからである。そして強化#i維の長短の種別、サイズ
、体積率等については上記の限定範囲内にあれば、 F
RMの形成が不良になるとか、金属繊維が剥落したシ、
相手材を攻零した力、耐熱性、耐摩耗性が不十分である
というような不具合を生じない。
本ノー明におけるF几M基材の軽合金としては従来この
イ虫の用途番で供せられていたものが使用でき、具体的
にはAC4Cアルミ合金、AZ91マグネンウム合金等
でるるか目的にょシーそう#熱性、耐、゛ぴ純性のある
もの例えばADT 4等を用いることもできる。そして
上記の金属繊維との組合せについての特別の限定?′i
ない。
次にFRM部の製造シムについては2種類の方法を示す
ことができる。即ち金属長繊維r同心円状に巻いた成形
品、または金属網をリング状に積層した成形品のような
スケルトンプリフォームをシリンダヘッド用シェル型の
バルブ7−トの部位に配置し、軽合金を注湯して上記プ
リフォームに溶浸し、シリンダヘッド本体と一体的に鋳
造するか、または金M4短繊維をバイ7ダーを用いて所
定の形状に成形し、に8合金またはMg合金によシダイ
カスト鋳造してリング形状のFRM粗材とした後、シリ
ンダヘッド用シェル型のバルブシートの部位に配置し、
シリンダヘッド本体に鋳包むことによシ形成することが
できる。
バルブシート当少面Y?−表面被覆する材料をA6合金
またはへ4g会金を基材とする耐摩耗性材料に限定した
のは本発明の適用を比較的低温側のインテークバルブシ
ート部に限定しているためであシ1通常のFe系等に比
較して耐熱特性は劣るもの\熱伝導性がより高く、基材
のM合金またはMg金合金RMとの接合性がよいという
特徴を有している。
〔作用〕
従来から鋳鉄製シリンダヘッドではシートリングを廃止
することはめずらしくないがM合金またはMt;r=#
に一計母4Mg合金製シリンダヘッドではこのような実
用例が見当らないつそれは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エキゾーストに近い鍋温とな
るため1通常の河合金やMg合金では耐熱強度、高温耐
摩耗性が不足すること、慾焼生成物のデポジットかみこ
みに弱いこと、耐蝕性に不足すること等に。
種々の問題点を有してりるからである。そのためにバル
ブとの当シ面部に耐熱性、耐摩耗性等に浸れた硬質表面
被覆を施すことが試みられて来た。それでもなお下地基
地のM合金またはMg合金との接合性不足によシ当)面
被覆部が剥離する問題や、基地のM合金または均合金そ
のもの\剛性不足や熱膨張に起因する熱歪を回避するこ
とが困雌で実用化を阻んでいた。
本発明はM合金または鳩舎金製シリンダヘッドのインテ
ークバルブシート相当部ならびに周辺部を金属繊維でF
RM化することによって当り面基材部の高温強度、剛性
を高め、熱膨張によるバルブシート同辺の熱歪を抑制し
、さらにパル1191石部をM合金またはMg合金を基
材とする耐摩耗性材料で被覆することKよ多接合強度を
同上させ剥離を防止すると共に表面被覆材料選定の自由
度を高めることができる。
〔実施例〕
本発明を図面に従い実施例によって更に詳細に説明する
実施例1 平均線径50μmのステンレス鋼(SO8410)長繊
維を用いて第1図に示す繊維成形体lを製造し、シリン
ダヘッド用シェル型のインテークバルブシート部位にセ
ットした後%M金合金AC4C)の溶湯によシ吸引鋳造
して上記のバルブシート部位を繊維体積車20チのFR
Mとし、更に必要な熱処理と機械加工を施してシリンダ
へラドアッシー粗材を作製した。第2図は上記FRMの
形成されたシリンダヘッドの断面図を表わし、2はFR
M、 3はシリンダヘッド本体を示す。
次に上記バルブシート部のバルブとの当シ面に、it比
でAJj−17%Si −451CuO合金粉を基材と
し、Co基の金属間化合物粉末Co −30!J MO
−8%Cr−2*Siを2 fb 添加混合シテナルペ
ーストを塗布した後レーザービームによシ局部加熱して
半溶融状態で液相焼結した後エアプローで急冷し、第3
図に示す如く耐摩耗性被覆ノ#4を形成させた。最後に
耐摩耗性被覆層4を機械加工して第4図に示すパルプ幽
シ面5を形成しシリンダヘッドを完成した。6は冷却水
を示す。
なおエキゾースト側には従来通り焼結金属リングシート
を圧入した。
実施列2 実施例1のステンレス鋼長繊維からなる網を用いて第5
図に示すようなり/グ状の繊維成形体1′を成形し、実
施例1と同様にしてシリンダヘッド粗材を得1次にバル
ブとの当り面に実施例1と同様な耐摩耗性被覆材をプラ
ズマ溶射し第6図に示す耐摩耗性被覆層7を形成させ、
機械加工を施してシリンダヘッド本体3を得た。
実施例1における耐摩耗性被覆層4はFRM 2との境
界面で相互に溶は合っているに対し1本例におりる耐摩
耗性被覆rd7は溶融粒子の堆積層である。
実施例3 平均線径lOμm、長さ100μmの5−45スチール
短繊維をコロイダルシリカ中に分散し、真空吸引して第
7図に示すtafa成形体8に成形しこれを4U合金(
ADT4 )でダイカスト鋳造し48図に示すようなリ
ング状のFRM粗材9を得た。fR雉鉢体積率20%で
ある。次にF几M祖材9をシリンダヘッド用シェル型の
インテークバルブシート部位にセットした後、AJ合金
(AC4C)の溶湯によシ吸引鋳造して上記のFFLM
祖材9金材9み。
さらに以後の工程は実施例1に従ってシリンダヘッド完
成品を得た。
実施例4    ′ 実施例3におけるスチール短繊維の代シに平均線径10
μm、長さ150μ解のCu −30* Sn短繊維を
用イてFRM粗材を製造し、これをシェル型のバルブシ
ート部位にセットして1匂合金(AZ91)Kよシ加圧
鋳造し、 FRM粗材を鋳んだ絢合金シリンダヘッドを
得た。必要な熱処理と加工を施した後、バルブシート当
シ面部に実施例1と同様に耐摩耗性被覆層を形成しシリ
ンダヘッド完成品を得た。
試験例 上記の実施例で得たシリンダヘッドのバルブシート部に
つきそれぞれ温度測定と耐久評価を実施した。なお通常
インテークバルブシートに用いられる5UH3を圧入し
たシリンダヘッドを比較例とした。
測定は5500 r、p6m X全負荷X 300時間
の運転条件で行なった。その結果を下記の表に示す。
〔発明の効果〕
上記の記載から明らかな如く、本発明のシリンダヘッド
は性能面ではパルプシー)11の熱伝導性が良いためバ
ルブシート温度が低下し、バルブシート部の高温強度、
耐摩耗性、耐蝕性等に余裕ができ、耐摩耗表面被覆材料
がよシ低グレードの安価な材料で済むか、または更に高
負荷に耐え、エンジンの高性能化が容易となる。
またインテークパルプの熱がバルブシート部ヲ伝ってイ
ンテークパルプの温度が低下し該パルプの高温強度、硬
度、耐摩耗性、耐蝕性等に余裕ができ、バルブシート部
と同様に低コスト化すると共にパルプ径が犬きく設計で
きるため大巾な性能向上につながる。
更にバルブシート部周辺の材質が強化されたため、バル
ブシート部を含む肉厚を薄くすることができ、軽量化に
つながるとともに、冷却水による冷却効果が高まシ5高
性能化が容易となるほか、冷却能力の余裕は冷却水量の
削減にっながシ、軽量化とウオーミングアツプ時間の短
縮効果に結びつくメリットを有する。
次Kff造面からはシ虫Jング部品点数の削減、。
シートリング打込みのためのシリンダヘッド下穴及びジ
ートリ/グ単体の高精度加工の省略及びシートリング冷
しばめ等の圧入工程の省略等に多くのメリットを生じ勿
論、従来のようなシートリング圧入不良やゆるみによる
脱落等の発生する心配がない。
以上のような効果が総合されるととKよシ。
本発明は低コストで高性能な画期的シートリングレス軽
合金シリンダヘッドを開発したものということができる
表口面の簡単な説明 第1図は実施例1の繊維成形体の斜視図を表わし。
第2図はバルブシート部をFRM化したシリンダヘッド
本体の断面図を表わし。
第3図はパルプ当り面に耐摩耗材を被覆した状態の断面
図を表わし。
第4図はシリンダヘッド完成品の断面図を表わし。
第5図は実施例2の繊維成形体の斜視図を表わし。
第6図は実施例2のシリンダヘッド完成品の断面図を表
わし。
M7図は実施例4の繊維成形体の斜視図を表わし、 第8図はFRM粗材の斜視図を表わす。
図中。
1.1′・・・繊維成形体   2・・・FRM3・・
・シリンダヘッド本体 4・・・耐摩耗性被覆層5・・
・パルプ当シ面  6・・・冷却水7・・・#摩耗性被
覆層 8・・・繊維成形体9・・・F几M粗体 (ほか1名) 第1図      第2図 第3図      第4図 第5図 第6図

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)シリンダヘッド本体のインテークバルブシート相
    当部を金属繊維で繊維強化金属化し、バルブ当り面部に
    Al合金またはMg合金を基材とした耐摩耗性材料の被
    覆層を設け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)繊維強化金属中に、線径10ないし300μmの
    金属長繊維が体積率5.0ないし40%で同心円状に、
    またはメッシュ状に配向している特許請求の範囲第1項
    記載の軽合金シリンダヘッド。
  3. (3)繊維強化金属中に、線径2.0ないし20μm、
    長さ10ないし500μmの金属短繊維が体積率5.0
    ないし40%で複合されている特許請求の範囲第1項記
    載の軽合金シリンダヘッド。
  4. (4)金属繊維がS15、S45、SCR20、SCM
    40、SUS410等の鉄系金属またはNi系、Co系
    、Ti系、Cu系合金の中から選択される特許請求の範
    囲第1項記載の軽合金シリンダヘッド。
  5. (5)繊維強化金属部位が繊維のスケルトンプリフォー
    ムをバルブシート部位に配し、溶浸法で鋳造された特許
    請求の範囲第1項記載の軽合金シリンダヘッド。
  6. (6)繊維強化金属が単体粗材としてバルブシート部位
    に鋳包まれた特許請求の範囲第1項記載の軽合金シリン
    ダヘッド。
JP20934384A 1984-10-05 1984-10-05 バルブシ−トリングレス軽合金シリンダヘツド Pending JPS6187946A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1994023076A1 (fr) * 1993-04-05 1994-10-13 Union Miniere France S.A. Composite metallique et procede pour sa fabrication
CN114921699A (zh) * 2022-05-26 2022-08-19 扬州工业职业技术学院 抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂

Cited By (4)

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FR2703694A1 (fr) * 1993-04-05 1994-10-14 France Sa Union Miniere Composite métallique et procédé pour sa fabrication.
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CN114921699B (zh) * 2022-05-26 2023-04-25 扬州工业职业技术学院 抗高温轮毂用复合材料及汽车轮毂

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