JPH09277018A - Cylinder head of internal combustion engine and production thereof - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は内燃機関のシリンダ
ヘッドに係り、特に断熱および耐熱を目的として燃焼室
を形成する部分にセラミックス溶射皮膜等を設けて成る
内燃機関のシリンダヘッドおよびその製造方法に関する
ものである。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a cylinder head of an internal combustion engine, and more particularly to a cylinder head of an internal combustion engine in which a ceramic sprayed coating or the like is provided on a portion forming a combustion chamber for the purpose of heat insulation and heat resistance, and a method of manufacturing the same. It is a thing.
【０００２】[0002]
【従来の技術】内燃機関のシリンダヘッドに形成される
燃焼室は、高温の排気ガスにさらされている。一般に、
内燃機関の燃焼室を断熱すると、燃焼温度が上昇して熱
効率が向上するのに加え、排気ガス中のＨＣ濃度の低減
に有効であることが知られている。また、燃焼室は著し
く高温となるため、耐熱性が必要とされている。このよ
うな見地から、従来の内燃機関においては、アルミニウ
ム合金製シリンダヘッドの断熱性および耐熱性を向上さ
せる手段が講じられている。2. Description of the Related Art A combustion chamber formed in a cylinder head of an internal combustion engine is exposed to hot exhaust gas. In general,
It is known that insulating a combustion chamber of an internal combustion engine is effective in reducing HC concentration in exhaust gas in addition to increasing combustion temperature and improving thermal efficiency. Further, since the combustion chamber becomes extremely hot, heat resistance is required. From such a point of view, in the conventional internal combustion engine, measures are taken to improve the heat insulation and heat resistance of the aluminum alloy cylinder head.
【０００３】上記アルミニウム合金製シリンダヘッドを
製造する方法としては、例えば図８および図９に示すよ
うなものがある。すなわち、図８に示すような２サイク
ルエンジン用シリンダヘッド５１では、燃焼室を形成す
る部分にセラミックス溶射を施して、セラミックス溶射
皮膜５２を有する燃焼室５３を形成している。また、図
９に示すようなシリンダヘッド５１ａでは、セラミック
ス焼結体５４を鋳包んで燃焼室５３ａを一体鋳造してい
る。なお、図において５５はプラグ穴、５６は冷却水通
路を示している。As a method of manufacturing the aluminum alloy cylinder head, there is, for example, one shown in FIGS. That is, in the cylinder head 51 for a two-cycle engine as shown in FIG. 8, ceramics thermal spraying is applied to a portion forming a combustion chamber to form a combustion chamber 53 having a ceramics thermal spray coating 52. Further, in the cylinder head 51a as shown in FIG. 9, the combustion chamber 53a is integrally cast by encapsulating the ceramic sintered body 54. In the figure, 55 is a plug hole and 56 is a cooling water passage.
【０００４】また、特公昭６２ー５５９４４号には、熱
膨張差を吸収する空孔もしくは空隙の多い金属材料にセ
ラミックスを含浸させて焼成した断熱材が所定位置に鋳
ぐるまれた構造の内燃機関が開示されている。Further, Japanese Examined Patent Publication No. 62-55944 discloses an internal combustion engine having a structure in which a heat insulating material obtained by impregnating a metal material having a large number of holes or voids for absorbing the difference in thermal expansion with ceramics and firing the material is cast in a predetermined position. Is disclosed.
【０００５】[0005]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図８に
示す如く、セラミックス溶射皮膜５２をシリンダヘッド
５１の燃焼室５３を形成する部分に施す製造方法では、
シリンダヘッド５１のアルミニウム合金とセラミックス
溶射皮膜５２との間に酸化膜が発生することになるの
で、これらアルミニウム合金とセラミックス溶射皮膜５
２との界面の密着力を低下させ、熱応力やその他の外力
によるセラミックス溶射皮膜５２の剥離現象が起こって
しまうなどの不具合を有していた。しかも、セラミック
ス溶射後には研磨などの後加工も必要となり、シリンダ
ヘッド５１を安価に製造することは困難であった。However, as shown in FIG. 8, in the manufacturing method in which the ceramic sprayed coating 52 is applied to the portion of the cylinder head 51 where the combustion chamber 53 is formed,
Since an oxide film is generated between the aluminum alloy of the cylinder head 51 and the ceramic sprayed coating 52, the aluminum alloy and the ceramic sprayed coating 5 are formed.
There is a problem that the adhesion force at the interface with the No. 2 is reduced, and the peeling phenomenon of the ceramic sprayed coating 52 due to thermal stress or other external force occurs. Moreover, post-processing such as polishing is also required after the ceramics thermal spraying, and it is difficult to manufacture the cylinder head 51 at a low cost.
【０００６】また、図９に示す如く、セラミックス焼結
体５４を鋳包む製造方法では、鋳包み時と凝固時の熱収
縮により当該セラミックス焼結体５４にクラックが発生
しやすいので、製品の信頼性に欠けていた。それに加え
て、予めセラミックス焼結体５４を所定の形状に加工せ
ねばならず、この方法もシリンダヘッド５１ａを安価に
製造することは困難であった。Further, as shown in FIG. 9, in the manufacturing method in which the ceramics sintered body 54 is cast-in, cracks are likely to occur in the ceramics sintered body 54 due to thermal contraction during casting and solidification. I lacked sex. In addition to that, the ceramics sintered body 54 has to be processed into a predetermined shape in advance, which makes it difficult to manufacture the cylinder head 51a at low cost.
【０００７】特公昭６２ー５５９４４号に記載された断
熱材は、まず、空孔もしくは空隙の多い金属材料をウレ
タン発泡樹脂および泥状の金属粉を用いて製作し、しか
る後この金属材料にセラミックスを含浸させて焼成する
ことにより製造されている。このような工程を経ること
から、被鋳ぐるみ材である断熱材を得るためだけで多く
の工数が必要となるので、量産は困難であって、生産性
に劣るという欠点を有していた。The heat insulating material described in Japanese Patent Publication No. 62-55944 is manufactured by first using a urethane foam resin and a mud-like metal powder as a metal material having many voids or voids, and then using this ceramic material as a ceramic material. It is manufactured by impregnating and firing. Since such a process is required, a large number of steps are required only to obtain the heat insulating material which is the toy to be cast, and therefore mass production is difficult and there is a drawback that productivity is poor.
【０００８】本発明はこのような実状に鑑みてなされた
ものであって、その目的は、燃焼室を形成する部分に施
されるセラミックス溶射皮膜とシリンダヘッドを構成す
るアルミニウム合金との接合界面の密着力を向上させ
て、耐久性に優れた内燃機関のシリンダヘッドを提供
し、かつ成形型へのセラミックス溶射と金属溶射のみで
能率良く安価に製造することが可能な内燃機関のシリン
ダヘッドの製造方法を提供することにある。The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to provide a bonding interface between a ceramic sprayed coating applied to a portion forming a combustion chamber and an aluminum alloy forming a cylinder head. Manufacture of a cylinder head of an internal combustion engine that improves adhesion and provides a cylinder head of an internal combustion engine with excellent durability, and that can be manufactured efficiently and inexpensively by only ceramic spraying and metal spraying on a mold. To provide a method.
【０００９】[0009]
【課題を解決するための手段】上記従来技術の有する課
題を解決するために、本発明においてはシリンダヘッド
を製造する際に用いる鋳造用成形型の表面にセラミック
ス溶射を行ってセラミックス溶射皮膜を設け、次いで、
この成形型を用いてアルミニウム合金により構成される
上記シリンダヘッドを鋳造し、上記成形型のセラミック
ス溶射皮膜を燃焼室を形成する部分に転写させてシリン
ダヘッドを製造している。In order to solve the above-mentioned problems of the prior art, in the present invention, a surface of a casting mold used for manufacturing a cylinder head is sprayed with ceramics to form a ceramic sprayed coating. , Then
The cylinder head made of an aluminum alloy is cast using this mold, and the ceramic sprayed coating of the mold is transferred to the portion forming the combustion chamber to manufacture the cylinder head.
【００１０】また、他の本発明においては、シリンダヘ
ッドを製造する際に用いる鋳造用成形型の表面にセラミ
ックス溶射を行ってセラミックス溶射皮膜を設けるとと
もに、このセラミックス溶射皮膜の表面を粗面化し、さ
らに上記セラミックス溶射皮膜の表面にアルミニウム溶
湯と濡れ性が良い金属材料を溶射して金属溶射皮膜を設
け、次いで、この成形型を用いてアルミニウム合金によ
り構成されるシリンダヘッドを鋳造し、上記成形型のセ
ラミックス溶射皮膜および金属溶射皮膜を燃焼室を形成
する部分に転写させてシリンダヘッドを製造している。In another aspect of the present invention, ceramics thermal spraying is performed on the surface of a casting mold used for manufacturing a cylinder head to provide a ceramics thermal spray coating, and the surface of the ceramics thermal spray coating is roughened. Further, a metal material having good wettability with aluminum molten metal is sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating to form a metal sprayed coating, and then a cylinder head made of an aluminum alloy is cast by using this molding die. Cylinder head is manufactured by transferring the ceramics sprayed coating and the metal sprayed coating described above to the portion forming the combustion chamber.
【００１１】さらに、他の本発明においては、シリンダ
ヘッドを製造する際に用いる鋳造用成形型の表面にセラ
ミックス溶射を行って、厚さが１．０〜２．０ｍｍのセ
ラミックス溶射皮膜を設けるとともに、このセラミック
ス溶射皮膜の表面を粗面化し、さらに上記セラミックス
溶射皮膜の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性が良い金属
材料を溶射して、厚さが１００〜５００μｍの金属溶射
皮膜を設け、次いで、この成形型を用いてアルミニウム
合金により構成されるシリンダヘッドを鋳造し、上記成
形型のセラミックス溶射皮膜および金属溶射皮膜を燃焼
室を形成する部分に転写させてシリンダヘッドを製造し
ている。Further, in another aspect of the present invention, ceramics thermal spraying is performed on the surface of a casting mold used for manufacturing a cylinder head to provide a ceramics thermal spray coating having a thickness of 1.0 to 2.0 mm. The surface of the ceramic sprayed coating is roughened, and a metal material having good wettability with aluminum molten metal is sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating to form a metal sprayed coating having a thickness of 100 to 500 μm. A cylinder head made of an aluminum alloy is cast using a forming die, and the ceramic spray coating and the metal spray coating of the forming die are transferred to a portion forming a combustion chamber to manufacture a cylinder head.
【００１２】そして、他の本発明は、請求項１〜３のい
ずれか一の製造方法によって製造された内燃機関のシリ
ンダヘッドである。Another aspect of the present invention is a cylinder head of an internal combustion engine manufactured by the manufacturing method according to any one of claims 1 to 3.
【００１３】[0013]
【発明の実施の形態】以下、本発明を図示の実施例に基
づいて詳細に説明する。DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the illustrated embodiments.
【００１４】図１〜図３は本発明に係る内燃機関のシリ
ンダヘッドの製造方法の実施の形態を示している。図に
おいて、１はアルミニウム合金の鋳造品であるアルミニ
ウム合金製シリンダヘッド、２はシリンダヘッド１を製
造する際に用いられる鋳造用成形型である。シリンダヘ
ッド１の上部には、燃焼室３に開口するプラグ穴４が形
成されているとともに、当該燃焼室３の近傍部にはシリ
ンダヘッド１を冷却する複数のウォータジャケット（冷
却水通路）５が形成されている。1 to 3 show an embodiment of a method of manufacturing a cylinder head of an internal combustion engine according to the present invention. In the figure, 1 is a cylinder head made of an aluminum alloy, which is a cast product of an aluminum alloy, and 2 is a casting mold used when manufacturing the cylinder head 1. A plug hole 4 that opens into the combustion chamber 3 is formed in the upper portion of the cylinder head 1, and a plurality of water jackets (cooling water passages) 5 that cool the cylinder head 1 are provided in the vicinity of the combustion chamber 3. Has been formed.
【００１５】また、上記鋳造用成形型２は、下部金型６
と上部金型７とによって構成されており、下部金型６の
上面には燃焼室３およびプラグ穴４を形成する断面円弧
状の凸部６ａと断面長方形の凸部６ｂが連なって設けら
れている。一方、上部金型７の下面にはシリンダヘッド
本体１ａを形成する凹部７ａが設けられ、その内部には
溶湯を注入する湯口８が傾斜して設けられている。した
がって、鋳造用成形型２の内部には、下部金型６と上部
金型７とを重ね合わせることにより、シリンダヘッド１
と対応する空隙部が形成されることになる。なお、鋳造
用成形型２内には、図２に示す如く、ウォータジャケッ
ト５を形成するための中子９が設けられている。Further, the casting mold 2 is a lower mold 6
And the upper die 7, and the upper surface of the lower die 6 is provided with a convex portion 6a having an arc-shaped cross section and a convex portion 6b having a rectangular cross section which form the combustion chamber 3 and the plug hole 4. There is. On the other hand, the lower surface of the upper mold 7 is provided with a concave portion 7a forming the cylinder head body 1a, and a sprue 8 for injecting the molten metal is provided inside the concave portion 7a. Therefore, by stacking the lower mold 6 and the upper mold 7 inside the casting mold 2, the cylinder head 1
A void portion corresponding to is formed. A core 9 for forming the water jacket 5 is provided in the casting mold 2 as shown in FIG.
【００１６】上記シリンダヘッド１の燃焼室３は、高温
の排気ガスと接する面に断熱性および耐熱性を付与する
ため、下部金型６の凸部６ａの表面に設けられたセラミ
ックス溶射皮膜１０を燃焼室３を形成する部分に転写さ
せることによって形成されている。このセラミックス溶
射皮膜１０は、断熱性および耐熱性に優れており、その
断熱効果によってシリンダヘッド本体１ａに逃げる熱を
低減させている。The combustion chamber 3 of the cylinder head 1 is provided with a ceramic sprayed coating 10 provided on the surface of the convex portion 6a of the lower die 6 in order to impart heat insulation and heat resistance to the surface in contact with the high temperature exhaust gas. It is formed by transferring to a portion forming the combustion chamber 3. This ceramic sprayed coating 10 has excellent heat insulation and heat resistance, and the heat insulation effect reduces the heat escaping to the cylinder head body 1a.
【００１７】次に、本実施の形態のシリンダヘッド１の
製造方法を説明する。Next, a method of manufacturing the cylinder head 1 of this embodiment will be described.
【００１８】まず、鋳造用成形型２の下部金型６であっ
て、燃焼室３を形成する部分に対応する凸部６ａの表面
に必要に応じて離型剤を塗布する。この離型剤は、セラ
ミックス溶射皮膜１０の転写後において離型が容易とな
るように、セラミックス溶射前に塗布しておく。そし
て、図１に示す如く、下部金型６の凸部６ａの表面に断
熱、耐熱に優れるジルコニアセラミックス粉末（ＺｒＯ
2 ー８％Ｙ2 Ｏ3 ）を溶射し、当該下部金型６の凸部６
ａの表面にセラミックス溶射皮膜１０を設ける。このセ
ラミックス溶射皮膜１０の厚さは、１．０〜２．０ｍｍ
が適当であり、厚さが１．０ｍｍよりも薄いと断熱効果
が低くなり、厚さが２．０ｍｍよりも厚いとコスト高を
招くことになる。溶射方法としては、プラズマ溶射が好
ましいが、この方法に限定されない。First, a release agent is applied to the surface of the lower mold 6 of the casting mold 2 corresponding to the portion forming the combustion chamber 3 as required. This mold release agent is applied before the ceramics thermal spraying so that the molds can be easily released after the ceramics thermal spray coating 10 is transferred. Then, as shown in FIG. 1, zirconia ceramic powder (ZrO 2) having excellent heat insulation and heat resistance is formed on the surface of the convex portion 6 a of the lower mold 6.
Thermal spraying of 2-8% Y 2 O 3), the convex portion 6 of the lower mold 6
A ceramic sprayed coating 10 is provided on the surface of a. The ceramic sprayed coating 10 has a thickness of 1.0 to 2.0 mm.
Is appropriate, and if the thickness is thinner than 1.0 mm, the heat insulating effect is lowered, and if the thickness is thicker than 2.0 mm, the cost is increased. As a thermal spraying method, plasma thermal spraying is preferable, but it is not limited to this method.
【００１９】また、上記鋳造用成形型２およびセラミッ
クス溶射皮膜１０に吸着している水分、ガスを揮散させ
るため、成形型２の予熱を行う。この予熱温度は、２５
０〜３５０゜Ｃとする。予熱温度が２５０゜Ｃ以下では
水分やガスの除去が十分に行われず、３５０゜Ｃ以上で
は成形型２およびセラミックス溶射皮膜１０の損傷が問
題となる。したがって、予熱は２５０〜３５０゜Ｃの範
囲で行うことが望ましい。The mold 2 is preheated in order to vaporize the water and gas adsorbed on the casting mold 2 and the ceramic sprayed coating 10. This preheat temperature is 25
0 to 350 ° C. If the preheating temperature is 250 ° C or lower, moisture and gas are not sufficiently removed, and if the preheating temperature is 350 ° C or higher, damage to the mold 2 and the ceramic sprayed coating 10 becomes a problem. Therefore, it is desirable to preheat in the range of 250 to 350 ° C.
【００２０】次いで、ジルコニアセラミックス溶射皮膜
１０を施し、上記温度に予熱しておいた下部金型６およ
び上部金型７を用いて、図２に示す如く、重力鋳造法ま
たは低圧鋳造法により溶湯温度が７００〜７５０゜Ｃの
アルミニウム溶湯を注湯し、セラミックス溶射皮膜１０
を鋳込むと同時にシリンダヘッド１を鋳造する。この
時、下部金型６の凸部６ａの表面に施されたセラミック
ス溶射皮膜１０がアルミニウム溶湯と接すると、当該セ
ラミックス溶射皮膜１０の表面が加熱され、アルミニウ
ム溶湯が融着する。Next, using the lower die 6 and the upper die 7 which have been subjected to the zirconia ceramics spray coating 10 and preheated to the above temperature, as shown in FIG. 2, the molten metal temperature is set by gravity casting or low pressure casting. Of 700 to 750 ° C is poured into the ceramic sprayed coating 10.
The cylinder head 1 is cast at the same time as the casting. At this time, when the ceramic sprayed coating 10 formed on the surface of the convex portion 6a of the lower mold 6 comes into contact with the molten aluminum, the surface of the ceramic sprayed coating 10 is heated and the molten aluminum is fused.
【００２１】上記アルミニウム溶湯の凝固後に離型を行
うと、当該下部金型６の凸部６ａの表面に溶射して設け
たセラミックス溶射皮膜１０のジルコニア層が鋳包まれ
ているので、シリンダヘッド１の燃焼室３を形成する部
分に転写され、図３に示すようなシリンダヘッド１が得
られる。この時、下部金型６の凸部６ａの上面形状がそ
のままジルコニア溶射層の表面に転写されるので、後加
工は不必要となる。なお、本実施の形態においては、断
熱性および耐熱性を有するセラミックス溶射皮膜１０と
してジルコニアセラミックスを用いたが、シリンダヘッ
ドの使用条件によってはアルミナ（Ａｌ2 Ｏ3 ）あるい
は窒化けい素（Ｓｉ3 Ｎ4 ）などのセラミックスを用い
ることも可能である。When the mold is released after solidification of the aluminum melt, the zirconia layer of the ceramic sprayed coating 10 formed by thermal spraying is cast on the surface of the convex portion 6a of the lower mold 6, so that the cylinder head 1 Is transferred to the portion forming the combustion chamber 3 of the above, and the cylinder head 1 as shown in FIG. 3 is obtained. At this time, since the upper surface shape of the convex portion 6a of the lower die 6 is directly transferred to the surface of the zirconia sprayed layer, post-processing is unnecessary. In the present embodiment, zirconia ceramics is used as the ceramic sprayed coating 10 having heat insulation and heat resistance, but alumina (Al 2 O 3 ) or silicon nitride (Si 3 N 3 ) may be used depending on the usage conditions of the cylinder head. It is also possible to use ceramics such as 4 ).
【００２２】本実施の形態の製造方法では、表面にセラ
ミックス溶射皮膜１０を溶射することにより設けた下部
金型６や上部金型７を用いてシリンダヘッド１を鋳造
し、当該セラミックス溶射皮膜１０を燃焼室３の形成部
分に転写しているため、断熱性および耐熱性に優れ、ア
ルミニウム合金と良好な密着を保ったセラミックス溶射
皮膜１０の層を燃焼室３に有するシリンダヘッド１を効
率よく安価に製造することができる。In the manufacturing method of this embodiment, the cylinder head 1 is cast using the lower die 6 and the upper die 7 provided by spraying the ceramic sprayed coating 10 on the surface, and the ceramic sprayed coating 10 is cast. Since it is transferred to the portion where the combustion chamber 3 is formed, the cylinder head 1 having a layer of the ceramic sprayed coating 10 having excellent heat insulation and heat resistance and maintaining good adhesion with an aluminum alloy in the combustion chamber 3 can be efficiently and inexpensively. It can be manufactured.
【００２３】図４〜図７は他の本発明に係る内燃機関の
シリンダヘッドの製造方法の実施の形態を示しており、
上記した発明と同一部材には同一符号を付して説明を省
略する。この発明の実施の形態では、上記した下部金型
６の凸部６ａの表面に設けたセラミックス溶射皮膜１０
を鋳包む際に、シリンダヘッド１１のアルミニウム合金
との密着力を向上させるため、当該セラミックス溶射皮
膜１０の表面に金属溶射皮膜２０を設けて、注湯時の熱
エネルギーとアンカー効果によりアルミニウム合金と融
着させている。4 to 7 show another embodiment of the method for manufacturing a cylinder head of an internal combustion engine according to the present invention,
The same members as those of the above-described invention are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted. In the embodiment of the present invention, the ceramic spray coating 10 provided on the surface of the convex portion 6a of the lower die 6 described above.
In order to improve the adhesion of the cylinder head 11 to the aluminum alloy when casting, the metal spray coating 20 is provided on the surface of the ceramic spray coating 10, and the ceramic alloy spray coating 10 forms an aluminum alloy by thermal energy and anchor effect during pouring. It is fused.
【００２４】次に、本実施の形態のシリンダヘッド１１
の製造方法を説明する。Next, the cylinder head 11 of the present embodiment.
Will be described.
【００２５】まず、上記した発明の手順で、鋳造用成形
型２を構成する下部金型６の凸部６ａの表面に図１で示
すと同様のセラミックス溶射皮膜１０を設ける。この
時、次に溶射される金属との密着を良好にして注湯時の
アンカー効果を有効的に利用するため、セラミックス溶
射皮膜１０の表面が適度に凹凸となるように粗面化すべ
く溶射条件を調整する（溶射粉末の粒度や溶射電流、溶
射距離、ガス流量の調整による）。例えば、本実施の形
態ではセラミックス溶射皮膜１０の表面の中心線平均表
面粗さを５μｍＲａ以上とした。First, according to the procedure of the invention described above, a ceramic sprayed coating 10 similar to that shown in FIG. 1 is provided on the surface of the convex portion 6a of the lower mold 6 constituting the casting mold 2. At this time, in order to improve the adhesion with the next metal to be sprayed and effectively utilize the anchor effect at the time of pouring, the spraying conditions of the ceramic sprayed coating 10 should be roughened so that the surface becomes moderately uneven. (By adjusting the particle size of the sprayed powder, the spraying current, the spraying distance, and the gas flow rate). For example, in the present embodiment, the centerline average surface roughness of the surface of the ceramic sprayed coating 10 is set to 5 μmRa or more.
【００２６】そしてさらに、図４に示す如く、上記セラ
ミックス溶射皮膜１０の表面にアルミニウム溶湯（ＡＣ
４Ｃなどの一般的にシリンダヘッド等の部品に用いられ
るアルミニウム合金の溶湯）と濡れ性が良くて、合金成
分として汎用性のあるＺｎ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉを１種ま
たは２種以上含む金属材料を溶射する。この時、下層の
ジルコニアセラミックス溶射皮膜１０の層表面は粗面化
されているため、アンカー効果により金属溶射皮膜２０
の金属溶射層はジルコニア溶射層と強固に結合する。こ
の金属溶射皮膜２０の厚さは、１００〜５００μｍが適
当であり、好ましくは２００〜３００μｍである。金属
溶射皮膜２０の厚さが１００μｍよりも薄いと熱膨張に
よる熱応力の緩和ができなくなり、厚さが５００μｍよ
りも厚いとコスト高を招くことになる。また、金属の溶
射条件は、アルミニウム溶湯が流れ込んだときに酸化膜
を破る働きを有し、アンカー効果を有効的に発揮させる
ため表面が適度に凹凸になるように調整する。例えば、
本実施の形態では金属溶射皮膜２０の表面の中心線平均
表面粗さを１５〜３０μｍＲａとした。Further, as shown in FIG. 4, molten aluminum (AC
A metal material containing one or more kinds of Zn, Al, Cu, and Ni, which have general versatility as alloy components and have good wettability with a molten aluminum alloy generally used for components such as 4C). To spray. At this time, since the layer surface of the lower layer zirconia ceramics sprayed coating 10 is roughened, the metal sprayed coating 20 is formed by the anchor effect.
The metal sprayed layer of 3 is firmly bonded to the zirconia sprayed layer. The thickness of the metal spray coating 20 is suitably 100 to 500 μm, preferably 200 to 300 μm. If the thickness of the metal spray coating 20 is thinner than 100 μm, the thermal stress due to thermal expansion cannot be relaxed, and if it is thicker than 500 μm, the cost will increase. Further, the conditions for thermal spraying of the metal have the function of breaking the oxide film when the molten aluminum flows in, and are adjusted so that the surface is appropriately uneven in order to effectively exhibit the anchor effect. For example,
In the present embodiment, the center line average surface roughness of the surface of the metal spray coating 20 is set to 15 to 30 μmRa.
【００２７】また、上記した発明の実施の態様と同様、
鋳造用成形型２および溶射皮膜１０，２０に吸着してい
る水分、ガスを揮散させるため、成形型２の予熱を２５
０〜３５０゜Ｃで行う。Further, similar to the embodiment of the invention described above,
In order to vaporize the water and gas adsorbed on the casting mold 2 and the sprayed coatings 10 and 20, the preheating of the mold 2 is 25
Perform at 0-350 ° C.
【００２８】次いで、ジルコニアセラミックス溶射皮膜
１０および金属溶射皮膜２０を施し、上記温度に予熱し
ておいた下部金型６および上部金型７を用いて、図５に
示す如く、重力鋳造法または低圧鋳造法により溶湯温度
が７００〜７５０゜Ｃのアルミニウム溶湯を注湯し、セ
ラミックス溶射皮膜１０および金属溶射皮膜２０を鋳込
むと同時にシリンダヘッド１１を鋳造する。この時、下
部金型６の凸部６ａに施された金属溶射皮膜２０がアル
ミニウム溶湯と接すると、当該金属溶射皮膜２０の表面
が加熱・溶融され、アルミニウム溶湯が融着し、アンカ
ー効果により凝固後は強固な界面が得られる。鋳造時の
ジルコニアセラミックス溶射皮膜１０の層に対する熱応
力は、この金属溶射皮膜２０の層によって緩和されるた
め、クラックの発生や皮膜の剥離が問題となることはな
い。Then, the zirconia ceramics sprayed coating 10 and the metal sprayed coating 20 are applied, and the lower die 6 and the upper die 7 preheated to the above temperature are used, as shown in FIG. A molten aluminum temperature of 700 to 750 ° C. is poured by a casting method, the ceramic sprayed coating 10 and the metal sprayed coating 20 are cast, and at the same time, the cylinder head 11 is cast. At this time, when the metal spray coating 20 applied to the convex portions 6a of the lower mold 6 comes into contact with the aluminum melt, the surface of the metal spray coating 20 is heated and melted, and the aluminum melt is fused and solidified by the anchor effect. After that, a strong interface is obtained. The thermal stress applied to the layer of the zirconia ceramics sprayed coating 10 during casting is relieved by the layer of the metal sprayed coating 20, so that cracking and peeling of the coating do not pose a problem.
【００２９】上記アルミニウム溶湯の凝固後に離型を行
うと、当該下部金型６の凸部６ａの表面に溶射して設け
たセラミックス溶射皮膜１０のジルコニア層および金属
溶射皮膜２０の金属溶射層｛ＮｉーＡｌ（８０％ー２０
％）合金粉末溶射層｝が、シリンダヘッド１１の燃焼室
３を形成する部分に転写され、図６に示すようなシリン
ダヘッド１１が得られる。この時、下部金型６の凸部６
ａの上面形状がそのままジルコニア溶射層の表面に転写
されるので、上記発明の実施の形態と同様、後加工は不
必要となる。When the aluminum molten metal is released after solidification, the zirconia layer of the ceramic sprayed coating 10 and the metal sprayed layer {Ni of the metal sprayed coating 20 provided on the surface of the convex portion 6a of the lower mold 6 by thermal spraying -Al (80% -20
%) Alloy powder sprayed layer} is transferred to the portion of the cylinder head 11 forming the combustion chamber 3 to obtain the cylinder head 11 as shown in FIG. At this time, the convex portion 6 of the lower die 6
Since the shape of the upper surface of a is transferred to the surface of the zirconia sprayed layer as it is, the post-processing is unnecessary as in the embodiment of the invention described above.
【００３０】本実施の形態の製造方法では、表面にセラ
ミックス溶射皮膜１０および金属溶射皮膜２０を溶射す
ることにより設けた下部金型６や上部金型７を用いてシ
リンダヘッド１１を鋳造し、当該セラミックス溶射皮膜
１０および金属溶射皮膜２０を燃焼室３の形成部分に転
写しているため、断熱性および耐熱性に優れ、アルミニ
ウム合金とより一層良好な密着を保ったセラミックス溶
射皮膜１０および金属溶射皮膜２０の層を燃焼室３に有
するシリンダヘッド１１を効率よく安価に製造すること
ができる。製造されたシリンダヘッド１１においては、
図７の顕微鏡写真で示すように、金属溶射皮膜２０の金
属溶射層とシリンダヘッド１１のアルミニウム合金との
界面が鋳包み時の溶湯の熱エネルギーおよびアンカー効
果によって強固に密着していることが判る。In the manufacturing method of this embodiment, the cylinder head 11 is cast using the lower mold 6 and the upper mold 7 provided by spraying the ceramic sprayed coating 10 and the metal sprayed coating 20 on the surface, Since the ceramics sprayed coating 10 and the metal sprayed coating 20 are transferred to the part where the combustion chamber 3 is formed, the ceramics sprayed coating 10 and the metal sprayed coating have excellent heat insulation and heat resistance and maintain a better adhesion with the aluminum alloy. The cylinder head 11 having 20 layers in the combustion chamber 3 can be efficiently manufactured at low cost. In the manufactured cylinder head 11,
As shown in the micrograph of FIG. 7, it can be seen that the interface between the metal sprayed layer of the metal sprayed coating 20 and the aluminum alloy of the cylinder head 11 is firmly adhered by the heat energy of the molten metal during casting and the anchor effect. .
【００３１】以上、本発明の実施の形態につき述べた
が、本発明は既述の実施の形態に限定されるものではな
く、本発明の技術的思想に基づいて各種の変形および変
更が可能である。Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications and changes are possible based on the technical idea of the present invention. is there.
【００３２】[0032]
【発明の効果】上述の如く、本発明に係る内燃機関のシ
リンダヘッドの製造方法は、シリンダヘッドを製造する
際に用いる鋳造用成形型の表面にセラミックス溶射を行
ってセラミックス溶射皮膜を設け、次いで、この成形型
を用いてアルミニウム合金により構成される上記シリン
ダヘッドを鋳造し、上記成形型のセラミックス溶射皮膜
を燃焼室を形成する部分に転写させてシリンダヘッドを
製造しているので、断熱性および耐熱性に優れ、アルミ
ニウム合金と良好に密着したセラミックス溶射皮膜を燃
焼室に有するシリンダヘッドを効率よく安価に製造する
ことができる。しかも、本発明の製造方法は、鋳造用成
形型の内面形状がそのままセラミックス溶射皮膜層表面
に転写されるので、後加工は不要となり、シリンダヘッ
ドを能率良く低コストにて製造することが可能となる。As described above, in the method of manufacturing a cylinder head for an internal combustion engine according to the present invention, the surface of a casting mold used for manufacturing the cylinder head is sprayed with ceramics to form a ceramic sprayed coating, , The cylinder head made of an aluminum alloy is cast by using this mold, and the ceramic spray coating of the mold is transferred to the portion forming the combustion chamber to manufacture the cylinder head. It is possible to efficiently and inexpensively manufacture a cylinder head having a ceramic sprayed coating, which has excellent heat resistance and is in good contact with an aluminum alloy, in a combustion chamber. Moreover, in the manufacturing method of the present invention, since the inner surface shape of the casting mold is directly transferred to the surface of the ceramic sprayed coating layer, no post-processing is required, and the cylinder head can be manufactured efficiently and at low cost. Become.
【００３３】また、本発明に係る内燃機関のシリンダヘ
ッドの製造方法は、シリンダヘッドを製造する際に用い
る鋳造用成形型の表面にセラミックス溶射を行ってセラ
ミックス溶射皮膜を設けるとともに、このセラミックス
溶射皮膜の表面を粗面化し、さらに上記セラミックス溶
射皮膜の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性が良い金属材
料を溶射して金属溶射皮膜を設け、次いで、この成形型
を用いてアルミニウム合金により構成されるシリンダヘ
ッドを鋳造し、上記成形型のセラミックス溶射皮膜およ
び金属溶射皮膜を燃焼室を形成する部分に転写させてシ
リンダヘッドを製造しているので、上記発明と同様の効
果が得られる一方、金属溶射皮膜層が熱応力を緩和して
セラミックス溶射皮膜の破損を防ぐ上、アルミニウム合
金と融着することによって、燃焼室の形成部分に設けた
断熱層とシリンダヘッドを構成するアルミニウム合金と
の接合界面が強固に密着させることが可能となり、より
一層耐久性に優れたシリンダヘッドを製造できる。しか
も、本発明の製造方法は、鋳造用成形型へのセラミック
ス溶射と金属溶射を行うだけであるので、従来の製造方
法に比べて、はるかに能率的であり、安価に製造するこ
とができる。Further, in the method of manufacturing a cylinder head for an internal combustion engine according to the present invention, the surface of the casting mold used for manufacturing the cylinder head is sprayed with ceramics to provide a ceramics sprayed coating, and the ceramics sprayed coating is also provided. The surface of the cylinder is roughened, and the surface of the ceramic sprayed coating is sprayed with an aluminum melt and a metal material having good wettability to form a metal sprayed coating. Then, a cylinder head made of an aluminum alloy is formed by using this mold. Is cast, and the ceramic sprayed coating and the metal sprayed coating of the molding die are transferred to the portion forming the combustion chamber to produce a cylinder head, so that the same effect as the above invention can be obtained, while the metal sprayed coating layer is obtained. Melts the thermal stress to prevent damage to the ceramic sprayed coating and fuses with the aluminum alloy. Therefore, the bonding interface between the aluminum alloy constituting the heat insulating layer and a cylinder head provided to form part of the combustion chamber becomes possible to firmly adhered, it can be produced excellent cylinder head even more durable. Moreover, since the manufacturing method of the present invention only performs the ceramic spraying and the metal spraying on the casting mold, it is far more efficient than the conventional manufacturing method and can be manufactured at a low cost.
【００３４】さらに、本発明に係る内燃機関のシリンダ
ヘッドの製造方法は、シリンダヘッドを製造する際に用
いる鋳造用成形型の表面にセラミックス溶射を行って、
厚さが１．０〜２．０ｍｍのセラミックス溶射皮膜を設
けるとともに、このセラミックス溶射皮膜の表面を粗面
化し、さらに上記セラミックス溶射皮膜の表面にアルミ
ニウム溶湯と濡れ性が良い金属材料を溶射して、厚さが
１００〜５００μｍの金属溶射皮膜を設け、次いで、こ
の成形型を用いてアルミニウム合金により構成されるシ
リンダヘッドを鋳造し、上記成形型のセラミックス溶射
皮膜および金属溶射皮膜を燃焼室を形成する部分に転写
させてシリンダヘッドを製造しているので、上記発明と
同様の効果が得られる一方、断熱効果の高いセラミック
ス溶射皮膜を設けることができるとともに、鋳造時の熱
膨張による熱応力を緩和する金属溶射皮膜を確実に設け
ることができる。Furthermore, in the method of manufacturing a cylinder head for an internal combustion engine according to the present invention, ceramics is sprayed on the surface of a casting mold used for manufacturing the cylinder head,
A ceramic sprayed coating having a thickness of 1.0 to 2.0 mm is provided, the surface of the ceramic sprayed coating is roughened, and aluminum molten metal and a metal material having good wettability are sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating. A metal sprayed coating having a thickness of 100 to 500 μm is provided, and then a cylinder head made of an aluminum alloy is cast by using this molding die to form a ceramic sprayed coating and a metal sprayed coating of the above molding die to form a combustion chamber. Since the cylinder head is manufactured by transferring it to the part to be heated, the same effects as the above invention can be obtained, while a ceramic sprayed coating with a high heat insulating effect can be provided and the thermal stress due to thermal expansion during casting is relaxed. It is possible to surely provide the metal sprayed coating.
【００３５】そして、本発明に係る内燃機関のシリンダ
ヘッドは、上記した発明の製造方法により製造されたの
で、セラミックス溶射皮膜層による断熱効果でシリンダ
ヘッドに逃げる熱を低減させることが可能となり、エン
ジン効率を向上させることができる。すなわち、本発明
のシリンダヘッドを使用することにより、燃費向上およ
び出力向上を図ることができ、異常燃焼を防止するとと
もに、排気ガス中の未燃成分を低減させることができ
る。Since the cylinder head of the internal combustion engine according to the present invention is manufactured by the above-described manufacturing method of the present invention, the heat escaping to the cylinder head can be reduced by the heat insulating effect of the ceramic sprayed coating layer. The efficiency can be improved. That is, by using the cylinder head of the present invention, it is possible to improve fuel efficiency and output, prevent abnormal combustion, and reduce unburned components in exhaust gas.
【図１】本発明の実施の形態に係る内燃機関のシリンダ
ヘッドの燃焼室を形成する下部金型の表面にセラミック
ス溶射皮膜を設けた状態を概念的に示す断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view conceptually showing a state in which a ceramic sprayed coating is provided on the surface of a lower mold forming a combustion chamber of a cylinder head of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention.
【図２】上記セラミックス溶射皮膜を設けた下部金型、
上部金型等から構成される鋳造用成形型を用いてシリン
ダヘッドを重力鋳造法で鋳造する状態を概念的に示す断
面図である。FIG. 2 is a lower mold provided with the ceramic sprayed coating,
It is sectional drawing which shows notionally the state which casts a cylinder head by the gravity casting method using the casting mold comprised from an upper mold etc.
【図３】図２における鋳造用成形型の離型後、セラミッ
クス溶射皮膜が燃焼室を形成する部分に転写されて製造
されたシリンダヘッドを概念的に示す断面図である。3 is a cross-sectional view conceptually showing a cylinder head manufactured by transferring a ceramic sprayed coating to a portion forming a combustion chamber after releasing the casting mold in FIG.
【図４】図１における下部金型のセラミックス溶射皮膜
の表面に金属溶射皮膜を設けた状態を概念的に示す断面
図である。FIG. 4 is a sectional view conceptually showing a state where a metal spray coating is provided on the surface of the ceramic spray coating of the lower die in FIG.
【図５】上記２層の溶射皮膜を設けた下部金型、上部金
型等から構成される鋳造用成形型を用いてシリンダヘッ
ドを重力鋳造法で鋳造する状態を概念的に示す断面図で
ある。FIG. 5 is a cross-sectional view conceptually showing a state in which a cylinder head is cast by gravity casting using a casting mold including a lower mold, an upper mold and the like provided with the above-mentioned two-layer thermal spray coating. is there.
【図６】図５における鋳造用成形型の離型後、２層の溶
射皮膜が燃焼室を形成する部分に転写されて製造された
シリンダヘッドを概念的に示す断面図である。6 is a cross-sectional view conceptually showing a cylinder head manufactured by transferring two layers of thermal spray coating to a portion forming a combustion chamber after releasing the casting mold in FIG.
【図７】金属溶射皮膜の層とアルミニウム合金の界面
が、鋳包み時の熱エネルギーおよびアンカー効果によっ
て強固に密着していることを示す２００倍の顕微鏡写真
である。FIG. 7 is a 200 × micrograph showing that the interface between the layer of the metal spray coating and the aluminum alloy is firmly adhered by the heat energy during casting and the anchor effect.
【図８】従来例において、セラミックス溶射皮膜を燃焼
室を形成する部分に設けた内燃機関のシリンダヘッドを
概念的に示す断面図である。FIG. 8 is a sectional view conceptually showing a cylinder head of an internal combustion engine in which a ceramic sprayed coating is provided in a portion forming a combustion chamber in a conventional example.
【図９】他の従来例において、セラミックス焼結体を鋳
包んだ内燃機関のシリンダヘッドを概念的に示す断面図
である。FIG. 9 is a sectional view conceptually showing a cylinder head of an internal combustion engine in which a ceramics sintered body is cast in another conventional example.
１，１１ シリンダヘッド ２ 鋳造用成形型 ３ 燃焼室 ６ 下部金型 ７ 上部金型 ８ 湯口 １０ セラミックス溶射皮膜 ２０ 金属溶射皮膜 1,11 Cylinder head 2 Casting mold 3 Combustion chamber 6 Lower mold 7 Upper mold 8 Gate 10 Ceramic sprayed coating 20 Metal sprayed coating
Claims (4)
造用成形型の表面にセラミックス溶射を行ってセラミッ
クス溶射皮膜を設け、次いで、この成形型を用いてアル
ミニウム合金により構成される上記シリンダヘッドを鋳
造し、上記成形型のセラミックス溶射皮膜を燃焼室を形
成する部分に転写させてシリンダヘッドを製造すること
を特徴とする内燃機関のシリンダヘッドの製造方法。1. A surface of a casting mold for use in manufacturing a cylinder head is sprayed with ceramics to form a ceramic sprayed coating, and then the cylinder head made of an aluminum alloy is cast using this mold. Then, a method for manufacturing a cylinder head of an internal combustion engine, comprising manufacturing the cylinder head by transferring the ceramic sprayed coating of the molding die to a portion forming a combustion chamber.
造用成形型の表面にセラミックス溶射を行ってセラミッ
クス溶射皮膜を設けるとともに、このセラミックス溶射
皮膜の表面を粗面化し、さらに上記セラミックス溶射皮
膜の表面にアルミニウム溶湯と濡れ性が良い金属材料を
溶射して金属溶射皮膜を設け、次いで、この成形型を用
いてアルミニウム合金により構成されるシリンダヘッド
を鋳造し、上記成形型のセラミックス溶射皮膜および金
属溶射皮膜を燃焼室を形成する部分に転写させてシリン
ダヘッドを製造することを特徴とする内燃機関のシリン
ダヘッドの製造方法。2. The surface of a casting mold used for manufacturing a cylinder head is sprayed with ceramics to form a ceramic sprayed coating, and the surface of the ceramic sprayed coating is roughened, and the surface of the ceramic sprayed coating is further processed. To form a metal sprayed coating by spraying a molten aluminum and a metal material with good wettability on it, and then using this mold to cast a cylinder head made of an aluminum alloy. A method of manufacturing a cylinder head of an internal combustion engine, comprising manufacturing a cylinder head by transferring a coating to a portion forming a combustion chamber.
造用成形型の表面にセラミックス溶射を行って、厚さが
１．０〜２．０ｍｍのセラミックス溶射皮膜を設けると
ともに、このセラミックス溶射皮膜の表面を粗面化し、
さらに上記セラミックス溶射皮膜の表面にアルミニウム
溶湯と濡れ性が良い金属材料を溶射して、厚さが１００
〜５００μｍの金属溶射皮膜を設け、次いで、この成形
型を用いてアルミニウム合金により構成されるシリンダ
ヘッドを鋳造し、上記成形型のセラミックス溶射皮膜お
よび金属溶射皮膜を燃焼室を形成する部分に転写させて
シリンダヘッドを製造することを特徴とする内燃機関の
シリンダヘッドの製造方法。3. The surface of a casting mold used for producing a cylinder head is sprayed with ceramics to provide a ceramics sprayed coating having a thickness of 1.0 to 2.0 mm, and the surface of this ceramics sprayed coating. Roughen
Further, a metal material having a good wettability with aluminum molten metal is sprayed on the surface of the ceramic sprayed coating to have a thickness of 100.
A metal spray coating of up to 500 μm is provided, then a cylinder head made of an aluminum alloy is cast using this mold, and the ceramic spray coating and the metal spray coating of the above mold are transferred to the portion forming the combustion chamber. A method of manufacturing a cylinder head of an internal combustion engine, the method comprising: manufacturing a cylinder head.
よって製造された内燃機関のシリンダヘッド。4. A cylinder head for an internal combustion engine manufactured by the manufacturing method according to claim 1.
Priority Applications (1)
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|---|---|---|---|
| JP8117070A JPH09277018A (en) | 1996-04-15 | 1996-04-15 | Cylinder head of internal combustion engine and production thereof |
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|---|---|
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|---|---|
| JP (1) | JPH09277018A (en) |
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