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JPS61193773A - アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘツドの改良処理方法 - Google Patents

アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘツドの改良処理方法

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Publication number
JPS61193773A
JPS61193773A JP60031627A JP3162785A JPS61193773A JP S61193773 A JPS61193773 A JP S61193773A JP 60031627 A JP60031627 A JP 60031627A JP 3162785 A JP3162785 A JP 3162785A JP S61193773 A JPS61193773 A JP S61193773A
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JP
Japan
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cylinder head
aluminum alloy
internal combustion
alloy casting
casting
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JP60031627A
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English (en)
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JPH0737660B2 (ja
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Soichi Hayashi
林　壮一
Joji Miyake
譲治 三宅
Haratsugu Koyama
原嗣 小山
Kanji Sakaguchi
坂口　寛治
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Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
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Publication date
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Priority to US06/831,708 priority patent/US4695329A/en
Priority to DE19863605519 priority patent/DE3605519A1/de
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    • F02F1/42—Shape or arrangement of intake or exhaust channels in cylinder heads
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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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 この発明はアルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッド
を熱処理によって改良する方法に関するものである。
従来の技術 近時、アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの使
用が増加している。アルミ合金は軽ｌでかつ熱伝導性に
優れ、また他の軽合金と比較した場合耐熱性が優れる等
、多くの利点を有するからである。しかし、そのような
利点を有する反面、アルミ合金には溶融状態で水素ガス
を吸収しやすく、また凝固収縮量も多いので、鋳造時に
ピンホール、ブローホールや引は巣等の鋳造欠陥を生じ
やすいという問題があった。また、それ等の鋳造欠陥は
アルミ合金溶湯の冷却速度が遅いと一層増加し、凝固組
織自体も冷却速度が遅いと粗大化するので、アルミ合金
鋳物の機械的性質は鋳造時の冷却速度に大きく依存し、
冷却速度が遅くなるほど劣ることが知られている。
一方、内燃機関用シリンダヘッドは大型で複雑な形状を
しているため、鋳造時の冷却速度が遅く、アルミ合金を
鋳造して内燃機関用シリンダヘッドを製造する場合には
、前述の理由から機械的性質が必ずしも十分ではなく、
燃焼室部に亀裂が発生し易い傾向があるという問題があ
った。
そこで、そのような問題に対処するために、内燃機関用
シリンダヘッドに対する負荷応力は全体的に均一ではな
く、数カ所の高負荷部が存在し、その数カ所の高負荷部
で特に機械的性質の要求値が高いという点を考慮して、
従来法のような対策が講じられていた。
先ず第１には、肉厚を大にすると共に寸法・形状等の設
計変更を行なうという手段がある。また第２には、アル
ミ合金を鋳造する砂中子の、アルミ合金鋳物の改良した
い部分に相当する部分に冷し金を設け、部分的に冷却速
度を大きくするという手段がある。さらに第３の手段と
して、アルミ合金を鋳造する鋳型の、アルミ合金鋳物の
改良したい部分に相当する部分の近傍に水冷パイプを通
し、部分的に強制冷却するという手段がある。
発明が解決しようとする問題点 しかし、以上の従来の対策には、それぞれ次のような問
題があった。
まず第１の手段を採る場合、アルミ合金を用いることに
よるコンパクトで軽量な設計ができるという利点が、肉
厚を大にし、また設計変更を行なうことによって失われ
てしまうという問題がある。
また第２の手段を採る場合、砂中子自体が非常に複雑と
なり、その造型が容易でないという問題がある他、鋳物
部品としては大型である内燃機関用シリンダヘッドを必
要な冷却速度で冷却させるには、冷し金の熱容量を相当
大きくする必要があるのに対し、実際にはそれほど大き
な熱容量を持つ冷し金を設けるのは難しく、その結果用
２の手段では鋳物の品質改良の効果が少ないという問題
があった。
さらに第３の手段を採る場合、冷却能という観点からは
確かに上述の第２の手段に比べ有利になるが、しかし鋳
型自体が非常に複雑な構造になり、必要な部分に思うよ
うに通水することができず、得られる鋳物の品質を要求
される程度まで改良することはできないという問題が残
る。またその第３の手段ではアルミ合金溶湯の近くで水
を取扱うため、安全上の観点から実用化が難しいという
問題もあった。
この発明は以上の従来の事情に鑑みてなされたものであ
って、アルミ合金を用いることによって得られるコンパ
クトで軽量な設計ができるという利点を生かしたまま、
機械的性質の要求値が高い高負荷部の品質を簡易にかつ
十分に改良することができるアルミ合金鋳物製内燃機関
用シリンダヘッドの改良処理方法を提供することを目的
とする。
問題点を解決するための手段 すなわちこの発明のアルミ合金鋳物製内燃機関用シリン
ダヘッドの改良処理方法は、アルミ合金鋳物製内燃機関
用シリンダヘッドの必要部分に高密度エネルギを照射し
、加熱して再溶融させることを特徴とするものである。
以下にこの発明をさらに具体的に説明する。
アルミ合金としては、ＪＩＳ　　Ａ０２Ｂ、ＡＣ４Ｂ、
ＡＣ４Ｃ亜共晶系合金、ＪＩＳ　　ＡＣ８Ａ共晶系合金
や、ＡＣ５Ａ、あるいはＡＡ規格Ａ３９０過共晶系合金
等を用いることができる。また、高密度エネルギ源とし
てはレーザ、電子ビーム、プラズマアーク、ＴＩＧアー
ク等を用いることができる。
またアルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの再溶
融させて改良する部分には、例えばインテークポート用
孔の弁座とエキゾーストボート用孔の弁座とに挾まれた
弁間部や、その他に点火プラグ用孔の周辺部、副燃焼室
用孔の周辺部等がある。
ざらにこの発明は、ディーゼルエンジン用シリンダヘッ
ドのみならず、ガソリンエンジン用シリンダヘッドにも
適用できる。
この発明では、以上のようにすることによって、高密度
エネルギが照射されて再溶融した部分が、母材側から表
面側へ向けて指向性凝固することにより、再溶融前に存
在した微小気孔等の鋳造欠陥が外部に押し出される様な
状態となり、鋳造欠陥が解消される。また、再溶融され
ない部分が再溶融部に対する熱容量の大きな冷し金とし
て機能するため再溶融部は急冷されて組織が微細化し、
機械的性質が改善される。
実施例 以下にこの発明の実施例を記す。
実施例 ＪＩＳ　　Ａ０２Ｂ合金を溶解し、低圧金型鋳造によっ
て、ディーゼル機関用シリンダヘッド鋳物を製造した。
得られたシリンダヘッド鋳物を第１図に示す。図におい
てシリンダヘッド本体１には、インテークボート用孔２
とエキゾーストのボート用孔３との間に弁間部４が形成
されている。その弁間部４をＴＩＧアークによって再溶
融させた。
ＴＩＧアークによる再溶融は、３．２霞ｌ径のタングス
テン電極棒を用い、シールドガスとしてアルゴンガスを
２５１／廟流して行なった。電流はピーク電流を２１Ｏ
Ａ、ベース電流を１８０Ａとし、トーチ移動速度は０．
７５　ｍｌ／ｓｅｃとした。
そのようにして弁間部４に再溶融処理を施した後、シリ
ンダヘッド１に熱処理を施した。熱処理はＴ６処理とし
た。
比較例１ ＪＩＳ　　ＡＣ２Ｂ合金を溶解して低圧金型鋳造によっ
て実施例と同様のディーゼル機関用シリンダヘッドを鋳
逸し、再溶融処理を施さず熱処理を行なった。
比較例２ Ｊ、ＩＳ　　Ａ０２Ｂ合金を溶解して低圧金型鋳造によ
って実施例、比較例１と同様のディーゼル機関用シリン
ダヘッドを鋳造した。その際、鋳型に水冷バイブを通し
て鋳造されるシリンダヘッドの弁間部が急冷されるよう
にした。
以上の実施例および比較例１によって得られたシリンダ
ヘッド鋳物を機械加工によって仕上げ、エンジンに組付
けて耐久試験を行なった。耐久試験は、実機運転時にお
ける全負荷状態で４７００ｒｐｌおよび無負荷状態で１
００ＯｒＤＩという条件で行なった。
以上の耐久試験の結果、比較例１のシリンダヘッドが１
００〜２００時間で弁間部に微小な亀裂が発生するのが
観察されたのに対し、実施例のシリンダヘッドは３００
時間の連続運転を行なっても何ら異常は認められなかっ
た。
次に、以上の実施例および比較例１、比較例２によって
得られたシリンダヘッドの弁間部から試験片を採取し、
比重、気孔率、引張り強さ、伸びシャルピー衝撃値を測
定した。各種試賎の結果を第２図〜第６図に示す。第２
図〜第６図に示すように、通常の鋳造品（比較例１）に
比べ、水冷バイブを用いた鋳造品（比較例２）は確かに
気孔率が減少し、また比重が増加しており、そのことか
ら欠陥が減少していることがわかる。またそれに伴ない
引張り強さ、伸び、シャルピー衝撃値が向上している。
しかし、この発明の実施例の再溶融処理鋳造品は、その
比較ＩＭ２の鋳造品よりもさらに比重が増加し、気孔率
は極めて小さい。そのことから、実施例のものは、はぼ
無欠陥に近いことがわかる。またそれに伴ない、引張り
強さ、伸びシャルピー衝撃値等の機械的性質も比較例２
のものより向上している。第７図に実施例のシリンダヘ
ッドを第１図に示す■−■線で切断して撮影した断面拡
大写真を示す。図に示すように本体材料（ｆｆｉ材）５
には鋳造欠陥である微小気孔が見られるのに対し、再溶
融処理部６には気孔は全くなく、また組織も著しく微細
であることがわかる。
尚、以上はディーゼルエンジン用シリンダヘッドにこの
発明を適用した場合を示したが、この発明の実施例はそ
れに限られるものではなく、第９図および第１０図に示
すガソリンエンジン用シリンダヘッド７にこの発明の方
法を適用することもできる。図において符号８で示す斜
線部分がこの発明による再溶融処理部である。
発明の効果 以上のようにこの発明のアルミ合金製内燃ｍｍ用シリン
ダヘッドの改良処理方法によれば、アルミ合金鋳物製内
燃機関用シリンダヘッドの必要部分に高密度エネルギを
照射し、加熱して再溶融させるようにしたことによって
、内燃機関用シリンダヘッドをアルミ合金鋳物とする利
点を維持したまま、シリンダヘッドの高負荷部の機械的
特性を十分に向上することができるという優れた効果が
奏される。しかも、特段の危険性はなく、簡易に多量の
処理を行なうことができるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
第１図はこの発明の方法を実施したディーゼルエンジン
用シリンダヘッドの平面図、第２図〜第６図はこの発明
の実施例および比較例によって得られたシリンダヘッド
の弁間部材質特性の試験結果を比較して示し、第２図は
気孔率、第３図は比重、第４図は引張り強さ、第５図は
伸び、第６図はシャルピー衝撃値を示す。第７図はこの
発明を実施したシリンダヘッド弁間部の断面写真、第８
図はガソリンエンジン用シリンダヘッドの弁間部にこの
発明を実施する場合の一例を示す図、第９図は同じく他
の例を示す図である。 １・・・シリンダヘッド本体、　２・・・インテークボ
ート用孔、　３・・・エキゾーストのポート用孔、　４
・・・弁間部、　５・・・母材、　６・・・再溶融処理
部。 出願人　　トヨタ自動車株式会社 代理人　　弁理士　豊　１）武　久 （ほか１名） 第１図 第２図　　　第３図 第４図　　　　第５図 第６図　　　第７図 １手＝１■蒙 第８図 第９図 手　　　続　　　補　　　正　　　書　　（方式）昭和
６０年６月２５日 特許庁長官　　志　賀　　　学　　殿 ２、発明の名称 アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの改良処理
方法３、補正をする者 事件との関係　特許出願人 住　所　　愛知県堕田市トヨタ町１番地名　称　　（３
２０）　トヨタ自動車株式会社４、代理人 住　所　　東京都港区三田３丁目４番１８号５、補正命
令の日付 昭和６０年５月２８日（発送日） に訂正する。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの必要部分
    に高密度エネルギを照射し、加熱して再溶融させること
    を特徴とするアルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッ
    ドの改良処理方法。
JP60031627A 1985-02-21 1985-02-21 アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの改良処理方法 Expired - Lifetime JPH0737660B2 (ja)

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JP60031627A JPH0737660B2 (ja) 1985-02-21 1985-02-21 アルミ合金鋳物製内燃機関用シリンダヘッドの改良処理方法
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