(57)【要約】【課題】シリンダヘッドから排出される排気ガスの温度低下を従来よりも効果的に抑制し得るようにする。【解決手段】排気ポート２をシリンダヘッド３内に形成するにあたり、脱炭処理により融点を高められた表層部４を有し且つその内側を融点差を利用して溶融流出させることで中空の空気断熱層１とした二重殻構造を成す鋳鉄製の排気ポート部品５を、シリンダヘッド３の鋳造時に鋳ぐるみして埋設する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
脱炭処理により融点を高められた表層部を有し且つその内側を融点差を利用して溶融流出させることで中空の空気断熱層とした二重殻構造を成す鋳鉄製の排気ポート部品を、シリンダヘッドの鋳造時に鋳ぐるみして埋設することで形成したことを特徴とするシリンダヘッドの排気ポート。
【請求項２】
鋳鉄により排気ポートの流路形状を成す排気ポート部品を別途製作し、該排気ポート部品を脱炭処理することにより表層部に脱炭層を形成して前記表層部の融点を高め、前記排気ポート部品の適宜位置に前記表層部の内側の非脱炭部まで達する深さの流出孔を穿設し、該流出孔が最下部に位置するように前記排気ポート部品を保持した状態で前記表層部の融点より低く且つ前記非脱炭部の融点より高い温度で加熱し、これにより前記非脱炭部を溶融させて前記流出孔から外部へ流出せしめ、然る後、前記表層部のみを残して中空となった二重殻構造の排気ポート部品の流出孔を封じることで前記排気ポート部品の中空部分を空気断熱層として画成し、該空気断熱層を持つ排気ポート部品をシリンダヘッドの鋳造時に鋳ぐるみして埋設することを特徴とするシリンダヘッドの排気ポート形成方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、シリンダヘッドの排気ポート及びその形成方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車の排気ガスに対する規制が強化されてきており、排気ガスが流通する排気管の途中に、排気ガス中のＮＯxの除去を目的としてＮＯx選択還元型触媒やＮＯx吸蔵還元触媒を装備したり、排気ガス中のパティキュレートの除去を目的として酸化触媒を担持したパティキュレートフィルタを装備したりすることが行われている。
【０００３】
ただし、何れを排気ガスの後処理装置として採用した場合であっても、良好な触媒活性を得るために所定温度以上の比較的高い排気温度が必要となるので、シリンダヘッドから排出される排気ガスの温度低下を抑制し、排気管の途中の後処理装置に到る排気ガスの温度を極力高温に保つ必要がある。
【０００４】
このため、従来においては、シリンダヘッドの排気出口に熱伝導率の低いステンレスパイプを挿入したり、鋳鉄により別途製作した排気ポート部品の表面にセラミックをコーティングしたものをシリンダヘッドに鋳ぐるみしたりして排気ポートにおける断熱性能を高め、これによって、排気ポートを流れる排気ガスと、水冷系の水路を流れる冷却水との間を断熱して、排気ガスの熱が冷却水側に極力奪われないようにしていた。
【０００５】
尚、このようなシリンダヘッドの排気ポートの断熱を図る技術に関連する先行技術文献情報としては下記の特許文献１等がある。
【特許文献１】実開昭６３−１９８４１３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前述した如きステンレスパイプやセラミックによる断熱では性能面で不十分であり、水冷系の冷却水に熱を奪われて排気ガスが温度低下してしまうことを十分に防止できていなかった。
【０００７】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、シリンダヘッドから排出される排気ガスの温度低下を従来よりも効果的に抑制し得るようにすることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、脱炭処理により融点を高められた表層部を有し且つその内側を融点差を利用して溶融流出させることで中空の空気断熱層とした二重殻構造を成す鋳鉄製の排気ポート部品を、シリンダヘッドの鋳造時に鋳ぐるみして埋設することで形成したことを特徴とするシリンダヘッドの排気ポート、に係るものである。
【０００９】
而して、このようにすれば、シリンダヘッドの排気ポートが周囲に断熱性能の高い空気断熱層を備えて形成されるので、前記排気ポートを流れる排気ガスと前記シリンダヘッド内の水路を流れる水冷系の冷却水との間が空気断熱層により良好に断熱されて排気ガスの熱が冷却水側に奪われ難くなり、シリンダヘッドから排出される排気ガスの温度低下が従来よりも効果的に抑制されることになる。
【００１０】
また、この排気ポートの具体的な形成方法としては、鋳鉄により排気ポートの流路形状を成す排気ポート部品を別途製作し、該排気ポート部品を脱炭処理することにより表層部に脱炭層を形成して前記表層部の融点を高め、前記排気ポート部品の適宜位置に前記表層部の内側の非脱炭部まで達する深さの流出孔を穿設し、該流出孔が最下部に位置するように前記排気ポート部品を保持した状態で前記表層部の融点より低く且つ前記非脱炭部の融点より高い温度で加熱し、これにより前記非脱炭部を溶融させて前記流出孔から外部へ流出せしめ、然る後、前記表層部のみを残して中空となった二重殻構造の排気ポート部品の流出孔を封じることで前記排気ポート部品の中空部分を空気断熱層として画成し、該空気断熱層を持つ排気ポート部品をシリンダヘッドの鋳造時に鋳ぐるみして埋設するようにすれば良い。
【発明の効果】
【００１１】
上記した本発明のシリンダヘッドの排気ポート及びその形成方法によれば、シリンダヘッドから排出される排気ガスの温度低下を空気断熱層により従来よりも効果的に抑制できる排気ポートを提供することができるので、排気管の途中の後処理装置に到る排気ガスの温度を極力高温に保つことができて良好な触媒活性を得ることができ、また、冷却水側に奪われる排気熱が減ることで水冷系への熱負担も著しく軽減でき、将来の排出ガス規制強化対策としての高ＥＧＲ率化が進んだ場合であってもラジエータの大型化を回避することができる等種々の優れた効果を奏し得る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【００１３】
図１〜図５は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図１に実際のシリンダヘッドに適用した場合の断面図を一例として示している通り、本形態例においては、その周囲に断熱性能の高い空気断熱層１を備えた排気ポート２を形成するようにしており、このような排気ポート２をシリンダヘッド３内に形成するにあたっては、脱炭処理により融点を高められた表層部４を有し且つその内側を融点差を利用して溶融流出させることで中空の空気断熱層１とした二重殻構造を成す鋳鉄製の排気ポート部品５を、シリンダヘッド３の鋳造時に鋳ぐるみして埋設するようにしている。
【００１４】
即ち、その具体的な形成方法を図２〜図５の模式化した図面により以下に詳述すると、先ず図２に示すように、前記排気ポート部品５は、鋳鉄により排気ポート２（図１参照）の流路形状を成す鋳造部品として約６ｍｍ程度の壁厚で別途製作されるようになっており、この鋳鉄製の排気ポート部品５を、例えば、プロパンガスを変成したガス雰囲気中で約１０００℃程度に加熱して表面に脱炭処理を施し、図３に示す如く、前記排気ポート部品５の表層部４に約１．５ｍｍ程度の脱炭層を形成する。
【００１５】
このようにして脱炭層が形成された表層部４は、その内側の非脱炭部６よりも炭素量が低下することで融点が高くなり、実際に本発明者らが行った実験では、非脱炭部６の融点が約１１５０℃であった鋳鉄製の排気ポート部品５に関し、その表層部４の融点は約１４５０℃まで上昇することが確認されている。
【００１６】
次いで、図４に示す如く、前記表層部４に脱炭層を形成した排気ポート部品５の適宜位置に、前記表層部４の内側の非脱炭部６まで達する深さの流出孔７を穿設し、該流出孔７が最下部に位置するように前記排気ポート部品５を保持した状態で前記表層部４の融点より低く且つ前記非脱炭部６の融点より高い温度（約１２００℃程度）で加熱し、これにより前記非脱炭部６を溶融させて前記流出孔７から外部へ流出せしめ、然る後、前記表層部４のみを残して中空となった二重殻構造の排気ポート部品５の流出孔７を封じることで前記排気ポート部品５の中空部分を空気断熱層１として画成する。
【００１７】
この結果、図５に示す如く、空気断熱層１を持つ二重殻構造の排気ポート部品５が完成するので、この排気ポート部品５を図示しない吸気ポートや水冷系の水路を形成するための中子と一緒にシリンダヘッド３の主型内の適宜位置に配置し、この主型内に溶融アルミ合金を注湯してシリンダヘッド３の鋳造を行い、該シリンダヘッド３内に前記排気ポート部品５を鋳ぐるみして埋設することで排気ポート２（図１参照）を形成する。
【００１８】
而して、このようにすれば、先に図１を用いて説明した通り、シリンダヘッド３の排気ポート２が周囲に断熱性能の高い空気断熱層１を備えて形成されるので、前記排気ポート２を流れる排気ガス８と前記シリンダヘッド３内の水路９を流れる水冷系の冷却水との間が空気断熱層１により良好に断熱されて排気ガス８の熱が冷却水側に奪われ難くなり、シリンダヘッド３から排出される排気ガス８の温度低下が従来よりも効果的に抑制されることになる。
【００１９】
尚、ここで付言しておくと、排気ポート２の周囲を取り巻くように水冷系の水路９を避けた狭い範囲に空気断熱層１を形成することは、水冷系の水路９を形成する場合のように中子を使用してできるようなことではなく、前述した通り、空気断熱層１を周囲に形成した排気ポート部品５を先に製作した上でシリンダヘッド３の鋳造時に鋳ぐるみするという手法によって初めて成し得たことである。
【００２０】
従って、上記形態例によれば、シリンダヘッド３から排出される排気ガス８の温度低下を空気断熱層１により従来よりも効果的に抑制できる排気ポート２を提供することができるので、排気管の途中の後処理装置に到る排気ガス８の温度を極力高温に保つことができて良好な触媒活性を得ることができ、また、冷却水側に奪われる排気熱が減ることで水冷系への熱負担も著しく軽減でき、将来の排出ガス規制強化対策としての高ＥＧＲ率化が進んだ場合であってもラジエータの大型化を回避することができる。
【００２１】
事実、本発明者らによる実験によれば、空気断熱層１を持つ二重殻構造の排気ポート部品５と、これと同じ鋳鉄から成る空気断熱層１を持たない一重殻構造の排気ポート部品とを約３２０℃のガスを流して比較した場合、一重殻構造の排気ポート部品の内表面と外表面とで殆ど温度差が確認されなかったのに対し、空気断熱層１を持つ二重殻構造の排気ポート部品５では、内表面よりも外表面の方が約１５℃も温度が低くなることが確認されており、ステンレスパイプやセラミックを介装する場合よりも効果的な断熱効果が得られることが判っている。
【００２２】
尚、本発明のシリンダヘッドの排気ポート及びその形成方法は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明を実施する形態の一例を示す断面図である。
【図２】鋳鉄により鋳造部品として別途製作された排気ポート部品の模式図である。
【図３】排気ポート部品の表層部の脱炭層に関する説明図である。
【図４】排気ポート部品の表層部の内側を溶融流出させている状態の断面図である。
【図５】排気ポート部品の完成状態を示す断面図である。
【符号の説明】
【００２４】
１  空気断熱層
２  排気ポート
３  シリンダヘッド
４  表層部
５  排気ポート部品
６  非脱炭部
７  流出孔
８  排気ガス
９  水路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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