JP2008298018A - 吸排気弁の弁座加工方法 - Google Patents

Abstract

【課題】複数種類の角フライスカッタを用い、これらの回転中心軸線を弁座の中心軸線に合致させて吸排気弁の弁座の内周面を加工した場合、弁座の内周面に沿った吸排気の流れが剥離しやすい。
【解決手段】複数種類のフライスカッタを用い、これらフライスカッタの回転中心軸線を弁座２０，２１の中心軸線に合致させて吸排気弁２２，２４の弁座２０，２１の内周面を加工する本発明による吸排気弁の弁座加工方法は、切れ刃の輪郭が凹曲面にて形成された少なくとも１本の総形フライスカッタを用いて弁座２０，２１の内周面の少なくとも一部、例えば第３面２０ｃを加工するステップを具える。
【選択図】図２

Description

本発明は、エンジンに形成された燃焼室を開閉するための吸排気弁の弁座を加工する方法に関する。

内燃機関においては、燃焼室に効率よく吸気を充填し、かつ均一な混合気を形成することが重要である。吸排気弁が当接する弁座の内周面の形状もまた、吸気ポートから燃焼室内への吸気の流れに対して大きく影響を与えることが知られている。従来、吸排気弁座の内周面は、吸排気弁の中心軸線と合致する回転中心軸線を持つ複数本のフライスカッタにより加工されて来た。この場合、頂角の異なる３本の角フライスカッタと、１本の側フライスカッタと、吸気ポートのスロート部を加工するための１本のボールエンドミルとが通常用いられている。

上述した加工方法では、吸排気弁座の内周面が吸排気弁の中心軸線に対して回転対称にしか形成できないため、吸気ポートのスロート部の形状が制約を受ける可能性を有する。このため、例えば特許文献１に開示されているように、吸排気弁座の内径よりも小径のボールエンドミルを用い、これをＮＣ制御により３次元的に姿勢を制御して吸排気弁座の内周面を任意の曲面に加工することが提案されている。

特開２００５−２０１０８９号公報

ボールエンドミルを用いて弁座の内周面を３次元加工する方法は、工具の段取り替えが不要である反面、高価なＮＣ工作機械を使用する必要がある上、プログラミングも複雑となる。また、複数の弁座の内周面を同時に加工することが基本的に困難であるため、作業効率があまりよくないという欠点がある。

これに対し、複数種類のフライスカッタを用い、これらフライスカッタの回転中心軸線を弁座の中心軸線に合致させて吸排気弁の弁座の内周面を加工する旧来の方法は、工具の段取り替えが必要であるものの、複数の弁座の内周面を同時に加工することが可能であり、作業効率の点で優れている。しかしながら、この方法では弁座の内周面がテーパ角の異なる複数の円錐面にて形成された状態となるため、特に弁座の内周面に沿って流れる吸気が吸気ポートのスロート部に近接する側で剥離しやすい欠点がある。この結果、吸気が乱流となって燃焼室に供給され、燃焼室内での強力なタンブル流の形成を阻害することとなる。

本発明の目的は、内燃機関の吸排気弁の弁座を効率よく加工し得ると共に弁座の内周面に沿って流れる吸排気の剥離を抑制することが可能な方法を提供することにある。

本発明による吸排気弁の弁座加工方法は、複数種類のフライスカッタを用い、これらフライスカッタの回転中心軸線を弁座の中心軸線に合致させて吸排気弁の弁座の内周面を加工する方法において、切れ刃の輪郭が凹曲面にて形成された少なくとも１本の総形フライスカッタを用いて弁座の内周面の少なくとも一部を加工するステップを具えたことを特徴とするものである。

本発明においては、切れ刃の輪郭が凹曲面にて形成された少なくとも１本の総形フライスカッタを弁座の中心軸線に合致させ、回転と送りとを与えて弁座の内周面の少なくとも一部を加工する。残りの部分も同様に、別なフライスカッタの回転中心軸線を弁座の中心軸線に合致させ、回転と送りとを与えて加工する。

本発明による吸排気弁の弁座加工方法において、総形フライスカッタにより加工される弁座の内周面は、吸排気弁の弁体が当接する部分よりも小径側であることが好ましい。

総形フライスカッタの切れ刃の一端側がフライスカッタの回転中心軸線とほぼ平行であり、他端側がほぼ４５度の傾斜角を有するものであってよい。

なお、複数種類のフライスカッタが切れ刃の傾斜角が異なる複数種類の角フライスカッタを含むことができる。

本発明の吸排気弁の弁座加工方法によると、切れ刃の輪郭が凹曲面にて形成された少なくとも１本の総形フライスカッタを用いて弁座の内周面の少なくとも一部を加工するステップを具えているので、角フライスカッタのみを複数本使用する従来のものよりも加工回数を少なくすることが可能である。しかも、弁座の内周面に沿って吸排気を層流状態に保つことが可能となり、従来よりも吸排気効率を高めることができる。特に、吸気弁座に適用した場合には、タンブル比を改善することが可能となる。

総形フライスカッタにより加工される弁座の内周面を、吸排気弁の弁体が当接する部分よりも小径側に設定した場合、弁座の内周面に沿って流れる吸排気を弁座の内周面から剥離しにくくすることができる。

総形フライスカッタの切れ刃の一端側がフライスカッタの回転中心軸線とほぼ平行であり、他端側がほぼ４５度の傾斜角を有する場合、弁座の内周面に沿って流れる吸排気を弁座の内周面からさらに剥離しにくくすることができる。

以下、本発明による吸排気弁の弁座加工方法の実施形態について、図１〜図３を参照しながら詳細に説明するが、本発明はこのような実施形態のみに限らず、同様な加工を必要とする他の任意の技術にも応用することができる。

本発明の対象となる内燃機関の主要部の断面構造を模式的に図１に示す。このエンジン１０は、燃料であるガソリンやアルコールまたはこれらの混合物あるいは液化天然ガスなどを燃料噴射弁１１から燃焼室１２内に噴射して空気と混合させ、点火プラグ１３により着火させる直噴形式の火花点火機関である。このような直噴形式の火花点火機関に代えて燃料を吸気ポート１４内に噴射するポート噴射形式の内燃機関や、圧縮点火方式の内燃機関などに対しても本発明を適用できることは言うまでもない。

ピストン１５が摺動自在に嵌め込まれるシリンダ１６が形成されたシリンダブロック１７には、個々の気筒におけるピストン１５との間に燃焼室１２を画成するシリンダヘッド１８が取り付けられている。このシリンダヘッド１８には、吸気通路を画成する吸気ポート１４と排気通路を画成する排気ポート１９とが各燃焼室１２に臨むように形成され、これら吸気ポート１４の円形開口端および排気ポート１９の円形開口端に圧入される円環状の吸気弁座２０および排気弁座２１は、ピストン１５の往復運動、つまり連接棒２２を介してピストン１５に連結される図示しないクランク軸の回転運動に連動して所定のタイミングにて往復動する吸気弁２３および排気弁２４の弁体２３ａ，２４ａによりそれぞれ開閉されるようになっている。吸気弁２３の往復動を案内する弁棒案内２５は、その先端部が吸気ポート１４内に突出するようにシリンダヘッド１８に取り付けられている。弁体２３ａが一体に形成された吸気弁２３の弁棒２３ｂは、吸気ポート１４を横切るように筒状をなす弁棒案内２５を摺動自在に貫通している。

シリンダヘッド１８に取り付けられて燃焼室１２内に燃料を噴射する先の燃料噴射弁１１は、ピストン１５の往復運動に連動して所定のタイミングにて燃料を燃焼室１２内に噴射するようになっている。前記点火プラグ１３もまた、シリンダヘッド１８に取り付けられており、その点火ギャップ１３ａが燃焼室１２の中央部に臨むように配されている。

図１に示した吸気弁座２０の部分を抽出拡大して図２に示すが、本実施形態における排気弁座２１も全く同様な構成を有することができることに注意されたい。本実施形態における吸気弁座２０の内周面は、テーパ角が１２０度に設定され、かつ燃焼室１２に最も近い第１面２０ａと、テーパ角が９０度に設定され、かつ吸気弁２３の弁体２３ａが当接する第２面（弁当たり面）２０ｂと、燃焼室１２側ほど径が大きくなるように凸状に湾曲した第３面２０ｃと、シリンダヘッド１８に形成される吸気ポート１４のスロート部１４ａに続く第４面２０ｄとで構成されている。第２面２０ｂと第３面２０ｃとの境界部分および第３面２０ｃと第４面２０ｄとの境界部分は、それぞれ理想的には境界が形成されないように、第３面２０ｃの燃焼室１２側の端部がほぼ９０度のテーパ角を有すると共にその反対側の端部が吸気弁２３の中心軸線とほぼ平行に設定されている。

このような吸気弁座２０の内周面を機械加工するため、吸気弁座２０の内周面の第１面２０ａを加工するための頂角が１２０度の角フライスカッタと、第２面２０ｂを加工するための頂角が９０度の角フライスカッタと、第３面２０ｃを加工するための切れ刃の輪郭が凹曲面にて形成された総形フライスカッタと、第４面２０ｄを加工するための切れ刃の輪郭が凸曲面にて形成された総形フライスカッタ、つまりスロートカッタ２６とが用いられる。図２中、二点鎖線で切れ刃の輪郭を示したスロートカッタ２６は、吸気弁座２０以外に吸気ポート１４に形成された吸気ポート１４のスロート部１４ａも同時に加工する。この場合、工具自動交換装置付きの工作機械を用いて各カッタの回転中心軸線を吸気弁２３の中心軸線に合致させて加工することにより、高価なＮＣ工作機械を使用せずとも吸気弁座２０の内周面を効率よく高精度に機械加工することができる。

従来の場合、上述した第３面２０ｃを頂角が６０度の角フライスカッタと、側フライスとを用い２回に分けて加工することが一般的である。このような従来の場合と比較すると、本実施形態では第３面２０ｃを１回で加工することができ、カッタの段取り替えが１回少なくなるため、吸気弁座２０の内周面に対する加工時間を短縮することができる。しかも、スロート部１４ａと第２面２０ｂとをつなぐ第３面２０ｃが曲面にて形成されることにより、これらに沿った吸気の流れが吸気弁座２０の内周面から剥離しにくくなり、より強いタンブル流を燃焼室１２内に形成することができる。

本実施形態における弁リフト量とタンブル比との関係を図３の実線で示す。破線は、上述したように２つのフライスカッタを用いて第３面２０ｃを２回に分けて加工した従来の場合であり、第３面２０ｃを凸曲面にて形成したことによって、タンブル比が従来のものよりも高くなることが理解されよう。

なお、本発明はその特許請求の範囲に記載された事項のみから解釈されるべきものであり、上述した実施形態においても、本発明の概念に包含されるあらゆる変更や修正が記載した事項以外に可能である。つまり、上述した実施形態におけるすべての事項は、本発明を限定するためのものではなく、本発明とは直接的に関係のないあらゆる構成を含め、その用途や目的などに応じて任意に変更し得るものである。

本発明の対象となる内燃機関の一例を模式的に示す断面図である。 図１に示した内燃機関における吸気弁座の部分を抽出拡大した断面図である。 弁リフト量とタンブル比との関係を表すグラフである。

符号の説明

１０ エンジン
１１ 燃料噴射弁
１２ 燃焼室
１３ 点火プラグ
１３ａ 点火ギャップ
１４ 吸気ポート
１４ａ スロート部
１５ ピストン
１６ シリンダ
１７ シリンダブロック
１８ シリンダヘッド
１９ 排気ポート
２０ 吸気弁座
２０ａ 第１面
２０ｂ 第２面
２０ｃ 第３面
２０ｄ 第４面
２１ 排気弁座
２２ 連接棒
２３ 吸気弁
２３ａ 弁体
２３ｂ 弁棒
２４ 排気弁
２４ａ 弁体
２５ 弁棒案内
２６ スロートカッタ

Claims (3)

1. 複数種類のフライスカッタを用い、これらフライスカッタの回転中心軸線を弁座の中心軸線に合致させて吸排気弁の弁座の内周面を加工する方法において、
   切れ刃の輪郭が凹曲面にて形成された少なくとも１本の総形フライスカッタを用いて弁座の内周面の少なくとも一部を加工するステップを具えたことを特徴とする吸排気弁の弁座加工方法。
2. 前記総形フライスカッタにより加工される弁座の内周面は、吸排気弁の弁体が当接する部分よりも小径側であることを特徴とする請求項１に記載の吸排気弁の弁座加工方法。
3. 前記総形フライスカッタの切れ刃の一端側がフライスカッタの回転中心軸線とほぼ平行であり、他端側がほぼ４５度の傾斜角を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸排気弁の弁座加工方法。

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