JP3373317B2 - シリンダヘッドのバルブシート部構造 - Google Patents
シリンダヘッドのバルブシート部構造Info
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- F01L3/22—Valve-seats not provided for in preceding subgroups of this group; Fixing of valve-seats
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- B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- B23C—MILLING
- B23C3/00—Milling particular work; Special milling operations; Machines therefor
- B23C3/02—Milling surfaces of revolution
- B23C3/05—Finishing valves or valve seats
- B23C3/051—Reconditioning of valve seats
- B23C3/053—Reconditioning of valve seats having means for guiding the tool carrying spindle
- B23C3/055—Reconditioning of valve seats having means for guiding the tool carrying spindle for engines
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- F01—MACHINES OR ENGINES IN GENERAL; ENGINE PLANTS IN GENERAL; STEAM ENGINES
- F01L—CYCLICALLY OPERATING VALVES FOR MACHINES OR ENGINES
- F01L1/00—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear
- F01L1/26—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder
- F01L1/265—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear characterised by the provision of two or more valves operated simultaneously by same transmitting-gear; peculiar to machines or engines with more than two lift-valves per cylinder peculiar to machines or engines with three or more intake valves per cylinder
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- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
- F02F7/00—Casings, e.g. crankcases or frames
- F02F7/006—Camshaft or pushrod housings
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- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Cylinder Crankcases Of Internal Combustion Engines (AREA)
- Pressure Welding/Diffusion-Bonding (AREA)
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、シリンダヘッドのバル
ブ開口周縁に異種金属層を形成し、該異種金属層にバル
ブシート面を切削加工してなるバルブシート部の構造に
関する。
ブ開口周縁に異種金属層を形成し、該異種金属層にバル
ブシート面を切削加工してなるバルブシート部の構造に
関する。
【0002】
【従来の技術】エンジンのシリンダヘッドは、シリンダ
ブロック側合面に燃焼室を構成する燃焼凹部を形成し、
該凹部に吸気弁開口,排気弁開口を形成し、該各開口を
それぞれ吸気ポート,排気ポートで外方に導出するとと
もに該各開口を吸気弁,排気弁で開閉するように構成さ
れている。
ブロック側合面に燃焼室を構成する燃焼凹部を形成し、
該凹部に吸気弁開口,排気弁開口を形成し、該各開口を
それぞれ吸気ポート,排気ポートで外方に導出するとと
もに該各開口を吸気弁,排気弁で開閉するように構成さ
れている。
【0003】上記各開口には、吸気弁,排気弁が気密に
当接するバルブシート部が形成されている。このバルブ
シート部は、バルブ軸芯に対する開き角度が通常90度
の第2テーパ面(バルブシート面)と、これの上流側,
下流側に続いて形成され、通常30度,120度の開き
角を有する第1テーパ面(上流側カイドテーパ面),第
3テーパ面(下流側ガイドテーパ面)とで構成するのが
一般的である。
当接するバルブシート部が形成されている。このバルブ
シート部は、バルブ軸芯に対する開き角度が通常90度
の第2テーパ面(バルブシート面)と、これの上流側,
下流側に続いて形成され、通常30度,120度の開き
角を有する第1テーパ面(上流側カイドテーパ面),第
3テーパ面(下流側ガイドテーパ面)とで構成するのが
一般的である。
【0004】このような第1〜第3テーパ面を形成する
場合、従来、刃具ホルダに30度加工用バイト,90度
加工用バイト,120度加工用バイトをそれぞれ同心円
上に装着し、まず30度バイト,120度バイトを前進
させて第1,第3テーパ面を同時に形成し、この後両バ
イトを0.2〜1mm程度後退させ、この状態で90度
バイトを前進させて第2テーパ面を形成するようにして
いる。
場合、従来、刃具ホルダに30度加工用バイト,90度
加工用バイト,120度加工用バイトをそれぞれ同心円
上に装着し、まず30度バイト,120度バイトを前進
させて第1,第3テーパ面を同時に形成し、この後両バ
イトを0.2〜1mm程度後退させ、この状態で90度
バイトを前進させて第2テーパ面を形成するようにして
いる。
【0005】一方、上記バルブシート部は、バルブの着
座に耐えうる高耐摩耗性,高温ガスに耐えうる高耐熱
性,及び高いシール性を確保するために、シリンダヘッ
ド素材とは異なる異種金属材料からなる異種金属層で構
成されている。このような異種金属層の形成方法には、
鉄系焼結材からなるシートリングをバルブ開口縁に圧入
する方法、あるいはシートリングを加圧しつつ通電加熱
して接合する方法等が採用されている(例えば、特開平
5−336657号公報,特開平4−114220号公
報参照)。これら何れの方法を用いた場合にも異金属層
を形成した後、切削加工により上述のバルブシート面,
ガイドテーパ面等を形成する工程が必要である。
座に耐えうる高耐摩耗性,高温ガスに耐えうる高耐熱
性,及び高いシール性を確保するために、シリンダヘッ
ド素材とは異なる異種金属材料からなる異種金属層で構
成されている。このような異種金属層の形成方法には、
鉄系焼結材からなるシートリングをバルブ開口縁に圧入
する方法、あるいはシートリングを加圧しつつ通電加熱
して接合する方法等が採用されている(例えば、特開平
5−336657号公報,特開平4−114220号公
報参照)。これら何れの方法を用いた場合にも異金属層
を形成した後、切削加工により上述のバルブシート面,
ガイドテーパ面等を形成する工程が必要である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】ところで上記バルブシ
ート部構造では、従来から、上記バルブシート面よりシ
リンダブロック合面側に吸気の流入,排気ガスの排出時
にガイドとなるガイドテーパ面が形成されているのであ
るが、最近の出力向上の要請に応えるには、上記吸気,
排気ガスの交換効率をさらに向上させる得るバルブシー
ト部の構造が必要である。
ート部構造では、従来から、上記バルブシート面よりシ
リンダブロック合面側に吸気の流入,排気ガスの排出時
にガイドとなるガイドテーパ面が形成されているのであ
るが、最近の出力向上の要請に応えるには、上記吸気,
排気ガスの交換効率をさらに向上させる得るバルブシー
ト部の構造が必要である。
【0007】また上記従来のバルブシート部構造では、
90度バイトで第2テーパ面(バルブシート面)を加工
する際に該加工面に欠けやクラックが発生して製品不良
となる場合があるという問題がある。また上記バイト自
身にピッチングが生じる場合があり、バイト寿命が短い
という問題もある。
90度バイトで第2テーパ面(バルブシート面)を加工
する際に該加工面に欠けやクラックが発生して製品不良
となる場合があるという問題がある。また上記バイト自
身にピッチングが生じる場合があり、バイト寿命が短い
という問題もある。
【0008】ここで、上記欠けやクラックが生じる原因
ついて検討したところ、90度バイトで切削加工する際
に120度バイトが第3テーパ面の加工面に接触し、こ
の接触による振動が90度バイトに伝わることによって
生じているものと思われる。
ついて検討したところ、90度バイトで切削加工する際
に120度バイトが第3テーパ面の加工面に接触し、こ
の接触による振動が90度バイトに伝わることによって
生じているものと思われる。
【0009】一方、上記第1,第3テーパ面を仕上げ加
工する場合、シリンダヘッド素材と異種金属層という材
質の全く異なる部分を同一刃具,同一加工条件により同
一テーパ面に高精度で加工する必要がある。しかしなが
ら、硬度等の全く異なる2種類の材料からなるテーパ面
を同時に切削加工する場合、バイトの選定や加工条件の
設定が難しく、所望の加工精度を得るのは困難である。
また上記条件の設定如何によってはバイトにピッチング
が生じる場合がある。なかでも上述の接合法等で異種金
属層を形成する場合は、両者の境界部に何れかの原子が
拡散した中間層が形成されることとなる。この中間層に
は細かい空洞が発生する場合があり、バイトの断続切削
によるピッチングが生じ易い。
工する場合、シリンダヘッド素材と異種金属層という材
質の全く異なる部分を同一刃具,同一加工条件により同
一テーパ面に高精度で加工する必要がある。しかしなが
ら、硬度等の全く異なる2種類の材料からなるテーパ面
を同時に切削加工する場合、バイトの選定や加工条件の
設定が難しく、所望の加工精度を得るのは困難である。
また上記条件の設定如何によってはバイトにピッチング
が生じる場合がある。なかでも上述の接合法等で異種金
属層を形成する場合は、両者の境界部に何れかの原子が
拡散した中間層が形成されることとなる。この中間層に
は細かい空洞が発生する場合があり、バイトの断続切削
によるピッチングが生じ易い。
【0010】本発明は、上記従来の状況に鑑みてなされ
たもので、ガスの交換効率を向上でき、切削加工時の欠
けやピッチングによる製品不良等を回避でき、さらには
複数の材質からなるテーパ面の加工精度を向上できるシ
リンダヘッドのバルブシート部構造を提供することを目
的としている。
たもので、ガスの交換効率を向上でき、切削加工時の欠
けやピッチングによる製品不良等を回避でき、さらには
複数の材質からなるテーパ面の加工精度を向上できるシ
リンダヘッドのバルブシート部構造を提供することを目
的としている。
【0011】
【課題を解決するための手段】請求項1の発明は、シリ
ンダヘッドのバルブ開口周縁にシリンダヘッド素材より
高耐摩耗性かつ高耐熱性金属からなる異種金属層を形成
し、該異種金属層に、第1開き角度を有するテーパ状の
バルブシート面を形成するとともに、該バルブシート面
よりシリンダブロック合面側寄りに上記第1開き角度よ
り大きい第2開き角度を有するテーパ状のガイドテーパ
面を形成したシリンダヘッドのバルブシート部構造にお
いて、上記異種金属層は、焼結成形されたシートリング
をシリンダヘッド素材のバルブ開口縁に配置して加圧す
るとともに通電加熱することにより接合形成されたもの
であり、該異種金属層とシリンダヘッド素材との間には
シリンダヘッド素材の塑性変形層である中間層が形成さ
れており、上記ガイドテーパ面よりさらにシリンダブロ
ック合面側寄りに上記第2開き角度より大きい第3開き
角度を有する第2ガイドテーパ面を形成し、上記シリン
ダヘッド素材と異種金属層との境界部が上記ガイドテー
パ面又は上記第2ガイドテーパ面内に位置しており、か
つ上記境界部が位置するテーパ面の面積に対するシリン
ダヘッド素材の面積が50%を越えていることを特徴と
している。
ンダヘッドのバルブ開口周縁にシリンダヘッド素材より
高耐摩耗性かつ高耐熱性金属からなる異種金属層を形成
し、該異種金属層に、第1開き角度を有するテーパ状の
バルブシート面を形成するとともに、該バルブシート面
よりシリンダブロック合面側寄りに上記第1開き角度よ
り大きい第2開き角度を有するテーパ状のガイドテーパ
面を形成したシリンダヘッドのバルブシート部構造にお
いて、上記異種金属層は、焼結成形されたシートリング
をシリンダヘッド素材のバルブ開口縁に配置して加圧す
るとともに通電加熱することにより接合形成されたもの
であり、該異種金属層とシリンダヘッド素材との間には
シリンダヘッド素材の塑性変形層である中間層が形成さ
れており、上記ガイドテーパ面よりさらにシリンダブロ
ック合面側寄りに上記第2開き角度より大きい第3開き
角度を有する第2ガイドテーパ面を形成し、上記シリン
ダヘッド素材と異種金属層との境界部が上記ガイドテー
パ面又は上記第2ガイドテーパ面内に位置しており、か
つ上記境界部が位置するテーパ面の面積に対するシリン
ダヘッド素材の面積が50%を越えていることを特徴と
している。
【0012】請求項2の発明は、シリンダヘッドのバル
ブ開口周縁にシリンダヘッド素材より高耐摩耗性かつ高
耐熱性金属からなる異種金属層を形成し、該異種金属層
に、第1開き角度を有するテーパ状のバルブシート面を
形成するとともに、該バルブシート面よりシリンダブロ
ック合面側寄りに上記第1開き角度より大きい第2開き
角度を有するテーパ状のガイドテーパ面を形成したシリ
ンダヘッドのバルブシート部構造において、上記異種金
属層は、焼結成形されたシートリングをシリンダヘッド
素材のバルブ開口縁に配置して加圧するとともに通電加
熱することにより接合形成されたものであり、該異種金
属層とシリンダヘッド素材との間にはシリンダヘッド素
材の塑性変形層である中間層が形成されており、上記シ
リンダヘッド素材と異種金属層との境界部が上記ガイド
テーパ面内に位置しており、かつ上記ガイドテーパ面の
面積に対するシリンダヘッド素材の面積が50%を越え
ていることを特徴としている。
ブ開口周縁にシリンダヘッド素材より高耐摩耗性かつ高
耐熱性金属からなる異種金属層を形成し、該異種金属層
に、第1開き角度を有するテーパ状のバルブシート面を
形成するとともに、該バルブシート面よりシリンダブロ
ック合面側寄りに上記第1開き角度より大きい第2開き
角度を有するテーパ状のガイドテーパ面を形成したシリ
ンダヘッドのバルブシート部構造において、上記異種金
属層は、焼結成形されたシートリングをシリンダヘッド
素材のバルブ開口縁に配置して加圧するとともに通電加
熱することにより接合形成されたものであり、該異種金
属層とシリンダヘッド素材との間にはシリンダヘッド素
材の塑性変形層である中間層が形成されており、上記シ
リンダヘッド素材と異種金属層との境界部が上記ガイド
テーパ面内に位置しており、かつ上記ガイドテーパ面の
面積に対するシリンダヘッド素材の面積が50%を越え
ていることを特徴としている。
【0013】
【0014】
【0015】
【作用】請求項1の発明に係るシリンダヘッドのバルブ
シート構造によれば、ガイドテーパ面よりさらにシリン
ダブロック合面側に、該ガイドテーパ面より大きい開き
角度を有する第2ガイドテーパ面を形成したので、バル
ブリフト時に、バルブのシール面とバルブシート面との
隙間を通って流入した吸気の流速が第2ガイドテーパ面
の開き角度が大きくなっていることから減速され、吸気
は燃焼凹部内表面から剥離することなく、スムーズに燃
焼室内に導入される。第2ガイドテーパ面を設けたこと
により、排気ガスの流れについてもスムーズとなり、ガ
ス交換効率が向上する。
シート構造によれば、ガイドテーパ面よりさらにシリン
ダブロック合面側に、該ガイドテーパ面より大きい開き
角度を有する第2ガイドテーパ面を形成したので、バル
ブリフト時に、バルブのシール面とバルブシート面との
隙間を通って流入した吸気の流速が第2ガイドテーパ面
の開き角度が大きくなっていることから減速され、吸気
は燃焼凹部内表面から剥離することなく、スムーズに燃
焼室内に導入される。第2ガイドテーパ面を設けたこと
により、排気ガスの流れについてもスムーズとなり、ガ
ス交換効率が向上する。
【0016】また、シリンダヘッド素材とバルブシート
用異種金属層との境界部を、ガイドテーパ面又は第2ガ
イドテーパ面内に位置させ、かつ該テーパ面の面積に対
する上記シリンダヘッド素材の面積を50%を越える大
きさに設定したので、また請求項2の発明では、上記境
界部をガイドテーパ面内に位置させるとともに、該ガイ
ドテーパ面の面積に対する上記シリンダヘッド素材の面
積を50%を越える大きさに設定したので、つまりこの
大きい側のシリンダヘッド素材の材質に対応したバイト
の選定及び加工条件の設定をすることにより、加工精度
の向上を図ることができるとともに、バイトのピッチン
グを防止できる。
用異種金属層との境界部を、ガイドテーパ面又は第2ガ
イドテーパ面内に位置させ、かつ該テーパ面の面積に対
する上記シリンダヘッド素材の面積を50%を越える大
きさに設定したので、また請求項2の発明では、上記境
界部をガイドテーパ面内に位置させるとともに、該ガイ
ドテーパ面の面積に対する上記シリンダヘッド素材の面
積を50%を越える大きさに設定したので、つまりこの
大きい側のシリンダヘッド素材の材質に対応したバイト
の選定及び加工条件の設定をすることにより、加工精度
の向上を図ることができるとともに、バイトのピッチン
グを防止できる。
【0017】また、異種金属層が加圧通電加熱の接合法
によって形成された場合でも、第2ガイドテーパ面を形
成することによりガス交換効率を向上でき、またシリン
ダヘッド素材側の面積を大きくすることにより加工精度
の向上を図ることができる。
によって形成された場合でも、第2ガイドテーパ面を形
成することによりガス交換効率を向上でき、またシリン
ダヘッド素材側の面積を大きくすることにより加工精度
の向上を図ることができる。
【0018】
【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図1ないし図9は、請求項1〜4の発明に係
る一実施例によるシリンダヘッドのバルブシート部構造
を説明するための図であり、図1はバルブシート部を示
す断面図、図2〜図6はバルブシート部の加工方法を説
明するための工程図、図7(a)〜(c)はそれぞれ上
記加工方法に採用される刃具ホルダを示す図、図8,図
9は本実施例構造が適用されたシリンダヘッドの断面
図,底面図である。
説明する。図1ないし図9は、請求項1〜4の発明に係
る一実施例によるシリンダヘッドのバルブシート部構造
を説明するための図であり、図1はバルブシート部を示
す断面図、図2〜図6はバルブシート部の加工方法を説
明するための工程図、図7(a)〜(c)はそれぞれ上
記加工方法に採用される刃具ホルダを示す図、図8,図
9は本実施例構造が適用されたシリンダヘッドの断面
図,底面図である。
【0019】図8,図9において、1は本実施例構造の
バルブシート部を有するアルミダイキャスト製のシリン
ダヘッドであり、該シリンダヘッド1の下合面(シリン
ダ部側合面)1aには図示しないシリンダブロック,上
合面1bにはヘッドカバーが接続される。このシリンダ
ヘッド1の下合面1aには燃焼室を構成する燃焼凹部1
cが凹設されており、該凹部1cには3つの吸気弁開口
2と2つの排気弁開口3が形成されている。この吸気弁
開口2は吸気ポート4によりシリンダヘッド1の一側壁
に、また排気弁開口3は排気ポート5により他側壁にそ
れぞれ導出されている。
バルブシート部を有するアルミダイキャスト製のシリン
ダヘッドであり、該シリンダヘッド1の下合面(シリン
ダ部側合面)1aには図示しないシリンダブロック,上
合面1bにはヘッドカバーが接続される。このシリンダ
ヘッド1の下合面1aには燃焼室を構成する燃焼凹部1
cが凹設されており、該凹部1cには3つの吸気弁開口
2と2つの排気弁開口3が形成されている。この吸気弁
開口2は吸気ポート4によりシリンダヘッド1の一側壁
に、また排気弁開口3は排気ポート5により他側壁にそ
れぞれ導出されている。
【0020】本実施例のシリンダヘッド1は、吸気弁開
口2,排気弁開口3の周縁に抵抗溶接による接合法によ
ってバルブシート材(異種金属層)20を形成し、該バ
ルブシート材20に、バルブ軸線Cを中心とする開き角
が90度の第2テーパ面(バルブシート面)T2を形成
するとともに、これの上流側に開き角度が30度の第1
テーパ面T1を、下流側に開き角が120度の第3テー
パ面(ガイドテーパ面)を形成し、さらにこの第3テー
パ面T3に続いて開き角が140度の第44テーパ面
(第2ガイドテーパ面)T4を形成したものである。
口2,排気弁開口3の周縁に抵抗溶接による接合法によ
ってバルブシート材(異種金属層)20を形成し、該バ
ルブシート材20に、バルブ軸線Cを中心とする開き角
が90度の第2テーパ面(バルブシート面)T2を形成
するとともに、これの上流側に開き角度が30度の第1
テーパ面T1を、下流側に開き角が120度の第3テー
パ面(ガイドテーパ面)を形成し、さらにこの第3テー
パ面T3に続いて開き角が140度の第44テーパ面
(第2ガイドテーパ面)T4を形成したものである。
【0021】上記バルブシート材20はシートリングを
バルブ開口内に配置して加圧しつつ通電加熱してシリン
ダヘッド素材に接合してなるものである。そしてこのバ
ルブシート材20とシリンダヘッド素材との間には、シ
リンダヘッド素材の塑性変形層である中間層21が形成
されている。
バルブ開口内に配置して加圧しつつ通電加熱してシリン
ダヘッド素材に接合してなるものである。そしてこのバ
ルブシート材20とシリンダヘッド素材との間には、シ
リンダヘッド素材の塑性変形層である中間層21が形成
されている。
【0022】ここで、上記第2テーパ面T2については
その全てが上記バルブシート材20で構成されており、
一方、上記第1,第3テーパ面T1,T3については、
その極一部はバルブシート材20で、残り(大部分)は
シリンダヘッド素材で構成されている。換言すれば、上
記第1テーパ面T1及び第3テーパ面T3におけるシリ
ンダヘッド素材の占める内周面積の該第1,第3テーパ
面T1,T3全体の内周面積に対する比率A2/A,A
2´/A´は50%を越え、90%程度となっている。
このようにシリンダヘッド素材の内周面積をテーパ面の
全内周面積の50%より大きくすることによって切削工
程におけるバイトの加工条件を最適に設定することが可
能となり、それだけ加工精度,及びバイト寿命を向上で
きる。
その全てが上記バルブシート材20で構成されており、
一方、上記第1,第3テーパ面T1,T3については、
その極一部はバルブシート材20で、残り(大部分)は
シリンダヘッド素材で構成されている。換言すれば、上
記第1テーパ面T1及び第3テーパ面T3におけるシリ
ンダヘッド素材の占める内周面積の該第1,第3テーパ
面T1,T3全体の内周面積に対する比率A2/A,A
2´/A´は50%を越え、90%程度となっている。
このようにシリンダヘッド素材の内周面積をテーパ面の
全内周面積の50%より大きくすることによって切削工
程におけるバイトの加工条件を最適に設定することが可
能となり、それだけ加工精度,及びバイト寿命を向上で
きる。
【0023】また、換言すれば第1,第3テーパ面T
1,T3においける上記バルブシート材20の内周面積
の全内周面積に対する比率A1/A,A1´/A´は1
0%程度と小さくなっている。この場合、バルブシート
材20の幅寸法A1,A1´は1mm以下、具体的には
0.3〜0.5mm程度であり、またバルブシート材の
厚さA3は0.5mm程度である。
1,T3においける上記バルブシート材20の内周面積
の全内周面積に対する比率A1/A,A1´/A´は1
0%程度と小さくなっている。この場合、バルブシート
材20の幅寸法A1,A1´は1mm以下、具体的には
0.3〜0.5mm程度であり、またバルブシート材の
厚さA3は0.5mm程度である。
【0024】また上記バルブシート材20の断面形状は
図1に示すように、略三角形状をなしているが、これは
後述するように接合法という製造方法に起因するもので
ある。
図1に示すように、略三角形状をなしているが、これは
後述するように接合法という製造方法に起因するもので
ある。
【0025】そして上記吸気弁開口2,排気弁開口3の
下合面1a側寄りには、第3テーパ面T3の開き角度よ
り大きい開き角度の第4テーパ面(第2ガイドテーパ
面)T4及び上記第3テーパ面T3用バイトの回転径に
対応したガイド加工面aより大径の逃げ加工面a´が形
成されている。具体的にはT4の開き角度は140度
で、加工面a´は120度用の加工面aの径より0.6
mm程度大きくなるように設定されている(図1参
照)。このように第4テーパ面(第2ガイドテーパ面)
T4及び逃げ加工面a´を形成したことにより、上記バ
ルブシート材20の切削加工時における欠けやクラック
の発生を防止でき、また吸気の流入や排気の流出をスム
ーズに行うことができ、ガスの交換効率の向上を図るこ
とができる。
下合面1a側寄りには、第3テーパ面T3の開き角度よ
り大きい開き角度の第4テーパ面(第2ガイドテーパ
面)T4及び上記第3テーパ面T3用バイトの回転径に
対応したガイド加工面aより大径の逃げ加工面a´が形
成されている。具体的にはT4の開き角度は140度
で、加工面a´は120度用の加工面aの径より0.6
mm程度大きくなるように設定されている(図1参
照)。このように第4テーパ面(第2ガイドテーパ面)
T4及び逃げ加工面a´を形成したことにより、上記バ
ルブシート材20の切削加工時における欠けやクラック
の発生を防止でき、また吸気の流入や排気の流出をスム
ーズに行うことができ、ガスの交換効率の向上を図るこ
とができる。
【0026】次に本実施例の特徴をなすバルブシート部
の形成方法について説明する。本実施例方法は、接合工
程,前段切削工程,切削工程からなり、以下、各工程を
順次説明する。
の形成方法について説明する。本実施例方法は、接合工
程,前段切削工程,切削工程からなり、以下、各工程を
順次説明する。
【0027】1.接合工程
まず、アルミダイキャスト法により製造されたシリンダ
ヘッド素材1´のバルブ開口縁に平坦面及びテーパ面か
らなる接合部1bを形成する。また鉄系焼結材からな
り、表面にCu メッキ処理が施されたシートリング22
を用意する(図2(a)参照)。このシートリング22
は、横断面で見ると三角形状の頂部22aを有してい
る。この頂部22aを設けたことにより、加圧時のシリ
ンダヘッド素材に対する面圧が増大し、該素材の塑性変
形が容易となっている。
ヘッド素材1´のバルブ開口縁に平坦面及びテーパ面か
らなる接合部1bを形成する。また鉄系焼結材からな
り、表面にCu メッキ処理が施されたシートリング22
を用意する(図2(a)参照)。このシートリング22
は、横断面で見ると三角形状の頂部22aを有してい
る。この頂部22aを設けたことにより、加圧時のシリ
ンダヘッド素材に対する面圧が増大し、該素材の塑性変
形が容易となっている。
【0028】次いで上記シートリング22をシリンダヘ
ッド素材1´の接合部1b上に配置し、該シートリング
22上に加圧治具23にセットする(図2(a)参
照)。この加圧治具23は棒状のガイドバー24に電極
25を軸方向に移動自在に装着した概略構造のもので、
該電極25でシートリング22を加圧しながら通電す
る。するとシリンダヘッド素材1´の接合部1bを上記
頂部22aが塑性変形させながらシートリング22が沈
み込み(図2(b),(c)参照)、これによりシリン
ダヘッド素材とシートリングとの境界部に塑性変形によ
る中間層21が形成され、シートリング20がシリンダ
ヘッドに接合される。
ッド素材1´の接合部1b上に配置し、該シートリング
22上に加圧治具23にセットする(図2(a)参
照)。この加圧治具23は棒状のガイドバー24に電極
25を軸方向に移動自在に装着した概略構造のもので、
該電極25でシートリング22を加圧しながら通電す
る。するとシリンダヘッド素材1´の接合部1bを上記
頂部22aが塑性変形させながらシートリング22が沈
み込み(図2(b),(c)参照)、これによりシリン
ダヘッド素材とシートリングとの境界部に塑性変形によ
る中間層21が形成され、シートリング20がシリンダ
ヘッドに接合される。
【0029】2.前段切削工程
このようにして接合されたシートリング22部分に、ま
ずエンドミル11により開き角140度の第4テーパ面
(第2ガイドテーパ面)T4,及び120度用加工面a
の径より0.6mm程度大きい逃げ加工面a´を形成す
る(図3(a),(b),図4参照)。この場合、上記
エンドミル11で吸気,排気開口2,3を連続して加工
することも可能である。また第4テーパ面T4の開口縁
1cはできるだけ浅くするのが望ましい。
ずエンドミル11により開き角140度の第4テーパ面
(第2ガイドテーパ面)T4,及び120度用加工面a
の径より0.6mm程度大きい逃げ加工面a´を形成す
る(図3(a),(b),図4参照)。この場合、上記
エンドミル11で吸気,排気開口2,3を連続して加工
することも可能である。また第4テーパ面T4の開口縁
1cはできるだけ浅くするのが望ましい。
【0030】3.切削工程
本切削工程で採用される刃具ホルダ15は、図7(a)
〜(c)に示すように、主軸装置(図示せず)によって
進退自在に支持されかつモータで回転駆動されるように
なっている。該刃具ホルダ15には所定角度ごとに30
度加工用バイト16,120度加工用バイト17,及び
90度加工用バイト18が装着されており、該90度バ
イト18は上記刃具ホルダ15に対して軸方向に相対移
動する送り部材19に配設されている。ここで、上記各
バイトには耐摩耗性の向上を図るためにCBNバイトが
採用されている。
〜(c)に示すように、主軸装置(図示せず)によって
進退自在に支持されかつモータで回転駆動されるように
なっている。該刃具ホルダ15には所定角度ごとに30
度加工用バイト16,120度加工用バイト17,及び
90度加工用バイト18が装着されており、該90度バ
イト18は上記刃具ホルダ15に対して軸方向に相対移
動する送り部材19に配設されている。ここで、上記各
バイトには耐摩耗性の向上を図るためにCBNバイトが
採用されている。
【0031】上記送り部材19を後退させた状態で刃具
ホルダ15をシリンダヘッド素材1´の開口2,3内に
挿入し、まず30度バイト16,120度バイト17を
前進させてプランジ加工を施し、これにより第1テーパ
面(上流側ガイドテーパ面)T1,第3テーパ面(下流
側ガイドテーパ面)T3を同時に形成する(図3(C)
参照)。このプランジ加工後、両バイト16,17を
0.2mm程度後退させる(図5参照)。
ホルダ15をシリンダヘッド素材1´の開口2,3内に
挿入し、まず30度バイト16,120度バイト17を
前進させてプランジ加工を施し、これにより第1テーパ
面(上流側ガイドテーパ面)T1,第3テーパ面(下流
側ガイドテーパ面)T3を同時に形成する(図3(C)
参照)。このプランジ加工後、両バイト16,17を
0.2mm程度後退させる(図5参照)。
【0032】次いで、上記送り部材19を前進させて9
0度バイト18でトラバース加工を施し、これにより第
2テーパ面T2を形成する。この場合、120度加工用
バイトの回転径と逃げ加工面a´との間には0.3mm
程度の隙間が確保されていることから、120度バイト
17が接触することはなく、90度バイト18の動きを
スムーズに行うことができる。このようにして上述のシ
リンダヘッド1のバルブシート部Tが形成される(図
1,図3(d)参照)。
0度バイト18でトラバース加工を施し、これにより第
2テーパ面T2を形成する。この場合、120度加工用
バイトの回転径と逃げ加工面a´との間には0.3mm
程度の隙間が確保されていることから、120度バイト
17が接触することはなく、90度バイト18の動きを
スムーズに行うことができる。このようにして上述のシ
リンダヘッド1のバルブシート部Tが形成される(図
1,図3(d)参照)。
【0033】次に本実施例の作用効果について説明す
る。本実施例のバルブシート構造によれば、第1〜第3
テーパ面T1〜T3の切削加工の前段に第4テーパ面T
4を形成したので、120度バイト17の加工面への接
触による振動が90度バイト18に伝わることはない。
その結果、バルブシート部材20が欠けたり,バイト自
身にピッチングが発生したりするのを防止でき、ひいて
は製品歩留まりを向上できるとともに、バイト寿命を延
長できる。
る。本実施例のバルブシート構造によれば、第1〜第3
テーパ面T1〜T3の切削加工の前段に第4テーパ面T
4を形成したので、120度バイト17の加工面への接
触による振動が90度バイト18に伝わることはない。
その結果、バルブシート部材20が欠けたり,バイト自
身にピッチングが発生したりするのを防止でき、ひいて
は製品歩留まりを向上できるとともに、バイト寿命を延
長できる。
【0034】また本実施例では、上記第3テーパ面T3
に続いて第4テーパ面T4を形成したので、例えば吸気
弁側においては、バルブリフト時にバルブのシール面と
バルブシート面との隙間を通って流入した吸気は、上記
第4テーパ面T4の開き角度が大きい分だけその流速が
減少し、そのため燃焼室内面との剥離が抑制され、その
結果吸気の流れがスムーズとなる。また排気弁側では、
排気ガスが上記第4テーパ面T4部分が広い分だけスム
ーズにバルブシート面とシール面との隙間に流入し、そ
の結果ガスの交換効率が向上する。
に続いて第4テーパ面T4を形成したので、例えば吸気
弁側においては、バルブリフト時にバルブのシール面と
バルブシート面との隙間を通って流入した吸気は、上記
第4テーパ面T4の開き角度が大きい分だけその流速が
減少し、そのため燃焼室内面との剥離が抑制され、その
結果吸気の流れがスムーズとなる。また排気弁側では、
排気ガスが上記第4テーパ面T4部分が広い分だけスム
ーズにバルブシート面とシール面との隙間に流入し、そ
の結果ガスの交換効率が向上する。
【0035】また本実施例では、第1,第3テーパ面T
1,T3におけるシリンダヘッド素材の占める面積を5
0%より大きくし、90%程度としたので、バイトの選
定,切削条件の設定にあたっては上記大きい面積を占め
るシリンダヘッド素材を中心にすればよく、異なる材質
で構成されたテーパ面に同時に切削加工する際のバイト
の選定や加工条件の設定を容易化でき、加工精度を向上
できるとともに、バイトのピッチングを回避でき、バイ
ト寿命を延長できる。
1,T3におけるシリンダヘッド素材の占める面積を5
0%より大きくし、90%程度としたので、バイトの選
定,切削条件の設定にあたっては上記大きい面積を占め
るシリンダヘッド素材を中心にすればよく、異なる材質
で構成されたテーパ面に同時に切削加工する際のバイト
の選定や加工条件の設定を容易化でき、加工精度を向上
できるとともに、バイトのピッチングを回避でき、バイ
ト寿命を延長できる。
【0036】本実施例では、第1,第3テーパ面T1,
T3におけるバルブシート材20の占める面積を10%
程度と小さく設定したので、エンジンの使用時における
バルブシート材20の剥離を防止できる。即ち、シリン
ダヘッド素材はアルミ合金であり、バルブシート材20
は鉄系合金であることから両者の線膨張係数は大きく異
なる。この場合に、鉄合金の占める割合を大きくする
と、両者の境界部に生じる熱応力が大きくなり、剥離が
生じ易い。これに対して本実施例では鉄系合金であるバ
ルブシート材20の占める割合を小さくしたので、上記
熱応力が小さくなり、剥離が生じにくい。
T3におけるバルブシート材20の占める面積を10%
程度と小さく設定したので、エンジンの使用時における
バルブシート材20の剥離を防止できる。即ち、シリン
ダヘッド素材はアルミ合金であり、バルブシート材20
は鉄系合金であることから両者の線膨張係数は大きく異
なる。この場合に、鉄合金の占める割合を大きくする
と、両者の境界部に生じる熱応力が大きくなり、剥離が
生じ易い。これに対して本実施例では鉄系合金であるバ
ルブシート材20の占める割合を小さくしたので、上記
熱応力が小さくなり、剥離が生じにくい。
【0037】なお、上記実施例では、シリンダヘッド素
材1´とバルブシート材20との境界部26を第3テー
パ面T3内に位置させた場合を例にとって説明したが、
本発明はこれに限られるものではなく、図1に破線で示
すように、バルブシート材20´の境界部26´を第4
テーパ面T4内に位置させてもよい。このようにした場
合には第3テーパ面T3はこれの全面がバルブシート材
20´となっている。
材1´とバルブシート材20との境界部26を第3テー
パ面T3内に位置させた場合を例にとって説明したが、
本発明はこれに限られるものではなく、図1に破線で示
すように、バルブシート材20´の境界部26´を第4
テーパ面T4内に位置させてもよい。このようにした場
合には第3テーパ面T3はこれの全面がバルブシート材
20´となっている。
【0038】このように構成することによって、CBN
バイトによりテーパ加工する際の欠けを防止でき、バイ
ト寿命を延長できる。ここで、上記第4テーパ面T4は
エンドミルによる加工であることから、欠けの問題はそ
れほど生じることはない。
バイトによりテーパ加工する際の欠けを防止でき、バイ
ト寿命を延長できる。ここで、上記第4テーパ面T4は
エンドミルによる加工であることから、欠けの問題はそ
れほど生じることはない。
【0039】
【0040】
【発明の効果】以上のように請求項1の発明に係るシリ
ンダヘッドのバルブシート部構造によれば、ガイドテー
パ面よりさらにシリンダブロック合面側に、該ガイドテ
ーパ面より大きい開き角度を有する第2ガイドテーパ面
を形成したので、吸気,排気ガスの流れがスムーズとな
り、ガス交換効率を向上でき、エンジン出力の向上に寄
与できる効果がある。
ンダヘッドのバルブシート部構造によれば、ガイドテー
パ面よりさらにシリンダブロック合面側に、該ガイドテ
ーパ面より大きい開き角度を有する第2ガイドテーパ面
を形成したので、吸気,排気ガスの流れがスムーズとな
り、ガス交換効率を向上でき、エンジン出力の向上に寄
与できる効果がある。
【0041】また、シリンダヘッド素材とバルブシート
用異種金属層との境界部を、ガイドテーパ面又は第2ガ
イドテーパ面内に位置させ、かつ該テーパ面の面積に対
する上記シリンダヘッド素材の面積を50%を越える大
きさに設定したので、また請求項2の発明によれば、上
記境界部をガイドテーパ面内に位置させるとともに、該
ガイドテーパ面の面積に対する上記シリンダヘッド素材
の面積を50%を越える大きさに設定したので、つまり
この大きい側のシリンダヘッド素材の材質に対応したバ
イトの選定及び加工条件の設定をすることにより、加工
精度の向上を図ることができるとともに、バイトのピッ
チングを防止できる効果がある。
用異種金属層との境界部を、ガイドテーパ面又は第2ガ
イドテーパ面内に位置させ、かつ該テーパ面の面積に対
する上記シリンダヘッド素材の面積を50%を越える大
きさに設定したので、また請求項2の発明によれば、上
記境界部をガイドテーパ面内に位置させるとともに、該
ガイドテーパ面の面積に対する上記シリンダヘッド素材
の面積を50%を越える大きさに設定したので、つまり
この大きい側のシリンダヘッド素材の材質に対応したバ
イトの選定及び加工条件の設定をすることにより、加工
精度の向上を図ることができるとともに、バイトのピッ
チングを防止できる効果がある。
【0042】また、異種金属層が加圧通電加熱する接合
法によって形成された場合に、第2ガイドテーパ面を形
成することによりガス交換効率を向上でき、またシリン
ダヘッド素材側の面積を大きくすることにより加工精度
の向上を図ることができる。
法によって形成された場合に、第2ガイドテーパ面を形
成することによりガス交換効率を向上でき、またシリン
ダヘッド素材側の面積を大きくすることにより加工精度
の向上を図ることができる。
【図1】請求項1〜4の発明の一実施例によるシリンダ
ヘッドのバルブシート部構造を説明するための断面図で
ある。
ヘッドのバルブシート部構造を説明するための断面図で
ある。
【図2】上記実施例のバルブシート部の加工方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図3】上記実施例のバルブシート部の加工方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図4】上記実施例のバルブシート部の加工方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図5】上記実施例のバルブシート部の加工方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図6】上記実施例のバルブシート部の加工方法を説明
するための工程図である。
するための工程図である。
【図7】上記第1実施例の加工方法に採用される刃具ホ
ルダを示す図である。
ルダを示す図である。
【図8】上記実施例構造が適用されたシリンダヘッドの
断面図である。
断面図である。
【図9】上記実施例構造が適用されたシリンダヘッドの
底面図である。
底面図である。
1 シリンダヘッド
1´ シリンダヘッド素材
1a シリンダブロック側合面
2,3 バルブ開口
26 境界部
20 バルブシート材(異種金属層)
A 全面積に対応する幅寸法
A1 異種金属側の面積に対応する幅寸法
A2 シリンダヘッド素材側の面積に対応する幅寸法
T バルブシート部
T2 第2テーパ面(バルブシート面)
T3 第3テーパ面(ガイドテーパ面)
T4 第4テーパ面(第2ガイドテーパ面)
フロントページの続き
(56)参考文献 特開 平7−34965(JP,A)
特開 昭62−150014(JP,A)
特開 平6−74007(JP,A)
特開 平2−19608(JP,A)
特開 平2−75718(JP,A)
(58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名)
F02F 1/24
F01L 3/02
F01L 3/22
Claims (2)
- 【請求項1】 シリンダヘッドのバルブ開口周縁にシリ
ンダヘッド素材より高耐摩耗性かつ高耐熱性金属からな
る異種金属層を形成し、該異種金属層に、第1開き角度
を有するテーパ状のバルブシート面を形成するととも
に、該バルブシート面よりシリンダブロック合面側寄り
に上記第1開き角度より大きい第2開き角度を有するテ
ーパ状のガイドテーパ面を形成したシリンダヘッドのバ
ルブシート部構造において、上記異種金属層は、焼結成
形されたシートリングをシリンダヘッド素材のバルブ開
口縁に配置して加圧するとともに通電加熱することによ
り接合形成されたものであり、該異種金属層とシリンダ
ヘッド素材との間にはシリンダヘッド素材の塑性変形層
である中間層が形成されており、上記ガイドテーパ面よ
りさらにシリンダブロック合面側寄りに上記第2開き角
度より大きい第3開き角度を有する第2ガイドテーパ面
を形成し、上記シリンダヘッド素材と異種金属層との境
界部が上記ガイドテーパ面又は上記第2ガイドテーパ面
内に位置しており、かつ上記境界部が位置するテーパ面
の面積に対するシリンダヘッド素材の面積が50%を越
えていることを特徴とするシリンダヘッドのバルブシー
ト部構造。 - 【請求項2】 シリンダヘッドのバルブ開口周縁にシリ
ンダヘッド素材より高耐摩耗性かつ高耐熱性金属からな
る異種金属層を形成し、該異種金属層に、第1開き角度
を有するテーパ状のバルブシート面を形成するととも
に、該バルブシート面よりシリンダブロック合面側寄り
に上記第1開き角度より大きい第2開き角度を有するテ
ーパ状のガイドテーパ面を形成したシリンダヘッドのバ
ルブシート部構造において、上記異種金属層は、焼結成
形されたシートリングをシリンダヘッド素材のバルブ開
口縁に配置して加圧するとともに通電加熱することによ
り接合形成されたものであり、該異種金属層とシリンダ
ヘッド素材との間にはシリンダヘッド素材の塑性変形層
である中間層が形成されており、上記シリンダヘッド素
材と異種金属層との境界部が上記ガイドテーパ面内に位
置しており、かつ上記ガイドテーパ面の面積に対するシ
リンダヘッド素材の面積が50%を越えていることを特
徴とするシリンダヘッドのバルブシート部構造。
Priority Applications (4)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02821795A JP3373317B2 (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | シリンダヘッドのバルブシート部構造 |
DE69608329T DE69608329T2 (de) | 1995-02-16 | 1996-02-16 | Eine Ventilsitzanordnung und ein Verfahren zu ihrer Herstellung |
EP96102384A EP0727565B1 (en) | 1995-02-16 | 1996-02-16 | A valve seat structure and a method of manufacturing same |
US08/601,287 US5787853A (en) | 1995-02-16 | 1996-02-16 | Valve seat-bonding area structures and valve seat-bonded cylinder head with the structures |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP02821795A JP3373317B2 (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | シリンダヘッドのバルブシート部構造 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH08218937A JPH08218937A (ja) | 1996-08-27 |
JP3373317B2 true JP3373317B2 (ja) | 2003-02-04 |
Family
ID=12242471
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP02821795A Expired - Fee Related JP3373317B2 (ja) | 1995-02-16 | 1995-02-16 | シリンダヘッドのバルブシート部構造 |
Country Status (4)
Country | Link |
---|---|
US (1) | US5787853A (ja) |
EP (1) | EP0727565B1 (ja) |
JP (1) | JP3373317B2 (ja) |
DE (1) | DE69608329T2 (ja) |
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CA2333933C (en) * | 2000-02-04 | 2004-09-21 | Hitachi, Ltd. | Valve bonded with corrosion and wear proof alloy and apparatuses using said valve |
FR2818175B1 (fr) * | 2000-12-19 | 2003-02-21 | Renault | Procede de fabrication d'un conduit interieur d'une culasse |
DE10255447A1 (de) * | 2002-11-28 | 2004-06-24 | Daimlerchrysler Ag | Ventilsitz und Verfahren zur Herstellung eines Ventilsitzes |
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NL2001869C2 (nl) * | 2008-08-01 | 2010-02-02 | Stichting Materials Innovation | Cilinderkop met klepzitting alsmede werkwijze voor het vervaardigen daarvan. |
US9435454B2 (en) * | 2009-02-23 | 2016-09-06 | George H Blume | Fluid end with carbide valve seat and adhesive dampening interface |
FR2946907B1 (fr) * | 2009-06-19 | 2012-06-29 | Peugeot Citroen Automobiles Sa | Procede de fabrication d'une culasse munie d'une paroi de guidage d'ecoulement au niveau d'un siege de soupape |
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WO2015006347A1 (en) | 2013-07-09 | 2015-01-15 | Briggs & Stratton Corporation | Welded engine block for small internal combustion engines |
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WO2021176335A1 (en) | 2020-03-02 | 2021-09-10 | Briggs & Stratton, Llc | Internal combustion engine with reduced oil maintenance |
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