JP3689557B2

JP3689557B2 - 内燃エンジン用シリンダの加工方法

Info

Publication number: JP3689557B2
Application number: JP13203298A
Authority: JP
Inventors: 高司藤沢; 藤弘松浦; 正弘猪熊
Original assignee: Kyoritsu Co Ltd
Current assignee: Kyoritsu Co Ltd
Priority date: 1998-05-14
Filing date: 1998-05-14
Publication date: 2005-08-31
Anticipated expiration: 2018-05-14
Also published as: JPH11324790A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば携帯型動力作業機等に使用される小型空冷２サイクルガソリンエンジン等の内燃エンジン用シリンダの加工方法に係り、特に、ピストンにより開閉される掃気ポート等のポートの開口端縁部を面取り加工する、内燃エンジン用シリンダの加工方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の携帯型動力作業機等に使用されている小型空冷２サイクルガソリンエンジンのシリンダの代表例として、図１３に示される如くのものが挙げられる。図示例のシリンダ１’は、アルミニウム合金製で、ピストン（図示省略）が嵌挿されるシリンダボア９を有し、左右一対の柱状膨出部２ａ、２ａが設けられている胴部２と、スキッシュドーム形と呼ばれる燃焼室４が設けられた頭部３と、が一体に形成されており、その外周部には多数の冷却フィン１９が形成され、また、前記頭部３には点火プラグ装着用の雌ネジ部１８が形成されている。
【０００３】
前記シリンダボア９には、前記ピストンにより開閉される吸気ポート５及び排気ポート６が上下に段違いで向かい合うように開口せしめられるとともに、該両ポート５、６と前記シリンダボア９の周方向に沿って９０°位置をずらして、前記柱状膨出部２ａ、２ａの内部に設けられた掃気通路７、７の下流側端部を形成する、前記ピストンにより開閉される左右一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂが対向して開口せしめられている。
ところで、前記の如き構成のシリンダ１’は、前記各ポート５、６、８Ａ、８Ｂを有するシリンダ素材をダイカスト法等の金型鋳造法等により製造した後、前記各ポート５、６、８Ａ、８Ｂの環状の開口端縁部５ａ、６ａ、８ａ、８ｂを面取り加工することが必要とされる。
【０００４】
すなわち、金型鋳造法等により製造されたままのシリンダ素材の各ポート５、６、８Ａ、８Ｂの開口端縁部５ａ、６ａ、８ａ、８ｂは尖っているので、そのままでは割れや亀裂を生じやすいだけでなく、そこを摺動するピストン（ピストンリング）を傷つけてしまうため、前記各開口端縁部５ａ、６ａ、８ａ、８ｂに、図１４に掃気ポート８Ａの開口端縁部８ａを代表して示したように、（Ａ）等辺面取り（面取り部１１）、（Ｂ）角度面取り（面取り部１２）、（Ｃ）Ｒ面取り（面取り部１３）等の面取り加工を施すことが要求される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来においては、前記各ポート５、６、８Ａ、８Ｂの面取り加工を手面取りや切削機械加工法により行っていたので、前記各面取り部１１、１２、１３の寸法、角度、形状等の自由度が低く、その精度維持に困難を極めていた。
すなわち、従来の面取り加工法では、面取り寸法や面取り角度をポートの開口端縁部５ａ、６ａ、８ａ、８ｂ全周にわたって変化させることは難しく、また、Ｒ形状等の曲面の断面形状を得ることは容易ではない。それに加え、面取り寸法、角度、形状等の精度を高くすることも難しく、さらに、シリンダボア９のメッキ後には面取り加工を施すことができない等の問題があった。
【０００６】
本発明は、前記した如くの従来の問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、掃気ポート等のポートの開口端縁部に面取り加工を施すにあたって、面取り寸法や面取り角度をポートの開口端縁部全周にわたって変化させることができるとともに、Ｒ形状等の曲面の断面形状を容易に得ることもでき、しかも、面取り寸法、角度、形状等の精度を高くすることもできる内燃エンジン用シリンダの加工方法、及び、内燃エンジン用シリンダを提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記の目的を達成すべく、本発明に係る内燃エンジン用シリンダの加工方法は、ピストンにより開閉される掃気ポート、吸気ポート、及び、排気ポ−トを有する内燃エンジン用シリンダの加工方法であって、前記各ポートの開口端縁部の各々を加工するに当たって、支持工具に交換自在に取り付けられた複数の放電加工用電極の各々の環状の面取り加工面を前記開口端縁部に選択的に挿入し、前記開口端縁部の各々を、その全周を一度に面取りすることを特徴としている。
【０００８】
本発明の好ましい態様は、前記掃気ポート用の前記放電加工用電極は、一対の前記掃気ポートの各開口端縁部の全周を一度に面取り加工を施すことができる一対の環状の面取り加工面を有し、該面取り加工面で前記各開口端縁部を順次面取り加工することを特徴としている。
【０００９】
また、より好ましい態様では、前記環状の面取り加工面に加えて、前記掃気ポートの内周面を適度な粗面にするための、前記掃気ポート内に挿入される粗面加工面が形成された放電加工用電極を用いて、前記掃気ポートの開口端縁部に面取り加工を施すと同時に前記掃気ポートの内周面に粗面加工を施すようにされる。一方、本発明に係る内燃エンジン用シリンダは、前記加工方法により、ピストンにより開閉される掃気ポート等のポートの開口端縁部に面取り加工が施されていることを特徴としている。
【００１０】
前記した如くの本発明に係る加工方法の好ましい態様においては、環状の面取り加工面を有する放電加工用電極を用いる。この環状の面取り加工面を有する放電加工用電極は、例えば、電気銅、グラファイト、銀タングステン等を素材として、三次元切削加工や精密鋳造等により作製することができ、前記各面取り加工面の寸法形状を自由に設定できるとともに、その精度を高く維持できる。
【００１１】
したがって、かかる放電加工用電極を用いた非接触式の放電加工法により、掃気ポート等のポートの開口端縁部に面取り加工を施すことで、前記ポートの開口端縁部全周を一度に面取りすることができ、しかも、前記環状の面取り加工面の寸法形状を適宜に設定することにより、面取り寸法や面取り角度をポートの開口端縁部全周にわたって変化させることができるとともに、Ｒ形状等の曲面の断面形状を容易に得ることもでき、さらに、面取り寸法、角度、形状等の精度を従来の切削機械加工等によるもの比して高くすることが可能となり、また、シリンダボアのメッキ後に面取り加工を行うことも可能となる。
【００１２】
また、通常の小型２サイクル内燃エンジンには設けられている左右一対の掃気ポートの各開口端縁部全周に一度に面取り加工を施すことができる、一対の環状の面取り加工面を有する単一の放電加工用電極を用いて、前記一対の掃気ポートの各開口端縁部に順次面取り加工を施すようになすことにより、電極を交換する操作が省け、面取り加工に要する時間を短縮できる。
【００１３】
さらに、前記掃気ポートの内周面は、シリンダボア内（燃焼作動室）での混合気の拡散効果を高めて燃料の霧化を促進するとともに、シリンダの冷却効果も高めるべく、適度の粗さの粗面とすることが必要とされるが、一般に、放電加工用電極を用いた放電加工による加工表面は、被加工物との離隔距離を適切に調節することにより、凹凸の高さが１０μｍ〜３０μｍ程度の、前記拡散効果が高められる適度な粗面が自動的に形成される。
【００１４】
したがって、前記環状の面取り加工面を有する放電加工用電極に、前記掃気ポートの内周面を適度な粗面にするための、前記掃気ポート内に挿入される粗面加工面を付設すれば、該放電加工用電極を用いて、前記掃気ポートの開口端縁部に面取り加工を施すと同時に前記掃気ポートの内周面に粗面加工を施すことが可能となり、別途に粗面加工を行う必要がなくなる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る内燃エンジン用シリンダの加工方法の一実施形態が適用される空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダを示す縦断面図、図２は、図１に示されるシリンダの横断面図である。なお、加工方法の説明の都合上、図１では、シリンダを逆立状態で示し、図２では、各ポートが同一レベルにあるものとして示しており、後述する各横断面図においても同様である。
【００１６】
図１及び図２に示されるシリンダ１は、ダイカスト法等の金型鋳造法等によって製造されたアルミニウム合金製であり、まだ、半製品のシリンダ素材の状態である。
このシリンダ１は、前述した図１３に示されるシリンダ１’と同様に、ピストン（図示省略）が嵌挿されるシリンダボア９を有し、左右一対の柱状膨出部２ａ、２ａが設けられている胴部２と、スキッシュドーム形と呼ばれる燃焼室４が設けられた頭部３と、が一体に形成されており、その外周部には多数の冷却フィン１９が形成され、また、前記頭部３には点火プラグ装着用の雌ネジ部１８が形成されている。
【００１７】
前記シリンダボア９には、前記ピストンにより開閉される吸気ポート５及び排気ポート６が上下に段違いで向かい合うように開口せしめられるとともに、該両ポート５、６と前記シリンダボア９の周方向に沿って９０°位置をずらして、前記柱状膨出部２ａ、２ａの内部に設けられた掃気通路７、７の下流側端部を形成する、前記ピストンにより開閉される左右一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂが互いに対向して開口せしめられている。
かかる構成のシリンダ１（シリンダ素材）は、前述した如く、前記各ポート５、６、８Ａ、８Ｂの環状の開口端縁部５ａ、６ａ、８ａ、８ｂは鋳放しのままでは尖っているので、該開口端縁部５ａ、６ａ、８ａ、８ｂを面取り加工することが必要とされる。
【００１８】
そのため、本実施形態の加工方法では、例えば、最初に、前記一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂの開口端縁部８ａ、８ｂの面取り加工を、図１、図２にシリンダ１と共に示されている如くの第一の放電加工用電極２０を用いて行い、次に、前記排気ポート６の開口端縁部６ａの面取り加工を、図９、図１０にシリンダ１と共に示されている如くの第二の放電加工用電極４０を用いて行い、最後に、前記吸気ポート５の開口端縁部５ａの面取り加工を、図１１、図１２にシリンダ１と共に示されている如くの第三の放電加工用電極５０を用いて行うようにされる（面取り加工順序は適宜変更可能）。
【００１９】
前記各放電加工用電極２０、４０、５０は、電気銅、グラファイト、銀タングステン等を素材として、三次元切削加工や精密鋳造等により作製されたもので、被加工物である前記各開口端縁部５ａ、５ｂ、８ａ、８ｂとの間隔を数ミクロンないし数十ミクロンとしたもとで、高周波パルス状の放電電流を発生させて生じる放電痕の累積によって面取り加工を施すようにされており、数値制御により、直交する三方向（Ｘ、Ｙ、Ｚ方向）に移動せしめられる支持工具３０に取り付けられていて、自動電極交換装置（図示せず）により適宜に交換できるようになっている。
【００２０】
前記左右一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂの前記開口端縁部８ａ、８ｂに面取り加工を施すための第１の放電加工用電極２０は、中央基体部２１の両側に、前記開口端縁部８ａ、８ｂに施すべき面取り角度に対応した所定の傾斜角度を持つ環状の面取り加工面２３、２３が形成され、それら面取り加工面２３、２３より外方側に、前記掃気ポート８Ａ、８Ｂの内周面を適度な粗面にするための、前記掃気ポート８Ａ、８Ｂ内に挿入される粗面加工面２５、２５が一体に形成されている。
このような構成の第一の放電加工用電極２０を用いて前記掃気ポート８Ａ、８Ｂの前記開口端縁部８ａ、８ｂの面取りを行うにあたっては、まず、前記第一の放電加工用電極２０を、前記シリンダ１の上方から前記シリンダボア９内に、前記掃気ポート８Ａ、８Ｂと略同じ高さ位置（図１参照）で、平面視（図２）では前記吸気ポート５寄りのセット位置迄下降させる。
【００２１】
次に、図３、図４に示される如くに、前記一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂのうちの一方側の掃気ポート８Ｂの開口端縁部８ｂに面取り加工を施すべく、前記セット位置の前記第一の放電加工用電極２０を左側へ移動させて、一方側（左側）の前記粗面加工面２５を前記掃気ポート８Ｂ内に挿入するとともに、前記環状の面取り加工面２３を前記開口端縁部８ｂとの間に所定の間隙（数ミクロンないし数十ミクロン）が形成されるまで接近させる。なお、このときの前記粗面加工面２５と前記掃気ポート８Ｂの内周面との離隔距離は、図５、図６に前記開口端縁部８ｂ周辺が拡大して示される如くに、約０．３ｍｍとされる。
【００２２】
これにより、前記面取り加工面２３から発生する高周波パルス状の放電電流によって生じる放電痕の累積によって、前記開口端縁部８ｂが削除されて所望の寸法、角度、形状を持つ面取り部１０が形成されると同時に、前記粗面加工面２５から発生する高周波数のパルス状の放電電流によって生じる放電痕の累積によって、前記掃気ポート８Ｂの内周面は、前記シリンダボア９内（燃焼作動室）での混合気の拡散効果を高めて燃料の霧化を促進するとともに、シリンダの冷却効果も高め得る、凹凸の高さが１０μｍ〜３０μｍ程度の、適度な粗面が自動的に形成される。
【００２３】
このようにして、一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂのうちの一方側（左側）の掃気ポート８Ｂの面取り加工及び粗面加工が終了した後は、他方側（右側）の掃気ポート８Ａの面取り加工及び粗面加工を行うべく、図７、図８に示される如くに、前記放電加工用電極２０を右側へ移動させて、他方側（右側）の前記粗面加工面２５を掃気ポート８Ａ内に挿入するとともに、前記環状の面取り加工面２３を前記開口端縁部８ａとの間に所定の間隙（数ミクロンないし数十ミクロン）が形成されるまで接近させる。これにより、他方側（右側）の掃気ポート８Ａの面取り加工及び粗面加工も、前記一方側の掃気ポート８Ｂと同様に行われる。
前記のように、一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂの面取り加工及び粗面加工を単一の放電加工用電極２０で行うことにより、電極を交換する操作が省け、面取り加工に要する時間を短縮できる。
【００２４】
このようにして、左右一対の掃気ポート８Ａ、８Ｂの面取り加工及び粗面加工が終了した後は、図９、図１０に示される如くに、前記排気ポート６の開口端縁部６ａの面取り加工を行うべく、自動電極交換装置により、前記掃気ポート８Ａ、８Ｂ用の放電加工用電極２０に代えて、前記排気ポート６用の第二の放電加工用電極４０を前記支持工具３０に取り付ける。
【００２５】
この第二の放電加工用電極４０は、基体部４１の片側に、前記開口端縁部６ａに施すべき面取り角度に対応した所定の傾斜角度を持つ、断面角丸付き四角形ないし楕円形で環状の面取り加工面４３が形成されており、この第二の放電加工用電極４０を右側へ移動させて、前記環状の面取り加工面４３を前記開口端縁部６ａとの間に所定の間隙（数ミクロンないし数十ミクロン）が形成されるまで接近させることにより、前記掃気ポート８Ａ、８Ｂと同様に、前記排気ポート６の開口端縁部６ａが削除されて、所望の寸法、角度、形状を持つ面取り部１５が形成される。
また、この排気ポート６の面取り加工が終了した後は、図１１、図１２に示される如くに、前記吸気ポート５の開口端縁部５ａの面取り加工を行うべく、自動電極交換装置により、前記排気ポート６用の第二の放電加工用電極４０に代えて、前記吸気ポート６用の第三の放電加工用電極５０を前記支持工具３０に取り付ける。
【００２６】
この第三の放電加工用電極５０も、基体部５１の片側に、前記開口端縁部５ａに施すべき面取り角度に対応した所定の傾斜角度を持つ、断面角丸付き四角形ないし楕円形で環状の面取り加工面５３が形成されており、この放電加工用電極５０を左側へ移動させて、前記環状の面取り加工面５３を前記開口端縁部５ａとの間に所定の間隙（数ミクロンないし数十ミクロン）が形成されるまで接近させることにより、前記掃気ポート８Ａ、８Ｂ、前記排気ポート６と同様に、前記吸気ポート５の前記開口端縁部５ａが削除されて、所望の寸法、角度、形状を持つ面取り部１６が形成される。
【００２７】
前記のように、本実施形態の加工方法では、環状の面取り加工面２３、４３、５３を有する放電加工用電極２０、４０、５０を用いた非接触式の放電加工法により、掃気ポート８Ａ、８Ｂ、排気ポート６、吸気ポート５の開口端縁部８ａ、８ｂ、６ａ、５ａに面取り加工を施すようにされるので、前記各ポート８Ａ、８Ｂ、６、５の開口端縁部８ａ、８ｂ、６ａ、５ａ全周を一度に面取りすることができ、しかも、前記環状の面取り加工面２３、４３、５３の寸法形状を適宜に設定することにより、面取り寸法や面取り角度をポートの開口端縁部全周にわたって変化させることができるとともに、Ｒ形状等の曲面の断面形状を容易に得ることもでき、さらに、面取り寸法、角度、形状等の精度を従来の切削機械加工等によるもの比して高くすることが可能となり、また、シリンダボア９のメッキ後に面取り加工を行うことも可能となる。
【００２８】
以上、本発明の一実施形態について詳述したが、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の精神を逸脱しない範囲で、設計において、種々の変更ができるものである。
例えば、図示はしないが、シリンダ素材の鋳造を容易にせしめるために、各ポート開口部（特に、掃気ポート）を盲蓋付状に一体鋳造し、本発明による非接触式加工方によって、開口加工も同時に行うこともできる。
【００２９】
【発明の効果】
以上の説明から理解されるように、本発明に係る内燃エンジン用シリンダの加工方法によれば、掃気ポート等の各ポートの開口端縁部全周を一度に面取りすることができ、しかも、例えば放電加工用電極に形成される環状の面取り加工面の寸法形状を適宜に設定することにより、面取り寸法や面取り角度をポートの開口端縁部全周にわたって変化させることができるとともに、Ｒ形状等の曲面の断面形状を容易に得ることもでき、さらに、面取り寸法、角度、形状等の精度を従来の切削機械加工等によるもの比して高くすることが可能となり、また、メッキ後に面取り加工を行うこともできるといった効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る加工方法の一実施形態が適用される小型空冷２サイクルガソリンエンジン用シリンダの面取り加工開始時の状態で示す縦断面図。
【図２】図１に示されるシリンダの横断面図である。
【図３】図１、図２に示されるシリンダの掃気ポートの一方の面取り加工工程の説明に供される縦断面図。
【図４】図１、図２に示されるシリンダの掃気ポートの一方の面取り加工工程の説明に供される横断面図。
【図５】図３に示されるシリンダにおける掃気ポートの開口端縁部周辺の拡大図。
【図６】図４に示されるシリンダにおける掃気ポートの開口端縁部周辺の拡大図。
【図７】図１、図２に示されるシリンダの掃気ポートの他方の面取り加工工程の説明に供される縦断面図。
【図８】図１、図２に示されるシリンダの掃気ポートの他方の面取り加工工程の説明に供される横断面図。
【図９】図１、図２に示されるシリンダの排気ポートの面取り加工工程の説明に供される縦断面図。
【図１０】図１、図２に示されるシリンダの排気ポートの面取り加工工程の説明に供される横断面図。
【図１１】図１、図２に示されるシリンダの吸気ポートの面取り加工工程の説明に供される縦断面図。
【図１２】図１、図２に示されるシリンダの吸気ポートの面取り加工工程の説明に供される横断面図。
【図１３】従来の小型空冷２サイクルガソリンエンジンのシリンダを示す縦断面図。
【図１４】図１３に示されるシリンダの掃気ポート等の開口端縁部の面取り加工の説明に供される拡大図。
【符号の説明】
１空冷２サイクルガソリンエンジン（内燃エンジン）用シリンダ素材
５吸気ポート
５ａ開口端縁部
６排気ポート
６ａ開口端縁部
８Ａ、８Ｂ掃気ポート
８ａ、８ｂ開口端縁部
２０、４０、５０放電加工用電極
２３、４３、５３環状の面取り加工面
２５粗面加工面

Claims

ピストンにより開閉される掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）、吸気ポート（５）、及び、排気ポ−ト（６）を有する内燃エンジン用シリンダの加工方法であって、
前記各ポート（８Ａ、８Ｂ、５、６）を有するシリンダ素材（１）を金型鋳造法等により製造した後、
前記各ポート（８Ａ、８Ｂ、５、６）の開口端縁部（８ａ、８ｂ、６ａ、５ａ）の各々を加工するに当たって、支持工具（３０）に交換自在に取り付けられた複数の放電加工用電極（２０、４０、５０）の各々の環状の面取り加工面（２３、４３、５３）を前記開口端縁部（８ａ、８ｂ、６ａ、５ａ）に選択的に挿入し、前記開口端縁部（８ａ、８ｂ、６ａ、５ａ）の各々を、その全周を一度に面取りすることを特徴とする内燃エンジン用シリンダの加工方法。
前記掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）用の前記放電加工用電極（２０）は、一対の前記掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）の各開口端縁部（８ａ、８ｂ）の全周を一度に面取り加工を施すことができる一対の環状の面取り加工面（２３、２３）を有し、該面取り加工面（２３、２３）で前記各開口端縁部（８ａ、８ｂ）を順次面取り加工することを特徴とする請求項１に記載の内燃エンジン用シリンダの加工方法。
前記環状の面取り加工面（２３、２３）に加えて、前記掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）の内周面を適度な凹凸を有する粗面にするための、前記掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）内に挿入される粗面加工面（２５、２５）が形成された放電加工用電極（２０）を用いて、前記掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）の開口端縁部（８ａ、８ｂ）に面取り加工を施すと同時に前記掃気ポート（８Ａ、８Ｂ）の内周面に粗面加工を施すことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃エンジン用シリンダの加工方法。