JP6110269B2 - シリンダヘッドの加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッドの加工方法に関する。

従来、内燃機関の吸気ポートにおいて、円錐台状のスロート部と、スロート部と燃焼室の内部とを連通させるようにスロート部の一端に接続され且つ複数の環状の面が形成されたバルブシート部と、を備えた構成が開示されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１２−２４６８８５号公報

この構成によれば、複数の環状の面において互いに隣接する二つの面の接続角度をそれぞれ同一にすることで、吸気がバルブシート部の周面に沿って流れるようにすることができ、燃焼室の中心軸寄りで吸気の流入量を増加させることができる。しかし、バルブシート部が楕円や長方形の環状に形成されると、複数の環状の面において互いに隣接する二つの面の外径をそれぞれ調整する必要がある。そのため、バルブシート部の内面形状が複雑となり、その結果、バルブシート部の内面形状を加工により形成することが困難となるという課題があった。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、バルブシートの内面形状を容易に加工することができ、且つ、燃焼室の中心軸寄りで吸気の流入量を増加させることができるシリンダヘッド及びシリンダヘッドの加工方法を提供する。

上記の目的を達成するために、本発明は以下の手段を採用した。
すなわち、請求項１に係るシリンダヘッドの加工方法は、燃焼室（４０）に吸気を導入する吸気ポート（４４）と、前記吸気ポート（４４）の前記燃焼室（４０）の側の開口（４２）を開閉可能に設けられたバルブ（４６）と、前記開口（４２）に装着され、且つ、前記吸気を前記燃焼室（４０）に流通させる流通孔（５１）を形成する環状のバルブシート（５０）と、を備え、前記バルブシート（５０）の前記流通孔（５１）には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）が形成され、且つ、前記二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）の間の境界部分（５３ａ〜５３ｃ）のうち前記燃焼室（４０）の中心軸（Ｃ３）寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面（５４）が形成されるシリンダヘッドの加工方法であって、加工刃（６０）を前記バルブシート（５０）の下端側から挿入し、前記バルブシート（５０）に前記二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）を形成する加工を施した後、前記バルブシート（５０）に前記二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）を形成する加工を施した後、前記加工刃（６０）を前記燃焼室（４０）の中心軸（Ｃ３）側にずらすことにより、同一の前記加工刃（６０）を用いて前記第二の加工面（５４）を形成する加工を施すことを特徴とする。

請求項１に記載した発明によれば、燃焼室の中心軸寄りに臨む円弧状の範囲を加工するだけで、バルブシートの流通孔のうち燃焼室の中心軸寄りの部分の形状を滑らかにすることができる。よって、バルブシートの内面形状を容易に加工することができ、且つ、燃焼室の中心軸寄りで吸気の流入量を増加させることができる。加えて、第一の加工面の加工に用いる加工刃と同一の加工刃を用いて第二の加工面の加工を行うことができるため、専用の加工刃を用いる必要がない。よって、加工工程の短縮及び簡素化を図ることができる。

本発明の第一実施形態におけるエンジンの左側面図である。 上記エンジンのシリンダヘッドの左側面図である。 上記エンジンの吸気ポートにおけるバルブシートの内面形状を示す正面図である。 上記バルブシートの内面形状を示す左側面図である。 図４の要部拡大図である。 上記バルブシートの第二の加工面をバルブシートの下端面に垂直な方向から見た下面図である。 上記バルブシートの内面形状の加工面を説明するための図である。 上記バルブシートの内面形状の加工方法を説明するための図である。 本実施形態の比較例に係るバルブシートの内面形状を示す左側面図である。 （Ａ）、（Ｂ）本実施形態の比較例に係る吸気通路の流速分布を示す図である。 （Ａ）、（Ｂ）本実施形態に係る吸気通路の流速分布を示す図である。 本実施形態に係るバルブリフトと流量係数との関係を比較例と共に示すグラフである。 第二実施形態に係るバルブシートの内面形状を示す左側面図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。尚、以下の説明における前後左右等の向きは、特に記載が無ければ本実施形態のエンジン１０を搭載する車両における向きと同一とする。以下の説明に用いる図中適所には、前方を示す矢印ＦＲ、及び上方を示す矢印ＵＰが示されている。

（第一実施形態）
図１に示すエンジン（内燃機関）１０は、水冷四ストロークＤＯＨＣ四バルブ式の直列四気筒エンジンであり、自動二輪車等の鞍乗り型車両の原動機に用いられる。エンジン１０において、クランク軸１２の回転中心軸線（クランク軸線）Ｃ１は、左右方向（車体幅方向）に沿って延びる。クランクケース１１の前部上方には、シリンダ１３が起立する。クランクケース１１の前部内には、クランク軸１２が収容される。クランクケース１１の後部内には、トランスミッション１４が収容される。クランクケース１１及びシリンダ１３等の本体部品は、アルミ合金製である。シリンダ１３内には、鉄製のシリンダスリーブ１５が鋳込み等により一体的に鋳込まれる。シリンダ１３の起立方向に沿う軸線（シリンダ軸線）Ｃ２は、鉛直方向に対して上部が前方に位置するように傾斜する。図中矢印Ｆ１はクランク軸１２のエンジン運転時の回転方向（正転方向）を示す。

シリンダ１３は、クランクケース１１の前部上方に取り付けられる（又は一体形成される）シリンダブロック１６と、シリンダブロック１６の上方に取り付けられるシリンダヘッド１７と、シリンダヘッド１７の上方に取り付けられるヘッドカバー１８と、を有する。シリンダブロック１６内には、シリンダ軸線Ｃ２に沿う円筒状のシリンダスリーブ１５が設けられる。シリンダスリーブ１５内には、ピストン２５が往復動可能に嵌装される。ピストン２５を左右方向で貫通するピストンピン２５ａには、コネクティングロッド２６の小端部２７が揺動自在に取り付けられる。コネクティングロッド２６の大端部２８は、クランク軸１２のクランクピン１２ａに回転自在に取り付けられる。図中符号２９は、コネクティングロッド２６における小端部２７及び大端部２８間に渡って延びる柄部を示す。

シリンダヘッド１７の後部内には、吸気ポート４４が形成される。シリンダヘッド１７の前部内には、排気ポート４５が形成される。
図１及び図２に示すように、吸気ポート４４の燃焼室側開口である吸気弁口４２は、吸気バルブ（バルブ）４６によって開閉される。排気ポート４５の燃焼室側開口である排気弁口４３は、排気バルブ４７によって開閉される。吸気ポート４４のシリンダ外側開口には、吸気系部品であるインレットパイプ２０等が接続される。排気ポート４５のシリンダ外側開口には、排気系部品である不図示の排気管が接続される。

吸気ポート４４及び排気ポート４５は、それぞれのシリンダ外側開口からシリンダ中心側に延びた後、シリンダブロック１６側に向けて下方に湾曲し、吸気弁口４２及び排気弁口４３に至る。吸気弁口４２は排気弁口４３よりも大径であり、シリンダ軸線Ｃ２を対称軸にした振り分け位置よりもやや前方にオフセットして配置される。これに伴い、吸気バルブ４６及び排気バルブ４７もやや前方にオフセットして配置される。

シリンダヘッド１７内には、クランク軸１２と平行をなして左右に延びる吸気カム軸３８ａ及び排気カム軸３８ｂが配設される。吸気カム軸３８ａには吸気バルブ４６を作動させる吸気カム３９ａが取り付けられ、排気カム軸３８ｂには排気バルブ４７を作動させる排気カム３９ｂが取り付けられる。吸気カム軸３８ａ及び排気カム軸３８ｂの各々は、例えばカムチェーンを介してクランク軸１２と同期して連係駆動する。

吸気バルブ４６及び排気バルブ４７は、それぞれ吸気カム３９ａ及び排気カム３９ｂによって開作動する。吸気バルブ４６及び排気バルブ４７は、それぞれ吸気弁口４２及び排気弁口４３に整合する傘状の弁体４６ａ，４７ａと、各弁体４６ａ，４７ａからヘッドカバー１８側に延びる棒状のステム４６ｂ，４７ｂと、を有する。両ステム４６ｂ，４７ｂは、図１における側面視でヘッドカバー１８側に開くＶ字状をなすように、シリンダ軸線Ｃ２に対して傾斜して配置される。各カム軸３８ａ，３８ｂ及び各カム３９ａ，３９ｂは、吸気バルブ４６及び排気バルブ４７と同様、シリンダ軸線Ｃ２に対してやや前方にオフセットして配置される。

各ステム４６ｂ，４７ｂの先端部には、それぞれリテーナ４６ｃ，４７ｃが取り付けられる。各リテーナ４６ｃ，４７ｃとシリンダヘッド１７の座面との間には、それぞれバルブスプリング４６ｄ，４７ｄが縮設される。これら各バルブスプリング４６ｄ，４７ｄのバネ力によって、吸気バルブ４６及び排気バルブ４７がヘッドカバー１８側に付勢され、吸気弁口４２及び排気弁口４３を閉塞する。一方、各カム軸３８ａ，３８ｂの作動により、各バルブスプリング４６ｄ，４７ｄの付勢力に抗して吸気バルブ４６及び排気バルブ４７を燃焼室４０側にストロークさせることで、吸気バルブ４６及び排気バルブ４７が吸気弁口４２及び排気弁口４３を開放する。各ステム４６ｂ，４７ｂは、それぞれ筒状のバルブガイド４６ｅ，４７ｅを介してシリンダヘッド１７にストローク可能に保持される。

吸気バルブ４６の開弁時にピストン２５が下降すると、インレットパイプ２０を通じて吸気ポート４４内に外気が導入されるとともに、インジェクタ２３から燃料が噴射され、これらが混合気となって燃焼室４０に導入される。この混合気は、吸気バルブ４６の閉弁後にピストン２５の上昇により圧縮され、不図示の点火プラグにより点火されて燃焼する。燃焼後の排気ガスは、排気バルブ４７の開弁時にピストン２５の上昇により燃焼室４０から排気ポート４５を通じて排出され、不図示の排気管等を介して排気される。

シリンダヘッド１７の後部に連結管１９を介して接続されるインレットパイプ２０には、吸気上流側から順に不図示のスロットル弁、タンブル制御弁６５及びインジェクタ２３が設けられる。インレットパイプ２０の後方には、不図示のエアクリーナが接続される、このエアクリーナを経た外気が、インレットパイプ２０を経てエンジン１０内に導入される。以下、吸気上流側、吸気下流側を単に上流側、下流側ということがある。

燃焼室４０は、シリンダスリーブ１５内のピストン２５の頂面２５ｂと、シリンダヘッド１７におけるピストン２５の頂面２５ｂに対向する天井面４１と、の間に形成される。

（シリンダヘッド）
図２は、エンジン１０のシリンダヘッド１７の左側面図である。図３は、エンジン１０の吸気ポート４４におけるバルブシート５０の内面形状を示す正面図である。図４は、バルブシート５０の内面形状を示す左側面図である。図５は、図４の要部拡大図である。図６は、バルブシート５０の第二の加工面５４をバルブシート５０の下端面５０ａに垂直な方向から見た下面図である。
尚、図２、図４及び図５において、矢印ＩＮは吸気の流入方向、矢印ＥＸは排気の流出方向を示す。

図２及び図３に示すように、シリンダヘッド１７は、燃焼室４０に吸気を導入する吸気ポート４４と、燃焼室４０からの排気を排出する排気ポート４５と、吸気ポート４４の燃焼室４０の側の吸気弁口４２を開閉可能に設けられた吸気バルブ４６（図１参照）と、排気ポート４５の燃焼室４０の側の排気弁口４３を開閉可能に設けられた排気バルブ４７（図１参照）と、吸気弁口４２に装着され、且つ、吸気を燃焼室４０に流通させる流通孔５１を形成する環状のバルブシート５０と、を備える。

図２〜図４に示すように、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上（例えば本実施形態では四つ）の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄが形成され、且つ、四つの環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄの間の境界部分５３ａ〜５３ｃのうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面５４が形成される。尚、境界部分５３ａ〜５３ｃは、互いに隣り合う第一の加工面５２ａ〜５２ｄの間の領域及び互いに隣り合う第一の加工面５２ａ〜５２ｄの稜線の両方を含む。

言い換えると、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上（例えば本実施形態では四つ）の環状の第一の加工を施し、且つ、四つの環状の第一の加工を施すことによって生じる稜線（境界部分５３ａ〜５３ｃ）のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む稜線（境界部分５３ａ）の一部に第二の加工を施すことによって形成された複数（例えば本実施形態では五つ）の面５２ａ〜５２ｄ，５４が形成される。

尚、燃焼室４０の中心軸Ｃ３は、燃焼室４０のピストン２５の頂面２５ｂ（図１参照）に垂直な軸線である。本実施形態において燃焼室４０の中心軸Ｃ３は、シリンダ軸線Ｃ２（図１参照）と一致する。また、図４において、符号５２は四つの第一の加工面５２ａ〜５２ｄを有する第一の加工面群、符号５３は三つの境界部分５３ａ〜５３ｃを有する境界部分群である。

第一の加工面５２ａ〜５２ｄの各々は、閉じた環状の面（環状面）である。第二の加工面５４は、開いた環状（円弧状）の面（非環状面）である。
以下の説明において、第一の加工面５２ａ〜５２ｄを環状面５２ａ〜５２ｄ、第二の加工面５４を非環状面５４とそれぞれ称することがある。

本実施形態において、バルブシート５０の内面形状は、図４に示すように、四つの第一の環状面５２ａ〜５２ｄ及び一つの非環状面５４を有する。バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って第一の環状面５２ａ、第二の環状面５２ｂ、第三の環状面５２ｃ及び第四の環状面５２ｄがこの順に形成される。

本実施形態では、バルブシート５０の流通孔５１に四つの環状の第一の加工を施すことによって三つの稜線（境界部分５３ａ〜５３ｃ）が形成される。バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）、第二の稜線（第二の境界部分５３ｂ）及び第三の稜線（第三の境界部分５３ｃ）がこの順に形成される。第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）は第一の環状面５２ａと第二の環状面５２ｂの稜線（境界部分）、第二の稜線（第二の境界部分５３ｂ）は第二の環状面５２ｂと第三の環状面５２ｃの稜線（境界部分）、第三の稜線（第三の境界部分５３ｃ）は第三の環状面５２ｃと第四の環状面５２ｄの稜線（境界部分）である。

図４に示すように、第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）は、第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）の燃焼室４０の中心軸Ｃ３側が第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）の燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側よりも吸気上流側に配置されるようにバルブシート５０の下端面５０ａに対して傾斜する。第二の稜線（第二の境界部分５３ｂ）及び第三の稜線（第三の境界部分５３ｃ）の各々は、バルブシート５０の下端面５０ａと平行である。

非環状面５４は、三つの境界部分５３ａ〜５３ｃのうち第一の境界部分５３ａの燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む一部に第二の加工を施すことによって形成される。

図４及び図５に示すように、バルブシート５０の流通孔５１の吸気下流側の開口面積Ｓ２は、吸気上流側の開口面積Ｓ１よりも大きい（Ｓ２＞Ｓ１）。尚、吸気上流側の開口面積Ｓ１は第一の環状面５２ａにおける吸気上流側の開口面積、吸気下流側の開口面積Ｓ２は第四の環状面５２ｄにおける吸気下流側の開口面積である。

バルブシート５０の周方向に直交する断面で、非環状面５４は、バルブシート５０の内周側に凸となる曲面に形成される。これにより、第二の加工前に燃焼室４０の中心軸Ｃ３側において第一の環状面５２ａと第二の環状面５２ｂの稜線となっていた部分の形状が曲面状となり滑らかになる。

図６に示すように、第二の加工を施すことによって形成された非環状面５４は、非環状面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３に最も近い部分を通り、且つ、流通孔５１の中心軸Ｃ５を含む面と平行な線Ｃ４を基準として線対称な三日月形状である。
尚、線Ｃ４は、言い換えると、非環状面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３に最も近い部分を通り、且つ、非環状面５４に沿って流入する吸気の流入方向に平行な線である。

非環状面５４は、流通孔５１の半周内に形成される。
具体的には、バルブシート５０の下端面５０ａに垂直な方向から見て、流通孔５１の中心Ｃｐと非環状面５４の周方向の一端とを結ぶ直線Ｌ１と、流通孔５１の中心Ｃｐと非環状面５４の周方向の他端とを結ぶ直線Ｌ２と、のなす角度をθとする。尚、バルブシート５０の外形形状は円柱状であり、流通孔５１の中心Ｃｐはバルブシート５０の中心と一致する。
角度θは、３０°以上１８０°未満に設定される。本実施形態において例えば角度θは９０°程度である。角度θが３０°未満となると、吸気バルブ４６のステム４６ｂにより遮られる範囲に重なり、得られる効果が限定的となる。一方、角度θが１８０°以上となると、加工範囲が広がることにより、加工工程が増えてコスト上昇を招くおそれがある。

本実施形態において非環状面５４は、バルブシート５０の下端面５０ａに垂直な方向から見て、三日月形状を有する。

図５に示すように、非環状面５４の吸気上流側には上側輪郭線５４ａが形成されると共に吸気下流側には下側輪郭線５４ｂが形成される。
非環状面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３に最も近い部分を通り、且つ、流通孔５１の中心軸Ｃ５を含む面に垂直な方向から見て、上側輪郭線５４ａが吸気下流側に凸となる曲線状であり、下側輪郭線５４ｂが直線状である。

尚、非環状面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３に最も近い部分を通り、且つ、流通孔５１の中心軸Ｃ５を含む面は、言い換えると、線Ｃ４と流通孔５１の中心軸Ｃ５とを含む面である。線Ｃ４は、線Ｃ４と流通孔５１の中心軸Ｃ５とを含む面に垂直な方向から見て、非環状面５４の曲線の接線と一致する。流通孔５１の中心軸Ｃ５は、流通孔５１の中心Ｃｐを通り且つバルブシート５０の高さ方向に平行な線、すなわち、バルブシート５０の下端面５０ａに垂直な軸線である。

上側輪郭線５４ａは、上側輪郭線５４ａの燃焼室４０の中心軸Ｃ３側が上側輪郭線５４ａの燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側よりも吸気上流側に配置されるようにバルブシート５０の下端面５０ａに対して傾斜する。下側輪郭線５４ｂは、バルブシート５０の下端面５０ａと平行である。

尚、下側輪郭線５４ｂは、線Ｃ４と流通孔５１の中心軸Ｃ５とを含む面に垂直な方向から見て、実質的に直線状であればよい。すなわち、下側輪郭線５４ｂは、線Ｃ４と流通孔５１の中心軸Ｃ５とを含む面に垂直な方向から見て、真っ直ぐな直線状であってもよいし、上側輪郭線５４ａの曲線の曲率よりも小さい曲率を有する曲線であってもよい。但し、下側輪郭線５４ｂは、線Ｃ４と流通孔５１の中心軸Ｃ５とを含む面に垂直な方向とは異なる方向から見ると、曲線状である。

バルブシート５０の流通孔５１は、流通孔５１の中心軸Ｃ５と、流通孔５１の中心軸Ｃ５を挟んで燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側の端縁と、の間の距離Ｄｔが、第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）（図４参照）を基準として吸気上流側に向けて徐々に大きくなるように形成される。言い換えると、バルブシート５０の流通孔５１は、流通孔５１の中心軸Ｃ５を挟んで燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側の端縁が第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）を基準として吸気下流側から吸気上流側に向けて燃焼室４０の中心軸Ｃ３から徐々に遠ざかるように形成される。

（シリンダヘッドの加工方法）
次に、図７及び図８を用いて、本実施形態に係るシリンダヘッド１７の加工方法を説明する。図７はバルブシート５０の内面形状の加工面を説明するための図である。図８はバルブシート５０の内面形状の加工方法を説明するための図である。

図７に示すように、バルブシート５０の内面形状は、バルブシート５０を加工する前の内面（未加工面）５０Ｓに対し、少なくとも二以上（例えば本実施形態では四つ）の第一の加工面を含む第一次加工面ＣＴ１を形成し、その後、第二次加工面ＣＴ２を形成することにより形成する。

第二次加工面ＣＴ２は、第一次加工面ＣＴ１を形成することによって生じる稜線（境界部分５３ａ〜５３ｃ）のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む稜線（境界部分５３ａ）の一部に非環状面５４（図４参照）を形成すると共に、流通孔５１を距離Ｄｔ（図５参照）が第一の稜線（第一の境界部分５３ａ）（図４参照）を基準として吸気上流側に向けて徐々に大きくなるように形成することにより形成する。

本実施形態では、図８に示すように、加工刃６０をバルブシート５０の下端側から挿入し、バルブシート５０に四つの環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄ（図４参照）を形成する加工（第一の加工）を施した後、第二の加工面５４（図４参照）を形成する加工（第二の加工）を施す。

具体的には、バルブシート５０に四つの環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄ（図４参照）を形成する加工を施した後、加工刃６０を燃焼室４０の中心軸Ｃ３側にずらすことにより、同一の加工刃６０を用いて第二の加工面５４（図４参照）を形成する加工を施す。

第一の加工においては、加工刃６０をバルブシート５０の下端側から流通孔５１の中心軸Ｃ５に沿って所定量進行させ、バルブシート５０の吸気下流側の内周面を切削加工する。第二の加工においては、加工刃６０を流通孔５１の中心軸Ｃ５に対して燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側に所定角度α傾斜させた第一の軸Ｃ１に沿って所定量進行させ、バルブシート５０の吸気上流側の内周面を切削加工すると共に、加工刃６０を第一の軸Ｃ１に対して燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側に所定角度β傾斜させた第二の軸Ｃ２に向けて傾動させ、バルブシート５０の内周面に生じた稜線の円弧状の範囲を切削加工する。

尚、第一の軸ＣＬ１は、目的とする第一の環状面５２ａ（図４参照）の中心軸である。第二の軸ＣＬ２は、第一の軸Ｃ１に交差し、且つ、目的とする第二の加工面５４（図４参照）を線Ｃ４と流通孔５１の中心軸Ｃ５とを含む面に垂直な方向から見たときの第二の加工面５４の曲線の吸気下流側における接線と平行な軸である。

これにより、バルブシート５０の流通孔５１に、五つの面５２ａ〜５２ｄ，５４が形成される。

尚、バルブシート５０の内面形状の加工は、バルブシート５０を吸気ポート４４の吸気弁口４２に装着した状態、言い換えるとバルブシート５０をシリンダヘッド１７に圧入した状態で行う。

そのため、バルブシート５０の内面形状と吸気ポート４４の内面形状を一括して加工することができる。また、バルブシート５０と吸気ポート４４との接続部分を滑らかに高精度で加工することができる。さらに、バルブシート５０の内面形状と吸気ポート４４の内面形状を別個に加工する場合に対して、バルブシート５０の位置決めが不要となるため、加工工程の短縮及び簡素化を図ることができる。

次に、図９〜図１２を用いて、本実施形態に係るシリンダヘッド１７（バルブシート５０の内面形状）の作用及び効果について、比較例に係るバルブシート１０５０の内面形状と比較して説明する。

図９は、本実施形態の比較例に係るバルブシート１０５０の内面形状を示す左側面図である。比較例に係るバルブシート１０５０は、第二の加工面を備えない構成である。

図９に示すように、比較例に係るバルブシート１０５０の流通孔１０５１には、四つの環状面１０５２ａ〜１０５２ｄが形成され、吸気上流側から吸気下流側に亘って第一の環状面１０５２ａ、第二の環状面１０５２ｂ、第三の環状面１０５２ｃ及び第四の環状面１０５２ｄがこの順に形成される。

比較例では、バルブシート１０５０の流通孔１０５１に三つの稜線１０５３ａ〜１０５３ｃが形成される。バルブシート１０５０の流通孔１０５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って第一の稜線１０５３ａ、第二の稜線１０５３ｂ及び第三の稜線１０５３ｃがこの順に形成される。第一の稜線１０５３ａは第一の環状面１０５２ａと第二の環状面１０５２ｂの稜線、第二の稜線１０５３ｂは第二の環状面１０５２ｂと第三の環状面１０５２ｃの稜線、第三の稜線１０５３ｃは第三の環状面１０５２ｃと第四の環状面１０５２ｄの稜線である。第一の稜線１０５３ａ、第二の稜線１０５３ｂ及び第三の稜線１０５３ｃの各々は、バルブシート１０５０の下端面１０５０ａと平行である。

これに対し、本実施形態では、図４に示したように、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って四つの環状面５２ａ〜５２ｄが形成され、且つ、四つの環状面５２ａ〜５２ｄの間の境界部分５３ａ〜５３ｃのうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に非環状面５４が形成される。そのため、比較例と比較して、バルブシート５０の流通孔５１のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りの部分の形状が滑らかである。

次に、図１０〜図１２を用いて、本実施形態に係る実施例及び比較例の各々についてのシミュレーション結果を説明する。
尚、シミュレーションは、数値流体力学（Computational Fluid Dynamics : CFD）による数値解析手法で行った。

図１０（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の比較例（以下、比較例と称することがある。）に係る吸気通路の流速分布を示す図である。図１１（Ａ）、（Ｂ）は、本実施形態の実施例（以下、本実施例と称することがある。）に係る吸気通路の流速分布を示す図である。
尚、図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）はシリンダを吸気バルブのステムの長軸を含む面で切断したときの縦断面図、図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）はシリンダをストローク（上死点と下死点との間の距離）の半分の位置で切断したときの横断面図である。

図１０（Ａ）及び図１１（Ａ）に示すように、本実施例においては比較例と比較して、流通孔の燃焼室の中心軸寄りの部分ＰＴ１で吸気の流速が大きい。また、図１０（Ｂ）及び図１１（Ｂ）に示すように、本実施例においては比較例と比較して、燃焼室の排気側の部分ＰＴ２で排気の流速が大きい。

図１２は、本実施例に係るバルブリフトと流量係数との関係を比較例と共に示すグラフである。尚、バルブリフトは、吸気バルブがカムによって開かれる量である。流量係数は、吸気が単位時間当たりにシリンダ内に流入する流量である。図１２において、横軸はバルブリフト[ｍｍ]、縦軸は流量係数である。

図１２に示すように、比較例においては、流量係数は、バルブリフトが４ｍｍまでは、バルブリフトの増加に比例して増加するが、バルブリフトが４ｍｍを超えると緩やかな傾きで増加する。
本実施例においては、流量係数は、バルブリフトが４ｍｍまでは、バルブリフトの増加に比例して増加する。しかし、バルブリフトが４ｍｍを超えると緩やかな傾きで増加するが、その増加量はバルブリフトが４ｍｍから１０ｍｍまでの全範囲において比較例と比較して大きい。

表１は、本実施例に係るバルブリフトと流量係数との関係を比較例との差と共に示す表である。比較例との差Δは、本実施例に係る流量係数をＺ１、比較例に係る流量係数をＺ２としたとき、Δ＝（Ｚ１／Ｚ２−１）×１００で表される。
表１におけるバルブリフトと流量係数の各々は、図１２の本実施例に係るバルブリフトと流量係数にそれぞれ対応する。

表１に示すように、本実施例に係る流量係数は、バルブリフトが１ｍｍから２ｍｍにおいて、比較例と同じである。一方、バルブリフトが３ｍｍから９ｍｍまでの範囲においては、比較例との差が漸次増加していき、バルブリフトが９ｍｍを超えるあたりから増加量は飽和する。

以上説明したように、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、燃焼室４０に吸気を導入する吸気ポート４４と、吸気ポート４４の燃焼室４０の側の吸気弁口４２を開閉可能に設けられた吸気バルブ４６と、吸気弁口４２に装着され、且つ、吸気を燃焼室４０に流通させる流通孔５１を形成する環状のバルブシート５０と、を備え、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄが形成され、且つ、二以上の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄの間の境界部分５３ａ〜５３ｃのうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面５４がされるものである。
本実施形態に係るシリンダヘッド１７の加工方法は、加工刃６０をバルブシート５０の下端側から挿入し、バルブシート５０に二以上の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄを形成する加工を施した後、第二の加工面５４を形成する加工を施すものである。
本実施形態によれば、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲を加工するだけで、バルブシート５０の流通孔５１のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りの部分の形状を滑らかにすることができる。よって、バルブシート５０の内面形状を容易に加工することができ、且つ、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りで吸気の流入量を増加させることができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、第二の加工面５４が第二の加工面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３に最も近い部分を通り、且つ、流通孔５１の中心軸Ｃ５を含む面と平行な線Ｃ４を基準として線対称な三日月形状であることで、吸気を第二の加工面５４の周方向の一端側と他端側とで均等に流通させることができる。そのため、第二の加工面５４の周方向の一端側と他端側とで吸気の流れがばらつくことを抑制することができる。よって、燃焼室４０に導入される吸気の流れが乱れることを抑制することができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、第二の加工面５４が流通孔５１の半周内に形成されることで、第二の加工面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む部分における吸気の流入抵抗を小さくすることができる。よって、吸気を燃焼室に流入しやすくすることができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、バルブシート５０の周方向に直交する断面で、第二の加工面５４がバルブシート５０の内周側に凸となる曲面に形成されることで、第二の加工面５４に沿って流れる吸気の流速を大きくすることができる。よって、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りで燃焼室４０への吸気の流入量を増加させることができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、境界部分５３ａは、境界部分５３ａの燃焼室４０の中心軸Ｃ３側が境界部分５３ａの燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側よりも吸気上流側に配置されるようにバルブシート５０の下端面５０ａに対して傾斜することで、境界部分５３ａの一部と第二の加工面５４の輪郭線とを連続的に且つなだらかに繋ぐことができるため、流通孔５１の内面形状を滑らかにすることができる。よって、燃焼室４０に導入される吸気の流れが乱れることを抑制することができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、第二の加工面５４の吸気上流側には上側輪郭線５４ａが形成されると共に吸気下流側には下側輪郭線５４ｂが形成され、第二の加工面５４の燃焼室４０の中心軸Ｃ３に最も近い部分を通り、且つ、流通孔５１の中心軸Ｃ５を含む面に垂直な方向から見て、上側輪郭線５４ａが吸気下流側に凸となる曲線状であり、且つ、下側輪郭線５４ｂが直線状であることで、第二の加工面５４の上側輪郭線５４ａを通過する吸気を第二の加工面５４に沿わせて吸気下流側に向けて拡散させることができる。よって、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りで燃焼室４０への吸気の流入量を増加させることができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、流通孔５１は、流通孔５１の中心軸Ｃ５と、流通孔５１の中心軸Ｃ５を挟んで燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側の端縁と、の間の距離Ｄｔが、境界部分５３ａを基準として吸気上流側に向けて徐々に大きくなるように形成されることで、バルブシート５０の流通孔５１のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３とは反対側の部分の面積を大きくすることができる。よって、流通孔５１全体として燃焼室４０への吸気の流入量を増加させることができる。

また、本実施形態に係るシリンダヘッド１７の加工方法は、バルブシート５０に二以上の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄを形成する加工を施した後、加工刃６０を燃焼室４０の中心軸Ｃ３側にずらすことにより、同一の加工刃６０を用いて第二の加工面５４を形成する加工を施すことで、第一の加工面５２ａ〜５２ｄの加工に用いる加工刃と同一の加工刃を用いて第二の加工面５４の加工を行うことができるため、専用の加工刃を用いる必要がない。よって、加工工程の短縮及び簡素化を図ることができる。

尚、本実施形態では、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って四つの環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄが形成され、且つ、四つの環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄの間の境界部分５３ａ〜５３ｃのうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面５４が形成される例を挙げて説明したが、これに限らない。例えば、二つ又は三つの環状の第一の加工面が形成され、且つ、二つ又は三つの環状の第一の加工面の間の境界部分のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面が形成されていてもよい。すなわち、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上の環状の第一の加工面が形成され、且つ、二以上の環状の第一の加工面の間の境界部分のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面が形成されていればよい。

（第二実施形態）
次に、本発明の第二実施形態について、図１３を参照して説明する。
第二実施形態は、第一実施形態に対して、第二の加工面５４が、加工が施されない曲面５４’である点で特に異なる。図１３において、第一実施形態と同一構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。

図１３は、第二実施形態に係るバルブシート５０の内面形状を示す左側面図である。図１３は、第一実施形態に係る図４に対応する。

図１３に示すように、第二実施形態では、バルブシート５０がシリンダヘッド１７（図１参照）に嵌装された素材の状態における流通孔５１の内周面の一部がそのまま第一実施形態に係る第二の加工面５４に置き換えられる場合を説明する。

第二実施形態では、先ず、バルブシート５０の下端から加工面５２ｂ〜５２ｄを形成するための加工を施す。続いて、加工刃６０（図８参照）の角度を異ならせて次の加工面５２ａを形成するための加工を施す。このとき、隣り合う加工面５２ａ，５２ｂの境界部分には、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に加工が施されない曲面５４’が残存する。曲面５４’は、加工面５２ａ，５２ｂに隣接し、且つ、連続して配置される。

以上説明したように、本実施形態に係るシリンダヘッド１７は、燃焼室４０に吸気を導入する吸気ポート４４と、吸気ポート４４の燃焼室４０の側の吸気弁口４２を開閉可能に設けられた吸気バルブ４６と、吸気弁口４２に装着され、且つ、吸気を燃焼室４０に流通させる流通孔５１を形成する環状のバルブシート５０と、を備え、バルブシート５０の流通孔５１には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄが形成され、且つ、二以上の環状の第一の加工面５２ａ〜５２ｄの間の境界部分５３ａ〜５３ｃのうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲に加工が施されない曲面５４’が残存するものである。
本実施形態によれば、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りに臨む円弧状の範囲をバルブシート５０がシリンダヘッド１７に嵌装された素材の状態における流通孔５１の内周面の一部がそのままバルブシート５０の流通孔５１として利用できるので、加工工程を削減しながらバルブシート５０の流通孔５１のうち燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りの部分の形状を滑らかにすることができる。よって、バルブシート５０の内面形状を容易に加工することができ、且つ、燃焼室４０の中心軸Ｃ３寄りで吸気の流入量を増加させることができる。

尚、本発明は上記実施形態に限られるものではなく、例えば、ＯＨＣ式等の種々動弁機構のエンジン、並列又はＶ型等の複数気筒エンジン、クランク軸を車両前後方向に沿わせた縦置きエンジン等、各種形式のレシプロエンジンに適用してもよい。
そして、上記実施形態における構成は本発明の一例であり、実施形態の構成要素を周知の構成要素に置き換える等、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。

１７ シリンダヘッド
４０ 燃焼室
４２ 吸気弁口（開口）
４４ 吸気ポート
４６ 吸気バルブ（バルブ）
５０ バルブシート
５０ａ バルブシートの下端面
５１ 流通孔
５２ａ〜５２ｄ 環状面（第一の加工面）
５３ａ〜５３ｃ 境界部分
５４ 非環状面（第二の加工面）
５４’ 加工が施されない曲面
５４ａ 第二の加工面の上側輪郭線
５４ｂ 第二の加工面の下側輪郭線
６０ 加工刃
Ｃ３ 燃焼室の中心軸
Ｃ４ 第二の加工面の燃焼室の中心軸に最も近い部分を通り、且つ、流通孔の中心軸を含む面と平行な線
Ｃ５ 流通孔の中心軸
Ｄｔ 流通孔の中心軸と、流通孔の中心軸を挟んで燃焼室の中心とは反対側の端縁、との間の距離

Claims (1)

1. 燃焼室（４０）に吸気を導入する吸気ポート（４４）と、
   前記吸気ポート（４４）の前記燃焼室（４０）の側の開口（４２）を開閉可能に設けられたバルブ（４６）と、
   前記開口（４２）に装着され、且つ、前記吸気を前記燃焼室（４０）に流通させる流通孔（５１）を形成する環状のバルブシート（５０）と、を備え、
   前記バルブシート（５０）の前記流通孔（５１）には、吸気上流側から吸気下流側に亘って少なくとも二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）が形成され、且つ、前記二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）の間の境界部分（５３ａ〜５３ｃ）のうち前記燃焼室（４０）の中心軸（Ｃ３）寄りに臨む円弧状の範囲に第二の加工面（５４）が形成されるシリンダヘッドの加工方法であって、
   加工刃（６０）を前記バルブシート（５０）の下端側から挿入し、前記バルブシート（５０）に前記二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）を形成する加工を施した後、前記バルブシート（５０）に前記二以上の環状の第一の加工面（５２ａ〜５２ｄ）を形
   成する加工を施した後、前記加工刃（６０）を前記燃焼室（４０）の中心軸（Ｃ３）側に
   ずらすことにより、同一の前記加工刃（６０）を用いて前記第二の加工面（５４）を形成
   する加工を施すことを特徴とするシリンダヘッドの加工方法。