JP2526041Y2 - 内燃機関の吸気ポート - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本考案は、内燃機関のシリンダヘッドの吸気ポートの
構造に関し、とくに内壁面を樹脂層で覆うようにした吸
気ポートに関する。

〔従来の技術〕

自動車に搭載されるエンジンでは、軽量化をはかるた
めシリンダヘッドはアルミニウム合金で構成されてい
る。このアルミニウム合金からなるシリンダヘッドは、
鋳造によって製造されるため、吸気が通過する吸気ポー
トの内壁面は鋳肌のままであり、吸気抵抗が大きくなる
要因となっている。つまり、吸気ポートの内壁面は機械
加工しにくいことから、内壁面には何ら表面加工が施さ
れず、運転時には微小な凹凸によって吸気流の乱れが生
じ、吸気の充填効率を向上させることが困難であった。

そこで、この対応策として、吸気ポートの内壁面を高
分子材料からなるコーティング膜で被覆するようにした
シリンダヘッドが提案されている（実開昭58−86450号
公報）。本公報に開示された吸気ポートにおいては、コ
ーティング膜によって吸気ポートの内壁面が滑らかにな
るので、ポート表面に吸気流の乱れも生じなくなり、吸
気流速の減衰が抑制される。

〔考案が解決しようとする課題〕

しかしながら、吸気ポートの終端は、温度の変化が激
しい部位であるため、吸気ポートの内壁面と樹脂との熱
膨張量の差が大きくなり、これに起因して熱膨張時に内
壁面と樹脂との接合面に剪断力が作用し、層間剥離が生
じるおそれがあった。すなわち、極冷間時には吸気ポー
トに流入する吸気の温度は、約−30℃となり、逆にエン
ジンのバックファイヤ時には燃焼ガスが吸気ポートに逆
流し、吸気ポートの終端近傍は約300℃まで上昇する。
このように吸気ポートの下流端は温度変化が激しい。

また、樹脂と吸気ポート壁面との間に燃料（ガソリ
ン）が進入すると、この燃料中のイオウ、炭素、水素に
よってアルミニウム合金からなる吸気ポート壁面が腐食
し、この腐食によって樹脂が壁面から剥離するというお
それもあった。

したがって、樹脂の剥離を防止するためには、熱膨
張、燃料の侵入による吸気ポート壁面の腐食の影響を考
慮する必要がある。

本考案は、とくに温度変化の激しい吸気ポート下流端
における樹脂の剥離を確実に防止することのできる吸気
ポートを提供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的を達成する本考案に係る内燃機関の吸気ポー
トは、次の通りである。

シリンダヘッド内に形成された吸気ポートの内壁面を
樹脂コーティング層によって覆い、該樹脂コーティング
層の端部をバルブシートが嵌合固定される凹部内まで延
設するとともに、該端部を前記凹部の段差面に沿って半
径方向外方に延出させ、前記凹部の前記バルブシートと
該樹脂コーティング層の端部との間に、熱伝導率が低く
かつ耐熱性を有する弾性体からなる緩衝部材を介在さ
せ、前記バルブシートの凹部への嵌合固定により前記コ
ーティング層の端部を緩衝部材を介して凹部の段差面に
押圧保持したことを特徴とする内燃機関の吸気ポート。

〔作用〕

このように構成された内燃機関の吸気ポートにおいて
は、樹脂コーティング層の端部をシートバルブが嵌合さ
れる凹部内まで延設し、この端部を凹部の段差面に沿っ
て半径方向外方に延出させているので、樹脂コーティン
グ層の端部を緩衝部材を介して凹部の段差面に押圧保持
することが可能となる。したがって、樹脂コーティング
層の端部は機械的に拘束され、熱変形による剥離が防止
される。

緩衝部材は、熱伝導率が低いので燃焼室側に位置する
バルブシートの熱が樹脂コーティング層の端部に伝熱し
にくくなり、樹脂コーティング層の熱変形が抑えられ
る。緩衝部材は、弾性体からなるので、樹脂コーティン
グ層の端部が熱変形した場合でもその変形量を緩衝部材
の弾性変形によって吸収することも可能となり、樹脂コ
ーティング層の端部を熱変形から保護することが可能と
なる。

さらに、樹脂コーティング層の端部は緩衝部材の弾性
によって凹部の段差面に均一に押圧されることから、樹
脂端部を段差面に密着させることが可能となり、燃料の
流入による吸収ポート壁面の腐食を防止することができ
る。したがって、内壁面の腐食による剥離も確実に防止
される。

〔実施例〕

以下に、本考案に係る内燃機関の吸気ポートの望まし
い実施例を、図面を参照して説明する。

第１図および第２図は、本考案の一実施例を示してい
る。図中、１は材質がアルミニウム合金鋳物（JIS:H・5
202・記号AC4C2B）から構成されるシリンダヘッドを示
している。このシリンダヘッド１は、DOHCエンジン用で
あり、図示されないバルブリフタを介して吸収バルブ２
および排気バルブ３が駆動されるようになっている。シ
リンダヘッド１には、燃焼室４に開口する吸収ポート５
と排気ポート６とが形成されている。

吸気ポート５には、吸気バルブ２を摺動可能に保持す
るバルブステムガイド７の一方が臨まされている。同様
に排気ポート６にも排気バルブ３を摺動可能に保持する
バルブステムガイド８の一方が臨まされている。バルブ
ステムガイド７とバルブステムガイド８との間には、ウ
ォータジャケット9aが位置している。また、吸気ポート
５の下流端近傍でかつシリンダヘッド１の下面側には、
上述のウォータジャケット9aと連通するウォータジャケ
ット9b、9cが位置している。同様に、排気ポート５の下
流端近傍でかつシリンダヘッド１の下面側には、ウォー
タジャケット9dが位置している。

吸気ポート５の内壁面5aは、たとえば、ショットブラ
スト加工により表面が適度な凹凸面に形成されている。
すなわち、空気の圧力を利用して鋼粒をアルミニウム合
金からなる内壁面5aに投射することにより、内壁面5aが
清浄されるとともに下地処理に都合のよい凹凸面に形成
されている。

凹凸面に形成されたインテークマニホールド１の内壁
面5aの表面は、エポキシ樹脂またはナイロン樹脂からな
る樹脂コーティング層10によって覆われている。エポキ
シ樹脂またはナイロン樹脂と内壁面5aとの接合は、熱加
工によって行なわれており、この場合、熱接着温度プロ
ファイルを選択することにより、層材料が内壁面5aの凹
部に流入するようになっている。

樹脂コーティング層10は、振動、燃焼成分の吹き返
し、融雪剤、水分等を含有する空気流、又は様々に変化
する温度条件にさらされることから、機械的および科学
的にも安定であることが要求される。まず、耐振性を高
めるためには密着強度が高いことが必要であり、且つ内
燃機関の出力を向上させるには空気流と接触する面は極
力平坦化することが要求される。つまり、接触面の材料
は分子間結合力が大きくことが必要である。表面張力と
密着強度とが共に大きな値を示すものは、エポキシ樹脂
およびナイロン樹脂であり、したがって、これらの樹脂
が樹脂コーティング層10の材料として選択されている。

樹脂コーティング層10と内壁面5aとの境界には、イン
テークマニホールド１を構成する材質と同一の成分から
なるアルミニウム合金の微粉末と前記樹脂コーティング
層10を構成するたとえばエポキシ樹脂とを均一に混合し
た混合層（図示略）が形成されている。樹脂コーティン
グ層10は、この混合層を介して内壁面5aと接合されてい
る。アルミニウム合金の微粉末の粒径は、３μｍ以下で
あり、その混合比は樹脂１に対しアルミニウム合金の微
粉末が１〜1.5程度となっている。この混合比によっ
て、混合層の熱膨張係数は、樹脂コーティング層10の熱
膨張係数と内壁面5aを構成するアルミニウム合金の熱膨
張係数のほぼ中間値に設定されている。

第１図は、吸気ポート５の下流端近傍を示している。
吸気ポート５の下流端には、吸気バルブ２の傘部2aと当
接するバルブシート11が嵌合固定される凹部12が形成さ
れている。凹部12は、吸気ポート５の内径よりも大とな
っており、吸気ポート５の内壁面5aと連なる段差面12a
を有している。

吸気ポート５の内壁面5aを覆う樹脂コーティング層10
の端部10aは、凹部12まで延設されている。この端部10a
は、凹部12の段差面12aに沿って半径方向外方に延出し
ている。半径方向外方に延出した端部10aは、緩衝部材
としてのシールリング13を介してバルブシート11の圧入
（嵌合）により押圧保持されている。この場合、樹脂コ
ーティング層10によって覆われた吸気ポート５の内径
と、バルブシート11の内径と、シールリング13の内径は
一致させることが望ましい。これは、樹脂コーティング
層10よりもバルブシート11の内径およびシールリング13
の内径が小さいと、その段差によって流路抵抗が増加す
るからである。また、逆に樹脂コーティング層10よりも
バルブシートの内周面およびシールリング13の内周面が
へこんでいる場合は、この段差部分に吸気の渦が生じ、
同様に流路抵抗が増加するからである。

吸気ポート５の内壁面5aから凹部12の段差面12aに連
なる部分の角部12bは、半径2mm程度の円弧状に形成され
ている。これにより、樹脂コーティング層10の収縮時の
応力集中が回避されるようになっている。

シールリング13は、弾性によって樹脂コーティング層
10の端部10aを段差面12aに押圧するものであり、脆化温
度が低く、かつ熱伝導率が低く、しかも耐燃料、耐酸化
性に優れたものが要求される。これに適合するものは、
たとえばシリコンゴムであり、本実施例の場合も下表に
示すシリコンゴムが採用されている。たとえば、本実施
例に用いられているシリコンゴム（米国GE社規格SE−38
08U）では、脆化温度も−73℃と十分低い。このシリコ
ンゴムと他のゴムとの特性の比較を表−１に示す。

表−１に示すように、このシリコンゴムでは、圧縮永
久ひずみ、耐熱性、耐寒性において、フッ素ゴム、SBR
（スチレンブタジエンゴム）に比べて優れている。この
ように、シリコンゴムは、温度変化の激しい部分に使用
するのに最適な材料であることがわかる。

吸気ポート５の上流端には、周方向に延びる開口溝16
が形成されている。この開口溝16には、樹脂コーティン
グ層10の端部10bを押えるシールリング17が配設されて
いる。樹脂コーティング層10の上流側の端部10bは上述
した下流端と同様に半径方向外方に膨出しており、開口
溝16の底面16aにシールリング17によって押圧されるよ
うになっている。なお、この部分に用いられるシールリ
ング17は、下流側のシールリング13に比べて使用条件が
緩いので、この条件に適合するものを選択するのが望ま
しい。

つぎに、上記の内燃機関の吸気ポートにおける作用に
ついて説明する。

まず、高温条件における層間挙動について説明する。
吸気ポート５の内壁面5aを構成するアルミニウム合金と
エポキシ樹脂からなる樹脂コーティング層10の熱膨張係
数が３倍以上であるため、両者の層間には熱膨張による
剪断力が働くが、内壁面5aと樹脂コーティング層10との
間には、アルミニウム合金の微粉末とエポキシ樹脂とを
混合した混合層が形成されているので、従来構造に比べ
て両者の間に生じる剪断力は小に抑えられる。すなわ
ち、樹脂コーティング層10と内壁面5aとは、熱膨張係数
が両者のほぼ中間値に設定された混合層を介して接合さ
れているので、混合層との樹脂との境界および混合層と
アルミニウム合金との境界に生じる各剪断力を小さくす
ることができる。

また、吸気ポート５の下流端は、とくに温度の変化が
激しい部位であり、樹脂コーティング層10と内壁面5aと
の間に作用する剪断力は他の部位よりも大きくなるが、
樹脂コーティング層10の端部10aをバルブシート11の嵌
合固定により、シールリング13を介して凹部12の段差面
12aに押圧保持するようにしているため、端部10aは段差
面12aに固定された状態となり、温度変化によって樹脂
コーティング層10の端部10aが内壁面5aから剥離するこ
とは防止される。また、内壁面5aをショットブラスト加
工等により適度な凹凸面としているので、アンカー効果
によって内壁面5aと樹脂コーティング層10との密着強度
が高められる。

また、バルブシート11の取付け手順としては、予めシ
ールリング13を凹部12に挿入した後、−60℃程度に冷却
されたバルブシート11が凹部12に嵌合（圧入）される。
シールリング13は、耐熱性および耐寒性の高いシリコン
ゴムが用いられているので、シールリング13はバルブシ
ート11によって冷却されても劣化することはなく、所定
の性能が維持される。同時に、樹脂コーティング層10の
端部10aは、シールリング13を介して段差面12aに押圧さ
れるので、シールリング13の断熱効果により端部10aの
著しい収縮もなくなり、これに起因する端部10aの剥離
も防止される。

さらに、シールリング13の弾性変形によって端部10a
と弾性リング13との接触面が密封されるので、ここから
の燃料の進入が確実に防止される。つまり、樹脂コーテ
ィング層10の端部10aと段差面12aとの間への燃料の流入
が防止され、アルミニウム合金の腐食に起因する樹脂コ
ーティング層10の剥離も防止される。

吸気ポート５の上流端に位置するシールリング17は、
シリンダヘッド１の端面に取付けられるインテークマニ
ホールド（図示略）によって樹脂コーティング層10の端
部10bを底面16aに押圧するので、樹脂コーティング層10
の上流側の端部10bの剥離も防止される。

このように、吸気ポート５の内壁面を樹脂コーティン
グ層10によって確実に覆うことにより、吸気流速が高め
られ、充填効率を高めることができる。また、樹脂コー
ティング層10によって吸気ポート５の壁面が滑らかにな
ることにより、たとえば燃料噴射弁（図示略）から噴射
された燃料噴霧が壁面に付着しにくくなる。そのため、
過渡応答性が改善され、上述の充填効率の向上とあいま
って空燃比制御も容易になる。

〔考案の効果〕

本考案に係る内燃機関の吸気ポートによれば、吸気ポ
ートの内壁面を樹脂コーティング層によって覆い、この
樹脂コーティング層の下端部をバルブシートが嵌合固定
される凹部内まで延設するとともに、この端部を凹部の
段差面に沿って半径方向外方に延出させ、凹部のバルブ
シートと樹脂コーティング層の端部との間に、熱伝導率
が低くかつ耐熱性を有する弾性体からなる緩衝部材を介
在させ、バルブシートの凹部への嵌合固定によりコーテ
ィング層の端部を緩衝部材を介して凹部の段差面に押圧
保持したので、温度変化の激しい吸着ポートの下流端に
おいて、熱膨張に起因する樹脂コーティング層の剥離を
防止することができる。

また、樹脂コーティング層の端部を緩衝部材の弾性に
よって押圧することにより、端部付近のシール性を向上
させることができ、端部と吸気ポートの内壁面との間へ
の燃料の進入を防止することができる。その結果、燃料
による吸気ポート内壁面の腐食が防止され、この腐食に
よる樹脂コーティング層の剥離を防止することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係る内燃機関の吸気ポート
の要部断面図、 第２図は第１図の吸気ポートが形成されるシリンダヘッ
ドの断面図、 である。 １……シリンダヘッド ５……吸気ポート 5a……内壁面 10……樹脂コーティング層 10a……端部 11……バルブシート 12……凹部 12a……段差面 13……緩衝部材としてのシールリング

Claims (1)

(57)【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】シリンダヘッド内に形成された吸気ポート
   の内壁面を樹脂コーティング層によって覆い、該樹脂コ
   ーティング層の端部をバルブシートが嵌合固定される凹
   部内まで延設するとともに、該端部を前記凹部の段差面
   に沿って半径方向外方に延出させ、前記凹部の前記バル
   ブシートと該樹脂コーティング層の端部との間に、熱伝
   導率が低くかつ耐熱性を有する弾性体からなる緩衝部材
   を介在させ、前記バルブシートの凹部への嵌合固定によ
   り前記コーティング層の端部を緩衝部材を介して凹部の
   段差面に押圧保持したことを特徴とする内燃機関の吸気
   ポート。