JP4457239B2 - シリンダヘッドの冷却構造の加工方法 - Google Patents

Description

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドの特に吸排気孔近傍の冷却構造の加工方法に関する。

輸送効率の向上を狙いとして、自動車のエンジン出力が増加傾向にある中、エンジンを高負荷で運転維持させる上で、シリンダヘッドの冷却を如何にして効果的に行うかが課題となっている。

シリンダヘッドには、吸排気ポートがシリンダの燃焼室に隣り合って形成されており、特に排気ポートはエンジン稼動中には常時高熱に晒されている。
一方、吸気ポートはシリンダに新気を吸入しており、その新気は充填効率（吸込んだ新気の単位体積当りの酸素の割合は充填効率に比例する）を考慮すると吸気ポート周辺は温めたくない。
ところが、吸気ポートは排気ポートに隣接しており、シリンダ内に供給する新気（吸気）を排気ポート近傍の熱によって高めてしまっている。そこで、シリンダヘッドにはエンジン冷却水が流れる水路（ウォータギャラリー）を有するウォータジャケットが形成されており、ウォータジャケットの前記水路（ウォータギャラリー）を流れる冷却水で特に排気ポート近傍を重点的に冷却している。

図６は１シリンダ当り４バルブのシリンダヘッド１１０を裏返しして、図示しないシリンダの燃焼室側から吸気ポート１０１，排気ポートが１０２を見た図である。また、図７は図６のＸ−Ｘ断面矢視図で、図７の下方が燃焼室側を表している。

図７において、排気ポート１０２と排気ポート１０２との間の領域には冷却水用の水路（ウォータギャラリー）１０５が形成されている。ここで、該水路１０５の内壁面からポートの中心線に向う方向における厚みＴ１，Ｔ２と、水路Ｃの内壁からシリンダヘッド１１０の端面１１０ｅまでの厚みＴ３と、を比較すると、明らかにＴ３がＴ１、Ｔ２に対して厚く形成されている。

この厚みの比が大きい場合は、部分的に熱溜まり（過熱箇所）が出来、弁の開閉運動上好ましくない。或いは、熱応力が発生して強度上好ましくない。

そのような不具合を是正するために、図８及び図９に示す様に、シリンダヘッド１１０のポート１０２，１０２間の領域を先端が球状の加工工具（例えばドリル１０３やエンドミル）で切削することで当該領域の厚みを減ずることが行われている。（特許文献１参照）
図９は、先端が球状のドリル１０３をドリルの軸を移動することなく厚み方向（矢印Ｙ方向）送り、切削している状態を示している。
図８は、図９の方法で切削の完了した状態を立体的に示した斜視図である。
図８において、符号１２２及び１１２はポート間の領域に形成された加工痕を示している。

このような方法で、シリンダヘッド１１０の不均一な厚みを均一な厚みに近づけようとした場合、切削した部分でポートとの境界部に突起Ｅが形成されてしまう。係る突起Ｅは依然として過熱箇所となり、且つ鋭利に尖っているため、応力が集中してしまい、強度上悪影響を及ぼすこととなる。
実願昭６３−４７６６号のマイクロフィルム

本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、エンジンのシリンダヘッドにおいて、過熱箇所を無くし、冷却水による冷却が効果的に発揮できるシリンダヘッドの冷却構造の加工方法の提供を目的としている。

本発明によれば、１シリンダ当たり４バルブを有する内燃機関のシリンダヘッド（１０）の排気ポート（２、２）間および吸・排気ポート（１、２）間それぞれの領域に部分円弧（Ｒ１）を含み、そして燃焼室側に凹状に湾曲している切削面（２２、１２）を形成するためのシリンダヘッド（１０）の冷却構造の加工方法において、加工するシリンダヘッド（１０）面に垂直な軸まわりに回転し円筒状の先端コーナー部がＲ処理されたエンドミル（３）を用い、それぞれ２つのポート（２、２および１、２）の中心間を結ぶ仮想線（Ｌ、Ｌ１）に沿ってそのエンドミル（３）を送って切削面（２２、２）を加工し、その切削面（２２、１２）の前記仮想線（Ｌ、Ｌ１）方向の端面の尖った状態の箇所をグラインダー（４）によってＲ処理部（Ｒ２）を加工し、その切削面（２２、１２）の前記仮想線（Ｌ、Ｌ１）と直角方向の端面の尖った箇所をグラインダーで別のＲ処理部（Ｒ３）を加工する。

係る構成を具備した本発明のシリンダヘッドの冷却構造は、内燃機関のシリンダヘッド（１０）の吸排気ポート（１，２）何れかのポート間の領域の燃焼室側を切削方向が隣り合うポート間を結ぶ方向で且つ切削後の切削面（１２，２２）が部分円弧（Ｒ１）を含む様に燃焼室側に対して凹状に湾曲形成し、シリンダヘッド（１０）の吸排気ポート（１，２）何れかのポート間の厚みを減じることによってシリンダヘッド（１０）における肉厚の均一化を測り、熱の分散が図られ、冷却水による冷却効果が向上する。

前記切削面（１２，２２）において、切削前の吸排気ポート（１，２）何れかのポート間の領域と切削後の切削面との稜線部に面取り或いはアール（Ｒ２、Ｒ３）を形成することにより、切削加工後である突起部は無くなり、したがって応力集中箇所も無くなる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

先ず、図１〜図５を参照して第１実施形態を説明する。

図１は、第１実施形態に係り１シリンダ当り４バルブのシリンダヘッド１０を裏返しして、図示しないシリンダの燃焼室側から吸気ポート１，排気ポート２を見た図である。また、図２は、図１のＸ−Ｘ断面矢視図（図１とは上下が逆）に対応し、冷却向上のための減肉（切削）加工を行う直前であり、加工工具を加工スタート位置に用意した状態を示した図である。図３は、図１のＸ−Ｘ断面矢視図（加工の完了した状態）を示した図である。

図１において、シリンダヘッド１０の燃焼室側の端面における２箇所の排気ポート２，２の間の領域には、減肉加工（切削）痕２２がある。又、シリンダヘッド１０の燃焼室側の端面における排気ポート２と吸気ポート１の間の領域（２箇所）には、減肉加工（切削）痕１２がある。

図４は、図１のＹ−Ｙ断面矢視の部分拡大図であり、図５は、図３（図１のＸ−Ｘ断面図）のＡ部拡大図（図３とは上下逆に描いている）である。

図２及び図４に示す様に加工工具３は、例えば、円筒状の先端コーナー部がＲ処理（面取り）されたエンドミルである。
図１において、加工工具（例えばエンドミル）の加工方向（送り）はＢ矢印方向、即ち、二つの排気ポート２，２の中心間を結ぶ仮想線Ｌに沿って往復或いは一方向となる。

尚、先端のコーナー部がＲ処理された加工工具（例えばエンドミル）で切削したままであると、シリンダヘッド１０の端面における加工痕は、尖った状態（図４において、Ｒ処理でＲ２が形成される以前の状態）で残り、その尖った状態の箇所は熱溜まりとなり易いので、例えば、エンドミルで加工後に、当該の尖った箇所を、例えば、小型のグラインダー４によってそのエンドミルで切削されたＲ１とは反対側に凸のＲ処理（Ｒ２）を施すことによって、係る熱溜まり箇所を除去することが出来る。

図５に示す断面（図３の拡大図であって図１のＸ−Ｘ断面）においても排気ポート２と切削痕２２で成す相貫線（切削痕と排気ポート内周面との境界線で尖った箇所、実際２は、図５ではＲ処理されＲ３が形成されているため、尖った箇所は図示されていない）が形成されるため、上述のように例えば小型グラインダーでＲ処理（Ｒ３）を施すことが望ましい。尚、図５は係るＲ処理（Ｒ３）の施された状態を示している。

図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。

本発明の第１実施形態に係るシリンダヘッドの減肉（切削）加工を説明する斜視図。 図１のＸ−Ｘ断面矢視図に対応し、冷却向上のための減肉加工を行う直前であり、加工工具を加工スタート位置に用意した状態を示した図。 図１のＸ−Ｘ断面矢視図。 図１のＹ−Ｙ断面矢視の部分拡大図 図３（図１のＸ−Ｘ断面図）のＡ部拡大図。 従来技術におけるシリンダヘッドを燃焼室側から見た斜視図。 図６のＸ−Ｘ断面矢視図。 従来技術において、冷却向上のための減肉（切削）加工を施した状態を示した斜視図。 図８のＸ−Ｘ断面図。

符号の説明

１・・・吸気ポート
２・・・排気ポート
３・・・加工工具
４・・・グラインダー
５・・・冷却水路（ウォータギャラリー）
１０・・・シリンダヘッド
１２、２２・・・加工痕（切削面）

Claims (1)

1. １シリンダ当たり４バルブを有する内燃機関のシリンダヘッド（１０）の排気ポート（２、２）間および吸・排気ポート（１、２）間それぞれの領域に部分円弧（Ｒ１）を含み、そして燃焼室側に凹状に湾曲している切削面（２２、１２）を形成するためのシリンダヘッド（１０）の冷却構造の加工方法において、加工するシリンダヘッド（１０）面に垂直な軸まわりに回転し円筒状の先端コーナー部がＲ処理されたエンドミル（３）を用い、それぞれ２つのポート（２、２および１、２）の中心間を結ぶ仮想線（Ｌ、Ｌ１）に沿ってそのエンドミル（３）を送って切削面（２２、１２）を加工し、その切削面（２２、１２）の前記仮想線（Ｌ、Ｌ１）方向の端面の尖った状態の箇所をグラインダー（４）によってＲ処理部（Ｒ２）を加工し、その切削面（２２、１２）の前記仮想線（Ｌ、Ｌ１）と直角方向の端面の尖った箇所をグラインダーで別のＲ処理部（Ｒ３）を加工することを特徴とするシリンダヘッドの冷却構造の加工方法。

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