(57)【要約】【課題】エンジンの運転時における、部位毎の温度のバラツキを抑制するバルブシートを備えたシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダヘッド１の環状溝１１の中心Ｃ１１は、吸排気ポート４、５の開口端７の中心Ｃ７に対して偏心し、その全周に亘る深さが偏心方向に向かって次第に増大する態様で形成され、バルブシート２は、全周に亘るクラッド層１５の肉盛量が、環状溝１１の全周に亘る深さ及び開口端７の中心Ｃ７から環状溝１１の内周面に至る距離の差分を埋めるように、環状溝１１の偏心方向に向かって次第に増大する態様で形成されており、環状溝１１の偏心方向が、バルブシート２周辺における温度分布が高温となる領域に向けて設定される。これにより、エンジンの運転時における、バルブシート２の部位毎の温度のバラツキを抑制することができる。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸排気ポートのうちの少なくとも一つのポートの開口端周縁に沿って形成された環状溝と、該環状溝に沿って設けられた環状のバルブシートと、を含むシリンダヘッドであって、
前記環状溝の中心は、前記ポートの開口中心に対して偏心し、その全周に亘る深さが偏心方向に向かって次第に増大する態様で形成され、
前記バルブシートは、前記環状溝に沿って供給された金属粉にレーザビームを照射してなるクラッド層にて構成され、全周に亘るクラッド層の肉盛量が、前記環状溝の全周に亘る深さ及び前記ポートの開口中心から前記環状溝の内周面に至る距離の差分を埋めるように、前記環状溝の偏心方向に向かって次第に増大する態様で形成されており、
前記環状溝の偏心方向が、前記シリンダヘッドの前記バルブシート周辺における温度分布が高温となる領域に向けて設定されることを特徴とするシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸排気ポートの開口端周縁に沿って形成される環状のバルブシートを備えたシリンダヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
エンジンのシリンダヘッドには、燃焼室及び燃焼室に連通する吸排気ポートが設けられる。また、吸排気ポートの燃料室側の開口端周縁に、バルブの背面の外周部が当接するバルブシートが設けられている。そして、バルブシートとバルブとが当接することにより、燃焼室の気密性が保持される。
【０００３】
従来のシリンダヘッドには、吸排気ポートの燃焼室側の開口端周縁に、該開口端と同心状に環状溝が設けられている。そして、該環状溝の周方向に沿って略均一に、バルブシートとしてのクラッド層が肉盛りされる。該クラッド層は、環状溝に沿って供給された金属粉にレーザビームを照射して構成される（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１５２９２５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したシリンダヘッドのバルブシートでは、クラッド層の肉盛量が周方向に沿って略均一であり、クラッド層と環状溝との全周に亘る接触面積が周方向に沿って均一であるために、クラッド層による放熱効果が周方向に沿って略均一となる。しかしながら、シリンダヘッドは、部位によって付与される熱量が異なるために、クラッド層による放熱効果が周方向に沿って略均一であると、バルブシートが、部位によって温度にバラツキが生じる結果となる。例えば、図６に概略的に示すように、１気筒当り４つの吸排気バルブを有するエンジンの場合には、エンジンの運転時、バルブシート２、２で囲まれる各吸排気ポート４、５が互いに隣接する領域を含むその周辺領域Ｒ（斜線部）の温度分布が高温であり、その周辺領域Ｒに臨む各バルブシート２の部位、特に、その周辺領域Ｒに臨む排気ポート５、５のバルブシート２、２の部位の放熱が不十分となり、改善する必要があった。
【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、エンジンの運転時における、部位毎の温度のバラツキを抑制するバルブシートを備えたシリンダヘッド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】
【０００７】
上記課題を解決するために、本発明の請求項１に係る発明は、吸排気ポートのうちの少なくとも一つのポートの開口端周縁に沿って形成された環状溝と、該環状溝に沿って設けられた環状のバルブシートと、を含むシリンダヘッドであって、前記環状溝の中心は、前記ポートの開口中心に対して偏心し、その全周に亘る深さが偏心方向に向かって次第に増大する態様で形成され、前記バルブシートは、前記環状溝に沿って供給された金属粉にレーザビームを照射してなるクラッド層にて構成され、全周に亘るクラッド層の肉盛量が、前記環状溝の全周に亘る深さ及び前記ポートの開口中心から前記環状溝の内周面に至る距離の差分を埋めるように、前記環状溝の偏心方向に向かって次第に増大する態様で形成されており、前記環状溝の偏心方向が、前記シリンダヘッドの前記バルブシート周辺における温度分布が高温となる領域に向けて設定されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
本発明の請求項１に係る発明では、特に、バルブシートは、全周に亘るクラッド層の肉盛量が環状溝の全周に亘る深さ及びポートの開口中心から環状溝の内周面に至る距離の差分を埋めるように、環状溝の偏心方向に向かって次第に増大するように構成される。これにより、クラッド層と環状溝との全周に亘る接触面積を環状溝の偏心方向に向かって次第に増大させることができ、クラッド層による放熱効果を環状溝の偏心方向に向かって次第に大きくすることができる。しかも、環状溝の偏心方向が、シリンダヘッドのバルブシート周辺における温度分布が高温となる領域に向けて設定されるので、エンジンの運転時における、バルブシートの、部位毎の温度のバラツキを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、シリンダヘッドの吸排気ポート周辺の模式的断面図である。
【図２】図２（ａ）は、シリンダヘッドの吸排気ポートの開口端周縁に設けた環状溝の断面図であり、（ｂ）は、環状溝を燃焼室側から見た図である。
【図３】図３（ａ）は、図２の環状溝に沿って肉盛りしたバルブシートの断面図であり、（ｂ）は、バルブシートを燃焼室側から見た図である。
【図４】図４は、第１実施形態に係るクラッド層の肉盛方法を説明するための図であって、（ａ）は時間に対する肉盛量を示し、（ｂ）は時間に対する金属粉の量を示し、（ｃ）は環状溝の深さに対する肉盛量を示す断面図である。
【図５】図５は、第２実施形態に係るクラッド層の肉盛方法を説明するための図であって、環状溝の深さに対する肉盛量を示す断面図である。
【図６】図６は、吸排気ポートの開口端周縁に設けたバルブシート周辺における温度分布が高温になる領域を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明を実施するための形態を、図１〜図６に基づいて詳細に説明する。
図１に、シリンダヘッド１の概略的な部分断面図を示す。図１は、シリンダヘッド１のうち、バルブシート２の近傍のみを示している。シリンダヘッド１には、燃焼室３に夫々開口端７を配置している吸気ポート４と排気ポート５とが形成される。なお、吸気ポート４と排気ポート５との間には冷却水が流動するウォータジャケット６が形成される。これら吸気ポート４及び排気ポート５の燃焼室３側の開口端周縁に環状のバルブシート２が形成される。該バルブシート２は、クラッド層１５（図３参照）により肉盛りされて構成される。該バルブシート２には、バルブ（図示略）閉鎖時に、バルブの背面の外周部が密着するようになる。
【００１１】
本発明の実施形態に係るシリンダヘッド１には、図２に示すように、吸排気ポート４、５の燃焼室３側の開口端周縁に環状溝（環状のザグリ溝）１１が形成される。該環状溝１１は、その径方向中心Ｃ１１が、開口端７の径方向中心Ｃ７に対して偏心して形成される。その結果、開口端７の径方向中心Ｃ７から環状溝１１の内周面までの距離Ｄが、環状溝１１の全周に亘り開口端７に対する偏心方向に向かって次第に大きくなる。また、環状溝１１は、その全周に亘る深さＨが開口端７に対する偏心方向に向かって次第に増大するように形成される。結果として、環状溝１１は、偏心させた側の深さＨ及び距離Ｄが最大となり（図２において左側の部位）、これに対して径方向反対側の深さＨ及び距離Ｄが最小となる（図２において右側の部位）。また、図示の例では、環状溝１１の内周面と底面とは傾斜壁面１２で接続されている。なお、本実施形態では、シリンダヘッド１において、開口端７に対する環状溝１１の偏心方向にウォータジャケット６が配置される。
【００１２】
そして、図３に示すように、環状溝１１の周方向に沿ってバルブシート２が形成される。バルブシート２は、環状溝１１に沿って供給された金属粉にレーザビームを照射してなるクラッド層１５（肉盛層）にて構成される。クラッド層１５の全周に亘る肉盛量、すなわちクラッド層１５の全周に亘る、軸方向に沿う平均厚みＴ１及び径方向に沿う平均厚みＴ２が、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向に向かって次第に増大される。これにより、クラッド層１５と環状溝１１との全周に亘る接触面積が環状溝１１の開口端７に対する偏心方向に向かって次第に増大して、ひいては、クラッド層１５による放熱効果が、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向に向かって次第に大きくなる。結果として、クラッド層１５の肉盛量が最大で、クラッド層１５による放熱効果が最大となる部位（図３において左側の部位）は、環状溝１１を偏心させた側の部位、すなわち環状溝１１の深さＨ及び距離Ｄ（図２参照）が最大の部位となる。一方、クラッド層１５の肉盛量が最小で、クラッド層１５による放熱効果が最小となる部位（図３において右側の部位）は、環状溝１１の深さＨ及び距離Ｄ（図２参照）が最小の部位となる。
【００１３】
また、バルブシート２は、クラッド層１５を肉盛後、その肉盛面が、図１に示すように、機械加工により、バルブの背面の外周部との接触面として円錐状面（上方に向かって縮径した環状テーパ面）に形成される。この結果、全周に亘るクラッド層１５の肉盛量は、環状溝１１の全周に亘る深さＨ及び開口端７の径方向中心Ｃ７から環状溝１１の内周面に至る距離Ｄの差分を埋めるように、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向に向かって次第に増大することになる。なお、バルブシート２の周辺には、クラッド層１５の肉盛量が最大の部位（環状溝１１の深さＨ及び距離Ｄが最大の部位）に近接した位置にウォータジャケット６が配置される。そして、このクラッド層１５の肉盛量が最大の部位、すなわちクラッド層１５による放熱効果が最大の部位は、バルブシート２（クラッド層１５）とウォータジャケット６との間の距離が小さいので、冷却水による冷却効果が最大となる。この結果、当該部位は、クラッド層１５（肉盛量が最大）による放熱効果に加えて、冷却水による冷却効果も最大となるために、当該部位の温度上昇を最大限抑制することができる。
【００１４】
次に、上述したバルブシート２を形成するためのクラッド層の肉盛方法を説明する。一般に、バルブシート２は、レーザ加工ヘッド（図示略）を環状溝１１に沿って３６０°移動させながら、レーザ加工ヘッドから金属粉を供給しつつ、レーザビームを照射することで、環状溝１１に沿ってクラッド層１５（肉盛層）を肉盛りして構成される。
【００１５】
まず、第１実施形態に係るクラッド層の肉盛方法を図４に基づいて説明する。当該第１実施形態に係るクラッド層の肉盛方法では、環状溝１１の深さＨに基づいて、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を制御するようにする。すなわち、図４に示すように、レーザ加工ヘッドを移動させる際の開始点位置及び終点位置を、環状溝１１の深さＨが最小の部位とする。そして、レーザ加工ヘッドを、当該開始点位置から環状溝１１に沿って、環状溝１１の深さＨが最大の部位まで１８０°移動させる際には、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を徐々に増加させることで、肉盛量を徐々に増加させる。続いて、レーザ加工ヘッドを、環状溝１１の深さＨが最大の部位から環状溝１１に沿って、前記終点位置まで１８０°移動させる際には、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を徐々に減少させることで、肉盛量を徐々に減少させるようにしている。これにより、クラッド層１５の肉盛量は、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向に向かって次第に増加される。なお、本実施形態では、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を、環状溝１１の深さＨに基づいて制御しているが、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を、開口端７の径方向中心Ｃ７から環状溝１１の内周面に至る距離Ｄに基づいて制御してもよい。
その後、クラッド層１５の肉盛面を、図１に示すように、機械加工により、円錐状面（バルブの背面との接触面）に形成する。この結果、全周に亘るクラッド層１５の肉盛量は、環状溝１１の全周に亘る深さＨ及び開口端７の径方向中心Ｃ７から環状溝１１の内周面に至る距離Ｄの差分を埋めるように、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向に向かって次第に増大することになる。
【００１６】
次に、第２実施形態に係るクラッド層の肉盛方法を図５に基づいて説明する。当該第２実施形態に係るクラッド層の肉盛方法では、図５に示すように、レーザ加工ヘッドを移動させる際の開始点位置を、環状溝１１の深さＨが最大の部位に至る直前として、レーザ加工ヘッドを移動させる際の終点位置を、環状溝１１の深さＨが最大の部位を通過した直後とする。そして、レーザ加工ヘッドを前記開始点位置から移動させつつ、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を徐々に増大させ、その後、環状溝１１に沿って略３６０°移動させる際には、レーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を、開口端７の径方向中心Ｃ７から環状溝１１の内周面に至る距離Ｄに基づいて制御し、その後、レーザ加工ヘッドが前記終点位置に至る直前からレーザ加工ヘッドからの金属粉の供給量を徐々に減少させるようにする。この結果、環状溝１１の深さＨが最大の部位を含む周辺部位、すなわち、レーザ加工ヘッドの動作範囲が開始点位置と終点位置との間でオーバラップした範囲において、レーザ加工ヘッドからの金属粉が重なるように積層されるので、この範囲の肉盛量が過剰にならず適宜量となる。
【００１７】
以上説明した、第１及び第２実施形態に係るクラッド層の肉盛方法では、金属粉の供給量における無駄を無くすことができ、余分なクラッド層１５の肉盛りを抑制することができる。これに伴って、肉盛り後の機械加工の効率をも向上させることができる。
【００１８】
そして、本シリンダヘッド１では、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向、詳しくはクラッド層１５の肉盛量が次第に増大して、クラッド層１５による放熱効果が次第に大きくなる方向が、エンジンの運転時、シリンダヘッド１のバルブシート２周辺における温度分布が高温になる領域Ｒ（図６参照）に指向するように設定される。これにより、バルブシート２の、部位毎の温度のバラツキを抑制することができる。しかも、本実施形態では、環状溝１１の開口端７に対する偏心方向にウォータジャケット６が配置され、クラッド層１５とウォータジャケット６との間の距離が小さくなるので、冷却水による冷却効果も大きくなり、バルブシート２の、部位毎の温度のバラツキをさらに抑制することができる。
【００１９】
なお、本発明の実施形態に係るシリンダヘッド１では、全ての吸排気ポート４、５の開口端周縁に、上述した態様の環状溝１１及びバルブシート２（クラッド層１５）を設けたが、吸排気ポート４、５のうちの少なくとも一つのポートに、上述した態様の環状溝１１及びバルブシート２（クラッド層１５）を設けてもよく、例えば、温度が高い排気ポート５の開口端周縁のみに、上述した態様の環状溝１１及びバルブシート２（クラッド層１５）を設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２０】
１  シリンダヘッド，２  バルブシート，４  吸気ポート，５  排気ポート，７  開口端，１１  環状溝，１５  クラッド層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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