(57)【要約】【課題】吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率を十分に高めることができるシリンダヘッドを提供する。【解決手段】シリンダヘッド１は、吸気バルブ３と、排気バルブ４と、シリンダヘッド本体２と、を備える。シリンダヘッド本体２には、吸気バルブ３により開閉される吸気ポート５と、排気バルブ４により開閉される排気ポート６と、吸気ポート５及び排気ポート６に連通した燃焼室１７と、吸気ポート５と排気ポート６との間に設けられた冷却液流路９と、が形成されている。冷却液流路９における燃焼室１７側の内壁面には、銅基合金からなる肉盛層１５が設けられている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気バルブと、
排気バルブと、
シリンダヘッド本体と、を備え、
前記シリンダヘッド本体には、前記吸気バルブにより開閉される吸気ポートと、前記排気バルブにより開閉される排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートに連通した燃焼室と、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間に設けられた冷却液流路と、が形成されたシリンダヘッドであって、
前記冷却液流路における前記燃焼室側の内壁面に、銅基合金からなる肉盛層が設けられているシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンエンジン等の内燃機関において性能・燃費を向上させるためには、ノックを抑制し、点火進角することが有効である。ノックを抑制するためには、燃焼室内の温度を低減する必要がある。内燃機関では、燃焼室内において燃焼が繰り返されるが、この燃焼により、シリンダヘッドにおける燃焼室内の吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位の温度が特に高くなる。燃焼室内の吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位を冷却するため、シリンダヘッドの鋳造部品であるシリンダヘッド本体には、ラジエーターから送られてくる冷却液が流通するウォータジャケットが形成されている。
【０００３】
特許文献１には、吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率を高めるため、シリンダヘッド本体のウォータジャケットの流路において、銅等の材料で形成された棒状の高熱伝導部材を高温部位から流路に向かって突出するように配置させたシリンダヘッドが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−１８８４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載のシリンダヘッドでは、上述の高熱伝導部材を、シリンダヘッド本体ともに鋳込んだり、後付けで埋め込んだりするため、高熱伝導部材とシリンダヘッド本体との界面に隙間が生じてしまう場合がある。このような場合に、吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率を十分に高めることのできないおそれがあった。
【０００６】
本発明は、以上の背景に鑑みなされたものであり、吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率を十分に高めることができる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】
本発明は、吸気バルブと、排気バルブと、シリンダヘッド本体と、を備え、前記シリンダヘッド本体には、前記吸気バルブにより開閉される吸気ポートと、前記排気バルブにより開閉される排気ポートと、前記吸気ポート及び前記排気ポートに連通した燃焼室と、前記吸気ポートと前記排気ポートとの間に設けられた冷却液流路と、が形成されたシリンダヘッドであって、前記冷却液流路における前記燃焼室側の内壁面に、銅基合金からなる肉盛層が設けられているものである。
【発明の効果】
【０００８】
吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率を十分に高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本実施の形態にかかるシリンダヘッドの概略構成を示す平面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。
【図４】埋め栓の概略構成を示す斜視図である。
【図５Ａ】肉盛層の加工工程について説明する図である。
【図５Ｂ】肉盛層の加工工程について説明する図である。
【図６Ａ】肉盛層の加工工程について説明する図である。
【図６Ｂ】肉盛層の加工工程について説明する図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１、図２及び図３は、本実施の形態にかかるシリンダヘッド１の概略構成を示す図である。図1は、本実施の形態にかかるシリンダヘッド１の概略構成を示す平面図である。図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う断面図である。図１、図２及び図３に示すように、シリンダヘッド１は、シリンダヘッド本体２と、吸気バルブ３と、排気バルブ４と、を備えている。
【００１１】
シリンダヘッド本体２は、アルミ基材の鋳造により作製する。シリンダヘッド本体２には、吸気ポート５と、排気ポート６と、バルブガイド取付孔７，８と、ウォータジャケットである冷却液流路９，１０，１１と、加工用孔１２と、点火プラグ取付孔１３と、燃焼室１７と、が形成されている。
【００１２】
吸気ポート５は、混合ガスを燃焼室１７に流入させるための通路である。また、排気ポート６は、燃焼室１７から排気ガスを排出させるための通路である。吸気ポート５及び排気ポート６は、燃焼室１７と連通している。バルブガイド取付孔７，８は、吸気バルブ３と排気バルブ４とをそれぞれガイドするバルブガイド１８，１９を取り付けするための孔である。
【００１３】
冷却液流路９，１０，１１は、冷却水などの冷却液を循環させるための流路で、吸気バルブ３及び排気バルブ４の周辺部分を冷却する。加工用孔１２は、冷却液流路９の内壁面に後述する肉盛層１５を形成する際に加工器具を挿入するための孔で、冷却液流路９の上部において冷却液流路９と連通している。加工用孔１２は、半球形状の埋め栓１４（図４参照）によって塞がれている。なお、加工用孔１２を塞ぐために、埋め栓１４の代わりに六角ボルトなどを用いてもよい。
【００１４】
点火プラグ取付孔１３には、点火プラグが取り付けられる。吸気バルブ３及び排気バルブ４は、それぞれ吸気ポート５及び排気ポート６を開閉する弁体である。吸気ポート５及び排気ポート６の開閉は、吸気バルブ３及び排気バルブ４の上部にそれぞれ取り付けられたカムシャフトが回転し吸気バルブ３及び排気バルブ４を上下させることにより所定のタイミングで行われる。吸気ポート５が開くと吸気ポート５内に空気が吸い込まれ、吸気ポート５内で燃料と混合されて混合ガスとなる。この混合ガスは、燃焼室１７内に流入した後に圧縮され、点火プラグにて着火されて燃焼し動力を発生させる。燃焼後の排気ガスは燃焼室１７から排気ポート６へと排出される。
【００１５】
一連の燃焼動作により、吸気バルブ３及び排気バルブ４の周辺部位が高温になる。この高温になった周辺部位は、冷却液流路９，１０，１１を循環する冷却液によって冷却される。燃焼室１７の内壁面における吸気バルブ３及び排気バルブ４の周辺部位（バルブシート形成部位）には、冷却性能を高めるため、ホウ素やクロムを含む銅基合金などの金属合金からなるバルブシート合金１６が直接肉盛りされている。バルブシート合金１６は、いわゆるレーザクラッド加工により形成される。レーザクラッド加工とは、銅基合金などの金属粉末を所定の部位に供給し、この金属粉末に対しレーザを照射して溶融固化させて所定の部位を肉盛りする技術である。
【００１６】
本実施の形態の特徴部である肉盛層１５について以下で説明する。
図２及び図３に示すように、肉盛層１５は、冷却液流路９の燃焼室１７側の内壁面に設けられている。肉盛層１５は、レーザクラッド加工によりホウ素やクロムを含む銅基合金などの金属粉末１５ａを溶融固化させたものである。
【００１７】
図５Ａ、図５Ｂ、図６Ａ及び図６Ｂは、肉盛層１５の加工工程について説明する図である。図５Ａ及び図６Ａは、図２と同じ断面位置における断面図である。また、図５Ｂ及び図６Ｂは、図３と同じ断面位置における断面図である。図５Ａ及び図５Ｂに示すように、加工用孔１２から金属粉末供給ノズル２０を挿入し、金属粉末１５ａを冷却液流路９の燃焼室１７側の内壁面に置く。次に、図６Ａ及び図６Ｂに示すように、加工用孔１２からレーザノズル２１を挿入し、レーザノズル２１を図中矢印のように回転させることでレーザＬを金属粉末１５ａ上で走査させ金属粉末１５ａを溶着させ、冷却液流路９の燃焼室１７側の内壁面に肉盛層１５を形成する。なお、シリンダヘッド本体２のアルミ基材と、銅基合金である肉盛層１５と、の界面は、銅とアルミが溶け込んだ合金層となるように溶着する。肉盛層１５を形成した後、加工用孔１２に図４に示す埋め栓１４を圧入し加工用孔１２を塞ぐ。
【００１８】
燃焼室１７と冷却液流路９を流れる冷却液との間の熱抵抗が小さければ小さいほど、冷却液による燃焼室１７の内壁面における吸気バルブ３及び排気バルブ４の周辺部位の冷却が促進される。つまり、燃焼室１７と冷却液との間にある冷却液流路９の壁部を熱伝導率がより高い材料で形成するほど、冷却液による燃焼室１７の内壁面における吸気バルブ３及び排気バルブ４の周辺部位の冷却が促進される。シリンダヘッド本体２を形成するアルミ基材の熱伝導率は約１５０Ｗ／ｍＫであるのに対し、肉盛層１５を形成する銅基合金の熱伝導率は３００Ｗ／ｍＫ以上である。燃焼室１７と冷却液との間にある冷却液流路９の壁部を全てアルミ基材で形成する場合に対し、本実施の形態のように当該壁部の一部を銅基合金による肉盛層１５で形成することで冷却液による燃焼室１７の内壁面における吸気バルブ３及び排気バルブ４の周辺部位の冷却がより促進される。
【００１９】
高温の物体から低温の物体に対して熱放射が行われることで高温の物体が冷却される。高温の物体の熱放射率を高めることで、高温の物体から低温の物体に対する熱放射がより促進され、高温の物体の冷却をより促進することができる。シリンダヘッド１において、高温の冷却液流路９の内壁面の熱放射率を高めれば、高温の冷却液流路９の内壁面から低温の冷却液への熱放射が促進され、燃焼室１７の壁面の冷却がより促進される。冷却液流路９の内壁面を形成する肉盛層１５の表面は酸化銅となっており、その熱放射率は０．５程度である。これは、シリンダヘッド本体２を形成するアルミ基材の熱放射率の５倍以上である。燃焼室１７の内壁面を熱放射率がより高い肉盛層１５で形成することにより、燃焼室１７の壁面の冷却をより促進することができる。
【００２０】
以上のように、本発明では、熱伝導率の向上及び熱放射率の向上がなされることにより、吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率を十分に高めることができる。これにより、耐ノック性が向上し燃費を改善できる。
【００２１】
また、本実施の形態では、シリンダヘッド本体２に加工用孔１２を形成したことで冷却液流路９の燃焼室１７側の内壁面においてレーザクラッド加工を容易に行うことができる。これにより、特許文献１のように、高熱伝導部材をシリンダヘッド本体ともに鋳込む場合に対し、低コストで加工を行うことができる。
【００２２】
さらに、上述したバルブシート合金１６を、燃焼室１７の内壁面におけるバルブシート形成部位に形成する場合、吸気ポート５から燃焼室１７に流入する混合ガス、及び燃焼室１７から排気ポート６へと排出される排気ガスの流れを妨げないようにする必要がある。このため、バルブシート合金１６が突出して混合ガス及び排気ガスの流れを妨げないよう、シリンダヘッド本体２における冷却液流路９の燃焼室１７側の壁面の肉厚を薄くしている。しかし、このようにすると、冷却液流路９の燃焼室１７側の壁面の強度（熱疲労強度）が低下する。肉盛層１５を形成する銅基合金は、シリンダヘッド本体２を形成するアルミ基材よりも強度が高い。バルブシート合金１６をバルブシート形成部位に形成するとともに冷却液流路９の燃焼室１７側の内壁面に肉盛層１５を設けることで、吸気バルブ及び排気バルブの周辺部位における放熱効率をより高めることができ、かつシリンダヘッド本体２における冷却液流路９の燃焼室１７側の壁面の強度（熱疲労強度）を高めることができる。
【００２３】
なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。
【符号の説明】
【００２４】
１  シリンダヘッド
２  シリンダヘッド本体
３  吸気バルブ
４  排気バルブ
５  吸気ポート
６  排気ポート
７，８  バルブガイド取付孔
９，１０，１１  冷却液流路
１２  加工用孔
１３  点火プラグ取付孔
１４  埋め栓
１５  肉盛層
１６  バルブシート合金
１７  燃焼室
【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５Ａ】
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【図５Ｂ】
2017067013.tif 000008
【図６Ａ】
2017067013.tif 000009
【図６Ｂ】
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