内燃機関超基礎講座 | レーザークラッドバルブシートのメリットを考える
- 2020/08/28
- Motor Fan illustrated編集部

トヨタが採用するレーザークラッド式バルブシート。名前からしてもはや強そうなイメージだが、どのような美点があるのだろうか。
吸排気バルブに用いるポペットバルブは、エンジン運転時の圧縮行程で密閉していなければならない。吸排気ポート端でバルブフェイスと密着しているのがバルブシートという部品である。アルミ合金のシリンダーヘッドにスティール(一部はチタン合金)のポペットバルブが直接、毎分数千回という回数で叩きつけられるとヘッド/バルブ双方にとって具合が悪い。バルブシートを介することで、部品への攻撃性/密閉性/熱伝導性を向上させている。
そのバルブシートは、リング状に成形したものをシリンダーヘッドに組み付け、バルブフェイスとの当たり面を機械加工するという工程をとる。この「リング状」であるが故のデメリットに着目し、解決を図ろうとしたのがレーザークラッド式バルブシートだった。
リング状だと、どうしても寸法に余剰分が生じてしまう。余剰分はポート開口面積の縮小、シリンダーヘッドとの接触面積の増大などを招く。バルブシートという製品は粉末特殊合金を焼結して仕上げることから、ならば直接シリンダーヘッド上で肉盛りできればいいのではないか。そのためにトヨタは製法技術や合金成分などを開発し、確立している。


レーザークラッド式バルブシートはモータースポーツの世界で用いられてきたが、TNGAの世代になり、いよいよ市販車用エンジンにも展開されている。第一弾のA25A-FXSにおいて、その効果は「ストレートポートの実現」として発表された。
近年注目の急速燃焼を実現するために、直噴エンジンでは燃料と筒内の空気をよく混ぜ合わせたい。そのためには筒内の空気が強く流動していることが必要で、そこでタンブルを用いることが目標となった。トヨタは吸気ポートを筒内に向かって鋭角直線的に配することで、強いタンブル流の創生を目論む。そのストレートポートの実現に不可欠だったのが、レーザークラッド式バルブシートだった。





写真でご覧いただければおわかりのように、通常のリングシートであれば組み付け部のためのスペースが必要だし、そもそもこの角度のポート設計は難しい。レーザークラッド式バルブシートを用いることで実現したポート形状である。もちろん、先述の熱伝導性の向上にも大きく寄与する。バルブシート自体を小さくできることから燃焼室からの熱をシリンダーヘッドへ効率的に逃し、かつウォータージャケットとの距離を短くできる。
課題は、ご想像のとおりコスト。


ちなみに、トヨタはA25A-FXS登場時に「バルブ挟角拡大」というアナウンスをしている。熱効率向上のためにはS/V比を小さくすることが求められ、だからバルブ挟角は小さくして燃焼室を形成するのが常道では……などと思ったが、よくよく聞けば吸気ポートを鋭角にしたから挟角が大きくなったということだった——という具合に困惑したのを記憶している。
|
|

自動車業界の最新情報をお届けします!
Follow @MotorFanwebおすすめのバックナンバー
これが本当の実燃費だ!ステージごとにみっちり計測してみました。
日産キックス600km試乗インプレ:80km/h以上の速度域では燃費が劇...
BMW320d ディーゼルの真骨頂! 1000km一気に走破 東京〜山形往復...

日産ノート | カッコイイだけじゃない! 燃費も走りも格段に洗練...
渋滞もなんのその! スイスポの本気度はサンデードライブでこそ光...
PHEVとディーゼルで燃費はどう違う? プジョー3008HYBRID4とリフ...
スズキ・ジムニーとジムニーシエラでダート走行の燃費を計ってみた...
会員必読記事|MotorFan Tech 厳選コンテンツ

フェアレディZ432の真実 名車再考 日産フェアレディZ432 Chapter2...

マツダ ロータリーエンジン 13B-RENESISに至る技術課題と改善手法...

マツダSKYACTIV-X:常識破りのブレークスルー。ガソリンエンジン...

ターボエンジンに過給ラグが生じるわけ——普段は自然吸気状態

林義正先生、「トルクと馬力」って何が違うんですか、教えてくだ...

マツダ×トヨタのSKYACTIV-HYBRIDとはどのようなパワートレインだ...
3分でわかる! クルマとバイクのテクノロジー超簡単解説

3分でわかる! スーパーカブのエンジンが壊れない理由……のひとつ...

3分でわかる! マツダのSKYACTIV-X(スカイアクティブ-X)ってな...

スーパーカブとクロスカブの運転が楽しいのは自動遠心クラッチ付...

ホンダCB1100の並列4気筒にはなぜV8のようなドロドロ感があるのか...

ホンダ・シビック タイプRの謎、4気筒なのになぜマフラーが3本?
