JP2004116464A - 内燃機関のシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ダイキャストにおいてポートライナを所定位置に精度良く鋳込むことができ生産性に優れた内燃機関のシリンダヘッドを供する。
【解決手段】シリンダヘッド８のダイキャストに際して、複数のポートライナ３１，３２が係止部材８０により位置決め係止された状態で鋳込まれる内燃機関のシリンダヘッド。
【選択図】　図７

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ポートライナを用いたシリンダヘッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、シリンダヘッドはポート部分を砂中子を用い重力鋳造法により製造していた。
しかし、この重力鋳造法は時間がかかり、完成後砂落し作業などがあって生産性が低いという問題があった。
【０００３】
そこで予めパイプ材などでポートライナを成形しておき、シリンダヘッドを鋳造する際に同ポートライナを同時に鋳込むようにした例が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
実開昭６２−７２４５４号公報（第１頁、図１）
【０００５】
完成後砂落し作業が不要であり、ダイキャスト（高圧鋳造）とすることで鋳造時間の短縮を図ることができ、生産性を向上させることができる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、シリンダヘッドの吸気ポートライナ、排気ポートライナなどは互いに独立し、離れた所定位置に設置されるものであり、ダイキャストのように高圧注型されると、注型中に湯の流れによってポートライナが位置ずれを起こす可能性がある。
【０００７】
本発明は、斯かる点に鑑みなされたもので、その目的とする処は、ダイキャストにおいてポートライナを所定位置に精度良く鋳込むことができ生産性に優れた内燃機関のシリンダヘッドを供する点にある。
【０００８】
【課題を解決するための手段及び作用効果】
上記目的を達成するために、本請求項１記載の発明は、シリンダヘッドのダイキャストに際して、複数のポートライナが係止部材により位置決め係止された状態で鋳込まれる内燃機関のシリンダヘッドとした。
【０００９】
シリンダヘッドのダイキャストに際して、複数のポートライナが係止部材により位置決め係止された状態で鋳込まれるので、ダイキャストの高圧による注型によっても複数のポートライナは位置ずれを起こさず所定位置に鋳込まれることができ、生産性も高く維持することができる。
【００１０】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記係止部材が前記ポートライナと同じ材質からなり、前記ポートライナが前記係止部材に溶接により固着されたことを特徴とする。
【００１１】
複数のポートライナが同じ材質の係止部材に溶接されるので、ポートライナどうしが強固に一体化され位置ずれを起こすことなく確実に位置決め係止された状態で精度良く鋳込まれることができる。
【００１２】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記係止部材が前記ポートライナと同じ材質からなり、前記ポートライナが、前記係止部材の所定位置に設けられた開口に圧入されたことを特徴とする。
【００１３】
複数のポートライナが同じ材質の係止部材に圧入されるので、特別な設備を要せずにポートライナどうしが強固に一体化され位置ずれを起こすことなく確実に位置決め係止された状態で精度良く鋳込まれることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明は、請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記係止部材が前記ポートライナを位置決め係止するとともに、シリンダヘッドのバルブガイド挿入孔を形成する中子を兼ねることを特徴とする。
【００１５】
シリンダヘッドのバルブガイド挿入孔はポートライナも貫通しているので、バルブガイド挿入孔を形成する中子を兼ねる係止部材が、位置ずれを起こすことなく確実にポートライナを位置決め係止することができ、斯かる状態でシリンダヘッドのダイキャストに際してポートライナを精度良く鋳込むことができる。
【００１６】
請求項５記載の発明は、請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記ポートライナのうち排気ポートライナは、ステンレス鋼で成形されていることを特徴とする。
【００１７】
排気ポートライナをステンレス鋼で成形することにより、排気ポートの断熱性が向上し、高温の排気を高温のままキャタライザへ送ることができ、キャタライザの暖機速度が速くなり浄化率を高めることができる。
【００１８】
請求項６記載の発明は、請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッドにおいて、前記ポートライナのうち吸気ポートライナと排気ポートライナは各ポートから互いに反対方向に延出していることを特徴とする。
【００１９】
互いに反対方向に延出した吸気ポートライナと排気ポートライナの延出端部で吸気ポートライナと排気ポートライナを支持して固定することができるので、ダイキャスト時のポートライナの設置が容易になるとともに、ポートライナの位置精度が向上する。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下本発明に係る一実施の形態について図１ないし図８に基づき説明する。
本実施の形態に係る内燃機関１は、単気筒４ストロークサイクル内燃機関であり、自動二輪車にクランク軸２を車体左右方向に指向させて横置きに搭載される。
【００２１】
図１は、内燃機関１の部分的に省略し一部断面とした右側面図であり、クランクケース３から略前方に向かってシリンダブロック７、シリンダヘッド８が順次重ね合わされ一体に固着されて突出しており、シリンダヘッド８にはシリンダヘッドカバー９が被せられている。
【００２２】
クランクケース３は、図２に示すようにクランクセンタケース４をプレート状の左クランクサイドケース５と右クランクサイドケース６とが左右両側から挟むようにし周縁部を複数のボルト１０によって締結されて合体し構成されている。
【００２３】
クランク軸２は、クランクケース３の中央より若干上方に位置し、クランク軸２の上方となるクランクセンタケース４の上壁部は２層の円弧状空隙が形成され、左右のクランクサイドケース５，６に左右開口を塞がれてラビリンス構造のブリーザ室１１が構成されている。
【００２４】
同ブリーザ室１１にはブリーザ管１２が貫通して上方に突出しており、ブリーザ管１２よりブリーザ室１１が外部と連通している。
クランクセンタケース４のブリーザ管１２が突設された位置より斜め前方箇所にマウントブラケット１３が上方に突出している。
【００２５】
図２を参照して、クランク軸２は、左右のクランクサイドケース５，６に主軸受１４，１４を介して軸支されて、左右に突出しており、その左側部にベルト伝動制御機構の駆動プーリ１５が設けられ、右側部にはＡＣジェネレータ１６が冷却ファン１７とともに配設されている。
【００２６】
駆動プーリ１５の周囲所要部を覆って左クランクサイドケース５に左側から当接されるプーリケース１８の上部にマウントブラケット１９が上方へ突出形成されており、同マウントブラケット１９と前記クランクセンタケース４のマウントブラケット１３とを支軸２０が貫通して同支軸２０によりラバーブッシュ２１，２２を介して内燃機関１が車体に懸架される。
【００２７】
水平近くまで前傾したシリンダブロック７のシリンダライナ２５にピストン２６が摺動自在に嵌合し、ピストン２６のピストンピン２６ａとクランク軸２のクランクピン２ａとをコネクティングロッド２７が連結している。
【００２８】
図１および図３を参照してピストン２６が対向するシリンダヘッド８の燃焼室３０には、吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａの３つのポートが開口し、点火プラグ３４の先端が突出している。
【００２９】
吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａの各開口からは吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３が延出しており、吸気ポートライナ３１と排気ポートライナ３２は左右互いに反対方向に延出している（図３参照）。
【００３０】
吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａの各開口は、同一面上にあって左右に並ぶ吸気ポート３１ａと排気ポート３２ａとその両者の中央下方に位置する加給ポート３３ａとが互いに略正三角形の頂点の位置関係で形成されている。
【００３１】
このシリンダヘッド８において吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａの各開口中心より垂直方向に挿着されたバルブガイド３４，３５，３６にガイドされて摺動自在に吸気バルブ４１，排気バルブ４２，加給バルブ４３が互いに平行に支持され、該吸気バルブ４１，排気バルブ４２，加給バルブ４３により吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａの各開口が開閉される。
【００３２】
吸気バルブ４１，排気バルブ４２，加給バルブ４３は、それぞれバルブステムの上端に設けられたアッパリテーナ４１ａ，４２ａ，４３ａとシリンダヘッド８との間にバルブスプリング３７，３８，３９が介装されて閉弁方向に付勢されている。
【００３３】
一方でクランク軸２の下方に平行にバランサ軸５３とカム軸６０が、左右のクランクサイドケース５，６に軸受５３ａ，６０ａを介して回転自在に軸支されており（図４参照）、図１および図４に示すようにクランク軸２に嵌着された大径ギア５１とバランサ軸５３に嵌着された同径の大径ギア５２が噛合し、バランサ軸５３に嵌着された小径ギア５５とカム軸６０に嵌着された大径ギア５６が噛合して、クランク軸２の２回転に対してカム軸６０が１回転するように構成されている。
【００３４】
バランサ軸５３にはバランサ５４が嵌着されている。
カム軸６０には大径カムロブ６３が一体に形成され、その両側に別体の小径カムロブ６１，６２が圧入により嵌着されている。
【００３５】
基礎円の径を同じくする小径カムロブ６１，６２に対して大径カムロブ６３は、基礎円の径が約２倍程大きい。
バランサ軸５３に嵌着されたバランサ５４は、大径カムロブ６３と干渉しないように一方の小径カムロブ６２と軸方向位置を略同じくして大径カムロブ６３とは軸方向にずれた位置に設けられている。
【００３６】
また大径カムロブ６３は、クランクケース３の底部に溜まるオイルに一部が浸かっている（図１参照）。
図１に油面Ｓを２点鎖線で示している。
【００３７】
なおカム軸６０は、右クランクサイドケース６に突設された水ポンプ５９の駆動軸に連結されている（図４参照）。
【００３８】
カム軸６０の前方には第１ロッカアーム軸６５が、カム軸６０と平行に左右のクランクサイドケース５，６に架設されており、同第１ロッカアーム軸６５に同軸に第１吸気ロッカアーム６６、第１排気ロッカアーム６７、第１加給ロッカアーム６８が揺動自在に軸支されている。
【００３９】
第１吸気ロッカアーム６６と第１排気ロッカアーム６７が第１加給ロッカアーム６８を間に挟むような配置で、第１吸気ロッカアーム６６と第１排気ロッカアーム６７は一端に回転ローラ６６ａ，６７ａを備えるローラタイプで同回転ローラ６６ａ，６７ａが前記小径カムロブ６２，６３の周面にころがり自在に当接し、第１加給ロッカアーム６８は一端がスリッパ６８ａを形成するスリッパタイプで同スリッパ６８ａが大径カムロブ６４の周面に摺接する。
【００４０】
図１に示すように第１吸気ロッカアーム６６，第１排気ロッカアーム６７，第１加給ロッカアーム６８の他端は、それぞれ吸気プルロッド６９，排気プルロッド７０（図示せず），加給プルロッド７１の一端に係合している。
【００４１】
カム軸６０と第１ロッカアーム軸６５は平行で一定の距離離れた所定の位置関係にあり、カム軸６０に小径カムロブ６１，６２と大径カムロブ６３が同軸に設けられ、一方で第１ロッカアーム軸６５に第１吸気ロッカアーム６６と第１排気ロッカアーム６７と第１加給ロッカアーム６８が同軸に軸支されているので、大径カムロブ６３に対する第１加給ロッカアーム６８は、支点である第１ロッカアーム軸６５からスリッパ６８ａまでの距離が短くなるのでレバー比（支点からスリッパ６８ａまでの距離に対する支点から加給プルロッド７１との係合部までの距離の比）が大きい。
【００４２】
他方シリンダヘッド８側では、第２ロッカアーム軸７５に、同軸に吸気バルブ４１を開弁駆動する第２吸気ロッカアーム７６，排気バルブ４２を開弁駆動する第２排気ロッカアーム７７（図示せず），加給バルブ４３を開弁駆動する第２加給ロッカアーム７８がそれぞれ一端を軸支されている。
【００４３】
第２吸気ロッカアーム７６，第２排気ロッカアーム，第２加給ロッカアーム７８の各他端は、それぞれ前記吸気プルロッド６９，排気プルロッド７０，加給プルロッド７１の一端に係合し、吸気プルロッド６９，排気プルロッド７０，加給プルロッド７１により第１吸気ロッカアーム６６，第１排気ロッカアーム６７，第１加給ロッカアーム６８と第２吸気ロッカアーム７６，第２排気ロッカアーム，第２加給ロッカアーム７８がそれぞれ連接されている。
【００４４】
第２吸気ロッカアーム７６，第２排気ロッカアーム，第２加給ロッカアーム７８は、第２ロッカアーム軸７５による支点から吸気プルロッド６９，排気プルロッド７０，加給プルロッド７１が係合された端部までの間で係合端部寄りの部分で吸気バルブ４１，排気バルブ４２，加給バルブ４３に作用する。
【００４５】
以上の動弁駆動機構によりクランク軸２の２回転毎に１回転するカム軸６０のカムロブ６１，６２，６３の回転が、第１ロッカアーム６６，６７，６８を揺動し、同第１ロッカアーム６６，６７，６８の揺動によりプルロッド６９，７０，７１を介して第２ロッカアーム７５，７６，７７が揺動され、同第２ロッカアーム７５，７６，７７の揺動により吸気バルブ４１，排気バルブ４２，加給バルブ４３が駆動され各吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａの燃焼室３０への開口を所定タイミングで開閉する。
【００４６】
図５に示すようにシリンダヘッド８には、シリンダヘッド８に形成される燃焼室３０に開口する管材からなる吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３が鋳込まれる。
【００４７】
シリンダヘッド８自体はアルミ合金のダイキャストにより鋳造され、吸気ポートライナ３１、排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３はステンレス鋼の円管材が用いられる。
【００４８】
この３本の円管材は、燃焼室３０に集中して互いに略正三角形の頂点の位置関係で開口する吸気ポート３１ａ，排気ポート３２ａ，加給ポート３３ａから延びており、この３つのポート３１ａ，３２ａ，３３ａにおいて３本の吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３を連結して位置決め係止するセットプレート８０が用いられている。
【００４９】
セットプレート８０は、図６に示すように略正三角形状をしたステンレス製のプレートで、内部に３本のポートライナ３１，３２，３３が貫通する円孔８０ａ，８０ｂ，８０ｃが３つの角部に寄って中央を共通の空間として連通して形成されている。
【００５０】
シリンダヘッド８のダイキャストに際し、セットプレート８０に吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３の端部をそれぞれセットプレート８０の円孔８０ａ，８０ｂ，８０ｃに嵌入し溶接して互いに位置ずれを起こさないように一体に連結した状態で鋳込む。
【００５１】
いずれもステンレス製の３本のポートライナ３１，３２，３３とセットプレート８０を溶接したが、セットプレート８０の円孔８０ａ，８０ｂ，８０ｃに吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３をそれぞれ圧入するようにしてもよく、特別な設備を要しない。
【００５２】
このようにセットプレート８０により吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３を一体に連結しておくことで、ダイキャストの高圧注型によっても３つのポートライナ３１，３２，３３は位置ずれを起こさず所定位置に鋳込まれることができ、生産性も高く維持することができる。
【００５３】
吸気ポートライナ３１と排気ポートライナ３２は、セットプレート８０により連結係止されたポート部から互いに反対方向に延出し、シリンダヘッド８から突出しているので、この延出端部で吸気ポートライナ３１と排気ポートライナ３２を支持して固定することができ、ダイキャスト時の吸気ポートライナ３１と排気ポートライナ３２の設置が容易になるとともに、吸気ポートライナ３１と排気ポートライナ３２の位置精度が向上する。
【００５４】
なお図７および図８に示すようにバルブガイド３４，３５，３６も同時に鋳込むようにしてもよい。
吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３の開口端部が燃焼室３０に直接臨んでバルブシート３１ｂ，３２ｂ，３３ｂを構成している。
【００５５】
排気ポートライナ３２をステンレス鋼で成形することにより、排気ポート３２ａの断熱性が向上し、高温の排気を高温のままキャタライザへ送ることが可能で、キャタライザの暖機速度が速くなり浄化率を高めることができる。
【００５６】
また吸気ポートライナ３１や加給ポートライナ３３をアルミ合金としてもよいが、その場合は、バルブシートは別体の耐摩耗性に優れた材質で形成するようにする。
【００５７】
以上の実施の形態では、自ら鋳込まれてしまうセットプレート８０によってポートライナを所定位置に係止していたが、シリンダヘッド８のバルブガイド３４，３５，３６のための各バルブガイド挿入孔は、それぞれ吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３も貫通しているので（図７および図８参照）、図９に示すように棒状をした係止部材９０がバルブガイド挿入孔を形成する中子を兼ね、同係止部材９０により加給ポートライナ３３を所定位置に係止することができる。
【００５８】
加給ポートライナ３３のほか図示しないが吸気ポートライナ３１や排気ポートライナ３２も同様の係止部材によって所定位置に係止し、位置ずれを起こすことなく確実に吸気ポートライナ３１，排気ポートライナ３２，加給ポートライナ３３を位置決め係止した状態で，シリンダヘッド８のダイキャストに際してポートライナを精度良く鋳込むことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係る内燃機関１の部分的に省略し一部断面とした右側面図である。
【図２】図１においてＩＩ−ＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図３】図１においてＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図４】図１においてＩＶ−ＩＶ線に沿って切断した断面図である。
【図５】シリンダヘッドの上面図である。
【図６】セットプレートの平面図である。
【図７】図５においてＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図８】図５においてＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿って切断した断面図である。
【図９】別の実施の形態に係るシリンダヘッドのダイキャスト中の要部断面図である。
【符号の説明】
１…内燃機関、２…クランク軸、３…クランクケース、４…クランクセンタケース、５…左クランクサイドケース、６…右クランクサイドケース、７…シリンダブロック、８…シリンダヘッド、９…シリンダヘッドカバー、１０…ボルト、１１…ブリーザ室、１２…ブリーザ管、１３…マウントブラケット、１４…主軸受、１５…駆動プーリ、１６…ＡＣジェネレータ、１７…冷却ファン、１８…プーリケース、１９…マウントブラケット、２０…支軸、２１，２２…ラバーブッシュ、２５…シリンダライナ、２６…ピストン、２７…コネクティングロッド、
３０…燃焼室、３１…吸気ポートライナ、３２…排気ポートライナ、３３…加給ポートライナ、３４，３５，３６…バルブガイド、３７，３８，３９…バルブスプリング、４１…吸気バルブ、４２…排気バルブ、４３…加給バルブ、
５１，５２…大径ギア、５３…バランサ軸、５４…バランサ、５５…小径ギア、５６…大径ギア、６０…カム軸、６１…大径カムロブ、６２，６３…小径カムロブ、６５…第１ロッカアーム軸、６６…第１吸気ロッカアーム、６７…第１排気ロッカアーム、６８…第１加給ロッカアーム、６９…吸気プルロッド、７０…排気プルロッド、７１…加給プルロッド、７５…第２ロッカアーム軸、７６…第２吸気ロッカアーム、７７…第２吸気ロッカアーム、７８…第２加給ロッカアーム、
８０…セットプレート、
９０…係止部材。

Claims (6)

1. シリンダヘッドのダイキャストに際して、複数のポートライナが係止部材により位置決め係止された状態で鋳込まれることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド。
2. 前記係止部材が前記ポートライナと同じ材質からなり、
   前記ポートライナが前記係止部材に溶接により固着されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッド。
3. 前記係止部材が前記ポートライナと同じ材質からなり、
   前記ポートライナが、前記係止部材の所定位置に設けられた開口に圧入されたことを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッド。
4. 前記係止部材が前記ポートライナを位置決め係止するとともに、シリンダヘッドのバルブガイド挿入孔を形成する中子を兼ねることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッド。
5. 前記ポートライナのうち排気ポートライナは、ステンレス鋼で成形されていることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッド。
6. 前記ポートライナのうち吸気ポートライナと排気ポートライナは各ポートから互いに反対方向に延出していることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のシリンダヘッド。

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