JP2005120996A - 吸気ポート用の仕切り板、吸気ポート成形用砂中子およびシリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】 仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図り、さらには、中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図る。
【解決手段】 吸気ポート１４用の仕切り板１００（タンブル板）は、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート成形用砂中子（ポート中子）２００に予め設置され、シリンダヘッドの鋳造成形時に鋳包まれて、吸気ポートを複数のポートに仕切る。この仕切り板１００は、溶湯に鋳包まれる両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２の一部分に、溶湯の凝固を促進する凸部１２１からなる促進手段１２０が設けられている。
【選択図】 図６

Description

本発明は、吸気ポート用の仕切り板、吸気ポート成形用砂中子およびシリンダヘッドに関するものである。

最近の内燃機関のシリンダには、シリンダヘッドの吸気ポート内に、タンブル板とも指称される仕切り板を設けたものがある。吸気ポートの吸気側端部に配置された気流制御弁を制御することにより、吸気ポートからシリンダボアに導入される吸気を仕切り板によって偏流させ、シリンダボア内で生じるタンブル流（縦渦流）を強化し、燃費の向上などを図るようにしている（特許文献１を参照）。

なお、本明細書では、仕切り板において、空気や燃料ガスの吸気が流入してくる側を「吸気側」、その反対側、つまりシリンダボア側を「シリンダ側」と称することとする。

シリンダヘッドを鋳造成形する場合には、金属製の仕切り板を吸気ポート成形用砂中子内に設置し、仕切り板を鋳包み成形することが一般的である。シリンダヘッドの鋳造成形時には、中子および仕切り板のそれぞれは、溶湯からの熱により温度が上昇し熱膨張する。ここで、仕切り板の熱膨張係数と、仕切り板を保持する中子の熱膨張係数との差は大きく、仕切り板は、中子に比べると熱膨張量が大きい。このため、仕切り板が中子を加圧ないし押し広げ、中子に亀裂や破損を生じさせ、この亀裂から溶湯が染み出し、バリを作る虞がある。また、仕切り板の熱膨張により、シリンダヘッドの鋳造成形時に仕切り板の位置がズレる虞があり、さらには、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッドにおいて、仕切り板に製品内でのガタが生じる虞もある。

このため、バリの発生箇所によっては後加工でのバリ取り作業が極めて面倒となるばかりでなく、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタにより製品品質の低下をも招来することになる。したがって、仕切り板に対しては熱的影響を十分考慮しなければならない。

特許文献１に開示された仕切り板は、シリンダヘッドの鋳造成形時に仕切板を鋳込む際の熱膨張による変形対策として、波形状に形成されている。しかしながら、波形状の仕切り板は、吸気ポートの半径方向の熱膨張は吸収できても、軸線方向の熱膨張を吸収できない。このため、仕切り板と中子との熱膨張量差による中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定することができず、また、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えることはできない。
特表２００１−１９３４６９号公報（段落番号００１１，００２０，００２２及び図１，３，４参照）

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図り、さらには、中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図ることを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート成形用砂中子に予め設置され、シリンダヘッドの鋳造成形時に鋳包まれて、シリンダヘッドの吸気ポートを複数のポートに仕切る吸気ポート用の仕切り板において、
溶湯に鋳包まれる両側縁部における厚み方向の端面の一部分に、溶湯の凝固を促進する促進手段を設けたことを特徴とする吸気ポート用の仕切り板である。

本発明によれば、側縁部における厚み方向の端面のうち促進手段が設けられた一部分の近傍における溶湯の凝固が、他の部分の近傍における溶湯の凝固よりも促進されるので、吸気ポートに対する仕切り板の位置を規制することができ、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図ることができる。さらには、溶湯の熱により仕切り板が熱膨張する方向を一方向に限定ないし制御することが可能となり、中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の前提となる、吸気ポート１４用の仕切り板１００を有するシリンダヘッド１０について説明する。なお、以下の説明では、吸気ポート１４用の仕切り板１００を、「タンブル板１００」とも称する。

図１は、エンジンのシリンダヘッド１０を示す概略断面図、図２は、吸気ポート１４の軸直角断面図、図３は、シリンダヘッド１０での気流状態を示す概略図、図４は、図３の概略平面図である。

図１および図３を参照して、シリンダヘッド１０は、シリンダブロック１１の上部に設けられ、インテークマニホールド１２からの空気や燃料ガスからなる吸気流をシリンダボア１３内に導入する吸気ポート１４と、シリンダボア１３内で燃焼した後の排ガスを排出する排気ポート１５を有している。なお、図示のエンジンは、１気筒４バルブであり、吸気弁１６および排気弁１７が２つずつ設けられている。

吸気ポート１４内には、吸気側（図３の外端側）からシリンダ側に向かって流れる吸気の流れ方向（白抜き矢印）に沿ってタンブル板１００が設けられている。タンブル板１００の吸気側には、図３および図４に示すように、制御弁１８が設けられたインテークマニホールド１２が接続されている。吸気ポート１４は、タンブル板１００により、上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄに仕切られることになり、制御弁１８により下部ポート１４ｄを閉じると、吸気は、増速されて上部ポート１４ｕ内を流れ、シリンダボア１３内で強力なタンブル流（縦渦流）を形成することになる。

吸気ポート１４は、シリンダ側の通路が大きく屈曲しており、タンブル板１００のシリンダ側端部Ｔａの位置がバラ付くと、気流の特性が変化し、タンブル流の発生状況に大きく影響することになるので、シリンダ側端部Ｔａの位置は、きわめて重要な位置となる。一方、タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂの位置は、吸気を分岐する側であり、しかも制御弁１８が設けられる部分であることから、その位置がバラ付いても、気流の特性に変化をもたらすことはなく、一般的には、シリンダ側端部Ｔａの位置程精度よく設定する必要はない。

そこで、第１の実施形態では、シリンダヘッド１０を鋳造成形するに当り、タンブル板１００のシリンダ側端部Ｔａの位置は位置固定的に、吸気側端部Ｔｂの位置は比較的自由な構成とし、注湯時にタンブル板１００が熱的影響を受けても、吸気側端部Ｔｂ側でこれを吸収できるようにしている。

図５（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態に係るタンブル板１００を示す平面図および側面図である。

図５（Ａ）（Ｂ）に示すように、実施形態に係るタンブル板１００は、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を形成する後述の吸気ポート成形用砂中子２００（図６を参照）に予め設置され、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に鋳包まれて、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を複数のポート（上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄ）に仕切るものである。このタンブル板１００は、概説すれば、溶湯に鋳包まれる両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２の一部分に、溶湯の凝固を促進する促進手段１２０を設けてある。なお、以下の説明では、タンブル板１００が予め設置された吸気ポート成形用砂中子２００を、「ポート中子２００」とも称する。

詳述すると、タンブル板１００は、略矩形形状を有し、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に溶湯に鋳包まれることになる両側縁部Ｔｃと、両側縁部Ｔｃに連続するとともに吸気ポート１４内で吸気の流れの上流側に配置されることになる吸気側端部Ｔｂと、両側縁部Ｔｃに連続するとともに吸気の流れの下流側に配置されることになるシリンダ側端部Ｔａと、を備えている。両側縁部Ｔｃよりも内方部分が、吸気ポート１４内を仕切る仕切り部１０３となる。

タンブル板１００の材質は、リサイクル性を考慮してアルミニウム合金を使用することが好ましい。

タンブル板１００の板厚は、吸気ポート１４内を流通する吸気の抵抗にならないように薄肉であることが望ましいが、タンブル板１００の材質がアルミニウム合金の場合には、シリンダヘッド１０鋳造品を熱処理する際の熱変形を防止する必要を考慮し、約１．５ｍｍ以上であることが望ましい。

前記促進手段１２０は、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２のうち一部分に限定して設けられており、本実施形態では、当該一部分は、シリンダ側端部Ｔａ寄りとしてある。促進手段１２０は、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２に形成した凸部１２１より構成されている。図示例の凸部１２１は、円柱形状を有している。促進手段１２０をなす凸部１２１は、タンブル板１００に要求される位置精度、タンブル板１００の熱膨張量などを考慮して、その突出物の形状、大きさ、数、設置位置、設置密度を変化させ得ることはいうまでもない。

タンブル板１００の吸気側端部Ｔｂに面取りを施してもよい。シリンダヘッド１０鋳造成形後の後加工で、インテークマニホールド１２が接続されるシリンダヘッド１０端面をカッタなどで機械加工する場合があるが、このような場合にタンブル板１００の吸気側端部Ｔｂの切除をより滑らかに行うことができ、加工時のかえりバリの発生を抑制できるからである。

なお、説明の便宜上、タンブル板１００の両側縁部Ｔｃのうち、促進手段１２０が設けられた一部分を「凝固促進部分ａ」とも称し、促進手段１２０が設けられていない他の部分を「平滑部分ｂ」とも称する。

タンブル板１００の製造方法は特に限定されないが、同品質のものを簡便かつ安価に作製する観点から、プレス成形によりタンブル板１００を作製することが好ましい。

図６（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態のタンブル板１００が予め設置された、ポート中子２００を示す平面図および側面図である。また、図７は、ポート中子２００を造型する型３００を示す概略断面図、図８は、ポート中子２００を造型する型３００を破断してタンブル板１００を露呈した状態で示す平面図である。なお、以下の説明では、ポート中子２００を造型する型３００を、「中子型３００」とも称する。

シリンダヘッド１０を鋳造成形する際には、まず、図７に示される中子型３００を用いて、図６に示されるポート中子２００が造型される。

ポート中子２００は、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００内に設置して（図９を参照）、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を形成するものである。このポート中子２００は、上述したタンブル板１００が、その両側縁部Ｔｃを溶湯に鋳包まれるように外部に突出して、予め設置されている。

外部に突出したタンブル板１００の両側縁部Ｔｃは、溶湯に鋳包まれたときの保持をより確実にする部分である。鋳包み代は、特に限定されるものではないが、例えば、約２ｍｍに設定されている。

鋳造後のシリンダヘッド１０においては、タンブル板１００の両側縁部Ｔｃは、シリンダヘッド１０に対して溶着させていない。溶着させた場合には、エンジンとして使用したときに受ける繰返しの熱衝撃と振動とにより、タンブル板１００の疲労破壊を招く虞があるためである。タンブル板１００がシリンダヘッド１０に対して溶着していないので、シリンダヘッド１０から見ると、鋳包み部分は、切欠き形状となっている。このため、鋳包み代が大きすぎると、切欠き深さが深くなって当該切り欠き形状の部分に応力集中が生じ、シリンダヘッド１０の構造的強度を低下させる一要因となる。さらに、シリンダヘッド１０のウォータージャケット冷却性能を向上させるため、あるいは軽量化のために、部分的あるいは全体的にシリンダヘッド１０の肉厚を薄くしなければならない場合もある。したがって、鋳包み代はできるだけ小さいほうが好ましい。

本実施形態では、両側縁部Ｔｃに設けた促進手段１２０により溶湯の凝固を促進することにより、両側縁部Ｔｃにおける凝固促進部分ａが強固に固定されるため、鋳包み代を可及的に小さくすることが可能となる。したがって、切欠き深さが浅くなって当該切り欠き形状の部分に応力集中が生じることが抑制され、シリンダヘッド１０の構造的強度を高めることができる。さらには、シリンダヘッド１０の肉厚を薄くすることによるエンジンの冷却性能の向上や軽量化にも寄与し得る。

しかも、促進手段１２０は両側縁部Ｔｃにおける厚み方向に配置されていることから、側端面１０１に促進手段をなす凹部を形成する形態に比較すると、鋳包み代をより一層小さくすることができ、シリンダヘッド１０の構造的強度を高めるなどの上記の効果をより一層顕著に発揮させることができる。

前記中子型３００は、中子用上型３０１や中子用下型３０２などからなる複数の部分型から構成されている。これら部分型を突き合わせると、その内部には、ポート中子２００を形成するためのキャビティ３０３が形成される。このキャビティ３０３内に、中子砂を吹き込み、押し固めてポート中子２００を成形する。

図８に示すように、中子型３００に予めタンブル板１００を載置した状態で、中子砂を吹き込み、ポート中子２００を成形する。このタンブル板１００は、中子型３００内でズレないように位置決めされ、中子型３００の型合わせ面に形成された座にセットされている。つまり、中子用下型３０２のキャビティ周縁に載置された状態で保持されている。

中子型３００内で成形されたポート中子２００は、中子用上型３０１や中子用下型３０２などの部分型を図７中矢印で示す分割方向に分割することにより、中子型３００から取り出される。なお、図７中符号２０１は巾木を示している。

図９は、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００内にポート中子２００を設置した状態を示す断面図である。

図９に示すように、ポート中子２００は、シリンダヘッド１０を成形するための鋳造型４００に組み込まれる。鋳造型４００は、上型４０１、下型４０２およびサイド型４０３からなり、ポート中子２００を下型４０２とサイド型４０３の間で支持し、上型４０１で覆うと、内部にシリンダヘッド１０を成形するためのキャビティ４０４が形成される。なお、図中の符号「４０５」は、ウォータージャケット成形用の中子である。鋳造法は、例えば、低圧鋳造法（ＬＰＤＣ）が採用される。

この状態で、湯口（図示せず）からキャビティ４０４内に、アルミニウム合金、その他の金属からなる溶湯を注湯すると、図１に示すようなシリンダヘッド１０が形成されるが、この注湯時に、溶湯の熱によりポート中子２００に設けられたタンブル板１００が熱膨張することになる。

本実施形態では、タンブル板１００の両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２のうちシリンダ側端部Ｔａ寄りの一部分に、凸部１２１からなる促進手段１２０を設けてある。この促進手段１２０は、当該促進手段１２０が設けられた一部分（凝固促進部分ａ）の近傍における溶湯の凝固を、他の部分（平滑部分ｂ）の近傍における溶湯の凝固よりも促進することによって、吸気ポート１４に対するタンブル板１００の位置を規制するためのものである。

このような促進手段１２０が設けられたタンブル板１００を予め設置したポート中子２００を、鋳造型４００に組込み、キャビティ４０４に注湯すると、タンブル板１００は、その両側縁部Ｔｃが鋳包まれていき、溶湯が凝固すると、その両側縁部Ｔｃの全体が固定される。

ここで、両側縁部Ｔｃのうちシリンダ側端部Ｔａ寄りの凝固促進部分ａは、平滑部分ｂに比べると、凸部１２１の存在により、単位長さあたりの溶湯との接触面積が大きくなっている。このため、タンブル板１００の両側縁部Ｔｃが鋳包まれるときには、凝固促進部分ａの近傍における溶湯は、平滑部分ｂの近傍における溶湯に比べて相対的に急冷され、溶湯の凝固が促進される。さらに、凸部１２１の存在により、溶湯が通過する際の通路抵抗も増すことから、凝固促進部分ａの近傍における溶湯は、平滑部分ｂの近傍における溶湯に比べて相対的に滞留しやすく、溶湯の凝固が促進される。

促進手段１２０による溶湯を急冷する作用と溶湯を滞留させる作用とがあいまって、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固が、平滑部分ｂの近傍における溶湯の凝固よりも促進される。これにより、両側縁部Ｔｃは、その凝固促進部分ａが平滑部分ｂよりも先に固定され、吸気ポート１４に対するタンブル板１００の位置が規制される。また、凸部１２１の存在により、タンブル板１００が半凝固状態下の溶湯中で移動しようとする際の抵抗も増している。この観点からも、タンブル板１００は移動し難く、タンブル板１００の位置ズレが防止される。本実施形態では、両側縁部Ｔｃは、そのシリンダ側端部Ｔａ寄りの部分が、吸気側端部Ｔｂ寄りの部分よりも先に固定されるため、吸気ポート１４に対するシリンダ側端部Ｔａの位置ズレを防止することができる。

また、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固が促進されることから、両側縁部Ｔｃに砂やレジン膜などが多少残留しているような場合であっても、気密性が確実に保持されて、タンブル板１００の固定が確実なものとなる。これにより、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッド１０において、タンブル板１００に製品内でのガタを大巾に低減できる。

さらに、両側縁部Ｔｃのうち凝固促進部分ａが先に固定され、平滑部分ｂは凝固促進部分ａよりも相対的に遅く固定される。このため、溶湯の熱によりタンブル板１００が熱膨張する方向を、溶湯が凝固し始めた凝固促進部分ａから溶湯が未凝固のままである平滑部分ｂに向かう一方向に限定ないし制御することが可能となる。本実施形態では、タンブル板１００はそのシリンダ側端部Ｔａの側が先に固定されることから、タンブル板１００が熱膨張する方向を、吸気側端部Ｔｂに向かう方向に限定できる。タンブル板１００の熱膨張が、膨張しやすい吸気側端部Ｔｂに集約されるため、ポート中子２００がシリンダ側端部Ｔａによって加圧されることがない。このため、ポート中子２００に、吸気ポート１４の形状を成形するために重要な領域で、亀裂や破損などが生じることはない。

仮に、タンブル板１００の熱膨張が大きい場合でも、ポート中子２００は吸気側端部Ｔｂによって加圧されることから、ポート中子２００に発生する割れを巾木２０１側に誘導ないし誘発させることができる。このポート中子２００の割れに起因するバリは、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッド１０の内部ではなく、製品形状外に発生することになる。したがって、後のバリ取り作業を容易、もしくは実施する必要が無くなる。

上述したように、本実施形態によれば、タンブル板１００は、熱膨張しても、重要な位置であるシリンダ側端部Ｔａの位置が保持された状態で精度良く鋳包まれることになる。したがって、タンブル板１００の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図り、さらには、ポート中子２００の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして後加工でのバリ取り作業の容易化を図ることができる。

図１０（Ａ）（Ｂ）は、マルチ・ポイント・インジェクション（ＭＰＩ）タイプの燃料噴射装置が組み込まれるシリンダヘッド１０における吸気ポート１４の概略を示す平面図および断面図、図１０（Ｃ）（Ｄ）は、シングル・ポイント・インジェクション（ＳＰＩ）タイプの燃料噴射装置が組み込まれるシリンダヘッド１０における吸気ポート１４の概略を示す平面図および断面図である。

本実施形態では、吸気ポート１４に対するタンブル板１００の位置を規制できることから、タンブル板１００のシリンダ側端部Ｔａを、燃料噴射範囲またはバルブ作動範囲と干渉しない限界位置に位置させることができる。

すなわち、図１０（Ａ）（Ｂ）に示すように、ＭＰＩタイプの燃料噴射装置が組み込まれるシリンダヘッド１０にあっては、シリンダ側端部Ｔａを、燃料噴射範囲２１と干渉しない限界位置に位置させることができる。また、図１０（Ｃ）（Ｄ）に示すように、ＳＰＩタイプの燃料噴射装置が組み込まれるシリンダヘッド１０にあっては、シリンダ側端部Ｔａを、バルブ作動範囲２２と干渉しない限界位置に位置させることができる。シリンダ側端部Ｔａが燃料噴射範囲２１またはバルブ作動範囲２２と干渉しない限界位置に位置することにより、シリンダボア１３内で所望のタンブル流を確実に形成することができ、燃費の向上などを確実に図ることができる。

（第２の実施形態）
図１１（Ａ）（Ｂ）は、第２の実施形態のタンブル板１００ａが予め設置された、ポート中子２００ａを示す平面図および側面図である。

第２の実施形態のタンブル板１００ａにあっては、その両側縁部Ｔｃにおける促進手段１２０が設けられた部位（凝固促進部分ａ）は、両側縁部Ｔｃにおける他の部位（平滑部分ｂ）に比べて鋳包み代が大きい点で、両側縁部Ｔｃの鋳包み代を同じとした第１の実施形態と相違している。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

鋳包み代は、吸気ポート１４の壁面厚さ、タンブル板１００ａの厚さなどにより適宜の寸法を採用し得るが、一例を挙げると、平滑部分ｂでの鋳包み代Ｌ１を約２ｍｍに設定した場合において、凝固促進部分ａでの鋳包み代Ｌ２を約２．５ｍｍ〜３ｍｍ程度に設定してある。

凝固促進部分ａでの鋳包み代Ｌ２を大きくとることにより、シリンダヘッド１０つまり本体との密着面が大きくなって、凝固促進部分ａがより強固に固定されるため、重要な位置であるシリンダ側端部Ｔａの吸気ポート１４に対する位置精度を一層高めることができる。さらに、湯の熱を受ける面積が大きく、タンブル板１００ａの温度上昇が早くなるため、周囲の溶湯が凝固する前に、タンブル板１００ａは、その伸び量が吸収可能なレベルまで、伸び切ることになる。これにより、ポート中子２００ａの亀裂や破損などの発生をより一層防止することもできる。

なお、第１の実施形態において説明したように、両側縁部Ｔｃの鋳包み代を可及的に小さくすることが可能であるため、第２の実施形態のように鋳包み代を若干大きくすることにより切欠き深さが若干深くなっても、シリンダヘッド１０の構造的強度を低下させる要因とはならない。

（第３の実施形態）
図１２（Ａ）（Ｂ）は、第３の実施形態のタンブル板１００ｂが予め設置された、ポート中子２００ｂを示す平面図および側面図である。

第３の実施形態のタンブル板１００ｂにあっては、その両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２の促進手段１２０を設ける一部分が吸気側端部Ｔｂ寄りである点で、促進手段１２０を設ける一部分をシリンダ側端部Ｔａ寄りとした第１の実施形態と相違している。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

吸気ポート１４の構造や燃料噴射装置のタイプなどによっては、タンブル板１００ｂの吸気側端部Ｔｂの位置精度を高めることが要請される場合がある。このような場合には、第３の実施の形態のように、両側縁部Ｔｃにおける促進手段１２０が設けられた部位（凝固促進部分ａ）を吸気側端部Ｔｂ寄りに設定すればよい。

かかる構成では、第１の実施形態と同様に、促進手段１２０による溶湯を急冷する作用と溶湯を滞留させる作用とがあいまって、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固が、平滑部分ｂの近傍における溶湯の凝固よりも促進される。これにより、両側縁部Ｔｃは、凝固促進部分ａが平滑部分ｂよりも先に固定され、吸気ポート１４に対するタンブル板１００ｂの位置が規制される。第３の実施形態では、タンブル板１００ｂの両側縁部Ｔｃは、その吸気側端部Ｔｂ寄りの部分が、シリンダ側端部Ｔａ寄りの部分よりも先に固定されるため、吸気ポート１４に対する吸気側端部Ｔｂの位置ズレを防止することができる。

（第４の実施形態）
図１３（Ａ）（Ｂ）は、第４の実施形態のタンブル板１００ｃが予め設置された、ポート中子２００ｃを示す平面図および側面図である。

第４の実施形態のタンブル板１００ｃにあっては、その両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２の長手方向の全体にわたって、溶湯の凝固を促進する部材に相当する凸部１２２、１２３を設け、かつ、前記部材１２２、１２３による溶湯の凝固を促進する度合いを長手方向に沿って異ならせることにより、厚み方向の端面１０２の一部分に、相対的ないし実質的に、溶湯の凝固を促進する促進手段１２０が設けられるようにしてある。この点で、凸部１２１の形成箇所を特定の範囲とした第１の実施形態と相違している。その他の構成は、第１の実施形態と同様である。

吸気ポート１４の構造などによっては、タンブル板１００ｃの両側縁部Ｔｃをその長手方向の全体にわたってより強固に固定することが要請される場合もある。このような場合には、第４の実施の形態のように、厚み方向の端面１０２の長手方向の全体にわたって凸部１２２、１２３を形成すればよい。但し、タンブル板１００ｃのシリンダ側端部Ｔａに要求される位置精度と、吸気側端部Ｔｂに要求される位置精度とは異なり、さらに、溶湯の熱によりタンブル板１００ｃが熱膨張する方向を一方向に限定ないし制御する必要もある。

図示例では、吸気側端部Ｔｂよりもシリンダ側端部Ｔａに要求される位置精度が高い場合を例に挙げてあり、シリンダ側端部Ｔａ寄りの凸部１２２の設置密度を「密」にし、吸気側端部Ｔｂ寄りの凸部１２３の設置密度を「疎」にしてある。設置密度を「密」とした凸部１２２（以下、「密凸部１２２」と称する）は、設置密度を「疎」とした凸部１２３（以下、「疎凸部１２３」と称する）に比べると、相対的に、溶湯を急冷する効果および溶湯を滞留させる効果が大きい。したがって、厚み方向の端面１０２の長手方向の全体にわたって凸部１２２、１２３を形成した場合でも、凸部１２２、１２３の設置密度を変えることにより、本発明における促進手段１２０が、相対的ないし実質的に、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２の一部分に設けられることになる。密凸部１２２が配置された部分が凝固促進部分ａとなる。

かかる構成では、厚み方向の端面１０２の長手方向の全体にわたって形成した凸部１２２、１２３により、両側縁部Ｔｃをその長手方向の全体にわたってより強固に固定することができる。さらに、促進手段１２０として機能する密凸部１２２の近傍における溶湯の凝固が、疎凸部１２３の近傍における溶湯の凝固よりも促進される。これにより、タンブル板１００ｃの両側縁部Ｔｃは、密凸部１２２が配置された凝固促進部分ａが疎凸部１２３が配置された部分よりも先に固定され、吸気ポート１４に対するタンブル板１００ｃの位置が規制される。第４の実施形態では、タンブル板１００ｃの両側縁部Ｔｃは、そのシリンダ側端部Ｔａ寄りの部分が、吸気側端部Ｔｂ寄りの部分よりも先に固定されるため、吸気ポート１４に対するシリンダ側端部Ｔａの位置ズレを防止することができる。また、タンブル板１００ｃが熱膨張する方向を、吸気側端部Ｔｂに向かう方向に限定でき、ポート中子２００ｃに、吸気ポート１４の形状を成形するために重要な領域で、亀裂や破損などが生じることはない。

溶湯の凝固を促進する部材は、上述した凸部１２２、１２３の他、凹部、凹凸部および貫通孔などから構成される。溶湯の凝固を促進する部材による溶湯の凝固を促進する度合いを長手方向に沿って異ならせるためには、上述したように、凸部１２２、１２３の設置密度を変化させる形態の他に、設置密度を一定にしたまま、要求される位置精度の度合いに応じて、凸部１２２、１２３の大きさ（径や高さ）、設置位置を変化させる形態でもよい。また、溶湯の凝固を促進する度合いを長手方向に沿って異ならせるに当たっては、２つの度合いだけに変化させる形態の他、３つ以上の度合いに段階的に変化させる形態、あるいは、連続的に変化させる形態のいずれをも採用できる。

（第５〜第８の実施形態）
図１４（Ａ）（Ｂ）、図１５（Ａ）（Ｂ）、図１６（Ａ）（Ｂ）および図１７（Ａ）（Ｂ）は、それぞれ、第５、第６、第７および第８の実施形態のタンブル板１００ｄ〜ｇが予め設置された、ポート中子２００ｄ〜ｇを示す平面図および側面図である。

第１の実施形態では、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２に形成した凸部１２１より構成した促進手段１２０を示したが、本発明はこの場合に限定されるものではない。促進手段１２０は、溶湯の凝固を促進する限りにおいて適宜の構造を採用することができ、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２に形成した凹部、凹凸部あるいは貫通孔より構成してもよい。また、促進手段１２０の形状は、図示した円柱形状に限られず、円錘形状、角形状、角錐形状、三角形状、矩形形状、丸孔、矩形孔、線状などの適宜の形状を採用し得る。凸部、凹部、凹凸部および貫通孔を適宜組み合わせて混在させたり、異なる形状を組み合わせて混在させたりしてもよい。さらに、促進手段１２０の加工方法は、プレス成形に限られず、レーザ加工、ローレット加工、ドリル加工、切削加工などの公知の加工方法を採用し得る。

具体的には、促進手段１２０は、第５〜第８の実施形態のような構造とすることができる。

第５の実施形態では、厚み方向の端面１０２にレーザ加工を施して、略円錘形状をなす凹部１２４を形成してある（図１４（Ａ）（Ｂ））。

第６の実施形態では、厚み方向の端面１０２にローレット加工を施して、クロスハッチ状の凹凸部１２５を鋳包み代の幅全体にわたって形成してある（図１５（Ａ）（Ｂ））。

第７の実施形態では、厚み方向の端面１０２にドリル加工を施して、丸孔からなる貫通孔１２６を形成してある（図１６（Ａ）（Ｂ））。

第８の実施形態では、厚み方向の端面１０２にレーザ加工や切削加工を施して、斜めの線状をなす凹部１２７を形成してある（図１７（Ａ）（Ｂ））。

（第９の実施形態）
図１８（Ａ）（Ｂ）は、第９の実施形態のタンブル板１００ｈ、１００ｉを示す平面図である。

前述したように、ポート中子２００は、中子型３００に予めタンブル板１００を載置した状態で、中子砂を吹き込んで成形されている。溶湯の流れ挙動などを考慮して、タンブル板１００の左右の側縁部Ｔｃの形状や鋳包み代などを異ならせる場合がある。タンブル板１００に表裏の区別がある場合には、ポート中子２００の成形に際して、タンブル板１００の表裏を正しい向きに合わせて中子型３００に載置する必要がある。このような場合には、第９の実施の形態のように、タンブル板１００ｈ、１００ｉを中子型３００に載置する際のセットミスを防止するために、いわゆるポカよけを設けるのがよい。具体的には、ポカよけとして、切り欠き１２８を設けたり（図１８（Ａ）参照）、促進手段１２０をなす凸部１２１の配置状態を左右の側縁部Ｔｃで非対称形状にしたり（図１８（Ｂ）参照）すればよい。

（第１０の実施形態）
図１９は、第１０の実施形態のタンブル板１００ｊが予め設置された、ポート中子２００ｊを示す平面図および側面図である。

第１０の実施形態のタンブル板１００ｊは、その両側縁部Ｔｃにおける側端面１０１にさらに、溶湯の凝固を促進する他の促進手段１１０を設けてある点で、厚み方向の端面１０２にのみ促進手段１２０を設けた第１の実施形態と相違している。

シリンダヘッド１０の肉厚の変化や応力集中の回避を考慮すると、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２に設けた促進手段１２０と、両側縁部Ｔｃにおける側端面１０１に設けた他の促進手段１１０とを併用することが有効な手段となり得る場合がある。このような場合には、第１０の実施の形態のように、両側縁部Ｔｃにおける厚み方向の端面１０２に促進手段１２０を設ける一方、両側縁部Ｔｃにおける側端面１０１に他の促進手段１１０を設ける。他の促進手段１１０は、両側縁部Ｔｃにおける側端面１０１に形成した凹部１１１、凸部および凹凸部のうち少なくとも１つより構成することができる。

例えば側端面１０１に形成した凹部１１１より構成した他の促進手段１１０は、凸部１２１より構成した促進手段１２０と同様に、溶湯を急冷する作用と溶湯を滞留させる作用とがあいまって、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固を、平滑部分ｂの近傍における溶湯の凝固よりも促進する機能を発揮する。

側端面１０１に他の促進手段１１０を設ける場合、この部分における鋳込み代は、厚み方向の端面１０２に促進手段１２０を設けた部分における鋳込み代よりも若干大きくなり、シリンダヘッド１０から見ると切欠き深さが若干深くなる。このため、応力集中を避けたい部位や、シリンダヘッド１０の肉厚が薄い部位には、側端面１０１に他の促進手段１１０を設ける手法を適用することは好ましくない。しかしながら、肉厚が厚い部位では、切欠き深さが若干深くなっても、シリンダヘッド１０の構造的強度を低下させる要因とはならず、むしろ、溶湯との接触面積が大きくなり、肉厚が厚い部位での溶湯の冷却を促進できる効果がある。

本実施例では上記の点を考慮して、厚み方向の端面１０２に設ける促進手段１２０と、側端面１０１に設ける他の促進手段１１０との併用を以下のように規定した。まず、位置決め精度の要求が比較的高い下流側のシリンダ側端部Ｔａ寄りでは、シリンダヘッド１０の肉厚が厚いことから、側端面１０１に凹部１１１からなる他の促進手段１１０を設けてある。また、応力集中を避けたいヘッドボルト１２９の近傍では、厚み方向の端面１０２に凸部１２１からなる促進手段１２０を、相互の間隔を狭くして（設置密度「密」）設けてある。さらに、位置決め精度の要求が比較的低い上流側の吸気側端部Ｔｂでは、シリンダヘッド１０の肉厚が薄いことから、厚み方向の端面１０２に凸部１２１からなる促進手段１２０を、相互の間隔を広くして（設置密度「疎」）設けてある。このように構成することにより、シリンダヘッド１０の肉厚の変化や応力集中の回避に容易に対応することができる。

（その他の変形例）
タンブル板１００の位置精度が要求される部位としてシリンダ側端部Ｔａ（第１の実施形態）および吸気側端部Ｔｂ（第３の実施形態）を例示したが、これら端部以外の部位で位置精度が要求される場合にあっては、その要求部位に応じた位置に促進手段１２０を設ければよい。例えば、タンブル板１００の長手方向の中央位置の位置精度を高める場合には、両側縁部Ｔｃの長手方向の略中央位置に促進手段１２０を設ければよい。

本発明は、シリンダヘッドの吸気ポートにおけるタンブル板の固定位置の精度を改善する用途に適用できる。

エンジンのシリンダヘッドを示す概略断面図である。 吸気ポートの軸直角断面図である。 シリンダヘッドでの気流状態を示す概略図である。 図３の概略平面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態に係るタンブル板を示す平面図および側面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 ポート中子を造型する型を示す概略断面図である。 ポート中子を造型する型を破断してタンブル板を露呈した状態で示す平面図である。 シリンダヘッドを鋳造成形する鋳造型内にポート中子を設置した状態を示す断面図である。 図１０（Ａ）（Ｂ）は、マルチ・ポイント・インジェクション（ＭＰＩ）タイプの燃料噴射装置が組み込まれるシリンダヘッドにおける吸気ポートの概略を示す平面図および断面図、図１０（Ｃ）（Ｄ）は、シングル・ポイント・インジェクション（ＳＰＩ）タイプの燃料噴射装置が組み込まれるシリンダヘッドにおける吸気ポートの概略を示す平面図および断面図である。 図１１（Ａ）（Ｂ）は、第２の実施形態のタンブル板が予め設置された、吸気ポート成形用砂中子を示す平面図および側面図である。 図１２（Ａ）（Ｂ）は、第３の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 図１３（Ａ）（Ｂ）は、第４の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 図１４（Ａ）（Ｂ）は、第５の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 図１５（Ａ）（Ｂ）は、第６の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 図１６（Ａ）（Ｂ）は、第７の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 図１７（Ａ）（Ｂ）は、第８の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 第９の実施形態のタンブル板を示す平面図である。 図１９（Ａ）（Ｂ）は、第１０の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッド、
１４ 吸気ポート、
２１ 燃料噴射範囲、
２２ バルブ作動範囲、
１００ タンブル板（仕切り板）、
１０１ 側端面、
１０２ 厚み方向の端面
１１０ 他の促進手段、
１１１ 凹部（他の促進手段）、
１２０ 促進手段、
１２１ 凸部（促進手段）、
１２２、１２３ 凸部（溶湯の凝固を促進する部材）、
２００ ポート中子（吸気ポート成形用砂中子）、
３００ 中子型、
４００ 鋳造型、
Ｔａ シリンダ側端部、
Ｔｂ 吸気側端部、
Ｔｃ 側縁部。

Claims (11)

1. シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート成形用砂中子に予め設置され、シリンダヘッドの鋳造成形時に鋳包まれて、シリンダヘッドの吸気ポートを複数のポートに仕切る吸気ポート用の仕切り板において、
   溶湯に鋳包まれる両側縁部における厚み方向の端面の一部分に、溶湯の凝固を促進する促進手段を設けたことを特徴とする吸気ポート用の仕切り板。
2. 前記促進手段は、前記両側縁部における厚み方向の端面に形成した凸部、凹部、凹凸部および貫通孔のうち少なくとも１つより構成されていることを特徴とする請求項１に記載の吸気ポート用の仕切り板。
3. 前記両側縁部における厚み方向の端面の一部分は、シリンダ側端部寄りであることを特徴とする請求項１に記載の吸気ポート用の仕切り板。
4. 前記両側縁部における厚み方向の端面の一部分は、吸気側端部寄りであることを特徴とする請求項１に記載の吸気ポート用の仕切り板。
5. 前記両側縁部における前記促進手段が設けられた部位は、前記両側縁部における他の部位に比べて鋳包み代が大きいことを特徴とする請求項１に記載の吸気ポート用の仕切り板。
6. シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート成形用砂中子に予め設置され、シリンダヘッドの鋳造成形時に鋳包まれて、シリンダヘッドの吸気ポートを複数のポートに仕切る吸気ポート用の仕切り板において、
   溶湯に鋳包まれる両側縁部における厚み方向の端面の長手方向の全体にわたって、溶湯の凝固を促進する部材を設け、かつ、前記部材による溶湯の凝固を促進する度合いを前記長手方向に沿って異ならせることにより、厚み方向の端面の一部分に、相対的に、溶湯の凝固を促進する促進手段が設けられるようにしたことを特徴とする吸気ポート用の仕切り板。
7. 前記両側縁部における側端面にさらに、溶湯の凝固を促進する他の促進手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載の吸気ポート用の仕切り板。
8. 前記他の促進手段は、前記両側縁部における側端面に形成した凹部、凸部および凹凸部のうち少なくとも１つより構成されていることを特徴とする請求項７に記載の吸気ポート用の仕切り板。
9. シリンダヘッドを鋳造成形する鋳造型内に設置して、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する吸気ポート成形用砂中子において、
   請求項１〜８のいずれか１つに記載の吸気ポート用の仕切り板が、その両側縁部を溶湯に鋳包まれるように外部に突出して、予め設置されていることを特徴とする吸気ポート成形用砂中子。
10. 請求項１〜８のいずれか１つに記載の吸気ポート用の仕切り板が、その両側縁部が溶湯に鋳包まれて吸気ポートに設置されてなり、
    前記仕切り板の前記促進手段により、当該促進手段が設けられた一部分の近傍における溶湯の凝固を、他の部分の近傍における溶湯の凝固よりも促進することによって、前記吸気ポートに対する前記仕切り板の位置を規制したことを特徴とするシリンダヘッド。
11. 前記仕切り板のシリンダ側端部を、燃料噴射範囲またはバルブ作動範囲と干渉しない限界位置に位置させたことを特徴とする請求項１０に記載のシリンダヘッド。
    
    
    

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