JP2007162551A - シリンダヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で容易に且つ精度良く仕切板が吸気ポート内に確実に設けられたシリンダヘッドを提供する。
【解決手段】シリンダヘッドは、各吸気ポート１内に仕切板２をそれぞれ設けてなるもので、各吸気ポート１には、その内面の対向する位置に凹溝１０、１０が一対で形成されており、仕切板２には、その本体２０の両側縁に、ばね部２２を介して固定部２１がそれぞれ設けられており、固定部２１は、吸気ポート１の凹溝１０と対応した形状に形成され、また、ばね部２２によって互いに離間して外側に拡がるように弾性付勢されており、吸気ポート１の凹溝１０に固定部２１が嵌挿されることによって、吸気ポート１の内部に仕切板２が固定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、シリンダヘッドおよびその製造方法に関し、さらに詳しくは、吸気ポート内に仕切板を設けてなる内燃機関のシリンダヘッドおよびその製造方法に関するものである。

内燃機関のシリンダヘッドは、一般に、アルミニウム合金などを鋳造することにより成形されている。このようなシリンダヘッドには、その吸気ポートにインテークマニホールドを取付けるために、鋳造された粗材に切削などの機械加工が施される。そして、この機械加工を行う際に粗材を位置決めするために、所謂カニバサミと呼ばれる装置のアームで挟まれるように係合される粗材基準座が、粗材を成形するときに同時に吸気ポートの開口部近傍に形成されている。この粗材基準座は、一つのシリンダヘッドにつき一対で凹溝状に形成されるもので、多気筒の内燃機関の場合、カニバサミのアームで挟み得るように、異なる吸気ポートに１箇所づつ、相反する方向に向かうように形成される。

ところで、内燃機関のなかには、シリンダ内に吸気されるガスにタンブル流（縦渦流）を形成するなどの目的から、シリンダヘッドの吸気ポート内に仕切板を設けたものがある。吸気ポートに仕切板を設けるための従来の技術としては、シリンダヘッドを鋳造するときに、シリンダヘッドとは別に成形された仕切板を鋳包み（例えば、特許文献１を参照）、あるいは、図４に示すように、粗材の吸気ポート１’内に仕切板２’を保持するための溝１０’を機械加工して、仕切板２’の両側縁２３’を溝１０’に嵌合させることなどが知られている。

上記特許文献１には、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する中子に予め仕切り板を設置し、該中子を鋳型に設置して注湯することにより前記仕切り板を鋳包みようにしたシリンダヘッドの製造方法において、前記中子には、前記仕切り板における少なくとも吸気側端部となる部分に、溶湯の熱による前記仕切り板の熱膨張を許容する膨張許容空間を形成したことを特徴とするシリンダヘッドの製造方法が開示されている。そして、特許文献１では、「シリンダヘッドの吸気ポートを形成する中子に、予め仕切り板を設置し、当該中子の、前記仕切り板における少なくとも吸気側端部となる部分に、該仕切り板の熱膨張を許容する膨張許容空間を形成したので、溶湯からの熱により仕切り板が熱膨張するときの中子への影響が防止され、円滑に成形できる。」などと記載されている（段落００１０）。

図４に示した従来の技術にあっては、粗材の吸気ポート１’内に断面半円形の溝１０’をドリルのような回転加工工具などにより機械加工すると共に、仕切板２’の両側縁２３’を溝１０’と対応するように円弧状に成形して、吸気ポート１’の溝１０’に仕切板２’の円弧状の両側縁２３’を嵌合させて固定していた。

特開２００５−１１８８５９号公報

しかしながら、上記従来の技術のうち、特許文献１のようにシリンダヘッドの鋳造時に仕切板を鋳包む場合にあっては、シリンダヘッドの吸気ポートを形成する中子に予め仕切板を設置するために、かかる中子を成形するための中子型内に仕切板をズレないように位置決め保持する工程を必要とし、手間や時間がかかるなどの問題があった。そして、特許文献１にあっては、中子に膨張許容空間を形成して仕切板の熱膨張を妨げないようにしても、仕切板として、たとえば板厚が２．０ｍｍ以下など、薄板を鋳包む場合には、鋳造時の熱影響を受けることによって、仕切板が反るなど変形するという問題があった。

また、上記従来の技術のうち、図４に示したように、シリンダヘッドの吸気ポート１’の溝１０’に仕切板の円弧状の両側縁２３’を嵌合させて固定するものにあっては、粗材の吸気ポート１’内に断面半円形の溝１０’を機械加工する工程を必要とし、手間や時間、溝１０’を機械加工するための設備コストなどがかかるという問題があった。そして、仕切板２’の両側縁２３’を溝１０’と対応するように精度良く円弧状に成形するのは容易ではなく、また、両側縁２３’を円弧状に成形するのでは、その円弧状の両端縁２３’と溝１０’との成形誤差や、鋳造時の吸気ポート１’の対向する内面間の寸法誤差（粗材の寸法精度）、あるいは、機械加工により成形される溝１０’の寸法誤差（機械加工の寸法精度）に対応できる許容範囲が小さいために、精度良く確実に吸気ポート内に仕切り板を設けることが困難であるという問題もあった。

本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で容易に且つ精度良く仕切板が吸気ポート内に確実に設けられたシリンダヘッドを提供することを目的とする。
また、本発明は、上述した問題に鑑みてなされたもので、簡単な構成で容易に且つ精度良く仕切板を吸気ポート内に確実に設けることができるシリンダヘッドの製造方法を提供することを目的とする。

請求項１のシリンダヘッドに係る発明は、上記目的を達成するため、吸気ポート内に仕切板を設けてなるシリンダヘッドであって、前記吸気ポートには、その内面の対向する位置に凹溝が形成されており、前記仕切板には、本体の両側縁にばね部を介して固定部がそれぞれ設けられており、前記固定部は、前記凹溝と対応して形成され、前記ばね部によってそれぞれ外側に弾性付勢されており、前記吸気ポートの凹溝に前記仕切板の固定部が嵌挿されて、前記吸気ポートに仕切板が固定されていることを特徴とする。
請求項２のシリンダヘッドの製造方法に係る発明は、上記目的を達成するため、吸気ポート内に仕切板を設けてなるシリンダヘッドの製造方法であって、吸気ポートには、その内面の対向する位置に凹溝をシリンダヘッドの成形時に形成しておき、前記仕切板は、その本体の両側縁にそれぞればね部を介して固定部が設けられており、該固定部は前記凹溝と対応して成形され、ばね部が固定部を外側に弾性付勢するように構成しておき、前記吸気ポートの凹溝に、前記仕切板のばね部によってそれぞれ外側に弾性付勢された固定部を嵌挿して、前記吸気ポート内に仕切板を固定することを特徴とする。

請求項１のシリンダヘッドに係る発明では、仕切板の固定部を吸気ポートの内面の凹溝に嵌合すると、仕切板の本体の両側縁と固定部との間に設けられたばね部によって固定部が外側に弾性付勢されていることにより、凹溝に固定部が嵌挿されて、仕切板が吸気ポート内に容易に且つ精度良く確実に固定された状態となる。
なお、シリンダヘッドを鋳造するための型に吸気ポートの凹溝を成形するための部分を形成しておき、吸気ポートの凹溝がシリンダヘッドの成形時に同時に成形されたものであることが望ましい。また、仕切板は、平板状の素材を折り曲げ加工することにより、本体の両側縁にばね部と固定部が形成されたものであることが望ましい。
請求項２のシリンダヘッドの製造方法に係る発明では、シリンダヘッドの成形時に吸気ポートの凹溝を同時に成形する。凹溝は、シリンダヘッドを成形するための型に吸気ポートの凹溝を成形する部分を形成しておくことにより、シリンダヘッドの成形と同時に形成することができる。また、仕切板は、その本体の両側縁にそれぞればね部を介して固定部を設け、この固定部は凹溝と対応して成形し、ばね部が固定部を外側に弾性付勢するように構成しておく。仕切板は、平板状の素材を折り曲げ加工することにより、本体の両側縁にばね部と固定部を形成することができる。その後、仕切板の固定部をばね部による外側への弾性付勢に抗して縮めて吸気ポートの凹溝に嵌挿する。仕切板は、その本体の両側縁と固定部との間に設けられたばね部によって固定部が外側に弾性付勢されているため、凹溝に固定部を嵌挿することにより、仕切板が吸気ポート内に容易に且つ確実に固定される。

請求項１の発明によれば、前記吸気ポートには、その内面の対向する位置に凹溝が形成されており、前記仕切板には、本体の両側縁にばね部を介して固定部がそれぞれ設けられており、前記固定部は、前記凹溝と対応して形成され、前記ばね部によってそれぞれ外側に弾性付勢されており、前記吸気ポートの凹溝に前記仕切板の固定部が嵌挿されているという簡単な構成により、容易に且つ精度良く仕切板が吸気ポート内に確実に設けられたシリンダヘッドを提供することができる。
請求項２の発明によれば、吸気ポートには、その内面の対向する位置に凹溝をシリンダヘッドの成形時に形成しておき、前記仕切板は、その本体の両側縁にそれぞればね部を介して固定部が設けられており、該固定部は前記凹溝と対応して成形され、ばね部が固定部を外側に弾性付勢するように構成しておき、前記吸気ポートの凹溝に、前記仕切板のばね部によってそれぞれ外側に弾性付勢された固定部を嵌挿して、前記吸気ポート内に仕切板を固定するという簡単な構成で、容易に且つ精度良く仕切板を吸気ポート内に確実に設けることができるシリンダヘッドの製造方法を提供することができる。

最初に、図１〜図３に基づいて、本発明のシリンダの実施の一形態を詳細に説明する。図において、同一符号は同様の部分または相当する部分に付すものとする。この実施の形態においては、内燃機関が多気筒エンジンであり、したがって、吸気ポートが各気筒と対応して複数設けられている場合により説明する。
図１に示すように、本発明のシリンダヘッドは、概略、各吸気ポート１内に仕切板２をそれぞれ設けてなるもので、各吸気ポート１には、その内面の対向する位置に凹溝１０、１０が一対で形成されており、仕切板２には、その本体２０の両側縁に、ばね部２２を介して固定部２１がそれぞれ設けられており、固定部２１は、吸気ポート１の凹溝１０と対応した形状に形成され、また、ばね部２２によって互いに離間して外側に拡がるように弾性付勢されており、吸気ポート１の凹溝１０に固定部２１が嵌挿されることによって、吸気ポート１の内部に仕切板２が固定されている。

シリンダヘッドは、アルミニウム合金などの素材を加熱溶融させて型に充填するなど、鋳造により成形される。吸気ポート１は、その内燃機関の気筒数に応じて形成される。そして、図２に参照されるように、内燃機関として組立てられた際には、シリンダヘッドの各吸気ポート１にそれぞれインテークマニホールド３がガスケット３０を介して取り付けられる。

凹溝１０は、各吸気ポート１の開口部近傍に配置されており、底面が平坦な形状に形成されている。このような凹溝１０は、シリンダヘッドを成形するための鋳型に凸部を凹溝１０とそれぞれ対応させて形成しておくことにより、シリンダヘッドの鋳造と同時に形成されている。凹溝１０の底面を平坦に設定することにより、鋳型に必要な抜き勾配を形成する場合であっても、比較的容易に精度よく成形することができる。この凹溝１０の大きさは、吸気ポート１内に設ける仕切板２の大きさなどによって適当に設定することができるが、例えば高さを１０〜１３ｍｍ、奥行（図２における左右方向の長さ）を２０〜４０ｍｍ、底面までの深さを３〜５ｍｍ程度に設定することができる。

一方、仕切板２は、例えばステンレスなどからなる薄板状の素材を所定形状に打ち抜き、本体２０の両側縁を図１に示した正面視で略Ｖ字状に曲げ加工することにより、ばね部２２と固定部２１が形成されている。このように、薄板状の素材を打ち抜き、曲げ加工することにより、仕切板を容易に精度良く成形することができる。そして、固定部２１は、凹溝１０の底面と対応して平坦に形成される。また、ばね部２２の、本体２０および固定部２１との各境界部を所定の角度で折り曲げ加工することにより、本体２０に対して固定部２１が互いに離間して外側に拡がるように弾性付勢される。両固定部２１の、凹溝１０に嵌挿する前の状態における最大幅は、吸気ポート１の対向するよう配設された凹溝１０の底面の幅よりも大きくなるように設定されている。仕切板２の大きさは、吸気ポート１の断面の大きさや、仕切る奥行長さなどによって適当に設定することができるが、例えば本体２０の奥行（図２における左右方向の長さ）を５０〜７０ｍｍに、また、固定部２１の高さを凹溝１０の高さと対応して１０〜１３ｍｍ、固定部２１の奥行を（図２における左右方向の長さ）を２０〜４０ｍｍ程度に設定することができる。なお、仕切板２の本体２０は、吸気ポート１０の形状に応じて、例えば図２に鎖線で示すように湾曲させるなど、適当な形状に成形することもできる。また、仕切板２により吸気ポート１が区分される断面積の比率や形状は、均等で対称な形状とすることができ、また、不均等でそれぞれ所定の形状とするなど、内燃機関のシリンダ内に吸気されるガスに形成するタンブル流（縦渦流）に応じて設定することもできる。

次に、本発明の方法を、上述したように構成されるシリンダヘッドを製造する場合により、詳細に説明する。
本発明のシリンダヘッドの製造方法は、概略、吸気ポート１内に仕切板２を設けてなるシリンダヘッドを製造するためのもので、シリンダヘッドの粗材の成形時に、吸気ポート１の内面の対向する位置に凹溝１０を形成しておき、また、仕切板２には、その本体２０の両側縁にそれぞればね部２２を介して固定部２１を設け、しかも、固定部２１は凹溝１０と対応して成形するとともに、ばね部２２により固定部２１が互いに離間して外側に弾性付勢されるように構成しておき、シリンダヘッドの吸気ポート１の凹溝１０に、仕切板２のばね部２２によってそれぞれ外側に弾性付勢された固定部２１を嵌挿して、吸気ポート１内に仕切板２を固定するものである。

シリンダヘッドの粗材の各吸気ポート１を成形するための鋳型には、凹溝１０と対応する形状の凸部が設けられている。この鋳型にアルミニウム合金などの加熱溶融された素材を充填すると、各吸気ポート１の対向する位置に凹溝１０がそれぞれ粗材の成形と同時に形成されることとなる。この実施の形態における凹溝１０は、上述したように底面が平坦な形状に設定されている。

鋳造されたシリンダヘッドの粗材は、一般にその鋳型の面粗度などにより表面が滑らかではないため、インテークマニホールド３が取り付けられる面などに、切削などの機械加工を施す。この機械加工を施す際には、従来の技術でも説明したように、位置決めする必要がある。
ここで、従来の位置決めは、一つのシリンダヘッドにつき異なる吸気ポートの開口近傍に凹溝状の粗材基準座を１箇所づつ相反する方向に向かうように一対で形成しておき、この一対の粗材基準座をカニバサミのアームで挟むことにより行っていた。
一方、本発明では、凹溝１０が粗材基準座と同様に吸気ポート１の開口近傍に、しかしながら、各吸気ポート１に対してそれぞれ一対で設けられている。そこで、この凹溝１０のなかから、適当な凹溝１０を選択して粗材基準座として利用することができる。すなわち、例えば、図１の左方に示された吸気ポート１の右方の凹溝１０と、右方に示された吸気ポート１の左方の凹溝１０とを一対の粗材基準座として利用してカニバサミのアームで挟むことにより位置決めすることができる。

一方、仕切板２は、ステンレスなどの薄板状の素材を所定形状に打ち抜き、本体２０となる部分の両側縁を正面視（図１における端面）で略Ｖ字状に曲げ加工することにより、本体２０の両側縁にばね部２２を介して固定部２１を設ける。この仕切板２の固定部２１は、凹溝１０の底面と対応して平坦に形成され、また、ばね部２２の、本体２０および固定部２１との各境界部が所定の角度で折り曲げ加工されることにより、本体２０に対して固定部２１が互いに離間して、各吸気ポート１の対向する凹溝１０の底面間の幅よりも拡がるように弾性付勢されている。なお、仕切板２の本体２０は、平坦な矩形形状に限定されることなく、必要に応じて、図２に鎖線で示すように、吸気ポート１の長手方向の形状に応じて湾曲させるなど、変形させることもできる。

以上説明したように、シリンダヘッドの粗材の機械加工が完了するとともに、仕切板２の成形が完了したら、仕切板２の両固定部２１をばね部２２による外側への弾性付勢に抗して縮めてシリンダヘッドの各吸気ポート１の凹溝１０に嵌挿して押し込む。固定部２１は、凹溝１０にガイドされながら押し込まれることとなる。そして、仕切板２は、その固定部２１がばね部２２によって外側に広がるよう弾性付勢されていることにより、吸気ポート１の凹溝１０の底面に押しつけられて、精度良く支持される。その後、内燃機関として組立てられた際には、シリンダヘッドの各吸気ポート１にそれぞれインテークマニホールド３がガスケット３０を介して取り付けられると、ガスケット３０によって凹溝１０の端面開口が塞がれるとともに、固定部２１の前端面が押えられるため、仕切板２が吸気ポート１内に確実に固定されることとなる。

本発明では、仕切板２を保持する凹溝１０が、シリンダヘッドの鋳造時に同時に形成されるため、従来の技術のように別工程で機械加工する必要がなく、しかも、凹溝１０の底面が固定部２１と対応して平坦に形成されるため、極めて容易に精度良く成形することができる。また、仕切板２は薄板状の素材を打ち抜き曲げ加工するだけで済むので、極めて容易に精度よく成形することができる。そして、曲げ加工されることによりばね部２２が構成されて、両固定部２１を互いに離間させるように外側に向かって弾性付勢するよう構成したので、互いに対向するよう鋳造時に形成された凹溝１０の幅に誤差が生じた場合であっても、容易に対応して固定部２１を凹溝１０の底面に押し付け保持することができる。さらに、吸気ポート１にインテークマニホールド３を取り付けるだけで、仕切板２を挿入した凹状溝である凹溝１０から飛び出させないように確実に固定することができる。

本発明のシリンダヘッドを説明するために吸気ポートを部分的に示した正面図である。 図２の縦断側面図である。 仕切板の斜視図である。 従来の技術を説明するための吸気ポートを部分的に示した正面図である。

符号の説明

１：吸気ポート、 ２：仕切板、 １０：凹溝、２０：本体、２１：固定部、 ２２：ばね部

Claims (2)

1. 吸気ポート内に仕切板を設けてあるシリンダヘッドであって、
   前記吸気ポートには、その内面の対向する位置に凹溝が形成されており、
   前記仕切板には、本体の両側縁にばね部を介して固定部がそれぞれ設けられており、
   前記固定部は、前記凹溝と対応して形成され、前記ばね部によってそれぞれ外側に弾性付勢されており、
   前記吸気ポートの凹溝に前記仕切板の固定部が嵌挿されて、前記吸気ポートに仕切板が固定されていることを特徴とするシリンダヘッド。
2. 吸気ポート内に仕切板を設けてなるシリンダヘッドの製造方法であって、
   吸気ポートには、その内面の対向する位置に凹溝をシリンダヘッドの成形時に形成しておき、
   前記仕切板は、その本体の両側縁にそれぞればね部を介して固定部が設けられており、該固定部は前記凹溝と対応して成形され、ばね部が固定部を外側に弾性付勢するように構成しておき、
   前記吸気ポートの凹溝に、前記仕切板のばね部によってそれぞれ外側に弾性付勢された固定部を嵌挿して、前記吸気ポート内に仕切板を固定することを特徴とするシリンダヘッドの製造方法。
   

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