JP2011190731A - シリンダヘッドの製造方法、製造装置、及び、シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】２系統のウォータージャケットを備えたシリンダヘッドの製造過程において、簡易な構成で、中子を精度良く位置決めするとともに、中子のたわみや割れを防止し、製造後のウォータージャケットからのエア抜け性とを確保することができる、シリンダヘッドの製造方法、製造装置、及び、シリンダヘッドを提案する。
【解決手段】第一ウォータージャケット１２を形成するための第一中子２１を、金型におけるキャビティＣの内部に配置し、かつ、第二ウォータージャケット１３を形成するための第二中子３１を、第一中子２１と離間した状態で、３個の連結部材である連結ピン６１を介して第一中子２１と連結し、キャビティＣの内部に配置した状態で、キャビティＣの内部に溶湯Ｍを供給することにより、シリンダヘッド１１を鋳造する。
【選択図】図５

Description

本発明は、シリンダヘッドの製造方法、製造装置、及び、シリンダヘッドに関し、具体的には、シリンダヘッドに形成される排気ポートの冷却効率を向上させる技術に関する。

従来の内燃機関においては、シリンダヘッドに形成された排気ポートを通じて、シリンダブロックのシリンダから排気ガスを排出する構造が用いられている。この際、排気ポートを冷却し、高温の排気ガスの温度を低下させて排出することにより、触媒装置の触媒への熱害を低減させている。これにより、高速運転時の燃料による冷却を不要とし、燃費を向上させているのである。
また、排気ガスの冷却により、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：排気ガス再循環）におけるＥＧＲガスの温度を下げることができるため、ＥＧＲクーラーを小型化し、コストを低減しているのである。

上記の如く、排気ポートを流通する排気ガスを冷却する構造として、排気ポートの周辺に形成されたウォータージャケットに冷却水を流通させる技術が用いられる。このような構成においては、排気ポートの下部を冷却するウォータージャケットと、排気ポートの上部を冷却するウォータージャケットと、の２系統で冷却する技術が知られている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１に記載のシリンダヘッドによれば、排気ポートの下側で複数のシリンダの並び方向と交差する方向（横方向）に向かって形成された第一冷却水通路（ウォータージャケット）と、排気ポートの上側で複数のシリンダの並び方向（縦方向）に向かって形成された第二冷却水通路（ウォータージャケット）と、のそれぞれに冷却水を流通させるのである。このように、２系統のウォータージャケットで排気ポートを冷却することにより冷却水の循環を促進し、１系統のウォータージャケットで冷却する構成と比較して熱交換の効率を向上させる構成としている。

また、排気ポートを下部及び上部の２系統のウォータージャケットで冷却するために、それぞれを形成するための中子を金型のキャビティ内部に配置した状態でシリンダヘッドを鋳造する技術が知られている（例えば、特許文献２参照）。特許文献２に記載のシリンダヘッドの鋳造方法によれば、二つのウォータージャケットを形成するための中子を、プラグホールを形成するチューブ状の連結部材で連結し、それぞれの中子の位置決めを行う構成としている。
さらに、金型のキャビティ内部に中子を配置する際に、ピン状の連結部材で中子の位置決めをした状態で、鋳造を行う技術が知られている（例えば、特許文献３参照）。

特開２００９−２１６００８号公報 特開２０００−３４９５０号公報 特開２００３−１９１０５１号公報

しかし、特許文献１によれば、シリンダヘッドに形成する２系統のウォータージャケットの構造については開示されているものの、そのような冷却構造を備えるシリンダヘッドを製造するための具体的な構成や、付随する課題の解決手段までは開示されていない。
即ち、特許文献１に開示されるシリンダヘッドを鋳造する場合、それぞれのウォータージャケットを形成するために二つの中子が金型のキャビティ内部に配置される。その際、中子の相対的な位置決めを精度良く行うことが必要となるが、その具体的な構成が開示されていない。

また、特許文献１に記載のシリンダヘッドの如く、ウォータージャケットを２系統とした場合は、複数のシリンダの並び方向（縦方向）に延びるウォータージャケット（第二冷却水通路）を薄く長い形状とする必要がある。しかし、ウォータージャケットを形成するための中子をこのような薄く長い形状とした場合は強度が低下するため、鋳造時に中子がたわみやすくなり、割れが発生するという課題がある。
また、ウォータージャケットを２系統とした場合は、エンジンを車両に搭載した際に低い位置にあるウォータージャケットからのエア抜け性が悪くなるという課題が発生する。

一方、特許文献２に記載の技術によれば、二つの中子を連結する部材として、プラグホールを形成するチューブ状の連結部材を用いているため、その形状や配置位置は限定される。また、連結部材自体を高精度に加工する必要があるため、製造コストが増大する可能性がある。

さらに、特許文献３に記載の技術によれば、キャビティ内部の中子を、ピン状の連結部材で横型である可動型に連結する構成としている。しかし、複数のシリンダの並び方向に延びるウォータージャケットを形成するために中子を薄く長い形状とした場合は、上記のような構成で中子を配置し、鋳造時のたわみや割れを防止することは困難である。

本発明は上記現状に鑑み、２系統のウォータージャケットを備えたシリンダヘッドの製造過程において、簡易な構成で、中子を精度良く位置決めするとともに、中子のたわみや割れを防止し、製造後のウォータージャケットからのエア抜け性とを確保することができる、シリンダヘッドの製造方法、製造装置、及び、シリンダヘッドを提案するものである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、排気ポートと、該排気ポートにおける片側を冷却する第一ウォータージャケットと、前記排気ポートにおける前記第一ウォータージャケットが冷却する側と反対の側を冷却する第二ウォータージャケットと、を備える、シリンダヘッドを鋳造する、シリンダヘッドの製造方法であって、前記第一ウォータージャケットを形成するための第一中子を、金型におけるキャビティの内部に配置し、かつ、前記第二ウォータージャケットを形成するための第二中子を、前記第一中子と離間した位置で、１個又は複数個の連結部材を介して前記第一中子と連結して、前記キャビティの内部に配置した状態で、前記キャビティの内部に溶湯を供給することにより、シリンダヘッドを鋳造するものである。

また、請求項２においては、前記シリンダヘッドは、直列する複数のシリンダボアを有するシリンダブロックに配設され、前記排気ポートは、前記シリンダヘッドにおける、前記シリンダブロックの各シリンダボアと対向する位置に複数個形成され、前記第一ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に対して直交する方向に向かって冷却水が流通するように形成され、前記第二ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に向かって冷却水が流通するように形成されるものである。

また、請求項３においては、前記連結部材における、前記第一中子と前記第二中子との間隙部分に位置する部分には、突出部又は溝部が形成されるものである。

また、請求項４においては、前記金型は、キャビティ内の型閉じ方向に突出するガス抜きプラグが形成された上型を備え、前記連結部材は、前記ガス抜きプラグが突出する方向に軸線を向けて、前記ガス抜きプラグと同一軸線上に配設され、前記第二中子は、前記キャビティの内部に配置される際に、前記ガス抜きプラグと前記連結部材とで挟持されることにより固定されるものである。

また、請求項５においては、前記連結部材には、該連結部材の第一中子側の端部と第二中子側の端部とを連通する、空気連通孔が形成されるものである。

また、請求項６においては、排気ポートと、該排気ポートにおける片側を冷却する第一ウォータージャケットと、前記排気ポートにおける前記第一ウォータージャケットが冷却する側と反対の側を冷却する第二ウォータージャケットと、を備える、シリンダヘッドを鋳造する、シリンダヘッドの製造装置であって、キャビティが形成される金型と、前記第一ウォータージャケットを形成するための第一中子と、前記第二ウォータージャケットを形成するための第二中子と、前記第一中子と前記第二中子とを連結する連結部材とを備え、前記第一中子が前記キャビティの内部に配置され、かつ、前記第二中子が、前記第一中子と離間した位置で、１個又は複数個の前記連結部材を介して前記第一中子と連結され、前記キャビティの内部に配置された状態で、前記キャビティの内部に溶湯が供給されることにより、シリンダヘッドを鋳造するものである。

また、請求項７においては、前記シリンダヘッドは、直列する複数のシリンダボアを有するシリンダブロックに配設され、前記排気ポートは、前記シリンダヘッドにおける、前記シリンダブロックの各シリンダボアと対向する位置に複数個形成され、前記第一ウォータージャケットは、前記第一中子により、前記シリンダボアが配列される方向に対して直交する方向に向かって冷却水が流通するように形成され、前記第二ウォータージャケットは、前記第二中子により、前記シリンダボアが配列される方向に向かって冷却水が流通するように形成されるものである。

また、請求項８においては、前記連結部材における、前記第一中子と前記第二中子との間隙部分に位置する部分には、突出部又は溝部が形成されるものである。

また、請求項９においては、前記金型は、キャビティ内の型閉じ方向に突出するガス抜きプラグが形成された上型を備え、前記連結部材は、前記ガス抜きプラグが突出する方向に軸線を向けて、前記ガス抜きプラグと同一軸線上に配設され、前記第二中子は、前記キャビティの内部に配置される際に、前記ガス抜きプラグと、前記連結部材とで挟持されることにより固定されるものである。

また、請求項１０においては、前記連結部材には、該連結部材の第一中子側の端部と第二中子側の端部とを連通する、空気連通孔が形成されるものである。

また、請求項１１においては、排気ポートと、該排気ポートにおける片側を冷却する第一ウォータージャケットと、前記排気ポートにおける前記第一ウォータージャケットが冷却する側と反対の側を冷却する第二ウォータージャケットと、を備え、前記第一ウォータージャケットと、前記第二ウォータージャケットと、の間に、それぞれを連通する空気連通孔が形成された、１個又は複数個の連結部材が介挿されるものである。

また、請求項１２においては、直列する複数のシリンダボアを有するシリンダブロックに配設され、前記排気ポートは、前記シリンダヘッドにおける、前記シリンダブロックの各シリンダボアと対向する位置に複数個形成され、前記第一ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に対して直交する方向に向かって冷却水が流通するように形成され、前記第二ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に向かって冷却水が流通するように形成されるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

本発明においては、２系統のウォータージャケットを備えたシリンダヘッドの製造過程において、簡易な構成で、中子を精度良く位置決めするとともに、中子のたわみや割れを防止し、製造後のウォータージャケットからのエア抜け性とを確保することができる。

第一実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置にて鋳造されるシリンダヘッド、及び当該シリンダヘッドが組み付けられるシリンダブロックを示す概略断面図。 図１に示すシリンダブロックのＡ−Ａ線断面図。 第一実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置のウォータージャケット中子を示す平面図。 同じくウォータージャケット中子を組み合わせた状態を示す平面図。 （ａ）は図４に示すＢ−Ｂ線で、成形前のシリンダヘッドの製造装置を切断した断面図、（ｂ）は同じく成形中のシリンダヘッドの製造装置を切断した断面図。 （ａ）は第一実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置におけるウォータージャケット中子の組合せ部を示す拡大断面図、（ｂ）は第二実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置におけるウォータージャケット中子の組合せ部を示す拡大断面図。 第三実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置のウォータージャケット中子を組み合わせた状態を示す平面図。 （ａ）は図７に示すウォータージャケット中子のＣ−Ｃ線断面図、（ｂ）は第四実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置におけるウォータージャケット中子の断面図。 第四実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置にて鋳造されたシリンダヘッドを示す概略断面図。

次に、発明の実施の形態を説明する。
なお、本発明の技術的範囲は以下の実施例に限定されるものではなく、本明細書及び図面に記載した事項から明らかになる本発明が真に意図する技術的思想の範囲全体に、広く及ぶものである。

以下に、本発明に係るシリンダヘッドの製造方法、製造装置、及び、シリンダヘッドについて説明する。本明細書では便宜上、図１における右側を右側方、左側を左側方として説明する。また、同じく上側を上方、下側を下方として説明する。また、同じく紙面手前方向を前方、紙面奥行方向を後方として説明する。即ち、図２における下側を前方、上側と後方とする。また、図２に示す如く、本明細書においては場合に応じて、左右方向を横方向、前後方向を縦方向とすることがある。

［シリンダヘッド１１の構成］
まず、第一実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置にて鋳造されるシリンダヘッド１１の概要について、図１及び図２を用いて説明する。
シリンダヘッド１１及びシリンダブロック５１は、その本体がアルミニウムを材料として構成される。そして、図１に示す如くシリンダヘッド１１は、シリンダブロック５１の上面５３に当接して取り付けられる。さらに、シリンダブロック５１に形成されたそれぞれのシリンダボア５４に対応して、シリンダヘッド１１には複数の排気ポート４１、吸気ポート４２、及び、点火プラグ取付部４３が形成されている。なお、排気ポート４１及び吸気ポート４２は、一つのシリンダボア５４に対してそれぞれ２箇所ずつ設けられている。

また、シリンダヘッド１１には後述するように、２系統のウォータージャケットとして、第一ウォータージャケット１２と第二ウォータージャケット１３が形成されている。各排気ポート４１及び各吸気ポート４２にはシリンダボア５４に対して開閉するための図示しない排気弁及び吸気弁がそれぞれ設けられる。

［シリンダブロック５１の構成］
次に、シリンダヘッド１１が配設されるシリンダブロック５１の概要について、図１及び図２を用いて説明する。
シリンダブロック５１は、ボルト等の締結部材によってシリンダヘッド１１が固定される上面５３と、上面５３に開口する円筒状のシリンダボア５４と、このシリンダボア５４を囲む壁状部分であるシリンダ部５５と、シリンダ部５５を介してシリンダボア５４の左右両側に溝状に形成される左側ウォータージャケット５６ａ・右側ウォータージャケット５６ｂと、を有する。

シリンダブロック５１は、本実施例においては図２に示す如くシリンダボア５４を縦方向に４個備えた直列４気筒エンジンである。これらのシリンダボア５４は中心軸方向が平行となるように隣り合う状態で一列に配設される。なお、本実施例において前記シリンダボア５４は直列に４箇所配設されているが、その数は３箇所以下又は５箇所以上でもよく、本実施例に限定されるものではない。

上面５３は、シリンダブロック５１の一側において平面として形成されるシール面であり、この上面５３に、ガスケットを介する等してシリンダヘッド１１が組み付けられる。上面５３に対するシリンダヘッド１１の組付けに際しては、締結部材がシリンダヘッド１１を貫通するとともにシリンダブロック５１に設けられる雌ねじ部分となる締結穴５２に螺挿されるのである。

図２に示す如く、冷却水の通路である左右両側のウォータージャケット５６ａ・５６ｂは、シリンダブロック５１の鋳造に際して複数のシリンダボア５４の周囲を取り囲むように、それぞれが対向して平面視で波形状に形成される。つまり、ウォータージャケット５６ａ・５６ｂは、シリンダボア５４に対してシリンダ部５５を介して形成されているのである。具体的には、シリンダ部５５は、シリンダボア５４を取り囲むように形成される円筒状の壁状部分であり、図２に示す如く、隣り合うシリンダボア５４に対しては円筒状の部分が繋がった状態となる。

このようにウォータージャケット５６ａ・５６ｂは、シリンダ部５５の外周面と、これに対向するように形成される外周壁面とにより、上面５３側に開口するように形成される。つまり、本実施例のシリンダブロック５１は、ウォータージャケット５６ａ・５６ｂが上面５３側に開放される構造となっている。このウォータージャケット５６ａ・５６ｂにより、シリンダ部５５を介してシリンダボア５４等が冷却されるのである。

また、左側ウォータージャケット５６ａの前端側には、外部に連通する連通孔５７が開口されており、この連通孔５７を介して図示しないウォーターポンプが接続されている。即ち、ウォーターポンプが駆動することにより、冷却水が図２中の矢印α０の如く連通孔５７を通って左側ウォータージャケット５６ａに流入するのである。
さらに、左側ウォータージャケット５６ａと右側ウォータージャケット５６ｂとは、図１に示す如く、シリンダヘッド１１に形成される第一ウォータージャケット１２を介して連通されている。即ち、左側ウォータージャケット５６ａに流入した冷却水は、第一ウォータージャケット１２を通じて右側ウォータージャケット５６ｂに流入するのである。

［冷却水路の構成］
次に、シリンダヘッド１１及びシリンダブロック５１に形成される冷却水路の概要について、図１及び図２を用いて説明する。
図１に示す如くシリンダヘッド１１には、２系統のウォータージャケットが形成されている。具体的にはシリンダヘッド１１は、排気ポート４１と吸気ポート４２における下側、及び、点火プラグ取付部４３の周辺を冷却する第一ウォータージャケット１２と、排気ポート４１における上側、即ち第一ウォータージャケット１２が冷却する側と反対の側、を冷却する第二ウォータージャケット１３と、を備えるのである。

図１に示す如く、シリンダヘッド１１の下面における左側の複数箇所には、第一ウォータージャケット１２とシリンダヘッド１１の外部とを連通する流入口１２ａが開口され、同じく右側の複数箇所には、第一ウォータージャケット１２とシリンダヘッド１１の外部とを連通する流出口１２ｂが開口されている。そして、シリンダヘッド１１をシリンダブロック５１に組付けた際に、図２に示す如く流入口１２ａは左側ウォータージャケット５６ａの開放部分に、流出口１２ｂは右側ウォータージャケット５６ｂの開放部分に面するように構成されているのである。このように、第一ウォータージャケット１２は、流入口１２ａ及び流出口１２ｂを介して、左側ウォータージャケット５６ａと右側ウォータージャケット５６ｂとの双方に連通されているのである。即ち、左側ウォータージャケット５６ａに流入した冷却水は、流入口１２ａを通って第一ウォータージャケット１２に流入し、流出口１２ｂを通って右側ウォータージャケット５６ｂに流入するのである。

より詳細には、図２中の矢印α０の如く左側ウォータージャケット５６ａに流入した冷却水の一部は、図２中の矢印α１の如く左側ウォータージャケット５６ａを後方に向かって流通する。そして、それぞれのシリンダボア５４の左側を冷却する最中に、何れかの流入口１２ａを通って第一ウォータージャケット１２に流入するのである。そして、第一ウォータージャケット１２の中部を右側方に向かって横方向に流通した後（図３中の矢印β参照）、流出口１２ｂを通って右側ウォータージャケット５６ｂに流入するのである。その後、図２中の矢印α２の如く右側ウォータージャケット５６ｂを後方に向かって流通し、それぞれのシリンダボア５４の右側を冷却するのである。

また、シリンダヘッド１１の下面における前側左寄りと後側右寄りとのそれぞれには、第二ウォータージャケット１３とシリンダヘッド１１の外部とを連通する流入口１３ａ及び流入口１３ｂが開口されている（図３及び図４参照）。そして、図２に示す如く、シリンダヘッド１１をシリンダブロック５１に組付けた際に、流入口１３ａは左側ウォータージャケット５６ａの開放部分の前端部に、流入口１３ｂは右側ウォータージャケット５６ｂの開放部分の後端部に面するように構成されているのである。

即ち、図２中の矢印α０の如く左側ウォータージャケット５６ａに流入した冷却水の一部は、流入口１３ａを通って第二ウォータージャケット１３に流入し、第二ウォータージャケット１３の内部を後方に向かって流通する（図３中の矢印γ１参照）。
一方、前記の如く第一ウォータージャケット１２を経由して右側ウォータージャケット５６ｂの後端部に流れてきた冷却水は、流入口１３ｂを通って第二ウォータージャケット１３に流入し、第二ウォータージャケット１３の後端部を左側方に向かって流通するのである（図３中の矢印γ２参照）。そして、シリンダヘッド１１の後端部に形成される流出口１３ｃ（図３中の矢印γ３及び図４参照）から流出する。
その後、高温となった冷却水は図示しないラジエータを経由することで再び冷却され、ウォーターポンプへと戻される。以降は、冷却水がこの順に各部を繰り返し循環してシリンダヘッド１１及びシリンダブロック５１を冷却するのである。

［冷却水路の形状］
次に、シリンダヘッド１１に形成される第一ウォータージャケット１２及び第二ウォータージャケット１３の形状について、図３から図６を用いて説明する。
第一ウォータージャケット１２及び第二ウォータージャケット１３は、シリンダヘッド１１を鋳造して成形する際に、図５（ａ）の如く金型に形成されるキャビティＣの内部にウォータージャケット中子（以下、単に中子とする）を配置することで形成される。即ち、第一ウォータージャケット１２及び第二ウォータージャケット１３の形状は、それぞれを形成する中子の形状と略同一となるのである。以下、第一中子２１の形状を説明することにより第一ウォータージャケット１２の形状を説明し、第二中子３１の形状を説明することにより第二ウォータージャケット１３の形状を説明する。また、図３における各矢印は、第一中子２１及び第二中子３１によって第一ウォータージャケット１２及び第二ウォータージャケット１３が形成された後に、第一ウォータージャケット１２及び第二ウォータージャケット１３の内部を冷却水が流通する方向を示している。

シリンダヘッド１１を鋳造するシリンダヘッドの製造装置は、上型１０１、下型１０２、及び横型１０３・１０３からなる金型、第一中子２１及び第二中子３１、並びに後述する連結ピン６１などを備えている。
そして、上記の如く第一ウォータージャケット１２及び第二ウォータージャケット１３はそれぞれ、第一中子２１及び第二中子３１をキャビティＣの内部に配置した状態でシリンダヘッド１１を鋳造することにより形成される。具体的には、図５（ａ）に示す如く、上型１０１、下型１０２、及び、横型１０３・１０３からなる金型における間隙がキャビティＣとして形成される。即ち、下型１０２の上方に第一中子２１及び第二中子３１を載置した状態で上型１０１、横型１０３・１０３で型閉じすることで、第一中子２１及び第二中子３１をキャビティＣの内部に配置するのである。なお、実際は排気ポート４１や吸気ポート４２を形成するために他の中子がキャビティＣの内部に配設されるが、本明細書においてはこれらの他の中子についての図示及び説明を省略する。

図３に示す如く、第一中子２１は、流入部２１ａと、シリンダボア５４ごとに形成される流出部２１ｂと、を備える。詳しくは、長手方向を前後に向けて形成される流入部２１ａから、右側方に４個の流出部２１ｂが延出して形成されているのである。換言すれば、第一中子２１の右側には、それぞれの流出部２１ｂの間に３箇所のスリットが入った形状に形成されているのである。第一中子２１の左右略中央部には点火プラグ取付部中子を挿入するための孔２２が、また、流出部２１ｂには吸気ポート中子を挿入するための孔２３が、さらに、流入部２１ａには排気ポート中子を挿入するための孔２４が、それぞれシリンダボア５４ごとに上下方向に形成されている。

第一中子２１によって形成される第一ウォータージャケット１２は、図１に示す如く、流入口１２ａを介して左側ウォータージャケット５６ａと連通され、流出口１２ｂを介して右側ウォータージャケット５６ｂと連通される。即ち、第一中子２１は、第一ウォータージャケット１２が形成された後に、その内部を流入口１２ａから右側方の流出口１２ｂに向かって、矢印βの如く冷却水が流通するように形成されているのである。

第二中子３１は、長手方向を前後に向けて形成される主流通部３１ａと、主流通部３１ａの後端部から右側方に延出して形成される延出部３１ｂと、を備える。主流通部３１ａの左側にはヘッドボルト部を形成するための孔３２がシリンダボア５４ごとに上下方向に形成されている。また、主流通部３１ａの右側にはバルブガイド中子を挿入するための孔３３がシリンダボア５４ごとに２個ずつ上下方向に形成されている。さらに、第二中子３１の後端部には、第二ウォータージャケット１３の流出口１３ｃを形成するための流出口部３１ｃが後方へ突出して形成されている。

第二中子３１によって形成される第二ウォータージャケット１３は、流入口１３ａを介して左側ウォータージャケット５６ａと連通され、流入口１３ｂを介して右側ウォータージャケット５６ｂと連通される。即ち、第二中子３１は、第二ウォータージャケット１３が形成された後で、その内部のうち、主流通部３１ａによって形成される部分を流入口１３ａから後方の流出口１３ｃに向かって、矢印γ１の如く冷却水が流通するように形成されているのである。また、第二中子３１は、第二ウォータージャケット１３が形成された後で、その内部のうち、延出部３１ｂによって形成される部分を流入口１３ｂから左側の流出口１３ｃに向かって、矢印γ２の如く冷却水が流通するように形成されているのである。そして、冷却水は流出口１３ｃから矢印γ３の如く流出するのである。

即ち、本実施形態において第一ウォータージャケット１２は、シリンダボア５４が配列される方向に対して直交する方向である横方向に向かって冷却水が流通するように形成されている。そして、第二ウォータージャケット１３は、シリンダボア５４が配列される方向である縦方向に向かって冷却水が流通するように形成されているのである。

［中子の配置構成］
シリンダヘッド１１の鋳造を行う前の段階で、第一中子２１及び第二中子３１をキャビティＣの内部に配置する際は、図４及び図５に示す如く、第一中子２１に第二中子３１を連結して配設する。具体的には図３に示す如く、第一中子２１の流入部２１ａにおける上面には、前後方向で各流出部２１ｂの間に位置する箇所に、３個の連結孔２５が形成されている。また、第二中子３１の主流通部３１ａにおける下面には、第一中子２１と連結した際に連結孔２５と対向する位置に３個の連結孔３５が形成されている。

そして、図４及び図５（ａ）に示す如く、第二中子３１を、第一中子２１と離間した状態で、３個の連結部材である連結ピン６１を介して第一中子２１と連結し、キャビティＣの内部に配置するのである。詳細には、図６（ａ）に示す如く、連結ピン６１の両端部６１ｂ・６１ｂをそれぞれの連結孔２５・３５に挿入することにより、第一中子２１と第二中子３１とを位置決めして連結するのである。

つまり、連結ピン６１のうち、両端部６１ｂ・６１ｂを除いた本体部分の長さが、第一中子２１と第二中子３１の間隔として、高さ方向（上下方向）に位置決めされるのである。本実施形態においては、両端部６１ｂ・６１ｂは連結孔２５・３５に挿入し易くするために、先端に向かって縮径する形状となっている。連結ピン６１の材料は、シリンダヘッド１１を形成する材料と融点が同じアルミニウムか、若しくはそれより融点が高い鉄などが用いられる。

さらに、前記の状態でキャビティＣの内部に溶湯Ｍを供給することにより、図５（ｂ）に示す如くシリンダヘッド１１を鋳造するのである。即ち、シリンダヘッド１１を鋳造して、第一中子２１、第二中子３１を除去した後でも、連結ピン６１はシリンダヘッド１１の内部（第一ウォータージャケット１２と第二ウォータージャケット１３との間）に残ることとなる。

なお、連結ピン６１の両端部６１ｂ・６１ｂは第一ウォータージャケット１２と第二ウォータージャケット１３のそれぞれの内部で突出することとなる。しかし、連結ピン６１は第一ウォータージャケット１２や第二ウォータージャケット１３に比べて十分小さく、また、両端部６１ｂ・６１ｂは第一ウォータージャケット１２や第二ウォータージャケット１３に形成された凹み部に突出する構成としているため、冷却水の流通が阻害されることはない。

本実施形態に係るシリンダヘッド１１によれば上記の如く、排気ポート４１の下側でシリンダボア５４の並び方向と直交する横方向に向かって形成された第一ウォータージャケット１２と、排気ポート４１の上側でシリンダボア５４の並び方向である縦方向に向かって形成された第二ウォータージャケット１３と、のそれぞれに冷却水を流通させるのである。このように、２系統のウォータージャケットで排気ポート４１を冷却することにより、冷却水の循環を促進し、１系統のウォータージャケットで冷却する構成と比較して熱交換の効率を向上させる構成としている。

また、連結ピン６１を介して、第二中子３１を第一中子２１に連結することにより、簡易な構成で中子同士の相対的な位置決めを精度良く行うことが可能となる。
さらに、ウォータージャケットを２系統として、第二ウォータージャケット１３を、厚みが薄く、シリンダボア５４の並び方向である縦方向に向かって長い形状とするために、第二中子３１を同じく厚みが薄く長い形状として強度が低下した場合でも、第二中子３１を複数の連結ピン６１で支持する構成であるため、シリンダヘッド１１の鋳造時に第二中子３１にたわみや割れが発生することを防止できるのである。
加えて、第一中子２１と第二中子３１との間に連結ピン６１を介挿することにより、第一中子２１と第二中子３１とが離間した状態でシリンダヘッド１１を鋳造することができるため、鋳造されたシリンダヘッド１１における第一ウォータージャケット１２と第二ウォータージャケット１３との連通を防ぐことができる。

図６（ａ）に示す如く、第一中子２１と第二中子３１とを連結している連結ピン６１における、第一中子２１と第二中子３１との間隙部分に位置する部分には、鍔状の突出部６１ａが形成されている。つまり、シリンダヘッド１１を鋳造する際に、この突出部６１ａが溶湯Ｍと係合するため、第一中子２１、第二中子３１を除去した後に連結ピン６１がシリンダヘッド１１から離脱しないように構成されているのである。

また、本実施形態においては図５（ａ）に示す如く、上型１０１には、キャビティＣの内部の型閉じ方向（下方）に突出するガス抜きプラグ１０１ａが形成されている。このガス抜きプラグ１０１ａは、シリンダヘッド１１を鋳造する際に、レジンが焼けるときに第二中子３１から発生するガスや、鋳造後に砂を抜く際に用いられるものである。
そして、連結ピン６１は、ガス抜きプラグ１０１ａが突出する方向である上下方向に軸線を向けて、ガス抜きプラグ１０１ａと同一軸線上に位置するように配設される（図４参照）。つまり、第二中子３１は、キャビティＣの内部に配置される際に、ガス抜きプラグ１０１ａと、連結ピン６１と、により挟持されることにより固定されるのである。

本実施形態においては上記の如く構成することにより、第二中子３１をガス抜きプラグ１０１ａと連結ピン６１とで挟持することにより、より強固に固定することが可能となる。即ち、同軸上で挟持する構成であるため、第二中子３１を薄く長い形状とした場合でも、第二中子３１に剪断力が発生することがないのである。このため、シリンダヘッド１１の鋳造時に第二中子３１に浮力が発生しても、第二中子３１にたわみや割れが発生することを防止できるのである。

［第二実施形態］
また、図６（ｂ）には、第二実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置における、第一中子２１と第二中子３１との組合せ部を示している。なお以下の実施形態において、既出の実施形態と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
本実施形態においては、第一中子２１と第二中子３１とを連結している連結ピン１６１の第一中子２１と第二中子３１との間隙部分に位置する部分に、第一実施形態における前記突出部６１ａに代えて、溝部１６１ａを形成している。
つまり、溝部１６１ａが形成された連結ピン１６１の両端部１６１ｂ・１６１ｂをそれぞれの連結孔２５・３５に挿入して第一中子２１と第二中子３１とを位置決めして連結する。そして、キャビティＣの内部に溶湯Ｍを供給してシリンダヘッド１１を鋳造するのである。その際、溝部１６１ａが溶湯Ｍと係合するため、第一中子２１、第二中子３１を除去した後に連結ピン１６１がシリンダヘッド１１から離脱しないのである。

［第三実施形態］
次に、図７及び図８（ａ）を用いて、第三実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置における、第一中子２２１と第二中子２３１との連結構造について説明する。
本実施形態においては、図７及び図８（ａ）に示す如く、第一中子２２１における、第二中子２３１と対向する面に、３個の連結孔２２５が形成されている。また、第二中子２３１における、第一中子２２１と対向する面に、３個の連結孔２３５が形成されている。

そして、図７及び図８（ａ）に示す如く、第二中子２３１を、第一中子２２１と離間した状態で、３個の連結部材である連結ピン２６１を介して第一中子２２１と連結し、キャビティＣの内部に配置するのである。詳細には、連結ピン２６１の軸線方向を水平方向に向けて、連結ピン２６１の両端部２６１ｂ・２６１ｂをそれぞれの連結孔２２５・２３５に挿入することにより、第一中子２２１と第二中子２３１とを位置決めして連結するのである。
さらに、前記の状態でキャビティＣの内部に溶湯Ｍを供給することにより、シリンダヘッドを鋳造するのである。なお、本実施形態においても、連結ピン２６１の第一中子２２１と第二中子２３１との間隙部分に位置する部分には、突出部２６１ａが形成されている。

本実施形態においては上記の如く構成することにより、シリンダヘッド１１の鋳造時における第二中子２３１のたわみをより低減させることができる。即ち、鋳造時に第二中子２３１に発生する浮力は上方に向けて加わるため、下側から支持する構成では浮力を支持することは難しい。しかし、本実施形態によれば、連結ピン２６１による第二中子２３１の支持方向を浮力に対して直交する水平方向としているため、前記の如く第二中子２３１に浮力が加わった場合でも、連結ピン２６１で第二中子２３１を支持することができるのである。

［第四実施形態］
次に、図８（ｂ）及び図９を用いて、第四実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置における、第一中子２２１と第二中子２３１との連結構造について説明する。
本実施形態においては、図８（ｂ）及び図９に示す如く、第一中子２２１と第二中子２３１とを連結する連結ピン３６１に、該連結ピン３６１における第一中子２２１の側の端部と第二中子２３１の側の端部とを連通する、空気連通孔３６１ｃが形成されている。
なお、本実施形態においても、前記第三実施形態と同様に連結ピン３６１は軸線方向を水平方向に向けて、連結ピン３６１の両端部３６１ｂ・３６１ｂがそれぞれの連結孔２２５・２３５に挿入されている。また、連結ピン３６１の第一中子２２１と第二中子２３１との間隙部分に位置する部分には、突出部３６１ａが形成されている。

本実施形態においては上記の如く構成することにより、エンジンを車両に搭載した際に、低い位置にあるウォータージャケットからのエア抜け性を確保することができる。
詳細には、エンジンが駆動した際に、ウォータージャケットの内部を流通する冷却水が沸騰することがあり、その際に発生した空気がウォータージャケットにたまる可能性がある。特に本実施形態の如くウォータージャケットを２系統とした場合は、エンジンを車両に搭載した際に低い位置にあるウォータージャケットからのエア抜け性が悪くなる場合がある。

本実施形態に係るシリンダヘッドの製造装置にて鋳造されたシリンダヘッド３１１においては図９に示す如く、第一ウォータージャケット３１２と第二ウォータージャケット３１３とが、連結ピン３６１による空気連通孔３６１ｃで連通されている。このため、第一ウォータージャケット３１２と第二ウォータージャケット３１３との間で空気の移動が可能となるため、上記の場合であってもエアを排出することができ、エア抜け性を確保することができるのである。
なお、エアは冷却水と共に流通し、流出口１３ｃから排出される。なお、連通ピン３６１に空気連通孔３６１ｃを形成する場合は、シリンダヘッド３１１の配置状態の関係から、本実施形態に記載した如く、連通ピン３６１の軸線を水平方向に向けて配設することが望ましい。また、本実施形態における空気連通孔３６１ｃは、エアが通過できる程度の径（例えば、０．５〜数ｍｍ程度）で形成されるため、冷却水の流通が滞ることはない。

１１ シリンダヘッド
１２ 第一ウォータージャケット
１３ 第二ウォータージャケット
２１ 第一中子
３１ 第二中子
４１ 排気ポート
６１ 連結ピン
Ｃ キャビティ

Claims (12)

1. 排気ポートと、該排気ポートにおける片側を冷却する第一ウォータージャケットと、前記排気ポートにおける前記第一ウォータージャケットが冷却する側と反対の側を冷却する第二ウォータージャケットと、を備える、シリンダヘッドを鋳造する、シリンダヘッドの製造方法であって、
   前記第一ウォータージャケットを形成するための第一中子を、金型におけるキャビティの内部に配置し、かつ、前記第二ウォータージャケットを形成するための第二中子を、前記第一中子と離間した位置で、１個又は複数個の連結部材を介して前記第一中子と連結して、前記キャビティの内部に配置した状態で、前記キャビティの内部に溶湯を供給することにより、シリンダヘッドを鋳造する、
   ことを特徴とする、シリンダヘッドの製造方法。
2. 前記シリンダヘッドは、直列する複数のシリンダボアを有するシリンダブロックに配設され、
   前記排気ポートは、前記シリンダヘッドにおける、前記シリンダブロックの各シリンダボアと対向する位置に複数個形成され、
   前記第一ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に対して直交する方向に向かって冷却水が流通するように形成され、
   前記第二ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に向かって冷却水が流通するように形成される、
   ことを特徴とする、請求項１に記載のシリンダヘッドの製造方法。
3. 前記連結部材における、前記第一中子と前記第二中子との間隙部分に位置する部分には、突出部又は溝部が形成される、
   ことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載のシリンダヘッドの製造方法。
4. 前記金型は、キャビティ内の型閉じ方向に突出するガス抜きプラグが形成された上型を備え、
   前記連結部材は、前記ガス抜きプラグが突出する方向に軸線を向けて、前記ガス抜きプラグと同一軸線上に配設され、
   前記第二中子は、前記キャビティの内部に配置される際に、前記ガス抜きプラグと前記連結部材とで挟持されることにより固定される、
   ことを特徴とする、請求項１から請求項３の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造方法。
5. 前記連結部材には、該連結部材の第一中子側の端部と第二中子側の端部とを連通する、空気連通孔が形成される、
   ことを特徴とする、請求項１から請求項４の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造方法。
6. 排気ポートと、該排気ポートにおける片側を冷却する第一ウォータージャケットと、前記排気ポートにおける前記第一ウォータージャケットが冷却する側と反対の側を冷却する第二ウォータージャケットと、を備える、シリンダヘッドを鋳造する、シリンダヘッドの製造装置であって、
   キャビティが形成される金型と、前記第一ウォータージャケットを形成するための第一中子と、前記第二ウォータージャケットを形成するための第二中子と、前記第一中子と前記第二中子とを連結する連結部材とを備え、
   前記第一中子が前記キャビティの内部に配置され、かつ、前記第二中子が、前記第一中子と離間した位置で、１個又は複数個の前記連結部材を介して前記第一中子と連結され、前記キャビティの内部に配置された状態で、前記キャビティの内部に溶湯が供給されることにより、シリンダヘッドを鋳造する、
   ことを特徴とする、シリンダヘッドの製造装置。
7. 前記シリンダヘッドは、直列する複数のシリンダボアを有するシリンダブロックに配設され、
   前記排気ポートは、前記シリンダヘッドにおける、前記シリンダブロックの各シリンダボアと対向する位置に複数個形成され、
   前記第一ウォータージャケットは、前記第一中子により、前記シリンダボアが配列される方向に対して直交する方向に向かって冷却水が流通するように形成され、
   前記第二ウォータージャケットは、前記第二中子により、前記シリンダボアが配列される方向に向かって冷却水が流通するように形成される、
   ことを特徴とする、請求項６に記載のシリンダヘッドの製造装置。
8. 前記連結部材における、前記第一中子と前記第二中子との間隙部分に位置する部分には、突出部又は溝部が形成される、
   ことを特徴とする、請求項６又は請求項７に記載のシリンダヘッドの製造装置。
9. 前記金型は、キャビティ内の型閉じ方向に突出するガス抜きプラグが形成された上型を備え、
   前記連結部材は、前記ガス抜きプラグが突出する方向に軸線を向けて、前記ガス抜きプラグと同一軸線上に配設され、
   前記第二中子は、前記キャビティの内部に配置される際に、前記ガス抜きプラグと、前記連結部材とで挟持されることにより固定される、
   ことを特徴とする、請求項６から請求項８の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造装置。
10. 前記連結部材には、該連結部材の第一中子側の端部と第二中子側の端部とを連通する、空気連通孔が形成される、
    ことを特徴とする、請求項６から請求項９の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造装置。
11. 排気ポートと、該排気ポートにおける片側を冷却する第一ウォータージャケットと、前記排気ポートにおける前記第一ウォータージャケットが冷却する側と反対の側を冷却する第二ウォータージャケットと、を備え、
    前記第一ウォータージャケットと、前記第二ウォータージャケットと、の間に、それぞれを連通する空気連通孔が形成された、１個又は複数個の連結部材が介挿される、
    ことを特徴とする、シリンダヘッド。
12. 直列する複数のシリンダボアを有するシリンダブロックに配設され、
    前記排気ポートは、前記シリンダヘッドにおける、前記シリンダブロックの各シリンダボアと対向する位置に複数個形成され、
    前記第一ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に対して直交する方向に向かって冷却水が流通するように形成され、
    前記第二ウォータージャケットは、前記シリンダボアが配列される方向に向かって冷却水が流通するように形成される、
    ことを特徴とする、請求項１１に記載のシリンダヘッド。

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