JP2014083558A

JP2014083558A - シリンダヘッド鋳造用中子構造

Info

Publication number: JP2014083558A
Application number: JP2012233502A
Authority: JP
Inventors: Takuya Kusaka; 卓也日下
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2012-10-23
Filing date: 2012-10-23
Publication date: 2014-05-12

Abstract

【課題】吸気ポート及び排気ポートのレイアウトの自由度を増大させてエンジンの出力及び性能の向上を図り、シリンダヘッドの締め付け剛性及びトルクの低下による弛みの発生を防止すると共に、冷却性能の向上を図る。
【解決手段】本発明のシリンダヘッド鋳造用中子構造は、シリンダヘッド３０の燃焼室上部空間３３に対応した形状を有する中子本体部７１と、中子本体部７１の一方の端部においてシリンダヘッド３０の側壁から外方に突出した位置で鋳型に保持される第１の中子保持部７２と、中子本体部７１の他方の端部において燃焼室上部空間３３と該燃焼室上部空間３３に隣接するカムチェーン室４３との間の仕切壁４４を貫通してカムチェーン室４３内に突出した位置で前記鋳型に保持される第２の中子保持部７３と、を備えていることを特徴とする。
【選択図】図４

Description

本発明は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造する際に鋳型内に中子を保持するためのシリンダヘッド鋳造用中子構造に関する。

従来、図８〜１１に示すように、空冷式エンジンのシリンダヘッド１の燃焼室上部には、燃焼室とカムや動弁系部品を収納する動弁室２との間に走行風を導入してプラグ座や燃焼室上面部分を冷却するため、空間３が形成されている。

一般に、このような空間３を有するシリンダヘッド１を鋳造する場合、肉厚の均一化による軽量化及び凝固遅れによる鋳巣やヒケ等の外観不良の発生防止を実現すべく、置き中子４が使用されている（例えば、特許文献１参照）。

従来のこのような中子構造としては、例えば、シリンダヘッド１の燃焼室上部空間３内に配置される中子本体部５と、中子本体部５の一方の端部においてシリンダヘッド１の側壁から外方に突出するように形成される第１の中子保持部６と、中子本体部５の他方の端部に対して直交する方向に延出してシリンダヘッド１の側壁から外方に突出するように形成される第２の中子保持部７と、によって平面視で略Ｔ字状（図８及び図９参照）或いは略Ｌ字状（図１０及び図１１参照）に形成される置き中子４を備えたものが知られている。

そして、このように構成された中子構造によるシリンダヘッド１の鋳造は、鋳型内に中子本体部５を配置し、第１の中子保持部６及び第２の中子保持部７を前記鋳型でそれぞれ固定した状態で、該鋳型内に溶融金属を鋳込んで固化させた後、該鋳型を取り外すと共に中子４を崩壊させて除去することにより行われる。

特開昭６３−２３８９４４号公報

しかしながら、上記した従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造では、図８及び図９に示す従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造の一例のように、第２の中子保持部７の付け根部分（図９中の一点鎖線の円を参照）の強度を確保するため、吸気ポート８及び排気ポート９を湾曲させる必要がある。そのため、エンジンの出力及び性能の向上を図り難いという問題がある。

また、図１０及び図１１に示す従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造の他の例のように、平面視でシリンダヘッド１の締め付けボス１０の位置が第２の中子保持部７に重なるレイアウトを採用したシリンダヘッド１では、第２の中子保持部７を形成させるために、締め付けボス１０に対応するシリンダヘッド１の周壁を部分的に切り欠く必要がある（図１０及び図１１の一点鎖線の円を参照）。そのため、シリンダヘッド１の締め付け剛性及びトルクが低下して弛みが発生するといった問題や、前記切り欠いたシリンダヘッド１の周壁に冷却フィン１１を設置することができないため、冷却性能が低下するといった問題などが存在している。

本発明は、上記した各種課題を解決すべくなされたものであり、吸気ポート８及び排気ポート９等のレイアウトの自由度を増大させてエンジンの出力及び性能の向上を図り、シリンダヘッド１の締め付け剛性及びトルクの低下による弛みの発生を防止すると共に、冷却性能の向上を図ることのできるシリンダヘッド鋳造用中子構造を提供することを目的とする。

上記した目的を達成するため、本発明は、エンジンのシリンダヘッドを鋳造する際に鋳型内に置き中子を保持するためのシリンダヘッド鋳造用中子構造であって、前記シリンダヘッドの燃焼室上部空間に対応した形状を有する中子本体部と、該中子本体部の一方の端部において前記シリンダヘッドの側壁から外方に突出する位置で前記鋳型に保持される第１の中子保持部と、前記中子本体部の他方の端部において前記燃焼室上部空間と該燃焼室上部空間に隣接するカムチェーン室との間の仕切壁を貫通して該カムチェーン室内に突出する位置で前記鋳型に保持される第２の中子保持部と、を備えていることを特徴とする。

この特徴によれば、第２の中子保持部が仕切壁を貫通してカムチェーン室内に突出する位置で鋳型に保持されるようになっているため、第２の中子保持部を配置したり、その強度を確保したりするために、吸気ポート及び排気ポート等の他の部位を湾曲させたりしてレイアウトする必要がない。そのため、吸気ポート及び排気ポート等のレイアウトの自由度を増大させることができると共に、エンジンの出力及び性能の向上を図ることができる。

また、シリンダヘッドの肉厚を広範囲に亘って均一に確保することができるため、軽量化及びコスト低減化を図ることができると共に、鋳造時の凝固遅れによる鋳巣やヒケ等の発生を抑制し、品質及び外観の向上を図ることができる。

さらにまた、第２の中子保持部の崩壊作業等をカムチェーン室側から行うことができるため、これらの作業の簡素化を図ることができる。

また、本発明に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造において、前記燃焼上部空間の周囲には前記シリンダヘッドを固定するための締め付けボスが設けられ、前記第１中子保持部及び前記第２の中子保持部は平面視で前記締め付けボスに干渉しない位置に設けられていることを特徴とする。

この特徴によれば、第１の中子保持部又は第２の中子保持部を形成させるために、締め付けボスの周囲のシリンダヘッドの周壁を部分的に切り欠く必要がない。そのため、シリンダヘッドの締め付け剛性及びトルクの低下による弛みの発生を防止することができると共に、動弁音の静粛性を高めることができる。また、締め付けボスの周囲のシリンダヘッドの周壁にも冷却フィンを設置することができるため、冷却性能の向上を図ることができる。

また、本発明に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造において、前記第２の中子保持部が貫通する前記仕切壁の貫通孔は、前記シリンダヘッドの鋳造後にプラグで閉塞可能に形成されていることを特徴とする。

この特徴によれば、貫通孔に対するプラグの装着作業等をカムチェーン室側から行うことができるため、これらの作業の簡素化を図ることができる。

本発明によれば、吸気ポート及び排気ポートのレイアウトの自由度を増大させてエンジンの出力及び性能の向上を図ることができる。また、シリンダヘッドの締め付け剛性及びトルクの低下による弛みの発生を防止すると共に、冷却性能の向上を図ることができる等、種々の優れた効果を得ることができる。

本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用するシリンダヘッドを示す斜視図である。本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造を示す平面図である。図２のＡ−Ａ断面図である。図３のＢ−Ｂ断面図である。本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用して鋳造したシリンダヘッドを示す断面図である。本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造の他の例を示す平断面図である。図６に示すシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用して鋳造したシリンダヘッドを示す側面図である。従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造の一例を示す斜視図である。従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造の一例を示す平断面図である。従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造の他の例を示す平断面図である。従来のシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用して鋳造したシリンダヘッドを示す側面図である。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。ここで、図１は本実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用するシリンダヘッドを示す斜視図、図２は本実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造を示す平面図、図３は図２のＡ−Ａ断面図、図４は図３のＢ−Ｂ断面図、図５は本実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用して鋳造したシリンダヘッドを示す平断面図である。なお、以下の説明では、便宜上、図１の右手前側をシリンダヘッド３０の前側と仮定して説明する。

先ず、本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造の説明に先立って、このシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用して鋳造するシリンダヘッド３０の概略構成について説明する。

自動二輪車等の車両には、例えばＯＨＣ（OverHead Camshaft）、２バルブの吸排気弁機構を有する強制空冷式４サイクルエンジン（図示省略）が設けられており、この種のエンジンは、シリンダヘッド３０を備えている。このシリンダヘッド３０は、扁平な略直方体形状を成しており、燃焼室３１を仕切る下側隔壁３２と、冷却風が流通する燃焼室上部空間３３を隔てて下側隔壁３２に対向した位置において動弁室３４を仕切る上側隔壁３５と、外周を形成する側壁３６と、を備えて概略構成されている。

下側隔壁３２は、中央が隆起した形状を成し、その右側には、プラグホール３７を有する点火プラグ取付部３８が形成されている。

側壁３６には、燃焼室３１に延びる点火プラグ（図示省略）をプラグホール３７に挿着可能なように燃焼室上部空間３３に連通する開口部３９が形成されている。開口部３９の側方縁部には導風板４０が形成され、導風板４０は側壁３６の外側近傍を流れる冷却風を燃焼室上部空間３３に導くようになっている。

シリンダヘッド３０は、さらに、燃焼室３１に連通する吸気ポート４１及び排気ポート４２と、燃焼室上部空間３３の左側に隣接して前後方向に細長く形成されるカムチェーン室４３と、燃焼室上部空間３３とカムチェーン室４３との間に形成される仕切壁４４と、シリンダヘッド３０の外周の側壁３６に突設される複数の冷却フィン４５と、を備えている。

吸気ポート４１はシリンダヘッド３０の後側壁３６ａに形成され、排気ポート４２はシリンダヘッド３０の前側壁３６ｂに形成され、いずれのポート４１，４２もそれぞれ互いに対向する位置において前後方向に直線状に形成されている。また、シリンダヘッド３０には、燃焼室上部空間３３の周囲であって、吸気ポート４１及び排気ポート４２のそれぞれ左右両側部分と、カムチェーン室４３を挟んで仕切壁４４に対向する位置に形成される左側壁３６ｃの前後両端部と、の複数箇所（図示では合計６箇所）に、それぞれシリンダヘッド３０を固定するための締め付けボス４６が配設されている。また、仕切壁４４には、略中央の一箇所に円形状の貫通孔４７が形成されており、この貫通孔４７は、シリンダヘッド３０の鋳造後にプラグ４８（図５参照）で閉塞可能となっている。

次に、主に図３及び図４を参照しつつ、本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造について説明する。

本発明の実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造は、シリンダヘッド３０を鋳造する際に鋳型５０内に置き中子７０を保持するためのものである。

鋳型５０は、その底壁を成す主型５１と、この主型５１の上面に支持されて鋳型５０の上壁を成す上型５２と、鋳型５０の右側周壁を成すサイド型５３と、により構成されている。

主型５１には、シリンダヘッド３０の下側隔壁３２及びカムチェーン室４３に対応するように下方成形面５４が形成されている。この下方成形面５４の中央には、シリンダヘッド３０の燃焼室３１に対応する形状の隆起部５５が形成されており、下方成形面５４の左右両端部には、立ち上がり部５６，５７がそれぞれ形成されている。右側立ち上がり部５６には、上面に右側型割り面５８が水平に形成されており、左側立ち上がり部５７には、上面から左側面に掛けて左側型割り面５９が形成されている。

上型５２には、シリンダヘッド３０の上側隔壁３５及びカムチェーン室４３に対応するように上方成形面６０が形成されている。この上方成形面６０の右側端部には、右側型割り面６１が傾斜して形成されており、上方成形面６０の左端部には、主型５１の左側立ち上がり部５７の左側型割り面５９と係合可能なように左側型割り面６２が形成されている。

サイド型５３は、上型５２の右側に設けられており、主型５１の右側の右側型割り面５８に対応するように右側型割り面６３が水平に形成されていると共に、上型５２の右側型割り面６１に対応するように左側型割り面６４が傾斜して形成されている。

置き中子７０は、シリンダヘッド３０の燃焼室上部空間に３３に対応した形状を有する中子本体部７１と、シリンダヘッド３０の右側壁３６ｄから外方に突出するように中子本体部７１の右端部に形成される第１の中子保持部７２と、仕切壁４４を貫通してカムチェーン４３室内に突出するように中子本体部７１の右端部に形成される第２の中子保持部７３と、を備えている。

中子本体部７１は、図３に示されているように、側断面視で、水平に形成された上面７４と、下側隔壁３２の隆起形状に対応して上向き凹状に形成された下面７５と、を備えて形成されており、右側端部の厚みが最も厚くなるように形成されている。また、中子本体部７１は、図４に示されているように、平断面視で、吸気ポート４１と排気ポート４２の形状に対応して前後中央部に凹部７６，７７がそれぞれＵ字状に形成されている。

第１の中子保持部７２は、中子本体部７１の右側端部の前後方向の幅及び厚みをそのままにした状態で右側に延出させた形状を成しており、主型５１の下方成形面５４の右側水平面７８及び右側立ち上がり部５６の内側面７９と、サイド型５３の水平面８０及び鉛直面８１と、によって保持されるようになっている。

第２の中子保持部７３は、左向きの円柱形状を成しており、主型５１の下方成形面５４の左側段差水平面８２及び左側立ち上がり部５７の内側面８３と、上型５２の水平面８４及び鉛直面８５と、によって保持されるようになっている。

このように第１の中子保持部７２及び第２の中子保持部７３を構成することにより、第１の中子保持部７２及び第２の中子保持部７３は平面視でシリンダヘッド３０の締め付けボス４６に干渉しないようになっている。

次に、上記したように構成されたシリンダヘッド鋳造用中子構造を適用してシリンダヘッド３０を成形する方法について説明する。

先ず、主型５１の右側水平面７８及び右側立ち上がり部５６の内側面７９に第１の中子保持部７２を係合させて支持させると共に、主型５１の左側段差水平面８２及び左側立ち上がり部５７の内側面８３に第２の中子保持部７３を係合させて支持させる。

次いで、主型５１の左側型割り面５９に上型５２の左側型割り面６２を合致させるようにして上型５２を主型５１上に固定すると共に、主型５１の右側型割り面５８にサイド型５３の右側型割り面６３を合致させると共に上型５２の右側型割り面６１にサイド型５３の左側型割り面６４を合致させるようにしてサイド型５３を主型５１上に固定する。

このように第１の中子保持部７２を主型５１とサイド型５３に保持させると共に、第２の中子保持部７３を主型５１と上型５２に保持させることにより、置き中子７０は、中子本体部７１が燃焼上部空間３３に配置されると共に中子本体部７１の周囲にキャビティが形成された状態で鋳型５０内に固定される。

このように置き中子７０が鋳型５０に固定された状態で、図示しない注湯部から溶湯を注入すると、注入された溶湯は、中子本体部７１の周囲のキャビティ内に行き渡る。その後、所定の時間が経過して溶湯が冷却固化したところで、サイド型５３、上型５２、及び主型５１を取り外すと共に、中子本体部７１、第１の中子保持部７２、及び第２の中子保持部７３を崩壊させて取り除く。そして、シリンダヘッド３０の粗材を鋳型５０及び置き中子７０から分離させて取り出し、仕切壁４４の貫通孔４７にプラグ４８を装着し、貫通孔４７を閉塞する。

このように上記した実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造によれば、第２の中子保持部７３が仕切壁４４を貫通してカムチェーン室４３内に突出した位置で鋳型５０に保持されるように構成されているため、吸気ポート４１及び排気ポート４２を直線状に形成することができ、第２の中子保持部７３の付け根部分の強度を確保するために吸気ポート４１及び排気ポート４２を湾曲させたりする必要がない。そのため、吸気ポート４１及び排気ポート４２のレイアウトの自由度を増大させることができると共に、エンジンの出力及び性能の向上を図ることができる。

また、上記したシリンダヘッド鋳造用中子構造の一例や図６及び図７に示す本実施の形態の他の例のシリンダヘッド鋳造用中子構造のように、平面視でシリンダヘッド３０の締め付けボス４６の位置に重ならないように第２の中子保持部７３がレイアウトされている場合、例えば、図６及び図７中の一点鎖線の円で示されている部分と、従来例を示す図１０及び図１１中の一点鎖線の円で示されている部分と、を見比べれば良く分かるように、第２の中子保持部７３を形成させるために、締め付けボス４６の周囲のシリンダヘッド３０の周壁を部分的に切り欠く必要がない。そのため、シリンダヘッド３０の締め付け剛性及びトルクの低下による弛みの発生を防止することができると共に、動弁音の静粛性を高めることができる。また、締め付けボス４６の周囲のシリンダヘッド３０の周壁（図６及び図７において一点鎖線の円で示されている部分参照）にも冷却フィン４５を設置することができるため、冷却性能の向上を図ることができる。

また、上記した実施の形態に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造によれば、シリンダヘッド３０の肉厚を広範囲に亘って均一に確保することができるため、軽量化及びコスト低減化を図ることができると共に、鋳造時の凝固遅れによる鋳巣やヒケ等の発生を抑制し、品質及び外観の向上を図ることができる。

さらにまた、第２の中子保持部７３の崩壊作業や貫通孔４７に対するプラグ４８の装着作業等をカムチェーン室４３側から行うことができるため、これらの作業の簡素化を図ることができる。

なお、上記した実施の形態の説明では、本発明に係るシリンダヘッド鋳造用中子構造における好適な実施の形態について説明しているため、技術的に好ましい種々の限定を付している場合もあるが、本発明の技術範囲は、特に本発明を限定する記載がない限り、これらの態様に限定されるものではない。すなわち、上記した本発明の実施の形態における構成要素は適宜、既存の構成要素等との置き換えが可能であり、かつ、他の既存の構成要素との組合せを含む様々なバリエーションが可能であり、上記した本発明の実施の形態の記載をもって、特許請求の範囲に記載された発明の内容を限定するものではない。

３０シリンダヘッド
３３燃焼室上部空間
３６側壁
４３カムチェーン室
４４仕切壁
４６締め付けボス
４７貫通孔
４８プラグ
５０鋳型
７０中子
７１中子本体部
７２第１の中子保持部
７３第２の中子保持部

Claims

エンジンのシリンダヘッドを鋳造する際に鋳型内に置き中子を保持するためのシリンダヘッド鋳造用中子構造であって、
前記シリンダヘッドの燃焼室上部空間に対応した形状を有する中子本体部と、
該中子本体部の一方の端部において前記シリンダヘッドの側壁から外方に突出する位置で前記鋳型に保持される第１の中子保持部と、
前記中子本体部の他方の端部において前記燃焼室上部空間と該燃焼室上部空間に隣接するカムチェーン室との間の仕切壁を貫通して該カムチェーン室内に突出する位置で前記鋳型に保持される第２の中子保持部と、
を備えていることを特徴とするシリンダヘッド鋳造用中子構造。
前記燃焼上部空間の周囲には前記シリンダヘッドを固定するための締め付けボスが設けられ、前記第１中子保持部及び前記第２の中子保持部は平面視で前記締め付けボスに干渉しない位置に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド鋳造用中子構造。
前記第２の中子保持部が貫通する前記仕切壁の貫通孔は、前記シリンダヘッドの鋳造後にプラグで閉塞可能に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のシリンダヘッド鋳造用中子構造。