JP2017148838A - 中子の組み付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】インジェクタ挿入部付きの吸気ポートの壁面とウォータージャケットの距離が短いシリンダヘッドを鋳造することのできる新しい中子の組み付け方法を提供する。
【解決手段】ステップＳ２では、下型３０の所定位置に中子Ｃが組み付けられる。中子Ｃは、図２乃至図３で説明した燃焼室４をシリンダヘッドに形成するための燃焼室用中子３２と、図２乃至図３で説明した吸気ポート２をシリンダヘッドに形成するための吸気ポート用中子３６と、冷却水流路用中子３８と、吸気ポート用中子３６を下型３０の所定位置に組み付けるための巾木４０と、を構成要素として備えている。中子Ｃは、これらの構成要素を事前に組み立てることで一体化されたものである。
【選択図】図５

Description

この発明は中子の組み付け方法に関し、より詳細には、吸気ポートの壁面を覆うようなウォータージャケットを備えるエンジンのシリンダヘッドの鋳造時に使用される中子の金型への組み付け方法に関する。

エンジンのシリンダヘッドの鋳造に際しては、当該シリンダヘッドの外形を形成するための複数の金型の所定位置に、吸気ポート、排気ポート、ウォータージャケット、冷却水流路といったシリンダヘッドの内部空間を形成するための複数の中子を組み付けることが一般的である。このような中子に関し、例えば特開２０１３−０８６１１７号公報には、吸気ポートに燃料を噴射するインジェクタを備えるエンジンのシリンダヘッドを鋳造するための吸気ポート用中子が開示されている。

この吸気ポート用中子は、吸気ポートを形成するための本体部と、当該本体部の側面に盛り上がるように設けられてインジェクタ挿入部を形成するためのインジェクタ部と、当該本体部の長手方向の一端に設けられて当該本体部を金型に取り付けるための巾木部と、を備えている。この巾木部には、金型に形成された複数の凸部に対応した形状を有する複数の凹部が形成されており、これらの凹部と対応する凸部とを嵌め合わせることで、上記吸気ポート用中子が当該金型の所定位置に組み付けられる。

特開２０１３−０８６１１７号公報 特開２０１３−１３３７４６号公報 特開平０８−２７６２４３号公報

ところで本発明者らは、燃費向上等を目的として、インジェクタ挿入部付きの吸気ポートの壁面を覆うウォータージャケットを備えるシリンダヘッドを鋳造することを検討している。吸気ポートの壁面を覆うためには、この壁面に対応した内壁をウォータージャケット用中子に設ければよい。また、インジェクタ挿入部付きの吸気ポートを形成するためには、上述したような本体部、インジェクタ部や巾木部を備える吸気ポート用中子を使用すればよい。そして、上記ウォータージャケット用中子を金型に取り付けた状態で上記内壁の内側に上記本体部を通し、その後に上記巾木部を当該金型に取り付ければ、２つの中子を組み合わせることができる。よって、上記構成のウォータージャケットを備えるシリンダヘッドを鋳造することができる。

但し、上記巾木部は上記本体部よりも幅広であることから、上記本体部に上記巾木部を通すことは現実的に不可能である。故に、上記巾木部の非形成側からでなければ、上記内壁の内側に上記本体部を通すことができない。その一方で、吸気ポートを流れる空気に対する冷却効果に鑑みれば、吸気ポートの壁面とウォータージャケットが近いほど高い効果が期待できることから、当該壁面と当該ウォータージャケットの距離は出来る限り短くしたいという要求がある。しかしこの要求に従って上記距離を短くした場合には、上記インジェクタ部が邪魔になり、上記巾木部の非形成側から上記内壁の内側に上記本体部を通すことができなくなる。故に、上記距離の短いシリンダヘッドを鋳造するためには、現状の組み付け手法に代わる新たな手法を開発する必要があった。

本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、インジェクタ挿入部付きの吸気ポートの壁面とウォータージャケットの距離が短いシリンダヘッドを鋳造することのできる新しい中子の組み付け方法を提供することを目的とする。

本発明に係る中子の組み付け方法は、インジェクタ挿入部付きの吸気ポートと、前記吸気ポートに連通する燃焼室と、前記吸気ポートの壁面を覆うウォータージャケットと、を備えるエンジンのシリンダヘッドの鋳造時に使用される中子の金型への組み付け方法である。前記中子は、前記燃焼室を形成するための燃焼室用中子であって前記金型と結合可能に構成された燃焼室用中子と、前記壁面に対応した内壁を備えるウォータージャケット用中子と、前記吸気ポートを形成するためのポート本体部および前記ポート本体部の側面に凸状に設けられて前記インジェクタ挿入部を形成するためのインジェクタ部を備える吸気ポート用中子と、前記吸気ポート用中子を前記金型に組み付けるための巾木であって前記ポート本体部の長手方向の一端および前記金型と結合可能に構成された巾木と、を備えている。本発明に係る方法は、前記吸気ポート用中子を前記燃焼室用中子と結合すると共に、前記巾木と結合させる前記ポート本体部の巾木結合端から前記ウォータージャケット用中子に挿入して前記ポート本体部のうちの前記インジェクタ部よりも前記巾木結合端に近い部分を少なくとも前記内壁の内側に通してから前記巾木と前記巾木結合端を結合することで前記中子の構成要素を組み立てて一体化し、一体化した中子のうちの前記燃焼室用中子と前記巾木に相当する部分を前記金型と結合することを特徴としている。

本発明によれば、インジェクタ部を備える吸気ポート用中子と巾木を別体とした上で、当該巾木と結合させるポート本体部の巾木結合端からウォータージャケット用中子に挿入して、当該ポート本体部のうちの当該インジェクタ部よりも当該巾木結合端に近い部分を少なくとも当該ウォータージャケット用中子の内壁の内側に通してから当該巾木と当該巾木結合端を結合することができる。従って、インジェクタ挿入部付きの吸気ポートの壁面とウォータージャケットの距離が短いシリンダヘッドを鋳造することができる。

また、本発明によれば、燃焼室用中子、ウォータージャケット用中子、吸気ポート用中子および巾木を組み立てて一体化した後に、一体化した中子のうちの燃焼室用中子と巾木に相当する部分を金型と結合することができる。そのため、中子の構成要素を事前に一体化することなく個別に組み付けていく場合に比べて、金型への組み付けに要する時間を短縮することができる。従って、鋳造サイクルを短縮してシリンダヘッドの生産性を向上させることもできる。

実施の形態に係る組み付け方法を利用した鋳造により得られるシリンダヘッドの基本構成を説明する図である。 図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。 図１のＢ−Ｂ断面を示す断面図である。 図１のＣ−Ｃ断面を示す断面図である。 実施の形態に係る組み付け方法の流れを説明する図である。 図５に示した中子Ｃの斜視図である。 図５に示した中子Ｃの分解図である。 燃焼室用中子と冷却水流路用中子の接続箇所の分解図である。 中子Ｃの一体化手法を説明するための図である。 中子Ｃの一体化手法を説明するための図である。 図５に示した中子Ｃの底面図である。 中子Ｃの一体化手法を説明するための図である。 中子Ｃの一体化手法を説明するための図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

本実施の形態の前提として、エンジンは火花点火式の水冷式直列３気筒エンジンであるとする。また、エンジンを冷却するための冷却水は、エンジンとラジエータとの間を循環システムによって循環させられる。エンジンは、シリンダブロックと、シリンダブロック上にガスケットを介して取り付けられるシリンダヘッドとを備える。冷却水の供給は、シリンダブロックとシリンダヘッドの両方に対して行われる。循環システムは独立した閉ループであり、ラジエータとウォータポンプとを備える。但し、循環システムは、独立した閉ループを複数備える多系統の循環システムとして構成されていてもよい。

＜シリンダヘッドの基本構成＞
先ず、図１乃至図４を参照して、本実施の形態に係る組み付け方法を利用した鋳造により得られるシリンダヘッド１の基本構成について説明する。この説明は、シリンダヘッド１の平面図と断面図とを用いて行う。なお、本明細書においては、これ以降、特に断りのない限り、シリンダヘッド１をシリンダブロックに対して鉛直方向上側に位置させたものと仮定して、各要素間の位置関係について説明する。また、シリンダヘッド１の構成のうち、冷却水流路の構成についてはその説明を詳細に後述する。

《平面図でみるシリンダヘッドの基本構成》
先ず、シリンダヘッド１の基本構成について平面図を参照して説明する。図１は、シリンダヘッド１をヘッドカバーが取り付けられるヘッドカバー取り付け面１ｂの側から見た平面図である。なお、本明細書では、クランクシャフトの軸方向をシリンダヘッド１の長手方向と定義し、長手方向に直交し、且つ、シリンダヘッド１のシリンダブロック合わせ面に平行な方向をシリンダヘッド１の幅方向と定義する。また、長手方向の端面１ｃ，１ｄのうちクランク軸の出力端の側の端面１ｄを後端面と称し、その反対側の端面１ｃを前端面と称する。

図１に示すシリンダヘッド１は、火花点火式の直列３気筒エンジンのシリンダヘッドである。図１には描かれていないが、シリンダヘッド１の下面には、３気筒分の３つの燃焼室が長手方向に直列に等間隔で並んで形成されている。シリンダヘッド１には、３つの燃焼室に対応する３つの点火プラグ挿入孔１２が形成されている。

シリンダヘッド１の側面には、３気筒分の３つの吸気ポート２と、排気ポート３とが開口している。詳しくは、前端面１ｃの側から見てシリンダヘッド１の右側面に吸気ポート２が開口し、左側面に排気ポート３が開口している。以下の説明では、シリンダヘッド１を前端面１ｃの側からみたときに右側に位置する側面をシリンダヘッド１の右側面とも称し、左側に位置する側面をシリンダヘッド１の左側面とも称す。

吸気ポート２は、シリンダヘッド１の長手方向に並んで配置された２つの分岐ポート２Ｌ，２Ｒを含んでいる。分岐ポート２Ｌ，２Ｒは各燃焼室から延びていて、シリンダヘッド１の右側面に独立して開口している。排気ポート３はシリンダヘッド１の内部で１つに集合し、この集合した１つの排気ポート３がシリンダヘッド１の左側面に開口している。以下の説明では、シリンダヘッド１を前端面１ｃの側からみたときの右側を吸気側とも称し、左側を排気側とも称す。

シリンダヘッド１には、吸気バルブと排気バルブが１気筒あたりそれぞれ２つずつ設けられている。シリンダヘッド１の上面には、１つの点火プラグ挿入孔１２を囲むように２つの吸気バルブ挿入孔７と、２つの排気バルブ挿入孔８とが形成されている。吸気バルブ挿入孔７は、シリンダヘッド１の内部で吸気ポート２につながり、排気バルブ挿入孔８はシリンダヘッド１の内部で排気ポート３につながっている。

ヘッドカバー取り付け面１ｂの内側には、シリンダヘッド１をシリンダブロックに組み付けるためのヘッドボルトを通すヘッドボルト挿入孔１３，１４が形成されている。ヘッドボルトは、燃焼室の列に対して左右両側に４本ずつ設けられる。吸気側では、隣接する２つの吸気ポート２の間、前端面１ｃとそれに最も近い吸気ポート２との間、および、後端面１ｄとそれに最も近い吸気ポート２との間に、ヘッドボルト挿入孔１３が形成されている。排気側では、燃焼室ごとに分岐している排気ポート３の股の間、前端面１ｃと排気ポート３との間、および、後端面１ｄと排気ポート３との間にヘッドボルト挿入孔１４が形成されている。

次に、図１のシリンダヘッド１の内部の構成について断面図を参照して説明する。着目するシリンダヘッド１の断面は、シリンダヘッド１の吸気バルブ挿入孔７の中心軸を含み長手方向に垂直な断面（図１のＡ−Ａ断面）、シリンダヘッド１の燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面（図１のＢ−Ｂ断面）、および、シリンダヘッド１の隣接する２つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面（図１のＣ−Ｃ断面）である。

《吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの基本構成》
図２は、図１のシリンダヘッド１の吸気バルブ挿入孔７の中心軸を含み長手方向に垂直な断面（図１のＡ−Ａ断面）を示す断面図である。図２に示すように、シリンダヘッド１の下面にあたるシリンダブロック合わせ面１ａには、ペントルーフ形状を有する燃焼室４が形成されている。燃焼室４は、シリンダヘッド１がシリンダブロックに組み付けられたときに、シリンダを上方から閉塞して閉空間を構成する。なお、シリンダヘッド１とピストンとで挟まれた閉空間を燃焼室と定義する場合には、この燃焼室４は燃焼室天井面と呼ぶことができる。

シリンダヘッド１の前端側（つまり、図１の前端面１ｃ側）から見て、燃焼室４の右側の傾斜面には、吸気ポート２が開口している。吸気ポート２と燃焼室４との接続部分、つまり、吸気ポート２の燃焼室側の開口端は、図示しない吸気バルブによって開閉される吸気口となっている。吸気バルブは気筒ごとに２つ設けられているため、燃焼室４には吸気ポート２の２つの吸気口が形成される。吸気ポート２の入口は、シリンダヘッド１の右側面に開口している。上述したように、吸気ポート２は、長手方向に並んで配置された２つの分岐ポート２Ｌ，２Ｒを含み、各分岐ポートが燃焼室４に形成された吸気口にそれぞれつながっている。図２には、シリンダヘッド１の後端側（つまり、図１の後端面１ｄ側）の分岐ポート２Ｒが描かれている。なお、吸気ポート２は、燃焼室４内にタンブル流を生成することのできるタンブル流生成ポートである。

シリンダヘッド１には、吸気バルブのステムが挿入される吸気バルブ挿入孔７が形成されている。吸気バルブ挿入孔７は、吸気ポート２の上面２ａに上に凸に形成されて、吸気バルブ挿入孔７と同様に吸気バルブのステムが挿入される吸気バルブ挿入部２ｄにつながっている。シリンダヘッド１の上面であって、ヘッドカバー取り付け面１ｂの内側には、吸気バルブを動作させる動弁機構を収容する吸気側動弁機構室５が設けられている。吸気バルブ挿入孔７は、燃焼室４の近傍の吸気ポート２の上面から吸気側動弁機構室５まで右斜め上方に真っ直ぐ延びている。

シリンダヘッド１の前端側から見て、燃焼室４の左側の傾斜面には、排気ポート３が開口している。排気ポート３と燃焼室４との接続部分、つまり、排気ポート３の燃焼室側の開口端は、図示しない排気バルブによって開閉される排気口となっている。排気バルブは気筒ごとに２つ設けられているため、燃焼室４には排気ポート３の２つの排気口が形成される。排気ポート３は、各燃焼室４の排気バルブごとに設けられた６つの入口（排気口）と、シリンダヘッド１の左側面に開口する１つの出口とを有するマニホールド形状を有している。

シリンダヘッド１には、排気バルブのステムが挿入される排気バルブ挿入孔８が形成されている。排気バルブ挿入孔８は、排気ポート３の上面３ａに上に凸に形成されて、排気バルブ挿入孔８と同様に排気バルブのステムが挿入される排気バルブ部３ｂにつながっている。シリンダヘッド１の上面であって、ヘッドカバー取り付け面１ｂの内側には、排気バルブを動作させる動弁機構を収容する排気側動弁機構室６が設けられている。排気バルブ挿入孔８は、燃焼室４の近傍の排気ポート３の上面から排気側動弁機構室６まで左斜め上方に真っ直ぐ延びている。

《燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの基本構成》
図３は、シリンダヘッド１の燃焼室４の中心軸Ｌ１を含み長手方向に垂直な断面（図１のＢ−Ｂ断面）を示す断面図である。シリンダヘッド１には、点火プラグを取り付けるための点火プラグ挿入孔１２が形成されている。点火プラグ挿入孔１２は、ペントルーフ形状を有する燃焼室４の頂部に開口している。燃焼室４の中心軸Ｌ１は、シリンダヘッド１をシリンダブロックに組み付けた場合にシリンダの中心軸と一致する。

吸気ポート２は、燃焼室４の中心軸Ｌ１を含み長手方向に垂直な平面の両側に位置するため、図３に示す断面には含まれていない。また、図３に示す断面には、排気ポート３の一部が描かれている。排気ポート３の集合部分は、シリンダヘッド１の左側面に開口している。

シリンダヘッド１の側面であって、吸気ポート２よりも上側には、ポートインジェクタを挿入するためのポートインジェクタ挿入孔１７が形成されている。ポートインジェクタ挿入孔１７は、吸気ポート２に対して鋭角に交わり、吸気ポート２の分岐部の上面に上に凸に形成されたポートインジェクタ挿入部２ｃにつながっている。ポートインジェクタ挿入孔１７に挿入されたポートインジェクタ（図示しない）は、ポートインジェクタ挿入部２ｃからノズル先端を出し、吸気ポート２内に燃料を噴射する。

シリンダヘッド１の側面であって、吸気ポート２よりも下側には、筒内インジェクタを取り付けるための筒内インジェクタ挿入孔１８が形成されている。筒内インジェクタ挿入孔１８の中心軸は、燃焼室４の中心軸Ｌ１を含み長手方向に垂直な平面上に位置している。筒内インジェクタ挿入孔１８は、燃焼室４に開口している。筒内インジェクタ挿入孔１８に挿入された筒内インジェクタ（図示しない）からは、筒内に燃料が直接噴射される。

《隣接する２つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの基本構成》
図４は、シリンダヘッド１の隣接する２つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面（図１のＣ−Ｃ断面）を示す断面図である。シリンダヘッド１には、吸気側動弁機構室５から鉛直下方に向けて吸気側のヘッドボルト挿入孔１３が形成されている。また、排気側動弁機構室６から鉛直下方に向けて排気側のヘッドボルト挿入孔１４が形成されている。ヘッドボルト挿入孔１３，１４はシリンダブロック合わせ面１ａに対して垂直で、シリンダブロック合わせ面１ａに開口している。図４に示す断面は、ヘッドボルト挿入孔１３，１４の中心軸を含み長手方向に垂直な断面である。

＜冷却水流路の構成＞
次に、図２乃至図４を再び参照して、本実施の形態に係る組み付け方法により得られるシリンダヘッド１の冷却水流路の構成について説明する。

《シリンダヘッドの吸気バルブ挿入孔の中心軸を含み長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの冷却水流路の構成》
図２に示す断面において、吸気ポート２の入口近傍の領域には、吸気ポート２の上面２ａおよび下面２ｂに沿ってウォータージャケット２２が配置されている。また、吸気側動弁機構室５に隣接しシリンダヘッド側面側近傍となる領域には、冷却水流路２０の主流路２１が配置されている。また、支流路２３は、主流路２１から吸気側動弁機構室５に沿ってウォータージャケット２２へとつながるように配置されている。さらに、補助流路２４は、支流路２３よりも流路断面が小さい流路として構成され、ウォータージャケット２２の鉛直方向頂部から主流路２１へとつながるように配置されている。

《燃焼室の中心軸を含み長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの冷却水流路の構成》
図３に示す断面において、吸気ポート２の入口近傍には、ウォータージャケット２２が配置されている。ウォータージャケット２２は、中心軌道面Ｓ１の下側に向かって、筒内インジェクタ挿入孔１８に対して所定の肉厚を残した位置まで拡がっている。また、吸気側動弁機構室５に隣接しシリンダヘッド側面側近傍となる領域には、冷却水流路２０の主流路２１が配置されている。

《隣接する２つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面でみるシリンダヘッドの冷却水流路の構成》
図４に示す断面において、シリンダヘッド合わせ面１ａに面し、吸気側のヘッドボルト挿入孔１３よりもシリンダヘッド１の中央に近い領域には、ウォータージャケットとシリンダブロックの冷却水流路とを接続する冷却水流路の連結流路２５の一部が位置している。また、吸気側動弁機構室５に隣接しシリンダヘッド側面側近傍となる領域には、冷却水流路２０の主流路２１が配置されている。

＜中子の組み付け方法＞
次に、図５乃至図１３を参照して、本実施の形態に係る中子の組み付け方法とその効果について説明する。図５には、図１乃至図４で説明したシリンダヘッド１の鋳造プロセスのステップ（ステップＳ１〜Ｓ３）が描かれており、このうちのステップＳ１，Ｓ２が本実施の形態に係る中子の組み付け方法に相当する。なお、本明細書においては、これ以降、特に断りのない限り、金型の下型３０が水平面に設置されているものとして各要素間の位置関係について説明する。

図５に示すステップＳ１では、下型３０の所定位置に、水路支持材３４が組み付けられる。水路支持材３４は、図２乃至図４で説明した主流路２１、ウォータージャケット２２、支流路２３、補助流路２４および連結流路２５を一体的に形成する中子を支持するための部材である。なお、以下の説明においては、主流路２１、ウォータージャケット２２、支流路２３、補助流路２４および連結流路２５を一体的に形成するための中子を冷却水流路用中子とも称す。

ステップＳ１に続くステップＳ２では、下型３０の所定位置に中子Ｃが組み付けられる。中子Ｃは、図２乃至図３で説明した燃焼室４をシリンダヘッドに形成するための燃焼室用中子３２と、図２乃至図３で説明した吸気ポート２をシリンダヘッドに形成するための吸気ポート用中子３６と、冷却水流路用中子３８と、吸気ポート用中子３６を下型３０の所定位置に組み付けるための巾木４０と、を構成要素として備えている。

図５に示した中子Ｃの構成要素の詳細について、図６乃至図８を参照して説明する。図６は、図５に示した中子Ｃの斜視図である。図７は、図５に示した中子Ｃの分解図である。図８は、燃焼室用中子と冷却水流路用中子の接続箇所の分解図である。

図６乃至図７に示すように、燃焼室用中子３２は、図２乃至図３で説明した燃焼室４と同一の外形を有する燃焼室部３２ａと、燃焼室部３２ａの上面に形成された溝３２ｂと、燃焼室部３２ａの外周に形成された外周部３２ｃと、外周部３２ｃの上面に形成された溝３２ｄと、を備えている。

吸気ポート用中子３６は、図２乃至図３で説明した吸気ポート２と同一の外形を有する本体部３６ａと、ポートインジェクタ挿入部２ｃと同一の外形を有するポートインジェクタ部３６ｂと、吸気バルブ挿入部２ｄと同一の外形を有する吸気バルブ部３６ｃと、本体部３６ａの長手方向の一端に形成された伸張部３６ｄと、を備えている。伸張部３６ｄは、巾木４０の側面に形成された溝（図示しない）に対応する形状を有している。また、図６乃至図７には描かれていないが、本体部３６ａの長手方向の他端には、溝３２ｂに対応した形状を有する伸張部が形成されている。

冷却水流路用中子３８は、図２乃至図４で説明した主流路２１と同一の外形を有する主流路部３８ａと、ウォータージャケット部３８ｂと、図２で説明した支流路２３と同一の外形を有する支流路部３８ｃと、図２で説明した補助流路２４と同一の外形を有する補助流路部３８ｄと、図２で説明した連結流路２５と同一の外形を有する連結流路部３８ｅと、溝３２ｄに接合される接合部３８ｆと、を備えている。図８に示すように、接合部３８ｆは、連結流路部３８ｅの先端の下面に形成されており、燃焼室用中子３２の溝３２ｄに対応した形状を有している。

また、図７に示すように、燃焼室用中子３２、吸気ポート用中子３６、冷却水流路用中子３８および巾木４０はそれぞれ独立している。本実施の形態に係る方法では、図５のステップＳ２において、事前の組み立てにより一体化した中子Ｃが使用されている。中子Ｃの一体化手法について、図９乃至図１３を参照して説明する。中子Ｃの一体化は、専用の組み立て台を使用して行われる。図９は組み立て台５０の平面図であり、図１０は図９に示した組み立て台５０の左側面図である。

図９乃至図１０に示すように、組み立て台５０は、位置決め材５２，５４，５６，５８を備えている。位置決め材５２は、図８等に示した吸気ポート用中子３６を支持するための部材であり、位置決め材５２の先端部は、図１１に示す本体部３６ａの下面のうちの重心に近い部分に形成された溝３６ｅに対応した形状を有している。位置決め材５４は、図８等に示した冷却水流路用中子３８を支持するための部材であり、位置決め材５４の先端部には、合わせ部５４ａが形成されている。位置決め材５６は、図８等に示した燃焼室用中子３２を支持するための部材である。位置決め材５８は、図８等に示した巾木４０を支持するための部材であり、位置決め材５８の上面には、図１１に示す巾木４０の下面に形成された合わせ部４０ａに対応した形状の溝５８ａが形成されている。

図１２には、図９に示した組み立て台５０を使用して組み立てられた中子Ｃが描かれており、図１３には、図１２に示した中子Ｃの位置決め材５２，５４，５６の背面に隠れる部分を含めた全体が描かれている。組み立て台５０を使用した中子Ｃの一体化は以下のとおりである。先ず、燃焼室用中子３２を位置決め材５６と合わせて燃焼室用中子３２の位置決めをする。続いて、燃焼室用中子３２に吸気ポート用中子３６を結合する。上述したように、本体部３６ａの長手方向の一端には、溝３２ｂに対応した形状を有する伸張部が形成されている。この伸張部を溝３２ｂに嵌め合わせることで、吸気ポート用中子３６と燃焼室用中子３２を結合する。

吸気ポート用中子３６と燃焼室用中子３２の結合後、溝３６ｅに位置決め材５２を嵌め合わせて吸気ポート用中子３６の位置決めをする。続いて、吸気ポート用中子３６と冷却水流路用中子３８を組み合わせる。図７に示した伸張部３６ｄ側から吸気ポート用中子３６をウォータージャケット部３８ｂに通しつつ、接合部３８ｆを図８に示した溝３２ｄに嵌め合わせることで、吸気ポート用中子３６と冷却水流路用中子３８を組み合わせる。

吸気ポート用中子３６と冷却水流路用中子３８の組み合わせ後、主流路部３８ａの両端を水路支持材３４に設置して冷却水流路用中子３８の位置決めをする。続いて、吸気ポート用中子３６と巾木４０を結合する。上述したように、巾木４０の側面には図７に示した伸張部３６ｄに対応した形状を有する溝が形成されている。この溝に伸張部３６ｄを嵌め合わせることで、吸気ポート用中子３６と巾木４０を結合する。

吸気ポート用中子３６と巾木４０の結合後、合わせ部４０ａを溝５８ａに嵌め合わせて巾木４０の位置決めをする。以上の工程を経ることで、中子Ｃが組み立てられる。図５のステップＳ１に右方に描かれる中子Ｃは、図９等に示した組み立て台５０から取り外された中子Ｃに相当している。図５に示したステップＳ２では、燃焼室用中子３２と巾木４０を下型３０の所定位置にそれぞれ合わせつつ、主流路部３８ａの両端を水路支持材３４に設置する。これにより、中子Ｃが下型３０の所定位置に組み付けられる。

ステップＳ２に続くステップＳ３では、図２乃至図３で説明した排気ポート３、吸気側動弁機構室５、排気側動弁機構室６等をシリンダヘッドに形成するための中子が下型３０に組み付けられ、その後、下型３０に上型４２が組み合わせられる。その後、このステップＳ３に描かれるように、アルミ溶湯は上型４２の上面側から金型内に注入される。なお、シリンダヘッドの成型後、金型から鋳造製品を取り外し、吸気ポート用中子３６等の中子を粉砕除去する等の後処理を行うことで、図１乃至図４で説明した構成のシリンダヘッド１を得る。

図６等に示したように、本体部３６ａの壁面とウォータージャケット部３８ｂの内壁との距離は短い。本体部３６ａとウォータージャケット部３８ｂをこのような距離で配置できたのは、吸気ポート用中子３６を巾木４０と別体としたからである。吸気ポート用中子３６にポートインジェクタ部３６ｂが形成されている以上、燃焼室用中子との結合端側から吸気ポート用中子３６をウォータージャケット部３８ｂに通すことはできない。何故なら、本体部３６ａの壁面とウォータージャケット部３８ｂの内壁との距離を短くしようとすると、ポートインジェクタ部３６ｂが邪魔になるからである。この点、吸気ポート用中子３６を巾木４０と別体とすることで、巾木４０との結合端側から（つまり、図７に示した伸張部３６ｄ側から）吸気ポート用中子３６をウォータージャケット部３８ｂに通すことができる。よって、本実施の形態に係る方法によれば、吸気ポートを流れる空気に対する冷却効果を高めることができる。

また、事前の組み立てにより一体化した中子Ｃを使用することも、本体部３６ａの壁面とウォータージャケット部３８ｂの内壁との距離の短縮化に寄与している。何故なら、一体化した中子Ｃによれば、構成要素同士の位置関係が固定された状態で下型３０に組み付けることができるからである。即ち、本実施の形態に係る方法によれば、下型３０上で中子Ｃの構成要素を個別に組み付けていく場合に比べて、下型３０における中子Ｃの構成要素の位置精度を高めて、金型内へのアルミ溶湯注入中に溶湯との比重差による浮力、溶湯流れ等により構成要素の位置がずれてしまうのを抑制することもできる。

また、本実施の形態に係る方法では、図８に示した接合部３８ｆが形成されていることで、連結流路部３８ｅと外周部３２ｃとの接合面積を広くすることができる。よって、本実施の形態に係る方法によれば、下型３０における冷却水流路用中子３８の位置精度を高めて、金型内へのアルミ溶湯注入中に冷却水流路用中子３８の位置がずれてしまうのを抑制することもできる。

また、事前の組み立てにより一体化した中子Ｃを使用することで、鋳造サイクルを短縮してシリンダヘッドの生産性を向上させることもできる。何故なら、下型３０上で中子Ｃの構成要素を個別に組み付けていく場合に比べて、中子の金型への組み付けに要する時間を短縮することができるからである。また、事前の組み立てにより一体化した中子Ｃを使用することで、シリンダヘッド生産時の安全性を向上させることもできる。何故なら、燃焼室用中子と吸気ポート用中子の接合や、吸気ポート用中子と巾木の接合に接着剤を使用することがあり、高温のアルミ溶湯を取り扱う傍らでこのような接着剤を扱うことは安全性の観点から好ましくない場合があるからである。この点、本実施の形態に係る方法によれば、中子Ｃの一体化作業を鋳込み作業を行う場所とは別の場所、または、別の時間に行うことができる。

なお、上記実施の形態においては、本体部３６ａが本発明の「ポート本体部」に、ポートインジェクタ部３６ｂが本発明の「インジェクタ部」に、ウォータージャケット部３８ｂが本発明の「ウォータージャケット用中子」に、伸張部３６ｄ側の本体部３６ａの一端が本発明の「巾木結合端」に、それぞれ相当している。

＜中子の組み付け方法の別の例＞
ところで、上記実施の形態においては、図６等で説明したように、本体部３６ａが図２等で説明した吸気ポート２と同一の外形を有するとした。しかし本体部３６ａの外形は、伸張部３６ｄ側から吸気ポート用中子３６をウォータージャケット部３８ｂに通すことができる限りにおいて、各種の変形が可能である。例えば、図６等に示した本体部３６ａをその長手方向に短縮してポートインジェクタ部３６ｂ近傍までとし、その短縮分を補うように巾木４０を伸張して本体部３６ａとの接合面を延長させてもよい。このように接合面を延長した場合であっても、本体部３６ａの壁面とウォータージャケット部３８ｂの内壁との距離を短くすることができる。よって、上記実施の形態と同様に、吸気ポートを流れる空気に対する冷却効果を高めることができる。

１ シリンダヘッド
２ 吸気ポート
２ｃ ポートインジェクタ挿入部
２ｄ 吸気バルブ挿入部
１７ ポートインジェクタ挿入孔
２０ 冷却水流路
２１ 主流路
２２ ウォータージャケット
３０ 下型
３２ 燃焼室用中子
３２ａ 燃焼室部
３６ 吸気ポート用中子
３６ａ 本体部
３６ｂ ポートインジェクタ部
３８ 冷却水流路用中子
３８ａ 主流路部
３８ｂ ウォータージャケット部
４０ 巾木
４２ 上型
５０ 組み立て台
５２，５４，５６，５８ 位置決め材
Ｃ 中子

Claims (1)

1. インジェクタ挿入部付きの吸気ポートと、前記吸気ポートに連通する燃焼室と、前記吸気ポートの壁面を覆うウォータージャケットと、を備えるエンジンのシリンダヘッドの鋳造時に使用される中子の金型への組み付け方法であって、
   前記中子は、前記燃焼室を形成するための燃焼室部を備える燃焼室用中子であって前記金型と結合可能に構成された燃焼室用中子と、前記壁面に対応した内壁を備えるウォータージャケット用中子と、前記吸気ポートを形成するためのポート本体部および前記ポート本体部の側面に凸状に設けられて前記インジェクタ挿入部を形成するためのインジェクタ部を備える吸気ポート用中子と、前記吸気ポート用中子を前記金型に組み付けるための巾木であって前記ポート本体部の長手方向の一端および前記金型と結合可能に構成された巾木と、を備え、
   前記吸気ポート用中子を前記燃焼室用中子と結合すると共に、前記巾木と結合させる前記ポート本体部の巾木結合端から前記ウォータージャケット用中子に挿入して前記ポート本体部のうちの前記インジェクタ部よりも前記巾木結合端に近い部分を少なくとも前記内壁の内側に通してから前記巾木と前記巾木結合端を結合することで前記中子の構成要素を組み立てて一体化し、一体化した中子のうちの前記燃焼室用中子と前記巾木に相当する部分を前記金型と結合することを特徴とする中子の組み付け方法。

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