JP2017148840A - 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】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、伸張部３６ｅとを備えている。冷却水流路用中子３８は、図２乃至図３で説明したウォータージャケット２２と同一の外形を有するウォータージャケット部３８ｂを備えている。伸張部３６ｅ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に通すことで、冷却水流路用中子３８と吸気ポート用中子３６が組み合わされる。その後、吸気ポート用中子３６とは別体の巾木４０と、吸気ポート用中子３６とが結合される。【選択図】図１０

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、当該本体部の壁面に上に凸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すべく、上記金型への取り付け時に上記本体部と上記内壁の距離を短くした場合には、上記本体部の壁面に上に凸に設けられた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を有する吸気ポートと、前記吸気ポートの壁面の上面の一部および下面の一部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を鋳造する際に使用される中子を金型へ組み付ける方法である。前記中子は、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壁面に上に凸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と結合可能に構成され、前記ポート本体部よりも幅広である巾木と、を備えている。本発明に係る方法は、前記ポート本体部が前記巾木と結合する前記ポート本体部の巾木結合端から前記ポート本体部を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た後に、前記巾木と前記巾木結合端を結合することを特徴としている。

前記シリンダヘッドが前記吸気ポートと連通する燃焼室を更に備え、尚且つ、前記中子が前記ポート本体部の前記巾木結合端とは反対側の一端と結合可能に構成されると共に、前記金型に組み付け可能に構成された燃焼室用中子を更に備える場合、本発明に係る方法は、前記ポート本体部を前記ウォータージャケット用中子に挿入する前に、前記燃焼室用中子を前記金型に組み付け、尚且つ、前記ポート本体部の前記巾木結合端とは反対側の一端を、前記金型に組み付けた前記燃焼室用中子と結合してもよい。

前記吸気ポート用中子が前記ポート本体部の前記巾木結合端とは反対側の一端に屈曲部を更に備え、前記燃焼室用中子が前記屈曲部に対応した形状を有する屈曲溝を更に備える場合、本発明に係る方法は、前記屈曲溝に前記屈曲部を嵌め合わせることで、前記吸気ポート用中子を前記燃焼室用中子と結合してもよい。

前記吸気ポート用中子が前記巾木結合端に伸張部を更に備え、尚且つ、前記巾木が前記伸張部に対応した形状を有する受容溝を更に備える場合、本発明に係る方法は、前記受容溝に前記伸張部を嵌め合わせることで、前記吸気ポート用中子を前記巾木と結合してもよい。

前記巾木が前記金型を構成する下型の位置決め部と組み合わせ可能な合わせ部を更に備える場合、本発明に係る方法は、前記受容溝と前記伸張部との嵌め合わせの際に、前記巾木を前記下型の表面に沿って移動して前記位置決め部と前記合わせ部を組み合わせてもよい。

前記金型が前記巾木と組み合わせることで前記金型における前記巾木の位置を固定可能な巾木押さえ材を備える場合、本発明に係る方法は、前記巾木と前記巾木結合端を結合した後に、前記巾木の上方から前記巾木押さえ材を押し付けて前記巾木と前記巾木押さえ材を組み合わせてもよい。

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た後に、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。

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。 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。 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。 本実施の形態に係る方法の組み付け対象となる３種類の中子の拡大図である。 図６のステップＳ４および図７のステップＳ５を説明する図である。 図６のステップＳ４直後の中子を説明する図である。 図６のステップＳ４直後の中子を説明する図である。 図７のステップＳ５直後の中子を説明する図である。

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１２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乃至図７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〜Ｓ６）が描かれており、このうちのステップＳ２〜Ｓ５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、図５乃至図７の説明に際しては、本実施の形態に係る方法の組み付け対象となる３種類の中子を抽出して拡大した図８を適宜参照して、これらの中子の構成についても説明する。また、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、燃焼室用中子３２と水路支持材３４が組み付けられる。燃焼室用中子３２は、図２乃至図３で説明した燃焼室４などをシリンダヘッドに形成するための中子である。図５および図８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を備えており、燃焼室部３２ａの上面には屈曲溝３２ｂが形成されている。また、図８に示すように、燃焼室用中子３２は、燃焼室部３２ａの外周に外周部３２ｃを備えており、外周部３２ｃの上面には溝３２ｄが形成されている。水路支持材３４は、冷却水流路用中子３８を支持するための部材であり、燃焼室用中子３２よりも先に下型３０に組み付けられる。

ステップＳ１に続くステップＳ２では、下型３０の所定位置に、吸気ポート用中子３６が組み付けられる。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などをシリンダヘッドに形成するための中子である。図５および図８に示すように、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、を備えている。また、図８に示すように、本体部３６ａの長手方向の一端には屈曲溝３２ａに対応した形状を有する屈曲部３６ｄが形成されており、他端には伸張部３６ｅが形成されている。吸気ポート用中子３６の組み付けに際しては、本体部３６ａと燃焼室用中子３２が結合される。屈曲部３６ｄを屈曲溝３２ａ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が結合される。

ここで、屈曲部３６ｄの断面形状は、一端部が燃焼室用中子３２の延在方向に延び、他端部が当該延在方向に対して直角に延びるＬ字型（図１０または図１２参照）とされている。このような断面形状の屈曲部３６ｄを屈曲溝３２ａに嵌め合わせて吸気ポート用中子３６と燃焼室用中子３２を結合すれば、斜め上方に延びる吸気ポート用中子３６の倒れを抑えることができる。また、吸気ポート用中子３６の組み付け状態を安定化できるので、後述のステップＳ３での吸気ポート用中子３６と冷却水流路用中子３８の組み合わせや、ステップＳ４での吸気ポート用中子３６と巾木４０との結合を安定的に行うこともできる。なお、屈曲部３６ｄ（または屈曲溝３２ａ）の断面形状は、一端部が燃焼室用中子３２の延在方向に延び、他端部が当該延在方向に対して斜めに延びるＶ字型でもよく、更には、一端部が燃焼室用中子３２の延在方向に延び、中間部で湾曲して他端部と繋がるＵ字型でもよい。

図６に示すステップＳ３では、冷却水流路用中子３８が水路支持材３４に支持される。冷却水流路用中子３８の支持に際しては、冷却水流路用中子３８と吸気ポート用中子３６が組み合わされると共に、冷却水流路用中子３８と燃焼室用中子３２が結合される。図６および図８に示すように、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、図２乃至図３で説明したウォータージャケット２２と同一の外形を有するウォータージャケット部３８ｂと、支流路２３と同一の外形を有する支流路部３８ｃと、補助流路２４と同一の外形を有する補助流路部３８ｄと、連結流路２５と同一の外形を有する連結流路部３８ｅと、を備えている。また、図８に示すように、連結流路部３８ｅの先端には、溝３２ｄに対応した形状を有する合わせ部３８ｆが形成されている。吸気ポート用中子３６の伸張部３６ｅ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に通すことで、冷却水流路用中子３８と吸気ポート用中子３６が組み合わされる。合わせ部３８ｆを溝３２ｄに嵌め合わせることで、冷却水流路用中子３８と燃焼室用中子３２が結合される。その後、主流路部３８ａの両端を水路支持材３４に設置することで、冷却水流路用中子３８が水路支持材３４に支持される。

ステップＳ３に続くステップＳ４では、３つの吸気ポート用中子３６に共通し、吸気ポート用中子３６の並び方向においてこれらの中子を合わせた幅よりも幅の広い巾木４０が下型３０の所定位置に組み付けられる。巾木４０の組み付けに際しては、巾木４０と吸気ポート用中子３６が結合される。図６においては省略するが、巾木４０の側面には伸張部３６ｅに対応した形状を有する受容溝が形成されている。この受容溝に伸張部３６ｅを嵌め合わせることで、巾木４０と吸気ポート用中子３６が結合される。図９には、下型３０に組み付ける前の巾木４０が描かれている。図９に示すように、下型３０の所定位置には位置決め部３０ａが形成されている。図６に示したステップＳ４においては、この位置決め部３０ａが、巾木４０の下面に形成された合わせ部４０ｂと組み合わされる。

図１０乃至図１１には、図６に示したステップＳ４直後の中子が描かれている。図１０に示すように、伸張部３６ｅの形状は、本体部３６ａの長手方向の一端から水平方向に延びるストレート型とされている。このような形状の伸張部３６ｅによれば、図９に示した位置決め部３０ａと合わせ部４０ｂとの組み合わせに際し、下型３０の表面に沿って滑らせた巾木４０の受容溝に伸張部３６ｅを容易に嵌め合わせることができる。また、このような形状の伸張部３６ｅによれば、金型内へのアルミ溶湯投入中に吸気ポート用中子３６に作用する浮力に対抗することもできるので、吸気ポート用中子３６の位置精度を高めることもできる。

図１０乃至図１１に示すように、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。そもそも本実施の形態では、図５に示したステップＳ２において吸気ポート用中子３６が燃焼室用中子３２と結合されており、ウォータージャケット部３８ｂに燃焼室用中子３２を通すことは不可能である。つまり、図６に示したステップＳ３において、燃焼室用中子３２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に通すことは不可能である。

但し、図５に示したステップＳ２での吸気ポート用中子３６と燃焼室用中子３２との結合を後回しにしたところで、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、図６に示したステップＳ３において、吸気ポート用中子３６を屈曲部３６ｄ側から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、図２等で説明した吸気ポート２の上面２ａおよび下面２ｂと、ウォータージャケット２２との距離を短くすべく、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、本体部３６ａの壁面に上に凸に設けられたポートインジェクタ部３６ｂが邪魔になるからである。故に、伸張部３６ｅ側からでなければ吸気ポート用中子３６をウォータージャケット部３８ｂに通すことができないが、仮に吸気ポート用中子３６が巾木４０と一体化されていると、今度は吸気ポート用中子３６よりも幅広の巾木４０が邪魔になってしまう。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、図６に示したステップＳ３において伸張部３６ｅ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、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。

図７に示すステップＳ５では、巾木押さえ材４２が巾木４０と組み合わされる。図９には、下型３０への組み付け前の巾木押さえ材４２が描かれている。また、図１２には、図７に示したステップＳ５直後の中子、巾木４０および巾木押さえ材４２が描かれており、この図のうちの巾木４０側の一部は、説明の便宜上、切断面として表されている。図９および図１２に示すように、巾木４０の上面には逆角錐台状の溝４０ａが形成されている。また、図１２に示すように、巾木押さえ材４２の下面には溝４０ａに対応した形状を有する角錐台部４２ａが形成されている。角錐台部４２ａを溝４０ａに嵌め合わせることで、巾木押さえ材４２が巾木４０と組み合わされる。このような巾木押さえ材４２によれば、巾木４０（より正確には、伸張部３６ｅと嵌め合う巾木４０の受容溝）を介して、金型内へのアルミ溶湯投入中に吸気ポート用中子３６に作用する浮力に対向することができるので、吸気ポート用中子３６の位置精度を高めることもできる。

ステップＳ５に続くステップＳ６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４４が組み合わせられる。図７に示すように、アルミ溶湯は上型４４の上面側から金型内に投入される。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。

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、本体部３６ａの長手方向における伸張部３６ｅ側の一端が本発明の「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１０乃至図１１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３６ｅ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１０乃至図１１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。

また、上記実施の形態においては、図１０乃至図１１で説明したように、伸張部３６ｅが本体部３６ａの長手方向の一端から水平方向に延びるとした。しかし、この水平方向から伸張部３６ｅが傾いていてもよい。伸張部３６ｅが水平方向から傾いていた場合であっても、巾木４０の受容溝と嵌め合わせることで、金型内へのアルミ溶湯投入中に吸気ポート用中子３６に作用する浮力に対抗することができる。よって、上記実施の形態と同様に、吸気ポート用中子３６の位置精度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
３０ａ 位置決め部
３２ 燃焼室用中子
３２ａ 屈曲溝
３４ 水路支持材
３６ 吸気ポート用中子
３６ａ 本体部
３６ｂ ポートインジェクタ部
３６ｃ 吸気バルブ部
３６ｄ 屈曲部
３６ｅ 伸張部
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
４０ａ 溝
４０ｂ 合わせ部
４２ 巾木押さえ材
４２ａ 角錐台部
４４ 上型

Claims (6)

1. インジェクタ挿入部を有する吸気ポートと、前記吸気ポートの壁面の上面の一部および下面の一部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を鋳造する際に使用される中子を金型へ組み付ける方法であって、
   前記中子は、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壁面に上に凸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と結合可能に構成され、前記ポート本体部よりも幅広である巾木と、を備え、
   前記ポート本体部が前記巾木と結合する前記ポート本体部の巾木結合端から前記ポート本体部を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た後に、前記巾木と前記巾木結合端を結合することを特徴とする中子の組み付け方法。
2. 前記シリンダヘッドは、前記吸気ポートと連通する燃焼室を更に備え、
   前記中子は、前記ポート本体部の前記巾木結合端とは反対側の一端と結合可能に構成されると共に、前記金型に組み付け可能に構成された燃焼室用中子を更に備え、
   前記ポート本体部を前記ウォータージャケット用中子に挿入する前に、前記燃焼室用中子を前記金型に組み付け、尚且つ、前記ポート本体部の前記巾木結合端とは反対側の一端を、前記金型に組み付けた前記燃焼室用中子と結合することを特徴とする請求項１に記載の中子の組み付け方法。
3. 前記吸気ポート用中子は、前記ポート本体部の前記巾木結合端とは反対側の一端に屈曲部を更に備え、
   前記燃焼室用中子は、前記屈曲部に対応した形状を有する屈曲溝を更に備え、
   前記屈曲溝に前記屈曲部を嵌め合わせることで、前記吸気ポート用中子を前記燃焼室用中子と結合することを特徴とする請求項２に記載の中子の組み付け方法。
4. 前記吸気ポート用中子は、前記巾木結合端に伸張部を更に備え、
   前記巾木は、前記伸張部に対応した形状を有する受容溝を更に備え、
   前記受容溝に前記伸張部を嵌め合わせることで、前記吸気ポート用中子を前記巾木と結合することを特徴とする請求項１乃至３何れか１項に記載の中子の組み付け方法。
5. 前記巾木は、前記金型を構成する下型の位置決め部と組み合わせ可能な合わせ部を更に備え、
   前記受容溝と前記伸張部との嵌め合わせの際に、前記巾木を前記下型の表面に沿って移動して前記位置決め部と前記合わせ部を組み合わせることを特徴とする請求項４に記載の中子の組み付け方法。
6. 前記金型は、前記巾木と組み合わせることで前記金型における前記巾木の位置を固定可能な巾木押さえ材を備え、
   前記巾木と前記巾木結合端を結合した後に、前記巾木の上方から前記巾木押さえ材を押し付けて前記巾木と前記巾木押さえ材を組み合わせることを特徴とする請求項４または５に記載の中子の組み付け方法。

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