JP4172381B2 - 内燃機関の吸気装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、シリンダヘッド内の吸気ポートを仕切板により一対の分割吸気ポートに仕切るようにした内燃機関の吸気装置、及び、その製造方法に関する。

内燃機関のシリンダへ導入される吸気のタンブル流（縦渦流）を強化するため、シリンダヘッド内の吸気ポートを仕切板により一対の分割吸気ポートに仕切る吸気通路構造としたものが、特許文献１により公知である。
また、特許文献１では、シリンダヘッドの鋳造時に仕切板を鋳込む際に、熱膨張による仕切板変形の対策として、仕切板を波板形状としている。
特開２００１−１９３４６９号公報（特に段落番号００２０、００２２）

しかしながら、前記特許文献１のような波板形状の仕切板では、吸気ポートの半径方向の熱膨張は吸収することができるが、吸気ポートの軸線方向の熱膨張は吸収することができない。
このため、シリンダヘッド鋳造時の吸気ポート形成用の中子に仕切板をセットして鋳込む際に、仕切板と中子（鋳砂）との熱膨張差により、中子に割れ（折れ）を生じてしまい、割れを生じた部分には湯（アルミ）が流れ込んで、バリ（鋳バリ）を発生することになるので、バリの発生箇所によっては後加工でのバリ取り作業が極めて面倒となるという問題点があった。

本発明は、このような従来の問題点に鑑み、仕切板と中子との熱膨張差による中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定的なものとして、後加工でのバリ取り作業を容易化することを目的とする。

このため、本発明では、仕切板の、シリンダヘッドの吸気ポート開口面側の端部のうち、吸気ポート通路断面内に位置する部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より内側に位置させ、吸気ポート通路断面外に位置してシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれる部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より外側に突出させて後加工で吸気ポート開口面と面一に形成する構成とする。

本発明によれば、上記の構成により、仕切板の端部のうち、吸気ポート通路断面外に位置してシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれる部分の側の、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より外側に突出する部分に、バリが発生する。従って、バリの発生は製品外であり、鋳造後に、シリンダヘッドの吸気ポート開口面の仕上げ加工をする際に、同時に突出部分を切除することで、バリも一緒に取ることができる。

また、仕切板の端部のうち、シリンダヘッドの吸気ポート通路断面内に位置する部分は、直接支持されていないので変形しやすいが、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より内側に位置していて、切除の対象とならないので、前記切除作業は一部で済み、容易に行えるものとなる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は本発明の一実施形態を示す内燃機関のシリンダヘッドの断面図、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う吸気ポートの平面図、図３は図１のＢ矢視でのシリンダヘッド側壁の吸気ポート開口面の図である。
アルミ合金により鋳造されるシリンダヘッド１には、シリンダ２に対し、吸気ポート３と排気ポート４とが形成されている。

吸気ポート３は、下流側で２本に分岐して、それぞれ吸気弁（図示せず）を介してシリンダ２内に開口し、上流側で１本に集合するサイヤミーズタイプである。上流側の集合部は横方向に長い扁平な通路断面を有して、シリンダヘッド１の側壁（吸気ポート開口面５）に開口している。
また、吸気ポート３には、上流側の集合部を上下一対の分割吸気ポート３ａ、３ｂに仕切るアルミ合金（具体的にはシリンダヘッド鋳造用の一般的なアルミ合金より高強度なジュラルミン）あるいはＳＵＳ等からなる仕切板６が、集合部のほぼ全長にわたって設けられている。

また、図示は省略するが、下側の分割吸気ポート３ｂには、これを開閉するタンブル制御弁が設けられ、このタンブル制御弁を閉じて、上側の分割吸気ポート３ａのみを通して吸気をシリンダ２内へ導入することにより、吸気のタンブル流を強化して、燃費向上等を図ることができる。
上記の仕切板６は、シリンダヘッド１を鋳造する際に、シリンダヘッド１内に鋳込まれる。

具体的には、図４に示すように、仕切板６を、シリンダヘッド鋳造時の吸気ポート形成用の中子１０にセットし、かつ仕切板６の側部端縁６ａを中子１０の側部より突出させ、その側部端縁６ａにて、シリンダヘッド１の吸気ポート内壁部に鋳込むようにする。
このように鋳込みにより仕切板６をシリンダヘッド１に固定する構造を採用することにより、仕切板６を十分に薄くして（例えば１〜２ｍｍ）、通気抵抗を抑制することが可能になると共に、仕切板６をシリンダヘッド１とは異なるジュラルミンあるいはＳＵＳ等の適切な材料により形成することが可能になる。また、仕切板６をシリンダヘッド１に別途取付ける必要がないので、製造も容易である。

本発明では、図２に示すように、仕切板６の、シリンダヘッド１の吸気ポート開口面（以下ヘッド端面という）５側の端部のうち、吸気ポート通路断面内に位置する部分２１は、ヘッド端面５より図示Ｓ１内側に位置させ、吸気ポート通路断面外に位置してシリンダヘッド１の吸気ポート内壁部に鋳込まれる部分２２は、ヘッド端面５より図示Ｓ２外側に突出させて後加工でヘッド端面５と面一に形成する構成とする。以下では、前記部分２１を凹部といい、前記部分２２を凸部という。また、仕切板６の凸部２２の角部には、予め、角アール又は面取りを施す。

上記構成とする理由及び効果について以下に詳細に説明する。
仕切板６を中子１０にセットして鋳込む際、仕切板（アルミ合金）６と中子（鋳砂）１０との熱膨張差（仕切板６の方が熱膨張が大きい）により、図５（ａ）に示すように、中子１０に割れ（折れ）Ｗを生じ、割れた所には湯（アルミ）が入り込んで、鋳造後、仕切板６の先端にバリ（鋳バリ）が残ってしまう。割れＷは、仕切板６の両端部のうちいずれか一方に生じるが、シリンダ側の方が中子断面が小さく、ヘッド端面側には中子１０と一体にこれを支持するための巾木（鋳砂）１２があるので、一般にはシリンダ側に生じる。

しかし、このように製品形状内（シリンダ側）にバリが残るのは、吸気性能に大きな影響を与え、またバリ取り作業も容易ではないため、図５（ｂ）に示すように、巾木１２の一部に切込み部１２ａを形成するなどして、巾木１２側の中子断面積を小さくすることで、巾木１２側に割れＷを生じやすくして、バリの発生箇所がヘッド端面側となるようにするのが望ましい。

このような点に鑑み、本発明者らは、先ず、図６に参考例として示すＡ案及びＢ案について検討した。
Ａ案は、仕切板をヘッド端面より突出させ（製品形状外まで延ばし）、巾木を利用してヘッド端面外に割れを発生させる部位を設け、この部位で割れを発生させるものである。
この場合、バリは製品形状外にできるため、ヘッド端面の仕上げ加工と同時に仕切板の突出部を加工（切除）することにより、バリを一緒に落とすことが可能となる。

しかしながら、突出部がポートの半径方向全体にわたっていて長いため、加工時に突出部に力が加わり、仕切板が変形してしまう。特にサイヤミーズタイプの場合、仕切板の巾が長くなり、両端での支持に限界がある（仕切板中心が無拘束となる）ので、仕切板の変形が顕著となる。かかる仕切板の変形は吸気性能に悪影響を与える。また、長い突出部全体を加工するため、加工性が悪いと共に、加工時に異音等が発生する。

Ｂ案は、仕切板をヘッド端面内に入れる（凹ませる）ものである。
しかしながら、このようにすると、仕切板のヘッド端面にバリができるため、結局、ヘッド端面の仕上げ加工とは別に、バリ取り作業が発生し、作業性が悪化するという点では、従来技術と変わらない。
尚、Ａ案又はＢ案で、仕切板の端部をヘッド端面と面一にして鋳込んだ場合、できた製品により仕切板の端部にバリが発生したりしなかったりするものがあり、従って、できた製品によりバリ取りが必要なものと必要ないものが発生し、加工性が悪化する。

従って、本発明では、仕切板の端部を図２で説明した形状とすることにより、すなわち、図７に示すように、仕切板の端部のうち、吸気ポート通路断面内に位置する部分は、ヘッド端面より内側に位置する凹部２１とし、吸気ポート通路断面外に位置してシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれる部分は、ヘッド端面より外側に突出する凸部２２とすることにより、割れは、凸部２２により、巾木１２側に発生し、したがってバリも凸部２２の先端にて製品形状外に発生する。

よって、製品形状外にバリを発生させる形状を確保でき、カッターによるヘッド端面の仕上げ加工と同時に、凸部２２をヘッド端面と面一に加工（切除）することで、バリも一緒に落とすことが可能となる。
しかも、切除を要する凸部２２は、ポートの半径方向全体にわたっているのではなく、両端の一部分のみであり、加工量が少ないばかりか、切除部位はシリンダヘッドにより強固に支持されており、剛性の低い吸気ポート通路断面内の部分は削らなくて済むため、仕切板６の曲がり等の変形を防止する効果も併せて奏することができる。

また、本実施形態のように、仕切板６の端部における凸部２２の角部に、角アール又は面取りを施すことにより、カッターによる凸部２２の後加工（切除）をより滑らかに行うことができ、加工バリの発生を防止できる。
次に本発明の他の実施形態（上記の構成に更に付加的な構成を加えた実施形態）について説明する。

図８に示す実施形態では、仕切板６の側部端縁６ａを仕切板６の板面と交差する方向（上下方向）に屈曲させてシリンダヘッド１の吸気ポート３内壁部に鋳込むようにしている。
これによれば、吸気ポート３の中心方向に引っ張られた場合の抵抗力が増加し、後加工時にカッターにより仕切板６が引きずれらにくくなるため、仕切板６の変形をより防止できる。

図９に示す実施形態では、（ａ）〜（ｄ）に各種示すように、仕切板６に曲げ（あるいはビード）を設けることで、吸気ポート半径方向の熱膨張を吸収できるようにしている。
このうち、（ａ）は予め一方向に曲げておくものである。（ｂ）はビードを設け、局部的に変形を吸収させるものである。（ｃ）はビードを２箇所設けたもので、変形の吸収量が大きく、ポート中央にビードがないため、吸気性能の低下も少なくなる。（ｄ）は両端側２箇所で曲げるようにして、ポート中央は平板状にしたものである。

次に本発明の更なる他の実施形態として、カシメ部を追加した実施形態について説明する。
本発明では、シリンダヘッド１に仕切り板６を鋳込む際に、仕切り板６がヘッド端面５側に延びるのを許容しているので、シリンダヘッド１と仕切板６との熱膨張係数の違いにより、あるいは、鋳込み後の両者の冷え方の違いにより、相対移動を生じるなどして、拘束力が弱まり、製品完成後に、仕切板６がガタつく恐れがある。

この対策としては、図１０及び図１１に示すようなカシメ部ｋ１、ｋ２を追加した実施形態、又は、図１２及び図１３に示すようなカシメ部ｋ３、ｋ４を追加した実施形態を採用することが有効である。
図１０及び図１１に示す実施形態では、仕切板６の、シリンダヘッド１の吸気ポート内壁部に鋳込まれた部分で、後加工後にヘッド端面５に露出する端面（ｋ１）、及び／又は、該端面（ｋ１）近傍のヘッド端面（ｋ２）に、自動機械などでポンチを打込んで、塑性変形により、鋳込んでいる部分と鋳込まれている部分とをカシメ結合する。

すなわち、カシメ部ｋ１により、鋳込まれている部分を膨出させるか、カシメ部ｋ２により、鋳込んでいる部分を膨出させることで、拘束力を生じさせ、仕切板６のガタつきを防止することができる。
この場合、カシメ結合する部分、すなわちポンチを打込む部分（ｋ１、ｋ２）は、ヘッド端面５と吸気マニホールドのフランジ面との間に装着されるガスケットと干渉しない位置（逃げ孔１０２の内側）とする。これにより、ガスケットのシール性に影響を与えることを防止できる。尚、図１１において、１０１はヘッド端面５における吸気マニホールド取付用のねじ孔、１０２はガスケットの吸気ポート３及びねじ孔１０１に対する逃げ孔を示している。

図１２及び図１３に示す実施形態では、仕切板６の板面で、シリンダヘッド１の吸気ポート内壁面に近接する部分（ｋ３）、及び／又は、シリンダヘッド１の吸気ポート内壁面で、仕切板６の板面に近接する部分（ｋ４）に、手作業などでポンチを打込んで、塑性変形により、鋳込んでいる部分と鋳込まれている部分とをカシメ結合する。
すなわち、カシメ部ｋ３により、鋳込まれている部分を膨出させるか、カシメ部ｋ４により、鋳込んでいる部分を膨出させることで、拘束力を生じさせ、仕切板６のガタつきを防止することができる。この場合、カシメは、上下面の両側に行ってもよいし、片側のみに行ってもよい。

本発明の一実施形態を示す内燃機関のシリンダヘッドの断面図 図１のＡ−Ａ線に沿う吸気ポートの平面図 図１のＢ矢視でのシリンダヘッドの吸気ポート開口面の図 吸気ポート形成用の中子の斜視図 従来例での中子の割れを示す図 参考例（Ａ案及びＢ案）の説明図 本発明の説明図 本発明の他の実施形態として仕切板の側部端縁の形状を示す図 本発明の他の実施形態として仕切板の断面形状を示す図 カシメ部ｋ１、ｋ２を示す吸気ポートの平面図 カシメ部ｋ１、ｋ２を示す吸気ポート開口面の図 カシメ部ｋ３、ｋ４を示すシリンダヘッドの断面図 カシメ部ｋ３、ｋ４を示す吸気ポート開口面の図

符号の説明

１ シリンダヘッド
２ シリンダ
３ 吸気ポート（サイヤミーズタイプ）
３ａ 上側の分割吸気ポート
３ｂ 下側の分割吸気ポート
４ 排気ポート
５ シリンダヘッドの吸気ポート開口面（ヘッド端面）
６ 仕切板
６ａ 仕切板の側部端縁
１０ 吸気ポート形成用の中子
１２ 巾木
１２ａ 切込み部
２１ 凹部
２２ 凸部

Claims (16)

1. シリンダヘッド内の吸気ポートを一対の分割吸気ポートに仕切る仕切板を、その側部端縁にて、シリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込むようにした内燃機関の吸気装置において、
   前記仕切板の、シリンダヘッドの吸気ポート開口面側の端部のうち、吸気ポート通路断面内に位置する部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より内側に位置させ、吸気ポート通路断面外に位置してシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれる部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より外側に突出させて後加工で吸気ポート開口面と面一に形成したことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
2. 前記仕切板の端部における前記外側に突出する部分の角部に、角アール又は面取りを施すことを特徴とする請求項１記載の内燃機関の吸気装置。
3. 前記仕切板の側部端縁を前記仕切板の板面と交差する方向に屈曲させてシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込んだことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の吸気装置。
4. 前記仕切板の、シリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれた部分で、シリンダヘッドの吸気ポート開口面に露出する端面、又は、該端面近傍のシリンダヘッドの吸気ポート開口面の少なくとも一方にて、鋳込んでいる部分と鋳込まれている部分とをカシメ結合することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置。
5. カシメ結合は、ポンチを打込んで、塑性変形によりなされることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の吸気装置。
6. カシメ結合する部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面と吸気マニホールドのフランジ面との間に装着されるガスケットと干渉しない位置とすることを特徴とする請求項４又は請求項５記載の内燃機関の吸気装置。
7. 前記仕切板の板面で、シリンダヘッドの吸気ポート内壁面に近接する部分、又は、シリンダヘッドの吸気ポート内壁面で、前記仕切板の板面に近接する部分の少なくとも一方にて、鋳込んでいる部分と鋳込まれている部分とをカシメ結合することを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置。
8. カシメ結合は、ポンチを打込んで、塑性変形によりなされることを特徴とする請求項７記載の内燃機関の吸気装置。
9. シリンダヘッド内の吸気ポートを一対の分割吸気ポートに仕切る仕切板を、シリンダヘッド鋳造時の吸気ポート形成用の中子にセットし、かつ仕切板の側部端縁を中子の側部より突出させ、その側部端縁にて、シリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込む際に、
   前記仕切板の、シリンダヘッドの吸気ポート開口面側の端部のうち、吸気ポート通路断面内に位置する部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より内側に位置させ、吸気ポート通路断面外に位置してシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれる部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面より外側に突出させて後加工で吸気ポート開口面と面一に形成することを特徴とする内燃機関の吸気装置の製造方法。
10. 前記仕切板の端部における前記外側に突出する部分の角部に、角アール又は面取りを施すことを特徴とする請求項９記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。
11. 前記仕切板の側部端縁を前記仕切板の板面と交差する方向に屈曲させてシリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込むことを特徴とする請求項９又は請求項１０記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。
12. 前記仕切板の、シリンダヘッドの吸気ポート内壁部に鋳込まれた部分で、シリンダヘッドの吸気ポート開口面に露出する端面、又は、該端面近傍のシリンダヘッドの吸気ポート開口面の少なくとも一方にて、鋳込んでいる部分と鋳込まれている部分とをカシメ結合することを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。
13. カシメ結合は、ポンチを打込んで、塑性変形によりなされることを特徴とする請求項１２記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。
14. カシメ結合する部分は、シリンダヘッドの吸気ポート開口面と吸気マニホールドのフランジ面との間に装着されるガスケットと干渉しない位置とすることを特徴とする請求項１２又は請求項１３記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。
15. 前記仕切板の板面で、シリンダヘッドの吸気ポート内壁面に近接する部分、又は、シリンダヘッドの吸気ポート内壁面で、前記仕切板の板面に近接する部分の少なくとも一方にて、鋳込んでいる部分と鋳込まれている部分とをカシメ結合することを特徴とする請求項９〜請求項１１のいずれか１つに記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。
16. カシメ結合は、ポンチを打込んで、塑性変形によりなされることを特徴とする請求項１５記載の内燃機関の吸気装置の製造方法。

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