JP4400503B2 - 吸気ポート用の仕切り板、吸気ポート成形用砂中子およびシリンダヘッド - Google Patents

Description

本発明は、吸気ポート用の仕切り板、吸気ポート成形用砂中子およびシリンダヘッドに関するものである。

最近の内燃機関には、いわゆるデバイデットポートと呼ばれる機構を搭載したシリンダヘッドを有するものがある。この種のシリンダヘッドは、吸気ポート内を、タンブル板とも指称される仕切り板によって上下に仕切っている。吸気ポートの吸気側端部に配置された気流制御弁を制御することにより、吸気ポートからシリンダボアに導入される吸気を仕切り板によって偏流させ、シリンダボア内で生じるタンブル流（縦渦流）を強化し、燃費の向上などを図るようにしている（特許文献１を参照）。

なお、本明細書では、仕切り板において、空気や燃料ガスの吸気が流入してくる上流側を「吸気側」、その反対側、つまりシリンダボア側の下流側を「シリンダ側」と称することとする。

シリンダヘッドを鋳造成形する場合には、金属製の仕切り板を吸気ポート成形用砂中子内に設置し、仕切り板を鋳包み成形することが一般的である。シリンダヘッドの鋳造成形時には、吸気ポート成形用砂中子および仕切り板のそれぞれは、溶湯からの熱により温度が上昇し熱膨張する。ここで、仕切り板の熱膨張係数と、仕切り板を保持する中子砂の熱膨張係数との差は大きく、仕切り板は、中子砂に比べると熱膨張量が大きい。このため、仕切り板が中子砂を加圧ないし押し広げ、吸気ポート成形用砂中子に亀裂や破損を生じさせ、この亀裂から溶湯が染み出し、バリを作る虞がある。また、仕切り板の熱膨張により、シリンダヘッドの鋳造成形時に仕切り板の位置がズレる虞があり、さらには、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッドにおいて、仕切り板に製品内でのガタが生じる虞もある。

このため、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ばかりでなく、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタにより製品品質の低下をも招来することになる。したがって、仕切り板に対しては熱的影響を十分考慮しなければならない。

特許文献１に開示された仕切り板は、シリンダヘッドの鋳造成形時に仕切板を鋳包む際の熱膨張による変形対策として、波形状に形成されている。しかしながら、波形状の仕切り板は、吸気ポートの半径方向の熱膨張は吸収できても、軸線方向の熱膨張を吸収できない。このため、仕切り板と中子との熱膨張量差による中子の割れに起因するバリの発生箇所を限定することができず、また、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えることはできない。
特表２００１−１９３４６９号公報（段落番号００１１、００２０、００２２および図１、３、４参照）

本発明は、上記実情に鑑みてなされたもので、吸気ポートに対する仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図り、さらには、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の容易化を図ることを目的とする。

上記目的を達成する本発明は、シリンダヘッドの吸気ポートの複数個にまたがって配置される板形状をなし、前記吸気ポート内における吸気の流れ方向の上流側に位置する上流側端部と下流側に位置する下流側端部とを備える本体部と、
前記本体部の一部から形成され、前記それぞれの吸気ポート内を複数のポートに仕切る複数の仕切り部と、
前記本体部のうち前記吸気の流れ方向に対して交差する方向に位置する両側縁から形成され、前記シリンダヘッドの鋳造成形時に溶湯に鋳包まれる側方鋳包み部と、
前記本体部のうち前記複数の仕切り部同士の間の部位から形成され、前記シリンダヘッドの鋳造成形時に溶湯に鋳包まれる内方鋳包み部と、
前記内方鋳包み部の一部分に形成され、溶湯の凝固を促進する促進部と、を有し、
前記促進部は、打ち抜き孔を有してなる吸気ポート用の仕切り板である。

また、シリンダヘッドを鋳造成形する鋳造型内に設置して、シリンダヘッドの吸気ポートの複数個を形成する吸気ポート成形用砂中子において、
上記の吸気ポート用の仕切り板が、前記仕切り部を中子砂内に位置させ、前記側方鋳包み部および前記内方鋳包み部を中子砂から外部に露出させて、予め設置されていることを特徴とする吸気ポート成形用砂中子である。

また、上記の吸気ポート用の仕切り板が、前記側方鋳包み部および前記内方鋳包み部が溶湯に鋳包まれて吸気ポートの複数個に設置されてなり、
前記促進部により、当該促進部が設けられた一部分の近傍における溶湯の凝固を、他の部分の近傍における溶湯の凝固よりも促進することによって、前記吸気ポートに対する前記仕切り板の位置を規制してなるシリンダヘッドである。

本発明によれば、内方鋳包み部のうち促進部が設けられた一部分の近傍における溶湯の凝固が、他の部分の近傍における溶湯の凝固よりも促進されるので、吸気ポートに対する仕切り板の位置を規制することができ、仕切り板の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図ることができる。さらには、溶湯の熱により仕切り板が熱膨張する方向を一方向に限定ないし制御することが可能となり、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の容易化を図ることができる。

さらに、１枚のタンブル板は吸気ポートの複数個にまたがって配置されているので、それぞれの吸気ポートにタンブル板を配置する形態に比べて、１つのシリンダヘッド当たり必要となるタンブル板の数を減少させることができる。したがって、部品点数の削減を通して、生産性を向上させ、品質の安定化を図ることができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施形態について説明する。

（第１の実施形態）
まず、本発明の前提となる、吸気ポート１４用の仕切り板１００を有するシリンダヘッド１０について説明する。なお、以下の説明では、吸気ポート１４用の仕切り板１００を、「タンブル板１００」とも称する。

図１は、エンジンのシリンダヘッド１０を示す概略断面図、図２は、吸気ポート１４の軸直角断面図、図３は、エンジンでの気流状態を示す概略図、図４は、図１の４−４線に沿う概略断面図である。

図１〜図４を参照して、シリンダヘッド１０は、シリンダブロック１１の上部に設けられ、インテークマニホールド１２からの空気や燃料ガスからなる吸気流をシリンダボア１３内に導入する吸気ポート１４と、シリンダボア１３内で燃焼した後の排ガスを排出する排気ポート１５を有している。吸気ポートは、その通路形状から、サイアミーズタイプと、分割タイプとに大別される。サイアミーズタイプは、インテークマニホールド１２側が１つで、燃焼室前で二股状に分岐する通路形状を有する。分割タイプは、インテークマニホールド１２側から燃焼室側に至るまで１本の通路形状を有する。図示例のエンジンは、１気筒４バルブであり、吸気弁１６および排気弁１７が２つずつ設けられている。また、吸気ポート１４は、分割タイプであり、１気筒に２個の吸気ポート１４が独立して設けられている。

この吸気ポート１４は、いわゆるハイポート化されている。ハイポート化された吸気ポート１４は、シリンダヘッド１０の下面に対する傾斜角度が大きく、吸気側開口１４ａがシリンダヘッド１０壁面の上部近傍に開口している。吸気ポート１４のハイポート化は、吸気の流れ抵抗を少なくするため、あるいは、燃焼室内に燃料を直接噴射するインジェクタを吸気弁１６に近接して取り付ける場合にインジェクタと吸気ポート１４との干渉を回避するために採用される。直噴タイプのエンジンにあっては、当然ながら、空気からなる吸気流が吸気ポート１４を流れる。

吸気ポート１４内には、吸気側開口１４ａからシリンダ側に向かって流れる吸気の流れ方向（白抜き矢印）に沿ってタンブル板１００が設けられている。タンブル板１００は、独立した２個の吸気ポート１４にまたがって配置されている（図４を参照）。タンブル板１００の吸気側には、制御弁１８が設けられたインテークマニホールド１２が接続されている。吸気ポート１４は、タンブル板１００により、上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄに仕切られることになり、制御弁１８により下部ポート１４ｄを閉じると、吸気は、増速されて上部ポート１４ｕ内を流れ、シリンダボア１３内で強力なタンブル流（縦渦流）を形成することになる。このタンブル流に点火すると、少ないガス量で理想的な燃焼パターンを得ることができる。

傾斜角度が小さいローポートの吸気ポートの場合には、吸気の流れ方向に沿うタンブル板の長さは約７０ｍｍであるが、ハイポート化された吸気ポート１４の場合には、タンブル板１００の長さは約１１５ｍｍと比較的長くなる。長いタンブル板１００は、シリンダヘッド１０を鋳造成形するときの熱膨張による伸び代の絶対量が、短いタンブル板に比べると大きくなる。したがって、長いタンブル板１００にあっては、熱的影響を十分に考慮する必要がある。

吸気ポート１４は、シリンダ側の通路が大きく屈曲しており、タンブル板１００のシリンダ側端部Ｔａの位置がバラ付くと、気流の特性が変化し、タンブル流の発生状況に大きく影響することになるので、シリンダ側端部Ｔａの位置は、きわめて重要な位置となる。一方、吸気側端部Ｔｂの位置は、吸気を分岐する側であり、しかも制御弁１８が設けられる部分であることから、その位置が多少バラ付いても、気流の特性に変化をもたらすことはなく、一般的には、シリンダ側端部Ｔａの位置ほど精度よく設定する必要はない。

そこで、第１の実施形態では、シリンダヘッド１０を鋳造成形するに当り、シリンダ側端部Ｔａの位置は位置固定的に、吸気側端部Ｔｂの位置は比較的自由な構成とし、注湯時にタンブル板１００が熱的影響を受けても、吸気側端部Ｔｂ側でこれを吸収できるようにしている。

なお、鋳造成形されたシリンダヘッド１０は、必要とする機械的特性を付与するため、熱処理（Ｔ６処理（溶体化処理＋時効処理））が施される。溶体化処理は、組織を均一化するために行う処理であり、鋳造品はその表層に潤滑剤の成分が含まれていたりするので行われる。溶体化処理は、例えば、溶体化温度約５００℃において、３〜４時間実施される。

次に、タンブル板１００の構成について説明する。

図５（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態に係るタンブル板１００を示す平面図および側面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図である。

タンブル板１００は、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を形成する後述の吸気ポート成形用砂中子２００（図６を参照）に予め設置され、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に鋳包まれて、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を複数のポート（上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄ）に仕切るものである。なお、以下の説明では、タンブル板１００が予め設置された吸気ポート成形用砂中子２００を、「ポート中子２００」と略称する。

図５を参照して、タンブル板１００は、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４の複数個にまたがって配置される略矩形の板形状をなす本体部１０１を有している。この本体部１０１は、吸気ポート１４内における吸気の流れ方向の上流側に位置する吸気側端部Ｔｂ（上流側端部に相当する）と、下流側に位置するシリンダ側端部Ｔａ（下流側端部に相当する）とを備えている。タンブル板１００はさらに、本体部１０１の一部から形成され、それぞれの吸気ポート１４内を複数のポート（上部ポート１４ｕ、下部ポート１４ｄ）に仕切る複数の仕切り部１０２と、本体部１０１のうち吸気の流れ方向に対して交差する方向に位置する両側縁から形成され、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に溶湯に鋳包まれる側方鋳包み部１０３と、本体部１０１のうち複数の仕切り部１０２同士の間の部位から形成され、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に溶湯に鋳包まれる内方鋳包み部１０４と、内方鋳包み部１０４の一部分に形成され、溶湯の凝固を促進する促進部１１０と、を有している。

１枚のタンブル板１００は、独立した２個の吸気ポート１４にまたがって配置され（図４を参照）、２個の吸気ポート１４のそれぞれを、上部ポート１４ｕと下部ポート１４ｄとに仕切っている。このため、１枚のタンブル板１００は、２個の仕切り部１０２と、１個の内方鋳包み部１０４とを有している。

吸気ポート１４ごとにタンブル板を設置する形態にあっては、タンブル板は、吸気ポート１４の数だけ必要になり、部品点数が比較的多くなる。部品点数の増加は、製造工数の増加、取り回し性の悪化、品質確認項目の増加など、生産性を悪化させる一要因となり得る。これに対して、本実施形態では、１枚のタンブル板１００は吸気ポート１４の複数個にまたがって配置されているので、１つのシリンダヘッド１０当たり必要となるタンブル板１００の数を減少させることができる。したがって、部品点数の削減を通して、生産性が向上し、品質も安定化する。

１枚のタンブル板を３個以上の吸気ポート１４にまたがるように配置することも可能ではあるが、本実施形態のように、１枚のタンブル板１００を２個の吸気ポート１４にまたがるように配置するのが現実的である。３個以上の吸気ポート１４にまたがるように配置すると、長さ方向（吸気の流れ方向）だけでなく、横方向（吸気の流れ方向に対して交差する方向）の伸びに対する対策を施す必要が生じるからである。さらに、タンブル板全体が大きくなり過ぎると、タンブル板の剛性が不足し、取り回しの過程で変形し易いなどの問題も生じ得るからである。

タンブル板１００の材質は、リサイクル性を考慮してアルミニウム合金を使用することが好ましい。

タンブル板１００の板厚は、吸気ポート１４内を流通する吸気の抵抗にならないように薄肉であることが望ましいが、タンブル板１００の材質がアルミニウム合金の場合には、シリンダヘッド１０鋳造品を熱処理する際の熱変形を防止する必要を考慮し、約１．５ｍｍ以上であることが望ましい。

前記本体部１０１の吸気側端部Ｔｂは、シリンダヘッド１０壁面の吸気側開口１４ａに臨んで配置される。

前記促進部１１０は、内方鋳包み部１０４のうち一部分に限定して設けられている。具体的には、促進部１１０は、内方鋳包み部１０４のうちシリンダ側端部Ｔａ寄りに設けられている。促進部１１０は、内方鋳包み部１０４に貫通して形成された打ち抜き孔１１１を有している（図５（Ｃ）参照）。図示例では、促進部１１０は、複数個の打ち抜き孔１１１を有し、各打ち抜き孔１１１は円形形状を有している。打ち抜き孔１１１は、溶湯の凝固を促進する機能のほか、シリンダヘッド１０から見ると、打ち抜き孔１１１を通して溶湯が凝固するため、吸気ポート１４相互間のシール性を向上させる機能とともに、シリンダヘッド１０の強度、剛性を向上させる機能もある。

本体部１０１のうちシリンダ側端部Ｔａは、断面アール形状を有していることが好ましい。タンブル板１００が熱膨張した際に、シリンダ側端部Ｔａからポート中子２００に対する応力集中を緩和でき、その結果、シリンダ側端部Ｔａの側における中子の割れの発生を抑制できるからである。

本体部１０１のうち吸気側端部Ｔｂは、面取りを施すことが好ましい。シリンダヘッド１０鋳造成形後の後加工で、インテークマニホールド１２が接続されるシリンダヘッド１０端面をカッタなどで機械加工する場合があるが、このような場合にタンブル板１００の吸気側端部Ｔｂの切除をより滑らかに行うことができ、加工時のかえりバリの発生を抑制できるからである。

第１の実施形態のタンブル板１００にあってはさらに、側方鋳包み部１０３の一部分に形成され、溶湯の凝固を促進する側方の促進部１２０を有している。

前記側方の促進部１２０も、側方鋳包み部１０３のうち一部分に限定して設けられている。具体的には、側方の促進部１２０は、側方鋳包み部１０３のうちシリンダ側端部Ｔａ寄りに設けられている。側方の促進部１２０は、側方鋳包み部１０３に形成された凹部１２１を有している。図示例の凹部１２１は、側方鋳包み部１０３の側面から内側に向けて窪んだ三角形形状を有している。

なお、内方鋳包み部１０４のうち促進部１１０が設けられた一部分を「凝固促進部分ａ」とも称し、促進部１１０が設けられていない他の部分を「平滑部分ｂ」とも称する。これと同様に、側方鋳包み部１０３のうち側方の促進部１２０が設けられた一部分を「凝固促進部分ａ」とも称し、側方の促進部１２０が設けられていない他の部分を「平滑部分ｂ」とも称する。

タンブル板の鋳包み成形工法においては、吸気ポート成形用砂中子の中子砂がタンブル板を保持する力は比較的弱く、吸気ポート成形用砂中子に対するタンブル板の位置がズレやすい。その結果、シリンダヘッド１０の鋳造成形時に吸気ポート１４に対するタンブル板の位置ズレも生じやすい。

そこで、本実施形態のタンブル板１００には、ポート中子２００に対する位置ズレを防止するズレ防止手段１４０が設けられている。前記ズレ防止手段１４０は、シリンダ側端部Ｔａおよび吸気側端部Ｔｂに形成されるとともに中子砂内に位置することになる段差部１４１、１４２より構成されている。段差部１４１、１４２は、吸気の流れ方向に対して傾斜して形成されている。なお、段差部１４１、１４２は、タンブル板１００に要求されるポート中子２００への保持力、タンブル板１００に要求される位置精度などを考慮して、その長さや、吸気の流れ方向に対する傾斜角度などを変化させ得ることはいうまでもない。また、ズレ防止手段１４０は、シリンダ側端部Ｔａおよび吸気側端部Ｔｂのいずれか一方にのみ設けてもよい。

タンブル板１００の製造方法は特に限定されないが、同品質のものを簡便かつ安価に作製する観点から、プレス成形によりタンブル板１００を作製することが好ましい。

図６（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態のタンブル板１００が予め設置された、ポート中子２００を示す平面図および側面図である。また、図７は、ポート中子２００を造型する型３００を示す概略断面図、図８は、ポート中子２００を造型する型３００を破断してタンブル板１００を露呈した状態で示す平面図である。なお、以下の説明では、ポート中子２００を造型する型３００を、「中子型３００」と略称する。

シリンダヘッド１０を鋳造成形する際には、まず、図７に示される中子型３００を用いて、図６に示されるポート中子２００が造型される。

ポート中子２００は、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００内に設置して（図９を参照）、シリンダヘッド１０の吸気ポート１４を形成するものである。このポート中子２００は、上述したタンブル板１００が、仕切り部１０２を中子砂２１０内に位置させ、側方鋳包み部１０３および内方鋳包み部１０４を中子砂２１０から外部に露出させて、予め設置されている。段差部１４１、１４２も中子砂２１０内に位置している。

ポート中子２００は、吸気ポート１４の形状を成形する領域（「製品形状内」とも言う）よりも外側（「製品形状外」とも言う）に巾木２０１を有している。前記製品形状内は溶湯との接触が多く熱劣化の影響を受けやすいが、巾木２０１は、溶湯との接触が少ないため、中子砂２１０のバインダの熱劣化の影響が少なく、鋳造時においては、前記製品形状内に比べると中子強度が保たれる部分である。このため、シリンダヘッド１０の鋳造成形時におけるタンブル板１００の熱膨張により、ポート中子２００がシリンダ側端部Ｔａによって加圧され、製品形状内に亀裂や破損などが生じる虞がある。製品形状内で中子折れが生じると、後加工でのバリ取り作業が極めて面倒となる。

そこで、本実施形態のポート中子２００は、吸気側端部Ｔｂの側の中子砂２１０を盗むことによって成形される砂盗み空間部２２０を有し、当該ポート中子２００において最も弱い強度を有する箇所を、積極的かつ安定して、製品形状外に設定できるようにしてある。砂盗み空間部２２０は、溶湯の熱によるタンブル板１００の熱膨張を許容し、タンブル板１００の伸び量を吸収する空間となる部分である。砂盗み空間部２２０を有する構成は、タンブル板１００と中子砂２１０との熱膨張差による内部応力を、製品形状外に安定的に解放することを意図したものである。

外部に露出した側方鋳包み部１０３および内方鋳包み部１０４は、溶湯に鋳包まれたときの保持をより確実にする部分である。側方鋳包み部１０３の鋳包み代は、特に限定されるものではないが、例えば、約２ｍｍに設定されている。内方鋳包み部１０４の大きさは、２個の吸気ポート１４間の間隔によって定まる。

鋳造後のシリンダヘッド１０においては、側方鋳包み部１０３および内方鋳包み部１０４は、シリンダヘッド１０に対して溶着させていない。溶着させた場合には、エンジンとして使用したときに受ける繰返しの熱衝撃と振動とにより、タンブル板１００の疲労破壊を招く虞があるためである。タンブル板１００がシリンダヘッド１０に対して溶着していないので、シリンダヘッド１０から見ると、側方鋳包み部１０３の鋳包み部分は、切欠き形状となっている。このため、側方鋳包み部１０３の鋳包み代が大きすぎると、切欠き深さが深くなって当該切り欠き形状の部分に応力集中が生じ、シリンダヘッド１０の構造的強度を低下させる一要因となる。さらに、シリンダヘッド１０のウォータージャケット冷却性能を向上させるため、あるいは軽量化のために、部分的あるいは全体的にシリンダヘッド１０の肉厚を薄くしなければならない場合もある。したがって、側方鋳包み部１０３の鋳包み代はできるだけ小さいほうが好ましい。

本実施形態では、内方鋳包み部１０４に設けた促進部１１０により溶湯の凝固を促進することにより、内方鋳包み部１０４における凝固促進部分ａが強固に固定される。さらに、側方鋳包み部１０３に設けた側方の促進部１２０により溶湯の凝固を促進することにより、側方鋳包み部１０３における凝固促進部分ａが強固に固定されるため、側方鋳包み部１０３の鋳包み代を可及的に小さくすることが可能となる。したがって、切欠き深さが浅くなり、当該切り欠き形状の部分に応力集中が生じることが抑制され、シリンダヘッド１０の構造的強度を高めることができる。さらには、シリンダヘッド１０の肉厚を薄くすることによるエンジンの冷却性能の向上や軽量化にも寄与し得る。

図７に示すように、前記中子型３００は、中子用上型３０１、中子用下型３０２、砂盗み空間部２２０を成形するための図示しないルーズピースなどからなる複数の部分型から構成されている。これら部分型を突き合わせると、その内部には、ポート中子２００を形成するためのキャビティ３０３が形成される。このキャビティ３０３内に、中子砂２１０を吹き込み、押し固めてポート中子２００を成形する。

図８に示すように、中子型３００に予めタンブル板１００を載置した状態で、中子砂２１０を吹き込み、ポート中子２００を成形する。タンブル板１００は、中子型３００内でズレないように位置決めされ、中子型３００の型合わせ面に形成された座にセットされている。つまり、中子用下型３０２のキャビティ周縁に載置された状態で保持されている。

中子型３００内で成形されたポート中子２００は、中子用上型３０１や中子用下型３０２などの部分型を図７中矢印で示す分割方向に分割することにより、中子型３００から取り出される。

上記のように造型したポート中子２００にあっては、砂盗み空間部２２０が成形されている。また、段差部１４１、１４２は、中子砂２１０内に位置して配置されている。段差部１４１、１４２をこのように配置することにより、シリンダ側端部Ｔａの中子砂２１０への食い込み長さ、および、吸気側端部Ｔｂの中子砂２１０への食い込み長さが長くなる。中子砂２１０への食い込み長さが長くなることから、ポート中子２００に対するタンブル板１００の保持力が増加する。これにより、ポート中子２００に対するタンブル板１００の位置ズレを防止することができる。その結果、ポート中子２００から外部に突出する側方鋳包み部１０３の鋳包み代を確実に確保することができる。

図９は、シリンダヘッド１０を鋳造成形する鋳造型４００内にポート中子２００を設置した状態を示す断面図である。

図９に示すように、ポート中子２００は、シリンダヘッド１０を成形するための鋳造型４００に組み込まれる。鋳造型４００は、上型４０１、下型４０２およびサイド型４０３からなり、ポート中子２００を下型４０２とサイド型４０３の間で支持し、上型４０１で覆うと、内部にシリンダヘッド１０を成形するためのキャビティ４０４が形成される。なお、図中の符号「４０５」は、ウォータージャケット成形用の中子である。鋳造法は、例えば、低圧鋳造法（ＬＰＤＣ）が採用される。

この状態で、湯口（図示せず）からキャビティ４０４内に、アルミニウム合金、その他の金属からなる溶湯を注湯すると、図１に示すようなシリンダヘッド１０が形成されるが、この注湯時に、溶湯の熱によりポート中子２００に設けられたタンブル板１００が熱膨張することになる。

本実施形態では、内方鋳包み部１０４のうちシリンダ側端部Ｔａ寄りに、打ち抜き孔１１１を有する促進部１１０を設けてある。この促進部１１０は、当該促進部１１０が設けられた一部分（凝固促進部分ａ）の近傍における溶湯の凝固を、他の部分（平滑部分ｂ）の近傍における溶湯の凝固よりも促進することによって、吸気ポート１４に対するタンブル板１００の位置を規制するためのものである。

このような促進部１１０が設けられたタンブル板１００を予め設置したポート中子２００を、鋳造型４００に組込み、キャビティ４０４に注湯すると、タンブル板１００は、内方鋳包み部１０４および側方鋳包み部１０３が鋳包まれていき、溶湯が凝固すると、内方鋳包み部１０４および側方鋳包み部１０３の全体が固定される。

ここで、内方鋳包み部１０４の凝固促進部分ａは、平滑部分ｂに比べると、打ち抜き孔１１１の存在により、単位長さあたりの溶湯との接触面積が大きくなっている。このため、内方鋳包み部１０４が鋳包まれるときには、凝固促進部分ａの近傍における溶湯は、平滑部分ｂの近傍における溶湯に比べて相対的に急冷され、溶湯の凝固が促進される。さらに、打ち抜き孔１１１の存在により、溶湯が通過する際の通路抵抗も増すことから、凝固促進部分ａの近傍における溶湯は、平滑部分ｂの近傍における溶湯に比べて相対的に滞留しやすく、溶湯の凝固が促進される。

促進部１１０による溶湯を急冷する作用と溶湯を滞留させる作用とがあいまって、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固が、平滑部分ｂの近傍における溶湯の凝固よりも促進される。これにより、内方鋳包み部１０４は、そのシリンダ側端部Ｔａ寄りの部分が、吸気側端部Ｔｂ寄りの部分よりも先に固定されることから、吸気ポート１４に対するシリンダ側端部Ｔａの位置ズレを防止することができる。このようにして、吸気ポート１４に対するタンブル板１００の位置、特にシリンダ側端部Ｔａの位置が規制される。また、打ち抜き孔１１１の存在により、タンブル板１００が半凝固状態下の溶湯中で移動しようとする際の抵抗も増している。この観点からも、タンブル板１００は移動し難く、タンブル板１００の位置ズレが防止される。

また、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固が促進されることから、内方鋳包み部１０４に砂やレジン膜などが多少残留しているような場合であっても、気密性が確実に保持されて、タンブル板１００の固定が確実なものとなる。これにより、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッド１０において、タンブル板１００に製品内でのガタを大巾に低減できる。

さらに、内方鋳包み部１０４は、そのシリンダ側端部Ｔａ寄りの部分が、吸気側端部Ｔｂ寄りの部分よりも先に固定されることから、溶湯の熱によりタンブル板１００が熱膨張する方向を、シリンダ側端部Ｔａから吸気側端部Ｔｂに向かう一方向に限定ないし制御することが可能となる。タンブル板１００の熱膨張が、膨張しやすい吸気側端部Ｔｂに集約されるため、ポート中子２００がシリンダ側端部Ｔａによって加圧されることがない。このため、ポート中子２００に、吸気ポート１４の形状を成形するために重要な領域で、亀裂や破損などが生じることはない。

仮に、タンブル板１００の熱膨張が大きい場合でも、ポート中子２００は吸気側端部Ｔｂによって加圧されることから、ポート中子２００に発生する割れを巾木２０１側に誘導ないし誘発させることができる。このポート中子２００の割れに起因するバリは、鋳造完了後の製品としてのシリンダヘッド１０の内部ではなく、製品形状外に発生することになる。したがって、後のバリ取り作業を容易に、もしくは実施する必要が無くなる。

しかも、ポート中子２００は、砂盗み空間部２２０によって、吸気側端部Ｔｂ側の強度をシリンダ側端部Ｔａ側に比べて低下させている。このため、吸気側端部Ｔｂの側に、ポート中子２００の割れをより一層確実に誘導ないし誘発することができ、中子の割れに起因するバリの発生箇所をより一層限定することができる。

本実施形態では、側方鋳包み部１０３のうちシリンダ側端部Ｔａ寄りにも、凹部１２１を有する側方の促進部１２０を設けてある。側方の促進部１２０も、上述した促進部１１０と同様に、凝固促進部分ａの近傍における溶湯の凝固を、平滑部分ｂの近傍における溶湯の凝固よりも促進する。これにより、側方鋳包み部１０３は、そのシリンダ側端部Ｔａ寄りの部分が、吸気側端部Ｔｂ寄りの部分よりも先に固定されることから、吸気ポート１４に対するシリンダ側端部Ｔａの位置ズレを防止することができ、さらには、タンブル板１００が熱膨張する方向を、シリンダ側端部Ｔａから吸気側端部Ｔｂに向かう一方向に限定ないし制御することが可能となる。

また、タンブル板１００は、ズレ防止手段１４０によって、ポート中子２００に対する位置ズレが防止されているため、ポート中子２００を鋳造型４００に組み込んだときに、タンブル板１００を鋳造型４００内で設計上の正規の位置に配置することができる。これを通して、内方鋳包み部１０４および側方鋳包み部１０３が鋳包まれたときに、吸気ポート１４に対するタンブル板１００の位置を規制して、タンブル板１００をシリンダヘッド１０内で設計上の正規の位置に配置することが可能となる。

上述したように、本実施形態によれば、タンブル板１００は、熱膨張しても、重要な位置であるシリンダ側端部Ｔａの位置が保持された状態で精度良く鋳包まれることになる。したがって、タンブル板１００の位置ズレや製品内でのガタなどを十分に抑えて製品品質の向上を図り、さらには、ポート中子２００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の容易化を図ることができる。

さらに、１枚のタンブル板１００は吸気ポート１４の複数個にまたがって配置されているので、それぞれの吸気ポート１４にタンブル板を配置する形態に比べて、１つのシリンダヘッド１０当たり必要となるタンブル板１００の数を減少させることができる。したがって、部品点数の削減を通して、生産性を向上させ、品質の安定化を図ることができる。

（第２の実施形態）
図１０（Ａ）は、第２の実施形態に係るタンブル板１００ａを示す平面図、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線に沿う断面図、図１０（Ｃ）は、鋳造工程における第２の実施形態のタンブル板１００ａの長さ変化の説明に供する図である。なお、第１の実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明は省略する。

第２の実施形態に係るタンブル板１００ａは、第１の実施形態のタンブル板１００の構成に加えて、吸気ポート１４相互間のシール部を形成するためのシール形成部１３０を有している。シール形成部１３０は、内方鋳包み部１０４のうち促進部１１０が設けられた位置よりも吸気側端部Ｔｂの側に設けられている。シール形成部１３０は、必要寸法の鋳包み代を残して、内方鋳包み部１０４に貫通して形成された打ち抜き孔１３１を備えている。この打ち抜き孔１３１は、促進部１１０の打ち抜き孔１１１よりも大きな開口面積を有している。

このタンブル板１００ａが鋳包まれると、吸気ポート１４相互間には、シール形成部１３０の打ち抜き孔１３１を通して溶湯が凝固し、シール部が形成される。したがって、吸気ポート１４相互間のシール性が向上するとともに、シリンダヘッド１０の強度、剛性が向上する。

さらに、タンブル板１００ａの上流側に比較的大きな打ち抜き孔１３１を設置したので、鋳造工程において溶湯から受熱する面積が低減し、タンブル板１００ａの伸び代の絶対量を小さくすることができる。シール形成部１３０に、細かい打ち抜き孔を複数設置しない理由は次のとおりである。つまり、受熱面積を低減するだけでなく、タンブル板１００ａが伸びるときの吸気側端部Ｔｂ側における摩擦面を小さくし、タンブル板１００ａが熱膨張する方向を、シリンダ側端部Ｔａから吸気側端部Ｔｂに向かう一方向に限定するためである。

図１０（Ｃ）には、シール形成部１３０の打ち抜き孔１３１の有無による、タンブル板１００ａの鋳造工程での伸び量の低減状況を測定した結果が示される。図示するように、シール形成部１３０の打ち抜き孔１３１によって、タンブル板１００ａの伸び量が低減する。したがって、ポート中子２００の割れを抑えることができる。

（第３の実施形態）
図１１は、第３の実施形態に係るタンブル板１００ｂが予め設置された、ポート中子２００ａを示す平面図である。なお、第１と第２の実施形態と同様の部材については同じ符号を付し、その説明は省略する。

第３の実施形態は、タンブル板１００ｂおよびポート中子２００ａが、サイアミーズタイプの吸気ポートを備えるシリンダヘッドに適合されている点で、分割タイプの吸気ポート１４を備えるシリンダヘッド１０に適合されている第１と第２の実施形態と相違している。

本発明に係るタンブル板は、吸気ポートの複数個にまたがって配置される板形状をなす本体部１０１を有しているが、吸気ポートの種類は分割タイプに限定されるものではない。本発明は、サイアミーズタイプの吸気ポートにも適用できる。サイアミーズタイプの吸気ポートは、前述したように、燃焼室前で二股状に分岐する通路形状を有しているが、１気筒当たりの吸気ポートは１つである。したがって、第１と第２の実施形態のタンブル板１００、１００ａは、同じ気筒に連通する複数個の吸気ポート１４にまたがって配置されているが、第３の実施形態のタンブル板１００ｂは、異なる気筒に連通する複数個の吸気ポートにまたがって配置されることになる。

（その他の変形例）
打ち抜き孔１１１の形成個数は限定されず、複数個形成する場合には、一列、複数列、散点状、ランダム状などの任意の形態に並べることができる。また、打ち抜き孔１１１の形状は、円形形状に限られず、三角形形状、半円弧形状、楕円形状、矩形形状などの適宜の形状を採用し得る。異なる形状を組み合わせて混在させてもよい。大きさを、均一にしたり、異ならせたりしてもよい。

凹部１２１を有する側方の促進部１２０を示したが、側方の促進部１２０は、上述した促進部１１０と同様に、溶湯の凝固を促進し得る限りにおいて適宜の構造を採用することができる。側方の促進部１２０は、例えば、打ち抜き孔、凹部１２１、凸部および凹凸部のうち少なくとも１つを有していればよく、これらを適宜組み合わせて混在させてもよい。

エンジンのシリンダヘッドを示す概略断面図である。 吸気ポートの軸直角断面図である。 エンジンでの気流状態を示す概略図である。 図１の４−４線に沿う概略断面図である。 図５（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態に係るタンブル板を示す平面図および側面図、図５（Ｃ）は、図５（Ａ）の５Ｃ−５Ｃ線に沿う断面図である。 図６（Ａ）（Ｂ）は、第１の実施形態のタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図および側面図である。 ポート中子を造型する型を示す概略断面図である。 ポート中子を造型する型を破断してタンブル板を露呈した状態で示す平面図である。 シリンダヘッドを鋳造成形する鋳造型内にポート中子を設置した状態を示す断面図である。 図１０（Ａ）は、第２の実施形態に係るタンブル板を示す平面図、図１０（Ｂ）は、図１０（Ａ）の１０Ｂ−１０Ｂ線に沿う断面図、図１０（Ｃ）は、鋳造工程における第２の実施形態のタンブル板の長さ変化の説明に供する図である。 第３の実施形態に係るタンブル板が予め設置された、ポート中子を示す平面図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッド、
１４ 吸気ポート、
１４ａ 吸気側開口、
１００、１００ａ、１００ｂ タンブル板（仕切り板）、
１０１ 本体部、
１０２ 仕切り部、
１０３ 側方鋳包み部、
１０４ 内方鋳包み部、
１１０ 促進部、
１１１ 打ち抜き孔、
１２０ 側方の促進部、
１２１ 凹部、
１３０ シール形成部、
１３１ 打ち抜き孔（シール形成部用の打ち抜き孔）、
１４０ ズレ防止手段、
１４１、１４２ 段差部、
２００、２００ａ ポート中子（吸気ポート成形用砂中子）、
２１０ 中子砂、
２２０ 砂盗み空間部、
３００ 中子型、
４００ 鋳造型、
Ｔａ シリンダ側端部（下流側端部）、
Ｔｂ 吸気側端部（上流側端部）。

Claims (9)

1. シリンダヘッドの吸気ポートの複数個にまたがって配置される板形状をなし、前記吸気ポート内における吸気の流れ方向の上流側に位置する上流側端部と下流側に位置する下流側端部とを備える本体部と、
   前記本体部の一部から形成され、前記それぞれの吸気ポート内を複数のポートに仕切る複数の仕切り部と、
   前記本体部のうち前記吸気の流れ方向に対して交差する方向に位置する両側縁から形成され、前記シリンダヘッドの鋳造成形時に溶湯に鋳包まれる側方鋳包み部と、
   前記本体部のうち前記複数の仕切り部同士の間の部位から形成され、前記シリンダヘッドの鋳造成形時に溶湯に鋳包まれる内方鋳包み部と、
   前記内方鋳包み部の一部分に形成され、溶湯の凝固を促進する促進部と、を有し、
   前記促進部は、打ち抜き孔を有してなる吸気ポート用の仕切り板。
2. 前記本体部の前記上流側端部は、前記シリンダヘッド壁面の吸気側開口に臨んで配置され、
   前記促進部は、前記内方鋳包み部のうち前記下流側端部寄りに設けられていることを特徴とする請求項１に記載の吸気ポート用の仕切り板。
3. 前記内方鋳包み部のうち前記促進部が設けられた位置よりも前記上流側端部の側に設けられ、前記吸気ポート相互間のシール部を形成するためのシール形成部をさらに有し、
   前記シール形成部は、鋳包み代を残して前記内方鋳包み部に貫通して形成され前記打ち抜き孔よりも大きな開口面積を有するシール形成部用の打ち抜き孔を備えていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の吸気ポート用の仕切り板。
4. 前記本体部のうち前記下流側端部は、断面アール形状を有していることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の吸気ポート用の仕切り板。
5. 前記側方鋳包み部の一部分に形成され、溶湯の凝固を促進する側方の促進部をさらに有していることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の吸気ポート用の仕切り板。
6. 前記本体部の前記上流側端部は、前記シリンダヘッド壁面の吸気側開口に臨んで配置され、
   前記側方の促進部は、前記側方鋳包み部のうち前記下流側端部寄りに設けられていることを特徴とする請求項５に記載の吸気ポート用の仕切り板。
7. 前記側方の促進部は、打ち抜き孔、凹部、凸部および凹凸部のうち少なくとも１つを有していることを特徴とする請求項５または請求項６に記載の吸気ポート用の仕切り板。
8. シリンダヘッドを鋳造成形する鋳造型内に設置して、シリンダヘッドの吸気ポートの複数個を形成する吸気ポート成形用砂中子において、
   請求項１〜７のいずれか１つに記載の吸気ポート用の仕切り板が、前記仕切り部を中子砂内に位置させ、前記側方鋳包み部および前記内方鋳包み部を中子砂から外部に露出させて、予め設置されていることを特徴とする吸気ポート成形用砂中子。
9. 請求項１〜７のいずれか１つに記載の吸気ポート用の仕切り板が、前記側方鋳包み部および前記内方鋳包み部が溶湯に鋳包まれて吸気ポートの複数個に設置されてなり、
   前記促進部により、当該促進部が設けられた一部分の近傍における溶湯の凝固を、他の部分の近傍における溶湯の凝固よりも促進することによって、前記吸気ポートに対する前記仕切り板の位置を規制してなるシリンダヘッド。

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