JP2017170508A - シリンダヘッド鋳造用中子 - Google Patents

Abstract

【課題】注湯時の冷却水通路成型用の中子の変形を抑制する。
【解決手段】本発明は、シリンダヘッド成型に用いられる鋳造用中子であって、バルブ周り中子部と、吸気ポート周り中子部と、バルブ周り中子部と吸気ポート周り中子部とを連結する連結部と、吸気ポート周り中子部をシリンダヘッドの燃焼室成型用の型に取り付けるための固定部とを有する。バルブ周り中子部は、シリンダヘッドのバルブガイドの周りの冷却水通路を成型するための部分であり、吸気ポート周り中子部は、シリンダヘッドの吸気ポートの周りの冷却水通路を成型するための部分である。連結部は、鋳造用中子が燃焼室成型用の型に組み付けられた状態における、吸気ポートの中心軸に垂直な断面において、シリンダヘッドの長手方向に垂直な方向の幅が、長手方向に平行な方向の幅よりも大きくなるように形成されている。
【選択図】図２

Description

この発明はシリンダヘッド鋳造用中子に関し、より詳細には、エンジンのシリンダヘッドを鋳造する際に、金型に組み付けて用いられる中子に関する。

エンジンのシリンダヘッドの鋳造の際に用いられる鋳造型は、一般には、シリンダヘッドの外形を成型するための金型の所定位置に、シリンダヘッドの内部空間を成型するための複数の中子が組み付けられて構成される。組み付けられる中子には、例えば、吸・排気ポート成型用の中子、吸・排気バルブ周りの冷却水通路成型用の中子、吸気ポート周りの冷却水路成型用の中子等、複数の中子がある。これら中子の組み付け後、金型内に母材の溶湯が流し込まれ、溶湯が凝固した後に、中子が振動等によって破壊されて除去されることで、シリンダヘッドが成型される。

ところで母材となる溶湯の注湯時には、中子と溶湯との比重差によって中子に浮力がかかり、この浮力によって中子が変形、あるいは破損する場合がある。例えば、特許文献１には、注湯時の浮力による中子の変形を防止するため、中子の内部に変形防止具を挿入する技術が開示されている。より具体的には、特許文献１では、筒形状の部材の内部空間を成型するための中子である棒状砂中子を、中空の形状としている。そして、この筒形状の部材の成型時には、棒状砂中子の内部に変形防止部材を挿入した後、母材となる溶湯を注湯することとしている。

特開２０１２−１９２４１８号公報 特開２０１３−１３３７４６号公報 特開平０８−２７６２４３号公報

水冷式エンジンのシリンダヘッドの吸気ポート周り、あるいは、バルブ周りの冷却水通路成型用の中子は、ウォータジャケットを成型するための略筒状形状の部分が複数連結された構成を有している。従って、これら吸気ポート周り、あるいはバルブ周りの冷却水通路成型用の中子に、変形防止部材を挿入することは難しい。従って、注湯時の浮力による変形を、変形防止部材の挿入とは異なる方法で抑制することが望まれる。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、注湯時の冷却水通路成型用の中子の変形を抑制するよう改良されたシリンダヘッド鋳造用中子を提供するものである。

本発明は、内燃機関のシリンダヘッドの成型に用いられる鋳造用中子であって、バルブ周り中子部と、吸気ポート周り中子部と、バルブ周り中子部と吸気ポート周り中子部とを連結する連結部と、吸気ポート周り中子部をシリンダヘッドの燃焼室成型用の型に取り付けるための固定部とを有する。バルブ周り中子部は、シリンダヘッドのバルブガイドの周りの冷却水通路を成型するための部分であり、吸気ポート周り中子部は、シリンダヘッドの吸気ポートの周りの冷却水通路を成型するための部分である。

固定部は、一端が吸気ポート周り中子部に連結して形成され、他端は、鋳造用中子が燃焼室成型用の型に組み付けられる際に、燃焼室成型用の型に形成された固定位置に取り付けられるように形成されている。連結部は、鋳造用中子が燃焼室成型用の型に組み付けられた状態における、吸気ポートの中心軸に垂直な断面において、シリンダヘッドの長手方向に垂直な方向の幅が、長手方向に平行な方向の幅よりも大きくなるように形成されている。

バルブ周り中子部と吸気ポート周り中子部とが連結部によって連結された構成とすることで、中子の剛性が高められており、注湯時の浮力による変形が抑制される。ここで、バルブ周り中子部と吸気ポート中子部とには、溶湯の注湯時に異なる方向の浮力が働くため、連結部には曲げモーメントが働く。更に、中子は固定部によって燃焼室成型用の型に固定されるため、溶湯の注湯時、連結部は固定部の固定点を中心とした回転モーメントを受ける。本発明の連結部は、このモーメントに対して、高い剛性を備えるよう、その形状が工夫されている。即ち、吸気ポートの中心軸に垂直な断面において、シリンダヘッドの長手方向の幅よりも、長手方向に垂直な方向の幅が大きくなるように形成されている。これにより注湯時に浮力により生じるモーメントに対する剛性が高くなっている。従って、注湯時の鋳造用中子の変形や破損を抑制することができる。

実施の形態に係る吸気ポート周り中子部と、バルブ周り中子部の形状について説明するための模式図である。 実施の形態に係る吸気ポート周り中子部とバルブ周り中子部との連結部の構成について説明するための模式図である。 実施の形態に係る鋳造用中子を用いて成型されたシリンダヘッドの、吸気ポート周り中子部とバルブ周り中子部との連結部付近の断面形状について説明するための模式図である。 実施の形態に係る鋳造用中子を用いて成型されたシリンダヘッドの、吸気ポートの中心軸に垂直な断面における連結部の形状を説明するための模式図である。 実施の形態に係る鋳造用中子を用いて成型されたシリンダヘッドの、吸気ポートの中心軸に垂直な断面における連結部の形状を説明するための模式図である。

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、説明の簡略化のため、本実施の形態のなかで、単に「長手方向」と言った場合、シリンダヘッドの長手方向、即ち、エンジンの気筒の配列方向を示すものとする。

図１及び図２は、本実施の形態におけるシリンダヘッドの鋳造に用いられる鋳造用中子について説明するための模式図である。図１の中子は、シリンダヘッド鋳造時に用いられる複数の中子のうちの１つの中子であり、吸気バルブ周りの冷却水通路を成型するためのバルブ周り中子部１０と、吸気ポート周りの冷却水通路を成型するためのポート周り中子部２０とを備える。

図１の中子は、水冷式エンジンのシリンダヘッドの鋳造時に、シリンダヘッド外形を成型するための金型に組み付けられて用いられる。バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０によって成型される冷却水通路は、内燃機関の冷却水循環回路の一部を構成する。また、例えば、内燃機関の冷却水循環回路として、相対的に高温の冷却水が循環するＨＴ冷却水回路と、相対的に低温の冷却水が循環するＨＴ冷却水回路との、２系等の冷却水循環回路が形成される場合には、バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０とによって成型される冷却水通路は、相対的に低い水温の冷却水が流れるＬＴ冷却水回路の一部を構成する。

バルブ周り中子部１０は、吸気バルブのバルブガイド周りに冷却水通路であるウォータジャケットを成型するためのＷＪ成型部１２を有している。図１には４つ分のＷＪ成型部１２が示されているが、実際には、シリンダヘッドに形成されるバルブガイドの数に相当する数のＷＪ成型部１２が、バルブガイドの位置に対応する位置に配列され、連結されている。

ポート周り中子部２０は、吸気ポート周りにウォータジャケットを成型するためのＷＪ成型部２２と、冷却水の主流路を成型するための主流路成型部２４と、主流路成型部２４とＷＪ成型部２２とにそれぞれ連結し、支流路を成型するための支流路成型部２６と支流路より細い補助流路を成型するための補助流路成型部２８とを有している。

図１には４つ分のＷＪ成型部２２が示されているが、実際には、吸気ポートの数に相当する数のＷＪ成型部２２が、シリンダヘッド長手方向に配列され、連結されている。主流路成型部２４は、ＷＪ成型部２２の配列方向、即ち長手方向に伸びる１本の棒状部材である。支流路成型部２６と補助流路成型部２８とは、ポート周り中子部２０が金型に組み付けられた状態において、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に位置するように形成されている。

ポート周り中子部２０は、組み付け時に、燃焼室成型用の型の固定位置にポート周り中子部２０を配置するための固定部３０を有している。固定部３０は、ＷＪ成型部２２の燃焼室型に近い側となる端部から、燃焼室型に形成された固定位置方向に伸びるように形成された棒状の部材であり、固定部３０の軸方向は、吸気ポートの中心軸の方向に概ね平行となるように形成されている。

図２に示されるように、バルブ周り中子部１０と、ポート周り中子部２０とは、連結部４０の一端がポート周り中子部２０に連結され、他端が、バルブ周り中子部１０に連結されることで連結されている。連結部４０によって連結されることで、バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０との注湯時の浮力に対する剛性が高められる。

図３は、本実施の形態のバルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０とを含むシリンダヘッド鋳造型を用いて成型されたシリンダヘッド５０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形状について説明するための図である。バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０との連結部４０は、隣接する２つの燃焼室間に対応する位置に配置される。従って、図３に示されるように、シリンダヘッド５０の隣接する燃焼室間を通る断面には、連結部４０に対応する穴部５２が形成されている。

図４及び図５は、本実施の形態のバルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０とを含むシリンダヘッド鋳造型を用いて成型されたシリンダブロックの、連結部４０付近の断面形状について説明するための図であり、図４は、図３におけるＡ−Ａ断面を表し、図５は図３におけるＢ−Ｂ断面を表している。これらの断面は、吸気ポートの中心軸に概ね垂直な断面である。また、図４及び図５のそれぞれにおいて（ａ）は、シリンダヘッド全体の断面形状を表し、（ｂ）は連結部４０によって成型される穴部５２付近を拡大して表している。

図４の、連結部４０に対応する穴部５２の形状に示されるように、穴部５２の、長手方向に対して垂直な方向の幅ｂは、長手方向に平行な方向の幅ａよりも大きくなっている。即ち、連結部４０もこれに対応する形状を有し、中子が金型に組み付けられた状態における吸気ポートの中心軸に垂直な断面形状において、長手方向に対して垂直な方向の幅ｂが、長手方向に対して平行な方向の幅ａよりも大きくなるように形成されている。

また、図５において、連結部４０に対応する穴部５２には、ＷＪ成型部２２によって成型された吸気ポート周りのウォータジャケット５４が連結している。穴部５２の、長手方向に対して垂直な方向の幅ｂは、ウォータジャケット５４の長手方向に対して垂直な方向の幅ｃよりも大きくなっている。即ち、連結部４０とＷＪ成型部２２とも、これに対応する形状を有し、中子が金型に組み付けられた状態における吸気ポートの中心軸に垂直な断面形状において、連結部４０の長手方向に対して垂直な方向の幅ｂは、ＷＪ成型部２２の、長手方向に垂直な方向の幅ｃよりも大きくなるように形成されている。

バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０とは、連結することで注湯時の浮力に対する剛性が高められている。また、図２に示されるように、バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０とは、取り付け角度が異なるため、その変形の方向が異なっている。従って、注湯時、連結部４０には曲げモーメントが働く。更に、ポート周り中子部２０が、固定部３０によって燃焼室成型用の型に固定される。この固定部３０は、概ね吸気ポートの中心軸に平行な方向に形成されるため、連結部４０には、吸気ポートの中心軸に垂直な方向の回転モーメントがかかる。従って、単に、バルブ周り中子部１０とポート周り中子部２０とを連結しただけでは、連結部４０が変形したり折損したりすることが考えられる。この点、本実施の形態では、連結部４０は、吸気ポートの中心軸に垂直な断面形状において、長手方向に垂直な方向の連結部４０の幅ｂが、長手方向に水平な方向の連結部４０の幅ａ、及びＷＪ成型部２２の幅ｃよりも大きくなるように形成されている。これにより、注湯時のモーメントによる応力を緩和し、中子の剛性が高められている。

なお、本実施の形態では、連結部４０が、幅広の１つの部材として形成されている場合について説明した。しかし連結部４０はこれに限らず、ポート周り中子部２０のＷＪ成型部２２とバルブ周り中子部１０のＷＪ成型部１２とを、それぞれ上下２箇所において接続する２つの棒状部材で構成してもよい。この構成によっても、回転モーメントや曲げモーメントによる中子の変形や破損を抑制することができる。

１０ バルブ周り中子部
１２ ＷＪ成型部
２０ 吸気ポート周り中子部
２２ ＷＪ成型部
２４ 主流路成型部
２６ 支流路成型部
２８ 補助流路成型部
３０ 固定部
４０ 連結部
５０ シリンダヘッド
５２ 穴部
５４ ウォータジャケット

Claims (1)

1. 内燃機関のシリンダヘッドの成型に用いられる鋳造用中子であって、
   前記シリンダヘッドのバルブガイド周りの冷却水通路を成型するためのバルブ周り中子部と、
   前記シリンダヘッドの吸気ポート周りの冷却水通路を成型するための吸気ポート周り中子部と、
   前記バルブ周り中子部と前記吸気ポート周り中子部とを連結する連結部と、
   前記吸気ポート周り中子部を、前記シリンダヘッドの燃焼室成型用の型に取り付けるための固定部と、
   を備え、
   前記固定部は、一端が前記吸気ポート周り中子部に連結して形成され、他端は、前記鋳造用中子が前記燃焼室成型用の型に組み付けられる際に、前記燃焼室成型用の型に形成された固定位置に取り付けられるように形成され、
   前記鋳造用中子が前記燃焼室成型用の型に組み付けられた状態における、前記吸気ポートの中心軸に垂直な断面において、前記連結部の、前記シリンダヘッドの長手方向に垂直な方向の幅が、前記長手方向に平行な方向の幅よりも大きい、
   ことを特徴とするシリンダヘッド鋳造用中子。

Images