JPH0780034B2 - 内燃機関用シリンダヘツドの鋳造用消失性模型 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、鋳込まれた溶融金属の作用でガス状態となっ
て消失する鋳造用消失性模型に関し、とくに内燃機関用
シリンダヘッドを鋳造するのに使用される鋳造用消失性
模型の分割構造に関する。

〔従来の技術〕 従来から、溶融金属の作用でガス状態となって消失する
材料で現物型の模型を作り、この模型を砂中に埋設した
状態で溶融金属を流し込み、鋳物を製造するコアレス
（Core Less）鋳造法は知られている（特公昭52-14206
号公報）。

消失性模型（通常、消失性模型として発泡ポリスチレン
が用いられているので以下ポリ模型という）でシリンダ
ヘッドを製造する場合、シリンダヘッドの形状が複雑な
ためポリ模型を一体で作ることは困難であり、ポリ模型
を分割化して作ることが必要となる。そのため、シリン
ダヘッドには、通常、水平方向に延びる複数の見切り線
（分割線）が設定されており、この見切り線によってポ
リ模型は複数個に分割されている。

複数個に分割化されたポリ模型は接着剤によって貼り合
わされるが、貼り合せ面から接着剤が垂れると、注湯時
に垂れた接着剤が溶融金属によって消失して溶融金属と
入れ替り、バリ、駄肉の付着の原因となる。したがっ
て、見切り線を水平にすることは、接着剤の垂れを防止
でき、生産性の面からも望ましい。

〔発明が解決しようとする問題点〕

しかし、完全に水平分割しようとすると、かえって性能
面で不利になるおそれがある。すなわち、あくまで水平
分割しようとすると接合面が燃焼室を通らざるを得なく
なる場合があり、接着剤のはみ出しや模型の位置合わせ
が少しでもずれると、燃焼室の容積や形状が変化する。
そのため、ノッキングや各気筒における燃焼のばらつき
が発生し、エンジン性能を著しく悪化させるという問題
がある。

本発明は、上記の問題を解決するために、消失性模型の
分割面を適正な位置に設定するとともに極力水平面と
し、消失性模型の位置合わせ不良による燃焼室の容積変
化と形状変化とを解消し、さらにエンジン性能を向上さ
せることを目的とする。

〔問題点を解決するための手段〕

この目的を達成する本発明の内燃機関用シリンダヘッド
の鋳造用消失性模型は、内燃機関のシリンダヘッドを鋳
造するのに使用され、鋳込まれた溶融金属の作用でガス
状態となって消失する内燃機関用シリンダヘッドの鋳造
用消失性模型であって、前記消失性模型を、シリンダヘ
ッドの燃焼室壁の直上に位置するウォータジャケットの
底面に沿って延びる見切り線によって分割したものから
成る。

〔作用〕

このように構成された内燃機関用シリンダヘッドの鋳造
用消失性模型においては、消失性模型は、燃焼室の直上
に位置するウォータジャケットの底面に沿って分割され
るので、燃焼室自体が分割されることはない。すなわ
ち、消失性模型は燃焼室壁の上面に沿った形状で分割さ
れるので、模型の位置合わせ不良や接着剤のはみ出等の
影響にもかかわらず、燃焼室の内壁は模型と同一形状に
形成される。そのため、位置ずれによって燃焼室内壁に
生ずる段差やバリは皆無となり、シリンダヘッド側の燃
焼室の容積は所定の値に維持される。したがって、ノッ
キングの発生や各気筒における燃焼のばらつきも抑制さ
れ、エンジン性能の向上がはかられる。

〔実施例〕

以下に、本発明に係る内燃機関用シリンダヘッドの鋳造
用消失性模型の望ましい実施例を、図面を参照して説明
する。

本実施例では消失性模型の形状および分割構造は、完成
状態のシリンダヘッドによって説明し、シリンダヘッド
を鋳造するのに仕様される実際の消失性模型は図示しな
い。また、消失性模型材料としては、発泡ポリスチレン
が用いられている。

第１図ないし第５図は、本発明の一実施例に係る内燃機
関用シリンダヘッドの消失性模型（以下ポリ模型とい
う）を使用して鋳造されたシリンダヘッドを示してお
り、とくに鋳造後、機械加工を施した６気筒DOHCガソリ
ンエンジンのシリンダヘッドを示している。

第５図は、シリンダヘッド全体を示している。図中、11
はシリンダヘッドを示しており、12はスパークプラグが
取付けられるプラグチューブを示している。複数のプラ
グチューブ12を結ぶ直線をエンジンの左右方向の中心と
してエンジンの右側には、吸気側のバルブリフタガイド
13が設けられており、左側には排気側のバルブリフタガ
イド14が設けられている。また、各プラグチューブ12の
右左には、カムジャーナル部15a,15bがそれぞれ設けら
れている。なお、図中、16は秒抜き穴のタイトプラグを
示している。

第１図は、第５図のI-I線に沿う断面を示している。図
において17は、シリンダヘッド下面を示している。シリ
ンダヘッド下面17側には、山型の燃焼室18が形成されて
おり、燃焼室18の斜め上方に、ウォータジャケット19a,
19bが設けられている。ウォータジャケット19a,19bの上
方には、軸線10を中心として右左に吸気ポート20と排気
ポート21が設けられている。吸気ポート20の一端は、燃
焼室18に開口されており、他端はシリンダヘッド11の吸
気側側面22に開口されている。排気ポート21の一端は、
燃焼室18に開口されており、他端はシリンダヘッド11の
排気側側面23に開口されている。排気ポート21の直上に
はウォータジャケット19cが位置している。

燃焼室18の上方には、吸排気バルブ（図示略）のバルブ
ステムが挿通されるバルブステム穴24,25が設けられて
いる。バルブステム穴24の下端は吸気ポート20に開口さ
れ、バルブステム穴25の下端は排気ポート21に開口され
ている。バルブステム穴24,25の上方には、バルブリフ
タガイド13,14が設けられている。バルブステム穴24の
上部は、バルブリフタガイド13の中心に向けて開口して
おり、バルブステム穴25の上部は、バルブリフタガイド
14の中心に向けて開口している。バルブステム穴24,25
の上端面側には、バルブ用コイルばね（図示略）を支持
するばね溝24a,25aが設けられている。

バルブステム穴24とバルブステム穴25との間には、断面
が燃焼室18側に延びるウォータジャケット19dが設けら
れている。バルブリフタガイド13,14の斜め上方には、
カムシャフト（図示略）を支持するカムジャーナル部15
a,15bが設けられている。カムジャーナル部15a,15b、バ
ルブリフタガイド13,14、バルブステム穴24,25はそれぞ
れ一直線に配置されている。26はブローバイガス通路を
示しており、ブローバイガス通路26は、吸気ポート20下
方でかつシリンダヘッド11の吸気側側面22近傍に設けら
れている。

一体に構成されたシリンダヘッド11は、シリンダヘッド
11と同一寸法で作られたポリ模型を使用して鋳造され
る。ポリ模型は鋳抜きの関係から分割構造になってお
り、ポリ模型の分割位置は、以下に説明する見切り線に
よって設定されている。すなわち本実施例では、ポリ模
型は、見切り線D,E,F,G,Hによって６分割されている。

第１図において、見切り線Ｄは、シリンダヘッド11の吸
気側側面22からブローバイガス通路26の底面近傍を通
り、ウォータジャケット19aの底面までは、水平方向に
延びている。それから、見切り線Ｄは、燃焼室18の直上
に位置する底面が山型のウォータジャケット底面に沿っ
て延び、山型のウォータジャケット底面を下った位置か
らウォータジャケット19bの底面を通ってシリンダヘッ
ド11の排気側側面23まで水平方向に延びている。

見切り線Ｅは、シリンダヘッド11の吸気側側面22から吸
気ポート20の中心線に沿って延び、その一端は、見切り
線Ｄと直交している。そして、見切り線Ｅは、見切り線
Ｄに沿って燃焼室18の上部を延び、燃焼室18に開口する
排気ポート21位置から排気ポート21の中心線に沿って延
び、シリンダヘッド11の排気側側面23に至っている。

見切り線Ｆは、吸気ポート20の上方でかつシリンダヘッ
ド11の吸気側側面22から吸気ポート20の曲率に沿って下
降しており、ばね溝24aの下方でかつバルブステム穴24
の上下方向のほぼ中間で水平見切り線に移行している。
そして、そのままバルブステム穴24、ウォータジャケッ
ト19dの頂面近傍、バルブステム穴25、ウォータジャケ
ット19cを横断してシリンダヘッド11の排気側側面23ま
で延びている。

見切り線Ｇは、シリンダヘッド11の吸気側側面22で、か
つバルブステム穴24とバルブリフタガイド13との間に位
置する部分から水平方向にバルブステム穴24,25の上方
を通ってシリンダヘッド11の排気側側面23まで延びてい
る。

見切り線Ｈは、シリンダヘッド11の吸気側側面22で、か
つバルブリフタガイド13とカムジャーナル15aとの間に
位置する部分から水平方向にバルブリフタガイド13,14
の頂部をかすめてシリンダヘッド11の排気側側面23まで
延びている。

したがって、ポリ模型を第１図の見切り線によって分割
すれば、ポリ模型は、ブロック101,102,103,104,105,10
6に分割される。

第２図は、第５図のII-II線に沿うシリンダヘッド断面
を示している。図中、18は燃焼室を示しており、燃焼室
18の直上にスパークプラグ（図示略）が挿入されるプラ
グチューブ12が形成されている。プラグチューブ12は、
シリンダヘッド11の上面41から燃焼室18まで貫通されて
おり、プラグチューブ12の下部には、プラグねじ部12a
が形成されている。プラグチューブ12の下部は、薄肉化
された円筒形になっており、その下端は燃焼室壁43と一
体に連結されている。

プラグチューブ12の外側には、ウォータジャケット19e
が形成されている。ウォータジャケット19eは、プラグ
チューブ12と、吸気ポート20および排気ポート21を形成
するシリンダヘッド部材44a,44bと、燃焼室18の一部を
形成する燃焼室壁43に包囲されている。これにより、と
くに燃焼室18の上壁43は、ウォータジャケット19eに広
い面積をもって接触している。

プラグチューブ12の上下方向のほぼ中間位置でかつプラ
グチューブ12の外側には、断面形状が平行四辺形のウォ
ータジャケット19f,19gが設けられている。ウォータジ
ャケット19f,19gの上方には、カムジャーナル部15a,15b
が設けられている。なお、図中、26はブローバイガス通
路を示しており、45は燃料噴射弁（図示略）が挿入され
る挿入穴である。

第２図におけるシリンダヘッド断面では、見切り線Ｄ
は、第１図とほぼ同様に、シリンダヘッド11の吸気側側
面22からブローバイガス通路26の底面近傍を通りウォー
タジャケット19eの底面までは、水平方向に延びてい
る。それから、見切り線Ｄは、燃焼室壁43の上面、すな
わちウォータジャケット19eの底面に沿って延び、プラ
グねじ部12aを横断してウォータジャケット19eの底面を
下り終えたところからシリンダヘッド11の排気側側面23
に向かって水平に延びている。

見切り線Ｅは、シリンダヘッド11の吸気側側面22から吸
気ポート20の中心線に沿って延び、ウォータジャケット
19eの底面に達している。また、排気ポート21側の見切
り線Ｅも、ウォータジャケット19eの底面から排気ポー
ト21の中心線に沿って延びシリンダヘッド11の排気側側
面23まで延びている。

見切り線Ｆは、吸気ポート20の上方でかつシリンダヘッ
ド11の吸気側側面22からプラグチューブ12に向かってほ
ぼ水平に延び、プラグチューブ12近傍で上下方向に折れ
曲がってウォータジャケット19eまで延びている。さら
に見切り線Ｆは、排気ポート21の上部に位置し、その部
分はほぼ水平となっている。

見切り線Ｇは、上述の見切り線Ｆの上部に位置し、シリ
ンダヘッド11の吸気側側面22から水平に延びウォータジ
ャケット19f、プラグチューブ12、ウォータジャケット1
9gを横断してシリンダヘッド11の排気側側面23まで延び
ている。なお、プラグチューブ12の外周における見切り
線Ｇの一部は、一担下方に延びてまた立上がっている。
すなわち、この部分のポリ模型の接合部は、嵌め合い構
造になっていて、ポリ模型の位置合せが容易でしかも位
置決め精度が良くなるようになっている。

見切り線Ｈは、シリンダヘッド11の吸気側側面22から水
平方向に延びており、この位置における見切り線Ｈの高
さは第１図に示す見切り線Ｈの高さと等しくなってい
る。見切り線Ｈは、カムジャーナル部15aの直下にくる
と一担立ち上がり若干水平方向に延びてまた下がり、始
点と同じレベルで水平方向に延びている。そして、見切
り線Ｈはカムジャーナル部15bの直下にくると上述と同
様に一担立ち上がって水平方向に延び、また下がって元
のレベルでシリンダヘッド11の排気側側面23まで延びて
いる。すなわち、見切り線Ｈは、カムジャーナル部15a,
15bの直下でのみ凸状に立ち上がっており、ポリ模型で
は、この部分が嵌め合い構造となっている。これによっ
て、ポリ模型の位置合わせが容易となり、所定の位置決
め精度が確保されている。

第３図は、第５図のIII-III線に沿う断面を示してい
る。図中、31はウォータジャケット19内の冷却水の流れ
方向を制御する整流板を示している。整流板31は、流れ
方向に細長く延びる菱形をしており、整流板31には凹部
31aが形成されている。これにより、軽量化と冷却効果
が向上されている。

整流板31の上流側および下流側には、上述と同様に冷却
水の流れ方向を制御するリブ32,33,34,35が設けられて
いる。また、整流板31の上方には、砂抜き穴のタイトプ
ラグボス36が設けられており、このタイトプラグボス36
には、リブ37,38が設けられている。

第３図に示すシリンダヘッド11の断面では、見切り線D,
E,F,G,Hはつぎのように設定されている。まず、見切り
線Ｄは、シリンダヘッド11の吸気側側面22で、かつイン
テークマニホールド取付ねじ孔39の下方の部分からウォ
ータジャケット19の底面に沿って延び、そのまま排気側
側面23までほぼ水平に延びている。

見切り線Ｅは、シリンダヘッド11の吸気側側面22でかつ
インテークマルホルド取付ねじ孔39の上方の部分から斜
め下方に延び、リブ32と33の間に達している。そして、
見切り線Ｅは、この位置からさらに斜め下方に延びリブ
34とリブ35の間を通過して、ほぼ水平にシリンダヘッド
11の排気側側面23まで延びている。

見切り線Ｆは、シリンダヘッド11の吸気側側面22でかつ
見切り線Ｅの直上の部分からタイトプラグボス36に向か
って水平に延び、そのままシリンダヘッド11の排気側側
面23方向へ延びている。

第３図における見切り線G,Hの位置は、第１図と同じレ
ベルに設定され、完全に水平方向に延びている。

第４図は、第５図のIV-IV線方向からみたシリンダヘッ
ドのフロント側を示している。図中、51は砂抜き穴埋め
用のタイトプラグを示しており、タイトプラグ51はシリ
ンダヘッド11のフロント側のほぼ中央に位置している。
シリンダヘッド11の頂面側には、カムジャーナル部15a,
15bがそれぞれ位置している。シリンダヘッド11の排気
側側面23側には、タイミングカバー取付座52が形成され
ており、砂抜き穴埋め用のタイトプラグ51の近傍には、
上下方向に延びタイトプラグ51側に湾曲したタイミング
カバー取付座53が形成されている。

第４図においては、見切り線D,E,F,G,Hの位置は下記の
ようになっている。見切り線Ｄは、シリンダヘッド下面
17とタイトプラグ51との間に位置し、シリンダヘッド11
の吸気側側面22からシリンダヘッド11の排気側側面23方
向まで水平に延びている。

見切り線Ｅは、シリンダヘッド11の吸気側側面22でかつ
タイトプラグ51の斜め上方から、タイトプラグ51の中心
部を横断し、そのまま下ってシリンダヘッド11の排気側
側面23まで延びている。

見切り線Ｆは、タイトプラグ51の上部に位置し、シリン
ダヘッド11の吸気側側面22の見切り線Ｅの直上の部分か
らシリンダヘッド11の排気側側面23まで水平に延びてい
る。

見切り線Ｇは、見切り線Ｆの上方に位置し、シリンダヘ
ッド11の吸気側側面22からシリンダヘッド11の排気側側
面23まで水平に延びている。

見切り線Ｈは、カムジャーナル部15a,15bの直下に位置
しており、シリンダヘッド11の吸気側側面22からシリン
ダヘッド11の排気側側面23方向まで水平に延びている
が、カムジャーナル部15aとカムジャーナル部15bとの間
で、一部分シリンダヘッド上面側に湾曲している。

なお、本実施例では、シリンダヘッド11に５つの見切り
線を設定し、これに対応するポリ模型を６分割するよう
にしたが、６分割に限定されず、さらにポリ模型を多数
に分割すれば、設計の自由度が大きくなり機能的にすぐ
れたシリンダヘッド構造を得ることが可能になる。ま
た、本発明は、ガソリンエンジンに限らず、ディーゼル
エンジンにも適用可能である。

つぎに上記の内燃機関用シリンダヘッドの鋳造用消失性
模型の作用について説明する。

上述したように、シリンダヘッド11には、シリンダヘッ
ド11の吸気側側面22からシリンダヘッド11の排気側側面
23に向かって延びる見切り線D,E,F,G,Hが設定されてお
り、この見切り線によってシリンダヘッド11を鋳造する
ために使用されるポリ模型は、６分割されている。６分
割されたポリ模型は正確に位置合わせが行なわれ、ポリ
模型の接合面（見切り線）は、接着剤によって接着され
密着される。

第１図および第２図において、燃焼室18の内壁面18aが
形成されるブロック101は、ウォータジャケットおよび
吸気ポート20、排気ポート21の一部を形成するブロック
102と接合される。ブロック101とブロック102の接合面
（見切り線Ｄ）は、ウォータジャケット19a,19b,19d,19
eの底面に沿って延びており、これらの底面は燃焼室壁4
3の上面となっているので、分割面は燃焼室壁43の上面
に沿って形成される。すなわち、燃焼室18が分割面（見
切り線Ｄ）によって分割されることはなくなり、ブロッ
ク101とブロック102の接着時の位置合わせがずれたとし
ても、シリンダヘッド11側の燃焼室18の形状や容積の変
化を防止される。

したがって、上述のような分割構造にすれば、燃焼室18
の内壁面18aにはホットスポット（段差やバリ等によっ
て生じる高温部）は発生せず、ノッキングが防止される
とともに、各気筒の容積が同一容積に維持され、各気筒
の燃焼のばらつきが防止される。

また、見切り線Ｅを除く他の見切り線は、吸気側側面22
から排気側側面23に向かってほぼ水平に延びるので、ポ
リ模型の接合面の大部分は水平面となり、接合面からの
接着剤の垂れが防止される。したがって、接着剤の垂れ
によるバリ等の発生が解消されるとともにシリンダヘッ
ド自体の寸法精度も維持される。

〔発明の効果〕

本発明の内燃機関用シリンダヘッドの鋳造用消失性模型
によれば、消失性模型を、シリンダヘッドの燃焼室壁の
直上に位置するウォータジャケットの底面に沿って延び
る見切り線によって分割するようにしたので、模型の位
置合わせ不良や接着剤のはみ出し等による段差やバリが
燃焼室内壁面に発生することはなくなり、シリンダヘッ
ド側の燃焼室壁形状は所定の形状に維持される。その結
果、燃焼室の容積と形状が変化することが防止され、ノ
ッキングや各気筒における燃焼のばらつきを防止するこ
とができるという効果が得られる。したがって、エンジ
ンの出力をさらに高めることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係る内燃機関用シリンダヘ
ッドの鋳造用消失性模型によって製作されたシリンダヘ
ッドの断面図で第５図のI-I線に沿う断面図、 第２図は第５図のII-II線に沿う断面図、 第３図は第５図のIII-III線に沿う断面図、 第４図は第５図のIV-IV線方向からみた矢視図、 第５図は第１図のシリンダヘッド全体の平面図、であ
る。 11……シリンダヘッド 18……燃焼室 19a,19b,19d,19e……ウォータジャケット 43……燃焼室壁 D,E,F,G,H……見切り線 101,102,103,104,105,106……見切り線によって分割し
たDOHCエンジンにおけるシリンダヘッドのブロック

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関のシリンダヘッドを鋳造するのに
   使用され、鋳込まれた溶融金属の作用でガス状態となっ
   て消失する内燃機関用シリンダヘッドの鋳造用消失性模
   型において、前記消失性模型を、シリンダヘッドの燃焼
   室壁の直上に位置するウォータジャケットの底面に沿っ
   て延びる見切り線によって分割したことを特徴とする内
   燃機関用シリンダヘッドの鋳造用消失性模型。