(57)【要約】【課題】流路に現れる接合面の段差によって流量低下することのないシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造を提供。【解決手段】各々が接合面Ｙ―Ｙを備えるアッパヘッド２１とロアヘッド２２が成形され、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合面Ｙ―Ｙで接合された、吸気ポート１１を有するシリンダヘッド１０又はシリンダブロックの構造において、吸気ポート１１が接合面Ｙ―Ｙで上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂに分割され、下流側吸気ポート１１ｂの接合面Ｙ―Ｙに形成される下流側流路断面Ａ２が、上流側吸気ポート１１ａの接合面Ｙ―Ｙに形成される上流側流路断面Ａ１よりも広く形成される。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
各々が分割面を備える第１構成部材と第２構成部材が成形され、前記第１構成部材と前記第２構成部材が前記分割面で接合された、流体流路を有するシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、
前記流体流路が前記分割面で上流側流路と下流側流路に分割され、
前記下流側流路の前記分割面に形成される下流側流路断面が、前記上流側流路の前記分割面に形成される上流側流路断面よりも広く形成されることを特徴とするシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造。
【請求項２】
請求項１に記載のシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、
前記上流側流路の前記分割面に形成される入口の角部が、面取りされることを特徴とするシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載されるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、
前記第１構成部材と前記第２構成部材が、前記分割面に液状接着剤を用いて一体とされることを特徴とするシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンのシリンダヘッド又はシリンダブロックを第１構成部材と第２構成部材に分割して鋳造し、一体化する際の流路の設計に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車のエンジンには、重量の軽減、及び冷却性能の向上その他の目的で、アルミニウム合金製のシリンダヘッドや、シリンダブロックが広く採用されている。
このうちシリンダヘッドは、その内部に、吸気ポート、排気ポート、燃料を爆発させる燃焼室、及び冷却水を流通させるウォータジャケットを備えており、通常は鋳造によって一体成形されている。
吸気ポート、排気ポート、燃焼室、及びウォータジャケットは、内部に流体を通すために、シリンダヘッドは中空部を形成する複雑な構造となっている。
このため従来からシリンダヘッドは、吸気ポート、排気ポート、ウォータジャケットを成形するための多数の中子を用いて鋳造されていた。
また、シリンダヘッドを一体鋳造する場合、複雑な形状が鋳造可能な低圧鋳造法を用いることが通例であった。
しかし、低圧鋳造法は鋳造速度の制限から鋳造速度を上げることができないので、生産性を向上させるのが難しいという問題がある。
【０００３】
鋳造速度を上げることができない理由は、溶湯を供給するための圧縮空気の圧力を、一定値以上高くすることができないためである。
また、シリンダヘッドを低圧鋳造法によって製作するにあたっては、多数の崩壊性の中子を用いて鋳造を行うために、鋳造が終わった後に、崩壊性の中子の除去工程が必要となる。
さらに、崩壊性の中子は鋳造の度に取り出すために崩壊させてしまうため、製品１つ辺りに１セットの崩壊性の中子を用意する必要がある。崩壊性の中子を形成するのに用いるケイ砂は、再利用をしているが、毎回制作を要するためにコストと手間がかかる。
このように、鋳造速度が上げられない点や、中子を複数用いなければならず、鋳造後に中子を崩して取り出さなければならない等の手間がかかる点から、シリンダヘッドの生産コストを下げることができなかった。
【０００４】
この点に着目して、崩壊性の中子を用いず、鋳造速度の速いダイカスト鋳造にて製造するシリンダヘッドについて開示しているのが、特許文献１である。
図７は特許文献１の接合構造シリンダヘッドの断面図を示している。
特許文献１のシリンダヘッド１０は、上方の冷却水室１１６を横切り、図７の紙面に対し垂直方向に延在する接合面Ｘ―Ｘ及び吸気ポート１１、及び排気ポート１２を横切る接合面Ｙ―Ｙによって分割された上部ヘッド部材１１０ａ、中部ヘッド部材１１０ｂ、及び下部ヘッド部材１１０ｃの３つの構成部材に分割されている。
これら３分割された、シリンダヘッドの構成部材は、何れも冷却水室１１６、１２２、及び吸気ポート１１、及び排気ポート１２を形成するための崩壊性の中子を必要としない。したがって、従来の低圧鋳造法よりも著しく生産性が高い例えばダイカスト機を用いて極めて生産性良く製造することができる。
【０００５】
しかし、特許文献１において、図７のように接合面Ｙ―Ｙを設ける場合、接合面Ｙ―Ｙは吸気ポート１１及び排気ポート１２の中心部分を分割し、燃焼室１５を通過している。
燃焼室１５ではエンジン稼働時に燃料を爆発させて動力を取り出しているので、燃料の燃焼時には高温高圧のガスが瞬時に発生し、そのガスの圧力に燃焼室１５は直接さらされる。
このように高温のガスにさらされることで、燃焼室１５の壁面を構成する材料は膨張収縮を繰り返すことになり、さらに瞬間的に高圧ガスが発生するために衝撃力をも受けることになる。
したがって、特許文献１のように燃焼室１５に接合面Ｙ―Ｙを設けた場合、燃料燃焼時の熱負荷による膨張収縮や、連続的に発生する衝撃力にさらされ、接合部にクラックが入ってしまうなどの問題が考えられる。
【０００６】
そこで、本出願人は、このような点も配慮したシリンダヘッドを分割鋳造する技術について特許文献２に開示している。
図８は特許文献２のシリンダヘッドの断面図を示している。
特許文献２のシリンダヘッド１０は、分割型シリンダヘッドで、接合面Ｙ―Ｙで分割されるアッパヘッド２１とロアヘッド２２からなる。アッパヘッド２１は、吸気ポート１１、排気ポート１２、ウォータジャケット１３、図示しない点火プラグ穴を有し、動弁系などの機能部品を有する。
ロアヘッド２２は、アッパヘッド２１とは別ピースであり、アッパヘッド２１とシリンダブロック（図示略）との間に介在され、燃焼室１５の上壁を形成する。
【０００７】
このような構成になっているので、例えばアッパヘッド２１を鋳造で、ロアヘッド２２を鍛造で作ることにより、燃焼圧を受けるロアヘッド２２の強度をアップさせることができ、燃焼圧を直接受けないアッパヘッド２１は安価な材料にすることも可能である。
さらに、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が分割されることで、熱負荷のかかる燃焼室１５や点火プラグ穴１４の付近の肉厚を任意に薄くすることが可能で、鋳造や鍛造では成型することができない形状に機械加工することも可能となる。これによって冷却性能の向上を図ることも可能となる。
【特許文献１】特開昭６２−１６２７５６号公報
【特許文献２】特開２００１−１６４９８６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、特許文献２では、ポート内にできる段差によって、流量の低下が起こるという問題がある。
例えば、吸気ポート１１に着目すれば、図８では、シリンダヘッド１０は接合面Ｙ―Ｙによってアッパヘッド２１とロアヘッド２２に分割されるが、この際に吸気ポート１１も分割される。
上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂに分割された吸気ポート１１は、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合されるときに図９に示すようなズレを生じるおそれがある。
図９は、分割シリンダブロックにズレが発生した場合の模式図を示している。
このように、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合される際に、想定位置ズレ量αが発生した場合、上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂの接合面では、想定位置ズレ量αに応じた吸気ポート段差部１１ｃを生じることになる。
【０００９】
これまで、特許文献２のような分割式シリンダヘッドの発明はいくつか紹介されているが、実際に量産エンジンに分割式シリンダヘッドを用いた例はなく、具体的な設計段階での検討はあまり紹介されていない。
本発明をするにあたり、いくつかの具体的な検討を行った結果、図１０のような吸気ポート段差部１１ｃによる流量への影響が判明した。
図１０には、図９をモデルとして、流量計算を行った場合のグラフである。
縦軸は吸入流量、左の棒グラフはズレのない場合の流量を示し、右の棒グラフは想定位置ズレ量α＝０．３ｍｍとした場合の流量を示している。
【００１０】
この、想定位置ズレ量αの値を０．３としている理由について、以下に説明する。
実際にアッパヘッド２１及びロアヘッド２２を組み付ける際には、シリンダヘッド１０側面に設けられる基準面を用いて位置決めをすることになり、複数ある吸気ポート１１を基準とするわけではない。また、鋳造によって製造されるため、ダイカスト鋳造であっても機械加工したような公差寸法は得られず、低圧鋳造法においては崩壊性の中子の位置決め精度等によって吸気ポート１１の位置が決定される。このため、吸気ポート１１の相対位置自体もバラツキがあり、精度を求めることは難しい。
さらに、大量生産にて分割鋳造されるとあっては、別々に成形されるアッパヘッド２１とロアヘッド２２の組み合わせによっては更に精度が悪くなる可能性がある。
したがって、想定位置ズレ量α＝０．３ｍｍ程度のズレは、起こりうる範囲内であると考えられる。
また、図１０のモデルとした図９の吸気ポート１１の流路は、２０００ｃｃの直列４気筒のエンジンを想定し、直径３０ｍｍの円形、エンジン回転数は５０００ｒｐｍ、１気筒辺りの容量は５００ｃｃとして計算している。
なお、上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂの接合面での吸気ポート段差部１１ｃについて、話を簡単にするために吸気ポート１１の断面は円形であるとしている。
【００１１】
この結果から、流路の中心が接合面を境に０．３ｍｍズレが生じただけで、流量は１０％も減少していることが分かる。
このように、吸気ポート１１において直径の２％程度のずれで流量が１０％程度も減少してしまう理由としては、流路内に発生する段差に吸気したエアがぶつかり、乱流を発生して有効断面積を減らしてしまっていることが考えられる。
圧力損失の係数は速度の影響を受けるので、１５ｍ／ｓ程度の流速を持つ吸気エアが吸気ポート１１を流れる際には、０．３ｍｍ程度のズレが生じても大きな影響が現れる。そして、エンジンの回転数を上げれば、流速も上がることになるので、更にこの影響は顕著になると考えられる。
このように吸気ポート１１での吸気量が低下すると、燃焼室１５での燃料の燃焼に影響が出て、エンジンの燃費低下や出力の低下に繋がってしまう。
【００１２】
また、排気ポート１２でも、流路内にこのような段差があった場合は、排気量の減少に繋がり、燃焼室１５へ排気圧がかかることで、燃焼効率が悪化するなどの問題が考えられ、やはり燃費や出力に影響が出る。
また、このような流路内にできる段差の影響は、吸気ポート１１及び排気ポート１２だけでなく、ウォータジャケット等のように、内部に流体を流通させる流路であれば、発生すると考えられ、シリンダヘッド１０だけでなく、図示しないシリンダブロックについても、このような問題は起こると考えられる。
【００１３】
すなわち、各々成形され一体に接合される第１構成部材と第２構成部材からなるシリンダヘッド１０やシリンダブロックの、接合面で切断される吸気ポート１１や排気ポート１２、及びウォータジャケット１３等の流路において、接合面のズレが流路に段差として現れて、流体の流れを妨げ、これを修正するためにはコストがかかるという問題があった。
現在は、環境問題への配慮から、このようなエンジンの性能低下による燃費の悪化や、燃焼効率の低下は避けなければならない。また、コスト低減も重要な課題の一つである。
【００１４】
そこで、本発明ではこのような問題を解決するためになされたものであり、流路に現れる接合面の段差や、接合部材の出っ張りによる流量低下を抑制することのできるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
前記目的を達成するために、本発明によるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造は以下のような特徴を有する。
（１）各々が分割面を備える第１構成部材と第２構成部材が成形され、前記第１構成部材と前記第２構成部材が前記分割面で接合された、流体流路を有するシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、前記流体流路が前記分割面で上流側流路と下流側流路に分割され、前記下流側流路の前記分割面に形成される下流側流路断面が、前記上流側流路の前記分割面に形成される上流側流路断面よりも広く形成されることを特徴とする。
【００１６】
ここでいう「流体流路」とは、吸気ポート、排気ポート、冷却水の流路、ＥＧＲガス及びＰＣＶガスの流路等の流体の流れる流路のことを指す。
またここでいう「上流側流路」及び「下流側流路」は、流体流路を分割面で分割した際に、上流側にあたるか、下流側にあたるかで便宜上流路を呼び分けたに過ぎない。よって、例えば吸気ポートが分割面によって分割された場合は、インテークマニホールドの接続される側が「上流側流路」となり、燃焼室に接続されバルブシートが打ち込まれる側が「下流側流路」となる。
【００１７】
（２）（１）に記載のシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、前記上流側流路の前記分割面に形成される入口の角部が、面取りされることを特徴とする。
（３）（１）又は（２）に記載されるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、前記第１構成部材と前記第２構成部材が、前記分割面に液状接着剤を用いて一体とされることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
このような特徴を有する本発明によるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造により、以下のような作用、効果が得られる。
（１）流体流路が分割面で上流側流路と下流側流路に分割され、下流側流路の分割面に形成される下流側流路断面の断面積が、上流側流路の分割面に形成される上流側流路断面よりも大きく形成されるので、第１構成部材と第２構成部材が接合された際にズレが発生しても、上流側から見て下流側流路に、段差による出っ張りが無くなる。
【００１９】
上流側流路と下流側流路の分割面に形成される断面積が全く同じであった場合は、第１構成部材と第２構成部材を接合する際に、ぴったりと流路の芯が合わないと段差ができてしまう。
これは、位置決めピンなどを用いたとしても、寸法公差内で起こりうる。
課題でも説明したが、位置決めに関してはシリンダヘッド又はシリンダブロックの側面を加工して基準面とする。位置決めピンを用いる場合も、この基準面からその位置を決定することになるので、吸気ポートや排気ポートの位置を合わせるためにはあまり意味を成さない。
大量生産するために、鋳造した第１構成部材や第２構成部材は、寸法公差内でのバラツキを発生する。したがって、課題に示したような想定位置ズレ量αが発生してしまい、想定位置ズレ量α＝０．３ｍｍ程度となる組み合わせのシリンダヘッド又はシリンダブロックも作られることになる。
【００２０】
この段差が例えばシリンダブロックの吸気ポートに発生した場合には、この段差によって、流路を通過する空気の抵抗となり、吸気エアの流量低下を招き、エンジンの性能低下に繋がる。特に、上流側からみて下流側流路が突出している場合、図９を用いて課題で説明した通り、流路内を流れる流体がこの出っ張りにぶつかり、跳ね返ってきて抵抗となり、一定条件下では図１０に示したように１０％以上の流量低下に繋がる。
しかし、下流側流路の断面積を、寸法公差を見越してそれ以上に径を大きくしてやることで、加工工程を設けなくとも、第１構成部材と第２構成部材を接合した際に、上流側から見た下流側流路の出っ張りはなくなる。これによって、例えば吸気ポートであれば、吸気エアの流通に対する段差の影響が小さくなり、流量低下は数％以下に抑えることができるので、エンジンの性能低下を抑えることができる。
このように、流体が流通する流路内に出っ張りがあることで、流体の流れを阻害し、流量を減らす等の悪影響を及ぼすが、上流側流路断面よりも下流側流路断面の断面積を大きくすることで、追加工の工程を別途設けなくとも、このような悪影響を軽減することが可能になる。
【００２１】
（２）（１）に記載のシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、前記上流側流路の前記分割面に形成される入口の角部が、面取りされるので、第１構成部材と第２構成部材が接合された際に、ズレが発生して上流側流路と下流側流路で分割面を境に段差ができてしまい、下流側から見て上流側に鋭角な突起ができてしまうようなことが無くなる。
前述したように、（１）のように構成し、上流側流路断面よりも下流側流路断面の断面積を大きくしてやることで、上流側からみて下流側流路に出っ張りができることを防止できるが、下流側から見た場合には、上流側流路に出っ張りがある。
このような下流側から見た上流側流路の出っ張りは、上流側から見た下流側流路の突起に比べて流体に及ぼす影響は少ないが、段付きとなった流路の径の拡大も、乱流の発生原因となり、多少なりとも流体の流通の阻害要因になる。
したがって、より影響がシビアな部分に、このような下流側から見た上流側流路の出っ張りについても面取りを施してやることで、（１）の効果をより高め、このような乱流の発生を抑えることが可能になる。
【００２２】
（３）（１）又は（２）に記載されるシリンダヘッド又はシリンダブロックの構造において、前記第１構成部材と前記第２構成部材が、前記分割面に液状接着剤を用いて一体とされることを特徴とするので、第１構成部材と第２構成部材を簡易に接合することが可能で、生産コストを削減することが可能となる。
第１構成部材と第２構成部材とを液状接着剤を用いて一体化する場合、問題となるのは液状接着剤のはみ出しである。分割面全体に液状接着剤が行き渡るようにした場合、液状接着剤のはみ出しは避けられない。量産エンジンでは、このようなはみ出しは殆ど影響のない程度の場合もあれば、０．３ｍｍ以上はみ出て、図１０に示したような流量低下を招くことも想定される。
そして、例えばシリンダヘッドの場合、外面にはみ出した液状接着剤については、硬化する前にふき取るか、硬化した後に削り取れば良いが、吸気ポートや排気ポート側に、あるいはウォータジャケット内部にはみ出した場合、これを除去することはできない。
【００２３】
しかし、（１）のように構成し、上流側流路断面よりも下流側流路断面の断面積を大きくしてやることで、液状接着剤がはみ出したとしても、ほとんどのはみ出した部分は下流側流路から見て出っ張った部分の下側に収まり、流路に出っ張ることはない。このため、例えば吸気ポートであれば、吸気エアの流通を液状接着剤のはみ出した部分が阻害することがなくなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
以下、本発明の実施例について図面を用いて説明する。
（第１実施例）
はじめに、第１実施例の構成を示す。図１は、シリンダヘッドの分割斜視図を示している。
シリンダヘッド１０は、接合面Ｙ―Ｙによってアッパヘッド２１とロアヘッド２２に分割されている。これらは、第１構成部材と第２構成部材に対応する。
アッパヘッド２１及びロアヘッド２２の材質は、第１実施例ではアルミニウム合金を用いているが、目的に応じて別の材質にすることを妨げない。
図２はロアヘッド２２を接合面Ｙ―Ｙ側から見た斜視図である。
第１実施例のシリンダヘッド１０は、直列４気筒エンジンであり、４バルブ方式であるので、吸気ポート１１及び排気ポート１２は１気筒辺り合計４つ設けられている。
図面向かって上側が吸気ポート１１であり、下側が排気ポート１２である。吸気ポート１１と排気ポート１２の間に位置するのが、点火プラグ穴１４である。
そして、発生する熱を効率的に排出できるように、吸気ポート１１及び排気ポート１２の周囲のいたるところにウォータジャケット１３が設けられている。
なお、図２の一番左側の吸気ポート１１には、上流側流路断面Ａ１と下流側流路断面Ａ２が示されている。このように上流側流路断面Ａ１に比べて下流側流路断面Ａ２の面積が広く設計されている。
【００２５】
図３には、シリンダヘッド１０のＡ―Ａ断面を示している。
シリンダヘッド１０の燃焼室１５を切断せず、接合面Ｙ―Ｙが１枚の平面で構成されるようにシリンダヘッド１０を切断した場合、吸気ポート１１及び排気ポート１２は、流路の途中で分割されることになる。
この接合面Ｙ―Ｙによって、シリンダヘッド１０はアッパヘッド２１とロアヘッド２２に分割され、シリンダヘッド１０の有するウォータジャケット１３が、接合面Ｙ―Ｙによって切断されるため、ロアヘッド２２は中子を必要とせずに製作することが可能となる。
鋳造時に中子を必要としないので、大量生産する場合に安価で寸法精度を高くできるダイカスト鋳造で、ロアヘッド２２を製作することが可能である。
また、ロアヘッド２２は燃焼室１５を有しており、前述したように燃焼室１５の内部では、動力を取り出すために燃料を爆発させるために、高温高圧のガスが発生する。そのため、ロアヘッド２２にはその高温高圧のガスに耐えられるだけの強度を持つ材料を使用する必要がある。このため、ロアヘッド２２は鍛造を用いて成形しても良い。
一方、アッパヘッド２１は、ロアヘッド２２程の力がかかる部分が無いため、安価な材料を選択することも可能である。
【００２６】
アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を別々に成形した後、接合面Ｙ―Ｙに亜鉛系の接合剤を用いて接合する。アッパヘッド２１とロアヘッド２２がアルミニウム合金製であるため、アルミニウム合金よりも融点の低い接合剤であり、接合強度が出て、シール性が確保できる接合剤であれば、亜鉛系の接合剤に限らず用いることができる。
また、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を接合する際に、ＦＩＰＧなどの液状接着剤２３で接着することによって一体化しても良い。この場合、接合強度は低くなるが、シリンダヘッド１０は、図示しないシリンダブロックに高いトルクでヘッドボルトによって締結されるため、ヘッドボルトの太さや本数を工夫することで解決することができる。
【００２７】
図４には、図３の吸気ポート１１の断面を拡大した断面図を示す。
吸気ポート１１は接合面Ｙ―Ｙに切断されて、アッパヘッド２１側の上流側吸気ポート１１ａと、ロアヘッド２２側の下流側吸気ポート１１ｂに分割される。
この吸気ポート１１は、上流側吸気ポート１１ａの接合面Ｙ―Ｙに面する上流側流路断面Ａ１よりも、下流側吸気ポート１１ｂの接合面Ｙ―Ｙに面する下流側流路断面Ａ２の面積の方が、大きくなるように設計されている。
そして、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が想定位置ズレ量αだけズレが生じて接合された場合であっても、上流側流路断面Ａ１は下流側流路断面Ａ２の中に収まるように構成されている。
【００２８】
この際に見込まれる想定位置ズレ量αは、吸気ポート１１に許される許容誤差と同等である必要がある。現状の製品の許容寸法公差を考慮して、想定位置ズレ量α＝０．３ｍｍ程度であるとすると、下流側流路断面Ａ２は、上流側流路断面Ａ１の外周を０．３ｍｍ以上外側にオフセットさせただけの面積を持つことが必要となる。すなわち、想定位置ズレ量αに応じた外周のオフセット量を決定してやればよい。
なお、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２の製造方法によっては、許容寸法公差の設定が違うので、想定位置ズレ量αの値も適宜変更する必要がある。吸気ポート段差部１１ｃの影響を考慮すれば、想定位置ズレ量αは極力小さく抑えられることが望ましい。
【００２９】
以上のように構成されるので、第１実施例は以下のような作用効果を示す。
シリンダヘッド１０の吸気ポート１１では、接合面Ｙ―Ｙで上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂが接続され、上流側流路断面Ａ１より下流側流路断面Ａ２の方が広くなっていることで、接合面Ｙ―Ｙにできる段差部は、図示しない吸気ポート１１に接続するインテークマニホールドから流入するエアの抵抗となりにくくなる。
図４に示されるように、上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂが接続される部分では、上流側吸気ポート１１ａから見て吸気ポート段差部１１ｃの出っ張りが無い。
一方、図９に示される上流側流路断面Ａ１と下流側流路断面Ａ２が同じであって、想定位置ズレ量αがでている場合、吸気ポート段差部１１ｃは上流側吸気ポート１１ａから見て出っ張っている。
【００３０】
図９のように、上流側吸気ポート１１ａ側から見て吸気ポート段差部１１ｃが出っ張っている場合、吸気エア２０の一部が出っ張っている側の吸気ポート段差部１１ｃにぶつかって乱流となり、吸気エア２０を吸入する際の抵抗となる。
乱流が発生すると、吸気ポート段差部１１ｃ付近に渦ができるために、吸気ポート１１の有効断面積は、上流側流路断面Ａ１と下流側流路断面Ａ２が重なってできる空間よりも狭くなり、図１０に示すように、エンジンの運転が５０００回転の時点で１０％程度も流量が減少する。乱流の発生量は流速に依存するので、エンジンを高回転で運転し吸気ポート１１内の流速が高くなるほど、この影響は大きくなると考えられる。
したがって、図４に示すように上流側吸気ポート１１ａ側から見て吸気ポート段差部１１ｃが出っ張らないように構成することで、このような大幅な流量の低下を防ぐことができ、流量低下は数％以下に抑えることが可能となる。
流量の低下が抑えられることで、エンジンの性能の低下を抑えることができ、燃費やエンジンの出力の低下も抑えることが可能となる。
【００３１】
このように、下流側流路断面Ａ２を上流側流路断面Ａ１よりも想定位置ズレ量α分だけ外周を外側にオフセットして広くしておくことで、吸気ポート段差部１１ｃが吸気エア２０の抵抗になりにくいようにすることが可能であり、このことは排気ポート１２についても言える。
排気ポート１２側の流量が落ちると、吸気ポート１１側ほどの影響はないが、排気圧によってエンジンの性能に影響してしまうからである。
なお、排気ポート１２の場合は、燃焼室１５から排気ガスをシリンダヘッド１０に接続する図示しないエキゾーストマニホールドに送り出す方向への空気の流れとなる。したがって、上流側がロアヘッド２２に、下流側がアッパヘッド２１になり、やはり上流側流路断面Ａ１よりも下流側流路断面Ａ２のほうが大きく設けられる。
また、図示しないシリンダブロック内の流路にも同様のことが言える。シリンダブロック内ではウォータジャケット等、冷却水やエンジンオイルを循環するオイルギャラリが設けられており、これらの流路を分割するような場合、シリンダヘッド１０の吸気ポート１１や排気ポート１２程流速が高くないが、オイルは粘性が高く同様の影響が出ると考えられるため、上流側流路断面Ａ１よりも下流側流路断面Ａ２を大きく設けることで効果があると考えられる。
【００３２】
このように、分割式のシリンダヘッド１０や図示しないシリンダブロックにおける、接合面Ｙ―Ｙで切断される流体流路の問題は、エンジンを量産化するにあたって大きな問題となる。
量産工程では、例えばシリンダヘッド１０についていえば、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を別々に鋳造することになる。
例えば、アッパヘッド２１を低圧鋳造法で、ロアヘッド２２をダイカスト鋳造で製造する場合、精度の高いダイカスト鋳造であっても一般的なロアヘッド２２の大きさでも±０．１ｍｍ程度の公差が必要となる。低圧鋳造法はそれよりも更に精度が落ち、特に中子を用いて製造する部分については、中子を型で製造し、その中子の精度に依存することになるのでバラツキは大きくなる。
したがって、組み合わせによっては想定位置ズレ量αが０．３ｍｍ程度になることは想定でき、このような場合、図１０に示すような１０％程度もの流量低下がみられる。
このような流体流路内の段差を、追加工を施すことで取り除くことは可能であるが、加工工程を増やすことになる。したがって、予め下流側流路断面Ａ２を上流側流路断面Ａ１より大きく成形しておくことで、このような加工工程を増やすことなく、流量低下を防ぐことができることは生産コスト低減の面でもメリットが高い。
【００３３】
また、別の効果として図５に示すような効果も考えられる。
図５は、図３の吸気ポートの断面を拡大した断面図であり、液状接着剤２３による影響について示している。
アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合する場合に、ＦＩＰＧ（現場成形ガスケット）等の液状接着剤２３を用いて接合した場合、図９に示すように上流側流路断面Ａ１と下流側流路断面Ａ２が同じ場合は、吸気ポート１１の流路内に液状接着剤２３がはみ出す結果となる。
しかし、図４に示されるように下流側流路断面Ａ２のほうが上流側流路断面Ａ１より大きければ、吸気ポート段差部１１ｃによって、このはみ出し分が吸気ポート段差部１１ｃの影に隠れることとなり、吸気ポート１１の流路内に液状接着剤２３がはみ出すことはなくなる。
これによって、吸気エア２０の流れを妨げることがなくなり、図１０に示したような流量低下に結びつくことはない。
【００３４】
このことは、アッパヘッド２１とロアヘッド２２の一体化に、液状接着剤２３でなく接合剤を使った場合でも同様のことがいえる。
接合の中でも、ロウ付けする場合は、課題でも説明したが、ロウ材を多くしフィレットを形成させる場合もある。フィレットを形成することで、接合部分のＲが小さくなり応力集中を減少させるのに有効であるからである。
このような場合であっても、図５に示すような吸気ポート段差部１１ｃの裏側にフィレットが形成されることで、接合強度の向上が見込めるほか、フィレットが流路内にはみ出さないので、吸気エア２０の流れを妨げることもない。
なお、液状接着剤２３のはみ出す量に応じて、想定位置ズレ量αよりも多く下流側流路断面Ａ２の断面積を上流側流路断面Ａ１より広くすることで、より効果を高めることができる。
【００３５】
このような液状接着剤２３やロウ材のはみ出しについても、流体流路を流れる流体の流量を低下させてしまうことが考えられ、このような液状接着剤２３やロウ材のはみ出しを、加工工程を設けて全て取り去ることは困難である。
また、加工工程を設けて取り去ることが可能であったとしても、加工工程が増えることで製造コストの増加を招くこととなり、好ましくない。
したがって、このようにはみ出したとしても、追加工をしなくても流体流路を流れる流体の抵抗とならず、流体の流量を低下させてないことは、量産エンジンにとっては必要なことである。
【００３６】
以上に説明した第１実施例により、以下のような効果が得られる。
（１）各々が接合面Ｙ―Ｙを備えるアッパヘッド２１とロアヘッド２２が成形され、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合面Ｙ―Ｙで接合された、吸気ポート１１を有するシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、吸気ポート１１が接合面Ｙ―Ｙで上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂに分割され、下流側吸気ポート１１ｂの接合面Ｙ―Ｙに形成される下流側流路断面Ａ２が、上流側吸気ポート１１ａの接合面Ｙ―Ｙに形成される上流側流路断面Ａ１よりも広く形成されることを特徴とするので、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合された際に、ズレが発生して上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂで接合面Ｙ―Ｙを境に吸気ポート段差部１１ｃができてしまい、上流側吸気ポート１１ａ側から見て下流側吸気ポート１１ｂに吸気ポート段差部１１ｃによる出っ張りが無くなる。
上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂの接合面Ｙ―Ｙに面する位置の上流側流路断面Ａ１と下流側流路断面Ａ２が全く同じであった場合、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合する際に、ぴったりと流路の芯が合わないと吸気ポート段差部１１ｃができてしまう。
【００３７】
この吸気ポート１１内にできる吸気ポート段差部１１ｃが、吸気ポート１１を通過する吸気エア２０の抵抗となり、吸気エア２０の流量低下を招き、エンジンの性能低下に繋がる。特に、上流側吸気ポート１１ａからみて下流側吸気ポート１１ｂが突出している場合、図９を用いて課題で説明した通り、吸気ポート１１内を流れる流体がこの出っ張りにぶつかり、跳ね返ってきて抵抗となり、一定条件下では図１０に示したように１０％以上の流量低下に繋がる。
しかし、下流側吸気ポート１１ｂの下流側流路断面Ａ２を、寸法公差を見越して上流側流路断面Ａ１の外周よりも想定位置ズレ量α以上オフセットさせてやることで、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合面Ｙ―Ｙで接合した際に、上流側吸気ポート１１ａから見た下流側吸気ポート１１ｂの出っ張りである吸気ポート段差部１１ｃはなくなる。これによって、吸気エア２０の流通に対する吸気ポート段差部１１ｃの影響が小さくなり、流量低下は数％以下に抑えることができるので、エンジンの性能低下を抑えることができる。
このように、流体が流通する流路内に出っ張りがあることで、流体の流れを阻害し、流量を減らす等の悪影響を及ぼすが、上流側流路断面Ａ１よりも下流側流路断面Ａ２の断面積を大きくすることでこのような悪影響を軽減することが可能になる。
【００３８】
（２）（１）に記載されるシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が、接合面Ｙ―Ｙに液状接着剤２３を用いて一体とされることを特徴とするので、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を簡易に接合することが可能で、生産コストを削減することが可能となる。
吸気ポート１１であれば、アッパヘッド２１とロアヘッド２２とを液状接着剤２３を用いて一体化する場合、問題となるのは液状接着剤２３のはみ出しである。接合面Ｙ―Ｙ全体に液状接着剤２３が行き渡るようにした場合、液状接着剤２３のはみ出しは避けられない。量産エンジンでは、このようなはみ出しは殆ど影響のない程度の場合もあれば、０．３ｍｍ以上はみ出て、図１０に示したような流量低下を招くことも想定される。
そして、シリンダヘッド１０の場合、外面にはみ出した液状接着剤については、硬化する前にふき取るか、硬化した後に削り取れば良いが、吸気ポート１１や排気ポート１２側に、あるいはウォータジャケット１３内部にはみ出した場合、これを除去することはできない。
また、はみ出した液状接着剤２３を除去するにも加工工程が必要となり、生産コストの増加に繋がってしまう。
【００３９】
しかし、（１）のように構成し、上流側流路断面Ａ１よりも下流側流路断面Ａ２を大きくしてやることで、液状接着剤２３がはみ出したとしても、ほとんどのはみ出した部分は下流側吸気ポート１１ｂから見て出っ張った吸気ポート段差部１１ｃの下側に収まり、吸気ポート１１に出っ張ることはない。このため、吸気エア２０の流通を液状接着剤２３のはみ出した部分が阻害することがなくなる。
すなわち、追加工をする等の手間も必要がなくなる。
【００４０】
（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について説明を行う。
まずは、図６を用いてその構成を説明する。
全体構成は第１実施例とほぼ同様であり、吸気ポート１１の断面について、若干構成が異なる。
図６は、第２実施例の吸気ポート１１の断面拡大図である。
シリンダヘッド１０の構成部材であるアッパヘッド２１とロアヘッド２２は、接合面Ｙ―Ｙで接合されるものであり、吸気ポート１１は上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂに分割される。また、下流側吸気ポート１１ｂは燃焼室１５に接続し、図示しないシートリングを有する。
そして、第２実施例の上流側吸気ポート１１ａには、面取り部１１ｄが設けられるという特徴がある。
この面取り部１１ｄはアッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合された後に、図示しないバルブシート加工が燃焼室１５側から下流側吸気ポート１１ｂの入口に施されるので、その際に行うとよい。
なお、ロアヘッド２２の接合面Ｙ―Ｙ側を加工する際に、上流側吸気ポート１１ａの入口部分を加工してもよい。
また、アッパヘッド２１を鋳造するにあたって、面取り部１１ｄができるように型の形状を工夫しても良い。
したがって、第１実施例の図４に示したような状態で組み付けた後に、吸気ポート段差部１１ｃを燃焼室１５側から加工することで、図６の面取り部１１ｄは設けられる。
なお、面取り部１１ｄは加工高さｈを極力高く設けた方がよい。
また、このような面取り部１１ｄの加工は、想定位置ズレ量αを考慮して、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合される前に設けても良い。
【００４１】
上記の構成を有する第２実施例は、以下のような効果作用を示す。
アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合することで吸気ポート１１の内部に現れる吸気ポート段差部１１ｃを、面取り部１１ｄとして加工することで、吸気ポート１１の内部を流れる吸気エア２０の抵抗となることを第１実施例よりも更に積極的に抑えることが可能となる。
このように積極的に吸気ポート１１の吸気エア２０の抵抗を減らすことは、よりシビアな吸気量の管理を行う必要がある場合に有効である。
これは、第１実施例のように、吸気ポート段差部１１ｃが下流側吸気ポート１１ｂ側から見て出っ張っている場合、上流側吸気ポート１１ａ側から見て出っ張っていないので、吸気エア２０が吸気ポート段差部１１ｃに直接衝突する障害とはならない。ただし、急激に拡菅されることで、下流側吸気ポート１１ｂ側の吸気ポート段差部１１ｃの前にできる空間に若干乱流が発生する。
しかし面取り部１１ｄを設けることでこの若干発生した乱流も抑え、より抵抗となる部分を排除することが可能となる。
【００４２】
面取り部１１ｄを加工する際には、加工高さｈをできるだけ長くとることで、より吸気エア２０の流れに対する阻害要因を発生しにくくすることができる。吸気ポート１１の広がり角を小さくすることで、剥離を抑えることができ、より渦巻く部分を少なくできるからである。
また、面取り部１１ｄを加工することで、接合時に管内にはみ出た液状接着剤２３や接合剤等も削り取ることが可能である。
これは、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接合することで起きる段差は、寸法公差によるものだけではなく、液状接着剤２３等によっても引き起こされる場合があるからである。
ロウ付けによる接合においても、ロウ材が接合時に接合面からはみ出してしまうケースは十分に考えられる。また、接合強度を高めるためにフィレットと呼ばれるロウ付け肉盛りをするケースもあり、接合する際に接合剤の量を調整したとしても、流路内に出っ張りが出てしまうことは避けられない。
【００４３】
もちろん第１実施例の示した通り、液状接着剤２３等の出っ張りに関しては吸気エアポート段差部１１ｃの下に隠れてしまう。
しかし、このような場合にも、厳密な意味で言えば出っ張りが流体の流れの抵抗となり、図１０に示した程の影響は出ないにしても、流量の低下に繋がると考えられる。
しかし、アッパヘッド２１とロアヘッド２２の接合時に吸気ポート１１の内部に現れる吸気ポート段差部１１ｃを、面取り部１１ｄとして加工することで、このような液状接着剤２３やロウ材等も取り除くことが可能である。こうして面取り部１１ｄを加工すると同時に、液状接着剤２３等の出っ張りも取り除いてやることで、液状接着剤２３等による僅かな吸気エア２０の流通を阻害も防ぐことができる。
液状接着剤２３等は、第１実施例の図５で説明した通り、吸気ポート段差部１１ｃによって隠れてしまうため、大きな阻害原因にはなりにくいが、このように積極的に加工して面取り部１１ｄを設けてやることで、よりシビアに吸気エア２０の流通の阻害防止を実現することができる。
【００４４】
なお、加工する位置について、吸気ポート１１及び排気ポート１２は形状によっては追加工することも可能だが、ウォータジャケット等の、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を一体化後に、中空状態になってしまう部分に関しては、追加工は困難である。
しかし、第１実施例に示した方法によって、これらの問題の殆どは解決する。そして、吸気ポート１１のように、より性能にシビアに影響する部分に、面取り部１１ｄの様な加工を施せばよい。このような面取り部１１ｄを設ける加工は、高性能を求める場合においては重要である。
すなわち、吸気ポート１１のように流速が早く、かつ流量の変化によって、エンジンの性能低下に直結する場合は、少しでも流量特性を向上させることに繋がるので、このような加工を行うことは好ましい。
【００４５】
また、これらの加工は、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を一体化させてから、修正する必要があるため、加工工程を増やせば、加工コストがかかってしまうとも考えられる。
しかし、この吸気ポート１１に面取り部１１ｄを設けることは、面取り加工自体が簡単なものであり、加工の手間はあまりかからない。さらに、該当部分全てに加工を施すとなると加工の手間がかかるため、必要な部分だけ行えばよい。
また、吸気ポート１１の場合は、アッパヘッド２１及びロアヘッド２２を接合した後、図示しないバルブシートを燃焼室１５側から打ち込むための加工を必要とする。したがって、この際に加工を行ってしまえば、それほど手間もかからず加工ができるものと考える。
【００４６】
以上に説明した第２実施例により、以下のような効果が得られる。
（１）第１実施例に記載のシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、上流側吸気ポート１１ａの接合面Ｙ―Ｙに面する入口の角部となる吸気ポート段差部１１ｃが、面取りされ面取り部１１ｄとなるので、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が接合された際に、ズレが発生して上流側吸気ポート１１ａと下流側吸気ポート１１ｂで接合面Ｙ―Ｙを境に段差ができてしまい、下流側吸気ポート１１ｂから見て上流側吸気ポート１１ａに鋭角な突起がとなる吸気ポート段差部１１ｃが出っ張ることがない。
前述したように、第１実施例のように構成し、上流側流路断面Ａ１よりも下流側流路断面Ａ２の断面積を、接合面Ｙ―Ｙで大きくしてやることで、上流側吸気ポート１１ａからみて下流側吸気ポート１１ｂに吸気ポート段差部１１ｃが出っ張ること防止できるが、下流側吸気ポート１１ｂから見た場合には、上流側吸気ポート１１ａに吸気ポート段差部１１ｃが出っ張っている。
【００４７】
このような下流側吸気ポート１１ｂから見た上流側吸気ポート１１ａの吸気ポート段差部１１ｃは、上流側吸気ポート１１ａから見た下流側吸気ポート１１ｂの吸気ポート段差部１１ｃに比べて流体に及ぼす影響は少ない。しかしながら、段付きとなった流路の径の拡大は、乱流の発生を引き起こす。したがって、このような下流側吸気ポート１１ｂから見た、上流側吸気ポート１１ａの吸気ポート段差部１１ｃについても面取り部１１ｄを設けてやることで、このような乱流の発生を抑えることが可能になる。
これによって、吸気ポート１１であれば、吸気エア２０の流量の低下を招かず、したがってエンジンの性能低下に繋がることもない。
【００４８】
（２）（１）に記載されるシリンダヘッド１０又は図示しないシリンダブロックの構造において、アッパヘッド２１とロアヘッド２２が、接合面Ｙ―Ｙに液状接着剤２３を用いて一体とされることを特徴とするので、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を簡易に接合することが可能で、生産コストを削減することが可能となる。
また、アッパヘッド２１とロアヘッド２２を接着する液状接着剤２３が、上流側吸気ポート１１ａよりも下流側吸気ポート１１ｂが広いことで、流路内にはみ出して抵抗となることがない。
【００４９】
なお、本発明は前記第１実施例及び第２実施例に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で様々な変更が可能である。
例えば、第１実施例及び第２実施例では分割されたシリンダヘッド１０について説明したが、シリンダブロックについても流体が流れる流路を有するために同様の問題が起こると考えられる。そして、本発明をシリンダブロックに適用することで、流路に現れる段差が流量に与える流量の問題を解決しうるので、この適用について妨げるものではない。
また、シリンダヘッド１０のアッパヘッド２１は低圧鋳造法で制作するとしているが、特許文献１のように更に分割してダイカスト鋳造によって成形することを妨げない。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】第１実施例の、シリンダヘッドの分割斜視図を示している。
【図２】第１実施例の、ロアヘッドを接合面側から見た斜視図を示している。
【図３】第１実施例の、図２にしめすＡ―Ａ断面で切断した場合のシリンダヘッドの断面図を示している。
【図４】第１実施例の、図３の吸気ポートの断面を拡大した断面図を示している。
【図５】第１実施例の、図３の吸気ポートの断面を拡大した断面図であり、接合剤による影響について示している。
【図６】第２実施例の、吸気ポートの断面拡大図を示している。
【図７】特許文献１の、接合構造シリンダヘッドの断面図を示している。
【図８】特許文献２の、シリンダヘッドの断面図を示している。
【図９】分割シリンダブロックを接合する際にズレが発生した場合の模式図を示している。
【図１０】図９をモデルとして、流量計算を行った場合のグラフを示している。
【符号の説明】
【００５１】
１０      シリンダヘッド
１１      吸気ポート
１１ａ      上流側吸気ポート
１１ｂ      下流側吸気ポート
１１ｃ      吸気ポート段差部
１２      排気ポート
１３      ウォータジャケット
１４      点火プラグ穴
１５      燃焼室
２０      吸気エア
２１      アッパヘッド
２２      ロアヘッド
α      接合位置ズレ
Ａ１      上側流路断面
Ａ２      下側流路断面
【図１】
2007187125.tif 000003
【図２】
2007187125.tif 000004
【図３】
2007187125.tif 000005
【図４】
2007187125.tif 000006
【図５】
2007187125.tif 000007
【図６】
2007187125.tif 000008
【図７】
2007187125.tif 000009
【図８】
2007187125.tif 000010
【図９】
2007187125.tif 000011
【図１０】
2007187125.tif 000012