(57)【要約】      （修正有）【課題】吸気バルブ挿入孔の周囲を通る冷却水流路が形成されたシリンダヘッドにおいて、冷却水流路の検査を容易に行うことができるシリンダヘッドを提供する。また、鋳造欠損の発生を抑制しつつ冷却効率の優れたシリンダヘッドを製造する方法を提供する。【解決手段】シリンダヘッドの鋳造に用いる冷却水流路用中子４０は、複数の吸気バルブ挿入孔の周囲を通る流路を得るための中子本体と、中子本体の隣接する２つの燃焼室間に位置する部位に中子本体と一体的に構成され、鋳型製作工程において外形鋳型に接する巾木と、を備える。冷却水流路用中子４０を外形鋳型内に配置して鋳造を行うと、冷却水流路２０から外面に開口した開口部３０を有するシリンダヘッドが製造される。開口部３０は砂抜きや検査に利用された後に密封栓により封止される。【選択図】図２
2016138461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
多気筒エンジン用のシリンダヘッドであって、
前記シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室と、
前記複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた複数の吸気バルブ挿入孔と、
前記複数の吸気バルブ挿入孔の周囲を通り、長手方向に延びる冷却水流路と、を備え、
前記シリンダヘッドは、隣接する２つの燃焼室間の長手方向に垂直な断面のうちの少なくとも１つの断面において、前記冷却水流路から前記シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面とは反対の側の面に開口した開口部を含んで構成されることを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項２】
前記開口部は、密封栓により封止されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記密封栓は、前記冷却水流路内へ突出させずに前記開口部を封止する構造であることを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の周囲を囲む環状路と、隣接する２つの環状路を連結する連結路とを含むことを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のシリンダヘッド。
【請求項５】
シリンダヘッドの外形面を得るための外形鋳型の内部に冷却水流路を得るための冷却水流路用中子を配置して鋳型を製作する鋳型製作工程と、溶解された溶湯を前記鋳型に注入する溶湯注入工程と、前記鋳型を破壊して鋳物を取り出す砂抜き工程と、を有する多気筒エンジン用のシリンダヘッドの製造方法であって、
前記冷却水流路用中子は、
前記シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室のそれぞれに対して形成される複数の吸気バルブ挿入孔の周囲を通り長手方向に延びる冷却水流路を得るための中子本体と、
前記中子本体の隣接する２つの燃焼室間に位置する部位に前記中子本体と一体的に構成され、前記鋳型製作工程において前記外形鋳型に接触する巾木と、
により構成されていることを特徴とするシリンダヘッドの製造方法。
【請求項６】
前記巾木は、前記鋳型製作工程において、前記外形鋳型のうち前記シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面とは反対の側の面を得るための面に接するように構成されていることを特徴とする請求項５に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項７】
前記巾木は、当該巾木の重心位置が前記中子本体の長手方向重心軸上となる位置に配置されていることを特徴とする請求項５又は６に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項８】
前記溶湯注入工程によって前記巾木から転写形成された開口部を、密封栓により封止する封止工程を更に備えることを特徴とする請求項５乃至７の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項９】
前記砂抜き工程は、前記溶湯注入工程によって前記巾木から転写形成された開口部から砂抜きを行うことを特徴とする請求項５乃至８の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記冷却水流路用中子は、長手方向の両端から延びる中子支えを備え、
前記鋳型製作工程は、前記中子支えを前記外形鋳型の長手方向の両端面に接するように配置することを特徴とする請求項５乃至９の何れか１項に記載のシリンダヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関のシリンダヘッド及びシリンダヘッドの製造方法に関し、詳しくは、冷却水が流れる流路を内部に備えるシリンダヘッド及びそのシリンダヘッドの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のシリンダヘッドには、冷却水が流れる流路が形成されている。特許文献１には、吸気ポート内の空気を十分に冷却するために、シリンダヘッド内の吸気ポート周辺を冷却する冷却水が循環する第１冷却水回路を、シリンダブロック及びシリンダヘッド内の排気ポート周辺を冷却する冷却水が循環する第２冷却水回路とは独立して設けることが開示されている。
【０００３】
第１冷却水回路は、シリンダヘッド内に形成された吸気ポート冷却水通路を含む。吸気ポート冷却水通路は、一端がシリンダヘッドの幅方向の端面に設けられた冷却水導入部に接続され、冷却水導入部から吸気ポートの周囲を通って、他端がシリンダヘッドの長手方向の端面に設けられた冷却水導出部に接続されている。このようなシリンダヘッドの冷却水通路の構成によれば、吸気ポートの周囲を他の部位とは独立して冷却することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１３３７４６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、シリンダヘッドの製造方法としては、中子を用いた鋳造成形により製造する方法が一般的である。上記従来の技術のように、吸気ポートの周囲を独立して冷却する冷却水通路が形成されたシリンダヘッドでは、冷却水通路の形状に成形された中子を鋳型の内部に配置した上で鋳造成形が行われる。ここで、吸気ポートの周囲のうち吸気バルブ挿入孔の周囲を通る冷却水通路を形成するための中子は、その構造上の制約から細長く入り組んだ形状となることが多い。このような冷却水通路の形状では、鋳造の際に中子の位置ずれや反りが発生するおそれがある。そこで、このような鋳造欠損による冷却水通路の位置ずれの発生に備えて、隣接する他の空間とのクリアランスを予め余裕を持って確保しておく対策が考えられるが、この対策は冷却効率の低下が問題となる。
【０００６】
また、上述したような細長く入り組んだ形状の中子を使用した鋳造は、中子の砂残りによる流路の閉塞や鋳造時のガスの滞留による鋳造欠損が発生し易いこと、更には冷却水通路の検査の実施が困難なことが問題となる。
【０００７】
本発明は、上述のような課題に鑑みてなされたもので、吸気バルブ挿入孔の周囲を通る冷却水通路が形成されたシリンダヘッドを製造する場合に、鋳造欠損の発生を抑制して冷却効率の優れたシリンダヘッドを製造するための方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、吸気バルブ挿入孔の周囲を通る冷却水通路が形成されたシリンダヘッドにおいて、冷却水通路の検査を容易に行うことが可能なシリンダヘッドを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
第１の発明は、上記の目的を達成するため、多気筒エンジン用のシリンダヘッドであって、
前記シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室と、
前記複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた複数の吸気バルブ挿入孔と、
前記複数の吸気バルブ挿入孔の周囲を通り、長手方向に延びる冷却水流路と、を備え、
前記シリンダヘッドは、隣接する２つの燃焼室間の長手方向に垂直な断面のうちの少なくとも１つの断面において、前記冷却水流路から前記シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面とは反対の側の面に開口した開口部を含んで構成されることを特徴としている。
【００１０】
第２の発明は、第１の発明において、
前記開口部は、密封栓により封止されていることを特徴としている。
【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、
前記密封栓は、前記冷却水流路内へ突出させずに前記開口部を封止する構造であることを特徴としている。
【００１２】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、
前記冷却水流路は、前記吸気バルブ挿入孔の周囲を囲む環状路と、隣接する２つの環状路を連結する連結路とを含むことを特徴としている。
【００１３】
第５の発明は、上記の目的を達成するため、シリンダヘッドの外形面を得るための外形鋳型の内部に冷却水流路を得るための冷却水流路用中子を配置して鋳型を製作する鋳型製作工程と、溶解された溶湯を前記鋳型に注入する溶湯注入工程と、前記鋳型を破壊して鋳物を取り出す砂抜き工程と、を有する多気筒エンジン用のシリンダヘッドの製造方法であって、
前記冷却水流路用中子は、
前記シリンダヘッドの長手方向に並んで設けられた複数の燃焼室のそれぞれに対して形成される複数の吸気バルブ挿入孔の周囲を通り長手方向に延びる冷却水流路を得るための中子本体と、
前記中子本体の隣接する２つの燃焼室間に位置する部位に前記中子本体と一体的に構成され、前記鋳型製作工程において前記外形鋳型に接触する巾木と、
により構成されていることを特徴としている。
【００１４】
第６の発明は、第５の発明において、
前記巾木は、前記鋳型製作工程において、前記外形鋳型のうち前記シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面とは反対の側の面を得るための面に接するように構成されていることを特徴としている。
【００１５】
第７の発明は、第５又は第６の発明において、
前記巾木は、当該巾木の重心位置が前記中子本体の長手方向重心軸上となる位置に配置されていることを特徴としている。
【００１６】
第８の発明は、第５乃至第７の何れか１つの発明において、
前記溶湯注入工程によって前記巾木から転写形成された開口部を、密封栓により封止する封止工程を更に備えることを特徴としている。
【００１７】
第９の発明は、第５乃至第８の何れか１つの発明において、
前記砂抜き工程は、前記溶湯注入工程によって前記巾木から転写形成された開口部から砂抜きを行うことを特徴としている。
【００１８】
第１０の発明は、第５乃至第９の何れか１つの発明において、
前記冷却水流路用中子は、長手方向の両端から延びる中子支えを備え、
前記鋳型製作工程は、前記中子支えを前記外形鋳型の長手方向の両端面に接するように配置することを特徴としている。
【発明の効果】
【００１９】
第１の発明によれば、冷却水流路の途中に、シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面の側とは反対の側の面に開口した開口部が設けられている。このため、本発明によれば、当該開口部から冷却水流路の内部の閉塞検査等を行うことができるので、製造時の欠損による冷却効率の低下を防ぐことができる。
【００２０】
第２の発明によれば、冷却水流路の開口部が密封栓によって封止される。このため、本発明によれば、冷却水流路の検査後に当該開口部を確実に封止して冷却水の漏れを防ぐことができる。
【００２１】
第３の発明によれば、密封栓は、冷却水流路内へ突出させずに開口部を封止する構造のため、冷却水流路内の冷却水の流れを妨げることなく開口部を封止することができる。
【００２２】
第４の発明によれば、冷却水流路は、吸気バルブ挿入孔の周囲を囲む環状路と、隣接する２つの環状路を連結する連結路とを含んで構成されている。環状路における閉塞欠損有無は、冷却水流路の入口から圧力をかけて流路の閉塞を検査する方法では検出することができない。本発明によれば、このような環状路であっても、開口部から検査を行うことができる。
【００２３】
第５の発明によれば、冷却水流路を得るための冷却水流路用中子は、吸気バルブのバルブ挿入孔の周囲を通る長手方向に延びた冷却水流路を得るための中子本体と、中子本体の隣接する２つの燃焼室間に位置する部位に中子本体と一体的に構成され、鋳型製作工程において外形鋳型に接触する巾木と、を含んでいる。このような巾木の構成によれば、溶湯注入工程において冷却水流路用中子の反りや位置ずれが抑制されるため、冷却水流路用中子の位置ずれによる鋳造欠損を抑制して冷却効率の低下を抑制することができる。
【００２４】
第６の発明によれば、外形鋳型の内部に冷却水流路用中子を配置する際に、シリンダヘッドのシリンダブロック合わせ面とは反対側の面を得るための外形鋳型の面に巾木が接するように配置される。このため、本発明によれば、鋳造時に冷却水流路用中子から発生するガスが当該冷却水流路用中子の部位で滞留することなく巾木を介して外形鋳型へと抜けるので、ガス溜まりによる鋳造欠損を有効に抑制することができる。
【００２５】
第７の発明によれば、巾木は、当該巾木の重心位置が中子本体の長手方向重心軸上となるように配置される。このため、本発明によれば、冷却水流路用中子が溶湯の浮力により回転することを防ぐことができるので、冷却水流路用中子の位置ずれを効果的に抑制することができる。
【００２６】
第８の発明によれば、鋳造工程において巾木から転写形成された開口部を、密封栓によって確実に封止することができる。
【００２７】
第９の発明によれば、溶湯注入工程によって巾木から転写形成された開口部はシリンダヘッドの外面に開口しているので、当該開口部から効率よく砂抜きを行うことができる。
【００２８】
第１０の発明によれば、冷却水流路用中子は、長手方向の両端から延びる中子支えを備え、中子を鋳型の内部に配置する際に、当該中子支えが外形鋳型の長手方向の両端面に保持される。このため、本発明によれば、冷却水流路用中子の位置ずれを防止するとともに、中子支えによってシリンダヘッドの長手方向の端面に冷却水流路の入口及び出口を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施の形態１のシリンダヘッドの平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１のシリンダヘッドの吸気ポート及び冷却水流路を透視して描いた斜視図である。
【図３】本発明の実施の形態１のシリンダヘッドの隣接する２つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面であって、図１のＡ−Ａ断面を示す断面図である。
【図４】本発明の実施の形態１の開口部を封止する密封栓の構成を説明するための図である。
【図５】本発明の実施の形態１の開口部が密封栓により封止された状態のシリンダヘッドの、隣接する２つの燃焼室間を通る長手方向に垂直な断面であって、図１のＡ−Ａ断面の断面図である。
【図６】本発明の実施の形態１の密封栓の形状の他の例を示す図である。
【図７】本発明の実施の形態１の冷却水流路を得るための冷却水流路用中子の構成をシリンダヘッド側面側から見た斜視図である。
【図８】本発明の実施の形態１の冷却水流路を得るための冷却水流路用中子の構成をシリンダヘッド中央側から見た斜視図である。
【図９】本発明の実施の形態１の冷却水流路用中子を外形鋳型に組み込む様子を説明するための図である。
【図１０】本発明の実施の形態１の変形例としてのシリンダヘッドの吸気ポート及び冷却水流路を透視して描いた斜視図である。
【図１１】本発明の実施の形態１の他の変形例としてのシリンダヘッドの吸気ポート及び冷却水流路を透視して描いた斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
図面を参照して、本発明の実施の形態を説明する。ただし、以下に示す実施の形態は、本発明の技術的思想を具体化するための装置や方法を例示するものであって、特に明示する場合を除き、構成部品の構造や配置、処理の順序などを下記のものに限定する意図はない。本発明は以下に示す実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。
【００３１】
実施の形態１．
以下、本発明の実施の形態１について図を用いて説明する。実施の形態１の前提として、エンジンは火花点火式の水冷式直列４気筒エンジンであるとする。また、エンジンを冷却するための冷却水は、エンジンとラジエータとの間を循環システムによって循環させられる。エンジンは、シリンダブロックと、シリンダブロック上にガスケットを介して取り付けられるシリンダヘッドとを備える。冷却水の供給は、シリンダブロックとシリンダヘッドの両方に対して行われる。循環システムは独立した閉ループであり、ラジエータとウォータポンプとを備える。ただし、本発明をエンジンに適用するにあたっては、多気筒エンジンであればエンジンの気筒数や気筒配置、また、エンジンの着火方式に限定はない。また、循環システムの構成は、独立した閉ループを複数備える多系統の循環システムとして構成されていてもよい。
【００３２】
＜実施の形態１のシリンダヘッドの基本構成＞
以下、図１乃至図４を参照して、実施の形態１のシリンダヘッド１０１の基本構成について説明する。説明は、シリンダヘッド１０１の平面図と断面図とを用いて行う。シリンダヘッド１０１には、４気筒分の４つの吸気ポート２が形成されている。なお、本明細書においては、これ以降、特に断りのない限り、シリンダヘッド１０１をシリンダブロックに対して鉛直方向上側に位置させたものと仮定して、各要素間の位置関係について説明する。この仮定は単に説明を分かりやすくすることを目的としたものであって、この仮定によって本発明に係るシリンダヘッドの構成に関して何らかの限定的意味が加わることはない。シリンダヘッド１０１の構成のうち、冷却水流路の構成についてはその説明を詳細に後述する。
【００３３】
《平面図でみるシリンダヘッドの基本構成》
図１は、実施の形態１のシリンダヘッド１０１の平面図である。詳しくは、シリンダヘッド１０１をヘッドカバーが取り付けられるヘッドカバー取付け面１ｂの側から見た平面図である。よって、図１では、裏面となるシリンダブロック合わせ面１ａは見えない。なお、本明細書では、前述のとおり、クランクシャフトの軸方向をシリンダヘッド１０１の長手方向と定義し、長手方向に直交し、且つ、シリンダヘッド１０１のシリンダブロック合わせ面１ａに平行な方向をシリンダヘッド１０１の幅方向と定義する。また、長手方向の端面１ｃ，１ｄのうちクランク軸の出力端の側の端面１ｄを後端面と称し、その反対側の端面１ｃを前端面と称する。また、シリンダブロック合わせ面１ａは、シリンダヘッド１０１をシリンダブロックに組み付けた場合、シリンダブロックの各シリンダの中心軸に垂直な平面として定義する。
【００３４】
実施の形態１のシリンダヘッド１０１は、火花点火式の直列４気筒エンジンのシリンダヘッドである。シリンダヘッド１０１の下面（シリンダブロックとの合わせ面１ａ）には、図１には表れていないが、４気筒分の４つの燃焼室が長手方向に直列に等間隔で並んで形成されている。シリンダヘッド１０１には、各燃焼室に点火プラグ挿入孔１２が形成されている。
【００３５】
シリンダヘッド１０１の側面には、吸気ポート２と排気ポート３が開口している。詳しくは、前端面１ｃの側から見てシリンダヘッド１０１の右側面に吸気ポート２が開口し、左側面に排気ポート３が開口している。これ以降、本明細書では、シリンダヘッド１０１を前端面１ｃの側からみたときに右側に位置する側面をシリンダヘッド１０１の右側面と称し、左側に位置する側面をシリンダヘッド１０１の左側面と称する。吸気ポート２は各燃焼室から延びていて、各吸気ポート２はシリンダヘッド１０１の右側面に独立して開口している。排気ポート３はシリンダヘッド１０１の内部で１つに集合し、この集合した１つの排気ポート３がシリンダヘッド１０１の左側面に開口している。よって、本明細書では、シリンダヘッド１０１を前端面１ｃの側からみたときの右側を吸気側と呼び、左側を排気側と呼ぶ場合がある。
【００３６】
実施の形態１のシリンダヘッド１０１は、吸気バルブと排気バルブが１気筒あたりそれぞれ２つずつ設けられた４バルブエンジンのシリンダヘッドである。シリンダヘッド１０１の上面には、１つの点火プラグ挿入孔１２を囲むように２つの吸気バルブ挿入孔７と２つの排気バルブ挿入孔８とが形成されている。吸気バルブ挿入孔７はシリンダヘッド１０１の内部で吸気ポート２につながり、排気バルブ挿入孔８はシリンダヘッド１０１の内部で排気ポート３につながっている。
【００３７】
シリンダヘッド１０１の上面であって、ヘッドカバー取り付け面１ｂの内側には、吸気バルブを動作させる動弁機構を収容する吸気側動弁機構室５が設けられている。シリンダヘッド１０１には、吸気側動弁機構室５から鉛直下方に向けて吸気側のヘッドボルト挿入孔１３が形成されている。また、シリンダヘッド１０１の上面であって、ヘッドカバー取り付け面１ｂの内側には、排気バルブを動作させる動弁機構を収容する排気側動弁機構室６が設けられている。シリンダヘッド１０１には、排気側動弁機構室６から鉛直下方に向けて吸気側のヘッドボルト挿入孔１４が形成されている。
【００３８】
《実施の形態１のシリンダヘッドの冷却水流路の構成》
次に、実施の形態１のシリンダヘッド１０１の冷却水流路の構成について説明する。説明は、シリンダヘッド１０１の断面図と、シリンダヘッド１０１の内部の冷却水流路を透視して描いた斜視図とを用いて行う。
【００３９】
＜実施の形態１のシリンダヘッドの冷却水流路の基本構成＞
実施の形態１のシリンダヘッドが有する冷却水流路の基本的な形状について図２を用いて説明する。図２は、実施の形態１のシリンダヘッドの吸気ポート２及び冷却水流路２０を透視して描いた斜視図である。シリンダヘッドの内部を透明にして見たときの冷却水流路２０の形状と、冷却水流路２０と吸気ポート２との位置関係とが図２に表されている。
【００４０】
冷却水流路２０は、シリンダヘッド内において吸気ポート２の列の上側に設けられている。冷却水流路２０は、各吸気ポート２の上面２ａに沿って、吸気ポート２の列の方向に、つまり、シリンダヘッドの長手方向に延びている。
【００４１】
冷却水流路２０は、吸気ポート２ごとに単位構造を有している。図２において、点線で囲まれた部分の構造が冷却水流路２０の単位構造である。単位構造は、吸気ポート２の左右のバルブガイド９（より正確には、吸気バルブ挿入孔）のそれぞれの周囲に配された一対の環状路を含む。環状路は、バルブガイド９に対してシリンダヘッドの中央側に位置する内側流路２１と、バルブガイド９に対してシリンダヘッドの側面側に位置する外側流路２２とからなる。内側流路２１と外側流路２２は、ともに弧状に湾曲した流路であって、バルブガイド９に関して軸対称となっている。また、内側流路２１と外側流路２２は、ほぼ等しい流路断面積を有している。
【００４２】
単位構造は、内側流路２１と外側流路２２とからなる左右の環状路を連結する第１の連結路２４を含む。第１の連結路２４は、吸気ポート２の左右の分岐ポートの間の空間の上方であって、バルブガイド９に対してシリンダヘッドの中央側に位置している。第１の連結路２４は、長手方向に延びる流路であって、左右の内側流路２１と連続的につながっている。連続的につながるとは、内側流路２１と第１の連結路２４との接続位置において、内側流路２１の流れの方向と第１の連結路２４の流れの方向とが一致することを意味する。外側流路２２は、内側流路２１と第１の連結路２４との接続位置につながっている。
【００４３】
冷却水流路２０は、隣り合う２つの単位構造を連結する第２の連結路２３を含む。第２の連結路２３は、隣り合う２つの吸気ポート２の間の空間の上方であって、バルブガイド９に対してシリンダヘッドの側面側に位置している。第２の連結路２３は、長手方向に延びる流路であって、隣り合う２つの単位構造の外側流路２２と連続的につながっている。内側流路２１は、外側流路２２と第２の連結路２３との接続位置につながっている。冷却水流路２０では、内側流路２１と外側流路２２とからなる環状路を挟み、バルブガイド９に対してシリンダヘッドの中央側に位置する第１の連結路２４と、バルブガイド９に対してシリンダヘッドの側面側に位置する第２の連結路２３とが長手方向に互い違いに配置されている。
【００４４】
冷却水流路２０の長手方向の両端部には、入口流路２５と出口流路２６とが設けられている。入口流路２５は、シリンダヘッドの後端に最も近い環状路からシリンダヘッドの後端面まで長手方向に真っ直ぐに延び、後端面に開口した第１の穴２７に連通している。第１の穴２７は、シリンダヘッドに形成された冷却水入口である。出口流路２６は、シリンダヘッドの前端に最も近い環状路からシリンダヘッドの前端面まで長手方向に真っ直ぐに延び、前端面に開口した第２の穴２８に連通している。第２の穴２８は、シリンダヘッドに形成された冷却水出口である。なお、第２の穴２８を冷却水入口として利用し、第１の穴２７を冷却水出口として利用することにより、シリンダヘッドの前端側から冷却水を導入し、後端側から冷却水を排出するように構成することもできる。
【００４５】
冷却水は、冷却水入口としての第１の穴２７から冷却水流路２０内に入り、冷却水流路２０内を通ってから、冷却水出口としての第２の穴２８から出ていく。途中、冷却水はバルブガイド９（より正確には、吸気バルブ挿入孔）を囲む環状路を流れる。環状路を構成する内側流路２１と外側流路２２の流路断面積はほぼ等しく、第１の連結路２４（或いは第２の連結路２３）から第２の連結路２３（或いは第１の連結路２４）に至るまでの流路長さは、内側流路２１を通る場合と外側流路２２を通る場合とでほぼ等しい。これにより、環状路では内側流路２１と外側流路２２の両方に均等に冷却水が流れるので、冷却水流路２０の中で冷却水の滞留が生じることはない。
【００４６】
＜実施の形態１のシリンダヘッドの冷却水流路の特徴的構成＞
次に、実施の形態１のシリンダヘッドが有する冷却水流路の特徴的な形状について図３も参照して説明する。図３は、シリンダヘッド１０１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（図１のＡ−Ａ断面）を示す断面図である。図２及び図３に示すように、冷却水流路２０の第２の連結路２３には、吸気側動弁機構室５へと開口する開口部３０が設けられている。冷却水流路２０は、シリンダヘッド１０１を鋳造により製造する際、砂により形成された中子を用いてシリンダヘッドの内部に転写形成される。開口部３０は、この中子に設けられた円柱形状の巾木が転写成形されたものである。なお、シリンダヘッド１０１の製造方法及び中子の形状についてはその詳細を後述する。
【００４７】
冷却水流路２０のように、長手方向に細長く形成された冷却水流路では、鋳造後の砂抜きが不十分となり流路を閉塞してしまうおそれがある。実施の形態１の冷却水流路２０では、第２の連結路２３に開口部３０が形成されているため、当該開口から砂抜きを効率よく行うことが可能となる。また、開口部３０は、流路の閉塞検査や鋳造欠損有無の検査を行うための検査口として利用することができる。特に、入口から圧力をかける一般的な閉塞有無検査は、環状路の閉塞を発見することができないため、開口部３０の検査口としての利用価値が大きい。
【００４８】
なお、開口部３０は、砂抜き口及び検査口として利用された後に封止される。図４は、開口部３０を封止する密封栓の構成を説明するための図である。また、図５は、開口部３０が密封栓により封止された状態におけるシリンダヘッド１０１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（図１のＡ−Ａ断面）の断面図である。図４に示すように、密封栓３２は、段付きの円柱状に形成され、その先端の円柱部には、密封栓３２が冷却水流路２０内へ突出しないようにするための平面部３４が形成されている。密封栓３２は、平面部３４が第２の連結路２３に対向する向きとなるように位置決めを行った上で固定される。なお、密封栓３２の円柱軸方向の高さは、当該密封栓３２を開口部３０に固定した際に、密封栓３２の先端部が開口部３０のシリンダブロック合わせ面１ａ側の端面に接触する高さに設定されている。このような密封栓３２の形状によれば、密封栓３２が第２の連結路２３に突出することがないため、第２の連結路２３の流路断面積が確保される。
【００４９】
なお、密封栓の形状は、吸気側動弁機構室５への開口を封止しつつ第２のを完全に閉塞しないものであれば、必ずしも密封栓３２の形状と同じである必要はない。図６は、密封栓の形状の他の例を示す図である。この図に示す密封栓３６は、図５に示す平面部３４を備えていない点以外は密封栓３２と同様の構成を有している。密封栓３６を使用すると第２の連結路２３の流路断面積が若干狭まるが、回転方向の位置決めが不要である点において作業性の向上が見込める。
【００５０】
《実施の形態１のシリンダヘッドの冷却水流路の製造方法》
次に、実施の形態１のシリンダヘッド１０１の製造方法について図７乃至図９を用いて説明する。実施の形態１のシリンダヘッド１０１は鋳造成形により製造される。鋳造成形により鋳物を成形する工程は、中子を含む鋳型を製作する鋳型製作工程と、溶解された溶湯を鋳型に注入する溶湯注入工程と、鋳型を破壊して鋳物を取り出す砂抜き工程と、により構成されている。実施の形態１のシリンダヘッド１０１の製造方法では、鋳型製作工程において、シリンダヘッド１０１の外形を形成するための外形鋳型の内部に当該冷却水流路２０を得るための砂中子を配置して当該シリンダヘッド１０１の鋳型を製作することが行われる。なお、ここでいう外形鋳型は、シリンダヘッド１０１の外形面を形成するための面を備える鋳型を意味し、当該鋳型が外型であるか中子であるかは問わない。次の溶湯注入工程では、製作された鋳型に溶解された溶湯を鋳型に注入することが行われる。そして、砂抜き工程では、鋳型を破壊して内部の砂抜きを行うことにより、鋳物としてのシリンダヘッド１０１が製造される。
【００５１】
実施の形態１のシリンダヘッドの製造方法では、冷却水流路２０を得るための冷却水流路用中子の構成に特徴を有している。図７は、冷却水流路２０を得るための冷却水流路用中子の構成をシリンダヘッド側面側から見た斜視図である。また、図８は、冷却水流路２０を得るための冷却水流路用中子の構成をシリンダヘッド中央側から見た斜視図である。
【００５２】
図７及び図８に示すように、冷却水流路用中子４０は、冷却水流路２０の環状路（つまり、内側流路２１と外側流路２２）、第１の連結路２４及び第２の連結路２３を得るための中子本体４１を有している。なお、中子本体４１の形状及び配置は、冷却水流路２０の環状路（つまり、内側流路２１と外側流路２２）、第１の連結路２４及び第２の連結路２３と同一であるため、ここでの説明は省略する。
【００５３】
冷却水流路用中子４０の長手方向の後端側端部及び前端側端部には、当該冷却水流路用中子４０を両側から支える中子支え４４，４５がそれぞれ設けられている。中子支え４４，４５は、鋳型製作工程においてシリンダヘッド１０１の長手方向の端面１ｃ，１ｄを形成する外形鋳型の面に支持される。シリンダヘッド１０１の入口流路２５及び出口流路２６はこの冷却水流路用中子４０を両側から支える中子支え４４，４５によってできた流路であり、第１の穴２７及び第２の穴２８は中子支え４４，４５を抜いてできた砂抜き穴である。つまり、実施の形態１のシリンダヘッドでは、冷却水流路２０を冷却水流路用中子４０によって形成する際にできた砂抜き穴が、冷却水入口及び冷却水出口として利用される。
【００５４】
また、中子本体４１の隣接する燃焼室間に位置する部位、つまり第２の連結路２３を得るための中子本体４１の部位のそれぞれには、巾木４６が一体的に設けられている。巾木４６は円柱形状に構成され、その中心軸は環状路を得るための中子本体４１の部分の中心軸方向と平行な方向を向いている。また、巾木４６は、その重心位置Ｇが中子本体４１の長手方向に延びる重心軸Ｌ１上となる位置に配置されている。このような構成によれば、溶湯注湯工程時の溶湯の浮力により冷却水流路用中子４０が回転することを有効に抑制することができる。また、中子本体４１は長手方向に細長い形状であるため強度不足が懸念されるが、巾木４６が一体化されることにより強度を高めることが可能となる。
【００５５】
巾木４６は、鋳型製作工程において、その上側の端面４７が外形鋳型の表面に接触するように配置される。図９は、冷却水流路用中子４０を外形鋳型に組み込む様子を説明するための図である。この図に示すように、外形鋳型５０は、中子または外型として形成された砂型或いは金型であり、シリンダヘッド１０１のシリンダヘッド合わせ面１ｂとは反対の側の面、より詳しくは吸気側動弁機構室５の面を形成するための面を含む鋳型である。冷却水流路用中子４０が外形鋳型５０の内部に配置されると、巾木４６の上側の端面４７が外形鋳型５０の接面５１に接触する。実施の形態１の冷却水流路用中子４０のように細長く入り組んだ形状の中子は、溶湯注入工程において溶湯の浮力による浮き上がりや中子自身の反りによる位置ずれが生じ易い。実施の形態１の冷却水流路用中子４０の構成によれば、鋳型製作工程において巾木４６が外形鋳型５０の接面５１に接触して配置されるため、溶湯注入工程における冷却水流路用中子４０の反り及び位置ずれを有効に抑制することができる。このように、冷却水流路用中子４０の位置ずれを抑制することができれば、冷却水流路２０の寸法精度が向上するため、当該冷却水流路２０と隣接する空間との間のクリアランスを狭める設計も可能となり、冷却効率の向上を図ることができる。
【００５６】
また、実施の形態１の冷却水流路用中子４０の構成によれば、鋳型製作工程において巾木４６が外形鋳型５０の接面５１に接触して配置されるため、溶湯注入工程において冷却水流路用中子４０から発生したガスが巾木４６から鉛直上方側の外形鋳型５０へと移動する。これにより、冷却水流路用中子４０にガスが滞留することを防ぐことができるので、鋳造欠損の発生を抑制することができる。
【００５７】
また、実施の形態１の冷却水流路用中子４０の構成によれば、冷却水流路用中子４０の巾木４６によってシリンダヘッド１０１に開口部３０が形成される。この開口部３０は砂抜き工程において砂抜き用の穴として利用することができるので、砂残りにより冷却水流路２０が閉塞する欠損を有効に防ぐことができる。
【００５８】
また、砂抜き工程が終了した後は、冷却水流路２０の閉塞検査を行う検査工程を実施することとしてもよい。この際、当該開口部３０は冷却水流路２０の閉塞検査用の検査口としても利用することもできる。砂抜き工程及び必要な検査工程が終了した後は、開口部３０を封止する封止工程が行われる。ここでは、上述した密封栓３２が開口部３０に取り付けられる。
【００５９】
このように、実施の形態１のシリンダヘッド１０１の製造方法によれば、鋳造欠損の発生を抑制して冷却効率の優れたシリンダヘッドを製造することが可能となる。
【００６０】
ところで、上述した実施の形態１では、中子本体４１の隣接する２つの燃焼室間に位置する部位の全て（３箇所）に巾木４６を設けることとしたが、これらのうちの何れかのみでもよい。また、巾木４６の形状は、外形鋳型５０の接面５１と接触する面が確保されるのであれば円柱形状に限らず他の形状を採用してもよい。
【００６１】
また、上述した実施の形態１では、冷却水流路２０の形状として、バルブガイド９の周囲を環状に覆う形状を採用しているが、本発明で実施可能な流路形状はこれに限られない。すなわち、複数の燃焼室のそれぞれに対して設けられた複数のバルブガイド９の周囲を通り長手方向に延在する流路形状であれば、他の形状を採用してもよい。図１０は、変形例としてのシリンダヘッドの吸気ポート２及び冷却水流路６０を透視して描いた斜視図である。この図に示す冷却水流路６０は、実施の形態１の冷却水流路２０の環状路から内側流路２１を取り除いた形状となっている点を除き、実施の形態１の冷却水流路２０と同様の構成を有している。このような流路構成によれば、バルブガイド９の周囲を通る流路がバルブガイド９に対してシリンダヘッドの中央側を通る流路として構成される。また、図１１は、他の変形例としてのシリンダヘッドの吸気ポート２及び冷却水流路７０を透視して描いた斜視図である。この図に示す冷却水流路７０は、実施の形態１の冷却水流路２０の環状路から外側流路２２を取り除いた形状となっている点を除き、実施の形態１の冷却水流路２０と同様の構成を有している。このような流路構成によれば、バルブガイド９の周囲を通る流路がバルブガイド９に対してシリンダヘッドの側面側を通る流路として構成される。このように、図１０及び図１１に示す冷却水流路６０及び７０の構成によれば、冷却水流路２０と同様に吸気ポートを流れるガスを効率よく冷却することができる。
【符号の説明】
【００６２】
Ｌ１  冷却水流路用中子の重心軸
１ａ  シリンダブロック合わせ面
１ｂ  ヘッドカバー取付け面
１ｃ  前端面
１ｄ  後端面
２  吸気ポート
２ａ  吸気ポート上面
３  排気ポート
５  吸気側動弁機構室
６  排気側動弁機構室
７  吸気バルブ挿入孔
８  排気バルブ挿入孔
９  バルブガイド
１３，１４  ヘッドボルト挿入孔
２０，６０，７０  冷却水流路
２１  内側流路
２２  外側流路
２３  第２の連結路
２４  第１の連結路
２５  入口流路
２６  出口流路
２７  第１の穴
２８  第２の穴
３０  開口部
３２，３６  密封栓
３４  平面部
４０  冷却水流路用中子
４１  中子本体
４６  巾木
４７  端面
５０  外形鋳型
５１  接面
１０１  シリンダヘッド
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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