JP2008045498A - エンジンのシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路が設けられた多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、鋳物砂の残留による不具合発生の可能性を特に高めることなく、ＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスの冷却効果をより高めることができるようにする。
【解決手段】排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ通路１７の一部がウォータジャケット１５を区画する壁部に沿って設けられてなる多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、前記ウォータジャケット１５を区画する、シリンダヘッド１の気筒列方向の端部となる縦壁部１０に、前記ウォータジャケット１５に沿ってシリンダヘッド１の幅方向へ延びるＥＧＲ通路１７を形成し、該ＥＧＲ通路１７の前記ウォータジャケット１５から離れた側に、当該ＥＧＲ通路１７に沿って延びるオイル通路２２を形成した、ことを特徴とする。
【選択図】図４

Description

この発明は、排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ通路が設けられた多気筒エンジンのシリンダヘッド構造に関する。

従来、エンジンのシリンダヘッド構造として、排気ガスの一部を吸気側に環流させる所謂ＥＧＲ通路（排気ガス再循環通路）の一部がシリンダヘッド内部に形成されたものが知られている。
かかるＥＧＲ機構は、混合気の燃焼温度を低下させてＮＯｘ発生量を低減することなどを目的として設けられるものであるが、周知のようにエンジンの排気ガスは非常に高温であるので、これを吸気側に環流させる際には、その温度を極力低下せしめて環流させることが求められる。

ＥＧＲ通路の一部をシリンダヘッド内に設けて排気ガスを吸気側に環流させる場合における環流排気ガスの温度を低下させる手法の一つとして、シリンダヘッド内のウォータジャケットを区画する壁部に沿ってＥＧＲ通路を形成し、ウォータジャケット内を流れる冷却水の作用により、ＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスを冷却するようにしたものが知られている（例えば特許文献１参照）。

このような環流排気ガスの冷却効果をより高めることを企図して、この特許文献１に開示された構成では、ウォータジャケットを区画する壁部のＥＧＲ通路に沿った部分の内面に多数のリブを設け、この多数のリブを設けることによる放熱作用でＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスの冷却効率をより高めることが開示されている。
特開２００２−１２２０４４号公報

しかしながら、前記従来の構成では、ウォータジャケットの内壁面に多数のリブを設ける必要があり、この部分については、シリンダヘッドを鋳造した際に鋳物砂を除去するのに非常に手間が掛かり、完全に除去しきれないで部分的に残留してしまう可能性がある。このような鋳物砂が多少なりとも残留した状態でシリンダヘッドが使用に供されると、残留した鋳物砂が冷却水に運ばれてウォータジャケットの下流側に流下することとなり、下流側の冷却系の機器や部品類の損傷や故障を招くおそれがある。

ところで、通常、シリンダヘッド内には、例えば、エンジンの動弁系への潤滑オイルや、吸気弁／排気弁の開弁角度やリフト特性を制御し得る油圧式のバルブタイミング可変機構に対して給排するオイルなどを流通させるオイル通路が設けられている。これらオイル通路内を流れるオイルも、ＥＧＲ通路内の環流排気ガスよりも遙かに低温であり、環流排気ガスに対する冷却媒体として十分に利用し得るものである。

そこで、この発明は、排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ通路が設けられた多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、シリンダヘッド内のオイル通路内を流れるオイルの環流排気ガスに対する冷却能力に着目することにより、鋳物砂の残留による不具合発生の可能性を特に高めることなく、ＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスの冷却効果をより高めることができるようにすることを、基本的な目的としてなされたものである。

このため、本願請求項１の発明(以下、第１の発明という)は、複数の気筒を列状に並べた多気筒エンジンのシリンダヘッドに、排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ通路の一部がウォータジャケットを区画する壁部に沿って設けられてなるエンジンのシリンダヘッド構造において、前記ウォータジャケットを区画する、シリンダヘッドの気筒列方向の端部となる縦壁部に、前記ウォータジャケットに沿ってシリンダヘッドの幅方向へ延びるＥＧＲ通路を形成し、該ＥＧＲ通路の前記ウォータジャケットから離れた側に、当該ＥＧＲ通路に沿って延びるオイル通路を形成した、ことを特徴とするものである。

また、本願の請求項２に係る発明(以下、第２の発明という)は、前記第１の発明において、前記オイル通路は、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁角度およびリフト特性の少なくとも何れか一方を油圧制御するためのオイルを流通させる通路であることを特徴としたものである。

更に、本願の請求項３に係る発明(以下、第３の発明という)は、前記第１又は第２の発明において、前記ＥＧＲ通路の一端は、エンジンの排気ポートフランジ部に接続され、該フランジ部に設けられた溝部を介してエンジンの排気通路と連通していることを特徴としたものである。

本願の第１の発明によれば、ＥＧＲ通路の片側にはウォータジャケットが延び、該ウォータジャケットから離れた側（例えば反対側）にはオイル通路が延びているので、ウォータジャケット内を流れる冷却水のみならず、オイル通路内を流れるオイルをも冷却媒体として利用することができ、ＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスをより効果的に冷却することができる。この場合、ウォータジャケットの内壁面に多数のリブを設けた従来構成のように、鋳物砂の残留による不具合発生の可能性を特に心配する必要もない。

また、本願の第２の発明によれば、基本的には前記第１の発明と同様の作用効果を奏することができる。特に、前記オイル通路は、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁角度およびリフト特性の少なくとも何れか一方を油圧制御するためのオイルを流通させる通路であるので、冷間時にＥＧＲ制御を行うことにより、前記オイル通路内のオイルが早期に暖められ、前記吸気弁および／又は排気弁のリフト特性等の作動特性制御における応答性を高めることが可能になる。

更に、本願の第３の発明によれば、基本的には前記第１又は第２の発明と同様の作用効果を奏することができる。特に、前記ＥＧＲ通路の一端は、エンジンの排気ポートフランジ部に接続され、該フランジ部に設けられた溝部を介してエンジンの排気通路と連通しているので、簡単な構成で排気ガスの一部をＥＧＲ通路内に導くことができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドの前端部分の平面説明図である。図２は、前記シリンダヘッドの前端部分の正面説明図で、図１における矢印Ｙ２−Ｙ２方向からの矢視図である。また、図３は図１におけるＹ３−Ｙ３線に沿ったシリンダヘッドの縦断面説明図であり、図４は図３におけるＹ４−Ｙ４線に沿ったシリンダヘッドの縦断面説明図である。

前記シリンダヘッド１は、複数の気筒（本実施形態では４気筒）を列状に並べた直列４気筒タイプで、１つの気筒毎に２個の吸気弁および２個の排気弁を備えた吸気２弁・排気２弁式とされたＤＯＨＣ（ダブル・オーバヘッド・カム）型のエンジンに用いられるもので、図１から図４に示されているのは、シリンダヘッドの気筒列方向（図１における矢印Ｆ及び矢印Ｒの方向）における前側端部およびその近傍で、第１気筒の中心よりも前側（矢印Ｆ側）に位置する部分である。

図１及び図２から良く分かるように、シリンダヘッド１の上面には、吸気弁および排気弁（共に不図示）を所定のタイミングで開閉する吸気側および排気側の一対のカムシャフト３，４が、気筒列方向に配置されている。カムシャフト３，４は、図２及び図３に示されるように、シリンダヘッド１の前端部の近傍における縦壁部１０の上面に形成された軸受部１１でその下部が支承されており、この支承された部分の上方は軸受キャップ５で覆われている。この軸受キャップ５を複数のボルト部材６によりシリンダヘッド１の上面に固定することにより、カムシャフト３，４がシリンダヘッド１の上面に回転自在に取り付けられている。尚、前記縦壁部１０は、後述するウォータジャケット１５を区画し、シリンダヘッド１の気筒列方向の端部（前端部）となる壁部である。

前記一対のカムシャフト３，４の片方（本実施形態では、吸気側カムシャフト３）の前端には、開弁角度やリフト特性を制御し得る油圧式のバルブタイミング可変機構７が取り付けられている。前記カムシャフト３，４には、所謂タイミングスプロケット３ｋ、４ｋが一体的に取り付けられている。また、前記軸受キャップ５には、バルブタイミング可変機構７へのオイルの給排を制御するオイル制御弁８が取り付けられている。

軸受キャップ５の内面および軸受部１１の内面には、両者を組み合わせることで環状をなす前後一対の溝部９が設けられる一方、吸気側カムシャフト３の前端部分には、一端が前記バルブタイミング可変機構７の内部に繋がり、他端が前記一対の環状溝９のそれぞれに連通し得るオイル流路３ａ，３ｂが形成されている。
尚、前記オイル制御弁８および前記バルブタイミング可変機構７は何れも、従来公知のものと同様のものであり、また、本発明の要旨に係るものではないので、その内部構造および作動の詳細については省略する。

本実施形態では、図３及び図４に示されるように、ウォータジャケット１５を区画する、シリンダヘッド１の気筒列方向の端部（前端部）となる前記縦壁部１０に、前記ウォータジャケット１５に沿って（つまり、ウォータジャケット１５の上部内面１５ｆに沿うようにして）シリンダヘッド１の幅方向へ延びるＥＧＲ通路１７が形成されている。このＥＧＲ通路１７は、シリンダヘッド１の吸気側および排気側（図４における右側および左側）の両側からドリル加工を行うことによって形成されたもので、排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ機構の一部を構成するものである。

前記ＥＧＲ通路１７の排気側（図４における左側）の排気ポートフランジ部３０には、エンジンの排気マニホールドのフランジ部２８が固定され、前記排気ポートフランジ部３０にはエンジンの排気通路（不図示）に連通する溝部３０ｇが形成されており、ＥＧＲ通路１７の排気側の端部は、前記排気マニホールドのフランジ部２８で閉じられることにより、排気ポートフランジ部３０の溝部３０ｇを介して排気通路と連通するようになっている。

このように、ＥＧＲ通路１７の排気側の端部が、排気ポートフランジ部３０に設けられた溝部３０ｇを介してエンジンの排気通路と連通することにより、簡単な構成で排気ガスの一部をＥＧＲ通路１７内に導くことができる。

また、具体的には図示していないが、前記ＥＧＲ通路１７の吸気側（図４における右側）には、ＥＧＲ制御弁が直接に又はエンジンの吸気マニホールドを介して取り付けられ、ＥＧＲ通路１７の吸気側の端部は、前記ＥＧＲ制御弁を介して吸気通路と連通する。尚、ＥＧＲ通路１７とエンジンの吸気系とを連通させる前記構造は、従来公知のものと同様のものである。

本実施形態では、更に、前記ＥＧＲ通路１７のウォータジャケット１５から離れた側、より好ましくは、ウォータジャケット１５とは反対側（つまり、上側）に、当該ＥＧＲ通路１７に沿って延びるオイル通路２２（第２オイル通路）が形成されている。このオイル通路２２は、前記オイル制御弁８にオイルを供給するためのオイル供給路の一部をなすものである。このオイル供給路は、各々ドリル加工により形成された第１，第２及び第３のオイル通路２１，２２及び２３で構成されている。

前記第２オイル通路２２は、図４から良く分かるように、例えば、シリンダヘッド１の排気側（図４における左側）から、前記ＥＧＲ通路１７に沿って吸気側に向かってシリンダヘッド１の幅方向における中央まで穿設されており、その排気側の基端部はプラグ２５によって液密に閉塞されている。
第１オイル通路２１は、シリンダヘッド１の下面から垂直上方に延び、第２オイル通路２２の途中部に対応する位置まで穿設され、更に、シリンダヘッド１の前面から水平に延び、第２オイル通路２２の前記途中部を通って接続されるまで穿設されている。この第１オイル通路２１の前面の基端部はプラグ２４によって液密に閉塞されている。

また、第３オイル通路２３は、シリンダヘッド１の幅方向における中央部において上面から垂直下方に延び、第２オイル通路２２の先端部分に接続するまで穿設されている。
油圧制御に用いられるオイルは、シリンダヘッド１の下方に位置するシリンダブロック（不図示）側から、第１，第２，第３のオイル通路２１，２２，２３を順次介して、前記オイル制御弁８に供給されるようになっている。

以上、説明したように、本実施形態によれば、ＥＧＲ通路１７の片側（下側）にはウォータジャケット１５が延び、その反対側（上側）にはオイル通路２２が延びているので、ウォータジャケット１５内を流れる冷却水のみならず、オイル通路２２内を流れるオイルをも冷却媒体として利用することができ、ＥＧＲ通路１７内を流れる環流排気ガスをより効果的に冷却することができるのである。この場合、ウォータジャケットの内壁面に多数のリブを設けた従来構成のように、鋳物砂の残留による不具合発生の可能性を特に心配する必要もない。

また、前記第２オイル通路２２は、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁角度およびリフト特性の少なくとも何れか一方を油圧制御するバルブタイミング可変機構７に用いる制御用のオイルを流通させるオイル供給路の一部をなす通路である。従って、冷間時にＥＧＲ制御を行うことにより、前記第２オイル通路２２内のオイルを、ひいてはバルブタイミング可変機構７への供給オイルを、非常に早期に暖めることができる。これにより、吸気弁および／又は排気弁のリフト特性等の作動特性制御における応答性を高めることが可能になる。

尚、以上の説明は、ＥＧＲ通路１７内の環流排気ガスの冷却効率を高めるために、バルブタイミング可変機構７に用いる制御用のオイルを冷却媒体に利用したものであったが、かかるオイルに限定されるものではなく、シリンダヘッド１内に設けられるオイル通路を流れるオイルであれば他の用途のもであっても良い。例えば、カムシャフト３，４の軸受部１１の潤滑に用いる潤滑油を冷却媒体として利用することもできる。

また、ウォータジャケット１５，ＥＧＲ通路１７及びオイル通路２２を設ける部位は、シリンダヘッド１の列方向における前端部分の縦壁部１０に限られることはなく、後端部分の縦壁部に設けるようにしても良い。
更に、ウォータジャケット１５，ＥＧＲ通路１７及びオイル通路２２は上下方向に並んでいたが、かかる配列に限定されることはなく、配置スペースが確保できるのであれば、これら３者が水平方向に並ぶように設けても良い。

また更に、前記オイル通路２２の延設位置は、ＥＧＲ通路１７のウォータジャケット１５と反対側に限定されるものではなく、ウォータジャケット１５と干渉することのない離れた側であればよい。例えば、配置スペースが確保できるのであれば、ＥＧＲ通路１７をウォータジャケットの中間位置に配置し、オイル通路２２をＥＧＲ通路１７の前側あるいは後側に延設するようにしても良い。

このように、本発明は、前記実施態様に限定されるものではなく、また、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の改良あるいは設計上の変更が可能であることは言うまでもない。

本発明は、排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ通路が設けられた多気筒エンジンのシリンダヘッド構造において、シリンダヘッド内のオイル通路内を流れるオイルの環流排気ガスに対する冷却能力に着目することにより、鋳物砂の残留による不具合発生の可能性を特に高めることなく、ＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスの冷却効果をより高めることができるようにするもので、例えば、普通乗用車等の自動車またはバスやトラックなどの車両に搭載されるエンジンのシリンダヘッド構造として、好適に利用することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドの前端部分の平面説明図である。 前記シリンダヘッドの前端部分の正面説明図で、図１における矢印Ｙ２−Ｙ２方向からの矢視図である。 図１におけるＹ３−Ｙ３線に沿ったシリンダヘッドの縦断面説明図である。 図３におけるＹ４−Ｙ４線に沿ったシリンダヘッドの縦断面説明図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド
３，４…カムシャフト
７…バルブタイミング可変機構
８…オイル制御弁
１０…縦壁部
１５…ウォータジャケット
１７…ＥＧＲ通路
２２…第２オイル通路
３０…排気ポートフランジ部
３０ｇ…排気ポートフランジ部の溝部

Claims (3)

1. 複数の気筒を列状に並べた多気筒エンジンのシリンダヘッドに、排気ガスの一部を吸気側に環流させるＥＧＲ通路の一部がウォータジャケットを区画する壁部に沿って設けられてなるエンジンのシリンダヘッド構造において、
   前記ウォータジャケットを区画する、シリンダヘッドの気筒列方向の端部となる縦壁部に、前記ウォータジャケットに沿ってシリンダヘッドの幅方向へ延びるＥＧＲ通路を形成し、
   該ＥＧＲ通路の前記ウォータジャケットから離れた側に、当該ＥＧＲ通路に沿って延びるオイル通路を形成した、
   ことを特徴とするエンジンのシリンダヘッド構造。
2. 前記オイル通路は、吸気弁および排気弁の少なくとも何れか一方の開弁角度およびリフト特性の少なくとも何れか一方を油圧制御するためのオイルを流通させる通路であることを特徴とする請求項１記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
3. 前記ＥＧＲ通路の一端は、エンジンの排気ポートフランジ部に接続され、該フランジ部に設けられた溝部を介してエンジンの排気通路と連通していることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。

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