JP2008045499A - 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１５の一部がウォータジャケット２０に面して設けられた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１の気筒列方向における前側から後側に冷却水を流通させるウォータジャケット２０を設けると共に、シリンダヘッドの後端壁１Ｒに冷却水導出口２５を形成し、ウォータジャケットの後側における最下流の内面２２から離間した位置に、シリンダヘッド幅方向へ延びるＥＧＲ通路をウォータジャケットの天井面２１ｆに沿って配置し、ＥＧＲ通路の通路壁１５ｗがウォータジャケット内に膨出するように形成した、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に面するように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。

また、前記従来の構成では、ＥＧＲ通路は、ウォータジャケットに面してはいるものの、ウォータジャケットの最下流の内面上部に設けられており、この部分は気筒列方向に流れる冷却水の流れの終端部分であるので、流れの途中部にＥＧＲ通路を設ける場合のように、その周囲を冷却水がある程度以上の流速で流れることによる冷却水と環流排気ガスとの熱交換性の向上効果を十分に得ることは困難である。

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、ウォータジャケット内の冷却水の流れの途中部にＥＧＲ通路を設けて、冷却水と環流排気ガスとの熱交換性を向上させることで、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に面して設けられたエンジンのシリンダヘッド構造において、前記シリンダヘッドの気筒列方向における一方から他方に冷却水を流通させるウォータジャケットを設けると共に、前記シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に冷却水導出口を形成し、前記ウォータジャケットの気筒列方向における最下流の内面から離間した位置に、前記気筒列と実質的に直交する方向へ延びるＥＧＲ通路を前記ウォータジャケットの天井面に沿って配置し、前記ＥＧＲ通路の通路壁が前記ウォータジャケット内に膨出するように形成した、ことを特徴としたものである。

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ＥＧＲ通路は、前記シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に最も近い気筒の点火プラグ又はインジェクタの装着部と、前記他方の端壁の近傍に位置するヘッドボルト挿通部との間に設けられてい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２の発明において、前記ＥＧＲ通路は、前記他方の端壁に最も近い気筒の吸気通路壁面および排気通路壁面と前記ヘッドボルト挿通部との間に設けられていることを特徴としたものである。

更に、本願の請求項４に係る発明(以下、第４の発明という)は、前記第１から第３の発明の何れか一において、前記シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に最も近い気筒の点火プラグ又はインジェクタの装着部の直下流側に対応するウォータジャケット天井部には、前記気筒列と実質的に直交する方向へ所定長さだけ延びるフィン部が形成されており、該フィン部は、前記ＥＧＲ通路の上流側に位置して該ＥＧＲ通路と一体的に形成されている、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、気筒列と実質的に直交する方向へ延びるＥＧＲ通路を、ウォータジャケットの気筒列方向における最下流の内面から離間した位置において、ウォータジャケットの天井面に沿って配置したことにより、冷却水がある程度以上の流速で流れることによる冷却水と環流排気ガスとの熱交換性の向上効果を十分に得ることができる。特に、ＥＧＲ通路を、その通路壁がウォータジャケット内に膨出するように形成したので、ＥＧＲ通路の下流側で冷却水の流れに乱流を生じさせて冷却水と環流排気ガスとの熱交換をより促進できる。その結果、前記従来構成に比して、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。しかも、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前記従来構成のように、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ＥＧＲ通路は、シリンダヘッドの気筒列方向における他方の（下流側の）端壁に最も近い気筒の点火プラグ又はインジェクタの装着部と、前記他方の端壁の近傍に位置するヘッドボルト挿通部との間に設けられている。つまり、前記ＥＧＲ通路は、シリンダヘッドの気筒列方向における最下流側の気筒における冷却水の流れの下流側に位置している。従って、環流排気ガスとの熱交換による冷却水温度の上昇が目立って生じるのは、シリンダヘッドの気筒列方向における最下流側の気筒における下流側部分であるので、冷却水温度の上昇に起因するノッキング発生への影響を最小限度にとどめることができる。

更に、本願の第３の発明によれば、基本的には前記第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通路を、前記他方の端壁に最も近い気筒の吸気通路壁面および排気通路壁面と前記ヘッドボルト挿通部との間に設けることで、ＥＧＲ通路と吸気通路および排気通路とを比較的簡単な構成で連通させることが可能になる。

更に、本願の第４の発明によれば、基本的には前記第１から第３の発明の何れか一と同様の作用効果を奏することができる。特に、シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に最も近い気筒の点火プラグ又はインジェクタの装着部の直下流側に対応するウォータジャケット天井部には、気筒列と実質的に直交する方向へ所定長さだけ延びるフィン部が設けられているので、このフィン部によって点火プラグ又はインジェクタの装着部の下流側での冷却水の流れを整流することができる。しかも、前記フィン部はＥＧＲ通路の上流側に位置して該ＥＧＲ通路と一体的に形成されているので、フィン部下流側で冷却水の流れに乱流を生じさせて冷却水と環流排気ガスとの熱交換をより一層促進でき、ＥＧＲ通路内を流れる環流排気ガスをより一層効率よく冷却することができる。

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第４気筒の吸気弁装着部および排気弁装着部の各中心線を通る縦断面説明図である。図２は、前記シリンダヘッドの横断面説明図で、中心線Ｌｃより右側半分は図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線に、中心線Ｌｃより左側半分は図１におけるＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線に、それぞれ沿ったシリンダヘッドの横断面説明図である。尚、前記図１は、この図２におけるＹ１−Ｙ１線に沿った縦断面説明図に相当するものである。また、図３は、図２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。
更に、図４は、図３の一部（シリンダヘッド後端の近傍部分）を拡大して示したシリンダヘッドの部分拡大断面図であり、図５は図４におけるＹ５−Ｙ５線に沿ったシリンダヘッドの縦断面説明図、図６は図４におけるＹ６−Ｙ６線に沿ったシリンダヘッドの横断面説明図である。

図１，図２及び図３から良く分かるように、前記シリンダヘッド１は、複数の気筒Ｃ１〜Ｃ４（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、シリンダヘッド１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（矢印Ｆ側）から順に、第１から第４の気筒Ｃ１〜Ｃ４が配設されている。

前記シリンダヘッド１の各気筒Ｃ１〜Ｃ４には、吸気通路３にそれぞれ繋がる２個の吸気ポート３ｐと排気通路５にそれぞれ繋がる２個の排気ポート５ｐ、及び各吸気ポート３ｐを開閉する吸気弁（不図示）を挿入させる２個の吸気弁挿入部４と各排気ポート５ｐを開閉する排気弁（不図示）を挿入させる２個の排気弁挿入部６が設けられている。これら４個の挿入部４，６で囲まれた中央部分、つまり気筒Ｃ１〜Ｃ４の中心部には、点火プラグ８（第１気筒Ｃ１のみに例示）を装着するプラグ装着ボス部７が位置している。尚、ディーゼルエンジンの場合には、前記点火プラグ８の代わりにインジェクタがこの箇所に装着される。
また、前記シリンダヘッド１の前後の端壁１Ｆ，１Ｒの近傍および各気筒間には、シリンダヘッド１とシリンダブロック（不図示）とを締結固定するヘッドボルト（不図示）を挿通させるヘッドボルト挿通孔９が配置されている。

前記シリンダヘッド１では、気筒列方向における一方から他方（前方から後方）に冷却水を流通させるようにウォータジャケット２０が設けられており、シリンダヘッド１の気筒列方向における後側の端壁１Ｒに冷却水導出口２５が形成されている。尚、図２においては、ウォータジャケット２２の平面視における外形ラインが破線Ｌｗで示されている。

シリンダヘッド１の各気筒Ｃ１〜Ｃ４のプラグ装着ボス部７の直下流側に対応するウォータジャケット２０の天井部２１には、全体として気筒列と実質的に直交する方向へ、つまりシリンダヘッド１の幅方向へ所定長さだけ延びるフィン部Ｋ１〜Ｋ４が形成されている。これらフィン部Ｋ１〜Ｋ４は、ウォータジャケット２０の天井面２１ｆを基端部として、ウォータジャケット２０内に所定高さだけ突出するように一体的に形成されている。この場合、各フィン部Ｋ１〜Ｋ４は、ウォータジャケット２０の天井部２１の途中部の互いに十分に離間した部位に１個ずつ配設され、しかもその幅方向長さも限られているので、前述の従来構成の複数のリブに比して、鋳造後の鋳物砂の除去は容易である。

これらフィン部Ｋ１〜Ｋ４は、第１，第２及び第３気筒Ｃ１，Ｃ２及びＣ３にそれぞれ対応した第１，第２及び第３フィン部Ｋ１，Ｋ２及びＫ３については、平面視で略半円をなす円弧状に形成され、各プラグ装着ボス部７の下流のウォータジャケット拡大領域での冷却水の流れを効果的に整流することができるようになっている。
一方、第４気筒Ｃ４に対応する第４フィン部Ｋ４については、その下流側にはウォータジャケット拡大領域は無く、シリンダヘッド後端壁１Ｒに形成された冷却水導出口２５に続くだけであるので、余り大きな整流効果は必要がない。従って、平面視で所定長さの略直線状に形成されている。

本実施形態では、ウォータジャケット２０の気筒列方向における最下流の内面２２から離間した位置に、具体的には、第４気筒Ｃ４の下流部分に対応した第４フィン部Ｋ４の後側に沿った位置に、気筒列と実質的に直交する方向（シリンダヘッド１の幅方向）へ延びるＥＧＲ通路１５が、ウォータジャケット２０の天井面２１ｆに沿って設けられている。特に、前記ＥＧＲ通路１５は、ウォータジャケット２０に面して、その通路壁１５ｗがウォータジャケット２０内に膨出するように形成されている。

このＥＧＲ通路１５は、シリンダヘッド１の吸気側と排気側（図１及び図５における左側と右側）との間を貫通する孔部とし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１５の排気側（図１及び図５における右側）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１３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５に連通する溝部３０ｇが形成されており、ＥＧＲ通路１５の排気側の端部は、前記排気マニホールドのフランジ部１３で閉じられることにより、排気ポートフランジ部３０の前記溝部３０ｇを介して排気通路５と連通するようになっている。
また、具体的には図示していないが、前記ＥＧＲ通路１５の吸気側（図１及び図５における左側）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１５の吸気側の端部は、前記ＥＧＲ制御弁を介してエンジンの吸気通路３と連通する。尚、ＥＧＲ通路１５と吸気通路３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。

以上のように、気筒列と実質的に直交する方向（シリンダヘッド１の幅方向）へ延びるＥＧＲ通路１５を、ウォータジャケット２０の気筒列方向における最下流の内面２２から離間した位置（第４気筒Ｃ４の下流部分に対応した第４フィン部Ｋ４の後側で該第４フィンＫ４に沿った位置）において、ウォータジャケット２０の天井面２１ｆに沿って配置したことにより、冷却水がある程度以上の流速で流れることによる冷却水と環流排気ガスとの熱交換性の向上効果を十分に得ることができる。

特に、ＥＧＲ通路１５の通路壁１５ｗがウォータジャケット２０内に膨出するように形成したので、ＥＧＲ通路１５の下流側で冷却水の流れに乱流を生じさせて冷却水と環流排気ガスとの熱交換をより促進でき、前記従来構成に比して、ＥＧＲ通路１５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。また、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前記従来構成のように、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、本実施形態では、好ましくは、前記ＥＧＲ通路１５は、シリンダヘッド１の後端壁１Ｒに最も近い第４気筒Ｃ４のプラグ装着ボス部７と、シリンダヘッド１の後端壁１Ｒの近傍に位置するヘッドボルト挿通孔９との間に、より好ましくは、第４気筒Ｃ４の吸気通路３の壁面３ｆおよび排気通路５の壁面５ｆと前記ヘッドボルト挿通孔９との間に、設けられている。

つまり、ＥＧＲ通路１５は、シリンダヘッド１の気筒列方向における最下流側の第４気筒Ｃ４における冷却水の流れの下流側に位置している。従って、環流排気ガスとの熱交換による冷却水温度の上昇が目立って生じるのは第４気筒Ｃ４における下流側部分であるので、冷却水温度の上昇に起因するノッキング発生への影響を最小限度にとどめることができる。

特に、ＥＧＲ通路１５を、シリンダヘッド１の後端壁１Ｒに最も近い第４気筒Ｃ４の吸気通路３の壁面３ｆおよび排気通路５の壁面５ｆと前記ヘッドボルト挿通孔９との間に設けることで、ＥＧＲ通路１５と吸気通路３および排気通路５とを比較的簡単な構成で連通させることができる。

また、本実施形態では、前述のように、シリンダヘッド１の後端壁１Ｒに最も近い第４気筒Ｃ４のプラグ装着ボス部７の直下流側に対応するウォータジャケット天井部２０に、シリンダヘッド１の幅方向へ所定長さだけ延びる所定高さの第４フィン部Ｋ４が形成されており、該第４フィン部Ｋ４は、前記ＥＧＲ通路１５の上流側に位置して該ＥＧＲ通路１５と一体的に形成されている。

従って、この第４フィン部Ｋ４によってプラグ装着ボス部７の下流側での冷却水の流れを整流することができる。しかも、前記第４フィン部Ｋ４はＥＧＲ通路１５の上流側に位置して該ＥＧＲ通路１５と一体的に形成されているので、第４フィン部Ｋ４の下流側で冷却水の流れに乱流を生じさせて冷却水と環流排気ガスとの熱交換をより一層促進でき、ＥＧＲ通路１５内を流れる環流排気ガスをより一層効率よく冷却することができる。

尚、以上の説明は、ガソリンエンジンに用いるシリンダヘッドについてのものであったが、本発明は、ディーゼルエンジン用のシリンダヘッドについても有効に適用することができる。

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、ウォータジャケット内の冷却水の流れの途中部にＥＧＲ通路を設けて、冷却水と環流排気ガスとの熱交換性を向上させることで、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第４気筒の吸気弁装着部および排気弁装着部の各中心線を通る縦断面説明図である。 図１におけるＹ２ａ−Ｙ２ａ線およびＹ２ｂ−Ｙ２ｂ線にそれぞれ沿ったシリンダヘッドの横断面説明図である。 図２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の要部を拡大して示すシリンダヘッドの部分拡大断面図である。 図４におけるＹ５−Ｙ５線に沿ったシリンダヘッドの縦断面説明図である。 図４におけるＹ６−Ｙ６線に沿ったシリンダヘッドの横断面説明図である。

符号の説明

１…シリンダヘッド
１Ｒ…シリンダヘッド後端壁
３…吸気通路
３ｆ…吸気通路の壁面
４…排気通路
４ｆ…排気通路の壁面
７…プラグ装着ボス部
８…点火プラグ
９…ヘッドボルト挿通孔
１５…ＥＧＲ通路
１５ｗ…ＥＧＲ通路の通路壁
２０…ウォータジャケット
２１…ウォータジャケットの天井部
２１ｆ…ウォータジャケットの天井面
２２…ウォータジャケットの最下流内面
２５…冷却水導出口
Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４…気筒
Ｋ４…第４フィン部

Claims (4)

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に面して設けられたエンジンのシリンダヘッド構造において、
   前記シリンダヘッドの気筒列方向における一方から他方に冷却水を流通させるウォータジャケットを設けると共に、前記シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に冷却水導出口を形成し、
   前記ウォータジャケットの気筒列方向における最下流の内面から離間した位置に、前記気筒列と実質的に直交する方向へ延びるＥＧＲ通路を前記ウォータジャケットの天井面に沿って配置し、
   前記ＥＧＲ通路の通路壁が前記ウォータジャケット内に膨出するように形成した、
   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ＥＧＲ通路は、前記シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に最も近い気筒の点火プラグ又はインジェクタの装着部と、前記他方の端壁の近傍に位置するヘッドボルト挿通部との間に設けられてい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通路は、前記他方の端壁に最も近い気筒の吸気通路壁面および排気通路壁面と前記ヘッドボルト挿通部との間に設けられていることを特徴とする請求項２記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
4. 前記シリンダヘッドの気筒列方向における前記他方の端壁に最も近い気筒の点火プラグ又はインジェクタの装着部の直下流側に対応するウォータジャケット天井部には、前記気筒列と実質的に直交する方向へ所定長さだけ延びるフィン部が形成されており、
   該フィン部は、前記ＥＧＲ通路の上流側に位置して該ＥＧＲ通路と一体的に形成されている、
   ことを特徴とする請求項１から３の何れか一に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。

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