JP2015117585A - エンジンのシリンダヘッド構造 - Google Patents

Abstract

【課題】中子の大型化、張出しを回避しつつ、加工範囲を縮小して、加工時間、加工コストの低減とＥＧＲ通路のレイアウト自由度を確保することができるエンジンのシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。
【解決手段】排気側の排気ポート７から吸気側の吸気ポート６へ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路１１が、上記排気側から上記吸気側へ貫通するようにシリンダヘッド１に一体に形成され、ＥＧＲ通路１１のうち、上記排気ガスの流れ方向上流側を構成する上流部１１ａが、排気ポート７を成形する排気ポート中子２０と一体の中子（ＥＧＲ通路部分２５）にて成形される一方、上記排気ガスの流れ方向下流側を構成する下流部１１ｃが、シリンダヘッド１成形用の吸気側外型３０の鋳抜きにより成形され、上流部１１ａと下流部１１ｃとの間の中間部１１ｂが、機械加工により成形されて構成された。
【選択図】図１

Description

この発明は、排気側の排気ポートから吸気側の吸気ポートへ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路が、エンジンのシリンダヘッドに一体に形成されたエンジンのシリンダヘッド構造に関する。

従来、排気側の排気ポートから吸気側の吸気ポートへ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路を、エンジンのシリンダヘッドに一体に形成して通路構成の簡略化を図ったものが知られている。

下記特許文献１には、上述したようなシリンダヘッドにおいて、排気ポートに貫通する還流路上流部と、該還流路上流部の途中と吸気側側壁との間を貫通する還流路下流部とからなるＥＧＲ通路を設けたものが開示されている。

特開２００５−３６６６９号公報

ところで、上記特許文献１に開示されたエンジンのシリンダヘッド構造は、上記ＥＧＲ通路をドリル等による機械加工で成形するようになっているが、ドリル等による機械加工では直線的な加工と成らざるを得ず、通路のレイアウト自由度が低く、加工時間、加工コストが増加してしまうという問題があった。

また、排気ポートを成形する中子にＥＧＲ通路部分を成形する中子を一体に設けて成形することも考えられる。しかしながら、この場合、ＥＧＲ通路を吸気側側壁まで貫通させようとすると、図７に示す排気ポート中子１２０のように、ＥＧＲ通路の中子を構成するＥＧＲ通路部分１２５のオーバハングが大きくなり、排気ポート中子１２０の大型化、張出しを招いてしまう。

このため、中子成形用の金型が大型化するという問題がある。また、排気ポート中子１２０を搬送する際には、少なくとも排気ポート部分１２１の前後両端二か所と、該排気ポート部分１２１から張出したＥＧＲ通路部分１２５の先端部１２５ａ一か所とを支持する必要があり、搬送作業が煩雑化するという問題もある。なお、図中、矢印Ｆはエンジン前方を示し、矢印Ｒはエンジン後方を示し、矢印ＩＮは吸気側を示し、矢印ＥＸは排気側を示す。

また、ＥＧＲ通路の先端部には、一般的にＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁が配設されるが、ＥＧＲ弁としては傘型弁が多く用いられ、上記先端部では、ＥＧＲ弁の開時における圧力損失等を考慮して上記ＥＧＲ弁のストローク部分がテーパー形状に形成される。このため、排気ポート中子１２０では、図７に示すように先端部１２５ａが大型化してしまい、シリンダヘッドの製造時に排気ポート中子１２０をセットする際には、先端部１２５ａの自重による破損を防止するために、型セット用の支持部が必要となる。

このように、図７に示す排気ポート中子１２０は、取扱いが難しく、実現性が低いという問題がある。

この発明は、中子の大型化、張出しを回避しつつ、加工範囲を縮小して、加工時間、加工コストの低減とＥＧＲ通路のレイアウト自由度を確保することができるエンジンのシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。

この発明のエンジンのシリンダヘッド構造は、排気側の排気ポートから吸気側の吸気ポートへ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路が、上記排気側から上記吸気側へ貫通するようにシリンダヘッドに一体に形成され、上記ＥＧＲ通路のうち、上記排気ガスの流れ方向上流側を構成する上流部が、上記排気ポートを成形する排気ポート中子と一体の中子にて成形される一方、上記排気ガスの流れ方向下流側を構成する下流部が、上記シリンダヘッド成形用外型の鋳抜きにより成形され、上記上流部と上記下流部との間の中間部が、機械加工により成形されて構成されたものである。

この構成によれば、ＥＧＲ通路の一部である下流部をシリンダヘッド成形用外型の鋳抜きにより成形することで、排気ポート中子により成形される部分（上流部）の範囲を縮小することができる。これにより、排気ポート中子の大型化、張出しを回避することができる。

また、この場合、機械加工により成形される中間部の加工範囲を縮小することもできる。これにより、加工時間、加工コストの低減を図ることができる。

そして、ＥＧＲ通路の一部である上流部を排気ポート中子と一体の中子にて成形することで、ＥＧＲ通路のレイアウト自由度を確保することができる。

この発明の一実施態様においては、上記上流部の周辺に、上記シリンダヘッド冷却用の冷却水が流れるウォータジャケットが形成されたものである。

この構成によれば、排気ポートから排出される高温の排気ガスが最初に流入してくる部分の周辺にウォータジャケットが配設されることになる。これにより、ＥＧＲ通路を効果的に冷却することができ、ＥＧＲ通路における冷却性能を確保することができる。

そして、排気ポート中子による上流部の成形によってレイアウト自由度が確保されているため、ウォータジャケットの配置を考慮したＥＧＲ通路のレイアウトを容易に実現することができる。

この発明の一実施態様においては、上記上流部から分岐して上記シリンダヘッドの側部に開口するセンサ取付部が設けられたものである。

この構成によれば、センサの取付けが可能になると共に、センサ取付部を成形する排気ポート中子の部分を利用して、排気ポート中子の支持部を構成することができる。

この発明の一実施態様においては、上記エンジンは、複数の気筒を有しており、上記排気ポートは、上記複数の気筒毎に配設されると共に、上記シリンダヘッド内で集合されて一体に形成されたものである。

この構成によれば、排気ポートとＥＧＲ通路とをシリンダヘッド内にてコンパクトに形成することができる。

この発明によれば、中子の大型化、張出しを回避しつつ、加工範囲を縮小して、加工時間、加工コストの低減とＥＧＲ通路のレイアウト自由度を確保することができるエンジンのシリンダヘッド構造を提供することができる。

本発明の実施形態に係るエンジンのシリンダヘッド構造を示す水平断面図。 図１のＡ−Ａ線矢視断面図。 シリンダヘッドの後方側を示す側面図。 排気ポート中子を示す斜視図。 吸気側外型を示す斜視図。 ＥＧＲ通路の成形工程を説明するための説明図。 ＥＧＲ通路部分を成形する中子を一体に設けた排気ポート中子を示す斜視図。

以下、図面に基づいて本発明の実施形態を詳述する。
図１は、エンジンのシリンダヘッド構造を示す水平断面図であって、このエンジンはシリンダブロック（図示せず）の上部にシリンダヘッド１を締結固定すると共に、上記シリンダブロックの下部にはオイルパン（図示せず）を取付ける一方、上記シリンダヘッド１の上部には、シリンダヘッドカバー（図示せず）を取付けることで構成される。シリンダブロックとその上部に配置されるシリンダヘッド１とは、１つの気筒当りシリンダボアの４つのコーナ部においてヘッドボルト２を用いて締結される。なお、図中、矢印Ｆはエンジン前方を示し、矢印Ｒはエンジン後方を示し、矢印ＩＮは吸気側を示し、矢印ＥＸは排気側を示す。

シリンダヘッド１には１気筒当り２つの吸気バルブ孔３、３と、１気筒当り２つの排気バルブ孔４、４と、１気筒当たり１つの燃料噴射弁配設孔５とを形成し、吸排気をクロスフロー式に成すと共に、吸気２弁排気２弁のＤＯＨＣエンジンを構成している。

上述の各吸気バルブ孔３、３、…には、それぞれ独立した吸気ポート６、６、…が連通される一方、１気筒当り２つの排気バルブ孔４、４には平面視Ｙ字状の排気ポート７、７、…を連通して、吸気２弁、排気２弁タイプの直列４気筒ディーゼルエンジンを構成している。本実施形態では、エンジン前方から後方に向けてその長手方向（シリンダ列方向）に、第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒が形成されている。

また、シリンダヘッド１において、第３気筒と第４気筒との気筒間に対応した排気側には、各Ｙ字状の排気ポート７を連通する排気集合部８が形成され、各Ｙ字状の排気ポート７と排気集合部８とがシリンダ列方向に延びる連通路９を介して連通されている。このように、排気ポート７は、上述した排気集合部８及び連通路９によってシリンダヘッド１内で集合され、一体形成されている。なお、排気集合部８よりも排気ガスの流れ方向下流側には、シリンダヘッド１外において排気管（図示せず）が接続される。

また、シリンダヘッド１では、第４気筒の排気ポート７から分岐した連通路１０が設けられ、この連通路１０がシリンダヘッド１の後方側に延びてエンジン幅方向に延びるＥＧＲ通路１１に連通している。

ＥＧＲ通路１１は、排気ポート７から吸気ポート６へ排気ガスを還流させるための連通路であり、排気側から吸気側へ貫通するようにシリンダヘッド１に一体に形成されている。そして、吸気側には、ＥＧＲ通路１１の開口部１２が形成されており、この開口部１２よりも下流側には、ＥＧＲ量を調整するためのＥＧＲ弁（図示せず）が配設される。

図２は、図１のＡ−Ａ線矢視断面図であり、ＥＧＲ通路１１は、図１、図２に示すように、排気側（排気ガスの流れ方向上流側）を構成する上流部１１ａと、吸気側（下流側）を構成する下流部１１ｃと、上流部１１ａと下流部１１ｃとを接続する中間部１１ｂとを有している。

ＥＧＲ通路１１のうち、上流部１１ａは、図１に示すように、排気側の連通路１０に連通しており、この上流部１１ａの周辺には、図１、図２に示すようにウォータジャケット１３が形成されている。

ウォータジャケット１３は、上記シリンダブロックのブロック側ウォータジャケット（図示せず）から供給される冷却水をシリンダヘッド１内に流すヘッド側ウォータジャケットであり、シリンダ列方向の前方側から後方側に向かって第１気筒、第２気筒、第３気筒、第４気筒の順番で冷却水を流すように構成されている。また、シリンダヘッド１の後方側では、このウォータジャケット１３が、冷却性能の観点から上流部１１ａを上下に挟むように配置されており、上流部１１ａは、ウォータジャケット１３の形状、配置に応じて曲線状に形成されている。

また、シリンダヘッド１の後方側には、図１に示すように、上流部１１ａから後方側に分岐して開口するセンサ取付部１４が形成されている。

図３は、シリンダヘッド１の後方側を示す側面図である。シリンダヘッド１の後方側の側壁には、図１、図３に示すように、板状のパイプブラケット１５が複数のボルト１６によって締結固定されており、上述したセンサ取付部１４の開口部１４ａは、このパイプブラケット１５によって閉じられている。

そして、このパイプブラケット１５には、排気圧センサ用パイプ１７が取付けられ、図３に示す排気圧センサ１８が、この排気圧センサ用パイプ１７を介してセンサ取付部１４に接続されている。この排気圧センサ１８は、排気ポート７から連通路１０を介してＥＧＲ通路１１に流れる排気ガスの圧力を検出し、その検出結果を車両のＥＣＵに出力するものである。

ＥＧＲ通路１１のうち、中間部１１ｂは、図１、図２に示すように略円筒状をなしており、上流部１１ａと略同じ孔径を有している。また、下流部１１ｃは、中間部１１ｂの吸気側端部（下流側端部）から開口部１２に向かって孔径が大きくなるようテーパー形状をなしている。

次に、図４〜図６をさらに参照して、シリンダヘッド１の製造方法について説明する。図４は、排気ポート中子２０を示す斜視図であり、図５は、吸気側外型３０を示す斜視図、図６は、ＥＧＲ通路１１の成形工程を説明するための説明図である。

シリンダヘッド１を製造する場合には、シリンダヘッド１の外壁面６面を成形する複数の砂型（これを外型という）と、複数の中子とが用いられる。

図４は、排気ポート７成形用の排気ポート中子２０を示しており、この排気ポート中子２０は、図４に示すように、排気ポート７に対応する排気ポート部分２１と、排気集合部８に対応する排気集合部部分２２と、連通路９、１０に対応する連通路部分２３、２４と、ＥＧＲ通路１１の上流部１１ａに対応するＥＧＲ通路部分２５と、センサ取付部１４に対応するセンサ取付部部分２６とを有している。

排気ポート中子２０では、各気筒の燃焼室に連通する合計８つの排気ポート７に対応して、排気ポート部分２１の一端部２１ａが連通路部分２３、２４から８つに分岐している。

そして、連通路部分２４の一端側（シリンダヘッド１の後方側に相当）からは、ＥＧＲ通路１１の上流部１１ａを成形するためのＥＧＲ通路部分２５が分岐している。このＥＧＲ通路部分２５では、センサ取付部１４を成形するためのセンサ取付部部分２６がさらに分岐している。

図５は、シリンダヘッド１の吸気側外壁面を成形するための吸気側外型３０を示しており、この吸気側外型３０は、図５に示すように、吸気側外壁面に対応する外壁面部分３１と、吸気ポート成形用の吸気ポート中子（図示せず）に対応する吸気ポート中子部分３２と、ＥＧＲ通路１１の下流部１１ｃに対応するＥＧＲ通路部分３３とを有している。

吸気側外型３０では、吸気ポート中子部分３２が、外壁面部分３１の下部にて内側に凹むように形成されており、各気筒の燃焼室に連通する合計８つの吸気ポート６に対応して、８つの凹部３２ａを有している。シリンダヘッド１を製造する際には、これら８つの凹部３２ａの位置に応じて上記吸気ポート中子がセットされる。

そして、外壁面部分３１の一端側（シリンダヘッド１の後方側に相当）には、ＥＧＲ通路１１の下流部１１ｃを成形するためのＥＧＲ通路部分３３が外側に向かって突出している。このＥＧＲ通路部分３３は、テーパー形状をなす下流部１１ｃの形状に対応して円錐台状をなしている。

シリンダヘッド１を製造する際には、先ず、吸気側外型３０等の外型によってキャビティを形成し、該キャビティ内には、排気ポート中子２０と、上記吸気ポート中子と、ウォータジャケット１３成形用のウォータジャケット中子４０（図６参照）とをセットする。そして、上記キャビティにアルミニウム合金の溶湯を注湯する。

ここで、中子２０、４０等をセットする際には、図６に示すように、ＥＧＲ通路部分２５の先端部とＥＧＲ通路部分３３の先端部とが所定の間隔を隔てて対向配置されるように、排気ポート中子２０をセットする。これにより、上記キャビティに溶湯を注湯したときには、図６に示すように、ＥＧＲ通路部分２５の先端部とＥＧＲ通路部分３３の先端部とを遮断する遮断部５０が成形される。なお、図６は、上記キャビティに溶湯を注湯した状態を示す図２相当の断面図であり、便宜上、図６では、吸気側外型３０、排気ポート中子２０、及びウォータジャケット中子４０のみを示している。

次に、溶湯の凝固後において、各外型の鋳抜きと各中子の除去を行う。このとき、排気ポート中子２０の除去により、排気ポート７、排気集合部８、連通路９、１０、ＥＧＲ通路１１の上流部１１ａ、及びセンサ取付部１４が一体に成形され、上記吸気ポート中子、ウォータジャケット中子４０の除去により、それぞれ吸気ポート６、ウォータジャケット１３が成形される。

ここで、図４に示す排気ポート中子２０のうち、排気集合部部分２２及びセンサ取付部部分２６では、図４に二点鎖線で示す境界線よりも外側の先端部２２ａ、２６ａが、シリンダヘッド１の製品部分、つまりは排気集合部８、センサ取付部１４に現れない部分として設定されている。これら各先端部２２ａ、２６ａは、排気ポート中子２０をセットする際にこれを周囲の型に支持させるための支持部としての機能を有している。

また、各外型の鋳抜きと各中子の除去の際、吸気側外型３０の鋳抜きにより、シリンダヘッド１の吸気側の外壁面が成形されるが、このとき、ＥＧＲ通路部分３３によりＥＧＲ通路１１の下流部１１ｃも同時に成形される。このように、シリンダヘッド１の製造では、溶湯の凝固後、各外型の鋳抜きと各中子の除去を行うことで、ＥＧＲ通路１１の上流部１１ａと下流部１１ｃとが成形されるようになっている。

そして、上流部１１ａ、下流部１１ｃの成形後には、ドリル等を用いて遮断部５０に対し機械加工を施し、図６に二点鎖線で示す加工範囲αを除去する。これにより、上流部１１ａと下流部１１ｃとの間を貫通させ、中間部１１ｂを成形する。このようにして、排気ポート７から吸気ポート６へ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路１１が、上記排気側から上記吸気側へ貫通するようにシリンダヘッド１に一体に形成される。

以上に示したように、本実施形態のエンジンのシリンダヘッド構造は、排気側の排気ポート７から吸気側の吸気ポート６へ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路１１が、上記排気側から上記吸気側へ貫通するようにシリンダヘッド１に一体に形成され、ＥＧＲ通路１１のうち、上記排気ガスの流れ方向上流側を構成する上流部１１ａが、排気ポート７を成形する排気ポート中子２０と一体の中子（ＥＧＲ通路部分２５）にて成形される一方、上記排気ガスの流れ方向下流側を構成する下流部１１ｃが、シリンダヘッド１成形用の吸気側外型３０の鋳抜きにより成形され、上流部１１ａと下流部１１ｃとの間の中間部１１ｂが、機械加工により成形されて構成されている。

上述したエンジンのシリンダヘッド構造によれば、ＥＧＲ通路１１の一部である下流部１１ｃをシリンダヘッド１成形用の吸気側外型３０の鋳抜きにより成形することで、排気ポート中子２０により成形される部分（上流部１１ａ）の範囲を縮小することができる。これにより、排気ポート中子２０の大型化、張出しを回避することができる。

また、この場合、機械加工により成形される中間部１１ｂの加工範囲αを縮小することもできる。これにより、加工時間、加工コストの低減を図ることができる。

そして、ＥＧＲ通路１１の一部である上流部１１ａを排気ポート中子２０と一体の中子（ＥＧＲ通路部分２５）にて成形することで、ＥＧＲ通路１１のレイアウト自由度を確保することができる。

また、本実施形態のエンジンのシリンダヘッド構造では、上流部１１ａの周辺に、シリンダヘッド１冷却用の冷却水が流れるウォータジャケット１３が形成されている。

上述したエンジンのシリンダヘッド構造によれば、排気ポート７から排出される高温の排気ガスが最初に流入してくる部分の周辺にウォータジャケット１３が配設されることになる。これにより、ＥＧＲ通路１１を効果的に冷却することができ、ＥＧＲ通路１１における冷却性能を確保することができる。

そして、排気ポート中子２０による上流部１１ａの成形によってレイアウト自由度が確保されているため、ウォータジャケット１３の配置を考慮したＥＧＲ通路１１のレイアウトを容易に実現することができる。

また、本実施形態のエンジンのシリンダヘッド構造では、上流部１１ａから分岐してシリンダヘッド１の後方側の側壁に開口するセンサ取付部１４が設けられている。

上述したエンジンのシリンダヘッド構造によれば、排気圧センサ１８の取付けが可能になると共に、センサ取付部１４を成形する排気ポート中子２０のセンサ取付部部分２６を利用して、排気ポート中子２０の支持部を構成することができる。

また、本実施形態のエンジンのシリンダヘッド構造では、上記エンジンは、複数の気筒を有しており、排気ポート７は、上記複数の気筒毎に配設されると共に、シリンダヘッド１内で集合されて一体に形成されている。

上述したエンジンのシリンダヘッド構造によれば、排気ポート７とＥＧＲ通路１１とをシリンダヘッド１内にてコンパクトに形成することができる。

なお、上述した実施形態では、直列４気筒ディーゼルエンジンに適用したが、気筒数は複数あれば何気筒であってもよい。

この発明の構成と、上述の実施形態との対応において、
この発明の排気ポート中子と一体の中子は、ＥＧＲ通路部分２５に対応し、
以下同様に、
シリンダヘッド成形用外型は、吸気側外型３０に対応するも、
この発明は、上述の実施形態の構成のみに限定されるものではなく、多くの実施の形態を得ることができる。

１…シリンダヘッド
６…吸気ポート
７…排気ポート
１１…ＥＧＲ通路
１１ａ…上流部
１１ｂ…中間部
１１ｃ…下流部
１３…ウォータジャケット
１４…センサ取付部
２０…排気ポート中子
２５…ＥＧＲ通路部分
３０…吸気側外型

Claims (4)

1. 排気側の排気ポートから吸気側の吸気ポートへ排気ガスを還流させるＥＧＲ通路が、上記排気側から上記吸気側へ貫通するようにシリンダヘッドに一体に形成され、
   上記ＥＧＲ通路のうち、上記排気ガスの流れ方向上流側を構成する上流部が、上記排気ポートを成形する排気ポート中子と一体の中子にて成形される一方、
   上記排気ガスの流れ方向下流側を構成する下流部が、上記シリンダヘッド成形用外型の鋳抜きにより成形され、
   上記上流部と上記下流部との間の中間部が、機械加工により成形されて構成された
   エンジンのシリンダヘッド構造。
2. 上記上流部の周辺に、上記シリンダヘッド冷却用の冷却水が流れるウォータジャケットが形成された
   請求項１記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
3. 上記上流部から分岐して上記シリンダヘッドの側部に開口するセンサ取付部が設けられた
   請求項１または２記載のエンジンのシリンダヘッド構造。
4. 上記エンジンは、複数の気筒を有しており、
   上記排気ポートは、上記複数の気筒毎に配設されると共に、
   上記シリンダヘッド内で集合されて一体に形成された
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のエンジンのシリンダヘッド構造。

Images