JP2015140684A - シリンダーヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】内部に形成されたＥＧＲ通路を流れる排気を効果的に冷却することのできるシリンダーヘッドを提供する。
【解決手段】このシリンダーヘッド１０では、ＥＧＲ通路２００がウォータージャケット１００に沿って設けられており、ＥＧＲ通路２００の入口部２１０と主通路部２２０とがオフセットした状態で接続されている。また、入口部２１０に、分流柱２１２が設けられており、主通路部２２０に、フィン２２１が複数設けられ、主通路部２２０がこれらのフィン２２１によって分割通路２２５，２２６，２２７に区画されている。フィン２２１のうちウォータージャケット１００側とは反対側に位置する分割通路２２５を区画するフィン２２１が、湾曲部２１１の終端の延長線と交わる位置まで延びており、ＥＧＲ通路２００の入口部２１０と主通路部２２０とが接続する部分におけるウォータージャケット１００側とは反対側の壁面に、膨出部２１５が設けられている。
【選択図】図３

Description

この発明はウォータージャケットとＥＧＲ通路とが設けられたシリンダーヘッドに関するものである。

内燃機関の排気通路を流れる排気の一部を吸気通路に還流させ、排気を再循環させるＥＧＲ機構が知られている。こうしたＥＧＲ機構では、還流される排気を冷却する構成が採用されている。

たとえば、特許文献１には、冷却水の流れる容器内を通過させるように排気が流れるＥＧＲ通路を設けたＥＧＲクーラーが開示されている。このＥＧＲクーラーでは、ＥＧＲ通路を複数の分割通路に分割してＥＧＲ通路の表面積を増やし、冷却水との熱交換の効率を高めている。この特許文献１に開示されているＥＧＲクーラーでは、湾曲した流入部から流入した排気が、一部の分割通路に偏って流れることによる冷却不足を解消するために、多くの排気が流れる分割通路の周囲に冷却水の流れを集中させるようにしている。

特開２０１１‐８５０１７号公報

特許文献１では、多くの排気が流れる分割通路を集中的に冷却することにより冷却不足を解消するようにしているものの、排気がＥＧＲクーラー内の一部の分割通路に偏って流れる状況は解消されていない。そのため、ＥＧＲクーラーの一部分でしか効果的な冷却が行われていないことになり、排気を冷却する効率は依然として高くない。

なお、ウォータージャケットが形成されたシリンダーヘッドの内部にＥＧＲ通路を設け、シリンダーヘッド内で排気を冷却するＥＧＲ通路構造も知られている。そして、ウォータージャケットとＥＧＲ通路とが設けられたこうしたシリンダーヘッドにおいても効率的に排気を冷却することが望まれている。

この発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、内部に形成されたＥＧＲ通路を流れる排気を効果的に冷却することのできるシリンダーヘッドを提供することにある。

以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決するためのシリンダーヘッドでは、入口部及び主通路部を有するＥＧＲ通路が、ウォータージャケットに沿って設けられている。このシリンダーヘッドでは、前記入口部が前記主通路部よりも前記ウォータージャケット側にオフセットした状態で前記入口部と前記主通路部とが接続されている。そして、前記入口部に、同入口部のうち前記ウォータージャケット側に膨出した部分であり前記主通路部に向かって湾曲した壁面からなる湾曲部に排気を導く分流壁が設けられている。また、前記主通路部には、向かい合って突出するフィンが複数設けられ、前記主通路部がこれらのフィンによって排気の流動方向に沿って延びる複数の分割通路に区画されている。さらに、前記複数のフィンのうち前記ウォータージャケット側とは反対側に位置する分割通路を区画するフィンが、前記湾曲部の終端部の延長線と交わる位置まで延びており、前記ＥＧＲ通路の前記入口部と前記主通路部とが接続する部分における前記ウォータージャケット側とは反対側の壁面に、前記ウォータージャケット側に膨出した膨出部が設けられている。

上記構成によれば、入口部では、排気通路から流入してきた排気が分流壁によって分流され、湾曲部に分配される。そのため、ＥＧＲ通路の中でもウォータージャケットに近い部分である湾曲部の壁面にたくさんの排気が接触するようになり、排気の冷却が促進される。

そして、入口部を通過する排気は湾曲部に沿って流れることによってウォータージャケット側とは反対側に位置する主通路部に向かって流れるようにその向きが変えられ、主通路部に流入する際にはウォータージャケット側とは反対側に向かって流れるようになる。ここで、排気の多くはウォータージャケット側とは反対側の壁面から膨出した膨出部と湾曲部の終端部の延長線と交わる位置まで延びたフィンとによって跳ね返えされてその向きが変わり、主通路部におけるウォータージャケット側の分割通路に向かうようになる。これにより、ここでもウォータージャケット側に排気を導くことができるため、排気の冷却を促進させることができる。

また、上記構成では、向かい合って突出したフィンによって各分割通路を区画しているため、各分割通路はフィンの隙間によって形成された連結部によって連通されている。そのため、湾曲部を通過してウォータージャケット側とは反対側に向かって流れる排気の一部は、ウォータージャケット側に跳ね返されずに、この連結部を通じてウォータージャケット側とは反対側の分割通路に流れ込むようになる。

要するに、上記構成によれば、ＥＧＲ通路の壁面のうちウォータージャケットに近い壁面にたくさんの排気を接触させて排気の冷却を促進するとともに、ウォータージャケット側とは反対側に位置する分割通路にも排気を流し込むことができる。したがって、シリンダーヘッド内に形成されたＥＧＲ通路全体を使ってＥＧＲ通路内を流れる排気を効率的に冷却することができる。

一実施形態にかかるシリンダーヘッドの側面図。 同実施形態にかかるシリンダーヘッドの図１における２‐２線に沿った断面図。 同実施形態にかかるＥＧＲ通路の図１における３‐３線に沿った断面図。 同実施形態にかかるＥＧＲ通路の図３における４‐４線に沿った断面図。 同実施形態にかかるＥＧＲ通路の図３における５‐５線に沿った断面図。 シリンダーヘッドの変更例におけるＥＧＲ通路の断面図。 シリンダーヘッドの他の変更例におけるＥＧＲ通路の断面図。

以下、シリンダーヘッドの一実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。なお、本実施形態にかかるシリンダーヘッド１０は、Ｖ型６気筒エンジンのシリンダーヘッドであり、図１及び図２には、シリンダーブロックの２つのバンクに取り付けられる２つのシリンダーヘッドのうち、一方のシリンダーヘッドのみを図示している。

図１に示すように、このシリンダーヘッド１０は、シリンダーブロック２０に取り付けられる。シリンダーヘッド１０の側面には、このバンクに設けられた３つの気筒２１，２２，２３につながる排気ポート１１，１２，１３が開口している。

図１及び図２に示すように、シリンダーヘッド１０の内部には、３つの気筒２１，２２，２３によって形成される燃焼室と排気ポート１１，１２，１３の上部を覆うようにウォータージャケット１００が形成されている。

図２に示すように、ウォータージャケット１００は、２つの流入口１１１，１１２と、３つの流出口１１３，１１４，１１５を備えており、図２に実線矢印で示すように図２の右側から流入口１１１，１１２を通じて流入した冷却水が、図２の左側の流出口１１３，１１４，１１５を通じて排出されるようになっている。なお、図２における左下方に位置する流出口１１５は、流出口１１３，１１４よりも太くなっており、流出口１１３，１１４よりも多くの冷却水が流れるようになっている。

また、シリンダーヘッド１０の内部には、ウォータージャケット１００に沿ってシリンダーヘッド１０を貫通するＥＧＲ通路２００が設けられている。このＥＧＲ通路２００の入口部２１０は排気通路と接続され、出口部２３０は排気の還流量を調整するＥＧＲバルブを介して吸気通路に接続される。これにより、図２に破線矢印で示すように、排気の一部が入口部２１０からＥＧＲ通路２００に流れ込み、主通路部２２０を通過して出口部２３０に達した排気が出口部２３０を通じて吸気通路に還流される。

なお、図２に示すように、このシリンダーヘッド１０では、ＥＧＲ通路２００における入口部２１０の中心線Ｃ１が、主通路部２２０の中心線Ｃ２よりもウォータージャケット１００側にずれている。すなわち、入口部２１０が主通路部２２０に対してウォータージャケット１００側にオフセットした状態で、入口部２１０と主通路部２２０とが接続されている。

次に、図３〜図５を参照して、このＥＧＲ通路２００の構成について更に詳しく説明する。
図３に示すように、ＥＧＲ通路２００の入口部２１０には、流入してきた排気を二手に分流する分流壁を構成する分流柱２１２が設けられている。この分流柱２１２は、同分流柱２１２にぶつかって二手に分かれた排気うち、図３における右側に分かれた排気を黒塗り矢印で示すように、入口部２１０のうちウォータージャケット１００側に膨出した部分であり主通路部２２０に向かって湾曲した壁面からなる湾曲部２１１に排気を導く。

また、ＥＧＲ通路２００の主通路部２２０には、主通路部２２０の内側に向かって突出する複数のフィン２２１が設けられている。
図４に示すように、これらのフィン２２１は、２つずつ対になって向かい合って突出しており、主通路部２２０内はこれらのフィン２２１によって排気の流動方向に沿って延びる３つの分割通路２２５，２２６，２２７に区画されている。

また、ＥＧＲ通路２００の入口部２１０と主通路部２２０とが接続する部分におけるウォータージャケット１００側とは反対側の壁面には、ウォータージャケット１００側に膨出した膨出部２１５が形成されている。そのため、この部分ではＥＧＲ通路２００がくびれた状態になっている。

なお、複数のフィン２２１のうち、ウォータージャケット１００側とは反対側に位置する分割通路２２５を区画するフィン２２１は、この膨出部２１５まで延びており、この膨出部２１５と繋がっている。これにより、湾曲部２１１の排気流動方向下流側の終端部の延長線Ｌが膨出部２１５に繋がっているこのフィン２２１と交わるようになっている。

次に本実施形態にかかるシリンダーヘッド１０の作用について説明する。
図３に黒塗り矢印及び白抜き矢印で示すように、入口部２１０では、排気通路から流入してきた排気が分流柱２１２によって二手に分流される。そして、分流された排気の一方は、黒塗り矢印で示すように湾曲部２１１に分配される。そのため、ＥＧＲ通路２００の中でもウォータージャケット１００に近い部分である湾曲部２１１の壁面にたくさんの排気が接触するようになり、排気の冷却が促進される。そして、入口部２１０を通過する排気は、湾曲部２１１に沿って流れることによって黒塗り矢印で示すようにウォータージャケット１００側とは反対側に位置する主通路部２２０に向かって流れるようにその向きが変えられ、主通路部２２０に流入する際にはウォータージャケット１００側とは反対側に向かって流れるようになる。また、他方の排気は、白抜き矢印で示すように膨出部２１５の壁面に沿って流れ、主通路部２２０に向かって流れるようになる。

ここで、排気の多くはウォータージャケット１００側とは反対側の壁面から膨出した膨出部２１５と湾曲部２１１の終端部の延長線Ｌと交わる位置まで延びたフィン２２１とによって跳ね返えされてその向きが変わり、主通路部２２０におけるウォータージャケット１００側の分割通路２２７に向かうようになる。なお、図３及び図５に示すように、跳ね返った排気が流れる部分には、ウォータージャケット１００側に位置する分割通路２２７を区画するフィン２２１が設けられていないため、跳ね返った排気は容易に分割通路２２７に流れ込む。これにより、ここでもウォータージャケット１００側に排気を導くことができるため、排気の冷却を促進させることができる。

また、上記構成では、向かい合って突出したフィン２２１によって各分割通路２２５，２２６，２２７を区画しているため、各分割通路２２５，２２６，２２７はフィン２２１の隙間によって形成された連結部２２９によって連通されている。そのため、湾曲部２１１を通過してウォータージャケット１００側とは反対側に向かって流れる排気の一部は、ウォータージャケット１００側に跳ね返されずに、図３及び図５に破線矢印で示すように、この連結部２２９を通じてウォータージャケット１００側とは反対側の分割通路２２５に流れ込むようになる。

以上説明した実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
（１）ＥＧＲ通路２００の壁面のうちウォータージャケット１００に近い湾曲部２１１や分割通路２２７の壁面にたくさんの排気を接触させて排気の冷却を促進するとともに、ウォータージャケット１００側とは反対側に位置する分割通路２２５にも排気を流し込むことができる。したがって、シリンダーヘッド１０内に形成されたＥＧＲ通路２００全体を使ってＥＧＲ通路２００内を流れる排気を効率的に冷却することができる。

（２）排気を効率的に冷却することができるため、ウォータージャケット１００が小さくても必要な冷却を行うことができるようになり、シリンダーヘッド１０を小型化することができる。また、シリンダーヘッド１０内で排気を予め効率的に冷却することができるようになるため、ＥＧＲクーラーを設ける場合にＥＧＲクーラーを小型化することができるようになる。

（３）各分割通路２２５，２２６，２２７が連結部２２９を介して連通しているため、分割通路２２５，２２６，２２７が連通していない場合と比較して、排気の流動抵抗が小さくなり、円滑に排気を還流させることができる。

なお、各分割通路２２５，２２６，２２７が連結部２２９を介して連通していると、排気が連結部２２９に集まりやすく、各分割通路２２５，２２６，２２７の隅々まで排気が行き渡りにくくなる。しかし、上記構成では、湾曲部２１１を通じて排気をウォータージャケット１００側とは反対側に位置する分割通路２２５に向かって流し、連結部２２９を通じて分割通路２２５に導入したり、膨出部２１５及びフィン２２１によって排気を反射させてウォータージャケット１００側の分割通路２２７に向かって流したりしている。そのため、各分割通路２２５，２２６，２２７を連結部２２９によって連通させる構成を採用していても各分割通路２２５，２２６，２２７の隅々まで排気を行き渡らせることができる。

（４）温度の高い排気が流れる入口部２１０に分流柱２１２を設け、排気と入口部２１０の壁面との接触面積を増やしている。また、図１及び２に示すように、入口部２１０の上方をウォータージャケット１００の流出口１１５が通過しているため、入口部２１０はこの流出口１１５を流れる冷却水によって冷却される。そのため、入口部２１０において排気の温度を大幅に低下させることができる。

なお、上記実施形態は、これを適宜変更した以下の形態にて実施することもできる。
・分割通路２２５を区画するフィン２２１が膨出部２１５まで延び、膨出部２１５と繋がっている例を示したが、ウォータージャケット１００側とは反対側に位置する分割通路２２５を区画するフィン２２１が湾曲部２１１の終端部の延長線Ｌと交わる位置まで延びていれば、このフィン２２１によって排気を跳ね返することができる。そのため、ウォータージャケット１００側とは反対側に位置する分割通路２２５を区画するフィン２２１は、延長線Ｌと交わる位置まで延びていれば、必ずしも膨出部２１５と繋がっていなくてもよい。

・上記実施形態では、主通路部２２０内に複数のフィン２２１を２列に並べて設け、３つの分割通路２２５，２２６，２２７を形成した例を示したが、分割通路の数は適宜変更することができる。例えば、図６に示すように、主通路部２２０内に複数のフィン２２１を３列に並べて設け、主通路部２２０内に４つの分割通路を形成するようにしてもよい。

・分流壁として分流柱２１２を設ける構成を示したが、図６に示すように、整流板２１３を設けて湾曲部２１１に排気を導くようにしてもよい。なお図６では３つの整流板２１３を設けた例を図示しているが、整流板２１３の数は適宜変更可能である。

・フィン２２１は、主通路部２２０内を排気流動方向に延びる複数の分割通路に分割することのできるものであればよい。そのため、図７に示すように、短く分断されたフィン２２１をたくさん設けることによって排気流動方向に延びる複数の分割通路を形成するようにしてもよい。

・シリンダーヘッド１０のＥＧＲ通路２００の周囲にさらに冷却水の流れる通路を追加してもよい。例えば、図２におけるＥＧＲ通路２００よりも左側の部分にさらに冷却水通路を設けるようにしてもよい。こうした構成を採用すれば、さらに排気を冷却する能力を向上させることができる。

１０…シリンダーヘッド、１１，１２，１３…排気ポート、２１，２２，２３…気筒、１００…ウォータージャケット、１１１，１１２…流入口、１１３，１１４，１１５…流出口、２００…ＥＧＲ通路、２１０…入口部、２１１…湾曲部、２１２…分流柱、２１３…整流板、２１５…膨出部、２２０…主通路部、２２１…フィン、２２５，２２６，２２７…分割通路、２２９…連結部、２３０…出口部。

Claims (1)

1. 入口部及び主通路部を有するＥＧＲ通路が、ウォータージャケットに沿って設けられたシリンダーヘッドであり、前記入口部が前記主通路部よりも前記ウォータージャケット側にオフセットした状態で前記入口部と前記主通路部とが接続されており、
   前記入口部に、同入口部のうち前記ウォータージャケット側に膨出した部分であり前記主通路部に向かって湾曲した壁面からなる湾曲部に排気を導く分流壁が設けられており、
   前記主通路部に、向かい合って突出するフィンが複数設けられ、前記主通路部がこれらのフィンによって排気の流動方向に沿って延びる複数の分割通路に区画されており、
   前記複数のフィンのうち前記ウォータージャケット側とは反対側に位置する分割通路を区画するフィンが、前記湾曲部の終端部の延長線と交わる位置まで延びており、
   前記ＥＧＲ通路の前記入口部と前記主通路部とが接続する部分における前記ウォータージャケット側とは反対側の壁面に、前記ウォータージャケット側に膨出した膨出部が設けられていることを特徴とするシリンダーヘッド。