JP2015218666A - シリンダヘッド - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲガスの冷却性能を向上できるシリンダヘッドを提供すること。【解決手段】シリンダヘッド３は、シリンダヘッド３の１つの側面である前面に形成され、排気ポートに連通する第１の溝部と、シリンダヘッド３の他の側面である後面に形成された第２の溝部と、シリンダヘッド３の前面に形成された第３の溝部と、一端部が第１の溝部に連通し、他端部が第２の溝部に連通する第１のＥＧＲ通路１４と、一端部が第２の溝部に連通し、他端部が第３の溝部に連通する第２のＥＧＲ通路１５と、一端部が第３の溝部に連通し、他端部がＥＧＲ排出孔に連通する第３のＥＧＲ通路１６とを有し、ウォータジャケット９が、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ１５および第３のＥＧＲ通路１６を囲むようにして設けられる。【選択図】図６

Description

本発明は、シリンダヘッドに関し、特に、内燃機関に設けられ、ＥＧＲ通路が一体的に形成された内燃機関のシリンダヘッドに関する。

自動車等の車両に搭載された内燃機関においては、排気再循環（ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置が用いられており、この排気再循環装置は、ＥＧＲガスをシリンダヘッドの吸気側に導入させる関係により、ＥＧＲガスをシリンダヘッドの吸気側に戻す前にＥＧＲクーラで冷却している。
近時の排気再循環装置としては、エンジンの周辺に排気再循環装置を設ける代わりに、シリンダヘッドにＥＧＲ通路を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

この排気再循環装置は、シリンダヘッドにＥＧＲガスの通路となる扁平パイプ状の冷却管を複数積層してＥＧＲガス冷却器が構成されており、冷却管がシリンダヘッドの幅方向一側面から幅方向他側面に延在される。
冷却管は、シリンダヘッドに形成されるウォータジャケット内を流れる冷却水に接触しており、この冷却水によって冷却管を流れるＥＧＲガスが冷却される。

特開２０１１−２５２４４１号公報

このような従来のシリンダヘッドにあっては、シリンダヘッドの幅方向一側面から幅方向他側面に流れるＥＧＲガスを、ウォータジャケット内を流れる冷却水によって冷却している。このため、シリンダヘッドにおけるＥＧＲガスの流れる経路長は、シリンダヘッドの幅方向に相当する短い経路長となり、ＥＧＲガスの冷却性能が低い。

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたものであり、ＥＧＲガスの冷却性能を向上できるシリンダヘッドを提供することを目的とするものである。

本発明の第１の態様は、内燃機関に設けられたシリンダヘッドであって、排気ガスが排出される排気ポートと、排気ポートから排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側に還流するＥＧＲ通路と、冷却水が循環するウォータジャケットと、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、シリンダヘッドの複数の側面のうちの１つの側面に形成され、排気ポートから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドが取付けられる第１の取付け面と、シリンダヘッドの複数の側面のうちの側面と異なる他の側面に形成され、ＥＧＲバルブが取付けられる第２の取付け面とを有するシリンダヘッドにおいて、第１の取付け面に、排気ポートに連通する第１の溝部と、第１の溝部から離隔する第３の溝部が形成され、第２の取付け面に、第２の溝部が形成され、ＥＧＲ通路が、一端部が第１の溝部に連通し、他端部が第２の溝部に連通する第１のＥＧＲ通路と、一端部が第２の溝部に連通し、他端部が第３の溝部に連通する第２のＥＧＲ通路と、一端部が第３の溝部に連通し、他端部が第２の取付け面に形成されたＥＧＲ排出孔に連通する第３のＥＧＲ通路とを含んで構成され、ウォータジャケットが、第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲおよび第３のＥＧＲ通路を囲むようにして設けられる
ものから構成されている。

本発明の第２の態様としては、ウォータジャケットが、冷却水通路を形成する上壁部および下壁部を有し、第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲ通路および第３のＥＧＲ通路が、冷却水の流れる方向と直交するように延在し、第１のＥＧＲ通路ないし第３のＥＧＲ通路のいずれか２つを上壁部または下壁部のいずれか一方に設け、第１のＥＧＲ通路ないし第３のＥＧＲ通路のいずれか１つを、冷却水の流れる方向に沿って第１のＥＧＲ通路ないし第３のＥＧＲ通路のいずれか２つの間に位置するように上壁部または下壁部のいずれか他方に設けてもよい。
本発明の第３の態様としては、第３のＥＧＲ通路を上壁部に設けてもよい。

このように上記の第１の態様によれば、排気ポートから排出される排気ガスの一部が、ＥＧＲガスとして第１の溝部に導入される。このＥＧＲガスは、第１の溝部から第１のＥＧＲ通路、第２の溝部、第２のＥＧＲ通路、第３の溝部および第３のＥＧＲ通路の順に流れた後、ＥＧＲ排出孔に排出される。

このため、ＥＧＲガスの流れる経路を長くできる。したがって、ウォータジャケットを流れる冷却水によって第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲ通路および第３のＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却する機会を増大できる。この結果、ＥＧＲガスの冷却性能を向上できる。

また、第１の態様によれば、第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲ通路および第３のＥＧＲ通路をシリンダヘッドの第１の取付け面および第２の取付け面に形成された第１の溝部、第２の溝部および第３の溝部で連通している。

これにより、第１の溝部、第２の溝部および第３の溝部を排気マニホールドやＥＧＲバルブ等によって閉止することで、第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲ通路および第３のＥＧＲ通路を密閉できる。
この結果、第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲ通路および第３のＥＧＲ通路を密閉する専用の蓋や栓等を不要にでき、シリンダヘッドの部品点数が増大することを防止できる。

上記の第２の態様によれば、第１のＥＧＲ通路ないし第３のＥＧＲ通路のいずれか１つを、冷却水の流れる方向に沿って第１のＥＧＲ通路ないし第３のＥＧＲ通路のいずれか２つの間に位置するようにウォータジャケットの上壁部または下壁部のいずれか他方に設けた。

これにより、第１のＥＧＲ通路、第２のＥＧＲ通路および第３のＥＧＲ通路をシリンダヘッドの幅方向と直交する長手方向に間隔を詰めて配置できる。この結果、シリンダヘッドの長手方向長さを短くできる。

上記の第３の態様によれば、第３のＥＧＲ通路を上壁部に設けた。これにより、第１のＥＧＲ通路および第２のＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスに含まれた水分が凝縮された凝縮水が、最終経路となる第３のＥＧＲ通路に上がってくることを抑制できる。このため、凝縮水が第３のＥＧＲ通路を通してＥＧＲ排出孔に排出されることを抑制できる。

図１は、本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す図であり、シリンダヘッドの正面図（第１の取付け面側のシリンダヘッドの側面）である。 図２は、本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す図であり、シリンダヘッドの後面図（第１の取付け面と異なる側面）である。 図３は、本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す図であり、シリンダヘッドの長手方向一側面を示す図である。 図４は、本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す図であり、図１のIＶ−IＶ方向矢視断面図である。 図５は、本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す図であり、図１のＶ−Ｖ方向矢視断面図である。 図６は、本発明のシリンダヘッドの一実施形態を示す図であり、図３のＶI−ＶI方向矢視断面図である。

以下、本発明に係るシリンダヘッドの実施形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図６は、本発明に係る一実施形態のシリンダヘッドを示す図である。
まず、構成を説明する。
図１、図２において、自動車等の車両に搭載される内燃機関としてのエンジン１は、シリンダブロック２とシリンダブロック２の上部に設けられたシリンダヘッド３とを備えている。

シリンダブロック２の内部には図示しない複数の気筒（本実施形態では３つの気筒）が設けられており、シリンダヘッド３には複数の吸気ポート４および排気ポート５が設けられている。

吸気ポート４は、気筒に連通しており、吸気ポート４は、気筒に吸入空気を導入する。排気ポート５は、気筒に連通しており、排気ポート５は、気筒から排気ガスを排出する。ここで、図１、図２の左右方向が気筒配列方向である（Ｘで示す）。また、図３の左右方向が幅方向である（Ｙで示す）。

図２、図４、図５において、シリンダヘッド３の後面（車両の前後方向後面）３ａには吸気フランジ部３Ａが形成されており、吸気フランジ部３Ａには本発明の吸気系を構成する吸気マニホールド６が取付けられている。吸気マニホールド６は、図示しない吸気管に接続されており、吸気マニホールド６は、吸気管から導入される吸入空気を各吸気ポート４に分配する。

シリンダヘッド３の後面３ａにはＥＧＲバルブフランジ部３Ｂが形成されており、ＥＧＲバルブフランジ部３ＢにはＥＧＲバルブ７が設けられている。なお、ＥＧＲバルブ７は、後述するようにＥＧＲガスの流量を調整するものであり、ＥＧＲバルブ７は、ＥＧＲ配管１０を介して吸気マニホールド６に接続される。

図１、図４、図５において、シリンダヘッド３の前面（車両の前後方向前面）３ｂには排気フランジ部３Ｃが形成されており、排気フランジ部３Ｃには排気マニホールド８が取付けられている。排気マニホールド８は、図示しない排気管に接続されており、各排気ポート５から排出される排気ガスを排気管に合流させる。

ここで、シリンダヘッド３の前面３ｂは、本発明のシリンダヘッド３の複数の側面のうちの１つの側面を構成し、シリンダヘッド３の後面３ａは、本発明のシリンダヘッドの複数の側面のうちの１つの側面と異なる他の側面を構成する。また、本実施形態のシリンダヘッド３の複数の側面とは、後面３ａ、前面３ｂ、後述する長手方向一端部３ｃおよび長手方向他端部３ｄを指す。
また、排気フランジ部３Ｃは、本発明の第１の取付け面を構成し、ＥＧＲバルブフランジ部３Ｂは、本発明の第２の取付け面を構成する。また、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６は、本発明のＥＧＲ通路を構成する。

図６に示すように、シリンダヘッド３の内部には中空状のウォータジャケット９が設けられており、ウォータジャケット９は、冷却水通路９Ａを形成する上壁部９Ｂおよび下壁部９Ｃを有する。なお、上壁部９Ｂおよび下壁部９Ｃは、シリンダヘッド３の一部から構成される。

上壁部９Ｂおよび下壁部９Ｃは、シリンダヘッド３の気筒配列方向である長手方向一端部（図１の左端部、図２中の右端部）３ｃから長手方向他端部（図１の右端部、図２中の左端部）３ｄに延在している。

冷却水通路９Ａは、冷却水が満たされており、冷却水通路９Ａは、シリンダヘッド３の外部において図示しない冷却ポンプやラジエータに接続されている。

これにより、ウォータジャケット９は、冷却ポンプが駆動されると、冷却水通路９Ａにおいて冷却水がシリンダヘッド３の長手方向一端部３ｃから長手方向他端部３ｄを循環し、シリンダヘッド３の内部の排気ポート５等の高温の部位を冷却する。図４、図５、図６に冷却水の流れをＷで示す。

図６において、シリンダヘッド３の長手方向他端部３ｄには冷却水出口フランジ部３Ｄが形成されており、冷却水出口フランジ部３Ｄには図示しない冷却管が接続されている。
シリンダヘッド３の長手方向他端部３ｄには冷却水出口９ａが形成されており、冷却水出口９ａは、冷却水通路９Ａから冷却水を冷却管に排出する。

図１、図５において、シリンダヘッド３の排気フランジ部３Ｃには第１の溝部１１が形成されており、第１の溝部１１は、排気フランジ部３Ｃからシリンダヘッド３の後面３ａ側に窪んでいる。第１の溝部１１は、シリンダヘッド３の長手方向に延在しており、排気ポート５に連通している。

図２、図５において、シリンダヘッド３のＥＧＲバルブフランジ部３Ｂには第２の溝部１２が形成されており、第２の溝部１２は、シリンダヘッド３の長手方向に延在してＥＧＲバルブフランジ部３Ｂからシリンダヘッド３の前面３ｂ側に窪んでいる。

図１、図４、図５において、シリンダヘッド３の排気フランジ部３Ｃには第３の溝部１３が形成されている。第３の溝部１３は、第１の溝部１１から離隔しており、第３の溝部１３は、シリンダヘッド３の上下方向に延在して排気フランジ部３Ｃからシリンダヘッド３の後面３ａに窪んでいる。

図１、図５、図６において、シリンダヘッド３の下壁部９Ｃには第１のＥＧＲ通路１４が形成されており、第１のＥＧＲ通路１４は、一端部１４Ａが第１の溝部１１に連通し、他端部１４Ｂが第２の溝部１２に連通する。

図１、図２、図５、図６において、シリンダヘッド３の下壁部９Ｃには第１のＥＧＲ通路１４に隣接して第２のＥＧＲ通路１５が形成されており、第２のＥＧＲ通路１５は、一端部１５Ａが第２の溝部１２に連通し、他端部１５Ｂが第３の溝部１３に連通する。

図１、図２、図４、図６において、シリンダヘッド３の上壁部９Ｂには第３のＥＧＲ通路１６が形成されており、第３のＥＧＲ通路１６は、一端部１６Ａが第３の溝部１３に連通し、他端部１６Ｂがシリンダヘッド３の後面３ａのバルブフランジ３Ｂに形成されたＥＧＲ排出孔１７に連通する。

本実施形態の第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６は、冷却水の流れる方向Ｗ（図６参照）と直交するように延在しており、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６は、ウォータジャケット９に囲まれている。

また、第３のＥＧＲ通路１６は、冷却水の流れる方向Ｗに沿って第１のＥＧＲ通路１４および第２のＥＧＲ通路１５の間に位置するように上壁部９Ｂに設けられる。これにより、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６は、シリンダヘッド３の前面視または後面視において、三角形状に配置される。

次に、作用を説明する。
ＥＧＲバルブ７が開弁されると、吸気負圧により、排気ポート５から排気される排気ガスの一部がＥＧＲガスとして第１の溝部１１に導入される。第１の溝部１１に導入されるＥＧＲガスは、第１のＥＧＲ通路１４から第２の溝部１２を通して第２のＥＧＲ通路１５に導入される。

第２のＥＧＲ通路１５に導入されるＥＧＲガスは、第３の溝部１３から第３のＥＧＲ通路１６に導入された後、ＥＧＲ排出孔１７からＥＧＲバルブ７とＥＧＲ配管１０を通して吸気マニホールド６に還流される。図４、図５にＥＧＲガスの流れをＥで示す。

また、ＥＧＲガスは、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６を流れる間にウォータジャケット９を流れる冷却水により冷却される。

このように本実施形態のシリンダヘッド３は、シリンダヘッド３の前面３ｂに形成され、排気ポート５に連通する第１の溝部１１と、シリンダヘッドの後面３ａに形成された第２の溝部１２と、シリンダヘッド３の前面３ｂに形成された第３の溝部１３と、一端部１４Ａが第１の溝部１１に連通し、他端部１４Ｂが第２の溝部１２に連通する第１のＥＧＲ通路１４と、一端部１５Ａが第２の溝部１２に連通し、他端部１５Ｂが第３の溝部１３に連通する第２のＥＧＲ通路１５と、一端部１６Ａが第３の溝部１３に連通し、他端部１６ＢがＥＧＲ排出孔１７に連通する第３のＥＧＲ通路１６とを有し、ウォータジャケット９が、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ１５および第３のＥＧＲ通路１６を囲むようにして設けられる。

このため、ＥＧＲガスの流れる経路を少なくともシリンダヘッド３の幅方向長さの３倍程度の長さにできる。したがって、ウォータジャケット９を流れる冷却水によって第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６を流れるＥＧＲガスを冷却する機会を増大できる。この結果、ＥＧＲガスの冷却性能を向上できる。

また、本実施形態のシリンダヘッド３によれば、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６をシリンダヘッド３の排気フランジ部３ＣおよびＥＧＲバルブフランジ部３Ｂに形成された第１の溝部１１、第２の溝部１２および第３の溝部１３に連通している。

これにより、第１の溝部１１、第２の溝部１２および第３の溝部１３を排気マニホールド８やＥＧＲバルブ７によって閉止することで、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６を密閉できる。

この結果、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６を密閉する専用の蓋や栓等を不要にでき、シリンダヘッド３の部品点数が増大することを防止できる。

また、本実施形態のシリンダヘッド３によれば、第３のＥＧＲ通路１６を、冷却水の流れる方向Ｗに沿って第１のＥＧＲ通路１４および第２のＥＧＲ通路１５の間に位置するようにウォータジャケット９の上壁部９Ｂに設けた。

これにより、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６をシリンダヘッド３の幅方向と直交する長手方向に間隔を詰めて配置できる。この結果、シリンダヘッド３の長手方向長さを短くできる。

これに加えて、第３のＥＧＲ通路１６を上壁部９Ｂに形成しているので、第１のＥＧＲ通路１４および第２のＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスに含まれた水分が凝縮された凝縮水が、最終経路となる第３のＥＧＲ通路１６に上がってくることを抑制できる。このため、凝縮水が第３のＥＧＲ通路１６を通してＥＧＲ排出孔１７に排出されることを抑制できる。

なお、本実施形態のシリンダヘッド３においては、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６のいずれか２つをウォータジャケット９の上壁部９Ｂまたは下壁部９Ｃのいずれか一方に設け、第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６のいずれか１つを、冷却水の流れる方向Ｗに沿って第１のＥＧＲ通路１４、第２のＥＧＲ通路１５および第３のＥＧＲ通路１６のいずれか２つの間に位置するように上壁部９Ｂまたは下壁部９Ｃのいずれか他方に設ければ、どのような配置でもよい。

また、本実施形態のシリンダヘッド３においては、シリンダヘッド３の長手方向他端部３ｄにバルブフランジ部３Ｂ、第２の溝部１２およびＥＧＲ排出孔１７を形成してもよい。この場合には、第１のＥＧＲ通路１４の他端部１４Ｂを第２の溝部１２に連通し、第２のＥＧＲ通路１５の一端部１５Ａを第２の溝部１２に連通し、第３のＥＧＲ通路１６の他端部１６ＢをＥＧＲ排出孔１７に連通させればよい。

本発明の実施形態を開示したが、当業者によっては本発明の範囲を逸脱することなく変更が加えられうることは明白である。すべてのこのような修正および等価物が次の請求項に含まれることが意図されている。

１…エンジン（内燃機関）、３…シリンダヘッド、３Ｂ…バルブフランジ部（第２の取付け面）、
３Ｃ…排気フランジ部（第１の取付け面）、３ａ…後面（シリンダヘッドの複数の側面のうちの１つの側面と異なる他の側面）、３ｂ…前面（シリンダヘッドの複数の側面のうちの１つの側面）、５…排気ポート、７…ＥＧＲバルブ、８…排気マニホールド、９…ウォータジャケット、９Ａ…冷却水通路、９Ｂ…上壁部、９Ｃ…下壁部、１１…溝部（第１の溝部）、１２…溝部（第２の溝部）、１３…溝部（第３の溝部）、１４…第１のＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）、１４Ａ…一端部（第１のＥＧＲ通路の一端部）、１４Ｂ…他端部（第２のＥＧＲ通路の他端部）、１５…第２のＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）、１５Ａ…一端部（第２のＥＧＲ通路の一端部）、１５Ｂ…他端部（第２のＥＧＲ通路の他端部）、１６…第３のＥＧＲ通路（ＥＧＲ通路）、１６Ａ…一端部（第３のＥＧＲ通路の一端部）、１６Ｂ…他端部（第３のＥＧＲ通路の他端部）、１７…ＥＧＲ排出孔

Claims (3)

1. 内燃機関に設けられたシリンダヘッドであって、
   排気ガスが排出される排気ポートと、前記排気ポートから排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気側に還流するＥＧＲ通路と、冷却水が循環するウォータジャケットと、前記ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの流量を調整するＥＧＲバルブと、前記シリンダヘッドの複数の側面のうちの１つの側面に形成され、前記排気ポートから排出される排気ガスが導入される排気マニホールドが取付けられる第１の取付け面と、前記シリンダヘッドの複数の側面のうちの前記側面と異なる他の側面に形成され、前記ＥＧＲバルブが取付けられる第２の取付け面とを有するシリンダヘッドにおいて、
   前記第１の取付け面に、前記排気ポートに連通する第１の溝部と、前記第１の溝部から離隔する第３の溝部が形成され、
   前記第２の取付け面に、第２の溝部が形成され、
   前記ＥＧＲ通路が、一端部が前記第１の溝部に連通し、他端部が前記第２の溝部に連通する第１のＥＧＲ通路と、一端部が前記第２の溝部に連通し、他端部が前記第３の溝部に連通する第２のＥＧＲ通路と、一端部が前記第３の溝部に連通し、他端部が前記第２の取付け面に形成されたＥＧＲ排出孔に連通する第３のＥＧＲ通路とを含んで構成され、
   前記ウォータジャケットが、前記第１のＥＧＲ通路、前記第２のＥＧＲおよび前記第３のＥＧＲ通路を囲むようにして設けられることを特徴とするシリンダヘッド。
2. 前記ウォータジャケットが、冷却水通路を形成する上壁部および下壁部を有し、
   前記第１のＥＧＲ通路ないし前記第３のＥＧＲ通路が、前記冷却水の流れる方向と直交するように延在し、
   前記第１のＥＧＲ通路ないし前記第３のＥＧＲ通路のいずれか２つを前記上壁部または前記下壁部のいずれか一方に設け、前記第１のＥＧＲ通路ないし前記第３のＥＧＲ通路のいずれか１つを、前記冷却水の流れる方向に沿って前記第１のＥＧＲ通路ないし前記第３のＥＧＲ通路のいずれか２つの間に位置するように前記上壁部または前記下壁部のいずれか他方に設けたことを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッド。
3. 前記第３のＥＧＲ通路を前記上壁部に設けたことを特徴とする請求項２に記載のシリンダヘッド。
   

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