JP2016113956A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】内部に冷却水ジャケットが形成されていて一端面にはＥＧＲバルブが設けられるシリンダヘッドにおいて、冷却水ジャケットを形成するために一端面に開いた幅木穴を有効利用する。【解決手段】シリンダヘッド１に、幅木穴１７に連通したＥＧＲ通路１８を設け、幅木穴１７にＥＧＲバルブ１９を装着する。幅木穴１７の奥部はＥＧＲバルブ１９のボス体２０で塞ぐか、又は、他のプラグで塞ぐ。従来はプラグで塞いでいた幅木穴１７をＥＧＲバルブ１９の取り付けに使用するため、シリンダヘッド１の一端面を部材の取り付けに広く使用できる。また、新たにＥＧＲバルブ１９の取り付け穴を空ける必要はないため、シリンダヘッド１の強度低下も防止できる。【選択図】図３

Description

本願発明は、シリンダヘッドにＥＧＲ通路及びＥＧＲバルブを設けている内燃機関に関するものである。

内燃機関を構成するシリンダヘッドの内部には、複雑な形状の冷却水ジャケットが形成されている。そこで、シリンダヘッドは、アルミ等の金属を材料にした鋳物が使用されている。中空部を有する鋳物は、中空部を形成する中子と、鋳物の外面を形成する外型とからなっており、外型は、一般に上型と下型との２つ割り構造になっている。

シリンダヘッドもこのように中子型と外型とを使用して鋳造されており、中子型を外型で安定良く支持するために、中子型の一端部（クランク軸線方向に向いた一端部）に支持用突部を突設して、この支持用突部を外型で保持している。このように、中子型の一端部に支持用突部を設けたことにより、シリンダヘッドの一端面（一般に、タイミングチェーンを設ける側と反対側の端面）には、幅木穴と呼ばれる穴が空くことになる。この幅木穴は内燃機関の機能の面では不要なものであり、そこで、冷却水ジャケットが冷却水が流れ出ないようにプラグで塞いでいる。

他方、シリンダヘッドにＥＧＲ通路を設けることは広く行われており、このＥＧＲ通路は、シリンダヘッドの排気側面と吸気側面とに開口するようにクランク軸線と直交した方向に長い姿勢になっており、一般に、シリンダヘッドのうち、タイミングチェーンの配置位置と反対側の端部に形成している。そして、シリンダヘッドの一端面にＥＧＲバルブを取り付けて、ＥＧＲ通路を流れる排気ガスの流量を制御している（例えば特許文献１）。

特開２０１１−７４８９０号公報

幅木穴とＥＧＲバルブとはシリンダヘッドの一端面の箇所に設けているが、ＥＧＲ通路は幅木穴を回避する位置に形成しなければならず、これに伴ってＥＧＲバルブの配置位置も規制されるため、ＥＧＲバルブや他の部材の配置に関して設計の自由性が低下するおそれがあった。また、ＥＧＲバルブを装着するための穴をドリル加工によってシリンダヘッドに空けなければならないため、シリンダヘッドの強度が低下するおそれもある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、内部に冷却水ジャケットが形成された鋳造製のシリンダヘッドを備えており、前記シリンダヘッドの外周面のうちクランク軸線方向に向いた一端面に、鋳造に際して前記冷却水ジャケットを形成する中子型を保持するための支持用突部によって形成された幅木穴が開口している、という構成の内燃機関に関する。

そして、請求項１の発明では、前記シリンダヘッドに、前記幅木穴に連通するようにＥＧＲ通路を形成し、前記幅木穴に、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブが装着されており、前記幅木穴と冷却水ジャケットとの連通は、前記ＥＧＲバルブの構成部材又は他の蓋部材で遮断されている。

請求項２の発明は、請求項１において、前記ＥＧＲバルブを構成する部材に、前記冷却水ジャケットの冷却水の一部が流入してシリンダヘッドの外側に流出する冷却水通路を形成している。

本願発明では、幅木穴をＥＧＲバルブの装着部として有効利用できるため、シリンダヘッドの一端面を部材の取り付けに広く使用することができる。このため、設計の自由性を向上できる。また、ＥＧＲ通路の形成位置の自由性を向上できるのみならず、ＥＧＲ通路をできるだけ冷却水ジャケットに近づけてＥＧＲガスの冷却性を向上させることも可能になる。更に、ＥＧＲバルブの取り付けのために新たな穴を空ける必要はないため、それだけ冷却水ジャケットの強度を高めることもできる。

また、幅木穴は冷却水ジャケットに連通しているため、ＥＧＲバルブの冷却を促進して信頼性・耐久性を向上できると共に、ＥＧＲガスの冷却性を向上できる利点もある。特に、ＥＧＲバルブの構成部材で幅木穴を塞ぐと、ＥＧＲバルブの熱が冷却水にダイレクトに放熱されるため、ＥＧＲバルブ及びＥＧＲガスの冷却において特に優れている。

請求項２の構成を採用すると、冷却水がＥＧＲ通路を横切るようにして流れるため、ＥＧＲバルブ及びＥＧＲガスの冷却性をより一層向上できる。

第１実施形態に係るシリンダヘッドの概略斜視図である。 図１のII-II 視方向から見た状態でシリンダヘッドの鋳造工程を示した断面図である。 （Ａ）は図１のIII-III 視断面図、（Ｂ）はＥＧＲバルブを（Ａ）のＢ−Ｂ視方向から見た図である。 （Ａ）は図１の変形例である第２実施形態の要部平断面図、（Ｂ）は同じく図１の変形例である第３実施形態の要部平断面図である。 第４実施形態を示す図で、（Ａ）は要部の平断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）と同じ箇所の別例図である。 第５実施形態の要部平断面図である。 第６実施形態の要部平断面図である。

(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３に示す第１実施形態を説明する。本実施形態は、例えば車両用の多気内燃機関に適用しており、図１に大まかに示すように、シリンダヘッド１はクランク軸線２の方向に長い形態であって、長手一側面（吸気側面）１ａには複数の吸気穴３が開口しており、長手他側面（排気側面）１ｂには、吸気穴３に対応した排気穴（図示せず）が開口している。

シリンダヘッド１には、動弁室の一部を構成する上向きの空所４が形成されている。従って、空所４の周囲は、一対ずつの長手壁５と短手壁６とで構成されており、長手壁５は、各気筒の真上に位置した中間壁７で繋がっている。そして、短手壁６及び各中間壁７には、長手中心線８を挟んだ対称の位置に円弧状の軸受け９が形成されており、軸受け部９とカムキャップとによってカム軸（いずれも図示せず）が回転自在に支持される。

本実施形態では、凹所４には、長手中心線８の箇所に位置したセンター壁１０も形成されており、中間壁７とセンター壁１０とが交叉した箇所に、点火プラグを取り付けるためのボス部１１を形成している。

図２に示すように、シリンダヘッド１の内部には冷却水ジャケット１２が形成されている。図２では簡単に表示しているが、冷却水ジャケット１２は複雑に入り込んでおり、かつ、全体は一体に連通している。

シリンダヘッド１はアルミを材料にした鋳造品であり、鋳造のための鋳型は、図２に示すように、シリンダヘッド１の略上半分の外面を形成する上型１３と、シリンダヘッド１の略下半分の外面を形成する上型１４と、冷却水ジャケット１１を形成する中子型１５とで構成されている。敢えて述べるまでもないが、上型１３と下型１４とで外型が構成されている。なお、上型と下型との間に中間型を配置して、外型を３つの型（或いは４つ以上の型）で構成することも可能である。

中子型１５は、シリンダブロックの冷却水ジャケットとシリンダブロックの冷却水ジャケットとを連通させる通水穴を形成するための足部や、冷却水の取り出し口を形成するための通路用突出部などを備えており、足部は下型１４で支持されて、通路用突出部は、例えば上型１３と下型１４とで上下から挟まれている。

中子型１５は、更に、安定性を保持するめに、冷却水ジャケット１１に相当する部分の端からシリンダヘッド１の一端面１ｃの側に突出した支持用突部１６を有しており、支持用突部１６のうちシリンダヘッド１から突出する部分を、上型１３と下型１４とで挟んでいる。従って、鋳造後のシリンダヘッド１の一端面１ｃには、支持用突部１６に相当する幅木穴１７が開口している。

そこで、図１，３に示すように、シリンダヘッド１のうち一端面１ｃの近くの箇所に、長手一側面１ａと長手他側面１ｂとに開口したＥＧＲ通路１８を形成するにおいて、ＥＧＲ通路１８が幅木穴１７に連通するように形成して、幅木穴１７にＥＧＲバルブ１９のボス体２０を挿入している。なお、ＥＧＲ通路１８は、シリンダヘッド１を鋳造してからドリル加工によって空けられている（鋳造時に形成してもよい。）。

ＥＧＲ通路１８の入口と排気通路とは入口側ＥＧＲパイプで接続されており、ＥＧＲ通路１８の出口と吸気通路とは出口側ＥＧＲパイプで接続されている（いずれも図示せず）。入口側ＥＧＲパイプを使用せずに、シリンダヘッド１に、クランク軸線２の方向に長いＥＧＲ取り出し通路を形成して、これとＥＧＲ通路１８とを接続してもよい。

ＥＧＲバルブ１９は、モータ等のアクチェータ（図示せず）が内蔵された外ケース２１と、上記したボス体２０とを有しており、外ケース２１にフランジ２２を一体又は別体に設けて、フランジ２２をシリンダヘッド１の一端面１ｃにボルト（図示せず）で固定している。

そして、ボス体２０に、ＥＧＲ通路１８と連通する弁穴２３を空けて、弁穴２３にバタフライ式の弁体２４を配置している。弁体２４はボス体２０と同心の弁軸（回転軸）２５に固定されており、弁軸２５をアクチェータで駆動することにより、ＥＧＲ通路１８の入口から出口に向けて流れるＥＧＲガスの量を制御することができる。

本実施形態では、幅木穴１７と冷却水ジャケット１１との連通はＥＧＲバルブ１９のボス体２０で遮断している。すなわち、ＥＧＲバルブ１９のボス体２０によって、幅木穴１７と冷却水ジャケット１１との連通部を塞いでいる。ボス体２０の先端部には、環状のシール材２６を設けている。

本実施形態では、ＥＧＲ通路１８は全長が一直線に延びており、ＥＧＲ通路１８の軸心とボス体２０の軸心とが同じ高さになっているが、ＥＧＲ通路１８は、ボス体２０を挟んだ両側で高さや内径を変えることも可能である。また、弁穴２３の大きさとＥＧＲ通路１８の内径とを異ならせることも可能である。幅木穴１７は鋳造したままの状態ではなくて、ＥＧＲバルブ１９のボス体２０がきっちり嵌まるように、ドリル又はリーマ若しくはフライスで後加工している（所定の寸法にさらえている。）。

中子型１５の支持用突部１６の上下高さ位置は、必要に応じて変更できる。従って、幅木穴１７の高さ位置も、図示の状態より上に位置させたり下に位置させたりすることができる。本実施形態のようにボス体２０に弁体２４及び弁軸２５を設けると、幅木穴１７への取り付けが容易になると共に、弁体２４の回転も円滑化できる利点がある。

(2).第１実施形態の変形例
図４では、第１実施形態の変形例を示している。このうち、（Ａ）に示す第２実施形態では、幅木穴１７の奥部にカップ状のプラグ２８を装着して、ボス体２０の先端部をプラグ２８に回転自在に嵌め込んでいる。この実施形態では、ＥＧＲバルブ１９を取り外しても冷却水が流れ出ることはないため、ＥＧＲバルブ１９の交換やメンテナンスの手間を軽減できる利点である。

プラグ２８は、ＥＧＲバルブ１９を取り付ける前に独立して取り付けておいてもよいし、プラグ２８を取り付けた状態のＥＧＲバルブ１９を幅木穴１７にセットすることにより、プラグ２８を幅木穴１７に嵌め込む（強制嵌合する）こともできる。この場合は、幅木穴１７に対するプラグ２８の嵌まり合いを、プラグ２８に対するボス体２０の嵌まり合いよりもきつくしておくことにより、ＥＧＲバルブ１９を抜き外してもプラグ２８が幅木穴１７に残るようにすることができる。

図４のうち（Ｂ）に示す第３実施形態では、プラグ２８を幅木穴１７の奥部に装着し、プラグ２８に設けた軸受け部材２９に弁軸２５の先端部を回転自在に嵌め込んでいる。（Ａ）にしても（Ｂ）にしても、プラグ２８はねじ込み式であってもよい。

(3).第４，５実施形態
図５に示す第４実施形態では、ＥＧＲ通路１８のうちＥＧＲバルブ１９を挟んで上流側に位置した入口側ＥＧＲ通路１８ａと、ＥＧＲバルブ１９を挟んで下流側に位置した出口側ＥＧＲ通路１８ｂとが、高さが変えられている。

また、この実施形態では、弁手段として軸方向に移動する台錘状の弁体３０を使用しており、ボス体２０に、入口側ＥＧＲ通路１８ａに開口した空洞（バッファ室）３１と、空洞３１に連通して軸方向に延びる横向き連通路３２と、横向き連通路３２に連通した下向きに延びる下向き連通路３３とを形成し、下向き連通路３３を出口側ＥＧＲ通路１８ｂに開口させている。弁体３０と横向き連通路３２との重合部はテーパ面になっており、アクチェータで弁体３０を軸方向に移動させることにより、ＥＧＲガスの流量を制御できる。

（Ｂ）に示す例では、出口側ＥＧＲ通路１８ｂはその大半がボス体２０の下方に位置しており、従って、ボス体２０の向き連通路３３は下方に開口しただけの構造になっている。他方、（Ｃ）に示す例では、出口側ＥＧＲ通路１８ｂはその全体がボス体２０の下端よりも上に位置している。このため、ボス体２０には、下向き連通路３３と出口側ＥＧＲ通路１８ｂとを連通させるための切欠き部３４を設けている。下向き連通路３３を傾斜させると、切欠き部３４を設けることなく出口側ＥＧＲ通路１８ｂに連通できる。

入口側ＥＧＲ通路１８ａと出口側ＥＧＲ通路１８ｂとは高さを逆にすることも可能であるし、同じ高さに配置することも可能である。また、内径（流路の断面積）は必要に応じて任意に設定できる。幅木穴１７はボス体２０で塞いでいるが、図４のようなプラグ２８を使用してもよい。空洞３１を容易に形成するためには、プラグ２８を使用するのがよいといえる。

図６に示す第５実施形態は、ボス体２０は入口側ＥＧＲ通路１８ａに僅かに入り込んでいるだけであり、弁体３０が入口側ＥＧＲ通路１８ａに向けて進退動するようになっている。また、幅木穴１７の奥部はプラグ２８で塞いでいる。

幅木穴１７はドリル３５で所定の寸法に拡径されるが、ドリル３５を冷却水ジャケット１１に貫通させずに先端のテーパ部を幅木穴１７に少し残している。このため、幅木穴１７の最奥部には、ドリル３５の削り残しの内向き突出部３６が残っており、この内向き突出部３６がプラグ２８の位置決めストッパーとして機能している。このため、プラグ２８は、冷却水ジャケット１１への落ち込みを確実に防止した状態で強制嵌合させることができる。従前の説明のプラグ２８も、このように構成にすることが可能である。

(4).第６実施形態
図７では、請求項２の具体例である第６実施形態を示している。この実施形態は、基本的には第１実施形態と同様であり、第１実施形態との相違点は、弁軸２５の先端が冷却水ジャケット１１に露出している点、弁軸２５に、その先端に開口した第１冷却水通路３７が形成されている点、フランジ２２に、第１冷却水通路３７に連通した第２冷却水通路３８が形成されている点である。

第２冷却水通路３８はフランジ２２の外周に開口しており、開口部にはエルボ等の継手４２を装着している。弁軸２５の基端部には、第１冷却水通路３７を第２冷却水通路３８に連通させるための横穴３９が空いている。また、フランジ２２には、横穴３９の箇所を囲う環状溝４０が形成されており、環状溝４０に第２冷却水通路３８が開口している。このため、弁軸２５が回転させても、冷却水は環状溝４０を介して第２冷却水通路３８に流れる。

第２冷却水通路３８から排出された冷却水は、冷却水ジャケット１１にリターンさせてもよいし、ウォータポンプへの戻り通路に合流させてもよいし、ラジェータへの送り通路に合流させてもよい。このように冷却水通路３７，３８を設けたことにより、弁軸２５及び弁体２４をしっかり冷却してＥＧＲバルブ１９の信頼性・耐久性を向上できると共に、ＥＧＲガスの冷却を促進して充填効率のアップにも貢献できる。

弁軸２５は、一点鎖線で示すように冷却水ジャケット１１の内部に突出させてもよい。この場合は、弁軸２５からの放熱性を一層向上できる利点がある。弁軸２５に冷却水通路３７を設けることに代えて又はこれに加えて、ボス体２０に冷却水通路を設けることも可能である。

(5).その他
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、ＥＧＲバルブの弁手段はバタフライ方式やニードル式（台錘式）には限らず、シャッター方式や回動蓋方式（弁体の一端を中心にして開閉する方式）などの各種のものを採用できる。

本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。

１ シリンダヘッド
３ 吸気穴
１１ 冷却水ジャケット
１３ 上型（外型）
１４ 下型（外型）
１５ 中子型
１６ 支持用突部
１７ 幅木穴
１８ ＥＧＲ通路
２０ ボス体
２１ 外ケース
２２ フランジ部
２３ 弁穴
２４ 弁体
２５ 弁軸
２８ プラグ
３７，３８ 冷却水通路

Claims (2)

1. 内部に冷却水ジャケットが形成された鋳造製のシリンダヘッドを備えており、前記シリンダヘッドの外周面のうちクランク軸線方向に向いた一端面に、鋳造に際して前記冷却水ジャケットを形成する中子型を保持するための支持用突部によって形成された幅木穴が開口している構成であって、
   前記シリンダヘッドに、前記幅木穴に連通するようにＥＧＲ通路を形成し、前記幅木穴に、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブが装着されており、前記幅木穴と冷却水ジャケットとの連通は、前記ＥＧＲバルブの構成部材又は他の蓋部材で遮断されている、
   内燃機関。
2. 前記ＥＧＲバルブを構成する部材に、前記冷却水ジャケットの冷却水の一部が流入してシリンダヘッドの外側に流出する冷却水通路を形成している、
   請求項１に記載した内燃機関。

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