JP2017008923A - シリンダヘッドの排気還流構造 - Google Patents

Abstract

【課題】シリンダヘッドに排気還流構造を設ける場合であっても、信頼性を確保しつつＥＧＲガスの冷却性能を向上できるシリンダヘッドの排気還流構造を提供すること。【解決手段】排気還流構造において、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃに外周部の少なくとも一部が接触するようにＥＧＲ通路７に挿入され、ＥＧＲ通路７との間で熱交換を行う内筒部材１３を備えて、内筒部材１３が、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃと内筒部材１３の外周部との間に外周側ＥＧＲ通路１４を形成するとともに、内筒部材１３の内部に内周側ＥＧＲ通路１５を形成する。これに加えて、ウォータジャケット１２が、ＥＧＲ通路７、９の内周部に接触する内筒部材１３の外周部に隣接するように、シリンダヘッド３に形成される。【選択図】図４

Description

本発明は、シリンダヘッドの排気還流構造に関し、特に、シリンダヘッドに形成され、吸気部と排気部とを連通するＥＧＲ通路を備えたシリンダヘッドの排気還流構造に関する。

一般に、自動車等の車両に搭載される内燃機関においては、内燃機関から排出された排気ガスの一部を吸気側に還流し、ＮＯｘ（窒素酸化物）やポンピングロスを低減させる排気還流構造が設けられている。

この排気還流構造にあっては、排気ガスを高温の状態のままで吸気側へ還流すると、吸入空気が膨張して充填効率が低下するため、シリンダヘッドのウォータジャケット内にＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）通路を配置し、このＥＧＲ通路を流れる排気ガス（ＥＧＲガス）を冷却するものがある。

従来のこの種の排気還流構造としては、例えば、特許文献１に記載されたものが知られている。
この排気還流構造は、シリンダヘッドのウォータジャケットの内部に設置される熱交換器用偏平伝熱管を有し、熱交換器用偏平伝熱管が、ＥＧＲパイプの他端に連通される排気ガス流入端部と、ＥＧＲバルブに連通される排気ガス流出端部とを備えている。

排気ガス流入端部と排気ガス流出端部のそれぞれは、排気ガスの流れる方向に対して垂直な平面による断面において円形状に形成されており、排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とのそれぞれが、シリンダヘッドの排気側および吸気側に鋳込まれることにより、熱交換器用偏平伝熱管がシリンダヘッドのウォータジャケットの内部に配設される。

特許第５４３４７５６号公報

このような従来のシリンダヘッドの排気還流構造にあっては、熱交換器用偏平伝熱管の排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とのそれぞれが、シリンダヘッドの排気側および吸気側に鋳込まれることにより、熱交換器用偏平伝熱管がシリンダヘッドのウォータジャケットの内部に配設される。
これにより、熱交換器用偏平伝熱管をシリンダヘッドに鋳込む作業が必要となり、シリンダヘッドの製造作業が面倒になる上に、シリンダヘッドの製造コストが増大してしまう。

さらに、熱交換器用偏平伝熱管が高温のＥＧＲガスと低温の冷却水によって熱膨張と縮小を繰り返すため、熱交換器用偏平伝熱管の排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とをシリンダヘッドに安定して固定することが困難となり、ＥＧＲガスを安定して冷却することができない。

また、熱交換器用偏平伝熱管の排気ガス流入端部と排気ガス流出端部とが熱膨張と縮小を繰り返すことによる応力の変化により、排気還流構造の信頼性を確保するために熱交換器用偏平伝熱管の板厚を増大させる、熱交換器用偏平伝熱管として材料強度の大きな材料を選択する等の対応が必要になる。

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、シリンダヘッドに排気還流構造を設ける場合であっても、信頼性を確保しつつＥＧＲガスの冷却性能を向上できるシリンダヘッドの排気還流構造を提供することを目的とするものである。

本発明は、冷却水が流れるウォータジャケット、排気ガスを排出する排気部および吸入空気が導入される吸気部を有するシリンダヘッドに設けられた排気還流構造であって、シリンダヘッドに形成され、排気部と吸気部とを連通するＥＧＲ通路と、ＥＧＲ通路の内周部に外周部の少なくとも一部が接触するようにＥＧＲ通路に挿入され、ＥＧＲ通路の内周部との間で熱交換を行う内筒部材とを備え、ＥＧＲ通路は、ＥＧＲ通路の内周部と内筒部材の外周部との間に形成された外周側ＥＧＲ通路と内筒部材の内部に形成された内周側ＥＧＲ通路とを含んで構成され、ウォータジャケットが、ＥＧＲ通路に隣接するようにシリンダヘッドに形成されるものから構成されている。

このように本発明によれば、シリンダヘッドに排気還流構造を設ける場合であっても、信頼性を確保しつつＥＧＲガスの冷却性能を向上できる。

図１は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、シリンダヘッドを有するエンジンの要部側面図である。 図２は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、シリンダヘッドを有するエンジンの上面図である。 図３は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、図２のIII−III方向矢視断面図である。 図４は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、シリンダヘッドの側面断面図であり、図２のIII−III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排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、内筒部材の斜視図である。 図６は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、図４のＶI−ＶI方向矢視断面図である。 図７は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、ＥＧＲ通路に挿入される前の内筒部材の山部の形状とＥＧＲ通路の形状とを示す図である。 図８は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、ＥＧＲ通路に挿入後の内筒部材の山部の形状とＥＧＲ通路の形状とを示す図である。 図９は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの状態を示す図である。 図１０は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、他の形状の内筒部材を有する排気還流構造の概略構成図である。 図１１は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、他の形状の内筒部材が挿入されたシリンダヘッドの側面断面図である（図２のIII−III方向矢視断面に相当）。 図１２は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、他の形状の内筒部材の斜視図である。 図１３は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、他の形状の内筒部材が挿入されたシリンダヘッドの側面断面図である（図２のIII−III方向矢視断面に相当）。 図１４は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、他の形状の内筒部材が挿入されたシリンダヘッドの側面断面図である（図２のIII−III方向矢視断面に相当）。 図１５は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の一実施の形態を示す図であり、他の形状の内筒部材の斜視図である。 図１６は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の他の実施の形態を示す図であり、内筒部材が挿入されたシリンダヘッドの側面断面図である（図２のIII−III方向矢視断面に相当）。 図１７は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の他の実施の形態を示す図であり、内筒部材および棒状部材の分解図である。 図１８は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の他の実施の形態を示す図であり、内筒部材および棒状部材の分解斜視図である。 図１９は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の他の実施の形態を示す図であり、図１６のＸIＸ−ＸIＸ方向矢視断面図である。 図２０は、本発明のシリンダヘッドの排気還流構造の他の実施の形態を示す図であり、ＥＧＲ通路に挿入された他の形状の内筒部材の断面図である（図１６のＸIＸ−ＸIＸ方向矢視断面に相当）。

以下、本発明に係るシリンダヘッドの排気還流構造の実施の形態について、図面を用いて説明する。
図１〜図２０は、本発明に係る一実施の形態のシリンダヘッドの排気還流構造を示す図である。なお、図１〜図２０において、上下左右方向は、車両に搭乗する運転者から見た方向を示している。

まず、構成を説明する。
図１、図２において、車両には内燃機関としてのエンジン１が搭載されている。図１において、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、シリンダヘッド３の上部に設けられたシリンダヘッドカバー４とを備えている。

シリンダブロック２には図示しないシリンダ内に上下動自在に収容された図示しないピストンと、ピストンの上下運動を回転運動に変換する図示しないクランク軸等が収容されている。 図３において、シリンダヘッド３の上面には、図示しない吸気カムシャフトと排気カムシャフトとを回転自在に支持するロアハウジング３Ａが形成されている。

図２において、シリンダヘッド３の車両の前方に対向する一側面３ａには複数の排気ポート３Ｂが形成されており、排気ポート３Ｂは、シリンダブロック２のシリンダに連通している。シリンダヘッド３の一側面３ａには図示しない排気マニホールドが接続されており、排気マニホールドは、排気ポート３Ｂに連通している。

図３において、シリンダヘッド３の車両の後方に対向する他側面３ｂには吸気ポート３Ｃが形成されており、吸気ポート３Ｃは、図示しない燃焼室に連通している。なお、燃焼室は、シリンダの内壁、ピストンの頂面およびシリンダヘッド３の下面によって囲まれる空間である。

図２において、シリンダヘッド３の他側面３ｂには吸気マニホールド５が接続されている。吸気マニホールド５には図示しない吸気管が接続されており、吸気マニホールド５には吸気管を通して外気が導入され、吸気マニホールド５に導入された吸入空気は、吸気ポート３Ｃを通してシリンダに導入される。

ピストンの上昇に伴って、排気ガスがシリンダから排気ポート３Ｂを通して排気マニホールドに排出され、この排気ガスは、排気マニホールドの下流に設置された図示しない触媒コンバータで浄化された後、外部に排出される。

図３、図４において、シリンダヘッド３の左端部にはＥＧＲ通路６が形成されており、ＥＧＲ通路６は、複数の排気ポート３Ｂのそれぞれに連通している。シリンダヘッド３にはＥＧＲ通路７が形成されており、ＥＧＲ通路７は、シリンダヘッド３に対して車両の前後方向に直線状に延びている。ＥＧＲ通路７は、上流端７ａがＥＧＲ通路６に連通しており、ＥＧＲ通路７には上流端７ａを通して排気ガスの一部であるＥＧＲガスが導入される。

ＥＧＲ通路７の下流端７ｂは、シリンダヘッド３の他側面３ｂに開口しており、下流端７ｂは、プラグ８によって閉止されている。なお、上流、下流とは、ＥＧＲガスや排気ガスの流れに方向に対して上流、下流を表す。ここで、本実施の形態のＥＧＲ通路７の下流端７ｂは、本発明の開口端を構成し、プラグ８は、本発明の閉止部材を構成する。また、ＥＧＲ通路６は、本発明の排気部を構成する。

ＥＧＲ通路７は、シリンダヘッド３の他側面３ｂに形成された下流端７ｂからＥＧＲ通路６に向かって直線状に延びている。ＥＧＲ通路７は、このように構成されることで、下流端７ｂ側から図示しないドリル等の工具によってＥＧＲ通路６に連通する位置まで穴開け加工によって形成することができる。ここで、ＥＧＲ通路７は、本発明の第１のＥＧＲ通路を構成する。

ＥＧＲ通路７の延びる方向の途中からはＥＧＲ通路９が分岐しており、ＥＧＲ通路９は、ＥＧＲ通路７とＥＧＲ通路９の分岐部１０からシリンダヘッド３の他側面３ｂに向かって上方に傾斜するように直線状に延び、下流端９ａがシリンダヘッド３の他側面３ｂに開口している。

ＥＧＲ通路７は、このように構成されることで下流端９ａ側からドリル等の工具によって分岐部１０に連通する位置まで穴開け加工によって形成することができる。ここで、ＥＧＲ通路９は、本発明の第２のＥＧＲ通路を構成する。

ＥＧＲ通路９の下流端９ａは、吸気マニホールド５に連通しており、ＥＧＲ通路７からＥＧＲ通路９に導入されるＥＧＲガスは、吸気マニホールド５から吸気ポート３Ｃを通してシリンダに導入される。

このように不活性なガスを含むＥＧＲを導入することにより、燃焼室内において、燃焼温度が上昇し難くなり、ＮＯｘ（窒素酸化物）が低減する。また、酸素濃度が低くなることにより、吸入ガス量に比べてスロットルバルブを開き側にして出力調整でき、ポンピングロスを低減できる。ここで、吸気マニホールド５は、本発明の吸気部を構成しており、ＥＧＲ通路７、９がＥＧＲ通路６と吸気マニホールド５とを連通する本発明のＥＧＲ通路を構成している。

図３、図４において、ＥＧＲ通路７、９の分岐部１０と下流端７ｂとの間のＥＧＲ通路７の部位は、分岐通路１１を構成しており、分岐通路１１は、本発明の分岐通路を構成している。 図１、図２において、シリンダヘッド３の左端部にはＥＧＲバルブ１６が設けられており、ＥＧＲバルブ１６は、ＥＧＲ通路６の流路面積を可変する図示しないバルブ部を有し、バルブ部の開度を調整することで、ＥＧＲ通路６を流れるＥＧＲガスの流量を調整する。

本実施の形態のシリンダヘッド３において、ＥＧＲ通路７、９が穴開け加工された後に、分岐通路１１がプラグ８によって閉止されることで、ＥＧＲ通路７、９が密閉される。
このため、分岐通路１１は、ＥＧＲガスが流れるＥＧＲ通路７、９から外れた位置に設置されることになる。

図３、図４において、シリンダヘッド３には冷却水が流れるウォータジャケット１２が形成されており、ウォータジャケット１２は、シリンダヘッド３の中でも高温となるシリンダ側（燃焼室側）の底部、ＥＧＲ通路７、９の周囲および分岐通路１１の周囲に連続して形成される。すなわち、本実施の形態のウォータジャケット１２は、ＥＧＲ通路７、９および分岐通路１１に隣接するようにシリンダヘッド３に形成されている。

図４において、ＥＧＲ通路７には内筒部材１３が設置されており、内筒部材１３は、ＥＧＲ通路７の下流端７ｂから分岐通路１１を通してＥＧＲ通路７に挿入される。

図５において、内筒部材１３は、多葉形状に形成されている。具体的には、図６において、内筒部材１３は、内筒部材１３の延びる方向の中心軸Ｏに対して直交する方向の断面形状が、山部１３Ａと山部１３Ａの間に位置する谷部１３Ｂとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されている。

ＥＧＲでは、凝縮水による腐食が懸念されるため、内筒部材１３は、ステンレス等の材料が使用される。内筒部材１３のその他の材料としては、シリンダヘッド３の材質と熱伝導性が同一の材料あるいは、シリンダヘッド３の材質よりも熱伝導性が高い材料が使用される。例えば、シリンダヘッド３がアルミニウムやアルミニウム合金等からなる場合には、内筒部材１３は、シリンダヘッド３の材料と同一の材料、あるいは銅等の材料により製造される。

図６において、内筒部材１３は、内筒部材１３の一部を構成する山部１３Ａの頂点１３ａがＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触しており、内筒部材１３は、ウォータジャケット１２の冷却水に晒されるＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの間で熱交換を行うことにより、ＥＧＲガスを冷却する。すなわち、本実施の形態の内筒部材１３の外周部は、内筒部材１３の円周方向においてＥＧＲ通路７の内周部７ｃに断続的に接触している。

図６において、ＥＧＲ通路７は、内筒部材１３の外周部とＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの間に形成された外周側ＥＧＲ通路１４と、内筒部材１３の内部に形成された内周側ＥＧＲ通路１５とを備えている。

図４において、内筒部材１３の端部には山部１３Ａの頂点１３ａを結んだ外周円よりも径の小さい円状の筒部１３Ｃが設けられており、筒部１３Ｃは、分岐通路１１まで延びている。

すなわち、内筒部材１３は、ＥＧＲ通路７および分岐通路１１に挿入されている。これにより、内筒部材１３は、分岐通路１１において外周側ＥＧＲ通路１４を挟んでＥＧＲ通路９と内周側ＥＧＲ通路１５とを連通している。なお、谷部１３Ｂの外周を結んだ外周円は、円形となる。また、内筒部材１３の外周部は、山部１３Ａの頂点１３ａと、頂点１３ａを除いた山部１３Ａの部位と、谷部１３Ｂの外周部とから構成されるものであり、頂点１３ａが外周部の一部を構成している。

次に、作用を説明する。
シリンダヘッド３に排気還流構造を形成するには、シリンダヘッド３の他側面３ｂにおいて、ＥＧＲ通路７の下流端７ｂ側からドリル等の工具によってＥＧＲ通路７に連通する位置まで穴開け加工を行うことで、ＥＧＲ通路７を形成する。

次いで、シリンダヘッド３の他側面３ｂにおいて、ＥＧＲ通路９の下流端９ａ側からドリル等の工具によって分岐部１０に連通する位置まで穴開け加工によってＥＧＲ通路９を形成する。

次いで、ＥＧＲ通路７の下流端７ｂから分岐通路１１を通してＥＧＲ通路７に内筒部材１３を挿入した後、分岐通路１１にプラグ８を嵌合して、分岐通路１１を閉止する。ここで、図７に示すように、ＥＧＲ通路７に挿入される前の初期状態の内筒部材１３において、山部１３Ａの頂点１３ｂの曲率は、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃの曲率よりも大きく形成されている。

これにより、ＥＧＲ通路７の下流端７ｂから分岐通路１１を通してＥＧＲ通路７に内筒部材１３を挿入する過程で、山部１３Ａの頂点１３ｂがＥＧＲ通路７の内周部７ｃに沿って変形して曲率が小さくなる。このため、図８に示すように、山部１３Ａの頂点１３ａとＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの接触面積が増大する。

このように構成されたシリンダヘッド３において、図９に示すように、ＥＧＲ通路６からＥＧＲ通路７に導入された排気ガスは、実線の矢印Ｇ１で示すように外周側ＥＧＲ通路１４に沿って流れるとともに、破線の矢印Ｇ２で示すように内周側ＥＧＲ通路１５に沿って流れる。

外周側ＥＧＲ通路１４を流れるＥＧＲガスＧ１は、外周側ＥＧＲ通路１４からＥＧＲ通路９にそのまま流れる。ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスＧ３は、吸気マニホールド５から吸気ポート３Ｃを通してシリンダに導入される。

ＥＧＲ通路７に隣接してウォータジャケット１２が形成されており、内筒部材１３の山部１３Ａの頂点１３ａがＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触している。これにより、内筒部材１３は、ウォータジャケット１２の冷却水に晒されるＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの間で熱交換され、外周側ＥＧＲ通路１４および内周側ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスＧ１、Ｇ２が冷却される。また、ＥＧＲ通路９に隣接してウォータジャケット１２が形成されているため、ＥＧＲ通路９を流れるＥＧＲガスＧ３が冷却水によって冷却される。

これにより、ＥＧＲガスが膨張することを防止して、吸気マニホールド５を通して吸気ポート３Ｃに吸入される吸入空気が膨張することを防止でき、充填効率が低下することを防止できる。

このように本実施の形態の排気還流構造によれば、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃに外周部の少なくとも一部が接触するようにＥＧＲ通路７に挿入され、ＥＧＲ通路７との間で熱交換を行う内筒部材１３を備えている。
また、内筒部材１３が、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃと内筒部材１３の外周部との間に外周側ＥＧＲ通路１４を形成するとともに、内筒部材１３の内部に内周側ＥＧＲ通路１５を形成する。

これに加えて、ウォータジャケット１２が、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触する内筒部材１３の外周部に隣接するように、シリンダヘッド３に形成される。
これにより、シリンダヘッド３に穴開け加工を施してＥＧＲ通路７、９を形成した後、ＥＧＲ通路７に内筒部材１３を挿入するだけの作業によってシリンダヘッド３に排気還流構造を形成できる。このため、シリンダヘッド３の外部にＥＧＲクーラを追加する必要が無く、エンジン１の製造コストを低減できる。

特に、本実施の形態のシリンダヘッド３は、シリンダヘッド３の他側面３ｂに形成された開口端である下流端７ｂからＥＧＲ通路６に向かって延びるＥＧＲ通路７と、ＥＧＲ通路７の延びる方向の途中から分岐して吸気マニホールド５に向かって延びるＥＧＲ通路９と、ＥＧＲ通路７、９の分岐部１０と下流端７ｂとの間に形成される分岐通路１１とを含んで構成される。
これにより、穴開けによる簡単な作業でシリンダヘッド３に排気還流構造を形成でき、エンジン１の製造コストをより効果的に低減できる。

また、本実施の形態の内筒部材１３は、ステンレスで成形されているので、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて内筒部材１３の板厚を薄くしても内筒部材１３の剛性を確保することができ、アルミニウムやアルミニウム合金に比べて内筒部材１３の熱伝導性を高くできる。したがって、ＥＧＲガスの冷却性能をより効果的に向上できる。

これに加えて、アルミニウムやアルミニウム合金よりも剛性の大きいステンレス製の内筒部材１３をプレス加工によって成形する場合に、内筒部材１３の板厚をアルミニウムやアルミニウム合金の内筒部材１３よりも薄くして成形できる。これにより、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃに対する接触面積の大きい多葉形状の内筒部材１３を容易に成形できる。

また、本実施の形態の排気還流構造によれば、ＥＧＲ通路７に内筒部材１３を挿入して
内筒部材１３の山部１３Ａの頂点１３ａをＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触させている。
これにより、高温のＥＧＲガスと低温の冷却水とによって内筒部材１３が熱膨張と縮小を繰り返した場合であっても、従来の固定方法に比べて内筒部材１３に大きな応力が加わることがなく、内筒部材１３をシリンダヘッド３に安定して固定できる。このため、ＥＧＲ通路７に排気還流構造を設けた場合であっても、排気還流構造の信頼性を確保しつつ、ＥＧＲガスの冷却を安定して行うことができる。

ここで、シリンダヘッド３は、穴開け加工によってＥＧＲ通路７、９を形成し、ＥＧＲ通路９を分岐部１０から斜め上方に傾斜して形成している。これにより、ＥＧＲガスが流れる正規のＥＧＲ通路７、９に対してＥＧＲガスの流れに関係のない分岐通路１１が形成される。このため、分岐通路１１にＥＧＲガスが滞留すると、ＥＧＲガスの冷却性能が低下するおそれがある。

このため、本実施の形態の排気還流構造では、内筒部材１３の筒部１３Ｃを分岐通路１１まで延ばし、シリンダヘッド３に、分岐通路１１に隣接するウォータジャケット１２を形成した。
これにより、分岐通路１１に滞留するＥＧＲガスを冷却水によって冷却することができ、ＥＧＲガスの冷却性能を向上できる。

特に、本実施の形態の排気還流構造によれば、内筒部材１３が、内筒部材１３の円周方向において断続的にＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触し、内筒部材１３が、分岐通路１１において外周側ＥＧＲ通路１４を挟んで内周側ＥＧＲ通路１５とＥＧＲ通路９とを連通している。

これにより、内筒部材１３の内周側ＥＧＲ通路１５を通して分岐通路１１に流れるＥＧＲガスＧ２を冷却水によって冷却した後に、分岐通路１１から外周側ＥＧＲ通路１４を通してＥＧＲ通路９に流すことができる。

このため、ＥＧＲガスをより効果的に冷却しつつ、分岐通路１１から外周側ＥＧＲ通路１４を通してＥＧＲ通路９に流すことができ、ＥＧＲガスが分岐通路１１に滞留し続けることを防止できる。

また、本実施の形態の排気還流構造によれば、内筒部材１３が、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触する頂点１３ａを有する山部１３Ａと、山部１３Ａの間に位置する谷部１３Ｂとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成される。

これにより、内筒部材１３とＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの接触面積を増大させることができ、内筒部材１３と冷却水との熱交換の効率を向上できる。このため、内筒部材１３の外周側ＥＧＲ通路１４および内周側ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスの冷却性能をより効果的に向上できる。

特に、本実施の形態の内筒部材１３は、山部１３Ａの頂点１３ａをＥＧＲ通路７の内周部７ｃに沿って変形させて圧入し、頂点１３ａの曲率を小さくすることで、山部１３Ａの頂点１３ａとＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの接触面積を増大させることができる。これにより、内筒部材１３と冷却水との熱交換の効率をより効果的に向上できる。

これに加えて、山部１３Ａの頂点１３ａとＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの接触面積を増大させることができるので、内筒部材１３をＥＧＲ通路７に安定して固定でき、内筒部材１３が熱膨張と縮小を繰り返した場合であっても、内筒部材１３をＥＧＲ通路７により効果的に安定して固定できる。

これに加えて、シリンダヘッド３と内筒部材１３の材料が異なる場合に、内筒部材１３とシリンダヘッド３との熱膨張率の差によって内筒部材１３がＥＧＲ通路７に対して位置ずれすることを抑制できる。

また、内周側ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスを、分岐通路１１においてウォータジャケット１２によって冷却することができるので、内周側ＥＧＲ通路１５を流れるＥＧＲガスの冷却性能をより効果的に向上できる。

なお、本実施の形態の内筒部材１３は、分岐通路１１側に山部１３Ａの頂点１３ａの外周を結んだ外周円よりも径の小さい円状の筒部１３Ｃを有するが、これに限定される必要はない。例えば、図１０に示すように、内筒部材１３の延びる方向に亙って山部１３Ａを形成することで内筒部材１３を同一径としてもよい。

このようにすれば、内筒部材１３の内周側ＥＧＲ通路１５の開口面積を内筒部材１３の延びる方向に向かって同一径で大きくできる。このため、内周側ＥＧＲ通路１５から分岐通路１１に流れるＥＧＲガスの背圧が大きくなることを防止できる。

また、本実施の形態では、内筒部材１３をＥＧＲ通路７と分岐通路１１に亙って設けているが、これに限定されるものではない。

具体的には、図１１に示すように、内筒部材１３に加えて、ＥＧＲ通路９に内筒部材２０を設けてもよい。図１２において、内筒部材２０は、内筒部材２０の延びる方向の中心軸（車両の前後方向に延びる中心軸）に対して直交する方向の断面形状が、山部２０Ａと山部２０Ａの間に位置する谷部２０Ｂとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されており、山部２０Ａの径は、内筒部材２０の延びる方向に亙って同一径に形成されている。

内筒部材２０は、内筒部材２０の円周方向において断続的にＥＧＲ通路９の内周部９ｃに接触しており、ＥＧＲ通路９は、内筒部材２０の外周部とＥＧＲ通路９の内周部９ｃとの間に形成された外周側ＥＧＲ通路２１と、内筒部材２０の内部に形成された内周側ＥＧＲ通路２２とを備え、ウォータジャケット１２に上下方向で挟まれるようにしてＥＧＲ通路９に挿入されている。

このようにすれば、ＥＧＲ通路７および分岐通路１１から外周側ＥＧＲ通路２１に導入されるＥＧＲガスを、冷却水によって上下方向から冷却水で冷却できる。これにより、高温のＥＧＲガスと低温の冷却水とによって内筒部材２０が熱膨張と縮小を繰り返した場合であっても、従来のように内筒部材２０を固定するものに比べて内筒部材１３に大きな応力が加わることがなく、内筒部材２０をシリンダヘッド３に安定して固定できる。

このため、ＥＧＲ通路７およびＥＧＲ通路９に排気還流構造を設けた場合であっても、排気還流構造の信頼性を確保しつつ、ＥＧＲガスの冷却を安定して行うことができる。特に、本実施の形態の排気還流構造は、ＥＧＲ通路７、９を流れるＥＧＲガスを内筒部材１３、２０によって冷却できるので、熱交換面積を大きくすることができ、ＥＧＲガスをより効果的に冷却することができる。

また、内筒部材１３を廃止して、図１３に示すように、ＥＧＲ通路９に図１２に示す内筒部材２０を設けて構成してもよい。このようにしても、内筒部材２０の外周側ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスを上下方向から冷却できる。また、内筒部材１３を廃止して内筒部材１３よりも短い内筒部材２０を設置することで、ＥＧＲ通路７、９を流れるＥＧＲガスが内筒部材２０から受ける抵抗を少なくできる。このため、ＥＧＲガスの圧力損失を低減できる。

さらに、図１４に示すように、内筒部材２５を分岐部１０の手前、すなわち、分岐部１０よりも上流側まで延ばしてもよい。図１５において、内筒部材２５
は、内筒部材２５の延びる方向の中心軸（車両の前後方向に延びる中心軸）に対して直交する方向の断面形状が、山部２５Ａと山部２５Ａの間に位置する谷部２５Ｂとが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されており、山部２５Ａの径は、内筒部材２５の延びる方向に亙って同一径に形成されている。

内筒部材２５は、内筒部材２５の円周方向において断続的にＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触しており、ＥＧＲ通路７は、内筒部材２５の外周部とＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの間に形成された外周側ＥＧＲ通路２６と、内筒部材２５の内部に形成された内周側ＥＧＲ通路２７とを備えている。

このようにすれば、図４に示す内筒部材１３に比べて内筒部材２５の長さを短くできるので、ＥＧＲ通路７を流れるＥＧＲガスが内筒部材２５から受ける抵抗を少なくでき、ＥＧＲガスの圧力損失を低減できる。

（他の実施の形態）
図１６において、ＥＧＲ通路７には内筒部材３１が挿入されている。図１７、図１８において、内筒部材３１は、内筒部材３１の延びる方向の中心軸Ｏ（図１７参照）に対して直交する方向の断面形状を、山部３２Ａと、隣り合う山部３２Ａの間に位置する谷部３２Ｂと、が円周方向において交互に繰り返す複数のフィン部３２を有する多葉形状に形成されている。

図１９において、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃとフィン部３２の外周部との間に外周側ＥＧＲ通路３４が形成されており、フィン部３２よりも内側には内周側ＥＧＲ通路３５が形成されている。

図１６において、ＥＧＲ通路７の内周部７ｂは、円周方向の一部がウォータジャケット１２に隣接しており、内筒部材３１は、山部３２Ａの一部である上側がウォータジャケット１２に隣接するＥＧＲ通路７の内周部７ｃの上側部分に接触している。

図１７、図１８において、内筒部材３１は、中実状の棒状部材３３を備えている。棒状部材３３は、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入自在に設けられており、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに接触して内筒部材３１の延びる方向に延びている。

図１７において、棒状部材３３は、内筒部材３１に挿入される前の状態（初期状態）において、谷部３２Ｂの内周部３２ｂを結んだ円３２Ｃの直径Ｒ１よりも大きい直径Ｒ２に形成されている。

これにより、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに棒状部材３３が挿入されると、谷部３２Ｂが棒状部材３３によって径方向外方に拡大し、フィン部３２が径方向外方に拡大するように変形する。 棒状部材３３の延びる方向の端部にはテーパ部３３Ａが形成されており、テーパ部３３Ａは、先細り形状に形成されている。

次に、作用を説明する。
内筒部材３１をシリンダヘッド３に取付けるには、ＥＧＲ通路７の下流端７ｂから分岐通路１１を通してＥＧＲ通路７に内筒部材３１を挿入する。このとき、内筒部材３１には棒状部材３３が取付けられていないので、山部３３ＡとＥＧＲ通路７の内周部７ｃとは微小な隙間を介して離隔するか、低い圧力で接触しながら、内筒部材３１がＥＧＲ通路７に挿入される。

この後、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに対してテーパ部３３Ａから棒状部材３３を挿入する。これにより、谷部３２Ｂが棒状部材３３によって径方向外方に拡大し、フィン部３２が径方向外方に拡大するように変形する。

このため、内筒部材３１がＥＧＲ通路７に挿入された状態において、棒状部材３３が谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入される前に比べ、棒状部材３３が谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入された方が、ＥＧＲ通路７に対する山部３２Ａの接触圧が高くなる。

本実施の形態の排気還流構造によれば、内筒部材３１が、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入自在に設けられ、谷部３２の内周部３２ｂに接触するようにして内筒部材３１の延びる方向に延びる棒状部材３３を有する。

棒状部材３３は、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入される前の状態において、谷部３２Ｂの内周部３２ｂを結んだ円３２Ｃの直径Ｒ１が棒状部材３３の直径Ｒ２よりも小さく形成されている。

特に、内筒部材３１がＥＧＲ通路７に挿入された状態において、棒状部材３３が谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入される前に比べ、棒状部材３３が谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入された方が、ＥＧＲ通路７に対する山部３２Ａの接触圧が高くなる。

これにより、内筒部材３１をＥＧＲ通路７に挿入する際に、山部３２ＡをＥＧＲ通路７の内周部７ｃに沿って変形させて圧入する必要がなく、ＥＧＲ通路７の内周部７ｃに圧入による痕跡が残ることを防止できる。
痕跡は、内筒部材３１をＥＧＲ通路７に圧入する際に、内筒部材３１によってＥＧＲ通路７の内周部７ｃに形成される凹状の引っ掻き傷であり、内筒部材３１の圧入方向に沿って形成される可能性がある。

このため、ＥＧＲガスに含まれる未燃の燃料（煤、炭化水素等）が凹状の痕跡に付着して徐々に堆積してデポジットとなり、このデポジットによってＥＧＲガスの圧力損失やシリンダヘッド３の腐食等が発生することを防止できる。

また、本実施の形態のシリンダヘッド３によれば、ＥＧＲ通路７の内周部７ｂは、円周方向の一部がウォータジャケット１２に隣接しており、内筒部材３１は、山部３２Ａの一部である上側がウォータジャケット１２に隣接するＥＧＲ通路７の内周部７ｃの上側部分に接触している。
これにより、ＥＧＲ通路７の周囲を取り囲むようにウォータジャケット１２を形成する必要がないので、シリンダヘッド３の小型化を図ることができる。

但し、この場合には、ウォータジャケット１２側のＥＧＲ通路７の内周部７ｃに沿って流れるＥＧＲガスの冷却を効果的に行うことができる反面、ウォータジャケット１２と反対側のＥＧＲ通路７の内周部７ｃに沿って流れるＥＧＲガスの冷却を効果的に行うことができないおそれがある。

これに対して、本実施の形態の棒状部材３３は、谷部３２Ｂの内周部３２ｂに接触するようにして内筒部材３１の延びる方向に延びている。これにより、図１９の矢印Ｃで示すように、ウォータジャケット１２側のＥＧＲ通路７の内周部７ｃに接触する山部３２Ａに伝達される低温の熱をフィン部３２から谷部３２Ｂを介して棒状部材３３に伝達させることができる。

そして、棒状部材３３からウォータジャケット１２と反対側（棒状部材３３に対して下側）の谷部３２Ｂに熱を伝達し、この熱をフィン部３２から山部３２Ａを介してウォータジャケット１２に隣接していないＥＧＲ通路７の内周部７ｃに伝達できる。

これにより、温度の低いウォータジャケット１２に隣接するＥＧＲ通路７の内周部７ｃと温度の高いＥＧＲ通路７の内周部７ｃとの温度差を小さくして、内筒部材３１の外周側ＥＧＲ３４および内周側ＥＧＲ通路３５を流れるＥＧＲガスの冷却性能をより効果的に向上できる。

また、本実施の形態の内筒部材３１は、棒状部材３３の延びる方向の端部に先細り形状のテーパ部３３Ａが形成されている。これにより、棒状部材３３をテーパ部３３Ａ側から谷部３２Ｂの内周部３２ｂに挿入することで、内筒部材３３を谷部３２Ｂの内周部３２ｂに容易に挿入できる。

なお、棒状部材３３は、中実形状ではなく、図２０に示すように、筒状の棒状部材３６としてもよい。このようにすれば、棒状部材３６の内部を通してＥＧＲガスを流すことができるので、ＥＧＲ通路７を流れるＥＧＲガスの圧力損失が発生することを抑制できる。

本発明の実施の形態を開示したが、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。

３...シリンダヘッド、３ａ...一側面、３ｂ...他側面、５...吸気マニホールド（吸気部）、６...ＥＧＲ通路（排気部）、７...ＥＧＲ通路（第１のＥＧＲ通路、ＥＧＲ通路）、７ｂ...下流端（開口端）、７ｃ...内周部、８...プラグ（閉止部材）、９...ＥＧＲ通路（第２のＥＧＲ通路、ＥＧＲ通路）、１０...分岐部、１１...分岐通路、１２...ウォータジャケット、１３，２０，２５，３１...内筒部材、１３Ａ，２０Ａ，２５Ａ，３２Ａ...山部、１３ａ...頂点（外周部の一部）、１３Ｂ，２０Ｂ，２５Ｂ，３２Ｂ...谷部、１４，２１，２６，３４...外周側ＥＧＲ通路、１５，２２，２７，３５...内周側ＥＧＲ通路、３３...棒状部材

Claims (9)

1. 冷却水が流れるウォータジャケット、排気ガスを排出する排気部および吸入空気が導入される吸気部を有するシリンダヘッドに設けられた排気還流構造であって、
   前記シリンダヘッドに形成され、前記排気部と前記吸気部とを連通するＥＧＲ通路と、
   前記ＥＧＲ通路の内周部に外周部の少なくとも一部が接触するように前記ＥＧＲ通路に挿入され、前記ＥＧＲ通路の内周部との間で熱交換を行う内筒部材とを備え、
   前記ＥＧＲ通路は、前記ＥＧＲ通路の内周部と前記内筒部材の外周部との間に形成された外周側ＥＧＲ通路と前記内筒部材の内部に形成された内周側ＥＧＲ通路とを含んで構成され、
   前記ウォータジャケットが、ＥＧＲ通路に隣接するように前記シリンダヘッドに形成されていることを特徴とするシリンダヘッドの排気還流構造。
2. 前記排気部が前記シリンダヘッドの一側面側に形成されるとともに、前記吸気部が前記シリンダヘッドの他側面側に形成され、
   前記ＥＧＲ通路は、前記シリンダヘッドの前記他側面に形成された開口端から前記排気部に向かって延びる第１のＥＧＲ通路と、前記第１のＥＧＲ通路の延びる方向の途中から分岐して前記吸気部に向かって延びる第２のＥＧＲ通路と、前記第１のＥＧＲ通路および第２のＥＧＲ通路の分岐部から前記開口端まで延びる分岐通路とを有し、
   前記分岐通路が閉止部材によって閉止されており、
   前記第１のＥＧＲ通路に前記内筒部材が挿入されているとともに、前記内筒部材が前記分岐通路まで延ばされており、
   前記シリンダヘッドに、前記分岐通路に隣接するウォータジャケットが形成されていることを特徴とする請求項１に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
3. 前記内筒部材の外周部は、前記内筒部材の円周方向において前記ＥＧＲ通路の内周部に断続的に接触し、
   前記内筒部材は、前記分岐通路において、前記外周側ＥＧＲ通路を挟んで前記内周側ＥＧＲ通路と前記第２のＥＧＲ通路とを連通することを特徴とする請求項２または請求項３に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
4. 前記内筒部材は、前記内筒部材の延びる方向の中心軸に対して直交する方向の断面形状が、前記ＥＧＲ通路の内周部に接触する山部と、前記山部の間に位置する谷部とが円周方向において交互に繰り返す多葉形状に形成されていることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
5. 前記内筒部材は、前記谷部の内周部に挿入自在に設けられ、前記谷部の内周部に接触するようにして前記内筒部材の延びる方向に延びる棒状部材を有し、
   前記棒状部材は、前記谷部の内周部に挿入される前の状態において、前記谷部の内周部を結んだ円の直径が前記棒状部材の直径よりも小さく形成されていることを特徴とする請求項４に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
6. 前記内筒部材が前記ＥＧＲ通路に挿入された状態において、前記棒状部材が前記谷部の内周部に挿入される前に比べ、前記棒状部材が前記谷部の内周部に挿入された方が、前記ＥＧＲ通路に対する前記山部の接触圧が高くなることを特徴とする請求項５に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
7. 前記棒状部材は、筒状に形成されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
8. 前記棒状部材の延びる方向の端部に先細り形状のテーパ部が形成されていることを特徴とする請求項５ないし請求項７のいずれか１項に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。
9. 前記ＥＧＲ通路の内周部は、円周方向の一部が前記ウォータジャケットに隣接しており、前記内筒部材は、前記山部の一部が前記ウォータジャケットに隣接する前記ＥＧＲ通路の内周部に接触していることを特徴とする請求項４ないし請求項８のいずれか１項に記載のシリンダヘッドの排気還流構造。

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