JP5387363B2

JP5387363B2 - シリンダヘッド構造

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Publication number: JP5387363B2
Application number: JP2009267531A
Authority: JP
Inventors: 昌彦浅野; 厚太田; 正浩田口; 里志山田
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2009-11-25
Filing date: 2009-11-25
Publication date: 2014-01-15
Anticipated expiration: 2029-11-25
Also published as: JP2011111938A

Description

本発明は、シリンダヘッド構造に関し、特に、ウォータジャケット内に排気還流通路の一部を備えた内燃機関のシリンダヘッド構造に関する。

従来、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスの一部を、燃焼室の吸気側に還流することにより、ＮＯｘを低減させる排気ガス再循環装置が設けられている。ここで、排気ガスを高温のまま吸気側に還流すると、吸入空気が膨脹して充填効率が低下する可能性があるため、内燃機関を冷却するウォータジャケット内に排気還流通路を画成するパイプを設けることにより、排気還流通路内を流れる排気ガスを冷却する技術が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−４９５３号公報実開平６−７６６４４号公報

しかしながら、このような従来の内燃機関のシリンダヘッド構造にあっては、内燃機関を冷却するウォータジャケット内に排気還流通路を画成するパイプを設けることにより、ＥＧＲガスを冷却するようにしているが、パイプが単純な円形断面を有するだけであるので、ＥＧＲガスが接触する面積がパイプの内周面だけとなり、ＥＧＲガスの伝熱面積が小さいものとなってしまう。

このため、パイプの中心部を流れるＥＧＲガスは、ウォータジャケット内の冷却水に晒されるパイプの内周面と接触する機会が少なくなり、パイプの中心部を流れるＥＧＲガスは、パイプの内周面を流れるＥＧＲガスに対して冷却され難い。この結果、ＥＧＲガスの冷却性能が著しく低下してしまう。

また、ＥＧＲガスの冷却性能を高めるために、パイプの外周部から外方にフィンを設け、ＥＧＲガスの放熱性を高めるようにした内燃機関のシリンダヘッド構造が知られている（例えば、特許文献２参照）。

しかしながら、このシリンダヘッド構造にあっても、ＥＧＲガスが流通する通路は、パイプが単純な円形断面を有するだけであるので、ＥＧＲガスの伝熱面積が小さく、ＥＧＲガスの冷却性能が低下してしまう。

本発明は、上述のような従来の問題を解決するためになされたもので、排気通路側から吸気通路側に還流される排気ガスの冷却性能を向上させることができるシリンダヘッド構造を提供することを目的とする。

本発明に係るシリンダヘッド構造は、上記目的を達成するため、（１）排気通路側から吸気通路側に排気ガスの一部を還流させる中空の排気ガス還流通路を画成する排気ガス還流通路部を有し、前記排気ガス還流通路部がウォータジャケット内に位置するようにしてシリンダヘッドに設けられた内燃機関のシリンダヘッド構造において、前記排気ガス還流通路部の内周面から内方に向かって複数のフィン部が突出して設けられ、前記排気ガス還流通路が、前記フィン部によって排気ガスの流通方向に沿って延在する複数の分割通路に画成されるものから構成されている。

このシリンダベッド構造は、排気ガス還流通路部の内周面から内方に向かって複数のフィン部が突出して設けられ、排気ガス還流通路が、フィン部によって排気ガスの流通方向に沿って延在する複数の分割通路に画成されるので、分割通路を流通する排気ガスをフィン部に接触させながら分割通路の上流側から下流側に移動させることができる。

このため、排気ガスをフィン部全体に接触させて排気ガスの接触面積を大きくすることができ、フィン部の内周側から外周側に排気ガスを行き渡らせて排気ガスの伝熱面積を大きくすることができる。

そして、フィン部は、排気ガス還流通路部の内周面から内方に向かって突出しているため、フィン部から排気ガス還流通路部を通してウォータジャケットの冷却水に排気ガスの熱を伝達することができるため、排気ガスを効率よく冷却して排気ガスの冷却性能を向上させることができる。

上記（１）に記載のシリンダヘッド構造において、（２）前記フィン部によって画成される複数の前記分割通路の通路断面積が、前記排気ガス還流通路部の内周面から内方に向かうに従って拡径するものから構成されている。

このシリンダヘッド構造は、排気ガス還流通路部の内方において排気ガスをある程度流通させることができる。このため、排気通路側から排気ガス還流通路に流通した排気ガスの流量を排気ガス還流通路によって調整して、単位時間当たり一定量の排気ガスを吸気通路側に還流することができるとともに、排気ガスを効率よく冷却することができる。

上記（１）または（２）に記載のシリンダヘッド構造において、（３）前記排気ガス還流通路部が中空状のパイプから構成されるとともに、前記パイプに圧入される複数の円錐状部材を有し、前記円錐状部材が、前記パイプの内周面に嵌合する環状底部と、前記環状底部から排気ガスの流通方向に縮径するように突出し、スリットを介して円周方向に離隔する複数のフィン部とを含んで構成され、前記円錐状部材を排気ガスの流通方向に沿って積層することにより、前記積層方向に隣接する前記円錐状部材の前記フィン部の間の前記スリットによって前記分割通路が画成されるものから構成されている。

このシリンダヘッド構造は、円錐状部材が、スリットを介して円周方向に離隔する複数のフィン部を有し、円錐状部材を排気ガスの流通方向に沿って積層することにより、積層方向に隣接する円錐状部材のフィン部の間のスリットによって分割通路が画成されるので、排気ガス還流通路に導入された排気ガスが第１の円錐状部材のフィン部に衝突した後、第１の円錐状部材のスリットを通過することになる。

この第１の円錐状部材のスリットを通過した排気ガスは、第１の円錐状部材の下流側に積層される第２の円錐状部材のフィン部に接触しながら第２の円錐状部材のスリットを通して第２の円錐状部材の下流側に積層される第３の円錐状部材に流通する。

次いで、この排気ガスは、第３の円錐状部材のフィン部に接触しながら第３の円錐状部材のスリットから第３の円錐状部材の下流側に積層される第４の円錐状部材に移動することになる。

このように排気ガスの流通方向に積層される円錐状部材のフィン部に排気ガスを接触させながら、分割通路を画成するフィン部のスリットを通して排気ガスを流通させることにより、排気ガスをフィン部全体に接触させて排気ガスの接触面積を大きくすることができ、排気ガスの伝熱面積を大きくすることができる。

上記（３）に記載のシリンダヘッド構造において、（４）前記環状底部が、前記環状底部から放射方向外方に突出するとともに、前記排気ガスの流通方向に折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部が前記パイプの内周面に嵌合されるものから構成されている。

このシリンダヘッド構造は、環状底部が、環状底部から放射方向外方に突出するとともに、排気ガスの流通方向に折り曲げられた折り曲げ部を有し、折り曲げ部がパイプの内周面に嵌合されるので、円錐状部材を排気ガス還流通路部の内周面に圧入したときに、折り曲げ部が変形することで折り曲げ部に弾性力を持たせることができ、円錐状部材を排気ガス還流通路部に強固に保持させることができる。

また、折り曲げ部に弾性力を持たせることができるので、円錐状部材のフィン部が排気ガスを受けたときに、折り曲げ部を撓ませることで隣接する円錐状部材のフィン部同士が衝突するのを回避することができ、フィン部が破損するのを防止することができる。

本発明によれば、排気通路側から吸気通路側に還流される排気ガスの冷却性能を向上させることができるシリンダヘッド構造を提供することができる。

本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、シリンダヘッドの平面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、図１のＡ−Ａ方向矢視断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、図１のＢ−Ｂ方向矢視断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、図３のＣ−Ｃ方向矢視断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、砂中子の正面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、図５のＤ方向矢視図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図であり、砂中子を成形する鋳型の断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第２の実施の形態を示す図であり、図１のＢ−Ｂ方向矢視断面に相当する分割通路の断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第２の実施の形態を示す図であり、砂中子の正面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第２の実施の形態を示す図であり、砂中子を成形する鋳型の断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、図１のＡ−Ａ方向矢視断面に相当するシリンダヘッドの断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、ＥＧＲパイプの横断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、円錐状部材の斜視図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、図１２の円錐状部材のスリットを結んだ面で切った円錐状部材の縦断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、図１２のＥ−Ｅ方向矢視断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、ＥＧＲパイプの他の構成を示す横断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、円錐状部材のフィン部の他の形状を示す図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第４の実施の形態を示す図であり、ＥＧＲパイプの縦断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第５の実施の形態を示す図であり、ＥＧＲパイプの横断面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１、２の実施の形態を示す図であり、（ａ）は、他の形状の分割通路を有するシリンダヘッドの概略平面図、（ｂ）は、他の形状の分割通路を有するシリンダヘッドの概略側面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第１、２の実施の形態を示す図であり、他の形状の分割通路を有するシリンダヘッドの概略側面図である。本発明に係るシリンダヘッド構造の第３〜５の実施の形態を示す図であり、他の形状の分割通路を有するシリンダヘッドの概略側面図である。

以下、本発明に係るシリンダヘッド構造の実施の形態について、図面を用いて説明する。
（第１の実施の形態）
図１〜図７は、本発明に係るシリンダヘッド構造の第１の実施の形態を示す図である。

まず、構成を説明する。
図１、図２において、内燃機関１の一部を構成するシリンダヘッド２は、図示しないシリンダブロックの上部に取付けられており、このシリンダヘッド２にはウォータジャケット３が形成されている。

なお、シリンダヘッド２は、鋳型に供給した溶湯を凝固させて所定の形状に成形する、所謂、鋳造によって形成されており、溶湯には、溶融状態の鋳鉄、アルミニウム、アルミニウム合金、銅、銅合金等の金属が含まれる。本実施の形態のシリンダヘッドは、アルミニウムを例に説明を行う。

内燃機関１は、水冷式の内燃機関であり、ウォータジャケット３に冷却水が供給される構成となっている。このため、シリンダヘッド２にはウォータジャケット３に冷却水を供給する冷却水供給管４が取付けられているとともに、ウォータジャケット３から冷却水を排出する冷却水排出管５が取付けられており、冷却水排出管５から排出された冷却水は、図示しないラジエータに戻されるようになっている。

シリンダヘッド２の下方にはシリンダブロックの複数のシリンダ６が形成されており、シリンダ６には図示しないピストンが往復動自在に配置されている。シリンダヘッド２におけるピストンの上方に臨む空間には燃焼室７がそれぞれ形成されており、シリンダヘッド２にはこれらの燃焼室７に連通するインテークマニホールド８およびエキゾーストマニホールド９が設けられている。

また、インテークマニホールド８には吸気管１０が接続されており、この吸気管１０にはスロットルバルブ１１が設けられている。また、エキゾーストマニホールド９における燃焼室７とは反対側の端部には排気ガスを浄化するための触媒１２が設けられており、この触媒１２には図示しない排気管が接続されている。

また、排気ガスの排出方向における触媒１２の上流側、または触媒１２の下流側にはＥＧＲパイプ１３の一端側が接続されており、このＥＧＲパイプ１３の他端側は、シリンダヘッド２に接続されている。
このＥＧＲパイプ１３の内部にはＥＧＲ通路１３ａが形成されており、内燃機関１から排気管に排気される排気ガスの一部は、ＥＧＲガスとなってＥＧＲ通路１３ａに導入されるようになっている。なお、ＥＧＲガスは、排気側から吸気側に還流される排気ガスを示す。

ＥＧＲパイプ１３のシリンダヘッド２側の端部には、ＥＧＲパイプ１３の半径方向に突出するフランジ１４が一体的に設けられており、このフランジ１４は、シリンダヘッド２に取付けられている。また、ウォータジャケット３は、シリンダヘッド２の一方の側壁１５と他方の側壁１６との間に配置されており、側壁１６の外周面にはＥＧＲバルブ１７が取付けられている。

このＥＧＲバルブ１７は、側壁１６に取付けられたケーシング１８を備えており、このケーシング１８は、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路１８ａとＥＧＲ通路１８ａを通過するＥＧＲガスの流量や通過時期を制御するバルブを備えている。

また、ＥＧＲ通路１８ａには、ＥＧＲパイプ１９を介して吸気管１０が接続されており、このＥＧＲパイプ１９は、吸気管１０におけるスロットルバルブ１１よりも下流側に接続されている。

一方、シリンダヘッド２の内部にはＥＧＲパイプ１３とＥＧＲバルブ１７とを接続するＥＧＲ通路２０（排気ガス還流通路）が形成されており、このＥＧＲ通路２０は、ＥＧＲパイプ１３のＥＧＲ通路１３ａおよびＥＧＲバルブ１７のＥＧＲ通路１８ａに連通している。

したがって、ＥＧＲパイプ１３のＥＧＲ通路１３ａからＥＧＲ通路２０に導入されたＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ１７のＥＧＲ通路１８ａおよびＥＧＲパイプ１９を介して吸気管１０に導入される。

一方、ＥＧＲ通路２０は、ウォータジャケット３内に位置するようにして、すなわち、外部がウォータジャケット３に取り囲まれるようにシリンダヘッド２に設けられており、ＥＧＲ通路２０は、ウォータジャケット３の内部を貫通するＥＧＲ通路部２１の内周部に形成されている。

すなわち、本実施の形態のシリンダヘッド２は、鋳造によって成形されたものであり、鋳型の内部に砂中子を取付けて鋳型にアルミニウムの溶湯を流し込み、アルミニウムが固まったときにシリンダヘッド２から砂中子２４を除去することにより、シリンダヘッド２にＥＧＲ通路２０が形成される。

このため、ＥＧＲ通路部２１は、内部にＥＧＲ通路２０を画成するようにウォータジャケット３内に設けられた中空のアルミニウム部分から構成されることになる。したがって、ＥＧＲ通路部２１は、内部にＥＧＲ通路２０を画成するシリンダヘッド２のアルミニウム部分に相当する。

図３、図４に示すように、ＥＧＲ通路部２１は、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に突出する複数のフィン部２２を有し、このフィン部２２は、ＥＧＲガスの流通方向、すなわち、ＥＧＲ通路２０の延在方向に沿って延在している。

また、フィン部２２の一端部は、ＥＧＲ通路部２１の内周面に連接しているとともに、フィン部２２の他端部は、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かって突出し、突出方向先端２２ａが一定の隙間を介して対向している。このため、ＥＧＲ通路２０は、フィン部２２によって複数の分割通路２３に区画されている。
また、分割通路２３は、ＥＧＲ通路２０の延在方向に沿って波状に延在している。このように、本実施の形態のＥＧＲ通路２０は、複数の分割通路２３によって構成されている。

図５〜図７は、シリンダヘッド２にＥＧＲ通路部２１を形成するためにシリンダヘッド２に構成する鋳造品に鋳包まれる砂中子を示す図である。
図５、図６において、砂中子２４は、連結部２５と、連結部２５に下端の付け根２６ａが取付けられ、付け根２６ａから上方に突出する上部枝フィン２６と、連結部２５に上端の付け根２７ａが取付けられ、付け根２７ａから下方に突出する下部枝フィン２７とから構成されている。なお、図６では砂中子を斜線で示している。

連結部２５は、上部枝フィン２６と下部枝フィン２７とを連結して砂中子２４を一体化するものであり、連結部２５は、左右に位置する上部枝フィン２６と下部枝フィン２７から外方に突出している。なお、左右に位置する上部枝フィン２６と下部枝フィン２７から外方に突出する連結部２５の部位は、ダミーフィン２８を構成している。

また、上部枝フィン２６および上部枝フィン２７は、ＥＧＲ通路２０の延在方向に沿って波状に延在しており、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の延在方向の任意の部位は、隣接する上部枝フィン２６および下部枝フィン２７に連通する分岐部２９が形成されている。
この分岐部２９は、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の延在方向に沿って一定の間隔で設けられており、隣接する上部枝フィン２６および下部枝フィン２７から下流側に流れるＥＧＲガスを分岐部２９で乱すようになっている。

また、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の板厚は、例えば、１ｍｍ以下に設定されており、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の板厚は極小となっている。
この砂中子２４は、図７に示す鋳型を構成する上型３０と下型３１とによって成形されるようになっている。

上型３０および下型３１の合わせ面にはそれぞれ連結部２５、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の形状に沿った凹部３０ａ、３１ａが形成されており、この上型３０および下型３１を型締めしたときに、凹部３０ａ、３１ａによって砂中子２４の形状に沿ったキャビティ３２が画成されるようになっている。

また、凹部３０ａ、３１ａの両端部は、ダミーフィン２８の両端部よりも外方に延在して設けられており、砂中子２４を成形するときに、ダミーフィン２８の両端部と凹部３０ａ、３１ａの両端部の間に隙間が画成されるようになっている。

この上型３０および下型３１によって砂中子２４を形成するには、凹部３０ａ、３１ａにそれぞれバインダーを含んだ砂を充填するようにして上型３０および下型３１を型締めすることにより、砂中子２４を成形する。

このとき、砂中子２４は、過剰な砂が凹部３０ａ、３１ａの両端側に移動することにより、ダミーフィン２８が形成される。このように砂中子２４にダミーフィン２８を形成するのは、砂の充填度を高めるために、余分な砂をキャビティ３２に供給した場合であっても、過剰な砂をダミーフィン２８として逃がすようにするためである。
このため、本実施の形態では、極小の板厚の上部枝フィン２６および下部枝フィン２７を有する砂中子２４を形成することができるとともに、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の板厚を極小にしても砂中子２４の剛性を高めることができる。

一方、シリンダヘッド２を鋳造する作業において、鋳型の内部に砂中子２４を取付けて鋳型にアルミニウムの溶湯を流し込むことにより、シリンダヘッド２にＥＧＲ通路２０が形成されるため、シリンダヘッド２から砂中子２４を除去したときに、砂中子２４に対応する部分がＥＧＲ通路２０となる。

このため、ウォータジャケット３に収納されるアルミニウムの部位がＥＧＲ通路部２１を構成し、このＥＧＲ通路部２１のフィン部２２が複数の分割通路２３を画成することになる。このとき、分割通路２３は、砂中子２４の形状に対応しているため、ＥＧＲ通路２０の延在方向に沿って波状に延在することになる（図４参照）。

このような構成を有する本実施の形態のシリンダヘッド構造は、排気管から吸気管１０にＥＧＲガスを還流させる中空のＥＧＲ通路２０を画成するＥＧＲ通路部２１をウォータジャケット３内に有し、ＥＧＲ通路部２１が、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かって突出する複数のフィン部２２を有し、ＥＧＲ通路２０が、フィン部２２によってＥＧＲガスの流通方向に沿って延在する複数の分割通路２３に画成されるので、分割通路２３を流通するＥＧＲガスをフィン部２２に接触させながら分割通路２３の上流側から下流側に移動させることができる。

このため、ＥＧＲガスをフィン部２２全体に接触させたＥＧＲガスの接触面積を大きくすることができ、ＥＧＲガスの伝熱面積を大きくすることができる。そして、フィン部２２をＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かって突出させているため、フィン部２２からＥＧＲ通路部２１を通してウォータジャケット３の冷却水にＥＧＲガスの熱を伝達することができる。この結果、ＥＧＲガスを効率よく冷却してＥＧＲガスの冷却性能を向上させることができる。

また、本実施の形態では、ＥＧＲ通路２０が砂中子２４の形状に対応しているため、分割通路２３は、ＥＧＲ通路２０の延在方向に沿って波状に延在している。このため、分割通路２３を流れるＥＧＲガスの流れを乱してＥＧＲガスをフィン部２２に強く接触させることができ、ＥＧＲガスをより一層効率よく冷却してＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

また、本実施の形態では、上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の延在方向の任意の部位に、隣接する上部枝フィン２６および下部枝フィン２７に連通する分岐部２９を形成したので、隣接する上部枝フィン２６および下部枝フィン２７から下流側に流れるＥＧＲガスを分岐部２９で乱すことができる。

このことからも、分割通路２３を流れるＥＧＲガスの流れを乱してＥＧＲガスをフィン部２２に強く接触させることができ、ＥＧＲガスをより一層効率よく冷却してＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

また、砂中子２４の上部枝フィン２６および下部枝フィン２７の板厚を極小にしたので、この砂中子２４によって形成されるフィン部２２の板厚も極小にすることができる。このため、フィン部２２の熱伝導性を高めることができ、ＥＧＲガスをより一層効率よく冷却してＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。
なお、本実施の形態では、砂中子２４を連結部２５から上下方向に突出して連結部２５に連結される上部枝フィン２６および下部枝フィン２７から構成しているが、砂中子を上部枝フィン２６および下部枝フィン２７のいずれか一方から構成してもよい。

（第２の実施の形態）
図８〜図１０は、本発明に係るシリンダヘッド構造の第２の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
図８において、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に突出する複数のフィン部４１によって画成される複数の分割通路４２の通路断面積は、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かうに従って拡径するようになっている。

図９は、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かうに従って拡径する分割通路４２を形成するための砂中子を示す図である。

図９において、砂中子４３は、連結部４４と、連結部４４に付け根４５ａが取付けられ、付け根４５ａから上方に突出する上部枝フィン４５と、連結部４４に付け根４６ａが取付けられ、付け根４６ａから下方に突出する下部枝フィン４６とから構成されている。

連結部４４は、上部枝フィン４５と下部枝フィン４６とを連結して砂中子２４を一体化するものであり、連結部４４は、左右に位置する上部枝フィン４５と下部枝フィン４６から外方に突出している。なお、左右に位置する上部枝フィン４５と下部枝フィン４６から外方に突出する連結部４４の部位は、ダミーフィン４７を構成している。

また、上部枝フィン４５および下部枝フィン４６は、ＥＧＲ通路２０の延在方向に沿って波状に延在しており、上部枝フィン４５および下部枝フィン４６の延在方向の任意の部位は、第１の実施の形態と同様に隣接する上部枝フィン４５および下部枝フィン４６に連通する分岐部が形成されている。

この分岐部は、上部枝フィン４５および下部枝フィン４６の延在方向に沿って一定の間隔で設けられており、隣接する上部枝フィン４５および下部枝フィン４６から下流側に流れるＥＧＲガスを乱すようになっている。
また、本実施の形態の砂中子４３の上部枝フィン４５および下部枝フィン４６は、付け根部４５ａ、４６ａから外方に向かうに従って断面積が縮径する台形形状となっている。

このような構成を有する砂中子４３を図１０に示す鋳型を構成する上型４９と下型５０とによって成形する場合には、上型４９および下型５０から砂中子４３を抜くときに、型抜き方向に対する砂中子４３と上型４９および下型５０との摺動抵抗を小さくすることができ、砂中子４３から上型４９および下型５０を抜くときの型抜き作業を容易に行うことができる。
この結果、この砂中子４３によって形成される分割通路４２は、ＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かうに従って拡径する形状となる。

また、本実施の形態の砂中子４３は、上部枝フィン４５および下部枝フィン４６の付け根４５ａ、４６ａを上型４９および下型５０の型抜き方向先端部よりも厚肉にすることができるため、砂中子４３の剛性を向上させることができ、分割通路４２の形成を安定して行うことができる。
また、本実施の形態では、分割通路４２がＥＧＲ通路部２１の内周面から内方に向かうに従って拡径する形状となっているため、分割通路４２の内方において排気ガスをある程度流通させることができる。このため、ＥＧＲパイプ１３から分割通路４２に流通した排気ガスの流量を分割通路４２によって調整して、単位時間当たり一定量の排気ガスを吸吸気管１０に還流させることができるとともに、排気ガスを効率よく冷却することができる。

（第３の実施の形態）
図１１〜図１７は、本発明に係るシリンダヘッド構造の第３の実施の形態を示す図であり、第１の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
本実施の形態では、図１１に示すように、砂中子に代えて中空状のＥＧＲパイプ６１を溶湯で鋳包んでシリンダヘッド２を成形したものであり、排気ガス還流通路部およびパイプを構成するＥＧＲパイプ６１の内周部には排気ガス還流通路としてのＥＧＲ通路６２が画成されている。

図１２に示すように、このＥＧＲパイプ６１の内部にはプレス加工された複数の円錐状部材６３が圧入されており、この円錐状部材６３は、図１３、図１４に示すように、ＥＧＲパイプ６１の内周面に嵌合する環状底部６４と、環状底部６４からＥＧＲガスの流通方向に縮径するように突出し、スリット６５ａ〜６５ｄを介して円周方向に離隔する複数のフィン部６６ａ〜６６ｄとを備えている。

また、スリット６５ａ〜６５ｄは、図１５に示すように、ＥＧＲガスの流通方向に沿って同一線上に連通しており、スリット６５ａ〜６５ｄは、ＥＧＲガスの流通方向に沿って連続している。

この円錐状部材６３は、ＥＧＲガスの流通方向に沿って積層されており、積層方向に隣接する円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄの間のスリット６５ａ〜６５ｄによって分割通路６７が画成されている。

また、環状底部６４は、環状底部６４から放射方向外方に突出するとともに、ＥＧＲガスの流通方向に折り曲げられた折り曲げ部６９を備えており、折り曲げ部６９がＥＧＲパイプ６１の内周面に嵌合されている。

また、図１２に示すように、この折り曲げ部６９の折り曲げ方向長さ（ＥＧＲガスの流通方向長さ）ｄは、一定の長さに設定されており、折り曲げ部６９の折り曲げ方向長さｄによって隣接するフィン部６６ａ〜６６ｄの間隔が設定されている。

次に、作用を説明する。
本実施の形態では、円錐状部材６３の環状底部６４が、環状底部６４から放射方向外方に突出するとともに、ＥＧＲガスの流通方向に折り曲げられた折り曲げ部６９を備えているため、円錐状部材６３をＥＧＲパイプ６１の内周面に圧入したときに、折り曲げ部６９が変形することで折り曲げ部６９に弾性力を持たせることができ、円錐状部材６３をＥＧＲパイプ６１に強固に保持させることができる。

また、折り曲げ部６９に弾性力を持たせることができるので、円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄがＥＧＲガスを受けたときに、折り曲げ部６９を撓ませることで隣接する円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄが衝突するのを回避することができ、隣接するフィン部６６ａ〜６６ｄ同士が破損するのを防止することができる。

また、折り曲げ部６９の折り曲げ方向長さｄを一定の長さに設定し、円錐状部材６３をパイプ６１に圧入して積層するときに、隣接する円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄの間隔を折り曲げ部６９によって精度よく設定することができる。

また、円錐状部材６３が、スリット６５ａ〜６５ｄを介して円周方向に離隔する複数のフィン部６６ａ〜６６ｄを有し、円錐状部材６３をＥＧＲガスの流通方向に沿って積層することにより、積層方向に隣接する円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄの間のスリット６５ａ〜６５ｄによって分割通路６７が画成されるので、図１２に示すように、まず、ＥＧＲ通路６２に導入されたＥＧＲガスは、円錐状部材６３Ａのフィン部６６ａ〜６６ｄに衝突した後、円錐状部材６３Ａのスリット６５ａ〜６５ｄを通過することになる。

次いで、円錐状部材６３Ａのスリット６５ａ〜６５ｄを通過したＥＧＲガスは、円錐状部材６３Ａの下流側に積層される円錐状部材６３Ｂのフィン部６６ａ〜６６ｄに接触しながら円錐状部材６３Ｂのスリット６５ａ〜６５ｄを通して円錐状部材６３Ｂの下流側に積層される円錐状部材６３Ｃに流通する。

次いで、このＥＧＲガスは、円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄに接触しながら円錐状部材６３Ｃのスリット６５ａ〜６５ｄから円錐状部材６３Ｃの下流側に積層される円錐状部材６３Ｄに移動する。以下、円錐状部材６３Ｄの下流側の積層方向下流側の円錐状部材６３に対して同様にＥＧＲガスが流通する。

このようにＥＧＲガスの流通方向に積層される円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄにＥＧＲガスを接触させながら、分割通路６７を画成するフィン部６６ａ〜６６ｄのスリット６５ａ〜６５ｄを通してＥＧＲガスを流通させることにより、ＥＧＲガスをフィン部６６ａ〜６６ｄに接触させてＥＧＲガスの接触面積を大きくすることができる。このため、フィン部６６ａ〜６６ｄの内周側から外周側にＥＧＲガスを行き渡らせることができ、ＥＧＲガスの伝熱面積を大きくすることができる。

特に、本実施の形態では、折り曲げ部６９の折り曲げ方向長さｄによってフィン部６６ａ〜６６ｄの間隔を設定しているため、フィン部６６ａ〜６６ｄを微小な間隔に設定することができ、スリット６５ａ〜６５ｄを通して下流側の円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄに短い距離でＥＧＲガスを接触させることができる。このため、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

なお、本実施の形態では、図１６に示すように、スリット６５ａ〜６５ｄに冷却水が流通するインナーパイプ７０を挿通し、フィン部６６ａ〜６６ｄの弾性変形を利用してインナーパイプ７０を円錐状部材に保持させるようにしてもよい。

このようにすれば、ＥＧＲパイプ６１内にインナーパイプ７０を通して冷却水を流通させることができ、ＥＧＲガスとインナーパイプ７０の内部の冷却水との熱交換を促進することができ、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

また、本実施の形態では、円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄを環状底部６４からＥＧＲガスの流通方向に沿って直線状に突出させているが、これに限らず、図１７に示すように、円錐状部材６３の一部のフィン部６６ａを、ＥＧＲパイプ６１の内周面からＥＧＲパイプ６１の中心軸に向かって螺旋状に捩じるようにしてもよい。

このようにすれば、ＥＧＲガスをＥＧＲパイプ６１の内周面からＥＧＲパイプ６１の中心軸に向かって旋回させることができ、ＥＧＲガスの流れを乱すことができる。この結果、ＥＧＲガスをフィン部６６ａ〜６６ｄ全体に強く接触させることができ、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。なお、残りのフィン部６６ｂ〜６６ｄの全てまたは一部を螺旋状に捩じるようにしてもよい。

（第４の実施の形態）
図１８は、本発明に係るシリンダヘッド構造の第４の実施の形態を示す図であり、第１、第３の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
本実施の形態では、図１８に示すように、隣接する円錐状部材６３のスリット６５ａ〜６５ｄは、ＥＧＲパイプ６１の軸線方向に対して円周方向にずれており、スリット６５ａ〜６５ｄは、ＥＧＲガスの流通方向に沿って不連続となっている。

本実施の形態では、円錐状部材６３のスリット６５ａ〜６５ｄをＥＧＲガスの流通方向に沿って不連続にすることにより、ＥＧＲガスの流通方向に対して積層方向上流側の円錐状部材６３のスリット６５ａ〜６５ｄを積層方向下流側の円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄに対向させることができる。

このため、積層方向上流側の円錐状部材６３のスリット６５ａ〜６５ｄから積層方向下流側の円錐状部材６３にＥＧＲガスが流通した直後に、積層方向下流側の円錐状部材６３のフィン部６６ａ〜６６ｄにＥＧＲガスを接触させることができ、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

（第５の実施の形態）
図１９は、本発明に係るシリンダヘッド構造の第５の実施の形態を示す図であり、第１、第３の実施の形態と同一の構成には同一の番号を付して説明を省略する。
第３、第４の実施の形態では、ＥＧＲパイプ６１の内部に円錐状部材６３を設けているが、本実施の形態では、ＥＧＲパイプ６１の外周部に、ウォータジャケット３の冷却水に晒される環状部材７１が設けられている。

この環状部材７１は、スリットを介して離隔する複数のフィン部７２を備えており、このフィン部７２の基端部がＥＧＲパイプ６１の外周面に圧入される環状底部７３を有している。

この環状底部７３は、環状底部７３から放射方向内方に突出するとともに、ＥＧＲガスの流通方向に折り曲げられた折り曲げ部７５を備えており、折り曲げ部７５がＥＧＲパイプ６１の内周面に嵌合されている。

また、この折り曲げ部７５の折り曲げ方向長さ（ＥＧＲガスの流通方向長さ）は、一定の長さに設定されており、折り曲げ部７５の折り曲げ方向長さによってフィン部７２の間隔が設定されている。

本実施の形態では、ＥＧＲパイプ６１の外周部に冷却水通路に晒される環状部材７１を設けることにより、ウォータジャケット３内で環状部材７１のフィン部７２に冷却水を接触させて冷却吸いの接触面積を大きくすることができる。
このため、ＥＧＲパイプ６１内の円錐状部材６３からＥＧＲガスが冷却水に放熱されるときに、環状部材７１とウォータジャケット３内の冷却水との間で熱交換を効率よく行うことができる。この結果、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

なお、上記第１、第２の実施の形態では、ＥＧＲ通路部２１が略直線状に設けられているが、これに限らず、図２０（ａ）、（ｂ）に示すように、ＥＧＲ通路部（排気ガス還流通路部）８１を鉛直軸Ｈ周りに螺旋状に設けてもよく、図２１に示すように、ＥＧＲ通路部（排気ガス還流通路部）８２が鉛直軸Ｈを横切るようにＳ字形状に形成されていてもよい。

この場合には、ＥＧＲ通路部８１、８２の上流端８１ａ、８２ａは、ＥＧＲパイプ１３の他端部に接続されるようにしてシリンダヘッド２に取付けられている。

このようにすれば、ＥＧＲパイプ１３からＥＧＲ通路部８１、８２に導入されるＥＧＲガスをＥＧＲ通路部８１、８２に沿って下降させてＥＧＲ通路１８ａに排出することができ、冷却水と熱交換されたＥＧＲガスの凝縮水がＥＧＲ通路部８１、８２内に滞留するのを防止することができる。

このため、ＥＧＲ通路部８１、８２の管長を長くした場合であっても、アルミニウム製のＥＧＲ通路部８１、８２がＥＧＲガスによって腐食してしまうのを防止することができ、ＥＧＲガスの伝熱面積を、ＥＧＲ通路部８１、８２を長くした分だけ増大させることができる。この結果、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

また、上記第３〜５の実施の形態では、ＥＧＲ通路部２１が略直線状に設けられているが、図２２に示すように、ＥＧＲパイプ（パイプ、排気ガス還流通路部）８３を鉛直軸Ｈを横切るようにＳ字形状にしてもよい。この場合には、ＥＧＲパイプ８３の直線部分に円錐状部材６３を設け、屈曲部分に円錐状部材６３を設けないようにすれば、ＥＧＲパイプ８３に円錐状部材６３を圧入後に、ＥＧＲパイプ８３を屈曲することができる。

この結果、ＥＧＲパイプ８３の管長を長くすることができ、ＥＧＲガスの伝熱面積を、ＥＧＲパイプ８３を長くした分だけ増大させることができる。この結果、ＥＧＲガスの冷却性能をより一層向上させることができる。

また、今回開示された実施の形態は、全ての点で例示であってこの実施の形態に制限されるものではない。本発明の範囲は、上記した実施の形態のみの説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内での全ての変更が含まれることが意図される。

以上のように、本発明に係るシリンダヘッド構造は、排気通路側から吸気通路側に還流される排気ガスの冷却性能を向上させることができるという効果を有し、ウォータジャケット内に排気還流通路の一部を備えた内燃機関のシリンダヘッド構造等として有用である。

１内燃機関
２シリンダヘッド
３ウォータジャケット
２０、６２ＥＧＲ通路（排気ガス還流通路）
２１、８１、８２ＥＧＲ通路部（排気ガス還流通路部）
２２フィン部
２３、４２、６７分割通路
６１、８３ＥＧＲパイプ（パイプ、排気ガス還流通路部）
６３円錐状部材
６９折り曲げ部

Claims

排気通路側から吸気通路側に排気ガスの一部を還流させる中空の排気ガス還流通路を画成する排気ガス還流通路部を有し、前記排気ガス還流通路部がウォータジャケット内に位置するようにしてシリンダヘッドに設けられた内燃機関のシリンダヘッド構造において、
前記排気ガス還流通路部の内周面から内方に向かって複数のフィン部が突出して設けられ、
前記排気ガス還流通路が、前記フィン部によって区画されつつそれぞれ排気ガスの流通方向に延在する複数の枝通路部と、前記フィン部の突出端側で前記複数の枝通路部同士を互いに連通させるよう一体化する連結通路部とを有していることを特徴とする内燃機関のシリンダヘッド構造。
前記複数の枝通路部は、それぞれ前記排気ガス還流通路部の内周面から内方に向かうに従って拡径する断面を有するとともに、前記排気ガスの流通方向に波形に延在しつつ隣り合う他の枝通路部側に分岐し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構造。
前記排気ガス還流通路部が中空状のパイプから構成されるとともに、前記パイプに圧入される複数の円錐状部材を有し、
前記排気ガス還流通路部が中空状のパイプから構成されるとともに、前記パイプ内に圧入される複数の円錐状部材を有し、
前記円錐状部材が、前記パイプの内周面に嵌合する環状底部と、前記環状底部から排気ガスの流通方向に縮径するように突出し、スリットを介して円周方向に離隔する複数のフィン部とを含んで構成され、
前記円錐状部材を排気ガスの流通方向に沿って積層することにより、前記積層方向に隣接する前記円錐状部材の前記フィン部の間の前記スリットによって前記枝通路部が形成されることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。
前記環状底部が、前記環状底部から放射方向外方に突出するとともに、前記排気ガスの流通方向に折り曲げられた折り曲げ部を有し、前記折り曲げ部が前記パイプの内周面に嵌合されることを特徴とする請求項３に記載の内燃機関のシリンダヘッド構造。