JP5505097B2 - Ｅｇｒガス冷却構造を備えたシリンダヘッドおよびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ＥＧＲガスの冷却通路がウォータージャケット内に配置された、ＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッドおよびその製造方法に関する。

従来、エンジン等の内燃機関において、燃焼時に発生する窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減化や燃費向上を達成するために、排気再循環装置（ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置）が用いられている。
有害成分である窒素酸化物は、エンジン燃焼室の燃焼温度が高くなることによって、空気中の窒素が酸化して発生する。排気再循環装置は、不活性な（酸素量の少ない）気体となった排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を、シリンダヘッドの排気側から吸気側に再び環流して吸入空気と混合させ、燃焼室内の燃焼温度を低下させることにより、発生する窒素酸化物の低減を図るものである。

このようなＥＧＲガスを再循環させる排気再循環装置においては、再循環されるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラーが備えられている。
前記ＥＧＲクーラーとしては、ＥＧＲガスの冷却管となる複数の扁平パイプを積層配置し、当該複数の扁平パイプのＥＧＲガス流れ方向の両端部を固定部材（端部プレート）にて固定することで、冷却効率の高いＥＧＲガス通路を構成したものが知られている（例えば、特許文献１に示すＥＧＲクーラーを参照）。

また、図１１、図１２（ａ）、図１３（ａ）に示すように、複数の扁平パイプ１３２を積層配置し、当該複数の扁平パイプ１３２のＥＧＲガス流れ方向の両端部を端部プレート１３３にて固定して構成したＥＧＲクーラーにおいては、例えば扁平パイプ１３２は、長尺形状の短手方向両端部をプレスなどにより一側に屈曲した金属板を２枚用いて構成されている。具体的には、前記２枚の金属板を、互いに両端部の屈曲方向に対向させて配置し、各金属板の屈曲部同士をろう付けすることにより、扁平状のパイプ部材を構成している。

また、扁平パイプ１３２の両扁平面（図１２における上下面）には、内側方向へ突出する内側突起１３２ｐ・１３２ｐ・・・、および外側方向へ突出する外側突起１３２ｑ・１３２ｑ・・・を、それぞれ形成している。
このように、内側突起１３２ｐ・１３２ｐ・・・を形成することにより、扁平パイプ１３２が潰れることを防止して、ＥＧＲガスが流通する扁平パイプ１３２の積層方向の内径を一定の寸法に保持し、ＥＧＲガス通路の断面積を確保することが可能となっており、さらに外側突起１３２ｑ・１３２ｑ・・・を形成することにより、積層した扁平パイプ１３２・１３２間の隙間を精度よく確保することが可能となっている。

特開２００７−６４６０６号公報

しかし、前述の扁平パイプ１３２を積層配置して構成したＥＧＲクーラーにおいては、扁平パイプ１３２がプレスなどにより屈曲させた金属板を用いて構成されているため、前記金属板の屈曲部がスプリングバックして扁平パイプ１３２の積層方向の内径が拡大することがある（図１２（ｂ）参照）。
さらに、扁平パイプ１３２内には、エンジンの運転時に高温のＥＧＲガスが流れるため、その熱により扁平パイプ１３２が有する残留歪みが開放したり、扁平パイプ１３２が膨張したりして、各扁平パイプ１３２が積層方向の外側へ膨らんで、扁平パイプ１３２の積層方向の内径が拡大することとなる（図１３（ｂ）参照）。
このように、スプリングバックや熱歪みなどにより扁平パイプ１３２の積層方向の内径が拡大すると、扁平パイプ１３２内を流通するＥＧＲガスの冷却性能が低下するといった問題が生じる。

つまり、扁平パイプ１３２を積層して構成した従来のＥＧＲクーラーにおいては、内側突起１３２ｐ・１３２ｐ・・・および外側突起１３２ｑ・１３２ｑ・・・により、扁平パイプ１３２の内部および扁平パイプ１３２間が積層方向へ押し潰されることは防止可能であったが、扁平パイプ１３２が積層方向外側へ広がることは抑制することができず、冷却性能の低下を招くことがあった。

そこで、本発明においては、扁平パイプが積層方向外側へ広がることを防止して、高い冷却性能を保持することができるＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッド、およびその製造方法を提供するものである。

上記課題を解決するＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドおよびその製造方法は、以下の特徴を有する。
即ち、請求項１記載のごとく、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、前記積層した複数の冷却管のＥＧＲガス流れ方向における両端部を、それぞれ固定部材にて固定してＥＧＲガス冷却器を構成し、エンジンのシリンダヘッドに形成されるウォータージャケット内を流れる冷却水が前記冷却管と接触するように、前記ＥＧＲガス冷却器を前記ウォータージャケット内に設置し、前記冷却管の両端に配置される固定部材と固定部材との間において、前記冷却管を積層方向内側へ向けて支持する支持手段を有する、ＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッド。
これにより、互いに平行に積層された冷却管が積層方向外側に膨らむことが防止でき、各冷却管の積層方向の内径が拡大することを抑制できて、ＥＧＲガスの熱交換率が低下することがなく、ＥＧＲガス冷却器の冷却性能を保持することが可能となる。

また、請求項２記載のごとく、前記支持手段は、前記固定部材と固定部材との中間位置に配置される。
これにより、冷却管の積層方向外側への膨らみ防止の効果を大きくすることができる。

また、請求項３記載のごとく、前記冷却管における前記支持手段にて支持される部分には、前記冷却管の積層方向の内径寸法を保持する内径寸法保持部、および積層される冷却管と冷却管との間隔を保持する間隔保持部が形成される。
これにより、前記支持手段の支持力により、冷却管が積層方向内側に過剰に押圧されて押し潰されることを防止できる。

また、請求項４記載のごとく、前記支持手段は、前記シリンダヘッドの鋳造時に、前記シリンダヘッドと一体成形される。
これにより、シリンダヘッドに支持突起を形成するための特別な工程を設ける必要がなく、シリンダヘッドにおけるＥＧＲガスの冷却構造の生産性を向上することが可能となる。

また、請求項５記載のごとく、前記支持手段と前記支持手段に支持される冷却管との間に、弾性部材が介装される。
これにより、冷却管が前記支持手段により過剰な力で押圧されることがなく、冷却管の変形などを防止することができる。

また、請求項６記載のごとく、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、前記積層した複数の冷却管のＥＧＲガス流れ方向における両端部を、それぞれ固定部材にて固定してＥＧＲガス冷却器を構成し、前記ＥＧＲガス冷却器を、エンジンのシリンダヘッドにウォータージャケットを成形するための中子に内包させ、前記冷却管の一部を前記中子から露出させた状態で、前記中子を用いて前記シリンダヘッドの鋳造を行うことで、前記ウォータージャケット内に前記ＥＧＲガス冷却器が設置されるとともに、前記前記冷却管の前記中子から露出させた部分に、前記冷却管を前記冷却管の積層方向内側へ向けて支持する支持手段が形成されたシリンダヘッドを製造する、ＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドの製造方法。
これにより、互いに平行に積層された冷却管が積層方向外側に膨らむことが防止でき、各冷却管の積層方向の内径が拡大することを抑制できて、ＥＧＲガスの熱交換率が低下することがなく、ＥＧＲガス冷却器の冷却性能を保持することが可能となる。

また、請求項７記載のごとく、前記冷却管の前記中子からの露出部分は、前記冷却管の積層方向における最外側面の、前記固定部材と固定部材との中間位置に位置している。
これにより、冷却管の積層方向外側への膨らみ防止の効果を大きくすることができる。

また、請求項８記載のごとく、前記冷却管における前記中子からの露出部分に対応する箇所には、前記冷却管の積層方向の内径寸法を保持する内径寸法保持部、および積層される冷却管と冷却管との間隔を保持する間隔保持部が形成される。
これにより、前記支持手段の支持力により、冷却管が積層方向内側に過剰に押圧されて押し潰されることを防止できる。

また、請求項９記載のごとく、前記中子における、前記冷却管が露出している部分には、弾性部材が付設されている。
これにより、冷却管が前記支持手段により過剰な力で押圧されることがなく、冷却管の変形などを防止することができる。

本発明は、以下の効果を奏する。
つまり、互いに平行に積層された冷却管が積層方向外側に膨らむことが防止でき、各冷却管の積層方向の内径が拡大することを抑制できて、ＥＧＲガスの熱交換率が低下することがなく、ＥＧＲガス冷却器の冷却性能を保持することが可能となる。

ＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッドを示す平面断面図である。 ＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッドを示す側面図である。 シリンダヘッドにおけるＥＧＲガス冷却構造を示す斜視図である。 ＥＧＲガスの冷却管に形成された内側突起および外部突起を示す正面断面図である。 ＥＧＲガス冷却器を示す正面断面図である。 ＥＧＲガス冷却器を示す平面断面図である。 冷却管に形成された内側突起および外部突起が、シリンダヘッドの支持突起にて支持されている範囲内に配置されている様子を示す平面図である。 シリンダヘッドの支持突起を冷却管のＥＧＲガス流れ方向に複数配設した状態を示す平面断面図である。 シリンダヘッドの支持突起と冷却管との間に弾性部材を介装した状態を示す正面断面図である。 ＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッドを鋳造する際のフローを示す図である。 従来のＥＧＲガス冷却構造を構成するＥＧＲガス冷却器を示す斜視図である。 従来のＥＧＲガス冷却構造において、ＥＧＲガス冷却器の冷却管の積層方向の内径が拡大する様子を示す側面断面図である。 従来のＥＧＲガス冷却構造において、ＥＧＲガス冷却器の冷却管の積層方向の内径が拡大する様子を示す正面断面図である。

次に、本発明を実施するための形態を、添付の図面を用いて説明する。

図１〜図３には、本発明にかかるＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドであるシリンダヘッド１１を示している。シリンダヘッド１１は、例えば複数の気筒（本実施形態では４気筒）を有するエンジンに備えられるものであり、気筒毎に吸気ポート１２・１２および排気ポート１３・１３を有している。

また、シリンダヘッド１１の内部には、排気ポート１３等を冷却するために、中空状のウォータージャケット１５が形成されている。
ウォータージャケット１５は、シリンダヘッド１１のフロント側（気筒配列方向の一側；図１における左側）の端部からリア側（気筒配列方向の他側；図１における右側）の端部にかけて形成されている。

ウォータージャケット１５の内部には冷却水が満たされており、シリンダヘッド１１の外部において図示しない冷却ポンプやラジエータと接続されている。そして、冷却ポンプを駆動させることによって、ウォータージャケット１５の内部を冷却水が流通し、シリンダヘッド１１の内部を冷却するように構成されている。
本実施形態においては、冷却水はシリンダヘッド１１のフロント側端部からウォータージャケット１５の内部に流入し、ウォータージャケット１５内をフロント側からリア側へ向かって流れた後、シリンダヘッド１１のリア側端部の冷却水出口１５ａから排出されるように構成されている。

シリンダヘッド１１を備えるエンジンは、排気ポート１３から排出された排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を、シリンダヘッド１１の排気側から吸気側に再び環流して吸入空気と混合させる排気再循環装置を有している。

前記排気再循環装置は、前記ＥＧＲガスを吸気ポート１２側へ案内するためのガス通路を有しており、前記ガス通路は、シリンダヘッド１１内に配置され、ウォータージャケット１５内の冷却水によりＥＧＲガスを冷却するＥＧＲガス冷却器３１と、ＥＧＲガス冷却器３１の一端部（図１における上端部）と排気ガスが流通する排気管との間に介装され、ＥＧＲガスをＥＧＲガス冷却器３１へ導く排気側連結管２２と、ＥＧＲガス冷却器３１の他端部（図１における下端部）と吸気ポート１２に連通する吸気マニホールドとの間に介装され、ＥＧＲガス冷却器３１にて冷却されたＥＧＲガスを吸気ポート１２側へ導く吸気側連結管２３とを備えている。
なお、例えば吸気側連結管２３の途中部には、排気管側から吸気ポート１２側へ還流するＥＧＲガスの流量を調節するＥＧＲバルブが設けられている。

このように構成される排気再循環装置においては、エンジンの駆動中に前記ＥＧＲバルブが開かれると、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）が排気管から排気側連結管２２に流入し、さらにＥＧＲガス冷却器３１へと導かれる。ＥＧＲガス冷却器３１に導かれたＥＧＲガスは、ＥＧＲガス冷却器３１内を流通する際に、ウォータージャケット１５内を流れる冷却水によって冷却される。冷却されたＥＧＲガスは、その後吸気側連結管２３を通じて吸気マニホールドへ還流されることとなる。

前記エンジンにおいては、上記の如く排気再循環装置を駆動させることにより、不活性な（酸素量の少ない）気体となったＥＧＲガスを排気管から吸気マニホールドへ再び環流して吸入空気と混合させている。これにより、シリンダヘッド１１における燃焼室内部の燃焼温度を低下させて、窒素酸化物の低減化を図っている。

次に、シリンダヘッド１１におけるＥＧＲガスの冷却構造を構成する、ウォータージャケット１５内に設置されるＥＧＲガス冷却器３１について詳しく説明する。
シリンダヘッド１１においては、ＥＧＲガス冷却器３１をシリンダヘッド１１のウォータージャケット１５内に設置することにより、ＥＧＲガスの冷却構造を構成している。

ＥＧＲガス冷却器３１は、ウォータージャケット１５内における、冷却水の流れ方向における下流側部分、詳しくは最も下流側に位置する気筒の吸気ポート１２・１２および排気ポート１３・１３と冷却水出口１５ａとの間に配置されている。
ＥＧＲガス冷却器３１は、ウォータージャケット１５内を流れる冷却水と接触し、内部を流通するＥＧＲガスを冷却する部分となる冷却管３２と、冷却管３２の両端に配置される端部固定プレート３３・３３とを備えている。

冷却管３２は扁平形状を有する薄肉の中空管、すなわち扁平パイプ状の部材にて構成されている。ＥＧＲガス冷却器３１においては、冷却管３２は複数備えられており、複数の冷却管３２は前記扁平形状の短辺方向に積層配置されている。
つまり、ＥＧＲガスが流通する冷却管３２は、その断面形状が、積層方向を短辺とするとともに積層方向と直交する方向を長辺とする矩形状または長円形状に形成されており、複数の冷却管３２は、長辺側の面３２ａが互いに対向するように積層されている。
また、冷却管３２は、長尺形状の短手方向両端部をプレスなどにより一側に屈曲した金属板を２枚用いて構成されている。具体的には、前記２枚の金属板を、互いに両端部の屈曲方向に対向させて配置し、各金属板の屈曲部同士をろう付けすることにより、扁平パイプ状の部材を構成している。

このように、冷却管３２を扁平形状の中空管にて構成しているので、冷却管３２の短辺方向（積層方向）の内径を小さくして、冷却管３２内を流れるＥＧＲガスの流れ場における乱流域の割合を増加させるとともに、冷却管３２の通路断面積に対する表面積を増大させることができることができ、ＥＧＲガスの熱交換率を高めて冷却効率を向上することが可能となっている。また、冷却管３２は薄肉の中空管にて構成されているので、ＥＧＲガスの冷却効率をさらに向上することが可能である。

また、ＥＧＲガス冷却器３１においては、扁平形状の中空管にて構成される複数の冷却管３２を前記扁平形状の短辺方向に積層配置しているので、ウォータージャケット１５内の冷却水と接触する冷却管３２の表面積を、省スペースで増大させることができ、冷却効率のさらなる向上を図ることが可能となっている。

また、ＥＧＲガス冷却器３１は、冷却管３２内を流通するＥＧＲガスの流れ方向と、ウォータージャケット１５内を流通する冷却水の流れ方向とが交差する姿勢に配置されている。本実施形態においては、冷却管３２内を流通するＥＧＲガスの流れ方向と、ウォータージャケット１５内を流通する冷却水の流れ方向とが直交している。
さらに、ＥＧＲガス冷却器３１は、各冷却管３２の短辺側の面３２ｂが、ウォータージャケット１５内を流通する冷却水の流れ方向と対向する姿勢に配置されている。つまり、各冷却管３２は、長辺側の面３２ａが、ウォータージャケット１５内を流通する冷却水の流れ方向と平行となる姿勢に配置されている。
ＥＧＲガス冷却器３１をこのように配置することにより、ウォータージャケット１５内を流通する冷却水の流通を妨げることなく、冷却管３２の外周面に冷却水を効率良く接触させることができ、ＥＧＲガスの冷却効率を向上することができる。

端部固定プレート３３・３３は、積層配置される各冷却管３２・３２・・・の両端部をそれぞれ固定している。つまり、各冷却管３２・３２・・・の一端部および他端部は、それぞれ端部固定プレート３３・３３により一体的に連結固定されている。
また、端部固定プレート３３は、円板状に形成され、各冷却管３２・３２・・・の一端部および他端部を連結固定する部分となる固定プレート３３ｂと、固定プレート３３ｂの周縁部から一方向へ立ち上がって、円筒形状に形成される側壁部３３ａとで構成されている。各冷却管３２・３２・・・の一端部および他端部は、ろう付けなどにより固定プレート３３ｂに接合されている。

端部固定プレート３３・３３は冷却管３２よりも高強度に構成されており、シリンダヘッド１１に鋳包まれている。これにより、ＥＧＲガス冷却器３１が、その両端部でシリンダヘッド１１に支持されている。
このように、端部固定プレート３３・３３をシリンダヘッド１１の鋳造時に鋳包むことで、ＥＧＲガス冷却器３１をシリンダヘッド１１に固定しているので、ＥＧＲガス冷却器３１を固定するためのボルトなどの固定具が不要となっている。
なお、冷却管３２および端部固定プレート３３の構成材料としては、例えばアルミニウムやステンレスなどか用いられる。

図４に示すように、冷却管３２の扁平面となる長辺側の面３２ａ（図４における上下面）には、冷却管３２の内周面から内側方向へ突出する内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・、および外周面から外側方向へ突出する外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・が、それぞれ形成されている。
内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・については、冷却管３２における一方の長辺側の面３２ａ（例えば図４における上面）に形成される内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・と、冷却管３２の他方の長辺側の面３２ａ（例えば図４における下面）に形成される内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・とが、互いに対応する位置に形成されていて、前記一方の面の内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・と他方の面の内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・とが、冷却管３２内で互いに当接している。

このように、冷却管３２に内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・を形成することにより、冷却管３２に対して積層方向外側から力がかかったとしても、冷却管３２が積層方向に潰れることを防止することができる。
これにより、ＥＧＲガスが流通する冷却管３２の積層方向の内径を一定の寸法に保持し、ＥＧＲガス通路の断面積を確保することが可能となっている。

また、外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・については、冷却管３２における一方の長辺側の面３２ａ（例えば図４における上面）に形成される外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・と、冷却管３２の他方の長辺側の面３２ａ（例えば図４における下面）に形成される外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・とが、互いに対応する位置に形成されていて、積層される冷却管３２・３２のうち、下方に位置する冷却管３２の一方の外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・と、上方に位置する冷却管３２の他方の外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・とが、冷却管３２・３２間で互いに当接している。

このように、冷却管３２に外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・を形成することにより、積層される冷却管３２・３２・・・に対して積層方向外側から力がかかったとしても、冷却管３２・３２間の隙間が狭くなることを防止することができ、積層した冷却管３２・３２間の隙間を精度よく確保することが可能となっている。

前記内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・および外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・は、例えば冷却管３２を構成する金属板をプレス成形することにより形成されており、前記金属板における長尺形状の短手方向両端部を一側に屈曲させる際に、同時に内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・および外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・を形成することができる。
従って、特別な手間をかけることなく容易に、内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・および外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・を冷却管３２・３２・・・に形成することが可能となっている。

図５、図６に示すように、ＥＧＲガス冷却器３１は、シリンダヘッド１１に鋳包まれることによりウォータージャケット１５内に設置されているが、シリンダヘッド１１のウォータージャケット１５内におけるＥＧＲガス冷却器３１が設置されている部分には、ＥＧＲガス冷却器３１の冷却管３２・３２・・・を積層方向内側へ向けて支持する支持突起１１ａ・１１ｂが形成されている。
支持突起１１ａはウォータージャケット１５の内周面の上面から下方（ウォータージャケット１５の内側方向）へ向けて突出しており、支持突起１１ｂはウォータージャケット１５の内周面の下面から上方（ウォータージャケット１５の内側方向）へ向けて突出している。

支持突起１１ａ・１１ｂは、シリンダヘッド１１を鋳造する際に、同時に鋳造により形成されるものであり、シリンダヘッド１１の構成部材と同じ部材にて一体的に構成されている。
このように、支持突起１１ａ・１１ｂを、シリンダヘッド１１の鋳造時に、前記シリンダヘッド１１と一体成形することにより、シリンダヘッド１１に支持突起１１ａ・１１ｂを形成するための特別な工程を設ける必要がなく、シリンダヘッド１１におけるＥＧＲガスの冷却構造の生産性を向上することが可能となっている。

また、支持突起１１ａ・１１ｂは、ＥＧＲガス冷却器３１におけるＥＧＲガスの流通方向の中央部に配置されており、支持突起１１ａの先端面（図５における下面）は、積層される冷却管３２・３２・・・のうち、最上位置に配置される冷却管３２の上面に当接し、支持突起１１ｂの先端面（図５における上面）は、積層される冷却管３２・３２・・・のうち、最下位置に配置される冷却管３２の下面に当接している。

つまり、互いに平行に積層される冷却管３２・３２・・・の積層方向寸法と、支持突起１１ａの先端面と支持突起１１ｂの先端面との隙間寸法とが同じに設定されており、ウォータージャケット１５内に配置される冷却管３２・３２・・・は、その上端面および下端面におけるＥＧＲガス流通方向の中央部が、それぞれ支持突起１１ａ・１１ｂにより上下方向の外側から支持されている。

これにより、互いに平行に積層された冷却管３２・３２・・・が、それ以上積層方向外側に膨らむことが防止される。
例えば、各冷却管３２・３２・・・を構成する金属板の屈曲部がスプリングバックしようとした場合や、エンジンの運転時に高温のＥＧＲガスの熱により各冷却管３２・３２・・・が有する残留歪みが開放したり、各冷却管３２・３２・・・が膨張したりした場合でも、積層された冷却管３２・３２・・・は、積層方向外側から支持突起１１ａ・１１ｂにより支持されているので、積層方向外側に膨らむことが防止され、各冷却管３２・３２・・・の積層方向の内径が拡大することを抑制できる。
このように、各冷却管３２・３２・・・の積層方向の内径が拡大することがないので、ＥＧＲガスの熱交換率が低下することがなく、ＥＧＲガス冷却器３１の冷却性能を保持することが可能となる。

また、前記支持突起１１ａ・１１ｂは、ＥＧＲガス冷却器３１のＥＧＲガス流れ方向において、一方の端部固定プレート３３と他方の端部固定プレート３３との中間位置（すなわち冷却管３２・３２・・・のＥＧＲガス流れ方向における中央部）に配置されている。
各冷却管３２・３２・・・が熱膨張などにより積層方向外側へ膨らむときには、ＥＧＲガス流れ方向における中央部が、外側への膨らみ量が最も大きくなるため、冷却管３２・３２・・・を支持する支持突起１１ａ・１１ｂを両端部固定プレート３３・３３の中間位置に配置することで、冷却管３２・３２・・・の積層方向外側への膨らみ防止の効果を大きくすることができる。

また、冷却管３２に形成される前記内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・および外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・は、冷却管３２における支持突起１１ａ・１１ｂにて支持される部分に配置されている。
つまり、図７に示すように、冷却管３２・３２・・・を積層方向からみた場合に、冷却管３２の支持突起１１ａ・１１ｂにて支持されている範囲内に、内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・および外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・が配置されるように構成されている。
これにより、支持突起１１ａ・１１ｂが冷却管３２・３２・・・を支持する際の支持力を、内側突起３２ｐ・３２ｐ・・・および外側突起３２ｑ・３２ｑ・・・により受けることが可能となり、前記支持突起１１ａ・１１ｂの支持力により、冷却管３２・３２・・・が積層方向内側に過剰に押圧されて押し潰されることを防止できる。

また、冷却管３２・３２・・・を支持する支持突起１１ａ・１１ｂは、ウォータージャケット１５内を流れる冷却水の流れ方向に対して流線型に形成されている。
例えば、支持突起１１ａ・１１ｂは、冷却管３２・３２・・・の積層方向から見て、冷却水の流れ方向が長辺方向となるように配置した楕円形状に形成することができる。
このように、支持突起１１ａ・１１ｂを流線型に形成することで、支持突起１１ａ・１１ｂによりウォータージャケット１５内を流れる冷却水に対してかかる抵抗を減少させることができ、前記冷却水の流れを円滑にして冷却管３２・３２・・・内を流れるＥＧＲガスの冷却性能を向上させている。

また、本実施形態においては、前記支持突起１１ａ・１１ｂは、それぞれ冷却管３２のＥＧＲガス流れ方向における中央部の一箇所にのみ設けられているが、支持突起１１ａ・１１ｂを複数箇所に設けることも可能である。
例えば、図８に示すように、支持突起１１ａ・１１ｂを、冷却管３２のＥＧＲガス流れ方向における中央部、ＥＧＲガス流れ方向上流側の端部固定プレート３３と中央部の支持突起１１ａ・１１ｂとの中間位置、およびＥＧＲガス流れ方向下流側の端部固定プレート３３と中央部の支持突起１１ａ・１１ｂとの中間位置の三箇所に配設することも可能である。つまり、複数の支持突起１１ａ・１１ｂは、冷却管３２のＥＧＲガス流れ方向に沿って並設することが可能である。

このように、冷却管３２の複数箇所を支持突起１１ａ・１１ｂにより支持するように構成することで、冷却管３２・３２・・・の積層方向外側への膨らみをより確実に防止して、冷却性能を保持することができる。
特に、冷却管３２のＥＧＲガス流れ方向の寸法が長く形成されているときには、支持突起１１ａ・１１ｂにより冷却管３２の複数箇所を支持するように構成することで、冷却管３２・３２・・・の積層方向外側への膨らみを効果的に防止することが可能となる。

また、冷却管３２・３２・・・のＥＧＲガス流れ方向に複数の支持突起１１ａ・１１ｂを配設した場合、支持突起１１ａ・１１ｂの形状を、冷却管３２・３２・・・の積層方向から見て、ウォータージャケット１５の冷却水出口１５ａに対して流線型に形成することができる。例えば、支持突起１１ａ・１１ｂを、その長辺方向が冷却水出口１５ａ方向となるように配置した楕円形状に形成することができる。
このように、支持突起１１ａ・１１ｂの楕円形状を、その長辺方向が冷却水出口１５ａ方向となるように配置した場合、例えば図８に示すように、支持突起１１ａ・１１ｂを三箇所に配置すると、中央部に位置する支持突起１１ａ・１１ｂの楕円形状は、中央部に位置する支持突起１１ａ・１１ｂの位置から見たウォータージャケット１５内の冷却水の流れ方向と冷却水出口１５ａ方向とが略一致しているため、その長辺方向が冷却水出口１５ａ方向となるとともに、ウォータージャケット１５内の冷却水の流れ方向と略同じ方向となるように配置されることとなる。

一方、中央部の支持突起１１ａ・１１ｂの両側方に位置する支持突起１１ａ・１１ｂにおいては、当該支持突起１１ａ・１１ｂの位置から見たウォータージャケット１５内の冷却水の流れ方向と冷却水出口１５ａ方向とが異なっているため、当該支持突起１１ａ・１１ｂの楕円形状は、ウォータージャケット１５内の冷却水の流れ方向から所定の角度θだけ中央側に傾斜した姿勢に配置されることとなる。
このように、複数箇所に配置した支持突起１１ａ・１１ｂを、それぞれ冷却水出口１５ａに対して流線型に形成することで、ウォータージャケット１５内の冷却水を円滑に冷却水出口１５ａへ案内することが可能となるため、前記冷却水の流れが妨げられることがなく、冷却管３２・３２・・・内を流れるＥＧＲガスの冷却性能を向上することができる。

また、図９に示すように、冷却管３２・３２・・・を支持する支持突起１１ａ・１１ｂと冷却管３２・３２・・・との間には、それぞれ弾性部材１６・１６を介装することも可能である。弾性部材１６としては、弾性を有したゴム状部材や、バネ部材などを用いることが可能である。
このように、支持突起１１ａ・１１ｂと冷却管３２・３２・・・との間に弾性部材１６・１６を介装することで、支持突起１１ａ・１１ｂからの冷却管３２・３２・・・に対する支持力が、弾性部材１６・１６を介して冷却管３２・３２・・・に加わることとなる。従って、支持突起１１ａ・１１ｂからの支持力が冷却管３２・３２・・・に加わる際に、その支持力が弾性部材１６・１６により緩衝されて加わることとなり、冷却管３２・３２・・・が支持突起１１ａ・１１ｂにより過剰な力で押圧されることがなく、冷却管３２・３２・・・の変形などを防止することができる。

次に、ＥＧＲガス冷却器３１をシリンダヘッド１１に鋳包むとともに、支持突起１１ａ・１１ｂを形成しつつ、シリンダヘッド１１を鋳造する際のフローについて説明する。
図１０に示すように、まずシリンダヘッド１１に鋳包むＥＧＲガス冷却器３１を製造する（Ｓ０１）。つまり、積層配置される各冷却管３２・３２・・・の両端部を、それぞれ端部固定プレート３３・３３に固定することにより、各冷却管３２・３２・・・と端部固定プレート３３・３３とを接続してＥＧＲガス冷却器３１を製造する、ＥＧＲガス冷却器製造工程を実施する。

ＥＧＲガス冷却器製造工程にてＥＧＲガス冷却器３１が製造されると、ＥＧＲガス冷却器３１の周囲を中子砂にて包囲して中子を形成する中子形成工程が実施される（Ｓ０２）。これにより、ＥＧＲガス冷却器３１が中子に内包されることとなる。
この場合、端部固定プレート３３・３３のシリンダヘッド１１に鋳包まれる部分（端部固定プレート３３・３３の外側端部）は、中子から露出するように中子が形成される。
また、前記中子は、積層される冷却管３２・３２・・・の積層方向における両外側面の、支持突起１１ａ・１１ｂにより支持される部分が、中子から露出するように形成される。

次に、ＥＧＲガス冷却器３１の端部固定プレート３３をシリンダヘッド１１の鋳造型により把持して、中子形成工程にて形成された中子を鋳造型に設置する、設置工程が実施される（Ｓ０３）。

さらに、中子を鋳造型に設置した後に、前記鋳造型１に溶湯を流し込んで鋳造工程が実施され、シリンダヘッド１１が鋳造される（Ｓ０４）。これにより、ＥＧＲガス冷却器３１の端部固定プレート３３がシリンダヘッド１１に鋳包まれる。
また、鋳造工程においては、冷却管３２・３２・・・の一部が前記中子から露出した状態で鋳造が行われ、中子から冷却管３２・３２・・・が露出している部分に支持突起１１ａ・１１ｂが形成される。

つまり、ＥＧＲガス冷却器製造工程（Ｓ０１）、中子形成工程（Ｓ０２）、設置工程（Ｓ０３）、および鋳造工程（Ｓ０４）の各工程を順に実施することで、ＥＧＲガス冷却器３１をウォータージャケット１５内に鋳包むとともに、支持突起１１ａ・１１ｂが形成されたシリンダヘッド１１が鋳造される。
このように、冷却管３２・３２・・・を支持する支持突起１１ａ・１１ｂは、シリンダヘッド１１の鋳造時に同時に鋳造されることとなるため、シリンダヘッド１１に支持突起１１ａ・１１ｂ形成するための特別な工程を設ける必要がなく、シリンダヘッド１１におけるＥＧＲガスの冷却構造の生産性を向上することが可能となる。

シリンダヘッド１１においては、ＥＧＲガス冷却器３１をウォータージャケット１５内に配置することによりＥＧＲガスの冷却構造が構成されているので、シリンダヘッド１１の外部にＥＧＲガスクーラーを別途設置する必要がなく、ＥＧＲガスの冷却構造を容易に構成することができる。また、エンジンからの別途設置したＥＧＲガスクーラーへのガス配管が不要になるので、省スペースかつ低コストでＥＧＲガスの冷却を行うことが可能となっている。

１１ シリンダヘッド
１１ａ・１１ｂ 支持突起
１２ 吸気ポート
１３ 排気ポート
１５ ウォータージャケット
１６ 弾性部材
３１ ＥＧＲガス冷却器
３２ 冷却管
３２ｐ 内側突起
３２ｑ 外側突起
３３ 端部固定プレート

Claims (9)

1. 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、前記積層した複数の冷却管のＥＧＲガス流れ方向における両端部を、それぞれ固定部材にて固定してＥＧＲガス冷却器を構成し、
   エンジンのシリンダヘッドに形成されるウォータージャケット内を流れる冷却水が前記冷却管と接触するように、前記ＥＧＲガス冷却器を前記ウォータージャケット内に設置し、
   前記冷却管の両端に配置される固定部材と固定部材との間において、前記冷却管を積層方向内側へ向けて支持する支持手段を有する、
   ことを特徴とするＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッド。
2. 前記支持手段は、前記固定部材と固定部材との中間位置に配置される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッド。
3. 前記冷却管における前記支持手段にて支持される部分には、
   前記冷却管の積層方向の内径寸法を保持する内径寸法保持部、および積層される冷却管と冷却管との間隔を保持する間隔保持部が形成される、
   ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッド。
4. 前記支持手段は、前記シリンダヘッドの鋳造時に、前記シリンダヘッドと一体成形される、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項３の何れか一項に記載のＥＧＲガスの冷却構造。
5. 前記支持手段と前記支持手段に支持される冷却管との間に、弾性部材が介装される、
   ことを特徴とする請求項１〜請求項４の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を備えたシリンダヘッド。
6. 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、前記積層した複数の冷却管のＥＧＲガス流れ方向における両端部を、それぞれ固定部材にて固定してＥＧＲガス冷却器を構成し、
   前記ＥＧＲガス冷却器を、エンジンのシリンダヘッドにウォータージャケットを成形するための中子に内包させ、
   前記冷却管の一部を前記中子から露出させた状態で、
   前記中子を用いて前記シリンダヘッドの鋳造を行うことで、
   前記ウォータージャケット内に前記ＥＧＲガス冷却器が設置されるとともに、前記前記冷却管の前記中子から露出させた部分に、前記冷却管を前記冷却管の積層方向内側へ向けて支持する支持手段が形成されたシリンダヘッドを製造する、
   ことを特徴とするＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドの製造方法。
7. 前記冷却管の前記中子からの露出部分は、
   前記冷却管の積層方向における最外側面の、前記固定部材と固定部材との中間位置に位置している、
   ことを特徴とする請求項６に記載のＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドの製造方法。
8. 前記冷却管における前記中子からの露出部分に対応する箇所には、
   前記冷却管の積層方向の内径寸法を保持する内径寸法保持部、および積層される冷却管と冷却管との間隔を保持する間隔保持部が形成される、
   ことを特徴とする請求項６または請求項７に記載のＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドの製造方法。
9. 前記中子における、前記冷却管が露出している部分には、弾性部材が付設されている、
   ことを特徴とする請求項６〜請求項８の何れか一項に記載のＥＧＲガスの冷却構造を備えたシリンダヘッドの製造方法。
   
   
   

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