(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ポートから排出された排気ガスの一部を吸気ポート側へ案内するためのガス通路を、シリンダヘッドウォータージャケット内に配置して、前記ガス通路内を流通する排気ガスの冷却を行う、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドであって、
前記ガス通路は、前記シリンダヘッドウォータージャケット内の冷却水と接触する冷却部と、前記冷却部の側部に位置し、前記冷却部よりも高い強度を有する高強度部とを備えた中空管にて構成され、
前記ガス通路の冷却部は、前記高強度部とは別体にて構成され、
前記ガス通路の高強度部は、筒形状に形成される側壁部と、前記側壁部における筒形状の一端を閉塞する底部とで構成され、
前記ガス通路の高強度部の側壁部が、前記シリンダヘッドに鋳包まれている、
ことを特徴とするＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項２】
前記ガス通路の冷却部が、扁平形状を有する中空管にて構成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項３】
前記ガス通路の高強度部の底部には、前記ガス通路の冷却部が挿入可能な挿入口が形成され、
前記冷却部の端部を前記底部の挿入口に挿入することで、前記冷却部と高強度部とが接続される、
ことを特徴とする請求項１または請求項２に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項４】
前記高強度部の側壁部が、円筒形状に形成される、
ことを特徴とする請求項３に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項５】
前記ガス通路の冷却部は、
前記冷却部内を流通する排気ガスの流れ方向と、前記シリンダヘッドウォータージャケット内を流通する冷却水の流れ方向とが交差するとともに、前記扁平形状の短辺側の面が前記冷却水の流れ方向と対向する姿勢に配置される、
ことを特徴とする請求項２〜請求項４の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項６】
前記ガス通路においては、前記冷却部が複数備えられ、
前記複数の冷却部は、前記扁平形状の短辺方向に積層配置される、
ことを特徴とする請求項２〜請求項５の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項７】
前記高強度部における側壁部の外周面には、円周方向に沿った凹溝または突起部が形成される、ことを特徴とする請求項３〜請求項６の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項８】
ＥＧＲガス流れ方向の下流側に位置する高強度部における側壁部の内周面には、ＥＧＲガスの流れ方向の上流側から下流側へいくにつれて拡径するスロープが形成される、ことを特徴とする請求項３〜請求項７の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド。
【請求項９】
排気ポートから排出された排気ガスの一部を吸気ポートへ案内するためのガス通路を、シリンダヘッドウォータージャケット内に配置して、前記ガス通路内を流通する排気ガスの冷却を行う、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法であって、
前記ガス通路を、前記シリンダヘッドウォータージャケット内の冷却水と接触する冷却部と、前記冷却部の側部に位置し、前記冷却部よりも高い強度を有する高強度部とを備えた中空管にて構成し、
前記ガス通路の冷却部は、前記高強度部とは別体にて構成し、
前記ガス通路の高強度部は、筒形状に形成される側壁部と、前記側壁部における筒形状の一端を閉塞する底部とで構成し、
前記ガス通路の高強度部の側壁部を前記シリンダヘッドに鋳包むことにより、前記冷却部をシリンダヘッドウォータージャケット内に配置する、
ことを特徴とするＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１０】
前記ガス通路の冷却部を、扁平形状を有する中空管にて構成する、
ことを特徴とする請求項９に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１１】
前記ガス通路の高強度部の底部には、前記ガス通路の冷却部が挿入可能な挿入口が形成されており、
前記冷却部の端部を前記底部の挿入口に挿入して、前記冷却部と高強度部とを接続する接続工程と、
前記冷却部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と、
前記高強度部を鋳造型により把持する把持工程と、
前記鋳造型に溶湯を流し込む鋳造工程とを備える、
ことを特徴とする請求項９または請求項１０に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１２】
前記各工程は、接続工程→包囲工程→把持工程→鋳造工程の順に行われる、
ことを特徴とする請求項１１に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１３】
前記高強度部の側壁部を円筒形状に形成し、
前記側壁部を鋳造型により把持した状態で、前記高強度部を鋳包む、
ことを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１４】
前記ガス通路の冷却部を、
前記冷却部内を流通する排気ガスの流れ方向と、前記シリンダヘッドウォータージャケット内を流通する冷却水の流れ方向とが交差するとともに、前記扁平形状の短辺側の面が前記冷却水の流れ方向と対向する姿勢に配置する、
ことを特徴とする請求項１０〜請求項１３の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【請求項１５】
前記ガス通路の冷却部は、扁平形状を有する中空管を複数備え、
前記複数の中空管を、前記扁平形状の短辺方向に積層配置する、
ことを特徴とする請求項１０〜請求項１４の何れか一項に記載のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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ガス冷却構造を有するシリンダヘッドおよびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
このような排気再循環装置において、ＥＧＲガスをシリンダヘッドの排気側から吸気側へ案内するためのガス通路を、シリンダヘッドのウォータージャケット内に配設することにより、ＥＧＲガスを効率的に冷却する技術が公知となっている (例えば、特許文献１参照)。特許文献１においては、前記ガス通路の成形を、ステンレス管などの管体を鋳包むことにより行ってもよいことが開示されている。
【特許文献１】実開平６−７６６４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＥＧＲガスのガス通路をシリンダヘッドのウォータージャケット内に配設する場合、薄肉の中空管をシリンダヘッドに鋳包むことが、ＥＧＲガスの冷却性能やガス通路の生産性の観点から好ましいが、例えば全体的に薄肉に形成される中空管をシリンダヘッドに鋳包むと、中空管の外周面に作用する鋳造圧（溶湯の重力および溶湯の収縮に伴う圧力）に耐え切れずにガス通路が潰れてしまうこととなる。
従って、冷却性能が高く、かつ容易に構成することができるＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドを製造することが困難であった。
【０００５】
そこで、本発明においては、冷却性能が高く、かつ容易に構成することができるＥＧＲガス冷却構造を有する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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するＥＧＲガス冷却構造を有する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、本発明のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドは、排気ポートから排出された排気ガスの一部を吸気ポート側へ案内するためのガス通路を、シリンダヘッドウォータージャケット内に配置して、前記ガス通路内を流通する排気ガスの冷却を行う、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドであって、前記ガス通路は、前記シリンダヘッドウォータージャケット内の冷却水と接触する冷却部と、前記冷却部の側部に位置し、前記冷却部よりも高い強度を有する高強度部とを備えた中空管にて構成され、前記ガス通路の冷却部は、前記高強度部とは別体にて構成され、前記ガス通路の高強度部は、筒形状に形成される側壁部と、前記側壁部における筒形状の一端を閉塞する底部とで構成され、前記ガス通路の高強度部の側壁部が、前記シリンダヘッドに鋳包まれている。
これにより、ＥＧＲガスを冷却する部分である冷却部には鋳造圧が直接作用することがなく、鋳造圧による変形が生じにくくなるため、冷却部を扁平形状を有する中空管にて構成したり、高強度部よりも薄肉の中空管にて構成したりして、ＥＧＲガス冷却構造の冷却性能を向上することができる。
また、ガス通路をウォータージャケット内に配置する構成となるので、シリンダヘッドの外部に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る。
【０００７】
また、前記ガス通路の冷却部が、扁平形状を有する中空管にて構成される。
これにより、冷却部の短辺方向の内径を小さくして、冷却部内を流れる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、冷却部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る。
【０００８】
また、前記ガス通路の高強度部の底部には、前記ガス通路の冷却部が挿入可能な挿入口が形成され、前記冷却部の端部を前記底部の挿入口に挿入することで、前記冷却部と高強度部とが接続される。
これにより、ＥＧＲガス冷却管を容易に構成することができ、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。
【０００９】
また、前記高強度部の側壁部が、円筒形状に形成される。
従って、溶湯が凝固する際の収縮に伴う圧力が、前記高強度部の外周面にかかった場合、その圧力を円筒形状に形成された側壁部にて均等に受けることができるため、高強度部が変形することがない。
これにより、高強度部の鋳包まれた部分とシリンダヘッドとの間に隙間ができることを防止でき、ウォータージャケット内における高強度部が鋳包まれた部分のシール性を確保することができる。
【００１０】
また、前記ガス通路の冷却部は、前記冷却部内を流通する排気ガスの流れ方向と、前記シリンダヘッドウォータージャケット内を流通する冷却水の流れ方向とが交差するとともに、前記扁平形状の短辺側の面が前記冷却水の流れ方向と対向する姿勢に配置される。
これにより、ウォータージャケット内を流通する冷却水の流通を妨げることなく、冷却部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。
【００１１】
また、前記ガス通路においては、前記冷却部が複数備えられ、前記複数の冷却部は、前記扁平形状の短辺方向に積層配置される。
これにより、ウォータージャケット内の冷却水と接触する冷却部の表面積を、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る。
【００１２】
また、前記高強度部における側壁部の外周面には、円周方向に沿った凹溝または突起部が形成される。
これにより、シリンダブロックの鋳包み部分が凹溝に係止して、シリンダブロックに鋳包まれた高強度部がシリンダブロックから抜け出すことを防止できるとともに、シリンダブロックと高強度部との間のシール性を確保することができる。
【００１３】
また、ＥＧＲガス流れ方向の下流側に位置する高強度部における側壁部の内周面には、ＥＧＲガスの流れ方向の上流側から下流側へいくにつれて拡径するスロープが形成される。
これにより、冷却部内に生じた凝縮水が側壁部内に滞留して、ガス通路に腐食などの劣化・破損が生じることを防止することができる。
【００１４】
また、本発明のＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法は、排気ポートから排出された排気ガスの一部を吸気ポートへ案内するためのガス通路を、シリンダヘッドウォータージャケット内に配置して、前記ガス通路内を流通する排気ガスの冷却を行う、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの製造方法であって、前記ガス通路を、前記シリンダヘッドウォータージャケット内の冷却水と接触する冷却部と、前記冷却部の側部に位置し、前記冷却部よりも高い強度を有する高強度部とを備えた中空管にて構成し、前記ガス通路の冷却部は、前記高強度部とは別体にて構成し、前記ガス通路の高強度部は、筒形状に形成される側壁部と、前記側壁部における筒形状の一端を閉塞する底部とで構成し、前記ガス通路の高強度部の側壁部を前記シリンダヘッドに鋳包むことにより、前記冷却部をシリンダヘッドウォータージャケット内に配置する。
これにより、ＥＧＲガスを冷却する部分である冷却部には鋳造圧が直接作用することがなく、鋳造圧による変形が生じにくくなるため、冷却部を扁平形状を有する中空管にて構成したり、高強度部よりも薄肉の中空管にて構成したりして、ＥＧＲガス冷却構造の冷却性能を向上することができる。
また、ガス通路をウォータージャケット内に配置する構成となるので、シリンダヘッドの外部に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る。
【００１５】
また、前記ガス通路の冷却部を、扁平形状を有する中空管にて構成する。
これにより、冷却部の短辺方向の内径を小さくして、冷却部内を流れる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、冷却部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る。
【００１６】
また、前記ガス通路の高強度部の底部には、前記ガス通路の冷却部が挿入可能な挿入口が形成されており、前記冷却部の端部を前記底部の挿入口に挿入して、前記冷却部と高強度部とを接続する接続工程と、前記冷却部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と、前記高強度部を鋳造型により把持する把持工程と、前記鋳造型に溶湯を流し込む鋳造工程とを備える。
これにより、冷却部と高強度部とを一体的に成形してガス通路を構成した場合に比べて、前記ガス通路の製造が容易となり、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの生産性を向上することが可能となる。
【００１７】
また、前記各工程が、接続工程→包囲工程→把持工程→鋳造工程の順に行われる場合には、高強度部を鋳造型に嵌合した後に冷却部と高強度部とを接続した場合などに比べて、冷却部と高強度部との接続を容易に行うことができ、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドの生産性を、より向上することが可能となる。
【００１８】
また、前記高強度部の側壁部を円筒形状に形成し、前記側壁部を鋳造型により把持した状態で、前記高強度部を鋳包む。
これにより、高強度部の鋳包まれた部分とシリンダヘッドとの間に隙間ができることを防止でき、ウォータージャケット内における高強度部が鋳包まれた部分のシール性を確保することができる。
【００１９】
また、前記ガス通路の冷却部を、前記冷却部内を流通する排気ガスの流れ方向と、前記シリンダヘッドウォータージャケット内を流通する冷却水の流れ方向とが交差するとともに、前記扁平形状の短辺側の面が前記冷却水の流れ方向と対向する姿勢に配置する。
これにより、ウォータージャケット内を流通する冷却水の流通を妨げることなく、冷却部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。
【００２０】
また、前記ガス通路の冷却部は、扁平形状を有する中空管を複数備え、前記複数の中空管を、前記扁平形状の短辺方向に積層配置する。
これにより、ウォータージャケット内の冷却水と接触する冷却部の表面積を、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る。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以下の効果を奏する。
つまり、ガス通路の冷却部を、扁平形状を有する中空管にて構成したり、高強度部よりも薄肉の中空管にて構成したりして、ＥＧＲガス冷却構造の冷却性能を向上することができる。また、ＥＧＲガスの冷却構造を容易に構成することができ、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る。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】シリンダヘッドを示す平面断面図である。
【図２】シリンダヘッドを示す側面図である。
【図３】シリンダヘッドにおけるＥＧＲガス冷却構造を示す平面断面図である。
【図４】シリンダヘッドにおけるＥＧＲガス冷却構造を示す側面図である。
【図５】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。
【図６】ＥＧＲガス冷却管の高強度部を示す側面図である。
【図７】ＥＧＲガス冷却管の高強度部を示す正面断面図である。
【図８】ＥＧＲガス冷却管の高強度部、および高強度部に接続される冷却部を示す斜視図である。
【図９】ＥＧＲガス冷却管をシリンダヘッドに鋳包む際のフローを示す図である。
【図１０】シリンダヘッドの鋳造型におけるＥＧＲガス冷却管の高強度部を鋳包む部分を示す平面断面図である。
【図１１】冷却部の短辺の寸法とＥＧＲガスの出口温度との関係を示す図である。
【図１２】ＥＧＲガス冷却管の高強度部を構成する側壁部の外周面に凹溝を形成した例を示す平面断面図である。
【図１３】ＥＧＲガス冷却管のＥＧＲガス出口側に配置される高強度部における側壁部の内周面にスロープを形成した例を示す平面断面図である。
【符号の説明】
【００２３】
１１    シリンダヘッド
１１ａ  冷却管支持部
１２    吸気ポート
１３    排気ポート
１５    ウォータージャケット
３１    ＥＧＲガス冷却管
３２    冷却部
３２ａ  冷却部の長辺側の面
３２ｂ  冷却部の短辺側の面
３３    高強度部
３３ａ  側壁部
３３ｂ  底部
３３ｃ  挿入口
３３ｄ  凹溝
３３ｅ  スロープ
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
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５には、本発明にかかるＥＧＲガス冷却構造を有する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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
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ガス冷却管３１と、ＥＧＲガス冷却管３１の一端部（図３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ガス冷却管３１へ導く排気側連結管２２（図３参照）と、ＥＧＲガス冷却管３１の他端部（図３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ガス冷却管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。
【００２９】
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ガス冷却管３１へと導かれる。ＥＧＲガス冷却管３１に導かれたＥＧＲガスは、ＥＧＲガス冷却管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。
【００３０】
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。
【００３１】
次に、ウォータージャケット１５内に配置されるＥＧＲガス冷却管３１について詳しく説明する。
ＥＧＲガス冷却管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。
【００３２】
図３〜図５に示すように、ＥＧＲガス冷却管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部３２と、冷却部３２の両端に配置され、シリンダヘッド１１に鋳包まれている高強度部３３・３３とを備えている。つまり、高強度部３３・３３は、冷却部３２の両側部に位置している。
【００３３】
冷却部３２は扁平形状を有する薄肉の中空管にて構成されている。ＥＧＲガス冷却管３１においては、冷却部３２は複数備えられており、複数の冷却部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、冷却部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、複数の冷却部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。
【００３４】
このように、冷却部３２を扁平形状の中空管にて構成しているので、冷却部３２の短辺方向の内径を小さくして、冷却部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、冷却部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、冷却部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。
【００３５】
また、ＥＧＲガス冷却管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部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部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。
【００３６】
また、ＥＧＲガス冷却管３１は、冷却部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、冷却部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ガス冷却管３１は、各冷却部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、各冷却部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ガス冷却管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、冷却部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。
【００３７】
図６、図７に示すように、高強度部３３は、円筒形状に形成される側壁部３３ａと、側壁部３３ａの筒形状の一端（つまり側壁部３３ａの軸心方向の一端）を閉塞する底部３３ｂとで構成されている。底部３３ｂには、冷却部３２の端部形状に応じた形状に形成され、冷却部３２の端部が挿入可能な挿入口３３ｃ・３３ｃ・・・が形成されている。
そして、図８に示すように、底部３３ｂの挿入口３３ｃ・３３ｃ・・・に、それぞれ冷却部３２の端部を挿入することで、各冷却部３２と高強度部３３とが接続されている。
【００３８】
底部３３ｂの挿入口３３ｃ・３３ｃ・・・形成部分と、挿入口３３ｃ・３３ｃ・・・に挿入された冷却部３２とは、例えばろう付けすることにより、その接続状態が固定される。
なお、高強度部３３は、側壁部３３ａと底部３３ｂとを一体的に成形して構成するほか、別体に成形した側壁部３３ａと底部３３ｂとをろう付けなどにより接合して構成することもできる。
【００３９】
高強度部３３は、冷却部３２よりも高強度に構成されている。特に、高強度部３３は、外周面にかかる圧縮力に対する耐強度が、冷却部３２よりも高く構成されている。この高強度部３３の高強度は、例えば、冷却部３２が扁平形状に形成されているのに対し、高強度部３３の側壁部３３ａを円筒形状に形成することにより実現されている。
また、高強度部３３を冷却部３２よりも厚肉の部材にて形成することにより、高強度を実現することも可能である。さらに、高強度部３３の内周部にリブなどの補強部を形成することにより、高強度部３３の高強度を実現することも可能である。
なお、冷却部３２および高強度部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。
【００４０】
前述のように、高強度部３３は高強度の円筒形状部材に形成され、冷却部３２は、高強度部３３よりも強度が低い扁平形状の薄肉中空管にて形成されるといったように、高強度部３３と冷却部３２とは異なる特性を有する部材として構成されているが、冷却部３２と高強度部３３とは別体に形成され、冷却部３２を高強度部３３の挿入口３３ｃ・３３ｃ・・・に挿入することでＥＧＲガス冷却管３１を構成するようにしているので、ＥＧＲガス冷却管３１を容易に構成することができ、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。
【００４１】
ウォータージャケット１５内の冷却水の流れ方向と直交する方向に対向するシリンダヘッド１１の両側壁には、ＥＧＲガス冷却管３１の高強度部３３・３３を支持する冷却管支持部１１ａ・１１ａがそれぞれ形成されている。
つまり、ＥＧＲガス冷却管３１は、その両端部に配置される高強度部３３・３３が、冷却管支持部１１ａ・１１ａに支持されることにより、シリンダヘッド１１に取り付けられている。この場合、ＥＧＲガス冷却管３１の高強度部３３・３３は、鋳造されるシリンダヘッド１１に鋳包まれることにより、冷却管支持部１１ａ・１１ａにて支持されている。
このように、高強度部３３・３３をシリンダヘッド１１にて鋳包むことで、ＥＧＲガス冷却管３１をシリンダヘッド１１に固定しているので、ＥＧＲガス冷却管３１を固定するためのボルトなどの固定具が不要であり、ＥＧＲガスの冷却構造を構成する部品点数を減少するとともに、前記固定具の組付作業が不要となって、低コストでＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッドを製造することが可能となる。
【００４２】
また、ＥＧＲガス冷却管３１の高強度部３３・３３をシリンダブロック１１に鋳包む場合、高強度部３３・３３には、外周側から鋳造圧（溶湯の重力および溶湯の収縮に伴う圧力）がかかるが、高強度部３３は側壁部３３ａを円筒形状に形成するなどして、外周側からかかる圧力に対して高強度に構成されているため、前記鋳造圧によっても変形することがない。
具体的には、溶湯が凝固する際の収縮に伴う圧力が、高強度部３３の外周面にかかった場合、その圧力を円筒形状に形成された側壁部３３ａにて均等に受けることができるため、高強度部３３が変形することがない。
これにより、高強度部３３の鋳包まれた部分とシリンダヘッド１１との間に隙間ができることを防止でき、ウォータージャケット１５内における高強度部３３が鋳包まれた部分のシール性を確保することができる。
【００４３】
一方、ＥＧＲガス冷却管３１の冷却部３２は、ウォータージャケット１５が形成される部分に配置されていて、シリンダヘッド１１に鋳包まれることはなく、シリンダブロック１１の鋳造時に鋳造圧がかかることもないため、高強度部３３よりも低い強度に構成することができる。
つまり、ＥＧＲガス冷却管３１は、高強度部３３・３３がシリンダヘッド１１に鋳包まれることによりシリンダヘッド１１に支持されており、ＥＧＲガスを冷却する部分である冷却部３２には鋳造圧が直接作用することがなく、鋳造圧による変形が生じにくいため、冷却部３２を扁平形状を有する中空管にて構成したり、高強度部３３よりも薄肉の中空管にて構成したりして、冷却性能を向上することができる。
【００４４】
次に、ＥＧＲガス冷却管３１をシリンダヘッド１１に鋳包む際のフローについて説明する。
図９に示すように、ＥＧＲガス冷却管３１を鋳包む際には、まず、冷却部３２の端部を、高強度部３３の底部３３ｂに形成される挿入口３３ｃに挿入して、冷却部３２と高強度部３３とを接続する接続工程を実施する（Ｓ０１）。この場合、高強度部３３は冷却部３２の両端部に接続され、ＥＧＲガス冷却管３１が構成される。
【００４５】
接続工程にてＥＧＲガス冷却管３１が構成されると、ＥＧＲガス冷却管３１における冷却部３２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）。
この場合、高強度部３３の冷却部３２に近い内側部分が、冷却部３２とともに中子に覆われるように構成することも可能である。但し、高強度部３３の外側部分は、シリンダヘッド１１に鋳包まれる部分、および後述の把持工程において鋳造型１に把持される部分となるため、中子は当該部分が露出するように形成される。
【００４６】
次に、ＥＧＲガス冷却管３１の高強度部３３をシリンダヘッド１１の鋳造型により把持する把持工程が実施される（Ｓ０３）。高強度部３３を鋳造型により把持することで、中子形成工程にて形成された中子が鋳造型に設置される。
図１０に示すように、例えば、シリンダヘッド１１の鋳造型１の内周面には、内側方向へ突出する円環形状の把持部１ａが形成されており、把持部１ａの内周面に高強度部３３の外周面を嵌合することにより、鋳造型１による高強度部３３の把持が行われる。
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ガス冷却管３１の高強度部３３がシリンダヘッド１１に鋳包まれる。
【００４７】
鋳造型１の把持部１ａにより高強度部３３を把持する際には、高強度部３の外側端と、鋳造型１における把持部１ａに囲まれた部分の内面１ｂとの間には所定寸法ｄの隙間を設けた状態で把持するようにしている。また、鋳造型１の把持部１ａにより高強度部３３を把持する際には、把持部１ａと高強度部３３との間はシールされており、鋳造型１に流し込んだ溶湯が前記所定寸法ｄの隙間部分に入り込まないようになっている。
このように構成することで、高強度部３３の外側端がシリンダヘッド１１の外面から寸法ｄだけ内側に引けた状態でシリンダヘッド１１に鋳包まれることとなる（図３参照）。
これにより、ＥＧＲガス冷却管３１の両端部に配置される高強度部３３・３３が、シリンダヘッド１１に接続される排気側連結管２２および吸気側連結管２３と干渉することがなく、高強度部３３・３３に負荷がかかることを防止できるため、シリンダヘッド１１と高強度部３３・３３とのシール状態の信頼性を向上することができる。
【００４８】
このように、前記各工程を、接続工程（Ｓ０１）→中子形成工程（Ｓ０２）→把持工程（Ｓ０３）→鋳造工程（Ｓ０４）の順に実施することで、ＥＧＲガス冷却管３１の高強度部３３がシリンダヘッド１１に鋳包まれる。
そして、高強度部３３をシリンダヘッド１１に鋳包んで、ＥＧＲガス冷却管３１をウォータージャケット１５内に配置することで、ＥＧＲガス冷却構造をウォータージャケット１５内に有するシリンダヘッド１１が製造されることとなる。
【００４９】
ＥＧＲガス冷却管３１をウォータージャケット１５内に配置する構成では、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る。
【００５０】
また、シリンダヘッド１１のウォータージャケット１５内に配置されるＥＧＲガス冷却管３１は、互いに別体に形成される冷却部３２と高強度部３３とを接続することにより構成されるものであるため、冷却部３２と高強度部３３とを一体的に成形してＥＧＲガス冷却管３１を構成した場合に比べて、ＥＧＲガス冷却管３１の製造が容易となり、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド１１の生産性を向上することが可能となっている。
【００５１】
さらに、高強度部３３をシリンダヘッド１１に鋳包む際には、高強度部３３を鋳造型１の把持部１ａに嵌合して、ＥＧＲガス冷却管３１を鋳造型１により把持する前に、冷却部３２と高強度部３３とを接続するようにしているので、高強度部３３を鋳造型１の把持部１ａに嵌合した後に冷却部３２と高強度部３３とを接続した場合などに比べて、冷却部３２と高強度部３３との接続を容易に行うことができ、ＥＧＲガス冷却構造を有するシリンダヘッド１１の生産性を、より向上することが可能となっている。
【００５２】
前述のように、冷却部３２を扁平形状の中空管にて構成することにより、冷却部３２を流通するＥＧＲガスの冷却効率を高めているが、前記扁平形状の扁平度合いが高いほど冷却性能の向上を図ることができる。
つまり、図１１には、扁平形状に形成される冷却部３２の断面における短辺の寸法ｈと、ＥＧＲガスの冷却部３２の出口温度、すなわち冷却水による冷却後のＥＧＲガスの温度との関係を示している。
図１１によれば、冷却部３２の短辺の寸法ｈが小さくなるにつれてＥＧＲガスの出口温度が低くなっており、冷却部３２の扁平度合いが高くなるほど冷却性が向上していることがわかる。これは、前記寸法ｈが小さく（扁平形状の冷却部３２が薄く）なるほど冷却部３２を流通するＥＧＲガスの流速および熱伝達率が向上するためである。
【００５３】
また、図１２に示すように、ＥＧＲガス冷却管３１の高強度部３３を構成する側壁部３３ａにおけるシリンダヘッド１１に鋳包まれている部分（シリンダヘッド１１の冷却管支持部１１ａに支持されている部分）の外周面には、円周方向に沿って凹溝３３ｄを形成することができる。
このように、側壁部３３ａの外周面に凹溝３３ｄを形成することで、シリンダヘッド１１の鋳包み部分が凹溝に係止して、シリンダヘッド１１に鋳包まれた高強度部３３がシリンダヘッド１１から抜け出すことを防止できるとともに、シリンダヘッド１１と高強度部３３との間のシール性を確保することができる。
なお、側壁部３３ａの外周面に、円周方向に沿った突起部を形成することでも、同様の効果を奏することができる。
【００５４】
また、図１３に示すように、ＥＧＲガス冷却管３１のＥＧＲガス出口側（ＥＧＲガス流れ方向の下流側）に配置される高強度部３３における側壁部３３ａの内周面には、ＥＧＲガスの流れ方向の上流側から下流側へいくにつれて拡径するスロープ（勾配）３３ｅを形成することができる。
ＥＧＲガスが冷却部３２で冷却されると冷却部３２内に凝縮水が生じ、生じた凝縮水がＥＧＲガスの流れにより出口側の側壁部３３ａ内に流出するが、前述のように側壁部３３ａの内周面にスロープ３３ｅを形成することで、側壁部３３ａ内の凝縮水が外部に排出され易くなる。
これにより、前記凝縮水が側壁部３３ａ内に滞留して、ＥＧＲガス冷却管３１に腐食などの劣化・破損が生じることを防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、排気再循環装置を備えたエンジンのシリンダヘッドにおいて、ＥＧＲガス冷却構造を構成するために用いることができる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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