(57)【要約】【課題】内部に設けられたＥＧＲ通路をＥＧＲガスが通過する際に生じる圧力損失を低減させることができるシリンダヘッドを提供する。【解決手段】ＥＧＲ通路４３へのＥＧＲガスの流入部４３ＩＮは、ＥＧＲ通路４３からのＥＧＲガスの流出部４３ＯＵＴと第２の方向でずれている。そして、ＥＧＲ通路４３の中央部４３３において、第２の方向における流出部側の流出部領域４７の通路断面積が第２の方向における流入部側の流入部領域４６の通路断面積よりも広くなっている。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ通路とウォータージャケットとが内部に設けられてなるシリンダヘッドであって、
前記ＥＧＲ通路の一端にはＥＧＲガスの流入部が設けられ、同ＥＧＲ通路の他端にはＥＧＲガスの流出部が設けられ、前記流入部及び前記流出部は前記ＥＧＲ通路の延伸方向と直交する規定方向で互いにずれており、
前記ＥＧＲ通路の前記規定方向における前記流出部側の領域を流出部領域とし、前記ＥＧＲ通路の前記規定方向における前記流入部側の領域を流入部領域としたとき、前記流出部領域の通路断面積を前記流入部領域の通路断面積よりも広くしてなる
ことを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項２】
前記流出部領域の通路断面積を、前記ＥＧＲ通路の延伸方向において前記流出部に近づくに連れて広くしてなる
請求項１に記載のシリンダヘッド。
【請求項３】
前記流入部領域の通路断面積を、前記ＥＧＲ通路の延伸方向において前記流出部に近づくに連れて狭くしてなる
請求項１又は請求項２に記載のシリンダヘッド。
【請求項４】
前記流入部と前記流出部が鉛直方向上下にずれた位置に設けられ、前記流出部が前記流入部よりも鉛直方向上側に位置しており、
前記流入部領域よりも鉛直方向上側に位置する前記流出部領域の通路断面積を前記流入部領域の通路断面積よりも広くしてなる
請求項１〜請求項３のうち何れか一項に記載のシリンダヘッド。
【請求項５】
前記ウォータージャケットの少なくとも一部が、前記ＥＧＲ通路よりも鉛直方向上側に設けられてなる
請求項４に記載のシリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路が内部に設けられているシリンダヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンの燃焼室から排出された排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させる排気還流装置として、例えば特許文献１〜３に記載されるように、シリンダヘッド内に設けられているＥＧＲ通路を通じてＥＧＲガスを還流させる装置が知られている。なお、ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」の略記である。こうした装置にあっては、冷却水が循環するウォータージャケットがシリンダヘッド内に設けられているため、シリンダヘッド内のＥＧＲ通路を通過する際にＥＧＲガスが冷却されるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−２７８３４２号公報
【特許文献２】特開２０１１−２５２４４１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１１１９３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、排気還流装置にあっては、ＥＧＲガスを効率良く吸気通路に還流させることが望まされている。そのため、ＥＧＲ通路が内部に設けられているシリンダヘッドでは、ＥＧＲガスを冷却させるだけではなく、同ＥＧＲ通路をＥＧＲガスが通過する際における圧力損失の低減が希求されている。
【０００５】
本発明の目的は、内部に設けられたＥＧＲ通路をＥＧＲガスが通過する際に生じる圧力損失を低減させることができるシリンダヘッドを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するシリンダヘッドは、ＥＧＲ通路とウォータージャケットとが内部に設けられてなるシリンダヘッドを前提としている。このシリンダヘッドでは、ＥＧＲ通路の一端にはＥＧＲガスの流入部が設けられ、同ＥＧＲ通路の他端にはＥＧＲガスの流出部が設けられ、流入部及び流出部はＥＧＲ通路の延伸方向と直交する規定方向で互いにずれている。そして、このシリンダヘッドでは、ＥＧＲ通路の規定方向における流出部側の領域を流出部領域とし、ＥＧＲ通路の規定方向における流入部側の領域を流入部領域としたとき、流出部領域の通路断面積を流入部領域の通路断面積よりも広くした。
【０００７】
上記構成によれば、流入部を通じてＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスは、通路断面積の狭い流入部領域から通路断面積の広い流出部領域に流れやすくなる。すなわち、ＥＧＲ通路内では、流入部から流出部へのＥＧＲガスの流れが形成されやすくなる。そのため、流入部を通じてＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスを、流出部からＥＧＲ通路外に円滑に流出させ、ＥＧＲ通路をＥＧＲガスが通過する際における圧力損失を低減させることができるようになる。
【０００８】
なお、上記のシリンダヘッドにおいては、流出部領域の通路断面積を、ＥＧＲ通路の延伸方向において流出部に近づくに連れて広くすることが好ましい。この構成によれば、流出部に近づくに連れて次第に流出部領域の通路断面積が広くなるため、流入部からＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスは、徐々に流入部領域から流出部領域へと流れやすくなる。したがって、流入部を通じたＥＧＲ通路への流入直後はＥＧＲガスをＥＧＲ通路全体に行き渡らせてウォータージャケットを流れる冷却水との熱交換を促進させる一方で、徐々に流出部に向かう流れを形成することができ、ＥＧＲ通路をＥＧＲガスが通過する際における圧力損失を低減させるとともに、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができるようになる。
【０００９】
また、上記のシリンダヘッドにおいては、流入部領域の通路断面積を、ＥＧＲ通路の延伸方向において流出部に近づくに連れて狭くしてもよい。この構成によれば、流出部に近づくに連れて次第に流入部領域の通路断面積が狭くなる。そのため、この構成を採用しても、流入部からＥＧＲ通路内に流入したＥＧＲガスは徐々に流入部領域から流出部領域へと流れやすくなる。したがって、流入部を通じたＥＧＲ通路への流入直後はＥＧＲガスをＥＧＲ通路全体に行き渡らせてウォータージャケットを流れる冷却水との熱交換を促進させる一方で、徐々に流出部に向かう流れを形成することができ、ＥＧＲ通路をＥＧＲガスが通過する際における圧力損失を低減させるとともに、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができるようになる。
【００１０】
ところで、シリンダヘッド内のＥＧＲ通路では、シリンダヘッドに設けられたウォータージャケット内を流れる冷却水による冷却効果によって凝縮水が発生することがある。そこで、上記のシリンダヘッドにあっては、流入部と流出部とを鉛直方向上下にずらした位置に設け、流出部を流入部よりも鉛直方向上側に配置するようにしてもよい。そして、流入部領域よりも鉛直方向上側に位置する流出部領域の通路断面積を流入部領域の通路断面積よりも広くすることが好ましい。こうした構成を採用すると、ＥＧＲ通路内で発生した凝縮水が上方に位置する流出部からは排出されにくくなる一方、下方に位置する流入部を介してＥＧＲ通路外に排出されやすくなる。そのため、ＥＧＲガスとともに凝縮水が燃焼室に導入されることを抑制するとともに、凝縮水を流入部側から排出し、ＥＧＲ通路内に凝縮水が滞留することによる内壁の腐食を抑制することができるようになる。
【００１１】
また、上記のシリンダヘッドにおいては、ウォータージャケットの少なくとも一部をＥＧＲ通路よりも鉛直方向上側に設けることが好ましい。この場合、ＥＧＲ通路内を流れるＥＧＲガスが流入部領域よりもウォータージャケットに近い流出部領域に集まるようになるため、ＥＧＲ通路でのＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】第１の実施形態のシリンダヘッドを備える内燃機関の一部を模式的に示す側面図。
【図２】第１の実施形態のシリンダヘッド内に設けられているＥＧＲ通路を模式的に示す一部断面図。
【図３】図２における３−３線で切断した場合のＥＧＲ通路の断面形状を示す模式図。
【図４】第１の実施形態のシリンダヘッドに設けられているＥＧＲ通路内をＥＧＲガスが流れる様子を模式的に示す作用図。
【図５】第２の実施形態のシリンダヘッドに設けられているＥＧＲ通路内をＥＧＲガスが流れる様子を示す作用図。
【図６】（ａ）は図５における６ａ−６ａ線で切断した場合のＥＧＲ通路の断面形状を示す模式図、（ｂ）は図５における６ｂ−６ｂ線で切断した場合のＥＧＲ通路の断面形状を示す模式図、（ｃ）は図５における６ｃ−６ｃ線で切断した場合のＥＧＲ通路の断面形状を示す模式図。
【図７】別の実施形態のシリンダヘッドに設けられているＥＧＲ通路の断面形状を示す模式図。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、別の実施形態のシリンダヘッドに設けられているＥＧＲ通路の通路断面積が次第に変化する様子を示す模式図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１の実施形態）
以下、内部にＥＧＲ通路が設けられたシリンダヘッドを具体化した第１の実施形態を図１〜図４に従って説明する。
【００１４】
図１に示すように、内燃機関１１はエンジンルーム内で傾斜した状態で配置されており、燃焼室１２に吸入空気を供給する吸気系２０は、燃焼室１２で発生した排気を排出する排気系３０よりも上方に位置している。そして、シリンダブロック１３の上部に組み付けられているシリンダヘッド１４には吸気系２０を構成する吸気管２１が接続されており、この吸気管２１を流れる吸入空気はシリンダヘッド１４に設けられている吸気ポート２２を通じて燃焼室１２に導入される。また、シリンダヘッド１４には、排気系３０を構成する排気管３１が接続されており、この排気管３１にはシリンダヘッド１４に設けられている排気ポート３２を通じて燃焼室１２で発生した排気が排出される。
【００１５】
本実施形態の内燃機関１１は、排気管３１を流れる排気の一部をＥＧＲガスとして吸気管２１に還流させる排気還流装置４０を備えている。なお、ＥＧＲは、「Exhaust Gas Recirculation」の略記である。
【００１６】
排気還流装置４０を構成する還流通路４１は、排気管３１に接続される上流側還流管４２と、シリンダヘッド１４内に設けられているＥＧＲ通路４３と、吸気管２１に接続される下流側還流管４４とを備えている。上流側還流管４２の上流端は排気管３１に接続され、上流側還流管４２の下流端はシリンダヘッド１４に接続されている。また、下流側還流管４４の上流端はシリンダヘッド１４に接続され、下流側還流管４４の下流端は吸気管２１に接続されている。そして、排気管３１から上流側還流管４２に流入した排気は、ＥＧＲガスとしてＥＧＲ通路４３及び下流側還流管４４を通じて吸気管２１内に流入する。
【００１７】
なお、シリンダヘッド１４内には、冷却水が流れるウォータージャケット１５が設けられており、このウォータージャケット１５は、ＥＧＲ通路４３を挟んでシリンダブロック１３の反対側、すなわちＥＧＲ通路４３よりも鉛直方向上側に位置している。そして、還流通路４１を流れるＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路４３を通過する際にウォータージャケット１５を流れる冷却水の冷却効果によって冷却される。
【００１８】
次に、図１〜図３を参照して、ＥＧＲ通路４３について詳述する。なお、本実施形態では、ＥＧＲ通路４３の延伸方向を「第１の方向」といい、この第１の方向と直交する方向であって且つ図示しないピストンの往復動する方向を「第２の方向」といい、第１の方向及び第２の方向に直交する方向、すなわち各気筒の配列方向を「第３の方向」というものとする。
【００１９】
図１及び図２に示すように、ＥＧＲ通路４３は、内燃機関１１がエンジンルーム内に設置された状態では上流端から上斜め上方に延伸している。そのため、ＥＧＲ通路４３にあっては、下流端が上流端よりも鉛直方向上側に位置している。そして、ＥＧＲ通路４３の上流端には上流側還流管４２が接続される流入部４３ＩＮが設けられ、ＥＧＲ通路４３の下流端には下流側還流管４４が接続される流出部４３ＯＵＴが設けられている。
【００２０】
ここで、図２においてＥＧＲ通路４３の第２の方向における中心を通過する線を「中心線Ｓ」とする。この場合、流入部４３ＩＮは、中心線Ｓよりもウォータージャケット１５から離れた位置であって且つ流出部４３ＯＵＴよりも鉛直方向下側となる位置に配置されている。その一方で、流入部４３ＩＮは、中心線Ｓよりもウォータージャケット１５に近い位置であって且つ流入部４３ＩＮよりも鉛直方向上側となる位置に配置されている。したがって、本実施形態では、第２の方向が「規定方向」に相当する。
【００２１】
こうしたＥＧＲ通路４３は、流入部４３ＩＮから離れるに連れて次第に第２の方向におけるウォータージャケット１５側に通路断面積が広がる拡大部４３１と、流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて次第に通路断面積が狭くなる縮小部４３２とを有している。なお、ＥＧＲ通路４３における拡大部４３１と縮小部４３２との間の部分を、中央部４３３というものとする。
【００２２】
図３に示すように、中央部４３３内には、複数の区画壁４５１が第３の方向に並ぶようにして設けられている。これにより、中央部４３３には、第３の方向に並ぶ複数の区画通路４５が形成されている。
【００２３】
こうした区画通路４５の第２の方向における中心（図３にて一点鎖線で示す。）よりも流入部側（図３では下側）を流入部領域４６とし、第２の方向における中心よりも流出部側（図３では上側）を流出部領域４７とする。この場合、流出部領域４７の通路断面積が、流入部領域４６の通路断面積よりも広くなっている。本実施形態では、区画通路４５の幅（すなわち、第３の方向における長さ）は、第２の方向においてウォータージャケット１５に向かうに連れて次第に広くなっている。
【００２４】
次に、図４を参照して、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路４３を流れる際の作用について説明する。
図４に示すように、流入部４３ＩＮを通じてＥＧＲ通路４３に流入したＥＧＲガスは、拡大部４３１を通過した後、中央部４３３の各区画通路４５内を流れることとなる。このとき、流出部領域４７の通路断面積が流入部領域４６の通路断面積よりも広いため、区画通路４５内においては、ＥＧＲガスが流入部領域４６よりも流出部領域４７に流れやすい。すなわち、区画通路４５内に流入したＥＧＲガスは、図４にて矢印で示すように、比較的早期に流出部領域４７内を流出部４３ＯＵＴに向けて流れるようになる。
【００２５】
以上説明した構成や作用により、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）流入部４３ＩＮを通じてＥＧＲ通路４３内に流入したＥＧＲガスは、流入部領域４６よりも通路断面積の広い流出部領域４７に流れやすくなる。すなわち、ＥＧＲ通路４３内では、流入部４３ＩＮから流出部４３ＯＵＴへのＥＧＲガスの流れが形成されやすくなる。そのため、流入部４３ＩＮを通じてＥＧＲ通路４３内に流入したＥＧＲガスを、流出部４３ＯＵＴからＥＧＲ通路４３外に円滑に流出させ、ＥＧＲ通路４３をＥＧＲガスが通過する際における圧力損失を低減させることができるようになる。
【００２６】
（２）本実施形態では、流出部４３ＯＵＴが流入部４３ＩＮよりも鉛直方向上側に位置するようにＥＧＲ通路４３が構成されているため、ＥＧＲ通路４３内で発生した凝縮水が上方に位置する流出部４３ＯＵＴからは排出されにくくなる一方、下方に位置する流入部４３ＩＮを介してＥＧＲ通路４３外に排出されやすくなる。そのため、ＥＧＲガスとともに凝縮水が燃焼室１２に導入されることを抑制するとともに、凝縮水を流入部４３ＩＮから排出し、ＥＧＲ通路４３内に凝縮水が滞留することによる内壁の腐食を抑制することができるようになる。
【００２７】
（３）また、ＥＧＲ通路４３の中央部４３３においては、流出部領域４７の通路断面積のほうが流入部領域４６の通路断面積よりも広い。すなわち、中央部４３３では、ウォータージャケット１５に近い流出部領域４７におけるＥＧＲガスの流量が、ウォータージャケット１５から離れている流入部領域４６におけるＥＧＲガスの流量よりも多くなる。そのため、流入部領域４６の通路断面積が流出部領域４７と同等である場合と比較して、ＥＧＲ通路４３でのＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができるようになる。
【００２８】
（第２の実施形態）
次に、シリンダヘッド１４に設けられるＥＧＲ通路の第２の実施形態を図５及び図６に従って説明する。なお、第２の実施形態は、ＥＧＲ通路の中央部の形状が第１の実施形態と異なっている。したがって、以下の説明においては、第１の実施形態と相違する部分について主に説明するものとし、第１の実施形態と同一の部材構成には同一符号を付して重複説明を省略するものとする。
【００２９】
図５に示すように、ＥＧＲ通路４３Ａは、内燃機関１１がエンジンルーム内に設置された状態では上流端から上斜め上方に延伸している。こうしたＥＧＲ通路４３Ａは、上記第１の実施形態と同様に、流入部４３ＩＮ、拡大部４３１、中央部４３３Ａ、縮小部４３２、流出部４３ＯＵＴを有している。なお、流入部４３ＩＮは中心線Ｓよりもウォータージャケット１５から離れた位置に設けられるとともに、流出部４３ＯＵＴは中心線Ｓよりもウォータージャケット１５に近い位置に設けられている。
【００３０】
図６（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、こうしたＥＧＲ通路４３Ａの中央部４３３Ａの通路断面積は、流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて変化している。すなわち、第２の方向における中央よりもウォータージャケット１５から離れた側の流入部領域４６Ａの通路断面積は一定であるものの、第２の方向における中央よりもウォータージャケット１５に近い側の流出部領域４７Ａの通路断面積は、流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて次第に広くなっている。
【００３１】
次に、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路４３を流れる際の作用について説明する。
流入部４３ＩＮを通じてＥＧＲ通路４３Ａに流入したＥＧＲガスは、区画通路４５に流入した直後では区画通路４５全体に広がる。そして、流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて流出部領域４７Ａの通路断面積が広くなるため、図５にて矢印で示すように区画通路４５を流れるＥＧＲガスのうち流入部領域４６Ａ内を流れるＥＧＲガスは次第に流出部領域４７Ａに集まるようになる。そして、各区画通路４５を流れたＥＧＲガスは、縮小部４３２で合流した後に流出部４３ＯＵＴを通じて下流側還流管４４内に流出される。
【００３２】
以上説明した構成や作用により、本実施形態では、上記第１の実施形態における効果（１）〜（３）と同等の効果に加え、以下に示す効果をさらに得ることができる。
（４）流出部領域４７Ａの通路断面積が流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて次第に広くなっているため、流入部４３ＩＮからＥＧＲ通路４３Ａ内に流入したＥＧＲガスは、徐々に流入部領域４６Ａから流出部領域４７Ａへと流れやすくなる。したがって、ＥＧＲガスがＥＧＲ通路４３Ａに流入した直後においては、ＥＧＲガスをＥＧＲ通路４３Ａ全体に行き渡らせてウォータージャケット１５を流れる冷却水との熱交換を促進させることができる。その一方で、徐々に流出部４３ＯＵＴに向かうＥＧＲガスの流れを形成することもでき、ＥＧＲ通路４３ＡをＥＧＲガスが通過する際における圧力損失を低減させるとともに、ＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができるようになる。
【００３３】
なお、上記各実施形態は以下のような別の実施形態に変更してもよい。
・流出部領域の通路断面積が流入部領域の通路断面積よりも広くなっていれば、流入部から流出部への流れが形成されやすくなるため、流出部領域の通路断面積が流入部領域の通路断面積よりも広くなっていれば各区画通路の断面形状は適宜変更することができる。例えば、図７に示すように、ＥＧＲ通路の中央部４３３Ｂの区画通路４５は、流入部領域４６Ｂの幅が第１の幅で一定であって、且つ流出部領域４７Ｂの幅が第１の幅よりも広い第２の幅で一定となる形状であってもよい。
【００３４】
・図８（ａ），（ｂ），（ｃ）に示すように、ＥＧＲ通路の中央部４３３Ｃの流入部領域４６Ｃの通路断面積を流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて次第に狭くするようにしてもよい。この場合、流出部領域４７Ｃの通路断面積を、一定としてもよいし、流出部４３ＯＵＴに近づくに連れて次第に広くしてもよい。このように構成しても、流出部領域の通路断面積が流入部領域の通路断面積よりも広くなるため、上記（１）〜（４）と同等の効果を得ることができる。
【００３５】
・内燃機関１１がエンジンルーム内に設置された状態で、ＥＧＲ通路４３，４３Ａは、鉛直方向と直交する水平方向に延伸する形状であってもよいし、上流端から下斜め下方に延伸する形状であってもよい。ＥＧＲ通路がこうした形状であっても、流入部４３ＩＮと流出部４３ＯＵＴを第２の方向でずれた位置に設け、流出部領域の通路断面積を流入部領域の通路断面積よりも広くすることにより、上記（１）と同等の効果を得ることができる。
【００３６】
・上記各実施形態では、ウォータージャケットがＥＧＲ通路よりも上方に設けられている例を開示したが、ＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスを冷却することのできる形状であればウォータージャケットの形状は適宜変更することができる。なお、ウォータージャケットの一部がＥＧＲ通路よりも上方に設けられていれば、上記（３）と同様の効果を得ることができる。
【００３７】
・上記各実施形態では、流入部と流出部とを上下方向にずらした例を開示した。これに対して、流入部と流出部とが他の方向にずれている場合であっても、流出部領域の通路断面積を流入部領域の通路断面積よりも広くすれば、上記実施形態と同様に流入部から流出部への流れを形成することができる。例えば、流入部４３ＩＮ及び流出部４３ＯＵＴは、第３の方向で互いにずれた位置に設けてもよい。この場合、ＥＧＲ通路において第３の方向における流入部側の領域を流入部領域とし、第３の方向における流出部側の領域を流出部領域としたとき、流出部領域の通路断面積を流入部領域の通路断面積よりも広くすることとなる。こうした構成であっても、上記（１）と同等の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３８】
１４…シリンダヘッド、１５…ウォータージャケット、４３，４３Ａ…ＥＧＲ通路、４３ＩＮ…流入部、４３ＯＵＴ…流出部、４６，４６Ａ〜４６Ｃ…流入部領域、４７，４７Ａ〜４７Ｃ…流出部領域。
【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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