(57)【要約】【課題】ウォータージャケット内での冷却水の澱みの発生を抑制し、内部に設けられているＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの冷却効率を向上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】シリンダヘッド１１の内部にはウォータージャケット１２とＥＧＲ通路２０とが設けられている。ＥＧＲ通路２０においてＥＧＲガス流入部２０ＩＮとＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴとの間に位置する冷却対象部２３は複数の区画通路からなる。そして、側壁１３には、ＥＧＲ通路２０の延伸方向に離れて２つの冷却水出口１４ａ，１４ｂが設けられている。こうした２つの冷却水出口１４ａ，１４ｂの中心は、ＥＧＲ通路２０の延伸方向において冷却対象部２３よりも外側に位置している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒配列方向に沿って延び、気筒配列方向における一端の側壁に冷却水出口が設けられているウォータージャケットと、
前記側壁に沿って延び、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路と、が内部に設けられてなるシリンダヘッドにおいて、
前記ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガス流入部及びＥＧＲガス流出部と、複数の通路からなる冷却対象部と、同冷却対象部の各通路と前記ＥＧＲガス流入部とを繋ぐ分岐部と、同冷却対象部の各通路と前記ＥＧＲガス流出部とを繋ぐ集合部と、を有し、
前記冷却水出口は、前記側壁に前記ＥＧＲ通路の延伸方向に離れて２つ設けられ、その中心がいずれも前記ＥＧＲ通路の延伸方向において前記冷却対象部よりも外側に位置してなる
ことを特徴とするシリンダヘッド。
【請求項２】
前記冷却水出口のうち、前記ＥＧＲガス流入部の近くに位置する冷却水出口を第１の冷却水出口とし、前記ＥＧＲガス流出部の近くに位置する冷却水出口を第２の冷却水出口とするとき、
前記第１の冷却水出口の通路断面積を前記第２の冷却水出口の通路断面積よりも広くしてなる
請求項１に記載のシリンダヘッド。
【請求項３】
気筒配列方向に沿って延び、気筒配列方向における一端の側壁に冷却水出口が設けられているウォータージャケットと、
前記側壁に沿って延び、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路と、が内部に設けられてなるシリンダヘッドにおいて、
前記冷却水出口は、前記側壁の前記ＥＧＲ通路の延伸方向における両端に、それぞれ設けられてなる
ことを特徴とするシリンダヘッド。
【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通路と冷却水が循環するウォータージャケットと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】
特許文献１に記載されているシリンダヘッドのウォータージャケット内にはＥＧＲガスが流れるＥＧＲ管が設けられており、ＥＧＲ管内を流れるＥＧＲガスがウォータージャケット内を流れる冷却水によって冷却されるようになっている。なお、ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」の略記である。
【０００３】
ウォータージャケットは気筒の配列方向であるシリンダヘッド長手方向に沿って形成されており、ウォータージャケット内を流れて温まった冷却水はシリンダヘッド長手方向における一端に設けられている冷却水出口から排出されるようになっている。また、ＥＧＲ管は、気筒の配列方向とほぼ直交するシリンダヘッド幅方向に沿って延伸する態様で、ウォータージャケット内における冷却水出口の近傍に、シリンダヘッドを横切るように配置されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２５２４４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、特許文献１に記載されているシリンダヘッドでは、冷却水出口がシリンダヘッド幅方向における中央に設けられているため、ウォータージャケット内を流れる冷却水は冷却水出口に向かってシリンダヘッド幅方向の中央部に集中するように流れることになる。その結果、このシリンダヘッドでは、シリンダヘッドを横切るように配置されているＥＧＲ管の両端部には上流からの新たな冷却水が到達しにくくなり、冷却水が澱んで温度が上昇しやすくなるため、ＥＧＲガスの冷却効率が低下するおそれがある。
【０００６】
なお、こうした課題に対して上記のシリンダヘッドでは、ウォータージャケット内に複数の突起を設け、上流から流れてくる冷却水をその突起に衝突させて分散させることにより、ウォータージャケット全域に行き渡らせるようにしている。しかし、ウォータージャケット内に複数の突起を設けると、シリンダヘッドの構成の複雑化を招くこととなる。
【０００７】
本発明の目的は、ウォータージャケット内での冷却水の澱みの発生を抑制し、内部に設けられているＥＧＲ通路を流れるＥＧＲガスの冷却効率を向上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】
【０００８】
上記課題を解決するためのシリンダヘッドは、気筒配列方向に沿って延び、気筒配列方向における一端の側壁に冷却水出口が設けられているウォータージャケットと、上記の側壁に沿って延び、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路と、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において、ＥＧＲ通路は、ＥＧＲガス流入部及びＥＧＲガス流出部と、複数の通路からなる冷却対象部と、冷却対象部の各通路とＥＧＲガス流入部とを繋ぐ分岐部と、冷却対象部の各通路とＥＧＲガス流出部とを繋ぐ集合部と、を有している。そして、冷却水出口は、上記の側壁にＥＧＲ通路の延伸方向に離れて２つ設けられ、その中心がいずれもＥＧＲ通路の延伸方向において冷却対象部よりも外側に位置してなる。
【０００９】
上記のＥＧＲ通路においては、ＥＧＲガス流入部を通じて流入したＥＧＲガスが、分岐部を介して冷却対象部を構成する各通路に流入する。そして、各通路を流れたＥＧＲガスは、集合部で合流してＥＧＲガス流出部を通じて外部に流出される。冷却対象部は複数の通路が並置された構成となっており、ＥＧＲガスと通路壁面との接触面積が大きくなっているため、ウォータージャケットにおいて冷却対象部に隣接する領域に満遍なく冷却水を供給することにより、ＥＧＲガスを効率よく冷却できるようになる。
【００１０】
上記構成によれば、２つの冷却水出口はＥＧＲ通路の延伸方向において離れて配設されているため、ウォータージャケットを流れる冷却水は、冷却水出口が設けられている側壁に近づくに連れて次第に各冷却水出口に向かって広がるようになる。また、２つの冷却水出口の中心は、いずれもＥＧＲ通路の延伸方向において冷却対象部よりも外側に位置しているため、冷却水出口に向かって流れる冷却水を冷却対象部の両端に対応する部分まで導きやすくなる。そのため、ウォータージャケットにおいて冷却対象部に隣接する領域に満遍なく冷却水を供給できるようになり、冷却水の澱みの発生を抑制し、内部に設けられているＥＧＲ通路を流れる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。
【００１１】
なお、冷却水出口のうち、ＥＧＲガス流入部の近くに位置する冷却水出口を第１の冷却水出口とし、ＥＧＲガス流出部の近くに位置する冷却水出口を第２の冷却水出口とするとき、第１の冷却水出口の通路断面積を第２の冷却水出口の通路断面積よりも広くすることが好ましい。
【００１２】
ＥＧＲガス流入部を通じてＥＧＲ通路に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路をＥＧＲガス流出部に向けて流れる際にウォータージャケットを流れる冷却水によって冷却されるため、ＥＧＲガス流出部に近づくほど低温となる。言い換えると、シリンダヘッドでは、ＥＧＲガス流入部近傍の温度がＥＧＲガス流出部近傍の温度よりも高温になりやすい。これに対して、上記のように第１の冷却水出口の通路断面積を第２の冷却水出口の通路断面積よりも広くすれば、ＥＧＲガスとの熱交換によって温度上昇しやすい領域に多くの冷却水を供給できるようになる。これにより、シリンダヘッド内でＥＧＲガス流入部近傍の部分とＥＧＲガス流出部近傍の部分との温度差を生じさせにくくすることができるようになる。
【００１３】
また、上記課題を解決するためのシリンダヘッドは、気筒配列方向に沿って延び、気筒配列方向における一端の側壁に冷却水出口が設けられているウォータージャケットと、上記の側壁に沿って延び、ＥＧＲガスが通過するＥＧＲ通路と、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、冷却水出口は、上記の側壁のＥＧＲ通路の延伸方向における両端に、それぞれ設けられる。
【００１４】
上記構成によれば、側壁の両端に冷却水出口が設けられているため、ウォータージャケットを流れる冷却水は、冷却水出口が設けられている側壁に近づくに連れて次第に各冷却水出口に向かって広がるようになる。そのため、シリンダヘッドを横切るように設けられているＥＧＲ通路の両端部に隣接する領域にも冷却水が到達しやすくなる。その結果、冷却水の澱みの発生を抑制し、内部に設けられているＥＧＲ通路を流れる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】
【００１５】
【図１】一実施形態のシリンダヘッドの一部を模式的に示す断面図。
【図２】シリンダヘッドの内部に設けられているＥＧＲ通路の概略構成を示す断面図。
【図３】ウォータージャケットを流れる冷却水が排出される様子を示す作用図。
【図４】別の実施形態のシリンダヘッドにおいて、ウォータージャケットを流れる冷却水が排出される様子を示す作用図。
【図５】更に別の実施形態のシリンダヘッドにおいて、ウォータージャケットを流れる冷却水が排出される様子を示す作用図。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、ＥＧＲ通路とウォータージャケットとが内部に設けられているシリンダヘッドを具体化した一実施形態を図１〜図３に従って説明する。
図１に示すように、内燃機関のシリンダヘッド１１には、同シリンダヘッド１１の長手方向でもある気筒配列方向Ｘに沿って延びるウォータージャケット１２が設けられている。このウォータージャケット１２では、気筒配列方向Ｘにおける一方から他方（図１では左から右）に向けて冷却水が流れる。
【００１７】
ウォータージャケット１２の冷却水流動方向における下流側の側壁である側壁１３は、気筒配列方向Ｘにほぼ直交するシリンダヘッド幅方向Ｙに沿って延びている。この側壁１３には冷却水の排出部１４が設けられており、排出部１４を通じて排出された冷却水は、ラジエターなどで冷却されてから再びウォータージャケット１２内に供給される。
【００１８】
排出部１４は、２つの冷却水出口１４ａ，１４ｂを有している。冷却水出口１４ａ，１４ｂは、側壁１３のシリンダヘッド幅方向Ｙにおける両端に、離れて設けられている。冷却水出口１４ａ，１４ｂのうち、図１における上側に位置する冷却水出口を「第１の冷却水出口１４ａ」といい、図１における下側に位置する冷却水出口を「第２の冷却水出口１４ｂ」という。なお、本実施形態では、第１の冷却水出口１４ａの通路断面積は、第２の冷却水出口１４ｂの通路断面積と同等となっている。
【００１９】
また、シリンダヘッド１１の内部には、排気の一部をＥＧＲガスとして吸気通路に還流させるＥＧＲ通路２０が設けられている。ＥＧＲとは、「Exhaust Gas Recirculation」の略記である。このＥＧＲ通路２０は、排出部１４が設けられた側壁１３に近い位置に、ウォータージャケット１２と隣接するように配設されている。例えば、ＥＧＲ通路２０は、ウォータージャケット１２の下方に、シリンダヘッド１１を横切る態様で設けられている。なお、本実施形態では、ＥＧＲ通路２０の延伸方向はシリンダヘッド幅方向Ｙと一致している。
【００２０】
次に、図２を参照して、ＥＧＲ通路２０について詳述する。
図２に示すように、ＥＧＲ通路２０の一端は、排気通路側からの排気がＥＧＲガスとして流入するＥＧＲガス流入部２０ＩＮであり、ＥＧＲ通路２０の他端は、ＥＧＲガスを吸気通路側に流出させるＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴである。このＥＧＲ通路２０は、ＥＧＲガス流入部２０ＩＮから離れるに連れて次第に通路断面積が広くなる分岐部２１と、ＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴに近づくに連れて次第に通路断面積が狭くなる集合部２２とを有している。
【００２１】
また、ＥＧＲ通路２０における分岐部２１と集合部２２との間の部分である冷却対象部２３内には、気筒配列方向Ｘに並ぶ複数の区画壁２４が設けられている。これら区画壁２４により、冷却対象部２３の内部は複数の区画通路２５に区画されている。すなわち、冷却対象部２３は、ＥＧＲ通路２０の延伸方向であるシリンダヘッド幅方向Ｙと直交する気筒配列方向Ｘに並ぶ複数の区画通路２５を含んでいる。そして、ＥＧＲガス流入部２０ＩＮを通じて流入したＥＧＲガスは、分岐部２１を通過した後、各区画通路２５に流入する。そして、各区画通路２５を流れたＥＧＲガスは、集合部２２で合流してからＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴを通じて吸気通路側に流出される。
【００２２】
なお、図１に示すように、冷却対象部２３のＥＧＲガスの流動方向における上流側の端部２３ａはシリンダヘッド幅方向Ｙにおいて第１の冷却水出口１４ａの中心よりもシリンダヘッド１１の内側に位置している。また、冷却対象部２３のＥＧＲガス流動方向における下流側の端部２３ｂはシリンダヘッド幅方向Ｙにおいて第２の冷却水出口１４ｂの中心よりもシリンダヘッド１１の内側に位置している。つまり、各冷却水出口１４ａ，１４ｂの中心は、シリンダヘッド幅方向ＹにおいてＥＧＲ通路２０の冷却対象部２３よりも外側に位置している。
【００２３】
次に、図３を参照して、ウォータージャケット１２を流れる冷却水が排出部１４から排出される際の作用について説明する。
図３に示すように、ウォータージャケット１２内においては、排出部１４である冷却水出口１４ａ，１４ｂが設けられた側壁１３に向かって上流側から冷却水が流れてくる。本実施形態では、冷却水出口１４ａ，１４ｂは、側壁１３のシリンダヘッド幅方向Ｙにおける両端に位置しているため、冷却水は、側壁１３に近づくに連れて次第に各冷却水出口１４ａ，１４ｂに向かって広がる。また、側壁１３に到達した冷却水は側壁１３に沿って各冷却水出口１４ａ，１４ｂに向かって流れるようになる。
【００２４】
こうして、冷却水出口１４ａ，１４ｂに向かう冷却水は、ウォータージャケット１２内において冷却対象部２３の両側の端部２３ａ，２３ｂに対応する部分まで導かれる。その結果、ウォータージャケット１２におけるＥＧＲ通路２０の冷却対象部２３に隣接する領域には、冷却水が満遍なく供給されるようになる。すなわち、複数の区画通路２５が並置されてＥＧＲガスと通路壁との接触面積が大きくされており、特に高い効率で熱交換がなされる冷却対象部２３に隣接する領域の全域で冷却水の澱みが発生しにくくなる。そして、ＥＧＲ通路２０を流れるＥＧＲガスと熱交換を行って温度上昇した冷却水は、速やかに冷却水出口１４ａ，１４ｂを通じて排出される。
【００２５】
以上説明した作用により、本実施形態では、以下に示す効果を得ることができる。
（１）ウォータージャケット１２においてＥＧＲ通路２０の冷却対象部２３に隣接する領域に冷却水が満遍なく供給されるようになるため、冷却水の澱みの発生を抑制し、シリンダヘッド１１の内部に設けられているＥＧＲ通路２０を流れるＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。
【００２６】
なお、上記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。
・ＥＧＲガス流入部２０ＩＮを通じてＥＧＲ通路２０に流入したＥＧＲガスは、ＥＧＲ通路２０をＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴに向けて流れる際にウォータージャケット１２を流れる冷却水によって冷却されるため、ＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴに近づくほど低温となる。言い換えると、シリンダヘッド１１では、ＥＧＲガス流入部２０ＩＮ近傍の温度がＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴ近傍の温度よりも高温になりやすい。
【００２７】
そこで、図４に示すように、ＥＧＲガス流入部２０ＩＮの近くに位置する第１の冷却水出口１４ａの通路断面積を、ＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴの近くに位置する第２の冷却水出口１４ｂの通路断面積よりも広くしてもよい。なお、こうした場合であっても、第１の冷却水出口１４ａは、その中心がシリンダヘッド幅方向Ｙにおいて冷却対象部２３の上流側の端部２３ａよりも外側に位置するように設けることが好ましい。
【００２８】
このように構成すると、温度の低いＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴに近い領域よりも温度の高いＥＧＲガス流入部２０ＩＮに近い領域に多くの冷却水が流れるようになる。その結果、シリンダヘッド１１内でＥＧＲガス流入部２０ＩＮ近傍の部分とＥＧＲガス流出部２０ＯＵＴ近傍の部分との温度差を生じさせにくくすることができる。
【００２９】
・ＥＧＲ通路２０の冷却対象部２３を構成する複数の通路、すなわち区画通路を、気筒配列方向Ｘ以外の他の任意の方向に並べてもよい。例えば、冷却対象部２３は、気筒配列方向Ｘ及びシリンダヘッド幅方向Ｙの双方に直交する方向に並ぶ複数の通路を含む構成であってもよい。こうした場合であっても、冷却対象部２３を通過するＥＧＲガスを効率良く冷却することができる。
【００３０】
・ＥＧＲ通路２０は、シリンダヘッド１１を横切るのであれば、シリンダヘッド幅方向Ｙ以外の他の任意の方向に延伸する構成であってもよい。
・冷却水出口１４ａ，１４ｂの中心がいずれもＥＧＲ通路２０の延伸方向であるシリンダヘッド幅方向Ｙにおいて冷却対象部２３よりも外側に位置しているのであれば、冷却水出口１４ａ，１４ｂのうち少なくとも一方を、側壁１３のシリンダヘッド幅方向Ｙにおける端部よりも内側に設けてもよい。このように構成しても、ウォータージャケット１２において冷却対象部２３に隣接する領域に冷却水を満遍なく供給できる。したがって、冷却水の澱みの発生を抑制し、ＥＧＲ通路２０を流れるＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。
【００３１】
・ＥＧＲ通路を、ウォータージャケット１２と隣接する位置に設けるのではなく、ウォータージャケット１２内に設けてもよい。この場合、ＥＧＲ通路として機能する管路を、シリンダヘッド１１を横切るようにウォータージャケット１２内に配設することが好ましい。こうした場合であっても、冷却水出口１４ａ，１４ｂを側壁１３のシリンダヘッド幅方向Ｙにおける両端に設けることにより、側壁１３の近傍ではウォータージャケット１２の全域に上流からの冷却水を行き渡らせることができる。よって、上記実施形態の効果（１）と同等の効果を得ることができる。
【００３２】
・図５に示すように、ＥＧＲ通路２０Ａは、途中で複数の区画通路に分岐されない構成であってもよい。この場合であっても、冷却水出口１４ａ，１４ｂが側壁１３のシリンダヘッド幅方向Ｙにおける両端に設けられているのであれば、ウォータージャケット１２を流れる冷却水は、側壁１３に近づくに連れて次第に各冷却水出口１４ａ，１４ｂに向かって広がるようになる。そのため、シリンダヘッド１１を横切るように設けられているＥＧＲ通路２０Ａの両端部に隣接する領域にも冷却水が到達しやすくなる。その結果、冷却水の澱みの発生を抑制し、内部に設けられているＥＧＲ通路２０Ａを流れるＥＧＲガスの冷却効率を向上させることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１１…シリンダヘッド、１２…ウォータージャケット、１３…側壁、１４ａ…第１の冷却水出口、１４ｂ…第２の冷却水出口、２０，２０Ａ…ＥＧＲ通路、２０ＩＮ…ＥＧＲガス流入部、２０ＯＵＴ…ＥＧＲガス流出部、２１…分岐部、２２…集合部、２３…冷却対象部、２４…区画通路。
【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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