(57)【要約】【課題】内部に設けられた排気還流通路における凝縮水の滞留を好適に抑えることのできるシリンダーヘッドを提供する。【解決手段】シリンダーヘッド１０の内部に形成されたヘッド内ＥＧＲ通路１１には、その下壁面ＢＳより鉛直上方に突出する下部フィン１５が設けられる。こうした下部フィン１５の側面に、ヘッド内ＥＧＲ通路１１に溜まった凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路として機能する、鉛直方向に延びる溝１６を設けるようにした。【選択図】図３
2015222019.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気中に還流させる排気を流すための排気還流通路が内部に形成されるとともに、同排気還流通路の鉛直下方の壁面より鉛直上方に突出するフィンが設けられたシリンダーヘッドにおいて、
前記排気還流通路に溜まった凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路が前記フィンに設けられた、
ことを特徴とするシリンダーヘッド。
【請求項２】
前記細路は、前記フィンの側面に形成された、鉛直方向に延びる溝である、
請求項１に記載のシリンダーヘッド。
【請求項３】
前記溝は、その幅とその深さとが等しくなるように形成される、
請求項２に記載のシリンダーヘッド。
【請求項４】
排気還流通路の水平方向両側の壁面に、前記溝が更に設けられた、
請求項２に記載のシリンダーヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内部に排気還流通路が形成された水冷式エンジンのシリンダーヘッドに関する。
【背景技術】
【０００２】
車載等のエンジンに適用されるシステムとして、排気の一部を吸気中に還流させる排気還流（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）システムがある。そして従来、特許文献１には、水冷式エンジンのシリンダーヘッドの内部に、吸気中に還流される排気、すなわちＥＧＲガスを流すための排気還流通路を形成することが開示されている。こうした構成では、エンジン冷却水によって、シリンダーヘッドそのものと同時に、その内部を流れるＥＧＲガスを冷却することができるため、ＥＧＲガスの冷却のための構成の簡易化が可能である。ちなみに、同文献に記載のものでは、シリンダーヘッド内に形成された排気還流通路（以下、ヘッド内ＥＧＲ通路と記載する）の内部にフィンを設けることで、ＥＧＲガスの冷却効率を高めている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】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、こうしたヘッド内ＥＧＲ通路を備えるＥＧＲシステムでは、シリンダーヘッド内での冷却により、ＥＧＲガス中の水蒸気が凝縮してヘッド内ＥＧＲ通路に水が溜まることがある。ヘッド内ＥＧＲ通路に上記フィンが鉛直上方に立設されている場合、フィンの間の部分に凝縮水が溜まるようになる。ところが、フィンの間の部分は、ＥＧＲガスの流れが淀み易く、そこに溜まった凝縮水は、気化が進まず、長期に亘って留まるため、腐食を招いてしまう。
【０００５】
本発明は、こうした実情に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、内部に設けられた排気還流通路における凝縮水の滞留を好適に抑えることのできるシリンダー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ーヘッドは、吸気中に還流させる排気を流すための排気還流通路が内部に形成される。また、その排気還流通路には、その鉛直下方の壁面より鉛直上方に突出するフィンが設けられる。そして、このシリンダーヘッドでは、排気還流通路に溜まった凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路を上記フィンに設けている。
【０００７】
こうしたシリンダーヘッドでは、排気還流通路の鉛直下方の部分に溜まった凝縮水が、毛細管現象により細管に沿って、より排気の流れの強い、同通路の鉛直上方の部分へと吸い上げられる。そのため、凝縮水の気化が促進され、内部に設けられた排気還流通路における凝縮水の滞留が好適に抑えられるようになる。
【０００８】
なお、上記細管は、例えばフィンの側面に形成された、鉛直方向の溝として構成することが可能である。また、そうした溝を、その幅とその深さとが等しくなるように形成すれば、凝縮水をより高くまで吸い上げられるようになる。さらに、排気還流通路の水平方向両側の壁面にも同様の溝を設け、その分より多くの凝縮水を吸い上げられるようにすれば、凝縮水の滞留がさらに抑えられるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】シリンダーヘッドの一実施形態の側面構造を模式的に示す図。
【図２】底面側から見た同シリンダーヘッドの一部の平面構造を模式的に示す図。
【図３】同シリンダーヘッドの内部に形成されたヘッド内ＥＧＲ通路の、図１および図２の３−３線に沿った断面構造を示す図。
【図４】ヘッド内ＥＧＲ通路に設けられた下部フィンの、図３の４−４線に沿った断面構造を示す図。
【図５】同ヘッド内ＥＧＲ通路を形成するために使用される中子の成型直後の斜視構造を部分的に示す図。
【図６】底面側から同中子の平面構造を部分的に示す図。
【図７】同実施形態のシリンダーヘッドにおけるヘッド内ＥＧＲ通路内の凝縮水の動きを示す図。
【図８】凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路がスリットにより形成されたシリンダーヘッドの変形例におけるフィンの斜視構造を部分的に示す図。
【図９】内表面に親水処理が施されたヘッド内ＥＧＲ通路の断面構造を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、シリンダーヘッドの一実施形態を、図１〜図７を参照して詳細に説明する。本実施形態のシリンダーヘッドは、鋳造アルミ合金製で、排気の一部を吸気中に還流する排気還流装置（ＥＧＲ装置）を備えた水冷式の内燃機関に適用される。
【００１１】
図１および図２に示すように、シリンダーヘッド１０の内部には、吸気中に還流される排気（以下、ＥＧＲガスと記載する）を流すための排気還流通路（以下、ヘッド内ＥＧＲ通路１１と記載する）をその内部に有する。ヘッド内ＥＧＲ通路１１は、シリンダーヘッド１０の内部を通って、その排気ポート１２の排気出口側の側面からその吸気ポート１３の吸気入口側の側面へと抜けるように形成されている。なお、図１および図２には、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の位置がハッチングで示されている。なお、こうしたヘッド内ＥＧＲ通路１１の周囲の部分を含むシリンダーヘッド１０の内部には、図示しないウォータージャケットが形成されており、その内部に冷却水が流されるようになっている。
【００１２】
図３に、図１および図２の３−３線に沿ったヘッド内ＥＧＲ通路１１の断面構造を示す。ヘッド内ＥＧＲ通路１１には、その鉛直上方の壁面（以下、上壁面ＴＳと記載する）から鉛直下方に突出するように形成されたフィン（以下、上部フィン１４と記載する）と、その鉛直下方の壁面（以下、下壁面ＢＳと記載する）から鉛直上方に突出するように形成されたフィン（以下、下部フィン１５と記載する）とが設けられている。上部フィン１４および下部フィン１５はそれぞれ、ヘッド内ＥＧＲ通路１１に沿って延伸されている。このシリンダーヘッド１０には、上部フィン１４および下部フィン１５が、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の幅方向に間隔を置いてそれぞれ２本ずつ設けられている。また、このシリンダーヘッド１０では、上部フィン１４および下部フィン１５はそれぞれ、ヘッド内ＥＧＲ通路１１における、排気入口部分、通路延伸方向中央部分および排気出口部分以外の部分に設けられている（図２参照）。
【００１３】
こうしたヘッド内ＥＧＲ通路１１における、各下部フィン１５の側面、およびその水平方向両側の壁面（左壁面ＬＳ、右壁面ＲＳ）には、鉛直方向に延びる溝１６がそれぞれ形成されている。図４に示すように、これらの溝１６は、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の延伸方向において、一定の間隔毎に設けられている。なお、各溝１６は、その幅Ｗおよび深さＤが等しくなるように形成することが望ましい。また、各溝１６の幅Ｗおよび深さＤは、２ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００１４】
次に、こうした溝１６は、次のように製造される。
図５は、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の形成に使用される中子１７の、成形直後の部分斜視構造を示している。同図に示すように、成型時には、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の溝１６の形成面に対応する中子１７の各面１７ａ、１７ｂは、平坦に形成されている。その後、それら面１７ａ、１７ｂの加工が行われる。
【００１５】
図６には、このときの加工で除去される部分がハッチングで示されている。加工後の上記各面１７ａ、１７ｂには、上記溝１６の形成位置に対応する部分に、上下方向に延びる筋状の突起が残される。こうして形成された中子１７を型内に設置して鋳造することで、下部フィン１５の側面や左壁面ＬＳ、右壁面ＲＳに溝１６が形成されたヘッド内ＥＧＲ通路１１を有するシリンダーヘッド１０が製造されている。
【００１６】
次に、以上説明した本実施形態のシリンダーヘッド１０の作用を説明する。
こうしたシリンダーヘッド１０では、その内部のウォータージャケットを流れる冷却水が、シリンダーヘッド１０の冷却に合せて、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の内表面からも熱を奪う。そのため、吸気中に還流されるＥＧＲガスは、ヘッド内ＥＧＲ通路１１を通過する間に冷却される。ちなみに、このヘッド内ＥＧＲ通路１１では、上記のような上部フィン１４および下部フィン１５を設けて、その内表面との接触面積を増やすことで、ＥＧＲガスの冷却性が高められている。
【００１７】
ＥＧＲガスが冷却されると、ガス中の水蒸気が凝縮して液化し、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の内表面に付着する。こうした凝縮水は、やがて滴下して、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の鉛直下方の部分に溜まる。このヘッド内ＥＧＲ通路１１では、ＥＧＲガスは主に、鉛直方向における上部フィン１４の先端と下部フィン１５の先端との間の、比較的開かれた領域を流れ、上記下部フィン１５により区画されて流路面積が狭くなった鉛直下方の部分は、ＥＧＲガスの流れが淀む。そのため、溜まった凝縮水の気化が進み難くなっている。
【００１８】
図７に示すように、本実施形態のシリンダーヘッド１０では、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の鉛直下方の部分に溜まった凝縮水Ｘが、同図に矢印で示されるように、毛細管現象によって、下部フィン１５の側面、左壁面ＬＳおよび右壁面ＲＳに形成された溝１６に沿って鉛直上方に供給される。そのため、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の鉛直下方の部分に溜まった凝縮水は、同図において点線で囲まれた、ＥＧＲガスの流れが比較的強い部分の近くまで次第に引き上げられて、ＥＧＲガスの熱および流勢により気化される。
【００１９】
なお、毛細管現象を発生する細管としての溝１６の断面積を小さくするほど、凝縮水が高くまで吸い上げられるようになる。ただし、溝１６の深さＤがあまり浅いと、毛細管現象が発生しなくなってしまう。その点、本実施形態では、幅Ｗと深さＤとが等しくなるように溝１６が形成されており、十分な高さまで凝縮水を吸い上げ可能となっている。
【００２０】
以上説明した本実施形態のシリンダーヘッド１０によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、下部フィン１５の側面やヘッド内ＥＧＲ通路１１の左壁面ＬＳおよび右壁面ＲＳに形成された、鉛直方向に延びる溝１６が、凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路として機能する。そのため、下部フィン１５により区画された、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の鉛直下方の部分に溜まった凝縮水を、ＥＧＲガスの流れが比較的強い部分まで引き上げて、その気化を促進することができる。したがって、内部に設けられたヘッド内ＥＧＲ通路１１における凝縮水の滞留を好適に抑えることができる。そして、更には、凝縮水による、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の内表面の腐食が抑えられるようにもなる。
【００２１】
（２）凝縮水の気化潜熱により、ＥＧＲガスの冷却性がさらに高まる。
（３）凝縮水の気化潜熱で下部フィン１５も冷却されるため、高温のＥＧＲガスによる熱害が抑えられる。
【００２２】
なお、上記実施形態は、以下のように変更して実施することもできる。
・左壁面ＬＳおよび右壁面ＲＳの溝１６を省略し、下部フィン１５の側面にのみ、溝１６を設けるようにしてもよい。
【００２３】
・上記実施形態では、中子１７の面１７ａ，１７ｂの加工により、溝１６を形成していたが、他の方法でその形成を行うようにしてもよい。例えば、薄板を順次積層して形成された積層中子を用いる場合、ヘッド内ＥＧＲ通路１１の延伸方向に積層を行うとともに、溝１６の形成位置に対応する位置の薄板における、下部フィン１５の側面や左壁面ＬＳおよび右壁面ＲＳに対応する部分の外形を、他の位置の薄板よりも溝１６の分だけ小さくすることで、溝１６を形成するようにしてもよい。
【００２４】
・上記実施形態では、溝１６の幅Ｗと深さＤとを等しくしていたが、毛細管現象により凝縮水を十分な高さまで吸い上げ可能あれば、幅Ｗと深さＤとを等しくしなくてもよい。
・上部フィン１４および下部フィン１５の数や位置、形状を適宜変更してもよい。また、上部フィン１４を省略し、下部フィン１５のみをヘッド内ＥＧＲ通路１１に設けるようにしてもよい。
【００２５】
・図８に示すようなスリット１８を、溝１６の代りに下部フィン１５に形成し、そうしたスリット１８を、毛細管現象により凝縮水を鉛直上方に供給する細路として用いるようにしてもよい。
【００２６】
（シリンダーヘッドの他の例）
上記のような下部フィン１５が設けられたヘッド内ＥＧＲ通路１１における凝縮水の滞留は、下記のようにシリンダーヘッドを構成することでもその抑制が可能である。
【００２７】
図９に、シリンダーヘッド２０の内部に形成されたヘッド内ＥＧＲ通路２１の断面構造を示す。同図に示されるように、このシリンダーヘッド２０のヘッド内ＥＧＲ通路２１にも、その上壁面ＴＳから鉛直下方に突出するように形成された上部フィン２２と、その下壁面ＢＳから鉛直上方に突出するように形成された下部フィン２３とが、それぞれ２本ずつ設けられている。このシリンダーヘッド２０では、こうしたヘッド内ＥＧＲ通路２１の内表面全体に、シリンダーヘッド２０の粗材（アルミニウム合金）よりも親水性を高めるための親水処理が施されている。親水処理は、内表面へのシリカ系皮膜や樹脂系皮膜の被覆、プラズマ処理による内表面の粗材への親水性官能基の付与などで行うことができる。
【００２８】
こうしたシリンダーヘッド２０では、親水処理が施されたヘッド内ＥＧＲ通路２１の内表面に凝縮水が付着すると、その場で凝縮水が濡れ広がって、滴下し難くなる。そのため、ヘッド内ＥＧＲ通路２１の鉛直下方の部分には、凝縮水が溜まり難くなる。したがって、こうしたシリンダーヘッド２０においても、内部に設けられたヘッド内ＥＧＲ通路２１における凝縮水の滞留を好適に抑えることができる。
【００２９】
次に、上記実施形態の記述から把握することのできる技術的思想を以下に追記する。
（イ）吸気中に還流させる排気を流すための排気還流通路が内部に形成されるとともに、同排気還流通路の鉛直方向下方の壁面より鉛直方向上方に向かって突出するフィンが設けられたシリンダーヘッドにおいて、前記排気還流通路の内壁および前記フィンの表面に親水処理が施された、ことを特徴とするシリンダーヘッド。
【符号の説明】
【００３０】
ＢＳ…下壁面、ＬＳ…左壁面（排気還流通路の水平方向両側の壁面）、ＲＳ…右壁面（排気還流通路の水平方向両側の壁面）、ＴＳ…上壁面、１０，２０…シリンダーヘッド、１１，２１…ヘッド内ＥＧＲ通路（排気還流通路）、１２…排気ポート、１３…吸気ポート、１４，２２…上部フィン、１５，２３…下部フィン（排気還流通路の鉛直下方の壁面より鉛直上方に突出するフィン）、１６…溝（排気還流通路に溜まった凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路）、１７…中子、１８…スリット（排気還流通路に溜まった凝縮水を毛細管現象により鉛直上方に供給する細路）。
【図１】
2015222019.tif 000003
【図２】
2015222019.tif 000004
【図３】
2015222019.tif 000005
【図４】
2015222019.tif 000006
【図５】
2015222019.tif 000007
【図６】
2015222019.tif 000008
【図７】
2015222019.tif 000009
【図８】
2015222019.tif 000010
【図９】
2015222019.tif 000011