(57)【要約】【課題】本発明は、排気再循環路の熱伝達効率を確保しつつ砂型鋳造で製造しやすい形状のシリンダヘッドを備えるエンジンを提供する。【解決手段】エンジン１は、排気ポート９から吸気ポート８へ排気を還流させる排気再循環路１４とを備える。排気再循環路１４は、ヘッド冷却流路１１と隣接しつつ排気ポート９からシリンダヘッド２の側壁３ｅに向かって延びる循環路上流部１４ａと、ヘッド冷却流路１１と隣接しつつ循環路上流部１４ａからシリンダヘッド２の側壁３ｅに沿って形成されて循環路出口１６を吸気側壁３ａに開口させる循環路下流部１４ｂとを備える。循環路上流部１４ａは、一端側３ｄかつ排気ポート９側に配置されるヘッドボルト孔１２よりも内側を通る。循環路下流部１４ｂは、一端側３ｄかつ吸気ポート８側に配置されるヘッドボルト孔１２よりも外側を通る。【選択図】    図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダの外周に冷却媒体が流れるブロック冷却流路を備えるシリンダブロックと、前記シリンダに連通する吸気ポート及び排気ポートの周囲に冷却媒体が流れるヘッド冷却流路を備えて前記シリンダブロックと重ね合わされるシリンダヘッドと、前記シリンダの中心線に沿う方向に前記シリンダヘッドを前記シリンダヘッドに重合わせて固定するボルトを通すヘッドボルト孔と、前記排気ポートから前記吸気ポートへ排気を還流させる排気再循環路とを備えるエンジンにおいて、
前記排気再循環路は、前記シリンダが並ぶ気筒列方向について前記ヘッド冷却流路と隣接しつつ前記排気ポートから前記シリンダヘッドの一端側の側壁に向かって延びる循環路上流部と、前記ヘッド冷却流路と隣接しつつ前記循環路上流部から前記側壁に沿って形成されて循環路出口を前記吸気ポートの入口が設けられる吸気側壁に開口させる循環路下流部とを有し、
前記循環路上流部は、前記一端側かつ前記排気ポート側に配置される前記ヘッドボルト孔よりも内側を通り、前記循環路下流部は、前記一端側かつ前記吸気ポート側に配置される前記ヘッドボルト孔よりも外側を通ることを特徴とするエンジン。
【請求項２】
前記シリンダヘッドは、前記ヘッド冷却流路と前記ブロック冷却流路とを連通させる連通孔を少なくとも前記一端側の側壁の近傍に有することを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記排気再循環路は、前記ヘッド冷却流路を形成する壁面から前記ヘッド冷却流路の内側に向かって膨らんでいることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
前記ヘッド冷却流路に前記冷却媒体を循環させる循環ポートは、前記排気再循環路が設けられる前記一端側の側壁に対して前記シリンダヘッドの他端側の側壁に設けられることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジン。
【請求項５】
前記冷却媒体は、前記ヘッド冷却流路から前記ブロック冷却流路へ流れることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、排気ポートと吸気ポートとを連通して排気を還流させる排気再循環路をシリンダヘッド内に備えるエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの排気中に含まれる窒素酸化物を低減するために、排ガスの一部を排気ポートから吸気ポートの上流に導く排気環流通路（排気再循環路）を備えるエンジンがある（例えば、特許文献１参照。）。このエンジンは、シリンダヘッドの内部にウォータジャケットを有している。排気環流通路は、気筒列方向の一端のヘッドボルト挿通孔よりも気筒列方向に外側に形成されるウォータジャケットの壁に、ウォータジャケットの内側へ突出して形成されている。
【０００３】
排気環流通路（ＥＧＲ通路）の一端は、排気通路内に開口し、他端は、吸気ポートが並ぶシリンダヘッドの側面に開口している。ＥＧＲ通路は、上流側部分と下流側部分を有している。上流側部分は、排気通路（排気ポート）の出口から差し込まれたドリルで排気ポートの内周面から穿設される。下流側部分は、吸気通路（吸気ポート）の入口が並ぶヘッドの側面からドリルで上流側部分の先端と連通するように穿設される。また、ヘッドボルト挿通孔が設けられるボス部の間の部分に形成されるウォータジャケットの壁には、内側に向いてリブが設けられている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−１２２０４４号公報（段落００１６−００２５、第２図、第３図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このエンジンにおいて、ＥＧＲ通路は、ヘッドボルト挿通孔の外側を通って設けられている。したがって、ＥＧＲ通路は、気筒列方向に一端の吸気側と排気側に設けられたヘッドボルト挿通穴の間でしか、ウォータジャケットと接することがない。そのため、ＥＧＲ通路を通る排気を効率良く冷却するために、ウォータジャケットと接する区間に放熱フィンの役割を果たすことを考慮したリブを設けている。
【０００６】
ところで、シリンダヘッドは、砂型鋳造で作られることが一般的である。砂型鋳造では、ウォータジャケットなど複雑な形状を鋳抜く場合、鋳砂を排出することが難しくなる。したがって、ＥＧＲ通路の放熱フィンとしてウォータジャケットの内側に向かって突出するリブを砂型鋳造で作ると、鋳砂がウォータジャケット内に残留しやすい。つまり、鋳砂の除去を念入りに行なう必要がある。
【０００７】
そこで、本発明は、排気再循環路の熱伝達効率を確保しつつ砂型鋳造で製造しやすい形状のシリンダヘッドを備えるエンジンを提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明のエンジンは、シリンダの外周に冷却媒体が流れるブロック冷却流路を備えるシリンダブロックと、シリンダに連通する吸気ポート及び排気ポートの周囲に冷却媒体が流れるヘッド冷却流路を備えてシリンダブロックと重ね合わされるシリンダヘッドと、シリンダの中心線に沿う方向にシリンダヘッドをシリンダヘッドに重合わせて固定するボルトを通すヘッドボルト孔と、排気ポートから吸気ポートへ排気を還流させる排気再循環路とを備えることを前提とする。そして、排気再循環路は、シリンダが並ぶ気筒列方向についてヘッド冷却流路と隣接しつつ排気ポートからシリンダヘッドの一端側の側壁に向かって延びる循環路上流部と、ヘッド冷却流路と隣接しつつ循環路上流部からシリンダヘッドの一端側の側壁に沿って形成されて循環路出口を吸気ポートの入口が設けられる吸気側壁に開口させる循環路下流部とを備える。循環路上流部は、一端側かつ排気ポート側に配置されるヘッドボルト孔よりも内側を通る。循環路下流部は、一端側かつ吸気ポート側に配置されるヘッドボルト孔よりも外側を通る。
【０００９】
また、排気再循環路の伝熱効率を向上させるために、シリンダヘッドは、ヘッド冷却流路とブロック冷却流路とを連通させる連通孔を少なくとも一端側の側壁の近傍に設ける。さらに、排気再循環路は、ヘッド冷却流路を形成する壁面から前記ヘッド冷却流路の内側に向かって膨らんだ形状にする。
【００１０】
ヘッド冷却流路内の冷却媒体の流れを良くするために、ヘッド冷却流路に冷却媒体を循環する循環ポートは、排気再循環路が設けられる一端側の側壁に対してシリンダヘッドの他端側の側壁に設ける。
【００１１】
シリンダヘッドの冷却効率を向上させることで吸気及び再循環された排気の圧縮比を高くし、エンジンの出力を高めるために、冷却媒体は、ヘッド冷却流路からブロック冷却流路へ流す。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本発明に係る一実施形態のエンジン１について、図１から図３を参照して説明する。図１に示すエンジン１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド３と吸気マニホールド４と還流弁５とを備えている。シリンダブロック２は、複数のシリンダ６が並べて形成されている。シリンダ６の外周には、冷却媒体が流れるブロック冷却流路７が形成されている。このブロック冷却流路７は、いわゆるウォータジャケットである。
【００１３】
シリンダヘッド３は、シリンダ６に連通する吸気ポート８及び排気ポート９を備える。吸気ポート８と排気ポート９は、シリンダ６が並ぶ気筒列方向を横切る方向にシリンダヘッド３の側面３ａ，３ｂに開口している。以降、吸気ポート８の入口が開口する側を吸気側、排気ポート９の出口が開口する側を排気側とする。吸気ポート８と排気ポート９との間には、スパークプラグ取付部１０が設けられている。吸気ポート８と排気ポート９の周囲には、ヘッド冷却流路１１が形成されている。
【００１４】
シリンダヘッド３は、シリンダ６の中心線に沿う方向にシリンダブロック２と重合わされ、ボルトで締結される。ボルトは、シリンダヘッド３に設けられるヘッドボルト孔１２に挿通される。ヘッドボルト孔１２は、図２に示すように、隣り合うシリンダ６の間のブロック冷却流路７よりも吸気側及び排気側に外側となる位置、及び、シリンダ６が並ぶ気筒列方向についてシリンダブロック２の両端側かつブロック冷却流路７よりも吸気側及び排気側に外側のそれぞれの位置に形成されている。
【００１５】
シリンダヘッド３は、ヘッド冷却流路１１とブロック冷却流路７とを連通させる連通孔１３をシリンダブロック２と接する底壁３ｃに有している。この連通孔１３は、吸気ポート８及び排気ポート９とシリンダブロック２との間の部分、隣り合うシリンダ６の間のシリンダ中心を通る面に対して吸気側及び排気側の部分、気筒列方向に両端のシリンダ６よりも外側の部分に設けられている。
【００１６】
また、気筒列方向にシリンダヘッド３の一端側３ｄには、排気再循環路（ＥＧＲ通路）１４が設けられている。ＥＧＲ通路１４は、循環路上流部１４ａと循環路下流部１４ｂとを備えている。循環路上流部１４ａは、一端側３ｄの排気ポート９から気筒列方向にシリンダヘッド３の一端側３ｄの側壁３ｅへ向かって延びており、側壁３ｅを貫通している。貫通した先端は、プラグ１５で施栓されている。循環路上流部１４ａは、一端側３ｄかつ排気側のヘッドボルト孔１２よりもヘッド冷却流路１１に対して内側を通っている。循環路下流部１４ｂは、循環路上流部１４ａから側壁３ｅに沿って形成され、吸気ポート８の入口が設けられる吸気側壁３ａに循環路出口１６を開口させている。循環路下流部１４ｂは、一端側３ｄかつ吸気側のヘッドボルト孔１２よりも外側を通っている。
【００１７】
循環路上流部１４ａと循環路下流部１４ｂとは、ヘッド冷却流路１１に隣接しており、一端側３ｄの側壁３ｅの近くに開口する連通孔１３と接近している。循環路上流部１４ａは、シリンダブロック２側及びシリンダブロック２と反対側の部分でヘッド冷却流路１１と隣接している。循環路下流部１４ｂは、側壁３ｅからヘッド冷却流路１１の内側に向けて膨らんでいる。また、ＥＧＲ通路１４が設けられたシリンダヘッド３の一端側３ｄに対してシリンダヘッド３の他端側３ｆの側壁３ｇには、冷却媒体を循環させるために循環ポート１７が開口している。
【００１８】
吸気マニホールド４は、各枝配管４ａがそれぞれ吸気ポート８の入口と接続されている。ＥＧＲ通路１４の循環路出口１６は、還流弁５を介して吸気マニホールド４のサージタンク部４ｂに接続されている。還流弁５は、逆止弁であって、吸気ポート８の上流側に設けられる吸気マニホールド４に排気を送通し、シリンダ６に供給すべく吸気マニホールド４に送られてきたガスを排気側にバイパスさせない。
【００１９】
以上のように構成されるエンジン１において、ヘッド冷却流路１１からブロック冷却流路７へ冷却媒体が流れるシリンダヘッド先行冷却式の場合を一例に、ＥＧＲ通路１４の周辺における冷却媒体の流れについて説明する。冷却媒体の流れは、矢印Ｗで示す。
【００２０】
冷却媒体は、循環ポート１７からヘッド冷却流路１１に供給される。ヘッド冷却流路１１に入った冷却媒体は、図１に示すように吸気ポート８及び排気ポート９とシリンダヘッド３の底壁３ｃとの間に形成されるヘッド冷却流路１１を流れるように吸気側及び排気側に分流するとともに、図２に示すようにスパークプラグ取付部１０を避けながらシリンダヘッド３の一端側３ｄの側壁３ｅに向かって流れる。ヘッド冷却流路１１を流れる冷却媒体の一部は、連通孔１３を通ってブロック冷却流路７へと流れる。シリンダヘッド３の一端側３ｄの側壁３ｅに達した冷却媒体は、側壁３ｅに設けられた循環路下流部１４ｂに衝突した後、一端側３ｄに設けられた連通孔１３からブロック冷却流路７へと流れる。また、排気ポート９の周囲を流れてきた冷却媒体は、循環路上流部１４ａのシリンダブロック２側およびシリンダブロック２と反対側の両側を通り抜けて、連通孔１３からブロック冷却流路７へ流れ込む。
【００２１】
このように、冷却媒体は、ＥＧＲ通路１４の循環路上流部１４ａ及び循環路下流部１４ｂの両方を冷却するように流れる。また、ＥＧＲ通路１４の近傍の一端側３ｄに連通孔１３が設けられているので、ＥＧＲ通路１４の近傍で淀むことなく、冷却媒体が循環されやすい。したがって、ＥＧＲ通路１４の熱伝達効率が向上するので、ＥＧＲ通路１４を流れる排気が効率良く冷却される。また、循環路下流部１４ｂは、ヘッド冷却流路１１の内側に向かって膨らんでいるので、伝熱面積が広くなる分、冷却能力が向上する。さらに、循環路上流部１４ａ及び循環路下流部１４ｂの両方がヘッド冷却流路１１に隣接しているので、ヘッド冷却流路１１の内側に向かって放熱フィンを設けることなく、ＥＧＲ通路１４の冷却能力を確保することができる。そして、ヘッド冷却流路１１の内面が滑らかであるので、砂型鋳造したシリンダヘッド３の鋳砂をヘッド冷却流路１１から排出しやすい。
【００２２】
また、本実施形態では、冷却媒体がヘッド冷却流路１１からブロック冷却流路７へ流れるシリンダヘッド先行冷却式の場合を例に冷却媒体の流れを説明したが、ブロック冷却流路７からヘッド冷却流路１１へ冷却媒体が流れる場合にも、同様に循環路上流部１４ａがヘッド冷却流路１１に隣接しているので、ＥＧＲ通路１４が隣接するヘッド冷却流路１１の内側に向かって放熱フィンなどを設けることなく、十分な冷却能力を確保することができる。そして、冷却媒体が一端側３ｄの連通孔１３からヘッド冷却流路１１に流れ込むことで、流れが淀むことなくＥＧＲ通路１４近傍の冷却媒体が循環されるので、ＥＧＲ通路１４を流れる排気の冷却効率が良い。
【００２３】
【発明の効果】
本発明によれば、循環路上流部が、一端側に設けられるヘッドボルト穴よりもヘッド冷却流路に対して内側に設けられており、排気再循環経路を形成する循環路上流部と循環路下流部とがヘッド冷却流路に隣接するように設けられているので、ヘッド冷却流路内部に向かって放熱フィンなどを設けることなく、冷却能力を確保することができる。したがって、ヘッド冷却流路の内面をなだらかにすることができるので、砂型鋳造したシリンダヘッドのヘッド冷却流路から鋳砂を排出しやすい。つまり、本発明によれば、排気再循環路の熱伝達効率を確保しつつ砂型鋳造で製造しやすい形状のシリンダヘッドを備えるエンジンを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る一実施形態のエンジンを示す斜視図。
【図２】図１中のＦ２−Ｆ２に沿って示すシリンダヘッドの断面図。
【図３】図２中のＦ３−Ｆ３に沿って示すシリンダヘッドの断面図。
【符号の説明】
１…エンジン、２…シリンダブロック、３…シリンダヘッド、３ｄ…一端側、３ｅ…側壁、３ｆ…他端側、３ｇ…側壁、４…吸気マニホールド、５…還流弁、６…シリンダ、７…ブロック冷却流路、８…吸気ポート、９…排気ポート、１１…ヘッド冷却流路、１２…ヘッドボルト孔、１３…連通孔、１４…排気再循環路（ＥＧＲ通路）、１４ａ…循環路上流部、１４ｂ…循環路下流部、１６…循環路出口、１７…循環ポート、Ｗ…冷却媒体の流れ。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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