(57)【要約】【課題】ウォータージャケットに設けられた接続管と、接続管に接続される流体管との接続部分におけるシール性を向上させる。【解決手段】シリンダヘッド２に設けられ、かつ、内燃機関を冷却する冷却水が流れるウォータージャケット３と、シリンダヘッド２に取り付けられ、かつ、内燃機関の駆動により流体が流れる複数の流体管１２，２０と、複数の流体管１２，２０を接続するようにウォータージャケット３内に配置され、かつ、ウォータージャケット３内の冷却水により流体を冷却させる接続管２５とを有する、内燃機関用シリンダヘッドにおいて、接続管２５の開口端２８，３２を複数の流体管１２，２０の開口端２９，３３に向けて押し付けることにより、接続管２５の開口端２８，３２と複数の流体管１２，２０の開口端２９，３３との接触部分にシール面３０，３４を形成する付勢機構２６が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関を冷却する冷却水が流れるウォータージャケットと、前記内燃機関の運転時に流体が流れる複数の流体管と、この複数の流体管同士を接続するように前記ウォータージャケット内に配置され、かつ、前記ウォータージャケット内の冷却水により前記流体を冷却させる接続管とを有する、内燃機関用シリンダヘッドにおいて、
前記接続管の開口端を前記複数の流体管の開口端に向けて押し付けることにより、前記接続管の開口端と前記複数の流体管の開口端との接触部分にシール面を形成する付勢機構が設けられていることを特徴とする内燃機関用シリンダヘッド。
【請求項２】
前記付勢機構は、前記接続管に形成され、かつ、その接続管の長さ方向に伸縮可能な蛇腹部を含むことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関用シリンダヘッド。
【請求項３】
前記内燃機関の燃焼室から排出されるガスを、前記燃焼室の吸気側に還流させる排気ガス還流管が設けられており、この排気ガス還流管の一部が、前記複数の流体管および接続管により構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関用シリンダヘッド。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関用シリンダヘッドに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関の燃焼室から排出された排気ガスの一部を、燃焼室の吸気側に還流することにより、ＮＯｘを低減させる排気ガス再循環装置が設けられている。ここで、排気ガスを高温のまま吸気側に還流すると、吸入空気が膨脹して充填効率が低下する可能性がある。そこで、内燃機関を冷却するウォータージャケット内に排気ガス還流管を配置することにより、排気ガス還流管内を流れる排気ガスを冷却する技術が提案されており、その一例が特許文献１に記載されている。この特許文献１に記載されたエンジンブロックはシリンダブロック及びシリンダヘッドを有しており、このエンジンブロックの片側面にはインテークマニホルドが組み付けられている。また、前記エンジンブロックの他側面にはエキゾーストマニホルドが取り付けられている。前記インテークマニホルドには吸気流路が接続され、前記エキゾーストマニホルドには排気流路が接続されている。前記エキゾーストマニホルドには排気ガス導出路である導出パイプが接続され、この導出パイプの冷却帯には冷却パイプが接続され、この冷却パイプが、前記シリンダブロックに形成されたウォータージャケット内に設けられている。なお、排気ガス再循環装置における排気ガス還流管を有するシリンダヘッドは、特許文献２ないし４にも記載されている。
【特許文献１】特開平８−４９６０６号公報
【特許文献２】実開平６−７６６４４号公報
【特許文献３】特開２００２−４９５３号公報
【特許文献４】特開２００４−１８３４８４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところで、特許文献１に記載されている排気ガス還流装置においては、冷却パイプがウォータージャケット内に配置されているため、冷却パイプと導出パイプとの接続部分のシール性が低いと、ウォータージャケット内の水が冷却パイプ内に流入する問題があった。
【０００４】
この発明は、上記事情を背景としてなされたもので、シリンダヘッドにウォータージャケットが形成され、そのウォータージャケットに設けられた接続管と、この接続管に接続される流体管との接続部分におけるシール性を向上させることの可能な、内燃機関用シリンダヘッドを提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため請求項１の発明は、内燃機関を冷却する冷却水が流れるウォータージャケットと、前記内燃機関の運転時に流体が流れる複数の流体管と、この複数の流体管同士を接続するように前記ウォータージャケット内に配置され、かつ、前記ウォータージャケット内の冷却水により前記流体を冷却させる接続管とを有する、内燃機関用シリンダヘッドにおいて、前記接続管の開口端を前記複数の流体管の開口端に向けて押し付けることにより、前記接続管の開口端と前記複数の流体管の開口端との接触部分にシール面を形成する付勢機構が設けられていることを特徴とするものである。
【０００６】
請求項２の発明は、請求項１の構成に加えて、前記付勢機構は、前記接続管に形成され、かつ、その接続管の長さ方向に伸縮可能な蛇腹部を含むことを特徴とするものである。
【０００７】
請求項３の発明は、請求項１または２の構成に加えて、前記内燃機関の燃焼室から排出されるガスを、前記燃焼室の吸気側に還流させる排気ガス還流管が設けられており、この排気ガス還流管の一部が、前記複数の流体管および接続管により構成されていることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、ウオータージャケットを流れる冷却水により内燃機関が冷却される。また、内燃機関の運転時（駆動時）に複数の流体管を流体が流れるとともに、その流体が冷却水により冷却される。そして、付勢機構の弾性力で、接続管の開口端が複数の流体管の開口端に押し付けられて、シール面が形成される。このためシール面の接触面圧が高められて、シール性が向上する。
【０００９】
請求項２の発明によれば、請求項１と同様の効果が生じる他に、接続管とウォータジャケット内の水との接触面積が拡大され、接続管内の排気ガスを冷却する効率が向上する。
【００１０】
請求項３の発明によれば、請求項１または請求項２の発明と同様の効果が生じる他に、燃焼室に還流される排気ガスの冷却効率が向上して、還流される排気ガスの容積の増加が抑制され、吸気充填効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
まず、この発明の概念について説明すると、この発明の適用対象である内燃機関は、燃料を燃焼させて動力を出力するエンジンの一種であり、このエンジンとしては、ガソリンエンジン、ＬＰＧエンジン、ディーゼルエンジンなどのいずれでもよい。また、「内燃機関の運転」とは、「燃焼室で燃料を燃焼させて、その熱エネルギを運動エネルギに変換して出力する」との意味である。さらに、「内燃機関の運転時に流体が流れる」とは、内燃機関の運転と並行して、もしくは内燃機関の運転中に（同時に）流体が流れるという意味であり、この流体は、「内燃機関の燃焼室での燃料を燃焼させた結果として発生する流体（例えば排気ガス）」、または、「内燃機関の動力により駆動させる被駆動装置（例えばポンプなど）により輸送される流体」、「内燃機関の運転と同時期に運転される他の動力装置（例えば電動機など）があり、その動力装置の動力で駆動される被駆動装置（例えばポンプなど）により輸送される流体」などのいずれでもよい。前記内燃機関が車両用の駆動力源として搭載される場合、この内燃機関から出力されたトルクが、動力伝達装置を経由して車輪に伝達されるように構成される。前記内燃機関は燃焼室を有しており、その燃焼室にインテークマニホールドおよびエキゾーストマニホールドが接続されている。また、前記エキゾーストマニホールドから排出された排気ガスを、前記インテークマニホールド側に還流させるＥＧＲシステム（排気ガス再循環装置）が設けられている。このＥＧＲシステムは、前記エキゾーストマニホールドから排出された排気ガスの一部を、前記インテークマニホールドに還流させる機能を有している。このために、前記ＥＧＲシステムは排気ガス還流管を有しており、この排気ガス還流管により、前記エキゾーストマニホールドとインテークマニホールドとが接続されている。
【００１２】
一方、水冷式の内燃機関においては、シリンダヘッドにウォータージャケットが設けられており、このウォータージャケット内を流れる冷却水により、内燃機関が冷却される。そして、前記エキゾーストマニホールドに排出された排気ガスの一部を、排気ガス還流管を経由させて前記インテークマニホールドに還流させて、ＮＯｘを低減することが可能である。しかしながら、排気ガスの一部をインテークマニホールドに還流すると、排気ガスの熱で吸気空気が膨脹して、燃焼室における空気の充填効率が低下する可能性がある。そこで、内燃機関を冷却するウォータージャケット内に排気ガス還流管を配置することにより、排気ガス還流管内を流れる排気ガスの熱を、ウォータージャケット内の水に伝達することにより、排気ガスを冷却してからインテークマニホールドに還流する構成を採用している。そして、この発明では、付勢機構により接続管の開口端を複数の流体管の開口端に押し付けることにより、接続管の開口端と複数の流体管の開口端との接触部分にシール面を形成している。この付勢機構は、弾性変形可能であり、その復元力により押し付け力を発生する。例えば、接続管に弾性変形可能な部分を設けておき、接続管を弾性変形させることで、押し付け力を発生させることができる。
【００１３】
以下、ＥＧＲシステムを有する内燃機関の具体的な実施例を、図面に基づいて説明する。図２は、内燃機関１のシリンダヘッド２を示す平面図、図１は、図２のＩ−Ｉ線における側面断面図、図３は、図１のIII−III線における断面図である。前記内燃機関１の一部を構成するシリンダヘッド２にはウォータージャケット３が形成されている。すなわち、この内燃機関１は、水冷式の内燃機関であり、ウォータージャケット３に冷却水が供給される構成となっている。そのために、シリンダヘッド２には冷却水輸送管４が取り付けられており、その冷却水輸送管５から排出された冷却水がラジエータ（図示せず）に戻されるように構成されている。
【００１４】
一方、前記シリンダヘッド２の下方には複数のシリンダ（気筒）５が形成されているとともに、そのシリンダ５にピストン（図示せず）が往復動自在に配置されている。そして、前記シリンダヘッド２における前記ピストンの上方に臨む空間に、燃焼室６がそれぞれ形成されている。そして、これらの燃焼室６に接続するインテークマニホールド７およびエキゾーストマニホールド８が設けられている。また、インテークマニホールド７には吸気管９が接続されており、この吸気管９にはスロットルバルブ１０が設けられている。これに対して、各燃焼室６の排気ポート（図示せず）に接続された排気通路（図示せず）が集合され、エキゾーストマニホールド８に形成された拡張室（図示せず）に接続されている。また、エキゾーストマニホールド８における燃焼室６とは反対側の端部には触媒１１が設けられており、この触媒１１には排気管（図示せず）が接続されている。この触媒１１は排気ガスを浄化するためのものである。
【００１５】
そして、排気ガスの排出方向における触媒１１の上流側、または触媒１１の下流側には、ＥＧＲパイプ１２の一端側が接続されている。このＥＧＲパイプ１２の他端側は、前記シリンダヘッド２に接続されている。図４は、前記ＥＧＲパイプ１２と前記シリンダヘッド２との接続部分を示す拡大断面図である。このＥＧＲパイプ１２は金属材料などにより構成されているとともに、その断面形状がほぼ円形に構成されている。さらに、ＥＧＲパイプ１２における前記シリンダヘッド２側の端部には、半径方向で外側に向けて張り出されたフランジ１３が一体的に設けられている。このＥＧＲパイプ１２の内部には断面形状がほぼ円形の通路１４が形成されており、前記フランジ１３には前記通路１４につながる凹部１５が形成されている。この凹部１５の内径は前記通路１４の内径よりも大きく設定されている。前記シリンダヘッド２の側壁１６におけるウォータージャケット３に臨む位置には取り付け穴１７が形成されている。この取り付け穴１７はほぼ円形に構成されている。この取り付け穴１７の内径は、前記凹部１５の内径未満に設定され、かつ、前記通路１４の内径よりも大きく設定されている。前記凹部１５の中心と、前記取り付け穴１７の中心とをほぼ一致させた状態で、前記ＥＧＲパイプ１２のフランジ１３が、前記シリンダヘッド２の側壁１６に固定されている。より具体的には、ボルト（図示せず）などにより締め付け固定されている。
【００１６】
前記ウォータージャケット３に臨み他の側壁１８が形成されている。この側壁１８と前記側壁１６との間に、前記ウォータージャケット３が配置されている。そして、この側壁１８の外面にＥＧＲバルブ１９が取り付けられている。このＥＧＲバルブ１９は、ケーシング（ボデー）２０内に通路２１を有しており、その通路２１を通過する排気ガスの流量、および排気ガスの通過時期を制御するバルブである。この通路２１には、接続管２２を介して前記吸気管９が接続されている。具体的には、この接続管２２は、前記吸気管９における前記スロットルバルブ１０よりも下流側に接続されている。図５は、前記側壁１８と前記ケーシング２０との接続部分を示す拡大断面図である。前記ＥＧＲバルブ１９のケーシング２０の外壁に臨み、前記通路２１につながる凹部２３が形成されている。一方、前記ウォータージャケット３に臨む側壁１８には取り付け穴２４が形成されている。この取り付け穴２４はほぼ円形に構成されている。この取り付け穴２４の中心は、前記取り付け穴１７の中心よりも上方に設けられている。この取り付け穴２４の内径は、前記凹部２３の内径未満に設定され、かつ、前記通路２１の内径よりも大きく設定されている。前記凹部２３の中心と、前記取り付け穴２４の中心とをほぼ一致させた状態で、前記ＥＧＲバルブ１９が、前記シリンダヘッド２の側壁１８に固定されている。具体的には、ボルト（図示せず）などにより締め付け固定されている。
【００１７】
上記のように構成されたＥＧＲパイプ１２とＥＧＲバルブ１９とを接続する接続管２５が、前記ウォータージャケット３の内部に設けられている。この接続管２５は、前記シリンダヘッド２とは物理的に別物として設けられており、この接続管２５は熱伝導性に優れた金属材料、例えばアルミニウム、銅などにより構成されている。また、この接続管２５における長さ方向の中途部には、可撓性の蛇腹部２６が形成されている。蛇腹部２６は、その他の部位よりも外径を徐々に大きくなるように、ほぼ波形に成形した公知のものである。したがって、接続管２５は、ＥＧＲパイプ１２およびＥＧＲバルブ１９に取り付けられる以前の状態において、前記蛇腹部２６を起点として、その長さ方向に伸縮自在であり、かつ、半径方向に変形可能である。
【００１８】
つぎに、前記接続管２５における前記ＥＧＲパイプ１２側の端部の構成を、図４に基づいて説明する。前記接続管２５における前記ＥＧＲパイプ１２側の端部には、その端部を外側に屈曲させて形成した折り曲げ部２７が一体的に設けられている。この接続管２５の内径は、前記通路１４の内径および前記通路２１の内径と同じに設定されており、かつ、前記折り曲げ部２７の外径は、前記取り付け穴１７の内径未満に設定されている。そして、この接続管２５の端部は前記取り付け穴１７および前記凹部１５に配置されている。つまり、前記接続管２５の端部が、前記ウォータージャケット３の外部、より具体的には前記シリンダヘッド２の外部に突出している。そして、前記接続管２５の折り曲げ部２７の先端には環状の端面２８が形成されており、この環状の端面２８と、前記ＥＧＲパイプ１２の凹部１５を形成する環状の端面２９とが接触（密着）されて、シール面３０を構成している。
【００１９】
つぎに、前記接続管２５における前記ＥＧＲバルブ１９側の端部の構成を、図５に基づいて説明する。前記接続管２５における前記ＥＧＲバルブ１９側の端部には、その端部を外側に屈曲させて形成した折り曲げ部３１が一体的に設けられている。この折り曲げ部３１の外径は、前記取り付け穴２４の内径未満に設定されている。そして、この接続管２５の端部は前記取り付け穴２４および前記凹部２３に配置されている。つまり、前記接続管２５の端部が、前記ウォータージャケット３の外部、より具体的には前記シリンダヘッド２の外部に突出している。そして、前記接続管２５の折り曲げ部３１の先端には環状の端面３２が形成されており、この環状の端面３２と、前記ＥＧＲバルブ１９の凹部２３を形成する環状の端面３３とが接触（密着）されて、シール面３４を構成している。
【００２０】
より具体的には、この接続パイプ２５を前記ウォータージャケット３内に配置するとともに、この接続パイプ２５を前記ＥＧＲパイプ１２と前記ＥＧＲバルブ１９とで挟み付けて、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９を前記シリンダヘッド２に固定することにより、前記蛇腹部２６を弾性変形させて、その復元力により、前記シール面３０，３４の面圧が確保されている。このシール面３０，３４は、ウォータージャケット３内の水が、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９および前記接続管２５の内部に浸入する（漏れる）ことを防止するとともに、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９および前記接続管２５の内部の排気ガスが、前記ウォータージャケット３内に浸入する（漏れる）ことを防止するものである。このように、前記接続管２５は、前記ウォータージャケット３内を貫通するように配置されており、その接続管２５の両端を、前記ＥＧＲバルブ１９および前記ＥＧＲパイプ１２に接続した状態において、前記接続管２５が前記蛇腹部２６で屈曲した状態となる。また、前記接続管２５における前記蛇腹部２６と前記折り曲げ部２７との間の直線部分３５は、ほぼ水平に配置されており、図３に示すように、前記直線部分３５の外表面の上端３６は、前記ウォータージャケット３を流れる冷却水の流れの中心線（高さ方向の中心線）Ａ１よりも下方に配置されている。
【００２１】
つぎに、この発明の作用を説明する。前記吸気管９および前記インテークマニホールド７を経由して、空気が各燃焼室６に分配して供給されるとともに、前記燃焼室６に燃料が供給されて、前記燃焼室６で混合気が燃焼し、燃焼によって発生した排気ガスが、前記排気ポートから排出されて前記エキゾーストマニホールド８の拡張室に集合される。この拡張室から排出された排気ガスは、前記触媒１１を経由して大気中に排出される。前記エキゾーストマニホールド８から排出された排気ガスの一部は、前記ＥＧＲパイプ１２の通路１４に流れ込み、その排気ガスが前記接続管２５の通路３６を流れる過程で、排気ガスの熱が前記接続管２５を介して、前記ウォータージャケット３内を流れる冷却水に伝達され、排気ガスの温度が低下する。ついで、冷却された排気ガスが、前記ＥＧＲバルブ１９を経由して前記インテークマニホールド７に供給されて、再び新しい空気と共に燃焼室６に吸入される。このようにして、排気ガス中に含まれる不活性ガスの持つ熱容量によって最高燃焼温度が低下し、ＮＯｘの生成が減少する。なお、前記インテークマニホールド７に戻される排気ガスの流量および時期が、前記ＥＧＲバルブ１９により制御される。また、大量の排気ガスを、前記インテークマニホールド７を経由して再循環させて熱効率を上げることにより、燃費の向上を図ることができる。
【００２２】
この実施例においては、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９を、前記シリンダヘッド２に固定する前の状態では、前記接続管２５の全長は、前記２つの取り付け穴１７，２４同士の最長距離、具体的には前記接続管２５の中心線Ｂ１に沿った距離よりも長く構成されている。そして、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９を、前記シリンダヘッド２に固定すると、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９により、前記接続管２５が挟み付けられて、その接続管２５の長さ方向に荷重が加えられる。その結果、前記接続管２５の前記蛇腹部２６が弾性変形するとともに、その弾性復元力により、前記２箇所のシール面３０，３４の面圧が確保される。したがって、そのシール面３０，３４のシール性の低下を抑制できる。また、前記接続管２５には蛇腹部２６が形成されており、この接続管２５の外表面と、前記ウォータージャケット３内の冷却水との接触面積が拡大されているため、前記接続管２５内を流れる排気ガスの冷却効率が向上する。さらに、水蒸気量の少ない排気ガスを冷却して各燃焼室６に分配するため、吸入空気の熱膨張を抑制することができ、吸入空気の充填効率が低下することを抑制できる。
【００２３】
また、前記ＥＧＲパイプ１２の端面２９と、前記ＥＧＲバルブ１９の端面３３とは、その配置高さが異なり、かつ、相互に平行でない状態で前記シリンダヘッド２に固定されているが、前記接続管２５を前記蛇腹部２６で屈曲させることにより、前記接続管２５の端面２８を前記ＥＧＲパイプ１２の端面２９に密着させ、前記端面３２を前記ＥＧＲバルブ１９の端面３３に密着させることができる。したがって、２箇所のシール面３０，３４のシール性の低下を抑制できる。さらに、前記接続管２５の直線部分３５は、前記ウォ−タージャケット３内で前記冷却水の流れの中心線Ａ１の下方に配置されており、かつ、前記接続管２５の断面形状がほぼ円形であるため、冷却水の流れが阻害されること、言い換えれば、冷却水の圧損を抑制でき、冷却性能の低下を抑制できる。なお、特に図示しないが、前記接続管２５の両端に折り曲げ部を設けることなく、その接続管２５の開口端を前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９に接触させて、その接触部分にシール面を形成する構成を採用してもよい。また、前記シリンダヘッド２に設けられる２箇所の取り付け穴１７，２３が同じ高さに設けられている場合でも、この実施例を適用可能である。この場合は、前記接続管２５は蛇腹部２６で屈曲することなく、全長が略直線状となった状態となる。
【００２４】
ここで、この発明の構成とこの実施例の構成との対応関係を説明すると、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９のケーシング２０が、この発明における複数の流体管に相当し、２箇所の端面２８，３２が、この発明における接続管の開口端に相当し、２箇所の端面２９，３３が、この発明の複数の流体管の開口端に相当し、前記蛇腹部２６が、この発明の付勢機構に相当し、前記ＥＧＲパイプ１２および前記ＥＧＲバルブ１９および前記接続管２２，２５が、この発明における排気ガス還流管に相当する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】この発明に係る内燃機関１用シリンダヘッド２の正面断面図である。
【図２】この発明に係る内燃機関１用シリンダヘッド２の平面図である。
【図３】図１のIII−III線における断面図である。
【図４】図１におけるＥＧＲパイプ１２と接続管との接続部分の構成を示す拡大断面図である。
【図５】図１におけるＥＧＲバルブ１９と接続管との接続部分の構成を示す拡大断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１…内燃機関、  ２…シリンダヘッド、  ３…ウォータージャケット、  ６…燃焼室、  １２…ＥＧＲパイプ、  １９…ＥＧＲバルブ、  ２０…ケーシング、  ２８，２９，３２，３３…端面、  ２２，２５…接続管、  ２６…蛇腹部、  ３０，３４…シール面。
【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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