JP2005325685A - 内燃機関の排圧上昇装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 耐固着性の高い内燃機関の排圧上昇装置を提供する。
【解決手段】 排気管８に介装され、排気圧力を上昇可能なバタフライ弁９と、該バタフライ弁９の閉作動時に排気圧力を調整可能なリリーフ弁１３と、該リリーフ弁１３の閉作動時に該リリーフ弁１３が着座する弁座部とを備え、リリーフ弁１３及び弁座部の何れか下方に位置する一方に上方に指向する隆起部を設けると共に、リリーフ弁１３が弁座部に着座した状態で、リリーフ弁１３及び弁座部の他方が該隆起部の外側縁から外側に張り出して形成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関の排圧上昇装置に係り、一層詳細には、排気通路の絞り量を調整することにより、所定の範囲に排気圧力を上昇させる排圧上昇装置に関する。

自動車用内燃機関の排気系において、排気管に介装したバタフライ弁を閉作動させて排気圧力を上昇させることにより、排気系（燃焼室〜排気管）内で未燃物と酸素の反応が促進され、有害物質の排出低下及び触媒早期活性が実現できることは良く知られている（特許文献１，２参照）。係る排ガス改善効果を十分得るためには、排気圧力をある値以上とする必要があり、また、排気圧力が高すぎると、内部ＥＧＲの増大等により燃焼悪化を引き起こすことから、排気圧力は一定の範囲内に調整する必要がある。

一方、排気圧力は、有効排気通路断面積（排気通路の絞り量）、排気流量、排気温度の影響を受けるため、同一絞り量であっても排気流量あるいは排気温度の変化によって排気圧力は変化する。そこで、リリーフ弁等の排圧調整装置を使用し、排気圧力を所定範囲内に調整している。

例えば、図８に示すように、排気通路１００に介装したバタフライ弁１０１自体に排圧調整装置としてバネ等により閉弁付勢されたリリーフ弁１０２を取り付け、該リリーフ弁１０２において排気圧力（荷重）に応じた絞り量（変位）が得られることを利用して、排気圧力を所定範囲内に調整している。また、図９に示すように、排気通路１００にバタフライ弁１０１をバイパスするバイパス通路１０３を設け、このバイパス通路１０３を排圧調整装置としてバネ１０４により閉弁付勢されたリリーフ弁１０２で開閉するようにして、排気圧力を所定範囲内に調整するものもある。

特開平４−１８３９２１号公報（第１図） 特開平１０−２３８３３６号公報（図１、第３−５頁）

ところが、従来のリリーフ弁１０２は、閉弁時にはその弁体の外周部が、例えば図６に示すように、バタフライ弁１０１の弁座部に空間を有することなく着座する構造になっていたため、バタフライ弁１０１の非作動時、即ちリリーフ弁１０２の閉弁時にリリーフ弁１０２の外周部と弁座部との間に付着物（バタフライ弁１０１やリリーフ弁１０２の脱離メッキや燃料中の硫黄等）が付着しやすく、経時変化等によりリリーフ弁１０２が弁座部に固着する場合があるという問題点があった。これは、図７に示すバイパス通路１０３におけるリリーフ弁１０２においても同じである。

そこで、本発明の目的は、耐固着性の高い内燃機関の排圧上昇装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明に係る発明は、排気系に設けられ、排気圧力を上昇可能な排圧上昇弁と、該排圧上昇弁の閉作動時に排気圧力を調整可能な排圧調整弁と、該排圧調整弁の閉作動時に該排圧調整弁が着座する弁座部とを備え、上記排圧調整弁及び上記弁座部の何れか下方に位置する一方に上方に指向する隆起部を設けると共に、該排圧調整弁が上記弁座部に着座した状態で、上記排圧調整弁及び上記弁座部の他方が上記隆起部の外側縁から外側に張り出して形成されていることを特徴とする。

また、上記排圧調整弁が上記弁座部に着座している状態で、上記隆起部の外周部において、上記排圧調整弁側及び上記弁座部側の間に空間が形成されること特徴とする。

また、上記排圧上昇弁は、該排圧上昇弁の閉作動時に上記排気をリリーフ可能な排圧調整通路を有し、上記排圧調整弁は、上記排圧調整通路を開閉可能に上記排圧上昇弁に配置され、上記排圧調整弁又は上記弁座部において、上記排圧上昇弁の非作動時に上下方向の下方に位置する側に隆起部を設けることにより上記空間が形成されることを特徴とする。

また、上記排気系に、上記排圧上昇弁の上流側と下流側とを連通すると共に該排圧上昇弁の閉作動時に上記排気をリリーフ可能なバイパス通路が形成され、上記排圧調整弁は、上記バイパス通路を開閉可能に上記排気系に配置され、上記排圧調整弁又は上記弁座部において、上下方向の下方に位置する側に隆起部を設けることにより上記空間が形成されることを特徴とする。

また、上記排圧調整弁及び上記弁座部の何れか下方に位置する側に上記排圧調整通路に対応する環状の隆起部を設けることにより、上記空間が上記隆起部の外周部全周に亙って形成されることを特徴とする。

上記排圧調整弁及び上記弁座部の何れか下方に位置する側に上記バイパス通路に対応する環状の隆起部を設けることにより、上記空間が上記隆起部の外周部全周に亙って形成されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排圧上昇装置。

上記隆起部は、その側壁部において上端に向かって張り出す曲面又は傾斜面を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、排圧調整弁の閉作動時に、排圧調整弁の弁体が全面的に弁座部に着座することが回避され、弁体と弁座部における付着物の堆積部位を可及的に縮小させて全体として堆積しにくくでき、弁体の耐固着性が向上される。

以下、本発明に係る内燃機関の排圧上昇装置を実施例により図面を用いて詳細に説明する。

図１は本発明の実施例１を示す排圧上昇装置の断面図、図２は同じくエンジンの概略構成図である。

図２に示すように、６気筒からなるエンジン（内燃機関）１の各燃焼室には、エアクリーナ２を介して取り入れた新気がターボ過給機３により加圧されて供給されると共に、所定圧力に調整された燃料が各燃料噴射弁５から噴射されるようになっている。

また、前記各燃焼室には、ＥＧＲ（排気還流）通路６及びＥＧＲ制御弁７を介してエンジン低中速・低中負荷域等に排気ガスが還流され、各燃焼室におけるＮＯｘの発生が抑制されるようになっている。

また、前記ターボ過給機３下流の排気管（排気通路）８にはバタフライ弁（排圧上昇弁）９が介装され、低速・低負荷域等で当該バタフライ弁９を閉作動させて排気圧力を上昇させることによって、排気系（燃焼室〜排気管）内で未燃物と酸素の反応が促進されて有害物質の排出が低下されると共に、排気管８に介装した排気浄化触媒１０の早期活性が図られるようになっている。尚、図２中１１は新気を冷却するインタークーラで、１２はＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラである。

図１に示すように、前記バタフライ弁９には、その非作動時（図中実線参照）における上面側にバネ等により閉弁付勢されたリリーフ弁（排圧調整弁）１３が取り付けられ、前記バタフライ弁９の閉作動時（図中二点鎖線参照）に、当該リリーフ弁１３において排気圧力（荷重）に応じた絞り量（変位）が得られることを利用して、排気圧力が所定範囲内に調整されるようになっている。

そして、前記リリーフ弁１３の弁体１３ａが着座する、前記バタフライ弁９における弁口（排圧調整通路）９ａ周囲の弁座部に環状の隆起部（実質的な弁座）１４が設けられ、前記弁体１３ａが隆起部１４に着座した時には当該隆起部１４の外周に全周に亙って空間イが形成されるようになっている。即ち、弁体１３ａ側の方が弁座部（隆起部１４の外側縁）から外側に張り出して（突出して）形成されている。言い換えれば、前記弁体１３ａが隆起部１４の全周において外周縁よりも外側に延びている。尚、図示例では、隆起部１４がバタフライ弁９と別体に形成されているが、一体に形成しても良い。また、図示例では、弁体１３ａが単一の部材で構成されているが、複数の部材で構成しても良い。

このように構成されるため、前記バタフライ弁９が閉作動して排気管８内の圧力が上昇されることで、排気系（燃焼室〜排気管）内での未燃物と酸素の反応促進により有害物質の排出が低下されると共に、排気管８に介装した排気浄化触媒１０の早期活性が図られる。また、前記バタフライ弁９の閉作動時に、リリーフ弁１３が排気圧力（荷重）に応じて開閉することにより、排気圧力が所定範囲内に調整されるのは前述した通りである。

そして、本実施例では、バタフライ弁９の弁座部に隆起部１４が形成され、リリーフ弁１３の弁体１３ａが隆起部１４に着座した時には、当該隆起部１４の外周に全周に亙って空間イが形成されるようになっている。

そのため、バタフライ弁９の非作動時（つまり、バタフライ弁９の開弁時を示すもので、その閉弁時より期間が長い）には、リリーフ弁１３が長期間閉弁されることになるが当該リリーフ弁１３によるシール部において付着物（バタフライ弁９やリリーフ弁１３の脱離メッキや燃料中の硫黄等）が堆積しにくく、付着物の堆積は隆起部１４の外周下方部分に生じるのみである。従って、弁体１３ａ下方に付着物が堆積するのが抑制されるので、リリーフ弁１３の耐固着性が向上される。

以下に、実施例１の変形例について説明する。
表面張力の影響により、当該弁体１３ａ下方に付着物が少量堆積する場合は、隆起部１４の上端外周にＲを付ける等で角取りを行うことが好ましい。例えば、図３に示すように、隆起部１４の外側側壁において、上端側に向かって張り出す曲面１４ａを設けている。尚、図３の曲面に代えて傾斜面でも良い。また、図４に示すように、隆起部１４の内側及び外側側壁において、上端側に向かって張り出す傾斜面１４ｂを夫々設けている。尚、図４の傾斜面に代えて曲面でも良い。結果的に、これら変形例では、隆起部１４の上端面の面積が、実施例１に比べて拡大されている。
従って、上述の変形例においては、隆起部１４に上述の曲面１４ａ又は傾斜面１４ｂを設けることによって、隆起部１４の上端における付着物の堆積を防止することができる。

図５は本発明の実施例２を示す排圧上昇装置の断面図である。

これは、バタフライ弁９自体にリリーフ弁１３を取り付けた実施例１と異なり、実施例１における排気管８に、バタフライ弁（排圧上昇弁）９をバイパスするバイパス通路２０を設け、このバイパス通路２０をバネ１５により下向きに閉弁付勢されたリリーフ弁（排圧調整弁）１３で開閉することで、排気圧力を所定範囲内に調整するようにした例である。

そして、前記リリーフ弁１３の弁体１３ａが着座する、前記バイパス通路２０における弁口（排圧調整通路）２０ａ周囲の弁座部に環状の隆起部（実質的な弁座）１４が設けられ、前記弁体１３ａが隆起部１４に着座した時には、隆起部１４の外方に位置した弁体１３ａ外周部の下方に凹状の空間イが隆起部１４外周の全周に亙って形成されるようになっている。即ち、弁体１３ａ側の方が弁座部（隆起部１４の外側縁）から外側に張り出して（突出して）形成されている。言い換えれば、前記弁体１３ａが隆起部１４の全周において外周縁よりも外側に延びている。図示例では、隆起部１４がバイパス通路２０壁と一体に形成されているが、別体に形成しても良い。

この実施例においても、バタフライ弁９の非作動時には、リリーフ弁１３が長期間閉弁されることになるが、当該リリーフ弁１３によるシール部において付着物（リリーフ弁１３の脱離メッキや燃料中の硫黄等）が堆積しにくく、付着物の堆積は隆起部１４の外周下方部分に生じるのみである。従って、弁体１３ａ上方に付着物が堆積するのが抑制されるので、リリーフ弁１３の耐固着性が向上される。

更に、表面張力の影響により、当該弁体１３ａ下方に付着物が少量堆積する場合は、隆起部１４の上端外周にＲを付ける等で角取りを行うことが好ましい。即ち、上述の実施例１の変形例である図３及び図４に示すように、隆起部１４の上端部に外側に張り出す曲面、又は傾斜面を設けても良い。
従って、上述の変形例においても、隆起部１４の上端における付着物の堆積を防止することができる。

図６は本発明の実施例３を示す排圧上昇装置の断面図である。

これは、実施例１におけるリリーフ弁（排圧調整弁）１３がバタフライ弁（排圧上昇弁）９の非作動時（図中実線参照）における下面側に取り付けられた排圧上昇装置において、リリーフ弁１３側に環状の隆起部１４を付設し、リリーフ弁１３の弁体１３ａが閉じる際には、バタフライ弁９の弁口９ａ周囲の弁座部に隆起部１４が着座するようにした例である。即ち、弁座部（バタフライ弁９）側の方が弁体１３ａ（隆起部１４の外側縁）から外側に張り出して（突出して）形成されている。言い換えれば、前記弁座部が隆起部１４の全周において外周縁よりも外側に延びている。尚、図示例では、隆起部１４が弁体１３ａと別体に形成されているが、一体に形成しても良い。また、図示例では、弁体１３ａが単一の部材で構成されているが、複数の部材で構成しても良い。

この実施例においても、バタフライ弁９の非作動時には、リリーフ弁１３が長期間閉弁されることになるが、隆起部１４の外周に全周に亙って空間イが形成され、当該リリーフ弁１３によるシール部において付着物（バタフライ弁９やリリーフ弁１３の脱離メッキや燃料中の硫黄等）が堆積しにくく、付着物の堆積は隆起部１４の外周下方部分に生じるのみである。従って、弁体１３ａ上方に付着物が堆積するのが抑制されるので、リリーフ弁１３の耐固着性が向上される。

更に、表面張力の影響により、当該弁座部下方に付着物が少量堆積する場合は、隆起部１４の上端外周にＲを付ける等で角取りを行うことが好ましい。即ち、上述の実施例１の変形例である図３及び図４に示すように、隆起部１４の上端部に外側に張り出す曲面、又は傾斜面を設けても良い。
従って、上述の変形例においても、隆起部１４の上端における付着物の堆積を防止することができる。

図７は本発明の実施例４を示す排圧上昇装置の断面図である。

これは、実施例２におけるバタフライ弁（排圧上昇弁）９をバイパスするバイパス通路２０が排気管８の下部に形成され、このバイパス通路２０をバネ１５により上向きに閉弁付勢されたリリーフ弁（排圧調整弁）１３で開閉することで、排気圧力を所定範囲内に調整するようにした例である。

そして、前記リリーフ弁１３側に環状の隆起部１４を付設し、リリーフ弁１３の弁体１３ａが閉じる際には、バイパス通路２０の弁口２０ａ周囲の弁座部に隆起部１４が着座するように構成され、当該着座時には、隆起部１４の外周にその全周に亙って凹状の空間イが形成されるようになっている。即ち、弁座部（バイパス通路２０）側の方が弁体１３ａ（隆起部１４の外側縁）から外側に張り出して（突出して）形成されている。言い換えれば、前記弁座部が隆起部１４の全周において外周縁よりも外側に延びている。図示例では、隆起部１４が弁体１３ａと一体に形成されているが、別体に形成しても良い。

この実施例においても、バタフライ弁９の非作動時には、リリーフ弁１３が長期間閉弁されることになるが、当該リリーフ弁１３によるシール部において付着物（リリーフ弁１３の脱離メッキや燃料中の硫黄等）が堆積しにくく、付着物の堆積は隆起部１４の外周下方部分に生じるのみである。従って、弁体１３ａ上方に付着物が堆積するのが抑制されるので、リリーフ弁１３の耐固着性が向上される。

更に、表面張力の影響により、当該弁体１３ａ下方に付着物が少量堆積する場合は、隆起部１４の上端外周にＲを付ける等で角取りを行うことが好ましい。即ち、上述の実施例１の変形例である図３及び図４に示すように、隆起部１４の上端部に外側に張り出す曲面、又は傾斜面を設けても良い。
従って、上述の変形例においても、隆起部１４の上端における付着物の堆積を防止することができる。

尚、本発明は上記各実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、各種変更が可能であることは言うまでもない。また、本発明は、ガソリンエンジンに対しても適用可能である。また、上記各実施例では、リリーフ弁及び弁座部の接合面が水平方向と略平行に配置された排圧上昇装置に基づいて説明したが、この限りではない。即ち、リリーフ弁及び弁座部の当接面が水平方向に対して傾斜配置されているときにも適用可能であり、上記各実施例と同様の効果を奏することができる。

本発明の実施例１を示す排圧上昇装置の断面図である。 同じくディーゼルエンジンの概略構成図である。 本発明の実施例１の変形例を示す排圧上昇装置の断面図である。 本発明の実施例１の別の変形例を示す排圧上昇装置の断面図である。 本発明の実施例２を示す排圧上昇装置の断面図である。 本発明の実施例３を示す排圧上昇装置の断面図である。 本発明の実施例４を示す排圧上昇装置の断面図である。 従来例の排圧上昇装置の断面図である。 図８の従来例と異なった従来例の排圧上昇装置の断面図である。

符号の説明

１ エンジン、２ エアクリーナ、３ ターボ過給機、５ 燃料噴射弁、６ ＥＧＲ通路、７ ＥＧＲ制御弁、８ 排気管、９ バタフライ弁、９ａ 弁口、１０ 排気浄化触媒、１１ インタークーラ、１２ ＥＧＲクーラ、１３ リリーフ弁、１３ａ 弁体、１４ 隆起部、１４ａ 曲面、１４ｂ 傾斜面、１５ バネ、２０ バイパス通路、２０ａ 弁口、イ 空間。

Claims (7)

1. 排気系に設けられ、排気圧力を上昇可能な排圧上昇弁と、
   該排圧上昇弁の閉作動時に排気圧力を調整可能な排圧調整弁と、
   該排圧調整弁の閉作動時に該排圧調整弁が着座する弁座部とを備え、
   上記排圧調整弁及び上記弁座部の何れか下方に位置する一方に上方に指向する隆起部を設けると共に、該排圧調整弁が上記弁座部に着座した状態で、上記排圧調整弁及び上記弁座部の他方が上記隆起部の外側縁から外側に張り出して形成されていることを特徴とする内燃機関の排圧上昇装置。
2. 上記排圧調整弁が上記弁座部に着座している状態で、上記隆起部の外周部において、上記排圧調整弁側及び上記弁座部側の間に空間が形成されること特徴とする請求項１記載の内燃機関の排圧上昇装置。
3. 上記排圧上昇弁は、該排圧上昇弁の閉作動時に上記排気をリリーフ可能な排圧調整通路を有し、
   上記排圧調整弁は、上記排圧調整通路を開閉可能に上記排圧上昇弁に配置され、
   上記排圧調整弁又は上記弁座部において、上記排圧上昇弁の非作動時に上下方向の下方に位置する側に隆起部を設けることにより上記空間が形成されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排圧上昇装置。
4. 上記排気系に、上記排圧上昇弁の上流側と下流側とを連通すると共に該排圧上昇弁の閉作動時に上記排気をリリーフ可能なバイパス通路が形成され、
   上記排圧調整弁は、上記バイパス通路を開閉可能に上記排気系に配置され、
   上記排圧調整弁又は上記弁座部において、上下方向の下方に位置する側に隆起部を設けることにより上記空間が形成されることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の排圧上昇装置。
5. 上記排圧調整弁及び上記弁座部の何れか下方に位置する側に上記排圧調整通路に対応する環状の隆起部を設けることにより、上記空間が上記隆起部の外周部全周に亙って形成されることを特徴とする請求項３記載の内燃機関の排圧上昇装置。
6. 上記排圧調整弁及び上記弁座部の何れか下方に位置する側に上記バイパス通路に対応する環状の隆起部を設けることにより、上記空間が上記隆起部の外周部全周に亙って形成されることを特徴とする請求項４記載の内燃機関の排圧上昇装置。
7. 上記隆起部は、その側壁部において上端に向かって張り出す曲面又は傾斜面を設けたことを特徴とする請求項３、４、５又は６記載の内燃機関の排圧上昇装置。

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