JP2006214405A

JP2006214405A - 内燃機関の排気ガス還流装置および内燃機関のバルブモジュール

Info

Publication number: JP2006214405A
Application number: JP2005030424A
Authority: JP
Inventors: Takanobu Ichihara; 隆信市原; Kozo Katogi; 工三加藤木; Teruhiko Minegishi; 輝彦嶺岸
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2005-02-07
Filing date: 2005-02-07
Publication date: 2006-08-17

Abstract

【課題】ＥＧＲバルブの汚損による固着を解除して復帰できる内燃機関の排気ガス還流装置と、この装置に好適な内燃機関のバルブモジュールを提供する。
【解決手段】内燃機関の吸気通路５に吸気量を変更するスロットルバルブ１０が設置され、吸気通路にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路８を接続し、ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの供給量を制御するＥＧＲバルブ１１を備え、スロットルバルブとＥＧＲバルブを近接配置し、スロットルバルブのシャフト、およびＥＧＲバルブのシャフトにそれぞれレバー３１，３２を取り付け、これらのレバー間にプッシュロッド３３を設け、ＥＧＲバルブ固着時にはモータ１６によりレバー３１を拡大動作範囲θ２まで回転させ、プッシュロッドを介してＥＧＲバルブのシャフトに取り付けられるレバー３２に開き方向のトルクを伝達し、ＥＧＲバルブ１１の固着を解除する。
【選択図】図２

Description

本発明は内燃機関の排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）および内燃機関のバルブモジュールに係り、特に、ＥＧＲバルブが排気ガス等により固着しても解除できる排気ガス還流装置、およびスロットルバルブやＥＧＲバルブを一体化し、これらのバルブが固着しても解除できる内燃機関のバルブモジュールに関する。

従来の排気ガス還流装置の構成としては、一般に排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ配管の途中にＥＧＲバルブが配置され、このＥＧＲバルブを制御して排気ガスの還流量を制御し、排気ガスの一部を吸気通路に供給している。スロットルバルブ、ＥＧＲバルブを有する構成では、それぞれのバルブを駆動するモータを備え、排気ガスの排出量を低減するため運転条件に応じて新気、ＥＧＲガスの流量が最適となるよう制御している。

また、ディーゼルエンジンに設置された排気ガス還流装置では、窒素酸化物やすすを低減するためにＥＧＲ流量を増加させる必要があり、このため吸気管にスロットルバルブを設け、スロットルバルブを絞ることにより吸気管圧力の上昇を制限してＥＧＲガス流量を確保するものが一般に知られている。

例えば、下記特許文献１に記載の車載内燃機関の制御装置は、車載内燃機関への出力要求に応じて燃料噴射量を制御するとともに、同機関の排気通路から吸気通路への排気の再循環量を調整するＥＧＲ量調整手段を燃料噴射量に基づき制御し、内燃機関にクラッチ機構を介して連結された変速機の変速時に、同機関と変速機との間が自動的に断接されるようクラッチ機構を解放・係合させるクラッチ制御手段と、変速機の変速時に、出力要求に関係なく燃料噴射量を一時的に減量し、機関出力トルクを低下させるトルク制御手段と、変速機の変速時に、燃料噴射量に基づきＥＧＲ量調整手段を制御することに代えて、出力要求に基づきＥＧＲ量調整手段を制御するＥＧＲ制御手段とを備えている。

特開２００４−１４４０２７号公報

排気ガス還流装置は、ＥＧＲ配管およびＥＧＲバルブにエンジンオイルやすすの堆積物が多くたまるが、これらの堆積物は高温で接着性のあるガム状物質となる。このガム状物質によりＥＧＲバルブを閉じたとき弁体がＥＧＲ配管壁面に貼り付き、ＥＧＲバルブを駆動するモータではトルクが不足して貼り付きが解除できない状態（固着状態）となって開度制御が出来なくなる場合があった。

またＥＧＲバルブが固定されるシャフトと軸受けの間に充填される潤滑材が高温条件で劣化して同様に接着性のあるガム状物質となり、ＥＧＲバルブの固着を引き起こす場合があった。ＥＧＲバルブが例えば、閉じた状態で固着した場合には燃焼排ガスを還流できないため、窒素酸化物やすすの排出量が著しく増加してしまうという問題があった。

さらに、ＥＧＲバルブが固着しても復帰できるようにするために、ＥＧＲバルブを駆動するモータを駆動トルクの大きい大型にすることが考えられるが、モータが大きくなることで重量が増加したり、コストが上昇したり、消費電力が増大するという問題があった。また、排気ガス還流装置は、吸気管と排気管とをＥＧＲ配管で接続し、ＥＧＲ配管にはＥＧＲバルブが必要であるため構成が複雑となっており、ＥＧＲ装置の組み込みに手間がかかるという問題点もある。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、ＥＧＲバルブにエンジンオイルやすすの堆積物が多くたまって、ＥＧＲバルブが固着しても解除することができる排気ガス還流装置を提供することにある。また、ＥＧＲバルブが固着しても、小型のモータを使用して固着状態を解除できるため、小型化とコスト上昇を防止できる排気ガス還流装置を提供することにある。さらに、小型で設置が容易であり、排気ガス還流装置に最適な内燃機関のバルブモジュールを提供することにある。

本発明者らは、ＥＧＲバルブにエンジンオイルやすすの堆積物が多くたまり、ＥＧＲバルブが固着して機能しなくなっても、ＥＧＲバルブの動作を復帰させることができる排気ガス還流装置につき鋭意研究を重ねた結果、以下の特徴を有する本発明を完成させるに至った。

前記目的を達成すべく、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置は、内燃機関の吸気通路にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路を接続し、ＥＧＲガスの供給量を制御するＥＧＲバルブを備える排気ガス還流装置であって、この装置はＥＧＲバルブの固着を判定する固着判定手段と、固着判定手段により固着が判定されたとき固着状態を解除する解除手段とを備えることを特徴としている。ＥＧＲバルブの固着を判定する固着判定手段は、ＥＧＲバルブの揺動を検出する回転角検出センサと、この回転角検出センサの出力が入力されるマイクロコンピュータ等のコントローラとから構成されることが好ましい。

前記のごとく構成された本発明の内燃機関の排気ガス還流装置は、ＥＧＲバルブの揺動部や支持部等にエンジンオイルやすすの堆積物がたまり、ＥＧＲバルブが固着して揺動できない状態になると、固着判定手段がＥＧＲバルブの固着を判定し、解除手段がＥＧＲバルブの駆動手段と協動して固着を解除する。すなわち、ＥＧＲバルブの駆動手段だけではトルクが不足して固着状態を解除することができないが、解除手段と協動することでＥＧＲバルブを共に駆動して固着状態を解除することができる。ＥＧＲバルブの固着が解除されると、排気ガスを最適に還流する機能が復帰できる。

また、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の好ましい具体的な態様としては、前記吸気通路とＥＧＲ通路との接続部に近接して吸気通路の吸気量を調整するスロットルバルブが設置されると共に、前記ＥＧＲバルブは接続部に近接して設置され、前記解除手段は、吸気通路に設置されたスロットルバルブを駆動するモータであることを特徴としている。モータとしては、スロットルバルブを駆動するステッピングモータが好ましい。この構成によれば、ＥＧＲバルブの固着が判定されると、ＥＧＲバルブを駆動するステッピングモータと、スロットルバルブを駆動するステッピングモータとが協動し、両方のステッピングモータのトルクがＥＧＲバルブの固着部分に作用するため、固着状態を解除してＥＧＲバルブの機能を復帰させることができる。

本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の他の態様としては、内燃機関の吸気通路に吸気量を変更するスロットルバルブが設置され、吸気通路にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路を接続し、該ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの供給量を制御するＥＧＲバルブを備える排気ガス還流装置であって、この装置はスロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させる連動機構を備えることを特徴としている。この連動機構を用いて、例えばＥＧＲバルブが固着すると、スロットルバルブがアシストしてＥＧＲバルブの固着を解除することができる。連動機構としては、リンク機構等が好ましい。

このように構成された排気ガス還流装置によれば、スロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させる連動機構を、例えば定期的に、あるいは始動時等に作動させて、ＥＧＲバルブが固着している場合には、連動機構によりスロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させて固着状態を解除することができるため、ＥＧＲバルブの機能を回復させることができ、排気ガスの窒素酸化物やすすの排出量を減少させることができる。この場合は固着状態を判定する手段が不要となり、コントローラからの信号によりスロットルバルブに連動させてＥＧＲバルブを駆動させる。

スロットルバルブは吸気通路の吸気量を変更する通常の動作範囲と、それより大きい拡大動作範囲とを有しており、前記連動機構は、スロットルバルブの拡大動作範囲の揺動に連動して移動するリンク機構であることが好ましい。この場合はスロットルバルブの通常の機能を損なうことなく、スロットルバルブを拡大して揺動させることにより、ＥＧＲバルブが固着した場合に固着状態を解除することができる。

さらに、本発明に係る内燃機関のバルブモジュールは、内燃機関の吸気通路を構成する吸気パイプと、該吸気パイプ内に配置されるスロットルバルブと、吸気通路に連通するＥＧＲパイプと、該ＥＧＲパイプ内に配置されるＥＧＲバルブと、スロットルバルブを駆動するスロットルバルブ駆動手段と、ＥＧＲバルブを駆動するＥＧＲバルブ駆動手段と、スロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させる連動機構とを備えることを特徴としている。バルブ駆動手段としては、ステッピングモータ等の回転角度を規制できるモータと、このモータの回転をバルブに伝達する連動機構とから構成される。バルブモジュールは、スロットルバルブ駆動手段、ＥＧＲバルブ駆動手段、および連動手段の外周を覆うハウジングをさらに備えることが好ましい。

このように構成されたバルブモジュールは、吸気通路に設置されたスロットルバルブと、ＥＧＲ通路に設置されたＥＧＲバルブをユニット化しており、それぞれのバルブを駆動する駆動手段もユニット内に装着されているため、内燃機関の排気ガス還流装置の構成を簡略化することができ、設置が容易となる。機構部分の外周をハウジングで覆うと防塵等の点でさらに好ましい。このバルブモジュールは、内燃機関の排気ガス還流装置に好適なバルブモジュールとすることができる。

本発明に係る内燃機関のバルブモジュールの好ましい具体的な態様としては、前記連動機構は、前記スロットルバルブに連動するレバーと、前記ＥＧＲバルブに連動するレバーと、前記２つのレバーを連動させるロッドを備えるリンク機構であり、前記ＥＧＲバルブは前記スロットルバルブ駆動手段と前記リンク機構により連動されることを特徴としている。また、前記スロットルバルブは前記ＥＧＲバルブ駆動手段と前記リンク機構により連動されるように構成してもよい。この構成によれば、ＥＧＲバルブに排気ガスのすす等が付着してバルブが固着すると、スロットルバルブに連動するレバーがロッドを押圧してＥＧＲバルブに連動するレバーを揺動させるため、固着状態を容易に解除することができる。また、スロットルバルブが固着した場合は、ＥＧＲバルブを駆動するモータ等の解除手段を作動させ、同様にスロットルバルブの固着を解除することができる。

本発明によれば、ＥＧＲバルブの固着を防止でき、排気ガス還流装置を正常に機能させることができるため、排気ガス中の窒素酸化物やすすの排出量の増加を防止できる。また、ＥＧＲバルブを駆動するモータを小さくすることができ、排気ガス還流装置の軽量化を図ることができ、およびモータ消費電力の低減が可能となる。さらに、排気ガス還流装置を内燃機関に容易に設置することができ、ＥＧＲバルブやスロットルバルブが固着しても解除できる内燃機関のバルブモジュールを提供できる。

以下、本発明に係る内燃機関の排気ガス還流（ＥＧＲ）装置の一実施形態と、この装置に使用される内燃機関のバルブモジュールの一実施形態を図面に基づき詳細に説明する。図１は、本実施形態に係る内燃機関の排気ガス還流装置を示す全体構成図、図２は、図１のＡ部を示す一部を破断した正面図、図３は、図２の一部を破断した平面図である。

図１において、内燃機関１は点火装置２、ピストン３、クランク軸４を備えており、吸気通路５、排気通路６が連結され、吸気通路５に燃料噴射装置７が設置されている。そして、吸気通路５と排気通路６とをＥＧＲ通路８が連結している。吸気通路５には流量検出手段９、スロットルバルブ１０が配置され、ＥＧＲ通路８の吸気通路５との接続部分にはＥＧＲバルブ１１が配置されている。排気通路６には空燃比センサ１２、三元触媒１３が設置されている。内燃機関１のコントローラ１４には、流量検出手段９の出力信号、クランク軸４の回転数を検出する回転数検出手段１５の出力信号、空燃比センサ１２の出力信号が入力されている。燃料噴射装置７はポート噴射タイプのものを設置しているが、筒内直接噴射のタイプでもよい。

スロットルバルブ１０は吸気通路５を通過する吸入空気量を制御するものであり、コントローラ１４により制御されるモータ１６により揺動される。スロットルバルブ１０の揺動位置はレゾルバ等のスロットル開度センサ１７により検出され、その検出信号はコントローラ１４に入力される。ＥＧＲバルブ１１は吸気通路に供給するＥＧＲガス量を制御するものであり、コントローラ１４により制御されるモータ１８により揺動される。ＥＧＲバルブ１１の揺動位置はレゾルバ等のＥＧＲ開度センサ１９により検出され、その検出信号はコントローラ１４に入力される。スロットルバルブ１０およびＥＧＲバルブ１１は共にバタフライバルブで構成され、通路の断面積を仕切ることで流量を変化させるものである。

本実施形態の排気ガス還流装置は、吸気通路５とＥＧＲ通路８との接続部に設置されるバルブモジュールＭを用いて構成されている。すなわち、図１のＡ部をユニット化してバルブモジュールＭとしている。バルブモジュールＭは、図２，３に示すように、ハウジング２０内において、吸気通路５を構成する吸気パイプ２１にＥＧＲガスを供給するようにＥＧＲ通路８を構成するＥＧＲパイプ２２を接続させている。吸気パイプ２１には内燃機関１の燃焼室への吸入空気量を調整するスロットルバルブ１０が設置されている。ＥＧＲパイプ２２は吸気パイプ２１のスロットルバルブ１０の下流に、直角に接続している。そして、ＥＧＲパイプ２２の開口部にＥＧＲバルブ１１が設置されている。ハウジング２０は２つのケース体２０ａ，２０ｂを連結して構成しているが、ケース体の数は２つに限らない。

スロットルバルブ１０及びＥＧＲバルブ１１は、吸気パイプ２１及びＥＧＲパイプ２２を貫通するシャフト１０ａ，１１ａに弁体として円形の板材が固定され、シャフトを例えば８０度程度の範囲で揺動させることにより吸気パイプ２１およびＥＧＲパイプ２２の断面を遮って通過する流量を調整する機能を有している。これらのバルブ１０，１１は８０度程度の通常の動作範囲で回転させることができるとともに、８０度より大きい拡大動作範囲まで回転させることができる。本実施形態では、約８０度の通常動作範囲θ１の外側に、３０度程度の拡大動作範囲θ２でスロットルバルブ１０を揺動させることができるように設定されている。なお、通常動作範囲は９０度としてもよい。

バルブモジュールＭの吸気パイプ２１の両端にはフランジ部が形成され、このフランジ部を介して両端に吸気管２１Ａ，２１Ｂが接続され、吸気通路５を構成している。また、ＥＧＲパイプ２２の開放端部にもフランジ部が形成され、このフランジ部を介してＥＧＲ配管２２Ａが接続される。ＥＧＲ配管は金属管の他に、ゴムホース等を用いてもよい。ゴムホースを用いる場合はフランジ部が必要なく、パイプの端部を突出させておき、この端部にゴムホースを外嵌させてファスナーで固定すると好ましい。ＥＧＲパイプ２２とＥＧＲ配管２２Ａにより、ＥＧＲ通路８が構成される。

スロットルバルブ１０を駆動するモータ１６は、回転角度を制御することができるステッピングモータやサーボモータ等が好ましい。ＥＧＲバルブ１１を駆動するモータ１８も同様に、回転角度を制御することができるステッピングモータやサーボモータ等が好ましい。本実施形態では、ＥＧＲバルブ１１にすすや堆積物が付着して固着したときに、スロットルバルブ１０を駆動するモータ１６にアシストされるように構成されているため、ＥＧＲバルブ１１を駆動するモータ１８は小型のモータを使用することができ、駆動電流も低減することができる。

スロットルバルブ１０を駆動するモータ１６は、吸気パイプ２１に隣接して固定されており、モータの駆動軸に固定された歯車２３が減速歯車２４を介してスロットルバルブのシャフトに固定された歯車２５と噛合っている。したがって、モータ１６に電圧が印加されてロータが回転すると、歯車列を介してシャフトが回転され、スロットルバルブ１０が揺動して吸気量を調整する機構となっている。なお、中間歯車を使用しないで、直接連動するようにしてもよく、モータの回転をさらに減速してスロットルバルブを駆動するように構成してもよい。また、伝達機構は歯車に限らず、ベルト駆動やチェーン駆動、あるいは他の機構を用いてもよい。スロットルバルブ駆動手段はモータ１６と、歯車列２３〜２５により構成される。

スロットルバルブ１０を駆動するモータ１６はコントローラ１４に接続されており、このコントローラからの信号により回転駆動される。スロットルバルブ１０にはスロットル開度センサ１７が固定されており、バルブ１０の揺動角度を検出できる。スロットル開度センサ１７の出力はコントローラ１４に入力される。したがって、コントローラ１４により回転駆動されたモータ１６が回転不能の場合、コントローラ１４はモータ１６の不具合あるいはスロットルバルブ１０の固着を判定することができる。スロットル開度センサ１７は光学センサや磁気センサ等の種々のセンサを用いることもできる。

ＥＧＲバルブ１１を駆動するモータ１８は、吸気パイプ２１に隣接して固定されており、モータの駆動軸に固定された伝達車２６ａと、ＥＧＲバルブ１１のシャフトに固定された伝達車２６ｂとの間に、タイミングベルト２７が巻回されている。したがって、モータ１８に電圧が印加されてロータが回転すると、タイミングベルト２７を介してシャフトが回転され、ＥＧＲバルブ１１が揺動してＥＧＲガス量を調整する機構となっている。モータ１８とＥＧＲバルブ１１の連動機構もタイミングベルト機構に限られず、歯車機構や、種々の機構を用いることができる。ＥＧＲバルブ駆動手段はモータ１８と、伝達車２６、タイミングベルト２７から構成される。

ＥＧＲバルブ１１を駆動するモータ１８もコントローラ１４に接続されており、このコントローラにより回転駆動される。ＥＧＲバルブ１１にはＥＧＲ開度センサ１９が固定されており、バルブ１１の揺動角度を検出できる。ＥＧＲ開度センサ１９の出力はコントローラ１４に入力される。したがって、コントローラ１４により回転駆動されたモータ１８が回転不能の場合、コントローラはＥＧＲ開度センサ１９の出力より、モータ１８の不具合あるいはＥＧＲバルブ１１の固着を判定することができる。このようにコントローラ１４はスロットルバルブ１０およびＥＧＲバルブ１１の２つの開度センサ１７，１９と共に固着判定手段を構成する。

つぎに、スロットルバルブ１０とＥＧＲバルブ１１との連動機構３０について述べる。スロットルバルブ１０を支持するシャフト１０ａにはレバー３１が固着されており、ＥＧＲバルブ１１を支持するシャフト１１ａにもレバー３２が固着されている。これらのレバー３１，３２は、バルブ１０，１１の揺動に連動して揺動する構成となっている。そして、両レバーの先端部に近接してプッシュロッド３３が軸方向に移動できるようにパイプ状のスリーブ３４内に配置されている。スリーブ３４は図示していないが、吸気パイプ２１あるいはハウジング２０等に固定されており、プッシュロッド３３を軸方向引移動可能に支持している。モータ１６，１８、これらのモータで駆動されるレバー３１，３２、これらのレバー間に配置されたプッシュロッド３３からなる連動機構３０により、バルブが固着したときに解除する解除手段を構成する。

プッシュロッド３３はスロットルバルブ１０の通常動作範囲θ１ではレバー３１とは離れており、バルブの最大開口位置すなわち弁体が吸気パイプの軸方向と一致したとき接触するように設定され、それより外側の拡大動作範囲θ２までレバー３１が揺動するとプッシュロッド３３を押して移動させる構成となっている。ＥＧＲバルブ１１は、ＥＧＲパイプを閉じた状態で固着しやすいため、閉じた状態のレバー位置でプッシュロッド３３が接触するように構成されている。プッシュロッド３３は内燃機関１の振動等で不用意に移動しないように、また共振しないように、例えば一端部がＥＧＲバルブのレバーにボールジョイント等を介して連係していることが好ましい。また、スリーブ３４に振動吸収機能を持たせてもよい。モータ１６，１８、２つの開度センサ１７，１９および連動機構３０はモジュールＭのハウジング２０内に設置されており、ユニット化されているため、排気ガス還流装置の装着が容易に行える。ハウジング２０はスロットルバルブ駆動手段、ＥＧＲバルブ駆動手段、および連動手段である連動機構３０の外周を覆うため、機構部分を防塵できて好ましい。

前記の如く構成された本実施形態の内燃機関の排気ガス還流装置の動作について以下に説明する。内燃機関１の運転中にコントローラ１４からの信号によりモータ１６が回転すると、歯車２３〜２５からなる歯車機構を介してスロットルバルブ１０が揺動し、吸気通路５を通過する流量を制御することができる。そして、排気通路６から排気ガスの一部がＥＧＲ通路８を通して還流され、ＥＧＲバルブ１１により還流量が制御される。この構成により新気にＥＧＲガスが合流される。スロットルバルブ１０の揺動量はスロットル開度センサ１７により検出され、コントローラ１４に入力される。ＥＧＲバルブ１１の揺動量もＥＧＲ開度センサ１９により検出され、コントローラ１４に入力される。

内燃機関１の運転状態に基づいて、コントローラ１４によりスロットルバルブ開度やＥＧＲバルブ開度は制御される。排気ガス還流装置のＥＧＲバルブ１１の固着判定は、コントローラ１４から駆動信号をモータ１８に供給し、モータの回転をＥＧＲ開度センサ１９で検出して行う。すなわち、コントローラ１４からモータ１８の駆動信号が与えられているときに、ＥＧＲ開度センサ１９の検出開度が変化しない場合にＥＧＲバルブ１１が固着していると判定できる。

ＥＧＲバルブ１１が固着していると判定されると、コントローラ１４はスロットルバルブ１０を駆動するモータ１６に駆動信号を供給し、スロットルバルブを通常動作範囲θ１から外側の拡大動作範囲θ２まで駆動する。通常動作範囲ではシャフトに固定されたレバー３１はプッシュロッド３３から離れており押圧しないが、拡大動作範囲θ２まで揺動するとプッシュロッド３３を押圧する。プッシュロッド３３は押圧されると軸方向に移動して反対側のレバー３２を押してＥＧＲバルブ１１を揺動させる。

このとき、コントローラ１４は同時にＥＧＲバルブを駆動するモータ１８にも駆動信号を供給する。ＥＧＲバルブ１１は排気ガス中のすす等により固着しているが、モータ１８の回転トルクがタイミングベルト２７を介してＥＧＲバルブ１１に作用すると共に、スロットルバルブ１０を駆動するモータ１６の回転トルクがプッシュロッド３３を介して作用して合算されるため、ＥＧＲバルブ１１には大きなトルクが作用して揺動され、固着状態が解除される。これによりＥＧＲバルブ１１は正常に機能することができ、排気ガス中のすすや窒素酸化物の排出量を減らすことができる。このように、本実施形態の排気ガス還流装置を構成するバルブモジュールＭは、ＥＧＲバルブが固着した場合に、解除手段を構成するモータ１６と連動機構３０により容易に固着状態を解除することができ、排気ガス還流装置の機能を復帰させることができる。

また、本実施形態の排気ガス還流装置はバルブモジュールＭとして構成されているため、内燃機関１の吸気通路５とＥＧＲ通路６との接続部分に設置して、配管を接続するだけで構成することができ、容易に設置することができる。すなわち、スロットルバルブ１０とＥＧＲバルブ１１とが接近して配置されている排気ガス還流装置に最適なバルブモジュールとすることができる。

本発明の第２の実施形態を図４に基づき詳細に説明する。図４は本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施形態の要部断面図である。なお、この実施形態は前記した第１の実施形態に対し、ＥＧＲガスを合流させる接続部に設置されたＥＧＲバルブがポペットタイプのバルブであることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図４において、ＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ４０はポペットタイプのバルブであり、円盤状の弁体４１を吸気通路５に接続するＥＧＲ通路６の開口に、ＥＧＲ通路の軸方向に進退させて開口を閉じる形式のバルブである。ＥＧＲバルブ４０を進退させるシャフト４０ａは吸気通路５と直交して進退可能に支持され、シャフト４０ａにはラック状のギア４２が取り付けられている。このギア４２には、ＥＧＲバルブ４０を駆動するモータ１８のロータに固定された歯車４３が中間歯車４４を介して噛合っており、モータ１８の回転でＥＧＲバルブ４０が上下動される構成となっている。シャフト４０ａには突起部４０ｂが設けられる。

吸気パイプ２１に近接してレバー４５が揺動可能に支持されており、レバー４５にはシャフトの突起部４０ｂと係合する位置に突起部４５ａが形成されている。そして、レバー４５に、スロットルバルブ１０のレバー３１で押圧されるプッシュロッド３３が接触しており、プッシュロッド３３の移動でレバー４５が揺動してシャフト４０ａが上下動可能するように構成されている。その他の構成は図２，３と同様である。

ＥＧＲバルブ４０がバルブシート部に固着したときは、図２，３の構成と同様に一時的にスロットルバルブ１０を拡大動作範囲θ２まで揺動させ、レバー３１を介してプッシュロッド３３を押し出す。これによりレバー４５に時計回り方向の駆動力が伝達され突起部４５ａが図の上方に押し上げられ、突起部４０ｂと係合することでシャフト４０ａを図の上方に駆動する推力が作用し、ＥＧＲバルブ４０の固着を解除することができる。この場合も、ＥＧＲバルブ４０にはモータ１８のトルクが作用すると共に、スロットルバルブ１０を駆動するモータ１６のトルクが作用するため、固着状態を容易に解除してＥＧＲバルブ４０の機能を復帰させることができる。

図２，３の構成と同様にスロットルバルブ１０が通常動作範囲θ１のときは、レバー３１とプッシュロッド３３は接しないため、レバー３１からプッシュロッド３３にトルクは伝達されず、またプッシュロッド３３からレバー４５にトルクが伝達されることも無いため、スロットルバルブ１０とＥＧＲバルブ４０の動作が干渉することは無い。この実施形態の排気ガス還流装置もバルブモジュールＭ１として構成されるため、容易に内燃機関１に設置することができる。

本発明の第３の実施形態を図５に基づき詳細に説明する。図５は本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第３の実施形態の要部の断面図である。なお、この実施形態は前記した第１の実施形態に対し、ＥＧＲバルブが固着したときにはスロットルバルブがアシストして固着を解除すると共に、スロットルバルブが固着したときにはＥＧＲバルブがアシストしてスロットルバルブの固着を解除することを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図５に示す排気ガス還流装置は、ＥＧＲバルブ１１の固着解除の他に、スロットルバルブ１０の固着解除機能を追加したものである。スロットルバルブ１０のシャフトにレバー３１に加えてレバー５１が取り付けられる。またＥＧＲバルブ１１のシャフトにレバー３２に加えてレバー５２が取り付けられる。レバー３１とレバー３２の間にプッシュロッド３３が設けられる他に、レバー５１とレバー５２の間にはプッシュロッド５３およびこのプッシュロッドを支持するためのスリーブ５４が設けられる。その他の構成は図２，３と同様である。

ＥＧＲバルブ１１が固着したときは、各レバー３１，３２は破線で示す位置（３１ａ，３２ａ）となり、図２，３の構成と同様にモータ１６によりスロットルバルブ１０を全開位置（レバー３１ａの位置）からさらに図の時計回りに回転させると、レバー３１からプッシュロッド３３、レバー３２にトルクが伝達してＥＧＲバルブ１１の固着を解除する。この動作は前記の第１の実施形態と同じである。

また、スロットルバルブ１０が全閉位置で固着したときは、レバー５１，５２は実線の位置であり、モータ１８によりＥＧＲバルブ１１を全開位置（レバー５２は実線の位置）からさらに図の時計回りにレバー５２が点線の位置（５２ａ）となるまで回転させると、レバー５２からプッシュロッド５３、レバー５１にトルクが伝達して点線の位置（５１ａ）となり、スロットルバルブ１０の固着を解除することができる。スロットルバルブ１０、ＥＧＲバルブ１１が通常動作範囲のときは、レバーとプッシュロッドが接しないので互いの動作が干渉することは無い。このように、この実施形態では、ＥＧＲバルブの固着の他に、スロットルバルブの固着を解除することができる。この実施形態の排気ガス還流装置もバルブモジュールＭ２として構成されるため、容易に内燃機関１に設置することができる。

本発明の第４の実施形態を図６に基づき詳細に説明する。図６は本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第４の実施形態の要部の断面図である。なお、この実施形態は前記した実施形態がプッシュロッドを用いた連動機構で構成されるのに対し、連動機構はワイヤを用いて従動側のレバーを引っ張ることを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図６において、スロットルバルブ１０とＥＧＲバルブ１１とを連動させる機構は、スロットルバルブのシャフトに固定されたレバー６１と、ＥＧＲバルブのシャフトに固定されたレバー６２と、２つのレバー６１，６２を連結するワイヤ６３とから構成される。すなわち、図２，３の構成に対し、連動機構のプッシュロッドの代わりにワイヤタイプとしたものである。ワイヤ６３を移動可能に支持するためのスリーブ６４が吸気パイプ等に支持されている。その他の構成は図２，３と同様である。

ＥＧＲバルブ１１が全閉位置で固着すると、モータ１６によりスロットルバルブ１０を図の時計回り方向に拡大動作範囲θ２まで回転させる。このときスロットルバルブ１０のシャフトに固定されたレバー６１が図の左方向に動き、レバー６１に引っ掛かるように取り付けられたワイヤ６３が図の左側に引っ張られ、レバー６２を介してＥＧＲバルブ１１の開き方向のトルクが伝達することでＥＧＲバルブ１１の固着が解除される。この場合も、２つのモータ１６，１８を駆動し、ＥＧＲバルブ用のモータ１８のトルクを、スロットルバルブ用のモータ１６のトルクでアシストすることで容易にＥＧＲバルブ１１の固着を解除することができる。この実施形態の排気ガス還流装置もバルブモジュールＭ３として構成されるため、容易に内燃機関１に設置することができる。

本発明の第５の実施形態を図７に基づき詳細に説明する。図７は本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第５の実施形態の要部の断面図である。なお、この実施形態は前記した実施形態に対し、スロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させる連動機構のプッシュロッドの振動を防止する機構を付加したことを特徴とする。そして、他の実質的に同等の構成については同じ符号を付して詳細な説明は省略する。

図７において、連動機構を構成するプッシュロッド３３は、図２，３のスリーブの代わりに、支持部材として２つの板ばね７１，７１により挟まれて支持されている。板ばね７１は中央の支持部７２がハウジング２０等に固定されており、両端部が屈曲されてプッシュロッドに弾接しており、連動機構の耐振性を向上させたものである。その他の構成は図２，３と同様である。

図７の実施形態の構成によれば、プッシュロッド３３の支持部材を板ばね７１，７１として、プッシュロッド３３が板ばねにより締付け保持することによりプッシュロッド３３の移動が円滑であり、内燃機関１の振動でプッシュロッド３３が共振するのを防止したものである。板ばね７１によりプッシュロッド３３の振動が抑制され、異音の発生やプッシュロッドの異常摩耗を防止できる。この実施形態の排気ガス還流装置もバルブモジュールＭ４として構成されるため、容易に内燃機関１に設置することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、本発明の内燃機関のバルブモジュールは、ハウジングを備えていなくてもよく、吸気パイプと、これに接続するＥＧＲパイプの周囲に、２つのモータ、２つの回転角度検出センサ、解除手段、スロットルバルブとＥＧＲバルブを連動させる手段等を固定してユニット化して構成したものでもよい。

また、ハウジングは金属製のハウジングの他に、樹脂製のハウジングとしてもよい。さらに、スロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させ、一方のバルブの固着状態を解除する連動機構としては、ワイヤを用いたプッシュ・プル機構や、その他、適宜の機構を用いることができる。吸気パイプとＥＧＲパイプは直角に接続する例を示したが、直角でない所定の角度で接続してＥＧＲガスを合流させるようにしてもよい。

本発明の活用例として、前記した実施形態の排気ガス還流装置および内燃機関のバルブモジュールをディーゼルエンジンや、天然ガス等を燃料とするガスエンジンに取り付けることによって、これらのエンジンの排気ガス還流装置の用途にも適用できる。

本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置を示す全体構成図。図１の要部（Ａ部）を示す一部を破断した正面図。図２の一部を破断した平面図。本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第２の実施形態を示す要部断面図。本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第３の実施形態を示す要部断面図。本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第４の実施形態を示す要部断面図。本発明に係る内燃機関の排気ガス還流装置の第５の実施形態を示す要部断面図。

符号の説明

１：内燃機関、５：吸気通路、６：排気通路、８：ＥＧＲ通路、１０：スロットルバルブ、１１：ＥＧＲバルブ、１４：コントローラ（固着判定手段）、１６，１８：モータ（解除手段）、１７：スロットル開度センサ（固着判定手段）、１９：ＥＧＲ開度センサ（固着判定手段）２０：ハウジング、２１：吸気パイプ、２２：ＥＧＲパイプ、２３，２５：歯車、２４：減速歯車、２６ａ，２６ｂ：伝達車、２７：タイミングベルト、３０：連動機構（解除手段）、３１，３２：レバー（リンク機構）、３３：プッシュロッド（リンク機構）、４０：ＥＧＲバルブ、４５：レバー、５１，５２：レバー、５３：プッシュロッド、６１，６２：レバー、６３：ワイヤ、Ｍ，Ｍ１〜Ｍ４：バルブモジュール、θ１：通常動作範囲、θ２：拡大動作範囲

Claims

内燃機関の吸気通路にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路を接続し、ＥＧＲガスの供給量を制御するＥＧＲバルブを備える排気ガス還流装置であって、
該装置は、前記ＥＧＲバルブの固着を判定する固着判定手段と、
該固着判定手段により固着が判定されたとき固着状態を解除する解除手段とを備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
前記吸気通路とＥＧＲ通路との接続部に近接して吸気通路の吸気量を調整するスロットルバルブが設置されると共に、前記ＥＧＲバルブは前記接続部に近接して設置され、
前記解除手段は、前記スロットルバルブを駆動するモータであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
内燃機関の吸気通路に吸気量を変更するスロットルバルブが設置され、前記吸気通路にＥＧＲガスを供給するＥＧＲ通路を接続し、該ＥＧＲ通路にＥＧＲガスの供給量を制御するＥＧＲバルブを備える排気ガス還流装置であって、
該装置は、前記スロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させる連動機構を備えることを特徴とする内燃機関の排気ガス還流装置。
前記スロットルバルブは、前記吸気通路の吸気量を変更する通常の動作範囲と、それより大きい拡大動作範囲とを有しており、
前記連動機構は、前記スロットルバルブの拡大動作範囲の動作に連動して移動するリンク機構であることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関の排気ガス還流装置。
内燃機関の吸気通路を構成する吸気パイプと、該吸気パイプ内に配置されるスロットルバルブと、前記吸気パイプに連通するＥＧＲパイプと、該ＥＧＲパイプ内に配置されるＥＧＲバルブと、前記スロットルバルブを駆動するスロットルバルブ駆動手段と、前記ＥＧＲバルブを駆動するＥＧＲバルブ駆動手段と、前記スロットルバルブとＥＧＲバルブとを連動させる連動機構とを備えることを特徴とする内燃機関のバルブモジュール。
前記スロットルバルブ駆動手段、ＥＧＲバルブ駆動手段、および連動手段の外周を覆うハウジングをさらに備えることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関のバルブモジュール。
前記連動機構は、前記スロットルバルブに連動するレバーと、前記ＥＧＲバルブに連動するレバーと、前記２つのレバーを連動させるロッドを備えるリンク機構であり、
前記ＥＧＲバルブは前記スロットルバルブ駆動手段と前記リンク機構により連動されることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関のバルブモジュール。
前記連動機構は、前記スロットルバルブに連動するレバーと、前記ＥＧＲバルブに連動するレバーと、前記２つのレバーを連動させるロッドを備えるリンク機構であり、
前記スロットルバルブは前記ＥＧＲバルブ駆動手段と前記リンク機構により連動されることを特徴とする請求項５または６に記載の内燃機関のバルブモジュール。