JP2010031707A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 歩留まり性を向上させるとともに製造コストを低減することができる排気ガス再循環装置を提供すること。
【解決手段】 排気ガス混合比調整機構５は、回転軸５２と一体的に回動可能とされたフラップ型バルブ５３を備えている。そして、調整機構５は、クーラ１およびバイパス配管２にロウ接された集合管４に組み付けられる。このとき、バルブ５３の組み付けられた回転軸５２は、集合管４の内部にて支持されず、ベースプレート５１に組み付けられた軸受によってのみ回転可能に支持される。これにより、集合管４の許容変形量が大きくでき、ロウ接に伴う歩留まり性を向上させることができる。また、集合管４自体の変形を防止するための特殊な治具を用いる必要もなく、ロウ接後の検査工程を簡略化することもできる。したがって、排気ガス再循環装置の製造コストを大幅に低減することができる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、車両の内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気側に再循環させるための排気ガス還流管の途中に、内部を通過する排気ガスを冷却する排気熱交換器と、内部を通過する排気ガスを前記熱交換器より迂回させるバイパス配管と、前記排気熱交換器と前記バイパス配管とに一体的に接合されて前記排気熱交換器を通過した排気ガスと前記バイパス配管を通過した排気ガスとが混合した排気ガスを前記吸気側に導入する集合管と、前記集合管に組み付けられて前記排気熱交換器から前記吸気側に導入される排気ガスと前記バイパス配管から前記吸気側に導入される排気ガスとの混合比を調整する排気ガス混合比調整機構とを備えた排気ガス再循環装置に関する。

従来から、例えば、下記特許文献１に示した排気熱交換装置は知られている。また、従来から、例えば、下記特許文献２に示した排気ガス再循環装置も知られている。これら従来の排気熱交換装置および排気ガス再循環装置は、燃焼に伴って発生する排気ガスと冷却水との間で熱交換する排気熱交換器とこの排気熱交換器より排気ガスをバイパスさせるバイパス配管とを主要構成部品としている。そして、排気熱交換器によって冷却した排気ガスとバイパス配管を通過した高温の排気ガスとを混合して再び内燃機関（エンジン）に戻すようになっている。また、従来の装置においては、冷却した排気ガスと高温の排気ガスとを適切に混合して内燃機関に戻すために、排気熱交換器を通過した排気ガスの流れとバイパス配管を通過した排気ガスの流れを制御する制御弁が組み付けられるようになっている。
特開２００３−２７８６０９号公報 特開２００５−９８２７８号公報

ところで、近年の車両開発においては、例えば、小型化や組み付け作業の効率化などの観点から、車両に搭載される機器のモジュール化が盛んに行われている。このため、上記従来の装置においても、排気熱交換器、バイパス配管および制御弁を一体化するようになっている。具体的には、排気熱交換器、バイパス配管および制御弁のバルブハウジング（集合管）は、ロウ材の塗布後に高温雰囲気に曝されて、所謂、ロウ接によって一体的に接合される。そして、このような高温雰囲気中における熱影響を防止するために、制御弁は、排気熱交換器、バイパス配管およびバルブハウジング（集合管）がロウ接された後に、バルブハウジング（集合管）に一体的に組み付けられるようになっている。

ところが、バルブハウジング（集合管）には、ロウ材の融点（例えば、１１００℃程度）以上に加熱された後に冷却されることにより、膨張および収縮が生じる場合がある。このような膨張および収縮は、製品の寸法精度に影響を及ぼし、例えば、バルブハウジング（集合管）に組み付けられる制御弁の良好な作動が損なわれる可能性がある。

具体的に説明すると、上記従来の装置のように、制御弁の弁部を支持するシャフトがバルブハウジング（集合管）の内壁面によって回転可能に支持される場合、言い換えれば、制御弁本体とロウ接されたバルブハウジング（集合管）の内壁面に形成された軸受とによってシャフトが両持ち支持される場合には、制御弁を良好に作動させるためにバルブハウジング（集合管）側の軸受の形成位置を精度良く確保する必要がある。しかし、ロウ接に伴う熱影響を受けた場合には、軸受の形成位置がバルブハウジング（集合管）自体の膨張および収縮によって変位する可能性が高く、その結果、組み付けられるシャフトの滑らかな回動が阻害されて制御弁の良好な作動が損なわれる場合がある。

このため、ロウ接に伴う寸法変化を厳密に管理する必要があり、排気熱交換器、バイパス配管およびバルブハウジング（集合管）をロウ接する際の歩留まり性が悪化することが懸念される。一方で、歩留まり性を向上させるためには、ロウ接工程において集合管自体の変形を防止できる特殊な治具を用いる必要がある。したがって、いずれの場合であっても製造コストが増大するという問題がある。

本発明は、上記した課題を解決するためになされたものであり、その目的は、歩留まり性を向上させるとともに製造コストを低減することができる排気ガス再循環装置を提供することにある。

本発明の特徴は、車両の内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気側に再循環させるための排気ガス還流管の途中に、内部を通過する排気ガスを冷却する排気熱交換器と、内部を通過する排気ガスを前記熱交換器より迂回させるバイパス配管と、前記排気熱交換器と前記バイパス配管とに一体的に接合されて前記排気熱交換器を通過した排気ガスと前記バイパス配管を通過した排気ガスとを混合した排気ガスを前記吸気側に導出する集合管と、前記集合管に組み付けられて前記排気熱交換器から流入する排気ガスと前記バイパス配管から流入する排気ガスとの混合比を調整する排気ガス混合比調整機構とを備えた排気ガス再循環装置において、前記排気ガス混合比調整機構は、前記集合管内にて中心軸線を中心に回転する回転軸に対して一体的に回転動作して前記排気熱交換器およびバイパス配管からの排気ガスの流入を規制するフラップ型バルブを有しており、前記フラップ型バルブの組み付けられた回転軸が前記集合管内にて片持ち状態で回転可能に支持されることにある。

この場合、前記集合管は、前記排気熱交換器を通過した排気ガスを導入する第１入口側流路、前記バイパス配管を通過した排気ガスを導入する第２入口側流路および前記吸気側に混合した排気ガスを導出する出口側流路を有しており、前記フラップ型バルブは、前記回転軸の回転に伴って、前記第１入口側流路から導入された排気ガスを前記出口側流路に流通させる第１流通位置と、前記第２入口側流路から導入された排気ガスを前記出口側流路に流通させる第２流通位置と、前記第１入口側流路および前記第２入口側流路から導入されたそれぞれの排気ガスの混合比を調整して前記出口側流路に流通させる第３流通位置を有するとよい。

さらに、これらの場合、前記フラップ型バルブは、前記集合管が前記排気熱交換器および前記バイパス配管に対してロウ接により一体的に接合された後に、前記集合管に組み付けられるとよい。

これらによれば、排気熱交換器およびバイパス配管に接合された集合管に組み付けられる排気ガス混合比調整機構は、フラップ型バルブの組み付けられた回転軸を片持ち状態で回転可能に支持することができる。そして、排気ガス混合比調整機構は、必要に応じて、第１流通位置、第２流通位置および第３流通位置のいずれかの流通位置に切り替えて、冷却された排気ガスと高温の排気ガスとを適切に混合することができる。これにより、集合管に組み付けられる排気ガス混合比調整機構の作動を良好に維持することができる。

また、回転軸を片持ち状態で回転可能に支持することができるため、集合管内に回転軸を受ける軸受を形成する必要がない。これにより、排気ガス混合比調整機構を集合管に組み付ける際には、回転軸を軸受に挿入して組み付ける必要がなく、良好な組み付け性を確保することができる。

また、排気ガス混合比調整機構の回転軸を片持ち状態で支持するため、集合管のロウ接に伴う許容変形量を大きく設定することができる。これにより、排気熱交換器、バイパス配管および集合管をロウ接する際の歩留まり性を向上させることができ、集合管自体の変形を防止するための特殊な治具を用いる必要もない。また、ロウ接後の厳密な寸法管理を省略することもできる。したがって、排気ガス再循環装置の製造コストを大幅に低減することができる。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。図１は、本発明の排気ガス再循環装置に係り、この装置の主要構成部品であるＥＧＲ(Exhaust Gas Recirculation)モジュールＭを概略的に示している。

ここで、排気ガス再循環装置について簡単に説明しておく。排気ガス再循環装置は、図示省略のエンジン（例えば、ディーゼルエンジンなど）に用いられるものである。そして、排気ガス再循環装置は、エンジンの排気管内に形成される排気通路に接続されて、排気ガスの一部（以下、ＥＧＲガスという）を吸気管内に形成される吸気通路に再循環させるための排気ガス還流管（図示省略）と、この排気ガス還流管内に形成される排気ガス還流路を通過するＥＧＲガスの還流量（ＥＧＲ量）を連続的または段階的に調整するＥＧＲ制御弁（図示省略）とを備えている。

また、排気ガス還流管の途中、すなわち、排気管より分岐する排気側排気ガス還流管と吸気管に合流する吸気側排気ガス還流管との間には、ＥＧＲモジュールＭが直列的に直接結合されている。なお、排気側排気ガス還流管は、一般的に排気管のエキゾーストマニホールドに接続されている。また、吸気側排気ガス還流管は、一般的に吸気管のインテークマニホールドまたはサージタンクに接続されている。

また、エンジンには、ＥＧＲモジュールＭに対して、エンジン冷却水を循環供給するための冷却水循環路（図示省略）も設けられている。なお、エンジン冷却水は、図示省略のラジエータによって冷却されるようになっており、通常、７５〜８０℃程度に維持されるようになっている。

次に、ＥＧＲモジュールＭの構成について説明する。ＥＧＲモジュールＭは、内部を通過する排気ガスを冷却する排気熱交換器としてのＥＧＲガスクーラ１と、内部を通過する排気ガスをＥＧＲガスクーラ１より迂回させるバイパス配管２とを備えている。そして、ＥＧＲガスクーラ１およびバイパス配管２の上流側は、分岐管３を介して、排気側排気ガス還流管に接続されている。なお、ＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２および分岐管３の構造に関しては本発明に直接関係しないため、以下の説明においてはその詳細な説明は省略する。

ＥＧＲガスクーラ１は、排気側排気ガス還流管から分岐管３を介して導入される高温の排気ガス（ＥＧＲガス）とエンジンから供給される低温のエンジン冷却水との間で熱交換させることにより、排気ガス（ＥＧＲガス）を所望の排気温度以下に冷却する水冷式の排気熱交換器である。バイパス配管２は、ＥＧＲガスクーラ１と並列に配置されており、排気側排気ガス還流管から分岐管３を介して導入される排気ガス（ＥＧＲガス）をバイパスさせるものである。分岐管３は、その内部にて、排気側排気ガス還流管からの排気ガス（ＥＧＲガス）をＥＧＲガスクーラ１側とバイパス配管２とに分岐する分岐路が形成されている。なお、これらＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管および分岐管３は、例えば、高温強度や耐食性に優れたステンレス鋼から形成されている。

また、ＥＧＲモジュールＭは、これらＥＧＲガスクーラ１およびバイパス配管２の下流側と吸気側排気ガス還流管とを接続する集合管４を備えている。集合管４は、図２に示すように、ＥＧＲガスクーラ１の下流側に接続されて冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）を導入するための第１入口側流路４１と、バイパス配管２の下流側に接続されてバイパスされた排気ガス（ＥＧＲガス）を導入するための第２入口側流路４２とを有している。また、集合管４は、第１入口側流路４１および第２入口側流路４２を介して導入された排気ガス（ＥＧＲガス）を、必要に応じて混合して吸気側排気ガス還流管に導出するための出口側流路４３も有している。さらに、集合管４には、後述する排気ガス混合比調整機構５の一部を収容するための開口部４４が形成されている。なお、この集合管４も、例えば、高温強度や耐食性に優れたステンレス鋼から形成されている。

ここで、ＥＧＲモジュールＭを形成するＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２、分岐管３および集合管４は、ロウ接によって一体的に接合される。以下、簡単に説明しておくと、まず、ＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２、分岐管３および集合管４の所定位置にロウ材を塗布し、ＥＧＲガスクーラ１およびバイパス配管２を分岐管３および集合管４に対して挿入して仮組み付けする。

なお、ＥＧＲガスクーラ１は、その内部に複数の伝熱部材を収容するとともにエンジン冷却水を流入または流出させるための流入管や流出管を備えており、これら各部材もロウ接によって一体的に接合されるものである。このため、ＥＧＲガスクーラ１を形成する各部材についてもロウ材塗布後に仮組み付けしておき、後述するロウ付け工程により、一度にロウ接が完了するようにするとよい。これにより、複数回のロウ付け工程を経ることに比して、ＥＧＲガスクーラ１に対する無用な熱の影響を排除することができる。

次に、仮組み付けされたＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２、分岐管３および集合管４は、ロウ付け工程により、所定の温度（例えば、１１００℃程度）に設定された還元雰囲気の炉中にて、所定の時間だけ放置される。これにより、上述したように、ＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２、分岐管３および集合管４に塗布されたロウ材が溶融する。そして、高温雰囲気中に放置されたＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２、分岐管３および集合管４を冷却することによってロウ材が固化してロウ接が完了する。これにより、ＥＧＲガスクーラ１、バイパス配管２、分岐管３および集合管４は、気密的に一体化されて接合される。

また、ＥＧＲモジュールＭは、排気ガス混合比調整機構５を備えている。排気ガス混合比調整機構５は、集合管４に気密的に組み付けられて、ＥＧＲガスクーラ１から集合管４の第１入口側流路４１を介して流入する冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）と、バイパス配管２から集合管４の第２入口側流路４２を介して流入する高温の排気ガス（ＥＧＲガス）との混合比を調整し、混合した排気ガス（ＥＧＲガス）を出口側流路４３に流通させるものである。

このため、排気ガス混合比調整機構５は、図１〜図３に示すように、ベースプレート５１と、回転軸５２と、フラップ型バルブ５３と、アクチュエータ５４とを備えている。ベースプレート５１は、図１および図３に示すように、その略中央部分に中空凸部が形成されていて、集合管４に形成された開口部４４を覆う大きさに形成されている。回転軸５２は、図３に詳細に示すように、ベースプレート５１の中空凸部内に収容された軸受によってのみ、すなわち、片持ち状態で回転可能に支持されている。フラップ型バルブ５３は、図２および図３に示すように、集合管４の内部に収容されて、回転軸５２の先端側にて一体的に回動動作可能に組み付けられている。アクチュエータ５４は、図１に示すように、ベースプレート５１に組み付けられていて、エンジンの負圧を利用する負圧作動式のアクチュエータである。このため、アクチュエータ５４は、薄膜状のダイヤフラム（図示省略）を有しており、負圧と大気圧との圧力差の大きさに応じたダイヤフラムの変位がリンク機構５５によって回転変位に変換されて回転軸５２を回転駆動させるようになっている。

なお、本実施形態においては、アクチュエータ５４として、負圧作動式を採用して実施する。しかしながら、例えば、電気的に作動するモータやソレノイドなどをアクチュエータ５４として採用して実施可能であることはいうまでもない。

そして、排気ガス混合比調整機構５は、ＥＧＲガスクーラ１およびバイパス配管２に対してロウ接によって一体的に接合された集合管４に組み付けられる。すなわち、排気ガス混合比調整機構５は、図３に示しようにフラップ型バルブ５３を集合管４内に収容した状態で、図１に示したように締結ボルトによって締め付けられて組み付けられる。なお、図示を省略するが、排気ガス混合比調整機構５を集合管４に対して気密的に組み付けるために、集合管４の開口部４４の端面とベースプレート５１との間にガスケットが設けられる。

このように、集合管４に組み付けられた排気ガス混合比調整機構５においては、エンジンの負荷状態に応じて変化する負圧の大きさに応じてアクチュエータ５４が作動すると、リンク機構５５によって回転軸５２が回転する。その結果、フラップ型バルブ５３が回転軸５２の回転に対して一体的に回動して、ＥＧＲガスクーラ１からの冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）とバイパス配管２からの高温の排気ガス（ＥＧＲガス）との混合比を調整する。

具体的に説明すると、排気ガス混合比調整機構５のフラップ型バルブ５３は、回転軸５２の回転に伴って、第１流通位置、第２流通位置および第３流通位置に切り替わることができる。すなわち、フラップ型バルブ５３の第１流通位置は、ＥＧＲガスクーラ１によって冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）を第１入口側流路４１を介して集合管４内に流入させる一方で、バイパス配管２からの高温の排気ガス（ＥＧＲガス）が第２入口側流路４２を介して集合管４内に流入することを禁止する流通位置である。また、フラップ型バルブ５３の第２流通位置は、バイパス配管２からの高温の排気ガス（ＥＧＲガス）を第２入口側流路４２を介して集合管内に流入させる一方で、ＥＧＲガスクーラ１によって冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）が第１入口側流路４１を介して集合管４内に流入することを禁止する流通位置である。

さらに、フラップ型バルブ５３の第３流通位置は、ＥＧＲガスクーラ１によって冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）を第１入口側流路４１を介して集合管４内に流入させるとともに、バイパス配管２からの高温の排気ガス（ＥＧＲガス）を第２入口側流路４２を介して集合管内に流入させて、冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）と高温の排気ガス（ＥＧＲガス）とを混合する流通位置である。このため、フラップ型バルブ５３の第３流通位置においては、回転軸５２の回転量に応じて、ＥＧＲガスクーラ１によって冷却された排気ガス（ＥＧＲガス）の量とバイパス配管２からの高温の排気ガス（ＥＧＲガス）の量との比、言い換えれば、混合比を適宜変更することができる。

ところで、排気ガス混合比調整機構５の回転軸５２は、図２および図３に示したように、集合管４の内部にて支持されておらず、ベースプレート５１に組み付けられた軸受によってのみ、言い換えれば、片持ち状態で回転可能に支持される。すなわち、排気ガス混合比調整機構５を集合管４に組み付けて作動させるにあたっては、集合管４内に回転軸５２を支持する軸受が必要ない。これにより、例えば、集合管４がロウ付け工程を経ることによって仮に変形した場合であっても、排気ガス混合比調整機構５の作動を阻害することがない。また、排気ガス混合比調整機構５を集合管４に組み付ける際には、回転軸５２を軸受に挿入して組み付ける必要がなく、良好な組み付け性を確保することができる。

また、回転軸５２を片持ち状態で支持することができるため、ロウ付け工程を経ることによる集合管４の許容変形量を大きく設定することができる。これにより、集合管４をＥＧＲガスクーラ１およびバイパス配管２とロウ接する際の歩留まり性を向上させることができ、集合管４自体の変形を防止するための特殊な治具を用いる必要もない。また、ロウ付け工程後の検査工程を簡略化することもできる。これにより、排気ガス再循環装置の製造コストを大幅に低減することができる。

本発明の実施形態に係るＥＧＲモジュールを示す外観概略図である。 図１に示したＥＧＲモジュールを構成する集合管およびフラップ型バルブを説明するための図である。 図１に示したＥＧＲモジュールを構成する排気ガス混合比調整機構を説明するための断面図である。

符号の説明

１…ＥＧＲガスクーラ（排気熱交換器）、２…バイパス配管、３…分岐管、４…集合管、５…排気ガス混合比調整機構、５２…回転軸、５３…フラップ型バルブ、Ｍ…ＥＧＲモジュール

Claims (3)

1. 車両の内燃機関から排出される排気ガスの一部を吸気側に再循環させるための排気ガス還流管の途中に、内部を通過する排気ガスを冷却する排気熱交換器と、内部を通過する排気ガスを前記熱交換器より迂回させるバイパス配管と、前記排気熱交換器と前記バイパス配管とに一体的に接合されて前記排気熱交換器を通過した排気ガスと前記バイパス配管を通過した排気ガスとを混合した排気ガスを前記吸気側に導出する集合管と、前記集合管に組み付けられて前記排気熱交換器から流入する排気ガスと前記バイパス配管から流入する排気ガスとの混合比を調整する排気ガス混合比調整機構とを備えた排気ガス再循環装置において、
   前記排気ガス混合比調整機構は、前記集合管内にて中心軸線を中心に回転する回転軸に対して一体的に回転動作して前記排気熱交換器およびバイパス配管からの排気ガスの流入を規制するフラップ型バルブを有しており、
   前記フラップ型バルブの組み付けられた回転軸が前記集合管内にて片持ち状態で回転可能に支持されることを特徴とする排気ガス再循環装置。
2. 請求項１に記載した排気ガス再循環装置において、
   前記集合管は、
   前記排気熱交換器を通過した排気ガスを導入する第１入口側流路、前記バイパス配管を通過した排気ガスを導入する第２入口側流路および前記吸気側に混合した排気ガスを導出する出口側流路を有しており、
   前記フラップ型バルブは、
   前記回転軸の回転に伴って、前記第１入口側流路から導入された排気ガスを前記出口側流路に流通させる第１流通位置と、前記第２入口側流路から導入された排気ガスを前記出口側流路に流通させる第２流通位置と、前記第１入口側流路および前記第２入口側流路から導入されたそれぞれの排気ガスの混合比を調整して前記出口側流路に流通させる第３流通位置を有することを特徴とする排気ガス再循環装置。
3. 請求項１または請求項２に記載した排気ガス再循環装置において、
   前記フラップ型バルブは、
   前記集合管が前記排気熱交換器および前記バイパス配管に対してロウ接により一体的に接合された後に、前記集合管に組み付けられることを特徴とする排気ガス再循環装置。

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