JP2011252406A

JP2011252406A - Ｅｇｒバルブ構造

Info

Publication number: JP2011252406A
Application number: JP2010125200A
Authority: JP
Inventors: Tokio Ito; 登喜夫伊藤
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2010-05-31
Filing date: 2010-05-31
Publication date: 2011-12-15

Abstract

【課題】エアクリーナからインテークマニホールドに至る間の吸気通路内で再循環ガスを吸気に戻して燃焼温度を下げようとすると、再循環ガス中のカーボン（煤）がＥＧＲバルブやバルブに対する弁座に付着し、ＥＧＲバルブの作動性が低下するという課題があった。
【解決手段】エンジン回転数の高い場合等、比較的車両の発生音が大きい時に、ＥＧＲバルブのバルブ部材をバルブ開閉方向で開口部と重なる位置（パーシャルの位置）に保持し、脈動する再循環ガスがバルブと弁座の隙間を流れる際に、バルブが弁座と接触し、振動させ、バルブに付着した煤を払い落とす。
【選択図】図３

Description

本発明は、エンジンの排気ガスを吸気通路に戻すＥＧＲバルブの構造に関するものである。

内燃機関で発生するＮＯ_Ｘなどの排気ガスは、環境汚染を促進する物質として排出を低減するように努力されている。この効果的な方法の１つに、排気ガスの一部を吸気側に返すＥＧＲ（ＥｘｈａｕｓｔＧａｓＲｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）がある。ＥＧＲの技術は以下の原理に基づくものである。まず、窒素は安定な元素であるが、超高温下では酸素と反応してＮＯ_Ｘを生成する。つまり、燃焼室での燃焼が超高温になるためＮＯ_Ｘが生成すると言える。そこで、すでに燃焼したガスの一部を吸気に戻す（以後「再循環ガス」と呼ぶ。）ことで、吸気中の酸素割合を減少させ、内燃機関中の燃焼温度を下げることで、ＮＯ_Ｘの生成を抑制する。

一方、ＥＧＲは吸気中の酸素濃度を低下させるものなので、馬力の低下や、不完全燃焼による炭素の生成という問題が生じる。従って、ＥＧＲはむやみに使用すればよいという技術ではなく、再循環ガスを吸気に戻す頻度やタイミングを調節する必要がある。そのため、再循環ガスの戻り系の配管中には、ＥＧＲバルブが配置され、吸気に混ぜる再循環ガスを制御している。

ところで、このＥＧＲバルブは、常時再循環ガスに曝されるため、煤（カーボン）が付着しやすい。煤が付着すると、ＥＧＲバルブの開閉が出来なくなるという課題が生じていた。この課題に対しては、いくつかの解決手段が提案されている。

特許文献１は、弁体（バルブ）の先端に、排気還流弁口の内径より小径のスクラッチ部を設けた排気還流制御装置が開示されている。この発明によると、弁体が上下して排気還流弁口を開閉する度に、スクラッチ部が排気還流弁口の内壁面に付着した煤を掻き落とし、煤の固着を防止する。

また、特許文献２は、弁子（バルブ）を有する弁軸が、回転可能にダイヤフラムに支承され、その弁軸の先端にはインペラが取り付けられているＥＧＲバルブが開示されている。この発明によると、弁子が開き、再循環ガスが流れると、インペラが再循環ガス吸入口の内壁に沿って回転し、煤の固着を防止する。

実開昭６２−６２８２号公報実開昭５８−４４４６５号公報

上記のように、ＥＧＲバルブの煤固着の回避に、物理的に煤を払い落すのは、効果的である。しかし、特許文献１の発明では、内燃機関の低回転域から中回転域において、排気還流弁口内にスクラッチ部が形成されたバルブの先端が残っている。したがって、スクラッチ部が排気還流弁口と当接し、異音が発生するという課題が生じる。

また、特許文献２では、弁軸が回転可能にダイヤフラムに支承されているので、弁子（バルブ）自体は回転するだけである。インペラは再循環ガス吸入口の内壁面の煤の掻き落としには効果がある。しかし、一度弁子自体に付着した煤はそのまま固着し、除去できなくなるという課題があった。

また、特許文献１および２のいずれの発明においても、ＥＧＲバルブの先端に別部材を付加する必要があり、コストアップという課題も生じる。

本発明は上記の課題に鑑み想到されたものであり、別部材を使用することなく、ＥＧＲバルブに付着する煤を物理的に除去できる、ＥＧＲ構造を提供することを目的とする。

具体的には、本発明は、
エアクリーナから内燃機関のインテークマニホールドにエアを送る吸気通路の途中に設けられた開口部をバルブ部材が開閉するＥＧＲバルブ構造であって、
内燃機関の所定の運転状態（領域）において、前記バルブ部材が、前記バルブの開閉方向で前記開口部と重なる位置に保持されることを特徴とするＥＧＲバルブ構造を提供するものである。

本発明は、上記の構成を有するので、エンジン回転数が上がった時等、車両の発生音が大きい時に、ＥＧＲバルブを少しだけ開き、再循環ガスの脈動でＥＧＲバルブを開口部の縁と衝突させることで、ＥＧＲバルブ周辺に付着した煤を除去するので、別部材を必要としない。すなわち、コストや重量増加なしに煤を除去することができるという効果を奏する。

また、本発明を減速時に用いた場合は、排気ガス中の煤成分の増加、いわゆるスモーク量への影響なく、煤成分のバルブへの付着を防止できるという効果がある。また、車両の発生音が大きい時にＥＧＲバルブを開口部の縁と衝突させるため、ＥＧＲバルブの振動が異音として聞こえないという効果も奏する。

本発明のＥＧＲバルブ構造の配置を示す図である。本発明のＥＧＲバルブ構造の断面図を示す図である。本発明のバルブ位置を示す図である。制御装置の処理を例示すフロー図である。

図１を参照して、本発明のＥＧＲ構造は、エアクリーナ２（図示せず）からエンジンのインテークマニホールド３（図示せず）に至るインテークエアコネクタ（吸気通路）１０に形成される。なお、本明細書では説明上エアクリーナ２側を上流と呼び、インテークマニホールド３側を下流と呼ぶ。インテークエアコネクタ１０には、再循環ガスをインテークエアコネクタ１０内に導入するための再循環ガス流入口である開口部１３が設けられている。開口部１３には再循環ガス配管１４が接続されており、エンジンの排気側５に連結されている。

従って、吸気７はエアクリーナ２側からインテークマニホールド３側に向かって流れる。そして、その吸気７に再循環ガスが混入され、吸気７ａとなりインテークマニホールド３へ流れる。

図２に開口部１３を拡大した図を示す。ＥＧＲバルブ２０は、インテークエアコネクタ１０内の開口部１３と対向する内壁から、インテークエアコネクタ１０内を横断して開口部１３に向けて配置されている。シャフト駆動部２３は、制御装置５０からの指示によって、シャフト２２をその軸方向に移動させる。シャフトの先端にはバルブ部材２１が配設されている。

開口部１３は、インテークエアコネクタ１０の内壁に形成された貫通孔である。そして、開口部１３には、バルブ部材２１を受ける弁座３０が形成されている。弁座３０は、インテークエアコネクタ１０の内壁に直接形成されていてもよいし、別部材で形成されていてもよい。

バルブ部材２１は、外径の異なる円筒形が中心軸を同じくして連結された形状であり、大径と小径の円筒形の間に階段状の段差が形成されている。大径の円筒型の側面が弁体の外側面２４であり、小径の円筒形の側面が弁体の内側面２６となる。外側面と内側面の間に弁座との当たり面２５が形成されている。なお、バルブ部材２１は、複数の部材を連結して形成するだけでなく、一体的に形成されていてもよい。

弁座３０は開口部１３に形成されており、以下のようにバルブ部材２１に対応した階段状の段差を有する。インテークエアコネクタ１０の内壁側の開口部上面３３には、バルブ部材２１の外側面２４を形成する大径より大きな凹みが形成される。そして、凹みの底には、凹みの径より小さく、再循環ガス配管１４に繋がる貫通孔が形成される。すなわち、貫通孔の縁には、段差が形成される。凹みの内壁はバルブ規制面３４であり、段差面はバルブ受け面３５、貫通孔の内壁は開口部内壁３６と呼ぶ。なお、開口部内壁３６の内径は、弁体の内側面２６の外径より大きく形成されている。

以上のようにシャフト２２が下がるとバルブ部材２１の当たり面２５が弁座３０の受け面３５に当接し、再循環ガスはインテークエアコネクタ１０に導入されない。これを閉位置と呼ぶ。また、シャフト２２が上がり、バルブ部材２１が弁座から完全に離れると、再循環ガスがインテークエアコネクタ１０内に導入される。この時のバルブ部材の位置を開位置と呼ぶ。

制御装置５０は通常ＥＣＵ（ＥｎｇｉｎｅＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ）が用いられるが、他の専用の制御装置を用意してもよい。制御装置５０は、エンジン側４からのエンジン回転数に関する信号と、車軸若しくは駆動系からの速度に関する信号（これらをまとめてＳｇとする）を受信する。そして、これらの信号Ｓｇに基づいて、バルブ部材２１の開閉を行う。開閉は制御装置５０からの開閉信号Ｓｂによって行われる。

図３は、本発明のＥＧＲバルブ構造が、作動している状態を示す。制御装置５０は、エンジン回転数が高い場合の他、車速が高速若しくは高速からの減速時であることを判断すると、シャフト駆動部２３に指示信号Ｓｂｐを送る。この指示信号Ｓｂｐは、通常使われるバルブ部材２１を開位置に保持する信号でもなく、閉位置に保持する信号でもない本発明固有の位置に保持するための信号である。

この指示信号Ｓｂｐを受信すると、シャフト駆動部２３は、バルブ部材２１を少しだけ浮かせた位置に配置させる。この位置では、バルブ部材２１の当たり面２５は、弁座３０の受け面３５に当接せず、なおかつ開口部上面３３よりバルブ開方向には位置しない。つまり、図３の断面形状を参照して、バルブ部材２１は、バルブ部材２１の開閉方向で開口部１３と重なる位置に保持されている。より詳しくは、バルブ部材２１の開閉方向において、バルブ部材２１の当たり面２５が、弁座３０のバルブ受け面３５から開口部上面３３の間に位置する場合をバルブの開閉方向で開口部と重なる位置、若しくはパーシャル位置と呼ぶ。

バルブ部材２１がバルブの開閉方向で開口部と重なる位置に保持された場合は、再循環ガスは、再循環ガス配管１４からバルブの当たり面２５と弁座３０のバルブ受け面３５の隙間４１を通り、バルブの外側面２４と弁座３０のバルブ規制面３４との隙間４２を抜けてインテークエアコネクタ１０に抜ける。

ところで、排気ガスは各気筒から周期的に排出されるので、開口部１３の再循環ガス配管１４側では、脈動的に圧力が高くなる。また、上記の隙間は狭いので、均等に再循環ガスが抜けることはなく、さらに、長いシャフトの先端にバルブ部材が固定されているので、容易に脈動によって振動を生じる。この振動によってバルブの外側面２４や内側面２６が弁座３０のバルブ規制面３４や開口部内壁３６と衝突を起こす。この衝突による振動によって、開口部の弁座やバルブに付着した煤は振り落とされる。

一方、この振動は、エンジン回転数が高い場合や減速時等、エンジン音やタイヤの走行音といった車両発生音が大きい時に起こすように制御されるので、乗員にはほとんど自覚されず、異音と判断されることはない。

図４に制御装置５０の動作フローを例示するが、この動作フローに限定されるものではなく、他の処理が適宜導入されていてもよい。制御装置５０は、エンジン始動とともに本発明のＥＧＲバルブ制御の処理を開始する（Ｓ１００）。処理が開始されると、終了判断を行う（Ｓ１０２）。終了判断は、エンジンスイッチが切られた場合でよい。

終了判断であった場合（Ｓ１０２のＹ分岐）は、終了処理（Ｓ１１９）行い、処理を終了する（Ｓ１２０）。終了処理は、少なくともバルブを閉位置に保持することを含めるほか、他の処理を行ってもよい。終了判断でなければ（Ｓ１０２のＮ分岐）、エンジン回転数や車速等の情報（パラメータ）を読み出す（Ｓ１０４）。次にＥＧＲバルブをパーシャルの位置に保持するか否かを判断する（Ｓ１０６）。

この判断の条件としては、エンジン回転数が所定回転数以上（例えば２５００ｒｐｍ以上）であるか、車速が所定速度以上（例えば時速８０ｋｍ以上）であるか、若しくは高速からの減速時にエンジンブレーキが効いている場合と言った条件等（これらを「所定の運転状態（領域）」とも呼ぶ。）が挙げられるが、車両発生音が大きい場合であれば、これらに限定されるものではない。これらの状態では、車両からの発生音が大きくなり、また排気の脈流も高いため高周波域の音になるので、乗員には異音と聞こえないからである。また、減速時であれば、排気ガス中の煤成分を増加させることなく、バルブの煤付着が防止できるという効果もある。

パーシャルの位置に保持する場合（Ｓ１０６のＹ分岐）は、煤落としの処理（Ｓ１１２）に移行する。煤落としの処理（Ｓ１１２）では、バルブ部材をバルブの開閉方向で開口部と重なる位置（パーシャルの位置：図４では「Ｐ位置」と記載）に所定時間保持させる。この保持の時間は、０．１〜１秒程度でよく、他の条件によって可変であってもかまわない。保持時間終了後、処理はステップＳ１０２に戻る。

パーシャルの位置に保持しない場合（Ｓ１０６のＮ分岐）は、バルブを開く条件であるか否かを判断し（Ｓ１０８）、バルブを開く場合（Ｓ１０８のＹ分岐）はシャフト駆動部２３にバルブを開く信号を送り、バルブを開位置に所定時間保持し（Ｓ１１４）、処理をステップＳ１０２に戻す。バルブを開かない場合（Ｓ１０８のＮ分岐）は、バルブを閉位置に所定時間保持し、ステップＳ１０２に戻る。

以上の処理を繰り返すことで、所定の条件の場合だけ、バルブは本発明のパーシャルの位置に保持され、振動によって煤の付着は回避される。

なお、本明細書では、バルブ部材２１がインテークマニホールド中に上がることで、開口部が開くバルブについて説明したが、バルブが再循環ガス配管１４中に押し込まれることで開口部が開く構造のバルブであっても、本発明は適用することができる。

また、本明細書では、バルブは略階段状の形状を周縁に有するバルブについて説明したが、略階段形状ではなく、バルブの周縁および弁座がテーパ形状であっても本発明を適用することができる。

本発明のＥＧＲ構造は、車両の吸気システムに好適に利用することができる。

１ＥＧＲ構造
２エアクリーナ
３インテークマニホールド
４エンジン側
７吸気（ブローバイガスを含む吸気）
７ａ吸気（ブローバイガスおよび再循環ガスを含む吸気）
９再循環ガス
１０インテークエアコネクタ
１３開口部
１４再循環ガス配管
２０ＥＧＲバルブ
２１バルブ部材
２２シャフト
２３シャフト駆動部
２４外側面
２５当たり面
２６内側面
３０弁座
３３開口部上面
３４バルブ規制面
３５バルブ受け面
３６開口部内壁
４１隙間
４２隙間
５０制御装置

Claims

エアクリーナから内燃機関のインテークマニホールドにエアを送る吸気通路の途中に設けられた開口部をバルブ部材が開閉するＥＧＲバルブ構造であって、
内燃機関の所定の運転状態（領域）において、前記バルブ部材が、前記バルブの開閉方向で前記開口部と重なる位置に保持されることを特徴とするＥＧＲバルブ構造。