JP2014084757A - Exhaust valve device and engine with turbo-supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、排気通路内の排気ガスの流通面積を変更するための排気弁装置およびこの排気弁装置を備えたターボ過給機付エンジンに関するものである。 The present invention relates to an exhaust valve device for changing the flow area of exhaust gas in an exhaust passage, and an engine with a turbocharger including the exhaust valve device.
上記のようなエンジンとして、例えば特許文献1に記載されるものが知られている。この特許文献1に記載されるエンジンは、エンジン本体と、このエンジン本体の各気筒の排気ポートに通じる排気マニホールドと、その下流側に接続されるターボ過給機と、このターボ過給機と前記排気マニホールドとの間に介設されて、排気通路内の排気ガスの流通面積を変更するための排気可変弁とを備えている。このエンジンは、車両の走行状態に応じて排気ガスの前記流通面積を変更することでターボ過給機に導入される排気ガスの流速を制御し、これによりターボ過給機の過給能力を高める構成となっている。また、この特許文献1に記載されるエンジンは、EGR通路を備えており、排気ガスの一部を、EGR通路を通じて吸気通路に還流させることで、ポンピングロスの低減を通じて燃費の改善を図る構成となっている。
As such an engine, for example, an engine described in
近年、自家用車両では、小型エンジンで高出力を確保しつつ車両を小型化、軽量化することにより燃費改善を図る、いわゆるダウンサイジングの要請が高まっており、上記のようなターボ過給機付きエンジンに注目が集まっている。しかし、特許文献に開示されるエンジンは、排気マニホールドの下流側にハウジングが設けられ、このハウジングに前記排気可変弁が組み込まれるとともに、ハウジングにおける排気可変弁の下流側に排気通路の集合部が設けられ、その上で当該ハウジングの下流側にターボ過給機が接続されている。また、排気可変弁を含む上記ハウジング、エンジン本体、排気マニホールドとは別にEGR通路(配管)が設けられており、従って、エンジンの小型化、軽量化をより高度に達成する上では、未だ改善の余地が残されている。 In recent years, there is a growing demand for so-called downsizing in private vehicles, which aims to improve fuel efficiency by reducing the size and weight of the vehicle while ensuring high output with a small engine. Attention has been gathered. However, in the engine disclosed in the patent document, a housing is provided on the downstream side of the exhaust manifold, the exhaust variable valve is incorporated in the housing, and a collection portion of the exhaust passage is provided on the downstream side of the exhaust variable valve in the housing. The turbocharger is connected to the downstream side of the housing. In addition, the EGR passage (piping) is provided separately from the housing including the exhaust variable valve, the engine body, and the exhaust manifold. Therefore, in order to achieve a more advanced downsizing and weight reduction of the engine, there is still an improvement. There is room for it.
本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、エンジンの小型化、軽量化に寄与し得る、排気弁装置等を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide an exhaust valve device or the like that can contribute to the reduction in size and weight of an engine.
出願人は、近年、エンジン本体を構成するシリンダヘッド等にEGR通路を形成することで、エンジン全体の小型化を図ることが行われている点に着目し、排気マニホールド等、排気通路とEGR通路とを備えた金属鋳造体を構成し、この鋳造体に排気可変弁やこれを駆動する操作軸等の機構を一体に組み込み集約することで、エンジン全体を小型化することを考えている。しかし、排気通路を通る排気ガス(高温)とEGR通路を通るEGRガス(低温)とには温度差があるため、上記構成では、この温度差により鋳造体に不均一な変形が生じ、当該鋳造体に支持される操作軸が拗れるなどして排気可変弁の作動不良を誘発することが考えられる。このような不都合は、以下のような本発明により解決される。 In recent years, the applicant has focused on reducing the size of the entire engine by forming an EGR passage in a cylinder head or the like that constitutes the engine body, and the exhaust passage and the EGR passage such as an exhaust manifold. Is considered, and a mechanism such as an exhaust variable valve and an operation shaft for driving the valve is integrated and integrated in the cast body, thereby reducing the size of the entire engine. However, since there is a temperature difference between the exhaust gas passing through the exhaust passage (high temperature) and the EGR gas passing through the EGR passage (low temperature), in the above configuration, the temperature difference causes non-uniform deformation of the cast body, and the casting. It is conceivable that an operation failure of the exhaust variable valve is induced by, for example, the operation shaft supported by the body being turned. Such inconvenience is solved by the present invention as follows.
すなわち、本発明の排気弁装置は、エンジン本体と、このエンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機との間に介設される排気弁装置であって、排気通路を構成するための複数の第1独立通路と、EGR通路を構成するための第2独立通路とが形成された、金属鋳造体からなる装置本体と、前記複数の第1独立通路内に各々配置される弁体と、前記装置本体に回動可能に支持されかつ前記各弁体を連結する操作軸とを含み、前記各第1独立通路内の排気ガスの流通面積を変更する排気可変弁と、を備え、前記複数の第1独立通路および前記第2独立通路は、当該第2独立通路が最端に位置するように並列にかつ特定方向に一列に並ぶように前記装置本体に形成され、前記操作軸は、前記複数の第1独立通路および前記第2独立通路を前記特定方向と平行な方向に貫通するように前記装置本体に支持されているものである。 That is, the exhaust valve device of the present invention is an exhaust valve device interposed between an engine main body and a turbocharger driven by the energy of exhaust gas discharged from the engine main body. And a plurality of first independent passages for forming the EGR passage, and a second independent passage for forming the EGR passage, each of which is disposed in the plurality of first independent passages. And a variable exhaust valve that changes the flow area of the exhaust gas in each of the first independent passages, and includes an operation shaft that is rotatably supported by the apparatus main body and that connects the valve bodies. The plurality of first independent passages and the second independent passages are formed in the apparatus main body so that the second independent passages are aligned in parallel and in a specific direction so that the second independent passages are located at the end. The operation shaft is configured to have the plurality of first independent passages. And those which are supporting the second independent passages to the apparatus main body so as to penetrate to the specific direction parallel to the direction.
この排気弁装置によれば、排気通路を構成するための複数の第1独立通路と、EGR通路を構成するための第2独立通路と、排気可変弁とが、金属鋳造体からなる一つの装置本体に組み込まれて集約される。しかも、最端に第2独立通路が位置するように各独立通路が特定方向に並列かつ一列に設けられた上で、これら独立通路を前記特定方向と平行な方向に貫通するように操作軸が装置本体に支持されていることで、各独立通路近傍における装置本体の熱変形、特に、操作軸と直交する方向における変形がより均等なものとなり、操作軸に拗れが生じることが効果的に抑制される。そのため、各独立通路や排気可変弁を装置本体に集約させた構成とする一方で、操作軸の拗れに起因する排気可変弁の作動不良などの発生を回避することが可能となる。 According to this exhaust valve device, one device in which a plurality of first independent passages for constituting an exhaust passage, a second independent passage for constituting an EGR passage, and an exhaust variable valve are made of a metal casting. Integrated into the main body. In addition, each independent passage is provided in parallel and in a row in a specific direction so that the second independent passage is located at the extreme end, and the operation shaft is passed through the independent passage in a direction parallel to the specific direction. By being supported by the apparatus main body, the thermal deformation of the apparatus main body in the vicinity of each independent passage, in particular, the deformation in the direction orthogonal to the operation axis becomes more uniform, and it is effective that the operation axis is twisted. It is suppressed. For this reason, each independent passage and the exhaust variable valve are integrated in the apparatus main body, while it is possible to avoid the occurrence of malfunction of the exhaust variable valve due to the operation shaft turning.
この場合、前記第1独立通路および前記第2独立通路は、これらの断面中心が前記特定方向と平行な同一の軸線上に位置するように前記装置本体に形成され、前記操作軸は、前記軸線上に配置されているのが好適である。 In this case, the first independent passage and the second independent passage are formed in the apparatus main body so that their cross-sectional centers are located on the same axis parallel to the specific direction, and the operation shaft is the shaft It is preferred that they are arranged on a line.
この構成によれば、操作軸に拗れが生じることをより確実に抑制することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to more surely prevent the operation shaft from wobbling.
なお、前記第2独立通路は、EGRガスの流れ方向において、操作軸の位置を含む上流側の領域における通路断面積がそれよりも下流側の領域の通路断面積よりも大きく形成されているのが好適である。 The second independent passage is formed such that, in the EGR gas flow direction, the passage cross-sectional area in the upstream region including the position of the operating shaft is larger than the passage cross-sectional area in the downstream region. Is preferred.
この構成によれば、排気可変弁の前記操作軸がEGRガスの抵抗となることを抑制することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to suppress the operation shaft of the exhaust variable valve from becoming the resistance of EGR gas.
また、上記排気弁装置において、前記各弁体は、前記操作軸と一体的な回転が可能で、かつ前記操作軸に対する軸方向の相対変位が許容されるように、当該操作軸に連結されているのが好適である。 Further, in the exhaust valve device, each valve body is connected to the operation shaft so that the valve body can rotate integrally with the operation shaft and an axial relative displacement with respect to the operation shaft is allowed. It is preferable.
この構成によれば、操作軸が軸方向に熱変形(熱伸縮)した場合でも、操作軸に対してその軸方向に弁体が相対的に移動することで、弁体が通路側壁に強く押し当てられることが防止される。そのため、操作軸の熱変形に拘わらず、当該操作軸の回転に伴い弁体を適切に作動させることが可能となる。 According to this configuration, even when the operation shaft is thermally deformed (thermal expansion and contraction) in the axial direction, the valve body is moved against the operation shaft in the axial direction so that the valve body is strongly pressed against the passage side wall. It is prevented from being hit. Therefore, the valve body can be appropriately operated with the rotation of the operation shaft regardless of the thermal deformation of the operation shaft.
なお、上記の排気弁装置において、より具体的には、装置本体には、互いに並列にかつ前記特定方向に一列に並ぶように形成され、車両の低速時に排気ガスを流通させるための複数の低速側独立通路と、互いに並列にかつ前記特定方向に一列に並ぶように形成され、車両の高速時に排気ガスを流通させるための複数の高速側独立通路とが備えられており、前記第2独立通路は、前記高速側独立通路を前記第1独立通路として、当該複数の高速側独立通路と共に前記特定方向に一列に並ぶように形成され、前記排気可変弁は、前記各高速側独立通路内の排気ガスの流通面積を変更するものである。 In the exhaust valve device described above, more specifically, the device main body is formed in parallel with each other and arranged in a line in the specific direction, and a plurality of low speeds for circulating the exhaust gas at a low speed of the vehicle. Side independent passages and a plurality of high-speed side independent passages formed in parallel with each other and in a row in the specific direction for circulating exhaust gas at a high speed of the vehicle. The high-speed independent passage is used as the first independent passage so as to be aligned with the plurality of high-speed independent passages in a row in the specific direction, and the exhaust variable valve is configured to exhaust the exhaust in each high-speed independent passage. The distribution area of gas is changed.
この構成によれば、高速側独立通路について、操作軸の拗れに起因する排気可変弁の作動不良などの発生を回避することが可能となる。 According to this configuration, it is possible to avoid the occurrence of malfunction of the exhaust variable valve due to the operation shaft turning in the high speed side independent passage.
一方、本発明にかかるターボ過給機付エンジンは、エンジン本体と、このエンジン本体から排出される排気ガスのエネルギーにより駆動されるターボ過給機と、前記エンジン本体と前記ターボ過給機との間に介設され、前記エンジン本体から排気通路を通じてターボ過給機に送られる排気ガスの流速を、前記排気通路内の排気ガスの流通面積を変更することにより可変的に設定する排気弁装置とを備え、前記排気弁装置は、上述した何れかの排気弁装置であることを特徴とする。 On the other hand, an engine with a turbocharger according to the present invention includes an engine body, a turbocharger driven by the energy of exhaust gas discharged from the engine body, and the engine body and the turbocharger. An exhaust valve device interposed between the engine body and variably setting a flow rate of exhaust gas sent from the engine body to the turbocharger through the exhaust passage by changing a flow area of the exhaust gas in the exhaust passage; The exhaust valve device is any one of the exhaust valve devices described above.
このターボ過給機付エンジンによれば、上記のような排気弁装置を備えているので、排気通路を構成するための複数の第1独立通路、EGR通路を構成するための第2独立通路、および排気可変弁を集約して配置でき、これによりエンジン全体をコンパクトに構成することが可能となる。 According to this turbocharged engine, since the exhaust valve device as described above is provided, a plurality of first independent passages for constituting the exhaust passage, second independent passages for constituting the EGR passage, In addition, the exhaust variable valves can be arranged in an integrated manner, whereby the entire engine can be configured compactly.
以上説明したように、本発明の排気弁装置によれば、排気可変弁の作動不良などの発生を回避しつつ、排気通路を構成するための複数の第1独立通路、EGR通路を構成するための第2独立通路、および排気可変弁を集約して配置できるので、エンジンの小型化、軽量化に寄与する。 As described above, according to the exhaust valve device of the present invention, a plurality of first independent passages and EGR passages for constituting the exhaust passage are formed while avoiding the occurrence of malfunction of the exhaust variable valve. Since the second independent passage and the exhaust variable valve can be arranged in an integrated manner, it contributes to a reduction in size and weight of the engine.
以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。 Hereinafter, a preferred embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
図1及び図2は、本発明の一実施形態にかかるエンジンを示している。同図に示されるエンジンは、ターボ過給機50を備えた直列4気筒の4サイクルエンジンでる。このエンジンは、列状に並ぶ4つの気筒2A〜2D(1番気筒2A、2番気筒2B、3番気筒2C、4番気筒2D)を有する直列4気筒のエンジン本体1と、エンジン本体1に空気を導入するための図外の吸気マニホールドと、エンジン本体1で生成された排気ガスを排出するための後記排気マニホールドと、本発明に係る排気弁装置20と、上記ターボ過給機50とを備えており、排気マニホールドを通じて排出される排気ガスによりターボ過給機50を作動させることで、各気筒2A〜2Dへと圧送される吸気を圧縮して吸気圧を上昇させるように構成されている。そして、車両の運転状態に応じ、ターボ過給機50に導入される排気ガスの流速が、エンジン本体1とターボ過給機50との間に介設される上記排気弁装置20によって制御されることで、このターボ過給機50による吸気圧特性が変更されるように構成されている。
1 and 2 show an engine according to an embodiment of the present invention. The engine shown in the figure is an in-line four-cylinder four-cycle engine equipped with a
なお、以下の説明では、方向関係を明確にするために、図1を基準として、エンジン本体1における気筒2A〜2Dの配列方向を「左右方向」、これに直交する方向(図1の上下方向)を「前後方向」とし、ターボ過給機50側をエンジンの「前側」とする。
In the following description, in order to clarify the directional relationship, the arrangement direction of the
エンジン本体1の上部、すなわちシリンダヘッド10には、4つの気筒2A〜2Dに対して3つの独立排気通路が形成されている。具体的には、1番気筒2Aの排気に使用される第1上流側排気通路14と、2番気筒2Bおよび3番気筒2Cの排気に共通して使用される第2上流側排気通路15と、4番気筒2Dの排気に使用される第3上流側排気通路16とが形成されている。第2上流側排気通路15は、2番気筒2B及び3番気筒2Cに対して共通に使用可能なように上流側がY字状に分岐した形状とされている。
Three independent exhaust passages are formed in the upper part of the
これら上流側排気通路14、15、16は、その下流側端部がシリンダヘッド10の左右方向略中央に集約されるように形成され、互いに近接して左右方向に一列に並んだ状態でシリンダヘッド10の前面に開口している。
These
また、シリンダヘッド10には、EGR下流側通路18が形成されている。このEGR下流側通路18は、図1に示すように、シリンダヘッド10のうち、1番気筒2Aの左側を前後方向に横断するように形成されている。このEGR下流側通路18の上流側端部は、シリンダヘッド10の前面であって前記上流側排気通路14の左側の位置に開口している。一方、EGR下流側通路18の下流側端部は、シリンダヘッド10の後面に開口している。なお、図1中の符号12は、シリンダヘッド10に形成された、各気筒2A〜2Dの吸気ポートであり、これら吸気ポート12のうち、1番気筒2Aの吸気ポート12の左側の位置に上記EGR下流側通路18の下流側端部が開口している。
Further, an EGR
上記排気弁装置20は、エンジン本体1から排出される排気ガスの流通面積を変更することにより、ターボ過給機50に導入される排気ガスの流速を変更させるものであり、エンジン本体1の前面にボルトにより固定されている。
The
この排気弁装置20は、シリンダヘッド10側の前記上流側排気通路14、15、16とそれぞれ連通する3つの独立した下流側排気通路24、25、26(第1下流側排気通路24、第2下流側排気通路25、第3下流側排気通路26)と、シリンダヘッド10側の前記EGR下流側通路18と連通するEGR中間通路28とが形成された装置本体21と、下流側排気通路24、25、26内の排気ガスの流通面積を変更するための排気可変弁とを備えている。なお、装置本体21は、金属鋳造体で構成されている。
The
各下流側排気通路24、25、26はそれぞれ、下流側がY字状に分岐した形状とされている。すなわち、図2及び図3に示すように、第1下流側排気通路24は、シリンダヘッド10側の第1上流側排気通路14に連通する共通通路24aと、この共通通路24aから上下二股状に分岐する高速用通路24bおよび低速用通路24cとを有している。第2下流側排気通路25および第3下流側排気通路26も同様に、シリンダヘッド10側の上流側排気通路15、16にそれぞれ連通する共通通路25a、26a(図示省略)と、この共通通路25a、26aから二股状に上下に分岐する高速用通路25b、26bおよび低速用通路25c、26cとを有している。なお、当実施形態では、各高速用通路24b、25b、26bが本発明の高速側独立通路および第1独立通路に相当し、各低速用通路24c、25c、26cが本発明の低速側独立通路に相当し、EGR中間通路28が本発明の第2独立通路に相当する。
Each of the
各高速用通路24b、25b、26bは、断面形状が略矩形であり、左右方向に一列に並ぶように形成されている。各低速用通路24c、25c、26cも同様に、断面形状が略矩形であり、前記各高速用通路24b、25b、26bの上方の位置において、左右方向に一例に並ぶように形成されている。なお、詳しく図示していないが、各低速用通路24c、25c、26cは、上流側から下流側に向かって通路断面積が漸減するように形成されるとともに、両側の低速用通路24c、26cが中央の低速用通路25cに接近するように形成されている。これにより、図3に示すように、装置本体21の前端面、すなわちターボ過給機50の取付面21aに、互いに近接して左右方向に一列に並んだ状態で高速用通路24b、25b、26bの下流側端部が開口するとともに、これら高速用通路24b、25b、26bのうち、中央の高速用通路25bの上方位置に、互いに近接して左右方向に一列に並んだ状態で低速用通路24c、25c、26cの下流側端部が開口している。
Each of the high-
一方、前記EGR中間通路28は、図1および図3に示すように、装置本体21の左端に形成されている。このEGR中間通路28は、断面形状が略矩形であり、第1下流側排気通路24のうち高速用通路24bの左側に位置し、各高速用通路24b、25b、26bと共に左右方向(本発明の特定方向に相当する)に一列に並ぶように形成されている。なお、EGR中間通路28及び各高速用通路24b、25b、26bは、これら各通路24b、25b、26b、28の断面中心(上下方向中心)が左右方向に延びる同一軸線上(図3中の符号Oで示す軸線上)に位置するようにそれぞれ上記装置本体21に形成されている。
On the other hand, the EGR
前記排気可変弁は、前記下流側排気通路24、25、26のうち、各高速用通路24b、25b、26b内の排気ガスの流通面積を変更するものである。この排気可変弁は、各高速用通路24b、25b、26b内にそれぞれ配置される合計3つの弁体30と、各弁体30を連結する操作シャフト36(本発明の操作軸に相当する)と、この操作シャフト36を回転駆動する駆動源(図1ではモータ42)とを含む。つまり、排気可変弁は、上記モータ42により操作シャフト36を介して各弁体30を回転駆動することにより、各高速用通路24b、25b、26bを同時に開閉する。
The exhaust variable valve changes the flow area of the exhaust gas in the high-
ここで、排気可変弁の構成について具体的に説明すると、図1〜図4に示すように、装置本体21には、EGR中間通路28および各高速用通路24b、25b、26bを左右方向に貫通するように上記操作シャフト36が設けられている。詳しくは、装置本体21には、これを左右方向に貫通する断面円形の貫通穴22が形成されており、操作シャフト36が当該貫通穴22に挿入されるとともに、その両端の位置で軸受38を介して装置本体21に回転自在に支持されている。この操作シャフト36は、EGR中間通路28及び高速用通路24b、25b、26bの断面中心(上下方向中心;図3参照)を通るように上記装置本体21に支持されている。
Here, the configuration of the exhaust variable valve will be specifically described. As shown in FIGS. 1 to 4, the apparatus
上記操作シャフト36は、図6に示すように、一端側(同図の左端)から一定の領域が断面円形(円形部36aという)で、これより他端側の領域が断面半円形(半円形部36bという)に形成されており、図5に示すように、装置本体21に支持された状態では、EGR中間通路28と高速用通路24bとの隔壁を境にして、この隔壁から左側の領域に円形部36aが位置し、右側、つまり高速用通路24b、25b、26bに対応する領域に半円形部36bが位置するようになっている。
As shown in FIG. 6, the operating
弁体30は、図4〜図6に示すように、プレート状の弁本体32と、半円弧状の一対のブリッジ部34aを備え、弁本体32の裏側に固定される装着部材34とから構成されており、ブリッジ部34aの内側に操作シャフト36の半円形部36bが挿入されることで当該操作シャフト36に装着されている。つまり、操作シャフト36(半円形部36b)と各弁体30とは、ボルトなどによる固定は行われておらず、弁本体32の裏面と半円形部36bの平坦面37とが互いに当接する状態でブリッジ部34aの内側に操作シャフト36が挿入されることで、操作シャフト36に対する弁本体32の相対回転が阻止され、これにより各弁体30と操作シャフト36とが一体的に回転するようになっている。従って、各弁体30は、操作シャフト36に対してその軸方向への相対変位が許容される状態で当該操作シャフト36に装着されている。
4 to 6, the
各弁体30の弁本体32は、各高速用通路24b、25b、26bの断面形状に対応した矩形とされている。各弁体30は、弁本体32が上流側(エンジン本体1側)に指向するように各高速用通路24b、25b、26b内に配置された上で、それぞれ操作シャフト36よりも上流側に弁本体32が位置する状態で当該操作シャフト36に装着されている。なお、各弁体30の弁本体32は、その左右方向両端部(すなわち操作シャフト36の軸方向に沿った方向の両端部)に、高速用通路24b、25b、26bの上流側に向かって反り返るように形成された折曲部32aを備えている。各折曲部32aは、図4及び図5に示すように、少なくともその先端が、各高速用通路24b、25b、26bの隔壁に形成された上記貫通穴22の径方向外側に位置するように形成されている。すなわち、このような折曲部32aが弁本体32の両端部に形成されていることで、各高速用通路24b、25b、26b内の排気ガスが貫通穴22を通じて隣接する高速用通路24b、25b、26bに漏出、逆流することを防止可能となっている。
The
上記ターボ過給機50は、図1及び図2に示すように、排気弁装置20の装置本体21にボルトにより固定されている。ターボ過給機50は、装置本体21の取付面21aに固定されるタービンハウジング52と、このタービンハウジング52内に配設されるタービン56と、連結軸57を介して前記タービン56に連結され、図外の吸気通路内に配設されるコンプレッサとを含む。前記タービンハウジング52には、排気弁装置20の各下流側排気通路24、25、26(高速用通路24b、25b、26b及び低速用通路24c、25c、26c)が連通する集合部54を備えており、各下流側排気通路24、25、26からの排気ガスがこの集合部54で合流してタービン56に送られる。つまり、このエンジンには、上記排気マニホールドとして独立した部品は備えられておらず、エンジン本体1(シリンダヘッド10)の上流側排気通路14、15、16、排気弁装置20の下流側排気通路24、25、26およびターボ過給機50の集合部54が協働して上記排気マニホールドを構成している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
また、タービンハウジング52の上流側の左側部には、集合部54から分岐して排気弁装置20の上記EGR中間通路28に連通するEGR上流側通路58が形成されており、ターボ過給機50に流入する排気ガスの一部が、EGRガスとしてこのEGR上流側通路58、上記EGR中間通路28及びEGR下流側通路18を通じて吸気通路に導入されるようになっている。つまり、このエンジンでは、EGR下流側通路18、EGR中間通路28およびEGR上流側通路58によりEGR通路が構成されている。
Further, an EGR
上記のように構成されたエンジンにおいて、エンジン本体1で生成された排気ガスは、上流側排気通路14、15、16から排気弁装置20の下流側排気通路24、25、26を介してターボ過給機50に導入される。その際、排気弁装置20の各高速用通路24b、25b、26bを流通する排気ガスの流通面積が、車両の運転状態において変更される。具体的には、車両の低速運転域では、高速用通路24b、25b、26bを閉じるように排気弁装置20が制御される。つまり、少ない排気ガスを低速用通路24c、25c、26cに集中させることで排気ガスの流速を高め、これによりターボ過給機50のタービン56の駆動力をアップさせて吸気圧を高めるようになっている。一方、車両の高速運転域では、高速用通路24b、25b、26bを開くように排気弁装置20が制御される。つまり、高速用通路24b、25b、26bおよび低速用通路24c、25c、26cの両方を通じて排気ガスをターボ過給機50に導入することで、排気可変弁が排気抵抗となるのを防止しつつターボ過給機50を駆動させて吸気圧を高めるようになっている。
In the engine configured as described above, the exhaust gas generated in the
この実施形態にかかるエンジンによれば、下流側排気通路24、25、26、およびEGR中間通路28を備えた金属鋳造体からなる装置本体21に排気可変弁が組み込まれた排気弁装置20が設けられ、この排気弁装置20がエンジン本体1とターボ過給機50との間に介設されることで、排気弁装置20の下流側排気通路24、25、26とエンジン本体1(シリンダヘッド10)に形成される上流側排気通路14、15、16とターボ過給機50(タービンハウジング52)に形成される集合部54とが協働して排気マニホールドを構成する。さらに、排気弁装置20の前記装置本体21に、EGR中間通路28が形成されており、このEGR中間通路28とエンジン本体1(シリンダヘッド10)に形成されるEGR下流側通路18とターボ過給機50(タービンハウジング52)に形成されるEGR上流側通路58とが協働してEGR通路を構成する。このような構成によれば、独立した部品としての排気マニホールドが無く、また、EGR通路を構成する配管の大部分を省略することが可能となる。しかも、排気マニホールドを形成するための前記下流側排気通路24、25、26(下流側排気通路24、25、26)、これら通路24、25、26内の排気ガスの流通面積を変更するための排気可変弁、およびEGR通路を構成するためのEGR中間通路28が排気弁装置20一つに集約される。従って、従来のエンジン(背景技術で説明した従来エンジン)、すなわち、排気マニホールドやEGR通路(配管)が各々独立した部品としてエンジンに組み込まれた上で、これら排気マニホールド等とは別にさらに専用の排気弁装置がエンジンに組み込まれる従来エンジンと比較すると、エンジンをより小型化、軽量化することが可能となる。
According to the engine according to this embodiment, the
しかも、排気弁装置20については、EGR中間通路28が最端に位置するように、当該EGR中間通路28および高速用通路24b、25b、26bが並列にかつ左右方向に一列に並ぶように装置本体21が形成された上で、これらの通路24〜28を左右方向に貫通するように、排気可変弁の操作シャフト36が当該装置本体21に支持されている。このような構成によれば、EGR中間通路28内のEGRガスと高速用通路24b、25b、26内の排気ガスとの間に温度差がある場合でも、装置本体21は各高速用通路24b、25b、26bの位置で上下方向に均等に熱収縮することなる。従って、上記温度差に起因して、装置本体21のうち高速用通路24b、25b、26bの上側だけ、又は下側だけが熱収縮することによって操作シャフト36に拗れが生じ、その結果、排気可変弁の作動に支障が生じるといった不都合を未然に回避することができるという利点がある。
Moreover, the
また、上記の通り、操作シャフト36と弁体30とは、ボルトなどによる固定は行われておらず、各弁体30は、操作シャフト36に対してその軸方向への相対変位が可能である。このような構成によれば、操作シャフト36がその軸方向に熱伸縮(熱変形)した場合でも、高速用通路24b、25b、26bの側壁に弁体30が押し当てられてその作動に支障が生じるといった不都合が生じることを未然に回避することができる。従って、排気弁装置20による排気ガスの流通面積の可変制御を長期的に適切に行うことができる。
Further, as described above, the
なお、上記の説明では言及していないが、当実施形態では、排気弁装置20(装置本体21)に形成される上記EGR下流側通路18は、操作シャフト36を含む上流側領域における通路断面線がそれよりも下流側の領域の通路断面積よりも大きくなるように形成されている。このような構成によれば、上記のように、操作シャフト36がEGR中間通路28および高速用通路24b、25b、26bを左右方向に貫通する構成を採用しながらも、当該操作シャフト36がEGRガスの流動抵抗となることを抑制できるという利点がある。
Although not mentioned in the above description, in this embodiment, the EGR
ところで、以上説明した上記実施形態のエンジンは、本発明に係るターボ過給機付多気筒エンジンの好ましい実施形態の例示であって、当該エンジンやこれに組み込まれる排気弁装置20の具体的な構成は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
By the way, the engine of the said embodiment demonstrated above is an illustration of preferable embodiment of the multicylinder engine with a turbocharger which concerns on this invention, Comprising: The specific structure of the said engine and the
例えば、上記実施形態では、エンジン本体1(シリンダヘッド10)に上流側排気通路14、15、16が、排気弁装置20に下流側排気通路24、25、26が、ターボ過給機50に集合部54が各々設けられることで、これら上流側排気通路14、15、16、下流側排気通路24、25、26および集合部54が協働して排気マニホールドを構成しているが、シリンダヘッド10には各気筒2A〜2Dの排気ポートのみが形成されていて、排気弁装置20(装置本体21)側に上流側排気通路14、15、16に相当する通路が形成された構成としてもよい。また、ターボ過給機50の集合部54に相当する部分が排気弁装置20(装置本体21)側に形成された構成としてもよい。
For example, in the above embodiment, the
また、上記実施形態の排気可変弁では、操作シャフト36に半円形部36bが形成され、この半円形部36bが弁体30のブリッジ部34aに挿入されることで、各弁体30が、操作シャフト36に対してその軸方向に変位可能な状態で連結されているが、例えば断面円形の操作シャフト36の外周面に、その軸方向に延びるキー溝を形成する一方、弁体30側にキーを形成し、操作シャフト36に対して弁体30が軸方向に変位可能となるように、弁体30を操作シャフト36に外嵌させる構成を採用してもよい。
In the exhaust variable valve of the above embodiment, the
また、上記実施形態では、本発明の排気弁装置を直列4気筒の4サイクルエンジンに適用した例について説明したが、本発明の排気弁装置は、勿論、上記実施形態以外のエンジンについても適用可能である。 In the above embodiment, the exhaust valve device of the present invention is applied to an in-line four-cylinder four-cycle engine. However, the exhaust valve device of the present invention can of course be applied to engines other than the above embodiment. It is.
1 エンジン本体
10 シリンダヘッド
14 第1上流側排気通路
15 第2上流側排気通路
16 第3上流側排気通路
18 EGR下流側通路
20 排気弁装置
21 装置本体
24 第1下流側排気通路
24a、25a、26a 共通通路
24b、25b、26b 高速用通路
24c、25c、26c 低速用通路
25 第2下流側排気通路
26 第3下流側排気通路
28 EGR中間通路
30 弁体
36 操作シャフト
50 ターボ過給機
58 EGR上流側通路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
排気通路を構成するための複数の第1独立通路と、EGR通路を構成するための第2独立通路とが形成された、金属鋳造体からなる装置本体と、
前記複数の第1独立通路内に各々配置される弁体と、前記装置本体に回動可能に支持されかつ前記各弁体を連結する操作軸とを含み、前記各第1独立通路内の排気ガスの流通面積を変更する排気可変弁と、を備え、
前記複数の第1独立通路および前記第2独立通路は、当該第2独立通路が最端に位置するように並列にかつ特定方向に一列に並ぶように前記装置本体に形成され、
前記操作軸は、前記複数の第1独立通路および前記第2独立通路を前記特定方向と平行な方向に貫通するように前記装置本体に支持されている、ことを特徴とする排気弁装置。 An exhaust valve device interposed between an engine body and a turbocharger driven by energy of exhaust gas discharged from the engine body,
An apparatus main body made of a metal casting, in which a plurality of first independent passages for constituting an exhaust passage and a second independent passage for constituting an EGR passage are formed;
An exhaust in each of the first independent passages including a valve body disposed in each of the plurality of first independent passages, and an operating shaft rotatably supported by the apparatus main body and connecting the valve bodies. An exhaust variable valve that changes a gas flow area,
The plurality of first independent passages and the second independent passages are formed in the apparatus main body so that the second independent passages are aligned in parallel and in a specific direction so that the second independent passages are located at the end.
The exhaust valve device, wherein the operating shaft is supported by the device main body so as to penetrate the plurality of first independent passages and the second independent passages in a direction parallel to the specific direction.
前記第1独立通路および前記第2独立通路は、これらの断面中心が前記特定方向と平行な同一軸線上に位置するように前記装置本体に形成され、
前記操作軸は、前記軸線上に配置されていることを特徴とする排気弁装置。 The exhaust valve device according to claim 1,
The first independent passage and the second independent passage are formed in the apparatus main body so that their cross-sectional centers are located on the same axis parallel to the specific direction,
The exhaust valve device, wherein the operating shaft is disposed on the axis.
前記第2独立通路は、EGRガスの流れ方向において、操作軸の位置を含む上流側の領域における通路断面積がそれよりも下流側の領域の通路断面積よりも大きく形成されていることを特徴とする排気弁装置。 The exhaust valve device according to claim 1 or 2,
The second independent passage is formed such that, in the EGR gas flow direction, the passage cross-sectional area in the upstream region including the position of the operation shaft is larger than the passage cross-sectional area in the downstream region. Exhaust valve device.
前記各弁体は、前記操作軸と一体的な回転が可能で、かつ前記操作軸に対する軸方向の相対変位が許容されるように、当該操作軸に連結されていることを特徴とする排気弁装置。 The exhaust valve device according to any one of claims 1 to 3,
Each of the valve bodies is connected to the operation shaft so as to be able to rotate integrally with the operation shaft and to allow relative displacement in the axial direction with respect to the operation shaft. apparatus.
装置本体には、互いに並列にかつ前記特定方向に一列に並ぶように形成され、車両の低速時に排気ガスを流通させるための複数の低速側独立通路と、互いに並列にかつ前記特定方向に一列に並ぶように形成され、車両の高速時に排気ガスを流通させるための複数の高速側独立通路とが形成されており、
前記第2独立通路は、前記高速側独立通路を前記第1独立通路として、当該複数の高速側独立通路と共に前記特定方向に一列に並ぶように形成され、
前記排気可変弁は、前記各高速側独立通路内の排気ガスの流通面積を変更することを特徴とする排気弁装置。 The exhaust valve device according to any one of claims 1 to 3,
The apparatus body is formed in parallel with each other in a row in the specific direction, and a plurality of low-speed side independent passages for circulating exhaust gas at a low speed of the vehicle, in parallel with each other and in a row in the specific direction. A plurality of high-speed side independent passages are formed to circulate exhaust gas when the vehicle is at high speed.
The second independent passage is formed so as to line up in the specific direction together with the plurality of high-speed independent passages, with the high-speed independent passage as the first independent passage,
The exhaust variable valve is configured to change a flow area of exhaust gas in each of the high-speed independent passages.
前記排気弁装置は、請求項1乃至5の何れか一項に記載の排気弁装置であることを特徴とするターボ過給機付エンジン。 An engine body, a turbocharger driven by the energy of exhaust gas discharged from the engine body, and interposed between the engine body and the turbocharger, and turbocharged from the engine body through an exhaust passage An exhaust valve device that variably sets the flow rate of the exhaust gas sent to the supercharger by changing the flow area of the exhaust gas in the exhaust passage,
The engine with a turbocharger, wherein the exhaust valve device is the exhaust valve device according to any one of claims 1 to 5.
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