JP2015059506A - バルブ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低圧ＥＧＲ装置のバルブ装置において、バルブ装置の小型化を図りつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させる。【解決手段】バルブ装置は、吸気配管２ａ、吸気配管２ａの流路軸ｘに直交する流路軸ｙを有するように吸気配管２ａに接続するＥＧＲ配管２０ａ、ＥＧＲ配管２０ａを開閉する低圧ＥＧＲバルブ２１、吸気配管２ａを開閉する吸気絞り弁２３とを備える。吸気絞り弁２３の下流端２３ｂは、吸気全閉時に交点ｏよりも吸気下流側に位置する。また、吸気配管２ａのＥＧＲ配管２０ａとの交差部での最小流路面積ＡがＥＧＲ配管２０ａの流路面積Ｂよりも大きくなっている。このため、接続口４０から流出するＥＧＲガスを吸気絞り弁２３によってガイドすることができるとともに、ＥＧＲガスが接続口４０の下流側で絞られることがない。これにより、ＥＧＲ配管２０ａの径を大きくすることなく、ＥＧＲガス流量を増加できる。【選択図】図３

Description

本発明は、吸気通路に接続する低圧ＥＧＲ通路を開閉する低圧ＥＧＲバルブと、吸気通路を開閉する吸気絞り弁とを備えるバルブ装置に関する。

従来より、比較的低圧低温の排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして吸気通路へ還流させる低圧ＥＧＲ装置が公知である（例えば、特許文献１、２参照）。
低圧ＥＧＲ装置は、低圧ＥＧＲ通路を流れる低圧ＥＧＲガスの流量を調整するバタフライ型の低圧ＥＧＲバルブと、低圧ＥＧＲバルブの開閉操作に連動して低圧ＥＧＲ通路よりも吸気上流において吸気通路の開度を調整するバタフライ型の吸気絞り弁とを有するバルブ装置を備える。そして、低圧ＥＧＲバルブが低圧ＥＧＲ通路の開度を最大とするときに、吸気絞り弁が吸気通路を最も絞り（この状態を吸気全閉と呼ぶ）、吸気通路へ還流されるＥＧＲガスの流量を増加させる。

特許文献１、２には、バルブ装置の小型化等の要求から、吸気通路と低圧ＥＧＲ通路とが直角に接続された技術が開示されている。
そして、特許文献１のバルブ装置では、低圧ＥＧＲ通路の流路軸と吸気通路の流路軸との交点が回転中心となるように吸気絞り弁が配されている。

しかし、この構造の場合、吸気全閉時にＥＧＲガスを吸気通路へ流す流路が、吸気絞り弁の近傍で絞られてしまう。この現象を「ＥＧＲ絞り現象」と呼ぶ。この「ＥＧＲ絞り現象」が発生するとＥＧＲガスの流量が低下してしまうという問題が生じる。
一方で、特許文献１のバルブ装置では、吸気全閉時において、吸気絞り弁を吸気通路の流路軸に対して傾斜した状態で存在させることにより、低圧ＥＧＲ通路から吸気通路の下流側へ流れ込むようにＥＧＲガスの流れをガイドすることができる。この機能を、「ＥＧＲ流れガイド機能」と呼ぶ。

これに対して、特許文献２のバルブ装置では、低圧ＥＧＲ通路の接続口が開口する位置よりも十分上流の吸気通路に吸気絞り弁を配している。
しかし、この構造の場合には、「ＥＧＲ絞り現象」は発生しないものの、「ＥＧＲ流れガイド機能」が発揮されない。このため、接続口から流出するＥＧＲガスが低圧ＥＧＲ通路の流路軸に沿って真っ直ぐ進み、吸気通路の流路壁に衝突する等して圧力損失が生じ、結果的にＥＧＲガスの流量が低下してしまうという問題が生じる。

そこで、ＥＧＲガスの流量を増加させるために、低圧ＥＧＲ通路の通路径を大きくするという方法があるが、通路径を大きくするとバルブ装置の小型化を阻害することになる。

特開２０１２−２３７３０６号公報 特開２０１２−１２７２０４号公報

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、低圧ＥＧＲ装置のバルブ装置において、バルブ装置の小型化を図りつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させることを目的とする。

本発明のバルブ装置は、内燃機関の吸気通路に接続してＥＧＲガスを吸気通路に導く流路であって、自身の流路軸ｙを吸気通路内に延長したときに吸気通路の流路軸ｘと直交する低圧ＥＧＲ通路と、低圧ＥＧＲ通路を開閉する低圧ＥＧＲバルブと、吸気通路に配されて、吸気通路を絞り、吸気通路に導入されるＥＧＲガスの流量を増加させるバタフライ型の吸気絞り弁と、低圧ＥＧＲバルブが低圧ＥＧＲ通路の開度を最大とする時に、吸気絞り弁が吸気通路を最も絞った吸気全閉にする連動駆動機構と、吸気全閉時の吸気絞り弁の姿勢であって、回動中心よりも低圧ＥＧＲ通路の接続口に近い側に吸気絞り弁の上流端が位置し、回動中心よりも接続口から遠い側に吸気絞り弁の下流端が位置するように、吸気通路の流路軸ｘに対して傾斜する吸気絞りの姿勢とを備える。

そして、吸気絞り弁の下流端は、吸気全閉時に、吸気通路の流路軸ｘと低圧ＥＧＲ通路の流路軸ｙとの交点ｏよりも吸気通路の下流側に位置する。
また、吸気全閉時に低圧ＥＧＲ通路を経て吸気絞り弁下流側の吸気通路へＥＧＲガスが流れる流路において、流路面積が最も小さい箇所が、低圧ＥＧＲ通路に設けられている。

これによれば、「ＥＧＲ絞り現象」が発生させず、かつ、「ＥＧＲ流れガイド機能」を維持することができるため、低圧ＥＧＲ通路の通路径を大きくすることなく、ＥＧＲガスの流量を増加させることができる。すなわち、バルブ装置の小型化を図りつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させることができる。

内燃機関の吸排気システムの概略図である。 バルブ装置の基本構成を説明する断面図である。 実施例のバルブ装置の模式図である。 従来例のバルブ装置の模式図である。 従来例のバルブ装置の模式図である。 距離Ｃと流量の関係を示した相関図である。

本発明を実施するための形態を以下の実施例により詳細に説明する。

〔実施例〕
実施例を図１〜６を用いて説明する。
まず、本実施例のバルブ装置が適用される内燃機関の吸排気システムを図１を用いて説明する。
吸排気システムは、エンジン１に吸気を導く吸気通路２と、エンジン１から排気を排出するための排気通路３と、排気通路３に配される排気タービン４と吸気通路２に配されるコンプレッサ５とを有する過給機と、排気の一部を吸気通路２へ還流する高圧ＥＧＲ装置及び低圧ＥＧＲ装置とを備える。

吸気通路２には、吸気上流側から、吸気の異物を取り除くエアクリーナ８、過給機のコンプレッサ５、コンプレッサ５で圧縮された吸気を冷却するインタークーラ９、吸気量を調整するスロットルバルブ１０、所定の容積室を形成するサージタンク１１等が配置されている。

排気通路３には、排気上流側から、過給機の排気タービン４、排気に含まれる粒子状物質（ＰＭ）を捕集するＤＰＦ１２等が配されている。

排気タービン４は、排気のエネルギを回転力に変換するもので、コンプレッサ５は、排気タービン４と同軸に連結され排気タービン４の回転力によって回転して吸気を圧縮するものである。

高圧ＥＧＲ装置は、エンジン１から排出された直後の比較的高圧高温の排気の一部を高圧ＥＧＲガスとして吸気通路２へ還流させる装置である。
高圧ＥＧＲ装置は、排気タービン４より排気上流側の排気通路３と、スロットルバルブ１０よりも吸気下流側の吸気通路２とを接続する高圧ＥＧＲ通路１３と、高圧ＥＧＲ通路１３を流れる高圧ＥＧＲガスの流量を調整する高圧ＥＧＲバルブ１４と、高圧ＥＧＲガスを冷却する高圧ＥＧＲクーラ１５と、高圧ＥＧＲクーラ１５を通過する経路と高圧ＥＧＲクーラ１５をバイパスする経路との間を切り替える切替弁１６とを有する。

低圧ＥＧＲ装置は、比較的低圧低温の排気の一部を低圧ＥＧＲガスとして吸気通路２へ還流させる装置である。
低圧ＥＧＲ装置は、排気タービン４より排気下流側（本実施例では、ＤＰＦ１２の下流側）の排気通路３と、コンプレッサ５より吸気上流側の吸気通路２とを接続する低圧ＥＧＲ通路２０と、低圧ＥＧＲ通路２０を流れる低圧ＥＧＲガスの流量を調整する低圧ＥＧＲバルブ２１と、低圧ＥＧＲガスを冷却する低圧ＥＧＲクーラ２２と、低圧ＥＧＲバルブ２１の開閉操作に連動して低圧ＥＧＲ通路２０よりも吸気上流において吸気通路２の開度を調整する吸気絞り弁２３とを有する。

低圧ＥＧＲバルブ２１と吸気絞り弁２３とは１つのアクチュエータによって駆動する１つのバルブ装置２４としてユニット化されている。
次にバルブ装置２４の基本構成を図２を用いて説明する。

バルブ装置２４は、低圧ＥＧＲ通路２０の一部をなすＥＧＲ配管２０ａと、ＥＧＲ配管２０ａに配される低圧ＥＧＲバルブ２１と、吸気通路２の一部をなす吸気配管２ａと、吸気配管２ａに配される吸気絞り弁２３と、低圧ＥＧＲバルブ２１と吸気絞り弁２３とを連動駆動させる連動駆動機構等を備える。

ＥＧＲ配管２０ａと吸気配管２ａとは直角に接続されている。すなわち、図３に示すように、ＥＧＲ配管２０ａの流路軸ｙは、吸気通路内に延長したときに吸気配管２ａの流路軸ｘと直交する。

低圧ＥＧＲバルブ２１は、バタフライバルブであり、回転中心となるシャフト２６はＥＧＲ配管２０ａに回転自在に支持されている。

吸気絞り弁２３は、吸気通路２を絞り、吸気通路２に導入されるＥＧＲガスの流量を増加させるバタフライバルブであり、回転中心となるシャフト２７は吸気配管２ａに回転自在に支持されている。吸気絞り弁２３の構造は後に詳述する。

連動駆動機構は、回転駆動力を発生するアクチュエータ２９と、シャフト２６とシャフト２７とを連結するリンク機構３０とを備える。
アクチュエータ２９は、例えば電動モータであり、動力伝達機構を介してシャフト２６に回転駆動力を与える。

動力伝達機構は、電動モータ３０の出力軸に設けられたピニオン３１と、ピニオン３１に噛み合う減速ギヤ３２と、減速ギヤ３２と一体に設けられて共通の中心軸周りに回転する小径ギヤ３３と、小径ギヤ３３と噛み合うバルブギヤ３４とで構成される。バルブギヤ３４はシャフト２６に固定されており、電動モータの回転がシャフト２６に伝達される。

低圧ＥＧＲバルブ２１のシャフト２６は、吸気絞り弁２３のシャフト２７と平行に設けられている。
シャフト２６とシャフト２７とはリンク機構を介して連結しており、電動モータによってシャフト２６が回動するのに伴ってシャフト２７が回動するように構成されている。

リンク機構３０は、シャフト２６と一体に回転する駆動プレート３８と、シャフト２７と一体的に回転する従動プレート３９とを有し、駆動プレート３８に形成されたカム溝３８ａと、従動プレート３９に形成されたピン３９ａとの係合によって構成されている。

以上に説明した連動駆動機構によって、低圧ＥＧＲバルブ２１と吸気絞り弁２３とは１つのアクチュエータにより駆動される。そして、低圧ＥＧＲバルブ２１がＥＧＲ配管２０ａの開度を最大とする時に、吸気絞り弁２３が吸気配管２ａを最も絞った吸気全閉にする。

低圧ＥＧＲバルブ２１が低圧ＥＧＲ通路２０を開くと、ＥＧＲ配管２０ａの接続口４０の位置よりも吸気上流側から流れ込む空気に、ＥＧＲガスが合流して、吸気下流へと流れる。

吸気絞り弁２３は、楕円形の板状を呈しており、シャフト２７と一体的に回動する。
そして、吸気全閉時において吸気絞り弁２３は、流路軸ｘに対して傾斜した姿勢をとる。すなわち、板厚方向が流路軸ｘに平行とはなっていない。
図３に示すように、吸気全閉時において吸気絞り弁２３は、吸気配管２ａの下流に向かって横たわるように傾斜している。すなわち、流路軸ｙに沿う方向において、回動中心（シャフト２７）よりもＥＧＲ配管２０ａの接続口４０に近い側に吸気絞り弁２３の上流端２３ａが位置し、回動中心よりも接続口４０から遠い側に吸気絞り弁２３の下流端２３ｂが位置するように、傾斜している。

〔本実施例の特徴及び作用効果〕
本実施例の特徴を図３を用いて説明する。
本実施例の吸気絞り弁２３は、吸気全閉時に、下流端２３ｂが流路軸ｘと流路軸ｙとの交点ｏよりも吸気下流側に位置するように配されている。

ここで、吸気全閉時にＥＧＲ配管２０ａと吸気絞り弁下流の吸気配管２ａとにより形成される流路であって、ＥＧＲ配管２０ａを経て吸気絞り弁２３下流側の吸気配管２ａへＥＧＲガス流通可能な流路をＥＧＲ合流流路５０と呼ぶ。

本実施例では、このＥＧＲ合流流路５０において、流路面積が最も小さい箇所が、ＥＧＲ配管２０ａに設けられている。すなわち、シャフト２７が交点ｏよりも吸気上流側に位置しており、吸気配管２ａのＥＧＲ配管２０ａとの交差部での最小流路面積Ａよりも、ＥＧＲ配管２０ａの流路面積Ｂが小さくなっている。

本実施例の作用効果を説明するために、従来のバルブ装置について説明する。
図４で従来例１を、図５で従来例２を説明する。

従来例１は、下流端２３ｂが交点ｏよりも吸気下流側に位置している。このため、「ＥＧＲ流れガイド機能」が発揮される。すなわち、接続口４０から流出するＥＧＲガスが傾斜した吸気絞り弁２３にガイドされて、吸気絞り弁２３の下流側へスムーズにＥＧＲガスが流れる。

しかし、従来例１では、交差部での最小流路面積Ａが、ＥＧＲ配管２０ａの流路面積よりも小さい。このため、「ＥＧＲ絞り現象」が発生する。すなわち、ＥＧＲ合流流路５０が、吸気絞り弁２３の存在によって最小流路面積Ａの箇所で絞られて、ＥＧＲガスの流量が低下する。

一方、従来例２は、吸気絞り弁２３の回転中心が交点ｏよりも吸気上流に位置しており、交差部での最小流路面積がＥＧＲ配管２０ａの流路面積よりも大きく、「ＥＧＲ絞り現象」は発生しない。

しかし、従来例２では、下流端２３ｂが交点ｏよりも吸気上流側に位置しているため、「ＥＧＲ流れガイド機能」を奏さない。すなわち、ＥＧＲ配管２０ａからのＥＧＲガスは、流路軸ｙに沿って直進し、接続口４０に対向する吸気配管２ａの壁面に衝突しやすくなる。このため、圧力損失が大きくなり、結果的にＥＧＲガスの流量が低減してしまう。

以上のように、従来例では、「ＥＧＲ絞り現象」の発生もしくは「ＥＧＲ流れガイド機能」の消失によって、ＥＧＲガスの流量が低減してしまっていた。

これに対して、本実施例では、「ＥＧＲ絞り現象」を発生させず、かつ、「ＥＧＲ流れガイド機能」を維持できる。
すなわち、本実施例では、吸気絞り弁２３の下流端２３ｂが、吸気全閉時に交点ｏよりも吸気下流側に位置する。このため、接続口４０から流出するＥＧＲガスを吸気絞り弁２３によって吸気絞り弁２３の下流側へガイドすることができる。

また、本実施例では、このＥＧＲ合流流路５０において、流路面積が最も小さい箇所が、ＥＧＲ配管２０ａに設けられている。すなわち、シャフト２７が交点ｏよりも吸気上流側に位置しており、吸気配管２ａのＥＧＲ配管２０ａとの交差部での最小流路面積ＡがＥＧＲ配管２０ａの流路面積Ｂよりも大きくなっている。
このため、従来例１とは異なって、ＥＧＲ合流流路５０が吸気絞り弁２３の存在によって絞られることがない。

ここで、流路軸ｘに平行な方向での交点ｏから下流端２３ｂの距離をＣとする。交点ｏをゼロ点として、下流端２３ｂが交点ｏよりも下流側にある場合はプラス、上流側にある場合はマイナスとする。
図６に距離Ｃと流量の関係を示す。

距離Ｃがマイナスの領域では、従来例２のように「ＥＧＲ流れガイド機能」が消失している。このため、圧力損失が大きく、小さい流量しか得られない。
距離Ｃをプラスにすると、「ＥＧＲ流れガイド機能」が発揮されるので、圧力損失が小さくなり、流量は増加する。しかし、距離Ｃが大きすぎると、従来例１のように、吸気絞り弁２３によってＥＧＲ合流流路５０が絞られてしまい、「ＥＧＲ絞り現象」が生じる。
本実施例の吸気絞り弁２３の配置は、「ＥＧＲ絞り現象」が発生せず、かつ、「ＥＧＲ流れガイド機能」を維持できる配置であり、ＥＧＲガスの流量を大きくすることができる。

以上のように、本実施例によれば、「ＥＧＲ絞り現象」が発生せず、かつ、「ＥＧＲ流れガイド機能」を維持することができるため、ＥＧＲ配管２０ａの径を大きくするとこなく、ＥＧＲガスの流量を増加させることができる。すなわち、バルブ装置の小型化を図りつつ、ＥＧＲガスの流量を増加させることができる。

２ 吸気通路、２ａ 吸気配管、２０ 低圧ＥＧＲ通路、２０ａ ＥＧＲ配管、２１ 低圧ＥＧＲバルブ、２３ 吸気絞り弁、２３ａ 吸気絞り弁の上流端、２３ｂ 吸気絞り弁の下流端、２４ バルブ装置、２７ シャフト、２９ アクチュエータ、３０ リンク機構、４０ 接続口

Claims (2)

1. 内燃機関の吸気通路（２、２ａ）に接続してＥＧＲガスを前記吸気通路（２、２ａ）に導く流路であって、自身の流路軸ｙを前記吸気通路（２、２ａ）内に延長したときに前記吸気通路（２、２ａ）の流路軸ｘと直交する低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）と、
   前記低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）を開閉する低圧ＥＧＲバルブ（２１）と、
   前記吸気通路（２、２ａ）に配されて、前記吸気通路（２、２ａ）を絞り、前記吸気通路（２、２ａ）に導入されるＥＧＲガスの流量を増加させるバタフライ型の吸気絞り弁（２３）と、
   前記低圧ＥＧＲバルブ（２１）が前記低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）の開度を最大とする時に、前記吸気絞り弁（２３）が前記吸気通路（２、２ａ）を最も絞った吸気全閉にする連動駆動機構（２９、３０）と、
   吸気全閉時の前記吸気絞り弁（２３）の姿勢であって、回動中心（２７）よりも前記低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）の接続口（４０）に近い側に前記吸気絞り弁（２３）の上流端（２３ａ）が位置し、前記回動中心（２７）よりも前記接続口（４０）から遠い側に前記吸気絞り弁（２３）の下流端（２３ｂ）が位置するように、前記吸気通路（２、２ａ）の流路軸ｘに対して傾斜する前記吸気絞り弁（２３）の姿勢とを備えるバルブ装置であって、
   前記吸気絞り弁（２３）の下流端（２３ｂ）は、前記吸気全閉時に、前記吸気通路（２、２ａ）の流路軸ｘと前記低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）の流路軸ｙとの交点ｏよりも前記吸気通路（２、２ａ）の下流側に位置し、
   前記吸気全閉時にＥＧＲガスが前記低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）を経て前記吸気絞り弁下流側の前記吸気通路（２、２ａ）へ流れる流路において、流路面積が最も小さい箇所が、前記低圧ＥＧＲ通路（２０、２０ａ）に設けられていることを特徴とするバルブ装置。
2. 請求項１に記載のバルブ装置において、
   前記回動中心（２７）が、前記交点ｏよりも前記吸気通路（２、２ａ）の上流側に位置することを特徴とするバルブ装置。

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