JP2015063964A

JP2015063964A - 内燃機関のｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP2015063964A
Application number: JP2013198745A
Authority: JP
Inventors: 祥治山崎; Shoji Yamazaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2013-09-25
Filing date: 2013-09-25
Publication date: 2015-04-09

Abstract

【課題】弁体へデポジットが堆積しにくくなり、ＥＧＲ制御弁を流通する排気ガスの流量低下を抑制することができるＥＧＲ制御弁を提供する。
【解決手段】ＥＧＲ通路とＥＧＲ制御弁３０とを有する内燃機関のＥＧＲ装置において、ＥＧＲ制御弁３０は、ＥＧＲ通路を遮るように設けられた壁部３４と、壁部３４に接して設けられる弁体３５と、弁体３５を壁部３４に沿って変位駆動する駆動部３８と、を有する。そして、壁部３４および弁体３５は、それぞれ、第１流通孔３９および第２流通孔４０を有しており、弁体３５は、第２流通孔４０が第１流通孔３９に少なくとも部分的に重なる位置と、第２流通孔４０が第１流通孔３９に重ならない位置と、の間で、壁部３４に沿って駆動部３８によって変位駆動される。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の排気ガスの一部を吸気系へ再循環させるＥＧＲ装置に関する。

内燃機関のＥＧＲ装置が特許文献１に記載されている。このＥＧＲ装置は、ＥＧＲ制御弁を有する。このＥＧＲ制御弁は、弁体とシート部とを有する。このＥＧＲ装置では、ＥＧＲ制御弁が全閉状態にあるときには、弁体は、シート部に着座している。一方、ＥＧＲ制御弁が全閉状態から開弁状態に移行せしめられるとき、弁体は、回転しながらシート部から離間する。

特開２００５−２２６５９５号公報特開２００８−０３８６３６号公報

特許文献１のＥＧＲ制御弁では、弁体の傘部は、ＥＧＲ制御弁が開弁している間、流通する排気ガスに曝される。したがって、弁体の傘部にはデポジットが堆積しやすい。そのため、堆積したデポジットによって、排気の流通が妨げられる可能性が高い。また、弁体の傘部のうち、シート部に着座する部分においては、堆積したデポジットは、弁体が閉じる動作によってシート部に押し付けられ、押し固められる。したがって、弁体の傘部のうち、シート部に着座する部分では、堆積したデポジットが除去されにくい。こうした事情から、ＥＧＲ制御弁を流通する排気の流量が低下する可能性が高い。

また、特許文献１のＥＧＲ制御弁は、弁体をシート部から離間させる構造を有している。したがって、弁体をシート部から離間させるストロークを確保するための空間が必要であり、その分だけＥＧＲ制御弁の大型化を招いてしまう。

こうした事情に鑑み、本発明の目的の１つは、ＥＧＲ制御弁の弁体にデポジットが堆積しにくく、ＥＧＲ制御弁を流通する排気の流量低下を抑制し、また、ＥＧＲ制御弁の大型化を抑制することにある。

本願の発明は、ＥＧＲ通路とＥＧＲ制御弁とを有する内燃機関のＥＧＲ装置に関する。そして、上記目的を達成するために、前記ＥＧＲ制御弁は、前記ＥＧＲ通路を遮るように設けられた壁部と、該壁部に接して設けられる弁体と、該弁体を前記壁部に沿って変位駆動する駆動手段と、を有し、前記壁部および前記弁体は、それぞれ、開口を有しており、前記弁体は、該弁体の開口が前記壁部の開口に少なくとも部分的に重なる位置と、該弁体の開口が前記壁部の開口に重ならない位置と、の間で、前記壁部に沿って前記駆動手段によって変位駆動される。

本発明では、弁体は、壁部に接した状態で変位せしめられるので、弁体と壁部との間には、デポジットが堆積しにくい。また、弁体は、壁部に接した状態で変位せしめられるので、弁体に堆積したデポジットが壁部によって押し固められることがない。このため、弁体に堆積したデポジットが除去されにくくなることが抑制される。さらに、弁体は、壁部に接した状態で変位せしめられるので、開口の内周に堆積したデポジットの一部は、弁体の変位によって掻き落とされる。このため、開口の内周にデポジットが堆積しにくい。こうしたことから、本発明によれば、ＥＧＲ制御弁を流通する排気の流量低下を抑制することができる。

さらに、弁体は、壁部に接したままであるので、弁体を壁部から離間させるストロークを確保するための空間が必要ない。このため、本発明によれば、ＥＧＲ制御弁を小型化することができる。

図１は、第１実施形態のＥＧＲ装置を備えた内燃機関を示している。図２は、第１実施形態のＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ制御弁の断面図である。図３は、第１実施形態のＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ制御弁の作用を説明する図である。図４は、第１実施形態のＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ制御弁の壁部の変形例を示す図である。図５は、第１実施形態のＥＧＲ装置を構成するＥＧＲ制御弁の弁体の変形例を示す図である。

＜第１実施形態＞
（ＥＧＲ装置の構成）
以下、図面を参照して本発明の内燃機関のＥＧＲ装置の実施形態について説明する。図１に、第１実施形態のＥＧＲ装置を備えた内燃機関が示されている。図１において、１０は内燃機関、１１は内燃機関の本体、１２は吸気管、１３は吸気マニホールド、１４はエアフィルタ、１５はスロットル弁、１６はインタークーラ、１７は排気マニホールド、１８は排気管、１９はＥＧＲ通路、２０はＥＧＲクーラ、３０はＥＧＲ制御弁、５０はターボチャージャ、５１はコンプレッサ、５２はタービン、６１は回転角度センサ、７０は電子制御装置（ＥＣＵ）をそれぞれ示している。

ＥＧＲ装置は、排気管１８から吸気管１２に排気を再循環させる排気再循環装置である。ＥＧＲ装置は、概して、ＥＧＲ通路１９と、ＥＧＲ制御弁３０とから構成される。もちろん、ＥＧＲ装置は、図１に示されている実施形態にあるように、ＥＧＲクーラ２０、および、回転角度センサ６１を有していてもよい。

ＥＧＲ通路１９は、タービン５２上流の排気マニホールド１７から、コンプレッサ５１下流の吸気マニホールド１３まで延びている。ＥＧＲ制御弁３０は、ＥＧＲクーラ２０下流のＥＧＲ通路１９に配設されている。回転角度センサ６１は、ＥＧＲ制御弁３０に配設されている。

ＥＧＲ制御弁３０（より具体的には、後述するＥＧＲ制御弁の駆動部）、および、回転角度センサ６１は、ＥＣＵ７０に電気的に接続されている。ＥＣＵ７０は、ＥＧＲ制御弁３０を駆動するための信号をＥＧＲ制御弁３０に供給する。回転角度センサ６１は、ＥＧＲ制御弁３０の開度（より具体的には、後述するＥＧＲ制御弁の弁体の回転位相角度）に対応する信号を出力する。ＥＣＵ７０は、回転角度センサ６１から出力された信号を受信する。ＥＣＵ７０は、この受信した信号に基づいて、ＥＧＲ制御弁３０の開度を算出する。

なお、ＥＧＲ制御弁３０が駆動せしめられて開弁状態にされると、排気マニホールド１７内の排気が、ＥＧＲ通路１９を介して、吸気マニホールド１３に流入する。すなわち、排気マニホールド１７内の排気が、ＥＧＲ装置によって、吸気マニホールド１３に再循環せしめられる。一方、ＥＧＲ制御弁３０が駆動せしめられて全閉状態にされると、ＥＧＲ通路１９を介した排気マニホールド１７から吸気マニホールド１３への排気の再循環が停止される。

＜ＥＧＲ制御弁の構成＞
ＥＧＲ制御弁の構成について説明する。図２に、ＥＧＲ制御弁３０の断面図が示されている。図２において、３１はボディ、３２は排気流入口、３３は排気流出口、３４は壁部、３５は弁体、３６はシャフト、３７は貫通孔、３８は駆動部、３９は第１流通孔、４０は第２流通孔、６１は回転角度センサをそれぞれ示している。また、矢印Ｐおよび矢印Ｑは、排気ガスの流通する向きを示している。

排気流入口３２は、上流側のＥＧＲ通路１９に連通している。排気流出口３３は、下流側のＥＧＲ通路１９に連通している。壁部３４は、貫通孔３７と第１流通孔３９とを有する。壁部３４は、排気の流通を遮るように、排気流入口３２と排気流出口３３との間において、ボディ３１に配設されている。弁体３５は、第２流通孔４０を有する。弁体３５は、その下流側壁面が壁部３４の上流側壁面に接するように、壁部３４の上流側に配設されている。なお、弁体３５は、円盤状の形状をしている。

第１流通孔３９および第２流通孔４０の形状は、ともに、同一の半径を有する円形である。また、第１流通孔３９および第２流通孔４０の中心軸線からシャフト３６の軸線までの距離は、互いに等しい。また、第１流通孔３９および第２流通孔４０は、互いに完全に整列可能なように、それぞれ、壁部３４および弁体３５に設けられている。

シャフト３６は、弁体３５の中心部分から、弁体３５の上流側壁面に対して垂直方向に、壁部３４の貫通孔３７を通って、駆動部３８まで延びている。弁体３５は、シャフト３６を回転軸として回転可能である。なお、回転角度センサ６１は、弁体３５とは反対側において、シャフト３６に隣接して配設されている。

なお、駆動部３８によってシャフト３６が回転せしめられると、この回転に伴って、弁体３５も回転せしめられる。これにより、第１流通孔３９と第２流通孔４０との間の相対位置関係が変化する。

＜ＥＧＲ制御弁の作用＞
ＥＧＲ制御弁の作用について図３を参照して説明する。図３は、壁部３４および弁体３５をＥＧＲ制御弁３０の排気流入口３２側から見た図である。

（全閉状態）
図３（Ａ）に示されているように、弁体３５の回転角度がゼロであるとき、第１流通孔３９と第２流通孔４０とは、重なり合わない。このとき、ＥＧＲ制御弁３０は、全閉状態にある。したがって、排気は、第１流通孔３９および第２流通孔４０を通って流れることができない。すなわち、排気は、ＥＧＲ制御弁３０を通って流れることができない。したがって、このときにＥＧＲ制御弁３０を通って流れる排気流量は、ゼロである。

（部分開弁状態）
図３（Ｂ）に示されているように、弁体３５の回転角度がゼロと最大角度との間の角度であるとき、第１流通孔３９と第２流通孔４０とが部分的に重なる。このとき、ＥＧＲ制御弁３０は、開弁状態にある。したがって、このとき、排気は、第１流通孔３９と第２流通孔４０との重なった領域を通って流れることができる。すなわち、排気は、ＥＧＲ制御弁３０を通って流れることができる。そして、このときにＥＧＲ制御弁３０を通って流れる排気流量は、ゼロと最大流量との間の流量である。

（全開状態）
図３（Ｃ）に示されているように、弁体３５の回転角度が最大角度であるとき、第１流通孔３９と第２流通孔４０とは、完全に整列する。このとき、ＥＧＲ制御弁３０は、全開状態にある。したがって、このとき、排気は、第１流通孔３９および第２流通孔４０全体を通って流れることができる。すなわち、排気は、ＥＧＲ制御弁３０を通って流れることができる。そして、このときにＥＧＲ制御弁３０を通って流れる排気流量は、最大流量である。

＜第１実施形態の効果＞
第１実施形態のＥＧＲ装置によれば、弁体３５は、シャフト３６を回転軸として回転するが、シャフト３６の軸線方向には動作しないので、壁部３４と弁体３５とは、きわめて近接した状態が維持される。したがって、壁部３４と弁体３５との間には、排気中に含まれるパティキュレートマター（ＰＭ）は流入しにくく、また、デポジットとして堆積しにくい。

さらに、上述したように、弁体３５は、シャフト３６の軸線方向に動作しないので、弁体３５に堆積したデポジットは、壁部３４によって押し固められることがない。したがって、弁体３５に堆積したデポジットが除去されにくいという問題は生じない。

さらに、弁体３５は、壁部３４ときわめて近接した状態で回転するので、第１流通孔３９および第２流通孔４０の内周に堆積したデポジットの一部は、その回転運動によって掻き落とされる。すなわち、第１流通孔３９および第２流通孔４０の内周にデポジットが堆積しにくく、排気ガスの流通のための開口面積が狭まりにくい。

こうしたことから、第１実施形態によれば、ＥＧＲ制御弁３０を流通する排気ガスの流量低下を抑制することができる。

さらに、弁体３５は、壁部３４に接したままであるので、弁体３５を壁部３４から離間させるストロークを確保するための空間が必要ない。このため、第１実施形態によれば、ＥＧＲ制御弁３０を小型化することができる。

＜第１流通孔＞
第１実施形態において、図４に示されるように、壁部３４の第１流通孔３９とシャフト３６を通すための貫通孔３７とが、それらを含む１つの大きな孔として構成されてもよい。これによれば、第１流通孔３９と貫通孔３７とが別々に設けられる構成と比べて部品製作の工数を削減することができる。

＜第２流通孔＞
また、第１実施形態において、図５に示されるように、弁体３５の第２流通孔４０は、弁体３５の一部を切り欠いた形状であってもよい。これによれば、完全な孔状に開口する流通孔と比べて部品製作の工数を削減することができる。

＜第１実施形態の適用範囲＞
なお、本発明のＥＧＲ制御弁は、弁体が壁部に接したまま当該壁部に対して回転するタイプの制御弁に限られるものではなく、弁体が壁部に接したまま動作せしめられるタイプの制御弁であればよく、たとえば、弁体が壁部に接したまま当該壁部に対して直動移動するタイプの制御弁であってもよい。

また、壁部と弁体とが接する面は、平面に限られるものではなく、曲面または球面であってもよい。

＜実施形態の総括＞
以上説明した実施形態のＥＧＲ装置は、広くは、ＥＧＲ通路１９とＥＧＲ制御弁３０とを有する。そして、前記ＥＧＲ制御弁３０は、前記ＥＧＲ通路１９を遮るように設けられた壁部３４と、該壁部３４に接して設けられる弁体３５と、該弁体３５を前記壁部３４に沿って変位駆動する駆動手段（駆動部３８）と、を有し、前記壁部３４および前記弁体３５は、それぞれ、開口（第１流通孔３９および第２流通孔４０）を有しており、前記弁体３５は、該弁体３５の開口（第２流通孔４０）が前記壁部３４の開口（第１流通孔３９）に少なくとも部分的に重なる位置と、該弁体３５の開口（第２流通孔４０）が前記壁部３４の開口（第１流通孔３９）に重ならない位置と、の間で、前記壁部３４に沿って前記駆動手段（駆動部３８）によって変位駆動される内燃機関のＥＧＲ装置であると言える。

１０…内燃機関、１９…ＥＧＲ通路、３０…ＥＧＲ制御弁、３４…壁部、３５…弁体、３９…第１流通孔、４０…第２流通孔、７０…ＥＣＵ。

Claims

ＥＧＲ通路とＥＧＲ制御弁とを有する内燃機関のＥＧＲ装置において、前記ＥＧＲ制御弁は、前記ＥＧＲ通路を遮るように設けられた壁部と、該壁部に接して設けられる弁体と、該弁体を前記壁部に沿って変位駆動する駆動手段と、を有し、前記壁部および前記弁体は、それぞれ、開口を有しており、前記弁体は、該弁体の開口が前記壁部の開口に少なくとも部分的に重なる位置と、該弁体の開口が前記壁部の開口に重ならない位置と、の間で、前記壁部に沿って前記駆動手段によって変位駆動される内燃機関のＥＧＲ装置。