JP2016186304A - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

【課題】複数気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを効率よく供給し、かつ体積効率の低下を抑制できる排気ガス再循環装置を提供する。【解決手段】カムシャフト１８０の回転によって吸気バルブ１２０が開状態であるときに吸気に利用される排気ガスを吸気ポート１６２に供給する排気ガス再循環装置１であって、吸気ポート１６２に排気ガスを供給する還流路１０と、還流路１０における吸気ポート１６２側の開口部近傍に配置され、吸気バルブ１２０が開状態のときに還流路１０と吸気ポート１６２との間を流通可能に開放し、吸気バルブ１２０が閉状態のときに還流路１０と吸気ポート１６２との間を流通不能に閉塞する還流開閉バルブ（サブＥＧＲバルブ２２）と、を備える。還流開閉バルブ（サブＥＧＲバルブ２２）は、カムシャフト１８０により駆動される。【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガスの一部を吸気側に還流させる排気ガス再循環装置に関する。特に、複数気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを効率よく供給し、かつ体積効率の低下を抑制できる排気ガス再循環装置に関する。

自動車などのエンジンにおいて、エンジンから排出される排気ガスの一部を排気流路から取り出して吸気流路に還流させる排気ガス再循環装置が知られている。例えば、特許文献１には、排気通路が接続される共通通路と、その共通通路に供給された排気ガスを複数気筒エンジンの各吸気ポートに分配して導入する分配通路と、を備える排気還流装置（排気ガス再循環装置）が開示されている。この排気ガス再循環装置は、共通通路から各吸気ポートに至るまでの分岐通路を順次二分岐していく方式（トーナメント方式）によって各吸気ポートに排気ガスを還流している。

特開２００５−９８１６４号公報

しかし、特許文献１に記載の従来技術は、各吸気ポートが分岐通路で連通しているため、各気筒における吸気脈動が互いに干渉し合い、体積効率が低下することがある。各気筒における吸気脈動の影響を抑制するために、逆止弁を配設したり、サージタンクを設け、その位置、容積、形状などを工夫したりすることも考えられるが、各気筒の吸気のタイミングにのみ、確実に排気ガスを吸気ポートに導入させることは困難である。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであって、その目的の一つは、複数気筒エンジンの各吸気ポートに排気ガスを効率よく供給し、かつ体積効率の低下を抑制できる排気ガス再循環装置を提供することにある。

本発明の排気ガス再循環装置は、カムシャフトの回転によって吸気バルブが開状態であるときに吸気に利用される排気ガスを吸気ポートに供給する排気ガス再循環装置であって、前記吸気ポートに排気ガスを供給する還流路と、前記還流路における前記吸気ポート側の開口部近傍に配置され、前記吸気バルブが開状態のときに前記還流路と前記吸気ポートとの間を流通可能に開放し、前記吸気バルブが閉状態のときに前記還流路と前記吸気ポートとの間を流通不能に閉塞する還流開閉バルブと、を備える。前記還流開閉バルブは、前記カムシャフトにより駆動される。

上記の排気ガス再循環装置は、吸気バルブが開状態のときには吸気ポートに排気ガスを供給するが、吸気バルブが閉状態のときには吸気ポートに排気ガスを供給しない。つまり、上記の排気ガス再循環装置は、吸気を行う気筒の吸気ポートにのみ排気ガスを供給し、吸気を行わない気筒へは排気ガスを供給しない。よって、各気筒の吸気ポートが連通しないため、各気筒における吸気脈動が互いに干渉し合うことを抑制でき、体積効率の低下を抑制できる。吸気ポートへの排気ガスの流通を制御する還流開閉バルブが、吸気バルブの開閉を行うカムシャフトにより駆動されることで、還流開閉バルブの開閉を吸気バルブの開閉に連動して行うことができ、吸気バルブの開閉状態と還流開閉バルブの開閉状態とを常に同じタイミングとすることができる。

実施形態に係る排気ガス再循環装置の概略説明図である。 実施形態に係る排気ガス再循環装置における還流開閉バルブの開閉機構を説明する概略説明図であり、（Ａ）は開状態のとき、（Ｂ）は閉状態のときを示す。 実施形態に係る排気ガス再循環装置における吸気バルブのリフト量と還流開閉バルブのリフト量を説明する概略説明図である。

本発明の排気ガス再循環装置の実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。

《実施形態》
・全体構成
実施形態の排気ガス再循環装置（ＥＧＲ）１は、図１に示すように、エンジン１００の複数の気筒１１１（図１では、そのうちの一つを図示している）の各吸気ポート１６２に排気ガスの一部を供給する還流路１０と、還流させる排出ガスの流量を調整するＥＧＲバルブ２０と、を備える。還流路１０は、排気流路１７０と吸気流路１６０とを連通する流路であり、一端が排気流路１７０に接続される共通流路１１と、共通流路１１から分岐されて各吸気流路１６０に接続される分岐流路１２と、を備える。ＥＧＲバルブ２０は、共通流路１１と分岐流路１２との間に配置されるメインＥＧＲバルブ２１と、各分岐流路１２における吸気流路１６０との接続部近傍に配置されるサブＥＧＲバルブ２２と、を備える。本実施形態の排気ガス再循環装置１の主たる特徴とするところは、サブＥＧＲバルブ２２を備える点と、このサブＥＧＲバルブ２２がカムシャフト１８０により駆動される点と、にある。以下、まず排気ガス再循環装置１の基本的な構成を説明し、その後に図１，２を参照して本実施形態の排気ガス再循環装置１の特徴点であるサブＥＧＲバルブ２２について詳細に説明する。

・基本構成
エンジン１００は、燃焼室１１４を有する気筒１１１を複数備える（図１では、そのうちの一つを図示している）。エンジン１００の吸気行程において、各気筒１１１の吸気ポート１６２が吸気バルブ１２０により開状態となると、エアクリーナ（図示せず）を通じて吸気流路１６０に吸気される外気と、燃料噴射ノズル（図示せず）によって噴射された燃料と、が燃焼室１１４に吸い込まれると同時に、ピストン１１２が下降する。エンジン１００の圧縮行程において、ピストン１１２が上昇して、燃焼室１１４内で外気及び燃料が圧縮されると、燃焼行程において、点火プラグ１１３で点火されて爆発・燃焼し、ピストン１１２が下降する。そして、エンジン１００の排気行程において、排気ポートが排気バルブ１４０により開状態となると、燃焼室１１４内で生じた排気ガスは、排気流路１７０へ排出、さらに外部へ排出される。

吸気バルブ１２０及び排気バルブ１４０はそれぞれ、カムシャフトの回転に伴いカムシャフトに配置された吸気カム１３０及び排気カム１５０によって開閉タイミングが制御される。吸気バルブ１２０や排気バルブ１４０などエンジン１００の構成については、従来と同様の構成を利用できる。

排気ガス再循環装置１は、燃焼室１１４から排気流路へ排出された排気ガスの一部を、還流路１０を介して吸気流路１６０へ再循環させて、上記外気に混合して燃焼室１１４へ戻す。この排気ガスを戻す吸気流路１６０は、サージタンク２００の下流に配置される。

・サブＥＧＲバルブ
サブＥＧＲバルブ２２は、還流路１０における吸気ポート１６２側の開口部近傍、つまり分岐流路１２における吸気流路１６０との接続部近傍に配置される。サブＥＧＲバルブ２２は、バルブヘッド２２ｈと、そのバルブヘッド２２ｈの一端に連設されたバルブステム２２ｍと、後述するＥＧＲカム３０によって押されるバルブリフター２２ｅと、を備える。バルブステム２２ｍは、管状のバルブガイド２２ｇ内にスライド自在に保持される。サブＥＧＲバルブ２２は、バルブスプリング２２ｓによって常にバルブリフター２２ｅ側に付勢されている。サブＥＧＲバルブ２２は、吸気バルブ１２０や排気バルブ１４０と同様の構成を利用することができる。

サブＥＧＲバルブ２２は、ＥＧＲカム３０によってバルブリフター２２ｅが押されることによって開閉タイミングが制御される。

・ＥＧＲカム
ＥＧＲカム３０は、サブＥＧＲバルブ２２のバルブリフトに影響を及ぼすカムノーズ３２が、ＥＧＲカム３０の中心からの距離が一定である円弧状である（図２を参照）。ＥＧＲカム３０は、カムノーズ３２が上記円弧状であることで、サブＥＧＲバルブ２２の開状態の時間を長くしている。そうすることで、サブＥＧＲバルブ２２の開状態の時間を、吸気バルブ１２０の開状態の時間よりも長くできる（詳細は後述する）。カムリフトの高さは、所望のバルブリフト量となるように調整すればよい。しかし、バルブリフト量が大き過ぎると、サブＥＧＲバルブ２２が吸気流路１６０の内方に突出し、エアクリーナを通じて吸気流路１６０に吸気される外気の流れを妨げる虞がある。よって、ＥＧＲカム３０のカムリフトの高さは、サブＥＧＲバルブ２２が最も開状態であるときに、バルブヘッド２２ｈが吸気流路１６０の内周面（図２における二点鎖線）と面一となるように調整することが好ましい。サブＥＧＲバルブ２２は、吸気流路１６０の内周面よりも吸気流路１６０の外側で開閉すればよく、バルブヘッド２２ｈが吸気流路１６０の内周面と面一でなくてもよい。

ＥＧＲカム３０は、吸気カム１３０が取り付けられているカムシャフト１８０に、吸気カム１３０と同様に取り付けられている。ＥＧＲカム３０は、例えば、カムシャフト１８０の吸気カム１３０以外のスペースに取り付けられる。カムシャフト１８０には、複数の気筒１１１に対応した複数の吸気カム１３０がカムシャフト１８０の軸方向に間隔をあけて取り付けられているため、ＥＧＲカム３０も、複数の気筒１１１及びその気筒１１１に対応した吸気カム１３０に対応して取り付けられている。つまり、カムシャフト１８０は、複数のＥＧＲカム３０を備える。ＥＧＲカム３０が、カムシャフト１８０に取り付けられていることで、サブＥＧＲバルブ２２は、カムシャフト１８０により駆動されることになる。

ＥＧＲカム３０は、図２に示すように、気筒１１１ごとの吸気カム１３０に対して、吸気バルブ１２０が開状態のときに、サブＥＧＲバルブ２２が開状態となり、吸気バルブ１２０が閉状態のときに、サブＥＧＲバルブ２２が閉状態となるように取り付けられている。サブＥＧＲバルブ２２が開状態であるとは、分岐流路１２（還流路１０）と吸気ポート１６２との間を流通可能に開放することである（図２（Ａ））。一方、サブＥＧＲバルブ２２が閉状態であるとは、分岐流路１２（還流路１０）と吸気ポート１６２との間を流通不能に閉塞することである（図２（Ｂ））。厳密には、図３に示すように、吸気バルブ１２０が開状態となるよりも少し早くサブＥＧＲバルブ２２が開状態となり、ＥＧＲカム３０のカムノーズ３２が円弧状である（図２を参照）ため、吸気バルブ１２０が閉状態となってからサブＥＧＲバルブ２２が閉状態となる。そうすることで、吸気バルブ１２０が開状態となったときにはサブＥＧＲバルブ２２は開状態であり、かつ吸気バルブ１２０が閉状態となるまでサブＥＧＲバルブは開状態であるため、排気ガスを確実に燃焼室１１４に送ることができる。

・その他
サブＥＧＲバルブ２２が開状態のときに、分岐流路１２（還流路１０）から吸気ポート１６２へ排気ガスを流れ易くする導流部４０（図２（Ａ）を参照）を配置することが挙げられる。この導流部４０は、サブＥＧＲバルブ２２の開閉を妨げずに、エアクリーナを通じて吸気流路１６０に吸気される外気の流れを妨げないように配置されることが好ましい。

・効果
本実施形態の排気ガス再循環装置１は、複数気筒エンジン１００の各吸気ポート１６２に対して、吸気バルブ１２０の開閉に連動して開閉されるサブＥＧＲバルブ２２を備えることで、吸気バルブ１２０が開状態のときには吸気ポート１６２に排気ガスを供給し、吸気バルブ１２０が閉状態のときには吸気ポート１６２に排気ガスを供給しない。つまり、吸気を行う気筒１１１の吸気ポート１６２にのみ排気ガスを供給し、吸気を行わない気筒１１１へは排気ガスを供給しない。よって、各気筒１１１の吸気ポート１６２が連通しないため、各気筒１１１における吸気脈動が互いに干渉し合うことを抑制でき、体積効率の低下を抑制できる。

本実施形態の排気ガス再循環装置１は、サブＥＧＲバルブ２２が、吸気バルブ１２０の開閉を行う吸気カム１３０を備えるカムシャフト１８０により駆動されることで、サブＥＧＲバルブ２２の開閉状態を、吸気バルブ１２０の開閉状態と常に同じタイミングとすることができる。そのため、吸気バルブ１２０の開閉タイミングやリフト量を走行状況によって変化させる可変バルブタイミングシステム（ＶＶＴ）にも応用ができる。このＶＶＴとは、カムシャフトがカムシャフトタイミングスプロケットに固定されており、カムシャフトがこのスプロケットによって進角・遅角するように回転されることで、カムの位相を変えるものである。本実施形態の排気ガス再循環装置１は、サブＥＧＲバルブ２２が、吸気バルブ１２０と同じカムシャフトにより駆動されているため、吸気カム１３０の位相が変われば、同時にＥＧＲカム３０の位相も変わることになる。つまり、吸気バルブ１２０が開状態のときには必ずサブＥＧＲバルブも開状態となるため、分岐流路１２（還流路１０）と吸気ポート１６２とは流通可能となり、吸気バルブ１２０が閉状態のときには必ずサブＥＧＲバルブも閉状態となるため、分岐流路１２（還流路１０）と吸気ポート１６２とは流通不可能となる。

本発明の排気ガス再循環装置は、排気ガスの一部を吸気側に還流させるのに好適に利用できる。

１ 排気ガス再循環装置
１０ 還流路
１１ 共通流路 １２ 分岐流路
２０ ＥＧＲバルブ
２１ メインＥＧＲバルブ ２２ サブＥＧＲバルブ
２２ｈ バルブヘッド ２２ｍ バルブステム
２２ｅ バルブリフター ２２ｇ バルブガイド
２２ｓ バルブスプリング
３０ ＥＧＲカム ３２ カムノーズ
４０ 導流部
１００ エンジン
１１１ 気筒 １１２ ピストン １１４ 燃焼室 １１３ 点火プラグ
１２０ 吸気バルブ １３０ 吸気カム
１４０ 排気バルブ １５０ 排気カム
１６０ 吸気流路 １６２ 吸気ポート
１７０ 排気流路
１８０ カムシャフト
２００ サージタンク

Claims (1)

1. カムシャフトの回転によって吸気バルブが開状態であるときに吸気に利用される排気ガスを吸気ポートに供給する排気ガス再循環装置であって、
   前記吸気ポートに排気ガスを供給する還流路と、
   前記還流路における前記吸気ポート側の開口部近傍に配置され、前記吸気バルブが開状態のときに前記還流路と前記吸気ポートとの間を流通可能に開放し、前記吸気バルブが閉状態のときに前記還流路と前記吸気ポートとの間を流通不能に閉塞する還流開閉バルブと、を備え、
   前記還流開閉バルブは、前記カムシャフトにより駆動される排気ガス再循環装置。

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