JP2017172548A - 内燃機関のｅｇｒ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを跨ぐバイパス通路を設けて、冷却済みＥＧＲガスと非冷却ＥＧＲガスとが選択して還流可能なバルブ装置において、制御構造を簡単化する。
【解決手段】バルブ装置１２の本体１２ａに、クーラポート１３とバイパスポート１４と出口ポート１５とが互いに連通した状態に形成されている。弁室１８は円弧面１７を有しており、この弁室１８に、扇形の弁体２０が回動自在に配置されている。弁体２０の回動により、冷却済みＥＧＲガスの流れと非冷却ＥＧＲガスの流れとに変更できると共に、還流量も同時に調節できる。
【選択図】図３

Description

本願発明は、内燃機関のＥＧＲ装置に関するものである。

例えば自動車用の内燃機関において、排気ガスの浄化率向上や燃費向上等のために、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に還流させることは広く行われており、ＥＧＲガスの還流量はＥＧＲバルブで制御されている。この場合、充填効率の向上や部材保護のためにＥＧＲ通路にＥＧＲクーラを設けて、ＥＧＲガスを冷却していることが多いが、寒冷地での運転では、燃料の着火性向上や早期暖機のために、ＥＧＲガスを冷却することなく還流させた方がよい場合がある。すなわち、冷却済みＥＧＲガスと非冷却ＥＧＲガスとの還流切り替えの要請がある。

そこで、ＥＧＲ通路に、ＥＧＲクーラを跨ぐようにしてバイパス通路を設けて、ＥＧＲ通路のうちバイパス通路の合流個所に、ＥＧＲクーラを経由した冷却済みＥＧＲガスの還流とバイパス通路からのＥＧＲガスの還流する流路切り替え弁を設け、更に、切り替え弁の下流側に、吸気系への還流量を調節するＥＧＲバルブを設けることが行われており、その例が特許文献１に開示されている。

特開２００９−２３５９９０号公報

特許文献１は、冷却済みＥＧＲガスの還流と非冷却ＥＧＲガスの還流との切り替え機能に問題はないが、流路切り替えバルブと流量調節用ＥＧＲバルブとを別々に設けるものであるため、部材管理の手間や組み立ての手間が嵩む問題や、重量増大を招来するおそれがあった。また、流路切り替えバルブと流量調節用ＥＧＲバルブとの制御は別々に行われるため、両者の制御にタイミングのずれが生じる可能性もある。

本願発明は、このような現状を改善すべく成されたものである。

本願発明は、ＥＧＲ通路中に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラを経由せずにＥＧＲガスを送るバイパス通路とが設けられているＥＧＲ装置において、
前記ＥＧＲ通路のうち、前記ＥＧＲクーラの下流側でかつ前記バイパス通路が合流する部位に、前記ＥＧＲクーラを経由した冷却済みＥＧＲガスとバイパス通路を経由した非冷却ＥＧＲガスとの還流を切り替え制御すると共に吸気系への還流量制御も同時に行うバルブ装置が設けられているものである。

本願発明は、いわば、三方弁に流量調節機能を持たせたものであり、冷却済みＥＧＲガスの還流と非冷却ＥＧＲガスの還流との切り替えと、還流量の調節とが１つのバルブ装置で行われる。従って、部材管理の手間や組み付けの手間を大幅に省くことができる。また、ＥＧＲガスの切り替えと流量調節とが同時に行われるため、制御の応答性に優れている。

実施形態を適用した内燃機関の模式図である。 （Ａ）は第１実施形態の平断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＢ−Ｂ視断面図である。 第１実施形態の作用を示す図である。 第２実施形態の平断面図である。 第２実施形態の作用を示す図である。 第３実施形態の平断面図である。 第４実施形態の正断面図である。

(1).第１実施形態
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。まず、図１〜３に示す第１実施形態を説明する。図１では内燃機関を概要を模式的に示している。内燃機関は、機関本体を構成するシリンダヘッド１を備えており、その吸気側面には吸気マニホールド２が固定されて、排気側面に排気マニホールド３が固定されている。

吸気マニホールド２にはサージタンク４が一体に設けられており、サージタンク４にスロットルバルブ５が固定されて、スロットルバルブ５とエアクリーナ６とが吸気通路７で接続されている。他方、排気マニホールド３の集合管には触媒ケース８が接続されており、排気経路のうち触媒ケース８よりも上流側又は下流側に、ＥＧＲ通路９の上流側始端が接続されている。ＥＧＲ通路９の下流側終端は、サージタンク４に接続されている。

ＥＧＲ通路９の中途部には水冷式のＥＧＲクーラ１０が介挿されており、更に、ＥＧＲ通路９には、ＥＧＲクーラ１０を跨ぐようにしたバイパス通路１１が接続されている。そして、ＥＧＲ通路９のうちＥＧＲクーラ１０よりも下流側でバイパス通路１１が接続される部位に、バルブ装置１２を介在させている。バルブ装置１２の具体的な構造は、図２，３に示している。

バルブ装置１２は本体１２ａを備えており、本体１２ａには、ＥＧＲ通路９のうちＥＧＲクーラ１０の下流部が接続されるクーラポート１３と、バイパス通路１１に接続されるバイパスポート１４と、ＥＧＲ通路９のうちサージタンク４に向かう部分が接続される出口ポート１５とが形成されており、三者は互いに連通している。実施形態では、クーラポート１３とバイパスポート１４とは、本体１２ａの中心線を挟んだ両側に平行に形成されて、出口ポート１５は、本体１２ａの中心線に沿って延びるように形成されている。

そして、３つのポート１３，１４，１５が合流する部位は、クーラポート１３とバイパスポート１４とを隔てる隔壁１６の先端部近傍を中心にした円弧面１７を有する弁室１８になっており、この弁室１８に、隔壁１６の先端部近傍に設けた回転軸１９に固定された弁体２０を配置している。弁体２０は扇形であり、外周面は弁室１８の円弧面１７と同じ曲率は半径になっている。また、弁体２０は、出口ポート１５を完全に塞ぎ得る幅寸法（周方向長さ）になっている。

回転軸１９は、ポート１３，１４，１５の外面に固定したアクチェータ２１によって駆動制御される。アクチェータ２１は、例えば電動モータである。弁体２０は中空構造になっているが、中実であってもよい。弁室１８の円弧面１７は、弁体２０がクーラポート１３の側とバイパスポート１４の側とに完全に移行し切るように、出口ポート１５を挟んでクーラポート１３の側とバイパスポート１４の側との両方に広がっている。

図２（Ａ）では、出口ポート１５が弁体２０で完全に塞がれている。従って、ＥＧＲ通路９は全閉状態になっている。他方、図３（Ａ）では、弁体２０がクーラポート１３の側に移行し切っており、この状態では、ＥＧＲ通路９は、非冷却ＥＧＲガスのみが流れる全開状態になっている。この状態から弁体２０を出口ポート１５の側に移行させると、非冷却ＥＧＲガスのみを還流させつつ、その還流量を任意に調節できる。すなわち、ＥＧＲバルブとして機能している。

また、他方、図３（Ｂ）では、弁体２０がバイパスポート１４の側に移行し切っており、この状態では、ＥＧＲ通路９は、クーラポート１３を経由した冷却済みＥＧＲガスのみが流れる全開状態になっている。この状態から弁体２０をバイパスポート１４の側に移行させると、冷却済みＥＧＲガスのみを還流させつつ、その還流量を任意に調節できる。

以上のように、バルブ装置１２は流路切り替え機能と流量調節機能とを併有するため、１つのバルブ装置１２により、冷却済みＥＧＲガスの還流と非冷却ＥＧＲガスの還流との切り替えを行えると共に、還流量の調節も行える。

(2).他の実施形態
図４，５に示す第２実施形態では、弁体２０は、その回動軸心方向から見て半円状の形態であり、図４の基準状態では、クーラポート１３の側とバイパスポート１４の側とに大きく入り込んでいる。そして、弁体２０の外周は、出口ポート１５の幅の３倍以上の長さがあり、周方向の中間部に出口穴２４を形成して、出口穴２４を挟んだ両側は、それぞれ、出口穴２４を完全に塞ぎ得る幅の閉塞部２５になっている。

また、弁体２０は、その内部を２つ仕切る中間仕切り板２６を有しており、出口穴２４は中間仕切り板２６で２つに仕切られた状態になっている。中間仕切り板２６を挟んだ両側に、出口穴２４は出口ポート１５の略２倍の周方向長さを有している。従って、中間仕切り板２６を挟んだ両側は、出口ポート１５と完全に連通する大きさに開口している。回動中心部は筒部２７になっており、筒部２７が回転軸１９に固定されている。閉塞部２５や筒部２７、中間仕切り板２６は、紙面と直交した方向の両側に位置する半円状の端板に一体に繋がっている。

この実施形態では、図４の状態では、全開状態でかつ冷却済みＥＧＲガスと非冷却ＥＧＲガスとが半分ずつ還流する。従って、混合ガス還流態様である。弁体２０をいずかの方向に回動させると、全開状態のままで、冷却済みＥＧＲガスと非冷却ＥＧＲガスとの混合割合が変化していく。

図５（Ａ）では、弁体２０をクーラポート１３の側に回動させ切った状態を示しており、この状態では、出口ポート１５は全閉している。弁体２０をバイパスポート１４の側に完全に回動させ切っても、出口ポート１５は完全に塞がれる。

図５（Ｂ）では、全開状態でかつクーラポート１３は完全に閉じており、非冷却ＥＧＲガスのみが還流する。この状態から弁体２０を時計周り方向に回動させると、非冷却ＥＧＲガスのみの還流として、その流量を任意に調節できる。他方、図５（Ｃ）では、全開状態でかつバイパスポート１４は完全に閉じており、冷却済みＥＧＲガスが還流する。この状態から弁体２０を判時計周り方向に回動させると、冷却ＥＧＲガスのみの還流として、その流量を任意に調節できる。

図６に示す第３実施形態は、第２実施形態の弁体２０と同様の第１弁体２８として、その外周側に、円弧状の第２弁体２９を重ね配置している。第１弁体２８と第２弁体２９とは、別々のアクチェータで独立して駆動される。第２弁体２９には、出口ポート２２と連通可能な連通穴３０が空いている。

そして、第３実施形態では、第１弁体２８を駆動すると、クーラポート１３とバイパスポート１４との開口割合が変化するが、第２弁体２９の駆動により、第１弁体２８の開口度合いを調節できる。このため、冷却済みＥＧＲガスと非冷却ＥＧＲガスとの割合を任意に調節しつつ、還流量の調節も任意に行える。

図７に示す第４実施形態は、第２実施形態の変形例である。変形例を図４の VII-VII視方向から見たのが図７であり、図４のものが図７の構造になっているという訳ではない。この実施形態では、第３実施形態の弁体２０が、その回転軸心方向にスライドするようになっており、弁体２０を回動させることにより、冷却済みＥＧＲガスと非冷却ＥＧＲガスとの割合を任意に調節しつつ、弁体２０をスライドさせることにより、還流量を任意に調節できる。従って、弁体２０の回動とスライドとは別々のアクチェータで行われる。

本願発明は、上記の他にも様々に具体化できる。例えば、弁体２０は回動式には限らず、シャッター式も採用できる。

本願発明は、実際に内燃機関のＥＧＲ装置に具体化できる。従って、産業上利用できる。

３ 排気マニホールド
９ ＥＧＲ通路９
１０ ＥＧＲクーラ
１１ バイパス通路
１２ バルブ装置
１２ａ 本体
１３ クーラポート
１４ バイパスポート
１５ 出口ポート
１６ 隔壁
１７ 円弧面
１８ 弁室
１９ 回転軸
２０ 弁体
２１ アクチェータ（電動モータ）

Claims (1)

1. ＥＧＲ通路中に、ＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラと、前記ＥＧＲクーラを経由せずにＥＧＲガスを送るバイパス通路とが設けられており、
   前記ＥＧＲ通路のうち、前記ＥＧＲクーラの下流側でかつ前記バイパス通路が合流する部位に、前記ＥＧＲクーラを経由した冷却済みＥＧＲガスとバイパス通路を経由した非冷却ＥＧＲガスとの還流を切り替え制御すると共に吸気系への還流量制御も同時に行うバルブ装置が設けられている、
   内燃機関のＥＧＲ装置。

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