JP3809696B2 - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【技術分野】
本発明は，自動車等に用いられる内燃機関の排気ガス再循環装置に関する。
【０００２】
【従来技術】
自動車等に用いられる内燃機関においては，排気ガス中のＮＯｘ低減を目的として排気ガス再循環装置（以下，適宜ＥＧＲ装置という）が配設されている。
従来のＥＧＲ装置９は，一般的に，図７に示すごとく，エンジン本体４の排気マニホールド４１と吸気マニホールド４２とを，ＥＧＲバルブ９１を介在させたＥＧＲパイプ９２により連結することにより構成されている。
【０００３】
また，図８に示すごとく，ＥＧＲバルブ９１のダイヤフラム室９１１は，バキュームレギュレーティングバルブ９２を介してバキュームポンプ９３に連結されている。また，バキュームレギュレーティングバルブ９２は，さらに制御装置としてのエミッションコントロールコンピュータ（ＥＣＣ）５に接続されている。
【０００４】
ＥＣＣ５は，エンジン回転数，アクセル開度，エンジン冷却水温度等のデータに応じてバキュームレギュレーティングバルブ９２を操作することにより，ＥＧＲバルブ９１のダイヤフラム室９１１に作用する負圧の大きさを調整するよう構成されている。
【０００５】
そして，従来のＥＧＲ装置９は，上記構成に基づいて，運転状況に応じてＥＣＣ５の指令によりＥＧＲバルブ９１の開度を調節し，再循環排気ガス（ＥＧＲガス）量の最適化を図っている。
このＥＧＲガスは，運転状況に応じた最適な供給量があり，多すぎても少なすぎても何らかの不具合が発生する。また，再循環を中止した方が良い場合もある。
【０００６】
【解決しようとする課題】
しかしながら，上記従来のＥＧＲ装置９においては，次の問題がある。
即ち，ＥＧＲバルブ９１によるＥＧＲガス量の調整は，ＥＧＲバルブ９１におけるバルブ９１２（図８）のリフト量により行う。この機構によれば，バルブを閉じた状態から開いたときの開口面積の変化が大きく，細かい流量制御を行うことが困難である。
【０００７】
また，通常，内燃機関においては複数のシリンダ４０（図７）を備えており，吸気マニホールド４１を通って新しい空気が各シリンダ４０に吸気されている。そして，ＥＧＲガスは，ＥＧＲ装置９によって吸気マニホールド４２に導かれ，新しい空気と共に各シリンダ４０に供給される。しかしながら，この供給方法によれば，新しい空気の流れ方などによって，各シリンダ４０に導かれるＥＧＲガス量にどうしてもばらつきが発生してしまう。このばらつきは，排気ガス中のＮＯｘ，パティキュレートの悪化の原因ともなる。
【０００８】
これに対し，実開平７−４２４２２号公報においては，ＥＧＲパイプに接続した管路を吸気マニホールド内においてシリンダの配列方向に沿って設けたタイプのＥＧＲ装置が示されている。この装置においては，上記管路において複数のＥＧＲガス噴出口を設けることにより，シリンダごとのＥＧＲガス量の相対的なばらつきの低減を図っている。
【０００９】
しかしながら，この装置においては，全体のＥＧＲガス量の調整はＥＧＲバルブを用いて行っている。そのため，全体のＥＧＲガス流量の微調整が上記のごとく困難であり，いくらシリンダごとの相対的なばらつきが解消しても，各シリンダに供給されるＥＧＲガス量の絶対的な量を最適な量に調整することは困難である。
【００１０】
本発明は，かかる従来の問題に鑑みてなされたもので，ＥＧＲガス量の微調整が容易で，かつ，各シリンダごとのＥＧＲガス量のばらつきが少ない排気ガス再循環装置を提供しようとするものである。
【００１１】
【課題の解決手段】
請求項１の発明は，内燃機関の排気通路に接続されたＥＧＲパイプと，吸気マニホールド内においてシリンダの配列方向に沿って配設された二重管とを有し，該二重管は，上記ＥＧＲパイプに接続された内管と，該内管に摺動可能に装着してなる外管とよりなり，
上記内管は，その先端を閉止してなると共に各シリンダに対応する位置にそれぞれ内孔を設けてなり，また上記外管は，上記内孔に対応する位置にそれぞれ外孔を設けてなり，
また上記外管は，該外管を上記内管に対して相対移動させるための外管移動手段に連結されており，
排ガス再循環を行わない場合には，上記外孔が上記内孔と重ならない位置まで上記外管を移動させて該内孔を閉塞し，
一方，排ガス再循環を行う場合には，上記外孔が上記内孔と重なる位置まで上記外管を移動させて，上記シリンダに対応する位置にそれぞれ排ガス噴出口を形成するよう構成してあることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置にある。
【００１２】
本発明において最も注目すべきことは，上記吸気マニホールド内にはＥＧＲパイプに連結された上記二重管を配設してなり，該二重管によって，シリンダに対応した排ガス噴出口を適宜形成できるよう構成したことである。
【００１３】
上記二重管は，上記のごとく，内管に外管を摺動可能に被せてなり，内燃機関のシリンダの配列方向に沿って配設してある。より具体的にはシリンダの各吸気ポートに通ずる各通路に二重管の側壁が対面するように二重管を配設してある。そして，二重管における各シリンダに対応する位置，即ち，上記各吸気ポートに通ずる各通路に対面する側壁には，内管には内孔を，外管には外孔をそれぞれ設けてある。
【００１４】
上記内孔と外孔とは，互いに重なり合って上記排ガス噴出口を形成できるように設ける。なお，この内孔と外孔とは必ずしも同じ形状，同じ大きさである必要はなく，異なる形状，異なる大きさにしてもよい。また，後述するごとく，複数の内孔同士または外孔同士の間においても形状，大きさを変えることもできる。むしろ，積極的に大きさ等を変更することにより，吸気特性等に応じてシリンダごとのＥＧＲガスの供給量の相対的なばらつきを低減することもできる。
【００１５】
また，上記外管移動手段は，少なくとも，上記外孔と内孔とが重なった状態を形成する位置と，これらがずれた状態を形成する位置との間の距離だけ外管を移動させる手段であることが必要である。具体的形態としては，後述するごとく，外管を内管に対して回動させて相対移動させる手段，あるいは外管を内管に対して長手方向にスライドさせる手段等，種々の手段をとることができる。
【００１６】
次に，本発明の作用につき説明する。
本発明の排気ガス再循環装置においては，ＥＧＲガスを供給しようとするときには，上記外管移動手段によって外管を移動させ，その外孔を内管の内孔に重ねる。これにより，外孔と内孔の重なった開口部分においては，内管の内部のＥＧＲガス通路と吸気マニホールド内部とが連通した状態となる。つまり，この開口部分が排ガス噴出口を形成する。
【００１７】
また，この排ガス噴出口は，上記のごとく各シリンダに対応して設けられた内孔及び外孔により形成されるため，自ずと各シリンダに対応して形成される。そのため，各排ガス噴出口から噴出されるＥＧＲガスは，その排ガス噴出口が対応しているシリンダに直接的に供給される。それ故，吸気マニホールド内の吸入空気の流れなどに左右されることなく最適量のＥＧＲガスを各シリンダに供給することができる。
【００１８】
また，本発明の排気ガス再循環装置においては，上記二重管を用いて，内管の内孔と外管の外孔との重ね合わせにより上記排ガス噴出口を形成する。そのため，排ガス噴出口の開口面積は，内孔と外孔の重なった面積によって容易に調整することができる。
【００１９】
即ち，内管に対する外管の相対的な移動距離によって，比較的緩やかに排ガス噴出口の開口面積を変更することができる。
それ故，従来のＥＧＲバルブの場合のように，バルブをリフトした瞬間に急激にＥＧＲガス流量が増加するということがなく，ＥＧＲガスの細かい流量調整を行うことができる。
【００２０】
また，ＥＧＲガスの再循環を中止する場合には，上記外管を移動させて内管の内孔を閉塞することにより上記排ガス噴出口の開口面積を０とする。これにより容易にＥＧＲガスのシリンダへの供給をストップさせることができる。
このように，本発明によれば，ＥＧＲガス量の微調整が容易で，かつ，各シリンダごとのＥＧＲガス量のばらつきが少ない排気ガス再循環装置を提供することができる。
【００２１】
次に，請求項２の発明のように，上記外管移動手段は制御装置に連結されており，該制御装置の指令に基づいて上記外管移動手段が上記外管を移動させるよう構成してあることが好ましい。これにより，運転状況に応じたＥＧＲガス流量の微調整を精度良く行うことができる。
【００２２】
また，請求項３の発明のように，上記外管移動手段は，上記外管をその軸を中心として回動させる手段であることが好ましい。この場合には，外管移動手段を簡単な構造にすることができる。なお，上記回動させる手段としては，例えばステッピングモータを適用することができる。
【００２３】
また，請求項４の発明のように，上記外管移動手段は，上記外管をその長手方向にスライドさせる手段とすることもできる。この場合には，内管と外管の断面形状が円状でない場合であって，上記回動させる手段が利用できない場合に有効である。具体的には，ステッピングモータとラックアンドピニオン機構を組み合わせたもの等の種々の機構を利用した移動手段を適用することができる。
【００２４】
また，請求項５の発明のように，上記各排ガス噴出口は，上記ＥＧＲパイプ側から上記二重管の先端に向かって順次開口面積を大きくしてあることが好ましい。これにより，各シリンダに対するＥＧＲガスの供給量のばらつきを大きく低減させることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
実施形態例１
本発明の実施形態例にかかる排気ガス再循環装置につき，図１〜図３を用いて説明する。
本例の排気ガス再循環装置１は，図１に示すごとく，排気マニホールド４１に接続されたＥＧＲパイプ２と，吸気マニホールド４２内においてシリンダ４０の配列方向に沿って配設された二重管３とを有する。
【００２６】
二重管３は，ＥＧＲパイプ２に接続された内管３１と，内管３１に摺動可能に装着してなる外管３２とよりなる。
内管３１は，その先端３１１を閉止してなると共に各シリンダ４０に対応する位置の側壁にそれぞれ内孔３１０を設けてなる。また外管３２は，内孔３１０に対応する位置の側壁にそれぞれ外孔３２０を設けてなる。
また外管３２は，これを内管３１に対して相対移動させるための外管移動手段６に連結されている。
【００２７】
本例における上記内孔３１０及び外孔３２０は，図１〜図３に示すごとく，いずれも四角い孔であって，二重管３の長手方向に４箇所設けてある。そして，図１，図２に示すごとく，内孔３１０は各シリンダ４０の吸気通路に対面するよう固定して設けてある。
【００２８】
そして，図２，図３に示すごとく，固定された内管３１に対して外管３２を回動させることにより，外孔３２０と内孔３１０との位置関係を変化させ，これにより排ガス噴出口３０の開口面積を変化させるよう構成してある。また，ＥＧＲガスを供給する必要がない場合，即ち排ガス噴出口３０の開口面積を０とする場合には，図２（ｂ）に示すごとく，外孔３２０を内孔３１０とが重ならない位置まで外管３２を回動させるよう構成されている。
つまり，上記二重管３は，ロータリーバルブを構成している。
また，外管移動手段としては，シャフト６５を介してステッピングモータ６が外管３２に連結されている。
【００２９】
ステッピングモータ６は，図１に示すごとく，ＥＣＣ（エミッションコントロールコンピュータ）５に接続されている。そして，ＥＣＣ５は，アクセル開度データ５１，大気圧データ５２，冷却水温データ５３を受け，これらのデータから運転状況に合わせたＥＧＲガス流量を決定し，これに応じてステッピングモータ６に指令を発するよう構成されている。そして，ステッピングモータ６はこのＥＣＣ５の指令に基づいて随時，最適量だけ回動するよう構成されている。
【００３０】
次に，本例の作用につき説明する。
本例の排気ガス再循環装置１は，従来例のようなＥＧＲバルブを有しておらず，その代わりに上記構造の二重管３を有している。そのため，ＥＧＲガスを再循環させる必要がない場合には，図２（ｂ）に示すごとく，外管３１の外孔３１０を内孔３２０とずらして内孔３２０を閉塞する。
【００３１】
そして，ＥＧＲガスを供給しようとするときには，ＥＣＣ５の指令に基づいてステッピングモータ６を回動させて，内孔３１０と外孔３２０とを重ねる。これにより，図１に示すごとく，各シリンダ４０に対応する位置に置いてそれぞれ排ガス噴出口３０が形成される。
そのため，各排ガス噴出口３０から噴出されるＥＧＲガスは直接的に各シリンダに供給される。それ故，本例の排気ガス再循環装置１により供給されるＥＧＲガス８は，各シリンダごとに相対的にばらつきの少ない状態で噴出される。
【００３２】
また，運転状況に応じてＥＧＲガス流量の絶対量を変更するに当たっては，ＥＣＣ５の指令によって随時ステッピングモータ６を所定量回動させる。これにより，内孔３１０と外孔３２０との重なり部分の面積が変化し，排ガス噴出口３０の開口面積が変化する。
【００３３】
この排ガス噴出口３０の開口面積の変化は，外管３２の回動角度に比例して緩やかに変化する。そのため，排ガス噴出口３０の開口面積の変更は，ステッピングモータ６の操作によってきめ細かく行うことができる。それ故，ＥＧＲガス流量の絶対量の制御は非常に精度良く行うことができる。
したがって，本例によれば，ＥＧＲガス量の微調整が容易で，かつ，各シリンダごとのＥＧＲガス量のばらつきが少ない排気ガス再循環装置１を得ることができる。
【００３４】
実施形態例２
本例は，図４に示すごとく，実施形態例１における内孔３１０及び外孔３２０の形状を円形状に変更したものである。その他は，実施形態例１と同様である。この場合には，排ガス噴出口３０の開口開始時における開口面積の変化を急峻にすることができる。従って，ＥＧＲガス流量の微調整のきめ細かさは実施形態例１に比べて低下するが，ＥＧＲガスの供給と停止のレスポンスを向上させることができる。
その他，実施形態例１と同様の効果が得られる。
【００３５】
実施形態例３
本例は，図５に示すごとく，実施形態例１における内孔３１０及び外孔３２０の形状をいわゆるホームベース形の５角形に変更したものである。その他は，実施形態例１と同様である。
この場合には，排ガス噴出口３０の開口開始時の開口面積の変化を，実施形態例１よりもさらに緩やかにすることができる。それ故，さらにＥＧＲガス流量の微調整のきめ細かく行うことができる。
その他，実施形態例１と同様の効果が得られる。
【００３６】
実施形態例４
本例は，図６に示すごとく，実施形態例１における内孔３１０及び外孔３２０の開口幅を，ＥＧＲパイプ２側から二重管３の先端に向かって順次大きくしたものである。即ち，各排ガス噴出口３０は，ＥＧＲパイプ２側から二重管３の先端に向かって順次開口面積を大きくしてある。
【００３７】
この排ガス噴出口３０の開口面積の差は，本例の内燃機関における吸気特性等に合わせて，噴出されるＥＧＲガス量に相対的なばらつきがでないように実験的に求め，設定したものである。その他は実施形態例１と同様である。
この場合には，さらにシリンダごとのＥＧＲガス供給量の相対的ばらつきを低減することができる。その他は実施形態例１と同様の効果が得られる。
【００３８】
【発明の効果】
上述のごとく，本発明によれば，ＥＧＲガス量の微調整が容易で，かつ，各シリンダごとのＥＧＲガス量のばらつきが少ない排気ガス再循環装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施形態例１の排気ガス再循環装置の構成を示す説明図。
【図２】実施形態例１における，（ａ）排ガス噴出口を形成した状態，（ｂ）排ガス噴出口を閉じた状態，を二重管の断面から見た説明図。
【図３】実施形態例１における，排ガス噴出口を形成した状態を二重管の正面から見た説明図。
【図４】実施形態例２における，内孔及び外孔の形状を示す説明図。
【図５】実施形態例３における，内孔及び外孔の形状を示す説明図。
【図６】実施形態例４における，内孔及び外孔の形状，配列状態を示す説明図。
【図７】従来例の排気ガス再循環装置の構成を示す説明図。
【図８】従来例における，ＥＧＲバルブの連結関係を示す説明図。
【符号の説明】
１．．．排気ガス再循環装置，
２．．．ＥＧＲパイプ，
３．．．二重管，
３０．．．排ガス噴出口，
３１．．．内管，
３１０．．．内孔，
３２．．．外管，
３２０．．．外孔，
４０．．．シリンダ，
４１．．．排気マニホールド，
４２．．．吸気マニホールド，
５．．．ＥＣＣ，
６．．．外管移動手段（ステッピングモータ），
８．．．ＥＧＲガス，

Claims (5)

1. 内燃機関の排気通路に接続されたＥＧＲパイプと，吸気マニホールド内においてシリンダの配列方向に沿って配設された二重管とを有し，
   該二重管は，上記ＥＧＲパイプに接続された内管と，該内管に摺動可能に装着してなる外管とよりなり，
   上記内管は，その先端を閉止してなると共に各シリンダに対応する位置にそれぞれ内孔を設けてなり，また上記外管は，上記内孔に対応する位置にそれぞれ外孔を設けてなり，
   また上記外管は，該外管を上記内管に対して相対移動させるための外管移動手段に連結されており，
   排ガス再循環を行わない場合には，上記外孔が上記内孔と重ならない位置まで上記外管を移動させて該内孔を閉塞し，
   一方，排ガス再循環を行う場合には，上記外孔が上記内孔と重なる位置まで上記外管を移動させて，上記シリンダに対応する位置にそれぞれ排ガス噴出口を形成するよう構成してあることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。
2. 請求項１において，上記外管移動手段は制御装置に連結されており，該制御装置の指令に基づいて上記外管移動手段が上記外管を移動させるよう構成してあることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。
3. 請求項１又は２において，上記外管移動手段は，上記外管をその軸を中心として回動させる手段であることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。
4. 請求項１又は２において，上記外管移動手段は，上記外管をその長手方向にスライドさせる手段であることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。
5. 請求項１〜４のいずれか１項において，上記各排ガス噴出口は，上記ＥＧＲパイプ側から上記二重管の先端に向かって順次開口面積を大きくしてあることを特徴とする内燃機関の排気ガス再循環装置。

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