JP4079265B2

JP4079265B2 - 過給機付きエンジン

Info

Publication number: JP4079265B2
Application number: JP2003072093A
Authority: JP
Inventors: 多幸太郎本
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2003-03-17
Publication date: 2008-04-23
Anticipated expiration: 2023-03-17
Also published as: JP2004278433A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ＥＧＲバルブ（排気還流バルブ）付き内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図５は排気還流管を有する機関の構成を示すもので、シリンダヘッド２の吸気側に吸気マニホールド１１が設けられ、排気側に排気マニホールド１２が設けられ、排気マニホールド１２と吸気マニホールド１１とは排気ガスＧｅを還流させる還流管１３によって連通されている。
【０００３】
還流管１３の吸気マニホールド１１側に、ＥＧＲバルブ２０が設けられていて、必要所定時に排気ガスＧｅの１部を吸気マニホールド１１に還流させるよう構成されている。
【０００４】
図６は、図５で示すエンジンのＥＧＲバルブ２０における閉状態の一例を、新気Ａのブースト圧Ｐｂと、排気還流管内の排気ガスＧｅの排気脈動圧力Ｐｒとを縦軸に、時間経過ｔを横軸にとって示したものである。図６では、最大発生差圧は符号Ｂで示される。
図５における排気還流管（ＥＧＲ管）１３の長さが排気脈動の周波数と合致してしまうと、気柱共鳴現象を起こしてしまう。すると、図６における排圧値Ｐｍに対する圧力変動の振幅ａが大きくなり、最大発生差圧Ｂの値が更に大きくなってしまう。
【０００５】
この発生差圧による圧力変動が、ＥＧＲバルブの開閉制御特性を決定しているばねの作動を不安定にし、例えばチャタリングと称するバルブの開閉繰り返し等によって思わぬときにＥＧＲ特性を変えたり、ＥＧＲバルブの損傷あるいは劣化を促進させる等の原因になることがある。
【０００６】
一般にＥＧＲバルブのチャタリングを防止する手段として、ＥＧＲバルブのばねに変動圧を抑圧する予圧縮力を与えるが、前記例ほどあるいはこれを越える大きな圧力変動を、従来のＥＧＲバルブの簡単な改善で行うことは容易ではない。
【０００７】
バルブの開閉を限定する手段としては、非線形ばね特性による技術、ばねに予圧縮（後記する本例のような場合）、あるいは予張力等のセット荷重を与えて開、あるいは閉の荷重を限定する方法があるが、係る方法ではＥＧＲバルブの作動に悪影響を与えてしまう場合が存在する。
【０００８】
また、通常使用するＥＧＲバルブに各種の予圧縮を与えて、前記排圧変動によるバルブ特性の悪化対策をすることが考えられるが、予圧縮荷重付与のための構造変更が必要になり、さらに気筒数の相違などの各機関ごとに異なる排気脈動特性のそれぞれに対応する各種予圧縮荷重を付与したＥＧＲバルブが必要となって部品数の増加、管理コストの増加をもたらすという欠点がある。
なお、ＥＧＲ管に一方向弁を装着して、一種の慣性過給の要領でＥＧＲ量を増加させる技術例はあったが、本発明の対象とするＥＧＲバルブのチャタリングを防止する技術は存在しない。
【０００９】
その他の従来技術として、電子制御によるＥＧＲバルブのチャタリング防止技術が開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。しかし、係る従来技術では、電子制御機構を用いるため、部品点数の増加及び電子制御系統レイアウトのため関連部品の変更が必要となり、導入のためのコストが非常に大きくなってしまう。
そのため、電子制御技術を用いること無く、機械的な機構によってＥＧＲバルブのチャタリングを防止出来る技術が求められている。しかしながら、その様な技術は未だに提案されていない。
【００１０】
【特許文献１】
特開２０００−８９６２号公報
【特許文献２】
特開２０００−２３０４１５号公報
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、各機関ごとにＥＧＲバルブのばね特性あるいは予圧縮力を変更することなく、機械的な機構を用いてＥＧＲバルブのチャタリングを予防できる過給機付きエンジンの提供を目的としている。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明の過給機付きエンジンは、排気マニホールド（１２）と吸気マニホールド（１１）とがＥＧＲバルブ（２０）を介装した排気還流管（１３）で連通され、そのＥＧＲバルブ（２０）には吸気圧口（２１ａ）と還流ガス圧口（２１ｂ）とを連通あるいは遮断するきのこ弁（２２）がコイルばね（２３）によりブースト圧（Ｐｂ）と還流ガス圧（Ｐｒｄ）との差圧に抗して設けられ、必要所定時に作動させて排気ガスの一部を吸気に還流させる排気還流機構を有する過給機付きエンジンにおいて、前記排気還流管（１３）に介装されたＥＧＲバルブ（２０）の排気側の上流に所定圧以上で流通する一方向弁（１５）を設け、前記ＥＧＲバルブ（２０）のチャタリングを防止する機能を有している。
【００１３】
かかる構成を具備する本発明によれば、排気還流管内の排気脈動における低圧側の片振幅が、一方向弁によって整流され、ブースト圧と排圧との差圧がＥＧＲバルブの作動範囲内に収まってＥＧＲバルブの開閉を正常に作動させる。
ここで、本発明によれば、一方向弁という機械的な手段を付加するのみでＥＧＲバルブのチャタリングを防止することが出来るので、電子的な制御を用いた場合に比較して、その導入のためのコストを遥かに低減することが出来る。
【００１４】
前記一方向弁は、リード弁（１５Ａ）で構成されていることが好ましい（請求項２）。
【００１５】
リード弁は、板状のリード弁板が負圧時に閉じ、正圧時に開放されるよう構成される単純な通常のリード弁でよい。
【００１６】
上述した様に、本発明のエンジンは、過給機（ターボチャージャ１７等）を有している。
【００１７】
そして、かかるエンジンは、排気容積あたりの出力向上、馬力あたりの重量軽減のためのターボチャージャ付き機関であってもよく、スーパーチャージャ付き機関であってもよい。何れの機関であっても、排気還流管（ＥＧＲ管１３）内の共振脈動の振幅を抑制する機能が作用する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１において、機関の吸気側に新気Ａを供給する吸気マニホールド１１が設けられ、排気側に排気ガスＧｅを放出する排気マニホールド１２が設けられている。
排気マニホールド１２と吸気マニホールド１１とは排気ガスＧｅの１部を還流させる排気還流管１３によって連通されている。
【００１９】
排気還流管１３に一方向弁１５が設けられ、排気マニホールド１２から吸気マニホールド１１に向う排気ガスが所定圧以上では流通し、所定圧以下では流通しないよう構成されている。
【００２０】
還流管１３の吸気マニホールド１１側に、ＥＧＲバルブ２０が設けられていて、必要所定時に排気ガスＧｅの１部を吸気マニホールド１１に還流させるよう構成されている。
【００２１】
排気マニホールド１２にターボチャージャ１７が連通されていて、ターボチャージャ１７のタービンＴが排気ガスＧｅを排出し、タービンＴと同軸のコンプレッサＣが新気Ａを吸気して圧力上昇させ吸気マニホールド１１に供給するよう構成されている。
【００２２】
図２は、ＥＧＲバルブ２０を示している。
吸気圧口２１ａと還流ガス圧口２１ｂを連通あるいは遮断させる、きのこ弁２２がコイルばね２３で懸架され、そのコイルばね２３は所定の予圧縮を与えてかつばね端部を着座させる環状シート２５によって上下動自在に保持されている。
【００２３】
上記構成において、弁２２は、ポートＡ（符号３０）、ポートＢ（符号３１）に別系統からの制御エア圧を加えることにより、開閉作動する様に構成されている。
また、弁２２は、コイルばね２３の予圧縮力が作用することによって、吸気圧口２１ａに作用するブースト圧Ｐｂと、還流ガス圧口２１Ｂに作用する還流ガス圧（ＥＧＲガス圧）Ｐｒｄとの差圧に対抗して、開放しない様に構成されている。
【００２４】
図３は、排気還流管（１３）に介装される一方向弁のリード弁１５Ａの一例を示している。
リード弁１５Ａは、バルブシート１５ａにバルブ孔１５ｂが設けられ、そのバルブ孔１５ｂを一方向（図３においては矢印Ｌ方向）にのみ開放する弁板１５ｃと、弁板１５ｃの開放度を限定するストッパ１５ｄとで構成されている。
【００２５】
ストッパ１５ｄは、弁板１５ｃの開放度を完全に限定するものであってもよいし、流圧に抗しながら撓んで開放度を大きくする非線形特性を有するものであってもよい。
【００２６】
また、弁板１５ｃは、リード弁１５Ａの前後の差圧によって、図３においては矢印Ｌの方向へ差圧が加わった場合に開放されるよう構成されている。
【００２７】
図４は、上記構成による内燃機関で排気ガスＧｅの還流が行われない運転時のＥＧＲバルブ２０における新気Ａのブースト圧Ｐｂと排気還流管１３側における排気ガスＧｅの圧力Ｐｒｄの状態の１例を、縦軸に正圧力ｐを、横軸に時間経過ｔで示したものである。
【００２８】
ブースト圧Ｐｂは変動幅の小さい一定周期で圧力変動しており、還流排気ガスＧｅの圧力Ｐｒｄは、排圧値Ｐｎｄに対し、振幅ａ１で圧力変動している。その排気ガスＧｅの圧力Ｐｒｄは、ブースト圧Ｐｂを基準とする差圧ではブースト圧Ｐｂの変動を無視すれば、最大発生差圧が｛Ｅ｝となり、最小差圧が｛Ｅ−ａ１｝になっている。
【００２９】
図４における片振幅ａ１の変動圧でハッチングされた低圧部分は、排気還流管１３に設けられたリード弁１５Ａの効果によるもので、リード弁１５Ａの上流即ち、排気マニホールド１２側で生じている圧力変動の低圧部分がカットされ、あたかも整流された状態となっている。
【００３０】
このようにしてブースト圧Ｐｂが排気還流ガス圧Ｐｒｄより高い条件で、図２に示す吸気圧口２１ａにかかるブースト圧Ｐｂと、還流ガス圧口２１ｂにかかる還流排気ガスＧｅの圧力Ｐｒｄとの差圧が、リード弁１５Ａのない状態の高差圧｛Ｂ｝より少ない低差圧｛Ｅ｝で弁２２をチャタリングのない正常状態で開閉作動させる。
【００３１】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない旨を付記する。
【００３２】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列挙する。
（１）排気還流管に一方向弁を介装したことで、排気還流管内で生じる排気の脈動を半減させ、ＥＧＲバルブに付加される意図しない圧力（弁２２を開放する圧力）を軽減できる。
（２）排気還流管内で生じる排気脈動を半減できて、ＥＧＲバルブのチャタリングと、その結果発生する意図しない排気還流とを予防できる。
（３）ＥＧＲバルブに付加される意図しない圧力（弁２２を開放する圧力）が軽減することによって、ＥＧＲバルブの作動ばねに付加する予圧縮力を低減できて、弁座の損耗を低減でき、弁及び弁座の耐久性向上がはかれる。
（４）複雑な電子制御系統を導入する必要が無い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の１実施形態を示す過給機付きエンジンの構成図。
【図２】図１の構成におけるＥＧＲバルブの断面図。
【図３】リード弁の断面図。
【図４】図１の構成によるＥＧＲバルブにかかる吸気ガスの圧力及び排気ガスの圧力を示す図。
【図５】従来の過給機付きエンジンの構成図。
【図６】図５の構成によるＥＧＲバルブにかかる吸気ガスの圧力及び排気ガスの圧力を示す図。
【符号の説明】
Ａ・・・新気
Ｇｅ・・排気ガス
Ｐｂ・・ブースト圧
Ｐｒ、Ｐｒｄ・・排気ガス圧（脈動による排気ガス圧）
２・・・シリンダヘッド
１１・・吸気マニホールド
１２・・排気マニホールド
１３・・排気還流管（ＥＧＲ管）
１５・・一方向弁
１５Ａ・・リード弁
１５ｃ・・弁板
１７・・ターボチャージャ
２０・・ＥＧＲバルブ
３０・・ポートＡ
３１・・ポートＢ
Ｐｃ・・差圧
Ｐｅ・・コイルバネの予圧縮力

Claims

排気マニホールド（１２）と吸気マニホールド（１１）とがＥＧＲバルブ（２０）を介装した排気還流管（１３）で連通され、そのＥＧＲバルブ（２０）には吸気圧口（２１ａ）と還流ガス圧口（２１ｂ）とを連通あるいは遮断するきのこ弁（２２）がコイルばね（２３）によりブースト圧（Ｐｂ）と還流ガス圧（Ｐｒｄ）との差圧に抗して設けられ、必要所定時に作動させて排気ガスの一部を吸気に還流させる排気還流機構を有する過給機（Ｃ）付きエンジンにおいて、前記排気還流管（１３）に介装されたＥＧＲバルブ（２０）の排気側上流に所定圧以上で流通する一方向弁（１５）を設け、前記ＥＧＲバルブ（２０）のチャタリングを防止する機能を有することを特徴とする過給機付きエンジン。
前記一方向弁（１５）は、リード弁（１５Ａ）である請求項１の過給機（Ｃ）付きエンジン。