JP4631718B2

JP4631718B2 - 内燃機関の排気還流装置

Info

Publication number: JP4631718B2
Application number: JP2006011611A
Authority: JP
Inventors: 元志郎遠藤; 泰一森
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2006-01-19
Filing date: 2006-01-19
Publication date: 2011-02-16
Anticipated expiration: 2026-01-19
Also published as: JP2007192143A

Description

本発明は、内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する内燃機関の排気還流装置に関する。

冷却水を冷媒とした熱交換器を排気還流通路に設けるとともにその熱交換器を迂回するバイパス通路を設け、排気系から取り出した排気（ＥＧＲガス）を熱交換器に通過させる一方でバイパス通路を閉鎖する位置と、排気還流通路を閉鎖する一方でバイパス通路を開放して熱交換器を迂回させる位置との間で通路を切替えるように構成した内燃機関の排気還流装置が知られている。このような通路の切り替えを実現するために、排気還流通路及びバイパス通路を開閉する弁体を設け、その弁体が一体回転可能に取付けられた弁軸の一端をハウジングの外部に露出させ、排気還流通路を開放する一方でバイパス通路を閉鎖する位置と、排気還流通路を閉鎖する一方でバイパス通路を開放する位置との間で、弁軸を回転駆動する通路切替装置がある。

ところで、熱交換器を備えた排気還流装置の場合、排気中の水分が熱交換器にて冷却されることによって凝縮水に変化し、その凝縮水が排気還流通路内に生成されることで弁軸を伝わってハウジング外部へ漏れ出す可能性がある。排気還流装置で生成される凝縮水を低減する技術として、このような凝縮水の流れ落ちる位置に高温のＥＧＲガスを供給しそのガスの熱を利用して凝縮水を蒸発させるものがある（特許文献１）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２が存在する。

特開平９−０８８７２８号公報特開平７−２９３３５６号公報

しかしながら、内燃機関の排気温度が低い条件では、凝縮水を蒸発させるに十分な温度のＥＧＲガスが得られないので、特許文献１の技術はハウジング外部へ凝縮水の漏出を防止する対策として不十分である。

そこで、本発明は、排気還流装置で生成された凝縮水が外部へ漏出することを抑制できる内燃機関の排気還流装置を提供することを目的とする。

本発明の排気還流装置は、内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気還流通路と、前記排気還流通路に設けられた冷却手段と、前記冷却手段を迂回するバイパス通路と、前記排気還流通路を開放する一方で前記バイパス通路を閉鎖する通過位置と前記排気還流通路を閉鎖する一方で前記バイパス通路を開放する迂回位置との間で切替え可能な通路切替手段と、前記排気還流通路を前記冷却手段が配置された通路と前記バイパス通路とに区分する隔壁を有した筒状の本体部に前記切替手段が接続された冷却ユニットと、を備え、前記通路切替手段は、前記排気還流通路の一部を構成する第１通路と前記バイパス通路の一部を構成する第２通路とが形成されたハウジングと、前記第１通路及び前記第２通路のそれぞれに設けられて各通路を開閉する弁体と、前記弁体が一体回転可能に取付けられるとともに前記第１通路及び前記第２通路のそれぞれを横切るように延びており、かつ前記第１通路側の一方の端部が前記ハウジングの内部に収められるとともに前記第２通路側の他方の端部が前記ハウジングの外部に露出するように配置されている弁軸と、を有し、前記冷却ユニットは、前記切替手段が接続された側よりもその反対側が鉛直下方に位置するように傾斜して配置されていることにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

この排気還流装置によれば、弁軸がハウジングの内部に収められる側に第１通路が位置するとともに、弁軸がハウジングの外部に露出する側に第２通路が位置する。そのため、弁軸に対する各通路の位置関係を反転させた形態、即ち弁軸がハウジングの内部に収められる側に第２通路が位置し、弁軸がハウジングの外部へ露出する側に第１通路が位置する形態と比較して、凝縮水が生成され易い排気還流通路の一部を構成する第１通路を弁軸がハウジングの外部に露出する側から遠くに離すことができる。つまり、排気還流通路よりも凝縮水が生成され難いバイパス通路に続く第２通路を、凝縮水が第１通路から弁軸を伝わってハウジングの外部へ漏出することを阻止する手段として機能させることができる。それにより、凝縮水が弁軸を伝わってハウジングの外部に漏れ出すことを抑制できる。また、冷却ユニットは切替手段が接続された側よりもその反対側が鉛直下方に位置するように傾斜して配置されているため、生成された凝縮水が重力によって通路切替手段から離れる側へ流れるので、通路切替手段の付近に凝縮水が溜ることが抑制される。そのため、ハウジング外部への凝縮水の漏出の危険性を低減することができる。

また、本発明の排気還流装置において、前記第１通路及び前記第２通路のそれぞれは鉛直方向と交差する方向に延びており、前記弁軸は、前記第１通路及び前記第２通路の中心線よりも鉛直上方に偏るように配置されていてもよい（請求項２）。この態様によれば、鉛直下方に位置する通路の底部に溜る凝縮水から弁軸を十分に離すことができる。そのため、ハウジング外部への凝縮水の漏出抑止効果が更に向上する。

以上説明したように、本発明の排気還流装置によれば、第１通路及び第２通路のそれぞれに配置された弁体を駆動する弁軸が、第１通路側の一方の端部がハウジングの内部に収められるとともに、第２通路側の他方の端部がハウジングの外部に露出するように配置されているので、排気還流装置で生成された凝縮水が外部へ漏出することを抑制できるようになる。また、冷却ユニットは切替手段が接続された側よりもその反対側が鉛直下方に位置するように傾斜して配置されているので、生成された凝縮水が重力によって通路切替手段から離れる側へ流れることによりハウジング外部への凝縮水の漏出の危険性を低減することができる。

図１は、本発明の実施形態に係る排気還流装置の外観構成を示した斜視図であり、図２は、図１の排気還流装置の内部構成の要部を矢印Ａ方向から示した断面模式図である。図１に示すように、排気還流装置１は、内燃機関の排気の一部（ＥＧＲガス）を取り出す排気還流通路２を有しており、その排気還流通路２には、ＥＧＲガスを冷却するための冷却ユニット３と、その冷却ユニット３の下流側に配置されてＥＧＲガスの流量を調整する排気還流制御弁４とがそれぞれ設けられている。排気還流通路２は、その上流側の一端が排気マニホールド等の内燃機関の排気系１００に接続され、その下流側の他端が吸気マニホールド等の内燃機関の吸気系１０１に接続されている。

図２に示すように、冷却ユニット３は、排気還流通路２を二つの通路に区分ように延びる隔壁３３が設けられた筒状の本体部３１と、その本体部３１の下流側に接続された通路切替部３２とを備えている。冷却ユニット３は、通路切替部３２が接続された側（出口側）よりも反対側（入口側）が鉛直下方に位置するように傾斜して配置されている（図１参照）。隔壁３３にて区分された一方の通路３４には冷却手段としての熱交換器３６が配置されている。隔壁３３にて区分された他方の通路３５は熱交換器３６を迂回するバイパス通路として機能する。隔壁３３は本体部３１と通路切替部３２との境界まで延びている。図１及び図２に示すように、本体部３１が有する熱交換器３６は導入口３６ａから導入した冷却水等の冷媒を排出口３６ｂから排出して冷媒を循環させることにより、熱交換器３６に導入されたＥＧＲガスと冷媒との間で熱交換きるように構成されている。

図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う方向から通路切替部３２を模式的に示した模式図である。図２及び図３に示すように、通路切替部３２は、本体部３１の通路３４と接続されて排気還流通路２の一部を構成する第１通路３７ａと、本体部３１の通路３５と接続されてバイパス通路の一部を構成する第２通路３７ｂとを有するハウジング３７を備えている。通路３７ａ、３７ｂはそれぞれ鉛直方向と交差する方向に延びるように形成されている。通路３７ａ、３７ｂには通路形状に対応するように構成された板状の弁体３８が一つずつ設けられている。各弁体３８はボルト等の締結手段７にて弁軸３９に取付けられており、その弁軸３９は第１通路３７ａ及び第２通路３７ｂのそれぞれを横切るように延びている。弁軸３９の第１通路３７ａ側の一方の端部３９ａはハウジング３７の内部に収められており、第２通路３７ｂ側の他方の端部３９ｂはハウジング３７の外部に露出している。ハウジング３７には、弁軸３９を回転可能に支持する支持部３７ｃが設けられており、その支持部３７ｃには、径が互いに相違する複数のワッシャが組み合わされて構成されたガスシール１０（図３）が設けられている。このガスシール１０によって弁軸３９とハウジング３７との間からのガス漏れが抑えられている。また、図３に示すように、各通路３７ａ、３７ｂには弁体３８を着座させるための弁座３７ｄが設けられている。弁軸３９は第１通路３７ａ及び第２通路３７ｂのそれぞれの中心線ＣＬ１上に配置されている（図４、図５も参照）。なお、中心線ＣＬ１は通路の横断面の図心を通る直線を意味する。以上により、通路切替部３２は各弁体３８が弁軸３９の回転軸線ＣＬ２を中心として弁軸３９と一体回転できるように構成される。

図４は、図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面模式図であり、図５は、図３のＶ−Ｖ線に沿った断面模式図である。これらの図にも示すように、各弁体３８は、第１通路３７ａの弁体３８と第２通路３７ｂの弁体３８とが弁軸３９に対して取付け位置を互いに略９０°ずらすようにして弁軸３９に取付けられている。そのため、図４及び図５の実線で示すように、第１通路３７ａが弁体３８にて閉鎖された場合には第２通路３７ｂが弁体３８にて開放される。逆に、図４及び図５の想像線で示すように、第１通路３７ａが弁体３８にて開放された場合には第２通路３７ｂが弁体３８にて閉鎖される。即ち、通路切替部３２は弁軸３９の回転位置を変化させることにより、排気還流通路（第１通路３７ａ）を開放する一方でバイパス通路（第２通路３７ｂ）を閉鎖する通過位置と、排気還流通路を閉鎖する一方でバイパス通路を開放する迂回位置との間で切替え可能な通路切替手段として機能する。弁軸３９はその一端にリンク結合されたアクチュエータ４０（図１及び図２参照）により回転駆動される。なお、図２及び図３並びに図４及び図５の実線は迂回位置を、図４及び図５の想像線は通過位置をそれぞれ示している。

以上の排気還流装置１によれば、弁軸３９がハウジング３７の内部に収められる側に第１通路３７ａが位置するとともに、弁軸３９がハウジング３７の外部に露出する側に第２通路３７ｂが位置する。そのため、弁軸３９に対する各通路３７ａ、３７ｂの位置関係を反転させた形態、即ち弁軸３９がハウジング３７の内部に収められる側に第２通路３７ｂが位置し、弁軸３９がハウジング３７の外部へ露出する側に第１通路３７ｂが位置する形態と比較して、凝縮水が生成され易い通路３４に続く第１通路３７ａを弁軸３９がハウジング３７の外部に露出する側から遠くに離すことができる。換言すれば、排気還流通路２よりも凝縮水が生成され難い通路３５に続く第２通路３７ｂを、凝縮水が第１通路３７ａから弁軸３９を伝わってハウジング３７の外部へ漏出することを阻止する手段として機能させることができる。従って、凝縮水が弁軸３９を伝わってハウジング３７の外部に漏れ出すことを抑制できる。また、冷却ユニット３が通路切替部３２が接続された側（出口側）よりも反対側（入口側）が鉛直下方に位置するように傾斜して配置されているので、ハウジング３７外部への凝縮水の漏出の危険性を低減できる。

本発明は以上の形態に限定されず、種々の形態にて実施してよい。図示の形態では、冷却手段とバイパス通路とが一体化されているが、これらが別体化された形態として本発明を実施してもよい。また、冷却ユニットの通路切替部が出口側に接続されているが、入口側に接続した形態で本発明を実施してもよい。

また、弁軸３９を設ける位置は、上述の形態のように第１通路３７ａ及び第２通路３７ｂの中心線ＣＬ１上でなくてもよく、弁軸３９を第１通路３７ａ及び第２通路３７ｂの中心線ＣＬ１よりも鉛直上方に偏るように配置してもよい。図６〜８は本発明の他の形態を示し、図６は上述の形態の図３に対応する模式図、図７は図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面模式図、図８は図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図である。これらの図において上述の形態と共通する構成には同一の参照符号が付されている。この形態の弁軸３９は各通路３７ａ、３７ｂの上端部に配置されていて、その弁軸３９には、各通路３７ａ、３７ｂに設けられた弁体３８が一体回転可能に締結手段７にて取付けられている。各弁体３８は、第１通路３７ａの弁体３８と第２通路３７ｂの弁体３８とが弁軸３９に対して取付け位置を互いに略９０°ずらすようにして弁軸３９に取付けられている。これにより、図７及び図８の実線で示すように、第１通路３７ａが弁体３８にて閉鎖された場合には第２通路３７ｂが弁体３８にて開放される。逆に、図７及び図８の想像線で示すように、第１通路３７ａが弁体３８にて開放された場合には第２通路３７ｂが弁体３８にて閉鎖される。

図６〜図８に示した形態によれば、弁軸３９が第１通路３７ａ及び第２通路３７ｂの中心線ＣＬ１よりも鉛直上方に偏るように配置されているので、鉛直下方に位置する通路の底部に溜る凝縮水から弁軸３９を十分に離すことができる。そのため、ハウジング３７の外部への凝縮水の漏出抑止効果が更に向上する。

本発明の実施形態に係る排気還流装置の外観構成を示した斜視図。図１の排気還流装置の内部構成の要部を矢印Ａ方向から示した断面模式図。図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿う方向から通路切替部を模式的に示した模式図。図３のＩＶ−ＩＶ線に沿った断面模式図。図３のＶ−Ｖ線に沿った断面模式図。本発明の他の形態を示した模式図。図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線に沿った断面模式図。図６のＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿った断面模式図。

符号の説明

１排気還流装置
２排気還流通路
３冷却ユニット
１０１吸気系
３１本体部
３２通路切替部（通路切替手段）
３３隔壁
３６熱交換器（冷却手段）
３５通路（バイパス通路）
３７ハウジング
３７ａ第１通路
３７ｂ第２通路
３８弁体
３９弁軸
３９ａ、３９ｂ端部
ＣＬ１中心線

Claims

内燃機関の排気の一部を吸気系に導入する排気還流通路と、前記排気還流通路に設けられた冷却手段と、前記冷却手段を迂回するバイパス通路と、前記排気還流通路を開放する一方で前記バイパス通路を閉鎖する通過位置と前記排気還流通路を閉鎖する一方で前記バイパス通路を開放する迂回位置との間で切替え可能な通路切替手段と、前記排気還流通路を前記冷却手段が配置された通路と前記バイパス通路とに区分する隔壁を有した筒状の本体部に前記切替手段が接続された冷却ユニットと、を備え、
前記通路切替手段は、前記排気還流通路の一部を構成する第１通路と前記バイパス通路の一部を構成する第２通路とが形成されたハウジングと、前記第１通路及び前記第２通路のそれぞれに設けられて各通路を開閉する弁体と、前記弁体が一体回転可能に取付けられるとともに前記第１通路及び前記第２通路のそれぞれを横切るように延びており、かつ前記第１通路側の一方の端部が前記ハウジングの内部に収められるとともに前記第２通路側の他方の端部が前記ハウジングの外部に露出するように配置されている弁軸と、を有し、
前記冷却ユニットは、前記切替手段が接続された側よりもその反対側が鉛直下方に位置するように傾斜して配置されていることを特徴とする内燃機関の排気還流装置。
前記第１通路及び前記第２通路のそれぞれは鉛直方向と交差する方向に延びており、
前記弁軸は、前記第１通路及び前記第２通路の中心線よりも鉛直上方に偏るように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の排気還流装置。