JP5923869B2

JP5923869B2 - 流路切替弁

Info

Publication number: JP5923869B2
Application number: JP2011113031A
Authority: JP
Inventors: 惠夫関山
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-05-20
Filing date: 2011-05-20
Publication date: 2016-05-25
Anticipated expiration: 2031-05-20
Also published as: JP2012241632A

Description

本発明は、駆動用の高圧ガスを用いて、流路を高速で切り替えることができる流路切替弁に関する。

ディーゼルエンジン等の内燃機関の排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）を低減するＥＧＲ（排気再循環）においては、過給システムを備えた内燃機関では、高圧ＥＧＲ方式と低圧ＥＧＲ方式とがある。この高圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１７に示すように、高圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｘでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１側にＥＧＲ通路１７が設けられており、エンジン本体１１の排気マニホールド１１ｂから吸気マニホールド１１ａにＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。また、低圧ＥＧＲ方式では、例えば、図１８に示すように、低圧ＥＧＲシステムを備えた内燃機関１Ｙでは、ターボ式過給機１４よりもエンジン本体１１とは反対側にＥＧＲ通路１７が設けられており、タービン１４ｂの下流側からコンプレッサ１４ａの上流側にＥＧＲ通路１７経由でＥＧＲガスＧｅを還流している。

これらのいずれのＥＧＲ方式でも、ＥＧＲガス量の制御には、ＭＡＦ制御方式が一般的に使用されている。このＭＡＦ制御方式では、ＥＧＲ無しでエンジンのシリンダ内に吸入される新気量（空気量）をＭｏとし、ＥＧＲを行うことでシリンダ内に吸入される新気量をＭｅとすると、還流されるＥＧＲガス量のＭｅｇｒがＭｅｇｒ＝Ｍｏ−Ｍｅとなるので、これに基づいて、ＥＧＲ弁２１の弁開度により新気量Ｍｅを制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。

つまり、エンジンの回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑをパラメータにして、各エンジンの運転状態に対する新気量Ｍｅを予め設定して作成した新気量Ｍｅのデータマップを基に、実際のエンジン運転時の回転速度Ｎｅと燃料負荷Ｑから目標の新気量Ｍｅｔを算出して、実際の新気量Ｍｅをこの目標の新気量Ｍｅｔになるように制御することで、ＥＧＲガス量Ｍｅｇｒを制御している。

しかしながら、ターボ式過給機を使用する場合には排気ガスのエネルギー（エンタルピ）を用いて過給を行うため、ターボ式過給機の応答遅れ（ターボラグ）を無くすことは不可能であり、このＭＡＦ制御方式では、このターボラグに起因する次のような問題がある。ターボラグにより負荷が急激に増加する過渡運転状態では、過給圧が定常運転時に設定した圧力まで上昇しないため、エンジンの吸入空気量が低下する。つまり、ターボ式過給機付きエンジンでも無過給エンジンと同程度の吸気量となってしまう。

従って、定常運転条件で設定した目標のＥＧＲ量に達成することができず、図１９に示すように、急激な過渡運転を行う際にＮＯｘの排出量が増加する。また、煤の発生量を制限するために、過給圧があるレベルより上がらない場合には燃料の投入量が煤が増加しない領域内に抑えられるというスモークリミット制御が行われる。その結果、図２０及び図２１に示すように、燃料噴射量Ｑと空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）が共に点線で示されるように抑えられ、加速時のパワーが抑えられてしまうという問題がある。そのために、加速時等の負荷が急激に増加する過渡運転時には、ＮＯｘ排出量の増加や燃費の悪化が発生する。

一方、エンジンのクランクシャフト等によって、過給機を直接駆動して過給を行う機械式過給装置を使用する場合では、過給の応答遅れをなくす事ができるが、エンジンの回転速度が決まると燃料量の多少に関わらず、過給量が決まるために、また、駆動に要する仕事量が大きいために、燃費が悪化するという問題がある。

この対策として、近年では、図２２に示すような蓄ガス供給システムを備えた内燃機関１Ｚが研究されており、この蓄ガス供給システムでは、内燃機関１Ｚから排出される排気ガスＧの一部Ｇｐを空気Ａａと混合した混合ガスＣを容積型コンプレッサ（排気圧縮器）２５で圧縮して高圧化し、この高圧化した混合ガスＣを蓄ガス容器（圧力容器）２７内に溜め込み、過渡時に放出電磁弁３６を開弁して混合ガスＣを調圧弁２９経由で吸気弁（吸気スロットル）３５の下流の吸気通路１２に放出し、これにより、内燃機関１Ｚのシリンダ内への吸気量を過給機付きエンジン並みに増加させると共に、ＥＧＲの効果によるＮＯｘの低減を図り、ターボラグの問題を解消している過給制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

この蓄ガス供給システムを採用した場合は、過渡時に加圧された混合ガスＣをエンジン１Ｚの吸気通路１２内に放出することで過給圧を上げて、シリンダ内への空気量を増加させることができるので燃料量も増やすことができる。その結果、加速性能が向上し、煤の排出も抑えることができる。また、過給圧は排気マニホールド１１ｂの内圧よりも高くなるので、内燃機関１Ｚのポンピング損失が低下し燃費の向上を図ることができる。

しかしながら、この蓄ガス供給システムにおいても、次のような問題がある。つまり、ＥＧＲを行う場合にＥＧＲ弁２１が開くと、吸気圧が排気マニホールド１１ｂの内圧より大きいために、吸気通路１２内の加圧された混合ガスＣの一部は排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまう。そのため、この蓄ガス供給システムでは混合ガスＣの供給時にＥＧＲ弁２１を完全に閉じる制御を盛り込んでいるが、ＥＧＲ弁２１は弁座の汚損やカーボン粒子等の異物の噛み込みにより完全に閉状態とならない場合がある。この不具合に遭遇すると、吸気通路１２内の混合ガスＣの一部が排気通路１３経由で排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまう。

この吸気通路１２内の混合ガスＣの一部が排気マニホールド１１ｂ側に抜けてしまうと、エンジンのシリンダ内への吸気量が減少して、過給が十分に行われず、ＮＯｘは低減できるがスモークリミットがかかって加速のパワーを十分に引き出すことができない。

また、この蓄ガス供給システムにおける技術的に最も重要な点の一つに、蓄ガス供給通路側と吸気通路との合流部で、蓄ガス供給通路側と吸気通路の下流側との連通から、吸気通路の上流側と吸気通路の下流側との連通へ、または、逆に、切り替えるための流路切替弁がある。

この流路切替弁では、蓄ガス容器からエンジンのシリンダ内へ加圧された混合ガスを供給する場合には、吸気通路の上流側を確実に閉じる必要があり、蓄ガス供給通路側の弁が開き出したときに吸気通路の上流側の弁が高速で閉まらないと、つまり、二箇所の弁が同時に開いている時間が長い程、加圧された混合ガスが吸気通路の上流側の弁の隙間を通じて大気側に逃げてしまうので、エンジンの吸気通路の下流側の過給圧が上がらなくなってしまう。

また、蓄ガス容器の混合ガスを用いた過給条件が解除されて、通常の吸気通路の上流側と吸気通路の下流側を連通させた状態に戻る場合には、蓄ガス供給通路側の弁が閉じたときに吸気通路の上流側の弁がまだ全開にならないと、吸気通路の上流側の吸気抵抗が増加してエンジンの吸気量が大幅に低下するので、エンジンのパワー、燃費、排ガス等に関するエンジン性能が悪化する。

流路切替弁でこれらの状態が、車両が他の車線に合流するために加速したときに発生すると、車両の加速性能が低下してしまうので、これを回避する必要がある。このように、蓄ガス供給通路側と吸気通路の上流側のラインを交互に連通及び遮断する二箇所の弁の切替を高速で行うことが重要な課題となっている。

なお、三方切替弁として、例えば、一つの駆動手段と複数の三方切替手段の弁体を連結し、駆動手段により複数の弁体を連動して動かす一体式切替弁がある（例えば、特許文献２参照。）。

特開２０１１−２１５５８号公報特開２０００−１９３１２７号公報

一方、本発明者は、次のような知見を得た。つまり、実際の車両に、蓄ガス供給システムを搭載する場合に、流路切替弁の駆動を高速で行うためには、圧縮空気等の比較的高圧のガスを用いることが有効であり、駆動源となるガスとして過給に用いる蓄ガス容器内に蓄圧されたガスを用いることが有効である。

この場合に、蓄ガス供給通路からガスをエンジンのシリンダ内に供給するときには蓄ガス容器内は高圧であるが、このガスの供給を終了するときには蓄ガス容器内のガスがシリンダ内に供給された後であり、相当量のガスが消費されているので、蓄ガス容器内の圧力は降下して比較的低圧になっている。

従って、この低圧のガスでも複数箇所の連通と閉鎖を行う切替部材を高速で作動させる必要がある。なお、ここで述べる高速作動とは、複数箇所の連通と閉鎖の切替開始から切替完了までの時間が約３０／１０００秒（３０ｍｓ）程度の短時間で完了することをいう。

本発明は、上記の状況を鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的高圧の駆動用ガスを用いて、高速で選択的に切り替えて、第１流路と第２流路と第３流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすることができ、あるいは、第１流路と第２流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすると共に、第３流路を第５流路に連通させたり、遮断したりすることができて、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時にガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる蓄圧ガス供給システムを備えた内燃機関等で使用できる流路切替弁を提供することにある。

上記の目的を達成するための流路切替弁は、内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第３流路側のガスの両方か、前記第２流路側のガスかのいずれか一方を、前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流す流路切替弁であって、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路の全部に対向してケース内の他方側に設け、前記ケースは、前記第１流路と前記第４流路とを連通する第１孔と、前記第２流路と前記第４流路とを連通する第２孔と、前記第３流路と前記第４流路とを連通する第３孔とを有し、前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第４流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第４流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替とを前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔を介して行うようにスライドするシャッター部材を設け、前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔は、前記シャッター部材の移動方向に対して垂直方向であって前記ケースの一方側にある流路と他方側にある流路とが連通する方向に開口し、前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔の断面形状は、前記移動方向の長さが前記移動方向に垂直な方向の長さよりも短い形状であるように構成される。

あるいは、上記の目的を達成するための流路切替弁は、内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第２流路側のガスのいずれか一方を前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流し、前記第３流路のガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に接続する第５流路に流す流路切替弁であって、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路の両方に対向してケース内の他方側に設け、前記第５流路を前記第３流路に対向してケース内の他方側に設け、前記ケースは、前記第１流路と前記第４流路とを連通する第１孔と、前記第２流路と前記第４流路とを連通する第２孔と、前記第３流路と前記第５流路とを連通する第３孔とを有し、前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第５流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第５流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替とを前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔を介して行うようにスライドするシャッター部材を設け、前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔は、前記シャッター部材の移動方向に対して垂直方向であって前記ケースの一方側にある流路と他方側にある流路とが連通する方向に開口し、前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔の断面形状は、前記移動方向の長さが前記移動方向に垂直な方向の長さよりも短い形状であるように構成される。

あるいは、上記の目的を達成するための流路切替弁は、内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第３流路側のガスの両方か、前記第２流路側のガスかのいずれか一方を、前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流す流路切替弁であって、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路の全部に対向してケース内の他方側に設けると共に、前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第４流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第４流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストン駆動部でスライドさせ、前記ピストン駆動部は、前記第２流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第１ガス室と、前記第１流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第２ガス室とを有するシリンダと、前記シャッター部材に接続されるとともに、前記シリンダの内部に配置されて、前記第１ガス室及び前記第２ガス室の前記駆動用ガスの圧力を受けて前記シャッター部材の移動方向に摺動するピストンと、前記第１ガス室及び前記第２ガス室に配置され、前記ピストンが前記シャッター部材をスライドさせたときの前記ピストンの制動に必要なエネルギーを吸収することで前記ピストン
を強制停止させる緩衝部材と、を備え、前記シリンダは、前記第１ガス室の前記駆動用ガスを前記第１ガス室から抜くための第１連通路と、前記第２ガス室の前記駆動用ガスを前記第２ガス室から抜くための第２連通路とを有し、前記緩衝部材は、前記第１連通路及び前記第２連通路に対応する位置に切り欠きを有するように構成される。

あるいは、上記の目的を達成するための流路切替弁は、内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第２流路側のガスのいずれか一方を前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流し、前記第３流路のガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に接続する第５流路に流す流路切替弁であって、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路の両方に対向してケース内の他方側に設け、前記第５流路を前記第３流路に対向してケース内の他方側に設けると共に、前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第５流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第５流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストン駆動部でスライドさせ、前記ピストン駆動部は、前記第２流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第１ガス室と、前記第１流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第２ガス室とを有するシリンダと、前記シャッター部材に接続されるとともに、前記シリンダの内部に配置されて、前記第１ガス室及び前記第２ガス室の前記駆動用ガスの圧力を受けて前記シャッター部材の移動方向に摺動するピストンと、前記第１ガス室及び前記第２ガス室に配置され、前記ピストンが前記シャッター部材をスライドさせたときの前記ピストンの制動に必要なエネルギーを吸収することで前記ピストンを強制停止させる緩衝部材と、を備え、前記シリンダは、前記第１ガス室の前記駆動用ガスを前記第１ガス室から抜くための第１連通路と、前記第２ガス室の前記駆動用ガスを前記第２ガス室から抜くための第２連通路とを有し、前記緩衝部材は、前記第１連通路及び前記第２連通路に対応する位置に切り欠きを有するように構成される。

あるいは、上記の目的を達成するための流路切替弁は、内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第３流路側のガスの両方か、前記第２流路側のガスかのいずれか一方を、前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流す流路切替弁であって、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内
の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路の全部に対向してケース内の他方側に設けると共に、前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第４流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第４流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、前記第１流路切替を行う場合に前記ピストンを前記ピストンの移動方向に付勢する弾性体を設けるように構成される。

あるいは、上記の目的を達成するための流路切替弁は、内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第２流路側のガスのいずれか一方を前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流し、前記第３流路のガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に接続する第５流路に流す流路切替弁であって、前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路の両方に対向してケース内の他方側に設け、前記第５流路を前記第３流路に対向してケース内の他方側に設けると共に、前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第５流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第５流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、前記第１流路切替を行う場合に前記ピストンを前記ピストンの移動方向に付勢する弾性体を設けるように構成される。

これらの構成の流路切替弁によれば、比較的高圧の駆動用ガスを用いて、高速でシャッター部材を移動させて、第１流路と第２流路と第３流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすることができ、あるいは、第１流路と第２流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすると共に、第３流路を第５流路に連通させたり、遮断したりすることができる。

しかも、第１流路と第２流路と第３流路の全部の流路を一つのシャッター部材で開閉するので、三つの流路の開閉に高速で且つ同期した動きを与えることができる。その結果、第１流路切替と第２流路切替の条件下で、この流路切替弁を備えた装置の性能悪化を防止することができる。

従って、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時に前記ガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる蓄圧ガス供給システムを備えた内燃機関等で使用できる。

本発明に係る流路切替弁によれば、比較的高圧の駆動用ガスを用いて、高速でシャッター部材を動かすことにより、第１流路と第２流路と第３流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすることができ、あるいは、第１流路と第２流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすると共に、第３流路を第５流路に連通させたり、遮断したりすることができる。

従って、本発明に係る流路切替弁は、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時にガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる蓄圧ガス供給システムを備えた内燃機関等で使用できるようになる。

本発明に係る第１の実施の形態の流路切替弁の構成を示す図で、第１流路と第３流路が第４流路に連通している第１流路切替の状態を示す図である。図１の流路切替弁で、第２流路が第４流路に連通している第２流路切替の状態を示す図である。流路切替弁のケースの断面を示す平断面図である。流路切替弁のシャッター部材の構成を示す平面図である。流路切替弁のシャッター部材の構成を示す図４のＡ−Ａ断面図である。第１流路と第３流路が第４流路に連通する第１流路切替のシャッター部材とケースの位置関係を示す横断面図である。第２流路が第４流路に連通する第２流路切替のシャッター部材とケースの位置関係を示す横断面図である。ピストンとシリンダの構成を示す横断面図である。緩衝部材の構成を示す図である。ピストンの駆動を説明するための図である。本発明に係る第２の実施の形態の流路切替弁の構成を示す図で、第１流路が第４流路に連通し、第３流路が第５流路に連通している第１流路切替の状態を示す図である。図１１の流路切替弁で、第２流路が第４流路に連通している第２流路切替の状態を示す図である。本発明に係る第１の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。本発明に係る第２の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。本発明に係る第３の実施の形態の内燃機関の構成を示す図である。蓄ガス用のガス圧縮装置の駆動を説明するための図である。従来技術の高圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。従来技術の低圧ＥＧＲ方式の内燃機関の構成を示す図である。車速の変化と瞬時ＮＯｘ排出量の関係を示す図である。全負荷における燃料噴射量の特性と過渡時の動きを示す図である。過渡時のターボ式過給機の応答遅れとＥＧＲの関係を示す図である。先行技術の内燃機関の構成を示す図である。

以下、本発明に係る実施の形態の流路切替弁、内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法について、図面を参照しながら説明する。

図１及び図２に示すように、本発明に係る第１の実施の形態の流路切替弁５０は、第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３を切り替えて、第１流路５１側のガス（新気）Ａと第３流路５３側のガス（ＥＧＲガス）Ｇｅの両方か、第２流路５２側のガス（混合ガス）Ｃかのいずれか一方を第４流路５４に流す流路切替弁である。

この第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３をケース５６内の一方側に設け、第４流路５４を第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３の全部に対向してケース５６内の他方側に設ける。それと共に、第１流路切替で、図１に示すように、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第４流路５４との間をそれぞれ連通すると共に、第２流路５２と第４流路５４との間を遮断し、かつ、第２流路切替で、図２に示すように、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第４流路５４との間を遮断すると共に、第２流路５２と第４流路５４との間を連通するように構成する。

この第１流路切替と第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材５７を設ける。このシャッター部材５７をスライドさせるために、駆動用ガスＡｐで駆動するピストン５８を設ける。このピストン５８と、このピストン５８を収納すると共にビストン５８を駆動させるための第１ガス室５９ａと第２ガス室５９ｂを有するシリンダ５９とを備えてピストン駆動部を構成する。

そして、図１に示すように、第１圧力の駆動用ガスＡｐを第２ガス室５９ｂに供給すると共に第１ガス室５９ａのガスＡｅを抜くことで、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第４流路５４との間をそれぞれ連通し、第２流路５２と第４流路５４との間を遮断する第１切替操作と、図２に示すように、第１圧力より高い第２圧力の駆動用ガスＡｐを第１ガス室５９ａに供給すると共に第２ガス室５９ｂのガスＡｅを抜くことで、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第４流路５４との間をそれぞれ遮断し、第２流路５２と第４流路５４との間を連通する第２切替操作を行うように構成する

この流路切替弁５０のケース５６は、図３に示すように、第１流路５１と第４流路５４とを連通するための第１孔５６ａと、第２流路５２と第４流路５４とを連通するための第２孔５６ｂと第３流路５３と第４流路５４とを連通するための第３孔５６ｃとを設けて構成する。これらの第１孔５６ａ、第２孔５６ｂ、及び第３孔５６ｃの周囲にはＯリング溝５６ｄと必要に応じてグリス溜り５６ｅが設けられ、組み付け時にはそのリング溝５６ｄにＯリング５６ｆを配置する。

これらの第１〜第３の孔５６ａ、５６ｂ、５６ｃと第１〜第３の流路５１〜５３においては、それらの断面形状を図３に示すように楕円形等の扁平な形状にすることで、第１〜第３の流路５１〜５３が設けられる方向、即ち、シャッター部材５７の移動方向の長さとシャッター部材５７及びピストン５８の移動距離を小さくすることができる。

この流路切替弁５０のシャッター部材５７には、図４及び図５に示すように、貫通孔５７ａが設けられ、図６及び図７に示すように、シャッター部材５７はケース５６の間に挿入される。シャッター部材５７がスライドして図６に示す第１流路切替の状態になったときには、貫通孔５７ａがケース５６の第３孔５６ｃと重なりあうように、また、シャッター部材５７が逆方向にスライドして図７に示す第２流路切替の状態になったときには、貫通孔５７ａがケース５６の第２孔５６ｂと重なりあうように構成する。

ピストン駆動部は、シャッター部材５７の高速移動を行うためのものであり、図８に示すように、ピストン５８と、第１ガス室５９ａと第２ガス室５９ｂを有するシリンダ５９を備えて構成される。ピストン５８はピストンロッド５８ａと受圧部５８ｂを一体化して形成し、この受圧部５８ｂがシリンダ５９内を直線的に摺動するように構成する。また、第１ガス室５９ａと第２ガス室５９ｂとの間のシールを行うために、受圧部５８ｂの外周部にＯリング溝５８ｃを設け、Ｏリング５８ｄを配置する。

また、ピストン５８が高速で移動するとピストン５８の移動先のガス室５９ａ（又は５９ｂ）ではガス室５９ａ（又は５９ｂ）内のガスＡｅが圧縮されて、ピストン５８の動きを阻害するので、圧力抜きの経路として、第１ガス室５９ａには第１連通路５９ｃを、第２ガス室５９ｂには第２連通路５９ｄをそれぞれ設ける。

ピストン５８が高速で移動することで大きな慣性力が生じ、ロッド５８ａを必要なストローク動かした後に停止させるためには大きな制動力が必要になり、機械的に止めることは難しくなる。そのため、緩衝部材５９ｅをストッパーとして、第１ガス室５９ａの内側と第２ガス室５９ｂの内側にそれぞれ配設する。この緩衝部材５９ｅにピストン５８の受圧部５８ｂを衝突させることで、ピストン５８の制動に必要なエネルギーを緩衝部材５９ｅで吸収して強制停止させる。

つまり、高速で動くシャッター部材５７を必要量動かした後では、ピストン５８とシャッター部材５７に大きな慣性力が付くので、非駆動側にゴム等の柔らかい衝突部となる緩衝部材５９ｅを設けて、流路切替弁５０が破損しないように、緩衝部材５９ｅに受圧部５８ｂを衝突させて停止させる。

この緩衝部材５９ｅは、ゴム等の軟質材で形成し、図９に示すようにリング形状に形成する。また、この緩衝部材５９ｅには、第１連通路５９ｃ、又は、第２連通路５９ｄに対向する部分に切り欠き５９ｅａを設ける。なお、この緩衝部材５９ｅに使用するゴム等軟質材の厚さは実験的に設定する。

更に、必要に応じて、ピストン５８を第１ガス室５９ａ側に移動するように付勢するスプリング（弾性体）５８ｅを設けて、第１流路切替をする際に、ピストン５８の移動を助ける方向に弾性力を付勢する。これにより、比較的低い圧力の駆動用ガスＡｐを用いて第１流路切替をする際に、比較的高い圧力の駆動用ガスＡｐを用いて第２流路切替をする際と同様な速度で、シャッター部材５７をスライドさせて、流路を切り替えることができるようになる。

また、シャッター部材５７とピストン５８等の可動部分に、ジュラルミン、超ジュラルミン、超超ジュラルミン、窒素ケイ素等の低比重で強度の高い材料を用いると、シャッター部材５７を軽量に形成できるので、小さい駆動力で、且つ、高速でシャッター部材５７をスライドさせて、高速で流路を切り替えることができるようになる。図１０に示すように、このピストン５８を駆動させる駆動システム６０は、駆動用ガスＡｐを貯蔵する蓄ガス容器６１を設けて構成する。更に、駆動用ガスＡｐを第１ガス室５９ａに供給するために、第１駆動用ガス供給路６２と第１三方弁６３と第１駆動用ガス供給補助路６２ａと第１大気解放補助路６２ｂを設ける。また、駆動用ガスＡｐを第２ガス室５９ｂに供給するために、第２駆動用ガス供給路６４と第２三方弁６５と第２駆動用ガス供給補助路６４ａと第２大気解放補助路６４ｂを設ける。

次に本発明に係る第２の実施の形態の流路切替弁について説明する。図１１及び図１２に示すように、この流路切替弁５０Ａは、第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３を切り替えて、第１流路５１側のガス（新気）Ａと第２流路５２側のガス（混合ガスＣ）のいずれか一方を第４流路５４に流し、第３流路５３のガス（ＥＧＲガス）Ｇｅを第５流路５５に流す流路切替弁である。

この第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３をケース５６内の一方側に設け、第４流路５４を第１流路５１と第２流路５２の両方に対向してケース５６内の他方側に設け、第５流路５５を第３流路５３に対向してケース５６内の他方側に設ける。

それと共に、第１流路切替で、図１１に示すように、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第５流路５５との間をそれぞれ連通し、第２流路５２と第４流路５４との間を遮断し、かつ、第２流路切替で、図１２に示すように、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第５流路５５との間をそれぞれ遮断し、第２流路５２と第４流路５４との間を連通するように構成する。

つまり、第３流路５３に対向して第５流路５５を設け、第１流路切替のときに、第３流路５３が第４流路５４でなく第５流路５５に連通するように構成する。その他の構成は、第１の実施の形態の流路切替弁５０と同じに構成される。

上記の構成の第１の実施の形態及び第２の実施の形態の流路切替弁５０、５０Ａによれば、比較的高圧の駆動用ガスＡｐを用いて、高速でシャッター部材５７を移動させて、第１の実施の形態の流路切替弁５０では第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３を第４流路５４に連通及び遮断することができ、あるいは、第２の実施の形態の流路切替弁５０Ａでは第１流路５１と第２流路５２を第４流路５４に、第３流路５３を第５流路５５に連通及び遮断することができる。

しかも、第１流路５１と第２流路５２と第３流路５３の全部の流路を一つのシャッター部材５７で開閉するので、三つの流路５１、５２、５３の開閉に高速で且つ同期した動きを与えることができる。その結果、第１流路切替と第２流路切替の条件下で、この流路切替弁５０、５０Ａを備えた装置の性能悪化を防止することができる。

従って、図１３、図１４、及び図１５に示すように、ガス圧縮装置２５を用いて、排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを蓄ガス容器２７に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時にガスＣをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる蓄圧ガス供給システムを備えた内燃機関１、１Ａ、１Ｂ等で使用できる。

次に本発明に係る実施の形態のエンジン（内燃機関）について説明する。図１３に示すように、本発明に係る第１の実施の形態のエンジン（内燃機関）１は、第１の実施の形態の流路切替弁５０を備えたエンジンであり、エンジン本体１１と吸気マニホールド１１ａに接続する吸気通路１２と排気マニホールド１１ｂに接続する排気通路１３を有して構成される。この吸気マニホールド１１ａと吸気通路１２とで吸気系通路を形成し、排気マニホールド１１ｂと排気通路１３とで排気系通路を形成する。

吸気通路１２には、ターボ式過給機１４のコンプレッサ１４ａが設けられ、排気通路１３には、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂと、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１５とＮＯｘ吸蔵還元型触媒等で形成されるＮＯｘ浄化触媒１６が設けられている。

また、タービン１４ｂの上流側の排気通路１３からＥＧＲ通路１７が分岐され、コンプレッサ１４ａの上流側の吸気通路１２に第１の実施の形態の流路切替弁５０を介して合流している。このＥＧＲ通路１７には上流側から、ディーゼルパティキュレートフィルタ（ＤＰＦ）装置１９とＥＧＲクーラ２０とＥＧＲ弁２１が設けられている。

更に、ＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐して、排気ガス導入通路２２が設けられている。この排気ガス導入通路２２にはＥＧＲクーラ２３と三方弁２４が設けられ、この排気ガス導入通路２２は機械式の容積型過給機（往復動式が望ましい）等で形成されるガス圧縮装置２５に接続されている。このガス圧縮装置２５は、圧縮ガス供給通路２６により圧力容器等で形成される蓄ガス容器２７に接続されている。また、この蓄ガス容器２７は蓄ガス供給通路２８により吸気通路１２と接続されている。この排気ガス導入通路２２と圧縮ガス供給通路２６と蓄ガス供給通路２８で蓄圧ガス系通路を形成する。

図１６に示すように、このガス圧縮装置２５は、エンジン１を搭載した車両の車軸３１から歯車３２、３３と、電磁クラッチ３４を経由してガス圧縮装置２５の駆動軸に動力を伝達する。この電磁クラッチ３４をＯＮにして接続することにより、ガス圧縮装置２５を駆動して、排気ガス導入通路２２からのガスＣを、圧縮して高圧化して蓄ガス容器２７に供給し、貯蔵する。なお、蓄ガス供給通路２８には、調圧弁２９が配置され、流路切替弁５０に供給されるガスＣの圧力を調整する。このとき、三方弁２４で、排気ガスＧの一部Ｇｐの量と空気Ａａの量を調整して、蓄ガス容器２７で貯蔵されるガスＣにおける酸素濃度を略一定に保つことが好ましく、これにより、ＥＧＲを行うときの制御を単純化することができる。

そして、上記の機器類の制御を行うために、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）と呼ばれるエンジン１の運転の全般を制御する制御装置４０を設け、この制御装置４０で蓄ガス容器２７内の圧力やエンジン回転速度やアクセル開度等を検出して、その結果に基づいて電磁クラッチ３４や三方弁２４を制御して、蓄ガス容器２７内のガスＣの量（圧力）と排気ガスＧｐと空気Ａａの混合比率を調整制御する。

なお、図１３に示すように、この蓄ガス容器２７の内部の最大圧を調整する調整弁２７ａを、蓄ガス容器２７に設けて、ガス圧縮装置２５を駆動している時には、常に仕事が発生するように調整弁２７ａを調整する。なお、図１３では、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７に設けているが、調整弁２７ａを蓄ガス容器２７とガス圧縮装置２５の間の圧縮ガス供給通路２６に設けてもよい。

つまり、エンジン１は、排気ガスＧの一部Ｇｅをシリンダ内に再循環するためのＥＧＲ通路１７と、エンジン１の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮するガス圧縮装置２５と、このガス圧縮装置２５で圧縮されたガスＣを貯蓄する蓄ガス容器２７と、この蓄ガス容器２７と吸気通路１２を接続する蓄ガス供給通路２８を備えて構成する。

そして、ＥＧＲ通路１７と蓄ガス供給通路２８を第１の実施の形態の流路切替弁５０を介して吸気通路１２に接続する。この流路切替弁５０に対して、図１、図２、及び図１３に示すように、第１流路５１に吸気系通路１２の上流側を、第２流路５２に蓄ガス供給通路２８を、第３流路５３にＥＧＲ通路１７を、吸気系通路１２の下流側に第４流路５４をそれぞれ接続する。

これにより、駆動用ガスＡｐを入れてピストン背面ガスＡｅを抜くことで、シリンダ５９のピストン５８を移動させることにより、ロッド５８ａでシャッター部材５７を移動させて、第１流路切替では、図１及び図６に示すように、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第４流路５４との間を連通すると共に第２流路５２と第４流路５４との間を遮断することができ、かつ、第２流路切替では、図２及び図７に示すように、第１流路５１と第４流路５４との間と第３流路５３と第４流路５４との間を遮断すると共に第２流路５２と第４流路５４との間を連通することができるようになる。

言い換えれば、第１流路切替では、吸気系通路１２の上流側と吸気系通路１２の下流側との間とＥＧＲ通路１７と吸気系通路１２の下流側との間を連通すると共に蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２の下流側との間を遮断することができるようになり、かつ、第２流路切替では、吸気系通路１２の上流側と吸気系通路１２の下流側との間とＥＧＲ通路１７と吸気系通路１２の下流側との間を遮断すると共に蓄ガス供給通路２８と吸気系通路１２の下流側との間を連通することができるようになる。

次に、本発明に係る第２の実施の形態のエンジン（内燃機関）について説明する。図１４に示すように、この第２の実施の形態のエンジン１Ａは、第１の実施の形態の流路切替弁５０を備えたエンジンであり、ＥＧＲ通路１７がＮＯｘ浄化触媒１６の下流側の排気通路１３から分岐している点が、ＥＧＲ通路１７がターボ式過給機１４のタービン１４ｂの上流側の排気通路１３から分岐している第１の実施の形態と異なっている。その他の点は、第１の実施の形態と同じである。

つまり、ＥＧＲ通路１７に流入する排気ガスＧｅが、第１の実施の形態のエンジン１では、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂを通過する前の排気ガスＧの一部となっているのに対して、この第２の実施の形態のエンジン１Ａでは、ターボ式過給機１４のタービン１４ｂを通過した後の排気ガスＧの一部となっている。言い換えれば、第１の実施の形態のエンジン１では、高圧ＥＧＲ方式が採用されており、第２の実施の形態のエンジン１Ａでは低圧ＥＧＲ方式が採用されている。

次に、本発明に係る第３の実施の形態のエンジン（内燃機関）について説明する。図１５に示すように、この第３の実施の形態のエンジン１Ｂは、図１１及び図１２に示すような第２の実施の形態の流路切替弁５０Ａを備えたエンジンであり、ＥＧＲ通路１７が流路切替弁５０Ａで終わらずに、流路切替弁５０Ａより下流側で、且つ、ターボ式過給機１４のコンプレッサ１４ａの下流側の吸気通路１２に接続されている点が、ＥＧＲ通路１７が流路切替弁５０で吸気通路１２に接続されている第１の実施の形態のエンジン１と異なっている。その他の点は、第１の実施の形態のエンジン１と同じである。

この第３の実施の形態のエンジン１Ｂでは、第１の実施の形態のエンジン１と同様に、高圧ＥＧＲ方式が採用されているが、ＥＧＲ通路１７に流入する排気ガスＧｅが、第１の実施の形態のエンジン１では、ターボ式過給機１４のコンプレッサ１４ａの上流側に供給されるのに対して、この第３の実施の形態のエンジン１Ｂでは、ターボ式過給機１４のコンプレッサ１４ａの下流側に供給される。

次に、本発明に係る実施の形態の内燃機関のＥＧＲ方法について説明する。第１の実施の形態の内燃機関のＥＧＲ方法は、上記の構成の第１及び第２の実施の形態の内燃機関１、１Ａ等で実施できる方法である。この内燃機関のＥＧＲ方法は、エンジン（内燃機関）１、１Ａの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮して貯蓄する。

それと共に、ＥＧＲでは、図１及び図２で示すような構成の第１の実施の形態の流路切替弁５０を用いて、エンジン１、１Ａの過渡運転でないときには、吸気通路１２からの新気Ａと排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｅを、ＥＧＲ通路１７を経由してシリンダ内に必要に応じて再循環し、エンジン１、１Ａの過渡運転であるときには、吸気通路１２からの新気ＡとＥＧＲ通路１７からのＥＧＲガスＧｅとを遮断して、ガスＣを一時的に蓄ガス供給通路２８から吸気通路（吸気系通路）１２に供給する。

また、第２の実施の形態の内燃機関のＥＧＲ方法は、上記の構成の第３の実施の形態の内燃機関１Ｂ等で実施できる方法である。この内燃機関のＥＧＲ方法は、エンジン（内燃機関）１Ｂの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｐと空気Ａａとこれらの混合ガスのいずれかのガスＣを圧縮して貯蓄する。

それと共に、ＥＧＲでは、図１１及び図１２で示すような構成の第２の実施の形態の流路切替弁５０Ａを用いて、エンジン１Ｂの過渡運転でないときには、エンジン１Ｂの排気通路（排気系通路）１３の排気ガスＧの一部Ｇｅを、ＥＧＲ通路１７を経由してシリンダ内に必要に応じて再循環しながら、吸気通路１２からの新気Ａをシリンダ内に供給する。また、エンジン１Ｂの過渡運転であるときには、吸気通路１２からの新気ＡとＥＧＲ通路１７からのＥＧＲガスＧｅとを、流路切替弁５０Ａで遮断して、ガスＣのみを一時的に蓄ガス供給通路２８から吸気通路（吸気系通路）１２に供給する。

これらの制御においては、制御装置４０で、エンジン回転速度Ｎｅ、エンジン空気量（Ｍｏ、Ｍｅ）、エンジン燃料量（燃料噴射量）Ｑ、蓄ガス容器２７の内部の圧力等の検出値等に基づいて、調圧弁２９とＥＧＲ弁２１と流路切替弁５０Ａを制御する。

上記の内燃機関１、１Ａ、１Ｂ及び内燃機関のＥＧＲ方法によれば、急加速等の過渡運転時においてターボラグに起因するＥＧＲ不足を解消し、過渡運転時のＮＯｘ排出を低減することができると共に加速性能の向上とＰＭの低減を図ることができ、更に、ＥＧＲ弁２１に異物噛み込み等の不具合が生じてＥＧＲ弁２１が全閉しなくなった場合でも、蓄ガス容器２７から供給されるガスＣが排気系通路１１ｂ、１３に抜けることを防止でき、このガスＣの排気系通路１１ｂ、１３側への抜けに起因する加速性能の低下を確実に回避することができる。

次に、上記の実施の形態のエンジン（内燃機関）１、１Ａ、１Ｂで上記の実施の形態の流路切替弁５０、５０Ａを用いる場合の、流路切替弁５０、５０Ａの作動と、この流路切替弁５０、５０Ａの流路の連通状態を、高速（３０／１０００秒程度以内）で切り替えるための、より好ましい形態について説明する。

流路切替弁５０、５０Ａを、上記のエンジン１、１Ａ、１Ｂに用いる場合には、図１０に示すように蓄ガス容器２７と第１駆動用ガス供給路６２等と第２駆動用ガス供給路６４に接続する。

エンジン１、１Ａ、１Ｂが過渡状態ではなく、通常ラインで給気している第１流路切替のとき、即ち、第１流路５１が第４流路５４と連通しているときには、蓄ガス容器２７内のガスＣは消費されていないので、蓄ガス容器２７の内部の圧力は、設定された高圧状態（例えば、設定圧力を６００ｋＰａ．ａｂｓとする。）となっている（以後、この状態を高圧側と称する）。

また、エンジン１、１Ａ、１Ｂを搭載している車両が急加速である等のエンジン１、１Ａ、１Ｂが過渡状態になって、第２流路切替になり、蓄ガス容器２７内のガスＣがエンジン１、１Ａ、１Ｂのシリンダ内に供給されて消費されると、蓄ガス容器２７の内部の圧力は低下し低圧状態（例えば設定圧力を３００ｋＰａ．ａｂｓ）となる（以後、この状態を低圧側と称する）。この低圧側で駆動する時のピストン５８の動きを補助するために、流路切替弁５０、５０Ａでは、図１０に示すように、低圧側でピストン５８を駆動する際に付勢できるようにスプリング５８ｅを第２ガス室５９ｂに配置することが好ましい。

更に、ピストン５８が動きだした初期に加圧側の第１ガス室５９ａ（又は第２ガス室５９ｂ）の隙間によって生じる容積変化で駆動圧力の低下の変化分を最小にして、最速のピストン平均速度を得るように、ピストン５８の受圧部５８ｂが片側の緩衝部材５９ｅに接触している移動開始前の初期状態においては、図１０に示すように、加圧側の第１ガス室５９ａ（又は第２ガス室５９ｂ）のピストン５８の受圧部５８ｂとは反対側の壁面と、受圧部５８ｂの加圧側の壁面と間にできる隙間Ｓが１０〜１５ｍｍ程度となるように構成することが好ましい。

更に、第１ガス室５９ａのガスＡｅを抜くために、第１駆動用ガス供給補助路６２ａと第１三方弁６３（連通時）と第１大気解放補助路６２ｂとから形成されるガス抜き通路の最小面積をＢＨとし、第２ガス室５９ｂのガスＡｅを抜くために、第２駆動用ガス供給補助路６４ａと第２三方弁６５（連通時）と第２大気解放補助路６４ｂとから形成されるガス抜き通路の最小面積をＢＬとする。

また、図１０に示すように、駆動用ガスＡｐを第１ガス室５９ａに供給するために、第１駆動用ガス供給路６２と第１三方弁６３（連通時）と第１駆動ガス供給補助路６２ａとから形成されるガス供給通路の最小面積をＡＨとし、駆動用ガスＡｐを第２ガス室５９ｂに供給するために、第２駆動用ガス供給路６４と第２三方弁６５（連通時）と第２駆動ガス供給補助路６４ａとから形成されるガス供給通路の最小面積をＡＬとする。

このとき、ピストンを高速で動かすために、ＢＨはＡＬより大きく（ＢＨ＞ＡＬ）、且つ、ＢＬはＡＨより大きく（ＢＬ＞ＡＨ）なるように形成することが好ましく。また、ＢＨはＢＬより大きく（ＢＨ＞ＢＬ）なるようにすることがより好ましい。

本発明の流路切替弁は、比較的高圧の駆動用ガスを用いて、第１流路と第２流路と第３流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすることができ、あるいは、第１流路と第２流路を選択的に第４流路に連通させたり、遮断したりすると共に、第３流路を第５流路に連通させたり、遮断したりすることができ、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時にガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させることができる。従って、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時にガスをシリンダ内に一時的に供給する、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関で利用できる。

また、本発明の内燃機関及び内燃機関のＥＧＲ方法は、ＥＧＲ通路に設けたＥＧＲ弁の閉塞が不完全となるようなシール不良等の不具合が発生したとしても、蓄ガス容器から供給されるガスの一部が排気系通路に漏れることを防止することができるので、ガス圧縮装置を用いて、排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを蓄ガス容器に溜め込み、負荷が急激に増加する過渡運転時にガスをシリンダ内に一時的に供給して過渡運転時のＮＯｘの排出を抑制するとともに加速性能を向上させる、トラックやバスや乗用車等に搭載する内燃機関で利用できる。

１、１Ａ、１Ｂエンジン（内燃機関）
１１エンジン本体
１１ａ吸気マニホールド（吸気系通路）
１１ｂ排気マニホールド（排気系通路）
１２吸気通路（吸気系通路）
１３排気通路（排気系通路）
１４ターボ式過給機
１４ａコンプレッサ
１４ｂタービン
１７ＥＧＲ通路
２１ＥＧＲ弁
２２排気ガス導入通路
２５ガス圧縮装置
２６圧縮ガス供給通路
２７蓄ガス容器
２８蓄ガス供給通路
４０制御装置
５０、５０Ａ流路切替弁
５１第１流路
５２第２流路
５３第３流路
５４第４流路
５５第５流路
５６ケース
５７シャッター部材
５８ピストン
５８ｅスプリング（弾性体）
５９シリンダ
５９ａ第１ガス室
５９ｂ第２ガス室
５９ｃ第１連通路
５９ｄ第２連通路
５９ｅ緩衝部材
Ａ新気
Ａａ空気
Ａｅ抜きガス
Ａｐ駆動用ガス
Ｃガス
Ｇ排気ガス
ＧｅＥＧＲガス
Ｇｐ排気ガスの一部

Claims

内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第３流路側のガスの両方か、前記第２流路側のガスかのいずれか一方を、前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流す流路切替弁であって、
前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路の全部に対向してケース内の他方側に設け、
前記ケースは、前記第１流路と前記第４流路とを連通する第１孔と、前記第２流路と前記第４流路とを連通する第２孔と、前記第３流路と前記第４流路とを連通する第３孔とを有し、
前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第４流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第４流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替とを前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔を介して行うようにスライドするシャッター部材を設け、
前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、
前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔は、前記シャッター部材の移動方向に対して垂直方向であって前記ケースの一方側にある流路と他方側にある流路とが連通する方向に開口し、
前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔の断面形状は、前記移動方向の長さが前記移動方向に垂直な方向の長さよりも短い形状であることを特徴とする流路切替弁。
内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第２流路側のガスのいずれか一方を前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流し、前記第３流路のガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に接続する第５流路に流す流路切
替弁であって、
前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路の両方に対向してケース内の他方側に設け、前記第５流路を前記第３流路に対向してケース内の他方側に設け、
前記ケースは、前記第１流路と前記第４流路とを連通する第１孔と、前記第２流路と前記第４流路とを連通する第２孔と、前記第３流路と前記第５流路とを連通する第３孔とを有し、
前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第５流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第５流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替とを前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔を介して行うようにスライドするシャッター部材を設け、
前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、
前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔は、前記シャッター部材の移動方向に対して垂直方向であって前記ケースの一方側にある流路と他方側にある流路とが連通する方向に開口し、
前記第１孔、前記第２孔及び前記第３孔の断面形状は、前記移動方向の長さが前記移動方向に垂直な方向の長さよりも短い形状であることを特徴とする流路切替弁。
内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第３流路側のガスの両方か、前記第２流路側のガスかのいずれか一方を、前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流す流路切替弁であって、
前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路の全部に対向してケース内の他方側に設けると共に、
前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第４流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第４流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、
前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストン駆動部でスライドさせ、
前記ピストン駆動部は、
前記第２流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第１ガス室と、前記第１流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第２ガス室とを有するシリンダと、
前記シャッター部材に接続されるとともに、前記シリンダの内部に配置されて、前記第１ガス室及び前記第２ガス室の前記駆動用ガスの圧力を受けて前記シャッター部材の移動方向に摺動するピストンと、
前記第１ガス室及び前記第２ガス室に配置され、前記ピストンが前記シャッター部材をスライドさせたときの前記ピストンの制動に必要なエネルギーを吸収することで前記ピストンを強制停止させる緩衝部材と、を備え、
前記シリンダは、前記第１ガス室の前記駆動用ガスを前記第１ガス室から抜くための第１連通路と、前記第２ガス室の前記駆動用ガスを前記第２ガス室から抜くための第２連通路とを有し、
前記緩衝部材は、前記第１連通路及び前記第２連通路に対応する位置に切り欠きを有することを特徴とする流路切替弁。
内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第２流路側のガスのいずれか一方を前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流し、前記第３流路のガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に接続する第５流路に流す流路切替弁であって、
前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路の両方に対向してケース内の他方側に設け、前記第５流路を前記第３流路に対向してケース内の他方側に設けると共に、
前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第５流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第５流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、
前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストン駆動部でスライドさせ、
前記ピストン駆動部は、
前記第２流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第１ガス室と、前記第１流路切替が行われる場合に前記駆動用ガスが供給される第２ガス室とを有するシリンダと、
前記シャッター部材に接続されるとともに、前記シリンダの内部に配置されて、前記第１ガス室及び前記第２ガス室の前記駆動用ガスの圧力を受けて前記シャッター部材の移動方向に摺動するピストンと、
前記第１ガス室及び前記第２ガス室に配置され、前記ピストンが前記シャッター部材をスライドさせたときの前記ピストンの制動に必要なエネルギーを吸収することで前記ピストンを強制停止させる緩衝部材と、を備え、
前記シリンダは、前記第１ガス室の前記駆動用ガスを前記第１ガス室から抜くための第１連通路と、前記第２ガス室の前記駆動用ガスを前記第２ガス室から抜くための第２連通路とを有し、
前記緩衝部材は、前記第１連通路及び前記第２連通路に対応する位置に切り欠きを有することを特徴とする流路切替弁。
内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第３流路側のガスの両方か、前記第２流路側のガスかのいずれか一方を、前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流す流路切替弁であって、
前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路の全部に対向してケース内の他方側に設けると共に、
前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第４流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第４流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、
前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、
前記第１流路切替を行う場合に前記ピストンを前記ピストンの移動方向に付勢する弾性体を設けることを特徴とする流路切替弁。
内燃機関の吸気系通路の上流側に接続する第１流路と、前記内燃機関の排気ガスの一部と空気とこれらの混合ガスのいずれかのガスを圧縮するガス圧縮装置で圧縮されたガスを貯蓄する蓄ガス容器と前記吸気系通路とを接続する蓄ガス供給通路に接続する第２流路と、前記内燃機関のＥＧＲ通路に接続する第３流路と、を切り替えて、前記第１流路側のガスと前記第２流路側のガスのいずれか一方を前記吸気系通路の下流側に接続する第４流路に流し、前記第３流路のガスを前記ＥＧＲ通路の下流側に接続する第５流路に流す流路切替弁であって、
前記第１流路と前記第２流路と前記第３流路をケース内の一方側に設け、前記第４流路を前記第１流路と前記第２流路の両方に対向してケース内の他方側に設け、前記第５流路を前記第３流路に対向してケース内の他方側に設けると共に、
前記第１流路と前記第４流路との間の連通と前記第３流路と前記第５流路との間の連通と前記第２流路と前記第４流路との間の遮断をする第１流路切替と、前記第１流路と前記第４流路との間の遮断と前記第３流路と前記第５流路との間の遮断と前記第２流路と前記第４流路との間の連通をする第２流路切替を行うようにスライドするシャッター部材を設け、
前記シャッター部材を駆動用ガスで駆動するピストンでスライドさせ、
前記第１流路切替を行う場合に前記ピストンを前記ピストンの移動方向に付勢する弾性体を設けることを特徴とする流路切替弁。