JP6153605B2

JP6153605B2 - Ｅｇｒ装置

Info

Publication number: JP6153605B2
Application number: JP2015507684A
Authority: JP
Inventors: 健篠▲崎▼; 一法師　茂俊; 茂俊一法師; 智広奥村; 川崎　真一; 真一川崎; 壮士井階; 槙司高下
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2013-03-28
Filing date: 2013-09-17
Publication date: 2017-06-28
Anticipated expiration: 2033-09-17
Also published as: JPWO2014155435A1; WO2014155435A1

Description

この発明は、ＥＧＲガスの冷却機能を備えたＥＧＲ装置に関する。

エンジンのＮＯｘ対策として、内燃機関の排気の一部を再び吸気側に還流するＥＧＲ装置が知られている。ＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路を吸気通路に連通するＥＧＲガス通路、そのＥＧＲガス通路途中に設けられた排気還流率を制御するＥＧＲバルブ、ＥＧＲガス通路に設けられたＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラとで構成されている。ＥＧＲバルブが開くと、エンジンの排気の一部がＥＧＲガス通路に導かれ、ＥＧＲガス通路に設けられたＥＧＲクーラにより、ＥＧＲガスが冷却される。冷却されたＥＧＲガスが再び吸気側に還流されることで、ＮＯｘを低減する。

従来のＥＧＲ装置としては、ＥＧＲガス通路の途中に、ＥＧＲガス（還流ガス）を冷却するＥＧＲクーラと、ＥＧＲ率（還流率）を制御するＥＧＲバルブが介装されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、ＥＧＲガスが内部に流れるＥＧＲ管の周りをＥＧＲ冷却ジャケットで囲い、ＥＧＲ管とＥＧＲ冷却ジャケットとの空間に冷却水を送通するよう構成され、ＥＧＲバルブユニットをＥＧＲ冷却ジャケット、及び、ＥＧＲ管とを貫通して装着されたものも知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０００−８９７２号公報（第２頁、第１図）

特開２００５−３２５７６６号公報（第７頁、第１図）

特許文献１や特許文献２に示される従来のＥＧＲ装置では、ＥＧＲガス通路あるいはＥＧＲ管と別個に作られるＥＧＲクーラあるいはＥＧＲ冷却ジャケットを組み合わせＥＧＲ装置が構成されているため、構成部品点数が多くなるという問題があった。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ＥＧＲガス通路とＥＧＲガスを冷却する冷却水流路を少ない部材で構成することができるＥＧＲ装置を得るものである。

この発明に係るＥＧＲ装置は、内燃機関の排気側から吸気側にＥＧＲガスを還流させるＥＧＲガス通路と、ＥＧＲガス通路に沿って設けられた冷却水流路とをアルミニウムを主成分とした合金で一体に成形したものである。

この発明は、ＥＧＲガス通路と冷却水流路とを、アルミニウムを主成分とした合金で一体に成形することにより、構成部品点数が削減できると共に冷却の熱交換効率も向上させることができる。

この発明の実施の形態１によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態１に係るＥＧＲ装置を示す図１におけるＡ−Ｂ線での断面図である。この発明の実施の形態１に係るＥＧＲ装置を示す図１におけるＣ−Ｄ線での断面図である。この発明の実施の形態１によるＥＧＲ装置の変形例を示す断面図である。この発明の実施の形態２によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態２に係るＥＧＲ装置を示す図５におけるＥ−Ｆ線での断面図である。この発明の実施の形態２によるＥＧＲ装置の変形例を示す断面図である。この発明の実施の形態３によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態３に係るＥＧＲ装置を示す図８におけるＧ−Ｈ線での断面図である。この発明の実施の形態４によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態５によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態６によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態７によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。この発明の実施の形態８によるＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。実施の形態１では、ＥＧＲガス通路１と冷却水流路３とが一体的に成形された筒状（直管状）のハウジング２と、ＥＧＲガス流路１の途中に設けられたＥＧＲバルブ４から構成される。ＥＧＲガス通路１と冷却水流路３は、アルミニウムを主成分とした合金でなるハウジング２によって一体に成形されている。

ハウジング２は、例えば、ダイカスト法により作製される。ここで、ダイカスト法について説明する。ハウジング２を成型する金型として、固定型と可動型を作製し、それぞれダイカストマシンの固定盤、及び、可動盤に取り付けられる。次に、ダイカストマシンにより可動型が動き、固定型に組み合わされて締め付けられる。さらに、アルミニウムを主成分とした合金でなる溶融金属が金型に圧入され、凝固が完了すると可動型が動いて型が開き、成形加工されたハウジング２が得られる。

また、鋳造時にＥＧＲガス通路１、及び、冷却水流路３をダイカスト法による可動型により同時に成形加工しなくとも、ダイカスト法による成型の後、凝固が完了した後に切削等によってＥＧＲガス通路１、及び、冷却水流路３を形成して一体に成形するようにしてもよい。また、ＥＧＲガス流路１および冷却水流路３の形状は、実施の形態１においては直管状になっているが、ダイカスト法、ダイカスト法によるハウジングの成形の後の掘削によって成形可能な形状であればどのような形状でも構わない。

なお、ハウジング２はアルミニウムを主成分とした合金が好ましいが、熱伝導性やコストを考慮し、亜鉛合金、マグネシウム合金、銅合金（例えば、黄銅）を材料としても構わない。

図２は、図１のＡ−Ｂ線におけるＥＧＲ装置の断面図である。図２に示すようにＥＧＲガス通路１のハウジング２の端部にはＥＧＲガス流通口５、６が設けられており、図２においてはＥＧＲガス流通口５がＥＧＲガス流入口、ＥＧＲガス流通口６がＥＧＲガス流出口となっている。また、ＥＧＲガス通路１の途中にＥＧＲバルブ４が配置されるＥＧＲバルブ収納部７が設けられている。ＥＧＲバルブ収納部７は、ハウジング２の外周面部に形成された開口部８からＥＧＲガスの流れ方向と直交方向にＥＧＲガス通路１に延在した筒状のケース９で構成されている。このケース９はＥＧＲバルブの外ケースとなる。

ＥＧＲバルブ収納部７のケース９内には、軸受け１０を介して支持軸１１が軸方向に摺動可能に取り付けられており、またこの支持軸１１の一端に設けられた円盤状のバルブ本体１２が配置されている。支持軸１１のバルブ本体１２が取り付けられている一端とは逆の一端には、開口部８からＥＧＲガスが漏れるのを防ぐためのスプリングホルダー１３を介してモータ１４のモータシャフト１５に取り付けられている。モータシャフト１５は支持軸１１を軸方向に摺動させるためのものであって、アクチュエータとしてのモータ１４によって駆動される。このモータ１４は、図示しない制御装置からの制御信号により動作し、モータシャフト１５の動きを制御して支持軸１１を軸線方向に駆動させ、支持軸１１に取り付けられたバルブ本体１２の移動量を調整する。

さらに、バルブ本体１２に対向したドーナツ盤状のバルブシート１６がＥＧＲバルブ収納部７を形成するケース９の内面に設けられたバルブシート取り付け部２７に取り付けられている。バルブ本体１２は、バルブシート１６の上面に当接離することによって円孔部１６ａを開閉し、移動量に応じて通過するＥＧＲガスの流量を調整する。また、ケース９の下部付近にはＥＧＲガス通過穴１７ａ、ケース９のＥＧＲガス流通口６側の側面にはＥＧＲガス通過穴１７ｂが形成されており、バルブ本体１２の移動量に応じてＥＧＲガス通過孔１７ａからバルブシート１６の円孔部１６ａを経由してＥＧＲガス通過孔１７ｂにＥＧＲガスが流通する。

図３は、図１のＣ−Ｄ線におけるＥＧＲ装置の断面図である。図３に示すように、ＥＧＲバルブ収納部７を形成する円筒形のケース９の外周面と円筒状のハウジング２の内面との間には、ハウジング２の内面に一体的に成形された半月形の仕切り内壁１８がケース９の外周面に当接するよう設けられており、図２においてＥＧＲガス通路１を左右に区分している。したがって、ＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ収納部７のケース９に設けられたＥＧＲガス通過穴１７ａを通過することになる。

ハウジング２の外周側には、ハウジング２の壁面に沿って冷却水が流れる冷却水流路３が設けられており、冷却水流路３の冷却水流通口にあたる両端部には、図示しないが、例えばエンジン冷却水用配管と接続するための継ぎ手が設置されており、冷却水が冷却水流路３を経由して循環するように配管される。また、ＥＧＲバルブ４の外ケースとなるケース９がハウジング２と一体的に構成されており、ケース９の開口は開口部８と一致している。

このように構成されたＥＧＲ装置の動作について、図２を用いて説明する。図示しないエンジン等の内燃機関が稼動すると、モータ１４が駆動し、モータシャフト１５がモータ１４の回転によって支持軸１１を軸線方向に移動させるように動く。支持軸１１が移動すると、これに伴いバルブ本体１２とバルブシート１６との間に開口通路が形成され、矢印１９に示すように、円孔部１６ａを経由してＥＧＲガスが流れる。このとき、支持軸１１の移動量によりバルブ本体１２とバルブシート１６との間に形成される開口通路の開度が調節され排気還流率を調整する。また、バルブ本体１２とバルブシート１６とが接することで開口通路が閉塞される。

ＥＧＲガス流通口５より流入したＥＧＲガスは、バルブ本体１２とバルブシート１６との間に形成された開口通路を経由して、矢印１９に示すように流れ、ＥＧＲガス流通口６へ供給されるが、このとき、ＥＧＲガス流路１を流れるＥＧＲガスは、冷却水流路３を流れる冷却水との熱交換により冷却される。冷却水流路３は開口部８から離れた位置に形成されている。他の実施の形態においても同様である。

このように実施の形態１によれば、ＥＧＲガス通路１と冷却水流路３とを一体成形しているので、装置を構成する部品の点数の削減を達成することができる上、ハウジング２の壁を介してＥＧＲガスと冷却水の間で熱交換が行われ、より低温で高密度のＥＧＲガスを還流することができる。また、ハウジング２を、アルミニウムを主成分とした合金を材料とすることで軽量化が可能となるだけでなく、アルミニウムを主成分とした合金の高い熱伝導率により、ＥＧＲガスと冷却水との熱交換が良好となり冷却効率の向上を図ることができる。さらに、ハウジング２を介して、ＥＧＲバルブ収納部７に納められたＥＧＲバルブ４も冷却することができ、ＥＧＲバルブ４の寿命を長くすることができる。さらに、ＥＧＲバルブ４の外ケースとなるケース９がハウジング２と一体成形されているので、ＥＧＲバルブの外ケースとハウジングとの間に隙間が生じないためＥＧＲガスが漏れるリスクがなくなる。

なお、図２に示したＥＧＲガスの流れは図示した矢印１９の方向に限るものではなく、逆方向に流れても良い。その場合、ＥＧＲガス流通口５はＥＧＲガス流出口に、ＥＧＲガス流通口６はＥＧＲガス流入口となる。

また、図４に示す変形例のようにバルブ本体１２とバルブシート１６の位置関係を図２とは上下逆転させ、バルブシート１６の下面にバルブ本体１２が当接離するように設置して開口通路の開閉を行っても構わない。このとき、ＥＧＲガスの流れは矢印１９と逆方向でもよい。その場合、ＥＧＲガス流通口５はＥＧＲガス流出口に、ＥＧＲガス流通口６はＥＧＲガス流入口となる。

さらにまた、本実施の形態によれば、ＥＧＲバルブ４の外ケースはハウジング２に一体形成されているが、外ケースを有するＥＧＲバルブをＥＧＲバルブ収納部７に納めた構成にしてもよい。

実施の形態２．
図５は、この発明の実施の形態２に係るＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。図６は図５のＥ−Ｆ線におけるＥＧＲ装置の断面図である。なお、図５、図６において、図１、図２と同一符号は同図と同一、または相当部分を示しており、その詳細説明を省略する。以下の実施の形態においても同様である。実施の形態２では、図６において、ＥＧＲバルブ収納部７がＥＧＲガス通路１の端部に設けられ、ＥＧＲガスの流れがL字状になっている。それに伴いハウジング２もそれに適合する形状をとっている。

具体的には、図６に示すように、ＥＧＲガス通路１を形成するハウジング２の一方端部の外周面部に形成されたＥＧＲガス流通口６に対向してＥＧＲバルブ４を設けている。ハウジング２の一方端部は端面部２ａによって閉ざされている。ハウジング２の端部外周面部と端面部２ａとによってＥＧＲバルブのケースに相当するものを構成している。

Ｌ字状の曲がり部にはＥＧＲバルブ収納部７が設けられ、ＥＧＲガス流通口５はＥＧＲバルブ４の支持軸１１について、モータ１４とは逆の一端に設けられている。バルブシート１６は、ハウジング２が成形される際に、例えば、ダイカスト法によりハウジング２と一体成形することができる。具体的には、ハウジング２の筒状端部と端面部２ａにバルブシート１６が一体成形されることになる。

このような実施の形態２によれば、ＥＧＲバルブの外ケースとなるハウジング端面部２ａ、バルブシート１６が、ハウジング２と一体形成されているため、更なる部品点数の削減が可能となるとともに、ＥＧＲガス流通口５とＥＧＲガス流通口６が直交しているので、エンジン周りを周回するＥＧＲガスの還流配管系の曲がり部を一体構成中に含めることができ、ＥＧＲガスの還流配管系をよりコンパクトにすることができる。また、直管状のハウジング２における、ＥＧＲバルブ４前後のＥＧＲガス通路１の断面積の急縮小、急拡大が不要となり、ＥＧＲガスの通流抵抗を小さくすることができる。さらに、ＥＧＲバルブ収納部７とＥＧＲガス流通口５が直線状に連通することから、ダイカスト製法等により、従来バルブシート１６が設置されていた箇所に絞り部を製作することが容易になる。

なお、バルブシート１６は、ハウジング２と一体成形せずに、ＥＧＲガス流通口５が設けられたハウジング２の該ＥＧＲガス流通口５に、別に製作したバルブシート１６を嵌合する構造にしてもよい。また、ＥＧＲガスの流れ方向は図示した矢印１９の方向に限るものではなく、逆方向に流れても良い。その場合、ＥＧＲガス流通口５はＥＧＲガス流出口に、ＥＧＲガス流通口６はＥＧＲガス流入口となる。

また、図７に示す変形例のようにバルブ本体１２とバルブシート１６の位置関係を図６とは上下逆転させ、バルブシート１６の下面にバルブ本体１２が当接離するように設置して開口通路の開閉を行っても構わない。このとき、ＥＧＲガスの流れは矢印１９と逆方向でもよい。その場合、ＥＧＲガス流通口５はＥＧＲガス流出口に、ＥＧＲガス流通口６はＥＧＲガス流入口となる。

実施の形態３．
図８は、この発明の実施の形態３に係るＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。さらに図９は、図８におけるＧ−Ｈ線におけるＥＧＲ装置の断面図である。この実施の形態３では、ハウジング２の内部、即ち、壁にＥＧＲガス通路１に沿って切削工具を用いて貫通穴を空け、冷却水流路３を成形したものである。

このような実施の形態３によれば、ハウジング２の外周面部に冷却水流路３を設けるための突起がなくなるため、コンパクトなＥＧＲ装置を得られるとともに、ＥＧＲガス通路１と冷却水流路３との距離が近くなるため、ＥＧＲガスの冷却効果を向上させることができる。

なお、図８、図９では冷却水流路３を一か所に設けたものを示しているが、ハウジング２の壁に複数の貫通穴を切削して複数の冷却水流路を成形し、ハウジング２の外部で各冷却水流路３を接続し、冷却水を流す構成にしてもよい。更に又、この冷却水流路３をＥＧＲガス通路１の全周囲を取り囲むよう通路に沿って設け、ＥＧＲガス通路１と冷却水流路３を二重管構造にしてもよい。

実施の形態４．
図１０は、この発明の実施の形態４に係るＥＧＲ装置の要部外観を示した斜視図である。本実施の形態では、ＥＧＲガス通路１を形成するハウジング２の内壁に突起状の伝熱促進体２０を設けている。

このような実施の形態４によれば、伝熱促進体２０において冷却水流路３を流れる冷却水と、ＥＧＲガス通路１を流れるＥＧＲガスとの間の熱交換特性が向上し、低温で高密度のＥＧＲガスを還流させることができる。

また、ＥＧＲガス通路１を形成するハウジング２の内壁に突起状の伝熱促進体２０を装着することで、より熱交換特性が向上し、より低温で高密度のＥＧＲガスを還流させることができる。さらに。伝熱促進体２０の形状は、突起状としたが、熱交換を増進させる形状であれば、どんな形状であってもよい。

実施の形態５．
図１１は、この発明の実施の形態５に係るＥＧＲ装置の要部外観を示した斜視図である。本実施の形態５は冷却水が流れる方向に垂直な面における冷却水流路３の断面が扁平に形成された扁平形状の冷却水流路３がハウジング２と一体的に成形されたものである。

このような実施の形態５によれば、冷却水流路３を形成するハウジング２の出っ張りが小さくなるので、コンパクトなＥＧＲ装置を得ることができる。さらに、冷却水流路３とハウジング２の接触面積が大きくなるので、ハウジング２の周方向の温度分布を小さくすることができ、冷却効果が向上するため、熱交換特性が向上し、より低温で高密度なＥＧＲガスを還流させることができる。

実施の形態６．
図１２は、この発明の実施の形態６に係るＥＧＲ装置の要部外観を示した斜視図である。本実施の形態６では、配管用フランジ２１がハウジング２のＥＧＲガス流通口６に一体的に成形されている。

このような実施の形態６によれば、他に配管用のフランジを取り付ける必要がなくなるとともに、よりコンパクトにＥＧＲ装置を接続することができる。

実施の形態７．
図１３は、この発明の実施の形態７に係るＥＧＲ装置の要部外観を示した斜視図である。本実施の形態６では、図１２に示した配管用フランジ２１の他に、ＥＧＲ装置固定用フランジ２２を設けてもよい。

この実施の形態７の構成によれば、よりコンパクトにＥＧＲ装置の接続と固定が可能となる。

実施の形態８．
図１４は、この発明の実施の形態８に係るＥＧＲ装置の要部を示す斜視図である。本実施の形態８では、冷却水流路３を形成するためのハウジング２の外郭をコの字型に隆起させるように成型し、隆起させたハウジング２の両外郭部分に切削等で非貫通状の側面冷却水流路２３を設ける。そして、側面冷却水流路２３と直交しているハウジング２の外郭部分に切削等で側面冷却水流路２３と通じるように、後部冷却水流路２４を設ける。そして、後部冷却水流路２４を切削した際に空いた開口部分を塞ぐことで、ハウジング２を周回する周回冷却水流路２５を形成する。さらに、ＥＧＲガス通路１を形成するハウジング２の内壁に突起状の伝熱促進体２０を装着する。また、配管用フランジ２１がハウジング２のＥＧＲガス流通口６に一体的に成形されており、さらにＥＧＲ装置固定具２６がハウジング２の外部に一体的に成形されている。

このような実施の形態８によれば、周回冷却水流路２５により、実施の形態１〜７に示した周回していない冷却水流路３を備えたＥＧＲ装置よりも、冷却水とＥＧＲガス間での熱交換の表面積が増加することで熱交換の効率が向上し、より低温で高密度なＥＧＲガスを還流させることができる。また、後部冷却水流路２４を設けたことによりＥＧＲバルブ４の冷却効果が期待できる。また、ＥＧＲ装置固定具２６により、よりコンパクトにＥＧＲ装置の固定が可能となる。

なお、本実施の形態８では、側面冷却水流路２３とＥＧＲガス通路１との距離は適宜変化させてもよい。

この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜変更、省略したりすることができる。

１ＥＧＲガス通路
２ハウジング
３冷却水流路
４ＥＧＲバルブ
５ＥＧＲガス流通口
６ＥＧＲガス流通口
７ＥＧＲバルブ収納部
８開口部
１２バルブ本体
１６バルブシート
２０伝熱促進体

Claims

内燃機関の排気側から前記内燃機関の吸気側へ向かう所定方向に対し、排気ガスの一部がＥＧＲガスとして還流されるＥＧＲガス通路と、
前記所定方向と略垂直である略垂直方向に移動開閉可能であり、前記ＥＧＲガス通路に還流される前記ＥＧＲガスの還流率を変更するＥＧＲバルブと、
前記ＥＧＲガス通路及び前記ＥＧＲバルブを冷却する冷却水流路とを備え、
前記冷却水流路は、前記ＥＧＲガス通路を構成するハウジングを周回するようにコの字型に隆起して成型され、
前記ＥＧＲガス通路と前記冷却水流路とは、アルミニウムを主成分として一体成形してある
ことを特徴とするＥＧＲ装置。
前記ＥＧＲガス通路は、前記排気側から前記ＥＧＲガスが流れ入る流通口を前記略垂直方向の他方側に有しており、
前記開口部は前記流通口と対向するように配置してあり、
前記冷却水流路は、前記所定方向に延びる２本の流路部位と、前記所定方向と交差する交差方向に延びる１本の流路部位とを備える
ことを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
３本の前記流路部位は、前記ＥＧＲバルブを囲うように配置してある
ことを特徴とする請求項２に記載のＥＧＲ装置。
前記ＥＧＲバルブを固定するバルブシート及び該バルブシートを取り付けるバルブシート取付部を備え、
前記バルブシート取付部は、前記ＥＧＲガス通路及び前記冷却水流路と一体成形してある
ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置。
前記冷却水流路は、扁平である
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置。
前記ＥＧＲガス通路は、内壁に突起状の伝熱促進体を備える
ことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のＥＧＲ装置。