JP6464860B2 - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

本発明は、吸気通路におけるＥＧＲガスの出口開口（吸気通路とＥＧＲ流路の合流部）に吸気負圧を生じさせる吸気絞り弁を備える排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置）に関する。

ＥＧＲガスの出口開口に吸気負圧を生じさせる吸気絞り弁を備えるＥＧＲ装置の一例として、特許文献１に開示されるものが知られている。
この特許文献１は、図６（ａ）に示すように、吸気通路１とＥＧＲ流路２が形成されるハウジング６にＥＧＲ調整弁３と吸気絞り弁４を設けたものである。

特許文献１は、ＥＧＲ調整弁３と吸気絞り弁４を一体化したものであり、一体化されたバルブユニット５は車両搭載性の制約や、リンク装置等によるメカ的な制約、あるいは低コスト化の要求から小型化して設けられる。
このため、ＥＧＲ流路２の出口開口αから吸気絞り弁４までの距離が接近して設けられる。その結果、出口開口αから吸気通路１にＥＧＲガスが流入すると、ＥＧＲガスの一部が吸気絞り弁４に当たり易い。

吸気絞り弁４は、吸気通路１を通過する吸気によって冷やされる。一方、ＥＧＲガスは、燃焼により生じた水蒸気（燃焼により生じた水分）を含む温度の高い排気ガスである。このため、図６（ｂ）に示すように、吸気により冷やされる吸気絞り弁４にＥＧＲガスが当たると、ＥＧＲガスが急激に冷やされて、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気が吸気絞り弁４に凝縮水Ｗとして付着する。

吸気絞り弁４で凝縮水Ｗが発生することで生じる不具合の具体例を説明する。
吸気絞り弁４で凝縮した凝縮水Ｗは、吸気流によって吸気下流側へ流される。しかし、吸気絞り弁４の吸気下流側の吸気通路１に、ターボチャージャの吸気コンプレッサが配置される場合、凝縮水Ｗが吸気コンプレッサに吸い込まれて、凝縮水Ｗがコンプレッサ羽根Ｆに衝突する。このように、凝縮水Ｗがコンプレッサ羽根Ｆに衝突することが長期に亘って繰り返されると、コンプレッサ羽根Ｆが部分的に潰蝕する懸念がある。

また、吸気絞り弁４の吸気下流側に吸気コンプレッサが配置されない場合であっても、吸気絞り弁４に付着した凝縮水Ｗが流れ、吸気通路１に配置されるゴム製のパッキンを劣化させる懸念がある。具体的な一例を開示すると、吸気絞り弁４に付着した凝縮水Ｗが吸気絞り弁４を駆動するシャフト４ａを伝わってシャフト挿通穴に浸入する場合がある。ハウジングとシャフトの間には、隙間を塞ぐゴム製のパッキンが配置される。このため、パッキンが凝縮水Ｗに長期に亘って触れることでパッキンが劣化し、気密漏れが生じる懸念がある。

特開２０１３−０９６２８６号公報

本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、ＥＧＲガスが吸気絞り弁に当たるのを防いで、吸気絞り弁で凝縮水が生じる不具合を回避できるＥＧＲ装置の提供にある。

本発明のＥＧＲ装置は、次のハウジング（６）および吸気絞り弁（４）を備える。まず、ハウジング（６）では、吸気が通過する吸気通路（１）の内壁に、ＥＧＲガスが吸気通路（１）内に吹き出る吹出し開口としての出口開口（α）が設けられる。また、吸気絞り弁（４）は、ハウジング（６）の吸気通路（１）内に配置されて出口開口（α）に吸気負圧を発生させる。また、吸気絞り弁（４）の回動軸に垂直、かつ、出口開口（α）を切断する切断面を考えると、切断面では、吸気通路（１）における吸気の流れ方向に関して、吸気絞り弁（４）の回動範囲と、出口開口（α）とがオーバーラップしている。さらに、ハウジング（６）は、出口開口（α）の吸気上流側に、吸気絞り弁（４）と吸気通路（１）の内壁との間を通過した吸気を吸気通路（１）の中心方向へ向ける吸気偏向手段（Ａ）を備える。
これにより、吸気偏向手段（Ａ）によって吸気通路（１）の中心方向へ向けられた吸気の流れが、吸気絞り弁（４）の下流面を覆う。このように、吸気絞り弁（４）の下流面が吸気流によって覆われることで、水蒸気を多く含む高温のＥＧＲガスが、吸気流によって冷やされる吸気絞り弁（４）に当たり難くなり、吸気絞り弁（４）で凝縮水が生じ難くなる。即ち、本発明を採用することによって、吸気絞り弁（４）で凝縮水が発生するのを抑制することができる。

バルブユニットの概略図である（実施例１）。 バルブユニットの概略図である（実施例２）。 バルブユニットの概略図である（実施例３）。 バルブユニットの概略図である（実施例４）。 バルブユニットの概略図である（実施例５）。 凝縮水の発生メカニズムの説明図である（従来例）。

発明を実施するための形態を以下の実施例において説明する。

本発明のＥＧＲ装置の具体的な一例（実施例）を、図面を参照して説明する。なお、以下の実施例は具体的な一例を開示するものであって、本発明が実施例に限定されないことは言うまでもない。

［実施例１］
図１に基づいて実施例１を説明する。
この実施例１は、車両走行用のエンジンの吸排気システムに設けられる低圧ＥＧＲ装置に本発明を適用したものである。

低圧ＥＧＲ装置は、触媒やＤＰＦの排気下流側における排気通路の内部（低排気圧範囲）と、ターボチャージャの吸気コンプレッサの吸気上流側における吸気通路１の内部（低吸気負圧範囲）とを接続して、エンジンの排気ガスの一部をＥＧＲガスとしてエンジンの吸気側へ戻す排気ガス再循環装置である。

低圧ＥＧＲ装置は、排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気通路１へ戻すＥＧＲ流路２を備える。このＥＧＲ流路２には、ＥＧＲ流路２の開度を調整することでＥＧＲガスの流量調整を行なうＥＧＲ調整弁３の他に、吸気側に戻されるＥＧＲガスの冷却を行なう低圧ＥＧＲクーラが設けられている。

低圧ＥＧＲ装置は、低排気圧範囲のＥＧＲガスを、低吸気負圧発生範囲に戻すものであるため、少量のＥＧＲガスをエンジンに戻すことを得意とする。
しかし、低圧ＥＧＲ装置を用いて多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻したい運転領域が存在しても、低吸気負圧発生範囲にＥＧＲガスを戻す構造の低圧ＥＧＲ装置では多量のＥＧＲガスをエンジンへ戻すことが困難である。

そこで、低圧ＥＧＲ装置は、吸気通路１のうち、ＥＧＲガスを戻す箇所（ＥＧＲ流路２との合流箇所）に吸気負圧を発生させるための吸気絞り弁４を備える。そして、低圧ＥＧＲ装置において大きなＥＧＲ量を得たい運転領域では、制御装置によって吸気絞り弁４を閉じる方向（吸気負圧が発生する方向）に制御し、低圧ＥＧＲ装置において多量のＥＧＲガスを吸気通路１へ導くように設けている。

吸気絞り弁４は、吸気通路１とＥＧＲ流路２の合流部に吸気負圧を発生させるものであり、吸気通路１を最大に絞った状態（最小開度時）であっても、吸気絞り弁４と吸気通路１の内壁との間に所定の隙間が許容されて、吸気通路１の一部を開放するように設けられる。具体的な使用例は、吸気絞り弁４が吸気通路１を最大に絞った状態であっても、吸気通路１の例えば１０％ほどを開放するように設けられる。

ＥＧＲ調整弁３と吸気絞り弁４は、共通のバルブユニット５に設けられる。
このバルブユニット５は、
・吸気通路１の途中箇所とＥＧＲ流路２の下流箇所が形成されるハウジング６と、
・このハウジング６におけるＥＧＲ流路２の内部に配置されるＥＧＲ調整弁３と、
・ハウジング６における吸気通路１の内部に配置される吸気絞り弁４と、
・このＥＧＲ調整弁３を開閉駆動する電動アクチュエータと、
・この電動アクチュエータの出力特性を変換して吸気絞り弁４を駆動するリンク装置と、
を備えて構成される。

ハウジング６は、例えばアルミ等の金属製あるいは耐熱性に優れた樹脂製であり、ハウジング６における吸気通路１の内壁には、ＥＧＲ流路２の下流端であるＥＧＲガスの出口開口αが設けられる。
ＥＧＲ調整弁３は、ＥＧＲ流路２の内部で回動するバタフライバルブであり、ハウジング６に対して回動自在に支持されるシャフト３ａと一体に回動する。
吸気絞り弁４は、吸気通路１の内部で回動するバタフライバルブであり、ハウジング６に対して回動自在に支持されるシャフト４ａと一体に回動する。

電動アクチュエータは、通電により回転出力を発生する電動モータ（例えば、ＤＣモータ）と、この電動モータの回転を減速して出力トルクを増大させる歯車減速装置と、シャフト３ａを介してＥＧＲ調整弁３を閉弁方向へ付勢するリターンスプリングとを組み合わせた周知なものである。
リンク装置は、電動アクチュエータの出力特性を変化させて吸気絞り弁４へ伝達する特性変換部（カム溝等）が設けられており、低圧ＥＧＲ調整弁３が所定開度より大きくなってから低圧ＥＧＲ調整弁３の開度アップに連動させて吸気絞り弁４の開度を小さくするように設けられている。

また、バルブユニット５には、電動アクチュエータに内蔵されるリターンスプリングとは別に、低圧ＥＧＲ調整弁３を全閉位置へ戻すリターンスプリングが設けられるとともに、吸気絞り弁４を最大開度で停止させるストッパ手段が設けられている。これにより、電動アクチュエータの通電停止時（電動モータの通電停止時）に、ＥＧＲ調整弁３が閉弁位置に戻されるとともに、吸気絞り弁４が全開位置に戻される。

吸気絞り弁４とＥＧＲ調整弁３が設けられるバルブユニット５は、車両搭載性の制約や、リンク装置等によるメカ的な制約、あるいは低コスト化の要求から小型化される。具体的には、図１に示すように、吸気絞り弁４とＥＧＲ流路２の出口開口αとの距離が接近して設けられる。その結果、出口開口αから吸気通路１に流入したＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たり易くなる。

ここで、吸気通路１は、大気中の空気（新気）を吸い込んでエンジンへ導くものであるため、吸気絞り弁４は吸気（新気）によって冷やされる。
一方、ＥＧＲガスは、燃焼により生じた水蒸気を含む温度の高い排気ガスである。このため、水蒸気を含む高温のＥＧＲガスが、吸気で冷やされた吸気絞り弁４に当たると、吸気絞り弁４に触れたＥＧＲガスが急激に冷やされ、ＥＧＲガスに含まれる水蒸気が吸気絞り弁４に凝縮水として付着する。

吸気絞り弁４に付着して成長した凝縮水が吸気流によって吸気下流側へ流されて吸気コンプレッサに吸い込まれると、凝縮水がコンプレッサ羽根Ｆに衝突する。その結果、長期に亘って使用されると、コンプレッサ羽根Ｆが部分的に潰蝕する懸念がある｛符合、図６（ｂ）参照｝。

そこで、この実施例では、出口開口αの吸気上流側のハウジング６に、吸気絞り弁４と吸気通路１の内壁との間を通過した吸気を吸気通路１の中心方向へ向ける吸気偏向手段Ａを設けている。即ち、出口開口αより吸気上流側で、且つ吸気絞り弁４より吸気下流側における吸気通路１の内壁に、吸気絞り弁４を通過した吸気を吸気通路１の中心方向へ向ける吸気偏向手段Ａを設けている。
この吸気偏向手段Ａは、ハウジング６において吸気通路１を成すボアの内壁面から吸気通路１の中心方向へ膨出する凸部であり、吸気通路１を吸気上流側から見た場合に、少なくとも出口開口αが存在する範囲に設けられる。

具体的な一例として、この実施例の吸気偏向手段Ａは、吸気通路１の内周壁に沿って環状に形成されるものであり、吸気絞り弁４と吸気通路１の内壁との間を通過した吸気の全てが吸気通路１の中心方向に向けられるものである。

吸気偏向手段Ａは、ハウジング６とは別体に設けられて、ハウジング６に組み付けられるものであっても良いが、この実施例の吸気偏向手段Ａはハウジング６と一体に設けられる。
吸気偏向手段Ａの断面形状は限定するものではなく、吸気通路１の内周壁に沿って流れる吸気を吸気通路１の中心方向に向けることが可能な形状であれば良い。理解補助の一例として吸気偏向手段Ａの断面形状を開示すると、この実施例１の吸気偏向手段Ａの断面形状は、図１に示すように断面矩形の突起形状に設けられる。

（実施例１の効果１）
低圧ＥＧＲ装置は、上述したように、出口開口αより吸気上流側で、且つ吸気絞り弁４より吸気下流側の範囲における吸気通路１の内壁面に、吸気絞り弁４の周囲を通過した吸気を吸気通路１の中心方向へ向ける吸気偏向手段Ａを設けている。
吸気絞り弁４と吸気通路１の内壁との間を通過した吸気は、図１中の矢印Ｘに示すように吸気偏向手段Ａによって吸気通路１の中心方向へ向けられる。その結果、吸気絞り弁４の下流面に向かって吸気が流れて、吸気絞り弁４の下流面が吸気流によって覆われるため、図１中の矢印Ｙに示すように出口開口αから吸気通路１へ流入したＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たり難くなる。具体的には、吸気絞り弁４の下流側に生じる流れの淀み部にＥＧＲガスが入り込まなくなり、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に触れ難くなる。

このように、水蒸気を多く含む高温のＥＧＲガスが、吸気（新気）によって冷やされる吸気絞り弁４に当たり難くなるため、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのを抑制することができ、凝縮水が吸気コンプレッサに吸い込まれて、凝縮水がコンプレッサ羽根Ｆに衝突するのを防ぐことができる。
このため、長期に亘って使用されても、コンプレッサ羽根Ｆが凝縮水の衝突により部分的に潰蝕する不具合を回避でき、ターボチャージャの長期信頼性を高めることができる（符合、図６参照）。

また、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのを抑制することができるため、吸気絞り弁４から流れ出した凝縮水が吸気通路１に設けられるゴム製パッキンに長期に亘って触れることでパッキンが劣化するのを防ぐことができる。具体的な一例として、吸気絞り弁４に付着した凝縮水がシャフト４ａを伝わってシャフト挿通穴に浸入するのを抑制することができる。このため、吸気絞り弁４のシャフト４ａとハウジング６の間の隙間を塞ぐゴム製のパッキンが凝縮水に長期に亘って触れて劣化する不具合を回避することができ、パッキンの劣化による気密漏れを防ぐことができる。即ち、バルブユニット５を含む低圧ＥＧＲ装置の長期信頼性を高めることができる。

（実施例１の効果２）
この実施例１の吸気偏向手段Ａは、上述したように、吸気通路１の内周壁に沿って環状に形成される。
これにより、吸気絞り弁４と吸気通路１の内壁との間を通過した吸気の流れを「巾着を絞る」ように吸気絞り弁４の下流面の中心方向に集めることができる。これにより、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４の下流側に侵入するルートを塞ぐことができ、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのを困難にできる。
即ち、吸気偏向手段Ａを吸気通路１の内周壁に沿って環状に設けることで、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たり難くすることができ、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのをより効果的に抑えることができる。

（実施例１の効果３）
この実施例１のハウジング６には、出口開口αから吸気通路１内へ流入するＥＧＲガスを吸気下流方向へ向けるガス偏向手段Ｂが設けられる。このガス偏向手段Ｂは、出口開口αにおける吸気上流側に設けられるものであり、出口開口αにおける吸気上流側より吸気下流方向へ突出する突起形状を呈する。
このガス偏向手段Ｂは、ハウジング６とは別体に設けられてハウジング６に組み付けられるものであっても良いが、この実施例のガス偏向手段Ｂは、上述した吸気偏向手段Ａと同様、ハウジング６と一体に設けられる。

ＥＧＲ流路２の出口端である出口開口αにガス偏向手段Ｂを設けたことにより、出口開口αから吸気通路１内へ流入するＥＧＲガスの流れを吸気下流側へ積極的に誘導することができる。これにより、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たり難くすることができ、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのをより効果的に抑えることができる。
即ち、この実施例１は、吸気偏向手段Ａとガス偏向手段Ｂを組み合わせて、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのをより確実に防ぐことができ、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのをより効果的に抑えることができる。

具体的な効果の一例を開示すると、吸気偏向手段Ａとガス偏向手段Ｂの両方を用いない場合に比較して、この実施例１は、吸気偏向手段Ａとガス偏向手段Ｂを組み合わせて用いることにより、吸気絞り弁４の表面温度を４５．７℃抑制することができた。
吸気絞り弁４の温度が抑えられるのは、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのが抑えられているためであり、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのを防ぐことができる。

［実施例２］
図２に基づいて実施例２を説明する。なお、以下の各実施例において上記実施例１と同一符合は同一機能物を示すものである。
この実施例２は、吸気偏向手段Ａの上流面（吸気通路１の内周壁に沿って流れた吸気が衝突する面）を、「吸気絞り弁４を最大に絞った時の吸気絞り弁４の傾斜面」と略平行に設けるものである。

このように設けることにより、吸気絞り弁４と吸気通路１の内壁との間を通過した吸気の流れを、吸気偏向手段Ａによって、より一層、吸気絞り弁４の下流面の中心方向に誘導することができる。このため、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのをより確実に防ぐことができ、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのをより効果的に抑えることができる。

［実施例３］
図３に基づいて実施例３を説明する。
この実施例３は、吸気偏向手段Ａの上流面を、吸気下流方向へ傾斜させたものである。このように設けることにより、吸気偏向手段Ａによる圧力損失を抑えることができる。
即ち、この実施例３は、吸気偏向手段ＡによりＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのを防ぐ効果を確保しつつ、吸気偏向手段Ａによる吸気の圧力損失を抑制するものである。

［実施例４］
図４に基づいて実施例４を説明する。
この実施例４は、吸気絞り弁４に１つまたは複数の貫通穴Ｃを設けるものである。この貫通穴Ｃは、吸気絞り弁４の吸気上流側と吸気下流側を連通する穴であり、貫通穴Ｃを通過した吸気の流れ（図中、符号Ｘ’参照）が、吸気絞り弁４の下流側の面において防壁流として機能して、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に触れるのを阻止する。
このため、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのをより確実に防ぐことができ、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのをより効果的に抑えることができる。

［実施例５］
図５に基づいて実施例５を説明する。
この実施例５は、吸気通路１を吸気上流側または下流側から見た場合に、吸気通路１の全周に吸気偏向手段Ａを設けるのではなく、出口開口αが存在する側のみ（出口開口αの近くのみ）に吸気偏向手段Ａを設けるものである。即ち、吸気通路１を吸気の流れ方向から見た場合に、出口開口αが存在する範囲のみ、あるいは出口開口αが存在する範囲を含むように、吸気偏向手段Ａを設けるものである。

このように設けることにより、出口開口αから吸気通路１内に流入するＥＧＲガスと吸気絞り弁４の下流側との間に、図中矢印Ｘに示すように吸気流による防壁流を形成することができ、ＥＧＲガスが吸気絞り弁４に当たるのを防いで、吸気絞り弁４で凝縮水が生るのを抑制できる。

上記実施例では、吸気偏向手段Ａとガス偏向手段Ｂを組み合わせる例を示したが、限定するものではなく、吸気偏向手段Ａのみを設けても良いし、吸気偏向手段Ａと貫通穴Ｃを組み合わせて良い。

上記実施例では、バルブユニット５の吸気下流側に吸気コンプレッサが配置される例を示したが、バルブユニット５の吸気下流側に吸気コンプレッサが配置されないＥＧＲ装置に本発明を適用しても良い。

１ 吸気通路
４ 吸気絞り弁
６ ハウジング
Ａ 吸気偏向手段
α 出口開口

Claims (5)

1. 吸気が通過する吸気通路（１）の内壁にＥＧＲガスが前記吸気通路（１）内に吹き出る吹出し開口としての出口開口（α）が設けられるハウジング（６）と、このハウジング（６）の前記吸気通路（１）内に配置されて前記出口開口（α）に吸気負圧を発生させる吸気絞り弁（４）とを備える排気ガス再循環装置において、
   前記吸気絞り弁（４）の回動軸に垂直、かつ、前記出口開口（α）を切断する切断面を考えると、この切断面では、前記吸気通路（１）における吸気の流れ方向に関して、前記吸気絞り弁（４）の回動範囲と、前記出口開口（α）とがオーバーラップしており、
   前記ハウジング（６）は、前記出口開口（α）の吸気上流側に、前記吸気絞り弁（４）と前記吸気通路（１）の内壁との間を通過した吸気を前記吸気通路（１）の中心方向へ向ける吸気偏向手段（Ａ）を備えることを特徴とする排気ガス再循環装置。
2. 請求項１に記載の排気ガス再循環装置において、
   前記吸気偏向手段（Ａ）は、前記吸気通路（１）を吸気上流側から見た場合に、少なくとも前記出口開口（α）が存在する範囲に設けられることを特徴とする排気ガス再循環装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の排気ガス再循環装置において、
   前記吸気偏向手段（Ａ）は、前記吸気通路（１）の内周壁に沿って環状に形成されることを特徴とする排気ガス再循環装置。
4. 請求項１〜３のいずれか１つに記載の排気ガス再循環装置において、
   前記ハウジング（６）は、前記出口開口（α）から前記吸気通路（１）内へ流入するＥＧＲガスを吸気下流方向へ向けるガス偏向手段（Ｂ）を備えることを特徴とする排気ガス再循環装置。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の排気ガス再循環装置において、
   前記吸気絞り弁（４）は、吸気上流側と吸気下流側を連通する１つまたは複数の貫通穴（Ｃ）を備えることを特徴とする排気ガス再循環装置。

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