JP2012052449A - Reed valve, and intake/exhaust system using the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、リード弁及びこのリード弁を用いた吸排気システムに関するものである。 The present invention relates to a reed valve and an intake / exhaust system using the reed valve.
図6に示すように、燃焼ガス中の窒素酸化物を低減する有力な方法として、排気ガスを吸気に還流するEGRがある。 As shown in FIG. 6, as an effective method for reducing nitrogen oxides in combustion gas, there is EGR that recirculates exhaust gas to intake air.
EGRは、排気経路42と吸気経路43を接続してEGR経路47を形成すると共にEGR経路47にEGR弁51を設けたものであり、このEGR弁51の開度を調節することで必要量のEGRガスを還流する。
The EGR is formed by connecting the
即ち、EGRは排気経路42の圧力と吸気経路43の圧力の差を用いて還流するシステムであるが、ターボチャージャ46を装着したエンジン41では吸気経路43の圧力と排気経路42の圧力の差が少なく、低速高負荷等の運転領域によってはEGR弁51を十分に開いてもEGRガスが流れないことがあった。これは、排気の圧力も吸気の圧力も実際には脈動しているため、脈動の位相がずれると排気側より吸気側の方が圧力が高くなる場合があり、このときにEGR弁51を開いても吸気側から排気側に空気が抜けてしまうためである。
In other words, EGR is a system that recirculates using the difference between the pressure in the
このため、図7に示すように、EGR経路47にリード弁48を装着し、吸気経路43と排気経路42の圧力差が少ない状態でも高い圧力脈動を利用してEGRをかけるためにする工夫がなされている。特にターボ効率の高い大型エンジンの場合は、排気経路42を形成する排気管の内圧と吸気経路43を形成する吸気管の内圧の差が少ないため、リード弁48の採用比率は高い。図8に示すように、リード弁48は、弁口2を有するリード弁ハウジング3と、弁口2に臨むリード弁ハウジング3に一端側を留められると共に弁口2を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリード4と、リード弁ハウジング3に一端側を留められリード4に干渉することでリード4の開度を規制するガイドプレート5とを備える。
For this reason, as shown in FIG. 7, a
ところで、リード弁48を用いることで排気経路42と吸気経路43の圧力差が少ない状態でもEGRをかけることが可能になるが、排気経路42と吸気経路43の圧力差が十分ある低負荷時等ではリード弁48自体が流れの抵抗となり、EGR経路47にリード弁48を付ける事によって、リード弁48が無い場合と比べて、十分なEGR量を掛けられなくなる虞があった。
By the way, the use of the
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、リード弁機能が不要なときには流れの抵抗を低減できるリード弁及びこのリード弁を用いた吸排気システムを提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to solve the above problems and provide a reed valve that can reduce the flow resistance when the reed valve function is unnecessary, and an intake / exhaust system using the reed valve.
上記課題を解決するために本発明は、弁口を有するリード弁ハウジングと、前記弁口に臨むリード弁ハウジングに一端側を留められると共に前記弁口を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリードと、前記リード弁ハウジングに一端側を留められ前記リードに干渉することでリードの開度を規制するガイドプレートとを備えたリード弁において、前記ガイドプレートが両端間の中間を前記リードに近接させるように湾曲されると共に一端側を前記リード弁ハウジングに近接離間可能に留められ、前記ガイドプレートの一端側を前記リード弁ハウジング側に付勢するスプリングを備えると共に、前記ガイドプレートの他端側を前記リードに近接離間させるアクチュエータを備え、該アクチュエータを駆動させることでリードに接するガイドプレートの位置がリードの両端間で移動されるようにしたものである。 In order to solve the above-described problems, the present invention provides a reed valve housing having a valve port, and a flexible lead having one end side fastened to the reed valve housing facing the valve port and closing the valve port so that the valve port can be opened and closed. A reed valve including a reed valve housing and a guide plate that restricts an opening degree of the reed by interfering with the reed valve housing so that the guide plate brings a middle between both ends close to the reed And a spring that urges one end side of the guide plate toward the reed valve housing side, and the other end side of the guide plate is connected to the reed valve housing. An actuator that moves close to and away from the lead, and the guide plate that contacts the lead by driving the actuator. Location is one that has to be moved between the lead ends.
また、弁口を有するリード弁ハウジングと、(板状に形成され)前記弁口に臨むリード弁ハウジングに一端側を留められると共に前記弁口を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリードと、(板状に形成されると共に)前記リード弁ハウジングに一端側を留められ前記リードに干渉することでリードの開度を規制するガイドプレートとを備えたリード弁において、前記ガイドプレートが可撓性を有し、前記ガイドプレートの両端間の中間を前記リード側に湾曲させるようにガイドプレートの他端側を支持すると共にガイドプレートの他端側を前記リードに近接離間させるアクチュエータを備え、該アクチュエータを駆動させることでリードに接するガイドプレートの位置がリードの両端間で移動されるようにしたものである。 A reed valve housing having a valve port; and a flexible lead that is formed in a plate shape and has a one end side fastened to the reed valve housing that faces the valve port and closes the valve port so that the valve port can be opened and closed ( A reed valve including a guide plate that is formed in a plate shape and has a guide plate that restricts the opening of the reed by interfering with the reed valve housing and interfering with the reed. An actuator for supporting the other end side of the guide plate so that the middle between both ends of the guide plate is curved toward the lead side, and for bringing the other end side of the guide plate close to and away from the lead. By driving, the position of the guide plate in contact with the lead is moved between both ends of the lead.
またさらに、内燃機関に接続され内燃機関からの排気ガスを流す排気経路と、前記内燃機関に接続され内燃機関に吸気を供給するための吸気経路と、前記排気経路に設けられたタービンを有すると共に前記吸気経路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより上流側の前記排気経路に接続されると共に前記コンプレッサより下流側の前記吸気経路に接続されたEGR経路と、該EGR経路に設けられ前記排気経路から前記吸気経路への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁とを備えた吸排気システムにおいて、前記リード弁が、請求項1又は2記載のリード弁からなるものである。 Still further, an exhaust path connected to the internal combustion engine for flowing exhaust gas from the internal combustion engine, an intake path connected to the internal combustion engine for supplying intake air to the internal combustion engine, and a turbine provided in the exhaust path. A turbocharger having a compressor provided in the intake path; an EGR path connected to the exhaust path upstream of the turbine and connected to the intake path downstream of the compressor; and provided in the EGR path And a reed valve for passing exhaust gas in only one direction from the exhaust path to the intake path. The reed valve comprises the reed valve according to claim 1 or 2.
前記リード弁のアクチュエータが、前記吸気経路内の圧力と大気圧又は排気経路内の圧力との差圧で駆動され、この差圧が大きくなるとき前記リード弁のガイドプレートの他端側を前記リード弁のリードから離間させ、前記差圧が小さくなるとき前記ガイドプレートの他端側を前記リードに近接させるダイアフラムからなるとよい。 The reed valve actuator is driven by a differential pressure between the pressure in the intake path and the atmospheric pressure or the pressure in the exhaust path. When this differential pressure increases, the other end of the guide plate of the reed valve is connected to the reed. The diaphragm may be separated from the lead of the valve so that the other end side of the guide plate is brought close to the lead when the differential pressure becomes small.
本発明によれば、リード弁機能が不要なときに流れの抵抗を低減できる。 According to the present invention, the flow resistance can be reduced when the reed valve function is unnecessary.
図1(a)、(b)に示すように、リード弁1は、弁口2を有するリード弁ハウジング3と、弁口2に臨むリード弁ハウジング3に一端側を留められると共に弁口2を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリード4と、リード弁ハウジング3に一端側を留められリード4に干渉することでリード4の開度を規制するガイドプレート5と、ガイドプレート5の一端側をリード弁ハウジング3側に付勢するスプリング6と、ガイドプレート5の他端側をリード4に近接離間させるアクチュエータ7とを備える。
As shown in FIGS. 1A and 1B, the reed valve 1 has a reed valve housing 3 having a valve port 2, and a reed valve housing 3 facing the valve port 2, and one end side of the reed valve 1. A
リード弁ハウジング3は、流路を形成する管(図示せず)の端部等に取り付けられるフランジ部8と、フランジ部8に設けられ断面略V字型に形成された傾斜壁部9とを備える。傾斜壁部9には、矩形状の弁口2が形成されており、フランジ部8には、ガスを流通させるための開口10が形成されている。弁口2に臨む傾斜壁部9には、後述するガイドプレート5とリード4をガイドするための溝11が形成されている。溝11は、傾斜壁部9の左右両側に設けられたガイド壁12間に形成されており、ガイド壁12がガイドプレート5の側縁及びリード4の側縁に接することでガイドプレート5及びリード4の側方のズレを規制するようになっている。
The reed valve housing 3 includes a
リード4は、ステンレス又はカーボンにて形成された矩形状の薄板からなる。リード4は、傾斜壁部9のV字の外側にボルト13を介して取り付けられており、傾斜壁部9のV字の内側の圧力が外側の圧力より高いとき他端側を弁口2から離間させて弁口2を開くようになっている。
The
ガイドプレート5は、両端間の中間をリード4に近接させるように湾曲されると共に一端側をリード弁ハウジング3に近接離間可能に留められた金属板からなる。ガイドプレート5は、一端をリード4の一端上に位置させるようにリード4上に重ねて配置されると共にリード4と共通のボルト13を介してリード弁ハウジング3に近接離間可能に留められており、両端間のいずれかの部分がリード4の外面に当接するようになっている。
The guide plate 5 is made of a metal plate that is curved so that the middle between both ends is close to the
スプリング6は、コイルスプリングからなり、ボルト13の頭部14とガイドプレート5との間に圧縮変形した状態で設けられている。
The
アクチュエータ7は、ダイアフラムからなり、中空に形成されたケーシング15と、ケーシング15内を2つに仕切って2つの圧力室16、17を形成すると共にこれら圧力室16、17の圧力差に応じて移動可能に形成された隔壁18と、隔壁18に取り付けられ隔壁18の移動に応じて駆動される駆動ロッド19とを備える。隔壁18は、ケーシング15に取り付けられる外縁部20と、外縁部20にベローズ21を介して取り付けられ圧力が低い圧力室16、17の側に移動可能な中央部22とを備える。駆動ロッド19は、隔壁18の中央部22の一方の面に垂直に取り付けられると共にガイドプレート5の他端側に取り付けられており、隔壁18が移動することでケーシング15から出没するようになっている。また、駆動ロッド19が挿通する第一圧力室16とは反対側の第二圧力室17内には、中央部22を第一圧力室16側に付勢するバネ23が設けられている。バネ23はコイルスプリングからなり中央部22とケーシング15との間に圧縮変形した状態で設けられている。第一圧力室16には、圧力を導入するための圧力導入口24が設けられている。
The
次に本実施の形態の作用を述べる。 Next, the operation of this embodiment will be described.
図1(a)及び図2(a)に示すように、リード弁機能(逆流防止機能)が不要な場合、第一圧力室16に供給する圧力を弱める。これにより、隔壁18の中央部22は第一圧力室16側に移動され、駆動ロッド19がケーシング15から十分突出され、ガイドプレート5の他端側がリード4から十分離間される。ガイドプレート5はスプリング6に押圧され、ガイドプレート5の一端近傍がリード4の一端近傍に当接してリード4をリード弁ハウジング3に押し付ける。リード4は、押し付けられた位置が支点となり、支点から他端に亘っての長いリード4が開閉可能となる。すなわち、リード4として有効に機能する長さ(有効長)が長い「長」の状態となり、リード4は小さな圧力差でも容易に開くようになり、流れの抵抗が十分低減される。
As shown in FIGS. 1A and 2A, when the reed valve function (backflow prevention function) is unnecessary, the pressure supplied to the
図1(a)及び図2(b)に示すように、リード弁機能が少し必要な場合、第一圧力室16に供給する圧力を少し上昇させる。これにより、隔壁18が変形のない通常の形状に戻り、駆動ロッド19の突出長さが普通になり、ガイドプレート5の他端側がリード4に少し近接される。ガイドプレート5はスプリング6を縮退させるように姿勢を変え、ガイドプレート5とリード4が当接する位置、すなわち支点が少し他端側に移動され、リード4として有効に機能する長さが少し短い「中」の状態となる。リード4は小さな圧力差では開き難くなり、流れの抵抗も増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても逆流を防止できるようになる。
As shown in FIG. 1A and FIG. 2B, when the reed valve function is required a little, the pressure supplied to the
図1(a)及び図2(c)に示すように、確実なリード弁機能が必要な場合、第一圧力室16に供給する圧力を更に上昇させる。これにより、隔壁18の中央部22は第二圧力室17側に移動され、駆動ロッド19の突出長さが短くなり、ガイドプレート5の他端側がリード4に更に近接される。ガイドプレート5はスプリング6を更に縮退させるように姿勢を変え、支点が更に他端側に移動され、リード4として有効に機能する長さが短い「短」の状態となる。リード4は小さな圧力差では更に開き難くなり、流れの抵抗も更に増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても確実に逆流を防止できるようになる。
As shown in FIGS. 1A and 2C, when a reliable reed valve function is required, the pressure supplied to the
このように、ガイドプレート5が両端間の中間をリード4に近接させるように湾曲されると共に一端側をリード弁ハウジング3に近接離間可能に留められ、ガイドプレート5の一端側をリード弁ハウジング3側に付勢するスプリング6を備えると共に、ガイドプレート5の他端側をリード4に近接離間させるアクチュエータ7を備え、アクチュエータ7を駆動させることでリード4に接するガイドプレート5の位置がリード4の両端間で移動されるようにしたため、リード4の開きやすさを自在に調節でき、リード弁機能が不要なときにはリード4を開きやすくすることで流れの抵抗を低減できる。
In this way, the guide plate 5 is curved so that the middle between both ends is close to the
なお、ガイドプレート5は金属板からなるものとしたが、金属板と同等の硬さを有するものであれば他の素材からなる板であってもよい。 The guide plate 5 is made of a metal plate, but may be a plate made of another material as long as it has the same hardness as the metal plate.
次に、上述のリード弁1に変更を加えた他の実施の形態について述べる。なお、上述と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。 Next, another embodiment in which the above-described reed valve 1 is modified will be described. In addition, about the structure similar to the above, the same code | symbol is attached | subjected and description is abbreviate | omitted.
図3に示すように、リード弁30は、リード弁ハウジング3と、リード4と、リード弁ハウジング3に一端側を留められリード4に干渉することでリード4の開度を規制するガイドプレート31と、ガイドプレート31の両端間の中間をリード4側に湾曲させるようにガイドプレート31の他端側を支持すると共にガイドプレート31の他端側をリード4に近接離間させるアクチュエータ7とを備える。
As shown in FIG. 3, the
ガイドプレート31は、可撓性を有する金属板からなる。ガイドプレート31は、一端をリード4の一端上に位置させるようにリード4上に重ねて配置されると共にリード4と共通のボルト32を介してリード弁ハウジング3に一端側を固定するように留められている。
The
アクチュエータ7の駆動ロッド19は、ガイドプレート31の他端側に取り付けられており、アクチュエータ7は、常にガイドプレート31の他端側を一端側に押圧してガイドプレート31の両端間の中間をリード4側に湾曲させるように配置されている。また特に、アクチュエータ7は、駆動ロッド19がケーシング15から最も突出されたときガイドプレート31の一端近傍がリード4の一端近傍を押圧するように設置位置及び姿勢を調整されており、駆動ロッド19の突出量が減少するにつれてリード4を押圧するガイドプレート31の位置が他端側に移動するようになっている。
The
次に本実施の形態の作用を述べる。 Next, the operation of this embodiment will be described.
リード弁機能が不要な場合、第一圧力室16に供給する圧力を弱めて駆動ロッド19をケーシング15から十分突出させる。ガイドプレート31の他端側がリード4から十分離間され、ガイドプレート31の一端近傍がリード4の一端近傍に当接してリード4をリード弁ハウジング3に押し付ける。これにより、支点(ガイドプレート31がリード4をリード弁ハウジング3に押し付ける位置)から他端までの有効長が長く設定され、リード4は小さな圧力差でも容易に開くようになり、流れの抵抗が十分低減される。
When the reed valve function is unnecessary, the pressure supplied to the
リード弁機能が少し必要な場合、第一圧力室16に供給する圧力を少し上昇させて駆動ロッド19の突出長さを普通にする。ガイドプレート31の他端側がリード4に少し近接され、支点が少し他端側に移動される。これにより有効長が少し短くなり、リード4は小さな圧力差では開き難くなり、流れの抵抗も増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても逆流を防止できるようになる。
When the reed valve function is required a little, the pressure supplied to the
確実なリード弁機能が必要な場合、第一圧力室16に供給する圧力を更に上昇させて駆動ロッド19の突出長さを短くする。ガイドプレート31の他端側がリード4に更に近接され、支点が更に他端側に移動される。これにより有効長が十分短くなり、リード4は小さな圧力差では更に開き難くなり、流れの抵抗も更に増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても確実に逆流を防止できるようになる。
When a reliable reed valve function is required, the pressure supplied to the
このように、ガイドプレート31が可撓性を有し、ガイドプレート31の両端間の中間をリード4側に湾曲させるようにガイドプレート31の他端側を支持すると共にガイドプレート31の他端側をリード4に近接離間させるアクチュエータ7を備え、アクチュエータ7を駆動させることでリード4に接するガイドプレート31の位置がリード4の両端間で移動されるようにしても、リード4の開きやすさを自在に調節でき、リード弁機能が不要なときにはリード4を開きやすくすることで流れの抵抗を低減できる。
Thus, the
なお、リード4は圧力等の外力が作用しないときには弁口2を閉じるようにリード弁ハウジング3に設けられるものについて説明したがこれに限るものではない。図4に示すように、リード4は、外力が作用しないとき弁口2を開くようにリード弁ハウジング33に設けられ、ガイドプレート31から閉方向の力を受けることで弁口2を閉じるようになっているものであってもよい。この場合、圧力導入口24は第二圧力室17に設けられ、バネ23は第一圧力室16内に設けられるとよい。
Although the
次に、上述のリード弁30を用いた吸排気システムについて述べる。
Next, an intake / exhaust system using the above-described
図7に示すように、吸排気システム40は、内燃機関たるディーゼルエンジン等のエンジン41に接続されエンジン41からの排気ガスを流す排気管からなる排気経路42と、エンジン41に接続されエンジン41に吸気を供給するための吸気管からなる吸気経路43と、排気経路42に設けられたタービン44を有すると共に吸気経路43に設けられたコンプレッサ45を有するターボチャージャ46と、タービン44より上流側の排気経路42に接続されると共にコンプレッサ45より下流側の吸気経路43に接続されたEGR配管からなるEGR経路47と、EGR経路47に設けられ排気経路42から吸気経路43への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁30とを備える。コンプレッサ45より上流側の吸気経路43には、吸気フィルタ49が設けられており、EGR経路47とコンプレッサ45の間の吸気経路43にはインタクーラ50が設けられている。また、リード弁30より上流側のEGR経路47には、EGR量を調節するためのEGR弁51が設けられており、EGR弁51より上流側のEGR経路47には、EGRクーラ52が設けられている。
As shown in FIG. 7, the intake /
図5に示すように、リード弁30は、図3に示すリード弁30と同様のものである。リード弁30のアクチュエータ7の第一圧力室16は吸気経路43側のEGR経路47と一体に形成されており、第一圧力室16内には吸気経路43内の圧力(ブースト圧)が導入されるようになっている。また、第二圧力室17には、大気圧が導入されるようになっている。すなわち、アクチュエータ7は、吸気経路43内の圧力と大気圧との差圧で駆動されるダイアフラムからなり、差圧が大きくなるときガイドプレート31の他端側をリード4から離間させ、差圧が小さくなるときガイドプレート31の他端側をリード4に近接させるようになっている。
As shown in FIG. 5, the
このように、エンジン41に接続されエンジン41からの排気ガスを流す排気経路42と、エンジン41に接続されエンジン41に吸気を供給するための吸気経路43と、排気経路42に設けられたタービン44を有すると共に吸気経路43に設けられたコンプレッサ45を有するターボチャージャ46と、タービン44より上流側の排気経路42に接続されると共にコンプレッサ45より下流側の吸気経路43に接続されたEGR経路47と、EGR経路47に設けられ排気経路42から吸気経路43への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁30とを備えた吸排気システム40において、リード弁30が、図3に記載の上述のリード弁30からなるものにすると、リード4の開きやすさを調節でき、リード弁機能が不要なときにはリード4を開きやすくすることで流れの抵抗を低減できる。
As described above, the
また、アクチュエータ7が、吸気経路43内の圧力と大気圧との差圧で駆動され、この差圧が大きくなるときガイドプレート31の他端側をリード弁30のリード4から離間させ、差圧が小さくなるときガイドプレート31の他端側をリード4に近接させるダイアフラムからなるものとしたため、差圧が大きく逆流の虞がないときにはリード4を開きやすくすることで流れの抵抗を低減でき、差圧が小さくリード弁機能が必要なときには、リード4を開き難くすることで、確実に逆流を防止でき、エンジン41の運転領域に関わらず高いEGR率が確保可能になる。この結果、同一エンジン41での窒素酸化物排出量を下げることができる。
Further, the
なお、第二圧力室17には大気圧が導入されるものとしたが、排気経路42内の圧力が導入されるものとしてもよい。
Although the atmospheric pressure is introduced into the
また、EGR経路47に設けられるリード弁30は、図3に記載のリード弁30からなるものとしたが、図1に記載のリード弁1からなるものであってもよい。
The
また、図1及び図3に示す上述のリード弁1、30は機能を可変にできるものあり、逆止弁1、30と通気抵抗のトレードオフを崩せるものであり、用途をEGRに限定するものではない。上述のリード弁1、30は、全ての逆止弁に適用可能である。
Further, the above-described
1 リード弁
2 弁口
3 リード弁ハウジング
4 リード
5 ガイドプレート
6 スプリング
7 アクチュエータ
30 リード弁
31 ガイドプレート
40 吸排気システム
41 エンジン(内燃機関)
42 排気経路
43 吸気経路
44 タービン
45 コンプレッサ
46 ターボチャージャ
47 EGR経路
1 Reed Valve 2 Valve Port 3
42
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