JP2016089689A - Egr装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】圧力損失を大幅に増加したり、還流ガスの再循環量を多く確保することを難しくしたりすることなく、EGRクーラ内におけるデポジットの付着堆積を防止し得るEGR装置を提供する。【解決手段】排気マニホールド2における還流ガス4’の取り出し口2aからEGRクーラ7までの間で還流ガス4’の流れを遮断するシャットバルブ13を、EGRクーラ7より上流のEGRライン5の内部に還流ガス4’の流路を取り囲むように形成された弁座14と、該弁座14の傍らを支点として前記弁座14に対する近接位置と離間位置との間を往復円弧運動するアーム15と、該アーム15の先端部に装備され且つ前記弁座14に対する近接位置にて該弁座14に嵌合圧着して還流ガス4’の流路を閉塞する弁体16とによりスイング式に構成する。【選択図】図1
Description
本発明は、排気側から排気ガスの一部を還流ガスとして吸気側へ再循環するためのEGR装置に関するものである。
従来、自動車のエンジン等では、排気側から排気ガスの一部を還流ガスとして抜き出して吸気側へと戻し、その吸気側に戻された還流ガスでエンジン内での燃料の燃焼を抑制させて燃焼温度を下げることによりNOxの発生を低減するようにした、いわゆるEGR(Exhaust Gas Recirculation)装置を備えて排気ガス再循環を実施するものがある。
この際、エンジンに再循環する還流ガスを途中で冷却すると、該還流ガスの温度が下がり且つその容積が小さくなることにより、エンジンの出力を余り低下させずに燃焼温度を低下して効果的にNOxの発生を低減させることができる。このため、還流ガスを再循環する系路の途中には、シェルアンドチューブ型のEGRクーラが装備されているのが一般的である。
図3は従来におけるEGR装置の一例を示すもので、図中1はエンジン、2は該エンジン1の各気筒3から排出される排気ガス4を集める排気マニホールド、5は該排気マニホールド2から取り出し口2aを介して抜き出した排気ガス4の一部を還流ガス4’として吸気管6へと再循環せしめるEGRライン、7は該EGRライン5の途中に装備されて前記還流ガス4’を冷却水との熱交換により水冷するEGRクーラを示している。
ここで、前記EGRライン5におけるEGRクーラ7の直後には、還流ガス4’の再循環量を制御するためのEGRバルブ8が装備されており、特にパティキュレートフィルタを再生するためのポスト噴射の実施時や排気マニホールド2内のHC濃度が高い運転状態では全閉にされるようになっている。
即ち、還流ガス4’におけるHC濃度が高い状態では、EGRクーラ7で冷却されることでHC重合が起こり易くなるため、これを避けるために前記EGRバルブ8を全閉として還流ガス4’の再循環を停止するようにしている。
このようなEGR装置に関連する先行技術文献情報としては、例えば、本発明と同じ出願人による下記の特許文献1等がある。
しかしながら、近年における厳しい排気ガス規制により還流ガス4’の再循環量は増加傾向にあり、該還流ガス4’の再循環量の増加に対応し易いバタフライ式のEGRバルブ8を採用したEGR装置が主流となってきているが、このようなバタフライ式のEGRバルブ8では、閉塞時における気密性が低いため、EGRバルブ8を全閉としても、還流ガス4’が僅かな隙間から出入りしてしまうことが避けられず、排気脈動の断続的な作用によりEGRクーラ7内で還流ガス4’が行ったり来たりを繰り返すことで連続的に冷却されてしまい、これにより還流ガス4’中に含まれるHC成分がHC重合により高分子化してデポジット(不完全燃焼生成物)が生成され易くなり、該デポジットがEGRクーラ7内における熱交換部に付着堆積して熱交換の効率を低下してしまったり、還流ガス4’が流れる通路を塞いでしまったりする虞れがあった。
そこで、本願発明者は、図4に示す如く、気密性の高いポペット式のシャットバルブ9を還流ガス4’の取り出し口2aからEGRクーラ7(図3参照)までの間に配設し、ポスト噴射の実施時や排気マニホールド2内のHC濃度が高い運転状態にてEGRバルブ8(図3参照)とシャットバルブ9の両方を締め切り、還流ガス4’の漏れを零にしてHC成分のHC重合を防ぐことを創案するに到ったが、ポペット式のシャットバルブ9では、弁座10から傘状の弁体11をエアシリンダ12で浮上させることにより生じる隙間を通し且つ該弁体11を回り込ませて還流ガス4’を流すことになるので、圧力損失の大幅な増加が避けられず、しかも、還流ガス4’の再循環量を多く確保することも難しくなるという問題があった。
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、圧力損失を大幅に増加したり、還流ガスの再循環量を多く確保することを難しくしたりすることなく、EGRクーラ内におけるデポジットの付着堆積を防止し得るEGR装置を提供することを目的とする。
本発明は、排気系路から抜き出した還流ガスを吸気系路に導くEGRラインと、該EGRラインの途中に装備されて前記還流ガスを冷却するEGRクーラと、該EGRクーラの出側に装備されて還流ガスの再循環量を制御するEGRバルブと、前記排気系路における還流ガスの取り出し口から前記EGRクーラまでの間で還流ガスの流れを遮断するシャットバルブとを備えたEGR装置であって、前記EGRクーラより上流のEGRラインの内部に還流ガスの流路を取り囲むように形成された弁座と、該弁座の傍らを支点として前記弁座に対する近接位置と離間位置との間を往復円弧運動するアームと、該アームの先端部に装備され且つ前記弁座に対する近接位置にて該弁座に嵌合圧着して還流ガスの流路を閉塞する弁体とにより前記シャットバルブをスイング式に構成したことを特徴とするものである。
而して、このようにすれば、シャットバルブをスイング式としたことにより、弁座に対し弁体を大きく離間させて還流ガスの流路を最大限に開放することが可能であり、還流ガスの流れを絞り込んだり曲折させたりすることなく円滑に直進させて導くことが可能となるので、ポペット式のシャットバルブを採用した場合と比較して圧力損失を大幅に低減し且つ還流ガスの再循環量を容易に増加することが可能となる。
しかも、EGRクーラより上流のEGRラインの内部に形成された弁座に対し弁体が嵌合圧着して気密性の高い閉塞が図られるようになっているので、EGRバルブの全閉時にシャットバルブによりEGRクーラの上流側もしっかりと閉塞しておけば、還流ガスが僅かな隙間からEGRクーラ内に出入りしてしまうことが防止される。
この結果、排気脈動の断続的な作用によりEGRクーラ内で還流ガスが行ったり来たりするような動きが繰り返されなくなり、該EGRクーラ内で還流ガスが連続的に冷却されるような事態が回避されてEGRクーラ内におけるデポジットの付着堆積が防止されることになる。
また、本発明を具体的に実施するにあたっては、弁座に取り囲まれた流路から流れ出る還流ガスの流れと干渉しない位置まで弁体を退避し得るようアームの往復円弧運動の角度範囲を90°以上に設定することが好ましく、このようにすれば、シャットバルブの全開時に弁体と還流ガスの流れとの干渉が確実に回避されて圧力損失の更なる低減化が図られる。
更に、アームの往復円弧運動がレバーを介しアクチュエータの往復直線運動を変換して行われるように構成されていることが好ましく、このようにすれば、弁座への弁体の押し付け荷重をレバー比により調整することが可能となり、適切な押し付け荷重を設定して高い気密性を確保することが可能となる。
上記した本発明のEGR装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、シャットバルブの全開時に還流ガスの流れを絞り込んだり曲折させたりすることなく円滑に直進させて導くことができるので、ポペット式のシャットバルブを採用した場合と比較して圧力損失を大幅に低減し且つ還流ガスの再循環量を容易に増加することができると共に、前記弁座に対し弁体を嵌合圧着させて気密性の高い閉塞を図ることができ、EGRバルブの全閉時にシャットバルブによりEGRクーラの上流側をしっかりと閉塞し、還流ガスが僅かな隙間からEGRクーラ内に出入りして連続的に冷却されてしまうことを防止できるので、EGRクーラ内におけるデポジットの付着堆積を防止することができ、EGRクーラの効率低下や詰まりを未然に回避することができる。
(II)本発明の請求項2に記載の発明によれば、アームの往復円弧運動の角度範囲を90°以上に設定したことにより、シャットバルブの全開時における弁体と還流ガスの流れとの干渉を確実に回避することができるので、より確実な圧力損失の低減化を図ることができる。
(III)本発明の請求項3に記載の発明によれば、弁座への弁体の押し付け荷重をレバー比により調整することができるので、適切な押し付け荷重を設定して高い気密性を確保することができ、EGRバルブの全閉時にシャットバルブによりEGRクーラの上流側を確実に閉塞してEGRクーラ内におけるデポジットの付着堆積をより確実に防止することができる。
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例を示すもので、本形態例においては、前述した図3及び図4の従来例と略同様に、排気マニホールド2(排気系路)から抜き出した還流ガス4’を吸気管6(吸気系路)に導くEGRライン5と、該EGRライン5の途中に装備されて前記還流ガス4’を冷却するEGRクーラ7と、該EGRクーラ7の出側に装備されて還流ガス4’の再循環量を制御するEGRバルブ8と、前記排気マニホールド2における還流ガス4’の取り出し口2aから前記EGRクーラ7までの間で還流ガス4’の流れを遮断するシャットバルブ13とを備えたEGR装置となっているが、このシャットバルブ13が下記の如く構成されている点が特徴となっている。
即ち、前記シャットバルブ13は、EGRクーラ7より上流のEGRライン5の内部に還流ガス4’の流路を取り囲むように形成された弁座14と、該弁座14の傍らを支点として前記弁座14に対する近接位置と離間位置との間を往復円弧運動するアーム15と、該アーム15の先端部に装備され且つ前記弁座14に対する近接位置にて該弁座14に嵌合圧着して還流ガス4’の流路を閉塞する弁体16とによりスイング式のバルブとして構成されており、弁座14に取り囲まれた流路から流れ出る還流ガス4’の流れと干渉しない位置まで弁体16を退避し得るようアーム15の往復円弧運動の角度範囲θが90°以上に設定されている。
ここで、図2に示す如く、前記シャットバルブ13におけるアーム15の駆動機構は、該アーム15の往復円弧運動がレバー17を介しエアシリンダ18(アクチュエータ)の往復直線運動を変換して行われるように構成されており、より具体的には、アーム15の基端部から直角に延びる回転軸19を、前記弁座14の傍らに支点が設定されるよう回動自在に配置し、この回転軸19の一端に突設したレバー17を前記エアシリンダ18の先端と枢着した構成としている。
尚、図2はアーム15の駆動機構を模式的に示したものであり、説明の便宜上からアーム15の張り出し側に対し反対側へレバー17を張り出した図示としてあるが、実際のアーム15とレバー17とは、回転軸19の長手方向における異なる位相に配置されることになるため、両者を同じ向きに張り出させてコンパクトなレイアウトとなるように設計すべきものである。
而して、このようにすれば、シャットバルブ13がスイング式となったことにより、弁座14に対し弁体16を大きく離間させて還流ガス4’の流路を最大限に開放することが可能であり、還流ガス4’の流れを絞り込んだり曲折させたりすることなく円滑に直進させて導くことが可能となるので、ポペット式のシャットバルブ9(図4参照)を採用した場合と比較して圧力損失を大幅に低減し且つ還流ガス4’の再循環量を容易に増加することが可能となる。
しかも、EGRクーラ7より上流のEGRライン5の内部に形成された弁座14に対し弁体16が嵌合圧着して気密性の高い閉塞が図られるようになっているので、EGRバルブ8の全閉時にシャットバルブ13によりEGRクーラ7の上流側もしっかりと閉塞しておけば、還流ガス4’が僅かな隙間からEGRクーラ7内に出入りしてしまうことが防止される。
この結果、排気脈動の断続的な作用によりEGRクーラ7内で還流ガス4’が行ったり来たりするような動きが繰り返されなくなり、該EGRクーラ7内で還流ガス4’が連続的に冷却されるような事態が回避されてEGRクーラ7内におけるデポジットの付着堆積が防止されることになる。
従って、上記形態例によれば、シャットバルブ13の全開時に還流ガス4’の流れを絞り込んだり曲折させたりすることなく円滑に直進させて導くことができるので、ポペット式のシャットバルブ9(図4参照)を採用した場合と比較して圧力損失を大幅に低減し且つ還流ガス4’の再循環量を容易に増加することができると共に、前記弁座14に対し弁体16を嵌合圧着させて気密性の高い閉塞を図ることができ、EGRバルブ8の全閉時にシャットバルブ13によりEGRクーラ7の上流側をしっかりと閉塞し、還流ガス4’が僅かな隙間からEGRクーラ7内に出入りして連続的に冷却されてしまうことを防止できるので、EGRクーラ7内におけるデポジットの付着堆積を防止することができ、EGRクーラ7の効率低下や詰まりを未然に回避することができる。
また、特に本形態例においては、アーム15の往復円弧運動の角度範囲θを90°以上に設定したことにより、シャットバルブ13の全開時における弁体16と還流ガス4’の流れとの干渉を確実に回避することができるので、より確実な圧力損失の低減化を図ることができる。
しかも、アーム15の往復円弧運動がレバー17を介しエアシリンダ18の往復直線運動を変換して行われるように構成しているので、弁座14への弁体16の押し付け荷重をレバー比により調整することが可能となり、適切な押し付け荷重を設定して高い気密性を確保することができる。
このため、適切な押し付け荷重を設定して高い気密性を確保することができ、EGRバルブ8の全閉時にシャットバルブ13によりEGRクーラ7の上流側を確実に閉塞してEGRクーラ7内におけるデポジットの付着堆積をより確実に防止することができる。
因みに、先に説明したポペット式のシャットバルブ9(図4参照)の場合には、エアシリンダ12(図4参照)の径により押し付け荷重が殆ど決まってしまうので、押し付け荷重が略ワンポイントで決まってしまうことになり、適切な押し付け荷重を設定することが難しいという事情がある。
尚、本発明のEGR装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、図示では還流ガスを吸気管に戻す場合で例示しているが、還流ガスが戻される吸気系路は吸気マニホールドであっても良いこと、また、アクチュエータはエアシリンダに限定されないこと、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
2 排気マニホールド(排気系路)
2a 取り出し口
4 還流ガス
5 EGRライン
6 吸気管(吸気系路)
7 EGRクーラ
8 EGRバルブ
13 シャットバルブ
14 弁座
15 アーム
16 弁体
17 レバー
18 エアシリンダ(アクチュエータ)
2a 取り出し口
4 還流ガス
5 EGRライン
6 吸気管(吸気系路)
7 EGRクーラ
8 EGRバルブ
13 シャットバルブ
14 弁座
15 アーム
16 弁体
17 レバー
18 エアシリンダ(アクチュエータ)
Claims (3)
- 排気系路から抜き出した還流ガスを吸気系路に導くEGRラインと、該EGRラインの途中に装備されて前記還流ガスを冷却するEGRクーラと、該EGRクーラの出側に装備されて還流ガスの再循環量を制御するEGRバルブと、前記排気系路における還流ガスの取り出し口から前記EGRクーラまでの間で還流ガスの流れを遮断するシャットバルブとを備えたEGR装置であって、前記EGRクーラより上流のEGRラインの内部に還流ガスの流路を取り囲むように形成された弁座と、該弁座の傍らを支点として前記弁座に対する近接位置と離間位置との間を往復円弧運動するアームと、該アームの先端部に装備され且つ前記弁座に対する近接位置にて該弁座に嵌合圧着して還流ガスの流路を閉塞する弁体とにより前記シャットバルブをスイング式に構成したことを特徴とするEGR装置。
- 弁座に取り囲まれた流路から流れ出る還流ガスの流れと干渉しない位置まで弁体を退避し得るようアームの往復円弧運動の角度範囲を90°以上に設定したことを特徴とする請求項1に記載のEGR装置。
- アームの往復円弧運動がレバーを介しアクチュエータの往復直線運動を変換して行われるように構成したことを特徴とする請求項1又は2に記載のEGR装置。
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---|---|---|---|
JP2014223930A JP2016089689A (ja) | 2014-11-04 | 2014-11-04 | Egr装置 |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2020076392A (ja) * | 2018-11-09 | 2020-05-21 | 川崎重工業株式会社 | Egrユニット及びエンジンシステム |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH0592417U (ja) * | 1992-05-21 | 1993-12-17 | 本田技研工業株式会社 | 排気通路の切換装置 |
JP2001020809A (ja) * | 1999-07-02 | 2001-01-23 | Hitachi Ltd | 排気還流制御弁及び排気還流制御装置 |
JP2011038428A (ja) * | 2009-08-07 | 2011-02-24 | Aisan Industry Co Ltd | 弁装置及び内燃機関の排気制御装置 |
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2014
- 2014-11-04 JP JP2014223930A patent/JP2016089689A/ja active Pending
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