JP2016089689A - Ｅｇｒ装置 - Google Patents

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。

特開２００４−２７０４６２号公報

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。

本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。 図１のシャットバルブの駆動機構を模式的に示す概略図である。 従来例を示す概略図である。 ポペット式のシャットバルブの例を示す断面図である。

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）

Claims (3)

1. 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。
2. 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。
3. 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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