JP4007934B2 - エンジンの排ガス再循環装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排ガスの一部を排気系から取出し、吸気系に再循環させてＮＯｘを低減するエンジンの排ガス再循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排ガス再循環装置として、エンジンをバイパスして排気通路及び吸気通路を連通接続するＥＧＲ通路にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ弁が設けられ、このＥＧＲ通路に排気通路から吸気通路の方向の流れを許容しかつ逆方向の流れを阻止するリード弁が設けられたＥＧＲ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＥＧＲ装置では、エンジンにはターボ過給機が搭載され、リード弁より下流側のＥＧＲ通路又は吸気通路にリード弁の部品の通過を妨げる流入阻止部が設けられる。
【０００３】
このように構成されたＥＧＲ装置では、エンジンの回転速度が低速又は中速の領域であり、かつエンジンの負荷が中負荷又は高負荷の領域であっても、即ちターボ過給機の平均ブースト圧が平均排気圧より大きい場合であっても、排気脈動を利用してブースト圧が排気圧より瞬間的に小さくなったときに、リード弁が開いてＥＧＲガスを吸気側に再循環させ、ＮＯｘの排出を低減できる。またリード弁が万一破損してリード弁のリードやその他の部品がＥＧＲ通路内に流れ込んでも、流入阻止部で捕獲できるので、上記部品がエンジン内部に侵入するのを防止できるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６４９１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特許文献１に示されたＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁とリード弁がＥＧＲ通路にそれぞれ独立して設けられており、ＥＧＲ弁全開時の比較的多量のＥＧＲガスが変位量の少ないリード弁を通過するには、リード弁のリード自体を大きくするとともにリードにより開閉される孔面積を大きくする必要があるため、装置が大型化する問題点があった。
本発明の目的は、ＥＧＲ弁及びリード弁を比較的小さいスペースに収容できるとともに、エンジンの排ガスに脈動が発生しても、ＥＧＲガスを逆流させずに吸気系に再循環できる、エンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２示すように、一端がエンジン１１の排気通路１３に接続され他端がエンジン１１の吸気通路１２に接続されたＥＧＲ通路１４と、ＥＧＲ通路１４に設けられエンジン１１の運転状況によりＥＧＲ通路１４を開閉するＥＧＲ弁１６と、ＥＧＲ通路１４に設けられ排気通路１３から吸気通路１２への排ガスの流れを許容しその逆の流れを阻止するリード弁１７とを備えたエンジンの排ガス再循環装置の改良である。
その特徴ある構成は、ＥＧＲ弁１６がＥＧＲ通路１４内に回動可能に設けられたＥＧＲ弁本体１６ａとこのＥＧＲ弁本体を駆動する弁駆動手段１６ｂとを有するバタフライ弁により構成され、一端がＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより排気通路１３側のＥＧＲ通路１４に連通しかつ他端がＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより吸気通路１２側のＥＧＲ通路１４に連通するバイパス通路１４ａがＥＧＲ通路１３に設けられ、リード弁１７がバイパス通路１４ａの他端を開閉するように取付けられ、ＥＧＲ弁本体１６ａが、ＥＧＲ通路１４及びバイパス通路１４ａの双方を閉止する全閉位置と、ＥＧＲ通路１４を閉止しかつバイパス通路１４ａを開放する半開位置と、ＥＧＲ通路１４及びバイパス通路１４ａの双方を開放する全開位置との間を回動可能に構成されたところにある。
【０００７】
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、アイドリング時などのエンジン１１の極低速回転域又は加速時などのエンジン１１の過渡運転域において、エンジン１１から排出される排ガスに脈動が発生するけれども、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気通路１２側のＥＧＲ通路１４内の圧力より大きくなったときに、リード弁１７によりバイパス通路１４ａの他端が開放されるので、排ガスがバイパス通路１４ａから吸気通路１２を通ってエンジン１１に還流される。なお、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気通路１２側のＥＧＲ通路１４内の圧力より小さくなったときには、リード弁１７がバイパス通路１４ａの他端を開放しないので、ＥＧＲ通路１４内の排ガスが吸気通路１２側から排気通路１３側に逆流することはない。
また排ガスをＥＧＲ通路１４に流すことが好ましくない場合、例えば排ガスに多量の炭化水素等が含まれる場合には、ＥＧＲ弁本体１６ａを全閉位置に位置させる。これにより炭化水素等を多量に含んだ排ガスがＥＧＲ通路１４に全く流れない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、車両のディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。排気マニホルド１３ａにはＥＧＲパイプ１４の一端が接続され、吸気管１２ｂにはＥＧＲパイプ１４の他端が接続される。このＥＧＲパイプ１４には、エンジン１１の運転状況によりＥＧＲパイプ１４を開閉するＥＧＲ弁１６と、排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂへの排ガスの流れを許容しその逆の流れを阻止するリード弁１７とが設けられる。またＥＧＲ弁１６より吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４には、このＥＧＲパイプを流れる排ガスを冷却するＥＧＲクーラ１８が設けられる。なお、上記吸気マニホルド１２ａと吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、排気マニホルド１３ａと排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。
【０００９】
ＥＧＲ弁１６は、バタフライ弁により構成され、ＥＧＲパイプ１４内に回動可能に設けられたＥＧＲ弁本体１６ａと、ＥＧＲ弁本体を駆動する弁駆動手段１６ｂとを有する。ＥＧＲ弁本体１６ａは円板状に形成され、一方の周縁から中心を通って他方の周縁に達する通孔１６ｃが形成される。またＥＧＲパイプ１４には回動軸１６ｄが回動可能に挿通され、この回動軸１６ｄに上記通孔１６ｃを嵌入することによりＥＧＲ弁本体１６ａが回動軸１６ｄに固着される。弁駆動手段１６ｂは、この実施の形態ではＤＣモータであり、このＤＣモータ１６ｂの出力軸１６ｅと回動軸１６ｄとの間には動力伝達手段１９が設けられる。
【００１０】
動力伝達手段１９は、出力軸１６ｅに嵌着されたピニオン１９ａと、このピニオンに噛合しかつＥＧＲパイプ１４の長手方向に延びるラック１９ｂと、ラックの一端と回動軸１６ｄとを連結するレバー１９ｃとを有する。ラック１９ｂは滑り軸受１９ｄにより摺動可能に保持され、ラック１９ｂの一端にはＥＧＲパイプ１４に直交する方向に延びる長孔１９ｅが形成される。またレバー１９ｃの基端はＥＧＲパイプ１４から突出する回動軸１６ｄに嵌着され、レバー１９ｃの先端には上記長孔１９ｅに摺動可能に挿入されるピン１９ｆが突設される。なお、ラック１９ｂ、レバー１９ｃ及び滑り軸受１９ｄはケース（図示せず）に収容され、このケースはＥＧＲパイプ１４外周面に取付けられ、更にＤＣモータ１６ｂはケース外面に取付けられる。
【００１１】
一方、ＥＧＲ弁１６近傍のＥＧＲパイプ１４周壁には回動軸１６ｄをバイパスするバイパス通路１４ａが設けられる。このバイパス通路１４ａの一端はＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより排気マニホルド１３ａ側のＥＧＲパイプ１４に連通し、他端はＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより吸気管１２ａ側のＥＧＲパイプ１４に連通するように構成される。またリード弁１７はバイパス通路１４ａの他端を開閉するように取付けられる。具体的には、リード弁１７は板ばねにより形成され、その一端がバイパス通路１４ａの他端近傍のＥＧＲパイプ１４内壁にボルト２１にて固定される。これによりリード弁１７はＥＧＲパイプ１４内及びバイパス通路１４ａ内の差圧により開閉するように構成される。
【００１２】
またＥＧＲ弁本体１６ａは、ＥＧＲパイプ１４及びバイパス通路１４ａの双方を閉止する全閉位置（図１の実線で示す位置）と、ＥＧＲパイプ１４を閉止しかつバイパス通路１４ａを開放する半開位置（図１の破線で示す位置）と、ＥＧＲパイプ１４及びバイパス通路１４ａの双方を開放する全開位置（図１の二点鎖線で示す位置）との間を回動可能に構成される。ＥＧＲ弁本体１６ａが全閉位置に位置するとき、ＥＧＲ弁本体１６ａの周縁がＥＧＲパイプ１４内に形成された弁座１４ｂに密着するため、バイパス通路１４ａの一端及びＥＧＲパイプ１４が全閉になって、排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂへの排ガスの流れが完全に停止するようになっている。またＥＧＲ弁本体１６ａが半開位置に位置するとき、バイパス通路１４ａの一端が開放され、かつＥＧＲパイプ１４がほぼ閉止される（ＥＧＲ弁本体１６ａ外周面とＥＧＲパイプ１４内周面との間に隙間が形成されるため、排ガスがこの隙間を通って僅かに流れる。）。更にＥＧＲ弁本体１６ａが全開位置に位置するとき、バイパス通路１４ａの一端及びＥＧＲパイプ１４が全開になる。ＤＣモータ１４ｂは上記全閉位置、半開位置及び全開位置にこの順に又は逆の順で連続的にＥＧＲ弁本体１６ａを駆動するように構成される。
【００１３】
排気管１３ｂの途中には、排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２２が設けられる。このパティキュレートフィルタ２２は酸化触媒としての機能を有する触媒付きハニカムフィルタであって、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有する。また隔壁には、白金−ゼオライト触媒又は白金−セリア−ゼオライト触媒がコーティングされる。更に排気管１３ｂには、パティキュレートフィルタ２２に堆積したパティキュレートを燃焼除去するために炭化水素を供給する炭化水素供給手段（図示せず）が設けられる。この炭化水素供給手段は、図示しないが、軽油（炭化水素系液体）を貯留するタンクと、パティキュレートフィルタ２２より排ガス上流側の排気管に挿入されたノズルと、タンクとノズルとを連通接続する供給管に設けられタンク内の軽油をノズルに供給するポンプとを有する。
【００１４】
パティキュレートフィルタ２２より排ガス上流側の排気管１３ｂにはこの排気管内の排ガス圧力を検出する第１圧力センサ３１が設けられ、パティキュレートフィルタ２２より排ガス下流側の排気管１３ｂにはこの排気管内の排ガス圧力を検出する第２圧力センサ３２が設けられる。また第１圧力センサ３１より排ガス上流側の排気管１３ｂにはこの排気管内の排ガス温度を検出する温度センサ２３が設けられ、エンジン１１のクランク軸１１ａ近傍にはこのクランク軸の回転速度は検出する回転センサ２４が設けられる。更にエンジン１１の負荷は負荷センサ２６により検出される。コントローラ２７の制御入力には第１圧力センサ３１、第２圧力センサ３２、温度センサ２３、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力が接続され、コントローラ２７の制御出力はＤＣモータ１６ｂ及びポンプに接続される。またコントローラ２７にはメモリ２８が設けられる。このメモリには、パティキュレートフィルタ２２へのパティキュレートの堆積量に応じた軽油の噴射時期がマップとして記憶される。またメモリ２８には、排ガス温度、エンジン１１の回転速度及びエンジン１１の負荷の変化や、上記軽油の噴射の有無に応じたＥＧＲ弁本体１６ａの開度がマップとして記憶される。
【００１５】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動して暖機運転終了直後や信号待ちなどのエンジン１１の極低速回転域では、コントローラ２７は温度センサ２３、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいてＤＣモータ１６ｂを制御する。このＤＣモータの回転によりピニオン１９ａに噛合するラック１９ｂが平行移動してレバー１９ｃを回転させ、ＥＧＲ弁本体１６ａが半開位置（図１の破線で示す位置）に至る。このときエンジン１１の回転速度が６００ｒｐｍ程度と極めて低いため、エンジン１１から排出される排ガスに脈動が発生している。しかし、バイパス通路１４ａの一端が開放されているので、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４内の圧力より大きくなったときに、リード弁１７が弾性変形してバイパス通路１４ａの他端が開放され、排ガスがバイパス通路１４ａからＥＧＲクーラ１８、吸気管１２ｂ及び吸気マニホルド１２ａを通ってエンジン１１に還流される。この結果、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。なお、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４内の圧力より小さくなったときには、リード弁１７がバイパス通路１４ａの他端を開放しないので、ＥＧＲパイプ１４内の排ガスが吸気管１２ｂ側から排気マニホルド１３ａ側に逆流することはない。また加速時などの車両の過渡運転域においてもコントローラ２７は上記同様にＤＣモータ１６ｂを制御する。
【００１６】
また車両の定速走行時には、コントローラ２７は走行状態に応じて、即ち温度センサ２３、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいてＤＣモータ１６ｂを制御する。このＤＣモータの回転によりピニオン１９ａに噛合するラック１９ｂが平行移動してレバー１９ｃを回転させ、ＥＧＲ弁本体１６ａが半開位置（図１の破線で示す位置）から全開位置（図１の二点鎖線で示す位置）の間の所定の位置に一時的に固定される。これにより最適な量の排ガスがＥＧＲパイプ１４又はこのＥＧＲパイプ及びバイパス通路１４ａからＥＧＲクーラ１８、吸気管１２ｂ及び吸気マニホルド１２ａを通ってエンジン１１に還流される。この結果、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。
【００１７】
更にパティキュレートフィルタ２２に所定量以上のパティキュレートが堆積すると、第１及び第２圧力センサ３１，３２の各検出出力の差圧が所定値以上になる。このときコントローラ２７はポンプを制御してノズルから軽油を噴射すると同時に、ＤＣモータ１６ｂを制御してＥＧＲ弁本体１６ａを全閉位置まで回転させる。上記軽油の噴射により炭化水素が生成され、この炭化水素はパティキュレートフィルタ２２に流入したときにフィルタに担持された白金の酸化作用により酸化・燃焼され、このとき発生する反応熱によりフィルタ２２に捕集されたパティキュレートが燃焼処理される。またＥＧＲ弁本体１６ａによりバイパス通路１４ａの一端及びＥＧＲパイプ１４が完全に閉止され、炭化水素を多量に含んだ排ガスがＥＧＲクーラ１８に流入しないので、炭化水素のＥＧＲクーラ１８への付着を阻止でき、これによりＥＧＲクーラ１８の目詰まりを防止できる。
【００１８】
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図１及び図２において図３及び図４と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、エンジン１１にターボ過給機５１が搭載される。このターボ過給機は、パティキュレートフィルタ２２より排ガス上流側の排気管１３ｂに設けられたタービンケース５１ａと、ＥＧＲパイプ１４の他端の接続部より吸気上流側の吸気管１２ｂに設けられたコンプレッサケース５１ｂと、ＥＧＲパイプ１４の他端の接続部とコンプレッサケース５１ｂとの間の吸気管１２ｂに設けられターボ過給機５１により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ５２とが設けられる。図示しないがタービンケース５１ａにはタービンホイールが回転可能に設けられ、コンプレッサケース５１ｂ内にはコンプレッサホイールが回転可能に設けられ、これらのホイールはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービンホイール及びシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、このコンプレッサホイールの回転により吸気管１２ｂ内の吸入空気が圧縮されるように構成される。またＥＧＲ弁１６の弁駆動手段５６ｂは、この実施の形態では、ステッピングモータである。ステッピングモータ５６ｂの出力軸は動力伝達手段である減速機５９を介して回動軸１６ｄに連結される。なお、ステッピングモータのトルクが大きければ、ステッピングモータの出力軸を回動軸に直接接続してもよい。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００１９】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置では、弁駆動手段としてステッピングモータ５６ｂを用い、動力伝達手段として減速機５９を用いたので、これらの部材の設置スペースを第１の実施の形態より小さくできる。また加速時などの車両の過渡運転域では、ターボ過給機５１により吸気が過給されるため、吸気管１２ｂ内の吸気圧が大きくなる。このときコントローラ２７はステッピングモータ５６ｂを制御してＥＧＲ弁本体１６ａを半開位置（図１の破線で示す位置）まで回転させる。またエンジン１１から排出される排ガスに脈動が発生するけれども、バイパス通路１４ａの一端が開放されているので、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４内の圧力より大きくなったときに、リード弁１７が弾性変形してバイパス通路１４ａの他端が開放され、排ガスがバイパス通路１４ａからＥＧＲクーラ１８、吸気管１２ｂ及び吸気マニホルド１２ａを通ってエンジン１１に還流される。この結果、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２０】
なお、上記第１の実施の形態では、弁駆動手段としてＤＣモータを挙げ、上記第２の実施の形態では、弁駆動手段としてステッピングモータを挙げたが、リニアソレノイドやエアシリンダを用いてもよい。
また、上記第１及び第２の実施の形態では、この制御入力に第１圧力センサ、第２圧力センサ、温度センサ、回転センサ及び負荷センサを接続したが、これらに加えて排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサや排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ等をコントローラに制御入力に接続してもよい。これらによりＥＧＲ弁の開度をより運転状況に合せて制御できるので、ＮＯｘの排出を更に抑制できる。
更に、上記第１の実施の形態では、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを酸化・燃焼するために、炭化水素供給手段のノズルから軽油を噴射して炭化水素を生成し、この炭化水素をパティキュレートフィルタに供給したが、上記炭化水素供給手段を用いずに、エンジンへの燃料の主噴射の後にポスト噴射を行うことにより未燃の炭化水素を発生させ、この未燃の炭化水素をパティキュレートフィルタに供給してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＥＧＲ弁をＥＧＲ弁本体及び弁駆動手段を有するバタフライ弁により構成し、一端がＥＧＲ弁本体の回動軸より排気通路側のＥＧＲ通路に連通するバイパス通路の他端をＥＧＲ弁本体の回動軸より吸気通路側のＥＧＲ通路に連通し、バイパス通路の他端をリード弁が開閉し、更にＥＧＲ弁本体が全閉位置と半開位置と全開位置との間を回動するように構成したので、エンジンの極低速回転域又はエンジンの過渡運転域で、エンジンから排出される排ガスに脈動が発生するけれども、バイパス通路内の圧力が吸気通路側のＥＧＲ通路内の圧力より大きくなったときに、リード弁によりバイパス通路の他端が開放される。この結果、排ガスがバイパス通路から吸気通路を通ってエンジンに還流されるので、エンジンにおける燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。
【００２２】
また排ガスをＥＧＲ通路に流すことが好ましくない場合には、ＥＧＲ弁本体を全閉位置に位置させるだけで、排ガスはＥＧＲ通路に全く流れない。
更にＥＧＲ弁とリード弁がＥＧＲ通路にそれぞれ独立して設けられ装置が大型化する従来のＥＧＲ装置と比較して、本発明では、バタフライ弁式のＥＧＲ弁にリード弁を組込んだため、ＥＧＲ弁及びリード弁を比較的小さいスペースに収容できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンの排ガス再循環装置を示す構成図。
【図２】ＤＣモータ及び動力伝達手段によるＥＧＲ弁本体の回動機構を示すＥＧＲパイプの要部側面図。
【図３】本発明第２実施形態のエンジンの排ガス再循環装置を示す構成図。
【図４】ステッピングモータによりＥＧＲ弁本体の回動機構を示すＥＧＲパイプの曜日破断斜視図。
【符号の説明】
１１ ディーゼルエンジン
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）
１４ａ バイパス通路
１６，５６ ＥＧＲ弁
１６ａ ＥＧＲ弁本体
１６ｂ ＤＣモータ（弁駆動手段）
１６ｄ 回動軸
１７ リード弁
５６ｂ ステッピングモータ（弁駆動手段）
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排ガスの一部を排気系から取出し、吸気系に再循環させてＮＯｘを低減するエンジンの排ガス再循環装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、この種の排ガス再循環装置として、エンジンをバイパスして排気通路及び吸気通路を連通接続するＥＧＲ通路にＥＧＲガス量を制御するＥＧＲ弁が設けられ、このＥＧＲ通路に排気通路から吸気通路の方向の流れを許容しかつ逆方向の流れを阻止するリード弁が設けられたＥＧＲ装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。このＥＧＲ装置では、エンジンにはターボ過給機が搭載され、リード弁より下流側のＥＧＲ通路又は吸気通路にリード弁の部品の通過を妨げる流入阻止部が設けられる。
【０００３】
このように構成されたＥＧＲ装置では、エンジンの回転速度が低速又は中速の領域であり、かつエンジンの負荷が中負荷又は高負荷の領域であっても、即ちターボ過給機の平均ブースト圧が平均排気圧より大きい場合であっても、排気脈動を利用してブースト圧が排気圧より瞬間的に小さくなったときに、リード弁が開いてＥＧＲガスを吸気側に再循環させ、ＮＯｘの排出を低減できる。またリード弁が万一破損してリード弁のリードやその他の部品がＥＧＲ通路内に流れ込んでも、流入阻止部で捕獲できるので、上記部品がエンジン内部に侵入するのを防止できるようになっている。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−６４９１３号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、上記従来の特許文献１に示されたＥＧＲ装置では、ＥＧＲ弁とリード弁がＥＧＲ通路にそれぞれ独立して設けられており、ＥＧＲ弁全開時の比較的多量のＥＧＲガスが変位量の少ないリード弁を通過するには、リード弁のリード自体を大きくするとともにリードにより開閉される孔面積を大きくする必要があるため、装置が大型化する問題点があった。
本発明の目的は、ＥＧＲ弁及びリード弁を比較的小さいスペースに収容できるとともに、エンジンの排ガスに脈動が発生しても、ＥＧＲガスを逆流させずに吸気系に再循環できる、エンジンの排ガス再循環装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に係る発明は、図１及び図２示すように、一端がエンジン１１の排気通路１３に接続され他端がエンジン１１の吸気通路１２に接続されたＥＧＲ通路１４と、ＥＧＲ通路１４に設けられエンジン１１の運転状況によりＥＧＲ通路１４を開閉するＥＧＲ弁１６と、ＥＧＲ通路１４に設けられ排気通路１３から吸気通路１２への排ガスの流れを許容しその逆の流れを阻止するリード弁１７とを備えたエンジンの排ガス再循環装置の改良である。
その特徴ある構成は、ＥＧＲ弁１６がＥＧＲ通路１４内に回動可能に設けられたＥＧＲ弁本体１６ａとこのＥＧＲ弁本体を駆動する弁駆動手段１６ｂとを有するバタフライ弁により構成され、一端がＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより排気通路１３側のＥＧＲ通路１４に連通しかつ他端がＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより吸気通路１２側のＥＧＲ通路１４に連通するバイパス通路１４ａがＥＧＲ通路１３に設けられ、リード弁１７がバイパス通路１４ａの他端を開閉するように取付けられ、ＥＧＲ弁本体１６ａが、ＥＧＲ通路１４及びバイパス通路１４ａの双方を閉止する全閉位置と、ＥＧＲ通路１４を閉止しかつバイパス通路１４ａを開放する半開位置と、ＥＧＲ通路１４及びバイパス通路１４ａの双方を開放する全開位置との間を回動可能に構成されたところにある。
【０００７】
この請求項１に記載されたエンジンの排ガス再循環装置では、アイドリング時などのエンジン１１の極低速回転域又は加速時などのエンジン１１の過渡運転域において、エンジン１１から排出される排ガスに脈動が発生するけれども、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気通路１２側のＥＧＲ通路１４内の圧力より大きくなったときに、リード弁１７によりバイパス通路１４ａの他端が開放されるので、排ガスがバイパス通路１４ａから吸気通路１２を通ってエンジン１１に還流される。なお、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気通路１２側のＥＧＲ通路１４内の圧力より小さくなったときには、リード弁１７がバイパス通路１４ａの他端を開放しないので、ＥＧＲ通路１４内の排ガスが吸気通路１２側から排気通路１３側に逆流することはない。
また排ガスをＥＧＲ通路１４に流すことが好ましくない場合、例えば排ガスに多量の炭化水素等が含まれる場合には、ＥＧＲ弁本体１６ａを全閉位置に位置させる。これにより炭化水素等を多量に含んだ排ガスがＥＧＲ通路１４に全く流れない。
【０００８】
【発明の実施の形態】
次に本発明の第１の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように、車両のディーゼルエンジン１１の吸気ポートには吸気マニホルド１２ａを介して吸気管１２ｂが接続され、排気ポートには排気マニホルド１３ａを介して排気管１３ｂが接続される。排気マニホルド１３ａにはＥＧＲパイプ１４の一端が接続され、吸気管１２ｂにはＥＧＲパイプ１４の他端が接続される。このＥＧＲパイプ１４には、エンジン１１の運転状況によりＥＧＲパイプ１４を開閉するＥＧＲ弁１６と、排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂへの排ガスの流れを許容しその逆の流れを阻止するリード弁１７とが設けられる。またＥＧＲ弁１６より吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４には、このＥＧＲパイプを流れる排ガスを冷却するＥＧＲクーラ１８が設けられる。なお、上記吸気マニホルド１２ａと吸気管１２ｂにより吸気通路１２が構成され、排気マニホルド１３ａと排気管１３ｂにより排気通路１３が構成される。
【０００９】
ＥＧＲ弁１６は、バタフライ弁により構成され、ＥＧＲパイプ１４内に回動可能に設けられたＥＧＲ弁本体１６ａと、ＥＧＲ弁本体を駆動する弁駆動手段１６ｂとを有する。ＥＧＲ弁本体１６ａは円板状に形成され、一方の周縁から中心を通って他方の周縁に達する通孔１６ｃが形成される。またＥＧＲパイプ１４には回動軸１６ｄが回動可能に挿通され、この回動軸１６ｄに上記通孔１６ｃを嵌入することによりＥＧＲ弁本体１６ａが回動軸１６ｄに固着される。弁駆動手段１６ｂは、この実施の形態ではＤＣモータであり、このＤＣモータ１６ｂの出力軸１６ｅと回動軸１６ｄとの間には動力伝達手段１９が設けられる。
【００１０】
動力伝達手段１９は、出力軸１６ｅに嵌着されたピニオン１９ａと、このピニオンに噛合しかつＥＧＲパイプ１４の長手方向に延びるラック１９ｂと、ラックの一端と回動軸１６ｄとを連結するレバー１９ｃとを有する。ラック１９ｂは滑り軸受１９ｄにより摺動可能に保持され、ラック１９ｂの一端にはＥＧＲパイプ１４に直交する方向に延びる長孔１９ｅが形成される。またレバー１９ｃの基端はＥＧＲパイプ１４から突出する回動軸１６ｄに嵌着され、レバー１９ｃの先端には上記長孔１９ｅに摺動可能に挿入されるピン１９ｆが突設される。なお、ラック１９ｂ、レバー１９ｃ及び滑り軸受１９ｄはケース（図示せず）に収容され、このケースはＥＧＲパイプ１４外周面に取付けられ、更にＤＣモータ１６ｂはケース外面に取付けられる。
【００１１】
一方、ＥＧＲ弁１６近傍のＥＧＲパイプ１４周壁には回動軸１６ｄをバイパスするバイパス通路１４ａが設けられる。このバイパス通路１４ａの一端はＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより排気マニホルド１３ａ側のＥＧＲパイプ１４に連通し、他端はＥＧＲ弁本体１６ａの回動軸１６ｄより吸気管１２ａ側のＥＧＲパイプ１４に連通するように構成される。またリード弁１７はバイパス通路１４ａの他端を開閉するように取付けられる。具体的には、リード弁１７は板ばねにより形成され、その一端がバイパス通路１４ａの他端近傍のＥＧＲパイプ１４内壁にボルト２１にて固定される。これによりリード弁１７はＥＧＲパイプ１４内及びバイパス通路１４ａ内の差圧により開閉するように構成される。
【００１２】
またＥＧＲ弁本体１６ａは、ＥＧＲパイプ１４及びバイパス通路１４ａの双方を閉止する全閉位置（図１の実線で示す位置）と、ＥＧＲパイプ１４を閉止しかつバイパス通路１４ａを開放する半開位置（図１の破線で示す位置）と、ＥＧＲパイプ１４及びバイパス通路１４ａの双方を開放する全開位置（図１の二点鎖線で示す位置）との間を回動可能に構成される。ＥＧＲ弁本体１６ａが全閉位置に位置するとき、ＥＧＲ弁本体１６ａの周縁がＥＧＲパイプ１４内に形成された弁座１４ｂに密着するため、バイパス通路１４ａの一端及びＥＧＲパイプ１４が全閉になって、排気マニホルド１３ａから吸気管１２ｂへの排ガスの流れが完全に停止するようになっている。またＥＧＲ弁本体１６ａが半開位置に位置するとき、バイパス通路１４ａの一端が開放され、かつＥＧＲパイプ１４がほぼ閉止される（ＥＧＲ弁本体１６ａ外周面とＥＧＲパイプ１４内周面との間に隙間が形成されるため、排ガスがこの隙間を通って僅かに流れる。）。更にＥＧＲ弁本体１６ａが全開位置に位置するとき、バイパス通路１４ａの一端及びＥＧＲパイプ１４が全開になる。ＤＣモータ１４ｂは上記全閉位置、半開位置及び全開位置にこの順に又は逆の順で連続的にＥＧＲ弁本体１６ａを駆動するように構成される。
【００１３】
排気管１３ｂの途中には、排ガス中のパティキュレートを捕集するパティキュレートフィルタ２２が設けられる。このパティキュレートフィルタ２２は酸化触媒としての機能を有する触媒付きハニカムフィルタであって、コージェライトのようなセラミックスからなる多孔質の隔壁で仕切られた多角形断面を有する。また隔壁には、白金−ゼオライト触媒又は白金−セリア−ゼオライト触媒がコーティングされる。更に排気管１３ｂには、パティキュレートフィルタ２２に堆積したパティキュレートを燃焼除去するために炭化水素を供給する炭化水素供給手段（図示せず）が設けられる。この炭化水素供給手段は、図示しないが、軽油（炭化水素系液体）を貯留するタンクと、パティキュレートフィルタ２２より排ガス上流側の排気管に挿入されたノズルと、タンクとノズルとを連通接続する供給管に設けられタンク内の軽油をノズルに供給するポンプとを有する。
【００１４】
パティキュレートフィルタ２２より排ガス上流側の排気管１３ｂにはこの排気管内の排ガス圧力を検出する第１圧力センサ３１が設けられ、パティキュレートフィルタ２２より排ガス下流側の排気管１３ｂにはこの排気管内の排ガス圧力を検出する第２圧力センサ３２が設けられる。また第１圧力センサ３１より排ガス上流側の排気管１３ｂにはこの排気管内の排ガス温度を検出する温度センサ２３が設けられ、エンジン１１のクランク軸１１ａ近傍にはこのクランク軸の回転速度は検出する回転センサ２４が設けられる。更にエンジン１１の負荷は負荷センサ２６により検出される。コントローラ２７の制御入力には第１圧力センサ３１、第２圧力センサ３２、温度センサ２３、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力が接続され、コントローラ２７の制御出力はＤＣモータ１６ｂ及びポンプに接続される。またコントローラ２７にはメモリ２８が設けられる。このメモリには、パティキュレートフィルタ２２へのパティキュレートの堆積量に応じた軽油の噴射時期がマップとして記憶される。またメモリ２８には、排ガス温度、エンジン１１の回転速度及びエンジン１１の負荷の変化や、上記軽油の噴射の有無に応じたＥＧＲ弁本体１６ａの開度がマップとして記憶される。
【００１５】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置の動作を説明する。
エンジン１１を始動して暖機運転終了直後や信号待ちなどのエンジン１１の極低速回転域では、コントローラ２７は温度センサ２３、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいてＤＣモータ１６ｂを制御する。このＤＣモータの回転によりピニオン１９ａに噛合するラック１９ｂが平行移動してレバー１９ｃを回転させ、ＥＧＲ弁本体１６ａが半開位置（図１の破線で示す位置）に至る。このときエンジン１１の回転速度が６００ｒｐｍ程度と極めて低いため、エンジン１１から排出される排ガスに脈動が発生している。しかし、バイパス通路１４ａの一端が開放されているので、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４内の圧力より大きくなったときに、リード弁１７が弾性変形してバイパス通路１４ａの他端が開放され、排ガスがバイパス通路１４ａからＥＧＲクーラ１８、吸気管１２ｂ及び吸気マニホルド１２ａを通ってエンジン１１に還流される。この結果、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。なお、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４内の圧力より小さくなったときには、リード弁１７がバイパス通路１４ａの他端を開放しないので、ＥＧＲパイプ１４内の排ガスが吸気管１２ｂ側から排気マニホルド１３ａ側に逆流することはない。また加速時などの車両の過渡運転域においてもコントローラ２７は上記同様にＤＣモータ１６ｂを制御する。
【００１６】
また車両の定速走行時には、コントローラ２７は走行状態に応じて、即ち温度センサ２３、回転センサ２４及び負荷センサ２６の各検出出力に基づいてＤＣモータ１６ｂを制御する。このＤＣモータの回転によりピニオン１９ａに噛合するラック１９ｂが平行移動してレバー１９ｃを回転させ、ＥＧＲ弁本体１６ａが半開位置（図１の破線で示す位置）から全開位置（図１の二点鎖線で示す位置）の間の所定の位置に一時的に固定される。これにより最適な量の排ガスがＥＧＲパイプ１４又はこのＥＧＲパイプ及びバイパス通路１４ａからＥＧＲクーラ１８、吸気管１２ｂ及び吸気マニホルド１２ａを通ってエンジン１１に還流される。この結果、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。
【００１７】
更にパティキュレートフィルタ２２に所定量以上のパティキュレートが堆積すると、第１及び第２圧力センサ３１，３２の各検出出力の差圧が所定値以上になる。このときコントローラ２７はポンプを制御してノズルから軽油を噴射すると同時に、ＤＣモータ１６ｂを制御してＥＧＲ弁本体１６ａを全閉位置まで回転させる。上記軽油の噴射により炭化水素が生成され、この炭化水素はパティキュレートフィルタ２２に流入したときにフィルタに担持された白金の酸化作用により酸化・燃焼され、このとき発生する反応熱によりフィルタ２２に捕集されたパティキュレートが燃焼処理される。またＥＧＲ弁本体１６ａによりバイパス通路１４ａの一端及びＥＧＲパイプ１４が完全に閉止され、炭化水素を多量に含んだ排ガスがＥＧＲクーラ１８に流入しないので、炭化水素のＥＧＲクーラ１８への付着を阻止でき、これによりＥＧＲクーラ１８の目詰まりを防止できる。
【００１８】
図３及び図４は本発明の第２の実施の形態を示す。図１及び図２において図３及び図４と同一符号は同一部品を示す。
この実施の形態では、エンジン１１にターボ過給機５１が搭載される。このターボ過給機は、パティキュレートフィルタ２２より排ガス上流側の排気管１３ｂに設けられたタービンケース５１ａと、ＥＧＲパイプ１４の他端の接続部より吸気上流側の吸気管１２ｂに設けられたコンプレッサケース５１ｂと、ＥＧＲパイプ１４の他端の接続部とコンプレッサケース５１ｂとの間の吸気管１２ｂに設けられターボ過給機５１により圧縮された吸気を冷却するインタクーラ５２とが設けられる。図示しないがタービンケース５１ａにはタービンホイールが回転可能に設けられ、コンプレッサケース５１ｂ内にはコンプレッサホイールが回転可能に設けられ、これらのホイールはシャフトにより連結される。エンジン１１から排出される排ガスのエネルギによりタービンホイール及びシャフトを介してコンプレッサホイールが回転し、このコンプレッサホイールの回転により吸気管１２ｂ内の吸入空気が圧縮されるように構成される。またＥＧＲ弁１６の弁駆動手段５６ｂは、この実施の形態では、ステッピングモータである。ステッピングモータ５６ｂの出力軸は動力伝達手段である減速機５９を介して回動軸１６ｄに連結される。なお、ステッピングモータのトルクが大きければ、ステッピングモータの出力軸を回動軸に直接接続してもよい。上記以外は第１の実施の形態と同一に構成される。
【００１９】
このように構成されたエンジンの排ガス再循環装置では、弁駆動手段としてステッピングモータ５６ｂを用い、動力伝達手段として減速機５９を用いたので、これらの部材の設置スペースを第１の実施の形態より小さくできる。また加速時などの車両の過渡運転域では、ターボ過給機５１により吸気が過給されるため、吸気管１２ｂ内の吸気圧が大きくなる。このときコントローラ２７はステッピングモータ５６ｂを制御してＥＧＲ弁本体１６ａを半開位置（図１の破線で示す位置）まで回転させる。またエンジン１１から排出される排ガスに脈動が発生するけれども、バイパス通路１４ａの一端が開放されているので、バイパス通路１４ａ内の圧力が吸気管１２ｂ側のＥＧＲパイプ１４内の圧力より大きくなったときに、リード弁１７が弾性変形してバイパス通路１４ａの他端が開放され、排ガスがバイパス通路１４ａからＥＧＲクーラ１８、吸気管１２ｂ及び吸気マニホルド１２ａを通ってエンジン１１に還流される。この結果、エンジン１１における燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。上記以外の動作は第１の実施の形態の動作と略同様であるので、繰返しの説明を省略する。
【００２０】
なお、上記第１の実施の形態では、弁駆動手段としてＤＣモータを挙げ、上記第２の実施の形態では、弁駆動手段としてステッピングモータを挙げたが、リニアソレノイドやエアシリンダを用いてもよい。
また、上記第１及び第２の実施の形態では、この制御入力に第１圧力センサ、第２圧力センサ、温度センサ、回転センサ及び負荷センサを接続したが、これらに加えて排ガス中の酸素濃度を検出するＯ2センサや排ガス中のＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘセンサ等をコントローラに制御入力に接続してもよい。これらによりＥＧＲ弁の開度をより運転状況に合せて制御できるので、ＮＯｘの排出を更に抑制できる。
更に、上記第１の実施の形態では、パティキュレートフィルタに堆積したパティキュレートを酸化・燃焼するために、炭化水素供給手段のノズルから軽油を噴射して炭化水素を生成し、この炭化水素をパティキュレートフィルタに供給したが、上記炭化水素供給手段を用いずに、エンジンへの燃料の主噴射の後にポスト噴射を行うことにより未燃の炭化水素を発生させ、この未燃の炭化水素をパティキュレートフィルタに供給してもよい。
【００２１】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明によれば、ＥＧＲ弁をＥＧＲ弁本体及び弁駆動手段を有するバタフライ弁により構成し、一端がＥＧＲ弁本体の回動軸より排気通路側のＥＧＲ通路に連通するバイパス通路の他端をＥＧＲ弁本体の回動軸より吸気通路側のＥＧＲ通路に連通し、バイパス通路の他端をリード弁が開閉し、更にＥＧＲ弁本体が全閉位置と半開位置と全開位置との間を回動するように構成したので、エンジンの極低速回転域又はエンジンの過渡運転域で、エンジンから排出される排ガスに脈動が発生するけれども、バイパス通路内の圧力が吸気通路側のＥＧＲ通路内の圧力より大きくなったときに、リード弁によりバイパス通路の他端が開放される。この結果、排ガスがバイパス通路から吸気通路を通ってエンジンに還流されるので、エンジンにおける燃料の燃焼温度が低下し、ＮＯｘの発生を抑制できる。
【００２２】
また排ガスをＥＧＲ通路に流すことが好ましくない場合には、ＥＧＲ弁本体を全閉位置に位置させるだけで、排ガスはＥＧＲ通路に全く流れない。
更にＥＧＲ弁とリード弁がＥＧＲ通路にそれぞれ独立して設けられ装置が大型化する従来のＥＧＲ装置と比較して、本発明では、バタフライ弁式のＥＧＲ弁にリード弁を組込んだため、ＥＧＲ弁及びリード弁を比較的小さいスペースに収容できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のエンジンの排ガス再循環装置を示す構成図。
【図２】ＤＣモータ及び動力伝達手段によるＥＧＲ弁本体の回動機構を示すＥＧＲパイプの要部側面図。
【図３】本発明第２実施形態のエンジンの排ガス再循環装置を示す構成図。
【図４】ステッピングモータによりＥＧＲ弁本体の回動機構を示すＥＧＲパイプの曜日破断斜視図。
【符号の説明】
１１ ディーゼルエンジン
１２ 吸気通路
１３ 排気通路
１４ ＥＧＲパイプ（ＥＧＲ通路）
１４ａ バイパス通路
１６，５６ ＥＧＲ弁
１６ａ ＥＧＲ弁本体
１６ｂ ＤＣモータ（弁駆動手段）
１６ｄ 回動軸
１７ リード弁
５６ｂ ステッピングモータ（弁駆動手段）
Claims (2)
- 一端がエンジン(11)の排気通路(13)に接続され他端が前記エンジン(11)の吸気通路(12)に接続されたＥＧＲ通路(14)と、前記ＥＧＲ通路(14)に設けられ前記エンジン(11)の運転状況により前記ＥＧＲ通路(14)を開閉するＥＧＲ弁(16)と、前記ＥＧＲ通路(14)に設けられ前記排気通路(13)から前記吸気通路(12)への排ガスの流れを許容しその逆の流れを阻止するリード弁(17)とを備えたエンジンの排ガス再循環装置において、
前記ＥＧＲ弁(16)が前記ＥＧＲ通路(14)内に回動可能に設けられたＥＧＲ弁本体(16a)と前記ＥＧＲ弁本体(16a)を駆動する弁駆動手段(16b)とを有するバタフライ弁により構成され、
一端が前記ＥＧＲ弁本体(16a)の回動軸(16d)より排気通路(13)側のＥＧＲ通路(14)に連通しかつ他端が前記ＥＧＲ弁本体(16a)の回動軸(16d)より吸気通路(12)側のＥＧＲ通路(14)に連通するバイパス通路(14a)が前記ＥＧＲ通路(14)に設けられ、
前記リード弁(17)が前記バイパス通路(14a)の他端を開閉するように取付けられ、
前記ＥＧＲ弁本体(16)が、前記ＥＧＲ通路(14)及び前記バイパス通路(14a)の双方を閉止する全閉位置と、前記ＥＧＲ通路(14)を閉止しかつ前記バイパス通路(14a)を開放する半開位置と、前記ＥＧＲ通路(14)及び前記バイパス通路(14a)の双方を開放する全開位置との間を回動可能に構成されたことを特徴とするエンジンの排ガス再循環装置。 - 弁駆動手段(16b)が全閉位置、半開位置及び全開位置にこの順に又は逆の順で連続的にＥＧＲ弁本体(16a)を駆動するＤＣモータ、ステッピングモータ、リニアソレノイド又はエアシリンダである請求項１記載のエンジンの排ガス再循環装置。
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