JPH1073053A - 吸気絞り装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 吸気管内の絞り弁の開閉作動を機関の運転状
態によって変化するＥＧＲ温度及び吸気負圧に応じて機
械的に制御することが可能な吸気絞り装置を提供する。 【解決手段】 排気ガスの一部を排気系から取り出し、
吸気管１内に設けられた絞り弁３の下流側に還流する排
気ガス再循環装置を備えた内燃機関の吸気絞り装置にお
いて、絞り弁３を常に閉じ側に付勢する捩じりバネ７を
形状記憶合金から形成し、ＥＧＲガスの低温時には絞り
弁３を閉じ側に作動させ、高温時には絞り弁３を開き側
に作動させるようになし、またＥＧＲガス温度が低い場
合であっても絞り弁３に作用する吸気負圧が大きいとき
は、その吸気負圧により絞り弁３が捩じりバネ７に抗し
て開く構成とした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、排気ガスの一部を
排気系から取り出し、吸気管内に設けられた絞り弁の下
流側に還流する排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲとい
う）を備えた内燃機関の吸気絞り装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、排気ガス中のＮＯx の浄化対
策として、排気ガスの一部を排気系から取出し、適当な
温度・時期・流量等の制御をして吸気系へ再循環させる
排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲという）が知られて
いる。図９は吸気系に還流される排気ガス（以下、ＥＧ
Ｒガスという）の流入量を制御するための従来の吸気絞
り装置を示している。

【０００３】図示のように、従来の吸気絞り装置におい
ては、吸気管３１に設けられた絞り弁（バタフライバル
ブ）３２の下流側に、排気系から取り出したＥＧＲガス
を吸気管３１に戻すためのＥＧＲバルブ３３を備えたＥ
ＧＲパイプ３４が接続されている。排気ガスを吸入空気
に混入すると、ＮＯx を減らすことができる反面、その
分空気が不足するので、高出力を必要とする機関の高負
荷時には、排気ガスの吸入空気への混入を抑制するよう
にしている。また、低温時には、絞り弁３２を閉じ側に
制御してＥＧＲガスが吸気管３１へ流入し易くし、低温
始動時のアイドル安定性を向上するようにしている。

【０００４】従来は上記のような制御を、各種センサに
より機関の運転状態を検出し、制御回路３５から出力さ
れる信号により負圧調整バルブ３６を制御してバキュー
ムポンプより供給される負圧を調整し、ＥＧＲバルブ３
３及び絞り弁３２をそれぞれアクチェータ３７を介して
作動させることにより行っていた。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上述した従
来の制御回路を用いる電気的制御方式では、制御系が複
雑かつ高価なものとなり、好ましくないという問題があ
る。

【０００６】本発明は、上述の問題点に鑑みてなされた
ものであり、その目的とするところは、簡素にして安価
な吸気絞り装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は次のように構成したものである。即ち、請
求項１の発明は、排気ガスの一部を排気系から取り出
し、ＥＧＲバルブを介し、吸気管内に設けられた絞り弁
の下流側に還流する排気ガス再循環装置を備えた内燃機
関の吸気絞り装置において、温度の高低に応じて変形す
ることによって前記絞り弁を開閉作動する感温応動部材
を備えており、その感温応動部材は排気ガスの低温時に
は閉弁側に変形され、高温時には開弁側に変形される構
成としたことを特徴とする。

【０００８】アイドリング運転のような機関の低負荷時
には、燃料噴射量が少ないため排気ガス温度が低い。従
って、機関の低負荷時には、感温応動部材が絞り弁を閉
じるように変形し、吸気絞りを発生させてＥＧＲガスの
流入を促進する。一方、比較的高出力を必要とする機関
の中・高負荷時には燃料噴射量が多いため、排気ガス温
度が高い。従って、機関の中・高負荷時には、感温応動
部材が絞り弁を開くように変形し、吸気絞りを解除して
ＥＧＲガスの流入を抑制し、出力低下を防止する。即
ち、請求項１の発明によれば、排気ガス温度の高低に応
じて絞り弁を機械的に開閉し、吸入管に流入するＥＧＲ
ガス量を制御することができる。

【０００９】請求項２の発明は、排気ガスの一部を排気
系から取り出し、ＥＧＲバルブを介し、吸気管内に設け
られた絞り弁の下流側に還流する排気ガス再循環装置を
備えた内燃機関の吸気絞り装置において、温度の高低に
応じて変形することによって前記絞り弁を開閉作動する
感温応動部材を備えており、その感温応動部材は吸気温
度の低温時には閉弁側に変形され、高温時には開弁側に
変形される構成としたことを特徴とする。

【００１０】機関の低温始動時には、機関の周辺温度が
低温であるため、吸気管内に取り入れられる吸気（新
気）の温度も低い。そのため、感温応動部材が絞り弁を
閉じる側に変形し、吸気絞りを発生させてＥＧＲガスの
流入を促進する。このことにより、燃焼室の室内温度が
上昇し易くなり、暖機性が向上されるとともに、白煙の
発生が低減される。一方、暖機運転後は、機関の周辺温
度の上昇に伴い吸気温度が設定された高温域に達する
と、感温応動部材が絞り弁を開く側に変形し、吸気絞り
を解除してＥＧＲガスの流入を抑制する。即ち、請求項
２の発明によれば、吸気温度の高低に応じて絞り弁を機
械的に開閉し、吸入管に流入するＥＧＲガス量を制御す
ることができる。

【００１１】請求項３の発明は、請求項１又は２記載の
吸気絞り装置において、前記感温応動部材を、形状記憶
合金からなるバネにより形成したことを特徴とする。こ
のような構成としたときは、請求項１又は２の発明と同
様に、排気ガス温度又は吸気温度の高低に応じて形状記
憶合金からなるバネが変形し絞り弁を開閉制御する。ま
た、機関の高速回転時には、インテークマニホールドの
吸気負圧が大きくＥＧＲガスが流入し易いので、このと
きは排気ガス温度又は吸気温度が低い場合であっても、
吸気負圧がバネに打ち勝って絞り弁を開き側に作動し、
ＥＧＲガス量の過剰な流入を抑えるように制御する。

【００１２】

【発明の実施の形態】以下、本発明の第１の実施の形態
を図１〜図３に基づいて具体的に説明する。図１は本実
施の形態に係る吸気絞り装置の説明図、図２は吸気絞り
装置の作用説明図であり、（Ａ）は吸気絞り時を示し、
（Ｂ）は吸気絞り解除時、（Ｃ）は高速回転高負荷にお
けるＥＧＲバルブ閉鎖時を示す。また、図３はＥＧＲガ
ス温度とバルブ開度の関係及び吸気負圧とバルブ開度の
関係を示すグラフである。図１に示すように、吸気管１
内には軸２を中心にして回動自在な絞り弁（バタフライ
バルブ）３が設けられている。吸気管１における絞り弁
３の下流側には、ＥＧＲバルブ４を備えたＥＧＲパイプ
５が接続され、排気系から取り出されたＥＧＲガスが導
入されるようになっている。

【００１３】吸気管１の外側において、絞り弁３の軸２
の一端には、絞り弁３を開閉するための感温応動部材と
しての形状記憶合金からなる捩じりバネ７が設けられ、
その捩じりバネ７は一端が軸２側に固定され、他端が吸
気管１の壁側に固定されている。そして、捩じりバネ７
はＥＧＲパイプ５の端部に設けられたケーシング６によ
り覆われており、排気系から導入されるＥＧＲガスと直
接接触し、ＥＧＲガス温度に応じて変形する。

【００１４】即ち、捩じりバネ７は低温時を定常状態と
し、その定常状態において絞り弁３に閉じる向きのバネ
力が作用するように組付けられ、そして高温時には予め
記憶された所定形状、即ち絞り弁３を開く形状（バネを
巻き込む方向）に変形されるようになっている。

【００１５】なお、排気ガス温度は機種によって多少の
差があるものの、ＥＧＲガスは、ＥＧＲバルブ４の信頼
性・耐久性の都合上、排気ガスを４００℃以下に冷却す
る必要があった。このため、吸気管１に導入されるＥＧ
Ｒガスは、最高が４００℃前後、最低が１００〜２００
℃である。従って、捩じりバネ７の変形温度は上記の最
高温度と最低温度との範囲内で適当に設定される。

【００１６】また、機関回転数が上昇すると、それに比
例してインテークマニホールドの吸気負圧も大きくなる
ので、この現象を利用し、絞り弁３に所定の大きさを越
える吸気負圧が作用したときには、絞り弁３が開くよう
に捩じりバネ７のバネ定数を設定している。このことに
より、低温高速回転時において吸気負圧が大きくなると
ともに排気ガス圧力（以降、背圧と称す）が上昇してＥ
ＧＲガスが流入され易くなることに起因する空気不足が
解消されるようになっている。なお、図１において、８
はブッシュ、９は止め輪を示している。

【００１７】本実施の形態に係る吸気絞り装置は、上述
のように構成したものであり、以下、その作用効果を説
明する。機関の運転時において、ＥＧＲパイプ５により
排気系から取り出されて吸気管１内に還流されるＥＧＲ
ガスの温度が低く、かつ吸気負圧も低いときは、形状記
憶合金からなる捩じりバネ７は、絞り弁３を閉じる形状
に変形する。この場合、絞り弁３は図示省略のストッパ
によって最小開度に保持される。

【００１８】即ち、アイドリング運転のような機関の低
速回転低負荷時には、燃料噴射量が少ないため、排気ガ
ス温度が低い。また、吸気負圧が小さく、背圧も低いた
め、ＥＧＲガスが吸気管１に流入し難い。従って、この
ような場合には、絞り弁３が閉じ側に作動し、図２の
（Ａ）に示すように、新気の流入を抑える吸気絞りを発
生させてＥＧＲガスの流入を促進する。

【００１９】そして、機関の回転数が上昇すると、吸気
負圧が大きくなるとともに背圧が上昇しＥＧＲガスが流
入され易くなって、流入空気が不足する。そこで、ＥＧ
Ｒガス温度が低い場合であっても、絞り弁３に作用する
吸気負圧が大きくなると、吸気負圧が捩じりバネ７に打
ち勝って絞り弁３を開き側に回動し、図２の（Ｂ）に示
すように、吸気絞りを解除する。このことによって、Ｅ
ＧＲガスの流入が抑制されるとともに空気が入り易くな
るため、空気不足が解消される。

【００２０】一方、高出力を必要とする機関の高負荷時
には燃料噴射量が多いため、排気ガス温度が高くなる。
従って、このときは捩じりバネ７が変形して絞り弁３を
開き側に作動し、図２の（Ｂ）に示すように、吸気絞り
を解除してＥＧＲガスが必要以上に流入することを抑制
することにより、空気不足を防止するとともに、出力低
下を防止する。

【００２１】なお、機関が高速回転高負荷にあるような
場合には、ＥＧＲバルブ４が閉鎖され、ＥＧＲガスは吸
気管１内に流入しない。このときは、捩じりバネ７の変
形によって又は吸気負圧によって絞り弁３が開き側に回
動し、図２の（Ｃ）に示すように、吸気絞りが解除され
る。これにより、機関にはＥＧＲガスが混入しない空気
のみが送られるため、高出力を得ることができる。

【００２２】このように、本実施の形態によると、絞り
弁３を常に閉じ側に付勢する捩じりバネ７を形状記憶合
金から形成することにより、図３のグラフに示すよう
に、排気ガス温度の低温時には、絞り弁３を閉じてＥＧ
Ｒガスの流入を促進し、排気ガスの高温時及び吸気負圧
の大きいときには、絞り弁３を開いてＥＧＲガスの流入
を抑制するという制御を機械的に行うことができる。

【００２３】次に、本発明の第２の実施の形態を図４〜
図６に基づいて説明する。この実施の形態にあっては、
図４及び図５に示すように、吸気管１の外側において、
絞り弁３は一端が吸気管１の外壁に、他端が絞り弁３の
軸２に固定された第１の円板１０にそれぞれ掛止された
バネ鋼からなる捩じりバネ１１によって閉じ側に付勢さ
れている。軸２には第２の円板１２が回動可能に取り付
けられ、その第２の円板１２に形成された長円弧状の逃
げ孔１２ａに第１の円板１０に設けた係合ピン１３が摺
動可能に係合されている。

【００２４】一方、吸気管１の外壁には筒体１４がＥＧ
Ｒガスと接触し得るようにケーシング６で囲まれた状態
で取り付けられ、その筒体１４に摺動可能に嵌入された
ピストンロッド１７の突出端部が前記第２の円板１２に
設けたレバー１８の長孔１８ａにピン１９を介して連結
されている。そして、筒体１４は図６に示すように、内
筒１５とそれに嵌着された外筒１６とからなる２重構造
とされ、ピストンを挟んでロッド側には、ＥＧＲガスの
高温時には液化して膨張し、低温時には固化して収縮す
る感温応動部材としてのサーモワックス２０が封入さ
れ、反対側には復帰用の圧縮コイルバネ２１が収容され
ている。なお、その他の構成については前述の第１の実
施の形態と同様である。

【００２５】第２の実施の形態は上記のように構成され
ており、図４の（Ａ）はＥＧＲガスの低温時を示してい
る。このときは、サーモワックス２０が固化して収縮
し、ピストンロッド１７が圧縮コイルバネ２１によって
筒体１４から押し出され、逃げ孔１２ａが係合ピン１３
から離れる方向（閉弁方向）に第２の円板１２を回動さ
せる。そのため、規制を解除された絞り弁３が捩じりバ
ネ１１によって閉じ側に回動されて吸気絞りが発生し、
ＥＧＲガスの導入を促進する。このとき係合ピン１３が
逃げ孔１２ａの端部に当接する。

【００２６】一方、ＥＧＲガスの高温時にはサーモワッ
クス２０が液化して膨張し、ピストンロッド１７が圧縮
コイルバネ２１に抗して筒体１４内に引き込まれ、第２
の円板１２を開弁方向に回動させるため、図４の（Ｂ）
に示すように、係合ピン１３を介して第１の円板１０が
第２の円板１２と一体に回動される。従って、絞り弁３
が捩じりバネ１１に抗して開き側に回動され、吸気絞り
が解除される。

【００２７】また、ＥＧＲガス温度が低い場合であって
も、絞り弁３に作用する吸気負圧が大きいときは、その
吸気負圧によって捩じりバネ１１に抗して絞り弁３が開
き側に回動される。なお、このときは、第１の円板１０
の係合ピン１３が第２の円板１２の逃げ孔１２ａに沿っ
て移動するだけであり、第２の円板１２による規制を受
けることなく、吸気負圧で絞り弁３が開き側に回動され
て吸気絞りが解除されることになる。このように、第２
の実施の形態によるときも、前述した第１の実施の形態
と同様の作用効果を得ることができる。

【００２８】次に、本発明の第３の実施の形態を図７及
び図８に基づいて説明する。この実施の形態において
は、絞り弁３を開閉するための感温応動部材としての形
状記憶合金からなる捩じりバネ２２が吸気管１内に設け
られている。そして、捩じりバネ２２は一端が絞り弁３
の軸２に固定され、他端が吸気管１の内壁に固定されて
おり、吸気管１内の吸気温度に応じて変形する。

【００２９】捩じりバネ２２は低温時を定常状態とし、
その定常状態において絞り弁３に閉じる向きのバネ力が
作用するように組付けられ、高温時には予め記憶された
所定形状、即ち絞り弁３を開く形状（バネを巻き込む方
向）に変形するようになっている。また、捩じりバネ２
２は絞り弁３に所定の大きさを越えるインテークマニホ
ールドの吸気負圧が作用したときには、その吸気負圧に
負けて絞り弁３を開くようにバネ定数が設定されてい
る。なお、その他の構成については、第１の実施の形態
と同様となっているため、それについては同一符号を付
してその説明を省略する。

【００３０】上記のように第３の実施の形態の形態は、
吸気管１内に取り入れられる新気の吸気温度によって絞
り弁３の開閉を制御しようとしたものである。従って、
機関の始動時において、機関周辺（エンジンルーム内）
の温度が低温であれば、エアークリーナを介して吸気管
１内に取り入れられる新気の温度も低い。そのため、吸
気温度が低く、かつ吸気負圧も低いときは、形状記憶合
金からなる捩じりバネ２２は絞り弁３を閉じる向きに変
形し、図８の（Ａ）に示すように、吸気絞りを発生させ
てＥＧＲガスの流入を促進する。

【００３１】このように、低温時においてＥＧＲガスが
吸気系に取り入れられることにより、燃焼室の室内温度
が上昇し易くなり、暖機が促進されるとともに、燃焼温
度が高くなって白煙の発生が低減されることとなり、低
温始動時のアイドル安定性を向上することができる。な
お、このような低温始動時におけるアイドル安定性の向
上効果は、前述した第１及び第２の実施の形態の場合も
同様に得られる。

【００３２】一方、暖機運転後は、エンジンルーム内の
機関周辺温度が上昇しそれに伴い吸気温度が高温の設定
域に到達すると、捩じりバネ２２が絞り弁３を開く向き
に変形し、図８の（Ｂ）に示すように、吸気絞りを解除
してＥＧＲガスの流入を抑制することにより、空気不足
を防止するとともに、出力低下を防止する。

【００３３】また、機関の回転数が上昇すると、吸気負
圧が大きくなるとともに背圧が上昇しＥＧＲガスが流入
され易くなって、流入空気が不足する。そこで、吸気温
度が低い場合であっても、絞り弁３に作用する吸気負圧
が大きくなると、吸気負圧が捩じりバネ７に打ち勝って
絞り弁３を開き側に回動し、この場合も図８の（Ｂ）に
示すように、吸気絞りを解除する。このことによって、
ＥＧＲガスの流入が抑制されるとともに空気が入り易く
なるため、空気不足が解消される。

【００３４】なお、機関の高速回転高負荷時には、ＥＧ
Ｒバルブ４が閉鎖され、ＥＧＲガスは吸気管１内に流入
しない。このときは、捩じりバネ２２の変形によって又
は吸気負圧によって絞り弁３が開き側に回動し、図８の
（Ｃ）に示すように、吸気絞りが解除される。これによ
り、機関にはＥＧＲガスが混入しない空気のみが送られ
るため、高出力を得ることができる。

【００３５】このように、第３の実施の形態によるとき
も、絞り弁３を常に閉じ側に付勢する捩じりバネ２２を
形状記憶合金から形成することにより、第１の実施の形
態の場合と同様に、図３のグラフに示す如く、吸気温度
の低温時には、絞り弁３を閉じてＥＧＲガスの流入を促
進し、吸気温度の高温時及び吸気負圧の大きいときに
は、絞り弁３を開いてＥＧＲガスの流入を抑制するとい
う制御を機械的に行うことができる。

【００３６】なお、実施の形態では、絞り弁３の開閉制
御を温度と吸気負圧による感温応動部材の変形によって
行うとしたが、感温応動部材を吸気負圧には関係なく温
度のみに対応して変形する形態としても差し支えない。
また、実施の形態では、高速回転高負荷時には、ＥＧＲ
バルブ４が閉鎖されてＥＧＲガスが吸気管１に流入しな
い場合で説明したが、ＥＧＲバルブ４は省略しても差し
支えない。

【００３７】また、第１及び第２の実施の形態では、感
温応動部材としての形状記憶合金製の捩じりバネ７及び
サーモワックス１３入り筒体１４を直接ＥＧＲガスに触
れるようにＥＧＲパイプ５内に配置した場合で示してい
るが、ＥＧＲガス温度を感知できる部位であれば、管外
配置であっても差し支えない。さらには、第２の実施の
形態において、ピストンロッド１７のピストンはダイヤ
フラムに変更しても差し支えない。また、感温応動部材
としては、形状記憶合金、サーモワックスの他に、バイ
メタルを使用してもよい。

【００３８】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明によれば、
吸気管内の絞り弁の開閉をＥＧＲガス温度又は吸気温度
に応じて変形する感温応動部材によって制御できるよう
にしたことにより、簡素にして安価な吸気絞り装置を提
供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態に係る吸気絞り装置の説明図
である。

【図２】吸気絞り装置の作用説明図であり、（Ａ）はＥ
ＧＲバルブが開いた状態での吸気絞り時を示し、（Ｂ）
はＥＧＲバルブの開いた状態での吸気絞り解除時を示
し、（Ｃ）はＥＧＲバルブが閉じた状態での吸気絞り解
除時を示す。

【図３】ＥＧＲガス温度とバルブ開度の関係及び吸気負
圧とバルブ開度の関係を示すグラフである。

【図４】第２の実施の形態に係る吸気絞り装置の説明図
であり、（Ａ）は吸気絞り時を示し、（Ｂ）は吸気絞り
解除時を示す。

【図５】図４のＡ部の拡大斜視図である。

【図６】図４のＢ部拡大断面図である。

【図７】第３の実施の形態に係る吸気絞り装置の説明図
である。

【図８】吸気絞り装置の作用説明図であり、（Ａ）はＥ
ＧＲバルブが開いた状態での吸気絞り時を示し、（Ｂ）
はＥＧＲバルブの開いた状態での吸気絞り解除時を示
し、（Ｃ）はＥＧＲバルブが閉じた状態での吸気絞り解
除時を示す。

【図９】従来の吸気絞り装置の説明図である。

【符号の説明】

１…吸気管 ３…絞り弁 ５…ＥＧＲパイプ ７…捩じりバネ（感温応動部材）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 25/07 ５２０ Ｆ０２Ｍ 25/07 ５２０Ｚ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスの一部を排気系から取り出し、
   ＥＧＲバルブを介し、吸気管内に設けられた絞り弁の下
   流側に還流する排気ガス再循環装置を備えた内燃機関の
   吸気絞り装置において、 温度の高低に応じて変形することによって前記絞り弁を
   開閉作動する感温応動部材を備えており、その感温応動
   部材は排気ガスの低温時には閉弁側に変形され、高温時
   には開弁側に変形される構成とした吸気絞り装置。
2. 【請求項２】 排気ガスの一部を排気系から取り出し、
   ＥＧＲバルブを介し、吸気管内に設けられた絞り弁の下
   流側に還流する排気ガス再循環装置を備えた内燃機関の
   吸気絞り装置において、 温度の高低に応じて変形することによって前記絞り弁を
   開閉作動する感温応動部材を備えており、その感温応動
   部材は吸気温度の低温時には閉弁側に変形され、高温時
   には開弁側に変形される構成とした吸気絞り装置。
3. 【請求項３】 前記感温応動部材を、形状記憶合金から
   なるバネにより形成した請求項１又は２記載の吸気絞り
   装置。