(57)【要約】  【課題】急加速時における黒煙の発生を防止する。  【解決手段】吸気通路２と排気通路３とを結ぶ排気ガス再循環通路４の途中に介設されて排気ガスの再循環流量を調節するＥＧＲバルブ１０と、ＥＧＲバルブ１０の開度を制御するバルブコントローラ１１とを備えた排気ガス再循環装置において、ＥＧＲバルブ１０の弁箱１４に嵌合したピストンロッド３８の先端部によってエンジン側接続口２４ｂとの間で吸気通路２の吸気の流量を制御する流量制御部４１を形成し、シリンダ装置２５のシリンダ室２７にはエアポート３１を接続する。急加速時にバルブコントローラ１１の指令に応答してエアポート３１にエアを供給してピストンロッド３８を後退させ吸気通路２を拡大して新鮮な吸気の流量を増加させる。急加速時にエンジンへの新鮮な吸気の供給量を増加させてエンジンでの燃料の完全燃焼を促進できるので、黒煙の発生を防止できる。  【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶ排気ガス再循環通路の途中に介設されて排気ガスの再循環流量を調節する排気ガス再循環バルブと、この排気ガス再循環バルブの開度を制御するバルブコントローラと、急加速時には前記バルブコントローラの指令に応答して前記吸気通路を流通する吸気の流量を増加させる流量制御部とを備えていることを特徴とする排気ガス再循環装置。
【請求項２】
前記流量制御部は、エアの圧力源と、この圧力源からのエアの供給を制御する方向制御弁と、この方向制御弁のエアの給排の切り換えによって後退または前進し前記吸気通路に開口するピストンロッドと、このピストンロッドを摺動自在に支持するシリンダとから構成されていることを特徴とする請求項１に記載の排気ガス再循環装置。
【請求項３】
前記流量制御部のピストンロッドは、通常時には前記シリンダのスプリング室に内装されたスプリングによって前進突出するように配置されており、前記排気ガス再循環路の排ガスが前記ピストンロッドの周囲を流れるエアのエゼクタ効果を利用して吸い出されるように構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の排気ガス再循環装置。
【請求項４】
前記流量制御部のピストンロッドは、急加速時には前記方向制御弁から前記シリンダのシリンダ室に供給されるエアによって速やかに後退させられて、前記吸気通路を拡大させるように構成されていることを特徴とする請求項１、２または３に記載の排気ガス再循環装置。
【請求項５】
前記ピストンロッドの先端には、前記排気ガス再循環通路と前記吸気通路とを連通させるベンチュリーポートが開設されていることを特徴とする請求項４に記載の排気ガス再循環装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気ガス再循環装置に関し、車両の急加速時の黒煙発生防止技術に係り、特に、自動車用ディーゼルエンジンに利用して有効なものに関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用ディーゼルエンジンの排気ガス成分、特に、ＮＯｘを低減する方法の一つとしてＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）法がある。
このＥＧＲ法は、排気ガス再循環バルブ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ  Ｖａｌｖｅ。以下、ＥＧＲバルブという。）をエンジンの排気通路と吸気通路との間に介設し、このＥＧＲバルブによってエンジンの排気ガスの一部を吸気系に戻してやり、新しい空気（吸入空気）と混ぜて燃焼室に送り込むことにより、燃焼室内に吸入された空気の過剰な酸素濃度を下げ、かつ、燃焼熱を奪う分だけ燃焼温度を下げてＮＯｘの生成を抑制する方法である。
【０００３】
ＥＧＲ法はエンジンのポンピングロス（ピストンが吸気を吸い込む仕事）を緩和するので、その分、エンジンの機械効率を向上させることができる。
他方、未燃ガスが燃焼熱を奪う分だけ熱効率を下げることになる。
そこで、エンジンの効率を落とさずにＮＯｘを適正に減らすために、ＥＧＲバルブをコンピュータによって制御するように構成し、エンジンの運転条件（出力、回転数）に応じてＥＧＲガスの量を自動的に制御することが行われている。
【０００４】
一般に、従来の排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置という。）においては、例えば、急発進や追越し加速および急な坂道の走行等の急加速時には、アクセルペダルの踏み込みによる燃料供給量の増加に対して、ソレノイド弁やＥＧＲバルブ等の作動の遅れおよびターボチャージャの慣性ロスによって黒煙が発生するという問題点がある。
【０００５】
急加速時における黒煙の発生を防止するための従来のＥＧＲ装置としては、通常運転では運転状態検出手段からの信号を入力してコントロールユニットからの制御信号によって排気還流を制御し、急加速時にはアクセルスイッチからの制御回路を介して排気還流を直接的に解除し、通常運転で起こる制御弁等の作動遅れによる黒煙の発生を防止するように構成したものがある。例えば、特許文献１参照。
【特許文献１】特開平９−２２２０５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記したＥＧＲ装置においては、急加速時における黒煙の発生を充分に防止することができないという問題点がある。
【０００７】
本発明の目的は、急加速時における黒煙の発生を充分に防止することができるとともに、ポンピングロスを低減することができる排気ガス再循環装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係る排気ガス再循環装置は、エンジンの吸気通路と排気通路とを結ぶ排気ガス再循環通路の途中に介設されて排気ガスの再循環流量を調節する排気ガス再循環バルブと、この排気ガス再循環バルブの開度を制御するバルブコントローラと、急加速時には前記バルブコントローラの指令に応答して前記吸気通路を流通する吸気の流量を増加させる流量制御部とを備えていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
前記した手段によれば、急加速時に新鮮な吸気のエンジンへの供給量を増加することができるので、急加速時における燃料の完全燃焼を促進することができ、黒煙の発生を防止することができるとともに、エンジンのポンピングロスを低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１１】
本実施の形態において、本発明に係るＥＧＲ装置は、大型トラックに搭載されるディーゼルエンジンの排気ガスを再循環させるものとして構成されている。
図１に示されているように、本実施の形態に係るＥＧＲ装置はＥＧＲバルブ１０を備えており、ＥＧＲバルブ１０は大型トラックに使用されるディーゼルエンジン１の吸気通路２と排気通路３とを連結する排気ガス再循環通路４と吸気通路２との接続部に介設されている。
吸気通路２と排気通路３との間には可変容量形のターボチャージャ５が介設されており、ターボチャージャ５はマフラ（図示せず）に至る排気通路３を流れる排気によってタービン５ａが回転駆動され、コンプレッサ５ｂによって新鮮な空気をエアクリーナ（図示せず）から吸い込んでインタクーラ６に送り込むようになっている。
ＥＧＲバルブ１０はインタクーラ６に送り込まれた新鮮な空気に排気ガス再循環通路４からの排気ガスを混合させて、ディーゼルエンジン１のシリンダ１ａに供給するようになっている。
【００１２】
図２に示されているように、ＥＧＲ装置はＥＧＲバルブ１０を制御するバルブコントローラ１１を備えており、バルブコントローラ１１はディーゼルエンジン１を統括的に制御するマザーコントローラ７に接続されている。マザーコントローラ７は急加速を検出する急加速センサ８からの信号に基づいて、黒煙発生防止作動の指令をバルブコントローラ１１に送信するように構成されている。急加速センサ８としては、例えば、アクセルペダルの踏み込み速度を検出するセンサや燃料供給量の増加を検出するセンサがある。
また、黒煙発生防止作動指令の発生方法としては、エンジンの負荷センサ９ａと回転センサ９ｂの信号を入力して、マザーコントローラ７に予め記憶してあるマップ（テーブル）により、黒煙の発生し易い運転条件か否かを判定し、黒煙が発生し易い状況にあるときに黒煙発生防止作動指令を出す方法を、使用してもよい。
なお、黒煙発生防止作動指令の発生方法としては、前述した方法をそれぞれ単独で使用してもよい。
【００１３】
図３に示されているように、ＥＧＲバルブ１０は排気ガスの再循環流量を制御するバタフライ弁１２を備えている。バタフライ弁１２は弁通路１３が形成された一端にフランジ部を有する円筒形状の弁箱１４を備えており、弁通路１３が排気ガス再循環通路４の途中に介設されている。弁箱１４には弁軸１５が弁通路１３の中心線と直交するように回転自在に支承されており、弁軸１５にはバタフライ弁１２の弁体１６が固定されている。弁体１６は弁通路１３の断面形状に対応した楕円形の平板形状に形成されており、所定の角度で弁通路１３を全閉するように設定されている。
【００１４】
図２に示されているように、バタフライ弁１２の近傍にはドライバ１９によって回転駆動されるモータ１８が、ブラケット１７を介して設置されている。ドライバ１９はバルブコントローラ１１によって制御されるように構成されている。また、モータ１８の回動位置はモータ１８の駆動軸の近傍に設けられたホールＩＣ等のポジションセンサ２０によって検出されて、バルブコントローラ１１に送信されるようになっている。
モータ１８には送りねじ軸装置によって構成されたアクチュエータ２１が連設されており、アクチュエータ２１の出力軸２２はリンク機構２３によって弁軸１５に連結されている。すなわち、モータ１８はアクチュエータ２１を往復直線運動させて弁軸１５をリンク機構２３によって回動させることにより、バタフライ弁１２の開度を制御するようになっている。
【００１５】
図１および図３に示されているように、ＥＧＲ装置はＥＧＲバルブ１０を吸気通路２とディーゼルエンジン１の吸気マニホールド１ｂとの間に介設するための取付管２４を備えている。取付管２４は吸気通路側接続口２４ａの中心線とエンジン側接続口２４ｂとが直交するエルボ形状に形成されており、取付管２４のコーナ部の外周側には取付孔２４ｃがエンジン側接続口２４ｂの中心線に直交するように開設されている。
取付管２４の取付孔２４ｃにはシリンダ装置２５のシリンダ２６が嵌入されており、シリンダ２６の中空部はシリンダ室２７とスプリング室２７Ａとによって構成されており、シリンダ室２７およびスプリング室２７Ａはエンジン側接続口２４ｂの中心線上に合致されている。
【００１６】
シリンダ２６のエンジン側接続口２４ｂと反対側の端部には、バタフライ弁１２の弁箱１４が同心円に配されて挿入されており、シリンダ室２７は後述するピストン３８に設けられた外側シールリング４３と、シリンダ２６に設けられたシールリング４５とによって閉塞されている。シリンダ２６のエンジン側接続口２４ｂと反対側端に開設された開口は、弁箱１４の中間部外周に突設されたフランジ部１４ａによって閉塞されている。
シリンダ２６における取付管２４の外側端部にはエアブリーザポート２８が、スプリング室２７Ａのエンジン側接続口２４ｂと反対側の端部を大気と連通するように開設されており、エアブリーザポート２８にはフィルタ２９が設置されている。
【００１７】
シリンダ室２７のエンジン側接続口２４ｂの端部には前進側ストッパ部３０が突設されている。シリンダ２６における取付管２４の内側端部にはエアポート３１が、シリンダ室２７の前進側ストッパ部３０よりもエンジン側接続口２４ｂに寄った部位に連通するように開設されている。
【００１８】
図２に示されているように、エアポート３１にはエア供給通路３２の一端部が接続されており、エア供給通路３２の他端部は方向制御弁３４を介して圧力源３３に接続されている。方向制御弁３４は３ポート・２位置・ＡＲ接続・スプリングオフセット・電磁切換弁により構成されている。方向制御弁３４のソレノイド３５にはバルブコントローラ１１が接続されており、方向制御弁３４はバルブコントローラ１１の切り換え指令に応答してエアをエアポート３１に供給するようになっている。
【００１９】
スプリング室２７Ａにはリターンスプリング３６によって前進側ストッパ部３０の方向に常時付勢されるピストン３７が、弁箱１４に同心円に配されて摺動自在に嵌入されている。ピストン３７の一部分で、吸気通路側に突出しているピストンロッド３８は円筒形状に形成されており、ピストンロッド３８の円筒中空部は排気ガス再循環通路３９を構成している。排気ガス再循環通路３９のエンジン側接続口２４ｂと反対側の端部において、スプリング室２７Ａに挿入された弁箱１４にはピストン３７が摺動自在に外嵌されている。ピストンロッド３８におけるエンジン側接続口２４ｂと反対側の端部には、弁箱１４のフランジ部１４ａに当接する後退側ストッパ部４０が突設されており、後退側ストッパ部４０はピストン３７の後退側の停止位置を規制するように設定されている。
【００２０】
ピストンロッド３８のエンジン側接続口２４ｂ側の端部は、エンジン側接続口２４ｂとの間で吸気の流量を制御する流量制御部４１を構成しており、ピストンロッド３８の流量制御部４１にはベンチュリーポート４２が複数個、排気ガス再循環通路３９の内外を連通させるように開設されている。流量制御部４１は、ピストン３７が前進側ストッパ部３０に当接した状態において、その先端面がエンジン側接続口２４ｂの最小断面積部分Ａよりも僅かに弁箱１４側に位置するように構成されている。
【００２１】
なお、ピストン３７には外側シールリング４３および内側シールリング４４が嵌着されており、シリンダ２６のエンジン側接続口２４ｂ側の端部には、ピストンロッド３８との間をシールするシールリング４５が嵌着されている。さらに、取付管２４とシリンダ２６との間にもシール４６が嵌着されている。
【００２２】
次に、作用を説明する。
まず、通常の排気ガス再循環作動について説明する。
通常の排気ガス再循環作動においては、図３に示されているように、ＥＧＲバルブ１０の弁通路１３が所定の開度に、バルブコントローラ１１の制御によるバタフライ弁１２における弁体１６の回動量に対応して調整される。
ＥＧＲバルブ１０の弁通路１３が所定の開度に調節されると、図１に示されているように、ディーゼルエンジン１の排気通路３からの排気ガス５１が排気ガス再循環通路４の弁通路１３およびシリンダ装置２５の排気ガス再循環通路３９を通じて吸気通路２の一部を構成する取付管２４の通路に、開度に対応した流量だけ還流される。
この際、バタフライ弁１２においては流量係数が大きいため、弁体１６の排気通路３側と吸気通路２側との差圧が小さくとも多くの排気ガス５１を還流させることができる。
【００２３】
吸気通路２の一部である取付管２４の通路に還流された排気ガス５１は、インタクーラ６から供給されて来る新鮮な吸気５２と混合して取付管２４のエンジン側接続口２４ｂを通ってディーゼルエンジン１のシリンダ１ａに供給される。
この際、シリンダ装置２５の排気ガス再循環通路３９に開設された複数個のベンチュリーポート４２から噴出する排気ガス５１が、インタクーラ６からの新鮮な吸気５２を所謂ベンチュリー効果によって吸気通路２の一部である取付管２４の通路に吸い出すために、ディーゼルエンジン１に供給する排気ガス５１の流量を増加させることができる。
また、吸気の流速が早い場所にＥＧＲガスの出口が存在するので、エゼクタ効果によってＥＧＲガスを多く供給することができる。
【００２４】
次に、急加速時における黒煙発生防止作動を説明する。
急発進や追越し加速等の急加速時に、急加速センサ８からの検出信号が入力されたり、または、エンジン回転と負荷のマップから黒煙の発生が予想されるエンジンの運転条件が検出されたりすると、マザーコントローラ７はバタフライ弁１２を全閉させる指令をバルブコントローラ１１に送信する。バルブコントローラ１１はこの指令に応答してモータ１８のドライバ１９に全閉信号を送る。この信号に基づくモータ１８の作動により、図４に示されているように、バタフライ弁１２の弁体１６は弁通路１３を全閉する。これにより、排気ガス５１のディーゼルエンジン１への再循環は停止される。
【００２５】
他方、急発進や追越し加速等の急加速時に、急加速センサ８からの検出信号が入力されたり、または、黒煙の発生が予想されるエンジンの運転条件が検出されたりすると、マザーコントローラ７は黒煙発生防止作動の指令をバルブコントローラ１１に送信する。バルブコントローラ１１はこの指令に応答して方向制御弁３４のソレノイド３５に切換信号を送る。この切換信号に基づく方向制御弁３４の切換作動により、エアが圧力源３３からエア供給通路３２を通じてエアポート３１へ供給されるために、図４に示されているように、シリンダ装置２５のピストン３７は後退側ストッパ部４０によって規制される後退限まで後退する。
【００２６】
このシリンダ装置２５のピストン３７の後退により、図４に示されているように、ピストンロッド３８の流量制御部４１はその先端面がエンジン側接続口２４ｂの最小断面積部分Ａよりも弁箱１４側に離間した状態になる。このために、ピストンロッド３８の流量制御部４１がエンジン側接続口２４ｂとの間で構成する新鮮な吸気５２の流通面積部分は、最大部分Ｂになる。
この最大流通面積部分Ｂによる新鮮な吸気５２の流量は、通常の排気ガス再循環作動時の新鮮な吸気５２の流量よりも大幅に増加するので、バタフライ弁１２の弁体１６の全閉による排気ガス５１の供給停止とあいまって、ディーゼルエンジン１においては燃料が完全燃焼することになる。その結果、急加速時における燃料の不完全燃焼による黒煙の発生は確実に防止することができる。
また、バタフライ弁１２の弁体１６を全閉にしたために発生する吸入流量不足によるポンピングロスもなくなる。
【００２７】
急加速時の急加速センサ８からの検出信号、または、黒煙発生のエンジンの運転条件の入力信号が停止すると、マザーコントローラ７は黒煙発生防止作動終了の指令をバルブコントローラ１１に送信する。バルブコントローラ１１はこの終了指令に応答して方向制御弁３４のソレノイド３５への通電を停止する。これにより、方向制御弁３４はばねの力により元の位置に戻り、エアの圧力源３３からエア供給通路３２を通じてのエアポート３１への供給が停止されるとともに、方向制御弁３４が排気に切り換えられるために、シリンダ室２７のエアが排気され、図３に示されているように、シリンダ装置２５のピストン３７はリターンスプリング３６によって前進側ストッパ部３０によって規制される前進限まで前進する。
【００２８】
その後、マザーコントローラ７はバタフライ弁１２を運転条件に応じて開かせる指令をバルブコントローラ１１に送信する。バルブコントローラ１１はこの指令に応答してモータ１８のドライバ１９に開度調整信号を送る。この信号に基づくモータ１８の作動により、前述したように、バタフライ弁１２の弁体１６は開度を変更する。
【００２９】
図３に示されているように、ピストン３７が前進すると、ピストンロッド３８の流量制御部４１はその先端面がエンジン側接続口２４ｂの最小断面積部分Ａに接近した状態になる。このために、ピストンロッド３８の流量制御部４１がエンジン側接続口２４ｂとの間で構成する新鮮な吸気５２の流通面積部分は、最小部分Ｃになる。
この最小流通面積部分Ｃによる新鮮な吸気５２の流量は、急加速時における黒煙発生防止のための最大流通面積部分Ｂの排気ガス再循環作動時の新鮮な吸気５２の流量よりも減少するので、その分だけ、ＥＧＲバルブ１０による再循環の排気ガス５１の流量を確保することができる。
つまり、シリンダ装置２５は元の状態に戻るために、ＥＧＲバルブ１０は前述した通常の排気ガス再循環作動を実施する状態になる。
【００３０】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００３１】
1)  急加速時にＥＧＲバルブを閉じるとともに、吸気のエンジンへの供給量を増加させることにより、エンジンにおいて燃料を完全燃焼させることができるので、急加速時におけるエンジンの排気通路からの黒煙の発生を確実に防止することができる。
【００３２】
2)  ＥＧＲバルブにシリンダ装置を設置し、シリンダ装置のピストンロッドの位置によって吸気のエンジンへの供給量を増加させるように構成することにより、構造簡単にして急加速時における黒煙の発生を確実に防止することができる。
【００３３】
3)  ＥＧＲバルブの排気ガス再循環通路にシリンダ装置の円筒形状のピストンロッドを挿入し、ピストンロッドの筒中空部が構成する排気ガス再循環通路の先端部に複数個のベンチュリーポートを開設することにより、排気ガス再循環通路を通過する排気ガスによって吸気通路を通る新鮮な吸気を吸い出すことができるので、排気ガス再循環作動時における新鮮な吸気のエンジンへの供給量を増加させることができる。また、吸気の流速の速い場所にＥＧＲガスの出口が存在するために、エゼクタ効果によって多量のＥＧＲガスを供給することができる。
【００３４】
なお、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々に変更が可能であることはいうまでもない。
【００３５】
シリンダ装置はエアの供給排気によって作動するように構成するに限らず、油圧等によって作動するように構成してもよい。
【００３６】
ＥＧＲバルブはバタフライ弁によって構成するに限らず、リフト弁等の流量制御弁によって構成してもよい。
また、流量制御部のピストンロッドは通常時は空気圧で前進突出されており、急加速時に排気してスプリングによって後退させるように構成してもよい。
【００３７】
前記実施の形態では、本発明をディーゼルエンジンに適用した事例について説明したが、本発明はガソリンエンジンについて適用することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３８】
【図１】本発明の一実施の形態であるＥＧＲ装置を示す模式図である。
【図２】同じく制御システムを示すブロック図である。
【図３】ＥＧＲバルブの通常の作動状態を示す縦断面図である。
【図４】ＥＧＲバルブの黒煙発生防止作動状態を示す縦断面図である。
【符号の説明】
【００３９】
１…ディーゼルエンジン、１ａ…シリンダ、１ｂ…吸気マニホールド、２…吸気通路、３…排気通路、４…排気ガス再循環通路、５…ターボチャージャ、５ａ…タービン、５ｂ…コンプレッサ、６…インタクーラ、７…マザーコントローラ、８…急加速センサ、９ａ…負荷センサ、９ｂ…回転センサ、１０…ＥＧＲバルブ、１１…バルブコントローラ、１２…バタフライ弁、１３…弁通路、１４…弁箱、１４ａ…フランジ部、１５…弁軸、１６…弁体、１７…ブラケット、１８…モータ、１９…ドライバ、２０…ポジションセンサ、２１…アクチュエータ、２２…出力軸、２３…リンク機構、２４…取付管、２４ａ…吸気通路側接続口、２４ｂ…エンジン側接続口、２４ｃ…取付孔、２５…シリンダ装置、２６…シリンダ、２７…シリンダ室、２７Ａ…スプリング室、２８…エアブリーザポート、２９…フィルタ、３０…前進側ストッパ部、３１…エアポート、３２…エア供給通路、３３…圧力源、３４…方向制御弁、３５…ソレノイド、３６…リターンスプリング、３７…ピストン、３８…ピストンロッド、３９…排気ガス再循環通路、４０…後退側ストッパ部、４１…流量制御部、４２…ベンチュリーポート、４３…外側シールリング、４４…内側シールリング、４５…シールリング、４６…シール、５１…排気ガス、５２…吸気。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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