(57)【要約】【課題】簡易な構成で、排気ガス量の減少要求に早期に応答可能な排気ガス再循環装置を提供する。【解決手段】排気通路７０と吸気通路２０とを連通してエンジン１０に排気ガスを吸気させる還流通路２を備える排気ガス再循環装置１であって、吸気通路２０を流れる空気量を調整するスロットルバルブ３０が閉状態のとき、当該スロットルバルブ３０を挟んで空気の流れの上流側を上流側空間２０ｕとし、その下流側を下流側空間２０ｄとするとき、吸気通路２０に対する還流通路２の開口部２ｏは、上流側空間２０ｕに位置する。排気ガス量の減少要求があった場合、排気ガスの吸気通路２０への導入を早期に抑制できる。【選択図】図１
2018087561.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路と吸気通路とを連通してエンジンに排気ガスを吸気させる還流通路を備える排気ガス再循環装置であって、
前記吸気通路を流れる空気量を調整するスロットルバルブが閉状態のとき、当該スロットルバルブを挟んで空気の流れの上流側を上流側空間とし、その下流側を下流側空間とするとき、
前記吸気通路に対する前記還流通路の開口部は、前記上流側空間に位置する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、エンジンに排気ガスを吸気させる排気ガス再循環装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車には、排気ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減や低燃費化を図るために、エンジンから排気された排気ガスを再度エンジンに吸気させる排気ガス再循環装置（Ｅｘｈａｕｓｔ  ｇａｓ  ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）が設けられているものがある（例えば、特許文献１）。ＥＧＲは、排気通路と吸気通路とを連通する還流通路と、還流通路の途中に設けられて、排気ガスの還流量を調整するＥＧＲバルブとを備え、還流通路を介して排気ガスをエンジンに吸気させる。
【０００３】
吸気通路には、運転席に配置されたアクセルペダルの操作に応じて開閉され、この開閉度合（開度）によってエンジンに吸気させる空気量を調整するスロットルバルブを備える。スロットルバルブの開度とＥＧＲバルブの開度とによって、エンジンに吸気させる空気量に対する排気ガス量の割合（以下、ＥＧＲ率と呼ぶ）が変わる。このＥＧＲ率が過度に上昇すると、吸気中の酸素濃度が低下して燃焼室において失火の発生や、燃焼が不安定になる等の問題が生じる。例えば、運転者が急激なスロットルバルブの閉弁駆動を伴うアクセルペダルの操作を行った場合、吸気中の空気量が急激に減少する一方、ＥＧＲバルブの駆動による排気ガス量の減少が空気量の減少に対して遅れ、ＥＧＲ率が上昇することがある。この原因として、一般的にＥＧＲバルブはスロットルバルブに対して応答性が低いため、ＥＧＲバルブの開閉がスロットルバルブの開閉と同期し難いことや、ＥＧＲバルブを閉状態としたとしても、還流通路のうちＥＧＲバルブよりも吸気通路側に残留する排気ガスが、スロットルバルブの閉状態の後にエンジンに吸気されること等が挙げられる。
【０００４】
そこで、特許文献１には、吸気通路においてスロットルバルブよりもエンジン側に吸気流制御弁と、この吸気流制御弁の制御を行う制御装置とを備えるＥＧＲが開示されている。上記吸気流制御弁は、所定開度のときに弁先端部が還流通路の開口部と最も近接するところに位置しており、上記制御装置は、排気ガス量の減少要求があった場合、吸気流制御弁の弁先端部を還流通路の開口部から離間させる方向に吸気流制御弁を駆動する。吸気流制御弁の弁先端部が還流通路の開口部に近接している場合、上記開口部付近の圧力がその吸気上流側及び吸気下流側の圧力と比較して低くなるため、排気ガスを大量導入でき、吸気流制御弁の弁先端部が還流通路の開口部から離間している場合、上記開口部付近の圧力がその吸気上流側及び吸気下流側の圧力と同等となるため、排気ガスの導入を抑制できる。つまり、スロットルバルブの開度に応じて吸気流制御弁の開度を制御装置により制御することで、好適なＥＧＲ率の維持を実現している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−９０７５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、特許文献１に記載の技術では、還流通路の開口部付近の圧力を調整するために、吸気流制御弁を設けると共に、スロットルバルブ等の状態に応じて吸気流制御弁を制御する必要があり、大掛かりな上にコストの増加を招く。
【０００７】
そこで、本発明の目的の一つは、簡易な構成で、排気ガス量の減少要求に早期に応答可能な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】
本発明の一態様に係る排気ガス再循環装置は、
排気通路と吸気通路とを連通してエンジンに排気ガスを吸気させる還流通路を備える排気ガス再循環装置であって、
前記吸気通路を流れる空気量を調整するスロットルバルブが閉状態のとき、当該スロットルバルブを挟んで空気の流れの上流側を上流側空間とし、その下流側を下流側空間とするとき、
前記吸気通路に対する前記還流通路の開口部は、前記上流側空間に位置する。
【０００９】
上記排気ガス再循環装置の一例として、
前記スロットルバルブは、前記吸気通路内に回転軸で軸支された弁体を有するバタフライバルブであり、
前記回転軸及び前記吸気通路の軸方向の双方に直交する方向に前記弁体を投影したとき、
前記吸気通路に対する前記還流通路の開口部は、前記スロットルバルブの全開時における前記弁体の最も上流側の周縁部が前記吸気通路に投影される位置よりも下流側に位置することが挙げられる。
【発明の効果】
【００１０】
上記排気ガス再循環装置は、排気ガス量の減少要求があった場合、特にスロットルバルブの急激な閉弁駆動に伴う排気ガス量の減少要求があった場合、排気ガスの吸気通路への導入を早期に抑制できる。それは、スロットルバルブを閉状態としたとき、吸気通路に対する還流通路の開口部（以下、還流通路の出口と呼ぶ）が上流側空間に位置することで、還流通路の出口付近の圧力がスロットルバルブの開状態のときよりも高くなり（大気圧となり）、排気ガスが吸気通路へ導入され難くなるからである。また、排気ガスが吸気通路へ導入されたとしても、その排気ガスのエンジン側への吸気は、スロットルバルブにより遮断されるからである。空気量の減少と排気ガス量の減少とを同期させることで、好適なＥＧＲ率を維持でき、燃焼室における失火や燃焼の不安定等を防止できる。上記排気ガス再循環装置は、空気量を調整するスロットルバルブと排気ガスを導入する還流通路の出口との関係を規定しており、別途吸気流を制御する弁や制御装置を設ける必要がなく、簡易な構成で構築できる。
【００１１】
上記排気ガス再循環装置は、スロットルバルブを閉状態から開状態とするとき、排気ガスの吸気通路への導入を早期に促進できる。それは、スロットルバルブを開状態とするとき、還流通路の出口がスロットルバルブの全閉と全開との間に位置することで、ベンチュリ効果により還流通路の出口付近の吸気通路内の圧力が低くなり、排気ガスが吸気通路へ導入され易くなるからである。つまり、上記排気ガス再循環装置は、スロットルバルブの開度に応じた排気ガス量の増減要求に早期に応答することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態に係る排気ガス再循環装置の概略説明図である。
【図２】実施形態に係る排気ガス再循環装置の変形例を示す部分説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の排気ガス再循環装置の実施形態を以下に図面を参照しつつ説明する。図中、同一符号は同一名称物を示す。また、図中、白抜き矢印は空気の流れを示し、黒抜き矢印は排気ガスの流れを示す。
【００１４】
〔全体構成〕
排気ガス再循環装置１は、図１に示すように、エンジン１０から排気された排気ガスを再度エンジン１０に吸気させるために、排気通路７０と吸気通路２０とを連通する還流通路２を備える。還流通路２の途中には、排気ガスの還流量を調整するＥＧＲバルブ３を備える。
【００１５】
排気通路７０は、排気ガスの流れの上流側端部に排気マニホールド６０が接続され、その途中に触媒コンバータ８０が介挿されている。排気通路７０に対する還流通路２の開口部２ｉ（以下、還流通路２の入口２ｉと呼ぶ）は、排気通路７０のうち触媒コンバータ８０の下流側に位置する。
【００１６】
吸気通路２０は、空気の流れの上流側端部にエアクリーナ（図示せず）が接続されており、下流側端部にサージタンク４０を介して吸気マニホールド５０が接続されている。吸気通路２０の途中には、運転席に配置されたアクセルペダルの操作に応じて開閉され、この開閉度合によってエンジン１０の各燃焼室１１に吸気させる空気量を調整するスロットルバルブ３０を備える。スロットルバルブ３０は、吸気通路２０内に回転軸３１で軸支された弁体３２を有するバタフライバルブである。本実施形態の排気ガス再循環装置１は、吸気通路２０に対する還流通路２の開口部２ｏ（還流通路２の出口２ｏ）が、吸気通路２０のうちスロットルバルブ３０に対する特定領域に位置する点を特徴の一つとする。以下、まずエンジン１０における吸気の流れについて説明し、その後に吸気通路２０に対する還流通路２の出口２ｏの位置について詳細に説明する。
【００１７】
〔吸気の流れ〕
図１の上図を参照して、吸気の流れを説明する。
吸気通路２０を流れる空気は、エアクリーナから吸入された後、スロットルバルブ３０が開状態のときには、サージタンク４０を介して吸気マニホールド５０からエンジン１０の各燃焼室１１に吸気される。燃焼室１１に吸気された空気は、燃料と混合されて燃焼される。燃焼後のガスは、各燃焼室１１に繋がる排気マニホールド６０から排気ガスとして排出され、排気通路７０を流れる。排気ガスは、触媒コンバータ８０により排気ガス中に含まれる有害物質が浄化された後、その一部が排気通路７０から還流通路２を介して吸気通路２０へ還流される。スロットルバルブ３０が開状態のときは、ＥＧＲバルブ３も開状態に駆動されている。吸気通路２０へ還流された排気ガスは、吸気通路２０を流れる空気と共に、エンジン１０の各燃焼室１１に吸気される。
【００１８】
〔吸気通路に対する還流通路の出口の位置〕
図１の下図を参照して、吸気通路２０に対する還流通路２の出口２ｏの位置を説明する。
還流通路２の出口２ｏは、スロットルバルブ３０が閉状態のとき、スロットルバルブ３０を挟んで空気の流れの上流側を上流側空間２０ｕとし、その下流側を下流側空間２０ｄとするとき、上流側空間２０ｕに位置する（図１の下図（Ｂ）を参照）。
更に、本例では、還流通路２の出口２ｏは、スロットルバルブ３０の回転軸３１及び吸気通路２０の軸方向の双方に直交する方向に弁体３２を投影したとき、スロットルバルブ３０の全開時における弁体３２の最も上流側の周縁部が吸気通路２０に投影される位置Ｍ（以下、投影位置Ｍと呼ぶ）よりも下流側に位置する（図１の下図（Ａ）を参照）。
【００１９】
還流通路２の出口２ｏが、吸気通路２０のうちスロットルバルブ３０に対する上記特定領域に位置することで、エンジン１０の各燃焼室１１に吸気させる空気量に対する排気ガス量の割合（ＥＧＲ率）を好適に維持することができる。特に、還流通路２の出口２ｏが上流側空間２０ｕに位置することで、スロットルバルブ３０を閉状態としたときのＥＧＲ率の過度の上昇を抑制できる。以下、スロットルバルブ３０の開閉状態に基づいて、還流通路２の出口２ｏの位置、及びその位置による作用効果を説明する。
【００２０】
スロットルバルブ３０が開状態のとき、上述したように、ＥＧＲバルブ３も開状態であり、還流通路２を介して排気ガスが吸気通路２０に還流されることで、好適なＥＧＲ率が維持される。特にスロットルバルブ３０が全閉と全開との間の中開度のとき（図１の上図を参照）、弁体３２の周縁部と吸気通路２０の内周面とで形成される空気の流通空間（スロットルバルブ３０における流通空間）が局所的に絞られて、ベンチュリ効果により流速が速くなり、圧力が低い低圧部分が形成される。
【００２１】
・スロットルバルブを開状態から閉状態とするとき
スロットルバルブ３０を開状態から閉状態とすると、エンジン１０に吸気される空気量が減少するため、還流される排気ガス量も減少させる必要がある。よって、スロットルバルブ３０の閉弁駆動により排気ガス量の減少要求があると、ＥＧＲバルブ３も閉状態に駆動される。ただし、一般的にＥＧＲバルブ３はスロットルバルブ３０に対して応答性が低いため、吸気中の空気量が急激に減少する一方、スロットルバルブ３０の駆動による排気ガス量の減少が空気量の減少に対して遅れることがある。また、スロットルバルブ３０が閉状態となった後に、還流通路２のうちＥＧＲバルブ３よりも吸気通路２０側に排気ガスが残留することがある。
【００２２】
還流通路２の出口２ｏが上流側空間２０ｕに位置していることで、スロットルバルブ３０が閉状態となることに伴い上流側空間２０ｕが大気圧となるため、還流通路２と上流側空間２０ｕとの間に圧力差が生じ難く、還流通路２に排気ガスが残留していたとしても、その排気ガスが吸気通路２０へ導入され難い。特にスロットルバルブ３０を中開度状態から閉状態とする過程では、還流通路２の出口２ｏ付近の圧力がスロットルバルブ３０の中開度状態よりも高くなることからも、排気ガスが吸気通路２０へ導入され難い。つまり、還流通路２の出口２ｏは、スロットルバルブ３０が閉状態となることで、スロットルバルブ３０が開状態のときと比較して圧力が高くなる位置にある。なお、還流通路２から吸気通路２０に還流される排気ガス量は、還流通路２の出口２ｏ付近の圧力（還流通路２の入口２ｉ付近の圧力と出口２ｏ付近の圧力との圧力差）及びＥＧＲバルブ３の開度によってほぼ決まる。スロットルバルブ３０が閉状態では、スロットルバルブ３０により上流側空間２０ｕと下流側空間２０ｄとが区画されているため、排気ガスが吸気通路２０へ導入されたとしても、排気ガスがエンジン１０側に吸気されることを防止できる。この構成によれば、スロットルバルブ３０の閉弁駆動により、空気量の減少と排気ガス量の減少とを同期させることができ、排気ガス量の減少要求に早期に応答でき、ＥＧＲ率の増加を抑制できる。また、上記構成は、空気量を調整するスロットルバルブ３０と排気ガスを導入する還流通路２の出口２ｏとの関係を規定しており、別途吸気流を制御する弁や制御装置を設ける必要がなく、簡易な構成で構築できる。
【００２３】
・スロットルバルブを閉状態から開状態とするとき
スロットルバルブ３０を閉状態から開状態とすると、エンジン１０に吸気される空気量が増加するため、還流される排気ガス量も増加させる必要がある。よって、スロットルバルブ３０の開弁駆動により排気ガス量の増加要求があると、ＥＧＲバルブ３も開状態に駆動される。ただし、一般的にＥＧＲバルブ３はスロットルバルブ３０に対して応答性が低いため、吸気中の空気量が急激に増加する一方、スロットルバルブ３０の駆動による排気ガス量の増加が空気量の増加に対して遅れることがある。
【００２４】
還流通路２の出口２ｏが投影位置Ｍよりも下流に位置していることで、スロットルバルブ３０を閉状態から開状態とする過程では、スロットルバルブ３０が開き始めてから中開度状態に至る間に、上記ベンチュリ効果により還流通路２の出口２ｏ付近の圧力がスロットルバルブ３０の閉状態よりも低くなるため、排気ガスが吸気通路２０へ導入され易い。つまり、スロットルバルブ３０を閉状態から開状態とした瞬間に排気ガスの導入を促進できる。よって、ＥＧＲバルブ３がスロットルバルブ３０に対して応答性が低かったとしても、ＥＧＲバルブ３が開弁されるとすぐに吸気通路２０へ排気ガスを導入でき、ＥＧＲ率の低下を抑制できる。
【００２５】
還流通路２の出口２ｏは、スロットルバルブ３０の全閉と全開との間の中開度における弁体３２の最も上流側の周縁部が吸気通路２０に投影される位置Ｎ（以下、投影位置Ｎと呼ぶ）よりも下流側に位置することが好ましい（図１の下図（Ａ）を参照）。スロットルバルブ３０が小開度から中開度状態のとき、スロットルバルブ３０が全閉状態又は全開状態のときと比較して空気の流通空間が局所的に絞られるため、ベンチュリ効果が最も作用するからである。よって、還流通路２の出口２ｏが投影位置Ｎよりも下流に位置することで、スロットルバルブ３０が開き始めてから中開度状態に至る間において、排気ガスの吸気通路２０への導入を早期に促進し易い。スロットルバルブ３０が中開度状態から全開状態の高負荷時には、ＥＧＲバルブ３を閉じ、排気ガスを吸気通路２０に導入しないことが多い。ここで、スロットルバルブ３０の全閉と全開との間の中開度とは、スロットルバルブ３０の全閉時の回転角を０°とし、全開時の回転角をα°とするとき、（α／２）°程度のことである。
【００２６】
他に、アイドリング状態において完全にエンジン１０が止まらないように、最低限の空気をエンジン１０の各燃焼室１１に吸気させるためのアイドリング維持用経路を設けることができる。このアイドリング維持用経路は、吸気通路２０の軸方向と交差する方向で、スロットルバルブ３０の閉状態において、還流通路２の出口２ｏの位置に対して回転軸３１を挟んだ対向位置に設けることが好ましい。
【００２７】
〔変形例〕
吸気通路２０は、図２に示すように、スロットルバルブ３０のうち下流側空間２０ｄに面する表面縁部３０ｄを当て止めしてスロットルバルブ３０を閉状態とする当止面２１ａを備えることができる。本例では、吸気通路２０内に、その径方向外方に窪む凹部２１を備え、この凹部２１の側面に当止面２１ａを備える。そして、凹部２１の底面２１ｂに還流通路２の出口２ｏが位置する。吸気通路２０に当止面２１ａを備えることで、スロットルバルブ３０を閉状態としたときに、当止面２１ａとスロットルバルブ３０との間に隙間が形成されることを抑制できる。また、吸気通路２０内に凹部２１を設けることで、スロットルバルブ３０が閉状態であるときに、吸気通路２０の軸方向に見て、還流通路２の出口２ｏの位置をスロットルバルブ３０の周縁部により近くできる。更に、吸気通路２０内に凹部２１を設けることで、その窪みに応じてスロットルバルブ３０の回転軸３１を凹部２１側（図２の下方）にずらすことができる。回転軸３１をずらすことにより、吸気通路２０の軸方向と交差する方向で、スロットルバルブ３０の閉状態において、凹部２１の位置に対して回転軸３１を挟んだ対向位置に、スロットルバルブ３０が閉状態であっても最低限の空気を通過可能なアイドリング維持用経路を設けることができる（図２の白抜き矢印はアイドリング維持用の空気を示す）。
【００２８】
本発明はこれらの例示に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００２９】
１  排気ガス再循環装置
２  還流通路
２ｏ  出口（開口部）    ２ｉ  入口（開口部）
３  ＥＧＲバルブ
１０  エンジン    １１  燃焼室
２０  吸気通路
２０ｕ  上流側空間    ２０ｄ  下流側空間
２１  凹部    ２１ａ  当止面    ２１ｂ  底面
３０  スロットルバルブ
３０ｄ  表面縁部
３１  回転軸    ３２  弁体
４０  サージタンク
５０  吸気マニホールド
６０  排気マニホールド
７０  排気通路
８０  触媒コンバータ
【図１】
2018087561.tif 000003
【図２】
2018087561.tif 000004