(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
リード弁ハウジングの弁口を塞ぐ位置に、可撓性を有するリードを配置し、そのリードの支点位置を保持すると共にリードの支点位置で、そのリードから反るように湾曲されたガイドプレートを前記リード上に配置し、前記リード及びガイドプレートの支点側にボルトを挿通すると共に、前記ボルトの頭部が前記ガイドプレートから離間するように前記リード弁ハウジングに前記ボルトを設け、かつ、前記ボルトの頭部と前記ガイドプレートとの間に、前記ガイドプレートを前記リード側に付勢するスプリングを設け、前記ガイドプレートの自由端側に、前記ガイドプレートを揺動して前記リードの支点位置を変えて前記リードの有効長を調節して開弁圧を調節するためのアクチュエータを設けたことを特徴とするリード弁。
【請求項２】
リード弁ハウジングの弁口を塞ぐ位置に、可撓性を有するリードを配置し、そのリードの支点位置を保持する可撓性を有するガイドプレートを前記リード上に配置し、前記リード及びガイドプレートの支点側を前記リード弁ハウジングにボルトで留め、前記ガイドプレートの自由端側に、前記ガイドプレートを前記リードから反るように撓ませて支持すると共に、前記ガイドプレートを湾曲させて前記リードの支点位置を変えて前記リードの有効長を調節して開弁圧を調節するためのアクチュエータを設けたことを特徴とするリード弁。
【請求項３】
前記弁口に臨むリード弁ハウジングには、前記ガイドプレートと前記リードをガイドするための溝が形成された請求項１又は２に記載のリード弁。
【請求項４】
内燃機関に接続され内燃機関からの排気ガスを流す排気経路と、前記内燃機関に接続され内燃機関に吸気を供給するための吸気経路と、前記排気経路に設けられたタービンを有すると共に前記吸気経路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより上流側の前記排気経路に接続されると共に前記コンプレッサより下流側の前記吸気経路に接続されたＥＧＲ経路と、該ＥＧＲ経路に設けられ前記排気経路から前記吸気経路への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁とを備えた吸排気システムにおいて、前記リード弁が、請求項１から３のいずれかに記載のリード弁からなることを特徴とする吸排気システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、リード弁及びこのリード弁を用いた吸排気システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図６に示すように、燃焼ガス中の窒素酸化物を低減する有力な方法として、排気ガスを吸気に還流するＥＧＲがある。
【０００３】
ＥＧＲは、排気経路４２と吸気経路４３を接続してＥＧＲ経路４７を形成すると共にＥＧＲ経路４７にＥＧＲ弁５１を設けたものであり、このＥＧＲ弁５１の開度を調節することで必要量のＥＧＲガスを還流する。
【０００４】
即ち、ＥＧＲは排気経路４２の圧力と吸気経路４３の圧力の差を用いて還流するシステムであるが、ターボチャージャ４６を装着したエンジン４１では吸気経路４３の圧力と排気経路４２の圧力の差が少なく、低速高負荷等の運転領域によってはＥＧＲ弁５１を十分に開いてもＥＧＲガスが流れないことがあった。これは、排気の圧力も吸気の圧力も実際には脈動しているため、脈動の位相がずれると排気側より吸気側の方が圧力が高くなる場合があり、このときにＥＧＲ弁５１を開いても吸気側から排気側に空気が抜けてしまうためである。
【０００５】
このため、図７に示すように、ＥＧＲ経路４７にリード弁４８を装着し、吸気経路４３と排気経路４２の圧力差が少ない状態でも高い圧力脈動を利用してＥＧＲをかけるためにする工夫がなされている。特にターボ効率の高い大型エンジンの場合は、排気経路４２を形成する排気管の内圧と吸気経路４３を形成する吸気管の内圧の差が少ないため、リード弁４８の採用比率は高い。図８に示すように、リード弁４８は、弁口２を有するリード弁ハウジング３と、弁口２に臨むリード弁ハウジング３に一端側を留められると共に弁口２を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリード４と、リード弁ハウジング３に一端側を留められリード４に干渉することでリード４の開度を規制するガイドプレート５とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平９−２０９７６８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ところで、リード弁４８を用いることで排気経路４２と吸気経路４３の圧力差が少ない状態でもＥＧＲをかけることが可能になるが、排気経路４２と吸気経路４３の圧力差が十分ある低負荷時等ではリード弁４８自体が流れの抵抗となり、ＥＧＲ経路４７にリード弁４８を付ける事によって、リード弁４８が無い場合と比べて、十分なＥＧＲ量を掛けられなくなる虞があった。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、リード弁機能が不要なときには流れの抵抗を低減できるリード弁及びこのリード弁を用いた吸排気システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために本発明は、弁口を有するリード弁ハウジングと、前記弁口に臨むリード弁ハウジングに一端側を留められると共に前記弁口を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリードと、前記リード弁ハウジングに一端側を留められ前記リードに干渉することでリードの開度を規制するガイドプレートとを備えたリード弁において、前記ガイドプレートが両端間の中間を前記リードに近接させるように湾曲されると共に一端側を前記リード弁ハウジングに近接離間可能に留められ、前記ガイドプレートの一端側を前記リード弁ハウジング側に付勢するスプリングを備えると共に、前記ガイドプレートの他端側を前記リードに近接離間させるアクチュエータを備え、該アクチュエータを駆動させることでリードに接するガイドプレートの位置がリードの両端間で移動されるようにしたものである。
【００１０】
また、弁口を有するリード弁ハウジングと、（板状に形成され）前記弁口に臨むリード弁ハウジングに一端側を留められると共に前記弁口を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリードと、（板状に形成されると共に）前記リード弁ハウジングに一端側を留められ前記リードに干渉することでリードの開度を規制するガイドプレートとを備えたリード弁において、前記ガイドプレートが可撓性を有し、前記ガイドプレートの両端間の中間を前記リード側に湾曲させるようにガイドプレートの他端側を支持すると共にガイドプレートの他端側を前記リードに近接離間させるアクチュエータを備え、該アクチュエータを駆動させることでリードに接するガイドプレートの位置がリードの両端間で移動されるようにしたものである。
【００１１】
またさらに、内燃機関に接続され内燃機関からの排気ガスを流す排気経路と、前記内燃機関に接続され内燃機関に吸気を供給するための吸気経路と、前記排気経路に設けられたタービンを有すると共に前記吸気経路に設けられたコンプレッサを有するターボチャージャと、前記タービンより上流側の前記排気経路に接続されると共に前記コンプレッサより下流側の前記吸気経路に接続されたＥＧＲ経路と、該ＥＧＲ経路に設けられ前記排気経路から前記吸気経路への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁とを備えた吸排気システムにおいて、前記リード弁が、請求項１又は２記載のリード弁からなるものである。
【００１２】
前記リード弁のアクチュエータが、前記吸気経路内の圧力と大気圧又は排気経路内の圧力との差圧で駆動され、この差圧が大きくなるとき前記リード弁のガイドプレートの他端側を前記リード弁のリードから離間させ、前記差圧が小さくなるとき前記ガイドプレートの他端側を前記リードに近接させるダイアフラムからなるとよい。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、リード弁機能が不要なときに流れの抵抗を低減できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１（ａ）は本発明に係るリード弁の側面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）のＡ−Ａ線矢視図である（第１の実施の形態）。
【図２】図２（ａ）は開弁圧低のリード弁の側面図であり、図２（ｂ）は開弁圧中のリード弁の側面図であり、図２（ｃ）は開弁圧高のリード弁の側面図である。
【図３】図３は他の実施の形態を示すリード弁の側面図である（第２の実施の形態）。
【図４】図４は他の実施の形態を示すリード弁の側面図である（第３の実施の形態）。
【図５】図５はＥＧＲ経路に設けたリード弁の側面図である。
【図６】図６は吸排気システムの説明図である。
【図７】図７はリード弁を用いた吸排気システムの説明図である。
【図８】図８は従来のリード弁の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
図１（ａ）、（ｂ）に示すように、リード弁１は、弁口２を有するリード弁ハウジング３と、弁口２に臨むリード弁ハウジング３に一端側を留められると共に弁口２を開閉可能に塞ぐ可撓性を有するリード４と、リード弁ハウジング３に一端側を留められリード４に干渉することでリード４の開度を規制するガイドプレート５と、ガイドプレート５の一端側をリード弁ハウジング３側に付勢するスプリング６と、ガイドプレート５の他端側をリード４に近接離間させるアクチュエータ７とを備える。
【００１６】
リード弁ハウジング３は、流路を形成する管（図示せず）の端部等に取り付けられるフランジ部８と、フランジ部８に設けられ断面略Ｖ字型に形成された傾斜壁部９とを備える。傾斜壁部９には、矩形状の弁口２が形成されており、フランジ部８には、ガスを流通させるための開口１０が形成されている。弁口２に臨む傾斜壁部９には、後述するガイドプレート５とリード４をガイドするための溝１１が形成されている。溝１１は、傾斜壁部９の左右両側に設けられたガイド壁１２間に形成されており、ガイド壁１２がガイドプレート５の側縁及びリード４の側縁に接することでガイドプレート５及びリード４の側方のズレを規制するようになっている。
【００１７】
リード４は、ステンレス又はカーボンにて形成された矩形状の薄板からなる。リード４は、傾斜壁部９のＶ字の外側にボルト１３を介して取り付けられており、傾斜壁部９のＶ字の内側の圧力が外側の圧力より高いとき他端側を弁口２から離間させて弁口２を開くようになっている。
【００１８】
ガイドプレート５は、両端間の中間をリード４に近接させるように湾曲されると共に一端側をリード弁ハウジング３に近接離間可能に留められた金属板からなる。ガイドプレート５は、一端をリード４の一端上に位置させるようにリード４上に重ねて配置されると共にリード４と共通のボルト１３を介してリード弁ハウジング３に近接離間可能に留められており、両端間のいずれかの部分がリード４の外面に当接するようになっている。
【００１９】
スプリング６は、コイルスプリングからなり、ボルト１３の頭部１４とガイドプレート５との間に圧縮変形した状態で設けられている。
【００２０】
アクチュエータ７は、ダイアフラムからなり、中空に形成されたケーシング１５と、ケーシング１５内を２つに仕切って２つの圧力室１６、１７を形成すると共にこれら圧力室１６、１７の圧力差に応じて移動可能に形成された隔壁１８と、隔壁１８に取り付けられ隔壁１８の移動に応じて駆動される駆動ロッド１９とを備える。隔壁１８は、ケーシング１５に取り付けられる外縁部２０と、外縁部２０にベローズ２１を介して取り付けられ圧力が低い圧力室１６、１７の側に移動可能な中央部２２とを備える。駆動ロッド１９は、隔壁１８の中央部２２の一方の面に垂直に取り付けられると共にガイドプレート５の他端側に取り付けられており、隔壁１８が移動することでケーシング１５から出没するようになっている。また、駆動ロッド１９が挿通する第一圧力室１６とは反対側の第二圧力室１７内には、中央部２２を第一圧力室１６側に付勢するバネ２３が設けられている。バネ２３はコイルスプリングからなり中央部２２とケーシング１５との間に圧縮変形した状態で設けられている。第一圧力室１６には、圧力を導入するための圧力導入口２４が設けられている。
【００２１】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００２２】
図１（ａ）及び図２（ａ）に示すように、リード弁機能（逆流防止機能）が不要な場合、第一圧力室１６に供給する圧力を弱める。これにより、隔壁１８の中央部２２は第一圧力室１６側に移動され、駆動ロッド１９がケーシング１５から十分突出され、ガイドプレート５の他端側がリード４から十分離間される。ガイドプレート５はスプリング６に押圧され、ガイドプレート５の一端近傍がリード４の一端近傍に当接してリード４をリード弁ハウジング３に押し付ける。リード４は、押し付けられた位置が支点となり、支点から他端に亘っての長いリード４が開閉可能となる。すなわち、リード４として有効に機能する長さ（有効長）が長い「長」の状態となり、リード４は小さな圧力差でも容易に開くようになり、流れの抵抗が十分低減される。
【００２３】
図１（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、リード弁機能が少し必要な場合、第一圧力室１６に供給する圧力を少し上昇させる。これにより、隔壁１８が変形のない通常の形状に戻り、駆動ロッド１９の突出長さが普通になり、ガイドプレート５の他端側がリード４に少し近接される。ガイドプレート５はスプリング６を縮退させるように姿勢を変え、ガイドプレート５とリード４が当接する位置、すなわち支点が少し他端側に移動され、リード４として有効に機能する長さが少し短い「中」の状態となる。リード４は小さな圧力差では開き難くなり、流れの抵抗も増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても逆流を防止できるようになる。
【００２４】
図１（ａ）及び図２（ｃ）に示すように、確実なリード弁機能が必要な場合、第一圧力室１６に供給する圧力を更に上昇させる。これにより、隔壁１８の中央部２２は第二圧力室１７側に移動され、駆動ロッド１９の突出長さが短くなり、ガイドプレート５の他端側がリード４に更に近接される。ガイドプレート５はスプリング６を更に縮退させるように姿勢を変え、支点が更に他端側に移動され、リード４として有効に機能する長さが短い「短」の状態となる。リード４は小さな圧力差では更に開き難くなり、流れの抵抗も更に増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても確実に逆流を防止できるようになる。
【００２５】
このように、ガイドプレート５が両端間の中間をリード４に近接させるように湾曲されると共に一端側をリード弁ハウジング３に近接離間可能に留められ、ガイドプレート５の一端側をリード弁ハウジング３側に付勢するスプリング６を備えると共に、ガイドプレート５の他端側をリード４に近接離間させるアクチュエータ７を備え、アクチュエータ７を駆動させることでリード４に接するガイドプレート５の位置がリード４の両端間で移動されるようにしたため、リード４の開きやすさを自在に調節でき、リード弁機能が不要なときにはリード４を開きやすくすることで流れの抵抗を低減できる。
【００２６】
なお、ガイドプレート５は金属板からなるものとしたが、金属板と同等の硬さを有するものであれば他の素材からなる板であってもよい。
【００２７】
次に、上述のリード弁１に変更を加えた他の実施の形態について述べる。なお、上述と同様の構成については同符号を付し、説明を省略する。
【００２８】
図３に示すように、リード弁３０は、リード弁ハウジング３と、リード４と、リード弁ハウジング３に一端側を留められリード４に干渉することでリード４の開度を規制するガイドプレート３１と、ガイドプレート３１の両端間の中間をリード４側に湾曲させるようにガイドプレート３１の他端側を支持すると共にガイドプレート３１の他端側をリード４に近接離間させるアクチュエータ７とを備える。
【００２９】
ガイドプレート３１は、可撓性を有する金属板からなる。ガイドプレート３１は、一端をリード４の一端上に位置させるようにリード４上に重ねて配置されると共にリード４と共通のボルト３２を介してリード弁ハウジング３に一端側を固定するように留められている。
【００３０】
アクチュエータ７の駆動ロッド１９は、ガイドプレート３１の他端側に取り付けられており、アクチュエータ７は、常にガイドプレート３１の他端側を一端側に押圧してガイドプレート３１の両端間の中間をリード４側に湾曲させるように配置されている。また特に、アクチュエータ７は、駆動ロッド１９がケーシング１５から最も突出されたときガイドプレート３１の一端近傍がリード４の一端近傍を押圧するように設置位置及び姿勢を調整されており、駆動ロッド１９の突出量が減少するにつれてリード４を押圧するガイドプレート３１の位置が他端側に移動するようになっている。
【００３１】
次に本実施の形態の作用を述べる。
【００３２】
リード弁機能が不要な場合、第一圧力室１６に供給する圧力を弱めて駆動ロッド１９をケーシング１５から十分突出させる。ガイドプレート３１の他端側がリード４から十分離間され、ガイドプレート３１の一端近傍がリード４の一端近傍に当接してリード４をリード弁ハウジング３に押し付ける。これにより、支点（ガイドプレート３１がリード４をリード弁ハウジング３に押し付ける位置）から他端までの有効長が長く設定され、リード４は小さな圧力差でも容易に開くようになり、流れの抵抗が十分低減される。
【００３３】
リード弁機能が少し必要な場合、第一圧力室１６に供給する圧力を少し上昇させて駆動ロッド１９の突出長さを普通にする。ガイドプレート３１の他端側がリード４に少し近接され、支点が少し他端側に移動される。これにより有効長が少し短くなり、リード４は小さな圧力差では開き難くなり、流れの抵抗も増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても逆流を防止できるようになる。
【００３４】
確実なリード弁機能が必要な場合、第一圧力室１６に供給する圧力を更に上昇させて駆動ロッド１９の突出長さを短くする。ガイドプレート３１の他端側がリード４に更に近接され、支点が更に他端側に移動される。これにより有効長が十分短くなり、リード４は小さな圧力差では更に開き難くなり、流れの抵抗も更に増すが、上流側と下流側の圧力が逆転した場合であっても確実に逆流を防止できるようになる。
【００３５】
このように、ガイドプレート３１が可撓性を有し、ガイドプレート３１の両端間の中間をリード４側に湾曲させるようにガイドプレート３１の他端側を支持すると共にガイドプレート３１の他端側をリード４に近接離間させるアクチュエータ７を備え、アクチュエータ７を駆動させることでリード４に接するガイドプレート３１の位置がリード４の両端間で移動されるようにしても、リード４の開きやすさを自在に調節でき、リード弁機能が不要なときにはリード４を開きやすくすることで流れの抵抗を低減できる。
【００３６】
なお、リード４は圧力等の外力が作用しないときには弁口２を閉じるようにリード弁ハウジング３に設けられるものについて説明したがこれに限るものではない。図４に示すように、リード４は、外力が作用しないとき弁口２を開くようにリード弁ハウジング３３に設けられ、ガイドプレート３１から閉方向の力を受けることで弁口２を閉じるようになっているものであってもよい。この場合、圧力導入口２４は第二圧力室１７に設けられ、バネ２３は第一圧力室１６内に設けられるとよい。
【００３７】
次に、上述のリード弁３０を用いた吸排気システムについて述べる。
【００３８】
図７に示すように、吸排気システム４０は、内燃機関たるディーゼルエンジン等のエンジン４１に接続されエンジン４１からの排気ガスを流す排気管からなる排気経路４２と、エンジン４１に接続されエンジン４１に吸気を供給するための吸気管からなる吸気経路４３と、排気経路４２に設けられたタービン４４を有すると共に吸気経路４３に設けられたコンプレッサ４５を有するターボチャージャ４６と、タービン４４より上流側の排気経路４２に接続されると共にコンプレッサ４５より下流側の吸気経路４３に接続されたＥＧＲ配管からなるＥＧＲ経路４７と、ＥＧＲ経路４７に設けられ排気経路４２から吸気経路４３への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁３０とを備える。コンプレッサ４５より上流側の吸気経路４３には、吸気フィルタ４９が設けられており、ＥＧＲ経路４７とコンプレッサ４５の間の吸気経路４３にはインタクーラ５０が設けられている。また、リード弁３０より上流側のＥＧＲ経路４７には、ＥＧＲ量を調節するためのＥＧＲ弁５１が設けられており、ＥＧＲ弁５１より上流側のＥＧＲ経路４７には、ＥＧＲクーラ５２が設けられている。
【００３９】
図５に示すように、リード弁３０は、図３に示すリード弁３０と同様のものである。リード弁３０のアクチュエータ７の第一圧力室１６は吸気経路４３側のＥＧＲ経路４７と一体に形成されており、第一圧力室１６内には吸気経路４３内の圧力（ブースト圧）が導入されるようになっている。また、第二圧力室１７には、大気圧が導入されるようになっている。すなわち、アクチュエータ７は、吸気経路４３内の圧力と大気圧との差圧で駆動されるダイアフラムからなり、差圧が大きくなるときガイドプレート３１の他端側をリード４から離間させ、差圧が小さくなるときガイドプレート３１の他端側をリード４に近接させるようになっている。
【００４０】
このように、エンジン４１に接続されエンジン４１からの排気ガスを流す排気経路４２と、エンジン４１に接続されエンジン４１に吸気を供給するための吸気経路４３と、排気経路４２に設けられたタービン４４を有すると共に吸気経路４３に設けられたコンプレッサ４５を有するターボチャージャ４６と、タービン４４より上流側の排気経路４２に接続されると共にコンプレッサ４５より下流側の吸気経路４３に接続されたＥＧＲ経路４７と、ＥＧＲ経路４７に設けられ排気経路４２から吸気経路４３への一方方向のみに排気ガスを通すリード弁３０とを備えた吸排気システム４０において、リード弁３０が、図３に記載の上述のリード弁３０からなるものにすると、リード４の開きやすさを調節でき、リード弁機能が不要なときにはリード４を開きやすくすることで流れの抵抗を低減できる。
【００４１】
また、アクチュエータ７が、吸気経路４３内の圧力と大気圧との差圧で駆動され、この差圧が大きくなるときガイドプレート３１の他端側をリード弁３０のリード４から離間させ、差圧が小さくなるときガイドプレート３１の他端側をリード４に近接させるダイアフラムからなるものとしたため、差圧が大きく逆流の虞がないときにはリード４を開きやすくすることで流れの抵抗を低減でき、差圧が小さくリード弁機能が必要なときには、リード４を開き難くすることで、確実に逆流を防止でき、エンジン４１の運転領域に関わらず高いＥＧＲ率が確保可能になる。この結果、同一エンジン４１での窒素酸化物排出量を下げることができる。
【００４２】
なお、第二圧力室１７には大気圧が導入されるものとしたが、排気経路４２内の圧力が導入されるものとしてもよい。
【００４３】
また、ＥＧＲ経路４７に設けられるリード弁３０は、図３に記載のリード弁３０からなるものとしたが、図１に記載のリード弁１からなるものであってもよい。
【００４４】
また、図１及び図３に示す上述のリード弁１、３０は機能を可変にできるものあり、逆止弁１、３０と通気抵抗のトレードオフを崩せるものであり、用途をＥＧＲに限定するものではない。上述のリード弁１、３０は、全ての逆止弁に適用可能である。
【符号の説明】
【００４５】
１  リード弁
２  弁口
３  リード弁ハウジング
４  リード
５  ガイドプレート
６  スプリング
７  アクチュエータ
３０  リード弁
３１  ガイドプレート
４０  吸排気システム
４１  エンジン（内燃機関）
４２  排気経路
４３  吸気経路
４４  タービン
４５  コンプレッサ
４６  ターボチャージャ
４７  ＥＧＲ経路
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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