(57)【要約】複雑でない構成を備えているＥＧＲ回路により、排気ガスを充分に再循環させる。【課題】ＥＧＲ回路を、コスト効果の高いものとし、且つ小型化を図る。【解決手段】三方弁の３つの通路の内の２つの通路に、２つの弁板をそれぞれ配置し、単一の制御手段により、弁板を、通路の全開位置と全閉位置の２つの位置に旋回作動させるとともに、２つの弁板の位相が、時間差をもって変移するように制御する。【選択図】図３
2011508861.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
三方弁（１）の３つの通路の内の２つの通路（２、３）に、それぞれ２つの弁板（５、６）を設け、前記通路（２、３）の開閉位置の一方から他方に、前記弁板（５、６）を旋回作動させる制御手段（７-１２）を備えている三方弁（１）において、両弁板（５、６）用に、単一の制御手段（７）が設けられており、前記単一の制御手段（７、８）により制御されるとともに、２つの弁板（５、６）を、時間差をもって作動させる駆動手段（９-１２）を備えていることを特徴とする三方弁（１）。
【請求項２】
前記制御手段が、直流モータ（７）を備えていることを特徴とする請求項１記載の三方弁。
【請求項３】
前記駆動手段は、制御モータ（７）軸の歯付きピニオン（８）を入力とする動力伝達装置（９-１２）を備えており、前記ピニオン（８）は、２つの同軸の歯部（１０、１１）を備えている円筒状の中間歯車（９）と噛み合っていることを特徴とする請求項２記載の三方弁。
【請求項４】
前記中間歯車（９）は、２つの弁板（５、６）と一体となって回転する２つの環状歯車（１２、１３）と協働していることを特徴とする請求項３記載の三方弁。
【請求項５】
前記弁板（５、６）は、三方弁の２つの入口通路（２、３）に配置されており、低温側のＥＧＲ回路の三方弁が、内燃エンジンを搭載している自動車の吸気マニホールドに接続されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の三方弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２つの弁板を備える三方弁に関し、内燃エンジンを搭載している自動車のＥＧＲ（排気ガス再循環）回路の問題解決のために発明されたものである。
【背景技術】
【０００２】
図７には、エンジン２１、排気マニホールド２２、ターボ過給機２４、タービン２５、クーラ２９を備えている排気ガス再循環（ＥＧＲ）回路２８、および、ターボ過給機２４の圧縮機２６の上流で、低圧側に位置している三方弁３０が示されている。この三方弁３０の出口は、圧縮機２６に接続されており、三方弁３０の２つの入口から、外気と、圧縮機２６で加圧されて、クーラで冷却された排気ガスが導入され、圧縮機２６から、エンジンの吸気マニホールド２３に、排気ガスと空気が導入される。
【０００３】
この三方弁の入口を、ターボ過給機の圧縮機の下流側に接続し、２つの出口をそれぞれ、排気管と、ＥＤＲ回路のクーラに接続して、三方弁をエンジンの低温側に配置することもできる。
【０００４】
ＥＧＲ回路の目的は、ガソリンと空気の混合ガスの燃焼を緩慢にして、エネルギーの一部を吸収することにより、燃焼温度を低下させて、二酸化窒素の排出量を減少させることである。ＥＧＲ回路のクーラにより、高速（高負荷）の燃焼温度を低下させている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
低温側の吸気マニホールド側に配置されている本発明の三方弁と、エンジンには、多くの作動モードがある。エンジンに、排気再循環ガスを供給することなく、外気のみを供給することができる。又、エンジンの排気側と吸気側の圧力差が、排気ガスを再循環させるのに充分であるエンジンに、排気ガスの一部を混合した外気を供給することもできる。この圧力差が、排気ガスを再循環させて、正確なＥＧＲ比にするのには充分に高くない場合、エンジンの吸気通路に排気ガスの一部を供給するために、ＥＧＲの下流の排気通路を絞って、背圧を発生させることができる。しかし、この解決策は複雑であるので、充分な解決策とは言えず、次の要領で、ＥＧＲ回路を使用することが好ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
−三方弁の吸気通路の外気流量を最大にし、
−三方弁の再循環ガス通路を徐々に開路し、
−三方弁の再循環ガスの流量が、それ以上増加しなくなる前に、
−再循環ガスの流量が、単調な増加曲線上に増加し続けるように、外気吸入通路を徐々に閉路させる。
【０００７】
本発明は、２つの弁板を備えている三方弁に関し、ＥＧＲ回路に前述の方法で使用することにより、コスト効果を高くし、小型にすることができる。もちろん、出願人は、本発明の三方弁を、前述のＥＧＲ回路に使用することに限定する意図は無く、これは、本発明が、一般の、時間差をもって位相が変移される２つの弁板、又はシャッターを備えている全ての三方弁に関連しているからである。前述の場合、２つの弁板は、三方弁の２つの吸入通路に配置されているが、場合により、２つの出口通路に配置していても良い。
【０００８】
このように、本発明は、三方弁の３つの通路の内の２つの通路に、それぞれ配置されている２つの弁板を備えている三方弁に関している。制御手段により、通路の全開位置と全閉位置の２つの位置に弁板が旋回作動され、それも単一の制御手段により、２つの弁板の位相が、時間差をもって変移するように制御される。
【０００９】
制御手段は、直流モータを備えていることが好ましい。
【００１０】
−作動装置は、制御モータの軸の歯付ピニオンからの動力伝達装置を備えており、このピニオンは、それぞれ異なるギア比の２つの同軸の歯部を備える、円筒状の中間歯車と噛み合っている。
【００１１】
−中間歯車は、２つの弁体と一体となって回転する２つの環状歯車と協働する。
【００１２】
本発明の三方弁の好ましい実施例によれば、弁板は、２つの入口通路に配置されており、三方弁は、低温側のＥＧＲ回路の弁であり、内燃エンジンを搭載している自動車の吸気マニホールドと接続されている。
【発明の効果】
【００１３】
ＥＧＲ回路の構成が複雑でないため、排気ガスを充分に再循環させることができる。又、ＥＧＲ回路の三方弁を、前述の方法で使用することにより、ＥＧＲ回路を、コスト効果の高いものとし、かつ小型化を図ることができる。
【００１４】
添付図面を参照して行う、本発明の三方弁の使用形態と、三方弁自体に関する次の詳細な説明により、本発明をよりよく理解しうると思う。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１ａ】ＥＧＲ回路の三方弁の４つの使用形態を示す。
【図１ｂ】ＥＧＲ回路の三方弁の４つの使用形態を示す。
【図１ｃ】ＥＧＲ回路の三方弁の４つの使用形態を示す。
【図１ｄ】ＥＧＲ回路の三方弁の４つの使用形態を示す。
【図２ａ】弁板の角度(α)の関数としての空気の流量(da)曲線を示す。
【図２ｂ】弁板の角度(α)の関数としてのＥＧＲ排気ガス(dgn)の自然流量曲線を示す。
【図２ｃ】弁板の角度(α)の関数としてのＥＧＲ排気ガス(dgf)の使用方法による強制流量曲線を示す。
【図３】空気用弁板が開弁し、ガス用弁板が閉弁している本発明の２つの弁板を備えている三方弁の動力伝達装置の斜視図である。
【図４】ガス用弁板が部分的に開弁している図３の三方弁の図である。
【図５】ガス用弁板が開弁し、空気用弁板が閉弁している図３の三方弁の図である。
【図６】ガス用弁板の開弁に関連して、空気用弁板が、時間差をもって位相が変移する機構の他の実施例における、三方弁の動力伝達装置の部分斜視図である。
【図７】図１の作動モードで使用されているＥＧＲ回路の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１a〜図１dにおいて、三方弁１は、空気入口２、再循環排気ガス入口３、そして、空気とガスの出口４を備えている。
【００１７】
この三方弁１は、空気入口通路２に１つの弁板５と、ガス入口通路３に１つの弁板６と、合わせて２つの弁板を備えている。
【００１８】
最初は、空気用弁板５の角度は０°であるので、通路２を通る流量は最大であり、ガス用弁板６の角度は９０°であるので、通路３は閉じている。
【００１９】
その後、空気用弁板５が旋回することなく、ガス用弁板６が、ＥＧＲ排気ガス用通路３を徐々に開くために、旋回し始める（図１a）。これは、図２bの曲線の領域Iに相当している。次に、空気用弁板５が同位置に留まり、空気入口２が広く開いている状態で、ガス用弁板６は、ガス用通路３を大幅に開くために旋回する（図１b）。これは、図２bの曲線の領域IIに相当している。ガス用弁板６が５５°回転すると、通路３内のガス流量は、ほとんど増加しなくなるので、ガス用弁板６が、特定の角度、具体的には３５°になった時に、ガス用弁板６が旋回を継続する一方で、特定の時間差をもって、空気入口通路２を閉じるために空気用弁板５が旋回をし始め、このようにして、エンジンにより多くのＥＧＲガスを吸入させる（図１c）。
【００２０】
これは、図２bの曲線の領域IIIの始まりであり、排気ガスの流量曲線は、変曲点を通過し、上昇を続ける。
【００２１】
この領域IIIは、ガス用弁板６が、ガス入口通路３が広く開いている、角度０°に到達するまで続き、空気用弁板５の角度が９０°で、空気入口通路２は閉じるまで続いている。
【００２２】
前述の方法で三方弁を駆動するために、この三方弁は、図３〜図５に示す動力伝達装置を備えている。
【００２３】
この三方弁１の動力伝達装置は、直流モータ７と空気用弁板５とガス用弁板６を回動させる２つの軸５１、６１との間に、それぞれ歯部を備えている。この２つの軸５１、６１は互いに平行に配置されている。
【００２４】
モータ７の軸１４に駆動ピニオン８が取り付けられており、この駆動ピニオン８は、外周歯部１０と中央歯部１１を備えている中間歯車９を駆動する。
【００２５】
この中間歯車９の外周歯部１０は、空気用弁板５を回動させる環状歯車１２と噛み合っている。環状歯車１２は、空気用弁板５の軸５１の回転に関して遊離している。この空気用弁板５は、それ自体、空気用弁板５の軸５１を軸として回転する駆動ピン１５により回転駆動されている。このピン１５は、停止している時、弁本体（図示せず）に取り付けられている調節可能な係止ピン１６に押し付けられている。環状歯車１２は、円周方向の切り欠き部１７を備えており、ピン１５、言い換えると、弁板５を駆動することなく、特定の扇形の角度を自由に回転することができる。環状歯車１２が、この扇形の角度以上に回転する時、切り欠き部１７の端部は、ピン１５を駆動することができる。
【００２６】
一方、中間歯車９の中央歯部１１は、ガス用弁板６を回転駆動させるために、環状歯車１３と噛み合っている。
【００２７】
従って、弁板６は、環状歯車１３の回転により、直接的に回転駆動される一方、弁板５は、環状歯車１２がピン１５を回転駆動する時のみ、回転駆動されている。
【００２８】
この実施例において、反時計方向に回転駆動されているモータのピニオン８により、中間歯車９は時計方向に回転駆動される。同様に中間歯車９は、その歯部１０、１１により、２つの環状歯車１２、１３を反時計方向に駆動しており、従って、この２つの環状歯車は、同じ中間歯車９の２つの異なる歯部１０、１１により回転駆動されている。モータ７の軸１４とガス用弁板６の歯車比は、１５.６７であり、空気用弁板５が駆動されている時、軸１４と空気用弁板５の歯車比は、６.６７である。
【００２９】
次に、空気用弁板５を閉弁する位相変移の機構について述べる。
【００３０】
図３、図４、図５は、ピニオン８の回転に対応している中間歯車と環状歯車の種々の段階を示している。
【００３１】
図３、図４において、環状歯車１２、１３は、反時計方向に回転駆動されているので、弁板６が開く一方、弁板５は、円周方向の切り欠き部１７があるので、静止したままである。図４の位置において、切り欠き部１７の一端が、ピン１５と接触する。
【００３２】
環状歯車１２は、図５に示されている位置の方向へ回転し続け、ピン１５、従って弁板５が回転されている。そのため、弁板５は、切り欠き部１７による時間差をもって閉じる。
【００３３】
位相変化機構の他の実施例を図６に示す。この実施例においては、２つの径方向アーム５２、５３を備えている継ぎ手５０が、弁板５の軸５１上に載置されている。各アーム５２、５３の端部に、軸５１とほぼ平行の駆動ピン５４、５５を備えている。
【００３４】
ピン５４、５５を、円弧運動をさせるための２つの環状溝５６、５７が、環状歯車１２内に形成されている。ピン５４、５５は、それぞれ、この２つの溝５６、５７内を移動する。
【００３５】
ピン５４、５５を、溝５６、５７の端壁の１つに接触しない限り、軸５１と空気用弁板５は回転することができない。ピン５４、５５が、２つの溝５６、５７の各端壁に接触すると、環状歯車１２は、ピン５４、５５で各端壁を駆動し、弁板５は回転を始める。
【００３６】
三方弁の作動を正確にするために、溝の範囲の角度を１８０°以下にする必要がある。もし、αgをガス用弁板６の回転角度として、αaを空気用弁板５の回転角度とすると、下記の（1）式が適用される。
（αg-αa）×αg/αa  ＜  １８０  （1）
【００３７】
もし、αg＝９０°(図２b)とすると、空気用弁板５の回転角度αaには、次の（２）式が適用される。
αa＞３０°（２）
【００３８】
歯車比Ｒ＝αg/αaには、次の（３）式が適用される。
Ｒ＞３（３）
【００３９】
前述の実施例の変数は次の通りである。
Ｒ＝１５．６７/６．６７＝２．３５
【００４０】
環状溝５６、５７は、環状歯車１２の歯の付けられている部分に関して、空気用弁板５が回転し始める前に、ガス用弁板６が回転する角度の大きさを充分考慮して環状歯車１２に形成されている。
【００４１】
以上に述べてきた三方弁は、直流モータ７のみで制御されており、その制御の単一性で優れており、コスト効率が高く、小型化できるという効果がある。
【００４２】
この制御には、当業者が周知のＨブリッジ回路を使用することができる。このブリッジ回路は、直列に接続されている２組のスイッチング素子を備えており、この場合モータであるが、制御される部品が、２組のスイッチング素子の中間点に接続されており、２組のスイッチング素子は、バッテリー電圧とグラウンドの間に接続されている。
【符号の説明】
【００４３】
１    三方弁
２    空気入口
３    再循環排気ガス入口
４    空気とガスの出口
５    弁板
６    弁板
７    直流モータ
８    駆動ピニオン
９    中間歯車
１０  外周歯部
１１  中央歯部
１２  環状歯車
１３  環状歯車
１４  軸
１５  駆動ピン
１６  停止ピン
１７  切り欠き部
２１  エンジン
２２  排気マニホールド
２３  吸気マニホールド
２４  ターボ過給機
２５  タービン
２６  圧縮機
２８  排気ガス再循環回路
２９  クーラ
３０  三方弁
５０  継ぎ手
５１  軸
５２  径方向アーム
５３  径方向アーム
５４  駆動ピン
５５  駆動ピン
５６  環状溝
５７  環状溝
５８  端壁
６１  軸
【図１ａ】
2011508861.tif 000003
【図１ｂ】
2011508861.tif 000004
【図１ｃ】
2011508861.tif 000005
【図１ｄ】
2011508861.tif 000006
【図２ａ】
2011508861.tif 000007
【図２ｂ】
2011508861.tif 000008
【図２ｃ】
2011508861.tif 000009
【図３】
2011508861.tif 000010
【図４】
2011508861.tif 000011
【図５】
2011508861.tif 000012
【図６】
2011508861.tif 000013
【図７】
2011508861.tif 000014
【国際調査報告】
2011508861.tif 000015
2011508861.tif 000016
2011508861.tif 000017
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