(57)【要約】  【課題】開弁初期領域でのＥＧＲを効率的に行いながら、開弁中期領域で生じるエンジン回転のハンチングを抑制するエンジンを提供する。  【解決手段】ＥＧＲ弁を弁バネ９ｂのバネ力で閉弁方向に付勢し、ＥＧＲ弁９をニューマチック式の弁アクチュエータに連携させ、この弁アクチュエータの吸気圧室を吸気通路に連通させ、この吸気通路に排気エネルギーで駆動される過給機で過給を行い、ＥＧＲ弁９の全閉位置を０％ストローク位置、全開位置を１００％ストローク位置とし、０％から９％までのストローク領域を開弁初期領域９ｃ、１０％〜５０％のストローク領域を開弁初期後続領域９ｄとした場合に、開弁初期後続領域９ｄ内の所定のバネ定数切替え位置９ｅから始まる１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数増大領域９ｆで、弁バネ９ｂのバネ定数が、開弁初期領域９ｃでのバネ定数よりも大きくなるようにした。【選択図】図１
2008190337.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＥＧＲ弁ケース(７)にＥＧＲ弁(９)を収容し、このＥＧＲ弁(９)を開弁して、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるようにしたエンジンにおいて、
ＥＧＲ弁(９)を弁バネ(９ｂ)のバネ力で閉弁方向に付勢し、ＥＧＲ弁(９)をニューマチック式の弁アクチュエータ(８)に連携させ、この弁アクチュエータ(８)の吸気圧室(３４)を吸気通路に連通させ、この吸気通路に排気エネルギーで駆動される過給機(３０)で過給を行い、
吸気通路内の過給圧が所定値未満の場合には、弁バネ(９ｂ)のバネ力でＥＧＲ弁(９)を全閉位置に保持し、吸気通路内の過給圧が所定値以上となった場合には、弁バネ(９ｂ)のバネ力に抗して、過給圧に基づく弁アクチュエータ(８)の開弁力でＥＧＲ弁(９)を開弁し、弁バネ(９ｂ)のバネ力と弁アクチュエータ(８)の開弁力との釣合いでＥＧＲ弁(９)を所定の開度に保持し、過給圧が高くなるにつれてＥＧＲ弁(９)の開度が大きくなるようにするに当たり、
ＥＧＲ弁(９)の全閉位置を０％ストローク位置、全開位置を１００％ストローク位置とし、
０％から９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、１０％〜５０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)とした場合に、
開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から始まる１００％ストローク位置寄りのバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載したエンジンにおいて、
０％から９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、１０％〜５０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)としたことに代えて、
０％から１９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、２０％〜４０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)とした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載したエンジンにおいて、
弁バネ(９ｂ)に圧縮コイルバネを用い、この弁バネ(９ｂ)に密巻部(９ｇ)と疎巻部(９ｈ)とを設け、密巻部(９ｇ)は疎巻部(９ｈ)よりも素線のピッチを小さくし、離れていた密巻部(９ｇ)の素線同士が密着することにより、バネ定数が大きい値に切り替わるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項４】
請求項１に記載したエンジンにおいて、
開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から始まる１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしたことに代えて、
０％ストローク位置から始まる所定のバネ定数漸増領域(９ｉ)で、０％ストローク位置から遠ざかるにつれて、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が徐々に大きくなるようにすることにより、開弁初期後続領域(９ｄ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項５】
請求項４に記載したエンジンにおいて、
弁バネ(９ｂ)に、不等ピッチ型、タル型、鼓型、円錐台型のいずれかの圧縮コイルバネを用いることにより、バネ定数が徐々に大きくなるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項６】
請求項１から請求項５のいずれかに記載したエンジンにおいて、
弁アクチュエータ(８)の吸気圧室(３４)を吸気圧導入パイプ(３５)を介して吸気通路に連通させ、この吸気圧導入パイプ(３５)に感温作動性の吸気圧遮断弁(３６)を配置し、エンジン温度が所定値未満の冷間始動時には、吸気圧遮断弁(３６)が閉弁して、吸気通路内の過給圧に拘わらず、ＥＧＲ弁(９)が全閉状態を維持し、エンジン温度が所定値以上の温間始動時や通常運転時には、吸気圧遮断弁(３６)が開弁して、吸気通路内の過給圧に応じてＥＧＲ弁(９)の開度が調節されるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載したエンジンにおいて、
ＥＧＲクーラ(６)の下流で、吸気通路壁にＥＧＲ弁ケース(７)を取り付け、このＥＧＲ弁ケース(７)に弁アクチュエータ(８)を取り付けた、ことを特徴とするエンジン。
【請求項８】
請求項７に記載したエンジンにおいて、
ＥＧＲ弁(９)の弁軸(９ａ)を垂直にしてＥＧＲ弁ケース(７)内の弁軸挿通孔(７ｃ)に摺動自在に内嵌させた、ことを特徴とするエンジン。
【請求項９】
請求項７または請求項８に記載したエンジンにおいて、
ＥＧＲ弁ケース(７)と吸気通路の吸気入口管(５)との間に逆止弁(１０ｃ)を設け、この逆止弁(１０ｃ)で吸気入口管(５)からＥＧＲ弁ケース(７)への吸気の流入とＥＧＲガスの逆流とを阻止することができるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【請求項１０】
請求項７から請求項９のいずれかに記載したエンジンにおいて、
シリンダヘッド(２)に水冷ジャケット内を通過するヘッド内ＥＧＲ通路(１１)を設け、このヘッド内ＥＧＲ通路(１１)の下流にＥＧＲクーラ(６)を配置した、ことを特徴とするエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関し、詳しくは、エンジン製造コストを低減することができるエンジンに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンとして、本発明と同様、ＥＧＲ弁ケースにＥＧＲ弁を収容し、このＥＧＲ弁を開弁して、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるようにしたものがある(例えば、特許文献１参照)。この種のエンジンでは、ＥＧＲガスによってＮＯＸの低減を図ることができる利点がある。
【０００３】
しかし、従来のエンジンでは、ＥＧＲ弁を電動アクチュエータで駆動し、この電動アクチュエータを制御手段を介してエンジン回転数センサや負荷センサに連携させているので、問題がある。
【０００４】
【特許文献１】特開昭５５−１６４７４０号公報(第４図参照)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記従来技術では、次の問題がある。
《問題》  エンジン製造コストが高い。
ＥＧＲ弁を電動アクチュエータで駆動し、この電動アクチュエータを制御手段を介してエンジン回転数センサや負荷センサに連携させているので、ＥＧＲの弁制御に多数の電子部品を必要とする。また、電動アクチュエータは熱に弱いため、ＥＧＲ弁のガスシールに高精度のものを用いる必要がある。このため、部品コストが高くなり、エンジン製造コストが高い。
【０００６】
本発明は、上記問題点を解決することができるエンジン、すなわち、エンジン製造コストを低減することができるエンジンを提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
(請求項１に係る発明)
請求項１に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
図２に例示するように、ＥＧＲ弁ケース(７)にＥＧＲ弁(９)を収容し、このＥＧＲ弁(９)を開弁して、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるようにしたエンジンにおいて、
図２に例示するように、ＥＧＲ弁(９)を弁バネ(９ｂ)のバネ力で閉弁方向に付勢し、ＥＧＲ弁(９)をニューマチック式の弁アクチュエータ(８)に連携させ、この弁アクチュエータ(８)の吸気圧室(３４)を吸気通路に連通させ、この吸気通路に排気エネルギーで駆動される過給機(３０)で過給を行い、
図２に例示するように、吸気通路内の過給圧が所定値未満の場合には、弁バネ(９ｂ)のバネ力でＥＧＲ弁(９)を全閉位置に保持し、吸気通路内の過給圧が所定値以上となった場合には、弁バネ(９ｂ)のバネ力に抗して、過給圧に基づく弁アクチュエータ(８)の開弁力でＥＧＲ弁(９)を開弁し、弁バネ(９ｂ)のバネ力と弁アクチュエータ(８)の開弁力との釣合いでＥＧＲ弁(９)を所定の開度に保持し、過給圧が高くなるにつれてＥＧＲ弁(９)の開度が大きくなるようにするに当たり、
図１(Ｂ)または図８(Ｂ)に例示するように、ＥＧＲ弁(９)の全閉位置を０％ストローク位置、全開位置を１００％ストローク位置とし、
０％から９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、１０％〜５０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)とし、
図１(Ｂ)に例示するように、開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から始まる１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【０００８】
(請求項２に係る発明)
請求項２に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
請求項１に記載したエンジンにおいて、
図１(Ｂ)に例示するように、０％から９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、１０％〜５０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)としたことに代えて、
０％から１９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、２０％〜４０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)とした、ことを特徴とするエンジン。
【０００９】
(請求項４に係る発明)
請求項４に係る発明の発明特定事項は、次の通りである。
請求項１に記載したエンジンにおいて、
図１(Ｂ)に例示するように、開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から始まる１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしたことに代えて、
図８(Ｂ)に例示するように、０％ストローク位置から始まる所定のバネ定数漸増領域(９ｉ)で、０％ストローク位置から遠ざかるにつれて、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が徐々に大きくなるようにすることにより、開弁初期後続領域(９ｄ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにした、ことを特徴とするエンジン。
【発明の効果】
【００１０】
（請求項１または請求項２に係る発明）
《効果》  エンジン製造コストを低減することができる。
図２に例示するように、ＥＧＲ弁(９)を弁バネ(９ｂ)のバネ力で閉弁方向に付勢し、ニューマチック式の弁アクチュエータ(８)を用い、弁バネ(９ｂ)のバネ力と過給圧に基づく弁アクチュエータ(８)の開弁力とでＥＧＲ弁(９)の開閉を制御するので、ＥＧＲ弁(９)の弁制御に電子部品を必要としない。また、ニューマチック式の弁アクチュエータ(８)は、電動アクチュエータに比べて耐熱性が高いので、ＥＧＲ弁(９)のガスシール(３８)に高精度のものを用いる必要はない。このため、部品コストが低くなり、エンジン製造コストを低減することができる。
【００１１】
《効果》  開弁初期領域でのＥＧＲを効率的に行いながら、開弁初期後続領域で生じるエンジン回転のハンチングを抑制することができる。
図１(Ｂ)に実線で示すように、開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数漸増領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしたので、開弁初期領域(９ｃ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数を比較的小さく設定し、開弁初期後続領域(９ｄ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数を比較的大きく設定することができる。このため、開弁初期領域(９ｃ)でのＥＧＲを効率的に行いながら、開弁初期後続領域(９ｄ)で生じるエンジン回転のハンチングを抑制することができる。
【００１２】
その理由は、次のように推定される。
ＥＧＲ弁(９)の開弁初期後続領域(９ｄ)は、開弁初期領域(９ｃ)に比べ吸気へのＥＧＲガスの還流量が多くなるため、燃焼が不安定になり、排気エネルギーが変動し、その結果、過給圧も変動しやすい。このため、過給圧の変動に対するＥＧＲ弁(９)の開閉作動の感度が高い場合には、過給圧の変動によってＥＧＲ弁(９)の開閉作動がハンチングを起こし、ＥＧＲガスの還流量を変動させ、これが更に過給圧の変動を惹き起こし、エンジン回転がハンチングを起こすことがある。
本発明では、開弁初期後続領域(９ｄ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数を比較的大きく設定することができるため、過給圧の変動に対するＥＧＲ弁(９)の開閉作動の感度を低下させ、開弁初期後続領域(９ｄ)での過給圧の変動によるＥＧＲ弁(９)の開閉作動のハンチングを抑制し、これに起因するエンジン回転のハンチングを抑制することができる。
また、開弁初期領域(９ｃ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数を比較的小さくすることができるため、過給圧が低い開弁初期領域(９ｃ)でのＥＧＲを効率的に行うことができる。
【００１３】
（請求項３に係る発明）
請求項１または請求項２に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  簡易構造の圧縮コイルバネで、エンジン回転のハンチングを抑制する機能が得られる。
図１(Ａ)に例示するように、弁バネ(９ｂ)に圧縮コイルバネを用い、この弁バネ(９ｂ)に密巻部(９ｇ)と疎巻部(９ｈ)とを設け、密巻部(９ｇ)は疎巻部(９ｈ)よりも素線のピッチを小さくし、離れていた密巻部(９ｇ)の素線同士が密着することにより、バネ定数が大きい値に切り替わるようにしたので、簡易構造の圧縮コイルバネで、エンジン回転のハンチングを抑制する機能が得られる。
【００１４】
(請求項４に係る発明)
請求項１に係る発明と同様の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  ＥＧＲ還流量の大きな変動を避けることができる。
図８(Ｂ)に例示するように、０％ストローク位置から始まる所定のバネ定数漸増領域(９ｉ)で、０％ストローク位置から遠ざかるにつれて、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が徐々に大きくなるようにするので、ＥＧＲ弁(９)の開度を緩やかに変化させることができ、ＥＧＲ還流量の大きな変動を避けることができる。
【００１５】
(請求項５に係る発明)
請求項４に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  簡易構造の圧縮コイルバネで、ＥＧＲ還流量の大きな変動を避ける機能が得られる。
弁バネ(９ｂ)に、不等ピッチ型、タル型、鼓型、円錐台型のいずれかの圧縮コイルバネを用いることにより、バネ定数が徐々に大きくなるようにしたので、簡易構造の圧縮コイルバネで、ＥＧＲ還流量の大きな変動を避ける機能が得られる。
【００１６】
（請求項６に係る発明）
請求項１から請求項５のいずれかに係る発明の効果に加え次の効果を奏する。
《効果》  冷間始動時の青白煙の発生を抑制することができる。
図２、図３に例示するように、エンジン温度が所定値未満の冷間始動時には、吸気圧遮断弁(３６)が閉弁して、吸気通路内の過給圧に拘わらず、ＥＧＲ弁(９)が全閉状態を維持するので、ＥＧＲガスで燃焼性が低下する不具合を防止することができ、冷間始動時に青白煙の発生を抑制することができる。
【００１７】
（請求項７に係る発明）
請求項１から請求項６のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  過熱によるＥＧＲ弁の損傷を抑制することができる。
図２に例示するように、ＥＧＲクーラ(６)の下流で、吸気通路壁にＥＧＲ弁ケース(７)を取り付けたので、ＥＧＲ弁ケース(７)にはＥＧＲクーラ(６)で冷却されたＥＧＲガスが導入され、ＥＧＲ弁ケース(７)の熱は吸気通路壁に放熱される。このため、ＥＧＲ弁ケース(７)内に収容されるＥＧＲ弁(９)が過熱しにくく、過熱によるＥＧＲ弁(９)の損傷を抑制することができる。
【００１８】
《効果》  過熱による弁アクチュエータの損傷を抑制することができる。
図２に例示するように、ＥＧＲ弁ケース(７)に弁アクチュエータ(８)を取り付けたので、弁アクチュエータ(８)が過熱しにくく、過熱による弁アクチュエータ(８)の損傷を抑制することができる。
【００１９】
（請求項８に係る発明）
請求項７に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  ＥＧＲ弁の損傷を抑制することができる。
図２に例示するように、ＥＧＲ弁(９)の弁軸(９ａ)を垂直にしてＥＧＲ弁ケース(７)内の弁軸挿通孔(７ｃ)に摺動自在に内嵌させたので、ＥＧＲ弁(９)の弁軸(９ａ)を水平にした場合のように、ＥＧＲ弁(９)の弁軸(９ａ)が自重で弁軸挿通孔(７ｃ)に片当たりする不具合がなく、偏磨耗によるＥＧＲ弁(９)の損傷を抑制することができる。
【００２０】
（請求項９に係る発明）
請求項７または請求項８に係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  ＥＧＲ弁の損傷を抑制することができる。
図２、図３に例示するように、逆止弁(１０ｃ)で吸気入口管(５)からＥＧＲ弁ケース(７)への吸気の流入を阻止することができるようにしたので、ＥＧＲ弁(９)が吸気の流入で急激に冷却される不具合がなく、急激な冷却によるＥＧＲ弁(９)の損傷を抑制することができる。
【００２１】
《効果》  ＮＯＸの低減を図ることができる。
図２、図３に例示するように、逆止弁(１０ｃ)で吸気入口管(５)からＥＧＲ弁ケース(７)へのＥＧＲガスの逆流を抑制することができるようにしたので、ＥＧＲ率の適正化により効率的にＮＯＸの低減を図ることができる。
【００２２】
（請求項１０に係る発明）
請求項７から請求項９のいずれかに係る発明の効果に加え、次の効果を奏する。
《効果》  ＥＧＲクーラを小型化することができる。
図３に例示するように、シリンダヘッド(２)に水冷ジャケット内を通過するヘッド内ＥＧＲ通路(１１)を設け、このヘッド内ＥＧＲ通路(１１)の下流にＥＧＲクーラ(６)を配置したので、ＥＧＲガスをヘッド内ＥＧＲ通路(１１)で冷却できる分だけ、ＥＧＲクーラ(６)の冷却能力を下げることができ、ＥＧＲクーラ(６)を小型化することができる。
【００２３】
《効果》  ＮＯＸの低減を図ることができる。
図３に例示するように、ＥＧＲガスをヘッド内ＥＧＲ通路(１１)で冷却できる分だけ、ＥＧＲガスの温度を低下させることができ、効率的にＮＯＸの低減を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１から図７は本発明の第１実施形態に係るエンジンを説明する図、図８は本発明の第２実施形態に係るエンジンの弁バネを説明する図で、これら実施形態では、立形の水冷多気筒ディーゼルエンジンについて説明する。
【００２５】
第１実施形態の概要は、次の通りである。
図２に示すように、ＥＧＲ弁ケース(７)にＥＧＲ弁(９)を収容し、このＥＧＲ弁(９)を開弁して、排気通路から吸気通路にＥＧＲガスを還流させるようにしている。すなわち、ＥＧＲ弁ケース(７)にＥＧＲ弁(９)を収容し、このＥＧＲ弁(９)を開弁して、排気合流通路から吸気分配通路にＥＧＲガスを還流させるようにしている。吸気分配通路は吸気分配通路壁(３)内に形成され、排気合流通路は排気分配通路壁(４)内に形成されている。吸気分配通路壁(３)は吸気マニホルドの機能を果たすものであるが、図２、図３に示すように、分岐管のない箱型構造であるため、このような部品名を用いた。また、排気分配通路壁(４)は排気マニホルドの機能を果たすものであるが、吸気分配通路壁(３)という部品名に合わせてこのような部品名を用いた。
【００２６】
ＥＧＲ装置の工夫は、次の通りである。
図２に示すように、ＥＧＲ弁(９)を弁バネ(９ｂ)のバネ力で閉弁方向に付勢し、ＥＧＲ弁(９)をニューマチック式の弁アクチュエータ(８)に連携させ、この弁アクチュエータ(８)の吸気圧室(３４)を吸気通路に連通させ、この吸気通路に排気エネルギーで駆動される過給機(３０)で過給を行っている。
【００２７】
弁バネの工夫は、次の通りである。
図２に示すように、吸気分配通路内の過給圧が所定値未満の場合には、弁バネ(９ｂ)のバネ力でＥＧＲ弁(９)を全閉位置に保持し、吸気分配通路内の過給圧が所定値以上となった場合には、弁バネ(９ｂ)のバネ力に抗して、過給圧に基づく弁アクチュエータ(８)の開弁力でＥＧＲ弁(９)を開弁し、弁バネ(９ｂ)のバネ力と弁アクチュエータ(８)の開弁力との釣合いでＥＧＲ弁(９)を所定の開度に保持し、過給圧が高くなるにつれてＥＧＲ弁(９)の開度が大きくなるようにするに当たり、次のようにしている。
【００２８】
図１(Ｂ)に示すように、ＥＧＲ弁(９)の全閉位置を０％ストローク位置、全開位置を１００％ストローク位置とし、０％から９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、１０％〜５０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)とした場合に、開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から始まる１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしている。
【００２９】
この実施形態では、３０％ストローク位置にあるバネ定数切替え位置(９ｅ)から１００％ストローク位置までのバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしている。
【００３０】
図１(Ｂ)は、ＥＧＲ弁(９)のストローク位置を横軸に、過給圧に基づく弁アクチュエータ(８)の開弁力と釣り合う弁バネ(９ｂ)のバネ力を縦軸にそれぞれとった座標平面上に、実線でバネ特性線を表したもので、バネ特性線の傾きでバネ定数が示されている。なお、図１(Ｂ)の破線はストローク領域に拘わらず弁バネのバネ定数が一定している場合のバネ特性線である。
【００３１】
エンジンによっては、０％から１９％までのストローク領域を開弁初期領域(９ｃ)、２０％〜４０％のストローク領域を開弁初期後続領域(９ｄ)として、上記バネ定数の設定を行ったほうが適当な場合もある。
【００３２】
弁バネ(９ｂ)の具体的構造は、次の通りである。
図１(Ａ)に示すように、弁バネ(９ｂ)に圧縮コイルバネを用い、この弁バネ(９ｂ)に密巻部(９ｇ)と疎巻部(９ｈ)とを設け、密巻部(９ｇ)は疎巻部(９ｈ)よりも素線のピッチを小さくし、密巻部(９ｇ)の素線同士が密着することにより、バネ定数が大きい値に切り替わるようにしている。
【００３３】
ＥＧＲ装置の他の工夫は、次の通りである。
図２、図３に示すように、弁アクチュエータ(８)の吸気圧室(３４)を吸気圧導入パイプ(３５)を介して吸気分配通路に連通させ、この吸気圧導入パイプ(３５)に感温作動性の吸気圧遮断弁(３６)を配置し、エンジン温度が所定値未満の冷間始動時には、吸気圧遮断弁(３６)が閉弁して、吸気分配通路内の過給圧に拘わらず、ＥＧＲ弁(９)が全閉状態を維持し、エンジン温度が所定値以上の温間始動時や通常運転時には、吸気圧遮断弁(３６)が開弁して、吸気分配通路内の過給圧に応じてＥＧＲ弁(９)の開度が調節されるようにしている。
この吸気圧遮断弁(３６)を吸気分配通路壁(３)に沿わせたＥＧＲ弁ケース(７)に取り付け、吸気圧遮断弁(３６)の入熱部(３７)をＥＧＲ弁ケース(７)内の弁冷却水路(３１)に臨ませている。吸気圧遮断弁(３６)は、内部にバイメタル等の感温性変形手段を備え、その温度による変形を駆動力として弁を開閉する。図３に示す弁冷却水路(３１)は平面視でコの字状に形成されている。
【００３４】
図２に示すように、ＥＧＲクーラ(６)の下流で、吸気分配通路壁(３)にＥＧＲ弁ケース(７)を取り付け、このＥＧＲ弁ケース(７)に弁アクチュエータ(８)を取り付けている。
ＥＧＲ弁(９)の弁軸(９ａ)を垂直にしてＥＧＲ弁ケース(７)内の弁軸挿通孔(７ｃ)に摺動自在に内嵌させている。
【００３５】
ＥＧＲ装置の部品配置は、次の通りである。
図２、図３に示すように、ＥＧＲ弁ケース(７)と吸気分配路の吸気入口管(５)との間に逆止弁(１０ｃ)を設け、この逆止弁(１０ｃ)で吸気入口管(５)からＥＧＲ弁ケース(７)への吸気の流入とＥＧＲガスの逆流とを阻止することができるようにしている。クランク軸(１)の架設方向を前後方向、その一方を後として、吸気入口管(５)は吸気分配通路壁(３)の後端上部に立設されている。
【００３６】
図３に示すように、シリンダヘッド(２)に水冷ジャケット内を通過するヘッド内ＥＧＲ通路(１１)を設け、このヘッド内ＥＧＲ通路(１１)の下流にＥＧＲクーラ(６)を配置している。
図２、図３に示すように、ＥＧＲクーラ(６)内にクーラジャケット(３３)を形成し、ＥＧＲ弁ケース(７)内に弁冷却水路(３１)を形成し、このクーラジャケット(３３)と弁冷却水路(３１)とを冷却水中継パイプ(３２)を介して直列接続し、エンジン冷却水をクーラジャケット(３３)と弁冷却水路(３１)とに通過させるに当たり、ＥＧＲクーラ(６)とＥＧＲ弁ケース(７)とを隣合わせに配置している。図４に示すように、クーラジャケット(３３)のクーラジャケット入口(３３ａ)は、冷却水入口パイプ(４０)を介してシリンダジャケット出口(４１)と連通させている。クーラジャケット(３３)のクーラジャケット出口(３３ｂ)は、冷却水中継パイプ(３２)を介して弁冷却水路(３１)の水路入口(３１ａ)に連通させている。弁冷却水路(３１)の水路出口(３１ｂ)は、冷却水出口パイプ(４２)を介して冷却水吸込み通路(図外)の通路入口(４３)に連通させている。冷却水吸込み通路の通路出口(図外)は、水ポンプ(３９)の吸込み口(図外)と連通している。シリンダジャケット内の冷却水は、水ポンプ(３９)の吸込み力により、シリンダジャケット出口(４１)とクーラジャケット(３３)と弁冷却水路(３１)と冷却水出口パイプ(４２)と冷却水吸込み通路とをその順に通過して水ポンプ(３９)に吸い込まれ、他の冷却水と合流して、ラジエータ(図外)に圧送され、再度、シリンダジャケット内に戻る。
【００３７】
図２、図３に示すように、クランク軸(１)の架設方向を前後方向、この前後方向と直交するシリンダヘッド(２)の幅方向を横方向として、シリンダヘッド(２)の横一側面に吸気分配通路壁(３)を取り付け、シリンダヘッド(２)の横他側方に排気合流通路壁(４)を取り付けるに当たり、吸気分配通路壁(３)の上部に吸気入口管(５)を立設し、吸気分配通路壁(３)の上方でＥＧＲクーラ(６)を前後方向に架設し、吸気入口管(５)とＥＧＲクーラ(６)とを前後に並べて配置している。ＥＧＲクーラ(６)は、吸気分配通路壁(３)の真上、すなわち、図３に示すように、シリンダ中心軸線(２５)と平行な向きに見た場合に、吸気分配通路壁(３)の上方で、吸気分配通路壁(３)と重なる位置に配置している。ＥＧＲクーラ(６)は、シリンダ中心軸線(２５)と平行な向きに見た場合に、吸気分配通路壁(３)よりも横外(シリンダヘッドから離れる側)にはみ出さないように配置している。ＥＧＲクーラ(６)には、シリンダブロック(２６)内の水冷ジャケットから冷却水を導入し、冷却水ポンプ(図外)に冷却水を導出する。
【００３８】
図２に示すように、吸気分配通路壁(３)の上方にＥＧＲ弁ケース(７)を配置し、吸気入口管(５)とＥＧＲ弁ケース(７)とＥＧＲクーラ(６)とを前後に並べて配置し、ＥＧＲクーラ(６)の下流にＥＧＲ弁ケース(７)を位置させ、ＥＧＲ弁ケース(７)に弁アクチュエータ(８)を取り付けている。ＥＧＲ弁ケース(７)は、吸気分配通路壁(３)の真上、すなわち、図３に示すように、シリンダ中心軸線(２５)と平行な向きに見た場合に、吸気分配通路壁(３)の上方で、吸気分配通路壁(３)と重なる位置に配置している。図２に示すように、ポペット弁製のＥＧＲ弁(９)の弁軸(９ａ)を垂直にしてＥＧＲ弁ケース(７)内の弁軸挿通孔(７ｃ)内のガスシール(３８)に摺動自在に内嵌させている。ＥＧＲガスは、図２に矢印で示すように、ＥＧＲ弁ケース(７)内を通過し、ガスシール(３８)はＥＧＲ弁(９)の弁口(４４)よりも下流側にある。
【００３９】
図３に示すように、前後方向のうち、エンジン冷却ファン(１４)を配置した方を前、その反対側を後として、後から前に向かって順に、吸気入口管(５)とＥＧＲ弁ケース(７)とＥＧＲクーラ(６)と接続管(１２)とを配置している。図２、図３に示すように、吸気入口管(５)の周壁前部のＥＧＲガス入口部(５ａ)にＥＧＲ弁ケース(７)の後部のＥＧＲ弁ケース出口部(７ａ)を連通させ、ＥＧＲ弁ケース(７)の前部のＥＧＲ弁ケース入口部(７ｂ)にＥＧＲクーラ(６)の後端のクーラ出口部(６ａ)を取り付けてこれらを連通させ、ＥＧＲクーラ(６)の前端のクーラ入口部(６ｂ)に接続管(１２)の後面上部の接続管出口部(１２ａ)を取り付けてこれらを連通させ、接続管(１２)の横面下部の接続管入口部(１２ｂ)をシリンダヘッド(２)の横面前部のヘッド内ＥＧＲ通路出口部(１１ａ)に取り付けてこれらを連通させている。
【００４０】
ＥＧＲ弁ケース(７)とＥＧＲクーラ(６)と接続管(１２)とを剛性連結体の構成要素とし、これら構成要素で可撓性のない剛性連結体を構成している。また、逆止弁ケース(１０)も剛性連結体の構成要素とし、ＥＧＲ弁ケース(７)の後部のＥＧＲ弁ケース出口部(７ａ)に逆止弁ケース(１０)の前部の逆止弁ケース入口部(１０ｂ)を取り付けてこれらを連通させ、逆止弁ケース(１０)の後面の逆止弁ケース出口部(１０ａ)を吸気入口管(５)の周壁前部のＥＧＲガス入口部(５ａ)に取り付けてこれらを連通させ、逆止弁ケース(１０)内の逆止弁(１０ｃ)で吸気入口管(５)からＥＧＲ弁ケース(７)への吸気の流入とＥＧＲガスの逆流とを阻止することができるようにしている。
【００４１】
図２、図３に示すように、吸気分配通路壁(３)内からシリンダヘッド(２)外を通過するヘッド外ＥＧＲ通路(１３)を導出し、このヘッド外ＥＧＲ通路(１３)の下流にＥＧＲクーラ(６)を配置し、ＥＧＲクーラ(６)にヘッド内ＥＧＲ通路(１１)とヘッド外ＥＧＲ通路(１３)の両方からＥＧＲガスを導入するようにしている。
【００４２】
図４〜図６に示すように、エンジン冷却ファン(１４)の後方にヘッド外ＥＧＲ通路(１３)を配置し、このヘッド外ＥＧＲ通路(１３)にエンジン冷却ファン(１４)で起こしたエンジン冷却風が吹き当たるようにしている。図６に示すように、クランク軸(１)の架設方向と平行な向きに見た場合に、ヘッド外ＥＧＲ通路(１３)はエンジン冷却ファン(１４)と重なる位置よりも僅かにずれているが、エンジン冷却風の吹き当たり領域は、エンジン冷却ファン(１４)の外周の軌跡よりも拡がるため、エンジン冷却風はヘッド外ＥＧＲ通路(１３)に吹き当たる。
【００４３】
図７(Ｂ)(Ｃ)に示すように、吸気入口管(５)の周壁前部に横長のＥＧＲガス入口部(５ａ)を設け、このＥＧＲガス入口部(５ａ)に左右一対のキリ孔のＥＧＲガス入口(５ｂ)(５ｃ)をあけ、図７(Ｃ)に示すように、吸気入口管(５)の中心軸線(１６)と平行な向きに見た場合に、吸気入口管(５)の中心軸線(１６)を通過する前後方向仮想線(１７)の左右に、各ＥＧＲガス入口(５ｂ)(５ｃ)の中心線(２５ｂ)(２５ｃ)を位置させ、シリンダヘッド(２)から遠い外寄りのＥＧＲガス入口(５ｂ)の中心線(２５ｂ)がシリンダヘッド(２)に近い内寄りのＥＧＲガス入口(５ｃ)の中心線(２５ｃ)よりも、前後方向仮想線(１７)から遠ざかるようにし、吸気入口管(５)に接続する吸気供給パイプ(１８)をシリンダヘッド(２)側から吸気入口管(５)に近づけている。図４〜図６に示すように、吸気供給パイプ(１８)は、排気合流通路壁(４)の上部に取り付けた過給機(３０)から導出している。
【００４４】
図８に示す第２実施形態では、次の点のみが第１実施形態と異なる。
すなわち、図１(Ｂ)に示すように、第１実施形態では、開弁初期後続領域(９ｄ)内の所定のバネ定数切替え位置(９ｅ)から始まる１００％ストローク位置寄りの所定のバネ定数増大領域(９ｆ)で、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしたが、第２実施形態では、これに代えて、図８(Ｂ)に示すように、０％ストローク位置から始まる所定のバネ定数漸増領域(９ｉ)で、０％ストローク位置から遠ざかるにつれて、弁バネ(９ｂ)のバネ定数が徐々に大きくなるようにすることにより、開弁初期後続領域(９ｄ)での弁バネ(９ｂ)のバネ定数が、開弁初期領域(９ｃ)でのバネ定数よりも大きくなるようにしている。
【００４５】
第２実施形態では、０％ストローク位置から１００％ストローク位置までのストローク漸増領域(９ｉ)で弁バネ(９ｂ)のバネ定数が徐々に大きくなるようにしている。
第２実施形態では、図８(Ａ)に示すように、弁バネ(９ｂ)に素線のピッチが一定でない不等ピッチ型の圧縮コイルバネを用いることにより、バネ定数が徐々に大きくなるようにしている。この圧縮コイルバネは、基端から先端に向けて徐々に素線のピッチが大きくなっている。バネ定数を徐々に大きくするため、圧縮コイルバネに、タル型、鼓型、円錐台型のものを用いてもよい。他の構成、機能は、第１実施形態と同じである。
【００４６】
図８(Ｂ)は、ＥＧＲ弁(９)のストローク位置を横軸に、過給圧に基づく弁アクチュエータ(８)の開弁力と釣り合う弁バネ(９ｂ)のバネ力を縦軸にそれぞれとった座標平面上に、実線でバネ特性線を表したもので、バネ特性線の接線の傾きでバネ定数が示される。なお、図８(Ｂ)の破線はストローク領域に拘わらず弁バネのバネ定数が一定している場合のバネ特性線である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンで用いるＥＧＲ弁の弁バネを説明する図で、図１(Ａ)は側面図、図１(Ｂ)はバネ特性線図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係るエンジンの吸気分配通路壁とその周辺部分の左側面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係るエンジンのシリンダヘッドのその周辺部分の平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係るエンジンの左側面図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係るエンジンの平面図である。
【図６】本発明の第１実施形態に係るエンジンの正面図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係るエンジンで用いる吸気分配通路壁を説明する図で、図７(Ａ)は後部の左側面図、図７(Ｂ)は図７(Ａ)のＢ−Ｂ線断面図、図７(Ｃ)は後部の平面図である。
【図８】本発明の第２実施形態に係るエンジンで用いるＥＧＲ弁の弁バネを説明する図で、図８(Ａ)は側面図、図８(Ｂ)はバネ特性線図である。
【符号の説明】
【００４８】
(５) 吸気入口管
(７) ＥＧＲ弁ケース
(７ｃ) 弁軸挿通孔
(８) 弁アクチュエータ
(９) ＥＧＲ弁
(９ｂ) 弁バネ
(９ｃ) 開弁初期領域
(９ｄ) 開弁初期後続領域
(９ｅ) バネ定数切替え位置
(９ｆ) バネ定数増大領域
(９ｇ) 密巻部
(９ｈ) 疎巻部
(９ｉ) バネ定数漸増領域
(１０ｃ) 逆止弁
(３０) 過給機
(３４) 吸気圧室
(３５) 吸気圧導入パイプ
【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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