(57)【要約】【課題】ＥＧＲ通路内のカーボンを捕集し吸気系へカーボンが流入するのを防止することができるＥＧＲ装置を提供することを課題とする。【解決手段】ＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスとして排気の少なくとも一部を還流させるＥＧＲ通路１３と、ＥＧＲ通路に接続しカーボンを収集するカーボン収集手段３３と、ＥＧＲ通路内に回転可能に配置され、ＥＧＲガス中のカーボンをトラップしカーボン収集手段へ送る螺旋状の羽根からなるカーボン除去手段２１とを備える。螺旋状の羽根は、回転軸となるエンド部２７と、それを中心に螺旋状に延長するエンド部２９と、これらエンド部２７，２９の間を接続するように延長した複数の線状部材からなるトラップ部３１とを備える。【選択図】        図２
2004293390.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスとして排気の少なくとも一部を還流させるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路に設けられカーボンを収集するカーボン収集手段と、
前記ＥＧＲ通路に沿って延びる回転軸を中心として前記ＥＧＲ通路内に回転可能に且つ前記ＥＧＲ通路底部に当接可能に配置され、回転に伴って前記ＥＧＲ通路底部との当接部が軸方向に移動することで前記ＥＧＲ通路内のカーボンを前記カーボン収集手段へ送るカーボン除去手段と
を備えることを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項２】
前記カーボン除去手段は、カーボンをトラップするトラップ部を有することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項３】
前記カーボン除去手段に振動を与えトラップされたカーボンを該カーボン除去手段から分離させる振動付与手段を更に備えることを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲ装置。
【請求項４】
前記カーボン除去手段は、前記カーボン収集手段に隣接する前記ＥＧＲ通路底面と当接可能であることを特徴とする請求項１〜３の何れか一項に記載のＥＧＲ装置。
【請求項５】
エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスとして排気の少なくとも一部を還流させるＥＧＲ通路であって、通路軸心が水平方向に対して傾斜して延びる又は鉛直方向に延びるＥＧＲ通路と、
前記ＥＧＲ通路内に回転可能に配置され、外縁部が前記ＥＧＲ通路内周面に当接し該内周面に付着したカーボンを掻き取るカーボン除去手段と、
掻き取られたカーボンの自重による落下経路上に設けられ、カーボンを収集するカーボン収集手段と
を備えることを特徴とするＥＧＲ装置。
【請求項６】
前記ＥＧＲ通路にはＥＧＲクーラーが設けられており、前記カーボン除去手段は該ＥＧＲクーラーの内側に配置されていることを特徴とする請求項１〜５の何れか一項に記載のＥＧＲ装置。
【請求項７】
ＥＧＲ作動時に前記カーボン除去手段を回転させ、ＥＧＲ停止時に前記カーボン除去手段を停止させる駆動手段を更に備えたことを特徴とする請求項１〜６の何れか一項に記載のＥＧＲ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジンの排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置に関し、特にそのＥＧＲ通路内のカーボンを除去する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、エンジンの排気の一部を吸気通路へ還流させるＥＧＲ装置が存在しており、かかる装置では、ＥＧＲ通路内に付着したカーボンを除去するための手段が設けられている。例えば、特開２００２−１６１８１２号公報には、ＥＧＲ通路の途中に設けられたＥＧＲクーラーの冷却管内に、当該冷却管内周面に付着したカーボンを掻き落とすための中空部材が設けられている。この中空部材にはバイメタルが接続されており、温度変化に伴うバイメタルの形状変化によって中空部材が冷却管内周面に沿って摺動し、それによって付着したカーボンが冷却管内周面から掻き取られる（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１６１８１２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来のＥＧＲ装置においては、掻き落とされたカーボンは、そのまま吸気通路内へ吸入される。そして、吸入されたカーボンは、吸気通路の壁面などに付着し、通路面積が縮小したり、通路壁面の表面荒れにより流れが阻害されたりすることで、吸入効率の減少につながる問題がある。特に、吸気ポートは、ＰＣＶ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｃｒａｎｋｃａｓｅ  Ｖｅｎｔｉｌａｔｉｏｎ）に伴うオイルの湿り気が原因でカーボンが付着しやすい部分となるため、上記の問題がより顕著に生じやすい。そして、吸入効率の減少は、エンジン性能の悪化や排気ガス特性の悪化などの問題を引き起こす恐れがある。また、吸気バルブへのカーボン付着によって、バルブ軸及びガイド内面間の磨耗や、バルブフェース及びバルブシート間の磨耗を生じる恐れがある。
【０００５】
従って、本発明は、このような問題に鑑みてなされたものであり、ＥＧＲ通路内のカーボンを捕集し吸気系へカーボンが流入するのを防止することができるＥＧＲ装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するため、本発明のＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスとして排気の少なくとも一部を還流させるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路に設けられカーボンを収集するカーボン収集手段と、前記ＥＧＲ通路に沿って延びる回転軸を中心として前記ＥＧＲ通路内に回転可能に且つ前記ＥＧＲ通路底部に当接可能に配置され、回転に伴って前記ＥＧＲ通路底部との当接部が軸方向に移動することで前記ＥＧＲ通路内のカーボンを前記カーボン収集手段へ送るカーボン除去手段とを備えることを特徴とする。これによれば、ＥＧＲ通路内のカーボンを捕集し吸気系へカーボンが流入するのを防止することができる。
【０００７】
また、前記カーボン除去手段は、カーボンをトラップするトラップ部を有すると好適である。また、前記カーボン除去手段に振動を与えトラップされたカーボンを該カーボン除去手段から分離させる振動付与手段を更に備えるようにしてもよい。これによれば、トラップされたカーボンをカーボン除去手段からより確実に分離させることができる。また、前記カーボン除去手段は、前記カーボン収集手段に隣接する前記ＥＧＲ通路底面と当接可能であると好適である。
【０００８】
また、同目的を達成するため、本発明のＥＧＲ装置は、エンジンの排気通路から吸気通路へＥＧＲガスとして排気の少なくとも一部を還流させるＥＧＲ通路であって、通路軸心が水平方向に対して傾斜して延びる又は鉛直方向に延びるＥＧＲ通路と、前記ＥＧＲ通路内に回転可能に配置され、外縁部が前記ＥＧＲ通路内周面に当接し該内周面に付着したカーボンを掻き取るカーボン除去手段と、掻き取られたカーボンの自重による落下経路上に設けられ、カーボンを収集するカーボン収集手段とを備えることを特徴とする。これによれば、ＥＧＲ通路内のカーボンを捕集し吸気系へカーボンが流入するのを防止することができる。さらに、カーボン除去手段に対し送り作用を強いることなく、自重を利用してカーボンを捕集することができる。
【０００９】
また、これらの本発明においては、前記ＥＧＲ通路にＥＧＲクーラーが設けられており、前記カーボン除去手段は該ＥＧＲクーラーの内側に配置されていると好適である。かかる構成によれば、カーボンの発生・付着がしやすい場所で効率よくカーボンを捕集することができる。
さらに、ＥＧＲ作動時に前記カーボン除去手段を回転させ、ＥＧＲ停止時に前記カーボン除去手段を停止させる駆動手段を更に備えていてもよい。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
実施の形態１．
図１にこの発明の実施の形態１に係るＥＧＲ装置がエンジンに組み入れられた状態を示す。なお、以後の説明に使用する「下」及び「底」という語は、エンジンを配置した際の地面側の方向を指していうものとする。エンジン１は直列４気筒タイプであり、シリンダブロック３内に４つのシリンダ、ピストン、燃焼室５が設けられる。また、エンジン１には、吸気通路７及び排気通路９が接続されている。
【００１１】
本実施の形態に係るＥＧＲ装置１１は、エンジン１の吸気通路７及び排気通路９の間に設けられている。ＥＧＲ装置１１は、排気通路９から吸気通路７へＥＧＲガスとして排気ガスの少なくとも一部を還流させるＥＧＲ通路１３と、このＥＧＲ通路１３の途中に設けられＥＧＲ通路１３内を流通するＥＧＲガスを冷却するＥＧＲクーラー１５と、ＥＧＲ通路１３におけるＥＧＲクーラー１５の下流に設けられたＥＧＲバルブ１７とを備えている。また、ＥＧＲクーラー１５には、冷却用の冷媒が流通する冷媒通路１９が設けられており、本実施の形態では、冷却水が冷媒として使用されている。
【００１２】
図２に、ＥＧＲ装置１１のＥＧＲクーラー１５近傍を示す。本実施の形態のＥＧＲクーラー１５は、ＥＧＲ通路１３の外側に冷却水を導くようにＥＧＲ通路１３を覆う態様で配置されている。ＥＧＲ通路１３内において、ＥＧＲクーラー１５の内側に位置する部分には、カーボン除去手段２１が回転可能に配置されている。カーボン除去手段２１は、ＥＧＲ通路１３と同軸的に延びる回転軸２３を備えている。その回転軸２３の基端は、ＥＧＲ通路１３の外にまで突出しており、カーボン除去手段２１を回転駆動する駆動手段としてのモータ２５と接続されている。また、本実施の形態では、回転軸２３はＥＧＲ通路１３においてＥＧＲガスの流通方向が変わる湾曲部１３ａを貫通しており、かかる湾曲部１３ａを利用することによって、回転軸２３は湾曲することなく直線的に設けられている。
【００１３】
カーボン除去手段２１は、ＥＧＲガス中のカーボンをトラップできるように螺旋状の羽根からなる。かかる螺旋状の羽根は、次のようにして構成される。すなわち、羽根のもととなる部材は、図３に示されるように、相互に等間隔で且つ平行に延長する２本の線状部材からなるエンド部２７，２９と、これらエンド部２７，２９の間においてエンド部２７，２９と直交し且つ相互に平行に延長する複数の線状部材からなるトラップ部３１とを備える。エンド部２７が剛体でエンド部２９が弾性体であるとして、エンド部２７を中心にエンド部２９が螺旋状になるように捻ることによって図２に示されるような螺旋状の羽根に構成される。
【００１４】
カーボン除去手段２１の螺旋状の外縁部すなわちエンド部２９は、ＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂに当接するように配置されている。また、ＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂの下部には、カーボン収集手段３３が設けられている。本実施の形態では、カーボン収集手段３３は、ＥＧＲ通路１３に向けて開口しカーボンを溜めておくことができる器状の窪みである。また、カーボン収集手段３３は、カーボン除去手段２１の延長範囲Ｒ内に配置されており、本実施の形態では、窪みの端部が延長範囲Ｒの最下流端すなわち螺旋状の羽根の最下流端に揃うように設けられている。従って、カーボン収集手段３３の上方には螺旋状の羽根の下流部が位置する。また、ＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂの上部には、カーボン除去手段２１と当接し、カーボン除去手段２１に振動を付与するための振動付与手段３５が設けられている。振動付与手段３５は、螺旋状の羽根の回転軸芯とほぼ平行に延びるように内周面１３ｂから突出する棒状の部分より構成される。また、この振動付与手段３５は、本実施の形態では、延長範囲Ｒのうちカーボン収集手段３３の延長範囲を除いた範囲で存在している。
【００１５】
次に、以上のように構成されたＥＧＲ装置の動作について説明する。エンジン１では、吸気、圧縮、膨張（爆発）、排気行程を繰り返して運転しており、吸気通路７及び排気通路９にはそれぞれ吸気ガス及び排気ガスが流通している。また、吸気行程中に図示しないＥＧＲバルブ１７を開弁することによって、排気通路９の排気ガスの一部がＥＧＲ通路１３を通ってＥＧＲガスとして吸気通路７に送り込まれる。このとき、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラー１５によって冷却され、吸気通路７へ送り込まれるＥＧＲガスの充填効率が向上し、その結果、エンジン１からの窒素酸化物の排出量が低減されるなどのＥＧＲの効果が得られている。
【００１６】
また、エンジン始動直後の低温時に管内などに凝縮水が発生すると、カーボンが付着し易くなることがある。しかしながら、本実施の形態では、カーボンは、まず、カーボン除去手段２１の螺旋状の羽根のトラップ部３１において捕捉されトラップ部３１に一時的に付着する。すなわち、ＥＧＲ作動時には、カーボン除去手段２１は停止しているが、トラップ部３１がＥＧＲ通路１３の流路内をほぼ占めているため、カーボンはトラップ部３１に当たってそこで捕らえられる。また、捕捉されないカーボンの一部はＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂに付着する。
【００１７】
ＥＧＲバルブ１７が閉弁しＥＧＲが停止されると、モータ２５が駆動してカーボン除去手段２１としての螺旋状の羽根を回転させる。これによって、螺旋状の羽根の外縁部は、当接部位を軸方向に変えながらも、順次、振動付与手段３５またはＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂに当接する。したがって、まず、螺旋状の羽根が振動付与手段３５から弾かれるような振動を受けることで、トラップ部３１に付着していたカーボンがそこから分離し、ＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂの下部に落下する。さらに、ＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂに付着していたカーボンも、当接する螺旋状の羽根の外縁部によって掻き取られ、ＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂの下部に落下する。
【００１８】
上記のようにして落下したカーボンは、螺旋状の羽根の回転に伴って、内周面１３ｂの下部に当接する螺旋状の羽根の外縁部の位置が軸方向に変化する送り作用によって、カーボン収集手段３３に向けて掃き取られるように移動する。そして、内周面１３ｂの下部と螺旋状の羽根の外縁部との当接部が、カーボン収集手段に隣接する部分まで到達すると、掃き取られたカーボンは、カーボン収集手段３３の窪みに落とされてそこに溜められる。したがって、ＥＧＲ作動中に捕捉され、また、掻き落とされたカーボンは、カーボン収集手段３３に捕集され、次のＥＧＲの作動時に吸気系統へ流入してしまうことが防止される。なお、カーボン収集手段３３に溜められたカーボンは、定期メンテナンス毎にカーボン収集手段３３を取り外して除去されるか、あるいは、図示しないヒータを用いて燃焼させてしまうなどの態様によって除去される。
【００１９】
また、前述したように螺旋状の羽根の外縁部はＥＧＲ通路１３の内周面１３ｂに当接しているため、螺旋状の羽根にはＥＧＲ通路１３の周囲の冷媒の冷気がよく伝わり、ＥＧＲ作動中に、ＥＧＲガスを効率よく冷却することができる。
【００２０】
実施の形態２．
次に、図４を用いて本発明の実施の形態２に係るＥＧＲ装置について説明する。本実施の形態２では、主に、カーボン除去手段が配置されている部分のＥＧＲ通路の姿勢と、カーボン除去手段の構成と、カーボン収集手段の設置位置とが実施の形態１と異なる。したがって、以下に説明する構成以外は、実施の形態１と同様であるものとする。
【００２１】
図４に示されるように、カーボン除去手段が配置されている部分のＥＧＲ通路１１３は、その通路軸心ＣＬが水平方向Ｈに対して傾斜して延びているか、または、鉛直方向Ｖに沿って延びている（本実施の形態は前者で説明）。そして、傾いたＥＧＲ通路１１３の外周には、実施の形態１と同様なＥＧＲクーラー１５が設けられている。
【００２２】
ＥＧＲ通路１１３内においてＥＧＲクーラー１５の内側にあたる箇所には、カーボン除去手段１２１が回転可能に配置されている。カーボン除去手段１２１は、実施の形態１のトラップ部３１が省かれたものに相当し、螺旋状の部材の回転軸を構成するエンド部１２７と、そのエンド部１２７を中心軸として螺旋状に延長するエンド部１２９とを備えている。かかる螺旋状のカーボン除去手段１２１は図示しない駆動手段によってＥＧＲ通路１１３内で回転駆動される。
【００２３】
さらに、ＥＧＲ通路１１３の内周面には、カーボン収集手段１３３が設けられている。カーボン収集手段１３３は、カーボン除去手段１２１の下方位置で上向きに開口し、カーボンを溜めておくことができる器状の窪みである。
【００２４】
次に、このように構成された本実施の形態のＥＧＲ装置の動作について説明する。ＥＧＲ作動時にＥＧＲ通路１１３の内周面に付着したカーボンは、ＥＧＲ停止時に回転するカーボン除去手段１２１のエンド部１２９によって掻き取られる。掻き取られたカーボンは、自重によってそのままＥＧＲ通路１１３内を下方に落下する。また、回転に伴いカーボン除去手段１２１には振動付与手段３５からの振動が付与されるため、掻き取られたカーボンのうちエンド部１２９に付着するものがあったとしても、そのカーボンは、上記の振動によってカーボン除去手段１２１から分離して自重によって落下する。カーボンの自重による落下経路上にはカーボン収集手段１３３が形成されているため、落下したカーボンは自然にカーボン収集手段１３３の窪みの中に捕集される。よって、掻き落とされたカーボンが次のＥＧＲ作動時に吸気系統へ吸入されてしまうことが防止される。したがって、本実施の形態２においても、実施の形態１と同様にＥＧＲ通路内のカーボンを捕集し吸気系へカーボンが流入するのを防止することができると共に、さらに加えて、カーボン除去手段に対しては、送り作用を強いることなく、自重を利用してカーボンを捕集することができる。
【００２５】
なお、以上に説明してきた本発明は上記の実施の形態に限定されるものではなく、次のように改変することができる。例えば、実施の形態２においてカーボン除去手段１２１に代えて実施の形態１のカーボン除去手段２１を用いることが可能である。それによれば、実施の形態１と同様に、カーボンのトラップ効果やＥＧＲガスの冷却効果を得ることができる。逆に、実施の形態１においてカーボン除去手段２１に代えて実施の形態２のカーボン除去手段１２１を用いることも可能である。これによれば、トラップ部３１を設けなくて済むためコストや手間の少ない製造態様でカーボン除去用の螺旋部材を得ることができる。さらに、例えば図５に示すカーボン除去手段２２１のように、エンド部２２９は螺旋状に連続して延長しているのではなく回転軸方向に分割しているような態様でもよい。
【００２６】
また、実施の形態２においては、螺旋の送り作用がなくても掻き取られたカーボンは自重により落下するため、実施の形態２のカーボン除去手段は、螺旋状の部材に限られない。但し、その場合でも、必要ならばトラップ機能を持たせるようにしてもよい。
【００２７】
また、カーボン除去手段を構成する螺旋状の部材は、上述した構成・製作態様に限定されるものではなく、例えば、回転軸部と螺旋状外縁部とが一体成型されるものでもよく、トラップ部は網状、綿状など、気体の流通は許容しながらもカーボンの流通は防止するような態様ならば他の形態でもよい。
【００２８】
また、カーボン収集手段は前述の形態に限定されるものではない。すなわち、カーボン収集手段は一旦捕集されたカーボンが再度、吸気系統へ吸入されないようにできればどのような形態でもよく、例えば、ホースのような相当長尺な管部分からなるものでもよい。
【００２９】
また、ＥＧＲ通路内におけるカーボン除去手段の設置位置は、ＥＧＲクーラーの内側部分に限定されず、ＥＧＲクーラーから外れた単純な管状部分にあってもよい。さらに、カーボン除去手段は一箇所のみでなく、複数箇所に設けられていても良い。また、カーボン除去手段の駆動に関しては、回転軸に直結するモータに限られず、ベルトや歯車などの所定の動力伝達手段を介在させてもよく、さらに、モータ以外の動力発生手段を使用することもできる。また、振動付与手段としては、カーボン除去手段の外縁部に当接する態様のものには限定されず、例えばカーボン除去手段の回転軸に振動を与える態様でもよい。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のＥＧＲ装置によれば、ＥＧＲ通路内面に付着したカーボンを掻き取り、所定のカーボン収集手段に捕集することができるので、捕集したカーボンが再度、吸気系へ流入するのを防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態に係るＥＧＲ装置がエンジンに組み入れられた状態を示す図である。
【図２】本実施の形態に係るＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー近傍を示す図である。
【図３】カーボン除去手段を構成する螺旋状の羽根に加工される前の部材を示す図である。
【図４】別の実施の形態に係るＥＧＲ装置のＥＧＲクーラー近傍を示す図である。
【図５】本発明の更に別の実施の形態に関するカーボン除去手段を示す図である。
【符号の説明】
１１  ＥＧＲ装置、１３，１１３  ＥＧＲ通路、１５  ＥＧＲクーラー、２１，１２１，２２１  カーボン除去手段、２５  駆動手段、３５  振動付与手段。
【図１】
2004293390.tif 000003
【図２】
2004293390.tif 000004
【図３】
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【図４】
2004293390.tif 000006
【図５】
2004293390.tif 000007