(57)【要約】【課題】ＥＧＲバルブと吸気絞りバルブ又は排気絞りバルブとのきめ細かい制御を、簡単な構造で的確に行う。【解決手段】ＥＧＲバルブ１５は、モータ２７とこれで駆動される主動プーリ２９とを有する。吸気絞りバルブ１３（及び／又は排気絞りバルブ）は弁体１８と一緒に回転する従動プーリ３０を有する。主動プーリ２９と従動プーリ３０とはワイヤー３４で接続されている。各バルブ１３，１４，１５はバタフライバルブであり、弁体１８は、全閉状態からどちらに回転させても開き動する。主動プーリ２９に外周のプロフィールが相違する２つの駆動部３６，３７を振り分けて設け、ＥＧＲバルブ１５の弁体１８を正転させる場合と逆転させる場合とで、吸・排気バルブ１３，１４の連動関係を異ならせる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが摺動自在に嵌まったシリンダボアを有する機関本体と、前記シリンダボアに空気を供給する吸気通路と、前記シリンダボアで発生した排気ガスを排出する排気通路と、排気ガスの一部を吸気通路に還流するために前記排気通路と吸気通路とに接続されたＥＧＲ通路とを有しており、
更に、前記吸気通路のうち前記ＥＧＲ通路の接続部より上流側に位置する吸気絞りバルブと、前記排気通路のうち前記ＥＧＲ通路の接続部よりも下流側に位置する排気絞りバルブとのうち少なくともいずれか一方を備えると共に、前記ＥＧＲ通路には排気ガスの還流量制御用のＥＧＲバルブを設けている構成であって、
前記吸気絞りバルブと排気絞りバルブとのうちいずれか一方又は両方と前記ＥＧＲバルブとの開閉制御を行う１つのアクチェータと、前記アクチェータでＥＧＲバルブ及びいずれか一方又は両方の絞りバルブを駆動する連動手段を有しており、前記ＥＧＲバルブが全閉で前記絞りバルブが全開の状態を基準にして、前記ＥＧＲバルブの開き動に連動して前記絞りバルブが閉じ動するようになっており、
かつ、前記アクチェータは、前記基準状態から正転と逆転とを選択自在であり、前記連動手段は、前記アクチェータが基準状態から正転する場合と逆転する場合とで前記ＥＧＲバルブと絞りバルブとの連動関係が異なるように設定している、
内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＥＧＲ装置を備えた内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年の内燃機関では、排気ガス中の窒素酸化物排出抑制等のため、排気ガスの一部を吸気通路に戻すＥＧＲ装置を備えている。ＥＧＲ装置は必須要素としてＥＧＲ通路を備えており、ＥＧＲ通路は、吸気通路のうちエアクリーナと吸気絞りバルブ（スロットルバルブ）との間に接続されており、清浄空気と排気ガスとの混合ガスが機関に供給される。排気ガスの還流量は内燃機関の運転状況に応じて制御する必要があり、そこで、ＥＧＲ通路にはＥＧＲバルブを設けている。
【０００３】
他方、排気ガスの還流効率は排気圧と密接に関連しており、そこで、排気通路のうちＥＧＲ通路の接続部より下流側に排気バルブを設けて、排気通路から大気に放出される排気ガスの量を制御できるようにしている。そして、各バルブは開度を調節する必要があり、そこで、従来は、各バルブを電動アクチェータ（モータ）で個別に駆動している（例えば特許文献１）。
【０００４】
他方、特許文献２では、吸気絞り弁の開き度とＥＧＲバルブの開き度とが関連性を有することに着目し、吸気絞りバルブ（スロットルバルブ）の開き度とＥＧＲバルブとをワイヤーによって連結し、両者を、吸気絞りバルブの開度が増加するに従って排気絞りバルブの開度が拡大するように関連させることが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−３０３３８０号公報
【特許文献２】実開平６−４３２５４号のＣＤ−ＲＯＭ
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１のように各バルブを個別に電動アクチェータ（モータ）で制御する構成では設置コストやメンテナンスコストが嵩む問題や、制御システムが複雑化する問題がある。また、排気絞りバルブを設けた部分は高温の環境になるため、排気絞りバルブの電動アクチェータは故障しやすいと言える。
【０００７】
他方、特許文献２は吸気絞りバルブ（スロットルバルブ）の動きにＥＧＲバルブを連動させるものであるためコスト面では有利であるが、ＥＧＲバルブは吸気絞りバルブの動きに追従して常に動いているため、排気ガスの還流が不要であるにもかかわらず排気ガスが還流するという現象が発生し、排気ガスの的確な還流制御を行い難い問題がある。
【０００８】
本願発明はこのように現状を改善すべく成されたものであり、低いコストで的確な排気ガス還流制御を実現すること等を目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本願発明に係る内燃機関は、ピストンが摺動自在に嵌まったシリンダボアを有する機関本体と、前記シリンダボアに空気を供給する吸気通路と、前記シリンダボアで発生した排気ガスを排出する排気通路と、排気ガスの一部を吸気通路に還流するために前記排気通路と吸気通路とに接続されたＥＧＲ通路とを有しており、更に、前記吸気通路のうち前記ＥＧＲ通路の接続部より上流側に位置する吸気絞りバルブと、前記排気通路のうち前記ＥＧＲ通路の接続部よりも下流側に位置する排気絞りバルブとのうち少なくともいずれか一方を備えると共に、前記ＥＧＲ通路には排気ガスの還流量制御用のＥＧＲバルブを設けている、という基本構成になっている。
【００１０】
そして、上記基本構成において、前記吸気絞りバルブと排気絞りバルブとのうちいずれか一方又は両方と前記ＥＧＲバルブとの開閉制御を行う１つのアクチェータと、前記アクチェータでＥＧＲバルブ及びいずれか一方又は両方の絞りバルブを駆動する連動手段を有しており、前記ＥＧＲバルブが全閉で前記絞りバルブが全開の状態を基準にして、前記ＥＧＲバルブの開き動に連動して前記絞りバルブが閉じ動するようになっており、かつ、前記アクチェータは、前記基準状態から正転と逆転とを選択自在であり、前記連動手段は、前記アクチェータが基準状態から正転する場合と逆転する場合とで前記ＥＧＲバルブと絞りバルブとの連動関係が異なるように設定している。
【００１１】
本願発明は、ＥＧＲバルブに吸気絞りバルブ又は排気絞りバルブを連動させることを特徴としているが、この場合、アクチェータをＥＧＲバルブに設ける場合と、アクチェータを各バルブとは独立して配置する場合とを含んでいる。そして、アクチェータをＥＧＲバルブに設ける場合は、ＥＧＲバルブは弁体が基準状態から正転しても逆転しても開閉制御できるバタフライバルブを採用する必要があるが、アクチェータを各バルブとは独立して配置する場合は、各バルブは基準状態から一方方向にだけ動いたらよいので、必ずしもバタフライバルブを採用する必要はない。
【００１２】
本願発明の連動手段は、例えばワイヤー、リンク機構、ギア機構などの様々な態様を含んでいる。また、本願発明の連動手段は、アクチェータが基準状態から正転する場合と逆転する場合とで連動関係を変える切り替え部材を有するが、この切り替え部材としては、ワイヤーが巻き掛けられるプーリや、リンクとセットで使用される周面カムなどを採用できる。
【発明の効果】
【００１３】
さて、ＥＧＲバルブと排気絞りバルブとの関係を見ると、ＥＧＲバルブを開いて排気ガスを吸気通路に還流させると大気に放出される排気ガスの量は低下するので、ＥＧＲ通路の圧力を高めて排気ガスを吸気通路に還流しやすくするという意味からは、排気絞りバルブは閉じ方向に動かす（開度を小さくする）のが好ましいが、ＥＧＲバルブの開度がある程度まで小さい状態では、排気抵抗の増大防止等のため、排気絞りバルブは閉じ動させる必要はなくて全開のままであるのが好ましい場合もあるし、逆に、ＥＧＲバルブに迅速に追従させた方がよい場合もある。また、追従の程度（すなわち、ＥＧＲバルブの開きの程度に対する排気絞りバルブの閉じの程度。）も、運転条件によって異なる場合が多い。
【００１４】
同様に、ＥＧＲバルブと吸気絞りバルブとの関係を見ると、ＥＧＲバルブを開いて排気ガスを吸気通路に還流させると、基本的には、吸気絞りバルブは閉じ方向に動かす（開度を小さくする）のが好ましいが、ＥＧＲバルブの開度がある程度まで小さい状態では、充填効率低下防止や機関温度アップ等のため、吸気絞りバルブは全開のままにしておくのが好ましいことが場合もあるし、逆に、ＥＧＲバルブに迅速に追従させた方がよい場合もある。また、追従の程度（すなわち、ＥＧＲバルブの開きの程度に対する吸気絞りバルブの閉じの程度。）も、運転条件によって異なる場合が多い。
【００１５】
他方、例えば、バタフライバルブは、弁体を正転させても逆転させても通路を開閉できるという特徴を有しており、本願発明では、例えば、ＥＧＲバルブとしてバタフライバルブを採用して、弁体を基準状態から正転させて開閉制御する場合と、弁体を基準状態から逆転させて開閉制御する場合とで、ＥＧＲバルブの弁体の動きと絞りバルブの弁体の動きとの連動関係を異ならせることができるため、１つのアクチェータで異なった連動関係を実現できる。すなわち、ＥＧＲバルブと絞りバルブとの連動関係を、１つのアクチェータできめ細かく制御することができる。
【００１６】
結局、本願発明は、ＥＧＲバルブと絞りバルブとを１つのアクチェータで駆動するものであるため、設置コストやメンテナンスコストを抑制できると共に、複雑な制御システムは不要であるため、制御システム構築に要する手間と費用を抑制できると共に、ソフトや制御回路のトラブルを回避して動きも確実化できるのみならず、正転による制御と逆転による制御とを切り替えることにより、「吸気−排気−ＥＧＲ」の制御を状況に応じてきめ細かく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本願発明を適用した内燃機関の模式的な平面図である。
【図２】要部の平面図である。
【図３】（Ａ）は図２のIIIA-IIIA 視断面図断面図、（Ｂ）は図２のIIIB-IIIB 視断面図Ｂ−Ｂ視断面図、（Ｃ）は（Ａ）のＣ−Ｃ視断面図、（Ｄ）は（Ａ）のＤ−Ｄ視断面図である。
【図４】他の実施形態を示す図である。
【図５】他の実施形態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本願発明の実施形態に基づいて説明する。本実施形態は車両用内燃機関（ガソリンエンジン）に適用している。まず、図１〜図５に示す第１実施形態から説明する。
【００１９】
(1).第１実施形態の概略
図１に示すように、本実施形態の内燃機関は３気筒縦型のタイプであり、車両のエンジンルームの前部に設けたエンジンルームに、クランク軸を左右方向に向けた姿勢で搭載されている。内燃機関はシリンダブロックやシリンダヘッドを主要要素とする機関本体１を有しており、機関本体１には、ピストンが嵌まった３つのシリンダボア２が左右方向に並んで形成されている。
【００２０】
また、機関本体１の一方の面（車両の前進方向に向かって後ろの面）には吸気マニホールド３が装着されており、機関本体１の他方の面（車両の前進方向に向かって前の面）には排気マニホールド４が装着されている。吸気マニホールド３には吸気通路５が接続されており、吸気通路５のうち上流部にエアクリーナ６が配置され、それより下流側にはインタークーラ７が介挿されている。
【００２１】
排気マニホールド４には排気通路８が接続されており、この排気通路８に触媒方式等の排気浄化装置９を介挿している。排気通路８の下流側の末端には消音器（図示せず）を接続しており、排気ガスは最終的には大気に放出される。本実施形態の内燃機関は排気ターボ過給機１０を有しており、排気ターボ過給機１０のタービン１０ａに排気通路８のうち排気浄化装置９よりも上流側の部位を接続し、排気ターボ過給機１０の圧縮室１０ｂに、吸気通路５のうちアクリーナ６とインタークーラ７との間の部位が接続されている。
【００２２】
排気通路８のうち排気浄化装置９よりも下流側の部位と、吸気通路５のうちインタークーラ７と排気ターボ過給機１０との間の部位とは、ＥＧＲ通路１１で接続されている。換言すると、排気通路８と吸気通路５とがＥＧＲ通路１１を介して連通している。ＥＧＲ通路１１には水冷式のＥＧＲクーラ１２が介挿されている。
【００２３】
吸気通路５のうちＥＧＲ通路１１の接続部よりも上流側の部位には、吸気量を制御するための吸気絞りバルブ（吸気絞り弁）１３を設けており、排気通路８のうちＥＧＲ通路１１の接続部よりも下流側の部位には、排気量を制御するための排気絞りバルブ（吸気絞り弁）１４を設けている。更に、ＥＧＲ通路１１のうちＥＧＲクーラ１２よりも下流側の部位には、排気ガスの還流量を制御するためのＥＧＲバルブ１５を設けている。従って、本実施形態では、ＥＧＲバルブ１５と吸気絞りバルブ１３とがかなり近い位置に配置されている。アクセルペダルに連動したスロットルバルブ１３′は、吸気通路５のうちインタークーラ７よりも下流側に設けている。
【００２４】
なお、ＥＧＲバルブ１５はＥＧＲクーラ１２より上流側の部位に設けることも可能である。この場合は、ＥＧＲバルブ１５と排気絞りバルブ１４とがかなり近い位置に配置される。図１では、清浄空気の流れは白抜き矢印で示し、排気ガスの流れは黒抜き矢印で示し、清浄空気と排気ガスとの混合ガスの流れは網かけ矢印で表示している。
【００２５】
(2).各バルブの構造
次に、各バルブ１３，１４，１５の構造と相互関係を図２，３に基づいて説明する。各バルブ１３，１４，１５はバタフライバルブ方式であり、各通路５，８，１１と同じ内径の筒部を有するハウジング１７と、ハウジング１７に内蔵された円盤状の弁体１８とを有している。ハウジング１７の両端にはフランジ１９を設けており、ハウジング１７のフランジ１９が各通路５，８，１１に設けた端板２０にボルト２１で固定されている。
【００２６】
弁体１８は、ハウジング１７の軸心と直交した軸心回りに回転するように、中心軸２２でハウジング１７に取り付けられている。ハウジング１７には、その軸心と平行に広がるベース板２３が設けられており、ベース板２３には複数個のカラー２４を介して軸受け板２５がボルト２６で固定されている。
【００２７】
ＥＧＲバルブ１５の軸受け板２５には、アクチェータの一例としての電動式のモータ２７がビス（ボルト）で固定されている（軸受け板２５がモータ２７の一部になっている場合もある。）。モータ２７は回転を自在に制御できるステップモータであり、その主軸２８が中心軸２２と同心になるように配置されており、主軸２８に設けた穴に中心軸２２を相対回転不能に嵌め込んでいる。従って、モータ２７を駆動すると弁体１８が回転する。なお、主軸２８と中心軸２２とはカップリングのような継手で接続してもよいし、直結方式でなく、主軸２８と中心軸２２との間にギア群を介在させてもよい。
【００２８】
モータ２７の主軸２８には、請求項に記載した連動手段の一部を構成する主動プーリ２９を固定している。主動プーリ２９の外周には溝が形成されている。また、主動プーリ２９はベース板と軸受け板２５との間に配置されている。他方、吸気絞りバルブ１３は、ベース板と軸受け板２５とで回転自在に指示されると共に中心軸２２と相対回転不能に保持された従動軸３０′を有しており、この従動軸３０′に、外周に溝を有する従動プーリ３０と、これより小径で同じく外周に溝が形成された補助プーリ３１とを固定している。
【００２９】
従動プーリ３０はベース板と軸受け板２５との間に配置して、補助プーリ３１は軸受け板２５の外側に配置しているが、補助プーリ３１もベース板と軸受け板２５との間に配置することは可能である。また、軸受け板２５を設けずに、従動軸３０を単にベース板から突出させて、これに両プーリ３０，３１を設けることも可能である。従動プーリ３０は、請求項に記載した連動手段の一部を構成している。補助プーリ３１には補助ワイヤー３２を巻き掛けており、補助ワイヤー３２の一端に戻し用ばね（引っ張りコイルばね）３３の一端を接続している。戻し用ばね３３の他端は吸気通路５を構成するパイプ等の適当な部材に係止している。
【００３０】
図２及び図３（Ｄ）に示すように、ＥＧＲバルブ１５の主動プーリ２９と吸・排気気絞りバルブ１３，１４の従動プーリ３０とは、連動手段を構成するワイヤー３４で接続されている。そして、主動プーリ２９には、放射方向に延びる１つの基準線３５を境にして、基準線３５を挟んだ一方の側の９０度の範囲を第１駆動部３６と成し、基準線３５を挟んだ他方の側の９０度の範囲を第２駆動部３７と成して、第１駆動部３６の外周面は、第２駆動部３７から離れるに従って軸心Ｏからの距離が大きくなるカム面３８と成している。他方、第２駆動部３７の外周面は、軸心からの距離が等しい円弧面３９になっている。従って、第１駆動部３６と第２駆動部３７との境界部は、基準線３５と重なる平坦面４０になっている。
【００３１】
ワイヤー３４の一端は、第１駆動部３６と第２駆動部３７との境界部に接続されており、ＥＧＲバルブ１５が全閉した基準状態では、ワイヤー３４のうち一端寄りの端部は平坦面４０に重なっている。また、ワイヤー３４は、一対のガイドローラ４１を介して吸気絞りバルブ１３及び排気絞りバルブ１４の従動プーリ３０に延びており、ワイヤー３４の他端は従動プーリ３０に固定されている。
【００３２】
なお、図では排気絞りバルブ１４に接続されたワイヤは省略している。図では表示していないが、主動プーリ２９に、吸気絞りバルブ１３を駆動するための第１駆動部３６及び第２駆動部３７と、排気絞りバルブ１４を駆動するための第１駆動部３６及び第２駆動部３７とを軸方向にずらして別々に設けて、吸気絞りバルブ１３と排気絞りバルブ１４との駆動態様を異ならせることも可能である。
【００３３】
(3).第１実施形態のまとめ
以上の構成において、吸気絞りバルブ１３と排気絞りバルブ１４とは全開状態を基準状態としており、ＥＧＲバルブ１５は全閉状態を基準状態にしている。そして、基準状態からＥＧＲバルブ１５の主軸２８を図３（Ｄ）に黒抜き矢印方向に正転させると、弁体１８が開き方向に回転すると共に主動プーリ２９が正転し、これに伴ってワイヤー３２は主動プーリ２９の第１駆動部３６のプロフィールに従って引っ張られ、これに伴って吸・排気絞りバルブ１３，１４が閉じ動する（なお、ＥＧＲバルブ１５が全開になっても、吸・排気絞りバルブ１３，１４は全閉にはならずにある程度は開いている。）。
【００３４】
他方、基準状態からＥＧＲバルブ１５のモータ２７を主軸２８を図３（Ｄ）の白抜き矢印方向に逆転させると、弁体１８が開き方向に回転すると共に主動プーリ２９が逆転し、これに伴ってワイヤー３２は主動プーリ２９の第２駆動部３７のプロフィールに従って引っ張られ、これに伴って吸・排気絞りバルブ１３，１４が開き動する。
【００３５】
そして、主動プーリ２９のカム面３８は、正転に伴って軸心Ｏからの距離がだんだん大きくなるように設定しているため、ＥＧＲバルブ１５の開きの度合いに対する吸気絞りバルブ１３の閉じの度合いは、当初は小さくて少しずつ大きくなる状態なる。つまり、ＥＧＲバルブ１５の開きに対する吸・排気絞りバルブ１３，１４の閉じ動の応答性が、小さい状態から大きい状態に徐々に移行する。
【００３６】
他方、主動プーリ２９の円弧面３９は軸心Ｏからの距離が一定であるため、逆転時においては、ＥＧＲバルブ１５の開きの度合いに対する吸気絞りバルブ１３の閉じの度合いは一定している。つまり、ＥＧＲバルブ１５の開きに対する吸・排気絞りバルブ１３，１４の閉じ動の応答性は一定している。
【００３７】
このように、主動プーリ２９が基準状態から正転する場合と逆転する場合とで、ＥＧＲバルブ１５の開き動に対する吸・排気絞りバルブ１３，１４の閉じ動の応答性が異なっているため、運転環境等に応じた適切な制御態様を選択することができるのである。
【００３８】
(4).他の実施形態
図４では主動プーリ２９の別形態である第２実施形態を示している。このうち（Ａ）に示す例では、第１駆動部３６と第２駆動部３７とは、半径を異ならせただけの円弧面３９に設定している。（Ｂ）に示す例では、両駆動部３６，３７を基本的には半径が異なる円弧面３９としつつ、それぞれ、主動プーリ２９が回転し始めてからワイヤー３４にテンションがかかるタイミング（従動プーリ３０の回転開始タイミング）がずれるように設定している。（Ｃ）に示すのは第１実施形態の変形例であり、第１駆動部３６の外周のカム面３８を多角形の形態にしている。第２駆動部３７の外周面をカム面とすることも可能である。
【００３９】
図５に示す第２実施形態では、各バルブ１３，１４，１５とは異なる独立した場所にモータ２７を配置して、モータ２７の主軸２８に３つの主動プーリ２９を固定している。図面では表示していないが、各主動プーリ２９はそれぞれ第１駆動部と第２駆動部３７とを有するが、これら駆動部３６，３７は、それぞれ駆動すべきバルブ１３，１４，１５の特性に応じたプロフィールになっている。この実施形態では、モータ２７は各バルブ１３，１４，１５に制約を受けることなく空きスペースに配置できるため、レイアウトの自由性が向上する利点がある。
【００４０】
本願発明は、上記の実施形態の他にも様々に具体化できる。例えば、バルブの流量調節構造はバタフライ弁方式には限らないのであり、例えばニードル方式やシャッター方式などの各種の方式を採用できる。また、アクチェータとしては電動モータに限らず、他の駆動手段も採用できる。連動手段としては、歯車やリンクなども使用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４１】
本願発明は内燃機関に実際に適用できる。従って、産業上、利用できる。
【符号の説明】
【００４２】
１  機関本体
２  シリンダボア
３  吸気マニホールド
４  排気マニホールド
５  吸気通路
８  排気通路
１０  排気ターボ過給機
１１  ＥＧＲ通路
１３  吸気絞りバルブ
１４  排気絞りバルブ
１５  ＥＧＲバルブ
１８  弁体
２７  アクチェータの一例としての電動モータ
２８  主軸
２９  連動手段を構成する主動プーリ
３０  連動手段を構成する従動プーリ
３４  連動手段を構成するワイヤー
３６  第１駆動部
３７  第２駆動部
３８  カム面
３９  円弧面
【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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