JP2713803B2 - 水冷式ｅｇｒバルブを用いた排ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車のエンジンに使用される水冷式EGR
バルブを用いた排ガス再循環装置に関するものである。

［従来の技術］ 従来、自動車のエンジンでは、エンジンの排気ライン
から排出される排ガスの一部を、排ガス再循環路を介し
排気ラインと吸気ラインとの間の圧力差を利用してエン
ジンの吸気ラインに戻し、吸気ラインに戻された排ガス
によりエンジン内での燃料油の燃焼を抑制させて、燃焼
温度を下げることによって、NOxの発生を低減するいわ
ゆる排ガス再循環（Exhaust Gas Recirculation）が行
われている。

第６図は、前記排ガス再循環路に設けられる一般的な
EGRバルブを示しており、ハウジング１内にガス流路２
を形成すると共に、該ガス流路２の吸入ポート３及び吐
出ポート４を夫々排ガス再循環路（図示せず）に接続
し、前記吸入ポート３に、ダイヤフラム５を有するアク
チュエータ６によってロッド７を介して駆動される弁体
８を設け、前記アクチュエータ６の吸引口９から室10a
内の空気を適宜吸引しばね11の付勢力に抗してダイヤフ
ラム５を室10a側へ撓ませることにより、弁体８を上昇
させて吸入ポート３を開くようにしている。

［発明が解決しようとする課題］ 第６図の如きEGRバルブの場合、前記ガス流路２に隣
接する室10bに冷却空気12を流し、ガス流路２を通過す
る排気ガス13の熱がダイヤフラム５へ直接伝わらないよ
うにしているが、このような空冷式のバルブでは、ダイ
ヤフラム５等のゴム部品やその他摺動部の温度上昇は避
けられないため、排ガス再循環路においてもなるべく温
度の低い吸気ライン寄りの位置にしかEGRバルブを設け
ることができなかった。

このため、吸気ライン側に配設される他部品とのスペ
ース配分等にも苦労していた。

本発明は、斯かる実情に鑑み、部品の温度上昇を効率
良く抑制し得、且つスペース配分等の面でも有利な水冷
式EGRバルブを用いた排ガス再循環装置を提供しようと
するものである。

［課題を解決するための手段］ 本発明は、エンジンの排気ライン上流側から排ガス再
循環路を分岐させて吸気ラインに接続すると共に、 ハウジング内に軸線方向へ一定のストロークで摺動自
在に嵌挿され且つ一端が開口して開口部にストッパを有
する円筒状の第２ピストンと、該第２ピストン内に軸線
方向へ一定のストロークで摺動自在に嵌挿された第１ピ
ストンと、該第１ピストンを前記第２ピストンの反スト
ッパ側へ付勢するスプリングと、ハウジング内に摺動自
在に嵌挿され且つ前記第１ピストンに反第２ピストン側
へ延びるよう連結されたロッドと、前記第１ピストンと
第２ピストンとの間に形成されるエア室に圧力流体を給
排するための第１の加圧ポートと、前記第２ピストンの
反第１ピストン側に形成されるエア室に圧力流体を給排
するための第２の加圧ポートとを有する多段式のアクチ
ュエータと、ハウジング内に形成された吸入ポート及び
吐出ポートを有するガス流路と、前記アクチュエータの
ロッドの先端が連結され且つ前記ガス流路の吸入ポート
を開閉可能な弁体と、前記ハウジング内におけるガス流
路近傍部分に形成され冷却液体循環系に接続可能なポー
トを有するウォータジャケットとを備えたEGRバルブを
前記排ガス再循環路の排気ラインからの分岐部近傍に設
け、 前記EGRバルブの第１と第２の加圧ポートに、圧力流
体を供給、停止可能なアクチュエータ駆動系を接続し、 前記EGRバルブのウォータジャケットのポートに冷却
液体循環系を接続したことを特徴とする水冷式EGRバル
ブを用いた排ガス再循環装置にかかるものである。

［作用］ 従って、本発明の水冷式EGRバルブを用いた排ガス再
循環装置においては、アクチュエータの第１と第２の加
圧ポートに圧力流体が供給され、第１ピストンと第２ピ
ストンが作動し、ロッドを介して弁体が駆動されてガス
流路が開かれると、排ガスの一部が排気ライン上流側か
ら排ガス再循環路を介して吸気ラインへ戻され排ガス再
循環が行われる一方、EGRバルブのウォータジャケット
内には冷却液体循環系の冷却液体が流通し、排ガスによ
る温度上昇が抑制される。本発明の装置の場合、排気ラ
イン上流側から排ガス再循環路を分岐させているので、
圧力損失の少ない高圧の排気ガスを取り出せるため、排
気ラインと吸気ラインとの間の圧力差が大きくなり、排
ガス再循環が効率良く行われると共に、EGRバルブを排
ガス再循環路の排気ラインからの分岐部近傍に設けられ
るので、スペース配分等の面でも有利となり、又、EGR
バルブに圧力流体により正圧で作動する多段式のアクチ
ュエータを設けたことにより、弁体の開度を多段に調整
することが可能となって排ガス再循環量の制御性も高ま
る。

［実施例］ 以下、本発明の実施例を図面を参照しつつ説明する。

第１図及び第２図は本発明の冷却式のEGRバルブ60の
一実施例であり、ハウジング14内に、排ガス再循環路15
（第３、５図参照）に接続可能に吸入ポート16及び吐出
ポート17を有するガス流路18を形成し、該ガス流路18の
吸入ポート16に形成した弁座19に当接する弁体20を設け
る。

又、前記ハウジング14の内部に、一端が開口して開口
部にストッパ21を有する円筒状の第２ピストン22を摺動
自在に設け、該第２ピストン22の内部に第１ピストン23
を摺動自在に設けて、第１ピストン23と第２ピストン22
との間、第２ピストン22の反第１ピストン23側、第１ピ
ストン23の反第２ピストン22側にエア室24,25,26を有す
る多段式（三段式）のアクチュエータ27を形成する。該
アクチュエータ27の第１ピストン23に反第２ピストン22
側へ延びるロッド28を連結すると共に、該ロッド28の先
端をハウジング14を貫通させ前記ガス流路18内の弁体20
に固着し、前記エア室26のハウジング14と第１ピストン
23との間に第１ピストン23を第２ピストン22側へ付勢す
るスプリング29を介装し、且つ、第２ピストン22の前記
エア室24側の面に第１ピストン23を押す突起30を形成す
る。又、前記ハウジング14に、前記各エア室24,25と連
通し後述するアクチュエータ駆動系56の配管52,53を接
続可能な加圧ポート31,32を形成すると共に、エア室26
を大気に開放するポート33を形成する。

尚、34は加圧ポート31とエア室24を連通するために第
２ピストン22に設けたエア流路である。

更に、前記ハウジング14内におけるガス流路18近傍部
分に、冷却液体35を流通可能なウォータジャケット36を
形成する。尚、図中、37,38は冷却液体循環系57の配管5
8,59（第３図参照）に接続される前記ウォータジャケッ
ト36のポートである。

前述の如く構成したので、アクチュエータ27の加圧ポ
ート31或いは32或いは31と32の両方にエア等の圧力流体
が供給されると、ロッド28を介して弁体20が駆動されて
ガス流路18が開かれ、排気ガス13が流れ得る状態とな
る。このとき、ポート37,38に冷却液体循環系57の配管5
8,59（第３図参照）を接続しウォータジャケット36内に
冷却液体35を流すと、ガス流路18内を高温の排気ガス13
が流れても、該排気ガス13の熱は前記冷却液体35によっ
て効率良く吸収され、特にロッド28の摺動部のように高
温化すると耐摩耗性が著しく低下する部分の温度上昇が
抑制され、EGRバルブ60の耐久性、信頼性が大幅に向上
する。

第３図は第１、２図に示すEGRバルブ60を用いた排ガ
ス再循環装置の系統図であり、エンジン39の排気マニホ
ールド40と排気管41とから形成される排気ライン42上流
側から排ガス再循環路15を分岐させて吸気マニホールド
43と吸気管44とから形成される吸気ライン45に接続する
と共に、前記EGRバルブ60を排ガス再循環路15の排気ラ
イン42からの分岐部46近傍に設ける。

前記EGRバルブ60の加圧ポート31,32に、エアタンク等
の圧力源47と、該圧力源47に接続された途中に電磁弁4
8,49,50,51を有する配管52,53,54,55とからなるアクチ
ュエータ駆動系56の前記配管52,53を接続すると共に、
ウォータジャケット36のポート37,38に、冷却液体循環
系57の配管58,59を接続する。

又、前記吸気ライン45の吸気管44途中における前記排
ガス再循環路15の接続部61より上流側に、吸気絞りバル
ブ62を設ける。

該吸気絞りバルブ62は第４図に示すような構成を備え
ている。

ハウジング63の内部に、一端が開口して開口部にスト
ッパ64を有する円筒状の第２ピストン65を摺動自在に設
け、該第２ピストン65内部に第１ピストン66を摺動自在
に設けて、第１ピストン66と第２ピストン65との間、第
２ピストン65の反第１ピストン66側、第１ピストン66の
反第２ピストン65側にエア室67,68,69を有するアクチュ
エータ70を形成する。

該アクチュエータ70の第１ピストン66に反第２ピスト
ン65側へ延びて先端がハウジング63を貫通するロッド71
の後端を接続し、前記エア室69のハウジング63と第１ピ
ストン66との間に第１ピストン66を第２ピストン65側へ
付勢するスプリング72を介装し、且つ、第２ピストン65
の前記エア室67側の面に第１ピストン66を押す突起73を
形成する。

又、前記ハウジング63に、各エア室67,68と連通し第
３図に示すアクチュエータ駆動系56の配管54,55が接続
される加圧ポート74,75と共にエア室69を大気に開放す
るポート76を形成する。

尚、77は加圧ポート74とエア室67を連通するために第
２ピストン65に設けたエア流路である。

吸気管44内にバタフライ弁78を回動自在に設け、前記
アクチュエータ70のロッド71先端をレバー79を介してバ
タフライ弁78に接続し、バタフライ弁78をアクチュエー
タ70によって開閉させ得るようにしてある。

更に、第３図に示す如く、エンジン39から回転数や負
荷を示す信号80を入力して排気ガス13の再循環量を求
め、該排気ガス13の再循環量に基づいて各電磁弁48〜51
に切換指令81〜84を送る制御装置85を設ける。

尚、第３図中、86はエアクリーナ、87はマフラ、88は
吸気である。

次に作動について説明する。

吸気88は、エアクリーナ86で過された後、吸気ライ
ン45の吸気管44を通って吸気マニホールド43からエンジ
ン39に入り、燃料油と共に燃焼される。

燃焼によりエンジン39内に発生した排気ガス13は、排
気ライン42の排気マニホールド40から排気管41を介しマ
フラ87を通って大気へ排出される。

このとき、制御装置85は、エンジン39の回転数や負荷
等の信号80が入力されて、制御装置85に予め設定され
た、上記信号80と排ガス再循環量との関係を示す関数か
ら、排ガス再循環量を求め、該排ガス再循環量に基づい
て各電磁弁48〜51に夫々切換指令81〜84を送る。

すると、先ず、切換指令83或いは84或いは83と84の両
方により電磁弁50或いは51或いは50と51の両方が切換っ
て、配管54或いは55或いは54と55の両方を介してエア等
の圧力流体が吸気絞りバルブ62の加圧ポート74或いは75
或いは74と75の両方からエア室67或いは68或いは67と68
の両方に送られ、該圧力流体により第１ピストン66或い
は第２ピストン65或いは第１ピストン66と第２ピストン
65の両方が押され、ロッド71、レバー79を介してバタフ
ライ弁78が回動し、吸気管44を絞る。

すると、吸気管44の流動抵抗が大きくなるので吸気管
44の吸気絞りバルブ62より下流側における吸気88の圧力
が低くなり、排気ライン42と吸気ライン45との間の圧力
差が大きくされる。

ここで、排ガス再循環量を少なくする場合には、制御
装置85は電磁弁50に切換指令83を送って、配管54の圧力
流体を吸気絞りバルブ62の加圧ポート74からエア室67に
送って第１ピストン66を動かすようにする。

すると、第１ピストン66は第２ピストン65のストッパ
64に制止される位置までしか動くことができないので、
ロッド71は僅かに移動し、レバー79を介してロッド71に
接続されたバタフライ弁78の回動量も僅かとなり、吸気
ライン45の絞り量が小さく抑えられる。

反対に、排ガス再循環量を多くする場合には、制御装
置85は電磁弁51に切換指令84を送って、配管55の圧力流
体を吸気絞りバルブ62の加圧ポート75からエア室68に送
って第２ピストン65を動かすようにする。

すると、第２ピストン65は突起73によって第１ピスト
ン66ごとロッド71を第２ピストン65のストッパ64がハウ
ジング63に当るまで移動させ、レバー79を介してロッド
71に接続されたバタフライ弁78の回動量も大きくなり、
吸気ライン45の絞り量が大きくなる。更に加えて制御装
置85が電磁弁50に切換指令83を送って配管54の圧力流体
を吸気絞りバルブ62の加圧ポート74からエア室67に送っ
て第１ピストン66を第２ピストン65のストッパ64に当る
まで動かすとロッド71は更に大きく移動しレバー79を介
してバタフライ弁78の回動量を最大位置まで回動させ吸
気ライン45の絞り量が最大となる。

尚、吸気管44に吸気絞りバルブ62を設ける代わりに、
排気管41下流側に排気絞りバルブを設けても良いことは
言うまでもない。

排気ライン42と吸気ライン45との間の圧力差が大きく
されたら、切換指令81或いは82或いは81と82の両方によ
り電磁弁48或いは49或いは48と49の両方が切換って、配
管52或いは53或いは52と53の両方を介して圧力流体がEG
Rバルブ60の加圧ポート31或いは32或いは31と32の両方
からエア室24或いは25或いは24と25の両方に送られ、該
圧力流体により第１ピストン23或いは第２ピストン22或
いは第１ピストン23と第２ピストン22の両方が押され、
ロッド28を介して弁体20が弁座19から離れ、排ガス再循
環路15を開く。

その結果、排気ライン42と吸気ライン45との間の圧力
差により排気ライン42の排気ガス13の一部が排ガス再循
環路15を介して吸気ライン45に戻され、これにより、エ
ンジン39の燃焼が制御され低NOx化が図られる。

ここで、排ガス再循環量を少なくする場合には、制御
装置85は電磁弁48に切換指令81を送って、配管52の圧力
流体をEGRバルブ60の加圧ポート31からエア室24に送っ
て第１ピストン23を動かすようにする。

すると、第１ピストン23は第２ピストン22のストッパ
21に制止される位置までしか動くことができないので、
ロッド28は僅かに移動し、弁体20の弁座19に対する移動
量も僅かとなり、排ガス再循環路15の開度小さく抑えら
れる。

反対に、排ガス再循環量をもう少し多くする場合に
は、制御装置85は電磁弁49に切換指令82を送って、配管
53の圧力流体をEGRバルブ60の加圧ポート32からエア室2
5に送って第２ピストン22を動かすようにする。

すると、第２ピストン22は突起30によって第１ピスト
ン23ごとロッド28を大きく移動させ、弁体20の弁座19に
対する移動量も大きくなり、排ガス再循環路15の開度が
大きくなる。更に排ガス再循環量を多くする場合には電
磁弁48,49に指令を送り配管52,53の圧力流体をエア室2
4,25に送って第１ピストン23、第２ピストン22を夫々ス
トッパに当るまで動かす。するとロッド28は最大限移動
し弁体20の弁座19に対する移動量も最大となり排ガス再
循環路15の開度も最大となる。

又、上記排ガス再循環装置の場合、排気ライン42上流
側から排ガス再循環路15を分岐させているので、排気ラ
イン42下流側から取り出すのに比べ圧力損失の少ない高
圧の排気ガス13を取り出せるため、排気ライン42と吸気
ライン45との間の圧力差をより大きく設定でき、排ガス
再循環を効率良く行える。反面、排気ガス13を排気ライ
ン42上流側から取り出すということは、それだけ排気ガ
ス13の温度も高いことになり、EGRバルブ60にとっては
条件が厳しくなるが、前記EGRバルブ60のウォータジャ
ケット36には、冷却液体循環系57の冷却液体35が流通し
ているため、排ガス再循環時においてもEGRバルブ60の
高温化が回避される。このため、排ガス再循環路15の排
気ライン42からの分岐部46近傍に前記EGRバルブ60を設
けられるので、吸気ライン45側への部品の集中化が緩和
され、スペース配分等の面でも有利となる。

第５図は、上記排ガス再循環装置のレイアウトの一例
を示す平面図であり、排ガス再循環路15を排気マニホー
ルド40から直接分岐させエンザン39のヘッドカバー89上
方を越えて吸気管44に接続すると共に、排ガス再循環路
15に設けるEGRバルブ60を排気マニホールド40上に設置
したものである。

このようにすると、排気ライン42と吸気ライン45とを
排ガス再循環路15により最短距離で接続することが可能
となり、再循環される排気ガス13の圧力損失を更に低減
することができると共に、装置がコンパクトでシンプル
なものとなる。

尚、本発明の水冷式EGRバルブを用いた排ガス再循環
装置は、上述の実施例にのみ限定されるものではなく、
過給機付エンジンに対しても適用可能であること等、そ
の他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変
更を加え得ることは勿論である。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明の水冷式EGRバルブを用
いた排ガス再循環装置によれば、バルブの構成部品の温
度上昇を効率良く抑えることができ、バルブの耐熱性の
向上が図られ、排気ライン上流側からの排ガス再循環路
の分岐、並びに該排ガス再循環路の排気ラインからの分
岐部近傍へのバルブの設置が可能となり、排ガス再循環
の効率化を図れると共に、スペース配分等の面でも有利
になり、又、EGRバルブに圧力流体により正圧で作動す
る多段式アクチュエータを設けたことにより、弁体の開
度を多段に調整することができ排ガス再循環量の高い制
御性を得ることができるという優れた効果を奏し得る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の水冷式EGRバルブの一実施例の側断面
図、第２図は第１図のII-II矢視図、第３図は本発明の
水冷式EGRバルブを用いた排ガス再循環装置の系統図、
第４図は第３図の吸気絞りバルブの側断面図、第５図は
本発明の水冷式EGRバルブを用いた排ガス再循環装置の
レイアウトの一例を示す平面図、第６図は従来のEGRバ
ルブを示す側断面図である。 14はハウジング、15は排ガス再循環路、16は吸入ポー
ト、17は吐出ポート、18はガス流路、20は弁体、27はア
クチュエータ、28はロッド、31,32は加圧ポート、35は
冷却液体、36はウォータジャケット、37,38はポート、3
9はエンジン、42は排気ライン、45は吸気ライン、46は
分岐部、56はアクチュエータ駆動系、57は冷却液体循環
系、60はEGRバルブを示す。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気ライン上流側から排ガス再
   循環路を分岐させて吸気ラインに接続すると共に、 ハウジング内に軸線方向へ一定のストロークで摺動自在
   に嵌挿され且つ一端が開口して開口部にストッパを有す
   る円筒状の第２ピストンと、該第２ピストン内に軸線方
   向へ一定のストロークで摺動自在に嵌挿された第１ピス
   トンと、該第１ピストンを前記第２ピストンの反ストッ
   パ側へ付勢するスプリングと、ハウジング内に摺動自在
   に嵌挿され且つ前記第１ピストンに反第２ピストン側へ
   延びるよう連結されたロッドと、前記第１ピストンと第
   ２ピストンとの間に形成されるエア室に圧力流体を給排
   するための第１の加圧ポートと、前記第２ピストンの反
   第１ピストン側に形成されるエア室に圧力流体を給排す
   るための第２の加圧ポートとを有する多段式のアクチュ
   エータと、ハウジング内に形成された吸入ポート及び吐
   出ポートを有するガス流路と、前記アクチュエータのロ
   ッドの先端が連結され且つ前記ガス流路の吸入ポートを
   開閉可能な弁体と、前記ハウジング内におけるガス流路
   近傍部分に形成され冷却液体循環系に接続可能なポート
   を有するウォータジャケットとを備えたEGRバルブを前
   記排ガス再循環路の排気ラインからの分岐部近傍に設
   け、 前記EGRバルブの第１と第２の加圧ポートに、圧力流体
   を供給、停止可能なアクチェエータ駆動系を接続し、 前記EGRバルブのウォータジャケットのポートに冷却液
   体循環系を接続したことを特徴とする水冷式EGRバルブ
   を用いた排ガス再循環装置。