WO1998032961A1 - Dispositif de respiration de gaz d'echappement - Google Patents

Description

明 細 書 排気ガス再循環装置 技術分野

この発明は、 吸入される空気と一緒に排気ガスの一部を再循 環して燃焼室に送り込み、 該燃焼室内での燃焼温度を下げて N O x (窒素酸化物） の低減化を図るよ う に した排気ガス再循環 装置 （ E G R装置） に関する。 背景技術

従来における排気ガス再循環装置と しては、 排気管と吸気ポー 卜 とを外部配管によ り接続し、 該外部配管の途中に備えた常時 閉の E G R用バルブを吸気行程中に吸気ポー ト内の負圧を利用 して開け、 前記外部配管を通して排気ガスを再循環させるよ う に したものがある。

しかしながら、 前述した従来の排気ガス再循環装置において は、 吸気行程で排気ガスが常に燃焼室内に取り込まれて希薄燃 焼が行われる こ とになるので、 元々空気過多となっている軽負 荷運転領域で支障な く 良好な燃焼状態が得られる と しても、 燃 料に対する空気の割合が少な く なる高負荷運転領域では燃焼状 態が不良となって煤の多い黒煙が発生し易く なる という問題が あった。

更に、 E G R用バルブを備えた外部配管が必要となる為にェ ン ジ ンの搭載スペースが嵩み、 しかも、 排気ガスの流通によ り 高温となる外部配管の耐熱対策や配置上の制約を考慮しなけれ ばな らないという不具合がある。

また、 ターボチヤ 一 ジャを装備したエンジ ン等でブース ト圧 (吸気管内の過給圧力） が排気圧力よ り高い運転領域で排気ガ スを良好に再循環させるこ とができないという問題もあった。 本発明は上述の実情に鑑みてな したもので、 必要な運転領域 でのみ排気ガスを燃焼室に再循環する こ とができ、 しかも、 外 部配管を用いるこ とな く 排気ガスを燃焼室に再循環するこ とが でき、 更には、 ターボチャー ジャを装備したエン ジ ン等でブ一 ス ト圧が排気圧力よ り高い運転領域でも排気ガスを良好に再循 環する こ とができ る排気ガス再循環装置を提供する こ とを目的 と している。 発明の開示

本発明は、 吸気行程でシ リ ンダの吸気弁を開作動する吸気用 ロ ッ カーアームによ り作動される排気ガス再循環用マスター ピ ス ト ンと、 該排気ガス再循環用マスター ピス ト ンに対し油通路 を介して接続され且つ該油通路に前記排気ガス再循環用マス夕 — ビス ト ンの作動によ り圧力が発生した際に前記吸気弁と同じ シ リ ンダに備えた排気弁を開作動するス レーブビス ト ンと、 前 記油通路の油圧の保持 · 解放を切り替える作動油供給手段とを 備えたこ とを特徴とする排気ガス再循環装置、 に係る ものであ o

而 して、 作動油供給手段によ り油通路の油圧を保持する と、 吸気行程で吸気用ロ ッ カーアームによ り排気ガス再循環用マス ター ビス ト ンが作動されて油通路に圧力が発生し、 ス レーブピ ス 卜 ンが従動されて同一シ リ ンダの排気弁が開作動されるので、 圧力差によ り排気ガスが排気ポー 卜から燃焼室内に再循環し、 次の爆発行程における燃焼室内での燃焼温度が下げられて N 0

Xの低減化が図られる。

また、 作動油供給手段によ り油通路の油圧を解放すると、 油 通路内には圧力が発生しないので、 ス レーブピス ト ンが従動さ れな く な り、 排気弁は通常のバルブ操作によ り排気行程でのみ 開作動されて吸気行程では開作動されな く なる。

また、 本発明は、 排気行程でシ リ ンダの排気弁を開作動する 排気用ロ ッ カ ーアームによ り作動される排気ガス再循環用マス タ 一 ビス ト ン と、 該排気ガス再循環用マス タ ー ビス ト ンに対し 油通路を介して接続され且つ該油通路に前記排気ガス再循環用 マスタ一 ビス ト ンの作動によ り圧力が発生した際に前記排気弁 と同じ シ リ ンダに備えた吸気弁を開作動するス レーブビス ト ン と、 前記油通路の油圧の保持 · 解放を切り替える作動油供給手 段とを備えたこ とを特徴とする排気ガス再循環装置、 に も係る ものであ る。

而して、 作動油供給手段によ り油通路の油圧を保持する と、 排気行程で排気用ロ ッ カーアームによ り排気ガス再循環用マス ター ピス ト ンが作動されて油通路に圧力が発生し、 ス レーブピ ス ト ンが従動されて同一シ リ ンダの吸気弁が開作動され、 燃焼 室内の排気ガスの一部が吸気ポー ト側へ掃き出されるので、 該 吸気ポー 卜側へ掃き出された排気ガスが次の吸気工程で燃焼室 内に吸い戻されて再循環し、 次の爆発行程における燃焼室内で の燃焼温度が下げられて N 0 Xの低減化が図られる。

また、 作動油供給手段によ り油通路の油圧を解放する と、 油 通路内には圧力が発生しないので、 ス レーブピス ト ンが従動さ れなく なり、 吸気弁は通常のバルブ操作により吸気行程でのみ 開作動されて排気行程では開作動されなく なる。 図面の簡単な説明

第 1図は本発明の形態例を示す断面図、 第 2図は複数のシリ ンダに対する配置構成を示す説明図、 第 3図は第 2図の各シ リ ンダにおける排気弁の作動タイ ミ ングを示すグラフ、 第 4図は 本発明の第二の形態例を示す説明図、 第 5図は第二の形態例に 用いるス レーブピス ト ンの一例を示す詳細図、 第 6図は本発明 の第三の形態例を示す説明図、 第 7図は第 6図の各シリ ンダに おける排気ガス再循環モー ドでの吸気弁の作動タイ ミ ングを示 すグラフである。 発明を実施するための最良の形態

以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。

第 1図〜第 3図は本発明の形態例を示すもので、 第 1図にお いて、 1 はシリ ンダ、 2は燃焼室、 3はピス ト ン、 4は排気弁、 5 は排気ポー トを夫々示し、 排気行程でェキゾ一ス トプッ シュ ロ ッ ド 6 (第 2図参照） により一端を突き上げられて傾動する 排気用ロ ッ カーアーム 7の他端によりプリ ッ ジ 8を介し両方の 排気弁 4が押し下げられて開作動され、 燃焼室 2から排気ポー ト 5へと排気ガスが掃気されるようになっている。

また、 9 は図示されている同じシ リ ンダ 1 のイ ン レ ツ トプッ シュロ ッ ド、 1 0は吸気行程でイ ン レ ツ トプッ シュロ ッ ド 9に より一端を突き上げられて傾動する吸気用ロ ッ カーアームであ り、 該吸気用ロ ッカーアーム 1 0の他端により前述と同様のブ リ ッ ジ （図示せず） を介し両方の吸気弁 3 2 (第 2図参照） が 押 し下げられて開作動される際には、 前記吸気用口 ッ カ一ァー 厶 1 0の一端が上方のハウ ジング 1 1 に備え られた排気ガス再 循環用マスタ一 ビス ト ン 1 2を押し上げ、 前記ハウ ジング 1 1 内に穿設された油通路 1 3 に圧力を発生させてス レーブビス 卜 ン 1 4を押し下げ、 該ス レーブビス ト ン 1 4 により ァクチユエ 一夕 ピ ン 1 5 を介して一方の排気弁 4が単独でも押し下げられ るよ う になっている。

前記排気ガス再循環用マスタ一 ビス ト ン 1 2 とス レーブビス ト ン 1 4 との間を結ぶ油通路 1 3 には、 該油通路 1 3 の油圧の 保持 · 解放を切り替える為の作動油供給手段である ソ レノ ィ ド バルブ 1 6及びコ ン ト ロールバルブ 1 7 を介し作動油 1 8 (ェ ン ジンオイ ル） が供給されるよ う になっており、 ソ レノ ィ ドバ ルブ 1 6 は、 制御装置 1 9 からの制御信号 2 0 によ り作動油 1 8 の供給 ' 遮断を行い、 コ ン ト ロールバルブ 1 7は、 ソ レノ ィ ドバルブ 1 6が開いた状態で前記油通路 1 3 の油圧が保持され るよ う逆止弁と して機能し且つソ レノ ィ ドバルブ 1 6 が閉じた 状態では前記油通路 1 3 の油圧を解放するよ う機能する もので あ る。

即ち、 ソ レノ イ ドバルブ 1 6では、 コィノレ 2 1 が励磁した状 態でプレー ト 2 2及び鉄芯 2 3がボール 2 4を押し下げて作動 油 1 8の供給が行われ、 コ イ ル 2 1 が非励磁の状態でスプリ ン グ 2 5 によ り ボール 2 4が押し上げられて作動油 1 8 の供給が 遮断されるよ う になっており、 また、 コ ン ト ロールバルブ 1 7 では、 ソ レノ ィ ドバルブ 1 6が開いた状態で油圧によ り スプ一 ル 2 6 が押し上げられ且つ該スプール 2 6 中に備えたボール 2 7 によ り前記油通路 1 3へ向かう方向にのみ作動油 1 8 の流通 が行われ、 ソ レノ ィ ドバルブ 1 6が開いた状態でスプール 2 6 がスプリ ング 2 8 によ り押し下げられて リ リ ーフ口 2 9へと油 圧が解放されるよ う になつている。

第 2図は直列 6気筒エ ン ジ ンの場合で例示した本形態例の配 置構成を示すもので、 第 1 シ リ ンダ 1 ( 1 ) 、 第 2 シ リ ンダ ^ 2 ( 1 ) 、 第 3 シ リ ンダ S 3 ( 1 ) のみを図示してあ り、 第 1 〜第 3 の何れのシ リ ンダ 1 においても、 各シ リ ンダ 1 に備え た一方の排気弁 4の吸気行程時における開作動が同一シ リ ンダ 1 のイ ン レ ツ トプッ シュロ ッ ド 9 によ り受け持たれており、 よ り具体的には、 各シ リ ンダ 1 のイ ン レ ツ トプッ シュロ ッ ド 9 に よる吸気用ロ ッ カーアーム 1 0 (第 2図では図示されていない） を介した排気ガス再循環用マス夕一 ピス ト ン 1 2の作動で油通 路 1 3 を介し同一シ リ ン ダ 1 のス レーブビス ト ン 1 4 を従動 し て一方の排気弁 4を吸気行程で開作動し得るよう に してある。

而して、 制御装置 1 9 か らの制御信号 2 0 によ り ソ レ ノ ィ ド バルブ 1 6 を開けておけば、 コ ン ト ロールバルブ 1 7が逆止弁 と して機能して油通路 1 3が閉じるので、 第 2図の第 1 シ リ ン ダ « 1 ( 1 ) 、 第 2 シ リ ンダ « 2 ( 1 ) 、 第 3 シ リ ンダ ίί 3 ( 1 ) の夫々力 第 3図に示す如く 異なる タ イ ミ ングで吸気行 程となった際に、 吸気弁 3 2を開作動する為のイ ン レツ トプッ シュロ ッ ド 9の突き上げで吸気用ロ ッ カーアーム 1 0が傾動さ れ、 これによ り排気ガス再循環用マスター ピス ト ン 1 2が押し 上げられて油通路 1 3 に圧力が発生し、 同一シ リ ンダ 1 のス レ ーブピス ト ン 1 4が従動されて一方の排気弁 4が開作動され、 圧力差によ り排気ガスが排気ポー ト 5から燃焼室 2 内に再循環 し、 次の爆発行程における燃焼室 2 内での燃焼温度が下げられ て N 0 X (窒素酸化物） の低減化が図られるこ とになる。

尚、 第 3図においては、 縦軸をバルブ操作の リ フ ト （揚程） と し、 横軸を第 1 シ リ ンダ ί( 1 のカム シャ フ 卜の回転角と して あ り、 図中の△は各シ リ ンダ 1 における圧縮上死点を、 実線の 曲線は各シ リ ンダ 1 における排気弁 4の リ フ トを、 破線の曲線 は吸気弁 3 2の リ フ 卜を夫々示している （例えば第 1 シ リ ンダ ίί ΐ ではカム シャ フ トの回転角 0 ° 〜 1 8 0 ° が爆発行程、 1 8 0 ° 〜 3 6 0 ° が排気行程、 3 6 0 ° 〜 5 4 0 ° が吸気行程、 5 4 0 〜 7 2 0 ° が圧縮行程であ り、 第 2 シ リ ンダ ίί 2及び第 3 シ リ ンダ # 3 は圧縮上死点を起点と して位相がずれている） 。 また、 制御装置 1 9からの制御信号 2 0 によ り ソ レノ ィ ドバ ルブ 1 6 を閉じておけば、 コ ン ト ロールバルブ 1 7 によ り油通 路 1 3の油圧が解放され、 油通路 1 3 内には圧力が発生しない ので、 ス レーブピス ト ン 1 4が従動されな く な り、 排気弁 4 は 通常のバルブ操作によ り排気行程でのみ開作動されて吸気行程 では開作動されな く なる。

従って上記形態例によれば、 必要な運転領域でのみ排気ガス を燃焼室 2 に再循環するこ とができ るので、 軽負荷運転領域で 排気ガスを燃焼室 2 に再循環するこ とによ り燃焼温度を下げて O xの低減化を図り、 高負荷運転領域では排気ガスの再循環 を停止して通常のバルブ操作によ り煤の多い黒煙の発生を防止 する こ とができ る。

しかも、 外部配管を不要とする こ とができ るので、 エン ジ ン の搭載スペースが嵩むこ とを回避するこ とができ る と共に、 外 部配管の耐熱対策や配置上の制約を考慮する必要がな く なり 、 また、 夕一ボチャー ジャを装備したエン ジ ン等でブース 卜圧が 排気圧力より高い運転領域でも排気ガスを良好に再循環させる こ とが可能となる。

尚、 軽負荷運転領域で排気ガスを燃焼室 2に再循環し、 高負 荷運転領域で排気ガスの再循環を停止するよう制御するにあた つては、 前記制御装置 1 9 に対し、 エン ジ ンの運転状態を示す 信号、 アクセル等の操作状態を示す信号、 運転室の排気ガス再 循環スィ ツ チの信号等を入力しておき、 運転室の排気ガス再循 環スィ ッ チがオ ンでアクセルがある程度踏み込まれたエン ジ ン 出力運転となっており且つ高負荷でもない状態において前記制 御装置 1 9 からの制御信号 2 0でソ レノ ィ ドバルブ 1 6 が開け られるようにしておけば良い。

第 4図及び第 5図は本発明の第二の形態例を示すもので、 吸 気行程で各シリ ンダ 1 の両方の排気弁 4をス レーブビス ト ン 1 4により一緒に開作動し得るようにしたものであり、 本形態例 におけるス レーブビス 卜 ン 1 4は、 通常のバルブ操作と して排 気行程で各シリ ンダ 1 の排気用ロ ッカーアーム 7により押し下 げられるブリ ッ ジ 8を吸気行程で押し下げるようになつており、 前記排気用ロ ッ カーアーム 7を跨いで排気行程時における通常 のバルブ作動を阻害しないよう配置してある （第 5図参照） 。

このよ う にすれば、 吸気行程で両方の排気弁 4を一緒に開作 動させて排気ガスの再循環効率を高めるこ とが可能となり、 し かも、 吸気行程では燃焼室 2内の圧力が下がっているので、 両 方の排気弁 4の開作動を格別の困難性なく 実施するこ とが可能 である。

第 6図及び第 7図は本発明の第三の形態例を示すもので、 本 形態例では、 排気ガス再循環用マス夕一 ピス ト ン 1 2を、 排気 行程でシ リ ンダ 1 の排気弁 4を開作動する排気用ロ ッ カーァ一 ム 7 によ り作動させるよ う に しており、 しかも、 この排気ガス 再循環用マスター ビス ト ン 1 2の作動で同一シ リ ンダ 1 の一方 の吸気弁 3 2 をス レーブビス ト ン 1 4 によ り排気行程で開作動 し得るよ う に してある。

即ち、 第 7図に直列 6気筒エ ン ジ ンの場合で第 1 シ リ ンダ 1 ( 1 ) 、 第 2 シ リ ンダ ίί 2 ( 1 ) 、 第 3 シ リ ンダ ίί 3 ( 1 ) のみについて例示してあるよ う に、 第 1 〜第 3 の何れのシ リ ン ダ 1 においても、 各シ リ ンダ 1 に備えた一方の吸気弁 3 2の排 気行程時における開作動が同一シ リ ンダ 1 のェキゾ一ス 卜プッ シュロ ッ ド 6 によ り受け持たれており、 よ り具体的には、 各シ リ ンダ 1 のェキゾ一ス トプッ シュロ ッ ド 6 による排気用ロ ッ カ —アーム 7 (第 6図では図示されていない） を介した排気ガス 再循環用マスター ピス ト ン 1 2 の作動で油通路 1 3 を介し同一 シ リ ンダ 1 のス レーブビス ト ン 1 4を従動して一方の排気弁 4 を吸気行程で開作動し得るよ う に してある。

こ こで、 一方の吸気弁 3 2を排気行程で開作動するス レーブ ビス ト ン 1 4は、 第 1 図に示したス レーブビス ト ン 1 4 と同様 の機構を有する もので良いが、 前述した第 5 図と同様のス レー ブピス ト ン 1 4を採用 して排気行程で両方の吸気弁 3 2を一緒 に開作動させるよ う に しても良い。

尚、 こ の形態例における油通路 1 3 についても、 前述したソ レノ ィ ドバルブ 1 6及びコ ン ト ロールバルブ 1 7 と同様のもの を油通路 1 3 の油圧の保持 · 解放を切り替える作動油供給手段 と して設けておく こ とは勿論である。 而 して、 このよ う にすれば、 第 6図の第 1 シ リ ンダ # 1 ( 1 ) 、 第 2 シ リ ンダ ίί 2 ( 1 ) 、 第 3 シ リ ンダ ίί 3 ( 1 ) の夫々力く、 第 7図に示す如く 異なるタイ ミ ングで排気行程となった際に、 排気弁 4を開作動する為のェキゾ一ス トプッ シュロ ッ ド 6の突 き上げで排気用ロ ッ カーアーム 7が傾動され、 これによ り排気 ガス再循環用マスター ビス ト ン 1 2が押し上げられて油通路 1 3 に圧力が発生し、 同一シ リ ンダ 1 のス レーブビス ト ン 1 4力く 従動されて一方の吸気弁 3 2が開作動され、 燃焼室 2 内の排気 ガスの一部が吸気ポ一 ト （図示せず） 側へ掃き出されるので、 該吸気ポー 卜側へ掃き出された排気ガスが次の吸気工程で燃焼 室 2 内に吸い戻されて再循環し、 次の爆発行程における燃焼室 2内での燃焼温度が下げられて N O x (窒素酸化物） の低減化 が図られるこ とになる。

尚、 第 7図においては、 先の第 3図と同様に、 縦軸をバルブ 操作の リ フ ト （楊程） と し、 横軸を第 1 シ リ ンダ ίί 1 の力ム シ ャ フ 卜の回転角と してあ り、 図中の△は各シ リ ンダ 1 における 圧縮上死点を、 実線の曲線は各シ リ ンダ 1 における排気弁 4の リ フ トを、 破線の曲線は吸気弁 3 2の リ フ トを夫々示 している。 従って、 この形態例の場合においても、 必要な運転領域での み排気ガスを燃焼室 2 に再循環する こ とができ るので、 軽負荷 運転領域で排気ガスを燃焼室 2 に再循環する こ とによ り燃焼温 度を下げて Ν 0 Xの低減化を図り、 高負荷運転領域では排気ガ スの再循環を停止して通常のバルブ操作によ り煤の多い黒煙の 発生を防止するこ とができ、 しかも、 外部配管を不要とするこ とができ るので、 エン ジンの搭載スペースが嵩むこ とを回避す る こ とができ る と共に、 外部配管の耐熱対策や配置上の制約を 考慮する必要がな く なり、 また、 ターボチヤ 一 ジャを装備した エ ン ジ ン等でブース ト圧が排気圧力よ り高い運転領域でも排気 ガスを良好に再循環させるこ とが可能となる。

尚、 本発明の排気ガス再循環装置は、 上述の形態例にのみ限 定される ものではな く 、 各形態例では直列 6気筒の場合を例示 して説明 したが、 V型エン ジン等の他のエンジン型式で気筒数 の異なる ものについても同様に適用でき る こ と、 また、 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。 産業上の利用可能性

以上のよ う に、 本発明にかかる排気ガス再循環装置は、 自動 車等のエ ン ジ ンの排気ガスを浄化する装置と して有用であり、 特に搭載スペースの小さいエ ン ジ ンやターボチヤ 一 ジャを装備 したエン ジ ン等に用いるのに適している。

Claims

請 求 の 範 囲

1 . 吸気行程でシ リ ン ダの吸気弁を開作動する吸気用ロ ッ カ —アームによ り作動される排気ガス再循環用マス タ 一 ビス ト ン と、 該排気ガス再循環用マスタ一 ピス ト ンに対し油通路を介し て接続され且つ該油通路に前記排気ガス再循環用マス タ 一 ビス ト ンの作動によ り圧力が発生した際に前記吸気弁と同じ シ リ ン ダに備えた排気弁を開作動するス レーブピス ト ン と、 前記油通 路の油圧の保持 · 解放を切り替える作動油供給手段とを備えた こ とを特徴とする排気ガス再循環装置。

2 . 排気行程でシ リ ンダの排気弁を開作動する排気用ロ ッ カ —アームによ り作動される排気ガス再循環用マス タ ー ビス 卜 ン と、 該排気ガス再循環用マス タ ー ピス ト ンに対し油通路を介し て接続され且つ該油通路に前記排気ガス再循環用マス タ 一 ビス ト ンの作動によ り圧力が発生した際に前記排気弁と同じ シ リ ン ダに備えた吸気弁を開作動するス レーブピス ト ン と、 前記油通 路の油圧の保持 · 解放を切り替える作動油供給手段とを備えた こ とを特徴とする排気ガス再循環装置。