JP2742605B2 - ディーゼルエンジンの排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの排気還流（以下、EG
Rともいう。）制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、排気通路と吸気通路とを連通するEGR通路
を備え、吸気通路のEGR通路開口部よりも上流側に吸気
絞り弁を設け、吸気絞り弁よりも下流の負圧が略一定と
なるように、バキュームモジュレータ等を用いて吸気絞
り弁の開度をを調節するようにしたディーゼルエンジン
の排気還流制御装置が知られている（たとえば実公昭62
−4663号公報、実開昭55−100052号公報）。また、EGR
率（吸入空気量に対するEGRガスの割合）等の変動を検
出して吸気絞り弁およびEGR弁の開度制御デューティを
補正するようにした装置も知られている（特開昭58−10
7860号公報）。さらに、EGR弁切換時に吸気絞り弁を要
求開度に補正するようにした装置も知られている（実開
昭60−49254号公報、実開昭60−49256号公報）。

〔発明が解決しようとする課題〕

しかし、上記実公昭62−4663号公報、実開昭55−1000
52号公報開示のような吸気負圧の定圧制御においては、
エンジンの略全回転数域にわたって、吸気負圧を高めて
EGR率（EGRガスの吸入空気に対する割合）を高め、NOx
の低減等をはかることができるものの、エンジン回転
数、負荷によらず吸気負圧が一定値に固定制御されるの
で、あるエンジン使用領域では吸気を絞りすぎ、EGR率
が過多になって黒煙の発生や失火の問題を招くおそれが
ある。またあるエンジン使用領域では、吸気絞り不足に
なり、十分に高いEGR率にならず、排気ガス浄化性能等
のEGR効果が十分に得られないおそれがある。

また、吸気絞り弁を固定開度で使用すると、やはりエ
ンジン回転数等に対し不適合な領域が生じる。たとえば
低回転数側で絞り不足となって十分な吸気負圧が得られ
なかったり、高回転側で絞りすぎとなって十分な吸気量
が得られなくなったりする。

また、前記特開昭58−107860号公報開示の制御では、
EGR率の変動等を検出して吸気絞り弁とEGR弁の両方のデ
ューティ比が補正されるので、補正制御を適性に行えば
全運転域で高EGR率を達成可能であるが、制御系が複雑
になりすぎるという問題があるとともに、変動を検知し
た後に補正するので制御の応答性に問題がある。

さらに、前記実開昭60−49254および60−49256号公報
開示の構造では、EGR弁切換時以外は基本的に定圧制御
であるので、やはり上述した吸気負圧一定圧制御におけ
る問題は残る。

本発明は、簡単な制御機構でもって、エンジン全運転
領域にわたって、最適な高EGR率に正確にかつ応答性よ
く制御可能な排気還流制御装置を提供することを目的と
する。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成する本発明はつぎの通りである。

吸気通路のEGR通路開口部より上流に設けられた吸気
絞り弁と、 該吸気絞り弁に連結され前記吸気絞り弁を開閉する吸
気絞り弁アクチュエータと、 該吸気絞り弁アクチュエータに接続されたバキューム
ポンプと、 ダイヤフラムと該ダイヤフラムを付勢するスプリング
と該ダイヤフラムによって隔てられた２室を有し、該２
室のうち一方には吸気絞り弁下流の負圧を導入し他方に
は前記バキュームポンプから吸気絞り弁アクチュエータ
への供給負圧を開閉可能な弁体を介して導入して大気に
ブリードし、前記吸気絞り弁下流の圧力を前記バキュー
ムポンプから吸気絞り弁アクチュエータへの供給負圧を
調圧することにより所定の目標負圧に制御するバキュー
ムモジュレータと、 前記バキュームモジュレータに対して設けられ、エン
ジン運転条件に応じて前記バキュームモジュレータの前
記ダイヤフラムにかかる付勢力を変更することにより前
記所定の目標負圧の値を変更する付勢力変更手段と、 からなるディーゼルエンジンの排気還流制御装置。

〔作用〕

上記本発明の排気還流制御装置においては、バキュー
ムモジュレータのダイヤフラムの動きにより、吸気絞り
弁の開度が調節される。このダイヤフラムにかかる付勢
力が付勢力可変手段により変更させることにより、吸気
絞り弁の制御すべき目標吸気圧力も変更させる。したが
って、エンジン運転状態に応じて付勢力可変手段を適切
に制御することにより、エンジン運転状態に応じた最適
な圧力（負圧）に制御されることになり、吸気負圧、吸
気量の最適値への制御が可能になるとともに、全運転領
域にわたって最適なEGR率に制御することが可能にな
る。

〔実施例〕

以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して
説明する。

第１実施例 第１図および第２図は、本発明の第１実施例に係るデ
ィーゼルエンジンの排気還流制御装置を示している。図
においては、１はディーゼルエンジン本体、２は燃料噴
射ポンプ、３はECU（電子制御装置）を示している。４
はエンジン１への吸気通路、５はエンジン１からの排気
通路であり、排気通路５と吸気通路４とを連通するEGR
通路６が設けられている。このEGR通路６の吸気通路４
への開口部6aには、EGR弁７が設けられており、該EGR弁
７はダイヤフラムを有するアクチュエータ８によってオ
ン、ノフ（開閉）されるようになっている。

吸気通路４のEGR通路開口部6aよりも上流には、吸気
絞り弁９が設けられている。吸気絞り弁９は、ダイヤフ
ラムを有するアクチュエータ10によって開度が調節でき
るようになっている。

アクチュエータ８、10作動のための制御系は次のよう
に構成されている。

11はバキュームポンプであり、ここで駆動用負圧が発
生される。バキュームポンプ11からの負圧は、EVRV（電
気式負圧調整弁）12と、VSV（バキュームスイッチング
バルブ）23とに導入される。EVRV12では、バキュームポ
ンプ11からの負圧のアクチュエータ８への導入を制御す
る。各種センサから入力されるエンジン運転状態の情報
に基づき、ECU3内でEGR弁用アクチュエータ８へ供給す
る制御負圧の目標値が演算される。この目標値はその時
のエンジン運転状態において最適なEGR率を与えるEGR弁
開度となるように定められている。ECU3は上記目標値に
対応するデューティ信号をEVRV12に与える。EVRV12はデ
ューティ信号に応じてバキュームポンプ11からの負圧と
大気圧とのアクチュエータ８への導入割合を調節する。
また、排気還流時には、VSV15は圧力センサ14に上記制
御負圧を供給し、ECU3は、圧力センサ14で検出させる実
際の制御負圧と目標値との偏差に基づいてデューティ信
号を修正して実際の制御負圧が目標値に一致するようフ
ィールドバック制御を行なう。VSV15は排気還流停止時
には、吸気負圧を圧力センサ14に供給する。

吸気絞り弁９下流の負圧がフィルタ16を通してバキュ
ームモジュレータ17に導入され、該負圧が後述の如きの
制御目標値に保たれるようバキュームモジュレータ17、
アクチュエータ10により吸気絞り弁９の開度を調節でき
るようになっている。バキュームモジュレータ17は、第
２図にも示すように、ダイヤフラム13によって区画され
た２室を有するダイヤフラム弁構造を有し、スプリング
18を備えたダイヤフラム室19に吸気負圧が導入され、他
室20にはバキュームポンプ11からの負圧が導入されると
ともに該室20からは大気にブリード可能となっている。
ダイヤフラム13の弁体21部分に、バキュームポンプ11か
らの負圧が導入されており、吸気負圧が設定値よりも高
いときには弁体21がスプリング18の付勢力に抗してダイ
ヤフラム室19側に移動し、バキュームポンプ11からの負
圧がブリードされてアクチュエータ10への出力負圧が下
がり、吸気絞り弁９が開方向に、吸気負圧が目標値（設
定値）に達するまで開度調節される。吸気負圧が設定値
よりも低いときには、弁体21がバキュームポンプ11から
の負圧のブリードを止め、バキュームポンプ11からの負
圧がそのままアクチュエータ10に出力され、吸気絞り弁
９が閉方向に、吸気負圧が目標値（設定値）に達するま
で開度調節される。したがって、これらは、吸気負圧を
目標値に保つよう吸気絞り弁９の開度を調節する定圧力
制御機構を構成している。

このアクチュエータ10への出力負圧は、ダイヤフラム
13の動きによって制御され、ダイヤフラム13の動きは、
２室19、20内における圧力およびスプリング18によるダ
イヤフラム13への付勢力がバランスするように行なわれ
る。したがって、スプリング18による付勢力を変更すれ
ば、バランスされるべき吸気負圧、すなわち制御目標吸
気負圧が変わり、変更された制御目標吸気負圧になるよ
うに吸気絞り弁９の開度が制御されることになる。

この付勢力可変手段25は次のように構成されている。
スプリング18のダイヤフラム13と反対側には、スプリン
グ18の端部を支承する座26が設けられており、この座26
が、スプリング18の軸方向、つまりスプリング18により
ダイヤフラム13付勢力を変更する方向に移動可能な可動
座に構成されている。可動座26の下部には、スクリュ27
が図の下方に向けて延設されており、該スクリュ27には
ナット部材28が螺合されている。ナット部材28は、モー
タ（DCモータ又はステップモータ等回転量制御可能なモ
ータ）29の電機子と一体的に回転可能に組み込まれてい
る。したがって、モータ29の回転角を制御することによ
り、ナット部材28の回転量が制御され、それによってス
クリュ27を介して可動座26の位置が制御され、スプリン
グ18のダイヤフラム13付勢力が制御される。

バキュームモジュレータ17とアクチュエータ10との間
には、VSV23とVSV24が介装されている。VSV23は、アク
チュエータ10への出力を、上記バキュームモジュレータ
17からの負圧又はバキュームポンプ11からの元圧のいず
れか一方を選択する。VSV24は、アクチュエータ10への
出力を、VSV23からの負圧又は大気圧のいずれかの一方
を選択する。

吸気絞り弁９の開度を調節するアクチュエータ10は、
ダイヤフラム30によって分割された、大気に連通する室
31と、VSV24からの圧力が導入されるダイヤフラム室32
を有し、ダイヤフラム室32には、ダイヤフラム30を、ロ
ッド33を介して吸気絞り弁９を開方向に付勢するスプリ
ング34が設けられている。ダイヤフラム室32に導入され
る圧力は、VSV23、24の制御により、バキュームモジュ
レータ17からの元圧、大気圧、バキュームモジュレータ
17からの負圧のいずれかとされるが、バキュームポンプ
11からの元圧が導入されるときには吸気負圧にかかわら
ず吸気絞り弁９は全閉とされ、大気圧が導入されるとき
には全開とされ、バキュームモジュレータ17からの制御
負圧が導入されるときには目標開度となるように制御さ
れる。

前記モータ29の回転角は、エンジンの運転状態の応じ
て、ECU3からの指令に基づき制御される。したがって、
付勢力可変手段25の制御、本実施例では可動座26の位置
制御がエンジン運転状態に応じて制御される。また、EV
RV12、VSV15、23、24は、ECU3からの指令に基づいて作
動される。ECU3には、燃料噴射ポンプ２に付設されたレ
バー開度センサ35からエンジン負荷信号としてのアクセ
ル開度信号が、エンジン回転数センサ36からエンジン回
転数が、それぞれ入力され、その他にも、アクセル開度
を調整する調整抵抗37からの信号、圧力センサ14からの
信号、エンジン水温センサ38からの信号が入力されてい
る。さらにECU3には、車速センサ39からの信号、自動変
速機を備えた車両にあってはそのニュートラル（Ｎ）ポ
ジション信号40、さらにはイグニッションスイッチ41か
らの信号（エンジンのオン、オフ信号）が入力されてお
り、イグニッションスイッチ41の信号は、VSV23作動の
ための信号としても使用されている。ECU3からはさら
に、エアコンディショナアンプへの信号42、自動変速機
への信号43が出力されている。

なお、44は負圧を利用して燃料噴射量の最大値を規制
するためのブーストコンペンセータ、45は燃料カット弁
をそれぞれ示している。

上記のように構成された装置においては、エンジン回
転数、負荷等のエンジン運転状態に応じて、ECU3からの
指令に基づきモータ29の回転角を制御し、可動座26の位
置を変えてスプリング18による付勢力を変更することに
より、バキュームモジュレータ17の特性を自由に変更制
御でき、それによって吸気負圧の制御目標値を、電気的
なフィードバック制御なしに任意の値に設定できる。第
３図にエンジン回転数と吸気負圧との関係を示すよう
に、吸気絞りなしの特性101に対し吸気絞りを設けるこ
とにより吸気負圧を上げることができるが、固定絞り
（特性102）では高回転数域での絞りすぎとなって吸気
負圧が上がりすぎ、従来の定圧制御（特性103）では低
回転数域では絞りすぎによる吸気量不足、高回転数域で
は絞り不足を生じるおそれがある。これに対し、本発明
による制御特性104では上記定圧制御における低回転数
域、高回転数域の問題を両方とも解消でき、さらには第
４図に示すように、自由に任意の特性105にも制御でき
る。したがって、吸気負圧を最適値に制御することによ
り、第５図に示すように全回転数域にわたって、NOx等
の制御上望ましい高EGR率に保ちつつ、黒煙の発生等に
より規制される限界領域106以下に要領よく抑えること
ができ、最適なEGR率に、正確かつ迅速に制御される。

また、第６図に示すように、エンジンの軸トルク（エ
ンジン負荷）に対しても自由に吸気負圧を設定できるた
め、従来の定圧制御（図の破線）に比べ、黒煙等を悪化
させることなく、斜線部107のようにEGR率を高めること
ができ（図の実線）、この面からも最適なEGR率確保で
きる。

また、本制御装置では、VSV23、24の制御により、吸
気絞り弁９の全閉、全開制御が可能である。

たとえば、運転中のエンジンを停止する際、イグニッ
ションスイッチ信号のオンからオフへの変化を検知して
吸気絞り弁９を全閉とすることにより空気吸入量が強く
絞られ、慣性で回転しているエンジンの圧縮抵抗が小さ
く抑えられて衝撃や振動の発生が抑制され、エンジンは
静かに停止される。また、このとき燃料カット弁45によ
り燃料供給もカットされ、燃焼は自然にかつ静かに停止
される。

全負荷時（加速時）には、吸気絞り弁９が全開とさ
れ、十分な吸入空気量が確保されて、スモークの抑制等
が促進される。

また、従来EGR量はEGR弁のリフトにより制御していた
が、吸気負圧の制御目標値を自由に変更できるためEGR
量も自由に変更できるようになり、EGR量の連続制御機
構の不要化も可能になる。したがって、第１図に示した
EVRV12を単なるVSVに変えることが可能になり、さらに
安価な構成が可能となる。

第２実施例 次に、第７図および第８図に第２実施例を示す。

本実施例においては、バキュームモジュレータ51にお
けるスプリング52のセット長は固定され、ダイヤフラム
53で区画された２室54、55のうち図の上室54の負圧ブリ
ード量がデューティVSV56で調整制御される。このブリ
ード量調整によるダイヤフラム53の付勢力調整によって
も、吸気負圧の制御目標値を変更できる。たとえばブリ
ード量を減量すると、上室54の負圧が抜け切らずに残圧
が生じ、このためスプリング52とつり合う以上の高い吸
気不圧が設定される。ブリード量多くすれば、上室54は
大気圧に近づき、吸気絞り弁９は高開度に制御されて吸
気負圧は低く設定される。本実施例においては、デュー
ティVSV56の代わりにブリード穴57のオリフィス径を可
変にするような手段を用いてもよい。

その他の構成、作用は第１実施例に準じる。

第３実施例 次に、第９図および第10図に第３実施例を示す。

本実施例においては、バキュームモジュレータ61の、
スプリング62によって付勢された弁体63に磁化された部
分64が設けられる。この磁化部分64に対向させてコイル
65が設けられ、本実施例では、コイル65への通電による
電磁力によって磁化部分64に第10図の上方への反発力が
作用するようになっている。ダイヤフラム66で区画され
た２室67、68のうち第10図における上室67にはバキュー
ムポンプ11からの負圧が導入され、弁体63が開いている
ときには導入負圧が大気開放穴69よりブリードされるよ
うになっている。下室68には吸気通路４から吸気絞り弁
９下流の吸気負圧が導入される。

このような装置においては、バキュームモジュレータ
61内の弁体63（ダイヤフラム66）は、スプリング62の力
Fsによって第10図における下方（弁体63の開方向）への
力を受けており、コイル65に電流が流されると、磁化部
分64の反発力により図の上方（弁体63の閉方向）に力Fd
を受ける。Fd＞Fsのときには、第11図に示すように、
（Fd−Fs）と吸気負圧による力Fiとがつり合うように吸
気絞り弁９の開度が制御される。したがって、コイル65
への通電電流値を可変制御することにより、吸気絞り弁
９の開度制御を介して吸気負圧を任意の所定圧に制御す
ることが可能になる。そしてこの制御目標値の変更はコ
イル65への通電量をエンジン運転状態に応じて制御する
ことにより行われ、吸気負圧の連続的可変制御も可能と
なる。

また、本実施例では、加速時等の出力が必要なときに
は、コイル65への電流をカットすれば、スプリング62の
力により弁体63が開となり、バキュームポンプ11からの
負圧が大気開放穴69からブリードされて吸気絞り弁９は
全開となる。エンジン停止時には、コイル65に大きな電
流を流してやることにより弁体63が閉じられ、吸気絞り
弁９が全開となって、停止時振動等が抑えられる。この
ように、本実施例装置では、強制的な吸気絞り弁９の全
開、全閉制御もバキュームモジュレータ61のみで可能と
なるので、第９図のシステムに示したように、第１図お
よび第７図に示したシステムに比べ、VSV23、24および
該弁用通路を省略することができ、システムを簡素化す
ることができる。

その他の構成、作用は第１実施例に準じる。

〔発明の効果〕

本発明のディーゼルエンジンの排気還流制御装置によ
れば、バキュームモジュレータに付勢力可変手段の設け
て、吸気絞り弁により制御される吸気負圧の制御目標値
をエンジン運転状態に応じて自由に可変設定できるよう
にしたので、簡単な制御機構でありながら、エンジン全
運転領域にわたって精度よくかつ応答性よく最適な吸気
負圧に制御することができ、該吸気負圧制御を介して最
適なEGR率を実現できる。

また、本発明により吸気絞り制御は、EGRなしの場合
でも吸気騒音低減等に大きな効果がある。たとえば本制
御では、従来の吸気絞り弁のオン、オフ制御や吸気負圧
一定制御に比べ、任意の絞り開度が得られるので、黒煙
やエンジントルクを悪化させない範囲で吸気量を最大限
絞ることができ、また開度が連続して制御できることに
より、吸気騒音を急変させることなく、フィーリングよ
く消音することができる。

さらに、パーシャル域（中間負荷域）では一般に吸入
空気量が多いが、適切に吸入空気量を絞って減らしてや
ることにより、エンジンのポンピングロスを低減でき、
出力の向上、燃費の改善をはかることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１実施例に係るディーゼルエンジン
の排気還流制御装置の全体構成図、 第２図は第１図のシステムの拡大部分構成図、 第３図はエンジン回転数と吸気負圧との関係図、 第４図はエンジン回転数と吸気負圧との関係図、 第５図はエンジン回転数とEGR率との関係図、 第６図は軸トルクと吸気負圧、EGR弁開度、EGR率との関
係図 第７図は本発明の第２実施例に係るディーゼルエンジン
の排気還流制御装置の全体構成図、 第８図は第７図のシステムの拡大部分構成図、 第９図は本発明の第３実施例に係るディーゼルエンジン
の排気還流制御装置の全体構成図、 第10図は第９図のシステムの拡大部分構成図、 第11図は第10図のバキュームモジュレータによる特性
図、 である。 １……ディーゼルエンジン ２……燃料噴射ポンプ ３……ECU（電子制御装置） ４……吸気通路 ５……排気通路 ６……EGR通路 ７……EGR弁 ８……EGR用アクチュエータ ９……吸気絞り弁 10……アクチュエータ 11……バキュームポンプ 12……EVRV（電気式負圧調整弁） 13、53……ダイヤフラム 15、23、24……VSV（バキュームスイッチングバルブ） 14……圧力センサ 17、51、61……バキュームモジュレータ 18……スプリング 19……ダイヤフラム室 20……他室 21……弁体 25……付勢力可変手段 26……可動座 27……スクリュ 29……モータ 30……ダイヤフラム 35……レバー開度センサ 36……エンジン回転数センサ 41……イグニッションスイッチ 45……燃料カット弁 52……スプリング 53……ダイヤフラム 56……デューティVSV（負圧ブリード量制御用） 62……スプリング 63……弁体 64……磁化部分 65……コイル 66……ダイヤフラム 69……大気開放穴

フロントページの続き (72)発明者 内藤 三千勝 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (72)発明者 大嶋 富夫 愛知県刈谷市昭和町１丁目１番地 日本 電装株式会社内 (56)参考文献 実開 昭63−38642（ＪＰ，Ｕ) 実公 昭62−4663（ＪＰ，Ｙ２)

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】吸気通路のEGR通路開口部より上流に設け
   られた吸気絞り弁と、 該吸気絞り弁に連結され前記吸気絞り弁を開閉する吸気
   絞り弁アクチュエータと、 該吸気絞り弁アクチュエータに接続されたバキュームポ
   ンプと、 ダイヤフラムと該ダイヤフラムを付勢するスプリングと
   該ダイヤフラムによって隔てられた２室を有し、該２室
   のうち一方には吸気絞り弁下流の負圧を導入し他方には
   前記バキュームポンプから吸気絞り弁アクチュエータへ
   の供給負圧を開閉可能な弁体を介して導入して大気にブ
   リードし、前記吸気絞り弁下流の圧力を前記バキューム
   ポンプから吸気絞り弁アクチュエータへの供給負圧を調
   圧することにより所定の目標負圧に制御するバキューム
   モジュレータと、 前記バキュームモジュレータに対して設けられ、エンジ
   ン運転条件に応じて前記バキュームモジュレータの前記
   ダイヤフラムにかかる付勢力を変更することにより前記
   所定の目標負圧の値を変更する付勢力変更手段と、 からなるディーゼルエンジンの排気還流制御装置。