JPH05125996A

JPH05125996A - 内燃機関の排気還流装置

Info

Publication number: JPH05125996A
Application number: JP3286040A
Authority: JP
Inventors: Eiji Aiyoshizawa; 英二相吉澤
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1991-10-31
Filing date: 1991-10-31
Publication date: 1993-05-21

Abstract

(57)【要約】【目的】負圧制御弁１に導入される排気圧力の排気脈
動を抑制して制御の安定化を図り、かつそのために設け
られる排圧通路オリフィス４４の目詰まりを防止する。【構成】排気還流通路３３から排気圧力Ｐ₂を導く排
圧通路４２にオリフィス４４が介装されている。排圧通
路４２と吸気通路３２との間に掃気用通路４５が設けら
れ、かつ開閉弁４６を備えている。吸気通路３２には、
掃気用通路４５の上流，下流の間に差圧を与えるべく吸
気絞弁４９が配置されている。制御ユニット５１の制御
により、排気還流停止時に掃気用通路４５から空気が導
入されるようになっている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、内燃機関の排気還流
装置に関し、特にダイヤフラム式排気還流制御弁の負圧
室に導入される負圧を、排気圧力に応答する負圧制御弁
により適宜に希釈して排気還流率を所望の特性に制御す
るようにした排気還流装置の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ディーゼル機関に好適な排気還
流装置として、排気還流通路の下流側つまり吸気通路合
流部近傍にＥＧＲオリフィスを設け、該オリフィスと排
気還流制御弁との間の排気圧力Ｐ₂を一定に保つように
負圧制御弁にて排気還流制御弁の開度をフィードバック
制御するようにした構成のものが知られている。また、
上記の排気圧力Ｐ₂を運転条件等に応じて任意に可変制
御するために、排圧室と大気室とを画成するダイヤフラ
ムに対するセットスプリングの実質的な荷重を変化さ
せ、大気導入ポートの開弁圧を変化させ得るようにした
負圧制御弁が例えば実開平１−１３００５８号公報や実
開平１−１４９５５８号公報等に開示されている。これ
は、ダイヤフラムを大気導入ポートの閉方向に付勢する
セットスプリングと対抗するように補助スプリングを配
設し、かつこの補助スプリングの基端を支持したスプリ
ングシートの位置をステップモータにより上下動させて
開弁圧を調節できるようになっている。従って、ステッ
プモータの制御位置により上記排気圧力Ｐ₂ひいては排
気還流率をきめ細かく制御することができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記従来のように排気
圧力に応答する負圧制御弁を用いた排気還流装置にあっ
ては、排気ガスの脈動により排気還流通路内の圧力が変
動し、これに伴って負圧制御弁内のダイヤフラムが振動
することがある。その結果、大気導入ポートと弁体とが
干渉を起こし、大気導入量が増大して排気還流量が目標
値より大となったり、両者の接触により耐久性が低下し
たりする虞れがある。

【０００４】尚、この圧力脈動を低減するために、排気
還流通路から負圧制御弁の排圧室に至る排圧通路にオリ
フィスを設けることも考えられるが、この位置にオリフ
ィスを設けると、ディーゼル機関の場合には排気ガス中
のカーボンが付着して目詰まりを起こし、排気還流量の
制御が困難となる。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そこで、この発明は、排
気還流通路に介装されたダイヤフラム式の排気還流制御
弁と、排気還流通路の下流側に介装されたＥＧＲオリフ
ィスと、負圧通路を介して上記排気還流制御弁の負圧室
に連通した負圧源と、上記負圧通路に接続された大気導
入通路と、上記排気還流通路の排気還流制御弁とＥＧＲ
オリフィスとの間の排気圧力が排圧通路を介して排圧室
に導入され、この排気圧力に応じて上記大気導入通路先
端の大気導入ポートを開閉する負圧制御弁と、を備えて
なる内燃機関の排気還流装置において、上記排圧通路に
介装された排圧通路オリフィスと、この排圧通路オリフ
ィスと上記排圧室との間に一端が接続され、かつ他端が
吸気通路に接続された掃気用通路と、この掃気用通路を
開閉する開閉弁と、上記掃気用通路の吸気通路側と排気
還流通路側との間に差圧を生成する差圧生成手段とを備
えたことを特徴としている。

【０００６】

【作用】上記構成においては、排圧通路オリフィスによ
って排圧室に導かれる排気脈動が抑制される。

【０００７】一方、掃気用通路は上記排圧通路オリフィ
スに付着したカーボンを除去する際に用いられる。例え
ば、排気還流停止時に開閉弁を開き、かつ差圧生成手段
として例えば吸気通路に設けた吸気絞弁を閉じて差圧を
与えてやれば、空気が掃気用通路から排圧通路オリフィ
スを通して排気還流通路へと流れるため、排圧通路オリ
フィスのカーボンが吹き飛ばされる。あるいは、機関減
速時に燃料供給を停止して排気還流（実際は吸気の還流
となる）を行えば、排気還流通路から排圧通路オリフィ
スを通して掃気用通路へと清浄な空気が流れ、やはり排
圧通路オリフィスのカーボンが除去される。

【０００８】

【実施例】以下、この発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明する。

【０００９】図１はこの発明に係る排気還流装置全体の
構成を示す構成説明図、図２はこの排気還流装置に用い
られている負圧制御弁１の構成を示す断面図である。

【００１０】先ず上記負圧制御弁１を説明する。

【００１１】上記負圧制御弁１は、排気圧力に応じた基
本的な負圧制御を司る下部のダイヤフラム弁部２と、そ
の制御特性をさらに所望の特性に変化させるための上部
のステップモータ３とに大別される。

【００１２】上記ダイヤフラム弁部２は、ケーシング４
内部に配設されたダイヤフラム５を主体としており、こ
のダイヤフラム５によって、下部に排圧室６が、上部に
大気室７が夫々隔成されている。上記ダイヤフラム５に
は、排圧室６内に圧縮状態で配設されたセットスプリン
グ８によって所定のセット荷重が付与されており、かつ
その大気室７側に弁体９が取り付けられている。そし
て、大気室７内には、上記弁体９に対向して大気導入ポ
ート１０が開口形成されている。この大気導入ポート１
０は、側方に延びた大気導入通路１１に連通している。
尚、上記大気室７は、一般に連通孔７ａおよびフィルタ
２５を介して大気に開放された形となっているが、過給
機付機関などでは吸気通路から過給圧を導く場合もあ
る。

【００１３】一方、ステップモータ３は、ケーシング１
２に固定された一対のステータ１３と、ベアリング１
４，１５を介して回転自在に支持されたロータ１６とを
有している。このステップモータ３は、ステータ１３の
コイルに所定のパルス信号を印加することで回転角がス
テップ的に制御されるもので、例えば４ステップでロー
タ１６が一回転する構成となっている。尚、全体のステ
ップ数は例えば０〜３２の３２ステップにその作動範囲
が定められている。また上記ロータ１６は円筒状をな
し、その内周面に雌ねじ１７が形成されている。

【００１４】１８はケーシング１２のベアリング１５内
周側に固定されたガイド部材、１９は上記ガイド部材１
８によって非回転かつ軸方向に摺動可能にガイドされた
プランジャであって、このプランジャ１９は、上部に雄
ねじ２０が形成されており、これが上記ロータ１６の雌
ねじ１７に螺合している。つまり、このプランジャ１９
は、ステップモータ３のステップ数（回転角）に応じて
軸方向に直線運動する構成となっている。なお、このプ
ランジャ１９は、ダイヤフラム５の中心線上に位置して
いる。そして、上記プランジャ１９の下端部には、円盤
状のスプリングシート２１が固定されている。

【００１５】具体的には、プランジャ１９の下端部に雄
ねじ２６が形成されており、ここにスプリングシート２
１が螺合しているとともに、ロックナット２７によって
適宜位置で固定されている。

【００１６】また２２は、上記プランジャ１９の作動を
上記ダイヤフラム５に伝達する中間部材を示している。
この中間部材２２は、円盤状のスプリングシート部２２
ａと、スプリングシート部２２ａの一側部からプランジ
ャ１９軸方向に延びたプッシュロッド部２２ｂとからな
り、上記プッシュロッド部２２ｂがケーシング４の大気
室７上面部分を貫通して配設されている。そして、上記
スプリングシート部２２ａと上記スプリングシート２１
との間には補助スプリング２３が圧縮状態で配設されて
おり、これによって中間部材２２のプッシュロッド部２
２ｂ先端がダイヤフラム５上面のリテーナ２４に圧接し
ている。つまりダイヤフラム５を中間に挟んでセットス
プリング８と補助スプリング２３とが互いに対向して配
置されている。

【００１７】次に図１に基づいて排気還流装置全体の構
成を説明する。これは、一例としてディーゼル機関に適
用した構成例であって、機関の排気通路３１と吸気通路
３２とを連通するように排気還流通路３３が設けられて
いるとともに、その通路途中にダイヤフラム式の排気還
流制御弁３４が介装されている。この排気還流制御弁３
４は、テーパ状の弁体３５が弁口部を排気通路３１側か
ら開閉しており、ダイヤフラム３６によって画成された
負圧室３７に導入される負圧がセットスプリング３８の
付勢力より弱いときには弁体３５が開き、上記付勢力に
打ち勝つと弁体３５が閉じる構成となっている。上記負
圧室３７は、信号負圧通路３９を介して負圧タンク４０
に連通している。この負圧タンク４０には、図示せぬバ
キュームポンプ等により生成された一定圧の負圧が蓄え
られるようになっている。尚、上記信号負圧通路３９に
は、負圧制御弁１から延びた大気導入通路１１´が合流
しているとともに、この合流点より負圧タンク４０寄り
にＶＣオリフィス４１が介装されている。

【００１８】また排気還流通路３３の排気還流制御弁３
４下流側と上記負圧制御弁１の排圧室６とが排圧通路４
２によって連通されているとともに、排気還流通路３３
の更に下流側に、ＥＧＲオリフィス４３が介装されてい
る。つまり、該ＥＧＲオリフィス４３と上記排気還流制
御弁３４との間の排気圧力Ｐ₂が上記排圧室６に導かれ
ている。そして、上記排圧通路４２に、排気脈動を抑制
するための排圧通路オリフィス４４が介装されている。
尚、上記ＥＧＲオリフィス４３は、排圧通路４２の延長
線上に位置しており、かつ排圧通路４２の開口端が上記
ＥＧＲオリフィス４３に近接するように延長部４２ａが
設けられている。

【００１９】また上記排圧通路４２の排圧通路オリフィ
ス４４と排圧室６との間に、掃気用通路４５の一端が接
続されている。この掃気用通路４５の他端は、吸気通路
３２、特に排気還流通路３３合流部よりも上流側に接続
されており、かつこの掃気用通路４５の通路途中には、
ダイヤフラム式の開閉弁４６が介装されている。この開
閉弁４６は、負圧導入時に掃気用通路４５を開路するも
のであって、ここに接続された負圧通路４７が、三方電
磁弁からなる負圧切換弁４８によって大気導入ポート４
８ａ側もしくは負圧タンク４０側に選択的に連通するよ
うになっている。

【００２０】そして、吸気通路３２の排気還流通路３３
合流部と掃気用通路４５接続部との間には、差圧生成手
段となる吸気絞弁４９が設けられている。この吸気絞弁
４９は、大量の排気還流を行う際および後述するカーボ
ン除去の際に吸気通路面積を絞るもので、ステップモー
タ５０によりその開度が制御されている。

【００２１】５１は、機関回転数や負荷等の機関運転条
件に基づいて上記負圧制御弁１のステップモータ３や負
圧切換弁４８あるいは吸気絞弁４９のステップモータ５
０等を制御する制御ユニットである。

【００２２】図４は、上記制御ユニット５１のシステム
構成を示したもので、この制御ユニット５１は、ＣＰＵ
６１、ＲＯＭ６２、ＲＡＭ６３および入出力回路６４を
主体として構成されている。入出力回路６４には、回転
数センサ６５、アクセル開度センサ６６、吸気温センサ
６７、排気温センサ６８、吸気圧センサ６９、水温セン
サ７０、燃温センサ７１等のセンサ類の検出信号が入力
されている。そして、負圧制御弁１のステップモータ
３、吸気絞弁４９のステップモータ５０、負圧切換弁４
８、燃料噴射ポンプ７２等を入出力回路６４を介して制
御している。

【００２３】次に上記のように構成された排気還流装置
の基本的な作用について説明する。

【００２４】上述したように負圧制御弁１の排圧室６に
は、ＥＧＲオリフィス４３と排気還流制御弁３４との間
の排気圧力Ｐ₂が常時導かれている。負圧制御弁１のダ
イヤフラム５には排気圧力Ｐ₂と大気圧との差圧が作用
するとともに、セットスプリング８の付勢力が大気導入
ポート１０の閉方向に作用し、かつ補助スプリング２３
の付勢力が開方向に作用する。従って、両スプリング
８，２３の付勢力によって定まる圧力つまり開弁圧より
も差圧が低くなると、大気導入ポート１０が開放され、
かつそれよりも差圧が高くなると大気導入ポート１０は
閉じられる。

【００２５】一方、排気還流制御弁３４の負圧室３７に
は、負圧タンク４０の負圧を負圧制御弁１から導入され
る大気で希釈してなる信号負圧が導入される。ここで、
上記の信号負圧が弱いと、弁体３５の開度が増加し、排
気圧力Ｐ₂が上昇する。そのため負圧制御弁１における
大気導入ポート１０の開度が減少し、信号負圧が強まる
ので、排気還流制御弁３４の開度は減少する。これに伴
い、排気圧力Ｐ₂は低下し、負圧制御弁１における大気
導入ポート１０の開度が増加するため、信号負圧が弱ま
り、排気還流制御弁３４の開度が増加する。このような
作用が繰り返される結果、排気圧力Ｐ₂は略一定に保た
れる。尚、機関が完全な定常状態にあると仮定すれば、
負圧制御弁１における大気導入ポート１０の開度（つま
り弁体９の位置）および排気還流制御弁３４の開度は、
それぞれある点でバランスしているものと考えることが
でき、その状態で一定の排気圧力Ｐ₂が得られる。この
とき、排圧室６に導入される排気圧力Ｐ₂は、排圧通路
オリフィス４４によって排気脈動が抑制された比較的安
定したものとなるので、弁体９と大気導入ポート１０と
の干渉による制御精度の低下や耐久性低下が回避され
る。

【００２６】また上記補助スプリング２３の付勢力は、
スプリングシート２１の位置に応じて変化するので、ス
テップモータ３が回転してスプリングシート２１が上下
動すると、上記開弁圧が変化し、その結果として排気圧
力Ｐ₂が比例的に変動する。本実施例では、ステップ数
が小さいときにスプリングシート２１が下降するので、
排気圧力Ｐ₂はステップ数に対し図３のような傾向で変
化する。これによって最終的な排気還流率特性を機関運
転条件に応じた所望の特性に得ることができる。尚、吸
気通路３２の吸気絞弁４９を絞ると、該絞弁４９より下
流が負圧となるため、排気還流率を更に高く制御するこ
とができる。

【００２７】次に、上記排圧通路オリフィス４４のカー
ボンを除去する際の制御を、図５のフローチャートに従
って説明する。この図５の処理は、一定時間もしくは一
定クランク角毎に繰り返し実行されるもので、先ずステ
ップ１で機関回転数Ｎｅ、アクセル開度Ａｃｃ、冷却水
温Ｔｗ等の運転条件の諸データを読み込み、次にステッ
プ２で、この各データに基づきＥＧＲ量が０の領域であ
るか否か、つまりＥＧＲ停止条件か否かを判定する。こ
こでＥＧＲ停止条件でなければ、ステップ３，４へ進ん
で通常のＥＧＲ制御および燃料噴射制御を実行する。つ
まり、ステップ３では、所定の制御マップに基づいて、
基本噴射量ＱＮ、基本噴射時期ＩＴＮ、ステップモータ
３の基本ステップ数ＳＴＥＰＮ、吸気絞弁４９の基本吸
気絞弁開度ＷＮを算出する。図６は基本噴射量ＱＮの制
御マップの特性を示したもので、回転数Ｎｅとアクセル
開度Ａｃｃとから決定される。図７は基本噴射時期ＩＴ
Ｎの制御マップの特性を示したもので、やはり回転数Ｎ
ｅとアクセル開度Ａｃｃとから決定される。図８は、基
本ステップ数ＳＴＥＰＮの制御マップの特性を示したも
ので、回転数Ｎｅとそのときの噴射量Ｑとから決定され
る。図９は、基本吸気絞弁開度ＷＮの制御マップ特性を
示したもので、回転数Ｎｅと噴射量Ｑとから決定され
る。またステップ３では、同時に負圧切換弁４８をＯＦ
Ｆとし、つまり掃気用通路４５を閉状態とする。そし
て、ステップ４で、上記のように算出した基本噴射量Ｑ
Ｎ等を、それぞれ噴射量Ｑ、噴射時期ＩＴ、ステップ数
ＳＴＥＰ、吸気絞弁開度Ｗとしてセットする。これによ
って、常に適切な燃料噴射が行われるとともに、所期の
目標還流率に沿った排気還流制御が行われる。

【００２８】一方、ステップ２でＥＧＲ停止条件である
と判定した場合には、ステップ５へ進み、吸気絞弁４９
を所定開度Ｗｘまで絞るとともに、負圧切換弁４８をＯ
Ｎとし、掃気用通路４５を開状態とする。そして、ステ
ップ６で、前述したステップ３と同様に基本噴射量Ｑ
Ｎ、基本噴射時期ＩＴＮ、ステップモータ３の基本ステ
ップ数ＳＴＥＰＮを算出し、かつステップ７でこれらを
噴射量Ｑ、噴射時期ＩＴ、ステップ数ＳＴＥＰとしてセ
ットする。尚、ステップモータ３のステップ数ＳＴＥＰ
は、排気還流制御弁３４が開弁し得ない範囲の値とな
る。

【００２９】このように制御することによって、掃気用
通路４５内を空気が通流する。つまり、排気還流は行わ
れておらず、かつ吸気絞弁４９が所定開度Ｗｘまで閉じ
ているので、吸気絞弁４９の上流側と下流側との間に生
じる差圧によって吸気通路３２から掃気通路４５を通し
て排気還流通路３３側へと空気が流れる。従って、この
空気の通流によって排圧通路オリフィス４４に付着して
いたカーボンが吹き飛ばされ、その目詰まりが防止され
る。また、この空気流は排気還流通路３３内のＥＧＲオ
リフィス４３にも衝突するので、該ＥＧＲオリフィス４
３の付着カーボンも吹き飛ばすことができる。

【００３０】次に、図１０はこの発明の異なる実施例を
示している。この実施例は、機関のポンピング作用自体
を差圧生成手段として利用したもので、掃気用通路４５
の一端が吸気通路３２の吸気絞弁４９上流側に接続され
ている。尚、ＥＧＲオリフィス４３は、排気還流通路３
３の比較的吸気通路３２寄りに位置している。

【００３１】図１１は、この実施例における制御の内容
を示したフローチャートであって、先ずステップ１１で
機関回転数Ｎｅ等運転条件の諸データを読み込み、次に
ステップ２で、このデータに基づき、設定回転数（例え
ば２０００ｒｐｍ）以上でかつ減速状態にあるか否かを
判定する。ここで減速状態でなければ、ステップ１３，
１４へ進んで通常のＥＧＲ制御および燃料噴射制御を実
行する。この通常の制御は、前述した実施例のステップ
３，４と特に変わりがないので、詳細な説明は省略す
る。

【００３２】一方、ステップ１２で所定の減速状態であ
ると判定した場合には、ステップ１５へ進み、吸気絞弁
４９を最小開度Ｗｍｉｎつまり全閉位置まで絞るととも
に、負圧切換弁４８をＯＮとし、掃気用通路４５を開状
態とする。そして、ステップ１６では、噴射量Ｑを０と
し、燃料供給を停止するとともに、ステップモータ３の
ステップ数ＳＴＥＰを０として、負圧制御弁１の大気導
入ポート１０を全開状態とする。

【００３３】従って、排気還流制御弁３４が全開状態と
なり、吸気絞弁４９の作用と併せて非常に大きな流量の
排気還流がなされることになるが、燃料供給が停止され
ていることから、実際には清浄な吸気が排気還流通路３
３へ還流してくる。そして、この清浄な空気の一部は、
排圧通路オリフィス４４および掃気用通路４５を通して
吸気通路３２へと流れるため、排圧通路オリフィス４４
に付着していたカーボンが吹き飛ばされる。同様にＥＧ
Ｒオリフィス４３にも清浄な空気が流れるため、そこに
付着していたカーボンも除去される。

【００３４】このように、上記各実施例では、機関が所
定の運転条件となるたびに排圧通路オリフィス４４やＥ
ＧＲオリフィス４３のカーボン除去作用が繰り返し行わ
れるので、長期間運転を継続したような場合でも確実に
カーボンを除去でき、その目詰まりを防止できる。

【００３５】

【発明の効果】以上の説明で明らかなように、この発明
に係る内燃機関の排気還流装置によれば、負圧制御弁の
排圧室に排気圧力を導入する排圧通路に、排圧通路オリ
フィスを介装したので、排気脈動の影響を排除して一層
高精度な排気還流制御が行える。また、掃気用通路を利
用して上記排圧通路オリフィスの付着カーボンを容易に
除去することができ、その目詰まりを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る排気還流装置全体の構成を示す
構成説明図。

【図２】この排気還流装置の負圧制御弁を示す断面図。

【図３】この負圧制御弁による制御特性を示す特性図。

【図４】制御ユニットのシステム構成を示す説明図。

【図５】この実施例の制御の流れを示すフローチャー
ト。

【図６】基本噴射量ＱＮの制御マップの特性を示す特性
図。

【図７】基本噴射時期ＩＴＮの制御マップの特性を示す
特性図。

【図８】基本ステップ数ＳＴＥＰＮの制御マップの特性
を示す特性図。

【図９】基本吸気絞弁開度ＷＮの制御マップの特性を示
す特性図。

【図１０】この発明の異なる実施例を示す構成説明図。

【図１１】この実施例の制御の流れを示すフローチャー
ト。

【符号の説明】

１…負圧制御弁１０…大気導入ポート１１，１１´…大気導入通路３２…吸気通路３３…排気還流通路３４…排気還流制御弁４０…負圧タンク４２…排圧通路４３…ＥＧＲオリフィス４４…排圧通路オリフィス４５…掃気用通路４６…開閉弁４９…吸気絞弁５１…制御ユニット

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】排気還流通路に介装されたダイヤフラム
式の排気還流制御弁と、排気還流通路の下流側に介装さ
れたＥＧＲオリフィスと、負圧通路を介して上記排気還
流制御弁の負圧室に連通した負圧源と、上記負圧通路に
接続された大気導入通路と、上記排気還流通路の排気還
流制御弁とＥＧＲオリフィスとの間の排気圧力が排圧通
路を介して排圧室に導入され、この排気圧力に応じて上
記大気導入通路先端の大気導入ポートを開閉する負圧制
御弁と、を備えてなる内燃機関の排気還流装置におい
て、上記排圧通路に介装された排圧通路オリフィスと、
この排圧通路オリフィスと上記排圧室との間に一端が接
続され、かつ他端が吸気通路に接続された掃気用通路
と、この掃気用通路を開閉する開閉弁と、上記掃気用通
路の吸気通路側と排気還流通路側との間に差圧を生成す
る差圧生成手段とを備えたことを特徴とする内燃機関の
排気還流装置。