JPH0960559A - 内燃機関の高度補償装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡単な機構によって十分なＥＧＲ量が得られ
るようにすると共に、それに関連する高度補償も全ての
運転状態において行われ得るようにする。 【解決手段】 排気再循環装置を備えたディーゼルエン
ジンのような内燃機関の高度補償装置であって、吸気量
を絞ってにＥＧＲ量を増加させる目的で吸気通路１６に
介装される吸気絞り弁１７を、アクセルペダルのような
機関の出力制御手段に連動して開閉するために設けられ
たリンク機構４２のような連動機構の途中に直列的にダ
イヤフラムアクチュエータ２４のような弁開度補正手段
が介装される。アクチュエータ２４は大気圧室３３に大
気圧を、定圧室３５に一定の大きさの負圧を導入してお
り、大気圧の変動によって全長（ピン２６，４１間の距
離）が変化する。それによって、出力制御手段の操作が
変わらなくても、高地では大気圧の低下に応じて吸気絞
り弁１７の開度が大きくなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車に搭載され
る内燃機関の高度補償装置に係り、更に詳しく言えば、
ＮＯx の排出を抑制するために排気再循環（ＥＧＲ）装
置を備えている自動車用ディーゼルエンジンのような内
燃機関が気圧の低い高地において遭遇する問題を解決す
るための高度補償装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気再循環装置を備えている自動車用デ
ィーゼルエンジンの一例が図４に略示されている。図４
によってその構造を説明すると、１はディーゼルエンジ
ンの本体で、２はインテークマニホールド、３はエキゾ
ーストマニホールド、４はインテークマニホールド２に
開口するＥＧＲバルブ、５はエキゾーストマニホールド
３から排気の一部をＥＧＲバルブ４へ導くＥＧＲ通路で
ある。

【０００３】ＥＧＲバルブ４を開閉駆動するために設け
られたダイヤフラムアクチュエータ４ａの負圧室４ｂに
は、負圧通路６を介して電磁式負圧制御弁７が接続され
る。負圧制御弁７は、バキュームポンプ８から供給され
る負圧の大きさをエミッションコントロールコンピュー
タ９の指令に応じて調整し、調整された負圧をＥＧＲバ
ルブ４の負圧室４ｂへ供給する。なお、１０は負圧通路
６の途中に設けられて負圧の微小な変動を吸収するバキ
ュームダンパーである。

【０００４】エミッションコントロールコンピュータ９
には色々なセンサ等から、エンジン本体１の運転状態を
示すデータが入力される。入力される信号の例として、
燃料のインジェクションポンプ１１に設けられたスロッ
トルポジションセンサ１３によって検出されてアクセル
ペダル１２の踏み込み量に応じた値を示すアクセル開度
信号、図示しない回転数センサによって検出されるエン
ジン回転数信号、負圧通路６に設けられた圧力センサ１
４によって検出されて大きさがＥＧＲバルブ４の開度に
対応している負圧信号、エンジン本体１の冷却水套に設
けられた水温センサ１５によって検出される冷却水温度
信号が図４に示されている。

【０００５】排気再循環装置を備えたディーゼルエンジ
ンの基本的な構成は以上のようなものであり、エミッシ
ョンコントロールとしてのＥＧＲ制御は、エンジン本体
１の運転状態を示す前述の各信号に基づいて、エミッシ
ョンコントロールコンピュータ９が出力する制御信号に
よって負圧制御弁７の開度が変化し、バキュームポンプ
８からＥＧＲバルブ４のダイヤフラムアクチュエータ４
ａへ送られる負圧の大きさが変化する。それによってＥ
ＧＲバルブ４の開度が調整されて、その開度に応じた量
の排気ガスがエキゾーストマニホールド３から分流し、
排気圧力によってＥＧＲ通路５とＥＧＲバルブ４を流れ
て、インテークマニホールド２から吸気と共にエンジン
本体１の燃焼室１ａ内へ供給される。それによって燃焼
室１ａ内における燃焼によるＮＯx の発生が抑制される
ことになる。

【０００６】以上のような基本的なＥＧＲ方式では、エ
キゾーストマニホールド３からインテークマニホールド
２へのＥＧＲガスの送り込みが排気ガスの圧力（排気
圧）のみに依存して行われるため、エンジン本体１の排
気圧が低くなる運転状態においてはＥＧＲ量が不足し
て、ＮＯx 発生を十分に抑制することができない場合が
生じ得る。そこで従来からインテークマニホールド２の
上流側の吸気通路１６に吸気絞り弁１７を設けて、ＥＧ
Ｒ量が不足する低負荷領域等において吸気絞り弁１７を
或る程度閉じることにより、ＥＧＲ通路５に吸気負圧を
作用させてエキゾーストマニホールド３からインテーク
マニホールド２内へ排気ガスを積極的に吸引し、十分な
ＥＧＲ量を確保するという対策がとられている。

【０００７】吸気絞り弁１７の開度調整を簡単に行う場
合には、図５及び図６に示したようなボーデンワイヤを
使用する機構や、それと均等なリンク機構等が用いられ
る。そこで図５及び図６に示した構成について説明す
る。吸気通路１６に設けられる吸気絞り弁１７の回動軸
１８には円形のプーリ１９が取り付けられ、プーリ１９
にはボーデンワイヤ２０が巻きつけられて、その一端２
０ａがプーリ１９に固定される。図示されていないが、
ワイヤ２０の他端は図４に示すようなインジェクション
ポンプ１１のコントロールレバー２１に接続され、そこ
に連結されたリンク機構２２等を介して自動車の運転者
が操作するアクセルペダル１２のような出力制御手段に
接続される。なお、図示していないが回動軸１８には渦
巻きばねが取り付けられていて、吸気絞り弁１７を常に
閉弁方向へ付勢している。

【０００８】図５及び図６に示す機構を用いた場合は、
自動車の運転者が加速時のような高負荷状態においてア
クセルペダルを踏み込むと、ボーデンワイヤ２０が引か
れてプーリ１９と回動軸１８が図６において右回りに回
動し、吸気絞り弁１７の開度が大きくなる。それによっ
て吸気絞り弁１７の下流側の吸気負圧が小さくなり、Ｅ
ＧＲバルブ４が開弁していても、ＥＧＲ通路５を介して
エキゾーストマニホールド３からインテークマニホール
ド２へ吸引する排気ガスの量、即ちＥＧＲ量が減少し、
適正なＥＧＲ量が得られる。

【０００９】それと反対に、アクセルペダルの踏み込み
量が小さい低負荷状態では、ボーデンワイヤ２０の引き
量が小さいために吸気絞り弁１７の開度も小さくなり、
吸気絞り弁１７の下流側のインテークマニホールド２に
おける吸気負圧が大きくなって、ＥＧＲバルブ４の開度
が同じであってもインテークマニホールド２がＥＧＲ通
路５を介してエキゾーストマニホールド３から吸引する
排気ガスの量が増加してＥＧＲ量が大きくなる。従っ
て、排気圧が低下する低負荷状態においても十分なＥＧ
Ｒ量が得られ、ＮＯx の排出量を抑制することができ
る。

【００１０】図５及び図６に示すような簡単な機構を用
いて吸気絞り弁１７を開閉することにより、アクセルペ
ダルの踏み込み量に応じて反比例的に排気再循環装置の
ＥＧＲ量を増減させる場合に、高地のように大気圧が低
圧となる状態での運転では、例えば低負荷運転状態にお
いて吸気絞り弁１７が所定の量だけ閉弁すると、大気中
の酸素量が減少していることから、同一閉弁量では相対
的にＥＧＲ量が過大となり、燃焼状態が悪化して失火等
の不具合を起こすことがあるので、このような場合にＥ
ＧＲ量を減少方向に補正する排気再循環装置の高度補償
装置を設けることが必要になる。

【００１１】図５及び図６に示すような吸気絞り弁１７
の操作機構を用いるものでは、図示されていないその高
度補償装置は、通常、大気圧を検出する大気圧センサ
と、それによって検出された大気圧の大きさが所定値よ
りも低いときに、ボーデンワイヤ２０やリンク機構とは
無関係に、吸気絞り弁１７を強制的に所定値だけ開弁方
向へ回動させるダイヤフラム式のアクチュエータから構
成される。但し、このような高度補償装置によって開度
を補正し得るのは、吸気絞り弁１７の低開度領域のみで
あり、全ての開度領域において高度補償を行うことがで
きる訳ではない。また、ＥＧＲバルブを反復的に開閉し
てＥＧＲ制御を行う方式では、通常は大気圧センサが設
けられないので、このような高度補償を行うことができ
ない。

【００１２】より高級なＥＧＲ制御の方式として、エミ
ッションコントロールコンピュータ９のような電子式制
御装置が出力するデジタル制御信号によって吸気絞り弁
１７の開度調整を行うことも試みられている。この方式
ならば、フィードバック制御によって、そのときのエン
ジン本体１の運転状態に応じて吸気絞り弁１７の開度を
自由に制御することが可能になる。高度補償もその制御
の一部としてプログラム設定することができる。しかし
ながら、この方式においては、通常のＥＧＲ制御として
の吸気絞り弁の制御に加えて高度補償のような特別の機
能を組み入れる必要上、非常に複雑なプログラムが必要
になるのと、ハード面でも大気圧センサのような大気圧
を測定する手段等を設けなければならのでコストが高く
なる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、以上のよう
な従来技術における諸問題に対処して、きわめて簡単な
トラブルの少ない機構によって必要とされるＥＧＲ量が
全ての運転状態において得られるようにすると共に、高
度補償も全ての運転状態において行われ得るようにし、
それによってコストが大幅に上昇することがない新規な
内燃機関の高度補償装置を提供することを目的としてい
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明は、前記の課題を
解決するための手段として、排気ガスの一部を吸気通路
へ還流させる排気再循環装置と、機関の出力制御手段に
連動して吸気量を絞るために吸気通路に介装されると共
に連動機構によって前記出力制御手段に作動的に連結さ
れている吸気絞り弁と、前記連動機構の途中に直列的に
介装されると共に内部に大気圧室と定圧室が区画して形
成されていて大気圧の変化によって全長が変化する弁開
度補正手段とを備えていることを特徴とする内燃機関の
高度補償装置を提供する。

【００１５】

【発明の実施の形態】図１乃至図３に本発明の高度補償
装置の１つの実施形態の要部を例示する。これらの図面
に示す要部を除いて、排気再循環装置を備えているディ
ーゼルエンジンの基本的な構成は従来のものと実質的に
同じものであってよいから、吸気絞り弁１７が設けられ
た排気再循環装置を備えている従来のディーゼルエンジ
ンの全体構成を示す図４は、そのまま本発明の実施形態
の全体構成を概略的に示すものと考えてよい。図１乃至
図３に示す本発明の特徴に対応した高度補償装置の要部
は、図４に示すディーゼルエンジンの全体構成における
吸気絞り弁１７をアクセルペダル１２（一般的に言えば
機関の出力制御手段）に連結するための機械的な手段、
即ち、図５及び図６に示された従来技術におけるボーデ
ンワイヤ２０に相当するリンク機構の一部となるように
構成されている。

【００１６】即ち、本発明の特徴に対応して、図１乃至
図３に示す高度補償装置の実施形態では、吸気通路１６
に設けられる吸気絞り弁１７の回動軸１８に取り付けら
れたクランクの腕或いは円板２３に対して、弁開度補正
手段としてのダイヤフラムアクチュエータ２４の可動の
ロッド２５の先端がピン２６によって枢着される。図３
に要部の断面を拡大して示していることから明らかなよ
うに、アクチュエータ２４の外殻は碗形の上部容器２７
と、それに対して周囲をかしめつけ等の方法によって一
体化された下部容器２８からなっており、上部容器２７
と下部容器２８の接合面間に可撓性のダイヤフラム２９
の周辺を挟み込んでいる。ダイヤフラム２９の中心の上
面には、ダイヤフラム２９の中心部を鋏む２枚の座金３
０を使用して、可動ロッド２５の下端が螺着されてお
り、可動ロッド２５は上部容器２７の中心の開口２７ａ
に緩く挿通されて摺動可能な状態で上方へ伸びている。

【００１７】下部容器２８の内部には、コイルスプリン
グ３１がダイヤフラム２９に取り付けられた座金３０と
下部容器２８の底部に固定された座金３２との間に装填
されており、ダイヤフラム２９を常に上方へ付勢してい
る。このようにしてダイヤフラムアクチュエータ２４の
内部空間はダイヤフラム２９によって上下に区画されて
いるが、上部容器２７の内部の空間である大気圧室３３
は、上部容器２７に形成された１個以上の開口３４によ
って大気と連通しており、大気圧室３３は常にその時の
大気圧と同じ圧力になっている。これに対して下部容器
２８の内部の空間である定圧室３５は、下部容器２８に
設けられた開口３６に接続される可撓性はあるが潰れ難
いチューブ３７（図１）と図示しない定圧バルブを介し
て、図４に示すバキュームポンプ８のような負圧源に接
続されている。従って、定圧室３５の圧力は常に所定の
定圧（一定の負圧）となっている。

【００１８】図示例の場合、下部容器２８の底部外面に
はロッド３８の上端が螺着のような方法で取り付けられ
ており、それによってロッド３８はダイヤフラムアクチ
ュエータ２４の外殻と一体化されている。ロッド３８の
下端はピン３９によってリンク４０（図２参照）に枢着
されており、リンク４０は更に図４に示すようなインジ
ェクションポンプ１１のコントロールレバー２１に向か
って連結される他のリンクに対して、ピン４１によって
枢着される。このようにして、ダイヤフラムアクチュエ
ータ２４を含む一連のリンク機構（連動機構）４２が、
吸気絞り弁１７を動かすクランク腕である円板２３とイ
ンジェクションポンプ１１のコントロールレバー２１が
連結され、運動の伝達比率は状況に応じて異なるとして
も、吸気絞り弁１７がアクセルペダル１２の操作に伴っ
て開閉することになる。

【００１９】なお、ダイヤフラムアクチュエータ２４を
図示の場合とは反対になるように倒立させて、可動ロッ
ド２５とロッド３８がそれぞれピンによって接続してい
る相手方を取り替えても実質的に同じ作用をする。ま
た、リンク機構４２のうちで本発明の特徴を有しない通
常の部分を、それと均等な他の機械的な連結機構、例え
ば、図５及び図６に示した従来例と同様なボーデンワイ
ヤを使用する機構等によって置き換えることも可能であ
る。更に、図示例では弁開度補正手段としてダイヤフラ
ム２９を有するダイヤフラムアクチュエータ２４を開示
しているが、同様な作用はシリンダとそれに挿入された
ピストンによっても奏し得ることは明らかであるから、
弁開度補正手段はそのような変形を含むものである。

【００２０】また、図示例としてディーゼルエンジンの
高度補償装置を取り上げているが、本発明の適用対象は
ディーゼルエンジンに限られる訳ではなく、例えばガソ
リンエンジンにも適用することができる。この場合の吸
気絞り弁はスロットル弁と直列に設けてもよいが、アク
セルペダル１２によって直接に操作されるスロットル弁
そのものを吸気絞り弁としてもよい。その場合には、ダ
イヤフラムアクチュエータ２４はアクセルペダル１２と
スロットル弁との間を連結する連動機構であるリンク機
構等に介装される。

【００２１】次に図示実施形態の作動について説明す
る。構造の説明から明らかなように、ダイヤフラムアク
チュエータ２４の定圧室３５には常に一定の大きさの負
圧が定圧源とチューブ３７を介して加えられて、コイル
スプリング３１に抗してダイヤフラム２９を定圧室３５
側へ引き寄せているのに対して、大気圧室３３には開口
３４によって変動する大気圧が加わっているから、エン
ジン本体１を搭載している自動車が山岳地帯等へ移動し
て高度、従って、大気圧が変化（低下）すると、定圧室
３５の定圧（負圧）と大気圧室３３の大気圧との圧力差
によってダイヤフラム２９を定圧室３５側へ押す力が変
化（この場合は減少）する。そして、その力とコイルス
プリング３１の圧縮力とが釣り合う位置までダイヤフラ
ム２９が移動する結果、ダイヤフラムアクチュエータ２
４の全長、即ちピン２６とピン３９の間隔が変化（この
場合は伸長）する。

【００２２】高地において大気圧が低下することによっ
てダイヤフラムアクチュエータ２４の全長が平地の場合
よりも長くなる結果、図２から明らかなように、自動車
の運転者によるアクセルペダル１２の踏み込み量が同じ
であってピン４１の位置が不変であっても、ピン２６が
２６’として示した位置へ移動するために、円板２３と
吸気絞り弁１７は図２において右回りに回動し、吸気絞
り弁１７の開度がより大きくなる。それによって吸気絞
り弁１７の下流側のインテークマニホールド２における
過度の負圧が緩和され、ＥＧＲ通路５を介して吸入され
る排気ガスの量が減少し、ＥＧＲ量が適正な値に維持さ
れるので、燃焼状態の悪化による失火等の不具合が生じ
るのを防止することができる。

【００２３】平地に戻って大気圧の値がより高くなり、
大気圧室３３の圧力が上昇すると、以上の説明による作
動は反対向きに生じ、ダイヤフラムアクチュエータ２４
の全長が縮小して、アクセルペダル１２の踏み込み量が
同じであっても吸気絞り弁１７の開度が小さくなり、イ
ンテークマニホールド２の吸気負圧が増大して、ＥＧＲ
量を適正な値まで増加させる。本発明、従って図示例の
特徴は、アクセルペダル１２の踏み込み量や吸気絞り弁
１７の開度がどのような程度であっても、上述のような
吸気絞り弁１７の高度補償が生じることであって、この
点において本発明の装置は、吸気絞り弁１７が低開度に
ある時だけ大気圧の低下によって強制的に開度を増加さ
せる従来の高度補償装置に対して明瞭に異なっている。

【００２４】

【発明の効果】本発明の高度補償装置によれば、大気圧
が低下する高地において内燃機関のＥＧＲ量を適正値ま
で減少させ、失火等の不具合を確実に防止することがで
きる。しかも、本発明の装置による高度補償は、アクセ
ルペダルのような制御手段の操作範囲や吸気絞り弁の開
度の全域にわたって機能するから、全ての運転状態にお
いてＥＧＲ量を適正値に制御することが可能になる。ま
た、ＥＧＲを行わない機関始動の直後においても、ＥＧ
Ｒバルブの閉弁作動とは無関係に高地では吸気絞り弁の
開度を大きくして吸気絞り量を減少させることができる
ので、このような状態における吸気効率を高めることが
でき、低温時の失火、白煙の発生等を防止することがで
きる。言うまでもなく、吸気絞り弁を電子式制御装置に
よって制御するものではないから構成が簡単であり、圧
力センサを有しない排気再循環装置にも適用可能であっ
て、総じてコストを低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態の要部を示す断面図である。

【図２】図１に示す要部の側面図である。

【図３】図１及び図２におけるダイヤフラムアクチュエ
ータの構造例を拡大して示す断面図である。

【図４】本発明の実施形態と従来技術に共通する排気再
循環装置を備えたディーゼルエンジンの基本的な全体構
成を示す概念図である。

【図５】従来例の要部を示す断面図である。

【図６】図５に示す要部の側面図である。

【符号の説明】

１…ディーゼルエンジンの本体 ２…インテークマニホールド ３…エキゾーストマニホールド ４…ＥＧＲバルブ ５…ＥＧＲ通路 ７…電磁式負圧制御弁 ８…バキュームポンプ ９…エミッションコントロールコンピュータ １１…インジェクションポンプ １２…アクセルペダル（出力制御手段） １３…スロットルポジションセンサ １６…吸気通路 １７…吸気絞り弁 ２０…ボーデンワイヤ ２１…コントロールレバー ２２…リンク機構 ２４…ダイヤフラムアクチュエータ（弁開度補正手段） ２５…可動ロッド ２６，３９，４１…ピン ２９…ダイヤフラム ３１…コイルスプリング ３３…大気圧室 ３４…開口 ３５…定圧室 ３７…チューブ ３８…ロッド ４０…リンク ４２…リンク機構（連動機構）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 排気ガスの一部を吸気通路へ還流させる
   排気再循環装置と、機関の出力制御手段に連動して吸気
   量を絞るために吸気通路に介装されると共に連動機構に
   よって前記出力制御手段に作動的に連結されている吸気
   絞り弁と、前記連動機構の途中に直列的に介装されると
   共に内部に大気圧室と定圧室が区画して形成されていて
   大気圧の変化によって全長が変化する弁開度補正手段と
   を備えていることを特徴とする内燃機関の高度補償装
   置。
2. 【請求項２】 前記内燃機関がディーゼルエンジンであ
   る請求項１記載の内燃機関の高度補償装置。
3. 【請求項３】 前記連動機構がリンク機構を含む請求項
   １記載の内燃機関の高度補償装置。
4. 【請求項４】 前記弁開度補正手段が前記大気圧室と前
   記定圧室との間にダイヤフラムを備えているダイヤフラ
   ムアクチュエータである請求項１記載の内燃機関の高度
   補償装置。
5. 【請求項５】 前記弁開度補正手段がピストンとシリン
   ダによって前記大気圧室と前記定圧室とを構成している
   請求項１記載の内燃機関の高度補償装置。