JPS5813744B2 - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はＮＯｘの低減に効果を発揮する排気ガス再循環
装置に関する。

従来の排気ガス再循環装置は、内燃機関の排気管より排
気ガスを分流し、気化器絞り部の下流で且つスロットル
バルブの上流部に固定絞りを介して、背圧の関数となる
量の排気ガスを再循環するタイプと、排気管より分流し
た排気ガスを、吸気マニホールドに絞りを介して供給す
るタイプとがある。

このように、排気系から吸気系へ排気ガスを再循環する
いわゆる外部ＥＧＲは、排気ガス中のＮＯｘを低減する
上で非常に大きな効果があるが、この外部ＥＧＲとは別
に、内燃機関のシリンダ中に完全に掃気されずに残る残
留ガスもＮＯｘの低減に対しては外部ＥＧＲと同じ効果
があり、これ故排気ガス中のＮＯｘを効果的に低減する
には、外部ＥＧＲと残留ガス（内部ＥＧＲと呼ぶ）とを
同時に考えてそれらを制御する必要がある。

この際排気ガス中のＮＯｘを効率よく低減するには、吸
入空気量に対する全ＥＧＲ（外部ＥＧＲ＋内部ＥＧＲ）
の率を第１図の如く一定にするのが理想である。

そして内部ＥＧＲ率は高負荷で低く低負荷で高くなるた
め、外部ＥＧＲ率を第２図の実線で示すように高負荷で
高く、低負荷で低くというように負荷で制御する必要が
ある。

従来のスロットルバルブの上流にＥＧＲするタイプの場
合は、再循環量を吸入空気量に対し一定比率にすること
ができるが前記の如く負荷でＥＧＲ率を制御するという
のは不可能である。

さらにこのスロツトルバルブの上流にＥＧＲするタイプ
の場合はスロットルバルブへの異物の付着、低温時のア
イシング、キヤブレークへの熱的影響等の不具合を発生
ずる可能性もある。

また吸気マニホールドに絞りを介してＥＧＲするタイプ
の場合は、吸気マニホルドに直接再循環するのでスロッ
トルバルブの上流にＥＧＲするタイプの様な不具合が起
きる可能性が少ないかわりに、現状の吸気マニホールド
に絞りを介してＥＧＲするタイプの様に、吸気負圧、ペ
ンチュリー負圧を用いて排気ガスの再循環量を制御する
ものでは、再循環量が背圧と吸気負圧との差と絞りの面
積とで決まるために，特に吸気負圧の影響によって、吸
入空気量に対する再循環量の割合が軽負荷で高く、高負
荷で低くなる。

すなわち排気ガスの再循環量は理想制御とは逆になって
しまい軽負荷時にはサージングや失火が発生することが
あるし、また高負荷時にはＮＯｘの低減効果が低下する
。

この吸気マニホールドに絞りを介してＥＧＲするタイプ
の改良型として、第３図に示すような装置が最近使用さ
れている。

これは外部ＥＧＲによる再循環量を吸入空気量に対し一
定比率にしようさするものであるが、この方式も前記ス
ロットルバルブの上流にＥＧＲするタイプと同様負荷で
ＥＧＲ率を制御することは不可能である。

この装置の作動を第３図を用いて簡単に説明すると、ス
ロットル弁４の開度で決定され内燃機関１に吸入される
空気は気化器５で燃料き混合して内燃機関１で燃焼され
て排気管２より排気ガスとして大気中に放出される。

この際排気管２には排気ガス量（近似的には吸入空気量
に比例）に関係した排気圧力ＰＥＸが生じている。

２２は通路面積Ａの絞りであり、この絞り２２と弁座２
３とで小さな圧力室２４を形成している。

この圧力室２４の圧力をモジュレータ７に圧力管３２で
導ひいている。

また８は制御弁であり、弁体８３を弁座２３側にスプリ
ング８４で押圧している。

このような状態で圧力室２４に排気圧力ＰＥＸがくると
この圧力は圧力管３２を通りモジュレータ７に導ひかれ
る。

この時モジュレータ７のダイヤフラム７１はスプリング
７２により下側に押されているが、この排気圧力ＰＥＸ
によりダイヤフラム７１はスプリング７２を押して上側
に働き、これ故ダイヤフラム７１に設けられた弁体７３
は圧力管３１の分岐管３１ａと当接する為大気導入口７
７および分岐管３１ａを介して圧力管３１に流入する大
気は少なくなり、制御弁８には圧力管３１を介して吸気
管３の吸気負圧が大気に希釈されることなく導ひかれる
。

この為ダイヤフラム８２はこの負圧によりスプリング８
４に打ち勝って上側に動くため弁体８３は弁座２３から
離れて通路を開く。

これ故圧力室２４の圧力は小さくなり、モジュレータ７
のダイヤフラム７１は逆にスプリング７２に押されて下
側に動く。

そして大気導入口７７よりの大気が分岐管３１ａより圧
力管３１内に入るので制御弁８への負圧は小さくなる。

この為制御弁の弁体８３は閉じ側に動き、圧力室２４内
の圧力を高くする。

このようにして圧力室２４内はある圧力Ｐｅ（この場合
一定）に保たれる。

（この圧力Ｐｅの値は大気圧に近い値に設定される。

）このようにすれば、ＱＥＧＲ＝ＣＡ√ＰＥＸ−Ｐｅｆ
ＣＡ√下『Ｘ（ただし、ＱＥＧＲ：再循環量、Ｃ：流量
係数）となり、再循環量を吸入空気量に比例させるこき
ができ、第２図の一点鎖線で示すように常に外部ＥＧＲ
率を一定にすることが可能となる。

ただし、機関１の全負荷運転域およびそれに近い運転域
では吸気管負圧が大気圧に近くなるので、この時にはモ
ジュレータ７の作動に係わらず制御弁８は閉弁する。

そして、これによって全負荷運転域付近での出力確保が
図られる。

しかし、この方式も再循環量を吸入空気量に対して一定
比率にすることはできるが、前述の如く負荷でＥＧＲ率
を制御することは不可能である。

本発明は、外部ＥＧＲ率を負荷に応じて変化させ得る装
置を提供することを目的とする。

以下本発明を図に示す実施例について説明すると、まず
第１の実施例を示す第４図において、内燃機関１は排気
管２と吸気管３とを備えている。

そして吸気管３の上流にはスロットル弁４が設けられて
おり、さらにこれより上流にはエアクリーナ６からの空
気とガソリンとを混合する気化器５が設けられている。

排気ガス再循環装置２０は、再循環通路を形成する再循
環パイプ２１および制御弁８を有するもので、再循環バ
イプ２１の一端が排気管２に接続され、他端がスロット
ル弁４の下流で吸気管３に接続されている。

また再循環パイプ２１には制御弁８と排気管２との間に
絞り２２、弁座２３があり、この絞り２２と弁座２３と
で圧力室２４か形成されている。

制御弁８は再循環パイプ２１の途中に設置され、弁体８
３と弁座２３とで可変絞りを形成している。

この制御弁８は、ハウジング８６及びその内部に設けた
ダイヤフラム８２とで２つのダイヤフラム室８５，８７
が形成されている。

ハウジング８６とダイヤフラム８２の上方の面とで形成
される第１のダイヤフラム室８５には、一端が吸気管３
に接続された第１の圧力管３１を介してモジュレータ７
にて制御された圧力信号が導ひかれる。

この圧力信号の圧力源としては、吸気負圧を用いている
。

ハウジング８６とダイヤフラム８２の下方の面とで形成
される第２のダイヤフラム室８７には、大気導入口８８
より大気が導ひかれている。

弁体８３はシャフト８１によりダイヤフラム８２と連結
されている。

また第１のダイヤフラム室８５内にはスプリング８４が
設けられており、このスプリング８４は弁体８３を弁座
２３側に押圧するよう作用している。

モジュレータ７は、ハウジング７６さダイヤフラム７１
とで２つのダイヤフラム室７４，７５が形成されている
。

ハウジング７６とダイヤフラム７１の下方の面とで形成
される第３のダイヤフラム室７４には、第２の圧力管３
２を介して圧力室２４内の圧力が導ひかれる。

またハウジング７６とダイヤフラム７１の上方の面とで
形成される第４のダイヤフラム室７５内にはスプリング
７２があり、このスプリングγ２はダイヤフラム７１を
下側に押している。

この第４のダイヤフラム室７５には、一端がスロットル
ボート４ａに接続された第３の圧力管３３を介して負圧
制御弁９にて制御された補正圧力信号が導ひかれている
。

この補正圧力信号の圧力源としては、スロットルボート
４ａに発生するスロットル負圧を用いている。

さらに第４のダイヤフラム室７５内には第１の圧力管３
１より分岐された分岐管３１ａが開口しており、この分
岐管３１ａを介して第４のダイヤフラム室７５内の圧力
が第１の圧力管３１中にブリードされ、制御弁８への圧
力信号の値が制御される。

また第１の圧力管３１中には絞り３４が設けられている
。

負圧制御弁９は、ハウジング９８とダイヤフラム９１と
で２つのダイヤフラム室９２，９４が形成されている。

ハウジング９８とダイヤフラム９１の下方の而とで形成
される第５のダイヤフラム室９２には、第１の圧力管３
１および第４の圧力管３５を介して吸気管負圧が導ひか
れる。

また第５のダイヤフラム室９２内にはスプリング９３が
あり、このスプリング９３によりダイヤフラム９１は上
側に押されている。

９５は弁体で、シャフト９６によりダイヤフラム９１と
連結されている。

またハウジング９８とダイヤフラム９１の上方の面とで
形成される第６のダイヤフラム室９４には大気導入口９
７より大気が導ひかれている。

さらに第３の圧力管３３より分岐された分岐管３３ａは
第６のダイヤフラム室９４内に開口しており、分岐管３
３ａの通路面積は弁体９５により制御される。

そして、弁体９５により決定される量の大気ブリードを
行うことにより、第３の圧力管３３を介してモジュレー
タγの第４のダイヤフラム室７５に導びかれる補正圧力
信号の値が制御される。

３６は第３の圧力管３３内に設けられた絞りである。

なお、本明細書における「スロットル負圧」とは、スロ
ットル弁４の全開位置よりも上流側に設けられたスロッ
トルボート４ａに生ずる負圧で、第５図に示すようにス
ロットル弁４が全閑の時には大気圧で、また機関１の回
転数により異なった負圧となり、その変化も機関１の回
転数が高くなるにつれて高負圧になるものをいう。

上記構成において、まず負圧制御弁９の第５のダイヤフ
ラム室９２に第１の圧力管３１および第４の圧力管３５
を介して吸気管負圧が導ひかれる。

これ故ダイヤフラム９１はスプリング９３に抗して下側
に動く為弁体９５も下側に動き、これにより分岐管３３
ａの開口面積は吸気負圧に応じて制御される。

そしてこの開口面積は、吸気管負圧が大きいときには大
きく、その負圧が小さい時には小さい。

第３の圧力管３３内にブリードされる大気量はその開口
面積で決定されるため、負圧制御弁９によって第６図に
示すような補正圧力信号が得られ、この補正圧力信号が
モジュレータ７の第４のダイヤフラム室７５に導びかれ
る。

この補正圧力信号の負圧は、吸気管負圧が大きいつまり
軽負荷の時には小さく、吸気管負圧が小さいつまり高負
荷の時には大きく、また機関１の回転数が高くなるほど
大きくなる。

ただしこの補正圧力信号の負圧は、第６図から明らかな
ように機関１の全負荷運転域およびそれに近い運転域で
は小さくなる。

そして、圧力室２４の圧力（Ｐｅ）はこの補正圧力信号
と同様に、全負荷運転域付近を除いて負荷の増加に伴っ
て大きな負圧となり、また回転数が高くなるに従って大
きな負圧となり、前述した式ＱＥＧＲ＝ＣＡ√ＴｉＦ−
Ｐｅからわかるように、再循環通路を通る排気ガス量（
ＱＥＧＲ）は負荷および回転数が増加するにともなって
増加し、外部ＥＧＲ率は高負荷で高く、軽負荷で低くな
り、また外部ＥＧＲ率は回転数に関係なく負荷のみに関
連して変化して、第２図の理想制御が可能となる。

つまり，圧力室２４の圧力Ｐｅが負荷のみに関連して変
化するものであれば、負荷が一定で機関１の回転数が変
化すると圧力Ｐｅは一定で排気圧力ＰＥＸのみが変化し
、同一負荷での外部ＥＧＲ率が変動することになる。

そこで、負荷のみでなく回転数の変化に応じても圧力Ｐ
ｅを変化させることにより、同一負荷の時には回転数に
関係なく常に一定の外部ＥＧＲ率となすことができ、従
って機関１の回転数に関係なく第２図に示すような特性
を得ることができる。

なお、補正圧力信号の負圧は全負荷運転域付近で小さく
なるが、この運転域では吸気管負圧がきわめて小さくな
って制御弁８が閉弁し、ＥＧＲ制御を行なわないので、
何ら支障はない。

即ち、全負荷運転域付近以外で所定の特性が得られる信
号であれば、本発明の目的を達成できる。

次に、第７図に示す第２の実施例について説明すると、
ここでは圧力信号の圧力源としてもスロットル負圧を用
いるとともに、第３の圧力管３３内においてその分岐管
３３ａよりもモジュレータγ側に絞り３７を設けている
。

これによって、モジュレータ７の第４のダイヤフラム室
７５の圧力は負圧制御弁９によって制御された補正圧力
信号と分岐管３１ａを介してブリードされるスロットル
負圧との合成された負圧となり、その負圧は、軽負荷で
小さく高負荷で大きく、また回転数が高くなるほど大き
くなる。

従って、第１の実施例と同様の外部ＥＧＲ特性が得られ
る。

次に、第８図に示す第３の実施例について説明すると、
圧力信号の圧力源として、スロットル弁４の全閉位置よ
りも上流でかつスロットルボート４ａよりも下流に設け
た第２スロットルポート４ｂの圧力を用いている。

この第２スロットルポ−ト４ｂに発生する負圧も回転数
に応じて変化するが、スロットルポール４ａの負圧（第
５図）よりも全体的に高負圧となる。

また、アイドリング時には、スロットル弁４よりも上流
に位置することおよび回転数が低いことにより、第２ス
ロットルポート４ｂの圧力は大気圧に近い低負圧（一数
１０ｍｍＨｇ）となる。

従って、通常は高負圧によって制御弁８を確実に作動さ
せることができ、またアイドリング時は低負圧であるた
め制御弁８のスプリング８４によってその弁体８３を付
勢して再循環通路を閉じることができる。

なお、上述した実施例では負圧制御弁９とモジュレータ
γとは別体に形成されていたが、モジュレータ７の第４
のダイヤフラム室７５と負圧制御弁９の第６のダイヤフ
ラム室９４とを厚肉の仕切り板を介して隣接させ、この
厚肉の仕切り板中に第４のダイヤフラム室７５とスロッ
トルポート４ａとを連通ずる第３の圧力管３３の一部に
相当する通路を設け、さらにこの厚肉の仕切り板中に形
成された通路を分岐させ、この分岐通路を第６のダイヤ
フラム室９４に開口させて分岐管３３ａに相当させれば
、モジュレータ７と負圧制御弁９とを一体に形成するこ
とができることはいうまでもない。

以上述べたように本発明は、内燃機関の吸入空気量とほ
ぼ比例関係となる排気圧力を利用して排気ガス再循環量
を吸入空気量に比例させる装置を基本として、排気ガス
再循環量をさらに負荷制御（負荷の高い時にＥＧＲ率を
高く、負荷の低い時にＥＧＲ率を低く）シている為、外
部ＥＧＲと内部ＥＧＲとを考えた場合の外部ＥＧＲを理
想的に制御でき、効果的なＮＯｘ低減が可能となる。

また、外部ＥＧＲ率を負荷制御するための負圧信号とし
て、機関回転数に応じても値か変化するものを用いてい
るため、自動的に回転数補正が行なわれ、従って機関回
転数の影響を受けることなく常に理想的な外部ＥＧＲの
特性を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は理想的なＥＧＲの特性図、第２図は本発明装置
の作動説明に供する外部ＥＧＲの特性図、第３図は従来
装置を示す模式的な構成図、第４図は本発明装置の第１
の実施例を示す模式的な構成図、第５図はスロットル負
圧の特性図、第６図は補正圧力信号の特性図、第７図は
本発明装置の第２の実施例を示す模式的な構成図、第８
図は本発明装置の第３の実施例を示す模式的な構成図で
ある。 １……内燃機関、２……排気管、３……吸気管、４……
スロットル弁、４ａ……スロットルホート、γ……モジ
ュレータ、Ｔ１……ダイヤフラム、８……制御弁、９…
…負圧制御弁、２１……再循環通路を形成する再循環パ
イプ、２４……圧力室。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の排気管から分流した排気ガスをスロット
   ル弁下流の吸気管に再循環させる再循環通路と、第１の
   圧力管からの圧力信号に応じて作動して前記再循環通路
   を開閉する制御弁と、前記再循環通路内に形成された圧
   力室と、ダイヤフラムの作動によって前記第１の圧力管
   の圧力信号を制御するモジュレータと、前記吸気管のう
   ち前記スロットル弁全閉時にその全閉位置より上流側に
   位置するスロットルポートと、このスロットルポートに
   生ずるスロットル負圧に前記吸気管負圧に応じた量の大
   気ブリードを行ない補正圧力信号を出力する負圧制御弁
   と，前記補正圧力信号を前記モジュレータのダイヤフラ
   ムの一方の面に導く第３の圧力管と、前記モジュレータ
   のダイヤフラムの他方の面に前記圧力室の圧力信号を導
   く第２の圧力管を備えることを特徴とする内燃機関の排
   気ガス再循環装置。