JPS5836847Y2 - 排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は内燃機関の排気還流制御装置に関する。

自動車用内燃機関の排気ガス対策、とくに窒素酸化物（
ＮＯｘ）の低減を目的として、排気ガスの一部を吸気系
へと還流し、燃焼室における燃焼最高温度を抑制する排
気還流機構においては、ＮＯｘの低減及び機関運転性、
燃費性の両面を考慮して、還流される排気流量が吸入空
気量に対して一定の要求特性を満たす必要がある。

吸入空気量に対して排気還流量が常に一定であると、Ｎ
Ｏｘの低減効果は大きいが、機関の運転性、燃費性の向
上の面からは、排気還流率はできるだけ小さい方が良い
。

したがって、たとえば機関低負荷時はＮＯｘの発生が少
ないので運転性、燃費性に重点をおいて排気還流率を小
さくし、機関の常用領域である中負荷時は、ＮＯｘの低
減と運転性、燃費性の両方をできる限り満足させるよう
に、排気還流率を低負荷時より大きなほぼ一定の値に維
持し、さらに機関高負荷時は機関出力を増大させる必要
性が極めて強いので、排気還流率を小さくして燃焼効率
を上げるようにする、など機関の要求特性に応じて制御
が行われることが望ましい。

本考案はこのような要求を満たすことを目的とするもの
で、このため機関吸入空気量とほぼ比例関係にある排気
圧を利用して基本の排気還流率を定め、さらに機関の要
求性能を満足させるべく吸入負圧によって、この排気還
流率を補正制御するようにしたものである。

以下実施例を説明することにより、本考案の技術的内容
を明らかにする。

第１図において、図中１は吸気管、２は排気管、３は絞
弁、４はベンチュリを示し、排気ガスの一部を吸気中に
泥漿するために排気還流通路５を設ける。

この排気還流通路５には機関吸入負圧に応動して通路面
積を増減する第１の流量制御弁６と、この流量制御弁６
の下流にあって排気圧に応動して通路抵抗（面積）を増
減する第２の圧力制御弁７が設けられる。

流量制御弁６は、ダイヤフラム８に連結した鼓状の弁体
９が前記通路５に設けたオリフィス１０の開口面積を、
ダイヤフラム８の作動にもとづき制御するもので、ダイ
ヤフラム８は負圧作動室１１に導入される吸入負圧に応
動する。

吸入負圧の強いときはダイヤフラム８がリターンスプリ
ング１２に抗して図中右方に引かれ、逆に弱いときは左
方に移動し、その中間のときは図示の位置にダイヤフラ
ム８がある。

したがってオリフィス１０の開口面積、換言するならば
流量制御弁６の弁開度は、機関低負荷時と高負荷時で小
となり、中負荷時においてほぼ一定の比較的大きな値と
なる。

第２の圧力制御弁７ば、ダイヤフラム１３の移動量に応
じて通路抵抗を比例制御する弁体１４を備えると共に、
ダイヤフラム１３で仕切った圧力作動室１５に、前記流
量制御弁６の下流の排気ガス圧力Ｐｃを排圧変換弁１６
により比例変換した圧力を作用させ、排気圧力に応じて
開弁度を増減してこの排圧Ｐｃを一定に維持する。

排圧変換弁１６は排圧Ｐｃの整圧作用をもつもので、ダ
イヤフラム１７で区画した排圧室１８と大気室１９を有
し、この大気室１９内に前記圧力作動室１５と結んだ圧
力通路２０の一端を、ダイヤフラム１７に接近して臨ま
せる一方、排圧室１８に排圧通路２１を介して排圧Ｐｃ
を作用させる。

圧力通路２０は圧力源、この実施例では吸気管１からの
吸入負圧が導かれる通路２２ともオリフィス２３を介し
て連通ずる。

このため前記圧力作動室１５には排圧Ｐｃが負圧に変換
され作用する。

したがって、排圧室１８の排圧が高まると、ダイヤフラ
ム１７がリターンスプリング２４に抗して押し上げられ
圧力通路２０の大気開放端を閉じ、このため圧力制御弁
７の圧力作動室１５には強い負圧が作用し、ダイヤフラ
ム１３がリターンスプリング２５に抗して引き上げられ
弁体１４が大きく開弁し、逆に排圧が弱まれば、ダイヤ
フラム１７がリターンスプリング２４によって押し下げ
られて圧力通路２０が開き、圧力作動室１５の負圧は大
気により稀釈されるので、ダイヤフラム１３が降下して
圧力制御弁７の開弁度が減小し、これにより、圧力制御
弁７は排圧Ｐｃを一定に保つように開閉する。

したがって、原則的には排気還流通路５を流れる排気量
は排気ガス圧力に比例して増減するのであり、この排気
ガス圧力は排気流量に比例するから、結局排気流量の関
数である吸入空気量に応じて排気還流量がほぼ比例制御
される。

前記排圧変換弁１６は、圧力制御弁７の感圧室１５に直
接的に排圧Ｐｃを導入しても制御できるのであるが（但
し、開弁方向並びにリターンスプリング２４の作用方向
は逆とする）、このようにすると排圧の頻繁な変動によ
って圧力制御弁γの・・ンチングが激し過き゛て、機関
運転性能が不安定になることを避けるために設けたもの
である。

尚、この実施例では負圧に変換するようにしたが、正圧
源からの正圧（加圧空気）を導いて、これを排圧Ｐｃに
応じて大気開放することによって、圧力制御弁７の圧力
作動室１５に排圧Ｐｃと比例関係にある正圧を作用させ
るようにしてもよい（但し圧力制御弁７の形状は、この
実施例の形状と逆の開度が得られるようにする。

）。次に動作について説明する。

一般的に排気管２内を流れる排気ガスの圧力ＰＥと、吸
気管１内を流れる吸入空気量Ｑａとの間には、 Ｐ Ｅ ＝ Ｋ Ｑ ａ ２−（１） なる関係が成立することが知られている（但し、Ｋは排
気系の抵抗などによって定まる定数）。

いま、流量制御弁６については後述することにして１、
圧力制御弁１の動作について述べるに、排圧Ｐｃが高く
なると排圧変換弁１６によって圧力作動室１５に作用す
る負圧が強まり、圧力制御弁７の弁開度が犬となって排
気の流れ抵抗が減り、逆に排圧Ｐｃが低くなるとこれと
は逆の動作により圧力制御弁７の開度が小となって排気
の流れ抵抗が増し、このようにして排圧ＰｃをＬ・つも
一定に保つように制御弁７が開閉動作するのである。

次にこの排気還流量は、流量制御弁６を通過する流量に
等しくなるため、この流量ＱＥば、オリフィス１０の開
口面積をＦ１オリフィス１０を通過する排気流速を■と
して、 ＱＥ−Ｖ、Ｆ、Ｃ・・・・・・・・・（２）として求め
られる（但しＣは流量係数） しかるに、オリフィス１０を通過する排気流速はその前
後の圧力差にもとづいて、 となる（但し、γ：排排気比重量２二：力加速度、Ｐ
Ｅ ｔ Ｐ ｃはゲージ圧）。

したがって、これら（２） 、 （３）式より、となり
、 この（４）式に前記（１）式を代入すると、が得られる
。

しかるに排気還流率εは、 であり、 いので、 ここでＰｃはＱａ” に比べて非常に小さＰｃ／Ｑａ２
−０と考えて良く、したが って が成立し、排気還流率εはオリフィス１０の開口面積Ｆ
にもとづいて一義的に決まる、すなわち流量制御弁６の
弁開度によって制御されることが分かる。

とくにこの関係式（７）は吸入空気量Ｑａが比較的大き
なとき、つまり機関低数荷時以外のときによく成立する
。

同、前記５）式に耘いてＰＣｌＱａ２−０と考えると、
排気還流量ＱＥについて排圧Ｐｃが全く関係しないため
、この排圧Ｐｃをコントロールする圧力制御弁７の必要
性がないように思われるが、これはＰｃが一定の値にコ
ントロールされるから無視できるので、もし圧力制御弁
７がなく直接吸気管１に接続した場合には、ＰＣｌつま
りオリフィス１０の下流の圧力は吸入負圧に支配され、
この吸入負圧の変動によりオリフィス１０の前後差圧が
大きく変動し排気還流量も大幅に変化してしまう。

しかして流量制御弁６について考えると、この流量制御
弁６は吸入負圧に応動してオリフィス１０の開度を制御
し、吸入負圧の非常に強いとき（機関低負荷時）及び非
常に弱いとき（機関高負荷時）には、その開口面積Ｆを
極めて小さくするかもしくはゼロとするため、前記（７
）式から排気還流率は非常に小さくなる。

また機関の常用領域である中負荷時は、オリフィス開口
面積Ｆを大きくして、上記の場合よりも大きな排気還流
率とする。

したがって、機関低負荷時及び高負荷時には主として運
転性、燃費性の向上を図り、機関運転領域の殆んどを占
める中負荷時はこれらと共にＮＯｘの生成を低減できる
（但し低負荷時はもともとＮ０ｘＯ生成が微小であるた
め、還流率を減小させても排気対策上問題はない。

）。本装置の排気還流特性を機関トルクと回転速度にも
とづいてグラフ化すると、第２図に示すようになり、中
速、中負荷時に最大の還流率をとり、これを中心として
低速あるいは高速、並びに低負荷あるいは高負荷に移行
するにしたがって還流率が小となることが分る。

また、第３図に示すように、流量制御弁６に作用させる
吸入負圧の導入通路３０に、チェックバルブ３１とオリ
フィス３２からなるディレィ回路３３を挿入すれば、加
減速時など吸入負圧の急激な変動に対してこれをコント
ロールすることができる。

この場合だと、吸入負圧が急増する減速時には、オリフ
ィス３２のみを介して負圧作動室１１の負圧が徐々に強
められ、逆に吸入負圧が急減する加速時には、チェック
バルブ３１も開かれて負圧作動室１１の負圧が急速に弱
められ、それぞれ制御弁６を緩慢に、あるいは急激に作
動させる。

以上のように本考案は、原則として機関吸入空気量と比
例関係にある排気圧にもとづいて排気還流量を制御し、
かつこれを吸入負圧（機関負荷）に応じて精度よく補正
するようにしたので、機関減速時など低負荷域並びに高
出力の要求される高負荷域で排気送流率を小さくして運
転性の向上、燃費性の改善をはかることができ、使用頻
度の高い中負荷域で吸入空気量に応じた排気還流により
ＮＯｘの効果的な低減を達成できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の断面図、第２図は同じく特性曲線図、
第３図はディレィ回路の具体例を示す回略図である。 １・・・吸気管、２・・・排気管、５・・・排気還流通
路、６・・・流量制御弁、７・・・圧力制御弁、１０・
・・オリフィス、１３・・・ダイヤフラム、１５・・・
圧力作動室、１６・・・排圧変換弁、１７・・・ダイヤ
フラム、１８・・・排圧室、１９・・・大気室、２０・
・・圧力通路、２１・・・排圧通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 機関の吸気系と排気系とを連結する排気還流通路に、上
   流側よりオリフィスと圧力制御弁を設けると共に、該オ
   リフィスと圧力制御弁との間の排気還流通路内の排気圧
   力に応動し、前記圧力制御弁の作動負圧を制御する排圧
   変換弁を設け、前記排気圧力を機関吸入負圧に無関係に
   ほぼ一定に保つように構成する一方、機関吸入負圧に応
   動して所定値より該吸入負圧が強まるときも弱まるとき
   も前記オリフィスの有効面積を縮少する流量制御弁を設
   け、機関吸入負圧の過小時及び過大時に排気還流率を減
   少するように構成したことを特徴とする排気還流制御装
   置。