JPS5855344B2 - 排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は主として自動車用内燃機関の排気還流制御装
置に関する。

内燃機関から排出されるＮＯｘを低減するために、排気
の一部を吸気中に還流して吸入混合気の燃焼の最高温度
を抑え、ＮＯｘの生成を減じる排気還流装置が知られて
いるが、排気還流率の増大によってＮＯｘを低減できる
反面、機関の燃費、出力の低下を招くので、これらの諸
条件を勘案して適性な排気還流制御を行う必要がある。

一般に制御の基本原則は吸入空気量に応じて一定の割合
に排気還流量を制御することである。

この原則を満足させつつ高速負荷域での排気還流率を低
減する手段として、第１図に示すような排気還流装置が
本出願人により提案されている。

（例えば特開昭５２−１２４５３６号公報参照）図示す
るように機関排気通路からの排気の一部を吸気中に還流
する排気還流通路１には、排気還流制御弁２と流量規制
用のオリフィス３とが設けてあり、制御弁２とオリフィ
ス３との間の通路圧力Ｐｅが気化器ベンチュリ負圧の増
大に応じて減少するように、圧力調整装置４を介して制
御弁２の開度がフィードバック制御される。

圧力調整装置４は気化器ベンチュリ部５に発生する負圧
が導かれる入力負圧室６と、前記通路圧力Ｐｅが導かれ
る補正圧力室７とがダイヤフラム８と９により区画形成
され、さらにこれらダイヤフラム８と９との間に大気と
連通ずる大気室１０が形成される。

さらにダイヤフラム１１により大気に連通ずる圧力制御
室１２を区画し、この圧力制御室１２内に延長された大
気開放路１３をダイヤフラム１１が、前記ダイヤフラム
８，９と一体的に作動して開閉する。

大気開放路１３は機関吸入負圧を導く負圧通路１４のオ
リフィス１５の下流から分岐し、ダイヤフラム１１の作
動に応じて吸入負圧を大気で稀釈制御し、これを制御負
圧として通路１６を介して前記排気還流制御弁２の負圧
作動室１７に伝達する。

したがってベンチュリ負圧が増大すればダイヤフラム８
が入力負圧室６側に引き上げられ、これと一体的に上動
するダイヤフラム１１により大気開放路１３の開度が減
少して制御負圧が強まり、逆にベンチュリ負圧が減少す
ればスプリング６ａの作用力でダイヤフラム８が下動し
て制御負圧が大気で稀釈されて弱まる。

また、この制御負圧はオリフィス下流圧力Ｐｅに応じて
補正されるのであり、仮にベンチュリ負圧が同一だとし
ても、この圧力Ｐｅが増大すればダイヤフラム９を上動
させて制御負圧を強め、逆に圧力Ｐｅが減少すれば制御
負圧を弱めるように補正される。

排気還流制御弁２の負圧作動室１７を画成するダイヤフ
ラム１８には、排気還流通路１の開度を調整する弁体１
９が連結され、制御負圧の増大に伴ってスプリング２０
に抗して弁開度を拡大するようになっている。

したがって、機関吸入空気量の増大に伴ってベンチュリ
負圧が増大すると、圧力調整装置４の働きにより排気還
流制御弁２に作用する制御負圧も比例増大し、該制御弁
開度が大きくなる。

制御弁開度が増大すると制御弁２の下流側に作用する機
関吸入負圧の影響が強くなってオリフィス下流圧力Ｐｅ
が減少する。

排気還流量はオリフィス３の開口面積と、その前後差圧
（Ｐｂ−Ｐｅ）にもとづいて決まる。

したがってオリフィス下流圧力Ｐｅがベンチュリ負圧の
増大に応じて減少すれば、オリフィス前後差圧もこれに
伴って大きくなり、結局ベンチュリ負圧が増大すれば排
気還流量も増える。

つまり吸入空気量に応じて排気還流量が一定の割合で増
大し、この結果、排気還流率を一定に保つことができる
。

なお、吸入空気量が小さくなると、ベンチュリ負圧が減
少して制御負圧も弱められ、これに伴い制御弁２の開度
が減少してオリフィス下流圧力Ｐｅに対する吸入負圧の
影響を小さくシ、オリフィス３の前後差圧（Ｐｂ−Ｐｅ
）を小さくするため、排気還流量が減少する。

ところで、オリフィス上流圧力Ｐｂは、排気圧力に略比
例し吸入空気量の増大に伴って上昇するが、排気温度、
排気路抵抗あるいは排気系に供給される二次空気の影響
をうけて変動しやすく、吸入空気量の関数としての信頼
性は比較的低い。

したがって、この上流圧力Ｐｂの変動が与えるオリフィ
ス前後差圧（Ｐｂ−Ｐｅ）に対する影響が大きいほど、
排気還流制御特性が不安定化するが、一般に排気圧の絶
対圧は小さく圧力ｐｂも大気圧に近いため、オリフィス
下流圧力Ｐｅを比較的絶対値の大きな負圧となるように
設定しておけば、その差圧（Ｐｂ−Ｐｅ）に及ぼす圧力
Ｐｂの変動の影響をほとんど無視できる。

また、制御弁２の開度が一定であったとしても、吸入負
圧が変動すれば前記圧力Ｐｅがこの影響で変化し、排気
還流量が変動してしまう。

これを補正するため、圧力Ｐｅが負圧制御装置４にフィ
ードバックされ、例えば圧力Ｐｅが増大したとすると、
ダイヤフラム９か上動して大気開放路１３の開度を減じ
、制御負圧の大気稀釈割合を小さくして制御負圧を強め
、制御弁２の開度を大くして圧力Ｐｅを元の値に戻す（
減少する）。

逆に制御弁２の開度が一定であるにもかかわらず、圧力
Ｐｅが減少したときは、これを元に戻すように制御弁開
度をフィードバック制御し、弁開度を縮少する。

このようにして、オリフィス下流圧力Ｐｅを気化器ベン
チュリ負圧のみの関数となるよう補正し、排気還流率を
正確に設定値に保つ。

しかし、機関の高速低負荷域などＮＯｘの比較的少ない
ときは、排気還流率を低減して燃費、出力を向上させる
必要がある。

このため、負圧制御装置４の大気圧１０にチェックバル
ブ２１を介して負圧導入路２２が連通し、該負圧導入路
２２に気化器絞弁２４の近傍に発生する負圧（ＶＣ負圧
）と、吸入負圧との合成負圧を導き、（あるいはいずれ
か一方でもよい）これらの合成負圧が強まる機関高速低
負荷域にチェックバルブ２１を開いて大気室１０に合成
負圧を及ぼし、ダイヤフラム８に作用するベンチュリ負
圧を打消す方向に働かせ、排気還流制御弁２の開度を減
じ、オリフィス３の前後差圧を小さくして、排気還流量
を減少させている。

ところが、気化器絞弁２４の下流に導入される還流排気
の大小により、これらｖＣ負圧、吸入負圧が変化するた
め（吸入空気量は変らないためべンチュリ負圧は変化し
ないが）、排気還流率の低減が円滑にならず、この結果
運転条件の急激な変化をもたらし機関の安定性が損われ
ることがあった。

機関高速域では負荷の大小にかかわらず、確実に排気還
流率を漸減して燃費、出力性能を改善する必要性は強く
、本発明はかかる要請を満足させるべく提案されたもの
で、機関回転速度のみの関数となる信号負圧であるエア
ポンプベンチュリ負圧、オイルポンプリリーフ通路ベン
チュリ負圧などにもとづく補正により、機関高速域での
排気還流率を次第に低減するようにした排気還流制御装
置を提供するものである。

以下実施例を図面にもとづいて説明する。

第２図に示す実施例は、負圧制御装置４の大気室１０に
相当する室１０′に、エアポンプ３０の吸入通路３１に
設けたベンチュリ部３２に発生する負圧を、通路３３を
介して導くようにして機関回転速度が増大するにしたが
って入力負圧室６に作用するベンチュリ負圧を打消すよ
うな働きをもたせる。

ここでエアポンプ３０とは排気中のＨＣ、ＣＯを低下す
る目的で排気系に混入される二次空気を供給するための
もので、機関回転に同期して駆動回転され、機関回転に
対してポンプ吐出量（吸込量）が比例する。

その他の構成に関しては第１図の装置と同様であるので
、同一の符号をもって示し、その説明は省略する。

なお、気化器ベンチュリ負圧を入力負圧室６に導く通路
３５には、リリーフバルブ３６が設けてあり、機関吸入
空気量が一定以上に増大したときはベンチュリ負圧をＩ
Ｊ ＩＪ−フして、排気還流制御弁２の開度を一定以上
に増大させず、したがって排気還流量をそれ以上増さな
いようにしである。

このためそれ以後は吸入空気量が増えるに伴って排気還
流率は減少する。

次に作用について説明すると、まず基本的には前にも述
べたように、気化器ベンチュリ負圧の増大に応じてオリ
フィス３の下流圧力Ｐｅが減少するように排気還流制御
弁２が作動し、しかも吸入負圧の変動によりベンチュリ
負圧と無関係に下流圧力Ｐｅが変化するのを補正するよ
うに、この下流圧力Ｐｅにもとづいて前記制御弁２のフ
ィードバック制御も行われ、この結果吸入空気量に対し
て一定の割合をもって排気還流される。

しかるに、負圧制御装置４に入力するベンチュリ負圧に
対して、これを打消すように機関回転速度の増大に伴っ
て大きくなるエアポンプ３０のベンチュリ部３２の負圧
を作用させるため、高速回転領域ではダイヤフラム８を
下方に引張る力が次第に強まり、大気開放路１３の開度
が入力負圧室６に作用する気化器ベンチュリ負圧が増大
する割には減少せず、したがって制御負圧の増加割合も
小さくなって排気還流制御弁２もこれに応動するため、
オリフィス３の前後差圧の増大割合が小さくなる。

このため排気還流量も気化器ベンチュリ負圧、すなわち
吸入空気量が増大する割には大きくならず、したがって
高速回転領域になるほど排気還流率が徐々に低減してく
るのである。

機関の使用頻度の高い中速中負荷領域では、はぼ一定の
比較的大きな排気還流率に設定することにより、ＮＯｘ
を効果的に低減し、高速領域に移行するに従い排気還流
率を徐々に減じて、機関の燃費、出力性能を高めるので
、排気性能と運転性能との調和のとれた排気還流制御が
得られる。

機関回転速度の検出信号として、エアポンプ３０の吸入
通路３１に設けたベンチュリ部３２の発生負圧を採用し
たので、回転速度の関数としての信頼性は高く、精度よ
く排気還流率の漸減制御が行える。

一方、気化器ベンチュリ負圧を入力負圧室６に導く通路
３５にＩＪ ＩＪ−フバルブ３６を設けて、機関吸入空
気量が一定以上に達したときは、ベンチュリ負圧をＩＪ
ＩＪ−フして制御弁開度を一定、すなわちオリフィス
３の前後差圧を一定に保つようにして、排気還流量を一
定以上に増やさないようにする。

このため、それ以上に吸入空気量が増大すれば排気還流
率が次第に低下することになるのだが、これと前記した
回転補正の働きとが相まって、とくに高速低負荷域では
排気還流率を十分に低減でき、ＮＯｘの発生量も少ない
この運転域で機関の安定性を高め燃費の改善を達成する
。

なお気化器ベンチュリ負圧が例えばこの高速低負荷域と
同一になる低速高負荷域では、ベンチュリ負圧のＩＪ
ＩＪ−フは行われるが回転補正が少ないため、この高速
低負荷域に比べて排気還流率は大きく、高負荷域で増え
るＮＯｘの低減をはかる。

次に、第３図に示す実施例は、回転補正用の信号負圧と
して前記エアポンプ３０と同じように駆動されるオイル
ポンプ４０の、回路圧設定用のリリーフ回路４１に設け
たベンチュリ部４２に発生する負圧を利用するもので、
機関速度が一定以上に達すると、チェックバルブ４３を
介して負圧調整装置４の室１０′にこの発生負圧を及ぼ
し、第２図の実施例と同じように高速回転領域での排気
還流率を低減する。

なお、４４はＩＪ ＩＪ−フバルブであって、オイルポ
ンプ４０の吐出量の増加に伴って次第にリリーフ量を増
大させる。

したがってベンチュリ部４２に発生する負圧は機関回転
速度にのみ比例し、つまり機関回転の関数として成立す
る。

この図の例では室１０′に接続したオリフィス４５ａを
もつ大気通路４５に、途中に前記チェックバルブ４３を
介装した負圧通路４６を連通させるため、チェックバル
ブ４３を開いて負圧が室１０′側に作用するまでは、こ
の室１０′は大気圧に保たれている。

したがって、前述の第１実施例では機関回転速度の低い
領域から回転補正信号負圧が作用するが、この第２実施
例では回転速度が一定以上に達してから回転補正が行わ
れることになる。

なお、回転補正信号として、この他燃料圧力などを利用
することも勿論可能である。

また、圧力信号が一定以上に達してから徐々に排気還流
率を低減できるように、設定圧を決める構造（スプリン
グなどによる逆止弁を組み込む）を採用してもよい。

これによって設定圧以下での制御の安定性を高められる
。

以上のように本発明によると、機関中速中負荷域ではＮ
Ｏｘを効果的に低減するように排気還流率の最大値をと
り、高速域に移行するにしたがって排気還流率を正確か
つ滑らかに減少して、機関の運転性、燃費の向上をはか
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図、第２図、第３図はそれぞれ
本発明の第１、第２実施例の断面図である。 １・・・・・・排気還流通路、２・・・・・・排気還流
制御弁、３・・・・・・オリフィス、４・・・・・・圧
力調整装置、６・・・・・・入力負圧室、７・・・・・
・補正圧力室、８・・・・・・ダイヤフラム、９・・・
・・・ダイヤフラム、１０・・・・・・大気圧、１３・
・・・・・大気開放路、３０・・・・・・エアポンプ、
３１・・・・・−吸込通路、３２・・・・・・ベンチュ
リ部、３５・・・・・・ベンチュリ負圧通路、３６・・
・・・・ＩＪ ＩＪ−フバルブ、４０・・・・・・オイ
ルポンプ、４１・・・・・・ＩＪ ＩＪ−フ回路、４２
・・・・・・ベンチュリ部。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気の一部を吸気中に還流する通路に排
   気還流制御弁を設け、この排気還流制御弁上流の通路圧
   力と気化器ベンチュリ負圧とを比較し、ベンチュリ負圧
   の増大に応じてこの通路圧力を減少させるように排気還
   流制御弁を作動させる信号負圧を制御する負圧制御装置
   を設け、吸入空気量に応じて排気還流量を増大するよう
   に構成する一方、機関回転速度に応じて変化する圧力信
   号を、前記負圧制御装置に入力するベンチュリ負圧を抑
   制するように作用させ、機関高速領域に移行するにした
   がい排気還流率を低減するように構成した排気還流制御
   装置。 ２ 機関回転速度信号として、機関に同期回転するエア
   ポンプの吸入通路に設けたベンチュリ部の発生負圧を作
   用させるようにした特許請求の範囲第１項記載の排気還
   流制御装置。 ３ 機関回転速度信号として、機関に同期回転するオイ
   ルポンプのＩＪ ＩＪ−フ通路に設けたベンチュリ部の
   発生負圧を作用させるようにした特許請求の範囲第１項
   記載の排気還流制御装置。 ４ 機関回転速度に応じて変化する圧力信号の作用点を
   一定の回転速度以上に設定した特許請求の範囲第１項な
   いし第３項のいずれかに記載の排気還流制御装置。