JPS58581B2 - 排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は自動車用内燃機関の排気還流制御装置に関する
ものである。

自動車用内燃機関の排気浄化対策として、排気の一部を
吸気中に還流し、燃焼の最高温度を抑制してＮ０ｘ（窒
素酸化物）の低減を図る排気還流システムはよく知られ
ている。

かかる排気還流システムを採用した内燃機関においては
機関運転条件に応じて排気還流量を適正に制御する必要
があり、これまでにも種々の制御手段が提供されている
。

特に、排気還流量を吸入空気量に応じて制御する手段と
しては、第１図に示す排圧比例型の排気還流制御装置が
本出願人によって提案されている（特願昭５１−４１５
９０号、特開昭５２−’ １２４５３６号公報参照）。

第１図において、１は機関排気通路、２は排気還流通路
で、該通路２には流量制御用のオリフィス３と、その下
流にダイアフラム作動式の排気還流制御弁４とが設けら
れている。

一方、排気通路；１には流量測定用のオリフィス５が排
気還流通路２の分岐点よりも下流側に設けられ、このオ
リフィス５によって検出される排気流量に基づいて前記
制御弁４への制御信号負圧を制御する圧力調整装置６が
備えられている。

この圧力調整装置６は一体的に連結したダイアフラム７
ａ、７ｂ、７ｃにより、圧力調整室８ａ、入力圧力室Ｂ
ｂ、補正圧力室８ｃ及び大気室８ｄに画成される。

圧力調整室８ａは大気に開放されると共に、吸入空気通
路９の絞り弁下流に生じる吸入負圧を導く負圧通路１０
から分岐した大気導入路１１の開口端をダイアフラム７
ａの上下動によって開開するよう構成してあり、これに
よって吸入負圧を稀釈制御して負圧通路１２により前記
制御弁４へ作用させている。

圧力調整装置６の入力圧力室８ｂには排気通路１のオリ
フィス５の下流圧力Ｐ１が通路１３を介して導かれ、ま
た補正圧力室８ｃには排気還流通路２のオリフィス３の
下流圧力Ｐ２が通路１４を介して導かれ、これらがダイ
アフラム７ｂを挾んで対向的に作用する。

従って、前記圧力Ｐ１とＰ２との差圧が変化すると、こ
れに応じてダイアフラム７ｂが上下動する。

仮に差圧Ｐ１−Ｐ２が増大すればダイアフラム７ｂは下
方に移動し、ダイアフラム７ａも下動するため、大気導
入路１１が開いて制御信号負圧が弱まり、制御弁４の弁
開度が縮少し、この結果、オリフィス３の下流の流路抵
抗が増大して圧力Ｐ２が大きくなり、差圧Ｐ１−Ｐ２を
設定値に戻す３差圧Ｐ、−Ｐ２が減少した場合には制御
信号負圧を逆に強めるように働き、制御弁４の弁開度を
増して圧力Ｐ２を減少させ、差圧Ｐ１−Ｐ２を設定値に
戻す。

このようにして両オリフィス５，３の下流圧力Ｐ１−Ｐ
２の差圧は常に一定になるように制御される。

ここで、両オリフィス５と３との上流圧力Ｐ。

は共に等しく、排気量はＰｏ−Ｐｌの関数となり、排気
還流量はＰ。

−Ｐ２の関数となる。従って、圧力Ｐ２を圧力Ｐ１に対
して常に差圧一定となるように制御することにより、排
気還流量は結局排気量の変化に対応して制御されること
になる。

そして、排気量は吸入空気量の増減に応じたものである
から、吸入空気量の変化に対応して排気還流量を制御で
きるのである。

尚、この例では高速低負荷時における排気還流率を低減
するため、機関吸入負圧が強くなる運転域に達すると、
チェックバルブ１５が開いて負圧通路１２内の制御信号
負圧をオリフィス１６を介して大気に開放する一方、該
負圧を通路１７を介して大気室８ｄのダイアフラム７ｃ
に作用させ、各ダイアフラム７ａ〜７ｃを相対的に下動
させるようにしている。

こうして、制御弁４の弁開度を縮少して排気還流量を減
少させ、高速低負荷時における機関の安定性を高め運転
性能を改善している。

しかしながら、かかる制御装置によると、排気還流量は
吸入空気量に対応する排気流量に関連して制御されるが
、排気流量は排気脈動等により吸入空気量とは無関係に
変動する要因も多く、また該要因の影響を可及的に回避
すべく設けた流量測定用のオリフィス５（オリフィス径
が小さいほど制御精度が良い）は排気を絞り最大出力を
減少させてしまうという問題があった。

この他、排気を信号として用いる場合には熱や汚れ等に
よる制御精度への影響を考慮しなければならず、問題が
多かった。

尚ここにおいて、前記両オリフィス共に、通路抵抗の一
部とみることもできるから、オリフィス下流側圧力を比
較する代りに、オリフィスを排し、排気還流通路との合
流点下流の排気通路内圧力及び排気還流制御弁上流で前
記合流点下流の排気還流通路内圧力を取り出し、これら
圧力を比較するという構成を採っても等価であることは
いうまでもない。

本発明はかかる問題を解決すべく提案されたもので、前
記のような排気通路と排気還流通路との分岐点での制御
を改め、吸入空気通路と排気還流通路との合流点で制御
を行うようにし、具体的には、圧力調整装置を、排気還
流制御弁下流で吸気通路との合流点より上流の排気還流
通路の圧力を増大に応じて排気還流制御弁の開度を減少
させ、かつ前記合流点よりも上流で吸気絞り弁下流の吸
気通路の吸気流増大に応じた圧力変化に応じて排気還流
制御弁の開度を増大させるように構成し、もって吸入空
気量に応じて排気還流量を精度良く制御するようにした
ものである。

以下本発明を実施例で詳述する。

第２図において、２０は排気還流通路で、該通路２０に
は排気還流制御弁２１が設けられる。

この排気還流制御弁２１は弁体２２に連結されたダイア
フラム２３を備え、ダイアフラムスプリング２４の存す
る負圧作動室２５に導かれる制御信号負圧の増減に応じ
て弁開度を増減する。

又、排気還流通路２０には該制御弁２１の下流に流量制
御用のオリフィス２６が設けられる。

２７は吸入空気通路であって、ここでは一次側吸気路２
８と二次側吸気路２９とを含んで構成される。

一次側吸気路２８の絞り弁２８ａ下流には流量測定用の
オリフィス３０が排気還流通路２０の合流点よりも上流
に設けられる。

そして、このオリフィス３０によって検出される空気流
量に基づいて前記制御弁２１への制御信号負圧を制御す
る圧力調整装置３１が設けられる。

この圧力調整装置３１は３つの互いに連結されたダイア
フラム３２ａ、３２ｂ、３２ｃ（但し、３２ｂの受圧面
積は３２ａ 、３２ｃに較べて大きい）により圧力調整
室３３ａ、補正圧力室３３ｂ、入力圧力室３３Ｃ及び大
気室３３ｄに画成される。

圧力調整室３３ａは大気に開放されると共に、一次側吸
気路２８の絞り弁２８ａ近傍からの■Ｃ負圧（又は吸入
負圧でもよい）を導く負圧通路３４からオリフィス３５
を介して分岐した大気導入路３６の開口端がダイアフラ
ム３２ａに近傍するよう配置され、ダイアフラム３２ａ
の上下動に応じて上記開口端が開開され、これによって
ｖＣ負圧を大気で稀釈制御し負圧通路３７を介して前記
制御弁２１の負圧作動室２５に作用させる。

又、入力圧力室３３Ｃには一次側吸気路２８に設けた前
記オリフィス３０の上流圧力Ｐｉ （負圧）が通路３８
を介して導かれ、補正圧力室３３ｂには排気還流通路２
０に設けた前記オリフィス２６の上流圧力Ｐｅ （負圧
）が通路３９を介して導かれる。

尚、補正圧力室３３ｂにはダイアフラム３２ｂを図で下
方に付勢するダイアフラムスプリング４０が介装されて
いる。

次に作用について説明する。

圧力調整室３１において、その入力圧力室３３Ｃに導か
れた一次側吸気路２８のオリフィス３０の上流圧力Ｐｉ
と、補正圧力室３３ｂに導かれた排気還流通路２０のオ
リフィス２６の上流圧力Ｐｅとは、ダイアフラム３２ｂ
を挾んで互いに反対方向に作用する。

従って、圧力ＰｉとＰｅ との差圧が変化すると、ダイ
アフラム３２ｂはこれらが釣合うまで移動する。

仮に差圧Ｐｉ−Ｐｅ（負圧）が増大すれば、ダイアフラ
ム３２ｂは下方に移動し、これさ一体的にダイアフラム
３２ａが下動するため、大気導入路３６の開度が増して
通路３４からのｖＣ負圧に対する大気の稀釈割合が大と
なり、したがって制御信号負圧か弱くなるため制御弁２
１はスプリング２４の作用力で弁開度が縮少し、この結
果、オリフィス２６の上流側圧力は排気圧力の影響が小
さくなって負圧Ｐｅが大きくなり、差圧Ｐｉ−Ｐｅ（負
圧）を元の設定値に戻す。

逆に差圧Ｐｉ−Ｐｅ（負圧）が減少すれば、ダイアフラ
ム３２ｂは上方に移動し、このときには制御信号負圧が
強められて制御弁２１は該負圧の作用力で弁開度が増し
、排気圧力の影響を受けて負圧Ｐｅが減少するので、こ
のときも差圧Ｐｉ−Ｐｅは元の設定値に戻される。

こうして、オリフィス３０と２６の上流圧力Ｐｉ とＰ
ｅの差圧は常に一定になるように制御される。

しかして、両オリフィス３０と２６の下流圧力Ｐに関し
ては両者は同一値であり、ここで吸入空気量はオリフィ
ス３０の前後差圧ζこ比例し、即ちＰｉ−Ｐの関数とな
る。

又、このときの排気還流量も同様にオリフィス２６の前
後差圧Ｐｅ−Ｐの関数となる。

従って、圧力Ｐｅを圧力Ｐｉ に対して常に差圧一定
となるよう制御するこ（！：？こより、排気還流量は吸
入空気量の変化に応じて制御されることになる。

つまり、差圧Ｐｉ−Ｐが増大して吸入空気量が増えれば
、差圧Ｐｅ−Ｐもこれに伴って増大して排気還流量が増
えることになり、吸入空気量の変化に呼応して排気還流
量を制御できる。

又、排気圧力が排気脈動等により変動した場合には、こ
れが排気還流通路２０の制御弁２１の上流側に作用し、
オリフィス２６の上流圧力Ｐｅに影響を与えるが、この
場合にはこれを補正するように制御弁２１の弁開度が制
御される。

例えば、吸入空気量とは無関係に排気圧力が強まれば、
圧力が高くなるのでこれに伴って負圧Ｐｅは減少するが
、ダイアフラム３２ｂは相対的に下方に移動し、制御信
号負圧が弱められて制御弁２１の開度が縮少する。

このため、制御弁２１の上流の排気圧力の影響は弱まり
、負圧Ｐｅは出値に復する。

このようなフィードバック制御により排気還流通路２０
の制御弁２１上流の圧力変動に対してもこれを補正でき
、排気還流量の制御精度は極めて高くなる。

この実施例において、吸入空気通路２７に流量測定用の
オリフィス３０を設けたことにより、入力圧力Ｐｉは正
確に空気流量の関数となり、その信頼度はオリフィス径
を小さくするほどに高いものとなる。

しかもこの場合には一次側吸気路２８又はこれに相当す
るものにオリフィス３０を設けるので、二次側吸気路２
９又はこれに相当するものにより最大出力時の流路面積
は充分に確保でき、流路抵抗による最大出力への影響は
ほとんどないと言える。

尚、機関運転条件に応じて一定に制御すべき差圧Ｐｉ−
Ｐｅの設定値を変化させるようにすれば、特に高速低質
時における排気還流率を低減することも可能である。

例えば、前記圧力調整装置３１のダイアフラム３２Ｃ及
び大気室３３ｄはダイアフラム３２ａ及び圧力調整室３
３ｄに対する釣合いのために設けたものであるが、ダイ
アフラム３２ａの受圧面積をダイアフラム３２Ｃよりも
大きくしておけば、負圧Ｐｅの増大に伴って各ダイアフ
ラム３２ａ〜３２Ｃには相対的に下向きの力がかかるよ
うになり、高速低負荷（吸入負圧大）領域で設定値Ｐｉ
−ｒｅが絶対値で減少し、当該領域での排気還流率を低
減することができる。

この他、設定値Ｐｉ−Ｐｅを変化させる手段としては、
排気圧力、気化器ベンチュリ負圧等を圧力調整装置３１
に適宜付加的に作用させるようにしてもよいことは言う
までもない。

例えば、大気室３３ｄは大気開放であるが、ここに排圧
を導入すれば排圧の増大に応じて差圧Ｐｉ−Ｐｅを減じ
、還流率を増大させることができる。

又、オリフィス３０の代わりに図示点線の如くベンチュ
リを形成し、該ベンチュリから負圧を取出し、これを入
力圧力として圧力調整装置３１に作用させても同様の効
果が期待できる。

ただし、吸入空気流が増大するとオリフィスの場合はＰ
ｉ−Ｐが増大し、Ｐｉ（負圧）は減少するが、ベンチュ
リから負圧を取り出すと該負圧の変化はオリフィスの場
合のＰ ｉ −Ｐに相当して増大するから、Ｐｉとの特
性が逆になる。

従ってベンチュリ負圧を圧力調整装置３１にＰｉと同様
に作用させる場合はベンチュリ負圧を反転させて入力す
る必要がある。

更に第３図は、本発明の一変形実施例であり、ＮＯｘの
発生が少ない機関高速低負荷領域における機関の安定度
、燃費をより向上させるために、この領域における還流
量の減少、吸入混合気のリーン化を意図したものである
。

第３図において、排気還流制御弁２１（以下第２図き対
応する部位には同一番号を何する）は二重ダイヤフラム
となっており、該ダイヤフラム４１ａ、４１ｂによって
画成される補正負圧室４２には、吸入空気通路２７と排
気還流通路２０の合流点における吸入負圧（あるいはス
ロットル弁近傍に発生する負圧）を導入し、負圧作動室
２５には制御信号負圧を導入する。

すなわち、前記補正負圧室４２の負圧の増大に対抗して
負圧作動室２５負圧が増大することによって、制御弁２
１が作動する。

したがって補正負圧室４２に導入される吸入負圧が大き
く、シかも制御弁２１の開度が大きい場合、負圧作動室
２５の負圧が最も大きくなり、高速低負荷領域に向かう
につれ、負圧作動室２５の負圧が増大する。

この負圧作動室２５負圧が増大するに伴い、後述するエ
アバルブ４４の大気リリーフ量を増大させ、高速低負荷
領域における還流量の減少、更には吸入混合気のリーン
化を図ろうとするものである。

次にエアバルブ４４について説明する。

大気導入路３６から通路４３を分岐させ、排気還流通路
２０の制御弁２１の直下流（通路Ｂ）に接続するととも
に、該通路４３中にエアバルブ４４を設ける。

エアバルブ４４の制御負圧室４５の負圧は、負圧作動室
２５の負圧と同一であり、高速低負荷領域で通路Ｂに大
気を導入させる。

この大気導入の結果、吸入混合気のリーン化が行なわれ
るとともに圧力調整装置３１の補正圧力室３３ｂの圧力
が増大し、このことにより負圧作動室２５負圧の増大が
抑制され、エアバルブ４４がＯＮ、ＯＦＦ的に開閉作動
することがなく、安定したフィードバック制御を得るこ
とができる。

すなわち、エアバルブ４４の作動によっても通路Ｂの圧
力は通路Ａとの相関関係を保ち、大気導入量に相当する
排気還流量が減少する。

また、第３図中に点線で示すように通路Ｂへ大気を導入
する代りに、補正圧力室３３ｂに導入する負圧をリーク
して制御弁開度のみを減少させることも可能であり、こ
の場合にはリーン化は行なわれない。

尚上記各実施例おいて、オリフィス２６．３０は夫々吸
気通路２８及び排気還流通路２０の通路抵抗の一部とみ
られるから、必ずしもオリフィス２６．３０を設けずと
もよい。

通路そのものがオリフィス等の通路抵抗を有するものと
して考えればよいからである。

本発明は以上のようであるから、吸入空気量の増減に応
じて精度よく排気還流量を制御でき、しかも従来のよう
に排気圧力を制御因子として用いた場合の排気に関係す
る前記問題点を解決するもので、その価値は極めて大き
い。

更に例えば高速低負荷領域等における還流量の滑らかな
減少を図ることができ、燃焼が良くなることによる燃費
改善、エンジン安定性向上等の大きな利点を得るこがで
きるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の概略断面図、第２図は本発明装置の
一実施例を示す概略断面図、第３図は本発明の他の実施
例を示す概略断面図である。 ２０・・・排気還流通路、２１・・・排気還流制御弁、
２６・・・オリフィス、２７・・・吸入空気通路、２８
・・・、一次側気化器、２８ａ・・・絞り弁、３０・・
・オリフィス、３１・・・圧力調整装置、３２ａ〜３２
Ｃ・・・ダイアフラム、４４・・・エアバルブ。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 機関の排気通路から分岐し、吸気通路に合流する排
   気還流通路と該排気還流通路に介装される排気還流制御
   弁と、該排気還流制御弁の作動圧力を調整する圧力調整
   装置とを備え、該圧力調整装置は、前記排気還流制御弁
   下流で前記吸気通路との合流点より上流の前記排気還流
   通路の圧力の増大に応じて前記排気還流制御弁の開度を
   減少させ、且つ、前記合流点よりも上流で吸気絞り弁下
   流の吸気通路の吸気量増大に応じた圧力変化に応じて前
   記排気還流制御弁の開度を増大させるように構成したこ
   とを特徴とする排気還流制御装置。 ２ 機関の排気通路から分岐し、吸気通路に合流する排
   気還流通路と該排気還流通路に介装される排気還流制御
   弁と、該排気還流制御弁の作動圧力を調整する圧力調整
   装置とを備え、該圧力調整装置は前記排気還流制御弁下
   流で前記吸気通路との合流点より上流の前記排気還流通
   路の圧力の増大に応じて前記排気還流制御弁の開度を減
   少させ、且つ、前記合流点よりも上流で吸気絞り弁下流
   の吸気通路の吸気量増大に応じた圧力変化に応じて前記
   排気還流制御弁の開度を増大させるように構成する一力
   、機関運転条件に応じて前記排気還流制御弁下流で前記
   吸気通路との合流点よりも上流の前記排気還流通路また
   は該通路の圧力を前記圧力調整装置に導ひく圧力信号通
   路を外部圧力源に連通させ、前記圧力調整装置に入力さ
   れる前記排気還流通路の圧力を増大させる手段を設けた
   ことを特徴とする排気還流制御装置。