JPS58582B2 - 排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は内燃機関の排気浄化のための排気還流制御装
置に関する。

内燃機関の排気中に含まれる有害成分、特にＮＯｘ等の
排出量を低減するために、排気の一部を吸気に還流して
燃焼最高温度を低下させる排気還流が知られている。

このような排気還流を行なう内燃機関においては、機関
の運転条件に応じて排気還流量を適正に制御する必要が
あることは言うまでもない。

排気還流装置として、第１図に示すような装置が本出願
人によって提案されている（特願昭５２−１２０４８号
、特開昭５３−９９１３２号公報参照）。

第１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。

一次側吸気通路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３３ａ１補正圧力室３３ｂ１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上流近傍からのＶＣ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に近接するよう配管され、ダイアフラム３
２ａ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と、圧力調整装置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はこれらとダイアフラムスプリング４０の
スプリング力とが釣合うまで移動する。

仮に差圧Ｐｉ−Ｐｅ（Ｐｉ及びＰｅとも負圧であるから
これらは絶対値で表わしている）が増大すれば、ダイア
フラム３２ｂは下方に移動し、これと一体的にダイアフ
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
犬となり、し・たがって制御信号負圧が減少するため制
御弁２１はスプリング２４の作用力が弁開度が縮少し、
この結果、オリフィス２６上流の圧力損失が増大して負
圧Ｐｅが大きくなり、差圧Ｐｉ−Ｐｅを元の設定値に戻
す。

逆に差圧Ｐｉ−Ｐｅ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、負圧Ｐ
ｅが減少するので、このときも差圧Ｐ ｉ −Ｐ ｅ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Ｐｅ
と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の前後差圧に比例し、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
るよう制御することにより、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
、このときは前記したようにダイアフラム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２
１の開度が縮少する。

このため、制御弁２１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。

更に、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、圧力調整装置３１のダイヤフラム３２Ｃ及び大気室
３３ｄはダイヤフラム３２ａ及び圧力調整室３３ａに対
する釣合のために設けたものである。

以上のように、従来のこの種の排気還流制御装置では、
吸入空気通路と排気還流通路との合流点で制御を行なう
ようにし、具体的には排気還流通路における排気還流制
御弁の下流にオリフィスを設ける一方、一次側吸気路に
おける絞り弁下流でかつ排気還流通路の合流点よりも上
流にオリフィスを設け、これら両オリフィスの上流圧力
を比較して、その圧力差を一定に保つように制御するこ
とにより、吸入空気量に応じて排気還流量を制御し、常
に排気還流率を一定に制御するのである。

しかしながら、排気還流率を常に一定に制御する場合に
は、低速成いは低負荷域では排気還流量が最適値に対し
て過大となって機関の安定性を悪化させるという欠点が
あり、逆に高速成いは高負荷域の郊外地走行などでは、
還流率を低減させて燃費向上、運転性向上等を図ること
が望まれている。

従って、還流率は機関の運転条件に合せて適切に制御す
ることが望まれているのである。

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、オリフィス上流側圧力を比較
する代りに、オリフィスを排し、吸気絞り弁下流で排気
還流通路との合流点上流の吸気通路内圧力及び排気還流
制御弁下流で前記合流点上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きいう構成を採っても等価
であることはいうまでもない。

この発明は、上記実情に鑑み、排気還流通路との合流点
よりも上流でかつ吸気絞り弁より下流の吸気通路の、該
通路圧力の取り出し口と前記合流点との間に、機関の運
転状態に応じて開口面積即ち通路抵抗の変化する弁装置
を設けて、該弁装置と吸気絞り弁との間の負圧を増減制
御する。

また本発明は、前記合流点より上流でかつ排気還流制御
弁より下流の排気還流通路の、該通路圧力の取り出し口
と前記合流点との間に、機関の運転状態に応じて開口面
積の変化する弁装置を設けて、該弁装置と排気還流制御
弁との間の負圧を増減制御する。

そして上記構成により、排気還流制御弁の作動圧力を調
整する圧力調整装置を作動させて、排気還流率を自由に
制御可能にしたのである。

以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説明する。

第２図は本発明の実施例を示す概要図で、第１図と同様
の箇所には同一の符号を付して説明を簡略化する。

この実施例では、吸入空気量を検出するためのオリフィ
ス３０に代えて、有効通路径が可変の弁装置１を形成し
たものである。

弁装置１は、一次側吸気路２８の絞り弁２８ａ下流で排
気還流口より上流に介装されるバタフライ弁２と、この
バタフライ弁２の軸に一体的に設けられるレバー３と、
このレバー３と気化器本体間に介装されてバタフライ弁
２を常に閉方向に付勢する戻しスプリング４（ｌ！：、
バタフライ弁２の最小開度を規制するストッパ５とから
構成される。

一方、絞り弁２８ａの軸にも一体的に回動するレバー６
が形成されて、絞り弁２８３が所定値以上の開度（例え
ば約２０°）となった時に、このレバー６が反時計方向
に回転し、上記レバー３を時計回りの方向に押す。

このため、レバー３と一体のバタフライ弁２が時計回り
の方向に回転することによって弁装置１の有効通路径が
増大する。

有効通路径が増大すると、一次側吸気路２８の通路抵抗
が減少するので、吸入負圧によって弁装置１の上流の負
圧Ｐｉが（絶対値で示す負圧）増大し、この負圧Ｐｉは
通路３８を介して入力圧力室３３ｃに導入されるので、
ダイヤフラム３２ｂを図において下方に移動させ、ｖＣ
負圧を大気で稀釈する割合を増して制御弁２１の弁開度
を減少させる。

これによって制御弁２１下流の圧力Ｐｅは吸入負圧Ｐに
近づくことになり、差圧（Ｐｅ＝Ｐ；が減少して排気還
流率が低減する。

従って、この実施例によれは、絞り弁開度が所定値（例
えば約２０°）以上となる高負荷又は高速走行域におい
て排気還流率を低減して機関の運転性及び燃費を向上さ
せるようにすることができる。

第３図は本発明の他の実施例を示し、吸入空気量を検出
するためのオリフィス３０に代えて、負圧信号に応じて
有効通路径を可変とする弁装置１ａを形成したものであ
る。

弁装置１ａは、一次側吸気路２８の絞り弁２８ａ下流で
排気還流口より上流に介装されるバタフライ弁２ａと、
このバタフライ弁２ａを回動させる負圧駆動装置６ａと
からなり、負圧駆動装置６ａは、ダイヤフラム７と、こ
のダイヤフラム７を上記バタフライ弁２ａに連結するリ
ンク機構８と、ダイヤフラム７で画成される負圧室９及
び負圧室９に介装されてダイヤフラム７を常にはバタフ
ライ弁２ａを閉とする方向に付勢するスプリング１０と
から構成される。

負圧室９には機関に発生する負圧信号が導入される。

負圧室９に機関吸入負圧が導入された場合、吸入負圧が
所定値（例えば３００ｍｍＨ＆ ）以上に強くなる低負
荷域において、ダイヤフラム７がスプリング１０に抗し
て、図において右方に吸引されるので、リンク機構８を
介してバタフライ弁２ａを開作動し、弁装置１ａの有効
通路径を増加する。

有効通路径が増加すると、弁装置１ａ上流の圧力Ｐｉは
吸入負圧Ｐの影響を受けて負圧として強くなるので、通
路３８を介して入力圧力室３３ｃに導入されて、ダイヤ
フラム３２ｂを下方に移動させ大気稀釈率を大きくする
ので、制御弁２１の開度を減少させて、排気還流率を低
減するのである。

また、負圧室９に一次側ベンチュリ部４１に発生する負
圧、又は二次側吸気路２９の二次側絞り弁２９ａの上流
近傍の圧力（二次側ＶＣ負圧）を導入すれば、高速高負
荷走行域における排気還流率を低減することができる。

即ち、一次側ベンチュリ部４１には、吸入空気量に応じ
たベンチュリ負圧が生ずるので、吸入空気量の増大する
高速高負荷走行域ではベンチュリ負圧が強くなり、所定
値（例えば２００ｔｔｎｍＡＪｉ’ ）以上となった時
に負圧駆動装置６ａのダイヤフラム７を吸引して弁装置
１ａの開度を増加し、これによって圧力Ｐｉが負圧とし
て大きくなるので制御弁２１の開度を減少させて排気還
流率を低減するのである。

同じく、負圧室９に二次側■Ｃ負圧を導入する場合には
、二次側絞り弁２９ａが閉じている時に。

は、はぼ大気圧が導入されるので、バタフライ弁２ａが
閉となって初期の通路面積となっているが、高速高負荷
走行域となって二次側絞り弁２９ａが開くと、吸入負圧
の影響を受けて二次側ＶＣ負圧が強くなり、所定値と例
えば２０ｍｍＨｇ）以上となった時に、ダイヤフラム１
を作動させて弁装置１ａの開度を増加させて、圧力Ｐｉ
を負圧として強くしｊ制御弁２１の開度を減少させて排
気還流率を低減するのである。

第４図に示す実施例は第３図に示す実施例とほぼ同様の
バタフライ弁２ｂ、リンク機構８ｂ、負圧駆動装置６ｂ
からなる弁装置１ａを有すると共に、上記負圧駆動装置
６ｂの負圧室９ｂに導入する圧力を三方弁１１で選択切
換えするようにしたものである。

即ち、負圧室９ｂには通路１２を介して負圧源（例えば
吸入負圧）の負圧を導入すると共に、この通路１２には
三方弁１１を介装して、上記通路１２と負圧源及び通路
１２と大気とを夫々選択的に連通させるように切換えす
る。

この三方弁１１の切換えは、例えばソレノイド弁を用い
て、このソレノイドに通電、非通電することによって行
なう。

この通電、非通電は機関の運転条件に基づくスイッチ装
置１３による。

スイッチ装置１３としては、例えば車速スイッチ、トラ
ンスミッションギアスイッチを用いる。

車速か所定値（例えば５０ｋｍ／ｈ）以上の時またはト
ランスミッションギア位置がトップの高速走行域の時に
ソレノイドに通電して三方弁１１を通路１２と負圧源と
を連通するように切換作動すると、負圧室９ｂに負圧が
導入されて弁装置１ａの通路面積を増加するように作動
し、これによって排気還流率が低減することは上述の通
りである。

車速またはギア位置が上記以外の時には、ソレノイドは
非通電となって、三方弁１１は通路１２き大気を連通ず
るので弁装置１ａが初期開度まで閉きなるので、排気還
流率は設定の一足値に制御されるのである。

第５図実施例は、排気還流量を検出するオリフィス２６
に代えて、有効通路径が可変の弁装置１ｃを形成したも
のである。

弁装置１ｃは、排気還流通路２０の制御弁２１下流に介
装されるバタフライ弁２ｃと、このバタフライ弁２ｃを
回動させる負圧駆動装置６ｃからなり、負圧駆動装置６
ｃはダイヤフラムＴｃと、このダイヤフラム７ｃと上記
バタフライ弁２ｃを連結するリンク機構８ｃと、ダイヤ
フラム７ｃで画成される負圧室９ｃ及び負圧室９ｃに介
装されてダイヤフラム７ｃを常にはバタフライ弁２ｃを
初期開度まで開とする方向に付勢するスプリング１０ｃ
とから構成される。

負圧室９ｃには機関吸入負圧が導入さされる。

負圧室９ｃに導入される吸入負圧が所定値（例えば４０
０ｍｍＨｇ ）以上に強くなる低負荷域において、ダイ
ヤフラム７Ｃがスプリング１０ｃに抗して図中下方に吸
引されるので、リンク８を介してバタフライ弁２Ｃを図
中時計回りの方向に回転させて排気還流通路２０の開度
を減少させる。

弁装置１Ｃの開度が減少すると吸入負圧Ｐの影響が小さ
くなって圧力Ｐｅは負圧として弱くなるので、通路３９
を介して補正圧力室３３ｂに導入される圧力も弱くなり
、ダイヤフラム３２ｂは図中下刃に移動して、大気稀釈
率を増加させる。

従って制御弁２１の開度が減少して排気還流率が低減す
るのである。

尚、弁装置は必ずしもバタフライ弁とする必要はなく、
その開口面積を変化させることができる装置（例えばカ
メラの絞り状のものや、固定オリフィスをスライド弁で
可変とするもの等）であれば良い。

尚、弁装置の介装されていない側の吸気通路又は排気還
流通路に設けたオリフィス２６，３０は共に通路抵抗の
一部とみなせるから、これらを省いても良いことは既述
した通りである。

以上のように、本発明は燃費向上、運転性向上及び機関
安定性向上が要求される例えば低速、低負荷、高速、高
負荷走行域等の走行域において、吸気通路に介装した弁
装置の通路開口面積を増岑し或いは排気還流通路に介装
した弁装置の通路開口面積を減少することによって排気
還流制御装置の弁開度を減少しもって排気還流率を低減
して上記目的を達することができるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す概略断面図、第２図は本発明の一
実施例を示す概略断面図、第３図〜第５図はそれぞれ本
発明の他の実施例を示す概略断面図である。 １、１ ａ 、 １ ｃ・・・弁装置、２，２ａ、２ｂ
。 ２Ｃ・・・バタフライ弁、６−・・レバー、６ａ、６ｂ
。 ６ｃ・・・負圧駆動装置、７，７ｂ、７ｃ・・・ダイヤ
フラム、８，８ｂ、８Ｇ・・・リンク機構、１１・・・
三方弁、１３・−・スイッチ装置、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・・・一次側吸気路
、２８ａ・・・−次側絞り弁、３０・・・オリフィス、
３１・・・圧力調整装置。

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
   の吸気通路の圧力の増大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方、前記合流点より
   も上流で前記吸気絞り弁下流の吸気通路の、該通路圧力
   を取り出す部分と前記合流点の間に機関の運転状態に応
   じて開口面積の変化する弁装置を設けたことを特徴とす
   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
   の吸気通路の圧力の増大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方、前記合流点より
   も上流で前記排気還流制御弁下流の排気還流通路の、該
   通路圧力を取り出す部分と前記合流点の間に機関の運転
   状態に応じて開口面積の変化する弁装置を設けたことを
   特徴とする排気還流制御装置。