JPS6010180B2 - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関に設けられる排気ガス再循環装置に関
し、特に窒素酸化物（以下、Ｎ○×と託す。

）の低減目的を低コストのものに達成すべく改善した排
気ガス再循環装置に関する。内燃機関における排気ガス
の再循環（以下、ＥＧＲと記す。

）は当該機関より排出される有害なＮ０×量を低減させ
る有効な方法として排気規制の立法強化に呼応して広く
自動車エンジンに利用されるようになってきている。然
しながら機関性能を適正に保持し、かつＮ○×低減効果
を最大限に発揮させるためには不活性な排気ガスを機関
吸気系に再循環させるＥＧＲガス量を機関またはこれを
搭載した車両の運転状態に応じて微妙に制御する必要が
ある。因みに機関の運転状態の１例、即ちスロットル関
度とＮＯ戊排出量との対応関係を示す第３図を参照する
と、ＥＧＲ法を利用しない旧来の機関においては第３図
の実線（１）で示す特性曲線を呈するが、Ｎ○×低減規
制を充足するとともに機関性能を適正に保持するには第
３図の上記（１）の特性曲線を相対的に点線（ロ）で示
す特性曲線に是正する必要があり、このような必要性に
鑑みると排気ガスを再循環させるＥＧＲ割合、即ち機関
シリンダ内の残留ガス（所謂内部ＥＣＲ）と機関排気系
からのＥＧＲガスを含めた全不活性ガスの吸入空気量に
対する割合は「第４Ａ図および第４Ｂ図に点線（Ｗ）で
示す特性曲線を呈するように機関排気系からのＥＣＲガ
ス量を制御することが要求される。このような要求に対
処するめに関関の運転状態に応じて排気系からのＥＧＲ
ガス量を２個の流量制御弁を設けて２段階に制御し〜上
記第４Ａ図「第４Ｂ図の特性曲線（Ｗ）に略近似させる
排気ガス再循環装置が既に提案されている。然しながら
流量制御弁を２個利用する場合には必然的にエンジン室
内における配管系と流量弁の取付構造を複雑化しかつま
た流量弁の取付工数が多くなることから生産性の劣化と
コスト増大の原因となる。依って本発明の目的はこのよ
うな不利を解消してコスト低減を計ることのできる排気
ガス再循環装置を提供することにある。

また、本発明の他の目的は機関の負荷条件のみならず「
機関を搭載した車両の運転条件や運転環境にも即応して
機関性能の適正化を確保することのできる排気ガス再循
環装置を提供することにある。すなわち〜内燃機関の排
気系かな吸気系に排気ガスの再循環路を鰯設するととも
にその再循環路の一部に唯一の流量制御弁を具え、前記
流量制御弁は上記排気ガス再循環路に形成した閉口を開
閉する弁体と〜この弁体から上方に延びた弁棒の上部に
固着される第１ダイヤフラムの上側と下側とに形成され
た第１圧力室および大気室と、前記第１圧力室内に突出
した前記弁棒先端に設けた第１のストッパとも前記第１
ダイヤフラムと対向する上方位置に設けた第２ダイヤフ
ラムによって画定。形成した第２圧力室と、前記第２ダ
イヤフラムにより前記第１０第２圧力室間に保持され前
記第１のストッパと間隔を置いて配置された可動押え板
と、前記第２圧力室内の上部に前記可動押え板と間隔を
置いて配置された第２のストッパとを具備してなり「前
記第１圧力室と第２圧力室とをそれぞれ機関気化器の絞
り弁の上方に共に順次に閉口され〜該絞り弁の開度に応
動する各別の吸気系負圧ボートに蓮通させ「前記負圧ボ
ートに生ずる負圧度によって前記第１ダイヤフラムと第
２ダイヤフラムの移動量を前記第１ストッパと第２スト
ッバによって順次に制御し〜前記弁体による排気ガス再
循環路の関口量を閉位置から２段階に可変にしたことを
特徴とするものである。以下、本発明を添付図面に示す
実施例に基づいた詳細に説明する。

第１図は本発明による排気ガス再循環装置を具備した内
燃機関の略示図であり、管路系統を示している。

この第亀図において、川まエンジン本体〜 ２は吸気管
「 ３は排気管「 ４はヱアクリーナである。排気管３
の一部からはＥＧＲ管６が本発明に係る流量制御弁ＳＩ
こ達通して排気ガスの一部を該流量制御弁５畳こ案内し
ている。この排気ガスは流量制御弁５を透過すると第２
のＥＣＲ管９若しくは９′によって吸気管８の所定の個
所に再循環される。ェアクリーナ４の下方には公知の如
く気化器のベンチュリＴが設けられており、このベンチ
ュリＴの下方には更に気化器のスロットル弁（絞り弁）
８が支藤回りに開閉可能に設けられている。ここで第１
図に付いて注意を要する点は第２のＥＧＲ管９はスロッ
トル弁８の上方に排気ガスの一部を再循環する所謂気化
器絞り弁上方注入ＥＣＲを実現しているものであり〜
また点線で図示した第２のＥＧＲ管９′はスロットル弁
蟹の下方に排気ガスの一部を再循環する所謂気化器絞り
弁下方注入ＥＯＲを実現する場合を示すものである。さ
て、更に第１図においても蔓Ｑおよび亀電は気化器の負
圧取出孔１６と１青とから電磁弁１４亨 官６にそれぞ
れボート負圧を導入する負圧導管である。本実施例では
上記の倉圧取出孔亀れま全開位置に在るスロツトル弁韓
の直上流部に関孔しち この負圧取出孔富すの直上方に
更に上記負圧取出孔貴６が開孔されている。すなわちｈ
負圧取出孔１７はスロットル弁韓が比較的小さな所定の
関度に達したとき吸気管２に蓮通して吸気管圧力（負圧
）を導入する配置に在り「 また負圧取出孔軍６はスロ
ットル弁覇が更に所定の関度まで回敷した場合に吸気管
２の負圧を導入する配置に在る。従って負圧取出孔１６
９ １７の配置はスロットル弁蚤の開度に応じて吸気管
２の倉圧をそれぞれ個別に導入する他の配置８構成、例
えばスロットル弁８の開閉動作によって他のちよう形弁
を順次関弁させて吸気管２の負圧を２段に導入する配置
・構成にすることも可能である。上記の電磁弁１４，１
５は切替弁として作用するもので例えばこれら電磁弁１
４，１５が関弁している状態では負圧導管１０，１１か
ら導入されたボート負圧を圧力導管１２，１３を介して
流量制御弁５における後述の各圧力室に導くのである。
また電磁弁１４，１５が閉弁位置に切替えられた場合に
は上記の負圧導管１０，１１と圧力導管１２，１３との
間は遮断されて圧力導管１２，１３は大気圧に開放され
る。次に第２図を参照すると、上記の流量制御弁５の詳
細な構造が断面図によって示してある。第２図において
、弁誓１８にはＥＧＲ管６と接続するＥＧＲガス取入口
３４と第班ＧＲ管９又は９′に接続するＥＣＲガスの送
出口３５とが設けられている。上記取入口３４と送出口
３５との間にはオＩＪフィス形成体３８が挿設・固着さ
れてオリフィス３８ａが形成されている。このオリフィ
ス３８ａには弁体３７が弁軸１９と結合されて設けられ
ている。弁軸１９は弁蓮１８に鮫着された軸受３３を通
って上方に延び、大気圧室３１を貫通して第１制御圧室
２６内に設けられているストッパ部材２８に例えばねじ
結合等の結合手段によって接続されている。上記の大気
圧室３１は下部ケース蟹３６ｃによって画定、形成され
るとともに該ケース錘３６ｃに形成された開□に依って
大気に運通している。大気圧室３１の底部には断熱性の
シール３２が固定されており、弁崖１８の軸受孔を通し
てＥＧＲガスが大気に洩れるのを防止している。大気圧
室３１と上記第１制御圧力室２６はダイヤフラム２９に
よって気密に分離されており「このダイヤフラム２９と
中間ケース瞳３６ｂによって第１制御圧力室２６が形成
されている。またダイヤフラム２９は図示のように上‘
下押え板２９ａ，２９ｂによって弁軸１９と固着され「
従ってダイヤフラム２９の上・下動作に応動して弁軸１
９と第１のストッパ２８とが一体に上。下し結果的に弁
体３７の開閉動作を制御している。第１制御圧力室２６
にはまた下端が上記の押え板２９ａに戦層されたスプリ
ング３０が設けられており、このスプリング３０の上端
は第２制御圧力室２０のダイヤフラム２９と対向して設
けられた後述のダイヤフラム２４を保持する可動押え板
２３の下面に係止されている。従ってスプリング３０は
第１制御圧力室２６中で伸縮自在である。中間ケース錘
３６ｂには前記の圧力導管１３と接続した圧力取入管２
７が固着され、前記負圧取出口１７からの負圧または電
磁弁１８を経て大気圧を上記第１制御圧力室２６に導入
している。第１制御圧力室２６の上方にはダイヤフラム
２４と上部ケース隆３６ａとによって形成された第２制
御圧力室２０が形成されており、上記のダイヤフラム２
４はスプリング座金２４ａと共に前記の可動押え板２３
によって気密に保持されて第１・第２制御圧力室２６と
２０を隔絶している。押え板２３は中央下面側に第１制
御圧力室２６の第１のストツパ２８を受容する凹所２３
ａを有し、この凹所２３ａの底面は第１のストッバ２８
の当援面として所定の遊び寸法を介して形成されている
。上記のスプリング座金２４ａと上部のスプリング座金
２５ａとの間にはスプリング２５が設けられト常時ダイ
ヤフラム２４に下方１よね圧力を付加している。２２は
第２制御圧力室２０内に設けられた第２のストッパ部村
であり上部ケース錘３６ａの上端に固着されたナット４
０１こ螺着されて第２制御圧力室２０の内部への突出量
が調節可能になっている。

この第２制御圧力室２０は取入管２１が第１図の圧力導
管１２と接続されているので負圧取出口１６のボート負
圧が電磁弁１４を介して導入されるようになっている。
また電磁弁１４が切替えられると大気に蓮過する。なお
、第１図に略示すするように、機関や車両の運転条件を
制御する因子、例えば機関の冷却水温、車遠、ギヤシフ
ト位置、車両加速度等は対応するセンサによって検出さ
れて制御器４３に送出され、この制御器４３の励磁信号
が電磁弁１４，１５の励磁コイル（図示なし）に送出さ
れてこれら電磁弁１４，１５の切替え時期を制御してい
る。尚、上記センサに換えて適宜のスイッチを用い温度
・車速等を検出して直接制御圧力回路を切替える実施例
でもよい。次に上記構成から成る本実施例の排気ガス再
循環装置の作用を車両の運転モードもこ応じて説明する
。０１ 車両の始動城、アィドリング城、減速城および
高負荷域このような運転モード城において「電磁弁１４
，１５が大気遮断側に切替えられている場合には気化器
のスロットル弁８は全閉位置に在るので負圧取出孔１６
，１７の何れにもボート員圧が作用していない状態にあ
る。

この状態では第２制御圧力室２川こ負圧が導入されてい
ないので可動押え板２３はスプリング２５の下方付勢力
を受けて中間ケース陰３６ｂの上面に接触する位置まで
降下しており、また第１制御圧力室２６にもボート負圧
が導入されていないのでスプリング３０がダイヤフラム
２９、ストッパ２８と共に弁軸１９をそのばね付勢力に
よって最下方位置に押圧して弁体３７によりＥＯＲガス
の通路オリフィス３８ａを閉じている。従ってＥＧＲガ
スは機関排気系から吸気系に再循環されていない状態に
ある。事実、この運転モード城においては機関からのＮ
Ｏ広排出量も第３図の特性曲線（１）に示されるように
比較的低い値にあり、ＥＣＲを要しないのである。■
中加速城および定常走行域 この運転モード域に達すると、気化器スロットル弁８の
関度は負圧取出孔１７を越える位置に回動しているので
その負圧取出孔１７には吸気管２の負圧力が作用し一方
負圧取出孔１６は依然としてスロットル弁８の上流側に
在る。

この運転城においては勿論電磁弁１４，１５は大気遮断
側に切替えられている。依って負圧取出孔１７から電磁
弁１５を経て流量制御弁５の第１制御圧力室２６にのみ
ボート負圧が導入される。このボート負圧は機関の回転
が定常走行に対応する回転数まで高まっているので結果
的に第１制御圧力室２６‘こ導入されると、スプＩＪン
グ３０のばね付勢力に打ち勝つことになりダイヤフラム
２９は大気圧室３８側から上方に向けて上昇していく。
従ってストッパ２８と共に弁軸１９が上昇し、ストッパ
２８の頂端が可動押え板２３の凹所底面に当接して停止
する。この結果、弁軸１９の下端に固着されている弁体
３７がオリフィス３８ａから離間してオリフィス３８ａ
は開□される。この開□量は弁体３７、弁軸１９および
ストッパ２８の上昇量に規制されるので弁蓮１８のＥＧ
Ｒガス取入口３４から送出口３５に流れるＥＧＲガスは
比較的少量に規制されている。このような運転モード城
に対応するＥＧＲ割合が第４Ａ図、第４Ｂ図に示す１段
目の制御城である。なお、第４Ａ図は第１図における第
花ＧＲ管９が用いられてＥＧＲガスが気化器のスロット
ル弁８上方に注入された場合を示す特性曲線（Ｖ）を示
しており、一方、第４Ｂ図は第１図における第がＧＲ管
９′が用いられＥＧＲガスが気化器のスロットル弁８下
方に注入された場合を示す特性曲線（Ｋ）を示している
ものである。｛３｝ 大加速城および高速走行城この運
転モード城に達すると気化器スロットル弁８は更に開度
を増して負圧取出孔１６，１７の位置より上流側までス
ロットル弁８は回動している。勿論、電磁弁１４，１５
は大気遮断側に切替えられている。負圧取出孔１６，１
７の両方に吸気管２の負圧が作用し、その負圧度も機関
回転数が増大していることから極めて高くなっている。
このような運転城に達すると、流量制御弁５の第１・第
２制御圧力室２６，２０１こは共に高いボート負圧が作
用しているので上記■の状態から更に第２制御圧力室２
０のダイヤフラム２４もスプリング２５の下方付勢力を
克服して上方に移動する。この際、勿論ダイヤフラム２
９もダイヤフラム２４とともに上昇する。そしてその上
昇は第２制御圧力室２０の可動押え板２３の頂面が第２
ストッパ２２に当接することによって停止する。従って
弁軸１９および下端の弁体３７も上述の【２｝の運転モ
ード城の場合よりさらに上昇してオリフイス３８ａを大
きく閉口される。依って、弁錘亀８のＥＧＲガス取入口
３４から送出口３５へ流れるＥＧＲガス量はオリフィス
開□面積に比例して増加する。この結果「機関の吸気管
２には第４Ａ図および第４Ｂ図に示す特性曲線（Ｖ）お
よび（Ｗ）の２段目の制御城のようにＥＧＲ割合を増加
すべ〈ＥＧＲガスが再循環されるのである。■ 全負荷
域機関の運転モード城が全負荷城にあり、かつ電磁弁１
４，１５が大気圧遮断側に切替えられている状態では気
化器スロットル弁８は全開状態にあり〜吸気管２の負圧
度は小さくなっている。

依って負圧取出孔１６７１７には共に吸気管２の負圧が
作用しているにもかかわらずその負圧度は小さい。従っ
て流量制御弁５においては、第１制御圧力室２６と第２
制御圧力室２Ｑとに導入されたボート負圧が小さくスプ
リング２５，３０が共にこのボート負圧に打ち勝ってダ
イヤフラム２４と可動押え板２３が中間ケース錘３６ｂ
上面まで「 またダイヤフラム２９はこれに結合された
弁軸貴９の下端の弁体３７がオリフィス３８ａを閉塞す
るまでそれぞれ下方に降下する。依って弁達１８のＥＧ
Ｒガス取入口３４から送出口３５に到る流路が遮断され
て吸気管２へＥＧＲガスが再循環されなくなる。このよ
うな全負荷城は第４Ａ図および第４Ｂ図の特性曲線（Ｖ
），（Ｗ）においてスロットル関度が大きくかつＥＧＲ
割合が２段自制御域から急激に減少している曲線城に対
応する。然しながら同両図から明らかなようにこの曲線
城は点線（Ｗ）で示される理想とするＥＧＲ割合の特性
とよく一致している。‘５）電磁弁１４，１５が大気圧
開放側に切替えられている領域上記ｍから‘４１に説明
した気化器スロツトル弁８の閥度に基づく運転モード城
とは別に機関冷却水温、外気温、車遠、ギャ位置等の機
関および車両の運転条件に基づいてＥＧＲ時期を制御す
る場合である。

さて、上記のような運転条件の制御要因についてそれぞ
れのセンサに依って検出信号が第１図の制御器４３に送
られると、制御器４３からは電磁弁１４，１５の励磁コ
イル（図示なし）に励磁信号が送出されて電磁弁１４，
１５は切替えられると負圧導入管１０，１１と圧力導管
１２，１３との運通が遮断され、圧力導管１２，１３は
電磁弁１４，１５を経て大気圧に開放される。依って流
量制御弁５の第１０第２制御圧力室２６，２０の内部は
大気圧に導適する。この状態に達するとスプリング２５
，３０のばね付勢力によって上記【１｝の場合と同様に
弁棒１９と弁体３７は最下位位置に降下してオリフィス
３８ａを閉塞する。依ってＥＣＲガスは吸気管２に再循
環されないのである。上記の説明からも明らかなように
運転条件に応じてＥＧＲを必要としない時期には機関排
気系から吸気系に到るＥＣＲ管路を遮断してそＥＧＲさ
れないようにすることが可能になっているのである。な
お、ＥＧＲを必要としない時期の運転条件は適宜に選択
して決定することができ、ＮＯ戊の低減目的のための規
制要求に応じて決定されるものである。以上の｛１｝項
から‘５｝項に示した各運転モード城および運転条件に
応じた作用を有する本発明の排気ガス再循環装置を内燃
機関に具備する結果として第４Ａ図、第４Ｂ図からも了
解できるようにＥＧＲ割合の特性曲線を望ましい特性曲
線（Ｗ）に良く近似させることが可能であり、その結果
、第３図の曲線（ｍ）に示すようにＮ○×排出量の特性
を、Ｎ○×の排出規制要求に基づく望ましい特性曲線（
ロ）に極めて良く近似させ得ることが理解できる。

以上の説明から明らかなように本発明に依れば、唯一の
流量制御弁を用いて気化器スロットル弁の全ての関度に
亘つて極めて良好にＥＣＲの効果を発揮することのでき
る排気ガス再循環装置が提供されるとともに単に１個の
流量制御弁のみを用いて２段階にＥＧＲ割合を制御して
いることから配管系や取付構造の簡略化によって高性能
にもかかわらず低コストの装置が提供されるのである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による排気ガス再循環装置を具備したし
内燃機関の実施例を示す略示系統図、第２図は第１図に
示す本発明の排気ガス再循環装置に用いられる流量制御
弁の拡大断面図、第３図はＮＯ戊の排出特性を旧来の全
くＥＧＲしない場合、本発明による排気ガス再循環装置
を具えてＥＧＲする場合および規制要望される場合につ
いて示したグラフ図、第４Ａ図および第４Ｂ図は本発明
に依る排気ガス再循環装置を以てＥＧＲ制御を行った場
合のＥＣＲ割合特性をスロットル弁の上方にＥＧＲガス
を注入した場合とスロットル弁の下方にＥＧＲガスを注
入した場合の両方について示したグラフ図である。 尚「図中において、１が内燃機関本体、２が吸気管、３
が排気管、５が流量制御弁、６，９，９′がＥＧＲ管、
８がスロツトル弁、１６，１７が負圧取出孔、１８が弁
誓、１９が弁軸、２０が第２制御圧力室、２４がダイヤ
フラム、２６が第１制御圧力室、２９がダイヤフラム、
３１が大気圧室、３７が弁体、３８ａがオリフイスであ
る。筋ｌ図漆２図 第３図 第４【Ａ１図 鎌４【Ｂ）図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気系から吸気系に排気ガスの再循環路
   を配設するとともにその再循環路の一部に唯一の流量制
   御弁を具え、前記流量制御弁は上記排ガス再循環路に形
   成した開口を開閉する弁体と、この弁体から上方に延び
   た弁棒の上部に固着される第１ダイヤフラムの上側と下
   側とに形成された第１圧力室および大気室と、前記第１
   圧力室内に突出した前記弁棒先端に設けた第１のストツ
   パと、前記第１ダイヤフラムと対向する上方位置に設け
   た第２ダイヤフラムによって画定・形成した第２圧力室
   と、前記第２ダイヤフラムにより前記第１、第２圧力室
   間に保持され前記第１のストツパと間隔を置いて配置さ
   れた可動押え板と、前記第２圧力室内の上部に前記可動
   押え板と間隔を置いて配置された第２のストツパとを具
   備してなり、前記第１圧力室と第２圧力室とをそれぞれ
   機関気化器の絞り弁の上方に共に順次に開口され、該絞
   り弁の開度に応動する各別の吸気系負圧ポートに連通さ
   せ、前記負圧ポートに生ずる負圧度によって前記第１ダ
   イヤフラムと第２ダイヤフラムの移動量を前記第１スト
   ツパと第２ストツパによって順次に制御し、前記弁体に
   よる排気ガス再循環路の開口量を閉位置から２段階に可
   変にしたことを特徴とする排気ガス再循環装置。 ２ 特許請求の範囲第１項に記載の排気ガス再循環装置
   において、前記流量制御弁の第１・第２圧力室と前記吸
   気系負圧ポートとを連通する負圧導管路に電磁作動の切
   替弁装置を設け、前記切替弁装置の電磁作動条件が運転
   条件から選定されることによって前記第１・第２圧力室
   が前記吸気系負圧ポートから該切替弁装置を経て大気へ
   切替え連通され、前記排気ガス循環路を閉塞するように
   構成したことを特徴とする排気ガス再循環装置。