JPS6024303B2 - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、自動車用内燃機関等の排気ガス再循環（ＥＣ
Ｒ）装置に係り、特に内燃機関の負荷に適合したＥＣＲ
率にて排気ガスの再循環を行う排気ガス再循環装置に係
る。

自動車内燃機関の排気ガス再循環装置の一つとして知ら
れている背圧制御式排気ガス再循環装置は、排気ガス再
循環通路の途中に設けられそのダイヤフラム室に作用す
る負圧の増大に応じてその開弁量を増大すべ〈作動する
排気ガス再循環制御弁と、前記排気ガス再循環制御弁の
前記ダイヤフラム室に負圧を導く通路手段と、前記排気
ガス再循環制御弁より上流側の前記排気ガス再循環通路
の途中に設けられ前記排気ガス再循環制御弁との間に圧
力室を都定するオリフィス要素と、前記通路手段の途中
に設けられた負圧調整弁とを有しており、前記排気ガス
再循環制御弁を前記負圧調整弁の作動により前記圧力室
の排気ガス圧力に応じて調整された負圧により作動させ
て前記圧力室を大気圧に近いほぼ一定値に維持すること
により、吸入空気量に対する排気ガス還流量、即ちＥＣ
Ｒ率をほぼ一定に保って排気ガスの再循環を行うように
なってたる。

上述の背伍制御式排気ガス再循環装置によれば、内燃機
関の負荷の変動に拘らず、ＥＣＲ率はほぼ一定になる。

しかしながら、内燃機関の負荷の変動に拘らずＥＣＲ率
がほぼ一定であると、ＥＧＲ率が小さい場合にはさほど
問題を生じないが、内燃機関からのＮ○ｘの排出量の低
減をより効果的に行うべくＥＣＲ率を大きくした場合、
内燃機関の低負荷運転時に内燃機関の運転性が悪化する
という問題を生じ、又内燃機関によっては高負荷運転時
に於ても運転性が悪化するという問題を生じることがあ
る。内燃機関の低負荷運転時に内燃機関の運転性が悪化
するのは、低負荷運転時には内燃機関の燃焼室内に残留
している排気ガス量が多く、実質上のＥＣＲ率（排気ガ
ス還流量＋残留排気ガス量／吸入空気量）が大きくなり
過ぎるからである。又高負荷運転時に運転性が悪化する
のは、排気ガスの再循環による機関の出力低下が加速性
の悪化をもたらす為である。従って、排気ガス再循環に
伴う内燃機関の運転性の悪化を避けつつ充分なＮ○ｘの
低減を行う為には、ＥＣＲ率が低負荷城に於て小さく、
中負荷域に於て大きくなるか、或は低負荷城及び高負荷
城に於て小さく、中負荷域に於て最大となるように内燃
機関の負荷に適合したＥＣＲ率にて排気ガスの再循環を
行うことが望ましい。

本発明は上述した如き要望に応じ、内燃機関の負荷に適
合したＥＣＲ率にて排気ガスの再循環を行う排気ガス再
循環装置を提供することを目的としている。

かかる目的を達成する為に、本発明は背圧制御式排気ガ
ス再循環装置における負圧調整弁の平衡特性を内燃機関
の負荷に応じて変化させ、それに伴い圧力室の平衡圧力
値を変化させてＥＣＲ率を内燃機関の負荷に応じて制御
するよう構成された装置を提案するものである。

上述の目的は、本発明によれば、内燃機関の排気ガス再
循環通路の途中に設けられそのダイヤフラム室に作用す
る負圧の増大に応じてその開弁量を増大すべく作動する
排気ガス再循環制御弁と、前記排気ガス再循環制御弁の
前記ダイヤフラム室に負圧を導く負圧通路手段と、前記
排気ガス再循環制御弁より上流側の前記排気ガス再循環
通路の途中に設けられ前記排気ガス再循環制御弁との間
に圧力室を郭定するオリフィス要素と、前記負圧通路手
段の途中に設けられた員圧調整弁とを有しており、前記
負圧調整弁はダイヤフラムと前記ダイヤフラムの一方の
側に部定され前記圧力室の排気ガス圧力を導入される第
一のダイヤフラム室と、前記ダイヤフラムの他方の側に
郭定された大気導入孔を経て大気中に開放されいる第二
のダイヤフラム室と、前記負圧通路手段を前記第二のダ
イヤフラム室に向けて開く弁ボートと、前記ダイヤフラ
ムに担持され前記第一のダイヤフラム室の圧力が前記第
二のダイヤフラム室の圧力より所定値以上高いとき前記
弁ボートを閉じ前記第一のダイヤフラム室の圧力が前記
第二のダイヤフラム室の圧力より所定値以上高くないと
き前記弁ボートを開く弁要素とを有しており、更に前記
大気導入孔の実効断面積を制御する弁装道が設けられて
おり、前記弁装置はダイヤフラム作動式の弁装置であり
、そのダイヤフラム室には内燃機関の吸気通略のスロッ
トルバルブの近傍に開口し該スロットルバルブが低負荷
開度より中負荷開度まで開かれるとき該スロットルバル
ブにより横切られるボートより取出された吸気管負圧が
導入され、これによって前記大気導入孔の実効断面積は
内燃機関が低負荷運転状態にあるときより中負荷運転状
態にあるときの方が小さくされるようになていることを
特徴とする排気ガス再循環装置によって達成される。

かかる構成によれば、排気ガス再循環制御弁が前記負圧
調整弁により圧力室に於る排気ガス圧力に応じて調整さ
れた負圧により作動されることにより、前記圧力室が大
気圧近くの圧力に保たれ、排気ガスが排気ガス通路に於
る圧力と前記圧力室の圧力との差により吸気通路へ還流
し、これにより前記圧力室の圧力と前記オリフィス要素
の流量係数及び開口面積とによって決まる還流量にて排
気ガスの再循環が行なわれる）この場合の排気ガスの還
流量Ｇｃは次式で示される。

ＧＣ＝ＣＡ．だ鱗Ｐｅ−ＰＣＩ ‐‐‐‐‐‐（１）
ここで、Ｃはオリフィス要素の流量係数、Ａ，はオリフ
ィス要素の閉口面積「 ｒは空気の比重、Ｐｅは排気ガ
ス通路に於る排気ガス圧力、Ｐｃは圧力室の圧力である
。

圧力室の、圧力Ｐｃは負圧調整弁の平衡圧力値によって
決まり、その負圧調整弁の平衡式は次式で示される。

んＰｄ＋Ｆ＝Ａ２Ｐｃ ……■ここ
で、Ａ２は負圧調整弁のダイヤフラムの受圧面積、Ｐｄ
は第二のダイヤフラム室の圧力、Ｆはダイヤフラムを関
弁方向に付勢するばねのばね力である。

前記第二のダイヤフラム室の圧力Ｐｄは通常、大気圧に
近い負圧値であるが、前記第二のダイヤフラム室に大気
を導入する大気導入孔の実効断面積が増大するに従い前
記圧力Ｐｄは更に大気圧に近づくので、大気導入孔の実
効断面積の増大に伴い前記圧力室の圧力Ｐｃが上昇し、
それと排気通路に於る排気ガス圧力Ｐｅとの差圧が減少
することにより排気ガスの還流量Ｇｅが減少する。

従って本発明装置の如く、前記大気導入孔の実効断面積
が弁装置によってスロットルバルブ開度、換言すれば負
荷に応じて制御されることによりＥＣＲ率が内燃機関の
負荷に応じて制御されるようになる。又、本発明装置に
よれば、弁装置により大気導入孔の実効断面積が制御さ
れることにより負圧調整弁の第二のダイヤフラム室の圧
力状態が制御されてＥＧＲ率が制御されるので、前記弁
装置の弁要素の形状が適宜に設計されていることにより
内燃機関の負荷に応じた適宜の特性にてＥＧＲ率の制御
を行うことができる。

即ち、設計上の自由度が高い条件下にて内燃機関の負荷
に対するＥＧＲ率の制御特性を設定することが出釆る。
内燃機関の低負荷域に於てのみＥＣＲ率を中負荷域に於
るそれより小さくしたい場合、前記弁装置は、スロット
ルバルブが所定関度以上開かれるまで吸気負圧を及ぼさ
れ、前記スロットルバルプが所定開度以上開かれた時実
質的に大気圧を及ぼされるべく機関吸気系に設けられた
吸気負圧取出しボートに現われる吸気負圧によって作動
するよう購成されていてよい。

この場合、前記弁装置はそのダイヤフラム室に導入され
る吸気負圧の増大に応じて前記大気導入孔の実効断面積
を増大するよう構成されていてよい。又、内燃機関の低
負荷城及び高負荷域に於るＥＧＲ率が中負荷域に於るそ
れより小さくなるようにＥＧＲ率の制御を行いたい場合
、前記弁装置はス。

ットル弁が所定開度以上関されるまで実質的に大気圧を
及ぼされ、スロットルバルブが所定開度以上開かれた時
吸気員圧を及ぼされるよう機関吸気系に設けられた吸気
負圧取出しボートに現われる吸気負圧により作動される
よう構成されていてよい。この場合け前記弁装置は負圧
の増大に応じて大気導入孔の実効断面積を減少するよう
構成されていてよい。以下に添付の図を用いて本発明を
実施例について詳細に説明する。

添付の第１図は、本発明による排気ガス再循環装置を備
えた内燃機関の一つの実施例を示す概略構成図である。

エンジン１は気化器２より空気と燃料との混合気をスロ
ットルバルプ３によってその流量を調整されつつ吸気マ
ニホルド４を経て吸入し、排気管５より排気ガスを排出
する。前記排気管５の途中からは排気ガスの一部を前記
吸気マニホルド４内に再循環させる為の排気ガス再循環
通路６が設けられており、この排気ガス再循環通路６の
途中には排気ガス再循環制御弁７が設けられている。排
気ガス再循環制御弁７は前記排気ガス再循環通路６の途
中に設けられた弁座部材８によって都定された弁ボート
９を開閉する弁要素１０を有しており、この弁要素１川
ま弁ロッド１１を介してダイヤフラム装置１２に連結さ
れ、このダイヤフラム装置１２によって駆動されるよう
になっている。

ダイヤフラム装置１２はダイヤフラム１３を含んでおり
、このダイヤフラム１３は、そのダイヤフラム室１４に
所定の値以上の負圧が供聯合されていない時には圧縮コ
イルばね１５の作用により図にて下方へ押圧されて前記
弁ロッド１１を介して前記弁要素１０を前記弁座部材８
に押付けて前記弁ボート９閉じて前記排気ガス再循環通
路６を遮断し、これに対し、前記ダイヤフラム室１４内
に所定の値以上の負圧が供孫合された時には前記圧縮コ
イルーまね１５の作用に抗して図にて上方へ駆動され、
前記弁要素１０を前記弁座部材８より引離して弁ボート
９を開いて前記排気ガス再循環通路６を蓬適するように
なっている。前記排気ガス再循環制御弁７の前記ダイヤ
フラム室１４は前記スロットルバルブ３が図示されてい
る如き全閉位置にあるときそれの上流側に位置し、前記
スロットルバルブ３が第一の所定開度以上開かれたとき
それの下流側に位層すべく設けられた吸気員圧取出しボ
ート１６に導管１７を経て接続されている。前記導管１
７の途中には絞り要素１８と負圧調整弁１９とが設けら
れている。

前記員圧調整弁１９はダイヤフラム２０を含んでおり、
このダイヤフラム２０はそれの図にて下側に第一のダイ
ヤフラム室２１を、又図にて上側に第二のダイヤフラム
室２２を各々部定しており、又圧縮コイルばね２３によ
って図にて下方に向うばね力を及ぼされている。又前記
員圧調整弁１９は前記導管１７の途中を第二のダイヤフ
ラム室２２内へ向けて開く弁ボート２４を有しており、
この弁ボート２４は前記ダイヤフラム２０１こ担持され
た弁要素２５によって開閉されるようになっている。前
記ダイヤフラム２０は、前記第一のダイヤフラム室２１
の圧力が前記第二のダイヤフラム室２２の圧力より所定
値以上高いとき、前記圧縮コイルぱね２３のばね力に抗
して図にて上方に変位して前記弁要素２５によって前記
弁ボート２４を閉じ、これに対し、前記第一のダイヤフ
ラム室２１の圧力が前記第二のダイヤフラム室２２の圧
力より所定値以上高くないとき、前記圧縮コイル‘まね
２３のばね力によって図示されている如き位置に位置し
、前記弁要素２５を前記弁ボート２４より引離してこれ
を開くようになっている。前記第一のダイヤフラム室２
１は前記排気ガス再循環制御弁７の前記弁ボート９より
上流側の排気ガス再循環通路６に設けられたオリフィス
要素２６と前記弁ボート９との間に郭定された圧力室２
７に絞り要素２８及び導管２９を経て接続され、前記圧
力室２７内の排気ガス圧力を導入されるようになってい
る。前記第二のダイヤフラム室２２は大気導入孔３０を
経て大気中に開放されており、又絞り要素３１及び導管
３２を経て負圧作動式の弁装置３３に接続されている。
前記弁装置３３は、前記導管３２の一端を接続されて前
記第二のダイヤフラム室２２に運通している弁ボート３
４を有しており、この弁ボート３４は弁要素３５により
その開閉を制御されるようになっている。

前記弁ボート３４はこれが開かれているとき前記第二の
ダイヤフラム室２２を該弁装置３３に設けられている大
気導入孔３６に接続するようになっている。前記弁要素
３５は弁ロッド３７によってダイヤフラム３８に連結さ
れ、前記ダイヤフラム３８によって駆動されるようにな
っている。前記ダイヤフラム３８は、そのダイヤフラム
室３９内に所定の値以上の負圧が導入されていないとき
は、圧縮コイルばね４０の作用によって上方に押圧され
、前記弁要素３５によって前記弁ボート３４を閉じ、こ
れに対し、前記ダイヤフラム室３９内に所定の値以上の
負圧が供統合されたときには、圧縮コイルばね４０の作
用に抗して図にて下方へ駆動され、前記弁要素３５を前
記弁ボート３４より引離して弁ボート３４を開くように
なっている。前記ダイヤフラム室３９は前記スロットル
バルブ３が前記第一の所定関度より大きい第二の関度以
上開かれるまでそれの下流側に位置し前記スロットルバ
ルプ３が図にて破線で示されている如く前記第二の所定
開度以上開かれたときそれの上流側に位遣すべく設けら
れた吸気負圧取出しボート４１に導管４２を経て接続さ
れている。以上の如く構成された排気ガス再循環装置は
次の如く作動する。

スロットルバルブ３や吸気管負圧取出しボート１６を越
えて開かれていないときは、即ちァィドリング運転時等
は、前記吸気負圧取出しボート１６に吸気負圧が現われ
ておらず、実質的に大気圧が現われており、従って排気
ガス再循環制御弁７は閉弁した状態にあり、排気ガスの
再循環は停止された状態にある。

スロットルバルブ３が前記吸気負圧取出しボート１６を
越えて開かれると、この吸気負圧取出しボート１６に実
質的な吸気負圧が現われ、その吸気負圧が導管１７、絞
り要素１８を経て負圧調整弁１９によりその負圧を調整
されて前記排気ガス再循環制御弁７のダイヤフラム室１
４に導入され、これにより排気ガス再循環制御弁７は開
弁し、排気ガスの再循環を開始するようになる。

スロットルバルブ３が吸気管負圧取出しボート４１を越
えて開かれるまでは、前記吸気管負圧取出しボート４１
には吸気負圧が現われており、その吸気負圧が弁装置３
３のダイヤフラム室３９に供給され、弁要素３５がダイ
ヤフラム３８‘こより引下げられて弁ボート３４を開い
ているので、負圧調整弁１９の第二のダイヤフラム室２
２は大気導入孔３川こ加えて弁装置３３の大気導入孔３
６に於ても大気中に開放され、前記弁ボート３４が閉じ
られているときに比して前記第二のダイヤフラム室２２
の実際の大気導入孔の実効断面積が大きい為、前記第二
のダイヤフラム室２２内の圧力がより一層大気圧に近づ
き、その分前記負圧調整弁１９の平衡圧力値が高くなる
。この為圧力室２７内の圧力が高くなり、排気管管５内
の排気ガス圧力と圧力室２７の圧力との差が小さくなる
ことにより、かかる状態の時には排気ガスの還流量が少
〈なり、比較的小さいＥＧＲ率にて排気ガスの再循環が
行なわれるようになる。かくして内燃機関の低負荷城に
於ては、比較的小さいＥＥＣＲ率にて排気ガスの再循環
が行なわれる。スロットルバルブ３が前記吸気管負圧取
出しボート４１を越えて開かれると、即ち内燃機関が中
負荷城にて運転されるようになると、前記吸気負圧取出
しボート４１には実質的に大気圧が現われるようになり
、その為前記弁要素３５は圧縮コイル‘まね４０の作用
によって図にて上方に変位し、前記弁ボート３４を閉じ
るようになる。

この為前記負圧調整弁１９の第二のダイヤフラム室２２
は大気導入孔３０のみにて大気中に開放されるようにな
り、上述の低負荷時に比べて前記ダイヤフラム室２２の
実際の大気導入孔の実効断面積が小さくなる為、前記第
二のダイヤフラム室２２内の負圧状態が高まり、その分
前記負圧調整弁１９の平衡圧力値が低くなる。その為、
前記圧力室２７内の圧力も低くなり、前記排気管５の排
気ガス圧力と前記圧力室２７内の圧力との差が大きくな
ることにより、この中負荷域に於ては、排気ガスの還流
量が低負荷域のそれに比して大きくなり、比較的大きい
ＥＧＲ率にて排気ガスの再循環が行なわれるようになる
。第２図は本発明による排気ガス再循環装置を備えた内
燃機関の他の一つの実施例を示している。

尚、第２図に於て第１図に対応する部分は第１図に付し
た符号と同一の符号により示されている。かかる実施例
の場合、弁装置３３はそのダイヤフラム室３９内に所定
値以上の負圧が導入されているときその弁ボート３４を
弁要素３５によって閉じ、これに対し前記ダイヤフラム
室３９内の負圧の減少に応じて前記弁ボート３４の実効
通路断面積を増大するように構成されている。前記ダイ
ヤフラム室３９はスロットルバルプ３が第二の関度以上
開かれるまでそれの上流側に位置し前記スロットルバル
プ３が図にて破線で示されている如く前記第二の開度以
上開かれたとき実質的に前記スロットルバルブ３の下流
側に位遣すべく設けられた吸気負圧取出しボート４３に
導管４４を経て接続されている。この場合、スロットル
バルブ３の関度が小さい時は、吸気負圧取出しボート４
３には実質的に大気圧が現われており、前記スロットル
バルブ３の関度が第二の関度に近づくと、前記吸気負圧
取出しボート４３には若干の吸気員圧が作用するように
なり、前記スロットルバルプ３が前記第二の開度を越え
て開かれた時には前記吸気負圧取出しボート４３には大
きな吸気負圧が作用するようになり、そして前記吸気員
圧取出しボート４３に作用する吸気負圧はこれよりスロ
ットルバルブ３が開かれるに従い減少するようになる。

この為弁装置３３の弁ボート３４は内燃機関の負荷が小
さいととき大きく開かれ、それより負荷が増大するに従
いその実効通路断面を減少されて内燃機関の中負荷域に
て最小又は零になり、これより更に内燃機関の負荷が増
大するに従い再びその実効通路断面積を増大する。従っ
てかかる実施例の場合は、ＥＧＲ率は内燃機関の負荷が
小さいときづ、さく、それより内燃機関の負荷が増大す
るに伴い大きくなり、内燃機関の中負荷域にて最大にな
り、そしてこれより更に内燃機関の負荷が増大し、高負
荷城になるに従い、再び小さくなる。かくして本発明装
置によれば、内燃機関の負荷に適合したＥＣＲ率にて排
気ガスの再循環を行うことができる。

以上に於ては本発明を特定の実施例について詳細に説明
したが、本発明はこれらに限られるものではなく本発明
の範囲内にて種々の実施例が可能である事は当業者にと
って明らかであろう。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれ本発明による排気ガス再循
環装置を備えた内燃機関の実施例を示す概略構成図であ
る。 １・・・・・・内燃機関、２・・・・・・気化器、３・
・・・・・スロットルバルブ、４・・・・・・吸気マニ
ホルド、５・・・・・・排気管、６・・・・・・排気ガ
ス再循環通路、７・・・・・・排気ガス再循環制御弁、
８・・・・・・弁座部材、９・・・・・・弁ポート、１
０…・・・弁要素、１１・・・・・・弁ロッド、１２…
・・・ダイヤフラム装置、１３・・・・・・ダイヤフラ
ム、１４…・・・ダイヤフラム室、１５・・…・圧縮コ
イルばね、１６・・・・・・吸気員圧取出しボート、１
７・・・・・・導管、１８・・・・・・絞り要素、１９
・・・・・・負圧調整弁、２０・・・・・・ダイヤフラ
ム、２１・・・…第一のダイヤフラム室、２２・・・・
・・第二のダイヤフラム室、２３・・・・・・圧縮コイ
ルばね、２４・・・・・・弁ボート、２５・・・・・・
弁要素、２６・・・・・・オリフイス要素、２７……圧
力室、２８・・・・・・絞り要素、２９・・・・・・導
管、３０・・・・・・大気導入孔、３１・・・・・・絞
り要素、３２・・・…導管、３３…・・・弁装贋、３４
・・・・・・弁ボート、３５・…・・弁要素、３６・・
・・・・大気導入孔、３７・・・・・・弁ロッド、３８
……ダイヤフラム、３９……ダイヤフラム室、４０・・
・・・・圧縮コイルばね、４１・・・・・・吸気員圧取
出しボート、４２・・・…導管、４３・・・・・・吸気
員圧取出しボート、４４・・・・・・導管。 第１図 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 内燃機関の排気ガス再循環通路の途中に設けられそ
   のダイヤフラム室に作用する負圧の増大に応じてその開
   弁量を増大すべく作動する排気ガス再循環制御弁と、前
   記排気ガス再循環制御弁の前記ダイヤフラム室に負圧導
   く負圧通路手段と、前記排気ガス再循環制御弁より上流
   側の前記排気ガス再循環通路の途中に設けられた前記排
   気ガス再循環制御弁との間に圧力室を郭定するオリフイ
   ス要素と、前記負圧通路手段の途中に設けられた負圧調
   整弁とを有しており、前記負圧調整弁はダイヤフラムと
   、前記ダイヤフラムの一方の側に郭定された前記圧力室
   の排気ガス圧力を導入される第一のダイヤフラム室と、
   前記ダイヤフラムの他方の側に郭定された大気入孔を経
   て大気中に開放されている第二のダイヤフラム室と、前
   記負圧通路手段を前記第二のダイヤフラム室に向けて開
   く弁ポートと、前記ダイヤフラムに担持され前記第一の
   ダイヤフラム室の圧力が前記第二のダイヤフラム室の圧
   力より所定値以上高いとき前記弁ポートを閉じ前記第一
   のダイヤフラム室の圧力が前記第一のダイヤフラム室の
   圧力より所定値以上高くないとき前記弁ポートを開く弁
   要素とを有しており、更に前記大気導入孔の実効断面積
   を制御する弁装置が設けられており、、前記弁装置はダ
   イヤフラム作動式の弁装置であり、そのダイヤフラム室
   には内燃機関の吸気通路のスロツトルバルブの近傍に開
   口し該スロツトルバルブが低負荷開度より中負荷開度ま
   で開かれるとき該スロツトルバルブにより横切られるポ
   ートより取出された吸気管負圧が導入され、これによつ
   て前記大気導入孔の実効断面積は内燃機関が低負荷運転
   状態にあるとときより中負荷運転状態にあるときの方が
   小さくされるようになつていることを特徴とする排気ガ
   ス再循環装置。