JPS6221724Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は、デイーゼルエンジンの吸気通路と排
気通路を適宜の排気還流管で接続する一方、吸気
通路のしかも排気還流管の開口位置より吸気上流
側位置に開度可変の絞り弁を取りつけ、該絞り弁
によつて発生せしめられる負圧の変化によつて排
気還流管を介して排気通路から吸気通路側に還流
せしめられる排気の還流量を制御する如くしたデ
イーゼルエンジンの排気還流装置に関するもので
ある。

上述の如くデイーゼルエンジンの吸気通路に絞
り弁を設け、該絞り弁によつて発生せしめられる
負圧によつて吸気通路側への排気還流量を制御す
るようにしたデイーゼルエンジンの排気還流装置
の従来例としては、実公昭53−19299号公報に示
す如きものが知られている。

ところが、これら従来例のデイーゼルエンジン
の排気還流装置においては、排気還流量が絞り弁
による負圧によつて制御されているにも拘らずこ
の絞り弁が作動不良になつた場合の対策が何ら講
じられていなかつたため、例えば、絞り弁が閉弁
状態のままで固着して開かなくなつたような場合
には、エンジンに吸入される新気量が不足し、失
火によつて排気中のHC，CO濃度が高くなつた
り、着火遅れによつてデイーゼルノツクが発生し
たり、また特に高負荷運転時には空気過剰率が小
さくなつて排気中の多量のスモークが発生すると
いうような問題があつた。

本考案は、上記の如き従来のデイーゼルエンジ
ンの排気還流装置の問題に鑑み、絞り弁の固着等
によつてシリンダ内に吸入される新気量が不足し
たような場合にこの新気量の不足分を補填して失
火によるHC，COの発生、着火遅れによるデイー
ゼルノツクの発生あるいは高負荷運転時における
スモークの発生等を可及的に抑制し得るようにし
たデイーゼルエンジンの排気還流装置を提供する
ことを目的としてなされたものであつて、頭書の
如き基本構成を有するデイーゼルエンジンの排気
還流装置において、一端が大気側に開口し、他端
が絞り弁の大流に開口するエア供給管を設ける一
方、絞り弁の開弁方向への作動が不良となつた場
合には排気還流管を閉塞すると同時にエア供給管
を開放する開閉制御装置を設けたことを特徴とす
るものである。

以下、本考案のデイーゼルエンジンの排気還流
装置を第１図以下に示す実施例に基づいて説明す
ると、第１図には本考案第１実施例に係るデイー
ゼルエンジンの排気還流装置Z₁が示されている。
この排気還流装置（以下、EGR装置という）Z₁
は、低負荷低速運転時において排気通路２側から
吸気通路１側に排気を適宜量だけ吸気通路内に環
流させて燃料の燃焼を積極的に制御することによ
り排気中のNOx濃度を可及的に減少せしめるた
めのものであつて、デイーゼルエンジンのシリン
ダ７にそれぞれ開口する吸気通路１と排気通路２
を適宜口径の排気還流管３で接続するとともに、
該吸気通路１の排気還流管３の開口位置より吸気
上流側位置に開度可変の絞り弁６を取りつけてお
き、該絞り弁６によつて発生せしめられる吸気負
圧によつて排気を適宜量だけ吸気通路１側に還流
させるようになつている。

又、この排気還流管３の吸気通路寄り位置に
は、吸気通路１の絞り弁６の吸気上流側位置と吸
気下流側位置をバイパスするエア供給管４の一端
が連通せしめられている。この排気還流管３とエ
ア供給管４の合流部には、排気還流管３を閉塞す
ると同時にエア供給管４を開放し、また排気還流
管３を開放すると同時にエア供給管４を閉塞する
如く作用する開閉制御装置として負圧作動式の制
御弁５が取付けられている。従つて、制御弁５に
よつて排気還流管３が開放され、エア供給管４が
閉塞されたときには、吸気通路１と排気通路２が
排気還流管３を介して連通し吸気通路１側への排
気の還流が可能となり（この時の制御弁５の弁位
置を第１弁位置という）、また逆に、制御弁５に
よつて排気還流管３が閉塞され、エア供給管４が
開放されたときには絞り弁６の吸気上流側と吸気
下流側がエア供給管４によつて連通せしめられ絞
り弁６の開度の如何に拘わらずこのエア供給管４
から新気をシリンダ７側に導入することができる
（この時の制御弁５の弁位置を第２弁位置とい
う）。

一方、絞り弁６には、該絞り弁６を開閉制御す
るための負圧作動式の絞り弁開閉装置１１が取付
けられている。この絞り弁開閉装置１１の負圧室
１１ａと前記制御弁５の負圧室５ａは、ともに第
１負圧管１２又は第２負圧管１３を介してソレノ
イド式三方切換弁１４に接続されており、この三
方切換弁１４を適宜に切換制御することによつて
第１、第２負圧管１２，１３を、サージタンク１
６を介して真空ポンプ１７に接続したり（この時
の三方切換弁１４の弁位置を第１弁位置とい
う）、そのまま大気に開放したりすることができ
る（この時の三方切換弁１４の弁位置を第２弁位
置という）。この三方切換弁１４が第１弁位置に
設定された時には絞り弁開閉装置１１によつて絞
り弁６が適宜開度に閉弁されその吸気下流側に適
宜負圧が発生するが（即ち、排気の再循環が可能
となる）、三方切換弁１４が第２弁位置に設定さ
れた時には、絞り弁６が全開とされ該絞り弁６に
よる負圧は発生しない。

又、この三方切換弁１４の弁位置は、通常はエ
ンジンの運転状態に応じて後述する如く排気還流
停止判定回路３５によつて自動的に切換設定され
る。即ち、エンジンの運転状態が、第２図におい
て非斜線領域として示す低負荷低速運転領域（以
下、この領域をEGR運転領域という）にあるか
あるいはエンジンの冷却水温度が設定値以上であ
る場合には第１弁位置即ち、排気再循環作用を可
能ならしめる弁位置に、またエンジンの運転状態
がその他の運転領域（第２図において斜線を施し
た非EGR運転領域）にあるかあるいはエンジン
冷却水の温度が設定値以下である場合においては
第２弁位置即ち、排気再循環作用を停止させる弁
位置に択一的に設定される。尚、この三方切換弁
１４は、後述する如く故障検出装置３３からの制
御信号によつて排気還流停止判定回路３５からの
制御信号の如何に拘わらず第２弁位置に設定され
ることができるようにもなつている。

又、EGR運転領域（即ち、三方切換弁１４が
第１弁位置に設定されている場合）においては、
前述の如く絞り弁６によつて発生せしめられる負
圧の変化により排気還流量（以下、EGR量とい
う）を制御するが、この場合、絞り弁６が三方切
換弁１４の切換に応じて単純に開閉されるように
なつていると、該絞り弁６の開度をいくらシビア
に初期設定してもエンジンの運転状態（回転数、
負荷）に応じて連続的に変化するエンジンの要求
EGR量に実際のEGR量をEGR運転領域の全域を
通して合致させることが困難となるので、この第
１実施例のEGR装置においては、第２負圧管１
３にデユーテイバルブ１５を取りつけ、エンジン
の運転状態に応じてこのデユーテイバルブ１５の
開度を調整して絞り弁開閉装置１１の負圧室１１
ａに作用する負圧を制御し、もつて絞り弁６の開
度即ち、EGR量を適宜に補正して実際のEGR量
をエンジンの要求EGR量に合致せしめるように
している。この絞り弁６の開度は、EGR制御回
路３０によつて回転数センサー１８から入力され
る現在の回転数と、負荷センサー１９から入力さ
れる現在のエンジン負荷（燃料噴射ポンプ９の図
示しない調量操作部材の変位量から検出する）
と、負圧センサー２１から入力される現在の負圧
とからフイードバツク制御される。この絞り弁６
のフイードバツク制御のフロチヤートを第４図に
示している。即ち、EGR制御装置３０に入力さ
れた上記各制御信号から現在の運転状態における
エンジンの要求EGR量を得ることのできる負圧
（目標負圧という）Ｖ_Gを記憶回路３１のマツプか
ら読み出し、この目標負圧Ｖ_Gと現在の負圧Ｖ_Mの
偏差Ｖ（＝Ｖ_G−Ｖ_M）を算出する。次に、この現
在の負圧偏差Ｖの絶対値と許容負圧偏差K₁とを
比較し、｜Ｖ｜＜K₁の場合には負圧偏差Ｖが許
容値内であり負圧の補正の必要なしとし、逆に、
｜Ｖ｜＞K₁の場合には負圧偏差が大きすぎるた
め負圧の補正を行なう必要有りとして負圧偏差Ｖ
の値に応じて絞り弁の開度を補正すべくデユーテ
イバルブ１５に駆動信号を発信する。従つて、吸
気通路１内の負圧即ち、EGR量はエンジンの運
転状態に応じて常時最適値に維持されることにな
る。尚、この実施例においては、絞り弁６の開度
制御用アクチユエータとして負圧作動式の絞り弁
開閉装置１１を使用しているが、本考案の他の実
施例においてはこの絞り弁開閉装置１１にかえて
ステツプモータ等の他の手段を採用することもで
きる。

一方、燃料噴射ポンプ９によつて加圧された燃
料は、適宜噴射時期でもつて燃料噴射弁８からシ
リンダ７内に噴射されるが、この燃料の噴射量と
噴射時期は現在のエンジンの回転数と負荷に応じ
て燃料制御回路３２で適宜に設定される。

ところで、このEGR装置Z₁は、上述の如く
EGR運転領域においては絞り弁６の開度に応じ
た負圧で排気通路２側から吸気通路１側に排気を
還流させるようになつているが、このような基本
的構成を有するEGR装置においては、例えば、
エンジンの運転状態がEGR運転領域から非EGR
運転領域に移行しこれに伴つて排気再循環作用を
停止させる場合など絞り弁６の開度を増大させる
必要がある場合において、絞り弁６が焼付き等に
よつて固着し開かなくなつたような場合にはシリ
ンダ７に吸入される新気量が不足し、前述の如く
エンジンの排気特性等に種々の悪影響を及ぼすこ
とになる。このような事態になるのを未然に防止
するため、この第１実施例のEGR装置において
は、この絞り弁６の作動不良（故障）が検出する
故障検出装置３３を設けて該絞り弁６が作動不良
となつたことを検出した場合には、排気還流停止
判定回路３５によつて設定指令される三方切換弁
１４の弁位置の如何に拘わらず該三方切換弁１４
を第２弁位置に設定し、排気還流管３を閉じて排
気の還流を停止させると同時にエア供給管４を開
放して該エア供給管４から新気をシリンダ７側に
導入し、もつて新気の不足に起因するエンジンの
排気特性等の悪化を未然に防止するようにしてい
る。この故障検出装置３３は、絞り弁６の作動不
良を吸気通路１内の負圧偏差によつて検出するよ
うにしている。即ち、EGR運転域においては
EGR制御回路３０によつて絞り弁６の開度を、
実際のEGR量（即ち、負圧Ｖ_M）がエンジンの要
求EGR量（即ち、目標負圧Ｖ_G）に合致する如く
フイードバツク制御しているため絞り弁６の作動
が正常であれば必らず所定時間後には負圧偏差Ｖ
（＝Ｖ_G−Ｖ_M）が０に近づくはずであり、もしこ
の負圧偏差Ｖが所定時間後においても０に近づか
ないような時にはただちに絞り弁６の作動が不良
になつているものと判断し、三方切換弁１４に所
定の制御信号を発信する。

続いて、この第１実施例のEGR装置Z₁の制御
並びに作用を第３図に示す制御フロチヤートを併
用して説明すると、エンジンが始動すると先ず、
回転数センサー１８、負荷センサー１９から入力
される制御信号に基づいて燃料制御回路３２で燃
料の噴射量と噴射時期が設定されると同時に、排
気還流停止判定回路３５でエンジンの回転数と負
荷及びエンジン冷却水の温度に基づいて排気還流
を行なうかどうかが判断され、現在のエンジンの
運転状態がEGR運転領域内にあるかあるいは冷
却水温度が所定値以上の場合には三方切換弁１４
を第１弁位置に設定して排気還流を行なわせ、そ
の他の運転状態の場合には三方切換弁１４を第２
弁位置に設定して排気還流を停止させる。

三方切換弁１４が第１弁位置に設定された場合
には、EGR制御回路３０によつて現在のEGR量
がエンジンの目標EGR量に合致する如く絞り弁
６の開度がフイードバツク制御される。従つて、
この場合には第１図に図示する如く制御弁５が第
１弁位置に設定されており、排気還流管３が開放
されると同時にエア供給管４が閉塞され、排気が
絞り弁６によつて発生せしめられる負圧に応じて
適宜混合比で吸気通路１側に還流せしめられてい
る。

一方、三方切換弁１４が第２弁位置に設定され
ている場合には、絞り弁６は全開のまま位置保持
され、EGR装置３０は負圧偏差Ｖの算出は行な
うが絞り弁６の開度のフイードバツク制御は行な
わない。この場合には、制御弁５が第２弁位置に
設定されており、エア供給管４を通しての新気の
導入が可能となつている。

故障検出回路３３には、エンジンの運転中即
ち、EGR運転領域あるいは非EGR運転領域に拘
わらずEGR制御回路３０からエンジンの運転状
態の変化に応じて連続的に推移する吸気通路１内
の負圧が入力されており、該故障検出回路３３で
はこの入力信号に基づいて絞り弁６の作動が正常
かどうかを負圧偏差Ｖの継続時間によつて判断す
る。即ち、負圧偏差Ｖの継続時間が絞り弁６の開
度補正に必要な時間として予じめ設定した時間以
内であれば絞り弁６の作動は正常であるとし、逆
に、負圧偏差の継続時間が設定時間より長い場合
には絞り弁６の作動は不良であると判断する（故
障検出ルーチン）。

故障していないと判断した場合には、故障検出
回路３３からは三方切換弁１４の制御信号は発信
されず、この場合、三方切換弁１４は排気還流停
止判定回路３５の制御信号によりエンジンの運転
状態によつてのみ切換制御される。即ち、エンジ
ンの運転状態がEGR運転領域内にあるかエンジ
ンの冷却水温度が所定温度以上である場合には、
三方切換弁１４を第１弁位置に設定して排気をシ
リンダ７側に還流させて燃焼温度を下げてNOx
の発生を可及的に減少せしめると同時に、絞り弁
６の開度をエンジンの運転状態に応じてフイード
バツク制御する。逆に、エンジンの運転状態が非
EGR運転領域にあるかエンジンの冷却水温度が
所定温度以下である場合には三方切換弁１４を第
２弁位置に設定して排気の還流及び絞り弁開度の
フイードバツク制御を停止する。

一方、絞り弁６の作動が不良である（故障）と
判断した場合には、さらに現在絞り弁６が閉弁指
令が出ているのに閉弁しないのか（この故障形態
を第１故障形態という）、それとも開弁指令が出
ているのに開弁しないのか（この故障形態を第２
故障形態という）、その故障の形態を負圧偏差Ｖ
の値（正か負か）によつて判定し、第１故障形態
の場合には故障検出回路３３からは三方切換弁１
４の制御信号を発信せず該三方切換弁１４を排気
還流停止判定回路３５によつて設定された弁位置
のまま放置するが、第２故障形態時には三方切換
弁１４を第２弁位置に設定する。尚、第１故障形
態時に故障検出回路３３から何ら三方切換弁１４
の制御信号を発信しないのは、この第１故障形態
が発生するのは、エンジンの運転状態が非EGR
運転からEGR運転に移行する場合即ち、絞り弁
６を全開から全閉に切換える場合と、EGR運転
状態即ち、絞り弁６が全閉した状態において該絞
り弁６の開度を補正する場合とが考えられるが、
これらの場合はともにEGR量を増加させようと
する場合であつて、しかも、この場合にはもとも
と三方切換弁１４が第１弁位置に設定されている
場合であるから特別に故障検出回路３３から制御
信号を発信して三方切換弁１４を第１弁位置に設
定する必要がないことによる。この場合、三方切
換弁１４を第１弁位置に設定したままにしておく
ことにより、絞り弁６による負圧が期待できない
場合でも排気自体の圧力（排気圧）とピストンに
よる吸入負圧によつて少量であるがEGR量を確
保することができ、これによつて排気特性の急激
な悪化を防止することができる。

一方、第２故障形態時に三方切換弁１４を第２
弁位置に設定するのは次のような理由による。即
ち、この第２故障形態が発生するのは、エンジン
の運転状態がEGR運転から非EGR運転に移行す
る場合と、EGR運転時において絞り弁６の開度
補正を行なう場合（即ち、三方切換弁１４が第１
弁位置に設定されている場合と第２弁位置に設定
されている場合）とが考えられ、しかもこれらの
場合にはともにEGR量をカツト又は減少させる
と同時に新気量を増大させる場合である。従つ
て、このような場合において絞り弁６が開かない
と新気量が不足し、エンジンの排気特性あるいは
燃焼特性に悪影響を及ぼすことになる。このた
め、この第２故障形態が検出されたときには三方
切換弁１４の弁位置を、排気還流停止判定回路３
５によつて設定された現在の弁位置に拘わらず
（第１弁位置にあつても第２弁位置にあつても）
故障検出回路３３からの制御信号によつて第２弁
位置に設定し、制御弁５によつて排気還流管３を
閉じると同時にエア供給管４を開いて該エア供給
管４からシリンダ７内に新気を導入し、絞り弁６
の開弁不良による新気量の不足分を補填し、エン
ジンの排気特性あるいは燃焼特性を良好に維持す
る。

第５図には本考案の第２実施例に係るデイーゼ
ルエンジンのEGR装置Z₂が示されている。この
第２実施例のEGR装置Z₂は、前記第１実施例の
EGR装置Z₁が排気還流管３とエア供給管４を相
互にその一部を重合させて形成し、該排気還流管
３とエア供給管４の合流部に該排気還流管３とエ
ア供給管４を同時に開閉する制御弁５を１個設
け、該制御弁５を該排気還流管３とエア供給管４
を開閉制御する開閉制御装置として作用せしめて
いたのに対して、排気還流管３とエア供給管４を
それぞれ独立させて設けるとともに、該排気還流
管３とエア供給管４にそれぞれ一個づつ制御弁２
３，２４を取りつけ、この２つの制御弁２３，２
４を開閉制御装置として作用せしめている。尚、
この場合の各制御弁２３，２４の作動手段と制御
方法は、前記第１実施例のEGR装置Z₁の場合と
同様である。

第６図には本考案の第３実施例にかかるEGR
装置Z₃が示されている。この第３実施例のEGR
装置Z₃は前記第１実施例のEGR装置Z₁と第２実施
例のEGR装置Z₂を組合わせた構成となつてい
る。即ち、排気還流管３とエア供給管４をその一
部を相互に重合させて形成するとともに、排気還
流管３とエア供給管４を開閉制御する開閉制御装
置として該排気還流管３とエア供給管４にそれぞ
れ１個づつ制御弁２３，２４を取りつけている。
尚、この場合も、各制御弁２３，２４の作動手段
と制御方法は前記第１実施例のEGR装置Z₁の場
合と同様である。

また、本実施例のEGR装置は吸気通路の負圧
を検知して絞り弁の開度を制御するフイードバツ
ク制御であつたが、絞り弁の開度を検知するもの
であつてもよい。なお、エンジン回転数と負荷に
よつて決定される絞り弁開度に制御するオープン
制御のEGR装置であつてもよい。さらに本実施
例におけるエア供給管は絞り弁の上流と下流に連
結しているが、一端が絞り弁の下流、他端が大気
に開口しているものであつてもよい。

次に、本考案の効果を説明すると、本考案のデ
イーゼルエンジンの排気還流装置は、排気還流量
を制御する絞り弁が作動不良となり特に開弁方向
に作動しなくなつた場合には、絞り弁をバイパス
する如く形成したエア供給管からシリンダ側に新
気を導入して該絞り弁の開度不足による新気量の
不足分を補填するようにしているため、新気量の
不足によつて発生する不具合即ち、失火による排
気中のHC，CO濃度の上昇、着火遅れによるデイ
ーゼルノツクの発生及び高負荷運転時におけるス
モーク発生等を未然に防止することができ、この
結果、絞り弁の故障時においてもエンジンの排気
特性あるいは燃焼特性を正常時の水準近くに維持
することができるという実用的効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案第１実施例に係るデイーゼルエ
ンジンの排気還流装置のシステム図、第２図はエ
ンジンの運転領域を示す線図、第３図は第１図の
排気還流装置の制御フロチヤート、第４図は絞り
弁開度の制御フロチヤート、第５図は本考案第２
実施例の排気還流装置のシステム図、第６図は本
考案第３実施例の排気還流装置のシステム図であ
る。 １……吸気通路、２……排気通路、３……排気
還流管、４……エア供給管、５……開閉制御装
置、６……絞り弁、９……燃料噴射ポンプ、１８
……回転数センサー、１９……負荷センサー、２
０……水温センサー、２１……負圧センサー。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. デイーゼルエンジンの吸気通路と排気通路を適
   宜の排気還流管で接続する一方、前記吸気通路の
   しかも前記排気還流管の開口位置より吸気上流側
   位置に開度可変の絞り弁を取りつけ、該絞り弁に
   よつて発生せしめられる負圧の変化によつて前記
   排気還流管を介して前記排気通路から吸気通路側
   に還流せしめられる排気の還流量を制御する如く
   したデイーゼルエンジンの排気還流装置であつ
   て、一端が大気に開口し、他端が絞り弁の下流に
   開口するエア供給管を設ける一方、前記絞り弁の
   開弁方向への作動が不良となつた場合に前記排気
   還流管を閉塞すると同時に前記エア供給管を開放
   する開閉制御装置を設けたことを特徴とするデイ
   ーゼルエンジンの排気還流装置。