JPS624664Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は内燃機関の吸気系に排ガスの一部およ
び空気を運転状態に応じて付加する吸気制御装置
に関する。

一般に内燃機関の排ガス還流装置は排ガス中の
有害なNOxを低減する目的で設けられ、排ガス
の一部を還流させて内燃機関の吸入系からシリン
ダ内に導びき燃焼温度を下げることによりNOx
の発生を減少させるものである。

しかるに、排ガスを還流させると一般にシリン
ダ内での燃料の燃焼効率が悪く、多量に排ガスが
還流されると出力および燃費が極端に悪化するば
かりか、ドライバビリテイをそこない、またエン
スト等の不具合発生に至る。

そこで、従来より排ガス還流量は、NOxの発
生量、出力および燃費を考慮して種々の運転状態
に応じた複雑な制御が行なわれている。

ところで、NOxの発生量を燃焼過程で低減す
る手段としては、上記排ガス還流方式の他に希薄
燃焼方式が知られており、この希薄燃焼方式は空
燃比が理論空燃比より相当大きな値、例えば16〜
23程度の混合気を燃焼室において良好に燃焼させ
るもので、この希薄混合気は一般に着火性が悪
く、しかも燃焼性が悪いために対策として種々の
方式が採用されている。

例えば、副室式燃焼方式、層状燃焼方式あるい
は渦流発生方式等が掲げられるが、これらの方式
においては点火プラグ付近に濃混合気を導びいた
り同付近を強力に掃気することにより着火性を向
上せしめるとともに、強力な渦流発生等によつて
火焔伝播速度を高めて燃焼性を改善している。

上記NOxの発生を低減する２つの方式にはそ
れぞれ一長一短があり、排ガス還流方式において
はNOxの低減率が高いが、上述したごとく出力
および燃費面で劣り、一方希薄燃焼方式において
は気化器等での空燃比制御が難かしく、しかも
NOxの低減率が低いが、燃費が向上し、また排
ガス還流方式に比してドライバビリテイは良好で
あるという長所がある。

本考案の主目的は吸気系に排ガスの一部および
空気または希薄混合気を運転状態に応じて付加す
ることによりNOxの発生量が低減される吸気制
御装置を提供することにある。

本考案の他の目的は、出力の低下、燃費および
ドライバビリテイの悪化を最小限に抑えた上で
NOxの発生量を最大限に低減する特に自動車エ
ンジン用の吸気制御装置を提供することにある。

本考案のさらに他の目的は、吸入混合気を希釈
するために投入される空気または希薄混合気の供
給量制御を排ガス還流装置の特定の制御弁に兼用
させ、構造簡単にしてコンパクトで、しかも安価
な吸気制御装置を提供することにある。

本考案の他の目的は、排ガス還流と希釈用空気
または希薄混合投入との切換えが両者のオーバー
ラツプあるいは両者の作動停止期間等の時間的な
ずれを生ずることなくスムーズに行なわれて、上
記切換時のドライバビリテイが良好であるととも
にNOxの排出量が低減される特に自動車エンジ
ン用の吸気制御装置を提供することにある。

本考案の他の目的は、市街地走行で多用される
運転領域、例えば低速あるいは低負荷運転時に排
ガス還流を行ない、NOxの発生量を極度に低下
させるとともに、高速あるいは高速負荷運転時に
は排ガス還流を低下すると同時に吸気系に空気ま
たは希薄混合気を流入させて混合気を希釈し、ド
ライバビリテイおよび燃費を向上するとともにノ
ツキングの発生を抑制する特に自動車エンジン用
の吸気制御装置を提供することにある。

上記諸目的は、排気通路と吸気通路とを連通し
排ガスの一部を吸気通路に還流する排ガス還流通
路、同排ガス還流通路に直列に介装された少なく
とも２個の排ガス還流量制御弁、同複数の制御弁
のうち特定の２個の制御弁間の排ガス還流通路に
設けられて大気または希薄混合気を吸入する希釈
用吸入通路、同希釈用吸入通路に介装された吸気
制御弁、上記排ガス還流通路の上記希釈用吸入通
路が開口する位置より上流側に介装されている特
定の排ガス還流量制御弁と吸気制御弁とをエンジ
ンの運転状態に応じて開閉作動し、上記両弁の一
方が開の時他方を閉とする制御装置を設けたこと
を特徴とする吸気制御装置により達成される。

次に本考案を第１図〜第９図に示す実施例によ
り詳細に説明する。

なお、各実施例において同一または均等な部材
および部分には同一符号を付した。

第１図〜第３図に示す本考案の第１実施例にお
いて、気化器１の吸気通路２の途中には図示して
いないアクセルペダルに連動して開閉されるスロ
ツトル弁３がスロツトル軸４を中心に回動可能に
枢着され、同スロツトル弁３の上流側自由端部５
付近に対向し同スロツトル弁３全閉位置よりやや
上流側の吸気管壁にはポート６が穿設されてい
る。同ポート６はスロツトル弁３が所定の低開
度、例えば15゜〜20゜程度以上となるとスロツト
ル弁３の自由端部５より下流側となる。

上記気化器１に接続されて図示していない多気
筒エンジンの各気筒に混合気を分配供給する吸気
マニホルド７には図示していない排気通路に連通
された排ガス還流通路８が連通開口され、同通路
８の途中には同通路を開閉する２個の排ガス還流
量制御弁９，１０が直列に介装されている。

次に、排ガス還流通路８の上流側に位置する制
御弁９について説明すると、上記通路８に設けら
れたバルブシート１１に先端が当接して閉じる弁
体９′はその後端部がダイヤフラム１２の中央部
に固着され、同ダイアフラム１２は筐体１３内を
２室に分割し、一方の室１４は孔１４′を介して
大気開放され、他方の室１５は負圧通路１６を介
して上記ポート６に連通され、また、上記室１５
にはスプリング１７が内蔵されてダイアフラム１
２を制御弁９が閉じる方向に付勢している。

制御弁９より下流側に位置する制御弁１０につ
いて説明すると、排ガス還流通路８に設けられた
バルブシート１８に先端が当接して閉じる弁体１
０′の後端部にはリンク１９の一端が連結され、
同リンク１９の他端は上記スロツトル軸４に固着
されたレバー２０の自由端部に連結され、また、
弁体１０′には閉方向にスプリング２１が付勢し
ている。上記排ガス還流通路８の制御弁９，１０
間にはエアフイルタ２２を介して大気を吸入する
希釈用吸入通路２３が開口され、同通路２３には
吸気制御弁２４が介装されている。

上記吸気制御弁２４について説明すると、希釈
用吸入通路２３に設けられたバルブシート２５に
先端が当接して閉じる弁体２４′の後端部はダイ
ヤフラム２６の中央部に固着され、同ダイヤフラ
ム２６は筐体２７内を２室に分割し、一方の室２
８は孔２９を介して大気に開放され、他方の室３
０は負圧通路３１を介して負圧通路１６に連通さ
れ、また、上記室３０に内蔵されたスプリング３
２はダイヤフラム２６を制御弁２４が閉じる方向
に付勢している。

なお、負圧通路１６および３１にはそれぞれオ
リフイス３３，３４が介装され、負圧通路１６の
オリフイス３３と室１５との間には通路３５が連
結され、負圧通路３１のオリフイス３４と室３０
との間には通路３６が連結されている。上記両通
路３５，３６は制御装置３７に接続され、同制御
装置３７は第２図に示すごとく、ソレノイド弁３
８により両通路３５，３６を選択的に開閉し、一
方の通路が閉じられると他方の通路が開かれてエ
アフイルタ４０が介装された孔３９より大気に開
放される。

本実施例においては機関回転数センサ４１によ
りエンジン回転数が設定回転数例えば3000rpm以
下でスプリング３８′により通路３５を閉じて通
路３６を開き、設定回転数以上でソレノイド４
０′が付勢され通路３５を開いて通路３６を閉じ
るように構成されている。

次に、第３図により上記第１実施例装置の作動
を説明する。

なお、第３図は縦軸にエンジン出力（PS）、横
軸にエンジン回転数（rpm）をとつたエンジン出
力線図であつて、実線Ｊはスロツトル弁３が全開
時の全開出力線、実線Ｋはアイドル開度（３度〜
６度）における出力線、実線Ｌはポート６に発生
する負圧（以下EGRブーストと称する）が100mm
Hgの等負圧線、実線Ｍはエンジン回転数が
3000rpmにおける等回転数線である。

エンジンが駆動されてスロツトル弁３が前記開
度以上に開くとポート６にEGRブーストが発生
し、同負圧は負圧通路１６を通つて室１５に導び
かれるとともに負圧通路１６，３１を通つて室３
０に導びかれる。

ところで、エンジン回転数が3000rpm以下の場
合には機関回転数センサ４１は出力を発生せずソ
レノイド弁３８はスプリング３８′に付勢されて
通路３５が閉じられ、通路３６が大気開放される
ため、通路３６、負圧通路３１を介して室３０に
大気が供給されている。この場合、負圧通路３１
への大気供給はオリフイス３４の介装により室１
５に発生している負圧には特に影響を及ぼさず、
室１５にはポート６付近に発生しているEGRブ
ーストに略等しい負圧が生じている。

従つて、この状態でエンジン出力および回転数
が変化し、EGRブーストが設定値、例えば100mm
Hg以上になるとスプリング１７の付勢力により
閉じていた制御弁９は、上記EGRブーストによ
りダイヤフラム１２が吸引され、弁体９′がスプ
リング１７の付勢力に抗して開方向に変位し、
EGRブーストの大きさに応じた開度を得る。

第３図において、実線Ｌは制御弁９の開き始め
におけるEGRブーストが100mmHgの等負圧線であ
つて、同実線Ｌより右側でしかもエンジン回転数
が3000rpm以下の領域Ａにおいて制御弁９は開
き、その開度はEGRブーストの大きさに応じて
与えられる。

一方、エンジン回転数が3000rpm以上の場合に
は機関回転数センサ４１の指令によりソレノイド
弁３８が作動して通路３５が開いて大気に開放さ
れるのに対して通路３６は閉じられ大気の供給は
遮断されるため、通路３５、負圧通路１６を介し
て室１５に大気が供給される。

この場合、負圧通路１６への大気供給はオリフ
イス３３の介装により室３０に発生している負圧
には特に影響を及ぼさず、室３０にはポート６付
近に発生しているEGRブーストに略等しい負圧
が生じている。

制御弁２４も上記制御弁９と同様にダイヤフラ
ム２６への作動負圧が100mmHg以上になるとスプ
リング３２の付勢力に対して開かれるように設定
されているとすると、第３図において実線Ｌより
右側でしかもエンジン回転数が3000rpm以上の領
域Ｂにおいて制御弁２４は開き、希釈用吸入通路
２３より排ガス還流通路８に空気が供給される。
一方、制御弁１０はスロツトル弁３の開度にリン
ク１９を介して連動されて開き、その開度はスロ
ツトル弁３の開度に略比例的である。

従つて、排ガス圧と吸気マニホルド負圧との差
圧によつて排ガスは排ガス還流通路８を通つて吸
気マニホルド７に還流されるため、もし同通路８
の流路抵抗が等しい場合にはスロツトル弁３の開
度が小さく吸気マニホルド負圧が高い運転状態ほ
ど排ガス還流量は増大することとなるが、この低
負荷域において排ガス還流量が過多となり、中、
高負荷域において排ガス還流量が過少となる不具
合は、制御弁１０のエンジン出力に反比例的に絞
り量を減ずる開度特性によつて解消される。

本実施例においては、市街地走行で多用される
運転領域のうち特に燃焼性が良好でNOxの発生
量が多くなりがちな領域Ａにおいて制御弁９およ
び１０が開かれるとともに吸気制御弁２４が閉じ
られ、排ガスの一部が排ガス還流通路８を介して
吸気マニホルド７内に吸入されて気化器１で生成
された吸入混合気に混入される。

そして、その排ガス還流量は上記両制御弁９お
よび１０の開度に応じて制御され、排ガス還流を
行なわないエンジン駆動状態で発生するNOxの
発生量に応じ、NOx発生を抑制する適量の排ガ
ス還流量制御が行なわれる。

また、郊外で多用される運転領域のうち特に
NOxの発生量が多くなりがちな領域Ｂにおいて
制御弁９が閉じられるとともに制御弁１０および
吸気制御弁２４が開かれ、エアフイルタ２２によ
り浄化された大気が希釈用吸入通路２３および排
ガス還流通路８を介して吸気マニホルド７内に吸
入されて気化器１で生成された吸入混合気を希釈
する。そして、上記大気の吸入量は制御弁１０お
よび吸気制御弁２４の両開度に関連して制御さ
れ、もし大気の吸入が行なわれないとすれば大量
のNOxが発生するであろうところの運転領域に
おいて、多量の大気が吸入されて混合気を希薄化
し、NOxの発生を効果的に抑制する。

また、上記実施例においては、運転状態が領域
Ａより領域Ｂに移動する時あるいは領域Ｂより領
域Ａに移動する時切れ目なくスムーズに排ガス還
流から大気吸入に、または大気吸入から排ガス還
流に切換えられ、上記切換え途中において一時的
に出力が大きく変動することがなく、ドライバビ
リテイは良好である。

以上より明らかなごとく、本実施例によれば、
出力全開およびアイドル付近において排ガス還流
さらには希釈用吸入通路２３からの空気投入が行
なわれず、出力の低下、燃費の悪化さらにはエン
ジン振動発生等の不具合発生が防止され、低速中
負荷域では制御弁９，１０により還流量が制御さ
れる排ガス還流によりNOxが効果的に低減さ
れ、高速域では制御弁１０と吸気制御弁２４によ
り制御されて好適な上記空気投入が行なわれて混
合気が希釈され、NOxの発生量が低減されると
ともに燃費が向上し、しかも過早着火によるノツ
キングの発生が抑制されるという効果を奏する。

次に、上記第１実施例における制御装置３７の
変形例を第４図および第５図により説明する。

第４図に示す制御装置３７は２個のダイヤフラ
ム装置４２，４３を具備し、ダイヤフラム装置４
２のダイヤフラム４４に連動される開閉弁４５は
上記第１実施例における通路３５の大気開放制御
を行ない、ダイヤフラム装置４３のダイヤフラム
４６に連動される開閉弁４７は上記第１実施例に
おける通路３６の大気開放制御を行なう。上記ダ
イヤフラム４４に作用する負圧室４８にはスリフ
イス４９が介装された負圧通路５０により上記第
１実施例に示された吸気通路２内の所定個所に発
生する吸気負圧が導びかれ、上記負圧室４８に介
装されたスプリング５１の付勢力に抗してダイヤ
フラム４４を開閉弁４５が開く方向に吸引し、一
方、ダイヤフラム４６に作用する負圧室５２は負
圧通路５３を介して通路３５に連通され、上記第
１実施例における負圧室１５に発生する負圧と同
一の負圧が上記負圧室５２に発生し、負圧室５２
に介装されたスプリング５４の付勢力に抗してダ
イヤフラム４６を開閉弁４７が開く方向に吸引す
る。

上記変形例において、負圧通路５０が上記第１
実施例におけるポート６よりやや上流側の吸気管
壁に穿設された第１図に仮想線で示したポート
６′に接続されている場合には第５図の出力線図
に示すごとき制御が行なわれる。

なお、第５図および後述する第９図の出力線図
において上記第３図と同一または均等部分には同
一符号を付した。

第５図において実線Ｍは負圧室４８に設定負圧
が作用して開閉弁４５が開く時の等負圧線であ
り、負圧室４８に発生するポート６′の負圧が設
定圧化下の場合にはスプリング５１の付勢力によ
り開閉弁４５は閉じ、ポート６に発生する負圧が
負圧通路１６を介して負圧室１５に導通されると
ともに通路３５，５３を介して負圧室５２にも導
通され、この負圧によつて開閉弁４７は開かれ、
通路３６は大気開放される。

一方、負圧室４８に発生する負圧が設定圧以上
の場合には開閉弁４５が開き、通路３５が大気開
放されて負圧室５２は大気圧となり、スプリング
４６の付勢力により開閉弁７は閉じる。

従つて、第５図において、実線Ｌの右側および
実線Ｍの左側の領域Ｃで排ガス還流が行なわれ、
実線Ｍの右側の領域Ｄで希釈用空気の投入が行な
われ、他の運転領域では排ガス還流および空気投
入の両方が停止される。

第６図は上記第１実施例における制御装置３７
の他の変形例を示し、この制御装置は上記第４図
に示す制御装置３７と同等の制御をコンパクトな
構成で達成するもので、ダイヤフラム５６が内蔵
されて内部を２室５７，５８に区画された筐体５
９には通路３５，３６および負圧通路５０が接続
され、負圧通路３６は開閉弁６０を介して大気開
放された室５８に連通する室６１に連通され、ダ
イヤフラム５６の中央部には室５７とベローズ６
２により隔絶された室６３と室５８とを連通する
パイプ６４がダイヤフラム５６の変位方向と軸線
を一致して取付けられ、同パイプ６４の室５８側
の開口端は第６図においてパイプ６４が上方に変
位すると上記開閉弁６０に当接し、さらに上方変
位すると同開閉弁６０を下方に付勢するとスプリ
ング６５の付勢力に抗して同開閉弁６０を開き、
室５８と６１とを連通する。

なお、パイプ６４が開閉弁６０に当接すると室
５８と６３との連通は遮断される。

また、通路３５は室６３に連通され、負圧通路
５０は室５７に連通され、同室５７にはダイヤフ
ラム５６を上方に押圧するスプリング６６が内蔵
され、前記ポート６′に接続された負圧通路５０
の途中にはオリフイス４９に代えて、オリフイス
６７と逆止弁６８とが並列配置された流量制限装
置６９が介装されている。

上記制御装置５５は上記第５図に示された制御
装置４１による制御特性と略同一の制御特性が得
られる。

第７図に示す本考案の第２実施例は、上記第１
実施例においてリンク１９を介してスロツトル弁
３の開動に機械的に連動される制御弁１０に代え
てポート６よりやや上流側の吸気管壁に穿設され
たポート６′に発生する負圧の大きさに応じてニ
ユーマチツクに制御されて排ガス還流通路８の開
閉を行なう制御弁７１を設けるとともに同制御弁
７１の開動により開かれる通路に対して並列にバ
イパス通路７２を設けた構成で、上記制御弁７１
は弁体７３がダイヤフラム７４中央部に連結さ
れ、ダイヤフラム７４を作動する負圧室７５は負
圧通路７６を介してポート６′に連通され、負圧
室７５には弁体７３が閉じる方向にダイヤフラム
７４を付勢するスプリング７７が内蔵された構成
を有している。

上記第２実施例における制御弁７１は上記第１
実施例における制御弁１０と同様スロツトル開度
が小の低負荷時における還流排ガスまたは希釈用
吸入通路２３からの投入空気の過多を防止し、ス
ロツトル開度が大の高負荷時に多量の排ガス還流
または空気投入を行なうもので、低負荷時にはポ
ート６′に発生する負圧が小さく、従つて負圧室
７５における発生負圧も小さく弁体７３はスリン
グ７１の付勢力により閉じており、この状態では
バイパス通路７２を介してのみ排ガス還流または
空気投入が行なわれ、その流通量は少なく、一方
高負荷時にはポート６′に発生する負圧が大き
く、負圧室７５に発生した高負圧によつてダイヤ
フラム７４がスプリング７７の付勢力に抗して吸
引されて弁体７３が開き、この状態では還流排ガ
スまたは投入空気は弁７１およびバイパス通路７
２を介して流通されるため、流通量が増大され
る。

なお、排ガス還流量制御弁９の作動態様は前記
第１実施例と全く同様である。

第８図および第９図に示す本考案の第３実施例
は、上記第１実施例において、排ガス還流通路８
に介装された制御弁９に対して並列に制御弁７８
を付設した構成で、同制御弁７８は弁体７８′が
ダイヤフラム７９の中央部に連結され、同ダイヤ
フラム７９を作動する負圧室８０は負圧通路７６
を介してポート６よりやや上流側の吸気管壁に穿
設されたポート６′に連通され、負圧室８０には
弁体７８′を閉じる方向に付勢するスプリング８
１が内蔵された構成を有している。

また、負圧通路７６にはオリフイス８２が介装
され、同オリフイス８２と負圧室８０との間の負
圧通路は分岐通路８３を介して制御装置３７に接
続され、同分岐路８３は第１実施例における通路
３５と同様に大気開放の連通、遮断が行なわれ
る。上記第３実施例の作用を第９図により説明す
る。なお、第９図において実線Ｎは負圧室８０に
設定負圧が作用して制御弁７８が開く時の等負圧
線であり、同実線Ｎより右側の領域ではポート
６′に発生する負圧が高負圧となつて、同高負圧
が負圧通路７６を介して負圧室８０に導びかれ、
スプリング８１の付勢力に抗してダイヤフラム７
９が吸引されて弁体７８′が開動され、上記実線
Ｎより左側の領域ではポート６′に発生する負圧
が低負圧となつて、弁体７８′はスプリングの付
勢力により閉じている。

従つて、第９図において、実線Ｌより左側の運
転領域では制御弁９，２４および７８が閉じられ
て、排ガス還流および空気投入は何れも停止さ
れ、実線Ｌより右側で実線Ｎより左側、しかも実
線Ｍより左側の領域Ｆでは制御弁９および１０が
開かれて上記両弁の開度に応じ制御された排ガス
還流が行なわれ、実線Ｎより右側で実線Ｍより左
側の領域Ｇでは制御弁９，１０および７８が開か
れて、これら３つの弁の開度に応じ制御された排
ガス還流が行なわれ、実線ＮおよびＭより右側の
領域Ｈでは制御弁１０および２４が開かれて他の
弁９，７８は閉じ、上記制御弁１０および２４の
開度に応じ制御された空気投入が行なわれる。

ところで、上記各実施例においては、希釈用吸
入通路２３がエアフイルタ２２を介して大気に連
通され、同通路２３より排ガス還流通路８内には
空気が投入されるが、上記通路２３をスロツトル
弁３と気化器１のベンチユリとの間の吸気通路２
内に接続すれば、希薄混合気が投入され、上述と
略同様の作用および効果を奏することが明らかで
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の第１実施例を示す断面図、第
２図は同第１実施例に供される制御装置を示す概
略図、第３図は上記第１実施例の作動を説明する
エンジン出力線図、第４図は上記第１実施例にお
ける制御装置の変形例を示す断面図、第５図は同
変形例の作動を説明するエンジン出力線図、第６
図は上記第１実施例における制御装置の変形例を
示す断面図、第７図は本考案の第２実施例を示す
概略図、第８図は本考案の第３実施例を示す概略
図、第９図は上記第３実施例の作動を説明するエ
ンジン出力線図である。 １：気化器、２：吸気通路、３：スロツトル
弁、４：スロツトル軸、６，６′：ポート、７：
吸気マニホルド、８：排ガス還流通路、９，１
０：排ガス還流量制御弁、１６：負圧通路、１
９：リンク、２０：レバー、２２：エアフイル
タ、２３：希釈用吸入通路、２４：吸気制御弁、
３１：負圧通路、３３，３４：オリフイス、３
５，３６：通路、３７，４１，５５：制御装置、
７１：制御弁、７２：バイパス通路、７６：負圧
通路、７８：制御弁、８２：オリフイス、８３：
分岐通路。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 排気通路と吸気通路とを連通し排ガスの一部を
   吸気通路に還流する排ガス還流通路、同排ガス還
   流通路に直列に介装された少なくとも２個の排ガ
   ス還流量制御弁、同複数の制御弁のうち特定の２
   個の制御弁間の排ガス還流通路に設けられて大気
   または希薄混合気を吸入する希釈用吸入通路、同
   希釈用吸入通路に介装された吸気制御弁、上記排
   ガス還流通路の上記希釈用吸入通路が開口する位
   置より上流側に介装されている特定の排ガス還流
   量制御弁と吸気制御弁とをエンジンの運転状態に
   応じて開閉作動し、上記両弁の一方が開の時他方
   を閉とする制御装置を設けたことを特徴とする吸
   気制御装置。