JPS581264B2 - 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の一部を吸気中に還流しし、
ＮＯｘの発生を低減する排気還流制御装置に関する。

内燃機関から排出されるＮＯ ｘ （窒素酸化物）を低
減する手段として、排気還流制御装置が知られているが
、機関の運転性と排気対策との調和のとれた制御を目的
として、正確で応答性のよい排気還流制御が行われるこ
とが好ましい。

従来の排気還流制御装置として、負圧源からの負圧を、
機関運転状態に応じた圧力信号に応動する負圧調整装置
を介して大気で稀釈制御し、この制御負圧により排気還
流通路の制御弁を作動させるようにしたものでは、負圧
源として吸入負圧あるいはＶＣ負圧を利用しているが、
この負圧取出通路には固定オリフイスなどの固定絞りを
介在させるのが普通であった。

この負圧源からの負圧取出通路に絞りを入れる主たる目
的は、大量の空気がこの負圧取出通路を逆流して吸気管
に導入され、混合気の空燃比に重大な影響を与えないよ
うにするためと、制御弁制御負圧室に急激な負圧信号が
加わって（吸入負圧、ＶＣ負圧の急変時も含めて）排気
還流率の瞬間的な急増現象によって運転性が悪化するの
を防止するためである。

しかしながら機関の急加速を行なった場合には、排気還
流量もこれに応じて急激に増大しないと、ＮＯｘ発生を
十分に抑制することができなくなるため、負圧源の絞り
は、この急加速時の応答性を満足させるようになるべく
大きくとることが好ましい。

しかし負荷源の絞りを大きくとると、例えば走行速度が
４０ｋｍ／ｈあたりからゆっくり加速するような場合で
も排気還流制御弁の動き方が激しく、開き過ぎ、戻り過
ぎ等の繰返しが多く、収束して安定したバルブ開度を得
るのは困難であったため、これらを勘案すると従来の絞
りは要求よりも若干絞って機関の安定性を求めざるを得
なかった。

この発明は、かかる従来の問題点を解決するために、運
転粂件によって負圧導入通路の流路抵抗を可変とする弁
装置を設けたもので、即ち急加速の頻繁に行なわれる運
転条件においては、応答性を高め効果的なＮＯｘ低減を
可能とし、定常走行がほとんどで安定した運転性が要求
される運転条件においては、排気還流制御弁の急激な作
動を防止し、良好な運転性、機関安定性を確保する排気
還流制御装置を提供することを目的とする。

以下、添付図面に基づいてこの発明の実施例を説明する
。

第１図の実施例は、排気還流制御弁上流の還流通路圧力
Ｐｅを一定に保ち、排気圧力（即ち、ほぼ吸入空気量）
の増大に応じて排気圧力と還流通路圧力Ｐｅとの差圧を
増大させて排気還流量を吸入空気量に応じて匍脚するい
わゆる背圧比例型の排気還流制御装置である。

図中１は、機関の排気通路と吸気通路とを結んで排気の
一部を吸気中に還流する排気還流通路を示し、２はこの
還流通路１に設けた流量制御用のオリフイス、３はオリ
フイス下流の通路圧力Ｐｅを制御し、結果的に排気還流
率を一定にコントロールする排気還流制御弁を示す。

４は負圧調整装置であって、上記制御弁３の作動制御負
圧として吸気通路５に設けた絞り弁５ａの近傍に発生す
る負圧（ＶＣ負圧）を、前記オリフイス下流圧力Ｐｅに
応じて大気で稀釈制御し、これによって制御弁３をフイ
ードバソク制御し結果的に圧力Ｐｅを一定に保つように
動作させる。

このため負圧調整装置４はダイヤフラム６によって区画
された２つの室７ａ，７ｂを有し、圧力調整室７ａは大
気に連通し、かつ気化器絞り弁５ａの近傍に接続したＶ
Ｃ負圧の負圧導入通路８から、オリフイス９を経て分岐
した大気導入路１０が延長され、該大気導入路１０の開
口端をダイヤフラム６が開閉することによりＶＣ負圧を
大気で稀釈制御する。

また室７ｂは前記オリフイス２と制御弁３との間の通路
圧力Ｐｅが通路１１を介してフィードバックされる補正
圧力室を形成する。

そして、この制御負圧は通路１２を介して前記制御弁３
のダイヤフラム１３で画成された負圧作動室１４に導か
れ、制御弁３の開度をこの制御負圧に応じて制御する。

したがって、負圧調整装置４のダイヤフラム６は通路圧
力Ｐｅに応勤し、この圧力Ｐｅが増大すると上勤して負
圧源負圧の大気による稀釈率を小とし、制御弁３の作動
匍脚負圧を強めて弁開度を増加し、圧力Ｐｅを元の状態
まで減少させる一方、圧力Ｐｅの低下時は上記とは逆に
圧力Ｐｅを増加補正し、このようにして圧力Ｐｅを常に
一定に保持し、このときオリフイス２の上流圧力が排気
流量に比例するので、結局オリフイス前後差圧を吸入空
気量とほぼ等しい排気流量の関数とさせ、この結果排気
還流量を吸入空気の流量に比例させる。

次にＶＣ負圧を制御弁３の負圧作動室１４に導く通路８
には、該通路８に設けたオリフイス９をバイパスするバ
イパス通路１５が設けてあり、このバイパス通路１５に
オリフイス１６と、運転状態の検出手段としてのギヤス
イッチあるいはスロットルスイッチ等に応じて作動する
電磁弁１７を設けて負圧流路抵抗を可変的に切換える弁
装置１８を構成している。

ここで上記オリフイス９，１６の径を夫々Ｓ１，Ｓ３と
すると、これらは従来の負圧通路に運転状態の如何にか
かわらず固定的に設ける大きめに設定したオリフイスの
径Ｓ０に対して、（Ｓ１＋Ｓ３）＞Ｓ０＞Ｓ１となるよ
うに設定する。

或いは、導入通路８とバイパス通路１５とを選択的に連
通し、導入通路８が開の時バイパス通路１５が閉、バイ
パス通路１５が開の時、導入通路８が閉となるように構
成すれば上記オリスイスの径をＳ１＞Ｓ０＞Ｓ３として
も良い。

また電磁弁１７を作動させバイパス通路１５を開閉する
ための運転条件の識別としては、例えば以下のように行
なうのである。

（１）ギヤチェンジ等によってスロットル開度の変化の
激しいトソプギャ以外のギヤ使用状態とトップギャ時（
ギヤ位置の検出）、 （２）吸入負圧（負圧源）の大きな定常走行時と吸入負
圧の小さな加速走行時（吸入負圧の検出）、（３）スロ
ットル開度の大きな加速時と小さな定常走行時（スロッ
トル開度の検出）、 （４）ベンチュリ負圧の大きな加速時と小さな定常走行
時（ベンチュリ負圧の検出）、 等である。

つまり、運転状態が激しく変動するときと、変動の少な
いときで弁装置１８の切換作動で負圧導入通路８の流路
抵抗を変え、即ち、前記オリフイス９，１６を選択的に
使い分け、これによって負圧源から負圧の導入量を切換
え、前者のときは応答性のよい排気還流制御、また後者
では制御の安定性を高めて、それぞれＮＯｘ対策と運転
性の向上をはかるのである。

次にこの発明の作用について説明する。

前述したように、この実施例の制御装置では、オリフイ
ス下流の排圧Ｐｅを一定に保つことにより、オリフイス
前後差圧を排気流量に比例させ、これによって排気還流
量を吸入空気量に応じて増減し、排気還流率を一定に保
持するのである。

いま通路圧力Ｐｅが増大した場合、通路１１を介して負
圧調整装置４のダイヤフラム６が上動し、これにより大
気導入路１０の開口端開度が減少して負圧作動室１４に
作用するＶＣ負圧を強める結果、ダイヤフラム１３を介
して制御弁３が上昇して弁開度を増大させる。

このため、圧力Ｐｅの増加分は元の状態まで減少補正さ
れ、また逆に排圧Ｐｅが減少した場合には、大気導入路
１０の開口端を大きく開放してｖＣ負圧の大気による稀
釈率を増し、制御弁３の弁開度を減少させて排圧Ｐｅを
増大補正するのであり、このようにして圧力Ｐｅを一定
に保ち結局排気還流率を常に一定に制御する。

この場合に、従来装置のように負圧源のオリフイス径が
過大であると、例えば緩加速で排圧Ｐｅが増大した場合
、制御弁開度を増大させて排圧Ｐｅを一定に保つような
制御が行なわれても、負圧源からの負圧の導入量が大で
あるため制御弁３の動きが急激となり、排圧Ｐｅは低下
し過ぎて（フイードバソク制御の行き過ぎ）負圧調整装
置４のダイヤフラム６を再び引き下げる補正作動の追い
つぐまでには還流量は過大となって運転性が悪化するの
である。

しかし急加速時に応答性よ＜ＮＯｘ低減を行なうにはこ
の急激な作動は必要となるのであり、このように従来は
互に反する要求を満たすことができなかった。

そこでこの発明は上記のように負圧導入通路８と並列し
てバイパス通路１５を設け、この通路１５にオリフイス
１６と、電磁弁１７とを設けて、ギヤスイッチあるいは
スロットルスイッチ等の運転状態の検出手段にもとづき
、例えばトップギヤ使用時、スロットル開度の小さな時
、ベンチュリ負圧の小さい時、吸入負圧の大きい時等は
、電磁弁１７を閉じて負圧源通路として通路８のみを使
用し、オリフイス９（小径なオリフイス）のみにより排
気還流制御の過剰応答を防止して安定した運転性を確保
する。

また、上記以外の加速時など急激な運転条件の変化のお
こりやすいときは、電磁弁１７を開いて負圧源通路とし
て通路８とバイパス通路１５の両方、即ち、オリフイス
９と１６とを介して大量の負圧を導入し、この負圧によ
って運転状態の急変に対応して応答性よく制御負圧を強
め、制御弁３の開度を瞬時に増大してＮＯｘの発生を防
止する。

勿論、このときでも負圧調整装置４の作動は通常のとお
りに行われるのであるが、基本的な負圧の導入量が増え
たため、大気導入路１０を閉じると即座に制御弁３に作
用する制御負圧が強まるのである。

第２図は気化器ベンチュリ部２０のベンチュリ負圧を基
本として、かつフイードバソク制御にもとすいて排気還
流制御を行なうようにした排気還流制御装置に、この発
明を応用した第２実施例を示すものである。

この実施例も上記第１実施例と同様に、負圧源負圧（Ｖ
Ｃ負圧又は吸入負圧）を大気で稀釈制御し、制御弁３の
作動を制御する負圧としたことには変わりはないが、前
記第１実施例と異る点は、オリフイス２の下流圧力Ｐ♂
をベンチュリ負圧に応じて低下させ、これにもとづいて
オリフイス２の前後差圧と吸入空気量の増加に比例して
太きくし、排気還流量をほぼ吸入空気量に比例して増減
することである。

オリフイス２の上流圧力は排気流量に比例するのだが、
その絶対圧が比較的小さいのと、流量に対する圧力変動
があるため、そのオリフイス下流圧力を一定にしても、
前後差圧と排気流量（吸入空気量）との相関関係の変動
誤差がどうしても生じる。

そこで、オリフイス下流圧力Ｐｅ’を吸入空気量の関数
である。

ベンテユリ負圧に応じて減少制御し、しかもこの圧力Ｐ
ｅ’をある程度絶対値の大きな負圧に設定しておくこと
により、オリフイス前後差圧を、吸入空気量の関数とし
てその変化幅の大きい負圧にすることができ、したがっ
て上流圧力の変動の影響が小さく抑えらえ、この結果、
排気還流量の制御の信頼性が第１実施例の制御装置に比
べて改善されるのである。

しかし、この装置そのものについては、既に本出願人に
よって数多く提案されているので、また本発明の要旨で
はないのでその詳細な説明は省略するが、かかる目的を
達成するために、負圧調整装置４’はベンチュリ部２０
の負圧が導かれる入力負圧室７Ｃと大気室７ｄをもち、
かつこれらの室を区画するために互に一体的に連結され
たダイヤフラム６ａ，５ｂ，５ｃを有する点が、構造的
に異っている。

しかるに、本発明の要点である負圧源流路として、負圧
調整装置４’に吸入負圧またはＶＣ負圧を導く通路を複
数並列路にして、それぞれオリフイスを介在して機関運
転状態に応じて弁装置１８ａを介して選択的にオリフイ
スを開閉する構成、即ち、負圧導入通路８ａにオリフイ
ス９ａ（Ｓ１）を設けるとともに、このオリフイス９ａ
をバイパスするバイパス通路１５ａにオリフィス１６ａ
（Ｓ３）と電磁弁１７ａを介装することは同じであり、
これによって運転状態の急変するときは応答性を高め、
変動の少ないときは排気還流制御の安定性を高めるよう
にしてある。

なお、オリフィス径が（Ｓ１＋Ｓ３）＞Ｓ０＞Ｓ１（或
いはＳ１＞Ｓ０＞Ｓ３）であること、及び電磁弁１７ａ
の作動する運転条件などは上記第１実施例と全く同様な
ので具体的な説明は省略する。

第３図は上記第１実施例（第１図参照）と、第２実施例
（第２図参照）との負圧導入通路８，８ａの流路抵抗を
町変とする弁装置１８，１８ａの他の実施例を示し、こ
の弁装置１８ｂは、ダイヤフラム２２を利用して流路の
絞りを増加すると同時に運転状態の検出をも行えるよう
にしたものである。

該弁装置１８ｂは、第３図に示すように、ダイヤフラム
２２を介して、ＶＣ負圧または吸入負圧等の負圧源負圧
を導入するため前記通路８に連通したＡ室と、大気稀釈
部を含む制御負圧側となる大気導入路１０（又は通路１
２）に連通するＢ室とに区画形成され、このときＢ室圧
は制御弁３の制御負圧に極めて近い値となっている（即
ち、制御負圧との差は大気稀釈部までの負圧通路抵抗に
よる圧力損失）。

例えばＡ室負圧が犬の場合は（つまり、吸入負圧が大の
定常走行時）、ダイヤフラム２２は矢印方向に引張られ
てケーシング２３に密着し、負圧源通路としては固定負
圧通路２４（オリフイス２５）のみとなり、負圧供給能
力は低下して安定した排気還流制御特性及びこれにもと
づく安定性のある運転性を確保する。

次にＡ室負圧が減少するとスプリング２６の弾性力によ
り、ダイヤフラム２２がケーシング２３より離れ、バイ
パス通路２７（オリフイス２８）が開いて負圧供給能力
は増大する。

従って急激な運転条件の変化に対しては、応答性を向上
させてＮＯｘ発生の抑制を有効に行なうのである。

固定負圧通路２４（オリフイス２５）の有効径をＳ１、
バイパス通路２７（オリフイス２８）の有効径をＳ２と
すれば、（Ｓ１＋Ｓ３）＞Ｓｏ＞Ｓ１であることは上述
の他の実施例と同様である。

この実施例は上述のように運転条件の識別のための信号
として、機関吸入負圧を利用して、同時にこの吸入負圧
によって弁装置１８ｂを作動させるようにしたものであ
る。

なお、上記各実施例において弁装置１ ８ ，１８ａは
、負圧導入通路８，８ａとこれをバイパスする１つのバ
イパス通路１５．１５ａとから構成されているが、バイ
パス通路１ ５ ． １ ５ａは１つに限らず、２つ以
上設けてこれらを切換え作動しても良いことは言うまで
もない。

即ち、例えば第１バイパス通路、第２バイパス通路を設
け、これらに夫々電磁弁を介装すれば、負圧通路、負圧
通路と第１バイパス通路、負圧通路と第２バイパス通路
、負圧通路と第１バイパス通路、第２バイパス通路にお
ける４〜５通りの切換作動が可能である。

もちろんこのうちのすべてを必ずしも使用する必要はな
い。

なお還流制御パターンによって、運転領域を３つ以上の
範囲に区分して負圧通路の絞りを変えた方が良い場合は
、上記のような手段を適用すると好結果が得られる。

この発明は、上記のように負圧導入通路にその流路抵抗
を可変とする弁装置を設けたため、運転条件によって応
答性のよい排気還流制御特性と、安定した排気還流制御
と運転性が得られ、従って効果的なＮＯｘ低減を可能と
し、更に構造も極めて簡単なので経済的である。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の概要図、第２図は第２実施例を示す
概要図、第３図は弁装置の他の実施例を示す拡大縦断面
図である。 １……排気還流通路、２……オリフイス、３……排気還
流制御弁、４……負圧調整装置、５ａ……絞り弁、６…
…ダイヤフラム、７ａ，７ｂ……室、８，８ａ……負圧
導入通路、９，９ａ……オリフイス、１０……大気導入
路、１１……通路、１２……通路、１３……ダイヤフラ
ム、１４……負圧作動室、１５，１５ａ……バイパス通
路、１６，１６ａ……オリフイス、１７，１７ａ……電
磁弁、１８，１８ａ，１８ｂ……弁装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 排気還流通路にその通路面積を変化させる還流制御
   弁を介装すると共に、負圧源から負圧導入通路を介して
   導かれる負圧を、機関の運転状態に応じて変化する信号
   圧力に応じて作動する負圧調整装置を介して大気で稀釈
   調整制御して、上記還流制御弁の作動負王室に負圧通路
   を介して導入するようにした排気還流制御装置において
   、上記負圧調整装置上流の負圧導入通路と負圧調整装置
   下流の作動負圧通路とを連通ずる少なくとも１つのバイ
   パス通路を設けると共に、上記バイパス通路に運転状態
   に応動して通路を開閉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 機関の運転状態としてトランスミッションギャ位置
   がトップの時に弁装置によってバイパス通路の有効径を
   小とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   排気還流匍脚装置。 ３ 機関の運転状態として、スロットル開度が所定値以
   上となった時に弁装置によってバイパス通路の有効径を
   犬とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の
   排気還流匍御装置。 ４ 機関の運転状態として、吸入負圧又は絞り弁近傍に
   発生する負圧が所定値以上となった時に弁装置によって
   バイパス通路の有効径を小とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の排気還流制御装置。 ５ 機関の運転状態として、吸気通路のベンチュリ部に
   発生する負圧が所定値以上となった時に弁装置によって
   バイパス通路の有効径を犬とすることを特徴とする特許
   請求の範囲第１項記載の排気還流制御装置。 ６ 負圧源が絞り弁近傍に発生する負圧であると共に、
   信号圧力が還流制御弁上流の還流通路圧力Ｐｅで、この
   圧力Ｐｅを常に一定に保持するように排気還流制御弁を
   フィードバック制御することを特徴とする特許請求の範
   囲第１項から第５項のいずれか１つに記載の排気還流制
   御装置。 ７ 負圧源が絞り弁近傍に発生する負圧または吸入圧力
   であると共に、信号圧力が吸気通路のベンチュリ部に発
   生する負圧と、還流通路の還流制御弁上流の圧力Ｐｅ’
   で、上記ベンチュリ部の発生負圧の増大に応じて圧力Ｐ
   ｅ’を減少させるように排気還流制御弁をフイードバソ
   ク制御することを特徴とする特許請求の範囲第１項から
   第５項のいずれか１つに記載の排気還流制御装置。