JPS5947149B2 - エンジンの排気ガス還流装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、エンジンの排気ガス還流装置、とくに、エン
ジンの排気ガスを気化器の絞弁の上流５よび下流に夫々
還流させるようにした排気ガス還流装置に関する。

一般に、エンジンから放出される排気ガスの一部を吸気
系に還流させ、混合気とともに燃焼室に導入することに
より、最高燃焼温度を抑制して、ＮＯｘの多量発生を防
止する技術思想はよく知られでおり、従来より種々の還
流方式が提案されている。

ところで、従来のこの種技術思想では、混合気の空燃比
が理論空燃比（Ａ／Ｆ＝１５ ）付近であるときに、Ｎ
Ｏｘの発生量が最大となることから、理論空燃比を避け
てＮＯｘの発生量が減少するり一ン側（もしくはリッチ
側）に運転条件を設定し、その運転条件のもとで、比較
的少量の排気ガスを吸気系に還流させることが、ＮＯｘ
の抑制を図るうえで最も効率的であると考えられていた
。

しかしながら、この種の考え方を採用した従来のエンジ
ンの排気ガス還流装置では、ＮＯｘの抑制に自ずと限界
があり、近年の厳しい排気カス規制基準を達成しえない
ことが明らかになってきた。

即ら、ＮＯｘの発生量を規制基準値以下に抑制するため
に排気ガスの還流量を増加すると、エンジンの運転条件
が極度に悪化して出力の犬ｒｌ−１ｆ、ｆ低下をもたら
すからである。

この問題を解決するため、空燃比を理論空燃比にセット
した混合気を用いて、必要な燃焼速度を確保する一方、
排気ガスの還流量を大巾に増加し、多量の還流排気ガス
によって、エンジン性能を悪化させることすく、多量に
発生しうるＮＯｘの徹底的な低減を図る技術思想が提案
されている。

か５る観点にたって、多量の排気ガス還流量を保証する
ため、気化器の絞弁の上流および下流に夫々排気ガスを
還流させ、絞弁の上流における排気ガスの還流量が排気
管内の排圧の上昇に併って増加する特注および、絞弁の
下流では排気ガスの還流量が吸気管負圧に比例する特性
を利用することにより、低負荷から高負荷まではシ一定
の排気ガス還流比を得るようにした排気ガス還流装置が
提案されているが、この排気ガス還流装置では、各排気
ガス還流通路に流量制御オリフィスを設けた構造に過ぎ
ないために、多量の排気ガスの還流に伴う諸種の常置、
とくに、 （イ）エンジンの高回転、高負荷時に多量の排気ガスを
還流するため、出力の低下および燃料消費率の悪化を招
来する、 （ロ）気化器の絞弁の上流に還流させる排気ガスの高温
によって、気化器のフロート室付近の壁面温度が上昇し
、パーコレーションを発生して気化器から燃料が浴出す
る、 といった常置を招来する問題があった。

本発明は、か５る問題に鑑みてなされたものであって、
気化器の絞弁の上流および下流に夫々排気ガスを還流さ
せることに伴う前記の如き常置を防止しエンジンの出力
低下や、燃料消費率の悪化を伴うことなしに、今日の厳
しい排気ガス規制基準を達成することができる実用的な
エンジンの排気ガス還流装置を提供することを目的とす
るものである。

このため、本発明においては、多量にＮＯｘが発生する
運転時には、気化器の絞弁の上流および下流に夫々排気
ガスを還流させて、はマ一定かつ高い還流比を保証する
一方、比較的少量のＮＯｘが発生するエンジンの高回転
もしくは高負荷時には、排気管内の排圧に比例する絞弁
上流の排気ガスの還流のみをカットする手段を設け、エ
ンジンの高回転もしくは高負荷時には、絞弁下流からの
排気ガスの還流によって、排気ガス還流比をエンジン出
力の低下や、燃料消費率を悪化させないような適正な範
囲に低下させるとともに、ＮＯｘの発生を抑制するよう
にしたことを特徴としている。

以下、図示の実施例について、本発明の詳細な説明する
。

第１図において、１は吸気通路、２はフィルタ２ａを内
蔵したエアクリーナ、３は気化器、４は気化器３に設け
られたベンチュリ一部５の下流に設けた絞弁で、該絞弁
４はアクセルペダル（図示せず）に連動されエンジンに
供給される混合気量を制御し、気化器３は、絞弁４の開
度に応じて、エアクリーナ２から吸入される空気に、吸
入空気量に見合った燃料をメインノズル３ａからベンチ
ュリ一部５の中央に噴出して、適正な空燃比を有する混
合気を生成し、吸気通路１からエンジンＥにその混合気
を供給する。

一方、６は吸気通路１の絞弁４の上流側で、ベンチュリ
一部５よりさらに上流に還流口６ａを設定した第１排気
ガス還流通路、７は吸気通路１の絞弁４より下流に還流
口１ａを設定した第２排気ガス還流通路で、これら第１
、第２排気ガス還流通路６，７は、エンジンＥの排気管
８の任意の位置に連結した共通の排気ガス還流通路９か
ら分岐した通路として形成されている。

また、１０は第１排気ガス還流通路６の途中に設定した
弁座６−ｂを流量制御可能に開閉する第１流量制御弁、
１１は第１流量制御弁１０を作動ロッド１２を介してダ
イヤフラム１３に支持した第１ダイヤフラム装置、１４
は第１ダイヤフラム装置１１の負圧室１１ａに、吸気負
圧等の制御流体を導入する第１制御流体導入管、１５は
第１流体導入管１４を開閉するためにその途中に設けた
第１開閉弁である。

と同時に、第２排気ガス還流通路７の途中に設けた弁座
７ｂに対しては、第２流量制御弁１６を設定して、この
第２流量制御弁１６を作動ロッド１８を介してダイヤフ
ラム１９に支持した第２ダイヤフラム装置２０により、
第２流量制御弁１６の開度を制御するようにするととも
に、第２ダイヤフラム装置２０の負圧室２０ａに制御流
体を導入するための第２制御流体導入管２１の途中には
、開閉のための第２開閉弁２２を設けている。

上記の第１、第２制御流体導入管１４．２１に夫々設け
た第１、第２開閉弁１５．２２は、エンジンの回転数ｒ
および負荷り等を入力情報とする制御装置２３によって
、制御する。

これら第１１第２開閉弁１５．２２としては、例えば、
常開の電磁ソレノイド弁を用いることができるが、ダイ
ヤフラム式の開閉弁を用いてもよい。

第１、第２開閉弁１５．２２を電磁ソレノイド弁とした
場合には、上記制御装置２３は、オン、オフの電気信号
を第１、第２開閉弁１５．２２に印加する電気的な制御
装置とし、入力情報としてのエンジン回転数ｒは、例え
ばエンジン回転数検出スイッチ（図示せず。

）のオン、オフ信号を、また、エンジン負荷りとしては
、例えば吸気負圧検出スイッチ（図示せず。

）の検出信号を用いることができる。

ざらに、制御装置２３は、エンジンの暖機運転を検出す
るスイッチからの検出信号により常開の第１、第２開閉
弁１５．２２の両方に例えはオン信号ｐを印加して第１
、第２開閉弁１５．２２をともに閉作動し、第１、第２
ダイヤフラム装置ＩＬ２０への制御流体の導入をカット
して、第１、第２流量制御弁１０．１７を夫々コイルス
プリング１１ｂ、２０ｂのバネ力て全閉作動させ、排気
ガスの還流をカツトシ、エンジン回転を安定させ、速や
かにエンジンを暖機する。

一方、この制御装置２３は、エンジンＥの回転数ｒもし
くは負荷りが、予じめ設定した値を越えて高回転もしく
は高負荷に達したときには、第１開閉弁１５にのみ、オ
ン信号ｑを印加して、第１排気ガス還流通路６からの絞
弁４上流への排気ガスの還流をカットする。

いま、本発明にかメる排気ガスの還流制御方式について
考察すると、第２図に示すように、エンジン回転数もし
くはエンジン負荷に相当する車速か、例えば、時速３０
〜７０ｋ１１の範囲では、排気ガス還流比ａを１５〜２
０％の範囲内ではソ一定の高率に維持することができる
一方、時速７０ｋｊｎ以上では、５係かそれ以下の低水
準に排気ガス還流比ａを低下させることができる。

即ち、上記排気ガス還流比ａは、吸入混合気量（吸入空
気量と吸入燃料量の和の量）に対する排気ガス還流量の
比のパーセント（（排気ガス還流量）／（吸入混合気量
）ｘｔｏｏ）として定義され、絞弁４の上流側における
排気ガス還流比すと、絞弁４の下流側における排気ガス
還流比Ｃとの和となっている。

絞弁４の上流側における排気ガス還流比すは、第１排気
ガス還流通路６の還流口６ａが、吸気通路１のベンチュ
リ一部５の上流に設定されていることから、車速（エン
ジン回転数もしくは負荷）の上昇とともに排気管８内の
排圧に比例して増加する傾向を有する。

一方、絞弁４の下流側における排気ガス還流比Ｃは、第
２排気ガス還流通路７の還流ロアａが吸気通路１の絞弁
４下流に設定されているため、絞弁４下流の吸気負圧に
比例し、車速（エンジン回転数もしくは負荷）の上昇に
ともなう吸気負圧の下降に比例して減少する傾向を有す
る。

したがって、総合の排気ガス還流比ａは、絞弁４の上流
、下流における相反した還流傾向の相互の補償で、はシ
一定に維持される。

ところで本実施例では、エンジンの高回転時もしくは高
負荷時に相当する例えは車速か時速７０鑞以上となると
、前述した如く、絞弁４の上流側における排気ガスの還
流をカットし、総合排気ガス還流比ａを絞弁４の下流側
における排気ガス還流比Ｃまでレベルダウンして、６〜
４係の還流比とするようにしている。

第３図に示すように、排気ガス還流比と燃料消費率との
関係でみると、エンジン回転数（１５００ｒｐｍ ）お
よび出力（平均有効出力圧Ｐ ｅ ＝ ３ ｋｇ肩）一
定の条件下では、吸入混合気の空燃比（人／Ｆ）１４．
１５．１６いずれの場合にも、排気ガス還流比が５０７
０附近で燃料消費率が最小となる傾向を有し、上記の如
き高回転、高負荷時における排気ガス還流比ａのレベル
ダウンは、燃料消費率にとって極めて好ましく、シかも
、排気ガス還流比を減少させるため、エンジンの出力を
確保することができるとともにＮＯｘの放出を抑制する
ことができ、最小の燃料消費率で良好な高速運転を行う
ことができる。

燃料消費率が、排気ガス還流比５係付近で最小となる理
由は、以下の如くであると考えられる。

即ら、エンジンが繰返すオツトーサイクルの熱効率は、
圧縮始めのシリンダ内圧力と、混合ガス（この場合には
、混合気と還流排気ガスの混合）の比熱比に影響される
。

しかしながら、混合ガスの比熱比は、排気ガスの還流を
行った場合と、行なわない場合とで、さほど変化がなく
（例えば１．３８ ： １．４０ ）その差は、実質上
無視することができ、したがって、上記の熱効率は、シ
リンダ内圧、換言すれば、シリンダ内圧を支配する排気
ガスの還流量によって直接的に支配され、理論的には、
排気ガスの還流量が増大する程、熱効率が良くなる筈で
ある。

しかしながら、一方では、排気ガスの還流量が増大する
と、不活性な排気ガスが燃焼速度を遅くする傾向に作用
して、熱効率を悪化させるため、結局実際のエンジンの
熱効率は、シリンダ内圧の上昇によるプラスの要因と燃
焼速度の遅速化によるマイナス要因との相乗的効果でも
って決定され、熱効率を最小にする排気ガスの還流比の
範囲が、５〜１０係となるのである。

以上詳細に説明したことから明らかなように、本発明は
、気化器の絞弁の上流および下流にエンジンの排気ガス
をそれぞれ還流するエンジンの排気ガス還流装置におい
て、高回転時もしくは高負荷時に、絞弁上流の排気ガス
の還流を停止するようにした還流排気ガスの制御方式を
特徴とする特のであって、本発明によれば、エンジンの
高回転もしくは高負荷時において多量に持込まれようと
する絞弁上流の還流排気ガスの還流をカットすることに
よって、気化器系に与える目詰りや凍結あるいは逆に気
化器のパーコレーション等の危険性を可及的に防止する
ことができるうえ、気化器系に悪影響を及はサナい絞弁
下流の排気ガスで、燃料消費率を最小にしつる最適な還
流量を確保することができ、エンジンの高出力を保証す
るとともにＮＯｘの放出を抑制することができるといっ
た効果を奏することができる。

なお、本発明は、第１図に示した如き実施例の構成に限
られるものではなく、例えば、第１、第２ダイヤフラム
装置に代えて、電磁開閉弁を設ける等、要するに本発明
に係る制御方式を実現できるものであれば、種々の変更
や修正を施しうろことはいうまでもない。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示すエンジン吸−気系の
要部断面説明図、第２図は、横軸を車速（単位Ｉａｎ／
ｈ）、縦軸を排気ガス還流比とした、本発明に係る排気
ガスの還流制御方式を示すためのグラフ、第３図は、横
軸を排気ガス還流比、縦軸を燃料消費率とし、混合気の
空燃比をパラメータとした場合の燃料消費率と排気ガス
還流比との関係を示すグラフである。 ； １・・・・・・吸気通路、３・・・・・・気化器
、４・・・・・・絞弁、５・・・・・・ベンチュ＋）
一部、ｓ 、 ７・・・・・・第１、第２排気ガス還流
通路、１０・・・・・・第１流量制御弁、１１・・・・
・・第１ダイヤフラム装置、１４・・・・・・第１制御
流体導入管、１５・・・・・・第１開閉弁、１６・・・
・・・第２流量制御弁、２０・・・・・・第２ダイヤフ
ラム装置、２１・・・・・・第２制御流体導入管、２２
・・・・・・第２開閉弁、２３・・・・・・第１、第２
開閉弁の制御装置。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ エンジンからの排気ガスを気化器の絞弁上流と絞弁
   下流にそれぞれ還流するエンジンの排気ガス還流装置に
   おいて、高回転時もしくは高負荷時に絞弁上流の還流の
   みを停止するようにしたことを特徴とするエンジンの排
   気ガス還流装置。