JPS58150063A - 内燃機関の排気還流装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は内燃機関、とくにディーゼル機関における排気
還流装置の改良に関する。

機関から排出されるＮＯｘの供減対策として、排気の一
部を吸気中に戻してｆＩ！ｅ、焼を抑制する排気還流制
御が知らねているが、還流排気ｔは運転状胛に応じて１
例えば第１図に示すようなシステムで、制御されている
。（１９８１ダツトサン　８１０デイーセルサービス？
　＝　ユフルＡ　ＳＭＩＥ−９１０ＳＵＯ１９８１，３
発行　ＥＣ−４） 図において、１けエアクリーナ、２ｔｌｉ畷気通路。

３はディーゼル機関本体、４は排気通路管示し。

排気通路４と吸気通路２會結ぶ排気還流通路５が設けら
れる。

排気還流通路５の途中には排気還流制御−Ｐｆ−６が設
けられ、ｔ７′！：＠？Ｉ；ｉ＄＋路２には吸気絞弁７
が、排気還流通路５の接続部よりも上流に位置して設け
られ、これらの弁開＃、金増減することにより、排気還
流量を制御するようになっている。

つまり、ディーゼル機関では通常、吸気絞りがないため
、＠気系、の発生負圧が低く、このため排気還流を多量
に行いたいときは１通路径を拡大すること々どが要求さ
れるのであるが、このように畷気絞ｆｆ７ｔ−設けてそ
の下流に吸入負圧を発生させると、排気系との圧力差が
増大し、要求通シの還流ｔを容易に確保できるのであシ
、このとき排気還流制御弁６の開度會増減すれば流量制
御も自由に行えることに表る。

ただし運転条件によっては、吸気絞）が吸入効率を大き
く阻害することにもなシがねないので。

吸気絞９Ｐ７の開度も同時にコントロールする。

そのために、排気還流制御ｆｆ６ｔ−駆動するダイヤフ
ラム装置８の負圧室８＆と、同じく吸気絞弁７のダイヤ
フラム装置１ｏの負圧室１０ａＫ、を磁ｆｆ９ｔ？介し
て制御される真空ポンプ（あるいはバキュームタンクン
１１からの負圧會導入する。

電磁９Ｐ９は制御回路１２からの駆動信号にもとづいて
作動するのであシ、制御回路１２ｔｉ入力される機関回
転数信号や負荷信号にもとづいて所定の運転領域で電磁
弁９會開いて負圧音導き、これによりダイヤフラム装に
８，１０がそれぞれ作動し。

吸気絞９Ｐ７會ある程度閉じるとともに、排気還流制御
ｆｆ６に一全開して、排気還流を行うのである。

なお、ダイヤフラム装置８とＩＯＫ対する供給負圧を別
々に制御するときは、それぞれの負圧導入部に電磁弁を
設ければよく、これにより運転状態に対応してよシ微妙
な還流量制御を行える。

ところで、一般のディーゼル機関にあっては。

排気中に含まれるカーボン（煤）が排気系路に堆積しや
すく、このため経時的には排気圧力が上昇することがあ
シ、とくに排気系に煤などの排気微粒子管捕集するフィ
ルタトラップなど會設けた場合にＦｉ、排気微粒子の捕
集状況により排気圧力が大巾に変動する傾向がある。

この結果、排気還流制御弁６の前後差圧も増加し、この
差圧増大に伴って排気遺流率が相対的に高まるのであり
、このため初期の設定還流量が得られずに、燃費効率の
悪化やエンジンオイルの汚れ、運転性能や排気組成（と
くにＨＣ）の低下が促進されるという問題管生じていた
。

本発明はこのような問題を解決、つまシ排気還流率が経
時的に質化するのを防ぐことを目的とするもので、排気
圧力の検出結果にもとづいて排気還流制御弁と必要に応
じて吸気絞弁の開度を補正制御し、排気圧力変動の影響
會回避するようにした内燃機関の排気還流装量を提供す
るｄ以下１本発明の実施例を図面［４とづいて説明する
が１図中、第１図と実質的に同一部分については同符号
を付すことＫする。

本発明では排気還流制御９Ｐ６と吸気絞弁７の開度１互
に独立的に制御するため罠、２つの制御電磁５Ｐ２０と
２１ｔ−備えている。

真空ポンプ１１からの負圧は定圧９Ｆ２２により略一定
の負圧に調整される。

この定圧５Ｐ２２からの定負圧會取り出す負圧取出連路
２３と２４が、排気還流制御９Ｐ６のダイヤフラム装置
８と、＠２絞９Ｐ７のダイヤフラム装置１０とに接続す
る負圧通路２５と２６の途中に連通する。

負圧通路２５と２６とは前記電磁９Ｐ２０と２１によシ
、それぞれ通路３１’に介して大気に解放される弁口２
７．２８が開閉され、これにより選択的に大気が導入さ
れて角圧値がコントロールされる。

電磁９Ｆ２０．２１は通常３０〜５０Ｈｚ　の周波数で
オンオフ的に開閉し、そのオンオフ時間比率（制御デユ
ーティ）１１−制御回路（マイコン）３０からの駆動パ
ルス信号８１　＋　８！で制御する。

制御回路３０には機関回転速度１機関負荷（燃料噴射量
）、冷却水温などに対応した信号が入力され、これらに
もとづいて最適な排気還流量が得られるように、上記駆
動パルス信号Ｓｓ　、　Ｓｓ會コントロールする。

同時に制御回路３０には、排気還流通路５が分岐してい
る排気通路４の圧力上検出する排気圧力センナ３３から
の信号も入力し、これにもとづいて上記駆動パルス信号
を後述するように補正する。

排気圧力センサ３３は、排気中の煤などの微粒子を捕集
除去する排気微粒子管集装＊３２を、排気通路４の排気
還流通路５の分岐点下流に設置している場合には、その
上流側圧力′に検出するように取付ける。

々お、この排気圧力センサ３３に、吸気絞弁７の下流俸
吸入負圧會導き、排気圧力との差圧を検出するようにす
れば、一層正確か制御が行える。

次に、制御回路３０の作動ルーチンに従って排気還流の
制御動作を説明する。

第３図にも示すように、まず基本的にはエンジン回転速
度（スピードノ信号Ｎと負荷信号Ｑとを読み込み、第４
図のようなパターンでメモリに記憶されているマツプか
ら、所定の排気還流制御弁（ＥＧＲバルブ）開度を与え
る電磁弁２０の基本デユーティＤｌφ會、そのときのＮ
とＱとからテーブルルックアップして求める、 この値ＤＥφは、そのときのエンジン冷却水温に本とづ
いて修正され、これによ）電磁弁２０を駆１する信号８
１のデユーティが決定される。

ここで、電磁弁２０に対するＯＮデユーティが大きくな
ると、電磁弁２０の弁口２７の開弁割合が増大するため
、定圧９Ｐ２２の負圧取出連路２３からの定負圧に対す
る大気の希釈割合が大きくなり、負圧通路２５からダイ
ヤフラム装置８の負圧室８ａに導かれる負圧は弱まって
排気還流制御弁６の開度は減小する。

次いで、匍制御回絡３０は排圧Ｐ１による補正會行うの
であるが、これは後述するとして、ｆｆ１５−のようＫ
Ｗ９定された吸気絞弁開度を与える電磁弁２１の基本デ
ユーティＤＴφ金、そのときのＮとＱとからテーブルル
ックアップにより読み取り、これを同じく水温信号にも
とづいて補正し、＠気散％７の電磁弁２１ケ駆動する信
号Ｓ３のデユーティを決定する。

なお、第４図はエンジン回転数Ｎと狛荷ＱＫ対応しての
排気還流制御弁６の等開度特性を示すが。

特性曲線の最内１［１１ＥｔＦｉ弁全開状態で、＃外Ｉ
ＦＥｎは弁全閉状警音あられしている。

同じようにして第５図Ｆｉ吸気絞５Ｐ７のＩＩｌ！、一
度特性會あられしたものである。ただし、最門伸の特性
曲線ＴｘＦｉ、吸気絞＊７に機関吸入効率などの点から
定めた所定の小開度に保持するもので（ただし、ＯＮデ
ユーティ０チと力って制御９圧が最大値をとっても全閉
することのないように、−２絞９Ｐ７の最小開度を規制
するストッパーを設けである）、また＃外−の曲ｆｌＪ
ＴｎＦｉ吸気絞弁７の全開状−を示す。

一、ト記駆ｌｌ？Ｉ仁号Ｓ２により電磁弁２１の作動が
制御されれば、これに４．とづいて吸気絞弁７のダイヤ
フラム装置１０の負圧＠１０ａに導入される負圧が調整
さね、この負圧値に応じて噴気絞弁７の一度が変化する
。そして、＠気散弁７の開度が減小するほどその下流の
吸入負圧は増加し、これに伴って排気還流制御５から吸
気中に吸い出される還流排気量も増える。

なお、上記した冷却水温にもとづく補正は１機関が十分
に暖機されていないうちは、燃焼が不安定となりやすく
、排気中のＨＣや微粒子が増加する傾向にあるため、こ
のようが低温状態で祉排気還流率奢相対的に減じて、燃
焼の安定柱管確保するように補正が行われる。

排気還流率の小さい運転状態で杜、＠気散５Ｐ７を全１
ｆＰ（を磁−９Ｐ２１のＯＮデユーティ１００チ〕に保
持しておいて、排気還流制御９６のみをデユーティ制御
し、排気還流ｔｔ−コントロールする。

吸気絞ｆｆ７が全開しているので吸入負圧は小さく、シ
たがって排気還流制御弁６の開度に比例して還流される
排気量も相対的に少ない。

このような領域では、＠気動車の低下を防いで機関の出
力特性や燃費効率を向上させるよう圧する。

この状態から排気還流量を増やす罠は、排気還流制御弁
６の開度を次第に増加すればよく、全開状態に達したな
らばそれ以上排気還流量は増えないので、こんどは吸気
絞弁７のデユーティ制御を行う。

これによシ吸入負圧が増加するため、たとえ排気還流ｆ
ｌｌＪ御９Ｐ６の開度が一定であったとしても。

この前後差圧が増えるので排気還流量は増加し始める。

したがって、排気還流量として＃′ｌｌｊ、排気還流制
御弁６が全開で、吸気絞弁７が最小開度に保持されたと
きに最大値をとる。

次に、排気通路４の排圧変化に対する排気還流制御９６
並びに吸気絞弁７の開度の補正制御について述べると、
初期においては排気微粒子の捕集装置３２に目詰シを生
じないため、排圧Ｐ１の変動（上昇）ははとんどなく、
シたがってこの限シにおいては、上述した一連の制御の
みで、正確忙目標排気還流率が得られる。

これに対して、捕集装＆３２に捕捉されるカーボンなど
の微粒子が増えてくると、捕集装置１３２が次第に目詰
シ状態となシ、その上流側の排気圧力が上昇してくる。

排気圧力が上昇すると排気還流制御弁６の前後差圧も大
きくな９、同一弁開度に対する排気還流量が増大し、運
転性や燃費を悪化させる原因とまる。

そこで、第３図の作動ルーチンの後半に示すようにして
、排圧補正上行うのである。

第６図はエンジン回転速度Ｎとエンジン負荷Ｑに対応し
ての基準排圧の等圧変化−＃Ｐｏ−Ｐｕ　ｔ−あられし
ており、基゛準排圧（捕集装置３２が目詰り會起こして
いない状態の排圧）は回転速度の上昇にほぼ比例して増
加する。

排気圧力センサ３３で検出した排り圧力（排圧と大気圧
の差圧）ＰｔＫ対し、そのときの運転状Ｗｔ。

すなわちＮとＱから第６図のようなパターンでメモリに
記憶されているマツプからのテーブルルックアッグによ
）基準排圧Ｐ＠を読み込み、その差圧ΔＰ−Ｐ１−Ｐ・
　を演算する。

そして、このときの差圧ΔＰの大きさに応じて電磁９Ｐ
２０と２１の水温補正されたデユーティＤＥφとＤＴφ
とを補正するのであり、ΔＰが大きいほど排気還流制御
弁６の開度１減じ、吸気絞ｆｆ７の開度會増加する。

この場合も、前述の制御動作と同１！ＫＷ気還流制御弁
６が全開になるまでｔｉ、電磁９Ｐ２０のデユーティ管
制御し１次いで全開後は吸気絞弁７の一度食増減する電
磁９Ｐ２１のデユーティ管制御するのである。

第７図祉１両の走行距離と排圧の上昇関係管示し、さら
にこのように排圧が変化したときのＥＧＲ率の増加割合
を示したものであるが本発明では仁のように排気還流率
が経時的に増加するのを確実に防止できる。

次に第８図に制御回路３０のブロックダイヤグラムを示
す。エンジン回転速度（スピード）七ンサ４０と、負荷
センサ４１の出力をもとに、第１の関数発生部４２によ
り排気還流制御弁開度を決定する電磁弁２０の駆動パル
ス信号の制御基本デユーティＤＢφを選択する。

この基本デユーティＤＩφは冷却水温センサ４３の出力
をもとにして水温補正部４４によシ、エンジン低温時に
排気還流率を相対的に減じるように補正される。

一方、上記回転速度センサ４０と負荷センサ４１の出力
をもとにして、第２の関数発生部４５で基準排圧Ｐｏを
選択する。

減算部４８は排気圧力センサ３３の出力Ｐ、とこの基準
排圧ＰＧとの癲圧ΔＰを計算して、信号Ｓ、として第１
の排圧補正部４９に出力する。

この排圧補正部４９は水温補正部４４の出力信号Ｓ、と
減算部４８の出力信号Ｓ、とにもとづいて、排気還流制
御弁６を制御する電磁弁２０の制御デユーティを、排圧
の変化分だけ排気還流制御弁６の開度を減じるように補
正する。

比較器５２ではこの排圧補正部４９の出力と三角波発生
回路５１の出力と合成し、電磁弁２０を駆動するパルス
信号をつくり出す。

すなわち、三角波発生回路５１は所定周波数の基準パル
ス（三角波パルス）を出力し、このパルス波よ如も排圧
補正部４９の出力Ｓ、が大きいときだけ、比較器５２は
ハイレベルの出力ｔ−低抵抗３を介して、電磁弁２０の
導通を制御するパワートランジスタ５４０ベースに印加
する。

このようにして電磁弁２０の動作が制御され、これにも
とづき排気還流制御弁６の作動負圧が調整される。

一方、吸気絞弁７の開度を制御する電磁弁２１の駆動パ
ルスのデユーティを決定するために、関数発生部４６に
よジエンジン回転速度信号Ｎと負荷信号Ｑとから、基本
デユーティＤＴφを選び出す。

これを上記と同様に冷却水温センサ４３からの出力にも
とづいて水温補正部４７で補正する。

この補正されたデユーティ信号Ｓ１１は、第２の排圧補
正部５０で、上記減算部４８からの差圧信号ＳｔＫもと
づいて補正された上（信号Ｓ・）、比較器５５により三
角波発生回路５１からの三角波と合成され、電磁９Ｐ２
１の駆動信号となるのである。

ところで、吸気絞９Ｐ７のデユーティ制御は、排気還流
制御−Ｐｆ−６が全開するまでは行わず、排気還流制御
弁６が全開しているにもかかわらすに所定の排気還流量
が得られないときに始めて開始される。

このため、比較器５７は第１の排圧補正回路４９の出力
８ｓｔ、＾定の設定電圧Ｖｓと比較し、排気還流制御弁
６が全ｙｓＫなる制御デユーティ（理論的にはＯＮデユ
ーティＯｑｂであるが、実際には電磁９２０．２１など
の応答性の点からそれに近い値でも同郷の働き食するた
めに設定電圧■ｌとしては例えはＯＮデユーティ５％程
度に相当する電圧値が採用される〕になるまでは、すな
わち信号Ｓ・≧ｖ１のときは比較器５７Ｆｉハイレベル
の出力をＯＲ回路５６を経て、ｔｓ升２１の開閉１司ど
るパワートランジスタ５９のベースに＝抵ｔｆｔ５８？
介して印加する。

これにより、１１磁５Ｐ２１はＯＲ回路５６に対するも
う一方の入力、す々わち比較器５５からの制御パルスの
いかん忙かかわらず、ｔｉｌ”２１４一連続電流會流し
てダイヤフラム装置ｌＯの負圧１略大気圧に保持し、―
気散９Ｐ７の全開状ｍｔ−維持する。

これに対して、排気還流制御弁６が実質的に全開する状
態、すなわち信号Ｓｓ＜Ｖｘとなると、比較器５７の出
力はローレベルに切換わり、ＯＲ回路５６は比較器５５
からの電磁９Ｐ２１の駆動パルスのみを、抵抗５８會介
してパワートランジスタ５９に印加する。

し九がって、排気還流制御弁６を全開にしたまま、吸気
絞弁７がデユーティ制御により絞り込まれ、排気還流量
を増加させていくのである。

ところで、この実施例においては、排気還流制御９Ｐ６
と吸気絞９Ｐ７のデヱーテイ制御會排圧補正している例
管示したが、この排圧補正は捕集装置３２の目詰りＫも
とづく排気還流量の増加上防止するものであるから、排
気還流制御９６のみ排圧補正１行う、換言するとこの制
御５Ｐ６の開度會排圧上昇に応じて減じるだけでも、必
要十分な補正管行うことが可能と表る。

つｔｂ、排気還流量の増加に対しては吸気絞弁７の開度
は大きな影響會もたらすが、減小に関してＦｉ吸気絞−
ｆ７’にそのままとしておいても排気還流制御９６の開
度変化により大巾に流量調整を行えるためである。

なお、排気圧力センサ３３は排気微粒子捕集装ｆｉｊ３
２の上流の圧力音測定するものであるが１例えば排気還
流通路５の排気還流制御９Ｐ６の上流圧力を測定しても
、同様にして排圧補正１行うことができる。

以上のように本発明は、排気圧力の経時的な変化に対応
して、すくなくとも排気還流制御弁の升開度會補正する
よう圧したので、排気微粒子捕集装置の目詰りなどに本
とづ〈排圧上昇に起因しての、排気還流率の齋勤（増加
）を防止することができ、必要以上の排へ還流による燃
費効率や未燃ＨＣ，スモークの排出組成の悪化會回避で
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の断面図である。第２図は本発明の一
実施例をあられす断面図、第３図はその制御動作ルーチ
ンを示すフローチャート、第４図と第５図はそれぞれエ
ンジン回転速度と角荷とをパラメータとしての、排気還
流制御弁と吸気絞弁との開度特性をあられす説明図、第
６図はエンジン回転速度と負荷重パラメータとする排気
圧力の等正特性線図、第７図は１両足行距離に対する排
気圧力の変動と排気還流率の経時変化の様子管示す説明
図、第８図は第３図の制御動作音実現する制御回路のブ
ロック図である。 ２・・・吸気通路、４・・・排気連路、５・・・排気還
流通路、６・・・排気還流制御９Ｆ、７・・・吸気絞弁
、２０゜２１・・・制御電磁９Ｐ、３０・・・制御同所
、３２・・・排気微粒子捕集装置、３３・・・排気圧力
センサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 排気通路から分岐する排気還流通路を吸気通路に接続し
   、この接続部よりも上流の吸気通路に吸気絞弁を設け、
   排気還流通路の途中に排気還流制御９ｆｔ−介装し、排
   ？１通路の上記還流通路分岐点よりも下流に排気微粒子
   捕集装置を設置する一方、ｅｒｌＩ４運転状態管検出す
   る手段を設け、この検出値にもとづいて上記排気還流制
   御弁と吸気絞弁との開度を増減する制御回路を備えた内
   燃機関の排気還流＊＊において、上記排気微粒子捕集装
   置よりも上流の排気圧力全検出する圧力センサを設け、
   この検出圧力の上昇に応じてすくなくとも排気還流制御
   弁の開度ヲ相対的に減小させるように補正する回路を備
   えたことを特徴とする内燃機関の排り還流装置ｉ！ｒ６