JPS5917264B2 - 内燃機関の排気ガス再循環装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ＮＯＸの低減に効果を発揮する排気ガス再循
環装置に関する。

ＮＯＸの発生を抑止するため用いられている従来の排気
ガス再循環装置には、エンジンの排気管から分流した排
気ガスを固定絞りを介して気化器のスロットルバルブ上
流部に再循環する謂ゆるプレートタイプと、排気ガスを
制御バルブを介してスロットルバルブ下流の吸気管に再
循環する謂ゆるマニホールドタイプがある。

前者のプレートタイプの場合は、スロットルバルブ上流
に再循環するので再循環排気ガス量は吸入空気量の関数
であるエンジン背圧だけの関数となるため再循環排気ガ
ス量がエンジンの吸入空気量に比例するという利点があ
るが、スロットルバルブへの異物付着、アドバンスポー
ト等の孔の閉塞、気化器等への熱的影響、アルミ部の腐
蝕、低温時のアイシング等の不具合を招きやすいという
問題がある。

一方、後者のマニホールドタイプの場合は、吸気管に直
接再循環するため、上記不具合は起きにくいが、前者の
プレートタイプと異なり吸気管の負圧の影響を受けるた
めに、軽負荷で再循環排気ガス量が多くなり、高負荷で
再循環排気ガス量が少なくなるので、この影響をなくす
様に、制御バルブを作動させて、再循環排気ガス量を制
御することが必要である。

ところが、通常使用されているシステムでは、信号とし
て通常スロットルバルブの位置によって、オン、オフの
信号として出てくる吸気負圧を用い、特にエンジンに不
具合を与える時に、溜−バルブを閉じて、再循環排気ガ
スの供給を停止するだけの制御が主であった。

またその他に、吸気負圧の影響をなくすように、軽負荷
で絞り面積を小さくし、高負荷で絞り面積を大きくする
ように、吸気負圧で制御ノくルブを作動させたり、ベン
チュリー負圧で、作動させるものもあるが、いずれの場
合にも、完全に吸気負圧の影響を取り除いて、吸入空気
量に比例した量の再循環排気ガスの供給を達成し得す、
エンジンの軽負荷時に吸入空気量に対する再循環排気ガ
ス量の割合が必要以上に多くなってサージング現象や失
火を起こしやすくなり、一方高負荷時に、吸入空気量に
対する再循環排気ガスの量の割合が少なくなってＮＯＸ
の発生を抑止する効果が低下したりして、エンジンに不
具合なくかつ効率よ＜ＮＯＸを低減することが困難であ
るという問題があった。

上記問題を解決するために最近両タイプの利点を取り入
れたタイプとして、再循環ガスを直接吸気管に供給して
、その量をエンジン背圧の関数、即ち吸入空気量に比例
させて供給するタイプが試みられている。

このタイプによって、プレートタイプにおける不具合は
なくなり、また従来のマニホールドタイプの様に軽負荷
で再循環ガスが入りすぎてサージングや失火等を起こす
という不具合も少なくなり、ＮＯＸの低減もかなり効果
的に行なわれる様になった。

しかし、内燃機関の気筒内に残って再循環ガスと同様の
働きをする既燃焼ガスは、軽負荷で未燃焼ガス（吸入空
気量）に対する割合が多くなっている。

従って、効率よ＜ＮＯＸの低減を計るためには、この筒
内の残留ガス（内部ＥＧＲ）を考慮に入れて再循環ガス
（外部ＥＧＲ）量を制御しなければならない。

即ち、吸気空気量に対して、再循環ガス量の割合が一定
の制御では不十分で、これに加えて残留ガスの多い所（
軽負荷では、供給する再循環ガス量を減らし、残留ガス
量と再循環ガス量の和が吸入空気量に対してできるだけ
一定割合となる様に制御することが、効率の良いＮＯＸ
の低減のためには必要である。

本発明は、外部ＥＧＲ率を軽負荷時に低く制御しうる装
置を得て、効率良＜ＮＯＸを低減することを目的とする
。

次に本発明を第１図に示す第１の実施例を用いて説明す
る。

１は内燃機関、２は排気管、３は吸気管、４は排気管２
より分流した排気ガスを吸気管３に再循環する再循環通
路、５はスロットルバルブ、６ａはこのスロットルバル
ブ５と一体になった第１のアーム、Ｉは図示しないアク
セルペダルの動きを第１のアーム６ａを介してスロット
ルバルブ５に伝える連接棒、８は再循環通路４の通路面
積を制御する第１の可変絞り、６ｂはこの可変絞り８と
一体になった第２のアームｓ６ｃは第１のアーム６ａと
第２のアーム６ｂとを連結する第３のアームである。

第１のアーム６ａは第２のアーム６ｂよりも長く、また
第１の可変絞り８は・スロットルバルブ５よりも立って
いる。

即ち、閉弁状態においては、第１の可変絞り８の方が再
循環通路４に直交に近い状態にある。

９は再循環通路４の通路面積を制御する第２の可変絞り
で、第１の可変絞り８よりも排気管２側に配設されてい
る。

１０は第２の可変絞り９を動かす制御弁、１１は吸気管
３と制御弁１０とを連通させる作動圧管、１２は比較器
で、吸気管３内におけるスロットルバルブ５よりも上流
で気化器Ｃのベンチュリよりも下流の圧力（以下、スロ
ットルバルブ５の上流圧という）と二つの可変絞り８，
９間の圧力とを比較し、作動圧管１１を通って制御弁１
′０に伝達される圧力の値を制御するものである。

１３はスロットルバルブ５の上流圧を比較器１２に伝え
る第１の圧力導管、１４は二つの可変絞り８，９間の圧
力を比較器１２に伝える第２の圧力導管である。

制御手段をなす制御弁１０及び比較器１２について、詳
細に説明する。

制御弁１０において、１０１はハウジング、１０２はダ
イヤフラムで、ハウジング１０１内を二つの室１０２，
１０４に分割している。

図中上方が上室１０３で、下方が下室１０４である。

１０５は大気導入口で、下室１０４に大気を導く。

１０６は圧力導入口で、作動圧管１１と連結されて上室
１０３に吸気負圧を導く。

該負圧はダイヤフラム１０２を図中上方に変位させるべ
く作用している。

１０１はシャフトで、一端はダイヤフラム１０２に固定
され他端には第２の可変絞シ９が固定されている。

１０８は上室１０３内に配設されたスプリングで、第２
の可変絞り９が再循環通路４を閉じるような向きでダイ
ヤフラム１０２に作用している。

一方、比較器１２において、１２１はハウジング、１２
２〜１２４は第１〜第３のダイヤスラムで、ハウジング
１２１内を三つの室１２５〜１２７に分割している。

図中下方の第１の室１２５には大気導入口１２８を介し
て大気が導かれる。

真中の第２の室１２６には、第１の圧力導管１３を介シ
テスロットルバルブ５の上流圧が導かれる。

上方の第３の室１２７には、第２の圧力導管１４を介し
て二つの可変絞り８，９間の圧力が導かれる。

１２９は第１の室１２６と作動圧管１１とを連通させる
連通口、１３０はシャフトで、一端は第１〜第３のダイ
ヤフラム１２２〜１２４に固定され他端には弁体１３１
が固定されている。

この弁体１３１は連通口１２９を開閉するものである。

なお、第１のダイヤフラム１２２と第３のダイヤフラム
１２４の受圧面積は等しく、第２のダイヤフラム１２３
の受圧面積はそれらに比して極めて小さいものである。

以上の構成になる本発明装置の作動を説明する。

排気管２より分流した排気ガスは再循環通路４を介して
吸気管３内に再循環されるが、その時二つの可変絞り８
，９間の圧力は次のようにしてスロットルバルブ５の上
流圧に保たれる。

比較器１２の第１のダイヤフラム１２２には、第２の室
１２６に導びかれるスロットルバルブ５の上流圧が作用
している。

一方第３のダイヤフラム１２４には、第３の室１２１に
導かれる二つの可変絞り８，９間の圧力（以下、単に絞
り間圧力という。

）が作用している。

そして、第１のダイヤフラム１２２と第３のダイヤフラ
ム１２４の受圧面積は共に等しいため、絞り間圧力がス
ロットルバルブ５の上流圧よりも高い場合は、３つのダ
イヤフラム１２２〜１２４及びそれに固定されたシャフ
ト１３０、弁体１３１が図中上方に移動して連通孔１２
９の開口面積を広くなし、作動圧管１１内に流入する大
気の量を多くする。

それによって制御弁１０の上室１０３に導かれる負圧の
値を小さくなし、スプリング１０８によってダイヤフラ
ム１０２及びそれに固定されたシャフト１０７、第２の
可変絞り９を図中下方に移動させ、第２の可変絞り９が
再循環通路４の開口面積を狭めて排気ガスの流量を少な
くシ、絞り間圧力を下げる。

一方、絞り間圧力がスロットルバルブ５の上流圧よりも
低い場合は、３つのダイヤフラム１２２〜１２４及び弁
体１３１が図中下降して連通孔１２９の開口面積を狭く
し、作動圧管１１内に流入する大気の量を少なくする。

それによって制御弁１０の上室１０３に導かれる負圧の
値を大きくなし、スプリング１０８の力に抗してダイヤ
フラム１０２及び第２の可変絞り９を図中上方に移動さ
せ、再循環通路４を通る排気ガス量を増して絞り間圧力
を上げる。

このようにして絞り間圧力をスロットルバルブ５の上流
圧と等しくなしている。

内燃機関１に吸入される空気の量は、スロットルバルブ
５の開度によって決まる吸気管３の開口面積と、スロッ
トルバルブ５の上流圧と吸気負圧との圧力差とで決まる
。

一方、内燃機関１に再循環される排気ガスの量は、第１
の可変絞り８の開度によって決まる再循環通路４の開口
面積と、絞り間圧力と吸気負圧との圧力差とで決まる。

絞り間圧力はスロットルバルブ５の上流圧に正確π設定
されているので、ここでスロットルバルブ５で制御され
る吸気管３の開口面積比（開口面積／全開時の開口面積
が）第１の可変絞り８で制御される再循環通路４の開口
面積比と等しけれは、吸入空気量と排気ガス再循環量は
ほぼ比例関係となる。

ところが本実施例では、第２図に詳細に示すように、第
２のアーム６ｂを第１のアーム６ａよりも短くシ、これ
らのアーム６ａｔ６ｂを第３のアーム６ｃで連結すると
共に、閉状態における第１の可変絞り８と再循環通路４
の軸線とのなす角αを、閉状態におけるスロットルバル
ブ５と吸気管３の軸線とのなす角βよりも大きくとって
いるので、再循環通路４が円筒状であっても、第３図に
示すように軽負荷では第１の可変絞り８で制御される再
循環通路４の開口面積比の方がスロットルバルブ５で制
御される吸気管３の開口面積比より小さくなる。

従って、軽負荷では吸入空気量に対して少ない害拾〇再
循環ガスが流れ、高負荷では通常の割合の再循環ガス量
が流れる。

即ち吸入空気量比例の再循環ガス量に負荷制御を行なっ
たことになる。

この様にすることによって、気筒内残留ガスの多い軽負
荷では、比ｆ制御を基本としてそれよりも再循環ガス量
を減少させることができ従来装置のような不具合を招く
ことなく効率よくＮＯＸを低減しうる。

さらに、制御弁１０に伝達する信号として大きな値が得
られる吸気負圧わ用いているため、第２の可変絞り９を
容易かつ迅速に制御することができ、絞り間圧力が変動
した際にその圧力を迅速にスロットルバルブ５の上流圧
に制御することができる。

尚、第２の可変絞り９はバタフライ型のものでも良い。

次に第４図に示す第２の実施例について説明する。

これは前述の実施例における比較器１２を持たず、制御
弁２０のみで制御手段をなし、制御弁２０自体でスロッ
トルバルブ５の上流圧と絞り間圧力とを比較して第２の
可変絞り９を駆動するものである。

この制御弁２０について説明すると、ノ・ウジフグ２０
１内に設置したダイヤフラム２０２によって二つの室２
０３，２０４が形成されている。

これらの室２０３，２０４には、バネ荷重の等しいスプ
リング２０５，２０６が配設しである。

第２の可変絞り９はシャフト２０７Ｖｃよってダイヤフ
ラム２０２に連結しである。

上室２０３には第２の圧力導管１４を介して絞り間圧力
が導かれ、下室２０４には第１の圧力導管１３を介して
スロットルバルブ５の上流圧が導かれる。

上記構成において、絞り間圧力がスロットルバルブ５の
上流圧よりも高い場合は、ダイヤフラム２０２、シャフ
ト２０７および第２の可変絞り９が図中下方に移動して
再循環通路４の開口面積を狭め、排気ガスの流量を少な
くして絞り間圧力を下げる。

一方、絞り間圧力がスロットルバルブ５の上流圧より低
い場合は、ダイヤフラム２０２、シャフト２０７および
第２の可変絞り９が図中上方に移動して再循環通路４の
開口面積を広げ、排気ガスの流量を増して絞り間圧力を
上げる。

従って、本実施ｆＦ）装置によっても、前述の実施例の
装置と同様の制御が可能である。

以上述べたように本発明装置によれば、軽負荷では外部
ＥＧＲ率を低く制御することができ、このことによって
、残留ガス＋再循環ガスの吸入空気量に対する割合は常
にほぼ一定に保たれ、従って不具合なく効率的にＮＯＸ
を減少することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明装置の第１の実施例を示す模式的な構成
図、第２図は第１の実施例における主要部の拡大図、第
３図は第１の実施例の作動説明に供する特性図、第４図
は本発明装置の第２の実施例を示す模式的な構成図であ
る。 １・・・・・・内燃機関、２・・・・・・排気管、３・
・・・・・吸気管。 ４・・・・・・再循環通路、４ａ・・・・・・ふくらみ
部、５・・四スロットルバルブ、６ａ〜６ｃ 、１６ａ
〜１６ｃ゛°°・・・第１〜第３のアーム、８・・・・
・・第１の可変絞り、９・・・・・・第２の可変絞り、
１０，１２・・・・・・制御手段をなす制御弁および比
較器、２０・・・・・・制御手段をなす制御弁、Ｃ・・
・・・・気化器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内燃機関の排気管より分流した排気ガスを再循環通
   路を介して吸気管に再循環する排気ガス再循環装置にお
   いて、前記再循環通路内に設置され、スロットルバルブ
   と関連して作動してその開口面積を制御する第１の可変
   絞りと、前記再循環通路内でかつ前記第１の可変絞りよ
   りも上流に設置されてその開口面積を制御する第２の可
   変絞りと。 前記再循環通路内で前記第４．第２の可変絞り間の圧力
   が、前記吸気管内における前記スロットルバルブよりも
   上流でかつ気化器のベンチュリよりも下流の圧力に等し
   くなるよう前記第２の可変絞りを制御する制御手段とを
   有し、前記第１の可変絞りの開弁時に、この第１の可変
   絞りの軸線と前記再循環通路の軸線とが角αにて交わり
   、前記スロットルバルブの開弁時に、このスロットルバ
   ルブの軸線と前記吸気管の軸線とが角βにて交わシ、前
   記角ａは前記角βよシも大きく設定されている内燃機関
   の排気ガス再循環装置。