JPH02267330A - ディーゼルエンジンの排気環流制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ディーゼルエンジンの排気還ａ＜以下、ＥＧ
Ｒともいう、）制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来から、排気通路と吸気通路とを連通ずるＥＧＲ通路
を備え、吸気通路のＥＧＲ通路開口部よりも上流側に吸
気絞り弁を設け、吸気絞り弁よりも下流の負圧が略一定
となるように、バキュームモジュレータ等を用いて吸気
絞り弁の開度を調節するようにしたディーゼルエンジン
の排気還流制御装置が知られている（たとえば実公昭６
２−４６６３号公報、実開昭５５−１０００５２号公＠
ｌ）　。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、上記実公昭６２−４６６３号公報、実開昭５
５−１０００５２号公報開示のような吸気負圧の定圧制
御においては、エンジンの略全回転数域にゎたって、吸
気負圧を高めてＥＧＲ率（ＥＧＲガスの吸入空気に対す
る割合）を高め、ＮＯｘの低減等をはかることができる
ものの、システムが正常に作動していないときには、次
のような問題を招くおそれがある。

すなわち、吸気絞り弁を、吸気負圧が略一定となるよう
に定圧制御する運転条件において、吸気絞り弁が目標制
御開度から外れて予定外に作動するような場合、たとえ
ば吸気絞り弁を絞りすぎるような場合、吸気負圧が上が
りすぎる等のシステムトラブルが発生する可能性がある
。このようなシステムトラブル、とくに吸気量を絞りす
ぎた場合、黒煙、白煙等の発生を招くおそれがある。ま
た、上記の如きシステムトラブルは、たとえば負圧配管
が外れたり、システム用配線が断線した場合等に起こり
得る。

本発明は、このような問題点に着目し、簡単な制御機構
で精度よくシステムの異常を検出し、異常のない場合に
は所定の吸気負圧定圧制御を行い、異常が発生した場合
にはとくに吸気の絞りすぎによる不都合の発生を防止す
ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この目的に沿う本発明のディーゼルエンジンの排気還流
制御装置は、排気通路と吸気通路とを連通ずるＥＧＲ通
路、該ＥＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁および負圧を利用
して該Ｅ　Ｇ　Ｒ弁を駆動するアクチュエータを備え、
吸気通路の前記ＥＧＲ通路開口部よりも上流に吸気絞り
弁を有し、該吸気絞り弁下流の負圧を検知して該負圧を
略一定に保つよう吸気絞り弁の開度を調節可能な定圧制
御機構を備えたディーゼルエンジンの排気還流制御装置
において、該制御装置に、非ＥＧＲ時に前記定圧制御機
構を作動させる、非ＥＧＲ・定圧制御領域を設け、前記
ＥＧＲ弁用アクチュエータの駆動圧検出用の圧力センサ
を、前記非ＥＧＲ時に前記吸気絞り弁下流の吸気負圧を
検出する圧力センサと共用させ、前記制御装置に、前記
圧力センサにより検出された吸気負圧が予め定められた
所定の範囲から外れたときにシステム異常と判定し前記
吸気絞り弁を全開にする信号を発するシステム異常判定
回路を設けたものから成る。

〔作用〕

このような排気還流制御装置においては、エンジンの運
転状態に応じてＥＧＲが行われるが、たとえば比較的高
負荷域でかつ吸気絞り弁の開度が十分に大に制御され吸
気量も十分に大きく確保されてＥＧＲを行わなくても排
気ガスのＮＯｘ等を十分の規制値内に収めることができ
る領域が、非ＥＧＲ・定圧制ｊＢ　ｊＪｌ域に設定され
る。そしてこの領域の運転条件のときには、ＥＧＲ弁用
アクチュエータ駆動圧は検出する必要がないので、圧力
センサは吸気負圧検出に切換えられ、吸気負圧を検出す
る。検出された吸気負圧が所定の範囲から外れている場
合には、吸気絞り弁が目標制御開度から外れているわけ
であるから、システム異常と判定され、吸気絞り弁が全
開とされる。吸気絞り弁全開により、十分な吸気量が確
保され、絞りすぎによる黒煙等の発生が防止される。ま
た、本制御装置では、圧力センサがＥＧＲ弁用アクチュ
エータ駆動圧検出用と吸気負圧検出用とに共用できるの
で、制御機構が簡素化される。しかも、非ＥＧＲ・定圧
制ｍ　ｆｉｌ域で吸気負圧を検出するので、検出に際し
ＥＧＲ弁開度変化による圧力脈動がなく、その分検出精
度が高められ、上記異常の判定精度も向上される。

〔実施例〕

以下に、本発明の望ましい実施例を、図面を参照して説
明する。

第１図ないし第８図は、本発明の一実施例に係るディー
ゼルエンジンの排気還流制御装置を示している。図にお
いて、１はディーゼルエンジン本体、２は燃料噴射ポン
プ、３はＥＣＵ　（電子制御装置）を示している。４は
エンジン１への吸気通路、５はエンジン１からの排気通
路であり、υト気通路５と吸気通路４とを連通ずるＥＧ
Ｒ通路６が設けられている。このＥＧＲ通路６の吸気通
路４への開口部６ａには、ＥＧＲ弁７が設けられており
、該ＥＧＲ弁７はダイヤフラムを有するＥＧＲ弁用アク
チュエータ８によって作動されるようになっている。

吸気通路４のＥＧＲ通路開ロ部６ａよりも上流には、吸
気絞り弁９が設けられている。吸気絞り弁９は、ダイヤ
フラムを有するアクチュエータ１０によって開度が調節
できるようになっている。

アクチュエータ８．１０作動のための制御系は次のよう
に構成されている。

１１はバキュームポンプであり、ここで駆動用負圧が発
生される。バキュームポンプ１１からの負圧は、ＥＶＲ
Ｖ　（電気代負圧調整弁）１２と、ＶＳＶ（バキューム
スイッチングバルブ）　１３とに導入される。ＥＶＲＶ
１２では、バキュームポンプ１１からの負圧のアクチュ
エータ８への導入を制御する。

各種センサから入力されるエンジン運転状態の情報に基
づき、ＥＣＵ３内でＢＧＲ弁用アクチュエータ８へ供給
する制御負圧の目標値が演算される。

この目標値はその時のエンジン運転状態において最適な
ＥＧＲ率を与えるＥＧＲ弁開度となるよう定められてい
る。ＥＣＵ３は上記目標値に対応するデユーティ信号を
ＥＶＲＶ１２に与える。ＥＶＲＶ１２はデユーティ信号
に応じてバキュームポンプ１１からの負圧と大気圧との
アクチュエータ８への導入割合を調節する。また、排気
還流時には、ＶＳ’ｉＮ５は圧力センサ１４に上記制御
負圧を供給し、ＥＣＵ３は、圧力センサ１４で検出され
る実際の制御負圧と目標値との偏差に基づいてデユーテ
ィ信号を修正して実際の制御ｎ負圧が目標値に一敗する
ようフィードバック制御Ｂを行なう。ＶＳＶ１５は排気
還流停止時には、吸気負圧を圧力センサ１４に供給する
。また、圧力センサ１４がＥＧＲ用として使われるとき
には、該圧力センサ１４はＥＧＲ弁用アクチュエータ８
の駆動負圧のフィードバッグ制御に使われる。

吸気絞り弁９下流の負圧がフィルタ１６を通してバキュ
ームモジュレータ１７に導入され、該負圧が略一定に保
たれるようバキュームモジュレータ１７、アクチュエー
タ１０を介して吸気絞り弁９の開度を調節できるように
なっている。バキュームモジュレータ１７は、第２図に
も示すように、ダイヤフラム弁構造を有し、スプリング
１８を備えたダイヤフラム室１９に吸気負圧に導入され
、他室２０は大気に連通されている。ダイヤフラム２１
の弁体２２部分には、バキュームポンプ１１からの負圧
が導入されており、吸気負圧が設定値よりも高いときに
は弁体２２がダイヤフラム室１９側に移動し、バキュー
ムポンプ１１からの負圧がブリードされてアクチュエー
タ１０への出力負圧が下がり、吸気絞り弁９が開方向に
、吸気負圧が目標値（設定値）に達するまで開度調節さ
れる。吸気負圧が設定値よりも低いときには、弁体２２
がバキュームポンプ１１からの負圧のブリードを止め、
バキュームポンプ１１からの負圧がそのままアクチュエ
ータ１０に出力され、吸気絞り弁９が閉方向に、吸気負
圧が目標値（設定値）に達するまで開度調節される。し
たがって、これらは、吸気負圧を略一定に保つよう吸気
絞り弁９の開度を調節する定圧制御機構を構成している
。

バキュームモジュレータ１７とアクチュエータｌＯとの
間には、ＶＳＶ２３とＶＳＶ２４が介装されている。Ｖ
ＳＶ２３は、アクチュエータ１０への出力を、上記定圧
制御機構を介した負圧又はバキュームポンプ１１からの
元圧のいずれか一方を選択する。■５Ｖ２４は、アクチ
ュエータ１０への出力を、ＶＳＶ２３からの負圧又は大
気圧のいずれか一方を選択する。

吸気絞り弁９の開度を調節するアクチュエータ１０は、
ダイヤフラム２５．２６によって分割された、大気に連
通ずる室２７、ＶＳＶ２４からの圧力が導入されるＡ室
２８、ＶＳＶ１３により切換えられるバキュームポンプ
１１からの負圧又は大気圧のいずれか一方が導入される
Ｂ室２９を有している。ダイヤフラム２５側に、吸気絞
り弁９との連結ロッド３０が設けられ、ダイヤフラム２
５の動きに伴うロンド３０の動きを介して吸気絞り弁９
の開度が調節される。

Ａ室２８内には、スプリング３１が設けられ、座部３２
に対しダイヤフラム２５をロッド３０側（吸気絞り弁９
を開く方向）に付勢している。

ダイヤフラム２６のＡ室２８側には、ストッパ部材３３
が突設されており、ダイヤフラム２５がダイヤフラム２
６側に移動してストッパ部材３３の先端に当接したとき
、ダイヤフラム２５のそれ以上のダイヤフラム２６側へ
の移動、したがって吸気絞り弁９の−定開度以下への閉
方向作動を規制可能となっている。

このストッパ部材３３は、ダイヤフラム２６上に設けら
れているのでダイヤフラム２６の動きとともに移動する
。Ｂ室２９にはダイヤフラム２６をダイヤフラム２５方
向に付勢するスプリング３４が設けられているので、Ｂ
室２９に大気圧が導入されている場合にはスプリング３
４によってダイヤフラム２６が座部材３２に押しつけら
れストッパ部材３３は第２図の位置に保持されるが、Ｂ
室２９にバキュームポンプ１１からの負圧が導入される
場合には、スプリング３４の力に抗してダイヤフラム２
６がＢ室２９を縮小する方向に移動し、それに伴ってス
トッパ部材３３も同じ方向に移動されるようになってい
る。したがって、ストッパ部材３３によるダイヤフラム
２５の移動規制を介しての吸気絞り弁９の開度規制位置
は、上記ストッパ部材３３の移動により、吸気絞り弁９
をさらに低開度（たとえば全閉）とする規制位置に変更
可能となっている。

ＥＶＲＶ１２、ＶＳＶ１３．１５．２３．２４は、ＥＣ
Ｕ３からの指令に基いて作動される。ＥＣＵ３には、燃
料噴射ポンプ２に付設されたレバー開度センサ３５から
エンジン負荷信号としてのアクセル開度信号が、エンジ
ン回転数センサ３６からエンジン回転数が、それぞれ人
力され、その他にも、アクセル開度を調整する調整抵抗
３７からの信号、圧力センサ１４からの信号、エンジン
水温センサ３８からの信号が人力されている。さらにＥ
ＣＵ３には、車速センサ３９からの信号、自動変速機を
備えた車両にあってはそのニヱートラル（Ｎ）ポジショ
ン信号４０、さらにはイグニッションスイッチ４１から
の信号（エンジンのオン、オフ信号）が人力されており
、イグニッションスイッチ４１の信号は、■５ｖ１３作
動のための信号としても使用されている。ＥＣＵ３から
はさらに、ニアコンディショナアンプへの信号４２、自
動変速機への信号４３が出力されている。

なお、４４は負圧を利用して燃料噴射量の最大値を規制
するためのブーストコンペンセータ、４５は燃料カット
弁をそれぞれ示している。

上記のように構成された！置を用いて、本発明による制
御は次のように行われる。

まず吸気絞り弁９の作動制御について、表−１および第
３図ないし第６図を参照しつつ説明する。

吸気絞り弁９の開度はアクチュエータ１０を介して制御
され、アクチュエータ１０の作動は、■５ｖ１３．２３
．２４およびバキュームモジュレータ１７によって制御
される。吸気絞り弁９の作動モードは表＝１に示すよう
になる。

イグニッションスイッチ４１がオンからオフに切り換っ
た時すなわちエンジン停止時には、ＶＳ■１３．２３．
２４全てがオフとされ、第３図に示すように、Ａ室２日
、Ｂ室２９ともに、吸気絞り弁９を動かすのに十分なバ
キュームポンプ１１からの一定負圧が導入され（図の斜
線部は負圧導入を示す）、吸気絞り弁９は全閉に保持さ
れる。したがって、運転中のエンジンを停止する際、吸
気絞り弁９が全閉とされることにより空気吸入量が強く
絞られ、慣性で回転しているエンジンの圧縮抵抗が小さ
く抑えられて衝撃や振動の発生が抑制され、エンジンは
静かに停止される。またこのとき燃料カット弁４５によ
り燃料供給もカットされ、燃焼は自然にかつ静かに停止
される。

減速時には、ＶＳＶ１３がオンとなってＢ室２９が大気
開放され、ＶＳＶ２３．２４はオフとされてＡ室２８に
はバキュームポンプ１１からの負圧が導入される。この
とき、第４図に示すように、ダイヤフラム２６は座部３
２側に寄せられて一定位置に保持され、ダイヤフラム２
５は、ダイヤフラム２６とともに一定位置に保持された
ストッパ部材３３の先端に当たった位置に保持され、吸
気絞り弁９は半開位置に保持される。吸気絞り弁９を半
開に保つことにより、低負荷になっても所定量以上の吸
入空気量が確保され、減速時の吸気こもり音が低減され
る。

全負荷時（加速時）には、ＶＳＶ１３．２４がオンとさ
れ、Ａ室２８、Ｂ室２９ともに大気圧が導入され、第５
図に示すように、吸気絞り弁９は全開状態に保たれる。

吸気は実質的に絞られず、十分な吸入空気量が確保され
、スモークの抑制等が実現される。

中、低負荷域においては、ＶＳＶ１３．２３オン、ＶＳ
Ｖ２４オフとされ、Ｂ室２９は大気開放、Ａ室２８には
、バキュームモジュレータ１７からの出力負圧が導入さ
れ、吸気負圧が略一定圧になるよう吸気絞り弁９の開度
が制御される。このときのバキュームモジュレータ１７
の作動は、前述の通りである。

この定圧制御により、安定したＥＧＲ率が得られ、目標
とする排気ガス浄化性能が得られる。

低速（低回転数）低負荷域においては、各ＶＳＶ１３．
２３．２４の作動モードは上記中、低負荷域におけるモ
ードと同じである。しかし、Ｂ室２９に大気圧が導入さ
れ、ダイヤフラム２６、ストッパ部材３３が第２図に示
した一定位置に保持された状態にあるので、バキューム
モジュレータ１７からのＡ室２８に導入された負圧によ
り吸気絞り弁９を閉方向に移動させようとするダイヤフ
ラム２５の動きがストッパ部材３３の先端によって規制
され、結局吸気絞り弁９は半開状態に保たれる。したが
って、低回転数でも十分な空気量が確保され、吸気負圧
は低くなる。その結果、従来問題であった、定圧制御を
採用した場合の、低回転数域におけるＥＧＲ率過多が防
止される。

上記各作動領域について、ＥＧＲの作動、停止制御を加
えて、エンジン回転数とアクセル開度（負荷）とに関す
るマツプで表わせば、第７図に示すようになる。第７図
において、斜線部が定圧制御領域１０１　であり、領域
１０２が吸気絞り弁９の全開領域、領域１０３が吸気絞
り弁９の半開領域、二重斜線領域１０４が、アクチュエ
ータ１０のＡ室２８にバキュームモジュレータ１７から
の負圧が導入され定圧制御系の構成は成立するものの、
現実にはストッパ部材３３によって動きが規制され、吸
気絞り弁９が半開状態に保たれる領域である。ＥＧＲの
オン、オフは、作動境界線１１１　と１１２　との間の
領域でオンとされ、定圧制御領域で最適なＥＧＲ率とさ
れる。そしてたとえば特性線１１４に沿う運転において
は、低回転数側で吸気絞り弁９の開度が半開に規制され
、絞りすぎが防止される。作動境界線１１１　と１１３
　との間の領域１０５は、相当高負荷ではあるが吸気絞
り弁９は全開ではなく、吸気絞り弁９のコントロールに
より吸気騒音の低減等が可能な領域である。この領域は
全負荷に近いので、ＥＧＲはオフとされる。つまり、本
発明における、非Ｅ’ＧＲ・定圧側？１１８Ｎ域として
設定される。

この非ＥＧＲ・定圧側′４Ｂ　ｗｉ域１０５にて、シス
テム異常がＥＣＵ３にて判定される。

第８図および第９図にシステム異常判定のフローを示す
。ステップ２０１でＥＧＲのオン、オフを判定し、ＥＧ
ＲオンのときはＶＳＶ１５をオフとして圧力センサはＥ
ＧＲ弁アクチュエータ用駆動圧を検出しくステップ２０
２）、ＥＧＲオフのときは、ステップ２０３でＶＳＶ２
４がオフか否かを判定する。

■５ｖ２４オンの場合はステップ２０２へ、ＶＳＶ２４
オフの場合はステップ２０４でＶＳＶ２３がオンか否か
を判定する。ＶＳＶ２４オフの場合はステップ２０２へ
、ＶＳＶ２４オンの場合はステップ２０５へ進む。

ステップ２０４までで、現在の運転領域が非ＥＧＲ・定
圧制御領域１０５にあるか否かを判定できる。

非ＥＧＲ・定圧制御Ｉ　ＳＪＩ域１０５にあるときには
、ステップ２０５　でＶＳＶ１５をオンにし、圧力セン
サ１４による検出を吸気負圧側に切り換える。そして圧
力センサ１４で吸気負圧ＶＰ１．Ｍを検出して読み込み
（ステップ２０６）、ステップ２０７にて検出圧力が所
定の範囲（ＰｌとＰ２の間）に入っているか否かを判定
する。範囲に入っていればシステムＯＫを記憶しくステ
ップ２０８）、範囲から外れていればシステム異常と判
定しそれを記憶する（ステップ２０９）　。

ＶＳＶ２４がオフのときには定圧制御可能状態にあり、
オンのときには吸気絞り弁９は全開とされるから、第９
図に示すように、上記判定、記憶フローでシステム異常
と判定された場合には、■５Ｖ２４がオンとされ（ステ
ップ２１０．２１１）　、吸気絞り弁９が全開とされる
。システムが正常の場合には、前述の如きの通常制御が
行われる（第９図のステップ２１２）。

このように、システム異常が生じた場合には、吸気絞り
弁９は強制的に全開とされ、運転条件に拘らず十分な吸
気量が確保される。

〔発明の効果〕

以上説明したように、本発明のディーゼルエンジンの排
気還流制御装置によるときは、正常時には定圧側ｉ！Ｉ
ｆ機梼による安定したＥＧＲ率の確保等価れた特性を発
揮させることができ、システム異常時には、圧力センサ
を共用させた簡単な制御系で非ＥＧＲ・定圧制御領域に
てそのシステム異常を精度よく検出でき、吸気絞り弁を
全開として十分な吸気量を確保し、黒煙、白煙等の発生
を適切に防止することができる。また、上記圧力センサ
の共用により、本発明制御系を安価に実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るディーゼルエンジンの
排気還流制御装置の全体構成図、第２図は第１図のシス
テムの拡大部分構成図、第３図は第１図の吸気絞り弁の
全閉制ｊ！！状態を示す部分構成図、 第４図は吸気絞り弁の半開制御状態を示す部分構成図、 第５図は吸気絞り弁の全開制御状態を示す部分構成図、 第６図は吸気絞り弁の吸気負圧定圧制御状態を示す部分
構成図、 第７図は吸気絞り弁およびＥＧＲの制御状態をエンジン
回転数とアクセル開度に関して表わしたマツプ、 第８図および第９図は本発明における制御のフローチャ
ート、 である。 １・・・・・・ディーゼルエンジン ２・・・・・・燃料噴射ポンプ ３・・・・・・ＥＣＵ　（電子制御装置）４・・・・・
・吸気通路 ５・・・・・・排気通路 ６・・・・・・ＥＧＲ通路 ７・・・・・・ＥＧＲ弁 ８・・・・・・ＥＧＲ用アクチュエータ９・・・・・・
吸気絞り弁 １０・・・・・・吸気絞り弁用アクチュエータ１１・・
・・・・バキュームポンプ １２・・・・・・ＥＶＲＶ　（電気式負圧調整弁）１３
．１５．２３．２４・・・・・・ＶＳＶ　（バキューム
スイチングバルブ） １４・・・・・・圧力センサ １７・・・・・・バキュームモジュレータ２１．２５．
２６・・・・・・ダイヤフラム３２・・・・・・座部 ３３・・・・・・ストッパ部材 ３５・・・・・・レバー開度センサ ３６・・・・・・エンジン回転数センサ４１・・・・・
・イグニソションスインチ４５・・・・・・燃料カット
弁 特　許　出　願　人　　　トヨタ自動車株式会社代理人
　弁理士　　１）渕　経　雄 （他１名） トへや全譚郁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １．排気通路と吸気通路とを連通するＥＧＲ通路、該Ｅ
   ＧＲ通路を開閉するＥＧＲ弁および負圧を利用して該Ｅ
   ＧＲ弁を駆動するアクチュエータを備え、吸気通路の前
   記ＥＧＲ通路開口部よりも上流に吸気絞り弁を有し、該
   吸気絞り弁下流の負圧を検知して該負圧を略一定に保つ
   よう吸気絞り弁の開度を調節可能な定圧制御機構を備え
   たディーゼルエンジンの排気還流制御装置において、該
   制御装置に、非ＥＧＲ時に前記定圧制御機構を作動させ
   る、非ＥＧＲ・定圧制御領域を設け、前記ＥＧＲ弁用ア
   クチュエータの駆動圧検出用の圧力センサを、前記非Ｅ
   ＧＲ時に前記吸気絞り弁下流の吸気負圧を検出する圧力
   センサと共用させ、前記制御装置に、前記圧力センサに
   より検出された吸気負圧が予め定められた所定の範囲か
   ら外れたときにシステム異常と判定し前記吸気絞り弁を
   全開にする信号を発するシステム異常判定回路を設けた
   ことを特徴とするディーゼルエンジンの排気還流制御装
   置。