JPH0347430A - ディーゼルエンジンの排気還流制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野コ 本発明は、ディーゼルエンジンのＩＪＩ気遠流（以下、
ＥＧＲ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　＠公
報）。また、ＥＧＲ率（吸入空気量に対するＥＧＲガス
の割合）等の変動を検出して吸気絞り弁およびＥＧＲ弁
の開度制御デユーティを補正するようにした装置も知ら
れている（特開昭５８−１０７８６０号公報）。さらに
、ＥＧＲ弁切換時に吸気絞り弁を要求開度に補正するよ
うにした装置も知られている（実開昭６０−４９２５４
＠公報、実開昭６０−４９２５６号公ｌ１１）。

［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ねたつて、吸
気負圧を高めてＥＧＲ率（ＥＧＲガスの吸入空気に対づ
る割合）を高め、ＮＯＸの低減等をはかることができる
ものの、エンジン回転数、負荷によらず吸気負圧が一定
値に固定制卸されるので、あるエンジン使用領域では吸
気を絞りすぎ、ＥＧＲ率が過多になって黒煙の発生や失
火の問題を招くおそれがある。またあるエンジン使用領
域では、吸気絞り不足になり、十分に高いＥＧＲ率にな
らず、排気ガス浄化性能等のＥＧＲ効果が十分に得られ
ない、おそれがある。

また、吸気絞り弁を固定開度で使用すると、やはりエン
ジン回転数等に対し不適合な領域が生じる。たとえば低
回転数側で絞り不足となって十分な吸気負圧が１ｑられ
なかったり、高回転側で絞りすぎとなって十分な吸気ｍ
が得られなくなったりする。

また、前記特開昭５８−１０７８６０号公報開示の制御
では、ＥＧＲ率の変動等を検出して吸気絞り弁とＥＧＲ
弁の両方のデユーティ比が補正されるので、補正制御を
適正に行えば全運転域で高ＥＧＲ率を達成可能であるが
、制御系が復随になりすぎるという問題があるとともに
、変動を検知した後に補正するので制御の応答性に問題
がある。

さらに、前記実開昭６０−４９２５４および６０−４９
２５６号公報開示のＭｉ　ａでは、ＥＧＲ弁切換時以外
は基本的に定圧制御であるので、やはり上述した吸気負
圧一定厚制御における問題は残る。

本発明は、上述の如き種々の問題点に着目し、簡単な制
御機構でもって、エンジン全運転領域にわたって、Ｒ適
な高ＥＧＲ率に正確にかつ応答性よく制御可能な排気還
流制御装置を提供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
路を備え、吸気通路の前記ＦＯＲ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に応動す
るダイヤフラム装置を介して前記吸気絞り弁の開度を調
節するデイ−ピルエンジンの排気還流制御装置において
、前記ダイヤフラム装置に、該ダイヤフラム装置内のダ
イヤフラムを前記吸気絞り弁開又は閉のいずれか一制御
方向に付勢する付勢力を変更可能で、かつ該付勢力の変
更がエンジンの運転状態に応じて制御される付勢力可変
手段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、吸気負圧に応
動するダイヤプラム装置のダイヤフラムの動きにより、
吸気絞り弁の開度が調節される。

このダイヤフラムは、ダイヤフラムにより区画される二
室のうち一室側に導入される吸気負圧と、いずれか−室
側からダイヤフラムに付与される付勢力と、他室側に導
入される吸気絞り弁駆動用の圧力源（たとえばバキュー
ムポンプ）からの圧力とがバランスするように動くが、
付勢力可変手段により上記付勢力が変更されることによ
り、吸気絞り弁の制御すべき目標吸気圧力も変更される
。

したがって、エンジン運転状態に応じて付勢力可変手段
を適切に制御することにより、エンジン運転状態に応じ
た最適な圧力（負圧）に制御されることになり、吸気負
圧、吸気量の最適値への制御が可能になるとともに、全
運転領域にわたって最適なＥＧＲ率に制御することが可
能になる。

［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実施例 第１図および第２図は、本発明の第１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、排気通路５と吸気通路４とを連通するＥＧＲ
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Ｇノられており
、該ＥＧＲ弁７はダイヤフラムを有するアクチュエータ
８によってオン、オフ（開閉）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【ノられている。吸気絞り弁９は、ダイ
ヤフラムを右１６アクチユエータ１０によって開度が調
節できるにうになっている。

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（７ｇ気式負［３整弁）１２ト、ｖＳＶ（バキューム
スイッチングバルブ）２３とに導入される。ＥＶＲＶ１
２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。

つまり、各種セン１ノ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ＦＧＲ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弁聞度開度るように定められている。

Ｅ（ＪＪ３は上記目標値に対応するデユーデイ信号をＥ
ＶＲＶ１２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υｊ合を調節する。また、排気
還流時には、ＶＳＶ１５は圧力センｇ１４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１」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負圧が目標値に一致する
ようフィードバック制御を行なう。

ＶＳＶ１５は排気還流停止時には、吸気負圧を圧力−リ
ン４）１４に供給する。

吸気絞り弁９下流の負圧がフィルタ１６を通してダイヤ
フラム装置としてのバキュームポンプ、レータ１７に導
入され、該負圧が後）ホの如さの制御Ｉ」標値に保たれ
るようバキュームモジュレータ１７、アクチュエータ１
０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１３によって区画された工学を
有する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に吸気負圧が導入され、伯室２
０にはバキュームポンプ１１からの負圧が導入されると
ともに該室２０からは大気にブリード可能となっている
。ダイヤフラム１３の弁体２１部分に、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２１がスプリング１８の付勢力
に抗してダイヤフラム室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１
０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２１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、吸気負圧を目標値に保つよう吸気絞り
弁９の開度を調節する定圧ノコ制御機構を構成している
。

このアクチュエータ１０への出力負圧は、ダイヤフラム
１３の動きによって制御され、ダイヤフラム１３の動き
は、工学１９．２０内における圧力およびスプリング１
８によるダイＡ２フラム１３への付勢力がバランスする
ように行われる。したがって、スプリング１８による付
勢力を変更すれば、バランスされるべき吸気負圧、すな
わち制御目標吸気負圧が変わり、変更された制御目標吸
気負圧になるように吸気絞り弁９の開度が制御されるこ
とになる。

この付勢力可変手段２５は次のように構成されている。

スプリング１８のダイヤフラム１３と反対側には、スプ
リング１８の端部を支承する座２６が設（ブられており
、この座２６が、スプリング１８の軸方向、つまりスプ
リング１８によりダイＡ７フラム１３付勢力を変更する
方向に移動可能な可動座に構成されている。可動座２６
の下部には、スクリュ２７が図の下方に向けて延設され
ており、該スクリュ２７にはナツト部材２８が螺合され
ている。ナツト部材２８は、モータ（ＤＣモータ又はス
テップモータ等回転量制御可能なモータ）２９の電機子
と一体的に回転可能に組み込まれている。したがって、
モータ２９の回転角を制御することにより、ナツト部材
２８の回転量が制御され、それによってスクリュ２７を
介して可動座２６の位置が制御され、スプリング１８の
ダイヤフラム１３何勢力が制御される。

バキュームモジュレータ１７とアクチュエータ１０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、上記バキ
ュームモジュレータ１７からの負圧又はバキュームポン
プ１１からの九斤のいずれか一方を選択する。ＶＳＶ２
４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覆る。

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３０によって分割された、大気に連通する
室３１と、ＶＳＶ２４からの圧力が導入されるダイヤフ
ラム室３２を有し、ダイヤフラム室３２には、ダイヤフ
ラム３０を、ロッド３３を介して吸気絞り弁９を開方向
に付勢するスプリング３４が設けられている。ダイヤフ
ラム室３２に導入される圧力は、ＶＳＶ２３．２４の制
御により、バキュームポンプ１１からの元圧、大気斥、
バキュームモジュレータ１７からの負圧のいずれかとさ
れるが、バキュームポンプ１１からの元圧が導入される
ときに−は吸気負圧にかかわらず吸気絞り弁９は仝閉と
され、大気圧が導入されるときには全開とされ、バキュ
ームモジュレータ１７からの制御負圧が導入されるとぎ
には目標開度となるように制御される。

前記モータ２９の回転角は、エンジンの運転状態に応じ
て、ＥＣＵ３からの指令に基づき制御される。したがっ
て、付勢力可変手段２５の制御、本実施例では可動座２
６の位置制御がエンジン運転状態（応じて制御される。

また、ＥＶＲＶ１２、ＶＳＶ１５．２３．２４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、それぞれ入
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ν１４からの信号、エンジン
水温センサ３８からの信号が入力されている。さらにＥ
ＣＬＩ３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ュートラル（Ｎ）ポジシ
ョン信号４０、ざ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Ａン、オフ信号）が入力されてお
り、イグニッションスイッチ４１の信号は、ＶＳＶ２３
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ベンセータ、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装置においては、エンジン回転
数、負荷等のエンジン運転状態に応じて、ＥＣＵ３から
の指令に基づきモータ２９の回転角を制御し、可動座２
６の位置を変えてスプリング１８による付勢力を変更す
ることにより、バキュームモジュレータ１１の特性を自
由に変更制御でき、それによって吸気負圧の制御目標値
を、電気的なフィードバック制御なしに任意の値に設定
できる。第３図にエンジン回転数と吸気負圧との関係を
示すように、吸気絞りなしの特性１０１に対し吸気絞り
を設【ノることにより吸気負圧を上げることができるが
、固定絞り（特性１０２）では高回転数域で絞りすぎと
なって吸気負圧が上がりすぎ、従来の定圧制御（特性１
０３）では低回転数域で絞りすぎによる吸気量不足、高
回転数域では絞り不犀を生じるおそれがある。これに対
し、本発明による制御特性１０４では上記定圧制御にお
ける低回転数域、高回転数域の問題を両方とも解消でき
、さらには第４図に示すように、自由に任意の特性１０
５にも制御できる。したがって、吸気負圧を最適値に制
御することにより、第５図に示すように、全回転数域に
わたって、ＮＯｘ等の抑制上望ましい高ＥＧＲ率に保ち
つつ、黒煙の発生等により規制される限界＠域１０６以
下に要領よく抑えることができ、最適なＥＧＲ率に、正
確かつ迅速に制御される。

また、第６図に示すように、エンジンの軸トルク（エン
ジン負荷）に対しても自由に吸気負圧を設定できるため
、従来の定圧制御（図の破線）に比べ、黒煙等を悪化ざ
ゼることなく、斜線部１０７のようにＥＧＲ率を高める
ことができ（図の実線）、この面からも最適なＥＧＲ率
を確保できる。

また、本制御装置では、ＶＳＶ２３．２４の制御により
、吸気絞り弁９の仝閉、全開制御が可能である。

たとえば、運転中のエンジンを停止する際、イグニッシ
ョンスイッヂ信号のＡンからオフへの変化を検知して吸
気絞り弁９を仝閉とすることにより空気吸入量が強く絞
られ、油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。

全負荷時（加速時）には、吸気絞り弁９が全開とされ、
十分な吸入空気量が確保されて、スモークの抑制等が促
進される。

また、従来ＥＧＲｆｆｌはＥＧＲ弁のリフトにより制御
していたが、吸気負圧の制御ｌ」標値を自由に変更でき
るためＥＧＲＩも自由に変更できるようになり、ＥＧＲ
ｆｆｌの連続制御機構の不要化も可能になる。したがっ
て、第１図に示したＥＶＲＶ１２を単なるＶＳ■に変え
ることが可能になり、さらに安価な構成が可能となる。

第２実施例 次に、第７図および第８図に第２実施例を示す。

本実施例においては、バキュームモジュレータ５１にお
けるスプリング５２のセット長は固定され、ダイヤフラ
ム５３で区画された工学５４．５５のうち図の上室５４
の負圧ブリード量がデユーティＶＳＶ５６で調整制御さ
れる。このブリード量調整によるダイヤフラム５３の付
勢力調整によっても、吸気負圧の制御目標値を変更でき
る。たとえばブリード子を減量すると、上室５４の負圧
が俵Ｃノ切らずに残圧が生じ、このためスプリング５２
とつり合う以上の高い吸気負圧が設定される。ブリード
量を多くすれば、上室５４は大気圧に近づき、吸気絞り
弁９は高開度に制御されて吸気負圧は低く設定される。

本実施例においては、デユーティＶＳＶ５６の代りにブ
リード穴５７のオリフィス径を可変にするような手段を
用いてもよい。

その他の構成、作用は第１実施例に準じる。

第３実施例 次に、第９図および第１０図に第３実施例を示す。

本実施例においては、バキュームモジュレータ６１の、
スプリング６２によって付勢された弁体６３に磁化され
た部分６４が設けられる。この磁化部分６４に対向させ
てコイル６５が設けられ、本実施例では、コイル６５へ
の通電による電磁力にＪ：つて磁化部分６４に第１０図
の上方への反発力が作用するようになっている。ダイヤ
フラム６６で区画された工学６７．６８のうち第１０図
における上室６７にはバキュームポンプ１１からの負１
１が導入され、弁体６３が開いているときには導入負圧
が大気開放穴６９よりブリードされるようになっている
。下室６８には吸気通路４から吸気絞り弁９下流の吸気
負圧が導入される。

このような装置においては、バキュームモジュレータ６
１内の弁体６３（ダイヤフラム６６）は、スプリング６
２の力ＦＳによって第１０図における下方（弁体６３の
開方向）への力を受けてＪ３す、コイル６５に電流が流
されると、磁化部分６４の反発力により図の上方（弁体
６３の閉方向）に力「ｄを受ける。

［ｄ　＞ｌ”ｓのときには、第１１図に示づように、（
Ｆｄ−Ｆｓ）と吸気負圧による力Ｆｉとがつり合うよう
に吸気絞り弁９の開度が制御される。したがって、コイ
ル６５への通電電流値を可変制御することにより、吸気
絞り弁９の開度制御を介して吸気負圧を任意の所定圧に
制御することが可能になる。そしてこの制御目標値の変
更はコイル６５への通電量をエンジン運転状態に応じて
制御することにより行われ、吸気負圧の連続的可変制御
も可能となる。

また、本実施例では、加速時等の出力が必要なときには
、コイル６５への電流をカットすれば、スプリング６２
の力により弁体６３が開となり、バキュームポンプ１１
からの負圧が大気開放穴６９からブリードされて吸気絞
り弁９は全開となる。エンジン停止時には、コイル６５
に大きな電流を流してやることにより弁体６３が閉じら
れ、吸気絞り弁９が全開となって、停止時振動等が抑え
られる。このように、本実施例装置では、強制的な吸気
絞り弁９の全開、全開制御もバキュームモジュレータ６
１のみで可能となるので、第９図のシステムに示したよ
うに、第１図および第７図に示したシステムに比べ、Ｖ
ＳＶ２３．２４および該弁用通路を省略することができ
、システムを簡素化することができる。

その他の構成、作用は第１実施例に準じる。

［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、吸気絞り弁の開度制御に
用いるダイヤフラム装置にダイヤフラム付勢力可変手段
を設りて、吸気絞り弁により制御される吸気負圧の制御
目標値をエンジン運転状態に応じて自由に可変設定でき
るようにしたので、簡単な制御機構でありながら、エン
ジン全運転領域にわたって精度よくかつ応答性よくＲ適
な吸気負圧に制御することができ、該吸気負圧制御を介
して最適なＥＧＲ率を実現できる。

また、本発明により吸気絞り制御は、ＥＧＲなしの場合
でも吸気騒音低減等に大きな効果が必る。

たとえば本制御では、従来の吸気絞り弁のオン、オフ制
御や吸気負圧一定制御に比べ、任意゛の絞り開度が得ら
れるので、黒煙やエンジントルクを悪化させない範囲で
吸気量を最大限絞ることができ、また開度が連続して制
御できることにより、吸気騒音を急変させることなく、
フィーリングよく消畠することができる。

さらに、パーシャル域（中間負荷域）では一般に吸入空
気量が多いが、適切に吸入空気量を絞って減らしてやる
ことにより、エンジンのボンピングロスを低減でき、出
力の向上、燃費の改善をに１かることもできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１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図はエンジン回転数と吸
気負圧との関係図、第４図はエンジン回転数と吸気負圧
との関係図、第５図はエンジン回転数とＥＧＲ率との関
係図、第６図は軸トルクと吸気負圧、ＥＧＲ弁開磨、Ｅ
ＧＲ率との関係図、 第７図は本発明の第２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８図は第７図のシ
ステムの拡大部分構成図、第９図は本発明の第３実施例
に係るデイ−ピルエンジンの排気還流制御装置の全体構
成図、第１０図は第９図のシステムの拡大部分構成図、
第１１図は第１０図のバキュームモジュレータによる特
性図、 である。 １・・・・・・デイ−ピルエンジン ２・・・・・・燃料噴射ポンプ ３・・・・・・ＥＣｔＪ　（電子ａｉ制御装置）４・・
・・・・吸気通路 ５・・・・・・ｕ１気通路 ６・・・・・・ＥＧＲ通路 ７・・・・・・ＥＧＲ弁 ８・・・・・・ＥＧＲ用アクヂュエータ９・・・・・・
吸気絞り弁 １０・・・・・・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．
５３・・・・・・ダイヤフラム １５．２３．２４・・・・・・ＶＳＶ（バキュームスイ
ッチングバルブ） １４・・・・・・圧力セン９ １７．５１．６１・・・・・・ダイヤフラム装置として
のバキュームモジュレータ １８・・・・・・スプリング １９・・・・・・ダイヤフラム室 ２０・・・・・・他室 ２１・・・・・・弁体 ２５・・・・・・付勢力可変手段 ２６・・・・・・可動座 ２７・・・・・・スクリュ ２９・・・・・・モータ ３０・・・・・・ダイヤフラム ３５・・・・・・レバー開度セン１ノ ３６・・・・・・エンジン回転数センサ４１・・・・・
・イグニッションスイッチ４５・・・・・・燃料カット
弁 ５２・・・・・・スプリング ５３・・・・・・ダイヤフラム ５６・・・・・・デユーティＶＳ 御用〉 ６２・・・・・・スプリング ６３・・・・・・弁体 ６４・・・・・・磁化部分 ６５・・・・・・コイル ６６・・・・・・ダイヤフラム ６９・・・・・・大気開放穴 ■ （負圧ブリード量制 待Ｗ（出願人 同　　　　上 トヨタ自動車株式会社 日本電装株式会社

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に応動するダイヤ
   フラム装置を介して前記吸気絞り弁の開度を調節するデ
   ィーゼルエンジンの排気還流制御装置において、前記ダ
   イヤフラム装置に、該ダイヤフラム装置内のダイヤフラ
   ムを前記吸気絞り弁開又は閉のいずれか一制御方向に付
   勢する付勢力を変更可能で、かつ該付勢力の変更がエン
   ジンの運転状態に応じて制御される付勢力可変手段を設
   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。