JPH0385361A - ディーゼルエンジンの排気ガス還流装置 - 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】 （産業上の利用分野） 本発明はディーゼルエンジンの排気ガス還流装置に関す
る。

（従来技術） 自動車等に搭載されるディーゼルエンジンにおいて、排
気ガス中のＮ　Ｏｘを低′減とともにスモークの発生を
抑制するため排気ガスの一部を吸気系に還流させる排気
ガス還流（以下、ＥＧＲという、。

）を行うようにしたものは、例えば特開昭５８−３５２
５５公報に記載されているように従来から知られている
。

ところで、ディーゼルエンジンの場合は、空気過剰率が
概ね大きいため、特に低負荷時においては還流排気ガス
がエンジン出力に及ぼす影響は殆ど無いが、負荷が増大
するにつれて空気過剰率は小さくなるため、ＥＧＲ量が
過剰であると出力が低下するなど運転性が悪化し、また
、ＥＧＲによって逆にスモークが悪化するようになる。

したがって、エンジン負荷の増大に応じてＥＧＲ量は減
少させる必要があり、特に高負荷時のＥＧＲ量はエンジ
ン負荷に応じたシビアな制御が必要である。

上記公報には、エンジン負荷が急激に増大する加速時に
ＥＧＲ装置の応答遅れによりＥＧＲ量が過剰となってス
モークが発生するのを防止するため、急加速時にＥＧＲ
をカットするようなものが開示されている。しかし、そ
れだけでは、高負荷時にＥＧＲを最適に制御することは
できない。

（発明の目的） 本発明は上記問題点に鑑みてなされたものであって、高
負荷時にＥＧＲ量を精度良く制御してスモークの発生お
よび運転性の悪化を防止することのできるディーゼルエ
ンジンの排気ガス還流装置を得ることを目的とする。

（発明の構成） 本発明は、開口面積の大きい単一の排気ガス還流弁を用
いたのでは弁リフト量に対して開口面積が急激に変化す
るため排気ガス還流量の少ないエンジン高負荷域におい
て精度の高い制御を行うことが難しいのに対し、複数の
排気ガス還流弁を組み合わせて高負荷時には開口面積の
小さい弁のみで還流量の制御を行うようにすれば、還流
量の少ない領域においても精度の高い制御が行えること
に着目したものであって、その構成はつぎのとおりであ
る。すなわち、本発明に係るディーゼルエンジンの排気
ガス還流装置は、低負荷時に作動さ仕る開口面積の大き
い第１排気ガス還流弁と、少なくとも高負荷時に作動さ
せる比較的開口面積の小さい負圧作動式の第２排気ガス
還流弁を設け、第２排気ガス還流弁の負圧作動室に負圧
を導く負圧通路に負圧調整弁を介設するとともに、排気
ガス還流量制御のためのリフトセンサを第２排気ガス還
流弁に設けたことを特徴としている。

（作用） 低負荷時には開口面積の大きい第１排気ガス還流弁が作
動し、それによって多量の排気ガスが吸気系に還流され
る。また、高負荷時には比較的開口面積の小さい第２排
気ガス還流弁が作動し、それによって排気ガス還流量が
弁リフト量に対し細かく制御される。ここで、第２排気
ガス還流弁は負圧調整弁によって調整される負圧によっ
て作動され、その際、第２排気ガス還流弁のリフト量が
リフトセンサにより検出されることにより、高負荷時に
おいて排気ガス還流量の精度の良い制御が行われる。

（実施例） 以下、実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は本発明の一実施例の全体システム図、第２図は
その制御系の構成図であり、第３図は同実施例の要部構
造図である。この実施例において、エンジンｌのエアク
リーナ２下流の吸気通路３と排気通路４は、排気ガス還
流通路（ＥＧＲ通路）５によって接続され、ＥＧＲ通路
５には、開口面積の大きい第１ＥＧＲ弁６と、開口面積
の小さい第２ＥＧＲ弁７とが介設されている。これらＥ
ＧＲ弁６，７は、ＥＧＲ通路５の一部を構成する共通の
ケーシング８内に配置され、各弁棒９．ＩＯの頭部には
それぞれアクチュエータ１１．１２のダイアフラム１３
，１４が連結されている。そして、各ダイヤフラム１３
，１４はカバー１５．１６の縁部に挟持された形で上記
ケーシング８に固定され、コイルスプリング１７．１８
が上記カバー１５．１６の底部と各ダイアフラム１３，
１４との間に圧縮状態で装着されている。こうして、各
カバー１５．１６内には各ダイアフラム１３゜！４との
間に負圧作動室１９，２０が形成され、各負圧作動室１
９．２０の負圧取入口２１．２２に接続された負圧通路
２３．２４は共通の負圧通路部２５を介しバキュームポ
ンプ等の負圧源２６に接続されている。また、上記共通
の負圧通路部２５にはソレノイド弁２７が配設され、第
２ＥＧＲ弁７には、そのリフト量を検出するポテンショ
メータ式のリフトセンサ２８が設けられている。

上記ソレノイド弁２７は、ソレノイドコイル２９への通
電により作動して上記共通の負圧通路部２５を大気にリ
ークさせるよう構成されているものであって、ソレノイ
ドコイル２９をデユーティ制御するためのコントロール
ユニット３０が設置ｔられている。このコントロールユ
ニット３０には、燃料噴射ポンプ３１に付設された回転
センサ３２および負荷センサ３３の出力である回転数信
号および負荷信号（燃料噴射量あるいはアクセル開度）
が入力され、また、上記リフトセンサ２８の検出値が入
力される。コントロールユニット３０では、まず、回転
センサ３２と負荷センサ３３によって検出されるエンジ
ン回転数（Ｎ、）とアクセル開度（Ａｃｅ）とから、マ
ツプ３４によって目標バルブリフト量（Ｌｏ）が求めら
れ、一方、リフトセンサ２８によって実バルブリフト量
（Ｌ）が検出されて、これらバルブリフト量の目標値（
Ｌｏ）と実際値（Ｌ）との偏差に基づきＰＩ制御の制御
ロジック３５によってデユーティ比が決定される。

そして、そのデユーティ比でソレノイド弁２７の通電制
御が行われ、作動負圧が調整されて第１ＥＧＲ弁６およ
び第２ＥＧＲ弁７が制御される。

第１ＥＧＲ弁６および第２ＥＧＲ弁７のバルブリフト特
性は、第４図（ｄ）の実線■および■のように設定され
ている。すなわち、アクセル開度がゼロに近い領域では
第１ＥＧＲ弁６．第２ＥＧＲ弁７とも最大リフトとされ
、その際、開口面積の大きい第１　ＥＧＲ弁６の最大リ
フト量は大きく、開口面積の小さい第２ＥＧＲ弁７の最
大リフト量は小さくされている。そして、第１ＥＧＲ弁
６の方は、実線■に示すとおり、アクセル開度の増大と
ともにリフト量が減少し、所定のアクセル開度でリフト
量がゼロとなる。一方、第２ＥＧＲ弁７の方は、実線■
で示すとおり、アクセル開度の増大とともにリフト量が
減少し、第１ＥＧＲ弁６のリフト量がゼロとなるアクセ
ル開度よりもさらに大きなアクセル開度においてリフト
量がゼロとなるよう設定されている。なお、破線はそれ
ぞれのバラツキによる誤差の範囲を示す。リフトセンサ
２８は、第２ＥＧＲ弁７のリフトが変化する矢印の領域
で作動する。

リフト特性が上記のように設定されたことにより、両Ｅ
ＧＲ弁６．７の開口面積は同図（ｃ）のように変化する
。ここで、実線■は第１ＥＧＲ弁６の特性を、実線■は
第２ＥＧＲ弁７の特性をそれぞれ示す。破線は誤差の範
囲を示している。また、アクセル開度の変化に応じて排
圧と吸気圧の差は同図（ｂ）のように変化する。そして
、全体としてのＥＧＲ率は同図（ａ）の実線のように変
化する。

上記第４図の（ａ）において、−点鎖線は前記目標バル
ブリフト量に相当する要求ＥＧＲ率を示し、破線は実際
のＥＧＲ率の誤差範囲を示す。この実施例では、アクセ
ル開度の小さい低負荷域においては第１ＥＧＲ弁６と第
２ＥＧＲ弁７を併用してＥＧＲ率を高めるが、高負荷域
においては、開口面積の小さい第２ＥＧＲ弁７のみを作
動させ、したがって、ＥＧＲ率の小さい領域で誤差の少
ない制御が可能となっている。なお、リフトセンサ２８
によって検出されるのは第２ＥＧＲ弁７のリフト量であ
るが、第１　ＥＧＲ弁６と第２ＥＧＲ弁７は同一の負圧
によって作動されるので、リフトセンサ作動域での第１
ＥＧＲ弁６のリフト量は第２ＥＧＲ弁７のリフト量から
算定でき、それよって全体のＥＧＲ率を精度良く制御す
ることができる。

第５図および第６図は、ディーゼルエンジンにおけるＥ
ＧＲ弁の開口面積の変化に対しエミッシタン性能がどの
ように変化するかを軽負荷時（第５図）と高負荷時（第
６図）について示したものである。軽負荷時にはＥＧＲ
弁の開口面積の変化に対するスモーク、Ｎｏ、あるいは
ＨＣの変化は緩やかであるが、高負荷時には、開口面積
の変化に対する変化量がいずれも顕著であり、特に、ス
モークは開口面積の増大とともに顕著に増加する。

しかし、この実施例の場合は上記のように高負荷時には
第１ＥＧＲ弁６を閉じて開口面積を小さくするので、こ
のようなスモークの増大を防ぐことができる。しかも高
負荷時には開口面積が小さくリフト変化の小さい第２Ｅ
ＧＲ弁７のみを作動させるので、精度の高いＥＧＲ制御
が行われる。

ところで、ＥＧＲ弁のリフト量を制御するのに、上記実
施例のように燃料噴射ポンプ３１に付設した回転センサ
３２および負荷センサ（ポテンショメータ）３３によっ
て検出した回転数（エンジン回転数あるいはポンプ回転
数）およびアクセル開度をもとに、マツプから目標リフ
ト量を求める場合に、通常は、最も使用頻度の高い回転
数−アクセル開度において１ポイントでポテンショメー
タの抵抗値をセットしているが、燃料噴射ポンプ３１に
はばね定数等に量産バラツキがあるため、セットポイン
ト以外でアクセル開度の検出値が実際のものとずれてし
まうという問題が起こり得る。すなわち、第７図（ａ）
に示すように、ポイントＡにおいてポテンショメータが
セットされ、このＡを通る規定噴射量のマスク曲線が実
線Ｉで示されるときに、実際の等噴射量曲線が一点鎖線
■であるならば、マスク曲線■上の他のポイントでの回
転数に対してはアクセル開度がずれてしまい、正確な目
標リフト量が得られない。

この問題を解消するためには、同図に示すように、個々
の噴射ポンプについて、マスク曲線Ｉ上のもう一つのポ
イントＢでのアクセル開度と、実際値を示す一点鎖線■
上の同一回転数に対応するアクセル開度との差分Δαを
検出し、マスク曲線に対するアクセル開度補正値を同図
（ｂ）のように設定する。そして、この補正値により補
正をかけたアクセル開度信号によってＥＧＲ弁のリフト
制御を行う。なお、第７図（ａ）において−点鎖線■は
、上記ポイントＢを通る等噴射量曲線■を示す。

上記のアクセル開度の補正は、また、規定アクセル開度
と同一になる回転数を検出して補正するようにしてもよ
い。すなわち、この場合には、第８図（ａ）に示すよう
に、規定噴射量曲線（実線）上のポイントＢにおけるア
クセル開度に対応するアクセル開度と、そのアクセル開
度での実際の等噴射量曲線（−点鎖線）による回転数と
の差分ΔＮ、を検出し、回転数補正値を同図（ｂ）のよ
うに設定して補正を行う。

第９図に示すものは、いわゆるＯ、センサフィードバッ
クＥＧＲシステムの改良である。このシステムにおいて
は、エンジン１０１のエアクリーナ１０２下流の吸気通
路１０３と排気通路１０４とを連通するＥＧＲ通路１０
５に、モータ１０６によって駆動するポンプ！０７を設
け、また、排気通路にＯ，センサ１０８を設けて、Ｏ，
センサｌＯ８によって検出した排気ガス中のＯ１濃度に
応じてＥＧＲ量を制御すべく、コントロールユニット１
０９でポンプ１０７の回転数を制御するようにしている
。コントロールユニット１０９にはＯ、センサ１０８に
よって検出された排気ガス中の０、濃度のほか、モータ
１０６に付設された回転ピックアップ１１０からの回転
数信号が入力され、また、燃料噴射ポンプ１１１からア
クセル開度。

エンジン回転数および燃料噴射量の各信号が入力され、
その他、外気温、水温等が入力される。コントロールユ
ニット１０９は、これら運転条件に応じた要求ＥＧＲ量
に応じてポンプ１０７の回転数を制御する。これによれ
ば、排気圧と吸気圧の差を利用して弁制御でＥＧＲの制
御を行う場合に比べ、加速時等の過渡時におけるＥＧＲ
制御の応答遅れを改善することができる。ところで、こ
の上うなポンプ加圧により応答性を高めるようにしたＥ
ＧＲシステムは、第１０図に示す形で実施することがで
きる。すなわち、第１Ｏ図に示すものでは、ＥＧＲ通路
１０５のポンプ１０７下流と排気通路１０４を連通する
ＥＧＲリターン通路１１２を設け、この通路１１２の出
口にチエツクバルブ１１３を設けることでポンプ１０７
下流のＥＧＲ通路１０５内圧力を一定に保つとともに、
ＥＧＲ通路１０５の出口に設けたＥＧＲ弁１１４を作動
させるためにバキュームポンプ１１５によって供給する
負圧をデユーティソレノイド弁１１６で制御するように
している。デユーティソレノイド弁１１６の制御はコン
トロールユニット１１７によって行う。コントロールユ
ニット１１７には、ポンプ回転数を除いて第９図の場合
と同様の信号が入力され、また、その他に、リフトセン
ナ１１８によって検出したＥＧＲ弁１１４のリフト量が
入力される。本発明は、この第１０図に記載のシステム
に対しても適用することが可能である。

また、従来のＯ，センサフィードバックＥＧＲシステム
では、排気通路にＯ，センサを設けているが、第１１図
記載のようにＥＧＲ通路１０５の出口付近に第２のＯ，
センサ２０１を設け、この第２のＯ，センサ２０１によ
って検出した還流排気ガス中のＯ，濃度に基づいて補正
をかけるようにすると、より精度の高いＥＧＲ制御が可
能である。また、従来のＥＧＲシステムでは、排気集合
部で０．濃度を検出し、吸気集合部に制御された量の還
流排気ガスを入れるようにしていたが、第１２図に示す
よう０．センサ３０１を各気筒の独立した排気通路部１
０４ａに設けるとともに、ＥＧＲ通路１０５を各気筒の
独立吸気通路部１０３ａに接続して、気筒毎にＥＧＲ弁
３０２を設け、それぞれのＥＧＲ弁３０２に対し、作動
負圧を制御するソレノイド弁３０３と、リフトセンサ３
０４をそれぞれ独立に設けて気筒毎のＥＧＲ制御を行う
ようにすると、より精度の高いＥＧＲ制御が可能である
。そして、これら第１１図および第１２図に記載のＥＧ
Ｒシステムに対しても、本発明の適用が可能である。な
お、第１１図および第１２図において第１Ｏ図と共通す
る部分には同一の符号を付した。

（発明の効果） 本発明は以上のように構成されているので、ディーゼル
エンジンにおいて高負荷時のＥＧＲ量を精度良く制御し
スモークの発生および運転性の悪化を防止することがで
きる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の全体システム図、第２図の
同実施例における制御系の構成図、第３図は同実施例の
要部構造図、第４図は同実施例の制御特性図、第５図お
よび第６図はディーゼルエンジンにおけるエミッション
性能の説明図、第７図および第８図は本発明の装置にお
けるＥＧＲ制御に適用可能な補正制御の説明図、第９図
は０゜センサフィードバックＥＧＲシステムの改良例を
示すシステム図、第１０図、第１１図および第１２図は
第９図のシステムに属するものであって本発明を適用す
ることが可能な例のシステム図である。 ｌ：エンジン、５：排気ガス還流通路（ＥＧＲ通路）、
６：第１ＥＧＲ弁、７：第２ＥＧＲ弁、１９．２０：負
圧作動室、２７：ソレノイド弁（負圧調整弁）、２８：
リフトセンサ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）低負荷時に作動させる開口面積の大きい第１排気
   ガス還流弁と、少なくとも高負荷時に作動させる比較的
   開口面積の小さい負圧作動式の第２排気ガス還流弁を設
   け、前記第２排気ガス還流弁の負圧作動室に負圧を導く
   負圧通路に負圧調整弁を介設するとともに、排気ガス還
   流量制御のためのリフトセンサを前記第２排気ガス還流
   弁に設けたことを特徴とするディーゼルエンジンの排気
   ガス還流装置。