JPH0643254U - 排気ガス再循環装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】エンジン１の負荷状態と排気ガス再循環量とを
正確に比例させて、ドライバビリティーを悪化させるこ
となく、効果的にＮＯｘ発生量を低減することを可能に
する排気ガス再循環装置８を提供する。 【構成】本考案の排気ガス再循環装置８は、排気管２と
吸気管３とを連絡する排気ガス再循環路５中に、一個又
は複数個の開口穴６０を有する二枚の薄板６ａと６ｂを
重ね合わせ、一方の薄板６ａを排気ガス再循環路中に固
定させ、他方の薄板６ｂをスロットルバルブ４の開度に
応じて往復回動可能に設定したことからなる可変絞り６
を備えて形成される。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、内燃機関から排出される排気ガス中の特に窒素酸化物（以下ＮＯｘ と称す。）の排出を抑制するための排気ガス再循環装置に関するものである。

【０００２】

【従来技術】

従来からの排気ガス再循環装置の一つとして、内燃機関の排気管から排気ガス を分流し、気化器絞り部の下流で、かつスロットルバルブの上流部に設けた固定 絞りを介して、背圧の関数となる量の排気ガスを再循環させる型式が知られてい るが、スロットルバルブへの異物の付着、吸気管等のアルミ本体の腐食の誘因、 キャブレターへの熱的影響等による不具合を発生する可能性があるため、通常多 くは図６に示されるように、絞り８３と吸気負圧によって開閉を行う排気ガス再 循環バルブ８４とを具備した排気ガス再循環通路８２を介して、排気管８０から 分流した排気ガスをスロットルバルブ８５の下流部にあたる吸気管８１に直接再 循環させる型式を採用し、その際に、吸気負圧、ベンチュリー負圧、エアポンプ 吐出圧等の負圧を利用して排気ガス再循環量の制御を行っているものが一般的で ある。

【０００３】 この型式によれば、エンジン８６が運転状態に入り加速状態になると、前記ス ロットルバルブ８５の開度が拡大し、前記スロットルバルブ８５の上流部の吸気 路壁に設けた細孔８７に負圧が発生する。この負圧が圧力導管８８を通じて、図 ７に示される排気ガス再循環バルブ８４の負圧室９０に伝わり、可撓材から構成 したダイヤフラム９１をスプリング９３の付勢力に抗して上方に撓ませることに なり、前記ダイヤフラム９１と連結せしめられた弁体９２が上方に移動して、排 気ガス再循環バルブ８４の内部に固定されたシート部９４と前記弁体９２との間 に間隙を生じさせ、排気ガス再循環通路８２を通して、負圧になっている吸気管 内へ排気ガスの一部が再循環することとなる。

【０００４】 前記エンジン８６ヘの吸入空気量が多量となる前記エンジン８６の高負荷時に は、前記弁体９２と前記シート部９４との間隙が大きくなるので、この排気ガス 再循環量は増加をして前記エンジン８６の高負荷域で多量に発生するＮＯｘの低 減を図っていた。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

上記した直接吸気管内に排気ガスを還流させる排気ガス再循環装置では、排気 ガス再循環量が、エンジン排気圧と排気ガス再循環路と連絡する吸気管内の圧力 との差と、絞りの通路断面積との関係のみにより一義的に決定されるため、特に 前記吸気管内圧力の影響により、エンジンの吸入空気量に対する排気ガス再循環 量の割合が相対的に低負荷域では高く、高負荷域では低くなる傾向を必然的に有 し、エンジンの吸入空気量に比例させるように、排気ガス再循環バルブを作動さ せて排気ガス再循環量を制御する必要がある。

【０００６】 しかしながら、上記した従来の排気ガス再循環装置における排気ガス再循環バ ルブの制御は、スロットルバルブの開度によって生じる吸気負圧を利用して行う ものであり、前記吸気負圧自体の発生程度はエンジンの吸入空気量とは正確には 比例し得ず、むしろオン・オフの信号の如く発生して前記排気ガス再循環バルブ を開閉させ、前記排気ガス再循環バルブが開いている時は、やはりエンジン排気 圧と前記排気ガス再循環路と連絡する吸気管内の圧力との差によって排気ガス再 循環量が決定される。当然、前記排気ガス再循環バルブの制御のみでは多彩な変 化を示すエンジンの負荷状態に正確かつ臨機応変に対応して排気ガス再循環量を 制御してＮＯｘを効果的に低減することは困難であった。

【０００７】 図８において、横軸はエンジン自体の負荷を示し、縦軸は排気ガス再循環バル ブの弁体の開口面積を示す。同図からも分かるように、排気ガス再循環バルブの 弁体の開口面積はエンジン負荷Ｔ1 とＴ2 の間で急激に変化をしてしまい、エン ジン負荷全域の大部分が全開もしくは全閉状態に近いことがうかがえ、排気ガス 再循環バルブの弁体の開口面積は必ずしもエンジン自体の負荷には正確に対応し きれておらず、排気ガス再循環バルブの弁体制御のみでは、効果的にＮＯｘ量の 低減を図るための再循環排気ガスを還流し得ないことが明らかである。

【０００８】 なお、吸気負圧の影響に左右されずエンジンへの吸入空気量に比例した排気ガ ス再循環量の供給を達成すべく、前記排気ガス再循環バルブの制御以外に、低負 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、吸気負圧やベ ンチュリー負圧で作動させる可変絞りを排気ガス再循環路中に備えるものもある が、いずれにしても、完全に吸気負圧の影響を取り除いて、エンジンへの吸入空 気量に比例した量の再循環排気ガスの供給を達成し得ず、エンジンの低負荷時に おいてはエンジンへの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発生しやすくし、一方高負荷時にはエンジン の吸入空気量に対する再循環排気ガス量の割合が少なくなってＮＯｘの発生を抑 止する効果が低下するなど、低負荷から高負荷まで効率よくＮＯｘを低減するこ とが困難であるという問題点を有していた。

【０００９】 本考案は上記問題点に鑑み、エンジンへの吸入空気量言い換えればエンジンの 負荷状態と排気ガス再循環量とを正確に比例させて、ドライバビリティーの悪化 を招いたり、構造を複雑化させることなく、効果的にＮｏｘを低減することを可 能にする排気ガス再循環装置を提供することを解決すべき技術課題とするもので ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

上記課題を解決するために本考案では、排気ガス再循環路中に排気ガス再循環 量を規制しつつ吸気管へ還流させるための絞りを具備した排気ガス再循環装置に おいて、前記絞りの開口面積を、スロットルバルブ開度と連動させることによっ て、前記スロットルバルブ開度が増加するに従い、すなわちエンジン自体が低負 荷域から高負荷域になるに従っては拡大させ、反対に前記スロットルバルブ開度 が減少するにあたり、すなわち前記エンジン自体が高負荷域から低負荷域になる にあたっては縮小させるよう変化せしめるという技術手段を講じている。

【００１１】 具体的には、一個又は複数個の開口穴を設けた二枚の薄板を重ね合わせ、該二 枚のの一方を排気ガス再循環路中に固定させ、他方を前記スロットルバルブ開度 に応じた回動をさせることによって、前記二枚の薄板の開口穴に重複状態を生じ させ、該重複状態をもって前記可変絞りの開口面積を決定させるようにしたもの である。

【００１２】

【作用】

従って、上述した本考案の排気ガス再循環装置によれば、エンジン自体が低負 荷である時においては、スロットルバルブ開度は少なく、前記スロットルバルブ 開度と連動関係にある可変絞りの開口面積も小さいことから、抑止した少量の排 気ガス再循環量を還流させることが可能である。この状態の時は、前述の如く前 記エンジン自体の負荷が小さいために排気ガス中のＮＯｘ発生量も少ないものと なるので、ＮＯｘ低減効果が損なわれることはないうえに、前記エンジンの吸入 空気量中に占める排気ガス再循環量の割合も少ないことから、前記エンジンの安 定した燃焼状態を促し良好なドライバビリティーを実現する。反対に、前記エン ジンの回転数を上げようとしたり前記エンジン自体が高負荷になってくると、当 然に前記スロットルバルブ開度も増加し拡大された状態になっているので、前記 スロットルバルブ開度と連動している前記可変絞りの開口面積も拡大され、排気 ガス再循環量も増加されることになって、前記エンジン自体の高負荷のために増 加したＮＯｘ発生量にも正確に対応して、ＮＯｘの発生量を効果的に低減させる ことが可能となり、またドライバビリティーについても前記エンジンが高出力を 発生させるよう著しく高効率で燃焼を行っているので、前記エンジンへの吸入空 気中に占める排気ガス再循環量の割合が増加しても問題とはならない。

【００１３】

【実施例】

以下、本考案を具体化した一実施例を図面に基づいて説明する。 はじめに本考案における排気ガス再循環装置の構成を述べることとする。 図１において、エンジン１には、排気管２、吸気管３が設けられている。該吸 気管３の上流には、前記エンジン１への吸入空気量を調節するためのスロットル バルブ４が設けられている。５は排気ガスを再循環させるための排気ガス再循環 通路で、一端が前記排気管２に開口しており、他端が前記スロットルバルブ４の 下流の前記吸気管３に開口している。６は前記排気ガス再循環通路５の通路面積 を変化させるように設けられた可変絞りで、二枚の円形状の薄板から構成されて おり、ワイヤー７により前記スロットルバルブ４と連動するようになっている。 また前記スロットルバルブ４は図示しないアクセルペダルと図示しないリンク機 構により連動しており、図示しないアクセルペダルを踏み込むに従って開度は大 きくなる。

【００１４】 前記可変絞り６についてさらに説明をする。同図１において、前記ハウジング ６４内部には、再循環された排気ガスが還流するための開口穴６０ａ，６０ｂを 設けた二枚の同心・同形状の円形状の薄板６ａと６ｂ（以下薄板６ａ及び薄板６ ｂと称する）を重ね合わせて形成した前記可変絞り６が備え付けられている。な お前記薄板６ｂは前記ハウジング６４内部に固定された前記薄板６ａによって回 動可能に支持・固定をされ、さらに前記薄板６ｂはアーム６１を一体に有してな り、該アーム６１が前記ハウジング６４の外部に突出することによって、前記ス ロットルバルブ４との間に前記ワイヤー７を介して連動関係をなしている。

【００１５】 図２は前記スロットルバルブ４の開度と前記可変絞り６との連動関係を示す。 ２０は前記吸気管３に具備されるスロットルバルブボディーを示し、アクセルリ ンク２１はシャフト２２によって前記スロットルバルブ４に一体的に支持・固定 されており、前記アクセルリンク２１にはアクセルケーブル２３が係着され、図 示しないアクセルペダルと連結されている。また、前記アクセルリンク２１には 図１にも示したところの前記ワイヤー７の一端も係着せしめられており、前記ワ イヤー７の他端は前記可変絞り６の一部を形成する薄板６ｂと一体となっている 前記アーム６１と係着・連係せしめられている。前記薄板６ｂは同じく前記可変 絞り６の一部を形成する前記薄板６ａの軸６５によって回動可能に支持・固定を されている。前記ア−ム６１は、前記ハウジング６４の一部に設けた最小限の切 り欠き部６４ａを通して、前記ハウジング６４の外部に突出しており、前記ハウ ジング６４と一体となっている支持部材６４ｂとバックスプリング６２によって 弾性支持を受け、ゴムシール６３によって完全にシールされる。

【００１６】 上記構成を前提として、本考案の排気ガス再循環装置の作動を図３を介して説 明する。 図３は、エンジンの負荷状態と排気ガスが再循環する前記可変絞り６の通路開 口面積の制御との関係を示したものであり、詳しくは排気ガス最循環量の規制を なす前記薄板６ａと前記薄板６ｂとに備えたそれぞれの開口穴６０ａと６０ｂと の重複状態を、前記薄板６ｂの往復回動によって変化させるという前記可変絞り ６の状態を示したものである。図３のａは、図示しないアクセルペダルを全く踏 んでいない状態すなわちアイドリング状態における前記可変絞り６の通路開口面 積を示し、図３のｂは、図示しないアクセルペダルの踏み込み量が最大の状態で ある時の前記可変絞り６の通路開口面積を示す。

【００１７】 図示しないアクセルペダルを全く踏まないと連結関係にある前記アクセルリン ク２１により前記スロットルバルブ４の開度は最少に設定される。この時前記薄 板６ｂは全面的に前記バックスプリング６２の付勢を受けることとなり、図３の ａに示すが如く、前記薄板６ａに対して角度差θの位置に設定され、前記薄板６ ａと前記薄板６ｂとに備えたそれぞれの開口穴６０ａと６０ｂとの重複状態が最 小限に抑えられる。この状態では、再循環排気ガスの通路開口面積Ｓ１は最小で あり、当然に前記エンジン１の吸入空気量に対する排気ガス再循環量の割合が最 小値となるものの、前記エンジン１自体も低負荷であるために、排気ガス中のＮ Ｏｘ発生量も微量にとどまり、ＮＯｘの低減効果を損なうことはないうえに、排 気ガス再循環量が微量であることから、エンジン１の安定した燃焼状態を促して ドライバビリティーにも悪影響を及ぼし得ない。

【００１８】 図示しないアクセルペダルを踏み込んでいくと連結関係にある前記アクセルリ ンク２１が回動（図２では時計回りとなる）しはじめ、以て前記スロットルバル ブ４の開度を拡大させていく。と同時に前記アクセルリンク２１及び前記ワイヤ ー７との張力を介して、前記アーム６１と一体をなす前記薄板６ｂも回動（図３ では反時計回りとなる）をはじめ、図３のａに示した前記薄板６ａとの角度差θ が縮小されていき、前記薄板６ａと前記薄板６ｂとに備えたそれぞれの開口穴６ ０ａと６０ｂとの重複状態が拡大されていくことになる。すなわち図３のａに示 された前記可変絞り６の通路開口面積状態から図３のｂに示される前記可変絞り ６の通路開口面積状態へと移行していく。この状態の時、再循環排気ガスの通路 開口面積は拡大されていき、前記エンジン１の吸入空気量に対する排気ガス再循 環量の割合も多くなっていき、前記スロットルバルブ４開度の上昇によって負荷 が増加傾向にある前記エンジン１から、当然に増加傾向で排出されているＮＯｘ 量に対応して、効果的なＮＯｘ量の低減を図ることとなる。

【００１９】 図示しないアクセルペダルを最大まで踏み込むと連結関係にあるアクセルリン ク２１が回動可能範囲の最大まで回動（図２では時計回り方向で最大となる）し て、前記スロットルバルブ４の開度を最大とする。同時に前記アーム６１と一体 をなす前記薄板６ｂは、前記アクセルリンク２１及び前記ワイヤー７の張力を介 して、図３のａに示した前記薄板６ａとの角度差θがゼロになるまで回動（図３ では反時計回りとなる）し、前記薄板６ａと前記薄板６ｂとに備えたそれぞれの 開口穴６０ａと６０ｂとが、図３のｂに示されるように完全一致をする。この状 態の時は、再循環排気ガスの通路開口面積Ｓ２は最大となり、当然に前記エンジ ン１の吸入空気量に対する排気ガス再循環量の割合が最大値となって、高負荷状 態となっている前記エンジン１から多量に排出されるＮＯｘ量を効果的に低減せ しめることを可能とし、また、多量の排気ガス再循環量によるドライバビリティ ーへの影響についても、前記エンジン１が高効率で燃焼を行っているため問題と はなり得ず、出力の低下や不安定な燃焼等の著しい運転性能の悪化を招くことも ない。

【００２０】 反対に、図示しないアクセルペダルの踏み込みを弱めていくと、連結関係にあ る前記アクセルリンク２１が逆に回動（図２では反時計回りとなる）し、以て前 記スロットルバルブ４の開度を縮小させ、と同時に前記バックスプリング６２の 付勢力によって前記アーム６１を介して前記薄板６ｂをも逆に回動（図２では時 計回りとなる）させることとなり、図３のａに示した前記薄板６ａとの角度差θ が拡大されていき、前記薄板６ａと前記薄板６ｂとに備えたそれぞれの開口穴６ ０ａと６０ｂとの重複状態が縮小されていくことになる。すなわち図３のｂに示 された前記可変絞り６の通路開口面積状態から図３のａに示される前記可変絞り ６の通路開口面積状態へと移行していく。この状態の時、再循環排気ガスの通路 開口面積は縮小されていき、前記エンジン１の吸入空気量に対する排気ガス再循 環量の割合も少なくなっていくものの、前記スロットルバルブ４開度の縮小によ って前記エンジン１自体の負荷が減少傾向にあり、ゆえに減少傾向にあるＮＯｘ 排出量にも対応して効果的にＮＯｘ量低減を図ることとなる。

【００２１】 よって、本考案の排気ガス再循環装置は、前記スロットルバルブ４の開度との 連動関係において、前記可変絞り６を形成する薄板６ｂを往復回動させ、薄板６ ａと薄板６ｂとの重複状態が決定する再循環排気ガスの通路開口面積の変化によ り、排気ガス再循環量を調節・制限するものである。 以上の構成・作用よりなる本考案の排気ガス再循環装置の特性を、上記した図 並びに説明を前提としつつ、図４を介して説明する。

【００２２】 図４において、横軸は前記エンジン１自体の負荷を示す。縦軸には前記可変絞 り６の開口面積を示し、横軸上のエンジン負荷Ｔ1 からＴ2 の変化に対し開口面 積Ｓ1 からＳ2 に拡大されるという関係にある。前記可変絞り６の開口面積は、 上述した如く前記エンジン１への吸入空気量を規制する前記スロットルバルブ４ の開度と連動関係を有するように設定されたために、同図によっても明らかなよ うに、前記エンジン１自体の負荷に対応して制御が可能であり、前記可変絞り６ を介して再循環排気ガスの還流量を規定することにより、効果的にＮＯｘ量の低 減を図るために適切な排気ガス再循環量を還流可能とする。言い換えれば、前記 エンジン１への吸入空気量と対応する前記スロットルバルブ４の開度と連動して 再循環排気ガスの通路開口面積を変化させる前記可変絞り６の制御手段を介する ことによって、様々な条件のもとで、瞬時にまたは段階的に、多彩な変化をなす 前記エンジン１が排出する排気ガス中に占めるＮＯｘ発生量を、前記エンジン１ に何らの悪影響を与えることなく、低減・抑制させることができる。

【００２３】 また本考案の他の実施例として、図５に示すが如く、従来技術で述べた負圧制 御方式を用いてポペット型の弁体３１を上下動させる排気ガス再循環バルブ３０ を具備した排気ガス再循環装置の絞り部分に、本考案の可変絞り６を設定しても 同様の効果が得られる。 なお、本例においては、前記可変絞り６を形成する薄板６ａ並びに薄板６ｂに 設けた開口穴６０の形状を円形に設定して行ったが、例えば前記開口穴６０の形 状を楕円形等に設定を置き換えて、前記薄板６ａと前記薄板６ｂとの重複状態を 多種多様な形態に変化せしめることも可能である。

【００２４】

【考案の効果】

以上詳述したように本考案によれば、スロットルバルブ開度に応じて排気ガス 再循環量を設定できるため、エンジン自体の負荷状態と排気ガス再循環量との関 係を任意に設定することが可能となり、排気ガス中に占めるＮＯｘ発生量の増減 に極めて正確に対応し、上記した従来装置のように、エンジン自体が低負荷域で ある時のサージング現象や失火、およびエンジン自体が高負荷域である時のＮＯ ｘ量の低減効果が損なわれるという不具合を生じることなく、効果的にＮＯｘ発 生量を抑制できるという効果を有する。

【００２５】 また、本考案では、複雑な機構を有する負圧制御方式を用いた排気ガス再循環 バルブを設定する必要性が無くなったために、従来の排気ガス再循環装置に比し て格段に簡素化することが可能となって、大幅なコスト削減と組付作業性の向上 を実現することとなった。 さらに本考案によれば、可変絞りの開口面積を可変制御する手段としての二枚 の板に形成した開口穴の個数や形状並びに位置を、エンジンの性能・用途やエン ジンの使用条件等を予め考慮して、各々自由に選定しうるために、現在の幅広い 用途にこたえるため多種にわたって開発・製造される各種のエンジンに対しても 最適な排気ガス再循環量を効果的に供給することができるという優れた効果をも 奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本考案における可変絞りを具体化した排気ガス
再循環装置の縦断面図である。

【図２】本考案における可変絞りとスロットルバルブと
の連動関係を示す模式構成図である。

【図３】エンジンが低負荷時あるいは高負荷時での本考
案における可変絞りを底面からみた動作説明図である。

【図４】エンジン自体の負荷と可変絞りの開口面積との
関係を示した図である。

【図５】本考案における他の実施例を具体化した排気ガ
ス再循環装置の縦断面図である。

【図６】従来技術における排気ガス再循環装置の縦断面
図である。

【図７】従来技術における排気ガス再循環バルブの縦断
面図である。

【図８】エンジン自体の負荷と排気ガス再循環バルブの
弁体の開口面積との関係を示した図である。

【符号の説明】

１…エンジン、２…排気管、３…吸気管、４…スロット
ルバルブ、５…排気ガガス最循環路、６…可変絞り、６
ａ…薄板、６ｂ…薄板、８…排気ガス最循環装置、６０
…開口穴

Claims (2)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】エンジンの排気管から分流した排気ガスを
   吸気管内へ還流させる排気ガス再循環通路と該排気ガス
   再循環通路上に絞りを備えた排気ガス再循環装置におい
   て、前記絞りはその開口面積がスロットルバルブの開度
   が増加するに伴い拡大し、前記スロットルバルブの開度
   が減少するにあたっては縮小するよう変化する可変絞り
   であることを特徴とする排気ガス再循環装置。
2. 【請求項２】前記可変絞りは、一個又は複数個の開口穴
   を有する二枚の薄板を重ね合わせてなり、一方の薄板は
   前記排気ガス再循環路中に固定とし、他方の薄板は前記
   スロットルバルブ開度に応じて回動し、該回動に伴って
   前記二枚の薄板にそれぞれ設けられた前記開口穴の重複
   状態により開口面積を変化させることを特徴とする請求
   項１記載の排気ガス再循環装置。