JPS5821098B2 - 排気還流制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、自動車用内燃機関の排気浄化のための排気
還流制御装置に関する。

燃焼時に生成される有害成分、特にＮＯｘの排出を低減
するために、排気の一部を吸気中に還流して燃焼最高温
度を抑制する排気還流制御装置においては、内燃機関の
運転性、燃費を充分に考慮して精度良い排気還流制御を
行なう必要がある。

このような排気還流を制御するにあたっては、一般的に
は吸入空気量に対する排気還流量の比＼即ち排気還流率
を一定に保つことが好才しく、このためベンチュリ負圧
比例型の排気還流制御装置が提案されている。

この発明は、かかる従来のベンチュリ負圧比例型の排気
還流制御装置において、排気浄化性能を高度に保持しな
がら、排気還流の制御精度を著しく向上させた排気還流
制御装置を提供するものである。

以下、添附図面に基づいてこの発明の詳細な説明する。

添附図面において１は吸気通路と排気通路とを結ぶ排気
還流通路で、この通路１には流量制御用のオリフィス２
と、その後流に排気還流制御弁３が設けである。

制御弁３は、ダイヤフラム４で画成した負圧室５と大気
室６とを備え、負圧室５には、負圧通路７及びオリフィ
ス８を介して絞り弁９が閉じた時大気圧で、開くに従っ
て吸入負圧となる圧力（いわゆるｖＣ負圧）が、後述す
る圧力調整弁１２を介して大気で稀釈制御されて導かれ
る。

なおりＣ負圧の替わりに、絞り弁９の下方から点線で示
す通路７ｂを介して吸入負圧を導いても良い。

ダイヤフラム４には、弁体１０が連結され、ダイヤフラ
ム４に応動して通路抵抗を増減してオリフィス２と制御
弁３との間の通路圧力（Ｐｅ）を調整する。

１１は、ばね定数の小さなセットスプリングである。

１２は制御弁３の負圧室５に供給される負圧を、吸気系
のベンチュリ部１３に発生するベンチュリ負圧と、前記
オリフィス２の下流の通路圧力Ｐｅとの比較の下に調整
する圧力調整弁である。

この圧力調整弁１２は、負圧通路２２を介してベンチュ
リ負圧が導かれるベンチュリ負圧室１４と、前記オリフ
ィス２の下流圧力Ｐｅが通路２１を介して導かれる補正
圧力室１５とが夫々ダイヤフラム１６と１７とにより画
成され、しかもこれらダイヤフラム１６，１７とはロン
ド１８により連結されて一体的に作動する。

１９は、ダイヤフラム１６と１７との間に形成された大
気室である。

前記負圧通路７のオリフィス８の下流には大気開放通路
７ａが接続され、この通路７ａの開放端を圧力調整弁１
２のダイヤフラム１６，１７に対し一体的に結合され、
受圧面積を殆んど無視できるダイヤフラム２０で開閉す
る。

ベンチュリ部１３に発生するベンチュリ負圧は、膨張等
による密度変化、温度変化がないと仮定した場合、機関
吸入空気量の２乗に正確に比例し、吸入空気量の増大に
応じてベンチュリ負圧も強まる。

今ある状態の吸入空気量から若干増大した場合を考える
と、この吸入空気量の増大に伴なってベンチュリ負圧が
増大する。

ベンチュリ負圧が増大すれば圧力調整弁１２のダイヤフ
ラム１６が上方に移動し、これに応じてダイヤフラム２
０が大気開放通路７ａ端を閉じるので、制御弁３の負圧
室５に導かれる負圧の大気による稀釈率が小さくなり、
即ち制御負圧が強くなって制御弁３の弁開度が拡大する
ようになり、通路抵抗を減少させて圧力Ｐｅを小さくし
、オリフィス２０前後差圧を増大させて排気還流量を増
大させ、結局ベンチュリ負圧の増加に応じて排気還流量
を増大させるので排気還流率をほぼ一定に制御できるの
である。

また、ベンチュリ負圧と無関係にオリフィス２の下流圧
力Ｐｅが変動すれば、この圧力Ｐｅは補正圧力室１５に
導かれているため、この変動を解消するように制御弁３
を作動させることができる。

例えばオリフィス２下流圧力Ｐｅが小さくなければ、ダ
イヤフラム１７及びこれと一体的に連結されたダイヤフ
ラム１６ 、２０はベンチュリ負圧の作用に抗して一体
的に引き下げられ、負圧室５に導かれる負圧が大気に稀
釈されて弱まり、この結果制御弁３の開度を縮少して通
路抵抗を増し、圧力Ｐｅを復帰補正して元の状態に戻し
、オリフィス２０前後差圧をフィードバック制御して排
気還流量の変動（この場合増大）を防止する。

このようにオリフィス２の下流圧力Ｐｅをベンチュリ負
圧に応じてフィードバック制御できるため、常に排気還
流率を一定に保って、効果的なＮＯｘ低減作用を行なう
ことができるのである。

ところで、このようなベンチュリ負圧比例型の排気還流
制御装置の制御精度は、オリフィス２の下流圧力Ｐｅに
支配されるところが太きい。

なぜならば排気還流量は、オリフィス２の開口面積とそ
の前後差圧によって決定するのであるが、オリフィス２
の開口面積は機関が決まれば一定であり、オリフィス２
上流の圧力、即ち排気圧力は機関の運転状態に応じて決
まるものであるからである。

従って通路圧力Ｐｅの絶対圧をどのように設定するかが
、排気還流制御の制御精度に重大な影響を及ぼすのであ
る。

オリフィス２の上流の排気圧力ｐｂは脈動によって変動
するから、排気還流量の誤差即ちオリフィス２の前後差
圧の誤差について考えるならば、（前後差圧の変動）／
（前後差圧）であるから、前後差圧（Ｐｂ−Ｐｅ）を大
きくする程、排気脈動の影響が減少して制御精度が向上
するのである。

加わうるに、制御のために圧力調整弁１２への入力信号
として、圧力変動のできる限り少ない圧力信号を用いれ
ば、あるいはその比率を高めれば、制御精度は一層安定
かつ向上する。

この発明のようなベンチュリ負圧比例型の排気還流制御
装置における圧力信号は、ベンチュリ部１３に発生する
ベンチュリ負圧と、オリフィス２下流で制御弁３上流の
圧力Ｐｅのどちらかであり、前述したように圧力Ｐｅに
は脈動等の誤差要因が発生しやすく、ベンチュリ負圧の
方が吸入空気量の２乗に正確に比例するのであるから、
ベンチュリ負圧を主制御圧力とした方が制御精度が向上
する。

ベンチュリ負圧を主制御圧力とするためには、ベンチュ
リ負圧の作用するダイヤフラム１６の面積Ｓ１の方が、
圧力Ｐｅの作用するダイヤフラム１７の面積Ｓ２よりも
大きいことが望ましい。

しかもこのように有効面積比５ｌ−８ｏ／ｓ２を大きく
する程、前後差圧（Ｐｂ−Ｐｅ）を大きく設定でき、制
御誤差を小さく抑えられる。

ここでＳ。はダイヤフラム２０の受圧面積である。

そしてこのようなことは、ダイヤフラム（有効面積Ｓと
する月こ作用する力について考えた場合に、圧力Ｐとす
れば作用力はＰＳとなるが、この作用力の誤差に及ぼす
ダイヤフラムそのものの影響は、ダイヤフラム製作上の
寸法誤差であって、いまある機関について言えば、常に
一定の微少誤差であるのに対して、Ｐの誤差は脈動等に
よる圧力変動によるものであって、同じ機関にあっても
運転状態によって刻々と変化し、予測しがたい誤差であ
り、作用力に与える影響はいちがいにはかり知れないこ
とからも言えるのである。

即ち、圧力変動の殆んどないベンチュリ負圧の作用する
ダイヤフラムの面積を大きくすれば制御信号としてのダ
イヤフラムへの作用力を更に一層正確なものとすること
が可能となるのである。

以上のことからベンチュリ負圧の作用するダイヤフラム
１６の面積Ｓ１と圧力Ｐｅの作用するダイヤフラム１７
の面積Ｓ２ との有効面積比（ダイヤフラム２０はダイ
ヤフラム１６に対する作用力を打消すように作用するの
で） ＳＩ Ｓｏ／ ３ をできるだけ大きく設定
してオリフィス２０前後差圧をできるだけ大きな値に設
定し、またベンチュリ負圧を主制御圧力とすることが制
御精度を向上させる上で極めて効果が大きい。

一方、オリフィス２０前後差圧（Ｐｂ−Ｐｅ）即ちダイ
ヤフラム１７と１６の有効面積比（Ｓ□−８ｏ／ｓ ）
が大きい程制御精度が向上すると言っても、どこまでも
大きくできるというものでないことはもちろんである。

吸入空気流量、排気流量（排気圧力）、吸入負圧等の本
発明装置における要素は、その機関の諸条件（例えば排
気量等）によって、その最大値が自から決定されるから
である。

本発明はかかる点を考慮し、以下のようにしてダイヤフ
ラムの有効面積比を設定した。

一般的な自動車機関（排気量が約２０００ ｃｃ前後）
において、とくに排気浄化が強く要求゛される市街地走
行域ではベンチュリ負圧は約０〜−１２ ｍｍＨｇ、吸
入負圧は約−６００〜−１００ｍｒｎＨｌｌ、排気圧力
は約０〜２０ｍｍＨ９程度である。

ここで、オリフィス下流圧力Ｐｅについて考えてみると
、制御弁３の下流に吸入負圧が作用するのであるから、
圧力Ｐｅは吸入負圧よりも負圧として大きくならず、し
たがって、吸入負圧の最少値である−１００ ｍｍＨ９
程度を最大値として設定すれば、常に確実で安定した排
気還流制御が得られることになる。

また、この吸入負圧値での走行状態は、市街地走行での
加速運転領域と考えてよく、ベンチュリ負圧Ｐｖとして
は約−１２ｍｍＨｇ程度となる。

これらのことから、ダイヤフラム１６．２０と１１との
バランスを考えると、 （ＳＩ ５ｏ）Ｐｖ＝Ｓ２Ｐｅ ”””
（１）ただし、Ｓｌ・・・ダイヤフラム１６の有効面積
、Ｓ２・・・ダイヤフラム１γの有効面積、Ｓｏ・・・
ダイヤフラム２０の有効面積、したがって、（１）式よ
りダイヤフラム有効面積比Ｒは、 Ｒ＝（Ｓｌ−８ｏ ｙＳ２＝Ｐｅ／ｐｖ＝１００／１２
キ８・・・・・・ （２） となって、ダイヤフラム面積比Ｒを８以下に設定するこ
とが望ましいことが分かる。

一方、ダイヤフラム面積比Ｒの最小値については、市街
地走行状態での排圧変動にもとづく排気還流率の変化の
影響を、許容しうる範囲内で小さ；くするためには、面
積比Ｒ＝１に設定することが好ましいことが、実験的に
明らかになった。

しかも、このように、３つのダイヤフラム１６゜１７
、２０を使用する限りにおいては、面積比Ｒを１以上に
することが経済的条件ともなる。

何故ならば、面積比Ｒを１未満とするのであれば、ダイ
ヤフラム１６．２０の２つで十分となり、補正圧力室１
５を除去して大気室１９に相当する室に圧力Ｐｅを直接
作用させても同じ結果が得られるためである。

； なお、ダイヤフラム有効面積比とは、ダイヤフラム
２０については、その面積を可及的にゼ唱こ近づける場
合、実質的には、ベンチュリ負圧の作用するダイヤフラ
ム１６と、排気還流制御弁３の上流でオリフィス２の下
流の通路圧力Ｐｅが作用するダイヤフラム１γとの面積
比を意味する。

このようにダイヤフラム有効面積比を設定することによ
り、オリフィス下流圧力Ｐｅは、市街地走行域では必ら
ず正確に入力信号にもとづいた値に制御することが可能
となり、したがって排気゛還；流率の制御特性は精度が
一段と向上する。

一方、オリフィス下流圧力Ｐｅに対する排気圧力ｐｂは
、圧力Ｐｅが−１００ｍｍＨｇのときで、約２０ｍｍＨ
，９程度であり、したがってオリフィス２の前後差圧Ｐ
ｂ−Ｐｅ＝２０−（−１００）＝ １２０ｍｍＨｊ；’
となり、これに対して排気圧力Ｐｂの変動率を仮に３０
％としても２０ Ｘ Ｏ，３＝ ６ｍｍＨ９であるから
、前後差圧に対する変動の影響は、６／１２０＝０．０
５、つまり５％となる。

したがって、仮に排気還流率が３０％となるように設定
しているときは、上記の排圧変動が生じたと仮定しても
、３０±１．５％の精度範囲に排気還流率を維持できる
のである。

以上説明したように本発明は、ダイヤフラム面積比Ｒを
８以下に設定したので、すくなくとも市街地走行域での
排気還流量を確実かつ正確に制御することができ、した
がって機関の運転性能の犠牲を最少限に抑止しつつ排気
中のＮＯｘを効果的に低減することができる。

【図面の簡単な説明】

図面はこの発明の概略断面図である。 １・・・・・・排気還流通路、２・・・・・・オリフィ
ス、３・・・・・・排気還流制御弁、４・・・・・・ダ
イヤフラム、５・・・・・・負圧室、６・・・・・・大
気室、７・・・・・・負圧通路、８・・・・・・オリフ
ィス、９・・・・・・絞り弁、１０・・・・・・弁体、
γａ。 ７ｂ・・・・・・通路、１１・・・・・・セットスプリ
ング、１２・・・・・・圧力調整弁、１３・・・・・・
負圧通路、１４・・・・・・ベンチュリ負圧室、１５・
・・・・・補正圧力室、１６・・・・・・ダイヤフラム
、１７・・・・・・ダイヤフラム、１８・・・・・・ロ
ッド、１９・・・・・・大気室、２０・・・・・・ダイ
ヤフラム、２１・・・・・・通路、Ｐｅ・・・・・・通
路圧力、ｐｂ・・・・・・下流圧力、Ｓｏ・・・・・・
ダイヤフラム２０の面積、Ｓｌ・・・・・・ダイヤフラ
ム１６の面積、Ｓ２・・・・・・ダイヤフラム１７の面
積。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 機関の吸気通路と排気通路を連通ずる排気還流通路
   と、該排気還流通路に介装される排気還流制御弁を設け
   、該排気還流制御弁上流の前記排気還流通路圧力と、機
   関吸気系に設けたベンチュリ部に発生するベンチュリ負
   圧とを比較して負圧源からの負圧を大気で希釈制御する
   圧力調整弁を設け、ベンチュリ負圧の増大に応じて前記
   通路圧力を減少させるように、この圧力調整弁からの制
   御負圧に応じて前記還流制御弁の開度を制御する排気還
   流制御装置において、前記圧力調整弁はベンチュリ負圧
   の作用するダイアフラムの有効面積を前記排気還流通路
   圧力の作用するダイヤフラムの有効面積よりも犬として
   ベンチュリ負圧の変化よりも該ベンチュリ負圧によって
   比較制御される前記通路圧力の変化が大となるように構
   成するとともに、前記ベンチュリ負圧の作用するダイア
   フラムの有効面積が、前記排気還流通路圧力の作用する
   ダイアフラムの有効面積の８倍を越えないように設定し
   たことを特徴とする排気還流制御装置。