JPS6113733Y2

JPS6113733Y2 -

Info

Publication number: JPS6113733Y2
Application number: JP15720684U
Authority: JP
Priority date: 1984-10-19
Filing date: 1984-10-19
Publication date: 1986-04-28
Also published as: JPS6098764U

Description

【考案の詳細な説明】本考案は、内燃機関の排気ガス中の窒素酸化物
（NOx）を低減するための排気ガス環流装置に係
り、特に機関負荷に対応した排気ガス環流量の制
御をできる排気ガス環流装置に関する。

従来、内燃機関たとえばガソリンエンジンにお
けるNOx対策は、排気ガスの一部を機関の吸気
側に環流して行なつている。この排気ガスの環流
は、排気マニホールドと吸気マニホールドとを通
路で連通させ、この通路に該通路を開閉する排気
ガス環流（以下、EGRという。）量制御弁を設
け、このEGR量制御弁を負圧により作動される
ダイヤフラム装置で駆動するようにし、かつこの
ダイヤフラム装置と気化器の機関の運転状態によ
り負圧が変化する部分とを連通させて環流量を制
御するようにして行なわれている。

しかし、このような構成の装置にあつては、気
化器部分で発生する負圧が、たかだか100〜200mm
Ａ_qしかないため、ダイヤフラム装置においてダ
イヤフラムを押圧するばねの微小な圧力変化によ
りEGR量が大きく変化し、ばね圧の調整に手間
を要し、かつEGR量制御弁部の摺動抵抗の経時
的増加によつてもEGR量が大きく変化するとい
う不都合がある。この気化器内の負圧値の低さを
改善するため、吸気マニホールドの負圧を蓄積タ
ンクに逆止弁を介して蓄積しておき、この蓄積タ
ンクとEGR弁とを結ぶ管路の途中に開閉弁を設
けるとともにこの開閉弁を気化器内の負圧で作動
するようにし、これによりEGR量制御弁そのも
のは前記蓄積した大きな負圧力で作動するように
したものもある。しかし、この場合も、EGR量
制御弁部の摺動抵抗の変化によるEGR量制御弁
の開度の変化に対する対策とはなつていない。

一方、従来のデイーゼルエンジンにおける
NOx対策は重要視されていなかつたが近年、デ
イーゼルエンジン搭載の乗用車が経済性の点から
増々増加の傾向にあり、これに伴なつてNOx対
策が重要視されてきている。デイーゼルエンジン
のEGR量も吸気管負圧とエンジン回転数との関
数すなわち、エンジン負荷に応答する制御が最も
望ましいことが判明している。しかし、既知の環
流装置は各種あるが、アクセルペダルに連動する
カム、機関速度を調整するガバナ等を用いた機械
式であり正確なNOx制御を行なうものではな
く、その構成も複雑で、たとえばガバナ式では、
ガバナからその出力を取出す手段に問題すなわち
ポテンシヨメータでは摺動部のロスによる誤差、
作動トランスでは機関の熱による誤差の問題があ
り、カム式では車種毎に異なるカムを必要とする
不都合がある。さらに、機関式制御装置では、信
頼性に欠ける、すなわちカム式ではカーボン等の
付着による作動不良、ガバナ式では前述のように
取出し手段の作動誤差があるという欠点もある。
また、電気式とする場合においては、デイーゼル
エンジンの場合、機関の負圧すなわち負荷状態を
簡単に取出す方法がなく、吸気管負圧を感知する
特別の負圧検知器や負荷検出器等を必要とし、極
めて高価な装置となる不都合がある。

本考案の目的は、前記従来技術の不都合を解消
し、安定して適正にEGR量を制御できる電気式
の排気ガス環流装置を提供するにある。

本考案は、内燃機関の排気ガスの一部を機関の
吸気口に環流させる通路に設けられ該排気ガスの
環流量を弁体の移動により制御する排気ガス環流
量制御弁と、機関の負荷状態を電気的に検出する
機関負荷検出手段と、前記排気ガス環流量制御弁
の弁体の移動位置を電気的に検出する弁体位置検
出手段と、複数個の比較器を有するとともに弁体
位置検出手段からの出力信号および機関負荷検出
手段からの出力信号の大小を比較判定するコンパ
レータ回路と、このコンパレータ回路からの判定
信号により前記排気ガス環流量制御弁を駆動させ
る駆動手段とを備え、前記コンパレータ回路の少
なくとも２個以上の比較器に対し相互の一方の異
符号入力端子間を電圧降下手段を介して連結する
とともに、相互の比較器の出力が反対となるよう
に構成し、比較電圧がどの点に設定されても一定
の不感帯をもつて相互の出力電圧が反転するよう
にされたことを特徴とするものである。

以下、本考案を図面に示す実施例により説明す
る。

第１図は本考案の排気ガス環流装置の制御系統
を示す図である。内燃機関１には吸気管２と排気
管３が設けられている。この吸気管２の上部には
スロツトル弁６、更に上部にはエアフイルタ４が
設けられている。また、排気管３には環流パイプ
５の一端が接続され、この環流パイプ５の他端は
吸気管２のスロツトル弁６の下流に接続され、さ
らにこの環流パイプ５の途中には排気ガス環流量
制御弁（EGR量制御弁）７が設けられている。
これにより、排気ガスの一部がEGR量制御弁７
を介して吸気管２に戻されるようにされている。
このEGR量制御弁７は、環流パイプ５に設けら
れたオリフイス１８に対向するテーパ状の弁体８
を備え、この弁体８は、一端をEGR量制御弁７
の外方に突出されたロツド９の他端に固着されて
いる。このロツド９の一端突出部は、弁体駆動器
１１に連設されて該駆動器１１により駆動される
ようになつている。この駆動器１１には、該駆動
器１１により駆動される弁体８の移動位置を検出
して制御装置１３に出力する弁体位置検出器１２
が連設されている。

また、前記スロツトル弁６には、該スロツトル
弁６の開度を検知し、電気信号を前記制御装置１
３に出力するスロツトル開度検出器１０が連設さ
れている。このスロツトル開度検出器１０は、機
関の負荷状態を検知する手段として用いられるも
のである。これは、一般道路の走行時には、スロ
ツトル開度が機関負荷に比例することに着目して
用いているものであり、登坂時等は両者は比例し
ない。しかし、EGRは一般走行時になせば足
り、登坂等の高負荷時には後述するようにEGR
を零にされるから問題とはならない。

前記制御装置１３には、機関の温度，速度等を
検知し該制御装置１３に出力する機関状態検知器
１４が連設されている。また、制御装置１３の出
力は、前記弁体駆動器１１に伝達されるようにな
つている。

次に、本実施例の作動つき説明する。

スロツトル弁６に連結した開度検知器１０によ
りスロツトル開度を測定する。検知器１０の出力
を受ける制御装置１３は弁体駆動器１１を駆動し
てロツド９を介してEGR量制御弁７の弁体８を
左方もしくは右方（Ｌ←→Ｒ）に制御し、オリフイ
ス１８の通路面積を所要の値となる。フイードバ
ツク回路としての弁体位置検出器１２は弁体位置
に相当する信号を制御装置１３に供給する。該制
御装置１３は前記スロツトル開度により定めた所
要弁体位置と前記弁体位置検出器１２からの真の
弁体位置とを比較し弁体８の位置補正を弁体駆動
器１１で行なう。一般的に通常の運転時において
は、EGR量はスロツトル開度に対応した逆Ｖ字
関数で制御される。すなわち、スロツトル開度の
増加とともにEGR量が増加し、高速の定速低負
荷速行時最大のEGR量とされ、その後スロツト
ル開度の増加すなわち機関負荷の増加に伴ない
EGR量は減少され、全開付近ではオリフイス１
８を全閉とし環流量を零とする。更に機関状態検
知器１４により機関速度が所定値以上たとえば機
関回転数2400rpm以上になつた時や、機関温度が
所定値以下たとえば機関温度40℃以下になつた時
などの信号を前記制御装置１３に与え、オリフイ
ス１８を閉じ環流量を零にする。これは、高負荷
時にEGRすると所要の出力が得られず、運転性
が悪化するためであり、また低温時はNOxの発
生が少ないうえに、低温時のEGRは機関出力へ
の影響が大きいことによる。

次に、第２図は、上記装置における弁体駆動器
１１の具体的構成の一例を示す概略図である。図
において、弁体駆動器１１は、もなかの皮状の二
分割されたケース２１，２２間にダイヤフラム２
３を挾持されたダイヤフラム装置２４を備え、こ
のダイヤフラム装置２４のダイヤフラム２３には
EGR量制御弁７の弁体８を駆動するロツド９が
固着され、さらにこのロツド９の突出側と反対の
室にはロツド９を突出方向に付勢する圧縮ばね２
５が介装されている。また、ダイヤフラム装置２
４の圧縮ばね２５が介装された側の室には管路２
７が連設され、この管路２７は二股に分岐される
とともに、一方は電磁弁２８を介して大気に開放
され、他方は電磁弁２９を介して負圧タンク３０
に連結されている。この負圧タンク３０は、デイ
ーゼル機関の場合は、真空ブレーキ用などのもの
を併用してもよく、ガソリン機関では吸気負圧を
逆止弁を介して蓄積しておいたものでもよい。こ
のような構成においてEGR量制御弁７を駆動す
るには、制御装置１３からの信号により電磁弁２
８あるいは２９を開いてダイヤフラム装置２４の
室内の圧力を変化させ、この圧力と圧縮ばね２５
との大きさによりダイヤフラム２３を移動させて
行なうものである。

なお、弁体駆動器１１としては、上記実施例の
ほかに、ステツプモータにパルスを与えて駆動す
るものでもよく、さらに比例ソレノイド等他の機
構でもよい。

第３図は、前記第１図の装置における制御装置
１３の一実施例を示すブロツク線図である。図に
おいて、COM₁，COM₂はそれぞれコンパレータ
であり、R₁〜R₄は抵抗器であり特にR₂は弁体位
置検出器１２としての可変抵抗器である。Q₁，
Q₂はトランジスタからなる増巾器、１５は開度
検知器１０の出力信号ｖ〓を受けて所要関数電圧
ｖ_A発生する関数発生器であり、１６，１７は弁
体駆動器１１を作動させるコイル、D₁〜D₂は該
コイルの逆電圧吸収ダイオードである。そして、
１９は電圧降下手段で本実施例では抵抗器Ｒとダ
イオードＤとの組合せ回路として構成されてい
る。

弁体位置検出器１２の可変抵抗器R₂は一端が
接地され他端は抵抗器R₁を介して電源電圧ｖ₊に
接続されており、R₁とR₂の接合点電圧（弁体位
置検出器出力電圧）ｖ_Bはｖ₂＝（Ｒ_２／Ｒ_１＋Ｒ_２）ｖ₊ …(1) で表わされる。

COM₁とCOM₂とはそれぞれ異符号入力端子同
志で接続されており等にCOM₂のプラス入力端子
とCOM₁のマイナス入力端子は電圧降下手段１９
を介して接続されている。従つて、COM₂のプラ
ス入力端子電圧ｖ_Cは電圧下降手段１９の電圧降
下をｖ_Fとすると、ｖ_C＝ｖ_A−ｖ_F …(2) で表わされ、入力電圧、ｖ_Aとｖ_Bに対するそれぞ
れのコンパレータCOM₁，COM₂の出力ｖ_OX，ｖ_O
_Ｖは該電圧降下手段１９の電圧降下ｖ_Fの幅の不感
帯を持つた異相の反転信号となる。すなわち関数
発生器１５の出力電圧ｖ_Aを受けてCOM₂のプラ
ス入力電圧ｖ_Cが弁体位置検出器１２の電圧ｖ_Bよ
り高くなるとCOM₂の出力電圧ｖ_OVが高レベル
（以下“Ｈ”レベルという。）となり増巾器Q₂は
オンとなり、コイル１７が通電され弁体駆動器１
１が作動し、ロツド９をＲ方向に駆動してオリフ
イス１８の開口面積を大きくする。これと同時に
弁体位置検出器１２が作動してｖ_Bが上昇し、ｖ_B
≧ｖ_CでCOM₂の出力電圧ｖ_OVが低レベル（以下
“Ｌ”レベルという。）となり、この動作は停止す
る。又、電圧ｖ_Bが電圧ｖ_Aを越した時にはCOM₁
の出力電圧ｖ_OXが“Ｈ”レベルとなり増巾器Q₁
がオンとなりコイル１６が通電され、弁体駆動器
１１が作動し、ロツド９をＬ方向に駆動してオリ
フイス１８の開口面積を小さくする。このことに
よりｖ_Bは下降し、ｖ_A≧ｖ_BでCOM₁の出力電圧
ｖ_OXが“Ｌ”レベルとなりこの動作は停止する。
この様な動作が行なわれ、各コンパレータ
COM₁，COM₂の比較電圧に対し常に一定の不感
帯領域を維持する様に弁体位置が制御されること
になる。又、電圧降下手段１９による降下電圧ｖ
_Fを調整することにより不感帯領域を適当な値に
設定することが可能である。この不感帯地域はた
とえば0.7V程度とされ、この不感帯領域を設け
ることにより、弁体駆動器１１のハンチング動作
を避けうることとなる。

第４図は、上記第３図の制御装置１３の特性を
表わしたものである。図において、横軸に電圧ｖ
_Aをとり、縦軸に電圧ｖ_Bをとつてある。ｖ_B＝ｖ_A
なる直線Ｍより上側すなわち縦軸と直線Ｍとに囲
まれる領域Ａはｖ_B≧ｖ_Aであり、ｖ_OXが“Ｈ”レ
ベルとなつてコイル１６がオンされている。一
方、±_B＝ｖ_A−ｖ_Fなる直線Ｎより下側すなわち横
軸と直線Ｎとに囲まれる領域Ｂはｖ_B≦ｖ_A−ｖ_F
であり、ｖ_OVが“Ｈ”レベルとなつてコイル１７
がオンされている。また、直線ＭおよびＮに囲ま
れる領域Ｃは、ｖ_OX，ｖ_OY共に“Ｌ”レベルにあ
り、EGR量制御弁７は常にこの領域Ｃ内に入る
ように制御されることとなる。

第５図は、制御装置１３の他の実施例であり、
弁体位置検出器１２の可変抵抗器R₂は一端を抵
抗器R₁を介して電源電圧Ｖ₊に接続され、他端を
コンパレータCOM₃の出力端子に接続されてい
る。COM₃は機関状態検知器１４により機関速
度，機関温度を検出し、例えば規定機関速度以上
になつた時、あるいは規定機関温度以下になつた
時、この機関状態検知器１４からの信号ｖ_Nを基
準値ｖ_Sと比較するものである。COM₃の出力端
子は、“Ｌ”レベルにある時すなわちｖ_S≧ｖ_Nで
ある時は、COM₃内部で接地されており、制御装
置１３は前記第４図に示す動作を行なうが基準値
ｖ_Sに対して機関状態検知器１４からの相対値ｖ_N
が越えるとCOM₃の出力端子の接地は解除されて
絶縁状態となり、出力ｖ_Eは“Ｈ”レベルとなつ
て弁体位置検出器１２の出力電圧ｖ_Bは電源電圧
Ｖ₊まで上昇し、COM₁の出力電圧ｖ_OXは“Ｈ”
レベルとなり弁体駆動器１１のコイル１６が通電
されオリフイス１８は強制的に全閉される。これ
により排気ガスの環流は停止され、機関は最大出
力で運転できることになる。この特性を表わした
のが第６図で、横軸に機関状態検知器１４からの
相対値信号ｖ_Nを、縦軸にCOM₃の出力電圧ｖ_Eを
とつたものである。図において、相対値ｖ_Nが基
準値ｖ_S以下では“Ｌ”レベル、以上では“Ｈ”
レベルとなり、COM₁の出力側に接続されたコイ
ル１６のみが駆動される片方向動作をすることと
なる。従つて、COM₃の基準値ｖ_Sのとり方によ
り、所要の運転領域でEGRのカツトを行なうこ
とができる。

なお、第３図，第５図の実施例における電圧降
下主段１９は、ツエナーダイオード等他の手段で
もよく、またコンパレータCOM₁〜COM₃もＰ−
Ｎ−Ｐ型、Ｎ−Ｐ−Ｎ型のいずれでも同様な特性
が得られる。さらに、各実施例においては、本発
明に係る装置をデイーゼル機関に組合せた例を示
したが、ガソリン機関等にも適用が可能であり、
スロツトル開度に対応した関数を関数発生器によ
り、任意に設定することによりそれぞれの機関に
応じたEGR特性を得ることができる。

上述のように、各実施例によれば、 (1) 機関負荷をスロツトル弁開度により代替し、
このスロツトル弁開度を電気的に測定して
EGR量を設定したから、そのEGR量を任意か
つ正確に設定できて制御精度を向上でき、さら
に機械式のように経時変化のない装置を提供で
きる。

(2) 制御回路の構成が簡単であり低コスト化，コ
ンパクト化することができる。

(3) １個の電圧降下手段で不感帯領域を作ること
が可能で、温度補償等をせずに全ての領域で同
じ不感帯幅を作ることができ安定した良好な制
御特性を得ることができ、かつこの不感帯領域
を設けることにより装置のハンチング動作を防
止できる。

本考案によれば、信頼性の高い排気ガス環流装
置を安価に提供できるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る排気ガス環流装置の一実
施例を示す系統図、第２図は第１図の装置に用い
られる弁体駆動器の一実施例を示す概略構成図、
第３図は第１図の装置に用いられる制御装置の一
実施例を示す回路図、第４図は第３図の制御装置
の特性図、第５図は制御装置の他の実施例を示す
回路図、第６図は第５図の制御装置の特性図であ
る。１……内燃機関、２……吸気管、３……排気
管、５……環流パイプ、６……スロツトル弁、７
……排気ガス環流量制御弁、８……弁体、１０…
…開度検知器、１１……弁体駆動器、１２……弁
体位置検出器、１３……制御装置、１４……機関
状態検知器、１９……電圧降下手段、COM₁〜
COM₃……コンパレータ。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

内燃機関の排気ガスの一部を機関の吸気口に環
流させる通路に設けられ該排気ガスの環流量を弁
体の移動により制御する排気ガス環流量制御弁
と、機関の負荷状態を電気的に検出する機関負荷
検出手段と、前記排気ガス環流量制御弁の弁体の
移動位置を電気的に検出する弁体位置検出手段
と、複数個の比較器を有するとともに弁体位置検
出手段からの出力信号および機関負荷検出手段か
らの出力信号の大小を比較判定するコンパレータ
回路と、このコンパレータ回路からの判定信号に
より前記排気ガス環流量制御弁を駆動させる駆動
手段とを備え、前記コンパレータ回路の少なくと
も２個以上の比較器に対し相互の一方の異符号入
力端子間を電圧降下手段を介して連結するととも
に、相互の比較器の出力が反対となるように構成
し、比較電圧がどの点に設定されても一定の不感
帯をもつて相互の出力電圧が反転するようにされ
たことを特徴とする排気ガス環流装置。