JP2503014B2 - ディ−ゼル機関の吸気加熱装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、自動車等に用いられるディーゼル機関の吸
気加熱装置に関し、特に機関（エンジン）の始動性の改
善に有効なディーゼル機関の吸気加熱装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 従来より、自動車等に搭載するディーゼル機関の、冷
間時における始動性改善を目的として、該ディーゼル機
関の吸入空気を吸気加熱用ヒータ（ヒータ）により加熱
する装置が知られている。そして、このヒータによっ
て、スタータの作動中（クランキング中）だけでなく、
スタータの作動前に加熱する、いわゆる予熱（プリヒー
ト）やスタータの停止後にも所定時間加熱する、いわゆ
る後加熱（アフターヒート）が行われていた。

上記のヒータは、一般に、ディーゼル機関のスタータ
に給電するバッテリから通電されているが、このヒータ
は、消費電力が大きいので、スタータの作動時に吸気加
熱を行うと、バッテリからスタータにその定格電力を供
給できなくなり、エンジンの始動性が低下する場合があ
った。

このような不具合を解消する装置として、スタータの
作動中においては、ヒータに通電が行われることを禁止
するものがあった。

［発明が解決しようとする問題点］ しかし、スタータの作動中に、ヒータへの通電を行わ
ないと、冷間時にエンジンをかける場合には、吸入する
空気の温度の低い状態が続き、始動性が悪いという問題
点があった。また、スタータの停止後のアフターヒート
中に、エンジンストールが発生すると、エンジンの回転
数が低下するので、吸入される空気が少なくなり、ヒー
タが加熱することがある。更に、バッテリはこの回転数
の低下時にも大電流を必要とするヒータへの通電を行う
ので、長時間のアフターヒートを続けると過放電による
劣化が起きることがあった。その上、始動時にはヒータ
以外にも、グロープラグなどに多くの電力が必要で、バ
ッテリにかかる負担が大きく、バッテリが劣化し易かっ
た。

［問題点を解決するための手段］ 上記問題点を解決するためになされた本発明は、ディ
ーゼル機関の吸気通路に配設され、スタータに電力を供
給する電源から電力の供給を受けて吸入空気を加熱する
吸気加熱手段を備え、 少なくとも上記スタータの作動開始時には、上記吸気
加熱手段による予熱を停止しているディーゼル機関の吸
気加熱装置において、 上記ディーゼル機関の回転速度を検出する回転速度検
出手段と、 上記スタータの作動開始後に、上記回転速度検出手段
によって検出された回転速度が所定回転速度以上である
場合には、上記吸気加熱手段への通電を開始する通電開
始制御手段と、 上記スタータの作動終了後に、上記回転速度検出手段
によって検出された回転速度が所定回転速度を下まわる
場合は、上記吸気加熱手段への通電を停止する通電停止
制御手段と、 を備えたことを特徴とするディーゼル機関の吸気加熱
装置を要旨とする。

ここで、吸気加熱手段とは、吸入空気を加熱するもの
であり、例えば、周知のニクロム線を使用した電気ヒー
タを吸気通路に配設して吸入空気を加熱するように構成
したものである。

回転速度検出手段とは、例えば、燃料噴射ポンプに取
り付けられて、そのポンプ駆動軸の回転によってエンジ
ンの回転速度を検出する回転数センサである。

通電開始制御手段とは、スタータの作動開始後に、回
転速度が所定回転速度以上である場合には、吸気加熱手
段への通電の開始をリレー等を駆動して制御するもので
ある。

通電停止制御手段とは、スタータの作動終了後に、回
転速度が所定回転速度を下まわる場合は、吸気加熱手段
への通電の停止をリレー等を駆動して制御するものであ
る。

尚、上記通電開始制御手段及び通電停止制御手段は、
例えば独立したディスクリート論理回路により実現でき
る。また、周知のCPUを始めとして、ROM,RAM及びその他
の周辺回路素子とともに論理演算回路として構成され、
予め定められた処理手順に従って上記各手段を実現する
ものであっても良い。

［作用］ 本発明では、例えば冷却水温等に応じて予熱が行われ
る場合でも、スタータが作動するときには、吸気加熱手
段への通電は停止されている。そのため、吸気加熱手段
と同一の電源に接続されたスタータは、その作動に十分
な電力が供給され、エンジンの回転速度（クランキング
スピード）が上昇する。

そして、スタータの作動開始後に、回転速度検出手段
によって検出されたエンジンの回転速度が、完爆を起こ
し易い所定回転速度以上になった場合には、通電開始制
御手段によって、吸気加熱手段への通電を開始する。こ
れによって、吸入空気の温度は上昇し、エンジンの完爆
に一層好適な状態となり、始動性が向上する。

また、スタータの作動終了後に、エンジン回転速度
が、所定回転速度を下回った場合には、エンジンストー
ルに至ったとみなし、通電停止制御手段によって、吸気
加熱手段（ヒータ）への通電を停止する。つまり、エン
ジンストールの発生時の様に、エンジン回転速度が所定
回転速度を下回ったときには、吸入空気量の減少によっ
てヒータが過昇温することがあるが、本発明では、その
様な場合には、ヒータへの通電を停止するので、ヒータ
の加熱、及びそれに伴うバッテリの過放電による劣化が
起こることを防止することができる。

次に、本発明の作用により、クランキングスピードが
上昇することによって、始動性が改善される理由を説明
する。

ディーゼル機関のクランキングスピードとヒータ消費
電力との関係を第２図に示すが、クランキングスピード
は、ヒータ消費電力が少ないほど上昇する。そして第３
図に示す様に、始動限界以上の領域で、クランキングス
ピードが大きいと、発生する圧縮熱も大きく、完爆まで
の時間（クランキング時間）が短い。従って、クランキ
ングの開始時に、吸気加熱手段への通電を停止すること
によって、クランキングスピードが速やかに上昇するの
で、短時間で、完爆しやすいクランキングスピードにな
る。そしてこのスピードを検出し、所定回転速度に達し
た時に、ヒータへの通電を再開すれば、吸気温度も上昇
するので、一層エンジンの始動性が良いものとなる。

［実施例］ 以下本発明の一実施例を図面にしたがって説明する。
第１図は同実施例によるディーゼル機関の吸気加熱装置
の構成を示す。

同図において、ディーゼル機関１は、スタータ２、分
配型の燃料噴射ポンプ３および吸気加熱用ヒータ（ヒー
タ）５を備えている。

上記スタータ２は、周知のモータにより構成され、ス
タータスイッチ６を介してバッテリ８に接続されてい
る。キースイッチ７は電源端子DTとスタータ端子STを有
し、運転者の操作によりバッテリ８とそれらの端子DT,S
Tとの接続状態が、閉状態（オン）と開状態（オフ）と
に切り換えられる。そして、キースイッチ７が電源端子
DTに接続される場合（電源端子DTオン）には、バッテリ
８から各部に電力が供給される。スタータスイッチ６は
通常遮断状態（オフ）となっているが、運転者の操作に
よりキースイッチ７がスタータ端子STに接続される場合
（スタータ端子STオン）には、スタータリレー９が駆動
されて、導通状態（オン）となる。これにより、バッテ
リ８からスタータ２は電力の供給を受けて回転し、ディ
ーゼル機関１の図示しないクランク軸に駆動力を供給し
て該ディーゼル機関１を始動させる。

一方、分配型の燃料噴射ポンプ３は、ディーゼル１の
図示しないクランク軸から駆動軸3aに動力の伝達を受け
て作動し、ノズル1aに燃料を圧送する。

また、ディーゼル機関１の吸気通路1bに配設されたヒ
ータ５は、ヒータースイッチ11を介してバッテリ８に接
続されている。このヒータスイッチ11は、コントローラ
12により駆動されるヒータリレー13によって、オフもし
くはオンとなる。そし、電源端子DTがオンであり、ヒー
タスイッチ11がオンの場合には、バッテリ８から、電力
がヒータ５に供給されて発熱し、吸入空気を加熱する。

尚、運転席に配設された予熱ランプ14は、電源端子DT
オンによって点灯され、予熱の完了時に消灯される。

ディーゼル機関１は検出器として、該ディーゼル機関
１のシリンダブロック1cに配設されて冷却水温度を検出
する水温センサ16を備える。更に、燃料噴射ポンプ３内
に配設され、駆動軸3aに直結されたパルスギヤの回転速
度を電磁ピックアップにより測定してディーゼル機関１
の回転速度を検出する回転数センサ22を備える。

上記した各スイッチおよびセンサからの信号は、コン
トローラ12に入力され、該コントローラ12は既述したヒ
ータリレー13,ヒータスイッチ11および予熱ランプ14等
を駆動してディーゼル機関１を制御する。

上記コントローラ12は、第４図に示す様に、予熱ラン
プタイマ回路A,プリヒートタイマ回路B,回転速度判定回
路C,アフターヒートタイマ回路D,水温判定回路E,第１イ
ンバータF,第１アンド回路G,第２アンド回路，第２イン
バータＩ及びオア回路Ｊで構成されている。そして、予
熱ランプタイマ回路Ａとプリヒートタイマ回路Ｂには、
電源端子DTからの信号と水温センサ16からの信号が入力
し、回転速度判定回路Ｃには、回転数センサ22からの信
号が入力する。そして、アフターヒートタイマ回路Ｄと
水温判定回路Ｅには、水温センサ16からの信号が入力
し，更に、アフターヒートタイマ回路Ｄには、スタータ
端子STオフの信号が入力する。

また、予熱ランプタイマ回路Ａの出力は、第１インバ
ータＦを介して反転して出力され、予熱ランプ14に接続
されている。スタータ端子STオンの信号，回転速度判定
回路Ｃの出力及び水温判定回路Ｅから第２インバータＩ
を介して反転した出力は、第１アンド回路Ｇに入力す
る。回転速度判定回路Ｃの出力，アフターヒートタイマ
回路Ｄの出力及び水温判定回路Ｅから第２インバータＩ
を介して反転した出力は、第２アンド回路Ｈに入力す
る。更に、プリヒートタイマ回路B,第１アンド回路Ｇ及
び第２アンド回路Ｈの出力は、オア回路Ｅに入力し、こ
のオア回路Ｅの出力は、ヒータリレー13に接続されてい
る。

次に、上記コントローラによって制御される吸気加熱
装置の動作を、第５図及び第６図のタイムチャートに基
づいて説明する。

第５図は、冷却水温度が10℃以下の場合のタイムチャ
ートを示す。まず時刻t0にキースイッチ７の電源端子DT
がオンされると、予熱ランプ14が点灯され、予熱ランプ
タイマ回路Ａによるカウントがスタートする。この予熱
ランプタイマ回路Ａの動作は、第７図に示す様に、冷却
水温度が高いほど設定時間TLが短く、冷却水温度が10℃
以上の時は一定時間TL1だけ予熱ランプ14が点灯され
る。更に、時刻t0には、ヒータスイッチの11がオンされ
るとともにプリヒートタイマ回路Ｂによるカウントがス
タートし、ヒータ５による予熱が開始され、ヒータ５の
温度は、急速に上昇する。このプリヒートタイマ回路Ｂ
の動作は、第７図に示す様に、冷却水温度が高いほど設
定時間TPが短く、冷却水温度10℃以上ではその設定時間
TPは０であり、ヒータ５による加熱は行われない。上記
予熱ランプタイマ回路Ａとプリヒートタイマ回路Ｂとの
動作は、冷却水温度10℃以下では同期しているので、時
間TL後の時刻t1に、ヒータ５の加熱が停止されるととも
に、予熱ランプ14が消灯され、予熱の完了、即ち、スタ
ータ２の作動準備の完了が示される。その後、時刻t2に
スタータ端子STがオンされると、スタータリレー９が駆
動されて、スタータスイッチ６がオンされる。それによ
って、スタータ２が作動すると、コントローラ12により
ヒータリレー13が駆動されて、ヒータスイッチ11がオフ
され、ヒータ５による加熱が停止される。これによっ
て、ヒータ５の温度は下降するが、スタータ２の作動に
十分な電力が供給されるので、エンジン回転速度が速や
かに上昇する。そして、時刻T3に、回転数センサ22から
の信号によって、エンジン回転速度が、完爆しやすい所
定回転速度、例えば200mprに達したと判定された場合に
は、ヒータスイッチ11はオンされ、ヒートへの通電が行
われる。従って、吸入空気の温度も上昇し、エンジンの
完爆に好適な状態になり、始動性が向上する。次に、時
刻t4にスタータ端子STがオフされると、アフターヒート
タイマ回路Ｄによるカウントがスタートする。このアフ
ターヒートタイマ回路Ｄの動作は、第８図に示す様に、
冷却水温度が高いほど設定時間TPが短く、冷却水温度10
℃以上ではその設定時間TPは０である。そして時間TA後
の時刻t6に、ヒータスイッチ11はオフされ、アフターヒ
ートが終了する。また上述したように、エンジン回転速
度が所定回転速度に達して、ヒータ５による加熱が再開
された後に、時刻t5にて所定回転速度を下回った場合に
は、加熱を停止する。これによって、ヒータ５の加熱が
防止され、バッテリ６の過放電による劣化が起こること
がない。

第６図は、冷却水温度が10℃より高い場合のタイムチ
ャートを示す。これは、冷却水温が高い場合には、吸気
加熱を行わないものである。即ち、時刻m0に、電源端子
DTがオンされ、予熱ランプ14が点灯されるとともに予熱
ランプタイマ回路Ａによるカウントがスタートし、予め
設定された時間TL1後の時刻m1に、予熱ランプ14はオフ
される。そして、時刻m2に、スタータ端子STがオンさ
れ、時刻m3では、スタータ端子STがオフされる。この動
作中には、ヒータスイッチ11は、時刻m0からオフのまま
であるので、ヒータ５の温度は上昇しない。

従って、上記実施例によれば、ディーゼル機関１の始
動時に、冷却水温度が所定温度以下の時は、電源端子DT
がオンになると、ヒータ５に通電され吸入空気が加熱さ
れるので、その加熱によって、ディーゼル機関１の始動
性が良くなる。更にスタータ端子STがオンになる以前
に、ヒータ５への通電が停止されているので、スタータ
２には定格電力が送られ、エンジン回転速度が速やかに
上昇する。このエンジン回転速度が上昇すると、上述し
た様に、完爆までの時間が短くなり始動性が向上する。
またクランキングの時間が短くてすむので、バッテリの
負担が軽減される。そして回転速度が所定回転速度以上
になると、ヒータへの通電が再開されて、吸気加熱が行
われるので、その加熱による吸入空気の温度の上昇と、
エンジン回転速度の上昇によって容易に完爆の状態にな
り始動性は顕著に向上する。更に所定時間アフターヒー
トを行うので、スムーズな燃焼が持続され、エンジンの
回転が安定し、排煙も減少する。そして、アフターヒー
トが行われているときに、エンジンの回転速度が、所定
回転速度を下回ったときには、エンジンストールが発生
したと見なし、吸気加熱を停止するので、ヒータの加熱
やバッテリの過放電による劣化を防止でき、耐久性が向
上する。一方、冷却水温度が所定温度を上回る場合に
は、吸気加熱が行われないので、バッテリ８の負担が軽
減され、耐久性が向上する。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明によれば、クランキング
の開始時には、吸気加熱は停止されているので、クラン
キングスピードが速やかに上昇する。そして、クランキ
ングスピードが所定速度に達したときに、再び吸気加熱
を行なうので、ディーゼル機関の始動性が顕著に向上す
る。その上、アフターヒート中に、回転速度が所定回転
速度を下回ったときには、吸気加熱を停止するので、ヒ
ータの過熱やバッテリの過放電による劣化が防止でき、
耐久性が向上する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の構成の一例を示す構成図、第２図はク
ランキングスピードとヒータの消費電力の関係を説明す
るグラフ、第３図はクランキング時間とクランキングス
ピードの関係を説明するグラフ、第４図はコントローラ
の構成を示す概略構成図、第５図は冷却水温度が低い場
合のヒータの動作を説明するタイムチャート、第６図は
冷却水温度が高い場合のヒータの動作を説明するタイム
チャート、第７図は予熱ランプの点灯時間の設定を示す
グラフ、第８図はヒータの通電時間の設定を示すグラフ
である。 １…ディーゼル機関 ２…スタータ ５…吸気加熱用ヒータ ６…スタータスイッチ ７…キースイッチ ８…バッテリ 11…ヒータスイッチ 12…コントローラ 13…ヒータリレー 14…予熱ランプ 16…水温センサ 22…回転数センサ

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ディーゼル機関の吸気通路に配設され、ス
   タータに電力を供給する電源から電力の供給を受けて吸
   入空気を加熱する吸気加熱手段を備え、 少なくとも上記スタータの作動開始時には、上記吸気加
   熱手段による予熱を停止しているディーゼル機関の吸気
   加熱装置において、 上記ディーゼル機関の回転速度を検出する回転速度検出
   手段と、 上記スタータの作動開始後に、上記回転速度検出手段に
   よって検出された回転速度が所定回転速度以上である場
   合には、上記吸気加熱手段への通電を開始する通電開始
   制御手段と、 上記スタータの作動終了後に、上記回転速度検出手段に
   よって検出された回転速度が所定回転速度を下まわる場
   合は、上記吸気加熱手段への通電を停止する通電停止制
   御手段と、 を備えたことを特徴とするディーゼル機関の吸気加熱装
   置。