JPS6228658Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は内燃機関の低温時に始動する際、そ
の燃焼が安定化するよう補助する装置に関する。

内燃機関は、それが低温状態にあると燃焼筒内
での燃料の気化が遅れぎみとなり、燃焼が安定し
ない。このような不都合を除く手段として、従
来、低温始動時に、内燃機関の排気の圧力を上げ
るよう操作することが有効とされている。この場
合、内燃機関の排圧を上げる一手段として、排気
ブレーキ用のバタフライ弁を低温始動補助装置と
しても利用することが知られている。たとえば、
第１図に示すような低温始動補助装置１は排気管
２内にバタフライ弁３を枢着し、これをエアシリ
ンダ４により作動する。このエアシリンダ４はエ
アタンク５からの高圧空気を三方電磁弁６により
供給され、全開あるいは設定される小隙間xoを
形成する開度にバタフライ弁３を支持する。この
三方電磁弁６は低温始動補助用のスイツチ７と排
気ブレーキ用のスイツチ８とを並列状に接続して
おり、これらからの作動信号により、大気と高圧
気体とをエアシリンダ４内のピストンに切換供給
する。このような低温始動補助装置１が図示しな
いデーゼルエンジンに取付けられると、次のよう
な働きをする。まず、バタフライ弁３を低温始動
時に回動させ、排気路Ｒを狭めるよう支持する
と、デーゼルエンジンの円筒内の残留ガスが増
え、筒内の気体温度を高く保つことができる。し
かも、低温の吸入空気の量が適度に抑制されるか
ら、これによつてもデーゼルエンジン自体の温度
が上昇を早める。更に、排圧上昇がポンプ損失増
大を生じさせることより、デーゼルエンジンはそ
の回転数の過度な上昇を抑えられ、低温始動時の
燃焼に見合つた適度の回転数を維持でき、このた
め、燃費を低く押えることができる。しかも、筒
内温度が比較的高く保たれることより、着火不良
によるエンジン遊回速度の変動、即ち、ハンチン
グを防止でき、燃焼の安定化を計れ、白煙の低減
をも計れる。更に、デーゼルエンジン自体の温度
上昇が早いことより暖機時間の短縮をも計れる。

しかし、このように排気管内のバタフライ弁３
を排気ブレーキとしても、低温始動補助装置１と
しても兼用することは両装置の使用目的の相異に
よる不都合が生じ易い。即ち、バタフライ弁３は
排気ブレーキとして作動する場合、排気路Ｒを完
全に閉じることが望ましい。他方、低温始動補助
装置１として作動する場合、少なくとも、デーゼ
ルエンジンが回転を続けることができるよう、所
定量の隙間からなる開口面積を形成できる開度を
保つ必要がある。従来、この相反する要求から、
両装置の妥協した、わずかな小隙間xoを形成す
る開度に（第５図参照）バタフライ弁３を保持
し、これを両装置が兼用している。

このように従来の低温始動補助装置のバタフラ
イ弁が形成する開度は排気ブレーキにとつてはブ
レーキ性能の低下を招いている。そして、低温始
動補助装置にとつては開口面積が小さく、過度の
排圧上昇、吸入空気量の低減を招き、不完全燃焼
による黒煙の発生が生じることもある。更にま
た、暖機が進み、バタフライ弁を小開度より全開
度に解除する際、従来のバタフライ弁は一挙に全
開となるため、デーゼルエンジンに取つては排気
抵抗が急激に、かつ、大幅に低減することにな
り、回転数が急上昇し、危険な状態になることも
散見された。

ところで、排気管内の排圧はバタフライ弁の生
ずる隙間の量によりその値を大きく変動させるも
のであり、一般には、第２図に示すような傾向を
示す。第２図はバタフライ弁の形成する隙間ｘ
〔mm〕をパラメータとして取り、その時の回転数
−排気圧力特性を概略的に示している。この図よ
り明らかなように、隙間ｘを徐々に拡大すればエ
ンジンの回転数が徐々に上昇した際にも、排気圧
力はほぼ一定に保たれる。即ち、バタフライ弁の
開度を操作することにより、低温始動特性に最も
重要な要素である排圧を制御できることになる。
以上のことにより、排気ブレーキ用としても低温
始動補助装置用としてもバタフライ弁を兼用する
場合、その開度を多段にし、開度を徐々に大きく
作動し、これにより、回転数の上昇に共ない上昇
する排圧を低温始動に最適なレベルに保持するこ
とが有効であると推測される。

この考案の排気路の排気流を制御することによ
り、内燃機関の低温始動性と排気ブレーキの性能
とを共に向上させることのできる低温始動補助装
置を提供することを目的とする。

この考案による低温始動補助装置は、内燃機関
の排気管内に枢支されるバタフライ弁と、上記排
気管内の排気圧力が第１設定範囲内の値であれば
第１作動信号を、第２設定範囲内の値であれば第
２作動信号をそれぞれ発する作動信号制御器と、
上記第１作動信号と同様な信号を発する排気ブレ
ーキ用のスイツチと、上記第１および、第２作動
信号を受けることにより、バタフライ弁の開度を
可変作動させる弁作動手段とを有した構成であ
る。

このような低温始動補助装置によれば、バタフ
ライ弁の開度を隙間のほとんど無い閉鎖開度よ
り、全開開度まで段階的に開閉操作する。この際
の操作は、排圧に対応した出力を発する作動信号
制御器と、排気ブレーキスイツチとで並列的に行
なうことになる。このため、低温始動補助作動時
にも、排気ブレーキ作動時にも、それぞれ適合す
る開度にバタフライ弁が保持され、最適な排圧を
維持でき、低温始動補助性能も、排気ブレーキ性
能も共に、効率よく発揮されるという利点があ
る。

以下、この考案の添付図面と共に説明する。

第３図にはこの考案の一実施例としての低温始
動補助装置９が取付けられたデーゼルエンジン１
０と、その排気管１１を示した。低温始動補助装
置９は排気マニホウルド１２とマフラ１３との間
の排気管１１内に配置されるバタフライ弁１４
と、このバタフライ弁に連結される弁作動手段１
５と、この弁作動手段に向け並列的に接続される
作動信号制御器１６および、排気ブレーキ用のス
イツチ１７とを備える。第４図ａに示すように、
バタフライ弁１４は排気管１１に対し、その断面
の中心を横切るよう枢着される回転軸１８と、こ
れと一体の弁本体１９と、回転軸１８のうち、排
気管１１より突出する一端に固着される操作片２
０とで形成される。弁作動手段１５は排気管１１
に対し、定位置を確保するよう固定されるエアシ
リンダ２１と、その中心線ｌに沿つて一線状に列
設される第１および、第２ピストン２２，２３に
対し、高圧空気を供給する管２４，２５と、これ
ら供給管にそれぞれ取付けられる第１および第２
三方電磁弁２６，２７と、両供給管２４，２５に
共に高圧空気を供給するエアタンク２８とで形成
される。エアシリンダ２１は第１ピストン２２が
高圧空気を受けた際、それを第１ストロークＬ１
（第４図ａ参照）だけ摺動可能なように支持して
いる。第１ピストン２２はそのロツド２２１端を
操作片２０の回動端の長穴２９に遊嵌状のピン３
０を介し連結する。このピンは直線運動するロツ
ド２２１と、回動する操作片２０との相対的なず
れを除去し、かつ、両者間を連結するよう働く。
このため、第４図ａに示すように、第１ピストン
２２は弁本体１９を隙間ｘ（ここでは0.1mmとし
た）の極く小さな値の閉鎖開度を保つよう作動で
きる。一方、第２ピストン２３はエアシリンダ２
１内のストツパ壁２１１により、その第２ストロ
ークＬ２を設定される。この第２ピストンはスト
ツパ壁２１１にリターンスプリング３２の弾性力
に抗して当接可能であり、その時、ロツド２３１
は第１ピストン側に突出する。即ち、第４図ｂに
示すように、ロツド２３１は高圧空気を受けない
リターンスプリング３１の弾性力のみ受ける第１
ピストン２２に対し、押圧力を加え、第１ピスト
ンをホームポジシヨン（第４図ｃに実線で示す位
置）P₀より間隙ａだけ離れた中間位置（第４図ｂ
参照）P₁に停止させる。この際、弁本体１９はデ
ーゼルエンジン１０が低温始動時に回転継続を行
なうに適合する設定排圧範囲（第５図参照）Ａを
下回らないで済む暖機隙間x₁（ここでは0.8mmと
した）を形成できる中間開度を保持する。なお、
第４図ｃに示すように、両ピストン２１，２２
は、これに高圧空気が供給されない場合、両リタ
ーンスプリング３１，３２の働きにより、各ホー
ムポジシヨンP₀に戻り、その際、弁本体１９は全
開開度を保持する。

第１および第２三方電磁弁２６，２７は共に、
オン作動時にはエアタンク２８の高圧空気を各ピ
ストン側に送り、オフ作動時には各ピストンの加
圧気体を大気開放するよう切換作動する構成であ
る。

作動信号制御器１６は、排気管１１内のバタフ
ライ弁１４より上流側の排気路Ｒに配置され、排
圧に対応した出力信号S₀を発する圧力センサ１６
１と、デーゼルエンジン１０の冷却水温度Ｔが設
定値以下にあり、かつ、出力信号S₀を受け、これ
が設定排圧範囲（ここでは0.6乃至1.4〔Kg／cm²〕
とした）Ａ以下の値であれば第１作動信号S₁を、
設定排圧範囲Ａを上回り、かつ、第１作動信号S₁
を受けていれば第２作動信号S₂を、それぞれ発す
る作動信号制御回路１６２とで形成される。この
作動信号制御回路は周知の比較回路と増幅回路と
で作られ、その第１作動信号S₁を第１三方電磁弁
２６に、第２作動信号S₂を第２三方電磁弁２７に
それぞれ出力するよう接続される。なお、第１三
方電磁弁２６は第１作動信号S₁を発する排気ブレ
ーキスイツチ１７も並列的に接続される。

第３図に示した低温始動補助装置９の作動を説
明する。まず、図示しないイグニシヨンスイツチ
をオン作動させ、デーゼルエンジン１０をスター
トさせると、これにより、作動信号制御器１６が
作動する。それは冷却水温度Ｔが設定温度を下回
つていることと、排圧が設定排圧範囲Ａ以下であ
ることを検出した際、第１作動信号S₁を出力す
る。信号S₁を受けた第１三方電磁弁２６は、その
大気開放口を閉じ、これに代え、エアタンク２８
の高圧空気を第１ピストン２２に供給する切換作
動をする。すると、第１ピストン２２は第１スト
ロークＬ１を摺動し、バタフライ弁１４を閉鎖開
度（第４図ａ参照）に保持する。これにより、デ
ーゼルエンジン１０の筒内温度は残留ガスにより
高く保持され、燃料の気化が改善され、着火性が
良くなり、低回転域でのエンジン遊回運動がスム
ーズに連続し、第５図に実線で示すように回転数
が徐々に上昇し、排圧も上昇する。この後、排圧
が設定排圧範囲Ａを上回り、かつ、第１作動信号
S₁を受けていれば、これに代え、第２作動信号S₂
を作動信号制御器１６が出力する。これにより、
第１三方電磁弁２６は大気開放状態に切換られ、
第２三方電磁２７は、その大気開放口を閉じ、こ
れに代え、エアタンク２８の高圧気体を第２ピス
トン２３に供給するよう切換作動する。このた
め、第２ピストン２３は第２ストロークＬ２だけ
摺動し、そのロツド２３１が第１ピストン２２を
中間位置P₁に保持する。するとバタフライ弁１４
は暖機隙間ｘ１を形成する中間開度に保持され、
排気管１１内の排気は適量流出すると共に、排圧
も低下するが、この排圧は設定排圧範囲Ａの下限
値以上に保たれる。このため、筒内温度は引き続
き残留ガスにより高く保たれ、着火性が良好に保
たれ、しかも、デーゼルエンジン自体の加熱が促
進されることより回転数は徐々に上昇し、排圧も
再び上昇する。このような暖機は排圧げ適度に高
いことより、早目に完了し、冷却水温度は比較的
早く設定値を上回る。この時点で作動信号制御器
１６は両作動信号S₁，S₂の出力を停止するため、
第１および第２三方電磁弁２６，２７は全べてオ
フ状態となり、バタフライ弁１４は全開開度を保
持する。このように暖機の完了したデーゼルエン
ジン１０は以後、定常運転に入る。一方、定常運
転にあるデーゼルエンジン１０において、排気ブ
レーキスイツチ１７が運転者によりオン操作され
ると、第１三方電磁２６に第１作動信号S₁が出力
される。すると、第１ピストン２２は高圧空気が
供給され、バタフライ弁１４は閉鎖開度（第４図
ａ参照）を保持する。これにより、排気管内の排
圧は急激に高まり、同時にデーゼルエンジン１０
は図示しない車両の動力伝達系を逆に伝わつてく
る慣性による回転力を受け、強制回転される。こ
の回転力はポンプ損失としてデーゼルエンジンに
吸収され、動力伝達系には排気ブレーキが作用す
る。

このように第３図に示した低温始動補助装置９
をデーゼルエンジン１０に取付けると、作動信号
制御器１６の働きにより、バタフライ弁１４を３
段階（第５図に実線で示した）に開度調整でき
る。このため、低温始動時に、回転数と共に上昇
する排圧を検出し、この排圧値を用いて（フイー
ドバツクして）設定排圧範囲Ａに排圧を保持する
ことになる。このため、排圧が過度に大きくなら
ず（第５図中の破線は従来装置による排圧変動を
示している）、燃焼が安定化し、黒煙の発生を防
ぐことができ、早期に暖機を完了できる。しか
も、排圧を直接検出するため、エンジン各部やバ
タフライ弁１４等の製品のバラツキに関係なく、
排圧を適正値に維持できる。更に、製品の経時変
化、たとえばマフラ１３のつまり、等も排圧変化
として対応でき、これらの影響を吸収できる。更
に、排気ガスの温度が運転環境により変動し、同
一回転数、同一隙間でも排圧値が異なるが、この
ような変動も排圧を直接検出することにより対応
できる。これに対し、排気ブレーキとして用いた
場合には、排気路Ｒを十分閉鎖でき、十分な排気
ブレーキ効果を発揮できる。

第３図に示した低温始動補助装置９はデーゼル
エンジンに取付けられていたが、場合によつては
ガソリンエンジンにも取付可能である。更に、弁
作動手段１５として、第１および、第２ピストン
を収容したエアシリンダ２１を用いた場合を示し
たが、これに代えソレノイドを用いてもよい。更
にまた、開度調整は３段階に限定されるものでは
なく、４段階、等としても良い。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の低温始動補助装置の概略断面
図、第２図はバタフライ弁の隙間をパラメータと
した排圧−回転数特性線図、第３図はこの考案の
一実施例としての低温始動補助装置を取付けたデ
ーゼルエンジンの概略側面図、第４図は同上低温
始動補助装置の要部の作動状態説明図、第５図は
同上低温始動補助装置の排気圧力−回転数線図を
それぞれ示している。 ９……低温始動補助装置、１０……デーゼルエ
ンジン、１１……排気管、１４……バタフライ
弁、１５……弁作動手段、１６……作動信号制御
器、１６１……圧力センサ、１７……排気ブレー
キスイツチ、２１……エアシリンダ、２２……第
１ピストン、２３……第２ピストン、２６……第
１三方電磁弁、２７……第２三方電磁弁、S₁……
第１作動信号、S₂……第２作動信号。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 １ 内熱機関の排気管内に枢支されるバタフライ
   弁と、上記排気管内の排気圧力が第１設定範囲
   内の値であれば第１作動信号を、第２設定範囲
   内の値であれば第２作動信号をそれぞれ発する
   作動信号制御器と、上記第１作動信号と同様な
   信号を発する排気ブレーキ用のスイツチと、上
   記第１および、第２作動信号を受けることによ
   り、バタフライ弁の開度を可変作動させる弁作
   動手段とを有した構成の低温始動補助装置。 ２ 上記弁作動手段は、バタフライ弁を閉鎖開度
   に支持する第１ピストンと、この第１ピストン
   と同一線上に接離可能に列設され、かつ、第１
   ピストンを介し、バタフライ弁を設定中間開度
   に支持する第２ピストンと、上記第１および、
   第２ピストンを収容するエアシリンダと、上記
   第１作動信号を受ける時限に高圧気体を第１ピ
   ストンに供給する第１電磁弁と、上記第２作動
   信号を受ける時限に高圧気体を第２ピストンに
   供給する第２電磁弁とで形成されることを特徴
   とする実用新案登録請求の範囲第１項記載の低
   温始動補助装置。