JPS6228659Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は内燃機関を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により、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な回転数を維持でき、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。以上のことより、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比較的コンパク
トな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、上記弁作動
手段はバタフライ弁を閉鎖開度に支持可能な第１
ピストンと、この第１ピストンのロツドに摺動可
能に外嵌される第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２ピストンに一体的に取付けられ、かつ、バ
タフライ弁を設定中間開度に支持するよう、第１
ピストンを設定中間開度対応位置に停止させる可
変ストツパと、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
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、比較的コンパク
トな弁作動手段を用い、それぞれに適合する開度
にバタフライ弁を保持でき、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、この考案を添付図面と共に説明する。

第２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続される弁作動手段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３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ピストン２２と、この第１ピストン
のロツド２２１に摺動自在に外嵌する第２ピスト
ン２３と、この第２ピストンに取付けられる可変
ストツパ２３１と、両ピストンに対し、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２
６，２７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３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３０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
３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は供給管２５からの高圧空気を
受ける受圧面を第１ピストンのそれより十分大き
く形成され、これにより、第１ピストン側へ押圧
され摺動する。そして、受圧面と反対の面はエア
シリンダ２１内のストツパ壁２１１に当接可能で
あり、これにより、第２ピストンのストツパ用の
第２ストロークL₂が規制される。このストツパ
壁２１１に当接した際、第２ピストン２３と一体
的に形成された可変ストツパ２３１はその突端に
より、第１ピストン２２を設定される中間開度に
対応した中間位置（第３図ｂ参照）P₁に位置決め
可能である。即ち、可変ストツパ２３１は第１ス
トロークL₁摺動可能な第１ピストン２２をあえ
て、ホームポジシヨンP₀よりａだけ離れた中間位
置P₁に停止させる。この位置P₁に第１ピストン２
２が位置する場合、これと連動する弁本体１９は
デーゼルエンジン１０が低温始動時において回転
継続を行なうに適合する暖機隙間x₁を形成するよ
う設定される中間開度を保持する。なお、第３図
ｂに示したようにバタフライ弁を中間開度に保持
する場合、両ピストン２２，２３は高圧空気を受
け、摺動するが、その際、両ピストンを互いに離
隔させるよう弾性的な押圧力を加えるリターンス
プリング３１は弾性的に圧縮される。更に、第３
図ｃに示すように、両ピストン２２，２３はこれ
に高圧空気が供給されない場合、リターンスプリ
ング３１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
圧空気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はデーゼルエンジン１０の
回転数に対応した出力信号S₀を発する回転数検出
器１６１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０乃至500〔rpm〕の第１設定範囲に
あれば第１作動信号S₁を、500乃至1000〔rpm〕
の第２設定範囲にあれば第１作動信号S₁と共に第
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。更に、第１三方電磁弁２６には第
１作動信号S₁を発する排気ブレーキスイツチ１７
が並列的に接続される。

第２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、作動信号制御器１６が作動する。こ
れは冷却水温度Ｔが設定温度を下回つていること
と、回転数が500〔rpm〕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。この信号S₁
を受けた第１三方電磁弁２６は大気開放口を閉
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に供給するよう作動する。する
と、第１ピストン２２は第１ストロークL₁を摺
動し、第３図ａに示した閉鎖開度にバタフライ弁
１４を保持する。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、
着火性が良くなり、エンジン遊回運動がスムーズ
に連続して行なわれ、回転数が徐々に上昇し、排
圧も上昇する。この後、回転数が500乃至1000
〔rpm〕の領域に入ると作動信号制御器１６は第
１作動信号S₁と共に第２作動信号S₂をも出力す
る。これにより、第１三方電磁弁２６に加え、第
２三方電磁弁２７も大気開放口を閉じ、エアタン
ク２８の高圧気体を第２ピストン２３に供給する
切換作動を行なう。すると、第１ピストン２２よ
り所定量だけ大きな押圧力を発する第２ピストン
２３は、第２ストロークL₂摺動し、リターンス
プリング３１を再に圧縮し、同時に可変ストツパ
２３１が第１ピストン２２を中間位置P₁まで押し
戻す。この際、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る。これにより、排
気は適量流出するため排圧は適量だけ低下する。
更に、回転数が上昇すると排圧が上昇を始める
（第５図の実線を参照）。そして、筒内温度は再に
上昇を続け、デーゼルエンジン自体の加熱が促進
され着火性がより改善され、回転数の上昇が続
く。このような暖機は排圧が適度に高く、かつ、
筒内温度が高く保たれることより早めに完了し、
冷却水温度Ｔ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は全てオフ状態、即ち、大気開放とな
り、バタフライ弁１４は全開開度（第３図ｃ参
照）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１三方電磁弁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がバ
タフライ弁１４を閉鎖開度（第３図ａ参照）に保
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２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が冷却水温度と、回転数を検出し第１
および、第２作動信号S₁，S₂とを出力し、これに
対応した適確な排圧を、バタフライ弁１４が３段
階（第４図中、実線は本装置の場合を示し、破線
は従来装置の場合を示す。）に開度変化すること
により保持できる。このため、低温始動時に、
徐々に上昇する回転数に対応するよう、排気路の
開口面積をバタフライ弁の開度調整により拡大で
き、回転数と共に上昇する排圧が過度に大きくな
ることを防ぐことができる（第５図中破線は従来
装置の場合の排圧変動特性を示している）。これ
により、燃焼がより安定化し、黒煙の発生を防ぐ
ことができ、しかも、暖機完了時のバタフライ弁
の全開作動による回転数の急上昇を比較的小さく
押えることができ、これによる危険性も解消でき
る。更に、排気ブレーキとして用いた場合、排気
路Ｒを十分閉鎖できるため、排気ブレーキ効果も
十分発揮できる。更にまた、第１ピストン２２を
中間開度P₁に保持する可変ストツパ２３１は第２
ピストン２３と共に第２ストロークL₂（≒L₁−
ａ）摺動すればよい。この第２ストロークは比較
的短いため、エアシリンダ２１の全長を比較的短
く形成でき、全体をコンパクト化、低コスト化で
きる。しかも、第２ストロークL₂が短いことよ
り、高圧空気の消費量も少なくて済むという利点
もある。更に、第１ピストン２２はシール個所、
作動等の構成が従来装置と変わらず、第２ピスト
ン２３が故障を生じても、これにより、排気ブレ
ーキ作動が悪影響を受けることはない。

第２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、これに代え、ガ
ソリンエンジンに取付けることも可能である。

【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３図は同上低温始動補助装置の要部の作
動状態説明図、第４図は同上低温始動補助装置の
バタフライ弁隙間−回転数線図、第５図は同上低
温始動補助装置の排圧−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……回転数検出器、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)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の排気路を開閉可能なバタフライ弁
   と、上記内燃機関の回転数が第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１作動信号と共に第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
   同一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、上記弁作動手段はバタフライ弁を
   閉鎖開度に支持可能な第１ピストンと、この第１
   ピストンのロツドに摺動可能に外嵌される第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２ピストンに一体的
   に取付けられ、かつ、バタフライ弁を設定中間開
   度に支持するよう、第１ピストンを設定中間開度
   対応位置に停止させる可変ストツパと、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た構成の低温始動補助装
   置。