JPS6228660Y2 - - 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x₀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
全に閉じて、第２図に破線で示すような閉鎖開度
時の圧力特性を示すことが望ましい。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x₀
を形成する開度に（第２図に実線で示した圧力特
性を参照）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では排圧が不足ぎみであり、
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
に低減を招き、不完全燃焼による黒煙の発生が生
じ、このため、暖機を100％完了しない前に、早
期にバタフライ弁を全開する必要もある。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
抵抗が急激し、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、変動する排圧を、低温始動補助
操作にも、排気ブレーキ操作にも最適なレベルに
選択的に保持するよう、バタフライ弁の開閉操作
用のトルクを規制できれば良いと推測される。

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
置を堤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、その排気管の中心より偏倚した位
置の回転軸を介し枢支され、かつ、排気により、
回転軸回りの開放方向のモーメントを受けるバタ
フライ弁と、このバタフライ弁に対し、回転軸ま
わりの閉鎖方向のモーメントを加えるエアシリン
ダと、このエアシリンダに作動用気体を供給する
気体制御手段とを有し、上記気体制御手段はバタ
フライ弁を全閉する気体をエアシリンダに供給す
る第１供給路と、上記閉鎖方向モーメントの値を
設定するよう、減圧弁により調圧される気体をエ
アシリンダに供給する第２供給路と、排気ブレー
キスイツチの出力信号により第１供給路を開放す
る第１電磁弁と、低温始動補助用の出力信号発生
器からの出力信号により第２供給路を開放する第
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
イ弁に対し、排圧による開放方向モーメントと、
圧力値を変動できる高圧気体の供給されるエアシ
リンダによる閉鎖方向モーメントとが互いに対向
するよう加わり、両モーメントのバランスによ
り、排圧は調整される。このため、低温始動補助
装置は排気ブレーキ操作時において、十分大きな
閉鎖方向モーメントをバタフライ弁に加え、適確
な排気ブレーキ操作を行なう。一方、低温始動補
助操作時には、設定値の閉鎖方向モーメントをバ
タフライ弁に加え、バタフライ弁の釣合作動によ
り排圧を一定に保ち、低温始動補助操作を適確に
行なうことができる。

以下、この考案を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
動補助装置の取付けられたデーゼルエンジン１０
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エアシリンダ１５
と、このエアシリンダに高圧空気を供給する気体
制御手段１６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
断面の中心線ｌより偏倚量ｅだけ偏つた位置を横
切るよう枢着される回転軸１７と、これと一体の
弁本体１８と、回転軸１７のうち、排気管１１よ
り突出する一端に固着される操作片１９とで形成
される。弁本体１８は、第４図ａに示すように、
回転軸１７より上側が下側より大きな排圧受面１
８１を有するため、弁本体１８に排圧が加わる
と、排気路Ｒを開放する方向のモーメント（以後
単に開放モーメントと記す）Ｍが回転軸１７に加
わる。なお、開放モーメントＭは、排気管内径を
Dex、排圧をPexとすると、 Ｍ＝Pex・π／４Ｄ^２ _ｅｘ・ｅ として定まり、排圧の値により変動することにな
る。エアシリンダ１５はリターンスプリング２０
の弾性力に抗して摺動するピストン２１を収容す
る。ピストン２１はそのロツド端を操作片１９の
長穴１９１にピン２２を介し遊嵌しており、これ
により、直線運動するピストン２１側と、回動す
る操作片１９との相対的なずれを除去し、両者の
連結を行なつている。このため、エアシリンダ１
５は後述する設定圧の高圧空気を受けた際、ピス
トン２１は第４図ａに一点鎖線で示すホームポジ
シヨンP₀よりストロークＬを摺動し、閉鎖位置P₂
に達する。その際、弁本体１８は隙間ｘの極く小
さな値の閉鎖開度を保つ。一方、排圧が弁本体１
８に加わると、ピストン２１は間隔ａを摺動し、
第４図ｂに実線で示す中間可変位置P₁に達する。
その際、回転軸１７にはエアシリンダ１５の発す
る押圧力に対応した閉鎖方向へのモーメント（以
後単に閉鎖モーメントと記す）Ｍ１が加わり、こ
れと逆方向である排圧による開放モーメントＭと
が釣合状態を保つている。この釣合状態にある弁
本体１８は排気を暖機隙間ｘ１より流出させるこ
とにより、閉鎖モーメントＭ１により決まる排圧
を一定に維持するよう働く。更に、第４図ｃに示
すように、エアシリンダ１５を大気開放すると、
リターンスプリング２０の働きでピストン２１は
ホームポジシヨンP₀に戻り、その際、弁本体１８
は全開開度を保持する。

気体制御手段１６は、エアシリンダ１５はエア
タンク２３からの高圧空気を供給する第１および
第２供給路２４，２５と、第１および第２供給路
２４，２５に取付けられる第１および、第２三方
電磁弁２６，２７と、第２三方電磁弁２７と直列
接続され、かつ、高圧空気を減圧する弁２８とで
形成される。第１供給路２４の第１三方電磁弁２
６は排気ブレーキ用のスイツチ２９のオン作動に
よる出力であるブレーキ信号S₁により、閉鎖位置
よりエアタンク２３側連結位置に切換られ、オフ
作動により、大気開放を経て閉鎖する。第２供給
路２５の第２三方電磁弁２７は、低温始動補助用
の出力信号発生器としての低温始動補助スイツチ
３０に操作され、そのオン作動による出力である
始動補助信号S₂により、閉鎖位置よりエアタンク
２３側連結位置に切換られ、オフ作動により、大
気開放を経て閉鎖する。減圧弁２８は第２三方電
磁弁２７を通過してくる高圧空気を所望の圧力値
にまで減圧（ここでは７〔Kg／cm²〕を２乃至３
〔Kg／cm²〕程度に減圧した）できればよく、この
圧力値により、バタフライ弁１４の閉鎖モーメン
トＭ１を設定できる。

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
をオン操作し、デーゼルエンジン１０をスタート
させ、同時に低温始動補助スイツチ３０をオンす
る。すると、第２三方電磁弁２７が第２供給路２
５を通連させ、高圧空気が減圧弁２８に向う。こ
の減圧弁は設定された圧力値の高圧空気をエアシ
リンダ１５に供給する。これにより、エアシリン
ダ１５はバタフライ弁１４を第４図ａに示す閉鎖
開度に保持する。この時点ではデーゼルエンジン
１０の回転数は低く、排圧も小さい。しかし、排
気路Ｒ内の排圧は徐々に上昇し、第５図中の実線
の内の立上り域Ａに示すように変化する。この立
上り域Ａでは排圧が低くこれにより開放モーメン
トＭがエアシリンダ１５による閉鎖モーメントＭ
１より小さく、バタフライ弁１４は閉鎖開度に保
持される。しかし、残留ガスにより、デーゼルエ
ンジンの筒内温度は高く保たれることより着火性
が改善され、低回転域でのエンジン遊回運動がス
ムーズに連続し、更に排圧が上昇する。やがて、
排圧による開放モーメントＭが閉鎖モーメントＭ
１を上回り、バタフライ弁１４は開放方向に回動
する。この際、バタフライ弁１４は暖機隙間ｘ１
を形成し、これを通つて排気が流出することにな
り、その分、排圧が減少し、これにより、両モー
メントＭ，Ｍ１の釣合が保たれる。このため、筒
内温度は引続き残留ガスにより高く保たれ、着火
性もより良好となり、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、回転数は更に
上昇する。この際、排圧は上昇しても、その分バ
タフライ弁１４の開放モーメントＭが大きくな
り、開放方向への回動が生じ、暖機隙間ｘ１が拡
大する。このため、排圧は降下してしまい、結果
として、第５図に波形状に示したように、排圧が
ほぼ一定の釣合い域Ｂを形成する。このような暖
機は残留ガスの働きにより早期に完了し、冷却水
温度も比較的早く上昇し、回転数も設定値（通常
1000〔rpm〕前後）に100〔％〕達する時間も比
較的早い。暖機完了を確認した際、運転者は低温
始動補助スイツチ３０をオフさせると、第４図ｃ
に示したように、両三方電磁弁２６，２７はオフ
状態となり、バタフライ弁１４は全開開度に保持
される。このよう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２９が運転者により
オン操作されると、第１三方電磁弁２６が第１供
給路２４を連通され、エアシリンダ１５に高圧空
気が供給され、エアシリンダ１５はバタフライ弁
１４を閉鎖開度に保持する（第４図ａの第１三方
電磁弁２６をオンし、第２三方電磁弁２７をオフ
した状態）。これにより、排圧が急激に高まり
（第５図に１点鎖線で示した排気圧力値を回転数
に応じて得られる）、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、排圧に
よる開放モーメントＭと、エアシリンダからの閉
鎖モーメントＭ１との釣合により作動するバタフ
ライ弁を用い、排圧を所望のレベルに維持でき
る。しかも、エアシリンダに圧力値の比較的大き
な高圧空気を供給すればバタフライ弁は閉鎖開度
を回転数に無関係に保持でき、排気ブレーキ効果
を十分発揮できる。更に、立上り域Ａでは閉鎖開
度にバタフライ弁を保持するため、低回転域での
低温始動補助効果を十分発揮できる。更に、排圧
が過度に高くなることを防げるため、燃焼がより
安定化し、黒煙の発生を防ぐことができ、暖機を
早期に完了でき、バタフライ弁の全開作動時の回
転数の急上昇の危険性を低減できる。

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け可能である。更に、
低温始動補助用の出力信号発生器として低温始動
補助スイツチ３０を説明したがこれに代え、冷却
水温度を検出し、設定値以下の温度では出力を発
する温度センサを用いた温度信号発生器を用いて
もよい。

【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図は第１図の装置を用いた際の排気圧力
−回転数線図、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……エアシリンダ、１６……気体制御手
段、１７……回転軸、２４……第１供給路、２５
……第２供給路、２６……第１三方電磁弁、２７
……第２三方電磁弁、２８……減圧弁、２９……
排気ブレーキスイツチ、３０……低温始動補助ス
イツチ、Ｍ……開放モーメント、Ｍ１……閉鎖モ
ーメント。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 内燃機関の排気管内に、その排気管の中心より
   偏倚した位置の回転軸を介し枢支され、かつ、排
   気により回転軸回りの開放方向モーメントを受け
   るバタフライ弁と、このバタフライ弁に対し、回
   転軸回りの閉鎖方向のモーメントを加えるエアシ
   リンダと、このエアシリンダに作動用気体を供給
   する気体制御手段とを有し、上記気体制御手段は
   バタフライ弁を全閉する気体をエアシリンダに供
   給する第１供給路と、上記閉鎖方向モーメントの
   値を設定するよう、減圧弁により調圧される気体
   をエアシリンダに供給する第２供給路と、排気ブ
   レーキスイツチの出力信号により第１供給路を開
   放する第１電磁弁と、低温始動補助用の出力信号
   発生器からの出力信号により第２供給路を開放す
   る第２電磁弁とで形成された構成の低温始動補助
   装置。