JPS6231650Y2

JPS6231650Y2 -

Info

Publication number: JPS6231650Y2
Application number: JP2051482U
Authority: JP
Priority date: 1982-02-16
Filing date: 1982-02-16
Publication date: 1987-08-13
Also published as: JPS58124634U

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
（通常３乃至４〔Kg／cm²〕以上であることが望ま
しい）、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、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、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。

この考案は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、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、回転軸回
りの閉鎖方向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高圧気体を供給する気体
制御手段とを有し、上記エアシリンダはバタフラ
イ弁に連結される第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閉鎖開度に支持
する第２ピストンとを嵌装し、上記気体制御手段
は低温始動時出力信号発生器の出力信号により、
高圧気体を第１ピストンへ供給する第１供給路
と、排気ブレーキスイツチの出力信号により、高
圧気体を第２ピストンへ供給する第２供給路とで
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、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、このバタフライ弁による両モーメントの釣合
を保つための作動により、排圧は所望レベルに調
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９の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
Ｄ_ex、排圧をＰ_exとすると、Ｍ＝Ｐ_ex・π／４Ｄ^２ _ｅｘ・ｅ ……(1) 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、その中心線l₁上に列設
される第１および、第２ピストン２０，２１を嵌
装している。第１ピストン２０はそのロツド２０
１端を操作片１９の回転端の長穴２２に遊嵌状の
ピン２３を介し連結する。このピンは直線運動す
るロツド２０１と、回動する操作片１９との相対
的なずれを除去し、かつ、両者間をスムーズに連
結するよう働く。このため、第１ピストン２０は
リターンスプリング２４の弾性力に抗し、ホーム
ポジシヨン（第４図ａに一点鎖線で示す）P₀より
第１ストロークL1摺動し、弁本体１８を隙間ｘ
の極く小さい閉鎖開度に保持できる。更に、第１
ピストン２０はリターンスプリング２４の弾性力
に加え、これと逆方向である、圧力値Pairの高圧
空気による押圧力を受ける。このため、第１ピス
トン２０はバタフライ弁１４側に向け、排気路Ｒ
を閉鎖する方向へのモーメント（以後単に閉鎖モ
ーメントと記す）M1を加えることができる。こ
の場合、閉鎖モーメントM1は、第１ピストン２
０の受圧面の直径をＤ_p、操作片１９の長さを
ｂ、リターンスプリング２４の弾性力をＦ_spとす
ると、 M1＝ｂ（Pairπ／４Ｄ^２ _ｐ−Ｆ_sp） ……(2) となり、(1)，(2)の両式を用い、回転軸１７回りの
モーメントの釣合を求め、これより(3)式を得る。

この(3)式より、排圧Ｐ_exを所望値に設定でき
る。

一方、第２ピストン２１は第４図ａに示すよう
にホームポジシヨンP₀よりリターンスプリング２
５の弾性力に抗し摺動可能であり、第１ピストン
２０に向け突出するロツド２１１と共に、その第
１ピストン側に摺動する。その際、第２ピストン
のロツド２１１端は第１ピストン２０を押圧し、
第４図ｄに示すように、バタフライ弁１４を閉鎖
開度に保持できる。この際、バタフライ弁１４
は、第１ピストン２０より十分大きな直径の受圧
面２１２を持つ第２ピストン２１により閉鎖モー
メントM1を受けており、たとえ排圧が増大して
も十分閉鎖開度を維持できる。

気体制御手段１６は、第１および、第２ピスト
ン２０，２１に対する高圧空気の供給路からな
り、これらは第１および第２供給管２６，２７で
形成される。第１および、第２供給管２６，２７
にはエアタンク２８より高圧空気が供給されてい
る。この高圧空気は第１および、第２三方電磁弁
２９，３０の開放時にそれぞれ、第１および、第
２ピストン２０，２１に供給される。第１三方電
磁弁２９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３１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S₁によ
り大気開放よりエアタンク２８側連通位置に切換
られ、オフ作動により大気開放に戻る。なお、こ
の場合、オフ作動時に大気開放を経て閉鎖位置に
戻してもよい。一方、第２三方電磁弁３０は、排
気ブレーキ用のスイツチ３２のオン作動による出
力であるブレーキ信号S₂により大気開放よりエア
タンク２８側連通位置に切換られ、オフ作動によ
り大気開放に戻る。この場合も、オフ作動時に大
気開放を経て閉鎖位置に戻してもよい。

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３１をオンす
る。すると、第１三方電磁弁２９がオン作動し、
第１供給管２６を連通することになる。これによ
り、高圧空気が第１ピストン２０に供給され、バ
タフライ弁１４は第４図ａに示した閉鎖開度に保
持される。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
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。この立上り域で
は排圧が低く、これによる開放モーメントＭが、
エアシリンダ１５による閉鎖モーメントM1より
小さく、バタフライ弁１４は閉鎖開度を保持す
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M1を上
回り、バタフライ弁１４は開放方向に回動する。
この際、第１ピストン２０はホームポジシヨンP₀
より釣合距離ａ近傍で前後変動を続けバタフライ
弁１４は暖機隙間x1を形成し（第４図ｂ参照）、
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、回転数が設定値（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３１をオフさせると、第４図ｃに示し
たように、両三方電磁弁２９，３０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１
０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３２が運転者により
オン操作されると、第２三方電磁弁３０が第２供
給管２７を連通させ、第２ピストン２１に高圧空
気が供給され、第２ピストン２０はバタフライ弁
１４を閉鎖開度に保持する（第４図ｄ参照）。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、受圧面２０１の比較的
小さい第１ピストン２０による閉鎖モーメント
M1との釣合により作動する構成のバタフライ弁
を用い、排圧を所望のレベルに維持できる。しか
も、受圧面２１２の十分大きい第２ピストン２１
に高圧空気を供給すれば、バタフライ弁は十分な
閉鎖モーメントM1を受け、閉鎖開度を排圧や回
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、ピストンの受圧面を所望面
積としたため、減圧弁を用いる必要がなく、精
度、耐久性が向上する。更に、立上り域Ａでは閉
鎖開度にバタフライ弁を確実に保持するため、低
回転域での低温始動補助効果を十分発揮できる。
更にまた、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３１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、２０……第１ピストン、２
１……第２ピストン、２６……第１供給路、２７
……第２供給路、３１……低温始動補助スイツ
チ、３２……排気ブレーキスイツチ、Ｍ……開放
モーメント、M1……閉鎖モーメント、S₁……始
動補助信号、S₂……ブレーキ信号。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

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高圧気体を
供給する気体制御手段とを有し、上記エアシリン
ダはバタフライ弁に連結される第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閉
鎖開度に支持する第２ピストンとを嵌装し、上記
気体制御手段は低温始動時出力信号発生器の出力
信号により、高圧気体を第１ピストンへ供給する
第１供給路と、排気ブレーキスイツチの出力信号
により、高圧気体を第２ピストンへ供給する第２
供給路とで形成された低温始動補助装置。