JPH11108207A - 車両用の暖気装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 暖気作動中に、急激なアクセルの踏込み操作
に対しても、暖気バルブの高応答性が得られ、加速性能
を損わず、黒煙の発生をなくす。 【解決手段】 アクチュエータ２４の作動圧室２４ａと
真空ポンプ１６との間に介在し、弁体の弁開度を調整す
るためにコントローラＥＣＵにてデューティ比制御され
るデューティ比制御切換弁ＭＶＡと、暖気バルブの閉状
態から開状態への切換えを単純なオンオフ動作で行うオ
ンオフ切換弁ＭＶＢとを設け、該オンオフ切換弁側には
流通面積が大きい大径通路１８を用い、デューティ比制
御切換弁ＭＶＡ側にはコントローラＥＣＵのハンチング
を防止するために流通面積が小さい小径通路１９を用い
て、デューティ比制御切換弁ＭＶＡとオンオフ切換弁Ｍ
ＶＢとを並列的に作動圧室２４ａに接続させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車等のエンジ
ンから排出される排気ガスの排出流路を閉塞させて暖気
を促進するための車両用の暖気装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】図５は従来の暖気装置の一例を示す概略
構成図である。この暖気装置は、燃料噴射式エンジンＥ
からの排気ガスＧの排出流路の途中に暖気バルブ１が設
けられ、暖気バルブ１の弁軸２にバタフライ形の弁体３
を取付けてあり、アクチュエータ４の作動圧室４ａに対
する流体圧の給排の切換えを電磁式の切換弁ＭＶによっ
て行い、アクチュエータ４の出力ロッド５を出入動作さ
せ、この出力ロッド５の出入動作によって、弁軸２の外
端に取付けたレバー７を回動させ、この回動により弁体
３が開閉する。

【０００３】また、暖気装置は、排気ブレーキとしての
機能と暖気促進機能とを有し、排気ブレーキ用回路Ｃ１
と暖気用回路Ｃ２とを備えている。排気ブレーキ用回路
Ｃ１は、電源Ｓからメインスイッチ６、アクセルスイッ
チ８、クラッチスイッチ９及び切換スイッチ１０を介し
て切換弁ＭＶに接続されている。暖気用回路Ｃ２は、電
源Ｓからメインスイッチ６、切換スイッチ１０及び水温
検知スイッチ１４を介して切換弁ＭＶに接続されてい
る。切換スイッチ１０と切換弁ＭＶとの間、及び水温検
知スイッチ１４と切換弁ＭＶとの間には、ランプＬ１，
Ｌ２がそれぞれ配設されている。切換弁ＭＶは、第１の
管路１１を介して真空ポンプ１６に接続され、第２の管
路１２を介して大気中に連通し、第３の管路１３を介し
てアクチュエータ４の作動圧室４ａに接続されている。

【０００４】そして、この暖気装置は、暖気運転を行う
場合、切換スイッチ１０を暖気用回路Ｃ２側に接続する
と、エンジンＥ用冷却水の水温が設定値以下であれば、
水温検知スイッチ１４が閉成されており、ランプＬ２が
点灯して暖気用回路Ｃ２の作動状態が確認される。同時
に切換弁ＭＶがオンになり、第１の管路１１と第３の管
路１３が連通し、真空ポンプ１６からの負圧がアクチュ
エータ４の作動圧室４ａに内に導入されるため、大気圧
室４ｂ内の大気圧との差圧により、ダイアフラム１５、
出力ロッド５が作動する。この作動によって、暖気バル
ブ１の弁体３がほぼ全閉状態に維持される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図５に示す従来の暖気
装置の場合、暖気作動中に、アクセルを急に踏み込んだ
時、排気圧が急激に高圧になり、それに伴ってエンジン
Ｅが急に高負荷状態になる。この時、暖気バルブ１を開
とし、排気圧を低圧にしてエンジンＥの高負荷状態を解
除しなければならない。しかし、切換弁ＭＶ及びこれに
連通する第３の管路１３だけでは作動圧室４ａ内への圧
縮エアの流入能力が不足し、暖気バルブ１が迅速には開
状態にならず、車両の加速性能が低下し黒煙が発生する
等の問題点があった。

【０００６】本発明は、上記従来の問題点にかんがみな
されたものであって、その目的は、暖気作動中に、急激
なアクセルの踏込み操作に対しても、暖気バルブの高応
答性が得られ、加速性能を損なったり黒煙を発生するこ
とがない車両用の暖気装置を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明は、エンジンから排出される排気ガスの排出
流路中に配置した弁体を有する暖気バルブと、作動圧室
に対する流体圧の給排により前記弁体を開閉するアクチ
ュエータとを備え、前記弁体を閉じて前記排気流路を閉
塞させエンジンに負荷を与えた状態で暖気を促進する車
両用の暖気装置において、前記アクチュエータの作動圧
室と流体圧源との間に介在し、前記弁体の弁開度を調整
するためにコントローラにてデューティ比制御されるデ
ューティ比制御切換弁と、前記暖気バルブの閉状態から
開状態への切換えを単純なオンオフ動作で行うオンオフ
切換弁とを設け、該オンオフ切換弁側には圧力損失を小
さくするために流通面積が大きい大径通路を用い、前記
デューティ比制御切換弁側には前記コントローラのハン
チングを防止するために前記大径通路よりも流通面積が
小さい小径通路を用いて、前記デューティ比制御切換弁
とオンオフ切換弁とを並列的に前記作動圧室に接続させ
たことを特徴とする。

【０００８】

【発明の実施の形態】本発明の実施の形態について、図
面を参照しながら詳細に説明する。図１は本発明の実施
の形態に係る車両用の暖気装置を示した概略構成図であ
る。この車両用の暖気装置では、暖気バルブ２０と、該
暖気バルブ２０の弁軸２に固定されている弁体３（図２
参照）の開閉操作用アクチュエータ２４とを備え、アク
チュエータ２４の作動圧室２４ａと流体圧源である真空
ポンプ１６との間に介在し、弁体３の弁開度を調整する
ためにコントローラＥＣＵにてデューティ比制御される
デューティ比制御切換弁ＭＶＡと、暖機バルブ２０の閉
状態から開状態への切換えを単純なオンオフ動作で行う
オンオフ切換弁ＭＶＢとを設けてある。

【０００９】また、暖気装置は、オンオフ切換弁ＭＶＢ
側には圧力損失を小さくするために流通面積が大きい大
径通路の管路１８を用い、デューティ比制御切換弁ＭＶ
Ａ側にはコントローラＥＣＵのハンチングを防止するた
めに流通面積が小さい小径通路の管路１９を用い、デュ
ーティ比制御切換弁ＭＶＡとオンオフ切換弁ＭＶＢとを
互いに並列的に作動圧室２４ａに接続させてある。

【００１０】そして、暖気装置は、エンジンから排出さ
れる排気ガスＧ（図２参照）の排出流路中に暖気用の弁
体３を配置し、アクチュエータ２４の出力ロッド２５を
動作させて弁体３を開閉させ、暖気時に弁体３を閉じて
排出流路を閉塞させエンジンに負荷を与えた状態で暖気
を促進するためのものである。

【００１１】図２は本発明に係る暖気バルブ示す側断面
図である。暖気バルブ２０は、バルブケーシング２１に
回動自在に支持された弁軸２と、該弁軸２に固定された
弁体３とを備え、図３に示すように、弁軸２の端部に取
付けられたレバー７をアクチュエータ２４の出力ロッド
２５の動作で回動させることによって弁体３が開閉され
る。弁軸２を支持するバルブケーシング２１は、中心の
筒体２２と、該筒体２２の直径の延長線に沿って突出し
た軸受筒部２３，２３（図４参照）とを一体に有し、筒
体２２の内周には円形の弁体３の外周面の移動による軌
跡に対応する凹球面２２ａが形成されている。

【００１２】また、バルブケーシング２１は、弁軸２か
ら最も離れた位置における筒体２２の一部を外側へ膨出
させて形成した厚肉部２６を有し、この厚肉部２６の内
面の一部を削除した切れ込み２７が設けられている。こ
の切れ込み２７は、閉じる時に排気ガスＧの下流側から
上流側へ移動して全閉状態となる弁体３の弁本体部分に
対し、下流側に位置する弁体３の部分にのみあり、筒体
２２の端面に近づくにしたがって深さが深くなり、ほぼ
垂直な姿勢の全閉状態の弁体３の位置に無く、弁体３の
傾斜角度が大きくなるにしたがって、排気ガスＧの通過
断面積が大きくなるように傾斜底面２７ａが形成されて
いる。この傾斜底面２７ａの傾斜角度は、緩急変更する
ことによって、暖気バルブ２０のバルブ特性を調整可能
とするものである。

【００１３】さらに、バルブケーシング２１は、図４に
示すように、長い方の軸受筒部２３の両側にこれと平行
な結合筒部３８，３８と、この筒部に対し垂直方向に突
出した結合筒部３９とを有し、各結合筒部３８，３９の
中心にねじ穴３８ａ，３９ａを備え、各結合筒部３８，
３９のねじ穴３８ａ，３９ａに螺合するボルト２８を用
いてアクチュエータ２４が組付けられている。

【００１４】アクチュエータ２４は、図３に示すよう
に、ハウジング３０内のダイアフラム４１と、リターン
スプリング４４とを備え、ダイアフラム４１に出力ロッ
ド２５が連結されており、図１に示すデューティ比制御
切換弁ＭＶＡが小径通路である管路１９を介して、オン
オフ切換弁ＭＶＢが大径通路である管路１８を介して、
ハウジング３０内の作動圧室２４ａに並列的に接続され
ている。また、アクチュエータ２４は、ハウジング３０
の頭部に出力ロッド２５の位置を検出するポテンショメ
ータ式の変位変換器５０が設けられている。

【００１５】出力ロッド２５は、先端部２５ａがピン３
４をもってレバー７にピン接合されており、ブラケット
部分３３に突設されたストッパ３５にレバー７の端部７
ａが当たることによって開弁時の動きが規制され、ブラ
ケット部分３３に螺着されたストッパボルト３６にレバ
ー７の端部７ａが当たることによって、閉弁時の動きが
規制されている。

【００１６】ハウジング３０は、図３に示すように、第
１のシェル３１と、第２のシェル３２とを組み合わせて
なり、第１のシェル３１の内面によってリターンスプリ
ング４４の一端を受け、ダイアフラム４１と第１のシェ
ル３１とによって内部に作動圧室２４ａを形成してい
る。第２のシェル３２は、内面に一体形成した仕切壁４
６とダイアフラム４１とによって大気圧室２４ｂを形成
し、外周に複数の冷却用フィン４７を有する。

【００１７】また、ハウジング３０は、第１のシェル３
１の一端寄りの傾斜側面３１ａに設けてある大気導入口
３０ａに管路１８を接続し、第２のシェル３２側の仕切
壁４６に一体形成したガイド４８によって出力ロッド２
５を案内しており、両シェル３１，３２の相互対向面で
ダイアフラム４１の外周縁４１ａを挟持している。ハウ
ジング３０の第２のシェル３２は、ダイカストで一体成
形したブラケット部分３３を有し、この一体成形はアル
ミニウムや亜鉛などの非鉄金属材料によって行われる。

【００１８】ブラケット部分３３は、長い方の軸受筒部
２３及び弁軸２の鍔形部２ａを覆う筒形カバー５４と、
バルブケーシング２１の結合筒部３８に対向する結合基
板部５５と、先端が結合筒部３９に対向する結合突出板
部５６とを一体に有し、結合基板部５５と結合突出板部
５６の先端とに開けた透孔５５ａ，５６ａにそれぞれカ
ラー５８が装着されている。そして、ブラケット部分３
３は、結合筒部３８，３９のねじ穴３８ａ，３９ａに螺
合しカラー５８の穴に挿通されるボルト２８を用いて、
バルブケーシング２１の直交する二面に亘って締結固着
されている。

【００１９】ダイアフラム４１は、ダイアフラムプレー
ト４２とリテーナプレート４３との間に中心寄り部分が
挟まれ、ダイアフラムプレート４２とリテーナプレート
４３とを介して出力ロッド２５の頭部２５ｂ及び首部２
５ｃが結合されている。ダイアフラムプレート４２は、
中央に出力ロッド２５が貫通する透孔４２ａが開けら
れ、外周側部分を内向きに曲げて内フランジ４２ｂを形
成し、出力ロッド２５の首部２５ｃに抜け止め嵌着した
リテーナプレート４３との間にダイアフラム４１の中心
寄りの部分を挟持している。

【００２０】そして、ダイアフラム４１は、図３に示す
状態で、真空ポンプ１６から負圧が供給されて作動圧室
２４ａの圧力が低下すると、リターンスプリング４４の
付勢力に抗して作動圧室２４ａを縮小させるように変形
し、出力ロッド２５を入り動作させ、これにより暖気用
の弁体３が閉じられ、作動圧室２４ａから負圧が排除さ
れると、リターンスプリング４４の付勢力により図３に
示す状態に戻り、これにより暖気用の弁体３が開く。

【００２１】変位変換器５０は、フランジ６１ａを有す
る筒形のセンサボディ６１と、出力ロッド２５の軸線延
長上にあってセンサボディ６１に対し摺動自在なセンサ
ロッド６２とを備え、出力ロッド２５の位置を通じて弁
体３の弁開度を検出するためのものである。

【００２２】センサボディ６１は、ハウジング３０内に
ある筒体６４と、これに連通しハウジング３０外に突出
しているパイプ状の負圧給排管６５とを一体に有し、フ
ランジの一端にコネクタ６６が設けられており、ボルト
６７で該フランジがハウジング３０に固定されている。
筒体６４内には、図１に示す銅製の固定電極７０と、抵
抗体であるカーボン電極７１とが真直に連続して平行に
並設されている。各電極の一端はコネクタ６６内の端子
を介して５Ｖの電源に接続されている。そして、固定電
極７０は可動電極７２及びカーボン電極７１を通じて接
地されている。負圧給排管６５にはデューティ比制御切
換弁ＭＶＡに連通する管路１９が接続されている。

【００２３】センサロッド６２は、筒体６４内の一端に
銅製の可動電極７２が取付けられ、ハウジング３０内の
突出している端部が出力ロッド２５の大径半球状の凹球
面２９に対向しており、可動電極７２は固定電極７０及
びカーボン電極７１と直交配置されて常時接触してい
る。そして、センサロッド６２は、暖気バルブ２０の閉
弁時に、出力ロッド２５によって押圧されて移動し、出
力ロッド２５の押圧が解除されると、図示しないスプリ
ング等によって図３に示す状態に復帰するようになって
いる。

【００２４】そして、変位変換器５０は、暖気バルブ２
０の閉弁時に、出力ロッド２５の移動に応じて可動電極
７２が両電極７０，７１上を摺動し、出力ロッド２５の
位置即ち暖気バルブ２０のバルブ開度に応じた可動電極
７２の位置により、０Ｖから最高５Ｖまでの範囲で両電
極７０，７１の一端からの距離にほぼ比例した出力電圧
が発生し、この出力電圧をコントローラＥＣＵへフィー
ドバックするようになっている。変位変換器５０の検出
範囲は、暖気バルブ２０の全作動範囲のバルブ角度を検
出する必要はなく、全作動角の３分の１程度で十分であ
る。

【００２５】デューティ比制御切換弁ＭＶＡは、ソレノ
イド７５を有する電磁式であり、真空ポンプ１６とアク
チュエータ２４との間に介在していて、小径通路の管路
１９により作動圧室２４ａに接続され、管路７７を介し
て真空ポンプ１６に連通可能に接続され、管路７８を通
じて大気に開放可能である。

【００２６】そして、デューティ比制御切換弁ＭＶＡ
は、コントローラＥＣＵからソレノイド７５に送られる
デューティ駆動電力によって制御され、作動時のポジシ
ョンで真空ポンプ１６からの負圧を作動圧室２４ａへ供
給し、非作動時のポジションで作動圧室２４ａからの負
圧を大気中へ排出する動作を行う。

【００２７】オンオフ切換弁ＭＶＢは、ソレノイド７６
を有する電磁式であり、大径通路の管路１８により作動
圧室２４ａに接続され、配管７７を通じて大気に開放可
能であり、コントローラＥＣＵからソレノイド７６に送
られる信号により、オンの時には作動圧室２４ａを配管
７７に連通させて大気を作動圧室２４ａに導入させ、オ
フの時には作動圧室２４ａを配管７７に対し遮断する。

【００２８】コントローラＥＣＵは、変位変換器５０に
電線８０及び信号線８１で接続されるとともに、デュー
ティ比制御切換弁ＭＶＡのソレノイド７５及びオンオフ
切換弁ＭＶＢのソレノイド７６にそれぞれの電線８２，
８３で接続されており、暖気スイッチ８４及び電線８５
を介して電源８６に接続可能とされている。

【００２９】そして、暖気スイッチ８４がオンとされる
と、コントローラＥＣＵは、電源８６から電流を送ら
れ、エンジンの回転数に係る回転数検出信号Ｎ、冷却水
温に関する水温検出信号Ｔ及びアクセル開度信号Ａ等を
受け、これらの信号に基づいて演算し、適正なバルブ開
度を得るためのデューティ駆動電力をデューティ比制御
切換弁ＭＶＡのソレノイド７５に送り、デューティ比制
御切換弁ＭＶＡのデューティ比制御を行う。

【００３０】次に、本発明の上記実施の形態に係る暖気
装置の動作について説明する。暖気スイッチ８４をオ
ンにすると、コントローラＥＣＵへ電源８６が接続され
る。コントローラＥＣＵは、エンジンの回転数Ｎ及び
冷却水温Ｔ等の検出結果と、変位変換器５０からの出力
電圧に基づいて演算し、適正なバルブ開度を得るための
デューティ駆動電力を算定しこれをデューティ比制御切
換弁ＭＶＡのソレノイド７５に送る。デューティ比制
御切換弁ＭＶＡが作動状態のポジションで、負圧力が管
路１９を介して作動圧室２４ａへ供給され、アクチュエ
ータ２４が作動して出力ロッド２５が入り動作し、弁体
３を閉方向に回動させる。デューティ比制御切換弁ＭＶ
Ａが非作動状態のポジションで、作動圧室２４ａから負
圧排出を行い、適切なバルブ開度を得るようにデューテ
ィ比制御が行われる。そして、暖気バルブ２０の弁体３
は、図２において、水平な全開と垂直な全閉との中間の
二点鎖線で示す半閉状態の位置と、全閉状態の位置との
間の開度調整角度範囲θ内でデューティ比制御によって
無段階的に開度調整が可能である。また、弁体３を急速
に開く必要がある時には、コントローラＥＣＵからの指
令によって、オンオフ切換弁ＭＶＢがオンとされ、管路
１８を介して円滑に大気が作動圧室４ｂに入る。

【００３１】本発明の上記実施の形態に係る暖気バルブ
２０では、変位変換器５０からコントローラＥＣＵへ電
気信号を送り、コントローラＥＣＵから切換弁ＭＶＡの
ソレノイド７５にデューティ駆動電力を送ることによ
り、アクチュエータ２４の動作を制御して、暖気バルブ
２０の弁開度を最適に調整するので、所望の排気圧に確
実になるようにすることができ、暖気性能と走行フィー
リングが非常に良くなるという利点がある。

【００３２】また、バルブケーシング２１の筒体２２の
内周に、円形弁体３の外周面が移動したときの軌跡に対
応する凹球面２２ａが形成されていることにより、バル
ブ角度が大きく変化しても排気ガスの通過面積部の変化
が小さいので、出力ロッド２５の先端のストロークが大
きくなり、フィードバック制御し易い出力電圧を得るこ
とができるという利点がある。さらに、第２のシェル３
２は、ダイカストで一体成形したブラケット部分３３を
有し、この一体成形がアルミニウムや亜鉛などの非鉄金
属材料によって行われることにより、鋼板をプレス加工
して製作する場合に比較して、剛性が向上して共振し難
く、必要部品数が減少する。

【００３３】なお、本発明は上記実施の形態によって限
定されず、種々の変更が可能である。例えば、アクチュ
エータ２４としてエアシリンダ形式のものを用いてもよ
く、負圧で作動するアクチュエータ２４に代えて正圧で
作動するアクチュエータに適用することもできる。

【００３４】

【発明の効果】本発明は、アクチュエータの作動圧室と
流体圧源との間に介在し、暖気用弁体の弁開度を調整す
るためにコントローラにてデューティ比制御されるデュ
ーティ比制御切換弁と、暖気バルブの作動状態から非作
動状態への切換えを単純なオンオフ動作で行うオンオフ
切換弁とを設け、該オンオフ切換弁側には圧力損失を小
さくするために流通面積が大きい大径通路を用い、デュ
ーティ比制御切換弁側にはコントローラのハンチングを
防止するために大径通路よりも流通面積が小さい小径通
路を用いて、デューティ比制御切換弁とオンオフ切換弁
とを並列的に作動圧室に接続させたことにより、暖気用
弁体を全開とする時オンオフ切換弁を開にして流通面積
が大きい大径通路を通じて大気を作動圧室に急速に入
れ、急激なアクセル踏み込み操作に対して暖気バルブの
応答性を良くし、エンジンからの黒煙の発生を押さえる
ことができ、加速性能を損なうことがなく、暖気運転時
デューティ比制御切換弁のオンオフの時間比をコントロ
ーラで制御し、暖気バルブの制御性を良好にすることが
でき、暖気性能と加速性能であるエンジン負荷の適正を
図ることができるという効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態に係る車両用の暖気装置の
一部を破断して示した概略構成図である。

【図２】本発明の実施の形態に係る車両用の暖気装置を
構成する暖気バルブの側断面図である。

【図３】図１の暖気装置の暖気バルブ及びアクチュエー
タを拡大して示した側面図である。

【図４】図３の正面図ある。

【図５】従来の暖気装置の一例を示す概略構成図であ
る。

【符号の説明】

ＥＣＵ コントローラ ＭＶＡ デューティ比制御切換弁 ＭＶＢ オンオフ切換弁 ２ 弁軸 ３ 弁体 ７ レバー １８ 管路（大径通路） １９ 管路（小径通路） ２０ 暖気バルブ ２１ バルブケーシング ２２ 筒体 ２２ａ 凹球面 ２４ アクチュエータ ２４ａ 作動圧室 ２４ｂ 大気圧室 ２５ 出力ロッド ３０ ハウジング ３１ 第１のシェル ３２ 第２のシェル ３３ ブラケット部分 ４１ ダイアフラム ５０ 変位変換器

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンから排出される排気ガスの排出
   流路中に配置した弁体を有する暖気バルブと、作動圧室
   に対する流体圧の給排により前記弁体を開閉するアクチ
   ュエータとを備え、前記弁体を閉じて前記排気流路を閉
   塞させエンジンに負荷を与えた状態で暖気を促進する車
   両用の暖気装置において、前記アクチュエータの作動圧
   室と流体圧源との間に介在し、前記弁体の弁開度を調整
   するためにコントローラにてデューティ比制御されるデ
   ューティ比制御切換弁と、前記暖気バルブの閉状態から
   開状態への切換えを単純なオンオフ動作で行うオンオフ
   切換弁とを設け、該オンオフ切換弁側には圧力損失を小
   さくするために流通面積が大きい大径通路を用い、前記
   デューティ比制御切換弁側には前記コントローラのハン
   チングを防止するために前記大径通路よりも流通面積が
   小さい小径通路を用いて、前記デューティ比制御切換弁
   とオンオフ切換弁とを並列的に前記作動圧室に接続させ
   たことを特徴とする車両用の暖気装置。