JP2940420B2 - 慣性過給装置付内燃機関 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、慣性過給装置付内燃機
関に係り、詳しくはエンジンブレーキ補助装置の制動効
果を高める技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車等に用いられるディーゼルエンジ
ンでは、スロットルバルブを備えないため、アクセルペ
ダルから足を放しても、燃料噴射が停止されるだけで、
ガソリンエンジンのようなエンジンブレーキが殆ど期待
できない。また、ディーゼルエンジンが多用される大型
トラックやバス等では、積車時の車重が大きくなるた
め、長時間の降坂を行った場合等におけるサービスブレ
ーキの負担が非常に大きくなる。そこで、従来から排気
ブレーキや圧縮圧開放式エンジンブレーキ等、種々のエ
ンジンブレーキ補助装置が開発され、その多くが実用に
供されている。

【０００３】排気ブレーキは、ダッシュボード等に配置
されたマニュアルスイッチと排気管に取付けられた遮断
弁とからなっており、運転者がマニュアルスイッチを操
作することにより、遮断弁によって排気管の管路が遮断
される構造となっている。排気ブレーキ作動時には、連
続して排出される排気ガスにより排気マニホールド内の
圧力（背圧）が上昇し、排気行程におけるポンプ仕事が
増大して大きな制動力が生み出される。また、圧縮圧開
放式エンジンブレーキ（以下、圧開放ブレーキと記す）
は、マニュアルスイッチと排気弁（あるいは、専用の圧
開放ブレーキ弁）の駆動機構とを備えたもので、運転者
がマニュアルスイッチを操作することにより、圧縮上死
点近傍で排気弁が短時間開放され、圧縮圧が逃がされる
構造となっている。圧開放ブレーキ作動時には、膨張行
程においてピストンを押し下げるエネルギ（圧縮圧）が
小さくなるため、圧縮行程におけるポンプ仕事が制動力
として有効に生かされる。

【０００４】一方、圧縮着火内燃機関であるディーゼル
エンジンは、給気比を高めてもノッキングし難い特性を
有するため、ターボチャージャや慣性過給装置等の種々
の過給装置が装着されることが多い。ターボチャージャ
は、排気ガスによりタービンを回転させ、このタービン
と同軸のコンプレッサにより吸入気を圧縮するもので、
本来利用されることのない排気エネルギを駆動源とする
ため、燃費の低下を防ぎつつ高出力化を図ることができ
る。また、慣性過給装置は、吸気バルブの開弁時期が相
互にオーバラップしない複数の気筒群の吸気ポートにそ
れぞれ合流部を介して慣性吸気管を接続したもので、気
柱振動に起因する給気慣性を利用して給気比を高める装
置である。そして、直列６気筒では、吸気マニホールド
内で１，２，３番気筒群と４，５，６番気筒群とを分離
し、両気筒群にそれぞれ慣性吸気管を接続するようにし
ている。尚、吸気慣性効果は、慣性吸気管の長さに応じ
て、所定のエンジン回転速度領域（慣性過給効果発生
域）で大きくなり、それ以外の領域では逆に給気比が低
下する。そこで、吸気マニホールドの近傍に慣性吸気管
同士を互いに連通する連通路を形成すると共にこの連通
路に遮断弁を設け、慣性過給領域以外では遮断弁を閉鎖
して、通常給気を行わせるようにしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、圧開放ブレ
ーキと慣性過給装置とを備えた従来のディーゼルエンジ
ンでは、以下に述べる理由により、圧開放ブレーキによ
る制動効果を完全に発揮させることができなかった。圧
開放ブレーキを装着したエンジンでは、圧縮行程におけ
るポンプ仕事は給気比が高いほど大きくなり、制動力も
当然に大きくなる。また、排気ブレーキを併用したもの
では、排気マニホールドの背圧が所定値以上になると、
圧縮行程の初期に排気弁が背圧により押し下げられる現
象（調圧リフト）が起こり、排気が燃焼室に逆流してポ
ンプ仕事が更に大きくなる。したがって、圧開放ブレー
キの作動中には、給気比を極力高めることが、制動効果
を増大させることになる。

【０００６】一方、慣性過給装置では、遮断弁を開閉す
ることにより、慣性過給と通常給気とが切り換えられる
が、この切換制御は、一般に、エンジン回転速度と負荷
トルクとをパラメータとする制御マップにより行われ
る。そして、基本的には、慣性過給効果発生域で遮断弁
を閉鎖して慣性過給を行い、それ以外の領域では遮断弁
を開放して通常給気を行わせる。ところが、ターボチャ
ージャ等を装着したエンジンでは、高回転域でフルブー
ストになると、吸気量が多くなり過ぎ、ポンピングロス
による燃費悪化が生じる。そのため、従来の制御マップ
では、慣性過給効果発生域になくても、エンジン回転速
度が所定の値に達したら遮断弁を再び閉鎖し、給気比を
低下させるようにしていた。しかるに、このように高回
転域で一律に給気比を低下させる方法を採った場合、給
気比の低下がそのままポンプ仕事の減少になるため、圧
開放ブレーキよる制動効果の低下がもたらされていた。

【０００７】本発明は上記状況に鑑みなされたもので、
エンジンブレーキ補助装置の制動効果を高めることを可
能とした慣性過給装置付内燃機関を提供することを目的
とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の請求項
１では、この目的を達成するために、吸気バルブの開弁
時期が相互にオーバラップしない複数の気筒群の吸気ポ
ートにそれぞれ合流部を介して慣性吸気管を接続すると
共に、各気筒群に対応する慣性吸気管を互いに上流で合
流させ、更に各慣性吸気管を前記合流部の近傍で連通す
る連通路を形成すると共に、当該連通路に遮断弁を設け
た慣性過給装置と、ピストンの圧縮上死点近傍でシリン
ダ内の圧力を逃し、膨張行程において吸収仕事を発生さ
せるエンジンブレーキ補助装置と、内燃機関の運転状態
に応じて前記遮断弁の開放・閉鎖を制御する遮断弁制御
手段であって、前記エンジンブレーキ補助装置の非作動
時（通常走行時）に使用される第１の作動態様と、前記
エンジンブレーキ補助装置の作動時に使用される第２の
作動態様とを有する遮断弁制御手段とを備えたことを特
徴とする慣性過給装置付内燃機関を提案する。

【０００９】そして特に前記遮断弁制御手段が、前記内
燃機関の所定の高回転域において、前記第１の作動態様
では前記遮断弁を閉鎖する一方、前記第２の作動態様で
は前記遮断弁を開放するものを提案する。また、本発明
の請求項２では、請求項１の慣性過給装置付内燃機関に
おいて、前記内燃機関が遠心式または容積式過給機を備
えたものを提案する。

【００１０】

【作用】請求項１の慣性過給装置付内燃機関では、通常
走行時においては、内燃機関の運転状態に応じた第１の
作動態様で遮断弁を開閉制御し、所望の給気比が得られ
るように慣性過給と通常給気とを切換える。また、エン
ジンブレーキ補助装置の作動時には、例えば、エンジン
回転速度に応じた第２の作動態様で遮断弁を開閉制御
し、給気比が常に高くなるように慣性過給と通常給気と
を切換える。

【００１１】具体的には慣性過給より通常給気の方が吸
気比が高くなる高回転域において、第１の作動態様は、
ポンピングロスを低減させるべく、遮断弁を閉鎖して慣
性過給を行う一方、第２の作動態様は、エンジンブレー
キ補助装置の吸収馬力を向上させるべく、遮断弁を開放
して通常給気に切換える。

【００１２】また、請求項２の慣性過給装置付内燃機関
では、高回転域における過給機による充填効率の上昇に
より、第１の作動態様でのポンピングロスの低減や第２
の作動態様での吸収馬力の向上が更に大きくなる。

【００１３】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明に係る慣性過
給装置付内燃機関の一実施例を詳細に説明する。図１
は、実施例におけるパワーユニットの要部を示した概略
構成図であり、同図において符号１は自動車用の４弁式
直列６気筒ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンと
記す）を示す。エンジン１のシリンダヘッド２に形成さ
れた吸気ポート３には、合流部である吸気マニホールド
４を介して、前後一対の慣性吸気管５，６が接続してい
る。これら慣性吸気管５，６は、それぞれ第１〜第３気
筒群と第４〜６気筒群とに対応しており、吸気マニホー
ルド４内に設けられた遮断弁７が閉鎖されることによ
り、各気筒群に対して慣性過給を行う。また、両慣性吸
気管５，６はその上流部が吸気管８により合流する一
方、この吸気管８の管路にはターボチャージャ９のコン
プレッサ１０が配設され、図示しないエアクリーナから
の吸入気を加圧して慣性吸気管５，６に供給する。図
中、１１は遮断弁７を駆動するアクチュエータであり、
図示しないエアタンクからの圧縮空気が電磁弁１２を介
して供給されると、閉鎖方向に駆動される。

【００１４】シリンダヘッド２の上部には、公知の圧開
放ブレーキ２０（二点鎖線で示す）が取り付けられてお
り、その作動時には、圧縮上死点の近傍で、各気筒の一
方の排気弁（◎で示す）２１を一時的に開放する。この
圧開放ブレーキ２０は油圧作動式であり、内蔵した図示
しない油圧発生機構により自ら作動油圧を発生し、電磁
弁２２の開閉によりＯＮ／ＯＦＦ制御される。

【００１５】シリンダヘッド２に形成された排気ポート
３０には、排気マニホールド３１を介して、ターボチャ
ージャ９のタービン３２が接続している。また、タービ
ン３２の下流には、排気ブレーキ３３を介して、排気管
３４が接続している。図中、３５は排気ブレーキ３３内
のバタフライバルブ３６を駆動するアクチュエータであ
り、エアタンクからの圧縮空気が電磁弁３７を介して供
給されると、閉鎖方向に駆動される。

【００１６】一方、車室内には、図示しない入出力装
置，多数の制御プログラムを内蔵した記憶装置（ＲＯ
Ｍ，ＲＡＭ，ＢＵＲＡＭ等），中央処理装置（ＣＰ
Ｕ），タイマカウンタ等を具えた、ＥＣＵ（エンジン制
御ユニット）４０が設置されており、エンジン１の総合
的な制御を行う。ＥＣＵ４０の入力側には、エンジン回
転速度Ｎe を検出するＮe センサ４１，エンジン１の負
荷トルクＴELを検出する負荷センサ４２を始めとする多
種のセンサ類と共に、運転者により操作される排気ブレ
ーキスイッチ４３と圧開放ブレーキスイッチ４４とが接
続している。尚、本実施例では、両スイッチ４３，４４
が同一の２段式レバー（あるいは、プルスイッチ）で操
作されるようになっており、１段目では排気ブレーキス
イッチ４３のみがＯＮとなり、２段目で圧開放ブレーキ
スイッチ４４もＯＮとなる。そして、ＥＣＵ４０の出力
側には、上述した各電磁弁１２，２２，３７の他、図示
しない燃料噴射装置の電子ガバナ等が接続している。

【００１７】ＥＣＵ４０は、各種センサ類からの検出情
報や制御マップ等に基づき、燃料の噴射量や噴射時期等
の最適値を演算して電磁ガバナの駆動制御等を行う他、
遮断弁７の開閉による慣性過給、排気ブレーキ３３、お
よび圧開放ブレーキ２０のＯＮ／ＯＦＦ制御を行う。以
下、図２の制御フローチャートおよび図３〜図７の制御
マップやグラフを用いて、本実施例における制御の手順
を説明する。

【００１８】運転者がイグニッションキーをＯＮにして
エンジン１がスタートすると、ＥＣＵ４０は、所定の制
御インターバルで、図２のフローチャートに示した慣性
過給制御サブルーチンを繰り返し実行する。このサブル
ーチンを開始すると、ＥＣＵ４０は先ず、ステップＳ２
で各センサからの入力情報をＲＡＭに読み込んだ後、ス
テップＳ４で圧開放ブレーキスイッチ４４がＯＮ状態で
あるか否かを判定する。そして、この判定がＮｏである
場合には、ステップＳ６で、現時点のエンジン回転速度
Ｎe と負荷トルクＴELとに応じて、図３に示したマップ
に基づき遮断弁７の開閉モードを決定する。尚、本実施
例のパワーユニットでは、図４のグラフに示したよう
に、比較的低回転域で慣性過給効果が発生するように、
慣性吸気管５，６の長さがチューニングされている。し
たがって、要求出力が大きくなる低速高負荷域では遮断
弁７を閉鎖して慣性過給を行い、慣性過給効果がなくな
る中速域や要求出力が小さい低速低負荷域では遮断弁７
を開放して通常給気を行わせる。さらに、ターボチャー
ジャ９がフルブーストになる高回転域では、再び遮断弁
７を閉鎖して慣性過給を行い、ポンピングロス等による
燃費悪化を防止する。

【００１９】さて、運転者が圧開放ブレーキスイッチ４
４をＯＮにし、ステップＳ４の判定がＹesになると、Ｅ
ＣＵ４０は、次にステップＳ８で、エンジン回転速度Ｎ
e が所定の閾値Ｎesより低いか否かを判定する。そし
て、この判定がＹesである場合には、ステップＳ１０
で、遮断弁７を閉鎖モードとし、Ｎｏである場合には、
ステップＳ１２で、遮断弁７を開放モードとする。

【００２０】ステップＳ６，Ｓ１０，Ｓ１２のいずれか
で、遮断弁７の開閉モードを決定すると、ＥＣＵ４０
は、ステップＳ１４で電磁弁１２をＯＮあるいはＯＦＦ
としてアクチュエータ１１により遮断弁７を駆動する。
すなわち、圧開放ブレーキ２０が作動していない場合に
は、上述した図４のグラフに実線で示す如く、出力と燃
費とが共に向上するように、慣性過給と通常給気が適宜
切り換えられる。また、圧開放ブレーキ２０が作動して
いる場合には、図５のグラフに実線で示す如く、慣性過
給効果が発生する回転域では慣性過給が行われ、慣性過
給効果がなくなる回転域では通常給気が行われる。

【００２１】これにより、圧開放ブレーキ２０の作動中
は、常に給気比が高くなるため、圧縮行程におけるポン
プ仕事が増大することになる。その結果、図６のグラフ
にハッチングで示したように、従来装置に比べて吸収馬
力が大幅に増大し、圧開放ブレーキ２０による制動効果
を完全に発揮させることができた。尚、図６のグラフに
は、圧開放ブレーキ２０と共に排気ブレーキ３３の吸収
馬力も示したが、これは、圧開放ブレーキ２０の作動中
は排気ブレーキ３３も常に作動していることによる。ま
た、図７は排気弁２１のリフト状態を示すグラフである
が、給気比の上昇により、調圧リフトが従来装置に比べ
て大きくなっていることが判る。

【００２２】このように、本実施例では、圧開放ブレー
キ２０の作動中は給気比を常に高く維持するようにした
ため、強力な制動力が得られるようになった。そのた
め、長時間の降坂を行う際等にも、サービスブレーキに
依存する割合が減少し、ブレーキシュー等の摩耗を抑え
ることができると共に、フェード等のトラブルも未然に
防げるようになった。

【００２３】以上で、具体的実施例の説明を終えるが、
本発明の態様はこの実施例に限るものではない。例え
ば、上記実施例は、本発明を４弁式の圧開放ブレーキを
用いたディーゼルエンジンに適用したものであるが、専
用の圧開放ブレーキ弁を備えた３弁式の圧開放ブレーキ
を用いるものに適用してもよいし、ターボチャージャに
代えて容積式過給機であるルーツブロワー等を備えたも
のや、過給機を備えないものに適用してもよい。尚、制
御の具体的な手順については、本発明の主旨を逸脱しな
い範囲で適宜変更することが可能である。

【００２４】

【発明の効果】本発明の請求項１の慣性過給装置付内燃
機関では、吸気バルブの開弁時期が相互にオーバラップ
しない複数の気筒群の吸気ポートにそれぞれ合流部を介
して慣性吸気管を接続すると共に、各気筒群に対応する
慣性吸気管を互いに上流で合流させ、更に各慣性吸気管
を前記合流部の近傍で連通する連通路を形成すると共
に、当該連通路に遮断弁を設けた慣性過給装置と、ピス
トンの圧縮上死点近傍でシリンダ内の圧力を逃し、膨張
行程において吸収仕事を発生させるエンジンブレーキ補
助装置と、内燃機関の運転状態に応じた第１の作動態様
と、前記エンジンブレーキ補助装置の作動時に使用され
る第２の作動態様とで前記遮断弁の開放・閉鎖を制御す
る遮断弁制御手段とを備えるようにしたため、例えば、
通常走行時においては、内燃機関の運転状態に応じた第
１の作動態様で遮断弁を開閉制御することにより、適正
な給気比が得られるように慣性過給と通常給気とを切換
えて、出力や燃費等の向上が図られる一方で、エンジン
ブレーキ補助装置の作動時には、エンジン回転速度に応
じた第２の作動態様で給気比が常に高くなるように慣性
過給と通常給気とを切換えて、エンジンブレーキ補助装
置の吸収馬力が向上する。ことを特徴とする慣性過給装
置付内燃機関を提案する。

【００２５】特に前記遮断弁制御手段が、前記内燃機関
の所定の高回転域において、前記第１の作動態様では前
記遮断弁を閉鎖する一方、前記第２の作動態様では前記
遮断弁を開放するようにしたため、慣性過給より通常給
気の方が吸気比が高くなる高回転域において、通常走行
時には、ポンピングロスが低減して燃費が向上する一
方、エンジンブレーキ補助装置作動時には、圧縮行程の
ポンプ仕事が増加して制動力が向上する。

【００２６】また、本発明の請求項２では、請求項１の
慣性過給装置付内燃機関において、前記内燃機関が遠心
式または容積式過給機を備えるようにしたため、高回転
域における充填効率が上昇し、通常走行時におけるポン
ピングロスの低減による燃費の向上や、エンジンブレー
キ補助装置作動時における制動力の向上が更に図られ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用したパワーユニットの要部を示す
概略構成図である。

【図２】遮断弁の開閉制御の手順を示すフローチャート
である。

【図３】負荷トルクとエンジン回転速度とをパラメータ
とする遮断弁の開閉マップである。

【図４】通常走行時におけるエンジン回転速度と給気比
との関係を示すグラフである。

【図５】圧開放ブレーキ作動時におけるエンジン回転速
度と給気比との関係を示すグラフである。

【図６】エンジンブレーキ補助装置による吸収馬力を示
すグラフである。

【図７】クランク角度に対する排気弁のリフト量を示す
グラフである。

【符号の説明】

１ エンジン ２ シリンダヘッド ３ 吸気ポート ４ 吸気マニホールド ５，６ 慣性吸気管 ７ 遮断弁 ８ 吸気管 ９ ターボチャージャ １０ コンプレッサ １１ アクチュエータ １２ 電磁弁 ２０ 圧開放ブレーキ ２１ 排気弁 ２２ 電磁弁 ３０ 排気ポート ３１ 排気マニホールド ３２ タービン ３３ 排気ブレーキ ３４ 排気管 ３５ アクチュエータ ３６ バタフライバルブ ４０ ＥＣＵ ４１ Ｎe センサ ４２ 負荷センサ ４３ 排気ブレーキスイッチ ４４ 圧開放ブレーキスイッチ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F02D 13/04 F01L 13/06 F02B 27/02 F02M 35/104

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 吸気バルブの開弁時期が相互にオーバラ
   ップしない複数の気筒群の吸気ポートにそれぞれ合流部
   を介して慣性吸気管を接続すると共に、各気筒群に対応
   する慣性吸気管を互いに上流で合流させ、更に各慣性吸
   気管を前記合流部の近傍で連通する連通路を形成すると
   共に、当該連通路に遮断弁を設けた慣性過給装置と、 ピストンの圧縮上死点近傍でシリンダ内の圧力を逃し、
   膨張行程において吸収仕事を発生させるエンジンブレー
   キ補助装置と、 内燃機関の運転状態に応じて前記遮断弁の開放・閉鎖を
   制御する遮断弁制御手段であって、前記エンジンブレー
   キ補助装置の非作動時には該内燃機関の所定の高回転域
   において前記遮断弁を閉鎖する第１の作動態様と、前記
   エンジンブレーキ補助装置の作動時には該内燃機関の所
   定の高回転域において前記遮断弁を開放する第２の作動
   態様を有する遮断弁制御手段とを備えたことを特徴とす
   る慣性過給装置付内燃機関。
2. 【請求項２】 前記内燃機関が遠心式または容積式過給
   機を備えたことを特徴とする請求項１に記載の慣性過給
   装置付内燃機関。