JP3295676B2 - 排気ブレーキ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、排気ブレーキ解放時に
一時的に発生していた黒煙を低減する排気ブレーキ装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】排気ブレーキ装置は、フートブレーキの
補助ブレーキとして特にディーゼルエンジンを搭載した
トラックやバス等の大型車両に広く用いられている。こ
の装置では、内燃機関の排気管を閉じることにより排気
管内の圧力が高くなり、排気行程時にはこの圧力がピス
トンを押し戻そうとする方向の力となるので、車両に対
してブレーキ力が作用することになる。

【０００３】図５は従来の排気ブレーキ装置概要を示す
系統図で、１は図示省略のエアコンプレッサによって常
に所定の圧力範囲内に維持されるエアタンク、２はアク
セルスイッチ３、排気ブレーキスイッチ４及びクラッチ
スイッチ５のオン／オフと連動する三方電磁弁、６は排
気通路７に設けられて圧力式アクチュエータ８の作動に
よって開閉する排気ブレーキ用バルブ、９は圧力式アク
チュエータ８にエア圧を導く圧力通路である。

【０００４】以下、上述した構成の排気ブレーキ装置の
作動を簡単に説明する。この装置は、たとえば長い下り
坂等を走行する際にエンジンブレーキと共に使用され、
ドライバーが必要に応じて運転室内の適所に配設された
排気ブレーキスイッチ４をオンにすることによって、三
方電磁弁２が作動してエアタンク１から圧力式アクチュ
エータ８へエア圧が供給される。このエア圧を受けた圧
力式アクチュエータ８は常時開の排気ブレーキ用バルブ
６を閉じ、燃焼室１０と大気との間を遮断する。この結
果、排気行程時にピストン１１が上昇すると排気ブレー
キ用バルブ６の燃焼室１０側圧力が高くなり、この圧力
がピストン１１を押し戻そうとする方向の力、すなわち
車両に対する排気ブレーキ力として作用する。

【０００５】この排気ブレーキ装置では、排気ブレーキ
の作動中にドライバーがクラッチペダル又はアクセルペ
ダルを操作することにより、クラッチスイッチ５又はア
クセルスイッチ３がオフとなる。従って、電気回路は一
時的にオフとなり、三方電磁弁２が作動して圧力式アク
チュエータ８へ供給していたエア圧を排気ポート２ａか
ら大気へ放出するので、排気ブレーキ用バルブ６が開と
なって排気ブレーキは解除される。なお、図中１２は排
気弁、矢印１３は排気、１４は排気ブレーキ作動表示
灯、１５はヒューズ、１６はバッテリを各々示してい
る。

【０００６】また、図５に示した排気ブレーキ装置は、
排気ブレーキ作動時に発生する吸気騒音を低減させるイ
ンテークサイレンサ装置を備えている。この装置は、吸
気通路１７に圧力式アクチュエータ１８で開閉作動する
サイレンサバルブ１９を設け、排気ブレーキ作動時には
三方電磁弁２を通って供給されるエア圧でサイレンサバ
ルブ１９が閉じるように構成されている。この装置は、
排気ブレーキ装置と三方電磁弁２を共用しているため、
その作動及び解除は排気ブレーキ装置と略同時になり、
図中２０は吸気弁、白抜矢印２１は吸気を各々示してい
る。

【０００７】なお、上述したインテークサイレンサ装置
は、排気ブレーキ装置に必ず併設されるものではなく、
その有無は諸条件を考慮することによって適宜選択され
ている。

【０００８】なおまた、従来の構成では、図５に示した
ように、１個の三方電磁弁２が排気ブレーキ用の圧力式
アクチュエータ８及びインテークサイレンサ用の圧力ア
クチュエータ１８へのエア圧供給を制御し、さらに図示
は省略したが、ブレーキ用の圧力式アクチュエータ８を
複数備えた機種においても、１個の三方電磁弁２が全て
の圧力式アクチュエータ８，１８へのエア圧供給を制御
するように構成されていた。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年の社会
情勢においては、環境保護等の理由からディーゼルエン
ジンの黒煙発生が問題になっていたが、種々の対策によ
り一般走行時の黒煙については目視で確認できないレベ
ルまで改善されてきている。しかしながら、排気ブレー
キ解放時に一時的に排出される多量の黒煙については、
特別な規制がないことや一時的な現象であることから見
逃されてきたが、今後は見た目にも異常な黒煙の早期改
善が望まれる。

【００１０】さて、排気ブレーキ解放時に黒煙が発生す
る理由については、実際にはよくわかっていないという
のが現状である。しかし、各種の実験結果等により、以
下のように推定される。

【００１１】すなわち、排気ブレーキ用バルブ６及びサ
イレンサバルブ１９に用いられるバタフライバルブを閉
じて排気ブレーキを作動させた状態からアクセルペダル
が操作されると、排気ブレーキ解放信号が生じて三方電
磁弁２を作動させる。しかし、アクセルペダルの操作か
ら排気ブレーキ用バルブ６及びサイレンサバルブ１９が
開き始めるまでには若干のタイムラグがあるため、この
間に燃焼室１０へ噴射された燃料は吸気２１の流入が遮
断されて不完全燃焼となり、これによって生じたガスが
黒煙となって排出されるものと考えられる。なお、排気
ブレーキ作動中は略燃料無噴射であるが、アクセルペダ
ルを踏み込むことによってラックが動き、燃料の噴射が
開始される。

【００１２】たとえば、上述したバルブが開き始めるま
でのタイムラグを０．４秒と仮定すれば、１２００回転
／分のエンジン回転数でアクセルペダルを踏み込んだ
時、バルブが開き始めるまでにはエンジンが８回転する
ことになる。従って、エンジン排気量の４倍分が空気流
入の遮断された状態（又は遮断に近い状態）で燃焼して
いることになり、この分が不完全燃焼による黒煙を排出
するものと思われる。

【００１３】また、インテークサイレンサ装置のない機
種においても、排気ブレーキ作動中のガスが燃焼室周辺
にたまっているため、これが不完全燃焼等による黒煙発
生の原因になっていると考えられる。

【００１４】そこで本発明は、上述したバルブ開き始め
までのタイムラグを低減するため、エアタンクと三方電
磁弁との間の圧力通路に圧力調整手段を設け、ストロー
クに対する無効圧力を小さくして圧力式アクチュエータ
解放（戻り）時のタイムラグを低減させた排気ブレーキ
装置の提供を目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明は、前述の課題を
解決するためになされたもので、排気通路に設けられた
排気ブレーキ用バルブと、同排気ブレーキ用バルブを開
閉駆動する圧力式アクチュエータと、同圧力式アクチュ
エータに圧力を供給する圧力通路と、同圧力通路に設け
られた三方電磁弁と、上記圧力通路に設けられ上記圧力
式アクチュエータに供給される圧力を上記圧力式アクチ
ュエータの戻り作動圧力より高くかつ近傍の値に調整す
る圧力調整手段とを有することを特徴とする排気ブレー
キ装置である。

【００１６】

【作用】前述の手段によれば、圧力式アクチュエータに
圧力を供給する圧力通路に圧力調整弁を設け、同圧力調
整弁で圧力式アクチュエータに供給される圧力、すなわ
ち二次側設定圧力を圧力式アクチュエータの戻り作動圧
力より若干高い値に調整することにより、圧力式アクチ
ュエータのストロークに対する無効圧範囲が改善されて
小さくなる。このため、排気ブレーキ解放信号を受けて
から圧力式アクチュエータが戻り作動を開始するまでの
時間が短縮され、従ってバルブ開き始めまでのタイムラ
グも従来より短縮される。

【００１７】

【実施例】以下本発明による排気ブレーキ装置の一実施
例を図１に基づいて説明する。

【００１８】この実施例では、２系統の排気通路７ａ，
７ｂに各々排気ブレーキ用バルブ６ａ，６ｂを設け、さ
らに同バルブ６ａ，６ｂには開閉駆動をするための圧力
式アクチュエータ８ａ，８ｂを設けてある。また、吸気
通路１７には、インテークサイレンサ装置を構成するサ
イレンサバルブ１９及びその開閉駆動をするための圧力
式アクチュエータ１８が設けられている。

【００１９】３つの圧力式アクチュエータ８ａ，８ｂ，
１８はいずれも圧力通路９によってエアタンク１と接続
されており、これらの各アクチュエータへのエア圧供給
は１個の三方電磁弁２の流路切換え操作で制御される。
また、エアタンク１と三方電磁弁２との間の圧力通路９
には、圧力調整手段として減圧弁２２を設け、該減圧弁
を通過した二次側のエア圧、すなわち圧力式アクチュエ
ータに供給される圧力が該圧力式アクチュエータの戻り
作動圧力より若干高い値、すなわち該戻り作動圧力より
高くかつ近傍の値になるように設定する。

【００２０】三方電磁弁２は、排気ブレーキの非作動時
（排気ブレーキスイッチ４がオフ）に圧力通路９を遮断
しており、エアタンク１のエア圧が各圧力式アクチュエ
ータ８ａ，８ｂ，１８に作用するのを防止している。こ
の時、三方電磁弁２の排気ポート２ａは各圧力式アクチ
ュエータ８ａ，８ｂ，１８を大気に開放している。ま
た、三方電磁弁２は排気ブレーキを作動させる時（排気
ブレーキスイッチ４がオン）に圧力通路９を連通状態に
切換え、エアタンク１から供給されるエア圧を各圧力式
アクチュエータ８ａ，８ｂ，１８に作用させる。この結
果、排気ブレーキ用バルブ６ａ，６ｂ及びサイレンサバ
ルブ１９は閉状態に切換えられ、排気ブレーキ装置が作
動してブレーキ力を発生すると共に、インテークサイレ
ンサ装置が作動して吸気騒音を低減させる。

【００２１】さて、上述した減圧弁２２の圧力設定方法
を図２に基づいて説明する。排気ブレーキ装置に使用さ
れている一般的なエアタンク１は、内圧側ガバナ作動圧
力及びアンローダ作動圧力の設定により、最大８．５ｋ
ｇ／ｃｍ^２から最小６．８ｋｇ／ｃｍ^２の範囲で内圧が
変動する。一方、圧力式アクチュエータ８ａ，８ｂ，１
８として使用されるエアシリンダは、エアシリンダ内圧
１．５ｋｇ／ｃｍ^２のシリンダストローク０％からエア
シリンダ内圧４．５ｋｇ／ｃｍ^２のシリンダストローク
１００％までの範囲で作動するため、従来は戻り作動開
始圧力ともなる４．５ｋｇ／ｃｍ^２より高い領域のエア
タンク内圧がストロークに対する無効圧（最大で４ｋｇ
／ｃｍ^２）となっていた。そこで、たとえば減圧弁２２
の設定圧力をエアシリンダの戻り作動開始圧力より若干
高い５ｋｇ／ｃｍ^２にすると、ストロークに対する無効
圧は０．５ｋｇ／ｃｍ^２まで減少する。従って、排気ブ
レーキ用バルブ６ａ，６ｂ及びサイレンサバルブ１９が
閉状態にあるシリンダストローク１００％時に排気ブレ
ーキが開放されると、０．５ｋｇ／ｃｍ^２の無効圧分だ
けエア圧が排気された後にシリンダストロークが戻り始
めるので、各バルブは開き始めることとなる。このた
め、シリンダ戻りタイムラグ（すなわちバルブ開き始め
までのタイムラグ）が短縮され、この間の不完全燃焼を
原因とする黒煙発生量は低減する。

【００２２】図３は減圧弁設定圧力とシリンダ戻り時間
との関係を示す試験結果であり、従来例に相当する８ｋ
ｇ／ｃｍ^２調圧と５ｋｇ／ｃｍ^２調圧とを比較すれば、
約０．１秒の短縮が認められる。なお、減圧弁設定圧力
はエアシリンダの戻り作動圧力に近い程タイムラグを低
減するが、現実には誤差範囲の問題等を考慮して最適値
を決定する必要がある。

【００２３】図４はスモークレベルと上述したタイムラ
グとの関係を示したもので、従来のタイムラグに対応す
るスモークレベルを１００とすれば、タイムラグが小さ
くなるにつれて黒煙発生量が減少しているのがわかる。
すなわち、エンジン回転数が同じであればタイムラグが
小さいほどその間のエンジン回転数は小さくなり、この
間に不完全燃焼で排出されるガス量は、タイムラグ間に
おけるエンジン回転数の２分の１をエンジン排気量に乗
じたものに相当すると見込まれる。

【００２４】ところで、図１に示した実施例では２系統
の排気通路と１系統の吸気通路が示されているが、エン
ジンの構造や大きさ等により種々の変形例が可能であ
る。たとえば図５の従来例に示したように、排気通路及
び吸気通路が共に１系統の場合はもちろんのこと、両系
統が２又はそれ以上であっても本発明の構成を適用可能
なことは言うまでもない。

【００２５】なお、図１の実施例にはインテークサイレ
ンサ装置が設けられているが、この装置がない場合にも
本発明の適用が可能なことは言うまでもない。但しこの
装置がない場合には、サイレンサバルブのタイムラグが
ないことから、黒煙の低減が上述した実施例程に顕著で
はない。

【００２６】なおまた、圧力式アクチュエータのばね付
勢方向を変えるなどすれば、装置の操作圧力は正圧又は
負圧のいずれでもよい。

【００２７】

【発明の効果】前述した本発明によれば、排気ブレーキ
解放時の黒煙低減に寄与する圧力式アクチュエータの戻
りタイムラグ（大気解放によるバルブの開き始めまでの
タイムラグ）が大幅に改善され、ディーゼルエンジンの
黒煙問題解決に大きな効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による排気ブレーキ装置の一実施例を示
す系統図である。

【図２】圧力式アクチュエータ（エアシリンダ）の作動
特性を示す図である。

【図３】従来のアクチュエータ（エアシリンダ）の作動
試験結果を減圧弁の設定圧力別に示した図である。

【図４】スモークレベルとタイムラグとの関係を示す図
である。

【図５】従来の排気ブレーキ装置を示す系統図である。

【符号の説明】

１ エアタンク ２ 三方電磁弁 ３ アクセルスイッチ ４ 排気ブレーキスイッチ ５ クラッチスイッチ ６，６ａ，６ｂ 排気ブレーキ用バルブ ７，７ａ，７ｂ 排気通路 ８，８ａ，８ｂ，１８ 圧力式アクチュエータ ９ 圧力通路 １７ 吸気通路 １９ サイレンサバルブ ２２ 減圧弁

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】排気通路に設けられた排気ブレーキ用バル
   ブと、同排気ブレーキ用バルブを開閉駆動する圧力式ア
   クチュエータと、同圧力式アクチュエータに圧力を供給
   する圧力通路と、同圧力通路に設けられた三方電磁弁
   と、上記圧力通路に設けられ上記圧力式アクチュエータ
   に供給される圧力を上記圧力式アクチュエータの戻り作
   動圧力より高くかつ近傍の値に調整する圧力調整手段と
   を有することを特徴とする排気ブレーキ装置。