JP3817381B2 - Otto cycle engine exhaust brake system - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、オットーサイクルエンジンの排気ブレーキ装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来よりトラック等の大型車輌にはディーゼルエンジンが使用されており、この種のディーゼルエンジンでは、シリンダの排気行程の際に排気管内に配設した排気ブレーキバルブを閉じて排気を圧縮させることにより制動力を得るようにした排気ブレーキを備えたものがある。
【0003】
ただし、近年においては、天然ガスやLPG(液化石油ガス)等のガス燃料を利用したガスエンジンを開発し、このガスエンジンを従来のディーゼルエンジンに換えてトラック等の大型車輌に搭載することが検討されている。
【0004】
しかしながら、シリンダ内に吸気と別に燃料を噴射するようにしたディーゼルエンジンの場合には、出力制御が燃料噴射量の調整だけで行われ、シリンダ内に常に吸気管から空気が供給されるようになっているので、単に排気管内の排気ブレーキバルブを閉じるだけで容易に制動力を得ることができるが、天然ガスやLPG(液化石油ガス)等のガス燃料を利用したガスエンジンの場合には、通常のガソリンエンジンの場合と同様に吸気管内に設けたスロットルバルブがアクセルと連動して調整されるようになっており、前記吸気管の途中に設けたガスミキサやキャブレタ等によって燃料と吸気とが混合されて燃焼室へと導入される為、実質的に排気ブレーキを作動させることになる長い下り坂等の減速時にアクセルが戻されると、スロットルバルブが略全閉となって十分な量の吸気が行われなくなり、排気管内の排気ブレーキバルブを閉じても上流側の圧力が上昇せず、制動力が殆ど得られないことになってしまう。
【0005】
そこで、このようなガスエンジン(ガソリンエンジンも含むオットーサイクルエンジン)に排気ブレーキを適用するに際しては、ガスミキサやキャブレタ等の燃料導入部とスロットルバルブとを迂回するバイパス流路を吸気管に設け、減速時にスロットルバルブがアクセルと連動して略全閉となっていても、前記バイパス流路を通して吸気を導くことにより、制動力を得るのに必要な吸気量を確保することが提案されている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、従来において提案されているものでは、燃料導入部への燃料供給の遮断や必要吸気量の確保について格別な確認を行わずに排気ブレーキを作動させるようにしている為、例えば燃料導入部への燃料供給を遮断する燃料カットバルブが完全に閉まらなかったような場合に、燃料がバイパス流路を経由した吸気により希薄な混合気となってガスエンジン内に流入し、そのまま未燃焼の状態で排気管へと排出されて、排気ブレーキの作動が解除された際に排気管内でアフタファイヤを起こしたり、排気管途中の触媒(三元触媒、酸化触媒、NOx還元触媒等)で燃焼して該触媒に多大な負担をかけるといった虞れがあり、また、バイパス流路のバイパスバルブが完全に開かなかったような場合に、必要吸気量が確保されないことにより十分な制動力を得られない虞れもあった。
【0007】
本発明は上述の実情に鑑みてなしたもので、燃料導入部への燃料供給の遮断や必要吸気量の確保を確認した上で排気ブレーキを作動するようにして、排気ブレーキを安全に且つ確実に機能させることを目的としている。
【0008】
【課題を解決するための手段】
本発明は、吸気管に燃料導入部及びスロットルバルブを迂回するバイパス流路を設けると共に、該バイパス流路内に常時閉で減速時に限り開操作し得るバイパスバルブを設け、排気管内には常時開で減速時に限り閉操作し得る排気ブレーキバルブを設けたオットーサイクルエンジンの排気ブレーキ装置において、燃料導入部への燃料供給が遮断されていることを検出し得る燃料遮断確認手段と、制動力を得るのに十分な吸気量が確保されていることを検出し得る吸気量確認手段とを備え、前記燃料遮断確認手段により燃料供給の遮断を確認してからバイパスバルブを開操作し且つ該バイパスバルブの開操作後に前記吸気量確認手段により必要吸気量の確保を確認してから排気ブレーキバルブを閉操作し得るように構成したことを特徴とするものである。
【0009】
このようにすれば、排気ブレーキを作動させる際に、燃料遮断確認手段により燃料供給の遮断が確認されてからバイパスバルブが開操作されるので、燃料が未燃焼の状態で下流側へ導かれてしまうような事態が起こらなくなる。
【0011】
また、バイパスバルブの開操作後に吸気量確認手段により必要吸気量の確保が確認されてから排気ブレーキバルブが閉操作されるので、必要吸気量が確実に確保されることになる。
【0012】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。
【0013】
図1及び図2は本発明を実施する形態の一例を示すもので、図1中における1は天然ガスやLPG(液化石油ガス)等のガス燃料を利用したガスエンジン(オットーサイクルエンジン)、2は該ガスエンジン1の各シリンダに対しインテークマニホールド3を介して吸気4を導入する吸気管、5は前記ガスエンジン1の各シリンダからエキゾーストマニホールド6を介して排気7を排出する排気管を示し、前記吸気管2内にはスロットルバルブ8が設けられており、前記排気管5内には排気ブレーキバルブ9が設けられている。
【0014】
前記スロットルバルブ8は、従来のガソリンエンジンにおいて周知である如く、基本的にアクセルペダルの踏み込み加減に連動して開閉操作されるよう図示しないワイヤ及びリンク機構等を介して前記アクセルペダルと連結されており、アクセルペダルを深く踏み込むに従いスロットルバルブ8が開き、吸気量が増加してガスミキサ10(燃料導入部)でのガス燃料の流入量も増加し、結果としてエンジン出力が増すようになっている。
【0015】
一方、前記吸気管2には、ガスミキサ10及びスロットルバルブ8を迂回するバイパス流路11が設けられ、該バイパス流路11内には、電磁開閉式のバイパスバルブ12が設けられており、該バイパスバルブ12を常時閉に保持し且つ減速時に限り開操作し得るよう前記バイパスバルブ12の開閉操作が制御装置13により指令12aで制御されるようになっている。
【0016】
また、ガスミキサ10に対して燃料タンク21から減圧弁22等を介し燃料を導く燃料供給管23途中には、電磁開閉式の燃料カットバルブ24が設けられており、該燃料カットバルブ24の開閉操作が制御装置13により指令24aで制御されるようになっている。
【0017】
一方、前記排気ブレーキバルブ9は、排気ブレーキアクチュエータ25により開閉操作されるようになっており、該排気ブレーキアクチュエータ25は、その作動を制御装置13からの指令25aで制御されるようになっている。
【0018】
前記制御装置13には、アクセルスイッチ14、排気ブレーキスイッチ15、クラッチスイッチ16、エンジン回転数検出器17、車速検出器18、ニュートラルスイッチ19、スロットルバルブ開度検出器20からの信号14a,15a,16a,17a,18a,19a,20aが夫々入力されて現在の車輌の運転状態が判断されるようになっている。
【0019】
ここで、前記アクセルスイッチ14は、アクセルペダルを戻した時(スロットルバルブ8の全閉時)にオンとなるスイッチであり、前記排気ブレーキスイッチ15は、運転者が排気ブレーキを作動させたい時にオンとする手動スイッチであり、前記クラッチスイッチ16は、クラッチペダルを戻した時(ガスエンジン1の非アイドリング時)にオンとなるスイッチであり、前記ニュートラルスイッチ19は、トランスミッションがニュートラル位置以外の位置にある時にオンとなるスイッチである。
【0020】
そして、本形態例における最も特徴的な構成要件として、エキゾーストマニホールド6の出口部にO2センサ26(燃料遮断確認手段)が設けられていると共に、インテークマニホールド3の入口部に圧力センサ27(吸気量確認手段)が設けられており、前記O2センサ26によりエキゾーストマニホールド6の出口部における排気7中の酸素濃度を計測することで、ガスミキサ10への燃料供給が遮断されていることを検出し得るようにしてあり、前記圧力センサ27によりインテークマニホールド3の入口部における吸気4の圧力を計測することで、制動力を得るのに十分な吸気量が確保されていることを検出し得るようにしてある。
【0021】
前記O2センサ26が検出した酸素濃度は、信号26aとして制御装置13に入力され、前記圧力センサ27が検出した吸気圧力は、信号27aとして制御装置13に入力されるようになっており、制御装置13においては、これらの信号26a,27aに基づき、燃料供給の遮断と必要吸気量の確保とを確認した上で排気ブレーキの作動に関する制御が実行されるようになっている。
【0022】
尚、図中28は排気管5における排気ブレーキバルブ9の下流側に装備された触媒を示している。
【0023】
而して、排気ブレーキスイッチ15をオンとしている運転状態で運転者が車輌を減速する為にアクセルペダルを戻すと、アクセルスイッチ14がオンとなると共に、スロットルバルブ開度検出器20により検出されるスロットルバルブ8の開度も所定角度(例えば5゜程度)以下となり、しかも、通常、このような減速時には、車速検出器18により検出される車速が所定速度(例えば10km/h程度)以上であり、トランスミッションもニュートラル位置以外に入っていてニュートラルスイッチ19がオフとなっており、クラッチペダルが踏み込まれていない状態(ガスエンジン1の非アイドリング状態)でクラッチスイッチ16もオンとなっており、エンジン回転数検出器17により検出されるエンジン回転数も所定回転数(例えば1000rpm程度)以上となっているはずなので、制御装置13において排気ブレーキを作動させるべき減速状態であると判断される。
【0024】
これらの各条件が全て満たされているか否かについては、制御装置13の制御フローを示す図2のステップS1〜S7で行われ、該ステップS1〜S7での判定が全てYESである場合にのみステップS8に進んで燃料カットバルブ24が閉じられる。
【0025】
そして、燃料カットバルブ24が閉じられた後に、ステップS9にてO2センサ26の出力(酸素濃度と反比例する検出信号の電圧)が所定値(100mV程度)以下か否かが判定され、その判定がYESである場合には、ガスエンジン1内で排気管5内における酸素濃度が低下していないと判断され、ガスミキサ10への燃料供給が確実に遮断されていると判定できるので、ステップS10へと進んでバイパスバルブ12が開けられる。
【0026】
次いで、ステップS11にて圧力センサ27により検出されるインテークマニホールド3内の圧力が所定値(60kpa程度)以上が否かが判定され、その判定がYESである場合には、バイパスバルブ12が確実に開いて制動力を得るのに十分な吸気量が確保されていると判定できるので、ステップS12へと進んで排気ブレーキバルブ9が閉じられ、これによって、排気ブレーキが作動することになる。
【0027】
他方、ステップS1〜S7、ステップS9、ステップS11の何れかの判定がNOとなった場合には、ステップS13に進んで排気ブレーキが現在作動中か否か(NOの場合は各条件が揃っていない為に排気ブレーキが作動待機状態となっていることを意味する)を判定した後に、ステップS14にて排気ブレーキバルブ9が開けられ、次いで、ステップS15にてバイパスバルブ12が閉じられ、更には、ステップS16にて燃料カットバルブ24が開けられて排気ブレーキの解除が成されることになる。
【0028】
尚、必要に応じて、ステップS8からステップS9に進むまでの間には、燃料カットバルブ24を閉じたことによる影響が下流側のエキゾーストマニホールド6の出口部に反映されるまでの時間遅れを考慮したディレイ手段を講じておくことが可能であり、また、ステップS10からステップS11に進むまでの間にも、バイパスバルブ12を開けたことによる影響がインテークマニホールド3の入口部に反映されるまでの時間遅れを考慮したディレイ手段を講じておくことが可能である。
【0029】
従って、上記形態例によれば、ガスミキサ10への燃料供給の遮断や必要吸気量の確保を確認した上で排気ブレーキを作動するようにしているので、燃料が未燃焼の状態で下流側へ導かれてアフタファイヤや触媒28での燃焼を起こすといった不具合や、吸気量不足により十分な制動力を得られないといった不具合を未然に回避することができ、これによって、排気ブレーキを安全に且つ確実に機能させることができる。
【0030】
尚、本発明のオットーサイクルエンジンの排気ブレーキ装置は、上述の形態例にのみ限定されるものではなく、先の形態例ではガスエンジンを例に説明しているが、ガソリンエンジンに備えた排気ブレーキ装置にも同様に適用できること、また、燃料導入部はガスミキサであることに限定されず、燃料噴射弁(インジェクタ)やキャブレタ等の各種の方式を採用し得ること、更には、燃料遮断確認手段にO2センサ以外の各種センサを採用することも可能であり、例えば空燃比を検出するλセンサであっても良く、該λセンサを採用した際には、エキゾーストマニホールド6の出口部におけるλ(空気過剰率)が約2以上であることを目安として燃料供給の遮断を確認するようにすれば良いこと、また、同様に吸気量確認手段にも圧力センサ以外の各種センサを採用することが可能であること、その他、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。
【0031】
【発明の効果】
上記した本発明のオットーサイクルエンジンの排気ブレーキ装置によれば、下記の如き種々の優れた効果を奏し得る。
【0032】
(I)本発明の請求項1に記載の発明によれば、燃料導入部への燃料供給の遮断を確認した上でバイパスバルブを開操作するようにしているので、燃料が未燃焼の状態で下流側へ導かれてアフタファイヤや触媒での燃焼を起こすといった不具合を未然に回避することができる。
【0033】
(II)本発明の請求項1に記載の発明によれば、必要吸気量の確保を確認した上で排気ブレーキバルブを閉操作するようにしているので、吸気量不足により十分な制動力を得られないといった不具合を未然に回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明を実施する形態の一例を示す概略図である。
【図2】図1の制御装置の制御フローを示すフローチャートである。
【符号の説明】
1 ガスエンジン(オットーサイクルエンジン)
2 吸気管
5 排気管
8 スロットルバルブ
9 排気ブレーキバルブ
10 ガスミキサ(燃料導入部)
11 バイパス流路
12 バイパスバルブ
26 O2センサ(燃料遮断確認手段)
27 圧力センサ(吸気量確認手段)[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to an exhaust brake device for an Otto cycle engine.
[0002]
[Prior art]
Conventionally, a diesel engine is used in a large vehicle such as a truck, and in this type of diesel engine, the exhaust brake valve disposed in the exhaust pipe is closed during the exhaust stroke of the cylinder to compress the exhaust. Some are equipped with exhaust brakes that are designed to gain power.
[0003]
However, in recent years, a gas engine using gas fuel such as natural gas or LPG (liquefied petroleum gas) has been developed, and it is considered that this gas engine will be installed in large vehicles such as trucks instead of conventional diesel engines. Has been.
[0004]
However, in the case of a diesel engine in which fuel is injected into the cylinder separately from the intake air, output control is performed only by adjusting the fuel injection amount, and air is always supplied from the intake pipe into the cylinder. Therefore, the braking force can be easily obtained by simply closing the exhaust brake valve in the exhaust pipe. However, in the case of a gas engine using gas fuel such as natural gas or LPG (liquefied petroleum gas), As in the case of gasoline engines, the throttle valve provided in the intake pipe is adjusted in conjunction with the accelerator, and fuel and intake air are mixed by a gas mixer or carburetor provided in the middle of the intake pipe. If the accelerator is returned during deceleration, such as a long downhill, which will actually actuate the exhaust brake. Valve becomes substantially fully closed and no longer takes place a sufficient amount of intake air, also does not cause an increase of pressure on the upstream side by closing the exhaust brake valve in the exhaust pipe, resulting in that the braking force is hardly obtained.
[0005]
Therefore, when applying an exhaust brake to such a gas engine (an Otto cycle engine including a gasoline engine), a bypass passage that bypasses a fuel introduction part such as a gas mixer or a carburetor and a throttle valve is provided in the intake pipe to reduce the speed. It has been proposed that even if the throttle valve is substantially fully closed in conjunction with the accelerator, the intake amount necessary for obtaining the braking force is secured by guiding the intake air through the bypass flow path.
[0006]
[Problems to be solved by the invention]
However, in the conventional proposal, since the exhaust brake is operated without performing any special confirmation about the blockage of the fuel supply to the fuel introduction part or the securing of the necessary intake air amount, for example, to the fuel introduction part If the fuel cut-off valve that shuts off the fuel supply is not completely closed, the fuel flows into the gas engine as a lean air-fuel mixture due to intake air via the bypass flow path, and remains in an unburned state. When exhausted to the exhaust pipe and the operation of the exhaust brake is released, afterfire occurs in the exhaust pipe, or burns with a catalyst in the middle of the exhaust pipe (three-way catalyst, oxidation catalyst, NOx reduction catalyst, etc.) There is a risk of placing a heavy burden on the catalyst, and when the bypass valve of the bypass channel is not fully opened, it is sufficient because the necessary intake air amount is not secured. There was also a fear that a sufficient braking force could not be obtained.
[0007]
The present invention has been made in view of the above-described circumstances. The exhaust brake is operated safely after confirming that the fuel supply to the fuel introduction section is shut off and that the necessary intake air amount is ensured. The purpose is to make it function.
[0008]
[Means for Solving the Problems]
In the present invention, a bypass flow path that bypasses the fuel introduction part and the throttle valve is provided in the intake pipe, and a bypass valve that is normally closed and can be opened only during deceleration is provided in the bypass flow path, and the exhaust pipe is always open. In an exhaust brake device of an Otto cycle engine provided with an exhaust brake valve that can be closed only when decelerating at the time of the fuel cut, fuel cutoff confirmation means that can detect that the fuel supply to the fuel introduction part is shut off , and obtain braking force An intake air amount confirming means capable of detecting that a sufficient intake air amount is secured, and confirming that the fuel supply is shut off by the fuel shutoff confirming means, then opening the bypass valve and also characterized in that the exhaust brake valve after confirming the securing of the required intake air amount by the intake air amount confirmation means after the opening operation is configured to be capable of closing operation It is.
[0009]
In this way, when the exhaust brake is operated, the bypass valve is opened after the fuel cutoff check is confirmed by the fuel cutoff check means, so that the fuel is guided downstream in an unburned state. Will not happen.
[0011]
In addition, since the exhaust brake valve is closed after the intake air amount confirmation means confirms that the required intake air amount has been confirmed after the bypass valve is opened, the required intake air amount is reliably ensured.
[0012]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
[0013]
1 and 2 show an example of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 in FIG. 1 denotes a gas engine (Otto cycle engine) using gas fuel such as natural gas or LPG (liquefied petroleum gas), 2 Is an intake pipe for introducing the intake air 4 to each cylinder of the gas engine 1 via the
[0014]
As is well known in conventional gasoline engines, the
[0015]
On the other hand, the intake pipe 2 is provided with a
[0016]
An electromagnetic open / close
[0017]
On the other hand, the exhaust brake valve 9 is opened and closed by an
[0018]
The
[0019]
Here, the
[0020]
The most characteristic component in the present embodiment is that an O 2 sensor 26 (fuel cutoff confirmation means) is provided at the outlet of the
[0021]
The oxygen concentration detected by the O 2 sensor 26 is input to the
[0022]
In the figure,
[0023]
Thus, when the driver returns the accelerator pedal to decelerate the vehicle while the
[0024]
Whether or not all these conditions are satisfied is performed in steps S1 to S7 in FIG. 2 showing the control flow of the
[0025]
After the
[0026]
Next, in step S11, it is determined whether or not the pressure in the
[0027]
On the other hand, if any of the determinations in steps S1 to S7, step S9, and step S11 is NO, the process proceeds to step S13 and whether or not the exhaust brake is currently operating (in the case of NO, each condition is met). In other words, the exhaust brake valve 9 is opened in step S14, and the bypass valve 12 is closed in step S15. In step S16, the
[0028]
If necessary, a time delay until the influence of closing the
[0029]
Therefore, according to the above embodiment, the exhaust brake is operated after confirming that the fuel supply to the
[0030]
The exhaust brake device for the Otto cycle engine of the present invention is not limited to the above-described embodiment. In the previous embodiment, the gas engine is described as an example. It can be applied to the apparatus in the same manner, and the fuel introduction part is not limited to a gas mixer, and various systems such as a fuel injection valve (injector) and a carburetor can be adopted. Various sensors other than the O 2 sensor may be employed, and may be, for example, a λ sensor that detects an air-fuel ratio. When the λ sensor is employed, λ (air at the outlet portion of the
[0031]
【The invention's effect】
According to the exhaust brake device for an Otto cycle engine of the present invention described above, various excellent effects as described below can be obtained.
[0032]
(I) According to the invention described in claim 1 of the present invention, the bypass valve is opened after confirming the shutoff of the fuel supply to the fuel introduction portion, so that the fuel is in an unburned state. It is possible to avoid problems such as being led downstream and causing combustion with afterfire or catalyst.
[0033]
(II) According to the invention described in claim 1 of the present invention, since the exhaust brake valve after confirming the securing of the required intake air amount is to be closing operation, to obtain a sufficient braking force by the intake air amount shortage It is possible to avoid problems such as being impossible.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view showing an example of an embodiment for carrying out the present invention.
FIG. 2 is a flowchart showing a control flow of the control device of FIG. 1;
[Explanation of symbols]
1 Gas engine (Otto cycle engine)
2
11 Bypass passage 12 Bypass valve 26 O 2 sensor (Fuel cutoff confirmation means)
27 Pressure sensor (intake air amount confirmation means)
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