JP4091980B2 - 内燃エンジンのエンジン制動力を調節するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車の内燃エンジンにおけるエンジン制動効果を制御するための装置に関し、圧力制動装置と制動モード時の飽和度を変化させるための手段とを具備し、第一に、タービン部及びコンプレッサ部を有する排気駆動ターボコンプレッサユニット、第二に、エンジン排気導管に配設されたバルブ手段、及び、前記圧力制動装置と飽和度を変化させるための前記手段とを動作させるための車両運転者により動作可能な手段から成る前記装置に関する。
上記記載のタイプのバルブ装置を利用し、車両の制動力が増大されるのは既知であり、その手段によって、圧縮ストロークの後半の間に制動モードにおけるエンジン燃焼室は、たとえば、通常の排気バルブを開くことによって、排気システムへ接続される。圧縮ストロークの間に圧縮された空気はシリンダ外へと流出し、圧縮ストロークの間に実行される圧縮仕事は膨張ストロークの間には回復されないだろうという結果となり、そしてこのことはエンジン制動力の増加へと帰着する。制動力の増分は、この場合、誘導ストロークの後半の間に前記排気システムを前記シリンダへ接続することにより既知の方法で達成され、その結果前記排気システムからの気体は前記シリンダ内へと流入できる。このことは、前記シリンダ内の圧力増加と、前記シリンダと排気システムとの間の流通切断後の圧縮仕事が増大されうるだろう内部飽和とに帰着する。
序文に記載されたタイプのSE-A-9401059により既知な装置では、前記バルブ手段は排気圧レギュレータ（EPレギュレータ）で形成されている。前記排気圧レギュレータは、前記ターボコンプレッサのタービン部下流の排気ライン内の減衰機である。前記減衰機の開口度を変化させることにより、運転者は内部飽和度を制御でき、制動力を増減できる。前記減衰機は制御ユニットにより制御され、運転者はその制御ユニットへ車両減速についての希望値を供給し、また、同制御ユニットへは、車両減速の程度のようなエンジンデータがセンサを通して供給され、飽和度や回転数のようなエンジンデータがセンサを通して供給され、そして加速機位置やクラッチペダル位置のような車両データが供給される。
本発明の目的は、記載されている装置により達成されるエンジン制動力よりも大きなエンジン制動力を生みだすことが出来る序文に記載のタイプの装置を得ることである。特定な目的は、エンジン制動力を変化させるために、前記ターボコンプレッサユニットが前記排気ラインにおけるバルブ手段と共により良い方法で利用される装置を得ることである。
このことは、本発明にしたがい、前記バルブ手段が前記ターボコンプレッサユニットのタービン部上流で前記エンジン排気管内に配列される制限用バルブ手段であるという事実に基づき達成される。
前記バルブ手段を前記シリンダからの排気通出口のより近くへ置くことにより、前記排気導管の体積は前記排気導管内の前記バルブ手段と前記排気バルブとの間で減少されるが、このことは、前記ピストンがあるレベルの反圧力を生み出すのに以前ほど大量の気体を排気する必要がなくなったことを意味する。したがって、大きな反圧力がより素早く得られる。
前記タービンの下流に排気圧レギュレータを備えたターボチャージャーで過給するエンジンの場合、前記タービンが前記コンプレッサを駆動できるように前記タービンに要求される圧力降下は制動モードでは得られない。その代わり、前記制限用バルブ手段を前記タービン部の前に置き、制限エリアをタービンエリアに適合させる事により、前記ターボコンプレッサユニットは制動モードであっても過給できるようになる。誘導ストロークの間に前記気体からエネルギーが前記ピストンに伝達されることは事実ではあるが、前記ピストンが圧縮ストロークの間に気体に対して実行しなければならない仕事はより一層大きいためその差し引き効果はより大きな制動力となりうる。制動モードにおいて、エンジンを通して大量の気体を循環させることのもう一つの利点は、熱が主に冷却水によって発散されるところの前記排気圧レギュレータに止まる熱の量よりも大量の熱が気体と共に取り除かれことにある。
走行モード時にエンジンの普通の毎分当たりの回転数範囲内で動作するのに必要とされる寸法を持つターボコンプレッサのタービン部は、制動モードで過給を可能とするには大きすぎるだろう。したがって、本発明による前記装置は、可変な外形を有したタービン付きターボエンジン内で或いはターボコンプレッサユニットを有するいわゆるターボコンパウンドエンジン内で利用されるように規則正しく置かれている。前記ターボコンプレッサユニットは、前記コンプレッサ部を駆動させる第１タービンステージと、トランスミッションを通じてエンジンクランクシャフトへ連結された第２タービンステージとを持っている。そのようなターボユニットでは、前記第１タービンステージは小さな高圧タービンであり、前記第２タービンステージは大きな低圧タービンである。制動モードにおける前記コンプレッサタービンへの調整された大量の流れは、ターボコンパウンドエンジンモードの場合のそれにほぼ匹敵することが判明している。従来のターボチャージャーで過給するエンジンの場合、前記コンプレッサタービンが相当に大きく、このことは、制動モードと走行モードにおける調整した大量の流れは、普通の毎分当たりの動作回転数より上のエンジン回転数では最初はほぼ等しくなるだろうことを意味している。
本発明は、添付図面に示されている例を参考にしながら以下でより詳細に説明される。
図１は、本発明による装置を有したターボコンパウンドエンジンの概略を示す。
図２は、図１に示されているエンジンの簡単な概略図である。
図３は、可変な外形を有したタービンと本発明による装置とを有するターボチャージャーで過給するエンジンの簡単な概略図である。
図４は、第３の実施態様における本発明による装置を有したターボコンパウンドエンジンの概略図である。
図５は、図４のエンジンの概略図である。
図６は、本発明による排気制限用バルブの縦断面である。
図７は、吸気側おける制限と通気の結合バルブの縦断面である。
図１では、数字１は６気筒エンジンに関し、それに取り付けられたギアボックス２を有する当該６気筒エンジンを指示する。一般的に数字３で指示されるターボコンプレッサユニットは、エンジン排気マニホールド６に連結されている第１タービンステージ４と第２タービンステップ５とを有する。第１タービンステージ４は小さな高圧ステージであり、それはエンジン吸気導管７に連結されたコンプレッサ８を駆動する。また、第２タービンステップ５はより大きな低圧ステージであり、それはトランスミッション９を通じてエンジンクランク軸１０に連結されている。トランスミッション９は、前記タービンステージ５の出力軸１２にあるギヤ１１から成っていて、前記軸１２は中間軸１５にある一組のギヤ１３，１４を通じてクランク軸１０のギヤ１６を駆動する（図２を参照）。飽和度を変化させるため、第１連続調整可能排出用ゲートバルブ１７を経由して、大量であっても少量であっても排気は高圧タービン４の側を通り逸れる。第２回避用バルブ１８を経由して、排気は低圧タービン５の側を通り逸れる。エンジン１は、概略的に示された圧力制動装置１９を有する。前記装置１９は、SE-466 320に示され、記載されているタイプでありえるし、それを使って、圧縮ストロークの後半の間と同様に吸気ストロークの後半の間のエンジンシリンダはエンジン制動力を増大させるためエンジン排気マニホールドに結合され得る。前記圧縮制動装置１９についての可能な実施態様の構成と機能に関するより詳細な説明については、SE-466 320を参照されたい。
図２は、図１では明瞭となっていない幾つかの詳細部を概略的に示す。それらは、すなわち、空気フィルタ２０、充電された空気冷房機２１、吸気マニホールド２２、吸気バルブ２３、シリンダ２４、排気バルブ２５及びマフラー２７である。
図３は、前記ターボコンパウンドユニットが、連続可変な外形を有したタービン部３０を具備したターボコンプレッサユニットにより置換されているという事実に基づく上記記載からは異なるエンジンの装着を示している。図２の詳細部に対応する詳細部には、図３においても図２で与えられた参照番号と同一な番号が与えられている。
図４と５は、排気側の排出用ゲートバルブ１７が取り除かれ、コンプレッサ８の圧縮側にある誘導導管７内の制限と通気の結合バルブ８０によって置換されているという事実に基づく図１と２からは異なったエンジンの装着を示している。前記バルブ８０は図７においてより詳細に示されている。図１と２の部位に相当する部位には、図４と５においても図１と２の参照番号と同一な番号が与えられている。
前記バルブ８０は、シリンダ８２を有するエンジン誘導導管７と一体に形成されたハウジング８１を有していて、その中でピストン８３は軸方向に変位可能である。前記ピストンは貫通孔８４を有し、スプリング８５によって図７で示されている開位置に向かって寄せられていて、その中において、前記誘導導管内の空気は前記孔８４を通過し前記エンジンシリンダへ流れ出すことができる。前記コンプレッサ８の飽和度が減少するとき、圧力媒体がピストン８３の左側のシリンダ室８６へと導入され、その結果前記ピストンは図７の右側へと変位する。それによって、前記孔８４の左側のピストン部８７は前記誘導導管７へと変位し、流通面積が減少する。同時に、前記バルブピストンが制限位置にある時、前記誘導導管から誘導空気を開放するため前記孔８４の右側のピストン部８８は通気導管９０への通入口８９を露出する。誘導側にあるバルブ８０は、排気側にある排出用ゲートバルブよりもきれいな環境の下で動作し、後者よりも非常に低い熱的負荷にさらされる。前記バルブ８０は、それが単一な動作部分としてのピストン８３を有し、それが前記誘導導管では制限機と通気開口８９のバルブ素子との両方の機能を果たす事実に基づいて非常に簡単な構成を持っている。
図２、３に最も明瞭に図示されている前記マニホールド６は２つの副マニホールドに分割され、その出力排気導管４１はターボコンプレッサ３及び対応するタービン部３０への通入口以前の合流点で交わっている。各々の排気導管４１内に制限用バルブ４２が本発明にしたがって配設される。各バルブは完全な開放位置と制限位置とを有して、当該制限位置では、エンジン制動中に排気マニホールド６内に排気反圧力を創り出すために導管４１の流通面積は減少される。
排気マニホールドの環境下で機能すべきバルブ４２は、高い機械的応力又は熱応力に耐えられるものでなければならない。開放位置では、前記排気導管内に流れに対する障害を形成したり、又は乱流を作り出してはいけない。これらの要件を満たす前記バルブ４２は図６に示されていて、同図の５０は、円筒状バルブハウジングを指示し、当該ハウジングは排気マニホールド６と一体成形されるのが好ましい。前記ハウジング部５０の内側シリンダ室５１は排気導管４１の内側へと開通している。開口５２それ自体が円錐座部５３により囲まれており、それに対して対応する座部５４はステンレス鋼のスリーブ５５の一端で当接している。前記スリーブ５５は、ネジによってハウジング部５０上の正しい位置にしっかり把持されているカバー５６によって適切な位置に保持されている。カバー５６は円錐表面５７を持っていて、それはスリーブ５５の端部の対峙している円錐表面を押しつけている。スリーブ５５は、円筒状の空気間隙５９が形成されるように直径の減少した部分５８を有していて、当該間隙は、ハウジング部５０とカバー５６との間の円環状間隙６６を通じて回りの空気と流通している。
スリーブ５５の内側には、中空のピストン６０の形態を持つバルブ素子がある。図６に見られるように、ピストン６０の外側横方向面とスリーブ５５の内側横方向面との間には小さな遊び”Ｓ”がある。ピストン６０の円筒部は、硬いクロムメッキステンレス鋼の管６０ａから成る。端部板６１、６２は管６０ａの端部へ固定されている。これらは円錐端部６１ａ、６２ａを有するバルブディスクを形成し、焼結されるのが好ましい。スリーブ５５は、その遠位端部に座部５５ａが配設されており、それに対してディスク６１の端部６１ａは、前記バルブが開放位置の場合には密封接触している（図４に示す通り）。８バール程度の圧力を伴っている圧縮空気が通入口６４を通りシリンダ室６３へ供給されるとき、ピストン６０は、間隙”Ｓ”内に漏入する空気がすすの汚れを吹き飛ばし出すと同時に図４の左方向へと変位する。ディスク６２の円錐端部６２ａがスリーブ５５の内側円錐座部５５ｂを打撃する時、ピストン６０は排気導管４１に向かって垂直に変位し、ディスク６１と共に導管４１の反対側壁部の表面６５から至近距離の所で止まるため、排気はシリンダ室へ漏入することはできなくなる。前記シリンダ室内に圧力が存在する限り、ピストン６０は制限位置に把持される。ピストン６０の直径と導管４１の断面とは、前記導管の内壁と前記ピストンとの間に排気用に制限された通路が確保されるように互いに適合される。ピストン６０が図６の開始位置へと戻されるとき、シリンダ室６３は排出され、間隙”Ｓ”を通じて伝播されかつディスク端６２ａに対し作用する排気圧は前記ピストンをスリーブ５５内へと変位させる。戻し用スプリングは不要であり、なおかつ前記バルブの動作部分はピストン６０だけであるため信頼性の高い動作環境が得られる。
圧力制動装置１９は電気的に動作され、バルブ１７、１８、４２及び７０は圧縮空気により動作される。それらは、圧力源（図示されていない）に接続された制御バルブユニット７０と制御ユニット７１とによって制御されている。前記制御ユニット７１はマイクロプロセッサであることが好ましく、またそれは、前記圧力制動装置を動作、不動作の状態にしたり、或いは多数の異なるエンジンとそれ自体が既知でありここでは詳細に記載していないセンサから前記制御ユニットへ供給される車両変数とに依存しているバルブ１７、１８、４２を調整したりするための出力信号を供給する。図１に示されているように、エンジンデータとして誘導空気圧（飽和圧）やエンジン回転数を示す信号と、また、車両データとしてＡＢＳの動作・不動作、車両速度、クラッチペダル位置、加速機位置、走行制御の動作・不動作及び減速レベルを示す信号とが制御ユニット７１へ供給される。
前記装置は以下のように機能する。
運転者は、手動制御（図示されていない）によって減速をあるレベルへと調節し、前記走行制御を動作させ、それによって、選択された減速を示す信号が制御ユニット７１へ供給される。その制御ユニット７１は，減速のために設定した希望値を実速度値を使い計算された減速の実値と比較する。運転者が、クラッチペダルが押し下げられていないことを前提に、加速を上げるとき、制御ユニット７１は、制御バルブユニット７０を通して制限用バルブ４２を制限位置に設定し、第２タービンステージ５を迂回するように迂回用バルブ１８を開き、第１タービンステージ４内に適切な飽和度を提供するため前記実値と前記希望値との差に従って排気用ゲートバルブ１７を調節し、圧力制御装置１９を動作させる。図３に示されている実施態様では、タービン部３０のタービン形状を変化させることにより飽和度が代わりに供給されている。もし選択した減速レベルが、道路表面を考慮に入れた上で駆動車輪がグリップを失うほどに高過ぎる場合、前記ＡＢＳシステムは、圧力制動１９を不動作にし、それからより低い減速レベルでそれを再度係合させるための信号か、或いはより低い減速レベルの選択余地を択一的に運転者に提供するための信号を送ることによりエンジン制動力を減少させる。圧力制動１９の非係合は、運転者がクラッチペダルを押し下げるときにも起こり、このことはエンジンが停止し、それによりパワーステアリングとパワーブレーキとが失われてしまうことを防止するために重要なことである。

Claims (8)

1. 圧力制動装置と制動モードにおける飽和度を変化させるための手段とを具備し、第一に、タービン部及びコンプレッサ部を有する排気駆動ターボコンプレッサユニット、第二に、エンジン排気導管に配設されたバルブ手段、及び、前記圧力制動装置と飽和度を変化させるための前記手段とを動作させるための車両運転者により動作可能な手段から成る自動車の内燃エンジンにおける、３シリンダ毎に２本のサブマニホールド（４０）から成る排気マニホールド（６）を有する６気筒エンジンのエンジン制動効果を制御するための装置であって、前記バルブ手段が制限用バルブ手段（４２）であり、前記制限用バルブ手段（４２）がターボコンプレッサユニット（３）のタービン部（４；３０）の上流で各サブマニホールド（４０）の出口側のエンジン排気導管（４１）内にそれぞれ配設され、前記バルブ手段（４２）が、不完全な開放位置である制限位置と、完全な開放位置とを有する２位置タイプであり、該制限位置では、エンジン制動中に排気マニホールド（６）内に排気反圧力を創り出すために排気導管（４１）の流通面積が減少されることを特徴とする前記装置。
2. 前記ターボコンプレッサユニット（３）が、色々な飽和圧レベルに対し設定されうる第１迂回用バルブ（１７）と協働することを特徴とする請求項１に記載の装置。
3. 前記ターボコンプレッサユニット（３）はコンプレッサ部（８）を駆動させ、前記第１迂回用バルブと協働する第１タービンステージ（４）と、トランスミッション（９）を通じてエンジンクランクシャフト（１０）に連結され、第２迂回用バルブ（１８）と協働する前記第２タービンステージとから成り、前記第２迂回用バルブは任意の位置において前記第２タービンステージの側を通る排気を案内することからなることを特徴とする請求項２に記載の装置。
4. 前記ターボコンプレッサユニット（３）が可変外形を持つタービン部（３０）を有することを特徴とする請求項１に記載の装置。
5. 制限と通気の結合バルブ（８０）が、前記コンプレッサ部の圧力側のエンジン誘導導管内に配置されることを特徴とする請求項１に記載の装置。
6. 前記バルブ手段（４２）が少なくとも１つのバルブから成っていて、当該バルブが、排気導管（４１）と流通し、前記排気導管に垂直に配列されるシリンダ（５５）を有していて、前記シリンダが、圧力媒体の影響により前記排気導管内へ変位可能なピストン（６０）の形態であるバルブ素子を半径遊び（Ｓ）と共に受け、前記ピストンが、その遠位及び近位端部表面にバルブディスク（６１，６２）を有し、それらディスクの内、近位のディスクが、前記ピストンの側を通る制限した排気通路を形成するために前記ピストンの進展位置においては前記シリンダ内の近位座部（５５ｂ）に当接し、前記ピストンが後退した位置では、遠位のディスクが、前記シリンダ内の遠位座部（５５ａ）に接触することを特徴とする請求項１ないし５のいずれか１つに記載の装置。
7. 前記シリンダがステンレス鋼のスリーブであって、それが前記マニホールドに一体成形されたバルブハウジング（５０）の中の円筒状空間（５９）の中に遊びと共に受けられることを特徴とする請求項６に記載の装置。
8. 前記バルブピストン（６０）が硬いクロムメッキステンレス鋼の管（６０ａ）と、前記管のいずれかの端部に固定されている円錐端表面（６１ａ，６２ａ）を有する焼結バルブディスク（６１、６２）から成ることを特徴とする請求項６または７に記載の装置。

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