JP4235492B2 - エキゾーストブレーキ装置 - Google Patents

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  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
この発明は、圧縮天然ガス(CNG)など気体燃料を使用するエンジンを搭載する車両に好適なエキゾーストブレーキ装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
エキゾーストブレーキ装置は、ディーゼルエンジンに良く採用されるが、CNGなど気体燃料を使用するエンジンにおいても、これを適用可能に構成したものが開示される(特許文献1、参照)。
【0003】
【特許文献1】
実開平6−40326号
【0004】
図4において、10エンジンEの吸気管9に介装されるスロットル弁であり、その上流にミキサ11が備えられる。ガスボンベGからミキサ11へ燃料(CNG)を供給する配管21が設けられ、その途中にガスボンベ側から順に第1燃料遮断弁13,一次減圧減14,二次減圧弁15,安全弁16,第2燃料遮断弁17が介装される。
【0005】
エンジンEの排気管3にエキゾーストブレーキシャッタ6が介装される。エキゾーストブレーキシャッタ6は、エキゾーストブレーキの作動時に排気管3を閉じる(排気通路を絞る)ものであり、その駆動手段にエアシリンダ7が備えられる。エアシリンダ7は電磁弁8(エキゾーストブレーキバルブ)を介してエアタンクRに接続され、電磁弁8が給気側に切り替わると、エアタンクGからの圧縮空気により、エキゾーストブレーキシャッタ6を閉じる一方、電磁弁8が排気側に切り替わると、リターンスプリングにより、エキゾーストブレーキシャッタ6を開くように作動する。
【0006】
エキゾーストブレーキの作動時においては、スロットル弁10が全閉状態となるので、エンジンEへの空気量を確保する上から、ミキサ11上流の空気ダクト12とスロットル弁10下流の吸気管9との間を結ぶバイパス通路19およびその通路を開閉する空気バイパス弁20(電磁弁)が設けられる。
【0007】
第1燃料遮断弁13および第2燃料遮断弁17,エキゾーストブレーキバルブ8および空気バイパス弁20、を制御するのがコントロールユニットUであり、エキゾーストブレーキ制御に必要な検出手段として、エキゾーストブレーキスイッチSW1(エキゾーストブレーキの効く減速モードと効かない減速モードを選択するための入力指示手段),クラッチペダル2の初期(解放)位置のときにONするクラッチペダルスイッチSW2,スロットル弁10が全閉状態のときにONするスロットルスイッチSW3,エンジン回転速度を検出するエンジン回転センサSW4、が備えられる。
【0008】
コントロールユニットUは、これらの検出信号に基づいて、図5のようにエキゾーストブレーキを制御する。S1〜S4の判定がすべてyesのとき(エキゾーストブレーキスイッチSW1がONかつクラッチペダルスイッチSW2がONかつスロットルスイッチSW3がONかつエンジン回転速度rpm>既定値の場合)は、S5へ進み、第1燃料遮断弁13および第2燃料遮断弁17をON(常開遮断弁を閉)に制御する。その後、S6において、所定の待ち時間が経過すると、S7において、空気バイパス弁20をON(バイパス通路19を開)、S8において、エキゾーストブレーキバルブ8をON(エキゾーストブレーキシャッタ6を閉)、に制御する。S1の判定がnoまたはS2の判定がnoまたはS3の判定がnoまたはS4の判定がnoのときは、S9へ進み、エキゾーストブレーキが作動中かどうかを判定する。S9の判定がyesのときは、S10〜S12の処理により、エキゾーストブレーキの解除を制御する一方、S9の判定がnoのときは、S8の処理後およびS12の処理後と同じくS1へ戻るのである。
【0009】
このような構成により、エキゾーストブレーキの作動中においては、燃料の供給が遮断され、ミキサ11上流の空気ダクト12からバイパス通路19を空気が流れてエンジンEへ供給されるため、エンジンEのポンプ仕事が高められるようになる。図4において、1は吸気マニホールド、2は排気マニホールド、4は排気を浄化する触媒、5はマフラ、を示す。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
このようなシステム構成においては、車両への搭載を想定すると、荒れ地など悪路を走行する場合、路面の凹凸に伴う車体の上下方向への揺れにより、アクセルペダルの踏み量(アクセル操作量)に意図しない反復的な変動を生じるようになる。つまり、アクセルペダルとこれを踏む足との相対距離から、路面の突き上げによりペダルが踏み込まれ、その反動によりペダルが戻されるような形になる。このため、アクセルペダルの動きに応じてスロットル弁が開閉するため、エキゾーストブレーキの作動(ON)とその解除(OFF)が繰り返され、運転性(ドライバビリティ)を悪化させる可能性が考えられる。
【0011】
この発明は、このような課題を解決するための有効な手段の提供を目的とする。
【0012】
【課題を解決するための手段】
第1の発明は、吸気系のスロットル弁上流に燃料を供給する手段を備えるエンジンにおいて、エキゾーストブレーキの作動条件が成立かどうかを判定する手段と、この判定が条件成立のときにエキゾーストブレーキの作動を制御する手段と、スロットル弁の開度が所定値を超えるとその度に0から起動するタイマのカウントが既定値に達するまでの時間だけエキゾーストブレーキの作動条件が成立かどうかの判定を遅延させる手段と、を備えることを特徴とする。
【0013】
第2の発明は、第1の発明において、エキゾーストブレーキの作動条件の成立中は燃料の供給を遮断する処理後に空燃比が希薄限界よりも大きいかどうかを判定する手段と、その判定に基づいて空燃比が希薄限界以下のときはエキゾーストブレーキの解除を制御する手段と、を備えることを特徴とする。
【0014】
第3の発明は、第1の発明において、エキゾーストブレーキの作動を制御する手段は、燃料の供給を遮断する処理の制御手段と、点火装置の作動を休止する処理の制御手段と、スロットル弁を迂回するバイパス通路の空気バイパスと、を備えることを特徴とする。
【0016】
【発明の効果】
第1の発明においては、スロットル弁の開度が所定値を超えると起動するタイマにより、そのカウントが既定値に達するまでの時間だけエキゾーストブレーキの作動条件が成立するかどうかの判定を遅延させる制御が行われるのである。タイマのカウントは、これが既定値に達するまでの間にスロットル弁の開度が所定値を超えるとその度に0から繰り返される。このため、路面の凹凸に伴う車体の上下方向への揺れに原因するアクセルペダルの意図しない反復的な動きに応じてスロットル弁が開閉を頻繁に繰り返すような場合(荒れ地など悪路の走行中)においては、この状況から脱出するまでの間、エキゾーストブレーキは非作動状態に維持され、運転性(ドライバビリティ)を良好に確保できるのである。
【0017】
第2の発明においては、燃料の供給を遮断する処理後、空燃比が希薄限界以下のときは、エンジンへの混合気量があるものと判定され、エキゾーストブレーキの解除を制御する手段が起動することになる。つまり、空燃比が希薄限界以下のときは、エキゾーストブレーキが解除される一方、空燃比が希薄限界よりも大きいときは、エキゾーストブレーキの作動が継続されるのである
【0018】
第3の発明においては、エキゾーストブレーキの作動を制御する手段により、燃料の供給を遮断する処理のほか、点火装置を休止する処理も行われるため、エキゾーストブレーキの作動中において、エンジンが稼働(燃焼行程が機能)するのを防止できる
【0020】
【発明の実施の形態】
図1において、EはCNGを燃料に使用するエンジンであり、車両に原動機として搭載される。エンジンEの吸気通路30にスロットル弁31が介装され、その上流に燃料供給装置32のノズル33が配置される。スロットル弁31は、エンジンEへの吸気量(混合気量または空気量)を制御するものであり、運転室のアクセルペダルに応動して開閉される。
【0021】
燃料供給装置32は、ガスボンベ(図示せず)からノズル33へ燃料(CNG)を供給する配管32aが備えられ、配管32aに低圧燃料遮断弁34およびガス制御弁35(噴射弁)のほか、図示しないが、ガスボンベ側から低圧燃料遮断弁34へ順に高圧燃料遮断弁(主止弁),レギュレータが介装される。高圧燃料遮断弁(主止弁),低圧燃料遮断弁34,はイグニッションスイッチ(エンジンキースイッチ)のONにより開弁する一方、イグニッションスイッチのOFFにより閉弁するように制御される。レギュレータは、高圧燃料を所定の低圧燃料に調圧(減圧)するものであり、ガス制御弁35は、空燃比が略一定の混合気を生成するべく、低圧燃料のノズル33への供給量(噴射量)を運転状態に応じて制御するものである。
【0022】
エンジンEの吸気通路30において、36は負荷補正時に開弁するファーストアイドルコントロール弁であり、37はアイドル流量(混合気量)を補正するアイドルコントロール弁であり、これらはそれぞれ対応するアイドル流路38,39(スロットル弁31を迂回するバイパス通路)に介装される。40は車速を制限すべくエンジン回転速度を規制するためのサブスロットル弁であり、通常時は全開状態(スロットル弁31の開度を妨げない状態)に維持され、車速が制限値へ上昇すると、吸気通路を絞るように制御される。41はサブスロットル弁40のアクチュエータである。
【0023】
ノズル33の上流とサブスロットル弁40の下流との間を継ぐバイパス通路45が形成され、その途中に開閉弁46(空気バイパス弁)が介装される。47は開閉弁46を駆動するダイヤフラム装置であり、その作動室は電磁弁48(空気バイパスバルブ)を介してエアタンク(図示せず)に接続される。電磁弁48は、エキゾーストブレーキの作動時に開閉弁46を開けるべくダイヤフラム装置47へ圧縮空気を供給する一方、それ以外のときは開閉弁46を閉じるべくダイヤフラム装置47の作動室を大気に開放するように制御される。
【0024】
エンジンEに点火プラグ50が備えられる。51は点火コイルであり、52はパワートランジスタであり、点火コイル51はパワートランジスタ52を介して制御され、運転状態に応じた最適な点火時期に2次コイルの高電圧を点火プラグ50に印加する。
【0025】
エンジンEの排気通路54にエキゾーストブレーキシャッタ55が介装される。エキゾーストブレーキシャッタ55は、エキゾーストブレーキの作動時に排気通路54を閉じる(絞る)ものであり、その駆動手段にエアシリンダ56が備えられる。エアシリンダ56は電磁弁57(エキゾーストブレーキバルブ)を介してエアタンクに接続され、電磁弁57が給気側に切り替わると、エアタンクからの圧縮空気により、エキゾーストブレーキシャッタ55を閉じる一方、電磁弁8が排気側に切り替わると、リターンスプリングにより、エキゾーストブレーキシャッタ55を開くように作動する。
【0026】
ファーストアイドルコントロール弁36,アイドルコントロール弁37、エキゾーストブレーキバルブ57、点火プラグ50(パワートランジスタ52)、高圧燃料遮断弁,低圧燃料遮断弁34,ガス制御弁35、サブスロットル弁40、などを制御するのがコントロールユニット60であり、スロットル弁31の開度を検出するスロットル開度センサ68,クランク角およびエンジン回転速度を検出するクランク角センサ69,エキゾーストブレーキスイッチ70(エキゾーストブレーキの効く減速モードと効かない減速モードを選択するための入力指示手段),変速機がニュートラルのときにONするニュートラルスイッチ71,アクセルペダルが初期(解放)位置のときにONするアイドルスイッチ72,排気の空燃比(λ)を検出するための空燃比センサ73、等が設けられる。
【0027】
コントロールユニット60は、通常時(エキゾーストブレーキの非作動状態)において、アイドル回転を一定に保つようにアイドルコントール弁37を制御する手段(図示せず)と、高圧燃料遮断弁,低圧燃料遮断弁34,ガス制御弁35、パワートランジスタ52、サブスロットルバルブ40を対象にこれらを既述のように制御する手段(図示せず)と、を備える。ガス制御弁35の噴射量(噴射パルス幅)は、クランク角センサ69の検出信号(エンジン回転速度)および吸気管圧力(図示しない圧力センサの検出信号)に応じた基本噴射量と、空燃比センサ73の検出信号と目標空燃比との偏差に基づくフィードバック補正量と、から決定される。
【0028】
コントロールユニット60のエキゾーストブレーキ制御については、スロットル開度センサ68,クランク角センサ69,エキゾーストブレーキスイッチ70,ニュートラルスイッチ71,アイドルスイッチ72、の検出信号に基づいて、エキゾーストブレーキ作動条件が成立かどうか、これらの検出信号および空燃比センサ73の検出信号に基づいて、エキゾーストブレーキ解除条件が成立かどうか、を判定する手段61(条件判定手段)、その判定に基づいてエキゾーストブレーキの作動または解除を制御する手段(燃料カット制御手段62,点火カット制御手段63,空気バイパス制御手段64,シャッタ制御手段65)、エキゾーストブレーキの作動に制限を加える手段66(ブレーキ非作動保持手段)、が設定される。
【0029】
条件判定手段61においては、エキゾーストブレーキスイッチ70がONかつスロットル開度=0%かつエンジン回転速度rpm>既定値(例えば、アイドル回転)かつニュートラルスイッチ71がOFFかつアイドルスイッチ72がONのときは、エキゾーストブレーキ作動条件の成立を判定する一方、エキゾーストブレーキの作動中において、燃料カット(低圧燃料遮断弁34のポートチェック)が異常または空燃比≦希薄限界またはエキゾーストブレーキスイッチ70がOFFまたはスロットル開度>0%またはエンジン回転速度rpm≦既定値またはニュートラルスイッチ71がONまたはアイドルスイッチ72がOFFのときは、エキゾーストブレーキ解除条件の成立を判定する。
【0030】
ブレーキ非作動保持手段66は、路面の凹凸に原因するアクセルペダルの意図しない反復的な動きに応じてスロットル弁31が開閉を頻繁に繰り返すような場合(荒れ地など悪路の走行中)において、エキゾーストブレーキの作動とその解除が繰り返されるのを回避するためのものであり、この状況から脱出するまでの間、エキゾーストブレーキを非作動状態に維持すべく、スロットル開度が所定値を超えるとその度に0から起動するタイマにより、そのカウントが既定値(ディレイ時間)に達するまでの時間、エキゾーストブレーキの作動条件が成立かどうかの判定を遅延させるのである。
【0031】
燃料カット制御手段62は、エキゾーストブレーキ作動条件が成立の判定を受けると、低圧燃料遮断弁34を閉弁すると共にガス制御弁35の噴射量(噴射パルス幅)を0に制御する一方、エキゾーストブレーキ解除条件が成立の判定を受けると、低圧燃料遮断弁34を開弁すると共にガス制御弁35を通常の噴射量(基本噴射量+フィードバック補正量)へ復帰させる。点火カット制御手段63は、エキゾーストブレーキ作動条件が成立の判定を受けると、パワートランジスタ52への点火信号をOFFする一方、エキゾーストブレーキ解除条件が成立の判定を受けると、パワートランジスタ52への点火信号をON(またはON状態に保持)するのである。
【0032】
空気バイパス制御手段64は、エキゾーストブレーキ作動条件が成立の判定を受けると、空気バイパスバルブ48をON(開閉弁46を開ける)一方、エキゾーストブレーキ解除条件が成立の判定を受けると、空気バイパスバルブ48をOFFする(開閉弁46を閉じる)。シャッタ制御手段65は、エキゾーストブレーキ作動条件が成立の判定を受けると、エキゾーストブレーキバルブ57をONする(エキゾーストブレーキシャッタ55を閉じる)一方、エキゾーストブレーキ解除条件が成立の判定を受けると、エキゾーストブレーキバルブ57をOFFする(エキゾーストブレーキシャッタ55を開ける)のである。
【0033】
図2は、エキゾーストブレーキ制御の内容を説明するフローチャートであり、S1においては、スロットル開度がTHDLYBRK(所定値)を超えるとその度に0から起動するタイマのカウントがTDLYBRK(既定値)に達する時間だけエキゾーストブレーキの作動条件についての判定を遅延させる制御が解除かどうかを判定する。S1の判定がyesのときにのみ、S2へ進むのである。
【0034】
スロットル開度と比較されるTHDLYBRK(所定値)は、エキゾーストブレーキ作動条件の判定を遅延させる(エキゾーストブレーキを非作動状態に保持する)制御の開始を判定する開度であり、悪路走行中のアクセル操作量および悪路の揺れの振幅などから標準的な判定値が設定される。タイマのカウントと比較されるTDLYBRK(既定値)は、エキゾーストブレーキ作動条件の判定を遅延させる(エキゾーストブレーキを非作動状態に保持する)制御の終了を判定する時間であり、悪路の揺れの周期および良路の揺れの周期などから標準的な判定値が設定される。
【0035】
S2において、エキゾーストブレーキの作動条件(エキゾーストブレーキスイッチ70がONかつスロットル開度=0%かつエンジン回転速度rpm>既定値かつニュートラルスイッチ71がOFFかつアイドルスイッチ72がON)が成立すると、S3およびS4において、ガス制御弁35の噴射パルス幅(噴射量)を0に制御すると共に低圧燃料遮断弁34をOFFする。S5において、TDBRKA時間(低圧燃料遮断弁34の応答に要する時間に設定される)が経過すると、S6において、点火信号をOFFする。
【0036】
S7においては、低圧燃料遮断弁34のポートチェック(ハーネスの断線などのチェック)を行うと共にその結果から燃料カット処理に異常があるかどうかを確認する。S7において、正常が確認されると、S8へ進む一方、S7において、異常が確認されると、S16へ飛ぶ。S8において、TDBRKB時間(低圧燃料遮断弁34のポートチェックに要する時間に設定される)が経過すると、S9において、バイパス通路の開閉弁46を開ける(空気バイパスバルブ48をONする)。S10において、TDBRKC時間(開閉弁46の応答に要する時間に設定される)が経過すると、S11において、エキゾーストブレーキシャッタ55を閉じる(エキゾーストブレーキバルブ57をONする)のである。
【0037】
その後、S12において、点火プラグ50が冷えるのを避けるため、点火信号をONする。S13においては、点火信号のONと同時に空燃比センサ56に基づく監視を開始する。S14において、空燃比センサ73の出力(検出信号)と予め設定の希薄限界との比較により、空燃比センサ73の出力λ>希薄限界かどうかを判定する。S14の判定がyesのときは、S15において、エキゾーストブレーキシャッタ55の閉(エキゾーストブレーキバルブ57のON)状態を継続する一方、S14の判定がnoのときは、S16へ飛び、エキゾーストブレーキの解除を制御する。
【0038】
図3は、S16における制御の内容を説明するフローチャートであり、S1において、解除条件(燃料カットが異常または空燃比≦希薄限界またはエキゾーストブレーキスイッチ70がOFFまたはアクセル開度>0%またはエンジン回転速度rpm≦既定値またはニュートラルスイッチ71がONまたはアイドルスイッチ73がOFF)が成立すると、S2において、エキゾーストブレーキバルブ57をOFFする(エキゾーストブレーキシャッタ55を開ける)。S3において、TDBRKD時間(エキゾーストブレーキシャッタ55の応答に要する時間に設定される)が経過すると、S4において、空気バイパスバルブ48をOFFする(バイパス通路45の開閉弁46を閉じる)。S5において、TDBRKE時間(開閉弁46の応答に要する時間に設定される)が経過すると、S6において、点火信号をONするかまたはON状態を継続する。S7において、TDBRKF時間(所定の待ち時間)の経過後、S8およびS9において、低圧燃料遮断弁34を開弁すると共にガス制御弁35を通常の噴射パルス幅へ復帰させるのである。
【0039】
このような構成により、エキゾーストブレーキの作動時においては、バイパス通路45を空気が流れてエンジンEへ供給されるため、エンジンEのポンプ仕事を効率よく高められるのである。
【0040】
路面の凹凸に伴う車体の上下方向への揺れに原因するアクセルペダルの意図しない反復的な動きに応じてスロットル弁31が開閉を頻繁に繰り返すような悪路走行中においては、スロットル開度が所定値を超えるとその度にタイマが0から起動され、そのカウントが既定値に達するまでの間は、エキゾーストブレーキの作動条件が成立かどうかの判定を遅延させる制御が行われるのである。タイマのカウントは、これが既定値に達するまでの間にスロットル開度が既定値を超えると0から繰り返される。このため、悪路走行から脱出するまでの間、エキゾーストブレーキは非作動状態に維持され、運転性(ドライバビリティ)を良好に確保できるのである。
【0041】
良路(通常道路など)走行中においては、アクセル操作により、それまで所定値以上に保たれるスロットル開度が0%に開放され、エキゾーストブレーキの作動条件が成立すると、エキゾーストブレーキの作動が制御されるので、ブレーキ非作動保持が機能しないため、エキゾーストブレーキ作動の応答性も確保される。
【0042】
エキゾーストブレーキの作動条件が成立すると、燃料の供給を遮断する処理のほか、点火プラグ50を休止する処理も行われるため、エンジンEの稼働(燃焼行程の機能)を確実に止められるようになる。点火プラグ50の休止については、燃料の供給を遮断する処理後に点火信号をOFFするが、エキゾーストブレーキシャッタ55を閉じる処理後に点火信号をONするのであり、休止が短期間に限られるため、寒冷地においても、点火プラグ50が冷えるのを防止できる。点火プラグ50が冷えてしまうと、エキゾーストブレーキの解除後、エンジンEの点火不良を生じやすくなるのである。
【0043】
点火信号のONと同時に空燃比の監視が開始され、空燃比の検出値≦希薄限界のときは、エキゾーストブレーキが解除されるため、エキゾーストブレーキの作動中において、点火信号のONにより、エンジンEが稼働(燃焼行程が機能)するのを防止できるのである。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明の実施形態を表すシステム構成図である。
【図2】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図3】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【図4】従来の技術を説明するシステム構成図である。
【図5】同じく制御内容を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
30 吸気通路
31 スロットル弁
32 燃料供給装置
33 ノズル
34 低圧燃料遮断弁
35 ガス制御弁
36 ファーストアイドルコントロール弁
37 アイドルコントロール弁
40 サブスロットル弁
45 バイパス通路
46 空気バイパス弁(開閉弁)
47 ダイヤフラム装置
48 空気バイパスバルブ
50 点火プラグ
51 点火コイル
52 パワートランジスタ
54 排気通路
55 エキゾーストブレーキシャッタ
56 エアシリンダ
57 エキゾーストブレーキバルブ
60 コントロールユニット
61 条件判定手段
62 燃料カット制御手段
63 点火カット制御手段
64 空気バイパス制御手段
65 シャッタ制御手段
66 ブレーキ非作動保持手段

Claims (3)

  1. 吸気系のスロットル弁上流に燃料を供給する手段を備えるエンジンにおいて、エキゾーストブレーキの作動条件が成立かどうかを判定する手段と、この判定が条件成立のときにエキゾーストブレーキの作動を制御する手段と、スロットル弁の開度が所定値を超えるとその度に0から起動するタイマのカウントが既定値に達するまでの時間だけエキゾーストブレーキの作動条件が成立かどうかの判定を遅延させる手段と、を備えることを特徴とするエキゾーストブレーキ装置。
  2. エキゾーストブレーキの作動条件の成立中は燃料の供給を遮断する処理後に空燃比が希薄限界よりも大きいかどうかを判定する手段と、その判定に基づいて空燃比が希薄限界以下のときはエキゾーストブレーキの解除を制御する手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のエキゾーストブレーキ装置。
  3. エキゾーストブレーキの作動を制御する手段は、燃料の供給を遮断する処理の制御手段と、点火装置の作動を休止する処理の制御手段と、スロットル弁を迂回するバイパス通路の空気バイパス弁を開く処理の制御手段と、エキゾーストブレーキシャッタを閉じる処理の制御手段と、を備えることを特徴とする請求項1に記載のエキゾーストブレーキ装置。
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