JP4309147B2 - 排気ブレーキ制御装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の排気ブレーキの作動を制御するための装置に関する。特に、本発明は、ターボチャージ過給されたエンジンに適用される排気ブレーキの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
排気ブレーキ装置は、例えばトラック等のような大きい動力の車両に用いられる圧縮点火エンジン（ディーゼルエンジン）に、広く取り付けられている。多くの排気ブレーキ装置が公知であり、その全ては、エンジンからの排気ガスラインに、作動時に、上記エンジンの排気を少なくとも実質的に遮るバルブを、一般的に備える。これは、エンジンの回転を妨げる背圧（back pressure）を引き起こして制動力を働かせ、この制動力は、車両の動力伝達系路を通じて車両の車輪に伝えられる。いくつかの排気ブレーキ装置では、エンジンスロットルが閉じられた（すなわち、運転者がスロットルペダルから足を持ち上げた）とき、ブレーキが自動的に起動するようになっている。他の装置では、上記排気ブレーキ装置は、ブレーキペダルの押し下げのような運転者による人力の動作を必要とするものがある。
【０００３】
現在、大型のディーゼルエンジンがターボチャージされることは、慣用技術である。ターボチャージャは、排気ガス駆動されるタービンホイールを本質的に備え、このタービンホイールが圧縮ホイールを回転させる。上記タービンホイールおよび圧縮ホイールは、シャフトの両端に位置する各々のハウジング中に搭載され、上記シャフトは、上記圧縮とタービンハウジングの間に配置された軸受ハウジング内の孔を貫通している。上記軸受ハウジングは、ジャーナルおよびスラスト軸受と、これに結合された潤滑装置と、シールとを収容している。
【０００４】
上記シャフトは、一般的に、上記軸受ハウジングの孔について、上記タービンホイール側の端が、シャフトシールリング（またはピストンリング）によってシールされ、このシャフトシールリングは、タービンホイールの背後でシャフトに設けられた環状溝内に位置している。上記シャフトシールは、上記軸受潤滑装置からタービンハウジングに油が漏れて、青い煙と、排気管からのオイル漏れとが生じることを防止すると共に、上記軸受ハウジングに、過熱や軸受寿命に敵対する効果を与える排気ガス汚染が生じることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
この慣用のシャフトシール装置には、上記ターボチャージされたエンジンが、上記タービンの下流位置に配置されたエンジンブレーキ弁を有する点で、問題が生じ得る。上記エンジンブレーキが作動されるとき、上記排気ガスラインの背圧が上昇し、したがって、タービンホイールハウジング中の圧力が上昇して、４〜５気圧（bar）に達し得る。したがって、上記タービンホイールの背後の圧力が増大するので、上記シャフトシールリングが内向きに押し動かされ得る。この動きは、上記シャフトの高い回転速度と合わさって、シャフトシールリングに過熱と破壊を引き起こす過度の摩擦加熱を生じ得る。この動きは、また、上記リングを上記孔の中で動き易くして、上記シールに急な破損を引き起こす。この問題は、特に、上記シールリングが「嵌り込む」前のエンジン／ターボチャージャのならし運転の期間において、著しい。
【０００６】
本発明の目的は、上記問題を回避または軽減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の第１の面によれば、エンジンスロットルが閉じられたとき、ターボチャージャで過給された内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキのための制御装置であって、上記制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を測定するための手段を含み、車両のスロットルが閉じられており、かつ、上記ターボチャージャの回転速度が、背圧が作用するタービン端のシール装置の摩耗を少なくとも実質的に防ぐことができる上記ターボチャージャの回転速度である所定の閾値よりも低いときのみに、上記排気ブレーキを作動させるように動作可能であることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第２の面によれば、エンジンスロットルが閉じられたときに、ターボチャージャで過給された内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキ装置のための制御装置であって、この制御装置は、上記エンジンスロットルの閉鎖に従って、所定時間の間、上記排気ブレーキの作動を遅らせるように動作可能であり、
上記所定時間は、上記スロットルの閉鎖の直前における上記ターボチャージャの回転速度の関数であり、
この制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を、直接、または、上記ターボチャージャの速度を示すエンジンのパラメータから観測するための手段を含み、
上記関数は、上記スロットルの閉鎖の直前における上記ターボチャージャの回転速度が大きくなるに従って上記所定時間が長くなることを表すことを特徴とする。
【０００９】
排気ブレーキ装置の起動（activation）に続いて、排気ブレーキの作動（application）を遅らせるという簡単な処置によって、本発明は、タービンハウジング中の背圧が、例えば上述のシールリングなどのようなタービン端のシール装置を動かすことができる力を発揮するのに十分なレベルに上昇する前に、ターボチャージャのシャフトの速度を有効に低下させることができる。これは、上記シールの構成部品の摩耗を大幅に減少させる。
【００１０】
この発明は、例えばエンジンスロットルを緩めること等によって排気ブレーキが自動的に起動するような排気ブレーキ装置や、例えばペダルを押し下げるような人力の動作が必要な排気ブレーキ装置に適用されてもよい。後者の場合、スロットルの閉鎖とブレーキの作動との間には、既にいくらかの遅れが存在するであろうが、本発明による装置は、上記遅れが十分になることを確実にするように働き、これによって、上記タービンの速度を、上述のシールの摩耗を防ぐのに十分な程度に落とすことができる。本発明は、排気ブレーキの起動信号または起動（例えばスロットルを閉じる、または、ブレーキペダルを押し下げるなどの動作）と、実際の排気ブレーキの作動（排気ブレーキ弁を閉じることによる作動）との間に、遅れを導入するように働く。換言すれば、ブレーキ装置の起動と、排気ブレーキ弁の閉鎖との間に、遅れを導入するのである。
【００１１】
上記遅れは、予め定められたものでもよく、あるいは、スロットルを閉じる直前の、または、排気ブレーキを働かせた後に観測されたターボチャージャの回転速度の関数でもよい。
【００１２】
例えば、本発明の１実施形態は、エンジンスロットルが閉じられたときに、ターボチャージされた内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて働く排気ブレーキのための制御装置であって、この制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を測定するための手段を含み、車両のスロットルが閉じられ、かつ、上記ターボチャージャの回転速度が閾値よりも低いときのみに、上記排気ブレーキを作動させるように働く。
【００１３】
また、本発明は、上記エンジンスロットルの閉鎖によってターボチャージされた内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて働くエンジン排気ブレーキの制御動作方法を提供し、この方法は、上記スロットルの閉鎖と、エンジン排気ブレーキの作動との間に、遅れを導入することを含む。
【００１４】
例えば、本発明の１実施形態では、上記方法は、ターボチャージャの回転速度、または、ターボチャージャエンジンのスピードを示すエンジンパラメータを観測する過程と、上記スロットルが閉じられ、かつ、上記ターボチャージャのスピードが閾値よりも低下したときのみに、上記排気ブレーキを働かせる過程とを備える。
【００１５】
上記スロットルが「閉じ状態」のとき、燃料の供給は完全に停止される必要はなく、むしろ、燃料の供給はアイドルレベルまで低下するのがよい。この明細書において、スロットル閉鎖の言及は、それに応じて解釈される。例えば、車両についてのスロットル閉鎖の動作は、一般的に、車両の運転手によるスロットルペダルの開放を意味する。
【００１６】
本発明の他の目的および利点は、以下の記述から明らかであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して、例示のみによって、本発明の詳細な実施形態が説明される。
【００１８】
図１は、ターボチャージャの部分の概略断面図であり、ジャーナル軸受４に支持されて軸受ハウジング３を貫通して延びるターボチャージャシャフト２に搭載されたタービンホイール１を示している。上記シャフト２のタービン端は、軸受ハウジング３について、上記シャフト２に輪郭が示された環状溝６中に位置するシャフトシールリング５によって、シールされている。この例において、上記軸受ハウジングの孔７には、環状肩８の輪郭をなすように、径が減じる切り込みがつけられている。このアセンブリは、もっぱら慣用である。ターボチャージャの構成の詳細の殆どは、本発明には関連が無いと思われるので、図示されていない。
【００１９】
従来の排気ブレーキ制御装置では、排気ブレーキは、エンジンスロットルが閉じられると、直ちに自動的に働かされていた。これによって、タービンホイールの背面のタービンハウジング中における圧力の急激な上昇が生じ、これがシールリング５を内向きに押圧していた。上記タービンホイールおよびシャフトの高回転速度に結びついた、上記環状溝６中でのシールリング５の軸方向の動きは、過剰な摩擦の加熱を引き起こして、上記シールを急に摩耗させて早期の損傷に導く。本発明は、この結果を、スロットルの閉鎖と排気ブレーキの作動との間に、遅れを導入するという簡単な処置によって、大幅に削減する。
【００２０】
図２を参照すると、上記スロットルが時間＝０で閉じられた場合、上記タービンホイール／シャフトの速度がどのように低下するかを示している。従来の自動排気ブレーキ制御装置は、上記排気ブレーキが直ちにかけられるので、線Ｐ_１で示されるように、上記タービンハウジング中で圧力が迅速に上昇する。本発明（予め定められた時間の遅れを導入すること、または、上記ターボチャージャが所定の速度よりも低下するまで待つことのいずれも）に従って、排気ブレーキの作動を遅らせることの効果は、圧力線Ｐ_２で示されている。比較的短い時間の遅れＴ_Ｄ（典型的には０．１から２秒のオーダーである）が、上記シールリングに実質的に軸方向の力を作用させるのに必要となる圧力レベルに達しないように、上記タービン速度をかなり低下させるのに、十分である。したがって、これによって、上記シールリングが動いて生じる摩擦熱が減少し、シールリングの摩耗が大幅に減少する。
【００２１】
本発明は、排気ブレーキが、スロットルが閉じられたときに自動的に起動させられるような排気ブレーキ装置に限定されるものではない。例えば、ブレーキペダルを押し下げるような、排気ブレーキの手動での起動が必要な装置において、この手動の起動に続いて、ターボチャージャの速度が必要なだけ減少するのに十分な遅延が確実に存在するように、遅れが導入される。
【００２２】
当業者は、本発明を、多数の方法で実行することができるであろう。例えば、最新のマイクロプロセッサ制御のエンジン制御装置において、スロットルの閉鎖とエンジンブレーキの作動との間で必要な遅延は、上記エンジン制御装置に直ちにプログラムされ得るであろう。上記遅延は、上記スロットルの閉鎖に続く固定された間の時間としてプログラムされてもよく、また、上記スロットルの閉鎖の直前におけるエンジンおよび／またはターボチャージャの速度に関連付けられてもよい。例えば、上記エンジン制御装置は、エンジン速度またはターボチャージャ速度と、必要である排気ブレーキ時間の遅延とを関連付けた「照合テーブル（look-up table）」を組み込んでもよい。
【００２３】
あるいは、上記ターボチャージャの回転速度は、上記排気ブレーキ制御装置に信号を提供する適切なセンサから直接観察され、上記スロットルが閉じられ、かつ、上記観察されたターボチャージャの速度が予め定められた値に低下したときに、上記排気ブレーキが働かされる。同様に、上記排気ブレーキ制御装置は、上記ターボチャージャの速度を示す排気ガスマニホールドの圧力のような、エンジンの他のパラメータを観察することもできる。排気ブレーキの作動が、ターボチャージャの回転速度の測定から直接制御される本発明の実施形態では、幾つかの場合、スロットルが閉じられたとき、ターボチャージャの速度が既に閾値以下であり、車両のスロットルの閉鎖と排気ブレーキの作動との間に遅延時間が無くてよい場合があり得る。
【００２４】
上記排気ブレーキ制御装置を従来の他のエンジン制御装置に組み込むのが好都合である場合、上述のいずれの他の方法において、スロットルの閉鎖に応じる別途の制御装置が設けられ得ると思われる。
【００２５】
上記遅延の正確な継続時間は、個々のターボチャージャ装置に適合するように変化させてよいが、全般的に、排気ブレーキの性能を大幅に落とすことなく、シールリングの摩耗を制限する要求に妥当するものがよい。
【００２６】
シャフトシールリングの摩耗に対する排気ブレーキの背圧の影響は、エンジン／ターボチャージャのならし期間の間に顕著であると言われている。したがって、本発明の所定の実施形態では、上記エンジン／ターボチャージャのライフサイクルにおける限定された期間のみの間、エンジンブレーキの作動に遅延を導入するように設計されてもよい。例えば、予め定められたマイル数の走行のみの間（エンジン／車両の耐用期間中に、ターボチャージャリング、または、ターボチャージャ全体が取りかえられたとき、リセットの可能性を有して）、排気ブレーキ遅延が作動するようにプログラムすることができる。
【００２７】
要約すれば、本発明の本質は、スロットルの閉鎖に従う排気ブレーキの作動と、排気ブレーキ装置（自動、または、手動の作動が必要であるもののいずれでもよい）の起動との間に遅延を導入するという思想にあり、当業者は、異なる適用例に適合するように、本発明を様々な異なる方法で導入することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、タービンホイール／軸受ハウジングアセンブリの一部の断面図である。
【図２】 図２は、エンジンスロットルが閉じられたときの、タービンホイール速度の低下に対するタービンでの圧力上昇の割合を説明する図表である。
【符号の説明】
１ タービンホイール
２ シャフト
３ 軸受ハウジング
４ ジャーナル軸受
５ シールリング
６ 環状溝
７ 孔
８ 環状肩

Claims (10)

1. エンジンスロットルが閉じられたときに、ターボチャージャで過給された内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキのための制御装置であって、この制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を測定するための手段を含み、車両のスロットル閉じられており、かつ、上記ターボチャージャの回転速度が、背圧が作用するタービン端のシール装置の摩耗を少なくとも実質的に防ぐことができる上記ターボチャージャの回転速度である所定の閾値よりも低いときのみに、上記排気ブレーキを作動させるように動作可能であることを特徴とする制御装置。
2. 請求項１に記載の制御装置において、
   上記ターボチャージャの速度が上記所定の閾値よりも低くなると、上記排気ブレーキは、上記スロットルの閉鎖に従って自動的に作動されることを特徴とする制御装置。
3. 請求項１または２に記載の制御装置において、
   上記ターボチャージャの回転速度を測定するための手段は、上記ターボチャージャの回転速度を、直接、または、上記ターボチャージャの速度を示すエンジンのパラメータから観測するための手段を含むことを特徴とする制御装置。
4. エンジンスロットルが閉じられたときに、ターボチャージャで過給された内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキ装置のための制御装置であって、この制御装置は、上記エンジンスロットルの閉鎖に従って、所定時間の間、上記排気ブレーキの作動を遅らせるように動作可能であり、
   上記所定時間は、上記スロットルの閉鎖の直前における上記ターボチャージャの回転速度の関数であり、
   この制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を、直接、または、上記ターボチャージャの速度を示すエンジンのパラメータから観測するための手段を含み、
   上記関数は、上記スロットルの閉鎖の直前における上記ターボチャージャの回転速度が大きくなるに従って上記所定時間が長くなることを表すことを特徴とする制御装置。
5. 請求項４に記載の制御装置において、
   上記所定時間は、予め定められていることを特徴とする制御装置。
6. 請求項４または５に記載の制御装置において、
   上記ターボチャージャの回転速度を、直接、または、上記ターボチャージャの速度を示すエンジンのパラメータから継続的に観測するための手段を含み、
   上記所定時間は、上記スロットルが閉じられてから、上記観測されたターボチャージャの速度が、背圧が作用するタービン端のシール装置の摩耗を少なくとも実質的に防ぐことができる上記ターボチャージャの回転速度である予め定められた値よりも低下するまでの時間であることを特徴とする制御装置。
7. 請求項４乃至６のいずれか１つに記載の制御装置において、
   上記排気ブレーキは、上記期間の終了の後、上記スロットルの閉鎖に従って自動的に作動されることを特徴とする制御装置。
8. ターボチャージャと、エンジンスロットルの閉鎖に従って、上記ターボチャージャの下流における排気ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキとを備えた内燃機関において、
   請求項１乃至７のいずれか１つの制御装置を備えたことを特徴とする内燃機関。
9. エンジンスロットルの閉鎖によって、ターボチャージャで過給されたエンジンからの排気ガスの流れを妨げて作動するエンジンブレーキの作動制御方法であって、
   上記ターボチャージャの回転速度、または、上記ターボチャージャの速度を示すエンジンパラメータを観測する過程と、
   上記エンジンスロットルが閉じられ、かつ、上記ターボチャージャの速度が、背圧が作用するタービン端のシール装置の摩耗を少なくとも実質的に防ぐことができる上記ターボチャージャの回転速度である所定の閾値よりも低下したときのみに、上記排気ブレーキを作動させる過程と
   を備えることを特徴とするエンジンブレーキの作動制御方法。
10. エンジンスロットルの閉鎖によって、ターボチャージャで過給されたエンジンからの排気ガスの流れを妨げて作動するエンジン排気ブレーキの作動制御方法であって、
    上記ターボチャージャの回転速度を測定する過程と、
    上記エンジンスロットルが閉じられ、かつ、上記ターボチャージャの回転速度が、背圧が作用するタービン端のシール装置の摩耗を少なくとも実質的に防ぐことができる上記ターボチャージャの回転速度である所定の閾値よりも低下したときのみに、上記エンジン排気ブレーキを作動させる過程とを備えたことにより、
    上記スロットルの閉鎖と、上記エンジン排気ブレーキの作動との間に、遅延を導入することを特徴とするエンジン排気ブレーキの作動制御方法。

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