JP4499592B2

JP4499592B2 - 車両の排気ブレーキ装置

Info

Publication number: JP4499592B2
Application number: JP2005086553A
Authority: JP
Inventors: 茂己小林; 洋松田; 一臣田中
Original assignee: UD Trucks Corp
Current assignee: UD Trucks Corp
Priority date: 2005-03-24
Filing date: 2005-03-24
Publication date: 2010-07-07
Anticipated expiration: 2025-03-24
Also published as: JP2006266180A

Description

本発明は、車両の排気ブレーキ装置に関する。

パティキュレートや黒煙の排出がなく、ディーゼルエンジンに比しＮＯｘ（窒素酸化物）の低減が図れるとして、今日、圧縮天然ガスを燃料とする圧縮天然ガスエンジン（以下、「ＣＮＧエンジン」という）がトラックやバスに広く搭載されている。
そして、特許文献１に開示されるように、従来、ディーゼルエンジンを搭載したトラックやバス等の車両には、フートブレーキの補助ブレーキ装置として排気ブレーキ装置が広く使用されているが、ＣＮＧエンジンを搭載したトラック等の車両にもこの排気ブレーキ装置が使用されている。

一般にこの排気ブレーキ装置は、排気管（排気通路）内に装着された排気シャッタと、当該排気シャッタを開閉駆動するアクチュエータとを備え、排気シャッタは減速時にアクチュエータで閉作動される（排気通路を閉じる）ように構成されており、斯様に排気シャッタが閉作動すると、排気管内の圧力が高まり、この圧力が排気行程時にピストンを押し戻そうとする力として働き、これがブレーキ力となって車両の走行速度を減速させることとなる。
実開平５−３６０４５号公報

しかし、上述の如き排気ブレーキ装置を装備した車両にあっては、エンジンの高回転域（例えば、ＣＮＧエンジンで２０００回転以上）での排気ブレーキの作動時に、排気シャッタの排ガス上流側の排気管から異音が発生してドライバーに不快感を与えてしまう不具合があった。
即ち、従来周知のようにエンジンの配管（排気管や吸気管）は、その長さに応じた気柱の固有振動数を持っている。

このため、排気ブレーキの作動時に、エンジンの排気の脈動の周波数と排気管の気柱振動とが同調（共鳴）して異音が発生するものと考えられており、エンジン回転数が高いほど異音が大きく、エンジン回転数が低くなると異音は低下する傾向にある。
本発明は斯かる実情に鑑み案出されたもので、排気ブレーキ作動時の異音の発生を防止した排気ブレーキ装置を提供することを目的とする。

斯かる目的を達成するため、請求項１に係る発明は、エンジンの排気通路内に装着された排気シャッタと、当該排気シャッタを開閉駆動するアクチュエータと、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、前記排気シャッタの排ガス上流側の排気通路に形成された排気通路長の異なるバイパス通路と、前記排気通路とバイパス通路の分岐部に装着され、アクチュエータの作動で両通路を切り換える切換えバルブと、エンジンコントロールユニットと、排気ブレーキの作動時に異音が発生し始める高回転域のエンジン回転数を設定値として記憶する記憶手段とを備えた車両の排気ブレーキ装置であって、前記エンジンコントロールユニットは、前記アクチュエータを駆動して前記排気シャッタを閉作動させる排気ブレーキの作動時に、前記回転数検出手段の検出値と前記設定値とを比較し、検出値が設定値以上と判定したとき、前記アクチュエータで切換えバルブを作動させて排気通路側の流路を閉じると共に、バイパス通路側を開けてエンジンから排気シャッタまでの排気通路長を長くすることで共鳴振動周波数を低回転側へずらし、排気ブレーキの作動で検出値が設定値より下がると、前記アクチュエータで前記切換えバルブを作動させてバイパス通路側を閉じ、排気通路側を開けて排ガスを排気通路へと流下させることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、排気ブレーキの作動時にエンジン回転数が設定値以上にになると、切換えバルブで排気通路側の流路を閉じ、バイパス通路側を開けてエンジンから排気シャッタまでの排気通路長を長くすることで共鳴振動周波数を低回転側へずらしたので、排気ブレーキ作動時のエンジン高回転域での異音発生を防止することが可能となった。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は請求項１の一実施形態に係る排気ブレーキ装置を装着したＣＮＧエンジンの吸排気システムを示し、図中、１は圧縮天然ガスを燃料とするＣＮＧエンジンで、シリンダヘッド３には、各気筒の吸気ポート毎に吸気マニホールド５の分岐管が接続され、また、各気筒の排気ポート毎に排気マニホールド７の分岐管が接続されている。

そして、図示しないがＣＮＧエンジン１に装着したクランク角センサ（回転数検出手段、エンジン回転数検出センサ）と、吸気マニホールド５に装着したブースト圧センサ（吸気圧検出センサ）の検出値に基づきエンジンコントロールユニット（以下、「ＥＣＵ」という）が走行条件に適した燃料噴射量を求めて、多連式インジェクタ９の各インジェクタ１１から順番に、吸気管１３内の吸気通路１５にＣＮＧ燃料を燃料噴射ノズル１７で噴射させるようになっており、点火順序に従いＣＮＧエンジン１の各気筒にＣＮＧ燃料が供給される。

また、排気マニホールド７に接続された排気管１９にターボチャージャ２１が装着されており、ＣＮＧエンジン１から放出された排ガスＧがターボチャージャ２１のタービン２２を回すと、これに直結して回転するコンプレッサ２３が吸入空気Ａを圧縮して、過給された圧縮空気Ａ-1が吸気通路１５から吸気マニホールド５を介してＣＮＧエンジン１に送り込まれるようになっている。

更にまた、吸気管１３には、ターボチャージャ２１で過給された圧縮空気Ａ-1の温度を下げて吸気の充填効率を向上させるインタークーラ２５が装着されると共に、コンプレッサ２３の上流側の吸気通路１１にエアフィルタ２７が装着され、タービン２２に接続された排気管２９に触媒３１を内蔵した消音器３３が装着されている。そして、インタークーラ２５と吸気マニホールド５間の吸気通路１５にスロットル弁３５が装着されており、当該スロットル弁３５の排ガス上流側に、吸気の流れと反対向きに単孔ノズル式の燃料噴射ノズル１７が装着され、当該燃料噴射ノズル１７に多連式インジェクタ９が接続されている。

そして、図１に示すように前記排気管２９に、本実施形態に係る排気ブレーキ装置３７が装着されている。
図１に於て、３９は消音器３３の排ガス上流側の排気通路４１を開閉する排気シャッタ（バタフライバルブ）で、当該排気シャッタ３９は消音器３３の近傍に装着されている。そして、排気シャッタ３９に単動ピストン形のエアシリンダ（アクチュエータ）４３が接続され、当該エアシリンダ４３にエア配管４５を介してエアタンク４７が接続されている。

そして、エア配管４５には、ＥＣＵで制御される電磁バルブ４９が装着されており、従来の排気ブレーキ装置と同様、排気ブレーキの作動時に、ＥＣＵによる電磁バルブ４９の制御でエアシリンダ４３が排気シャッタ３９を閉作動させて、排気通路４１を閉じるようになっている。
尚、従来と同様、ＥＣＵは、ドライバーが図示しない排気ブレーキ手元スイッチをＯＮにしたとき、クラッチが繋がってトランスミッションがニュートラル位置でない場合に、電磁バルブ４９に排気ブレーキ作動信号を送ってこれを作動させるようになっており、以下、本明細書に於て、「排気ブレーキの作動」とはこのような一連の動作をいう。

而して、斯様に排気シャッタ３９が閉作動すると、排気通路４１内の圧力が高まり、この圧力がブレーキ力となって車両を減速させるが、本実施形態に係る排気ブレーキ装置３７は、上述の如き従来と同一の構成に加え、以下の如き特徴を有している。
即ち、前記排気シャッタ３９の排ガス上流側の排気通路４１（排気管２９）には、排気管２９を直下する排気通路４１より排気通路長の長いバイパス通路５１が設けられている。

そして、排気流路４１とバイパス通路５１の分岐部に、単動ピストン形のエアシリンダ５３で開閉駆動して排気通路４１とバイパス通路５１の流路を切り換える切換えバルブ５５が装着されており、エアシリンダ５３とエアタンク４７の間にエア配管５７が接続され、当該エア配管５７にＥＣＵで制御される電磁バルブ５９が装着されている。
而して、既述したように、従来、排気ブレーキ装置を装備した車両では、エンジンの高回転域で排気ブレーキを作動させると、排気の脈動と排気管の気柱振動とが同調して異音が発生する不具合がある。

そこで、本実施形態では、斯様に排気ブレーキの作動時に異音が発生し始める高回転域のエンジン回転数が、予め設定値ＮとしてＥＣＵのメモリ（記憶手段）に設定，記憶されている。
そして、ＥＣＵは、エアシリンダ４３を駆動して排気シャッタ３９を閉作動させる排気ブレーキの作動時に、クランク角センサで検出したエンジン回転数の検出値Ｎｉと設定値Ｎとを比較し、検出値Ｎｉが設定値Ｎ以上と判定したとき、電磁バルブ５９に指令を送り、エアシリンダ５３で切換えバルブ５５を作動させて排気通路４１側の流路を閉じると共に、バイパス通路５１側を開けて排ガスＧをバイパス通路５１へ流下させるようになっている。

このように本実施形態は、排気ブレーキの作動時にＣＮＧエンジン１のエンジン回転数が設定値Ｎ以上であるとき、切換えバルブ５５で排気通路４１側の流路を閉じ、バイパス通路５１側を開けてＣＮＧエンジン１から排気シャッタ３９までの排気通路長を長くすることで、共鳴振動周波数を低回転側へずらしている。
また、斯様に共鳴振動周波数を低回転側へずらした状態で、排気ブレーキの作動で車両が減速してエンジン回転数が低下すると、排気ブレーキの作動中にＣＮＧエンジン１の低回転域で排気の脈動と気柱振動とが同調して、再び異音が発生する虞がある。

そこで、ＥＣＵは、エンジン回転数の検出値Ｎｉが設定値Ｎより下がると、斯様な異音の発生を防止するため、エアシリンダ５３を介して切換えバルブ５５でバイパス通路５１側を閉じ、排気通路４１側を開けて排ガスＧを排気通路４１へと流下させるようになっている。
尚、排気ブレーキの非作動時には、ＣＮＧエンジン１の低回転域から高回転域に亘って、切換えバルブ５５はバイパス通路５１側を閉じ、排気通路４１側を開けて排ガスＧを排気通路４１へと流下させている。

この排気ブレーキ作動時のエンジン回転数と、切換えバルブ５５による流路の切換えとの関係を図示したものが図２である。
本実施形態はこのように構成されているから、ＥＣＵは、エアシリンダ４３を駆動して排気シャッタ３９を閉作動させる排気ブレーキの作動時に、クランク角センサからエンジン回転数を検出し（図３のステップＳ１）、この検出値Ｎｉと設定値Ｎとを比較する（ステップＳ２）。

そして、ステップＳ２に於て、検出値Ｎｉが設定値Ｎ以上であると判定すると、ステップＳ３に進み、ＥＣＵは電磁バルブ５９に指令を送り、エアシリンダ５３で切換えバルブ５５を作動させて排気通路４１側の流路を閉じると共に、バイパス通路５１側を開けて排ガスＧをバイパス通路５１へ流下させる。
而して、斯様に排気通路４１側の流路が閉じてバイパス通路５１側の流路が開くことで、ＣＮＧエンジン１から排気シャッタ３９までの排気通路長が長くなるため、気柱振動の共鳴振動周波数が低回転側へとずれて共鳴が防止され、異音が発生しなくなる。

また、斯様に排ガスＧが排気通路長の長いバイパス通路５１側へバイパスしても、ＣＮＧエンジン１の高回転域では排ガス温度が高いため、排気通路４１側を流下する場合に比し触媒３１までの間で温度降下が大きいものの、触媒活性に何ら支障を来すことはない。
一方、ステップＳ２に於て、検出値Ｎｉが設定値Ｎに達していないと判定すると、ＥＣＵはステップＳ４に進み、排気通路４１側の流路を開とし、バイパス通路５１側を閉じて排ガスＧを排気通路４１へ流下させる。

尚、既述したように排気ブレーキの非作動時には、ＣＮＧエンジン１の低回転域から高回転域に亘って、切換えバルブ５５はバイパス通路５１側を閉じ、排気通路４１側を開けているから、ステップＳ２で検出値Ｎｉが設定値Ｎに達していないと判定した場合、ＥＣＵは改めて切換えバルブ５５でバイパス通路５１側を閉じ、排気通路４１側を開けることはない。

而して、ＣＮＧエンジン１の低回転域では排気温度が低いことが多いため、斯様に流路の短い排気通路４１側を排ガスＧが流下することで、触媒３１までの間で排気温度が下がり難く好都合となる。
このように、本実施形態は、排気ブレーキの作動時にＣＮＧエンジン１のエンジン回転数が設定値Ｎ以上である場合、切換えバルブ５５で排気通路４１側の流路を閉じ、バイパス通路５１側を開けてＣＮＧエンジン１から排気シャッタ３９までの排気通路長を長くすることで共鳴振動周波数を低回転側へずらしたので、排気ブレーキ作動時のエンジン高回転域での異音発生を防止することが可能となった。

請求項１の一実施形態に係る排気ブレーキ装置を装着したＣＮＧエンジンの吸排気システムの構成図である。排気ブレーキ作動時のエンジン回転数と切換えバルブによる流路の切換えの関係図である。排気ブレーキ装置の作動状態を示すフローチャートである。

符号の説明

１ＣＮＧエンジン
５吸気マニホールド
７排気マニホールド
１３吸気管
１５吸気通路
１９，２９排気管
２１ターボチャージャ
３３消音器
３７排気ブレーキ装置
３９排気シャッタ
４１排気通路
４３，５３エアシリンダ
４７エアタンク
４９，５９電磁バルブ
５１バイパス通路
５５切換えバルブ

Claims

エンジンの排気通路内に装着された排気シャッタと、
当該排気シャッタを開閉駆動するアクチュエータと、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出手段と、
前記排気シャッタの排ガス上流側の排気通路に形成された排気通路長の異なるバイパス通路と、
前記排気通路とバイパス通路の分岐部に装着され、アクチュエータの作動で両通路を切り換える切換えバルブと、
エンジンコントロールユニットと、
排気ブレーキの作動時に異音が発生し始める高回転域のエンジン回転数を設定値として記憶する記憶手段とを備えた車両の排気ブレーキ装置であって、
前記エンジンコントロールユニットは、
前記アクチュエータを駆動して前記排気シャッタを閉作動させる排気ブレーキの作動時に、前記回転数検出手段の検出値と前記設定値とを比較し、
検出値が設定値以上と判定したとき、前記アクチュエータで切換えバルブを作動させて排気通路側の流路を閉じると共に、バイパス通路側を開けてエンジンから排気シャッタまでの排気通路長を長くすることで共鳴振動周波数を低回転側へずらし、
排気ブレーキの作動で検出値が設定値より下がると、前記アクチュエータで前記切換えバルブを作動させてバイパス通路側を閉じ、排気通路側を開けて排ガスを排気通路へと流下させることを特徴とする車両の排気ブレーキ装置。