JP4908577B2 - 車両の排気ブレーキ装置 - Google Patents

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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、昨今、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、この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、前記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、該排気シャッタを複数の開度に調整可能なアクチュエータと、エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、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したメモリと、エンジン回転数検出手段の検出値を入力するＥＣＵとを備え、前記ＥＣＵは、排気ブレーキの作動時にエンジン回転数検出手段の検出値と前記設定値を比較し、検出値が設定値以上であるとき前記アクチュエータに作動指令を発し、排気シャッタの開度を大きくして定在波の振幅を調整すると共に、排気ブレーキの作動に伴い検出値が設定値より小さくなると、アクチュエータに作動指令を発して排気シャッタの開度を小さくし、排気ブレーキの作動時に検出値が設定値より小さいとき、ＥＣＵはアクチュエータに作動指令を発して排気シャッタの開度を小さく制御することを特徴とする。
請求項１に係る排気ブレーキ装置によれば、エンジン回転数に応じ排気シャッタの開閉開度を制御して定在波の振幅を可変調整するように構成したので、エンジン回転数に応じて排気シャッタの開度を制御することで排気管内に発生している定在波の振幅が変化して共鳴周波数が変化するため、排気ブレーキ作動時にエンジン高回転域で発生する異音の発生を防止することが可能である。
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。 図１の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。
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（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ＥＣＵ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、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、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８５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、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に単動両ロッド形のエアシリンダ（アクチュエータ）８７が接続され、該エアシリンダ８７にエア配管８９を介してエアタンク４７が接続されており、エア配管８９に、ＥＣＵ９１で制御される圧力制御バルブ９３が装着されている。
エアシリンダ８７は、複数のストロークになるように圧力制御バルブ９３で制御されており、排気ブレーキの非作動時に、ＣＮＧエンジン１の低回転域から高回転域に亘って排気シャッタ３９は排気通路４１を開放している。
また、ＥＣＵ９１には、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としてメモリに設定、記憶されており、ＥＣＵ９１は、排気ブレーキを作動させる際に、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以上であると判定すると、小さなデューティ信号を圧力制御バルブ９３に送出し、エアシリンダ８７のストロークを小さくして排気シャッタ３９の開度を大きくする（開き気味にする；図１中、ｂ位置）ようになっている。
また、斯様に排気ブレーキの作動で車両が減速して検出値Ｎｉが設定値Ｎより小さくなると、ＥＣＵ９１は大きなデューティ信号を圧力制御バルブ９３に送出し、エアシリンダ８７のストロークを大きくして排気シャッタ３９の開度を小さくする（閉じ気味にする；図１中、ａ位置）ようになっている。
また、排気ブレーキを作動させる際に、検出値Ｎｉが設定値Ｎより小さいと判定した場合には、ＥＣＵは始めからエアシリンダ８７のストロークを大きくして排気シャッタ３９の開度を小さくする。
本実施形態はこのように構成されており、ＥＣＵ９１は、排気ブレーキを作動させる際に、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とを比較する（図２のステップＳ１）。
そして、ステップＳ２で検出値Ｎｉが設定値Ｎ以上であると判定すると、既述したようにＥＣＵ９１は小さなデューティ信号を圧力制御バルブ９３に送出し（ステップＳ３）、この結果、エアシリンダ８７は小さなストロークで排気シャッタ３９の開度を大きくする（図１中、ｂ位置）。
而して、従来周知のように気柱振動が発生すると、気柱内に定在波が発生しているが、上述の如く排気シャッタ３９を閉作動させて排気ブレーキを作動させる際に、排気シャッタ３９を図１中のｂ位置の如く開き気味にすると、定在波の振幅が延びて異音の発生原因の共鳴周波数がずれるため、従来の如き異音の発生が防止されることとなる。
そして、車両が減速してステップＳ４で検出値Ｎｉが設定値Ｎより小さくなったと判定すると、ＥＣＵ９１は大きなデューティ信号を圧力制御バルブ９３に送出し（ステップＳ５）、この結果、エアシリンダ８７のストロークが大きくなって排気シャッタ３９の開度が小さくなる（図１中、ａ位置）。
また、排気ブレーキの作動時に、ステップＳ２で検出値Ｎｉが設定値Ｎより小さいと判定した場合には、ステップＳ５に進んで、ＥＣＵは始めからエアシリンダ８７のストロークを小さくして排気シャッタ３９の開度を小さくする（図１中、ａ位置）。
このように本実施形態に係る排気ブレーキ装置８５は、エンジン回転数に応じ排気シャッタ３９の開閉開度を制御して定在波の振幅を可変調整するように構成したので、排気ブレーキ作動時にエンジン高回転域で発生する異音の発生を防止することが可能である。
１ ＣＮＧ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
８５ 排気ブレーキ装置
３９ 排気シャッタ
４１ 排気通路
８７ エアシリンダ
４７ エアタンク
９１ ＥＣＵ
９３ 圧力制御バルブ

Claims (1)

  1. エンジンの排気通路内に装着された排気シャッタと、
    該排気シャッタを複数の開度に調整可能なアクチュエータと、
    エンジンの回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
    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したメモリと、
    エンジン回転数検出手段の検出値を入力するＥＣＵとを備え、
    前記ＥＣＵは、排気ブレーキの作動時にエンジン回転数検出手段の検出値と前記設定値を比較し、検出値が設定値以上であるとき前記アクチュエータに作動指令を発し、排気シャッタの開度を大きくして定在波の振幅を調整すると共に、排気ブレーキの作動に伴い検出値が設定値より小さくなると、アクチュエータに作動指令を発して排気シャッタの開度を小さくし、
    排気ブレーキの作動時に検出値が設定値より小さいとき、ＥＣＵはアクチュエータに作動指令を発して排気シャッタの開度を小さく制御することを特徴とする車両の排気ブレーキ装置。
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