JP5870640B2

JP5870640B2 - 補助ブレーキ装置

Info

Publication number: JP5870640B2
Application number: JP2011249760A
Authority: JP
Inventors: 崇原
Original assignee: Isuzu Motors Ltd
Current assignee: Isuzu Motors Ltd
Priority date: 2011-11-15
Filing date: 2011-11-15
Publication date: 2016-03-01
Anticipated expiration: 2031-11-15
Also published as: JP2013104379A; WO2013073429A1

Description

本発明は、一つの補助弁で吸気と排気ができ、制御が簡単な補助ブレーキ装置に関する。

複数の気筒を有する４サイクル式ディーゼルエンジン（以下、単にエンジンという）では、各気筒のシリンダヘッドに、カムシャフトで駆動される吸気弁及び排気弁がそれぞれ設けられる。クランクシャフトに連動するカムシャフトの働きにより、各々の気筒において、吸気行程では吸気弁のみが開放され、圧縮行程と膨張行程では吸気弁及び排気弁が遮断され、排気行程では排気弁のみが開放される。これにより、吸気行程では、吸気マニホールドから吸気ポートを経由してシリンダへ新気が吸入され、排気行程では、シリンダから排気ポートを経由して排気マニホールドへ排気ガスが排出される。

特開平９−１３３０３１号公報

エンジンを搭載した車両では、圧縮行程中にシリンダ内ガスを排出したり、膨張行程中に新気を吸入したりすることで、いわゆるポンプ仕事を増加させて車両の制動力を得る補助ブレーキを採用することがある。

補助ブレーキにおける吸気と排気に吸気弁や排気弁を使用する場合、燃料を噴射して燃焼させている通常運転時のタイミング（カムシャフトで決まるタイミング）とは異なるタイミングで吸気弁や排気弁を開閉することになるため、吸気弁や排気弁を随時開閉駆動できるアクチュエータを設ける必要があり、機構が複雑化し、制御も複雑となり、コストも増大する（例えば、特許文献１）。

吸気弁や排気弁とは別途に補助弁（特許文献１の第３弁）を設けて補助ブレーキ作動時のガスの吸入や排出を行うようにすれば、吸気弁や排気弁とは独立に補助弁を構成できるので、機構が簡素になる。しかし、シリンダ内ガスを排気マニホールドに排出し、かつ、吸気マニホールドから新気を吸入するためには、シリンダから排気マニホールドに繋がる配管と、吸気マニホールドからシリンダに繋がる配管と設け、これらの配管にそれぞれ補助弁を設けることになり、２つの補助弁と２つの配管が必要となる。シリンダヘッドには、吸気弁と排気弁（通常、２つずつ）、及び燃料インジェクタが既に配置されているため、２つの補助弁を設ける余裕がない。

そこで、本発明の目的は、上記課題を解決し、一つの補助弁で吸気と排気ができ、制御が簡単な補助ブレーキ装置を提供することにある。

上記目的を達成するために本発明の補助ブレーキ装置は、偶数個の気筒を有するエンジンのための補助ブレーキ装置であって、各気筒のシリンダヘッドに、アクチュエータで開閉駆動される補助弁が設けられると共に、前記補助弁を介してシリンダ内に連通する補助吸排気管がそれぞれ接続され、行程の位相が互いに３６０°異なる気筒の前記補助吸排気管同士がバイパス管で連結されたものである。

全気筒の補助弁が一斉に開閉されてもよい。

前記補助弁は、吸気弁、排気弁のいずれよりも受圧面積が小さくてもよい。

前記補助吸排気管は、互いに逆方向に向けた逆止弁を並列に備えてもよい。

本発明は次の如き優れた効果を発揮する。

（１）一つの補助弁で吸気と排気ができる。

（２）制御が簡単である。

本発明の一実施形態を示す補助ブレーキ装置の通常運転時の構成図である。図１の補助ブレーキ装置の作動時における、気筒＃１が圧縮行程にあるクランク角度での構成図である。図１の補助ブレーキ装置の作動時における、気筒＃１が膨張行程にあるクランク角度での構成図である。図１の補助ブレーキ装置の作動時における、気筒＃１が排気行程にあるクランク角度での構成図である。図１の補助ブレーキ装置の作動時における、気筒＃１が吸気行程にあるクランク角度での構成図である。

以下、本発明の一実施形態を添付図面に基づいて詳述する。

図１に示されるように、本発明に係る補助ブレーキ装置１は、偶数個の各気筒＃１〜＃４のシリンダヘッド２に、アクチュエータ３で開閉駆動される補助弁４が設けられると共に、補助弁４を介してシリンダ５内に連通する補助吸排気管６がそれぞれ接続され、行程の位相が互いに３６０°異なる気筒の補助吸排気管６同士がバイパス管７で連結されたものである。本実施形態では、補助吸排気管６は、互いに逆方向に向けた逆止弁８，９を並列に備える。

各気筒＃１〜＃４のシリンダ５内にピストン１０が設けられる。ピストン１０に対向するシリンダヘッド２に、吸気弁１１、排気弁１２、燃料インジェクタ１３、補助弁４が設けられる。吸気弁１１及び排気弁１２は、従来通り、図示しないカムシャフトで駆動されるものであり、各行程における開閉動作も従来通りのものである。

補助弁４は、吸気弁１１、排気弁１２と同様のポペットバルブで構成されるが、吸気弁１１、排気弁１２のいずれよりも受圧部の面積が小さく形成される。アクチュエータ３には限定はなく、例えば、油圧シリンダ、電磁ソレノイド、モータを用いることができる。

補助吸排気管６は、方向を逆にして並列に配置された２つの逆止弁８，９を介してバイパス管７に接続される。バイパス管７は、行程の位相が互いに３６０°異なる２つの気筒の補助吸排気管６に接続される。４気筒エンジンは、あるクランク角度において、圧縮行程に該当する気筒＃１と、膨張行程に該当する気筒＃２と、排気行程に該当する気筒＃３と、吸気行程に該当する気筒＃４とを有する。したがって、バイパス管７は、気筒＃１と気筒＃３の補助吸排気管６の間、及び気筒＃２と気筒＃４の補助吸排気管６の間に設けられる。

以下、本発明の補助ブレーキ装置１の動作を説明する。

図１は、燃料インジェクタ１３から燃料を噴射して燃焼させている通常運転時、すなわち補助ブレーキ装置１の非作動時を示している。通常運転時は、全ての補助弁４が全行程にわたり閉じられている。気筒＃１は、圧縮行程であるため、吸気弁１１と排気弁１２が閉じられている。気筒＃２は、膨張行程であるため、吸気弁１１と排気弁１２が閉じられている。気筒＃３は、排気行程であるため、吸気弁１１が閉じられ、排気弁１２が開かれている。気筒＃４は、吸気行程であるため、吸気弁１１が開かれ、排気弁１２が閉じられている。クランク角度が変わって行程が進んでも各気筒における吸気弁１１及び排気弁１２の開閉動作は従来通りであるので、説明を省略する。

図２〜図５は、補助ブレーキ装置１の作動時を示している。補助ブレーキ装置１の作動時は、燃料インジェクタ１３からの燃料噴射はなく、かつ、全ての気筒の補助弁４が全行程、すなわち全クランク角度にわたり開かれている。

図２では、気筒＃１が圧縮行程であり、気筒＃２が膨張行程であり、気筒＃３が排気行程であり、気筒＃４が吸気行程である。

気筒＃１に注目すると、ピストン１０がシリンダヘッド２に向かって移動しており、シリンダ５の内圧が高まる傾向にある。一方、気筒＃３では、ピストン１０がシリンダヘッド２に向かって移動しているものの、排気弁１２が開いておりシリンダ内ガスが排気ポートへ抜けるので、シリンダ５の内圧は高まらない。このため気筒＃１のシリンダ５の内圧が気筒＃３のシリンダ５の内圧より高くなり、気筒＃１の補助吸排気管６では逆止弁８が開通し、気筒＃３の補助吸排気管６では逆止弁９が開通する。この結果、気筒＃１では、バイパス管７を介して気筒＃３にシリンダ内ガスが排出され、気筒＃３では、気筒＃３にもともとあったシリンダ内ガスに加えて気筒＃１から流入したシリンダ内ガスも排気ポートから排気マニホールドへ排出される。

さらに、気筒＃２に注目すると、ピストン１０がシリンダヘッド２から離れるよう移動しており、シリンダ５の内圧が低まる傾向にある。一方、気筒＃４では、ピストン１０がシリンダヘッド２から離れるよう移動しているものの、吸気弁１１が開いており吸気ポートから新気が入るので、シリンダ５の内圧は低まらない。このため気筒＃２のシリンダ５の内圧が気筒＃４のシリンダ５の内圧より低くなり、気筒＃２の補助吸排気管６では逆止弁９が開通し、気筒＃４の補助吸排気管６では逆止弁８が開通する。この結果、気筒＃４では、吸気ポートから新気が吸入されると同時に、新気の一部がバイパス管７に排出され、気筒＃２では、バイパス管７からの新気が吸入される。

図３では、気筒＃１が膨張行程であり、気筒＃２が排気行程であり、気筒＃３が吸気行程であり、気筒＃４が圧縮行程である。

この場合、圧縮行程にある気筒＃４のシリンダ内ガスがバイパス管７を介して排気行程にある気筒＃２に流入し、気筒＃２の排気ポートから排気マニホールドへ排出される。同時に、吸気行程にある気筒＃３の新気がバイパス管７を介して膨張行程にある気筒＃１に吸入される。

図４では、気筒＃１が排気行程であり、気筒＃２が吸気行程であり、気筒＃３が圧縮行程であり、気筒＃４が膨張行程である。

この場合、圧縮行程にある気筒＃３のシリンダ内ガスがバイパス管７を介して排気行程にある気筒＃１に流入し、気筒＃１の排気ポートから排気マニホールドへ排出される。同時に、吸気行程にある気筒＃２の新気がバイパス管７を介して膨張行程にある気筒＃４に吸入される。

図５では、気筒＃１が吸気行程であり、気筒＃２が圧縮行程であり、気筒＃３が膨張行程であり、気筒＃４が排気行程である。

この場合、圧縮行程にある気筒＃２のシリンダ内ガスがバイパス管７を介して排気行程にある気筒＃４に流入し、気筒＃４の排気ポートから排気マニホールドへ排出される。同時に、吸気行程にある気筒＃１の新気がバイパス管７を介して膨張行程にある気筒＃３に吸入される。

以上説明したように、本発明に係る補助ブレーキ装置１は、各気筒＃１〜＃４のシリンダヘッド２に補助弁４が設けられると共に各シリンダヘッド２に補助吸排気管６が接続され、行程の位相が互いに３６０°異なる気筒の補助吸排気管６同士がバイパス管７で連結された構成を有することにより、補助弁４が開かれると、常時、圧縮行程にある気筒から排気行程にある気筒を通して排気マニホールドへシリンダ内ガスが排出されると共に、吸気行程にある気筒に吸入される新気がバイパス管７を介して膨張行程にある気筒に吸入される。これにより、ポンプ仕事（ポンピング損失）を増加させて車両の制動力を高めることができる。

本発明に係る補助ブレーキ装置１は、上記構成を有することにより、補助弁４を開くだけで、シリンダ内ガスを排気マニホールドに排出することと、吸気マニホールドから新気を吸入することが同時に実現できる。

本発明に係る補助ブレーキ装置１は、通常運転時、すなわち補助ブレーキ装置１の非作動時は全ての補助弁４を全てのクランク角度にわたり閉じ、補助ブレーキ装置１の作動時は全ての気筒の補助弁４を全てのクランク角度にわたり開くという制御を行うので、制御が簡単である。

本発明に係る補助ブレーキ装置１は、吸気弁１１及び排気弁１２が従来通りの動作でよいので、吸気弁１１及び排気弁１２に新規なアクチュエータを追加する必要がなく、制御手順を追加する必要もない。

本発明に係る補助ブレーキ装置１は、補助弁４は、吸気弁１１や排気弁１２よりも受圧部の面積を小さく形成するのが好ましい。受圧部の面積が小さいことにより、筒内圧から受ける抵抗力が小さいので、アクチュエータ３として駆動力が小さい方式を採用することが可能となる。これにより、アクチュエータ３には、油圧シリンダ、電磁ソレノイド、モータなど多様な選択肢が得られる。

本実施形態の補助ブレーキ装置１は、補助吸排気管６に逆止弁８，９を並列に備えたが、これらの逆止弁８，９は備えずとも本発明を実施できる。逆止弁８，９が無い場合、補助吸排気管６の構造が簡素になる。逆止弁８，９がある場合、逆止弁８，９のバネによる抵抗力を適切に調整しておくことにより、ポンピング損失を増加させ、車両の制動力をいっそう高めることができる。

本実施形態では、エンジンは４気筒エンジンとしたが、偶数気筒エンジンであれば、行程の位相が互いに３６０°異なる気筒が存在するので、本発明を適用することができる。

１補助ブレーキ装置
２シリンダヘッド
３アクチュエータ
４補助弁
５シリンダ
６補助吸排気管
７バイパス管
８、９逆止弁

Claims

偶数個の気筒を有するエンジンのための補助ブレーキ装置であって、
各気筒のシリンダヘッドに、アクチュエータで開閉駆動される補助弁が設けられると共に、前記補助弁を介してシリンダに連通する補助吸排気管がそれぞれ接続され、
行程の位相が互いに３６０°異なる気筒の前記補助吸排気管同士がバイパス管で連結され、
前記補助ブレーキ装置の非作動時に、全気筒の前記補助弁が全行程にわたり閉じられ、前記補助ブレーキ装置の作動時に、全気筒の前記補助弁が全行程にわたり開かれることを特徴とする補助ブレーキ装置。
全気筒の前記補助弁が一斉に開閉されることを特徴とする請求項１記載の補助ブレーキ装置。
前記補助弁は、吸気弁、排気弁のいずれよりも受圧面積が小さいことを特徴とする請求項１又は２記載の補助ブレーキ装置。
前記補助吸排気管は、互いに逆方向に向けた逆止弁を並列に備えることを特徴とする請求項１〜３いずれか記載の補助ブレーキ装置。