JP7023571B2 - 補助制動機構 - Google Patents

Description

この発明は、補助制動機構に関し、特に、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程および排気行程を繰り返す気筒を有する内燃機関によって走行する車両を補助的に制動する、補助制動機構に関する。

この種の制動機構の一例が、特許文献１に開示されている。この文献によれば、排気系統に排気ブレーキ機構が設けられ、さらにエンジンの圧縮工程から膨張工程にかけて排気バルブが僅かに開かれる。これによって、エンジンブレーキが効果的に引き出される。

特開２００２－２４２７０５号公報

特許文献１の技術は、大型・重量車両の制動力の強化を図る技術であり、エンジンブレーキを強力に働かせることで、ブレーキのフェードを防止しつつ、エンジンの水温上昇が抑制することが可能となる。しかし、制動機構の構造が複雑で、部品点数も増えるという問題がある。

それゆえに、この発明の主たる目的は、複雑な構造を採用することなく制動力を強化できる、補助制動機構を提供することである。

この発明に係る補助制動機構は、吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程および排気行程を繰り返す気筒を有する内燃機関によって走行する車両を補助的に制動する補助制動機構であって、車両が備えるブレーキペダルの踏力を検出する踏力検出手段、車両の車速を検出する車速検出手段、気筒に設けられた排気バルブの開度をブレーキペダルの踏力に基づいて抑制する抑制手段、および燃焼・膨張行程における燃焼を抑制手段の処理に関連して停止する停止手段を備え、踏力検出手段によって検出された踏力が増大していると判別され、かつ、車速検出手段によって検出された車速が減少していないと判別されたときに、停止手段は気筒における燃焼を停止させ、抑制手段は排気バルブの開度をリフト量が０となるように設定する。

排気バルブの開度は、ブレーキペダルの踏力に基づいて抑制される。また、燃焼・膨張行程における燃焼は、排気バルブの開度を抑制する処理に関連して停止される。ポンピングロスは排気バルブの開度の抑制によって増大するため、複雑な構造を採用することなく補助制動力を高めることができる。また、排気バルブの開度の抑制に起因する気筒の破損は、燃焼・膨張行程における燃焼を停止することで回避される。

この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。

この実施例の車両の要部構成の一部を示す図解図である。 吸気行程，圧縮行程，燃焼・膨張行程および排気行程の各々における吸気バルブおよび排気バルブの開閉動作の一例を示す図解図である。 図２に示す開閉動作に伴う筒内圧の変化を示す図解図である。 ＥＣＵの動作の一部を示すフロー図である。 吸気行程，圧縮行程，燃焼・膨張行程および排気行程の各々における吸気バルブおよび排気バルブの開閉動作の他の一例を示す図解図である。 図５に示す開閉動作に伴う筒内圧の変化を示す図解図である。 他の実施例の車両を構成するＥＣＵの動作の他の一部を示すフロー図である。

図１を参照して、この実施例の車両１０は、吸気行程，圧縮行程，燃焼・膨張行程および排気行程の４行程を繰り返す３気筒エンジン（内燃機関）１２を動力源として備える。吸気管２８は、ピストン２２を収める気筒１４の上流の位置で３つに分岐する。一方、排気管３０は、気筒１４の下流の位置で３つから１つに集約される。各気筒１４に設けられた燃焼室１６は、吸気管２８および排気管３０と連通する。ただし、吸気管２８の開口と燃焼室１６との間には吸気バルブ１８が設けられ、排気管３０の開口と燃焼室１６との間には排気バルブ２０が設けられる。

吸気管２８の分岐点には、空気流量を平準化するためのサージタンク３８が設けられる。サージタンク３８よりも上流の位置には、バルブモータ３４によって開度が調整される単一のスロットルバルブ３６が設けられる。サージタンク３８よりも下流の位置には、吸気管２８に燃料を噴射するべく各気筒１４に割り当てられたインジェクタ４０が設けられる。インジェクタ４０から噴射された燃料は吸入空気と混合され、これによって混合気が生成される。

図２をさらに参照して、吸気行程では、吸気バルブ１８が開かれ、ピストン２２が降下する。これによって、混合気が燃焼室１６に吸い込まれる。圧縮行程では、吸気バルブ１８が閉じられ、ピストン２２が上昇する。燃焼室１６に吸い込まれた混合気は、ピストン２２によって圧縮される。燃焼・膨張行程では、点火プラグ３２が点火され、圧縮された混合気が燃焼・膨張する。ピストン２２は、混合気の燃焼・膨張によって降下する。排気行程では、排気バルブ２０が開かれ、ピストン２２が上昇する。これによって、燃焼ガスが燃焼室１６から排出される。

ピストン２２は、コンロッド２４を介してクランクシャフト２６と結合され、クランクシャフト２６は、ピストン２２の上下動に伴って回転する。クランクシャフト２６の回転力はドライブシャフト（図示せず）に伝達され、これによって車両１０が前進または後退する。

燃焼室１６の容積は、ピストン２２が上述のように上下動することで変化する。吸気行程および排気行程において、気筒１４内の圧力つまり筒内圧は、燃焼室１６の容積の変化に対して、図３に示すように変化する。図３において、曲線Ａは吸気行程における変化に相当し、直線Ｂは排気行程における変化に相当する。なお、斜線で示す領域の面積は、ポンピングロスに相当する。

具体的に説明すると、吸気行程では、ピストン２２の降下に伴って燃焼室１６の容積が増大する。筒内圧は、吸気行程の前半において若干減少し、混合気の吸い込みによって元に戻る。排気行程では、ピストン２２の上昇に伴って燃焼室１６の容積が減少する。筒内圧は、排気行程の前半において若干増大し、燃焼ガスの排出によって元に戻る。

長距離の坂道を下るような状況で、長時間のブレーキ操作を頻繁に繰り返すと、フェード現象やベーパーロック現象が発生して制動力が低下するおそれがある。そこで、この実施例では、図４に示すフロー図に従う補助ブレーキ制御（エンジンブレーキ制御）をＥＣＵ（補助制動機構）４２に実行させる。

なお、このフロー図に従う補助ブレーキ制御は、低負荷走行時に１以上の気筒１４の運転を停止する気筒休止機構が車両１０に設けられ、停止する気筒１４に配された吸気バルブ１８および排気バルブ２０のリフト量が“０”に切り替えられることを前提としている。また、図４に示すフロー図に対応する制御プログラムは、メモリ４２ｍに記憶される。

図４を参照して、ステップＳ１では図示しないブレーキペダルの踏力を検出し、ステップＳ３では車速を検出する。ブレーキペダルの踏力は踏力センサ４４を通して検出し、車速は速度センサ４６を通して検出する。ステップＳ５では、ステップＳ１で検出された踏力が増大傾向を示すか否かを判別する。また、ステップＳ７では、ステップＳ３で検出された車速が減少傾向を示すか否かを判別する。

ステップＳ５の判別結果がＮＯであるか或いはステップＳ７の判別結果がＹＥＳであれば、ステップＳ１に戻る。これに対して、ステップＳ５の判別結果がＹＥＳでかつステップＳ７の判別結果がＮＯであれば、ブレーキに異常が生じているとみなして、つまり非常事態が生じているとみなして、ステップＳ９に進む。ステップＳ９では、燃料カットを行うべく、停止する気筒１４に割り当てられたインジェクタ４０を停止する。ステップＳ１１では、停止する気筒１４に配された排気バルブ２０のリフト量を“０”に設定する（つまり、当該排気バルブ２０の開度を抑制する）。

ステップＳ９およびＳ１１の処理が実行されることで、停止する気筒１４に配された吸気バルブ１８は、吸気行程において開かれ、他の行程において閉じられるものの、停止する気筒１４に配された排気バルブ２０はいずれの行程においても閉じられる（図５参照）。また、停止する気筒１４に割り当てられたインジェクタ４０が停止されるため、燃焼・膨張は生じない。

この結果、吸気行程および排気行程において、停止する気筒１４の筒内圧は、燃焼室１６の容積に対して図６に示すように変化する。図３との相違は、排気行程における筒内圧の変化である。つまり、排気バルブ２０は排気行程においても閉じられるため、筒内圧はピストン２２の上昇に伴って増大する。増大した筒内圧は、排気行程から吸気行程に移行したとき（吸気バルブ１８が開かれたとき）に急激に低下する。この結果、図３と比べてポンピングロスが大幅に増大し、エンジンブレーキによる制動力が非常時において強化される。こうして、非常事態における走行安全性の向上が図られる。

以上の説明から分かるように、車両１０は、吸気行程，圧縮行程，燃焼・膨張行程および排気行程を繰り返す気筒１４を有する内燃機関１２によって走行する。このような車両１０を補助的に制動するために、ＥＣＵ４２は、排気バルブ２０の開度をブレーキペダルの踏力に基づいて抑制する(S1, S11)。ＥＣＵ４２はまた、排気バルブ２０の開度の抑制に関連して、当該排気バルブ２０を有する気筒１４に割り当てられたインジェクタ４０を停止する(S9)。

ポンピングロスは排気バルブ２０の開度の抑制によって増大するため、複雑な構造を採用することなく補助制動力を高めることができる。また、排気バルブ２０の開度の抑制に起因する気筒１４の破損は、インジェクタ４０を停止することで回避される。

なお、この実施例では、エンジンブレーキによる制動力を非常時において強化することを想定している。しかし、エンジンブレーキの制動力は、非常時だけでなく通常時においても強化するようにしてもよい。この場合、図示しない排気ブレーキスイッチが追加され、ＥＣＵ４２は、図４に示す処理に代えて、図７に示す処理を実行する。図７に示す処理は、排気ブレーキスイッチがオン状態のときに実行される。

図７を参照して、ステップＳ２１では、ブレーキペダルが踏み込まれたか否かを踏力センサ４４の出力に基づいて繰り返し判別する。判別結果がＮＯからＹＥＳに更新されると、ステップＳ２３で図４に示すステップＳ９と同様の処理を実行し、ステップＳ２５で図４に示すステップＳ１１と同様の処理を実行する。

１０ …車両
１２ …エンジン
１４ …気筒
１８ …吸気バルブ
２０ …排気バルブ
２２ …ピストン
３２ …点火プラグ

Claims (1)

1. 吸気行程、圧縮行程、燃焼・膨張行程および排気行程を繰り返す気筒を有する内燃機関によって走行する車両を補助的に制動する補助制動機構であって、
   前記車両が備えるブレーキペダルの踏力を検出する踏力検出手段、
   前記車両の車速を検出する車速検出手段、
   前記気筒に設けられた排気バルブの開度を前記ブレーキペダルの踏力に基づいて抑制する抑制手段、および
   前記燃焼・膨張行程における燃焼を前記抑制手段の処理に関連して停止する停止手段を備え、
   前記踏力検出手段によって検出された踏力が増大していると判別され、かつ、前記車速検出手段によって検出された車速が減少していないと判別されたときに、前記停止手段は前記気筒における前記燃焼を停止させ、前記抑制手段は前記排気バルブの開度をリフト量が０となるように設定する、補助制動機構。

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