JPH10274067A - エンジン補助ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、エンジン補助ブレーキ装置に関
し、吸入空気量を効率良く増大させることで、エンジン
が行なう負の仕事量を増大させ、大きな制動力を得られ
るようにする。 【解決手段】 エンジンの燃焼室と排気系との間を連通
しうる排気連通手段と、エンジンの吸気系と燃焼室との
間を連通しうる吸気弁と、エンジンの所定運転時にピス
トンの圧縮上死点近傍で排気連通手段を作動させるエン
ジン補助ブレーキ装置において、所定運転時に、吸気行
程下死点前で排気連通手段の作動を開始させ吸気行程下
死点後で排気連通手段の作動を終了させる可変排気手段
をそなえるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、エンジンの吸気弁
や排気弁等の機関弁の作動を制御することで制動力を得
るようにしたエンジン補助ブレーキ装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来よりトラックやバスなどの重量が大
きい車両のエンジンブレーキ装置の１つとして、排気弁
を通常の排気タイミングと異なる圧縮行程上死点近傍に
て開弁し、シリンダ内の高められた圧力を排気系側へ開
放することで、エンジンに負の仕事を行なわせて制動力
を得る圧縮圧開放式エンジン補助ブレーキ装置（エンジ
ン補助ブレーキ装置）が実用化されている。

【０００３】この圧縮圧開放式エンジン補助ブレーキ装
置は、作動開始指令（例えば、運転席に配設されたスイ
ッチがオンされ、かつアクセルペダルオフ）に基づい
て、燃料の供給を停止するとともに排気弁を排気行程の
他に圧縮行程上死点近傍でも開弁させるものである。す
なわち、吸気行程では通常通り吸気弁を開弁させてシリ
ンダ内に吸気を取り込み、圧縮行程にてピストンが上死
点近傍まで上昇してシリンダ内の圧力が高められたとこ
ろで排気弁を開弁し、排気系へ圧縮空気を排出する。

【０００４】さらに、圧縮空気を排出した後に排気弁を
閉じることで、膨張行程時にシリンダ内が密閉状態とな
り、通常運転時の膨張行程に比べ、ピストンを押し下げ
ようとする力が減少したこと及びピストンを下降させな
い負の力が加わるため、エンジンに負の仕事としてのポ
ンプ作動を起こさせ、車両の制動力を得ているのであ
る。

【０００５】また、このような圧縮圧開放式エンジン補
助ブレーキ装置は、エンジンのクランク軸の回転角度７
２０度で１回のポンプ作動を行なわせるものであるが、
さらなる制動力確保を目的として、特開平２─２２７５
０９号公報には、エンジンのクランク軸の回転角度７２
０度で２回のポンプ作動を行なわせる技術が開示されて
いる。

【０００６】この公報によると、４サイクル機関の吸気
行程において吸気弁の開弁による吸気の取り込みを行な
い、圧縮行程上死点近傍にて排気弁を開弁させ、１回目
のポンプ作動を行なわせる。尚、圧縮上死点での着火は
行なわない。さらに４サイクル機関の膨張行程において
再び吸気弁を開弁させ吸気の取り込みを行ない、４サイ
クル機関の排気行程において、シリンダ内に取り込んだ
空気の圧縮を行なった後、上死点近傍で再び排気弁を開
弁させて２回目のポンプ作動を行なわせる。

【０００７】これにより、エンジンのクランク軸の回転
角度７２０度で１回のポンプ作動を行なわせる圧縮圧開
放式エンジン補助ブレーキ装置に比べ、大きな制動力を
発生させることができる。さらに、この従来技術では吸
気弁の閉弁直後の下死点から排気弁をさらに開弁させる
ことで、一旦排気系へ排出した空気を再吸入して、シリ
ンダ内への吸入空気量を増大させ、ピストンの圧縮仕事
量を増加させることで、上死点近傍で排気弁を開弁させ
たときのエンジンの行なう負の仕事量を増大させること
ができるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
た従来技術の場合、排気弁が下死点から開弁し始めるた
め、ピストンは圧縮行程にあり、ピストンの上昇運動の
ため排気系からの空気が逆流しにくいばかりか、吸気側
から吸入された空気も排気側へ排出されるおそれもあ
り、シリンダ内の空気量は期待するほどの量が得られな
い。

【０００９】また、上述した従来技術では吸気弁が完全
に閉弁したのちに排気弁を開弁させるため、排気弁開弁
時のシリンダ内の空気の流れは沈滞している。この直後
ピストンの上昇運動によって、シリンダ内の空気の流れ
は、むしろシリンダ上方へ押される流れとなり、排気系
からの空気の再流入は困難である。本発明は、このよう
な課題に鑑み創案されたもので、吸入空気量を効率良く
増大させることで、エンジンが行なう負の仕事量を増大
させ、大きな制動力を得ることができるようにしたエン
ジン補助ブレーキ装置を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のエンジン補助ブレーキ装置は、可変排気手段
が、所定運転時に吸気弁による吸気行程下死点前で排気
連通手段の作動を開始させ吸気行程下死点後で排気連通
手段の作動を終了させるので、排気連通手段の作動開始
時には、ピストンが下死点方向へ移動しており、シリン
ダ内が減圧状態で、かつ空気の流れがシリンダヘッドか
らピストン頂面に向かって形成され、排気側からの空気
が逆流しやすく、シリンダ内の空気量を効率良く増大さ
せることができる。

【００１１】また、請求項２記載の本発明のエンジン補
助ブレーキ装置は、吸気弁が閉弁する前に、該可変排気
手段が該排気連通手段の作動を開始させるので、排気連
通手段の作動開始時に、吸気側からの吸気によりシリン
ダ内での空気の流れが下方向に形成されるため、排気側
からの空気がさらに逆流しやすく、シリンダ内の空気量
を効率良く増大させることがきる。

【００１２】また、請求項３記載の本発明のエンジン補
助ブレーキ装置は、エンジンの所定運転時に、該ピスト
ンの上死点近傍から下死点近傍にかけて該吸気弁を毎回
開弁駆動させる吸気タイミング可変手段をさらに備えて
いるので、エンジンのクランク軸の回転角度７２０度で
２回のポンプ作動を行なわせることが可能となり、大き
な制動力を発生させることができる。

【００１３】また、請求項４記載の本発明のエンジン補
助ブレーキ装置は、排気系に設けられた絞り手段の下流
側にターボチャージャのタービンを配設し、所定運転時
に絞り手段を絞り方向に作動させるので、排気脈動及び
排気圧の増加により、排気通路からの逆流を増加させ、
ターボチャージャを通過する空気量の増大を抑え、通常
運転に適当な容量のターボチャージャを装着することが
可能である。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の一実
施形態としてのエンジン補助ブレーキ装置について説明
すると、図１は本装置を適用した４サイクル式ディーゼ
ルエンジン（以後、単にエンジンという）１を示す模式
的な断面図であって、エンジン１の任意の１気筒につい
て示したものである。

【００１５】図１に示すように、エンジン１には、吸気
弁（図示せず）及び排気弁８，８の開弁タイミングを切
り換える可変バルブタイミング機構を有した圧縮圧開放
式エンジン補助ブレーキ１００や、吸気を排気圧により
過給するターボチャージャ１０２が付設されている。タ
ーボチャージャ１０２の排気タービン１２１より上流側
には、排気の流れを絞る絞り手段としての可変ノズル１
５１が設けられており、排気連通手段としての排気弁
８，８から排出された流体の流量を絞るようになってい
る。なお、図１中に示す１Ａは、エンジンの燃焼室であ
る。

【００１６】以下、このターボチャージャ１０２につい
て詳述すると、このターボチャージャ１０２は、主に、
エンジンの排気通路１０３に介装されて排気ガスの排気
エネルギを受けて回転する排気タービン１２１と、エン
ジン１の吸気通路１０４に介装され排気タービン１２１
の回転力により回転して吸入空気（吸気）を圧縮する吸
気コンプレッサ１２２とから構成されている。

【００１７】また、排気タービン１２１と吸気コンプレ
ッサ１２２とはタービンシャフト１２３により同軸に接
続されており、吸気コンプレッサ１２２は、排気タービ
ン１２１の回転数に応じた回転数で回転するようになっ
ている。ところで、可変ノズル１５１はアクチュエータ
１５２によりその開度が制御されるようになっており、
さらに可変排気手段を構成するコントローラ２３からの
作動制御信号に基づいてアクチュエータ１５２の作動が
制御されるようになっている。

【００１８】なお、この可変ノズル１５１の開度は段階
的に変更できるように構成されたものであるが、これ以
外に連続的に変更できるように構成してもよい。また、
図１に示すように、構成手段としてコントローラ２３に
は、エンジン１の回転数情報、排気タービン１２１の回
転情報、可変ノズル１５１の開度情報及び車速情報等が
入力されるようになっており、これらの情報から、通常
走行時には、通常走行モードで可変ノズル１５１の開度
が制御されるようになっている。

【００１９】次に、圧縮圧開放式エンジン補助ブレーキ
１００について説明すると、図２に示すように、この作
動油供給路４０はオイルパン２５に接続されており、オ
イルパン２５内の作動油はポンプ２４により圧縮圧開放
式エンジン補助ブレーキ１００に供給されるようになっ
ている。このポンプ２４の下流側には、ソレノイドバル
ブ２６が設けられており、このソレノイドバルブ２６を
オン制御することで、圧縮圧開放式エンジン補助ブレー
キ１００の作動油の供給状態が制御されるようになって
いて、作動油が供給されなければオイルパン２５ヘドレ
ーンされるようになっている。

【００２０】また、このソレノイドバルブ２６には、コ
ントローラ２３が接続されており、このソレノイドバル
ブ２６の作動状態は、コントローラ２３により制御され
るようになっている。このコントローラ２３には、図示
しないアクセルスイッチやブレーキスイッチ等の各種セ
ンサが接続されており、ドライバの運転操作情報が入力
されるようになっている。

【００２１】そして、本実施形態では、図示しないエン
ジン補助ブレーキスイッチがＯＮの後、ドライバがアク
セルペダルを戻して減速操作を行なう（エンジンの所定
運転）と、コントローラ２３によりソレノイドバルブ２
６がオンに制御されて圧縮圧開放式エンジン補助ブレー
キ１００に作動油が供給されるようになっている。ま
た、これ以外のときには、ソレノイドバルブ２６はオフ
になっている。

【００２２】したがって、ドライバが減速操作を行なう
と、エンジン１の運転モードが通常運転モードからエン
ジン補助ブレーキ作動モードに切り替えられ、可変バル
ブタイミング機構である圧縮圧開放式エンジンブレーキ
１００が作動するのである。なお、この場合には、イン
ジェクタ１７からの燃料噴射は停止されるようになって
いる。

【００２３】本発明の一実施形態としてのエンジン補助
ブレーキ装置は、上述のように構成されているので、エ
ンジン１の通常運転時には、ターボチャージャ１０２の
可変ノズル１５１の開度はコントローラ２３により通常
走行モードに制御され、圧縮圧開放式エンジンブレーキ
１００のソレノイドバルブ２６はオフに制御される。こ
れにより、吸気弁及び排気弁８，８はエンジンの通常運
転時に適したバルブタイミングで駆動され、エンジン１
の通常運転が行なわれる。

【００２４】一方、エンジンの所定運転時として、エン
ジン補助ブレーキスイッチがＯＮの後、ドライバがアク
セルペダルを戻して減速操作を行なうと、圧縮圧開放式
エンジンブレーキ１００のソレノイドバルブ２６は、コ
ントローラ２３からの制御信号に基づいてオンに切り替
えられ、吸気弁及び排気弁８，８がエンジン補助ブレー
キ用タイミングにて駆動されるようになる。それと同時
に、コントローラ２３によりターボチャージャ１０２の
可変ノズル１５１の開度が所定量絞られ、排気通路１０
３の絞りとして作用する。

【００２５】以下、エンジン補助ブレーキ用タイミング
にて、吸気弁及び排気弁８，８が駆動されたときのバル
ブリフトの特性を図３に示す。吸気弁は、ピストン７０
の上死点（クランク軸回転角度＝０度）通過後に開き始
め、下死点（クランク軸回転角度＝１８０度）手前で閉
じられる。また、下死点手前において吸気弁が閉じる直
前から排気弁８，８が開きはじめ、その後、ピストン７
０の下死点通過後に排気弁８，８が閉じて、ピストン７
０の上昇とともにシリンダ１Ａ内の空気が圧縮される。
これにより、ピストン７０には、エンジン１の回転を妨
げる方向に大きな力が働く。

【００２６】そして、ピストン７０が上死点（クランク
軸回転角度＝３６０度）近傍まで上昇すると再び排気弁
８，８が開弁して、圧縮空気が排気通路１０３に排出さ
れる。以上のような動作をクランクシャフトの回転角度
３６０度毎に繰り返し実行することで、連続して大きな
エンジンブレーキ力を得ることができるのである。すな
わち、通常、クランクシャフト７２０度で吸気弁が１回
開弁するが、本実施の形態では、７２０度で２回開弁す
るため２倍のサイクルを生じさせている。

【００２７】本発明の一実施形態としてのエンジン補助
ブレーキ装置は、上述のように動作するので種々の作用
効果を有する。すなわち、ピストン７０が下死点手前で
は、吸気通路１０４内の空気が取り込まれている状態
で、シリンダ１Ａ内の圧力は低く、減圧方向の状態であ
るとともに、ピストン７０が下死点方向へ移動中であ
り、シリンダ１Ａ内の空気の流れは、シリンダヘッド側
からピストン７０の頂面側へ向かって形成されている。
このときに排気弁８，８を開くことで、排気通路１０３
内の空気は、シリンダ１Ａ内の空気の流れに乗り逆流が
促進される。

【００２８】また、吸気弁が閉じる直前に排気弁８，８
を開弁することで、（即ち、吸気弁と排気弁８，８との
開弁期間をオーバーラップをさせることで）、吸気通路
１０４から取り入れられる吸気流の慣性力が作用して、
排気通路１０３からの空気の逆流が促進されるのであ
る。さらに、この所定運転状態においては、可変ノズル
１５１が絞られた状態に制御されて流路抵抗として作用
しているので、排気通路１０３内の高圧の空気の圧力波
が、一旦排気通路１０３の下流側の可変ノズル１５１ま
で伝達され、ピストン７０が下死点近傍に到達したとき
に、この可変ノズル１５１で反射された圧力波が、再び
排気弁８，８近傍まで到達する。

【００２９】これにより、エンジン補助ブレーキ用タイ
ミングにて排気弁８，８が開弁すると、この排気の脈動
により、排気通路１０３内の高圧空気がシリンダ１Ａ内
に逆流することが促進され、大量の空気をシリンダ１Ａ
内に取り入れることができ、体積効率が上昇する。そし
て、このようにシリンダ１Ａに流入する空気量を大幅に
増大させ、エンジン１にこのシリンダ内空気を圧縮する
という負の仕事を行なわせて、エンジン１をポンプとし
て作動させることにより、車両の走行エネルギを効率よ
く吸収でき大きな制動力を得ることができるのである。

【００３０】図４は、このようなエンジン補助ブレーキ
１００の作動時の吸入空気量及び排出空気量を示す図で
あるが、この図４に示すように、ピストン７０の上死点
近傍の比較的短い期間において、シリンダ１Ａ内の空気
が急激に排出される。また、ピストン７０が上死点を通
過して、吸気弁の開弁直後のオーバーラップ期間では、
排気弁８，８側から吸気弁側に一瞬空気が抜け、その
後、ピストン７０の下降にともなって吸気弁から空気が
吸入される（図中、Ａで示す）。

【００３１】そして、ピストン７０の下死点近傍におい
て排気弁８，８がリフトすると、上述したように、可変
ノズル１５１の絞り動作による排気脈動及び排気圧上昇
により排気通路１０３から空気が逆流してシリンダ１Ａ
内に流入する。このときの流入吸気量をＢとすると、ク
ランクシャフト１回転で、シリンダ１Ａ内に流入する吸
気量はＡ＋Ｂとなり、大量の空気をシリンダ１Ａ内に吸
入させることができるのである。なお、このような吸気
弁からの吸入空気量と排気弁８，８からの吸入吸気量を
比で表すと、例えば６０：４０程度となる。

【００３２】また、本実施の形態のように、ターボチャ
ージャ１０２付のエンジン１においては、吸気弁及び排
気弁８，８のエンジン補助ブレーキ用タイミングでの駆
動、及び可変ノズル１５１の絞りが特に有効である。こ
れは、通常運転では、吸気弁をクランクシャフトの回転
角度７２０度で１回だけ開弁しているのに対し、エンジ
ン補助ブレーキ装置作動時では、２ストロークサイクル
（クランクシャフトの回転角度７２０度で２回）で吸気
弁を開弁しているため、吸気通路１０４を流れる吸気量
が増加し、ターボチャージャ１０２のコンプレッサ１２
２の容量を大容量とする必要が生じる。すなわち、通常
運転時の吸気量に適合したターボチャージャ１０２で
は、容量が不足し、ターボチャージャの許容回転数をオ
ーバーしてしまう。しかしながら、通常運転時に必要以
上の大容量のコンプレッサ１２２が吸気通路１０４に存
在すると、加速時の過給効果が低下する。

【００３３】そこで、可変ノズル１５１の絞りによる排
気脈動及び排気圧の増大により、排気弁８，８を下死点
前で開弁したときの排気通路１０３からの逆流を増加さ
せ、吸気通路１０４から供給される吸気の不足分を補
い、エンジン補助ブレーキの効果を確保しつつ、通常時
の過給効果も維持でき、さらに排気流量の減少から排気
タービン１２１の回転数を許容回転数以下に維持するこ
とができる。これにより、通常運転において適正な容量
（大きさ）のターボチャージャ１０２を装着することが
でき、通常運転及び所定運転（エンジン補助ブレーキ装
置作動時）の両方の運転状態を１つのターボチャージャ
１０２で充分に活用できるという利点がある。

【００３４】なお、上述の実施形態では、クランクシャ
フトの回転角度３６０度で１サイクルが終了する２スト
ロークサイクルによって、圧縮圧開放式エンジン補助ブ
レーキ１００を作動させているが、クランク軸の回転角
度７２０度で１サイクルが終了する４ストロークサイク
ルによって、このエンジン補助ブレーキ１００を作動さ
せるようにしてもよい。

【００３５】また、本発明のエンジン補助ブレーキ装置
は、上吸気弁及び排気弁８，８のバルブタイミングを、
上述のようなバルブタイミングに変更できるようにした
ものであれば、周知の可変動弁機構を含む種々の可変動
弁機構の何れであってもよい。また、絞り手段として
は、上述のようなターボチャージャ１０２の可変ノズル
１５１に限定されるものでなく、排気通路１０３を流れ
る流体の流速を絞るようなものであれば他の構成のもの
でもよい。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のエンジン補助ブレーキ装置によれば、可変排気手
段が、所定運転時に吸気弁による吸気行程下死点前で排
気連通手段の作動を開始させ吸気行程下死点後で排気連
通手段の作動を終了させるので、排気連通手段の作動開
始時に、ピストンが下死点方向へ移動しているため、シ
リンダ内が減圧方向の状態で、かつ空気の流れがシリン
ダヘッドからピストン頂面に向かって形成され、排気側
からの空気が逆流しやすく、シリンダ内の空気量を効率
良く増大させることができ、これによりエンジン補助ブ
レーキ装置の吸収馬力を増大させて大きな制動力を得る
ことができるという利点がある。

【００３７】また、請求項２記載の本発明のエンジン補
助ブレーキ装置は、吸気弁が閉弁する前に、該可変排気
手段が該排気連通手段の作動を開始させるので、排気連
通手段の作動開始時に、吸気系から取り入れられる吸気
流の慣性力が作用して、排気通路からの空気の逆流がさ
らに促進され、シリンダ内の空気量を効率良く増大させ
ることができるという利点がある。

【００３８】また、請求項３記載の本発明のエンジン補
助ブレーキ装置は、エンジンの所定運転時に、該ピスト
ンの上死点近傍から下死点近傍にかけて該吸気弁を毎回
開弁駆動させる吸気タイミング可変手段をさらに備えて
いるので、エンジンのクランク軸の回転角度７２０度で
２回のポンプ作動を行なわせることが可能となり、大き
な制動力を発生させることができるという利点がある。

【００３９】また、請求項４記載の本発明のエンジン補
助ブレーキ装置は、排気系に設けられた絞り手段の下流
側にターボチャージャのタービンを配設し、所定運転時
に絞り手段を絞り方向に作動させるので、排気脈動及び
排気圧の増加により、排気通路からの逆流を増加させ
て、ターボチャージャを通過する流量の増大を抑え、通
常運転に適当な容量のターボチャージャを装着すること
が可能であるという利点がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのエンジン補助ブレ
ーキ装置における全体構成を示す模式的な断面図であ
る。

【図２】本発明の一実施形態としてのエンジン補助ブレ
ーキ装置における制御系統の構成を示す模式図である。

【図３】本発明の一実施形態としてのエンジン補助ブレ
ーキ装置におけるバルブタイミング特性を示す図であ
る。

【図４】本発明の一実施形態としてのエンジン補助ブレ
ーキ装置における吸入空気量及び排出空気量の特性を示
す図である。

【符号の説明】

１ エンジン １Ａ 燃焼室 ２３ 可変排気手段を構成するコントローラ ２４ ポンプ ２５ オイルパン ２６ ソレノイドバルブ ４０ 作動油供給路 ７０ ピストン １００ 圧縮圧開放式エンジン補助ブレーキ １０２ ターボチャージャ １０３ 排気通路（排気系） １０４ 吸気通路（吸気系） １０５ 排気絞り手段 １２１ 排気タービン １２２ 吸気コンプレッサ １２３ タービンシャフト １５１ 可変ノズル

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０２ Ｆ０２Ｄ 9/06 Ｃ Ｆ０２Ｄ 9/06 Ｈ Ｆ０２Ｂ 37/12 ３０１Ｎ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 エンジンの燃焼室と排気系との間を連通
   しうる排気連通手段と、 該エンジンの吸気系と該燃焼室との間を連通しうる吸気
   弁と、 該エンジンの所定運転時にピストンの圧縮上死点近傍で
   該排気連通手段を作動させるエンジン補助ブレーキ装置
   において、 該所定運転時に、吸気行程下死点前で該排気連通手段の
   作動を開始させ該吸気行程下死点後で該排気連通手段の
   作動を終了させる可変排気手段を有することを特徴とす
   る、エンジン補助ブレーキ装置。
2. 【請求項２】 該可変排気手段が、 該吸気弁が閉弁する以前に該排気連通手段の作動を開始
   させるように構成されていることを特徴とする、請求項
   １記載のエンジン補助ブレーキ装置。
3. 【請求項３】 該エンジンの所定運転時に、該ピストン
   の上死点近傍から下死点近傍にかけて該吸気弁を毎回開
   弁駆動させる吸気タイミング可変手段をさらに備えてい
   ることを特徴とする、請求項１又は２記載のエンジン補
   助ブレーキ装置。
4. 【請求項４】 該排気系に該排気の流れを絞る絞り手段
   と、 該絞り手段の下流側にターボチャージャのタービンとが
   さらに配設され、 該可変排気手段は、 該所定運転時に該絞り手段を絞り方向に作動させること
   を特徴とする、請求項３記載のエンジン補助ブレーキ装
   置。