JP2003247433A - 排気ブレーキ制御装置 - Google Patents

排気ブレーキ制御装置

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JP2003247433A JP2003036866A JP2003036866A JP2003247433A JP 2003247433 A JP2003247433 A JP 2003247433A JP 2003036866 A JP2003036866 A JP 2003036866A JP 2003036866 A JP2003036866 A JP 2003036866A JP 2003247433 A JP2003247433 A JP 2003247433A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タービンのシャフトシールリングの破損を防
止する。 【解決手段】 エンジンスロットルが閉鎖されたとき
に、ターボチャージされた内燃機関からの排気ガスの流
れを妨げて作動する排気ブレーキのための制御装置であ
る。この制御装置は、車両のスロットルが閉じらたとき
に排気ブレーキを遅らせて働かせる手段を含み、ターボ
チャージャの回転速度が低下されて、これによって、シ
ール装置の摩耗が低減する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、車両の排気ブレー
キの作動を制御するための装置に関する。特に、本発明
は、ターボチャージ過給されたエンジンに適用される排
気ブレーキの制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】排気ブレーキ装置は、例えばトラック等
のような大きい動力の車両に用いられる圧縮点火エンジ
ン（ディーゼルエンジン）に、広く取り付けられてい
る。多くの排気ブレーキ装置が公知であり、その全て
は、エンジンからの排気ガスラインに、作動時に、上記
エンジンの排気を少なくとも実質的に遮るバルブを、一
般的に備える。これは、エンジンの回転を妨げる背圧
（back pressure）を引き起こして制動力を働かせ、こ
の制動力は、車両の動力伝達系路を通じて車両の車輪に
伝えられる。いくつかの排気ブレーキ装置では、エンジ
ンスロットルが閉じられた（すなわち、運転者がスロッ
トルペダルから足を持ち上げた）とき、ブレーキが自動
的に起動するようになっている。他の装置では、上記排
気ブレーキ装置は、ブレーキペダルの押し下げのような
運転者による人力の動作を必要とするものがある。
【０００３】現在、大型のディーゼルエンジンがターボ
チャージされることは、慣用技術である。ターボチャー
ジャは、排気ガス駆動されるタービンホイールを本質的
に備え、このタービンホイールが圧縮ホイールを回転さ
せる。上記タービンホイールおよび圧縮ホイールは、シ
ャフトの両端に位置する各々のハウジング中に搭載さ
れ、上記シャフトは、上記圧縮とタービンハウジングの
間に配置された軸受ハウジング内の孔を貫通している。
上記軸受ハウジングは、ジャーナルおよびスラスト軸受
と、これに結合された潤滑装置と、シールとを収容して
いる。
【０００４】上記シャフトは、一般的に、上記軸受ハウ
ジングの孔について、上記タービンホイール側の端が、
シャフトシールリング（またはピストンリング）によっ
てシールされ、このシャフトシールリングは、タービン
ホイールの背後でシャフトに設けられた環状溝内に位置
している。上記シャフトシールは、上記軸受潤滑装置か
らタービンハウジングに油が漏れて、青い煙と、排気管
からのオイル漏れとが生じることを防止すると共に、上
記軸受ハウジングに、過熱や軸受寿命に敵対する効果を
与える排気ガス汚染が生じることを防止している。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】この慣用のシャフトシ
ール装置には、上記ターボチャージされたエンジンが、
上記タービンの下流位置に配置されたエンジンブレーキ
弁を有する点で、問題が生じ得る。上記エンジンブレー
キが作動されるとき、上記排気ガスラインの背圧が上昇
し、したがって、タービンホイールハウジング中の圧力
が上昇して、４〜５気圧（bar）に達し得る。したがっ
て、上記タービンホイールの背後の圧力が増大するの
で、上記シャフトシールリングが内向きに押し動かされ
得る。この動きは、上記シャフトの高い回転速度と合わ
さって、シャフトシールリングに過熱と破壊を引き起こ
す過度の摩擦加熱を生じ得る。この動きは、また、上記
リングを上記孔の中で動き易くして、上記シールに急な
破損を引き起こす。この問題は、特に、上記シールリン
グが「嵌り込む」前のエンジン／ターボチャージャのな
らし運転の期間において、著しい。
【０００６】本発明の目的は、上記問題を回避または軽
減することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１の面によれ
ば、エンジンスロットルが閉じられたとき、ターボチャ
ージャで過給された内燃機関からの排気ガスの流れを妨
げて作動する排気ブレーキのための制御装置であって、
上記制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を測
定するための手段を含み、車両のスロットルが閉じられ
ており、かつ、上記ターボチャージャの回転速度が所定
の閾値よりも低いときのみに、上記排気ブレーキを作動
させるように動作可能であることを特徴とする。
【０００８】本発明の第２の面によれば、エンジンスロ
ットルが閉じられたときに、ターボチャージャで過給さ
れた内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて作動する排
気ブレーキ装置のための制御装置であって、この制御装
置は、上記エンジンスロットルの閉鎖に従って、所定時
間の間、上記排気ブレーキの作動を遅らせるように動作
可能であることを特徴とする。
【０００９】排気ブレーキ装置の起動（activation）に
続いて、排気ブレーキの作動（application）を遅らせ
るという簡単な処置によって、本発明は、タービンハウ
ジング中の背圧が、例えば上述のシールリングなどのよ
うなタービン端のシール装置を動かすことができる力を
発揮するのに十分なレベルに上昇する前に、ターボチャ
ージャのシャフトの速度を有効に低下させることができ
る。これは、上記シールの構成部品の摩耗を大幅に減少
させる。
【００１０】この発明は、例えばエンジンスロットルを
緩めること等によって排気ブレーキが自動的に起動する
ような排気ブレーキ装置や、例えばペダルを押し下げる
ような人力の動作が必要な排気ブレーキ装置に適用され
てもよい。後者の場合、スロットルの閉鎖とブレーキの
作動との間には、既にいくらかの遅れが存在するであろ
うが、本発明による装置は、上記遅れが十分になること
を確実にするように働き、これによって、上記タービン
の速度を、上述のシールの摩耗を防ぐのに十分な程度に
落とすことができる。本発明は、排気ブレーキの起動信
号または起動（例えばスロットルを閉じる、または、ブ
レーキペダルを押し下げるなどの動作）と、実際の排気
ブレーキの作動（排気ブレーキ弁を閉じることによる作
動）との間に、遅れを導入するように働く。換言すれ
ば、ブレーキ装置の起動と、排気ブレーキ弁の閉鎖との
間に、遅れを導入するのである。
【００１１】上記遅れは、予め定められたものでもよ
く、あるいは、スロットルを閉じる直前の、または、排
気ブレーキを働かせた後に観測されたターボチャージャ
の回転速度の関数でもよい。
【００１２】例えば、本発明の１実施形態は、エンジン
スロットルが閉じられたときに、ターボチャージされた
内燃機関からの排気ガスの流れを妨げて働く排気ブレー
キのための制御装置であって、この制御装置は、上記タ
ーボチャージャの回転速度を測定するための手段を含
み、車両のスロットルが閉じられ、かつ、上記ターボチ
ャージャの回転速度が閾値よりも低いときのみに、上記
排気ブレーキを作動させるように働く。
【００１３】また、本発明は、上記エンジンスロットル
の閉鎖によってターボチャージされた内燃機関からの排
気ガスの流れを妨げて働くエンジン排気ブレーキの制御
動作方法を提供し、この方法は、上記スロットルの閉鎖
と、エンジン排気ブレーキの作動との間に、遅れを導入
することを含む。
【００１４】例えば、本発明の１実施形態では、上記方
法は、ターボチャージャの回転速度、または、ターボチ
ャージャエンジンのスピードを示すエンジンパラメータ
を観測する過程と、上記スロットルが閉じられ、かつ、
上記ターボチャージャのスピードが閾値よりも低下した
ときのみに、上記排気ブレーキを働かせる過程とを備え
る。
【００１５】上記スロットルが「閉じ状態」のとき、燃
料の供給は完全に停止される必要はなく、むしろ、燃料
の供給はアイドルレベルまで低下するのがよい。この明
細書において、スロットル閉鎖の言及は、それに応じて
解釈される。例えば、車両についてのスロットル閉鎖の
動作は、一般的に、車両の運転手によるスロットルペダ
ルの開放を意味する。
【００１６】本発明の他の目的および利点は、以下の記
述から明らかであろう。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、添付の図面を参照して、例
示のみによって、本発明の詳細な実施形態が説明され
る。
【００１８】図１は、ターボチャージャの部分の概略断
面図であり、ジャーナル軸受４に支持されて軸受ハウジ
ング３を貫通して延びるターボチャージャシャフト２に
搭載されたタービンホイール１を示している。上記シャ
フト２のタービン端は、軸受ハウジング３について、上
記シャフト２に輪郭が示された環状溝６中に位置するシ
ャフトシールリング５によって、シールされている。こ
の例において、上記軸受ハウジングの孔７には、環状肩
８の輪郭をなすように、径が減じる切り込みがつけられ
ている。このアセンブリは、もっぱら慣用である。ター
ボチャージャの構成の詳細の殆どは、本発明には関連が
無いと思われるので、図示されていない。
【００１９】従来の排気ブレーキ制御装置では、排気ブ
レーキは、エンジンスロットルが閉じられると、直ちに
自動的に働かされていた。これによって、タービンホイ
ールの背面のタービンハウジング中における圧力の急激
な上昇が生じ、これがシールリング５を内向きに押圧し
ていた。上記タービンホイールおよびシャフトの高回転
速度に結びついた、上記環状溝６中でのシールリング５
の軸方向の動きは、過剰な摩擦の加熱を引き起こして、
上記シールを急に摩耗させて早期の損傷に導く。本発明
は、この結果を、スロットルの閉鎖と排気ブレーキの作
動との間に、遅れを導入するという簡単な処置によっ
て、大幅に削減する。
【００２０】図２を参照すると、上記スロットルが時間
＝０で閉じられた場合、上記タービンホイール／シャフ
トの速度がどのように低下するかを示している。従来の
自動排気ブレーキ制御装置は、上記排気ブレーキが直ち
にかけられるので、線Ｐ１で示されるように、上記ター
ビンハウジング中で圧力が迅速に上昇する。本発明（予
め定められた時間の遅れを導入すること、または、上記
ターボチャージャが所定の速度よりも低下するまで待つ
ことのいずれも）に従って、排気ブレーキの作動を遅ら
せることの効果は、圧力線Ｐ２で示されている。比較的
短い時間の遅れＴＤ（典型的には０．１から２秒のオー
ダーである）が、上記シールリングに実質的に軸方向の
力を作用させるのに必要となる圧力レベルに達しないよ
うに、上記タービン速度をかなり低下させるのに、十分
である。したがって、これによって、上記シールリング
が動いて生じる摩擦熱が減少し、シールリングの摩耗が
大幅に減少する。
【００２１】本発明は、排気ブレーキが、スロットルが
閉じられたときに自動的に起動させられるような排気ブ
レーキ装置に限定されるものではない。例えば、ブレー
キペダルを押し下げるような、排気ブレーキの手動での
起動が必要な装置において、この手動の起動に続いて、
ターボチャージャの速度が必要なだけ減少するのに十分
な遅延が確実に存在するように、遅れが導入される。
【００２２】当業者は、本発明を、多数の方法で実行す
ることができるであろう。例えば、最新のマイクロプロ
セッサ制御のエンジン制御装置において、スロットルの
閉鎖とエンジンブレーキの作動との間で必要な遅延は、
上記エンジン制御装置に直ちにプログラムされ得るであ
ろう。上記遅延は、上記スロットルの閉鎖に続く固定さ
れた間の時間としてプログラムされてもよく、また、上
記スロットルの閉鎖の直前におけるエンジンおよび／ま
たはターボチャージャの速度に関連付けられてもよい。
例えば、上記エンジン制御装置は、エンジン速度または
ターボチャージャ速度と、必要である排気ブレーキ時間
の遅延とを関連付けた「照合テーブル（look-up tabl
e）」を組み込んでもよい。
【００２３】あるいは、上記ターボチャージャの回転速
度は、上記排気ブレーキ制御装置に信号を提供する適切
なセンサから直接観察され、上記スロットルが閉じら
れ、かつ、上記観察されたターボチャージャの速度が予
め定められた値に低下したときに、上記排気ブレーキが
働かされる。同様に、上記排気ブレーキ制御装置は、上
記ターボチャージャの速度を示す排気ガスマニホールド
の圧力のような、エンジンの他のパラメータを観察する
こともできる。排気ブレーキの作動が、ターボチャージ
ャの回転速度の測定から直接制御される本発明の実施形
態では、幾つかの場合、スロットルが閉じられたとき、
ターボチャージャの速度が既に閾値以下であり、車両の
スロットルの閉鎖と排気ブレーキの作動との間に遅延時
間が無くてよい場合があり得る。
【００２４】上記排気ブレーキ制御装置を従来の他のエ
ンジン制御装置に組み込むのが好都合である場合、上述
のいずれの他の方法において、スロットルの閉鎖に応じ
る別途の制御装置が設けられ得ると思われる。
【００２５】上記遅延の正確な継続時間は、個々のター
ボチャージャ装置に適合するように変化させてよいが、
全般的に、排気ブレーキの性能を大幅に落とすことな
く、シールリングの摩耗を制限する要求に妥当するもの
がよい。
【００２６】シャフトシールリングの摩耗に対する排気
ブレーキの背圧の影響は、エンジン／ターボチャージャ
のならし期間の間に顕著であると言われている。したが
って、本発明の所定の実施形態では、上記エンジン／タ
ーボチャージャのライフサイクルにおける限定された期
間のみの間、エンジンブレーキの作動に遅延を導入する
ように設計されてもよい。例えば、予め定められたマイ
ル数の走行のみの間（エンジン／車両の耐用期間中に、
ターボチャージャリング、または、ターボチャージャ全
体が取りかえられたとき、リセットの可能性を有し
て）、排気ブレーキ遅延が作動するようにプログラムす
ることができる。
【００２７】要約すれば、本発明の本質は、スロットル
の閉鎖に従う排気ブレーキの作動と、排気ブレーキ装置
（自動、または、手動の作動が必要であるもののいずれ
でもよい）の起動との間に遅延を導入するという思想に
あり、当業者は、異なる適用例に適合するように、本発
明を様々な異なる方法で導入することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 図１は、タービンホイール／軸受ハウジング
アセンブリの一部の断面図である。
【図２】 図２は、エンジンスロットルが閉じられた
ときの、タービンホイール速度の低下に対するタービン
での圧力上昇の割合を説明する図表である。
【符号の説明】
１ タービンホイール ２ シャフト ３ 軸受ハウジング ４ ジャーナル軸受 ５ シールリング ６ 環状溝 ７ 孔 ８ 環状肩
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ケン・ボール イギリス、エイチディ１・６アールエイ、 ハッダーズフィールド、セント・アンドリ ュース・ロード、ホルセット・エンジニア リング・カンパニー・リミテッド内 (72)発明者 ピエール・フレンチ イギリス、エイチディ１・６アールエイ、 ハッダーズフィールド、セント・アンドリ ュース・ロード、ホルセット・エンジニア リング・カンパニー・リミテッド内 Ｆターム(参考） 3G005 EA16 FA13 FA27 GB26 HA19 JA06 JA28 JA40 JB09 3G065 AA01 AA03 AA10 CA24 EA05 FA04 GA06

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 エンジンスロットルが閉じられたとき
    に、ターボチャージャで過給された内燃機関からの排気
    ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキのための制御
    装置であって、この制御装置は、上記ターボチャージャ
    の回転速度を測定するための手段を含み、車両のスロッ
    トルが閉じられており、かつ、上記ターボチャージャの
    回転速度が所定の閾値よりも低いときのみに、上記排気
    ブレーキを作動させるように動作可能であることを特徴
    とする制御装置。
  2. 【請求項２】 請求項１に記載の制御装置において、 上記ターボチャージャの速度が上記所定の閾値よりも低
    くなると、上記排気ブレーキは、上記スロットルの閉鎖
    に従って自動的に作動されることを特徴とする制御装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項１または２に記載の制御装置にお
    いて、 上記ターボチャージャの回転速度を測定するための手段
    は、上記ターボチャージャの回転速度を、直接、また
    は、上記ターボチャージャの速度を示すエンジンのパラ
    メータから観測するための手段を含むことを特徴とする
    制御装置。
  4. 【請求項４】 エンジンスロットルが閉じられたとき
    に、ターボチャージャで過給された内燃機関からの排気
    ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキ装置のための
    制御装置であって、この制御装置は、上記エンジンスロ
    ットルの閉鎖に従って、所定時間の間、上記排気ブレー
    キの作動を遅らせるように動作可能であることを特徴と
    する制御装置。
  5. 【請求項５】 請求項４に記載の制御装置において、 上記所定時間は、予め定められていることを特徴とする
    制御装置。
  6. 【請求項６】 請求項４または５に記載の制御装置にお
    いて、 上記所定時間は、上記スロットルの閉鎖の直前における
    上記ターボチャージャの回転速度の関数であり、 この制御装置は、上記ターボチャージャの回転速度を、
    直接、または、上記ターボチャージャの速度を示すエン
    ジンのパラメータから観測するための手段を含むことを
    特徴とする制御装置。
  7. 【請求項７】 請求項４乃至６のいずれか１つに記載の
    制御装置において、上記ターボチャージャの回転速度
    を、直接、または、上記ターボチャージャの速度を示す
    エンジンのパラメータから継続的に観測するための手段
    を含み、 上記スロットルが閉じられ、かつ、上記観測されたター
    ボチャージャの速度が予め定められた値よりも低下した
    ときのみに、上記排気ブレーキが作動されることを特徴
    とする制御装置。
  8. 【請求項８】 請求項４乃至７のいずれか１つに記載の
    制御装置において、 この制御装置は、上記ターボチャージャのライフサイク
    ルの限定された期間の間、上記遅れを導入するように動
    作可能であることを特徴とする制御装置。
  9. 【請求項９】 請求項４乃至８のいずれか１つに記載の
    制御装置において、 上記排気ブレーキは、上記期間の終了の後、上記スロッ
    トルの閉鎖に従って自動的に作動されることを特徴とす
    る制御装置。
  10. 【請求項１０】 ターボチャージャと、エンジンスロッ
    トルの閉鎖に従って、上記ターボチャージャの下流にお
    ける排気ガスの流れを妨げて作動する排気ブレーキとを
    備えた内燃機関において、 請求項１乃至９のいずれか１つの制御装置を備えたこと
    を特徴とする内燃機関。
  11. 【請求項１１】 エンジンスロットルの閉鎖によって、
    ターボチャージャで過給されたエンジンからの排気ガス
    の流れを妨げて作動するエンジンブレーキの作動制御方
    法であって、 上記ターボチャージャの回転速度、または、ターボチャ
    ージされたエンジンの速度を示すエンジンパラメータを
    観測する過程と、 上記エンジンスロットルが閉じられ、かつ、上記ターボ
    チャージャの速度が所定の閾値よりも低下したときのみ
    に、上記排気ブレーキを作動させる過程とを備えること
    を特徴とするエンジンブレーキの作動制御方法。
  12. 【請求項１２】 エンジンスロットルの閉鎖によって、
    ターボチャージャで過給されたエンジンからの排気ガス
    の流れを妨げて作動するエンジン排気ブレーキの作動制
    御方法であって、 上記スロットルの閉鎖と、上記エンジン排気ブレーキの
    作動との間に、遅延を導入することを特徴とするエンジ
    ン排気ブレーキの作動制御方法。
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