JPH0528352Y2

JPH0528352Y2 -

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Publication number: JPH0528352Y2
Application number: JP1985148064U
Authority: JP
Priority date: 1985-09-30
Filing date: 1985-09-30
Publication date: 1993-07-21
Anticipated expiration: 2000-09-30
Also published as: JPS6257747U

Description

【考案の詳細な説明】［考案の技術分野］本考案は排気通路を閉塞することによつてエン
ジンブレーキ力を増大させる排気ブレーキ装置に
係り、特にそのブレーキ力の増大化を図つた排気
ブレーキ装置に関する。

［従来の技術］周知のように、貨物自動車等の車両にあつて
は、エンジンの排気通路を閉塞することによつて
そのエンジンブレーキ力を増大させる所謂排気ブ
レーキ装置が広く使用されている。

第１３図は従来の排気ブレーキ装置１を備えた
エンジンの概略構成図であり、第１４図はその排
気ブレーキ装置１の作動時の状態を示す模式図で
ある。図示するように、排気ブレーキ装置１は、
各気筒＃１，＃３，＃５……の排気ポート＃１
ａ，＃３ａ，＃５ａに連結されてそれらを集合す
る排気マニホールド２の直管部２ａにその排気通
路３を閉塞させる排気ブレーキ弁４を設けたもの
である。排気ブレーキの作動原理を第１４図で説
明すると、＃３気筒は排気行程にあり、排気ガス
を押し出している。本来ならば排気ガスは排気マ
ニホールド２を通じて大気に放出されるはずであ
るが、排気マニホールド２が排気ブレーキ弁４で
閉塞されているため、その排気マニホールド２内
に充填されることになる。これが各気筒＃１，
＃３，＃５……毎に繰り返されることにより排気
通路３内の圧力は高まつていき最終的にはある一
定の圧力で安定する。即ち、排気通路３内の圧力
は各気筒＃１，＃３，＃５の排気バルブ５＃１，
５＃３，５＃５に作用してこれを押し下げようと
する。ところが、＃５気筒のように圧縮行程（膨
張行程でも同じ）にあると、その気筒内圧力は排
気通路３内圧力よりも高く、排気バルブ５＃５は
開放されることがない。一方、＃１気筒のように
吸気行程にあると、排気バルブ５＃１の閉成力は
バルブスプリング６のセツトフオースのみとなつ
ており、このセツトフオースよりも排気管内圧力
による押し下げ力が勝ると排気バルブ５＃１は開
放されてしまう。すると排気通路３内の排気ガス
は気筒＃１内に流れ込み、これにより排気通路３
内の圧力が低下してその押し下げ力がバルブスプ
リング６のセツトフオースより下まわると排気バ
ルブ５＃１は閉じることになる。そして、この一
連の作動が各気筒＃１，＃３，＃５……毎に繰り
返されて排気通路３内の圧力は略一定となる。

他方エンジンはその一定となつた排気通路３内
の圧力に打ち勝つて排気しようとし、そのエネル
ギが制動力となつてそのエンジンブレーキ力が増
大される。

つまり、その増大分が排気ブレーキ力となつて
いる。従つて、排気ブレーキ力は同一のエンジン
であるならば排気通路３内の圧力によつて決定さ
れることになる。

［考案が解決しようとする問題点］ところで、本出願人は、排気ブレーキ力が単に
排気通路３内の圧力によつてのみ決定されるもの
ではなく、その排気通路３内に生ずる排気脈動の
影響を受けていることを種々の実験により知得し
た。つまり、排気脈動の山（マキシマムピーク
圧）が吸気行程中の排気バルブ５＃１に作用して
しまうと、排気バルブ５＃１は排気通路３内圧力
の平均値が所期の開弁設定圧力値に達する以前に
開放してしまい、所望の排気ブレーキ力が得られ
なくなることを知得した。

これにより本出願人は、先に実開昭56−22437
号公報において、各気筒間の排気脈動の干渉を防
止するようにしてその排気ブレーキ力を確保でき
るようにした「自動車の排気ブレーキ装置」を提
案した。

しかしながら、近年の傾向としてエンジンのタ
ーボ過給機等による高出力化に伴ない、その出力
の増加分に対して排気ブレーキ力が不足し始めて
きた。即ち、排気ブレーキ力はエンジン排気量自
体に依存するため、ターボ過給機等の装着によつ
てエンジンの出力を増大させた場合、排気ブレー
キ力は増大されることなく必然的にその出力の増
加分に対する制動力はフツトブレーキに頼ること
になる。このため、フツトブレーキの摩耗が速く
なるという問題が生じており、その耐久性を高め
る上でも排気ブレーキ力を更に強化することが望
まれるようになつてきた。

［考案の目的］本考案は上記実情を考慮して創案されたもので
あり、その目的は排気ブレーキ力を排気脈動の利
用によつて増大させることができる排気ブレーキ
装置を提供することにある。

［考案の概要］本考案は上記目的を達成するために、多気筒内
燃機関の各排気ポートを排気干渉し難い気筒毎に
分割マニホールドで集合させ、各分割マニホール
ドを直管部を介して集合管で更に集合し、その集
合管の下流に管路を開閉する排気ブレーキ弁を設
けた排気ブレーキ装置において、上記分割マニホ
ールドの直管部の長さが、機関高速回転時に排気
ブレーキ弁を閉じたときその排気ブレーキ弁と各
気筒の排気バルブとの間の排気通路内に脈動的に
生じる排気脈動のガス圧の低い谷部が吸気行程中
の気筒の排気バルブに作用する長さに形成されて
いることを特徴としている。

この構成によれば、機関の高速回転時に排気ブ
レーキを作動させると、吸気行程にある気筒の排
気バルブには排気脈動の谷部（ガス圧が低い）が
作用するので、その排気バルブが開放し難くな
り、もつて排気通路内の平均圧力が上昇し、排気
ブレーキ力が増大する。

［実施例］以下、本考案の好適一実施例をＶ型10気筒エン
ジンを例にして添付図面に基づき詳述する。

第１図において、１０はＶ型10気筒の多気筒エ
ンジンであり、図示する上方の左バンク１１に
＃２，＃４，＃６，＃８，＃１０の５つの気筒が
下方の右バンク１２に＃１，＃３，＃５，＃７，
＃９の５つの気筒がそれぞれ配設されている。こ
の各気筒＃１，＃２，……＃９，＃１０は、その
点火順序が第２図に示すように＃１→＃８→＃７
→＃６→＃５→＃４→＃３→＃１０→＃９→＃２
となつており、左右のバンク１１，１２の気筒が
交互に点火するようになつている。そして右バン
ク１２では＃１→→＃７→＃５→＃３→＃９の気
筒順に、左バンク１１では＃２→＃８→＃６→
＃４→＃１０の気筒順に点火するようになつてお
り、右バンク１２と左バンク１１とでは各気筒の
点火順序は対称になつている。このため第１図に
示すように排気系は右バンク１２と左バンク１１
とが分離独立されて設けられ、その右バンク１２
側の排気系１３ａと左バンク１１側の排気系１３
ｂとは対称に形成されてそれら各排気系１３ａ，
１３ｂに排気ブレーキ装置が設けられている。

以降、その右バンク１２側の排気系１３ａの排
気ブレーキ装置１４について説明する。図示する
ように、排気ブレーキ装置１４は、各気筒＃１，
＃３，＃５，＃７，＃９からの排気ガスを集合し
て流すための排気通路１５を形成する排気管１６
と、その排気管１６に設けられて各気筒＃１，
＃３，＃５，＃７，＃９からの排気ガスが集合さ
れた後の排気通路１５を閉塞する排気ブレーキ弁
２１とで構成される。

排気管１６の排気マニホールド１７は、複数
（本実施例では２つ）の分割マニホールド１７ａ，
１７ｂに分割形成され、その各分割マニホールド
１７ａ，１７ｂの分岐管１８＃１，１８＃３，１
８＃５と１８＃７，１８＃９とがそれぞれ各気筒
＃１，＃３，＃５と＃７，＃９との排気ポート
＃１ａ，＃３ａ，＃５ａと＃７ａ，＃９ａとに接
続される。各分割マニホールド１７ａ，１７ｂは
その直管部１９ａ，１９ｂが更に集合管２０で集
合され、その集合管２０の集合部の下流に排気ブ
レーキ弁２１が設けられる。

各分岐管１８＃１，１８＃３，１８＃５，１８
＃７，１８＃９は、それらが接続される各気筒
＃１，＃３，＃５，＃７，＃９からの排気脈動の
谷（ミニマムピーク圧）が、他の吸気行程中の気
筒の排気バルブ（図示せず）に作用し易いもの同
士にグループ化されて、分割マニホールド１７
ａ，１７ｂとして一体成形される。即ち、排気干
渉を起こし易い吸気行程前半に位置する気筒と排
気行程後半に位置する気筒とは、なるべく同一グ
ループ化しないようにして、できる限り排気脈動
の山（マキシマムピーク圧）が吸気行程前半の排
気バルブには作用しないようにする。つまり第２
図において、＃９気筒に対して＃１気筒、＃１気
筒に対して＃７気筒、＃７気筒に対して＃５気
筒、……はなるべく同一グループ化しないように
する。従つて本実施例では＃１，＃５，＃３気筒
群（理想的には＃５気筒と＃３気筒とは分離させ
た方が良い。）と＃７，＃９気筒群との２つのグ
ループに分けて分割マニホールド１７ａ，１７ｂ
を形成している。また、各分割マニホールド１７
ａ，１７ｂは更に集合管２０で集合され、その集
合管２０で全ての気筒＃１，＃３，＃５，＃７，
＃９からの排気ガスが合流された直後の合流部の
下流に排気ブレーキ弁２１が設けられている。

第３図〜第６図に示すグラフは上述のように分
割形成した排気マニホールド１７の排気通路１５
内の圧力変動（圧力波）を推定したものである。
この圧力波を推定するにあたつては、その条件と
して次の５項目を仮定している。

各気筒＃１，＃３，＃５，＃７，＃９の排気
行程で排気通路１５内圧力を上昇させる期間は
クランク過度で180°とする。

各気筒＃１，＃３，＃５，＃７，＃９で発生
した基本圧力波は排気ブレーキ弁２１（即ち、
排気通路１５の閉塞端）で反射する。

圧力波が分割マニホールド１７ａ，１７ｂの
合流部（集合管２０）を通過するときは減衰率
0.8で減衰する。即ち、同一分割マニホールド
１７ａ（または１７ｂ）間では各分岐管１８
＃１，１８＃３，１８＃５または１８＃７，１
８＃９の合流部で減衰は生じないものとみな
す。

圧力波の反射は４回で終了する。

排気温度は400℃とし伝波速度は音速とする。

先ず、これらの仮定条件を基にして各気筒
＃１，＃３，＃５，＃７，＃９の排気行程で発生
する排気ブレーキ弁２１の閉塞時の圧力波を推定
すると第３図のグラフになる。

即ち、このグラフ中でａで示される三角形は排
気行程によつて直接的に発生する基本圧力波であ
り、ｂ，ｃ，ｄはその反射後で、これらを合成し
て各気筒＃１，＃３，＃５，＃７，＃９の排気行
程で発生する圧力波Ａが得られる。また同様にし
て、その圧力波Ａが排気ブレーキ弁２１で反射し
て他方の分割マニホールドに伝波したとき（例え
ば分割マニホールド１７ａ側で発生した圧力波Ａ
が他方の分割マニホールド１７ｂ側に伝波したと
き）の圧力波Ｂは第４図のグラフに示されるよう
になる。

従つて、それら圧力波Ａと圧力波Ｂとを、各気
筒＃１，＃３，＃５，＃７，＃９の排気バルブの
開閉タイミングに合わせて、かつ伝波時間をも考
慮して合成すれば、各気筒の排気ポート＃１ａ，
＃３ａ，＃５ａ，＃７ａ，＃９ａ部に生じる圧力
波を推定できる。第５図のグラフは＃１気筒の排
気ポート＃１ａ部に生ずる圧力波Ｃの推定グラフ
であり、第６図のグラフは＃７気筒の排気ポート
＃７ａ部に生ずる圧力波Ｄの推定グラフである。

第５図のグラフで絶対的に基準となるのは、各
吸・排気バルブの開閉タイミングと＃１気筒から
の圧力波Ａ＃１であり、他の圧力波Ａ＃５，Ａ
＃３，Ａ＃７，Ａ＃９は、それぞれ分岐管１８
＃１，１８＃３，１８＃５，１８＃７，１８＃９
部の長さ及び各分割マニホールド１７ａ，１７ｂ
の直管部１９ａ，１９ｂの長さとを各々の圧力波
の伝波時間を考慮して決定することにより、その
始期をある程度任意に調節できる。このグラフで
重要な点は、＃１気筒の吸気バルブの開放時（吸
気行程中）には、その排気ポート＃１ａ部に排気
脈動（圧力波ｃ）の谷（ミニマムピーク圧）２２
部を作用させるようにすることであり、少なくと
も排気脈動（圧力波ｃ）の山（マキシマムピーク
圧）２３部は、吸気行程後半以降の吸気バルブ閉
成直前に作用させるようにする。そして、これら
のことは、他の気筒＃３（本実施例の場合＃５気
筒は例外）についても言えることで、その気筒
＃３の吸気行程時には、その排気ポート＃３ａ部
に排気脈動の谷を作用させるようにする。

また、上記のことは、第６図のグラフに示され
る他方の分割マニホールド１７ｂ側の各気筒
＃７，＃９についても全く同様である。

即ち、排気マニホールド１７は、各分岐管１８
＃１，１８＃３，１８＃５，１８＃７，１８＃９
部の長さ、及びそれらをグループ化する分割マニ
ホールド１７ａ，１７ｂのグルーピングのし方、
乃至その分割マニホールド１７ａ，１７ｂの各直
管部１９ａ，１９ｂの長さとを適切に設定して、
各気筒＃１，＃３，＃５，＃７，＃９の吸気行程
時にその各排気ポート＃１ａ，＃３ａ，＃５ａ，
＃７ａ，＃９ａ部（即ち、各排気バルブ）に排気
脈動の谷が作用するよう分割形成する。

尚、第７図のグラフは、Ｖ型８気筒エンジンの
一方のバンクのある気筒における排気ポート部の
実測値の排気脈動の圧力波形（実線）と、上記の
推定方法で得られた排気脈動の推定圧力波形（破
線）とを比較したものである。この結果、実測波
形と推定波形とではその高圧波、低圧波の位相が
定性的に一致しており、第５図及び第６図の推定
波形Ｃ，Ｄは充分に妥当性のあるものと評価でき
る。

次に、本考案の作用について説明する。

第５図及び第６図のグラフに示すように、本考
案の排気ブレーキ装置１４は、排気ブレーキの作
動時つまり排気ブレーキ弁２１を閉塞したとき
に、各気筒の排気ポート＃１ａ，＃３ａ，＃５
ａ，＃７ａ，＃９ａ部にはその各気筒の吸気行程
時に排気脈動の谷２２部が作用するようになつて
おり、もし山２３部が作用する場合でも吸気行程
後半の吸気バルブの閉成直前に作用するようにな
つている。特に、第６図では、＃７気筒の吸気バ
ルブ開放時及び＃９気筒の吸気バルブ開放時に
は、排気脈動の山（マキシマムピーク圧）２３部
は全く作用しないようになつている。従つて、そ
の吸気行程中に排気ポート＃７ａ，＃９ａ部に作
用する排気脈動の谷２２，２２部の最大圧力が、
排気バルブの開弁圧力（バルブスプリングのセツ
トフオースによつて決まる。）以上になるまで、
排気バルブは閉成されたまま維持されるようにな
り、その結果、排気ポート＃７ａ，＃９ａ（排気
通路１５）内の平均圧力は高く保たれて排気ブレ
ーキ力が増大されるようになる。また第５図で
は、吸気行程中の気筒の排気ポート部に排気脈動
の山（マキシマムピーク圧）２３部が作用してい
るが、＃５気筒の吸気行程を例外として、＃１気
筒及び＃３気筒は共にその吸気行程後半の吸気バ
ルブの閉成直前に排気ポート＃１ａ，＃３ａ部に
排気脈動の山２３，２３部が作用するようになつ
ている。従つてその吸気行程の終了間近に排気バ
ルブが開放しても、すぐに吸気バルブが閉じられ
るため排気ポート＃１ａ，＃３ａ（排気通路１５）
部から吸気ポートへと吹き返す排気ガス量は可及
的に低く抑えられ、その結果排気通路１５内の圧
力は高く維持されるようになつて排気ブレーキ力
が増大されるようになる。また、この場合には気
筒内に高圧の排気ガスが流入することになるの
で、次の圧縮行程でのポンピング負荷も増大され
てその排気ブレーキ力が増大されるようになる。

尚、第８図に示すように、分割マニホールド１
７ｃ，１７ｄ，１７ｅを３本以上設けるようにし
て、左右のバンク１１，１２の各気筒＃１，
＃３，＃５，＃７，＃９と＃２，＃４，＃６，
＃８，＃１０とをそれぞれ３つ以上のグループに
分割するようにしても良い。３つのグループに分
ける場合には、理想的には例えば右バンク１２側
では＃１，＃３気筒群と＃５気筒及び＃７，＃９
気筒群とに分割した方が良いが、図示するように
＃１気筒と、＃３，＃５気筒群、及び＃７，＃９
気筒群とに分割してもある程度排気ブレーキ力を
増大させる効果はある。

第９図のグラフは、第１図に示した２分割型の
排気マニホールド１７を有する排気ブレーキ装置
１４と、第８図に示した３分割型の排気マニホー
ルドを有する排気ブレーキ装置１４ａ及び従来か
ら一般的に採用されている第１３図に示す無分割
の標準型の排気マニホールド２を有する排気ブレ
ーキ装置１、乃至はその標準型の排気ブレーキ装
置１を装着したエンジンの排気バルブスプリング
を強化した場合のそれぞれの排気ブレーキ力の実
測値を比較した実験結果である。このグラフに明
確に表わされているように、標準型のものに対し
て２分割型及び３分割型は、エンジンスピードが
1400rpm以上になるとそのエンジンスピードの上
昇に伴つて排気ブレーキ力が増大されていくこと
が判る。すなわち、この２分割型及び３分割型の
排気ブレーキ力は、標準型と比較すると
1500rpm、2000rpm、2500rpm、3000rpmと機関
回転数が高回転になるにしたがつて増大してい
く。つまり、２分割型及び３分割型における直管
部１９ａ，１９ｂの長さは、機関の高回転域
（1400rpm以上）に合わせてチユーニングされて
いる。

第１０図のグラフは、第１図に示した２分割型
の排気ブレーキ装置１４と、その２分割型の各分
割マニホールド１７ａ，１７ｂにそれぞれ排気ブ
レーキ弁を装着したものとの、排気ブレーキ力及
び排気管内圧力（排気通路内圧力）とを比較した
実験測定値の結果である。この結果からは、分割
マニホールド１７ａ，１７ｂは更に集合させて一
つの排気マニホールド１７となした方が高い排気
ブレーキ力を得られることが判る。尚、グラフ中
に示される２５は標準型の排気ブレーキ装置の排
気ブレーキ力を示している。

第１１図は、第１図の２分割型の排気ブレーキ
装置１４において、各分割マニホールド１７ａ，
１７ｂとその集合管２０との間に継手パイプを設
けてそれぞれの分割マニホールド１７ａ，１７ｂ
の直管部１９ａ，１９ｂの長さを変更した場合の
排気ブレーキ力の変化を測定した実験結果であ
る。継手パイプには、その長さＬがL₁＝440mmの
もの、L₂＝32mmのもの、L₃＝120mmのもの、及び
L₄＝０mm（つまり継手パイプ無し）の４種類を
使用して測定している。この実験結果のグラフか
ら判ることは分割マニホールド１７ａ，１７ｂの
直管部１９ａ，１９ｂの長さを長くするとエンジ
ンスピードが増すにつれてその排気ブレーキ力が
より増大することである。尚、排気ブレーキ弁２
１を閉塞させないで、エンジンブレーキ力だけを
測定すると、グラフ中の２６に示されるように、
分割マニホールド１７ａ，１７ｂの直管部１９
ａ，１９ｂの長さの影響は全く生じなかつた。ま
た、第１１図のグラフには明確に表われていない
が、分割マニホールド１７ａ，１７ｂの直管部１
９ａ，１９ｂの長さと排気ブレーキ力が増大され
始めるエンジンスピード領域とは相関関係があ
り、その長さをより長くするとより低回転領域か
ら排気ブレーキ力が増大される傾向があることが
判つた。

第１２図は、第８図の３分割型の排気ブレーキ
装置１４ａにおいて、その各分割マニホールド１
７ｃ，１７ｄ，１７ｅの集合管２０部の形状を変
えた場合の排気ブレーキ力の測定実験結果であ
る。グラフ中の概略図に示すように、イは分割マ
ニホールド１７ｃ，１７ｄ，１７ｅを集合せずに
各々に排気ブレーキ弁２１を設けたもので、各分
割マニホールド１７ｃ，１７ｄ，１７ｅ間には排
気干渉が起こらない場合である。ロは各分割マニ
ホールドを同一内径のパイプで継いで閉塞させた
場合で、ハは集合管２０部をチヤンバにして容量
を大きく（約1000cm³）した場合、ニはそのチヤン
バの容量を小さく（約64cm³）した場合である。こ
の実験結果のグラフから判ることはロとニの性能
はほぼ同等で、ハはロとニに比べると若干性能が
落ち、イではハより更に悪くなり特に高速域では
ロとニに比べて約32％低下する。つまり、合流部
２０ａの形状による相違は生じないが、その合流
部２０ａの容積は小さい方が良いことが判る。

［考案の効果］以上要するに本考案によれば、機関の高速運転
状態において排気ブレーキ作動時の排気通路内平
均圧力を高く維持することができ、もつてその排
気ブレーキ力を可及的に増大させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案に係る排気ブレーキ装置の好適
一実施例を示す概略構成図、第２図は第１図に示
すエンジンの点火順序を説明する図、第３図は各
気筒から排出される排気ガスの圧力波形の推定グ
ラフ、第４図は第３図の圧力波の反射波の波形の
推定グラフ、第５図は＃１気筒の排気ポート部に
生ずる排気脈動の圧力波形の推定グラフ、第６図
は＃７気筒の排気ポート部に生ずる排気脈動の圧
力波形の推定グラフ、第７図はＶ型８気筒エンジ
ンにおける排気脈動の推定波形と実測波形とを比
較したグラフ、第８図は本考案の変形例を示す概
略構成図、第９図は従来の排気ブレーキ装置と本
考案による排気ブレーキ装置との排気ブレーキ力
の相違を示す実験測定値のグラフ、第１０図は分
割マニホールドを集合させた場合と集合させない
場合との排気ブレーキ力の相違を示す実験測定値
のグラフ、第１１図は分割マニホールドの直管部
の長さを変更したときに生じる排気ブレーキ力の
差異を示す実験測定値のグラフ、第１２図は分割
マニホールドの集合管の形状の相違による排気ブ
レーキ力の影響を示す実験測定値のグラフ、第１
３図は従来の排気ブレーキ装置の概略構成図、第
１４図は排気ブレーキの作動原理を説明する図で
ある。図中、＃１，＃２……＃１０は気筒、＃１ａ，
＃３ａ……＃９ａは排気ポート、１５は排気通
路、１７は排気マニホールド、１７ａ，１７ｂ…
…１７ｅは分割マニホールド、１８＃１，１８
＃３……１８＃９は分岐管、１９ａ，１９ｂは直
管部、２０は集合管、２１は排気ブレーキ弁であ
る。

Claims

【実用新案登録請求の範囲】

多気筒内燃機関の各排気ポートを排気干渉し難
い気筒毎に分割マニホールドで集合させ、各分割
マニホールドを直管部を介して集合管で更に集合
し、その集合管の下流に管路を開閉する排気ブレ
ーキ弁を設けた排気ブレーキ装置において、上記
分割マニホールドの直管部の長さが、機関高速回
転時に排気ブレーキ弁を閉じたときその排気ブレ
ーキ弁と各気筒の排気バルブとの間の排気通路内
に脈動的に生じる排気脈動のガス圧の低い谷部が
吸気行程中の気筒の排気バルブに作用する長さに
形成されていることを特徴とする排気ブレーキ装
置。