JPH0953470A - ターボチャージャ付ディーゼルエンジンの排気ブレーキ装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 高速回転域で懸念される排気バルブの異常挙
動を回避しつつ、中低速回転域のブレーキ力を高くでき
るターボチャージャ付ディーゼルエンジンの排気ブレー
キ装置を提供する。 【構成】 ターボチャージャ３のタービン３ａより下流
の排気通路２に排気ブレーキバルブ４を設ける。タービ
ン３ａより上流の排気通路３から排気ブレーキバルブ４
より下流の排気通路２に至る排気バイパス通路５にウェ
イストゲートバルブ６を設ける。エンジンの運転状態に
応答して排気ブレーキバルブ４およびウェイストゲート
バルブ６を開閉制御するコントローラ１４を設けたこと
により、エンジン１の中低速回転域での排気ブレーキの
作動時における排気通路２の密閉度を高くしつつ、エン
ジンの高速回転域での排気ブレーキの作動時の排気通路
２の密閉度を低くするようにした。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はターボチャージャ付
ディーゼルエンジンの排気ブレーキ装置に係り、特に、
常用回転域でのブレーキ力を増強できるようにした排気
ブレーキ装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】ターボチャージャ付ディーゼルエンジン
に排気ブレーキ装置を適用するに際して、従来では図７
に示したようにディーゼルエンジン１の排気通路２にタ
ーボチャージャ３のタービン３ａを設け、このタービン
３ａより下流の排気通路２に排気ブレーキバルブ４を設
けていた。そして、タービン３ａより上流の排気通路２
から分岐させた排気バイパス通路５の下流端をタービン
３ａより下流で排気ブレーキバルブ４より上流の排気通
路２に合流させたうえで、この排気バイパス通路５にウ
ェイストゲートバルブ６を取り付けていた。

【０００３】７はコントローラ、８はエアタンク、９は
排気ブレーキ制御用の電磁弁、１０は排気ブレーキバル
ブ４のアクチュエータとして設けたエアシリンダ、１１
はターボチャージャ３のコンプレッサ３ｂを設けた吸気
通路、１２はブースト圧センサ、１３は減圧弁、１４は
ウェイストゲートバルブ制御用の電磁弁、１５は減圧弁
１３および電磁弁１４を介してエアタンク８に接続した
ダイアフラムアクチュエータであり、前記ウェイストゲ
ートバルブ６を開閉作動させる。

【０００４】なお、コントローラ７には図示しない回転
センサおよび負荷センサから出力されたディーゼルエン
ジン１の回転信号、負荷信号およびブースト圧センサ１
２の出力信号などを制御情報として供給しており、これ
らの制御情報に基づいて排気ブレーキバルブ４およびウ
ェイストゲートバルブ６が開閉制御される。

【０００５】このような従来の排気ブレーキ装置におい
ては、コントローラ７から出力された制御信号に基づい
て排気ブレーキバルブ４が閉弁作動すると、排気通路２
が閉ざされて排気ポート内の圧力が上昇するために、エ
ンジンブレーキの効きが増大してブレーキ力が得られ
る。また、このようなブレーキ力の大きさは、排気ポー
ト内の圧力が上昇するにつれて大きくなり、排気ポート
内の圧力はディーゼルエンジン１の回転数が高くなるに
ともなって上昇し、このときの上昇率は排気ブレーキバ
ルブ４による排気通路２の密閉度が高くなるにともなっ
て大きくなる。

【０００６】従って、ディーゼルエンジン１の常用回転
域である中低速回転域でのブレーキ力を大きくすべく排
気ブレーキバルブ４による排気通路２の密閉度を高くし
た場合は、図８に一点鎖線で示したように高速回転域で
の排気ポート内の圧力が排気バルブの異常挙動限界より
も高くなって排気バルブの異常振動を招く可能性があ
る。また、高速回転域での運転時における排気ブレーキ
の作動時の排気ポート内の圧力を排気バルブの異常挙動
限界より低く抑えるべく排気ブレーキバルブ４による排
気通路２の密閉度を低くすると、同図に二点鎖線で示し
たように中低速回転域での排気ポート内の圧力も低くな
って充分なブレーキ力が得られないという不具合があっ
た。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上記実情に鑑
みてなされたものであって、高速回転域で懸念される排
気バルブの異常挙動を回避しつつ、中低速回転域のブレ
ーキ力を高くできるターボチャージャ付ディーゼルエン
ジンの排気ブレーキ装置を提供することを課題としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に本発明は、ターボチャージャのタービンより下流の排
気通路に排気ブレーキバルブを設ける一方、前記タービ
ンより上流の排気通路から分岐して排気ブレーキバルブ
より下流の排気通路に合流する排気バイパス通路を設け
ている。そして、排気バイパス通路にウェイストゲート
バルブを取り付けるとともに、ディーゼルエンジンの運
転状態に応答して前記排気ブレーキバルブおよびウェイ
ストゲートバルブを開閉制御するコントローラを設けた
ことを特徴としている。

【０００９】また本発明は、タービンより上流の排気通
路から分岐して排気ブレーキバルブより下流の排気通路
に合流する第１バイパス通路と、前記タービンより上流
の排気通路から分岐してタービンより下流で排気ブレー
キバルブより上流の排気通路に合流する第２バイパス通
路で排気バイパス通路を構成するとともに、両バイパス
通路にそれぞれウェイストゲートバルブを設けたことを
特徴としている。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下に本発明の実施形態を図に基
づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るターボチャ
ージャ付ディーゼルエンジンの排気ブレーキ装置の第１
実施形態を示すシステム図である。なお、図７に示した
従来例と同一機能を有する部分には同一の符号を付して
いる。

【００１１】図１において、ターボチャージャ３のター
ビン３ａより下流の排気通路２に排気ブレーキバルブ４
を設けている。また、タービン３ａより上流の排気通路
２から分岐して排気ブレーキバルブ４より下流の排気通
路２に合流する排気バイパス通路５を設け、この排気バ
イパス通路５にウェイストゲートバルブ６を取り付けて
いる。

【００１２】７はコントローラ、８はエアタンク、９は
排気ブレーキ制御用の電磁弁、１０は排気ブレーキバル
ブ４のアクチュエータとして設けたエアシリンダ、１１
はターボチャージャ３のコンプレッサ３ｂを設けた吸気
通路、１２はブースト圧センサ、１３は減圧弁、１４は
ウェイストゲートバルブ制御用の電磁弁、１５は減圧弁
１３および電磁弁１４を介してエアタンク８に接続した
ダイアフラムアクチュエータであり、前記ウェイストゲ
ートバルブ６を開閉作動させる。

【００１３】なお、コントローラ７には図示しない回転
センサおよび負荷センサから出力されたディーゼルエン
ジン１の回転信号、負荷信号およびブースト圧センサ１
２の出力信号などを制御情報として供給しており、これ
らの制御情報に基づいて排気ブレーキバルブ４およびウ
ェイストゲートバルブ６が開閉制御される。

【００１４】上記のような構成になるターボチャージャ
付ディーゼルエンジンの排気ブレーキ装置において、デ
ィーゼルエンジン１が通常の状態で運転されているとき
は、コントローラ７は、排気ブレーキバルブ４を開弁保
持させて排圧の上昇を予防しつつ、ウェイストゲートバ
ルブ６を閉弁保持させて排気の全量をタービン３ａに供
給することにより、ターボチャージャ３を稼働させて従
来公知の過給作用を行なわせる。

【００１５】なお、このような過給作用を行なわせるに
際して、ディーゼルエンジン１が高速回転域で運転され
てブースト圧が予め定めた値より高くなると、コントロ
ーラ７から出力された制御信号でウェイストゲートバル
ブ６を開弁させて排気をバイパスさせることにより、タ
ービン３ａに供給される排気の流量を減少補正してブー
スト圧が必要以上に上昇することを防止する。

【００１６】一方、排気ブレーキの作動時はコントロー
ラ７から排気ブレーキ作動信号が出力されると、電磁弁
１４は閉弁状態を維持してウェイストゲートバルブ６を
閉弁保持させるものの、電磁弁９が開いてエアタンク８
のエアをエアシリンダ１０に供給して排気ブレーキバル
ブ４を閉弁作動させる。すると、排気通路２が閉ざされ
て排気ポート内の圧力が上昇するために、エンジンブレ
ーキの効きが増大して所定のブレーキ力が得られる。

【００１７】ところで、このようにして得られるブレー
キ力の大きさは、排気ポート内の圧力が上昇するにつれ
て大きくなる。また、排気ポート内の圧力はディーゼル
エンジン１の回転数が高くなるにともなって上昇し、こ
のときの上昇率は排気ブレーキバルブ４による排気通路
２の密閉度が高くなるにともなって大きくなる。

【００１８】従って、このようにして得られるブレーキ
力を大きくすべく排気ブレーキバルブ４に設ける逃し孔
などを小さくして排気通路２の密閉度を高くすると、デ
ィーゼルエンジン１の常用回転域である中低速回転域で
のブレーキ力を大きくすることができる。ところが、こ
の場合は排気の流量が増加する高速回転域において排気
ポート内の圧力が排気バルブの異常挙動限界よりも高く
なってしまうために、排気バルブの異常振動を招く可能
性がある。

【００１９】しかしながら、このようにディーゼルエン
ジン１が高速回転域で運転されているときは、電磁弁１
４を開弁させる旨の制御信号がコントローラ７から出力
される。すると、電磁弁１４が開弁作動してエアタンク
８のエアをダイアフラムアクチュエータ１５に供給す
る。従って、排気ブレーキの作動時においてディーゼル
エンジン１が高速回転域で運転されている場合は、ウェ
イストゲートバルブ６が同図に二点鎖線で示したように
開弁作動するために排気バイパス通路５が開かれる。

【００２０】このようにして排気バイパス通路５が開か
れると、タービン３ａより上流の排気が排気バイパス通
路５を通って排気ブレーキバルブ４の下流にバイパスさ
れるために、排気通路２の密閉度が低下して排気ポート
内の圧力の上昇が抑制されることになり、排気バルブの
異常挙動が予防される。

【００２１】このように本実施形態によれば、排気ブレ
ーキバルブ４による排気通路２の密閉度を高くして中低
速回転域での排気ポート内の圧力の上昇率を図２に示し
たように大きくして充分なブレーキ力を得ることができ
るにも拘らず、排気の流量が多くなる高速回転域での排
気ブレーキの作動時にウェイストゲートバルブ６を開弁
作動させて排気ポート内の圧力の異常上昇を回避するこ
とができるために、高速回転域での排気ブレーキの作動
時に懸念されていた排気バルブの異常挙動が予防され
る。

【００２２】図２はエンジン回転数と排気ポート内の圧
力との関係を示した特性図である。なお、図中細い実線
は理想的な排気ポート内の圧力の変化を示し、太い実線
は上記実施形態による排気ポート内の圧力の特性を示し
ている。

【００２３】すなわち、従来はターボチャージャ３のブ
ースト圧の異常上昇を予防するために設けられていた排
気バイパス通路５およびウェイストゲートバルブ６を、
本実施形態では排気ブレーキの作動時における排気ポー
ト内の圧力の制御にも有効利用して排気ブレーキの作動
時における排気通路２の密閉度を実質的に変更できるよ
うにして高速回転域で懸念されていた排気ポート内の圧
力の異常上昇を回避するようにしたものである。従って
本実施形態によれば、排気の流量が比較的少ない中低速
回転域での排気ブレーキの効きを高くすることができる
にも拘らず、高速回転域での排気ブレーキの作動時に懸
念されていた排気ポート内の圧力の異常上昇を回避する
ことができるために、排気バルブの異常挙動を予防する
ことができる。

【００２４】図３は本発明に係るターボチャージャ付デ
ィーゼルエンジンの排気ブレーキ装置の第２実施形態を
示すシステム図である。この実施形態においてはコンプ
レッサ３ｂより下流の吸気通路１１から供給されるブー
スト圧とエアタンク８から供給されるエアをダイアフラ
ムアクチュエータ１５に切換供給する電磁弁１６を設け
ている。

【００２５】そして、ディーゼルエンジン１が低速回転
域で運転されている状態での排気ブレーキの作動時はウ
ェイストゲートバルブ６を閉弁保持させて排気ポート内
の圧力の上昇率を大きくしつつ、ディーゼルエンジン１
が中速回転域で運転されているときにダイアフラムアク
チュエータ１５にブースト圧を供給することにより、ブ
ースト圧が高くなるとウェイストゲートバルブ６を半開
作動させて排気ポート内の圧力の上昇率を減少補正する
ようにしている。

【００２６】また、ディーゼルエンジン１が高速回転域
で運転されている状態での排気ブレーキの作動時はダイ
アフラムアクチュエータ１５にエアを供給してウェイス
トゲートバルブ６を全開作動させてタービン３ａをバイ
パスする排気の流量を増加させることにより、排気ポー
ト内の圧力の減少補正率を大きくして排気ポート内の圧
力が排気バルブの異常挙動限界を超えないようにしたも
のである。

【００２７】従って、本実施形態による場合は、ウェイ
ストゲートバルブ６の開閉作動にともなう排気ポート内
の圧力の変動を図４に示したように小さくすることがで
きるために、ウェイストゲートバルブ６の作動にともな
う排気ブレーキの効きの急激な変化を防止することがで
きる。

【００２８】なお、上記第２実施形態では排気バイパス
通路５に設けたウェイストゲートバルブ６の開度を段階
的に変化させる場合について説明しているが、例えばダ
イアフラムアクチュエータ１５の戻しバネを非線形特性
を有するバネで構成し、このバネとウェイストゲートバ
ルブ６に作用する排気圧力のバランス作用を利用してウ
ェイストゲートバルブ６の開度を無段階に変化させ、あ
るいは、複数のウェイストゲートバルブを並設して排気
バイパス通路５の開度を段階的もしくは連続的に変化さ
せることもできる。

【００２９】図５は本発明に係るターボチャージャ付デ
ィーゼルエンジンの排気ブレーキ装置の第３実施形態を
示すシステム図である。この実施形態においてはタービ
ン３ａより上流の排気通路２から分岐して排気ブレーキ
バルブ４より下流の排気通路２に合流する第１バイパス
通路５ａと、前記タービン３ａより上流の排気通路２か
ら分岐してタービン３ａより下流で排気ブレーキバルブ
４より上流の排気通路２に合流する第２バイパス通路５
ｂで排気バイパス通路を構成している。そして、両バイ
パス通路５ａ、５ｂの上流端をそれぞれウェイストゲー
トバルブ６で開閉できるようにした点で上記両実施形態
と構成を異にしている。

【００３０】なお、本実施形態においてもディーゼルエ
ンジン１が中低速回転域で運転されている状態での排気
ブレーキの作動時はウェイストゲートバルブ６を閉弁保
持させつつ、ディーゼルエンジン１が高速回転域で運転
されている状態での排気ブレーキの作動時にウェイスト
ゲートバルブ６を開くようにしているのであり、ウェイ
ストゲートバルブ６および排気ブレーキバルブ４をコン
トローラ７で制御するようにした点は前記両実施形態と
実質的に同一である。

【００３１】従って、本実施形態においてもディーゼル
エンジン１が中低速回転域で運転されている状態での排
気ブレーキの作動時は、コントローラ７から出力された
制御信号に基づいて排気ブレーキバルブ４およびウェイ
ストゲートバルブ６がともに閉弁作動して排気通路２を
閉塞するために、排気ポート内の圧力が上昇し、エンジ
ンブレーキの効きが増大して所定のブレーキ力が得られ
る。

【００３２】また、ディーゼルエンジン１が高速回転域
で運転されている状態での排気ブレーキの作動時は、ウ
ェイストゲートバルブ６が同図に二点鎖線で示したよう
に開弁作動するために両バイパス通路５ａ、５ｂが開か
れる。

【００３３】ところが、このようにウェイストゲートバ
ルブ６が開かれた場合においても第１バイパス通路５ａ
が排気ブレーキバルブ４の上下流間をバイパス接続する
のみであって第２バイパス通路５ｂはバイパス作用をし
ない。このために、排気ブレーキの作動時における排気
通路２の密閉度が必要以上に低下することがなく、排気
ブレーキの効きが確保される。

【００３４】すなわち、排気ブレーキの効き性能は、排
気ブレーキバルブ４による排気通路２の密閉度により左
右されるものであり、排気ブレーキバルブ４に設ける逃
し孔を小さくすることで低速回転域での排気ブレーキ力
を大きくすることができることは前述したとおりであ
る。また、排気バイパス通路の断面積は、ターボチャー
ジャの性能により定まるものである。従って、ディーゼ
ルエンジン１が高速回転域で運転されている状態での排
気ブレーキの作動時にこの排気バイパス通路を開いて排
気ポート内の圧力の異常上昇を回避するようにした場合
は、排気のバイパス流量が必要以上に多くなって排気ブ
レーキの効きが必ずしも充分に高くならない場合があ
る。

【００３５】ところが、上記第３実施形態のようにター
ビン３ａおよび排気ブレーキバルブ４をバイパスする第
１バイパス通路５ａとタービン３ａのみをバイパスして
排気ブレーキバルブ４をバイパスしない第２バイパス通
路５ｂで排気バイパス通路を構成した場合は、両バイパ
ス通路５ａ、５ｂの総断面積をターボチャージャの性能
に基づいて定めてブースト圧が過剰に上昇することを防
止するようにした場合においても、排気ブレーキの作動
時にバイパスさせる排気の流量を必要最小限に制限する
ことができるために、充分なブレーキ力を得ることがで
きる。

【００３６】なお、このときのブレーキ力は第１バイパ
ス通路５ａの断面積によって定まるものであるから、デ
ィーゼルエンジン１およびターボチャージャ３の特性、
ならびに排気ブレーキバルブ４に設ける逃し孔の大きさ
などに応じて両バイパス通路５ａ、５ｂの断面積比を設
定すればよい。

【００３７】また、上記実施形態ではいずれも排気ブレ
ーキバルブ４のアクチュエータをエアシリンダ１０で構
成するとともに、ウェイストゲートバルブ６のアクチュ
エータをダイアフラムアクチュエータ１５で構成してい
るが、これらのアクチュエータは実施形態に限定される
ものではない。

【００３８】さらに、上記実施形態では排気ブレーキを
作動させない通常の運転時は、ディーゼルエンジン１の
回転数、負荷およびブースト圧などで代表される各種の
制御情報に基づいてコントローラ７で最適ブースト圧を
算出し、この最適ブースト圧を具現すべく制御弁１４、
１６をコントローラ７で制御してウェイストゲートバル
ブ６を開閉制御するようにしているが、例えばブースト
圧をダイアフラムアクチュエータ１５に供給することに
より、ウェイストゲートバルブ６の開度を変化させてブ
ースト圧を最適制御することもできる。

【００３９】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように本発明に
よれば、ディーゼルエンジンの常用回転域である中低速
回転域での排気ブレーキの作動時には排気ブレーキバル
ブおよびウェイストゲートバルブをともに閉弁作動させ
て排気通路の密閉度を高くしつつ、ディーゼルエンジン
の高速回転域での排気ブレーキの作動時はウェイストゲ
ートバルブを開弁作動させて排気通路の密閉度を低くし
て排気ポート内の圧力の上昇を抑制することができるた
めに、排気の流量が比較的少ない中低速回転域での排気
ブレーキの効きを高くしつつ、高速回転域での排気ポー
ト内の圧力の異常上昇を回避して排気バルブの異常挙動
を予防することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るターボチャージャ付ディーゼルエ
ンジンの排気ブレーキ装置の第１実施形態を示すシステ
ム図である。

【図２】図１に示した実施形態によるエンジン回転数と
排気ポート内の圧力の関係を示す特性図である。

【図３】本発明に係るターボチャージャ付ディーゼルエ
ンジンの排気ブレーキ装置の第２実施形態を示すシステ
ム図である。

【図４】図３に示した実施形態によるエンジン回転数と
排気ポート内の圧力の関係を示す特性図である。

【図５】本発明に係るターボチャージャ付ディーゼルエ
ンジンの排気ブレーキ装置の第３実施形態を示すシステ
ム図である。

【図６】図５に示した実施形態によるエンジン回転数と
排気ポート内の圧力の関係を示す特性図である。

【図７】ターボチャージャ付ディーゼルエンジンの排気
ブレーキ装置の従来例を示すシステム図である。

【図８】図７に示した従来例によるエンジン回転数と排
気ポート内の圧力の関係を示す特性図である。

【符号の説明】

１ ディーゼルエンジン ２ 排気通路 ３ ターボチャージャ ３ａ タービン ３ｂ コンプレッサ ４ 排気ブレーキバルブ ５ 排気バイパス通路 ５ａ 第１バイパス通路 ５ｂ 第２バイパス通路 ６ ウェイストゲートバルブ ７ コントローラ ８ エアタンク ９、１４、１６ 電磁弁 １０ エアシリンダ １１ 吸気通路 １２ ブースト圧センサ １３ 減圧弁 １５ ダイアフラムアクチュエータ

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェイストゲートバルブを備えたターボ
   チャージャ付ディーゼルエンジンの排気ブレーキ装置で
   あって、ターボチャージャのタービンより下流の排気通
   路に設けた排気ブレーキバルブと、前記タービンより上
   流の排気通路から分岐して排気ブレーキバルブより下流
   の排気通路に合流する排気バイパス通路と、該排気バイ
   パス通路に設けたウェイストゲートバルブと、ディーゼ
   ルエンジンの運転状態に応答して前記排気ブレーキバル
   ブおよびウェイストゲートバルブを開閉制御するコント
   ローラを備えてなるターボチャージャ付ディーゼルエン
   ジンの排気ブレーキ装置。
2. 【請求項２】 タービンより上流の排気通路から分岐し
   て排気ブレーキバルブより下流の排気通路に合流する第
   １バイパス通路と、前記タービンより上流の排気通路か
   ら分岐してタービンより下流で排気ブレーキバルブより
   上流の排気通路に合流する第２バイパス通路で排気バイ
   パス通路を構成するとともに、両バイパス通路にそれぞ
   れウェイストゲートバルブを設けたことを特徴とする請
   求項１に記載のターボチャージャ付ディーゼルエンジン
   の排気ブレーキ装置。