(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸・排気弁及び各シリンダ毎に少なくとも１つの補助的なブレーキ弁（１０）を有するエンジンブレーキ装置（８）を設けた多気筒内燃機関であって、前記排気弁は排気システム（６）に開口し、圧力調節弁（１２）を有する圧力タンク（９）が設けられ、ブレーキ弁（１０）から延びたブレーキ路（１１）が前記圧力タンクに開口しており、これによってブレーキ弁（１０）の作動時に個々の気筒間のガス交換が可能であるものにおいて、
前記圧力タンク（９）は個々のシリンダ間で交換されたガスを冷却するための冷却装置（１７）を備えていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記圧力タンク（９）は管状に形成されており、前記冷却装置（１７）は冷媒が貫流する冷却ジャケット（１８）を備えており、前記冷却ジャケット（１８）は管状の圧力タンク（９）を外囲していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記冷却ジャケット（１８）は各シリンダ毎にそれぞれ１つの冷媒接続口（１９）を有していることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記冷却ジャケット（１８）は各シリンダ毎にそれぞれのブレーキ路（１１）と接続しているブレーキ路接続口（２０）を有していることを特徴とする請求項２または３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記冷却装置（１７）の冷却ジャケット（１８）に圧油管（２２）が組込まれ、前記圧油管は各シリンダ毎にそれぞれのブレーキ弁（１０）に通じる圧油接続口（２１）を有していることを特徴とする請求項２〜４のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記冷却装置（１７）のための冷媒接続口（１９）、前記ブレーキ路（１１）のためのブレーキ路接続口（２０）および圧油管（２２）のための圧油接続口（２１）は、各シリンダ毎にそれぞれの共通なフランジ面（２３）に配置されていることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記冷却装置（１７）は内燃機関の冷媒循環系（１６，１６'）に組込まれており、かつ冷却装置（１７）はサーモスタット制御式の冷媒制御素子（２６）を有し、前記制御素子は内燃機関の冷媒循環系に配置されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記圧力タンク（９）は内側に突き出た冷却フィン（２５）を有していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、吸・排気弁及び各シリンダ毎に少なくとも１つの補助的なブレーキ弁を有するエンジンブレーキ装置を設けた多気筒内燃機関であって、前記排気弁は排気システムに開口し、圧力調節弁を有する圧力タンクが設けられ、ブレーキ弁から延びたブレーキ路が前記圧力タンクに開口しており、これによってブレーキ弁の作動時に個々の気筒間のガス交換が可能であるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
車両エンジン、特にトラックなどの作業車両のためのエンジンに組込まれたエンジンブレーキシステムはこれらのシステムが低コストで省スペース的な補助ブレーキシステムであるためにますますその意義を増しつつある。ただし最近の作業車両エンジンの比出力の高まりにより、達成されるべきブレーキパワーの向上も必要となっている。
【０００３】
ドイツ公開特許公報ＤＥ  ３４  ２８  ６２６  Ａにはそれぞれ４気筒から成る２つの気筒群を擁した４サイクル内燃機関が記載されている。各シリンダは給排気交換弁ならびに補助排気弁を有し、制動運転時に該補助排気弁は制動プロセス全体にわたって開放される。さらに２つの気筒群の共通の排気路には軸固定支持されたスロットルバルブが配置されており、該スロットルバルブのポジションは制御ロッドを介して作動装置によって調節することができる。この公知のシステムの短所は回転数によって左右されること、特に低回転数域においてブレーキパワーが相対的に低いことである。
【０００４】
さらにドイツ公開特許公報ＤＥ  ２５  ０２  ６５０  Ａは、制動プロセス中に圧縮空気が圧縮空気弁を経て圧縮空気溜めタンクに流入し、発進時にはエンジンパワーを補助するために同じ圧縮空気弁を経て圧縮空気が戻されるように構成したバルブ制御式のピストン往復内燃機関を示している。
【０００５】
これに関連して内燃機関のあらゆる運転状態において圧縮空気発生機構を作り出すことのできる減圧弁式エンジンブレーキが欧州公開特許公報ＥＰ  ０  ８９８  ０５９  Ａから知られている。この場合、圧縮空気システムの圧縮空気タンクはバイパス管を経て流れ込んだシリンダ燃焼室からの圧縮ガスで満たされる。圧縮空気システムへの供給には１つまたは複数のシリンダを使用することが可能である。
【０００６】
欧州公開特許公報ＥＰ  ０  ８２８  ０６１  Ａからは、個々のシリンダ間のガス交換が共通の排気マニホルド管を経て行われるエンジンブレーキが知られている。ガス交換は６気筒内燃機関の排気弁を経て行われる。このエンジンブレーキのきわだった短所は、達成可能なブレーキ圧力が相対的に低いことである。
【０００７】
図１に本発明の出発技術として例示されているオーストリア実用新案公報ＡＴ００４  ３８７  Ｕ１で記載された本出願人の先の解決案では、１つの圧力調節弁を有した好ましくは管状の圧力タンクが設けられ、ブレーキ弁から延びたブレーキ路がこの圧力タンクに接続しているため、ブレーキ弁の作動時に個々のシリンダ間のガス交換が可能となる。この場合、圧力調節弁にブレーキスイッチまたはブレーキペダルのポジションに応じた制御信号を与えることができれば特に好都合である。このエンジンブレーキ装置の重要な構成要素はいわゆる“ブレーキマニホールド（Ｂｒｅｍｓ−Ｒａｉｌ）”、つまり制動運転時に個々のシリンダ間のガス交換を可能とする１本の好ましくは管状の圧力タンクである。エンジンブレーキの補助ブレーキパワーはたとえば車両キャビン内のブレーキスイッチまたはブレーキペダルの複数の操作ポジションに基づいてその都度の運転パラメータに適合される。なお、圧力タンクは内燃機関のシリンダヘッドに直接組込まれていてもまたは吸気タンクないし排気タンクに類似した外部の圧力管として形成されていてもよい。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上記実状に鑑み、本発明の課題は、吸・排気弁と各シリンダ毎に少なくとも１つの補助的なブレーキ弁とを有したエンジンブレーキ装置を設けた多気筒内燃機関であって、前記排気弁は排気システムに開口し、圧力調節弁を有する圧力タンクが設けられ、ブレーキ弁から延びたブレーキ路が前記圧力タンクに開口しており、これによってブレーキ弁の作動時に個々の気筒間のガス交換が可能であるものを出発技術として、発展・改良することで、エンジンの全回転数域にわたって可能な限り高いブレーキパワーが得られるエンジンブレーキ付き多気筒内燃機関を提供することである。その際、このエンジンブレーキシステムは、シンプル、低コストで、高信頼性を実現し、燃焼運転中のエンジンパワーをできるだけ低下させないものとし、特にドライバーがエンジンブレーキの補助ブレーキパワーをその都度の走行状況に適合させることを可能とするコンパクトで熱力学的に最適化されるべきものである。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題は、本発明により、圧力タンクが個々のシリンダ間で交換されたガスを冷却するための冷却装置を有することによって解決される。その際、好ましくは、この冷却装置が内燃機関の冷媒循環系に組込まれるとよい。さらに、冷却装置が冷媒が貫流する冷却ジャケットを有し、この冷却ジャケットが好ましくは管状に形成された圧力タンクを包み込むように外囲しているのが好適である。クロスフロー方式の個々のシリンダヘッドにおいて冷却ジャケットは各シリンダ毎にそれぞれ１つの冷媒接続口を有することができ、この場合冷却ジャケットは冷媒マニホルドとして機能する。
【００１０】
さらに本発明の好適実施形態として、冷却ジャケットは各シリンダ毎にそれぞれのブレーキ路と接続した１つのブレーキ路接続口を有し、さらに冷却ジャケットには１本の圧油管が組込まれ、該圧油管は各シリンダ毎にそれぞれのブレーキ弁に通じる１つの圧油接続口を有しているものがある。
【００１１】
このような、本発明による冷却式の圧力タンクとしてのブレーキマニホールドは以下の機能を有するコンパクトな構造部品となる。
−  個々のシリンダヘッドから冷媒循環系への冷媒の戻し；
−  別個の油圧ポンプによって供給され、ブレーキ弁の作動に利用される圧油の送り込み；
−  個々のシリンダ間のガス交換の実現ならびに圧力調節弁を介した排気循環系への排気の戻し；
−  排気冷却器としての利用。
【００１２】
本発明のさらなる好適実施形態によれば、個々の要素の組付けを簡便化するため、冷媒接続口、ブレーキ路接続口および圧油接続口は各シリンダ毎にそれぞれの共通なフランジ面に配置されている。
さらに冷却装置は好ましくは内燃機関の冷媒循環系に配置されたサーモスタット制御式の１つの冷媒制御素子を有することができ、これによりエンジン暖気運転時のための利点を得ることができる。
圧力タンク内のガスに冷媒の冷却ポテンシャルを最適に伝達するため、圧力タンク内には内側に突き出た冷却フィンを設けることができる。本発明は各個のシリンダヘッドを有したエンジンに適しているだけでなく、１つの連続したシリンダヘッドに組込むことも可能である。
制動運転時のブレーキ弁の作動は油圧式、電気式または機械式の駆動機構ないしそれらの駆動機構の組合わせによって行うことができる。本発明によるブレーキマニホールドは単にブレーキ圧の構築ないしはシリンダ間のガス交換に使用されるだけであり、通常のバルブストロークが（排気ブレーキの場合と同様に）ブレーキマニホールド内の圧力レベルを低下させることがないことから、ブレーキマニホールドの容積は小さく保つことが可能である。それゆえこの新しいエンジンブレーキシステムは、制動運転中にブレーキ弁ないし減圧弁が一定の開放状態にされるとともに直接排気路に開放される公知の排気ブレーキシステムに較べて、遥かに高い (たとえば約２０バールまでの)動作圧力で作動することができる。制動運転時の熱負荷を低減させるため圧力タンクないしブレーキマニホールドをエンジン冷却システムに組み込んだり、たとえばその外側にエンジン冷却水を流して冷却することができる。
【００１３】
本発明によるエンジンブレーキ装置のブレーキ弁はエンジンの１燃焼サイクルあたり複数回作動させられるが、このことは後で図２に示されたグラフに基づいてさらに説明される。さらに本発明によるエンジンブレーキ装置のブレーキ弁は特に制動運転時の高い圧力（２０バールまで）用に設計されており、そのためバルブストロークの小さい比較的小形の弁を使用することができる。これに対して公知の排気ブレーキシステムでは排気路内の圧力は従来の大型の排気弁を開放すること及び構造部品強度に限界があることから約５バール程度に制限されている。
【００１４】
従来のシステムとは異なりブレーキマニホールド内の圧力はエンジン回転数にほとんど左右されず、これによりエンジン回転数が低い場合にも実に高いブレーキパワーを達成することが可能である。さらにブレーキマニホールドの容積がわずかであるため前述した従来のシステムよりも迅速な応答特性を期待することができるが、それは従来のシステムではブレーキフラップまでの排気システム全体が圧縮空気で満たされない限り完全なブレーキパワーが達成されないからである。
さらに好ましくは電子制御式の圧力調節弁が出口側で内燃機関の排気システムに開口するように構成されている。
【００１５】
本発明によるシステムの高いブレーキパワーからして従来の排気閉鎖フラップを不要とすることができる。排気路は  −公知の排気閉鎖フラップブレーキとは異なって−  閉鎖されないことから、発生するブレーキ熱の一部はガス流と共に排気システムを経て排出することができ、これによってシリンダ内構造部品の熱負荷は減少する。ただしもしも本発明によるエンジンブレーキのブレーキパワーをさらに引き上げる必要がある場合には、排気システムに従来の排気閉鎖フラップを設けることもできる。ただしこの場合にはそれによってシリンダ内の熱負荷が高まることに注意しなければならない。
本発明によるその他の特徴及び利点は、以下図面を用いた実施形態の説明により明らかになるだろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】
図１は、本発明の出発技術としての、オーストリア実用新案公報ＡＴ  ００４３８７  Ｕ１に開示されている６気筒ターボチャージャエンジンにおけるエンジンブレーキシステムの原理を図示したものである。図３は本発明によるエンジンブレーキシステムを採用した内燃機関が模式的に示されている。この図１と図３において同様な構成要素に関しては同じ図番が与えられている。この明細書では説明のためにエンジン種類が特定されているが、本発明によるエンジンブレーキ装置の機能は特定気筒数にも特定吸気システムにも限定されるものではなく、たとえば自然吸入式エンジンにも適用することが可能である。なお、本発明の概略的な構成については図１を用いて説明される。
【００１７】
内燃機関１の６個のシリンダＣ１〜Ｃ６は詳細には図示されていない吸気路を介して吸気マニホルド２と連結されており、該マニホルドにはエアフィルタ３からターボチャージャ４のコンプレッサＣとインタークーラ５を経て吸気が供給される。内燃機関１の排気弁は排気システム６に連結しており、排気は従来のようにターボチャージャ４のタービンＴを経て導かれ、マフラ７を経て排出される。
エンジンブレーキ装置８はブレーキマニホールドとして機能する１本の管状の圧力タンク９を有し、この圧力タンク９にブレーキ弁１０から延びたブレーキ路１１が接続しているため、比較的高い圧力レベルでの個々のシリンダＣ１〜Ｃ６間のガス交換が可能である。
【００１８】
内燃機関１の制動運転時にはブレーキ弁１０はエンジンの１燃焼サイクルあたり複数回、たとえば１燃焼サイクルあたり２回のブレーキストロークが動作し、その際、第一のブレーキストロークは圧縮行程の上死点近傍で実施される。このブレーキストローク時にシリンダＣ１、Ｃ２、Ｃ３、Ｃ４、Ｃ５またはＣ６から高圧縮空気がブレーキマニホールド９内に流入する（図２のバルブストロークＶ1を参照）。これにより一方でブレーキマニホールド９に圧縮空気が満たされる（動作圧力約２０バールまで）と共に他方でシリンダの膨張仕事量が減少し、これを通じてブレーキパワーが発生することになる。吸気弁が閉じた直後にブレーキ弁１０はもう一度開き（図２のバルブストロークＶ2を参照）、これにより圧縮された空気がブレーキマニホールド９から燃焼室に流れ込む。この第二のブレーキストロークの結果として圧縮行程の圧縮相開始時のシリンダ内圧力はブレーキマニホールド９の圧力レベルにまで上昇する。これは実行さるべき圧縮仕事量を高め、それによってまたもエンジンのブレーキパワーを高めることとなる。
【００１９】
たとえば電子制御式の圧力調節弁１２はエンジンの損傷を回避するためにブレーキマニホールド９内の最大圧力を制限する。さらにこの調節弁１２のおかげでドライバーはたとえば車両キャビン内に設けられたブレーキスイッチ１４を操作し圧縮空気をブレーキマニホールド９から中継管１３を介して排気システム６に排出してブレーキマニホールド９内の圧力を低下させ、こうしてブレーキパワーをこの車両の走行状況に適合させることができる。
【００２０】
別途方法として排気制流弁１５が破線で記入されており、本発明によるブレーキ装置は該制流弁と組合わせることも可能である。
【００２１】
図３及び重要部分の断面を示す図４〜６に図示されている本発明は４気筒内燃機関を例としており、本発明にとって重要なすべての詳細が示されており、特にブレーキマニホールドのコンパクトな構成が強調して図示されている。
【００２２】
圧力タンク９は個々のシリンダＣ１〜Ｃ４間で交換されたガスを冷却するための好ましくは内燃機関の冷媒循環系１６，１６'に組込まれた冷却装置１７を有している。矢印１６が示唆しているように冷媒は各シリンダヘッドから冷媒接続口１９を経て管状圧力タンク９を外側から包み込むように外囲している冷却ジャケット１８に達し、さらにそこからたとえば冷却ジャケット端面部の接続口を経て（矢印１６'、参照）再び冷媒循環系に環流する。この場合冷却ジャケット１８は冷媒マニホルドの役割を果たしている。
【００２３】
さらに各シリンダ毎に非常にコンパクトな形で１つのブレーキ路接続口２０と圧油接続口２１とが設けられており、該圧油接続口は冷却ジャケット１８に組込まれた圧油管２２と連結している（図４、参照）。すべての接続口１９，２０および２１は好ましくは各シリンダ毎に冷却ジャケット１８に形成される共通な１つのフランジ面２３に配置されており、同所には取付け孔２４が設けられている。
【００２４】
特に図４〜図６の断面図解から理解できるように、管状に延びた圧力タンク９はその内壁に内側に突き出た冷却フィン２５を有している。さらに冷却装置１７には好ましくは内燃機関の冷媒循環系に配置されたサーモスタット制御式の冷媒制御素子２６を設けることができる。ただし、ブレーキマニホールド用の別個の冷媒循環系を（たとえば冷媒循環系のバイパスとして）設け、そこに冷媒制御素子を組み込むことも可能である。
【００２５】
本発明によるエンジンブレーキシステムは通常のエンジン吸排気システムとは独立に作動することから、エンジンブレーキの機能はそれぞれの給気システム（自然吸入式エンジンや従来のターボチャージャやＶＴＧなど）に依存していない。燃焼運転中のエンジン出力は低下することはないという利点が得られる。
【００２６】
尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を便利にするために符号を記すが、該記入により本発明は添付図面の構造に限定されるものではない。
【図面の簡単な説明】
【図１】従来の技術に基づくエンジンブレーキ装置付き内燃機関の模式図
【図２】シリンダ内の圧力推移Ｐｚとエンジンブレーキ装置圧力タンク内の圧力推移Ｐｒとを示したグラフ
【図３】本発明によるエンジンブレーキ装置付き内燃機関を一部図解して示した模式図
【図４】図３のＩＶ−ＩＶで切断した断面図
【図５】図３のＶ−Ｖで切断した断面図
【図６】図３のＶＩ−ＶＩで切断した断面図
【符号の説明】
６    排気システム
８    エンジンブレーキ装置
９    圧力タンク（ブレーキマニホールド）
１０  ブレーキ弁
１１  ブレーキ路
１２  圧力調節弁
１７  冷却装置
【図１】
0003730184.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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