(57)【要約】【課題】ガス燃料エンジンを使用しながら、排気ブレーキ装置の制動力を増大させる。【解決手段】排気通路１８にスロットルバルブ２１と連動する排気ブレーキ装置１７を設ける。前記スロットルバルブ２１と吸気弁５との間の吸気通路３１に、大気と連通する連通路５１を設ける。この連通路５１に、前記排気ブレーキ装置１７が制動状態にあるときに開きかつ排気ブレーキ装置１７が非制動状態にあるときに閉じる開閉弁５２を介装した。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路にスロットルバルブが設けられたガス燃料エンジンにおいて、排気通路にスロットルバルブと連動する排気ブレーキ装置を設けるとともに、前記スロットルバルブと吸気弁との間の吸気通路に、大気と連通する連通路を設け、この連通路に、前記排気ブレーキ装置が制動状態にあるときに開きかつ排気ブレーキ装置が非制動状態にあるときに閉じる開閉弁を介装したことを特徴とするガス燃料エンジン。
【請求項２】
請求項１記載のガス燃料エンジンにおいて、開閉弁は、吸気行程で開動作するアクチュエータを備えているガス燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、液化石油ガス（ＬＰＧ）や圧縮天然ガス（ＣＮＧ）などのガス燃料を使用するガス燃料エンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、圧縮天然ガスや液化石油ガスなどのガスを燃料とするガス燃料エンジンの開発が進められている。この種のガス燃料エンジンは、ＮＯＸ  、ＣＯ、ＨＣの排出量が少なく、黒煙は殆ど発生することがないために、いわゆる低公害エンジンと呼ばれている。このような低公害エンジンは、例えばトラックなどに搭載されるディーゼルエンジンの燃焼系の部品の一部を軽油用のものからガス燃料用のものへ交換することによって形成することができる。
このように、ディーゼルエンジンを改造してガス燃料エンジンを形成することにより、現在使用されている例えば大型トラックなどのディーゼルエンジン車を低公害車とすることができる。
【０００３】
前記ガス燃料エンジンは、例えば特許文献１に開示されているように、吸気通路にスロットルバルブが介装され、このスロットルバルブの上流側にガス燃料が供給される構成が採られている。
また、ディーゼルエンジンを搭載した例えば大型トラックは、車輪の制動を補助するために排気ブレーキ装置が装備されている。従来の排気ブレーキ装置としては、例えば特許文献２に開示されているものがある。
【０００４】
この特許文献２に示された排気ブレーキ装置は、排気通路に開閉弁が介装され、走行中にスロットルバルブが例えばアイドリング位置に戻されたときに前記開閉弁が閉じるように構成されている。ディーゼルエンジンは、吸気系にスロットルバルブが設けられておらず、走行中にアクセルペダルから足を離して惰行するような場合であっても大量の空気を吸入するから、上述したように開閉弁により排気通路が閉塞されることによって、圧縮行程で抵抗が大きくなり、大きな制動力が得られる。
なお、本出願人は、本明細書に記載した先行技術文献情報で特定される先行技術文献以外には、本発明に密接に関連する先行技術文献を出願時までに見付け出すことはできなかった。
【０００５】
【特許文献１】
特開昭６３−１４６１５２号公報（第１図）
【特許文献２】
特開２００２−１８０８５３号公報（図１）
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、既存のディーゼルエンジンをガス燃料エンジンとなるように改造し、ディーゼルエンジン車を低公害車にすると、排気ブレーキ装置の制動力が低下してしまうという問題が発生することが判った。これは、排気ブレーキ装置が作動するときにスロットルバルブが閉じているため、吸入空気量が相対的に減少するからである。すなわち、吸入空気量が相対的に少なくなる運転状態で排気ブレーキが作動するようになり、エンジンの圧縮行程での抵抗が低減されるから、上述したように排気ブレーキ装置の制動力が低下してしまう。
【０００７】
本発明はこのような問題点を解消するためになされたもので、ガス燃料エンジンを使用しながら、排気ブレーキ装置の制動力を増大させることを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するため、本発明に係るガス燃料エンジンは、排気通路にスロットルバルブと連動する排気ブレーキ装置を設けるとともに、前記スロットルバルブと吸気弁との間の吸気通路に、大気と連通する連通路を設け、この連通路に、前記排気ブレーキ装置が制動状態にあるときに開きかつ排気ブレーキ装置が非制動状態にあるときに閉じる開閉弁を介装したものである。
【０００９】
この発明によれば、開閉弁が閉じている状態ではスロットルバルブの開度に対応する流量だけ吸気が燃焼室内に供給され、開閉弁が開くことによって、スロットルバルブの開度に依存することなく吸気が燃焼室内に供給される。このため、排気ブレーキ装置が制動状態になるときには、在来のディーゼルエンジンと同様に燃焼室に大量の空気が吸込まれる。
【００１０】
請求項２に記載した発明に係るガス燃料エンジンは、請求項１に記載した発明に係るガス燃料エンジンにおいて、開閉弁は、吸気行程で開動作するアクチュエータを備えているものである。
この発明によれば、排気ブレーキ装置が制動状態であってかつエンジンが吸気行程にあるときには、燃焼室が吸気通路と前記開閉弁とを介して大気に連通される。前記アクチュエータとして電気式のものを使用することにより、開閉弁が開閉する時期を高い精度で制御することができる。また、アクチュエータとして吸気通路の吸気負圧を駆動力とするものを使用することにより、スロットルバルブ開度が低下して吸気負圧が増大することによって開閉弁を開く力が増大するから、吸気負圧によって開閉弁を排気ブレーキ装置と連動するように開閉させることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るガス燃料エンジンの一実施の形態を図１および図２によって詳細に説明する。
図１は本発明に係るガス燃料エンジンの構成を示す図、図２は要部の構成を示す断面図である。
【００１２】
これらの図において、符号１で示すものは、本発明に係るガス燃料エンジンである。このガス燃料エンジン１は、コントロールユニット２によって制御される電子制御式の４サイクルエンジンで、図示していないトラック用ディーゼルエンジンの燃焼系の部品の一部をガス燃料用のものに転換することによって形成されている。前記燃焼系の部品の一部とは、シリンダヘッド３と、後述する吸気装置４である。なお、このガス燃料エンジン１は、図１においては、理解し易いように一つの気筒しか描いていないが、単気筒型に限定されるものではない。
【００１３】
このエンジンの前記シリンダヘッド３は、吸気弁５と、排気弁６と、これら両弁を駆動する動弁装置（図示せず）と、点火プラグ７などが設けられている。前記点火プラグ７は、燃焼室８の略中央となる部位に配設され、イグニッションコイル９を有する点火装置１０が接続されている。
前記吸気装置４は、エアクリーナ１１と、後述するガスミキサー１２および大気導入装置１３とを備えている。一方、このガス燃料エンジン１の排気装置１４は、触媒１５と、マフラー１６と、前記触媒１５とマフラー１６との間に設けられた排気ブレーキ装置１７とを備えている。
【００１４】
前記排気ブレーキ装置１７は、従来のディーゼルエンジンが搭載されている車両（図示せず）に用いられているものと同等の構造のもので、排気通路１８中に介装された排気ブレーキ弁１９が後述するガスミキサー１２のスロットルバルブ２１と連動して開閉するように構成されている。すなわち、前記排気ブレーキ弁１９は、走行中にスロットルバルブ２１が閉じられたときに排気通路１８を閉塞し、スロットルバルブ２１が開いたり、走行用クラッチ（図示せず）が切断されたときに排気通路１８を開く。この排気ブレーキ弁１９も前記コントロールユニット２が制御する。
【００１５】
前記コントロールユニット２は、従来からよく知られているように、エンジン２の各部に設けられたセンサの検出データに基づいて後述する各バルブなどを駆動するように構成されている。前記センサとしては、ガス燃料エンジン１に取付けられた冷却水温センサ２２およびクランク角センサ２３と、排気管２４に取付けられたＯ２  センサ２５と、前記触媒１５に取付けられた排気温度センサ２６と、ガスミキサー１２に設けられたスロットル角センサ２７と、ガス燃料エンジン１の吸気系の負圧導出用パイプ２８に取付けられた吸気負圧センサ２９などである。
【００１６】
前記ガスミキサー１２は、ガス燃料エンジン１のシリンダヘッド３に取付けられ、例えば圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や液化石油ガス（ＬＰＧ）などのガス燃料と空気とを混合してガス燃料エンジン１に供給するものである。このガスミキサー１２は、吸気通路３１とガス燃料通路３２とが形成されたバルブハウジング３３（図２参照）にバタフライバルブ型のスロットルバルブ２１およびガス燃料コントロールバルブ３４と、エアブリードバルブ３５と、アイドルスピードコントロールバルブ３６とを組付けることによって形成されている。
【００１７】
前記スロットルバルブ２１は、バルブハウジング３３内の吸気通路３１の下流側端部に設けられ、前記ガス燃料コントロールバルブ３４は、前記吸気通路３１の上流側端部に設けられている。また、これら両バルブ２１，３４は、弁軸２１ａ，３４ａの軸線方向が互いに平行になるようにバルブハウジング３３に回動自在に取付けられている。
前記スロットルバルブ２１は、図示していないアクセル操作子にワイヤなどを介して接続されており、アクセル操作子が人為的に操作されることによって開閉する。また、前記スロットルバルブ２１と前記ガス燃料コントロールバルブ３４とは、リンク機構３７（図１参照）を介して互いに連結されている。
【００１８】
このリンク機構３７は、スロットルバルブ２１の開度が初期開度と例えば２０〜３０％の間にあるときにガス燃料コントロールバルブ３４が初期開度位置と全開位置との間で回動し、スロットルバルブ２１の開度が前記２０〜３０％を越えている状態では、ガス燃料コントロールバルブ３４が全開状態に維持されるように構成されている。すなわち、スロットルバルブ２１が初期状態から開く場合は、ガス燃料コントロールバルブ３４は、スロットルバルブ２１とともに開動作を開始し、スロットルバルブ２１の開度が２０〜３０％に達したときに全開となり、その後は全開位置に保持される。また、スロットルバルブ２１が全開状態から閉じる場合には、ガス燃料コントロールバルブ３４は、スロットルバルブ２１が閉動作を開始しても全開状態に保たれ、スロットルバルブ２１の開度が２０〜３０％まで低下してから閉動作を開始し、スロットルバルブ２１とともに初期状態になる。
【００１９】
スロットルバルブ２１を全閉としたときの状態（アイドリング状態）では、図２に示すように、スロットルバルブ２１は、弁体２１ｂが略全周にわたって吸気通路３１の壁面に接触し、ガス燃料コントロールバルブ３４は、弁体３４ｂと吸気通路３１の壁面との間に隙間が形成されるように設定されている。
このアイドリング運転時には、スロットルバルブ２１を迂回するようにバルブハウジング３３に形成されたバイパス通路３８（図１参照）を吸気が流れ、このバイパス通路３８に設けられた前記アイドルスピードコントロールバルブ３６が通路断面積を増減させることによって吸気量が制御される。このアイドルスピードコントロールバルブ３６の開度は、前記コントロールユニット２が制御する。
【００２０】
前記バルブハウジング３３に形成されたガス燃料通路３２は、図１に示すように、前記吸気通路３１における前記スロットルバルブ２１と前記ガス燃料コントロールバルブ３４との間となる部位に接続され、ガス燃料遮断バルブ４１とレギュレータ４２とを介してガス燃料タンク４３に接続されている。また、前記ガス燃料通路３２は、吸気通路３１との接続部分の近傍に前記エアブリードバルブ３５を介してブリードエア通路４４が接続されている。
【００２１】
前記ガス燃料遮断バルブ４１は、例えば減速時などでガス燃料通路３２を閉じるためのもので、ダイヤフラム式アクチュエータ４５を備えており、このアクチュエータ４５にガス燃料エンジン１の負圧導出用パイプ２８から吸気負圧が導入されることによって閉じ、それ以外のときに開くように構成されている。前記吸気負圧の導入・停止の切換は、コントロールユニット２が駆動するソレノイドバルブ４６によって行われる。
【００２２】
前記レギュレータ４２は、従来のガス燃料エンジンに用いられるレギュレータと同等の構造のもので、ガス燃料タンク４３から供給されたガス燃料を複数の減圧室（図示せず）に通すことによって減圧させるものである。このレギュレータ４２は、ガス燃料の供給を停止するためのバルブ４７が設けられている。このバルブ４７も前記コントロールユニット２によって駆動される。
【００２３】
前記エアブリードバルブ３５は、ガスミキサー１２に吸込まれるガス燃料の量を制御するためのもので、ブリードエア通路４４の通路断面積を増減させるように構成されている。このブリードエア通路４４は、上流側端部がエアクリーナ４８を介して大気中に連通されており、エアブリードバルブ３５が開いてガス燃料通路３２側から吸気負圧が作用することによって、大気をガス燃料通路３２内に供給する。
【００２４】
すなわち、エアブリードバルブ３５の開度を増減させてブリードエア通路４４からガス燃料通路３２へ吸入される空気の量を変えることにより、ガス燃料通路３２を通って吸気通路３１へ吸込まれるガス燃料の量を調整することができる。例えば、エアブリードバルブ３５の開度を増大させることにより、前記ブリードエア通路４４からガス燃料通路３２に吸入される空気の量が増大し、その分、ガス燃料通路３２を流れるガス燃料の量は減少する。このエアブリードバルブ３５の開度は、排ガス中のＯ２  濃度に基づいて所定の空燃比が得られるように、前記コントロールユニット２によりフィードバック制御によって制御される。
【００２５】
前記大気導入装置１３は、前記ガスミキサー１２を迂回するように吸気通路３１に接続された大気導入用の連通路５１と、この連通路５１に介装された開閉弁５２とによって構成されている。前記連通路５１の上流端は、前記ガスミキサー１２とエアクリーナ１１との間の吸気通路３１に開口し、下流端は、スロットルバルブ２１と吸気弁５との間の吸気通路３１に開口している。
【００２６】
この実施の形態による前記連通路５１の下流端の開口５１ａは、このガス燃料エンジン１をディーゼルエンジンとして使用していたときにＥＧＲガス導入用のパイプ（図示せず）が接続されていた接続口である。この接続口は、吸気マニホールド５３に形成されている。前記吸気マニホールド５３は、このエンジン１がディーゼルエンジンとして使用されていたときにシリンダヘッド３に取付けられていた既存のものである。このガス燃料エンジン１は、在来のディーゼルエンジンに較べるとＮＯＸ  の排出量が低減するから、このエンジン１が改造される以前に装着されていたＥＧＲ装置（図示せず）は取外されている。
【００２７】
このため、ＥＧＲガスを吸気通路に導くための前記接続口は、ガス燃料化への改造後には栓部材（図示せず）などによって閉塞しなければならなかったが、前記接続口に前記大気導入装置１３を接続することによって、前記接続口を閉塞する作業が不要になるばかりか大気導入装置１３を接続するための接続口を新たに設ける必要がなくなり、コストダウンを図ることができた。なお、前記接続口は、上述したように吸気マニホールド５３に設ける他に、ガスミキサー１２に設けることができるし、シリンダヘッド３に設けることもできる。
【００２８】
前記開閉弁５２は、図２に示すように、ダイヤフラム式のアクチェータ５４によって開閉される構成が採られている。このアクチュエータ５４は、内部を大気室５５と負圧室５６とに画成するゴム製のダイヤフラム５７を備え、このダイヤフラム５７によって弁体５８を駆動する構造のものである。この弁体５８は、前記大気室５５に配置され、弁軸５９を介して前記ダイヤフラム５７に支持されている。前記負圧室５６は、前記ダイヤフラム５７を大気室５５側へ付勢する圧縮コイルばね６０が設けられ、負圧分配用パイプ６１を介して前記ソレノイドバルブ４６に連通されている。この負圧分配用パイプ６１は、前記ソレノイドバルブ４６に開閉弁用アクチュエータ５４と前記ガス燃料遮断バルブ４１のアクチュエータ４５とに吸気負圧を分配するように形成されている。
【００２９】
前記開閉弁５２は、前記負圧室５６に吸気負圧が導入されてダイヤフラム５７が圧縮コイルばね６０の弾発力に抗して負圧室５６側へ変位することにより開き、前記吸気負圧の導入が絶たれたときに圧縮コイルばね６０の弾発力によって閉じる。この開閉弁５２が開くことにより、新気（大気）がスロットルバルブ２１の開度とは無関係に前記連通路５１を通ってガスミキサー１２の上流側から下流側へ流れる。
【００３０】
上述したように構成されたガス燃料エンジン１を搭載した車両は、一定速度で走行したり加速しているときなどのように、スロットルバルブ２１の開度が相対的に大きくなる場合には、燃料ガスがガス燃料遮断バルブ４１を通ってガスミキサー１２に供給される。このときには、スロットルバルブ２１の開度に対応する流量をもって空気と燃料ガスとが燃焼室８内に供給される。なお、このような運転形態のときには、排気ブレーキ装置１７は非制動状態に保たれる。
【００３１】
走行中に減速したりしてスロットルバルブ２１の開度が例えばアイドリング開度のように相対的に小さい開度まで低下することにより、スロットルバルブ２１の下流側の吸気通路３１の負圧が増大し、これに伴って前記ガス燃料遮断バルブ４１が閉じるとともに開閉弁５２が開く。このときには、前記排気ブレーキ装置１７が制動状態になる。すなわち、開閉弁５２は、排気ブレーキ装置１７が制動状態にあるときに開き、排気ブレーキ装置１７が非制動状態にあるときに閉じる。
【００３２】
上述したように排気ブレーキ装置１７が制動状態にあるときに開閉弁５２が開くことにより、このときにはスロットルバルブ２１が閉じていてガスミキサー１２を通る吸気の流量が低減されているにもかかわらず、新気が連通路５１を通ってスロットルバルブ２１の下流側の吸気通路３１に吸入される。
したがって、このときには、在来のディーゼルエンジンと同様に燃焼室８に大量の空気が吸込まれるから、ディーゼルエンジンに排気ブレーキ装置１７が接続されている状態と同等の状態になり、排気ブレーキ装置１７で大きな制動力が発生する。
【００３３】
また、開閉弁５２のアクチュエータ５４は、吸気通路３１の吸気負圧を駆動力とする構成が採られているから、スロットルバルブ２１の開度が低下して吸気負圧が増大することにより開閉弁５２を開く力が増大する。このため、このアクチュエータ５４は、吸気負圧によって開閉弁５２を排気ブレーキ装置１７と連動するように開閉させることができるから、専ら開閉時期を制御するための部材が不要になる。
【００３４】
この実施の形態によるアクチュエータ５４は吸気負圧を駆動力とするものが用いられているが、アクチュエータ５４としては、ソレノイドやモータなど、電気式のものを用いても同様の効果が得られる。特に、電気式のアクチュエータを用いることにより、開閉弁５２が開閉する時期を高い精度で制御することができるから、開閉弁５２を排気ブレーキ装置１７と連動する適切な開閉時期に正確に開閉させることができる。
【００３５】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係るガス燃料エンジンは、排気ブレーキ装置が制動状態になるときには、在来のディーゼルエンジンと同等の状態になるから、このときに圧縮行程での抵抗が相対的に増大し、排気ブレーキ装置によって大きな制動力が得られる。
したがって、本発明に係るガス燃料エンジンを例えばトラックに搭載することにより、排気ブレーキ装置を装備した低公害車を提供することができる。特に、本発明に係るガス燃料エンジンは、既存のディーゼルエンジンの燃焼系の部品の一部を軽油用のものからガス燃料用のものへ転換するとともに、負圧応動式の開閉弁を有する大気導入用の通路を吸気系に設けることによって製造することができるから、本発明を実施するに当たり必要な費用を可及的低く抑えることができる。
【００３６】
請求項２記載の発明によれば、排気ブレーキ装置が制動状態であってかつエンジンが吸気行程にあるときには、燃焼室が吸気通路と前記開閉弁とを介して大気に連通される。したがって、大量の空気を確実に燃焼室に供給することができるから、より一層確実に排気ブレーキ装置によって大きな制動力が得られるようになる。特に、アクチュエータとして電気式のものを使用することにより、開閉弁が開閉する時期を高い精度で制御することができるから、開閉弁を適切な開閉時期に正確に開閉させることができる。また、アクチュエータとして吸気通路の吸気負圧を駆動力とするものを使用することにより、スロットルバルブの開度が低下して吸気負圧が増大することにより開閉弁を開く力が増大するから、吸気負圧によって開閉弁を排気ブレーキ装置と連動するように開閉させることができる。このため、専ら開閉時期を制御するための部材を設ける場合に較べて、部品数を低減することができ、コストダウンを図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るガス燃料エンジンの構成を示す図である。
【図２】要部の構成を示す断面図である。
【符号の説明】
１…ガス燃料エンジン、５…吸気弁、１７…排気ブレーキ装置、１８…排気通路、２１…スロットルバルブ、２８…負圧導入用パイプ、３１…吸気通路、５１…連通路、５２…開閉弁、５４…アクチュエータ、５７…ダイヤフラム、６１…負圧分配用パイプ。
【図１】
2004332570.tif 000003
【図２】
2004332570.tif 000004