(57)【要約】【課題】排気ブレーキバルブを開閉駆動するアクチュエータの熱容量に起因してエンジンの排気系の熱容量が増大するのを防止し、もって排気系の熱容量を低減して排気浄化装置の性能向上を実現できる気ブレーキ装置を提供する。【解決手段】排気管２０に設けた排気ブレーキバルブ４１のケーシング４２の右側面４２ｂに断熱材４８を介してアクチュエータユニット５０を締結すると共に、ケーシング４２の左側面４２ａに断熱材５４を介してブラケット５２の下端を締結し、ブラケット５２の上端をアクチュエータユニット５０に締結する。これらの断熱材４８，５４によりケーシング４２に対してアクチュエータユニット５０を熱的に分離する。【選択図】図３
2009091930.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
車両に搭載されたエンジンの排気通路に排ガスを浄化する排気浄化装置を設け、該排気通路の上記排気浄化装置より上流位置に上記排気通路を開閉可能な排気ブレーキバルブを設け、該排気ブレーキバルブを開閉駆動するアクチュエータを上記排気ブレーキバルブの一側面に固定してなる車両の排気系において、
上記排気ブレーキバルブの一側面と上記アクチュエータとの間に断熱材を介装したことを特徴とする車両の排気ブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は車両の排気ブレーキ装置に係り、詳しくはエンジンの排気通路に設けられて排ガスの流通を妨げることによりエンジンブレーキ作用を高める排気ブレーキ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
排気ブレーキ装置は主としてトラックやバス等に装備され、エンジンの排気通路の途中に設けた排気ブレーキバルブをアクチュエータにより開閉駆動するように構成されている。この種の排気ブレーキ装置はアクセルオフに連動して作動し、エンジンブレーキ作用を向上させて運転者の負担を軽減すると共に、フットブレーキ頻度の減少によりブレーキ装置の消耗を軽減する利点がある。例えば長い降坂路等では、運転者のアクセルオフに伴ってアクチュエータにより排気ブレーキバルブを閉弁し、排ガスの流通を妨げてエンジンの排圧を上昇させることで高いエンジンブレーキ作用を得ている。
【０００３】
排気ブレーキ装置の構成としては種々のものがあり、例えば特許文献１に記載されたものを挙げることができる。当該特許文献１に記載された排気ブレーキ装置では、エンジンの排気通路の接続フランジの間に排気ブレーキバルブのケーシングを介装し、ケーシング内にバタフライ式の弁体を開閉可能に軸着して排気ブレーキバルブを構成している。排気ブレーキバルブのケーシングの一側面にはアクチュエータをボルトにより締結すると共に、弁体の軸をアクチュエータ側に突出させて連結し、アクチュエータの駆動により弁体を回動操作して排気通路を開閉可能としている。
【特許文献１】特開平１０−２２０２５３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、エンジンの排気通路には、排ガス浄化を目的として酸化触媒、ＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）、ＮＯx触媒等の種々の排気浄化装置が設けられているが、例えば酸化触媒やＮＯx触媒は良好な浄化性能を発揮する活性温度以上に昇温する必要があり、またＤＰＦに捕集されたパティキュレートを焼却する強制再生の実行時には、パティキュレートを焼却可能な温度までＤＰＦを昇温する必要が生じる。これらの要求にはエンジンの排気系の熱容量が大きく関与し、同一の排ガス温度であっても排気系の熱容量が大きいほど、排気浄化装置が活性温度を越える機会が減少すると共に、ＤＰＦ強制再生のための昇温により多量の熱量（例えば、エンジンの排気系に供給して燃焼させる未燃燃料量）を必要とする。
【０００５】
このため、排気浄化装置の昇温の観点からはエンジンの排気系の熱容量は可能な限り小さい方が好ましい。排気系の熱容量には、排気通路を構成する排気管自体の熱容量のみならず、排気通路に装備される各種の機能部品の熱容量も影響することから、当然ながら上記排気ブレーキ装置も排気系の熱容量の一部として作用する。
上記排気ブレーキ装置のアクチュエータとしては、例えば高圧エアの供給を受けて作動するエアシリンダ等が利用されるが、エンジンの高い排圧に抗して弁体を閉弁する必要があることから、必然的に大きな駆動力を発揮するものが選択される。結果としてアクチュエータは重量増大により大きな熱容量を有するものとなり、エンジンの排気系の熱容量を大幅に増大させて、上記排気浄化装置の昇温の要求を妨げる大きな要因となっていた。
【０００６】
本発明はこのような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、排気ブレーキバルブを開閉駆動するアクチュエータの熱容量に起因してエンジンの排気系の熱容量が増大するのを防止し、もって排気系の熱容量を低減して排気浄化装置の性能向上を実現することができる車両の排気ブレーキ装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、請求項１の発明は、車両に搭載されたエンジンの排気通路に排ガスを浄化する排気浄化装置を設け、排気通路の上記排気浄化装置より上流位置に上記排気通路を開閉可能な排気ブレーキバルブを設け、該排気ブレーキバルブを開閉駆動するアクチュエータを排気ブレーキバルブの一側面に固定してなる車両の排気系において、排気ブレーキバルブの一側面とアクチュエータとの間に断熱材を介装したものである。
【０００８】
従って、排気ブレーキバルブとアクチュエータとの間に断熱材が介装されることにより、排気ブレーキバルブからアクチュエータへの熱の伝達が断熱材により遮断されるため、アクチュエータは熱的に排気ブレーキバルブから分離されてエンジンの排気系の熱容量に関与しない存在となる。このため、排気ブレーキバルブには内部を流通する排ガスの熱が伝達されるものの、排気ブレーキバルブからアクチュエータに伝達される熱量が大幅に減少する。結果として、エンジンの排ガスは排気ブレーキバルブ内でほとんど熱を奪われずに流通し、下流側の排気浄化装置の昇温に貢献する。
【０００９】
好ましい態様として、アクチュエータ一側にブラケットの一端が連結され、ブラケットの他端が排気ブレーキバルブの他側面に固定され、この排気ブレーキバルブの他側面とブラケットの他端との間にも断熱材を介装するように構成することが望ましい。ブラケットは、排気ブレーキバルブに対するアクチュエータの取付を補強する役割を果たす一方、排気ブレーキバルブの熱をアクチュエータに伝達する要因となるが、断熱材によりこの熱の伝達が抑制される。よって、このようなブラケットによりアクチュエータの取付を補強する形式の排気ブレーキ装置においても、エンジンの排気系の熱容量を低減する効果を得ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上説明したように請求項１の発明の車両の排気ブレーキ装置によれば、排気ブレーキバルブを開閉駆動するアクチュエータの熱容量に起因してエンジンの排気系の熱容量が増大するのを防止し、もって排気系の熱容量を低減して排気浄化装置の性能向上を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明を具体化した車両の排気ブレーキ装置の一実施形態を説明する。
図１は本実施形態の排気ブレーキ装置が適用された車両のエンジン排気系を示す全体構成図である。
本実施形態の排気ブレーキ装置は、例えばトラックやバス等の車両に適用されており、車両にはエンジンとしてディーゼルエンジン１が搭載されている。エンジン１は各気筒共通の高圧蓄圧室（以下コモンレールという）２を備えており、図示しない燃料噴射ポンプから供給されてコモンレール２に蓄えられた高圧の燃料である軽油を、各気筒に設けられたインジェクタ４に供給し、各インジェクタ４からそれぞれの気筒内に軽油が噴射される。
【００１２】
吸気通路６にはターボチャージャ８が装備されており、エアクリーナ１０を介して吸入された吸気は、吸気通路６からターボチャージャ８のコンプレッサ８ａへと流入し、コンプレッサ８ａで過給された吸気はインタークーラ１２を介して吸気マニホールド１６に導入される。
一方、エンジン１の各気筒から排ガスが排出される図示しない排気ポートは、排気マニホールド１８を介して排気管２０（排気通路）に接続されている。なお、排気マニホールド１８と吸気マニホールド１６との間には、ＥＧＲ弁２２を介して排気マニホールド１８と吸気マニホールド１４とを連通するＥＧＲ通路２４が設けられている。
【００１３】
排気管２０はターボチャージャ８のタービン８ｂを経た後に車両後方に延設され、排気ブレーキ装置２６を介して排気浄化装置２８に接続されている。また、タービン８ｂの回転軸はコンプレッサ８ａの回転軸と連結されており、タービン８ｂが排気管２０内を流動する排ガスを受けてコンプレッサ８ａを駆動するようになっている。
排気浄化装置２８は、上流側ケーシング３０と下流側ケーシング３１とを連通路３２により接続して構成されている。上流側ケーシング３０内には前段酸化触媒３３が収容されると共に、この前段酸化触媒３３の下流側にはＤＰＦ（ディーゼルパティキュレートフィルタ）３４が収容されている。ＤＰＦ３４はハニカム型のセラミック体からなり、上流側と下流側とを連通する多数の通路の上流側開口部と下流側開口部とを交互に閉鎖したウォールスルー式フィルタとして構成され、各通路を区画する内壁に排ガスを流通させながら排ガス中のパティキュレートを捕集する。
【００１４】
前段酸化触媒３３は活性温度以上のときに排ガス中のＮＯを酸化させてＮＯ２を生成し、生成されたＮＯ２は下流側のＤＰＦ３４に供給されてＤＰＦ３４上に捕集されているパティキュレートがＮＯ２との反応により酸化し、これによりＤＰＦ３４の連続再生が行われる。
車両の信号待ちや低速走行等の継続により排気温度の低いエンジン運転状態が連続した場合には、ＤＰＦ３４の連続再生が十分に行われないことから、ＤＰＦ３４内にパティキュレートが過剰に堆積して目詰まりを起こす虞がある。このため、ＤＰＦ３４でのパティキュレートの堆積状況に応じて、適宜ＤＰＦ３４を昇温する強制再生を実行し、これによりＤＰＦ３４上に堆積しているパティキュレートを焼却してパティキュレート捕集機能の回復させている。強制再生時のＤＰＦ３４の昇温には、例えば排気通路２０上に設けた図示しない燃料噴射弁からの未燃燃料の噴射、或いはエンジン１の膨張行程や排気行程で実行されることが多いポスト噴射が利用され、これらの手法により排気通路２０を経てＤＰＦ３４上に未燃燃料を供給してパティキュレートの焼却に利用する。
【００１５】
一方、下流側ケーシング３１内には、アンモニアを還元剤として排ガス中のＮＯｘを選択還元して浄化する選択還元型のＮＯｘ触媒３５が収容されると共に、このＮＯｘ触媒３５の下流側にはＮＯｘ触媒３５から流出したアンモニアを酸化除去するための後段酸化触媒３６が収容されている。この後段酸化触媒３６は、その温度が活性温度以上であるとき、ＤＰＦ３４の強制再生でパティキュレートが焼却される際に発生するＣＯを酸化し、ＣＯ２として大気中に排出する機能も有している。
【００１６】
また、連通路３２には、内部を流通する排ガス中に尿素水を噴射供給する噴射ノズル３７が設けられている。この噴射ノズル３７から噴射された尿素水は、排ガスの熱により加水分解してアンモニアとなってＮＯｘ触媒３５に供給される。供給されたアンモニアはＮＯｘ触媒３５に一旦吸着し、ＮＯｘ触媒３５の温度が活性温度以上であるときに、吸着したアンモニアと排ガス中のＮＯｘとの脱硝反応により、ＮＯｘが浄化されて無害なＮ２に変換される。
【００１７】
次に、上記排気ブレーキ装置２６の構成を説明する。
図２は排気管２０に対する排気ブレーキ装置２６の取付構造を示す正面図、図３は同じく排気管２０に対する排気ブレーキ装置２６の取付構造を示す図２のＡ矢視図、図４は断熱材の詳細を示す図３のIV−IV線断面図である。
排気ブレーキ装置２６の取付位置で排気管２０は前後に分断され、分断された端部にはそれぞれフランジ２０ａ，２０ｂが溶接されて相互に所定間隔をおいて相対向している。両フランジ２０ａ，２０ｂ間には図示しないガスケットを介して排気ブレーキバルブ４１のケーシング４２が配設され、両フランジ２０ａ，２０ｂの四隅はケーシング４２を挟持した状態でボルト４３及びナット４４により締結され、これにより排気管２０の途中にケーシング４２が介装されている。ケーシング４２は立方体のブロック状をなし、前後の排気管２０を相互に連通するように断面円形状の弁通路４５が貫設されている。弁通路４５内にはバタフライ式の弁体４６が配設され、弁体４６に設けられた弁軸４７の左右両端は弁通路４５の両側の図示しない軸受けに回動可能に支持され、弁軸４７と共に弁体４６が回動して弁通路４５を開閉する。
【００１８】
排気ブレーキバルブ４１のケーシング４２の左側面４２ａ及び右両側面４２ｂ（一側面）には、これらの両側面４２ａ，４２ｂと同一四角形状の所定厚さをなす断熱材４８が重ねられている。本実施形態では断熱材４８として、複数枚の鋼板をグラスウールを挟んで積層した断面構造のものが使用されているが、これに限るものではなく、良好な断熱性能を有するもの（即ち、熱伝導率が低い特性のもの）であれば、別の材質や断面構造に代えてもよい。
【００１９】
ケーシング４２の右側には、排気ブレーキ装置２６のアクチュエータユニット５０が配設されている。アクチュエータユニット５０は上下方向に延設された縦長の形状をなし、その下部を上記ケーシング４２の右側面４２ｂに対して断熱材４８を挟んで当接させている。ケーシング４２の右側面４２ｂには、断熱材４８及びアクチュエータユニット５０を介して右側方より上下２本のボルト５１が螺合し、これらのボルト５１によりケーシング４２にアクチュエータユニット５０が締結されている。排気ブレーキバルブ４１の弁軸４７の右端はアクチュエータユニット５０側に延設され、断熱材４８に貫設された軸孔４８ａを介してアクチュエータユニット５０内に挿入されている。
【００２０】
アクチュエータユニット５０内には図示しないエアシリンダが収容され、このエアシリンダにより弁軸４７が回動操作されて弁体４６が開閉する。エアシリンダと弁軸４７との連結構造については詳述しないが、例えば特許文献１（特開平１０−２２０２５３号公報）に記載された排気ブレーキ装置と同様に、弁軸４７の右端に固着したレバーをエアシリンダのロッドに連結し、ロッドの出没に応じてレバーを介して弁軸４７を回動操作し、これにより弁体４６を、図３に示す弁通路４５を閉鎖（排ガスを完全に遮断しないように全閉より開側）する閉鎖位置と、この閉鎖位置から９０°回動して弁通路４５を開放する開放位置との間で回動させるように構成すればよい。
【００２１】
アクチュエータユニット５０の上部には鋼板製のブラケット５２の上端がボルト５３により締結され、ブラケット５２は略クランク状に折曲されて、その下端をケーシング４２の左側面４２ａに対して断熱材５４を挟んで当接させている。なお、断熱材５４としては上記断熱材４８と同様の材質及び断面構造のものを適用しているが、これとは相違させてもよい。ケーシング４２の左側面４２ａには、断熱材５４及びアクチュエータユニット５０を介して左側方より上下２本のボルト５５が螺合し、これらのボルト５５によりケーシング４２にブラケット５２の下端が締結されている。結果としてケーシング４２の左側面４２ａがブラケット５２を介してアクチュエータユニット５０に連結され、ケーシング４２に対するアクチュエータユニット５０の取付を補強している。
【００２２】
次に、以上のように構成された車両の排気ブレーキ装置２６の作用を説明する。
車両走行中においてアクセルオフ以外の通常時には、排気ブレーキ装置２６の弁体４６はアクチュエータユニット５０のエアシリンダにより開放位置に保持されており、エンジン１からの排ガスは、何ら支障なく排気ブレーキ装置２６の弁通路４５を流通して排気浄化装置２８へと案内され、エンジン１は正常な排圧を保って運転を継続する。
【００２３】
例えば長い降坂路等において運転者がアクセルオフを行うと、これに連動する図示しない電磁弁の切換によりエアタンクからの高圧エアがエアシリンダに供給され、エアシリンダにより弁軸４７が回動操作されて弁体４６が閉鎖位置に切り換えられる。従って、排気管２０を流通してきた排ガスは弁通路４５内において弁体４６により流通を妨げられ、エンジン１の排圧上昇により高いエンジンブレーキ作用が発揮される。
【００２４】
一方、良好なＤＰＦ３４の連続再生作用やＮＯx触媒３５のＮＯx浄化作用を得るための観点から、排気浄化装置２８を構成する前段酸化触媒３３、ＤＰＦ３４、ＮＯx触媒３５及び後段酸化触媒３６は活性温度以上に保持する必要があり、一方、ＤＰＦ３４の強制再生時にはパティキュレートを焼却可能な温度までＤＰＦ３４を昇温する必要がある。排気浄化装置２８が活性温度を越える機会を増加させると共に、強制再生時にＤＰＦ３４の昇温に要する未燃燃料量を節減するには、［発明が解決しようとする課題］で述べたように、エンジン１の排気系の熱容量を減少させることが有効な対策とされる。
【００２５】
エンジン１の高い排圧に抗して弁体４６を回動操作すべく上記エアシリンダとしては大きな駆動力を発揮するものが選択されており、必然的にエアシリンダを内蔵したアクチュエータユニット５０はかなりの重量を有し、その熱容量も大きなものとなっている。このようなアクチュエータユニット５０を設置すればエンジン１の排気系の熱容量は大幅に増大してしまうが、本実施形態では断熱材４８，５４によりケーシング４２とアクチュエータとの間を熱的に分離することにより問題解決を図っており、以下、この断熱材４８，５４の作用を説明する。
【００２６】
まず、排気ブレーキバルブ４１のケーシング４２には弁通路４５内を流通する排ガスの熱が伝達されるだけでなく、前後の排気管２０からも熱が伝達されている。即ち、ケーシング４２と前後の排気管２０のフランジ２０ａ，２０ｂとの間にはガスケットが介装されているが、このガスケットは断熱性能よりも排気漏れ防止のためのシール性を重視したカーボン材等により製作されているため、ガスケットを介してケーシング４２には前後の排気管２０の熱が伝達されている。
【００２７】
そして、これら排ガスや前後の排気管２０からケーシング４２に伝達された熱がアクチュエータユニット５０側に逃げることが、排気浄化装置２８の温度低下やＤＰＦ昇温時の無駄な燃料消費を引き起こす要因であり、ケーシング４２とアクチュエータユニット５０との間を熱的に分離すれば、アクチュエータユニット５０側への熱伝導を抑制できる。この観点の基に本実施形態では、従来は広い面積で直接的に接触していたケーシング４２とアクチュエータユニット５０との間に断熱材４８を介装すると共に、ケーシング４２とブラケット５２との間にも断熱材５４を介装している。結果としてケーシング４２に対してアクチュエータユニット５０やブラケット５２は断熱材４８，５４により熱の伝導が遮断され、締結用のボルト４３，５５を通じた極めて狭い面積で直接的に接触するだけとなり、熱的にケーシング４２からほとんど完全に分離した状態となる。換言すれば、断熱材４８の介装によりアクチュエータユニット５０はエンジン１の排気系の熱容量に関与しない存在となる。
【００２８】
このため、排ガスや前後の排気管２０の熱はケーシング４２に伝達されるものの、ケーシング４２から直接アクチュエータユニット５０に伝達される熱量が大幅に減少すると共に、ケーシング４２からブラケット５２を介してアクチュエータユニット５０に伝達される熱量も大幅に減少する。結果として、エンジン１の排ガスは、排気ブレーキバルブ４１の弁通路４５内及びその前後の排気管２０内で熱をほとんど奪われずに流通した後に下流側の排気浄化装置２８の昇温に貢献し、これにより排気浄化装置２８の浄化性能を向上することができる。
【００２９】
以上で実施形態の説明を終えるが、本発明の態様はこの実施形態に限定されるものではない。例えば、上記実施形態では排気浄化装置としてエンジン１の排気系に前段酸化触媒３３、ＤＰＦ３４、選択還元型ＮＯx触媒３５及び後段酸化触媒３６を設けたが、排気浄化装置の構成はこれに限ることはなく、例えば選択還元型ＮＯx触媒３５に代えて吸蔵型ＮＯx触媒を設けてもよい。
【００３０】
また、上記実施形態では、排気ブレーキバルブ４１のケーシング４２に対するアクチュエータユニット５０の取付を補強すべく、ケーシング４２の左側面４２ａをブラケット５２を介してアクチュエータユニット５０に連結したが、ブラケット５２を省略してもよい。この場合でも、ケーシング４２の右側面４２ｂとアクチュエータユニット５０との間に断熱材４８を介装することによる作用効果は上記実施形態と全く同様に得られる。
【００３１】
また、上記実施形態では、エンジンブレーキ作用を向上させる本来の用途のみに排気ブレーキ装置２６を使用したが、例えば排気流量を制限する排気絞り弁としても排気ブレーキ装置２６を利用し、排気浄化装置２８の昇温を要するときに排気ブレーキ装置２６の弁体４６を閉鎖位置に切り換えて排気流量を制限し、これにより排気浄化装置の昇温を図ってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】実施形態の排気ブレーキ装置が適用された車両のエンジン排気系を示す全体構成図である。
【図２】排気管に対する排気ブレーキ装置の取付構造を示す正面図である。
【図３】同じく排気管に対する排気ブレーキ装置の取付構造を示す図２のＡ矢視図である。
【図４】断熱材の詳細を示す図３のIV−IV線断面図である。
【符号の説明】
【００３３】
１    エンジン
２０  排気管（排気通路）
２８  排気浄化装置
４１  排気ブレーキバルブ
４８  断熱材
５０  アクチュエータユニット（アクチュエータ）
【図１】
2009091930.tif 000003
【図２】
2009091930.tif 000004
【図３】
2009091930.tif 000005
【図４】
2009091930.tif 000006