(57)【要約】【課題】圧縮行程でもブレーキ力が低下しないブレーキ装置の提供。【解決手段】ターボチャージャ（１）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置（１００）において、排気系（２１）に介装された排気タービン（１１）と給気系（２２）に介装された圧縮機（１２）との間にモータ発電機（１３）を介装し、該モータ発電機（１３）はエンジン（２）の吸気行程で圧縮機（１２）を回転駆動する機能を有している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ターボチャージャ（１）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置において、排気系（２１）に介装された排気タービン（１１）と給気系（２２）に介装された圧縮機（１２）との間にモータ発電機（１３）を介装し、該モータ発電機（１３）は圧縮機（１２）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることを特徴とするブレーキ装置。
【請求項２】
前記モータ発電機（１３）は、排気シャッタ（４）が作動して排気系（３）を閉鎖している場合に、圧縮機（１２）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有している請求項１のブレーキ装置。
【請求項３】
過給機（１２Ａ）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置において、給気系（２２）に介装された過給機（１２Ａ）はモータ発電機（１３Ａ）と連結しており、該モータ発電機（１３Ａ）は過給機（１２Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることを特徴とするブレーキ装置。
【請求項４】
前記モータ発電機（１３Ａ）は、排気シャッタ（４）が作動して排気系（３）を閉鎖している場合に、過給機（１２Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有している請求項３のブレーキ装置。
【請求項５】
ターボチャージャ（１Ａ）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置において、前記ターボチャージャ（１Ａ）とは別体のモータ発電機（１３Ｂ）を設け、該モータ発電機（１３Ｂ）は前記ターボチャージャ（１Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることを特徴とするブレーキ装置。
【請求項６】
前記モータ発電機（１３Ｂ）は、排気シャッタ（４）が作動して排気系（３）を閉鎖している場合に、ターボチャージャ（１Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有している請求項５のブレーキ装置。
【請求項７】
前記モータ発電機及び電動モータ（１３、１３Ａ、１３Ｂ）は、車両の蓄電装置（例えばバッテリ）からインバータを介して駆動電力を供給される請求項１〜６の何れか１項のブレーキ装置。
【請求項８】
前記モータ発電機（１３、１３Ａ、１３Ｂ）は、回生制動に際しては、インバータを介して車両の蓄電装置に回生電力を供給する請求項１〜６の何れか１項のブレーキ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ターボチャージャ及び排気シャッタ（エキゾーストシャッタ）を用いたエンジンブレーキ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
図８〜図１０は、ターボチャージャ１を装備したエンジン２において、排気シャッタ４を閉じて、エンジンブレーキを作動させる状態を、行程毎に示している。そして、図８は排気行程、図９は吸気行程、図１０は圧縮行程の前半の状態を示している。
【０００３】
ターボチャージャ１を装備したエンジン２が、排気シャッタ４を閉じて、エンジンブレーキを作動させた場合、排気行程（図８）で排気シャッタ４の閉塞によって制動力を得られる。
しかし、吸気行程（図９）では、排気シャッタ４を閉鎖することでターボチャージャ１の回転は低下する。更に、シリンダ５の内圧が高いため、シリンダ５への流入空気量が減少する。シリンダ５への流入空気量が減少する結果として、圧縮行程（図１０）ではシリンダ内圧が昇圧せず、エンジンブレーキとしての制動力が低下してしまうと言う問題を有していた。
なお、図８〜図１０において、符号６はピストンを、符号８は吸気弁を、符号９は排気弁を、符号２２は吸気系を、２１は排気系を示している。
【０００４】
その他の従来技術として、車両制動時に車両駆動軸に連結された電動機構を発電作動させて回生制動を行わせる技術が提案されている（特許文献１参照）。
また、エンジンブレーキ時に可給を行う過給手段を有するエンジンブレーキ装置も提案されている（特許文献２参照）。
さらに、エンジンの吸排気流路に接続された回転電動機と、タービン発電機とを備え、クランク軸に連結された電動機構の出力を回転電機とタービン発電機に供給してエンジンの排圧を高めるブレーキ制御技術も提案されている（特許文献３）。
しかし、これ等の従来技術（特許文献１〜特許文献３）は、何れも、圧縮行程における制動力が小さくなると言う前述した問題を解消するものではない。
【特許文献１】特開平９−８８６１９号公報
【特許文献２】特開平９−８８６４８号公報
【特許文献３】特開平５−１４１２５４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、圧縮行程でもブレーキ力が低下しないブレーキ装置の提供を目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のブレーキ装置は、ターボチャージャ（１）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置（１００）において、排気系（２１）に介装された排気タービン（１１）と給気系（２２）に介装された圧縮機（１２）との間にモータ発電機（１３）を介装し、該モータ発電機（１３）は圧縮機（１２）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることを特徴としている（請求項１）。
【０００７】
本発明のブレーキ装置において、前記モータ発電機（１３）は、排気シャッタ（４）が作動（閉鎖）して排気系（排気管３）を閉鎖している場合に、圧縮機（１２）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることが好ましい（請求項２）。
【０００８】
また本発明のブレーキ装置は、過給機（１２Ａ）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置（１０２）において、給気系（２２）に介装された過給機（コンプレッサ１２Ａ）はモータ発電機（１３Ａ）と連結しており、該モータ発電機（１３Ａ）は過給機（１２Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることを特徴としている（請求項３）。
【０００９】
ここで、前記モータ発電機（１３Ａ）は、排気シャッタ（４）が作動して排気系（３）を閉鎖している場合に、過給機（１２Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることが好ましい（請求項４）。
ここで、前記モータ発電機（１３Ａ）を電動モータと置き換えても良い。
【００１０】
また本発明のブレーキ装置は、ターボチャージャ（１Ａ）を設けた車両の排気シャッタ（４）を用いたエンジンブレーキ装置（１０３）において、前記ターボチャージャ（１Ａ）とは別体の（分離した）モータ発電機（１３Ｂ）を設け、該モータ発電機（１３Ｂ）は前記ターボチャージャ（１Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることを特徴としている（請求項５）。
【００１１】
そして、前記モータ発電機（１３Ｂ）は、排気シャッタ（４）が作動して排気系（３）を閉鎖している場合に、ターボチャージャ（１Ａ）を回転駆動して吸気行程でシリンダ（５）側に圧縮空気を供給する機能を有していることが好ましい（請求項６）。
【００１２】
前記モータ発電機（１３、１３Ａ、１３Ｂ）は、車両の蓄電装置（例えばバッテリ）からインバータを介して駆動電力を供給されるのが好ましい（請求項７）。
【００１３】
前記モータ発電機（１３、１３Ａ、１３Ｂ）は、エネルギ回生制動に際しては、インバータを介して車両の蓄電装置に回生電力を供給するのが好ましい（請求項８）。
【発明の効果】
【００１４】
上述する構成を具備する本発明によれば、排気系（２１）に介装されたターボチャージャの排気タービン（１１）と給気系（２２）に介装された圧縮機（１２）との間にモータ発電機（１３）を介装し、或は、ターボチャージャとは別体のモータ発電機（１３Ｂ）を装備し、該モータ発電機（１３、１３Ｂ）は排気シャッタ（４）を閉鎖した際にモータとして機能し、エンジン（２）の吸気行程で圧縮機（１２）を回転駆動するので、吸気行程におけるシリンダ（５）内への流入空気量を増大させる事が出来る。その結果、圧縮行程のシリンダ（５）内の圧力を増加する事が出来て、抵抗が増大するので、ブレーキ装置（１００）の制動力が向上するのである（請求項1）。
【００１５】
そして、排気シャッタ（４）が作動して排気系（排気管３）を閉鎖している場合に、エンジンの吸気行程で圧縮機（１２）を回転駆動してエンジンに圧縮空気を供給する様に構成すれば（請求項２）、排気シャッタ（４）作動時における上述した問題、すなわち、圧縮行程でシリンダ（５）の内圧が低くなり、制動力が低下するという問題を解消することが出来る。
【００１６】
排気シャッタ（４）作動時において圧縮行程で制動力が低下しないので、本発明によれば、エンジンブレーキによる補助制動力が向上する。そのため、主ブレーキにおける部品（ブレーキドラム、ブレーキパッド等）の寿命が向上する。
また、従来技術ではエンジンの排気量が小さい場合には排気シャッタによる制動力は低下する。これに対して本発明によれば、排気シャッタ作動時における制動力が向上するので、エンジンの排気量が小さい場合でも、排気シャッタによる補助制動力は低下しない。
さらに本発明によれば、ターボチャージャ装置（或いはスーパーチャージャー装置）を交換するだけで、既存の車両に対して容易に適用可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図１〜図７を参照して、本発明の実施形態について説明する。
図１〜図５は、本発明の第１実施形態を示している。
図１において、全体を符号１００で示すブレーキ装置は、ターボチャージャ（電動アシストターボチャージャ）１を装備したエンジン２と、エンジンの排気管３に介装された排気シャッタ４と、制御手段であるコントロールユニット５０とを有している。
【００１８】
エンジン２は、シリンダ５と、ピストン６と、シリンダヘッド７とを有している。シリンダヘッド７には吸気ポート７ａと、排気ポート７ｂとが形成されている。吸気ポート７ａは吸気バルブ８で開閉され、排気ポート７ｂは排気バルブ９で開閉されるように構成されている。
【００１９】
ターボチャージャ１は、排気系２１に介装された排気タービン１１と、給気系２２に介装されたコンプレッサ１２と、タービン軸１１ｓに取付けられたモータ発電機１３とを有している。排気系２１は、シリンダヘッド７の排気ポート７ｂに連通し、吸気系２２は吸気ポート７ａに連通している。
【００２０】
排気シャッタ４の図示しないアクチュエータは、入力信号ラインＬｉを介してコントロールユニット５０と接続されている。また、モータ発電機１３は、制御信号ラインＬｏを介してコントロールユニット５０と接続されている。
【００２１】
ブレーキ装置１００のコントロールユニット５０は、排気管３の排気シャッタ４の開閉を、入力信号ラインＬｉを介して検知している。コントロールユニット５０は、排気シャッタ４が閉鎖している場合は、モータ発電機１３をモータとして機能させるべく、モータ発電機１３に制御信号を発信する。一方、排気シャッタ４が開放している場合は、モータ発電機１３がモータとして機能しない様に、モータ発電機１３に制御信号を発信する。
【００２２】
モータ発電機１３は、車両の蓄電装置である図示しないバッテリから、図示しないインバータを介して駆動電力が供給されるように構成されている。また、モータ発電機１３は、エネルギ回生制動に際しては発電機として作用して、図示しないインバータを介して、図示しないバッテリに回生電力を供給するように構成されている。
【００２３】
次に、ブレーキシステム１００の作動を、エンジン２の行程（図２の排気行程、図３の吸気行程、図４の圧縮行程前半）に沿って説明する。
ここで、何れの行程においても排気管３の排気シャッタ４は閉鎖され、ターボチャージャ１の回転は、モータ発電機１３がモータとして機能することによってアシストされている。
図２の排気行程では、吸気弁８は閉じ、排気弁９は開放されている。上述したように、排気管３は排気シャッタ４により閉塞しているので、シリンダ５の内圧は増加する。
【００２４】
図３の吸気行程では、吸気弁８は開き、排気弁９は閉じる。従来技術では、排気シャッタ４が閉鎖しているため、排気タービン１１は回転せず、コンプレッサ１２は作動せずに、シリンダ５内へ流入する空気量が減少してしまう。
これに対して、第１実施形態では、モータ発電機１３がモータとして機能してコンプレッサ１２を作動するので、図３の吸気行程においても、コンプレッサ１２によりシリンダ５内へ空気が供給され、流入空気量Ｆａが増大する。
【００２５】
図４の圧縮行程において、従来技術では、シリンダ５内の流入空気量Ｆａが少ないため、ピストン６が上昇してもシリンダ５の内圧はさほど上昇しない。
これに対して、第１実施形態では、図３の吸気行程で流入空気量Ｆａが増大しているので、ピストン６が上昇すればシリンダ５の内圧は上昇する。そして、ピストン６に接続された図示しないクランクは、シリンダ５の上昇した内圧によって減速させられるため、大きな制動力が得られる。
【００２６】
次に、図５のフローチャートを参照して、コントロールユニット５０によるエンジン制動制御について説明する。
図５のステップＳ１では、コントロールユニット５０は、入力信号ラインＬｉからの情報によって、排気シャッタ４が閉鎖（排気シャッタＯＮ）しているか、或いは、排気シャッタ４が開放（排気シャッタＯＦＦ）しているかを判断する。
排気シャッタ４が閉鎖していれば（排気シャッタＯＮ：ステップＳ１がＹＥＳ）ステップＳ２に進み、排気シャッタ４が開放されていれば（排気シャッタＯＦＦ：ステップＳ１がＮＯ）ステップＳ３に進む。
【００２７】
ステップＳ２では、コントロールユニット５０は、モータ発電機１３をモータとして回転駆動させて、電動アシストターボを作動するべく、制御信号ラインＬｏを介してモータ発電機１３に制御信号を送る。
電動アシストターボを作動すれば、図３、図４で説明したように、図３の吸気行程ではシリンダ５への流入空気量Ｆａは増大する。そして流入空気量Ｆａが増大する結果、図４の圧縮行程ではシリンダ５の内圧は上昇する。これにより、ピストン６に連なる図示しないクランクは、この上昇した内圧によって減速させられるため、大きな制動力が得られる。
【００２８】
ステップＳ３では、コントロールユニット５０は、モータ発電機１３をモータとして回転駆動させることなく、電動アシストターボを非作動とするため、制御信号ラインＬｏを介してモータ発電機１３に制御信号を送る。
以下、ステップＳ１〜ステップＳ３を繰り返す。
【００２９】
図１〜図５の第１実施形態によれば、排気シャッタ４を閉鎖した（排気シャッタ４をＯＮとした）際に、モータ発電機１３は電動機（モータ）として機能し、エンジンの吸気行程では当該モータによってコンプレッサ１２を回転駆動するので、吸気行程におけるシリンダ５内への流入空気量Ｆａを増大させる事が出来る。その結果、圧縮行程でシリンダ５内の圧力が増加し、ビストン６の動きに対する抵抗が増大するので、ブレーキ装置の制動力が向上する。
その結果、排気シャッタ作動時に、圧縮行程でシリンダ内圧が低くなり、制動力が低下するという従来技術の問題を解消することが出来る。
【００３０】
そして、排気シャッタ作動時において圧縮行程で制動力が低下しないので、エンジンブレーキによる補助制動力が向上する。そのため、主ブレーキにおける部品（ブレーキドラム、ブレーキパッド等）の寿命が向上する。
また、従来技術ではエンジンの排気量が小さい場合には排気シャッタによる制動力は低下する。これに対して第１実施形態によれば、排気シャッタ作動時における制動力が向上するので、エンジンの排気量が小さい場合でも、排気シャッタによる補助制動力は低下しない。
さらに第１実施形態によれば、ターボチャージャ装置をモータ発電機内臓タイプに交換するだけで、既存の車両に対して容易に適用可能である。
【００３１】
加えて、モータ発電機１３を任意に制御し、減速時に発電機として機能させ、発電した電力をバッテリ等に蓄電すれば、制動エネルギの回生が可能となる。
【００３２】
図１〜図５の第１実施形態は、ターボチャージャを装備したエンジンに適用される。それに対して、図６の第２実施形態のブレーキ装置１０２は、吸気用コンプレッサ１２Ａをモータ発電機１３Ａによって回転駆動している。
【００３３】
図６において、第２実施形態に係るブレーキ装置１０２は、図１の第１実施形態に係るブレーキ装置１００のターボチャージャ１を吸気用コンプレッサ１２Ａに置き換え、このコンプレッサ１２Ａをモータ発電機１３Ａで直接回転駆動するように構成したものである。モータ発電機１３Ａは、制御信号ラインＬｏを介してコントロールユニット５０と接続されている。
第１実施形態同様、コントロールユニット５０は、排気シャッタ４が閉鎖しているか（排気シャッタ４がＯＮ）、或いは、排気シャッタ４が開放しているか（排気シャッタ４がＯＦＦ）の情報を、入力信号ラインＬｉを介して受信する。そして、出力信号ラインＬｏを介して制御信号をモータ発電機１３Ａに発信し、モータ発電機１３Ａを回転駆動するように構成されている。
【００３４】
第２実施形態では、モータ発電機１３Ａを、発電機能を有しない単なる電動モータに置換しても良い。
図６の第２実施形態の上記以外の構成及び作用効果については、図１〜図５の第１実施形態と同様である。
【００３５】
次に、図７を参照して、第３実施形態について説明する。
図１〜図５の第１実施形態では、ターボチャージャ１にモータ発電機１３が一体に組み込まれている。それに対して、図７の第３実施形態では、ターボチャージャ１Ａとモータ発電機１３Ｂを分離して構成している。
【００３６】
図７において、第３実施形態のブレーキ装置１０３は、ターボチャージャ１Ａとモータ発電機１３Ｂとを回転力伝達機構１４によって接続している。
回転力伝達機構１４は、例えば、ターボチャージャ１Ａの排気タービン１１の回転軸１１ｓに固着されたスプロケット１６とモータ発電機１３Ａの回転軸１３ｓに固着されたスプロケット１７と、チェーン１８とで構成されている。エチェーン１８はスプロケット１６とスプロケット１７とに係合している。
【００３７】
この様に構成することにより、モータ発電機１３Ａがモータとして作動する際には、ターボチャージャ１Ａの回転をアシストする。一方、モータ発電機１３Ａが発電機として作動する際には、ターボチャージャ１Ａの回転によって発電（エネルギ回生）することが出来る。
第３実施形態の上記以外の構成及び作用効果については、第１実施形態と同様である。
【００３８】
図示の実施形態はあくまでも例示であり、本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではないことを付記する。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】本発明の第１実施形態のブロック図。
【図２】本発明の第１実施形態における排気行程の作動説明図。
【図３】本発明の第１実施形態における吸気行程の作動説明図。
【図４】本発明の第１実施形態における圧縮行程前半の作動説明図。
【図５】本発明の第１実施形態の制御を説明するフローチャート。
【図６】本発明の第２実施形態のブロック図。
【図７】本発明の第３実施形態のブロック図。
【図８】従来技術における排気行程の作動説明図。
【図９】従来技術における吸気行程の作動説明図。
【図１０】従来技術における圧縮行程前半の作動説明図。
【符号の説明】
【００４０】
１・・・ターボチャージャ
２・・・エンジン
３・・・排気管
４・・・排気シャッタ
５・・・シリンダ
６・・・ピストン
７・・・シリンダヘッド
８・・・吸気バルブ
９・・・排気バルブ
１１・・・タービン
１２・・・コンプレッサ
１３・・・モータ発電機
５０・・・コントロールユニット
１００・・・ブレーキ装置／エンジンブレーキ装置
【図１】
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【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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【図７】
2009156109.tif 000009
【図８】
2009156109.tif 000010
【図９】
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【図１０】
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