特表 2024-541666 内燃エンジンのための燃料噴射を伴うエンジンブレーキ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公表特許公報(A)

(11)【公表番号】

(43)【公表日】2024-11-08

(54)【発明の名称】内燃エンジンのための燃料噴射を伴うエンジンブレーキ

(51)【国際特許分類】

   F02D 13/04 20060101AFI20241031BHJP

   F02D 41/12 20060101ALI20241031BHJP

   F02D 41/30 20060101ALI20241031BHJP

   F02D 23/02 20060101ALI20241031BHJP

   F02D 13/06 20060101ALI20241031BHJP

   F02D 17/02 20060101ALI20241031BHJP

   F02D 23/00 20060101ALI20241031BHJP

【ＦＩ】

F02D13/04 A

F02D41/12

F02D41/30

F02D23/02 H

F02D13/06

F02D17/02 M

F02D23/00 J

【審査請求】有

【予備審査請求】未請求

(21)【出願番号】P 2024533058

(86)(22)【出願日】2022-11-28

(85)【翻訳文提出日】2024-05-31

(86)【国際出願番号】 US2022080487

(87)【国際公開番号】W WO2023102346

(87)【国際公開日】2023-06-08

(31)【優先権主張番号】2117400.8

(32)【優先日】2021-12-02

(33)【優先権主張国・地域又は機関】GB

(81)【指定国・地域】

(71)【出願人】

【識別番号】522175783

【氏名又は名称】カミンズ インコーポレイテッド

【氏名又は名称原語表記】ＣＵＭＭＩＮＳ ＩＮＣ．

(74)【代理人】

【識別番号】110000855

【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ドッズ、ジェイムズ エイ．

(72)【発明者】

【氏名】ベネット、アラン ロナルド

【テーマコード（参考）】

3G092

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G092AA11

3G092AA17

3G092AA18

3G092BB06

3G092CA03

3G092CB02

3G092DA01

3G092DA02

3G092DA11

3G092DB03

3G092DC08

3G092EA03

3G092FA34

3G092GB08

3G301HA11

3G301HA13

3G301KA16

3G301MA18

3G301NE11

(57)【要約】

内燃エンジンシステムは、複数の気筒を有するエンジンと、複数の気筒に燃料を提供する燃料供給システムと、複数の吸気バルブのうちのそれぞれ１つを通して複数の気筒に空気を提供する吸気システムと、複数の排気バルブのうちのそれぞれ１つを通して複数の気筒から排気ガスを解放する排気システムと、を含む。エンジンブレーキ中、ある量の燃料が、エンジンブレーキに関与する１つ以上の気筒内に、それらの圧縮行程中に噴射されて、エンジンブレーキ性能を改善する。

【特許請求の範囲】

【請求項1】

方法であって、
複数の気筒を有する内燃エンジンを含む内燃エンジンシステムを動作させることであって、前記複数の気筒が、前記複数の気筒に提供される燃料の燃焼のための給気流を受容し、前記複数の気筒の少なくとも一部分が、気筒休止条件に応答して休止されるように動作可能である、動作させることと、
ブレーキ条件に応答して前記内燃エンジンにブレーキをかけることであって、前記内燃エンジンにブレーキをかけることが、前記ブレーキ条件に応答して、休止させることができるように構成された前記複数の気筒の前記一部分のうちの１つ以上の排気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整して、前記気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上内に、それらの圧縮行程中に燃料を噴射した後に圧縮解放ブレーキを提供することを含む、ブレーキをかけることと、を含む、方法。

【請求項2】

前記内燃エンジンにブレーキをかけることが、前記複数の気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上の各々の前記排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングの両方を調整して、圧縮解放ブレーキを提供することを含む、請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記内燃エンジンにブレーキをかけることが、前記圧縮解放ブレーキ中に、前記複数の気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上の各サイクルについて、
それらの第１の吸気バルブ及び第１の排気バルブを休止させることと、
前記圧縮行程中及び燃焼行程中に、それらの第２の吸気バルブを開放することと、
前記圧縮行程の上死点の前、及び排気行程の上死点の前に、それらの第２の排気バルブを開放することと、を含む、請求項１に記載の方法。

【請求項4】

前記内燃エンジンが、排気ガス再循環（exhaust gas recirculation、ＥＧＲ）システムに接続された吸気システムから前記給気流を受容する、請求項１に記載の方法。

【請求項5】

前記内燃エンジンの圧縮解放ブレーキ中に、前記ＥＧＲシステムから前記複数の気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上にＥＧＲ流を提供することを更に含む、請求項４に記載の方法。

【請求項6】

圧縮解放ブレーキ中に、前記燃料が、前記気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上の前記圧縮行程の上死点の約３５度前に噴射される、請求項１に記載の方法。

【請求項7】

圧縮解放ブレーキ中に、前記燃料が、前記気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上の前記圧縮行程の上死点の２０～５０度前に噴射される、請求項１に記載の方法。

【請求項8】

圧縮解放ブレーキ中に、前記燃料が、前記気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上の前記圧縮行程の上死点の２５～４５度前に噴射される、請求項１に記載の方法。

【請求項9】

前記圧縮行程中に噴射された前記燃料が、燃焼して、圧縮解放ブレーキ中に前記気筒の前記一部分のうちの前記１つ以上の気筒内圧力を増加させる、請求項１に記載の方法。

【請求項10】

システムであって、
吸気システムから給気流を受容する複数の気筒と、前記複数の気筒内の燃料の燃焼によって生成された排気ガスを受容するための排気システムと、を含む内燃エンジンと、
前記複数の気筒に関連付けられた排気バルブ及び吸気バルブの開放及び閉鎖タイミングを制御するように構成されたバルブ作動機構と、
ブレーキ条件を判定するように動作可能なコントローラであって、前記ブレーキ条件状態に応答して、
前記バルブ作動機構を介して、前記複数の気筒のうちの１つ以上の排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整して、２行程圧縮解放ブレーキを生成することと、
前記内燃エンジンの複数の気筒のうちの前記１つ以上内に燃料を噴射して、それらの圧縮行程中に圧縮解放ブレーキを提供することと、を行うように構成されている、コントローラと、を備える、システム。

【請求項11】

前記コントローラが、前記ブレーキ条件に応答して、前記複数の気筒のうちの複数の気筒の前記排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び前記吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整して、圧縮解放ブレーキを提供するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項12】

前記排気システムと前記吸気システムとを接続する排気ガス再循環（ＥＧＲ）システムを更に備え、コントローラが、前記２行程圧縮解放ブレーキ中に、前記複数の気筒のうちの前記１つ以上にＥＧＲ流を提供するように構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項13】

前記コントローラが、前記圧縮解放ブレーキ中のターボチャージャ入口における圧力状態に応答して、前記ＥＧＲ流を提供するように構成されている、請求項１２に記載のシステム。

【請求項14】

前記バルブ作動機構が、気筒休止条件に応答して、前記複数の気筒のうちの前記１つ以上を休止させるように構成されている、請求項１０に記載のシステム。

【請求項15】

前記複数の気筒のうちの前記１つ以上の各々の前記２行程圧縮解放ブレーキの各サイクル中に、前記バルブ作動機構が、
それらの第１の吸気バルブ及び第１の排気バルブを休止させ、
前記圧縮行程中及び前記燃焼行程中に、それらの第２の吸気バルブを開放し、
前記圧縮行程の上死点の前及び前記排気行程の上死点の前に、それらの第２の排気バルブを開放する、請求項１０に記載のシステム。

【請求項16】

装置であって、
内燃エンジンの動作に関連付けられている複数のセンサから信号を受信するように構成されたコントローラであって、ブレーキ条件を判定し、前記ブレーキ条件に応答して、
前記複数の気筒のうちの１つ以上の排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整して、２行程圧縮解放ブレーキを提供し、
前記内燃エンジンの複数の気筒のうちの前記１つ以上内に燃料を噴射して、それらの圧縮行程中に圧縮解放ブレーキを提供するエンジンブレーキコマンドを提供するように構成されている、コントローラと、を備える、装置。

【請求項17】

前記コントローラが、気筒休止条件に応答して、前記複数の気筒のうちの前記１つ以上を休止させるように構成されている、請求項１６に記載の装置。

【請求項18】

前記複数の気筒のうちの前記１つ以上の各々の前記２行程圧縮解放ブレーキの各サイクル中に、前記エンジンブレーキコマンドが、
それらの第１の吸気バルブ及び第１の排気バルブを休止させ、
前記圧縮行程中及び前記燃焼行程中に、それらの第２の吸気バルブを開放し、
前記圧縮行程の上死点の前及び前記排気行程の上死点の前に、それらの第２の排気バルブを開放する、請求項１７に記載の装置。

【請求項19】

前記エンジンブレーキコマンドが、前記２行程圧縮解放ブレーキ中に、前記圧縮行程の上死点の約３５度前に前記燃料を噴射する、請求項１６に記載の装置。

【請求項20】

前記エンジンブレーキコマンドが、前記２行程圧縮解放ブレーキ中に、前記圧縮行程の上死点の２０～５０度前に燃料を噴射する、請求項１６に記載の装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

（関連出願の相互参照）
本出願は、参照により本明細書に組み込まれる、２０２１年１２月２日に出願された英国特許出願第２１１７４００．８号の優先権を主張するものである。

【背景技術】

【0002】

本発明は、内燃エンジンシステムの動作に関し、より具体的には、排他的ではないが、内燃エンジンのエンジンブレーキに関する。

【0003】

エンジンブレーキは、可変ジオメトリ（variable geometry、ＶＧ）タービン入口を用いて、及び／又は燃焼行程中の排気バルブ開放タイミングを制御することによって達成することができる。エンジンの気筒のうちの１つ以上を利用する圧縮解放ブレーキも使用することができ、それにより、エンジンは、１つ以上の気筒のピストンの燃焼行程中に排気バルブを開放することを介して、減速される。しかしながら、現在の圧縮解放ブレーキ戦略は、所望の量のブレーキエネルギーを提供しない場合がある。したがって、この技術分野に更に貢献するための継続的な要求が存在する。

【発明の概要】

【0004】

本出願の特定の実施形態は、エンジンブレーキ条件に応答して、１つ以上の気筒の圧縮解放ブレーキ中に燃料噴射を使用して内燃エンジンの動作を調節するための独自のシステム、方法、及び装置を含む。他の実施形態は、１つ以上の気筒を使用して、４行程及び／又は２行程圧縮解放ブレーキのためにバルブトレインを制御しながら、１つ以上の気筒の圧縮行程中に燃料噴射を使用する内燃エンジンシステムのエンジンブレーキ制御を伴う、独自の装置、デバイス、システム、及び方法を含む。内燃エンジンはまた、圧縮解放ブレーキ中に排気ガス再循環を提供して、エンジンブレーキ出力を更に増強するように構成することができる。

【0005】

本概要は、例解的な実施形態において下で更に説明される一連の概念を導入するために提供される。本概要は、特許請求される主題の主要な又は本質的な特徴を識別することを意図するものではなく、特許請求される主題の範囲を限定する際の補助として使用されることを意図するものでもない。更なる実施形態、形態、目的、特徴、利点、態様、及び利益は、以下の説明及び図面から明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】圧縮解放ブレーキ中に燃料噴射を提供するように動作可能な内燃エンジンシステムの一実施形態の概略図である。

【図2】図１の内燃エンジンシステムの気筒、並びに圧縮解放ブレーキ及び気筒休止のためのバルブ作動機構の概略の一実施形態の線図及び概略図である。

【図3】燃料噴射を伴う圧縮解放ブレーキを提供するための、図１の内燃エンジンシステムの動作の手順の一実施形態の流れ図である。

【図4】図１の内燃エンジンシステムの気筒のうちの１つ以上の吸気バルブ及び排気バルブを動作させるための例示的な公称カムローブプロファイルのグラフィック表示である。

【図5】図１の内燃エンジンシステムの気筒のうちの１つ以上の吸気バルブ及び排気バルブを動作させるための例示的な４行程圧縮解放カムローブプロファイルのグラフィック表示である。

【図6】図１の内燃エンジンシステムの気筒のうちの１つ以上の吸気バルブのうちの一方及び排気バルブのうちの一方を動作させながら、吸気バルブのうちの他方及び排気バルブのうちの他方を休止させるための例示的な２行程圧縮解放カムローブプロファイルのグラフィック表示である。

【発明を実施するための形態】

【0007】

本発明は、本発明の原理に関する理解を促進するために多くの異なる形態をとり得るが、以下、図面に例解される実施形態を参照し、実施形態を説明するために特定の文言が使用される。それでもなお、それによって本発明の範囲を限定することを意図していないことが理解されるであろう。説明される実施形態のいかなる変更及び更なる修正、並びに本明細書に説明される本発明の原理のいかなる更なる応用も、本発明が関連する当業者に通常着想されることが企図される。

【0008】

図１を参照すると、内燃エンジンシステム１０は、ピストンを収容する燃焼チャンバを形成する複数の気筒１４を有する４行程内燃エンジン１２を含む。特定のブレーキ条件に応答して圧縮解放ブレーキが使用される限り、圧縮点火、火花点火、及びそれらの組み合わせを含む任意のエンジンタイプが企図される。システム１０は、圧縮解放ブレーキに関与する１つ以上の気筒１４の圧縮行程中の燃料の噴射を使用しながら、気筒１４のうちの１つ以上を介して圧縮解放ブレーキを提供するように構成され、動作可能である。噴射された燃料は、圧縮行程中に燃焼されて、負のトルクの増加を生じさせる一方、ピストンの上死点の直後に排気バルブが開放されて、膨張行程中に正のトルクが生じることを回避する。

【0009】

図１は、例解のみを目的として、直列配置の６つの気筒１４を含む構成の複数の気筒１４を例解する。内燃エンジンでの使用に好適な、単一の気筒バンク又は複数の気筒バンク内で任意の数の気筒及び任意の配置の気筒を利用することができる。エンジン１２に含むことができる気筒１４の数は、例えば、２気筒～１８気筒以上の範囲であり得る。更に、以下の説明は、気筒１４のうちの１つを参照することがある。図２及び本明細書の他の場所における気筒１４に関する対応する特徴は、別途明記しない限り、エンジン１２の他の気筒１４の全て又はサブセットに存在し得ることを認識されたい。

【0010】

図２に示されるように、気筒１４は、気筒１４の燃焼チャンバ２８内でのピストン１６の往復運動によって回転されるクランクシャフト１８に動作可能に取り付けられたピストン１６を収容する。気筒１４の気筒頭部２０内には、少なくとも１つの吸気バルブ２２と、少なくとも１つの排気バルブ２４と、気筒１４によってピストン１６と気筒頭部２０との間に形成された燃焼チャンバ２８に燃料を提供する燃料噴射器２６と、が存在する。更に、以下の考察では、各気筒１４はまた、２つの吸気バルブ２２及び２つの排気バルブ２４を含むことができる。

【0011】

本明細書における「４行程」という用語は、ピストン１６がエンジンのクランクシャフト１８の２つの別個の回転中に完了する、燃焼サイクルである、以下の４つの行程－吸気、圧縮、燃焼、及び排気－を意味する。行程は、ピストン１６が気筒１４の気筒頭部２０の頂部にあるときの上死点（top dead center、ＴＤＣ）、又はピストン１６が気筒１４のその最下点に到達したときの下死点（bottom dead center、ＢＤＣ）から始まる。

【0012】

更に図４を参照すると、２つ吸気バルブ（intake valve、ＩＶ１並びにＩＶ２）及び２つの排気バルブ（exhaust valve、ＥＶ１並びにＥＶ２）の燃焼サイクル中の公称吸気バルブ及び排気バルブ開放及び閉鎖プロファイルの例が、示されている。ＩＶ１及びＩＶ２の吸気行程中に、ピストン１６は、気筒１４の気筒頭部２０から離れて気筒１４の底部（図示せず）まで下降し、それにより、気筒１４の燃焼チャンバ２８内の圧力を低減させる。吸気バルブ２２が開放されるときに、吸気バルブ２２を通して空気を吸気することによって、燃焼チャージが燃焼チャンバ２８内で生じる。

【0013】

燃料噴射器２６からの燃料は、例えば、燃料タンク３２に接続された高圧コモンレールシステム３０（図１）によって供給される。燃料タンク３２からの燃料は、燃料ポンプ（図示せず）によって吸引されて、コモンレール燃料システム３０に送給される。燃料ポンプから送給された燃料は、コモンレール燃料システム３０内に蓄積され、蓄積された燃料は、燃料ライン３４を通して各気筒１４の燃料噴射器２６に供給される。コモンレールシステム内に蓄積された燃料は、各気筒１４の燃焼チャンバ２８に送達される燃料の燃料圧力を上昇させて制御するように加圧することができる。しかしながら、圧縮解放ブレーキ中に１つ以上の気筒１４内に燃料を噴射することができる限り、任意のタイプの燃料送達システムが企図される。

【0014】

図４のＩＶ１、ＩＶ２、及びＥＶ１、ＥＶ２によって示されるように、非エンジンブレーキモードの動作における圧縮行程中、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４は、一般的に閉鎖される。ピストン１６がＴＤＣに向かって戻り、ＴＤＣ付近での主噴射事象において燃料が圧縮空気中に噴射され、短い遅延の後に、圧縮された燃料空気混合物が燃焼チャンバ２８内で点火する。エンジン１２がディーゼルエンジンである場合、これは、燃焼チャージの点火をもたらす。空気及び燃料の点火は、燃焼チャンバ２８内の圧力の急激な増加を引き起こし、この圧力が、ＢＤＣに向かう燃焼行程中にピストン１６に印加される。燃焼チャンバ２８内の燃焼位相は、燃焼チャンバ２８内の圧力の上昇がピストン１６を押して、ピストン１６が正味の正の力／作業／動力を提供するように較正される。

【0015】

図４のＥＶ１及びＥＶ２によって示されるように、排気行程中、ピストン１６は、ＴＤＣに向かって戻される一方、排気バルブ２４は、開放する。この動作により、燃焼チャンバ２８内での燃料の燃焼による燃焼生成物を排出して、使用済みの燃料空気混合物（排気ガス）を、排気バルブ２４を通して外へ吐出する。次の燃焼サイクルは、以下で更に考察されるように、エンジンブレーキ条件が判定されない限り、これらの同じ吸気バルブ及び排気バルブ開放閉鎖プロファイルを使用して行われる。

【0016】

図１を再度参照すると、吸気は、吸気通路３６及び吸気マニホールド３８を通って流れた後に、吸気バルブ２２に到達する。吸気通路３６は、ターボチャージャ４０の圧縮機４０ａ及び吸気スロットル４２に接続され得る。吸気は、エアクリーナ（図示せず）によって浄化し、圧縮機４０ａによって圧縮し、次いで、吸気スロットル４２を通して燃焼チャンバ２８内へ吸引することができる。吸気スロットル４２は、気筒内への空気流に影響を与えるように、及び以下で更に考察されるように、圧縮解放ブレーキ動作中に提供されるエンジンブレーキを変化させるように制御することができる。

【0017】

吸気通路３６には、例えば、圧縮機４０ａの下流に位置する、クーラ４４を提供することができる。一例では、クーラ４４は、チャージエアクーラ（charge air cooler、ＣＡＣ）とすることができる。この例では、圧縮機４０ａは、吸気の温度及び圧力を上昇させることができる一方、クーラ４４は、給気密度を増加させて、より多くの空気を気筒に提供する。別の例では、クーラ４４は、低温アフタークーラ（low temperature aftercooler、ＬＴＡ）とすることができる。ＣＡＣとして構成されたクーラ４４は、冷却媒体として空気を使用することができる一方、ＬＴＡとして構成されたクーラ４４は、冷却媒体として冷却剤を使用することができる。

【0018】

排気ガスは、燃焼チャンバ２８から、気筒１４を排気通路４６に接続する排気マニホールド４８からの排気通路４６内へ流出する。排気通路４６は、ターボチャージャ４０のタービン４０ｂに、次いで、後処理システム５２に接続される。燃焼チャンバ２８から排出された排気ガスは、タービン４０ｂを駆動して回転させる。タービン４０ｂは、内部を通る排気流を制御するために、可変ジオメトリの又は他のサイズ調整可能な入口を含むことができる。一実施形態では、排気ガスの一部が、通路５４を通ってタービン４０ｂをバイパスすることを可能にするデバイスであるウェイストゲート５０を提供することができる。ウェイストゲート５０は、開放／閉鎖（二位置）型バルブ、又はバイパス流量の制御を可能にするフルオーソリティバルブ、又はそれらの間の任意のものであり得る制御バルブ５６を含むことができる。排気通路４６は、更に又は代替的に、排気通路４６を通る排気ガスの流量を調節するための排気スロットル５８を含むことができる。次いで、排気ガスは、後処理システム５２に入る。

【0019】

任意選択的に、排気ガスの一部は、ＥＧＲ通路６２を含むＥＧＲシステム６０を介して、吸気システム内へ再循環され得る。ＥＧＲ通路６２は、タービン４０ｂの上流の排気通路４６を、吸気スロットル４２の下流の吸気通路３６に接続されることができる。代替的又は追加的に、低圧ＥＧＲシステム（図示せず）を、タービン４０ｂの下流に及び圧縮機４０ａの上流に提供することができる。ＥＧＲバルブ６４は、ＥＧＲ通路６２を通るＥＧＲ流を調節するために提供され得る。ＥＧＲ通路６２には、ＥＧＲクーラ及びＥＧＲクーラの周りのバイパス（図示せず）を更に提供することができる。

【0020】

後処理システム５２は、排気ガス中の一酸化炭素、一酸化窒素、二酸化窒素、炭化水素、及び／又は煤煙を含む有害成分であり得る、排気ガスからの材料を取り扱う及び／又は除去するのに有用な１つ以上のデバイスを含み得る。いくつかの例では、後処理システム５２は、触媒デバイス及び粒子状物質フィルタのうちの少なくとも１つを含むことができる。触媒デバイスは、ディーゼル用酸化触媒（diesel oxidation catalyst、ＤＯＣ）デバイス、アンモニア酸化（ammonia oxidation、ＡＭＯＸ）触媒デバイス、選択触媒還元（selective catalytic reduction、ＳＣＲ）デバイス、三元触媒（three-way catalyst、ＴＷＣ）、リーンＮＯＸトラップ（lean NOX trap、ＬＮＴ）などとすることができる。還元触媒としては、任意の好適な還元触媒、例えば、尿素選択還元触媒を挙げることができる。粒子状物質フィルタは、ディーゼル微粒子フィルタ（diesel particulate filter、ＤＰＦ）、部分流粒子フィルタ（partial flow particulate filter、ＰＦＦ）などとすることができる。ＰＦＦは、流れの一部分中の粒子状物質を捕捉するように機能し、対照的に、排気ガスの全量は、粒子フィルタを通過する。

【0021】

コントローラ８０は、各種センサから入力としてデータを受信し、各種アクチュエータへ出力としてコマンド信号を送信するために提供される。採用され得る様々なセンサ及びアクチュエータのいくつかを、以下で詳細に説明する。コントローラ８０は、例えば、プロセッサ、メモリ、クロック、及び入力／出力（input/output、Ｉ／Ｏ）インターフェースを含むことができる。

【0022】

システム１０は、吸気マニホールド圧力／温度センサ７０、排気マニホールド圧力／温度センサ７２、１つ以上の後処理センサ７４（差圧センサ、温度センサ、圧力センサ、成分センサなど）、エンジンセンサ７６（燃焼チャンバに供給される空気／燃料混合物の空気／燃料比、クランク角、クランクシャフトの回転速度などを検出することができる）、並びに燃料、コモンレール３８、及び／又は燃料噴射器２６の燃料圧力及び／又は他の特性を検出するための燃料センサ７８などの様々なセンサを含む。エンジンシステム用の当技術分野で既知の任意の他のセンサも、企図される。

【0023】

システム１０はまた、吸気バルブ２２を開放及び閉鎖するための、排気バルブ２４を開放及び閉鎖するための、燃料噴射器２６からの燃料を噴射するための、タービン４０ｂへの入口又はウェイストゲートバルブ５６を開放及び閉鎖するための、吸気スロットル４２のための、ＥＧＲバルブ６４、及び／又は排気スロットル５８のための様々なアクチュエータを含むことができる。図１にはアクチュエータが例解されていないが、当業者は、構成要素の各々が意図した機能を実行するために必要な機構をどのように実装するのかを知っているであろう。更に、一実施形態では、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４を開放及び閉鎖するためのアクチュエータは、図２に概略的に示されるようなバルブ作動（valve actuation、ＶＡ）システム９０である。

【0024】

ＶＡシステム９０は、気筒休止条件に応答して、及びエンジンブレーキ条件に応答して、気筒１４のうちの１つ以上の気筒休止を提供するように構成された、及び／若しくは動作可能な任意のシステム又は構成要素を含むことができる。同じアーキテクチャを気筒休止及びエンジンブレーキのために使用することができるが、別個のアーキテクチャを排除するものではない。例えば、ＶＡシステム９０は、気筒１４の全て又はサブセットについて、吸気バルブ及び排気バルブに関連付けられたカムローブ又は他のバルブリフト構造と係合して、図４に示されるような公称リフトプロファイルを生成するように構成することができ、１つ以上の圧縮解放ブレーキプロファイルを生成するように切り替える、若しくは構成することができる。例えば、カムローブ及びバルブリフト構造は、図５に示されるような４行程圧縮解放ブレーキプロファイルを生成することができる。別の例では、カムローブ及びバルブリフト構造は、気筒休止（cylinder deactivation、ＣＤＡ）ハードウェアを利用して、２行程圧縮解放ブレーキのために、図６に示されるように、吸気バルブ及び排気バルブ２４のうちの一方に対してゼロリフトプロファイルを生成し、吸気バルブ及び排気バルブのうちの他方に対して交番リフトプロファイル（alternate lift profile）を生成することができる。

【0025】

４行程圧縮解放ブレーキ下では、ＩＶ１、ＩＶ２、及びＥＶ１は、それらの公称開放及び閉鎖プロファイルに従って動作し続けることができる。しかしながら、図５に示されるように、ＥＶ２は、図４に、及び図５の破線によって示されるような、排気行程中のその公称リフトプロファイルと比較して、より小さいリフト及びより短い持続時間で、圧縮行程の終了時及び燃焼行程中に開放される。

【0026】

２行程圧縮解放ブレーキ下では、ＩＶ１及びＥＶ１は、圧縮解放ブレーキを提供する気筒の各サイクル中にゼロリフトが生成されるように、休止される。図６に示されるように、ＩＶ２及びＥＶ２の開放及び閉鎖プロファイルは、圧縮解放ブレーキを生成するように修正される。ＩＶ２は、吸気行程中に開放し、燃焼行程中にも開放する。開放時間は、吸気行程の間、及び圧縮行程の開始まで、すなわち吸気行程の下死点後まで、ＩＶ２が開放されたままであるようにすることができる。第２の開放事象に関して、ＩＶ２はまた、燃焼行程の間、及び排気行程の開始まで、すなわち、燃焼行程の下死点後まで、開放されたままであることができる。ＥＶ２は、圧縮行程中に開放し、次いで、排気行程中にも開放する。開放時間は、ＥＶ２が、圧縮行程の上死点付近、及び圧縮解放燃料噴射事象の前に開放し、圧縮行程の残りの間及び圧縮行程の開始の間、すなわち圧縮行程の上死点後に開放されたままであるようにすることができる。排気行程中のＥＶ２の第２の開放事象に関して、ＥＶ２は、吸気行程の開始まで、すなわち、排気行程の上死点後まで開放されたままである。気筒１４のうちの１つ以上に対して２行程圧縮ブレーキを提供することによって、同じ数の気筒１４に対する４行程圧縮ブレーキによって生成されるブレーキ力の約２倍のブレーキ量を提供することができる。

【0027】

図３を参照すると、圧縮解放エンジンブレーキの手順２００の一実施形態の流れ図が示されている。手順２００は、吸気通路３６から給気流を受容する複数の気筒１４を有する内燃エンジン１２などの内燃エンジンシステム１０を動作させるための動作２０２を含む。更に、複数の気筒１４のうちの少なくとも一部分は、車両又はエンジン速度要求に応答して、燃料システム３０から燃料を受容する。

【0028】

手順２００は、動作２０４に続き、内燃エンジンの動作条件を決定する。動作条件は、エンジンブレーキ条件を示す任意の１つ以上のパラメータを含むことができる。手順２００は、条件文２０６に続き、エンジンブレーキ条件又は要求が不存在であるか、又は存在するかを判定する。エンジンブレーキ要求が存在するとの判定は、例えば、ブレーキペダル位置、アクセルペダル位置、又はエンジンブレーキ要求入力スイッチなどの車両運転者からの入力から生じることができる。条件文２０６が否定である場合、手順２００は、動作２０８に続き、図４に示されるように、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４について、それらの公称開放及び閉鎖プロファイル、又は他の選択可能な開放及び閉鎖プロファイルを使用することなどによって、気筒２１４を動作させる。手順２００は、動作２０８から再開することができ、及び／又はエンジンブレーキ条件を示す動作条件を監視し続けることができる。

【0029】

条件文２０６が肯定である場合、手順２００は、動作２１０に続き、吸気及び／又は排気バルブタイミングを調整して、気筒１４のうちの１つ以上で圧縮解放（compression release、ＣＲ）ブレーキを提供する。圧縮解放ブレーキは、図５に示されるように、排気バルブ２４での４行程圧縮解放ブレーキを使用して、又は図６に示されるように、吸気バルブ２２及び排気バルブ２４での２行程圧縮解放ブレーキを使用して、１つ以上の気筒１４に適用することができる。２行程圧縮ブレーキの場合、ブレーキに関与する気筒１４は、気筒の各サイクル中に吸気バルブＩＶ１のうちの一方及び排気バルブＥＶ１のうちの一方を休止させて、圧縮解放ブレーキを提供することができる。他方の吸気バルブＩＶ２は、燃焼行程中及び吸気行程中に開放され、他方の排気バルブＥＶ２は、圧縮行程の上死点の前に開放され、燃焼行程の一部分の間、開放されたままである。排気バルブＥＶ２はまた、上死点排気行程の前に開放、吸気行程の一部分の間、開放したままにすることもできる。休止された吸気バルブＩＶ１及び排気バルブＥＶ１のゼロリフトは、例えば、ゼロリフトプロファイルを提供する気筒休止ハードウェアによって提供され得る。圧縮解放ブレーキに関与しない残りの気筒１４は、もしあれば、それらの公称開放及び閉鎖プロファイルに従って動作することができる。

【0030】

手順２００は、条件文２１２に続き、ＥＧＲ条件が存在するか否かを判定する。例えば、ＥＧＲ条件は、圧縮解放ブレーキのために吸気圧力をブーストする特定の動作条件に応答して、ＥＧＲ流が望ましいことを示すことができる。一実施形態では、ＥＧＲ条件は、ターボチャージャ４０ａの入口における圧力状態に応答して、判定される。タービン入口圧力状態が圧力限界に近づいているか、又は圧力限界を超えている場合、動作２１４においてＥＧＲバルブ６４を開放して、ＥＧＲ流を提供し、吸気マニホールド圧力をブーストしながらタービン入口における圧力を低減させることができる。別のＥＧＲ条件は、排気マニホールド圧力、エンジン速度、又はより多くの吸気流を生成し、気筒圧力を増加させるために、エンジンブレーキ中にＥＧＲ流が望ましい他の状態に応答して、決定することができる。条件文２１２においてＥＧＲ条件が満たされる場合、手順２００は、動作２１４に続き、エンジンブレーキ中にＥＧＲ流を提供する。圧縮解放ブレーキ中にＥＧＲ流が提供されない、及び／又はＥＧＲ条件が判定されない、本開示の実施形態も企図される。

【0031】

動作２１４から、又は否定の場合には条件文２１２から、手順２００は、動作２１６に続く。動作２１６は、圧縮解放ブレーキを生成することに関与する気筒のうちの１つ以上に燃料を噴射することを含む。燃料は、圧縮解放ブレーキに使用される気筒１４のピストンの圧縮行程中に噴射される。燃料は、ピストンが、気筒１４の圧縮行程の下死点と上死点との間に位置するときはいつでも、噴射することができる。一実施形態では、燃料は、圧縮行程の上死点の２０～５０度前に噴射される。別の実施形態では、燃料は、圧縮行程の上死点の２５～４５度前に噴射される。一実施形態では、燃料は、圧縮行程の上死点の３５度又は約３５度前に噴射される。噴射される燃料量は、例えば、５ｍｇ～６０ｍｇの燃料の範囲の任意の好適な燃料量とすることができる。

【0032】

手順２００は、条件文２１８に続き、ブレーキ条件が完了したか、又は満足されたかを決定する。条件文２１８が否定である場合、手順２００は、動作２１０に戻り、エンジンブレーキ動作を継続することができる。条件文２１８が肯定である場合、手順２００は、動作２０８に続くことができる。

【0033】

内燃エンジンシステム１０の動作中に、コントローラ８０は、Ｉ／Ｏインターフェースを通して、上で列記した様々なセンサから情報を受信し、受信した情報をコントローラ８０のメモリに記憶されたアルゴリズムに基づいてプロセッサを使用して処理し、次いで、Ｉ／Ｏインターフェースを通して様々なアクチュエータにコマンド信号を送信することができる。例えば、コントローラ８０は、エンジンブレーキ要求、車両若しくはエンジン速度要求、及び／又はエンジン負荷状態に関する情報を受信することができる。コントローラ８０は、要求及び／又は入力を処理し、次いで、上で考察される手順２００などの制御戦略に基づいて、１つ以上のコマンド信号を１つ以上のアクチュエータに送信して、圧縮解放ブレーキを提供するように構成される。コントローラ８０はまた、上で考察されるように、圧縮解放ブレーキをブーストするために、燃料噴射タイミング及び量を制御する。コントローラ８０はまた、特定の動作条件に応答して、圧縮解放ブレーキ中に気筒内圧力を増加させるようにＥＧＲ流を制御することができる。

【0034】

コントローラ８０は、ＶＡシステム９０、燃料供給システム３０、及びＥＧＲシステム６０を使用して、開示された圧縮解放ブレーキ戦略を実施するように構成することができる。一実施形態では、開示される方法及び／又はコントローラ構成は、内燃エンジンシステム１０の上で説明される複数のセンサのうちの１つ又は２つ以上からの１つ又は２つ以上の信号に基づくエンジンブレーキ要求に応答して、エンジンブレーキコマンド及び燃料噴射コマンドを提供するコントローラ８０を含む。エンジンブレーキコマンドは、ＶＡ機構９０を制御して、所望の吸気バルブ及び排気バルブの閉鎖又は開放及び閉鎖タイミングを提供し、燃料供給コマンドは、圧縮解放ブレーキに関与する気筒内に、その圧縮行程中に噴射器２６を介して噴射される燃料量を提供する。

【0035】

コントローラ８０によって実施される制御手順は、コントローラ８０のプロセッサがコントローラ８０のメモリに記憶されたプログラム命令（アルゴリズム）を実行することによって実行することができる。本明細書の説明は、内燃エンジンシステム１０によって実施することができる。特定の実施形態では、内燃エンジンシステム１０は、１つ以上の目標状態を達成する際に内燃エンジンシステム１０を制御するために特定の動作を実行するように構造化又は構成されたコントローラ８０を更に含む。特定の実施形態では、コントローラは、メモリ、処理、及び通信ハードウェアを有する１つ以上のコンピューティングデバイスを含むプロセスサブシステムの一部分を形成する。コントローラは、単一のデバイス又は分散したデバイスであり得、コントローラ８０の機能は、ハードウェアによって及び／又はコンピュータ可読媒体上に符号化された命令によって実行することができる。

【0036】

特定の実施形態では、コントローラ８０は、コントローラの動作を機能的に実行するように構造化された１つ以上のモジュールを含む。モジュールを含む本明細書の説明は、コントローラの態様からの構造的な独立性を強調し、コントローラの動作及び役割の１つの群を例解する。同様の全体的な動作を実行する他の群が、本出願の範囲内で理解される。モジュールは、ハードウェア及び／又は非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上のソフトウェアで実施され得、モジュールは、様々なハードウェア又は他のコンピュータ構成要素にわたって分散され得る。

【0037】

本明細書で説明される特定の動作は、１つ以上のパラメータを解釈又は決定するための動作を含む。本明細書で利用するとき、解釈又は決定することは、少なくとも、データリンク又はネットワーク通信から値を受信すること、値を示す電子信号（例えば、電圧、周波数、電流、又はＰＷＭ信号）を受信すること、値を示すソフトウェアパラメータを受信すること、非一時的なコンピュータ可読記憶媒体上のメモリロケーションから値を読み出すこと、当技術分野で既知の手段によって実行時パラメータとして値を受信することを含む、当技術分野で既知の任意の方法によって、並びに／又は解釈若しくは決定されたパラメータを計算することができる値を受信することによって、並びに／又はパラメータ値であると解釈若しくは決定されたデフォルト値を参照することによって、値を受信することを含む。

【0038】

様々な本開示の態様は、特許請求の範囲に記載されるように企図される。一態様によれば、方法は、複数の気筒に供給された燃料の燃焼のための給気流を受容する複数の気筒を有する内燃エンジンを含む内燃エンジンシステムを動作させることを含む。複数の気筒のうちの少なくとも一部分は、気筒休止条件に応答して、休止されるように動作可能である。ブレーキ条件に応答して、内燃エンジンにブレーキがかけられる。内燃エンジンにブレーキをかけることは、ブレーキ条件に応答して、休止させることができるように構成された複数の気筒の一部分のうちの１つ以上の排気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整して、圧縮行程中に複数の気筒の一部分のうちの１つ又は２つ以上に燃料を噴射した後に、圧縮解放ブレーキを提供することを含む。

【0039】

一実施形態では、内燃エンジンにブレーキをかけることは、複数の気筒の一部分のうちの１つ以上の各々の排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングの両方を調整して、圧縮解放ブレーキを提供することを含む。

【0040】

一実施形態では、圧縮解放ブレーキ中に複数の気筒の一部分のうちの１つ以上の各サイクルについて内燃エンジンにブレーキをかけることは、それらの第１の吸気バルブ及び第１の排気バルブを休止させることと、圧縮行程中及び燃焼行程中に、それらの第２の吸気バルブを開放することと、圧縮行程の上死点の前及び排気行程の上死点の前に、それらの第２の排気バルブを開放することと、を含む。

【0041】

一実施形態では、内燃エンジンは、ＥＧＲシステムに接続された吸気システムから給気流を受容する。方法は、内燃エンジンの圧縮解放ブレーキ中に、ＥＧＲシステムから複数の気筒の一部分のうちの１つ以上にＥＧＲ流を供給することを含む。

【0042】

一実施形態では、圧縮解放ブレーキ中、燃料は、気筒の一部分のうちの１つ以上の圧縮行程の上死点の約３５度前に噴射される。実施形態では、燃料は、圧縮行程の上死点の２０～５０度前に噴射される。一実施形態では、燃料は、圧縮行程の上死点の２５～４５度前に噴射される。一実施形態では、圧縮行程中に噴射された燃料が燃焼して、圧縮解放ブレーキ中に気筒の一部分のうちの１つ以上の気筒内圧力を増加させる。

【0043】

別の態様によれば、システムは、吸気システムから給気流を受容する複数の気筒と、複数の気筒内での燃料の燃焼によって生成された排気ガスを受容するための排気システムと、を含む、内燃エンジンを含む。バルブ作動機構は、複数の気筒に関連付けられた排気バルブ及び吸気バルブの開放及び閉鎖タイミングを制御するように構成される。コントローラは、ブレーキ条件を判定するように動作可能である。ブレーキ条件に応答して、コントローラは、２行程圧縮解放ブレーキを生成するために、バルブ作動機構を介して、複数の気筒のうちの１つ以上の排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整し、内燃エンジンの複数の気筒のうちの１つ以上内に燃料を噴射して、それらの圧縮行程中に圧縮解放ブレーキを提供するように構成される。

【0044】

一実施形態では、コントローラは、複数の気筒のうちの複数の気筒の排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整して、ブレーキ条件に応答して圧縮解放ブレーキを提供するように構成される。

【0045】

一実施形態では、ＥＧＲシステムは、排気システムと吸気システムとを接続し、コントローラは、２行程圧縮解放ブレーキ中に複数の気筒のうちの１つ以上にＥＧＲ流を提供するように構成される。コントローラは、圧縮解放ブレーキ中のターボチャージャ入口における圧力状態に応答して、ＥＧＲ流を提供するように構成される。

【0046】

一実施形態では、バルブ作動機構は、気筒休止条件に応答して、複数の気筒のうちの１つ以上を休止させるように構成される。

【0047】

一実施形態では、複数の気筒のうちの１つ以上の各々の２行程圧縮解放ブレーキの各サイクル中に、バルブ作動機構は、それらの第１の吸気バルブ及び第１の排気バルブを休止させ、圧縮行程中及び燃焼行程中に、それらの第２の吸気バルブを開放し、圧縮行程の上死点の前及び排気行程の上死点の前に、それらの第２の排気バルブを開放する。

【0048】

別の態様によれば、装置は、内燃エンジンの動作に関連付けられている複数のセンサから信号を受信するように構成されたコントローラを含む。コントローラは、ブレーキ条件を判定し、ブレーキ条件に応答して、２行程圧縮解放ブレーキを生成するために、複数の気筒のうちの１つ以上の排気バルブ開放及び閉鎖タイミング及び吸気バルブ開放及び閉鎖タイミングを調整し、内燃エンジンの複数の気筒のうちの１つ以上内に燃料を噴射して、それらの圧縮行程中に圧縮解放ブレーキを提供するエンジンブレーキコマンドを提供するように構成される。

【0049】

一実施形態では、コントローラは、気筒休止条件に応答して、複数の気筒のうちの１つ以上を休止させるように構成される。

【0050】

一実施形態では、複数の気筒のうちの１つ以上の各々の２行程圧縮解放ブレーキの各サイクル中に、エンジンブレーキコマンドは、それらの第１の吸気バルブ及び第１の排気バルブを休止させ、圧縮行程中及び燃焼行程中に、それらの第２の吸気バルブを開放し、圧縮行程の上死点の前及び排気行程の上死点の前に、それらの第２の排気バルブを開放する。

【0051】

一実施形態では、エンジンブレーキコマンドは、２行程圧縮解放ブレーキ中に、圧縮行程の上死点の約３５度前に燃料を噴射する。一実施形態では、エンジンブレーキコマンドは、２行程圧縮解放ブレーキ中に、圧縮行程の上死点の２０～５０度前に燃料を噴射する。

【0052】

本発明は、図面及び上述の説明において詳細に例解及び説明してきたが、そのような例解及び説明は、例解的なものであり、特徴を限定するものではないとみなすべきであり、特定の例示的な実施形態だけが図示及び説明されていると理解するべきである。当業者は、本発明から物質的に逸脱することなく、多くの修正が例示的な実施形態に可能であることを理解するであろう。したがって、全てのそのような修正は、以下の請求項で定義されるような本開示の範囲内に含まれることを目的としている。

【0053】

特許請求の範囲を読む際に、「１つの（a）」、「１つの（an）」、「少なくとも１つの（at least one）」、又は「少なくとも１つの部分（at least one portion）」などの語が使用される場合、特許請求の範囲において具体的に反対の記載がない限り、特許請求の範囲を１つの項目のみに限定する意図はないことが意図される。「少なくとも一部分」／又は「一部分」という言葉が使用される場合、その項目は、具体的に反対の記載がない限り、その項目の一部分及び／又は全体を含むことができる。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【国際調査報告】