JP2005255072A

JP2005255072A - 気圧式倍力装置への負圧制御方法

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Publication number: JP2005255072A
Application number: JP2004071996A
Authority: JP
Inventors: Mitsuhiro Naka; 満浩中
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2004-03-15
Filing date: 2004-03-15
Publication date: 2005-09-22
Anticipated expiration: 2024-03-15
Also published as: JP4565863B2

Abstract

【課題】ブレーキブースタの負圧を検出して、検出した負圧が不足している場合にエゼクタを作動させていると、負圧を確保するのにタイムラグが生じた。
【解決手段】本発明は、吸気弁と排気弁とのいずれか一方の作動角を可変して吸気弁と排気弁とを同時に開成させるオーバーラップ量を可変する可変バルブタイミング装置と、車両の制動装置の作動を補助する気圧式倍力装置に対して通気された際に負圧を供給する負圧発生手段とを備え、負圧発生手段を作動させる空気を吸気系に設けたスロットルバルブの下流に流入させる内燃機関において、アイドル運転時のオーバーラップ量が所定値よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合に負圧発生手段への通気量を増量する構成である。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両の制動装置に組み合わされる気圧式倍力装置に対する負圧を制御する気圧式倍力装置への負圧制御方法に関するものである。

従来、車両例えば自動車における制動装置すなわちブレーキ装置には、小さい操作力で大きな制動力を得るために、気圧式倍力装置すなわちブレーキブースタを組み合わせている。気圧式倍力装置は、内燃機関の吸気系から負圧を取り入れ、その負圧の大きさによりブレーキ装置の操作力を補助するものである。そして吸気系の圧力（吸気管圧力）の如何にかかわらず負圧を確保するために、負圧を発生させるエゼクタをブレーキブースタに組み合わせたものが知られている。

このような例として、例えば特許文献１に記載のものでは、ブレーキブースタの負圧を検出し、検出した負圧が所定負圧に到達しない場合に、エゼクタへの通気路の制御バルブを開弁してエゼクタを作動させ、ブレーキブースタに必要な負圧を確保し得るように構成してある。
特開２００２−２１１３８５号公報

ところが、このような構成のものであると、ブレーキブースタの負圧が不足していることを検出した後にエゼクタを作動させているので、ブレーキブースタがブレーキ装置の操作力を補助するまでに時間のずれが生じ、負圧不足に対する応答性が低下した。また、アイドル運転時に、例えばエアコンディショナが作動してアイドル回転制御が作動し、吸入空気量が増加することにより負圧が低下してブレーキブースタにおいて負圧不足が生じると、負圧不足によりエゼクタが作動することになる。ところが、エゼクタが作動すると、エゼクタを介して空気が吸気系に流れ込むので、その空気によりアイドル運転時の吸入空気量が増加し、アイドル回転数が異常に上昇してアイドル回転制御に支障を来す不具合を生じた。

一方、このようなブレーキブースタの負圧の不足は、例えば可変バルブタイミング装置を装備した内燃機関を搭載する車両においてブレーキブースタに供給する負圧を確保しようとすると、可変バルブタイミング装置によるバルブタイミングが可変される弁例えば吸気弁の作動角を制限する必要が生じてくる。この作動角は、排気弁と吸気弁とが同時に開成している期間を示すオーバーラップ量を増減するものである。そして、オーバーラップ量を制限することは、結果として燃費の向上を制限することになった。

すなわち、燃費をよくするために、可変バルブタイミング装置により排気弁と吸気弁とのオーバーラップ量を大きくして、内部排気ガス還流量を増やすものである。ところが、オーバーラップ量が増えると吸気管圧力は、オーバーラップ量の増加にほぼ比例するようにして負圧から大気圧に近づいていく。このため、ブレーキブースタの負圧を確保しようとすると、オーバーラップ量を燃費が最適となる値より低い値に制限しなければならなかった。

また、アイドル運転時に、例えば吸気弁のバルブタイミングを可変とする可変バルブタイミング装置において、吸気弁のバルブタイミングを進角してオーバーラップ量が大きくなった状態で、可変バルブタイミング装置の異常によりバルブタイミングを変更できない状態となると、内燃機関が停止することを防止するためにアイドル回転制御装置を作動させて、アイドル運転状態を維持するように内燃機関は制御される。つまり、アイドル回転制御装置を作動させて、アイドル回転に必要な吸入空気量を確保するものである。このため、吸気管圧力が大気圧側に向けて変化し、ブレーキブースタへの負圧が減少することになった。このような場合に、ブレーキブースタの必要とする要求負圧を確保しようとすると、可変バルブタイミング装置の異常時を想定してあらかじめオーバーラップ量を要求負圧に応じて制限する必要があり、燃費を向上させることの障害となった。

本発明は、以上のような不具合を解消するためになされたものである。

すなわち、本発明の気圧式倍力装置への負圧制御方法は、吸気弁と排気弁とのいずれか一方の作動角を可変して吸気弁と排気弁とを同時に開成させるオーバーラップ量を可変する可変バルブタイミング装置と、車両の制動装置の作動を補助する気圧式倍力装置に対して通気された際に負圧を供給する負圧発生手段とを備え、負圧発生手段を作動させる空気を吸気系に設けたスロットルバルブの下流に流入させる内燃機関において、アイドル運転時のオーバーラップ量が所定値よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合に負圧発生手段への通気量を増量する構成である。

本発明において、通気量を増量するとは、通気量がない状態すなわち通気量が０の状態から通気を開始することにより通気量を増量するもの、及びある量の通気量にて通気している状態からそのある量を上回る量の通気量にすることを指すものである。

このような構成によれば、アイドル運転時の吸気弁と排気弁とのオーバーラップ量が所定値よりも大きい場合に負圧発生手段への通気量を増量するので、気圧式倍力装置が必要とする負圧を、負圧が不足する前に確実に確保することが可能になる。このため、所定値を目標とする燃費が得るための限界となるオーバーラップ量に設定しておけば、アイドル運転時の実際の作動値が設定値を超えた時点から負圧発生手段により気圧式倍力装置に供給される負圧が高くなるので、燃費を確保するとともに気圧式倍力装置の作動を補償することが可能になる。しかも、負圧発生手段が作動した場合には、作動のための空気が吸気系のスロットルバルブの下流に流入するため、アイドル運転時の機関回転数をより適正な状態に維持することが可能になる。

アイドル運転時の可変バルブタイミング装置の異常にも対処するためには、通気量の増量を、オーバーラップ量が大きくなるに応じて増量するものである構成とすればよい。このような構成であれば、可変バルブタイミング装置が異常になった場合に、オーバーラップ量に応じて通気量の増量を行うので、異常時のオーバーラップ量が所定値に対して非常に大きくなってもそのような作動角に応じた負圧を負圧発生手段により確保することが可能になる。

本発明は、以上説明したように、アイドル運転時の吸気弁と排気弁とのいずれか一方の作動角が所定値よりも大きい場合に負圧発生手段への通気量を増量するので、気圧式倍力装置が必要とする負圧を、負圧が不足する前に確実に確保することができる。また、所定値を目標とする燃費が得るための限界となる作動角に設定しておけば、アイドル運転時の実際の作動値が設定値を超えた時点から負圧発生手段により気圧式倍力装置に供給される負圧が高くなるので、燃費を確保するとともに気圧式倍力装置の作動を補償することができる。しかも、負圧発生手段が作動することにより負圧発生手段の作動のための空気が吸気系のスロットルバルブの下流に流入するため、アイドル運転時の吸入空気量が増加し、アイドル運転時の機関回転数をより適正な状態に維持することができる。

加えて、可変バルブタイミング装置が異常になった場合に、オーバーラップ量に応じて通気量の増量を行うので、異常時のオーバーラップ量が所定値に対して非常に大きくなってもそのようなオーバーラップ量に応じた負圧を負圧発生手段により確保することができる。

以下、本発明の一実施形態を、図１〜４を参照して説明する。

図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、例えば自動車用の３気筒のもので、エンジン１００の吸気系１には、図示しないアクセルペダルに応動して開閉するスロットルバルブ２が配設され、その下流側にはサージタンク３が設けられ、サージタンク３からの吸入空気は吸気弁３７を介してシリンダ３８内に吸入される。なお、このエンジン１００は、図示しないが、スロットルバルブ２を迂回するようにしてアイドル回転制御弁を設けたアイドル回転制御空気通路が設けてあり、アイドル回転制御弁の開度を制御することによりアイドル回転制御空気路を介して吸気系１に供給される空気量を制御するアイドル回転制御装置（図示しない）を備えるものである。このようなアイドル回転制御装置は、スロットルバルブ２の開度をアクチュエータにより変更するようにして、アクセルペダルが操作されていない場合に吸気系１への空気量を変更し得るように構成したものであってもよい。

また、吸気系１には、スロットルバルブ２を迂回するように設けられた通気路５１に、負圧発生手段であるエゼクタ５２が設けてある。エゼクタ５２は、当該分野で知られているものであってよく、図２に示すように、例えば通気路５１に連通して中間部分で流通する空気の流速が音速近くにまで加速される絞り部５２ａを有し、その絞り部５２ａの近傍に開口して負圧を気圧式倍力装置であるブレーキブースタ５３に逆止弁５４を介して供給する負圧取り出し部５２ｂを備えるものである。この通気路５１には、流れる空気量を制御するための制御弁５５が設けてある。この制御弁５５は、例えばバキュームスイッチングバルブで、印加される駆動電圧ｐのデューティ比（単位時間当たりの通電時間の割合）にその開度が決定される。逆止弁５３は、第一負圧通路５６の逆止弁５３とエゼクタ５２との間が正圧になった場合に、その正圧がブレーキブースタ５３にかからないようにするものである。また、ブレーキブースタ５３には、通気路５１のエゼクタ５２より下流位置に連通して、スロットルバルブ２の下流位置から負圧を供給するための第二負圧通路５７が設けてあり、その第二負圧通路５７にはスロットルバルブ２の下流位置が正圧になった際に、その正圧がブレーキブースタ５３に加わらないようにする逆止弁５８が設けてある。なお、図示しないが、ブレーキブースタ５３は、ブレーキペダルが連結されるとともに、ブレーキペダルが操作された際に制動装置であるブレーキに制動力を伝達するものである。

加えて、サージタンク３に連通する吸気系１の吸気マニホルド４のシリンダヘッド３９側の端部近傍には、さらに燃料噴射弁５が設けてあり、この燃料噴射弁５を電子制御装置６により制御するようにしている。また、排気系２０には、燃焼室３８ａから排気弁３６を介して排出された排気ガス中の酸素濃度を測定するためのＯ₂センサ２１が、図示しないマフラに至るまでの管路に配設された三元触媒２２の上流の位置に取り付けられている。

また、このエンジン１００は、可変バルブタイミング機構（以下、ＶＶＴと称する）３０を具備するものである。ＶＶＴ３０は、いわゆる揺動シリンダ機構を利用したもので、排気カムシャフト３１に固定されたロータ（図示しない）と、ロータに外嵌するハウジング（図示しない）と、ロータに対してハウジングを回動させるための電磁式４方向切換制御弁たるオイルコントロールバルブ３２と、互いに噛み合うように一方をハウジングに固着し他方を吸気カムシャフト３３に固定した一対のギア３４、３５とを備えている。

そして、ハウジングに流出入する作動油の方向及び量をオイルコントロールバルブ３２により制御して、ロータに対するハウジングの相対角度を変化させ、排気カムシャフト３１と吸気カムシャフト３３との間に任意の回転位相差を生じさせて、バルブタイミングを可変制御するものである。つまり、クランクシャフト（図示しない）の回転に対して排気弁３６を常に一定の開閉タイミングで開閉させつつ、吸気弁３７の作動角を変えることによりその開閉タイミングを変化させて、排気弁３６の開閉タイミングと吸気弁３７の開閉タイミングとの相対位相差を所定角度範囲内で自在に変化させることができる。具体的には、吸気弁３７の開閉タイミングを例えばアイドリング時には遅角側に移動させて、排気弁３６と吸気弁３７との両方が開成している期間であるオーバーラップ量を最小にするとともに、高負荷時にはこのアイドリング時の開閉タイミングを後述する目標進角量ＶＴＴＢにより進角側へ移動させてオーバーラップ量を大きくし、エンジンの燃費や出力、あるいはドライバビリティの向上などに寄与させている。また、排気カムシャフト３１の一方の端部には、クランク角度信号ｍ及び気筒判別用のＮ信号を出力するクランクセンサ４１が取り付けてあり、吸気カムシャフト３３の一方の端部には、２４０°ＣＡ（クランク角度）回転する毎に吸気カム信号ｎを出力するタイミングセンサ４２が、それぞれ取り付けてある。

電子制御装置６は、中央演算処理装置７と、記憶装置８と、入力インターフェース９と、出力インターフェース１１とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置７は、記憶装置８に格納された後述のプログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。そしてエンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース９を介して中央演算処理装置７に入力されるとともに、中央演算処理装置７は出力インターフェース１１を介して制御のための信号が燃料噴射弁５やオイルコントロールバルブ３３などに出力する。具体的には、入力インターフェース９には、サージタンク３内の圧力（吸気管圧力ＰＭ）を検出するための吸気圧センサ１３から出力させる吸気圧信号ａ、エンジン回転数ＮＥを検出するための回転数センサ１４から出力される回転数信号ｂ、クランクセンサ４１から出力されるクランク角度信号ｍ、タイミングセンサ４２から出力される吸気カム信号ｎ、スロットルバルブ２の開閉状態を検出するためのアイドルスイッチ１６から出力されＩＤＬ信号ｄ、エンジンの冷却水温を検出するための水温センサ１８から出力される水温信号ｆ、上記したＯ₂センサ２１から出力される電圧信号ｈなどが入力される。一方、出力インターフェース１１からは、燃料噴射弁５に対して燃料噴射信号ｆたる駆動パルスＩＮＪが、スパークプラグ１９に対して点火信号ｇが、オイルコントロールバルブ３２に対して目標進角値ＶＴＴＢに対応する制御信号ｋが、さらに流量制御弁５５に対して駆動信号ｐがそれぞれ出力されるようになっている。

電子制御装置６には、吸気圧センサ１３から出力される吸気圧信号ａと回転数センサ１４から出力させる回転数信号ｂとを主な情報とし、エンジン１００の運転状態に応じて決まる各種の補正係数で基本燃料噴射時間すなわち基本噴射量を補正して燃料噴射弁開成時間である最終噴射時間すなわち燃料噴射量を決定し、その決定された時間により燃料噴射弁５を制御して、エンジン１００の運転状態に応じた燃料噴射量を燃料噴射弁５から吸気系１に噴射するためのプログラムが内蔵してある。

また、電子制御装置６には、運転状態に応じた開閉タイミングになるように吸気弁３７の開閉タイミング、したがって作動角を運転状態に応じて設定される目標進角値ＶＴＴＢにより制御するプログラムが内蔵してある。また、上述した吸気弁３７の作動角を可変して吸気弁と排気弁とを同時に開成させるオーバーラップ量を可変するＶＶＴ３０と、車両の制動装置であるブレーキ（図示しない）の作動を補助するブレーキブースタ５３に対して通気された際に負圧を供給するエゼクタ５２とを備え、エゼクタ５２を作動させる空気を吸気系１に設けたスロットルバルブ２の下流に流入させるエンジン１００において、アイドル運転時のオーバーラップ量が所定値よりも大きいか否かを判定し、大きいと判定した場合にエゼクタ５２への通気量を増量するもので、通気量の増量を、オーバーラップ量が大きくなるに応じて増量するように構成したプログラムが内蔵してある。

この負圧制御プログラムの概略手順を、図２を参照して説明する。なお、吸気弁３７の作動角を運転状態に応じて設定される目標制御量により制御するものについては、公知のものを使用できるので、説明を省略する。

図２において、ステップＳ１では、ＶＶＴ３０による吸気弁３７の実際のオーバーラップ量を示すものとなる実進角量（実際の進角値により制御された場合に実際に進角した量）がクランク角換算で示される基本ズレ判定値ｘ度CA（クランク角）以上か否かを判定する。基本ズレ判定値ｘは、例えば１０度CAである。この場合、基本ズレ判定値ｘは、エゼクタ５２の作動が必要か否かを判定するための値で、アイドル運転時において、エンジン１００に起因するがたつきなどで、実際の進角値と目標進角値ＶＴＴＢとの間にズレが生じても、これに基づいてエゼクタ５２が微妙に作動してしまうことを防止するのが目的であるので、このような値に設定するものである。実際のオーバーラップ量は、オイルコントロールバルブ３２の制御信号ｈに基づいて換算するもので、吸気弁３７を制御のための進角値により進角した場合の進角量とほぼ一致するものである。

ステップＳ２では、ＶＶＴ３０による吸気弁３７の実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢより大きいか否か、つまりオーバーラップ量が所定値より大きいか否かを判定する。所定値は、実質的には目標進角値ＶＴＴＢと実際の進角値との差の大きさを判定するためのもので、クランク角に換算にして０であってもよい。この実施形態におけるステップＳ２では、実際の進角値と目標進角値ＶＴＴＢとの大小関係において判定をするもので、その差については演算しない。次に、ステップＳ２において、実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢを上回っていると判定した場合は、ステップ３において、オイルコントロールバルブ３２の制御信号から取得した実際の進角値から目標進角値ＶＴＴＢを減算し、演算により得られた両者の差（ズレ量）の大きさにより制御弁５５に印加する駆動電圧ｐのデューティ比を決定する。この場合、差が小さい場合に比較して、差が大きくなるにしたがってデューティ比を大きくするものである。具体的には、例えば図３に示すような値に設定する。一方、ステップＳ２において、実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢ以下であると判定した場合は、ステップＳ４において、制御弁５５の駆動電圧ｐのデューティ比を０、つまり制御弁５５が閉成した状態となる値に設定する。

なお、この実施形態では、実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢ以下の場合に、駆動電圧ｐのデューティ比を０としたが、アイドル運転時においてエンジン１００の負荷を考慮するとともに燃費を設定し得る最高値になるように設定することで目標進角値ＶＴＴＢが大きく、吸気系１からの負圧ではブレーキブースタ５３の要求負圧とならない場合には、制御弁５５の駆動電圧ｐのデューティ比を０以外の小さな値に設定しておき、エゼクタ５２によりブレーキブースタ５３の負圧が要求負圧になるように負圧が供給されるようにするものであってよい。この場合にあっても、ステップＳ３において設定するデューティ比は、上述の０以外の小さな値から増加するように実際の進角値と目標進角値ＶＴＴＢとの差に応じて増加させるものである。

このような構成において、設定された目標アイドル回転数の近傍においてエンジン１００が作動している正常なアイドル運転状態にあって燃焼が正常な場合は、吸気弁３７の実際の進角値が基本ズレ判定値ｘより小さいか、あるいは目標進角値ＶＴＴＢを上回っていないので、ステップＳ１からステップＳ４を実行するか、あるいはステップＳ１、ステップＳ２を実行した後にステップＳ４を実行する。したがって、制御弁５５は開成されず、第二負圧通路５７を介して負圧が供給されることはない。この場合は、スロットルバルブ２の下流側から逆止弁５８を介してブレーキブースタ５３に吸気管負圧が供給される。

これに対して、吸気弁３７の実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢより大きくなったアイドル運転状態では、吸気系１への排気ガスの吹き戻しなどにより吸気管圧力の負圧が大気圧に近づく場合がある。このような現象が顕著な例としては、例えばアイドル運転状態においてエアコンディショナなどの負荷が変更されて目標進角値ＶＴＴＢを変更した場合に、実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢを上回った状態でＶＶＴ３０の異常が生じ、吸気弁３７の作動角を制御できない状態になったままとなるものが挙げられる。

このような場合に、目標進角値ＶＴＴＢより進角した位置で吸気弁３７の開度が変わらなくなるため、排気弁３６と吸気弁３７とが同時に開成しているオーバーラップ量が大きくなったまま変化しなくなり、ブレーキブースタ５３への負圧の供給が低下することになる。この実施形態では、ステップＳ１及びステップＳ２を実行し、実際の進角値が目標進角値ＶＴＴＢを上回っている差つまりオーバーラップ量が所定値を上回っている量をステップＳ３にて演算し、その演算結果つまり差の大きさに応じて、差が大きくなるほど制御弁５５の駆動電圧ｐのデューティ比を大きくして、制御弁５５の開度を大きくする。この結果、制御弁５５を通過する空気流量が増加し、エゼクタ５２内部の空気流速が早くなり、その空気流速に応じてブレーキブースタ５３に供給される負圧が高くなる。したがって、第一負圧通路５６を介してエゼクタ５２において発生した負圧がブレーキブースタ５３に供給される。この時、制御弁５５が設けられる通気路５１には、制御弁５５が開成されることによりその開度に応じた空気が流入し、スロットルバルブ２の下流に供給される。通常、アイドル運転時における排気弁３６と吸気弁３７とのオーバーラップ量が大きいほどアイドル回転数を維持するために必要となる吸入空気量が多くなることが知られている。したがって、エゼクタ５２を介してアイドル運転状態における吸入空気量が増加することは、アイドル回転制御装置による吸入空気量を増量補正することになり、アイドル運転状態を安定なものにする。

このように、仮にＶＶＴ３０が異常になって吸気弁３７の制御が不能になり、排気弁３６と吸気弁３７とのオーバーラップ量が異常な状態つまりオーバーラップ量が所定値を上回った状態で停止したままとなった場合でも、エゼクタ５２によりブレーキブースタ５３が作動するのに必要な負圧を確保することができる。そして、このようにブレーキブースタ５３のための負圧を確実に保証することができるので、従来に比較して、ＶＶＴ３０による吸気弁３７の作動角の最大値、したがってオーバーラップ量の最大値を大きく設定することができ、正常運転時の燃費を向上させることができる。

また、エゼクタ５２を介してスロットルバルブ２の下流にエゼクタ５２を作動させた空気が供給されるため、アイドル運転における燃焼状態の低下を確実に防止することができ、アイドル運転時のエンジン回転数を確実により適正な状態に維持することができる。このようにアイドル回転制御装置の機能を補助することができるので、アイドル回転制御装置により制御する吸入空気の容量を小さくすることができる。

なお、本願発明は上記実施形態に限定されるものではない。

上記実施形態においては、可変バルブタイミング装置が吸気弁３７の作動角を制御するものを説明したが、吸気弁３７の作動角は固定にしておき、排気弁３６の作動角を可変制御するものであってもよい。この場合の排気弁３６の作動角の制御は、上述の吸気弁３７の制御と同様であるので省略する。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明の同実施形態が適用されるエンジンの概略構成説明図。同実施形態におけるエゼクタの概略構成を示す断面図。同実施形態の制御手順を示すフローチャート。同実施形態の制御弁の駆動電圧のデューティ比を示す表。

符号の説明

６…電子制御装置
７…中央演算処理装置
８…記憶装置
９…入力インターフェース
１１…出力インターフェース
３０…可変バルブタイミング装置
３６…排気弁
３７…吸気弁
５２…エゼクタ
５３…ブレーキブースタ

Claims

吸気弁と排気弁とのいずれか一方の作動角を可変して吸気弁と排気弁とを同時に開成させるオーバーラップ量を可変する可変バルブタイミング装置と、車両の制動装置の作動を補助する気圧式倍力装置に対して通気された際に負圧を供給する負圧発生手段とを備え、負圧発生手段を作動させる空気を吸気系に設けたスロットルバルブの下流に流入させる内燃機関において、
アイドル運転時のオーバーラップ量が所定値よりも大きいか否かを判定し、
大きいと判定した場合に負圧発生手段への通気量を増量する気圧式倍力装置への負圧制御方法。
通気量の増量は、オーバーラップ量が大きくなるに応じて増量するものである請求項１記載の気圧式倍力装置への負圧制御方法。