JP2006044314A - 負圧供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 大気圧が低い状態でも真空ブースタへの高い負圧の供給が可能である負圧供給装置を提供する。
【解決手段】 ドライバ２５〔ひいては真空ポンプ〕がオン作動しブースタ負圧が大きくなってもＯＦＦレベルに達しないうちに、ドライバ２５のオン作動と共に開始されるタイマ２３の計時の値が基準値MAXに達すると、ドライバ２５をオフし、これによりアクチュエータひいては真空ポンプを停止させる（時刻ｔ１２、ｔ１４、ｔ１８）。このため、高地走行時のようにブースタ負圧の上昇に制約がある場合において、ＯＦＦレベルの値を大きく設定しても、アクチュエータ及び真空ポンプの停止を時間管理により確実に果たすことができる。そして、このようにＯＦＦレベルの値を大きく設定することにより、大きなブースタ負圧を確保でき、その分、良好な制動作動を確保できる。
【選択図】 図３

Description

本発明は、制動装置用の真空ブースタに用いられる負圧供給装置に関する。

自動車には、制動力の向上などのために真空ブースタ（気圧式倍力装置）が広く使われている。この真空ブースタは、負圧源として、一般にエンジンの吸気装置を利用しており、エンジンの吸気負圧を負圧室（ブースタ真空室）に導入して、大気圧との差圧によってパワーピストンに推力を発生させて例えば制動装置の操作力を補助している。

ところで、近年、パワーや燃費向上などが期待できるＤＩエンジン（直接噴射エンジン）が開発され、その適用が講じられている。しかしながら、ＤＩエンジンは、大量の空気を吸入するため、これに伴い、吸気管では所望の大きさの負圧（吸気管負圧）が不足する傾向がある。このような吸気管負圧の不足をエジェクタの負圧増強効果で補うことも行なわれており、特許文献１には、エジェクタで負圧を増強する例が示されている。

特許文献１に示すエジェクタでは、例えば266ｈＰａの負圧〔大気圧との差圧の大きさに相当し、その数値（例えば前記「266ｈＰａ」）が大きい程、低圧である（真空度が高い）ことを示す。〕があれば、その負圧増強効果により532ｈＰａ以上の負圧が得られる効果の大きいものである。また、特許文献１には、エジェクタがスロットルに並列に接続されることでエジェクタ作動風量がアイドリング時のエンジン回転速度制御に悪影響を及ぼすのを防止するため、制御弁によりブースタの負圧が不足したときのみエジェクタを駆動する制御方法の例が記載されている。

また、最近、燃費改善のため、吸気管負圧を133（＝100×1.33）ｈＰａまで下げたいという要望がある。しかし、吸気管負圧が133ｈＰａでは、エジェクタを用いて負圧の増強をしても399（＝300×1.33）ｈＰａ程度の負圧しか得られない。そして、真空ブースタでは、一般に665（＝500×1.33）ｈＰａを基準にしてダイヤフラム径を決めるので、急制動に適切に対処できるようにブースタを有効に作動させるには、532（＝400×1.33）ｈＰａ以上の負圧を維持することが望ましいものとなっている。このため、上述した要望（燃費改善のため、吸気管負圧を133ｈＰａまで下げたい）に適切に対応できていないというのが実状であった。

なお、吸気管負圧のないディーゼルエンジンでは、ベーンタイプの真空ポンプをエンジンにより駆動して負圧を得ているが、常時作動しているのでエネルギロスが大きい。
また、ブースタに負圧スイッチを設けて真空ポンプをモータにより駆動すれば消費エネルギを大幅に削減できるが、高負圧を得る真空ポンプは動力が大きく、寸法が大きくなる。
特開２００３−０２１１００号公報

ところで、モータ駆動、あるいは電磁駆動の真空ポンプを使う場合、消費エネルギの削減、アクチュエータの過熱防止のため、負圧スイッチでオン／オフ制御するのが一般的であるが、負圧検知レベルの設定に問題がある。
すなわち、ブースタの都合からは、上述のように外気との差圧を532ｈＰａ以上に維持する必要があるため、532ｈＰａ未満でオン（ＯＮ）、665ｈＰａ以上（望ましくは798ｈＰａ程度）でオフ（ＯＦＦ）するように、ヒステリシスを持たせて負圧検知レベルを設定して起動頻度を下げて対処することが考えられるが、大気圧は台風などの気候条件で低下するだけでなく、図７のように高度の上昇により大幅に低下する。このため、場合によっては、適切に真空ポンプを停止できない場合が起こり得る。

例えば、国内の自動車道路では標高が最も高いと言われている乗鞍スカイライン（標高2700ｍ）では、大気圧は730ｈＰａしかなく、気候条件を考えると、680（＝510×1.33）ｈＰａ位まで下がる可能性があり、絶対真空でも大気圧との差圧は680ｈＰａにしかならない。

このような状況で真空ポンプの駆動オフレベル（ＯＦＦレベル）を798（＝600×1.33）ｈＰａに設定すると、高地では一旦、起動した後は連続運転になってしまい、消費エネルギ増大、アクチュエータ過熱、摺動部品の摩耗などの不具合を生じる（上述した適切に真空ポンプを停止できない）虞がある。

図８は、エジェクタの特性説明図であるが、大気圧が1013ｈＰａであれば、実線Ｄのように高い負圧増強効果を持つが、大気圧が700ｈＰａである場合には、破線Ｅのように大気圧に比例して吸引負圧が減少する。大気圧が低いときはエンジンも大量に吸気する必要があるので、エンジン制御の工夫にも限界がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、大気圧が低い状態でも真空ブースタへの高い負圧の供給が可能である負圧供給装置を提供することを目的とする。

請求項１記載の発明は、自動車の制動装置用の真空ブースタへ負圧を供給する負圧供給装置において、前記真空ブースタのブースタ真空室から排気を行う真空ポンプと、該真空ポンプを駆動する、タイマを有した制御／駆動回路と、前記ブースタ真空室の負圧が第１閾値以下の場合にオン信号を出力し、前記第１閾値より大きい値の第２閾値以上の場合にオフ信号を出力する負圧スイッチと、を備え、前記制御／駆動回路は、前記負圧スイッチが前記オン信号を出力した場合前記真空ポンプを起動すると同時にタイマの計時を開始し、前記負圧スイッチが前記オフ信号を出力した場合又はタイマの計時値が予め定めた基準値以上になった場合、前記真空ポンプを停止することを特徴とする。
請求項２記載の発明は、請求項１記載の負圧供給装置において、前記タイマの計時値が予め定めた基準値以上になって真空ポンプを停止させた後にブレーキペダルに連動してオン、オフするブレーキスイッチがオンした場合、前記真空ポンプが前記オン信号を出力しているときには、前記真空ポンプを起動すると同時にタイマの計時を開始することを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１または２記載の負圧供給装置において、真空ポンプは、負圧を発生するポンプ部と、該ポンプ部が発生する負圧を高めるように作用するエジェクタと、を備え、前記ポンプ部の吸込／吐出の差圧でエジェクタを駆動し、前記エジェクタで増強された負圧で前記真空ブースタの排気を行うことを特徴とする。
請求項４記載の発明は、請求項１乃至３のいずれかに記載の負圧供給装置において、前記真空ポンプ、前記制御／駆動回路、前記負圧スイッチは、前記真空ブースタと一体に固定されていることを特徴とする。

請求項１記載の発明によれば、ブレーキスイッチがオンした場合に前記真空ポンプを起動すると同時にタイマの計時を開始し、前記負圧スイッチが前記オフ信号を出力した場合又はタイマの計時値が予め定めた基準値以上になった場合、前記真空ポンプを停止するようにしており、真空ポンプをオン／オフ作動させるので、消費エネルギの抑制を図ることができる。
また、タイマの計時値が予め定めた基準値以上になった場合、前記真空ポンプを停止するので、大気圧が低い場合に連続運転を回避する上で従来技術で要求される負圧スイッチのオフレベル負圧を低くすることが回避され、その分、真空ブースタに供給する負圧を極力高くすることができ、ひいては、良好な制動作動を確保できる。
請求項２記載の発明によれば、大気圧が低い場合のブースタ負圧の低下を抑止できる。

請求項３記載の発明によれば、真空ポンプは、負圧を発生するポンプ部と、該ポンプ部が発生する負圧を高めるように作用するエジェクタと、を備え、前記ポンプ部の吸込／吐出の差圧でエジェクタを駆動し、前記エジェクタで増強された負圧で前記真空ブースタの排気を行うので、迅速かつ効率よく真空ブースタの排気を行うことができる。
請求項４記載の発明によれば、真空ポンプ、制御／駆動回路、負圧スイッチは、真空ブースタと一体に固定されているので、装置の小型化を図ることができる。

以下、本発明の第１実施の形態に係る負圧供給装置を図１ないし図６に基づいて説明する。図１において、負圧供給装置１は、自動車に備えられる真空ブースタ２の真空室（以下、ブースタ真空室という。）３とエンジン吸気管４との間に設けられており、真空ブースタ２に負圧を供給するようにしている。
真空ブースタ２は、負圧供給装置１からの負圧を利用して、ブレーキペダル５の踏力を増大させてマスタシリンダ６を作動させて制動力を発揮させ、小さい踏力で、自動車に対する制動力を確保するようにしている。ブレーキペダル５の近傍には、ブレーキペダル５に連動して、ＯＮ（オン）、ＯＦＦ（オフ）信号を出力するブレーキスイッチ（以下、ブレーキＳＷという。）７が設けられている。

負圧供給装置１は、バッテリ８、イグニッションＳＷ９（イグニッションスイッチ）及びブレーキＳＷ７に接続され、図５及び図６に示す演算・制御を行なう制御／駆動回路１０と、制御／駆動回路１０により作動される電磁往復動アクチュエータ（以下、適宜、アクチュエータという。）１１と、アクチュエータ１１により駆動されて負圧を発生する真空ポンプ１２と、負圧スイッチ（以下、負圧ＳＷという。）１３と、から大略構成されている。
真空ポンプ１２は、負圧を発生するポンプ部１５と、ポンプ部１５が発生する負圧を高めるように作用するエジェクタ１６と、を備え、ポンプ部１５の吸込／吐出の差圧でエジェクタ１６を駆動し、エジェクタ１６で増強された負圧で真空ブースタ２の排気を行う（真空ブースタ２に負圧を供給する）ようにしている。
この場合、真空ポンプ１２、制御／駆動回路１０、負圧ＳＷ１３は、真空ブースタ２と一体に固定されている。このため、装置全体として小型化が図られたものになっている。

制御／駆動回路１０は、図２に示すように、起動判定回路２０、停止判定回路２１、制御フリップフロップ（以下、制御ＦＦという。）２２、タイマ２３、分周回路２４、及びドライバ２５を含み、内部クロックＡとリセットＢで動作する。また、制御／駆動回路１０は、ブレーキＳＷ７及び負圧ＳＷ１３に対応してそれぞれローパスフィルタ（以下、ＬＰＦという。）２６，２７を備えている。ブレーキＳＷ７からの信号は、ブレーキＳＷ７に対応したＬＰＦ２６を介して起動判定回路２０に入力される。
また、負圧ＳＷ１３からの信号は、負圧ＳＷ１３に対応したＬＰＦ２７を介して起動判定回路２０及び停止判定回路２１に入力される。
ドライバ２５にアクチュエータ１１が接続されており、ドライバ２５の駆動により真空ポンプ１２が作動され、これにより、ブースタ真空室３の負圧が大きくされる〔真空度が高く（低圧化）される〕ようになっている。

制御ＦＦ２２は、起動判定回路２０でセットされ、停止判定回路２１でリセットされる。分周回路２４及びドライバ２５は、制御ＦＦ２２がセットされている間、所定周波数の駆動電流をアクチュエータ１１に供給する。また、タイマ２３はドライバ２５の動作時間を計時する。
負圧ＳＷ１３は、図４に示すように、値がそれぞれ小、大の第１、第２閾値〔以下、それぞれＯＮ（オン）レベル、ＯＦＦ（オフ）レベルという。〕を有し、ブースタ真空室３の負圧がＯＮレベル以下の場合〔エンジン作動の初期段階（イグニッションＳＷ９のオン時）のように負圧が略０の場合を含む〕にＯＮ（オン）し（オン信号を出力し）、ＯＦＦレベル以上の場合にＯＦＦ（オフ）する（オフ信号を出力する）特性、いわば、ヒステリシス特性を発揮するようにしている。本実施の形態では前記ＯＮレベルは532（＝400×1.33）ｈＰａに設定し、ＯＦＦレベルは798（＝600×1.33）ｈＰａに設定している。

ここで、制御／駆動回路１０の演算・制御内容を図５及び図６に基いて説明する。
制御／駆動回路１０は、予め定めた制御周期毎に図５に示されるメインルーチンを実行する。このメインルーチンでは、主制御サブルーチン(ステップＳ１）を実行すると共に、この主制御サブルーチンに続いてイグニッションＳＷ９がオフされたか否かの判定を行う(ステップＳ２）ようにしている。ステップＳ２でＮＯ（イグニッションＳＷ９がオフされていない）と判定すると、ステップＳ１に戻り、ＹＥＳ（イグニッションＳＷ９がオフされた）と判定すると、処理を終了する。

主制御サブルーチン（ステップＳ１）では、図６に示すように、まず、負圧ＳＷ１３がＯＮ（オン）された（ＯＦＦ→ＯＮ）か否かの判定を行う(ステップＳ１１）。ステップＳ１１でＹＥＳ（イエス）〔負圧ＳＷ１３がＯＮとなった〕と判定すると、ドライバ２５がＯＦＦ（オフ）されているか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２でＹＥＳ（ドライバ２５がＯＦＦされている）と判定すると、タイマ２３の計時開始又はタイマ２３のリセット及び計時開始を行い（ステップＳ１３）、ドライバ２５をＯＮ（オン）する（ステップＳ１４）。ドライバ２５のＯＮ作動（ステップＳ１４）により、アクチュエータ１１ひいては真空ポンプ１２がＯＮ作動され、これに伴いブースタ真空室３の負圧（以下、ブースタ負圧という。）が大きくなる。
ステップＳ１４に続いて、タイマ２３の計時値が予め定めた基準値MAX（図３）を超えた（以下、適宜、タイマ２３がオーバーフローした、という。）か否かの判定を行う（ステップＳ１５）。
ステップＳ１５に続いて、ドライバ２５をＯＦＦし（ステップＳ１６）、タイマ２３の計時値をリセットし（ステップＳ１７）、図５のメインルーチンに戻る。

ステップＳ１２でＮＯと判定すると、ステップＳ１５に進む。ステップＳ１５でＮＯと判定すると、図５のメインルーチンに戻る。
ステップＳ１１で、負圧ＳＷ１３がＯＮされなかったと判定（ＮＯの判定）すると、負圧ＳＷ１３がＯＮ状態を維持した（ＯＮ→ＯＮ）か否かの判定を行う（ステップＳ１８）。ステップＳ１１では、負圧ＳＷ１３についてＯＮ状態が維持された（ＯＮ→ＯＮ）場合、ＯＦＦされた（ＯＮ→ＯＦＦ）場合、ＯＦＦ状態が維持された（ＯＦＦ→ＯＦＦ）場合にも、負圧ＳＷ１３がＯＮされなかったと判定する。
ステップＳ１８で、ＹＥＳと判定すると、ブレーキＳＷ７がＯＮされた（ＯＦＦ→ＯＮ）か否かを判定する（ステップＳ１９）。ステップＳ１９でＹＥＳを判定するとステップＳ１３に進み、ＮＯと判定するとステップＳ１５に進む。

ステップＳ１８でＮＯと判定すると、負圧ＳＷ１３がＯＦＦ作動された（ＯＮ→ＯＦＦ）か否かを判定する（ステップＳ２０）。
ステップＳ２０で、ＹＥＳと判定するとステップＳ１６に進み、ＮＯと判定すると図５のメインルーチンに戻る。
なお、例えばステップＳ２０でＹＥＳと判定しステップＳ１６に進む過程のように図６の各過程において、ブレーキＳＷ７がＯＮ作動すると、ブースタ真空室３が、当該ブースタ真空室３とダイヤフラム３０を介して配置される変圧室３１（図１参照）と連通されて、ブースタ負圧が低下する（図３時刻ｔ３、ｔ４、ｔ１３、ｔ１５、ｔ１６、ｔ１７参照）。

上述したように構成された負圧供給装置１では、エンジン始動時に、イグニッションＳＷ９により電源が供給されると、起動判定回路２０は、例えば図３の時刻ｔ１〜ｔ２、又は時刻ｔ１１〜ｔ１２に示すように、負圧ＳＷ１３のＯＮを検知して（ステップＳ１１でＹＥＳ）、エンジン始動段階では、ドライバ２５がＯＦＦである（ステップＳ１２でＹＥＳ）ことから、制御ＦＦ２２をセットし、ドライバ２５、アクチュエータ１１ひいては真空ポンプ１２が作動する（ステップＳ１４）と共に、タイマ２３の計時が開始される（ステップＳ１４）。

大気圧が十分高いとき（図３左側の平地走行の範囲）は、タイマ２３のオーバーフローより先にブースタ負圧がＯＦＦレベルに達して、停止判定（ステップＳ２０でＹＥＳ）により、真空ポンプ１２を停止する（ステップＳ１６）。すなわち、タイマ２３のオーバーフローの判定（ステップＳ１５）でＮＯと判定してメインルーチンに戻り、この後、ステップＳ１１でＮＯ → ステップＳ１８でＹＥＳ → ステップＳ１９でＮＯ → ステップＳ１５でＮＯの処理が、真空ポンプ１２の作動と共に行われる（この際、タイマ２３の計時も進行する）一方、上述したようにブースタ負圧がＯＦＦレベルに達して、停止判定（ステップＳ２０でＹＥＳ）が行われ、真空ポンプ１２が停止される。
その後、ブレーキ操作によりブースタ負圧がＯＮレベル以下に下がる（ステップＳ１９でＹＥＳ）と、再度、真空ポンプ１２を起動する（ステップＳ１４）。

高地などで大気圧が低い（図３右側の高地走行の範囲）と、ブースタ負圧がＯＦＦレベルに到達するより先に、タイマ２３がオーバーフローし（ステップＳ１５でＹＥＳ。例えば図３時刻ｔ１２）、停止判定回路２１が制御ＦＦ２２をリセットして真空ポンプ１２を停止する（ステップＳ１６）。この時ブースタ負圧はＯＦＦレベルに達していないので負圧ＳＷ１３は、ＯＮのままである。その後は、ブレーキＳＷ７がオンするたび（例えば図３時刻ｔ１３、ｔ１６、ｔ１７）に起動判定回路２０が制御ＦＦ２２をセットして真空ポンプ１２を起動し、タイマ２３のオーバーフローで停止する動作を繰り返すことで、ブースタ負圧が低下したままの状態となることを抑止している。

上述した負圧供給装置１によれば、ドライバ２５〔ひいては真空ポンプ１２〕がオン作動（ステップＳ１４）してブースタ負圧が大きくなり、負圧ＳＷ１３がＯＦＦする（ブースタ負圧がＯＦＦレベル以上になる）〔ステップＳ２０でＹＥＳ〕と、ドライバ２５をオフし（ステップＳ１６）、これによりアクチュエータ１１ひいては真空ポンプ１２を停止させる。そして、このようにブースタ負圧に応じてアクチュエータ１１及び真空ポンプ１２のオン／オフを行うことが可能であり、これにより消費エネルギの低減を図ることができる。

また、ドライバ２５〔ひいては真空ポンプ１２〕がオン作動（ステップＳ１４）しブースタ負圧が大きくなってもＯＦＦレベルに達しないうちに、ドライバ２５のオン作動と共に開始されるタイマ２３の計時の値が基準値MAXに達する（ステップＳ１５でＹＥＳ）と、ドライバ２５をオフし（ステップＳ１６）、これによりアクチュエータ１１ひいては真空ポンプ１２を停止させる（例えば図３の時刻ｔ１２、ｔ１４、ｔ１８）。このため、高地走行時のようにブースタ負圧の上昇に制約がある場合において、ＯＦＦレベルの値を大きく設定しても、アクチュエータ１１及び真空ポンプ１２の停止を時間管理により確実に果たすことができる。そして、このようにＯＦＦレベルの値を大きく設定することにより、大きなブースタ負圧を確保でき、その分、良好な制動作動を確保できる。

従来技術においては、大気圧が低くなると、ブースタ負圧に応じた真空ポンプのオン／オフ制御では、ブースタ負圧がＯＦＦレベルに達せずに、アクチュエータ及び真空ポンプの連続運転が継続され過熱状態を呈することが起こり得た。しかし、本実施の形態によれば、時間管理して確実に真空ポンプ１２を停止するので、アクチュエータ１１及び真空ポンプ１２の過熱や不要な連続運転を確実に回避できる。

なお、従来技術において、アクチュエータ等の過熱防止にサーマルシャットダウン〔ある温度以上になるとアクチュエータの作動を停止（オフ）させ、温度が下がると作動停止（オフ）を解除する方策〕が用いられることがあるが、本実施の形態では、サーマルシャットダウンを用いずに、上述したように従来技術で起こり得る不要な連続運転を回避し、アクチュエータ１１等の過熱防止を果たしている。このため、本実施の形態では、サーマルシャットダウンを廃止した分、装置の簡易化を図ることができる。なお、サーマルシャットダウンを設け、真空ポンプ１２の過熱防止をより確実に行うようにしてもよい。
また、本実施の形態では、アクチュエータとして電磁往復動アクチュエータ１１を用いているので、大気圧不足の場合に生じ得る高頻度の起動／停止に適切に対処できるようになっている。

本発明の一実施の形態に係る負圧供給装置を模式的に示すブロック図である。 図１の制御／駆動回路を示すブロック図である。 図１の負圧供給装置の作用を説明するためのタイムチャートである。 図１の真空ＳＷのＯＮ、ＯＦＦ作動を示す特性図である。 図１の制御／駆動回路のメインルーチンを示すフローチャートである。 図６の主制御サブルーチンを示すフローチャートである。 高度と大気圧との関係を示す図である。 エジェクタの特性説明図である。

符号の説明

１…負圧供給装置、２…真空ブースタ、１０…制御／駆動回路、１２…真空ポンプ、１３…負圧ＳＷ

Claims (4)

1. 自動車の制動装置用の真空ブースタへ負圧を供給する負圧供給装置において、
   前記真空ブースタのブースタ真空室から排気を行う真空ポンプと、該真空ポンプを駆動する、タイマを有した制御／駆動回路と、前記ブースタ真空室の負圧が第１閾値以下の場合にオン信号を出力し、前記第１閾値より大きい値の第２閾値以上の場合にオフ信号を出力する負圧スイッチと、を備え、
   前記制御／駆動回路は、前記負圧スイッチが前記オン信号を出力した場合前記真空ポンプを起動すると同時にタイマの計時を開始し、前記負圧スイッチが前記オフ信号を出力した場合又はタイマの計時値が予め定めた基準値以上になった場合、前記真空ポンプを停止することを特徴とする負圧供給装置。
2. 前記タイマの計時値が予め定めた基準値以上になって真空ポンプを停止させた後にブレーキペダルに連動してオン、オフするブレーキスイッチがオンした場合、前記真空ポンプが前記オン信号を出力しているときには、前記真空ポンプを起動すると同時にタイマの計時を開始することを特徴とする請求項１記載の負圧供給装置。
3. 真空ポンプは、負圧を発生するポンプ部と、該ポンプ部が発生する負圧を高めるように作用するエジェクタと、を備え、前記ポンプ部の吸込／吐出の差圧でエジェクタを駆動し、前記エジェクタで増強された負圧で前記真空ブースタの排気を行うことを特徴とする請求項１または２記載の負圧供給装置。
4. 前記真空ポンプ、前記制御／駆動回路、前記負圧スイッチは、前記真空ブースタと一体に固定されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の負圧供給装置。
   
   

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