JP2015209108A - ブレーキブースタ - Google Patents

Abstract

【課題】ブレーキブースタによるブレーキ踏力の倍力作用を恒常的に発揮できるようにする。
【解決手段】車両に搭載される内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流側で発生する吸気負圧を定圧室に蓄え、この定圧室と変圧室との差圧を用いて車両を制動するブレーキ装置の制動力を増強するブレーキブースタにおいて、定圧室内の負圧及び運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力に応じて、変圧室に大気圧のみを導入する状態と、変圧室に内燃機関の排気圧を導入する状態とを切り替えることとした。
【選択図】図１

Description

本発明は、車両を制動するブレーキ装置の制動力を増強するブレーキブースタに関する。

従来より、車両の制動時に必要となる操作力、即ちブレーキペダルの踏力を軽減するために、内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流側で発生する吸気負圧を利用して踏力を倍力する真空倍力式（バキューム式）のブレーキブースタが広く採用されている（例えば、下記特許文献を参照）。

真空倍力式のブレーキブースタは、吸気負圧が蓄えられる定圧室と、大気圧が導き入れられる変圧室とを有している。運転者がブレーキペダルを踏んでいないときには、定圧室と変圧室とが連通し、かつ変圧室への大気圧の導入が遮断されている。そして、運転者によりブレーキペダルが踏まれると、定圧室と変圧室とが遮断され、かつ変圧室に大気圧が導入されて、定圧室と変圧室との圧力差による倍力作用が営まれる。

吸気負圧と大気圧との差圧を利用する都合上、吸気負圧が低い（吸気の圧力が高い）状況下では、ブレーキブースタによるブレーキペダル踏力の倍力作用が小さくなる。さすれば、必要十分な制動力を発揮するために、運転者がより強くブレーキペダルを踏み込まなければならなくなる。

常時一定以上の制動力を確保するためには、ブレーキブースタの直径を大きくして吸気負圧及び大気圧が印加される面積を拡大したり、倍力作用の原資である吸気負圧を常に定圧室に蓄えておけるように内燃機関を制御（典型的には、スロットルバルブの開度を縮小操作）したりする。だが、ブレーキブースタの直径を大きくすることは、車両のエンジンルームの限られたスペースを圧迫する上、ブレーキブースタの重量の増大や製造コストの増加を招く。また、吸気負圧を高めるように内燃機関を制御することは、内燃機関のポンピングロスを増大させ、燃費性能を低下させることにつながる。

特開２００５−２５５０７２号公報

本発明は、ブレーキブースタによるブレーキ踏力の倍力作用を恒常的に発揮できるようにすることを所期の目的としている。

本発明では、車両に搭載される内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流側で発生する吸気負圧を定圧室に蓄え、この定圧室と変圧室との差圧を用いて車両を制動するブレーキ装置の制動力を増強するブレーキブースタにおいて、定圧室内の負圧、運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力若しくは踏込量、またはブレーキ装置が発揮する制動力を示唆するパラメータのうち少なくとも一つに応じて、変圧室に大気圧のみを導入する状態と、変圧室に内燃機関の排気圧を導入する状態とを切り替えることを特徴とするブレーキブースタを構成した。

より具体的には、前記変圧室に大気圧のみを導入する場合に、ブレーキ装置の制動力と運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力との比が比較的大きいアシスト領域と、その比が比較的小さい非アシスト領域とが存在しており、前記非アシスト領域にて変圧室に内燃機関の排気圧を導入するものとすることが好ましい。

本発明によれば、ブレーキブースタによるブレーキ踏力の倍力作用を恒常的に発揮できるようになる。

本発明の一実施形態における内燃機関の構成を示す図。 同実施形態のブレーキブースタを拡大して示す図。 ブレーキブースタの変圧室に大気圧のみを導入すると仮定した場合における、定圧室内の負圧及びブレーキペダルの踏力とマスタシリンダ圧との関係を示す図。

本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室の天井部に、点火プラグ１２を取り付けてある。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。

吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。

排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。

ブレーキブースタ５は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側の部位（特に、サージタンク３３）から吸気負圧を導き入れ、その負圧を用いてブレーキペダルの踏力を倍力する真空倍力式のものである。図２に示すように、ブレーキブースタ５は、負圧を蓄える定圧室５５と、定圧室よりも高い気圧が加わる変圧室５６とを有する。

定圧室５５は、負圧管路５１を介して吸気通路３に連通している。負圧管路５１は、スロットルバルブ３２の下流側の吸気負圧を定圧室５５へと導く。負圧管路５１上には、負圧を定圧室５５内に留め、定圧室５５に正圧が加わることを防止するためのチェックバルブ５２を設けてある。

本実施形態にあって、変圧室５６は、排気圧管路５３を介して排気通路４に連通している。排気圧管路５３は、排気通路４を流通する排気ガス（触媒４１の下流における清浄化された排気ガスであってもよい）の圧力を変圧室５６へと導く。その排気圧は、大気圧よりも高い。排気圧管路５３上には、当該排気圧管路５３を開閉する排気圧導入バルブ５４を設けてある。排気圧導入バルブ５４は、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０からの制御信号ｌの入力を受けて開閉し、またはその開度を拡縮させることのできる、例えば電磁ソレノイドバルブである。

加えて、変圧室５６には、大気圧導入バルブ５７及びコントロールバルブ５８を配設している。これら大気圧導入バルブ５７及びコントロールバルブ５８は、既知のブレーキブースタにおけるそれと同様である。即ち、大気圧導入バルブ５７は、ブレーキペダルを介してブレーキ踏力が加えられたオペレーティングロッド５９がマスタシリンダ６に接続したプッシュロッド５０を押圧する方向に変位するときに開弁して、変圧室５６に大気圧を導入する。この大気圧導入バルブ５７は、ブレーキペダルを介して加えられていたブレーキ踏力が減少してオペレーティングロッド５９が原位置に復帰する方向に変位するときに閉弁する。そして、コントロールバルブ５８は、オペレーティングロッド５９が原位置に復帰する方向に変位するときに開弁して、変圧室５６を定圧室５５に連通せしめる。

内燃機関の運転制御を司る制御装置たるＥＣＵ０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。

入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（運転者が要求する機関出力、いわば要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、運転者がブレーキペダルを踏み込む踏力若しくはブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、マスタシリンダ６から吐出される作動液の圧力であるマスタシリンダ圧を検出するセンサから出力されるマスタシリンダ圧信号ｇ、ブレーキブースタ５の定圧室５５に蓄えている負圧の大きさを検出する圧力センサから出力されるブレーキブースタ負圧信号ｈ等が入力される。

出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、排気圧導入バルブ５４に対して開閉制御信号（または、開度操作信号）ｌ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング等といった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。

しかして、本実施形態では、現在のブレーキブースタ５の定圧室５５内の負圧及び運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力に応じて、変圧室５６に大気圧のみを導入する状態と、変圧室５６に内燃機関の排気圧を導入する状態とを切り替えるようにしている。

図３に、変圧室５６に大気圧のみを導入すると仮定した場合における、定圧室５５内の負圧及びブレーキペダルの踏力（若しくは、踏込量）とマスタシリンダ圧との関係を示している。図３において、ｋＰａ単位で記載している数値が、定圧室５５に蓄えられている吸気負圧の大きさである。

図３中、太い破線で描画している領域は、ブレーキ装置の制動力に関わるマスタシリンダ圧とブレーキペダル踏力との比が比較的大きいアシスト領域である。アシスト領域では、定圧室５５と変圧室５６との差圧により、ブレーキ踏力が適切に倍力される。

翻って、図３中、細い実線で描画している領域が、マスタシリンダ圧とブレーキペダル踏力との比がアシスト領域よりも小さくなる非アシスト領域である。非アシスト領域では、定圧室５５と変圧室５６との差圧によるブレーキ踏力の倍力作用が十分に発揮されない。変圧室５６に大気圧のみを導入するものとすると、当該非アシスト領域にあっては、運転者が強くブレーキペダルを踏み込まない限りブレーキ装置の制動力が高まらない。

そこで、センサを介して計測される定圧室５５内の負圧及びブレーキペダルの踏力（若しくは、踏込量）が上述したアシスト領域の範囲内にあるとき、排気圧導入バルブ５４を閉弁して、変圧室５６に大気圧のみを導入する。その上で、定圧室５５内の負圧及びブレーキペダルの踏力が上述した非アシスト領域の範囲内にあるときには、排気圧導入バルブ５４を開弁して、変圧室５６に排気圧を導入する。結果、非アシスト領域においても、定圧室５５と変圧室５６との差圧によるブレーキ踏力の倍力作用が十分に発揮され、ブレーキ装置の制動力を必要十分に高めることが可能となる。

アシスト領域と非アシスト領域との境界となるブレーキペダルの踏力の大きさは、定圧室５５内に蓄えられている負圧が低い（定圧室５５内の圧力としては高い）ほど小さくなる。それ故、変圧室５６への排気圧の導入を開始するブレーキペダルの踏力の大きさは、定圧室５５内に蓄えられている負圧が低いほど小さくなる。

変圧室５６に導入された排気ガスは、ブレーキペダルを介して加えられていたブレーキ踏力が減少してオペレーティングロッド５９が原位置に復帰する方向に変位するとき、即ちコントロールバルブ５８が開弁するときに、定圧室５５及び負圧管路５１を介して吸気通路３に排出される。

本実施形態では、車両に搭載される内燃機関の吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側で発生する吸気負圧を定圧室５５に蓄え、この定圧室５５と変圧室５６との差圧を用いて車両を制動するブレーキ装置の制動力を増強するブレーキブースタ５において、定圧室５５内の負圧及び運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力（若しくは、踏込量）に応じて、変圧室５６に大気圧のみを導入する状態と、変圧室５６に内燃機関の排気圧を導入する状態とを切り替えることを特徴とするブレーキブースタ５を構成した。

具体的には、定圧室５５内の負圧が閾値以上（この閾値は、ブレーキペダルの踏力が大きいほど上昇する）であるときには変圧室５６に大気圧のみを導入し、閾値未満であるときには変圧室５６に排気圧を導入する。または、運転者がブレーキペダルを踏み込む踏力が閾値未満（この閾値は、定圧室５５内の負圧が低いほど低下する）であるときには変圧室５６に大気圧のみを導入し、閾値以上であるときには変圧室５６に排気圧を導入する。

本実施形態によれば、ブレーキブースタ５によるブレーキ踏力の倍力作用を恒常的に発揮できるようになる。即ち、スロットルバルブ３２の下流の吸気負圧が低く（吸気圧が高く）とも、変圧室５６に排気圧を導入することで、定圧室５５と変圧室５６との差圧を十分に高め、ブレーキ装置に供給するべきマスタシリンダ圧を必要十分に増強することができる。従って、ブレーキブースタ５の直径を徒に大きくせずに済み、ブレーキブースタ５の小型軽量化が可能となる。また、常時吸気負圧を高めるように内燃機関を制御しなくともよくなり、内燃機関のポンピングロスの低減、ひいては燃費性能の向上に寄与し得る。

さらに、ブレーキ装置の制動力（または、マスタシリンダ圧）と運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力との比が比較的大きくなるアシスト領域では変圧室５６に大気圧のみを導入する一方、その比が比較的小さくなる非アシスト領域では変圧室５６に内燃機関の排気圧を導入するようにしているので、非アシスト領域でも適正なブレーキ踏力の倍力作用を得られ、車両を安定的に制動することができる。

のみならず、スロットルバルブ３２の開度が小さい低負荷運転領域と、スロットルバルブ３２の開度が大きい高負荷運転領域との間で、ブレーキブースタ５によるブレーキ踏力の倍力作用の強度の差が小さくなる。仮に、変圧室５６に常に排気圧を導入するものとすると、内燃機関の運転領域（負荷及び回転数）に応じて排気圧がばらつくことから、ブレーキブースタ５によるブレーキ踏力の倍力作用の強度がその時々で変化し、ドライバビリティを悪化させてしまいかねない。これに対し、本実施形態では、スロットルバルブ３２の開度が小さく、吸気負圧が増大する一方で排気圧が減少する状況下では、変圧室５６に大気圧のみを導入し、排気圧を導入しない。このため、排気圧のばらつきに起因したブレーキ踏力の倍力作用の変動を抑制することができ、ドライバビリティが高く保たれる。

なお、本発明は以上に詳述した実施形態に限られるものではない。例えば、上記実施形態では、排気圧を変圧室５６に導入するか否かを決定するにあたり、定圧室内５５の負圧及びブレーキペダルの踏力（若しくは、踏込量）を参照していたが、これに加えて現在の車速をも参照することが考えられる。その場合には、現在の車速が高いほど、早期に排気圧を変圧室５６に導入するものとする。即ち、定圧室５５内の負圧と比較するべき閾値を車速が高いほど引き上げ、ブレーキペダルの踏力と比較するべき閾値を車速が高いほど引き下げる。

また、ブレーキ装置が発揮する制動力を示唆するパラメータに基づいて、排気圧を変圧室５６に導入するか否かを決定することも可能である。ブレーキ装置が発揮する制動力を示唆するパラメータの典型例は、マスタシリンダ６からブレーキ装置に供給される液圧力であるマスタシリンダ圧である。

図３から明らかなように、マスタシリンダ圧及び定圧室５５内の負圧の大きさが既知であれば、現在ブレーキブースタ５がアシスト領域（図３中の太い破線の領域）にあるか非アシスト領域（図３中の細い実線の領域）にあるかが分かる。そこで、マスタシリンダ圧及び定圧室５５内の負圧を参照し、これらがアシスト領域の範囲内にあるときには変圧室５６に大気圧のみを導入する一方、これらが非アシスト領域の範囲内にあるときには変圧室５６に排気圧を導入する。既に述べた通り、変圧室５６に大気圧のみを導入するアシスト領域と、変圧室５６に排気圧を導入する非アシスト領域との境を、現在の車速に応じて修正しても構わない。

あるいは、ブレーキペダルの踏力（若しくは、踏込量）に対して適正なマスタシリンダ圧が実現されていない場合に、排気圧を変圧室５６に導入するという態様もとり得る。ブレーキペダルの踏力に対応する適正なマスタシリンダ圧は、ちょうど図３中の太い破線を引き延ばした直線上にプロットされる。よって、図３中の太い破線を引き延ばした直線上またはその付近に閾値を設定（この閾値は、ブレーキペダルの踏力（若しくは、踏込量）が大きいほど上昇する）し、マスタシリンダ圧が閾値以上であるときには変圧室５６に大気圧のみを導入し、閾値未満であるときには変圧室５６に排気圧を導入する。当該閾値を、車速が高いほど引き上げることも有効である。

さらに、上記実施形態では、アシスト領域にて大気圧のみを変圧室５６に導入するとしていたが、アシスト領域でも排気圧を変圧室５６に導入することは許される。

その他各部の具体的構成は、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。

本発明は、内燃機関が搭載された車両に適用することができる。

０…制御装置（ＥＣＵ）
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
５…ブレーキブースタ
５１…負圧管路
５２…チェックバルブ
５３…排気圧管路
５４…排気圧導入バルブ
５５…定圧室
５６…変圧室
５７…大気圧導入バルブ
５８…コントロールバルブ
ｄ…ブレーキ踏量信号
ｈ…ブレーキブースタ負圧信号

Claims (2)

1. 車両に搭載される内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流側で発生する吸気負圧を定圧室に蓄え、この定圧室と変圧室との差圧を用いて車両を制動するブレーキ装置の制動力を増強するブレーキブースタにおいて、
   定圧室内の負圧、運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力若しくは踏込量、またはブレーキ装置が発揮する制動力を示唆するパラメータのうち少なくとも一つに応じて、変圧室に大気圧のみを導入する状態と、変圧室に内燃機関の排気圧を導入する状態とを切り替えることを特徴とするブレーキブースタ。
2. 前記変圧室に大気圧のみを導入する場合に、ブレーキ装置の制動力と運転者がブレーキペダルを踏みこむ踏力との比が比較的大きいアシスト領域と、その比が比較的小さい非アシスト領域とが存在し、
   前記非アシスト領域にて変圧室に内燃機関の排気圧を導入する請求項１記載のブレーキブースタ。

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