JP2017096156A - 車両のブレーキ負圧制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】車両に搭載されたエンジン１の吸気負圧とバキュームポンプ５の負圧（ポンプ負圧）とをブレーキブースタ２に供給する場合に、バキュームポンプ５の故障によって十分なポンプ負圧が得られなくなっても、ブレーキ負圧を確保できるようにする。
【解決手段】ブレーキブースタ２の負圧室２６に吸気負圧を供給する第１の負圧通路１５の端部を、スロットルバルブ１３とその下流側の流動強化バルブ（ＳＣＶ１４）との間に接続する。バキュームポンプ５が故障して（ステップＳＴ２でＹＥＳ）、ポンプ負圧が不足するときには、スロットルバルブ１３およびＳＣＶ１４をそれぞれ閉じ側に動作させて（ステップＳＴ４，ＳＴ５）、吸気負圧を増大させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、車両のブレーキブースタにエンジンの吸気負圧と負圧ポンプの負圧とを供給するようにしたブレーキ負圧制御装置に関し、特に吸気負圧の制御に係る。

従来より一般的に車両のブレーキシステムは、エンジンの吸気通路の負圧（吸気負圧）をブレーキブースタに供給して、ブレーキ踏力を増幅するためのアシスト力を発生させるようにしている。例えば特許文献１に記載のエンジンでは、気筒内にスワール流を発生させるべく、スロットル弁よりも下流側の吸気通路にスワール制御弁を備える場合に、最大限の負圧を供給するために、スワール制御弁よりも下流側から負圧を取り出すようにしている。

特開２００４−００３４７３号公報

ところで近年、ガソリンエンジンなどにおいては、スロットルバルブによるポンピングロスを低減するために、例えば吸気バルブの閉じ時期を遅角化させるようにしている。こうすると、気筒内から吸気通路へ吸気が吹き返されるので、吸気負圧があまり大きくならず、十分なブレーキ負圧を確保できない場合がある。特に、前記従来例（特許文献１）のようにスワール制御弁よりも下流側の吸気通路から負圧を取り出すようにすると、吸気の吹き返しによる影響が大きくなりやすい。

そこで、例えば電動のバキュームポンプ（負圧ポンプ）を装備し、前記のようにエンジンからブレーキブースタに吸気負圧を供給するだけでなく、これと並行してバキュームポンプからも負圧を供給することが考えられるが、この場合にはバキュームポンプの故障によってブレーキ負圧を確保できなくなる懸念がある。これに対し、フェールセーフのためにバキュームポンプを２つ装備することは、コストの面で現実的でない。

このような実状を考慮して本発明の目的は、仮にバキュームポンプが故障したとしてもブレーキ負圧を確保できるようにすることである。

前記の目的を達成するために本発明では、エンジンの所定の運転状態において吸気通路の流動強化バルブを閉じることによって、気筒内の流動を強化すると、これによりトルクが増大することに着目し、その分、スロットルバルブを閉じて吸気負圧を増大させるようにした。

すなわち、本発明は、車両に搭載されたエンジンの吸気通路の負圧と、負圧ポンプによって生成した負圧とをそれぞれブレーキブースタに供給するようにした車両のブレーキ負圧制御装置を対象として、まず、前記ブレーキブースタの負圧室に前記吸気通路の負圧を供給する負圧供給通路の端部を、当該吸気通路に設けられたスロットルバルブと、その下流側に設けられた流動強化バルブとの間に接続する。

そして、前記負圧ポンプから生成し得る最大の負圧を供給しても、前記ブレーキブースタの負圧室の負圧がブレーキ要求に対して不足するときに、前記スロットルバルブおよび流動強化バルブをそれぞれ閉じ側に動作させて、吸気通路の負圧を増大させるようにしたものである。なお、前記の流動強化バルブは、スロットルバルブよりも下流側の吸気通路を絞って吸気の流速を高めるものであり、いわゆるスワール流、タンブル流のいずれを強化するものであってもよい。

前記の特定事項により、まず、通常は流動強化バルブが開いているエンジンの所定の運転状態において、エンジンの吸気通路の負圧（吸気負圧）と、負圧ポンプによって生成される負圧（以下、ポンプ負圧ともいう）とがブレーキブースタの負圧室に供給されるようになる。こうして供給される負圧に応じてブレーキブースタは、運転者によるブレーキ踏力を増幅するためのアシスト力を発生する。

一方、例えば負圧ポンプが故障して十分な負圧を生成できなくなると、ブレーキ要求を満たすだけのアシスト力が発生しなくなるので、このときには、エンジンの吸気通路のスロットルバルブおよび流動強化バルブをそれぞれ閉じ側に動作させる。すなわち、流動強化バルブが閉じられて吸気通路を絞ることにより、吸気の流速が高くなってスワール流、タンブル流など気筒内の流動が強化される。

これにより混合気の燃焼速度が高くなるので、燃焼効率の向上によってエンジンのトルクは増大傾向となるが、このトルクの増分は、スロットルバルブが閉じ側に動作されて、吸気の流量が減少することによって減殺される。よって、エンジンのトルクを維持したまま吸気通路の負圧を増大させることができ、この吸気負圧が供給されるブレーキブースタによって、より大きなアシスト力を得ることができる。

つまり、仮にバキュームポンプの故障などによってブレーキブースタに十分なポンプ負圧を供給できなくなったとしても、吸気負圧を増大させることによってブレーキ負圧を確保できるようになる。しかも、そのためにスロットルバルブを閉じ側に動作させていても、エンジンのトルクは維持することができ、ドライバビリティの低下を招く心配もない。

好ましくは、前記のように負圧ポンプが故障して、十分なポンプ負圧を生成できなくなっている場合も含めて、ブレーキ要求に対して負圧が不足する状態をブレーキブースタの負圧室の圧力（ブースタ圧）に基づいて判定することである。すなわち、ブースタ圧と大気圧との差圧（絶対値）を予め設定したブレーキ要求値と比較することによって、ブレーキ負圧の不足を正確に判定できる。また、このようにすれば、ポンプ故障以外の負圧不足の状態も判定でき、これに応じて吸気負圧を増大させることが可能になる。

以上より、本発明に係る車両のブレーキ負圧制御装置によると、エンジンの吸気負圧と負圧ポンプのポンプ負圧とをそれぞれブレーキブースタに供給するように構成し、ブレーキ負圧が不足するときには、スロットルバルブおよび流動強化バルブをそれぞれ閉じ側に動作させることで、吸気負圧を増大させるようにしたので、仮に負圧ポンプが故障した場合でもブレーキ要求に応えることが可能になる。

実施の形態に係るブレーキ負圧制御装置の概略構成図である。 ＳＣＶを備えたエンジンの気筒周辺の構成を概略的に示す斜視図である。 バキュームポンプの故障時に吸気負圧を増大させる制御ルーチンの一例を示すフローチャート図である。 ＳＣＶの基本的な制御のマップ図である。 ＴＣＶを備えた他の実施形態に係る図２相当図である。

以下、本発明の実施の形態に係るブレーキ負圧制御装置について図面を参照して説明する。まず、図１に模式的に示すように、本実施の形態のブレーキシステムは、図示しない車両に搭載されたエンジン１の吸気通路１０の負圧（吸気負圧）と、バキュームポンプ５（負圧ポンプ）によって生成した負圧（ポンプ負圧）とをそれぞれブレーキブースタ２に供給するようにしたものである。

まず、本実施の形態においてエンジン１は例えばガソリンエンジンであり、図１には模式的に示すように、各気筒１ａ毎に収容されたピストン１ｂがコネクティングロッドによってクランク軸１ｃに連結されている。そして、詳しくは図２に示すように、各気筒１ａ毎にピストン１ｂの上方には燃焼室が形成され、その天井部における吸気側（図２において奥側）の傾斜面に一対の吸気ポート１ｄ，１ｅが並んで開口している。

それら一対の吸気ポート１ｄ，１ｅは、それぞれの開口部に配設された吸気バルブ１ｆから斜め上向きに延びてエンジン１の側面に開口し、図１に表れているように吸気通路１０に接続されている。この吸気通路１０においては、サージタンク１１と、その下流（吸気の流れの下流）側で各気筒１ａ毎に分かれた独立吸気通路１２とが一体として吸気マニホルドを構成しており、サージタンク１１の上流（吸気の流れの上流）にはスロットルバルブ１３が配設されている。

このスロットルバルブ１３は、電動のアクチュエータ１３ａによって動作されて、吸気の流れを絞るものであり、その吸気の流路断面積、即ちスロットル開度は、エンジン１の制御ユニット１００（以下、ＥＣＵ１００と呼ぶ）によって制御される。なお、スロットルバルブ１３よりも上流側の吸気通路１０には、図示はしないが、吸気の流量を計測するエアフローメータや吸気温センサなどが配設されている。

一方、サージタンク１１から下流側に延びる各気筒１ａ毎の独立吸気通路１２は、図２に示すようにその下流端部が二股に分岐して、それぞれ前記一対の吸気ポート１ｄ，１ｅに連通している。そして、その独立吸気通路１２の分岐通路１２ａ，１２ｂの一方（図２では左側の吸気ポート１ｄに連通する分岐通路１２ａ）に、後述の如く気筒１ａ内にスワール流を生成するためのスワール制御バルブ１４（Swirl Control Valve：以下、ＳＣＶ１４と呼ぶ）が配設されている。

図示の例ではＳＣＶ１４は、電動のアクチュエータ１４ａによって動作されて、一方の吸気ポート１ｄを開閉するバタフライバルブであり、その開閉動作もＥＣＵ１００によって制御される。すなわち、エンジン１の所定の運転状態でＳＣＶ１４を閉じて、一方の吸気ポート１ｄを全閉にすると、他方の吸気ポート１ｅのみから吸気が気筒１ａ内に流入するようになって、図２に矢印Ｓｗとして示すように気筒１ａの中心線Ｘの周りを旋回するスワール流が生成される。つまり、ＳＣＶ１４は、吸気の流速を高めて気筒１ａ内の吸気流動を強化する流動強化バルブである。

−ブレーキ負圧制御装置−
前記したようにエンジン１の吸気通路１０に設けられたスロットルバルブ１３の開度がＥＣＵ１００によって制御され、これにより吸気の流れが絞られると、スロットルバルブ１３の下流側の吸気通路１０、即ちサージタンク１１、独立吸気通路１２および吸気ポート１ｄ，１ｅ内の圧力が低下する（即ち、吸気負圧が生成される）。こうして生成された吸気負圧は、車両のブレーキシステムのブレーキブースタ２に供給される。また、吸気負圧の大きさ（吸気圧）は、図の例ではサージタンク１１に設けられた吸気圧センサ１０１によって検出される。

ブレーキブースタ２は、車両の運転者によって踏み操作されるブレーキペダル３の踏力（ブレーキ操作入力）を増幅する真空倍力装置であり、入力ロッド２１と出力ロッド２２との間に介在されたピストン２３が、ダイアフラム２４によってハウジング２０に取り付けられている。また、そのダイアフラム２４によってハウジング２０の内部が、入力側の大気圧室２５と出力側の負圧室２６とに仕切られており、ブレーキペダル３の踏み操作に応じて入力ロッド２１が押し込まれると、大気圧室２５に大気圧が導入されるようになっている。

ブレーキブースタ２においては、そうして大気圧室２５に導入された大気圧と、負圧室２６の負圧との差圧に比例するアシスト力が発生し、これにより、入力ロッド２１に加えられた踏力が増幅されて、出力ロッド２２からマスターシリンダ４へ入力される。そして、その入力、即ちブレーキペダル３の踏力およびブレーキブースタ２のアシスト力に応じて、マスターシリンダ４がブレーキ油圧（マスターシリンダ圧）を発生させると、このブレーキ油圧が図示しない油圧回路を介して車両の各車輪毎のホイルシリンダに供給され、制動力を発生させる。

そのようなブレーキブースタ２の負圧室２６は、第１の負圧通路１５（負圧供給通路）によってエンジン１の吸気マニホルド（図例ではサージタンク１１）に接続されている。すなわち、前記のようにスロットルバルブ１３によって吸気の流れが絞られることにより、サージタンク１１に生成された吸気負圧が、第１の負圧通路１５によってブレーキブースタ２の負圧室２６に供給されるようになっている。なお、第１の負圧通路１５と負圧室２６との接続部にはチェックバルブ１６が配設されている。

また、前記負圧室２６は、第２の負圧通路１７によって電動のバキュームポンプ５にも接続されており、このバキュームポンプ５からはポンプ負圧が供給されるようになっている。なお、第２の負圧通路１７と負圧室２６との接続部にもチェックバルブ１６が配設されている。さらに、ブレーキブースタ２の負圧室２６には、その負圧の大きさ、即ちブースタ圧を検出するためのブースタ圧センサ１０２が配設されている。

このブースタ圧センサ１０２からの信号はＥＣＵ１００に入力されるようになっており、これにより検出されるブースタ圧、即ち負圧室２６内の負圧の大きさ（空気圧）と、大気圧センサ１０３により検出される大気圧との差圧（絶対値）が所定値未満になると、ＥＣＵ１００からの制御信号に応じてバキュームポンプ５が動作される。これにより、第２の負圧通路１７を介して負圧室２６から空気が吸引される（つまり、負圧室２６にポンプ負圧が供給される）。

そのようなバキュームポンプ５の動作もＥＣＵ１００によって制御される。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよびバックアップＲＡＭなどを備えた公知のコンピュータ装置である。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された制御プログラムやマップに基づいて各種の演算処理を実行する。また、ＲＡＭは、ＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶し、バックアップＲＡＭは例えばエンジン１の停止時に保存すべきデータ等を記憶する。

ＥＣＵ１００には、前記の吸気圧センサ１０１、ブースタ圧センサ１０２、大気圧センサ１０３の他、図示はしないが、エンジン１のクランク角センサ、エアフローメータ、吸気温センサ、スロットル開度センサ、アクセル開度センサ、イグニッションスイッチなどが接続されている。そして、これらのセンサやスイッチなどから入力する信号に基づいてＥＣＵ１００は、種々の制御プログラムを実行することにより、エンジン１の運転制御を実行する。

一例としてＥＣＵ１００は、アクセル開度やエンジン１の負荷率および回転数、或いは車速等に基づいてエンジン１の目標トルクを算出し、この目標トルクを出力するようにスロットル開度を制御して、気筒１ａへの吸気の充填量を調整するとともに、燃料の噴射量なども制御する。また、ＥＣＵ１００は、エンジン１の運転状態に応じてＳＣＶ１４を開閉させ、吸気の流量があまり多くない運転領域Ｓ（図４を参照）において、気筒１ａ内にスワール流Ｓｗを生成させる。

さらに、ＥＣＵ１００は、以下に説明するように、エンジン１の運転中に必要に応じてバキュームポンプ５を動作させ、ブレーキブースタ２の負圧室２６にポンプ負圧を供給する。また、仮にバキュームポンプ５が故障して十分なポンプ負圧を生成できないときには、エンジン１のスロットルバルブ１３およびＳＣＶ１４をそれぞれ閉じ側に動作させて、吸気負圧を増大させる制御（吸気負圧の増大制御）を行う。

−吸気負圧増大制御−
以下では図３を参照して、前記のようにエンジン１の吸気負圧を増大させる制御について説明する。この制御のルーチンは、例えば車両のイグニッションスイッチがＯＮになっている間、所定のタイミングで繰り返し実行される。

まず、スタート後のステップＳＴ１においてエンジン１が運転中であるか否か判定し、エンジン１が停止していれば否定判定（ＮＯ）して、ルーチンを終了する（エンド）一方、エンジン１の運転中であれば肯定判定（ＹＥＳ）してステップＳＴ２に進み、ここでは、バキュームポンプ５が故障しているか否か判定する。これは例えば、バキュームポンプ５を動作させ、ブースタ圧センサ１０２からの出力の変化によって判定することができる。

そして、判定がＮＯ（否定判定）であればルーチンを終了する（エンド）一方、バキュームポンプ５が故障していると肯定判定すれば（ＹＥＳ）ステップＳＴ３に進んで、所定運転領域においてＳＣＶ１４が開いているか否か判定する。すなわち、前記したようにＳＣＶ１４は、エンジン１の運転状態に応じてＥＣＵ１００により開閉制御され、一例を図４に示すように、低負荷および低回転で吸気の流量が少ない運転領域Ｓでは閉じられている一方、それ以外の運転領域では開かれている。

そうしてＳＣＶ１４の開かれている運転領域の一部（図４にハッチングを入れて示す領域）においては、これを閉じることによって燃焼効率が高まるものの、過渡応答性やエミッションを考慮して、通常はＳＣＶ１４が開かれている。そこで、ステップＳＴ３においてはＳＣＶ１４が開かれていても前記所定運転領域でないか、或いはＳＣＶ１４が閉じていれば、否定判定（ＮＯ）して、後述のステップＳＴ６に進む。

一方、前記所定運転領域においてＳＣＶ１４が開かれていると肯定判定すれば（ＹＥＳ）、ステップＳＴ４に進んでＳＣＶ１４を閉じる。これにより、図２を参照して上述したように独立吸気通路１２の一方の分岐通路１２ａがＳＣＶ１４によって閉ざされ、他方の分岐通路１２ｂおよび吸気ポート１ｅを介して気筒１ａ内に流入する吸気によって、スワール流Ｓｗが生成されるようになる。

こうしてスワール流Ｓｗが生成されることで、気筒１ａ内における混合気の燃焼速度が高くなるので、燃焼効率の向上によってエンジン１のトルクは増大傾向となるが、ステップＳＴ５では、スロットルバルブ１３を閉じ側に動作させて、吸気の流量を減少させることによって、前記トルクの増大を減殺する。すなわち、前記の所定運転領域において、ＳＣＶ１４を閉じることによるトルクの増分を予め実験、シミュレーションによって調べておき、これを打ち消すようなスロットルバルブ１３の閉じ量を適合して、マップとして設定しておく。

そして、そのマップに基づいてスロットルバルブ１３の開度を閉じ側に補正することで、エンジン１のトルクを維持したまま、スロットルバルブ１３の開度を小さくして、吸気負圧を増大させることができる。これにより、吸気負圧の供給されるブレーキブースタ２において、より大きなアシスト力が発生するようになる。そこで、ステップＳＴ６に進んでバキュームポンプ５の故障を車両の運転者に報知し、ルーチンを終了する（エンド）。

前記図３のフローのステップＳＴ２〜ＳＴ５を実行することによってＥＣＵ１００は、バキュームポンプ５が故障しており、ブレーキ要求に対して負圧が不足するときに、エンジン１のスロットルバルブ１３およびＳＣＶ１４をそれぞれ閉じ側に動作させて、吸気通路１０の負圧を増大させる、負圧制御手段を構成する。

以上、説明したように本実施の形態に係るブレーキ負圧制御装置は、エンジン１の吸気負圧とバキュームポンプ５の負圧（ポンプ負圧）とをそれぞれブレーキブースタ２に供給するようにしたブレーキシステムにおいて、十分なポンプ負圧が得られないときにはスロットルバルブ１３およびＳＣＶ１４をそれぞれ閉じ側に動作させ、吸気負圧を増大させるようにしたので、仮にバキュームポンプ５が故障したとしても、ブレーキ要求に応えることが可能になる。

しかも、そうして吸気負圧を増大させるために、スロットルバルブ１３を閉じていても、これによるエンジントルクの減少は、ＳＣＶ１４を閉じることによるエンジントルクの増大と減殺し合うようになるので、ドライバビリティの低下を招くこともない。

−他の実施形態−
上述した実施の形態はあくまで例示に過ぎず、本発明の構成や用途などについても限定することを意図しない。例えば前記実施の形態では、図２のフローチャートのステップＳＴ２において、バキュームポンプ５が故障しているか否か判定するようにしているが、これに代えて、または、これに加えて、ポンプ負圧が不足していることを判定するようにしてもよい。具体的には、ブースタ圧と大気圧との差圧が、予め設定したブレーキ要求値に満たないときに、ポンプ負圧が不足していると判定することができる。

また、前記実施の形態においては流動強化バルブとして、図２に表れているように独立吸気通路１２の下流端部における分岐通路１２ａ，１２ｂの一方にＳＣＶ１４を配設しているが、これにも限定されず、流動強化バルブは、スロットルバルブ１３よりも下流側の吸気通路１０を絞って吸気の流速を高めるものであればよい。

一例を図５に示すように、独立吸気通路１２の下流端部における分岐通路１２ａ，１２ｂの双方に、タンブル制御バルブ１８（Tumble Control Valve：以下、ＴＣＶ１８）を配設してもよい。例示のＴＣＶ１８は、分岐通路１２ａ，１２ｂの下半分を閉じる半円形状のバタフライバルブであって、その上半分を通過する吸気の流速が高くなるとともに、主として吸気バルブ１ｆの排気側の周縁部から気筒１ａ内に流入するようになる。これにより、気筒１ａ内のタンブル流が強化される。

さらに、前記実施の形態では、一例としてガソリンエンジン１を搭載する車両に本発明を適用した場合について説明したが、これにも限定されず本発明は、例えばアルコール燃料やガス燃料を使用するエンジンを搭載した車両にも適用することができ、それらのエンジンと共に走行用の電動モータを搭載したハイブリッド車両にも適用可能である。

本発明は、車両のブレーキブースタに負圧を供給するためのポンプが故障したとしても、一時的に吸気負圧を増大させてブレーキ負圧を確保することができるので、例えば乗用車のブレーキシステムに適用して効果が高い。

１ エンジン
１０ 吸気通路
１３ スロットルバルブ
１４ スワール制御バルブ（流動強化バルブ）
１８ タンブル制御バルブ（流動強化バルブ）
２ ブレーキブースタ
２６ 負圧室
５ バキュームポンプ（負圧ポンプ）
１５ 第１の負圧通路（負圧供給通路）
１００ ＥＣＵ（負圧制御手段）

Claims (1)

1. 車両に搭載されたエンジンの吸気通路の負圧と、負圧ポンプによって生成した負圧とをそれぞれブレーキブースタに供給するようにした車両のブレーキ負圧制御装置であって、
   前記ブレーキブースタの負圧室に前記吸気通路の負圧を供給する負圧供給通路の端部が、当該吸気通路に設けられたスロットルバルブと、その下流側に設けられた流動強化バルブとの間に接続されており、
   前記負圧ポンプから生成し得る最大の負圧を供給しても、前記ブレーキブースタの負圧室の負圧がブレーキ要求に対して不足するときに、前記スロットルバルブおよび流動強化バルブをそれぞれ閉じ側に動作させて、前記吸気通路の負圧を増大させる負圧制御手段を備えることを特徴とする車両のブレーキ負圧制御装置。

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