JP2023070606A - 車両の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】電動バキュームポンプの作動不良を回避しながらその作動機会を増やし、当該ポンプにより随時ブレーキブースタに負圧を供給できるようにする。【解決手段】負圧を利用してブレーキ踏力を倍力するブレーキブースタ、及びブレーキブースタに負圧を補給する電動ポンプが搭載された車両を制御するものであり、車載の電源から現在電動ポンプに供給可能な電圧または電力が閾値を上回る場合に電動ポンプの稼働を許可し、下回る場合に電動ポンプの稼働を禁止することとし、前記閾値を、そのときのブレーキブースタ内の負圧の大きさまたはエンジン回転数若しくは車速に応じて上下させる車両の制御装置を構成した。【選択図】図２

Description

本発明は、動力源として内燃機関が搭載された車両を制御する制御装置に関する。

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目的で、内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流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。この種のブレーキブースタは、吸気負圧を蓄える定圧室と、大気圧を導き入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。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（例えば、下記特許文献を参照）。

特開２０２０－０３３９５９号公報

ブレーキブースタの定圧室に蓄えた負圧は、車両の運転者がブレーキペダルを踏みフットブレーキ装置を作動させると消費される。よって、ブレーキブースタの定圧室に適時に負圧を補充することが求められる。

基本的には、内燃機関の吸気通路におけるスロットルバルブの下流で発生する吸気負圧を、ブレーキブースタに供給している（要するに、ブレーキブースタの定圧室から吸気通路に空気を吸い出す）。だが、高負荷運転時等、スロットルバルブの開度が大きく開かれると、十分な吸気負圧をブレーキブースタに供給できない。

そこで、ブレーキブースタに電動のバキュームポンプを付設し、この電動ポンプを作動させてブレーキブースタに負圧を供給する（電動ポンプがブレーキブースタの定圧室から空気を吸い出す）ことが考えられる。ブレーキブースタに蓄えている負圧の大きさがある値を下回ると（定圧室の圧力が当該値よりも高くなると）、電動ポンプを起動してこれにより負圧を供給する。その後、ブレーキブースタに蓄えているある値以上に回復したならば（定圧室の圧力が当該値よりも低くなると）、電動ポンプを停止する。

車載の電源（例えば、鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ等の蓄電装置）の現在の出力電圧（端子電圧）が低いと、電動ポンプに印加される電圧または電力が低下する。その帰結として、停止している電動ポンプを起動しようとしてもうまく起動せず、電動ポンプが作動不良に陥ることが起こる。

そのような作動不良を予防するべく、車載の電源から電動ポンプに供給される電圧または電力について閾値を設定し、現在電動ポンプに供給可能な電圧または電力が当該閾値を上回っていることを条件として電動ポンプの稼働を許可し、さもなくば電動ポンプの稼働を禁止することが考えられる。

尤も、上記の閾値を一律に設定すると、実際には電動ポンプを稼働してよいにもかかわらず、ポンプを停止させたままとしてブレーキブースタに負圧を供給できない不合理を招く。

電動ポンプを起動するためにポンプモータに印加するべき電圧または電力の大きさは、ポンプ機構を動かし始めるのに必要な仕事量に応じて決まる。バキュームポンプとして一般的なピストンポンプを採用しているとすると、図５に示すように、現在ブレーキブースタに蓄えている負圧が大きいほど（定圧室内が低圧であるほど）要求される電源電圧Ｓが大きくなる。逆に言えば、ブレーキブースタに蓄えている負圧が小さいほど（定圧室内が高圧であるほど）電源電圧Ｓは小さくて済む。

それ故、恒常的に閾値Ｔが一定値であると、図５中のハッチングを付している領域で、本来ポンプを作動させることができるのにポンプを作動させないことになり得る。現在ブレーキブースタ内の負圧が小さいからこそ、ポンプを作動させてブレーキブースタに供給しなければならないのであるが、その際にポンプの作動が禁じられてしまう。

以上の点に着目してなされた本発明は、電動バキュームポンプの作動不良を回避しながらその作動機会を増やし、当該ポンプにより随時ブレーキブースタに負圧を供給できるようにすることを所期の目的とする。

本発明では、負圧を利用してブレーキ踏力を倍力するブレーキブースタ、及びブレーキブースタに負圧を補給する電動ポンプが搭載された車両を制御するものであり、車載の電源から現在電動ポンプに供給可能な電圧または電力が閾値を上回る場合に電動ポンプの稼働を許可し、下回る場合に電動ポンプの稼働を禁止することとし、前記閾値を、そのときのブレーキブースタ内の負圧の大きさまたはエンジン回転数若しくは車速に応じて上下させる車両の制御装置を構成した。

本発明によれば、電動バキュームポンプの作動不良を回避しながらその作動機会を増やし、当該ポンプにより随時ブレーキブースタに負圧を供給することができる。

本発明の一実施形態における車両用内燃機関及び制御装置の構成を示す図。 同実施形態の制御装置がプログラムに従い実行する処理の手順例を示すフロー図。 同実施形態の制御装置による制御を説明する図。 同実施形態の制御装置による制御を説明する図。 本発明が解決しようとする課題を説明する図。

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１００の概要を示す。内燃機関１００は、車両の駆動系を介して車軸１０３及び駆動輪に走行のための駆動力を供給する。内燃機関１００は、例えば火花点火式の４ストロークレシプロエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備する。各気筒１の吸気バルブよりも上流、各気筒１に連なる吸気ポートの近傍には、吸気ポートに向けて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。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。

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ことで生じる排気を各気筒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。

排気ガス再循環（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、排気通路４と吸気通路３とを連通する外部ＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉しＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における触媒４１の下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所（特に、サージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４）に接続している。

本実施形態の車両には、フットブレーキによる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のブレーキブースタ５が付帯している。ブレーキブースタ５は、内燃機関１００の吸気通路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若しくは吸気マニホルド３４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、この分野では広く知られているものである。ブレーキブースタ５は、負圧を蓄える定圧室と、大気圧が加わる変圧室とを有し、定圧室が負圧管路５１を介して吸気通路３に接続している。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へと導く。負圧管路５１上には、負圧を定圧室内に留め、定圧室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。

運転者によりブレーキペダルが操作されていないとき、定圧室と変圧室とが連通し、かつ変圧室が大気圧から隔絶される。ブレーキペダルが操作されると、定圧室と変圧室との間が遮断され、かつ変圧室に大気が導入される。結果、定圧室と変圧室との圧力差が、ブレーキペダルの踏力を倍力する制御圧力となる。ブレーキブースタにより増幅されたブレーキ踏力は、マスタシリンダにおいて液圧力に変換される。マスタシリンダが出力するマスタシリンダ圧、即ちマスタシリンダが吐出するブレーキ液の圧力は、液圧回路を介してブレーキキャリパやホイールシリンダ等といったフットブレーキ装置に伝達され、当該ブレーキ装置による車両の制動に用いられる。

ブレーキブースタ５には、電動式のバキュームポンプ６を付設している。電動ポンプ６は、ブレーキブースタ５の定圧室に負圧管路６１を介して接続しており、負圧管路６１を通じて定圧室から空気を吸い出す形でブレーキブースタ５に負圧を供給する。負圧管路６１上には、負圧を定圧室内に留め、定圧室に正圧が加わることを防止するためのチェックバルブ６２を設けてある。電動ポンプ６は、車載の電源、例えば鉛バッテリ、リチウムイオンバッテリ、ニッケル水素バッテリ等の蓄電装置から電力の供給を受けて稼働する。

本実施形態の車両の制御装置たるＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）０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。ＥＣＵ０は、複数基のＥＣＵまたはコントローラが、ＣＡＮ（Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）等の電気通信回線を介して相互に通信可能に接続されてなるものであることがある。

ＥＣＵ０の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、内燃機関１００の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クランク角センサから出力されるクランク角信号ｂ、運転者が操作する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（いわば、要求されるエンジントルクまたはエンジン負荷率）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、内燃機関１００の気筒１に連なる吸気通路３（スロットルバルブ３２の下流、特にサージタンク３３若しくは吸気マニホルド３４）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ｄ、内燃機関１００の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ｅ、運転者が操作するブレーキペダルの踏込量またはマスタシリンダ圧を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｆ、ブレーキブースタ５の定圧室に蓄えている負圧を検出する負圧センサから出力される負圧信号ｇ、車載の蓄電装置に蓄えている電荷量を検出するセンサ（特に、バッテリ電流及び／またはバッテリ電圧センサ）から出力されるバッテリＳＯＣ（Ｓｔａｔｅ Ｏｆ Ｃｈａｒｇｅ）信号ｈ等が入力される。

ＥＣＵ０の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、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ、電動バキュームポンプ６に対して制御信号ｎ等を出力する。

ＥＣＵ０のプロセッサは、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１００の運転を制御する。ＥＣＵ０は、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に吸入される空気（新気）量を推算して、吸入空気量に見合った（理論空燃比またはその近傍の目標空燃比を達成できるような）要求燃料噴射量、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（一度の燃焼に対する点火の回数を含む）、要求ＥＧＲ率（または、ＥＧＲガス量、ＥＧＲガス分圧）、電動ポンプ６を作動させるか否か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、ｎを出力インタフェースを介して印加する。

ＥＣＵ０は、負圧信号ｇを参照し、現在ブレーキブースタ５に蓄えている負圧の大きさを知得する。そして、原則として、その負圧の大きさがある値を下回った（定圧室の圧力が当該値よりも高圧になった）ことを契機に、停止していた電動ポンプ６を起動して作動させ、電動ポンプ６によりブレーキブースタ５に負圧を供給する。その後、ブレーキブースタ５に蓄えている負圧の大きさがある値を上回るまで回復した（定圧室の圧力が当該値よりも低圧になった）ならば、電動ポンプ６を停止させる。

但し、ブレーキブースタ５内の負圧が低減したときに、常に必ず電動ポンプ６を起動するとは限らない。車載の蓄電装置に蓄えている電荷量が減少し、蓄電装置から電動ポンプ６に印加可能な電圧または電力が低下していると、電動ポンプ６をうまく起動できず、電動ポンプ６が作動不良に陥るおそれがある。

そこで、図２に示すように、本実施形態のＥＣＵ０は、現在のブレーキブースタ５内の負圧及び／または車速に応じて可変の閾値を設定するとともに（ステップＳ１）、現在蓄電装置から電動ポンプ６に供給できる電圧または電力が当該閾値を上回る場合に（ステップＳ２）電動ポンプ６の稼働を許可し（ステップＳ３）、さもなくばたとえブレーキブースタ５内の負圧が低減しているとしても電動ポンプの稼働を禁止する（ステップＳ４）。

ステップＳ１にて設定する、現在の蓄電装置の給電能力と比較するべき閾値Ｔは、ポンプ６の種類、特性に応じたものとなる。バキュームポンプ６として一般的なピストンポンプ等を採用しているとすると、図３に示すように、ブレーキブースタ５内の負圧が大きいほど、ポンプ６を起動するためにポンプモータに印加するべき電圧または電力Ｓが大きくなる。従って、現在のブレーキブースタ５内の負圧が大きいほど閾値Ｔを高く設定し、及び／または、現在のエンジン回転数若しくは車速が高いほど閾値Ｔを高く設定する。エンジン回転数若しくは車速に応じて閾値Ｔを変化させるのは、それが高いほど内燃機関１００の吸気通路３で発生する吸気負圧が大きくなる（スロットルバルブ３２下流の吸気圧が低圧化する）傾向にある（無論、そのときのスロットルバルブ３２の開度に依存するが）ことによる。

バキュームポンプ６として他の種類のポンプを採用していると、図４に示すように、ブレーキブースタ５内の負圧が大きいほど、電動ポンプ６を起動する際に必要となる印加電圧または電力Ｓが小さくなることがあり得る。そのような態様のポンプ６に対しては、現在のブレーキブースタ５内の負圧が小さいほど、または現在のエンジン回転数若しくは車速が低いほど、閾値Ｔを高く設定する。

ステップＳ２にて、現在蓄電装置から電動ポンプ６に供給可能な電圧または電力の大きさは、バッテリＳＯＣ信号（バッテリの端子電圧であることがある）ｈを参照して知得できる。図３に示す例に則して述べると、現在の蓄電装置の出力電圧がＶ２であるならば、出力電圧Ｖ２は常に閾値Ｔを上回り、電動ポンプ６を起動することが許可される。対して、蓄電装置の出力電圧がＶ１まで低下しているとすると、現在のブレーキブースタ５内の負圧がＰよりも小さい（または、エンジン回転数若しくは車速がこれに対応する値よりも低い）場合、出力電圧Ｖ１が閾値Ｔを上回り、電動ポンプ６を起動することが許可される（ステップＳ３）。翻って、ブレーキブースタ５内の負圧がＰよりも大きい（または、エンジン回転数若しくは車速がこれに対応する値よりも高い）場合には、出力電圧Ｖ１が閾値Ｔを下回り、電動ポンプ６を起動することが禁止される（ステップＳ４）。

図４に示す例に則して述べると、ブレーキブースタ５内の負圧がＰよりも小さい（または、エンジン回転数若しくは車速がこれに対応する値よりも低い）場合に限り、蓄電装置の出力電圧Ｖ１が閾値Ｔを下回り、電動ポンプ６を起動することが禁止される（ステップＳ４）。

ステップＳ４にて、電動ポンプ６の稼働を禁止するのであれば、スロットルバルブ３２の開度を、アクセルペダルの踏込量に対応した平常の開度よりも縮小し、吸気通路３内でより大きな吸気負圧を発生させて、その吸気負圧をブレーキブースタ５に供給することになるであろう。

本実施形態によれば、電動バキュームポンプ６の作動不良を回避しながらその作動機会を増やし、ポンプ６により随時ブレーキブースタ５に負圧を供給することができる。

図３に示す例で言えば、ブレーキブースタ５内の負圧が低減している（定圧室内の圧力が大気圧に近い）ときに電動ポンプ６を稼働させることが許容され、確実にブレーキブースタ５に必要な負圧を確保することが可能となって、車両のドライバビリティの向上に資する。ブレーキブースタ５内の負圧がＰよりも大きいときには、電動ポンプ６の稼働が禁止されるが、そもそもブレーキブースタ５に必要な負圧が既に確保されている。その上、現在のエンジン回転数若しくは車速が高いとすれば、吸気通路３内の吸気負圧が増大している、または内燃機関１００に付随する発電機（オルタネータまたはモータジェネレータ）による発電を遂行できる蓋然性が高く、車両の制動に問題は生じない。

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、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２下流の吸気負圧、換言すればブレーキブースタ５内の負圧は、内燃機関１００の現在の温度の影響を受ける。これに鑑み、現在の蓄電装置の給電能力と比較するべき閾値Ｔを、現在の内燃機関１００の冷却水温に応じて補正することも考えられる。冷却水温が高いほど、吸気負圧が小さくなり（吸気圧が高圧化し）、ブレーキブースタ５に吸気負圧を供給しにくくなるので、その分閾値Ｔを低く引き下げて電動ポンプ６の作動機会を増やすことが一案である。

その他、各部の具体的な構成や処理の手順等は、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。

０…制御装置（ＥＣＵ）
１００…内燃機関
３…吸気通路
３２…スロットルバルブ
５…ブレーキブースタ
６…電動ポンプ
ｄ…吸気圧信号
ｇ…ブレーキブースタ負圧信号
ｈ…バッテリＳＯＣ信号
ｎ…電動ポンプ制御信号

Claims (1)

1. 負圧を利用してブレーキ踏力を倍力するブレーキブースタ、及びブレーキブースタに負圧を補給する電動ポンプが搭載された車両を制御するものであり、
   車載の電源から現在電動ポンプに供給可能な電圧または電力が閾値を上回る場合に電動ポンプの稼働を許可し、下回る場合に電動ポンプの稼働を禁止することとし、
   前記閾値を、そのときのブレーキブースタ内の負圧の大きさまたはエンジン回転数若しくは車速に応じて上下させる車両の制御装置。

Images