JP3552478B2 - 車両用ブレーキ装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両用ブレーキ装置に関し、詳しくは、エンジンの吸入負圧を倍力源とする倍力装置を備えたブレーキ装置において、倍力源としての負圧を確保するための技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、エンジンの吸入負圧を倍力源とする倍力装置（バキュームサーボ）を備えた車両用ブレーキ装置が知られている。
一方、車両用のエンジンにおいて、シリンダ内に均質の混合気を形成させて均質燃焼を行わせる均質燃焼方式と、点火栓の周囲に濃い混合気を形成させて成層燃焼を行わせる成層燃焼方式とを運転条件に応じて切り換える構成が知られている（特開昭５９−３７２３６号公報等参照）。
【０００３】
ところで、前記成層燃焼時には、スロットル弁をより開けて空気を均質燃焼時以上に取り込む必要があるが、これによって、エンジンの吸入負圧が減少する（大気圧に近づく）ため、前記倍力装置に均質燃焼時ほどの負圧を確保できなくなってしまうという問題が生じる。
かかる問題点を解消し得る技術として、負圧低下時に成層燃焼から均質燃焼に切り換えることで、エンジンの吸入負圧を増大させ、以て、倍力装置に供給される負圧を増大させる構成の装置が提案されている（特開平８−１６４８４０号公報参照）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記構成とした場合には、大きなブレーキ制動力が必要でなく、倍力装置の負圧が比較的低い状態でも支障のない状態においても、成層燃焼から均質燃焼への切り換えが行われることになるため、成層燃焼を行わせることによる燃費の改善代が低下してしまうという問題が生じる。
【０００５】
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、倍力源としての負圧を確保のための均質燃焼への切り換えが、必要時に限って実行されるようにして、成層燃焼による燃費改善代の低下を抑制することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
そのため請求項１記載の発明は、均質燃焼と成層燃焼とに燃焼状態が切り換えられるエンジンが搭載される車両において、前記エンジンの吸入負圧を倍力源とする倍力装置を備えた車両用ブレーキ装置であって、図１に示すように構成される。
【０００７】
図１において、燃焼切り換え手段は、前記倍力装置における倍力源としての吸入負圧を確保すべく、前記成層燃焼状態から強制的に均質燃焼状態へ切り換える。
制動力要求値検出手段は、車速が所定速度以下であってかつエンジン回転速度が所定速度以下である状態を、ブレーキ制動力の要求値が所定値以下である状態として検出する。
【０００８】
そして、燃焼切り換え禁止手段は、制動力要求値検出手段によってブレーキ制動力の要求値が所定値以下である状態であることが検出されたときに、前記燃焼切り換え手段による成層燃焼状態から均質燃焼状態への切り換えを禁止する。
かかる構成によると、成層燃焼から均質燃焼への強制的な切り換えによって倍力装置における負圧の確保が図られるが、車速及びエンジン回転速度に基づきブレーキ制動力の要求値が所定値以下であると推定されるときには、成層燃焼状態で得られる負圧で必要充分である見做して均質燃焼への切り換えは行われない。
即ち、車速が低くかつエンジン回転速度が所定速度以下の略アイドル状態と見做されるときには、大きな制動力を必要としないので、倍力装置の負圧を比較的低い状態のまま放置しても支障がないものとして、成層燃焼から均質燃焼への切り換えを禁止する。
【０００９】
請求項２記載の発明では、前記燃焼切り換え手段が、ブレーキの操作を検知するブレーキ操作検知手段を含んで構成され、該ブレーキ操作検知手段でブレーキの操作が検知されたときに、均質燃焼への強制的な切り換えを行う構成とした。
かかる構成によると、ブレーキ操作がなされると、均質燃焼への切り換えを強制して負圧確保を図るが、ブレーキ制動力の要求が低い場合には、たとえブレーキ操作が行われても、成層燃焼のまま継続させて均質燃焼への切り換えは行わない。ここで、ブレーキ操作を、ブレーキペダルの踏み込み操作と、ブレーキペダルの戻し操作とに分け、例えば踏み込み操作時に均質燃焼に切り換えると共に、ブレーキ作動中に成層燃焼に戻されたときには、ブレーキ戻し操作に伴って再度均質燃焼への切り換えを行わせる構成としても良い。
【００１２】
請求項３記載の発明では、前記燃焼切り換え禁止手段が、アクセルが開操作されている状態においては、前記制動力要求値検出手段による検出結果に関わらずに、前記燃焼切り換え手段による成層燃焼状態から均質燃焼状態への切り換えを許容する構成とした。
かかる構成によると、アクセルが開操作されているときには、たとえ車速，エンジン回転速度が低い条件であっても、均質燃焼への切り換えが禁止されることがなく、成層から均質への強制的な切り換えによって負圧の確保が図れる。
【００１３】
請求項４記載の発明では、エンジンの吸気絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出手段と、エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、均質燃焼への切り換え時点から前記倍力装置における倍力源としての負圧が閾値を越えるようになるまでの時間を、前記検出された吸気絞り弁開度及びエンジンの回転速度に基づいて推定する負圧回復時間推定手段と、前記燃焼切り換え手段により成層燃焼から均質燃焼への強制的な切り換えが行われてから前記負圧回復時間推定手段で推定された時間が経過したときに、成層燃焼への復帰を許可する成層復帰許可手段と、を設ける構成とした。
【００１４】
かかる構成によると、吸気絞り弁開度及びエンジンの回転速度に基づいて、倍力装置内の負圧が必要充分なレベル（閾値）にまで上昇のに要する時間が推定され、この推定した時間が均質燃焼への切り換え時点から経過したときには成層燃焼に戻す。尚、負圧回復時間は、絞り弁開度，エンジン回転速度と共に、そのときの吸入空気量に基づいて推定することがより好ましい。
【００１５】
請求項５記載の発明では、前記エンジンが、シリンダ内にスワールを発生させるべく吸気管における吸気の流れを制御するスワール制御弁を備えてなり、前記倍力装置が、倍力源としての吸入負圧を、前記スワール制御弁下流側の吸気管から取り出す構成とした。
かかる構成によると、負圧となるスロットル弁下流側であって、より負圧の大きなスワール制御弁の下流側から倍力装置に負圧を導いて倍力源として用い、更に、積極的な均質燃焼への切り換えによって倍力装置に導入される負圧の増大を図る。
【００１８】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によると、車速が低くかつエンジンが略アイドル運転状態であってブレーキ制動力に余裕がある状態において、無用に均質燃焼に切り換えられることを防止でき、以って、必要なブレーキ制動力（負圧）の確保を図りつつ、成層燃焼による燃費改善代が低下することを抑制できるという効果がある。
【００１９】
請求項２記載の発明によると、ブレーキ操作に基づいて、倍力源としての吸入負圧を確保するための成層燃焼から均質燃焼への切り換えを行わせることで、簡便な構成で必要な負圧の確保を図れるという効果がある。
【００２０】
請求項３記載の発明によると、アクセルが開操作されているときには、たとえ車速，エンジン回転速度が低い条件であっても、負圧確保のための均質燃焼への切り換えが行われ、必要時に負圧が不足してしまうことを未然に防止できるという効果がある。
【００２１】
請求項４記載の発明によると、均質燃焼への切り換え後に必要負圧まで上昇するのに要する時間を予測するので、均質燃焼への切り換えによって必要負圧を確実に確保できると共に、必要以上に均質燃焼状態が継続されてしまうことを防止できるという効果がある。
請求項５記載の発明によると、ブレーキ制動力に余裕があるときに、無用に均質燃焼に切り換えられることを防止しつつ、負圧源をスワール制御弁の下流側とすることで、均質燃焼，成層燃焼時の双方において最大限の負圧を得られるという効果がある。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施の形態を説明する。
図２は、実施の形態における車両用エンジン及びブレーキ装置のシステム構成を示す図である。
エンジン１には、エアクリーナ２で濾過された空気が、電制式のスロットル弁３で計量され、吸気弁４を介してシリンダ内に吸引される。
【００２４】
エンジン１の各気筒には、燃焼室内に直接燃料（ガソリン）を噴射する電磁式の燃料噴射弁５がそれぞれに設けられ、該燃料噴射弁５から噴射された燃料によってシリンダ内に混合気が形成される。
シリンダ内の混合気は、点火栓６による火花点火によって着火燃焼し、燃焼排気は、排気弁７を介して排出され、触媒８で浄化された後大気中に放出される。
【００２５】
本実施の形態におけるエンジン１は、上記構成により直噴式火花点火機関（直噴式ガソリン機関）を構成する。
前記スロットル弁３の下流側の吸気管には、シリンダ内にスワールを発生させるべく吸気管における吸気の流れを制御するスワール制御弁９が備えられており、このスワール制御弁９は図示しないアクチュエータによって開閉駆動される。
【００２６】
マイクロコンピュータを内蔵したコントロールユニット１０は、各種センサからの検出信号に基づく演算処理によって、燃料噴射量／時期，点火時期，スロットル弁開度を電子制御する。
前記各種センサとしては、クランク角信号を出力するクランク角センサ１１（回転速度検出手段）、アクセルペダル１２の踏み込み量を検出するアクセル開度センサ１３，車両の走行速度（以下、車速という）を検出する車速センサ１４，エンジン１の吸入空気流量Ｑを検出するエアフローメータ１５，スロットル弁（吸気絞り弁）３の開度を検出するスロットルセンサ１６（絞り弁開度検出手段）等が設けられている。
【００２７】
前記コントロールユニット１０は、前記燃料噴射弁５による燃料噴射制御において、吸気行程中に燃料を噴射させることで燃料を拡散させ、シリンダ内に均質の混合気を形成させて均質燃焼を行わせる均質燃焼方式と、圧縮行程中に噴射を行わせることで層状給気を行って点火栓６の周囲に濃い混合気を形成させ、成層燃焼を行わせる成層燃焼方式とを運転条件に応じて切り換えるようになっている。
【００２８】
また、本実施の形態における車両には、エンジン１の吸入負圧を倍力源とするバキュームサーボ（倍力装置）２１ａをブレーキペダル２４とマスタシリンダ２１ｂとの間に設けてなるマスターバック２１を備えたブレーキ装置が設けられており、このバキュームサーボ２１ａに倍力源としてのエンジン吸入負圧生を導入させる配管２２は、前記スワール制御弁９下流側の吸気管に接続されている。
【００２９】
スワール制御弁９の閉制御時には、スロットル弁３の直下よりもスワール制御弁９下流側の負圧がより高くなるから、スロットル弁３下流側でかつスワール制御弁９上流側の吸気管に前記配管２２を接続させる構成に比べて、より高い負圧を前記バキュームサーボ２１ａに導入させることが可能である。
前記配管２２の途中には、１方向弁２３が介装されており、バキュームサーボ２１ａ側の負圧がエンジン１の吸入負圧よりも低い（大気圧に近い）ときに前記１方向弁２３が開いて倍力源としての負圧の導入が行われる一方、バキュームサーボ２１ａ側の負圧がエンジン１の吸入負圧よりも大きいときには、前記１方向弁２３が閉じてバキュームサーボ２１ａ内の負圧が閉じ込められるようになっている。
【００３０】
ブレーキペダル２４には、該ブレーキペダル２４の操作を検出するためのブレーキスイッチ２５（ブレーキ操作検知手段）が付設されており、このブレーキスイッチ２５からの信号は、前記コントロールユニット１０に入力されるようになっている。
上記のように、本実施の形態におけるブレーキ装置には、エンジン１の吸入負圧を倍力源とするバキュームサーボ２１ａが備えられているが、超希薄空燃比で燃焼を行わせる成層燃焼時には、均質燃焼時に比べてスロットル弁３を開けて空気をより多く取り込む必要があるため、均質燃焼に比べてバキュームサーボ２１ａの倍力源となる負圧が小さくなってしまう。従って、バキュームサーボ２１ａにおける必要負圧を確保するには、成層燃焼から均質燃焼に強制的に切り換えることが有効であり、本実施の形態では、図３のフローチャートに示すようにして、前記燃焼方式の切り換え制御を実行させるようになっている。
【００３１】
図３のフローチャートにおいて、ステップ１（図中にはＳ１と記してある。以下同様）では、エンジン１が成層燃焼状態で運転されているか否かを判別し、成層燃焼時であれば、ステップ２へ進む。
ステップ２では、前記ブレーキスイッチ２５のオン・オフ反転を判別し、ブレーキペダル２４の踏み込み操作に伴う前記ブレーキスイッチ２５のオフ→オン変化時、又は、ブレーキペダル２４の戻し操作に伴う前記ブレーキスイッチ２５のオン→オフ変化時には、ステップ３へ進む。
【００３２】
ステップ３では、アクセルが開操作されているか否かを、前記アクセル開度センサ１３による検出結果に基づいて判断する。
アクセルが開操作されているときには、ステップ７（燃焼切り換え手段）へ進み、成層燃焼から均質燃焼への強制的な切り換えを行わせることで、エンジン吸入負圧を増大させ、以て、バキュームサーボ２１ａに供給される負圧の増大を図る。
【００３３】
これにより、ブレーキペダルの踏み込み操作時には、該ブレーキペダル操作で得られる制動力を所期通りに確保できるようにし、また、ブレーキペダルの戻し操作時には、戻し操作に伴うバキュームサーボ２１ａ内の負圧低下を抑止して次回のブレーキ操作に備えて予め負圧が確保されるようにする。
前記ステップ２でブレーキ操作状態であることが判別されているから、ステップ３でアクセル開操作が判別されるのは、左足によるブレーキ操作時でアクセルペダルとブレーキペダルとが同時に操作されているときや、アクセルペダルにフロアマットが被さっているときなどであり、この場合には、ブレーキ制動力に余裕があり、成層燃焼から均質燃焼への切り換えの必要性がない場合も想定されるが、負圧不足となることを確実に防止すべく、後述する車速やエンジン回転速度の条件とは無関係に、均質燃焼への切り換えを実行させる。
【００３４】
一方、アクセルが開操作されていないときには、ステップ４へ進み、エンジン回転速度Ｎｅが所定速度以下であるか否かを判別し、所定速度以下であるときには、更にステップ５へ進み車速ＶＳＰが所定車速（例えば１０ｋｍ／ｈ） 以下であるか否かを判別する。上記ステップ４，５の部分が制動力要求値検出手段に相当する。
【００３５】
エンジン回転速度及び車速がそれぞれ所定値以下であるとき、即ち、エンジンが略アイドル運転状態であって車両がのろのろ走行しているときには、ブレーキ制動力に余裕があるものと判断してステップ６へ進み、ブレーキ操作に伴って均質燃焼への切り換えを行うことなく、成層燃焼をそのまま継続させる（燃焼切り換え禁止手段）。これにより、ブレーキ制動力の要求が低く、バキュームサーボ２１ａにおいて大きな負圧を必要としないときに、無用に均質燃焼への切り換えが行われて燃費性能が低下することを防止できる。
【００３６】
一方、エンジン回転速度が高いときや、車速が高いときには、大きなブレーキ制動力が要求される可能性があると判断し、前記ステップ７へ進んで、成層燃焼から均質燃焼への強制的な切り換えを行わせることで、バキュームサーボ２１ａに倍力源として導入される負圧を大きくする（燃焼切り換え手段）。これにより、要求される大きなブレーキ制動力が、バキュームサーボ２１ａにおける負圧の確保によって確実に得られることになる。
【００３７】
図５に示すように、ブレーキ操作に伴って成層から均質燃焼へ切り換える制御を基本とするが、エンジン回転速度及び車速が低い場合（図５中実線示の場合）には、ブレーキ操作が行われても、そのまま成層燃焼を継続させるものであり、更に、エンジン回転速度及び車速が低い場合であっても、そのときにアクセルが開いている場合には、均質燃焼への切り換えを実行させる特性としてある。
【００３８】
前記ステップ７において成層燃焼から均質燃焼への強制的な切り換えを実行すると、次のステップ８では、切り換え後に一定時間（例えば数秒）が経過したか否かを判別し、一定時間が経過すると、ステップ９へ進んで、成層燃焼状態に復帰させる。
尚、ブレーキスイッチ２５のオフ→オン切り換えに伴って均質燃焼に切り換えた場合には、その後ブレーキスイッチ２５のオン→オフ切り換えが発生するまで均質燃焼状態を継続させ、ブレーキの戻し操作後一定時間が経過してから成層燃焼に戻すようにしても良い。
【００３９】
また、ブレーキ制動力の要求が低く、ステップ６へ進んで成層燃焼をそのまま継続させた場合であっても、ステップ１０で、一定時間内におけるブレーキ操作の実施回数が所定回数以上であると判別されたときには、ブレーキ制動の要求が高いものと判断して、ステップ７へ進み、均質燃焼への切り換えを行わせる。
更に、前記ステップ１０でブレーキの操作回数が少ないと判断された場合であっも、バキュームサーボ２１ａ内の負圧を検出する負圧センサ２７を備える構成の場合には、ステップ１１で前記負圧センサ２７で検出されたバキュームサーボ２１ａ内の負圧が所定値よりも低い（スライスレベルよりも大気圧に近い）と判断された場合には、ステップ７へ進み均質燃焼への切り換えを行わせる。
【００４０】
上記図３のフローチャートに示した実施の形態では、成層燃焼から均質燃焼への切り換えを行った後、一定時間経過後に成層燃焼に復帰させる構成としたが、図４のフローチャートに示すようにして、成層燃焼に復帰させるまでの時間を、エンジンの運転条件に応じて変更させる構成としても良い。
図４のフローチャートにおいて、ステップ８Ａ，８Ｂの部分のみが、前記図３のフローチャートと異なるので、同じ処理を行うステップ１〜７，９〜１１の部分の説明を省略し、前記ステップ８Ａ，８Ｂについてのみ説明する。
【００４１】
ステップ７で成層燃焼から均質燃焼への切り換えを実行すると、ステップ８Ａ（負圧回復時間推定手段）では、エンジン回転速度Ｎｅとスロットル弁開度ＴＶＯとに基づいて、バキュームサーボ２１ａ内の負圧が、必要レベル（閾値）以上になるまでの時間を予測演算する。
即ち、エンジン回転速度Ｎｅとスロットル弁開度ＴＶＯとに基づいてバキュームサーボ２１ａ内に負圧が溜まる時間が変化するので、均質燃焼に切り換えてからバキュームサーボ２１ａ内に負圧が溜まるまでの時間を、エンジン回転速度Ｎｅとスロットル弁開度ＴＶＯとをパラメータとして記憶したマップを予め備えておき、該マップから前記時間を検索する構成とすれば良い。尚、好ましくは、エンジン回転速度Ｎｅとスロットル弁開度ＴＶＯと吸入空気量Ｑとから、負圧が溜まるまでの時間（負圧回復時間）を推定すると良い。
【００４２】
ステップ８Ｂ（成層復帰許可手段）では、前記均質燃焼への切り換えから前記ステップ８Ａで設定した時間が経過したか否かを判別し、前記時間が経過した時点で成層燃焼に復帰させる。
このように、そのときのエンジンの吸入負圧に応じて均質燃焼を行わせる時間を変化させれば、バキュームサーボ２１ａにおける負圧を確保しつつ、無用に均質燃焼が継続されて燃費性能が低下することを抑止できる。
【００４３】
尚、ブレーキ制動力の判定レベルを例えば路面傾斜に応じて変化させ、登り勾配が急であるときには、比較的高い車速であっても、成層燃焼を継続させる構成としても良い。
【００４４】
また、上記実施の形態では、ブレーキの踏み込み操作時と戻し操作時との双方で燃焼切り換えを行う構成としたが、いずれか一方のみに限定して行わせる構成としても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】請求項１記載の発明にかかる車両用ブレーキ装置の基本構成を示すブロック図。
【図２】実施の形態におけるエンジン及びブレーキ装置を示すシステム構成図。
【図３】負圧制御の第１の実施の形態を示すフローチャート。
【図４】負圧制御の第２の実施の形態を示すフローチャート。
【図５】実施の形態における制御特性を説明するためのタイムチャート。
【符号の説明】
１ エンジン
３ スロットル弁
４ 吸気弁
５ 燃料噴射弁
６ 点火栓
７ 排気弁
８ 触媒
９ スワール制御弁
１０ コントロールユニット
１１ クランク角センサ
１２ アクセルペダル
１３ アクセル開度センサ
１４ 車速センサ
１５ エアフローメータ
２１ マスターバック
２１ａ バキュームサーボ
２１ｂ マスタシリンダ
２２ 配管
２３ １方向弁
２４ ブレーキペダル
２５ ブレーキスイッチ
２７ 負圧センサ

Claims (5)

1. 均質燃焼と成層燃焼とに燃焼状態が切り換えられるエンジンが搭載される車両において、前記エンジンの吸入負圧を倍力源とする倍力装置を備えた車両用ブレーキ装置であって、
   前記倍力装置における倍力源としての吸入負圧を確保すべく、前記成層燃焼状態から強制的に均質燃焼状態へ切り換える燃焼切り換え手段と、
   車速が所定速度以下であってかつエンジン回転速度が所定速度以下である状態を、ブレーキ制動力の要求値が所定値以下である状態として検出する制動力要求値検出手段と、
   該制動力要求値検出手段によってブレーキ制動力の要求値が所定値以下である状態であることが検出されたときに、前記燃焼切り換え手段による成層燃焼状態から均質燃焼状態への切り換えを禁止する燃焼切り換え禁止手段と、
   を含んで構成されたことを特徴とする車両用ブレーキ装置。
2. 前記燃焼切り換え手段が、
   ブレーキの操作を検知するブレーキ操作検知手段を含んで構成され、該ブレーキ操作検知手段でブレーキの操作が検知されたときに、均質燃焼への強制的な切り換えを行うことを特徴とする請求項１記載の車両用ブレーキ装置。
3. 前記燃焼切り換え禁止手段が、アクセルが開操作されている状態においては、前記制動力要求値検出手段による検出結果に関わらずに、前記燃焼切り換え手段による成層燃焼状態から均質燃焼状態への切り換えを許容することを特徴とする請求項１又は２記載の車両用ブレーキ装置。
4. エンジンの吸気絞り弁の開度を検出する絞り弁開度検出手段と、
   エンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段と、
   均質燃焼への切り換え時点から前記倍力装置における倍力源としての負圧が閾値を越えるようになるまでの時間を、前記検出された吸気絞り弁開度及びエンジンの回転速度に基づいて推定する負圧回復時間推定手段と、
   前記燃焼切り換え手段により成層燃焼から均質燃焼への強制的な切り換えが行われてから前記負圧回復時間推定手段で推定された時間が経過したときに、成層燃焼への復帰を許可する成層復帰許可手段と、
   を設けたことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の車両用ブレーキ装置。
5. 前記エンジンが、シリンダ内にスワールを発生させるべく吸気管における吸気の流れを制御するスワール制御弁を備えてなり、前記倍力装置が、倍力源としての吸入負圧を、前記スワール制御弁下流側の吸気管から取り出すことを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の車両用ブレーキ装置。

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