(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
負圧を駆動源として作動する負圧作動機器と、負圧を発生させる負圧ポンプと、該負圧ポンプの異常発生の有無を判定する異常判定手段と、内燃機関の吸気通路に介装されたスロットル弁と、異常判定手段の判定結果に基づいて該スロットル弁の開度制御を、負圧ポンプ正常時には機関運転状態に応じた機関の可変空燃比に基づいて行い、負圧ポンプ異常発生時には所定の機関の固定空燃比に基づいて行う開度制御手段と、前記負圧ポンプと負圧作動機器とを連通する第１連通路、及び、前記スロットル弁下流の吸気通路と負圧作動機器とを連通する第２連通路のうち、供給される負圧の大きい連通路を選択的に切り換えるダイアフラム弁と、を含んで構成されることを特徴とする自動車用負圧供給システム。
【請求項２】
前記開度制御手段は、機関運転状態に応じた機関の可変空燃比を記憶した空燃比記憶手段と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された機関運転状態に基づいて前記空燃比記憶手段から空燃比を設定する空燃比設定手段と、を含んで構成されることを特徴とする請求項１記載の自動車用負圧供給システム。
【請求項３】
前記所定の固定空燃比は、理想空燃比であることを特徴とする請求項１又は２に記載の自動車用負圧供給システム。
【請求項４】
前記負圧ポンプがオルタネータと同軸上に取り付けられるものにあっては、
前記異常判定手段は、前記オルタネータからの出力電圧が所定値未満になったときに、前記負圧ポンプの異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の自動車用負圧供給システム。
【請求項５】
前記負圧ポンプから発生される負圧を直接検出する負圧検出手段を備えるものにあっては、
前記異常判定手段は、検出された負圧が所定値未満になったときに、前記負圧ポンプの異常が発生したと判定することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載の自動車用負圧供給システム。
【請求項６】
前記負圧作動機器は、車両のブレーキ装置を作動するブレーキペダルの踏力を低減するブレーキ倍力装置であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の自動車用負圧供給システム。
【請求項７】
運転者に前記負圧ポンプの異常発生を報知する報知手段を備え、
前記異常判定手段により負圧ポンプに異常が発生したと判定されたときに、前記報知手段を作動させることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の自動車用負圧供給システム。
【請求項８】
負圧を駆動源として作動する負圧作動機器への負圧供給経路を、負圧を発生する負圧ポンプからの第１経路とスロットル弁下流の吸気通路からの第２経路との２重経路とし、負圧ポンプ正常時には前記スロットル弁の開度制御を運転状態に応じた可変空燃比に基づいて行う一方、負圧ポンプ異常発生時には前記スロットル弁の開度制御を吸気通路内に負圧が発生する固定空燃比に基づいて行うと共に、前記第１経路及び第２経路のうち供給される負圧の大きい経路をダイアフラム弁により選択的に切り換えることを特徴とする自動車用負圧供給システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車用負圧供給システムに関し、特に、負圧を安定して供給する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、自動車には負圧を駆動源として作動する機器が種々搭載されており、代表的な機器としては、ブレーキペダルの踏力を低減するブレーキ倍力装置がある。
このような機器の駆動源となる負圧は、一般的なガソリンエンジン車では、吸気通路に介装されたスロットル弁を閉じることで吸気通路内に発生するが、スロットル弁を有しないディーゼルエンジン車では、吸気通路内に負圧が発生しないため、エンジン出力を駆動源とする負圧ポンプを別に設けて負圧を発生させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、エンジン出力をベルトで負圧ポンプに伝達している構成の場合には、例えば、ベルトが切れると負圧が発生せず、この負圧を駆動源とする機器が作動しなくなる。特に、ブレーキ倍力装置の場合には、ブレーキペダルの踏力が低減されず、運転者がブレーキが重いと感じるおそれがある。
【０００４】
かかる不具合は、ディーゼルエンジン車だけではなく、近年になって開発が進んでいる直噴ガソリンエンジンを搭載した自動車でも問題となる。即ち、直噴ガソリンエンジンでは、経済運転時の空燃比はリーン（希薄空燃比）で、高負荷運転時の空燃比はストイキ（理想空燃比）で運転を行うので、同一要求トルク（アクセル開度）に対する要求スロットル開度が空燃比によって異なるため、電制スロットルが必要となる。この場合には、図６に示すように、空燃比の異なる運転状態（ストイキ、リーン、超リーン）に応じて吸気通路内に発生する負圧が異なり、特に、リーン及び超リーンにおいては、アクセル開度が低開度の領域でも負圧発生が不十分となるおそれがある。そのため、直噴ガソリンエンジン車でも、ディーゼルンジン車と同様にエンジン出力を駆動源とする負圧ポンプが搭載される場合があるからである。
【０００５】
そこで、本発明は以上のような従来の問題点に鑑み、負圧供給源を２重化することによって、安定した負圧供給を行うことができる自動車用負圧供給システムを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
このため、請求項１記載の発明は、図１に示すように、負圧を駆動源として作動する負圧作動機器Ａと、負圧を発生させる負圧ポンプＢと、該負圧ポンプＢの異常発生の有無を判定する異常判定手段Ｃと、内燃機関Ｄの吸気通路Ｅに介装されたスロットル弁Ｆと、異常判定手段Ｃの判定結果に基づいて該スロットル弁Ｆの開度制御を、負圧ポンプ正常時には機関運転状態に応じた機関の可変空燃比に基づいて行い、負圧ポンプ異常発生時には所定の機関の固定空燃比に基づいて行う開度制御手段Ｇと、前記負圧ポンプＢと負圧作動機器Ａとを連通する第１連通路、及び、前記スロットル弁Ｆ下流の吸気通路Ｅと負圧作動機器Ａとを連通する第２連通路のうち、供給される負圧の大きい連通路を選択的に切り換えるダイアフラム弁Ｈと、を含んで構成した。
【０００７】
このようにすれば、開度制御手段によって、負圧ポンプ正常時には、例えば、燃費向上等を目的とした可変空燃比に基づいたスロットル弁の開度制御が行われる一方、負圧ポンプ異常発生時には、吸気通路内に負圧が発生するように固定空燃比に基づいたスロットル弁の開度制御が行われる。このため、負圧作動機器への負圧供給経路は、ダイアフラム弁によって、負圧ポンプ正常時には、負圧ポンプから負圧が供給されるように第１連通路に自動的に切り換えられる一方、負圧ポンプ異常発生時には、吸気通路から負圧が供給されるように第２連通路に自動的に切り換えられる。
【０００８】
請求項２記載の発明は、前記開度制御手段を、機関運転状態に応じた機関の可変空燃比を記憶した空燃比記憶手段と、機関運転状態を検出する運転状態検出手段と、検出された機関運転状態に基づいて前記空燃比記憶手段から空燃比を設定する空燃比設定手段と、を含んで構成した。
このようにすれば、検出された機関運転状態に基づいた適切な空燃比が設定される。
【０００９】
請求項３記載の発明は、前記所定の固定空燃比を理想空燃比とした。
このようにすれば、スロットル弁の開度が低開度領域のときに、吸気通路内に負圧作動機器を作動させるのに十分な負圧が発生する。
請求項４記載の発明は、前記負圧ポンプがオルタネータと同軸上に取り付けられるものにあっては、前記異常判定手段は、前記オルタネータからの出力電圧が所定値未満になったときに、前記負圧ポンプの異常が発生したと判定するようにした。
【００１０】
このようにすれば、オルタネータの出力電圧に基づき負圧ポンプの異常発生の有無が判定される。
請求項５記載の発明は、前記負圧ポンプから発生される負圧を直接検出する負圧検出手段を備えるものにあっては、前記異常判定手段は、検出された負圧が所定値未満になったときに、前記負圧ポンプの異常が発生したと判定するようにした。
【００１１】
このようにすれば、負圧ポンプから発生される負圧に基づき負圧ポンプの異常発生の有無が判定される。
【００１３】
請求項６記載の発明は、前記負圧作動機器を車両のブレーキ装置を作動するブレーキペダルの踏力を低減するブレーキ倍力装置とした。
【００１４】
このようにすれば、負圧ポンプに異常が発生しても、ブレーキ倍力装置へ安定して負圧が供給される。
請求項７記載の発明は、運転者に前記負圧ポンプの異常発生を報知する報知手段を備え、前記異常判定手段により負圧ポンプに異常が発生したと判定されたときに、前記報知手段を作動させるようにした。
【００１５】
このようにすれば、負圧ポンプに異常が発生したことが迅速に報知される。
請求項８記載の発明は、負圧を駆動源として作動する負圧作動機器への負圧供給経路を、負圧を発生する負圧ポンプからの第１経路とスロットル弁下流の吸気通路からの第２経路との２重経路とし、負圧ポンプ正常時には前記スロットル弁の開度制御を運転状態に応じた可変空燃比に基づいて行う一方、負圧ポンプ異常発生時には前記スロットル弁の開度制御を吸気通路内に負圧が発生する固定空燃比に基づいて行うと共に、前記第１経路及び第２経路のうち供給される負圧の大きい経路をダイアフラム弁により選択的に切り換えるようにした。
【００１６】
このようにすれば、負圧ポンプ正常時には、負圧ポンプから負圧作動機器に負圧が供給されると共に、例えば、燃費向上等を目的とした可変空燃比に基づいたスロットル弁の開度制御が行われるが、負圧ポンプ異常発生時には、吸気通路から負圧作動機器に負圧が供給されると共に、吸気通路内に負圧が発生するように固定空燃比に基づいたスロットル弁の開度制御が行われる。
【００１７】
【発明の効果】
請求項１又は請求項８記載の発明によれば、負圧ポンプ正常時には負圧ポンプから負圧作動機器へ負圧が供給されるが、負圧ポンプ異常発生時には吸気通路から負圧が供給されると共に、吸気通路内に負圧が発生するようなスロットル弁の開度制御が行われるので、負圧作動機器への負圧供給経路が２重化され、負圧ポンプの異常発生の有無に関わらず、負圧作動機器への負圧供給を安定して行うことができる。
【００１８】
請求項２記載の発明によれば、検出された機関運転状態に基づいた適切な空燃比が設定されるので、超リーン〜ストイキに亘る広範囲な空燃比に基づくスロットル弁制御が可能となる。
請求項３記載の発明によれば、理想空燃比に基づいて負圧ポンプ異常発生時のスロットル弁開度制御を行うので、スロットル弁の開度が低開度領域のときに、吸気通路内に負圧作動機器を作動させるのに十分な負圧を発生させることができる。
【００１９】
請求項４記載の発明によれば、負圧ポンプはオルタネータと同時に作動するので、オルタネータの出力電圧に基づき負圧ポンプの異常発生の有無を容易に判定することができる。
請求項５記載の発明によれば、負圧検出手段によって負圧ポンプの作動状態が検出されるので、検出された負圧に基づき負圧ポンプの異常発生の有無を容易に判定することができる。
【００２１】
請求項６記載の発明によれば、負圧ポンプに異常が発生しても、ブレーキ倍力装置へ安定して負圧が供給されるので、ブレーキペダルの踏力低減が有効に行われ、運転者がブレーキが重いと感じることがなくなる。
請求項７記載の発明によれば、負圧ポンプに異常が発生したことが迅速に報知されるので、迅速な修理等の対応が可能となる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、添付された図面を参照して本発明を詳述する。
図２は、直噴ガソリンエンジンを搭載する自動車において、負圧作動機器の一例としてのブレーキ倍力装置に負圧を供給する自動車用負圧供給システムの一実施形態を示している。
【００２３】
２つのシリンダ列が略Ｖ型に配置されるＶ型エンジン１には、図示しないエアクリーナ、吸気ダクト２、スロットル弁３、吸入空気の脈動を平滑化する吸気サージタンク４、吸気マニホールド５を介して空気が吸引される。スロットル弁３は、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６によって駆動制御されるスロットルアクチュエータ７を介してその開度が調整される、いわゆる電制スロットル（開度制御手段）を構成している。なお、吸気ダクト２、吸気サージタンク４及び吸気マニホールド５を含んで吸気通路が構成される。
【００２４】
また、ブレーキ倍力装置８の駆動源となる負圧を発生させる負圧ポンプ９は、オルタネータ１０と同軸上に取り付けられ、エンジン１のクランクシャフト端部のプーリ１ａと、オルタネータ１０の入力軸端部のプーリ１０ａとの間に巻掛けられたＶベルト１１を介して、エンジン出力によって駆動されるようになっている。そして、負圧ポンプ９によって発生した負圧は、後述する切換弁１２が介装された配管１３を介してブレーキ倍力装置８に供給される。
【００２５】
ところで、本発明の特徴となる構成は、ブレーキ倍力装置８への負圧供給源を２重化する点にある。即ち、スロットル弁３の下流側に位置する吸気サージタンク４内部と前記切換弁１２とは、配管１４を介して連通され、吸気通路内に発生した負圧もブレーキ倍力装置８に供給可能な構成となっている。ここで、配管１３に介装される切換弁１２は、コントロールユニット６によって駆動制御される３ポート２ポジションの電磁ソレノイドバルブであって、非作動時（ＯＦＦ）には負圧ポンプ９とブレーキ倍力装置８とを連通し、作動時（ＯＮ）には吸気サージタンク４とブレーキ倍力装置８とを連通する。なお、吸気サージタンク４と切換弁１２とを連通する配管１４には、図示しないチェック弁が介装されており、配管１４は負圧を略一定に保つ負圧タンクとしての機能も兼備している。このため、スロットル弁３が閉じることによって吸気サージタンク４内の負圧が所定値以上になると、チェックバルブが開き、ブレーキ倍力装置８を複数回作動させることができる負圧が配管１４内に貯蓄される。なお、配管１３，１４、切換弁１２及びコントロールユニット６を含んで負圧供給経路切換手段が構成され、特に、配管１３が第１連通路、配管１４が第２連通路に相当する。
【００２６】
かかる構成の自動車用負圧供給システムの制御を行う信号としては、図示しないアクセルペダルの開度を検出するアクセル開度センサ１５及びオルタネータ１０の出力電圧がコントロールユニット６に入力され、これらの信号に基づきスロットル開度の設定及び負圧供給経路の選択が行われ、コントロールユニット６からスロットルアクチュエータ７及び切換弁１２に駆動信号が出力される。さらに、負圧ポンプ９の故障等による異常発生を運転者に報知するための警告灯１６（報知手段）が、運転席のコンビネーションメータ内に設けられており、この警告灯１６の駆動制御も同時に行われている。
【００２７】
次に、このような自動車用負圧供給システムの制御内容の一例を、図３のフローチャートに従って説明する。このフローチャートに示すルーチンは、イグニッションスイッチのＯＮと同時に処理が開始し、イグニッションスイッチがＯＦＦになるまで所定時間毎に繰り返し実行される。
ステップ１（図では、Ｓ１と略記する。以下同様）では、正常時制御を行う。具体的には、運転席のコンビネーションメータ内に設けられた警告灯１６を消灯（ＯＦＦ）し、スロットル弁３の制御モードを機関運転状態に応じて空燃比を可変とする特性可変モード（図４(a) 参照）に切り換えると共に、切換弁１２をＯＦＦとして負圧ポンプ９の負圧がブレーキ倍力装置８に供給される負圧供給経路を構成するようにする。ここで、図４(a) に示す特性可変モードは、運転状態（例えば、機関負荷）に応じたストイキ〜超リーンに亘る空燃比を記憶したメモリ（空燃比記憶手段）から、運転状態に基づいて適切な空燃比をソフトウエア的に設定し（空燃比設定手段）、アクセル開度センサ１５からのアクセル開度に対応するスロットル開度をマップから検索し、このスロットル開度に基づいてスロットルアクチュエータ７の駆動制御を行う。この場合には、機関負荷に相当する吸入空気流量、吸気負圧等を検出するセンサ、或いは、機関負荷に相当する機関への燃料供給量を設定するソフトウエア的な処理等が運転状態検出手段に相当する。
【００２８】
ステップ２では、負圧ポンプ９が正常に作動しているか否か、即ち、負圧ポンプ９の異常発生の有無を判定する。具体的には、オルタネータ１０の出力電圧Ｖalt が所定値Ｖaltmin以上であるか否か（Ｖalt ≧Ｖaltmin）を判断し、Ｖalt ≧Ｖaltmin（Ｙｅｓ）であればステップ１へと進み、Ｖalt ＜Ｖaltmin（Ｎｏ）であればステップ３へと進む。即ち、負圧ポンプ９はオルタネータ１０と同軸上に取り付けられているため、例えば、Ｖベルト１１が切れたときはオルタネータ１０が作動しなくなるのと同時に、負圧ポンプ９も作動しなくなるので、オルタネータ１０の出力電圧Ｖalt を監視することで負圧ポンプ９の異常発生の有無が判定可能となる。なお、このステップ２の処理が異常判定手段に相当する。
【００２９】
ステップ３では、負圧ポンプ９が作動しなくなったときの異常時制御を行う。具体的には、運転席のコンビネーションメータ内に設けられた警告灯１６を点灯（ＯＮ）し、スロットルモードをストイキ特性に固定する特性固定モード（図４(b) 参照）に切り換えると共に、切換弁１２をＯＮとして吸気サージタンク４内の負圧がブレーキ倍力装置８に供給される負圧供給路を構成するようにする。
【００３０】
なお、ステップ１及びステップ３が、コントロールユニット６にソフトウエア的に装備された開度制御手段に相当し、開度制御手段は、上述した空燃比記憶手段、運転状態検出手段及び空燃比設定手段を含んで構成される。
このようにすれば、オルタネータ１０の出力電圧に基づき負圧ポンプ９の異常発生の有無が判定され、負圧ポンプ９に異常が発生したと判定されたときは、ブレーキ倍力装置８への負圧供給経路を吸気サージタンク４側に切り換えると共に、吸気サージタンク４内に負圧が発生するようにスロットル弁３の制御モードをストイキ特性に固定する特性固定モードに切り換える。従って、アクセル開度が低開度の領域となったときに、図６に示すように、ブレーキ倍力装置８を作動させるのに十分な負圧が発生し、この負圧が負圧タンクとしての機能を兼備する配管１４に貯蓄され、ブレーキペダル踏力の低減準備が完了する。要するに、負圧供給源を２重化することで、安定した負圧供給を可能としている。
【００３１】
また、負圧ポンプ９の異常発生時には、警告灯１６を点灯して運転者に異常発生を報知しているので、迅速な修理等の対応が可能となる。
ところで、負圧ポンプ９の異常発生の有無の判定は、他の方法によっても可能である。例えば、負圧を直接検出する負圧センサからの出力が所定値未満になったときに異常が発生したと判定することが可能であるし、或いは、負圧によって作動する負圧スイッチからの出力がＯＦＦ（非作動）となったときに異常が発生したと判定することが可能である。現在市場に流通している自動車の中には、ブレーキ倍力装置８内の負圧を検出する負圧センサを備えるものがあるので、この場合には、この負圧センサからの出力を利用すればよいので現実的な構成と言える。
【００３２】
また、ブレーキ倍力装置８への負圧供給経路の切り換えを、電磁ソレノイドではなくメカニカルなダイアフラム弁から構成される切換弁１２で行うことも可能である。この場合には、電磁ソレノイドの制御は不要となるので、制御が簡素化される利点がある。
ダイアフラム弁２０の構造の一例は、図５に示すように、略円盤状のダイアフラム２１によって分割される２つの負圧室２２ａ，２２ｂを有する内側ケース２３と、ダイアフラム２１の略中心軸上に取り付けられ、その両端部に夫々シール部材２４ａ，２４ｂが結合されたシャフト２４と、内側ケース２３を包含するように配置される外側ケース２５と、を含んで構成される。内側ケース２３の両壁部には夫々シール部２３ａ，２３ｂが形成されており、シャフト２４の両端部に結合されたシール部材２４ａ，２４ｂとの間で夫々開閉弁Ａ，Ｂが構成される。そして、この開閉弁を介して外側ケース２５の内部と負圧室２２ａ，２２ｂの一方とが導通する。ダイアフラム２１には、中間位置での停止及びハンチング防止を目的として初期たわみ（図では右方にたわませている）を持たせた弾性体２１ａが取り付けられている。負圧室２２ａ，２２ｂは、夫々別の負圧発生源（本実施形態では、吸気サージタンク４及び負圧ポンプ９）と連通しており、また、外側ケース２５の内部と負圧供給先（本実施形態では、ブレーキ倍力装置８）とが連通している。
【００３３】
次に、かかる構成のダイアフラム弁２０の作用を説明する。例えば、図５の状態で左方の負圧室２２ａの負圧が大きくなったとすると、ダイアフラム２１は負圧室２２ａの方に吸引され、右方の開閉弁Ａが閉じると同時に左方の開閉弁Ｂが開き、負圧室２２ａと外側ケース２５の内部とが導通する。従って、負圧供給先には、負圧室２２ａから負圧が供給されることになる。一方、右方の負圧室２２ｂの負圧が大きくなったときは、以上の説明と逆の動作が行われ、負圧供給先には、負圧室２２ｂから負圧が供給される。
【００３４】
なお、図５に示したダイアフラム弁２０は、２つの負圧供給源のうち負圧の大きい負圧供給源を選択的に切り換えるダイアフラム弁の一例を示したものであって、同様な作用を奏するものであれば如何なる構成からなるダイアフラム弁であってもよい。
また、本実施形態では、負圧作動機器としてブレーキペダルの踏力を低減するブレーキ倍力装置を使用したが、他の負圧作動機器であってもよい。この場合には、適用する機器に合致した効果をより安定して奏することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明のクレーム対応図
【図２】  本発明に係る自動車用負圧供給システムの一実施形態の構成図
【図３】  同上の制御内容を示すフローチャート
【図４】  同上のスロットル弁の開度制御内容を示す線図
【図５】  同上の切換弁の一例としてのダイアフラム弁の構成図
【図６】  従来技術の問題点を示す線図
【符号の説明】
１  エンジン
２  吸気ダクト
３  スロットル弁
４  吸気サージタンク
５  吸気マニホールド
６  コントロールユニット
７  スロットルアクチュエータ
８  ブレーキ倍力装置
９  負圧ポンプ
１０  オルタネータ
１２  切換弁
１３，１４  配管
２０  ダイアフラム弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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