JP2012026351A

JP2012026351A - 内燃機関の圧送装置

Info

Publication number: JP2012026351A
Application number: JP2010165585A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Ito; 和浩伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2010-07-23
Filing date: 2010-07-23
Publication date: 2012-02-09

Abstract

【課題】搭載性に優れる内燃機関の圧送装置を提供することを課題とする。
【解決手段】内燃機関３の圧送装置１であって、内燃機関３の動力で回転する駆動軸７Ｓを有するバキュームポンプ７と、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓと直列に繋がる駆動軸９Ｓを有するエアポンプ９と、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓとエアポンプ９の駆動軸９Ｓとを切り離し可能なクラッチ８と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関の圧送装置に関する。

圧縮着火式の内燃機関や筒内直噴式の内燃機関では、吸気絞り等の量が少ないため、吸気管負圧が発生しにくい。これに対し、車両各部で要求される負圧を確保するために、バキュームポンプを備えた内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１，２，４，６を参照）。

また、エアアシストインジェクタや排気浄化触媒へ空気（２次空気）を供給するためにエアポンプを備えた内燃機関も提案されている（例えば、特許文献３，５を参照）。

実開平２−１０５５８７号公報実公平２―１２２７７号公報特開平５−２４０１３１号公報実公昭３−３８４１７号公報特開平１１−６２５７４号公報特開平９−６８０５０号公報

ところで、エアポンプ及びバキュームポンプを含む圧送装置を車両に搭載する場合には、エアポンプやバキュームポンプに加え、これらを駆動するための電動機類あるいは動力伝達機構類等を搭載するためのスペースが必要となり、車両搭載性の低下を招く可能性がある。

本発明は、このような実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、車両搭載性に優れる内燃機関の圧送装置を提供することにある。

本発明は、上記課題を解決するため、エアポンプの駆動軸とバキュームポンプの駆動軸とを、クラッチを介して直列に結合するようにした。

詳細には、内燃機関の動力で回転する駆動軸を有するバキュームポンプと、前記バキュームポンプの駆動軸と直列に繋がる駆動軸を有するエアポンプと、前記バキュームポンプの駆動軸と前記エアポンプの駆動軸とを切り離し可能なクラッチと、を備える。

駆動軸を直列に結合する場合、ベルトや歯車といった動力伝達機構類が不要である。そこで、上記圧送装置は、エアポンプの駆動軸とバキュームポンプの駆動軸とを直列に繋ぎ、各種の動力伝達機構類を省くことで省スペース化を実現している。なお、エアポンプの駆動軸とバキュームポンプの駆動軸とを直列に結合すると、バキュームポンプとエアポンプが常時駆動され、内燃機関の動力損失が大きくなることが懸念される。しかしながら、本発明に係る内燃機関の圧送装置によれば、内燃機関、バキュームポンプ、エアポンプの順に動力が伝達されており且つ必要に応じてクラッチを切り離すことができるため、内燃機関の動力損失を少なく抑えることができる。

上記圧送装置であれば、動力損失の増加を少なく抑えつつ、優れた搭載性を実現できる。

なお、前記バキュームポンプは、例えば、ブレーキブースタへ負圧を供給するものであってもよい。上記圧送装置であれば、バキュームポンプの駆動軸とエアポンプの駆動軸とを切り離し可能なクラッチが備わっているため、エアポンプに異常があってもクラッチを切ることでバキュームポンプの作動を継続することができる。よって、ブレーキブースタへの負圧の供給を補償することができる。

また、前記クラッチは、前記バキュームポンプの駆動軸と前記エアポンプの駆動軸とを断続的に切り離すものであってもよい。クラッチの接続及び切り離しを断続的に行なうことにより、エアポンプを断続的に駆動させることができ、エアポンプが供給する２次空気の供給量を制御することができる。

また、前記クラッチは、例えば、前記エアポンプの負荷に応じて、前記バキュームポンプの駆動軸と前記エアポンプの駆動軸とを切り離してもよい。エアポンプの負荷に応じてクラッチが制御されることにより、エアポンプの運転に伴う内燃機関の動力損失を抑制できる。

また、上記圧送装置は、前記バキュームポンプに異常が生じると、前記エアポンプの吸込側の経路を前記ブレーキブースタに接続する経路切替機構を更に備えるものであってもよい。バキュームポンプに異常があった場合に、経路が切り替わることにより、ブレーキブースタの負圧を確保することができる。

本発明によれば、搭載性に優れた内燃機関の圧送装置を提供することができる。

圧送装置を搭載した車両の構成図である。圧送装置の構成図である。第一変形例に係る圧送装置の構成図である（通常の場合）。第一変形例に係る圧送装置の構成図である（代用中の場合）。第二変形例に係る圧送装置の構成図である（通常の場合）。第二変形例に係る圧送装置の構成図である（代用中の場合）。変形例に係るクラッチの構成図である。

以下、本発明の実施形態について説明する。本実施形態に係る圧送装置を搭載した車両を図１に示す。圧送装置１は、図１に示すように、車両２に搭載された内燃機関３に取り付けられている。圧送装置１は、車両２の制動力を補うブレーキブースタ４のパワーシリンダ内を真空引きしたり、内燃機関３の排気を浄化する排気浄化装置５へ供給する空気を昇圧したりする。圧送装置１や内燃機関３は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ６という）によって制御される。

なお、圧送装置１が生成する負圧は、例えば、廃熱回収装置や乗員拘束装置、可変容量型ターボのベーン駆動装置といった、ブレーキブースタ４以外の機器類へ供給してもよい。また、圧送装置１が圧縮する空気は、例えば、エアサスペンション装置といった、排気浄化装置５以外の途に供給してもよい。

圧送装置１の構成を図２に示す。圧送装置１は、図２に示すように、内燃機関３側から順に、バキュームポンプ７、クラッチ８、及びエアポンプ９を備えている。バキュームポンプ７は、吸込側がブレーキブースタ４に接続されており、ブレーキブースタ４のパワーシリンダ内の空気を吸引する。また、エアポンプ９は、吐出側が排気浄化装置５に接続されており、昇圧した２次空気を排気経路へ送る。圧送装置１は、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓが、カップリング１０を介して内燃機関３のカムシャフト１１に直列に結合されている。

クラッチ８は、図２に示すように、バキュームポンプ７とエアポンプ９との間に配置される。そして、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓをエアポンプ９の駆動軸９Ｓに繋いだり、切り離したりする。

なお、クラッチ８は、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓからエアポンプ９の駆動軸９Ｓへの動力の伝達を繋いだり切り離したりすることが可能であれば如何なるものであってもよく、例えば、電磁式のクラッチや機械式のクラッチを適用できる。また、クラッチ８には、バキュームポンプ７とエアポンプ９とが共振しないよう、バキュームポンプ７の位相とエアポンプ９の位相とを調整する位相調整機構を設けてもよい。クラッチ８に位相調整機構が設けられていれば、駆動軸７Ｓと駆動軸９Ｓとを任意のタイミングで繋いでも、エンジンのフリクションや回転変動が抑制される。

カムシャフト１１は、各気筒のバルブを開閉するカムを有するシャフトであり、クランクシャフトからベルトやチェーンを介して伝達される回転力によって回転する。

バキュームポンプ７は、駆動軸７Ｓがカムシャフト１１に結合されているため、内燃機関３が運転状態にあるときは負圧を生成する。また、エアポンプ９は、駆動軸９Ｓがクラッチ８を介してバキュームポンプ７の駆動軸７Ｓに結合されているため、内燃機関３が運転状態にあり且つクラッチ８が繋がっているときに空気を昇圧する。

ＥＣＵ６は、排気浄化装置５における２次空気の要否に応じてクラッチ８を制御する。ＥＣＵ６は、例えば、排気浄化装置５の触媒を昇温する場合やＰＭフィルタを再生する場合、クラッチ８を繋いでエアポンプ９を作動させることにより、ＰＭフィルタを昇温するための燃焼用空気を排気経路へ送る。また、ＥＣＵ６は、例えば、内燃機関３の始動時や２次空気の不要時に、クラッチ８を切る。

上記実施形態に係る圧送装置１であれば、バキュームポンプ７とエアポンプ９がカムシャフト１１と直列に結合されているため、例えば、ベルトや歯車といった動力伝達機構が不要であり、搭載性に優れる。また、内燃機関３の燃焼によって高温になるシリンダヘッドの端部にエアポンプ９が取り付けられているため、排気浄化装置５へ供する空気がエアポンプ９で暖められる。よって、排気浄化装置５の触媒の昇温やＰＭフィルタを再生する際の昇温性が向上する。更に、内燃機関３の始動時や２次空気が不要な場合には、クラッチ８が切れるので、エアポンプ９の駆動に要する燃料の損失を低減することが可能となる。また、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓが直接カムシャフト１１に接続されているため、クラッチ８に異常が発生した場合等においてもブレーキ負圧を確保することができる。

なお、上記バキュームポンプ７やエアポンプ９は、容易に分解が出来るよう、構造を簡素化して組立式にしておけば、不具合が発生した際の部品交換が容易且つ安価にできる。

なお、上記ＥＣＵ６によるクラッチ８の制御は、例えば、エアポンプ９に異常がある場合に、バキュームポンプ７からエアポンプ９への動力の伝達を切り離すようにしてもよい。

例えば、エアポンプ９の駆動軸９Ｓに加わる荷重を計測するための軸荷重センサをエアポンプ９の駆動軸９Ｓに設けておく。ＥＣＵ６は、この軸荷重センサの検出値が閾値を超えるとクラッチ８を切る。ここで、閾値とは、エアポンプ９が正常でない場合に駆動軸９Ｓに生じる荷重であり、例えば、クラッチ８を切り離さないとバキュームポンプ７が適正に作動しない荷重である。

この場合、エアポンプ９の駆動軸９Ｓに閾値以上の負荷が生じるとクラッチ８が切れるため、バキュームポンプ７が正常に作動し続ける。また、バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓに、エアポンプ９の異常に起因する過大な荷重が加わることがなくなり、バキュームポンプ７の劣化を抑制できる。

なお、バキュームポンプ７からエアポンプ９への動力の伝達は、以下のように切り離してもよい。例えば、バキュームポンプ７とクラッチ８との間、或いはクラッチ８とエアポンプ９との間に、一定の荷重が加わると破断する破断式の荷重リミッタを設けてもよい。バキュームポンプ７とエアポンプ９との間の何れかの箇所に、このような荷重リミッタを設けておくことにより、バキュームポンプ７の正常な動作が保たれ、バキュームポンプ７の劣化を抑制できる。

以下、上記圧送装置１の第一変形例について説明する。本変形例は、バキュームポンプ７に異常がある場合に、バキュームポンプ７の役割をエアポンプ９に代替させるものである。

本変形例に係る圧送装置１の構成を図３に示す。圧送装置１は、図３に示すように、エアポンプ９の吸引側に入口弁１３、吐出側に出口弁１４を有している。また、圧送装置１は、バキュームポンプ７の吸引側とエアポンプ９の吸引側とを繋ぐ連絡弁１５Ａ、及びバキュームポンプ７の吐出側とエアポンプ９の吐出側とを繋ぐ連絡弁１５Ｂを有している。これらの弁は、電磁弁であり、ＥＣＵ６によって開閉される。

ＥＣＵ６は、バキュームポンプ７が正常な場合、入口弁１３と出口弁１４を開いた状態にし、連絡弁１５Ａ，Ｂを閉じた状態にする。そして、クラッチ８の制御に関しては、通常通り、排気浄化装置５における２次空気の要否に応じて行なう。ここで、バキュームポンプ７が正常な場合とは、内燃機関３が運転するとブレーキブースタ４のパワーシリンダ内の空気が吸引される状態である。

一方、ＥＣＵ６は、バキュームポンプ７に異常がある場合、図４に示すように、入口弁１３と出口弁１４を閉じ、連絡弁１５Ａ，Ｂを開く。また、クラッチ８の制御に関しては、排気浄化装置５における２次空気の要否に関わらず、常にクラッチ８を繋いだ状態にする。ここで、バキュームポンプ７が異常な場合とは、内燃機関３が運転中にも関わらずブレーキブースタ４のパワーシリンダ内の空気が十分に吸引されない状態である。

本変形例に係る圧送装置１であれば、バキュームポンプ７に異常がある場合に、エアポンプ９がバキュームポンプ７に代用される。すなわち、ＥＣＵ６がバキュームポンプ７の異常を検知して弁１３，１４，１５Ａ，１５Ｂを上記のように制御すると、エアポンプ９の吸引側がブレーキブースタ４に繋がる。この結果、ブレーキブースタ４のパワーシリンダ内の空気がエアポンプ９によって吸引されて、ブレーキブースタ４の機能の維持が図られる。

なお、バキュームポンプ７の異常は、例えば、次のようにして検出する。すなわち、バキュームポンプ７に異常がある場合とは、ブレーキブースタ４のパワーシリンダ内が既定
の圧力以下（既定の真空度以上）にならない状態を意味するから、圧力に基づいてバキュームポンプ７の異常を検知すればよい。ＥＣＵ６は、バキュームポンプ７の吸引側の経路の圧力を圧力センサで監視し、当該経路の圧力が既定の圧力よりも高い状態となれば、弁１３、１４、１５Ａ、１５Ｂやクラッチ８を制御してエアポンプ９にブレーキブースタ４用の負圧を発生させる。

以下、上記圧送装置１の第二変形例について説明する。本変形例は、バキュームポンプ７に異常がある場合に、バキュームポンプ７の役割とエアポンプ９の役割とを入れ替えるものである。

本変形例に係る圧送装置１の構成を図５に示す。圧送装置１は、図５に示すように、バキュームポンプ７とエアポンプ９の吸引側の経路を相互に切り替える入口側四方弁１６、及び吐出側の経路を相互に切り替える出口側四方弁１７を有している。これらの弁は、電磁弁であり、ＥＣＵ６によって制御される。

ＥＣＵ６は、バキュームポンプ７が正常な場合、入口側四方弁１６を、バキュームポンプ７の吸引側がブレーキブースタ４に繋がった状態にする。また、出口側四方弁１７を、エアポンプ９の吐出側が排気浄化装置５に繋がった状態にする。クラッチ８の制御は、排気浄化装置５における２次空気の要否に応じて行なう。

一方、ＥＣＵ６は、バキュームポンプ７に異常がある場合、図６に示すように、入口側四方弁１６を、エアポンプ９の吸引側がブレーキブースタ４に繋がった状態にする。また、出口側四方弁１７を、バキュームポンプ７の吐出側が排気浄化装置５に繋がった状態にする。クラッチ８の制御に関しては、排気浄化装置５における２次空気の要否に関わらず、常にクラッチ８を繋いだ状態にする。

本変形例に係る圧送装置１であれば、バキュームポンプ７に異常がある場合に、バキュームポンプ７の役割とエアポンプ９の役割とが入れ替わる。従って、ブレーキブースタ４の性能の維持を図りつつ、排気浄化装置５への２次空気の供給も期待できる。

ところで、上記実施形態や変形例は、カムシャフト１１とバキュームポンプ７との間にクラッチを設ける構成を採ってもよい。カムシャフト１１とバキュームポンプ７との間に設けたクラッチの例を図７に示す。クラッチ１８は、カムシャフト１１とバキュームポンプ７の駆動軸７Ｓとを繋いだり切り離したりすることが可能なように、カムシャフト１１とバキュームポンプ７との間に配置されている。カムシャフト１１は、端面１９が凸状に突出している。カムシャフト１１の端面１９から凸状に突出する凸部２０には、クラッチ１８とバキュームポンプ７が嵌っている。また、凸部２０の先端には、既述したクラッチ８が取り付けられている。クラッチ８は、カムシャフト１１とエアポンプ９の駆動軸９Ｓとを繋いだり切り離したりする。

クラッチ１８は、クラッチ８と異なり、中空の環状に形成されていることにより、凸部２０が嵌るようになっている。バキュームポンプ７の駆動軸７Ｓもクラッチ１８と同様、中空になっており、凸部２０が嵌るようになっている。

クラッチ１８は、カムシャフト１１とバキュームポンプ７の駆動軸７Ｓとを繋いだり切り離したりする。クラッチ１８は、例えば、ブレーキブースタ４において負圧が必要な場合にはカムシャフト１１の端面１９とバキュームポンプ７の駆動軸７Ｓとを繋ぎ、負圧が不要な場合には切り離すように、ＥＣＵ６によって制御される。なお、クラッチ１８は、ブレーキブースタ４が負圧を不要とする場合のみならず、例えば、バキュームポンプ７の役割をエアポンプ９に代替させるような場合に、カムシャフト１１とバキュームポンプ７
の駆動軸７Ｓとを切り離してもよい。

バキュームポンプ７とカムシャフト１１との間に、このようなクラッチ１８が設けられていれば、エアポンプ９を作動させたままの状態でバキュームポンプ７を停止させることができる。この結果、ブレーキブースタ４や排気浄化装置５の状態に応じて、必要な機器を作動させることができ、エネルギーの損失等を抑制できる。

１・・圧送装置
３・・内燃機関
７・・バキュームポンプ
８，１８・・クラッチ
９・・エアポンプ
７Ｓ，Ａ・・駆動軸

Claims

内燃機関の動力で回転する駆動軸を有するバキュームポンプと、
前記バキュームポンプの駆動軸と直列に繋がる駆動軸を有するエアポンプと、
前記バキュームポンプの駆動軸と前記エアポンプの駆動軸とを切り離し可能なクラッチと、を備える、
内燃機関の圧送装置。
前記バキュームポンプは、ブレーキブースタへ負圧を供給する、
請求項１に記載の内燃機関の圧送装置。
前記クラッチは、前記バキュームポンプの駆動軸と前記エアポンプの駆動軸とを断続的に切り離す、請求項１または２に記載の内燃機関の圧送装置。
前記クラッチは、前記エアポンプの負荷に応じて、前記バキュームポンプの駆動軸と前記エアポンプの駆動軸とを切り離す、
請求項１から３の何れか一項に記載の内燃機関の圧送装置。
前記バキュームポンプに異常が生じると、前記エアポンプの吸込側の経路を前記ブレーキブースタに接続する経路切替機構を更に備える、
請求項１から４の何れか一項に記載の内燃機関の圧送装置。