JP5113435B2 - 燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、エンジンに燃料を圧送する燃料ポンプを制御する燃料ポンプ制御装置に関する。

一般に、エンジンの燃料系においては、エンジンに燃料を供給する気化器又は燃料噴射機構に対し、燃料タンクからの燃料を送給する燃料ポンプが設けられている。前記燃料ポンプは、通常、エンジンの高負荷時における最大燃料消費量に対応する吐出量が確保できるように、一定の状態で駆動されるように燃料噴射制御機構によって制御されている。

前記燃料噴射制御機構によって燃料ポンプを単にエンジンの燃料要求流量（エンジン負荷）に対応するように制御した場合、加速運転時のようにエンジンの負荷が急激に増大し、燃料要求流量（燃料消費量）もこれに対応して急激に増大したときに燃料不足が発生するおそれがある。

これに対し、例えば、特許文献１には、燃料供給の応答遅れに起因して燃料圧力の一時低下が発生し、エンジンに供給される燃料量が減少することを防止するために、内燃機関の各回転数毎の全負荷時に必要な燃料ポンプの吐出燃料を算出する吐出燃料量算出手段と、前記吐出燃料量算出手段によって算出された吐出燃料量とほぼ同量の燃料を燃料ポンプから吐出するように制御する制御手段とを設けた燃料ポンプの制御装置が開示されている。

また、一般的にエンジンの燃料要求流量の増大に対して燃料ポンプの供給可能流量の不足が起きることがあるが、それを解消するための従来の対応策として、以下のものが考えられる。

第１に、エンジンの燃料要求流量を充足するような大容量タイプの燃料ポンプを配置することが考えられる。

第２に、エンジンの燃料要求流量を充足するように、従来から使用されている燃料ポンプを２個併設し、前記２つの燃料ポンプを同時に駆動させることが考えられる。

第３に、シリンダがＶ字型に向かい合って配列された、いわゆるＶ型エンジンにおいては、各バンク（傾斜面）のそれぞれに燃料ポンプを配置することが考えられる。
特許第２８４５００５号公報（段落０００７〜００１０、図１）

しかしながら、特許文献１に開示された技術的思想では、制御装置内に内燃機関の全負荷時に必要な燃料ポンプの吐出燃料を算出する吐出燃料量算出手段を設ける必要があり、その制御方法が複雑であると共に、制御装置が大型化するという問題がある。

また、大流量型の燃料ポンプを設置する第１の対応策では、既製品として販売されている大流量型燃料ポンプの種類が希少であるため、製造コストが高騰するという問題がある。また、燃料要求流量の増大にともなって、消費電力及び発熱量が増加し、さらに振動・騒音特性が悪化するという他の問題がある。

次に、２個の燃料ポンプを併設し同時に駆動させる第２の対応策では、２個の燃料ポンプを同時に制御するための制御機構が複雑となると共に、２個の燃料ポンプを含むポンプモジュールが特殊なものとなり、汎用製品化が容易でないという問題がある。また、燃料要求流量の増大にともなって、消費電力及び発熱量が増加し、さらに振動・騒音特性が悪化するという他の問題がある。

続いて、いわゆるＶ型エンジンにおいて各バンク（傾斜面）毎にそれぞれ燃料ポンプを配置する第３の対応策では、制御機構が複雑になると共に、設置された複数の燃料ポンプの中で故障した燃料ポンプがいずれかを判定する故障診断に困難を伴うという問題がある。また、燃料要求流量の増大にともなって、消費電力及び発熱量が増加し、さらに振動・騒音特性が悪化するという他の問題がある。

さらに、可変燃圧システムを用いて燃圧を可変とすることにより、エンジンの燃料要求流量を充足するように燃料ポンプの吐出流量を制御することが想定される。しかしながら、このようにして構築された制御システムは複雑化して製造コストが高騰するという問題がある。

本発明は、前記の種々の問題に鑑みてなされたものであり、簡素な機構によってエンジンの燃料要求流量を充足させ、しかも製造コストの低減化を達成することが可能な燃料ポンプ制御装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、直流電動モータに印加される電圧が一定で連続運転したときの標準寿命に基づいて燃料ポンプの定格流量を予め設定し、例えば、加速時等のようにエンジンに対する負荷が急激に増大した場合、電圧制御手段は、前記設定された燃料ポンプの定格流量に対し、エンジン負荷に基づいてエンジンが要求する燃料の要求流量が超えると判断したとき、印加電圧を定格電圧以上の所定電圧に昇圧させる。前記昇圧された印加電圧によって直流電動モータを付勢することにより、前記定格流量を超えた流量をエンジンに対して供給するように前記燃料ポンプを制御する。一方、前記印加電圧を昇圧した後にエンジンの要求流量が前記定格流量以下であると判断したとき、前記昇圧を停止し、燃料ポンプの吐出流量を通常使用流量に制御する。

このように本発明では、エンジンに対する負荷が急激に増大した場合に電圧制御手段を介してポンプ駆動電圧を定格電圧以上の所定電圧に昇圧させることにより、前記エンジン負荷に対応する燃料をエンジンに対して好適に供給することができる。この結果、本発明では、簡素な機構によってエンジンの燃料要求流量を充足させ、しかも製造コストの低減化を達成することができる。

さらに、本発明では、定格流量を超えて燃料ポンプを駆動させた時間を記憶する記憶手段と、通算された前記駆動時間が直流電動モータに印加される印加電圧が一定で連続運転したときの標準寿命を考慮して予め設定された時間に到達したとき、定格流量を超える燃料の供給を停止させ運転者に対して前記定格流量を超える燃料の供給が停止されたことを通知する処理手段とをさらに備えることにより、燃料ポンプの耐久性が劣化することを阻止することができると共に、燃料の効率的な利用を図ることができる。

本発明では、エンジンに対する負荷が急激に増大した場合、ポンプ駆動電圧を定格電圧以上の所定電圧に昇圧させる簡素な機構によってエンジンの燃料要求流量を充足させ、しかも低い定格流量のポンプが使用可能であることから製造コスト及び消費電力の低減化を達成することができる。

次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明の実施形態に係る燃料ポンプ制御装置の概略構成ブロック図である。

内燃機関として機能する自動車用のエンジン１０は、燃焼室が設けられた図示しないシリンダブロックを有し、前記燃焼室には、図示しない吸気バルブを介して混合気を吸入する吸気通路１２と、図示しない排気バルブを介して燃焼室で発生した燃焼ガスを外部に排気する排気通路１４とが連通接続される。

前記エンジン１０には、図示しない吸気ポートが設けられ、前記吸気ポートに向かって燃料を噴射する燃料噴射弁（フューエルインジェクタ）１６が連通接続される。前記燃料噴射弁１６の上流側には、フィードパイプ１８を介して燃料タンク２０内の燃料が吸入される燃料ポンプ２２が接続されると共に、前記燃料噴射弁１６の上流で前記燃料ポンプ２２の下流側には、リターンパイプ２４を介してプレッシャレギュレータ２６が接続される。なお、図１に示すように、前記プレッシャレギュレータ２６が燃料タンク２０内に設けられることにより、前記プレッシャレギュレータ２６と前記燃料タンク２０との間のリターンパイプ２４が不要となり、配管構造の簡素化を図ることができる。

前記プレッシャレギュレータ２６は、燃料噴射弁１６から吸気ポート側に向かって噴射される燃料噴射圧力を一定に調圧し、余剰燃料を燃料タンク２０に帰還させるためのものである。この場合、例えば、前記プレッシャレギュレータ２６を燃料ポンプ２２と一体的に組み付けて構成したユニットを燃料タンク２０内に配設することにより、前記リターンパイプ２４が不要となり、より一層配管構造の簡素化を図ることができる。

図１に示すように、燃料ポンプ制御装置３０は、例えば、定格電圧１２Ｖの直流電源からなるバッテリ３２と、前記バッテリ３２によって付勢される直流電動モータとして機能するＤＣモータ３４と、前記ＤＣモータ３４により駆動され、燃料タンク２０から吸入された燃料をエンジン１０側に向かって吐出する燃料ポンプ２２と、前記ＤＣモータ３４に印加される印加電圧を制御することにより、前記燃料ポンプ２２からエンジン１０側に向かって吐出される燃料の吐出流量を制御する燃料ポンプ制御部３６とを含む。

前記ＤＣモータ３４は、図示しないロータ（電機子）及びステータ（永久磁石）によって構成され、前記ロータに給電される電流の向きを切り換えることにより発生する、磁力の反発力及び吸引力を利用して回転するものである。前記ＤＣモータ３４を用いることにより、その回転制御を簡便に行うことができること、大きな駆動トルクを得ることができること、印加電圧に対する回転特性がリニアに比例すること、低価格であること等の利点がある。

また、前記燃料ポンプ制御装置３０は、燃料ポンプ制御部３６に対して燃料ポンプ２２からの吐出流量を制御するための制御信号を送給するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）３８が設けられる。このＥＣＵ３８の入力側には、前記燃料噴射弁１６から吸気ポート側に向かって実際に吐出された燃料の吐出流量を検出する吐出流量センサ４０と、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ４２と、図示しないアクセルペダルの踏み込み動作に連動して燃焼室へ導入される吸入エアの流量を調整する図示しないスロットルバルブのバルブ開度を検出するスロットル開度センサ４４と、後記するように昇圧状態の累積時間が予め設定された所定時間を超えたことを運転者に対して通知する警告灯４８とを有する。前記ＥＣＵ３８及び燃料ポンプ制御部３６は、燃料ポンプ制御手段として機能するものである。なお、前記吐出流量センサ４０は、ＦＩ（Ｆｕｅｌ Ｉｎｊｅｃｔｉｏｎ）−ＥＣＵとしての機能も併有する。なお、前記警告灯４８は、処理手段の一部を構成するものである。

前記燃料ポンプ制御部３６には、前記燃料ポンプ２２を駆動させるポンプ駆動電圧を、前記バッテリ３２の定格電圧以上の所定電圧に昇圧させる電圧制御手段として機能するＤＣ−ＤＣコンバータ４６が設けられる。

このＤＣ−ＤＣコンバータ４６としては、例えば、図示しないＩＣチップを用いて直流を一旦交流に変換し、図示しない可変トランスで所望の交流電圧に変圧した後、さらに、直流に変換して電圧制御するものがある。また、前記トランスを用いることがなく、入力直流電圧を図示しないスイッチング素子によってオン／オフ駆動して所望のパルス電圧を形成し、前記形成されたパルス電圧を整流し平滑化する非絶縁型のＤＣ−ＤＣコンバータ４６を用いてもよい。

さらに、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４６としては、例えば、図示しない昇降圧自動切換制御回路を有し、入力電圧、出力電圧、出力電流の三者間の関係によって自動的に昇圧動作と降圧動作をＩＣチップの内部で切り換えて出力電圧を得るものを用いてもよい。

さらにまた、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４６としては、入力−出力間を図示しないコンデンサで結合した反転型ＤＣ−ＤＣコンバータを用いてもよい。この反転型ＤＣ−ＤＣコンバータでは、ヒステリシス制御方式が採用され、出力側の図示しないインダクタンスを流れる電流が予め設定した上限と下限の範囲内となるように各スイッチング素子の動作を制御するものである。

なお、ポンプ駆動電圧を制御する電圧制御手段としては、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４６に限定されるものではなく、例えば、誘導リアクタンスを利用し磁気エネルギを蓄積して昇圧させる図示しないリアクトル（鉄芯）を用いたもの等が挙げられる。また、燃料ポンプ２２を駆動させる駆動源として、直流モータのみならず、ブラシレスモータ、交流（ＡＣ）モータ等を用いることにより、同様に定格流量以上に制御することが可能である。

本実施形態に係る燃料ポンプ制御装置３０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその基本動作について以下に説明する。

図示しないイグニッションスイッチがオン状態となることによりＥＣＵ３８が付勢される。前記ＥＣＵ３８は、燃料ポンプ制御部３６に対してモータ制御信号を導出し、バッテリ３２から印加された所定の電圧（バッテリ３２の定格電圧の範囲内）によってＤＣモータ３４が回転駆動する。このＤＣモータ３４の回転駆動によって燃料ポンプ２２が作動し、フィードパイプ１８を介して燃料タンク２０から吸入された燃料が前記燃料ポンプ２２から燃料噴射弁１６に対して吐出される。

なお、燃料ポンプ２２から燃料噴射弁１６に吐出される燃料の圧力が所定圧力を超えると、プレッシャレギュレータ２６の図示しないバルブが開動作し、余剰燃料がリターンパイプ２４を介して燃料タンク２０に戻される。

本実施形態において、定常運転時では、燃料ポンプ２２の定格流量の範囲内であって、エンジン１０の負荷状態に対応する通常使用流量で前記燃料ポンプ２２の吐出流量が制御される。

次に、図２のフローチャートは、ＥＣＵ３８によって実行される各処理工程の中で、例えば、加速時等のように運転者がアクセルペダルを急激に押圧してエンジン１０に対する負荷が急激に増大したときの燃料ポンプ２２の駆動制御工程を示している。前記図２のフローチャートでは、バッテリ３２の定格電圧１２ＶがＤＣモータ３４に印加され、燃料ポンプ２２からエンジン１０側に向かって一定の吐出流量からなる燃料が吐出されていることを前提とする。

なお、燃料噴射弁１６によってエンジン１０の燃焼室に対して実際に噴射された燃料流量、すなわちエンジン１０の燃料要求流量が吐出流量センサ４０によって検出され、ＥＣＵ３８は、前記吐出流量センサ４０によって検出されたエンジン要求流量を、適宜必要に応じて呼び出し可能に設けられているものとする。

エンジン１０が要求する燃料流量（エンジン要求流量）は、例えば、運転者による図示しないアクセルペダルの踏み込み操作に伴うスロットル開度センサ４４の開度検出値（抵抗値）等に基づいて設定される。また、前記エンジン要求流量は、常時一定ではなく、エンジン回転速度、大気圧、エンジン温度、エンジン１０の運転状態等の各種条件により変化するものである。

また、前記燃料噴射弁１６から噴射される燃料噴射量は、例えば、回転速度センサ４２によって検出されたエンジン回転速度と、吸気通路１２中に設けられた図示しないエアフローメータによって検出され、エンジン１０の負荷状態に対応するエア吸入流量（又は図示しないインテークマニホールドのエア吸入負圧）とに基づいて算出してもよい。また、エンジン１０の回転速度変化率に基づいて燃料噴射量を求めてもよい。さらに、スロットル開度センサ４４から検出された図示しないスロットルバルブの弁開度又は弁開度変化率に基づいて燃料噴射量を求めてもよい。

先ず、ＥＣＵ３８は、前記吐出流量センサ４０によって検出されたエンジン要求流量と、予め設定された燃料ポンプ２２の定格流量とを比較判断する（ステップＳ１）。この場合、前記燃料ポンプ２２の定格流量とは、ＤＣモータ３４に印加される電圧が一定で該燃料ポンプ２２を連続運転したときの標準寿命に基づいて予め設定された基準流量をいう。

ＥＣＵ３８は、前記吐出流量センサ４０によって検出されたエンジン要求流量が予め設定された燃料ポンプ２２の定格流量よりも大きく、前記エンジン要求流量が定格流量を超えていると判断したとき（定格流量＜エンジン要求流量）（ステップＳ１でＹｅｓ→ステップＳ２）、続いて、図示しない不揮発性メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）に記憶された昇圧状態の累積時間が予め設定された所定時間を経過したか否かを判断する（ステップＳ２）。

なお、前記ＥＣＵ３８は、前記吐出流量センサ４０によって検出されたエンジン要求流量が予め設定された燃料ポンプ２２の定格流量以下である場合（定格流量≧エンジン要求流量）、エンジン１０の要求流量を充足するように燃料噴射弁１６から燃料が吐出されているものと判断して、燃料ポンプ２２の燃料吐出流量を定格流量の範囲内で通常使用流量に設定する（ステップＳ１でＮｏのとき→ステップＳ７）。

燃料ポンプ２２から定格流量を超えた要求流量に対応する燃料流量が吐出されているとき、図示しないタイマ回路によって計測された燃料ポンプ２２の昇圧時間を図示しない不揮発性メモリ（記憶手段）（例えば、ＥＥＰＲＯＭ等）に記憶しておき、図示しないイグニッションスイッチがオン状態となったときに前記不揮発性メモリに格納された累積時間データを呼び出し、ポンプ定格流量を超えて燃料ポンプ２２が駆動される昇圧状態の累積時間が、燃料ポンプ２２の標準寿命時間の、例えば、約１０パーセントを超えないように設定される。前記昇圧状態の累積時間が所定時間を超えるときは、図示しない表示部に設けられた警告灯４８を点灯させて運転者に注意を促し、定格流量以下の通常使用流量に設定される（ステップＳ２でＹｅｓのとき→ステップＳ２ａ→ステップＳ７）。なお、この処理は、「定格流量を超える燃料の供給を停止させる処理手段」の処理に該当する。

ＥＣＵ３８は、エンジン要求流量が定格流量を超えており（定格流量＜エンジン要求流量）、且つ、昇圧状態の累積時間が所定時間を経過していない判断したとき（ステップＳ２でＮｏ→ステップＳ３）、燃料ポンプ制御部３６にコンバータ制御信号を導出してＤＣ−ＤＣコンバータ４６を付勢し（ステップＳ３）、バッテリ３２の定格電圧（１２Ｖ）以上からなる所定電圧までポンプ駆動電圧を昇圧させる（ステップＳ４）。

前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４６によってポンプ駆動電圧がエンジン最大要求流量に対応する印加電圧まで昇圧されることにより、バッテリ定格電圧（１２Ｖ）を超えた所定の印加電圧によってＤＣモータ４６が駆動されて燃料ポンプ２２からエンジン最大要求流量に対応する燃料流量が吐出される。

ポンプ駆動電圧が定格電圧以上の所定電圧に昇圧された状態において、ＥＣＵ３８は、前記吐出流量センサ４０によって検出されたエンジン要求流量と、予め設定された燃料ポンプ２２の定格流量とをさらに比較し、前記エンジン要求流量が定格流量を超えていると判断したとき（定格流量＜エンジン要求流量）（ステップＳ５でＹｅｓ）、ＤＣ−ＤＣコンバータ４６の駆動作用下に、前記ポンプ駆動電圧の昇圧状態をさらに継続させる。

一方、ＥＣＵ３８は、エンジン要求流量が予め設定された燃料ポンプ２２の定格流量以下であると判断したとき（定格流量≧エンジン要求流量）（ステップＳ５でＮｏ→ステップＳ６）、燃料ポンプ制御部３６に制御信号を導出してＤＣ−ＤＣコンバータ４６を滅勢し（ステップＳ６）、昇圧状態を停止させる。さらに、ＥＣＵ３８は、燃料ポンプ２２の燃料吐出流量を定格流量以下の通常使用流量に設定する（ステップＳ７）。

次に、図３は、燃料ポンプ２２のポンプ駆動電圧とエンジン要求流量との特性関係に基づいて本実施形態の変形例を示したものである。図３に示されるように、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４６による昇圧は、予め設定されたエンジン最大要求流量となるまでポンプ駆動電圧を上昇させることにより遂行されるが、この昇圧状態は、図３中のＡ状態のように階段状に昇圧させてもよいし、あるいはＢ状態のように傾斜する直線状に昇圧させてもよい。
また、通常使用状態では、バッテリ３２の定格電圧の範囲内において、前記ＤＣ−ＤＣコンバータ４６の駆動作用下に、リニアに昇圧させ（ラインＬＡ参照）、または、ローモード、ミドルモード、ハイモード等のように各モードに対応させて略階段状に昇圧させ（ラインＬＢ参照）、さらに、前記ラインＬＡに沿って複数の階段状（図示せず）に昇圧させるとよい。

本実施形態では、エンジン１０に対する負荷が急激に増大した場合、ＤＣ−ＤＣコンバータ４６を介してポンプ駆動電圧を定格電圧（１２Ｖ）以上の所定電圧に昇圧させることにより、前記エンジン負荷に対応する燃料をエンジン１０に対して好適に供給することができる。この結果、本実施形態では、簡素な機構によってエンジン１０の燃料要求流量を充足させ、しかも製造コストの低減化を達成することができる。

また、本実施形態では、燃料噴射弁１６に燃料を吐出するための燃料ポンプ２２として、通常使用されると想定される燃料ポンプを基準として、１ランクだけ流量特性をダウンさせた燃料ポンプ２２を選択することが可能となり、燃料ポンプ２２自体の小型・軽量化を図ることができると共に、より一層製造コストを低減化することができる。

さらに、本実施形態では、前記小型・軽量化された燃料ポンプ２２を用いることが可能となることにより、通常使用流量の状態において、消費電力の低減、発熱量の低減、燃料流動音等の振動・騒音を抑制する効果が得られる。

なお、燃料ポンプ制御部３６によるポンプ駆動電圧制御は、エンジン１０の要求流量の全範囲にわたって行われることにより、ＤＣモータ４６に対する駆動制御を安定させ、燃料ポンプ２２からエンジン１０に対する燃料の供給を安定化させることができる。

本発明の実施形態に係る燃料ポンプ制御装置の概略構成ブロック図である。 エンジンに対する負荷が急激に増大したときの燃料ポンプを駆動制御する工程を示すフローチャートである。 燃料ポンプのポンプ駆動電圧とエンジン要求流量との特性関係に基づいて本実施形態の変形例を示した図である。

符号の説明

１０ エンジン
２２ 燃料ポンプ
３０ 燃料ポンプ制御装置
３２ バッテリ（直流電源）
３４ ＤＣモータ（直流電動モータ）
３６ 燃料ポンプ制御部（燃料ポンプ制御手段）
４０ 吐出流量センサ
４２ 回転速度センサ
４４ スロットル開度センサ

Claims (2)

1. 燃料タンク内の燃料を吸入及び吐出する燃料ポンプと、
   前記燃料ポンプに付設されて該燃料ポンプを駆動する直流電動モータと、
   前記直流電動モータを駆動する駆動電流を供給する直流電源とを有し、
   前記直流電動モータに印加される印加電圧に対応してエンジンに対して供給される燃料流量を変化させる燃料ポンプの制御装置において、
   前記燃料ポンプの吐出流量には、前記直流電動モータを前記直流電源の定格電圧で駆動したときの定格流量と、前記定格電圧未満で駆動したときの通常使用流量とが設定され、
   前記直流電源は、前記印加電圧を前記定格電圧以上の所定電圧まで昇圧させる電圧制御手段を備え、
   前記電圧制御手段は、エンジン負荷に基づいて前記エンジンが要求する燃料の要求流量が前記定格流量を超えていると判断したとき、前記印加電圧を前記定格電圧以上の所定電圧までの範囲で昇圧させ、前記昇圧された印加電圧によって前記直流電動モータを駆動することにより、前記定格流量を超えエンジン最大要求流量までの範囲内の吐出流量で前記エンジンに対して燃料を供給し、
   前記印加電圧を昇圧した後に前記要求流量が前記定格流量以下であると判断したとき、前記昇圧を停止し、前記燃料ポンプの吐出流量を前記通常使用流量とすることを特徴とする燃料ポンプ制御装置。
2. 請求項１項記載の燃料ポンプ制御装置において、
   前記定格流量を超えて前記燃料ポンプを駆動させた時間を記憶する記憶手段と、
   通算された前記駆動時間が、前記直流電動モータに印加される印加電圧が一定で連続運転したときの標準寿命を考慮して予め設定された時間に到達したとき、前記定格流量を超える燃料の供給を停止させ運転者に対してその旨を通知する処理手段と、
   をさらに備えることを特徴とする燃料ポンプ制御装置。

Images