JP5281301B2 - フューエルポンプ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載されるフューエルポンプの駆動を制御する制御装置に関する。

車両に搭載されるフューエルポンプの駆動用モータは、電子スイッチを介してバッテリに接続され、該電子スイッチを所定の周波数、及びデューティ比のＰＷＭ信号により駆動することにより電力が供給されて回転駆動する。

また、燃料にゴミ等の異物が混入した場合には、この異物がフューエルポンプの羽根に噛み込むことや、異物により配管が詰まることがあり、このような場合には、フューエルポンプの駆動用モータがロックし、モータにロック電流が流れ続けるので、ロック電流が流れ続けることを想定して、モータ、配線、スイッチ等の各種電子部品を設計する必要がある。即ち、ロック電流が流れ続けても損傷しないように、配線径、スイッチの耐熱温度等を決めなければならず、更には、ロック電流が流れることにより生じる熱を放出するための放熱構造が必要となり、回路の大規模化、及びコストアップにつながるという欠点がある。
特開２０００−２４０５２２号公報

上述したように、従来におけるフューエルポンプ制御装置では、フューエルポンプを駆動するためのモータがロックした際に、ロック電流が流れ続けることになり、該ロック電流に耐えられるように電子部品を設計する必要があり、また放熱構造が必要になるという問題があった。

本発明は、このような従来の課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、ロック電流が流れた際に、該ロック電流に伴って発生する熱を抑制し、ひいては回路規模を小型化することが可能なフューエルポンプ制御装置を提供することにある。

上記目的を達成するため、本願請求項１に記載の発明は、車両に搭載されるフューエルポンプを制御する制御装置において、電源と前記フューエルポンプの駆動用モータとを接続する回路に設けられる電子スイッチと、前記駆動用モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、第１の周波数、及び第１のデューティ比で前記電子スイッチをＰＷＭ制御すると共に、前記駆動用モータに流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、周波数を、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数に変更し、且つ、デューティ比を、前記第１のデューティ比よりも低い第２のデューティ比に変更して、前記電子スイッチをＰＷＭ制御する制御手段と、を備え、前記第２の周波数、及び前記第２のデューティ比は、前記電子スイッチのオフ時に、電流がゼロクロスするように設定されることを特徴とする。

請求項１の発明では、フューエルポンプがロックし、フューエルポンプの駆動用モータが強制的に停止した場合には、ＰＷＭ信号の周波数が、第１の周波数よりも低い第２の周波数に変更され、且つ、ＰＷＭのデューティ比が、第１のデューティ比よりも低い第２のデューティ比に変更されるので、ロック時にモータに流れる電流を低減することができる。このため、配線、トランジスタ等の回路構成要素を小型化、小規模化することができる。また、フューエルポンプがロックして、ＰＷＭ信号が第２の周波数、及び第２のデューティ比とされた場合において、電子スイッチがオフとなった際に、該電子スイッチに流れる電流がゼロクロスするので、駆動モータに大きなトルク変化が発生する。これにより、フューエルポンプに振動を発生させることができ、フューエルポンプに異物が噛み込まれた場合には、該異物が外れ易くなり、ひいては、ロック状態を回避し易くなる。

請求項２に記載の発明は、前記制御手段は、前記第２の周波数、及び前記第２のデューティ比に変更した後、所定時間が経過した場合には、再度、前記第１の周波数、及び第１のデューティ比に戻すと共に、電流が前記所定の閾値を超えたか否かの判定を再度行い、所定の閾値を超えた場合には、再度前記第２の周波数、及び前記第２のデューティ比に変更する制御を繰り返すことを特徴とする。

請求項２の発明では、フューエルポンプがロックして、ＰＷＭ信号の周波数を第２の周波数に変更し、且つ、ＰＷＭ信号のデューティ比を第２の周波数に変更した場合には、所定時間が経過した後に、再度第１の周波数、第１のデューティ比に戻す。そして、未だロックが回避されていない場合には、再度第２の周波数、第２のデューティ比に変更する操作を繰り返して実行する。このため、フューエルポンプのロックが回避された場合には、ＰＷＭ信号が通常時の周波数である第１の周波数となり、通常時のデューティ比である第１のデューティ比となるので、ロックが発生した場合であっても、駆動モータを停止させることなく、ロックが回避された場合にフューエルポンプを継続して駆動させることができる。

請求項３に記載の発明は、前記第１の周波数は１［ＫＨｚ］以上であり、前記第２の周波数は１０〜１００［Ｈｚ］であり、且つ、前記第１のデューティ比は５０〜１００％であり、前記第２のデューティ比は１０％以下であることを特徴とする。

請求項３の発明では、第１の周波数を１［ＫＨｚ］、第１のデューティ比を５０〜１００％とすることにより、駆動モータに供給する電流を安定させることができ、他方、第２の周波数を１０〜１００［Ｈｚ］、第２のデューティ比を１０％以下とすることにより、駆動モータに大きなトルク変化を発生させて、フューエルポンプを振動させ、フューエルポンプに異物が噛み込まれている際には、該異物を外れ易くすることができる。

請求項４に記載の発明は、前記第２の周波数は、フューエルポンプの固有周波数の整数倍、または整数分の１とすることを特徴とする。

請求項４の発明では、フューエルポンプの固有振動数の整数倍、または整数分の１となるように第２の周波数が設定されるので、この第２の周波数で電子スイッチを駆動する場合には、フューエルポンプ振動が強め合い、羽根に噛み込まれた異物を、より外れ易くすることができる。

本発明に係るフューエルポンプ制御装置では、フューエルポンプの駆動用モータがロックし、該駆動用モータが強制的に停止した場合に、ＰＷＭ信号の周波数、及びデューティ比が低くなるように制御されるので、駆動用モータのロック時に流れる電流を低減することができ、フューエルポンプの駆動用モータのロック時における発熱を抑制することができる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフューエルポンプ制御装置１０を含む、フューエルポンプの駆動回路を示す説明図である。

図１に示すように、車両に搭載されるバッテリＶＢと、フューエルポンプを駆動するためのモータＭ１との間には、ＩＧＮリレーＸ１、フューズＦ１、フューエルポンプリレーＸ２、シャント抵抗Ｒ１（電流検出手段）、及びＰ型ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタＱ１（電子スイッチ）が設けられている。更に、モータＭ１に対して並列に、Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタＱ２が設けられている。

ＩＧＮリレーＸ１は、車両に搭載されるイグニッションスイッチＳ１がオンとされたときに励磁して、オフ状態からオン状態に切り換えられる。

フューエルポンプリレーＸ２は、エンジン制御用ＥＣＵ２１より、Ｆ／Ｐ駆動信号が供給されたときに励磁して、オフ状態からオン状態に切り換えられる。該Ｆ／Ｐ駆動信号は、例えば、エアバッグ起動信号が発生した場合等にオフとなって、回路を遮断し、モータＭ１を停止させる。

モータＭ１の駆動を制御するためのフューエルポンプ制御装置１０は、シャント抵抗Ｒ１と、トランジスタＱ１、及びトランジスタＱ２を備え、更に、例えば、マイコン等で構成される電流検出部（電流検出手段）１１、ゲート駆動部１２、ロック検知部１３、ＰＷＭ制御部（制御手段）１４、ダイアグ出力部１５、ノイズ除去及びレベル調整を行う入力Ｉ／Ｆ１６、及び出力Ｉ／Ｆ１７を備えている。

電流検出部１１は、シャント抵抗Ｒ１の両端に発生する電圧を検出し、この電圧値とシャント抵抗Ｒ１の抵抗値に基づいて、トランジスタＱ１に流れる電流Ｉ-Pを検出する。

ロック検知部１３は、電流検出部１１で検出された電流値と、予め設定されているロック電流の閾値（所定の閾値；例えば、５．９［Ａ］）とを比較し、電流検出部１１で検出された電流値が該閾値を超えた場合にロック信号を出力する。このロック信号は、ＰＷＭ制御部１４、及びダイアグ出力部１５に出力される。

ＰＷＭ制御部１４は、入力Ｉ／Ｆ１６を介してエンジン制御用ＥＣＵ２１より入力されるフューエルポンプの制御信号に基づいてＰＷＭ信号を生成する。即ち、エンジン制御用ＥＣＵ２１よりモータＭ１の回転数を設定する設定信号が入力された際に、この回転数に応じたデューティ比となるＰＷＭ信号を生成し、このＰＷＭ信号をゲート駆動部１２に出力する。また、ロック検知部１３よりロック信号が入力された場合には、後述する処理手順により、ＰＷＭ信号の周波数、及びデューティ比を変更する処理を行う。

ゲート駆動部１２は、ＰＷＭ制御部１４より出力されるＰＷＭ信号に基づいて、各トランジスタＱ１，Ｑ２のゲートに駆動信号を出力し、各トランジスタＱ１，Ｑ２を所望の周波数、及びデューティ比でオン、オフ動作させる。この際、２個のトランジスタＱ１，Ｑ２が同時にオンとならないように、デッドタイムを設ける。

ダイアグ出力部１５は、ロック検知部１３よりロック信号が出力された際に、ダイアグ信号を生成し、このダイアグ信号は、出力Ｉ／Ｆ１７を介して、エンジン制御用ＥＣＵ２１に出力される。これにより、エンジン制御用ＥＣＵ２１は、警報ランプ或いは警報音等を作動させて、フューエルポンプがロックしたことを車両の乗員に知らせる。

次に、上述のように構成されたフューエルポンプ制御装置１０の動作を、図２に示すフローチャート、及び図３，図４に示すタイミングチャートを参照して説明する。図１に示すエンジン制御用ＥＣＵ２１より、Ｆ／Ｐリレー駆動信号が出力されると、図３（ａ）に示すように、リレーＸ２がオンとなってバッテリＶＢとフューエルポンプ制御装置１０が電気的に接続される。更に、図３（ｂ）に示すように、エンジン制御用ＥＣＵ２１より制御信号が入力されると、フューエルポンプ制御装置１０は、フューエルポンプの駆動を開始する。即ち、ＰＷＭ制御部１４は、通常時の駆動条件として、周波数６［ＫＨｚ］（１［ＫＨｚ］以上の周波数；第１の周波数）、デューティ比５０％（５０〜１００％のデューティ比；第１のデューティ比）のＰＷＭ信号を生成し、該ＰＷＭ信号をゲート駆動部１２に出力する。

すると、ゲート駆動部１２は、このＰＷＭ信号により、トランジスタＱ１をオン、オフ動作させ、且つ、トランジスタＱ２をトランジスタＱ１と反対のタイミングでオン、オフ動作さる。その結果、図３（ｃ）に示すように、モータＭ１の端子に周期的に変化する電圧Ｖoutが発生する。

このとき、トランジスタＱ１からモータＭ１に向けて、図３（ｅ）に示す如くの電圧Ｖoutに連動して変化する電流Ｉ-Pが流れ、且つ、トランジスタＱ２からモータＭ１に向けて、図３（ｆ）に示す如くの電流Ｉ-Nが流れるので、モータＭ１には、図３（ｄ）に示すように、プラスの電流値で鋸歯状に変化する波形となる電流Ｉ-Mが流れることとなる。これにより、モータＭ１は所望の回転数で回転し、フューエルポンプが回転して燃料の供給が行われる。

いま、図３に示す時刻ｔ０にて、フューエルポンプがロックし、モータＭ１の回転が強制的に阻止された場合には、図３（ｅ）に示すように、トランジスタＱ１に流れる電流Ｉ-Pが上昇し、且つ、図３（ｄ）に示すように、モータＭ１に流れる電流Ｉ-Mが上昇する。その結果、図１に示すシャント抵抗Ｒ１の両端電圧が上昇し、ロック検知部１３では、電流Ｉ-Pが閾値電流Ｉth（例えば、５．９［Ａ］）を超えたものと判断し（図２のステップＳ１でＹＥＳ）、図３（ｇ）に示すように、ＰＷＭ制御部１４にロック信号を出力する。

ＰＷＭ制御部１４は、ロック信号が入力されると、ＰＷＭ信号の周波数を、例えば、１０［Ｈｚ］程度の低い周波数（１０〜１００［Ｈｚ］；第２の周波数）に変更し、且つ、ＰＷＭ信号のデューティ比を、例えば、１０％程度の低い値（１０％以下のデューティ比；第２のデューティ比）に変更する（図２のステップＳ２）。

その結果、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の（ｃ）に示すように、モータＭ１の端子に発生する電圧Ｖoutは、通常時に比べて低い周波数、且つ低いデューティ比の波形となり、これに伴って、電流Ｉ-P、Ｉ-Nは、図３（ｅ）、（ｆ）に示すように変化するので、モータＭ１に流れる電流Ｉ-Mは、図３（ｄ）に示すように、断続的な波形（トランジスタＱ１のオフ時に電流値がゼロクロスする波形）となる。従って、モータＭ１に流れる電流を低減することができ、モータＭ１のロック時に流れる電流を低減することができる。

また、ロック検知部１３よりロック信号が出力された場合には、このロック信号はダイアグ出力部１５に出力され、且つ、ＰＷＭ制御部１４より、ＰＷＭ信号の周波数及びデューティ比を変更したことを示す信号がダイアグ出力部１５に出力される。ダイアグ出力部１５は、これらの信号が入力された場合には、出力Ｉ／Ｆ１７を介して、エンジン制御用ＥＣＵ２１にダイアグ信号を出力する。エンジン制御用ＥＣＵ２１は、このダイアグ信号が入力された場合には、図示省略のランプ、ブザー等により、フューエルポンプがロックしたことを車両の乗員に報知する。

更に、ＰＷＭ制御部１４は、ロック検知部１３よりロック信号が入力された場合には、ロック信号が入力した時点からの経過時間を計時する。そして、経過時間が所定時間（例えば、２秒）となった場合には（図２のステップＳ３でＹＥＳ）、ＰＷＭ信号の周波数、及びデューティ比を元の状態に戻す制御を行う（図２のステップＳ４）。即ち、ＰＷＭ信号の周波数を６［ＫＨｚ］（第１の周波数）、デューティ比を５０％（第１のデューティ比）に変更する。

その結果、図３に示す時刻ｔ２の時点で、電圧Ｖoutが通常時の波形に変更される。そして、この時点で未だフューエルポンプのロック状態が回避されず、ロック電流が流れ続けている場合には、時刻ｔ３にて再度、ＰＷＭ信号の周波数を１０［Ｈｚ］とし、且つ、デューティ比を１０％とする処理が行われて、モータＭ１に流れる電流が低減される。この動作は、フューエルポンプのロック状態が回避されるまでの間、繰り返して実行されることとなる。

また、図４に示すように、時刻ｔ３でＰＷＭ制御部１４にロック信号が入力され、その後、時刻ｔ４にてフューエルポンプのロック状態が解除された場合には、時刻ｔ５でＰＷＭ信号の周波数、及びデューティ比が通常状態に戻された後、電流Ｉ-Pは閾値電流Ｉth（例えば、５．９［Ａ］）以下となるので、その後ＰＷＭ信号の周波数、及びデューティ比は変更されず、通常状態が維持される。つまり、フューエルポンプが一旦ロック状態となり、その後、ロック状態が回避された場合には、通常の駆動状態に戻ることとなる。

このようにして、本実施形態に係るフューエルポンプ制御装置１０では、フューエルポンプに異物が噛み込む等の理由により、フューエルポンプ駆動用のモータＭ１がロック状態となり、トランジスタＱ１にロック電流が流れた場合には、電流検出部１１にて検出される電流Ｉ-Pに基づいて、ロック状態が検出される。そして、ロック状態となったことが検出された場合には、ＰＷＭ信号の周波数を低下させ、且つＰＷＭ信号のデューティ比を低下させて、トランジスタＱ１，Ｑ２を駆動する。従って、モータＭ１に流れる電流を低減することができ、モータＭ１及び配線、各トランジスタＱ１，Ｑ２に生じる発熱量を低減することができる。

その結果、フューエルポンプの駆動回路を構成するトランジスタ、配線等の各種の構成要素を、大電流に耐え得るスペックとする必要がなく、電線径を細径化することができ、且つ、ＭＯＳＦＥＴ等のトランジスタの耐熱特性を、低い耐熱特性のものとすることができるので、全体として回路規模を簡素化し、省スペース化、低コスト化を図ることができる。

また、ロック状態が検出されて、ＰＷＭ信号の周波数及びデューティ比を低減した場合には、所定時間（例えば、２秒）が経過した後に、再度、ＰＷＭ信号の周波数及びデューティ比を元に戻す操作を繰り返して実行し、ロック状態が回避された場合には、モータＭ１は通常動作するので、たとえ、モータＭ１がロックされた場合であっても、モータＭ１を遮断することなく、継続して駆動させることができる。

更に、図３の時刻ｔ１〜ｔ２の（ｄ）に示す電流Ｉ-Mの波形から理解されるように、ロック状態が検出されている際には、電流Ｉ-Mは、断続的に変化する波形、即ち、トランジスタＱ１のオフ時において電流がゼロクロスする波形となる。このため、モータＭ１のトルクが周期的に大きく変動し、フューエルポンプの羽根に断続的な振動が発生することとなる。そして、この断続的な振動により、例えば、フューエルポンプの羽根に異物が噛み込まれている場合等においては、この異物が外れ易くなり、ロック状態が回避され易くなる。

また、フューエルポンプに生じる振動は、該フューエルポンプの固有周波数の整数倍、或いは整数分の１の周波数で強め合うので、フューエルポンプの固有周波数を予め測定しておき、ロック検出時におけるＰＷＭ信号の周波数を、フューエルポンプの固有周波数の整数倍、或いは整数分の１に設定することにより、ロック発生時により強い振動を発生させて、フューエルポンプの羽根に噛み込まれた異物を、より外れ易くすることも可能である。ここで、フューエルポンプの固有周波数は、該フューエルポンプの構造から計算により求める方法や、フューエルポンプに実際に周波数を変化させながら振動を与え、振動の強弱を測定することにより求めることができる。

また、上記した実施形態では、第１の周波数の一例として６［ＫＨｚ］を例に挙げて説明したが、１［ＫＨｚ］以上の周波数とすることが好ましい。更に、第１のデューティ比の一例として、５０％を例に挙げて説明したが、５０〜１００％とすることが好ましい。

更に、上記した実施形態では、第２の周波数の一例として１０［Ｈｚ］を例に挙げて説明したが、１〜１００［Ｈｚ］とすることが好ましい。更に、第２のデューティ比の一例として、１０％を例に挙げて説明したが、１〜１０％とすることが好ましい。

以上、本発明のフューエルポンプ制御装置を図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の構成は、同様の機能を有する任意の構成のものに置き換えることができる。

フューエルポンプがロックした場合であっても電流値を抑制し、フューエルポンプの駆動を継続させる上で極めて有用である。

本発明の一実施形態に係るフューエルポンプ制御装置を含む、フューエルポンプの駆動回路を示す回路図である。 本発明の一実施形態に係るフューエルポンプ制御装置の処理手順を示すフローチャートである。 本発明の一実施形態に係るフューエルポンプ制御装置で生じる各信号の波形を示すタイミングチャートであり、ロック状態が継続している場合を示す。 本発明の一実施形態に係るフューエルポンプ制御装置で生じる各信号の波形を示すタイミングチャートであり、ロック状態となった後、ロック状態が回避した場合を示す。

符号の説明

１０ フューエルポンプ制御装置
１１ 電流検出部（電流検出手段）
１２ ゲート駆動部
１３ ロック検知部
１４ ＰＷＭ制御部（制御手段）
１５ ダイアグ出力部
１６ 入力Ｉ／Ｆ
１７ 出力Ｉ／Ｆ
２１ エンジン制御用ＥＣＵ
ＶＢ バッテリ（電源）
Ｓ１ イグニッションスイッチ
Ｘ１ ＩＧＮ（イグニッション）リレー
Ｘ２ フューエルポンプリレー
Ｆ１ フューズ
Ｑ１ トランジスタ（Ｐ型ＭＯＳＦＥＴ；電子スイッチ）
Ｑ２ トランジスタ（Ｎ型ＭＯＳＦＥＴ）
Ｍ１ モータ

Claims (4)

1. 車両に搭載されるフューエルポンプを制御する制御装置において、
   電源と前記フューエルポンプの駆動用モータとを接続する回路に設けられる電子スイッチと、
   前記駆動用モータに流れる電流を検出する電流検出手段と、
   第１の周波数、及び第１のデューティ比で前記電子スイッチをＰＷＭ制御すると共に、前記駆動用モータに流れる電流が所定の閾値を超えた場合には、周波数を、前記第１の周波数よりも低い第２の周波数に変更し、且つ、デューティ比を、前記第１のデューティ比よりも低い第２のデューティ比に変更して、前記電子スイッチをＰＷＭ制御する制御手段と、を備え、
   前記第２の周波数、及び前記第２のデューティ比は、前記電子スイッチのオフ時に、電流がゼロクロスするように設定されることを特徴とするフューエルポンプ制御装置。
2. 前記制御手段は、前記第２の周波数、及び前記第２のデューティ比に変更した後、所定時間が経過した場合には、再度、前記第１の周波数、及び第１のデューティ比に戻すと共に、電流が前記所定の閾値を超えたか否かの判定を再度行い、所定の閾値を超えた場合には、再度前記第２の周波数、及び前記第２のデューティ比に変更する制御を繰り返すことを特徴とする請求項１に記載のフューエルポンプ制御装置。
3. 前記第１の周波数は１［ＫＨｚ］以上であり、前記第２の周波数は１０〜１００［Ｈｚ］であり、且つ、前記第１のデューティ比は５０〜１００％であり、前記第２のデューティ比は１０％以下であることを特徴とする請求項１または請求項２のいずれかに記載のフューエルポンプ制御装置。
4. 前記第２の周波数は、フューエルポンプの固有周波数の整数倍、または整数分の１とすることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載のフューエルポンプ制御装置。

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