JP2005337167A - 燃料ポンプの駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料ポンプの起動時にモータに過大電流が流れることを回避でき、以って、駆動回路の電流容量を小さくできる燃料ポンプの駆動装置を提供する。
【解決手段】 燃料ポンプの起動開始からポンプ回転速度が基準回転速度に達するまでの間において、燃料ポンプのモータに与える通電デューティを、１００％未満の値であって起動時間の要求を満たす範囲内に設定される上限値以下に制限する。これにより、起動開始直後の誘起起電力が発生しない状態において、モータに過大な電流が流れることを回避する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、燃料ポンプの駆動装置に関し、詳しくは、エンジンに燃料タンク内の燃料を供給する電動式燃料ポンプのモータの通電をデューティ制御する装置に関する。

特許文献１には、エンジンに燃料タンク内の燃料を供給する電動式燃料ポンプのモータの通電デューティを、燃料タンクからエンジンに供給される燃料圧力に応じてフィードバック制御する燃料圧力の制御方法が開示されている。
特開２００３−０４９６９０号公報

ところで、燃料ポンプの起動応答は、エンジンの始動性を左右するため、燃料ポンプを短時間に起動させることが要求される。
しかし、電動式燃料ポンプの起動時において、モータが回転を開始するまでの間は、モータに誘起起電力が発生していないため、コイル抵抗分の電流がそのまま流れることになり、例えば目標圧力と実圧力との差から１００％の通電デューティが与えられると、過大な電流が流れることになる。

そして、前記起動時の過大な電流に適合させるべく、モータ駆動回路の電流容量の大きさを設定すると、回路コストが増大してしまうという問題があった。
本発明は上記問題点に鑑みなされたものであり、燃料ポンプの起動応答性を確保しつつ、駆動回路に要求される電流容量を抑制でき、以って、回路コストの低下を図ることができる燃料ポンプの駆動装置を提供することを目的とする。

そのため請求項１記載の発明では、燃料ポンプの起動時の所定期間において通電デューティを１００％未満の所定値に制限する構成とした。
かかる構成によると、例えば目標圧力と実圧力との差から通電デューティとして１００％が要求されても、実際にモータに与える通電デューティを１００％未満の値（上限値）に制限することで、燃料ポンプのモータに流れる電流を抑制する。

従って、起動直後から１００％の通電デューティを与える場合に比べて、駆動回路の電流容量を低下させることができ、回路コストの低下を図ることができる。
請求項２記載の発明では、前記所定値が、燃料ポンプの起動時間の要求を満たす範囲内に予め設定される構成とした。
かかる構成によると、起動時の通電デューティは、燃料ポンプの起動時間の要求を満たす範囲内の値に制限される。

従って、起動時にモータに流れる電流を抑制しつつ、燃料ポンプを要求される起動時間内で起動させることができる。
請求項３記載の発明では、予め記憶された一定の制限時間だけ、通電デューティを１００％未満の所定値に制限する構成とした。
かかる構成によると、燃料ポンプの起動開始から一定の制限時間が経過するまでの間は、通電デューティを１００％未満の所定値に制限する。

従って、過大電流を回避するための通電デューティの制限を、簡便な構成で実現できる。
請求項４記載の発明では、燃料ポンプの回転速度及び／又はモータ駆動電流に基づいて、通電デューティを１００％未満の所定値に制限する期間の終期を決定する構成とした。
かかる構成によると、燃料ポンプ（モータ）の回転速度が上昇して誘起起電力が発生するようになり、過大電流が流れなくなった時点で、通電デューティの制限を解除し、また、モータ駆動電流が低下して誘起起電力の発生が推定されるようになった時点で、通電デューティの制限を解除する。

従って、モータに誘起起電力が発生するまでの過大電流が流れる条件において、通電デューティが制限されることになり、過大電流の発生を回避しつつ、過剰に通電デューティが制限されることを防止できる。

図１は、本発明に係る燃料ポンプの駆動装置を含む内燃機関の燃料供給システムを示す図である。
この図１に示すシステムにおいて、燃料タンク１に電動式の燃料ポンプ２が内蔵される。
前記燃料ポンプ２は、モータ２ａと該モータ２ａによって回転駆動されるポンプ部２ｂとから構成され、燃料タンク１内の燃料を吸い込んで加圧し、燃料配管３及び燃料ギャラリ４を介して、内燃機関（ガソリンエンジン）の気筒毎に設けられる燃料噴射弁５ａ〜５ｄに燃料を供給する。

前記燃料噴射弁５ａ〜５ｄは、噴射パルス信号によって間欠的に開弁駆動され、その開弁時間によって噴射量が制御される。
前記燃料ポンプ２は、フューエルポンプコントロールモジュレータ（以下、ＦＰＣＭと略す）６によって制御される。
また、前記ＦＰＣＭ６と、エンジンコントロールユニット（以下、ＥＣＵという）８とは、相互に通信可能に構成される。

前記ＦＰＣＭ６には、前記燃料ギャラリ４内における燃料の圧力を検出する燃圧センサ７の出力信号が入力され、該出力信号に基づいて検出される燃圧が、前記ＥＣＵ８から送信される目標燃圧に一致するように、前記燃料ポンプ２のモータ２ａの通電デューティ（ＯＮデューティ）をフィードバック制御する。
尚、前記燃料ポンプ２を、機関運転条件に基づいてフィードホワード制御する構成であっても良い。

前記ＥＣＵ８には、内燃機関の吸入空気量を検出するエアフローメータ９、前記機関の回転速度を検出する回転センサ１０、前記機関の冷却水温度を検出する水温センサ１１等からの機関運転状態を示す検出信号が入力され、これら検出信号に基づいて燃料噴射量を演算し、該演算結果に応じて前記燃料噴射弁５ａ〜５ｄを駆動制御すると共に、目標燃圧を演算して前記ＦＰＣＭ６に送信する。

ここで、前記ＦＰＣＭ６は、前記燃圧センサ７の検出結果に基づきモータ２ａの通電デューティをフィードバック制御すると共に、燃料ポンプ２の起動時には、前記燃圧検出値に基づく通電デューティに制限を加える。
図２のフローチャートは、前記通電デューティの制限処理を示すものであり、燃料ポンプ２が起動されると、まず、ステップＳ１で燃料ポンプ２の回転速度を読み込む。

前記燃料ポンプ２の回転速度は、ホール素子等を用いた回転位置センサ１２からの検出信号に基づいて検出される。
次のステップＳ２では、前記ステップＳ１で読み込んだ燃料ポンプ２の回転速度が、起動後に基準回転速度に達したか否かを判別する。
ステップＳ２で基準回転速度に達していないと判断されたときには、充分な誘起起電力が発生しない状態であって、１００％に近い通電デューティを与えると、過大な電流がモータ２ａに流れることになると判断し、ステップＳ３へ進んで、通電デューティの制限を実施する。

ステップＳ３では、燃圧センサ７の検出結果に基づくフィードバック制御によって設定された通電デューティ（又はフィードホワード制御によって設定された通電デューティ）が、所定の上限値を超えるときに、通電デューティを前記上限値にリセットすることで、前記上限値を超える通電デューティがモータ２ａに与えられることを禁止する。
前記上限値は、燃料ポンプ２の起動時間の要求を満たす範囲内の値として予め設定された１００％未満の値である。

燃料ポンプ２の起動開始時から、通電デューティを制限せずに１００％近い大きな通電デューティを与えると、モータ２ａに誘起起電力が発生していないため、コイル抵抗分の電流がそのまま流れ、図３に示すように、起動開始直後の短時間において過大な電流が流れる。
しかし、上記のようにして通電デューティを１００％未満の上限値以下に制限すれば、燃料ポンプ２の起動直後であって誘起起電力が発生しない状態であっても、モータ２ａに過大電流が流れることを回避できる（図４参照）。

従って、本実施形態によると、図３に示すような過大電流に対応する電流容量が不要となり、ＦＰＣＭ６（モータ駆動回路）の電流容量を小さくできるから、回路コストを低下させることができる。
また、前記上限値は、燃料ポンプ２の起動時間の要求を満たす範囲内の値として予め設定されるから、通電デューティを制限することで内燃機関の始動性が低下することを回避できる。

前記ステップＳ２で、燃料ポンプ２の回転速度が基準回転速度に達していると判断されたときには、ステップＳ４へ進んで、燃料ポンプ２の通電制御を実施させる。
前記通常制御とは、燃圧センサ７の検出結果に基づくフィードバック制御によって設定された通電デューティ（又はフィードホワード制御によって設定された通電デューティ）を、そのまま燃料ポンプ２に与える制御であり、前記上限値を超える通電デューティ（１００％を含む）での駆動制御を許容する。

燃料ポンプ２の回転速度が基準回転速度に達している状態であれば、充分な誘起起電力が発生し、たとえ１００％通電デューティを与えたとしても、過大な電流がモータ２ａに流れることがないので、前記上限値による制限を解除して、上限値を超える通電デューティでモータ２ａを駆動することを許容する。
即ち、燃料ポンプ２の起動開始時から、燃料ポンプ２の回転速度が基準回転速度に達するまでの間で、通電デューティを制限する構成であり、燃料ポンプ２の回転速度が基準回転速度に達した時点として、制限制御の終期が可変に設定される。

上記のように、燃料ポンプ２の回転速度が基準回転速度に達した時点、換言すれば、たとえ１００％通電デューティを与えたとしても過大な電流がモータ２ａに流れることがない状態になった時点で、通電デューティの制限が解除されるから、過大な電流がモータ２ａに流れることを確実に回避しつつ、無用に通電デューティが制限されることがなく、必要とされる燃料供給量を応答良く確保することができる。

ところで、図４に示すように、燃料ポンプ２の回転速度が起動時から増大し、これに応じて誘起起電力が発生する結果、通電デューティが一定であってもモータ２ａの駆動電流は低下することになる。
そこで、モータ駆動電流の低下に基づいて誘起起電力の発生を推定して、通電デューティの制限を解除する構成とすることができ、係る構成とした第２実施形態を、図５のフローチャートに従って説明する。

図５のフローチャートは、図２のフローチャートに対して、ステップＳ２Ａの部分のみが異なる。
図５のフローチャートにおけるステップＳ２Ａでは、モータ２ａの駆動電流が、基準電流を超える状態から前記基準電流以下に低下したか否かを判別する（図４参照）。
尚、モータ２ａの駆動電流を検出する電流検出回路は、前記ＦＰＣＭ６に備えられている。

モータ２ａの駆動電流は、モータ２ａにおける誘起起電力の発生に影響を受け、起動直後の誘起起電力が発生しない状態では、コイル抵抗分の電流がそのまま流れることになるが、前記誘起起電力が発生することで、モータ２ａの駆動電流が低下する。
そこで、たとえ１００％通電デューティを与えたとしても、過大な電流がモータ２ａに流れることがない誘起起電力の発生状態を、モータ２ａの駆動電流の低下に基づいて判断することができ、第２実施形態では、前記誘起起電力の発生状態を、モータ２ａの駆動電流と前記基準電流との比較に基づいて判断する。

そして、モータ２ａの駆動電流が前記基準電流を上回る状態では、ステップＳ３へ進んで、通電デューティを前記上限値に制限する。
一方、モータ２ａの駆動電流が前記基準電流を上回る状態から下回る状態に移行すると、たとえ１００％通電デューティを与えたとしても過大な電流がモータ２ａに流れることがない誘起起電力の発生状態になったと判断し、ステップＳ４へ進む。

ステップＳ４では、通常制御に移行させることで、通電デューティの制限制御を解除する。
即ち、燃料ポンプ２の起動開始時から、モータ２ａの駆動電流が基準電流を下回るようになるまでの間で、通電デューティを制限する構成であり、モータ２ａの駆動電流が基準電流を下回った時点として、制限制御の終期が可変に設定される。

上記実施形態においても、モータ２ａに過大電流が流れることを回避でき、以って、ＦＰＣＭ６（モータ駆動回路）の電流容量を小さくして回路コストを低下させることができると共に、無用に通電デューティが制限されることがなく、必要とされる燃料供給量を応答良く確保することができる。
ところで、上記実施形態では、制限制御の終期を燃料ポンプ２の回転速度又はモータ２ａの駆動電流に基づいて可変に設定する構成としたが、図６のフローチャートに示す第３実施形態のように、燃料ポンプ２の起動開始時点から予め記憶された一定時間が経過した時点で通電デューティの制限制御を解除させる構成とすることができる。

図６のフローチャートは、図２のフローチャートに対して、ステップＳ２Ｂの部分のみが異なる。
図６のフローチャートにおけるステップＳ２Ｂでは、燃料ポンプ２の起動開始時点からの経過時間が、予め記憶された一定時間になったか否かを判別する。
前記一定時間は、燃料ポンプ２の回転が上昇して、１００％通電デューティを与えたとしても過大な電流がモータ２ａに流れることがない誘起起電力の発生状態になるまでに必要充分な時間として、予め設定されている。

上記第３実施形態では、モータ２ａに過大電流が流れることを回避でき、以って、ＦＰＣＭ６（モータ駆動回路）の電流容量を小さくして回路コストを低下させることができると共に、通電デューティの制限処理を行なう期間を時間計測に基づいて簡易に設定できる。
尚、通電デューティを上限値以下に制限する代わりに、通電デューティを前記上限値に固定する構成としても良い。

また、通電デューティを上限値に制限しているときの実際の駆動電流に基づいて、モータ駆動回路の故障診断を行なうことができる。
ここで、上記実施形態から把握し得る請求項以外の技術思想について、以下にその効果と共に記載する。
（イ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料ポンプの駆動装置において、
前記燃料ポンプの起動時の所定期間において通電デューティを１００％未満の所定値に固定することを特徴とする燃料ポンプの駆動装置。

かかる構成によると、通常制御で通電デューティが、１００％に設定される場合であっても、燃料ポンプの起動時の所定期間においては、通電デューティを１００％未満の所定値に固定し、過大電流の発生を回避する。
（ロ）請求項１〜３のいずれか１つに記載の燃料ポンプの駆動装置において、
前記燃料ポンプの通電デューティが、燃料供給量の要求に応じてフィードバック制御される構成であり、
前記燃料ポンプの起動時の所定期間において前記フィードバック制御される通電デューティを１００％未満の所定値以下に制限することを特徴とする燃料ポンプの駆動装置。

かかる構成によると、燃料ポンプの起動時の所定期間において、フィードバック制御される通電デューティが１００％未満の所定値（上限値）以下であれば、そのまま出力させるが、１００％未満の所定値（上限値）を超える場合に、前記所定値をモータに与えることで、モータに過大電流が流れることを回避する。

実施形態における燃料供給システムの構成図。 燃料ポンプ起動時の駆動制御の第１実施形態を示すフローチャート。 燃料ポンプの起動時に通電デューティを制限しない場合のモータ電流の変化を示すタイムチャート。 燃料ポンプの起動時に通電デューティを制限した場合のモータ電流の変化を示すタイムチャート。 燃料ポンプ起動時の駆動制御の第２実施形態を示すフローチャート。 燃料ポンプ起動時の駆動制御の第３実施形態を示すフローチャート。

符号の説明

１…燃料タンク、２…燃料ポンプ、２ａ…モータ、２ｂ…ポンプ部、３…燃料配管、４…燃料ギャラリ、５ａ〜５ｄ…燃料噴射弁、６…ＦＰＣＭ、７…燃圧センサ、８…ＥＣＵ、９…エアフローメータ、１０…回転センサ、１１…水温センサ、１２…回転位置センサ

Claims (4)

1. エンジンに燃料タンク内の燃料を供給する電動式燃料ポンプのモータの通電をデューティ制御する燃料ポンプの駆動装置であって、
   前記燃料ポンプの起動時の所定期間において前記通電デューティを１００％未満の所定値に制限することを特徴とする燃料ポンプの駆動装置。
2. 前記所定値が、前記燃料ポンプの起動時間の要求を満たす範囲内に予め設定されることを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプの駆動装置。
3. 予め記憶された一定の制限時間だけ、前記通電デューティを１００％未満の所定値に制限することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料ポンプの駆動装置。
4. 前記燃料ポンプの回転速度及び／又はモータ駆動電流に基づいて、前記通電デューティを１００％未満の所定値に制限する期間の終期を決定することを特徴とする請求項１又は２記載の燃料ポンプの駆動装置。

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