JP2009504991A - 液体のポンプ制御システム - Google Patents

Abstract

燃料または添加剤のポンプ制御システムは、通信手段を介してエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）と通信する、燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）を具備している。前記ＦＳＣＵは、所望する燃料または添加剤圧力を算出するための前記ＥＣＵからのデータを使用する手段と、前記所望する燃料または添加剤圧力と実際の燃料または添加剤圧力とを比較する手段と、燃料または添加剤のポンプ制御信号を生成する手段を具備する。

Description

本発明は、液体のポンプ制御システムに関する。本願は、２００５年１２月１６日に出願された米国仮出願６０／７５１３４３の優先権を主張するとともに、引用によって本明細書に組み込まれる。

現在の燃料システムは、車両走行中にフル出力で燃料ポンプを稼動し、エンジンに一定の燃料圧力を供給するために、機械式圧力調節器を利用する。フル出力で前記燃料ポンプを稼動することは、車両の電気システムへの書き込みが増大するために無駄が多く、それによって、燃料の経済性が低下する。加えて、電流分配燃料圧力は一定であるので、前記エンジンは、すべてのエンジン条件において最高の性能を実現するために、より大きな噴射器を必要とする。また、現在使用される機械式圧力調節器は、前記システムのコストを増やす。

特許文献１は、「可変圧力回送燃料レールの燃料のポンプ制御システム」について開示している。このシステムは、前記燃料ポンプへの出力を変化させることを通じて可変圧力システムを特徴付ける。供給される出力量は、ＥＣＵ（エンジン制御ユニット）によって制御される。このＥＣＵは、所望の燃料レール圧力を決定し、かつ、取得するために、スロットル開度と、種々の絶対圧力と、エンジン速度と、燃料レール圧力とを必要とする。
この中央制御は、必要とする配線の数量を増大し、かつ、前記ＥＣＵの処理能力に負荷をかけ、信頼性を低下させる。
米国特許５３３５８５９号公報

本発明は、前記燃料システムの制御を完全に異なる制御ユニット、すなわち、ＦＳＣＵ（燃料システム制御ユニット）に分離することを目的とする。

また、前記燃料ポンプのための限定された変数（例えば、２または３速）の速度制御システムを備えたその他のシステムが開示されている。それらのシステムは、前記燃料ポンプの引き出す出力を低減し、かつ、圧力調節器を不要とすることを目的とする。しかし、それらのシステムは、専用の制御ユニットを備えた前記ポンプの出力を連続的に制御しない。

本願発明は、前記ポンプ出力の連続的な可変制御を処理し、かつ、前記燃料ポンプが生成可能とする、あらゆる燃料圧力を対象とすることができる。

信頼性は、前記ＥＣＵから前記燃料システムの制御を隔離し、前記ＥＣＵに対する負荷を減少することで増大する。

コストは、機械式調節器を不要とし、かつ、演算のためのレール圧力と、ポンプ制御とをオンボード診断（ＯＢＤ）及び排気機能を実行するユニットに組み合わせることによって低減される。

一体化の容易性は、ドロップインタイプ（drop-in type）に近いシステムによって改善される。
このシステムは、前記車両のＥＣＵ及び特定の搭載センサから分離されるため、モジュール性及び柔軟性は高い。このことによって、本発明システムは、さまざまなプラットフォーム及びＯＥＭの多種多様な車両に、ほぼターンキー方式で組み込まれることが可能である。

同様の問題は、排気ガスに含まれるＮＯｘのＳＣＲ（選択的触媒還元）を目的としてエンジンの排気ガスに投入される添加剤の注入時に生じる可能性がある。なぜなら、排気ガスに投入する添加剤の計量には、通常、ポンプと同様に制御装置も使用するからである。このような添加剤は、例えば、尿素のようなアンモニア性前駆体（通常は水溶液）である。前記ＥＣＵからこの制御を切り離すこともまた、車両機能に柔軟性及び信頼性を付加できる。そして、所望の圧力にポンプ速度を適用できることもまた、このシステムの経済性を増す。

このため、燃料または添加剤のポンプ制御システムに関する本発明は、燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）と、通信手段を介するエンジン制御ユニット（ＥＣＵ）との通信を組み合わせたものである。前記ＦＳＣＵは、所望する燃料または添加剤圧力の算出に前記ＥＣＵからのデータを使用する手段と、所望する燃料または添加剤圧力と実際の燃料または添加剤圧力とを比較する手段と、燃料または添加剤ポンプ制御信号を生成する手段を具備する。

本発明によると、前記燃料または添加剤のポンプ制御システムは、燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）に一体化されたものである。前記ＦＳＣＵは、燃料または添加剤のシステムの運転状況及び動作パラメータを管理できる。

一般に、前記ＦＳＣＵは、
１）前記燃料または添加剤のシステムの機能を制御するための手段を備え、
２）少なくとも一つの前記部品からの信号を送受信するため、少なくとも一つの燃料または添加剤のシステム部品に接続され、
３）前記ＦＳＣＵ、及び/又は、前記ＥＣＵに信号を送信する少なくとも一つのセンサに接続され、
４）前記ＥＣＵとの電子的かつ双方向的な通信に適合している。

前記ＦＳＣＵは、スタンドアロンの制御装置であって、前記ＥＣＵとは異なり、前記ＥＣＵからの前記燃料または添加剤のシステム制御を引き継ぐ。すなわち、前記ＥＣＵは、前記燃料システムをもはや直接制御しない。また、前記ＦＳＣＵは、前記ＥＣＵと通信し、前記ＥＣＵにすべての燃料システム損傷を示す。

一般に、燃料システムは、燃料タンク及びその他の部品、つまり、燃料ポンプ（前記燃料タンク壁の開口部を介して前記燃料タンクから燃料を抜き出すとともに、排出する）、燃料蒸気容器（前記燃料タンクに出入りする空気または燃料蒸気が移動することによる）、１又は複数の蒸気または回転弁（前記燃料蒸気容器と連動する）またはその他の燃料システム部品を組み合わせる。一般に、添加剤システムはポンプを具備し、さらに、そのポンプは、容器と少なくとも一つの排気（Venting）も具備する。

前記ＦＳＣＵは、前記エンジンの通常運転及び過渡的な運転状況の間に、すべての部品の運転を制御するとともに、前記運転に関するパラメータを受信し、かつ、前記部品を機能させるように情報を送信する。一般に、本制御は、以前には、前記ＥＣＵまたは各部品専用の電子制御装置（例えば、燃料ポンプ管理のために特定の制御装置が存在する）によって実施された。前記燃料または添加剤システムの制御負荷は、前記ＦＳＣＵに切り替えられている。本発明によると、一つのＦＳＣＵだけで前記燃料及び前記添加剤の噴射の両方を制御するものである。換言すると、特定の燃料用ＦＳＣＵ及び添加剤（またはＡＳＣＵ）用の分離型制御装置が存在する。そして、最後になるが、本発明によると、本発明は、制御装置に配置される前記燃料システム及び添加剤システムの一つにも関連する。簡便のため、これ以降の明細書では、前記燃料についてのみ記載されるが、燃料システムも対象に含まれると理解されるべきである。

前記ＦＳＣＵは、好ましくは、前記燃料システムに組み込まれたセンサと電気的に接続される。一般に、燃料システムセンサの中には、燃料レベルセンサ、温度センサ、圧力センサ、炭化水素蒸気センサ、１又は複数のＯＢＤ（オンボード診断）センサがある。その他のタイプのセンサも、本リストの一部となりえる。これらのセンサは、センサのデータを前記ＦＳＣＵに送信するように、適切な電気的配線によって、前記ＦＳＣＵに接続される。

前記ＦＳＣＵは、限られた数のワイヤを介して、前記ＥＣＵを含む複数の車両制御システムと情報を送受信する。前記情報は、例えば、前記燃料タンク内の燃料の量（燃料レベルセンサから返される）、前記燃料噴射器のパルス幅（どの程度の燃料噴射が必要であるかが示される）、前記容器に関しパージ状況が合致するかどうかを示す信号などを、前記ＦＳＣＵと前記ＥＣＵとの間で交換する。

また、前記ＦＳＣＵは、燃料システム部分に故障がないかどうか、または、例えば、システム内の液体燃料漏れまたは圧力損失によって示される、蒸発ガス制御システムに故障がないかどうか、について決定するために用いられるＯＢＤセンサからの信号を受信する。これらの故障状況は、液体燃料または炭化水蒸気の前記燃料システムからの排出の結果である。また、ＯＢＤセンサは、前記燃料タンク内の真空状況を示すことができる。
本発明によると、前記ＦＳＣＵは、燃料ポンプ制御装置を一体化したものである。

本発明の１実施形態では、前記ＦＳＣＵは、所望する燃料圧力と実際の燃料圧力との間の差を演算するための比例・微分・積分（ＰＩＤ）補正アルゴリズムに基づくソフトウエアを有する制御装置を備えており、前記燃料ポンプ制御信号を変更するためのＰＩＤパラメータを算出するために、以前の演算からの情報とともに前記差分を使用する。本信号は、前記燃料ポンプに供給される前記電力を制御する。前記ＰＩＤアルゴリズムは、誤差比例と、誤差の積分値（時間経過にともなう合計誤差）と、誤差の微分値（誤差の変化率）とを取り、これらを組み合わせて、出力を補正し、誤差を除去する。

所望の燃料圧力の算出に使用するデータは、一般に、スロットル開度と、エンジン負荷と、エンジン冷却水温度と、給気温度と、車両バス通信上のその他の潜在的に取得可能な信号と、である。スロットル開度とエンジン負荷の入力値とは、ＯＥＭ（相手先商標による製造メーカー）の選択によりネットワークバス上で使用され、送信されるセンサにかかわらず抽出してもよい。ついで、目標とする燃料圧力及び現在の燃料圧力は、どのようなエンジン作動上の調整もなされるように、前記ＥＣＵに返信される。
具体的には、前記制御システムは、燃料ポンプへの出力電気信号を生成するために前記ポンプ制御信号に応答する出力ドライバ手段を有している。

本発明の１実施形態では、前記ＦＵＳＣは、前記燃料噴射器への燃料運搬のために前記ＥＣＵからの要求に従って生成される、パルス幅変調（ＰＷＭ）可変デューティサイクル信号または可変電圧信号によって、前記燃料ポンプにおける電気出力の利用を制御する。したがって、前記ＦＳＣＵに前記燃料ポンプ排出口圧力を表示させるため、前記燃料ポンプ排出口と通信する、少なくとも一つのアナログセンサが配置される。

また、前記ＦＳＣＵは、前記燃料ポンプの制御機能以外にも、その他の制御機能を具備している。
前記制御機能は、オンボード診断と、排気（Venting）とを具備してもよい。

また、前記ＦＳＣＵは、前記燃料システムにおける蒸気管理を制御することもできる。前述のように、前記燃料蒸気容器のパージは、前記ＦＳＣＵの制御下で行う。この制御は、前記容器と前記エンジン給気システムとを連絡する空気抜き制御弁（例えば、電磁アクチュエータを有する３方向切替弁）を介して処理される。前記アクチュエータは、前記容器と前記給気システムとを接続するため、既定の前記エンジン作動状況に基づいてパージ制御弁を開き、これによって、前記容器を介してパージガス気流を生成する。

また、本発明のその他の実施形態によると、前記ＦＳＣＵは、具体的には、前記燃料システムの蒸気排出と、添加剤注入システムと、キャップレスフィルヘッド（Capless fill head）とを制御する前記燃料タンクの燃料補給状態を表示するための継電器（例えば、電磁継電器）も有する。

また、好ましくは、前記ＦＳＣＵは、前記車両ＣＡＮバスを介して前記ＥＣＵと通信する。なぜなら、この通信媒体は、電子的なバグの影響を受けにくいからである。前記ＥＣＵは、このマルチバスを通じて、前記ＦＳＣＵに、メッセージを送信する。これによって、前記燃料ポンプは、燃料ポンプ速度が可変である場合に前記燃料ポンプの出力圧力を制御し、車両事故の場合には前記燃料ポンプを無効とし、前記蒸気容器のパージを制御し、周辺温度を表示し、エンジン温度を表示し、かつ、ＯＢＤセンサなどの１又は複数のセンサからの情報を要求することが可能となる。

前記ＦＳＣＵは、５ボルトなどの低電力マイクロプロセッサであることが好ましい。このタイプのマイクロプロセッサは、好ましくは、１２８キロバイトのＲＯＭ、４キロバイトの揮発性メモリ及び２キロバイトの非揮発性メモリが割り当てられる。

本発明の実施形態による燃料または添加剤のポンプ制御装置を示すブロック図である。

符号の説明

１ エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）
２ スロットル開度
３ 負荷
４ エンジン冷却水温度
５ 給気温度
６ 燃料のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）
７ 実際の燃料圧力
８ 燃料圧力の算出
９ 所望の燃料圧力
１０ ＰＩＤ（比例・微分・積分）補正アルゴリズム
１１ フィードバック
１２ その他の制御機能
１３ 通信バス
１４ 燃料ポンプ出力値
１５ 燃料ポンプ

Claims (10)

1. 燃料または添加剤のシステム制御ユニット（ＦＳＣＵ）６に一体化されるとともに、通信手段１３を介してエンジン制御ユニット１と通信を行う燃料または添加剤のポンプ制御システムであって、
   前記ＦＳＣＵ６は、
   所望の燃料または添加剤の圧力を算出するために前記ＥＣＵからのデータを使用する手段８と、
   前記所望の燃料または添加剤圧力９と実際の燃料または添加剤の圧力７とを比較する手段１０と、
   燃料または添加剤のポンプ制御信号を生成する手段と、
   を具備することを特徴とする燃料または添加剤のポンプ制御システム。
2. 前記ＦＳＣＵ６は、所望の燃料または添加剤の圧力９と実際の燃料または添加剤の圧力７との差分を演算するための比例・微分・積分（ＰＩＤ）補正アルゴリズムに基づくソフトウエアを有する制御装置１０を具備し、前記燃料または添加剤のポンプ制御信号を変化させるためにＰＩＤパラメータを算出し、以前の演算からの情報とともに前記差分を使用することを特徴とする請求項１に記載の制御システム。
3. 前記所望の燃料または添加剤の圧力９の算出のために使用されるデータは、少なくとも一つのスロットル開度２と、エンジン負荷３と、エンジン冷却水温度４と、給気温度５と、車両通信バス上のその他の利用可能なすべての信号と、であることを特徴とする請求項１又は２に記載の制御システム。
4. 燃料または添加剤ポンプに送信する出力電気信号１５を生成するための前記ポンプ制御信号に応答する出力駆動手段を具備することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の制御システム。
5. 前記出力電気信号は、パルス幅変調（ＰＷＭ）可変デューティサイクル信号または可変電圧信号を利用して変化することを特徴とする請求項４に記載の制御システム。
6. 前記ＦＳＣＵ６は、前記燃料または添加剤のポンプ制御装置以外に、その他の制御機能１２を含むことを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の制御システム。
7. 前記制御機能１２は、オンボード診断（ＯＢＤ）及び排気であることを特徴とする請求項６に記載の制御システム。
8. 前記燃料または添加剤の蒸気容器のパージは、前記ＦＳＣＵ６の制御下に置かれることを特徴とする請求項６又は７のいずれか１項に記載の制御システム。
9. また、前記ＦＳＣＵ６は、燃料システムの蒸気排気を制御し、または、添加剤注入システムを制御し、または、キャップレスフィルヘッド（Capless fill head）を制御するために燃料タンクの燃料補給を表示する継電器を有することを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の制御システム。
10. 前記ＦＳＣＵ６は、ＣＡＮバスを介して前記ＥＣＵ１と通信することを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の制御システム。

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