JP2010007477A - 燃料ポンプ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】制御回路の制御信号線を１本にしたまま複数の燃料ポンプを駆動できるようにする。
【解決手段】燃料ポンプ駆動装置は、入力信号処理回路によりＰＷＭ入力信号が第２所定比（２）の範囲以下のデューティ比であると判定されると、一方の燃料ポンプ２１ａのみを駆動させると共に他方の燃料ポンプ２１ｂを駆動せず、第２所定比（２）を超える範囲のデューティ比であると判定されると燃料ポンプ２１ａ、２１ｂに同一の電圧を印加して駆動する。
【選択図】図２

Description

本発明は、車両に対する燃料供給用の燃料ポンプ駆動装置に関する。

この種の燃料ポンプ駆動装置は、高出力ガソリンエンジン車やアルコール燃料車の燃料供給に用いられている。このような燃料ポンプ装置の一例が特許文献１、２に開示されている。特許文献１に開示されている技術思想では、エンジンＥＣＵと１つの燃料ポンプとを１本の制御信号線で接続し当該制御信号線に流れる制御信号に応じて１つの燃料ポンプの駆動電圧を制御している。近年、燃料の高流量化のため複数の燃料ポンプを駆動するようになってきている。

特許文献２に開示されている技術思想では、２つの燃料ポンプを燃料配管に並列に接続して個々の燃料ポンプに印加する電圧を制御し駆動することで、省電力化、燃温低下、燃料の高流量化を実現している。この特許文献２の技術思想では、２つの燃料ポンプをそれぞれ制御するため、制御装置とリレーとを２本の制御信号線によって接続するように構成されている。しかしながら、従来から１本の制御信号線を用いて制御装置と駆動装置とを接続した装置を適用しながら複数の燃料ポンプを駆動する場合には、制御装置の出力端子をさらに増加させる必要があり好ましくない。
特許第２５９０６２７号公報 特開平５−１５７０１３号公報

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、制御回路の制御信号線を１本にしたまま複数の燃料ポンプを駆動することを可能とした燃料ポンプ駆動装置を提供することにある。

請求項１に係る発明によれば、駆動回路は、入力信号に基づいて１つまたは複数の燃料ポンプを駆動するか否かを判定し当該判定結果に基づいて燃料ポンプを駆動するため、制御回路の制御信号線を１本にしたまま複数の燃料ポンプを駆動することができる。

請求項２に係る発明によれば、駆動回路は、入力信号としてのＰＷＭ信号のデューティ比が第１所定値以下のときには１つの燃料ポンプを駆動し、前記ＰＷＭ信号のデューティ比が第１所定値を超えるときには複数の燃料ポンプを同時に駆動するため、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて燃料ポンプによる燃料供給量を調整できる。

請求項３に係る発明によれば、駆動回路は、入力信号としてのＰＷＭ信号のデューティ比が第２所定値以下の範囲ではデューティ比に応じて１つの燃料ポンプがフル駆動するまで駆動し、第２所定値を超える範囲では複数の燃料ポンプを同時に駆動するため、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて燃料ポンプによる燃料供給量を調整できる。

請求項４に係る発明によれば、駆動回路が前記複数の燃料ポンプを駆動するときには、当該複数の燃料ポンプに同時に互いに同一信号を印加して複数の燃料ポンプを駆動するため、同一の燃料供給量に容易に調整することができる。

請求項５に係る発明によれば、不具合判定手段は、燃料ポンプの駆動時の不具合を生じているか否か判定し、当該不具合判定手段により不具合が生じたと判定された一の燃料ポンプ以外の他の燃料ポンプのみで駆動するため、駆動信頼性を向上できる。

請求項６に係る発明によれば、不具合判定手段により不具合が生じたと判定されたときには不具合が生じた燃料ポンプ以外の他の燃料ポンプに対する出力設定を増加して駆動するため、不具合が生じた燃料ポンプによる燃料供給不足分を補填することができる。

請求項７に係る発明に示すように、燃料ポンプは直流モータにより構成されていると良い。請求項８に係る発明に示すように、高出力ガソリンエンジン車もしくはアルコール燃料車の燃料供給用に適用されていると良い。

（第１の実施形態）
以下、本発明の第１の実施形態について図１ないし図２を参照しながら説明する。
図１は、燃料ポンプ駆動装置の構成について概略的なブロック図によって示している。
駆動回路としての燃料ポンプ駆動装置１は、バッテリ２からの電源＋Ｂがリレー３を通じて電源入力端子１ａに供給されている。リレー３は、制御回路としてのエンジンＥＣＵ４からの制御信号に応じてオンオフ制御される。１本の制御信号線５がエンジンＥＣＵ４から燃料ポンプ駆動装置１内に接続されており、１本の異常信号伝達線６が燃料ポンプ駆動装置１からエンジンＥＣＵ４に接続されている。

燃料ポンプ駆動装置１は、入力信号処理回路７、出力設定回路８ａ、８ｂ、ドライブ回路９ａ、９ｂ、例えばＮチャネル型のＭＯＳトランジスタによる駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂ、過電流判定回路１１、負荷断線判定回路１２、ダイアグ出力回路１３、メモリ（記憶手段：図示せず）等を具備し、エンジンＥＣＵ４からのデューティ制御信号に応じて駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂを駆動制御することで、当該駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂに接続された燃料タンク２０内の２つ（複数）の燃料ポンプ（モータ）２１ａ、２１ｂを回転数制御する。燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを構成するモータは例えば直流モータにより構成されており、印加された電圧に応じてモータ回転数が変化する。尚、メモリには、駆動する燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの何れのポンプが低デューティ比の領域で駆動するかが記憶されている。過電流判定回路１１、負荷断線判定回路１２は、それぞれ、不具合判定手段として機能する。

判定手段としての入力信号処理回路７は、１本の制御信号線５を通じて印加入力されるＰＷＭ信号のデューティ比およびその大小に応じて出力設定回路８ａ、８ｂに出力設定する。出力設定回路８ａ、８ｂは、それぞれ、ドライブ回路９ａ、９ｂに出力設定を行い、ドライブ回路９ａ、９ｂはそれぞれ駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂを駆動する。出力設定回路８ａ、８ｂは、個々の燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの印加電圧をモニタしてフィードバック制御することにより電源２の電圧変動によらず、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの印加電圧を一定にするように出力設定する。

電源入力端子１ａと、グランド端子１ｂとの間には、逆方向接続された還流ダイオード１４ａ、ＭＯＳトランジスタ１０ａのドレイン／ソース間、抵抗１５ａが直列接続されている。また、電源入力端子１ａと、グランド端子１ｂとの間には、逆方向接続された還流ダイオード１４ｂ、ＭＯＳトランジスタ１０ｂのドレイン／ソース間、抵抗１５ｂが直列接続されている。

燃料タンク２０内には、還流ダイオード１４ａと並列に燃料ポンプ２１ａが接続されており、ダイオード１４ｂと並列に燃料ポンプ２１ｂが接続されている。燃料ポンプ２１ａには配管２２ａを通じて逆止弁２３ａが接続されており、燃料ポンプ２１ｂには配管２２ｂを通じて逆止弁２３ｂが接続されている。これらの逆止弁２３ａ、２３ｂは結合配管２４を通じてインジェクタ３０に接続されており、インジェクタ３０には燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの駆動状態に応じた燃料が供給される。

過電流判定回路１１は、駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂと抵抗１５ａ、１５ｂとの共通接続点に接続されており、駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂ、抵抗１５ａ、１５ｂに流れる電流を検出し、当該検出電流が所定のしきい値以上となったことを条件としてダイアグ出力回路１３に異常信号を出力する。

負荷断線判定回路１２は、駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂと抵抗１５ａ、１５ｂとの共通接続点に接続されており、駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂ、抵抗１５ａ、１５ｂに流れる電圧、電流を検出し、当該検出信号に基づいて燃料ポンプ２１ａ、２１ｂ（負荷）に通ずる負荷線Ａ等の断線判定を行い、当該断線判定がなされたことを条件としてダイアグ出力回路１３に断線検出となる異常信号を出力する。ダイアグ出力回路１３は、異常信号を受信するとダイアグ信号をエンジンＥＣＵ４に出力する。

図２は、燃料ポンプ駆動装置のＰＷＭ入力信号のデューティ比と燃料ポンプに印加する電圧との関係を示している。
この図２に示すように、駆動用トランジスタ１０ａが駆動する燃料ポンプ２１ａにおいては、入力信号処理回路７は、入力信号デューティ比が０を超えた１０％程度の第１所定比（１）以上であると判定すると、当該デューティ比に比例した信号を燃料ポンプ２１ａに印加するように出力設定回路８ａに出力設定する。また、デューティ比が５０％程度の所定の第２所定比（２）の範囲では、駆動用トランジスタ１０ａがフル駆動するように出力設定回路８ａに出力設定する。

他方、駆動用トランジスタ１０ｂが駆動する燃料ポンプ２１ｂにおいては、入力信号処理回路７は、入力信号デューティ比が第１所定比（１）を超えて第２所定比（２）のデューティ比の範囲であると判定すると、駆動用トランジスタ１０ｂがオフするように出力設定回路８ｂに出力設定することで駆動用トランジスタ１０ｂはオフ状態となる。したがって、燃料ポンプ２１ｂは動作しない。

入力信号処理回路７は、入力信号デューティ比が第２所定比（２）を超えるデューティ１００％までの第３所定比（３）から第４所定比（４）の範囲であると判定すると、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂにほぼ同一のデューティ比に比例した電圧を印加するように出力設定回路８ａ、８ｂに設定し、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂはほぼ同一の動作状態が保持される。すなわち、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂをデュアル駆動することで当該燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの双方からインジェクタ３０に燃料を供給する。このようにしてデューティ比にほぼ比例した状態で燃料をインジェクタ３０に供給することができる。

本実施形態によれば、燃料ポンプ駆動装置１は、入力信号処理回路７によりＰＷＭ入力信号が第２所定比（２）の範囲以下のデューティ比であると判定されると、出力設定回路８ａおよびドライブ回路９ａを通じて燃料ポンプ２１ａのみを駆動させると共に燃料ポンプ２１ｂを駆動せず、第２所定比（２）を超える範囲のデューティ比であると判定されると燃料ポンプ２１ａと同時に出力設定回路８ｂおよびドライブ回路９ｂを通じて燃料ポンプ２１ｂをも動作させるため、エンジンＥＣＵ４からの制御信号線５を１本にしたまま２つの燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを駆動することができる。

また、燃料ポンプ駆動装置１は、入力信号処理回路７によりＰＷＭ入力信号が第２所定比（２）の範囲以下と判定された範囲ではデューティ比に応じて１つの燃料ポンプ２１ａがフル駆動するまで駆動し、第２所定比（２）を超える範囲では複数の燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを同時に駆動しているため、ＰＷＭ信号のデューティ比に応じて燃料ポンプ２１ａ、２１ｂによる燃料供給量を調整できる。

燃料ポンプ駆動装置１は、入力信号処理回路７によりＰＷＭ入力信号が第３所定比（３）、第４所定比（４）の範囲と判定された範囲ではデューティ比に応じた同一の印加電圧信号を印加して複数の燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを同時に駆動しているため、各燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの寿命を均一化できる。このようにして、２つの燃料ポンプ２１ａ、２１ｂに電圧を印加して駆動することでエンジン（図示せず）が低負荷から高負荷な領域まで最適に燃料供給することができる。

（第２の実施形態）
図３および図４は、本発明の第２の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、燃料ポンプが不具合を生じたときに他の燃料ポンプのみを駆動させるように構成したところにある。また、通常駆動時には複数の燃料ポンプに同時に互いに同一信号を印加して複数の燃料ポンプを同時に駆動しているところにある。さらに、不具合を生じたときに、不具合を生じた燃料ポンプ以外の他の燃料ポンプの出力設定を上げて駆動するところにある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下、異なる部分について説明する。

図３は、燃料ポンプ駆動装置が行う入力信号デューティ比の時間変化に応じた燃料ポンプの印加電圧の変化と異常状態を示すダイアグ信号の出力変化を示している。
この図３に示すように、入力信号デューティ比が０％のときには燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの印加電圧を共に０Ｖとし燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを駆動しない。９０％デューティ比のときには、前述実施形態で説明したように燃料ポンプ２１ａ、２１ｂに印加する電圧を共に電源２の電圧（バッテリ電圧）としフル駆動する。７０％デューティ比のときには前述実施形態で説明したように燃料ポンプ２１ａ、２１ｂに印加する電圧を共に電源２の電圧とグランドとの間の中間電圧として当該デューティ比に応じて駆動する。３０％デューティ比のときには前述実施形態で説明したように燃料ポンプ２１ａのみを駆動し、燃料ポンプ２１ｂを駆動しない。

その後、燃料ポンプ２１ａが負荷線Ａの断線などの何らかの原因によって停止した場合を考慮する。燃料ポンプ２１ａが不具合によって停止したときには、過電流判定回路１１、負荷断線判定回路１２は、その検出電圧の変化に基づいて不具合が生じたと判定し、ダイアグ出力回路１３がダイアグ信号を出力する。エンジンＥＣＵ４はダイアグ信号を受信することで駆動可能な燃料ポンプが燃料ポンプ２１ｂの１個であることを把握し、燃料供給量に合わせたエンジン制御が可能になり退避走行させるように制御することができる。

このとき、入力信号処理回路７が出力設定回路８ａ、８ｂに出力指示を行い、出力設定回路８ａは燃料ポンプ２１ａに対する出力設定を減少させ例えば０Ｖとし、出力設定回路８ｂは燃料ポンプ２１ｂに対する出力設定を増加して例えばフル駆動する。その後、不具合の原因が負荷線Ａの断線によるものではなく、不具合が回復すると、過電流判定回路１１、負荷断線判定回路１２が不具合状態の回復を検出し、出力設定回路８ａ、８ｂがデューティ比に応じた出力設定を行うと燃料ポンプ２１ａ、２１ｂには当該デューティ比に応じて電圧が印加される。

逆に、燃料ポンプ２１ｂが負荷線Ａの断線などの何らかの原因によって停止した場合には、出力設定回路８ａは燃料ポンプ２１ｂに対する出力設定を減少させ例えば０Ｖとし燃料ポンプ２１ａに対する出力設定を増加させ例えばフル駆動する。その後、不具合の原因が負荷線Ａの断線によるものではなく、不具合が回復すると、過電流判定回路１１、負荷断線判定回路１２が不具合状態の回復を検出し、出力設定回路８ａ、８ｂがデューティ比に応じた出力設定を行うと、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂには当該デューティ比に応じて電圧が印加される。

図４は、不具合が生じた場合の入力信号デューティ比に対する燃料ポンプの印加電圧の他の例を示している。図４（ａ）に通常駆動時の印加電圧を示すように、燃料ポンプ２１ａおよび２１ｂには第１所定比（１）から第４所定比（４）にかけて印加電圧を線形的に変化させるように構成されている。図４（ｂ）に示すように、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの何れかのポンプに不具合が生じた場合を考慮すると、第１所定比（１）から第４所定比（４）の間の何れのデューティ比においても正常ポンプに対する印加電圧を増加させるようにしている。

本実施形態によれば、過電流判定回路１１、負荷断線検出回路１２が、一方の燃料ポンプ２１ａ（または２１ｂ）に不具合が生じていると判定すると、他方の燃料ポンプ２１ｂ（または２１ａ）のみで駆動しているため、運転を継続することができる。
また、一方の燃料ポンプ２１ａに不具合が生じたと判定されたときには他方の燃料ポンプ２１ｂの出力設定を増加して駆動しているため燃料不足分を補填することができ、設定されたデューティ比の正常駆動状態に近い駆動状態で運転を継続することができる。
このような場合、燃料供給量の不足を軽減することができエンストや希薄燃焼による触媒へのダメージを防止することができる。

（第３の実施形態）
図５は、本発明の第３の実施形態を示すもので、前述実施形態と異なるところは、３つの燃料ポンプを駆動しているところにある。前述実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。

図５に示すように、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂとは別に他の燃料ポンプ（図示せず）を設け、入力信号デューティ比に応じて印加電圧を変更している。図５（ａ）に通常駆動時の印加電圧を示すように、デューティ比が第１所定比（１）から第５所定比（５）に至るまでは燃料ポンプ２１ａのみを駆動し、デューティ比が第５所定比（５）から第６所定比（６）に至るまでは燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを駆動し、他の燃料ポンプを駆動しない。また、デューティ比が第６所定比（６）から第４所定比（４）に至るまでは燃料ポンプ２１ａ、２１ｂおよび他の燃料ポンプを駆動する。尚、デューティ比は、第１所定比（１）＜第５所定比（５）＜第６所定比（６）＜第４所定比（４）の関係を有している。図５（ａ）に示すように、駆動する燃料ポンプにはデューティ比に応じた総合的な燃料供給が行われるように同一電圧を印加し、駆動しない燃料ポンプには０Ｖ電圧を印加する。すると、インジェクタ３０にはデューティ比に応じた燃料供給が行われるようになる。

図５（ｂ）に示すように、例えば他の燃料ポンプに不具合が生じ判定回路１１、１２がこの旨を検出すると、第６所定比（６）から第４所定比（４）の範囲では十分な燃料供給を行うことができない。そこで、入力信号処理回路７がこの旨を検出し、第６所定比（６）から第４所定比（４）の範囲のデューティ比でＰＷＭ信号が入力された場合には燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの双方の印加電圧を増加させ、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂを例えばフル駆動する。すると、他の燃料ポンプによる不足分を補填することができ設定されたデューティ比の正常駆動状態に近い駆動状態で運転を継続することができる。尚、駆動する燃料ポンプは４つ以上の複数であっても良い。

（第４の実施形態）
図６は、本発明の第４の実施形態を示すもので、第１の実施形態と異なるところは、入力信号デューティ比が所定比以上のときには一の燃料ポンプをフル駆動状態としたまま他の燃料ポンプを駆動するようにしたところにある。前述実施形態と同一部分については同一符号を付して説明を省略する。

図６に示すように、第３所定比（３）から第４所定比（４）の範囲では燃料ポンプ２１ａをフル駆動するように制御している。また、燃料ポンプ２１ｂをデューティ比に応じて線形的に印加電圧を増加するように調整している。このような場合にも前述実施形態とほぼ同様の作用効果が得られる。

（他の実施形態）
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のように変形または拡張が可能である。
駆動用トランジスタ１０ａ、１０ｂは、ＭＯＳトランジスタに限らず他種類のスイッチング素子（例えばＩＧＢＴ）を適用しても良い。
第２所定比（２）以下の低デューティ比の場合には、燃料ポンプ２１ａのみを駆動し燃料ポンプ２１ｂを駆動しない実施形態を示しているが、これは燃料ポンプ駆動装置１の起動毎に切り替えるようにしても良い。すると、低デューティ比で駆動する燃料ポンプを起動毎に切り替えることができ、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂの寿命（モータにブラシを適用している場合にはブラシ寿命）を均一化できる。

また、燃料ポンプ２１ａ、２１ｂのうち何れか１個の動作状態に移行する度に切り替えるようにしても良いし、入力信号デューティ比がオフからオンに移行する度に切り替えるようにしても良い。また、３つ以上の複数の燃料ポンプを駆動する場合にも順に切り替えるようにすると良い。

制御信号線５から印加入力される制御信号（入力信号）をＰＷＭ信号とする実施形態を示しているが、制御信号線５からデューティ比に対応したディジタル信号をシリアル信号として入力する形態に適用しても良い。

本発明の第１の実施形態を示す概略的なブロック図 入力信号デューティ比に応じた印加電圧の変化を示す図 本発明の第２の実施形態について印加電圧の変化を示すタイミングチャート 不具合時の印加電圧の別の変化を示す図 本発明の第３の実施形態を示す図４相当図 本発明の第４の実施形態を示す図２相当図

符号の説明

図面中、１は燃料ポンプ駆動装置、４はエンジンＥＣＵ（制御回路）、７は入力信号処理回路（判定手段）、１１は過電流判定回路（不具合判定手段）、１２は負荷断線判定回路（不具合判定手段）を示す。

Claims (8)

1. 制御装置から１本の制御信号線に印加される信号を入力し複数の燃料ポンプを駆動制御する燃料ポンプ駆動装置であって、
   前記入力信号に基づいて１つまたは複数の燃料ポンプを駆動するか否かを判定する判定手段を備え、
   前記判定手段の判定結果に基づいて燃料ポンプを駆動することを特徴とする燃料ポンプ駆動装置。
2. 前記入力信号はＰＷＭ信号または当該ＰＷＭ信号のデューティ比を表わすディジタル信号であって、
   前記判定手段によりＰＷＭ信号のデューティ比が第１所定比以下と判定されたときには１つの燃料ポンプを駆動し、前記判定手段によりＰＷＭ信号のデューティ比が前記第１所定値を超えると判定されたときには複数の燃料ポンプを同時に駆動することを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプ駆動装置。
3. 前記入力信号はＰＷＭ信号または当該ＰＷＭ信号のデューティ比を表わすディジタル信号であって、
   前記判定手段によりＰＷＭ信号のデューティ比が第２所定比以下と判定された範囲では前記デューティ比に応じて１つの燃料ポンプがフル駆動するまで駆動し、前記第２所定比を超える範囲では複数の燃料ポンプを同時に駆動することを特徴とする請求項１または２記載の燃料ポンプ駆動装置。
4. 前記複数の燃料ポンプを駆動するときには、当該複数の燃料ポンプに同時に互いに同一信号を印加して複数の燃料ポンプを同時に駆動することを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の燃料ポンプ駆動装置。
5. 燃料ポンプの駆動時の不具合を生じているか否か判定する不具合判定手段を備え、
   前記不具合判定手段により不具合が生じたと判定されたときには前記不具合が生じた燃料ポンプ以外の他の燃料ポンプのみで駆動することを特徴とする請求項１ないし４の何れかに記載の燃料ポンプ駆動装置。
6. 前記不具合判定手段により不具合が生じたと判定されたときには前記不具合が生じた燃料ポンプ以外の他の燃料ポンプに対する出力設定を増加して駆動することを特徴とする請求項５記載の燃料ポンプ駆動装置。
7. 前記燃料ポンプは直流モータにより構成されていることを特徴とする請求項１ないし６の何れかに記載の燃料ポンプ駆動装置。
8. 高出力ガソリンエンジン車もしくはアルコール燃料車の燃料供給用に適用されていることを特徴とする請求項１ないし７の何れかに記載の燃料ポンプ駆動装置。

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