JP2010281252A

JP2010281252A - 燃料移送ポンプの制御装置

Info

Publication number: JP2010281252A
Application number: JP2009134892A
Authority: JP
Inventors: Motosuke Takeuchi; 基祐竹内
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2009-06-04
Filing date: 2009-06-04
Publication date: 2010-12-16

Abstract

【課題】エンジンの補機駆動損失を低減しつつ燃料移送ラインへのエア混入を防止した燃料移送ポンプの制御装置を提供する。
【解決手段】連結部２３を介して接続された主燃料タンク室２１及び副燃料タンク室２２を有する燃料タンク２０に設けられ、副燃料タンク室から主燃料タンク室へ燃料を移送するジェットポンプ４１を駆動する燃料流を形成する燃料移送ポンプ４２を制御する制御装置１００を、燃料タンクの液面レベルを検出する液面センサを備え、液面レベルの上昇に応じて燃料移送ポンプの吐出量を低下又は燃料移送ポンプを停止する構成とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車等の鞍型燃料タンク内で副燃料タンク室から主燃料タンク室へ燃料を移送する燃料移送ポンプの制御装置に関し、特にエンジンの補機駆動損失を低減しつつ燃料移送ラインへのエア混入を防止するものに関する。

乗用車等の自動車の燃料タンクは、車両後部の床下側に搭載されることが一般的である。このような燃料タンクは、例えば４輪駆動車や後輪駆動車の場合には、後輪駆動力を伝達するプロペラシャフトとの干渉を防止するため、プロペラシャフトの左右に配置された主燃料タンク室と副燃料タンク室の上部を連結して一体に形成した鞍型のものが用いられる。
ガソリンエンジン車の場合には、エンジン側からのリターン燃料の流動力によって駆動されるジェットポンプを用いて、副燃料タンク室から主燃料タンク室への燃料搬送を行うことが一般的である。

このような燃料タンク構造においては、タンク内のスペースの制約上、燃料移送ラインが複雑な形状となり、燃料残量が少ない場合には液面の変化により空気が混入し、移送ラインの一部に気泡が発生するおそれがある。気泡が混入した燃料が内燃機関に吸入されると、燃料噴射特性に大きな影響を与えるという問題がある。
これに対し、例えば、特許文献１には、ジェットポンプの吐出口と内燃機関への燃料送出口との間に、垂直方向に延在し燃料と気泡を分離する分離装置を備えた燃料供給装置が記載されている。

特開平５−６０１００号公報

上述した従来技術においては、気泡が燃料送出口から送出されるという不具合を防止することはできるが、分離装置を別途設ける必要があるため、部品点数の増加、コストアップの要因となってしまう。
また、ディーゼルエンジンの場合には、サプライポンプにより燃料を高圧に加圧する必要があるため、リターン燃料による流動力が小さく、副燃料タンク室から主燃料タンク室へ十分な燃料を供給することができない。
そこで、ディーゼルエンジンにおいては、主燃料タンク室に設けられた電動の燃料移送ポンプが圧送する燃料の流動力によってジェットポンプを駆動する燃料供給装置が一般的となっている。

しかし、このような燃料移送ポンプを常時高吐出量で駆動した場合、オルタネータの駆動負荷が増加することによって、エンジンの補機駆動損失が増加して燃料消費率が悪化してしまう。一方、燃料移送ポンプの吐出量が不足した場合、副燃料タンク室から主燃料タンク室への移送ラインにエアが混入してしまう。
本発明の課題は、エンジンの補機駆動損失を低減しつつ燃料移送ラインへのエア混入を防止した燃料移送ポンプの制御装置を提供することである。

本発明は、以下のような解決手段により、上述した課題を解決する。
請求項１の発明は、連結部を介して接続された主燃料タンク室及び副燃料タンク室を有する燃料タンクに設けられ、前記副燃料タンク室から前記主燃料タンク室へ燃料を移送するジェットポンプを駆動する燃料流を形成する燃料移送ポンプを制御する制御装置であって、前記燃料タンクの液面レベルを検出する液面センサを備え、前記液面レベルの上昇に応じて前記燃料移送ポンプの吐出量を低下又は前記燃料移送ポンプを停止することを特徴とする燃料移送ポンプの制御装置である。

請求項２の発明は、前記液面レベルが所定のポンプ停止レベルより高い場合に前記燃料移送ポンプを停止するとともに、前記液面レベルが前記ポンプ停止レベルより低い場合に前記燃料移送ポンプを駆動することを特徴とする請求項１に記載の燃料移送ポンプの制御装置である。
請求項３の発明は、前記液面レベルが前記ポンプ停止レベルより低く設定された吐出量切替レベルより高い場合に、前記液面レベルが前記吐出量切替レベルより低い場合に対して前記燃料移送ポンプの吐出量を低減することを特徴とする請求項２に記載の燃料移送ポンプの制御装置である。
請求項４の発明は、前記液面レベルが所定の電圧切替レベルより高い場合に、前記液面レベルが前記電圧切替レベルより低い場合に対して、前記燃料移送ポンプに供給される駆動電圧を低下させることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料移送ポンプの制御装置である。

本発明によれば、燃料移送ラインへのエア混入が懸念されない液面レベルでは燃料移送ポンプの吐出量を低下させ、また主燃料タンク室と副燃料タンク室との液面レベル差が生じない液面レベルでは燃料移送ポンプを停止することによって、燃料移送ラインへのエア混入を防止しつつ燃料移送ポンプの駆動に伴うエンジンの補機駆動損失を低減し、車両の燃料消費率を改善することができる。
この場合において、燃料移送ポンプ自体の制御によりその吐出量を変更することに代えて、燃料移送ポンプの駆動電圧を変化させることによっても、結果的に燃料移送ポンプの吐出量が変化するため、同様の効果を得ることができる。

本発明を適用した燃料移送ポンプの制御装置の実施例１を備える車両の構成を示す模式図である。図１の燃料移送ポンプの制御装置における制御を示すフローチャートである。本発明を適用した燃料移送ポンプの制御装置の実施例２における制御を示すフローチャートである。本発明を適用した燃料移送ポンプの制御装置の実施例３における制御を示すフローチャートである。

本発明は、エンジンの補機駆動損失を低減しつつ燃料移送ラインへのエア混入を防止した燃料移送ポンプの制御装置を提供する課題を、燃料タンク内の液面レベル上昇に応じて燃料移送ポンプの吐出量を低減し、さらに燃料移送ポンプを停止することによって解決した。また、燃料タンク内の液面レベル上昇に応じて燃料移送ポンプへの供給電圧を低下させることによって解決した。

以下、本発明を適用した燃料移送ポンプの制御装置の実施例１について説明する。
図１は、実施例１の燃料移送ポンプの制御装置を含む車両の構成を示す模式図である。
実施例１において車両は例えば乗用車等の自動車である。車両は、エンジン１０、燃料タンク２０、燃料供給装置３０、燃料移送装置４０、エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）１００等を備えて構成されている。

エンジン１０は、車両の走行用動力源として用いられる例えば４ストロークのディーゼルエンジンである。
エンジン１０は、補機類や各種電装品の駆動電力を発電するオルタネータ１１を備えている。オルタネータ１１は、補機駆動損失の低減による燃料消費率の改善を図るため、ＥＣＵ１００による制御に応じて、発電電圧をハイ（例えば１４．５Ｖ程度）、ロー（例えば１２．８Ｖ程度）等の複数段階に切り替える機能を備えている。

燃料タンク２０は、エンジン１０の燃料Ｆ（軽油）を貯留する容器であって、例えば鋼板をプレス加工した部材をモナカ状に接合し、あるいは樹脂系材料のブロー成型等によって形成されている。
燃料タンク２０は、主燃料タンク室２１、副燃料タンク室２２、連結部２３を備えて構成されている。
主燃料タンク室２１及び副燃料タンク室２２は、図示しないプロペラシャフトを挟んで、車幅方向に並べて配置されている。
連結部２３は、主燃料タンク室２１の上部と副燃料タンク室２２の上部との間を連通させる部分であって、プロペラシャフトの上方を跨いで配置されている。
また、燃料タンク２０には、燃料Ｆの液面に浮かべたフロートの位置を検出することによって燃料タンク２０内の燃料レベルを検出する図示しない液面レベルセンサが設けられている。この液面レベルセンサの出力は、後述するＥＣＵ１００に伝達される。

燃料供給装置３０は、燃料タンク２０からエンジン１０に燃料Ｆを供給するものである。
燃料供給装置３０は、フィードポンプ３１、高圧ポンプ３２、燃料噴射装置３３、吸入管３４、フィードライン３５、セジメンタ３６、燃料フィルタ３７、リターンライン３８、リターン管３９等を備えて構成されている。
フィードポンプ３１は、燃料タンク２０内の燃料Ｆを吸い上げて高圧ポンプ３２に供給するものである。
高圧ポンプ３２は、フィードポンプ３１から供給された燃料Ｆを高圧に加圧して燃料噴射装置３３に供給するものである。
燃料噴射装置３３は、高圧ポンプ３２から供給された燃料Ｆを蓄圧室であるコモンレールに貯留し、ここからインジェクタを介してエンジン１０の各気筒内に噴射するものである。

吸入管３４は、燃料タンク２０の主燃料タンク室２１内に挿入され、その底部付近に設けられた開口端から燃料Ｆを吸入する筒状部材である。
フィードライン３５は、吸入管３４の出側端部からフィードポンプ３１の入口へ燃料Ｆを搬送する管路である。
セジメンタ３６は、軽油と水との比重差を利用して燃料中の水分を分離するものである。
燃料フィルタ３７は、燃料中の異物をろ過して除去するものである。
セジメンタ３６及び燃料フィルタ３７は、フィードライン３５の途中に順次挿入されている。

リターン管３８及びリターンライン３９は、高圧ポンプ３２及び燃料噴射装置３３から排出される余剰な燃料Ｆを燃料タンク２０の主燃料タンク室２１に戻すものである。
リターン管３８は、主燃料タンク室２１の上面部からその内部へ挿入された筒状部材である。
リターンライン３９は、高圧ポンプ３２及び燃料噴射装置３３からリターン管３８へ余剰な燃料Ｆを搬送する管路である。

燃料移送装置４０は、燃料タンク２０の副燃料タンク室２２から主燃料タンク室２１へ燃料Ｆを移送するものである。
燃料移送装置４０は、ジェットポンプ４１、燃料移送ポンプ４２、燃料移送ライン４３、ポンプコントローラ４４等を備えて構成されている。
ジェットポンプ４１は、副燃料タンク室２２内の燃料Ｆを吸い上げて主燃料タンク室４１へ移送するものである。ジェットポンプ４１は、主燃料タンク室２１内に設けられている。
燃料移送ポンプ４２は、主燃料タンク室２１内の燃料Ｆを吸入してジェットポンプ４１に圧送する電動ポンプである。燃料移送ポンプ４２は、ジェットポンプ４１の駆動力となる燃料流を形成することによって、ジェットポンプ４１を駆動するものである。
燃料移送ライン４３は、副燃料タンク室２２の底部近傍からジェットポンプ４１にかけて形成され、ジェットポンプ４１が副燃料タンク室２２内の燃料Ｆを吸い上げる管路である。燃料移送ライン４３の主燃料タンク内２１における中間部には、Ｕ字状に屈曲しかつ下垂して形成された屈曲部４３ａが形成されている。屈曲部４３ａの上端部及び下端部は、燃料タンク２０の連結部２３の下面部に対してそれぞれ上方及び下方に配置されている。このような屈曲部４３ａは、燃料タンク２０内のレイアウト上不可避的に設けられるものである。
ポンプコントローラ４４は、ＥＣＵ１００による制御に応じて、燃料移送ポンプ４２のオンオフ及び吐出量を制御するものである。

ＥＣＵ１００は、例えばＣＰＵ等の情報処理装置、ＲＡＭ及びＲＯＭ等の記憶装置、入出力インターフェイス等を備えて構成され、エンジン１０及びその補機類を統括的に制御するものである。
また、ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０の液面レベルセンサの出力に基づいて、ポンプコントローラ４４を介して燃料移送ポンプ４２を制御する、本発明にいう燃料移送ポンプの制御装置として機能する。
ＥＣＵ１００が行う燃料移送ポンプ４２の制御について、以下詳細に説明する。

図２は、実施例１における燃料移送ポンプの制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ１１：燃料残量レベルＡ判断＞
ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０内の燃料Ｆの液面レベルが、予め設定された所定値であるレベルＡ（ポンプ停止レベル）以上であるか判断し、レベルＡ以上である場合はステップＳ１２に進み、レベルＡ未満である場合はステップＳ１３に進む。
ここで、レベルＡは、それよりも低レベルでは主燃料タンク室２１と副燃料タンク室２２との液面レベル差が生じる液面レベルであって、例えば図１に示すように連結部２３の下面部よりもやや高い位置に設定されている。
＜ステップＳ１２：燃料移送ポンプオフ＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を停止させて一連の処理を終了する。
<ステップＳ１３：燃料残量レベルＢ判断＞
ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０内の燃料Ｆの液面レベルが、予め設定された所定値であるレベルＢ（吐出量切替レベル）以上であるか判断し、レベルＢ以上である場合はステップＳ１４に進み、レベルＢ未満である場合はステップＳ１５に進む。
ここで、レベルＢは、それよりも低レベルでは液面揺れに伴う燃料移送ライン４３へのエア混入（エア噛み）が懸念される液面レベルであって、例えば図１に示すようにレベルＡより低くかつ燃料移送ライン４３の吸い込み口よりも高い位置に設定されている。
＜ステップＳ１４：燃料移送ポンプオン（吐出量小）＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を、吐出量が制限された状態で駆動させて一連の処理を終了する。
＜ステップＳ１５：燃料移送ポンプオン（吐出量大）＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を、吐出量がステップＳ１４よりも大きい状態で駆動させて一連の処理を終了する。
なお、燃料移送ポンプ４２の吐出量制御は、例えばポンプコントローラ４４に対してＥＣＵ１００が送る制御信号のデューティ比を変化させることによって行われる。一例として、駆動モードがハイ、ローの二段階である場合には、駆動モードがハイであるときはデューティ比が例えば１００％とされ、ポンプコントローラ４４は燃料移送ポンプ４２に例えば１３．５Ｖの駆動電圧を供給する。一方、駆動モードがローであるときはデューティ比が例えば３３．３％とされ、ポンプコントローラ４４は燃料移送ポンプ４２に例えば７．５Ｖの駆動電圧を供給し、このとき燃料移送ポンプ４２の吐出量は、駆動モードがハイの場合に対して小さくなる。

以上説明した実施例１によれば、燃料タンク２０の液面レベルがレベルＢ以上である場合には燃料移送ライン４３へのエア混入のおそれがないものとして燃料移送ポンプ４２の吐出量をレベルＢ未満の場合よりも低減し、さらに液面レベルがレベルＡ以上である場合は燃料移送の必要がないものとして燃料移送ポンプ４２を停止することによって、燃料移送ポンプ４２の駆動に伴うオルタネータ１１の発電負荷増加に起因するエンジン１０の補機駆動損失を低減し、車両の燃料消費率を改善することができる。また、液面レベルが低い場合には燃料移送ポンプ４２の吐出量を増やすことによって、燃料移送ライン４３へのエア混入による気泡溜まりを防止できる。
また、燃料移送ポンプ４２の吐出量低減による燃料配管内の圧力損失減少により、燃料温度の上昇が抑制されるためエバポレーションガス（燃料蒸気）の発生を抑制できる。
さらに、燃料移送ポンプ４２の駆動頻度を低減して寿命を向上することができる。

次に、本発明を適用した燃料移送ポンプの制御装置の実施例２について説明する。
なお、以下説明する各実施例において、上述した実施例１と実質的に同様の箇所については同じ符号を付して説明を省略し、相違点について説明する。
実施例２においては、実施例１における図２の制御に代えて、以下説明する図３の制御を行うものである。
図３は、実施例２における燃料移送ポンプの制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ２１：燃料残量レベルＡ判断＞
ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０内の燃料Ｆの液面レベルが、レベルＡ（ポンプ停止レベル）以上である場合はステップＳ２２に進み、レベルＡ未満である場合はステップＳ２３に進む。
＜ステップＳ２２：燃料移送ポンプオフ＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を停止させて一連の処理を終了する。
<ステップＳ２３：燃料残量レベルＢ判断＞
ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０内の燃料Ｆの液面レベルが、レベルＢ（電圧切替レベル）以上である場合はステップＳ２４に進み、レベルＢ未満である場合はステップＳ２５に進む。
＜ステップＳ２４：燃料移送ポンプオン・オルタネータ発電電圧ロー＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を駆動させるとともに、オルタネータ１１の発電電圧をローとして一連の処理を終了する。
＜ステップＳ２５：燃料移送ポンプオン・オルタネータ発電電圧ハイ＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を駆動させるとともに、オルタネータ１１の発電電圧をハイとして一連の処理を終了する。
以上説明した実施例２においても、上述した実施例１の効果と同様の効果を得ることができる。

次に、本発明を適用した燃料移送ポンプの制御装置の実施例３について説明する。
図４は、実施例３における燃料移送ポンプの制御を示すフローチャートである。
以下、ステップ毎に順を追って説明する。
＜ステップＳ３１：燃料残量レベルＡ判断＞
ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０内の燃料Ｆの液面レベルが、レベルＡ以上である場合はステップＳ３２に進み、レベルＡ未満である場合はステップＳ３３に進む。
＜ステップＳ３２：燃料移送ポンプオン・オルタネータ発電電圧ロー＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を駆動させるとともに、オルタネータ１１の発電電圧をローとして一連の処理を終了する。
<ステップＳ３３：燃料残量レベルＢ判断＞
ＥＣＵ１００は、燃料タンク２０内の燃料Ｆの液面レベルが、レベルＢ（電圧切替レベル）以上である場合はステップＳ３４に進み、レベルＢ未満である場合はステップＳ３５に進む。
＜ステップＳ３４：燃料移送ポンプオン・オルタネータ発電電圧ロー＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を駆動させるとともに、オルタネータ１１の発電電圧をローとして一連の処理を終了する。
＜ステップＳ３５：燃料移送ポンプオン・オルタネータ発電電圧ハイ＞
ＥＣＵ１００は、燃料移送ポンプ４２を駆動させるとともに、オルタネータ１１の発電電圧をハイとして一連の処理を終了する。
以上説明した実施例３においても、上述した実施例１の効果と同様の効果を得ることができる。

（変形例）
本発明は、以上説明した実施例に限定されることなく、種々の変形や変更が可能であって、それらも本発明の技術的範囲内である。
（１）燃料タンク、燃料供給装置、燃料移送装置の詳細な構成は上述した各実施例に限定されず、適宜変更することができる。
（２）各実施例では、２つの液面レベルを設定してその上下で燃料移送ポンプの運転状態を異ならせているが、本発明はこれに限らず、３つ以上の液面レベルを設定してその上下でそれぞれ運転状態を異ならせたり、燃料タンク内の液面レベルに応じて連続的に燃料移送ポンプの運転状態を変化させてもよい。

１０エンジン１１オルタネータ
２０燃料タンク２１主燃料タンク室
２２副燃料タンク室２３連結部
３０燃料供給装置３１フィードポンプ
３２高圧ポンプ３３燃料噴射装置
３４吸入管３５フィードライン
３６セジメンタ３７燃料フィルタ
３８リターン管３９リターンライン
４０燃料移送装置４１ジェットポンプ
４２燃料移送ポンプ４３燃料移送ライン
４３ａ屈曲部４４ポンプコントローラ
１００エンジン制御ユニット（ＥＣＵ）

Claims

連結部を介して接続された主燃料タンク室及び副燃料タンク室を有する燃料タンクに設けられ、前記副燃料タンク室から前記主燃料タンク室へ燃料を移送するジェットポンプを駆動する燃料流を形成する燃料移送ポンプを制御する制御装置であって、
前記燃料タンクの液面レベルを検出する液面センサを備え、
前記液面レベルの上昇に応じて前記燃料移送ポンプの吐出量を低下又は前記燃料移送ポンプを停止すること
を特徴とする燃料移送ポンプの制御装置。
前記液面レベルが所定のポンプ停止レベルより高い場合に前記燃料移送ポンプを停止するとともに、前記液面レベルが前記ポンプ停止レベルより低い場合に前記燃料移送ポンプを駆動すること
を特徴とする請求項１に記載の燃料移送ポンプの制御装置。
前記液面レベルが前記ポンプ停止レベルより低く設定された吐出量切替レベルより高い場合に、前記液面レベルが前記吐出量切替レベルより低い場合に対して前記燃料移送ポンプの吐出量を低減すること
を特徴とする請求項２に記載の燃料移送ポンプの制御装置。
前記液面レベルが所定の電圧切替レベルより高い場合に、前記液面レベルが前記電圧切替レベルより低い場合に対して、前記燃料移送ポンプに供給される駆動電圧を低下させること
を特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の燃料移送ポンプの制御装置。