JP2014500443A

JP2014500443A - 電圧補償ピストン燃料ポンプおよびそれを備える燃料供給システム

Info

Publication number: JP2014500443A
Application number: JP2013546209A
Authority: JP
Inventors: エイカー，カイル
Original assignee: Federal Mogul LLC
Current assignee: Federal Mogul LLC
Priority date: 2010-12-21
Filing date: 2011-12-14
Publication date: 2014-01-09

Abstract

ピストン型の燃料ポンプ（１２）が提供される。燃料ポンプ（１２）は、内部の空洞の境界を形成するハウジング（４０）を含み、その内部空洞には円筒管（５８）が配設される。円筒管（５８）は、軸に沿って延びる内径（６６）を与え、その内径（６６）にピストン（６８）が配設される。ばね（７８）は、軸に沿う第１の方向にピストン（６８）を付勢するように構成される。コイル（５２）は、円筒管の周囲に配設され、制御回路（３２）は、内部空洞に配設される。制御回路（３２）は、コイル（５２）と電気的な通信を行なうように構成される。制御回路（３２）に供給される電圧は可変であり、制御回路（３２）は、その可変の供給電圧を補償して、コイルの駆動を非励磁状態から励磁状態に調整する。ピストン（６８）は、コイル（５２）の駆動に応じて第１の方向と反対の第２の方向に付勢される。

Description

発明の背景
１．技術分野
この発明は、概略的には、電子燃料ポンプに関し、より具体的には、電動のピストン型燃料ポンプに関する。

２．関連技術
ピストン型の燃料ポンプは、ディーゼルのプライミングポンプや、ディーゼルのリフトポンプ、海洋のリフトポンプとしてよく用いられている。ピストン型のポンプは、典型的には、励磁および非励磁を繰り返す環状コイルによって駆動され、それによって、ポンプ内のピストンが軸方向に往復してポンプ動作をする。そして、予め定められた電圧がコイルに供給されると、コイルが励磁されてピストンは一方向に移動させられ、コイルを非励磁にすると、ばねの付勢によりピストンが反対方向に移動する。コイルに供給される電圧は、典型的には、たとえば１２Ｖの単一の予め定められた電圧値で供給され、その電圧は、コイルを励磁するために予め定められた許容範囲内になければならない。

本発明の一局面によると、ピストン型の燃料ポンプが提供される。燃料ポンプは、内部の空洞の境界を形成するハウジングを含み、その内部空洞には円筒管が配設される。円筒管は、軸に沿って延びる内径（ボア）を与え、その内径にピストンが配設される。軸に沿う第１の方向にピストンを付勢するようにばねが構成され、円筒管の周囲にコイルが配設される。制御回路が内部空洞に配設される。制御回路は、コイルと電気的な通信を行なって、制御回路に供給される電圧に応じてコイルの駆動を非励磁状態から励磁状態に調整するように構成される。コイルが励磁状態にあるとき、ピストンは第１の方向と反対の第２の方向に付勢される。

本発明の他の局面によると、制御回路は、１２Ｖから２４Ｖの範囲の供給電圧を受け、燃料ポンプから出力される燃料を供給電圧に関係なく一定量に維持するように構成される。

本発明の他の局面によると、燃料供給システムの方法が提供される。そのシステムは、燃料タンクと、燃料タンクの上流の高圧燃料ポンプと含み、高圧燃料ポンプは、燃料タンクと流体連通するように構成される。システムは、燃料タンクの上流であって高圧燃料ポンプの下流の低圧燃料ポンプをさらに含む。低圧燃料ポンプは、燃料タンクと流体連通するように構成される吸入口と、高圧燃料ポンプと流体連通するように構成される吐出口とを有する。低圧燃料ポンプは、可変電圧信号の受信に応答して吐出口からの燃料を一定流量に維持するように構成される制御回路を有する。

本発明のこれらおよび他の局面、特徴、ならびに利点は、現時点で好ましい実施の形態および最良の形態についての以下の詳細な説明、添付の請求項、ならびに添付の図面に関連して考慮されると、より容易に理解されるであろう。

本発明の現時点で好ましい一局面に従って構成されるリフトポンプを組込んだ燃料フロー回路を示すフロー図である。リフトポンプのピストンが後退位置に示された、概略的に図示された図１のリフトポンプの部分断面図である。ピストンが伸長位置に示された、図２と同様の図である。

現在好ましい実施形態の詳細な説明
より詳細に図面を参照して、図１は、本発明の一局面に従って構成される低圧燃料ポンプ（リフトポンプ１２とも称される。）を有する燃料供給システム１０を示す。リフトポンプ１２は、電源１４によって駆動するように構成され、電源１４は、たとえば約１２Ｖから２４Ｖの電圧範囲を有するように設けられ得る。リフトポンプ１２に供給される電圧に拘わらず、リフトポンプ１２は、予め定められた一定の流量で下流の高圧燃料ポンプ１６へ燃料を供給する。したがって、電源の電圧に拘わらず、たとえば１２Ｖまたは２４Ｖであっても、リフトポンプ１２からの燃料流量は、予め定められた一定流量で与えられる。このように、リフトポンプ１２は、電源１４の電圧に拘わらず様々な電源１４の使用に適している。

システム１０は、リフトポンプ１２の上流に燃料タンク１８を含む。リフトポンプ１２は、第１の燃料ライン２０を介して上流の燃料タンク１８と流体連通するように構成される吸入口２４と、第２の燃料ライン２２を介して下流の高圧燃料ポンプ１６と流体連通するように構成される吐出口２６とを有する。したがって、リフトポンプ１２は、燃料タンク１８と高圧燃料ポンプ１６との間に配置されている。

さらに、図示されたシステム１０は、第１の圧力センサ２８と、第２の圧力センサ３０とを有する。第１の圧力センサ２８は、第２の燃料ライン２２と流体連通するように構成され、リフトポンプ１２と高圧燃料ポンプ１６との間に流れる燃料の圧力を検出する。第１の圧力センサ２８は、さらに、リフトポンプ１２と通信するように構成され、特に、リフトポンプ１２内に配設される制御回路３２（プリント回路基板（ＰＣＢ）とも称される。）と通信するように構成され、また、戻り燃料ライン３６を介して燃料タンク１８と流体連通するように構成される逆止弁３４とも通信するように構成される。これにより、第２の燃料ライン２２内の液体燃料の圧力が予め定められた制限を下回っているとして第１の圧力センサ２８により検出されると、第１の圧力センサ２８から制御回路３２へ送信される信号によって、制御回路３２は、第２の燃料ライン２２の検出圧力がその予め定められた制限に達するまで、リフトポンプ１２からの燃料流量を増加させる。反対に、検出圧力が予め定められた制限を上回ると、逆止弁３２が自動的に作動して閉位置から開位置へ移動し、第２の燃料ライン２２の検出圧力がその予め定められた制限に達するまで、第２の燃料ライン２２から燃料タンク１８へ戻る一時的な燃料の流れが許容される。

第２の圧力センサ３０は、第１の圧力センサの下流であって高圧燃料ポンプ１６の上流に配置される。第１の圧力センサ２８と同様に、第２の圧力センサ３０は、第２の燃料ライン２２と流体連通するように構成され、リフトポンプ１２と高圧燃料ポンプ１６との間に流れる燃料の圧力を検出する。第１の圧力センサ２８と同様に、第２の圧力センサ３０は、制御回路３２と通信するように構成される。したがって、第２の燃料ライン２２内の燃料の圧力が予め定められた制限を下回っているとして第２の圧力センサ３０により検出されると、第２の圧力センサ３０から制御回路３２へ送信される信号によって、制御回路３２は、第２の燃料ライン２２の検出圧力がその予め定められた制限に達するまで、リフトポンプ１２からの燃料流量を増加させる。しかしながら、第２の燃料ライン２２内の燃料の圧力が予め定められた制限を上回っているとして第２の圧力センサ３０により検出されると、第２の圧力センサ３０から制御回路３２へ送信される信号によって、制御回路３２は、第２の燃料ライン２２の検出圧力がその予め定められた制限に達するまで、リフトポンプ１２からの燃料流量を減少させる。

さらに、システム１０はまた、フィルタ３８を有するように図示される。フィルタ３８は、リフトポンプ１２と高圧燃料ポンプ１６との間の第２の燃料ライン２２にあるものとして描かれている。限定ではなく例示として、第１の燃料ライン２０を含む、システム１０の他の領域にさらなるフィルタを採用し得ることを認識すべきである。

上述のように、リフトポンプ１２は、統合制御回路３２によって、電源１４からの可変入力電圧を自動的に補償して、一定または実質的に一定の予め定められた燃料流量をリフトポンプの吐出口２６から供給するように構成される。図２によく示されているように、制御回路３２は、リフトポンプ１２のハウジング４０内に配設される。ハウジング４０は、たとえば、内部空洞（内部チャンバ４４とも称される。）の境界を形成する一般的に円筒状の壁４２を有するものとして示され、壁４２は、両側のくびれた（小径の）吸入口端４６および吐出口端４８まで軸方向に延びる。内部チャンバ４４は、コイルスプール５０を受容する大きさを有し、一般的にはボビン形状として示される。コイルスプール５０は、外面の周囲に環状の巻線コイル５２を受容するように構成される。巻線コイル５２は、ワイヤハーネス５６を介して電気コネクタ５４と電気的な通信を行なう。電気コネクタ５４は、電源１４との電気的な通信を行なう取付具として構成される。

リフトポンプ１２は、コイルスプール５０を通って外壁４２の両端４６，４８間に延びる、円筒管５８のような管状部材を含む。そして、コイル５２は、管状部材５８の外面の周囲に配設される。円筒管５８は、両端６０，６２間に延びる。管の一端６０は、外壁４２のくびれた吸入口端４６内に受容されて固定されるものとして示され、他端６２は、外壁４２の吐出口端４８内の弁部材６４に固定されるものとして示される。弁部材６４は、吸入口端４６から吐出口端４８まで燃料が流れるのを許容するが逆流を許容しない一方弁として設けられる。燃料ポンプの技術で知られているように、エラストマーの傘型弁やその他のような、任意の公知の一方弁の機構を用い得ることを認識すべきである。

円筒管５８には、ピストン６８が往復するのを受容する大きさの内径（ボア）６６が設けられ、その内径６６の軸に沿ってピストン６８が往復する。ピストン６８は、空洞の壁７１を有する管状部材から成り、空洞の壁７１により、ピストン６８の全長に沿ってピストン６８の両端７４，７６間に延びる貫通路７２が設けられる。ピストン６８の一端７４は、ばね（ばね部材７８とも称され、たとえば、コイルばねとして示される。）に隣接するように構成され、他端７６は、一方向流量弁部材（以下、ピストン弁８０とも称される。）に付着するように構成される。ピストン弁８０によって、燃料がリフトポンプ１２の吸入口３４の端部からピストンの内径６６を通り、リフトポンプ１２の吐出口２６の端部から排出されるように、燃料を自由に流すことができ、一方、ピストン弁８０は、ピストンの内径６６を通って一度通過した燃料の逆流を防止する。ピストン弁８０は、ピストン６８の端部７６に固設されて、ピストン６８が管５８の内径６６内で往復する際にピストン６８とともに移動する。

使用の際、ピストン６８は、制御回路３２によるコイル５２の励磁および非励磁に応じて往復動作をする。図２に示されるように、コイル５２は、励磁状態にあると、それにより十分な電磁力を生成してばね部材７８のばね力に抗して金属性のピストン６８を後退位置に引き付ける。ピストンが伸長位置（図３）から後退位置に引き付けられているとき、ピストンの内径６６およびピストン弁８０を通って燃料が流れる。そして、コイル５２が非励磁状態にあるとき（図３）、ばね部材７８によって加えられるばね力がピストン６８を伸長位置まで押す。ピストン６８がばね部材７８により付勢されて後退位置から伸長位置に移動しているとき、ピストン弁８０は、ピストン弁８０を通って燃料が逆流するのを防止し、そして、内径６６内のピストン弁８０の下流にある全ての燃料が一方弁部材６４を通って内径６６から送り出される。この処理は、たとえば約１９ヘルツの予め定められた周波数で繰り返される。

コイル５２は、制御回路３２によって調整された電圧によって励磁される。したがって、コイル５２は、電源１４の電圧に拘わらず、予め定められた電圧範囲内の電圧および／または特定期間印加される電圧を受けることを保証される。これにより、電源１４からの入力電圧は、たとえば約１２Ｖから２４Ｖの間で可変であり、制御回路３２は、コイル５２に供給される電圧の大きさおよび／またはコイル５２に電圧が送られる期間を調整し、その結果コイル５２に送られる電流のパルス幅を変えることができる。したがって、リフトポンプ１２は、様々な電圧、たとえば１２Ｖまたは２４Ｖの電圧を含む電源を有するシステムでの使用に適しており、電源電圧に拘わらず予め定められた流量で出力される予め定められた燃料の流れを生成することができる。たとえば、リフトポンプ１０が２４Ｖの電源１４に接続されているとき、制御回路３２は、２４Ｖから１２Ｖに電圧を降下させてコイル５２を励磁することができる。あるいは、電圧を降下させることに加えて、または電圧を降下させる代わりに、制御回路３２は、コイル３２に供給される電流のパルス幅を小さくして電源１４の電圧上昇を補償し、リフトポンプ１２からの燃料の出力流量を調整することができる。

上記の教示に照らして、本発明の多くの改良および変形が可能であることを理解すべきである。したがって、本発明は具体的に開示されたのとは異なるように実施されてもよく、そして、本発明の保護範囲は最終的に許可された特許請求の範囲によって定義されることを理解すべきである。

Claims

ピストン型の燃料ポンプであって、
内部の空洞の境界を形成するハウジングと、
前記内部空洞に配設され、軸に沿って延びる内径を与える円筒管と、
前記内径に配設されるピストンと、
前記軸に沿う第１の方向に前記ピストンを付勢するように構成されたばねと、
前記円筒管の周囲に配設されるコイルと、
前記内部空洞に配設される制御回路とを備え、
前記制御回路は、前記コイルと電気的な通信を行なって、前記制御回路に供給される電圧に応じて前記コイルの駆動を非励磁状態から励磁状態に調整するように構成され、
前記ピストンは、前記コイルが前記励磁状態にあるとき、前記第１の方向と反対の第２の方向に付勢される、ピストン型の燃料ポンプ。
前記制御回路は、１２Ｖから２４Ｖの範囲の供給電圧を受けるように構成される、請求項１に記載のピストン型の燃料ポンプ。
前記制御回路は、前記供給電圧に関係なく燃料の出力を一定量に維持するように構成される、請求項２に記載のピストン型の燃料ポンプ。
前記制御回路は、２４Ｖの供給電圧を受けて前記コイルに１２Ｖを供給するように構成される、請求項３に記載のピストン型の燃料ポンプ。
前記制御回路は、前記コイルに対するパルス幅を変更するように構成される、請求項３に記載のピストン型の燃料ポンプ。
前記燃料ポンプは、
上流の燃料タンクと流体連通するように構成された吸入口と、
下流の高圧燃料ポンプと流体連通するように構成された吐出口とを有する、請求項１に記載のピストン型の燃料ポンプ。
前記燃料ポンプは、前記燃料ポンプより上流の圧力センサと流体連通するように構成される、請求項６に記載のピストン型の燃料ポンプ。
前記ピストンは、前記内径と同軸上に配置される、貫通した内径を有する、請求項７に記載のピストン型の燃料ポンプ。
燃料供給システムであって、
燃料タンクと、
前記燃料タンクの上流に設けられ、前記燃料タンクと流体連通するように構成された高圧燃料ポンプと、
前記燃料タンクの下流であって前記高圧燃料ポンプの上流に設けられる低圧燃料ポンプとを備え、
前記低圧燃料ポンプは、
前記燃料タンクと流体連通するように構成された吸入口と、
前記高圧燃料ポンプと流体連通するように構成された吐出口と、
可変電圧信号の受信に応答して前記吐出口からの燃料を一定流量に維持するように構成された制御回路とを含む、燃料供給システム。
前記制御回路は、１２Ｖと２４Ｖとの間で変化する電圧を受けるように構成される、請求項９に記載の燃料供給システム。
前記制御回路は、前記変化する電圧を受けて前記コイルに１２Ｖを供給するように構成される、請求項１０に記載の燃料供給システム。
前記制御回路は、前記コイルに対するパルス幅を変更するように構成される、請求項１０に記載の燃料供給システム。
前記低圧燃料ポンプと流体連通するように構成された圧力センサをさらに含む、請求項９に記載の燃料供給システム。
前記圧力センサは、前記低圧燃料ポンプと前記高圧燃料ポンプとの間に配置される、請求項１３に記載の燃料供給システム。