JP4129612B2 - 蓄圧式燃料供給装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ポンプから吐出した燃料を蓄圧室に蓄えつつ該蓄圧室から燃料噴射弁へ供給する蓄圧式燃料供給装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、燃料ポンプのモータ消費電力を低減するために蓄圧式燃料供給装置が提案されている。この蓄圧式燃料供給装置は例えば96-12 AUTOMOTIVE PRODUCTION （図８参照）に示すように、蓄圧室１をダイアフラム２等で容積変化可能に構成し、燃料ポンプから吐出した燃料を蓄圧室１に貯溜し、スプリング３によって蓄圧室１内の燃料を加圧して燃料噴射弁へ供給するようにしている。この蓄圧式燃料供給装置は、蓄圧室１内の燃料貯溜量が下限値まで減った時に、ダイアフラム２に固定されたレバー４によって接触型スイッチ５をオン状態に切り換えて、ポンプモータを運転して蓄圧室１内に燃料を供給し、その後、蓄圧室１内の燃料貯溜量が上限値まで増えた時に、レバー４によって接触型スイッチ５をオフ状態に切り換えてポンプモータを停止するようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記構成では、ポンプモータのオン・オフ位置を検出する手段として、接触型スイッチ５を用いているが、接触型スイッチ５は、耐久性、信頼性の点で劣るという欠点がある。
【０００４】
そこで、特開平１０−２９９５９８号公報に示すように、ポンプモータのオン・オフ位置を検出する手段として、燃料圧力を検出する圧力センサを用い、燃料圧力が下限値まで低下した時にポンプモータを運転し、その後、燃料圧力が上限値まで上昇した時にポンプモータを停止することが提案されている。
【０００５】
しかし、燃料圧力は、燃料噴射量の変化等によっても変化するため、燃料圧力のみでは蓄圧室内の燃料貯溜量を正確に検出することは不可能であり、ポンプモータのオン・オフを適正に制御することはできない。
【０００６】
また、ポンプモータのオン・オフ位置を検出する手段として、磁気センサ等の非接触型センサを用いることが考えられるが、オン位置とオフ位置に２個の非接触型センサを設ける必要があり、部品点数が増加してコストアップすると共に、小型化された蓄圧装置では、２個分のセンサ搭載スペースを確保するのが困難な場合がある。
【０００７】
本発明はこのような事情を考慮してなされたものであり、従ってその目的は、耐久性、信頼性に優れると共に、制御精度、コスト性、センサ搭載性にも優れる蓄圧式燃料供給装置を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
蓄圧式燃料供給装置では、蓄圧室内の燃料がばね等によって加圧されるため、蓄圧室内の燃料貯溜量が増加するに従ってポンプモータの負荷が増加し、それに応じて、ポンプモータに流れる電流（以下「モータ電流」という）が増加する特性がある。
【０００９】
この特性に着目し、本発明の請求項１の蓄圧式燃料供給装置は、モータ電流をモータ電流検出手段により検出し、モータ電流に基づいてポンプモータのオフ位置をオフ位置検出手段により検出する構成とするとともに、蓄圧室内の燃料を加圧する手段として、前記ポンプモータのオフ位置付近で弾性係数が大きくなる非線形ばねを用いた構成としたものである。例えば、モータ電流がしきい値まで増加した時に、蓄圧室内の燃料貯溜量が最大値（ポンプモータのオフ位置）に達したと判断して、ポンプモータをオフすれば良い。このようにすれば、モータ電流からポンプモータのオフ位置を精度良く検出することができる。しかも、ポンプモータのオフ位置を検出するセンサが不要となるため、ポンプモータのオン位置を検出するセンサのみを設ければ良く、コスト性、センサ搭載性も向上できると共に、ポンプモータのオフ位置検出系の耐久性、信頼性も向上できる。
しかも、本発明のように、蓄圧室内の燃料を加圧する手段として、ポンプモータのオフ位置付近で弾性係数が大きくなる非線形ばねを用いるようにすれば、ポンプモータのオフ位置付近でモータ負荷が急増し、それに伴ってモータ電流が急増するため、モータ電流からポンプモータのオフ位置を検出しやすくなると共に、検出精度も向上できる。
【００１０】
一般に、図５に示すように、ポンプモータのオン直後は、モータ電流が突入電流により急激に増加し、突入電流のピーク値がポンプモータのオフ位置のモータ電流よりも大きくなる。従って、ポンプモータのオフ位置のモータ電流を正確に判別するには、突入電流の影響を排除する必要がある。
【００１１】
そこで、請求項２のように、ポンプモータのオンから所定時間が経過した後のモータ電流に基づいてポンプモータのオフ位置を検出するようにすると良い。このようにすれば、突入電流の影響がなくなった後のモータ電流によってポンプモータのオフ位置を精度良く検出することができ、突入電流によるオフ位置の誤検出を確実に防止できる。
【００１３】
また、請求項３のように、ポンプモータのオン位置を検出する手段として、非接触型センサ又は非接触型スイッチを用いると良い。このようにすれば、ポンプモータのオン位置検出系の耐久性、信頼性も向上することができる。
【００１４】
また、請求項４のように、オフ位置検出手段を構成する回路を、蓄圧室を有する蓄圧装置内に内蔵した構成としても良い。このようにすれば、制御系を一体化した蓄圧装置をコンパクトに構成することができ、車両への搭載性を向上できる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
［実施形態（１）］
以下、本発明の実施形態（１）を図１乃至図６に基づいて説明する。図２に示すように、燃料タンク１１内には燃料ポンプ１２と蓄圧装置１４が収容され、燃料ポンプ１２から吐出された燃料が燃料配管１３を通して蓄圧装置１４内の蓄圧室１５内に供給され、該蓄圧室１５から燃料噴射弁（図示せず）に供給される。燃料ポンプ１２内には、燃料を吸入・吐出するポンプ部１６と、これを駆動するポンプモータ１７とが内蔵され、ポンプモータ１７は、車載バッテリ１８（図３参照）から供給される直流電力により駆動される直流モータが用いられている。
【００１６】
次に、図１に基づいて蓄圧装置１４の構造を説明する。蓄圧装置１４の外ケース１９は円筒状に形成され、その上端部に固定された樹脂製のカバー部材２０の中心部には、燃料通路２１が上下方向に貫通するように形成され、この燃料通路２１が燃料配管１３に連結されている。このカバー部材２０の下面側には、外ケース１９内に突出する円筒部２２が一体に形成され、この円筒部２２の外周面と外ケース１９の内周面との間に形成された円筒状の隙間には、ステンレス鋼等の非磁性材料で形成されたカップ状の可動部材２３が上下方向にスライド可能に嵌合され、この可動部材２３と円筒部２２とによって区画された空間が蓄圧室１５となっている。
【００１７】
この可動部材２３の上端フランジ部２３ａと外ケース１９の底板部４３との間に非線形ばね２５が装着され、この非線形ばね２５によって可動部材２３が上方に付勢され、その付勢力によって蓄圧室１５内の燃料が加圧されて燃料圧力が維持されながら燃料噴射弁に供給されるようになっている。この非線形ばね２５の弾性特性は、図６に示すように、圧縮量が所定量Ａ以上の時の弾性係数Ｅ2 が所定量Ａ未満の時の弾性係数Ｅ1 よりも大きくなるように設定されている。従って、非線形ばね２５の圧縮量が所定量Ａ以上となると、ばね荷重が急激に増加する。この場合、図１（ｂ）に示すように、可動部材２３が下限位置付近（ポンプモータ１７のオフ位置付近）まで下降して蓄圧室１５の容積が最大付近に達した時の非線形ばね２５の圧縮量が所定量Ａとなるように設定されている。尚、円筒部２２の外周面と可動部材２３との摺動部は、シール部材２４によってシールされている。
【００１８】
また、可動部材２３内の底面中央部には、非磁性の支持部材３４を介して磁石２６が固定され、図１（ａ）に示すように、可動部材２３が上昇して蓄圧室１５の容積が少なくなった時に、磁石２６が円筒部２２内の中空部に入り込むようになっている。一方、円筒部２２の外周部には回路収納部２７が形成され、この回路収納部２７内には、可動部材２３の上限位置（ポンプモータ１７のオン位置）を検出するリードスイッチ２８（非接触型スイッチ）と、ポンプ制御回路２９（図３参照）を構成するＩＣチップ３０等が収納され、回路収納部２７全体が封止樹脂３１で封止されている。リードスイッチ２８の位置は、図１（ａ）に示すように、可動部材２３が上限位置まで上昇して蓄圧室１５の容積が最小になった時に、磁石２６の磁束がリードスイッチ２８に鎖交してリードスイッチ２８がオンするように設定されている。
【００１９】
この場合、リードスイッチ２８やＩＣチップ３０を配線基板に実装して回路収納部２７内に収納するようにしても良いが、配線基板を省くために、回路収納部２７の底面に配線パターンを形成してリードスイッチ２８やＩＣチップ３０を回路収納部２７の底面に直接実装するようにしても良い。尚、カバー部材２０のうちの回路収納部２７の上方に位置する部分には、コネクタハウジング３２が一体に形成され、このコネクタハウジング３２内にインサートされたコネクタピン３３が回路収納部２７内の配線パターンに電気的に接続されている。
【００２０】
次に、制御系の回路構成を図３に基づいて説明する。ポンプモータ１７のプラス側端子は、イグニッションスイッチ３５を介して車載バッテリ１８のプラス側端子に接続され、該ポンプモータ１７のマイナス側端子は、スイッチング素子３６とモータ電流検出抵抗３７を直列に介して車載バッテリ１８のマイナス側端子に接続されている。モータ電流検出抵抗３７は、ポンプモータ１７に流れる電流（モータ電流）を検出するモータ電流検出手段として機能し、該モータ電流検出抵抗３７には、モータ電流に応じた電圧（モータ電流検出電圧）Ｖm が発生する。このモータ電流検出電圧Ｖm は比較回路３８に入力され、しきい電圧Ｖthと比較される。ここで、しきい電圧Ｖthは、ポンプモータ１７のオフ位置（可動部材２３の下限位置）を判定するための電圧であり、モータ電流検出電圧Ｖm がしきい電圧Ｖthを越えた時にポンプモータ１７を停止させる。比較回路３８の出力は、スイッチング素子３６を駆動する駆動回路３９に入力される。
【００２１】
一方、リードスイッチ２８のオン・オフ信号は、波形整形回路４０を介して単安定回路４１のトリガ入力端子に入力される。この単安定回路４１の動作は、図４に示すように、リードスイッチ２８のオン信号の立上がりで単安定回路４１の出力がハイレベルに反転し、このハイレベル状態が一定時間続いた後、ローレベルに復帰する。この単安定回路４１の出力がハイレベルに維持される期間がマスク期間となる。このマスク期間は、図５に示すように、ポンプモータ１７のオン直後に発生する突入電流をマスクするための期間である。
【００２２】
単安定回路４１の出力は、駆動回路３９に入力される。この駆動回路３９は、単安定回路４１の出力がハイレベルに反転した時（リードスイッチ２８がオンに切り換わった時）に、スイッチング素子３６をオンしてポンプモータ１７を起動し、その後、マスク期間が経過した後（つまり単安定回路４１の出力がローレベルに復帰した後）、比較回路３８の出力がハイレベルに反転した時（つまりモータ電流検出電圧Ｖm がしきい電圧Ｖthを越えた時）にスイッチング素子３６をオフしてポンプモータ１７を停止させる。尚、ポンプ制御回路２９は、波形整形回路４０、単安定回路４１、駆動回路３９、比較回路３８、スイッチング素子３６及び５Ｖ電源回路４２によって構成され、特許請求の範囲でいうオフ位置検出手段としての役割を果たす。
【００２３】
ポンプモータ１７のオフ中は、蓄圧室１５内の燃料が非線形ばね２５の弾性力によって加圧されて燃料噴射弁に供給される。これにより、蓄圧室１５内の燃料量が減少すると、それに応じて、非線形ばね２５の弾性力によって可動部材２３が押し上げられ、図１（ａ）に示すように、可動部材２３が上限位置（ポンプモータ１７のオン位置）まで上昇して蓄圧室１５の容積が最小になった時に、磁石２６の磁束がリードスイッチ２８に鎖交してリードスイッチ２８がオンする。
【００２４】
このリードスイッチ２８のオンにより単安定回路４１の出力がハイレベルに反転すると、スイッチング素子３６がオンしてポンプモータ１７が起動される。ポンプモータ１７の運転中は、燃料タンク１１内から汲み上げられた燃料が蓄圧室１５内に供給され、蓄圧室１５内の燃料量が増加するに従って、可動部材２３が非線形ばね２５に抗して押し下げられる。
【００２５】
図５に示すように、ポンプモータ１７のオン直後は、モータ電流が突入電流により急激に増加し、突入電流のピーク値がポンプモータ１７のオフ位置（可動部材２３の下限位置）のモータ電流よりも大きくなる。そこで、本実施形態（１）では、ポンプモータ１７のオンからマスク期間が経過するまで、モータ電流を無視して突入電流によるオフ位置の誤検出を防止する。その後、マスク期間が経過した時点で、モータ電流に基づくオフ位置検出動作を開始する。この後は、モータ電流検出電圧Ｖm をしきい電圧Ｖthと比較し、モータ電流検出電圧Ｖm がしきい電圧Ｖthを越えた位置をポンプモータ１７のオフ位置として検出し、その時点で、スイッチング素子３６をオフしてポンプモータ１７を停止させる。
【００２６】
本実施形態（１）では、蓄圧室１５内の燃料を加圧する手段として、ポンプモータ１７のオフ位置付近で弾性係数が大きくなる非線形ばね２５を用いているため、ポンプモータ１７のオフ位置付近でモータ負荷が急増し、それに伴って、モータ電流が急増する。このため、モータ電流からポンプモータ１７のオフ位置を検出しやすくなると共に、検出精度も向上できる。つまり、ポンプモータ１７のオフ位置付近でモータ電流が急増するため、製造ばらつき等によるモータ電流のばらつきを考慮してオフ位置検出用のしきい電圧Ｖthを高めに設定することができ、ポンプモータ１７のオフ位置の検出ばらつきを少なくすることができる。
【００２７】
尚、非線形ばね２５に代えて、線形ばねを用いた参考例では、図５に点線で示すように、ポンプモータ１７のオフ位置付近のモータ電流の増加が少なくなるが、それに応じて、しきい電圧Ｖthを低く設定すれば、ポンプモータ１７のオフ位置を検出することができる。
【００２８】
本実施形態（１）では、ポンプモータ１７のオフ位置を検出するセンサが不要となるため、ポンプモータ１７のオン位置を検出するセンサ（リードスイッチ２８）のみを設ければ良く、コスト性、センサ搭載性も向上できると共に、ポンプモータ１７のオフ位置検出系の耐久性、信頼性も向上できる。
【００２９】
更に、本実施形態（１）では、蓄圧装置１４内の空きスペースに形成した回路収納部２７にポンプ制御回路２９を搭載したので、ポンプ制御回路２９を一体化した蓄圧装置１４をコンパクトに構成することができ、車両への搭載性を向上できる。しかしながら、本発明は、ポンプ制御回路２９を蓄圧装置１４の外部に設ける構成としても良い。
【００３０】
尚、本実施形態（１）では、駆動回路３９でマスク期間を設定し、マスク期間中に比較回路３８の出力を無視してスイッチング素子３６をオン状態に維持することで、突入電流によるオフ位置の誤検出を防止するようにしたが、比較回路３８の入力段にマスク回路を設け、このマスク回路でマスク期間中のモータ電流検出電圧Ｖm の取り込みを禁止するようにしても良い。
【００３１】
［実施形態（２）］
上記実施形態（１）では、ポンプ制御回路２９をハード回路で構成したが、図７に示す本発明の実施形態（２）では、ポンプ制御回路２９に代えて、マイクロコンピュータ５０を設け、このマイクロコンピュータ５０によってポンプモータ１７のオン・オフを制御するようにしている。その他の構成は、前記実施形態（１）と同じである。
【００３２】
マイクロコンピュータ５０は、リードスイッチ２８のオン信号の立上がりでスイッチング素子３６をオンしてポンプモータ１７を起動し、燃料タンク１１内から燃料を汲み上げて蓄圧室１５内に供給する。更に、マイクロコンピュータ５０は、ポンプモータ１７のオンからマスク期間が経過するまで、モータ電流検出電圧Ｖm の読み込みを禁止して、マスク期間経過後にモータ電流検出電圧Ｖm の読み込みを開始する。この後は、モータ電流検出電圧Ｖm をしきい電圧Ｖthと比較し、モータ電流検出電圧Ｖm がしきい電圧Ｖthを越えた位置をポンプモータ１７のオフ位置として検出し、その時点で、スイッチング素子３６をオフしてポンプモータ１７を停止させる。このマイクロコンピュータ５０の機能が特許請求の範囲でいうオフ位置検出手段に相当する。
【００３３】
尚、本発明は、上記実施形態（１），（２）の構成に限定されず、例えば、蓄圧室をダイアフラムで容積変化可能に構成したり、また、ポンプモータ１７のオン位置を検出する手段として、リードスイッチ等の非接触型スイッチに代えて、磁気検出素子等の非接触型センサを用いても良く、或は、蓄圧装置を燃料タンクの外部に設置しても良い等、種々変更して実施できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態（１）における蓄圧装置の構造を示したもので、（ａ）はポンプモータをオンする時の状態を示す蓄圧装置の縦断面図、（ｂ）はポンプモータをオフする時の状態を示す蓄圧装置の縦断面図
【図２】燃料タンクの縦断面図
【図３】ポンプ制御回路の電気回路図
【図４】ポンプ制御回路の各部の信号波形図
【図５】ポンプモータに流れる電流の波形図
【図６】非線形ばねの弾性特性を示す図
【図７】本発明の実施形態（２）のポンプ制御回路の電気回路図
【図８】従来の蓄圧装置の縦断面図
【符号の説明】
１１…燃料タンク、１２…燃料ポンプ、１４…蓄圧装置、１５…蓄圧室、１６…ポンプ部、１７…ポンプモータ、２３…可動部材、２５…非線形ばね、２６…磁石、２７…回路収納部、２８…リードスイッチ（非接触型スイッチ）、２９…ポンプ制御回路（オフ位置検出手段）、３１…封止樹脂、３６…スイッチング素子、３７…モータ電流検出抵抗（モータ電流検出手段）、３８…比較回路、３９…駆動回路、４１…単安定回路、５０…マイクロコンピュータ（オフ位置検出手段）。

Claims (4)

1. 燃料ポンプから吐出した燃料を容積変化可能な蓄圧室に蓄えつつ、該蓄圧室内で加圧された前記燃料を燃料噴射弁へ供給し、該蓄圧室内の燃料貯溜量に応じて前記燃料ポンプのポンプモータをオン・オフ駆動する蓄圧式燃料供給装置において、
   前記ポンプモータに流れる電流（以下「モータ電流」という）を検出するモータ電流検出手段と、
   前記モータ電流検出手段で検出したモータ電流に基づいて前記ポンプモータのオフ位置を検出するオフ位置検出手段と、
   前記蓄圧室内の燃料を加圧する手段として設けられ、前記ポンプモータのオフ位置付近で弾性係数が大きくなる非線形ばねと
   を備えていることを特徴とする蓄圧式燃料供給装置。
2. 前記オフ位置検出手段は、前記ポンプモータのオンから所定時間が経過した後のモータ電流に基づいて前記ポンプモータのオフ位置を検出することを特徴とする請求項１に記載の蓄圧式燃料供給装置。
3. 前記ポンプモータのオン位置を検出する手段として、非接触型センサ又は非接触型スイッチを用いたことを特徴とする請求項１又は２に記載の蓄圧式燃料供給装置。
4. 前記オフ位置検出手段を構成する回路は、前記蓄圧室を有する蓄圧装置内に内蔵されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の蓄圧式燃料供給装置。

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