JP4405508B2 - 燃料ポンプ制御装置および燃料ポンプ制御方法 - Google Patents
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Description
とくに、二輪車両等の軽量な車両に搭載されるバッテリは小容量であるのが通常であるから、消費電力の低減は重要な課題である。また、消費電力を低減できれば、バッテリの充電を担うエンジンの燃料消費量を低減できるから、燃料タンク内の限られた燃料での走行距離を延ばすことができる。
また、この発明の他の目的は、燃料ポンプの消費電力を抑制できる構成のエンジンシステム、およびそのようなエンジンシステムを備えた車両を提供することである。
前記燃料調圧ユニットは、前記燃料ポンプと一体化されていてもよいし、燃料ポンプから離れた位置で燃料経路に介装されていてもよい。
前記燃料ポンプ制御装置は、前記燃料噴射装置による燃料噴射量(とくに単位時間当たりの燃料噴射量)に関係するパラメータを取得するパラメータ取得手段をさらに含んでいてもよい。この場合、前記制御手段は、前記パラメータ取得手段によって取得されたパラメータに応じて前記駆動周期を設定するものであることが好ましい。
前記燃料ポンプ制御装置は、前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータに対する閾値を可変設定する閾値設定手段をさらに含むものであってもよい。この場合に、前記制御手段は、前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータと前記閾値設定手段によって可変設定される閾値との比較結果に基づいて、前記駆動周期を設定する周期設定手段を含むことが好ましい。
より具体的には、前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータがエンジン回転速度Nを含む場合には、前記運転モード判別手段は、エンジン回転速度Nに対して定められた閾値Nsにより、エンジンの運転モードをN<Nsが成り立つ第1エンジン回転速度領域と、N≧Nsが成り立つ第2エンジン回転速度領域とに分類し、エンジンの運転モードが前記第1エンジン回転速度領域および第2エンジン回転速度領域のいずれに属するかを判別するものであってもよい。これにより、エンジン回転速度に応じた駆動周期の切り換えを、簡単な処理で適切に行える。具体的には、エンジンの運転モードが第1エンジン回転速度領域に属する場合には、比較的長い駆動周期を設定して燃料供給量を少なくし、エンジンの運転モードが第2エンジン回転速度領域に属する場合には、比較的短い駆動周期を設定して燃料供給量を多くすればよい。
条件A: T1≧T3 かつT1≧T2 かつT2≧T4 かつT3≧T4
このようにして、単位時間あたりの燃料噴射量に応じて、燃料ポンプを必要最小限の頻度で駆動できる。
前記運転モード判別手段が、前記パラメータに対して定められた閾値に基づいて、エンジンの運転モードを複数のモード領域に分類し、当該パラメータと前記閾値との大小関係に基づいて、エンジンの運転モードがいずれのモード領域に属するかを判別するものである場合に、前記燃料ポンプ制御装置は、当該パラメータの増減に対してヒステリシスを有するように前記閾値を設定する閾値設定手段をさらに含むことが好ましい。これにより、駆動周期が頻繁に変動することを防いで、安定な動作を期することができる。
なお、通電期間には、電源(たとえば、車載バッテリ)の電圧に応じた補正が施されることが好ましい。これにより、電源電圧の変動によらずに、燃料ポンプに対して過不足なく電力を供給できる。
また、燃料ポンプへの給電が、前記燃料噴射式エンジンによって駆動される発電機によって充電されるバッテリから行われる場合に、バッテリからの給電量を削減できる結果、エンジンの燃料消費量を低減できる。
この発明の燃料ポンプ制御方法は、容積型のプランジャポンプからなる燃料ポンプと、この燃料ポンプから燃料噴射式エンジンの燃料噴射装置までの燃料経路に介装され、前記燃料噴射装置の複数回分の燃料噴射量に相当する燃料を保持することができ、燃料の圧力を所定の圧力に調整する燃料調圧ユニットとを備えた燃料供給装置における、前記燃料ポンプの制御方法である。この方法は、前記燃料ポンプを駆動するための駆動パルスを生成して前記燃料ポンプに供給するステップと、前記エンジンの行程と同期して作動する前記燃料噴射装置による燃料噴射量に応じて、前記燃料噴射装置と非同期に前記燃料ポンプを駆動するように前記駆動周期を定めるステップとを含む。これにより、燃料噴射量に応じて効率的に燃料ポンプを駆動することができるので、燃料ポンプの消費電力を低減できる。
ハンドルカバー31には、中央に計器盤35が組み込まれており、この計器盤35よりも右グリップ部28側の位置には、エンジン15を始動可能な状態とするためのメインスイッチ34と、エンジン15を始動させるためのスタータスイッチ36とが配置されている。計器盤35には、スピードメータ37および燃料計38などが組み込まれている。
インジェクタ46には、燃料タンク51内に配置された燃料供給装置50からの燃料が、供給パイプ52を介して供給されるようになっている。そして、燃料供給装置50の動作、およびインジェクタ46による燃料噴射動作は、コントローラ(ECU:電子制御ユニット)60によって制御されるようになっている。
図4は、前記二輪車両1における燃料供給システムの制御のための構成を説明するためのブロック図である。燃料タンク51内に備えられた燃料供給装置50は、容量型プランジャポンプからなる容量型燃料ポンプを備えている。また、エンジン15の吸気管41に取り付けられたインジェクタ46は、電磁駆動弁式のものである。
具体的には、制御部61には、バッテリ59の電圧がA/D変換器64Aを介して取り込まれ、吸気圧センサ47からの吸気圧信号がA/D変換器64Bを介して取り込まれ、クランク角センサ55からのクランク角信号が取り込まれ、カムセンサ54からのカム信号が取り込まれ、吸気温度センサ66からの吸気温度信号がA/D変換器64Cを介して取り込まれ、エンジン温度センサ56からのエンジン温度信号がA/D変換器64Dを介して取り込まれ、マグネットセンサ33からの車速信号が取り込まれ、ブレーキスイッチ29a,30aからのブレーキ作動信号が取り込まれ、スロットルポジションセンサ57からのスロットル開度信号がA/D変換器64Eを介して取り込まれるようになっている。さらに、制御部61は、メインスイッチ34およびスタータスイッチ36からの信号が与えられ、これらの操作状態を監視する。
制御部61は、記憶部62に記憶された所定のプログラムを実行することによって、実質的に複数の機能処理部として動作する。この複数の機能処理部には、燃料供給装置50の燃料ポンプの動作を制御するポンプ制御部61Aと、インジェクタ46による燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御手段としての燃料噴射制御部61Bと、エンジン15の行程を判別する行程判別手段としての行程判別部61Cと、イグニッションコイル53を駆動して点火時期を制御する点火制御部61Dとが含まれている。
燃料噴射制御部61Bは、行程判別部61Cによって判別されたエンジン15の行程に同期するようにインジェクタ46の動作を制御する。より具体的には、スロットル開度、吸気管圧力およびエンジン回転速度などに応じて、燃料噴射タイミングおよび燃料噴射時間(1回の噴射時間)を定め、エンジン15の行程と同期するように、インジェクタ46を作動させる。
記憶部62には、制御部61が実行すべきプログラムのほかに、エンジン15の運転モードを判別するための情報、および燃料供給装置50を制御するための制御マップ等が記憶されている。制御部61はこれらを参照して各部の制御を行う。
燃料調圧室92は、インジェクタ46における複数回の燃料噴射に十分な容積を有している。この燃料調圧室92の上方には、供給パイプ52を接続するための接続部96と、ソレノイド74への給電のための配線を接続するための電気コネクタ97とが設けられる。ソレノイド74と電気コネクタ97との間は、内部配線99によって接続されている。燃料通路91、燃料調圧室92および供給パイプ52などは、燃料ポンプ70からインジェクタ46へと燃料を供給する燃料供給経路を形成している。
一方、燃料圧力レギュレータ90側では、調整弁93が、燃料調圧室92内の燃料圧力を所定の圧力に調整する。具体的には、ダイヤフラム室98内の液圧、すなわち、燃料調圧室92内の圧力が所定圧力以上のときには、コイルスプリング93eは圧縮された状態にあり、受圧部材93cはカバー部材93a側に後退した位置にある。このとき、弁体93fは弁座93hに着座していて、調整弁93は閉弁状態となり、燃料ポンプ70から燃料調圧室92への燃料の供給を阻止している。
次に、本実施形態における燃料ポンプ70の駆動制御について説明する。
まず、図6(a)および図6(b)は、燃料ポンプ70のソレノイド74に供給される駆動パルス(電圧波形)の例を示す波形図である。燃料ポンプ70は、前述のように、ソレノイド74への通電により駆動され、その駆動には、パルス信号(駆動パルス)が用いられる。駆動パルスは、ソレノイド74に電圧V0(例えば12V)が印加され、ソレノイド74に通電が行われる通電期間Tonと、ソレノイド74に電圧が印加されず、通電が遮断される遮断期間Toffとからなる。1つのパルスの立ち上がりから次のパルスの立ち上がりまでの期間が、駆動パルスの駆動周期Tc(=Ton+Toff)である。
一方、図6(b)は、駆動周期Tcが短い場合の駆動パルス波形を例示している。この例の場合、単位時間当たりの燃料ポンプ70の駆動回数は相対的に多くなり、それに応じて、単位時間当たりの吐出量は相対的に多くなる。しかし、単位時間当たりの通電時間が増えるので、ソレノイド74に供給される平均電力は多くなる。
なお、運転領域は、吸気管圧力、スロットル開度、燃料噴射時間などのようにエンジン15の負荷状態を表わすパラメータに基づいて、制御部61(とくにポンプ制御部61A)によって、決定される。これに対して、運転状態は、エンジン回転速度、スロットル開度、吸気管圧力、吸気量などのように、エンジン15の加減速に関連したパラメータの変化に基づいて、制御部61(とくにポンプ制御部61A)によって決定される。
T1=160msec
T2=80msec
T3=80msec
T4=40msec
単位時間当たりの燃料噴射量は、1回の燃料噴射量とエンジン回転速度との積に比例するから、上記のように駆動周期Tcを定めることによって、インジェクタ46からの単位時間あたりの燃料噴射量に応じた周期で燃料ポンプ70を適切に駆動することができる。
このように、エンジン回転速度Nに関する2種類の閾値NsuおよびNsd、ならびに燃料噴射時間tに関する2種類の閾値tsuおよびtsdが、記憶部62に予め格納されている。ポンプ制御部61Aは、エンジン回転速度Nの増加時には閾値Nsuを適用し、エンジン回転速度Nの減少時には閾値Nsdを適用して、運転モードがモード領域I,IIまたはIII,IVのいずれに属するかを判別する。また、ポンプ制御部61Aは、燃料噴射時間tが増加傾向にあるときには閾値tsuを適用し、減少傾向にあるときには閾値tsdを適用して、運転モードがモード領域I,IIIまたはII,IVのいずれに属するかを判別するように動作する。
その後、ポンプ制御部61Aは、燃料圧力を速やかに立ち上げるための始動制御を実行する。すなわち、ポンプ制御部61Aは、燃料ポンプ70の始動直後から所定時間Tp(たとえば、2sec)が経過するまでの間は、駆動周期Tcを高回転高負荷の運転モード(モード領域IVに対応)の場合と同じ値T4か、またはそれよりも短い始動周期Ti(例えば30msec)に固定し、燃料調圧室92の燃料圧力を所定の圧力(燃料噴射に十分な圧力)に短時間で到達させる(ステップS3,S4)。これらのステップS3,S4の処理は、ポンプ制御部61Aの始動制御手段としての機能に相当する。
この判別結果に応じて、ポンプ制御部61Aは、駆動周期Tcを、前記の周期T1,T2,T3,T4のいずれかに設定し(ステップS10。ポンプ制御部61Aの周期設定手段としての機能)、その設定された駆動周期Tcで駆動パルスを生成する(ステップS11。ポンプ制御部61Aの駆動パルス生成手段としての機能)。
ポンプ制御部61Aは、さらに、メインスイッチ34がオフされたかどうかを判断し(ステップS12)、オフされていなければ、ステップS5からの処理を繰り返す。メインスイッチ34がオフされると(ステップS12のYES)、燃料ポンプ70の電源をオフして、処理を終了する(ステップS13)。つまり、車両の主電源が遮断されることにより、燃料ポンプ70の電源も遮断される。
アイドルストップ状態から復帰すべき旨の判定がされなければ(ステップS15のNO)、コントローラ60は、燃料ポンプ70への駆動パルスの供給を停止して(ステップS16)、ステップS12へと処理を移す。
エンジン回転速度Nが増加中のとき(ステップS23のYES)には、ポンプ制御部61Aは、エンジン回転速度Nの閾値Nsとして、前記閾値Nsuを適用する(ステップS24)。これに対して、エンジン回転速度Nが増加中でなければ(ステップS23のNO)、ポンプ制御部61Aは、エンジン回転速度Nの閾値Nsとして、前記閾値Nsdを適用する(ステップS25)。
燃料噴射時間tが増加中であるとき(ステップS26のYES)には、ポンプ制御部61Aは、燃料噴射時間tに関する閾値tsとして前記閾値tsuを適用する(ステップS27)。これに対して、燃料噴射時間tが増加中でなければ(ステップS26のNO)、ポンプ制御部61Aは、燃料噴射時間tに関する閾値tsとして前記閾値tsdを適用する(ステップS28)。
こうして、運転モードの領域判別のための閾値Ns,tsが定まると、ポンプ制御部61Aは、今回の運転モード判別処理において取得されたエンジン回転速度Nおよび燃料噴射時間tを、閾値Ns,tsとそれぞれ大小比較して、モード領域を判別する(ステップS29〜S35)。
実行条件(2):バッテリ電圧が所定値(例えば、12.0V)以上である。
実行条件(3):ブレーキスイッチがONしている。
実行条件(4):スロットルが全閉状態で、かつアイドル回転速度である。
実行条件(5):車速がゼロになってから所定時間(例えば、3秒)以上経過している。
一方、アイドルストップ中である場合には(ステップS57のYES)、アイドルストップを解除してエンジン15を再始動させるための復帰条件が成立しているかどうかが判断される(ステップS60)。たとえば、以下の復帰条件(再始動条件)(1)〜(4)が1つでも成立したときに、アイドルストップしているエンジン15が再始動される。
復帰条件(2):スタータスイッチがONした。
復帰条件(3):エンジン温度が所定値(例えば、55℃)を下回った。
復帰条件(4):バッテリ電圧が所定値(例えば、11.8V)を下回った。
これらの復帰条件(1)〜(4)のいずれかが成立すると、アイドルストップ状態から復帰すべきであると判断され(ステップS60のYES)、制御部61は、セルダイナモ18を始動するとともに(ステップS61)、点火制御および燃料噴射制御を開始させる(ステップS62)。復帰条件(1)〜(4)がいずれも満たされない場合には(ステップS60のNO)、現状の制御状態を維持してリターンする。
以上のように、本実施形態によれば、運転領域および運転状態に対応する各種パラメータ(エンジン回転速度、燃料噴射時間など)をモニタして、燃料ポンプ70の駆動状態を制御するようにしている。これにより、燃料ポンプ70の消費電力を効果的に低減でき、ひいては、燃費の向上および排気ガスの清浄化を図ることができる。また、始動性能などのエンジン15の運転性能を向上することができる。
さらに、前述の実施形態では、燃料ポンプ70が二輪車両1の燃料供給に適用された例を示したが、これに限定されず、その他の車両、例えば三輪車両または四輪車両等のカート、芝刈り機、発電機等の汎用エンジン、あるいはレジャーボート等の船舶、さらにはスノーモービルなど、小排気量のエンジンの燃料供給にこの発明を適用すると効果的である。むろん、この発明の適用範囲が小排気量のエンジンへの燃料供給に限定されるわけではなく、比較的大きな排気量のエンジンへの燃料供給にこの発明が適用されてもよい。
この出願は、2004年3月1日に日本国特許庁に提出された特願2004−055903号に対応しており、この出願の全開示はこの出願に組み込まれるものとする。
Claims (21)
- 容積型のプランジャポンプからなる燃料ポンプと、この燃料ポンプから燃料噴射式エンジンの燃料噴射装置までの燃料経路に介装され、前記燃料噴射装置の複数回分の燃料噴射量に相当する燃料を保持することができ、燃料の圧力を所定の圧力に調整する燃料調圧ユニットとを備えた燃料供給装置における、前記燃料ポンプの制御装置であって、
前記燃料ポンプを駆動するための駆動パルスを生成する駆動パルス生成手段と、
前記エンジンの行程と同期して作動する前記燃料噴射装置による燃料噴射量に応じて、前記燃料噴射装置と非同期に前記燃料ポンプを駆動するように前記駆動パルスの周期である駆動周期を制御する制御手段とを含むことを特徴とする燃料ポンプ制御装置。 - 前記制御手段は、前記燃料噴射装置による1回当たりの燃料噴射量に応じて前記駆動周期を設定するものである、請求項1記載の燃料ポンプ制御装置。
- 前記燃料噴射装置による燃料噴射量に関係するパラメータとして、少なくともエンジン回転速度Nおよび前記燃料噴射装置の燃料噴射時間tを取得するパラメータ取得手段をさらに含み、
前記制御手段は、エンジンの運転モードが、前記パラメータに基づいて分類された複数のモード領域のうちのいずれに属するかを判別する運転モード判別手段と、この運転モード判別手段による判別結果に応じた駆動周期を設定する周期設定手段とを含み、
前記運転モード判別手段は、エンジン回転速度Nに対して定められた閾値Nsおよび燃料噴射時間tに対して定められた閾値tsにより、エンジンの運転モードを、N<Nsかつt<tsである第1領域と、N<Nsかつt≧tsである第2領域と、N≧Nsかつt<tsである第3領域と、N≧Nsかつt≧tsである第4領域とに分類し、エンジンの運転モードが前記第1領域、第2領域、第3領域および第4領域のいずれに属するかを判別するものであることを特徴とする請求項1記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記燃料噴射装置による燃料噴射量に関係するパラメータを取得するパラメータ取得手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記パラメータ取得手段によって取得されたパラメータに応じて前記駆動周期を設定するものであることを特徴とする請求項1記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記パラメータ取得手段は、エンジンの負荷状態を表す運転領域に関係するパラメータを取得する手段を含むことを特徴とする請求項4記載の燃料ポンプ制御装置。
- 前記パラメータ取得手段は、エンジンの加減速状態を表す運転状態に関係するパラメータを取得する手段を含むことを特徴とする請求項4または5記載の燃料ポンプ制御装置。
- 前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータは、エンジン回転速度、前記燃料噴射装置の燃料噴射時間、前記燃料噴射装置の燃料噴射量、スロットル開度、吸気管圧力および吸気量のうちの少なくともいずれか1つを含むことを特徴とする請求項4ないし6のいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置。
- 前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータは、少なくとも、エンジン回転速度と、前記燃料噴射装置の燃料噴射時間または燃料噴射量とを含むことを特徴とする請求項7記載の燃料ポンプ制御装置。
- 前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータに対する閾値を可変設定する閾値設定手段をさらに含み、
前記制御手段は、前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータと前記閾値設定手段によって可変設定される閾値との比較結果に基づいて、前記駆動周期を設定する周期設定手段を含むことを特徴とする請求項4ないし8のいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記制御手段は、
エンジンの運転モードが、前記パラメータに基づいて分類された複数のモード領域のうちのいずれに属するかを判別する運転モード判別手段と、
この運転モード判別手段による判別結果に応じた駆動周期を設定する周期設定手段とを含むことを特徴とする請求項4ないし8のいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータは、エンジン回転速度Nを含み、
前記運転モード判別手段は、エンジン回転速度Nに対して定められた閾値Nsにより、エンジンの運転モードをN<Nsが成り立つ第1エンジン回転速度領域と、N≧Nsが成り立つ第2エンジン回転速度領域とに分類し、エンジンの運転モードが前記第1エンジン回転速度領域および第2エンジン回転速度領域のいずれに属するかを判別するものであることを特徴とする請求項10記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記パラメータ取得手段によって取得されるパラメータは、前記燃料噴射装置の燃料噴射時間tを含み、
前記運転モード判別手段は、燃料噴射時間tに対して定められた閾値tsにより、エンジンの運転モードをt<tsが成り立つ第1燃料噴射時間領域と、t≧tsが成り立つ第2燃料噴射時間領域とに分類し、エンジンの運転モードが前記第1燃料噴射時間領域および第2燃料噴射時間領域のいずれに属するかを判別するものであることを特徴とする請求項10記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記周期設定手段は、エンジンの運転モードが第1領域、第2領域、第3領域および第4領域のいずれに属するかに応じて、下記の条件Aを満たす周期T1,T2,T3およびT4をそれぞれ駆動周期として設定するものであることを特徴とする請求項3記載の燃料ポンプ制御装置。
条件A: T1≧T3 かつT1≧T2 かつT2≧T4 かつT3≧T4 - 前記運転モード判別手段は、前記パラメータに対して定められた閾値に基づいて、エンジンの運転モードを複数のモード領域に分類し、当該パラメータと前記閾値との大小関係に基づいて、エンジンの運転モードがいずれのモード領域に属するかを判別するものであり、
当該パラメータの増減に対してヒステリシスを有するように前記閾値を可変設定する閾値設定手段をさらに含むことを特徴とする請求項3、10、11、12および13のうちのいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置。 - 前記制御手段は、エンジンの始動時には、前記駆動周期を、所定時間内に燃料の圧力が前記所定の圧力に達するように定めた始動周期に設定する始動制御手段を含むことを特徴とする請求項1ないし14のいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置。
- 前記駆動パルス生成手段は、通電期間がほぼ一定の駆動パルスを前記制御手段によって制御される駆動周期で生成するものであることを特徴とする請求項1ないし15のいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置。
- 容積型のプランジャポンプからなる燃料ポンプと、
この燃料ポンプから燃料噴射式のエンジンの燃料噴射装置までの燃料経路に介装され、前記燃料噴射装置の複数回分の燃料噴射量に相当する燃料を保持することができ、燃料の圧力を所定の圧力に調整する燃料調圧ユニットと、
前記燃料ポンプを制御する請求項1ないし16のいずれかに記載の燃料ポンプ制御装置とを含むことを特徴とする燃料供給装置。 - 燃料噴射式エンジンと、
このエンジンに燃料を供給する請求項17記載の燃料供給装置とを含むことを特徴とするエンジンシステム。 - 前記エンジンの行程を判別する行程判別手段と、
この行程判別手段による行程判別結果に基づいて、前記燃料噴射装置による燃料噴射動作を制御する燃料噴射制御手段とをさらに含むことを特徴とする請求項18記載のエンジンシステム。 - 前記エンジンからの駆動力を得て回転駆動される走行車輪と、
請求項18または19記載のエンジンシステムとを含むことを特徴とする車両。 - 容積型のプランジャポンプからなる燃料ポンプと、この燃料ポンプから燃料噴射式エンジンの燃料噴射装置までの燃料経路に介装され、前記燃料噴射装置の複数回分の燃料噴射量に相当する燃料を保持することができ、燃料の圧力を所定の圧力に調整する燃料調圧ユニットとを備えた燃料供給装置における、前記燃料ポンプの制御方法であって、
前記燃料ポンプを駆動するための駆動パルスを生成して前記燃料ポンプに供給するステップと、
前記エンジンの行程と同期して作動する前記燃料噴射装置による燃料噴射量に応じて、前記燃料噴射装置と非同期に前記燃料ポンプを駆動するように前記駆動パルスの周期である駆動周期を定めるステップとを含むことを特徴とする燃料ポンプ制御方法。
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