JP5106632B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、エンジン制御の中で、特に燃料ポンプのステッピングモータの制御を改良した車両等のエンジン制御装置に関するものである。

従来、車両の燃料タンクから燃料を吐出するための燃料ポンプを駆動するモータは、電磁式リレーを用いて、その通電のＯＮ／ＯＦＦを切り替えることで制御していた。電磁式リレーとは、電磁作用を及ぼすことができるマグネットと、その電磁作用によって接点が機械的に接離を行うスイッチから構成されるものである。

燃料ポンプによって燃料を燃料タンクから圧力燃料配管まで圧送し、インジェクタによりエンジン気筒内に燃料が噴射されるが、エンジンあるいは燃料ポンプのモータなど周辺部品からの受熱によって、燃料温度が上昇すると圧力燃料配管中では燃料が気化し気泡（ベーパ）が発生しやすくなる問題がある。

ベーパが発生した場合、燃料を加圧できず燃圧が不安定になり、インジェクタからの噴射量も不安定となる。ベーパの発生を防止する為に、燃料ポンプのモータの消費電流を抑えることを目的として、例えば、要求燃料噴射量が少ないアイドル時は燃料ポンプのモータのデューティ比を抑えて、消費電流の低減を図ることが行われている（例えば、特許文献１参照）。

また、小型二輪車など小型車両の燃料ポンプの場合、車両レイアウトの関係から燃料ポンプの形状をより小さくすることが求められており、燃料ポンプを駆動させるモータのコンパクト化が必要となっている。

特開２０００−２２０５４８号公報

ところで、燃料ポンプの回転数や吐出量はモータのトルクにより決定される。このモータのトルクは、モータへの印加電圧により決定される為、エンジン始動時の電圧低下時やバッテリ劣化などにより、モータへの印加電圧が低い場合はモータのトルクが足りず、必要な燃圧への加圧が遅くなる可能性が生じる。加圧が足りず燃圧が低下していると、必要量の燃料を噴射することができないことによる始動性の悪化、加速性の低下等、車両の商品性を著しく低下させる恐れがある。また、モータの印加電圧が必要以上に高い場合は、モータの消費電流が増大することによりモータ自体が発熱し、ベーパが発生し易くなるという問題点があった。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、その目的は、バッテリ電圧異常時におけるモータの起動性確保によるエンジンの始動性向上、通常動作時におけるモータの消費電流低減によるベーパ発生の抑制を実現することができるエンジン制御装置を得るものである。

この発明に係るエンジン制御装置は、燃料タンクから燃料を吸引し吐出する燃料ポンプの動力源であるステッピングモータと、駆動パルスレートによって決まる前記ステッピングモータへの印加電圧をパルス幅変調制御することにより燃料吐出量を制御するコントロールユニットとを備え、前記コントロールユニットは、バッテリのバッテリ電圧値に基づいて目標駆動パルスレートを補正し、この補正した目標駆動パルスレートに近づくように前記駆動パルスレートを演算するとともに、前記バッテリのバッテリ電圧値が正常値よりも低い場合は前記目標駆動パルスレートを低周波に補正し、前記バッテリのバッテリ電圧値が正常値よりも高い場合は前記目標駆動パルスレートを高周波に補正し、前記印加電圧のパルス印加時間を複数の期間に区分し、前記複数の期間のうち、第１番目の期間のパルス幅変調制御デューティ比を前記バッテリ電圧値に基づいて補正するものである。

この発明に係るエンジン制御装置は、燃料ポンプのモータとしては特別な回路を用いることなく、バッテリ電圧異常時における燃料ポンプのモータの起動性確保によるエンジンの始動性向上、通常動作時におけるモータの消費電流低減によるベーパ発生の抑制を実現することができるという効果を奏する。

この発明の実施例１に係るエンジン制御装置を含むエンジンのシステム構成を示す図である。 この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のステッピングモータの固定子と端子の関係を示す図である。 この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のステッピングモータにおける駆動パルスレートの通電パターンを示す図である。 この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のステッピングモータの駆動制御を示すフローチャートである。 この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のバッテリ電圧値と駆動パルスレート補正量の関係を示す図である。 この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のバッテリ電圧値とＰＷＭ制御デューティ比補正量の関係を示す図である。

この発明の実施例１について以下説明する。

この発明の実施例１に係るエンジン制御装置について図１から図６までを参照しながら説明する。図１は、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置を含むエンジンのシステム構成を示す図である。

図１において、コントロールユニット１は、エンジン全体の動作を制御する為のプログラムやマップをメモリ（図示せず）に格納している。コントロールユニット１は、吸気側のエアークリーナ２に設けられ、エンジン吸入空気の温度を計測する吸気温センサ３と、吸気管４に設けられ、スロットル弁５の開度を計測するスロットルポジションセンサ６と、スロットル弁５の下流の吸入空気圧を計測する吸気圧センサ７と、エンジン８の壁面温度を計測するエンジン温度センサ９と、クランクシャフト１０の位置を計測するクランク角センサ１１の情報から、適切な燃料噴射時期、燃料噴射量を演算し、燃料噴射装置であるインジェクタ２４に駆動信号を出力する。

なお、エンジン８の排気側（図１では左側）には、排気管１２と、マフラー１３が結合されている。

また同じく、コントロールユニット１は、各種センサの情報から適切なタイミングで点火信号を点火コイル１４に出力し、点火プラグ１５で火花を発生させてエンジンシリンダ内の燃料と吸入空気の混合気が燃焼し、エンジン８のピストンが押し出されることによりクランクシャフト１０が回転する。

エンジン８に噴射される燃料は、コントロールユニット１からの駆動信号により、燃料ポンプ２１のモータ２２が駆動し、フィルタを介して燃料タンク２０から燃料を吸引し吐出する。吐出された燃料は、所定圧力に調整され、圧力燃料配管２３を通り、インジェクタ２４に供給される。

本発明の実施例１では、燃料ポンプ２１を駆動するモータ２２として、ステッピングモータを適用している。

コントロールユニット１は、車両に搭載されたバッテリ２５からバッテリ電圧値を検出し、後述する燃料ポンプ２１のテッピングモータ２２の目標駆動パルスレートの補正及びＰＷＭ（パルス幅変調）制御デューティ比の補正に用いる。

図２は、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のステッピングモータの固定子と端子の関係を示す図である。端子Ｔ１、Ｔ３及び端子Ｔ４、Ｔ６を電気角９０°位相ずらして、それぞれの相内で順次通電を切替えることで、ステッピングモータ２２は、ステップ角度ずつ回転することができる。端子Ｔ２、Ｔ５は、バッテリ２５へ接続される。

図３は、この発明の実施例１に係るステッピングモータにおける駆動パルスレートの通電パターンを示す図である。どの瞬間においても、いずれかの２つの相が常時通電される２相フルステップ通電となっている。模式的に示すように、ＰＷＭ制御された駆動パルスがステッピングモータ２２へ印加される単位時間に相当するパルス印加時間（図３に図示されたパルス印加時間に相当）は、前半期間（第１番目の期間）と後半期間（第２番目の期間）の２段階に区分される。そして、それぞれの期間の電流値をそれぞれのＰＷＭ制御デューティ比を設定することで制御する。ここでは、パルス印加時間を２段階に区分したが、３区分以上の複数の期間に分割してもよく、その場合、より細かい制御をすることが可能となる。

つぎに、この発明の実施例１に係るステッピングモータの駆動制御について図面を参照しながら説明する。図４は、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置のステッピングモータの駆動制御を示すフローチャートである。

まず、ステップ１００において、コントロールユニット１は、コントロールユニット１に接続された吸気温センサ３、スロットルポジションセンサ６、吸気圧センサ７、エンジン温度センサ９、クランク角センサ１１など各種センサからの出力信号を読込む。また、コントロールユニット１は、バッテリ２５のバッテリ電圧値Ｖｂを読込む。

次に、ステップ１０１において、コントロールユニット１は、各種センサから車両の状態を検出し、車両が必要とする燃料噴射量を演算する。例えば、スロットルポジションセンサ６により検出されたスロットルポジションと、クランク角センサ１１の検出信号に基づき計算されたエンジン回転速度との関係を記述したマップから、燃料噴射量を演算する。

次に、ステップ１０２において、コントロールユニット１は、前のステップ１０１で演算した燃料噴射量に応じて、燃料ポンプ２１が吐出する燃料量を決める。この吐出する燃料量は、燃料ポンプ２１を駆動させるステッピングモータ２２の駆動パルスレートによって変化することから、ステッピングモータ２２の目標駆動パルスレートは燃料噴射量により決定する。例えば、燃料噴射量と、エンジン回転速度との関係を記述したマップから、目標駆動パルスレートを演算する。燃料噴射量が多い場合は、ステッピングモータ２２を高回転で駆動させて燃料ポンプ２１からの燃料吐出量を上げるため、コントロールユニット１は、目標駆動パルスレートを高周波に設定する。逆に、アイドル時など燃料噴射量が少ない場合には、燃料ポンプ２１からの燃料吐出量も少なくて済むため、コントロールユニット１は、目標駆動パルスレートを低周波に設定する。

次に、ステップ１０３において、コントロールユニット１は、前のステップ１０２で決定した目標駆動パルスレートをバッテリ電圧値Ｖｂに応じて補正する。バッテリ電圧値Ｖｂが低下している場合、ステッピングモータ２２への印加電圧も低下し、モータトルクも落ちている為、ステッピングモータ２２が脱調を起こし易くなる。駆動パルスレートが高い場合はモータトルクが低くなっていることから、バッテリ電圧低下の影響を特に受けて、より脱調を引き起こすことになる。従って、コントロールユニット１は、図５のバッテリ電圧値と駆動パルスレート補正量の関係、つまり、バッテリ電圧値と駆動パルスレート補正量の関係を記述したマップから、バッテリ電圧値が低下している場合、例えば、正常な電圧値が略１４Ｖの場合に、１２Ｖに低下しているときには目標駆動パルスレートを低く補正する。具体的には、図５を参照すると、バッテリ電圧値が１２Ｖのときには、対応する駆動パルスレート補正量は０．８となる。従って、目標駆動パルスレートと補正量０．８を掛算する。すなわち、バッテリ電圧値が低下している場合でもトルクが確保できる目標駆動パルスレートに設定する。

逆に、バッテリ電圧値が高い場合は、コントロールユニット１は、図５のように高い補正量を決定し、目標駆動パルスレートを高く設定する。例えば、正常な電圧値が略１４Ｖの場合に、１６Ｖに上昇しているときには目標駆動パルスレートを高く補正する。具体的には、図５を参照すると、バッテリ電圧値が１６Ｖのときには、対応する駆動パルスレート補正量は１．３となる。従って、目標駆動パルスレートと補正量１．３を掛算する。こうすることにより、ステッピングモータ２２への印加電圧が高くなる場合でも、印加時間を短くすることで消費電流を抑え、ステッピングモータ２２の発熱を抑制することが可能となる。また、用いるステッピングモータ２２の種類によって、設定できる駆動パルスレートの範囲は決っている為、補正後の目標駆動パルスレートがその範囲内になるように制限する。

次に、ステップ１０４において、コントロールユニット１は、現在設定されている現在駆動パルスレートとステップ１０３で補正された目標駆動パルスレートを比較し、現在駆動パルスレートが目標駆動パルスレートよりも低い場合（ＹＥＳ）はステップ１０５に進む。逆に、現在駆動パルスレートが目標駆動パルスレート以上の場合（ＮＯ）はステップ１０６に進む。

次に、ステップ１０５において、コントロールユニット１は、現在駆動パルスレートを最小分解能分だけインクリメントし、目標駆動パルスレートに近づけていく。

一方、ステップ１０６において、コントロールユニット１は、ステップ１０４とは逆の比較を実施し、現在駆動パルスレートが目標駆動パルスレートよりも高い場合（ＹＥＳ）はステップ１０７に進む。ステップ１０６での比較が非成立の場合（ＮＯ）は現在駆動パルスレートと目標駆動パルスレートが一致していると判断し、現在駆動パルスレートの変更をしないでステップ１０８に進む。

次に、ステップ１０７において、コントロールユニット１は、現在駆動パルスレートを最小分解能分だけデクリメントし、目標駆動パルスレートに近づけていく。

ステップ１０４からステップ１０７までの一連の操作によって、現在駆動パルスレートを急に変更しないので、ステッピングモータ２２の脱調を防止することが可能である。しかし、ステッピングモータ２２の性能によっては、現在駆動パルスレートを大きく切替えても脱調しないことも考えられる為、ステップ１０５及びステップ１０７の現在駆動パルスレートの変化量は最小分解能分に限定する必要はない。

ステップ１０８において、コントロールユニット１は、ステップ１０５及びステップ１０７で演算した現在駆動パルスレートに応じて、ステッピングモータ２２へ印加するパルス印加時間の区分された各期間のＰＷＭ制御デューティ比を決定する。例えば、現在駆動パルスレートと、エンジン温度センサ９により検出されたエンジン温度との関係を記述したマップから、ＰＷＭ制御デューティ比を演算する。現在駆動パルスレートが高い場合は、ステッピングモータ２２へのパルス印加時間が短いため消費電流は低いが、現在駆動パルスレートが低い場合は、ステッピングモータ２２へのパルス印加時間が長くなることから消費電流が高くなる。そこで、ＰＷＭ制御デューティ比を制御することにより、現在駆動パルスレートが低くてもデューティ比を高めることにより消費電流を低減させることが可能となる。本発明の実施例１では、区分された期間毎にＰＷＭ制御デューティ比を決定することを想定しているが、パルス印加時間全体のデューティ比を一律変化させても良い。

次に、ステップ１０９において、コントロールユニット１は、ステップ１０３と同様にＰＷＭ制御デューティ比をバッテリ電圧値に応じて補正する。バッテリ電圧値が低い場合は、ステップ１０３で記述したようにステッピングモータ２２への印加電圧が低下する為、ＰＷＭ制御デューティ比を高めて電流値を下げることはモータトルク低下に繋がり、脱調を引き起こす恐れがある。従って、コントロールユニット１は、図６のバッテリ電圧値とＰＷＭ制御デューティ比補正量の関係、つまり、バッテリ電圧値とＰＷＭ制御デューティ比補正量の関係を記述したマップから、バッテリ電圧値が低下している場合、例えば、正常な電圧値が略１４Ｖの場合に、１０Ｖに低下しているときには、ＰＷＭ制御デューティ比を高く補正する。具体的には、図６を参照すると、バッテリ電圧値が１０Ｖのときには、対応するＰＷＭ制御デューティ比補正量は１．５となる。従って、ＰＷＭ制御デューティ比と補正量１．５を掛算する。その結果、ステッピングモータ２２への印加電圧を高めてトルクを向上させることが可能となる。

逆に、バッテリ電圧値が高い場合は、コントロールユニット１は、ステッピングモータ２２の発熱を防止する為に消費電流を下げるようにＰＷＭ制御デューティ比を低く補正する。例えば、正常な電圧値が略１４Ｖの場合に、１６Ｖに上昇しているときにはＰＷＭ制御デューティ比を低く補正する。具体的には、図６を参照すると、バッテリ電圧値が１６Ｖのときには、対応するＰＷＭ制御デューティ比補正量は０．７となる。従って、ＰＷＭ制御デューティ比と補正量０．７を掛算する。また、用いるステッピングモータ２２の種類によって、設定可能なＰＷＭ制御デューティ比の範囲は制限される為、補正後のＰＷＭ制御デューティ比が範囲内になるように制限処理を行う。なお、ＰＷＭ制御デューティ比の補正は、パルス印加時間の前半期間（第１番目の期間）だけでも良く、後半期間（第２番目の期間）だけでも良い。

次に、ステップ１１０において、バッテリ電圧値が規定値を超えているような異常電圧を示している場合はステッピングモータ２２への印加電圧が非常に高くなる。そこで、コントロールユニット１は、バッテリ電圧値が、例えば、１８Ｖを超えている場合は、ステップ１０８及びステップ１０９で決定した、パルス印加時間内の区分された各期間それぞれのＰＷＭ制御デューティ比を一律低く、例えば、一律１０％低く設定する。こうすることで、ステッピングモータ２２の消費電流を低減し、ステッピングモータ２２の発熱を抑制する。

そして、ステップ１１１において、コントロールユニット１は、前述した現在駆動パルスレート及びＰＷＭ制御デューティ比に応じて、燃料ポンプ２１のステッピングモータ２２に印加電圧を供給し、ステッピングモータ２２を駆動する。

この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、燃料タンク２０から燃料を吸引し吐出する燃料ポンプ２１の動力源であるステッピングモータ２２と、駆動パルスレートによって決まるステッピングモータ２２への印加電圧をパルス幅変調制御することにより燃料吐出量を制御するコントロールユニット１とを備え、コントロールユニット１が、バッテリ２５のバッテリ電圧値に基づいて目標駆動パルスレートを補正し、この補正した目標駆動パルスレートに近づくように前記駆動パルスレートを演算するとともに、バッテリ２５のバッテリ電圧値に基づいて前記印加電圧のパルス印加時間のパルス幅変調制御デューティ比を補正するので、燃料ポンプ２１のステッピングモータ２２としては特別な回路を用いることなく、バッテリ電圧異常時における燃料ポンプ２１のステッピングモータ２２の起動性確保によるエンジンの始動性向上、通常動作時におけるステッピングモータ２２の消費電流低減によるベーパ発生の抑制を実現することができる。

また、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、バッテリ２５のバッテリ電圧値が低い傾向にある場合はステッピングモータ２２へ印加する駆動パルスレートを低周波に補正する為、バッテリ電圧が低下し、ステッピングモータ２２のトルク低下の恐れがある場合は駆動パルスレートを低周波に切替えてステッピングモータ２２への電流を与えることで、ステッピングモータ２２のトルクを確保させることが可能となる。トルクを確保することにより、バッテリ電圧低下時でも燃料ポンプから燃料の供給が可能となる。

また、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、バッテリ２５のバッテリ電圧値が高い傾向にある場合はステッピングモータ２２へ印加する駆動パルスレートを高周波に補正する為、ステッピングモータ２２への電圧印加時間を短くし、消費電流を低減することができる。消費電流を低減させることにより、ステッピングモータ２２が発熱する場合に対して有効である。

また、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、ステッピングモータ２２へのパルス印加時間内で複数の期間に区分した期間の中で、第１番目の期間のＰＷＭ制御デューティ比をバッテリ電圧値に基づいて補正する。第１番目の期間のＰＷＭ制御デューティ比を他の期間とは別に設定することで、高い負荷がかかるステッピングモータ２２の駆動開始時においても高いトルクを確保することが可能となる。

また、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、ステッピングモータ２２へのパルス印加時間内で複数の期間に区分した期間の中で、第２番目の期間以降の期間のＰＷＭ制御デューティ比をバッテリ電圧値に基づいて補正するので、第１番目の期間でトルクを確保し確実にステッピングモータ２２を回転させ、第２番目の期間以降ではステッピングモータ２２のロータの慣性を落とさない程度のトルクに制御することが可能となり、消費電流低減によるモータコイルのジュール熱を低減させることが可能となる。

また、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、バッテリ２５のバッテリ電圧値が低い傾向にある場合はＰＷＭ制御デューティ比を高く補正する。これにより、ステッピングモータ２２への印加電圧を高くし、脱調が発生しないようにモータトルクを確保することが可能となる

また、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、バッテリ２５のバッテリ電圧値が高い傾向にある場合はＰＷＭ制御デューティ比を低く補正する。これにより、印加電圧が高くなり消費電流増大によるステッピングモータ２２の発熱を防ぐことが可能となり、ベーパの発生も抑制することが出来る。

さらに、この発明の実施例１に係るエンジン制御装置は、コントロールユニット１が、バッテリ２５のバッテリ電圧値が規定値を超える場合は複数の期間に区分されたパルス印加時間内の全期間のＰＷＭ制御デューティ比を低く切替えるので、ステッピングモータ２２に異常に高い電圧値が印加されることがなく、消費電流の増大、ステッピングモータ２２の発熱、ベーパの発生を防止することが可能となる。また、コイルの熱的な劣化を抑えることから燃料供給装置の信頼性向上に役立つことができる。

Claims (5)

1. 燃料タンクから燃料を吸引し吐出する燃料ポンプの動力源であるステッピングモータと、
   駆動パルスレートによって決まる前記ステッピングモータへの印加電圧をパルス幅変調制御することにより燃料吐出量を制御するコントロールユニットとを備え、
   前記コントロールユニットは、
   バッテリのバッテリ電圧値に基づいて目標駆動パルスレートを補正し、この補正した目標駆動パルスレートに近づくように前記駆動パルスレートを演算するとともに、
   前記バッテリのバッテリ電圧値が正常値よりも低い場合は前記目標駆動パルスレートを低周波に補正し、
   前記バッテリのバッテリ電圧値が正常値よりも高い場合は前記目標駆動パルスレートを高周波に補正し、
   前記印加電圧のパルス印加時間を複数の期間に区分し、前記複数の期間のうち、第１番目の期間のパルス幅変調制御デューティ比を前記バッテリ電圧値に基づいて補正する
   エンジン制御装置。
2. 前記コントロールユニットは、前記パルス印加時間を複数の期間に区分し、前記複数の期間のうち、第２番目の期間以降の期間のパルス幅変調制御デューティ比を前記バッテリ電圧値に基づいて補正する
   請求項１記載のエンジン制御装置。
3. 前記コントロールユニットは、前記バッテリのバッテリ電圧値が正常値より低い場合は前記パルス幅変調制御デューティ比を高く補正する
   請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
4. 前記コントロールユニットは、前記バッテリのバッテリ電圧値が正常値より高い場合は前記パルス幅変調制御デューティ比を低く補正する
   請求項１又は２記載のエンジン制御装置。
5. 前記コントロールユニットは、前記バッテリのバッテリ電圧値が規定値を超えて異常電圧の場合は前記パルス印加時間内のパルス幅変調制御デューティ比を低く設定する
   請求項１記載のエンジン制御装置。

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