JP5592858B2

JP5592858B2 - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP5592858B2
Application number: JP2011205479A
Authority: JP
Inventors: 匡行猿渡; 裕一外山
Original assignee: Hitachi Automotive Systems Ltd
Current assignee: Hitachi Astemo Ltd
Priority date: 2011-09-21
Filing date: 2011-09-21
Publication date: 2014-09-17
Anticipated expiration: 2031-09-21
Also published as: JP2013068107A

Description

本発明は、例えば車両の燃料タンク内に設けられたチャンバ内の燃料量を計測して燃料を供給する燃料供給装置に関する。

例えば車両の燃料タンク内に貯留された燃料量を計測する従来の技術としては、例えば以下の特許文献１、２に記載されたものがある。

特許文献１の技術は、燃料タンクにキャニスターが一体に設けられ、このキャニスターなどを含む前記燃料タンク全体の重量を重量検出手段によって検出するようになっている。

特許文献２の技術は、自己発熱用感温抵抗体と温度補償用感温抵抗体を支持基板上に形成して、燃料浸漬部位の気化熱冷却による感温抵抗体の抵抗値変化を差動出力電圧として検出することにより、燃料量を検出するようになっている。

特開２００３−２５４１７３号公報特開平０２−７７６２２号公報

しかしながら、特許文献１の技術は、燃料タンク全体の重量を計測することから、装置が大型化すると共に、コストの高騰が余儀なくされている。

一方、特許文献の技術は、複数の抵抗体と細長い支持基板を用いることから、連続的かつ複数の箇所の計測が必要になると共に、高い計測精度が得られないおそれがある。

本発明は、前記従来技術の技術的課題に鑑みて案出されたもので、小型、低コストでかつ燃料量の高い計測精度が得られる燃料供給装置を提供することを目的としている。

請求項１に記載の発明は、燃料タンク内に設けられ、燃料を貯留するチャンバと、該チャンバに前記燃料タンクから燃料を移送する移送手段と、前記チャンバ内の燃料を吸引して内燃機関に供給する燃料ポンプと、を備えた燃料供給装置において、
前記チャンバの内部底面に、該チャンバ内の燃料の自重に応じてチャンバ内の燃料量を検出する歪みセンサを固定すると共に、
該歪みセンサから出力された検出値に基づいて前記移送手段の駆動を制御するコントロールユニットを設けたことを特徴としている。

請求項２に記載の発明は、前記歪みセンサによって検出された前記チャンバ内の燃料量に応じて、前記コントロールユニットを介して前記燃料ポンプの駆動を制御することを特徴としている。

請求項３に記載の発明は、前記燃料ポンプの燃圧を検出する燃圧センサを設けると共に、前記歪みセンサによって検出された検出値が所定値以下の場合には、前記燃圧センサからの検出値と前記歪みセンサからの検出値を比較して大きい方の値に基づいて前記燃料ポンプを制御することを特徴としている。

本発明によれば、特異な構造の歪みセンサを用いることによって、小型、低コストで精度の高い燃料量の計測が可能になる。

本発明の第１実施形態に係る燃料供給装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態に供される歪みセンサの実装状態を示す平面図である。本実施形態に供される歪みセンサの断面図である。本実施形態に供されるコントロールユニットの制御フローチャート図である。第２実施形態に係る燃料供給装置の概略構成を示す断面図である。本実施形態に供されるコントロールユニットの制御フローチャート図である。第３実施形態に係る燃料供給装置の概略構成を示す断面図である。

以下、本発明に係る燃料供給装置を、４気筒内燃機関を搭載した自動車に適用した実施形態を図面に基づいて詳述する。

〔第１実施形態〕
図１は本発明に係る燃料供給装置の第１実施形態を示し、この燃料供給装置の基本構成は、例えば本出願人が先に出願した特開２００８−２３２０７６号公報に記載されたものと同じであるから、以下では、各構成を簡単に説明する。

すなわち、この燃料供給装置は、車両に搭載された燃料タンク１と、該燃料タンク１の内部上端側に収容配置された燃料ポンプユニット２と、内燃機関の吸気系に設けられて、前記燃料ポンプユニット２から燃料供給配管３を介して燃料が供給される４つの燃料噴射弁４と、燃料ポンプユニット２の内部に設けられて、燃料を貯留する有底状の合成樹脂製のチャンバ５と、該チャンバ５の底面５ａに固定されて、該チャンバ５内の燃料量を検出する歪みセンサ６と、該歪みセンサ６から出力された検出信号などに基づいて前記燃料ポンプユニット２や燃料噴射弁４の駆動を制御するコントロールユニット７と、から主として構成されている。

前記燃料タンク１は、メインタンク１ａとサブタンク１ｂとを有する鞍型タンクとして構成されており、前記燃料ポンプユニット２は、メインタンク１ａの上面側に固定されて、該メインタンク１ａ内に垂下されて、ケース８や前記チャンバ５、燃料フィルタ９及びチャンバ５内の燃料を吸引して前記燃料供給配管３に圧送する燃料ポンプ１０などを一体的に備えている。

また、前記燃料ポンプユニット２は、図外のレギュレータバルブが一体的に設けられ、これによって、前記燃料供給配管３のみが存在して内燃機関からのリターン配管のない、いわゆるノンリターン方式になっている。

前記燃料ポンプ１０は、サクションフィルタを介して前記チャンバ５内の燃料を吸入するようになっている。

前記ケース８のメインケース内には、複数の燃料通路や分岐通路及びリターン通路が形成されており、これらの各通路は、燃料を内燃機関に供給し、また燃圧を制御するレギュレータバルブから排出される燃料を通流させるものである。

そして、前記燃料ポンプ１０から吐出された燃料は、吐出ポートから燃料通路を経て燃料フィルタ９内に導入され、燃料フィルタ９を上から下に通過して浄化された後に、別異の燃料通路を経て燃料供給配管３に送出される。

このとき、前記燃料通路の燃料は、パイプ及び燃料供給配管３を経由して内燃機関の前記各燃料噴射弁４に供給されるものと、前記レギュレータバルブ、リターン通路を経由して前記チャンバ５内に戻るものとに分配される。燃料ポンプ１０から吐出された燃料のうち、内燃機関側に供給されないものは、全て前記レギュレータバルブに流れ込み、ここからリターン通路を経て燃料溜まり部に導入される。

この燃料溜まり部には、さらに２つの燃料通路が連通しており、これらの燃料通路のうち、一方の燃料通路には前記メインタンク１ａ内の燃料をチャンバ５に供給する移送手段である図外の第１ジェットポンプが設けられ、他方の燃料通路には、サブタンク１ｂ内の燃料をメインタンク１ａに供給する第２ジェットポンプが設けられている。この第１，第２ジェットポンプは、前記リターン通路から供給される燃料を駆動流体として作動し、メインタンク１ａとサブタンク１ｂ内の燃料をチャンバ５内に移送するものである。

一方の燃料通路は、チャンバ５に形成された燃料通路に連通しており、具体的には、メインケースの燃料溜まり部から下方に突出されたパイプがチャンバ５の底面５ａから上方に突設されたパイプ内に嵌挿されており、これらパイプの内部が燃料通路となっている。

前記パイプの下端には、貫通孔が形成され、この貫通孔に前記第１ジェットポンプのノズルユニットが下方から嵌挿されている。このノズルユニットには、リターン通路から供給された燃料を噴出するジェットノズルが設けられている。このジェットノズルから噴出されたリターン燃料は、第１ジェットポンプのスロート部内に導入されて、そのスロート部の入口周囲に負圧を発生させる。

そして、この負圧によってスロート部の燃料入口からメインタンク１ａ内の燃料を吸引して、その吸引したタンク内燃料をノズルユニットから噴出したリターン燃料と共にチャンバ５内に送出するようになっている。

なお、前記パイプの外周には、パイプの根元とパイプの先端部との間にコイルスプリングが巻回され、このコイルスプリングのばね力によってチャンバ５がメインタンク１ａの底面方向へ押し付け付勢されている。

また、他方の燃料通路は、燃料溜まり部から下方に延びるパイプに設けられており、この開口部には、第２ジェットポンプのジェットノズルが嵌挿されて、このジェットノズルの下流側が前記燃料通路になっている。

そして、ジェットノズルの噴出口は、燃料通路を介してサブタンク１ｂから燃料チューブ１１が接続される導入パイプと連通する一方、燃料通路の下端がチャンバ５内に開放している。

したがって、燃料溜まり部内のリターン燃料がジェットノズルの噴出口から噴出することにより、スロート部としてのパイプの入口周囲に負圧を発生させて、その負圧によって燃料通路からサブタンク１ｂ内の燃料を吸引して、燃料チューブ１１及び燃料通路からチャンバ５内に送出するようになっている。

そして、前記チャンバ５の底面５ａに固定された歪みセンサ６は、例えば、特開２００９−５３００５号公報などに記載されたものと構造的に同一のものであって、チャンバ５内の燃料量、つまりチャンバ５内の燃料の自重に応じた歪みを検出するようになっている。

この歪みセンサ６は、図２及び図３に示すように、ピエゾ抵抗素子(図示せず)が形成された半導体歪みゲージとして機能するシリコン製の歪みセンサチップ１２を、金属製のベース板１３のほぼ中央位置に金属はんだ１４によって固着してある。前記ベース板１３は、図２のＸ方向に長い長方形状とし、歪みセンサチップ接続部１５を挟んだ両側に、接続エリア１６，１７が設けられており、Ｘ方向に向かって第１接続エリア１６、歪みセンサチップ接続部１５、第２接続エリア１７と並んでいる。

前記歪みセンサ接続部１５より平面積の小さい歪みセンサチップ１２は、歪みセンサチップ接続部１５のほぼ中央に配置されている。

前記ベース板１３は、Ｙ方向が約６ｍｍ幅に設定され、第１接続エリア１５のＸ方向の長さが約５ｍｍ幅に設定され、前記歪みセンサチップ接続部１５が４．５ｍｍ、第２接続エリア１７が４．５ｍｍにそれぞれ設定されている。前記歪みセンサチップ１２は、Ｙ方向の長さが２．５ｍｍ、Ｘ方向の長さが２．５ｍｍに設定されている。

前記ベース板１３は、シリコンと熱膨張係数の近い鉄５８−ニッケル４２合金で、厚みは０．３ｍｍである。歪みセンサチップ１２の厚みは０．１６ｍｍに形成されている。

前記歪みセンサチップ１２とベース板３の固着には、金属はんだ接合を用い、歪みセンサチップ１２のベース板１３と対向する側面に、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層メタライズをスパッターにより形成し、その上にＳｎ系の金属はんだ材料を蒸着によって形成した。

ベース板１３の歪みセンサチップ１２の対向側面にも、Ｃｒ−Ｎｉ−Ａｕの３層メタライズをスパッターにより形成した。

そして、ベース板１３のほぼ中央に歪みセンサチップ１２を位置合わせした後、金属はんだを加熱溶融してベース板１３に歪みセンサチップ１２を固着したのである。

前記ベース板１３側の３層メタライズは歪みセンサチップ１２が固着されている部位だけで良いが、マスクスパッターなどの手間を省くためにベース板１３全面に形成しても良い
歪みセンサチップ１２の電極１８からの配線引き出しには、フレキシブル配線板１９を用い、該フレキシブル配線板１９の先端の配線が露出している面と反対の面を、ベース板１３上のセンサチップ接合部のＹ方向に隣接した位置にエポキシ系樹脂接着剤を用いて接着した。また、前記フレキシブル配線板１９の配線と歪みセンサチップ１２の電極１８の間は、Φ２０μｍの裸Ａｕワイヤー２０を超音波溶接で接続した。歪みセンサチップ１２の電極１８とＡｕワイヤー２０、フレキシブル配線板１９の配線を覆うように熱可塑性の樹脂カバー２１を塗布した。

ベース板１３上に歪みセンサチップ１２を接合して配線を行った半導体歪みセンサ６を、前記チャンバ５の底面５ａの所望の位置に、ビス２２止めによって固定されている。また、他の固定方法としては、チャンバ５を樹脂成形する際に歪みセンサ６を一緒に鋳込み固定するとか、あるいはエポキシ樹脂などで接着することも可能である。

前記歪みセンサチップ１２には、Ｘ方向とＹ方向の歪みを検出できるようにピエゾ抵抗素子が形成されており、複数のピエゾ抵抗素子を用いてブリッジ回路を形成し、Ｘ方向とＹ方向の歪み量に比例した出力が得られるように形成した。

すなわち、チャンバ５内の燃料量、つまり燃料の自重に応じて前記歪みセンサチップ１２のＸ方向とＹ方向に歪みが発生して、これに伴うピエゾ抵抗素子の抵抗変化により電気信号出力が得られる。前記歪みセンサチップ１２の剛性によって、該歪みセンサチップ１２に発生する歪み量は燃料量とずれが発生するが、予め変換係数を求めておくことによって実用的な歪みセンサとして用いることができる。

前記コントロールユニット７は、クランク角センサやエアーフローメター、水温センサ、スロットルバルブ開度センサなどの各種のセンサ類から入力した機関回転数や負荷などの情報信号に基づいて現在の機関運転状態を検出して、前記各燃料噴射弁４などの駆動制御を行うと共に、前記半導体歪みセンサ６の歪みセンサチップ１２からの出力信号に基づいて前記チャンバ５内の燃料量を検出し、この検出された燃料量に応じて前記燃料ポンプ１０の駆動を制御するようになっている。

図４は前記コントロールユニット７による前記燃料ポンプ１０の制御フローチャート図である。

すなわち、ステップ１では、前記機関回転数や機関負荷に基づいて算出されたマップによって現在の前記各燃料噴射弁４に供給するための基本ポンプ仕事となる燃料ポンプ１０の駆動電圧を読み取る。

ステップ２では、前記歪みセンサ６からの出力電圧(ＶＳＥＮ)を検出して、つまりチャンバ５内の燃料量を検出する。

続いてステップ３では、前記歪みセンサ６からの出力電圧値(ＶＳＥＮ)が、予め記憶されている所定の固定電圧値Ａよりも小さい(等しい)か否かを判断する。

ここで、固定電圧値Ａよりも小さいか等しいと判断した場合、つまり、チャンバ６内の燃料量が所定量より少ないと判断した場合は、燃料の汲み上げモードであるとしてステップ４に移行する。

このステップ４では、前記燃料ポンプ１０の最終駆動電圧値(ＱＰＵＭＰ)を、前記基本ポンプ仕事の電圧値(ＱＰＵＭＰＢＡＳＥ)に、前記メインタンク１ａとサブタンク１ｂの両方を含む燃料タンク１内の燃料をチャンバ５内に供給するための仕事の電圧値(ＱＪＥＴ)を加算した電圧値として燃料ポンプ１０に出力する。

一方、前記ステップ３において、歪みセンサ出力電圧値(ＶＳＥＮ)が、固定電圧値Ａよりも大きいと判断した場合、つまり、チャンバ６内には燃料が所定量よりも多く入っていて通常モードと判断した場合は、ステップ５に移行する。

このステップ５では、燃料ポンプ１０の最終駆動電圧値(ＱＰＵＭＰ)を、前述した基本ポンプ仕事の電圧値(ＱＰＵＭＰＢＡＳＥ)として処理する。

なお、前記燃料タンク１(メインタンク１ａ)内の燃料残量により、チャンバ５自体の浮力などが変化する影響があることから、燃料タンク１内の燃料ゲージによって検出された燃料タンク１内の燃料残量によってチャンバ５内の燃料量を補正するようになっている。

以上のように、本実施形態では、前記チャンバ５内の燃料量を、前記歪みセンサ６によって検出して燃料ポンプ１０の仕事量を切り換えるようにしたため、チャンバ５内の燃料量を高精度に制御することが可能になる。

しかも、チャンバ５の底面５ａに固定された小さくかつ安価な前記歪みセンサ６を用いていることから、装置全体の大型化が抑制できると共に、コストの低減化が図れる。
〔第２実施形態〕
図４は本発明の第２実施形態を示し、前記燃料供給配管３を介して各燃料噴射弁４に供給する燃料ポンプ１０の燃圧を検出する燃圧センサ２３を設け、該燃圧センサ２３からの検出信号に基づいて前記コントロールユニット７が現在の燃料ポンプ１０の燃圧を算出して、前記歪みセンサ６からの検出信号と併せて前記燃料ポンプ１０の駆動を制御するようになっている。

具体的には、図５のコントロールユニット７による制御フローチャート図に基づいて説明する。

ステップ１１では、前述と同じく機関回転数や機関負荷に応じて基本燃圧(ＰＢＡＳＥ)が予め算出されたマップから現在の燃圧を読み取る。

ステップ１２では、前記歪みセンサ６からの出力電圧(ＶＳＥＮ)を検出して現在のチャンバ５内の燃料量を読み取る。

続いてステップ１３では、前記歪みセンサ６からの出力電圧値(ＶＳＥＮ)が、予め記憶されている所定の固定電圧値Ａよりも小さい(等しい)か否かを判断する。

ここで、固定電圧値Ａよりも小さいか等しいと判断した場合、つまり、チャンバ６内の燃料量が所定量より少ないと判断した場合は、燃料の汲み上げモードであるとしてステップ１４に移行する。

このステップ１４では、前記基本燃圧(ＰＢＡＳＥ)と燃料タンク１の燃料を燃料ポンプ１０の内部に汲み上げるための燃圧(ＰＪＥＴ)とを比較して、これらのうちの大きい方の値を選択して、燃料ポンプ１０の燃圧（ＰＰＵＭＰ）としてこれに相当する制御電流を燃料ポンプ１０に出力する。

一方、前記ステップ１３において、歪みセンサ６からの出力電圧値(ＶＳＥＮ)が、予め記憶されている所定の固定電圧値Ａよりも大きいと判断した場合は、通常モードと判断してステップ１５に移行する。

このステップ１５では、前記基本燃圧(ＰＢＡＳＥ)が燃料ポンプ１０の燃圧であるとして処理する。

したがって、この実施形態も、第１実施形態と同じく、前記チャンバ５内の燃料量を、前記歪みセンサ６によって検出して燃料ポンプ１０の仕事量を切り換えるようにしたため、チャンバ５内の燃料量を高精度に制御することが可能になる。

しかも、チャンバ５の底面５ａに固定された小さくかつ安価な前記歪みセンサ６を用いていることから、装置全体の大型化が抑制できると共に、コストの低減化が図れる。
〔第３実施形態〕
図６は第３実施形態を示し、第２実施形態を基本構成として、前記燃料ポンプ１０を、前記エンジンのコントロールユニット７によって直接駆動制御するのではなく、このコントロールユニット７とは別構成のポンプコントロールユニット２４を設けたものである。

前記エンジンコントロールユニット７は、前記各燃料噴射弁４などの駆動制御を行うと共に、前記燃圧センサ２３からの検出信号を入力してポンプコントロールユニット２４に制御信号を出力する。

一方、ポンプコントロールユニット２４は、エンジンコントロールユニット７からの制御信号を受けて、図５に示すフローチャートに基づき、前記燃料ポンプ１０を制御するようになっている。

したがって、この実施形態も第２実施形態と同様な作用効果が得られることは勿論のこと、燃料ポンプ１０を独自のポンプコントロールユニット２４によって制御することから、さらに高精度な制御が可能になる。

本発明は、前記各実施形態の構成に限定されるものではなく、例えばチャンバ５の底面５ａに歪みセンサ６を２以上設けることも可能であり、この場合、複数の歪みセンサ６を底面５ａの径方向で対向する端部に配置する。

このように、歪みセンサ６を複数設けた場合には、該各歪みセンサ６から出力された複数出力値の平均値を用いても良いし、また最小電圧値を用いても良い。このようにすれば、燃料ポンプ１０の駆動を制御すれば、さらに高精度な制御が可能になる。

また、燃料タンク１が傾いた場合でも、複数の歪みセンサ６で燃料量の変化を検出することができる。

１…燃料タンク
１ａ…メインタンク
１ｂ…サブタンク
２…燃料ポンプユニット
３…燃料供給配管
４…燃料噴射弁
５…チャンバ
５ａ…底面
６…半導体歪みセンサ
７…コントロールユニット
８…ケース
９…燃料フィルタ
１０…燃料ポンプ
１１…燃料チューブ
１２…歪みセンサチップ
１３…ベース板
１４…金属はんだ
１５…歪みセンサチップ接続部
１６・１７…接続エリア
１８…電極
１９…フレキシブル配線板
２０…Ａｕワイヤー
２１…カバー樹脂
２２…ビス
２３…燃圧センサ

Claims

燃料タンク内に設けられ、燃料を貯留するチャンバと、該チャンバに前記燃料タンクから燃料を移送する移送手段と、前記チャンバ内の燃料を吸引して内燃機関に供給する燃料ポンプと、を備えた燃料供給装置において、
前記チャンバの内部底面に、該チャンバ内の燃料の自重に応じてチャンバ内の燃料量を検出する歪みセンサを固定すると共に、
該歪みセンサから出力された検出値に基づいて前記移送手段の駆動を制御するコントロールユニットを設けたことを特徴とする燃料供給装置。
前記歪みセンサによって検出された前記チャンバ内の燃料量に応じて、前記コントロールユニットを介して前記燃料ポンプの駆動量を制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。
前記燃料ポンプの燃圧を検出する燃圧センサを設けると共に、前記歪みセンサによって検出された検出値が所定値以下の場合には、前記燃圧センサからの検出値と前記歪みセンサからの検出値を比較して大きい方の値に基づいて前記燃料ポンプを制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料供給装置。