JP6481712B2 - 燃料ポンプ及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、車両の燃料タンクの燃料を内燃機関に供給する燃料ポンプ及びその制御方法に関する。

近年、車両が高温かつ低気圧の環境下で使用され、また、燃料に例えばアルコール混合燃料などの蒸気圧の高いものが用いられることにより、燃料タンクから内燃機関へ供給される燃料中にベーパ（気泡）が発生しやすい状態になることがある。
特許文献１には、燃料ポンプと内燃機関とを接続する燃料配管を流れる燃料にベーパが発生した場合、燃料ポンプが吐出する燃料の目標燃圧を高く設定することにより、燃料配管内でベーパロックが生じることを防ぐ技術が記載されている。

特開２００５−７６５６８号公報

ところで、近年、車両の消費電力を低減するため、燃料供給系統の制御システムとして、内燃機関が必要とする燃料圧力及び流量に応じた燃料を燃料ポンプから内燃機関に圧送する可変燃圧システムが採用されることがある。このシステムに用いられる燃料ポンプには、低流量の安定した吐出が求められる。
しかしながら、燃料ポンプが低流量を吐出するとき、燃料ポンプ内で燃料を昇圧するポンプ室の燃料にベーパが発生すると、そのベーパをポンプ室から燃料と共に排出することが困難である。
この場合、特許文献１に記載の技術を用いて燃料ポンプが吐出する燃料の目標燃圧を高く設定しても、それに追従して駆動制御されるインペラの回転によってポンプ室からベーパを排出することは困難である。
仮に、燃料ポンプのポンプ室にベーパが多量に蓄積された場合、燃料ポンプがベーパロックし、燃料を吐出しなくなるおそれがある。
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、燃料を昇圧するポンプ室のベーパロックを防ぐことの可能な燃料ポンプを提供することを目的とする。

第１発明は、インペラの回転によりポンプ室の燃料を昇圧する燃料ポンプにおいて、ポンプ室にベーパが発生したとき、インペラの回転数を、通常制御の回転数よりも高くすることを特徴とする。
これにより、燃料ポンプの制御は、ポンプ室にベーパが発生したとき、通常制御によるものから、ベーパを排出するための制御に切り替わる。そのため、ポンプ室のベーパは、燃料ポンプの外側へ確実に排出される。したがって、燃料ポンプは、ベーパロックすることなく、要求された流量を吐出することができる。
第１発明は、ベーパ排出孔を備えている。ベーパ排出孔は、燃料流路からケーシングの外側へベーパを排出可能である。ベーパ排出孔は、燃料流路に連通する第１流路と、その第１流路よりも内径が小さく形成され第１流路の反燃料流路側に連通する第２流路とを有する。第１流路の入口から第２流路の出口まで、流路面積が徐々に小さくなっている。

第２発明は、燃料ポンプの駆動を制御する制御方法において、ベーパの発生が検出されると、インペラの回転数を、通常時の目標燃圧に応じた回転数よりも高くすることを特徴とする。
これにより、燃料ポンプは、ベーパロックを防ぐことができる。

本発明の第１実施形態による燃料ポンプが用いられる燃料供給系統の構成図である。 第１実施形態による燃料ポンプの断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線により下ケーシングのみを示す図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線の要部断面図である。 図４のＶ部分の拡大図である。 ベーパ排出孔の第１流路の形状とベーパ排出量比との特性図である。 比較例のベーパ排出孔の燃料流れを示す解析図である。 第１実施形態のベーパ排出孔の燃料流れを示す解析図である。 第１実施形態による燃料ポンプの制御のフローチャートである。 第１実施形態による燃料ポンプの評価試験の構成図である。 図１０の評価試験による試験データである。 図１０の評価試験において図９の制御を行った際の試験データである。 ベーパ発生時のインペラ回転数の上昇率を変えた際の試験データである。 ベーパ発生時のインペラ回転数の上昇率と流量低下率との特性図である。 第１実施形態の燃料ポンプ及び従来の燃料ポンプにおける限界負圧と流量との特性図である。 第２実施形態による燃料ポンプのベーパ排出孔の要部拡大図である。 第３実施形態による燃料ポンプのベーパ排出孔の要部拡大図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図１５に示す。本実施形態の燃料ポンプ１は、可変燃圧システムによる燃料供給系統に用いられ、燃料タンク２の燃料を燃料配管３を通じて内燃機関４に圧送するものである。
図１に示すように、この制御システムでは、内燃機関４が必要とする燃圧及び流量に応じたインペラの回転数を車両の電子制御装置（ＥＣＵ）５が検出し、その指令値を燃料ポンプ１のコントローラ（ＦＰＣ）６に伝送する。ＦＰＣ６は、その指令値に応じた三相交流を燃料ポンプ１のモータに供給する。
燃料ポンプ１から燃料配管３に吐出された燃料の圧力は、圧力センサ７によって検出され、その信号がＥＣＵ５に伝送される。ＥＣＵ５は、圧力センサ７が検出した燃圧と目標燃圧とが一致するよう、ＦＰＣ６を経由して燃料ポンプ１をフィードバック制御する。
また、本実施形態のＥＣＵ５は、圧力センサ７の信号から燃料ポンプ１のポンプ室にベーパが発生したことが検出されると、所定のフィードフォワード制御により、ベーパをベーパ排出孔へ排出するための制御を行う。

まず、燃料ポンプ１の全体構成について説明する。
図２に示すように、燃料ポンプ１は、ポンプ部１０、モータ部３０、ハウジング３９及びモータカバー４０等から構成される。燃料ポンプ１は、ポンプ部１０の備えるインペラ１１の回転により、図２の下方に示す吸入口１２から燃料を吸入し、その燃料を昇圧して、図２の上方に示す燃料吐出管４１から吐出する。

ポンプ部１０は、インペラ１１、上ケーシング１３及び下ケーシング１４などを備える。上ケーシング１３と下ケーシング１４は、特許請求の範囲に記載の「ケーシング」に相当する。
インペラ１１は、円盤状に形成され、周方向に並ぶ複数の羽根溝１５を有する。インペラ１１は、モータ部３０のシャフト３１に固定され、シャフト３１と共に回転する。
上ケーシング１３と下ケーシング１４との間には、インペラ１１を収容するポンプ室１６が形成される。
下ケーシング１４は、燃料ポンプ１の外側からポンプ室１６に燃料を導入する吸入口１２を有する。
上ケーシング１３は、ポンプ室１６からモータ部３０へ燃料を吐出する吐出口１７を有する。

図３に示すように、下ケーシング１４は、吸入口１２から吐出口１７に亘り、インペラ１１の羽根溝１５に対応して環状に形成された燃料流路１８を有する。この燃料流路１８は、ほぼＣ状に形成されている。また、下ケーシング１４は、ポンプ室１６及び燃料流路１８から燃料ポンプ１の外側へ燃料と共にそこに含まれるベーパを排出可能なベーパ排出孔２０を有する。ベーパ排出孔２０については後述する。
図２に示すように、上ケーシング１３も、下ケーシング１４と同様に、吸入口１２から吐出口１７に亘り、インペラ１１の羽根溝１５に対応して環状に形成された燃料流路１９を有する。上ケーシング１３及び下ケーシング１４の燃料流路１８，１９は、ポンプ室１６に連通している。
モータのシャフト３１と共にインペラ１１が回転すると、吸入口１２からポンプ室１６及び燃料流路１８，１９に燃料が吸入される。その燃料は、インペラ１１の回転により、羽根溝１５と燃料流路１８，１９との間を螺旋状の旋回流となって流れ、吸入口１２から吐出口１７に向かうに従い昇圧され、吐出口１７から吐出する。

モータ部３０は、ブラシレスモータであり、ステータ３２、ロータ３６、シャフト３１等を備える。
ステータ３２は、円筒状を呈し、ステータコア３３、インシュレータ３４、巻線３５を有している。ステータコア３３は、鉄等の磁性材料で形成される。インシュレータ３４は、ステータコア３３を樹脂モールドする。巻線３５は、インシュレータ３４に巻回され、三相巻線を構成する。巻線３５が巻回されたインシュレータ３４は、さらにモータカバー４０によって一体に樹脂成形される。したがって、ステータ３２は、モータカバー４０と一体に形成される。

ロータ３６は、ステータ３２の内側に回転可能に収容される。ロータ３６は、鉄心３７の周囲に磁石３８が固定される。磁石３８は、周方向にＮ極とＳ極とが交互に配置されている。
シャフト３１は、ロータ３６の中心に圧入固定され、ロータ３６とともに回転する。シャフト３１は、その一端がモータカバー４０に設けられた軸受４２に回転可能に支持され、他端が上ケーシング１３に設けられた軸受４３に回転可能に支持される。
モータカバー４０に設けられたＵ相、Ｖ相、Ｗ相の端子４４から、ステータ３２の各相の巻線３５に三相電力が供給されると、ステータ３２に回転磁界が生じ、ロータ３６とシャフト３１が回転する。

ハウジング３９は、筒状に形成され、軸方向の一方の端部が径内方向にかしめられ、モータカバー４０とモータ部３０を固定する。また、ハウジング３９は、軸方向の他方の端部が径内方向にかしめられ、下ケーシング１４と上ケーシング１３を固定する。
モータカバー４０は、図１の上方へ突出する燃料吐出管４１を有する。ポンプ部１０によって昇圧された燃料は、モータ部３０のステータ３２とロータ３６との隙間を通り、燃料吐出管４１から吐出する。

次に、下ケーシング１４の燃料流路１８に設けられたベーパ排出孔２０について説明する。
図３に示すように、ベーパ排出孔２０は、吸入口１２の位置を０°としたときの角度θａが、約１１０°から１３０°の範囲に設けられている。吸入口１２からポンプ室１６に吸入される燃料には、吸入負圧によりベーパが発生することがある。ベーパ排出孔２０は、吸入口１２の付近で発生したベーパを燃料ポンプ１の外側へ排出するものである。
吸入口１２から負圧により燃料流路１８及びポンプ室１６に導入された燃料は、徐々に昇圧され、ベーパ排出孔２０の付近で数十ｋＰａとなる。そのため、燃料流路１８の燃料は、ベーパ排出孔２０から燃料ポンプ１の外側へ排出される。

図４に示すように、燃料流路１８は、径外側から径内側に向かい、外曲面部１８１、平面部１８２、及び内曲面部１８３を有する。外曲面部１８１は、径外側から径内側に向かい徐々に深くなる部分である。平面部１８２は、深さが一定の部分である。内曲面部１８３は、平面部１８２から径内側に向かい徐々に浅くなる部分である。ベーパ排出孔２０は、燃料流路１８の内曲面部１８３に接続している。
燃料流路１８を流れる燃料には、インペラ１１の回転による遠心力が作用するので、燃料流路１８の径方向外側を流れる燃料の圧力が高い。燃料に含まれるベーパは燃料よりも質量が小さいので、燃料流路１８の径方向内側を流れる。したがって、ベーパ排出孔２０を燃料流路１８の内曲面部１８３に接続することで、燃料流路１８を流れるベーパをベーパ排出孔２０に確実に導入することが可能である。

ベーパ排出孔２０は、第１流路２１、第２流路２２、第３流路２３及び第１テーパ部２４を有する。これらは、全て同軸に形成される。
第１流路２１は、燃料流路１８の内曲面部１８３に接続し、燃料流路１８と連通する。第１流路２１は、燃料流路１８からベーパ排出孔２０に燃料が流入する際、ベーパ排出孔２０の内壁から燃料が剥離することを防ぐ。
第２流路２２は、第１流路２１よりも内径が小さく形成され、第１流路２１の反燃料流路側に連通する。第２流路２２の内径と長さの設定により、ベーパ排出孔２０を流れる燃料の流量が調整される。
第１テーパ部２４は、第１流路２１と第２流路２２との接続箇所に設けられ、第１流路２１と第２流路２２との段差を流れる燃料に渦流が生じることを防ぐ。第１テーパ部２４は、第１流路２１と第２流路２２との間に設けられた段差の径外側に環状に設けられる。
図５に示すように、第１テーパ部２４は、その内角θｂが１２０°以下に形成される。これは、仮に内角が１２０°よりも大きいと、そこを流れる燃料に渦流が生じ易くなるからである。

図４に示すように、第３流路２３は、第２流路２２よりも内径が大きく形成され、第２流路２２の反第１流路側に連通する。第３流路２３は、第２流路２２の長さを調整するものである。第３流路２３の内壁は、第２流路２２の内壁と略平行である。但し、第３流路２３の第２流路側の内径ｄ１は、反第２流路側の内径ｄ２よりも僅かに小さい。すなわち、第３流路２３の内壁は、下ケーシング１４を形成する際、下ケーシング１４を構成する材料から第３流路２３を形成する金型を抜くための抜き勾配程度のテーパを有する。これにより、第３流路２３の加工性を高めることが可能である。また、ベーパ排出孔２０を形成する際、第２流路２２と第３流路２３との接続箇所などに生じたバリを容易に除去することが可能である。

図５に示すように、燃料流路１８と第１流路２１との接続位置から第１流路２１と第２流路２２との接続位置までの距離（以下「第１流路２１の長さ」という）をＬとし、第１流路２１の内径をｄとする。このとき、第１流路２１の長さＬとその内径ｄとの関係は、２≦ｄ／Ｌ≦５が好ましい。
図６では、インペラ回転数を、燃料ポンプ１として一般的な３０００から１００００ｒｐｍとしたときの ｄ／Ｌとベーパ排出量比との関係を示している。
このとき、１≦ｄ／Ｌ≦６の範囲でベーパ排出量比が９６．５％以上である。また、２≦ｄ／Ｌ≦５の範囲で、ベーパ排出量比が９９％以上である。このように、第１流路２１の長さＬとその内径ｄとの関係を調整することで、第１流路２１から第２流路２２へ流れ込む燃料の角度にベーパ排出孔２０の形状を合わせることが可能である。これにより、燃料流路１８からベーパ排出孔２０へ燃料と共に排出されるベーパを増加することができる。

次に、比較例のベーパ排出孔２００の燃料流れと、第１実施形態のベーパ排出孔２０の燃料流れとを比較して説明する。
図７に示すように、比較例のベーパ排出孔２００は、第２流路２２０が燃料流路１８に直接接続されており、第１流路２１及び第１テーパ部２４を有していない。また、比較例の第３流路２３０のテーパ角は、第１実施形態の第３流路２３のテーパ角よりも大きく形成されている。この場合、燃料流路１８からベーパ排出孔に流入する燃料は、矢印Ａに示すように、ベーパ排出孔２００の上流側の内壁から剥離して流れる。そのため、その剥離が生じたベーパ排出孔２００の上流側の内壁の近傍では、破線Ｂに示すように、渦流が生じ、燃圧が低下する。そのため、その渦流からベーパが生じると、そのベーパの容積分、燃料流路１８から排出されるベーパ排出量が低下する。
また、比較例のベーパ排出孔２００は、矢印Ｃに示すように、燃料は第３流路２３０の一部のみを流れる。第３流路２３０のその他の部分には、矢印Ｄに示すように、第３流路２３０の外側から燃料を引き込む流れが生じる。これにより、比較例のベーパ排出孔２００は、燃料流路１８から排出されるベーパ排出量が少ないものとなる。

これに対し、図８の矢印Ｅに示すように、第１実施形態では、燃料流路１８からベーパ排出孔２０へ流入する燃料は、第１流路２１、第１テーパ部２４及び第２流路２２の上流側の内壁から剥離することなく、その内壁に沿って流れる。そのため、ベーパ排出孔２０の上流側の内壁の近傍に渦流が生じることが無いので、比較例のベーパ排出孔２００に比べて、燃料流路１８から排出されるベーパ排出量が増加する。
また、矢印Ｆに示すように、第１実施形態のベーパ排出孔２０の第３流路２３は、第３流路２３の外側から燃料を引き込むことなく、第２流路２２からの燃料流れを燃料ポンプ１の外側へ排出することが可能である。したがって、第１実施形態のベーパ排出孔２０は、比較例のベーパ排出孔２００に比べて、燃料流路１８から排出されるベーパ排出量を増加することができる。

続いて、本実施形態の燃料ポンプ１の制御を図９のフローチャートを参照して説明する。
燃料ポンプ１の制御は、エンジンの始動と共に開始される。この制御が開始されると、ＥＣＵ５は、内燃機関４が必要とする目標燃圧に応じたモータの回転数を定め、ＦＰＣ６を経由して燃料ポンプ１のモータに電力を供給する。なお、本実施形態の燃料ポンプ１は、モータの回転数とインペラ回転数が一致している。
ステップ１で、ＥＣＵ５は、圧力センサ７の信号により、燃料ポンプ１から吐出された燃料圧力を検出する。
続いて、ステップ２で、ＥＣＵ５は、目標燃圧と、圧力センサ７が検出した燃圧とが一致するよう、比例積分制御（ＰＩ制御）により、燃料ポンプ１のモータの回転数をフィードバック制御する。

次に、ステップ３で、ＥＣＵ５は、圧力センサ７が検出した燃圧に基づき、燃料ポンプ１のポンプ室１６の燃料にベーパが発生したか否かを検出する。
一般に、ベーパは、吸入口１２の付近で吸入負圧により発生し、燃料の昇圧を妨げる。そのため、燃料ポンプ１の吐出する燃圧の低下に基づき、ベーパの発生を検出することが可能である。
ＥＣＵ５は、所定の閾値よりも燃圧が低下した場合、ポンプ室１６の燃料にベーパが発生したと判断する。所定の閾値は、例えば１０ｋＰａに設定される。

ＥＣＵ５は、ベーパが発生していないと判断したとき、ステップ１に戻り、フィードバック制御を継続する。
一方、ＥＣＵ５は、ベーパが発生したと判断したとき、ステップ４に移行し、ポンプ室１６のベーパをベーパ排出孔２０へ排出するため、燃料ポンプ１の制御をフィードフォワード制御に切り換える。
ステップ４では、ＥＣＵ５は、モータの回転数の上昇率を増加し、ＦＰＣ６を介してモータに電力を供給する。そして、ステップ５では、所定時間経過したか否かを検出し、所定時間が経過するまで、ステップ４で実行した回転数の上昇率を維持する。
ステップ５で、所定時間が経過すると、処理は、再びステップ１に戻り、フィードバック制御を行う。

上述したステップ２において、本実施形態のＥＣＵ５とＦＰＣ６が燃料ポンプ１をフィードバック制御するとき、これらは、特許請求の範囲に記載の「通常制御手段」として機能する。
上述したステップ３において、本実施形態の圧力センサ７とＥＣＵ５は、特許請求の範囲に記載の「検出手段」として機能する。
上述したステップ４及び５において、本実施形態のＥＣＵ５とＦＰＣ６が燃料ポンプ１を所定のフィードフォワード制御するとき、これらは、特許請求の範囲に記載の「ベーパ制御手段」として機能する。

図１０は、上述した燃料ポンプ１の制御に関する評価試験に用いた構成を示している。
燃料ポンプ１から吐出した燃料は、プレッシャーレギュレータ５０を通り、流量計５１によりその流量が計測された後、ウォータバス５２の中の配管５３で所定温度に高められ、燃料タンク２に戻される。燃料タンク２の気圧は、負圧吸引機５４により所定の気圧に設定される。これにより、車両に設置された燃料ポンプ１が高温かつ低気圧の環境下で使用される状態と同じ状態が作られる。

図１１は、図１０の構成を用いて燃料ポンプ１を駆動したときの試験データである。ＥＣＵ５は、燃料ポンプ１から吐出する燃料の圧力を所定圧Ｐｘで維持するように燃料ポンプ１を駆動する。
図１１において、各実線Ｇ、Ｈ、Ｉは、燃料ポンプ１を「従来の制御」により駆動したときの試験データである。「従来の制御」とは、ＥＣＵ５が上述したフィードバック制御（Ｓ１）のみを行い、上述した所定のフィードフォワード制御（Ｓ４，Ｓ５）を行わない制御ことをいうものとする。実線Ｇは燃圧を示し、実線Ｈはインペラ回転数を示し、実線Ｉは流量を示している。
一方、各破線Ｊ，Ｋ，Ｌは、図９のフローチャートで説明した本実施形態の制御のとおり、ＥＣＵ５がフィードバック制御（Ｓ１）と、所定のフィードフォワード制御（Ｓ４，Ｓ５）の両方を行なった場合の目標値である。破線Ｊは燃圧を示し、破線Ｋはインペラ回転数を示し、破線Ｌは流量を示している。

燃料ポンプ１を「従来の制御」により駆動した場合、時刻ｔ１以降、ＥＣＵ５のフィードバック制御（Ｓ１）にかかわらず、実線Ｇに示す燃圧が低下している。これにより、時刻ｔ１で、燃料ポンプ１のポンプ室１６の燃料にベーパが発生したといえる。
時刻ｔ１以降、ＥＣＵ５のフィードバック制御により、実線Ｈに示す回転数が上昇する。しかし、実線Ｇに示す燃圧と実線Ｉに示す流量は共に低下し、時刻ｔ２で流量が０となり、燃料ポンプ１がベーパロックした状態となる。

これに対し、図１２で示す試験データは、本実施形態の制御により、図９のフローチャートで説明したとおり、ＥＣＵ５がフィードバック制御（Ｓ１）と、所定のフィードフォワード制御（Ｓ４，Ｓ５）の両方を行なった場合のものである。
実線Ｍは燃圧を示し、破線Ｎはインペラ回転数を示し、一点鎖線Ｏは流量を示している。
ＥＣＵ５は、時刻ｔｘでベーパの発生を検出すると、燃料ポンプ１の制御を、フィードバック制御（Ｓ１）から所定のフィードフォワード制御（Ｓ４，Ｓ５）に切り換える。すなわち、破線Ｎに示すように、ＥＣＵ５は、時刻ｔｘから時刻ｔｙの間のみ、回転数の上昇率を大きくすることで、回転数を急速に増加する。
これにより、実線Ｍに示すように、燃圧は脈動を打つものの、目標燃圧に近い値を維持する。また、一点鎖線Ｏに示すように、燃料ポンプ１から吐出する流量は維持される。

次に、図１３に、ポンプ室１６にベーパが発生した場合に、インペラ回転数の上昇率を変えた際の試験データを示す。
図１３（Ａ）に燃圧の変化を示し、図１３（Ｂ）にインペラ回転数の上昇率の変化を示す。
破線Ｐ、Ｑは、ＥＣＵ５が「従来の制御」を行った場合の試験データである。破線Ｐでは、ＥＣＵ５はフィードバック制御において、燃料ポンプ１から吐出された燃圧が、ベーパ発生検出の閾値である例えば１０ｋＰａ低下した際、インペラ回転数の上昇率を１０００ｒｐｍ／ｓとしている。この場合、破線Ｑに示すように、燃圧は下降を続けている。

次に、実線Ｒ，Ｓ、二点鎖線Ｔ，Ｕ、一点鎖線Ｖ，Ｗは、いずれも図９のフローチャートで説明したとおり、ＥＣＵ５がフィードバック制御（Ｓ１）と、フィードフォワード制御（Ｓ４，Ｓ５）を行った場合の試験データである。
実線Ｒでは、ＥＣＵ５はポンプ室１６にベーパが発生した場合、時刻ｔｘからｔｙの０．１秒間のみ、インペラ回転数の上昇率を３００００ｒｐｍ／ｓとしている。この場合、実線Ｓに示すように、燃圧は脈動を打つものの、目標燃圧に近い値を維持する。
なお、インペラ回転数の上昇率を維持する時間（時刻ｔｘからｔｙ）は、実験等により任意に設定することが可能である。本実施形態では、時刻ｔｘからｔｙを０．１秒としたが、この時間は例えば燃料ポンプ１の体格などに応じて、０．１秒よりも短く又は長くしてもよい。

二点鎖線Ｔでは、ＥＣＵ５はポンプ室１６にベーパが発生した場合、インペラ回転数の上昇率を２００００ｒｐｍ／ｓとしている。この場合、二点鎖線Ｕに示すように、燃圧は緩やかに上昇している。
一点鎖線Ｖでは、ＥＣＵ５はポンプ室１６にベーパが発生した場合、インペラ回転数の上昇率を１００００ｒｐｍ／ｓとしている。この場合、一点鎖線Ｗに示すように、燃圧は下降している。

図１４は、図１３で示した試験データをまとめたものである。
ポンプ室１６にベーパが発生した場合、インペラ回転数の上昇率２００００ｒｐｍ／ｓ以上にすると、燃料ポンプ１が吐出する流量の低下率が減少する。そして、インペラ回転数の上昇率３００００ｒｐｍ／ｓとしたとき、燃料ポンプ１が吐出する流量の低下率が０となる。
なお、インペラ回転数の上昇率２００００ｒｐｍ／ｓは、フィードバック制御によるインペラ回転数の上昇率１０００ｒｐｍ／ｓに対し、２０倍である。したがって、ポンプ室１６にベーパが発生した場合、インペラ回転数の上昇率を、フィードバック制御によるインペラ回転数の上昇率の２０倍以上にすると、燃料ポンプ１が吐出する流量の低下率が減少する。

図１５の実線Ｘは、ＥＣＵ５が本実施形態の制御により燃料ポンプ１を駆動したときの負圧限界と流量との関係を示すデータである。
図１５の実線Ｙは、ＥＣＵ５が燃料ポンプ１を「従来の制御」により駆動したときの負圧限界と流量との関係を示すデータである。
実線Ｘにおける流量Ｌｃの負圧限界Ｐｅは、実線Ｙにおける流量Ｌｃの負圧限界Ｐｂよりも４ｋＰａ以上低い値を示した。したがって、実線Ｘに示す本実施形態の制御による燃料ポンプ１は、実線Ｙに示す従来の制御による燃料ポンプ１に対し、所定流量Ｌｃにおいて、負圧限界を４ｋＰａ以上下げることが可能である。即ち、本実施形態の制御による燃料ポンプ１は、低気圧条件において低流量化が可能である。

（本実施形態の作用効果）
本実施形態の燃料ポンプ１は、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態では、ポンプ室１６にベーパが発生したとき、インペラ回転数を所定時間、通常制御による回転数よりも高くすることにより、ポンプ室１６のベーパをベーパ排出孔２０へ排出する。
すなわち、燃料ポンプ１の制御は、ポンプ室１６にベーパが発生したとき、通常のフィードバック制御によるものから、ベーパをベーパ排出２０孔へ排出するためのフィードフォワード制御に切り替わる。そのため、ポンプ室１６のベーパは、ベーパ排出孔２０から燃料ポンプ１の外側へ確実に排出される。したがって、燃料ポンプ１は、ベーパロックすることなく、要求された流量を吐出することができる。

（２）本実施形態では、ベーパの発生を検出したとき、インペラ回転数の上昇率を２００００ｒｐｍ／ｓ以上にする。
これにより、燃料ポンプ１のベーパロックを確実に防ぐことができる。

（３）本実施形態では、燃圧低下によりベーパの発生を検出したとき、その燃圧低下に応じたフィードバック制御によるインペラ回転数の上昇率に対し、フィードフォワード制御によるインペラ回転数の上昇率を２０倍以上にする。
これにより、燃料ポンプ１のベーパロックを確実に防ぐことができる。

（４）本実施形態では、ベーパの発生を検出したとき、インペラ回転数をベーパ排出に必要な時間のみフィードフォワード制御する。
このように、短時間のフィードフォワード制御により、燃料ポンプ１はベーパの排出に必要な流量のみを吐出し、それよりも多くの流量を吐出することが抑制される。

（５）本実施形態では、ベーパの発生を検出したとき、モータのフィードバック制御を、所定のフィードフォワード制御に切り替える。
これにより、ポンプ室１６のベーパを確実に排出することができる。

（６）本実施形態では、フィードフォワード制御を所定時間のみ行った後、フィードバック制御に切り替える。
これにより、フィードフォワード制御を極めて短い時間のみ行うことで、燃料ポンプ１はベーパの排出に必要な流量のみを吐出し、それよりも多くの流量を吐出することが抑制される。

（７）本実施形態では、吐出口１７から吐出する燃料の圧力が目標圧から所定圧以上低下したとき、ベーパが発生したことを検出する。
通常時、燃料ポンプ１のモータは目標圧に応じた回転数にフィードバック制御されるので、通常時に燃料ポンプ１が吐出する燃圧は目標圧を維持する。そのため、燃料ポンプ１が吐出する燃圧が目標圧から所定圧以上低下したとき、ポンプ室１６にベーパが発生したことを推定可能である。

（８）本実施形態では、ベーパ排出孔２０は、第２流路２２の燃料流路１８側に、第２流路よりも内径が大きく形成された第１流路を有する。さらに、第１流路と第２流路との接続箇所に第１テーパ部を有する。
これにより、燃料流路１８を流れる燃料は、ベーパ排出孔２０の上流側の内癖から剥離することなく、第１流路２１、第１テーパ部２４及び第２流路２２の内壁に沿って速やかに流れる。そのため、第１流路２１の内壁の内側に燃料の渦流が形成されることなく、ベーパ排出孔２０の流路の全てに燃料を流すことが可能になる。したがって、燃料流路１８のベーパがベーパ排出孔２０から確実に排出されるので、燃料ポンプ１のベーパロックを防ぐことができる。

（９）本実施形態では、第１流路２１と第２流路２２と第１テーパ部２４とは、同軸に設けられる。
これにより、燃料流路１８を流れる燃料は、第１流路２１から、第１テーパ部２４及び第２流路２２へ速やかに流れる。

（１０）本実施形態では、第１流路２１の長さＬと、第１流路２１の内径ｄとの関係は、２≦ｄ／Ｌ≦５である。
これにより、インペラ回転数を例えば３０００から１００００ｒｐｍとしたとき、燃料流路１８から第１流路２１を通じて第２流路２２に流れ込む燃料の角度に、第１流路２１の形状を合わせることが可能である。したがって、２≦ｄ／Ｌ≦５の範囲で、燃料流路１８からベーパ排出孔２０へ流れ込む燃料を最も多くすることができる。

（１１）本実施形態では、ベーパ排出孔２０は、第２流路２２の反第１流路側に、第２流路２２よりも内径が大きい第３流路２３を有する。
これにより、燃料絞り部となる第２流路２２を必要以上に長くすることなく、燃料流路１８から適切な流量を排出することが可能である。

（１２）本実施形態では、第３流路２３の内壁は、下ケーシング１４を形成する際、下ケーシング１４を構成する材料から第３流路２３を形成する金型を抜くための抜き勾配程度のテーパを有する。
これにより、第３流路２３の加工性を高めることができる。また、ベーパ排出孔２０を形成する際、第２流路２２と第３流路２３との接続箇所などに生じたバリを容易に除去することが可能である。
また、第３流路２３のテーパ角を小さくすることで、下ケーシング１４の外側から第３流路２３に燃料が引き込まれることが防がれる。したがって、ベーパ排出孔２０からのベーパの排出量を増加することができる。

（１３）本実施形態では、ベーパ排出孔２０の第１流路２１は、燃料流路１８の径内側に設けられた内曲面部１８３に接続する。
燃料流路１８を流れる燃料には、インペラ１１の回転による遠心力が作用するため、燃料流路１８の径方向外側を流れる燃料の圧力が高い。そのため、燃料に含まれるベーパは燃料よりも質量が小さいので、燃料流路１８の径方向内側を流れる。したがって、ベーパ排出孔２０の第１流路２１を燃料流路１８の内曲面部１８３に接続することで、燃料流路１８を流れるベーパをベーパ排出孔２０に確実に導入することができる。

（第２実施形態）
第２実施形態の燃料ポンプの要部拡大図を図１６に示す。以下、複数の実施形態について、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、ベーパ排出孔２０は、第１テーパ部２５の径内側の内周と、第２流路の燃料流路側の内周とが接続している。そのため、ベーパ排出孔２０の第１テーパ部２５は、第１流路２１と第２流路２２との間に設けられた段差の全部に設けられる。したがって、第２実施形態では、第１流路２１と第２流路２２との段差が無しになる。
第２実施形態においても、第１テーパ部２５によって、第１流路２１から第２流路２２へ流れる燃料に渦流が生じることが防がれる。そのため、ベーパ排出孔２０の流路の全てに燃料を流すことが可能になり、燃料流路１８のベーパをベーパ排出孔２０から確実に排出することができる。

（第３実施形態）
第３実施形態の燃料ポンプの要部拡大図を図１０に示す。第３実施形態では、ベーパ排出孔２０の第１テーパ部２６は、燃料流路１８に接続している。
第３実施形態においても、第１流路２１と第２流路２２との段差が無しになり、第１流路２１または第１テーパ部２６から第２流路２２へ流れる燃料に渦流が生じることが防がれる。そのため、燃料流路１８のベーパをベーパ排出孔２０から確実に排出することができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、可変燃圧システムに用いられる燃料ポンプについて説明した。これに対し、他の実施形態では、燃料ポンプは、一般の燃料供給システムに用いることも可能である。
（２）上述した実施形態では、ブラシレスモータを備えた燃料ポンプについて説明した。これに対し、他の実施形態では、燃料ポンプは、ブラシ付きのモータを備えるものであってもよい。

（３）上述した実施形態では、ＥＣＵは、圧力センサが検出した燃圧に基づき、ベーパが発生したか否かを検出した。これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵは、流量の変化、燃圧と燃料温度との関係、燃圧の変動率などに基づき、ベーパが発生したか否かを検出してもよい。

（４）上述した実施形態では、ベーパ排出孔は、第１流路、第２流路、第３流路及び第１テーパ部を有するものとした。これに対し、他の実施形態では、ベーパ排出孔は、第３流路を有することなく、下ケーシング１４の外壁に第２流路が直接開口する構成としてもよい。
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、上記複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の形態で実施することができる。

１ ・・・燃料ポンプ
７ ・・・圧力センサ（検出手段）
５ ・・・ＥＣＵ（通常制御手段、ベーパ制御手段、検出手段）
６ ・・・ＦＰＣ（通常制御手段、ベーパ制御手段）
１１・・・インペラ
１３・・・上ケーシング（ケーシング）
１４・・・下ケーシング（ケーシング）
１６・・・ポンプ室
１８，１９・・・燃料流路
２０・・・ベーパ排出孔

Claims (14)

1. 周方向に複数の羽根溝を有するインペラ（１１）と、
   前記インペラを回転するモータ部（３０）と、
   前記インペラを回転可能に収容するポンプ室（１６）を有するケーシング（１３，１４）と、
   前記ケーシングの外側から前記ポンプ室に燃料を導入する吸入口（１２）と、
   前記ポンプ室から前記ケーシングの外側へ燃料を吐出する吐出口（１７）と、
   前記吸入口から前記吐出口に亘り、前記インペラの羽根溝に対応して前記ケーシングに環状に形成された燃料流路（１８，１９）と、
   前記ポンプ室及び前記燃料流路にベーパが発生したことを検出する検出手段（７，５）と、
   前記モータ部を制御して前記インペラの回転数を目標燃圧に応じた回転数にする通常制御手段（５，６）と、
   前記検出手段がベーパの発生を検出したとき、前記インペラの回転数を、前記通常制御手段が定める目標回転数よりも高くするベーパ制御手段（５，６）と、
   前記燃料流路から前記ケーシングの外側へベーパを排出可能なベーパ排出孔（２０）と、を備え、
   前記ベーパ排出孔は、
   前記燃料流路に連通する第１流路（２１）と、
   その第１流路よりも内径が小さく形成され前記第１流路の反燃料流路側に連通する第２流路（２２）とを有し、
   前記第１流路の入口から前記第２流路の出口まで、流路面積が徐々に小さくなっていることを特徴とする燃料ポンプ（１）。
2. 前記ベーパ制御手段は、前記インペラの回転数の上昇率を２００００ｒｐｍ／ｓ以上にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
3. 前記通常制御手段は、前記インペラの回転数を目標燃圧に応じた回転数にフィードバック制御するものであり、
   前記ベーパ制御手段は、前記インペラの回転数の上昇率を、前記通常制御手段が燃圧低下に応じて定める前記インペラの回転数の上昇率に対し、２０倍以上にすることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプ。
4. 前記ベーパ制御手段は、前記検出手段がベーパの発生を検出したとき、前記インペラの回転数をベーパ排出に必要な時間のみ制御することを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
5. 前記検出手段がベーパの発生を検出したとき、前記通常制御手段が行う前記モータ部のフィードバック制御を、前記ベーパ制御手段が行うフィードフォワード制御に切り替えることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
6. 前記ベーパ制御手段が前記フィードフォワード制御を所定時間行った後、前記通常制御手段による前記フィードバック制御に切り替えることを特徴とする請求項５に記載の燃料ポンプ。
7. 前記検出手段は、前記吐出口から吐出する燃料の圧力が目標圧から所定圧以上低下したとき、ベーパが発生したことを検出することを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
8. 前記ベーパ排出孔は、前記第１流路と前記第２流路との接続箇所に設けられた第１テーパ部（２４，２５，２６）をさらに有することを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
9. 前記第１流路と前記第２流路と前記第１テーパ部とは、同軸に設けられることを特徴とする請求項８に記載の燃料ポンプ。
10. 前記燃料流路と前記第１流路との接続位置のうち最も前記第２流路に近い位置から前記第１流路と前記第２流路との接続位置までの距離をＬとし、前記第１流路の内径をｄとしたとき、２≦ｄ／Ｌ≦５であることを特徴とする請求項１から９のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
11. 前記ベーパ排出孔は、前記第２流路の反第１流路側に連通する第３流路（２３）をさらに有し、
    前記第３流路の内径は、前記第２流路の内径よりも大きいことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
12. 前記第３流路の内壁は、前記ケーシングを形成する際、前記ケーシングを構成する材料から前記第３流路を形成する金型を抜くための抜き勾配程度のテーパを有することを特徴とする請求項１１に記載の燃料ポンプ。
13. 前記燃料流路は、
    径外側から径内側に向かい徐々に深くなる外曲面部（１８１）と、
    その外曲面部の径内側に設けられ、深さが一定の平面部（１８２）と、
    その平面部の径内側に設けられ、前記平面部から径内側に向かい徐々に浅くなる内曲面部（１８３）と、を有し、
    前記ベーパ排出孔の前記第１流路は、前記内曲面部に接続することを特徴とする請求項１から１２のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
14. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の燃料ポンプの駆動を制御する制御方法において、
    前記ポンプ室及び前記燃料流路にベーパが発生したことを検出する検出行程（Ｓ３）と、
    前記モータ部を制御して前記インペラの回転数を目標燃圧に応じた回転数にする通常制御行程（Ｓ２）と、
    前記検出手段がベーパの発生を検出したとき、前記インペラの回転数を、前記通常制御手段が定める目標回転数よりも高くするベーパ制御行程（Ｓ４，Ｓ５）と、を含むことを特徴とする燃料ポンプの制御方法。

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