JPH1122577A - 内燃機関の燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 内燃機関の燃料ポンプを駆動するモータの制
御装置において、リターン燃料量を低減させ、モータへ
の供給電力を低減させると共に、構成においても簡易な
装置を提供する。 【解決手段】 燃料供給系の圧力調整弁に与えるデュー
ティパルス（デューティ比）信号に基づいて、それに反
比例するようにモーター指令値を決定する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は内燃機関の燃料ポ
ンプ制御装置に関し、より詳しくは電動モータで駆動さ
れ、内燃機関に配置された燃料噴射弁に燃料を圧送する
電動燃料ポンプ制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般的な電動燃料ポンプは、内燃機関の
高負荷時での燃料量に対応できるようにポンプ吐出量が
決定され、その吐出量となるようにポンプを駆動する電
動モータが制御される。しかし、実際に内燃機関が要求
する燃料量は負荷が低下するにつれて減少し、過剰な燃
料量は圧力調整弁（プレッシャレギュレータ）のリター
ンパイプ（通路）を通って燃料タンクに戻される。

【０００３】このとき、燃料タンクに戻されるリターン
燃料は内燃機関が発生する熱で加熱されて温度が上昇
し、燃料タンクでの蒸発燃料量が増加することから、特
開平５−２２３０２７号公報において、リターン燃料量
を減少させると共に、負荷が急増した場合でも燃料圧力
（燃圧）の低下を防止する技術が提案されている。この
従来技術においては、そのために機関回転数を検出し、
検出された機関回転数における全負荷時に必要な燃料ポ
ンプの吐出燃料量を求め、その量となるように燃料ポン
プを駆動制御している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た従来技術では、吐出燃料量が機関の全負荷時の燃料量
であるため、リターン燃料量の低減が必ずしも十分では
なく、燃料ポンプを駆動する電動モータに供給する電力
の損失が無視し難かった。この不都合は、特に燃料圧力
を高めたとき、顕著となる。また、従来技術は構成にお
いて複雑である不都合もあった。

【０００５】従って、この発明の目的は、従来技術の上
記した不都合を解消し、リターン燃料量を低減させ、燃
料ポンプ駆動電動モータへの供給電力を低減させると共
に、構成においても簡易な内燃機関の燃料ポンプ制御装
置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項１項にあっては、内燃機関に配置された燃
料噴射弁に燃料を供給する燃料供給路の燃料圧力を電磁
式圧力調整弁を介して目標値に制御する内燃機関の燃料
ポンプ制御装置において、前記電磁式圧力調整弁に供給
されるデューティパルス信号を入力し、直流信号に変換
する直流信号変換手段、前記変換された直流信号に基づ
いて前記燃料ポンプを駆動する電動モータに供給するモ
ータ指令値を決定するモータ指令値決定手段、および前
記算出された指令値に基づいて前記電動モータを駆動す
る駆動手段を備える如く構成した。

【０００７】請求項２項にあっては、前記モータ指令値
決定手段は、周期的なパルス信号を発生するパルス発生
手段、前記発生されたパルス信号と前記変換された直流
信号に基づいて、前記モータ指令値としてデューティパ
ルス信号を発生するデューティパルス信号発生手段を備
える如く構成した。

【０００８】

【作用】請求項１項にあっては、目標燃料圧力を維持す
るのに必要な最低限度のポンプ吐出量を決定する操作
量、即ち、圧力調整弁に供給するデューティパルス信号
に基づいて、より具体的にはそれに反比例するようにモ
ータ指令値を決定するようにしたので、リターン燃料量
を最小限度に止めることができると共に、燃料ポンプ駆
動モータに供給する電力を大幅に低減することができ、
その損失を低減することができる。

【０００９】請求項２項にあっても同様の作用を得るこ
とができると共に、簡易なアナログ回路で構成すること
ができ、構成が簡易となる。

【００１０】

【発明の実施の形態】以下、添付図面に即してこの発明
の実施の形態を説明する。

【００１１】図１は、この発明に係る内燃機関の燃料ポ
ンプ制御装置の構成を示す概略説明図である。

【００１２】図において、符号１０は、４気筒などの多
気筒内燃機関の気筒ごとに配置された燃料噴射弁を示
す。燃料噴射弁１０は、燃料タンク１２と、燃料パイプ
（燃料供給路）１４、デリバリパイプ（燃料供給路）１
６とに接続され、それらを通じて燃料タンク１２からの
燃料（ガソリン）が燃料噴射弁１０に供給される。

【００１３】デリバリパイプ１６には気筒数分の噴射口
が設けられ、それぞれに燃料噴射弁１０が取り付けられ
る（図示の簡略化のため、燃料噴射弁１０は１個のみ示
す）。燃料パイプ（燃料供給路）１４の途中には、第１
のフィルタ１８および第２のフィルタ２０が介挿され、
通過燃料を濾過して異物が燃料噴射弁１０に侵入するの
を防止する。

【００１４】また、燃料パイプ（燃料供給路）１４の途
中には、燃料ポンプ２４が介挿される。燃料ポンプ２２
は電動モータ（三相交流サーボモータ）２６に接続さ
れ、電動モータ２６の駆動によって燃料タンク１２内の
燃料を汲み上げて吐出し、燃料パイプ１４の下流および
デリバリパイプ１６に圧送する。

【００１５】デリバリパイプ１６は燃料パイプ１４を介
して圧力調整機構３０に接続される。圧力調整機構は、
リターンパイプ２８を介して燃料タンク１２に接続さ
れ、供給された燃料の一部（または全部）を燃料タンク
１２に戻すことにより、リターン燃料量を制御する。

【００１６】圧力調整機構３０は図２に示す如く、リリ
ーフ弁３２、安全弁３４および電磁式圧力調整弁（プレ
ッシャレギュレータ）３６からなる。燃料パイプ１４か
ら供給される燃料はリリーフ弁３２の弁体３２ａに穿設
された孔３２ｂを通って室３２ｃに入り、電磁式圧力調
整弁３６に流れるが、燃料圧力（燃圧）が過度に上昇す
ると、スプリング３２ｄを圧縮して弁体３２ａを後退さ
せる。

【００１７】その結果、燃料はパイプ３２ｅを通って室
３２ｆに逃げ、過度の圧力上昇が防止される。また、室
３２ｃの燃料圧力（燃圧）がさらに上昇すると、第２の
スプリング３２ｇに抗して安全弁３４の弁体３４ａを後
退させ、よって形成される孔３４ｂを介して燃料は第２
の室３２ｆに流入して圧力のそれ以上の上昇が防止され
る。

【００１８】リリーフ弁３２の室３２ｃからの燃料は、
電磁式圧力調整弁３６（調圧排出用のパイロット弁）に
入力される。図３はその圧力調整弁３６の詳細を示す説
明断面図である。尚、この弁３６の構造自体は公知なも
のである。

【００１９】圧力調整弁３６は、そのソレノイド３６ａ
が励磁されると可動コア３６ｂが図で上方に吸引され
る。その結果、入口３６ｃと出口３６ｄとの間に通路が
形成され、燃料は出口３６ｄからリターンパイプ２８を
介して燃料タンク１２に戻される。

【００２０】デリバリパイプ１６の付近には圧力センサ
４０が設けられ、デリバリパイプ１６（燃料パイプ１
４）内の実際の燃料圧力（燃圧）に応じた信号を出力
し、圧力調整弁コントローラ４４に送出する。圧力調整
弁コントローラ４４には、デリバリパイプ１６（燃料パ
イプ１４）内の目標燃料圧力（燃圧）に相当する信号も
入力される。

【００２１】圧力調整弁コントローラ４４は、それらの
入力信号に基づいて圧力調整弁３６のソレノイド３６ａ
をデューティ制御（ＰＷＭ制御）する。デューティ制御
は後述の如く、デューティ比（オン時間）が増加するに
つれてリターン燃料量が増加する、換言すれば燃料圧力
が低下するように行われる。

【００２２】図４は圧力調整弁コントローラ４４の構成
を示す回路図である。図示の如く、簡易なアナログ回路
で構成される。

【００２３】圧力調整弁コントローラ４４は第１のコン
パレータ（演算増幅器）４４ａを備える。第１のコンパ
レータ４４ａの正相入力端子には目標燃料圧力（燃圧）
に相当する電圧が印加されると共に、逆相入力端子には
圧力センサ４０の出力（実際の燃料圧力に相当する電圧
値）が入力される。第１のコンパレータ４４ａが差動増
幅器であって、両者の差ｅをＫ倍した値Ｐｆを出力す
る。

【００２４】第１のコンパレータ出力Ｐｆは、第２のコ
ンパレータ４４ｂの逆相入力端子に入力される。第２の
コンパレータ４４ｂの正相入力端子には、三角波発生回
路（パルス発生回路）４４ｃから三角波（判断基準波
形。例えば２００Ｈｚ）が入力され、第２のコンパレー
タ４４ｂはそれらの入力に基づいてデューティパルスを
出力する。

【００２５】図５は第２のコンパレータ４４ｂの動作を
より具体的に示す波形図である。図において破線ｒは前
記した差ｅをＫ倍した値Ｐｆを、実線ｓは値Ｐｆを目標
燃料圧力相当電圧値（図でｔで示す）を中心に反転させ
た値を示す。尚、ｕは圧力センサ４０の出力（実際の燃
料圧力に相当する電圧値）を示す。

【００２６】そして、反転させた値ｓを判断基準波形
（三角波）ｖと比較し、反転させた値ｓが判断基準波形
ｖを超えないときは圧力調整弁３６のソレノイド３６ａ
を励磁する。このとき、図５の（ｂ）に示す如く、ｓが
ｖに対して小さくなるほど、デューティ比は大きくなる
ように決定される。他方、反転させた値ｓが判断基準波
形ｖを超えるときは、圧力調整弁３６のソレノイド３６
ａを消磁する。

【００２７】この結果、実際の燃料圧力が目標燃料圧力
を超えれば超えるほどデューティ比が大きくなり（ｔｏ
ｎ／Ｔが大きくなり）、燃料圧力を低下させる。他方、
実際の燃料圧力が目標燃料圧力を下回るほど、デューテ
ィ比が小さくなり（ｔｏｎ／Ｔが小さくなり）、燃料圧
力を上昇させる。

【００２８】この構成によって、燃料噴射弁１０に供給
する燃料供給路（燃料パイプ１４など）の燃料圧力を目
標値にリアルタイムに制御することができる。この構成
は、デューティ比を比例係数Ｋおよび判断基準波形ｖで
自由に設定することができる利点を備える。

【００２９】図１の説明に戻ると、圧力調整弁コントロ
ーラ４４の出力は、ポンプ駆動モータ制御回路５０に入
力される。ポンプ駆動モータ制御回路５０は図示の如く
簡易なアナログ回路で構成され、コイルＬおよびキャパ
シタＣからなる平滑回路５２を備える。

【００３０】圧力調整弁コントローラ４４の出力（デュ
ーティパルスあるいはデューティ比信号）は平滑回路５
２に入力され、そこで平滑される。平滑回路５２におい
てキャパシタＣの時定数を大きく設定することで、例え
ば図５（ｃ）に示すような直流成分に近い平滑出力を得
ることができる。

【００３１】ポンプ駆動モータ制御回路５０はまた、コ
ンパレータ（演算増幅器）５４を備え、平滑回路５２の
出力は、スイッチ５６を介してコンパレータ５４の正相
入力端子に基準（電圧）値として入力される。ポンプ駆
動モータ制御回路５０はさらに、周期的なパルス信号で
ある三角波発生回路（パルス発生手段）５８とそのピー
ク値を調整するピーク・ピーク調整回路６０を備える。
三角波発生回路５８が発生する三角波は、前記した三角
波発生回路４４ｃの発生する三角波と同一周波数で、か
つその周期Ｔの開始時点を同期させる。

【００３２】ピーク・ピーク調整回路６０の出力はコン
パレータ５４の逆相入力端子に入力され、そこで図５
（ｄ）に示す如く、基準（電圧）値（平滑回路５２出
力）と比較され、それに基づいて同図（ｅ）に示す如
く、デューティ比（ｔｏｎ／Ｔ）が決定され、コンパレ
ータ５４からそのデューティパルスが出力される。

【００３３】コンパレータ５４の出力は出力トランジス
タ回路６２に入力され、そこで公知の如く、出力ｕ，
ｖ，ｗ相の電流指令が出力されて電動モータ２６に供給
される。

【００３４】上記から明らかな如く、実際の燃料圧力と
目標燃料圧力の偏差に応じて圧力調整弁ソレノイド３６
ａに供給されるデューティ比が決定され、ソレノイド供
給デューティ比に基づいて電動モータ２６に供給される
デューティ比が決定される。図６に、電動モータ供給デ
ューティ比に対する燃料ポンプ２４の吐出量の特性を示
す。尚、同図でＶD は目標燃料圧力を発生することがで
きるポンプ吐出量となる電圧値を意味する。

【００３５】ここで、図５を参照してこの装置の動作を
説明すると、実際の燃料圧力が目標燃料圧力に対して高
くなればなるほど、燃料圧力が低下するように圧力調整
弁３６に供給するデューティ比を増加させる。電動モー
タ２６に供給されるデューティ比は圧力調整弁供給デュ
ーティ比に基づいて決定される、より具体的には圧力調
整弁供給デューティ比に反比例するように決定されるの
で、電動モータ供給デューティ比は小さくなり、その結
果、燃料ポンプ２４の回転数を低下させる。即ち、この
場合には燃料圧力が高いことからポンプ回転数を低下さ
せて良く、従って供給電力を低減させる。

【００３６】他方、実際の燃料圧力が目標燃料圧力に対
して低いときは、燃料圧力を増加させるべく、圧力調整
弁供給デューティ比は小さく決定される。そして、それ
に基づいて決定される電動モータ供給デューティ比は逆
に大きくなるように決定される結果、ポンプ回転数は上
昇させられる。即ち、燃料圧力が低いことから、供給電
力を増大させる必要があるからである。

【００３７】このように、目標燃料圧力（一定燃料圧
力）を維持するのに必要な最低限のポンプ吐出量を決定
する操作量（圧力調整弁ソレノイド３６ａに供給するデ
ューティ比）に基づいてモータ指令値を決定するように
したので、リターン燃料量を最小限度に止めることがで
きると共に、燃料ポンプ２４を駆動する電動モータ２６
に供給する電力を必要最小限度に止めることができ、供
給電力の損失を大幅に低減することができる。この効果
は、特に高圧で燃料を供給する場合に顕著となる。ま
た、簡易なアナログ回路で構成でき、構成としても簡易
である。

【００３８】尚、図示は省略するが、電動モータ２６の
速度はホール素子などの検出手段を介して検出され、公
知の速度フィードバック制御が行われる。また、尚、機
関始動時には圧力調整弁コントローラ４４からの入力信
号がないので、運転モード切換回路６４はスイッチ５６
を介してコンパレータ５４への正相入力端子への入力を
切り換え、所定の値を始動時基準（電圧）値として供給
する。

【００３９】上記の如く、この実施の形態にあっては、
内燃機関に配置された燃料噴射弁（１０）に燃料を供給
する燃料供給路（燃料パイプ１４、デリバリパイプ１
６）の燃料圧力を電磁式圧力調整弁（３６）を介して目
標値に制御する内燃機関の燃料ポンプ制御装置におい
て、前記電磁式圧力調整弁に供給されるデューティパル
ス（デューティ比）信号を入力し、直流信号に変換する
直流信号変換手段（平滑回路５２）、前記変換された直
流信号に基づいて前記燃料ポンプ（２４）を駆動する電
動モータ（２６）に供給するモータ指令値を決定するモ
ータ指令値決定手段（コンパレータ５４、三角波発生回
路５８）、および前記算出された指令値に基づいて前記
電動モータを駆動する駆動手段（出力トランジスタ回路
６２）を備える如く構成した。

【００４０】より具体的には、前記モータ指令値決定手
段は、周期的なパルス信号を発生するパルス発生手段
（三角波発生回路５８）、前記発生されたパルス信号と
前記変換された直流信号に基づいて、より具体的には前
記電磁式圧力調整弁供給デューティ比（デューティ比）
信号に反比例するように、前記モータ指令値としてデュ
ーティパルス（デューティ比）信号を発生するデューテ
ィパルス信号発生手段（コンパレータ５４）を備える如
く構成した。

【００４１】

【発明の効果】請求項１項にあっては、リターン燃料量
を最小限度に止めることができると共に、燃料ポンプ駆
動モータに供給する電力を大幅に低減することができ、
その損失を低減することができる。

【００４２】請求項２項にあっても同様の作用を得るこ
とができると共に、簡易なアナログ回路で構成すること
ができ、構成が簡易となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る内燃機関の燃料ポンプ制御装置
を全体的に示す概略説明図である。

【図２】図１に示す圧力調整機構の説明図である。

【図３】図２に示す圧力調整機構の中の電磁式圧力調整
弁の説明断面図である。

【図４】図１に示す圧力調整弁コントローラの構成を示
す回路図である。

【図５】図４に示す圧力調整弁コントローラが出力する
デューティ比および図１に示すポンプ駆動モータ制御回
路が出力するデューティ比を示すタイミング・チャート
である。

【図６】図５に示すポンプ駆動モータ制御回路が出力す
るデューティ比に対する燃料ポンプの吐出量の特性を示
すグラフ図である。

【符号の説明】

１０ 燃料噴射弁 １２ 燃料タンク １４ 燃料パイプ １６ デリバリパイプ ２４ 燃料ポンプ ２６ 電動モータ ３６ 電磁式圧力調整弁 ４０ 圧力センサ ４４ 圧力調整弁コントローラ ５０ ポンプ駆動モータ制御回路 ５２ 平滑回路 ５４ コンパレータ ５８ 三角波発生回路 ６２ 出力トランジスタ回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山崎 英治 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 中村 正己 埼玉県和光市中央１丁目４番１号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃機関に配置された燃料噴射弁に燃料
   を供給する燃料供給路の燃料圧力を電磁式圧力調整弁を
   介して目標値に制御する内燃機関の燃料ポンプ制御装置
   において、 ａ．前記電磁式圧力調整弁に供給されるデューティパル
   ス信号を入力し、直流信号に変換する直流信号変換手
   段、 ｂ．前記変換された直流信号に基づいて前記燃料ポンプ
   を駆動する電動モータに供給するモータ指令値を決定す
   るモータ指令値決定手段、 および ｃ．前記算出された指令値に基づいて前記電動モータを
   駆動する駆動手段、を備えたことを特徴とする内燃機関
   の燃料ポンプ制御装置。
2. 【請求項２】 前記モータ指令値決定手段は、 ｄ．周期的なパルス信号を発生するパルス発生手段、 ｅ．前記発生されたパルス信号と前記変換された直流信
   号に基づいて、前記モータ指令値としてデューティパル
   ス信号を発生するデューティパルス信号発生手段、を備
   えることを特徴とする請求項１項記載の内燃機関の燃料
   ポンプ制御装置。