WO2015029390A1

WO2015029390A1 - 燃料ポンプ及びその制御方法

Info

Publication number: WO2015029390A1
Application number: PCT/JP2014/004291
Authority: WO
Inventors: 裕二日高; 晶也大竹; 喜芳長田
Original assignee: 株式会社デンソー
Priority date: 2013-08-30
Filing date: 2014-08-21
Publication date: 2015-03-05
Also published as: DE112014003931T5; JP2015048730A; JP5939216B2; US10260465B2; CN105492754B; CN105492754A; DE112014003931B4; US20160208747A1

Abstract

　燃料ポンプ（１）のＥＣＵ（５）は、モータ部（３０）の駆動をフィードバック制御し、インペラ（１１）の回転数を目標燃圧に応じた回転数にする（Ｓ２）。ＥＣＵ（５）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（Ｓ３）。ＥＣＵ（５）は、ベーパの発生が検出されると（Ｓ３：ＹＥＳ）、インペラ（１１）の回転数を所定時間、フィードバック制御によって定まる目標回転数よりも高くすることにより、ポンプ室（１６）及び燃料流路（１８，１９）のベーパをベーパ排出孔（２０）へ排出する（Ｓ４，Ｓ５）。これにより、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）の外側へ排出される。

Description

燃料ポンプ及びその制御方法

関連出願の相互参照

　本開示は、２０１３年８月３０日に出願された日本出願番号２０１３－１７９２４９号に基づくもので、ここにその記載内容を援用する。

　本開示は、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ものである。

　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が発生しやすい状態になることがある。この場合、ベーパが気泡に相当する。

　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。

　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。

特開２００５－７６５６８号公報

　本開示は、上記事項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。

　本開示の第一の態様において、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所定時間、通常制御の回転数よりも高くすることにより、ポンプ室のベーパをベーパ排出孔へ排出する。

　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、ベーパをベーパ排出孔へ排出する制御に切り替わる。そのため、ポンプ室のベーパは、ベーパ排出孔から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。

　本開示の第二の態様において、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所定時間、通常時の目標燃圧に応じた回転数よりも高くし、ポンプ室及び燃料流路のベーパをベーパ排出孔へ排出する。

　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。

　本開示についての上記目的およびその他の目的、特徴や利点は、添付の図面を参照しながら下記の詳細な記述により、より明確になる。その図面は、
図１は、本開示の第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り、図２は、第１実施形態による燃料ポンプの断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線により下ケーシングのみを示す図であり、図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線の部分の断面図であり、図５は、図４のＶ部分の拡大図であり、図６は、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り、図７は、比較例のベーパ排出孔の燃料流れを示す図であり、図８は、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り、図９は、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り、図１０は、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り、図１１は、図１０の評価試験による試験データを示す図であり、図１２は、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を示す図であり、図１３は、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を示す図であり、図１４は、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り、図１５は、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負圧限界と流量との特性図であり、図１６は、第２実施形態による燃料ポンプのベーパ排出孔の拡大図であり、図１７は、第３実施形態による燃料ポンプのベーパ排出孔の拡大図である。

　以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。

　（第１実施形態）
　本開示の第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（ＩＣＥ）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、ＥＣＵ５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（Ｐ）７によって検出され、その信号がＥＣＵ５に伝送される。この場合、燃料の圧力は燃圧とも言う。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制御を行う。この場合、ベーパが気泡に相当する。

　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に備えるインペラ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。本実施形態では、上ケーシング１３と下ケーシング１４は、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を回転可能に収容するポンプ室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。言い換えると、下ケーシング１４は、下ケーシング１４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。言い換えると、上ケーシング１３は、ポンプ室１６から上ケーシング１３の外側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下燃料流路１８を有する。この下燃料流路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及び下燃料流路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。

　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上燃料流路１９を有する。上ケーシング１３の上燃料流路１９及び下ケーシング１４の下燃料流路１８は、ポンプ室１６に連通している。

　モータ部３０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及び下燃料流路１８，上燃料流路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と下燃料流路１８，上燃料流路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モールドされる。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、第１端がモータカバー４０に設けられた第１軸受４２に回転可能に支持され、第２端が上ケーシング１３に設けられた第２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、軸方向の第１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２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の下燃料流路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。

　吸入口１２から負圧により下燃料流路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、下燃料流路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、下燃料流路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って深さが徐々に深くなる下燃料流路１８の面部の一部分である。平面部１８２は、深さが一定の下燃料流路１８の面部の一部分である。内曲面部１８３は、平面部１８２から径内側に向かって深さが徐々に浅くなる下燃料流路１８の面部の一部分である。ベーパ排出孔２０は、下燃料流路１８の内曲面部１８３に接続している。

　下燃料流路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、下燃料流路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、下燃料流路１８の径方向内側を流れる。したがって、ベーパ排出孔２０を下燃料流路１８の内曲面部１８３に接続することで、下燃料流路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、下燃料流路１８の内曲面部１８３に接続し、下燃料流路１８と連通する。第１流路２１は、下燃料流路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の内壁から燃料が離れることを防ぐ。

　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。

　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。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、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、下燃料流路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をＬとし、第１流路２１の内径をｄとする。このとき、前記距離は第１流路２１の長さとも言う。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１１の回転数であるインペラ回転数を、燃料ポンプ１として一般的な３０００ｒｐｍ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、下燃料流路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が下燃料流路１８に直接接続されており、第１流路２１及びテーパ部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、下燃料流路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離れて流れる。そのため、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、下燃料流路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、下燃料流路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、下燃料流路１８からベーパ排出孔２０へ流入する燃料は、第１流路２１、テーパ部２４及び第２流路２２の上流側の内壁から離れることなく、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、下燃料流路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、下燃料流路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部３０の回転数を定め、ＦＰＣ６を経由して燃料ポンプ１のモータ部３０に電力を供給する。なお、本実施形態の燃料ポンプ１は、モータ部３０の回転数とインペラ回転数が一致している。

　Ｓ１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の圧力である燃圧を検出する。

　続いて、Ｓ２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のモータ部３０の回転数をフィードバック制御する。

　次に、Ｓ３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、Ｓ３でベーパが発生していないと判断したとき、Ｓ１に戻り、フィードバック制御を継続する。

　一方、ＥＣＵ５は、Ｓ３でベーパが発生したと判断したとき、Ｓ４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。

　Ｓ４では、ＥＣＵ５は、モータ部３０の回転数の上昇率を増加し、ＦＰＣ６を介してモータ部３０に電力を供給する。そして、Ｓ５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、Ｓ４で実行した回転数の上昇率を維持する。

　Ｓ５で、所定時間が経過すると、ＥＣＵ５は、再びＳ１に戻り、フィードバック制御を行う。

　上述したＳ２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、通常制御部として機能する。

　上述したＳ３において、本実施形態の圧力センサ７とＥＣＵ５は、検出部として機能する。

　上述したＳ４及びＳ５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、ベーパ制御部として機能する。

　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（Ｐ／Ｒ）５０を通り、流量計５１によりその流量が計測された後、熱交換器５２の中の熱交換配管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（ＮＰＳＭ）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を示す図である。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を従来制御により駆動したときの試験データである。従来制御とは、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に得たものである。

　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。

　（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、モータ部３０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のモータ部３０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の下燃料流路１８側に、第２流路２２よりも内径が大きく形成された第１流路２１を有する。さらに、第１流路２１と第２流路２２との接続箇所にテーパ部２４を有する。

　これにより、下燃料流路１８を流れる燃料は、ベーパ排出孔２０の上流側の内壁から離れることなく、第１流路２１、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、下燃料流路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とテーパ部２４とは、同軸に設けられる。

　これにより、下燃料流路１８を流れる燃料は、第１流路２１から、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、下燃料流路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、下燃料流路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、下燃料流路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、下燃料流路１８の径内側に設けられた内曲面部１８３に接続する。

　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、下燃料流路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、下燃料流路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を下燃料流路１８の内曲面部１８３に接続することで、下燃料流路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、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。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、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、下燃料流路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拡大図を図１７に示す。第３実施形態では、ベーパ排出孔２０のテーパ部２６は、下燃料流路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、下燃料流路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、他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。

　本開示は、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、開示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。

　本開示は、実施形態に準拠して記述されたが、本開示は当該実施形態や構造に限定されるものではないと理解される。本開示は、様々な変形例や均等範囲内の変形をも包含する。加えて、様々な組み合わせや形態、さらには、それらに一要素のみ、それ以上、あるいはそれ以下、を含む他の組み合わせや形態をも、本開示の範疇や思想範囲に入るものである。

Claims

　周方向に複数の羽根溝（１５）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、
　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部（７，５）と、
　前記検出部がベーパの発生を検出していないとき、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部（５，６）と、
　前記検出部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所定時間、前記通常制御部が定める目標回転数よりも高くすることにより、前記ポンプ室及び前記燃料流路のベーパを前記ベーパ排出孔へ排出するベーパ制御部（５，６）と、を備える燃料ポンプ（１）。
　前記ベーパ制御部は、前記インペラの回転数の上昇率を２００００ｒｐｍ／ｓ以上にする請求項１に記載の燃料ポンプ。
　前記通常制御部は、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、
　前記ベーパ制御部は、前記インペラの回転数の上昇率を、前記通常制御部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倍以上にする請求項１に記載の燃料ポンプ。
　前記ベーパ制御部は、前記検出部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請求項１から３のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
　前記検出部がベーパの発生を検出したとき、前記通常制御部が行う前記モータ部のフィードバック制御を、前記ベーパ制御部が行うフィードフォワード制御に切り替える請求項１から４のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
　前記ベーパ制御部が前記フィードフォワード制御を所定時間行った後、前記通常制御部による前記フィードバック制御に切り替える請求項５に記載の燃料ポンプ。
　前記検出部は、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請求項１から６のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
　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、
　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テーパ部（２４，２５，２６）とを有する請求項１から７のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
　前記第１流路と前記第２流路と前記テーパ部とは、同軸に設けられる請求項８に記載の燃料ポンプ。
　前記燃料流路と前記第１流路との接続位置から前記第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である請求項８または９に記載の燃料ポンプ。
　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請求項８から１０のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
　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請求項１１に記載の燃料ポンプ。
　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請求項８から１２のいずれか一項に記載の燃料ポンプ。
　請求項１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、
　前記検出部がベーパの発生を検出していないとき、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、
　前記検出部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所定時間、前記通常制御部が定める目標回転数よりも高くすることにより、前記ポンプ室及び前記燃料流路のベーパを前記ベーパ排出孔へ排出するベーパ制御行程（Ｓ４，Ｓ５）と、を含む燃料ポンプの制御方法。