JP2000297716A - 燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 燃料ポンプの燃料吐出量を適切に制御するこ
とができ、かつ電源の電力損失を低減させることができ
る燃料ポンプ制御装置を提供する。 【解決手段】 直流電源の正負端子間において燃料ポン
プ内のポンプモータと直列に接続された第１スイッチ素
子と、ポンプモータと並列に接続されたフライホイル用
の第２スイッチ素子と、ポンプモータの第１スイッチ素
子との接続端子の電圧を積分する積分手段と、基準信号
を発生する基準信号発生手段と、積分手段の出力信号と
基準信号とのレベル差に応じて第１スイッチ素子をオン
オフ駆動し、第１スイッチ素子のオンオフとは逆相で第
２スイッチ素子をオンオフ駆動する駆動手段とを備え
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、内燃エンジンにお
いて燃料タンク内の燃料をインジェクタ、キャブレータ
等の燃料供給器に圧送する燃料ポンプの制御装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】内燃エンジンにおいては、燃料タンク内
の燃料をインジェクタに昇圧して供給するために燃料ポ
ンプが設けられている。図１に示すように、燃料ポンプ
１のケーシング３には吸入口３ａ及び吐出口３ｂが形成
され、ケーシング３内には直流モータであるポンプモー
タ４とそのモータ４によって回転駆動されるポンプ本体
５とが備えられている。吸入口３ａには燃料タンク２内
に延びた燃料吸入管６が接続され、吐出口３ｂには燃料
吐出管７が接続されている。ポンプ本体５の動作時には
ポンプ本体５のタービン（図示せず）の回転力によって
燃料タンク２内の燃料が燃料吸入管６、そして吸入口３
ａを介してケーシング３内に吸入され、更に、ケーシン
グ３内、そして吐出口３ｂを経て燃料吐出管７に送出さ
れる。

【０００３】燃料吐出管７にはその途中にフィルタ１０
を介してインジェクタ１１が接続されている。インジェ
クタ１１は燃料吐出管７を介して送出されて来た燃料を
エンジン（図示せず）の吸入口付近に噴射する。また、
燃料吐出管７には燃料吐出管７内の燃料圧力を所定圧に
調整する圧力レギュレータ１２が接続されている。圧力
レギュレータ１２は燃料吐出管７内の燃料の一部を燃料
配管１３に流出することにより燃料吐出管７内の燃料圧
力を調整するようにされている。燃料配管１３内の燃料
は燃料タンク２内に戻される。

【０００４】かかる燃料ポンプ１の駆動を制御する制御
装置の従来の構成としては、図２に示すように２つのリ
レー２１，２２を用いた単なるオンオフ制御のものがあ
る。リレー２１，２２各々はリレースイッチ２１ａ，２
２ａ及びリレーコイル２１ｂ，２２ｂからなり、バッテ
リー２３の正端子に２つのリレースイッチ２１ａ，２２
ａを直列に介してモータ４の一端に接続され、バッテリ
ー２３の負端子がモータ４の他端と共にアース接続され
ている。リレーコイル２１ｂ，２２ｂ各々の一端はバッ
テリー２３の正端子に接続され、他端はＥＣＵ２４に接
続されている。リレースイッチ２２ａの両端子間には電
圧降下用抵抗２５が接続されている。

【０００５】この制御装置において、ＥＣＵ２４はエン
ジン回転数と燃料噴射量とに応じてモータ駆動を高消費
モードと低消費モードとの２段階に切り換え制御する。
高消費モードで燃料ポンプ１を駆動するときには、ＥＣ
Ｕ２４はリレーコイル２１ｂ，２２ｂ各々の他端をアー
ス電位に等しくさせることによりリレーコイル２１ｂ，
２２ｂを共に励磁させる。これによりリレースイッチ２
１ａ，２２ａが共にオンとなるので、モータ４にはバッ
テリー２３の出力電圧がそのまま印加されることにな
り、バッテリー２３の正端子からリレースイッチ２１
ａ，２２ａを介してモータ４に電流が流れる。低消費モ
ードで燃料ポンプ１を駆動するときには、ＥＣＵ２４は
リレーコイル２１ｂの他端をアース電位に等しくさせる
ことによりリレーコイル２１ｂだけを励磁させる。これ
によりリレースイッチ２１ａがオンとなるので、モータ
４にはバッテリー２３の出力電圧が抵抗２５を介して印
加されることになる。この低消費モード時にモータ４に
電流が流れる電流は高消費モード時により低下するの
で、燃料ポンプ１によるインジェクタ１１への単位時間
当たりの燃料供給量は低下し、過剰な量の燃料が供給さ
れないようにしている。

【０００６】図３は燃料ポンプの他の従来の制御装置を
示している。図３の従来の制御装置は燃料ポンプのモー
タ３１に流れる電流のレベルをフィードバック制御する
装置である。この制御装置においては、モータ３１の一
端はバッテリー３２の正端子に接続され、モータ３１の
他端はスイッチ素子３３及び抵抗３４を順に介してアー
ス接続されている。モータ３１にはフライホイル用のダ
イオード３６が並列に接続されている。抵抗３４はモー
タ３１に流れる電流を検出するためのものであり、抵抗
３４の両端電圧が実電流値としてＥＣＵ３５に供給され
る。ＥＣＵ３５はエンジン回転数と燃料噴射量とに応じ
て目標電流値を設定し、目標電流値と実電流値とを比較
してその比較結果に応じてデューティ比を設定し、その
デューティ比の駆動パルス信号をスイッチ素子３３に供
給する。スイッチ素子３３は駆動パルス信号に応じてオ
ンオフを繰り返し、これによりモータ３１に流れる電流
が目標電流値に制御される。よって、この制御装置によ
れば、エンジンの運転状態に応じた適切な量の燃料供給
がインジェクタに対して行われる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図２の
制御装置の場合には、燃料ポンプの燃料吐出量が２段階
のように粗調整されるので、燃料ポンプの燃料吐出量が
エンジンの運転状態に応じた要求量に対して適切な量と
ならず、必要以上の燃料がインジェクタに供給される
故、電力が無駄に消費されてしまうという問題点があっ
た。また、燃料ポンプの燃料吐出量を調整するために電
圧降下用抵抗２５を使用してポンプモータ４に印加され
る電圧を低下させているので、電圧降下用抵抗２５によ
るバッテリーの電力損失が生じているという問題点があ
った。更に、オープンループ制御であるので、バッテリ
ー２３の出力電圧の変動が燃料ポンプの燃料吐出量を変
化させてしまい、所望の燃料吐出量を常時得ることがで
きないという問題点もあった。

【０００８】図３の制御装置の場合には、フィードバッ
ク制御のためにポンプモータ３１に流れる電流を検出す
る抵抗３４が設けられているが、この抵抗３４はモータ
３１と直列に接続されているので、抵抗３４によるバッ
テリーの電力損失が生じているという問題点があった。
そこで、本発明の目的は、燃料ポンプの燃料吐出量を適
切に制御することができ、かつ電源の電力損失を低減さ
せることができる燃料ポンプ制御装置を提供することで
ある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】本発明の燃料ポンプ制御
装置は、内燃エンジンの燃料タンク内の燃料を燃料供給
器へ圧送する燃料ポンプ内のポンプモータを駆動制御す
る燃料ポンプ制御装置であって、直流電源の正負端子間
においてポンプモータと直列に接続された第１スイッチ
素子と、ポンプモータと並列に接続されたフライホイル
用の第２スイッチ素子と、ポンプモータの第１スイッチ
素子との接続端子の電圧を積分する積分手段と、基準信
号を発生する基準信号発生手段と、積分手段の出力信号
と基準信号とのレベル差に応じて第１スイッチ素子をオ
ンオフ駆動し、第１スイッチ素子のオンオフとは逆相で
第２スイッチ素子をオンオフ駆動する駆動手段と、を備
えたことを特徴としている。

【００１０】かかる本発明の構成により、ポンプモータ
への印加電圧を積分手段を介して駆動手段に帰還してそ
れを基準信号と比較してポンプモータを駆動する構成で
あるので、燃料ポンプの燃料吐出量をエンジンの要求量
に対応して適切に制御することができる。また、ポンプ
モータへの印加電圧を積分手段を介して駆動手段に帰還
する構成のため、直流電源の出力電圧が電流検出用抵抗
や電圧降下用抵抗を介することなくポンプモータに印加
させることができるので、制御装置内の電力損失を低減
させることができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面を参
照しつつ詳細に説明する。図４は本発明による燃料ポン
プの制御装置を示している。この制御装置は図１の燃料
ポンプ１に適用されたものとする。この制御装置におい
ては、図４に示すように２つのＭＯＳＦＥＴ(Metal Oxi
deSemiconductor Field Effect Transistor)３７，３８
が備えられている。上記の第１スイッチ素子に相当する
ＦＥＴ３７はＰチャンネルのＦＥＴであり、燃料ポンプ
１の直流モータ４に流れる電流のレベルをデューティ比
制御するためにオンオフするスイッチ素子として設けら
れている。上記の第２スイッチ素子に相当するＦＥＴ３
８はＮャンネルのＦＥＴであり、直流モータ４に蓄積さ
れた電磁エネルギーによる電流をＦＥＴ３７のオフ時に
流すフライホイル用のスイッチ素子として設けられてい
る。

【００１２】ＦＥＴ３７のソースはリレー３９のリレー
スイッチ３９ａを介して直流電源であるバッテリー４０
の正端子に接続され、ドレインはＦＥＴ３８のソースと
共にモータ４の一端に接続されている。ＦＥＴ３８のソ
ースはモータ４の他端と共にアース接続されている。リ
レー３９のリレーコイル３９ｂはＥＣＵ(エンジン制御
ユニット)によって励磁制御される。なお、バッテリー
４０の他端はアース接続されている。

【００１３】燃料ポンプ１の直流モータ４の一端には積
分回路４２が接続されている。直流モータ４の他端はア
ース接続されているので、積分回路４２には直流モータ
４の両端電圧が供給される。積分回路４２の出力には差
動増幅器からなるエラー信号発生回路４３が接続されて
いる。エラー信号発生回路４３は積分回路４２の出力信
号Ｖiと基準信号Ｖrとのレベル差に相当するエラー信号
Ｖeを発生する。基準信号Ｖrはモータ４に流れるべき所
望の電流値に対応したレベルであり、基準信号発生回路
４４によって生成される。基準信号発生回路４４はＥＣ
Ｕ４１からの所望の電流値を示すディジタル指示値に基
づいてアナログの基準信号Ｖrを発生する。ＥＣＵ４１
においてはエンジン回転数及び燃料噴射量に応じて指示
値が設定される。エンジン回転数はクランク角センサ
（図示せず）によって検出される。燃料噴射量は例え
ば、エンジン回転数と、エアフローメータ（図示せず）
によって検出された吸入空気量とに基づいて設定され
る。

【００１４】エラー信号発生回路４３の出力には比較器
４５が接続されている。比較器４５はエラー信号発生回
路４３から供給されたエラー信号と三角波信号とを比較
し、その比較結果を示す高レベル又は低レベルを示す信
号を発生する。三角波信号は後述する図５(b)に示すよ
うに、一定した周期を有する信号であり、三角波発生回
路４６によって発生される。

【００１５】比較器４５の出力には２つのＮＯＴ回路４
７，４８が接続されている。ＮＯＴ回路４７は比較器４
５の出力信号をレベル反転させてＦＥＴ３７のゲートに
供給し、ＮＯＴ回路４８は比較器４５の出力信号をレベ
ル反転させてＦＥＴ３８のゲートに供給する。なお、エ
ラー信号発生回路４３、比較器４５、三角波発生回路４
６及びＮＯＴ回路４７，４８が駆動手段を形成してい
る。

【００１６】かかる制御装置においては、更に、バッテ
リー４０の出力電圧Ｖbは比較器４９によって所定電圧
Ｖa（例えば、１２Ｖ）と比較されるように構成されて
いる。所定電圧Ｖaは安定化された電圧である。その比
較器４９の出力はＥＣＵ４１に供給される。また、ＦＥ
Ｔ３７のソースとドレインとの間にはリレー５０のリレ
ースイッチ（機械的スイッチ）５０ａが接続されてい
る。ＦＥＴ３８のゲートとアースとの間にはトランジス
タ等のスイッチ素子５１が接続されている。リレー５０
のリレーコイル５０ｂ及びスイッチ素子５１の制御端は
ＥＣＵ４１に接続されている。ＥＣＵ４１は比較器４９
の出力レベルに応じてリレーコイル５０ｂを励磁させ、
また同時にスイッチ素子５１をオンさせる。リレーコイ
ル５０ｂの励磁時にはリレースイッチ５０ａがオンとな
る。

【００１７】次に、かかる構成の制御装置の動作につい
て図５の波形図を用いて説明する。先ず、バッテリー４
０の出力電圧Ｖbは所定電圧Ｖa以上であり、リレースイ
ッチ５０ａ及びスイッチ素子５１はオフとする。燃料ポ
ンプ１を駆動制御するためにＥＣＵ４１がリレーコイル
３９ｂを励磁駆動すると、リレースイッチ３９ａがオン
となり、バッテリー４０の正端子の電位がＦＥＴ３７の
ソースに印加される。また、ＥＣＵ４１からの指示値に
対応したレベルの基準信号Ｖrが基準信号発生回路４４
から発生される。このリレースイッチ３９ａがオンとな
ったときに、積分回路４２の出力電圧Ｖiは図５(a)に示
すように、基準信号Ｖrのレベルより十分に低いので、
エラー信号発生回路４３から出力されるエラー信号Ｖe
のレベルは図５(b)に示すように最も低くなる。比較器
４５においてそのようなエラー信号Ｖeと三角波発生回
路４６からの三角波信号とが比較されると、三角波信号
のレベルがエラー信号Ｖeより高い状態であり、比較器
４５の出力レベルは図５(c)に示すように高レベルとな
り、比較器４５の出力信号の高レベル期間のデューティ
比はほぼ１００％となる。この高レベル出力がＮＯＴ回
路４７によって反転されて低レベルとしてＦＥＴ３７の
ゲートに供給されると、ＦＥＴ３７がオン状態となる。
また、比較器４５の高レベル出力がＮＯＴ回路４８によ
って反転されて低レベルとしてＦＥＴ３８のゲートに供
給されると、ＦＥＴ３８がオフ状態となる。

【００１８】三角波信号のレベルがエラー信号Ｖeより
低い時には比較器４５の出力レベルは低レベルとなり、
この低レベル出力がＮＯＴ回路４７によって反転されて
高レベルとしてＦＥＴ３７のゲートに供給されると、Ｆ
ＥＴ３７がオフ状態となる。また、比較器４５の低レベ
ル出力がＮＯＴ回路４８によって反転されて高レベルと
してＦＥＴ３８のゲートに供給されると、ＦＥＴ３８が
オン状態となる。

【００１９】ＦＥＴ３７のオンによりバッテリー４０の
正端子から電流がリレースイッチ３９ａ、ＦＥＴ３７の
ソース・ドレイン間、そしてモータ４を経てアースに流
れ、モータ４には電圧が印加されるので、モータ４は回
転駆動される。モータ４への印加電圧は積分回路４２に
よって積分されるので、その積分された印加電圧、すな
わち積分電圧Ｖiがエラー信号発生回路４３に供給され
る。

【００２０】積分電圧Ｖiが正電圧側に上昇するときに
は、エラー信号Ｖeのレベルも図５(b)に示すように上昇
する。このレベル上昇するエラー信号Ｖeが比較器４５
にて三角波信号と比較されると、図５(c)に示すように
比較器４５の周期的な高レベル出力期間は短くなるの
で、デューティ比は小さくなる。これにより、単位時間
当たりのＦＥＴ３７のオン期間が短くなるので、モータ
４に流れる平均電流値が低下し、その結果として積分電
圧Ｖiを負電圧側に低下させることになる。

【００２１】一方、積分電圧Ｖiが負電圧側に降下する
ときには、エラー信号Ｖeのレベルも図５(b)に示すよう
に降下する。このレベル降下するエラー信号Ｖeが比較
器４５にて三角波信号と比較されると、図５(c)に示す
ように比較器４５の周期的な高レベル出力期間は長くな
るので、デューティ比は大きくなる。これにより、単位
時間当たりのＦＥＴ３７のオン期間が長くなるので、モ
ータ４に流れる平均電流値が上昇し、その結果として積
分電圧Ｖiを正電圧側に上昇させることになる。このよ
うにモータ４への印加電圧の積分電圧Ｖiが基準信号Ｖr
のレベルに等しくなるようにＦＥＴ３７のオンオフ、す
なわちモータ４の駆動がデューティ比制御されるので、
モータ４の平均電流値はＥＣＵ４１からの指定値に対応
した電流値にほぼ等しくなる。

【００２２】ＦＥＴ３７がオフにあるときにはＦＥＴ３
８がオンとなり、直流モータ４に蓄積された電磁エネル
ギーによる電流、いわゆる逆起電力による電流がＦＥＴ
３８のソース・ドレイン間を転流する。また、かかる制
御装置においては、バッテリー４０の出力電圧Ｖbは比
較器４９にて所定電圧Ｖaと常に比較されており、バッ
テリー４０の出力電圧Ｖbが所定電圧Ｖaを下回ると、比
較器４９は高レベルの切換信号を発生してＥＣＵ４１に
供給する。ＥＣＵ４１は切換信号に応答してリレー５０
のリレーコイル５０ｂに電流を供給してリレーコイル５
０ｂを励磁させると共にスイッチ素子５１をオンさせ
る。リレーコイル５０ｂの励磁によりリレースイッチ５
０ａがオンとなり、ＦＥＴ３７のオンオフに無関係にバ
ッテリー４０の正端子から電流がリレースイッチ３９
ａ、リレースイッチ５０ａ、そしてモータ４を経てアー
スに流れ、モータ４にはバッテリー４０の出力電圧Ｖb
がそのまま印加される。すなわち、バッテリー４０の出
力電圧Ｖbが所定電圧Ｖaを下回ったときには、バッテリ
ー４０の電力がＦＥＴ３７のオン抵抗で損失されること
なくモータ４に供給されるのである。なお、スイッチ素
子５１のオンにより、ＦＥＴ３８はそのゲートが強制的
にアース電位に等しくされるのでオフ状態となる。

【００２３】なお、上記した実施例においては、第１ス
イッチ素子としてＰチャンネルのＭＯＳＦＥＴ３７を使
用し、第２スイッチ素子としてＮチャンネルのＭＯＳＦ
ＥＴ３８を使用しているが、これに限定されることはな
く、他のオンオフスイッチ素子を用いることもできる。
ただし、実施例のようにＭＯＳＦＥＴを用いた場合には
他のＰＮＰ型やＮＰＮ型のトランジスタ等のスイッチ素
子に比べてオン抵抗が小さいので、スイッチ素子による
電力損失を低減させることができる。すなわち、転流素
子としてダイオードではなく、上記のように低損失素子
であるＦＥＴを使用したので、転流回路での損失を低減
することができる。

【００２４】

【発明の効果】以上の如く、本発明によれば、ポンプモ
ータへの印加電圧を積分手段を介して駆動手段に帰還し
てそれを基準信号と比較してポンプモータを駆動する構
成であるので、燃料ポンプの燃料吐出量をエンジンの要
求量に対応して適切に制御することができる。また、ポ
ンプモータへの印加電圧を積分手段を介して駆動手段に
帰還する構成のため、直流電源の出力電圧が電流検出用
抵抗や電圧降下用抵抗を介することなくポンプモータに
印加させることができるので、制御装置内の電力損失を
低減させることができる。この結果、ヒートシンクを小
型化することができ、装置の軽量化を図ることができ
る。更に、従来装置で使用した電流検出用抵抗を設ける
必要がないので、制御装置内の回路構成を簡単にするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】燃料ポンプを含む内燃エンジンの燃料噴射装置
の構成を示す図である。

【図２】従来の燃料ポンプ制御装置を示す概略図であ
る。

【図３】従来の燃料ポンプ制御装置を示す概略図であ
る。

【図４】本発明の実施例を示す図である。

【図５】図４の装置の各部の動作状態を示す波形図であ
る。

【符号の説明】

１ 燃料ポンプ ２ 燃料タンク ３ ケーシング ４ ポンプモータ ５ ポンプ本体 １０ フィルタ １１ インジェクタ １２ 圧力レギュレータ ２４，３５，４１ ＥＣＵ ３７，３８ ＦＥＴ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内燃エンジンの燃料タンク内の燃料を燃
   料供給器へ圧送する燃料ポンプ内のポンプモータを駆動
   制御する燃料ポンプ制御装置であって、 直流電源の正負端子間において前記ポンプモータと直列
   に接続された第１スイッチ素子と、 前記ポンプモータと並列に接続されたフライホイル用の
   第２スイッチ素子と、 前記ポンプモータの前記第１スイッチ素子との接続端子
   の電圧を積分する積分手段と、 基準信号を発生する基準信号発生手段と、 前記積分手段の出力信号と基準信号とのレベル差に応じ
   て前記第１スイッチ素子をオンオフ駆動し、前記第１ス
   イッチ素子のオンオフとは逆相で第２スイッチ素子をオ
   ンオフ駆動する駆動手段と、を備えたことを特徴とする
   燃料ポンプ制御装置。
2. 【請求項２】 前記第１スイッチ素子及び第２スイッチ
   素子は互いに異なるチャンネルのＭＯＳＦＥＴからなる
   ことを特徴とする請求項１記載の燃料ポンプ制御装置。
3. 【請求項３】 前記第１スイッチ素子に並列に接続され
   た機械的スイッチと、前記直流電源の出力電圧が所定電
   圧を下回ったときに切換信号を発生する比較手段と、 前記切換信号に応答して前記機械的スイッチをオンさせ
   るリレー制御手段と、 前記切換信号に応答して前記第２スイッチ素子を強制的
   にオフ状態にさせるオフ制御手段と、を有することを特
   徴とする請求項１記載の燃料ポンプ制御装置。