JP2012127317A

JP2012127317A - 燃料供給装置

Info

Publication number: JP2012127317A
Application number: JP2010281463A
Authority: JP
Inventors: Minoru Akita; 実秋田
Original assignee: Aisan Industry Co Ltd
Current assignee: Aisan Industry Co Ltd
Priority date: 2010-12-17
Filing date: 2010-12-17
Publication date: 2012-07-05
Anticipated expiration: 2030-12-17
Also published as: US20120156057A1; US8932026B2; CN102562384B; JP5591679B2; CN102562384A

Abstract

【課題】高圧領域には圧力センサを残しておき、低圧領域の圧力センサを廃止し、圧力センサを廃止した低圧領域では低圧燃料ポンプの吐出圧を推定して低圧燃料ポンプを制御する、燃料供給装置を提供する。
【解決手段】低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを直列に設け、圧力検出手段は高圧燃料ポンプの吐出側にのみ設けられており、高圧燃料ポンプを制御する高圧側制御手段は圧力検出手段にて検出された圧力が高圧側目標圧力となるように高圧燃料ポンプを制御する。また低圧燃料ポンプＭＬはセンサレスのブラシレスモータであり、ブラシレスモータを制御する低圧側制御手段ＣＬはブラシレスモータに供給している電流量とブラシレスモータの回転数とを検出可能であり、検出した電流量と検出した回転数に基づいてブラシレスモータの吐出側の推定圧力を求め、求めた推定圧力が低圧側目標圧力となるように、ブラシレスモータを制御する。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃料を供給する燃料供給装置に関し、特に低圧燃料ポンプから圧送した燃料を、高圧燃料ポンプにて更に高圧にして圧送する燃料供給装置に関する。

近年の内燃機関の燃料噴射システムには、高圧のシリンダ内に、更に高圧の燃料を直接噴射する、いわゆる筒内噴射システムを用いた燃料噴射システムがある。
筒内噴射システムにおける燃料供給装置では、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプを直列に配置し、燃料タンク内の燃料を、低圧燃料ポンプにて一旦低圧側目標圧力に制御し、低圧側目標圧力の燃料を、インジェクタに近い位置に配置した高圧燃料ポンプにて高圧側目標圧力に制御し、この高圧側目標圧力の燃料をインジェクタから噴射している。
従来の燃料供給装置では、高圧燃料ポンプでは高圧側圧力センサを用いて高圧側目標圧力となるようにフィードバック制御を行い、低圧燃料ポンプでは低圧側圧力センサを用いて低圧側目標圧力となるようにフィードバック制御を行っている。
このように従来の燃料供給装置では２個の圧力センサを必要とするので、配管中に圧力センサを組み込むために、漏れ防止構造、レイアウトの制約、センサ異常検出プログラム等、圧力センサ自体のコストの他にも、種々の手間とコストがかかっている。

例えば特許文献１に記載された従来技術には、燃料タンク内の燃料をフィードポンプにて低圧領域に圧送し、更に低圧領域の燃料を高圧ポンプにて高圧領域に圧送し、高圧領域の燃料をインジェクタから噴射する、内燃機関用の燃料噴射装置が開示されている。低圧領域には低圧領域内の圧力を検出するための専用の圧力センサが設けられ、高圧領域には高圧領域内の圧力を検出するための専用の高圧センサが設けられている。そして低圧領域では（低圧領域用の）圧力センサが検出した圧力に基づいてフィードポンプが制御され、高圧領域では（高圧領域用の）高圧センサが検出した圧力に基づいて高圧ポンプが制御される。
また例えば特許文献２に記載された従来技術では、液圧源（ギアポンプ）の供給圧力を検出するための比較的高価な液圧センサを用いずに、圧力センサにて検出した圧力や、ポンプモータの回転数や供給電流から推定した液圧に基づいて制動力を制御することで、コストの低減や装置の簡素化を図った、車両のブレーキ液圧制御装置が開示されている。
また例えば特許文献３に記載された従来技術には、予め定めた燃料ポンプ特性と、検出した燃料ポンプ回転数とに基づいて、燃料ポンプの吐出圧を推定する、内燃機関の燃料噴射量制御装置が開示されている。

特表２００９−５４０２０５号公報特開２００６−１７５９０５号公報特開２００７−２６３０９０号公報

特許文献１に記載された従来技術では、低圧領域と高圧領域のそれぞれに圧力センサが設けられている。
特許文献２に記載された従来技術では、液圧センサを廃止しているが、圧力センサが残されている。
また特許文献３に記載された従来技術では、燃料ポンプ特性と実際の燃料ポンプ回転数から燃料ポンプの吐出圧を推定しているが、燃料ポンプの負荷に応じた吐出圧の変動分が考慮されていないので（同じ回転数でも負荷が異なれば圧力が異なるため）、吐出圧の推定精度が落ちる可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、高圧領域には圧力センサを残しておき、低圧領域の圧力センサを廃止し、圧力センサを廃止した低圧領域では低圧燃料ポンプの吐出圧を推定して低圧燃料ポンプを制御する、燃料供給装置を提供することを課題とする。

上記課題を解決するため、本発明に係る燃料供給装置は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを直列に設け、前記低圧燃料ポンプにて当該低圧燃料ポンプの吐出側である低圧領域に燃料を圧送し、更に前記高圧燃料ポンプにて当該高圧燃料ポンプの吐出側である高圧領域に燃料を圧送して前記高圧領域に燃料を供給する燃料供給装置である。
前記高圧領域と前記低圧領域において、圧力検出手段は前記高圧領域にのみ設けられており、前記高圧燃料ポンプを制御する高圧側制御手段は、前記圧力検出手段にて検出された圧力が高圧側目標圧力となるように前記高圧燃料ポンプを制御する。
そして前記低圧燃料ポンプはセンサレスのブラシレスモータであり、前記ブラシレスモータを制御する低圧側制御手段は、前記ブラシレスモータに供給している電流量と、前記ブラシレスモータの回転数とを検出可能であり、前記低圧側制御手段は、検出した前記電流量と検出した前記回転数に基づいて前記ブラシレスモータの吐出側の燃料の推定される圧力である推定圧力を求め、求めた推定圧力が前記高圧側目標圧力よりも低い低圧側目標圧力となるように、前記ブラシレスモータを制御する。

この第１の発明によれば、高圧領域には圧力センサを残しておき、低圧領域の圧力センサを廃止し、低圧領域では低圧燃料ポンプの回転数と電流量から吐出圧（すなわち低圧領域の圧力）を推定して低圧燃料ポンプを制御する。
これにより、低圧燃料ポンプの側では圧力センサを廃止することが可能であり、高圧燃料ポンプの側では圧力センサを用いた高精度な制御を行うことが可能である。
なお低圧燃料ポンプとして、センサレスのブラシレスモータを用いることで、新たに回転数検出手段と電流量検出手段を追加することなく、回転数と電流量とを検出することが可能である。
前記ブラシレスモータの制御手段は、回転位置検出信号を用いて制御しており、この信号から回転数を検出することが可能であり、更にＰＷＭ等にて出力電流を制御しており、この出力から電流量を検出することが可能である。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る燃料供給装置であって、更に、燃料供給装置で利用する電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記低圧側制御手段は、前記電圧検出手段にて検出した測定電圧と、予め設定した基準電圧とに基づいて前記電流量を補正する。

この第２の発明によれば、電源の電圧で電流量を補正することで、更に電流量を精度良く検出することができるので、低圧燃料ポンプの吐出圧（推定圧力）を、より精度良く推定することができる。

次に、本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明に係る燃料供給装置であって、前記低圧側制御手段は、別体の外部制御装置から前記低圧側目標圧力が入力されて前記ブラシレスモータを制御するための独立した制御装置として構成されている。

この第３の発明によれば、低圧側制御手段を、より適切な構造とすることができる。

本発明の燃料供給装置を適用した燃料噴射システムの一実施の形態を説明する図である。低圧燃料ポンプユニット２０の構成の例を説明する図である。本願と従来の制御ブロック図の例を説明する図である。予め測定した、低圧燃料ポンプにおける、電流・回転数−圧力特性である。低圧燃料ポンプを制御する手順を説明するフローチャートである。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の燃料供給装置１を適用した内燃機関の燃料噴射システムの一実施の形態を説明する図である。
●［燃料供給装置１の全体構成（図１）］
図１に示すように、本発明の燃料供給装置１は、低圧燃料ポンプユニット２０と高圧燃料ポンプユニット３０にて構成されている。
燃料タンク１０には、流体の燃料が貯蔵されている。
低圧燃料ポンプユニット２０は、低圧燃料ポンプＭＬと低圧側制御手段ＣＬにて構成されている。
低圧側制御手段ＣＬには、別体の外部制御装置５０（エンジンコントロールコンピュータ等）から低圧側目標圧力が入力され、低圧燃料ポンプＭＬの吐出圧（配管ＨＬ内の圧力）が低圧側目標圧力となるように低圧燃料ポンプＭＬを制御し、燃料タンク１０内の燃料を配管ＨＬ内（低圧領域に相当）に圧送する。
低圧燃料ポンプＭＬは、センサレスのブラシレスモータであり、詳細については後述する。
なお、低圧燃料ポンプＭＬの吐出側の配管ＨＬには圧力検出手段が設けられておらず、低圧側制御手段ＣＬは、配管ＨＬ内の圧力を推定し、この推定圧力が低圧側目標圧力となるように低圧燃料ポンプＭＬを制御する。

高圧燃料ポンプユニット３０は、高圧燃料ポンプＭＨと高圧側制御手段ＣＨと圧力検出手段４０にて構成されている。
高圧側制御手段ＣＨには、別体の外部制御装置５０から高圧側目標圧力が入力され、高圧燃料ポンプＭＨの吐出圧（配管ＨＨ内の圧力）が高圧側目標圧力となるように高圧燃料ポンプＭＨを制御し、配管ＨＬ内（低圧領域に相当）の燃料を配管ＨＨ内（高圧領域に相当）に圧送する。
なお、高圧燃料ポンプＭＨの吐出側の配管ＨＨには圧力検出手段４０が設けられており、高圧側制御手段ＣＨは圧力検出手段４０が検出した圧力に基づいて、配管ＨＨ内の圧力が高圧側目標圧力となるように高圧燃料ポンプＭＨを制御する。

インジェクタ６１〜６４は、外部制御装置５０からの駆動信号に基づいて、配管ＨＨに接続されたデリバリ６０内の高圧燃料を噴射する。
なお、例えばデリバリ６０内の燃料圧力が想定圧力よりも大きく上回った場合はバルブ７０を経由して配管ＨＬに戻される。
また、外部制御装置５０は、種々の入力手段（センサ等）からの検出信号が入力され、種々の出力手段（アクチュエータ等）の制御信号を出力し、インジェクタ６１〜６４の駆動信号や、低圧側目標圧力及び高圧側目標圧力を出力する。

●［低圧燃料ポンプユニット２０の構成（図２）］
図２に示すように、低圧燃料ポンプＭＬはセンサレスのブラシレスモータであり、例えばＵ相、Ｖ相、Ｗ相の３相のコイルを有している。
このブラシレスモータを制御する低圧側制御手段ＣＬは、ＣＰＵ等の演算手段２１、ブラシレスモータの回転位置を検出するための位置検出回路２２、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相に駆動電流を出力する駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２）を有している。
演算手段２１は、位置検出回路２２からの検出信号に基づいてブラシレスモータの回転位置を検出し、回転位置に応じた駆動信号を駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２）から出力する。
例えば位置検出回路２２は逆起電流の検出回路であり、ブラシレスモータが所定回転位置に達する毎にパルス信号が入力され、演算手段２１は、当該パルス信号が入力される毎に駆動信号（ＰＷＭ信号等）を切り替える。

演算手段２１は、位置検出回路２２からのパルス信号のインターバル時間からブラシレスモータの回転数を求めることができる。
また演算手段２１は、自身が駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２）に出力している信号（例えばＰＷＭ信号の場合、ＰＷＭ信号のデューティ（パルス周期に対するＯＮパルス幅の割合［％］））から、ブラシレスモータに供給している電流量を求めることができる。
このように、センサレスのブラシレスモータを制御するために、もともと回転制御に必要な位置検出回路２２からの入力状態、駆動回路への出力状態を利用して、新たに検出回路等を設ける必要がなく、演算手段２１は、ブラシレスモータの回転数と電流量を検出することができる。

●［本願の制御ブロック図（図３（Ａ））と、従来の制御ブロック図（図３（Ｂ））］
図３（Ａ）は、低圧燃料ポンプＭＬを制御する本願の制御ブロック図を示しており、図３（Ｂ）は従来の制御ブロック図を示している。
［従来の制御ブロック図（図３（Ｂ））］
図３（Ｂ）の制御ブロック図に示すように、従来は、ノードＮ１Ａにて目標圧力（この場合、低圧側目標圧力）と実圧力（圧力検出手段Ｓ１にて検出した低圧燃料ポンプＭＬの実際の吐出圧）との偏差を求め、求めた偏差を演算ブロックＢ１に入力する。
演算ブロックＢ１では、入力された偏差に基づいて制御量を算出し、位置検出回路２２からの回転位置検出信号に基づいて駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２）のそれぞれに最適な制御量を算出し、算出した制御量を駆動ブロックＢ２（駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２））に入力する。
駆動ブロックＢ２では、入力された制御量に基づいて、低圧燃料ポンプＭＬに駆動信号を出力する。
そして低圧燃料ポンプＭＬの吐出圧を圧力検出手段Ｓ１にて検出し、検出した実際の圧力（実圧力）をノードＮ１Ａに負帰還する。
このため、従来では低圧燃料ポンプＭＬの吐出圧を検出するための圧力検出手段Ｓ１を必要としている。

［本願の制御ブロック図（図３（Ａ））］
図３（Ａ）に示すように、本願の制御ブロック図では、従来（図３（Ｂ））に対して、圧力検出手段Ｓ１を廃止し、電流量と回転数から推定圧力を求める演算ブロックＢ３が追加されている。なお、位置検出回路２２は上述したように、もともと回転制御に使用するために備えている回路である。以下、従来の制御ブロック図（図３（Ｂ））との相違点について主に説明する。
本願では、演算ブロックＢ１にて求めた制御量に基づいた電流量（低圧燃料ポンプＭＬに供給される電流量）と、位置検出回路２２からの検出信号に基づいた回転数（低圧燃料ポンプＭＬの回転数）を演算ブロックＢ３に入力する。
そして演算ブロックＢ３にて低圧燃料ポンプＭＬの吐出圧を推定し、この推定圧力をノードＮ１に負帰還する。
そしてノードＮ１にて目標圧力（この場合、低圧側目標圧力）と推定圧力との偏差を求め、求めた偏差を演算ブロックＢ１に入力する。

●［電流量と回転数から圧力を求める方法（図４）］
次に図４を用いて、電流量と回転数から圧力を求める方法（図３（Ａ）における演算ブロックＢ３の処理）について説明する。
図４に示す特性グラフは、低圧燃料ポンプＭＬの特性グラフであり、吐出圧がＡ１［ＫＰａ］における電流［Ａ］と回転数［ｒｐｍ］の関係が第１の点線で示されており、吐出圧がＡ２［ＫＰａ］における電流［Ａ］と回転数［ｒｐｍ］の関係が第２の点線で示されており、吐出圧がＡ３［ＫＰａ］における電流［Ａ］と回転数［ｒｐｍ］の関係が実線で示されており、吐出圧がＡ４［ＫＰａ］における電流［Ａ］と回転数［ｒｐｍ］の関係が一点鎖線で示されており、吐出圧がＡ５［ＫＰａ］における電流［Ａ］と回転数［ｒｐｍ］の関係が二点鎖線で示されている。なお、Ａ１＜Ａ２＜Ａ３＜Ａ４＜Ａ５である。

同じ回転数であっても電流が大きいほうが（負荷が高いほうが）圧力（吐出圧）が高くなり、同じ電流であっても回転数が小さいほうが（負荷が高いほうが）圧力（吐出圧）が高くなる。
演算手段２１は、図４に示す低圧燃料ポンプ特性を記憶しており、検出した電流量と回転数から、以下のように圧力を求めることができる。例えば検出した（電流量［Ａ］、回転数［ｒｐｍ］）が（Ｃ１［Ａ］、Ｒ１［ｒｐｍ］）であった場合、図４の例に示すように、（Ｃ１、Ｒ１）の位置に基づいたＡ２［ＫＰａ］上の点Ｐ（Ａ２）と、Ａ３［ＫＰａ］上の点Ｐ（Ａ３）との間を補間することで、（Ｃ１、Ｒ１）の圧力を求めることができる。
以上、回転数が分かっているがブラシレスモータの負荷（電流）が分からない場合は吐出圧のより正確な推定は困難であり、電流（負荷）が分かっているが回転数（流量）が分からない場合も吐出圧のより正確な推定は困難である。本願では、回転数（流量）と電流（負荷）から、ブラシレスモータのより正確な吐出圧を推定することができる。

●［低圧側制御手段ＣＬの処理手順（図５）］
次に図５を用いて、低圧側制御手段ＣＬ（演算手段２１）の処理手順の例について説明する。
低圧側制御手段ＣＬは、所定時間間隔あるいは位置検出回路２２からの検出信号が入力される毎等、所定のタイミングにて、図５に示す処理を開始する。
ステップＳ１０では、低圧側制御手段ＣＬは、位置検出回路２２からのパルス信号の間隔（周期）から、低圧燃料ポンプＭＬの現在の回転数を求めてステップＳ１１に進む。
ステップＳ１１では、低圧側制御手段ＣＬは、自身が駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２）に出力している駆動信号に基づいて電流量を求めてステップＳ１２に進む。
ステップＳ１２では、低圧側制御手段ＣＬは、燃料供給装置１で利用する電源の電圧を検出する電圧検出手段からの検出信号に基づいて、電源の電圧である測定電圧を求めてステップＳ１３に進む。例えば自動車の燃料供給装置１の場合、電源は、車載バッテリであり、測定電圧は、車載バッテリの実際の電圧である。

ステップＳ１３では、予め設定した基準電圧と、ステップＳ１２にて求めた測定電圧とに基づいて、ステップＳ１１にて求めた電流量を補正し、ステップＳ１４に進む。例えば図４に示す低圧燃料ポンプ特性が１２Ｖ基準で測定された特性である場合、基準電圧は１２［Ｖ］である。そして例えば測定電圧が１０［Ｖ］であった場合、以下のようにして電流量を補正する。
電流量（補正後）＝ステップＳ１１の電流量＊（１２［Ｖ］／１０［Ｖ］）
ステップＳ１４では、ステップＳ１０にて求めた回転数と、ステップＳ１３にて補正した電流量と、図４に示す低圧燃料ポンプ特性と、に基づいて推定圧力を求め、ステップＳ１５進む。
上記のステップＳ１０〜ステップＳ１４の処理が、図３に示す演算ブロックＢ３の処理に相当する。

ステップＳ１５では、低圧側制御手段ＣＬは、目標圧力（この場合、低圧側目標圧力）と推定圧力との偏差を求め、ステップＳ１６に進む。
ステップＳ１６では、低圧側制御手段ＣＬは、ステップＳ１５にて求めた偏差に基づいて低圧燃料ポンプＭＬの制御量を算出し、ステップＳ１７に進む。
ステップＳ１７では、低圧側制御手段ＣＬは、ステップＳ１６にて求めた制御量とステップＳ１０にて検出した回転位置検出信号に基づいて駆動回路（Ｔｕ１〜Ｔｗ２）を駆動して低圧燃料ポンプＭＬを駆動し、処理を終了する。

以上、本実施の形態にて説明した燃料供給装置１は、低圧領域の圧力検出手段を省略できるので、システムの小型化、コストの低減を実現できる。また、低圧領域の圧力検出手段を省略しても、最終的な精度は高圧領域の圧力検出手段にて確保されている。
また、電源電圧が変動するシステムの場合、電源電圧を用いて電流量を補正することで、より高精度に推定圧力を求めることができる。
また、低圧側制御手段ＣＬを独立した制御装置として構成することで、外部制御装置５０や低圧燃料ポンプＭＬとの配線の接続、入力信号の取り回しをシンプルにすることが可能であり、レイアウトの自由度も向上する。

本発明の燃料供給装置１は、本実施の形態で説明した外観、構成、回路、処理等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。例えば低圧燃料ポンプＭＬの特性は、図４に示す特性図に限定されるものではなく、低圧側制御手段ＣＬ、低圧燃料ポンプＭＬは、図２に示す構成の例に限定されるものではない。

１燃料供給装置
１０燃料タンク
２０低圧燃料ポンプユニット
２１演算手段（ＣＰＵ）
２２位置検出回路
３０高圧燃料ポンプユニット
４０圧力検出手段
５０外部制御装置
６１〜６４インジェクタ
ＣＨ高圧側制御手段
ＣＬ低圧側制御手段
ＨＨ配管（高圧領域）
ＨＬ配管（低圧領域）
ＭＨ高圧燃料ポンプ
ＭＬ低圧燃料ポンプ
Ｔｕ１〜Ｔｗ２駆動回路

Claims

低圧燃料ポンプと高圧燃料ポンプとを直列に設け、前記低圧燃料ポンプにて当該低圧燃料ポンプの吐出側である低圧領域に燃料を圧送し、更に前記高圧燃料ポンプにて当該高圧燃料ポンプの吐出側である高圧領域に燃料を圧送して前記高圧領域に燃料を供給する燃料供給装置において、
前記高圧領域と前記低圧領域において、圧力検出手段は前記高圧領域にのみ設けられており、
前記高圧燃料ポンプを制御する高圧側制御手段は、前記圧力検出手段にて検出された圧力が高圧側目標圧力となるように前記高圧燃料ポンプを制御し、
前記低圧燃料ポンプはセンサレスのブラシレスモータであり、前記ブラシレスモータを制御する低圧側制御手段は、前記ブラシレスモータに供給している電流量と、前記ブラシレスモータの回転数とを検出可能であり、
前記低圧側制御手段は、検出した前記電流量と検出した前記回転数に基づいて前記ブラシレスモータの吐出側の燃料の推定される圧力である推定圧力を求め、求めた推定圧力が前記高圧側目標圧力よりも低い低圧側目標圧力となるように、前記ブラシレスモータを制御する、
燃料供給装置。
請求項１に記載の燃料供給装置であって、
更に、燃料供給装置で利用する電源の電圧を検出する電圧検出手段を備え、
前記低圧側制御手段は、前記電圧検出手段にて検出した測定電圧と、予め設定した基準電圧とに基づいて前記電流量を補正する、
燃料供給装置。
請求項１または２に記載の燃料供給装置であって、
前記低圧側制御手段は、別体の外部制御装置から前記低圧側目標圧力が入力されて前記ブラシレスモータを制御するための独立した制御装置として構成されている、
燃料供給装置。