JP5682221B2 - エンジン用燃料ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、自動車用エンジンに付設される燃料ポンプの吐出量を制御する制御装置に関する。

車両の燃料タンクからエンジンへ燃料を送る燃料ポンプの燃料吐出量を、エンジンの運転条件つまり実際の燃料消費量に対応したものとして、不必要に燃料タンクに送り戻されるリターン燃料を少なくしようとする技術が特許文献１，２に開示されている。

特許文献１は、電動式燃料ポンプに印加する電圧をエンジンの負荷と回転速度とに応じて制御する基本的な概念を開示し、特許文献２は、これを改良したものとして、各々のエンジン回転速度の下で全負荷時に必要な燃料吐出量を求め、この全負荷時に必要な燃料吐出量に予め制御することで、応答遅れに対処している。

また、特許文献３には、エンジンにより駆動されるオルタネータの発電停止と発電とを切り換えることによって、電動式燃料ポンプに印加する電圧を、相対的に低いバッテリ電圧と相対的に高いオルタネータからの発電電圧とに切り換えるようにした構成が開示されている。

特開昭５８−４８７６７号公報 特開平５−２２３０２７号公報 特開２００９−１９１７２４号公報

上記のような従来の技術においては、エンジン回転速度を１つのパラメータとして燃料ポンプの燃料吐出量を制御しているが、例えば高出力型のエンジンでは、加速時にエンジン回転速度が急激に上昇するため、特許文献２のように各回転速度の下での全負荷時に必要な燃料吐出量に制御するようにしても、回転速度の急激な上昇に燃料吐出量の増加が間に合わない虞があり、またこの回転速度の急激な上昇時にも十分なように燃料吐出量を設定すると、結局のところ、各回転速度において不必要に過大な燃料吐出量を与えてしまうこととなる。

特に、従来のものでは、車両変速機の変速比が考慮されておらず、変速比に拘わらずに一律に回転速度と燃料吐出量との関係が定まっているので、各回転速度の下で必要最小限の燃料吐出量にしようとすると、加速時にエンジン回転速度の急激な上昇に間に合わず、適切な燃料供給が行えない可能性がある。

本発明のエンジン用燃料ポンプの制御装置は、車両の燃料タンクからエンジンへ燃料を送る燃料ポンプの燃料吐出量が連続的ないし段階的に調整可能であるとともに、基本的に、エンジンの回転速度に基づき、該回転速度が高いほど燃料吐出量が大となるように燃料吐出量を制御する。そして、車両の変速機の変速比が考慮され、変速比が大きいほどエンジン回転速度の低速側で燃料吐出量が大となるように、変速比に応じて、エンジン回転速度と燃料吐出量との関係を補正する。

例えば１つの態様では、１つあるいは複数のエンジン回転速度閾値において上記燃料吐出量を段階的に切り換える構成となっているが、このエンジン回転速度閾値を、変速比に応じて、具体的には変速比が大きい（つまり低速ギヤ比）ときにはより低速に、逆に変速比が小さい（つまり高速ギヤ比）ときにはより高速になるように、補正する。

つまり、変速機の変速比が大きい状態では、同じ回転速度の下で燃料吐出量が相対的に大となり、加速時に回転速度が急激に上昇しても、適切な燃料供給が可能となる。他方、変速機の変速比が小さい状態であれば、加速時の回転速度の上昇は比較的緩慢であるので、より高速回転速度まで燃料吐出量を少なく制限することが可能である。

また車両の変速機の変速比は基本的に車速に相関し、車速が低いほど変速比が大きい低速ギヤ比が用いられる。従って、第２の発明では、車速が低いほどエンジン回転速度の低速側で燃料吐出量が大となるように、車速に応じて、エンジン回転速度と燃料吐出量との関係を補正する。

この発明によれば、燃料ポンプの燃料吐出量が変速機の変速比ないし車速を考慮した形でエンジン回転速度に基づいて設定されるので、低速ギヤ比の下での加速時の急激な回転速度上昇に対しても適切な燃料供給を確保できる一方で、高速ギヤ比の下では過剰な燃料吐出量とならず、より適切な燃料吐出量の可変制御を実現できる。

この発明に係る燃料ポンプの制御装置の一実施例を示す構成説明図。 その制御の流れを示すフローチャート。 エンジンの負荷と回転速度に対する燃料消費量および回転速度閾値の関係を示す特性図。 車速に基づく実施例を示すフローチャート。

以下、この発明の一実施例を図面に基づいて詳細に説明する。

図１において、エンジン１は、例えば各気筒毎に燃料噴射弁（図示せず）を具備したガソリンエンジンであって、クランクシャフトによって機械的に駆動される発電機詳しくはオルタネータ２を備えている。このエンジン１の燃料噴射量や噴射時期あるいは図示せぬ点火プラグによる点火時期等はエンジンコントロールモジュール３によって総合的に制御されている。上記オルタネータ２は、一般的な定格１４Ｖの構成であり、エンジンコントロールモジュール３からの指令信号に基づき内蔵する電圧レギュレータ２ａが電機子コイルの通電を制御することで、発電状態および発電停止状態に切換可能であるとともに、発電時の発電電圧を可変制御することができる。なお、本発明は、ディーゼルエンジンにおいても適用可能である。

上記エンジン１には、変速機として、例えばトルクコンバータと補助変速機構とからなる有段自動変速機４が接続されており、この自動変速機４は、ＡＴコントローラ５によって例えば車速とアクセル開度とに応じて自動的に変速段の切換制御が行われ、基本的に、車速が低いほど１速のような低速ギヤ段となり、車速が高いほど６速等の高速ギヤ段となり、またアクセル開度が大きいほど低速ギヤ段となり、アクセル開度が小さいほど高速ギヤ段となる。なお、本発明の変速機としては、手動変速機であってもよく、さらには、変速比が連続的に変化する無段変速機であってもよい。上記ＡＴコントローラ５と上記エンジンコントロールモジュール３との間では、変速段を含む種々の情報の通信が行われている。

上記オルタネータ２は、公称１２Ｖの一般的な車載のバッテリ６に接続されており、さらに燃料ポンプコントローラ７を介して電動式の燃料ポンプ８に接続されている。従って、燃料ポンプ８には、オルタネータ２がバッテリ６の電圧よりも高い電圧で発電を行っている状態ではその発電電圧が印加され、オルタネータ２が発電を停止している状態では約１２Ｖのバッテリ６の電圧が印加される。この燃料ポンプ８は、印加電圧に応じた吐出量（単位時間当たりの流量）が得られる。また、この燃料ポンプ８は、車両の燃料タンク９内に配置されており、燃料タンク９底部から該燃料ポンプ８により吸い上げられた燃料は、プレッシャレギュレータ１０によって所定圧力に調圧された上で、燃料配管１２を介してエンジン１の各燃料噴射弁に供給される。また、プレッシャレギュレータ９において余剰となった燃料は、そのままリターンパイプ１１を通して燃料タンク９底部に戻る。なお、燃料噴射弁から余剰となった燃料を図示せぬリターン通路を介して燃料タンク９に戻すように構成される場合もある。また図示例では燃料ポンプ８が燃料タンク９内に配置されているが、燃料タンク９の外部つまり該燃料タンク９からエンジン１に至る間の燃料配管１２の途中に燃料ポンプ８が配設されていてもよく、さらには、燃料タンク９内に別個の低圧燃料ポンプを備え、燃料配管１２の途中に吐出量制御がなされる燃料ポンプ８を備える構成であってもよい。

図３は、エンジン１の負荷（縦軸）と回転速度（横軸）とに対する単位時間当たりの燃料消費量の特性を図示したものであり、エンジン１の１サイクルにおける燃料噴射量は基本的に負荷（例えば吸入空気量）に比例し、また単位時間当たりのサイクル数はエンジン１の回転速度に比例するので、実際の燃料消費量は図示するように、高速高負荷（図の右上）側で大となり、低速低負荷（図の左下）側で小となる。本実施例では、制御の簡素化を図るために、燃料ポンプ８への印加電圧を、１４Ｖと１３Ｖとバッテリ電圧（約１２Ｖ）との３段階に切り換える構成となっており、従って、燃料ポンプ８の吐出量としても３段階に変化することとなるが、線Ｑ１は燃料ポンプ８を１３Ｖで駆動したときの吐出量に見合う燃料消費量を示している。従って、図３において、この線Ｑ１よりも右上側の高速高負荷域は、１３Ｖ相当の燃料吐出量では不足となり、１４Ｖでの燃料ポンプ８の駆動が必要な運転領域となる。同様に、線Ｑ２は燃料ポンプ８を１２Ｖで駆動したときの吐出量に見合う燃料消費量を示しており、従って、この線Ｑ２よりも右上側でかつ線Ｑ１よりも左下側の領域は、１３Ｖでの燃料ポンプ８の駆動が必要な運転領域となる。そして、この線Ｑ２よりも左下側の低速低負荷域は、約１２Ｖのバッテリ電圧での運転が可能な運転領域となる。

このような実際のエンジン１における燃料消費量の特性に対し、本実施例では、４つの回転速度閾値Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３，Ｎ４と所定の高負荷域を確定する負荷特性線ＥＣＯとに基づいて、燃料ポンプ８に印加する電圧つまりはその吐出量が選択される。なお、上記負荷特性線ＥＣＯは、エンジン１の特性などから良好な燃料消費率を確保し得る運転領域の高負荷側の限界を定めた特性線であって、例えば、運転者によるＥＣＯモードスイッチの入力などによりＥＣＯモードとなっている場合に、この負荷特性線ＥＣＯ以下の負荷となるように強制的なアクセル開度の制限を行ったり、何らかの警告等により該負荷特性線ＥＣＯを越えないように運転者に注意喚起するなどによって、なるべく負荷特性線ＥＣＯを越えた高負荷運転がなされないようにするためのものである。従って、換言すれば、この実施例の自動車では、上記負荷特性線ＥＣＯを越えない良好な燃料消費率の運転条件でもって運転時間の大部分が運転されることとなる。

また、上記の回転速度閾値Ｎ１，Ｎ２，Ｎ３、Ｎ４は、Ｎ１＜Ｎ２＜Ｎ３＜Ｎ４の関係があるが、第２回転速度閾値Ｎ２は、上述した１２Ｖ相当の線Ｑ２が全開曲線ＷＯＴと交差する回転速度よりも僅かに低速側に設定されている。同様に、第４回転速度閾値Ｎ４は、上述した１３Ｖ相当の線Ｑ１が全開曲線ＷＯＴと交差する回転速度よりも僅かに低速側に設定されている。そして、第１回転速度閾値Ｎ１は、上記第２回転速度閾値Ｎ２に対して加速時（回転速度上昇時）の余裕代を拡大したものであって、第２回転速度閾値Ｎ２よりも低速側に設定されている。同様に、第３回転速度閾値Ｎ３は、上記第４回転速度閾値Ｎ４に対して加速時（回転速度上昇時）の余裕代を拡大したものであって、第４回転速度閾値Ｎ４よりも低速側で、かつ第２回転速度閾値Ｎ２よりは高速側に設定されている。

図２は、燃料ポンプ８に印加する電圧（換言すれば吐出量）の制御の流れを示すフローチャートである。

初めに、ステップ１では、そのときのエンジン１の運転条件（負荷および回転速度）が図３の負荷特性線ＥＣＯよりも高負荷側であるか否かを判定する。この負荷特性線ＥＣＯよりも高負荷側であれば、ステップ４へ進み、回転速度や変速段に拘わらず、オルタネータ２での発電を行うとともに、その発電電圧を１４Ｖとする。

負荷特性線ＥＣＯ以下の負荷であれば、ステップ２へ進み、変速比（変速段）の判定を行う。この実施例では、単純に基準の変速比よりも大きいか否かの２段階に分類しており、例えば１速，２速の変速段であれば低速ギヤ段と判定し、３速以上であれば高速ギヤ段と判定する。低速ギヤ段であった場合は、ステップ３へ進み、回転速度を第１回転速度閾値Ｎ１と比較する。回転速度が第１回転速度閾値Ｎ１未満であれば、印加電圧の積極的な上昇は行わない。従って、基本的に約１２Ｖのバッテリ電圧が燃料ポンプ８に印加される。これにより、燃料ポンプ８が過剰な吐出量で駆動されることがなく、リターン燃料の抑制やポンプ作動音の低減さらには電力消費の抑制が図れる。

低速ギヤ段でかつ回転速度が第１回転速度閾値Ｎ１以上であればステップ５へ進み、さらに第３回転速度閾値Ｎ３と比較する。回転速度が第３回転速度閾値Ｎ３未満であれば、ステップ７へ進み、オルタネータ２での発電を行うとともに、その発電電圧を１３Ｖとする。そして、回転速度が第３回転速度閾値Ｎ３以上であれば、ステップ６へ進み、オルタネータ２での発電を行うとともに、その発電電圧を１４Ｖとする。前述したように、第１回転速度閾値Ｎ１は、仮にスロットル開度が全開となっても線Ｑ２（１２Ｖ相当）よりも燃料消費量が少ないものであり、同様に、第３回転速度閾値Ｎ３は、仮にスロットル開度が全開となっても線Ｑ１（１３Ｖ相当）よりも燃料消費量が少ないものであるから、上記のように第１回転速度閾値Ｎ１と第３回転速度閾値Ｎ３との間では１３Ｖとし、第３回転速度閾値Ｎ３以上では１４Ｖとすることで、加速により負荷が増加しても、燃料吐出量がエンジン１の燃料消費量に対し不足することがない。

特に、第３回転速度閾値Ｎ３は、１３Ｖ相当の線Ｑ１に対し大きな余裕代Ｍ１を有しているので、自動変速機４が１速や２速といった低速ギヤ側の変速段にあって加速時に急激に回転速度が上昇しても、実際に回転速度が線Ｑ１を越えて上昇する前に燃料吐出量が１４Ｖ相当の十分な吐出量となり、過渡的な燃料吐出量の不足を招来する虞がない。なお、この実施例では、オルタネータ２の発電電圧そのものを１４Ｖとするようにしているため、実際に燃料ポンプ８に印加される電圧が上昇してその吐出量が増加するまでに多少の応答遅れが生じるが、このような応答遅れがあっても、上記の十分な余裕代Ｍ１によって燃料吐出量の不足が確実に回避される。同様に、第１回転速度閾値Ｎ１は、１２Ｖ相当の線Ｑ２に対し大きな余裕代を有しているので、自動変速機４が１速や２速といった低速ギヤ側の変速段にあって加速時に急激に回転速度が上昇しても、実際に回転速度が線Ｑ２を越えて上昇する前に燃料吐出量が１３Ｖ相当の吐出量となり、過渡的な燃料吐出量の不足を招来する虞がない。

一方、ステップ２で例えば３速以上の高速ギヤ段であれば、ステップ８へ進み、ここでは、第１回転速度閾値Ｎ１ではなく第２回転速度閾値Ｎ２と回転速度を比較する。回転速度が第２回転速度閾値Ｎ２未満であれば、やはり印加電圧の積極的な上昇は行わない。従って、基本的に約１２Ｖのバッテリ電圧が燃料ポンプ８に印加される。これにより、燃料ポンプ８が過剰な吐出量で駆動されることがなく、リターン燃料の抑制やポンプ作動音の低減さらには電力消費の抑制が図れる。

回転速度が第２回転速度閾値Ｎ２以上であればステップ８からステップ９へ進み、ここでは、第３回転速度閾値Ｎ３ではなく第４回転速度閾値Ｎ４と回転速度を比較する。回転速度が第４回転速度閾値Ｎ４未満であれば、ステップ１１へ進み、オルタネータ２での発電を行うとともに、その発電電圧を１３Ｖとする。そして、回転速度が第４回転速度閾値Ｎ４以上であれば、ステップ１０へ進み、オルタネータ２での発電を行うとともに、その発電電圧を１４Ｖとする。

前述したように、第４回転速度閾値Ｎ４は第３回転速度閾値Ｎ３よりも高速側にあり、１３Ｖ相当の線Ｑ１に対する余裕代Ｍ２は第３回転速度閾値Ｎ３の余裕代Ｍ１よりも小さい。従って、仮に加速時に回転速度が急激に上昇すると実際に吐出量が増加する前に線Ｑ１を横切ってしまう虞があるが、このときに前提とする変速段は、変速比の大きな高速ギヤ段であり、加速時の回転速度の上昇は相対的に緩慢となるので、吐出量が不足することはない。従って、高速ギヤ段においては、より高速側の第４回転速度閾値Ｎ４まで１３Ｖでの燃料ポンプ８の駆動が継続されることとなり、燃料ポンプ８の過剰な駆動が回避される。

同様に、第２回転速度閾値Ｎ２は第１回転速度閾値Ｎ１よりも高速側にあり、１２Ｖ相当の線Ｑ２に対する余裕代は第１回転速度閾値Ｎ１の余裕代よりも小さい。従って、仮に加速時に回転速度が急激に上昇すると実際に吐出量が増加する前に線Ｑ２を横切ってしまう虞があるが、このときに前提とする変速段は、変速比の大きな高速ギヤ段であり、加速時の回転速度の上昇は相対的に緩慢となるので、吐出量が不足することはない。従って、高速ギヤ段においては、より高速側の第２回転速度閾値Ｎ２まで約１２Ｖのバッテリ電圧での燃料ポンプ８の駆動が継続されることとなり、燃料ポンプ８の過剰な駆動が回避される。

また、一般に自動変速機４では、高速ギヤ段での定常走行中にアクセル開度を急激に増加すると、いわゆるキックダウンにより低速ギヤ段へと変速されるが、上記実施例の制御では、仮にこのような変速がなされると、同時に、回転速度閾値が第４回転速度閾値Ｎ４から第３回転速度閾値Ｎ３へと、また第２回転速度閾値Ｎ２から第１回転速度閾値Ｎ１へと、各々変更される。従って、回転速度の上昇を待つことなく変速と実質的に同時に印加電圧が高められ、必要な吐出量が予め確保される。

なお、上記オルタネータ２の発電・停止およびその発電電圧は、上記の燃料ポンプ８の燃料吐出量以外のパラメータ、例えば、電力要求やバッテリ６の充電状態によっても可変制御されるものであり、当業者には自明なように、例えばバッテリ６の充電のために１４Ｖでの発電が要求されているような条件下では、図２の電圧制御に優先してオルタネータ２の発電電圧が制御される。

ここで、上記のように電力要求等の他のパラメータによって燃料吐出量からの要求以上にオルタネータ２の発電電圧が高く制御されている場合には、回転速度が急激に上昇して燃料消費量が急に増加したとしても、相対的に短い時間で必要な燃料吐出量を確保できるので、印加電圧を変更する回転速度閾値をより低速側に補正してもよい。

次に、図４は、上記のステップ２の変速比（変速段）の判定に代えて、車速の判定を行うようにした実施例を示している。例えば、自動変速機４においては、車速とアクセル開度とをパラメータとした変速マップに基づいて変速段が決定され、基本的に、低車速側では低速ギヤ段となり、高車速側では高速ギヤ段となる。また手動変速機の場合でも、一般に、車速が高いほど高速ギヤ段による運転がなされる。そこで、この実施例では、ステップ２において、車速が所定の閾値よりも高いか否かを判定し、低車速であればステップ３へ進み、高車速であればステップ８へ進む。ステップ２の判定以外の他の処理は前述した図２のフローチャートと特に変わりがないので、その詳細な説明は省略する。

従って、この実施例では、低車速であれば、第１回転速度閾値Ｎ１および第３回転速度閾値Ｎ３が用いられ、高車速であれば、第２回転速度閾値Ｎ２および第４回転速度閾値Ｎ４が用いられる。

以上、この発明の一実施例を説明したが、この発明は、上記実施例に限定されることなく種々の変更が可能である。例えば、上記実施例では、第１回転速度閾値Ｎ１と第２回転速度閾値Ｎ２とが変速比（あるいは車速）に応じて異なる値となっているが、これらを同じ値とし、制御の簡素化を図ることもできる。また、上記実施例では、変速比や車速を高低２段階に分けているだけであるが、さらに多段階に分けて、各々異なる回転速度閾値としてもよく、あるいは無段変速機などの場合は変速比の値に応じて回転速度閾値を無段階にシフトさせるようにしてもよい。また、燃料ポンプ８の吐出量についても、上記実施例では、３段階に段階的に変化させているが、さらに多段階に、あるいは連続的に変化させるようにすることもできる。

さらに、上記実施例では、電圧に応じて吐出量が変化する電動式燃料ポンプ８を用い、その印加電圧を可変制御する構成であるが、電圧以外の手段によって燃料ポンプの吐出量を可変制御する場合にも、本発明は同様に適用することが可能である。

１…エンジン
２…オルタネータ
２ａ…電圧レギュレータ
３…エンジンコントロールモジュール
６…バッテリ
８…燃料ポンプ

Claims (7)

1. 車両の燃料タンクからエンジンへ燃料を送る燃料ポンプの燃料吐出量が連続的ないし段階的に調整可能であるとともに、エンジンの回転速度に基づき、該回転速度が高いほど燃料吐出量が大となるように燃料吐出量を制御するエンジン用燃料ポンプの制御装置であって、
   変速機の変速比が大きいほどエンジン回転速度の低速側で燃料吐出量が大となるように、上記変速比に応じて、エンジン回転速度と燃料吐出量との関係を補正することを特徴とするエンジン用燃料ポンプの制御装置。
2. １つあるいは複数のエンジン回転速度閾値において上記燃料吐出量を段階的に切り換えるとともに、このエンジン回転速度閾値を、変速比に応じて補正することを特徴とする請求項１に記載のエンジン用燃料ポンプの制御装置。
3. 車両の燃料タンクからエンジンへ燃料を送る燃料ポンプの燃料吐出量が連続的ないし段階的に調整可能であるとともに、エンジンの回転速度に基づき、該回転速度が高いほど燃料吐出量が大となるように燃料吐出量を制御するエンジン用燃料ポンプの制御装置であって、
   車速が低いほどエンジン回転速度の低速側で燃料吐出量が大となるように、上記車速に応じて、エンジン回転速度と燃料吐出量との関係を補正することを特徴とするエンジン用燃料ポンプの制御装置。
4. １つあるいは複数のエンジン回転速度閾値において上記燃料吐出量を段階的に切り換えるとともに、このエンジン回転速度閾値を、車速に応じて補正することを特徴とする請求項３に記載のエンジン用燃料ポンプの制御装置。
5. 電圧に応じて燃料吐出量が変化する電動式燃料ポンプを用い、この電動式燃料ポンプに印加する電圧を可変制御することを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のエンジン用燃料ポンプの制御装置。
6. バッテリとともに上記電動式燃料ポンプに接続されるオルタネータの発電制御によって上記電動式燃料ポンプに印加する電圧を可変制御することを特徴とする請求項５に記載のエンジン用燃料ポンプの制御装置。
7. 所定の高負荷域では、エンジン回転速度に拘わらずに最大の燃料吐出量とすることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のエンジン用燃料ポンプの制御装置。

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