JP6036494B2 - 燃料ポンプの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料を吸引してエンジンに向けて吐出する燃料ポンプの制御装置に関する。

例えば、特許文献１には、異物のかみ込みなどによるモータロック状態を解除して、燃料ポンプを駆動するモータを再起動させることが可能な燃料ポンプの制御装置が記載されている。この燃料ポンプの制御装置では、モータロック状態が検出されると、モータへの通電が停止される。その後、モータを逆回転方向及び正回転方向に交互に少なくとも１回駆動する。このような駆動制御により、異物の噛みこみを解消し、モータロック状態を解除できるようにしている。

特開平４−２８４１５５号公報

しかしながら、上記制御装置は、モータの回転が阻止されるモータロック状態が検出されたときに、そのモータロック状態を解除するための制御を行うだけで、モータロック状態の発生を未然に防ぐことはできない。

本発明は、このような点に鑑みてなされたもので、モータロック状態の発生を未然に防ぐことが可能な燃料ポンプの制御装置を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するために、本発明による燃料ポンプの制御装置は、燃料タンク内の燃料を吸引してエンジンに向けて吐出する燃料ポンプを制御するものであって、
燃料ポンプが作動しているときに、当該燃料ポンプを駆動するモータ（１０）に通電されている電流の大きさを検出する電流検出手段（２０）と、
電流検出手段によって検出された電流の大きさに基づき、燃料ポンプの負荷が通常動作時の負荷よりも増大しているか否かを判定する判定手段（１４、Ｓ１４０）と、
判定手段により燃料ポンプの負荷が増大していると判定されたとき、モータの回転数を高め、燃料ポンプによる燃料の吐出量を増加させる吐出量増加手段（１４、Ｓ１５０）と、を備え、
判定手段は、電流検出手段によって検出された電流の大きさを、所定の電流閾値と比較することによって、燃料ポンプの負荷が増大しているか否かを判定するものであって、燃料ポンプの吐出側の燃料圧と、モータの回転数とに対して、モータに通電されるべき適正な電流の大きさを記憶したモータ動作マップを有し、当該モータ動作マップに基づいて、電流閾値を定めることを特徴とする。

燃料ポンプを駆動するモータがロック状態に陥る前段階として、例えば、燃料ポンプの可動部の近傍に存在する異物や、粘性異常を生じた燃料により、燃料ポンプの可動部に対する負荷が増加することが多い。本発明では、燃料ポンプを駆動するモータに通電されている電流の大きさを、燃料ポンプの負荷として検出する。そして、検出された電流の大きさに基づき、燃料ポンプの負荷が通常動作時の負荷よりも増大していると判定されると、モータの回転数を高め、燃料ポンプによる燃料の吐出量を増加させる。これにより、燃料ポンプ内部を流れる燃料量が増えるので、異物や粘性異常を生じた燃料を、燃料ポンプ外に排出できる可能性を高めることができる。その結果、モータロック状態の発生を未然に防ぐことが可能になる。

なお、上記括弧内の参照番号は、本発明の理解を容易にすべく、後述する実施形態における具体的な構成との対応関係の一例を示すものにすぎず、なんら本発明の範囲を制限することを意図したものではない。

また、上述した特徴以外の本発明の特徴に関しては、後述する実施形態の説明及び添付図面から明らかになる。

実施形態による燃料ポンプの制御装置の構成を概略的に表したブロック構成図である。 モータコントローラによって行われる制御処理を示すフローチャートである。 モータ動作マップの一例を示す図である。

以下、本発明の実施形態による燃料ポンプの制御装置について、図面を参照しつつ説明する。図１は、本実施形態による燃料ポンプの制御装置の構成を概略的に表したブロック構成図である。

図１において、１０はブラシレスモータであって、車両において、燃料タンクに貯留された燃料を汲み上げて、エンジン（燃料噴射システム）へ提供する燃料ポンプを駆動するためのものである。このブラシレスモータ１０として、例えば、埋め込み磁石同期モータ（ＩＰＭＳＭ）などの３相の永久磁石同期モータを用いることができる。

ブラシレスモータ１０は、インバータ１６を介して、バッテリに接続されている。インバータ１６は、公知のように、ブラシレスモータ１０の各相の固定子巻線（Ｕ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイル）に対応して、それぞれバッテリとグランドとの間で直列接続された３対のスイッチング素子を有している。そして、それぞれ対となるスイッチング素子の接続点が、各相のコイルに接続されている。このような構成において、３対のスイッチング素子の内、所定の組み合わせの高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子とを同時にオンさせつつ、そのオンさせる高電位側スイッチング素子と低電位側スイッチング素子の組み合わせを切り替える。これにより、順番にバッテリから各相のコイルに駆動電流が通電され、ブラシレスモータ１０の回転子を回転させるための回転磁界が発生される。

本実施形態による燃料ポンプの制御装置は、ブラシレスモータ１０の各相のコイルにおいて、駆動電流が流れていない空きコイルに誘起される誘起電圧を検出するための電圧検出部１８を備えている。すなわち、本実施形態による燃料ポンプの制御装置では、いわゆるセンサレスにて、ブラシレスモータ１０（回転子）の回転位置を検出する。ただし、ブラシレスモータ１０の回転位置検出のため、ホール素子などの回転位置センサを用いても良い。

電圧検出部１８は、公知のように、各相のコイルの誘起電圧に対して、増幅、基準電位との比較、波形整形、位相シフトなどの処理を行った上で、モータコントローラ１４に出力する。モータコントローラ１４は、入力された各相のコイルの誘起電圧に基づき、回転子の回転位置を検出する。そして、モータコントローラ１４は、検出した回転子の回転位置に応じた通電相に駆動電流が通電され、かつ回転位置の変化に応じて通電相を切り替えるように、インバータ１６の３対のスイッチング素子を操作する操作信号を生成して出力する。この操作信号は、ＰＷＭ信号であり、操作信号のデューティ比により、ブラシレスモータ１０に通電される駆動電流の大きさを制御することが可能である。例えば、駆動電流が大きくなるとモータトルクが高くなるので、ブラシレスモータ１０の回転数は増加する。逆に、駆動電流が小さくなると、ブラシレスモータ１０の回転数は減少する。このように、操作信号のデューティ比により、ブラシレスモータ１０の回転数を制御することができる。

また、モータコントローラ１４は、電圧検出部１８から入力される各相のコイルの誘起電圧波形に基づき、ブラシレスモータ１０の回転数の検出も行う。

上位ＥＣＵ１２とモータコントローラ１４とは、車内ＬＡＮを介して接続されており、ＣＡＮプロトロルやＬＩＮプロトコルなどの通信プロトコルに従って相互に通信を行うことが可能である。上位ＥＣＵ１２は、ブラシレスモータ１０の制御に関する目標値を決定し、通信により、その目標値をモータコントローラ１４に与える。

例えば、上位ＥＣＵ１２は、車両のエンジンの運転状態、運転負荷などに基づき、燃料ポンプから燃料噴射システムに供給すべき燃料の燃料圧を算出し、その燃料圧を達成するためのブラシレスモータ１０の目標回転数を定める。そして、上位ＥＣＵ１２は、算出した燃料圧及び目標回転数をモータコントローラ１４に与える。すると、モータコントローラ１４は、ブラシレスモータ１０の回転数を目標回転数に一致させるための操作信号を生成し、インバータ１６に出力する。このようにして、ブラシレスモータ１０の回転数が目標回転数に一致するように、回転制御が行われる。

ブラシレスモータ１０の回転制御が行われているときに、ブラシレスモータ１０に通電される駆動電流を検出するための電流検出部２０が設けられている。この電流検出部２０によって検出された駆動電流は、モータコントローラ１４に入力される。モータコントローラ１４は、電流検出部２０によって検出された駆動電流に基づき、ブラシレスモータ１０の負荷、すなわち、燃料ポンプの負荷が、通常動作時の負荷よりも増大しているか否かを判定したり、駆動電流が過電流異常となっているか判定したりする。そして、モータコントローラ１４は、それらの判定結果に応じて、ブラシレスモータ１０の回転を増加させて負荷増大の原因物質（異物など）の除去を試みたり、ブラシレスモータ１０の保護のためにブラシレスモータ１０への通電を停止させたりする。

以下に、モータコントローラ１４によって行われるブラシレスモータ１０の制御について、図２のフローチャート及び図３のモータ動作マップを用いて詳細に説明する。

まず、ステップＳ１００では、上位ＥＣＵ１２からブラシレスモータ１０の目標回転数及び燃料圧を受信する。続くステップＳ１１０では、電圧検出部１８から入力される誘起電圧波形に基づいて、ブラシレスモータ１０の回転位置及び回転数を検出する。

ステップＳ１２０では、ブラシレスモータ１０の回転数が目標回転数に一致するように、操作信号によりブラシレスモータ１０の回転制御を行う。続くステップＳ１３０では、電流検出部２０から入力される検出信号に基づき、ブラシレスモータ１０に通電されている駆動電流を検出する。

ステップＳ１４０では、図３に示すモータ動作マップに基づき、ブラシレスモータ１０（燃料ポンプ）の負荷が増大しているか否かを判定するための電流閾値を設定する。本実施形態では、予め実験的にブラシレスモータ１０の動作特性が計測される。そして、計測されたブラシレスモータ１０の動作特性から、図３に示すようなモータ動作マップが作成され、モータコントローラ１４に記憶されている。

図３に示すように、ブラシレスモータ１０が発生するトルクは、ほぼブラシレスモータ１０に通電される駆動電流の大きさに比例して増減する。このブラシレスモータ１０が発生するトルクにより、ブラシレスモータ１０が回転するが、燃料ポンプの吐出側の燃料圧が低いほどブラシレスモータ１０の回転に対する抵抗が小さくなるので、モータ回転数は高くなり、逆に、吐出側の燃料圧が高いほど抵抗が大きくなるため、モータ回転数は低くなる。

モータコントローラ１４は、上位ＥＣＵ１２から燃料圧及び目標回転数を受信し、その目標回転数に一致するようにブラシレスモータ１０の回転を制御している。このため、燃料圧及び実際のモータ回転数（もしくは目標回転数）を図３のモータ動作マップに当て嵌めることにより、駆動電流の適正値を求めることができる。この場合、センサにより実際の燃料圧を検出して、モータ動作マップに当て嵌めても良い。そして、電流閾値は、モータ動作マップから得られた駆動電流の適正値に基づき、その適正値よりも明らかに大きくなったとみなし得るレベルに設定される。

なお、ブラシレスモータ１０においては、図３に示すように、設計上、安定して使用できる駆動電流の範囲（通常使用範囲）が定められている。従って、燃料ポンプを駆動する用途にブラシレスモータ１０を用いる場合においても、その安定して使用可能な範囲の駆動電流にて、燃料ポンプから必要な燃料圧が得られるような設計が行われる。このため、燃料ポンプが正常に動作している場合には、駆動電流が安定使用可能範囲を逸脱することはない。このような観点から、安定使用可能範囲の上限Ｉｌｉｍを、簡易的に電流閾値に設定しても良い。

ステップＳ１５０では、ステップＳ１３０にて検出された駆動電流が、ステップＳ１４０にて設定された電流閾値を超えているか否かを判定する。この判定処理において、駆動電流が電流閾値を超えていると判定された場合、なんらかの原因により、ブラシレスモータ１０や燃料ポンプの負荷が増加している状態である。

ここで、燃料内には、各種の異物が混入する可能性があり、また、それら異物を核として粘性異常を生じた燃料が凝集する可能性がある。燃料が流通する経路には、通常、フィルタが設けられ、異物等が燃料ポンプ内に侵入しないようにしているが、全ての異物等を捕獲することは困難である。そして、異物や粘性異常を生じた燃料が燃料ポンプの可動部に噛み込むと、燃料ポンプがロック状態となり、ブラシレスモータ１０が回転できなくなるモータロック状態が発生する可能性がある。ただし、ブラシレスモータ１０がモータロック状態に陥る前段階として、すなわち、ブラシレスモータ１０が回転を継続している状態において、例えば、燃料ポンプの可動部の近傍に存在する異物や、粘性異常を生じた燃料が、燃料ポンプの可動部の移動に対する抵抗となり、ブラシレスモータ１０の回転に対する負荷が増加することも多い（ハーフロック状態）。ステップＳ１５０の判定処理では、モータロック状態に陥る前段階での、ブラシレスモータ１０の負荷が増加している状況であるハーフロック状態を判定することができる。

ステップＳ１５０において、駆動電流が電流閾値を超えていると判定された場合、ステップＳ１６０の処理に進む。一方、駆動電流が電流閾値以下と判定された場合には、ステップＳ１００の処理に戻る。

ステップＳ１６０では、操作信号のデューティ比を高めることにより、ブラシレスモータ１０の回転数を増加させる。好ましくは、デューティ比を１００％とし、ブラシレスモータ１０の回転数を最大回転数まで増加させる。この際、ブラシレスモータ１０には、安定使用可能範囲を超える駆動電流が流れる場合もありえるが、短時間であれば、そのような駆動電流を通電しても、ブラシレスモータ１０に悪影響を及ぼすことはない。このように回転数を増加させた結果、燃料ポンプによる燃料の吐出量が増加され、燃料ポンプ内部を流れる燃料量を増大させることができる。そのため、異物や粘性異常を生じた燃料を、燃料ポンプ外に排出できる可能性を高めることができ、モータロック状態の発生を未然に防ぐことが可能になる。特に、燃料ポンプの可動部に異物等が噛み混んで、ブラシレスモータ１０が完全にモータロック状態に陥る前であれば、完全にモータロック状態となってしまった場合に比較して、異物等の除去を容易に行い得るとのメリットがある。

ステップＳ１７０では、駆動電流が過電流異常となったか否かを判定する。具体的には、駆動電流が、ブラシレスモータ１０に通電可能な最大電流Ｉｍａｘを超えたか、あるいは、安定使用可能範囲を超える駆動電流の通電時間が所定時間を超えた場合、駆動電流が過電流異常となったと判定する。このような過電流異常が生じるのは、燃料ポンプ内を流動する燃料量の増大によっては、異物を取り除くことができず、最終的にモータロック状態に陥ってしまった場合である。そのため、ステップＳ１７０にて過電流異常と判定された場合には、ステップＳ１８０に進んで、ブラシレスモータ１０への通電を停止する。一方、過電流異常ではないと判定された場合には、ステップＳ１００の処理に戻る。

以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明は、上述した実施形態に何ら制限されることなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲において、種々変形して実施することが可能である。

例えば、上述した実施形態では、燃料ポンプから供給される燃料圧を、車両のエンジンの運転状態などに応じて可変する例について説明した。しかしながら、本発明による燃料ポンプの制御装置は、例えば燃料ポンプから一定の燃料圧の燃料を吐出するようにし、エンジンに供給する燃料圧の調整は、燃料供給管に設けられたレギュレータで行うシステムにも適用可能である。

１０ ブラシレスモータ
１２ 上位ＥＣＵ
１４ モータコントローラ
１６ インバータ
１８ 電圧検出部
２０ 電流検出部

Claims (3)

1. 燃料タンク内の燃料を吸引してエンジンに向けて吐出する燃料ポンプの制御装置であって、
   前記燃料ポンプが作動しているときに、当該燃料ポンプを駆動するモータ（１０）に通電されている電流の大きさを検出する電流検出手段（２０）と、
   前記電流検出手段によって検出された電流の大きさに基づき、前記燃料ポンプの負荷が通常動作時の負荷よりも増大しているか否かを判定する判定手段（１４、Ｓ１４０）と、
   前記判定手段により前記燃料ポンプの負荷が増大していると判定されたとき、前記モータの回転数を高め、前記燃料ポンプによる燃料の吐出量を増加させる吐出量増加手段（１４、Ｓ１５０）と、を備え、
   前記判定手段は、前記電流検出手段によって検出された電流の大きさを、所定の電流閾値と比較することによって、前記燃料ポンプの負荷が増大しているか否かを判定するものであって、前記燃料ポンプの吐出側の燃料圧と、前記モータの回転数とに対して、前記モータに通電されるべき適正な電流の大きさを記憶したモータ動作マップを有し、当該モータ動作マップに基づいて、前記電流閾値を定めることを特徴とする燃料ポンプの制御装置。
2. 前記電流検出手段によって検出された電流の大きさが、前記電流閾値よりも大きい所定の限界値に達すると、前記モータへの通電を停止して前記燃料ポンプの動作を停止させる停止手段（１４、Ｓ１６０）を備えることを特徴とする請求項１に記載の燃料ポンプの制御装置。
3. 前記吐出量増加手段は、前記モータの回転数を最大回転数に高めるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の燃料ポンプの制御装置。

Images