(57)【要約】【課題】制御電子機器パッケージの寸法を減少し、熱損失をより少なくし、運転効率を増進させるコントローラと燃料ポンプ装置とを提供する。【解決手段】コントローラが、燃料ポンプのモータに電気的に通じて、該モータの速度を変えて、該燃料ポンプがエンジンに燃料を可変流量で送給する。該コントローラは、該モータと直列に配置され制御素子を有する第一スイッチと、該モータと並列に配置され制御素子を有する第二スイッチと、該第一・第二スイッチの該制御素子に接続された電子機器とを具備する。該電子機器は、該モータのオフサイクルで該第一スイッチを非活性化して該モータをオフとし、該第二スイッチを活性化して該モータに対して整流し、該モータのオンサイクルで該第二スイッチを非活性化し、該第一スイッチを活性化して該モータをオンにするように構成される。【選択図】図１
2006009799.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
コントローラであって、該コントローラは、燃料ポンプのモータに電気的に通じて、該モータの速度を変えて、該燃料ポンプが燃料を可変流量でエンジンへ送給可能にし、該コントローラは、
該モータと直列に配置され制御素子を有する第一スイッチと、
該モータと並列に配置され制御素子を有する第二スイッチと、
該第一・第二スイッチの該制御素子に接続された電子機器と、を具備し、
該電子機器は、該モータのオフサイクルで該第一スイッチを非活性化して該モータをオフとし、該第二スイッチを活性化して該モータに対して整流し、該モータのオンサイクルで該第二スイッチを非活性化し、該第一スイッチを活性化して該モータをオンにするように作動することを特徴とする上記コントローラ。
【請求項２】
燃料タンクから内燃エンジンに燃料を供給する燃料ポンプ装置であって、該燃料ポンプ装置は、
燃料ポンプを具備し、該燃料ポンプは動的ポンプ体又は容積型ポンプ体の少なくとも一つを有して燃料を送給し、
直流モータを具備し、該直流モータは該動的ポンプ体又は容積型ポンプ体の該少なくとも一つを駆動して燃料を該エンジンに可変流量で送り、
パルス幅変調コントローラを具備し、該パルス幅変調コントローラは該直流モータに電気的に接続されて、該直流モータの速度を変えて、該燃料ポンプが該エンジンに可変流量で燃料を供給可能とし、
該パルス幅変調コントローラは、
該モータと直列に配置され、電力制御ラインに接続された制御素子を有する第一スイッチと、
該モータと並列に配置され、循環制御ラインに接続された制御素子を有する第二スイッチと、
該電力制御ラインに接続された電子機器と、を具え、
該該第一・第二スイッチの該制御素子に接続された電子機器と、を具備し、
該電子機器は、該モータのオフサイクルで電力オフ制御信号を発して該第一スイッチをオフとし、該モータのオンサイクルで電力オン制御信号を発して該第一スイッチをオンとし該モータに電力を供給し、
該電子機器は、該循環制御ラインに接続され、該モータのオフサイクルで循環オン制御信号を発して、該第二スイッチをオンにして該モータに対して整流し、該モータのオンサイクルで循環オフ制御信号を発して、該第二スイッチをオフとするように構成されたことを特徴とする上記燃料ポンプ装置。
【請求項３】
前記コントローラはエンジン電子制御モジュールに通じて制御入力情報を得るように構成された請求項２記載の燃料ポンプ装置。
【請求項４】
前記コントローラは他の電子制御モジュールに通じていない請求項２記載の燃料ポンプ装置。
【請求項５】
前記第一スイッチは前記直流モータの高電圧側に配置された請求項２記載の燃料ポンプ装置。
【請求項６】
前記第一スイッチは前記直流モータの低電圧側に配置された請求項２記載の燃料ポンプ装置。
【請求項７】
前記コントローラは燃料圧力トランスデューサに電気的に通じる請求項２記載の燃料ポンプ装置。
【請求項８】
前記燃料圧力トランスデューサは前記燃料ポンプに流体が通じるように構成された請求項７記載の燃料ポンプ装置。
【請求項９】
前記燃料圧力トランスデューサは前記エンジンの一部と流体が通じるように構成された請求項７記載の燃料ポンプ装置。
【請求項１０】
前記コントローラを冷却する放熱器フィンが不要である請求項２記載の燃料ポンプ装置。
【請求項１１】
燃料ポンプのモータの運転を制御して該モータの速度を変えて、該燃料ポンプがエンジンに燃料を可変流量で送給可能とする方法であって、該方法は、
該モータと直列に第一スイッチを配置する工程と、
該モータと並列に第二スイッチを配置する工程と、
該モータのオフサイクルで該第一スイッチを非活性化して該モータをオフにし、該第二スイッチを活性化して該モータに対して整流する工程と、
該モータのオンサイクルで該第二スイッチを非活性化し該第一スイッチを活性化して該モータをオンにする工程とを有する上記方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は概して内燃エンジンの燃料装置に関し、より詳しくは、電子制御直流（ＤＣ）モータにより駆動される燃料ポンプを有する燃料ポンプ装置に関する。
【０００２】
この出願は、2004年6月23日出願日の米国仮出願第60/582,216号の優先権を主張している。
【背景技術】
【０００３】
直流モータ式燃料ポンプは広く使用され、燃料を燃料タンクから内燃エンジンに送給する。燃料の圧力と流量を制御する従来の方法は、機械的圧力レギュレータを使用して、エンジンに一定圧力で一定流量の燃料を確実に供給し、典型的には、エンジンへの燃料供給ラインに直列に燃料タンク内又はその上に搭載される。燃料ポンプの出口ポートは、機械的圧力レギュレータと燃料供給ラインとの直列アセンブリに通じる。燃料ポンプモータには、典型的には、バッテリ最大電圧が印加され、エンジンのデマンドを越える燃料流は、その機械的圧力レギュレータを介して戻される。言い換えれば、従来燃料ポンプは、エンジンの燃料デマンドが変わっても、常に全容量で運転される。その燃料ポンプ系統は比較的簡明であり、ポンプとその機械的圧力レギュレータにより、自動的に調整され、エンジンの電子制御モジュール（ＥＣＭ）からの入力がない。
【０００４】
しかし、最近では、燃料ポンプの制御方法はより高度化していて、典型的には、電子制御モジュールからの入力が必要であり、変化する燃料圧力と変化する燃料デマンドに応じ、又は、前述の従来の構造では対応できない何かが必要である。典型的には、電子制御モジュールがエンジンを運転するための負荷・デマンド状態に基づいて必要な燃料圧を決める。この圧力、時には、燃料ポンプ制御に関係する燃料デマンド等の他の情報が、適切なプロトコールを有する電気信号により、燃料ポンプコントローラに送られる。その結果、機械的圧力レギュレータを使用せずに、エンジンの燃料デマンドに応じて、燃料ポンプへ可変電力を供給して、燃料の圧力と流量はより効率的に制御される。エンジンに供給される燃料流量が、ポンプ体を駆動する直流モータの速度を制御してそのポンプ体の速度を調節して、変えられる。燃料ポンプへの可変電圧及び／又は電流（即ち、可変電力）に応じる燃料ポンプ電子コントローラを使用して、可変圧力及び可変デマンドが、過剰燃料供給なしに、達成される。この方策は、燃料消費を減らすより効率的な系統を可能にし、燃料の加熱を減少し、蒸気発生を減じ、ポンプ寿命を長くし、運転が静かである。
【０００５】
例えば、パルス幅変調（ＰＷＭ）コントローラが利用されて、直流モータを制御し、電源から直流モータに供給される電力量を調整するために、それらの間のスイッチを高頻度にオン・オフする。そのスイッチのオン・オフは、直流モータに供給される平均電力量を制御する。スイッチのオン時間とオフ時間の比は、デューティサイクルとして知られている。このデューティサイクルを変えると、ポンプモータの運転ポイントが変わって、モータに供給される電力を変え、従って、燃料圧とエンジンへの燃料流量を変える。
【０００６】
図面を特に説明すると、図５、６は従来技術システムの部分を図解していて、パルス幅変調コントローラの低電力出力段階で駆動される直流燃料ポンプを含む。そのコントローラは、制御電子要素、電力スイッチＳ１、制御電子要素と電力スイッチ間の電力制御ライン、循環ダイオードを有する。ＰＷＭ制御電力スイッチＳ１により、モータの正端子は電源のバッテリの正端子に接続され、モータの負端子は接地端子に接続されて、電気回路を形成して、電力をモータに送る。循環ダイオードは、モータの前後に渡って配置され、その陰極は、電源とモータの正端子の両方に接続される。循環ダイオードは、循環回路を形成するために必要であり、モータのインダクタンス要素内に蓄えられたエネルギーを開放して、有害な電圧過渡現象が生じるのを防ぐ。
【０００７】
従来技術を示す図５は、導通サイクルを（モータのオンサイクル）を図示し、ＰＷＭ制御電子要素は瞬間的に電力スイッチＳ１を閉じて、バッテリ又は電源から電力が流れるのを許容し、電流がモータを通り、閉じている電力スイッチＳ１を通って、接地端子に流れる。このサイクルでは、循環ダイオードは導通していない。従って、電力が循環しない。何故ならば、そのダイオードは逆バイアスされ、その負極はバッテリ電圧であり、その正極は接地電圧であり、スイッチとして作動していない。
【０００８】
図６の循環サイクル（モータのオフサイクル）では、ＰＷＭ制御電子要素は、瞬間的に、電力スイッチＳ１を開いて、回路を遮断し、モータに電力が供給されない。それにより、循環ダイオードは、モータ内誘導電流をモータの負端子からモータの正端子に方向を変える。不都合には、循環ダイオードは１００％には有効でなく、電力は熱損失によりダイオードにより浪費される。例えば、従来の燃料ポンプ系統のダイオードは、０．８ボルトを越える前電圧降下が生じ得る。
【０００９】
問題を分析すると、ダイオード内の電力は、電流が連続して循環している時に、以下の式で表される。
Pd＝toff* Imotor*Vd/(ton + toff)
Pd:  ダイオードの電力消失
toff:  駆動電力オフ時間
ton:   駆動電力オン時間
Vd:     ダイオードの前電圧降下
Imotor:  モータ循環電流
例えば、モータ吸引電流が１０アンペア、スイッチ切換間隔が５０マイクロ秒（μs）で、パルス幅変調コントローラのデューティサイクルが５０％であり、ダイオードが０．８ボルトの前電圧降下場合には、
Pd =25μs * 10amps * 0. 8 volts /(25μs + 25μs )= 4.0 watts
従って、系統の効率は、エネルギーが熱で失われて、減少する。１００ワットの電力入力で、ダイオードにより４％効率が低下し、更に、ダイオードは熱を生じて好ましくない。この場合、熱は放熱器で放出されるが、放熱器は、コントローラの全体体積を増加し、コストを増加させる。
【００１０】
直流モータ式燃料系統における設計と構造の顕著な改良にもかかわらず、電磁インターフェイス特性における効率減少、この系統の電磁環境両立性の改良、コントローラパケージの減少の余地がかなり残っている。ＰＷＭ駆動の使用では、迅速な上昇と降下時間は、電磁放射に過度に影響を与える。この問題を複雑にするのは、コントローラからポンプへのケーブルが長い（一般的には０．５ｍを越えている）ことである。最近の燃料ポンプ系統はパルス幅変調コントローラを使用し、そのコントローラは電力変換が著しく非効率で、熱を発生して、比較的大きい放熱器を必要とし、放熱器はフィンを有して、大きい電子機器パッケージとなる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【００１１】
燃料タンクから内燃エンジンの燃料を供給する燃料ポンプ装置が提供される。燃料ポンプは、動的ポンプ体又は容積型ポンプ体の少なくとも一つを有して、燃料を送給する。直流モータが設けられて、動的ポンプ体又は容積型ポンプ体を駆動して、燃料をエンジンに可変流量で送る。パルス幅変調コントローラが設けられて、直流モータに接続されて、直流モータの速度を変えて、燃料ポンプがエンジンに可変流量で燃料を供給可能とする。そのコントローラは、第一スイッチを有し、そのスイッチは直流モータに直列に配置され、電力制御ラインに接続された制御素子を有する。一方、第二スイッチが直流モータにそれと並列に配置され、循環制御ラインに接続された制御素子を有する。別の制御素子が電力制御ラインに接続されて、電力オフ信号発生して、第一スイッチを非活性化してモータオフサイクルにし、又、電力オン信号を発生して、第一スイッチを活性化してモータをオンサイクルにし、直流モータに電力を供給する。それら、制御素子は、循環制御ラインに接続されて、循環オン制御信号を発生して、モータオフサイクルで、第二スイッチをオンにして活性化し、又、循環オフ制御信号を発生して、モータオンサイクルで、第二スイッチをオフにして非活性とする。
【００１２】
この発明の少なくとも一つの実施例で達成される目的・特徴・便宜性には、燃料ポンプ装置を提供して、その装置は容易に種々の燃料系統用途に容易に適用可能であり、電磁環境両立性能における改良を可能にし、制御電子機器パッケージの寸法を減少し、熱損失をより少なくし、運転効率を増進させ、比較的簡明なデザインであり、経済的に製作・組立ができて、信頼性があり、有効使用寿命が長い。
【００１３】
無論、本発明の他の目的・特徴・便宜性は、この開示により、この技術の熟練者には理解される。この発明を具現する他の種々の燃料装置及び燃料ポンプ装置が、前述した目的・特徴・便宜性を多かれ少なかれ達成可能である。
【００１４】
本発明のこれら及び他の目的・特徴・便宜性は、好適実施例及び最適様態の以下の詳細な記載、請求項の記載、添付図から明瞭に理解される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
一般的には、本発明は、電磁環境両立性能を改善し、ＰＷＭ制御直流モータ燃料ポンプのための電子機器パッケージの寸法を減らす。電磁環境両立性の電子機器性能は、付近の他の電子機器に対して許容できない電磁障害無しに、機能を発揮する。電磁環境両立性能を改良する一つの方法は、電磁フィルタ、着脱式コンデンサ等の電気要素を付加することである。しかし、この種の改良は、パッケージ寸法とコストを減少せずに増加する傾向にある。
【００１６】
従って、本発明によれば、電磁環境両立性はＰＷＭ切換時間を遅くすることにより改良されて、電圧変化率（ｄｖ／ｄｔ）、電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）の低下を促進する。これにより、信号ラインにおける高調波成分を減らし又は制限する。高性能のＰＷＭ駆動では、ナノ秒に十回の切換が可能である。これにより効率増加を促進するが、そのような切換回数は、ポンプとコントローラ間のケーブルを有する遠隔制御燃料ポンプの場合は、禁止される。何故ならば、そのケーブルは、信号線として機能して、電磁放射放出のレベルを上げる。自動車におけるガイドラインは、一般的には、１Ｖ／μｓ以下の電圧変化率（ｄｖ／ｄｔ）であり、３００ミリアンペア／μｓ以下の電流変化率（ｄｉ／ｄｔ）である。これは、１２Ｖ系統で１２μｓ以上の切換時間に相当する。これは、一般的には高過ぎるので、電磁環境両立性の要求に合うように切換時間を遅くする必要がある。
【００１７】
切換を遅くすると、浪費熱が生じる。この浪費熱を、パルス幅変調による他の浪費熱と共に、放散させるために、パッケージ寸法を増加して、より大きい放熱器を収容して、より遅い切換を可能にする。従って、電磁環境両立性の改良と、ＰＷＭパッケージ寸法の減少は、相反する課題であることが判明した。
【００１８】
これらの課題を指向して、本発明を展開すると、パッケージ寸法の減少と電磁環境両立性の改良は、パルス幅変調により生じた浪費熱の大部分が他の手段により放散できれば、又は、その浪費熱が略除かれれば、同時に可能であることが分った。後者の方法では、従来技術パルス幅変調コントローラにおける浪費熱は、単品の構成部品、即ち、モータの前後に渡って配置された循環ダイオードを使用する。
【００１９】
図１（Ａ）は、燃料装置１０を図示し、その装置は本発明の特徴を有し、燃料タンク１４から内燃エンジン１６に燃料１２を供給する。燃料１２は燃料タンク１４内にある燃料ポンプ２０により、主燃料供給ライン１８を通って燃料タンク１４から排出される。燃料ポンプ２０は、タービンのような動的ポンプ体２２、又はジロータのような容積型ポンプポンプを有して、その燃料ポンプ２０は燃料を送給し、そこに連結される直流モータ２４により駆動される。遠隔配置されたパルス幅変調コントローラ２６は、制御ライン２８によりモータに接続され、コントローラ２６はバッテリ３０などの電圧源から電力が供給される。置換例として、本発明は、電磁エンジン制御モジュール（ＥＣＭ）３２を使用し、エンジン電子制御モジュール３２はコントローラ２６に通じる。コントローラ２６は、良く知られた電気信号と適切なプロトコル、即ち、アナログ、デジタル、ＰＷＭ、等の制御域回路（ＣＡＮ）を使用している。エンジン電子制御モジュール３２の機能の一つにおいて、エンジン負荷デマンド状態及び他の運転状態に基づいて必要な燃料圧を算定し、その制御情報をコントローラ２６に送る。置換例として、コントローラ２６はエンジン電子制御モジュール３２と独立に運転されて、ポンプ制御入力情報を受けなくても良い。燃料ポンプ２０と直流モータ２４とコントローラ２６とは、燃料装置を構成して、図２〜４に関して説明する本発明の原理に従って作動する。
【００２０】
図１（Ｂ）、１（Ｃ）は他の現在好適な実施例である燃料装置１１０、２１０を図示する。これらの実施例は、図１（Ａ）の実施例と多くの点で同様であり、それらの実施例間で同じ参照番号は、幾つかの図面を通して同じ又は対応する要素を示す。又、共通事項は、ここでは繰り返し説明はしない。
【００２１】
図１（Ｂ）において、燃料装置１１０は、燃料圧力トランスデューサ１３４を有して、所定時間に内燃エンジン１６内の燃料圧を計る。好ましくは、燃料圧力トランスデューサ１３４は、コントローラ２６と電気的に接続し、エンジン１６内で燃料噴射ライン、燃料主給管等と流路が通じる。従って、コントローラ２６は、内燃エンジン１６の実際の燃料圧に基づいて作動する。
【００２２】
図１（Ｃ）において、燃料装置２１０は燃料圧力トランスデューサ２３４を有して、任意の時間に供給燃料の圧力を計測する。好ましくは、燃料圧力トランスデューサ２３４は、コントローラ２６と電気的に接続し、燃料ポンプ２０の直ぐ下流で主燃料供給ライン１８と流路が通じる。従って、コントローラ２６は、内燃エンジン１６の実際の燃料圧に基づいて作動する。
【００２３】
この発明の展開過程で、比較的非効率的な熱を発生するダイオードは、より効率的な冷作動電子スイッチで置換され得ることが分った。好ましくは、そのスイッチは、半導体スイッチであり、例えば、酸化金属半導体電界効果トランジスタ（ＭＯＳＦＥＴ）、二極接合トランジスタ（ＢＪＴ）、絶縁ゲート二極トランジスタ（ＩＧＢＴ）、シリコン制御整流器（ＳＣＲ）、サイリスタ、他の制御された整流器等である。どの場合でも、そのスイッチは、ダイオードに置換されて、同期整流の原理に従って作動する。従来式同期整流器は、その接点が同期振動子等により整流の正確なタイミングで開閉するデバイスである。例えば、スイッチモードで電力を供給する技術分野では、ステアリングダイオードがトランジスタと置換又はそれと並列に配置されて、損失を減少し、効率を増加する。その例では、インダクタ要素の蓄電サイクルの間、そのトランジスタはオフにされ、一方、インダクタが負荷に放電する時は、オンにされる。しかし、ＭＯＳＦＥＴはモータのための循環デバイスとして作動して、ＭＯＳＦＥＴの接点は、正しいタイミングで開いて、モータへに誘導電力を供給する。
【００２４】
図２、３は、本発明の実施例による装置の部分を図示していて、パルス幅変調コントローラの低電力出力段階で駆動される直流燃料ポンプモータを具える。パルス幅変調コントローラは、制御電子素子と、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、等の電力スイッチＱ１と、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、等の同期整流子又は循環スイッチＱ２と、制御電子素子とスイッチＱ１、Ｑ２との間の制御ラインとを含む。モータの正端子は、電圧源のバッテリ正端子に接続され、モータの負端子は、ＰＷＭ制御の電力スイッチにより接地端子に接続されて、電気回路を形成して、電力をモータに供給する。電力スイッチＱ１はモータと直列に配置され、そのソースは接地され、そのドレインはモータの負端子に接続され、その制御素子又はゲートは、電力制御ラインを介して、ＰＷＭ制御電子機機器に接続される。循環スイッチＱ２は、モータの前後に渡って配置され、そのドレインは電圧源とモータ正端子の両方に接続され、そのソースは電力スイッチＱ１のドレインとモータ負端子の両方に接続され、そのゲートは、循環ラインを介して、ＰＷＭ制御電子機機器に接続される。循環スイッチＱ２は、モータを通る電流を循環させるのに必要であり、その内部誘導エネルギーを整流して、有害な電圧過渡現象の発生を防止する。
【００２５】
図２は通電サイクル（モータのオンサイクル）を図示していて、ＰＷＭ制御電子機器は電力スイッチＱ１を瞬間的に開閉して、電力制御ラインを介して電力オン信号を送ってオンとなり、スイッチゲートを活性化して、電力がバッテリ又は電源から、モータを通り、閉じた電力スイッチＱ１を通って接地端子に流れる。同時に、ある停止時間後に第一スイッチＱ１を活性化する直前に、ＰＷＭ電子機器は、循環信号ラインを介して循環信号を送ることにより、瞬間的に循環スイッチＱ２をオフ又は開いて、そのスイッチを非活性化して、その循環スイッチがモータを導通又は短絡しないようにする。言い換えれば、それらＭＯＳＦＥＴは互いに同期して、両方が同時に閉じないようにして、バッテリの前後に渡って短絡しないようにし、それらＭＯＳＦＥＴの損傷を防ぐ。
【００２６】
図３の循環サイクル（又はモータのオフサイクル）では、ＰＷＭ制御電子機器は電力スイッチＱ１を瞬間的に開いて、電力制御ラインを介して電力オフ信号を送ってオフとし、スイッチゲートを非活性化して、回路を遮断してモータに電力が印加されないようにする。短い停止時間の後、ＰＷＭ制御電子機器は、循環信号ラインを介して循環オン信号を送ることにより、循環スイッチＱ２を閉じて、そのスイッチゲートを活性化して、循環スイッチＱ２は導通して、モータ内の誘導エネルギーを整流してモータ負端子からモータ正端子に戻す。
【００２７】
図４は、本発明の別の実施例による装置の部分を図示していて、パルス幅変調コントローラの高電力出力段階により駆動される直流燃料ポンプモータを具える。パルス幅変調コントローラは、制御電子素子と、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＳＣＲ等の電力スイッチＱ１’と、ＭＯＳＦＥＴ、ＢＪＴ、ＩＧＢＴ、サイリスタ、ＳＣＲ等の同期整流子又は循環スイッチＱ２’と、制御電子素子とスイッチＱ１’、Ｑ２’との間の制御ラインとを含む。モータの正端子は、ＰＷＭ制御の電力スイッチＱ１’により電圧源のバッテリ正端子に接続され、モータの負端子は、接地端子に接続されて、電気回路を形成して、電力をモータに供給する。電力スイッチＱ１’はモータと直列に配置され、そのドレインはバッテリの正端子に接続され、そのソースはモータの正端子に接続され、その制御素子又はゲートは、電力制御ラインを介して、ＰＷＭ制御電子機機器に接続される。循環スイッチＱ２’は、モータの前後に渡って配置され、そのドレインは電力スイッチＱ１’のソースとモータ正端子の両方に接続され、そのソースは接地端とモータ負端子の両方に接続され、そのゲートは、循環制御ラインを介して、ＰＷＭ制御電子機器に接続される。循環スイッチＱ２’は、モータを通る電流を循環させるのに必要であり、その内部誘導エネルギーを整流して、有害な電圧過渡現象の発生を防止する。
【００２８】
図４に示す循環サイクル（モータのオフサイクル）では、ＰＷＭ制御電子機器は電力スイッチＱ１’を瞬間的に開いて、電力制御ラインを介して電力オフ信号を送ってオフとなり、そのスイッチを非活性化して、回路を遮断してモータに電力を供給しないようにする。ある所定時間後、ＰＷＭ電子機器は、循環信号ラインを介して循環オン信号を送ることにより、瞬間的に循環スイッチＱ２’を閉じてオンとし、そのスイッチゲートを活性化して、その循環スイッチＱ２’が導通して、モータの負端子からモータの正端子にモータ内の誘導エネルギーを戻すように整流する。
【００２９】
図４の回路は通電サイクル（モータのオンサイクル）を図示していて、ＰＷＭ制御電子機器は電力スイッチＱ１’を瞬間的に開じ、電力制御ラインを介して電力オン信号を送ってオンとなり、スイッチゲートを活性化して、電力がバッテリ又は電源から、モータを通り、接地端子に流れる。同時に、ある停止時間後に電力スイッチＱ１’を活性化する直前に、ＰＷＭ電子機器は、循環信号ラインを介して循環オフ信号を送ることにより、瞬間的に循環スイッチＱ２’をオフ又は開いて、そのスイッゲートを非活性化して、その循環スイッチがモータを導通又は短絡しないようにする。言い換えれば、それらＭＯＳＦＥＴＱ１’、Ｑ２’は互いに同期して、両方が同時に閉じないようにして、バッテリの前後に渡って短絡しないようにし、それらＭＯＳＦＥＴＱ１’、Ｑ２’の損傷を防ぐ。
【００３０】
その高電力用構成は、低電力用構成よりより高い電磁環境両立性能を達成できて好ましい。その高電力用及び低電力用の構成の両方において、モータの負側リード線は各回路基板の接地部に、即ち、燃料ポンプの導電金属缶又はハウジングに接続される。図２、３に示す低電力用構成では、モータの負端子は、通電サイクル中の接地端と、循環サイクル中の電圧ソースとの間で浮動する。電圧の周期的変化は電磁環境両立性能に悪影響を及ぼす。高電力用構成では、モータの負側リード線は、周期的ではなく、連続的に接地端に接続される。しかし、燃料ポンプハウジングは吊るされて、連続的に接地されていないので、高電力用構成では、電磁環境両立性能を改善する。
【００３１】
好都合には、従来技術の循環ダイオードに比較して、スイッチＱ１’、Ｑ２’は、より効率的であり、熱損失よる電力損失が少ない。ＭＯＳＦＥＴ損失は、直流ドレイン−ソース抵抗損失（即ち、ＲＩ2損失）とスイッチ損失であるが、両方のトポロジーを考慮すると、切換時間即ちスイッチ損失は、電圧変化率（ｄｖ／ｄｔ）及び電磁環境両立性と同様と見なされて、以下の循環ＭＯＳＦＥＴの電力消失計算値には含まれない。
Psr＝(Imotor)2  RDS(on)*toff/(ton + toff)
Psr:  同期整流器ＭＯＳＦＥＴの電力消失
Imotor :  モータ循環電流
RDS(on): ＭＯＳＦＥＴドレイン−ソース抵抗
toff : 駆動電力オフ時間
ton  : 駆動電力オン時間
例えば、モータ吸引電流が１０アンペア、典型的ドレイン−ソース抵抗が０．０１オーム、スイッチ切換時間が５０マイクロ秒でパルス幅変調コントローラのデューティサイクルが５０％であれば、
Psr ＝(10amps)2 * 0.１ohms* 25μs /(25μs + 25μs )= 0.5 watts
循環ダイオードトポロジーと比較して、システム効率は勝っており、エネルギーの熱損失はより少ない。このＭＯＳＦＥＴでは、１００ワットの電力入力で、０．５％しか効率が低下しない。これは、従来技術よりも、直流電力の消失が１／１０になり、ＭＯＳＦＥＴの切換速度を遅くできて、電磁環境両立性能を改善する。
【００３２】
本発明の同期整流器構成の主優位性は、切換速度を遅くできて、電磁環境両立性を改善できることであり、しかも、放熱器を必要とせず、管理できる熱損失レベルを維持する。比較的低い又は中位電力の燃料ポンプでは、放熱器は小さいもので良く、又は必要としない。ある場合には、ポンプの電子機器パッケージの内部をシールする化合物を充填すると、十分熱が拡散するので、放熱器を不要にする。しかし、８０〜１００ワット又はそれ以上の比較的高い電力を消費するポンプの場合は、ある小さい放熱器が必要である。どの場合でも、この同期整流器構成は、コントローラを冷却するために放熱器フィンを設ける必要がなく、より小さいコントローラパッケージを可能にする。本発明による同期整流器は、放熱器の必要を無くし、従って、より小さいパッケージを可能にして、製品の全体コストを減らす。
【００３３】
結論として、本発明は多くの便宜を提供する。第一に電磁環境両立性能が改善される。何故ならば、ＰＷＭ−ＭＯＳＦＥＴ切換速度は、数１０ボルト／マイクロ秒に減じられて、従来のハードスイッチ構造よりも１０倍以上の改善を示す。第二に、切換速度を減らすと、ＭＯＳＦＥＴの熱放散が増加するが、無視できる量であり、最小の放熱器で吸収可能である。従来技術の循環ダイオード及び高熱放散を無くすので、放熱器を不要にし、及び／又は、充填化合物とパッケージ寸法を減らして、重量とコストを減らす。第三に、本発明はより小さい電子機器パッケージを達成すると共に、そのパッケージを車体のより小さいスペース、例えば、あるポンプの用途では、モータ／ポンプユニットの合体ハウジング内に配置可能である。最後に、より効率的な装置が提供される。何故ならば、比較的多いエネルギーがモータに戻されて、熱として浪費されずに機械的エネルギーとして出力される。言い換えれば、本発明が提供する直流モータ式燃料ポンプ装置は、従来技術のデザインに比較して、より小型で、より効率的であり、より高い電磁環境両立性能を有し、より経済的である。
【００３４】
ここで開示した本発明の形態は、現在好適な実施例であるが、ここでは、本発明の同等の形態・変化例の全てを説明することを意図していない。ここで使用した術語は、単に説明のためのものであり、発明を限定するものではなく、種々の変化例が、請求項に記載した本発明の範囲内で可能であることは明らかである。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】図１（Ａ）は本発明の実施例による燃料ポンプ装置を含む燃料装置の説明図であり、図１（Ｂ）は置換燃料帰依統の説明図であり、図１（Ｃ）は更に別の燃料装置の説明図である。
【図２】図１（Ａ）の燃料ポンプ装置の一部の位相図であり、直流モータ燃料ポンプと、下側にある関連するコントローラとスイッチを図示していて、モータのオンサイクルを示している。
【図３】図２の変化例であり、モータオフサイクルを図示している。
【図４】図１（Ａ）の燃料ポンプ装置の別の一部を示す位相図であり、直流モータ燃料ポンプと、上側にある関連するコントローラとスイッチを図示していて、モータのオフサイクルを示している。
【図５】従来技術による、従来の典型的な燃料ポンプ装置の位相図であり、従来型直流モータ燃料ポンプと、低電力用のコントローラを図示していて、モータのオンサイクルを示している。
【図６】図５燃料ポンプ装置の図であり、従来の典型的な駆動構成のモータオフサイクルを示している。
【符号の説明】
【００３６】
１０、１１０、２１０  燃料装置
１２  燃料
１４  燃料タンク
１６  内燃エンジン
１８  主燃料供給ライン
２０  燃料ポンプ
２２  動的ポンプ体
２４  直流モータ
２６  コントローラ
２８  制御ライン
３０  バッテリ
３２  エンジン電子制御モジュール
１３４、２３４  燃料圧力トランスデューサ
【図１】
2006009799.tif 000003
【図２】
2006009799.tif 000004
【図３】
2006009799.tif 000005
【図４】
2006009799.tif 000006
【図５】
2006009799.tif 000007
【図６】
2006009799.tif 000008