(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を消費する被供給体までの燃料供給配管系に設けられ、燃料タンク内の燃料を吸入すると共に加圧して吐出する燃料ポンプと、
前記被供給体へ供給される燃料の流量を調量するために前記燃料ポンプの吐出側に接続されるインジェクタと、
前記燃料ポンプの吐出側と前記インジェクタとの間から前記燃料タンク側へ分岐するリターン配管に設けられ、前記燃料ポンプの吐出側の燃料圧力を所定の値に調圧する燃料調圧手段と、
前記被供給体へ燃料を相対的に低い流量で供給する低流量域では前記インジェクタの開弁時間を相対的に短い時間に固定する一方、相対的に高い流量で供給する高流量域では前記インジェクタの開弁時間を相対的に長い時間に固定すると共に、いずれの場合にも、高流量域、あるいは低流量域に応じて、前記インジェクタの開弁周期を変化させ、高流量域では、低流量域に比べて開弁時間を長くさせることによって、前記被供給体への燃料の供給量を変化させる制御を行うように設定された制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料ポンプ装置。
【請求項２】
燃料を消費する被供給体までの燃料供給配管系に設けられ、燃料タンク内の燃料を吸入すると共に加圧して吐出する燃料ポンプと、
前記被供給体へ供給される燃料の流量を調量するために前記燃料ポンプの吐出側に接続されるインジェクタと、
前記燃料ポンプの吐出側と前記インジェクタとの間から前記燃料タンク側へ分岐するリターン配管に設けられ、前記燃料ポンプの吐出側の燃料圧力を所定の値に調圧する燃料調圧手段と、
前記インジェクタの開弁周期が所定の時間となるように固定すると共に、前記被供給体へ燃料を相対的に低い流量で供給する低流量域では前記インジェクタの開弁時間が相対的に短い時間となるように変化させる一方、相対的に高い流量で供給する高流量域では前記インジェクタの開弁時間が相対的に長い時間となるように変化させることによって、低流量域、あるいは高流量域に応じて、前記被供給体への燃料の供給量を変化させる制御を行うように設定された制御手段と
を備えていることを特徴とする燃料ポンプ装置。
【請求項３】
前記燃料ポンプと前記インジェクタが実質的に一体化されていることを特徴とする、請求項１又は２に記載された燃料ポンプ装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料を消費する被供給体へ燃料流量を正確に調量して供給することができる燃料ポンプ装置に係り、特に、調量手段として燃料供給配管系内にインジェクタ、即ち燃料噴射弁を設けると共に、該インジェクタによって発生する騒音を低減させる手段を具備している燃料ポンプ装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
炭化水素或いはアルコールやのような燃料を反応器や燃焼器のような被供給体へ供給する燃料ポンプ装置の従来技術としては、例えば、特開平２−１６３４５５号公報に記載されているローラベーン型のものや、特開昭５３−１２５６１２号公報に記載されている液体混合噴霧装置のようなものが知られている。これらの従来の燃料ポンプ装置においては、外部から広範囲の流量域にわたって燃料を自由にかつ精度良く調量して供給するためには多くの困難が伴うので、それを実現する装置においては一般にきわめて複雑なシステム構成と、それに使用される多くの構成部品を必要とする。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、被供給体へ燃料を供給する場合に、供給される燃料の流量を広範囲にわたって精度良く、かつ外部からその流量を自由に制御することができるような、しかも簡単なシステム構成を有する燃料ポンプ装置を提供することを目的としている。それと同時に、この燃料ポンプ装置において、調量手段が大きな騒音を発生することがないようにする手段を提供することをも目的としている。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の課題を解決するための手段として、特許請求の範囲の各請求項に記載された燃料ポンプ装置を提供する。
【０００５】
いずれの請求項に記載されたものでも、本発明の燃料ポンプ装置においては、被供給体へ供給される燃料の流量を調量するために燃料ポンプの吐出側に接続されるインジェクタと、燃料ポンプの吐出側とインジェクタとの間から燃料タンク側へ分岐するリターン配管に燃料ポンプの吐出側の燃料圧力を所定の値に調圧する燃料調圧手段とを設けており、それによってインジェクタの上流側の燃料圧力は所定の値に調圧されるので、実際に被供給体へ流れる燃料の流量は、制御手段の指令を受けて開閉作動するインジェクタの開弁時間の長さと閉弁時間の長さに応じたデューティ比によって決まる。従って、インジェクタの駆動信号のデューティ比を変化させることによって、被供給体へ供給される燃料の流量を正確に制御することができる。
【０００６】
しかしながら、インジェクタをデューティ制御して流量を変化させると、燃料がインジェクタから噴射される際に耳障りな騒音を発生するので、それを防止するために、請求項１に記載された燃料ポンプ装置においては、被供給体へ燃料を相対的に低い流量で供給する時にインジェクタの開弁時間を相対的に短い時間に固定する一方、相対的に高い流量で供給する時にインジェクタの開弁時間を相対的に長い時間に固定すると共に、いずれの場合にもインジェクタの開弁周期を変化させるので、確認されたインジェクタの騒音特性から見て、流量域の高低に応じた最適の制御が行われて、インジェクタから発生する騒音を最小限に抑えることができる。
【０００７】
また、請求項２に記載された燃料ポンプ装置においては、インジェクタの開弁周期が所定の時間となるように固定すると共に、被供給体へ燃料を相対的に低い流量で供給する時にはインジェクタの開弁時間が相対的に短い時間となるように変化させる一方、相対的に高い流量で供給する時にはインジェクタの開弁時間が相対的に長い時間となるように変化させることによって、同様に確認されたインジェクタの騒音特性から見て、流量域の高低に応じた最適の制御が行われて、インジェクタから発生する騒音を最小限に抑えることができる。
【０００８】
請求項３の燃料ポンプ装置においては、燃料ポンプとインジェクタを実質的に一体化することによって、全体を小さくまとめて、燃料ポンプ装置のために必要となるスペースを小さくすると共に、必要な配管の数を少なくするので構成が簡単になってコストの面でも有利になる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
燃料（アルコール等）を反応器や燃焼器のような被供給体へ送る燃料ポンプ装置として、広範囲の流量域に対して燃料を精度良く且つ自由に調量して供給するために、従来から車両に搭載される内燃機関の燃料供給用に使用されているローラベーン型のポンプと、やはり内燃機関において燃料を霧化するために用いられているインジェクタ（燃料噴射弁）とを一体構造としたポンプ装置を図１〜図３に示す。
【００１０】
これらの図において、１はハウジングフロントであって、ハウジングフロント１には、吸入口１１とつながるポンプ吸入口１２、インジェクタ３およびプレッシャレギュレータ６を取り付ける穴、インジェクタ３周辺の液溜まり３２とつながるポンプ吐出口１３、インジェクタ３周辺の液溜まり３２とプレッシャレギュレータ６とをつなぐ吐出流体通路１４、インジェクタ噴射口３１からつづく吐出口１６が形成され、また、シャフト１８はこのハウジングフロント１に圧入されている。プレッシャレギュレータ６の液出口と吸入口１１間には余剰の燃料を吸入側に戻すリターン配管１５が取り付けられている。
【００１１】
ロータ２１はポンプケーシング５１内に位置し、ハウジングフロント１とハウジングリヤ５２間に挟まれ、シャフト１８に回転自在に取り付けられている。なお、ポンプケーシング５１の内周面は円筒形で、やはり円筒形であるロータ２１の外周面の中心は、ポンプケーシング５１の内周面の中心に対して偏心している。ロータ２１は厚い円板状に形成され、その円筒形の外周面にはＵ字形状の５個のローラ溝が周方向に等間隔に形成されている。５個のローラ２２はＵ字形状のローラ溝内にそれぞれ転動可能に挿入されている。ロータ２１はジョイント２３を介してインナマグネット５４と連結されている。
【００１２】
インナマグネット５４の外側には、モータ４の回転軸４１に取り付けられたカップ状の回転枠４２の内面に接合されているアウタマグネット５５が、燃料がモータ側に流出するのを防止するために設けられた非磁性体材料等からなるパーテイション（仕切り）５３を挟んで同軸関係で位置している。アウタマグネット５５と回転枠４２の外側には、ハウジングフロント１からモータ４までを結合するジョイントハウジング１７が位置する。インジェクタ３およびモータ４は制御手段７を介して電力供給手段８と接続されている。また、制御手段７は反応器側制御手段７９と接続され、反応器側制御手段７９からの指令を受ける。
【００１３】
図示実施形態の燃料ポンプ装置の作動は次の通りである。モータ４を回転させることによりモータ４の回転軸４１と連結されたアウタマグネット５５を回転させると、磁力の作用でインナマグネット５４が連動して回転し、ロータ２１を偏心した状態で回転させる。５個のローラ２２はロータ２１の回転によってポンプケーシング５１の円筒形の内周面に接触しながら転動するので、ポンプケーシング５１とロータ２１間に容積の変化する密閉空間が形成され、この密閉空間の容積が拡大する時に、燃料タンク９１内の燃料を吸入口１１およびポンプ吸入口１２を通して吸い込み、密閉空間の容積が縮小する時に燃料を加圧して、ポンプ吐出口１３からインジェクタ３の周辺の液溜まり３２に吐出する。
【００１４】
吐出された燃料は吐出流体通路１４を通りプレッシャレギュレータ６に流入する。吐出流体の圧力が任意の所定値（例えば０．３MPa ）を超えるとプレッシャレギュレータ６内の弁が開き、余剰燃料はプレッシャレギュレータ６の出口からリターン配管１５を通って吸入口１１に戻る。インジェクタ３の弁にかかる燃料圧力はプレッシャレギュレータ６の作用により一定の値となる。この状態においてインジェクタ３の弁を開くと、インジェクタ噴射口３１から燃料が噴射され、その燃料はハウジングフロント１に設けられた吐出口１６を通って被供給体９５に供給される。
【００１５】
このような燃料ポンプ装置において、制御手段７のメモリーに記憶させてあるインジェクタ３のための基本的な制御フローチャートを図１２に示す。また、インジェクタ３の開弁時間ＴＯｎと閉弁時間ＴＯｆｆ、および開弁周期Ｔａの関係を図１３に示す。インジェクタ３の弁が一度開閉作動する間の開弁時間ＴＯｎを、事前にハード（制御手段７内のメモリーに対する入力手段）上で設定しておく（ステップ１０１）。要求する燃料供給量に見合った制御電圧Ｄｃが車両側の制御手段７９から制御手段７に入力されると（ステップ１０２）、インジェクタ３のデューティ比を決定するために、インジェクタ３の弁が一度開閉作動する時間間隔、すなわち開弁周期Ｔａを計算する（ステップ１０３）。この結果をインジェクタ３に出力する（ステップ１０４）ことによって、インジェクタ３の弁が開閉を繰り返し、正確に所定の流量の燃料を吐出することができる。しかしながら、この燃料ポンプ装置は流量を調節するためにインジェクタ３を用いているので、それによって耳ざわりな騒音を発生する。
【００１６】
上記の燃料ポンプ装置における流量と騒音との特性を図１４および図１５に示す。インジェクタ３の弁が１回開閉作動する間に開く時間ＴＯｎが短いＳの場合は、低流量域での制御性は良好であるが、流量を増すためにデューティ比を大きくしていくと、インジェクタ３から発生する騒音が非常に大きくなる。また、インジェクタ３の弁が１回作動する間に開く時間ＴＯｎが長いＬの場合は、流量を増すためにデューティ比を大きくしても、インジェクタから発生する騒音はさほど大きくならないが、低流量域での最小制御可能流量が大きくなり、制御性が悪くなるという問題がある。
【００１７】
本発明は、このような問題を併せて解決しようとするもので、低流量域から高流量域までの流量制御性を十分に確保したままで、インジェクタ３から発生する騒音を低く抑えるために、低流量域では、インジェクタ３の１回の開弁時間を短い一定の時間に固定して開弁周期を変化させる一方、高流量域では、その時間を長くする制御シーケンスを制御手段７に折り込んだものである。
【００１８】
そのために、制御手段７のメモリーに記憶させたインジェクタ３の制御の考え方を図４に示す。上記構成において燃料の被供給体である反応器側の制御手段７９から低流量を必要とする指令が制御手段７に入力されると、Ａのようにインジェクタの１回の開弁時間ＴＯｎを短くし、デューティ比（ＴＯｎ／Ｔａ）を変化させることによって、低流量域における制御性を確保しながら燃料を調量して供給する。
【００１９】
また、高流量を必要とする指令が制御手段７に入力されると、図４のＣのように、インジェクタの弁が１回あたりに開く時間ＴＯｎを長くし、デューティ比を変化させることによって、インジェクタ３から発生する騒音を低く抑えながら燃料を供給する。
【００２０】
なお、図４のＢに示す中間流量域は、デューティ比を一定とし、インジェクタ３の弁が１回あたりに開く時間ＴＯｎを短時間から長時間まで徐々に大きくして行くことにより、低流量域から高流量域への移行を円滑にする。
【００２１】
このように、図示実施形態の燃料ポンプ装置によれば、低流量域から高流量域までの流量制御性を十分に確保したままで、インジェクタから発生する騒音を低く抑えて、燃料を正確に制御・供給することができる。
【００２２】
【実施例】
以下、本発明の図示実施形態による第１の実施例を図１〜３および図５〜７に基づいて説明する。なお、本実施例では、制御手段７のメモリーに記憶させた制御シーケンス以外の燃料ポンプ装置の構成および作動は、前述のものと同一であるので、重複する説明は省略する。
【００２３】
このような燃料ポンプ装置において、制御手段７のメモリーに記憶させてあるインジェクタ３の制御フローチャートを図５に示す。インジェクタ３の弁が一度作動する間に開く時間ＴＯｎの上限および下限の値（本実施例では上限値を１０ms、下限値を３msとしている。）、および中間流量域において使用するインジェクタ３のデューティ比（本実施例では０．１＝１０％とした。）を事前に制御手段７のメモリー上に設定しておく。
【００２４】
ステップ２０１において要求する燃料供給量に見合った制御電圧Ｄｃが反応器側制御手段７９から制御手段７に入力されると、ステップ２０２において制御電圧Ｄｃの大きさを設定値と比較する。Ｄｃの値が任意の設定値（例えば１Ｖ）以下の場合は、ステップ２０３に進んで１回の開弁時間ＴＯｎを下限値３msに設定した後、ステップ２０４においてインジェクタ３のデューティ比を決定するために、インジェクタ３の弁が一度開閉作動をする時間間隔（即ち周期）Ｔａを計算する。この結果をインジェクタ３に出力する（ステップ２０５）ことによって、インジェクタ３の弁が開閉を繰り返し、所定の低流量の燃料を吐出する。
【００２５】
次に、ステップ２０２の判定において、制御電圧Ｄｃが任意の設定値（例えば１．３５Ｖ）を超える場合は、ステップ２０６に進んで、１回の開弁時間ＴＯｎを上限値１０msに設定した後、ステップ２０７において、インジェクタ３のデューティ比を決定するために、インジェクタ３の弁が一度開閉作動をする時間間隔Ｔａを計算する。この結果をインジェクタ３に出力する（ステップ２０５）ことによって、インジェクタ３の弁が開閉を繰り返し、所定の高流量の燃料を被供給側へ吐出する。
【００２６】
最後に、ステップ２０２の判定において制御電圧Ｄｃが任意の設定値の中間の値（例えば１Ｖを超え１．３５Ｖ以下）にある場合は、ステップ２０８に進んでインジェクタ３のデューティ比を任意の値に固定した後、インジェクタ３の弁が一度開閉作動をする間に開く時間ＴＯｎを算出する（ステップ２０９）。その後、ステップ２１０においてインジェクタ３のデューティ比を決定するために、インジェクタ３の弁が一度作動する時間間隔Ｔａを計算する。そしてこの結果をインジェクタ３に出力する（ステップ２０５）ことによって、インジェクタ３の弁が開閉を繰り返し、所定の中間流量の燃料を吐出することになる。
【００２７】
図６および図７に本実施例を用いた場合の流量および騒音レベルの測定結果を示す。流量の大きさに応じて領域を分けて最適制御を行う本実施例の制御により、低流量域から高流量域までの広い範囲にわたって燃料の流量制御性を確保したままで、インジェクタから発生する騒音を低く抑えることができることが確認された。
【００２８】
本発明の第２の実施例を図１〜３および図８〜１１に基づいて説明する。なお、第２実施例においても図１〜３に示すシステムの構成は第１実施例のそれと同じであり、制御手段７のメモリーに記憶させた制御シーケンス以外の燃料ポンプ装置の基本的な作動も第１実施例のものと同一であるので、重複する説明は省略する。
【００２９】
この燃料ポンプ装置において、制御手段７のメモリーに記憶させたインジェクタ３の制御の考え方を図８に示す。上記のようなシステム構成においてインジェクタ３から発生する騒音の大きさは、インジェクタ３内の弁が弁シートに単位時間当たり何回衝突するかという回数、従ってインジェクタ３の開弁周期によってほぼ決まるので、インジェクタ３の開弁周期を低流量域での制御性を確保することができる時間に固定しておいて、インジェクタ３の弁が１回開閉作動する間に開く時間ＴＯｎを制御すると、インジェクタ３から発生する騒音のレベルは殆ど変化しないで、供給される燃料の流量を低域から高域まで自由に変化させることができる。
【００３０】
この燃料ポンプ装置において、制御手段７のメモリーに記憶させてあるインジェクタ３の制御フローチャートを図９に示す。まず、ステップ３０１において、インジェクタ３の開弁周期Ｔａを、低流量域における制御性を確保することができる時間（本実施例では６００ms）に設定するとともに、インジェクタ３の弁が一度作動する間に開く時間ＴＯｎを下限時間（本実施例では３ms）に設定しておく。要求する燃料供給量にみあった制御電圧Ｄｃが反応器側制御手段７９から制御手段７に入力される（ステップ３０２）と、インジェクタ３の弁が一度作動する間に開く時間ＴＯｎを算出する（ステップ３０３）。この結果をインジェクタ３に出力する（ステップ３０４）ことによって、インジェクタ３の弁が開閉を繰り返し、所定の流量の燃料を吐出することになる。
【００３１】
図１０，１１に本実施例を用いた場合の流量および騒音レベルの測定結果を示す。本実施例の制御によっても、低流量域から高流量域までの広範囲において良好な流量制御性を確保したままで、インジェクタ３から発生する騒音を低く抑えることができることが確認された。
【００３２】
図示の第１実施例および第２実施例においてはインジェクタ３をポンプ本体と一体化しているが、本発明においては燃料ポンプとインジェクタは必ずしも一体でなくてもよく、車両等においては、それらを別体として配置する方がよい場合もあり、両者を分離して配置しても同様の効果が得られる。
【００３３】
また、図示の第１実施例および第２実施例においては、燃料ポンプとしてローラベーン型のものを用いているが、本発明においては燃料ポンプはローラベーン型でなくても、燃料タンク内の燃料を吸い込んで吐出させるものであればよく、それによって同様の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態としての燃料ポンプ装置の側面断面図を含むシステム全体の構成図である。
【図２】図１に示す燃料ポンプ装置の他の断面を示す側面断面図である。
【図３】図１に示す燃料ポンプ装置の正面図である。
【図４】本発明の制御の基本的な考え方を示す線図である。
【図５】本発明の第１実施例における制御のフローチャートである。
【図６】第１実施例における流量特性を示す線図である。
【図７】第１実施例における騒音特性を示す線図である。
【図８】本発明の第２実施例における制御の考え方を示す線図である。
【図９】第２実施例における制御のフローチャートである。
【図１０】第２実施例における流量特性を示す線図である。
【図１１】第２実施例における騒音特性を示す線図である。
【図１２】本発明の燃料ポンプにおける基本的な制御フローチャートである。
【図１３】開弁時間と閉弁時間及び周期の関係を説明するためのタイムチャートである。
【図１４】本発明の燃料ポンプ装置における基本的な流量特性を示す線図である。
【図１５】本発明の燃料ポンプ装置における基本的な騒音特性を示す線図である。
【符号の説明】
１…ハウジングフロント
３…インジェクタ
４…モータ
６…プレッシャレギュレータ
７…制御手段
８…電力供給手段
２１…ロータ
２２…ローラ
５１…ポンプケーシング
５４…インナマグネット
９１…燃料タンク
９５…燃料被供給体
【図１】
0003801255.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
0003801255.tif 000009
【図９】
0003801255.tif 000010
【図１０】
0003801255.tif 000011
【図１１】
0003801255.tif 000012
【図１２】
0003801255.tif 000013
【図１３】
0003801255.tif 000014
【図１４】
0003801255.tif 000015
【図１５】
0003801255.tif 000016