JP4872906B2 - 燃料ポンプ制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば車両の燃料タンク内に貯留された燃料を燃料ポンプにより外部に供給する燃料ポンプ制御装置に関する。

従来、燃料ポンプ制御装置においては、モータラインに直列にコイルを挿入し、コンデンサと共にフィルタ構成をとり、ノイズ低減を実施している。燃料ポンプ負荷については、ロックやハーフロック等の定常電流より大きな過電流が流れる異常が発生する場合があり、その場合の制御装置の保護としては、従来は大きな過電流が流れた場合の過電流保護と過電流保護以下の異常電流が流れた場合の温度保護が有る。
特開平５−３３２２１５号公報

温度保護については、駆動素子及び制御ＩＣが搭載されたセラミック基板の高い熱伝導を利用して、駆動素子及びフィルタ部品の概略温度を制御ＩＣに内蔵している温度検出手段により、一括して検出し保護していた（特許文献１参照）。この手法は、燃料ポンプ制御の使用デューティ比がおよそ６０〜１００％の範囲であり、回路基板上の駆動素子発熱を主体に検出すれば、フィルタ部品も同様に保護が可能であったためである。

それに対して、近年、燃料ポンプ制御については、最適制御を求めるために、６０％以下の低デューティにおいても駆動することが必要となり、そのような領域まで使用条件の中で各部品の温度を保護しようとすると、フィルタ部品としてのコイルの発熱が駆動素子に比べて増大する場合がある。このため、従来の熱伝導を利用した温度検出では温度推定が困難であり、コイルの異常な発熱に対して例えばダイオードのＶＦ温度特性を利用した温度検出回路による保護では確実に保護することができないという問題を生じる。
一方、コイルの異常な発熱を検出することが可能であるにしても、駆動素子に比較して温度保護の緊急性が低いことから、できるだけ燃料ポンプへの通電を継続するのが望ましい。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、燃料ポンプに通電する駆動素子をデューティ制御する構成において、フィルタ部品としてのコイルが異常に発熱した場合であっても、燃料ポンプを停止させることなくコイルを温度保護することが可能となる燃料ポンプ制御装置を提供することにある。

請求項１の発明によれば、制御手段により燃料ポンプに通電する駆動電流をデューティ制御することにより燃料供給量を制御することができる。ここで、通電により駆動素子及びコイルの温度が上昇した場合は、それらに対して伝熱的に設けられている熱伝導性の高い基板の温度が上昇するので、温度検出手段により検出した基板の温度が異常となった場合は、駆動素子に対する通電を直ちに停止するのが望ましい。

ところが、燃料供給量を抑制するために駆動素子に対するデューティを小さくした場合は、コイルのスイッチング損失によりコイルの温度が駆動素子よりも上昇することがあり、このような場合は、燃料の供給を継続したままコイルの温度保護を図るのが望ましい。
そこで、制御手段は、基板の温度が異常であると判定した場合は、デューティ１００％（直流）で駆動素子に通電することにより燃料供給を継続する。このようなデューティ１００％通電によりコイルのスイッチング損失が無くなるので、通常はコイル、ひいては基板の温度が低下するようになる。従って、基板の温度が低下した場合は、駆動素子に対するデューティを復帰する。これにより、コイルの温度保護を図りながら燃料ポンプの駆動を継続することができる。

さて、デューティ１００％通電されたコイルの両端電圧によりコイルの抵抗値、ひいては概略温度を推定することが可能となるので、基板の温度異常が解消されない状態でコイルの温度が上昇していると判定した場合は、駆動素子に対する通電を停止することによりコイルの温度保護を図ることができる。

請求項２の発明によれば、感温素子によりコイルの温度を直接検出するので、温度を推定する構成に比較して、コイルの温度保護の精度を高めることができる。
請求項３の発明によれば、燃料ポンプに対する現在のデューティ制御に近い制御をできるだけ維持するように実行しながら、コイルの温度保護を図ることができるので、温度異常時における燃料ポンプに対する制御性能を高めることができる。
請求項４の発明によれば、制御手段による温度保護の動作状態を外部に通知することができる。

（第１実施例）
以下、本発明の第１実施例について図１ないし図４を参照して説明する。
図１は、燃料ポンプ制御装置の電気的構成を示す電気回路図である。燃料ポンプ制御装置１は、車両の燃料タンク近傍もしくは車室内に設置され、燃料タンクに貯留されている燃料を外部の燃料消費装置であるエンジンに供給する燃料ポンプを駆動するようになっている。燃料ポンプ制御装置１は、燃料ポンプ２に供給する電力を制御するハイブリッドＩＣ３を主体として構成されている。

ハイブリッドＩＣ３は、図示しないセラミック基板上に、エンジンＥＣＵ４からの指令に応じて動作する制御ＩＣ（制御手段に相当）５、制御ＩＣ５により駆動されるパワーＭＯＳＦＥＴ（駆動素子に相当）６、回生ダイオード７を搭載し、図示しない放熱フィンに熱伝導性の高い接着剤で接着固定されて構成されている。制御ＩＣ５は、制御用端子ＦＰＣ及びダイアグノーシス用端子ＤＩと接続されている。制御用端子ＦＰＣは、エンジンＥＣＵ４から制御ＩＣ５に対する制御信号が入力される端子である。ダイアグノーシス用端子ＤＩは、エンジンＥＣＵ４により制御ＩＣ５を診断するための端子である。

制御ＩＣ５の電源端子は、コイル８を通じて電源端子＋Ｂと接続されており、当該電源端子＋Ｂを通じて車両のバッテリ９の正端子と接続されている。制御ＩＣ５のグランド端子はアース端子Ｅと接続され、当該アース端子Ｅを通じて車両ボデーにアース接続されている。

パワーＭＯＳＦＥＴ６のドレインは回生ダイオード７を介してハイブリッドＩＣ３の電源ラインと接続され、ソースはハイブリッドＩＣ３のグランドラインと接続され、ゲートは制御ＩＣ５の出力端子と接続されている。燃料ポンプ２の正端子は正端子ＦＰ＋及び電源端子＋Ｂを通じて車両のバッテリ９の正端子と接続され、負端子は負端子ＦＰ−と接続されている。コイル８の両端とアース端子Ｅとの間にはコンデンサ１０，１１がそれぞれ接続されている。

パワーＭＯＳＦＥＴ６のドレインは、フィルタ部品としてのコイル１２を介して負端子ＦＰ−と接続されている。負端子ＦＰ−とアース端子Ｅとの間にはフィルタ部品としてのコンデンサ１３が接続されている。

図２は、制御ＩＣ５の構成のうち、本発明の構成に関連した構成を示す電気回路図である。パワーＭＯＳＦＥＴ６のゲートは駆動回路１４と接続されている。入力処理回路１５は、エンジンＥＣＵ４から制御用端子ＦＰＣを通じて入力した制御信号を処理することによりスイッチ１６を介して駆動回路１４に通常指令を与える。駆動回路１４は、入力処理回路１５から与えられる通常指令に応じてパワーＭＯＳＦＥＴ６をデューティ制御する。

基本的には、制御ＩＣ５は、パワーＭＯＳＦＥＴ６をＰＷＭ等のデューティ制御（ＰＷＭ制御）することにより燃料ポンプ２に対する通電電力、ひいては燃料ポンプ２の回転数を調整するようになっている。このようなデューティ制御によるスイッチングノイズが発生し、他の機器への影響及びラジオへのノイズ混入の問題があるため、コイル１２やコンデンサ１３といったノイズフィルタ部品を設けるようにしている。

ハイブリッドＩＣ３の発熱の大きな部品としては駆動素子であるパワーＭＯＳＦＥＴ６と回生ダイオード７であり、ハイブリッドＩＣ３以外ではフィルタ部品であるコイル１２である。
発熱部品であるパワーＭＯＳＦＥＴ６及び回生ダイオード７に関しては、制御ＩＣ５は、セラミック基板の高い熱伝導性を利用してセラミック基板の温度、ひいては発熱部品の温度を検出するダイオードのＶＦ温度特性を利用した温度検出回路（温度検出手段に相当）１７を有しており、その温度検出回路１７により温度保護を図るようにしている。

発熱部品であるコイル１２に関しては、熱伝導性の高いゲルにて放熱フィンに固着し、その放熱フィンをハイブリッドＩＣ３のセラミック基板と伝熱的に設け、制御ＩＣ５の温度検出回路１７でパワーＭＯＳＦＥＴ６及び回生ダイオード７とまとめて温度検出することにより温度保護を図るようにしている。

温度検出回路１７は、次のように構成されている。図２に示すようにハイブリッドＩＣ３の電源ラインとグランドラインとの間に複数のダイオード１８と抵抗１９の直列回路が接続され、その共通接続点とコンパレータ２０の反転入力端子とが接続され、非反転入力端子に温度異常を判定するための判定値が入力されている。ダイオード１８の温度上昇に伴ってコンパレータ２０の反転入力端子に入力している温度比例電圧が上昇して判定値を上回った場合はコンパレータ２０から温度検出信号が出力される。この温度検出信号の出力状態ではスイッチ１６がオフし、入力処理回路１５から駆動回路１４に出力されていた通常指令が断たれると共に、ダイアグ回路（異常通知手段に相当）２１から異常温度を示すダイアグ信号がエンジンＥＣＵ４に出力される。この場合、コンパレータ２０にはヒステリシスが設定されており、温度検出信号が出力された状態では判定値のレベルが所定レベル低下するようになっている。

ところで、フィルタ部品であるコイル１２は、トロイダルコアに銅線を巻いて構成されているチョークコイルであり、発熱要因として、巻線の抵抗分による銅損とスイッチングによる電圧変化によるコアでの鉄損がある。コイル１２の発熱は、電流値による銅損と変化量による鉄損の和で決まり、銅損はデューティが高い（モータ電圧が高い）ほど高い。負荷であるモータ電流は、電圧に対して正の特性はあるものの、低電圧では傾きが小さいと考えられる。このため、従来使用しているデューティ以下となった場合は、図４に示すようにコイル１２の発熱がパワーＭＯＳＦＥＴ６に比べて増大する場合があり、放熱フィンを通じた熱伝導ではパワーＭＯＳＦＥＴ６の温度推定が困難となる。このため、コイル１２の異常な発熱に対してダイオードのＶＦ温度特性を利用した温度検出回路１７による温度保護では確実に保護することができないという問題を生じる。

そこで、本実施例では、図２に示すように制御ＩＣ５を構成した。即ち、温度検出回路１７からの異常検出信号は駆動回路１４に１００％駆動指令として与えられるようになっており、駆動回路１４は、１００％駆動指令が与えられたときは、パワーＭＯＳＦＥＴ６に１００％（直流）通電するようになっている。また、制御ＩＣ５は、コイル１２の両端電圧を検出する電圧検出回路（電圧検出手段に相当）２２を有して構成されている。

電圧検出回路２２は、次のように構成されている。差動増幅回路２３の入力端子には、抵抗２４，２５を介してコイル１２の両端子が接続されている。差動増幅回路２３の出力端子は、抵抗２６を介して反転入力端子と接続されていると共にスイッチ２７を介してコンパレータ２８の非反転入力端子と接続されている。このスイッチ２７は通常はオフしており、温度検出回路１７から異常検出信号が出力されたときにオンする。コンパレータ２８の反転入力端子には判定値が入力されており、差動増幅回路２３からの電圧、つまりコイル１２の両端電圧が判定値を上回った場合は、コンパレータ２８から駆動回路１４に停止指令が出力される。この場合、コイル１２は温度が上昇すると、抵抗値が大きくなることから、コイル１２にデューティ１００％で通電した場合は、コイル１２の両端電圧は温度に対して比例関係を示すことになる。
ダイアグ回路２１は、温度検出回路１７のコンパレータ２０から温度検出信号が出力された場合は、異常温度及び１００％通電への変更をダイアグ信号によりエンジンＥＣＵ４へ出力する。

次に、燃料ポンプ制御装置１の動作について説明する。
エンジンＥＣＵ４から制御信号が与えられた場合は、入力処理回路１５から駆動回路１４に通常指令が与えられるので、駆動回路１４によりパワーＭＯＳＦＥＴ６がデューティ制御され、燃料ポンプ２がデューティに応じた回転数で回転する。これにより、燃料タンクに収納されている燃料が目標流量でもってエンジンに供給される。

パワーＭＯＳＦＥＴ６或いはコイル１２の温度が正常な場合は、上述のようにエンジンＥＣＵ４からの通常指令により燃料ポンプ２が駆動されるものの、デューティが低くなると、図４に示すようにコイル１２の温度がパワーＭＯＳＦＥＴ６を上回るようになることがあり、このような場合は、コイル１２に対して温度保護を図ればよい。このとき、温度検出回路１７から駆動回路１４に１００％駆動指令が与えられるので、駆動回路１４は、燃料ポンプ２をデューティ１００％で駆動する。これにより、エンジンに対する燃料供給を継続することができる。

このようなデューティ１００％駆動が行われると、コイル１２のスイッチングによる損失が無くなるので、コイル１２の温度が低下するようになる。そして、温度検出回路１７を構成するコンパレータ２０に与えられている温度比例電圧が図３に示すように解除判定値を下回った場合は、コンパレータ２０から出力されていた温度検出信号が停止するようになるので、スイッチ１６がオンする。これにより、駆動回路１４に通常指令が与えられるようになるので、駆動回路１４は、それまでのデューティでもってパワーＭＯＳＦＥＴ６をデューティ制御するようになる。

しかしながら、上述のようなデューティ１００％による駆動にかかわらず、コイル１２の両端電圧が上昇した場合は、コイル１２の温度が上昇していることになるので、電圧検出回路２２を構成するコンパレータ２８は、スイッチ２７を通じて与えられるコイル１２の両端電圧が判定値を上回った場合は、駆動回路１４に停止指令を与える。これにより、駆動回路１４は、パワーＭＯＳＦＥＴ６に対するデューティ１００％通電を停止するので、燃料ポンプ２の駆動が停止すると共に、コイル１２の温度が低下するようになる。このとき、コイル１２の両端電圧は０となる。また、コンパレータ２８から停止指令がダイアグ回路２１に与えられるので、ダイアグ回路２１は、エンジンＥＣＵ４に対して停止を示すダイアグ信号を出力する。

このような実施例によれば、制御ＩＣ５を構成する駆動回路１４は、温度検出回路１７から温度検出信号（１００％駆動指令）が与えられた場合はパワーＭＯＳＦＥＴ６に１００％通電し、その通電状態で温度検出信号が断たれた場合はデューティを復帰し、電圧検出回路２２から停止指令が与えられた場合は、パワーＭＯＳＦＥＴ６に対する通電を停止するようにしたので、セラミック基板の温度のみで駆動素子に対する通電を停止してしまう従来構成のものと違って、フィルタ部品としてのコイル１２が異常に発熱した場合であっても、燃料ポンプ２を停止させることなくコイル１２の温度保護を図ることが可能となる。
しかも、コイル１２の両端電圧を検出していることにより、負荷ラインの断線検出も可能となる。

（第２実施例）
次に、本発明の第２実施例について図５を参照して説明するに、第１実施例と同一部分には同一符号を付して説明を省略する。この第２実施例は、フィルタ部品としてのコイル１２の温度を直接検出することを特徴とする。
コイル１２にはサーミスタ等の感温素子３１が伝熱的に接着されており、制御ＩＣ５は、コイル１２の温度を直接検出する温度検出回路（第２温度検出手段に相当）３２を有して構成されている。つまり、制御ＩＣ５の動作は、第１実施例と略同一であるが、コイル１２の温度をコイル１２の両端電圧から推測するのではなく温度検出回路３２により直接検出する点が異なっている。

このような実施例によれば、制御ＩＣ５は、コイル１２の温度を推定するのではなく直接検出することから、コイル１２の温度の検出精度を高めて、コイル１２の温度保護の精度を高めることができる。
尚、パワーＭＯＳＦＥＴ６に感温素子として図５に示すように感温ダイオード３３を設け、パワーＭＯＳＦＥＴ６の温度を直接検出し、制御に反映させるようにしてもよい。この場合、コストが上昇することから、要求使用や使い方に合わせて実施するのが望ましい。
また、例えばコイル１２の温度が低デューティにて検出温度に達した場合は、デューティを上昇させて温度低下有無を確認することにより駆動継続、或いは通電停止を判断して実行すると同時にダイアグ信号にて異常を知らせるようにしてもよい。

本発明は、上記実施例に限定されることなく、次のように変形または拡張できる。
第２実施例のようにコイル１２にサーミスタ等の感温素子３１を伝熱的に接着する構成において、制御ＩＣ５を、コイル１２に対して温度保護を図る場合は、デューティをリニアに高めた状態または段階的に高めた状態でパワーＭＯＳＦＥＴ６に通電し、温度検出回路１７における温度比例電圧が解除判定値を下回った場合は温度検出信号を停止し、温度検出回路３２によるコイル１２の検出温度が判定値を上回った場合は駆動回路１４に停止指令を与えるように構成してもよい。このような構成によれば、燃料ポンプ２に対する現在のデューティ制御に近い制御をできるだけ維持するように実行しながら、コイル１２の温度保護を図ることができるので、第１及び第２実施例に比較して、温度異常時における燃料ポンプ２に対する制御性能を高めることができる。

制御ＩＣ５に代えて、ＣＰＵにより駆動素子に対するデューティ制御を行うようにしてもよい。
燃料ポンプ制御装置１に燃料ポンプ２をローサイド接続に代えてハイサイド接続するようにしてもよい。

本発明の第１実施例を示す燃料ポンプ制御装置の電気回路図 制御ＩＣの構成を示す電気回路図 基板温度の変化に応じた各信号の状態を示す図 デューティに対応する温度変化を示す図 本発明の第２実施例を示す図１相当図

符号の説明

図面中、１は燃料ポンプ制御装置、２は燃料ポンプ、５は制御ＩＣ（制御手段）、６はパワーＭＯＳＦＥＴ（駆動素子）、１２はコイル、１７は温度検出回路（温度検出手段）、２１はダイアグ回路（異常通知手段）、２２は電圧検出回路（電圧検出手段）、３１は感温素子、３２は温度検出回路（第２温度検出手段）である。

Claims (4)

1. 熱伝導性の高い基板に搭載された駆動素子と、前記基板に搭載され、前記基板の温度を検出する温度検出手段を有すると共に前記駆動素子をデューティ制御する制御手段と、前記基板と伝熱的に設けられ、前記駆動素子と前記燃料ポンプとの間に接続されたフィルタ部品としてのコイルとを備えた燃料ポンプ制御装置において、
   前記制御手段は、前記コイルの両端電圧を検出する電圧検出手段を備え、前記駆動素子に対してデューティ制御の実行状態で前記温度検出手段により検出した前記基板の温度が異常であると判定した場合はデューティ１００％で前記駆動素子に通電し、その通電状態で前記基板の温度異常が解消したと判定した場合はデューティを復帰し、前記基板の温度異常が解消されない状態で前記電圧検出手段による前記コイルの両端電圧に基づいて当該コイルの温度が上昇している判定した場合は前記駆動素子に対する通電を停止することを特徴とする燃料ポンプ制御装置。
2. 熱伝導性の高い基板に搭載された駆動素子と、前記基板に搭載され、前記基板の温度を検出する温度検出手段を有すると共に前記駆動素子をデューティ制御する制御手段と、前記基板と伝熱的に設けられ、前記駆動素子と前記燃料ポンプとの間に接続されたフィルタ部品としてのコイルとを備えた燃料ポンプ制御装置において、
   前記コイルに伝熱的に設けられた感温素子を備え、
   前記制御手段は、前記感温素子により前記コイルの温度を検出する第２温度検出手段を備え、前記駆動素子に対してデューティ制御の実行状態で前記温度検出手段により検出した前記基板の温度が異常であると判定した場合はデューティ１００％で前記駆動素子に通電し、その通電状態で前記基板の温度異常が解消したと判定した場合はデューティを復帰し、前記基板の温度異常が解消されない状態で前記第２温度検出手段による前記コイルの温度に基づいて当該コイルの温度が上昇していると判定した場合は前記駆動素子に対する通電を停止することを特徴とする燃料ポンプ制御装置。
3. 熱伝導性の高い基板に搭載された駆動素子と、前記基板に搭載され、前記基板の温度を検出する温度検出手段を有すると共に前記駆動素子をデューティ制御する制御手段と、前記基板と伝熱的に設けられ、前記駆動素子と前記燃料ポンプとの間に接続されたフィルタ部品としてのコイルとを備えた燃料ポンプ制御装置において、
   前記コイルに伝熱的に設けられた感温素子を備え、
   前記制御手段は、前記感温素子により前記コイルの温度を検出する第２温度検出手段を備え、前記駆動素子に対してデューティ制御の実行状態で前記温度検出手段により検出した前記基板の温度が異常であると判定した場合はデューティをリニアに高めた状態または段階的に高めた状態で前記駆動素子に通電し、その通電状態で前記基板の温度異常が解消したと判定した場合はデューティを復帰し、前記基板の温度異常が解消されない状態で前記第２温度検出手段による前記コイルの温度に基づいて当該コイルの温度が上昇していると判定した場合は前記駆動素子に対する通電を停止することを特徴とする燃料ポンプ制御装置。
4. 前記制御手段は、前記駆動回路に対して１００％通電したこと、或いは通電を停止したことを外部に出力する異常通知手段を備えていることを特徴とする請求項１ないし３の何れかに記載の燃料ポンプ制御装置。

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