JPH0816468B2 - 燃料ポンプ装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 「産業上の利用分野」 この発明は、電子制御燃料噴射装置を備えた内燃機関
に燃料を圧送させる燃料ポンプ装置に関する。

「従来の技術」 内燃機関に燃料を圧送させる燃料ポンプ装置は、駆動
源として直流モータを、その電源としてバッテリを使用
している。ところが、このバッテリは内燃機関始動用の
スタータモータの電源でもあるため、電力消費量の大き
いスタータモータの始動時においてはバッテリの電圧が
大きく低下して、燃料ポンプ装置の直流モータに加わる
印加電圧が同時に大きく低下してしまう。このためスタ
ータモータと同時に始動される直流モータの回転数が設
定値よりも低下し、直流モータにて駆動される燃料ポン
プは出力が低下して内燃機関の始動に必要な燃料吐出量
を吐出できなかった。

そこで、従来の燃料ポンプ装置は、内燃機関始動時の
低電圧における燃料吐出量を確保するため、第11図に示
すように、燃料ポンプの吐出量Ｑを必要値a₀に対して電
圧の全域に渡って増加させてa₁に設定していた。即ち、
同図において、電圧の低下△Ｖに対して内燃機関の始動
に必要な燃料吐出量Q₀を確保するため、燃料ポンプの吐
出量を△Ｑだけ増加させていたのである。

「発明が解決しようとする問題点」 しかし、この従来装置は内燃燃料始動時の燃料吐出量
を確保することができるが、内燃機関が始動してバッテ
リ電圧が通常の電圧（12V〜13V）に回復すると、直流モ
ータの回転数が増加して燃料ポンプは同図中△Q₁に示す
ように余分な燃料を吐出することとなる。このため、内
燃機関の燃費が悪くなり、また余分な燃料を燃料タンク
に戻すための別の機構を必要とし、構造が複雑となる欠
点があった。

更に、燃料ポンプの吐出量を増加させるために直流モ
ータの負荷が増加し、直流モータの作動電流Ｉも同図に
示すように、全域に渡ってb₀からb₁に増加することとな
る。このため、燃料ポンプ装置全体として効率が非常に
悪くなるという問題点があった。

なお、燃料ポンプ駆動装置に関して、特開昭57−1460
44号公報は、ポンプ駆動モータに第三ブラシを設け、そ
の第三ブラシをブラシ切り換え制御ユニットにて切り換
える技術を開示している。しかし、この技術はブラシを
切り換えることによって内燃機関の負荷状態に適合した
燃料流量を自動的に選定できるようにしたものであり、
内燃機関始動時におけるバッテリ電圧の低下に伴う燃料
ポンプの燃料吐出量の低下を防止することができず、上
記技術的課題を何ら解決するものではない。

「問題点を解決するための手段」 本発明は、このような問題点を解決するために為され
たものであり、その要旨とするところは、 内燃機関に燃料を圧送するポンプと、 前記ポンプを回転駆動する直流モータとからなる燃料
ポンプ装置において、 前記直流モータの整流子に通電可能に接触する第１ブ
ラシと、 前記整流子に通電可能に接触し、前記第１ブラシから
見て電気的中性軸上から離れた第１位置と、その第１位
置よりさらに前記電気的中性軸に近い第２位置とにおい
て前記第１ブラシと対をなして前記整流子に通電可能に
構成された第２ブラシと、 前記内燃機関の始動時には、前記第２ブラシが、前記
第１位置において前記整流子に通電し、前記内燃機関の
始動後には、前記第２ブラシが、前記第２位置において
前記整流子に通電するように前記第２ブラシによる通電
状態を切り換える切換手段とを具備することにある。

なお、ここで、第１位置よりさらに電気的中性軸に近
い第２位置とは、後述の実施例で示すように、電気的中
性軸上の位置も含むものである。

「作用」 かかる燃料ポンプ装置の直流モータにおいては、内燃
機関の始動時には、第２ブラシが、第１ブラシから見
て、電気的中性軸上から離れた第１位置において整流子
に通電しているため、界磁磁束が少なくされて、直流モ
ータはバッテリ電圧に対して高い回転数で回転駆動す
る。そして内燃機関の始動後には、第２ブラシが、第１
位置よりさらに電気的中性軸に近い第２位置において整
流子に通電するように、第２ブラシによる切換手段によ
って通電状態が切り換えられるため、界磁磁束が増え直
流モータはバッテリ電圧に対してその回転数が低下した
状態となって、燃料ポンプを回転駆動させる。

「第１実施例」 次に、本発明の実施例を図面に基づいて詳細に説明す
る。

第２図は電子制御燃料噴射装置の系統図であり、10は
自動車に搭載されるエンジンである。エンジン10には空
気フィルタ12にて浄化された空気を供給する吸気管14と
排気ガスを排出する排気管16とが接続される。吸気管14
には空気の供給量を調節するスロットルバルブ18と燃料
タンク20から燃料ポンプ装置22にて圧送された燃料をエ
ンジン10に噴射する噴射弁24とが配設されている。ま
た、エンジン10には冷却水の水温を検出する水温センサ
26が、空気フィルタ12には吸気空気の温度を検出する吸
気温センサ28が、吸気管14には吸気管内の圧力を検出す
る吸気圧センサ30が、スロットルバルブ18にはスロット
ルバルブの開度により作動してアイドル及び高負荷状態
を検出するスロットルセンサ32が、排気管16には排気ガ
スの成分から空燃比を検出する空燃比センサ34がそれぞ
れ配設され、これらセンサからの検出値が信号としてEC
U（エンジンコントロールユニット）36に送られる。ECU
36は上記センサ、ニュートラル・スタートスイッチ38及
び車速センサ40等からの信号に基づいて、マイクロコン
ピュータを用いて燃料噴射制御、点火時期制御及びアイ
ドル回転制御を最適に集中制御するものである。ECU36
からの信号にて燃料ポンプスイッチ42が閉作動される
と、バッテリ44から燃料ポンプ装置22内の直流モータに
電流が流れて燃料ポンプ装置22が回転駆動されるととも
に、噴射弁24はECUからの信号にて開閉作動してエンジ
ン10に燃料を噴射する。

燃料ポンプ装置22は、第３図に示すように、燃料タン
ク20から供給される燃料の圧力をを高めるポンプ部46
と、ポンプ部46のインペラ48を回転駆動するモータ部50
と、ポンプ部46にて圧力が高められた燃料をエンジン10
に吐出する吐出部52とからなる。ポンプ部46は合成樹脂
製のインペラ48と、アルミニウム製のポンプハウジング
54と、アルミニウム製のポンプカバー56とからなる。イ
ンペラ48はポンプハウジング54とポンクカバー56とによ
り摺動可能に挟持され、かつこれらインペラ48、ポンプ
ハウジング54及びポンプカバー56にてポンプ室58が形成
されている。インペラ48は外周面に羽根が多数設けられ
た閉羽根型式の再生ポンプインペラである。ポンプハウ
ジング54には燃料をポンプ室58に吸い込む吸込口60と、
ポンプ室60内で発生したベイパーをポンプ室外に排出す
るベイパー逃がし孔62とが一体的に形成されている。ポ
ンプカバー56にはボス部64が形成され、ボス部64はモー
タ部50から延び出すモータ出力軸66を軸受68を介して保
持する。モータ出力軸66の先端部はインペラ48と結合さ
れ、インペラ48を回転駆動させる。ポンプハウジング54
とポンプカバー56とは円筒ハウジング70によって結合さ
れ、円筒ハウジング70はモータ部50のヨークを形成する
とともに燃料ポンプ装置22のハウジングを形成してい
る。

モータ部50は、磁石式直流モータとそのブラシの位置
を切り換える切換手段とによって構成されている。

磁石式直流モータはヨークを形成する円筒ハウジング
70の内周面に固定された１対の界磁用の磁石72と、磁石
72に対向して円筒ハウジング70内に設置されるとともに
電機子コイルが巻装された電機子74と、電機子74のシャ
フト76に装着されて電機子コイルに接続された整流子78
と、整流子78の外周面に摺接して電機子コイルに通電す
るブラシ80,81とからなる。電機子74は有溝鉄心82に図
示しない電機子コイルが巻装されるとともに電機子コイ
ルは樹脂成形部84によって埋設されて、電機子74の表面
を滑らかにして流体の攪拌損失が少なくなるようにされ
ている。ブラシ80はブラシホルダ85内に収納されるとと
もに、ばね86（第１図参照）にて付勢されて整流子78の
外周面に摺接している。

ブラシ80は、第１図に示すように、ほぼ電気的中性軸
Ｘ上に配置されて、ブラシホルダ85を介して合成樹脂製
のブラシ取付板87に取り付けられている。ブラシ80は銅
製の撚線からなるピッグテール88を介してターミナル89
に接続され、ターミナル89はアースされている。

ブラシ80に対向するブラシ81は、電気的中性軸Ｘから
角度θ移動した位置に配置されて、ブラシホルダ90を介
してブラシ取付板87に形成された円弧状の溝92に摺動可
能に取り付けられている。第４図及び第５図に詳しく示
すように、ブラシ81はブラシホルダ90内に収納されると
ともに、ばね91の付勢力によって整流子78の外周面に摺
接している。ブラシホルダ90の取付基部94は半径方向に
膨出した形状とされるとともに、ブラシ取付板87の円弧
状の溝92には半径方向の凹所96が円弧状に形状されて、
取付基部94の膨出部が凹所96に嵌合している。従って、
ブラシホルダ90は溝92に沿って円弧状に摺動するが、ブ
ラシホルダ90は溝92から軸方向に抜け出ることはない。

ブラシ取付基板87の溝92はブラシホルダ90の取付基部
94によって２つの空間92a,92bに分けられる。Ｘ側の第
１の空間92a内には形状記憶合金によって形成されたコ
イル102が、Ｙ側の第２の空間92b内にはバイアススプリ
ング104がそれぞれ張設されている。コイル102は縮んだ
形状を記憶しており、常時はバイアススプリング104の
張力によって伸びた状態とされるが、コイル102を加熱
することによりバイアススプリング104の張力に打ち勝
って記憶させた形状（縮んだ形状）に戻るようにされて
いる。コイル102の一端はブラシホルダ90の取付基部94
に接続されるとともに、他端はターミナル106に螺着さ
れ、ターミナル106は燃料ポンプスイッチ42を介してバ
ッテリ44のプラス電極に接続されている。ブラシホルダ
90は電気的良導体によって形成されており、ブラシ81と
の間で通電するが、油膜等による導通不良を防止するた
めにブラシ81とブラシホルダ90との間にピッグテール98
が接続されている。尚、99,100はブラシホルダ90の移動
を規制するストッパである。本実施例における燃料ポン
プ装置の回路構成を第６図に示す。同図に示すように、
電流はバッテリ44から燃料ポンプスイッチ42を経てブラ
シ81に流れ、更に整流子78,ブラシ80を経てアースされ
ている。

第３図に示すように、外部電極を構成するターミナル
89,106は合成樹脂材料からなるターミナルハウジング11
4を貫通して固定されている。ターミナルハウジング114
には吐出部52が一体的に形成され、吐出部52には逆止弁
116が設けられている。逆止弁116は逆止弁保持筒118に
支持されている。ターミナルハウジング114の中心部に
は複数の溝が設けられて吐出部52に通ずる吐出通路120
が形成されるとともに、前記モータのシャフト76を調心
軸受122を介して軸支する軸受部124が形成されている。
軸受部124の端部にはスプリング材料からなる軸受支持
板126が固定されており、調心軸受122を保持している。
軸受支持板126には多数の貫通孔が形成されており、ポ
ンプ部46から送られる燃料を吐出部52に導く通路とされ
ている。尚、128はリリーフ弁であり、球状の弁本体130
はコイルスプリング132にて弁座をなすターミナルハウ
ジング114の一部に押し付けられている。

このように、ポンプはポンプ部46と吐出部52とによっ
て構成されている。

次に本実施例の作動を説明する。第２図において、図
示しないイグニションスタータスイッチが閉操作される
とイグニションコイルの回路が閉じてエンジン10の点火
プラグが点火されるとともに、図示しないスタータモー
タが回転駆動してエンジン10を始動させる。一方、ECU3
6から燃料ポンプスイッチ42及び噴射弁24に信号が送ら
れ、その信号に基づいて燃料ポンプスイッチ42が閉じる
と燃料ポンプ装置22が回転駆動して燃料タンク20から燃
料を噴射弁24に圧送させる。噴射弁24はECU36の燃料噴
射時期制御にしたがってエンジン10に燃料を噴射させる
のである。

ところで、スタータモータの電源は燃料ポンプ装置22
の電源と共通のバッテリ44である。このため、電力消費
量の大きいスタータモータが駆動されるとバッテリ44の
電圧は大きく低下して、燃料ポンプ装置22に加わる印加
電圧を大きく低下してしまう。しかし、エンジン始動時
においては、第１図及び第４図に示すように、燃料ポン
プ装置22における直流モータのブラシ81が磁石72からの
磁束を少なくする位置に配置されているため、低下した
電圧に対して直流モータは大きい回転数を得ることがで
きる。換言すれば、ブラシ81を電気的中性軸上に配置し
たときと比較して回転数を増加させることができるので
ある。従って、本実施例に係る燃料ポンプ装置22はバッ
テリ44の電圧の低下にも拘らずエンジン10の始動に必要
な燃料吐出量を吐出でき、エンジン10は円滑に始動す
る。エンジン10が始動すると、スタータモータの駆動は
止められ、しだいにバッテリ44の電圧は通常の電圧（12
V〜13V）に回復することとなる。

ところで、バッテリ44からの電流は第４図に示すよう
に、ターミナル106を通じて形状記憶合金製のコイル102
に流れ、更にブラシホルダ90,ブラシ81を経て整流子78
へ流れる。コイル102はバイアススプリング104の張力に
よって伸ばされ、ブラシホルダ90は高回転側のストッパ
99に当接しているが、コイル102は通電されると発熱
し、バイアススプリング104の張力に打ち勝って予め記
憶させた形状である縮んだ状態に戻る。コイル102の形
状に伴い、ブラシ81は電気的中性軸Ｘ側に移動させら
れ、ブラシホルダ90がストッパ100に当接して停止する
（第７図）。

コイル102によるブラシ81の挙動を第８図に示す。図
中角度θは第１図に示すように、電気的中性軸Ｘを基準
にしたものである。エンジン始動前はスプリング104の
張力によりブラシ81はθ＝max.の位置に停止している。
エンジン始動と同時にコイル102に通電されるため、コ
イル102の発熱に伴いブラシ81はθ＝０の位置へ徐々に
移動し、エンジン始動から約20〜30秒後にθ＝０の位置
で停止する。バッテリ電圧が大きく低下するエンジンの
始動時間は、通常１秒以内であるため、エンジン始動時
にはブラシ81はほぼθ＝max.の位置に留っている。

ブラシ81がθ＝０の位置、即ち電気的中性軸Ｘ上に停
止すると、直流モータの回転数が低下するが、エンジン
始動時と異なりバッテリ44の電圧は回復しており、燃料
ポンプ装置22の燃料吐出量はエンジン始動時の吐出量と
ほぼ同じとなる。一方、ブラシ81が電気的中性軸Ｘ上に
配置されることにより電機子反作用の影響が解消され
て、直流モータは整流作用の優れた状態で回転駆動す
る。

従って、本燃料ポンプ装置は余分な燃料を吐出するこ
とはなく、ECU36による各種センサに基づくエンジンの
制御は円滑に行なわれることとなる。

エンジン10が停止されると、コイル102への通電も止
まり、コイル102は徐々に冷却される。コイル102の冷却
に伴い、ブラシ81はスプリング104の張力により第８図
に示すように、約20〜30秒程でθ＝max.の位置に移動さ
せられる。ブラシ81がθ＝max.の位置に復帰した後、エ
ンジン10が始動された場合は前述の通りであるが、エン
ジン10の停止直後に再度始動させられると、ブラシ81は
θ＝max.の位置に復帰し得ない。しかし、エンジン始動
時のバッテリ電圧の低下が問題となるのは主として長時
間、低温で放置された場合であり、エンジン停止直後は
バッテリが十分充電されており、実用上何ら問題はな
い。

このように本実施例装置においては、アクチュエータ
である形状記憶合金製のコイルにてブラシの位置を連続
的に切り換えるものであるため、出力の変更が連続的に
なされ、またブラシと整流子との摺動抵抗も大きくなら
ず、優れた燃料ポンプ装置を提供することができる。

本実施例においてはコイル102自体を発熱させたが、
別途ヒータを設けて、ヒータに通電させてコイル102を
加熱するようにしても良い。

また、アクチュエータは形状記憶合金製のコイルに限
らず、サーモワックを利用しても良く、或は、エンジン
の始動によって発生させた負圧源又は高圧源からの負圧
又は高圧にてブラシを移動させるようにしても良い。

「第２実施例」 次に、本発明の第２実施例を説明するが、前述の第１
実施例と共通する部分の説明は省略する。

燃料ポンプ装置22のモータ部50のブラシ取付板87に
は、第９図に示すように、低回転側の相対向する１対の
ブラシ134,136が配置されるとともに、高回転側の１つ
のブラシ138が配置され、それらブラシ134,136,138はブ
ラシホルダ140,142,144を介してブラシ取付板87に取り
付けられている。ブラシ134,136,138はブラシホルダ14
0,142,144に収納されたばね146,148,150にて付勢され、
整流子78の外周面に摺接している。

本実施例装置の回路構成を第10図に基づいて説明す
る。整流子78の外周面に摺接するブラシ136,138はリレ
ー152に接続され、リレー152の端子は燃料ポンプスイッ
チ42を介してバッテリ44のプラス電極に接続されてい
る。一方、ブラシ134はアースされている。リレー152は
ECU36からの信号に基づいてブラシ136に通電させる接点
S_Lとブラシ138に通電させる接点S_Hとを切り換えるもの
で、エンジン始動前は常時、接点S_Hに接続され、エンジ
ン始動後にECU36からの信号にて接点S_Lに接続を切り換
えるようにされている。

従って、かかる実施例装置によれば、図示しないイグ
ニションスタータスイッチが操作されるとスタータモー
タが駆動されると同時に、ECU36からの信号に基づいて
燃料ポンプスイッチ42が閉作動して、燃料ポンプ装置22
は噴射弁24に燃料を圧送させる。エンジン始動時は前述
と同様にバッテリ44の電圧が大きく低下するが、リレー
152は接点S_Hに接続されており、燃料ポンプ装置22の直
流モータは高回転側に配置されたブラシ138にて整流子7
8に電流が供給される。従って、燃料ポンプ装置22は出
力が大きい状態で燃料を吐出させる。エンジン10が始動
し、スタータモータが止められるとバッテリ44の電圧は
徐々に回復する。一方、ECU36はエンジン10の始動を図
示しない回転センサにて検出し、一定時間後リレー152
に接点切換信号を送る。リレー152は接点切換信号に基
づいて接続を接点S_Hから接点S_Lに切り換え、バッテリ44
からの電流の流れをブラシ138からブラシ136に切り換え
る。ブラシ136は低回転側に配置されているが、エンジ
ンの始動時と異なりバッテリ電圧が通常の値に回復して
いるため、燃料ポンプ装置22はエンジン始動時とほぼ同
じ燃料吐出量を吐出させるのである。

リレー152はエンジン10の駆動が停止されると、自動
的に接続が接点S_Lから接点S_Hに切り換えられるようにな
っている。従って、エンジンの駆動停止後、直ちにエン
ジンを始動させても、前述と同様に作動する。

本実施例によれば、燃料ポンプ装置自体に複雑な機構
を必要とせずに所期の目的を達成することができる利点
がある。

本実施例の切換手段はブラシ136,138とECU36からの信
号に基づいて作動するリレー152とによって構成されて
いるが、タイマーによりイグニションスタータスイッチ
の操作から一定時間経過後にリレーを切り換えるように
しても良く、またエンジンの始動後、エンジンの温度上
昇を温度センサにて検出してその信号からリレーを切り
換えるか、或は直接バイメタルにより接点の接続を切り
換えるようにしても良い。

以上本発明の実施例を図面に基づいて詳述したが、本
発明はその他の形態で構成することが可能である。

例えば第１図においてブラシ81のみ移動させるように
構成されているが、ブラシ80とブラシ81とを同時に移動
させるようにしても良く、また第９図においてブラシ13
8のみが高回転側に配置されているが、ブラシ138と相対
向する位置に別のブラシを配置して、同時にブラシ136,
134に切り換えるようにしても良い。こようにすれば、
エンジン始動時のバッテリ電圧の低下に対し、燃料ポン
プ装置は一層の出力上昇を図ることができる。また、界
磁は永久磁石に限らず、電磁石であっても良い。

この他、一々例示はしないが、本発明はその主旨を逸
脱しない範囲において、当業者の知識に基づき様々な変
形を加えた形態で構成することが可能である。

「発明の効果」 以上詳述したように、本発明はバッテリ電圧が低下す
るエンジンの始動時には、第２ブラシが、第１ブラシか
ら見て、電気的中性軸上から離れた第１位置において整
流子に通電して燃料ポンプ装置の出力の上昇を図るとと
もに、バッテリ電圧が回復するエンジンの始動後には、
第２ブラシが、第１位置よりさらに電気的中性軸に近い
第２位置において整流子に通電するようにして燃料ポン
プ装置の出力を低下させるようにしたものである。

これによりエンジンの始動時と始動後とにおいて、燃
料ポンプ装置の燃料吐出量はほぼ一定とされる。従っ
て、余分に吐出された燃料を燃料タンクに戻すための機
構を必要とせずまた余分に燃料を吐出するためのエネル
ギーを必要としない等、本発明は優れた効果を奏し経済
的な燃料ポンプ装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例である燃料ポンプ装置のブラ
シの配置を示す部分側面断面図であり、第２図は第１図
の燃料ポンプ装置を備えた電子制御燃料噴射装置の系統
図である。第３図は第１図の燃料ポンプ装置の正面任意
断面図であり、第４図は第１図のIV−IV断面図であり、
第５図は第４図の側面断面図である。第６図は第１図の
燃料ポンプ装置の回路構成図であり、第７図は第４図に
示すブラシの移動後の状態を示す断面図であり、更に第
８図は第１図に示すブラシの挙動を時間と共に示す説明
図である。 第９図は本発明の他の実施例を示す第１図に相当する断
面図であり、第10図は第９図の熱料ポンプ装置の回路構
成図である。第11図は従来の燃料ポンプ装置の不具合を
説明するための図である。 10……エンジン（内燃機関）、22……燃料ポンプ装置、
36……ECU、42……燃料ポンプスイッチ、44……バッテ
リ、46……ポンプ部、52……吐出部（ポンプ）、72……
磁石（界磁）（直流モータ）、74……電機子（直流モー
タ）、78……整流子（直流モータ）、80,134……ブラシ
（直流モータ）、81,136,138……ブラシ（切換手段）、
90……ブラシホルダ（切換手段）、102……形状記憶合
金製コイル（切換手段）、104……バイアススプリング
（切換手段）、152……リレー（切換手段）。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】内燃機関に燃料を圧送するポンプと、 前記ポンプを回転駆動する直流モータとからなる燃料ポ
   ンプ装置において、 前記直流モータの整流子に通電可能に接触する第１ブラ
   シと、 前記整流子に通電可能に接触し、前記第１ブラシから見
   て電気的中性軸上から離れた第１位置と、その第１位置
   よりさらに前記電気的中性軸に近い第２位置とにおいて
   前記第１ブラシと対をなして前記整流子に通電可能に構
   成された第２ブラシと、 前記内燃機関の始動時には、前記第２ブラシが、前記第
   １位置において前記整流子に通電し、前記内燃機関の始
   動後には、前記第２ブラシが、前記第２位置において前
   記整流子に通電するように前記第２ブラシによる通電状
   態を切り換える切換手段とを具備することを特徴とする
   燃料ポンプ装置。
2. 【請求項２】前記第２ブラシは、前記第１位置と前記第
   ２位置との間で移動可能に構成されており、 前記切換手段は、前記第２ブラシを移動させるアクチュ
   エータを有することを特徴とする特許請求の範囲第１項
   記載の燃料ポンプ装置。
3. 【請求項３】前記第２ブラシは、前記第１位置に設けら
   れたブラシと、前記第２位置に設けられたブラシとを備
   え、 前記切換手段は、前記第１位置に設けられたブラシを介
   して通電する場合と、前記第２位置に設けられたブラシ
   を介して通電する場合とを切り換えるスイッチを有する
   ことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の燃料ポン
   プ装置。