JP7207253B2 - エンジン制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料タンク内の燃料を吸引して送出する電動式のフィードポンプのフィード圧を制御するエンジン制御装置に関する。

特許文献１には、燃料タンク内の燃料を吸引して送出する電動式のフィードポンプと、同フィードポンプが送出した燃料の圧力であるフィード圧を検出するフィード圧センサと、を備えるエンジンに適用されて、フィード圧センサの検出値に応じてフィードポンプの供給電力を操作するエンジン制御装置が記載されている。エンジンが高温となると燃料配管内の燃料が気化してインジェクタへの燃料供給が滞るため、フィード圧を燃料が気化しない程度の圧力に維持する必要がある。しかしながら、フィード圧を高くし過ぎると、フィードポンプの負荷が大きくなって同フィードポンプの電力消費が増加する。そのため、上記従来のエンジン制御装置では、適度な圧力が維持されるようにフィードポンプのフィード圧をフィードバック制御することで、消費電力を抑えて効率的に燃料の気化を防止している。

特開２０１６－５６７９４号公報

フィード圧のフィードバック制御を行う上記従来のエンジン制御装置にはフィード圧センサが必要であり、その分、コストが高くなる。

上記課題を解決するエンジン制御装置は、内蔵するモータへの給電に応じて燃料タンク内の燃料を吸入して送出する電動式のフィードポンプにより送出された燃料の圧力であるフィード圧Ｐを制御する。ここで、上記モータに供給されている電圧をモータ電圧Ｖとし、同モータに供給されている電流をモータ電流Ｉとし、同モータの回転数をモータ回転数Ｎとし、燃料タンク内の燃料の温度をタンク燃温Ｔとし、エンジンの単位時間あたりの燃料の消費量を燃料消費量Ｑとする。また、モータ電流Ｉ及びタンク燃温Ｔを独立変数とするとともに上記モータの銅損を値とする関数を銅損関数Ｆｃとし、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ及びタンク燃温Ｔを独立変数とするとともに上記モータの鉄損を値とする関数を鉄損関数Ｆｉとし、モータ回転数Ｎ及びタンク燃温Ｔを独立変数とするとともに上記フィードポンプの内部での摩擦により消費されるトルクを値とする関数を摩擦損失トルク関数Ｆｆとし、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ及びフィード圧Ｐを独立変数とするとともに上記フィードポンプの内部での燃料の漏れにより消費されるトルクを値とする関数を漏れ損失トルク関数Ｆｌとする。このとき、上記エンジン制御装置は、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ及び燃料消費量Ｑを取得するとともに、それらの取得した値に対して式（１）の関係を満たすフィード圧Ｐの値を同フィード圧の推定値として算出する推定処理と、上記フィード圧Ｐの目標値に対する推定値の偏差を縮小すべくモータに供給する電力を操作する操作処理と、を行っている。

フィードポンプのモータの電力損失は、モータの巻き線の抵抗により発生する銅損と、同モータのコアの励磁に伴い発生する鉄損と、からなる。銅損の値はモータ電流Ｉ及びタンク燃温Ｔを独立変数とする関数のかたちで、鉄損の値はモータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ及びタンク燃温Ｔを独立変数とする関数のかたちで、それぞれ表せる。

一方、モータトルクの一部は、燃料を送出するためのエネルギに変換されずに、フィードポンプに設けられた軸受やシールでの摺動摩擦やフィードポンプ内を流れる際の燃料の内部摩擦などのフィードポンプ内で生じる摩擦により消費されてしまう。摩擦によるモータトルクの消費量、すなわち摩擦消費トルクは、モータ回転数Ｎ及び燃料の粘度に大きく依存する。燃料の粘度は同燃料の温度により変化するため、摩擦消費トルクの値は、モータ回転数Ｎ及びタンク燃温Ｔを独立変数とする関数のかたちで表せる。そして、摩擦によるフィードポンプの損失、すなわち摩擦損失は、摩擦消費トルクとモータ回転数との積となる。

一方、フィードポンプの内部では部材間の隙間を通じた燃料漏れが発生しており、その漏れによってもモータトルクが消費される。こうした燃料の漏れによるモータトルクの消費量、すなわち漏れ消費トルクは、モータ回転数Ｎ及び燃料の粘度に加えて、更にフィードポンプの燃料吸入口と燃料送出口との差圧に大きく依存する。フィードポンプの燃料吸入口の燃料の圧力、すなわち燃料タンク内の燃料の圧力は大気圧近傍の圧力から余り大きく変動しない。よって、漏れ消費トルクの値は、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ及びフィード圧を独立変数とする関数のかたちで表せる。そして、燃料の漏れによるフィードポンプの損失、すなわち漏れ損失は、漏れ消費トルクとモータ回転数との積となる。

燃料の送出のためにフィードポンプが行った仕事率は、上述の銅損、鉄損、摩擦損失、及び漏れ損失の和を、モータへの供給電力、すなわちモータ電圧Ｖとモータ電流Ｉとの積から引いた差となる。そしてフィードポンプの仕事率は、送出した燃料の流量と圧力との積となる。フィード圧が一定に保たれる定常な状態では、フィードポンプが送出している燃料の流量は、エンジンの単位時間あたりの燃料消費量Ｑと等しくなる。よって、式（１）の関係を満たすフィード圧Ｐの値を同フィード圧Ｐの推定値として算出することでフィードポンプのフィード圧を精度良く推定できる。そのため、フィード圧を直接検出するセンサを設けずとも、高精度の燃圧制御が可能となる。

なお、代数的な手法を用いると、式（１）からのフィード圧Ｐの推定値の導出に複雑な演算が必要となる場合がある。そうした場合、下記のような発見的手法を用いて推定値を算出するとよい。すなわち、上記エンジン制御装置における推定処理において、推定値の候補値のそれぞれについて式（２）に示される誤差関数ＥＲＦの値を算出するとともに、それら候補値の中で同誤差関数ＥＲＦの値が最小となった候補値を推定値の値として算出するとよい。

フィードポンプの特性が経時変化することで、式（１）の各関数を定義する係数にずれが生じることがある。銅損関数Ｆｃを構成する係数については、下記の態様で値を校正することで経時変化によるずれを是正できる。突入電流の発生時におけるモータの供給電力はすべて、巻き線のジュール熱として、すなわち銅損として消費される。そのため、エンジンを始動する際のモータの給電開始時に同モータの突入電流と同給電開始時のタンク燃温Ｔとを記憶しておき、記憶した突入電流及びタンク燃温Ｔの値に基づいて、銅損関数Ｆｃを定義する係数の値を校正すれば、銅損関数Ｆｃを定義する係数の経時変化によるずれを是正できる。

エンジン制御装置の一実施形態及び同装置が適用されたエンジンの燃料系の構成を模式的に示す図。 上記エンジン制御装置が実行する燃圧制御に係る処置の流れを示す制御ブロック図。 上記フィードポンプのモータ内の電気挙動の等価回路を示す図。 上記エンジン制御装置における推定処理での推定フィード圧の算出態様の一例を示す図。

以下、エンジン制御装置の一実施形態を、図１～図４を参照して詳細に説明する。
図１は、本実施形態のエンジン制御装置が適用されるエンジンの燃料系の構成を示している。本実施形態のエンジン制御装置は、Ｖ型６気筒の気筒配列を有しており、かつ気筒内に燃料を噴射する筒内噴射式の車載用エンジンに適用されている。

図１に示すように、エンジンの燃料系には、燃料タンク１１内に設置された電動式のフィードポンプ１０と、燃料タンク１１外に設置された高圧燃料ポンプ２０と、の２つの燃料ポンプが設けられている。また、燃料系には、エンジンの各気筒に設けられたインジェクタ３０が接続された燃料の蓄圧容器であるデリバリパイプ３１が設けられている。そして、燃料系には、フィードポンプ１０から高圧燃料ポンプ２０に燃料を送るための燃料通路である低圧燃料通路１２と、高圧燃料ポンプ２０からデリバリパイプ３１に燃料を送るための燃料通路である高圧燃料通路３２と、が設けられている。なお、デリバリパイプ３１には、内部に蓄えられている燃料の圧力である高圧側燃圧を検出する高圧側燃圧センサ３３が設置されている。

フィードポンプ１０は、モータ１３を内蔵しており、同モータ１３への給電に応じて燃料タンク１１内の燃料を吸引して低圧燃料通路１２に送出する。フィードポンプ１０と低圧燃料通路１２との連結部分には、低圧燃料通路１２からフィードポンプ１０への燃料の逆流を防止するための逆止弁１４が設けられている。また、低圧燃料通路１２における燃料タンク１１の内部に位置する部分には、低圧燃料通路１２内の燃料の圧力が高くなり過ぎたときに低圧燃料通路１２内の燃料を燃料タンク１１にリリーフするリリーフ弁１５が設けられている。そして、低圧燃料通路１２は、同低圧燃料通路１２を流れる燃料中の不純物を濾過するフィルタ１６と同低圧燃料通路１２内の燃料圧力の脈動を低減するためのパルセーションダンパ１７とを介して高圧燃料ポンプ２０に接続されている。

高圧燃料ポンプ２０は、シリンダ２１と、その内部に挿入された状態で設置されたプランジャ２２と、を備えている。そして、エンジンのカムシャフト２３に設けられたカム２４により、シリンダ２１の内部でのプランジャ２２の往復動が行われるようになっている。シリンダ２１の内部には、燃料を加圧するための加圧室２５がプランジャ２２により区画形成されている。加圧室２５は、電磁スピル弁２６を介して低圧燃料通路１２に接続されている。さらに加圧室２５は、逆止弁２７を介して高圧燃料通路３２に接続されている。電磁スピル弁２６は、通電に応じて開閉して、低圧燃料通路１２と加圧室２５との間の燃料の流通が許容された状態と同流通が遮断された状態とを切り替える。逆止弁２７は、加圧室２５内の燃料圧力が高圧燃料通路３２内の燃料圧力よりも低いときには閉弁して、高圧燃料通路３２から加圧室２５への燃料の逆流を防止する。また、逆止弁２７は、加圧室２５内の燃料圧力が高圧燃料通路３２内の燃料圧力よりも高くなったときに開弁して、加圧室２５から高圧燃料通路３２への燃料の流出を許容する。

以上のように構成された高圧燃料ポンプ２０の燃料の加圧動作について説明する。高圧燃料ポンプ２０では、シリンダ２１でのプランジャ２２の往復動に応じて加圧室２５の容積が変化する。以下の説明では、加圧室２５の容積が拡大する方向へのプランジャ２２の動作を同プランジャ２２の下降と記載し、これとは逆に加圧室２５の容積が縮小する方向へのプランジャ２２の動作を同プランジャ２２の上昇と記載する。高圧燃料ポンプ２０において、電磁スピル弁２６が開弁した状態でプランジャ２２が下降を開始すると、加圧室２５の容積の拡大に伴って、低圧燃料通路１２から加圧室２５に燃料が流入する。プランジャ２２が下降から上昇に転じた後も電磁スピル弁２６の開弁した状態を維持すると、プランジャ２２の下降中に加圧室２５に流入した燃料が低圧燃料通路１２に押し戻される。プランジャ２２の上昇中に電磁スピル弁２６を閉弁し、その後にプランジャ２２が上昇から下降に転じるまで、電磁スピル弁２６の閉弁を維持すると、プランジャ２２の上昇に伴う加圧室２５の容積の縮小により、加圧室２５内の燃料が加圧される。そして、加圧室２５内の燃料圧力が高圧燃料通路３２内の燃料圧力を上回ると、逆止弁２７が開弁して、加圧室２５内の加圧された燃料が高圧燃料通路３２に送出される。こうして高圧燃料ポンプ２０は、プランジャ２２の往復動毎に、低圧燃料通路１２の燃料を加圧して高圧燃料通路３２に送出する。なお、プランジャ２２の上昇中における電磁スピル弁２６の閉弁時期を変えることで、高圧燃料ポンプ２０が加圧動作毎に高圧燃料通路３２に送出する燃料の量が増減される。

こうした燃料系を備えるエンジンは、エンジン制御装置としての電子制御ユニット４０により制御されている。電子制御ユニット４０は、エンジン制御に係る各種演算処理を実行する演算処理回路と、エンジン制御用のプログラムやデータが記憶された記憶回路と、を備えている。そして、電子制御ユニット４０は、演算処理回路が記憶回路に記憶されたプログラムを読み込んで実行することで、エンジン制御を行っている。

なお、電子制御ユニット４０には、エンジンの運転状態を検出するための各種センサの検出信号が入力されている。電子制御ユニット４０に検出信号が入力されるセンサには、上述の高圧側燃圧センサ３３が含まれる。また、電子制御ユニット４０には、フィードポンプ１０の駆動回路４１が接続されている。フィードポンプ１０の駆動回路４１は、電子制御ユニット４０からの指令に基づき、フィードポンプ１０のモータ１３への供給電力をパルス幅変調により調整することで、フィードポンプ１０が低圧燃料通路１２に送出する燃料の流量を増減している。なお、駆動回路４１は、モータ１３に供給されている電圧であるモータ電圧Ｖ、モータ１３に供給されている電流であるモータ電流Ｉ、及びモータ１３の回転数であるモータ回転数Ｎの情報を電子制御ユニット４０に送信している。

電子制御ユニット４０は、エンジン制御の一環として、燃料噴射量制御、燃圧可変制御、及びフィード圧制御を行っている。
燃料噴射量制御に際して電子制御ユニット４０はまず、エンジン回転数やエンジン負荷等のエンジン運転状態に応じてインジェクタ３０の燃料噴射量の要求値である要求噴射量を演算する。続いて電子制御ユニット４０は、高圧側燃圧センサ３３の検出値に基づき、要求噴射量分の燃料噴射に要するインジェクタ３０の燃料噴射時間を演算する。そして、電子制御ユニット４０は、燃料噴射時間の間、燃料を噴射すべく各気筒のインジェクタ３０を操作する。

また、燃圧可変制御に際して電子制御ユニット４０はまず、エンジン負荷などに基づき、高圧側燃圧の目標値を算出する。高圧側燃圧の目標値は基本的には、エンジン負荷が低いときには低い圧力に、エンジン負荷が高いときには高い圧力に設定される。そして、電子制御ユニット４０は、高圧側燃圧センサ３３による高圧側燃圧の検出値と同高圧側燃圧の目標値との偏差を縮小すべく、高圧燃料ポンプ２０の燃料送出量を調整する。具体的には、高圧側燃圧の検出値が目標値よりも低い場合には、プランジャ２２の上昇期間における電磁スピル弁２６の閉弁時期を早くして、高圧燃料ポンプ２０の燃料送出量を増加させる。また、高圧側燃圧の検出値が目標値よりも高いときには、プランジャ２２の上昇期間における電磁スピル弁２６の閉弁時期を遅くして、高圧燃料ポンプ２０の燃料送出量を減少させる。

（フィード圧制御について）
続いて、フィード圧制御の詳細を説明する。フィード圧制御は、次の目的で行われる。フィードポンプ１０より送出されて低圧燃料通路１２を流れる燃料がエンジンの熱を受けて高温となると、低圧燃料通路１２に燃料蒸気が発生して、デリバリパイプ３１への燃料の供給が滞ることがある。燃料の圧力が高いほど、燃料の気化温度は高くなるため、低圧燃料通路１２での燃料蒸気の発生を防止するには、低圧燃料通路１２へのフィードポンプ１０の燃料送出量を多くして低圧燃料通路１２内の燃料の圧力を高くすればよい。しかしながら、燃料送出量を増加させれば、その分、フィードポンプ１０の電力消費量も増えてしまう。そこで、フィード圧制御では、燃料蒸気の発生を防止可能な限りにおいて低圧燃料通路１２内の燃料の圧力を低い圧力に維持すべく、フィードポンプ１０の燃料吐出量を調整することで、電力消費を抑えつつ、燃料蒸気の発生を防止している。なお、以下の説明では、低圧燃料通路１２内の燃料の圧力、すなわちフィードポンプ１０により低圧燃料通路１２に送出された燃料の圧力を、フィード圧Ｐと記載する。

図２に、フィード圧制御に係る電子制御ユニット４０の処理の流れを示す。図２に示すようにフィード圧制御は、目標フィード圧算出処理Ｓ１００、要求回転数算出処理Ｓ２００、推定処理Ｓ３００、目標回転数設定処理Ｓ４００、要求電力算出処理Ｓ５００、及び操作処理Ｓ６００の各処理を通じて行われる。

目標フィード圧算出処理Ｓ１００では、タンク燃温Ｔに基づき、低圧燃料通路１２での燃料気化の防止に必要なフィード圧Ｐが目標フィード圧Ｐｔの値として算出される。燃料の温度が高いほど、燃料の気化の防止に高いフィード圧Ｐが必要なため、タンク燃温Ｔが高いときには同タンク燃温Ｔが低いときよりも高い圧力が目標フィード圧Ｐｔの値として算出される。

要求回転数算出処理Ｓ２００では、燃料消費量Ｑと目標フィード圧Ｐｔとに基づき、フィード圧Ｐを目標フィード圧Ｐｔが示す値とするために必要なモータ回転数Ｎが要求回転数Ｎｒの値として算出される。要求回転数Ｎｒは、燃料消費量Ｑに対しては同燃料消費量Ｑが多いほど高い回転数となり、目標フィード圧Ｐｔに対しては同目標フィード圧Ｐｔが高いほど高い回転数となるように算出される。

推定処理Ｓ３００では、フィード圧Ｐの推定値である推定フィード圧Ｐｅの算出が行われる。こうした推定処理Ｓ３００における推定フィード圧Ｐｅの算出態様の詳細は後述する。

目標回転数設定処理Ｓ４００では、目標フィード圧Ｐｔに対する推定フィード圧Ｐｅの偏差に応じて要求回転数Ｎｒをフィードバック補正した値が目標回転数Ｎｔの値として設定される。ここでのフィードバック補正は、目標フィード圧Ｐｔが推定フィード圧Ｐｅよりも高い圧力である場合には目標回転数Ｎｔを要求回転数Ｎｒよりも高い回転数とし、目標フィード圧Ｐｔが推定フィード圧Ｐｅよりも低い圧力である場合には目標回転数Ｎｔを要求回転数Ｎｒよりも低い回転数とするように行われる。

要求電力算出処理Ｓ５００では、モータ回転数Ｎを目標回転数Ｎｔの値が示す回転数とするために必要なモータ１３の供給電力Ｅが要求電力Ｅｒの値として算出される。ここでの要求電力Ｅｒの算出は、電子制御ユニット４０のメモリに記憶されたモータ回転数Ｎと供給電力Ｅとの関係を示すマップを用いて行われる。

操作処理Ｓ６００では、目標回転数Ｎｔに対するモータ回転数Ｎの現在値の偏差に応じて要求電力Ｅｒをフィードバック補正した値が指示電力Ｅｔの値として設定される。そして、操作処理Ｓ６００では、指示電力Ｅｔの値分のモータ１３への電力供給を指示する指令信号が駆動回路４１に出力される。これにより、操作処理Ｓ６００では、フィード圧Ｐの目標値に対する前記推定値の偏差を縮小すべく前記モータに供給する電力を操作する処理が行われる。

（推定処理Ｓ３００について）
続いて、推定処理Ｓ３００での推定フィード圧Ｐｅの算出態様の詳細を説明する。
推定処理Ｓ３００では、推定フィード圧Ｐｅの算出に際してまず、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ、及び燃料消費量Ｑのそれぞれの現在の値を取得する。タンク燃温Ｔは、燃料タンク１１内の燃料の温度を示している。本実施形態では、エンジンの排気管からの燃料タンク１１の受熱と燃料タンク１１からその周囲の外気への放熱との熱収支のモデルを用いた推定によりタンク燃温Ｔの値を求めている。

続いて、取得したモータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ、及び燃料消費量Ｑのそれぞれの値に対して式（３）の関係を満たすフィード圧Ｐの値を推定フィード圧Ｐｅの値として算出する。式（３）における「Ｆｃ」は、モータ電流Ｉ及びタンク燃温Ｔを独立変数とするとともにモータ１３の銅損を値とする関数である銅損関数を、「Ｆｉ」は、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ及びタンク燃温Ｔを独立変数とするとともにモータ１３の鉄損を値とする関数である鉄損関数を、それぞれ示している。また、式（３）における「Ｆｆ」は、モータ回転数Ｎ及びタンク燃温Ｔを独立変数とするとともにフィードポンプ１０の内部での摩擦により消費されるトルクを値とする関数である摩擦消費トルク関数を示している。さらに式（３）における「Ｆｌ」は、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ及びフィード圧Ｐを独立変数とするとともにフィードポンプ１０の内部での燃料の漏れにより消費されるトルクを値とする関数である漏れ消費トルク関数を示している。

図３に、モータ１３内の電気挙動の等価回路を示す。図３における「Ｒ０」はモータ１３の巻き線抵抗を、「Ｉｅ」はモータ１３のコアの励磁に伴う磁気ヒステリシスや渦電流により消費される電力の電流値である鉄損電流を、「Ｒｅ」はコアの励磁抵抗を、「Ｉｒ」はモータ１３のトルクに変換される有効電流を、それぞれ示している。

巻き線抵抗Ｒ０により生じるモータ１３の銅損の値は、巻き線抵抗Ｒ０とモータ電流Ｉの二乗との積となる。巻き線抵抗Ｒ０は巻き線の温度の１次関数として求められる。また、フィードポンプ１０の駆動中のモータ１３の巻き線の温度は、フィードポンプ１０を通過する燃料の温度、すなわちタンク燃温Ｔとほぼ等しい温度となる。これを反映して本実施形態では、銅損関数Ｆｃを式（４）のように設定している。式（４）における「ｋ１」「ｋ２」はそれぞれ、タンク燃温Ｔを独立変数とするとともに巻き線抵抗Ｒ０を値とする１次関数を定義する係数である。

一方、コアの励磁に伴う磁気ヒステリシスや渦電流により生じるモータ１３の鉄損の値は、コアの励磁抵抗Ｒｅと鉄損電流Ｉｅの二乗との積となる。図３の等価回路に示される電流、電圧、抵抗の関係から、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、巻き線抵抗Ｒ０、鉄損電流Ｉｅ、及び励磁抵抗Ｒｅの関係を表す式として式（５）が導出される。

以上を踏まえて本実施形態では、鉄損関数Ｆｉを式（６）のように設定している。式（６）における「ｋ３」はコアの励磁抵抗Ｒｅを値とする係数である。励磁抵抗Ｒｅはコアの温度により変化し、かつフィードポンプ１０の駆動中のコアの温度はタンク燃温Ｔとほぼ等しい温度となる。そのため、励磁抵抗Ｒｅは本来、タンク燃温Ｔの関数として表すべきである。ただし、本実施形態のフィードポンプ１０におけるモータ回転数Ｎの使用範囲ではモータ１３の鉄損は銅損に比べて小さく、励磁抵抗Ｒｅの温度変化が最終的な推定フィード圧Ｐｅの算出結果に与える影響は限定されている。そのため、ここでは励磁抵抗Ｒｅを固定値として扱っている。

一方、モータ１３が発生したトルクの一部は、フィードポンプに設けられた軸受やシールでの摺動摩擦やフィードポンプ内を流れる際の燃料の内部摩擦などフィードポンプ内での摩擦により、燃料送出のためのエネルギに変換されずに消費されてしまう。摩擦によるモータトルクの消費量、すなわち摩擦消費トルクは、モータ回転数Ｎが高いほど大きくなる。また、摩擦消費トルクはフィードポンプ１０内を流れる燃料の粘度が高いほど大きくなる。フィードポンプ１０内を流れる燃料の温度が、すなわちタンク燃温Ｔが低いほど燃料の粘度は高くなる。以上を踏まえて本実施形態では、摩擦消費トルク関数Ｆｆを式（７）のように設定している。式（７）における「ｋ４」「ｋ５」はそれぞれ既定の係数となっている。なお、摩擦消費トルクとモータ回転数Ｎとの積は、内部での摩擦によるフィードポンプ１０の動力損失、すなわち摩擦損失の値となる。

一方、フィードポンプの内部では部材間の隙間を通じた燃料漏れが発生しており、その漏れによってもモータ１３のトルクが消費される。こうした燃料の漏れによるモータトルクの消費量、すなわち漏れ消費トルクは、モータ回転数Ｎ及び燃料の粘度に加えて、更にフィードポンプ１０の燃料吸入口と燃料送出口との差圧に大きく依存する。フィードポンプの燃料吸入口の燃料の圧力、すなわち燃料タンク内の燃料の圧力は大気圧近傍の圧力から余り大きく変動しない。よって、漏れ消費トルクの値は、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ及びフィード圧を独立変数とする関数のかたちで表せる。以上を踏まえて本実施形態では、漏れ消費トルク関数Ｆｌを式（８）のように設定している。式（８）における「ｋ６」「ｋ７」はそれぞれ既定の係数となっている。なお、漏れ消費トルクとモータ回転数Ｎとの積は、燃料漏れによるフィードポンプ１０の動力損失、すなわち漏れ損失の値となる。

モータ１３の動力に変換される電力は、同モータ１３の供給電力、すなわちモータ電圧Ｖとモータ電流Ｉとの積から上述の銅損及び鉄損の和を引いた差となる。さらに、摩擦損失及び漏れ損失の和をモータ１３が発生した動力から引いた差が、燃料送出のためのエネルギに変換される動力となる。一方、送出した燃料の圧力と送出した燃料の流量との積は、燃料の送出のためにフィードポンプ１０が行った仕事率の値となる。フィード圧Ｐが一定に保たれる定常状態では、フィードポンプ１０が送出する燃料の圧力は、フィード圧Ｐと等しくなる。また、そうした定常状態では、フィードポンプ１０が送出した燃料の流量は、燃料消費量Ｑと等しくなる。式（３）は、こうした電力、動力等の関係を踏まえた式となっている。

なお、上述の各関数を定義する係数ｋ１～ｋ７の値は、以下の測定結果に基づき設定されている。係数設定のための測定は、供給電力－トルクの特性が公差範囲の中央値となっているモータ１３を備え、かつモータ回転数Ｎ－燃料送出量の特性が公差範囲の中央値となっているフィードポンプ１０が用いられる。このフィードポンプ１０において、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ、及び燃料消費量Ｑの各状態量をそれぞれ変更しながらフィード圧Ｐを測定する。そして、測定の結果から求められた各状態量（Ｖ，Ｉ，Ｎ，Ｔ，Ｑ）とフィード圧Ｐとの関係が式（３）の関係となる各係数ｋ１～ｋ７の値を導出することで、それらの値の設定が行われる。

ところで、式（３）を構成する各関数にはフィード圧Ｐの次数が１／２、１、２の項が含まれていることから、式（３）を、フィード圧Ｐを導出する式に変換すると非常に複雑な式となってしまう。そのため、式（３）の関係からの代数的な手法による推定フィード圧Ｐｅの算出は困難となっている。そこで本実施形態では、下記の態様で推定フィード圧Ｐｅを算出している。すなわち、本実施形態では、予め用意された複数の候補値の中から推定フィード圧Ｐｅの値として設定する候補値を選択することで、推定フィード圧Ｐｅを算出している。各候補値は、エンジン運転中にフィード圧Ｐが取り得る値の範囲の下限値と上限値との間に遍在し、かつ各候補値の間隔が推定フィード圧Ｐｅの許容誤差よりも小さくなるように設定されている。推定フィード圧Ｐｅの算出に際しては、それぞれの候補値について、式（９）に示す誤差関数ＥＲＦにおけるフィード圧Ｐの値として候補値を代入したときの同誤差関数ＥＲＦの値が算出される。そして、候補値の中で、誤差関数ＥＲＦの値が最小となった候補値の値を推定フィード圧Ｐｅの値として算出する。

図４には、こうした推定フィード圧Ｐｅの算出態様の一例を示す。この例では、ｐ１～ｐ１０の１０個の候補値が設定されている。これら候補値の中で最小のｐ１にはエンジン運転中にフィード圧Ｐが取り得る値の範囲の下限値が、最大のｐ１０にはエンジン運転中にフィード圧Ｐが取り得る値の範囲の上限値が、それぞれ設定されている。図４の例では、各候補値の中で誤差関数ＥＲＦの値が最小となる候補値はｐ４となっている。このときのｐ４は、１０個の候補値の中で、式（３）に示される関係を満たすフィード圧Ｐに最も近い値となる。本実施形態では、そうしたｐ４を推定フィード圧Ｐｅの値としている。このように上記算出手法によれば、式（３）に示される関係を満たすフィード圧Ｐの近似値を推定フィード圧Ｐｅの値として算出できる。

なお、フィードポンプ１０及びモータ１３の特性には個体差があり、推定フィード圧Ｐｅを精度良く算出する上で最適な係数ｋ１～ｋ７の値がフィードポンプ１０の個体毎に異なることがある。そうした場合、エンジンへのフィードポンプ１０の組み付け前に、各状態量（Ｖ，Ｉ，Ｎ，Ｔ，Ｑ）をそれぞれ変更しながらフィード圧Ｐを測定し、その測定での各状態量とフィード圧Ｐの測定値との関係から各係数ｋ１～ｋ７の値を校正するとよい。

また、フィードポンプ１０及びモータ１３の特性が経時変化することで、推定フィード圧Ｐｅを精度良く算出する上で最適な係数ｋ１～ｋ７の値が変化することがある。これについては、修理や点検時に、フィード圧Ｐを検出するセンサを低圧燃料通路１２等に取り付けた上で上記測定を行い、その測定の結果に基づき各係数ｋ１～ｋ７の値を校正するとよい。

なお、銅損関数Ｆｃを定義する係数ｋ１、ｋ２については、通常のエンジンの運行中に経時変化に対する値の校正を行うことが可能である。モータ１３への電力供給を開始する際には、巻き線のインダクタンスが定常状態に移行するまでに一時的に大きい電流、すなわち突入電流が流れる。突入電流の発生時には、モータ１３は未だ回転しておらず、銅損以外の損失、すなわち鉄損、摩擦損失、及び漏れ損失はいずれもゼロとなっている。一方、式（４）に示すように、銅損は、モータ電流Ｉとタンク燃温Ｔとの関数として求められる。そこで、エンジンを始動する際のモータ１３の給電開始時に同モータ１３の突入電流と同給電開始時のタンク燃温Ｔとを記憶しておく。そして、記憶した突入電流及びタンク燃温Ｔの値に基づいて、銅損関数Ｆｃを定義する係数ｋ１、ｋ２の値を校正する。これにより、通常のエンジンの運行中に、経時変化に応じた係数ｋ１、ｋ２の値の校正を行える。

本実施形態の作用を説明する。
本実施形態では、モータ電圧Ｖ、モータ電流Ｉ、モータ回転数Ｎ、タンク燃温Ｔ及び燃料消費量Ｑを取得するとともに、それら取得した値に対して式（３）の関係を満たすフィード圧Ｐの値を推定フィード圧Ｐｅの値として算出している。式（３）は、モータ１３の供給電力、モータ１３の電力損失である銅損及び鉄損、フィードポンプ１０の動力損失である摩擦損失及び漏れ損失、並びにフィードポンプ１０が燃料送出のために行った仕事率を、次元を揃えて一つに纏めた関係式となっている。そのため、フィード圧Ｐと各状態量（Ｖ，Ｉ，Ｎ，Ｔ，Ｑ）との複雑な相関関係に拘わらず、推定フィード圧Ｐｅを精度良く算出できる。

以上の本実施形態によれば、以下の効果を奏することができる。
（１）本実施形態では、取得した各状態量（Ｖ，Ｉ，Ｎ，Ｔ，Ｑ）に対して式（３）の関係を満たすフィード圧Ｐの値を推定フィード圧Ｐｅの値として算出している。そのため、フィード圧Ｐを直接検出するセンサを設けずとも、高精度のフィード圧Ｐのフィードバック制御が可能となる。

（２）本実施形態では、候補値のそれぞれについて式（９）に示される誤差関数ＥＲＦの値を算出するとともに、候補値の中で同誤差関数ＥＲＦの値が最小となった候補値を推定フィード圧Ｐｅの値として算出している。そのため、複雑な演算式を用いずに、推定フィード圧Ｐｅを算出できる。

（３）エンジンを始動する際のモータ１３の給電開始時に同モータ１３の突入電流と同給電開始時のタンク燃温Ｔとを記憶しておき、記憶した突入電流及びタンク燃温Ｔの値に基づいて、銅損関数Ｆｃを定義する係数ｋ１、ｋ２の値を校正している。そのため、経時変化に応じた係数ｋ１、ｋ２の校正を通常のエンジンの運行中に行える。

本実施形態は、以下のように変更して実施することができる。本実施形態及び以下の変更例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施することができる。
・燃料タンク１１内の燃料の温度を検出するセンサを設置し、そのセンサの検出値をタンク燃温Ｔの値として用いるようにしてもよい。

・各状態量（Ｖ，Ｉ，Ｎ，Ｔ，Ｑ，Ｐ）と各損失との関係は、フィードポンプ１０やモータ１３の機種により異なったものとなる。そのため、銅損関数Ｆｃ、鉄損関数Ｆｉ、摩擦消費トルク関数Ｆｆ、及び漏れ消費トルク関数Ｆｌにおける状態量と損失との関係式も、フィードポンプ１０やモータ１３の機種により異なったものとなる。

・推定フィード圧Ｐｅの算出を、上記実施形態とは異なる態様で行うようにしてもよい。
・上記実施形態におけるフィード圧の推定、及びその推定結果に基づくフィード圧の制御を、高圧燃料ポンプ２０が設けられておらず、低圧燃料通路１２の燃料をポート噴射用のインジェクタに供給する燃料系を有したエンジンに適用してもよい。また、筒内噴射用のインジェクタとポート噴射用のインジェクタとの２種のインジェクタが設けられたエンジンに上記実施形態におけるフィード圧の推定、及びその推定結果に基づくフィード圧の制御を適用してもよい。

１０…フィードポンプ、１１…燃料タンク、１２…低圧燃料通路、１３…モータ、１４…逆止弁、１５…リリーフ弁、１６…フィルタ、１７…パルセーションダンパ、２０…高圧燃料ポンプ、２１…シリンダ、２２…プランジャ、２３…カムシャフト、２４…カム、２５…加圧室、２６…電磁スピル弁、２７…逆止弁、３０…インジェクタ、３１…デリバリパイプ、３２…高圧燃料通路、３３…高圧側燃圧センサ、４０…電子制御ユニット、４１…駆動回路。

Claims (3)

1. 内蔵するモータへの給電に応じて燃料タンク内の燃料を吸入して送出する電動式のフィードポンプにより送出された燃料の圧力であるフィード圧Ｐを制御するエンジン制御装置において、
   前記モータに供給されている電圧をモータ電圧Ｖとし、前記モータに供給されている電流をモータ電流Ｉとし、前記モータの回転数をモータ回転数Ｎとし、前記燃料タンク内の燃料の温度をタンク燃温Ｔとし、エンジンの単位時間あたりの燃料の消費量を燃料消費量Ｑとし、前記モータ電流Ｉ及び前記タンク燃温Ｔを独立変数とするとともに前記モータの銅損を値とする関数を銅損関数Ｆｃとし、前記モータ電圧Ｖ、前記モータ電流Ｉ及び前記タンク燃温Ｔを独立変数とするとともに前記モータの鉄損を値とする関数を鉄損関数Ｆｉとし、前記モータ回転数Ｎ及び前記タンク燃温Ｔを独立変数とするとともに前記フィードポンプの内部での摩擦により消費されるトルクを値とする関数を摩擦消費トルク関数Ｆｆとし、前記モータ回転数Ｎ、前記タンク燃温Ｔ及び前記フィード圧Ｐを独立変数とするとともに前記フィードポンプの内部での燃料の漏れにより消費されるトルクを値とする関数を漏れ消費トルク関数Ｆｌとしたとき、
   前記モータ電圧Ｖ、前記モータ電流Ｉ、前記モータ回転数Ｎ、前記タンク燃温Ｔ及び前記燃料消費量Ｑを取得するとともに、それら取得した値に対して式（１）の関係を満たす前記フィード圧Ｐの値を同フィード圧Ｐの推定値として算出する推定処理と、
   前記フィード圧の目標値に対する前記推定値の偏差を縮小すべく前記モータに供給する電力を操作する操作処理と、
   を行うエンジン制御装置。
   

   
2. 前記推定処理は、前記推定値の候補値のそれぞれについて式（２）に示される誤差関数ＥＲＦの値を算出するとともに、前記候補値の中で同誤差関数ＥＲＦの値が最小となった候補値を前記推定値の値として算出する請求項１に記載のエンジン制御装置。
   

   
3. 前記エンジンを始動する際の前記モータの給電開始時に同モータの突入電流と同給電開始時の前記タンク燃温Ｔとを記憶しておき、記憶した前記突入電流及び前記タンク燃温Ｔの値に基づいて、前記銅損関数Ｆｃを定義する係数の値を校正する請求項１又は請求項２に記載のエンジン制御装置。

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