JP2011064091A - 燃料加熱装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料加熱装置の内燃機関始動時の空焚きを防止して内燃機関の始動運転を安定化させつつ燃料を早期に加熱する。
【解決手段】燃料供給管２から内燃機関に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置３は、燃料供給管２に設けられ、加熱室７を画定するヒータハウジング８と、加熱室７に設けられたヒータ９と、ヒータ９への通電を制御するＥＣＵ１０と、加熱室７における燃料圧力ＰＦを検出する燃料圧力センサ２５とを備える。ＥＣＵ１０は、内燃機関の始動時に、燃料圧力センサ２５により検出された燃料圧力ＰＦに基づいて、空焚きとなり得る量の空気が加熱室７内に混入しているか否かを判定し（ステップＳ３６）、燃料圧力ＰＦが所定の閾値以上、即ち加熱室７内の残留空気が所定量以下である場合（Ｙｅｓ）、冷却水温度ＴＷおよびエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいてヒータ９に対する始動デューティーＤｓを設定する。
【選択図】図６

Description

本発明は、内燃機関に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置に係り、内燃機関始動時の空焚きを防止するとともに早期に燃料を加熱する技術に関する。

燃料噴射弁を用いて燃料を燃焼室に噴射する内燃機関において、電気式ヒータを備えた燃料加熱装置を設け、燃料噴射弁に流入する燃料をこの電気式ヒータで加熱することで燃料を着火し易くする技術が広く知られている。かかる電気式ヒータを用いる場合、大気や内燃機関の温度或いは燃料の燃焼状態に応じてヒータを駆動制御する発明が種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。

このような電気式ヒータを備えた内燃機関では、燃料供給系の保守や点検の際に混入した空気が燃料加熱装置内に所定量以上残留している状態で内燃機関を始動し、ヒータが駆動されると、燃料加熱装置内の空気が過熱状態となり、燃料蒸気によるベーパロックが燃料噴射弁に生じて内燃機関の始動運転が不安定となったり、燃料噴射弁またはヒータが熱による損傷を受けたりするという問題がある。この問題に対処すべく、内燃機関の始動時に、燃料噴射弁に供給される燃料の昇圧速度や機関回転速度の上昇速度に基づいて燃料噴射弁内に所定量以上の空気が混入しているか否かを判断し、所定量以上の空気が残留していると判断された場合、少なくとも燃料噴射弁内の空気が所定量以下になると推定される時間が経過するまでヒータの駆動を禁止する発明が提案されている（特許文献２参照）。

特開平１１−１４８４４１号公報 特許第３７１５１９５号公報

しかしながら、特許文献２に記載の発明では、燃料の昇圧速度や機関回転速度の上昇速度に基づいて空気の混入を判断した後に、ヒータを駆動したり空気が所定量以下になる時間を推定したりするため、燃料の加熱が遅れがちであった。

本発明は、このような従来技術に課せられた問題点を解消するべく案出されたものであり、その主な目的は、内燃機関始動時における燃料加熱装置の空焚きを防止して内燃機関の始動運転を安定化させつつ燃料を早期に加熱することにある。

このような課題を解決するために、第１の発明は、燃料供給管（２）から内燃機関に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置（３）において、燃料供給管（２）が接続され、加熱室（７）を画定するヒータハウジング（８）と、加熱室（７）の燃料を加熱するヒータ（９）と、ヒータ（９）への通電を制御するヒータ制御手段（１０）と、加熱室（７）における燃料圧力（ＰＦ）を検出する燃料圧力検出手段（２５）とを備え、ヒータ制御手段（１０）は、内燃機関の始動時に、燃料圧力検出手段（２５）の検出結果（ＰＦ）に基づいてヒータ（９）への通電を制御することを特徴とする。

加熱室内に空気が混入していると加熱室に供給される燃料の圧力上昇が遅くなる。そこで、この発明によれば、燃料圧力検出手段によって加熱室における燃料圧力を検出することにより、空焚きとなり得る量の空気が加熱室内に混入しているか否かを判定することができる。そして、内燃機関の始動時に、検出した燃料圧力に基づいてヒータ（加熱機）への通電を制御することにより、燃料加熱装置の空焚きを防止しつつ燃料の早期加熱を図ることができる。なお、内燃機関の始動時とは、停止状態から所定の通常運転状態（アイドリング状態）に移行するまでの初期運転期間を指し、始動開始前の準備期間をも含むものである。

また、第２の発明は、第１の発明に係る燃料加熱装置（３）において、ヒータ制御手段は（１０）、操作者による内燃機関に対する始動操作に応じてヒータ（９）への通電を開始し、前記始動操作から所定時間（燃圧監視時間ｔ１）経過後に検出された燃料圧力（ＰＦ）が所定の閾値（３５０ｋＰａ）未満の場合、ヒータ（９）への通電を禁止することを特徴とする。

この発明によれば、内燃機関の始動操作に応じてヒータへの通電を開始することで燃料の早期加熱を図り、始動操作から所定時間経過後に検出された燃料圧力が所定の閾値未満の場合にヒータへの通電を禁止することで、燃料加熱装置の空焚きを防止してヒータや燃料供給管の損傷を抑制することができる。そして、燃料圧力の如何に拘わらず始動操作に応じて通電することにより、ヒータを空焚きとならない範囲で予備的に加熱し、その後の迅速な燃料加熱を実現することができる。

また、第３の発明は、第１または第２の発明に係る燃料加熱装置（３）において、内燃機関を冷却する冷却水の温度（ＴＷ）を検出する水温検出手段（２１）と、燃料の濃度（ＫＲＥＦＢＳ）を検出する燃料濃度検出手段（ＬＡＦセンサ２３）とを更に備え、ヒータ制御手段（１０）は、水温検出手段（２１）の検出結果（ＴＷ）と燃料濃度検出手段（２３）の検出結果（ＫＲＥＦＢＳ）とに基づいて、ヒータ（９）への通電量（始動デューティーＤｓ）を設定することを特徴とする。

この発明によれば、第１および第２の発明による効果に加え、検出した水温や燃料濃度に基づいてヒータへの通電量を設定することで、ヒータの必要以上の稼動を防止し、ヒータの寿命を長くすることができる。

このように本発明によれば、ヒータ制御手段が燃料圧力検出手段の検出結果に基づいてヒータを駆動制御することにより、内燃機関始動時における燃料加熱装置の空焚きを防止して内燃機関の始動運転を安定化させることができる。

実施形態に係る燃料加熱ユニットを一部破断して示す斜視図である。 実施形態に係る燃料加熱装置のブロック図である。 実施形態に係る燃料加熱装置によるヒータ駆動制御のフロー図である。 ヒータ作動条件判定処理のフロー図である。 通電タイマ決定処理のフロー図である。 ヒータ通電デューティー決定処理のフロー図である。 空気混入量と燃料圧力との関係を示すグラフである。 実施形態に係るヒータ駆動制御による制御例を示すグラフである。 本発明に係る燃料加熱装置の変形実施形態を示す概略図である。

以下、添付の図面に示された一実施形態を参照して本発明に係る燃料加熱装置について詳細に説明する。

図１に示すように、エタノールを主燃料とする自動車用直列４気筒の内燃機関には、本実施形態の燃料加熱装置３と、吸気通路に望んで設けられ、燃料加熱装置３によって加熱された燃料を噴射して内燃機関の燃料室に供給する燃料噴射弁４とを各気筒に対してそれぞれ１つずつ備えた燃料加熱ユニット１が設けられている。

燃料噴射弁４は、ＦＩＥＣＵ（Fuel Injection Electric Control Unit、以下、単にＥＣＵ１０と記す）により駆動制御される電磁弁を内蔵し、電磁弁の開閉によって所定時期に所定量の燃料を内燃機関の燃焼室に向けて噴射する。

燃料加熱装置３は、燃料供給管２と燃料噴射弁４との間に設けられ、加熱室７を画定する略筒状のヒータハウジング８と、ヒータハウジング８の軸方向一端に開口する開口部に挿着され、ヒータハウジング８内に同軸状に延設されたヒータ９（加熱機）とを備えている。ヒータハウジング８の上壁には、加熱室７と燃料供給管２とを連通させて該加熱室７に燃料を流入させる流入口８ａが開設され、ヒータハウジング８の下壁には、加熱室７と燃料噴射弁４とを連通させて加熱室７内の燃料を流出させる流出口８ｂが開設されている。ヒータ９は、電熱線を内蔵しており、バッテリから電熱線への通電がＥＣＵ１０によってデューティー制御されることによってヒータハウジング８内の燃料を適宜加熱する。

詳細な図示は省略するが、燃料供給管２は、その上流端が燃料供給手段としての図示しない燃料ポンプに接続されており、回動式のイグニッションスイッチ２７（図２参照）がアクセサリポジション（以下、ＡＣＣポジションと記す）からイグニッションポジション（以下、ＩＧポジションと記す）に操作されると、燃料ポンプが駆動され、所定の圧力をもった燃料がその内部に送給される。燃料供給管２は、燃料を各燃料加熱装置３に分配するための分配部２ａを燃料加熱装置３の近傍に有しており、この分配部２ａの下側に燃料加熱装置３が取り付けられている。また、燃料供給管２の分配部２ａの上面には、加熱室７内の燃料圧力ＰＦを検出する燃料圧力センサ２５が設けられている。

また、内燃機関には、イグニッションスイッチ２７がＩＧポジションにある状態において操作者による始動操作に基づいて、内燃機関を始動するためのスタータモータ５（図２参照）が設けられている。このスタータモータ５もＥＣＵ１０によってバッテリからの通電を制御される。なお、始動操作は、本実施形態ではイグニッションスイッチ２７をＩＧポジションから更にスタートポジション（以下、ＳＴポジションと記す）に回動させる方式であるが、イグニッションスイッチ２７がＩＧポジションにある状態で、プッシュオン式のスタート釦を押す方式でもよい。なお、本実施形態の内燃機関では、最初の始動操作に応じて燃料の加熱が開始され、２回目以降の始動操作に応じてスタータモータ５が駆動される。

次に、図２を参照して、実施形態に係る燃料加熱装置３の機能について説明する。ＥＣＵ１０は、内燃機関の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ２１、機関回転速度ＮＥを把握すべくクランク角を検出するクランク角センサ２２、排気ガス中に含まれるエタノールの残留濃度を検出して燃料中に含まれるエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳを把握するためのＬＡＦセンサ２３、吸気圧ＰＢＡを検出する吸気圧センサ２４、上述した燃料加熱装置３へ供給される燃料圧力ＰＦを検出する燃料圧力センサ２５、およびバッテリに蓄電されたバッテリチャージ量ＳＯＣを検出するバッテリセンサ２６等からの検出信号、並びにイグニッションスイッチ２７の状態信号が入力する入力インターフェース１１と、各センサ等の信号に基づいて、ヒータ９を駆動制御するヒータ制御部１２と、燃料噴射弁４を駆動制御する燃料噴射弁制御部１３と、スタータモータ５を駆動制御するスタータモータ制御部１４と、インストルメントパネルに設けられたプレヒートインジケータ６に対し、プレヒート状態の表示制御を行うプレヒート表示制御部１５と、出力インターフェース１６とを備えている。なお、ヒータ９は、ヒータ制御部１２により生成された制御信号に基づき、ヒータコントロールユニット１７によって駆動制御される。

次に、図３〜図６を参照して、実施形態に係るヒータ９の制御フローについて説明する。イグニッションスイッチ２７がＡＣＣポジションからＩＧポジションに操作されると、燃料ポンプが駆動されるとともに、ＥＣＵ１０が起動し、燃料圧力ＰＦを監視すべき所定の燃圧監視時間ｔ１が設定された燃圧監視タイマを作動させた上で、図３のフローチャートにその手順を示すヒータ駆動制御を所定の処理周期をもって繰り返し実行する。なお、本実施形態では、燃圧監視時間ｔ１が予め設定してある。

ヒータ駆動制御として、ＥＣＵ１０はまず、後述するヒータ条件フラグＦｃを読み込んで、当該フラグが０に設定されているか否か、即ちヒータ９の作動条件が不成立となっているか否かを判定する（ステップＳ１）。ステップＳ１でヒータ条件フラグＦｃが０に設定されている場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、後に詳細に説明するヒータ作動条件判定処理を行った（ステップＳ２）後、後に詳細に説明するヒータ通電タイマ設定処理を行ってヒータ９への通電タイマの作動／非作動を設定する（ステップＳ３）。一方、ステップＳ１でヒータ条件フラグＦｃが１に設定されている場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、ヒータ作動条件判定処理を行わずにヒータ通電タイマ設定処理を行う（ステップＳ３）。その後、ＥＣＵ１０は、後に詳細に説明するヒータ通電デューティー設定処理を行ってヒータ９へ通電する目標デューティーＤを決定する（ステップＳ３）。

ヒータ作動条件判定処理では、図４に示すように、ＥＣＵ１０は、まず、イモビライザによる専用キーの照合が一致するか否かを判定する（ステップＳ１１）。ステップＳ１１でイモビライザによる照合が一致しないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、ヒータ作動条件を不成立と判定し、ヒータ条件フラグＦｃを０に設定する（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１１でイモビライザによる照合が一致すると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は操作者に内燃機関を始動する意思があるか否か、即ち内燃機関に対する始動操作（以下、単に始動操作と記す）が行われたか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２で始動操作が行われず内燃機関を始動する意思がないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０はヒータ作動条件を不成立と判定してヒータ条件フラグＦｃを０に設定する（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１２で始動操作が行われて内燃機関を始動する意思があると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は冷却水温度ＴＷが所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ１３）。なお、冷却水温度ＴＷの判定は、使用する燃料の種類などに基づいて、燃料を加熱する必要がある程度に内燃機関の温度が低下しているか否かを判定するために行われる。

ステップＳ１３で冷却水温度ＴＷが所定の閾値より高い、即ち燃料を加熱する必要がないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０はヒータ作動条件を不成立と判定してヒータ条件フラグＦｃを０に設定する（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１３で冷却水温度ＴＷが所定の閾値以下である、即ち燃料を加熱する必要があると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０はエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳが所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ１４）。なお、エタノール濃度ＫＲＥＦＢＳによる判定は、加熱によって着火が可能となる程度に燃料内にエタノールが含まれているか否かを判定するために行われ、検出したエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳの前回値が用いられる。エタノール濃度ＫＲＥＦＢＳの前回値を保持していない場合、例えば、工場出荷時といった最初の始動時の場合は、予め設定された初期値を用いる。初期値は、燃料の加熱をしなくても着火が可能となる値（０〜８５％）とされており、本実施形態では、８０％とされる。

ステップＳ１４でエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳが所定の閾値未満、即ち加熱によって燃料への着火が困難と判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０はヒータ作動条件を不成立と判定してヒータ条件フラグＦｃを０に設定する（ステップＳ１６）。一方、ステップＳ１４でエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳが所定の閾値より高い、即ち加熱によって燃料への着火が可能と判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０はヒータ通電条件を成立と判定してヒータ条件フラグＦｃを１に設定し（ステップＳ１５）、本処理を終了する。なお、ヒータ条件フラグＦｃは、ＥＣＵ１０の停止により（イグニッションスイッチ２７がＡＣＣポジションに戻されると）０にリセットされる。

ヒータ通電タイマ設定処理では、図５に示すように、ＥＣＵ１０は、まず、ヒータ条件フラグＦｃを読み込んで、ヒータ通電条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ２１）。ステップＳ２１でヒータ通電条件が成立していない（ヒータ条件フラグＦｃ＝０）場合、ＥＣＵ１０は、そのまま処理を終える。一方、ステップＳ２１でヒータ通電条件が成立している（ヒータ条件フラグＦｃ＝１）場合、ＥＣＵ１０は、通電タイマ設定フラグＦｔｅを読み込んで、通電タイマが設定済みであるか否かを判定する（ステップＳ２２）。なお、通電タイマ設定フラグＦｔｅは、タイマが既に設定され作動している場合、１に設定され、タイマが未設定である場合、０に設定されている。そして、イグニッションスイッチ２７がＡＣＣポジションに戻されると、通電タイマ設定フラグＦｔｅは０にリセットされる。

ステップＳ２２で通電タイマが設定済み（通電タイマ設定フラグＦｔｅ＝１）と判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０はそのまま処理を終える。一方、ステップＳ２２で通電タイマが未設定（通電タイマ設定フラグＦｔｅ＝０）と判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、冷却水温度ＴＷおよびエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいて、予め格納されたマップ（或いはテーブル、以下同様）を検索して通電タイマの設定時間ｔ２を設定し、タイマを作動させ（ステップＳ２３）、次いで、通電タイマ設定フラグＦｔｅを１に設定して（ステップＳ２４）、本処理を終了する。

ヒータ通電デューティー設定処理では、図６に示すように、ＥＣＵ１０はまず、ヒータ条件フラグＦｃを読み込んで、ヒータ通電条件が成立しているか否かを判定する（ステップＳ３１）。ステップＳ３１でヒータ通電条件が成立している（ヒータ条件フラグＦｃ＝１）場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、機関回転速度ＮＥが所定の閾値未満であるか否かを判定する（ステップＳ３２）。なお、機関回転速度ＮＥの判定は、内燃機関が始動モード（内燃機関が停止中またはアイドリング状態に向けてクランキング中）にあるか、通常運転モード（少なくともアイドリング回転速度で内燃機関が運転中）にあるかを判定するものであり、本実施形態では、閾値が５００ｒｐｍに設定されている。ステップＳ３２で機関回転速度ＮＥが所定の閾値未満、即ち内燃機関が始動モードにあると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、次に、機関回転速度ＮＥが０であるか否か、即ち内燃機関が停止中であるかアイドリング状態に向けてクランキング中であるかを判定する（ステップＳ３３）。

ステップＳ３３で機関回転速度ＮＥが０であると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、通電タイマの設定時間ｔ２が経過したか否かを判定する（ステップＳ３４）。この処理は、燃料の必要な加熱が済んでいるか否かを判定するものである。ステップＳ３４で通電タイマ時間が経過していない、即ち燃料の必要な加熱が済んでいないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、イグニッションスイッチ２７がＩＧポジションに操作された時に始動した燃圧監視タイマの燃圧監視時間ｔ１が経過したか否かを判定する（ステップＳ３５）。この処理は、燃料加熱装置３内の空気量を燃料圧力ＰＦで検知するために必要な時間が経過しているか否かを判定するためのものである。

ステップＳ３５で所定の燃圧監視時間ｔ１が経過したと判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、燃料圧力ＰＦが所定の閾値以上であるか否かを判定する（ステップＳ３６）。燃料圧力ＰＦは、燃料加熱装置３内に空気が混入していなければ、イグニッションスイッチ２７がＩＧポジションに操作されたときに駆動開始した燃料ポンプによって燃圧監視時間ｔ１経過時点で所定の閾値以上になるはずであるが、燃料加熱装置３内に所定量以上の空気が混入していると所定の閾値に達しないため、この処理では、燃圧監視時間ｔ１経過時点での燃料圧力ＰＦを閾値と比較することにより、燃料加熱装置３内に所定量以上の空気が混入していないか否かが判定される。

なお、空気混入量と燃料圧力ＰＦとは、発明者による実験によれば、図７のグラフに示す関係を有していた。すなわち、燃料加熱装置３に空気が混入しておらず、加熱室７が燃料で満たされている状態（気層割合０％）において、イグニッションスイッチ２７がＩＧポジションに操作された後、燃圧監視時間ｔ１が経過した時点での燃料圧力ＰＦが４００ｋＰａとなるように設定されている。この設定において、ヒータ９のヒートポイント全体が燃料に浸漬する気層割合が２０％の場合（図１参照）、同時点での燃料圧力ＰＦは３５０ｋＰａであり、ヒータ９のヒートポイント全体が燃料に浸漬しない気層割合が７０％の場合（図１参照）、同時点での燃料圧力ＰＦは９８ｋＰａであった。即ち、本実施形態では、加熱室７における気層割合が２０％の場合に燃料加熱装置３の空焚きが懸念されるため、ステップＳ３６における所定の閾値が３５０ｋＰａに設定されている。

ステップＳ３６で燃料圧力ＰＦが所定の閾値（３５０ｋＰａ）以上である、即ち燃料加熱装置３内の残留空気が所定量（気層割合２０％）以下と判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、冷却水温度ＴＷおよびエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいて、予め格納された加熱用のマップを検索して始動デューティーＤｓを求める（ステップＳ３７）。そしてＥＣＵ１０は、始動デューティーＤｓの重み付け係数Ｋｒ１を１に設定し（ステップＳ３８）、始動デューティーＤｓと後述する始動後デューティーＤａｓとを重み付け計算してヒータ９に対する通電目標値である目標デューティーＤを決定し（ステップＳ３９）、本処理を終了する。なお、本実施形態において重み付け計算とは、重み付け係数Ｋｒを目標デューティーＤに占める比率として始動デューティーＤｓと始動後デューティーＤａｓとを合算したものであり、それぞれの重み付け係数をＫｒ１、Ｋｒ２とした場合、下式によって表される。
Ｄ＝Ｄｓ×Ｋｒ１＋Ｄａｓ×Ｋｒ２
Ｋｒ１＋Ｋｒ２＝１
本フローでは、始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ１は０であり、始動デューティーＤｓがそのまま目標デューティーＤとして設定される。

一方、ステップＳ３６で燃料圧力ＰＦが所定の閾値より小さい、即ち燃料加熱装置３内の残留空気が所定量（気層割合２０％）以上と判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、始動デューティーＤｓを０に設定し（ステップＳ４０）、始動デューティーＤｓの重み付け係数Ｋｒ１を１に設定した上で（ステップＳ３８）、始動デューティーＤｓと後述する始動後デューティーＤａｓとを重み付け計算して目標デューティーＤを決定し（ステップＳ３９）、本処理を終了する。なお、本フローでも、始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ２は０であり、始動デューティーＤｓ（＝０）がそのまま目標デューティーＤとして設定される。

このように、ステップＳ３６での判定において燃料圧力ＰＦが所定の閾値より小さい（Ｎｏ）場合に、始動デューティーＤｓが０に設定され、目標デューティーＤが０に設定されることにより、燃料加熱装置３内に所定量以上の空気が混入している状態でヒータ９を加熱することにより空気が過熱されて空焚き状態となることが回避される。なお、燃料圧力ＰＦが徐々に上昇し、閾値を超えた時点で（ステップＳ３６：Ｙｅｓ）、再度マップから検索された始動デューティーＤｓが設定される。

他方、ステップＳ３５で所定の燃圧監視時間ｔ１が経過していないと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、燃料圧力ＰＦを判定することなく、冷却水温度ＴＷおよびエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいて、予め格納されたマップを検索して始動デューティーＤｓを求め（ステップＳ３７）、始動デューティーＤｓの重み付け係数Ｋｒ１を１に設定した上で（ステップＳ３８）、始動デューティーＤｓと後述する始動後デューティーＤａｓとを重み付け計算して目標デューティーＤを決定し（ステップＳ３９）、本処理を終了する。なお、本フローでも、始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ２は０であり、始動デューティーＤｓがそのまま目標デューティーＤとして設定される。

このように、ステップＳ３５での判定において所定の燃圧監視時間ｔ１が経過していない（Ｎｏ）場合に、燃料圧力ＰＦの如何に拘わらず、始動デューティーＤｓをそのまま目標デューティーＤとして設定することにより、燃圧監視時間ｔ１が経過する前に始動操作が行われたような場合には、即座にヒータ９へ通電して燃料の早期加熱を実現するとともに、燃圧監視時間ｔ１経過後（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）に燃料加熱装置３内に所定量（気層割合２０％）以上の空気が検出された場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）にも、燃料加熱装置３の空焚きを防止しつつ（ステップＳ４０）、次の加熱に備えてヒータ９を予備加熱したのと同様の効果（燃料の早期加熱）を得ることができる。

次に、ステップＳ３４に戻って説明を続ける。ステップＳ３４で通電タイマの設定時間ｔ２が経過している、即ち燃料の必要な加熱が済んでいると判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０はバッテリチャージ量ＳＯＣが所定の閾値以下であるか否かを判定する（ステップＳ４１）。ステップＳ４１でバッテリチャージ量ＳＯＣが所定の閾値以下と判定された場合（Ｙｅｓ）、ＥＣＵ１０は、保温を目的とした始動デューティーＤｓを０に設定し（ステップＳ４０）、ステップＳ３８およびＳ３９の処理を行い、本処理を終了する。なお、ステップＳ３８およびＳ３９の処理は上記同様なので説明は省略する。この処理により、過度なバッテリ電力の低下が予防され、電力不足によるスタータモータ５の作動不良などが防止される。

一方、ステップＳ４１でバッテリチャージ量ＳＯＣが所定の閾値より大きいと判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、冷却水温度ＴＷおよびエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいて、加熱用のマップとは別に予め格納された保温用のマップを検索して保温用の始動デューティーＤｓを設定し（ステップＳ４２）、上記同様にステップＳ３８およびＳ３９の処理を行い、本処理を終了する。この処理により、燃料の加熱処理後、操作者による始動操作が行われない場合であっても、過度なバッテリ電力の低下を予防した範囲で始動に備えて燃料が適温に保持される。

また、ステップＳ３３で機関回転速度ＮＥが０でない、即ち内燃機関がアイドリング状態に向けてクランキング中と判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、始動デューティーＤｓに対して処理ごとに徐々に減少させる漸減処理を行う（ステップＳ４３）。この漸減処理は、本実施形態では、始動デューティーＤｓに対し、処理ごとに漸減する減算係数を乗算することにより行われる。なお、漸減処理は、始動デューティーＤｓの前回値から処理ごとに所定値を減算する形態や、前回値に対して１以下の所定の係数を乗算する形態など、他の方法によるものでもよい。その後、ＥＣＵ１０は、始動デューティーＤｓと始動後デューティーＤａｓとを重み付け計算して目標デューティーＤを決定し（ステップＳ３９）、本処理を終了する。

ステップＳ３２において、機関回転速度ＮＥが所定の閾値以上、即ち内燃機関が通常運転中と判定された場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、機関回転速度ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに基づいて、予め格納されたマップを検索して始動後用の基本デューティーＤａｓｂを求める（ステップＳ４４）。その後、ＥＣＵ１０は、エタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいて、予め格納されたマップを検索して補正係数Ｋ_Ｋを求め（ステップＳ４５）、ステップＳ４１で求めた始動後用の基本デューティーＤａｓｂに当該補正係数Ｋ_Ｋを乗算することにより、始動後用の基本デューティーＤａｓｂを補正する（ステップＳ４６）。なお、補正係数Ｋ_Ｋは、エタノール濃度ＫＲＥＦＢＳが高いほど小さくなるように設定されている。その後、ＥＣＵ１０は、始動後用の基本デューティーＤａｓｂに対し、処理ごとに徐々にその値を減少させる漸減処理を行って始動後デューティーＤａｓを設定する（ステップＳ４７）。なお、この漸減処理は、本実施形態では、始動後デューティーＤａｓの前回値から処理ごとに所定値を減算することにより行われ、最終的に始動後デューティーＤａｓは０に設定される。なお、漸減処理は、経過時間に伴って（処理ごとに）減少する移行係数ＫＭＴＩＭ）を乗算したり、前回値に対して１以下の所定の係数を乗算したりする形態であってもよい。

続いて、ＥＣＵ１０は、始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ２を算出するためのタイマをセットし（ステップＳ４８）、重み付け係数算出用タイマの経過時間に基づいて、予め格納されたマップを検索して始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ２を設定する（ステップＳ４９）。なお、始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ２は、タイマ経過時間が大きくなるにつれて漸増し、最終的に１になるように設定されている。その後、ＥＣＵ１０は、始動デューティーＤｓと始動後デューティーＤａｓとを重み付け計算して目標デューティーＤを決定し（ステップＳ３９）、本処理を終了する。なお、本フローでは、ステップＳ３９の重み付け計算において、始動デューティーＤｓの重み付け係数Ｋｒ１が１に設定されているが、始動後デューティーＤａｓの重み付け係数Ｋｒ２が優先適用され、始動デューティーＤｓの重み付け係数Ｋｒ１は、１−Ｋｒ２として扱われる。

このようなステップＳ４４〜Ｓ４９およびＳ３９の処理により、機関回転速度ＮＥが所定の閾値以上となった後（ステップＳ３２：Ｎｏ）には、目標デューティーＤの値が、始動デューティーＤｓの値から始動後デューティーＤａｓの値に徐々にシフトする（ステップＳ４９）とともに、始動後デューティーＤａｓ自体が徐々に小さくなること（ステップＳ４７）によって最終的に０になる。

また、ステップＳ３１において、ヒータ通電条件が不成立（ヒータ条件フラグＦｃ＝０）となっている場合（Ｎｏ）、ＥＣＵ１０は、目標デューティーＤを０に設定して（ステップＳ５０）本処理を終了する。

以上の処理を要約すれば、ＥＣＵ１０は、ステップＳ３２で始動モードにあるか通常運転モードにあるかを判定し、始動モードにある場合（Ｙｅｓ）、通電タイマ経過まで（ステップＳ３４での判定がＮｏの間）は冷却水温度ＴＷおよびエタノール濃度ＫＲＥＦＢＳに基づいて始動デューティーＤｓを決定し（ステップＳ３７）、燃圧監視タイマの設定時間ｔ１経過時点（ステップＳ３５：Ｙｅｓ）で燃料圧力ＰＦが所定の閾値以下の場合（ステップＳ３６：Ｎｏ）、デューティーを０に設定する（ステップＳ４０）。そして、通電タイマｔ２経過後（ステップＳ３４：Ｙｅｓ）は、ＥＣＵ１０は、バッテリチャージ量ＳＯＣが所定の閾値以上の時（ステップＳ４１：Ｎｏ）に保温用の始動デューティーＤｓに切り替える。一方、バッテリチャージ量ＳＯＣが所定の閾値以下（ステップＳ４１：Ｙｅｓ）では、ＥＣＵ１０は保温用の始動デューティーＤｓを０に設定する。他方、基本モードにある（ステップＳ３２：Ｎｏ）場合、ＥＣＵ１０は、機関回転速度ＮＥおよび吸気圧ＰＢＡに基づいて始動後用の基本デューティーＤａｓｂを設定し、経過時間に伴って徐々に減少する移行係数ＫＭＴＩＭを用いたように始動モードと基本モードとに対して重み付け計算をして目標デューティーＤを設定する（ステップＳ３９）。

次に、図８を参照して本ヒータ駆動制御による制御の一例について説明する。操作者がイグニッションキーでイグニッションスイッチ２７をＯＦＦからＡＣＣに切り替えると（時点Ｐ１）、メータ類が起動し、更にイグニッションスイッチ２７をＡＣＣポジションからＩＧポジションに切り替えると（時点Ｐ２）、ＥＣＵ１０が起動して燃圧監視タイマを作動させるとともに、燃料ポンプの起動によって燃料圧力ＰＦが上昇する。燃料圧力ＰＦは、燃料加熱装置３内に空気が混入していない通常時には、実線で示すような上昇カーブを示すが、燃料加熱装置３内に大量の空気が混入している空気混入時には、破線で示すように、通常時よりも緩やかな上昇カーブを示す。

燃圧監視タイマに設定された燃圧監視時間ｔ１が経過する時点Ｐ４の前に、所定の条件の基、操作者が始動操作を行うと（時点Ｐ３）、燃料圧力ＰＦに拘わり無く設定時間ｔ２をもって通電タイマが設定される（作動する）とともに、ヒータ９への通電が開始され、クランキングが不許可にされたプレヒート状態となってヒータ温度が上昇する。プレヒート状態の間、即ち始動操作（時点Ｐ３）からクランキングが許可される時点Ｐ６までは、プレヒートインジケータ６のランプが点灯し、プレヒート中であることが操作者に明示される。なお、本実施形態では、時点Ｐ３からヒータ通電タイマの設定時間ｔ２よりも若干短い所定時間の経過後にクランキングが許可される設定とされているが、ヒータ温度等に関連付けてクランキングを許可するような形態としてもよい。ヒータ温度は、本実施形態では特別に検出されるわけではないが、通電開始後に徐々に上昇する。また、ヒータ温度は、空気の熱容量が燃料の熱容量よりも小さいため、空気が混入している場合には破線で示すように通常時よりも急速に上昇する。

燃圧監視タイマに設定された燃圧監視時間ｔ１が経過すると（時点Ｐ４）、ＥＣＵ１０は燃料圧力ＰＦが所定の閾値（３５０ｋＰａ）以上であるか否かを判定し（ステップＳ３６）、所定量（気層割合２０％）以上の空気が混入していない場合には、燃料圧力ＰＦが閾値以上となるため、ヒータ通電タイマの設定時間ｔ２が経過するまで（時点Ｐ７まで）、ヒータ９への通電がそのまま維持される（実線）。一方、所定量以上の空気が混入している場合には、燃料圧力ＰＦが閾値未満となるため、時点Ｐ４でヒータ９への通電が遮断（断電）される（破線）。

所定量以上の空気が混入している場合であっても、燃料圧力ＰＦはその後緩やかに上昇して所定の閾値を超える、即ち混入した空気が圧縮されてヒータ９のヒートポイントが燃料に浸浸するので（時点Ｐ５）、ヒータ９への通電が再開される。そして、クランキングが許可され（時点Ｐ６）、ヒータ通電タイマの設定時間ｔ２が経過すると（時点Ｐ７）、加熱用の始動デューティーＤｓに基づく通電を停止し（実線）、保温用の始動デューティーＤｓに基づく通電に切り替える（一点破線）。その後、操作者が再度始動操作を行うと（時点Ｐ８）、内燃機関がクランキング動作に入り（ステップＳ３３：Ｎｏ）、保温用の始動デューティーＤｓを漸減処理（ステップＳ４３）しつつ保温用の始動デューティーＤｓに基づく通電を維持する。なお、内燃機関がアイドリング状態になると（時点Ｐ９）、始動デューティーＤｓから始動後デューティーＤａｓに徐々にシフトされ（ステップＳ４９、Ｓ３９）、最終的に０に設定される（ステップＳ４７）。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、本発明に係る燃料加熱装置３を、エタノールを主燃料とする内燃機関に適用したが、軽油やガソリン等、他の成分を燃料とする内燃機関にも適用可能であり、直列４気筒以外の内燃機関にも当然に適用可能である。また、上記実施形態では、イグニッションスイッチ２７がＡＣＣポジションからＩＧポジションにされた時にはヒータ９への通電を開始せず、最初の始動操作を始動意思の判断条件にしてヒータ９への通電を開始しているが、イグニッションスイッチ２７がＩＧポジションにされたことをもって始動意思ありとしてヒータ９への通電を開始してもよい。また、上記実施形態では、２回目の始動操作をスタータモータ５の始動条件にしているが、始動意思確認用のスイッチとスタータモータ始動用のスイッチとを別々に設けてもよい。

また、上記実施形態では、燃料加熱ユニット１は、４つの燃料噴射弁４に対してそれぞれ燃料加熱装置３を備えているが、図９の変形実施例に示すように、複数（ここでは４つ）の燃料噴射弁４に共通の１つの燃料噴射弁４（或いは２や３つでもよい）を備える形態でもよい。この他、各装置の具体的構成や配置など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。

２ 燃料供給管
３ 燃料加熱装置
７ 加熱室
８ ヒータハウジング
９ ヒータ
１０ ＥＣＵ（ヒータ制御手段）
２１ 水温センサ
２３ ＬＡＦセンサ（燃料濃度検出手段）
２５ 燃料圧力センサ
ＰＦ 燃料圧力
ＴＷ 冷却水温度
ＫＲＥＦＢＳ エタノール濃度
ｔ１ 燃圧監視時間（所定時間）
Ｄｓ 始動デューティー
Ｄ 目標デューティー

Claims (3)

1. 燃料供給管から内燃機関に供給される燃料を加熱する燃料加熱装置であって、
   前記燃料供給管が接続され、加熱室を画定するヒータハウジングと、
   前記加熱室の燃料を加熱するヒータと、
   前記ヒータへの通電を制御するヒータ制御手段と、
   前記加熱室における燃料圧力を検出する燃料圧力検出手段と
   を備え、
   前記ヒータ制御手段は、前記内燃機関の始動時に、前記燃料圧力検出手段の検出結果に基づいて前記ヒータへの通電を制御することを特徴とする燃料加熱装置。
2. 前記ヒータ制御手段は、操作者による前記内燃機関に対する始動操作に応じて前記ヒータへの通電を開始し、前記始動操作から所定時間経過後に検出された燃料圧力が所定の閾値未満の場合、前記ヒータへの通電を禁止することを特徴とする、請求項１に記載の燃料加熱装置。
3. 前記内燃機関を冷却する冷却水の温度を検出する水温検出手段と、
   前記燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段と
   を更に備え、
   前記ヒータ制御手段は、前記水温検出手段の検出結果と前記燃料濃度検出手段の検出結果とに基づいて、前記ヒータへの通電量を設定することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の燃料加熱装置。

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