JP2011220208A - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低温始動時でも所望の濃度の気化燃料を筒内に速やかに供給し、始動性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供する。
【解決手段】エンジン１０の運転中に気化燃料タンク３８内で気化燃料を生成する気化燃料生成制御において、噴射燃料の全てが気化し且つ気化した燃料の蒸気圧が飽和蒸気圧となるような噴射量Ｑを算出し（ステップ１０６〜１０８）タンク内噴射弁４０から燃料を噴射する（ステップ１１４）。このとき、上記燃料の噴射に先立って気化燃料タンク３８内を目標圧力Ｐ１に減圧する（ステップ１１０〜１１２）。目標圧力Ｐ１は、気化燃料タンク３８から燃焼室に至るまでの空間（気化燃料タンク３８、サージタンク２０、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２４の内部に形成された空間）の残留空気と燃料噴射量Ｑとの比率が所定比率となるための気化燃料タンク３８内の圧力値として算出される。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えばアルコール燃料のように揮発性が低い燃料を用いる内燃機関の制御装置に関する。

従来技術として、例えば特許文献１（特開２００７−２２４８７８号公報）に開示されているように、アルコール燃料を用いる内燃機関の制御装置が知られている。アルコール燃料は、特に低温時に気化し難いため、従来技術の内燃機関には、始動時に燃料を気化させるための気化室が設けられている。この気化室は、外部から遮断された密閉構造を有し、絞り通路を介して吸気通路に接続されている。また、気化室には、その内部に燃料を噴射する始動用燃料噴射弁と、噴射燃料を加熱するためのヒータとが設けられている。

そして、内燃機関の始動時には、まず、内燃機関に対して始動信号が出力された時点でヒータを作動させ、その後に適宜時間が経過した時点で、始動用燃料噴射弁から気化室内に燃料を噴射する。燃料が噴射されるときに、気化室は、クランキングによる吸気負圧が作用することによって減圧状態となる。この結果、噴射燃料は、減圧状態の気化室内でヒータの熱を受けることにより気化し、吸気通路を介して各気筒に供給される。このように、従来技術では、始動時に燃料を気化室内で気化させることにより、冷間始動時等の始動性を確保するようにしている。

特開２００７−２２４８７８号公報 特開２００７−３２５２６号公報 特開２００８−２２３７２４号公報 特開平０９−８８７４０号公報

ところで、上述した従来技術では、始動時にヒータを作動させてから気化室内に燃料を噴射し、気化燃料を生成するようにしている。しかしながら、この場合には、内燃機関に対して始動信号が出力された後に、ヒータの昇温、噴射燃料の加熱及び気化室の減圧が行われ、その結果として気化燃料が生成される。このため、従来技術では、始動時に気化燃料を生成するのに時間がかかり、気化燃料を筒内に速やかに供給することができないという問題がある。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低温始動時等の燃料が気化し難い状況でも、所望の濃度の気化燃料を筒内に速やかに供給することができ、始動性を向上させることが可能な内燃機関の制御装置を提供することを目的とする。

第１の発明は、上記目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
燃料を貯留する燃料タンクと、
内燃機関の吸気通路の途中に接続され、前記燃料が気化した気化燃料を蓄える気化燃料タンクと、
前記燃料タンク内の燃料を前記気化燃料タンクに供給するタンク内燃料供給手段と、
前記気化燃料タンクと前記吸気通路との接続部を開閉する常閉の気化燃料供給弁と、
前記内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁を閉弁した状態で前記タンク内燃料供給手段を駆動し、前記気化燃料タンク内に気化燃料を生成する気化燃料生成手段と、
前記内燃機関の始動時に前記気化燃料供給弁を開弁し、前記気化燃料タンク内に蓄えられた気化燃料を前記吸気通路へ供給する供給制御手段と、を備え、
前記気化燃料生成手段は、
前記タンク内燃料供給手段により前記気化燃料タンクに供給すべき燃料の供給量と、前記気化燃料タンク内および前記接続部の下流側の吸気通路内の空気量と、の比率が所定比率になるための前記気化燃料タンク内の目標圧力を算出する圧力算出手段と、
前記タンク内燃料供給手段の駆動に先立って、該気化燃料タンク内の圧力を前記目標圧力に制御する圧力制御手段と、
を含むことを特徴とする。

第２の発明は、第１の発明において、
前記圧力制御手段は、
前記気化燃料供給弁を開弁することにより、前記気化燃料タンク内の圧力を前記目標圧力に減圧することを特徴とする。

第３の発明は、第１または第２の発明において、
前記気化燃料生成手段は、
前記燃料の飽和蒸気圧を算出する飽和蒸気圧算出手段と、
前記燃料の飽和蒸気圧、前記気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、前記タンク内燃料供給手段により前記気化燃料タンクに供給すべき燃料の供給量を算出する燃料供給量算出手段と、
を含むことを特徴とする。

第４の発明は、第３の発明において、
前記燃料供給量算出手段は、
前記燃料の飽和蒸気圧、前記気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、前記気化燃料タンク内で気化し得る最大燃料量を算出する最大燃料量算出手段と、
前記内燃機関の始動時の前記気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、該気化燃料タンク内に残留している液化燃料量を算出する液化燃料量算出手段と、を更に含み、
前記最大燃料量から前記液化燃料量を減算した値を前記気化燃料タンクに供給すべき供給量として算出することを特徴とする。

第５の発明は、第１乃至第４の何れか１つの発明において、
前記気化燃料生成手段は、前記気化燃料タンク内の温度が所定の判定温度よりも高い場合に、前記タンク内燃料供給手段を駆動することを特徴とする。

第６の発明は、第５の発明において、
前記燃料はガソリンとアルコールとの混合燃料であり、
前記混合燃料のアルコール濃度が低いほど前記判定温度を高い温度に設定する設定手段を更に備えることを特徴とする。

本発明によれば、内燃機関の運転中に気化燃料を生成し、この気化燃料を機関停止後の自然減圧を利用して気化燃料タンク内に蓄えておくことができる。これにより、始動時に気化燃料を生成する必要がないので、低温始動時でも、気化燃料を筒内に速やかに供給することができる。

第１の発明によれば、気化燃料タンク内に気化燃料を生成する場合に、タンク内燃料供給手段の実行に先立って、気化燃料タンク内に供給される燃料量と該気化燃料タンクおよびスロットル下流の吸気通路内の空気量との比率が所定比率になるように、該気化燃料タンク内の圧力が制御される。このため、本発明によれば、内燃機関の始動時に気化燃料を吸気通路に供給した場合に、該気化燃料の混合気を所望の空燃比にすることができるので、始動時にエミッション特性が悪化することを有効に抑止することができる。

第２の発明によれば、気化燃料供給弁を開弁することにより、気化燃料タンク内の圧力が目標圧力まで減圧される。このため、本発明によれば、簡易な構成で気化燃料タンク内の圧力を所望圧力まで減圧することができる。

第３の発明によれば、燃料の飽和蒸気圧、気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、気化燃料タンクに供給すべき燃料の供給量が算出される。飽和蒸気圧は、燃料を可能な限り気化させた状態での蒸気圧であるから、上記方法により算出された量の燃料を供給することにより、気化燃料タンク内に最大量の気化燃料を生成することができる。これにより、気化燃料タンクの容量を最大限に活用することができる。

第４の発明によれば、始動時の気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、該気化燃料タンク内に残留している液化燃料量が算出される。そして、燃料の飽和蒸気圧、気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて算出された気化可能な最大燃料量から当該液化燃料量を減算することにより、気化燃料タンクへ供給すべき燃料量が算出される。このため、本発明によれば、気化燃料タンク内に余剰に燃料が供給されることを有効に抑止しつつ気化燃料を最大限に生成することができる。

第５の発明によれば、気化燃料タンク内の温度が所定の判定温度よりも高い場合に、該気化燃料タンク内への燃料供給が実行される。このため、本発明によれば、該気化燃料タンク内に供給された燃料を有効に気化させることができる。

第６の発明によれば、判定温度は混合燃料のアルコール濃度が低いほど高い温度に設定される。このため、本発明によれば、ガソリン濃度が高いほど、混合燃料中のガソリンに含まれる高沸点成分を有効に気化させることができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 本発明の実施の形態１におけるシステムの制御系統を示す構成図である。 アルコール濃度に対する燃料噴射判定温度Ｔ１の特性を説明するための図である。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。図１は、本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。本実施の形態のシステムは、ＦＦＶ（Flexible Fuel Vehicle）に搭載される内燃機関としてのエンジン１０を備えている。なお、図１には、４気筒エンジンを例示したが、本発明は、４気筒の内燃機関に限定されるものではない。エンジン１０は、各気筒の燃焼室に吸入空気を吸込む吸気通路１２と、燃焼室から排気ガスが排出される排気通路１４とを備えている。

吸気通路１２には、上流側から順にエアクリーナ１６、スロットルバルブ１８及びサージタンク２０が設けられている。スロットルバルブ１８は、電子制御式のバタフライ弁により構成され、後述のＥＣＵ７０により開閉駆動される。そして、スロットルバルブ１８は、全閉位置と全開位置との間で開閉され、その開度に応じて吸気通路１２を流れる吸入空気量を調整する。サージタンク２０は、吸気通路１２の途中に一定の広がりをもつ空間を形成し、吸気脈動の減衰効果等を発揮するものである。サージタンク２０の下流側は、複数の吸気管からなる吸気マニホールド２２を介して各気筒の吸気ポート２４に接続されている。なお、サージタンク２０、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２４は、吸気通路１２の一部を構成している。

また、エンジン１０の各気筒には、吸気ポート２４に燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、燃焼室内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射弁２８とが設けられている。これらの噴射弁２６，２８は、一般的な電磁駆動式の燃料噴射弁により構成されている。さらに、各気筒には、筒内に流入した混合気に点火する点火プラグ３０（図２参照）と、それぞれ吸気ポート２４及び排気ポートを開閉するための吸気弁及び排気弁（図示せず）とが設けられている。上述した噴射弁２６，２８には、車両の燃料タンク３２内に液化状態で貯留されたアルコール燃料が供給される。

また、エンジン１０は、始動時にクランク軸を回転駆動するスタータモータ３６を備えている。車両の運転者がスタータスイッチをＯＮにした場合には、ＥＣＵ７０に対してエンジンの始動要求が発生する。これにより、ＥＣＵ７０は、スタータモータ３６を起動してクランク軸を回転させる動作（クランキング）を実行する。そして、エンジンが始動した時点、即ち、自立運転に移行した時点でクランキングを停止する。

次に、エンジン１０に搭載された燃料気化系統について説明する。本実施の形態では、エンジンの運転中に生成した気化燃料をタンクに蓄えておき、この気化燃料を次回の始動時に使用することを特徴としている。そして、燃料気化系統は、以下に述べる気化燃料タンク３８、タンク内噴射弁４０、気化燃料供給弁４２、大気導入弁４４、リリーフ弁４６等を備えている。

気化燃料タンク３８は、密閉構造を有する耐圧容器として形成され、燃料タンク３２内のアルコール燃料が気化した気化燃料を蓄えるように構成されている。また、気化燃料タンク３８は、例えばエンジンルーム内において、エンジン１０から熱が伝導し易い位置に設置されている。タンク内噴射弁４０は、燃料タンク３２に貯留された燃料を気化燃料タンク３８内に噴射（供給）するもので、本実施の形態のタンク内燃料供給手段を構成している。タンク内噴射弁４０は、例えば噴射弁２６，２８と同様の一般的な燃料噴射弁により構成され、その燃料噴射量は制御信号に応じて制御される。タンク内噴射弁４０から噴射された燃料は、気化燃料タンク３８内で受熱し気化することにより気化燃料となる。

気化燃料タンク３８は、スロットルバルブ１８の下流側でサージタンク２０と接続されている。この接続部には、常閉（ノーマル・クローズ）の電磁弁等により構成された気化燃料供給弁４２が設けられている。気化燃料供給弁４２の閉弁時には、気化燃料タンク３８とサージタンク２０との間が遮断され、気化燃料タンク３８内に気化燃料を蓄えることが可能となる。また、気化燃料供給弁４２の開弁時には、前記タンク２０，３８が相互に連通され、気化燃料タンク３８に蓄えられた気化燃料がサージタンク２０に供給される。

また、気化燃料タンク３８には、タンク内部と外部空間とを連通可能な位置に大気導入弁４４が設けられている。大気導入弁４４は常閉の電磁弁等により構成され、開弁時には気化燃料タンク３８を大気解放するようになっている。気化燃料の供給時には、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とが多少の時間差をもって一緒に開弁され、気化燃料を供給した分だけ大気導入弁４４から気化燃料タンク３８内に大気が導入される。なお、これらの弁４２，４４は、気化燃料の供給時を除いて閉弁状態に保持される。また、大気導入弁４４は、エアクリーナ１６とスロットルバルブ１８との間で吸気通路１２に接続されている。このため、大気導入弁４４の開弁時には、エアクリーナ１６より清浄化され、かつ吸気負圧の影響を受けない空気が気化燃料タンク３８に導入される。

さらに、気化燃料タンク３８には、例えばチェック弁、リード弁等により構成された常閉のリリーフ弁４６が設けられている。リリーフ弁４６は、気化燃料タンク３８内の圧力が所定の作動圧を超えたときに、この圧力を外部（例えば、吸気通路１２）に解放するもので、リリーフ弁４６の作動圧は、例えば大気圧程度の圧力か、または大気圧よりも数十ｋＰａ程度高い圧力に設定されている。この設定は、例えば気化燃料タンク３８が常温程度かそれよりも少し高い温度に保持され、燃料の飽和蒸気圧がこの温度領域に対応した圧力となることを前提としている。これにより、リリーフ弁４６は、気化燃料タンク３８内に噴射された燃料が気化するときに、タンク内の空気を外部に逃がすように構成されている。また、リリーフ弁４６は、気化燃料タンク３８が密閉された状態において、タンク内の圧力が過大となるのを防止する安全弁としての機能も備えている。

次に、図２を参照しつつ、エンジン１０の制御系統について説明する。図２は、本発明の実施の形態１におけるシステムの制御系統を示す構成図である。この図に示すように、本実施の形態のシステムは、後述する複数のセンサを含むセンサ系統と、エンジン１０の運転状態を制御するＥＣＵ(Electronic Control Unit)７０とを備えている。

まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ４８は、エンジン１０のクランク軸の回転に同期した信号を出力するもので、ＥＣＵ７０は、この出力に基づいてエンジン回転数及びクランク角を検出する。また、エアフローセンサ５０は吸入空気量を検出し、水温センサ５２はエンジンの冷却水温を検出する。また、タンク圧センサ５４は気化燃料タンク３８内の圧力を検出し、タンク温度センサ５６は気化燃料タンク３８内の温度を検出する。また、燃料性状センサ５８は、燃料の性状として、燃料中のアルコール濃度を検出する。

センサ系統には、上記センサの他にも、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えば排気空燃比を検出する空燃比センサ、スロットルバルブ１８の開度を検出するスロットルセンサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ７０の入力側に接続されている。なお、本発明は、必ずしもタンク温度センサ５６を必要とするものではなく、例えば、エンジンの温度や運転履歴、気化燃料タンク３８への熱伝導特性等に基づいてタンク内温度を推定する構成としてもよい。

一方、ＥＣＵ７０の出力側には、スロットルバルブ１８、噴射弁２６，２８，４０、点火プラグ３０、スタータモータ３６、気化燃料供給弁４２、大気導入弁４４等を含む各種のアクチュエータが接続されている。そして、ＥＣＵ７０は、センサ系統によりエンジンの運転情報を検出し、その検出結果に基づいて各アクチュエータを駆動することにより、運転制御を行う。具体的には、クランク角センサ４８の出力に基づいてエンジン回転数とクランク角とを検出し、エアフローセンサ５０により吸入空気量を検出する。また、以下に述べる通常の燃料噴射制御を実行しつつ、クランク角に基づいて点火時期を決定し、点火プラグ３０を駆動する。

通常の燃料噴射制御は、後述の気化燃料供給制御が実行される場合を除いて、エンジン１０の運転中に実行されるもので、始動時の燃料噴射制御も含んでいる。この燃料噴射制御では、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水の温度等に基づいて燃料噴射量を算出し、クランク角に基づいて燃料噴射時期を決定した後に、噴射弁２６，２８の何れか一方または両方を駆動する。この場合、吸気ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２８の噴射量の比率は、エンジンの運転状態や燃料の性状に応じて可変に設定される。さらに、ＥＣＵ７０は、燃料気化系統の制御として、以下に述べる気化燃料生成制御と、気化燃料供給制御とを実行する。

［実施の形態１の動作］
（気化燃料生成制御）
気化燃料生成制御は、エンジン１０の運転中（好ましくは、暖機終了後の運転中）に、気化燃料タンク３８内で燃料を気化させ、気化燃料を生成するものである。具体的に述べると、気化燃料生成制御では、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを閉弁した状態で、タンク内噴射弁４０から燃料を噴射する。このとき、燃料の噴射量は、噴射燃料の全てが気化し、かつ気化した燃料の蒸気圧が飽和蒸気圧となるように算出される。尚、燃料噴射量の具体的な算出処理については、図４を参照して後述する。

タンク内噴射弁４０から噴射された燃料は、タンク内の空気をリリーフ弁４６から追い出しつつ、速やかに気化して気化燃料となる。このとき、リリーフ弁４６は、タンク内の空気圧により燃料の気化が抑制されるのを回避し、気化燃料の生成を促進することができる。この結果、燃料の気化が完了すると、タンク内の空気は殆ど排出され、気化燃料タンク３８内には、気化燃料が飽和蒸気圧に近い圧力状態で充満した状態となる。

上述した気化燃料生成制御により、気化燃料タンク３８内には、エンジンの運転中に気化燃料を蓄えることができる。そして、気化燃料タンク３８は、タンク内で生じる自然減圧を利用して、エンジン停止後の冷間時にも、気化燃料の少なくとも一部を気相状態に保持することができる。

なお、気化燃料生成制御は、気化燃料タンク３８内の温度（タンク内温度）Ｔｔが所定の燃料噴射判定温度Ｔ１よりも高い場合にのみ実行する構成としてもよい。ここで、燃料噴射判定温度Ｔ１とは、気化燃料を生成しうる温度の下限値に対応して設定されるもので、タンク内での燃料噴射を許可するための判定温度である。タンク内温度Ｔｔが燃料噴射判定温度Ｔ１よりも高い場合には、アルコール燃料が気化するのに十分な温度と判断できるので、上述した気化燃料生成制御を実行する。一方、タンク内温度Ｔｔが燃料噴射判定温度Ｔ１以下の場合には、燃料の揮発性が低いので、気化燃料を効率よく生成することができないおそれがある。そこで、この場合には、気化燃料タンク３８内への燃料噴射を禁止し、気化燃料生成制御を停止する。

上記構成によれば、高温時に気化燃料を効率よく生成することができ、低温時に無駄な燃料噴射が行われることを回避することができる。このように、燃料噴射判定温度Ｔ１を適切に設定することにより、例えば、エンジン暖機がある程度進んだ時点で気化燃料生成制御を実行することとすれば、エンジンから伝わる熱により気化燃料タンク３８が暖められているので、タンク内に噴射した燃料を効率よく気化させることが可能となる。

尚、使用される燃料がアルコールとガソリンとの混合燃料である場合、該混合燃料の揮発性は燃料の性状によっても変化する。そこで、燃料噴射判定温度Ｔ１は、燃料の性状に応じて可変に設定する構成としてもよい。図３は、アルコール濃度に対する燃料噴射判定温度Ｔ１の特性を説明するための図である。この図に示すとおり、混合燃料のアルコール濃度が低いほど、燃料噴射判定温度Ｔ１を高い値に設定する。これは、ガソリン中に含まれるアルコール沸点よりも高沸点の成分を有効に気化させることを意図している。これにより、混合燃料中のアルコール濃度が変動する場合でも、これに対応して気化燃料を有効に生成することが可能となる。

（気化燃料供給制御）
気化燃料供給制御は、エンジンの始動時に気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを開弁し、気化燃料タンク３８内に蓄えられていた気化燃料をサージタンク２０に供給するものである。具体的に述べると、まず、ＥＣＵ７０は、スタータスイッチがＯＮされたときに、始動要求が発生したことを検出する。そして、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを閉弁し、かつスロットルバルブ１８を全閉位置に保持した状態で、スタータモータ３６に通電し、クランキングを開始する。これにより、サージタンク２０内には、クランキングによって吸気負圧が生じる。

そして、ＥＣＵ７０は、サージタンク２０内の吸気負圧が十分に増大したときに、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを開弁する。これにより、気化燃料タンク３８内の気化燃料は、吸気負圧によってサージタンク２０内に供給される。このとき、気化燃料タンク３８内には、気化燃料が流出した分だけ大気導入弁４４から空気が流入するので、気化燃料の供給はスムーズに行われる。

気化燃料タンク３８からサージタンク２０に供給された気化燃料は、吸気ポート２４を介して筒内に流入し、筒内で点火されて燃焼する。そして、ＥＣＵ７０は、エンジン回転数の上昇等により始動を確認した時点で、クランキングを停止する。また、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを閉弁し、気化燃料供給制御を終了する。そして、通常の燃料噴射制御を開始し、吸気ポート噴射弁２６や筒内噴射弁２８から燃料を噴射する。なお、気化燃料から通常の燃料噴射への切換は、必ずしもエンジンの始動を確認してから行う必要はない。一例を挙げれば、始動時に必要な量の気化燃料を供給した時点で、通常の燃料噴射に切換えてもよい。また、各気筒に対して１サイクル目の燃焼時のみ気化燃料を供給し、２サイクル目以降の燃焼時には通常の燃料噴射制御を実行してもよい。

このように、エンジンの運転中に蓄えておいた気化燃料を使用すれば、始動時に気化燃料を生成する場合と比較して、気化燃料を筒内に速やかに供給することができ、燃料が気化し難い低温始動時でも、始動性を向上させることができる。なお、気化燃料供給制御は、始動時の機関温度（例えば、エンジン冷却水の温度等）が気化燃料を必要とする所定の判定温度以下の場合にのみ実行するのが好ましい。

(本実施の形態の特徴)
ところで、上述した気化燃料の供給開始時には、気化燃料タンク３８から燃焼室に至るまでの空間（具体的には、気化燃料タンク３８、サージタンク２０、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２４の内部に形成された空間）に空気（残留空気）が存在している。このため、気化燃料の供給が開始されると、気化燃料タンク３８内に蓄えられていた気化燃料は、該残留空気と一緒に筒内へ流入する。

ここで、例えば、残留空気量が多量であり筒内へ流入する気化燃料の濃度が点火に必要なレベルに達しない場合には、点火を行うことができない。したがって、この筒内に流入した気化燃料は、そのまま未燃燃料として排気通路１４に流出することになる。この結果、始動時に気化燃料が無駄に消費され、始動性が低下するだけでなく、排気エミッションが悪化するという問題がある。また、反対に残留空気量が少量であり筒内へ流入する気化燃料の濃度が点火に必要なレベルを超えて極端に高い場合にも、未燃燃料が排気通路１４に流出してしまい、排気エミッションが悪化してしまう。

そこで、本実施の形態のシステムでは、筒内に流入する気化燃料濃度の最適化を図るべく、気化燃料タンク３８内へ供給される燃料量に応じて、気化燃料タンク３８内の空気量を制御することとする。より具体的には、先ず、気化燃料生成制御において燃料噴射をする前に、気化燃料タンク３８内の圧力を目標圧力Ｐ１まで減圧する。減圧動作は気化燃料供給弁４２を開弁することで実行することができる。気化燃料タンク３８内の圧力は、該タンク内に残存する空気量を決定する。つまり、気化燃料タンク３８内の圧力が高く維持された場合、すなわち目標圧力Ｐ１が高く設定された場合には、気化燃料タンク３８内の空気量が多量になる。その結果、気化燃料タンク３８内の空気を含む残留空気量が多量となるため、燃料供給制御において筒内に供給される気化燃料濃度は低くなる。一方、気化燃料タンク３８内の圧力が減圧された場合、すなわち目標圧力Ｐ１が低く設定された場合には、気化燃料タンク３８内の空気量が少量になる。その結果、気化燃料タンク３８内の空気を含む残留空気量が少量となるため、燃料供給制御において筒内に供給される気化燃料濃度は高くなる。

本実施の形態のシステムでは、燃料噴射量Ｑと残留空気との比率が所望の所定比率（例えば、理論空燃比）となるための目標圧力Ｐ１の値が、燃料噴射量Ｑに関連付けられてＥＣＵ７０に記憶されている。このため、燃料噴射量Ｑに対応する目標圧力Ｐ１を算出し、気化燃料生成制御時に気化燃料タンク３８内をかかる目標圧力Ｐ１まで減圧しておくことにより、その後の燃料供給制御時に筒内に流入する気化燃料濃度の最適化を図ることができる。これにより、始動時のエミッション悪化および燃費の悪化を有効に抑制することができる。

尚、上記気化燃料生成制御においては、リリーフ弁４６の作動圧を高く設定することが好ましい。これにより、気化燃料タンク３８の空気がリリーフ弁４６から外部に解放されてしまうことを有効に抑止することができる。

［実施の形態１の具体的な処理］
次に、図４を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。まず、図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ７０により実行される気化燃料生成制御を示すフローチャートである。図４に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図４に示すルーチンでは、まず、燃料性状センサ５８の出力に基づいて燃料中のアルコール濃度が検出される（ステップ１００）。そして、タンク温度センサ５６により気化燃料タンク３８内の温度Ｔｔが検出され（ステップ１０２）、このタンク内温度Ｔｔが燃料噴射判定温度Ｔ１よりも大きいか否かが判定される（ステップ１０４）。ＥＣＵ７０は、図３に示すアルコール濃度と判定温度Ｔ１との関係を規定したマップデータを記憶している。ここでは、具体的には、かかるマップデータを用いて、上記ステップ１００において検出されたアルコール濃度に対応する判定温度Ｔ１が算出される。

上記ステップ１０４において、Ｔｔ＞Ｔ１の成立が認められない場合には、気化燃料タンク３８がガソリン燃料中の高沸点成分を気化しうる状態にないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ１０４において、Ｔｔ＞Ｔ１の成立が認められた場合には、気化燃料タンク３８がガソリン燃料中の高沸点成分を気化しうる状態にあると判断されて、次にステップに移行し、気化燃料タンク３８内に噴射する燃料の噴射量Ｑが算出される。

燃料噴射量Ｑの算出処理では、先ず、上記ステップ１００において検出されたアルコール濃度と、上記ステップ１０２において検出されたタンク内温度Ｔｔとに基づいて飽和蒸気圧算出マップデータを参照し、気化燃料タンク３８内での燃料の飽和蒸気圧Ｐｇが算出される（ステップ１０６）。次に、飽和蒸気圧Ｐｇ、タンク内温度Ｔｔ及び気化燃料タンク３８のタンク容積に基づいて噴射量算出マップデータを参照し、燃料噴射量Ｑが算出される（ステップ１０８）。上述した２つのマップデータと、既知であるタンク容積とは、ＥＣＵ７０に予め記憶されている。飽和蒸気圧算出マップデータは、アルコールの物性に基づいて、任意のアルコール濃度及び温度での飽和蒸気圧を求めるためのデータである。また、噴射量算出マップデータは、噴射した燃料が全て蒸発した場合に、その蒸気圧が飽和蒸気圧となるような噴射量（最大燃料量）を求めるためのデータであり、実験等により予め求められている。これらのマップデータを用いることにより、気化燃料タンク３８内に気体として存在し得る最大量の気化燃料を生成し且つ噴射燃料を余らせないための最適な燃料噴射量Ｑが算出される。

図４に示すルーチンでは、次に、気化燃料タンク３８内が減圧される（ステップ１１０）。ここでは、具体的には、気化燃料供給弁４２が所定の微小期間開弁される。次に、気化燃料タンク３８内のタンク圧力Ｐｔが目標圧力Ｐ１に達したか否かが判定される（ステップ１１２）。ここでは、具体的には、先ず、上記ステップ１０６において算出された燃料噴射量Ｑに基づいて目標圧力算出マップデータを参照し、目標圧力Ｐ１が算出される。目標圧力算出マップデータは、燃料噴射量Ｑと残存空気との比率が所定比率となるための気化燃料タンク３８内の圧力を規定したデータであり、実験等により予め求められてＥＣＵ７０に記憶されている。次に、タンク圧センサ５４を用いてタンク圧力Ｐｔが検出される。そして、検出されたタンク圧力Ｐｔが、算出された目標圧力Ｐ１まで減圧されたか否かが判定される。その結果、Ｐｔ＝Ｐ１の成立が認められない場合には、タンク圧力Ｐｔが未だ目標圧力Ｐ１よりも高いと判断されて、上記ステップ１１０の処理が再度実行される。

一方、上記ステップ１１２において、Ｐｔ＝Ｐ１の成立が認められた場合には、タンク圧力Ｐｔが目標圧力Ｐ１まで減圧されたと判断されて、次のステップに移行し、燃料噴射量Ｑに基づいてタンク内噴射弁４０を駆動し、気化燃料タンク３８内に燃料が噴射される（ステップ１１４）。

以上説明したとおり、本実施の形態１のシステムによれば、気化燃料生成制御を実行することにより、気化燃料タンク３８内に最大量の気化燃料と所望量の空気とを蓄えることができる。これにより、気化燃料タンク３８の容量を最大限に活用するとともに、燃料供給制御によって筒内に供給される気化燃料の濃度、すなわち気化燃料と残留空気との比率を所望の値に制御することができる。これにより、エンジン始動時のエミッション悪化および燃費の悪化を有効に抑制することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、吸気通路１２に対する気化燃料の供給部位として、サージタンク２０を例に挙げて説明した。しかしながら、本発明はこれに限らず、スロットルバルブ１８の下流側であれば、吸気通路１２の任意の部位に気化燃料タンク３８を接続し、この部位に気化燃料を供給する構成としてよい。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、気化燃料タンク３８をエンジン１０からの熱が伝わり易い場所に配置する構成としている。しかしながら、本発明はこれに限らず、エンジン１０で発生する熱により気化燃料タンク３８を積極的に加熱する構成としてもよい。一例を挙げれば、エンジン１０と気化燃料タンク３８との間に冷却水配管を設け、エンジン冷却水により気化燃料タンク３８を加熱する構成としてもよい。また、排気通路１４と気化燃料タンク３８との間にヒートパイプ等の熱伝導部材を設け、排気熱により気化燃料タンク３８を加熱する構成としてもよい。これらの構成により、気化燃料タンク３８内での燃料の飽和蒸気圧を高め、蓄えられる気化燃料の量を増やすことができる。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、アルコール燃料を使用するエンジン１０を例に挙げて説明している。しかしながら、本発明はこれに限らず、通常のガソリンや、ガソリンにアルコール以外の成分を添加した各種の燃料に対して適用することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、気化燃料タンク３８内を減圧する際に気化燃料供給弁４２を開弁することとしているが、該気化燃料供給弁４２に替えて大気導入弁４４を開弁することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、燃料のアルコール濃度に基づいて算出された燃料噴射判定温度Ｔ１を使用することとしているが、使用可能な判定値はこれに限られない。すなわち、気化燃料タンク３８内において燃料が容易に気化することを判断することができるのであれば、例えば燃料噴射判定温度Ｔ１は固定値でもよい。また、タンク内温度Ｔｔと燃料噴射判定温度Ｔ１との比較を行わなくても、例えば、エンジンの暖機完了有無を当該判定に替えることとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、タンク内噴射弁４０が前記第１の発明における「タンク内燃料供給手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「気化燃料生成手段」が、上記ステップ１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「圧力算出手段」が、上記ステップ１１０〜１１２の処理を実行することにより、前記第１の発明における「圧力制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第３の発明における「飽和蒸気圧算出手段」が、上記ステップ１０８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「燃料供給量算出手段」がそれぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第５の発明における「気化燃料生成手段」および前記第６の発明における「設定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成および図２に示す制御構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

本実施の形態２のシステムは、実施の形態１と同様の構成及び制御（図１〜図４）を採用しているものの、燃料噴射量Ｑを算出する際に、気化燃料タンク３８内に残存している液化燃料を考慮した点を特徴としている。つまり、気化燃料タンク３８内には、気化しなかった噴射燃料、或いは一旦気化したもののその後再度液化した燃料が残存している場合がある。このため、これらの残存燃料の存在を考慮せずに燃料噴射量Ｑを算出すると、結果的に気化燃料タンク３８内の燃料が余剰になってしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態のシステムでは、エンジン始動時に気化燃料タンク３８内の液化燃料量を推定し、算出された燃料噴射量からかかる液化燃料分を減算することとする。これにより、気化燃料タンク３８内を飽和蒸気圧Ｐｇに対応した最適な燃料量に制御することができるので、燃料が余剰に噴射されることを有効に抑止することができる。

液化燃料量Ｑ_０の算出は、例えば以下の方法で行うことができる。エンジン始動時の気化燃料タンク３８内には、前回の気化燃料生成制御によって生成された気化燃料が蓄えられている。この気化燃料量は、該タンク内の温度Ｔｔ_０、圧力Ｐｔ_０および容積に基づいて容易に算出することができる。したがって、前回の気化燃料生成制御における燃料供給量から上記気化燃料量を減算することにより、該気化燃料タンク３８内で液化した液化燃料量Ｑ_０を算出することが可能となる。本実施の形態のシステムでは、前回の気化燃料生成制御における燃料供給量、エンジン始動時の気化燃料タンク３８内の温度Ｔｔ_０および圧力Ｐｔ_０を液化燃料量Ｑ_０に関連付けた液化燃料量算出マップデータを記憶している。このため、かかるマップデータを用いることにより、気化燃料タンク３８内の液化燃料量を精度よく算出することができる。

算出された液化燃料量Ｑ_０は、気化燃料生成制御における燃料噴射量Ｑの算出の際に使用される。より具体的には、噴射量算出マップデータを参照して算出された燃料噴射量Ｑから上記液化燃料量Ｑ_０が減算された値が、液化燃料分の補正を施した噴射量Ｑ´として算出される。これにより、気化燃料タンク３８内に余剰な燃料が噴射されることを有効に抑止することができる。

［実施の形態２の具体的な処理］
次に、図５を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。まず、図５は、本発明の実施の形態２において、ＥＣＵ７０により実行される気化燃料生成制御を示すフローチャートである。図５に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図５に示すルーチンでは、気化燃料タンク３８内の液化燃料量Ｑ_０が算出される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、先ず、エンジン始動時に検出された気化燃料タンク３８内の温度Ｔｔ_０および圧力Ｐｔ_０、および前回のトリップの気化燃料生成制御において算出された噴射量算出マップデータに基づく燃料噴射量Ｑが取り込まれる。そして、これらの値に基づいて上述した液化燃料量算出マップデータを参照することにより、液化燃料量Ｑ_０が算出される。

次に、燃料性状センサ５８の出力に基づいて燃料中のアルコール濃度が検出される（ステップ２０２）。そして、タンク温度センサ５６により気化燃料タンク３８内の温度Ｔｔが検出され（ステップ２０４）、このタンク内温度Ｔｔが燃料噴射判定温度Ｔ１よりも大きいか否かが判定される（ステップ２０６）。ここでは、具体的には、上記ステップ１００〜１０４の処理と同様の処理が実行される。

上記ステップ２０６において、Ｔｔ＞Ｔ１の成立が認められない場合には、気化燃料タンク３８がガソリン燃料中の高沸点成分を気化しうる状態にないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。一方、上記ステップ２０６において、Ｔｔ＞Ｔ１の成立が認められた場合には、気化燃料タンク３８がガソリン燃料中の高沸点成分を気化しうる状態にあると判断されて、次のステップに移行し、気化燃料タンク３８内での燃料の飽和蒸気圧Ｐｇが算出される（ステップ２０８）。ここでは、具体的には、上記ステップ１０６と同様の処理が実行される。

次に、液化燃料分の補正が施された燃料噴射量Ｑ´が算出される（ステップ２１０）。ここでは、具体的には、先ず、上記ステップ１０８と同様の処理が実行されて、噴射量算出マップデータに基づく燃料噴射量Ｑが算出される。そして、算出された燃料噴射量Ｑから上記ステップ１００において算出された液化燃料量Ｑ_０を減算することにより補正後の燃料噴射量Ｑ´が算出される。

次に、気化燃料タンク３８内が減圧される（ステップ２１２）。次に、気化燃料タンク３８内のタンク圧力Ｐｔが目標圧力Ｐ１に達したか否かが判定される（ステップ２１４）。ここでは、具体的には、上記ステップ１１０〜１１４と同様の処理が実行される。そして、上記ステップ２１４において、Ｐｔ＝Ｐ１の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、燃料噴射量Ｑ´に基づいてタンク内噴射弁４０を駆動し、気化燃料タンク３８内に燃料が噴射される（ステップ２１６）。

以上説明したとおり、本実施の形態２のシステムによれば、気化燃料生成制御において、気化燃料タンク３８内に残存している液化燃料分を考慮した燃料噴射量Ｑ´を算出することができる。これにより、余剰な燃料が該気化燃料タンク３８内に噴射されることを有効に抑止することができる。

尚、上述した実施の形態２においては、タンク内噴射弁４０が前記第１の発明における「タンク内燃料供給手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２１６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「気化燃料生成手段」が、上記ステップ２１４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「圧力算出手段」が、上記ステップ２１２〜２１４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「圧力制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０８の処理を実行することにより、前記第３の発明における「飽和蒸気圧算出手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第３の発明における「燃料供給量算出手段」がそれぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「燃料供給量算出手段」が、上記ステップ２００の処理を実行することにより、前記第４の発明における「液化燃料量算出手段」が、上記ステップ２１０の処理を実行することにより、前記第４の発明における「最大燃料量算出手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第５の発明における「気化燃料生成手段」および前記第６の発明における「設定手段」が、それぞれ実現されている。

１０ エンジン（内燃機関）
１２ 吸気通路
１４ 排気通路
１６ エアクリーナ
１８ スロットルバルブ
２０ サージタンク
２２ 吸気マニホールド
２４ 吸気ポート
２６ 吸気ポート噴射弁
２８ 筒内噴射弁
３２ 燃料タンク
３６ スタータモータ
３８ 気化燃料タンク
４０ タンク内噴射弁
４２ 気化燃料供給弁
４４ 大気導入弁
４６ リリーフ弁
４８ クランク角センサ
５０ エアフローセンサ
５２ 水温センサ
５４ タンク圧センサ
５６ タンク温度センサ
５８ 燃料性状センサ
７０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 燃料を貯留する燃料タンクと、
   内燃機関の吸気通路の途中に接続され、前記燃料が気化した気化燃料を蓄える気化燃料タンクと、
   前記燃料タンク内の燃料を前記気化燃料タンクに供給するタンク内燃料供給手段と、
   前記気化燃料タンクと前記吸気通路との接続部を開閉する常閉の気化燃料供給弁と、
   前記内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁を閉弁した状態で前記タンク内燃料供給手段を駆動し、前記気化燃料タンク内に気化燃料を生成する気化燃料生成手段と、
   前記内燃機関の始動時に前記気化燃料供給弁を開弁し、前記気化燃料タンク内に蓄えられた気化燃料を前記吸気通路へ供給する供給制御手段と、を備え、
   前記気化燃料生成手段は、
   前記タンク内燃料供給手段により前記気化燃料タンクに供給すべき燃料の供給量と、前記気化燃料タンク内および前記接続部の下流側の吸気通路内の空気量と、の比率が所定比率になるための前記気化燃料タンク内の目標圧力を算出する圧力算出手段と、
   前記前記タンク内燃料供給手段の駆動に先立って、該気化燃料タンク内の圧力を前記目標圧力に制御する圧力制御手段と、
   を含むことを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記圧力制御手段は、
   前記気化燃料供給弁を開弁することにより、前記気化燃料タンク内の圧力を前記目標圧力に減圧することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記気化燃料生成手段は、
   前記燃料の飽和蒸気圧を算出する飽和蒸気圧算出手段と、
   前記燃料の飽和蒸気圧、前記気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、前記タンク内燃料供給手段により前記気化燃料タンクに供給すべき燃料の供給量を算出する燃料供給量算出手段と、
   を含むことを特徴とする請求項１または２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記燃料供給量算出手段は、
   前記燃料の飽和蒸気圧、前記気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、前記気化燃料タンク内で気化し得る最大燃料量を算出する最大燃料量算出手段と、
   前記内燃機関の始動時の前記気化燃料タンク内の温度および容積に基づいて、該気化燃料タンク内に残留している液化燃料量を算出する液化燃料量算出手段と、を更に含み、
   前記最大燃料量から前記液化燃料量を減算した値を前記気化燃料タンクに供給すべき供給量として算出することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記気化燃料生成手段は、前記気化燃料タンク内の温度が所定の判定温度よりも高い場合に、前記タンク内燃料供給手段を駆動することを特徴とする請求項１乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記燃料はガソリンとアルコールとの混合燃料であり、
   前記混合燃料のアルコール濃度が低いほど前記判定温度を高い温度に設定する設定手段を更に備えることを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。

Images