JP5218697B2 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

内燃機関の燃料噴射装置 Download PDF

Info

Publication number
JP5218697B2
JP5218697B2 JP2012504176A JP2012504176A JP5218697B2 JP 5218697 B2 JP5218697 B2 JP 5218697B2 JP 2012504176 A JP2012504176 A JP 2012504176A JP 2012504176 A JP2012504176 A JP 2012504176A JP 5218697 B2 JP5218697 B2 JP 5218697B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
alcohol
combustion engine
internal combustion
fuel pressure
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Fee Related
Application number
JP2012504176A
Other languages
English (en)
Other versions
JPWO2011111149A1 (ja
Inventor
亮太 尾上
衛 ▲吉▼岡
史人 千葉
崇博 塚越
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Toyota Motor Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Toyota Motor Corp filed Critical Toyota Motor Corp
Application granted granted Critical
Publication of JP5218697B2 publication Critical patent/JP5218697B2/ja
Publication of JPWO2011111149A1 publication Critical patent/JPWO2011111149A1/ja
Expired - Fee Related legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0686Injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0602Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/0607Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/061Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0668Treating or cleaning means; Fuel filters
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/082Premixed fuels, i.e. emulsions or blends
    • F02D19/084Blends of gasoline and alcohols, e.g. E85
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/042Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F02M25/022Adding fuel and water emulsion, water or steam
    • F02M25/0228Adding fuel and water emulsion
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M43/00Fuel-injection apparatus operating simultaneously on two or more fuels, or on a liquid fuel and another liquid, e.g. the other liquid being an anti-knock additive
    • F02M43/04Injectors peculiar thereto
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M61/00Fuel-injectors not provided for in groups F02M39/00 - F02M57/00 or F02M67/00
    • F02M61/16Details not provided for in, or of interest apart from, the apparatus of groups F02M61/02 - F02M61/14
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0602Fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00Input parameters for engine control
    • F02D2200/02Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0611Fuel type, fuel composition or fuel quality
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2250/00Engine control related to specific problems or objectives
    • F02D2250/31Control of the fuel pressure
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30Controlling fuel injection
    • F02D41/38Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/3809Common rail control systems
    • F02D41/3836Controlling the fuel pressure
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)

Description

本発明は、内燃機関の燃料噴射装置に関する。
エタノールあるいはメタノールなどのアルコールをガソリンと混合した混合燃料を用いることのできる内燃機関が知られている。図7は、E80(エタノール80%混合燃料)、E20(エタノール20%混合燃料)およびE0(ガソリン100%)の蒸留割合と温度との関係を示す図である。ガソリンは、多成分からなり、低沸点成分を含むため、低温時においても、気化特性に優れる。一方、アルコールは、単一成分であるために沸点が決まっており、且つその沸点が高い(エタノールの場合には約78℃)。このため、図7から分かる通り、E80などのようにアルコール濃度の高い混合燃料は、アルコールの沸点より低い温度では極めて気化しにくいという欠点がある。なお、E20などのようにアルコール濃度が比較的低い混合燃料では、共沸現象により、ガソリン100%の場合よりも却って気化し易くなる場合もある。
上述したようなことから、アルコール濃度の高い混合燃料が使用されている場合には、内燃機関の冷間始動時に燃料インジェクタから噴射された混合燃料のうち、気化するのは実質的にガソリン成分のみで、アルコール成分はほとんど気化しない。このため、燃焼に寄与する気化燃料の量が不足し、始動性が悪くなり易いという問題がある。また、噴射された混合燃料のうちのガソリン成分だけに頼って始動を行うようなものであるので、その不足を補うため、始動時に大量の燃料噴射が必要である。そして、燃焼に寄与したガソリン成分の何倍もの量のアルコール成分が気化できずに燃焼しないまま燃焼室を通過し、HCとなって排気通路へ流れる。その結果、冷間始動時に、大気中へのHC排出量が極めて多くなり易いという問題がある。
日本特開2008−248840号公報には、ガソリン及びエタノールの混合燃料が供給されるエンジンにおいて、混合燃料が貯留される燃料タンク内に水を添加し当該混合燃料からエタノール水を分離抽出させ、高負荷運転時には吸気ポート内にアルコール水の噴射を行うようにした内燃機関が開示されている。この内燃機関では、ガソリン噴射弁に連通する主タンクと、エタノール水噴射弁に連通する副タンクと、を備え、水添加後の残留燃料(ガソリン)を主タンクに、分離されたエタノール水を副タンクに、それぞれ貯留することとしている。この内燃機関によれば、ガソリン或いはエタノール水を所望のタイミングで噴射することができるので、上記の問題を解決することは可能である。
日本特開2008−248840号公報
しかしながら、上記従来の技術では、燃料インジェクタ、デリバリパイプ、燃料通路などの燃料供給システムが、ガソリン噴射用とアルコール噴射用との二系統分、必要になる。このため、燃料供給システムのコスト、重量および搭載スペースも2倍近く必要になり、大幅なコストアップや、重量増による燃費悪化、搭載性の悪化などを招くという問題がある。また、上記従来のシステムでは、副タンクの上面が主タンクの底面に連通して形成され、これらの境界は、複数の孔が設けられたバッフルプレートにより区画されている。このため、車両の走行状態においては、これらの燃料が撹拌されてしまい、燃料分離が安定しないおそれがある。したがって、上記従来の装置では、始動性や大気中へのHC排出の問題を十分に改善することができない。
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、ガソリンとアルコールとの混合燃料を使用する内燃機関において、簡易な構成で混合燃料使用時のエミッション悪化を抑制することのできる内燃機関の燃料噴射装置を提供することを目的とする。
第1の発明は、上記の目的を達成するため、内燃機関の燃料噴射装置であって、
燃料を貯留する内部空間と燃料を噴射する噴射口とが形成された先端部を有する燃料インジェクタと、前記内部空間に設置され、ガソリンとアルコールとの混合燃料中のアルコール成分を選択的に吸着可能な吸着材と、を有する内燃機関の燃料噴射装置において、
前記吸着材は、燃料圧力が低いときにはアルコール吸着量が小さくなり、燃料圧力が高いときにはアルコール吸着量が大きくなる特性を有し、
前記内燃機関を停止させる要求の有無を判定する手段と、
前記要求があると判定された場合に、燃料圧力が所定の低燃圧より大きいか否かを判定する手段と、
燃料圧力が前記低燃圧より大きいと判定された場合に、燃料圧力を所定時間前記低燃圧に制御する手段と、
前記所定期間経過後に前記内燃機関を停止させる手段と、
を備えることを特徴とする。
第2の発明は、第1の発明において、
前記所定時間は、前記内燃機関の各気筒においてそれぞれ1回以上の燃料噴射が実行されるために要する時間であ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、
前記低燃圧は、前記吸着材に吸着されていたアルコールの大部分が脱離する燃料圧力であることを特徴とする。
本発明の燃料インジェクタは、その先端部の内部空間に、ガソリンとアルコールとの混合燃料中のアルコール成分を選択的に吸着可能な吸着材が設置されている。このため、本発明の燃料インジェクタによれば、噴射される燃料のアルコール濃度を、必要なとき(例えば冷間始動時)に、すぐに低下させることができる。これにより、アルコール専用の燃料インジェクタを設けることなく上記効果が得られるので、燃料供給システムを簡素化でき、コスト低減および重量軽減が図れる。
第1の発明によれば、内燃機関を停止させる要求がある場合に、燃料圧力が所定の低燃圧より大きいか否かが判定される。そして、燃料圧力が当該低燃圧より大きい場合には、所定時間燃料圧力が該低燃圧に制御され、その後に内燃機関が停止される。このため、本発明によれば、吸着材に吸着されていたアルコールを脱離させた後に内燃機関が停止されるので、次回の機関始動時に燃料インジェクタから噴射される混合燃料のアルコール濃度を低減することができない事態を有効に回避することができる。
第2の発明によれば、内燃機関の停止要求が出された際に、燃料圧力が当該低燃圧より大きい場合には、燃料圧力が低燃圧に制御される。そして、内燃機関の各気筒においてそれぞれ1回以上の燃料噴射が実行された後に、内燃機関が停止される。このため、本発明によれば、内燃機関が停止される前に、吸着材から脱離されたアルコールを有効に内部空間外へ排出することができる。
第3の発明によれば、内燃機関の停止前に、吸着材に吸着されていたアルコールの大部分を脱離させることができる。このため、本発明によれば、次回の機関始動時に燃料インジェクタから噴射される混合燃料のアルコール濃度を低減することができない事態を有効に回避することができる。
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図である。 内燃機関に燃料を供給する燃料系統を模式的に示す図である。 燃料インジェクタの先端部を拡大して示す断面図である。 燃料圧力と、吸着材のアルコール吸着量との関係を示す図である。 アルコール濃度と始動時の要求噴射量との関係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のフローチャートである。 E80、E20およびE0の蒸留割合と温度との関係を示す図である。
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]
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図である。図1に示すように、本実施形態のシステムは、内燃機関10を備えている。内燃機関10は、例えば車両の動力源として用いられる。本実施形態の内燃機関10は、直列4気筒型であるものとするが、本発明における内燃機関の気筒数および気筒配置は特に限定されるものではない。図1には、内燃機関10の一つの気筒の断面が示されている。
この内燃機関10は、ガソリンを燃料として運転可能であるとともに、エタノールあるいはメタノールなどのアルコールと、ガソリンとを混合した燃料(以下、「アルコール混合燃料」または「混合燃料」とも呼ぶ)によっても運転可能なものである。この場合、アルコール混合燃料としては、アルコール成分の濃度(アルコール成分の割合)が低濃度(例えば数%程度)のものから高濃度(例えば80%以上)のものまで、使用可能である。
内燃機関10には、吸気通路12および排気通路14が接続されている。吸気通路12には、吸入空気量を検出するエアフローメータ16が配置されている。エアフローメータ16の下流には、スロットル弁18が配置されている。スロットル弁18の開度は、スロットルモータ20の作動によって調整される。スロットル弁18の近傍には、スロットル弁18の開度を検出するためのスロットルポジションセンサ22が配置されている。排気通路14には、排気ガスを浄化するための触媒15が設置されている。
内燃機関10の各気筒には、吸気ポート11内に燃料を噴射するための燃料インジェクタ26が配置されている。内燃機関10の各気筒には、更に、吸気弁28、点火プラグ30および排気弁32が設けられている。
内燃機関10のクランク軸36の近傍には、クランク軸36の回転角度(クランク角度)を検出可能なクランク角センサ38が設置されている。クランク角センサ38によれば、内燃機関10のクランク角度や機関回転数を検出することができる。
また、本実施形態のシステムは、内燃機関10が搭載された車両の運転席のアクセルペダルの踏み込み量を検出するアクセルポジションセンサ24と、内燃機関10の冷却水温を検出する水温センサ42と、内燃機関10の始動時にクランク軸36を回転駆動する電動機を有する始動装置44と、燃料ポンプ46と、燃料性状センサ48と、ECU(Electronic Control Unit)50とを備えている。ECU50には、上述したものを含む各種のセンサおよびアクチュエータが電気的に接続されている。
図2は、内燃機関10に燃料を供給する燃料系統を模式的に示す図である。図2に示すように、本実施形態のシステムは、燃料タンク52を備えている。燃料タンク52は、燃料供給通路54を介して、デリバリパイプ56に接続されている。燃料供給通路54の途中には、燃料を加圧する燃料ポンプ46が設置されている。燃料ポンプ46の設置箇所はこれに限定されるものではなく、例えば燃料タンク52内に設置されていてもよい。
燃料タンク52内に貯留された燃料は、燃料ポンプ46によって加圧され、燃料供給通路54を通ってデリバリパイプ56に送られる。そして、デリバリパイプ56により、各気筒の燃料インジェクタ26に燃料が分配される。燃料ポンプ46は、燃料の圧力を、ECU50から指令された圧力に調圧して、デリバリパイプ56に送ることができるように構成されている。すなわち、本実施形態のシステムでは、燃料ポンプ46によって、燃料インジェクタ26内部の燃料圧力(すなわち燃料噴射圧力)を調整可能になっている。
燃料インジェクタ26に供給される燃料、すなわち燃料タンク52内に貯留されている燃料(以下、「タンク内燃料」と称する)のアルコール濃度は、ユーザーが給油を選択した燃料のアルコール濃度に応じて、増減する。本実施形態では、燃料供給通路54の途中に設けた燃料性状センサ48によって、タンク内燃料のアルコール濃度を検出可能になっている。燃料性状センサ48としては、例えば、燃料の誘電率、屈折率などを測定することによってアルコール濃度を検出するものを用いることができる。なお、燃料性状センサ48の設置位置は、図示の構成に限定されるものではない。例えば、燃料タンク52またはデリバリパイプ56に燃料性状センサ48を設置してもよい。また、本発明では、タンク内燃料のアルコール濃度を検出する方法は、燃料性状センサ48を用いる方法に限定されるものではない。例えば、空燃比フィードバック制御における学習値から燃料のアルコール濃度を検出(推定)するようにしてもよい。すなわち、ガソリンとアルコールとでは理論空燃比の値が異なるので、アルコール混合燃料の理論空燃比の値は、そのアルコール濃度に応じて異なる。このため、排気通路14に設けられた空燃比センサ(図示せず)の信号をフィードバックすることによって学習される理論空燃比の値に基づいて、タンク内燃料のアルコール濃度を検出(推定)することが可能である。
図3は、本実施形態の内燃機関10が備える燃料インジェクタ26の先端部を拡大して示す断面図である。図3に示すように、燃料インジェクタ26は、先端部261を有している。先端部261には、燃料を噴射する噴射口262と、燃料を貯留する(燃料が満たされる)内部空間263とが形成されている。内部空間263には、噴射弁としてのニードル弁264が挿通している。噴射口262は、このニードル弁264により開閉される。ニードル弁264の基端側には、プランジャ265が一体的に設けられている。プランジャ265の周囲には、ソレノイドコイル266が設置されている。ソレノイドコイル266に通電すると、プランジャ265がソレノイドコイル266に吸引されて、プランジャ265およびニードル弁264が基端側に移動することにより、噴射口262が開く。これにより、内部空間263にある燃料が噴射口262から噴射される。ソレノイドコイル266への通電が断たれると、プランジャ265およびニードル弁264が図示しないバネの付勢力によって元の位置に戻り、噴射口262が閉じられ、噴射が停止する。このような燃料インジェクタ26の内部空間263の燃料圧力(以下、単に「燃料圧力」とも呼ぶ)は、前述したように、ECU50から燃料ポンプ46への指令により、低圧から高圧まで制御可能である。
燃料インジェクタ26の先端部261の内部空間263には、吸着材58が設置されている。図示の構成では、吸着材58は、内部空間263の内周に沿って筒状に配置されている。すなわち、吸着材58は、ニードル弁264の外周側を取り囲むようにして配置されている。この吸着材58としては、アルコール混合燃料中のアルコール成分を選択的に吸着することのできる性質を有するものが選択されている。このような吸着材58の構成材料としては、アルコール分子を取り込むことのできる分子レベルの細孔を有する、親水性の高い多孔質体を用いることができ、代表的にはゼオライトが好ましく用いられる。ゼオライトの中でも、極性の強いものが特に好ましい。極性の強いゼオライトを用いることにより、ガソリン成分が含まれる燃料の中から極性の強いアルコール分子を確実に選択して吸着することができる。また、吸着材58として用いる多孔質体の骨格構造(ゼオライトであれば、A型、Y型、X型など)に応じて細孔径などが異なるので、対象となるアルコール分子の大きさなどに応じて最適な骨格構造を選択することにより、良好なアルコール吸着特性を得ることができる。例えば、エタノールを吸着する場合には、A型ゼオライトを特に好ましく用いることができる。
[実施の形態1の動作]
(吸着材におけるアルコール吸着・脱離動作)
吸着材58は、周囲の燃料圧力が低いときには、吸着材58に吸着されるアルコールの量(以下、「アルコール吸着量」または単に「吸着量」と称する)が小さくなり、燃料圧力が高いときには、アルコール吸着量が大きくなるという特性を有している。本実施形態によれば、この特性を利用して吸着材58へのアルコール吸着量を制御することにより、燃料インジェクタ26から噴射される燃料のアルコール濃度を、燃料インジェクタ26に供給された燃料(すなわちタンク内燃料)のアルコール濃度よりも低くすることが可能である。すなわち、アルコール吸着量が小さい低圧状態から、アルコール吸着量が大きい高圧状態へと燃料圧力を上昇させると、内部空間263にある混合燃料中のアルコール成分が選択的に吸着材58に吸着される。このため、内部空間263にある混合燃料は、そのアルコール濃度が低下するとともに、ガソリン濃度が高まる。従って、燃料圧力を高圧にして燃料インジェクタ26から燃料を噴射することにより、燃料インジェクタ26から噴射される燃料のアルコール濃度をタンク内燃料のアルコール濃度より低くすることができる。
図4は、燃料圧力と、吸着材58のアルコール吸着量との関係を示す図である。前述したように、燃料圧力が低いときにはアルコール吸着量は小さくなり、燃料圧力が高いときにはアルコール吸着量は大きくなる。また、図4中の曲線に矢印を付して表すように、アルコール吸着量は、燃料圧力の履歴に対してヒステリシスを有する。すなわち、燃料圧力を低圧から高圧へ上昇させることによって吸着材58にアルコールを吸着させる過程におけるアルコール吸着量の変化は図4中の右側の曲線で表され、燃料圧力を高圧から低圧へ降下させることによって吸着材58からアルコールを脱離させる過程におけるアルコール吸着量の変化は図4中の左側の曲線で表される。
ECU50は、燃料ポンプ46の設定圧力値を低圧と高圧との間で切り替えて燃料インジェクタ26の内部空間263の燃料圧力を変化させることにより、吸着材58へのアルコールの吸着を制御したり、吸着材58からのアルコールの脱離を制御したりすることができる。吸着材58のアルコール吸着量は、燃料圧力が図4中のP2まで上昇した時点で飽和する。このため、吸着材58にアルコールを吸着させる際には、燃料圧力をP2以上に設定することが好ましい。これにより、吸着材58のアルコール吸着能力を全部引き出すことができる。ただし、図4中のP1以上の燃料圧力であれば吸着材58にアルコールを吸着させることができる。このため、吸着材58にアルコールを吸着させる際には、燃料圧力を少なくともP1より高い値まで上昇させればよい。
吸着材58のアルコール吸着量が飽和した状態から燃料圧力を低下させていくと、図4中のP3までは、アルコールは吸着材58からほとんど脱離しない。燃料圧力がP3より低くなると、アルコールが吸着材58から急速に脱離し始め、図4中のP4まで下がるとアルコール吸着量はほぼゼロになる。このため、吸着材58からアルコールを脱離させる際には、燃料圧力をP4以下に設定することが好ましい。これにより、吸着材58に吸着されたアルコールをほぼ全部脱離させることができる。ただし、上述したように、アルコールの脱離はP3から開始するので、吸着材58からアルコールを脱離させる際には、燃料圧力を少なくともP3未満の値まで低下させればよい。
(冷間始動時におけるアルコール濃度低減制御)
次に、図5を参照して、内燃機関10の冷間始動時動作におけるアルコール濃度低減制御ついて説明する。図5は、アルコール濃度と始動時の要求噴射量との関係を説明するための図である。この図に示すとおり、常温以下(25℃以下)の温度域においては、アルコール濃度が高濃度であるほど始動時の要求噴射量が増加する。より具体的には、アルコール濃度が50〜60%となる付近から要求噴射量が急激に増加する。特に、10℃以下となる低温下においては、この傾向が顕著に現れる。このため、内燃機関10の冷間始動時においては、高濃度のアルコール燃料が多量に噴射されてしまい、未燃アルコールの排出によるHCエミッションの悪化が問題となる。
そこで、本実施形態では、内燃機関10の冷間始動時には、上述の機能を利用して、燃料インジェクタ26から噴射される燃料のアルコール濃度が、タンク内燃料のアルコール濃度よりも低くなるように制御することとした。これにより、タンク内燃料のアルコール濃度が高い場合であっても、冷間始動時には、タンク内燃料よりもアルコール濃度が低く、ガソリン濃度の高い燃料(以下、「アルコール濃度低減燃料」と称する。)を燃料インジェクタ26から噴射することができる。このため、燃料良好な始動性が得られるとともに、大気中へのHC排出量を十分に低減することができる。
特に、本装置によれば、噴射口262の直前に位置する内部空間263において、アルコール濃度低減燃料を生成することができるので、始動時の初回の噴射から、アルコール濃度低減燃料を噴射することができる。これに対し、燃料インジェクタ26より手前側の位置(例えばデリバリパイプ56)においてアルコール濃度低減燃料を生成する構成とした場合には、少なくとも燃料インジェクタ26内の燃料がアルコール濃度低減燃料に置換されるまで燃料噴射を繰り返した後でなければ、アルコール濃度低減燃料を噴射することができない。
始動時の初回の噴射からアルコール濃度低減燃料を噴射できることは、次のような理由により、大気中へのHC排出量を低減することに対して極めて有効である。冷間始動時の最初のうちは、触媒15が排気ガスによって暖められておらず、活性していない状態である。このため、内燃機関10から排出されたHCが触媒15でほとんど浄化されずにそのまま大気中に排出されてしまう。その後、内燃機関10での燃焼が始まると、排気ガスが触媒15に流れ始めて触媒15の温度が上昇し、触媒活性が発現し始めるので、HCが触媒15で浄化され始める。従って、冷間始動時の大気中へのHC排出量を低減するためには、触媒15の温度が上昇していない、最初の数サイクルのうちに内燃機関10から排出されるHCの量を低減することが極めて重要となる。この点において、本装置によれば、始動時の初回の噴射からアルコール濃度低減燃料を噴射することができるので、燃焼せずに排気通路14へ流れるアルコール成分の量を確実に削減することができる。このため、冷間始動時の大気中へのHC排出量を極めて有効に低減することができる。
なお、吸着材58のアルコール吸着量が飽和すると、吸着材58はそれ以上アルコールを吸着することができない。このため、内燃機関10が始動した後、燃料インジェクタ26からの燃料噴射が繰り返されることにより、噴射される燃料のアルコール濃度は、元の濃度、すなわちタンク内燃料のアルコール濃度に戻っていく。しかしながら、それまでの間に触媒15の温度が上昇して活性が発現し、HCが触媒15で浄化され始める。よって、大気中へのHCの排出は十分に抑制される。また、燃料インジェクタ26から噴射される燃料のアルコール濃度が元の濃度に戻るまでの間に、内燃機関10の温度も上昇するので、アルコール成分の気化が促進されるようになる。このため、始動後の内燃機関10の運転安定性の悪化を十分に抑制することができる。
(実施の形態1の特徴的動作)
上述したとおり、内燃機関10の冷間始動時にアルコール濃度低減制御が実行されると、アルコールが吸着材58に吸着される。このため、吸着されたアルコールは、次回の冷間始動に備えて、内燃機関10の運転中に脱離させることが好ましい。そこで、通常、内燃機関10の暖機が完了すると、燃料圧力を低下させる処理が実行される。これにより、吸着材58に吸着されたアルコールを有効に脱離させて、次回の冷間始動に備えることができる。
しかしながら、内燃機関10の運転状況によっては、内燃機関10の冷間始動直後に機関停止要求が出されることも想定される。このような場合においては、吸着材58にアルコールが吸着された状態で機関が停止されてしまうため、次回の冷間始動時にアルコールを有効に吸着することができず、未燃アルコールが多量に排出されてしまうおそれがある。
そこで、本実施の形態では、機関停止要求が出された場合に、未だ吸着材58にアルコールが吸着されている場合には、これらの脱離処理を実行した後に機関を停止することとする。より具体的には、機関停止要求が出された際に、燃料圧力が高燃圧に設定されている場合には、所定時間該燃料圧力を低燃圧に設定することとする。これにより、吸着材58に吸着されていたアルコールを有効に脱離させて、燃料インジェクタ26から噴射することができる。
尚、燃料圧力を低燃圧に設定してから機関停止するまでの所定期間は、内燃機関10の各気筒において、それぞれ最低1回以上の燃料噴射が実行されるために要する期間に設定することが好ましい。これにより、内部空間263内のアルコール濃度をタンク内燃料と同レベルまで低下させることができるので、次回の冷間始動時にアルコール濃度を有効に低減することができる。
[本実施の形態1の具体的処理]
次に、図6を参照して、本実施の形態の具体的処理について説明する。図6は、上述した機関停止制御を実現するために本実施形態においてECU50が実行するルーチンのフローチャートである。図6に示すルーチンでは、先ず、内燃機関10を停止させる要求が出されたか否かが判定される(ステップ100)。ここでは、具体的には、イグニッション(IG)がOFFにされたか否かが判定される。その結果、未だ内燃機関10の停止要求が出されていないと判定された場合には、本ステップ100が繰り返し実行される。
一方、上記ステップ100において、内燃機関10の停止要求が出されたと判断された場合には、次のステップに移行し、燃料圧力が低燃圧に設定されているか否かが判定される。その結果、燃料圧力が低燃圧に設定されていると判定された場合には、既に吸着材58からアルコールが脱離していると判断されて、次のステップに移行し、内燃機関10が遅滞なく停止される(ステップ104)。
一方、上記ステップ104において、燃料圧力が低燃圧に設定されてないと判定された場合には、未だ吸着材58にアルコールが吸着されていると判断されて、次のステップに移行し、内燃機関10の停止遅延制御が実行される(ステップ106)。ここでは、具体的には、内燃機関10の燃料圧力が低燃圧に設定される。そして、内燃機関10が所定時間継続運転される。所定時間は、内燃機関10の各気筒において、それぞれ最低1回の燃料噴射を行うことができる期間に設定される。本ステップ106が実行されると、上記ステップ104に移行し、内燃機関10が遅滞なく停止される。
以上説明したとおり、本実施の形態の装置によれば、内燃機関10の停止要求が出された場合に、吸着材58に吸着されていたアルコールを脱離させて噴射した後に内燃機関10が停止される。これにより、次回の冷間始動時に噴射燃料のアルコール濃度を有効に低減することができるので、未燃アルコールの排出によるエミッションの悪化を有効に抑制することができる。
尚、上述した実施の形態1においては、ECU50が、上記ステップ100の処理を実行することにより、前記第1の発明における「判定手段」が、上記ステップ102の処理を実行することにより、前記第1の発明における「燃圧判定手段」が、上記ステップ106の処理を実行することにより、前記第1の発明における「燃料圧力を低燃圧に制御する手段」が、上記ステップ104の処理を実行することにより、前記第1の発明における「内燃機関を停止させる手段」が、それぞれ実現されている。
10 内燃機関
11 吸気ポート
12 吸気通路
14 排気通路
15 触媒
16 エアフローメータ
18 スロットル弁
24 アクセルポジションセンサ
26 燃料インジェクタ
261 先端部
262 噴射口
263 内部空間
264 ニードル弁
265 プランジャ
266 ソレノイドコイル
28 吸気弁
30 点火プラグ
32 排気弁
42 水温センサ
50 ECU
52 燃料タンク
54 燃料供給通路
56 デリバリパイプ
58 吸着材

Claims (3)

  1. 燃料を貯留する内部空間と燃料を噴射する噴射口とが形成された先端部を有する燃料インジェクタと、前記内部空間に設置され、ガソリンとアルコールとの混合燃料中のアルコール成分を選択的に吸着可能な吸着材と、を有する内燃機関の燃料噴射装置において、
    前記吸着材は、燃料圧力が低いときにはアルコール吸着量が小さくなり、燃料圧力が高いときにはアルコール吸着量が大きくなる特性を有し、
    前記内燃機関を停止させる要求の有無を判定する手段と、
    前記要求があると判定された場合に、燃料圧力が所定の低燃圧より大きいか否かを判定する手段と、
    燃料圧力が前記低燃圧より大きいと判定された場合に、燃料圧力を所定時間前記低燃圧に制御する手段と、
    前記所定期間経過後に前記内燃機関を停止させる手段と、
    を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
  2. 前記所定時間は、前記内燃機関の各気筒においてそれぞれ1回以上の燃料噴射が実行されるために要する時間であることを特徴とする請求項1記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  3. 前記低燃圧は、前記吸着材に吸着されていたアルコールの大部分が脱離する燃料圧力であることを特徴とする請求項1または2記載の内燃機関の燃料噴射装置。
JP2012504176A 2010-03-08 2010-03-08 内燃機関の燃料噴射装置 Expired - Fee Related JP5218697B2 (ja)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/JP2010/053769 WO2011111149A1 (ja) 2010-03-08 2010-03-08 内燃機関の燃料噴射装置

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP5218697B2 true JP5218697B2 (ja) 2013-06-26
JPWO2011111149A1 JPWO2011111149A1 (ja) 2013-06-27

Family

ID=44562997

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2012504176A Expired - Fee Related JP5218697B2 (ja) 2010-03-08 2010-03-08 内燃機関の燃料噴射装置

Country Status (4)

Country Link
US (1) US8646439B2 (ja)
JP (1) JP5218697B2 (ja)
BR (1) BR112012022483B1 (ja)
WO (1) WO2011111149A1 (ja)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2011111147A1 (ja) * 2010-03-08 2011-09-15 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の燃料噴射装置
JP5987814B2 (ja) * 2013-11-18 2016-09-07 トヨタ自動車株式会社 車両用内燃機関の制御装置

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008106623A (ja) * 2006-10-23 2008-05-08 Denso Corp 内燃機関の燃料供給装置および燃料供給制御装置
JP2009036151A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の始動装置
JP2009281330A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Toyota Motor Corp ハイブリッド車両

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4423280A (en) * 1979-12-19 1983-12-27 Mobil Oil Corporation Selective sorption by zeolites
US4517402A (en) * 1979-12-19 1985-05-14 Mobil Oil Corporation Selective sorption of linear aliphatic compounds by zeolites
US5271914A (en) * 1990-04-04 1993-12-21 Tosoh Corporation Process for adsorbing the vapor of alcoholic fuels
US5051244A (en) * 1990-07-20 1991-09-24 Uop Use of a molecular sieve bed to minimize emissions during cold start of internal combustion engines
JP2006257907A (ja) 2005-03-15 2006-09-28 Toyota Motor Corp 内燃機関の始動システム
JP2008088941A (ja) 2006-10-04 2008-04-17 Toyota Motor Corp アルコール混合燃料エンジンの制御装置
JP2008248840A (ja) 2007-03-30 2008-10-16 Mitsubishi Motors Corp 内燃機関
US8118009B2 (en) * 2007-12-12 2012-02-21 Ford Global Technologies, Llc On-board fuel vapor separation for multi-fuel vehicle
US8550058B2 (en) 2007-12-21 2013-10-08 Ford Global Technologies, Llc Fuel rail assembly including fuel separation membrane
JP2009257309A (ja) 2008-03-27 2009-11-05 Denso Corp インジェクタ
JP5005613B2 (ja) * 2008-05-27 2012-08-22 愛三工業株式会社 キャニスタ
JP4672048B2 (ja) * 2008-06-09 2011-04-20 三菱電機株式会社 内燃機関制御装置

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008106623A (ja) * 2006-10-23 2008-05-08 Denso Corp 内燃機関の燃料供給装置および燃料供給制御装置
JP2009036151A (ja) * 2007-08-03 2009-02-19 Nissan Motor Co Ltd 内燃機関の始動装置
JP2009281330A (ja) * 2008-05-23 2009-12-03 Toyota Motor Corp ハイブリッド車両

Also Published As

Publication number Publication date
US20120318241A1 (en) 2012-12-20
BR112012022483A2 (pt) 2016-10-25
BR112012022483B1 (pt) 2020-12-15
WO2011111149A1 (ja) 2011-09-15
US8646439B2 (en) 2014-02-11
JPWO2011111149A1 (ja) 2013-06-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP5105025B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP5288005B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
US7869930B2 (en) Approach for reducing overheating of direct injection fuel injectors
US7720592B2 (en) Approach for enhancing emissions control device warmup in a direct injection engine system
US9080493B2 (en) Exhaust gas control apparatus for internal combustion engine
US7992539B2 (en) Fuel injection control device of an internal combustion engine
JP2009144720A (ja) 自動車の燃料燃焼エンジンにおける燃料供給装置の作動方法、及び、自動車のエンジン制御システム
US20150219045A1 (en) Evaporated fuel processing system (as amended)
JP5218696B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP5218695B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP5218697B2 (ja) 内燃機関の燃料噴射装置
JP4715632B2 (ja) 内燃機関の蒸発燃料処理制御装置
JP3882454B2 (ja) 内燃機関
JP4457803B2 (ja) 内燃機関の制御装置
JP2013164041A (ja) 蒸発燃料供給装置
JP4349070B2 (ja) 内燃機関の蒸発燃料供給装置
JP2014025400A (ja) 内燃機関の制御装置

Legal Events

Date Code Title Description
TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20130205

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160315

Year of fee payment: 3

R151 Written notification of patent or utility model registration

Ref document number: 5218697

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R151

FPAY Renewal fee payment (event date is renewal date of database)

Free format text: PAYMENT UNTIL: 20160315

Year of fee payment: 3

LAPS Cancellation because of no payment of annual fees