JP5402767B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

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 特開平５−８６９９６号公報 特開２００６−１８３６０４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。

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、本発明の目的は、低温始動時等の燃料が気化し難い状況でも、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にある。

第１の発明は、燃料を貯留する燃料タンクと、
前記燃料タンク内の燃料を吸気通路及び／又は燃焼室に噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気通路に接続され、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、
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、
内燃機関の始動時に前記気化燃料供給弁を開弁し、運転中に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に供給する気化燃料供給手段と、
前記気化燃料供給手段により前記吸気通路に供給された気化燃料の量を算出する供給量算出手段と、
前記気化燃料の供給量が始動時の要求量に対応する所定の判定値を超えた場合に、前記気化燃料供給弁を閉弁して気化燃料の供給を停止し、前記燃料噴射弁の燃料噴射に切換える燃料形態切換手段と、
を備えることを特徴とする。

第２の発明は、始動時の温度環境に応じて前記判定値を可変に設定する判定値可変手段を備える。

第３の発明は、前記気化燃料タンクの内部と外部空間とを連通可能な位置に設けられ、気化燃料の供給時に前記気化燃料供給弁と一緒に開弁する常閉の大気導入弁を備え、
前記燃料形態切換手段は、前記気化燃料供給弁と前記大気導入弁とを閉弁することにより気化燃料の供給を停止し、かつ当該閉弁時に前記気化燃料供給弁及び前記大気導入弁の閉弁速度を制限する構成としている。

第４の発明は、前記気化燃料供給弁の上流側で前記吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
前記燃料形態切換手段により気化燃料の供給を停止するときに、供給停止用の閉弁動作が実行される前に前記スロットルバルブを開弁するスロットル開弁手段と、を備える。

第５の発明は、前記燃料としてアルコール燃料を用いる構成としている。

第１の発明によれば、内燃機関の運転中には、気化燃料生成手段により気化燃料タンク内に気化燃料を生成することができる。そして、機関停止後には、タンク内で生じる自然減圧を利用して気化燃料を蓄えておくことができる。これにより、始動制御手段は、始動時に気化燃料を筒内に速やかに供給することができ、低温始動時でも、始動性を向上させることができる。しかも、気化燃料の供給量が始動時の要求量に対応する判定値を超えた場合には、燃料形態切換手段により気化燃料の供給を停止し、通常の燃料噴射に切換えることができる。これにより、内燃機関を必要最低限の気化燃料で始動させることができ、始動性を確保しながらも、気化燃料の消費量を抑制することができる。また、気化燃料が過剰に供給されるのを回避し、空燃比の荒れや失火の発生を防止することができる。

第２の発明によれば、判定値可変手段は、気化燃料の供給停止を判定するための判定値を、始動時の温度環境に応じて適切に変更することができる。このため、温度環境が変動しても、始動時に必要な気化燃料の量を常に正確に判定することができる。

第３の発明によれば、燃料形態切換手段は、気化燃料の供給停止時に気化燃料供給弁と大気導入弁の閉弁速度を制限することができる。従って、これらの弁を閉弁したときに生じる吸気通路の急激な圧力変動を抑制し、空燃比の制御精度を向上させることができる。これにより、始動性を安定的に確保し、また排気エミッションのロバスト性を確保することができる。

第４の発明によれば、気化燃料の供給停止時には、まず、スロットル開弁手段によりスロットルバルブを開弁してから、燃料形態切換手段により供給停止用の閉弁動作を実行することができる。これにより、気化燃料供給弁（及び大気導入弁）を閉弁する前に、吸気通路の密閉度を適度に低下させ、その後の閉弁動作による吸気通路の急激な圧力変動を抑制することができる。従って、第３の発明と同様の効果を得ることができる。

第５の発明によれば、低温時に気化し難いアルコール燃料を用いる場合でも、内燃機関の運転中に気化燃料タンク内に気化燃料を蓄えておき、この気化燃料を始動時に供給することにより、始動性を向上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。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される制御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、気化燃料の供給停止時に閉弁速度を制限した場合のサージタンク内の圧力変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３において、気化燃料の供給停止時にスロットルバルブを開弁した場合のサージタンク内の圧力変化を示すタイミングチャートである。 本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図３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ように構成されている。そして、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。さらに、各気筒には、気化燃料に点火する点火プラグ３０（図２参照）と、図示しない吸気弁及び排気弁とが設けられている。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ように構成されている。

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３４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、後述の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３４を起動してクランク軸を回転させる動作（クランキング）を実行し、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３６、タンク内噴射弁３８、気化燃料供給弁４０、大気導入弁４２、リリーフ弁４４等を備えている。

気化燃料タンク３６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３６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３８は、燃料タンク３２に貯留された燃料を気化燃料タンク３６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３８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３８から噴射された燃料は、気化燃料タンク３６内で気化することにより気化燃料となる。

気化燃料タンク３６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４０が設けられている。気化燃料供給弁４０の閉弁時には、気化燃料タンク３６とサージタンク２０との間が遮断され、気化燃料タンク３６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４０の開弁時には、前記タンク２０，３６が相互に連通され、気化燃料タンク３６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３６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４２が設けられている。大気導入弁４２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３６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４０と大気導入弁４２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４２から気化燃料タンク３６内に大気が導入される。なお、これらの弁４０，４２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４２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４２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３６に導入される。

さらに、気化燃料タンク３６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４４が設けられている。リリーフ弁４４は、気化燃料タンク３６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４４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３６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４４は、気化燃料タンク３６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４４は、気化燃料タンク３６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、複数のセンサ４６〜６０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４６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、この出力に基いてエンジン回転数及びクランク角を検出することができる。また、エアフローセンサ４８は吸入空気量を検出し、水温センサ５０はエンジンの冷却水温を検出する。さらに、吸気圧センサ５２は、例えばサージタンク２０の位置で吸入空気の圧力を検出するもので、ＥＣＵ７０は、吸気圧センサ５２の出力に基いてサージタンク２０内の圧力を検出することができる。また、吸気温センサ５４は、吸入空気の温度を検出する。一方、タンク圧センサ５６は気化燃料タンク３６内の圧力を検出し、タンク温度センサ５８は気化燃料タンク３６内の温度を検出する。さらに、燃料性状センサ６０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ものである。

センサ系統には、上記センサ４６〜６０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、必ずしも吸気圧センサ５２やタンク温度センサ５８を必要とするものではない。即ち、例えば吸気圧センサ５２を使用せず、エンジンの吸入空気量、回転数等に基いて吸入空気の圧力を推定してもよい。また、タンク温度センサ５８を使用せず、エンジンの温度や運転履歴、気化燃料タンク３６への熱伝導特性等に基いてタンク内温度を推定してもよい。

一方、ＥＣＵ７０の出力側には、スロットルバルブ１８、噴射弁２６，２８，３８、点火プラグ３０、スタータモータ３４、気化燃料供給弁４０、大気導入弁４２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４６の出力に基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４８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いて燃料噴射量を算出し、クランク角に基いて燃料噴射時期を決定した後に、噴射弁２６，２８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３６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４０と大気導入弁４２とを閉弁した状態で、タンク内噴射弁３８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。燃料噴射量の具体的な算出処理については、図３を参照して後述する。

そして、タンク内噴射弁３８から噴射された燃料は、タンク内の空気をリリーフ弁４４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４４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３６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３６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３６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３６内の温度が気化燃料を生成し得る所定の判定温度以上の場合にのみ実行するのが好ましい。

（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４０と大気導入弁４２とを開弁し、気化燃料タンク３６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、クランキングにより吸気負圧が生じるので、ＥＣＵ７０は、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを開弁し、気化燃料タンク３６内の気化燃料を吸気負圧によってサージタンク２０に供給する。

このとき、気化燃料タンク３６内には、気化燃料が流出した分だけ大気導入弁４２から空気が流入するので、気化燃料の供給をスムーズに行うことができる。また、大気導入弁４２を開弁させるにあたり、気化燃料タンク３６内の圧力が大気圧以上である場合には、最初に気化燃料供給弁４０を開弁してから大気導入弁４２を開弁する。一方、タンク内の圧力が大気圧よりも低い場合には、最初に大気導入弁４２を開弁してから気化燃料供給弁４０を開弁する。これにより、タンク内の気化燃料が大気中に流出したり、サージタンク２０から気化燃料タンク３６内に空気が逆流するのを防止することができる。

気化燃料タンク３６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。これにより、エンジンが始動するので、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。そして、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを閉弁し、気化燃料供給制御を終了する。さらに、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、全ての気筒で１サイクル目の燃焼が終了した時点で気化燃料の供給を停止し、２サイクル目以降の燃焼時には、通常の燃料噴射制御を行う構成としてもよい。

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。

ところで、上述した気化燃料供給制御は、エンジンが始動した時点で終了されるため、その終了タイミングによっては、サージタンク２０、吸気ポート２４等の内部に比較的多量の気化燃料が残留することがある。この状態で通常の燃料噴射が開始されると、一時的に噴射燃料と気化燃料の両方が筒内に供給されることになり、その結果として空燃比の過剰な変動（空燃比の荒れ）や、失火等が生じる虞れがある。

このため、本実施の形態では、サージタンク２０に供給された気化燃料の供給量を算出（積算）する。そして、供給量の積算値（積算供給量Ｑsum）が始動時に必要とされる気化燃料の要求量（始動時要求量Ｑreq）を超えた時点で、気化燃料の供給を停止し、通常の燃料噴射制御に切換える構成としている。以下、気化燃料の供給量の算出処理と、要求量の算出処理について説明する。なお、以下の説明は、算出方法の一例に過ぎず、本発明を限定するものではない。

（積算供給量Ｑsumの算出処理）
この算出処理では、気化燃料の供給を開始してから任意の時点までの間に供給された気化燃料の総供給量を、積算供給量Ｑsumとして算出する。具体的に述べると、まず、ＥＣＵ７０は、気化燃料を供給するときに、吸気圧センサ５２とタンク圧センサ５６の出力に基いて、気化燃料タンク３６内の圧力とサージタンク２０内の圧力をそれぞれ検出し、これらの圧力の差圧ΔＰを算出する。次に、気化燃料供給弁４０の開弁時の流路面積（予め記憶されている）と、差圧ΔＰの算出値とに基いて単位時間当りの気化燃料の供給量ΔＱを算出する。そして、ＥＣＵ７０は、単位時間当りの供給量ΔＱを一定のサンプリング周期で算出しつつ、この算出値を気化燃料の供給中に積算することにより、積算供給量Ｑsumを算出することができる。

（始動時要求量Ｑreqの算出処理）
この算出処理では、エンジンの始動時に要求される気化燃料の要求量を、始動時要求量Ｑreqとして算出する。始動時要求量Ｑreqは、前述した積算供給量Ｑsumと比較される判定値である。本実施の形態では、始動時の温度環境に基いて始動時要求量Ｑreqを可変に設定する構成としている。ここで、温度環境とは、例えば外気温、エンジンの機関温度などである。ＥＣＵ７０には、外気温（吸気温）と機関温度（例えば、冷却水温）とに基いて、始動時要求量Ｑreqを算出するための始動時要求量算出マップデータが予め記憶されている。

始動時には、外気温や機関温度が低いほど、多量の気化燃料が必要となる。このため、始動時要求量算出マップデータは、吸気温が低いほど、また、冷却水の温度が低いほど、始動時要求量Ｑreqが多くなるように設定されている。ＥＣＵ７０は、水温センサ５０と吸気温センサ５４の出力に基いて始動時要求量算出マップデータを参照し、温度環境に応じて適切な始動時要求量Ｑreqを算出する。なお、本発明では、機関温度として、例えば潤滑油の温度やエンジン本体の温度を用いる構成としてもよい。

また、始動時要求量Ｑreqは、始動時に供給される気化燃料の濃度にも影響される。これに対し、本実施の形態では、前述したように、気化燃料タンク３６内に気化燃料を飽和蒸気圧に近い規定の状態で蓄え、タンク内の空気を排出する構成としている。従って、始動時要求量Ｑreqは、規定の状態で蓄えられていた気化燃料が供給されることを前提として設定されている。

［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図３及び図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３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ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３に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。

図３に示すルーチンでは、まず、燃料性状センサ６０の出力に基いて燃料中のアルコール濃度を検出する（ステップ１００）。そして、タンク温度センサ５８により気化燃料タンク３６内の温度Ｔを検出し（ステップ１０２）、このタンク内温度Ｔが判定温度Ｔ1よりも大きいか否かを判定する（ステップ１０４）。ここで、判定温度Ｔ1とは、気化燃料を生成し得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境界温度である。ステップ１０２の判定成立時には、燃料が気化し易い温度状態なので、気化燃料タンク３６内に噴射する燃料の噴射量Ｑを算出する。

燃料噴射量Ｑの算出処理では、まず、燃料中のアルコール濃度とタンク内温度Ｔとに基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３６内での燃料の飽和蒸気圧Ｐgを算出する（ステップ１０６）。次に、飽和蒸気圧Ｐg、タンク内温度Ｔ及び気化燃料タンク３６のタンク容積に基いて噴射量算出マップデータを参照し、燃料噴射量Ｑを算出する（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。

従って、上述の算出処理により算出された燃料噴射量Ｑは、気化燃料タンク３６内に気体として存在し得る最大量の気化燃料を生成し、かつ噴射燃料を余らせないための最適な噴射量となる。そして、次の処理では、この燃料噴射量Ｑに基いてタンク内噴射弁３８を駆動し、気化燃料タンク３６内に燃料を噴射する（ステップ１１０）。これにより、気化燃料タンク３６内には、最大量の気化燃料を飽和蒸気圧に近い規定の状態で蓄えることができ、タンクの容積を有効に活用することができる。

次に、図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵにより実行される気化燃料供給制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰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、イグニッションスイッチ（ＩＧＳＷ）がＯＮになったか否かを判定し（ステップ２００）、この判定成立時には、前述した算出方法により始動時要求量Ｑreqを算出する（ステップ２０２）。次に、エンジンの始動要求が発生したか否かを判定し（ステップ２０４）、この判定成立時には、スタータモータ３４を起動してクランキングを開始する（ステップ２０６）。そして、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを開弁し、クランキングにより生じた吸気負圧を利用して気化燃料タンク３６からサージタンク２０に気化燃料を供給する（ステップ２０８）。

次の処理では、気化燃料の供給を実行しつつ、前述した算出方法により積算供給量Ｑsumを算出する（ステップ２１０）。そして、積算供給量Ｑsumが始動時要求量Ｑreqよりも大きいか否かを判定する（ステップ２１２）。この判定成立時には、始動に必要な量の気化燃料を供給したことになるので、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを閉弁し、気化燃料の供給を停止する（ステップ２１４）。そして、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通常の燃料噴射制御を開始する（ステップ２１６）。一方、ステップ２１２の判定が不成立の場合には、まだ気化燃料の供給量が要求量に達していないので、ステップ２０８に戻って供給を継続する。これにより、始動に必要な量の気化燃料が供給されるまでは、ステップ２０８〜２１２の処理が繰返し実行される。

上述したステップ２１２，２１４では、積算供給量Ｑsumが始動時要求量Ｑreqを超えた時点で、エンジンが始動していなくても（あるいは、１サイクル目の燃焼が済んでいない気筒が存在しても）、気化燃料の供給を停止する。しかし、本発明は、ステップ２１２，２１４の処理方法に限定されるものではない。一例を挙げれば、本発明では、例えば積算供給量Ｑsumが始動時要求量Ｑreqを超えることにより気化燃料を停止した場合でも、エンジンが始動しなければ、気化燃料の供給を再開する構成としてもよい。また、例えば全ての気筒で１サイクル目の燃焼が終了してから、積算供給量Ｑsumが始動時要求量Ｑreqを超えたか否かの判定を開始し、判定成立時に気化燃料を停止する構成としてもよい。

以上詳述した通り、本実施の形態によれば、気化燃料の積算供給量Ｑsumが始動時要求量Ｑreqを超えた時点で、気化燃料の供給を停止し、通常の燃料噴射へと切換えることができる。従って、エンジンを必要最低限の気化燃料で始動させることができ、始動性を確保しながらも、気化燃料の消費量を抑制することができる。また、気化燃料が過剰に供給されるのを回避し、空燃比の荒れや失火の発生を防止することができる。しかも、本実施の形態では、始動時の温度環境に応じて始動時要求量Ｑreqを適切に変更することができる。このため、温度環境が変動しても、始動時に必要な気化燃料の量を常に正確に判定することができる。

なお、前記実施の形態１では、図３中に示すステップ１００〜１１０が請求項１における気化燃料生成手段の具体例を示している。また、図４中に示すステップ２０８が請求項１における気化燃料供給手段の具体例、ステップ２１０が供給量算出手段の具体例、ステップ２１２，２１４，２１６が燃料形態切換手段の具体例をそれぞれ示している。また、ステップ２０２は、請求項２における判定値可変手段の具体例を示している。

実施の形態２．
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。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１〜図４）を採用しているものの、気化燃料の供給停止時に、気化燃料供給弁及び大気導入弁の閉弁速度を制限する構成としたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態２の特徴］
気化燃料の供給停止時には、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを全開位置から急激に閉弁すると、サージタンク２０内に大きな圧力変動が生じ易い。そこで、本実施の形態では、これらの弁４０，４２の閉弁速度を制限する構成としている。具体的に述べると、まず、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とは、例えば入力信号の電圧に応じて弁開度が連続的に変化する電磁弁により構成されている。そして、ＥＣＵ７０は、気化燃料の供給を停止するときに、ＰＷＭ（Ｐulse Ｗidth Ｍodulation）等の手段により弁４０，４２に入力する信号電圧を全開用の電圧から全閉用の電圧に向けて徐々に変化させる。この結果、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とは、全開位置から全閉位置に向けて緩やかに閉弁するようになり、閉弁速度が低下する。

図５は、本発明の実施の形態２において、気化燃料の供給停止時に閉弁速度を制限した場合のサージタンク内の圧力変化を示すタイミングチャートである。図５中に示す比較例（点線で図示）のように、弁４０，４２の閉弁速度を制限しない場合には、これらの弁が急激に閉弁し、サージタンク２０内の圧力が大きく変動する。これに対し、本実施の形態（実線で図示）のように、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２の閉弁速度を制限した場合には、閉弁速度が低下した分だけサージタンク２０内の圧力が緩やかに変動するようになり、急激な圧力変動を抑えることができる。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、気化燃料の供給停止時にサージタンク２０内の急激な圧力変動を抑制し、空燃比の制御精度を向上させることができる。これにより、始動性を安定的に確保し、また排気エミッションのロバスト性を確保することができる。

実施の形態３．
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態は、前記実施の形態１とほぼ同様の構成及び制御（図１、図２、図３）を採用しているものの、気化燃料の供給停止時にスロットルバルブを開弁してから、気化燃料供給弁と大気導入弁とを閉弁させる構成としたことを特徴としている。なお、本実施の形態では、実施の形態１と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。

［実施の形態３の特徴］
気化燃料の供給停止時には、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを閉弁するが、このときにサージタンク２０の密閉度が高いと、タンク内の圧力変動が増大し易い。このため、本実施の形態では、供給停止用の閉弁動作（弁４０，４２の閉弁動作）を実行する前に、スロットルバルブ１８を所定の開度まで開弁し、その後に弁４０，４２を閉弁する構成としている。ここで、所定の開度とは、例えば吸気通路１２に必要以上の空気を流入させず、かつサージタンク２０内の圧力変動が緩和されるような中間開度に設定される。

図６は、本発明の実施の形態３において、気化燃料の供給停止時にスロットルバルブを開弁した場合のサージタンク内の圧力変化を示すタイミングチャートである。図６中に実線で示すように、本実施の形態では、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを閉弁する時点ｔ2よりも前の時点ｔ1において、スロットルバルブ１８を所定の開度まで開弁する。次に、時点ｔ2において、前記実施の形態２と同様に、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを徐々に閉弁させる。これにより、サージタンク２０内の圧力は、スロットルバルブ１８を全閉していた場合（点線で図示）と比較して緩やかに変化するようになる。この結果、圧力の過渡的なアンダーシュートを防止することができる。

［実施の形態３を実現するための具体的な処理］
次に、図７を参照しつつ、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。図７は、本発明の実施の形態３において、ＥＣＵにより実行される制御を示すフローチャートである。この図に示すルーチンは、実施の形態１の図４に代えて、エンジンの運転中に繰返し実行されるものとする。

図７に示すルーチンでは、まず、ステップ３００〜３１２において、前記図４中に示すステップ２００〜２１２と同様の処理を実行する。そして、積算供給量Ｑsumが始動時要求量Ｑreqを超えたと判定した場合には、まず、スロットルバルブ１８を所定の開度まで開弁する（ステップ３１４）。次に、気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを閉弁して気化燃料の供給を停止し、通常の燃料噴射制御を開始する（ステップ３１６，３１８）。

このように構成される本実施の形態でも、前記実施の形態１とほぼ同様の作用効果を得ることができる。そして、特に本実施の形態では、気化燃料の供給停止時にスロットルバルブ１８を開弁し、サージタンク２０の密閉度を適度に低下させることができ、この状態で気化燃料供給弁４０と大気導入弁４２とを閉弁することができる。これにより、弁４０，４２の閉弁時に生じるサージタンク２０内の急激な圧力変動を抑制し、空燃比の制御精度を向上させることができる。

また、本実施の形態では、図６に示すように、スロットルバルブ１８を開弁してから、弁４０，４２を徐々に閉弁し、これらの相乗効果によって急激な圧力変動を効果的に抑制する構成とした。しかし、本発明はこれに限らず、実施の形態１，３を組合わせることにより、スロットルバルブ１８を開弁してから、弁４０，４２を一気に閉弁する構成としてもよい。この構成によっても、サージタンク２０の密閉度が適度に低下しているため、十分な効果を得ることができる。

なお、前記実施の形態２では、図７中に示すステップ３０８が請求項１における気化燃料供給手段の具体例を示している。また、ステップ３１０は供給量算出手段の具体例、ステップ３１２，３１６，３１８は燃料形態切換手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ３０２は、請求項２における判定値可変手段の具体例を示し、ステップ３１４は、請求項４におけるスロットル開弁手段の具体例を示している。

また、実施の形態では、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、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３６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ものである。

また、実施の形態では、気化燃料タンク３６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た。しかし、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３６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３６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３６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３６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３６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３６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、実施の形態では、吸気ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２８の両方を備えたエンジン１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、噴射弁２６，２８のうち何れか一方を備えず、他方のみを備えた内燃機関に適用してもよい。

また、実施の形態では、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た。しかし、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も適用し得るものである。

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（吸気通路）
２２ 吸気マニホールド（吸気通路）
２４ 吸気ポート（吸気通路）
２６ 吸気ポート噴射弁（燃料噴射弁）
２８ 筒内噴射弁（燃料噴射弁）
３２ 燃料タンク
３４ スタータモータ
３６ 気化燃料タンク
３８ タンク内噴射弁（タンク内燃料供給手段）
４０ 気化燃料供給弁
４２ 大気導入弁
４４ リリーフ弁
５２ 吸気圧センサ
５４ 吸気温センサ
５６ タンク圧センサ
５８ タンク温度センサ
６０ 燃料性状センサ
７０ ＥＣＵ

Claims (5)

1. 燃料を貯留する燃料タンクと、
   前記燃料タンク内の燃料を吸気通路及び／又は燃焼室に噴射する燃料噴射弁と、
   前記吸気通路に接続され、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、
   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、
   内燃機関の始動時に前記気化燃料供給弁を開弁し、運転中に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に供給する気化燃料供給手段と、
   前記気化燃料供給手段により前記吸気通路に供給された気化燃料の量を算出する供給量算出手段と、
   前記気化燃料の供給量が始動時の要求量に対応する所定の判定値を超えた場合に、前記気化燃料供給弁を閉弁して気化燃料の供給を停止し、前記燃料噴射弁の燃料噴射に切換える燃料形態切換手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 始動時の温度環境に応じて前記判定値を可変に設定する判定値可変手段を備えてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記気化燃料タンクの内部と外部空間とを連通可能な位置に設けられ、気化燃料の供給時に前記気化燃料供給弁と一緒に開弁する常閉の大気導入弁を備え、
   前記燃料形態切換手段は、前記気化燃料供給弁と前記大気導入弁とを閉弁することにより気化燃料の供給を停止し、かつ当該閉弁時に前記気化燃料供給弁及び前記大気導入弁の閉弁速度を制限する構成としてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記気化燃料供給弁の上流側で前記吸気通路に設けられたスロットルバルブと、
   前記燃料形態切換手段により気化燃料の供給を停止するときに、供給停止用の閉弁動作が実行される前に前記スロットルバルブを開弁するスロットル開弁手段と、
   を備えてなる請求項１乃至３のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記燃料としてアルコール燃料を用いてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。

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