WO2011111150A1 - 内燃機関の燃料噴射装置 - Google Patents

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千葉　史人
▲吉▼岡　衛
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel injection device for an internal combustion engine.
  • FIG. 10 is a graph showing the relationship between the distillation ratio and temperature of E80 (80% ethanol mixed fuel), E20 (20% ethanol mixed fuel), and E0 (gasoline 100%). Since gasoline is composed of multiple components and contains low boiling components, it has excellent vaporization characteristics even at low temperatures. On the other hand, since alcohol is a single component, its boiling point is determined and its boiling point is high (about 78 ° C. in the case of ethanol). For this reason, as can be seen from FIG. 10, a mixed fuel having a high alcohol concentration, such as E80, has a drawback that it is extremely difficult to vaporize at a temperature lower than the boiling point of the alcohol. In the case of a mixed fuel having a relatively low alcohol concentration, such as E20, vaporization may be easier than in the case of 100% gasoline due to an azeotropic phenomenon.
  • ethanol water is separated and extracted from a mixed fuel by adding water to a fuel tank in which a mixed fuel of gasoline and ethanol is stored, and two fuel injectors are provided per cylinder.
  • An internal combustion engine is disclosed in which residual fuel after ethanol water is separated and extracted is injected from one fuel injector, and ethanol water is injected from the other fuel injector. According to this internal combustion engine, only the residual fuel having a low ethanol concentration can be injected at the time of start-up, so that the above problem can be solved.
  • the conventional technique requires two fuel supply systems such as a fuel injector, a fuel passage, and a fuel pump. For this reason, the cost, weight, and mounting space of the fuel supply system are required almost twice as much, and there is a problem that a significant cost increase, fuel consumption deterioration due to weight increase, and mounting property deterioration are caused.
  • the mixed fuel in the fuel tank is agitated by the vehicle's shaking and acceleration, so it is difficult to separate gasoline and alcohol.
  • the present invention has been made to solve the above-described problems, and immediately reduces the alcohol concentration of fuel injected from a fuel injector of an internal combustion engine using a mixed fuel of gasoline and alcohol when necessary.
  • An object of the present invention is to provide a fuel injection device for an internal combustion engine that can be made to operate.
  • a first invention is a fuel injection device for an internal combustion engine that can be operated using a mixed fuel of gasoline and alcohol,
  • a fuel injector having a tip formed with an internal space for storing fuel and an injection port for injecting fuel;
  • Adsorption that is installed in the internal space and can selectively adsorb alcohol components in the mixed fuel, and has a characteristic that the alcohol adsorption amount decreases when the fuel pressure is low, and the alcohol adsorption amount increases when the fuel pressure is high.
  • Fuel pressure control capable of taking a state in which the pressure of the fuel supplied to the fuel injector is set in a low pressure range where the amount of alcohol adsorbed by the adsorbent is small and a state where the pressure of the adsorbent is adsorbed by a large pressure Means,
  • Split injection for executing split injection control in which fuel for one cycle is divided into a plurality of injections and injected into the fuel injector when the pressure of the fuel supplied to the fuel injector is set in the high pressure range Control means; It is characterized by providing.
  • the second invention is the first invention, wherein When the divided injection control is executed, there is provided means for making the injection start timing earlier than when one cycle of fuel is injected at a time.
  • the third invention is the first or second invention, wherein When the pressure of the fuel supplied to the fuel injector is set in the high pressure range, whether to execute the split injection control or to inject fuel for one cycle at a time based on the required injection amount Means for determining is provided.
  • the fuel pressure is compared with a case where one cycle of fuel is injected at a time. It is characterized by comprising means for correcting in the direction of increasing the height.
  • the divided injection control means equalizes the injection amount of each time divided into the plurality of times.
  • the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector is set to the fuel supplied to the fuel injector. It has the means to make it lower than the alcohol concentration of this, It is characterized by the above-mentioned.
  • the alcohol concentration of the alcohol-mixed fuel can be reduced inside the tip portion of the fuel injector. For this reason, the alcohol concentration of the injected fuel can be immediately reduced when necessary (for example, during cold start).
  • the above-described effect can be obtained without providing a fuel injector dedicated to alcohol. Therefore, the fuel supply system can be simplified, and cost and weight can be reduced.
  • the fuel pressure at the tip of the injector can be reliably suppressed during the injection period by performing split injection. it can. For this reason, since it can prevent more reliably that alcohol detach
  • the completion of the fuel injection can be surely kept within the time limit.
  • the completion of the fuel injection can be surely held within the time limit.
  • the divided injection periods can be evenly shortened, it is possible to more reliably prevent alcohol from being desorbed from the adsorbent during fuel injection.
  • the sixth aspect when there is a request to reduce the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector, it is possible to inject the fuel having a reduced alcohol concentration immediately in response to the request.
  • the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector can be reduced when the internal combustion engine is cold started. For this reason, the amount of HC emission into the atmosphere can be reduced, and the startability can be improved.
  • Embodiment 1 of this invention It is a figure for demonstrating the system configuration
  • FIG. 1 is a diagram for explaining a system configuration according to the first embodiment of the present invention.
  • the system of the present embodiment includes an internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 is used as a power source of a vehicle, for example.
  • the internal combustion engine 10 of this embodiment shall be an in-line 4 cylinder type, the number of cylinders and cylinder arrangement
  • positioning of an internal combustion engine in this invention are not specifically limited.
  • FIG. 1 shows a cross section of one cylinder of the internal combustion engine 10.
  • the internal combustion engine 10 can be operated with gasoline as fuel, and can also be operated with a fuel obtained by mixing alcohol such as ethanol or methanol and gasoline (hereinafter also referred to as “alcohol mixed fuel” or “mixed fuel”). It is a thing.
  • the alcohol-mixed fuel can be used from a low concentration (for example, about several percent) to a high concentration (for example, 80% or more) of the alcohol component (ratio of the alcohol component).
  • An intake passage 12 and an exhaust passage 14 are connected to the internal combustion engine 10.
  • An air flow meter 16 that detects the amount of intake air is disposed in the intake passage 12.
  • a throttle valve 18 is disposed downstream of the air flow meter 16. The opening degree of the throttle valve 18 is adjusted by the operation of the throttle motor 20.
  • a throttle position sensor 22 for detecting the opening degree of the throttle valve 18 is disposed in the vicinity of the throttle valve 18.
  • a catalyst 15 for purifying exhaust gas is installed in the exhaust passage 14.
  • a fuel injector 26 for injecting fuel into the intake port 11 is disposed in each cylinder of the internal combustion engine 10.
  • Each cylinder of the internal combustion engine 10 is further provided with an intake valve 28, a spark plug 30 and an exhaust valve 32.
  • a crank angle sensor 38 capable of detecting a rotation angle (crank angle) of the crankshaft 36 is installed in the vicinity of the crankshaft 36 of the internal combustion engine 10.
  • the crank angle sensor 38 can detect the crank angle and the engine speed of the internal combustion engine 10.
  • the system of the present embodiment includes an accelerator position sensor 24 that detects the amount of depression of an accelerator pedal in a driver's seat of a vehicle on which the internal combustion engine 10 is mounted, a water temperature sensor 42 that detects a cooling water temperature of the internal combustion engine 10, and an internal combustion engine.
  • a starter 44 having an electric motor that rotationally drives the crankshaft 36 when the engine 10 is started, a fuel pump 46, a fuel property sensor 48, and an ECU (Electronic Control Unit) 50 are provided.
  • Various sensors and actuators including those described above are electrically connected to the ECU 50.
  • FIG. 2 is a diagram schematically showing a fuel system for supplying fuel to the internal combustion engine 10.
  • the system of this embodiment includes a fuel tank 52.
  • the fuel tank 52 is connected to a delivery pipe 56 via a fuel supply passage 54.
  • a fuel pump 46 for pressurizing the fuel is installed in the middle of the fuel supply passage 54.
  • the installation location of the fuel pump 46 is not limited to this.
  • the fuel pump 46 may be installed in the fuel tank 52.
  • the fuel stored in the fuel tank 52 is pressurized by the fuel pump 46 and sent to the delivery pipe 56 through the fuel supply passage 54. Then, fuel is distributed to the fuel injectors 26 of the respective cylinders by the delivery pipe 56.
  • the fuel pump 46 is configured such that the fuel pressure can be adjusted to a pressure commanded from the ECU 50 and sent to the delivery pipe 56. That is, in the system of the present embodiment, the fuel pressure inside the fuel injector 26 (that is, the fuel injection pressure) can be adjusted by the fuel pump 46.
  • the alcohol concentration of the fuel supplied to the fuel injector 26, that is, the fuel stored in the fuel tank 52 depends on the alcohol concentration of the fuel selected by the user for refueling. Increase or decrease.
  • the alcohol concentration of the fuel in the tank can be detected by the fuel property sensor 48 provided in the middle of the fuel supply passage 54.
  • the fuel property sensor 48 for example, a sensor that detects the alcohol concentration by measuring the dielectric constant, refractive index, etc. of the fuel can be used.
  • the installation position of the fuel property sensor 48 is not limited to the illustrated configuration.
  • the fuel property sensor 48 may be installed in the fuel tank 52 or the delivery pipe 56.
  • the method for detecting the alcohol concentration of the fuel in the tank is not limited to the method using the fuel property sensor 48.
  • the alcohol concentration of the fuel may be detected (estimated) from the learned value in the air-fuel ratio feedback control. That is, since the value of the theoretical air-fuel ratio is different between gasoline and alcohol, the value of the theoretical air-fuel ratio of the alcohol mixed fuel differs depending on the alcohol concentration. Therefore, the alcohol concentration of the fuel in the tank is detected (estimated) based on the value of the theoretical air-fuel ratio learned by feeding back a signal from an air-fuel ratio sensor (not shown) provided in the exhaust passage 14. Is possible.
  • FIG. 3 is an enlarged cross-sectional view of the tip portion of the fuel injector 26 provided in the internal combustion engine 10 of the present embodiment.
  • the fuel injector 26 has a tip 261.
  • the tip 261 is formed with an injection port 262 for injecting fuel and an internal space 263 for storing the fuel (filled with fuel).
  • a needle valve 264 as an injection valve is inserted into the internal space 263.
  • the injection port 262 is opened and closed by this needle valve 264.
  • a plunger 265 is integrally provided on the proximal end side of the needle valve 264.
  • a solenoid coil 266 is installed around the plunger 265.
  • the solenoid coil 266 When the solenoid coil 266 is energized, the plunger 265 is attracted by the solenoid coil 266, and the plunger 265 and the needle valve 264 move to the proximal end side, thereby opening the injection port 262. Thereby, the fuel in the internal space 263 is injected from the injection port 262. When the energization of the solenoid coil 266 is cut off, the plunger 265 and the needle valve 264 are returned to their original positions by the biasing force of a spring (not shown), the injection port 262 is closed, and the injection is stopped.
  • the fuel pressure in the internal space 263 of the fuel injector 26 (hereinafter also simply referred to as “fuel pressure”) can be controlled from low pressure to high pressure by a command from the ECU 50 to the fuel pump 46 as described above.
  • An adsorbent 58 is installed in the internal space 263 of the tip 261 of the fuel injector 26.
  • the adsorbent 58 is disposed in a cylindrical shape along the inner periphery of the internal space 263. That is, the adsorbent 58 is disposed so as to surround the outer peripheral side of the needle valve 264.
  • an adsorbent 58 having a property capable of selectively adsorbing an alcohol component in the alcohol mixed fuel is selected.
  • a constituent material of such an adsorbent 58 a highly hydrophilic porous body having molecular-level pores capable of taking in alcohol molecules can be used, and typically, zeolite is preferably used.
  • zeolites those having a strong polarity are particularly preferable.
  • a highly polar zeolite it is possible to reliably select and adsorb strongly polar alcohol molecules from the fuel containing the gasoline component.
  • the pore size and the like differ depending on the skeleton structure of the porous material used as the adsorbent 58 (for zeolite, A type, Y type, X type, etc.), it depends on the size of the target alcohol molecule.
  • A-type zeolite can be used particularly preferably.
  • the adsorbent 58 has a small amount of alcohol adsorbed on the adsorbent 58 (hereinafter referred to as “alcohol adsorbing amount”) when the surrounding fuel pressure is low, and an alcohol adsorbing amount becomes large when the fuel pressure is high. It has the characteristic. According to the present embodiment, the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector 26 is controlled by controlling the amount of alcohol adsorbed on the adsorbent 58 using this characteristic, so that the fuel supplied to the fuel injector 26 (that is, the fuel concentration) It is possible to make it lower than the alcohol concentration of the fuel in the tank.
  • the alcohol component in the mixed fuel in the internal space 263 is selectively adsorbed by the adsorbent 58. For this reason, the alcohol concentration of the mixed fuel in the internal space 263 increases and the gasoline concentration increases. Therefore, by injecting the fuel from the fuel injector 26 with the fuel pressure being increased, the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector 26 can be made lower than the alcohol concentration of the fuel in the tank.
  • the above-described function is used to control the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector 26 to be lower than the alcohol concentration of the fuel in the tank. It was.
  • the fuel having a lower alcohol concentration and higher gasoline concentration than the fuel in the tank (hereinafter referred to as “alcohol concentration-reducing fuel”). Can be injected from the fuel injector 26. For this reason, good startability with good fuel can be obtained, and the amount of HC emissions into the atmosphere can be sufficiently reduced.
  • the alcohol concentration-reduced fuel can be generated in the internal space 263 located immediately before the injection port 262. Therefore, the alcohol concentration-reduced fuel can be injected from the initial injection at the start. it can.
  • the alcohol concentration-reducing fuel is generated at a position on the front side of the fuel injector 26 (for example, the delivery pipe 56), at least until the fuel in the fuel injector 26 is replaced with the alcohol concentration-reducing fuel. The alcohol concentration-reducing fuel cannot be injected unless the fuel injection is repeated.
  • the ability to inject alcohol concentration-reducing fuel from the initial injection at start-up is extremely effective for reducing HC emissions into the atmosphere for the following reasons.
  • the catalyst 15 is not warmed by the exhaust gas and is not activated.
  • the HC discharged from the internal combustion engine 10 is not purified by the catalyst 15 but is directly discharged into the atmosphere.
  • exhaust gas begins to flow into the catalyst 15, the temperature of the catalyst 15 rises, and catalytic activity begins to be expressed, so HC begins to be purified by the catalyst 15.
  • the amount of HC discharged from the internal combustion engine 10 is reduced within the first few cycles when the temperature of the catalyst 15 has not risen. It is extremely important to do this.
  • the alcohol concentration-reducing fuel can be injected from the initial injection at the time of start-up, so that the amount of the alcohol component flowing into the exhaust passage 14 without being burned can be surely reduced. . For this reason, the amount of HC discharged into the atmosphere at the time of cold start can be reduced extremely effectively.
  • the adsorbent 58 cannot adsorb alcohol any more. Therefore, after the internal combustion engine 10 is started, fuel injection from the fuel injector 26 is repeated, whereby the alcohol concentration of the injected fuel returns to the original concentration, that is, the alcohol concentration of the fuel in the tank. However, until then, the temperature of the catalyst 15 rises and the activity is expressed, and HC begins to be purified by the catalyst 15. Therefore, the discharge of HC into the atmosphere is sufficiently suppressed. Further, since the temperature of the internal combustion engine 10 rises until the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector 26 returns to the original concentration, vaporization of the alcohol component is promoted. For this reason, the deterioration of the operational stability of the internal combustion engine 10 after starting can be sufficiently suppressed.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the fuel pressure and the amount of alcohol adsorbed by the adsorbent 58.
  • the alcohol adsorption amount decreases when the fuel pressure is low, and the alcohol adsorption amount increases when the fuel pressure is high.
  • the alcohol adsorption amount has hysteresis with respect to the history of the fuel pressure. That is, the change in the amount of alcohol adsorbed in the process of adsorbing the alcohol on the adsorbent 58 by increasing the fuel pressure from low pressure to high pressure is represented by the curve on the right side in FIG. 4, and the fuel pressure is decreased from high pressure to low pressure.
  • the change in the amount of adsorbed alcohol in the process of desorbing alcohol from the adsorbent 58 is represented by the left curve in FIG.
  • the ECU 50 changes the fuel pressure in the internal space 263 of the fuel injector 26 by switching the set pressure value of the fuel pump 46 between a low pressure and a high pressure, thereby controlling the adsorption of alcohol to the adsorbent 58 or the adsorption
  • the desorption of alcohol from the material 58 can be controlled.
  • the alcohol adsorption amount of the adsorbent 58 is saturated when the fuel pressure rises to P2 in FIG. For this reason, when adsorbing alcohol on the adsorbent 58, the fuel pressure is preferably set to P2 or higher. Thereby, the alcohol adsorption capacity of the adsorbent 58 can be fully extracted.
  • alcohol can be adsorbed to the adsorbent 58 at a fuel pressure equal to or higher than P1 in FIG. For this reason, when adsorbing alcohol on the adsorbent 58, the fuel pressure may be increased to at least a value higher than P1.
  • the fuel pressure range in which the alcohol adsorption amount of the adsorbent 58 is reduced is referred to as a “low pressure range”
  • the fuel pressure range in which the alcohol adsorption amount of the adsorbent 58 is larger than this low pressure range is referred to as “high pressure range”.
  • the low pressure range is preferably a range of P1 or less in FIG. 4, or may be a lower pressure range (for example, a range of P4 or less in FIG. 4).
  • the high pressure range is preferably a range of P3 or more in FIG. 4, or may be a range on the higher pressure side (for example, a range of P2 or more in FIG. 4).
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the fuel pressure control during the cold start of the internal combustion engine 10.
  • a predetermined pressure P H in the fuel pressure setting of the fuel pump 46 to the high-pressure range.
  • alcohol can be adsorbed by the adsorbent 58, so that the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector 26 (hereinafter referred to as “injected fuel”) can be made lower than the alcohol concentration of the fuel in the tank. .
  • injected fuel the alcohol concentration of the fuel injected from the fuel injector 26
  • good startability of the fuel can be obtained, and the HC emission amount to the atmosphere can be sufficiently reduced.
  • the fuel pressure setting of the fuel pump 46 is switched to a predetermined pressure P L in the low pressure range.
  • P L the pressure in the low pressure range.
  • alcohol is desorbed from the adsorbent 58 and the alcohol adsorbing capacity of the adsorbent 58 is restored, so that it is possible to prepare for the next cold start.
  • the warm-up state of the internal combustion engine 10 and the catalyst 15 can be determined by, for example, the coolant temperature. Therefore, in the example shown in FIG. 5, when the cold start, when the cooling water temperature reaches a predetermined threshold value, the fuel pressure setting of the fuel pump 46 from the high pressure P H be switched to the low pressure P L Yes.
  • the fuel pressure In the normal operation state after the warm-up of the internal combustion engine 10 is completed, in principle, it is desirable to set the fuel pressure to a pressure in the low pressure range. The higher the fuel pressure, the greater the power consumption of the fuel pump 46. For this reason, in the normal operation state, the power consumption of the fuel pump 46 can be reduced by setting the fuel pressure to a pressure in the low pressure range.
  • the fuel pressure may be set to a pressure in the high pressure range in order to satisfy the requirement to inject a large amount of fuel in a short time.
  • FIG. 6 is a diagram showing how the fuel pressure in the internal space 263 of the tip portion 261 of the fuel injector 26 changes with time during the execution of high-pressure fuel injection for adsorbing alcohol on the adsorbent 58.
  • the fuel injector 26 when the injection signal is turned on, the needle valve 264 is lifted, the injection port 262 is opened, and fuel is injected.
  • the fuel injection amount is determined by the period during which the injection port 262 is open, that is, the fuel injection period.
  • an injection signal is issued according to the fuel injection period calculated based on the required injection amount, and fuel for one cycle is injected all at once. Before fuel injection is started (before time t1 in FIG.
  • the fuel pressure in the internal space 263 of the tip portion 261 of the fuel injector 26 (hereinafter referred to as “tip fuel pressure”) is set to the set high pressure P. Matches H.
  • tip fuel pressure the fuel pressure in the internal space 263 of the tip portion 261 of the fuel injector 26
  • the pressure is released from the opened injection port 262, so that the tip fuel pressure gradually decreases. Therefore, as shown in the graph of "comparative example" in the upper part of FIG. 6, when the fuel injection period is long, close to the low pressure P L tip fuel pressure is greatly decreased, alcohol desorbed from the adsorbent 58 There is a risk.
  • the fuel for one cycle is multiple times (four times in the illustrated example).
  • the injection was divided into two injections. According to such divided injection, since the fuel injection period of each injection is shortened, it is possible to prevent the tip fuel pressure from greatly decreasing. Further, even if the tip fuel pressure slightly decreases during the divided short fuel injection period, the tip fuel pressure is set to the set high pressure when the injection port 262 is closed in the pause period between injections. to recover to P H. Thus, until all the fuel injection is completed, it is possible to reliably maintain the close to the tip fuel pressure set pressure P H. Therefore, it is possible to reliably prevent alcohol from being desorbed from the adsorbent 58.
  • FIG. 7 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above-described function.
  • the routine shown in FIG. 7 it is first determined whether or not a request for starting the internal combustion engine 10 has been issued (step 100). If the request to start is issued, the fuel pressure is set to the low pressure P L, the fuel pump 46 is driven (step 102). Subsequently, the alcohol concentration of the fuel in the tank is acquired (step 104), and the acquired alcohol concentration is compared with a predetermined concentration ⁇ (step 106).
  • step 106 If it is determined in step 106 that the alcohol concentration of the fuel in the tank is equal to or lower than the predetermined concentration ⁇ , the startability and the amount of HC discharged into the atmosphere are problematic even if the cold start is performed with the alcohol concentration as it is. It can be judged that there is no. Therefore, in this case, the fuel pressure in a state which is set to the low pressure P L, the engine 10 is started (step 122). That is, in step 122, the starting device 44 is driven and fuel injection is started from the fuel injector 26. In this case, the fuel pressure because starting without the high pressure P H, thereby reducing power consumption of the fuel pump 46.
  • step 106 determines whether the alcohol concentration of the fuel in the tank is higher than the predetermined concentration ⁇ . If it is determined in step 106 that the alcohol concentration of the fuel in the tank is higher than the predetermined concentration ⁇ , then the cooling water temperature of the internal combustion engine 10 is acquired (step 108), and the acquired cooling water temperature is acquired. And a predetermined temperature A ° C. are compared (step 110). If it is determined in step 110 that the coolant temperature is equal to or higher than the predetermined temperature A ° C., the internal combustion engine 10 is in a warmed-up state, so even if it is started by injecting fuel with a high alcohol concentration, It can be judged that there is no problem with the startability and the amount of HC emission into the atmosphere. Therefore, in this case, the fuel pressure in a state which is set to the low pressure P L, the engine 10 is started (step 122). Again, since starting the fuel pressure without the high pressure P H, thereby reducing power consumption of the fuel pump 46.
  • step 110 if it is determined in step 110 that the cooling water temperature is lower than the predetermined temperature A ° C., the internal combustion engine 10 is in a cold state, so the alcohol concentration of the injected fuel at the time of starting is determined as the fuel in the tank. It can be judged that it is desirable to make it lower than the alcohol concentration. Therefore, in this case, in order to adsorb the alcohol fuel pressure setting of the fuel pump 46 is switched to the high pressure P H to the adsorbent 58 (step 112). Subsequently, the required injection amount is compared with a predetermined value ⁇ (step 114).
  • the predetermined value ⁇ is a threshold value for determining whether it is necessary to perform divided injection.
  • the start-up is executed with the method of injecting the fuel of the required injection amount all at once instead of the split injection (step 122).
  • the required injection amount exceeds the predetermined value ⁇ , it can be determined that the divided injection is necessary to prevent the desorption of the alcohol from the adsorbent 58. Therefore, in this case, next, the condition for split injection is set (step 116).
  • the number of divided injections and the injection amount per time are calculated as follows, for example.
  • an upper limit value is set in advance so that the amount of decrease in the tip fuel pressure during the fuel injection period falls within an allowable range.
  • the required number of divided injections can be calculated by dividing the required injection amount by the upper limit value of the injection amount per time and rounding up the fractional part.
  • Each of the divided injection amounts may be different, but it is desirable to make them equal. This is because, when the divided fuel injection periods are evenly shortened, the decrease in the tip fuel pressure becomes smaller, so that the desorption of alcohol from the adsorbent 58 can be more reliably prevented.
  • step 116 it is desirable to calculate the injection amount per time by equally dividing the required injection amount by the number of divided injections.
  • the fuel pressure in the adsorbent 58 is set to a high pressure P H
  • the alcohol concentration of the injected fuel can be made lower than the alcohol concentration of the fuel in the tank. For this reason, good startability can be obtained, and the amount of HC emissions into the atmosphere can be reliably reduced.
  • split injection it is possible to reliably suppress a decrease in tip fuel pressure during the fuel injection period. For this reason, since it can prevent more reliably that alcohol detach
  • the alcohol concentration of the original fuel that is, the alcohol concentration of the fuel in the tank
  • the effective volume of the internal space 263 the alcohol of the fuel in the internal space 263 after the alcohol adsorption
  • the concentration that is, the alcohol concentration of the injected fuel
  • the fuel injection amount is corrected so as to increase as the alcohol concentration increases. This correction is normally performed based on the alcohol concentration of the fuel in the tank. When alcohol is adsorbed on the adsorbent 58, this correction may be performed based on the alcohol concentration of the injected fuel calculated as described above.
  • control for lowering the alcohol concentration of the injected fuel to be lower than the alcohol concentration of the fuel in the tank by adsorbing the alcohol to the adsorbent 58 is performed when the internal combustion engine 10 is started. Then, you may make it perform such control during the driving
  • the fuel injection pump 46 corresponds to the “fuel pressure control means” in the first invention
  • the cold start of the internal combustion engine 10 corresponds to the “request” in the sixth invention. is doing.
  • the “divided injection control means” in the first aspect of the present invention is realized by the ECU 50 executing the processing of step 116.
  • Embodiment 2 Embodiment 2.
  • FIG. 8 and FIG. 9 The description will focus on the differences from the first embodiment described above, and the same matters will be described. Simplify or omit.
  • FIG. 8 is a diagram showing changes in the injection signal and the tip fuel pressure during execution of the divided injection.
  • the injection signal indicated by a broken line is the same as that of the first embodiment described above, and the injection signal indicated by a solid line is that of the present embodiment.
  • a pause period is sandwiched between the divided injection periods, so the time from the start to completion of the entire fuel injection is shorter than when the fuel is injected all at once. become longer.
  • a port injection system such as the internal combustion engine 10 shown in FIG. 1, since fuel cannot be put into the combustion chamber after the intake valve 28 is closed, the fuel injection is completed at least before the intake valve 28 is closed. There is a need to.
  • FIG. 9 is a flowchart of a routine executed by the ECU 50 in the present embodiment in order to realize the above-described function.
  • the same steps as those in the routine shown in FIG. 7 are denoted by the same reference numerals, and the description thereof is omitted.
  • the routine shown in FIG. 9 is the same as the routine shown in FIG. 7 except that steps 118 and 120 are inserted between steps 116 and 122.
  • the correction amount for setting up the injection start timing is set (step 118).
  • the advance correction amount for the injection start timing may be set to a predetermined value, or set so that the advance correction amount increases as the required injection amount for one cycle increases. Also good.
  • the fuel pressure setting of the fuel pump 46 is corrected to a higher pressure side (step 120). That, in this step 120, the fuel pressure setting is switched to the higher pressure P H 'from a high P H set in step 112.
  • the corrected high pressure P H ′ may be a predetermined value determined in advance, or may be calculated to be higher as the required injection amount for one cycle is larger.
  • the fuel injection completion time limit is IVC.
  • the fuel is required at least before the ignition timing. What is necessary is just to complete injection.
  • the original high pressure without correction the split injection remains of P H may be executed. That is, in the present embodiment, only correction for raising the injection start timing may be performed.
  • the ECU 50 executes the process of step 118, so that the “means for speeding up” in the second invention executes the process of step 114.
  • the “means for determining” in the fourth aspect of the present invention is realized by executing the processing of step 120 described above.

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Abstract

本発明の内燃機関の燃料噴射装置は、燃料インジェクタ（２６）の先端部（２６１）の内部空間（２６３）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（５８）と、燃料インジェクタ（２６）に供給される燃料の圧力を、吸着材（５８）のアルコール吸着量が小さい低圧範囲に設定する状態と、吸着材（５８）のアルコール吸着量が大きい高圧範囲に設定する状態とをとり得る燃圧制御手段と、燃料インジェクタ（２６）に供給される燃料の圧力が高圧範囲に設定されている場合に、１サイクル分の燃料を複数回の噴射に分割して燃料インジェクタに噴射させる分割噴射制御を実行する分割噴射制御手段と、を備える。

Description

内燃機関の燃料噴射装置
　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１０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１０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、ガソリンとエタノールとの混合燃料が貯留される燃料タンクに水を添加することにより混合燃料からエタノール水を分離抽出し、１気筒当たり二つの燃料インジェクタを設け、エタノール水が分離抽出された後の残留燃料をその一方の燃料インジェクタから噴射し、他方の燃料インジェクタからエタノール水を噴射するようにした内燃機関が開示されている。この内燃機関によれば、始動時にはエタノール濃度の低い残留燃料のみを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、燃料通路、燃料ポンプなどの燃料供給システムが二系統必要になる。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、走行中は、車両の揺れや加速度によって燃料タンク内の混合燃料が攪拌されるので、ガソリンとアルコールとの分離が困難である。
　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、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の燃料インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を必要なときにすぐに低下させ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、ガソリンとアルコールとの混合燃料を用いて運転可能な内燃機関のため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、前記混合燃料中のアルコール成分を選択的に吸着可能であり、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する吸着材と、
　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力を、前記吸着材のアルコール吸着量が小さい低圧範囲に設定する状態と、前記吸着材のアルコール吸着量が大きい高圧範囲に設定する状態とをとり得る燃圧制御手段と、
　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力が前記高圧範囲に設定されている場合に、１サイクル分の燃料を複数回の噴射に分割して前記燃料インジェクタに噴射させる分割噴射制御を実行する分割噴射制御手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第２の発明は、第１の発明において、
　前記分割噴射制御が実行される場合に、１サイクル分の燃料が１回で噴射される場合よりも噴射開始時期を早くする手段を備えることを特徴とする。
　また、第３の発明は、第１または第２の発明において、
　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力が前記高圧範囲に設定されている場合に、前記分割噴射制御を実行するか、１サイクル分の燃料を１回で噴射するかを要求噴射量に基づいて判断する手段を備えることを特徴とする。
　また、第４の発明は、第１乃至第３の発明の何れかにおいて、
　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力が前記高圧範囲に設定されている際に、前記分割噴射制御を実行する場合には１サイクル分の燃料を１回で噴射する場合と比べて、燃料圧力をより高くする方向に補正する手段を備えることを特徴とする。
　また、第５の発明は、第１乃至第４の発明の何れかにおいて、
　前記分割噴射制御手段は、前記複数回に分割された各回の噴射量を等しくすることを特徴とする。
　また、第６の発明は、第１乃至第５の発明の何れかにおいて、
　前記燃料インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を、前記燃料インジェクタに供給された燃料のアルコール濃度よりも低くす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、前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力を前記高圧範囲に設定することによって前記吸着材にアルコールを吸着させる手段と、
　を備えることを特徴とする。
　また、第７の発明は、第１乃至第６の発明の何れかにおいて、
　前記内燃機関の冷間始動時に、前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力を前記高圧範囲に設定することにより、前記燃料インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を、前記燃料インジェクタに供給された燃料のアルコール濃度よりも低くする手段を備えることを特徴とする。
　第１の発明によれば、燃料インジェクタの先端部の内部においてアルコール混合燃料のアルコール濃度を低下させることができる。このため、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。第１の発明によれば、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。また、燃料インジェクタの先端部の吸着材にアルコールを吸着させて燃料噴射する場合には、分割噴射を行うことにより、噴射期間中にインジェクタ先端の燃料圧力が低下することを確実に抑制することができる。このため、燃料噴射中に吸着材からアルコールが脱離することをより確実に防止することができるので、上記効果をより顕著に発揮させることができる。
　第２の発明によれば、分割噴射を行う場合に、燃料噴射の完了を期限内に確実に収めることができる。
　第３の発明によれば、分割噴射を行う必要性を適切に判断することができる。
　第４の発明によれば、分割噴射を行う場合に、燃料噴射の完了を期限内により確実に収めることができる。
　第５の発明によれば、分割された各回の噴射期間を均等に短縮することができるので、燃料噴射中に吸着材からアルコールが脱離することをより確実に防止することができる。
　第６の発明によれば、燃料インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を低下させる要求がある場合には、その要求にすぐに応じて、アルコール濃度の低下した燃料を噴射することができる。
　第７の発明によれば、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る燃料のアルコール濃度を低下させることができる。このため、大気中へのＨＣ排出量を低減することができ、始動性も向上することができる。
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。 内燃機関の冷間始動時の燃料圧力制御を説明するための図である。 吸着材にアルコールを吸着させるための高圧燃料噴射の実行中に、燃料インジェクタの先端部の内部空間の燃料圧力が時間に伴って変化する様子を示す図である。 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。 分割噴射の実行中の噴射信号と先端燃料圧力の変化を示す図である。 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、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、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。
実施の形態１．
　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。
　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」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。
　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。
　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。
　以下の説明では、吸着材５８のアルコール吸着量が小さくなる燃料圧力の範囲を「低圧範囲」と称し、この低圧範囲と比べて吸着材５８のアルコール吸着量が大きくなる燃料圧力の範囲を「高圧範囲」と称する。低圧範囲は、図４中のＰ１以下の範囲であることが好ましく、または、より低圧側の範囲（例えば、図４中のＰ４以下の範囲）としてもよい。高圧範囲は、図４中のＰ３以上の範囲であることが好ましく、または、より高圧側の範囲（例えば、図４中のＰ２以上の範囲）としてもよい。
　図５は、内燃機関１０の冷間始動時の燃料圧力制御を説明するための図である。図５に示すように、冷間始動時には、燃料ポンプ４６の燃料圧力設定を高圧範囲にある所定の圧力ＰＨに設定する。これにより、吸着材５８にアルコールを吸着させることができるので、燃料インジェクタ２６から噴射される燃料（以下、「噴射燃料」と称する）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。このため、上述したように、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。
　冷間始動後は、内燃機関１０や触媒１５の暖機がある程度進行した時点で、燃料ポンプ４６の燃料圧力設定を、低圧範囲にある所定の圧力ＰＬに切り替える。これにより、吸着材５８からアルコールが脱離し、吸着材５８のアルコール吸着能力が回復するので、次回の冷間始動に備えることができる。内燃機関１０や触媒１５の暖機状態は、例えば冷却水温によって判断することができる。このため、図５に示す例では、冷間始動した場合には、冷却水温が所定の閾値に達した時点で、燃料ポンプ４６の燃料圧力設定を高圧ＰＨから低圧ＰＬに切り替えるようにしている。
　なお、内燃機関１０の暖機が完了した後の通常運転状態においては、原則として、燃料圧力を低圧範囲の圧力に設定することが望ましい。燃料圧力が高いほど、燃料ポンプ４６の消費電力は増大する。このため、通常運転状態においては、燃料圧力を低圧範囲の圧力に設定することにより、燃料ポンプ４６の消費電力を節減することができる。ただし、高回転高負荷領域においては、短時間に多量の燃料を噴射する要求を満足させるために、燃料圧力を高圧範囲の圧力に設定する場合もある。
　図６は、吸着材５８にアルコールを吸着させるための高圧燃料噴射の実行中に、燃料インジェクタ２６の先端部２６１の内部空間２６３の燃料圧力が時間に伴って変化する様子を示す図である。燃料インジェクタ２６では、噴射信号がオンされると、ニードル弁２６４がリフトして噴射口２６２が開き、燃料が噴射される。燃料噴射量は、噴射口２６２が開いている期間、すなわち燃料噴射期間によって定まる。通常、内燃機関１０では、要求噴射量に基づいて算出される燃料噴射期間に応じて噴射信号が出され、１サイクル分の燃料を１回にまとめて噴射する。燃料噴射が開始される前（図６中の時刻ｔ１以前）は、燃料インジェクタ２６の先端部２６１の内部空間２６３の燃料圧力（以下、「先端燃料圧力」と称する）は、設定された高圧ＰＨに一致している。しかしながら、燃料噴射が開始されると、開いた噴射口２６２から圧力が抜けていくため、先端燃料圧力は次第に低下していく。このため、図６の上段の「比較例」のグラフに示すように、燃料噴射期間が長い場合には、先端燃料圧力が大きく低下して低圧ＰＬに近づき、吸着材５８からアルコールが脱離するおそれがある。
　上述したような高圧燃料噴射時のアルコールの脱離を防止するため、本実施形態では、図６の下段のグラフに示すように、１サイクル分の燃料を複数回（図示の例では４回）の噴射に分割して噴射することとした。このような分割噴射によれば、各回の噴射の燃料噴射期間が短くなるので、先端燃料圧力が大きく低下することを防止することができる。また、分割された短い燃料噴射期間の間に先端燃料圧力が少し低下したとしても、噴射と噴射の間の休止期間で噴射口２６２が閉じているときに、先端燃料圧力は、設定された高圧ＰＨへ回復する。このため、すべての燃料噴射が完了するまで、設定された高圧ＰＨの近くに先端燃料圧力を確実に維持することができる。よって、吸着材５８からアルコールが脱離することを確実に防止することができる。
　図７は、上述した機能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７に示すルーチンによれば、まず、内燃機関１０を始動する要求が出されたかどうかが判断される（ステップ１００）。始動する要求が出された場合には、燃料圧力を低圧ＰＬに設定して、燃料ポンプ４６が駆動される（ステップ１０２）。続いて、タンク内燃料のアルコール濃度が取得され（ステップ１０４）、その取得されたアルコール濃度が所定濃度αと比較される（ステップ１０６）。このステップ１０６で、タンク内燃料のアルコール濃度が所定濃度α以下であると判定された場合には、このままのアルコール濃度で冷間始動したとしても、始動性や大気中へのＨＣ排出量は問題ないと判断できる。そこで、この場合には、燃料圧力を低圧ＰＬに設定したままの状態で、内燃機関１０が始動される（ステップ１２２）。すなわち、ステップ１２２では、始動装置４４が駆動され、燃料インジェクタ２６から燃料噴射が開始される。この場合には、燃料圧力を高圧ＰＨにせずに始動するので、燃料ポンプ４６の消費電力を節減することができる。
　一方、このステップ１０６で、タンク内燃料のアルコール濃度が所定濃度αより高いと判定された場合には、次に、内燃機関１０の冷却水温が取得され（ステップ１０８）、その取得された冷却水温と所定温度Ａ℃とが比較される（ステップ１１０）。このステップ１１０で、冷却水温が所定温度Ａ℃以上であると判定された場合には、内燃機関１０は暖機された状態であるので、高アルコール濃度の燃料を噴射して始動したとしても、始動性や大気中へのＨＣ排出量は問題ないと判断できる。そこで、この場合には、燃料圧力を低圧ＰＬに設定したままの状態で、内燃機関１０が始動される（ステップ１２２）。この場合も、燃料圧力を高圧ＰＨにせずに始動するので、燃料ポンプ４６の消費電力を節減することができる。
　これに対し、ステップ１１０で、冷却水温が所定温度Ａ℃より低いと判定された場合には、内燃機関１０は冷間状態であるので、始動の際の噴射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望ましいと判断できる。そこで、この場合には、吸着材５８にアルコールを吸着させるべく、燃料ポンプ４６の燃料圧力設定が高圧ＰＨに切り替えられる（ステップ１１２）。続いて、要求噴射量が所定値βと比較される（ステップ１１４）。所定値βは、分割噴射を行う必要があるかどうかを判定するための閾値である。要求噴射量が所定値β以下の場合には、１回にまとめて噴射したとしても、燃料噴射期間中の先端燃料圧力の低下量は小さく、吸着材５８からアルコールが脱離するおそれはないと判断できる。このため、この場合には、分割噴射ではなく、要求噴射量の燃料を１回にまとめて噴射する方式のままで、始動が実行される（ステップ１２２）。これに対し、要求噴射量が所定値βを超える場合には、吸着材５８のアルコールの脱離を防止するために、分割噴射が必要であると判断できる。そこで、この場合には、次に、分割噴射の条件が設定される（ステップ１１６）。すなわち、このステップ１１６では、分割噴射の回数と、１回当たりの噴射量とが、例えば次のようにして算出される。１回当たりの噴射量に対しては、燃料噴射期間中の先端燃料圧力の低下量が許容範囲に収まるような上限値が予め定められている。その１回当たりの噴射量の上限値で要求噴射量を除算し、小数点以下を切り上げることにより、必要な分割噴射の回数を算出することができる。分割された各回の噴射量は異なっていてもよいが、等しくされることが望ましい。分割された各回の燃料噴射期間を均等に短縮した方が、先端燃料圧力の低下がより小さくなるので、吸着材５８からのアルコールの脱離をより確実に防止することができるからである。よって、ステップ１１６では、要求噴射量を分割噴射回数で等分することにより、１回当たりの噴射量を算出することが望ましい。このようにして分割噴射の条件が決定されると、内燃機関１０の始動が実行される（ステップ１２２）。このとき、燃料インジェクタ２６は、ステップ１１６で算出された分割噴射回数および１回当たりの噴射量に基づいて制御される。
　以上説明したように、本実施形態によれば、高アルコール濃度の燃料が用いられている場合には、内燃機関１０の始動の際に、燃料圧力を高圧ＰＨに設定して吸着材５８にアルコールを吸着させることにより、噴射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。このため、良好な始動性が得られるとともに、大気中へのＨＣ排出量を確実に低減することができる。また、分割噴射を行うことにより、燃料噴射期間中の先端燃料圧力の低下を確実に抑制することができる。このため、燃料噴射中に吸着材５８からアルコールが脱離することをより確実に防止することができるので、上記効果をより顕著に発揮させることができる。
　なお、上記ステップ１１２で燃料圧力を高圧ＰＨに設定した場合の吸着材５８へのアルコール吸着量は、図４に示すようなマップをＥＣＵ５０に予め記憶しておくことにより、燃料圧力ＰＨに基づいて算出することができる。この場合には、そのアルコール吸着量と、元の燃料のアルコール濃度（つまりタンク内燃料のアルコール濃度）と、内部空間２６３の有効容積とに基づいて、アルコール吸着後における内部空間２６３の燃料のアルコール濃度（すなわち噴射燃料のアルコール濃度）を算出することができる。
　吸着材５８にアルコールを吸着させた場合には、次のような理由から、噴射燃料のアルコール濃度に基づいて、燃料噴射量の補正を行うことが望ましい。アルコールの理論空燃比は、ガソリンの理論空燃比より小さい。このため、混合燃料の理論空燃比は、アルコール濃度が高いほど、小さくなる。従って、理論空燃比の混合気を得るためには、アルコール濃度が高い燃料の場合ほど、燃料噴射量（体積量）を多くする補正が必要となる。この補正は、通常は、タンク内燃料のアルコール濃度に基づいて行われる。吸着材５８にアルコールを吸着させた場合には、この補正を、上記のようにして算出される噴射燃料のアルコール濃度に基づいて行うようにすればよい。
　また、機関温度が低温のとき（例えば２５℃以下）には、混合燃料のうちのアルコール成分の気化がほとんど期待できないため、混合燃料のうち実質的にガソリン成分のみで所望の空燃比の混合気を生成することが必要になる。このため、低温時には、アルコール濃度が高い燃料の場合ほど、燃料噴射量を多くする補正がなされる。この補正は、通常は、タンク内燃料のアルコール濃度に基づいて行われる。吸着材５８にアルコールを吸着させた場合には、この補正を、上記のようにして算出される噴射燃料のアルコール濃度に基づいて行うようにすればよい。
　また、本実施形態では、吸着材５８にアルコールを吸着させることによって噴射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制御を内燃機関１０の始動時に実行することについて説明したが、本発明では、このような制御を必要に応じて内燃機関１０の運転中に実行するようにしてもよい。
　上述した実施の形態１においては、燃料噴射ポンプ４６が前記第１の発明における「燃圧制御手段」に、内燃機関１０を冷間始動することが前記第６の発明における「要求」に、それぞれ相当している。また、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１６の処理を実行することにより前記第１の発明における「分割噴射制御手段」が実現されている。
実施の形態２．
　次に、図８および図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明するが、上述した実施の形態１との相違点を中心に説明し、同様の事項については、その説明を簡略化または省略する。
　図８は、分割噴射の実行中の噴射信号と先端燃料圧力の変化を示す図である。図８中、破線で示す噴射信号は前述した実施の形態１と同様のものであり、実線で示す噴射信号が本実施形態のものである。分割噴射を行った場合には、分割された各回の噴射期間の間に休止期間が挟まれるので、１回にまとめて噴射する場合と比べて、全体の燃料噴射の開始から完了までの時間が長くなる。図１に示す内燃機関１０のようなポート噴射方式の場合には、吸気弁２８が閉じた後は燃料を燃焼室に入れることはできないので、少なくとも吸気弁２８が閉じる前までに燃料噴射を完了する必要がある。分割噴射を行うとき、特に、要求噴射量が多い場合や、可変バルブタイミング機構によって吸気弁２８の閉じタイミング（ＩＶＣ）が早められている場合などには、図８の破線の噴射信号に示すように、燃料噴射がＩＶＣの前に完了しないことがあり得る。このような事態を回避するため、本実施形態では、分割噴射を行う場合には、噴射開始時期を通常のタイミングより早くする（繰り上げる）ことにした。更に、本実施形態では、分割噴射を行う場合には、燃料圧力の設定を所定の高圧ＰＨより更に高い圧力ＰＨ’へと補正することとした。燃料圧力が高いほど、単位時間当たりの噴射量は大きくなる。このため、燃料圧力を高くすることにより、要求噴射量を満たすために必要な燃料噴射期間を短縮することができる。よって、図８に示すように、全体の燃料噴射の開始から完了までの時間を短縮することができる。このようなことから、本実施形態によれば、分割噴射を行う場合であっても、燃料噴射の完了を期限内に確実に収めることができる。
　図９は、上述した機能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９において、図７に示すルーチンのステップと同一のステップには、同一の符号を付してその説明を省略する。図９に示すルーチンは、図７に示すルーチンと比べ、ステップ１１６と１２２との間にステップ１１８および１２０が挿入されていること以外は同じである。
　図９に示すルーチンによれば、分割噴射を行う場合には、ステップ１１６で分割噴射の条件が設定された後、噴射開始時期を繰り上げる補正量が設定される（ステップ１１８）。このステップ１１８において、噴射開始時期の繰り上げ補正量は、予め決められた所定値に設定してもよいし、１サイクル分の要求噴射量が多い場合ほど繰り上げ補正量が大きくなるように設定してもよい。次いで、燃料ポンプ４６の燃料圧力設定がより高圧側へ補正される（ステップ１２０）。すなわち、このステップ１２０においては、ステップ１１２で設定された高圧ＰＨより更に高い圧力ＰＨ’へ燃料圧力設定が切り替えられる。補正後の高圧ＰＨ’は、予め決められた所定値でもよいし、１サイクル分の要求噴射量が多い場合ほどより高くなるように算出されてもよい。以上の処理が終了すると、ステップ１１６，１１８および１２０で設定された分割噴射の条件に基づいて、内燃機関１０の始動が実行される（ステップ１２２）。
　以上説明した本実施形態によれば、分割噴射を行う際、特に、要求噴射量が多い場合や、吸気弁閉弁時（ＩＶＣ）が早められている場合であっても、燃料噴射の完了を期限内に確実に収めることができる。
　なお、本実施形態のようなポート噴射方式の内燃機関の場合には、燃料噴射の完了期限はＩＶＣとなるが、筒内噴射方式の内燃機関の場合には、少なくとも点火時期の前までに燃料噴射を完了すればよい。
　また、本実施形態では、分割噴射を行う場合に、燃料圧力をより高い圧力ＰＨ’へ補正しなくても燃料噴射の完了が期限内に収まるのであれば、補正をせずに元の高圧ＰＨのままで分割噴射を実行してもよい。すなわち、本実施形態では、噴射開始時期を繰り上げる補正のみを行うようにしてもよい。
　上述した実施の形態２においては、ＥＣＵ５０が、上記ステップ１１８の処理を実行することにより前記第２の発明における「早くする手段」が、上記ステップ１１４の処理を実行することにより前記第３の発明における「判断する手段」が、上記ステップ１２０の処理を実行することにより前記第４の発明における「補正する手段」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 (7)

  1. 　ガソリンとアルコールとの混合燃料を用いて運転可能な内燃機関のため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、前記混合燃料中のアルコール成分を選択的に吸着可能であり、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する吸着材と、
    　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力を、前記吸着材のアルコール吸着量が小さい低圧範囲に設定する状態と、前記吸着材のアルコール吸着量が大きい高圧範囲に設定する状態とをとり得る燃圧制御手段と、
    　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力が前記高圧範囲に設定されている場合に、１サイクル分の燃料を複数回の噴射に分割して前記燃料インジェクタに噴射させる分割噴射制御を実行する分割噴射制御手段と、
    　を備えることを特徴とする内燃機関の燃料噴射装置。
  2. 　前記分割噴射制御が実行される場合に、１サイクル分の燃料が１回で噴射される場合よりも噴射開始時期を早くする手段を備え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. 　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力が前記高圧範囲に設定されている場合に、前記分割噴射制御を実行するか、１サイクル分の燃料を１回で噴射するかを要求噴射量に基づいて判断する手段を備え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。
  4. 　前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力が前記高圧範囲に設定されている際に、前記分割噴射制御を実行する場合には１サイクル分の燃料を１回で噴射する場合と比べて、燃料圧力をより高くする方向に補正する手段を備えることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  5. 　前記分割噴射制御手段は、前記複数回に分割された各回の噴射量を等しく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燃料噴射装置。
  6. 　前記燃料インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を、前記燃料インジェクタに供給された燃料のアルコール濃度よりも低くす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、前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力を前記高圧範囲に設定することによって前記吸着材にアルコールを吸着させる手段と、
    　を備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射装置。
  7. 　前記内燃機関の冷間始動時に、前記燃料インジェクタに供給される燃料の圧力を前記高圧範囲に設定することにより、前記燃料インジェクタから噴射される燃料のアルコール濃度を、前記燃料インジェクタに供給された燃料のアルコール濃度よりも低くする手段を備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか１項記載の内燃機関の燃料噴射装置。
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