内燃機関の制御装置
【課題】この発明は、低温始動時でも気化燃料を筒内に速やかに供給し、始動性を向上させることを目的とする。
【解決手段】エンジン１０は、通常の燃料タンク３４、気化燃料タンク４２、タンク内噴射弁４４、気化燃料供給弁４８、大気導入弁５０等を備える。ＥＣＵ７０は、エンジンの運転中に気化燃料タンク４２内に蓄えておいた気化燃料を、始動時にサージタンク２０に供給する。このとき、ＥＣＵ７０は、気化燃料の始動時要求流量に基いてスロットルバルブ１８を駆動し、スロットル開度に応じて気化燃料の供給流量を制御する。これにより、気化燃料供給弁４８や大気導入弁５０として、例えば２位置切換型の単純な電磁弁を用いた場合でも、既存のスロットルバルブ１８を利用して気化燃料の供給量を円滑に制御することができる。
【解決手段】エンジン１０は、通常の燃料タンク３４、気化燃料タンク４２、タンク内噴射弁４４、気化燃料供給弁４８、大気導入弁５０等を備える。ＥＣＵ７０は、エンジンの運転中に気化燃料タンク４２内に蓄えておいた気化燃料を、始動時にサージタンク２０に供給する。このとき、ＥＣＵ７０は、気化燃料の始動時要求流量に基いてスロットルバルブ１８を駆動し、スロットル開度に応じて気化燃料の供給流量を制御する。これにより、気化燃料供給弁４８や大気導入弁５０として、例えば２位置切換型の単純な電磁弁を用いた場合でも、既存のスロットルバルブ１８を利用して気化燃料の供給量を円滑に制御することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２４８７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
前記気化燃料タンク内に大気を導入するために、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た常閉の大気導入弁と、
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、前記吸気通路の流路面積を調整するスロットルバルブと、
内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁と前記大気導入弁と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と前記大気導入弁とを開弁し、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、
気化燃料の供給時に前記スロットルバルブを駆動し、前記スロットルバルブの開度によって気化燃料の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、始動時の温度環境または当該温度環境により決定される気化燃料の始動要求流量に基いて、前記スロットルバルブの目標開度を可変に設定する目標開度設定手段を備え、
前記供給量制御手段は、前記スロットルバルブの開度が前記目標開度となるように制御する構成としている。
【０００９】
第３の発明は、吸気バルブの位相と作用角のうち少なくとも一方のパラメータを可変に設定する吸気バルブ可変手段と、
前記吸気バルブ可変手段を駆動し、前記供給量制御手段により実現される前記スロットルバルブの開度に基いて前記パラメータを制御する吸気バルブ制御手段と、を備える。
【００１０】
第４の発明によると、前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの位相を遅角させる構成としている。
【００１１】
第５の発明によると、前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの作用角を減少させる構成としている。
【００１２】
第６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。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、内燃機関の運転中に気化燃料を生成し、この気化燃料を機関停止後の自然減圧を利用して気化燃料タンク内に蓄えておくことができる。これにより、始動時に気化燃料を生成する必要がないので、低温始動時でも、気化燃料を筒内に速やかに供給することができる。また、気化燃料の供給時には、スロットルバルブを駆動し、スロットル開度に応じて気化燃料の供給量（流量）を制御することができる。これにより、気化燃料の消費量を適度に抑制しつつ、始動性を確保することができる。従って、気化燃料供給弁や大気導入弁として、例えば２位置切換型の単純な電磁弁を用いた場合でも、既存のスロットルバルブを利用して気化燃料の供給量を円滑に制御することができる。即ち、システムのコストダウンと性能アップを両立させることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、目標開度設定手段は、始動時の温度環境または当該温度環境により決定される気化燃料の始動要求流量に基いて、スロットルバルブの目標開度を適切に設定することができる。これにより、気化燃料の消費量を抑制しつつ、始動性を確保することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、吸気バルブ制御手段は、供給量制御手段により実現されるスロットルバルブの開度に基いて、吸気バルブの位相及び／又は作用角を適切に制御することができる。これにより、スロットル開度の制御に伴って筒内への流入空気量が変動しても、この変動を位相や作用角の制御により補償することができる。従って、気化燃料の供給量を制御しつつ、筒内への流入空気量を安定させることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、吸気バルブ制御手段は、スロットルバルブの開度が大きいほど、吸気バルブの位相を遅角させることができる。これにより、スロットル開度を増大させた場合には、吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点から遅角させ、筒内への流入空気量を抑制することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、吸気バルブ制御手段は、スロットルバルブの開度が大きいほど、吸気バルブの作用角を減少させることができる。これにより、スロットル開度を増大させた場合には、吸気バルブの開弁期間を短くして、筒内への流入空気量を抑制することができる。
【００１８】
第６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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】始動時の水温と気化燃料の始動要求流量との関係を示す特性線図である。
【図４】気化燃料の供給流量とスロットル開度との関係を示す特性線図である。
【図５】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６】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。
【図７】本発明の実施の形態２において、スロットル開度と吸気バルブの位相との関係を示す特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態２において、スロットル開度と吸気バルブの作用角との関係を示す特性線図である。
【図９】本発明の実施の形態２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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６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。
【００２１】
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ている。そして、スロットルバルブ１８は、後述のＥＣＵ７０により全閉位置と全開位置との間で開，閉され、その開度（スロットル開度）に応じて吸気通路１２の流路面積及び吸入空気量を調整する。サージタンク２０は、吸気脈動を減衰するために、吸気通路１２の途中に一定の広がりをもつ空間を形成している。サージタンク２０の下流側は、複数の吸気管からなる吸気マニホールド２２を介して各気筒の吸気ポート２４に接続されている。なお、サージタンク２０、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２４は、吸気通路１２の一部を構成している。
【００２２】
また、エンジン１０の各気筒には、吸気ポート２４に燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、燃焼室内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射弁２８とが設けられている。これらの噴射弁２６，２８は、一般的な電磁駆動式の燃料噴射弁により構成されている。さらに、各気筒には、筒内に流入した混合気に点火する点火プラグ３０（図２参照）と、吸気ポート２４を開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを開，閉する排気バルブ（図示せず）とが設けられている。また、上述した噴射弁２６，２８には、車両の燃料タンク３４内に液化状態で貯留されたアルコール燃料が燃料ポンプ等により供給される。
【００２３】
また、エンジン１０は、始動時にクランク軸を回転駆動するスタータモータ３６を備えている。車両の運転者がスタータスイッチをＯＮにした場合には、ＥＣＵ７０に対してエンジンの始動要求が発生する。これにより、ＥＣＵ７０は、スタータモータ３６を起動してクランク軸を回転させる動作（クランキング）を実行する。そして、エンジンが始動した時点、即ち、自立運転に移行した時点でクランキングを停止する。
【００２４】
さらに、エンジン１０は、後述の図２に示すように、ＶＶＴ（Variable Valve Timing system）３８と、可変動弁機構４０とを備えており、これらは本実施の形態の吸気バルブ可変手段を構成している。ＶＶＴ３８は、吸気バルブ３２の位相を可変に設定するもので、可変動弁機構４０は、吸気バルブ３２の作用角（開弁期間）及びリフト量を可変に設定するものである。これらの機器の構成を説明するにあたり、まず、吸気バルブ３２の動弁系統について説明すると、動弁系統は、吸気カムが設けられたカムシャフトと、このカムシャフトに設けられたタイミングプーリとを備えている。タイミングプーリは、タイミングチェーンを介してエンジン１０のクランク軸に連結されている。このため、エンジンの運転中には、クランク軸の回転がタイミングチェーンを介してタイミングプーリに伝達され、タイミングプーリによりカムシャフト（吸気カム）が回転駆動される。これにより、吸気カムの入力がロッカーアームを介して吸気バルブ３２に伝達され、吸気バルブ３２がカムシャフトの回転角に応じて所定のタイミングで開，閉するようになっている。
【００２５】
このように構成された動弁系統において、ＶＶＴ３８は、例えば特開２０００−８７７６９号公報に開示されているような公知の構成を有している。即ち、ＶＶＴ３８は、カムシャフトとタイミングプーリとを相対回転させるアクチュエータを備えており、両者の相対回転角に応じて吸気バルブ３２の位相を可変に設定することができる。一方、可変動弁機構４０は、例えば特開２００７−１０７４０４号公報に開示されているような公知の構成を有している。即ち、可変動弁機構４０は、吸気カムとロッカーアームとの間に介在する２つの揺動部材と、これらの揺動部材の相対位置を変化させるアクチュエータとを備えている。吸気カムの入力は、これらの揺動部材を介してロッカーアームに伝達されるが、その伝達量及び伝達のタイミングは、揺動部材の相対位置に応じて変化する。これにより、可変動弁機構４０は、吸気バルブ３２の開弁時期（ＩＶＯ）を進角させつつ閉弁時期（ＩＶＣ）を遅角させ、バルブの作用角を増大させることができる。また、ＩＶＯを遅角させつつＩＶＣを進角させ、バルブの作用角を減少させることができる。なお、ＶＶＴ３８と可変動弁機構４０とは、後述する実施の形態２の制御で用いられるもので、本発明において、実施の形態１の制御のみを行う場合には、エンジンへの搭載を省略してもよい。
【００２６】
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４２、タンク内噴射弁４４、気化燃料供給弁４８、大気導入弁５０、リリーフ弁５２等を備えている。
【００２７】
気化燃料タンク４２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３４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４２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４４は、燃料タンク３４に貯留された燃料を気化燃料タンク４２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４４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４４から噴射された燃料は、気化燃料タンク４２内で気化することにより気化燃料となる。
【００２８】
気化燃料タンク４２は、燃料供給配管４６を介してサージタンク２０と接続されており、この接続部は、吸気通路１２においてスロットルバルブ１８の下流側に設定されている。燃料供給配管４６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４８が設けられている。気化燃料供給弁４８の閉弁時には、気化燃料タンク４２とサージタンク２０との間が遮断され、気化燃料タンク４２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４８の開弁時には、前記タンク２０，４２が燃料供給配管４６を介して相互に連通された状態となり、気化燃料タンク４２に蓄えられた気化燃料がサージタンク２０に供給される。
【００２９】
また、気化燃料タンク４２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５０が設けられている。大気導入弁５０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４２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４８と大気導入弁５０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５０から気化燃料タンク４２内に大気が導入される。なお、これらの弁４８，５０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５０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５０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４２に導入される。
【００３０】
さらに、気化燃料タンク４２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５２が設けられている。リリーフ弁５２は、気化燃料タンク４２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５２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４２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５２は、気化燃料タンク４２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５２は、気化燃料タンク４２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。
【００３１】
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５４〜６６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。
【００３２】
まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ５４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。また、エアフローセンサ５６は吸入空気量を検出し、水温センサ５８はエンジンの冷却水温を検出する。吸気温センサ６０は、吸入空気の温度を検出する。一方、タンク圧センサ６２は気化燃料タンク４２内の圧力を検出し、タンク温度センサ６４は気化燃料タンク４２内の温度を検出する。また、燃料性状センサ６６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。
【００３３】
センサ系統には、上記センサ５４〜６６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、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ７０の入力側に接続されている。なお、本発明は、必ずしもタンク温度センサ６４を必要とするものではない。即ち、タンク温度センサ６４を使用せず、エンジンの温度や運転履歴、気化燃料タンク４２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。
【００３４】
一方、ＥＣＵ７０の出力側には、スロットルバルブ１８、噴射弁２６，２８，４４、点火プラグ３０、スタータモータ３６、ＶＶＴ３８、可変動弁機構４０、気化燃料供給弁４８、大気導入弁５０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５４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５６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。
【００３５】
通常の燃料噴射制御は、後述の気化燃料供給制御が実行される場合を除いて、エンジン１０の運転中に実行されるもので、始動時の燃料噴射制御も含んでいる。この燃料噴射制御では、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水の温度等に基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の何れか一方または両方を駆動する。この場合、吸気ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２８の噴射量の比率は、エンジンの運転状態や燃料の性状に応じて可変に設定される。さらに、ＥＣＵ７０は、燃料気化系統の制御として、以下に述べる気化燃料生成制御と、気化燃料供給制御とを実行する。
【００３６】
［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４２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４８と大気導入弁５０とを閉弁した状態で、タンク内噴射弁４４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。
【００３７】
そして、タンク内噴射弁４４から噴射された燃料は、タンク内の空気をリリーフ弁５２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５２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４２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。
【００３８】
上述した気化燃料生成制御により、気化燃料タンク４２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４２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４２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。
【００３９】
（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４８と大気導入弁５０とを開弁し、気化燃料タンク４２内に蓄えられていた気化燃料をサージタンク２０に供給するものである。具体的に述べると、まず、ＥＣＵ７０は、スタータスイッチがＯＮされたときに、始動要求が発生したことを検出する。そして、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁した状態で、スタータモータ３６に通電し、クランキングを開始する。これにより、サージタンク２０内には、クランキングによって吸気負圧が生じる。
【００４０】
そして、ＥＣＵ７０は、サージタンク２０内の吸気負圧が十分に増大したときに、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを開弁する。これにより、気化燃料タンク４２内の気化燃料は、吸気負圧によってサージタンク２０内に供給される。このとき、気化燃料タンク４２内には、気化燃料が流出した分だけ大気導入弁５０から空気が流入するので、気化燃料の供給はスムーズに行われる。また、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを開弁するときには、気化燃料タンク４２内の圧力が大気圧以上であれば、先に気化燃料供給弁４８を開弁する。一方、気化燃料タンク４２内の圧力が大気圧よりも低ければ、先に大気導入弁５０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４２内に空気が逆流するのを防止することができる。
【００４１】
気化燃料タンク４２からサージタンク２０に供給された気化燃料は、吸気ポート２４を介して筒内に流入し、筒内で点火されて燃焼する。そして、ＥＣＵ７０は、エンジン回転数の上昇等により始動を確認した時点で、クランキングを停止する。また、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁し、気化燃料供給制御を終了する。そして、通常の燃料噴射制御を開始し、吸気ポート噴射弁２６や筒内噴射弁２８から燃料を噴射する。なお、気化燃料から通常の燃料噴射への切換は、必ずしもエンジンの始動を確認してから行う必要はない。一例を挙げれば、始動時に必要な量の気化燃料を供給した時点で、通常の燃料噴射に切換えてもよい。また、各気筒に対して１サイクル目の燃焼時のみ気化燃料を供給し、２サイクル目以降の燃焼時には通常の燃料噴射制御を実行してもよい。
【００４２】
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、始動要求が発生してから気化燃料を生成する必要がない。即ち、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。
【００４３】
ところで、上述した気化燃料の供給時には、始動時の温度環境（外気温やエンジンの温度）等に応じて気化燃料の必要量が変化する。このため、システムの設計時には、気化燃料の供給量が制御可能となる構成を採用するのが好ましい。この構成は、気化燃料供給弁４８や大気導入弁５０として、流量制御型の高機能な電磁弁等を用いることにより実現することができる。しかし、一方では、これらの弁４８，５０を含めてシステムの部品を出来るだけ簡素化し、部品コストを抑えることが要求される。
【００４４】
このため、本実施の形態では、既存のスロットルバルブ１８により気化燃料の供給量（供給流量）を制御し、上記の弁４８，５０としては、単純な開，閉動作のみを行う２位置切換型の電磁弁を用いる構成としている。また、本実施の形態では、気化燃料の供給流量に影響を与える気体流路の構成部品（燃料供給配管４６、気化燃料供給弁４８及び大気導入弁５０）の最大流量を、始動時に必要な最大の供給流量が実現可能となるように適切に設計している。
【００４５】
（供給流量の制御）
気化燃料の供給時には、気化燃料タンク４２内の気化燃料が吸気負圧によってサージタンク２０内に流入する。従って、気化燃料の供給流量は、供給流路の構造等に応じて定まる最大流量の範囲内において、吸気負圧が大きいほど増大することになる。このため、供給流量の制御では、スロットル開度によってサージタンク２０内の吸気負圧（または、サージタンク２０内に流入する新気の量）を調整し、これにより気化燃料の供給流量を制御する。
【００４６】
具体的に述べると、供給流量の制御では、まず、エンジン冷却水の水温に基いて気化燃料の始動要求流量を算出する。ここで、始動要求流量とは、始動時に必要とされる気化燃料の流量であり、一例を挙げれば、点火可能な濃度の気化燃料を筒内に流入させるのに必要な最低限の流量として定義される。図３は、始動時の水温と気化燃料の始動要求流量との関係を示す特性線図である。図３に示すように、始動要求流量は、始動時の水温が低いほど増大する特性を有しており、この特性はマップデータとしてＥＣＵ７０に予め記憶されている。このため、ＥＣＵ７０は、始動時の水温に基いて前記マップデータを参照し、温度環境に適合した始動要求流量を算出することができる。なお、始動要求流量は、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４２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、始動要求流量は、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。
【００４７】
次に、供給流量の制御では、上述した始動要求流量が実現されるように、スロットル開度を制御する。図４は、気化燃料の供給流量とスロットル開度との関係を示す特性線図である。スロットル開度が小さい場合には、その分だけサージタンク２０の内部が密閉状態に近くなる。この結果、クランキング時にサージタンク２０内に発生する吸気負圧が増大し、これに伴って気化燃料タンク４２から流出する気化燃料の流量が増大する。従って、気化燃料の供給流量は、図４に示すように、スロットル開度が小さいほど増大する特性を有しており、この特性はマップデータとしてＥＣＵ７０に予め記憶されている。このため、ＥＣＵ７０は、始動要求流量に基いて前記マップデータを参照し、スロットル開度の目標値（目標開度）を算出することができる。
【００４８】
上記構成によれば、気化燃料の供給時には、スロットルバルブ１８を駆動してスロットル開度を目標開度に一致させることにより、気化燃料の供給流量が始動要求流量となるように流量制御を行うことができる。これにより、気化燃料の消費量を適度に抑制しつつ、始動性を確保することができる。従って、本実施の形態によれば、気化燃料供給弁４８や大気導入弁５０として、２位置切換型の単純な電磁弁を用いた場合でも、既存のスロットルバルブ１８を利用して気化燃料の流量を円滑に制御することができる。即ち、高機能な流量制御弁等を用いる必要がないので、システムのコストダウンと性能アップを両立させることができる。
【００４９】
なお、上記制御では、図３及び図４のマップデータを参照することにより、始動時の水温に基いて始動要求流量、目標開度を順次算出する構成とした。しかし、図３及び図４に示すように、例えば始動時の水温Ｔ1である場合には、この水温Ｔ1に基いて始動要求流量ｆ1が決定され、更に始動要求流量ｆ1が供給流量となるスロットル開度θ1が決定される。従って、本発明では、図３及び図４のマップデータを一体化し、始動時の水温に基いてスロットル開度を算出する構成としてもよい。
【００５０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図５及び図６を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。まず、図５は、本発明の実施の形態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。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。
【００５１】
図５に示すルーチンでは、まず、タンク温度センサ６４により気化燃料タンク４２内の温度Ｔを検出し（ステップ１００）、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１０２）。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判定温度である。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４２内に噴射する燃料の噴射量を算出し、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁した状態でタンク内噴射弁４４を駆動する（ステップ１０４）。これにより、気化燃料タンク４２内には気化燃料が蓄えられる。
【００５２】
次に、図６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６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する（ステップ２００）。この判定成立時には、水温センサ５８により始動時の水温を検出し、この水温に基いて図３のマップデータを参照することにより、気化燃料の始動要求流量を算出する（ステップ２０２）。そして、始動要求流量に基いて図４のマップデータを参照し、スロットルバルブ１８の目標開度を算出する（ステップ２０４）。次に、スロットルバルブ１８を駆動し、スロットル開度が目標開度となるように制御する（ステップ２０６）。これにより、スロットル開度は、気化燃料の供給が開始される前に、目標開度に保持された状態となる。
【００５３】
次の処理では、エンジンの始動要求が発生したか否かを判定し、この判定成立時には、スタータモータ３６を起動する（ステップ２０８，２１０）。そして、クランキングによりサージタンク２０内に吸気負圧が発生した状態において、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを開弁し、気化燃料の供給を開始する（ステップ２１２）。また、気化燃料の供給中には、例えばステップ２０６で設定したスロットル開度（目標開度）における気化燃料の供給流量と、供給を開始してからの経過時間とに基いて、気化燃料の総供給量を算出する。そして、この総供給量に基いて、始動時に必要な量の気化燃料が供給されたか否かを判定する（ステップ２１４）。この判定が不成立の場合には、必要な量の気化燃料が供給されるまで気化燃料の供給を継続する。
【００５４】
また、ステップ２１４の判定が成立した場合には、スロットル開度を通常の始動時制御の開度に戻す（ステップ２１６）。そして、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁し、気化燃料の供給を停止する（ステップ２１８）。気化燃料の供給停止後には、前述した通常の燃料噴射制御（始動時噴射制御）を実行する。
【００５５】
なお、前記実施の形態１では、図５中に示すステップ１００〜１０４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６中に示すステップ２１２は、請求項１における気化燃料供給手段の具体例を示し、ステップ２０６は、請求項１，２における供給量制御手段の具体例、ステップ２０２，２０４は、請求項２における目標開度設定手段の具体例をそれぞれ示している。
【００５６】
実施の形態２．
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。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５）を採用しているものの、スロットル開度に基いて吸気バルブの位相や作用角を制御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。
【００５７】
［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、スロットル開度に基いて気化燃料の供給流量を制御するものの、更にスロットル開度に基いて吸気バルブ３２の位相や作用角を変化させ、筒内に流入する空気量を制御する構成としている。この構成は、ＶＶＴ３８または可変動弁機構４０により実現されるもので、まず、図７を参照して、ＶＶＴ３８を用いる場合の制御について説明する。図７は、本発明の実施の形態２において、スロットル開度と吸気バルブの位相との関係を示す特性線図である。
【００５８】
図７に示すように、本実施の形態では、気化燃料の供給時にスロットル開度を増大させるほど、ＶＶＴ３８により吸気バルブ３２の位相（ＩＶＯ及びＩＶＯ）を遅角させる。スロットル開度を増大させた場合には、気化燃料の供給流量を所望の値まで減少させることができるが、その一方で筒内に流入する空気量が増大する。このとき、ＩＶＣを吸気下死点から遅角させることにより、筒内に流入する空気量を抑制することができる。また、スロットル開度を減少させた場合には、その分だけＩＶＣを吸気下死点に向けて進角させ、筒内への流入空気量を確保することができる。即ち、本実施の形態によれば、スロットル開度の制御に伴って筒内への流入空気量が変動しても、この変動をＩＶＣの制御により補償することができる。従って、気化燃料の供給流量を制御しつつ、筒内への流入空気量を安定させることができる。
【００５９】
また、ＶＶＴ３８による位相制御では、ＩＶＣを遅角させると、ＩＶＯも遅角されることになる。これにより、吸気損（ポンピングロス）を発生させ、筒内温度を上昇させることができる。従って、気化燃料の供給を停止した直後（例えば１サイクル目の燃焼だけで気化燃料の供給を停止する場合には、２〜３サイクル目の燃焼時）に、燃焼性を向上させることができる。
【００６０】
次に、図８を参照して、可変動弁機構４０を用いる場合の制御について説明する。図８は、スロットル開度と吸気バルブの作用角との関係を示す特性線図である。この図に示すように、可変動弁機構４０を用いる場合には、気化燃料の供給時にスロットル開度を増大させるほど、可変動弁機構４０により吸気バルブ３２の作用角を減少させる。これにより、スロットル開度を大きくした場合には、その分だけ吸気バルブ３２の開弁期間を短くして、筒内への流入空気量を抑制することができる。従って、可変動弁機構４０を用いた場合にも、ＶＶＴ３８を用いた場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図９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９は、本発明の実施の形態２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、実施の形態１の図６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。また、以下の説明では、まず、ＶＶＴ３８を用いる場合の処理について説明する。
【００６２】
図７に示すルーチンでは、まず、ステップ３００〜３１０において、前記図６中に示すステップ２００〜２１０と同様の処理を実行する。次に、ステップ３１２では、ステップ３０４で算出したスロットル開度（目標開度）に基いて図７のマップデータを参照し、吸気バルブ３２の位相（開閉タイミング）の目標角度を算出する。そして、実際の位相が目標角度となるように、ＶＶＴ３８を駆動制御する。次に、ステップ３１４〜３２２では、前記図６中に示すステップ２１２〜２１８とほぼ同様の処理を実行するが、ステップ３２０では、気化燃料の供給が終了した後にＶＶＴ３８を駆動し、吸気バルブ３２の位相を通常の始動時制御の角度に戻す。
【００６３】
一方、可変動弁機構４０を用いる場合には、前記ステップ３１２において、スロットルバルブ１８の目標開度に基いて図８のマップデータを参照し、吸気バルブ３２の作用角の目標角度を算出する。そして、実際の作用角が目標角度となるように、可変動弁機構４０を駆動制御する。また、ステップ３２０では、気化燃料の供給が終了した後に可変動弁機構４０を駆動し、吸気バルブ３２の作用角を通常の始動時制御の角度に戻す。
【００６４】
なお、前記実施の形態２では、図９中に示すステップ３１４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３０６は、請求項１，２における供給量制御手段の具体例、ステップ３０２，３０４は、請求項２における目標開度設定手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ３１２及び図７、図８は、請求項３，４，５における吸気バルブ制御手段の具体例を示している。
【００６５】
また、実施の形態２では、ＶＶＴ３８と可変動弁機構４０とをそれぞれ個別に用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、スロットル開度に基いてＶＶＴ３８と可変動弁機構４０とを一緒に駆動する構成としてもよい。
【００６６】
一方、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４２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。
【００６７】
また、実施の形態では、気化燃料タンク４２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４２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４２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４２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４２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４２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４２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。
【００６８】
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。
【００６９】
さらに、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。
【符号の説明】
【００７０】
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）
３０ 点火プラグ
３２ 吸気バルブ
３４ 燃料タンク
３６ スタータモータ
３８ ＶＶＴ（吸気バルブ可変手段）
４０ 可変動弁機構（吸気バルブ可変手段）
４２ 気化燃料タンク
４４ タンク内噴射弁（タンク内燃料供給手段）
４６ 燃料供給配管
４８ 気化燃料供給弁
５０ 大気導入弁
５２ リリーフ弁
５４ クランク角センサ
５６ エアフローセンサ
５８ 水温センサ
６０ 吸気温センサ
６２ タンク圧センサ
６４ タンク温度センサ
６６ 燃料性状センサ
７０ ＥＣＵ
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−２２４８７８号公報
【特許文献２】特開２００２−１９５０８３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
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。
【０００６】
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。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
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、
前記気化燃料タンク内に大気を導入するために、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た常閉の大気導入弁と、
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、前記吸気通路の流路面積を調整するスロットルバルブと、
内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁と前記大気導入弁と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と前記大気導入弁とを開弁し、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、
気化燃料の供給時に前記スロットルバルブを駆動し、前記スロットルバルブの開度によって気化燃料の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、始動時の温度環境または当該温度環境により決定される気化燃料の始動要求流量に基いて、前記スロットルバルブの目標開度を可変に設定する目標開度設定手段を備え、
前記供給量制御手段は、前記スロットルバルブの開度が前記目標開度となるように制御する構成としている。
【０００９】
第３の発明は、吸気バルブの位相と作用角のうち少なくとも一方のパラメータを可変に設定する吸気バルブ可変手段と、
前記吸気バルブ可変手段を駆動し、前記供給量制御手段により実現される前記スロットルバルブの開度に基いて前記パラメータを制御する吸気バルブ制御手段と、を備える。
【００１０】
第４の発明によると、前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの位相を遅角させる構成としている。
【００１１】
第５の発明によると、前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの作用角を減少させる構成としている。
【００１２】
第６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。
【発明の効果】
【００１３】
第１の発明によれば、内燃機関の運転中に気化燃料を生成し、この気化燃料を機関停止後の自然減圧を利用して気化燃料タンク内に蓄えておくことができる。これにより、始動時に気化燃料を生成する必要がないので、低温始動時でも、気化燃料を筒内に速やかに供給することができる。また、気化燃料の供給時には、スロットルバルブを駆動し、スロットル開度に応じて気化燃料の供給量（流量）を制御することができる。これにより、気化燃料の消費量を適度に抑制しつつ、始動性を確保することができる。従って、気化燃料供給弁や大気導入弁として、例えば２位置切換型の単純な電磁弁を用いた場合でも、既存のスロットルバルブを利用して気化燃料の供給量を円滑に制御することができる。即ち、システムのコストダウンと性能アップを両立させることができる。
【００１４】
第２の発明によれば、目標開度設定手段は、始動時の温度環境または当該温度環境により決定される気化燃料の始動要求流量に基いて、スロットルバルブの目標開度を適切に設定することができる。これにより、気化燃料の消費量を抑制しつつ、始動性を確保することができる。
【００１５】
第３の発明によれば、吸気バルブ制御手段は、供給量制御手段により実現されるスロットルバルブの開度に基いて、吸気バルブの位相及び／又は作用角を適切に制御することができる。これにより、スロットル開度の制御に伴って筒内への流入空気量が変動しても、この変動を位相や作用角の制御により補償することができる。従って、気化燃料の供給量を制御しつつ、筒内への流入空気量を安定させることができる。
【００１６】
第４の発明によれば、吸気バルブ制御手段は、スロットルバルブの開度が大きいほど、吸気バルブの位相を遅角させることができる。これにより、スロットル開度を増大させた場合には、吸気バルブの閉弁時期を吸気下死点から遅角させ、筒内への流入空気量を抑制することができる。
【００１７】
第５の発明によれば、吸気バルブ制御手段は、スロットルバルブの開度が大きいほど、吸気バルブの作用角を減少させることができる。これにより、スロットル開度を増大させた場合には、吸気バルブの開弁期間を短くして、筒内への流入空気量を抑制することができる。
【００１８】
第６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。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】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。
【図２】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。
【図３】始動時の水温と気化燃料の始動要求流量との関係を示す特性線図である。
【図４】気化燃料の供給流量とスロットル開度との関係を示す特性線図である。
【図５】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６】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。
【図７】本発明の実施の形態２において、スロットル開度と吸気バルブの位相との関係を示す特性線図である。
【図８】本発明の実施の形態２において、スロットル開度と吸気バルブの作用角との関係を示す特性線図である。
【図９】本発明の実施の形態２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。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６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。
【００２１】
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ている。そして、スロットルバルブ１８は、後述のＥＣＵ７０により全閉位置と全開位置との間で開，閉され、その開度（スロットル開度）に応じて吸気通路１２の流路面積及び吸入空気量を調整する。サージタンク２０は、吸気脈動を減衰するために、吸気通路１２の途中に一定の広がりをもつ空間を形成している。サージタンク２０の下流側は、複数の吸気管からなる吸気マニホールド２２を介して各気筒の吸気ポート２４に接続されている。なお、サージタンク２０、吸気マニホールド２２及び吸気ポート２４は、吸気通路１２の一部を構成している。
【００２２】
また、エンジン１０の各気筒には、吸気ポート２４に燃料を噴射する吸気ポート噴射弁２６と、燃焼室内（筒内）に燃料を直接噴射する筒内噴射弁２８とが設けられている。これらの噴射弁２６，２８は、一般的な電磁駆動式の燃料噴射弁により構成されている。さらに、各気筒には、筒内に流入した混合気に点火する点火プラグ３０（図２参照）と、吸気ポート２４を開，閉する吸気バルブ３２と、排気ポートを開，閉する排気バルブ（図示せず）とが設けられている。また、上述した噴射弁２６，２８には、車両の燃料タンク３４内に液化状態で貯留されたアルコール燃料が燃料ポンプ等により供給される。
【００２３】
また、エンジン１０は、始動時にクランク軸を回転駆動するスタータモータ３６を備えている。車両の運転者がスタータスイッチをＯＮにした場合には、ＥＣＵ７０に対してエンジンの始動要求が発生する。これにより、ＥＣＵ７０は、スタータモータ３６を起動してクランク軸を回転させる動作（クランキング）を実行する。そして、エンジンが始動した時点、即ち、自立運転に移行した時点でクランキングを停止する。
【００２４】
さらに、エンジン１０は、後述の図２に示すように、ＶＶＴ（Variable Valve Timing system）３８と、可変動弁機構４０とを備えており、これらは本実施の形態の吸気バルブ可変手段を構成している。ＶＶＴ３８は、吸気バルブ３２の位相を可変に設定するもので、可変動弁機構４０は、吸気バルブ３２の作用角（開弁期間）及びリフト量を可変に設定するものである。これらの機器の構成を説明するにあたり、まず、吸気バルブ３２の動弁系統について説明すると、動弁系統は、吸気カムが設けられたカムシャフトと、このカムシャフトに設けられたタイミングプーリとを備えている。タイミングプーリは、タイミングチェーンを介してエンジン１０のクランク軸に連結されている。このため、エンジンの運転中には、クランク軸の回転がタイミングチェーンを介してタイミングプーリに伝達され、タイミングプーリによりカムシャフト（吸気カム）が回転駆動される。これにより、吸気カムの入力がロッカーアームを介して吸気バルブ３２に伝達され、吸気バルブ３２がカムシャフトの回転角に応じて所定のタイミングで開，閉するようになっている。
【００２５】
このように構成された動弁系統において、ＶＶＴ３８は、例えば特開２０００−８７７６９号公報に開示されているような公知の構成を有している。即ち、ＶＶＴ３８は、カムシャフトとタイミングプーリとを相対回転させるアクチュエータを備えており、両者の相対回転角に応じて吸気バルブ３２の位相を可変に設定することができる。一方、可変動弁機構４０は、例えば特開２００７−１０７４０４号公報に開示されているような公知の構成を有している。即ち、可変動弁機構４０は、吸気カムとロッカーアームとの間に介在する２つの揺動部材と、これらの揺動部材の相対位置を変化させるアクチュエータとを備えている。吸気カムの入力は、これらの揺動部材を介してロッカーアームに伝達されるが、その伝達量及び伝達のタイミングは、揺動部材の相対位置に応じて変化する。これにより、可変動弁機構４０は、吸気バルブ３２の開弁時期（ＩＶＯ）を進角させつつ閉弁時期（ＩＶＣ）を遅角させ、バルブの作用角を増大させることができる。また、ＩＶＯを遅角させつつＩＶＣを進角させ、バルブの作用角を減少させることができる。なお、ＶＶＴ３８と可変動弁機構４０とは、後述する実施の形態２の制御で用いられるもので、本発明において、実施の形態１の制御のみを行う場合には、エンジンへの搭載を省略してもよい。
【００２６】
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４２、タンク内噴射弁４４、気化燃料供給弁４８、大気導入弁５０、リリーフ弁５２等を備えている。
【００２７】
気化燃料タンク４２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３４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４２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４４は、燃料タンク３４に貯留された燃料を気化燃料タンク４２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４４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４４から噴射された燃料は、気化燃料タンク４２内で気化することにより気化燃料となる。
【００２８】
気化燃料タンク４２は、燃料供給配管４６を介してサージタンク２０と接続されており、この接続部は、吸気通路１２においてスロットルバルブ１８の下流側に設定されている。燃料供給配管４６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４８が設けられている。気化燃料供給弁４８の閉弁時には、気化燃料タンク４２とサージタンク２０との間が遮断され、気化燃料タンク４２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４８の開弁時には、前記タンク２０，４２が燃料供給配管４６を介して相互に連通された状態となり、気化燃料タンク４２に蓄えられた気化燃料がサージタンク２０に供給される。
【００２９】
また、気化燃料タンク４２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５０が設けられている。大気導入弁５０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４２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４８と大気導入弁５０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５０から気化燃料タンク４２内に大気が導入される。なお、これらの弁４８，５０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５０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５０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４２に導入される。
【００３０】
さらに、気化燃料タンク４２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５２が設けられている。リリーフ弁５２は、気化燃料タンク４２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５２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４２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５２は、気化燃料タンク４２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５２は、気化燃料タンク４２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。
【００３１】
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５４〜６６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。
【００３２】
まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ５４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。また、エアフローセンサ５６は吸入空気量を検出し、水温センサ５８はエンジンの冷却水温を検出する。吸気温センサ６０は、吸入空気の温度を検出する。一方、タンク圧センサ６２は気化燃料タンク４２内の圧力を検出し、タンク温度センサ６４は気化燃料タンク４２内の温度を検出する。また、燃料性状センサ６６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。
【００３３】
センサ系統には、上記センサ５４〜６６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、スロットル開度を検出するスロットルセンサ、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ等）が含まれており、これらのセンサはＥＣＵ７０の入力側に接続されている。なお、本発明は、必ずしもタンク温度センサ６４を必要とするものではない。即ち、タンク温度センサ６４を使用せず、エンジンの温度や運転履歴、気化燃料タンク４２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。
【００３４】
一方、ＥＣＵ７０の出力側には、スロットルバルブ１８、噴射弁２６，２８，４４、点火プラグ３０、スタータモータ３６、ＶＶＴ３８、可変動弁機構４０、気化燃料供給弁４８、大気導入弁５０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５４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５６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。
【００３５】
通常の燃料噴射制御は、後述の気化燃料供給制御が実行される場合を除いて、エンジン１０の運転中に実行されるもので、始動時の燃料噴射制御も含んでいる。この燃料噴射制御では、吸入空気量、エンジン回転数、エンジン冷却水の温度等に基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の何れか一方または両方を駆動する。この場合、吸気ポート噴射弁２６と筒内噴射弁２８の噴射量の比率は、エンジンの運転状態や燃料の性状に応じて可変に設定される。さらに、ＥＣＵ７０は、燃料気化系統の制御として、以下に述べる気化燃料生成制御と、気化燃料供給制御とを実行する。
【００３６】
［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４２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４８と大気導入弁５０とを閉弁した状態で、タンク内噴射弁４４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。
【００３７】
そして、タンク内噴射弁４４から噴射された燃料は、タンク内の空気をリリーフ弁５２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５２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４２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。
【００３８】
上述した気化燃料生成制御により、気化燃料タンク４２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４２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４２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。
【００３９】
（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４８と大気導入弁５０とを開弁し、気化燃料タンク４２内に蓄えられていた気化燃料をサージタンク２０に供給するものである。具体的に述べると、まず、ＥＣＵ７０は、スタータスイッチがＯＮされたときに、始動要求が発生したことを検出する。そして、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁した状態で、スタータモータ３６に通電し、クランキングを開始する。これにより、サージタンク２０内には、クランキングによって吸気負圧が生じる。
【００４０】
そして、ＥＣＵ７０は、サージタンク２０内の吸気負圧が十分に増大したときに、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを開弁する。これにより、気化燃料タンク４２内の気化燃料は、吸気負圧によってサージタンク２０内に供給される。このとき、気化燃料タンク４２内には、気化燃料が流出した分だけ大気導入弁５０から空気が流入するので、気化燃料の供給はスムーズに行われる。また、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを開弁するときには、気化燃料タンク４２内の圧力が大気圧以上であれば、先に気化燃料供給弁４８を開弁する。一方、気化燃料タンク４２内の圧力が大気圧よりも低ければ、先に大気導入弁５０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４２内に空気が逆流するのを防止することができる。
【００４１】
気化燃料タンク４２からサージタンク２０に供給された気化燃料は、吸気ポート２４を介して筒内に流入し、筒内で点火されて燃焼する。そして、ＥＣＵ７０は、エンジン回転数の上昇等により始動を確認した時点で、クランキングを停止する。また、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁し、気化燃料供給制御を終了する。そして、通常の燃料噴射制御を開始し、吸気ポート噴射弁２６や筒内噴射弁２８から燃料を噴射する。なお、気化燃料から通常の燃料噴射への切換は、必ずしもエンジンの始動を確認してから行う必要はない。一例を挙げれば、始動時に必要な量の気化燃料を供給した時点で、通常の燃料噴射に切換えてもよい。また、各気筒に対して１サイクル目の燃焼時のみ気化燃料を供給し、２サイクル目以降の燃焼時には通常の燃料噴射制御を実行してもよい。
【００４２】
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、始動要求が発生してから気化燃料を生成する必要がない。即ち、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。
【００４３】
ところで、上述した気化燃料の供給時には、始動時の温度環境（外気温やエンジンの温度）等に応じて気化燃料の必要量が変化する。このため、システムの設計時には、気化燃料の供給量が制御可能となる構成を採用するのが好ましい。この構成は、気化燃料供給弁４８や大気導入弁５０として、流量制御型の高機能な電磁弁等を用いることにより実現することができる。しかし、一方では、これらの弁４８，５０を含めてシステムの部品を出来るだけ簡素化し、部品コストを抑えることが要求される。
【００４４】
このため、本実施の形態では、既存のスロットルバルブ１８により気化燃料の供給量（供給流量）を制御し、上記の弁４８，５０としては、単純な開，閉動作のみを行う２位置切換型の電磁弁を用いる構成としている。また、本実施の形態では、気化燃料の供給流量に影響を与える気体流路の構成部品（燃料供給配管４６、気化燃料供給弁４８及び大気導入弁５０）の最大流量を、始動時に必要な最大の供給流量が実現可能となるように適切に設計している。
【００４５】
（供給流量の制御）
気化燃料の供給時には、気化燃料タンク４２内の気化燃料が吸気負圧によってサージタンク２０内に流入する。従って、気化燃料の供給流量は、供給流路の構造等に応じて定まる最大流量の範囲内において、吸気負圧が大きいほど増大することになる。このため、供給流量の制御では、スロットル開度によってサージタンク２０内の吸気負圧（または、サージタンク２０内に流入する新気の量）を調整し、これにより気化燃料の供給流量を制御する。
【００４６】
具体的に述べると、供給流量の制御では、まず、エンジン冷却水の水温に基いて気化燃料の始動要求流量を算出する。ここで、始動要求流量とは、始動時に必要とされる気化燃料の流量であり、一例を挙げれば、点火可能な濃度の気化燃料を筒内に流入させるのに必要な最低限の流量として定義される。図３は、始動時の水温と気化燃料の始動要求流量との関係を示す特性線図である。図３に示すように、始動要求流量は、始動時の水温が低いほど増大する特性を有しており、この特性はマップデータとしてＥＣＵ７０に予め記憶されている。このため、ＥＣＵ７０は、始動時の水温に基いて前記マップデータを参照し、温度環境に適合した始動要求流量を算出することができる。なお、始動要求流量は、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４２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、始動要求流量は、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。
【００４７】
次に、供給流量の制御では、上述した始動要求流量が実現されるように、スロットル開度を制御する。図４は、気化燃料の供給流量とスロットル開度との関係を示す特性線図である。スロットル開度が小さい場合には、その分だけサージタンク２０の内部が密閉状態に近くなる。この結果、クランキング時にサージタンク２０内に発生する吸気負圧が増大し、これに伴って気化燃料タンク４２から流出する気化燃料の流量が増大する。従って、気化燃料の供給流量は、図４に示すように、スロットル開度が小さいほど増大する特性を有しており、この特性はマップデータとしてＥＣＵ７０に予め記憶されている。このため、ＥＣＵ７０は、始動要求流量に基いて前記マップデータを参照し、スロットル開度の目標値（目標開度）を算出することができる。
【００４８】
上記構成によれば、気化燃料の供給時には、スロットルバルブ１８を駆動してスロットル開度を目標開度に一致させることにより、気化燃料の供給流量が始動要求流量となるように流量制御を行うことができる。これにより、気化燃料の消費量を適度に抑制しつつ、始動性を確保することができる。従って、本実施の形態によれば、気化燃料供給弁４８や大気導入弁５０として、２位置切換型の単純な電磁弁を用いた場合でも、既存のスロットルバルブ１８を利用して気化燃料の流量を円滑に制御することができる。即ち、高機能な流量制御弁等を用いる必要がないので、システムのコストダウンと性能アップを両立させることができる。
【００４９】
なお、上記制御では、図３及び図４のマップデータを参照することにより、始動時の水温に基いて始動要求流量、目標開度を順次算出する構成とした。しかし、図３及び図４に示すように、例えば始動時の水温Ｔ1である場合には、この水温Ｔ1に基いて始動要求流量ｆ1が決定され、更に始動要求流量ｆ1が供給流量となるスロットル開度θ1が決定される。従って、本発明では、図３及び図４のマップデータを一体化し、始動時の水温に基いてスロットル開度を算出する構成としてもよい。
【００５０】
［実施の形態１を実現するための具体的な処理］
次に、図５及び図６を参照して、上述した制御を実現するための具体的な処理について説明する。まず、図５は、本発明の実施の形態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。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。
【００５１】
図５に示すルーチンでは、まず、タンク温度センサ６４により気化燃料タンク４２内の温度Ｔを検出し（ステップ１００）、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１０２）。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判定温度である。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４２内に噴射する燃料の噴射量を算出し、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁した状態でタンク内噴射弁４４を駆動する（ステップ１０４）。これにより、気化燃料タンク４２内には気化燃料が蓄えられる。
【００５２】
次に、図６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６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する（ステップ２００）。この判定成立時には、水温センサ５８により始動時の水温を検出し、この水温に基いて図３のマップデータを参照することにより、気化燃料の始動要求流量を算出する（ステップ２０２）。そして、始動要求流量に基いて図４のマップデータを参照し、スロットルバルブ１８の目標開度を算出する（ステップ２０４）。次に、スロットルバルブ１８を駆動し、スロットル開度が目標開度となるように制御する（ステップ２０６）。これにより、スロットル開度は、気化燃料の供給が開始される前に、目標開度に保持された状態となる。
【００５３】
次の処理では、エンジンの始動要求が発生したか否かを判定し、この判定成立時には、スタータモータ３６を起動する（ステップ２０８，２１０）。そして、クランキングによりサージタンク２０内に吸気負圧が発生した状態において、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを開弁し、気化燃料の供給を開始する（ステップ２１２）。また、気化燃料の供給中には、例えばステップ２０６で設定したスロットル開度（目標開度）における気化燃料の供給流量と、供給を開始してからの経過時間とに基いて、気化燃料の総供給量を算出する。そして、この総供給量に基いて、始動時に必要な量の気化燃料が供給されたか否かを判定する（ステップ２１４）。この判定が不成立の場合には、必要な量の気化燃料が供給されるまで気化燃料の供給を継続する。
【００５４】
また、ステップ２１４の判定が成立した場合には、スロットル開度を通常の始動時制御の開度に戻す（ステップ２１６）。そして、気化燃料供給弁４８と大気導入弁５０とを閉弁し、気化燃料の供給を停止する（ステップ２１８）。気化燃料の供給停止後には、前述した通常の燃料噴射制御（始動時噴射制御）を実行する。
【００５５】
なお、前記実施の形態１では、図５中に示すステップ１００〜１０４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６中に示すステップ２１２は、請求項１における気化燃料供給手段の具体例を示し、ステップ２０６は、請求項１，２における供給量制御手段の具体例、ステップ２０２，２０４は、請求項２における目標開度設定手段の具体例をそれぞれ示している。
【００５６】
実施の形態２．
次に、図７乃至図９を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。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５）を採用しているものの、スロットル開度に基いて吸気バルブの位相や作用角を制御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。
【００５７】
［実施の形態２の特徴］
本実施の形態では、実施の形態１と同様に、スロットル開度に基いて気化燃料の供給流量を制御するものの、更にスロットル開度に基いて吸気バルブ３２の位相や作用角を変化させ、筒内に流入する空気量を制御する構成としている。この構成は、ＶＶＴ３８または可変動弁機構４０により実現されるもので、まず、図７を参照して、ＶＶＴ３８を用いる場合の制御について説明する。図７は、本発明の実施の形態２において、スロットル開度と吸気バルブの位相との関係を示す特性線図である。
【００５８】
図７に示すように、本実施の形態では、気化燃料の供給時にスロットル開度を増大させるほど、ＶＶＴ３８により吸気バルブ３２の位相（ＩＶＯ及びＩＶＯ）を遅角させる。スロットル開度を増大させた場合には、気化燃料の供給流量を所望の値まで減少させることができるが、その一方で筒内に流入する空気量が増大する。このとき、ＩＶＣを吸気下死点から遅角させることにより、筒内に流入する空気量を抑制することができる。また、スロットル開度を減少させた場合には、その分だけＩＶＣを吸気下死点に向けて進角させ、筒内への流入空気量を確保することができる。即ち、本実施の形態によれば、スロットル開度の制御に伴って筒内への流入空気量が変動しても、この変動をＩＶＣの制御により補償することができる。従って、気化燃料の供給流量を制御しつつ、筒内への流入空気量を安定させることができる。
【００５９】
また、ＶＶＴ３８による位相制御では、ＩＶＣを遅角させると、ＩＶＯも遅角されることになる。これにより、吸気損（ポンピングロス）を発生させ、筒内温度を上昇させることができる。従って、気化燃料の供給を停止した直後（例えば１サイクル目の燃焼だけで気化燃料の供給を停止する場合には、２〜３サイクル目の燃焼時）に、燃焼性を向上させることができる。
【００６０】
次に、図８を参照して、可変動弁機構４０を用いる場合の制御について説明する。図８は、スロットル開度と吸気バルブの作用角との関係を示す特性線図である。この図に示すように、可変動弁機構４０を用いる場合には、気化燃料の供給時にスロットル開度を増大させるほど、可変動弁機構４０により吸気バルブ３２の作用角を減少させる。これにより、スロットル開度を大きくした場合には、その分だけ吸気バルブ３２の開弁期間を短くして、筒内への流入空気量を抑制することができる。従って、可変動弁機構４０を用いた場合にも、ＶＶＴ３８を用いた場合とほぼ同様の効果を得ることができる。
【００６１】
［実施の形態２を実現するための具体的な処理］
次に、図９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９は、本発明の実施の形態２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、実施の形態１の図６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。また、以下の説明では、まず、ＶＶＴ３８を用いる場合の処理について説明する。
【００６２】
図７に示すルーチンでは、まず、ステップ３００〜３１０において、前記図６中に示すステップ２００〜２１０と同様の処理を実行する。次に、ステップ３１２では、ステップ３０４で算出したスロットル開度（目標開度）に基いて図７のマップデータを参照し、吸気バルブ３２の位相（開閉タイミング）の目標角度を算出する。そして、実際の位相が目標角度となるように、ＶＶＴ３８を駆動制御する。次に、ステップ３１４〜３２２では、前記図６中に示すステップ２１２〜２１８とほぼ同様の処理を実行するが、ステップ３２０では、気化燃料の供給が終了した後にＶＶＴ３８を駆動し、吸気バルブ３２の位相を通常の始動時制御の角度に戻す。
【００６３】
一方、可変動弁機構４０を用いる場合には、前記ステップ３１２において、スロットルバルブ１８の目標開度に基いて図８のマップデータを参照し、吸気バルブ３２の作用角の目標角度を算出する。そして、実際の作用角が目標角度となるように、可変動弁機構４０を駆動制御する。また、ステップ３２０では、気化燃料の供給が終了した後に可変動弁機構４０を駆動し、吸気バルブ３２の作用角を通常の始動時制御の角度に戻す。
【００６４】
なお、前記実施の形態２では、図９中に示すステップ３１４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３０６は、請求項１，２における供給量制御手段の具体例、ステップ３０２，３０４は、請求項２における目標開度設定手段の具体例をそれぞれ示している。さらに、ステップ３１２及び図７、図８は、請求項３，４，５における吸気バルブ制御手段の具体例を示している。
【００６５】
また、実施の形態２では、ＶＶＴ３８と可変動弁機構４０とをそれぞれ個別に用いる場合を例示したが、本発明はこれに限らず、スロットル開度に基いてＶＶＴ３８と可変動弁機構４０とを一緒に駆動する構成としてもよい。
【００６６】
一方、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４２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。
【００６７】
また、実施の形態では、気化燃料タンク４２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４２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４２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４２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４２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４２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４２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。
【００６８】
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。
【００６９】
さらに、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。
【符号の説明】
【００７０】
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）
３０ 点火プラグ
３２ 吸気バルブ
３４ 燃料タンク
３６ スタータモータ
３８ ＶＶＴ（吸気バルブ可変手段）
４０ 可変動弁機構（吸気バルブ可変手段）
４２ 気化燃料タンク
４４ タンク内噴射弁（タンク内燃料供給手段）
４６ 燃料供給配管
４８ 気化燃料供給弁
５０ 大気導入弁
５２ リリーフ弁
５４ クランク角センサ
５６ エアフローセンサ
５８ 水温センサ
６０ 吸気温センサ
６２ タンク圧センサ
６４ タンク温度センサ
６６ 燃料性状センサ
７０ ＥＣＵ
【特許請求の範囲】
【請求項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、
前記気化燃料タンク内に大気を導入するために、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た常閉の大気導入弁と、
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、前記吸気通路の流路面積を調整するスロットルバルブと、
内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁と前記大気導入弁と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と前記大気導入弁とを開弁し、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、
気化燃料の供給時に前記スロットルバルブを駆動し、前記スロットルバルブの開度によって気化燃料の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
始動時の温度環境または当該温度環境により決定される気化燃料の始動要求流量に基いて、前記スロットルバルブの目標開度を可変に設定する目標開度設定手段を備え、
前記供給量制御手段は、前記スロットルバルブの開度が前記目標開度となるように制御する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
吸気バルブの位相と作用角のうち少なくとも一方のパラメータを可変に設定する吸気バルブ可変手段と、
前記吸気バルブ可変手段を駆動し、前記供給量制御手段により実現される前記スロットルバルブの開度に基いて前記パラメータを制御する吸気バルブ制御手段と、
を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの位相を遅角させる構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの作用角を減少させる構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
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５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項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、
前記気化燃料タンク内に大気を導入するために、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た常閉の大気導入弁と、
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、前記吸気通路の流路面積を調整するスロットルバルブと、
内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁と前記大気導入弁と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と前記大気導入弁とを開弁し、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、
気化燃料の供給時に前記スロットルバルブを駆動し、前記スロットルバルブの開度によって気化燃料の供給量を制御する供給量制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
始動時の温度環境または当該温度環境により決定される気化燃料の始動要求流量に基いて、前記スロットルバルブの目標開度を可変に設定する目標開度設定手段を備え、
前記供給量制御手段は、前記スロットルバルブの開度が前記目標開度となるように制御する構成としてなる請求項１に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項３】
吸気バルブの位相と作用角のうち少なくとも一方のパラメータを可変に設定する吸気バルブ可変手段と、
前記吸気バルブ可変手段を駆動し、前記供給量制御手段により実現される前記スロットルバルブの開度に基いて前記パラメータを制御する吸気バルブ制御手段と、
を備えてなる請求項１または２に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項４】
前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの位相を遅角させる構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項５】
前記吸気バルブ制御手段は、前記スロットルバルブの開度が大きいほど、前記吸気バルブの作用角を減少させる構成としてなる請求項３に記載の内燃機関の制御装置。
【請求項６】
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５のうち何れか１項に記載の内燃機関の制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−２２０２０５（Ｐ２０１１−２２０２０５Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−８９５７４（Ｐ２０１０−８９５７４）
【出願日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月８日（２０１０．４．８）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【Ｆターム（参考）】
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