燃料供給装置
【課題】内燃機関２を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合に、必要な供給量を確保できずに失火したり、また、着火が維持できたとしても、内燃機関２の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減する。
【解決手段】内燃機関２を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量の確保が最も困難になるのは、燃焼室３への吸気一発目である。そこで、気体燃料供給手段７により吸気ライン６に気体燃料を供給した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始するように制御手段８を組み立てる。これにより、燃焼室３への吸気一発目が行われる前に、予め吸気ライン６に充分な気体燃料を充填しておくことができるので、必要な供給量が確保できずに失火したり、また、内燃機関２の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することができる。
【解決手段】内燃機関２を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量の確保が最も困難になるのは、燃焼室３への吸気一発目である。そこで、気体燃料供給手段７により吸気ライン６に気体燃料を供給した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始するように制御手段８を組み立てる。これにより、燃焼室３への吸気一発目が行われる前に、予め吸気ライン６に充分な気体燃料を充填しておくことができるので、必要な供給量が確保できずに失火したり、また、内燃機関２の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置では、例えば、噴射供給された燃料が液体のまま燃焼室の壁面等に付着することに起因して、排気ガスの未燃ＨＣやＰＭ等が増加する問題がある。そこで、特許文献１には、冷間時に内燃機関を始動する冷間始動時に液体燃料を気化させた気体燃料を噴射供給することで、排気ガスの未燃ＨＣやＰＭ等を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
しかし、気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量を確保するには、液体燃料を噴射供給する場合に比べて長い供給期間が必要となる。このため、内燃機関を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量が確保できずに失火する虞がある。また、着火が維持できたとしても、内燃機関の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置において、内燃機関を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合に、必要な供給量を確保できずに失火したり、また、着火が維持できたとしても、内燃機関の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、燃料供給装置は、内燃機関の燃焼室、または内燃機関の燃焼室に通じる吸気ラインのいずれか一方に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段と、燃料気化手段により得られる気体燃料を吸気ラインに供給する気体燃料供給手段と、気体燃料供給手段により吸気ラインに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に、内燃機関への燃料の供給を気体燃料供給手段による気体燃料の供給から液体燃料供給手段による液体燃料の供給に切り替える制御手段とを備える。
【０００７】
ここで、内燃機関を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量の確保が最も困難になるのは、燃焼室への吸気一発目である。そこで、燃焼室への吸気一発目において必要な供給量を確保するため、制御手段を以下のように組み立てる。つまり、気体燃料供給手段により吸気ラインに気体燃料を供給した後、回転電機等による内燃機関の始動を開始するように制御手段を組み立てる。
【０００８】
これにより、内燃機関の始動前、つまり、燃焼室への吸気一発目が行われる前に、予め吸気ラインに充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、吸気一発目から充分な気体燃料を燃焼室に供給することができるので、必要な供給量が確保できずに失火したり、また、内燃機関の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することができる。
【０００９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、気体燃料を噴射する噴射弁を内燃機関の気筒数と同数だけ有し、分岐後の吸気ラインごとに１つの噴射弁が配置されている。そして、制御手段は、全ての噴射弁を開弁させて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始する。
これにより、内燃機関の始動前に、分岐後の吸気ラインごとに充分な気体燃料を充填しておくことができる。
【００１０】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、分岐後の吸気ラインのそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路と、分岐前の吸気ラインに接続して気体燃料を供給する第２供給路と、吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路と第２供給路との間で切り替える切替手段とを有する。そして、制御手段は、第１供給路を通じて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路から第２供給路に切り替える。
【００１１】
これにより、分岐後の吸気ラインごとに噴射弁を配置しなくても、内燃機関の始動前に、分岐後の吸気ラインごとに充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、気体燃料供給手段を構成する機器数を削減することができる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、燃料気化手段は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器と、気化容器に液体燃料を噴射する第２噴射弁と、気化容器に接続して気化容器に大気を導入する大気導入路と、大気導入路に組み込まれて気化容器からの逆流を阻止する逆止弁とを有する。
【００１３】
気体燃料の噴射供給に伴う失火の虞や応答性低下の虞は、冷間始動時において顕著に高くなる。すなわち、冷間始動時には、エンジンルーム内が例えば常温のような低温であるため、気化容器に大気を導入できない場合、気体燃料の供給圧に相当する気化容器内の圧力は、常温における燃料の飽和蒸気圧相当までしか高まらない虞がある。このため、内燃機関の始動前に気体燃料の供給期間を長く設定しても、必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに充填できない虞がある。
【００１４】
そこで、気化容器に大気導入が可能となるように、かつ、気化容器から大気側への逆流阻止が可能となるように燃料気化手段を設ける。これにより、大気導入によって気化容器内の圧力を大気圧相当まで高めた上で気化容器に液体燃料を噴射することで、気化容器内の圧力を、大気圧相当の圧力に燃料の飽和蒸気圧相当の圧力を加算したレベルまで高めることができる。このため、冷間始動時でも気体燃料の供給圧を高めることができるので、冷間始動時において、内燃機関の始動前に必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに充填しておくことができる。
【００１５】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、大気導入路には、気化容器からの逆流に関して逆止弁よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタが組み込まれている。
これにより、逆止弁に大気側への漏れが発生しても、キャニスタによって気体燃料を吸着して大気への気体燃料の放出を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃料供給装置の構成図である（実施例１）。
【図２】燃料供給装置の動作を示すタイムチャートである（実施例１）。
【図３】燃料供給装置の制御フローを示すフローチャートである（実施例１）。
【図４】燃料供給装置の構成図である（実施例２）。
【図５】燃料供給装置の動作を示すタイムチャートである（実施例２）。
【図６】燃料供給装置の構成図である（実施例３）。
【図７】燃料供給装置の構成図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施形態１の燃料供給装置は、内燃機関の燃焼室、または内燃機関の燃焼室に通じる吸気ラインのいずれか一方に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段と、燃料気化手段により得られる気体燃料を吸気ラインに供給する気体燃料供給手段と、気体燃料供給手段により吸気ラインに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に、内燃機関への燃料の供給を気体燃料供給手段による気体燃料の供給から液体燃料供給手段による液体燃料の供給に切り替える制御手段とを備える。
【００１８】
吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、気体燃料を噴射する噴射弁を内燃機関の気筒数と同数だけ有し、分岐後の吸気ラインごとに１つの噴射弁が配置されている。そして、制御手段は、全ての噴射弁を開弁させて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始する。
【００１９】
実施形態２の燃料供給装置によれば、吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、分岐後の吸気ラインのそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路と、分岐前の吸気ラインに接続して気体燃料を供給する第２供給路と、吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路と第２供給路との間で切り替える切替手段とを有する。そして、制御手段は、第１供給路を通じて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路から第２供給路に切り替える。
【００２０】
実施形態３の燃料供給装置によれば、燃料気化手段は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器と、気化容器に液体燃料を噴射する第２噴射弁と、気化容器に接続して気化容器に大気を導入する大気導入路と、大気導入路に組み込まれて気化容器からの逆流を阻止する逆止弁とを有する。
実施形態４の燃料供給装置によれば、大気導入路には、気化容器からの逆流に関して逆止弁よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタが組み込まれている。
【実施例】
【００２１】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料供給装置１の構成を、図１を用いて説明する。
燃料供給装置１は、例えば、内燃機関２の燃焼室３に直接的に液体燃料を噴射供給することを主動作とするものであり、例えば、液体燃料としてのガソリンを内燃機関２に供給する。
【００２２】
そして、燃料供給装置１は、内燃機関２の燃焼室３に液体燃料を供給する液体燃料供給手段４と、液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段５と、燃料気化手段５により得られる気体燃料を吸気ライン６に供給する気体燃料供給手段７と、液体燃料供給手段４、燃料気化手段５、および気体燃料供給手段７が有する各種機器の動作を制御する制御手段８とを備える。
【００２３】
ここで、内燃機関２は、直流電動機（図示せず）を具備する周知のスタータ１０により始動されるものであり、スタータ１０が具備する直流電動機の出力によって始動される。なお、スタータ１０は、例えば長時間の内燃機関２の停止後の冷間時、および、例えばアイドルストップ後の温間時のいずれにおいても、制御手段８からの指令により起動されて内燃機関２を始動させる。
【００２４】
また、吸気ライン６は、スロットル装置１１、インテークマニホールド１２等を有する周知の構成である。また、インテークマニホールド１２は、新気を主成分とする吸入ガスを受け入れるサージタンク１３と、サージタンク１３から分岐して吸入ガスを複数の燃焼室３に順次に導く複数の分岐管１４とを有する周知の構成である。つまり、吸気ライン６は、インテークマニホールド１２において、内燃機関２の気筒数と同数に分岐して内燃機関２に接続している。
【００２５】
液体燃料供給手段４は、液体燃料を貯留する燃料タンク１６から液体燃料を汲み上げる低圧フィードポンプ１７と、低圧フィードポンプ１７により汲み上げられた液体燃料を高圧化して吐出する高圧ポンプ１８と、高圧ポンプ１８から吐出された液体燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール１９と、燃焼室３ごとに内燃機関２に搭載され、コモンレール１９から高圧の液体燃料の分配を受けて燃焼室３に液体燃料を噴射するインジェクタ２０とを有する。
【００２６】
低圧フィードポンプ１７、高圧ポンプ１８、コモンレール１９およびインジェクタ２０は周知の構造を有するものであり、低圧フィードポンプ１７、高圧ポンプ１８およびインジェクタ２０は、制御手段８から与えられる指令に応じて動作を制御される。また、コモンレール１９は、蓄圧する液体燃料の燃料圧を検出する圧力センサ２１を有し、圧力センサ２１の検出信号は制御手段８に出力されて低圧フィードポンプ１７、高圧ポンプ１８およびインジェクタ２０の制御に利用される。
【００２７】
燃料気化手段５は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器２３と、気化容器２３に液体燃料を噴射する噴射弁２４Ａとを有する。
【００２８】
気化容器２３は、例えば、内燃機関２のシリンダーブロックに取り付けられている。このため、温間時の気化容器２３内は、エンジン冷却水から伝熱されて高温状態に保たれ、液体燃料が気化しやすい状態になっている。また、気化容器２３内には、気体燃料の取り出し口２５を噴射弁２４Ａの噴射口に対して遮蔽する遮蔽板２６が設けられ、遮蔽板２６は、噴射弁２４Ａから噴射された液体燃料が気体燃料に混入して取り出されるのを防止している。
【００２９】
なお、気化容器２３の底部には、噴射された液体燃料の内、気化することなく溜まった液体燃料や、一旦気化した後、再度、液化することで溜まった液体燃料を燃料タンク１６に戻すための戻し流路２７が接続している。そして、戻し流路２７には開閉弁２８が配置され、開閉弁２８は、気化容器２３内の液体燃料の液面に応じて戻し流路２７を開閉する。これにより、気化容器２３内は、必要な供給量に応じた気体燃料が得られるように最適な状態に保たれる。
【００３０】
噴射弁２４Ａは、気化容器２３に搭載されて、液体燃料の噴射口を有する先端部が気化容器２３内に突出する。また、噴射弁２４Ａに液体燃料を供給するための液体燃料供給路２９ａは、低圧フィードポンプ１７から高圧ポンプ１８に液体燃料を供給するための液体燃料供給路２９ｂから分岐している。そして、液体燃料供給路２９ａは、通過する液体燃料が、例えばエンジン冷却水と伝熱可能となるように構成され、温間時には、エンジン冷却水からの伝熱により高温になった液体燃料が噴射弁２４Ａに供給されて気化容器２３内に噴射される。このため、気化容器２３内における液体燃料の気化がさらに促進される。
【００３１】
気体燃料供給手段７は、気体燃料を噴射する噴射弁２４Ｂを内燃機関２の気筒数と同数だけ有し、インテークマニホールド１２の分岐管１４ごとに１つの噴射弁２４Ｂが配置されている。そして、それぞれの噴射弁２４Ｂは、気体燃料の噴射口を有する先端部が分岐管１４内に突出しており、分岐管１４内に気体燃料を噴射する。
【００３２】
また、気体燃料供給手段７は、気体燃料をそれぞれの噴射弁２４Ｂに供給する気体燃料供給路３０を有する。ここで、気体燃料供給路３０は、気化容器２３における気体燃料の取り出し口２５と、それぞれの噴射弁２４Ｂにおける気体燃料の入口とを接続するものであり、気化容器２３からそれぞれの噴射弁２４Ｂに向かう途中で噴射弁２４Ｂと同数に分岐している。
【００３３】
制御手段８は、コモンレール１９に装着された圧力センサ２１やその他の各種センサから入力される検出信号に基づき、液体燃料供給手段４、燃料気化手段５および気体燃料供給手段７等を構成する各種機器を駆動制御する。すなわち、制御手段８は、各種検出信号の入力を受けるとともに各種機器を制御するための制御信号を合成して出力するマイコン（図示せず）、制御信号の入力を受けて電源（図示せず）から各種機器に電力を供給する電力変換器（図示せず）等により構成されている。
【００３４】
なお、マイコンは、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種のデータおよびプログラム等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入力装置、ならびに出力装置等を含んで構成される周知構造を有するものである。
【００３５】
また、制御手段８は、気体燃料供給手段７による気体燃料の供給に関し、次のような制御を行なう。すなわち、制御手段８は、気体燃料供給手段７によりインテークマニホールド１２の分岐管１４に気体燃料を供給して充填した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始し、その後に、内燃機関２への燃料の供給を気体燃料供給手段７による気体燃料の供給から液体燃料供給手段４による液体燃料の供給に切り替える。また、制御手段８は、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４に気体燃料を充填した後、スタータ１０を起動して内燃機関２の始動を開始する。
【００３６】
〔実施例１の制御方法〕
以下、制御手段８による気体燃料の供給に係わる制御方法を、図２のタイムチャートおよび図３のフローチャートに基づいて説明する。
ここで、図３のフローチャートに示された制御フローは、冷間時または温間時に係わらず停止している内燃機関２を始動させる前に処理が始まるものであり、内燃機関２が冷間時である場合、例えばＩＧオンとともに処理が始まり、内燃機関２が温間時である場合、例えばアイドルストップに伴う内燃機関２の停止とともに処理が始まる。
【００３７】
図３のフローチャートによれば、まず、ステップＳ１で、内燃機関２が冷間時であるか否かを判定する。
内燃機関２が冷間時であるか否かは、例えば、エンジン冷却水の温度により判定することができる。そして、エンジン冷却水の温度が低い場合、内燃機関２が冷間時であると判定して（ＹＥＳ）ステップＳ２に進み、エンジン冷却水の温度が高い場合、内燃機関２が冷間時ではなく温間時であると判定して（ＮＯ）ステップＳ３に進む。
【００３８】
ステップＳ２では、気体燃料を分岐管１４に供給して充填するための準備を行う。すなわち、内燃機関２が冷間時である場合、気化容器２３内にはさほど気体燃料が存在していない可能性が高いので、噴射弁２４Ａを開弁させて気化容器２３内に液体燃料を噴射し、気化容器２３内に充分な気化燃料を発生させる。このとき、低圧フィードポンプ１７が停止していれば、噴射弁２４Ａを開弁させる前に、低圧フィードポンプ１７を起動して噴射弁２４Ａによる液体燃料の噴射圧を高めておく。
【００３９】
ステップＳ３では、気体燃料を分岐管１４ごとに噴射して供給する。そこで、ステップＳ３では、まず、気体燃料の必要な充填量を算出し、算出した充填量や気化容器２３の圧力等に基づいて噴射弁２４Ｂの開弁期間を算出する。そして、算出した開弁期間に応じて、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４ごとに気体燃料を噴射して充填する（図２の期間イ参照：期間イは、気体燃料の分岐管１４への充填期間である。）。
【００４０】
ここで、算出すべき必要な充填量は、全ての燃焼室３への吸気および着火が所定回数ずつ行なわれる間に、それぞれの燃焼室３でストイキ燃焼するのに必要な燃料の質量合計として算出され、例えば、全ての燃焼室３への吸気および着火が１回ずつ行なわれる間に（つまり、クランクシャフトが２回転する間に）、それぞれの燃焼室３でストイキ燃焼するのに必要な燃料の質量合計として算出される。
【００４１】
ステップＳ４では、スタータ１０を起動させて内燃機関２の始動を開始する。すなわち、制御手段８は、気体燃料供給手段７により吸気ライン６に気体燃料を供給した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始する。より具体的には、制御手段８は、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４に気体燃料を供給して充填した後、スタータ１０を起動して内燃機関２の始動を開始する。
【００４２】
ステップＳ５では、充填された気体燃料の消費が終了したか否かを判定する。この判定の基準は、例えば、ステップＳ３で設定されている吸気および着火の回数に応じて異なり、上記のように、設定されている吸気および着火の回数が全ての燃焼室３で１回ずつである場合、全ての燃焼室３で吸気および着火の一発目が終了したか否か、つまり、スタータ１０起動後にクランクシャフトが２回転したか否かを基準とする。
【００４３】
そして、スタータ１０起動後にクランクシャフトが２回転していれば（ＹＥＳ）ステップＳ６に進み、２回転していなければ（ＮＯ）２回転するまでステップＳ５で待機する（図２の期間ロ参照：期間ロは、分岐管１４に充填された気体燃料の消費期間である。）。
【００４４】
ステップＳ６では、気体燃料の噴射をクランクシャフトの回転に同期させる。つまり、ステップＳ３で充填された気体燃料が消費された後は、それぞれの燃焼室３の１サイクルごとに最適な気体燃料の供給時期および供給量を求め、得られた供給時期および供給量に基づいて噴射弁２４Ｂの開弁開始時期および開弁期間を算出する。そして、算出した開弁開始時期および開弁期間に応じて、噴射弁２４Ｂを、順次、開弁させて分岐管１４ごとに気体燃料を噴射して供給する（図２の期間ハ参照：期間ハは、気体燃料の同期噴射期間である。）。
【００４５】
ステップＳ７では、気化容器２３内の気体燃料の消費が終了したか否かを判定する。この判定の基準は、例えば、気体燃料の同期噴射の開始時期から所定期間経過時までの期間における全ての燃焼室３での気体燃料の消費量合計であり、例えば、気体燃料の同期噴射を開始した後のクランクシャフトの回転回数として設定することができる。
【００４６】
ここで、気体燃料の消費可能量は気化容器２３の容積や噴射弁２４Ａの性能等に応じて異なるので、判定の基準とすべきクランクシャフトの回転回数も、気化容器２３の容積や噴射弁２４Ａの性能等に応じて変更される。そこで、ステップＳ７では、例えば、気体燃料の同期噴射を開始した後にクランクシャフトが４回転したか否か（気体燃料の同期噴射を開始した後に、それぞれの噴射弁２４Ｂで噴射が２回ずつ行なわれたか否か）を基準として、気化容器２３内の気体燃料の消費が終了したか否かを判定する。
【００４７】
そして、気体燃料の同期噴射開始後にクランクシャフトが４回転していれば（ＹＥＳ）ステップＳ８に進み、４回転していなければ（ＮＯ）４回転するまでステップＳ７で待機する（図２の期間ハ参照。）。
なお、図２の期間ロにおける噴射弁２４Ｂの開閉推移の表示では、点線による表示が示されている。この点線表示は、燃焼室３で吸気および着火の一発目を行なうのに必要な供給量の気体燃料を、仮に、噴射弁２４Ｂの同期噴射により供給した場合の推移を表示している。
【００４８】
ステップＳ８では、クランクシャフトの回転に同期させたインジェクタ２０による液体燃料の噴射を開始する（図２の期間ニ参照：期間ニは、液体燃料の同期噴射期間である。）。つまり、制御手段８は、内燃機関２への燃料の供給を気体燃料供給手段７による気体燃料の供給から液体燃料供給手段４による液体燃料の供給に切り替える。なお、期間ニの途中で、クランクシャフトの回転数がスタータ１０の回転数を超え、スタータ１０による内燃機関２の始動が終了する。
【００４９】
〔実施例１の効果〕
実施例１の燃料供給装置１によれば、制御手段８は、気体燃料供給手段７によりインテークマニホールド１２の分岐管１４に気体燃料を供給した後、内燃機関２の始動を開始し、その後に、内燃機関２への燃料の供給を気体燃料供給手段７による気体燃料の供給から液体燃料供給手段４による液体燃料の供給に切り替える。
【００５０】
内燃機関２を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量の確保が最も困難になるのは、燃焼室３への吸気一発目である。そこで、燃焼室３への吸気一発目において必要な供給量を確保するため、制御手段８を以下のように組み立てる。つまり、気体燃料供給手段７により吸気ライン６に気体燃料を供給した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始するように制御手段８を組み立てる。
【００５１】
これにより、内燃機関２の始動前、つまり、燃焼室３への吸気一発目が行われる前に、予め吸気ライン６に充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、吸気一発目から充分な気体燃料を燃焼室３に供給することができるので、必要な供給量が確保できずに失火したり、また、内燃機関２の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することができる。
【００５２】
また、インテークマニホールド１２の分岐管１４ごとに１つの噴射弁２４Ｂが配置され、制御手段８は、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４のそれぞれに気体燃料を充填した後、内燃機関２の始動を開始する。
これにより、内燃機関２の始動前に、分岐管１４ごとに充分な気体燃料を充填しておくことができる。
【００５３】
〔実施例２の構成〕
実施例２の燃料供給装置１によれば、図４に示すように、気体燃料供給手段７は、インテークマニホールド１２の分岐管１４とサージタンク１３の上流側配管３２との間で気体燃料の供給先を切り替えることができるように設けられている。
【００５４】
すなわち、気体燃料供給手段７は、気体燃料の供給先を分岐管１４と上流側配管３２との間で切り替える２方切替弁３３と、気化容器２３から２方切替弁３３への気体燃料の供給をオンオフする開閉弁３４とを有し、２方切替弁３３および開閉弁３４は、制御手段８からの指令に応じて動作する。
【００５５】
また、気体燃料供給手段７は、２方切替弁３３の一方の吐出口とそれぞれの分岐管１４とを接続して気体燃料を分岐管１４ごとに供給する第１供給路３６、２方切替弁３３の他方の吐出口と上流側配管３２とを接続して上流側配管３２に気体燃料を供給する第２供給路３７、２方切替弁３３の吸入口と気化容器２３の取り出し口２５とを接続して気化容器２３から２方切替弁３３に気体燃料を供給する主供給路３８とを有し、開閉弁３４は主供給路３８に配置されて主供給路３８を開閉する。
【００５６】
また、制御手段８は、気体燃料供給手段７による気体燃料の供給に関し、次のような制御を行なう。すなわち、制御手段８は、第１供給路３６を通じて分岐管１４のそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関２の始動を開始し、その後に吸気ライン６への気体燃料の供給路を第１供給路３６から第２供給路３７に切り替える。
【００５７】
〔実施例２の制御方法〕
以下、実施例２の制御手段８による気体燃料の供給に係わる制御方法を、実施例１の制御方法と異なる点を中心に説明する。
まず、図３のステップＳ３では、噴射弁２４Ｂの開弁期間に替えて開閉弁３４の開弁期間を算出し、算出した開弁期間に応じて開閉弁３４を開弁させる（図５の期間イ参照：図５における期間イ〜ニの定義は実施例１のタイムチャートである図２と同様である。）。このとき、予め、２方切替弁３３を第１供給路３６と主供給路３８とが連通する状態に切り替えておき、開閉弁３４を開弁させることで、第１供給路３６を通じて分岐管１４ごとに気体燃料を供給して充填する。
【００５８】
また、ステップＳ６では、第２供給路３７を通じて上流側配管３２に気体燃料を供給することで気体燃料の同期噴射を実現する。すなわち、ステップＳ５で、分岐管１４に充填された気体燃料の消費が終了したものと判定したら、２方切替弁３３を第２供給路３７と主供給路３８とが連通する状態に切り替え、クランクシャフトの２回転ごとに開閉弁３４を開弁させて気体燃料を上流側配管３２に供給する（図５の期間ハ参照。）。
【００５９】
これにより、燃焼室３への吸気が行なわれるたびに、上流側配管３２からサージタンク１３を介して分岐管１４に気体燃料が吸入され、さらに、分岐管１４から燃焼室３に気体燃料が吸入されるので、実質的に、クランクシャフトの回転に同期した分岐管１４への気体燃料の噴射が実現する。なお、期間ハにおける開閉弁３４の開弁期間は次のように算出することができる。
【００６０】
つまり、全ての燃焼室３への吸気および着火が１回ずつ行なわれる間に（つまり、クランクシャフトが２回転する間に）、それぞれの燃焼室３でストイキ燃焼するのに必要な燃料の質量合計を、１回の開弁により供給すべき供給量として算出し、算出した供給量に基づいて開弁期間を算出する。
【００６１】
なお、図５の期間ロ、ハにおけるインジェクタ２０の開閉推移の表示では、点線による表示が示されている。この点線表示は、仮に、実施例１と同様に噴射弁２４Ｂが存在した場合に、気体燃料の供給を噴射弁２４Ｂの同期噴射により行なった場合の噴射弁２４Ｂの開閉推移を表示している。
【００６２】
〔実施例２の効果〕
実施例２の燃料供給装置１によれば、気体燃料供給手段７は、インテークマニホールド１２の分岐管１４のそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路３６と、サージタンク１３の上流側配管３２に接続して気体燃料を供給する第２供給路３７と、吸気ライン６への気体燃料の供給路を第１供給路３６と第２供給路３７との間で切り替える２方切替弁３３とを有する。
【００６３】
そして、制御手段８は、第１供給路３６を通じて分岐管１４のそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関２の始動を開始し、その後に吸気ライン６への気体燃料の供給路を第１供給路３６から第２供給路３７に切り替える。
これにより、インテークマニホールド１２の分岐管１４ごとに噴射弁２４Ｂを配置しなくても、内燃機関２の始動前に、分岐管１４に充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、気体燃料供給手段７を構成する機器数を削減することができる。
【００６４】
〔実施例３〕
実施例３の燃料供給装置１によれば、図６に示すように、燃料気化手段５は、気化容器２３に接続して気化容器２３に大気を導入する大気導入路４０と、大気導入路４０に組み込まれて気化容器２３からの逆流を阻止する逆止弁４１とを有する。
【００６５】
気体燃料の噴射供給に伴う失火の虞や応答性低下の虞は、冷間時に内燃機関２を始動する際に顕著に高くなる。すなわち、冷間始動時には、エンジンルーム内が例えば常温のような低温であるため、気化容器２３に大気を導入できない場合、気体燃料の供給圧に相当する気化容器２３の圧力は、常温における燃料の飽和蒸気圧相当までしか高まらない。このため、内燃機関２の始動開始前に噴射弁２４Ｂの開弁期間を長く設定しても、必要な供給量の気体燃料を分岐管１４に充填できない虞がある。
【００６６】
そこで、気化容器２３に大気導入が可能となるように、かつ、気化容器２３から大気側への逆流阻止が可能となるように燃料気化手段５を設ける。これにより、大気導入によって気化容器２３の圧力を大気圧相当まで高めた上で、噴射弁２４Ａを開弁させて気化容器２３に液体燃料を噴射することで、気化容器２３の圧力を、大気圧相当の圧力に燃料の飽和蒸気圧相当の圧力を加算したレベルまで高めることができる。このため、冷間始動時でも気体燃料の供給圧を高めることができるので、冷間始動時において、内燃機関２の始動前に必要な供給量の気体燃料を吸気ライン６に充填しておくことができる。
【００６７】
〔実施例４〕
実施例４の燃料供給装置１によれば、図７に示すように、大気導入路４０には、気化容器２３からの逆流に関して逆止弁４１よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタ４３が組み込まれている。
これにより、逆止弁４１に大気側への漏れが発生しても、キャニスタ４３によって気体燃料を吸着して大気への気体燃料の放出を阻止することができる。なお、キャニスタ４３は、大気導入路４０とは別に、タンク接続路４４により燃料タンク１６の気相領域と接続されている。
【００６８】
〔変形例〕
燃料供給装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。例えば、実施例の燃料供給装置１の液体燃料供給手段４は、内燃機関２の燃焼室３に液体燃料を供給するものであったが、吸気ライン６に液体燃料を供給してもよい。また、コモンレール１９を介さずに液体燃料を供給してもよい。
【００６９】
また、実施例の燃料供給装置１の制御手段８は、気体燃料の供給に係わる制御において、ストイキ燃焼を前提として気体燃料の供給量等を算出していたが、ストイキ燃焼を前提とすることなく気体燃料の供給量等を算出してもよい。
また、実施例の燃料供給装置１によれば、内燃機関２の始動は直流電動機を具備するスタータ１０により行なわれたが、例えば、いわゆるハイブリッドカーにおけるモータジュネレータにより内燃機関２を始動してもよい。
【００７０】
さらに、実施例の燃料供給装置１は、燃料としてガソリンを内燃機関２に供給するものであったが、軽油や液化石油ガス等のガソリン以外の燃料を燃料供給装置１により供給してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ 燃料供給装置
２ 内燃機関
３ 燃焼室
４ 液体燃料供給手段
５ 燃料気化手段
６ 吸気ライン
７ 気体燃料供給手段
８ 制御手段
１４ 分岐管（分岐後の吸気ライン）
２３ 気化容器
２４Ａ 噴射弁（第２噴射弁）
２４Ｂ 噴射弁
３２ 上流側配管（分岐前の吸気ライン）
３３ ２方切替弁（切替手段）
３６ 第１供給路
３７ 第２供給路
４０ 大気導入路
４１ 逆止弁
４３ キャニスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置では、例えば、噴射供給された燃料が液体のまま燃焼室の壁面等に付着することに起因して、排気ガスの未燃ＨＣやＰＭ等が増加する問題がある。そこで、特許文献１には、冷間時に内燃機関を始動する冷間始動時に液体燃料を気化させた気体燃料を噴射供給することで、排気ガスの未燃ＨＣやＰＭ等を抑制する技術が開示されている。
【０００３】
しかし、気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量を確保するには、液体燃料を噴射供給する場合に比べて長い供給期間が必要となる。このため、内燃機関を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量が確保できずに失火する虞がある。また、着火が維持できたとしても、内燃機関の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなる虞がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００３−３４３３６５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、その目的は、内燃機関に燃料を供給する燃料供給装置において、内燃機関を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合に、必要な供給量を確保できずに失火したり、また、着火が維持できたとしても、内燃機関の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
〔請求項１の手段〕
請求項１の手段によれば、燃料供給装置は、内燃機関の燃焼室、または内燃機関の燃焼室に通じる吸気ラインのいずれか一方に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段と、燃料気化手段により得られる気体燃料を吸気ラインに供給する気体燃料供給手段と、気体燃料供給手段により吸気ラインに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に、内燃機関への燃料の供給を気体燃料供給手段による気体燃料の供給から液体燃料供給手段による液体燃料の供給に切り替える制御手段とを備える。
【０００７】
ここで、内燃機関を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量の確保が最も困難になるのは、燃焼室への吸気一発目である。そこで、燃焼室への吸気一発目において必要な供給量を確保するため、制御手段を以下のように組み立てる。つまり、気体燃料供給手段により吸気ラインに気体燃料を供給した後、回転電機等による内燃機関の始動を開始するように制御手段を組み立てる。
【０００８】
これにより、内燃機関の始動前、つまり、燃焼室への吸気一発目が行われる前に、予め吸気ラインに充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、吸気一発目から充分な気体燃料を燃焼室に供給することができるので、必要な供給量が確保できずに失火したり、また、内燃機関の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することができる。
【０００９】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、気体燃料を噴射する噴射弁を内燃機関の気筒数と同数だけ有し、分岐後の吸気ラインごとに１つの噴射弁が配置されている。そして、制御手段は、全ての噴射弁を開弁させて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始する。
これにより、内燃機関の始動前に、分岐後の吸気ラインごとに充分な気体燃料を充填しておくことができる。
【００１０】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、分岐後の吸気ラインのそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路と、分岐前の吸気ラインに接続して気体燃料を供給する第２供給路と、吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路と第２供給路との間で切り替える切替手段とを有する。そして、制御手段は、第１供給路を通じて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路から第２供給路に切り替える。
【００１１】
これにより、分岐後の吸気ラインごとに噴射弁を配置しなくても、内燃機関の始動前に、分岐後の吸気ラインごとに充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、気体燃料供給手段を構成する機器数を削減することができる。
【００１２】
〔請求項４の手段〕
請求項４の手段によれば、燃料気化手段は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器と、気化容器に液体燃料を噴射する第２噴射弁と、気化容器に接続して気化容器に大気を導入する大気導入路と、大気導入路に組み込まれて気化容器からの逆流を阻止する逆止弁とを有する。
【００１３】
気体燃料の噴射供給に伴う失火の虞や応答性低下の虞は、冷間始動時において顕著に高くなる。すなわち、冷間始動時には、エンジンルーム内が例えば常温のような低温であるため、気化容器に大気を導入できない場合、気体燃料の供給圧に相当する気化容器内の圧力は、常温における燃料の飽和蒸気圧相当までしか高まらない虞がある。このため、内燃機関の始動前に気体燃料の供給期間を長く設定しても、必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに充填できない虞がある。
【００１４】
そこで、気化容器に大気導入が可能となるように、かつ、気化容器から大気側への逆流阻止が可能となるように燃料気化手段を設ける。これにより、大気導入によって気化容器内の圧力を大気圧相当まで高めた上で気化容器に液体燃料を噴射することで、気化容器内の圧力を、大気圧相当の圧力に燃料の飽和蒸気圧相当の圧力を加算したレベルまで高めることができる。このため、冷間始動時でも気体燃料の供給圧を高めることができるので、冷間始動時において、内燃機関の始動前に必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに充填しておくことができる。
【００１５】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、大気導入路には、気化容器からの逆流に関して逆止弁よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタが組み込まれている。
これにより、逆止弁に大気側への漏れが発生しても、キャニスタによって気体燃料を吸着して大気への気体燃料の放出を阻止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】燃料供給装置の構成図である（実施例１）。
【図２】燃料供給装置の動作を示すタイムチャートである（実施例１）。
【図３】燃料供給装置の制御フローを示すフローチャートである（実施例１）。
【図４】燃料供給装置の構成図である（実施例２）。
【図５】燃料供給装置の動作を示すタイムチャートである（実施例２）。
【図６】燃料供給装置の構成図である（実施例３）。
【図７】燃料供給装置の構成図である（実施例４）。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
実施形態１の燃料供給装置は、内燃機関の燃焼室、または内燃機関の燃焼室に通じる吸気ラインのいずれか一方に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段と、燃料気化手段により得られる気体燃料を吸気ラインに供給する気体燃料供給手段と、気体燃料供給手段により吸気ラインに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に、内燃機関への燃料の供給を気体燃料供給手段による気体燃料の供給から液体燃料供給手段による液体燃料の供給に切り替える制御手段とを備える。
【００１８】
吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、気体燃料を噴射する噴射弁を内燃機関の気筒数と同数だけ有し、分岐後の吸気ラインごとに１つの噴射弁が配置されている。そして、制御手段は、全ての噴射弁を開弁させて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始する。
【００１９】
実施形態２の燃料供給装置によれば、吸気ラインは、内燃機関の気筒数と同数に分岐して内燃機関に接続している。また、気体燃料供給手段は、分岐後の吸気ラインのそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路と、分岐前の吸気ラインに接続して気体燃料を供給する第２供給路と、吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路と第２供給路との間で切り替える切替手段とを有する。そして、制御手段は、第１供給路を通じて分岐後の吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関の始動を開始し、その後に吸気ラインへの気体燃料の供給路を第１供給路から第２供給路に切り替える。
【００２０】
実施形態３の燃料供給装置によれば、燃料気化手段は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器と、気化容器に液体燃料を噴射する第２噴射弁と、気化容器に接続して気化容器に大気を導入する大気導入路と、大気導入路に組み込まれて気化容器からの逆流を阻止する逆止弁とを有する。
実施形態４の燃料供給装置によれば、大気導入路には、気化容器からの逆流に関して逆止弁よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタが組み込まれている。
【実施例】
【００２１】
〔実施例１の構成〕
実施例１の燃料供給装置１の構成を、図１を用いて説明する。
燃料供給装置１は、例えば、内燃機関２の燃焼室３に直接的に液体燃料を噴射供給することを主動作とするものであり、例えば、液体燃料としてのガソリンを内燃機関２に供給する。
【００２２】
そして、燃料供給装置１は、内燃機関２の燃焼室３に液体燃料を供給する液体燃料供給手段４と、液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段５と、燃料気化手段５により得られる気体燃料を吸気ライン６に供給する気体燃料供給手段７と、液体燃料供給手段４、燃料気化手段５、および気体燃料供給手段７が有する各種機器の動作を制御する制御手段８とを備える。
【００２３】
ここで、内燃機関２は、直流電動機（図示せず）を具備する周知のスタータ１０により始動されるものであり、スタータ１０が具備する直流電動機の出力によって始動される。なお、スタータ１０は、例えば長時間の内燃機関２の停止後の冷間時、および、例えばアイドルストップ後の温間時のいずれにおいても、制御手段８からの指令により起動されて内燃機関２を始動させる。
【００２４】
また、吸気ライン６は、スロットル装置１１、インテークマニホールド１２等を有する周知の構成である。また、インテークマニホールド１２は、新気を主成分とする吸入ガスを受け入れるサージタンク１３と、サージタンク１３から分岐して吸入ガスを複数の燃焼室３に順次に導く複数の分岐管１４とを有する周知の構成である。つまり、吸気ライン６は、インテークマニホールド１２において、内燃機関２の気筒数と同数に分岐して内燃機関２に接続している。
【００２５】
液体燃料供給手段４は、液体燃料を貯留する燃料タンク１６から液体燃料を汲み上げる低圧フィードポンプ１７と、低圧フィードポンプ１７により汲み上げられた液体燃料を高圧化して吐出する高圧ポンプ１８と、高圧ポンプ１８から吐出された液体燃料を高圧状態で蓄圧する蓄圧容器としてのコモンレール１９と、燃焼室３ごとに内燃機関２に搭載され、コモンレール１９から高圧の液体燃料の分配を受けて燃焼室３に液体燃料を噴射するインジェクタ２０とを有する。
【００２６】
低圧フィードポンプ１７、高圧ポンプ１８、コモンレール１９およびインジェクタ２０は周知の構造を有するものであり、低圧フィードポンプ１７、高圧ポンプ１８およびインジェクタ２０は、制御手段８から与えられる指令に応じて動作を制御される。また、コモンレール１９は、蓄圧する液体燃料の燃料圧を検出する圧力センサ２１を有し、圧力センサ２１の検出信号は制御手段８に出力されて低圧フィードポンプ１７、高圧ポンプ１８およびインジェクタ２０の制御に利用される。
【００２７】
燃料気化手段５は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器２３と、気化容器２３に液体燃料を噴射する噴射弁２４Ａとを有する。
【００２８】
気化容器２３は、例えば、内燃機関２のシリンダーブロックに取り付けられている。このため、温間時の気化容器２３内は、エンジン冷却水から伝熱されて高温状態に保たれ、液体燃料が気化しやすい状態になっている。また、気化容器２３内には、気体燃料の取り出し口２５を噴射弁２４Ａの噴射口に対して遮蔽する遮蔽板２６が設けられ、遮蔽板２６は、噴射弁２４Ａから噴射された液体燃料が気体燃料に混入して取り出されるのを防止している。
【００２９】
なお、気化容器２３の底部には、噴射された液体燃料の内、気化することなく溜まった液体燃料や、一旦気化した後、再度、液化することで溜まった液体燃料を燃料タンク１６に戻すための戻し流路２７が接続している。そして、戻し流路２７には開閉弁２８が配置され、開閉弁２８は、気化容器２３内の液体燃料の液面に応じて戻し流路２７を開閉する。これにより、気化容器２３内は、必要な供給量に応じた気体燃料が得られるように最適な状態に保たれる。
【００３０】
噴射弁２４Ａは、気化容器２３に搭載されて、液体燃料の噴射口を有する先端部が気化容器２３内に突出する。また、噴射弁２４Ａに液体燃料を供給するための液体燃料供給路２９ａは、低圧フィードポンプ１７から高圧ポンプ１８に液体燃料を供給するための液体燃料供給路２９ｂから分岐している。そして、液体燃料供給路２９ａは、通過する液体燃料が、例えばエンジン冷却水と伝熱可能となるように構成され、温間時には、エンジン冷却水からの伝熱により高温になった液体燃料が噴射弁２４Ａに供給されて気化容器２３内に噴射される。このため、気化容器２３内における液体燃料の気化がさらに促進される。
【００３１】
気体燃料供給手段７は、気体燃料を噴射する噴射弁２４Ｂを内燃機関２の気筒数と同数だけ有し、インテークマニホールド１２の分岐管１４ごとに１つの噴射弁２４Ｂが配置されている。そして、それぞれの噴射弁２４Ｂは、気体燃料の噴射口を有する先端部が分岐管１４内に突出しており、分岐管１４内に気体燃料を噴射する。
【００３２】
また、気体燃料供給手段７は、気体燃料をそれぞれの噴射弁２４Ｂに供給する気体燃料供給路３０を有する。ここで、気体燃料供給路３０は、気化容器２３における気体燃料の取り出し口２５と、それぞれの噴射弁２４Ｂにおける気体燃料の入口とを接続するものであり、気化容器２３からそれぞれの噴射弁２４Ｂに向かう途中で噴射弁２４Ｂと同数に分岐している。
【００３３】
制御手段８は、コモンレール１９に装着された圧力センサ２１やその他の各種センサから入力される検出信号に基づき、液体燃料供給手段４、燃料気化手段５および気体燃料供給手段７等を構成する各種機器を駆動制御する。すなわち、制御手段８は、各種検出信号の入力を受けるとともに各種機器を制御するための制御信号を合成して出力するマイコン（図示せず）、制御信号の入力を受けて電源（図示せず）から各種機器に電力を供給する電力変換器（図示せず）等により構成されている。
【００３４】
なお、マイコンは、制御処理および演算処理を行うＣＰＵ、各種のデータおよびプログラム等を記憶するＲＯＭおよびＲＡＭ等の記憶装置、入力装置、ならびに出力装置等を含んで構成される周知構造を有するものである。
【００３５】
また、制御手段８は、気体燃料供給手段７による気体燃料の供給に関し、次のような制御を行なう。すなわち、制御手段８は、気体燃料供給手段７によりインテークマニホールド１２の分岐管１４に気体燃料を供給して充填した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始し、その後に、内燃機関２への燃料の供給を気体燃料供給手段７による気体燃料の供給から液体燃料供給手段４による液体燃料の供給に切り替える。また、制御手段８は、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４に気体燃料を充填した後、スタータ１０を起動して内燃機関２の始動を開始する。
【００３６】
〔実施例１の制御方法〕
以下、制御手段８による気体燃料の供給に係わる制御方法を、図２のタイムチャートおよび図３のフローチャートに基づいて説明する。
ここで、図３のフローチャートに示された制御フローは、冷間時または温間時に係わらず停止している内燃機関２を始動させる前に処理が始まるものであり、内燃機関２が冷間時である場合、例えばＩＧオンとともに処理が始まり、内燃機関２が温間時である場合、例えばアイドルストップに伴う内燃機関２の停止とともに処理が始まる。
【００３７】
図３のフローチャートによれば、まず、ステップＳ１で、内燃機関２が冷間時であるか否かを判定する。
内燃機関２が冷間時であるか否かは、例えば、エンジン冷却水の温度により判定することができる。そして、エンジン冷却水の温度が低い場合、内燃機関２が冷間時であると判定して（ＹＥＳ）ステップＳ２に進み、エンジン冷却水の温度が高い場合、内燃機関２が冷間時ではなく温間時であると判定して（ＮＯ）ステップＳ３に進む。
【００３８】
ステップＳ２では、気体燃料を分岐管１４に供給して充填するための準備を行う。すなわち、内燃機関２が冷間時である場合、気化容器２３内にはさほど気体燃料が存在していない可能性が高いので、噴射弁２４Ａを開弁させて気化容器２３内に液体燃料を噴射し、気化容器２３内に充分な気化燃料を発生させる。このとき、低圧フィードポンプ１７が停止していれば、噴射弁２４Ａを開弁させる前に、低圧フィードポンプ１７を起動して噴射弁２４Ａによる液体燃料の噴射圧を高めておく。
【００３９】
ステップＳ３では、気体燃料を分岐管１４ごとに噴射して供給する。そこで、ステップＳ３では、まず、気体燃料の必要な充填量を算出し、算出した充填量や気化容器２３の圧力等に基づいて噴射弁２４Ｂの開弁期間を算出する。そして、算出した開弁期間に応じて、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４ごとに気体燃料を噴射して充填する（図２の期間イ参照：期間イは、気体燃料の分岐管１４への充填期間である。）。
【００４０】
ここで、算出すべき必要な充填量は、全ての燃焼室３への吸気および着火が所定回数ずつ行なわれる間に、それぞれの燃焼室３でストイキ燃焼するのに必要な燃料の質量合計として算出され、例えば、全ての燃焼室３への吸気および着火が１回ずつ行なわれる間に（つまり、クランクシャフトが２回転する間に）、それぞれの燃焼室３でストイキ燃焼するのに必要な燃料の質量合計として算出される。
【００４１】
ステップＳ４では、スタータ１０を起動させて内燃機関２の始動を開始する。すなわち、制御手段８は、気体燃料供給手段７により吸気ライン６に気体燃料を供給した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始する。より具体的には、制御手段８は、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４に気体燃料を供給して充填した後、スタータ１０を起動して内燃機関２の始動を開始する。
【００４２】
ステップＳ５では、充填された気体燃料の消費が終了したか否かを判定する。この判定の基準は、例えば、ステップＳ３で設定されている吸気および着火の回数に応じて異なり、上記のように、設定されている吸気および着火の回数が全ての燃焼室３で１回ずつである場合、全ての燃焼室３で吸気および着火の一発目が終了したか否か、つまり、スタータ１０起動後にクランクシャフトが２回転したか否かを基準とする。
【００４３】
そして、スタータ１０起動後にクランクシャフトが２回転していれば（ＹＥＳ）ステップＳ６に進み、２回転していなければ（ＮＯ）２回転するまでステップＳ５で待機する（図２の期間ロ参照：期間ロは、分岐管１４に充填された気体燃料の消費期間である。）。
【００４４】
ステップＳ６では、気体燃料の噴射をクランクシャフトの回転に同期させる。つまり、ステップＳ３で充填された気体燃料が消費された後は、それぞれの燃焼室３の１サイクルごとに最適な気体燃料の供給時期および供給量を求め、得られた供給時期および供給量に基づいて噴射弁２４Ｂの開弁開始時期および開弁期間を算出する。そして、算出した開弁開始時期および開弁期間に応じて、噴射弁２４Ｂを、順次、開弁させて分岐管１４ごとに気体燃料を噴射して供給する（図２の期間ハ参照：期間ハは、気体燃料の同期噴射期間である。）。
【００４５】
ステップＳ７では、気化容器２３内の気体燃料の消費が終了したか否かを判定する。この判定の基準は、例えば、気体燃料の同期噴射の開始時期から所定期間経過時までの期間における全ての燃焼室３での気体燃料の消費量合計であり、例えば、気体燃料の同期噴射を開始した後のクランクシャフトの回転回数として設定することができる。
【００４６】
ここで、気体燃料の消費可能量は気化容器２３の容積や噴射弁２４Ａの性能等に応じて異なるので、判定の基準とすべきクランクシャフトの回転回数も、気化容器２３の容積や噴射弁２４Ａの性能等に応じて変更される。そこで、ステップＳ７では、例えば、気体燃料の同期噴射を開始した後にクランクシャフトが４回転したか否か（気体燃料の同期噴射を開始した後に、それぞれの噴射弁２４Ｂで噴射が２回ずつ行なわれたか否か）を基準として、気化容器２３内の気体燃料の消費が終了したか否かを判定する。
【００４７】
そして、気体燃料の同期噴射開始後にクランクシャフトが４回転していれば（ＹＥＳ）ステップＳ８に進み、４回転していなければ（ＮＯ）４回転するまでステップＳ７で待機する（図２の期間ハ参照。）。
なお、図２の期間ロにおける噴射弁２４Ｂの開閉推移の表示では、点線による表示が示されている。この点線表示は、燃焼室３で吸気および着火の一発目を行なうのに必要な供給量の気体燃料を、仮に、噴射弁２４Ｂの同期噴射により供給した場合の推移を表示している。
【００４８】
ステップＳ８では、クランクシャフトの回転に同期させたインジェクタ２０による液体燃料の噴射を開始する（図２の期間ニ参照：期間ニは、液体燃料の同期噴射期間である。）。つまり、制御手段８は、内燃機関２への燃料の供給を気体燃料供給手段７による気体燃料の供給から液体燃料供給手段４による液体燃料の供給に切り替える。なお、期間ニの途中で、クランクシャフトの回転数がスタータ１０の回転数を超え、スタータ１０による内燃機関２の始動が終了する。
【００４９】
〔実施例１の効果〕
実施例１の燃料供給装置１によれば、制御手段８は、気体燃料供給手段７によりインテークマニホールド１２の分岐管１４に気体燃料を供給した後、内燃機関２の始動を開始し、その後に、内燃機関２への燃料の供給を気体燃料供給手段７による気体燃料の供給から液体燃料供給手段４による液体燃料の供給に切り替える。
【００５０】
内燃機関２を始動する際に気体燃料を噴射供給する場合、必要な供給量の確保が最も困難になるのは、燃焼室３への吸気一発目である。そこで、燃焼室３への吸気一発目において必要な供給量を確保するため、制御手段８を以下のように組み立てる。つまり、気体燃料供給手段７により吸気ライン６に気体燃料を供給した後、スタータ１０による内燃機関２の始動を開始するように制御手段８を組み立てる。
【００５１】
これにより、内燃機関２の始動前、つまり、燃焼室３への吸気一発目が行われる前に、予め吸気ライン６に充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、吸気一発目から充分な気体燃料を燃焼室３に供給することができるので、必要な供給量が確保できずに失火したり、また、内燃機関２の回転数の立ち上がりが遅くなって応答性が低くなったりする虞を低減することができる。
【００５２】
また、インテークマニホールド１２の分岐管１４ごとに１つの噴射弁２４Ｂが配置され、制御手段８は、全ての噴射弁２４Ｂを開弁させて分岐管１４のそれぞれに気体燃料を充填した後、内燃機関２の始動を開始する。
これにより、内燃機関２の始動前に、分岐管１４ごとに充分な気体燃料を充填しておくことができる。
【００５３】
〔実施例２の構成〕
実施例２の燃料供給装置１によれば、図４に示すように、気体燃料供給手段７は、インテークマニホールド１２の分岐管１４とサージタンク１３の上流側配管３２との間で気体燃料の供給先を切り替えることができるように設けられている。
【００５４】
すなわち、気体燃料供給手段７は、気体燃料の供給先を分岐管１４と上流側配管３２との間で切り替える２方切替弁３３と、気化容器２３から２方切替弁３３への気体燃料の供給をオンオフする開閉弁３４とを有し、２方切替弁３３および開閉弁３４は、制御手段８からの指令に応じて動作する。
【００５５】
また、気体燃料供給手段７は、２方切替弁３３の一方の吐出口とそれぞれの分岐管１４とを接続して気体燃料を分岐管１４ごとに供給する第１供給路３６、２方切替弁３３の他方の吐出口と上流側配管３２とを接続して上流側配管３２に気体燃料を供給する第２供給路３７、２方切替弁３３の吸入口と気化容器２３の取り出し口２５とを接続して気化容器２３から２方切替弁３３に気体燃料を供給する主供給路３８とを有し、開閉弁３４は主供給路３８に配置されて主供給路３８を開閉する。
【００５６】
また、制御手段８は、気体燃料供給手段７による気体燃料の供給に関し、次のような制御を行なう。すなわち、制御手段８は、第１供給路３６を通じて分岐管１４のそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関２の始動を開始し、その後に吸気ライン６への気体燃料の供給路を第１供給路３６から第２供給路３７に切り替える。
【００５７】
〔実施例２の制御方法〕
以下、実施例２の制御手段８による気体燃料の供給に係わる制御方法を、実施例１の制御方法と異なる点を中心に説明する。
まず、図３のステップＳ３では、噴射弁２４Ｂの開弁期間に替えて開閉弁３４の開弁期間を算出し、算出した開弁期間に応じて開閉弁３４を開弁させる（図５の期間イ参照：図５における期間イ〜ニの定義は実施例１のタイムチャートである図２と同様である。）。このとき、予め、２方切替弁３３を第１供給路３６と主供給路３８とが連通する状態に切り替えておき、開閉弁３４を開弁させることで、第１供給路３６を通じて分岐管１４ごとに気体燃料を供給して充填する。
【００５８】
また、ステップＳ６では、第２供給路３７を通じて上流側配管３２に気体燃料を供給することで気体燃料の同期噴射を実現する。すなわち、ステップＳ５で、分岐管１４に充填された気体燃料の消費が終了したものと判定したら、２方切替弁３３を第２供給路３７と主供給路３８とが連通する状態に切り替え、クランクシャフトの２回転ごとに開閉弁３４を開弁させて気体燃料を上流側配管３２に供給する（図５の期間ハ参照。）。
【００５９】
これにより、燃焼室３への吸気が行なわれるたびに、上流側配管３２からサージタンク１３を介して分岐管１４に気体燃料が吸入され、さらに、分岐管１４から燃焼室３に気体燃料が吸入されるので、実質的に、クランクシャフトの回転に同期した分岐管１４への気体燃料の噴射が実現する。なお、期間ハにおける開閉弁３４の開弁期間は次のように算出することができる。
【００６０】
つまり、全ての燃焼室３への吸気および着火が１回ずつ行なわれる間に（つまり、クランクシャフトが２回転する間に）、それぞれの燃焼室３でストイキ燃焼するのに必要な燃料の質量合計を、１回の開弁により供給すべき供給量として算出し、算出した供給量に基づいて開弁期間を算出する。
【００６１】
なお、図５の期間ロ、ハにおけるインジェクタ２０の開閉推移の表示では、点線による表示が示されている。この点線表示は、仮に、実施例１と同様に噴射弁２４Ｂが存在した場合に、気体燃料の供給を噴射弁２４Ｂの同期噴射により行なった場合の噴射弁２４Ｂの開閉推移を表示している。
【００６２】
〔実施例２の効果〕
実施例２の燃料供給装置１によれば、気体燃料供給手段７は、インテークマニホールド１２の分岐管１４のそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路３６と、サージタンク１３の上流側配管３２に接続して気体燃料を供給する第２供給路３７と、吸気ライン６への気体燃料の供給路を第１供給路３６と第２供給路３７との間で切り替える２方切替弁３３とを有する。
【００６３】
そして、制御手段８は、第１供給路３６を通じて分岐管１４のそれぞれに気体燃料を供給した後、内燃機関２の始動を開始し、その後に吸気ライン６への気体燃料の供給路を第１供給路３６から第２供給路３７に切り替える。
これにより、インテークマニホールド１２の分岐管１４ごとに噴射弁２４Ｂを配置しなくても、内燃機関２の始動前に、分岐管１４に充分な気体燃料を充填しておくことができる。このため、気体燃料供給手段７を構成する機器数を削減することができる。
【００６４】
〔実施例３〕
実施例３の燃料供給装置１によれば、図６に示すように、燃料気化手段５は、気化容器２３に接続して気化容器２３に大気を導入する大気導入路４０と、大気導入路４０に組み込まれて気化容器２３からの逆流を阻止する逆止弁４１とを有する。
【００６５】
気体燃料の噴射供給に伴う失火の虞や応答性低下の虞は、冷間時に内燃機関２を始動する際に顕著に高くなる。すなわち、冷間始動時には、エンジンルーム内が例えば常温のような低温であるため、気化容器２３に大気を導入できない場合、気体燃料の供給圧に相当する気化容器２３の圧力は、常温における燃料の飽和蒸気圧相当までしか高まらない。このため、内燃機関２の始動開始前に噴射弁２４Ｂの開弁期間を長く設定しても、必要な供給量の気体燃料を分岐管１４に充填できない虞がある。
【００６６】
そこで、気化容器２３に大気導入が可能となるように、かつ、気化容器２３から大気側への逆流阻止が可能となるように燃料気化手段５を設ける。これにより、大気導入によって気化容器２３の圧力を大気圧相当まで高めた上で、噴射弁２４Ａを開弁させて気化容器２３に液体燃料を噴射することで、気化容器２３の圧力を、大気圧相当の圧力に燃料の飽和蒸気圧相当の圧力を加算したレベルまで高めることができる。このため、冷間始動時でも気体燃料の供給圧を高めることができるので、冷間始動時において、内燃機関２の始動前に必要な供給量の気体燃料を吸気ライン６に充填しておくことができる。
【００６７】
〔実施例４〕
実施例４の燃料供給装置１によれば、図７に示すように、大気導入路４０には、気化容器２３からの逆流に関して逆止弁４１よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタ４３が組み込まれている。
これにより、逆止弁４１に大気側への漏れが発生しても、キャニスタ４３によって気体燃料を吸着して大気への気体燃料の放出を阻止することができる。なお、キャニスタ４３は、大気導入路４０とは別に、タンク接続路４４により燃料タンク１６の気相領域と接続されている。
【００６８】
〔変形例〕
燃料供給装置１の態様は、実施例に限定されず種々の変形例を考えることができる。例えば、実施例の燃料供給装置１の液体燃料供給手段４は、内燃機関２の燃焼室３に液体燃料を供給するものであったが、吸気ライン６に液体燃料を供給してもよい。また、コモンレール１９を介さずに液体燃料を供給してもよい。
【００６９】
また、実施例の燃料供給装置１の制御手段８は、気体燃料の供給に係わる制御において、ストイキ燃焼を前提として気体燃料の供給量等を算出していたが、ストイキ燃焼を前提とすることなく気体燃料の供給量等を算出してもよい。
また、実施例の燃料供給装置１によれば、内燃機関２の始動は直流電動機を具備するスタータ１０により行なわれたが、例えば、いわゆるハイブリッドカーにおけるモータジュネレータにより内燃機関２を始動してもよい。
【００７０】
さらに、実施例の燃料供給装置１は、燃料としてガソリンを内燃機関２に供給するものであったが、軽油や液化石油ガス等のガソリン以外の燃料を燃料供給装置１により供給してもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１ 燃料供給装置
２ 内燃機関
３ 燃焼室
４ 液体燃料供給手段
５ 燃料気化手段
６ 吸気ライン
７ 気体燃料供給手段
８ 制御手段
１４ 分岐管（分岐後の吸気ライン）
２３ 気化容器
２４Ａ 噴射弁（第２噴射弁）
２４Ｂ 噴射弁
３２ 上流側配管（分岐前の吸気ライン）
３３ ２方切替弁（切替手段）
３６ 第１供給路
３７ 第２供給路
４０ 大気導入路
４１ 逆止弁
４３ キャニスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室、または前記内燃機関の燃焼室に通じる吸気ラインのいずれか一方に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段と、
この燃料気化手段により得られる気体燃料を前記吸気ラインに供給する気体燃料供給手段と、
前記気体燃料供給手段により前記吸気ラインに気体燃料を供給した後、前記内燃機関の始動を開始し、その後に、前記内燃機関への燃料の供給を前記気体燃料供給手段による気体燃料の供給から前記液体燃料供給手段による液体燃料の供給に切り替える制御手段とを備える燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記吸気ラインは、前記内燃機関の気筒数と同数に分岐して前記内燃機関に接続しており、
前記気体燃料供給手段は、気体燃料を噴射する噴射弁を前記内燃機関の気筒数と同数だけ有し、
分岐後の前記吸気ラインごとに１つの前記噴射弁が配置されており、
前記制御手段は、全ての前記噴射弁を開弁させて分岐後の前記吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、前記内燃機関の始動を開始することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記吸気ラインは、前記内燃機関の気筒数と同数に分岐して前記内燃機関に接続しており、
前記気体燃料供給手段は、分岐後の前記吸気ラインのそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路と、分岐前の前記吸気ラインに接続して気体燃料を供給する第２供給路と、前記吸気ラインへの気体燃料の供給路を前記第１供給路と前記第２供給路との間で切り替える切替手段とを有し、
前記制御手段は、前記第１供給路を通じて分岐後の前記吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、前記内燃機関の始動を開始し、その後に前記吸気ラインへの気体燃料の供給路を前記第１供給路から前記第２供給路に切り替えることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の燃料供給装置において、
前記燃料気化手段は、
液体燃料が気化する空間を形成する気化容器と、気化容器に液体燃料を噴射する第２噴射弁と、前記気化容器に接続して前記気化容器に大気を導入する大気導入路と、この大気導入路に組み込まれて前記気化容器からの逆流を阻止する逆止弁とを有することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料供給装置において、
前記大気導入路には、前記気化容器からの逆流に関して前記逆止弁よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタが組み込まれていることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項１】
内燃機関の燃焼室、または前記内燃機関の燃焼室に通じる吸気ラインのいずれか一方に液体燃料を供給する液体燃料供給手段と、
液体燃料を気化して気体燃料にする燃料気化手段と、
この燃料気化手段により得られる気体燃料を前記吸気ラインに供給する気体燃料供給手段と、
前記気体燃料供給手段により前記吸気ラインに気体燃料を供給した後、前記内燃機関の始動を開始し、その後に、前記内燃機関への燃料の供給を前記気体燃料供給手段による気体燃料の供給から前記液体燃料供給手段による液体燃料の供給に切り替える制御手段とを備える燃料供給装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記吸気ラインは、前記内燃機関の気筒数と同数に分岐して前記内燃機関に接続しており、
前記気体燃料供給手段は、気体燃料を噴射する噴射弁を前記内燃機関の気筒数と同数だけ有し、
分岐後の前記吸気ラインごとに１つの前記噴射弁が配置されており、
前記制御手段は、全ての前記噴射弁を開弁させて分岐後の前記吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、前記内燃機関の始動を開始することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項３】
請求項１に記載の燃料供給装置において、
前記吸気ラインは、前記内燃機関の気筒数と同数に分岐して前記内燃機関に接続しており、
前記気体燃料供給手段は、分岐後の前記吸気ラインのそれぞれに接続して気体燃料を供給する第１供給路と、分岐前の前記吸気ラインに接続して気体燃料を供給する第２供給路と、前記吸気ラインへの気体燃料の供給路を前記第１供給路と前記第２供給路との間で切り替える切替手段とを有し、
前記制御手段は、前記第１供給路を通じて分岐後の前記吸気ラインのそれぞれに気体燃料を供給した後、前記内燃機関の始動を開始し、その後に前記吸気ラインへの気体燃料の供給路を前記第１供給路から前記第２供給路に切り替えることを特徴とする燃料供給装置。
【請求項４】
請求項１ないし請求項３の内のいずれか１つに記載の燃料供給装置において、
前記燃料気化手段は、
液体燃料が気化する空間を形成する気化容器と、気化容器に液体燃料を噴射する第２噴射弁と、前記気化容器に接続して前記気化容器に大気を導入する大気導入路と、この大気導入路に組み込まれて前記気化容器からの逆流を阻止する逆止弁とを有することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項５】
請求項４に記載の燃料供給装置において、
前記大気導入路には、前記気化容器からの逆流に関して前記逆止弁よりも下流側に、気体燃料を吸着するキャニスタが組み込まれていることを特徴とする燃料供給装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１２−２４１５８２（Ｐ２０１２−２４１５８２Ａ）
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１１１３１２（Ｐ２０１１−１１１３１２）
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１２月１０日（２０１２．１２．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年５月１８日（２０１１．５．１８）
【出願人】（０００００４６９５）株式会社日本自動車部品総合研究所 (1,981)
【出願人】（０００００４２６０）株式会社デンソー (27,639)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]