燃料供給装置
【課題】内燃機関２に燃料を供給する燃料供給装置１において、気体燃料を供給する期間に内燃機関２の制御が不安定になる虞を低減する。
【解決手段】燃料供給装置１は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器２３を有する燃料気化手段５と、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を検出する第１検出手段３６を備える。これにより、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を精度よく検出することができるので、気化容器２３から燃焼室３に吸入される気体燃料および空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、気体燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができるので、気体燃料を供給する期間に内燃機関２の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【解決手段】燃料供給装置１は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器２３を有する燃料気化手段５と、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を検出する第１検出手段３６を備える。これにより、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を精度よく検出することができるので、気化容器２３から燃焼室３に吸入される気体燃料および空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、気体燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができるので、気体燃料を供給する期間に内燃機関２の制御が不安定にな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、気体燃料は、液体燃料に比べて質量やモル量のような実質的な供給量の推定や把握が困難である。また、何らかの容器や配管を介して気体燃料を供給する場合、気体燃料は、容器等に残る空気等を伴って供給されるので、さらに、実質的な燃料の供給量の把握が困難である。このため、燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができず、気体燃料を供給する期間では、内燃機関の制御が不安定になる虞がある。
【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、気体燃料を供給する期間に内燃機関の制御が不安定にな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、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器、および、気化容器に液体燃料を噴射する噴射弁を有し、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、気化容器の温度および圧力を検出する第１検出手段と、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気体燃料供給手段を制御する制御手段とを備える。
【０００７】
これにより、気化容器の温度および圧力を精度よく検出することができるので、気化容器から燃焼室に吸入される気体燃料および空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、気体燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができるので、気体燃料を供給する期間に内燃機関の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、燃料供給装置は、吸気ラインの温度および圧力を検出する第２検出手段を備え、制御手段は、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき気体燃料供給手段を制御する。
これにより、吸気ラインから供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができるので、さらに、内燃機関の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、燃料供給装置は、吸気ラインの圧力を検出する第２検出手段を備え、制御手段は、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき気体燃料供給手段を制御する。
吸気ラインから供給される空気の温度範囲は−２０〜６０℃である。また、使用地域が定まれば、より狭い温度範囲に限定することができる。このため、吸気ラインの圧力のみを検出するとともに、温度を検出せずに例えば固定することによっても、吸気ラインから供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、第２検出手段を構成する必要なセンサの数を低減することができる。
【００１０】
〔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、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。
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、必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに供給することができない虞がある。
【００１１】
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、液体燃料を気化容器に噴射する前に、大気導入によって気化容器の圧力を大気圧相当まで高めることができる。このため、大気圧相当の圧力を有する気化容器に液体燃料を噴射することで、気化容器の圧力を、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。
この結果、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、必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに供給することができる。
【００１２】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、制御手段は、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器内における空燃比を算出する。
この手段は、制御手段が算出すべきパラメータを例示するものである。
【００１３】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、制御手段は、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器から吸気ラインに供給される気体燃料の流量を算出する。
この手段は、制御手段が算出すべきパラメータを例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料供給装置の構成図である。
【図２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施形態の燃料供給装置は、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、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器、および、気化容器に液体燃料を噴射する噴射弁を有し、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、気化容器の温度および圧力を検出する第１検出手段と、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気体燃料供給手段を制御する制御手段とを備える。
【００１６】
また、燃料供給装置は、吸気ラインの温度および圧力を検出する第２検出手段を備え、制御手段は、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき気体燃料供給手段を制御する。
また、燃料気化手段は、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。
【００１７】
また、制御手段は、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器内における空燃比を算出する。
さらに、制御手段は、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器から吸気ラインに供給される気体燃料の流量を算出する。
【実施例】
【００１８】
〔実施例の構成〕
実施例の燃料供給装置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、ガソリンを液体燃料として内燃機関２に供給する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。さらに、インテークマニホールド１２は、新気を主成分とする吸入空気を受け入れるサージタンク１３と、サージタンク１３から分岐して吸入空気を複数の燃焼室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。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、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３１と、大気導入路３１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３２とを有する。
【００２９】
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。
【００３０】
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３４を有する。ここで、気体燃料供給路３４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、燃料供給装置１は、気化容器２３の温度および圧力を検出する第１検出手段３６と、吸気ライン６の温度および圧力を検出する第２検出手段３７とを備える。
ここで、第１検出手段３６は、周知の温度センサ３６ａおよび周知の圧力センサ３６ｂから構成され、温度センサ３６ａおよび圧力センサ３６ｂは、それぞれ、気化容器２３内の温度および圧力を検出して、検出信号を制御手段８に出力する。
【００３４】
また、第２検出手段３７は、周知の温度センサ３７ａおよび周知の圧力センサ３７ｂから構成され、温度センサ３７ａおよび圧力センサ３７ｂは、それぞれ、インテークマニホールド１２においてサージタンク１３の上流側配管内の温度および圧力を検出して、検出信号を制御手段８に出力する。
【００３５】
そして、制御手段８は、吸気ライン６に気体燃料を供給している間、第１、第２検出手段３６、３７により得られる検出信号に基づき気体燃料供給手段７を制御する。より具体的に、制御手段８は、第１検出手段３６により得られる検出値に基づき、気化容器２３内における空燃比を算出し、さらに、第１、第２検出手段３６、３７により得られる検出値に基づき、気化容器２３から吸気ライン６に供給される気体燃料の流量を算出する。
【００３６】
ここで、吸気ライン６に気体燃料を供給する期間は、例えば、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をスタータ１０により始動させるクランキングの期間に含まれる。そして、例えば、スタータ１０の起動に合わせて気体燃料の供給が始まり、クランキングの途中で、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わる。
【００３７】
〔実施例の制御方法〕
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のフローチャートに基づいて説明する。
ここで、図２のフローチャートに示された制御フローは、クランキング開始とともに処理が開始され、燃料の供給が気体燃料の供給から液体燃料の供給に切り替わるまで繰り返し処理される。
【００３８】
図２のフローチャートによれば、まず、ステップＳ１で、第１検出手段３６により気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を検出する。
そして、ステップＳ２〜Ｓ４で、温度Ｔ０および圧力Ｐ０を利用して気化容器２３内の混合気の空燃比λ０を算出する。
【００３９】
まず、ステップＳ２で温度Ｔ０を利用して気化容器２３内における燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔを求める。燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔは、例えば、マップデータやテーブルデータとして予めマイコンに記憶しておき、記憶しておいたデータに基づいて算出してもよく、アントワンの式等の飽和蒸気圧曲線の各種の近似式を利用して算出してもよい。
【００４０】
続いて、ステップＳ３で、圧力Ｐ０から飽和蒸気圧Ｐｓａｔを減じて気化容器２３内の空気の分圧Ｐａ０を算出する。
そして、ステップＳ４で、飽和蒸気圧Ｐｓａｔを分圧Ｐａ０で除することで、空燃比λ０をモル比として算出する。
【００４１】
次に、ステップＳ５で、第２検出手段３７により吸気ライン６の温度Ｔ１および圧力Ｐ１を検出する。
そして、ステップＳ６〜Ｓ９で、温度Ｔ１および圧力Ｐ１等を利用して気化容器２３から吸気ライン６への混合気の供給量を算出する。
【００４２】
まず、ステップＳ６で、気化容器２３から吸気ライン６への流れがチョーク流れまたは亜音速流れの何れの流れとなるかの判定基準となる臨界圧力Ｐ＊を算出する。
ここで、チョーク流れとは、圧力Ｐ１が大側または小側のどちらに変化しても、気化容器２３から吸気ライン６に流れる混合気の流量が変化しない流れであり、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊以下のときに、気化容器２３から吸気ライン６への流れはチョーク流れとなる。
【００４３】
また、亜音速流れとは、圧力Ｐ１の大きさに応じて、気化容器２３から吸気ライン６に流れる混合気の流量が変化する流れであり、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊よりも大きいときに、気化容器２３から吸気ライン６への流れは亜音速流れとなる。
そして、臨界圧力Ｐ＊は、例えば、気化容器２３内の混合気の比熱比（定圧比熱／定積比熱）γ０を用いて下記の数式１により算出することができる。
〔数式１〕
【００４４】
また、比熱比γ０は、空気、気体燃料それぞれの比熱比γａ、γｆ、ならびに気化容器２３内における混合気に対する空気、気体燃料それぞれのモル比ｒａ０、ｒｆ０を用いて下記の数式２により算出することができる。
〔数式２〕
なお、モル比ｒａ０、ｒｆ０は、空燃比λ０を用いて算出することができる。
【００４５】
続いて、ステップＳ７で、気化容器２３から吸気ライン６への流れがチョーク流れまたは亜音速流れの何れの流れとなるか、つまり、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊よりも大きいか否かの判定を行なう。そして、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊よりも大きいと判定した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊以下と判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ９に進む。
【００４６】
ステップＳ８では、亜音速流れの場合に気化容器２３から吸気ライン６に流れて供給される混合気の流量を、例えば、下記の数式３により質量流量ｑｗとして算出する。数式３では、圧力Ｐ０、Ｐ１および比熱比γ０とともに、混合気の密度ρ０、音速ａ０、チョークノズル断面積Ａを用いて質量流量ｑｗを算出する。なお、チョークノズル断面積Ａは、例えば、気体燃料供給路３４の流路径に相当するものであり、算出値の精度を上げるために、実験的に求めてもよい。
〔数式３〕
【００４７】
ステップＳ９では、チョーク流れの場合に気化容器２３から吸気ライン６に流れて供給される混合気の流量を、例えば、下記の数式４により質量流量ｑｗとして算出する。数式４では、比熱比γ０とともに、混合気の密度ρ０、音速ａ０、チョークノズル断面積Ａを用いて質量流量ｑｗを算出する。
〔数式４〕
【００４８】
なお、燃料および空気の分子量、空燃比λ０を利用すれば、質量流量ｑｗから気体燃料の供給量をモル流量として算出することができるので、ステップＳ６〜ステップＳ９により、質量流量ｑｗを算出することは、気化容器２３から吸気ライン６に供給される気体燃料のモル流量を算出することと等価である。
【００４９】
そして、ステップＳ１０〜Ｓ１２で、質量流量ｑｗ等を利用して噴射弁２４Ｂの開弁期間Δｔを算出する。
まず、ステップＳ１０で、吸気ライン６から燃焼室３に吸入される空気のモル数ｎａ１を算出する。この空気のモル数ｎａ１は、例えば、理想気体の状態方程式に、温度Ｔ１、圧力Ｐ１、および吸気ライン６の容積Ｖ１を当てはめることで算出することができる。
【００５０】
なお、容積Ｖ１は、例えば、スロットル装置１１よりも下流側であり、かつ燃焼室３よりも上流側の吸気ライン６の全容積として定義することができ、より具体的には、インテークマニホールド１２におけるサージタンク１３、全ての分岐管１４、およびサージタンク１３の上流側配管の容積を含むものである。
【００５１】
続いて、ステップＳ１１で、燃料のストイキ燃焼に必要な空燃比λｓをモル比として算出する。この空燃比λｓは、燃料を炭化水素ＣｉＨｊと等価であると見なした場合、空気における酸素のモル分率αを利用して下記の数式５により算出することができる。
〔数式５〕
【００５２】
そして、ステップＳ１２で、下記の数式６を利用して噴射弁２４Ｂの開弁期間Δｔを算出する。
〔数式６〕
【００５３】
数式６では、モル数ｎａ１、容積Ｖ１、空燃比λｓおよびモル比ｒｆ０とともに、燃焼室３の容積Ｖ２、気化容器２３から吸気ライン６に流れて供給される混合気のモル流量ｑｍを利用する。また、モル流量ｑｍは、気化容器２３内の混合気の平均分子量と質量流量ｑｗとを用いて算出することができ、混合気の平均分子量は、モル比ｒａ０、ｒｆ０、空気の平均分子量および燃料の分子量から算出することができる。
【００５４】
〔実施例の効果〕
実施例の燃料供給装置１は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器２３を有する燃料気化手段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、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を検出する第１検出手段３６と、吸気ライン６に気体燃料を供給している間、第１検出手段３６により検出される温度Ｔ０および圧力Ｐ０に基づき、気体燃料供給手段７の噴射弁２４Ｂを制御する制御手段８とを備える。
【００５５】
これにより、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を精度よく検出することができるので、気化容器２３から燃焼室３に吸入される気体燃料および空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、気体燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができるので、気体燃料を供給する期間に内燃機関２の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【００５６】
また、燃料供給装置１は、吸気ライン６の温度Ｔ１および圧力Ｐ１を検出する第２検出手段３７を備え、制御手段８は、吸気ライン６に気体燃料を供給している間、第１、第２検出手段３６、３７により検出される温度Ｔ０、Ｔ１および圧力Ｐ０、Ｐ１に基づき噴射弁２４Ｂを制御する。
これにより、吸気ライン６から供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができるので、さらに、内燃機関２の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【００５７】
また、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３１と、大気導入路３１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３２とを有する。
【００５８】
冷間時に内燃機関２を始動する冷間始動時には、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内の圧力Ｐ０は、常温における燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔ相当までしか高まらない。このため、必要な供給量の気体燃料を吸気ライン６に供給することができない虞がある。
【００５９】
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、液体燃料を気化容器２３に噴射する前に、大気導入によって気化容器２３内の圧力Ｐ０を大気圧相当まで高めることができる。このため、大気圧相当の圧力を有する気化容器２３内に液体燃料を噴射することで、気化容器２３内の圧力Ｐ０を、大気圧相当の圧力に燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔ相当の圧力を加算したレベルまで高めることができる。
この結果、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、必要な供給量の気体燃料を吸気ライン６に供給することができる。
【００６０】
〔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。
【００６１】
また、実施例の燃料供給装置１の第２検出手段３７は、吸気ライン６の温度Ｔ１および圧力Ｐ１の両方を検出することができるように構成されていたが、吸気ライン６の圧力Ｐ１のみを検出することができるように第２検出手段３７を構成してもよい。
【００６２】
すなわち、吸気ライン６から供給される空気の温度の範囲は−２０〜６０℃であり、使用地域が定まれば、より狭い範囲に限定することができる。このため、吸気ライン６の圧力Ｐ１のみを検出するとともに、温度Ｔ１を検出せずに例えば固定することによっても、吸気ライン６から供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、第２検出手段３７を構成する必要なセンサの数を低減することができる。
【００６３】
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噴射弁２４Ｂの開弁期間Δｔを算出していたが、ストイキ燃焼を前提とすることなく開弁期間Δｔを算出してもよい。
【００６４】
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】
【００６５】
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
２３ 気化容器
２４Ａ 噴射弁
３１ 大気導入路
３２ 逆止弁
３６ 第１検出手段
３７ 第２検出手段
Ｔ０ 温度（気化容器の温度、第１検出手段により得られる検出値）
Ｐ０ 圧力（気化容器の圧力、第１検出手段により得られる検出値）
Ｔ１ 温度（吸気ラインの温度、第２検出手段により得られる検出値）
Ｐ１ 圧力（吸気ラインの圧力、第２検出手段により得られる検出値）
λ０ 空燃比（気化容器内における空燃比）
【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、気体燃料は、液体燃料に比べて質量やモル量のような実質的な供給量の推定や把握が困難である。また、何らかの容器や配管を介して気体燃料を供給する場合、気体燃料は、容器等に残る空気等を伴って供給されるので、さらに、実質的な燃料の供給量の把握が困難である。このため、燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができず、気体燃料を供給する期間では、内燃機関の制御が不安定になる虞がある。
【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、気体燃料を供給する期間に内燃機関の制御が不安定にな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、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器、および、気化容器に液体燃料を噴射する噴射弁を有し、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、気化容器の温度および圧力を検出する第１検出手段と、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気体燃料供給手段を制御する制御手段とを備える。
【０００７】
これにより、気化容器の温度および圧力を精度よく検出することができるので、気化容器から燃焼室に吸入される気体燃料および空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、気体燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができるので、気体燃料を供給する期間に内燃機関の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【０００８】
〔請求項２の手段〕
請求項２の手段によれば、燃料供給装置は、吸気ラインの温度および圧力を検出する第２検出手段を備え、制御手段は、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき気体燃料供給手段を制御する。
これにより、吸気ラインから供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができるので、さらに、内燃機関の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【０００９】
〔請求項３の手段〕
請求項３の手段によれば、燃料供給装置は、吸気ラインの圧力を検出する第２検出手段を備え、制御手段は、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき気体燃料供給手段を制御する。
吸気ラインから供給される空気の温度範囲は−２０〜６０℃である。また、使用地域が定まれば、より狭い温度範囲に限定することができる。このため、吸気ラインの圧力のみを検出するとともに、温度を検出せずに例えば固定することによっても、吸気ラインから供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、第２検出手段を構成する必要なセンサの数を低減することができる。
【００１０】
〔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、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。
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、必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに供給することができない虞がある。
【００１１】
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、液体燃料を気化容器に噴射する前に、大気導入によって気化容器の圧力を大気圧相当まで高めることができる。このため、大気圧相当の圧力を有する気化容器に液体燃料を噴射することで、気化容器の圧力を、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。
この結果、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、必要な供給量の気体燃料を吸気ラインに供給することができる。
【００１２】
〔請求項５の手段〕
請求項５の手段によれば、制御手段は、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器内における空燃比を算出する。
この手段は、制御手段が算出すべきパラメータを例示するものである。
【００１３】
〔請求項６の手段〕
請求項６の手段によれば、制御手段は、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器から吸気ラインに供給される気体燃料の流量を算出する。
この手段は、制御手段が算出すべきパラメータを例示するものである。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】燃料供給装置の構成図である。
【図２】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。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
実施形態の燃料供給装置は、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、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器、および、気化容器に液体燃料を噴射する噴射弁を有し、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、気化容器の温度および圧力を検出する第１検出手段と、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気体燃料供給手段を制御する制御手段とを備える。
【００１６】
また、燃料供給装置は、吸気ラインの温度および圧力を検出する第２検出手段を備え、制御手段は、吸気ラインに気体燃料を供給している間、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき気体燃料供給手段を制御する。
また、燃料気化手段は、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。
【００１７】
また、制御手段は、第１検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器内における空燃比を算出する。
さらに、制御手段は、第１検出手段および第２検出手段により得られる検出値に基づき、気化容器から吸気ラインに供給される気体燃料の流量を算出する。
【実施例】
【００１８】
〔実施例の構成〕
実施例の燃料供給装置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、ガソリンを液体燃料として内燃機関２に供給する。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。さらに、インテークマニホールド１２は、新気を主成分とする吸入空気を受け入れるサージタンク１３と、サージタンク１３から分岐して吸入空気を複数の燃焼室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。
【００２２】
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。
【００２３】
なお、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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
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。
【００２８】
また、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３１と、大気導入路３１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３２とを有する。
【００２９】
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。
【００３０】
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３４を有する。ここで、気体燃料供給路３４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。
【００３１】
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。
【００３２】
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。
【００３３】
また、燃料供給装置１は、気化容器２３の温度および圧力を検出する第１検出手段３６と、吸気ライン６の温度および圧力を検出する第２検出手段３７とを備える。
ここで、第１検出手段３６は、周知の温度センサ３６ａおよび周知の圧力センサ３６ｂから構成され、温度センサ３６ａおよび圧力センサ３６ｂは、それぞれ、気化容器２３内の温度および圧力を検出して、検出信号を制御手段８に出力する。
【００３４】
また、第２検出手段３７は、周知の温度センサ３７ａおよび周知の圧力センサ３７ｂから構成され、温度センサ３７ａおよび圧力センサ３７ｂは、それぞれ、インテークマニホールド１２においてサージタンク１３の上流側配管内の温度および圧力を検出して、検出信号を制御手段８に出力する。
【００３５】
そして、制御手段８は、吸気ライン６に気体燃料を供給している間、第１、第２検出手段３６、３７により得られる検出信号に基づき気体燃料供給手段７を制御する。より具体的に、制御手段８は、第１検出手段３６により得られる検出値に基づき、気化容器２３内における空燃比を算出し、さらに、第１、第２検出手段３６、３７により得られる検出値に基づき、気化容器２３から吸気ライン６に供給される気体燃料の流量を算出する。
【００３６】
ここで、吸気ライン６に気体燃料を供給する期間は、例えば、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をスタータ１０により始動させるクランキングの期間に含まれる。そして、例えば、スタータ１０の起動に合わせて気体燃料の供給が始まり、クランキングの途中で、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わる。
【００３７】
〔実施例の制御方法〕
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のフローチャートに基づいて説明する。
ここで、図２のフローチャートに示された制御フローは、クランキング開始とともに処理が開始され、燃料の供給が気体燃料の供給から液体燃料の供給に切り替わるまで繰り返し処理される。
【００３８】
図２のフローチャートによれば、まず、ステップＳ１で、第１検出手段３６により気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を検出する。
そして、ステップＳ２〜Ｓ４で、温度Ｔ０および圧力Ｐ０を利用して気化容器２３内の混合気の空燃比λ０を算出する。
【００３９】
まず、ステップＳ２で温度Ｔ０を利用して気化容器２３内における燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔを求める。燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔは、例えば、マップデータやテーブルデータとして予めマイコンに記憶しておき、記憶しておいたデータに基づいて算出してもよく、アントワンの式等の飽和蒸気圧曲線の各種の近似式を利用して算出してもよい。
【００４０】
続いて、ステップＳ３で、圧力Ｐ０から飽和蒸気圧Ｐｓａｔを減じて気化容器２３内の空気の分圧Ｐａ０を算出する。
そして、ステップＳ４で、飽和蒸気圧Ｐｓａｔを分圧Ｐａ０で除することで、空燃比λ０をモル比として算出する。
【００４１】
次に、ステップＳ５で、第２検出手段３７により吸気ライン６の温度Ｔ１および圧力Ｐ１を検出する。
そして、ステップＳ６〜Ｓ９で、温度Ｔ１および圧力Ｐ１等を利用して気化容器２３から吸気ライン６への混合気の供給量を算出する。
【００４２】
まず、ステップＳ６で、気化容器２３から吸気ライン６への流れがチョーク流れまたは亜音速流れの何れの流れとなるかの判定基準となる臨界圧力Ｐ＊を算出する。
ここで、チョーク流れとは、圧力Ｐ１が大側または小側のどちらに変化しても、気化容器２３から吸気ライン６に流れる混合気の流量が変化しない流れであり、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊以下のときに、気化容器２３から吸気ライン６への流れはチョーク流れとなる。
【００４３】
また、亜音速流れとは、圧力Ｐ１の大きさに応じて、気化容器２３から吸気ライン６に流れる混合気の流量が変化する流れであり、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊よりも大きいときに、気化容器２３から吸気ライン６への流れは亜音速流れとなる。
そして、臨界圧力Ｐ＊は、例えば、気化容器２３内の混合気の比熱比（定圧比熱／定積比熱）γ０を用いて下記の数式１により算出することができる。
〔数式１〕
【００４４】
また、比熱比γ０は、空気、気体燃料それぞれの比熱比γａ、γｆ、ならびに気化容器２３内における混合気に対する空気、気体燃料それぞれのモル比ｒａ０、ｒｆ０を用いて下記の数式２により算出することができる。
〔数式２〕
なお、モル比ｒａ０、ｒｆ０は、空燃比λ０を用いて算出することができる。
【００４５】
続いて、ステップＳ７で、気化容器２３から吸気ライン６への流れがチョーク流れまたは亜音速流れの何れの流れとなるか、つまり、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊よりも大きいか否かの判定を行なう。そして、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊よりも大きいと判定した場合（ＹＥＳ）、ステップＳ８に進み、圧力Ｐ１が臨界圧力Ｐ＊以下と判定した場合（ＮＯ）、ステップＳ９に進む。
【００４６】
ステップＳ８では、亜音速流れの場合に気化容器２３から吸気ライン６に流れて供給される混合気の流量を、例えば、下記の数式３により質量流量ｑｗとして算出する。数式３では、圧力Ｐ０、Ｐ１および比熱比γ０とともに、混合気の密度ρ０、音速ａ０、チョークノズル断面積Ａを用いて質量流量ｑｗを算出する。なお、チョークノズル断面積Ａは、例えば、気体燃料供給路３４の流路径に相当するものであり、算出値の精度を上げるために、実験的に求めてもよい。
〔数式３〕
【００４７】
ステップＳ９では、チョーク流れの場合に気化容器２３から吸気ライン６に流れて供給される混合気の流量を、例えば、下記の数式４により質量流量ｑｗとして算出する。数式４では、比熱比γ０とともに、混合気の密度ρ０、音速ａ０、チョークノズル断面積Ａを用いて質量流量ｑｗを算出する。
〔数式４〕
【００４８】
なお、燃料および空気の分子量、空燃比λ０を利用すれば、質量流量ｑｗから気体燃料の供給量をモル流量として算出することができるので、ステップＳ６〜ステップＳ９により、質量流量ｑｗを算出することは、気化容器２３から吸気ライン６に供給される気体燃料のモル流量を算出することと等価である。
【００４９】
そして、ステップＳ１０〜Ｓ１２で、質量流量ｑｗ等を利用して噴射弁２４Ｂの開弁期間Δｔを算出する。
まず、ステップＳ１０で、吸気ライン６から燃焼室３に吸入される空気のモル数ｎａ１を算出する。この空気のモル数ｎａ１は、例えば、理想気体の状態方程式に、温度Ｔ１、圧力Ｐ１、および吸気ライン６の容積Ｖ１を当てはめることで算出することができる。
【００５０】
なお、容積Ｖ１は、例えば、スロットル装置１１よりも下流側であり、かつ燃焼室３よりも上流側の吸気ライン６の全容積として定義することができ、より具体的には、インテークマニホールド１２におけるサージタンク１３、全ての分岐管１４、およびサージタンク１３の上流側配管の容積を含むものである。
【００５１】
続いて、ステップＳ１１で、燃料のストイキ燃焼に必要な空燃比λｓをモル比として算出する。この空燃比λｓは、燃料を炭化水素ＣｉＨｊと等価であると見なした場合、空気における酸素のモル分率αを利用して下記の数式５により算出することができる。
〔数式５〕
【００５２】
そして、ステップＳ１２で、下記の数式６を利用して噴射弁２４Ｂの開弁期間Δｔを算出する。
〔数式６〕
【００５３】
数式６では、モル数ｎａ１、容積Ｖ１、空燃比λｓおよびモル比ｒｆ０とともに、燃焼室３の容積Ｖ２、気化容器２３から吸気ライン６に流れて供給される混合気のモル流量ｑｍを利用する。また、モル流量ｑｍは、気化容器２３内の混合気の平均分子量と質量流量ｑｗとを用いて算出することができ、混合気の平均分子量は、モル比ｒａ０、ｒｆ０、空気の平均分子量および燃料の分子量から算出することができる。
【００５４】
〔実施例の効果〕
実施例の燃料供給装置１は、液体燃料が気化する空間を形成する気化容器２３を有する燃料気化手段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、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を検出する第１検出手段３６と、吸気ライン６に気体燃料を供給している間、第１検出手段３６により検出される温度Ｔ０および圧力Ｐ０に基づき、気体燃料供給手段７の噴射弁２４Ｂを制御する制御手段８とを備える。
【００５５】
これにより、気化容器２３内の温度Ｔ０および圧力Ｐ０を精度よく検出することができるので、気化容器２３から燃焼室３に吸入される気体燃料および空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、気体燃料の燃焼に必要な空気の供給量を正確に求めることができるので、気体燃料を供給する期間に内燃機関２の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【００５６】
また、燃料供給装置１は、吸気ライン６の温度Ｔ１および圧力Ｐ１を検出する第２検出手段３７を備え、制御手段８は、吸気ライン６に気体燃料を供給している間、第１、第２検出手段３６、３７により検出される温度Ｔ０、Ｔ１および圧力Ｐ０、Ｐ１に基づき噴射弁２４Ｂを制御する。
これにより、吸気ライン６から供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができるので、さらに、内燃機関２の制御が不安定になる虞を低減することができる。
【００５７】
また、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３１と、大気導入路３１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３２とを有する。
【００５８】
冷間時に内燃機関２を始動する冷間始動時には、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内の圧力Ｐ０は、常温における燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔ相当までしか高まらない。このため、必要な供給量の気体燃料を吸気ライン６に供給することができない虞がある。
【００５９】
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、液体燃料を気化容器２３に噴射する前に、大気導入によって気化容器２３内の圧力Ｐ０を大気圧相当まで高めることができる。このため、大気圧相当の圧力を有する気化容器２３内に液体燃料を噴射することで、気化容器２３内の圧力Ｐ０を、大気圧相当の圧力に燃料の飽和蒸気圧Ｐｓａｔ相当の圧力を加算したレベルまで高めることができる。
この結果、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、必要な供給量の気体燃料を吸気ライン６に供給することができる。
【００６０】
〔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。
【００６１】
また、実施例の燃料供給装置１の第２検出手段３７は、吸気ライン６の温度Ｔ１および圧力Ｐ１の両方を検出することができるように構成されていたが、吸気ライン６の圧力Ｐ１のみを検出することができるように第２検出手段３７を構成してもよい。
【００６２】
すなわち、吸気ライン６から供給される空気の温度の範囲は−２０〜６０℃であり、使用地域が定まれば、より狭い範囲に限定することができる。このため、吸気ライン６の圧力Ｐ１のみを検出するとともに、温度Ｔ１を検出せずに例えば固定することによっても、吸気ライン６から供給される空気の実質的な供給量を正確に把握することができる。このため、第２検出手段３７を構成する必要なセンサの数を低減することができる。
【００６３】
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噴射弁２４Ｂの開弁期間Δｔを算出していたが、ストイキ燃焼を前提とすることなく開弁期間Δｔを算出してもよい。
【００６４】
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】
【００６５】
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
２３ 気化容器
２４Ａ 噴射弁
３１ 大気導入路
３２ 逆止弁
３６ 第１検出手段
３７ 第２検出手段
Ｔ０ 温度（気化容器の温度、第１検出手段により得られる検出値）
Ｐ０ 圧力（気化容器の圧力、第１検出手段により得られる検出値）
Ｔ１ 温度（吸気ラインの温度、第２検出手段により得られる検出値）
Ｐ１ 圧力（吸気ラインの圧力、第２検出手段により得られる検出値）
λ０ 空燃比（気化容器内における空燃比）
【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、
液体燃料が気化する空間を形成する気化容器、および、この気化容器に液体燃料を噴射する噴射弁を有し、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、
前記気化容器の温度および圧力を検出する第１検出手段と、
前記吸気ラインに気体燃料を供給している間、前記第１検出手段により得られる検出値に基づき、前記気体燃料供給手段を制御す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、
前記吸気ラインの温度および圧力を検出する第２検出手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気ラインに気体燃料を供給している間、前記第１検出手段および前記第２検出手段により得られる検出値に基づき前記気体燃料供給手段を制御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、
前記吸気ラインの圧力を検出する第２検出手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気ラインに気体燃料を供給している間、前記第１検出手段および前記第２検出手段により得られる検出値に基づき前記気体燃料供給手段を制御す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、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１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の燃料供給装置において、
前記制御手段は、前記第１検出手段により得られる検出値に基づき、前記気化容器内における空燃比を算出することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料供給装置において、
前記吸気ラインの温度および圧力、または前記吸気ラインの圧力を検出する第２検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第１検出手段および前記第２検出手段により得られる検出値に基づき、前記気化容器から前記吸気ラインに供給される気体燃料の流量を算出す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、
液体燃料が気化する空間を形成する気化容器、および、この気化容器に液体燃料を噴射する噴射弁を有し、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、
前記気化容器の温度および圧力を検出する第１検出手段と、
前記吸気ラインに気体燃料を供給している間、前記第１検出手段により得られる検出値に基づき、前記気体燃料供給手段を制御す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、
前記吸気ラインの温度および圧力を検出する第２検出手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気ラインに気体燃料を供給している間、前記第１検出手段および前記第２検出手段により得られる検出値に基づき前記気体燃料供給手段を制御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、
前記吸気ラインの圧力を検出する第２検出手段を備え、
前記制御手段は、前記吸気ラインに気体燃料を供給している間、前記第１検出手段および前記第２検出手段により得られる検出値に基づき前記気体燃料供給手段を制御す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、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１ないし請求項４の内のいずれか１つに記載の燃料供給装置において、
前記制御手段は、前記第１検出手段により得られる検出値に基づき、前記気化容器内における空燃比を算出することを特徴とする燃料供給装置。
【請求項６】
請求項５に記載の燃料供給装置において、
前記吸気ラインの温度および圧力、または前記吸気ラインの圧力を検出する第２検出手段を備え、
前記制御手段は、前記第１検出手段および前記第２検出手段により得られる検出値に基づき、前記気化容器から前記吸気ラインに供給される気体燃料の流量を算出することを特徴とする燃料供給装置。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１２−２４１６３４（Ｐ２０１２−２４１６３４Ａ）
【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２０１１−１１３０６５（Ｐ２０１１−１１３０６５）
【出願日】平成２３年５月２０日（２０１１．５．２０）
【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２０日（２０１１．５．２０）
【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）】
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