JP2005220811A

JP2005220811A - 内燃機関の燃料分留装置

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Publication number: JP2005220811A
Application number: JP2004029519A
Authority: JP
Inventors: Tomihisa Oda; 富久小田; Shinya Hirota; 信也広田; Takanobu Ueda; 貴宣植田; Akira Kenjo; 晃見上
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2004-02-05
Filing date: 2004-02-05
Publication date: 2005-08-18
Anticipated expiration: 2024-02-05
Also published as: JP4259336B2

Abstract

【課題】気相燃料の不足時におけるフェールセーフ機構を備えた内燃機関の燃料分留装置を提供する。
【解決手段】内燃機関１の燃料供給系統１１に接続され、燃料を気相と液相とに分留する分留部１９と、前記分留部にて分留された気相の燃料を貯留する気相燃料貯留手段２３と、前記気相燃料貯留手段の気相燃料を所定の供給先へ供給する気相燃料供給手段１８と、を備えた内燃機関の燃料分留装置１７において、前記気相燃料貯留手段の貯留量を取得する貯留量取得手段２４と、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記所定の供給先へ前記燃料供給系統の燃料を導入する燃料導入手段２８と、を備える。
【選択図】図３

Description

本発明は、内燃機関の燃料分留装置に関する。

燃料を循環させる経路の一部を加熱して燃料を低沸点成分と高沸点成分とに分留し、低沸点成分を触媒の上流から供給する排気浄化装置が知られている（特許文献１参照）。その他、本発明に関連する先行技術文献として特許文献２、３が存在する。
特許第２８５０５４７号公報特開２００１−５００７０号公報特開平５−１０６５２５号公報

従来の装置では、低沸点成分の燃料（加熱により気化した気相燃料）が貯留されているタンク内の燃料量が、触媒へ供給すべき気相燃料量よりも少なかった場合、触媒の排気浄化性能が低下して排気エミッションが悪化するおそれがある。また、内燃機関の始動時に気相燃料を吸気通路へ供給することで始動性の向上が期待できるが、この場合も気相燃料量が不足することで、内燃機関へ十分に燃料が供給されず始動性が悪化するおそれがある。

そこで、本発明は、排気浄化触媒や吸気通路等の供給先へ供給すべき気相燃料量が不足している場合でも供給先の性能悪化を抑制可能なフェールセーフ機構を備えた内燃機関の燃料分留装置を提供することを目的とする。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、内燃機関の燃料供給系統に接続され、燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部にて分留された気相の燃料を貯留する気相燃料貯留手段と、前記気相燃料貯留手段の気相燃料を所定の供給先へ供給する気相燃料供給手段と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、前記気相燃料貯留手段の貯留量を取得する貯留量取得手段と、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記所定の供給先へ前記燃料供給系統の燃料を導入する燃料導入手段と、を備えたことにより、上述した課題を解決する（請求項１）。

本発明の燃料分留装置では、気相燃料貯留手段の貯留量が所定量以下になった場合、燃料供給系統の燃料が供給先へ導入されるので、気相燃料の不足をこの燃料で補うことができる。気相燃料の供給先としては例えば排気浄化触媒や吸気通路が設定され、所定量としては排気浄化触媒の機能再生に必要な量の気相燃料量等が設定される。本発明によれば、例えば気相燃料を利用して排気浄化触媒の浄化性能を維持している場合、気相燃料の不足時には燃料供給系統の燃料が供給されるので、浄化性能の悪化が抑制できる。なお、本発明における気相燃料とは、分留時に気化した燃料のことを意味する。そのため、この気化した燃料が分留後に液化したものも、この気相燃料の概念に含まれる。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記燃料導入手段として、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記燃料供給系統から前記気相燃料貯留手段へ燃料を導入する原料燃料導入手段を備えていてもよい（請求項２）。このように気相燃料貯留手段へ燃料供給系統の燃料を導入することにより、気相燃料の供給先へ燃料供給系統の燃料を導入できる。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記分留部として燃料の分留が促進される分留区間を経て終端の分岐点へ至る分留通路が設けられ、前記分岐点から下方に分岐された液相通路と、前記分岐点から前記液相通路よりも上方に分岐された気相通路と、を備え、前記原料燃料導入手段として、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記気相通路へ液相燃料が導入されるように前記燃料供給系統から前記分留通路へ供給される燃料量を調整する燃料量調整手段を備えていてもよい（請求項３）。このように気相通路を介して液相燃料を気相燃料貯留手段へ導入することで、燃料供給系統から気相燃料貯留手段へ燃料を導入する経路を新たに設ける必要がない。気相通路への液相燃料の導入は、例えば分留通路へ供給する燃料量を増加して行う。分留通路への燃料供給量の増加は、分岐点へ流入する液相燃料の流量を増加させる。この液相燃料量の増加により、液相燃料の全量が一度に液相通路へ流入できなくなる。液相通路へ流入できなかった液相燃料は、気相通路へ流入して気相燃料貯留手段へ導入される。なお、この際気相通路へ流入した液相燃料は、分留通路で殆ど分留されていないと考えられる。そのため、燃料供給系統から供給された燃料がほぼそのまま気相燃料貯留手段へ導入される。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記燃料導入手段として、前記気相燃料供給手段から供給される燃料を前記気相燃料貯留手段の気相燃料と前記燃料供給系統の燃料とに切り替え可能な供給燃料切替手段と、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記気相燃料供給手段から前記燃料供給系統の燃料が供給されるように前記供給燃料切替手段を制御する制御手段と、を備えていてもよい（請求項４）。この場合、気相燃料貯留手段の貯留量が所定量以下であると判断した場合は供給燃料切替手段によって燃料供給系統の燃料が供給先へ供給されるので、供給先への燃料供給が中断されない。また、供給燃料切替手段によって供給先へ供給する燃料を切り替えるので、気相燃料貯留手段に燃料供給系統の燃料が混入しない。そのため、気相燃料貯留手段に貯留されている気相燃料の性状の重質化が抑制できる。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記燃料導入手段として、前記燃料供給系統から前記所定の供給先へ燃料を供給する原料燃料供給手段を備えていてもよい（請求項５）。この場合、気相燃料と燃料供給系統の燃料とをそれぞれ供給先へ供給できる。そのため、気相燃料と燃料供給系統の燃料とを同時に所定の供給先へ供給できる。従って、例えば所定の供給先へ供給する気相燃料量を減少させ、この減少させた気相燃料量分が補償されるように燃料供給系統から燃料を所定の供給先へ供給することができる。このように、燃料供給系統の燃料を所定の供給先へ供給することで、気相燃料の減少が抑制できる。なお、本発明における補償の概念は、気相燃料の不足による供給先の性能の悪化を抑制することを意味し、気相燃料の不足を燃料供給系統の燃料で完全に相殺すること、及び性能の悪化が抑制されるように燃料供給系統の燃料を供給することの両方を含む。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記気相燃料供給手段から前記所定の供給先へ供給される気相燃料量と前記原料燃料供給手段から前記所定の供給先へ供給される燃料量とを調整する供給量調整手段を備え、前記供給量調整手段は、前記貯留量が少ないほど前記原料燃料供給手段から供給される燃料量を増加させてもよい（請求項６）。このように燃料供給系統から所定の供給先へ供給される燃料量を調整することにより、気相燃料貯留手段の貯留量の減少が抑制できる。そのため、気相燃料貯留手段の気相燃料が無くなるまでの時間を延ばすことができる。なお、供給量調整手段によって調整される燃料量や気相燃料量には、供給量をゼロにする（燃料の供給を停止する）場合も含まれる。

本発明の内燃機関の燃料分留装置は、前記気相燃料貯留手段から前記所定の供給先へ気相燃料を供給する気相燃料供給ポンプが設けられ、前記貯留量が前記気相燃料供給ポンプで適正に吸引可能な量以下であると判断した場合に前記気相燃料供給ポンプを停止させるポンプ動作制御手段を備えていてもよい（請求項７）。気相燃料が適正に吸引できない状態で気相燃料ポンプを運転し続けると、気相燃料ポンプが焼き付くおそれがある。そこで、このような場合には気相燃料供給ポンプを停止させて、焼き付きを防止する。また、気相燃料供給ポンプの停止により、無駄なエネルギの消費が抑制できる。

本発明によれば、気相燃料貯留手段の貯留量が所定量以下になり供給先へ供給する気相燃料量が不足した場合でも、供給先への燃料供給が中止されることがない。そのため、例えば排気浄化触媒の機能再生に気相燃料を利用している場合、気相燃料の不足時に燃料供給系統の燃料を供給して排気浄化触媒の機能を再生させるので、触媒の浄化性能の悪化が抑制できる。

（第一の実施形態）
図１に、本発明の第一の実施形態に係る燃料分留装置が組み込まれた内燃機関を示す。図１の内燃機関１は、複数（図１では４つ）の気筒２を有するディーゼルエンジンとして構成される。周知のように、内燃機関１には吸気通路３及び排気通路４が接続され、吸気通路３には、ターボチャージャ５のコンプレッサ５ａ、吸気を冷却するインタークーラ６、吸気量調整用のスロットルバルブ７が設けられている。排気通路４には、ターボチャージャ５の排気タービン５ｂ、排気浄化触媒８が設けられている。排気浄化触媒８としては、例えば吸蔵還元型ＮＯｘ触媒が利用される。排気通路４は、排気の一部を吸気通路３へ戻すためＥＧＲクーラ９を介してＥＧＲ通路１０によって吸気通路３と接続されている。

内燃機関１には、燃料供給装置１１が設けられる。燃料供給装置１１は、各気筒２内へ燃料を噴射する燃料噴射弁１２と、燃料噴射弁１２から噴射する高圧の燃料を蓄えるコモンレール１３と、燃料を貯留する燃料タンク１４と、燃料タンク１４からコモンレール１３へ燃料を供給する燃料ポンプ１５と、燃料ポンプ１５から燃料分留装置１７へ燃料を供給するための燃料供給通路１６とを備えている。

また、内燃機関１には、燃料を分留する燃料分留装置１７と、分留した気相の燃料（気相燃料）を排気浄化触媒８の機能再生時に排気通路４へ添加する気相燃料添加装置１８とが設けられている。排気浄化触媒８である吸蔵還元型ＮＯｘ触媒の機能再生には、流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに設定して吸蔵されたＮＯｘを放出させるＮＯｘ還元と、流入する排気の空燃比をストイキ又はリッチに設定するとともにＮＯｘ還元時よりも排気の温度を高温にして硫黄分（Ｓ）を放出させるＳ再生と、ＮＯｘ触媒の温度を高温にして付着した粒子状物質（ＰＭ）を燃焼させるＰＭ再生と、がある。ＮＯｘ還元、Ｓ再生及びＰＭ再生のいずれの場合においても気相燃料を排気通路４へ添加する。

燃料分留装置１７は、分留通路１９と、燃料供給通路１６から分留通路１９へ供給される燃料の流量を調整する流量調整バルブ２０と、分留通路１９から分岐する気相通路２１及び液相通路２２と、気相燃料を貯留する気相燃料タンク２３とを備えている。気相燃料タンク２３には、気相燃料タンク２３内に貯留されている気相燃料量に応じた信号を出力するレベルセンサ２４が設けられている。気相燃料供給装置１８は、気相燃料を排気通路４へ添加する気相燃料添加用インジェクタ２５と、気相燃料タンク２３の気相燃料を気相燃料供給通路２６を介して気相燃料添加用インジェクタ２５へ送り出す気相燃料ポンプ２７とを備えている。

分留通路１９は、排気通路４の排気マニホールド４ａ内に配置されて燃料を目標温度（例えば２００〜２５０度）まで昇温させる分留区間１９ａと、分留区間１９ａで分留された気相燃料を気相通路２１へ、液相燃料を液相通路２２へそれぞれ導く分岐部１９ｂとを備えている。図２に、分岐部１９ｂの構造の一例を示す。図２（ａ）に示したように気相通路２１は、分岐部１９ｂにおいて分留区間１９ａから水平方向へ延びるように接続されている。一方、液相通路２２は、分岐部１９ｂにおいて鉛直下方へ延びるように分留区間１９ａと接続されている。このように液相通路２２を接続して、液相燃料のみを重力によって液相通路２２へ導く。なお気相通路２１は気相燃料タンク２３と接続され、液相通路２２は燃料タンク１４に接続されている。液相通路２２は直接燃料タンク１４に接続されていてもよいし、燃料ポンプ１５から燃料タンク１４へ燃料を戻すリターン通路（不図示）に接続されていてもよい。

内燃機関１の運転状態はエンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）２８により制御される。ＥＣＵ２８は、マイクロプロセッサ及びその動作に必要なＲＯＭ、ＲＡＭ等の周辺装置を組み合わせたコンピュータとして構成されている。ＥＣＵ２８は、例えば気相燃料添加用インジェクタ２５の動作を制御し、気相燃料を排気通路４へ添加して排気の空燃比をストイキ又はリッチにし、排気浄化触媒８の機能を再生させる。

また、ＥＣＵ２８は図３の分留通路燃料供給制御ルーチンを実行して流量調整バルブ２０の動作を制御し、分留通路１９へ供給する燃料量を調整している。図３の制御ルーチンは、内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。

図３の制御ルーチンにおいて、ＥＣＵ２８はまずステップＳ１１で内燃機関１が運転状態であるか否かを判断する。内燃機関１が運転状態であるか否かは例えば燃料噴射弁１２の動作を参照して判断する。内燃機関１が運転状態ではないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、内燃機関１が運転状態であると判断した場合はステップＳ１２へ進み、ＥＣＵ１８は分留通路１９へ供給する燃料量（Ｑｂａｓ）を算出する。Ｑｂａｓは内燃機関１の運転状態に応じて調整するので、例えば分留通路１９の温度を参照して算出する。算出方法としては、ＥＣＵ２８のＲＯＭに分留通路１９の温度とＱｂａｓとの対応関係を記述したマップを記録しておき、ＥＣＵ２８はそのマップを参照してＱｂａｓを算出する。なお、Ｑｂａｓを算出するために参照するパラメータは、分留通路１９の温度に限定されない。内燃機関１の運転状態に関係する種々のパラメータが使用できる。例えば、内燃機関１の回転数や負荷、排気温度、又は排気マニホールド２ａの温度とＱｂａｓとの対応関係をマップとしてＥＣＵ２８に記録しておき、これらのマップを参照してＱｂａｓを算出してもよい。

次のステップＳ１３において、ＥＣＵ２８は気相燃料タンク２３内に貯留されている気相燃料量が所定量以下であるか否かを判断する。所定量としては、例えば排気浄化触媒８の機能再生時に排気通路４へ供給すべき気相燃料量が設定される。所定量以下であると判断した場合はステップＳ１４へ進み、ＥＣＵ２８は、分岐部１９ｂにおいて液相燃料が気相通路２１へ導入される燃料供給量（Ｑｏｖｅｒ）を取得する。この燃料供給量は定数として予め設定しておいてもよいし、分留通路１９の温度等に応じて変化させてもよい。なお、図２（ｂ）に液相燃料が気相通路２１へ導入されている状態を示す。図２（ｂ）から明らかなように、分岐部１９ｂに流入する液相燃料量が多いと液相燃料の全量が液相通路２２へ流入できず、一部が気相通路２１へ流入する。続くステップＳ１５においてＥＣＵ２８は、Ｑｂａｓに０を代入して値を初期化する。

次のステップＳ１６においてＥＣＵ２８は、ＱｂａｓとＱｏｖｅｒとを足して最終的に分留通路へ供給する燃料量（Ｑｆｄ）を算出する。続くステップＳ１７においてＥＣＵ２８は、算出したＱｆｄの燃料が分留通路１９へ供給されるように流量制御バルブ２０の動作を制御する。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

なお、ステップＳ１３で気相燃料量が所定量以下ではないと判断した場合はステップＳ１８へ進み、ＥＣＵ２８はＱｏｖｅｒに０を代入して値を初期化する。その後、ステップＳ１６、Ｓ１７の処理を実行して今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように第一の実施形態では、気相燃料タンク２３の気相燃料量が所定量以下の場合、分留通路１９へ供給する燃料量を増加させて気相燃料タンク２３へ液相の燃料を導入する。これにより、気相燃料供給用インジェクタ２５から排気通路４への燃料供給を継続して行うことができる。ＥＣＵ２８は、図３の制御ルーチンを実行することにより燃料導入手段、原料燃料導入手段、燃料量調整手段として機能する。

なお、図１において気相燃料は排気浄化触媒８の機能再生に利用されている。そのため、図３の制御ルーチンは、排気浄化触媒８の機能再生時に実行され、その際に気相燃料タンク２３の貯留量が所定量以下であった場合に、分留通路へ供給する燃料を増量して気相通路へ液相燃料を導入してもよい。このように図３の制御ルーチンを実行することで、排気浄化触媒８の機能再生時における気相燃料の不足が確実に防止できる。排気浄化触媒８の機能再生時の判別方法としては、排気浄化触媒８の前後差圧を検出する差圧センサが設けられ、この差圧センサの検出値が所定値（例えば、排気浄化触媒８で排気が浄化できず排気エミッションが悪化するような差圧）を超えた場合に機能再生時であると判別する。

（第二の実施形態）
本発明の第二の実施形態を図４に示す。但し、本実施形態において、第一の実施形態と共通部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。図４から明らかなように本実施形態では、気相燃料供給通路２６に切替バルブ３０が設けられ、排気通路４へ供給する燃料を気相燃料と燃料タンク１４内の燃料（以降、原料燃料と記述することもある。）とで切り替えることが可能な点が第一の実施形態と異なる。

ＥＣＵ２８は、図５の添加燃料切替制御ルーチンを実行して切替バルブ３０の動作を制御する。図５の制御ルーチンは、内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図５において図３と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。ＥＣＵ２８は、図５の制御ルーチンを実行することにより制御手段として機能する。

図５の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２８は、まずステップＳ１３で気相燃料タンク２３の気相燃料量が所定量以下であるか否かを判断する。気相燃料量が所定量以下であると判断した場合はステップＳ２１へ進み、ＥＣＵ２８は切替バルブ３０の位置が燃料タンク１４から排気通路４へ原料燃料を供給する位置であることを示す原料燃料フラグがオンであるか否かを判断する。原料燃料フラグがオンであると判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。原料燃料フラグがオンではないと判断した場合はステップＳ２２へ進み、ＥＣＵ２８は原料燃料が排気通路４へ供給されるように切替バルブ３０の位置を切り替える。続くステップＳ２３においてＥＣＵ２８は、原料燃料フラグをオンにする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ１３において気相燃料量が所定量以下ではないと判断した場合はステップＳ２４へ進み、ＥＣＵ２８は原料燃料フラグがオンであるか否かを判断する。原料燃料フラグがオンではないと判断した場合は、今回の制御ルーチンを終了する。原料燃料フラグがオンであると判断した場合はステップＳ２５へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料が排気通路４へ供給されるように切替バルブ３０の位置を切り替える。続くステップＳ２６においてＥＣＵ２８は、原料燃料フラグをオフにする。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

第二の実施形態では、気相燃料量が所定量以下になった場合は燃料タンク１４内の燃料が排気通路４へ供給されるように切替バルブ３０の位置が切り替わる。そのため、排気浄化触媒８への燃料供給が中断されない。また、この実施形態では、気相燃料タンク２３へ分留前の燃料が混入しないので、気相燃料タンク２３内の気相燃料性状の重質化が抑制できる。

（第三の実施形態）
本発明の第三の実施形態を図６に示す。但し、本実施形態において他の実施形態と共通の部分には同一の参照符号を使用し、それらの詳細な説明は省略する。本実施形態では、燃料タンク１４から分留前の燃料が排気通路４へ供給可能なように原料燃料供給装置４０と、分留通路１９へ原料燃料を供給するための分留燃料供給用ポンプ５０とが設けられている点が他の実施形態と異なる。原料燃料供給装置４０は、排気通路４へ分留前の燃料を供給する原料燃料供給用インジェクタ４１と、燃料タンク１４の燃料を原料燃料供給用インジェクタ４１へ供給するための原料燃料ポンプ４２とを備えている。

ＥＣＵ２８は、排気浄化触媒８の機能を適正に再生させるため図７の制御ルーチンを実行して気相燃料供給用インジェクタ２５と原料燃料供給用インジェクタ４１との動作を制御する。図７の制御ルーチンは内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図７において図３及び図５と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図７の制御ルーチンにおいてＥＣＵ２８はまずステップＳ１１で内燃機関１が運転状態であるか否かを判断する。内燃機関１が運転状態ではないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、内燃機関１が運転状態であると判断した場合はステップＳ３１へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料添加条件が満たされているか否かを判断する。気相燃料添加条件が満たされているか否かは、例えば各再生処理（ＮＯｘ還元、Ｓ再生及びＰＭ再生）を実施する条件が満たされ、且つ気相燃料タンク２３の気相燃料量がある場合に気相燃料添加条件が満たされていると判断する。気相燃料添加条件が満たされていると判断した場合はステップＳ３２へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料の基本添加量（Ｑｌｂ）を算出する。Ｑｌｂは各再生処理によって異なるので、内燃機関１や排気浄化触媒８の状態を参照して各再生処理が適正に実施されるように算出される。

次のステップＳ３３においてＥＣＵ２８は、気相燃料タンク２３の気相燃料残量（ＶＬ）が原料燃料同時添加しきい値（ＶＣ）よりも小さいか否かを判断する。ＶＣには、ＶＣ以下の気相燃料量では排気浄化触媒８の機能再生処理が適正に実行できない程度の気相燃料量が設定される。ＶＬがＶＣよりも小さいと判断した場合はステップＳ３４へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料を添加する割合（Ｃｌ）に気相燃料添加割合定数（α）を代入する。続くステップＳ３５においてＥＣＵ２８は、原料燃料を添加する割合（Ｃｈ）に原料燃料添加割合定数（β）を代入する。なお、α及びβは、供給された気相燃料と分留前の燃料とによって排気浄化触媒８が適正に再生されるように設定される。従って、各再生処理によって設定値が異なる。そのため、ＣｌとＣｈを足した値は１にならなくてもよい。

ステップＳ３６においてＥＣＵ２８は、ＱｌｂとＣｌとから気相燃料添加量Ｑｌを算出する。続くステップＳ３７において、ＥＣＵ２８は、ＱｌｂとＣｈとから原料燃料添加量Ｑｈを算出する。次のステップＳ３８においてＥＣＵ２８は、気相燃料供給用インジェクタ２５からＱｌの気相燃料が、原料燃料供給用インジェクタ４１からＱｈの原料燃料がそれぞれ供給されるように気相燃料供給用インジェクタ２５と原料燃料供給用インジェクタ４１とを動作させる。その後、今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ３３でＶＬがＶＣよりも小さくないと判断した場合はステップＳ３９へ進み、ＥＣＵ２８はＣｌに１を代入する。続くステップＳ４０においてＥＣＵ２８は、Ｃｈに０を代入する。その後、ステップＳ３６〜Ｓ３８の処理を実行し、今回の制御ルーチンを終了する。

ステップＳ３１において気相燃料添加条件が満たされていないと判断した場合はステップＳ４１へ進み、ＥＣＵ２８は原料燃料添加条件が満たされているか否かを判断する。原料燃料添加条件は、例えば気相燃料タンク２３の貯留量が殆ど無い場合に満たされていると判断される。原料燃料添加条件が満たされていないと判断した場合は今回の制御ルーチンを終了する。一方、原料燃料添加条件が満たされていると判断した場合はステップＳ４２へ進み、ＥＣＵ２８は原料燃料の添加量（Ｑｈ）を算出する。Ｑｈは、排気通路４へ供給した原料燃料によって排気浄化触媒８の機能が適正に再生されるように算出される。次のステップＳ４３においてＥＣＵ２８は、Ｑｌに０を代入する。その後、ステップＳ２８の処理を実行し、今回の制御ルーチンを終了する。

以上に説明したように図７の制御ルーチンでは、気相燃料タンク２３の貯留量が排気浄化触媒８の機能を適正に再生可能な気相燃料量以下になった場合に、燃料タンク１４内の燃料と気相燃料とを排気通路４へ添加する。そのため、原料燃料のみを供給して触媒８を再生した場合と比較して、より適正に触媒８の機能を再生できる。

図８に、ＥＣＵ２８が気相燃料供給用インジェクタ２５と原料燃料供給用インジェクタ４１との動作を制御するために実行する制御ルーチンの他の例を示す。図８の制御ルーチンは内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図８において図３、５、７と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。図８の制御ルーチンを実行することにより、ＥＣＵ２８は供給量調整手段として機能する。

図８の制御ルーチンにおいてステップＳ３３までは図７の制御ルーチンと同じ処理が行われる。ステップＳ３３においてＶＬがＶＣよりも小さいと判断した場合はステップＳ５１へ進み、ＥＣＵ２８はＣｌの値を取得する。Ｃｌを取得するために参照するマップの一例を図９（ａ）に示す。図９（ａ）から明らかなようにＣｌは、排気浄化触媒８の温度が高いほど、内燃機関１から排出される排気ガス流量が多いほど小さくなる。続くステップＳ５２においてＥＣＵ２８は、Ｃｈの値を取得する。Ｃｈを取得するために参照するマップの一例を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）から明らかなようにＣｈは、排気浄化触媒８の温度が高いほど、内燃機関１から排出される排気ガス流量が多いほど大きくなる。なお、Ｃｌ、Ｃｈを取得するために参照するパラメータしては、排気ガス流量や触媒８の温度に限定されない。例えば排気ガス流量の代わりに内燃機関１が吸入する吸入新気量を、触媒８の温度の代わりに排気温度をそれぞれ参照してもよい。その後、ステップＳ３６以降の処理を行い、今回の制御ルーチンを終了する。

内燃機関１から排出される排気ガス流量が多いほど排気通路４へ供給した燃料が拡散し易い。また、排気浄化触媒８の温度が高いほど供給した燃料が気化し易い。そこで、内燃機関１の運転状態がこのような場合には、気相燃料よりも蒸発し難い原料燃料を多く供給しても供給した燃料を蒸発、拡散させることができる。以上に説明したように図８の制御ルーチンでは、気相燃料タンク２３の貯留量が排気浄化触媒８の機能を適正に再生可能な気相燃料量以下になった場合に供給する気相燃料量と燃料タンク１４の燃料量とを排気ガス流量及び排気浄化触媒８の温度に応じて変化させる。そのため、排気浄化触媒８へ供給する燃料を適正に蒸発させ、排気浄化触媒８全体へ拡散させることができる。従って、内燃機関１の運転状態に係らず一定の割合で燃料タンク１４の燃料と気相燃料とを供給する場合と比較して、排気浄化触媒８の機能をより適正に再生できる。また、内燃機関１の運転状態によっては気相燃料の供給量を抑制できるので、気相燃料量の減少を抑え、気相燃料タンク２３の気相燃料が無くなるまでの時間を延ばすことができる。さらに気相燃料がなくなるまでの時間を延ばすため、排気通路４へ供給する原料燃料量を、気相燃料タンク２３の貯留量が少ないほど増加してもよい。

図１０及び図１１に、ＥＣＵ２８が気相燃料供給用インジェクタ２５と原料燃料供給用インジェクタ４１との動作を制御するために実行する制御ルーチンの他の例を示す。図１０の制御ルーチンは内燃機関１の運転中に所定の周期で繰り返し実行される。なお、図１０及び図１１において図３、５、７、８と同一の処理には同一の参照符号を付し、説明を省略する。

図１０の制御ルーチンにおいてステップＳ３２までは図７と同様の処理を行う。次のステップＳ６１においてＥＣＵ２８は、ＶＬが気相燃料の添加を停止するしきい値（ＶＥ）よりも小さいか否かを判断する。ＶＥは、例えば気相燃料ポンプ２７によって気相燃料タンク２３内の気相燃料が吸引できない気相燃料量が設定される。ＶＬがＶＥよりも小さいと判断した場合はステップＳ６２へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料ポンプ２７が動作していることを示す運転フラグがオンであるか否かを判断する。運転フラグがオンであると判断した場合はステップＳ６３へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料ポンプ２７を停止させる。続くステップＳ６４においてＥＣＵ２８は、運転フラグをオフにする。なお、ステップＳ６７で運転フラグがオフであると判断した場合は、ステップＳ６３及びＳ６４をスキップする。

ステップＳ６５においてＥＣＵ２８は、Ｃｌに０を代入する。次のステップＳ６６においてＥＣＵ２８は、Ｃｈに気相燃料を添加できない緊急時に原料燃料を添加する割合（γ）を代入する。γとしては、例えば供給した原料燃料のみで排気浄化触媒８が適正に再生可能な燃料量が供給されるような値が設定される。その後、ステップＳ３６〜Ｓ３８の処理を実行し、今回の制御ルーチンを終了する。

一方、ステップＳ６１においてＶＬがＶＥよりも小さくないと判断した場合はステップＳ６７へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料ポンプ運転フラグがオンであるか否かを判断する。気相燃料ポンプ運転フラグがオフであると判断した場合はステップＳ６８へ進み、ＥＣＵ２８は気相燃料ポンプ２７を起動させる。続くステップＳ６９においてＥＣＵ２８は、気相燃料ポンプ運転フラグをオンにする。次のステップＳ３３以降は、図８と同様の処理を行う。なお、ステップＳ６７で気相燃料ポンプ運転フラグがオンであると判断した場合は、ステップＳ６８及びＳ６９をスキップする。

以上に説明したように図１０の制御ルーチンでは、気相燃料ポンプ２７によって気相燃料タンク２３内の気相燃料が吸引できない場合は気相燃料ポンプ２７を停止させる。そのため、気相燃料ポンプ２７の焼き付きが防止できる。ＥＣＵ２８は、図１０の制御ルーチンを実行することにより、ポンプ動作制御手段として機能する。

本発明は以上の実施形態に限定されず、本発明の技術的思想の範囲内において、種々の形態で実施してよい。例えば、内燃機関はディーゼルエンジンに限定されず、ガソリンエンジンに本発明を適用することもできる。気相燃料の供給先及び供給時期は、排気通路及び排気浄化触媒の機能再生時に限定されない。例えば内燃機関の始動時に吸気通路へ供給してもよい。気相燃料は低沸点成分の燃料を多く含んでいるので、始動時に吸気通路へ供給することで内燃機関の始動性を向上させることができる。

本発明の第一の実施形態に係る燃料分留装置が組み込まれた内燃機関を示す図。図１の分留通路の一部を拡大して示す図。図１のＥＣＵが実行する分留通路燃料供給制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の第二の実施形態に係る燃料分留装置が組み込まれた内燃機関を示す図。図４のＥＣＵが実行する添加燃料切替制御ルーチンを示すフローチャート。本発明の第三の実施形態に係る燃料分留装置が組み込まれた内燃機関を示す図。図６のＥＣＵが実行する燃料添加制御ルーチンを示すフローチャート。図６のＥＣＵが実行する燃料添加制御ルーチンの他の例を示すフローチャート。触媒温度及び排気ガス流量と気相燃料添加割合、原料燃料添加割合との関係の一例を示す図。図６のＥＣＵが実行する燃料添加制御ルーチンのさらに他の例を示すフローチャート。図１０の続きを示すフローチャート。

符号の説明

１内燃機関
１１燃料供給装置（燃料供給系統）
１７燃料分留装置
１８気相燃料供給装置（気相燃料供給手段）
１９分留通路（分留部）
１９ａ分留区間
１９ｂ分岐部（分岐点）
２１気相通路
２２液相通路
２３気相燃料タンク（気相燃料貯留手段）
２４レベルセンサ（貯留量取得手段）
２８エンジンコントロールユニット（燃料導入手段、原料燃料導入手段、燃料量調整手段、制御手段、供給量調整手段、ポンプ動作制御手段）
３０切替バルブ（供給燃料切替手段）
４０原料燃料供給装置（原料燃料供給手段）

Claims

内燃機関の燃料供給系統に接続され、燃料を気相と液相とに分留する分留部と、前記分留部にて分留された気相の燃料を貯留する気相燃料貯留手段と、前記気相燃料貯留手段の気相燃料を所定の供給先へ供給する気相燃料供給手段と、を備えた内燃機関の燃料分留装置において、
前記気相燃料貯留手段の貯留量を取得する貯留量取得手段と、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記所定の供給先へ前記燃料供給系統の燃料を導入する燃料導入手段と、を備えたことを特徴とする内燃機関の燃料分留装置。
前記燃料導入手段として、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記燃料供給系統から前記気相燃料貯留手段へ燃料を導入する原料燃料導入手段を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。
前記分留部として燃料の分留が促進される分留区間を経て終端の分岐点へ至る分留通路が設けられ、
前記分岐点から下方に分岐された液相通路と、前記分岐点から前記液相通路よりも上方に分岐された気相通路と、を備え、
前記原料燃料導入手段として、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記気相通路へ液相燃料が導入されるように前記燃料供給系統から前記分留通路へ供給される燃料量を調整する燃料量調整手段を備えたことを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の燃料分留装置。
前記燃料導入手段として、前記気相燃料供給手段から供給される燃料を前記気相燃料貯留手段の気相燃料と前記燃料供給系統の燃料とに切り替え可能な供給燃料切替手段と、前記貯留量が所定量以下であると判断した場合に前記気相燃料供給手段から前記燃料供給系統の燃料が供給されるように前記供給燃料切替手段を制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。
前記燃料導入手段として、前記燃料供給系統から前記所定の供給先へ燃料を供給する原料燃料供給手段を備えていることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料分留装置。
前記気相燃料供給手段から前記所定の供給先へ供給される気相燃料量と前記原料燃料供給手段から前記所定の供給先へ供給される燃料量とを調整する供給量調整手段を備え、
前記供給量調整手段は、前記貯留量が少ないほど前記原料燃料供給手段から供給される燃料量を増加させることを特徴とする請求項５に記載の内燃機関の燃料分留装置。
前記気相燃料貯留手段から前記所定の供給先へ気相燃料を供給する気相燃料供給ポンプが設けられ、
前記貯留量が前記気相燃料供給ポンプで適正に吸引可能な量以下であると判断した場合に前記気相燃料供給ポンプを停止させるポンプ動作制御手段を備えたことを特徴とする請求項５又は６に記載の内燃機関の燃料分留装置。