JP5605006B2 - 内燃機関の制御装置 - Google Patents

Description

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。

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。

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。

特開２００７−２２４８７８号公報 特開２００７−１０７４４２号公報 特開２００９−２７５５２２号公報

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。

また、上記従来技術では、気化室内の空燃比を正確に把握するための構成を有していない。このため、始動時に供給される気化燃料の濃薄度合によっては、始動時の空燃比がリーン側或いはリッチ側にずれるおそれがあり、始動性の悪化やエミッションの悪化が懸念される。

この発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、低温始動時等の燃料が気化し難い状況において気化燃料を筒内に供給する内燃機関において、気化燃料供給時の空燃比ズレを抑制して始動性およびエミッション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を目的とする。

第１の発明は、上記目的を達成するため、内燃機関の制御装置であって、
燃料を貯留する燃料タンクと、
内燃機関の吸気通路の途中に接続され、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、
前記内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁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、
前記気化燃料タンク内の空燃比を推定する推定手段と、
前記気化燃料タンク内の空燃比が略ゼロとなるまで前記気化燃料生成手段を実行する生成制御手段と、
前記内燃機関の始動時に前記気化燃料供給弁を開弁し、前記気化燃料タンク内に蓄えられていた気化燃料を前記吸気通路へ供給する供給制御手段と、
を備えることを特徴としている。

第２の発明は、第１の発明において、
前記推定手段は、
前記気化燃料供給弁を所定期間開弁し、前記気化燃料タンク内に蓄えられていた気化燃料を前記吸気通路へ供給する第２の供給制御手段と、
前記第２の供給制御手段の実行前後における空燃比補正量の変化量を算出する変化量算出手段と、
を含み、前記変化量に基づいて、前記気化燃料タンク内の空燃比を推定することを特徴としている。

第３の発明は、第２の発明において、
前記推定手段は、前記気化燃料生成手段の実行中に繰り返し実行され、
前記第２の供給制御手段を実行する場合の前記気化燃料供給弁の開度を設定する開度設定手段を更に含み、前記推定手段の初回実行時には、前記気化燃料供給弁の開度を所定の小開度に設定することを特徴としている。

第４の発明は、第３の発明において、
前記開度設定手段は、前記推定手段の初回以降の実行時には、前回の前記推定手段において推定された前記気化燃料タンク内の空燃比に応じて、前記気化燃料供給弁の開度を設定することを特徴としている。

第５の発明は、第２乃至第４の何れか１つの発明において、
前記推定手段は、
前記内燃機関の暖機状態を判定する暖機状態判定手段と、
前記内燃機関の暖機が未完了である場合に、前記第２の供給制御手段の実行に先立って、前記燃料タンク内の燃料を前記吸気通路のポートへ噴射するポート噴射手段と、
を更に含むことを特徴としている。

第６の発明は、第５の発明において、
前記ポート噴射手段は、前記暖機状態に応じて、前記ポートへ付着するポートウェット分に相当する燃料量を噴射することを特徴としている。

本発明によれば、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。

第１の発明によれば、気化燃料を生成する際に気化燃料タンク内の空燃比が推定される。そして、当該空燃比が略ゼロとなるまで気化燃料の生成が実行される。このため、本発明によれば、気化燃料タンク内の空燃比が略ゼロ、すなわちタンク内の気体を略全て気化燃料にすることができるので、始動時の気化燃料供給において、内燃機関の空燃比荒れを抑制して始動性およびエミッション特性を向上させることができる。

第２の発明によれば、気化燃料タンク内の空燃比を推定する場合に、気化燃料供給弁が所定期間開弁されて該気化燃料タンク内の気化燃料が吸気通路に供給される。供給前後の空燃比補正量の変化量は、気化燃料タンクからの燃料供給量に対応している。このため、本発明によれば、かかる空燃比補正量の変化量に基づいて、気化燃料タンク内の空燃比を精度よく推定することができる。

第３の発明によれば、気化燃料タンク内の空燃比は、気化燃料を生成している間に繰り返し推定される。この際、初回の空燃比推定時には、気化燃料供給弁の開度が所定の小開度に設定される。このため、本発明によれば、空燃比が把握されていない気化燃料が大量に供給されることによりドライバビリティが悪化するリスクを有効に回避することができる。

第４の発明によれば、初回以降の空燃比推定において、気化燃料供給弁の開度が前回推定された気化燃料の空燃比に応じて可変に設定される。このため、本発明によれば、内燃機関の空燃比が急激に変化してドライバビリティが悪化する事態を有効に回避することができる。

第５の発明によれば、内燃機関の暖機が未完了である場合に、空燃比推定の実行に先立ってポート噴射が行われる。このため、本発明によれば、空燃比の推定前に前もって吸気ポートにウェットを生成しておくことができるので、空燃比推定時に供給された気化燃料がポートに付着して推定誤差が生じる事態を有効に抑止することができる。

第６の発明によれば、内燃機関の暖機状態に対応したポートウェット分に相当する燃料量がポート噴射される。このため、本発明によれば、余剰な燃料噴射による空燃比荒れを有効に抑止しつつ、空燃比推定時に供給された気化燃料が吸気ポートに付着して推定誤差が生じる事態を有効に抑止することができる。

本発明の実施の形態１のシステム構成を説明するための全体構成図である。 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。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態１において実行されるルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態２において実行されるルーチンを示すフローチャートである。 本発明の実施の形態３において実行されるルーチンを示すフローチャートである。

以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態について説明する。尚、各図において共通する要素には、同一の符号を付して重複する説明を省略する。また、以下の実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。

実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図４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。

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、後述のＥＣＵ７０により開閉駆動される。そして、スロットルバルブ１８は、全閉位置と全開位置との間で開閉され、その開度に応じて吸気通路１２を流れる吸入空気量を調整する。サージタンク２０は、吸気通路１２の途中に一定の広がりをもつ空間を形成し、吸気脈動の減衰効果等を発揮するものである。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。

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、それぞれ吸気ポート２４及び排気ポートを開閉するための吸気弁及び排気弁（図示せず）とが設けられている。上述した噴射弁２６，２８には、車両の燃料タンク３２内に液化状態で貯留されたアルコール燃料が供給される。

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。

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３８、タンク内噴射弁４０、気化燃料供給弁４２、大気導入弁４４、リリーフ弁４６等を備えている。

気化燃料タンク３８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３２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３８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４０は、燃料タンク３２に貯留された燃料を気化燃料タンク３８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４０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４０から噴射された燃料は、気化燃料タンク３８内で受熱し気化することにより気化燃料となる。

気化燃料タンク３８は、スロットルバルブ１８の下流側でサージタンク２０と接続されている。この接続部には、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４２が設けられている。気化燃料供給弁４２の閉弁時には、気化燃料タンク３８とサージタンク２０との間が遮断され、気化燃料タンク３８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４２の開弁時には、前記タンク２０，３８が相互に連通され、気化燃料タンク３８に蓄えられた気化燃料がサージタンク２０に供給される。

また、気化燃料タンク３８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４４が設けられている。大気導入弁４４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３８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４２と大気導入弁４４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４４から気化燃料タンク３８内に大気が導入される。なお、これらの弁４２，４４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４４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４４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３８に導入される。

さらに、気化燃料タンク３８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４６が設けられている。リリーフ弁４６は、気化燃料タンク３８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４６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３８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４６は、気化燃料タンク３８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４６は、気化燃料タンク３８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。

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、後述する複数のセンサ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。

まず、センサ系統について説明すると、クランク角センサ４８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、この出力に基づ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５０は吸入空気量を検出し、水温センサ５２はエンジンの冷却水温を検出する。また、空燃比センサ６０は、排気通路１４に配置された触媒の上流側に設けられたセンサであって、エンジンから排気される燃焼ガスの排気空燃比を検出する。更に、吸気圧センサ６２は、例えばサージタンク２０の位置で吸入吸気の圧力を検出するもので、ＥＣＵ７０は、該吸気圧センサ６２の出力に基づいて、サージタンク２０内の圧力を検出することができる。また、タンク圧センサ５４は気化燃料タンク３８内の圧力を検出し、タンク温度センサ５６は気化燃料タンク３８内の温度を検出する。また、燃料性状センサ５８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。

センサ系統には、上記センサの他にも、車両やエンジンの制御に必要な各種のセンサ（例えばスロットルバルブ１８の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、必ずしも吸気圧センサ６２を必要とするものではない。すなわち、例えば、吸気圧センサ６２を使用せずに、エンジンの吸入空気量や回転数等に基づいて、吸入空気の圧力を推定することとしてもよい。また、タンク温度センサ５６に関しても、必ずしもこれを必要とするものではなく、例えば、エンジンの温度や運転履歴、気化燃料タンク３８への熱伝導特性等に基づいてタンク内温度を推定する構成としてもよい。

一方、ＥＣＵ７０の出力側には、スロットルバルブ１８、噴射弁２６，２８，４０、点火プラグ３０、スタータモータ３６、気化燃料供給弁４２、大気導入弁４４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、その検出結果に基づ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４８の出力に基づ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５０により吸入空気量を検出する。また、空燃比センサ６０により検出された排気空燃比を制御目標空燃比に制御するための空燃比フィードバック制御を行う。更に、以下に述べる通常の燃料噴射制御を実行しつつ、クランク角に基づいて点火時期を決定し、点火プラグ３０を駆動する。

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づいて燃料噴射量を算出し、クランク角に基づ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。

［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３８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４２と大気導入弁４４とを閉弁した状態で、タンク内噴射弁４０から燃料を噴射する。このとき、燃料の噴射量は、気化燃料タンク３８内の温度や燃料中のアルコール濃度等に基づいて、噴射燃料の全てが気化するように決定される。噴射された燃料は、タンク内の空気をリリーフ弁４６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４６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３８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。

上述した気化燃料生成制御により、気化燃料タンク３８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３８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。尚、気化燃料生成制御は、気化燃料タンク３８内の温度が気化燃料を生成しうる所定の判定温度より高い場合にのみ実行することが好ましい。

（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４２と大気導入弁４４とを開弁し、気化燃料タンク３８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４２と大気導入弁４４とを閉弁し、かつスロットルバルブ１８を全閉位置に保持した状態で、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。

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４２と大気導入弁４４とを開弁する。これにより、気化燃料タンク３８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３８内には、気化燃料が流出した分だけ大気導入弁４４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、大気導入弁４４を開弁するにあたり、気化燃料タンク３８内の圧力が大気圧以上である場合には、最初に気化燃料供給弁４２を開弁してから大気導入弁４４を開弁する。一方、タンク内の圧力が大気圧よりも低い場合には、最初に大気導入弁４４を開弁してから気化燃料供給弁４２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３８内へ空気が逆流することを有効に防止することができる。

気化燃料タンク３８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。これにより、各気筒での燃焼が連続するようになると、エンジン回転数が上昇し、エンジンが自立運転に移行する。ＥＣＵ７０は、自立運転が開始されたことをエンジン回転数の上昇により確認した時点で、クランキングを停止する。また、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを閉弁し、気化燃料供給制御を終了する。そして、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通常の燃料噴射制御を開始する。

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、エンジン水温等）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。

(本実施の形態の特徴)
ところで、上述した気化燃料の供給制御において必要な燃料量を供給するためには、気化燃料タンク３８内の気化燃料と残留空気との混合気（以下、「タンク内混合気」と称する）の空燃比を把握する必要がある。そこで、本実施の形態のシステムでは、タンク内混合気の空燃比が略ゼロとなるまで気化燃料の生成を実行することとする。これにより、タンク内混合気を気化燃料のみにすることができるので、その後の始動時における気化燃料供給制御において供給される気化燃料量を正確に把握することができる。これにより、始動時に空燃比荒れによる始動性悪化やエミッションの悪化が生じる事態を有効に抑制することができる。

尚、タンク内混合気の空燃比が略ゼロとなったか否かは、気化燃料生成制御の実行中におけるタンク内混合気の空燃比を随時推定することにより判定することが好ましい。より具体的には、先ず、エンジンが所定の定常運転であるときに、気化燃料生成制御の実行中に気化燃料供給弁４２を所定期間開弁する。これにより、サージタンク２０内の吸気負圧によってタンク内混合気の一部がサージタンク２０内へ供給される。尚、タンク内混合気の供給量は、例えば、先ず吸気圧センサ６２およびタンク圧センサ５４の検出信号を用いて気化燃料タンク３８内とサージタンク２０内との差圧を算出し、当該差圧と気化燃料供給弁４２の開度から求まる流路面積とその開弁時間とから算出することができる。

供給されたタンク内混合気中の気化燃料は、吸気ポート噴射弁２６や筒内噴射弁２８から噴射された燃料とともに筒内で燃焼する。ここで、上述したとおり、ＥＣＵ７０はエンジン運転中に空燃比のフィードバック制御を行っている。このため、上述したタンク内混合気の供給が行われて筒内燃料量が増大すると、この空燃比ズレを補正すべくフィードバック補正量が変化する。つまり換言すると、当該供給前後のフィードバック補正量の変化量は、供給された混合気中の気化燃料量に対応して変化する。したがって、当該フィードバック補正量の変化量とタンク内混合気の供給量とにタンク内混合気の空燃比を関連付けたマップデータをＥＣＵ７０に記憶しておくことで、これらのフィードバック補正量の変化量およびタンク内混合気の供給量に対応する混合気の空燃比を算出することができる。

［実施の形態１の具体的な処理］
次に、図３および図４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。先ず、図３は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ７０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３に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

図３に示すルーチンでは、先ず、燃料性状センサ５８を用いて、燃料タンク３２内の燃料のアルコール濃度Ｅが検出される（ステップ１００）。次に、水温センサ５２を用いて検出されたエンジン水温が判定温度Ａよりも大きいか否かが判定される（ステップ１０２）。ここで、判定温度Ａとは、気化燃料タンク３８内において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であると判断されて、次のステップに移行し、気化燃料タンク３８内に燃料が噴射される（ステップ１０４）。ここでは、具体的には、気化燃料供給弁４２と大気導入弁４４とを閉弁した状態でタンク内噴射弁４０が駆動されて、気化燃料タンク３８内に気化燃料が蓄えられる。

次に、タンク内混合気の空燃比（Ａ／Ｆ）が略ゼロとなったか否かが判定される（ステップ１０６）。タンク内混合気の空燃比は、後述する図４に示すサブルーチンによって推定される。その結果、Ａ／Ｆ≒０の成立が認められない場合には、上記ステップ１０４に戻って再度気化燃料タンク３８内に燃料が噴射される。一方、上記ステップ１０６において、Ａ／Ｆ≒０の成立が認められた場合には、気化燃料タンク３８内が略全て気化燃料となったと判断されて、本ルーチンは終了される。

次に、図４は、本発明の実施の形態１において、ＥＣＵ７０により実行されるタンク内混合気の空燃比を推定するサブルーチンのフローチャートである。尚、図４に示すルーチンは、エンジンの運転中に繰り返し実行されるものとする。

この図に示すルーチンでは、先ず、気化燃料タンク３８内への燃料噴射履歴があるか否かが判定される（ステップ２００）。ここでは、具体的には、本トリップにおいて上記ステップ１０４の処理が実行されたか否かが判定される。その結果、燃料噴射履歴がない場合には、未だ気化燃料タンク３８内に気化燃料が蓄えられていないと判断されて、本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２００において、燃料噴射履歴があると判定された場合には、次のステップに移行し、機関運転状態（回転数および負荷率）が所定の定常運転状態か否か、および気化燃料タンク３８内の気化燃料をサージタンク２０へ供給可能な状態か否か（所定の吸気管負圧が発生しているか否か）が判定される（ステップ２０２）。その結果、これらの判定の成立が認められない場合には、空燃比の推定動作を実行することができないと判断されて本ルーチンは速やかに終了される。

一方、上記ステップ２０２において、これらの判定の成立が認められた場合には、空燃比の推定動作が実行可能と判断されて、次のステップに移行し、空燃比のフィードバック制御の現時点での補正量が算出される（ステップ２０４）。次に、気化燃料供給弁４２が許可される（ステップ２０６）。これにより、気化燃料供給弁４２が所定の固定開度に開弁されてタンク内混合気の一部がサージタンク２０へ流入する。

次に、気化燃料供給弁４２の開弁時間が所定時間Ｃを越えたか否かが判定される（ステップ２０８）。所定時間Ｃは、所望量のタンク内混合気がサージタンク２０へ供給されるために必要な時間として、予め設定された値が読み込まれる。その結果、開弁時間＞所定時間Ｃの成立が認められない場合には、現時点での空燃比のフィードバック制御の補正量が算出されて（ステップ２１０）、本ルーチンは一旦終了される。一方、上記ステップ２０６において開弁時間＞所定時間Ｃの成立が認められた場合には、次のステップに移行し、気化燃料供給弁４２が閉弁される（ステップ２１２）。

次に、空燃比フィードバック補正量の変化量ΔＤが算出される（ステップ２１４）。ここでは、具体的には、上記ステップ２０４において算出された気化燃料供給弁４２の開弁前のフィードバック補正量から上記ステップ２１０において算出された閉弁直前のフィードバック補正量を減算することにより、変化量ΔＤが算出される。

次に、タンク内混合気の空燃比が推定される（ステップ２１６）。ここでは、具体的には、先ず、吸気圧センサ６２から求まる気化燃料タンク３８内の圧力とタンク圧センサ５４から求まるサージタンク２０内の圧力との差圧、気化燃料供給弁４２の開度から求まる流路面積、およびその開弁時間（所定時間Ｃ）に基づいて、タンク内混合気の供給量が算出される。そして、上述したマップデータを用いることで、タンク内混合気の供給量と空燃比フィードバック補正量の変化量ΔＤとに対応するタンク内混合気の空燃比が算出される。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、タンク内混合気の空燃比が略ゼロとなるまで気化燃料生成制御が実行される。このため、次回の始動時における気化燃料供給制御において、サージタンク２０へ供給される気化燃料量を高精度に把握することが可能となる。これにより、気化燃料供給時における空燃比荒れを抑制することができるので、始動性の悪化やエミッションの悪化を有効に抑止することができる。

ところで、上述した実施の形態１のシステムでは、気化燃料生成制御において、タンク内での燃料噴射を許可するための判定としてエンジン水温を用いているが、タンク温度センサ５６によって検出される気化燃料タンク３８内の温度を判定に用いることとしてもよい。

また吸気圧センサ６２の検出信号に基づいてサージタンク２０内の圧力を取得することとしているが、エンジン回転数および負荷率に基づいてサージタンク２０内の圧力を推定することとしてもよい。

また、上述した実施の形態１のシステムでは、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ている。しかしながら、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適用することとしてもよい。

尚、上述した実施の形態１においては、タンク内噴射弁４０が前記第１の発明における「タンク内燃料供給手段」に相当しているとともに、ＥＣＵ７０が、上記ステップ１０４の処理を実行することにより、前記第１の発明における「気化燃料生成手段」が、上記ステップ１０６の処理を実行することにより、前記第１の発明における「推定手段」および「供給制御手段」が、それぞれ実現されている。

また、上述した実施の形態１においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ２１６の処理を実行することにより、前記第２の発明における「推定手段」が、上記ステップ２０６の処理を実行することにより、前記第２の発明における「第２の供給制御手段」が、上記ステップ２１４の処理を実行することにより、前記第２の発明における「変化量算出手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態２．
［実施の形態２の特徴］
次に、図５を参照して、本発明の実施の形態２について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成および図２に示す制御構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図５に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態１のシステムでは、タンク内混合気の空燃比推定制御において、気化燃料供給弁４２の開弁許可が出された場合に、該気化燃料供給弁４２を所定の固定開度に開弁することとしている。このため、タンク内混合気の空燃比が過濃薄である場合には、空燃比荒れによってドライバビリティが低下するおそれがある。そこで、タンク内混合気の空燃比に応じて気化燃料供給弁４２の開度を設定することが考えられる。しかしながら、例えば、各トリップにおける初回の空燃比推定時においては、タンク内混合気の空燃比が不明な状態にあるため、該空燃比の大きさに応じて開度を設定することができない。

そこで、本実施の形態２のシステムでは、各トリップの初回の空燃比推定時には、気化燃料供給弁４２の弁開度を所定の小開度に設定することとする。より具体的には、例えば、タンク内混合気の供給量が全体のＡ％となるような気化燃料供給弁４２の弁開度Ｂに設定することが好ましい。尚、このＡ％は、タンク内混合気の空燃比が過濃薄状態であっても、現在の運転領域においてリーン限界空燃比以下およびリッチ限界空燃比以上とならない混合比率とすることが好ましい。これにより、タンク内混合気の空燃比が不明な状態であっても、空燃比荒れが発生するリスクを有効に抑制することができる。

但し、気化燃料の供給量が少量となると空燃比の推定精度が低下してしまう。このため、空燃比荒れの懸念がない場合には、気化燃料供給弁４２の開度を極力大きくした方が好ましい。そこで、本実施の形態２のシステムでは、初回以降の空燃比推定時においては、前回の空燃比推定において推定された空燃比に応じて、気化燃料供給弁４２の弁開度を可変に設定することとする。

より具体的には、先ず、推定された空燃比が所定の空燃比範囲に属するか否かを判定する。尚、所定の空燃比範囲は、現在の運転領域においてＡ％を超えるタンク内混合気を供給したとしても、リーン限界空燃比以下およびリッチ限界空燃比以上とならない空燃比範囲とすることが好ましい。

そして、推定された空燃比が所定の空燃比範囲に属する場合には、気化燃料供給弁４２の弁開度をタンク内混合気の供給量が全体のＤ（＞Ａ）％となるような弁開度に設定することとする。尚、このＤ％は、推定された空燃比に応じて変化する値であって、好ましくは、推定された空燃比のタンク内混合気を現在の運転領域において供給した場合に、リーン限界空燃比以下およびリッチ限界空燃比以上とならない最大の混合比率に設定される。これにより、空燃比荒れを抑止しつつ、空燃比の推定精度を向上させることができる。

［実施の形態２の具体的な処理］
次に、図５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。先ず、図５は、上述した図４に示すルーチンのステップ２０６において気化燃料供給弁４２の弁開度を設定するために実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。

図５に示すルーチンでは、先ず、開弁許可がＯＮとなったか否かが判定される（ステップ３００）。その結果、判定の成立が認められた場合には、次のステップに移行し、気化燃料供給弁４２の初回の弁開度が設定される（ステップ３０２）。ここでは、具体的には、エンジン回転数、負荷率、吸気管圧、気化燃料タンク３８内の圧力、およびサージタンク２０内の圧力（吸気圧）等の機関運転状態に基づいて、タンク内混合気の供給量が全体のＡ％となるような気化燃料供給弁４２の開度Ｂが算出・設定される。

次に、推定されたタンク内混合気の空燃比が所定の空燃比範囲（Ｅ＜推定空燃比＜Ｆ）か否かが判定される（ステップ３０４）。ここでは、具体的には、後述するステップ３０８において格納されたタンク内混合気の空燃比が読み込まれて、かかる空燃比がリーン限界およびリッチ限界に対応する所定の空燃比範囲に属するか否かが判定される。その結果、判定の不成立が認められた場合、或いはタンク内混合気の空燃比が未だ推定されていない場合（初回開弁時）には、タンク内混合気の供給量をＡ％よりも増やすとリーン限界またはリッチ限界を超えるおそれがあると判断されて、本ルーチンは終了される。

一方、上記ステップ３０４において判定の成立が認められた場合には、タンク内混合気の供給量をＡ％よりも増やすことが可能と判断されて、次のステップに移行し、タンク内混合気の供給量が全体のＤ（＞Ａ）％となる気化燃料供給弁４２の弁開度が算出・設定される（ステップ３０６）。ここでは、具体的には、推定されたタンク内混合気の空燃比に基づいて、リーン限界またはリッチ限界を超えない範囲で最大となるタンク内混合気の供給量が算出され、これに対応する弁開度が算出・設定される。次に、タンク内混合気の空燃比が上記ステップ２１６において新たに推定された値に更新されて格納される（ステップ３０８）。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、気化燃料供給弁４２の初回開弁時には、該気化燃料供給弁４２の開度が所定の小開度（＝Ｂ）に設定される。これにより、タンク内混合気の空燃比が不明な状態であっても、空燃比荒れが発生するリスクを有効に抑制することができる。

また、本実施の形態のシステムによれば、気化燃料供給弁４２の初回以降の開弁時には、該気化燃料供給弁４２の開度がタンク内空燃比に応じた開度に設定される。これにより、空燃比荒れを抑止しつつ、空燃比の推定精度を向上させることができる。

尚、上述した実施の形態２においては、弁開度Ｂが前記第３の発明における所定の小開度に相当しているとともに、ＥＣＵ７０が、上記ステップ３０２の処理を実行することにより、前記第３の発明における「開度設定手段」が、上記ステップ３０６の処理を実行することにより、前記第４の発明における「開度設定手段」が、それぞれ実現されている。

実施の形態３．
［実施の形態３の特徴］
次に、図６を参照して、本発明の実施の形態３について説明する。本実施の形態のシステムは、図１に示すハードウェア構成および図２に示す制御構成を用いて、ＥＣＵ７０に後述する図６に示すルーチンを実行させることにより実現することができる。

上述した実施の形態１のシステムでは、気化燃料生成制御においてエンジン水温が気化燃料タンク３８内において気化燃料を生成し得る温度（判定温度Ａ）に達している場合に、気化燃料タンク３８内に燃料を噴射することとしている。

しかしながら、機関運転状態によっては、そのトリップにおいてエンジン水温が判定温度Ａまで達するとは限らず、半暖機状態でエンジンが停止される場合も想定される。このため、機関運転状況によっては、完全暖機状態に移る前に気化燃料生成制御を実行する場合も想定される。この場合、半暖機状態においてタンク内混合気の空燃比推定を行う必要があるが、半暖機状態では供給された気化燃料がポートウェットとして吸気ポート２４の壁面に付着してしまうため、空燃比推定の精度が低下してしまうおそれがある。

そこで、本実施の形態のシステムでは、機関の半暖機状態でタンク内混合気の空燃比推定制御を実行する場合に、予め吸気ポート２４にポートウェットを生成しておくこととする。より具体的には、エンジン水温に基づいてポートウェット分に相当する燃料量を算出し、気化燃料供給弁４２の開弁に先立って、吸気ポート噴射弁２６から燃料噴射を実行することとする。噴射された燃料はポートウェットとなって吸気ポート２４へ付着する。これにより、その後に気化燃料供給弁を開弁した場合に、タンク内混合気中の気化燃料が吸気ポート２４に付着することを抑止することができるので、空燃比の推定精度が低下する事態を有効に回避することができる。

［実施の形態３の具体的な処理］
次に、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。先ず、図６は、上述した図４に示すルーチンのステップ２０６において気化燃料供給弁４２の開弁許可を出す際に実行されるサブルーチンを示すフローチャートである。

図６に示すルーチンでは、先ず、エンジンの暖機状態が所定の半暖機状態か否かが判定される（ステップ４００）。ここでは、具体的には、水温センサ５２の検出信号から算出されるエンジン水温が所定の半暖機温度範囲に属するか否かが判定される。ここで、所定の半暖機温度範囲は、例えば、エンジンの完全暖機前に気化燃料タンク３８内において気化燃料を生成しうる温度範囲として予め設定された値を使用することができる。

次に、上記ステップ４００において算出されたエンジン水温に基づいて、ポートウェット分の燃料量が算出されて、吸気ポート噴射弁２６から燃料噴射が実行される（ステップ４０２）。次に、ポートウェットの生成が完了したか否かが判定される（ステップ４０４）。その結果、判定の成立が認められた場合には、気化燃料供給弁４２の開弁許可がＯＮとされる（ステップ４０６）。

以上説明したとおり、本実施の形態のシステムによれば、エンジンの半暖機状態でタンク内混合気の空燃比推定を実行する場合に、予め吸気ポート２４にポートウェットが生成される。これにより、タンク内混合気に含まれる気化燃料が吸気ポート２４に付着することを抑止することができるので、半暖機状態であっても空燃比の推定精度を高く維持することができる。

尚、上述した実施の形態４においては、ＥＣＵ７０が、上記ステップ４００の処理を実行することにより、前記第５の発明における「暖機状態判定手段」が、上記ステップ４０２の処理を実行することにより、前記第５の発明における「ポート噴射手段」が、それぞれ実現されている。

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
２２ 吸気マニホールド
２４ 吸気ポート
２６ 吸気ポート噴射弁
２８ 筒内噴射弁
３２ 燃料タンク
３６ スタータモータ
３８ 気化燃料タンク
４０ タンク内噴射弁
４２ 気化燃料供給弁
４４ 大気導入弁
４６ リリーフ弁
４８ クランク角センサ
５０ エアフローセンサ
５２ 水温センサ
５４ タンク圧センサ
５６ タンク温度センサ
５８ 燃料性状センサ
７０ ＥＣＵ

Claims (6)

1. 燃料を貯留する燃料タンクと、
   内燃機関の吸気通路の途中に接続され、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、
   前記内燃機関の運転中に前記気化燃料供給弁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、
   前記気化燃料タンク内の空燃比を推定する推定手段と、
   前記気化燃料タンク内の空燃比が略ゼロとなるまで前記気化燃料生成手段を実行する生成制御手段と、
   前記内燃機関の始動時に前記気化燃料供給弁を開弁し、前記気化燃料タンク内に蓄えられていた気化燃料を前記吸気通路へ供給する供給制御手段と、
   を備えることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 前記推定手段は、
   前記気化燃料供給弁を所定期間開弁し、前記気化燃料タンク内に蓄えられていた気化燃料を前記吸気通路へ供給する第２の供給制御手段と、
   前記第２の供給制御手段の実行前後における空燃比補正量の変化量を算出する変化量算出手段と、
   を含み、前記変化量に基づいて、前記気化燃料タンク内の空燃比を推定することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の制御装置。
3. 前記推定手段は、前記気化燃料生成手段の実行中に繰り返し実行され、
   前記第２の供給制御手段を実行する場合の前記気化燃料供給弁の開度を設定する開度設定手段を更に含み、前記推定手段の初回実行時には、前記気化燃料供給弁の開度を所定の小開度に設定することを特徴とする請求項２記載の内燃機関の制御装置。
4. 前記開度設定手段は、前記推定手段の初回以降の実行時には、前回の前記推定手段において推定された前記気化燃料タンク内の空燃比に応じて、前記気化燃料供給弁の開度を設定することを特徴とする請求項３記載の内燃機関の制御装置。
5. 前記推定手段は、
   前記内燃機関の暖機状態を判定する暖機状態判定手段と、
   前記内燃機関の暖機が未完了である場合に、前記第２の供給制御手段の実行に先立って、前記燃料タンク内の燃料を前記吸気通路のポートへ噴射するポート噴射手段と、
   を更に含むことを特徴とする請求項２乃至４の何れか１項記載の内燃機関の制御装置。
6. 前記ポート噴射手段は、前記暖機状態に応じて、前記ポートへ付着するポートウェット分に相当する燃料量を噴射することを特徴とする請求項５記載の内燃機関の制御装置。

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