JP5873039B2 - 燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料を加熱室において燃料ヒータで加熱して燃料噴射弁に供給する内燃機関の燃料供給装置に係る。

燃料噴射弁を用いて燃料を噴射する内燃機関では、低温時にも円滑な始動を可能とするために、燃料噴射弁に供給される燃料を温めることがある。燃料を温めるための装置として、燃料供給管内にヒータを設け、ヒータで加熱した燃料を燃料噴射弁に供給するようにした燃料加熱装置などが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、多気筒エンジン燃料供給装置として、気筒ごとに設けられた複数の燃料噴射弁に対して燃料レールから燃料を供給するように構成し、複数の燃料噴射弁と燃料レールとの間に両者に接続するアダプタを設けた構成が特許文献２に開示されている。特許文献２では、燃料レール内にサーモスイッチを設けるとともに、このサーモスイッチを、例えばドアスイッチやシートセンサなど、外部の接点を形成する装置とアダプタ内に設けたヒータとに接続しており、外部の接点を形成する装置の作動に応じて、また燃料の温度に関連して、サーモスイッチが閉鎖し、通電されたヒータが燃料を加熱し、規定された限界温度を上回ったときに加熱が阻止される。

特開平５−２６１３０号公報 特表２００９−５０３３５２号公報

しかしながら、特許文献２に記載された構成では、ヒータ通電時のヒータ駆動回路の熱損失が大きく、ヒータ駆動回路が過熱によって作動できなくなる虞がある。

本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、ヒータ通電時のヒータ駆動回路の熱エネルギを燃料温度の上昇に寄与させることで有効に利用し、ヒータ駆動回路の作動を安定化させるとともに内燃機関の始動性を向上させることをその主な目的とする。

このような課題を解決するために、本発明の一側面によれば、内燃機関（２）に設けられる燃料噴射弁（６）と、燃料タンク（３）内の燃料を前記燃料噴射弁（６）へ圧送する燃料ポンプ（８）と、前記燃料ポンプ（８）から前記燃料噴射弁（６）に供給される燃料を加熱する燃料ヒータ（１８）と、前記燃料ヒータ（１８）を受容する加熱室（１６）を形成するとともに、前記燃料ポンプ（８）から供給された燃料を前記加熱室（１６）に流入させる流入口（流通口１３ｏ）、および前記加熱室（１６）の燃料を前記燃料噴射弁（６）に向けて流出させる流出口（１７ｏ）が形成されたヒータケース（１７）と、駆動素子（２７）から供給される電力を制御することで前記燃料ヒータ（１８）を駆動するヒータ駆動回路（２４）とを備え、前記駆動素子（２７）が前記ヒータケース（１７）に対して熱伝導可能な状態で配置された構成とする。

この構成によれば、燃料ヒータへの通電時に発熱する駆動素子をヒータケースに対して熱伝導可能な状態で配置したことにより、駆動素子の熱エネルギを燃料の加熱に有効利用でき、ヒータ駆動回路の作動を安定化させるとともに燃料の加熱効率を高めて内燃機関の始動性を向上させることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記駆動素子（２７）が前記ヒータケース（１７）の外面に密接するように前記ヒータケース（１７）に設置された構成とすることができる。

この構成によれば、駆動素子の熱エネルギを効果的に燃料の加熱に利用できる。

また、本発明の一側面によれば、前記燃料ヒータ（１８）による前記ヒータケース（１７）内の燃料の目標加熱温度の最大値（例えば１００℃）が前記駆動素子（２７）の耐熱温度（例えば１５０℃）以下に設定された構成とすることができる。

この構成によれば、駆動素子の作動可能な範囲内で燃料ヒータを駆動制御することにより、通電開始時には駆動素子の熱エネルギを燃料の加熱に有効利用し、燃料温度が上昇する加熱完了直前においても駆動素子の作動を安定させることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記流出口（１７ｏ）が前記流入口（１３ｏ）よりも鉛直方向で上方に配置され、かつ前記駆動素子（２７）が前記流入口（１３ｏ）よりも前記流出口（１７ｏ）に近い位置に配置された構成とすることができる。

この構成によれば、流入口から加熱室に流入する低温の燃料が燃料ヒータによって温められ、流出口から燃料噴射弁に向けて流出させる構成において、駆動素子の熱を利用して燃料噴射弁側の燃料を確実に温めることができるうえ、温まって軽くなった燃料が上昇しても流入口から燃料配管側へ流出しないため、温かい燃料を加熱室に留めることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記燃料ヒータ（１８）が駆動されるときに前記燃料ポンプ（８）への給電が抑制される構成とすることができる。

この構成によれば、駆動素子の発熱を中断させることなく継続することで、駆動素子が冷めることを回避し、燃料温度を迅速に上昇させることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記内燃機関（２）が搭載される車両の電装部品（５０）を更に備え、前記燃料ヒータ（１８）が駆動されるときに前記電装部品（５０）への給電が抑制される構成とすることができる。

この構成によれば、駆動素子の発熱を中断させることなく継続することで、駆動素子が冷めることを回避し、燃料温度を迅速に上昇させることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記加熱室（１６）内の燃料温度が前記内燃機関（２）の始動可能温度に達したことを判定する判定手段（４６）と、前記内燃機関（２）に付設されたスタータモータ（１２）とを更に備え、前記判定手段（４６）によって前記加熱室（１６）内の燃料温度が前記内燃機関（２）の始動可能温度に達したことが判定された場合、前記スタータモータ（１２）が駆動されるときに前記燃料ヒータ（１８）への給電が抑制される構成とすることができる。

この構成によれば、燃料温度が始動可能温度まで上昇したときには、スタータモータによる始動制御を優先することで、確実に内燃機関を始動させることができる。

また、本発明の一側面によれば、前記内燃機関（２）の運転中に、前記内燃機関（２）に供給された燃料のアルコール濃度を学習し、学習したアルコール濃度を保持するアルコール濃度学習手段（４４）を更に備え、前記アルコール濃度学習手段（４４）は、前記内燃機関（２）の始動後に開始したアルコール濃度の学習が完了する前に前記内燃機関（２）が停止し、次回の始動時に前記内燃機関（２）の始動に失敗した場合、保持している前記アルコール濃度を、燃料の加熱を必要とする比較的高い所定値（例えばＥ１００）に持ち替える構成とすることができる。

この構成によれば、給油により、保持していたアルコール濃度と燃料タンク内の燃料の実際のアルコール濃度とが異なる値となった際に、内燃機関の始動の失敗操作が繰り返されることを回避できる。

また、本発明の一側面によれば、前記ヒータ駆動回路（２４）は、８０Ｈｚ以上のＰＷＭ方式で前記燃料ヒータ（１８）を駆動制御する構成とすることができる。

この構成によれば、燃料ヒータの駆動制御時に、内燃機関が搭載される車両などに備わる電装品の動作に影響が及ぶことを抑制できる。

このように本発明によれば、ヒータ駆動回路の作動を安定化させるとともに内燃機関の始動性を向上させる内燃機関の燃料供給装置を提供することができる。

実施形態に係る燃料供給装置の全体概要図 図１に示した燃料加熱ユニットの斜視図 図１に示した燃料加熱ユニットの断面図 図３に示したヒータ駆動回路の回路図 図２に示したＥＣＵの機能ブロック図 図５に示したＥＣＵによる一実施形態に係る燃料供給制御のフロー図 図５に示したＥＣＵによる他の実施形態に係る燃料供給制御のフロー図 図７に示した燃料供給制御に係るタイムチャート ヒータデューティ比とスタータ回転速度との相関図である。 図５に示したＥＣＵによるアルコール濃度学習の説明図 図２に示した駆動回路による作用効果の説明図

以下、添付の図面に示された一実施形態を参照して本発明に係る燃料供給装置１について詳細に説明する。なお、各部材や各部位について方向を示す場合、水平な平坦路に停止した自動車の内燃機関に燃料供給装置１が設置された状態において、鉛直方向を基準に上下を定め、水平方向を基準に前後およびこれに直交する左右を定めるものとする。

図１に示すように、本実施形態の燃料供給装置１は、エタノールを主燃料とする直列４気筒の自動車用アルコールエンジン（以下、エンジン２と記す。）に対して設けられる。燃料供給装置１は、燃料タンク３に貯留された燃料を、気筒４ごとに吸気通路５に望むように設けられた４つの燃料噴射弁６に供給する。燃料供給装置１は、燃料タンク３と燃料噴射弁６とを接続する燃料供給路７の上流端に設けられた燃料ポンプ８と、燃料供給路７における燃料ポンプ８よりも下流側に設けられた調圧機構９と、燃料供給路７における調圧機構９よりも下流側に燃料噴射弁６ごとに設けられ、それぞれ燃料を加熱する４つの燃料加熱装置１０と、燃料供給路７における調圧機構９と燃料加熱装置１０との間に設けられた一方向弁１１（逆止弁）とを備えている。

燃料ポンプ８は、燃料タンク３内に設けられ、燃料タンク３に貯留された燃料を図示しないストレーナを介して汲み上げ、燃料噴射弁６へ向けて圧送する。また、エンジン２には、始動時にクランクシャフトを回転駆動するスタータモータ１２が設けられ、自動車にはイグニッションスイッチ３５（図５参照）が設けられている。

詳細については後述するが、操作者によってイグニッションスイッチ３５がアクセサリポジション（以下、ＡＣＣポジションと記す。）からイグニッションポジション（以下、ＩＧポジションと記す。）に操作されると、各種電気装置の駆動制御手段をなすＥＣＵ２２（図５）によって燃料ポンプ８が駆動され、所定の圧力をもって燃料を圧送する。また、操作者によってイグニッションスイッチ３５がＩＧポジションからスタートポジション（以下、ＳＴポジションと記す）に操作されると、燃料噴射弁６やスタータモータ１２がＥＣＵ２２（図５）によって駆動されることによってエンジン２が始動する。

なお、エンジン２のスタート操作は、本実施形態ではイグニッションスイッチ３５をＩＧポジションから更にスタートポジション（以下、ＳＴポジションと記す。）にキーで回動させる方式で行われるが、プッシュオン式のスタート釦（イグニッションスイッチ３５）を押す方式で行われてもよい。

調圧機構９は、燃料供給路７における燃料ポンプ８よりも下流側に設けられたプレッシャレギュレータ９ａと、一端がプレッシャレギュレータ９ａに接続され、他端が燃料タンク３に接続された環流路９ｂとにより構成される。調圧機構９は、その下流側の燃料供給路７の燃料圧力が所定値を超えると、プレッシャレギュレータ９ａが燃料ポンプ８から圧送される燃料を環流路９ｂから燃料タンク３へ環流させることにより、下流側の燃料供給路７の燃料圧力を所定値に調圧する。

一方向弁１１は、燃料供給路７の燃料を上流側から下流側へのみ、即ちプレッシャレギュレータ９ａ側から燃料加熱装置１０側へのみ流通させ、これにより、燃料ポンプ８が停止した後にもその下流側の燃料供給路７の燃料圧力を所定値に維持する。

４つの燃料加熱装置１０および４つの燃料噴射弁６は、上流側の燃料供給路７よりも大きな断面を有するデリバリパイプ１３と共にベース板１４によって一体化され、１つの燃料加熱ユニット１５を構成している。燃料加熱ユニット１５における燃料供給系の上流端にはデリバリパイプ１３が位置しており、一方向弁１１の下流側の燃料供給路７がこのデリバリパイプ１３に接続している。

図２および図３に示すように、燃料供給路７（燃料供給管）は、下流端に接続された接続コネクタ７ａを介してデリバリパイプ１３に接続され、燃料加熱ユニット１５に燃料を供給する。前述した４つの燃料加熱装置１０はデリバリパイプ１３に接合されている。各燃料加熱装置１０は、内部に加熱室１６を形成するヒータケース１７と、発熱部１８ａを備え、発熱部１８ａが加熱室１６に受容されるようにヒータケース１７に取り付けられる燃料ヒータ１８とを備えている。

デリバリパイプ１３は、内部に１つの空間を形成する扁平形状の箱状部材であり、主面の長手を左右方向に延在させ、主面の短手を前後上下について斜めに延在させるように設けられている。デリバリパイプ１３は、燃料供給路７から供給された燃料をこの内部空間に貯め、均等な圧力で燃料を各燃料加熱装置１０に分配する。なお、デリバリパイプ１３の上向きの主面には、燃料圧力ＰＦを検出する燃料圧力センサ３１が設けられている。図３に示すように、デリバリパイプ１３の上向きの主面を構成する壁には、１つの流入口１３ｉが形成され、下向きの主面を構成する壁における燃料噴射弁６に対応する位置には、対応するヒータケース１７側へ燃料を流通させる４つの流通口１３ｏが形成されている。

ヒータケース１７は、デリバリパイプ１３の下向きの主面を構成する壁にそれぞれ取り付けられている。各ヒータケース１７は、その軸線１７Ｘが前後上下方向について斜めに延在する有低円筒状であって軸方向長さが直径よりも長い長筒状を呈している。ヒータケース１７の後下側の軸端部には、燃料ヒータ１８を装着するための開口１７ａが形成されている。ヒータケース１７には、デリバリパイプ１３に形成されたものと共通の流通口１３ｏと、燃料噴射弁６に向けて燃料を流出される流出口１７ｏとが形成されている。流通口１３ｏはヒータケース１７の開口１７ａ近傍の上壁に形成されている。流出口１７ｏは、ヒータケース１７の先端（底壁１７ｂ）近傍の下壁に形成され、流通口１３ｏよりも高い位置に配置されている。なお、ヒータケース１７は、熱伝導率が高い素材から形成されることが好ましく、本実施形態では鉄製とされている。

燃料ヒータ１８は、その先端に棒状に形成された発熱部１８ａを前方斜め上に向けて開口１７ａに挿入され、ヒータケース１７に取り付けられる。発熱部１８ａは、加熱室１６内でヒータケース１７の軸線１７Ｘと同軸に配置され、その先端をヒータケース１７の底壁１７ｂから離間した位置に配置している。燃料ヒータ１８の発熱部１８ａと反対側の端部にはプラス端子１８ｂが露出している。燃料ヒータ１８のマイナス端子１８ｃ（グランド）は、ヒータケース１７に接する軸部の外周に設けられている。発熱部１８ａは電熱線を内蔵しており、この電熱線に電力が供給されると発熱状態となって周囲の燃料を加熱する。

ベース板１４には、ヒータケース１７の流出口１７ｏに整合する位置に貫通孔１４ａが形成されている。燃料噴射弁６は、その基端側の軸端部に流入口６ｉを有しており、この流入口６ｉが貫通孔１４ａを介して加熱室１６と連通するように、軸線４Ｘをヒータケース１７の軸線１７Ｘに直交させた状態でベース板１４に取り付けられる。燃料噴射弁６は、先端側の軸端部に形成された図示しない噴射口をエンジン２の吸気通路５に望ませるように設けられる（図１参照）。燃料噴射弁６は、ＥＣＵ２２により駆動制御される電磁弁を内蔵しており、電磁弁の開閉時間に応じた量の燃料を所定時期に噴射することで、ヒータケース１７から流出する燃料をエンジン２に供給する。

図２に示すように、自動車には、バッテリ２１やＥＣＵ２２（Electric Control Unit）などが搭載されている。ＥＣＵ２２は通信回線２３によってヒータ駆動回路２４と互いに接続されている。ヒータ駆動回路２４は電力線２５によってバッテリ２１に接続されるともに、電力線２６によって各燃料ヒータ１８に接続されている。ＥＣＵ２２は、イグニッションスイッチ３５（図５）のスイッチ信号に応じてヒータ駆動回路２４を駆動して燃料ヒータ１８への給電を制御する。なお、燃料ポンプ８、燃料噴射弁６を含む各種電気装置も、図示しない駆動回路に電気的に接続され、それらの駆動回路が通信回線２３を介して接続されたＥＣＵ２２によって駆動制御される。

図４に示すように、ヒータ駆動回路２４は、それぞれ一端がバッテリ２１および燃料ヒータ１８に接続する両電力線２５、２６が接続する駆動素子２７と、駆動素子２７が取り付けられる回路基板２８に設けられ、駆動素子２７から供給される電力（電流）を制御するロジック回路２９とを備えている。駆動素子２７はここでは、バッテリ２１に接続されるコレクタＣと、燃料ヒータ１８に接続されるエミッタＥと、ロジック回路２９に接続されるベースＢとを備えたトランジスタによって構成され、燃料ヒータ１８ごとに４つ設けられる。なお、これら駆動素子２７（トランジスタ）の耐熱温度は約１５０度程度とされている。回路基板２８は、筐体内に収容されていてもよく、樹脂などによって封止されていてもよい。このように構成された回路基板２８の外面に上述した４つの駆動素子２７が燃料ヒータ１８に対応する位置に取り付けられている。

燃料ヒータ１８は、燃料のアルコール濃度やエンジン冷却水温等に応じてＥＣＵ２２が設定した目標加熱温度（より具体的には、目標加熱温度の応じた電力積算値の閾値など）に応じ、ヒータ駆動回路２４によって８０Ｈｚの周波数でＰＷＭ制御されることによってデリバリパイプ１３から流出した加熱室１６内の燃料を加熱する。本実施形態では、エンジン２の始動に必要な加熱（以下、プレヒートと呼称する。）時間が短くなるように、目標加熱温度に応じたプレヒートの間はヒータデューティ比が１００％に設定され、プレヒート完了後には、ヒータデューティ比が燃料を目標加熱温度に保持するために必要なヒータデューティ比（以下、保温デューティ比と呼称する。）に低減される。なお、燃料の目標加熱温度は、燃料のアルコール濃度が高い場合の最大値が駆動素子２７の耐熱温度よりも低い温度である１００℃程度に設定される。

図３に戻り、ヒータケース１７の下面は平面に形成されており、この平面に駆動素子２７が密接するように、ヒータケース１７の下面における流出口１７ｏの近傍、すなわち上側にヒータ駆動回路２４が取り付けられている。なお、ヒータ駆動回路２４は、駆動素子２７がヒータケース１７に対して熱伝導可能な状態で取り付けられていればよく、駆動素子２７がヒータケース１７に直接密接している形態、および、駆動素子２７が熱伝導率の高いグリースなどを介して間接的にヒータケース１７に密接する形態のいずれであってもよい。ここではヒータ駆動回路２４は、駆動素子２７がヒータケース１７に密接するように回路基板２８がベース板１４に取り付けられることで固定されている。駆動素子２７と燃料ヒータ１８とを接続する電力線２６には、ハーネスやバスバーを用いることができる。いずれを用いて電力線２６を構成した場合であっても、電力線２６の駆動素子２７と相反する側に端部に燃料ヒータ１８のプラス端子１８ｂに適合するコネクタ２６ａを設け、燃料ヒータ１８のプラス端子１８ｂに対する接続が確実に行われるようにするとよい。

このように形成された燃料加熱装置１０によれば、発熱部１８ａが発熱すると、発熱部１８ａ周辺の燃料が加熱され、温められた燃料は加熱室１６内で上方へ移動し、流出口１７ｏから燃料噴射弁６に供給される。なお、デリバリパイプ１３からヒータケース１７へは、流出口１７ｏよりも低い位置に形成された流通口１３ｏから燃料が供給され、この燃料は発熱部１８ａによって温められた後に燃料噴射弁６に供給される。また、ヒータケース１７の開口１７ａ近傍に形成された流通口１３ｏが加熱室１６の下端部に向いており、流通口１３ｏから流入した燃料が加熱室１６の下部の燃料を上方に押し上げて流出口１７ｏに導くため、加熱室１６内での燃料の滞留が防止される。

また、駆動素子２７がヒータケース１７に熱伝導可能な状態で取り付けられているため、駆動素子２７の熱エネルギが燃料の加熱に有効利用される。なお、前述したようにヒータケース１７は熱伝導率の高い素材（鉄）から構成されているため、駆動素子２７の熱は即座にヒータケース１７に伝達する。さらに、駆動素子２７がヒータケース１７の外面に密接するようにヒータケース１７に設置されているため、駆動素子２７の熱が効率的にヒータケース１７に伝達する。これにより、熱損失が少なくなり、燃料の加熱効率が高まって内燃機関の始動性が向上するとともに、ヒータ駆動回路２４の作動が安定化する。また本実施形態では、ヒータケース１７の流出口１７ｏが流通口１３ｏよりも鉛直方向で上方に配置され、かつ駆動素子２７が流通口１３ｏよりも流出口１７ｏに近い位置に配置されているため、ヒータケース１７内で温まって軽くなった燃料が上昇してもデリバリパイプ１３側へ流出しないため、温かい燃料を加熱室１６が留まる。

一方、燃料ヒータ１８によるヒータケース１７内の燃料の目標加熱温度の最大値が駆動素子２７の耐熱温度（１５０℃）よりも低い１００℃に設定されるため、通電開始時には駆動素子２７の熱エネルギが燃料の加熱に有効利用され、燃料温度が上昇する加熱完了直前においても駆動素子２７の作動が安定する。

他の実施形態では、図３に想像線で示すように、ヒータケース１７の上面が平面に形成され、この平面に駆動素子２７が密接するように、ヒータケース１７の上面における上端近傍、すなわち流通口１３ｏよりも流出口１７ｏに近い位置にヒータ駆動回路２４が取り付けられてもよい。また、他の実施形態では、駆動素子２７が回路基板２８に取り付けられずに、駆動素子２７のみがヒータケース１７に密接するようにヒータケース１７の周辺に設けられ、回路基板２８は駆動素子２７から離れた位置に設けられてもよい。

図５を参照して、実施形態に係る燃料供給装置１を駆動制御するＥＣＵ２２について説明する。ＥＣＵ２２は、入力インターフェース４１、燃料ポンプ制御部４２、燃料噴射弁制御部４３、アルコール濃度学習部４４、燃料ヒータ制御部４５、判定部４６、スタータモータ制御部４７および電装部品制御部４８、出力インターフェース４９を備えている。なお、ＥＣＵ２２はここでは１つで構成されているが、２つ以上で構成して機能を分割させてもよい。

入力インターフェース４１には、前述した燃料圧力ＰＦを検出する燃料圧力センサ３１、エンジン２の冷却水温度ＴＷを検出する水温センサ３２、エンジン回転速度ＮＥ（クランクシャフトの回転角）を検出するクランク角センサ３３、および排気ガスの空燃比に基づいて燃料に含まれるアルコール濃度を把握するために、排気ガス中の酸素濃度を検出するＬＡＦセンサ３４等からの検出信号、並びにイグニッションスイッチ３５の状態信号が入力する。

燃料ポンプ制御部４２、燃料噴射弁制御部４３、燃料ヒータ制御部４５、スタータモータ制御部４７および電装部品制御部４８はそれぞれ、各センサ等の信号および相互に出力する信号に基づいて、燃料ポンプ８、燃料噴射弁６、燃料ヒータ１８、スタータモータ１２および電装部品５０を駆動制御する。なお、電装部品５０には、電動パワーステアリング装置（ＥＰＳ）、電動パワーウィンド、リヤデフ等が含まれる。

アルコール濃度学習部４４は、エンジン２が始動すると、ＬＡＦセンサ３４の検出信号等に基づいて燃料のアルコール濃度を学習し、学習したアルコール濃度を不揮発性メモリに保持する。アルコール濃度学習には、公知の手法を用いることができるため、ここでは詳細な説明を割愛する。

具体的には、燃料ヒータ制御部４５は、アルコール濃度学習部４４が保持するアルコール濃度に基づいて目標加熱温度を設定し、目標加熱温度および冷却水温度ＴＷに基づいてプレヒートに必要な燃料ヒータ１８に対する電力積算値の閾値を設定する。

判定部４６は、燃料ヒータ１８に供給された実際の電力積算値が燃料ヒータ制御部４５により設定された閾値に達したか否かに基づき、燃料温度がエンジン２の始動可能温度に達したことを判定する。

次に、このように構成された燃料供給装置１の燃料供給制御手順について説明する。以下に示す各種処理または制御は、ＥＣＵ２２が上記ヒータ駆動回路２４などの各種ドライバを制御することによって実行される。ＥＣＵ２２は、イグニッションスイッチ３５がＡＣＣポジションに操作されることにより起動し、下記の各種制御を行う。なお、下記の各種制御は、繰り返しルーチンによって行われるが、ここでは一連の流れとして説明する。

図６に示すように、ＥＣＵ２２は、起動すると以下の燃料供給制御を実行する。ＥＣＵ２２はまず、イグニッションスイッチ３５がＩＧポジションに操作されたことを示すイグニッションＯＮ信号が入力したか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定がＮｏの場合、Ｙｅｓになるまで繰り返す（本ルーチンを終了し、以降のルーチンを繰り返す。以下同様。）。ステップＳＴ１の判定がＹｅｓになると、ＥＣＵ２２は次に、燃料ポンプ８を駆動して燃料供給系に燃料を供給する（ステップＳＴ２）。これにより、燃料供給系内の燃料圧力が高くなる。

その後、ＥＣＵ２２は、イグニッションスイッチ３５がＳＴポジションに操作されたことを示すエンジン始動信号が入力したか否を判定し（ステップＳＴ３）、この判定がＮｏの場合はＹｅｓになるまで繰り返す。エンジン始動信号が入力され、ステップＳＴ３の判定がＹｅｓとなった場合には、ＥＣＵ２２は、燃料圧力センサ３１の検出信号の基づき、燃料供給系の燃料圧力が所定値に達しているか否かを判定し（ステップＳＴ４）、この判定がＹｅｓになるまで繰り返す。

ステップＳＴ４の判定がＹｅｓになると、ＥＣＵ２２は燃料ポンプ８の駆動を停止し（ステップＳＴ５）、続いて電装部品５０への給電を抑制する（ステップＳＴ６）。本実施形態では、電装部品制御部４８が前述した電装部品５０のすべての作動を禁止するが、電装部品５０の一部の作動を禁止する形態や、電装部品５０の全てまたは一部の給電量を低減する形態としてもよい。その後、ＥＣＵ２２は、燃料ヒータ１８の駆動制御を開始し（ステップＳＴ７）、所定のタイミングにおいて、エンジン２の始動動作、すなわちスタータモータ１２を駆動してクランクシャフトを回転させるとともに燃料噴射弁６を駆動してエンジン２を始動させる（ステップＳＴ８）。

なお、エンジン２を始動させる所定のタイミングは、加熱室１６内の燃料温度がエンジン２の始動可能温度に達したことが判定部４６によって判定された時点のことである。具体的には、判定部４６が、前述したように燃料ヒータ１８によるプレヒートの電力積算値の閾値を設定して判定してもよく、燃料ヒータ１８の駆動を開始した後の経過時間をカウントするタイマを設定して判定してもよい。あるいは、ヒータケース１７に燃料温度を検出する温度センサを設けておき、温度センサの検出値に応じて設定されようにしてもよい。いずれの場合においても、燃料のプレヒートに必要な電力積算値の閾値や時間、燃料温度を設定する際には、燃料のアルコール濃度や燃料温度あるいはエンジン冷却水温度などに応じ、予め設定されたマップなどを検索して値が設定される。

そして、ステップＳＴ７における燃料ヒータ１８の駆動制御においては、プレヒートの間はヒータデューティ比が１００％に設定され、加熱室１６内の燃料温度がエンジン２の始動可能温度に達したことが判定部４６によって判定された時点で、燃料ヒータ１８に対するヒータデューティ比が保温デューティ比（例えば０％や２０％）に低減される。その後、ステップＳＴ８でエンジン２の始動動作が行われる。

次いで、ＥＣＵ２２は、クランク角センサ３３の検出信号に基づいてエンジン回転速度ＮＥが所定回転速度以上になったか否かを判定し（ステップＳＴ９）、この判定がＮｏの場合には、ＹｅｓになるまでステップＳＴ７およびステップＳＴ８の燃料加熱とエンジン２の始動動作とを継続する。ステップＳＴ９の判定がＹｅｓになった後、ＥＣＵ２２は、燃料ポンプ８を再度駆動し（ステップＳＴ１０）、電装部品５０への給電抑制を解除して（ステップＳＴ１１）本処理を終了する。

このように、ステップＳＴ７で燃料ヒータ１８が駆動されるときに、燃料ポンプ８への給電が遮断されるため、バッテリ電圧の低下によって駆動素子２７の発熱が中断することがなく、中断によって駆動素子２７が冷めることが回避される。これにより、燃料の迅速な昇温が可能になる。また、ステップＳＴ７で燃料ヒータ１８が駆動されるときに、電装部品５０への給電が抑制されることによっても、同様の効果が得られる。

本実施形態では、判定部４６によって加熱室１６内の燃料温度がエンジン２の始動可能温度に達したことが判定された場合、ステップＳＴ８でスタータモータ１２が駆動されるときには、ステップＳＴ７の燃料ヒータ１８への給電が抑制され、スタータモータ１２による始動制御が優先されている。そのため、スタータモータ１２が所定の回転速度で回転でき、確実にエンジン２が始動するようになる。

なお、本実施形態では、エンジン始動信号が入力したことがステップＳＴ３で判定されると、操作者がその後何ら操作を行わなくても、ステップＳＴ４〜ステップＳＴ７の処理の後に、ステップＳＴ８でエンジン２の始動動作が行われる。一方、他の実施形態として、燃料ヒータ１８によるプレヒートが完了するまでクランキングを不許可にしておき、プレヒートが完了したときにクランキングを許可し、その後にイグニッションスイッチ３５が再度ＳＴポジションに操作されたときに（エンジン始動信号の再入力時に）クランキングが行われるようにしてもよい。このような形態に係る燃料供給制御手順を図７を参照して説明する。なお、上記実施形態と同じ処理には同じステップ番号を付して説明を省略し、追加または変更された処理に対して新たなステップ番号を付してその内容を説明する。

図７に示すように、本実施形態では、ステップＳＴ３とステップＳＴ４との間において、クランキングを不許可にするステップＳＴ２１の処理を行う。すなわち、ＥＣＵ２２は、ステップＳＴ３でエンジン始動信号が入力したことが判定されると（Ｙｅｓ）、まず、クランキングを不許可にした後に（ステップＳＴ２１）、ステップＳＴ４で燃料供給系の燃料圧力が所定値に達しているか否かを判定する。そのため、エンジン２を始動するためには再度のエンジン始動操作が必要な本実施形態において、後述するステップＳＴ２３でクランキングが許可されるまで、再度のエンジン始動操作が行われてもスタータモータ１２等が作動することはない。なお、クランキングが不許可とされている間はインストルメントパネルなどにグローランプを点灯させておき、クランキングが許可されたときにグローランプが消灯するようにするとよい。

ＥＣＵ２２は、ステップＳＴ６で電装品停止信号を出力した後、燃料ヒータ１８の駆動を開始し（ステップＳＴ２２）、所定のタイミングでクランキング許可する（ステップＳＴ２３）。ステップＳＴ２２で開始される燃料ヒータ１８の駆動制御は、具体的には次のように行われる。

図８に併せて示すように、ＥＣＵ２２は、まずヒータデューティ比を比較的高い値（図８の例では１００％）に設定し（時点ｔ１）、プレヒートの加熱期間中はこの値を維持する。すると、バッテリ電圧は当初の１３Ｖから降下する。燃料ヒータ１８に対する電力積算値が設定された閾値に達すると、すなわちプレヒートが終了すると（時点ｔ２）、ＥＣＵ２２はクランキングを許可（ステップＳＴ２３）してヒータデューティ比を保温デューティ比にまで低減させる。図８の例では、燃料を目標加熱に保持できるように保温デューティ比が約２０％に設定されているが、０％に設定されてプレヒートのみで燃料の加熱が終了するようにしてもよい。これによりバッテリ電圧は上昇する。

その後、ＥＣＵ２２は、エンジン始動信号が再度入力したか否かを判定する（ステップＳＴ２４）。例えば図８の時点ｔ３においてエンジン始動操作が行われてステップＳＴ２４の判定がＹｅｓになると、ＥＣＵ２２は、燃料ヒータ１８への給電を停止する（ヒータデューティ比を０％にする）とともに、エンジン始動動作（スタータモータ１２の駆動および燃料噴射弁６の駆動）を行う。

図９は、ヒータディーティ比とスタータ回転速度との相関図である。図９に示すように、スタータ回転速度は、ヒータデューティ比が大きいほど、バッテリ電圧が低下するために小さくなる。なお、図９中の破線で挟まれた領域は、エンジン２の始動が可能な範囲を示している。そこで、スタータモータ１２を駆動する際には、ＥＣＵ２２は、図８に示すようにヒータディーティ比を一旦０％にまで低減させ、スタータモータ１２の回転速度が図９のエンジン２の始動が可能な範囲に入った後に（時点ｔ４）、図９の相関図を参照してヒータディーティ比を設定する。図８の例では、スタータモータ１２の回転速度が所定の値を超えた直後に（時点ｔ４）、ヒータデューティ比は急速に１００％にまで上昇している。

ＥＣＵ２２がステップＳＴ８でスタータモータ１２を駆動すると、図８に示すようにエンジン回転速度ＮＥがスタータモータ１２の回転速度に応じた値に上昇し、エンジン２の始動に成功すると（時点ｔ５）、エンジン回転速度ＮＥは所定のアイドリング回転速度まで上昇する。

前述したように、ＥＣＵ２２は、燃料のアルコール濃度に応じ、エンジン２を始動させる所定のタイミングまたはクランキング許可するタイミングを設定する。またＥＣＵ２２は、エンジン始動時の燃料噴射量なども燃料のアルコール濃度に応じて設定する。そこで、ＥＣＵ２２は、エンジン運手中の排気ガスから検出されるＬＡＦセンサ３４等からの検出信号に基づいて、アルコール濃度を学習し、学習したアルコール濃度を不揮発性メモリに保持する。そして、エンジン２を始動する際には、保持された（学習によって得た）アルコール濃度に基づいて、エンジン２を始動させる所定のタイミングまたはクランキング許可するタイミング、および燃料噴射量などを設定する。具体的には、アルコール濃度が高いほど、ＥＣＵ２２は燃料のプレヒート時間を長く設定し、エンジン始動時の燃料噴射量を大きく設定する。

このように本実施形態では、判定部４６によって加熱室１６内の燃料温度がエンジン２の始動可能温度に達したことが判定された場合、ステップＳＴ８でスタータモータ１２が駆動されるときには、ステップＳＴ７、ＳＴ２２の制御において燃料ヒータ１８への給電が停止され、スタータモータ１２による始動制御が優先される。そのため、スタータモータ１２が所定の回転速度で回転でき、確実にエンジン２が始動するようになる。

図１０（Ａ）に示すように、例えば燃料タンク３内にＥ２５（アルコール濃度２５％）の燃料が入っており、ＥＣＵ２２がＥ２５のアルコール濃度を保持しているときに、運転者がエンジン２を停止してＥ１００の燃料を給油したとする。燃料タンク３内に燃料が残っていなかったとすると、燃料タンク３内の燃料はＥ１００の燃料に置き換えられる。この状態では、燃料管やデリバリパイプ１３、ヒータケース１７の内部にＥ２５の燃料が残っているため、エンジン２を始動させることができる。そして、運転者が自動車を運転している間に、ＥＣＵ２２がアルコール濃度学習を行うため、学習が完了すると、ＥＣＵ２２は学習したＥ１００のアルコール濃度を保持することになる。

ところが、アルコール濃度の学習には時間がかかるため、（Ｂ）に示すように、アルコール濃度学習が完了する時点ｔ４の前の時点ｔ３において運転者がエンジン２を停止すると、次回、運転者がエンジン２を始動しようとしたときには（時点ｔ５）、燃料タンク３内のみならず、燃料管やデリバリパイプ１３、ヒータケース１７の内部の燃料もＥ１００の燃料に置き換えられており、かつＥＣＵ２２がＥ２５の値を保持したままとなる。そのため、次回のエンジン始動時には、燃料のプレヒート時間が短過ぎ、あるいは燃料噴射量が少な過ぎてエンジン２を始動できなくなってしまう事態が生じ得る。

そこで、ＥＣＵ２２は、（Ｃ）に示すように、時点ｔ２でエンジン２が始動した後に開始したアルコール濃度の学習が完了する前にエンジン２が停止し（時点ｔ４）、次回の始動時（ｔ５）にエンジン２の始動に失敗した場合、保持しているアルコール濃度を、燃料の加熱を必要とする比較的高い所定値（ここではＥ１００）に持ち替えるように構成されている。そのため、再度エンジン２を始動する際には、燃料のプレヒート時間や燃料噴射量がＥ１００に応じた大きな値に設定され、エンジン２の始動が可能になる。保持されたＥ１００の値は、その後に行われたアルコール濃度の学習が完了すると、学習値に置き換えられる。仮にアルコール濃度の学習が完了する前にエンジン２が停止された場合であっても、ＥＣＵ２２はＥ１００のアルコール濃度を保持しているため、次回のエンジン始動が失敗することはない。

さて、前述したように、ヒータ駆動回路２４は燃料ヒータ１８をＰＷＭ方式で駆動制御する。ところが、前述したような燃料ヒータ１８を用いて燃料を加熱することで、低温時や高アルコール濃度時のエンジン始動を担保するようにした自動車では、燃料ヒータ１８に大電流が通電されるため、ＰＷＭスイッチングによって自動車の電源電圧にリプルが発生してしまい、他の電装部品５０に影響を与えてしまう。例えば、ヘッドライトや車室灯などの灯体では、リプルによって照度が変動し、運転者などにちらつき感を与える。そのため、ＰＷＭスイッチング周波数は、ある程度高い周波数が必要となることが予測される。

本実施形態では、前述したようにヒータ駆動回路２４は、８０ＨｚでＰＷＭスイッチングを行っており、燃料ヒータ１８のＰＷＭスイッチングにより発生するリプルが人間に認識されない程度まで周波数が高められている。燃料ヒータ１８のＰＷＭスイッチングがこのような周波数に設定されることにより、スイッチングを交互に実施するといった複雑な制御や回路構成を用いなくても、リプルの影響を排除しつつ、大電流を消費する燃料ヒータ１８を簡単な回路で駆動できるようになっている。

なお、発明者らが行った実験では、ＡＣジェネレータ（ＡＣＧ）による発電電圧を１４Ｖおよび１２．５Ｖとしたときの、燃料ヒータ１８のＰＷＭスイッチングにより発生した最大リプル電圧はともに１．２Ｖであった。また、発明者らは、ＰＷＭスイッチングの周波数を１７Ｈｚ、２４Ｈｚ、３２Ｈｚ、６４Ｈｚおよび８０Ｈｚに設定したの、ホーン（クラクション）、メータ類、室内照明、ヘッドライト、パワーウィンド、電動パワーステアリング（ＥＰＳ）、ＣＶＴ（Continuously Variable Transmission）が影響を受けるか否かについて実験を行った。結果は、図１１に示した表の通りであった。

図１１の表からわかるように、ホーン、室内照明およびヘッドライトは、３２Ｈｚ以上の高周波数で影響を受けなかった。また、パワーウィンドは、より低い２４Ｈｚ以上の高周波数で影響を受けなかった。一方、電動パワーステアリングおよびＣＶＴは、１７Ｈｚでは影響を受けなかったものの、２４Ｈｚ〜６４Ｈｚで影響を受けた。ところが、８０Ｈｚでは、電動パワーステアリングおよびＣＶＴを含め、すべての電装部品５０が影響を受けなかった。

このように本実施形態では、ヒータ駆動回路２４が８０Ｈｚ以上のＰＷＭ方式で燃料ヒータ１８を駆動制御するため、燃料ヒータ１８の駆動制御時に、自動車に搭載された電装部品５０の動作に影響が及ぶことが抑制される。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、本発明に係る燃料供給装置１を、エタノールを主燃料とするアルコールエンジンに適用したが、軽油やガソリン等、他の成分を燃料とする内燃機関にも適用可能であり、直列４気筒以外の内燃機関にも当然に適用可能である。これら変更の他、各部材や部位の具体的構成は本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した燃料供給装置１の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。

１ 燃料供給装置
２ エンジン
３ 燃料タンク
６ 燃料噴射弁
８ 燃料ポンプ
１２ スタータモータ
１３ｏ 流通口（流入口）
１６ 加熱室
１７ ヒータケース
１７ｏ 流出口
１８ 燃料ヒータ
２２ ＥＣＵ
２４ ヒータ駆動回路
２７ 駆動素子
４６ 判定部
５０ 電装部品

Claims (9)

1. 内燃機関に設けられる燃料噴射弁と、
   燃料タンク内の燃料を前記燃料噴射弁へ圧送する燃料ポンプと、
   前記燃料ポンプから前記燃料噴射弁に供給される燃料を加熱する燃料ヒータと、
   前記燃料ヒータを受容する加熱室を形成するとともに、前記燃料ポンプから供給された燃料を前記加熱室に流入させる流入口、および前記加熱室の燃料を前記燃料噴射弁に向けて流出させる流出口が形成されたヒータケースと、
   駆動素子から供給される電力を制御することで前記燃料ヒータを駆動する駆動回路と
   を備え、
   前記駆動素子が前記ヒータケースに対して熱伝導可能な状態で配置されたことを特徴とする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記駆動素子が前記ヒータケースの外面に密接するように前記ヒータケースに設置されたことを特徴とする、請求項１に記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記燃料ヒータによる前記ヒータケース内の燃料の目標加熱温度の最大値が前記駆動素子の耐熱温度以下に設定されたことを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃料供給装置。
4. 前記流出口が前記流入口よりも鉛直方向で上方に配置され、かつ前記駆動素子が前記流入口よりも前記流出口に近い位置に配置されたことを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
5. 前記燃料ヒータが駆動されるときに前記燃料ポンプへの給電が抑制されることを特徴とする、請求項１〜請求項４のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
6. 前記内燃機関が搭載される車両の電装部品を更に備え、
   前記燃料ヒータが駆動されるときに前記電装部品への給電が抑制されることを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
7. 前記加熱室内の燃料温度が前記内燃機関の始動可能温度に達したことを判定する判定手段と、
   前記内燃機関に付設されたスタータモータとを更に備え、
   前記判定手段によって前記加熱室内の燃料温度が前記内燃機関の始動可能温度に達したことが判定された場合、前記スタータモータが駆動されるときに前記燃料ヒータへの給電が抑制されることを特徴とする、請求項１〜請求項６のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
8. 前記内燃機関の運転中に、前記内燃機関に供給された燃料のアルコール濃度を学習し、学習したアルコール濃度を保持するアルコール濃度学習手段を更に備え、
   前記アルコール濃度学習手段は、前記内燃機関の始動後に開始したアルコール濃度の学習が完了する前に前記内燃機関が停止し、次回の始動時に前記内燃機関の始動に失敗した場合、保持している前記アルコール濃度を、燃料の加熱を必要とする比較的高い所定値に持ち替えることを特徴とする、請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。
9. 前記駆動回路は、８０Ｈｚ以上のＰＷＭ方式で前記燃料ヒータを駆動制御することを特徴とする、請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載の内燃機関の燃料供給装置。

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