(57)【要約】【課題】  内燃機関の燃料気化を促進する電気ヒータを備え、電気ヒータの過熱によるヒータ伝熱部材の破損防止と、気化性能の向上による内燃機関の冷機時の燃焼改善を図る。【解決手段】  燃料供給装置５は、内燃機関の吸気通路に燃料噴射弁として補助噴射弁４と、補助噴射弁４の噴射燃料を加熱、気化する電気ヒータ３０と、電気ヒータの発熱量を制御するヒータリレー１６とを備え、電気ヒータ表面の放熱量が減少する状態を判定したときに、燃料噴射弁の噴射中に、ヒータリレーで電気ヒータの発熱量を制御して減少させ、ヒータ伝熱部材６が耐熱温度を超えないようにする。この結果、ヒータ伝熱部材の表面温度を、その耐熱温度より高く設定することことができ、電気ヒータの燃料気化性能を向上できる。【選択図】  図１
2005030340.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の吸気通路に設けられる燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータと、該電気ヒータの発熱量制御手段とを備えた燃料供給装置であって、
該燃料供給装置は、前記電気ヒータ表面の放熱量が減少する状態を判定したときに、前記燃料噴射弁の噴射中に、前記発熱量制御手段で前記電気ヒータの発熱量を前記放熱量の減少に基づいて制御することを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置。
【請求項２】
前記電気ヒータは、ヒータ伝熱部材を備え、該ヒータ伝熱部材への付着燃料が無く放熱が少ない状態での該ヒータ伝熱部材の表面温度を、前記ヒータ伝熱部材の耐熱温度より高く設定する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。
【請求項３】
内燃機関の吸気通路に設けられる燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータとを備えた燃料供給装置であって、
前記燃料供給装置は、前記燃料噴射弁の噴射量を減少させる制御に合わせて、前記電気ヒータの発熱量を減少させるように制御する発熱量制御手段を備えたことを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置。
【請求項４】
内燃機関の吸気通路に設けられる主燃料噴射弁及び副燃料噴射弁と、前記副噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータとを備えた燃料供給装置であって、
前記燃料供給装置は、前記主燃料噴射弁と副燃料噴射弁の切換制御に合わせて、前記電気ヒータの発熱量を減少させるように制御する発熱量制御手段を備えたことを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置。
【請求項５】
吸気通路に設けられる燃料噴射弁および空気制御弁と、該燃料噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータと、該電気ヒータの発熱量制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給装置の制御方法であって、
以下のａ〜ｋの状態、すなわち、
ａ．前記燃料噴射弁の燃料噴射量が所定値以下に減少したとき、
ｂ．前記燃料噴射弁の燃料噴射量が減少方向に変化したとき、
ｃ．前記内燃機関の吸入空気量が所定値以下に減少したとき、
ｄ．前記内燃機関の吸入空気量が減少方向に変化したとき、
ｅ．前記内燃機関の点火時期が所定値に対し進角したとき、
ｆ．前記内燃機関の点火時期が進角方向に変化したとき、
ｇ．前記内燃機関の回転が低下したとき、
ｈ．前記電気ヒータの電流検出値が所定値以下となったとき、
ｉ．前記燃料噴射弁の噴射量の減量動作を時間タイマーにより実施するものでは前記時間タイマーが所定時間となったとき又は前記所定時間の直前又は直後であるとき、
ｊ．前記空気制御弁および／または前記燃料噴射弁の異常を検出したとき、
ｋ．前記自動変速機のシフトレバーがニュートラルレンジからドライブレンジに切り換わった状態を検出したとき、
の内の少なくとも１つの状態を検出したとき、前記電気ヒータの放熱量が減少する状態と判定し、
前記燃料噴射弁の噴射中に、前記電気ヒータの発熱量を前記放熱量の減少に基づいて制御することを特徴とする、内燃機関の燃料供給装置の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電気ヒータを用いた内燃機関用燃料供給装置およびその制御方法に係り、特に、内燃機関の冷機時における燃焼改善と未燃ガスの削減が可能な燃料供給装置と、その制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の技術として、燃料噴射弁により噴射される燃料を吸気通路に設けたヒータで加熱し、気化することにより、吸気通路や吸気弁に付着する燃料を減らし、とくに冷機始動時の燃焼改善と、有害な炭化水素の排出量の低減を図る方式が提案されている。例として特許文献１では、各気筒の吸気ポート付近に設けられる燃料噴射弁（主噴射弁）に加えて、その上流のスロットル弁をバイパスする補助空気通路に燃料噴射弁（補助噴射弁）と電気加熱式ヒータを配置する構成により、冷機時の始動やアイドルで補助燃料噴射弁よりヒータに向けて燃料噴射を行いヒータで燃料気化を促進することにより、燃焼改善を図りエンジンからの未燃ガス（ＨＣ）の排出量を低減している。
【０００３】
【特許文献１】米国特許第５８９４８３２号明細書
【０００４】
上記のような吸気通路に燃料気化を促進する電気加熱式のヒータを備えた燃料供給装置では、ヒータの消費電力の制限から、ヒータへの通電および補助噴射弁の噴射を実施するのは、一般に始動から始動後の数十秒の間であり、上記時間経過後は補助噴射弁の噴射量を徐々に減少させ、その間に主噴射弁の噴射量を徐々に増加させて噴射弁の切り換えを実施し、その後はヒータへの通電を停止している。
【０００５】
上記従来技術では、噴射弁の切り換え実施時に補助噴射弁の燃料噴射を停止してからヒータへの通電を停止するようにしているが、補助噴射弁から主噴射弁に噴射が切り換わる途中では補助噴射弁の噴射量は通常噴射量に対し少なくなる。
【０００６】
一方、ヒータ伝熱部の温度はヒータに付着する燃料量によって変化し、ヒータに付着する燃料が多いときにはヒータ伝熱面から奪われる熱量が増えてヒータ伝熱部の温度が低下するが、ヒータに付着する燃料が少ないときにはヒータ伝熱面から奪われる熱量が少ないのでヒータ伝熱部の温度が上昇する。この特性はヒータの発熱部が電熱線タイプのもののほか、素子温度が一定となるように抵抗値が自己制御されるＰＴＣ(Positive Temperature Coefficient)サーミスタを用いたヒータでも同様で、ＰＴＣサーミスタの伝熱面の反対側の表面温度はＰＴＣの設定温度（キューリー点温度）付近に制御され一定温度になるが、伝熱面側のＰＴＣ表面温度は、ヒータ付着燃料量が増加し放熱量が増加するとＰＴＣの設定温度に対し低下する。このため伝熱部の温度は付着燃料量によって変動することになる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、ヒータ伝熱部材として一般に用いるアルミニウムの耐熱温度は１５０℃程度であり、この温度を超えるとヒータ伝熱部材が変形して伝熱部材表面の耐食メッキがはがれる場合があるために腐食を生じたり、伝熱部材が破損する恐れがある。
【０００８】
一方でガソリンの気化性が最も高くなるのは１５０〜１８０℃の温度範囲であるので、気化性の点からはヒータ伝熱部の温度が最大燃料量のときに１５０℃になることが望ましいが、上記従来技術では、前記したヒータへの付着燃料量の変化による伝熱部の温度変動があるため、この温度変動分を見込むと最大燃料量のときに最適温度（１５０℃）に対し伝熱部温度を低めに設定する必要があり、このため燃料量が多いときにヒータの気化性が低下するという問題があった。
【０００９】
本発明の目的は、電気ヒータや、これに付随するヒータ伝熱部材の耐久性を損なうことなく、燃料の気化性能を向上させることができる燃料供給装置と、その制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明にかかる内燃機関の燃料供給装置は、内燃機関の吸気通路に設けられる燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータと、該電気ヒータの制御手段とを備えた燃料供給装置であって、前記電気ヒータの放熱量が減少する状態を判定したときに、前記燃料噴射弁の噴射中に、前記発熱量制御手段で前記電気ヒータの発熱量を放熱量の減少に基づいて制御するようにした。すなわち、電気ヒータへの通電を止め、あるいは制限して発熱量を減少させる。
【００１１】
前記のように構成された本発明の燃量供給装置は、内燃機関の冷機時に噴射された燃料は電気ヒータにより気化が促進され、燃焼改善により内燃機関から排出される未燃ガスの排出量を低減することができる。そして、燃料噴射弁の切り換え等により、電気ヒータ表面の放熱量が減少する状態を判定してヒータの発熱量を減少させるため、電気ヒータの設定温度を高くできて燃量の気化性能を高めることができ、電気ヒータやヒータ伝熱部材が過熱により変形したり、破損することを防止できる。
【００１２】
前記電気ヒータの設定温度について、電気ヒータはヒータ伝熱部材を備え、ヒータ伝熱部材に燃料が付着していない状態で放熱が少ない状態でのヒータ伝熱部材の表面温度を、ヒータ伝熱部材の耐熱温度より高く設定するようにした。前記電気ヒータは、ＰＴＣサーミスタを使用したヒータであることが好ましい。前記ヒータ伝熱部材は、アルミニウムまたはアルミニウムを主成分とする合金から形成し、ＰＴＣサーミスタのキューリー点温度を１５０℃以上に設定すると好適である。
【００１３】
さらに、本発明に係る燃料供給装置の他の態様としては、内燃機関の吸気通路に設けられる燃料噴射弁と、該燃料噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータとを備え、この燃料供給装置は、燃料噴射弁の噴射量を減少させる制御に合わせて、電気ヒータの発熱量を減少させるように制御する発熱量制御手段を備えたことを特徴とする。噴射量を減少させる制御と、電気ヒータの発熱量を減少させる制御とは、時間的に多少のずれがあってもよい。
【００１４】
このように構成することにより、燃料噴射弁の噴射量が減少しても電気ヒータが過熱することが防止され、電気ヒータやこれに付随する伝熱部材等が耐熱温度を超えて変形することが防止され、耐久性が向上する。また、内燃機関の冷機時における燃料の気化性能が向上して燃焼改善が図れ、未燃ガスの削減が可能となる。
【００１５】
本発明に係る燃料供給装置のさらに他の態様としては、内燃機関の吸気通路に設けられる主燃料噴射弁及び副燃料噴射弁と、前記副噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータとを備え、この燃料供給装置は、主燃料噴射弁と副燃料噴射弁の切換制御に合わせて、電気ヒータの発熱量を減少させるように制御する発熱量制御手段を備えたことを特徴とする。切換制御と、電気ヒータの発熱量を減少させる制御とは、時間的に多少のずれがあってもよい。前記発熱量制御手段は、通電電流を減少させる制御、通電時間を間歇的にする制御、通電電圧を降下させる制御の内の少なくとも１つの制御を実施することが好ましい。
【００１６】
このように構成することにより、内燃機関の始動時に副燃料噴射弁から主燃料噴射弁に切り換える際に燃料の噴射量が変動しても電気ヒータやこれに付随する伝熱部材等が耐熱温度を超えて変形することが防止される。また、内燃機関の冷機時における燃料の気化性能が向上して燃焼改善が図れ、未燃ガスの削減が可能となる。
【００１７】
また、本発明に係る内燃機関の燃料供給装置の制御方法は、吸気通路に設けられる燃料噴射弁および空気制御弁と、該燃料噴射弁の噴射燃料を加熱し燃料気化を促進する電気ヒータと、該電気ヒータの発熱量制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給装置の制御方法であって、ａ．前記燃料噴射弁の燃料噴射量が所定値以下に減少したとき、ｂ．前記燃料噴射弁の燃料噴射量が減少方向に変化したとき、ｃ．前記内燃機関の吸入空気量が所定値以下に減少したとき、ｄ．前記内燃機関の吸入空気量が減少方向に変化したとき、ｅ．前記内燃機関の点火時期が所定値に対し進角したとき、ｆ．前記内燃機関の点火時期が進角方向に変化したとき、ｇ．前記内燃機関の回転が低下したとき、ｈ．前記電気ヒータの電流検出値が所定値以下となったとき、ｉ．前記燃料噴射弁の噴射量の減量動作を時間タイマーにより実施するものでは前記時間タイマーが所定時間となったとき又は前記所定時間の直前又は直後であるとき、ｊ．前記空気制御弁および／または前記燃料噴射弁の異常を検出したとき、の内の少なくとも１つの状態を検出したとき、ｋ．前記自動変速機のシフトレバーがニュートラルレンジからドライブレンジに切り換わった状態を検出したとき、の内の少なくとも１つの状態を検出したとき、前記電気ヒータの放熱量が減少する状態と判定し、前記燃料噴射弁の噴射中に、前記電気ヒータの発熱量を放熱量の減少に基づいて制御することを特徴とする。
【００１８】
前記の如く構成された燃料供給装置の制御方法は、前記のａ〜ｋの少なくとも１つの状態を検出したとき、前記電気ヒータの放熱量が減少する状態と判定し、燃料噴射弁の噴射中に、電気ヒータの発熱量を減少させるため、燃焼改善により内燃機関から排出される未燃ガスの排出量を低減することができると共に、電気ヒータの設定温度を高くできて燃量の気化性能を高めることができ、電気ヒータやヒータ伝熱部材が過熱により変形したり、破損することを防止できる。
【発明の効果】
【００１９】
以上説明したように、本発明ではエンジンの吸気通路に燃料噴射弁と、燃料噴射弁の噴射燃料を加熱気化する電気ヒータとを備えた構成において、ヒータ伝熱部材の温度が上昇する状態を検知し、すなわち、電気ヒータ表面の放熱量が減少する状態が判定されたときに、燃料噴射弁の噴射中に、電気ヒータの発熱量を減少させるので、ヒータ温度がヒータ伝熱部材の耐熱温度以上に上昇することが無くなり、ヒータ伝熱部材の破損を防止できる。
【００２０】
またヒータ温度の変動が減少し、過熱を防止した結果、ヒータの設定温度を従来より高く設定できるのでヒータの燃料気化性能を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に係る燃料供給装置の一実施形態を適用した内燃機関について詳細に説明する。図１は本実施形態に係る燃料供給装置を適用した内燃機関の要部構成図、図２は図１の燃料供給装置の断面図である。
【００２２】
図１，２において、主空気通路１にはエアクリーナ２、空気量センサ１８、スロットル弁１０が設けられ、シリンダ２０の吸気ポート付近には主噴射弁３が設けられる。スロットル弁１０をバイパスするようにバイパス通路７が設けられ、バイパス通路７の途中には燃料供給装置５および燃料供給装置５を経て、エンジンに流入する空気量を制御する空気制御弁９が設けられる。燃料供給装置５は通路内面に沿って設けられるヒータの伝熱部材６および補助噴射弁４から成る。燃料供給装置５から供給される気化燃料は気化燃料通路８を経てシリンダ２０に供給される。
【００２３】
燃料供給装置５は電気ヒータ３０と、このヒータの熱を伝達する伝熱部材６とを備えており、電気ヒータに通電を行うため車載バッテリ１７、および電気ヒータの発熱量を制御する制御手段として、ヒータリレー１６が接続されている。電気ヒータ３０の電流を検出するための抵抗素子２１が、必要に応じ接続される。クランク軸に近接して、クランク位置、エンジン回転を検出するためのクランク角度センサ１１が設置されている。１２、１３、１４はそれぞれ点火プラグ、点火コイル、パワースイッチである。他に、この内燃機関を搭載した自動車が自動変速機を有する場合、シフトレバー位置センサ２２が設けられる。
【００２４】
空気量センサ１８、ヒータ電流検出の抵抗素子２１の端子電圧、クランク角度センサ１１、シフトレバー位置センサ２２の信号はコントロールユニット１９に入力され、コントロールユニット１９からは主噴射弁３、補助噴射弁４、空気制御弁９、ヒータリレー１６、点火パワースイッチ１４に制御信号が出力される。
【００２５】
ここで、本実施形態では電気ヒータ３０、ヒータ伝熱部材６および補助噴射弁４はバイパス空気通路に配置しているが、これに限定されるものではなく主空気通路１内のスロットル弁１０の下流または上流に配置されるものであっても良い。また、主噴射弁３はシリンダ２０の吸気ポート近傍に設けられるものに限らず、主噴射弁３をシリンダ２０内に配置する筒内噴射式の内燃機関であっても良い。
【００２６】
つぎに、図２により燃料供給装置５について詳しく説明する。燃料供給装置５は筒状の加熱部３５と、ハウジング３７とを連結した形状をしている。加熱部３５の内周に位置する伝熱部材６は、燃料の気化を促進するため電気ヒータ３０で加熱されるもので筒状の通路を形成しており、導体で形成されＰＴＣサーミスタの負電極も兼ねている。電気ヒータ３０は通電により発熱するＰＴＣサーミスタが使用されている。電気ヒータ３０の外周には、正電極３１が、さらに外周には正電極３１を電気ヒータ３０に密着固定するための固定部材３３が位置しており、固定部材３３は弾性を有するゴム材や板ばねなどが使用される。伝熱部材６と加熱部３５とは、Ｏリング３４によりシールされている。ハウジング３７は補助噴射弁４を固定するためのもので、伝熱部材６で形成される通路に燃料気化を促進するための空気を導入する空気導入部３６が設けられる。ここで、燃料供給装置５に備えた発熱部材である電気ヒータ３０は、ＰＴＣサーミスタ以外に、ニクロム線などの電熱線であっても良い。
【００２７】
以下にＰＴＣサーミスタを例として、伝熱部材の付着燃料量と、伝熱部材の温度との関係を説明する。図３にＰＴＣサーミスタの温度と電気抵抗の関係を示す。ＰＴＣサーミスタでは、キューリー点温度Ｔc以下では電気抵抗が小さく、キューリー点温度Ｔcを超えると相転移により電気抵抗が急増する性質を持つため、素子温度が一定温度（キューリー点）になるよう抵抗（電流）が自己制御される。このため放熱量が多少変化してもＰＴＣサーミスタの温度が一定に保たれる。しかし放熱量が大きい場合には、ＰＴＣサーミスタの温度は放熱の大きい部位と、放熱の少ない部位で温度差を生じる。
【００２８】
図４に、燃料供給装置５のヒータ部の断面拡大図を示す。ＰＴＣサーミスタ３０の片面に伝熱部材６が取り付けられ、伝熱部材６はＰＴＣサーミスタの負電極も兼ねている。ＰＴＣサーミスタ３０の他の面には正電極３１が取り付けられ、両電極間に挟まれたＰＴＣサーミスタに電流が流れることでＰＴＣサーミスタが発熱する。ＰＴＣサーミスタにより発生する熱は伝熱部材６を介して伝熱部材表面に付着した燃料に伝達されることで燃料の気化が促進される。
【００２９】
ここで、図４の下段に各部の温度分布を示す。伝熱部材６に付着する燃料量が多い場合は、燃料の気化に伴い伝熱部材６からの放熱量も多くなる。ＰＴＣサーミスタ３０はセラミック材であるので熱伝導率は高くなく、放熱量が多くなると供給熱量に対し放熱量が大きくなるためＰＴＣサーミスタ３０の伝熱部材６に接する面の温度が、伝熱部材６に接しない面の温度の比べて低くなる。ここでＰＴＣサーミスタ３０の伝熱部材６に接しない面の温度はほぼキューリー点温度Ｔｃとなっているので、ＰＴＣサーミスタ３０に流れる電流はこれ以上増加せず、したがって放熱量が多い場合にはＰＴＣサーミスタ３０の伝熱部材６に接する面の温度はＴcに対して必ず低くなる。伝熱部材６の表面温度をＴｓとして、ＰＴＣサーミスタ３０での温度降下分と伝熱部材６での温度降下分を含めた温度降下分をΔＴとすると、Ｔs＝Ｔc−ΔＴで示される。
【００３０】
図５に伝熱部材６の表面温度と燃料の最大気化量の関係を示す。燃料の気化に最適な温度は１５０〜１８０℃の範囲であり、それ以下の温度では最大気化量は減少する。伝熱部材６に一般的に使用されるアルミニウムの耐熱温度は約１５０℃であるので、ＰＴＣサーミスタ３０の設定温度（キューリー点温度Ｔc）を１５０℃に設定すると、伝熱部材６での付着燃料量が多いときの伝熱部材６の表面温度は１５０℃−ΔＴとなり、温度降下により最大気化量はΔＦだけ低下してしまう。
【００３１】
ＰＴＣサーミスタ３０や伝熱部材６の温度降下による気化能力の低下を防ぐには、あらかじめ温度降下分を考慮して、ＰＴＣサーミスタ３０のキューリー点温度Ｔcを高めに設定しておく方法が考えられるが、伝熱部材６に付着する燃料量は、以下で説明するように変動するため、付着燃料量が少なくなったときに放熱量が減少し伝熱部材６の温度が耐熱温度以上に上昇してしまうという問題があった。ここで、ＰＴＣサーミスタのキューリー点温度は、一般にＰＴＣサーミスタの組成を変更することで、任意の温度に設定することが可能である。
【００３２】
図６は、従来の燃料供給装置の始動での、補助噴射弁４、電気ヒータの動作とヒータ（伝熱部材６）の表面温度の変化を示す。エンジン冷機状態では、主噴射弁３で噴射を実施すると、吸気ポート壁面や吸気バルブに多くの燃料が付着して気相でシリンダに供給される燃料が減少することにより燃焼状態が悪化する。これに対し電気ヒータ３０により燃料気化を促進するとシリンダに供給される気相燃料が増加するので燃焼状態が改善され、有害な未燃ガスの排出量を大幅に低減することができる。よって燃料供給装置の補助噴射弁４とヒータ６は冷機始動で動作させる。
【００３３】
(a)で始動クランキング開始とともに(d)(c)に示すように電気ヒータ３０への通電と補助噴射弁４の噴射を開始する。このとき(b)のように主噴射弁３の噴射は停止するか、もしくはヒータの伝熱部材６で気化できる燃料量が不足する場合に、不足分を主噴射弁３で噴射するようにする。ここで、電気ヒータ３０に常時通電すると消費電力が増大しバッテリが劣化したり、燃費が悪化する場合があるので、一般に電気ヒータ３０への通電と補助噴射弁４の噴射は、始動から触媒が活性して触媒の排気浄化性能が得られるまでの数十秒程度の間だけ実施される。
【００３４】
したがって、始動後に上記時間が経過すると、ヒータの伝熱部材６に向けて燃料を噴射する補助噴射弁４の噴射量を徐々に減少させ、その間に主噴射弁３の噴射量を徐々に増加させて補助噴射弁４から主噴射弁３に切り換える制御が必要となる。
【００３５】
始動から始動後アイドル状態でのヒータ（伝熱部材６）の表面温度の変化を(e)に示す。ＰＴＣサーミスタの設定温度（キューリー点温度）をＴcとすると、アイドル状態では伝熱部材６への付着燃料量が多いため、燃料気化に伴う放熱により、ヒータ表面温度はＴcに対しΔＴだけ降下する。ここで、前記したように消費電力の制限から始動後所定の時間が経過すると噴射弁の切り換えのため、補助噴射弁４の噴射量は噴射量が０となるまで徐々に減少する。このとき伝熱部材６の放熱量が減少するため、ＰＴＣサーミスタ３０、伝熱部材６内での温度降下ΔＴは減少し、ヒータ表面温度Ｔsはキューリー点温度Ｔc付近まで上昇する。したがって従来はこの温度変化分を考慮して、ＰＴＣサーミスタ３０の設定温度をヒータ伝熱部材６の耐熱温度である１５０℃程度までに制限していた。このためヒータ付着燃料量が増大したときヒータ表面温度が低下することで、伝熱部材６の燃料気化能力が低下し、シリンダに十分な気化燃料を供給することが出来ず、燃焼状態が悪化したり未燃ガスの排出量が増加するという問題があった。
【００３６】
また、伝熱部材６の燃料気化能力の低下を防ぐために電気ヒータ３０の設定温度を高めに設定すると、前記のようにヒータ付着燃料量が減少したときに伝熱部材６の温度が耐熱温度を超えてしまう。その結果、伝熱部材６が変形して伝熱部材の耐食メッキがはがれて腐食を生じたり、伝熱部材が破損する場合があり、このとき燃料が電気系に侵入して電極の腐食や汚損による接触不良が発生したり、電気系の故障があるときに燃料が侵入すると燃料に着火してバックファイアーが発生する恐れがある。
【００３７】
上記の従来の問題点を解決するための、本発明の第１の実施例について図７により説明する。前記の例と同様に始動クランキング開始から、電気ヒータ（ＰＴＣサーミスタ）３０への通電、補助噴射弁４の噴射を実施するが、始動後所定の時間が経過して噴射弁の切り換えを実施する際に、従来は(d)の点線で示すように補助噴射弁４の噴射を停止してから電気ヒータ３０への通電を停止していたが、第１の実施例では(d1)の実線で示すように噴射弁の切り換え時に補助噴射弁４の噴射を停止する前に電気ヒータ３０への通電を停止するようにする。
【００３８】
これによりヒータ表面温度は(e)のＴs2に示すように補助噴射弁４の噴射量が減少、あるいは無くなってもヒータの表面温度がそれ以上に上昇することが無くなる。その結果、ＰＴＣサーミスタのキューリー点温度を従来のキューリー点温度Ｔc1に対し、Ｔc2のように高く設定することができる。これにより、ヒータ付着燃料量が多い状態でヒータ伝熱部材６の温度を従来のＴs1からＴs2に、燃料の気化性に最適な温度まで高めて設定することが可能となり、ヒータ伝熱部材６の耐久性を損なうことなくヒータの気化能力を向上することができる。
【００３９】
ここで、上記のように、放熱量が減少する状態を判定して、電気ヒータ３０の通電停止タイミングを早めても、ヒータ伝熱部材６の余熱によりヒータ表面温度は直ちには降下せず、ヒータ通電を停止してから噴射を停止するまでの燃料噴射量は少ないため、噴射した燃料は全て気化される。
【００４０】
ここで、本実施例１では、(d1)に示すように、補助噴射弁４の噴射を停止する前に、すなわち、放熱量が減少する状態を判定してヒータへの通電を完全に停止しているが、(d2)に示すように、補助噴射弁４の噴射を停止する前に電気ヒータ３０をスイッチングして１サイクルの通電時間の比率を減少するようにして昇温を抑制するようにしても良い。
【００４１】
図８に、ヒータ（伝熱部材６）に付着する燃料量と、ＰＴＣサーミスタ３０、伝熱部材６内の温度降下ΔＴ、およびヒータ（伝熱部材６）表面温度の関係を示す。ヒータに付着する燃料量が減少すると、ヒータ表面の放熱量が少なくなることで温度降下分ΔＴは減少し、ヒータ表面温度はＰＴＣサーミスタのキューリー点温度近くまで高くなる。
【００４２】
図９に、ヒータ（伝熱部材６）に導入される空気量と、ＰＴＣサーミスタ、伝熱部材内の温度降下ΔＴ、およびヒータ（伝熱部材６）表面温度の関係を示す。ヒータに導入される空気量が減少すると、ヒータ表面の放熱量が少なくなることで温度降下分ΔＴは減少し、ヒータ表面温度は高くなる。図８，９に示すように、ヒータに付着する燃料量および、ヒータに導入される空気量によりヒータ表面温度が変化する。
【００４３】
第１の実施例では、冷機始動後の補助噴射弁４から主噴射弁３への噴射切り換え時に、補助噴射弁４の噴射量が減少するタイミングでヒータへの通電を停止していたが、以下で説明する第２の実施例では、前記の噴射弁切り換え時以外の状態で、ヒータ表面の放熱量が減少してヒータ伝熱面温度が上昇する状態を検知して、電気ヒータ３０への通電を停止させるものである。
【００４４】
図１０に示す第２の実施例において、一般に、冷機状態からの始動では(e)のように始動後から排気管の触媒が活性するまでの所定期間、点火時期を通常のアイドル状態での点火時期に対し遅角して触媒の昇温を促進するようにしているが、点火時期の遅角を実施しているときは、噴射量あたりのエンジントルクが低下するので、アイドル回転を維持するために補助噴射弁４の燃料噴射量が遅角を実施しないときに比べ増加し、ヒータの放熱量も大きくなる。これに対し、始動から前記の所定期間が過ぎると点火時期の遅角量が減少するので、エンジントルクが増加し、アイドル回転を維持するための補助噴射弁４の噴射量が減少してヒータの放熱量が減少するので、ヒータ表面温度が上昇する。
【００４５】
このように点火時期を遅角させている状態で、ヒータ表面温度をヒータ伝熱部材の耐熱温度付近に設定すると、(g)のように点火時期の遅角量が減少したとき、すなわち、所定値に対し進角したとき、あるいは進角方向に変化したとき、ヒータ伝熱面温度が破線で示すように上昇してヒータを破損するので、(f)のように始動後に点火時期の遅角量が減少する（進角する）タイミングでヒータ通電を停止させ、ヒータ伝熱部材の耐熱温度を超えないようにする。ここで、ヒータ通電停止後に補助噴射弁４の噴射を停止させ、主噴射弁３に噴射を切り換える。このとき触媒はほぼ活性温度に達しているので、主噴射弁３に噴射を切り換えることによる排気性能への影響は小さい。
【００４６】
また、前記のように点火時期の遅角量の減少に伴い、(d)のように補助噴射弁４の噴射量は減少するので、補助噴射弁４の噴射量が減少開始時または減少途中に、ヒータ通電を停止し、前記の例と同様に、ヒータ通電停止後に補助噴射弁４の噴射を停止させ、主噴射弁３に噴射を切り換えるようにしても良い。
【００４７】
また、点火時期の遅角量の減少に伴い、エンジン吸入空気量あたりのエンジントルクが増加するので、(b)のようにヒータに導入される空気量が減少するが、前記のように、ヒータに導入される空気量が減少すると、ヒータ表面からの放熱量が減少し、ヒータ表面温度が上昇してヒータが破損する場合があるので、エンジンの吸入空気量の減少を検出して、ヒータ通電を停止し、ヒータ通電停止後に補助噴射弁４の噴射を停止させ、主噴射弁３に噴射を切り換えるようにしても良い。
【００４８】
図１１により本発明の第３の実施例について説明する。本実施例は自動変速機を有するＡＴ自動車の内燃機関の例で、(a)のようにファーストアイドル時にシフトレバーがニュートラル（Ｎ）レンジからドライブレンジ（Ｄ）に切り換わると、暴走防止のため通常、エンジン回転を低下させるようにしている。このとき(c)(e)のようにエンジンの吸入空気量および補助噴射弁４の噴射量が減少しヒータの放熱量が減少するので、(g)に破線で示すようにヒータ表面温度がヒータ伝熱部材の耐熱温度以上に上昇し、ヒータが破損する恐れがある。
【００４９】
従って、一般のシフトレバー位置センサ２２によりシフトレバー位置を検出して、(f)のようにドライブレンジを検出したときにヒータ通電を停止し、補助噴射弁４の燃料量を減らしてから噴射を停止している。なお、ヒータ通電停止後に補助噴射弁４の噴射を停止させ、主噴射弁３に噴射を切り換えるようにしても良い。また、このとき前記の実施例と同様に、エンジンの吸入空気量（ヒータ導入空気量）や補助噴射弁４の噴射量の減少を検出したときにヒータ通電を停止するようにしても良い。以上の実施例１〜３では、ヒータの温度や電流を検出していないので、ヒータの温度センサや電流検出器が不要であり、簡単な構成で実施できる。
【００５０】
以下の図１２で説明する第４の実施例では、電流検出用の抵抗素子２１（図１参照）等が設けられた構成で、ヒータの電流が検出できる場合に、ヒータ表面温度の上昇をヒータ電流により検出して、ヒータ通電を停止するようにしたものである。すなわち、ヒータの電流検出値が所定値以下となったときを判定して、電気ヒータ３０の発熱量を減少させている。図４で説明したように、電気ヒータ（ＰＴＣサーミスタ）３０の電気抵抗はＰＴＣサーミスタの温度で変化するので、電気ヒータ（ＰＴＣサーミスタ）３０に流れる電流と、バッテリ１７の電圧を検出することにより、ＰＴＣサーミスタの電気抵抗を求めることができ、ヒータ温度を推定することができる。
【００５１】
ヒータ伝熱部材６の耐熱温度となるときの電気抵抗をＲsとすると、ヒータ温度を耐熱温度以下とするためには、Ｒ＜Ｒsであれば良いので、ヒータ電流をＩh、バッテリ電圧をＶbとすると、Ｉhについては、下記の（１）式に示す条件が成立していることが必要となる。
【００５２】
Ｉh≧Ｖb/Ｒs      （１）
よって、ヒータ電流とバッテリ電圧の検出値から上記条件が不成立となったときに、ヒータ通電を停止するようにすれば、ヒータ伝熱部材６が耐熱温度を超えないようにすることができ、ヒータの破損を防止できる。
【００５３】
図１２にエンジン始動時のヒータ電流の変化を示す。始動時にヒータ通電直後では(f)の前半に示すようにヒータ温度が低いのでＰＴＣサーミスタ３０の電気抵抗は小さく、(e)の前半に示すようにヒータ電流は高くなるが、エンジン温度の上昇によるフリクションの減少や点火時期遅角量の減少等の要因により(c)の後半に示すように補助噴射弁４の噴射量が減少し始めると、ヒータの放熱量が減少し、ヒータ温度が上昇するので(e)の後半に示すようヒータ電流は減少する。
【００５４】
このときヒータ電流の検出値を、（１）式で示されるヒータの耐熱温度に相当する電気抵抗とバッテリ電圧から求められる所定のしきい値ＩSL(=Ｖb/Ｒs)と比較して、ヒータ電流がしきい値ＩSLより低くなったときにヒータ通電を停止するようにすれば、ヒータ伝熱部材６の温度を耐熱温度以下に保つことができ、ヒータ伝熱部材６の破壊を防止できる。
【００５５】
ここで、一般にＰＴＣサーミスタ３０の抵抗はキューリー点より低い所定温度で最小となる性質があるので、(e)のように冷機状態（ヒータが常温近くまで冷えている状態）からヒータに通電したときのヒータ電流のピーク値Ｉpを最初に検出して、前記のしきい値ＩSLをＩｐに対する相対値(Ｉｐ×所定の係数)で設定すれば、電流値によるヒータ温度検出の精度を向上することができる。
【００５６】
つぎに、前記した実施例の、コントロールユニット１９のプログラム動作について、図１３のフローチャートにより説明する。
【００５７】
ステップ１００で、燃料供給装置５を動作させるのに適したエンジン温度となっているかを判定する。冷機状態で、燃料供給装置のヒータを駆動してもスタータのクランキング回転に必要な電流を供給できる温度範囲として、例えば−１０〜３０℃の範囲で燃料供給装置５を動作させる。
【００５８】
ステップ１１０ではバッテリが劣化していないことを判定するためバッテリ電圧が所定値以上となっているかをチェックする。
【００５９】
ステップ１２０では、燃料供給装置５のヒータに通電および、補助噴射弁４の噴射を実施する運転状態であるかを判定するため、始動クランキング時または、始動後所定時間TON以内であるかをチェックする。上記条件が成立している場合は、ステップ１３０で、ヒータ昇温途中でヒータ温度が低い状態を判定するためヒータ通電時間THONが所定値以内であるかをチェックする。ヒータ通電時間が所定値以内であれば、ステップ１５０でヒータへの通電を行い、さらにステップ１６０でエンジン回転中であれば、ステップ１７０で補助噴射弁４の噴射を実施する。
【００６０】
ステップ１３０でヒータ通電時間THONが所定値より長い場合は、ヒータ温度がある程度上昇しているので、ヒータの放熱量が減少しヒータ温度が上昇する状態であるかをステップ１４０で判定する。例としては、補助噴射弁４の噴射量TINJ2が所定値より少ない場合（状態ａ）や噴射量が減少方向に変化したとき（状態ｂ）、エンジンの吸入空気量（ヒータ導入空気量）が所定値より少ない場合（状態ｃ）又は吸入空気量が減少方向に変化したとき（状態ｄ）、点火時期遅角量が所定値より少なく進角した場合（状態ｅ）又は点火時期が進角方向に変化したとき（状態ｆ）、エンジン回転が所定値より低い場合（状態ｇ）、ヒータ電流が所定値より低い場合（状態ｈ）、補助噴射弁の噴射量の減量動作を時間タイマーにより実施するものでは時間タイマーが所定時間となったとき又は所定時間の直前又は直後であるとき（状態ｉ）、空気制御弁９や補助噴射弁４に故障がある場合（状態ｊ）、また、自動変速機を有するＡＴ車においては、シフトレバー位置がドライブ位置である場合（状態ｋ）などが挙げられる。
【００６１】
ステップ１４０でヒータ表面の放熱量が減少する状態、すなわち、ヒータ温度が上昇する状態であると判定したとき、およびステップ１２０で始動後経過時間が所定値TON以上となったときは、ステップ１８０でヒータの通電を停止し、ステップ１９０で補助噴射弁４の噴射量を徐々に減量する。このとき主噴射弁３の噴射量TINJ1を、必要な供給燃料を全て主噴射弁３で噴射するまで徐々に増量し、噴射弁の切り換えを実施する。ここで、ヒータ通電を停止するタイミングは、補助噴射弁４の噴射量の減量を開始するタイミング以外に、補助噴射弁４の噴射量の減量を開始する直前であっても良く、また、補助噴射弁４の噴射量の減量を開始してから、ヒータ温度が実際に上昇するまでは多少の遅れがあるので、補助噴射弁４の噴射量の減量を開始してから、噴射を完全に停止するまでの間にヒータ通電を停止するようにしても良い。
【００６２】
さらに、前記の実施例では、ヒータ表面の放熱量が減少する状態、すなわち、ヒータ温度が上昇する状態を判定して、ヒータ通電を停止しているが、ヒータ通電を完全に停止せずにスイッチング制御により、スイッチング１周期あたりのヒータ通電の割合を減少させてヒータ温度上昇を抑制するようにしても良く、この場合、ヒータ温度がすぐに低下することが無いので、補助噴射弁４の噴射を直ちに減量、停止する必要が無く、補助噴射弁４の噴射を継続できる。
【００６３】
以上のフローにより、ヒータ温度がヒータ伝熱部材６の耐熱温度以上に上昇することを防止でき、ヒータ温度の変動が減少した結果、ヒータの設定温度を従来より高く設定できるのでヒータの燃料気化性能を向上することができる。
【００６４】
また、以上の実施例では、ＰＴＣサーミスタを使用したヒータの例を示したが、ヒータは電熱線タイプのものでも良く、電熱線を伝熱部材に取り付けるタイプのヒータでもＰＴＣサーミスタと同様に、ヒータ表面の放熱量により伝熱部材の温度が変化するので、ヒータの放熱量が減少しヒータ温度が上昇する状態を判定して、ヒータ通電を停止するようにしても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６５】
【図１】本発明の燃料供給装置の一実施形態を適用した内燃機関の要部構成図。
【図２】図１の燃料供給装置の断面図。
【図３】ＰＴＣサーミスタの温度と電気抵抗の関係を示す図。
【図４】ヒータの断面拡大図および温度分布を示す図。
【図５】ヒータ温度と燃料の気化性能の関係を示す図。
【図６】従来方式での始動動作におけるヒータ表面温度の変化を示す図。
【図７】本発明の第１実施例の動作を示す図。
【図８】ヒータ付着燃料量とヒータ表面温度の関係を示す図。
【図９】ヒータ導入空気量とヒータ表面温度の関係を示す図。
【図１０】本発明の第２実施例の動作を示す図。
【図１１】本発明の第３実施例の動作を示す図。
【図１２】本発明の第４実施例の動作を示す図。
【図１３】本発明のコントロールユニットのプログラム動作を示す図。
【符号の説明】
【００６６】
１…主空気通路、３…主噴射弁（燃料噴射弁）、４…補助噴射弁（燃料噴射弁）、５…燃料供給装置、６…ヒータ伝熱部材、８…気化燃料通路、１６…ヒータリレー（発熱量制御手段）、１７…車載バッテリ、１８…空気量センサ、１９…コントロールユニット、２１…抵抗素子（判定手段）、２２…シフトレバー位置センサ、３０…ＰＴＣサーミスタ（電気ヒータ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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