JP2009198444A - 燃料の蒸気圧計測装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外部からの影響を受けることなく、蒸気圧を精度良く算出することができる燃料の蒸気圧計測装置を提供すること。
【解決手段】燃料供給システム１０において、燃料が貯留される燃料タンク２０と、燃料タンク２０内の燃料をインジェクタ１２に供給する燃料ポンプ２６と、ノズル４２と気化室４５とベンチュリ４７とを備え、燃料をノズル４２から噴出させてベンチュリ４７を通過させることで気化室４５で燃料を蒸気化する燃料蒸気発生部４０と、燃料ポンプ２６とインジェクタ１２とを接続する第１燃料通路２２と、一端が燃料ポンプに接続され、他端が燃料蒸気発生部４０に接続される第２燃料通路２３と、燃料蒸気発生部４０内の圧力を検出する圧力センサ４６と、圧力センサ４６の検出結果に基づいて燃料の蒸気圧を算出するＥＣＵ３０とを備え、燃料蒸気発生部４０が、燃料タンク２０内に配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料の蒸気圧を計測する蒸気圧計測装置に関する。より詳細には、内燃機関に供給される燃料の蒸気圧を計測する蒸気圧計測装置に関するものである。

現在、内燃機関用の燃料として、主にガソリンが使用されているが、市販されている燃料（ガソリン）の性状は必ずしも一定ではない。このため、燃料の蒸気圧にバラツキがある。特に、仕向地が異なると、燃料性状が異なる場合が多く、燃料の蒸気圧にバラツキが生じやすい。そして、燃料の蒸気圧の変化は、燃料の燃焼性へ影響を与えてしまうおそれがある。このため、現状では、仕向地ごとに内燃機関の適合が行われている。

ところが、燃料の蒸気圧は、燃料が酸化したり、燃料が蒸発したりすること等によっても変化してしまう。このため、仕向地ごとに内燃機関の適合を行っても、すべての内燃機関において、燃料の噴射量、噴射タイミング、点火時期等を最適に制御することは困難である。そして、燃料の蒸気圧のバラツキにより、燃料の噴射量、噴射タイミング、点火時期等が最適に制御されないと、特に、内燃機関の冷間時における始動性、エミッション性能、及びドライバビリティが悪化してしまう。

このように、すべての内燃機関において、燃料の噴射量、噴射タイミング、点火時期等を最適に制御するためには、燃料の蒸気圧（燃料性状）を計測する必要がある。そして、このような燃料性状を測定する装置として、例えば、特許文献１に記載されたものがある。ここに記載されている装置は、チャンバーと被測定流体を噴出するノズルとで構成される水流ポンプと、チャンバー内の圧力を測定する圧力センサと、チャンバー内の燃料温度を検出する燃温センサと、該圧力センサと該燃温センサからの情報を受けて被測定液体の性状を算出する性状算出器とを備えている。そして、ノズルから被測定流体を噴出させることによりチャンバー内を負圧にし、燃料を気化させた時の圧力を測定することにより燃料の代表的な蒸気圧、つまり燃料性状を測定するようになっている。
特開平５−２２３７２３号公報

しかしながら、上記した液体性状測定装置では、精度よく蒸気圧を算出することが困難であるという問題があった。なぜなら、蒸気圧は温度の関数であるため、正確な燃料温度を検出する必要があるが、燃料温度を正確に検出することができないおそれがあるからである。すなわち、上記した液体性状測定装置では、水流ポンプがタンク外に設置されているため、チャンバーは外気と接触することになる。このときチャンバーは、外気の影響を受け受熱、放熱が行なわれ、周辺の外気温度が均一でないとチャンバー温度が不均一な状態となる。例えばチャンバー近傍に排気管などがあると、燃温センサと燃料温度とに誤差が生じることになる。また、チャンバー材質と気化した燃料の熱伝達係数の違いも、燃料温度の誤差要因となることは十分考えうる。

そこで、本発明は上記した問題点を解決するためになされたものであり、外部からの影響を受けることなく、蒸気圧を精度良く算出することができる燃料の蒸気圧計測装置を提供することを課題とする。

上記問題点を解決するためになされた本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置は、燃料が貯留される燃料タンクと、前記燃料タンク内の燃料を燃料噴射装置に供給する燃料ポンプと、ノズルと気化室とベンチュリとを備え、燃料を前記ノズルから噴出させて前記ベンチュリを通過させることで前記気化室で燃料を蒸気化する燃料蒸気発生部と、前記燃料ポンプと前記燃料噴射装置とを接続する第１燃料通路と、一端が前記燃料ポンプ又は前記第１燃料通路に接続され、他端が前記燃料蒸気発生部に接続される第２燃料通路と、前記燃料蒸気発生部内の圧力を検出する圧力検出手段と、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて燃料の蒸気圧を算出する蒸気圧算出手段とを備え、前記燃料蒸気発生部が、前記燃料タンク内に配置されていることを特徴とする。

この燃料蒸気圧計測装置では、燃料ポンプから燃料噴射装置に燃料が供給される第１燃料通路と、燃料ポンプ（ポンプから直接の場合と第１燃料通路を介する場合とがある）から燃料タンク内に配置されている燃料蒸気発生部に燃料を供給する第２燃料通路が設けられている。このため、燃料ポンプから第２燃料通路に燃料が供給される。そして、第２燃料通路に流れ込んだ燃料は、ノズルに到達する。ここで、ノズルには絞りが設けられているから、ノズルから噴出された燃料は流速を増して気化室に供給され、ベンチュリを通過して燃料タンク内に戻される。このとき、ノズルより噴射された燃料が、ベンチュリのスロート部を通過する際に、気化室に負圧を発生させる。なぜなら、燃料がベンチュリのスロート部を通過するとき、粘性の影響により気化室内の燃料が引っ張られるために、気化室内に負圧が発生するのである。

この負圧発生作用に基づき燃料が減圧気化され、気化室内に蒸気圧が発生する。そして、気化室の圧力は、燃料の蒸気圧に基づき平衡状態となる。このとき、平衡状態における気化室内の圧力が圧力検出手段で検知される。その後、蒸気圧算出手段により、圧力検出手段の検出結果に基づいて燃料の蒸気圧が算出される。なお、蒸気圧算出手段で算出される蒸気圧にはリード蒸気圧も含まれる。このように、燃料の蒸気圧が算出できるのは、気化室の圧力が蒸気圧（燃料性状）の違いに伴って変化するからである。

このように蒸気圧計測装置によれば、ノズルの絞りにより流速を増して噴射された燃料が、気化室に負圧を発生させることで燃料を減圧気化させ、発生した蒸気圧による平衡状態における気化室内の圧力を圧力検出手段で検出し、その検出値に基づき蒸気圧算出手段で燃料の蒸気圧を算出することができる。そして、燃料蒸気発生部が燃料タンク内に配置されているので、燃料が外気温の影響を受けにくい。従って、燃料の蒸気圧を精度良く計測することができる。

また、燃料蒸気発生部が燃料タンク内に配置されているので、燃料蒸気発生部から燃料が多少漏れたとしても問題にならないため、燃料蒸気発生部の構造、特にシール構造を簡単にすることができる。

そして、計測された蒸気圧を用いて、内燃機関が最適運転状態となるよう、燃料噴射量の補正を行うようにすればよい。これにより、燃料の種類，温度に合わせ内燃機関が要求する最適な燃料噴射量の補正ができる。その結果、常に安定した燃焼状態が得られ、特に冷間時におけるＡ／Ｆセンサの未活性時（オープン制御時）のＨＣ低減、始動性、ドライバビリティの向上を図ることができる。また、仕向け先の違いによる蒸気圧（燃料性状）の違いを検知できるため、燃料種類に合わせた内燃機関の適合を行う必要が無くなるので、機種展開が容易になり開発工数を大幅に削減することができる。

本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記第１燃料通路、前記第２燃料通路、又は前記燃料ポンプ内に配置され、前記燃料蒸気発生部に流入する燃料の圧力を一定圧にする調圧手段を有することが望ましい。

このような調圧手段を設けることにより、ノズルからの燃料噴射条件を一定にすることができるため、同一条件下で燃料を蒸気化することができる。その結果、気化室内の圧力検出を精度良く行うことができるので、燃料の蒸気圧をより精度良く計測することができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃料蒸気発生部を通過する燃料の温度を検出する燃温検出手段を有し、前記蒸気圧算出手段は、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて算出した燃料の蒸気圧を、前記燃温検出手段の検出結果に基づき補正することが望ましい。

蒸気圧は温度の関数であるから、燃料の温度が安定していないと蒸気圧を正確に計測（算出）することができない。そこで、燃温検出手段を設けることにより、燃料蒸気発生部で気化する前（液体状態）の燃料の温度を検出している。これにより、気化した燃料の温度を検出する場合に比べ、燃料温度を精度良く検出することができる。そして、蒸気圧算出手段で、正確に検出された燃料温度を用いて、圧力検出手段の検出結果に基づいて算出した燃料の蒸気圧を補正するため、蒸気圧を非常に精度良く計測（算出）することができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記気化室入口より上流側又は前記気化室出口より下流側に配置され、前記気化室への燃料の流入を制御する制御弁を有することが望ましい。

このような制御弁を設けることにより、燃料の蒸気圧を計測する間だけ、ノズルから燃料を噴射して、確実に気化室に負圧を発生させることができる。これにより、燃料噴射量が少ないときに燃料の蒸気圧の計測を行うことができ、燃料ポンプの流量をアップすることなく燃料の蒸気圧を精度良く計測することができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃料蒸気発生部は、前記燃料ポンプとともに、前記燃料タンク内のサブタンク内に収められていることが望ましい。

燃料蒸気発生部を燃料タンク内のサブタンク内に収めることにより、蒸気圧計測装置を燃料ポンプ等とともにモジュール化することができる。その結果、蒸気圧計測装置の設置が容易になるとともに、取付部材を簡素化することができる。

そして、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃料ポンプは、前記サブタンク内に配置されており、前記燃料蒸気発生部から流出する燃料が、前記サブタンク内に戻されることが望ましい。

燃料蒸気発生部から流出する燃料をサブタンク内に戻すことにより、燃料ポンプが傾いた場合でも、サブタンク内に配置された燃料ポンプが燃料を確実に吸い上げて燃料を供給することができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃温検出手段は、前記ノズルの上流側でノズル近傍に配置されていることが望ましい。

このような位置に燃温検出手段を配置することにより、ノズル付近における液状燃料の温度を検出することができるため、ノズルから噴射される燃料の温度を正確に計測することができる。従って、燃料の蒸気圧を計測精度を向上させることができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃温検出手段は、前記燃料蒸気発生部に一体的に取り付けられていることが望ましい。

燃温検出手段を燃料蒸気発生部に一体的に取り付けることにより、蒸気圧計測装置の構成部品を集約化することができる。その結果、蒸気圧計測装置の設置が容易になるとともに、取付部材を簡素化することができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃料ポンプは、サブタンクを有する燃料供給装置に取り付けられており、前記燃温検出手段が、前記サブタンクの底部近傍に配置されていることが望ましい。

サブタンクの底部には燃料が安定して存在し、燃料の温度も安定している。このため、燃温検出手段をサブタンクの底部近傍に配置することにより、燃料温度をバラツキなく正確に検出することができる。これにより、燃料の蒸気圧を計測精度を向上させることができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記圧力検出手段は、前記燃料タンクの外側に配置されていることが望ましい。

このように圧力検出手段を燃料タンクの外側に配置することにより、圧力検出手段への配線を容易にすることができ、蒸気圧計測装置の組み付け性を向上させることができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記燃料蒸気発生部は、前記燃料タンクの蓋部材近傍に配置され、前記圧力検出手段は、前記蓋部材の燃料タンク外側に配置されていることが望ましい。

このような構成により、圧力検出手段の固定が容易になるとともに、燃料気化室及び圧力検出手段自体や接続コネクタなどを、蓋部材付近に集約することができるので、装置の小型化を図ることができる。

そして、燃料蒸気発生部を蓋部材に一体成形することにより、圧力検出手段自体や接続コネクタの他、燃料蒸気発生部をも蓋部材に集約することができ、装置の小型化をより一層図ることができるとともに、蒸気圧計測装置の燃料タンクへの組み付け性をより向上させることができる。

また、本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置においては、前記圧力検出手段と前記燃料蒸気発生部とが感圧壁を介して接続されていることが望ましい。

このような構成により、感圧壁（例えば、ダイアフラムなど）によって圧力検出部への燃料の侵入を防止することができ、圧力検出部における回路異常の発生を防ぐことができる。

そして、上記したいずれか１つの蒸気圧計測装置と、前記燃料噴射装置における燃料噴射制御を行う燃料噴射制御手段とを有し、前記燃料噴射制御手段は、前記蒸気圧計測装置で得られたリード蒸気圧などの燃料蒸気特性値と始動時の内燃機関の冷却水温とから、その始動時水温での蒸気圧を算出し内燃機関の前記燃料噴射装置における燃料噴射制御を実施する燃料噴射制御システムを構成するのが好ましい。

このような燃料噴射制御システムを構成することにより、燃料の種類，温度に合わせエンジンが要求する最適な燃料噴射量の補正が出来るため常に安定した燃焼状態が得られ、特に冷間始動時におけるＡ／Ｆセンサの未活性時（オープン制御時）のＨＣ低減、始動性、ドライバビリティの向上を満たすことができる。また、仕向け先の違いによる燃料性状（蒸気圧）の違いを検知できるため、燃料性状に合わせた内燃機関の適合を行う必要が無くなるので、機種展開が容易になり開発工数を大幅に削減することができる。

また、この燃料噴射制御システムでは、内燃機関の冷却水温に基づき始動時の蒸気圧を算出するため、内燃機関の暖機後の再始動時であっても高精度な燃料噴射制御を行うことができる。

さらに、この燃料噴射制御システムでは、上記した蒸気圧計測装置を用いているので、蒸気圧計測装置の構成が簡素かつ小型であるため、システムとしても簡素化及び小型化を図ることができる。これにより、高性能な燃料噴射制御システムを実現することができる。

本発明に係る燃料の蒸気圧計測装置によれば、上記した通り、外部からの影響を受けることなく、蒸気圧を精度良く算出することができる。

以下、本発明の燃料の蒸気圧計測装置及び燃料噴射制御システムを具体化した最も好適な実施の形態について添付図面に基づいて詳細に説明する。本実施の形態は、本発明を自動車用エンジンの燃料供給システムに適用したものである。

（第１の実施の形態）
まず、第１の実施の形態について説明する。そこで、第１の実施の形態に係る燃料供給システムについて、図１及び図２を参照しながら説明する。図１は、第１の実施の形態に係る燃料供給システムの概略を示す構成図である。図２は、燃料蒸気発生部の概略構成を示す部分断面図である。燃料供給システム１０には、図１に示すように、エンジン１１と、インジェクタ１２と、燃料タンク２０と、燃料ポンプユニット２１と、第１燃料通路２２と、第２燃料通路２３と、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）３０とが備わっている。これにより、燃料供給システム１０では、ＥＣＵ３０の指令に基づき、燃料ポンプユニット２１から燃料タンク２０内の燃料が燃料通路２２を介してインジェクタ１２に供給され、インジェクタ１２からエンジン１１に燃料が噴射供給されるようになっている。

ここで、エンジン１１は、周知の構造を有するレシプロタイプのものである。そして、このエンジン１１は、吸気通路１３を通じて吸入される空気とインジェクタ１２から噴射される燃料との可燃混合気を、点火プラグ３５により着火して燃焼室で爆発・燃焼させ、その燃焼後の排気を排気通路１４を通じて排出させることにより、ピストン１５を動作させてクランクシャフト（不図示）を回転させ、動力を得るようになっている。また、エンジン１１には、水温センサ３３が設けられている。水温センサ３３は、エンジン１１の内部を流れる冷却水の温度（冷却水温）を検知し、その検出値に応じた電気信号を出力するものである。なお、水温センサ３３からの出力信号は、ＥＣＵ３０に入力されるようになっている。

吸気通路１３には、エアフローメータ３１、スロットルバルブ１６、およびサージタンク１７が設けられている。ここで、エアフローメータ３１は、吸気通路１３を通じてエンジン１１に吸入される空気量（吸気量）を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力するものである。スロットルバルブ１６は、吸気通路１３を通じてエンジン１１に吸入される空気量（吸気量）を調節するために開閉されるものである。このバルブ１６は、運転席に設けられたアクセルペダル１８の操作に連動、より詳細には、アクセルペダル１８に設けられたアクセルポジションセンサ１９からの出力信号に応じて作動するようになっている。また、サージタンク１７には吸気圧センサ３２が設けられている。この吸気圧センサ３２は、スロットルバルブ１６より下流の吸気通路１３における吸気圧を検出し、その検出値に応じた電気信号を出力するものである。なお、吸気温センサ３１及び吸気圧センサ３２からの出力信号は、ＥＣＵ３０に入力されるようになっている。

インジェクタ１２は、エンジン１１における各気筒の吸気ポートに対して燃料を噴射するものである。インジェクタ１２には、燃料ポンプユニット２１から圧送された燃料が、第１燃料通路２２を通じて供給されるようになっている。このようにして供給された燃料は、ＥＣＵ３０からの指令に基づきインジェクタ１２が作動することにより、吸気ポートへ噴射され、空気との可燃混合気を形成して各気筒に取り込まれる。なお、後述するようにプレッシャレギュレータ２８にて燃料噴射圧を一定に制御しているため、余剰燃料は燃料ポンプユニット２１に備わるジェットポンプを介して燃料タンク２０内に戻されるようになっている。

燃料タンク２０には、燃料が貯留されており、その内部に燃料ポンプユニット２１が設けられている。この燃料ポンプユニット２１は、図２に示すように、燃料タンク２０の取付孔２０ａを塞ぐセットプレート２５に、燃料ポンプ２６などが収容されているリザーブカップ２７を組み込んだものである。このリザーブカップ２７が本発明の「サブタンク」に相当する。なお、本実施の形態では燃料タンク２０が樹脂製であるためリザーブカップを有しているが、鉄製の燃料タンクの場合にはタンクの隔壁によりサブタンクが形成されることになる。

そして、燃料ポンプユニット２１は、燃料タンク２０の取付孔２０ａを塞ぐようにセットプレート２５を燃料タンク２０に装着することによって、燃料タンク２０に取り付けられている。このような燃料ポンプユニット２１から、プレッシャレギュレータ２８により一定圧に調整された燃料が、第１燃料配管２２及び第２燃料配管２３に供給されるようになっている。これにより、後述するノズル４２からの燃料噴射条件を一定にすることができるため、後述する気化室４５にて同一条件下で燃料を蒸気化することができる。

エンジン１１に設けられた点火プラグ３５は、イグナイタ３６から出力される高電圧を受けて点火動作をするものである。点火プラグ３５の点火時期は、ＥＣＵ３０の指令によって定まるイグナイタ３６による高電圧の出力タイミングにより決定される。

図１に示すＥＣＵ３０には、上記した他、クランク角センサ等の各種センサ類から出力される各種信号が入力されるようになっている。そして、ＥＣＵ３０は、これらの入力信号に基づきエンジンの運転状態を検出し、エンジンの運転状態に応じた燃料供給制御及び点火時期制御等を実行するために、燃料ポンプ２６、インジェクタ１２、及びイグナイタ３６をそれぞれ制御するようになっている。なお、燃料供給制御とは、エンジンの運転状態に応じて、燃料ポンプ２６の吐出量（ポンプモータの回転数）、およびインジェクタ１２から噴射される燃料量（燃料噴射量）とその噴射タイミングを制御することである。点火時期制御とは、エンジン１１の運転状態に応じてイグナイタ３６を制御することにより、点火プラグ３５による点火時期を制御することである。

また、ＥＣＵ３０は、後述する圧力センサ４６からの出力信号に基づき、燃料の蒸気圧を算出するようになっている。つまり、ＥＣＵ３０は、本発明の「蒸気圧算出手段」に相当する。

ここで、ＥＣＵ３０は、周知の構成、すなわち中央処理装置（ＣＰＵ）、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）、バックアップＲＡＭ、外部入力回路及び外部出力回路等を備えている。ＥＣＵ３０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びバックアップＲＡＭと、外部入力回路及び外部出力回路等とをバスにより接続してなる論理演算回路を構成している。ＲＯＭは、エンジンに制御に関する所定の制御プログラムを予め記憶している。ＲＡＭは、ＣＰＵの演算結果を一時記憶するものである。バックアップＲＡＭは、予め記憶したデータを保存するものである。ＣＰＵは、入力回路を介して入力される各種センサ等の検出値に基づき、所定の制御プログラムに従って各種制御等を実行するものである。

そして、セットプレート２５の燃料タンク側つまり燃料タンク２０内、より詳細にはリザーブカップ２７内に、燃料蒸気発生部４０が配置されている。このように燃料蒸気発生部４０を燃料タンク内２０に設けることにより、燃料蒸気発生部４０から燃料が多少漏れたとしても問題にならないため、燃料蒸気発生部４０の構造、特にシール構造を簡単にすることができる。また、燃料蒸気発生部４０を燃料ポンプ２６などとともにモジュール化することができ、その取り付けが容易となり取付部材を簡素化することができる。本実施の形態では、燃料蒸気発生部４０がセットプレート２５に一体化されている。

この燃料蒸気発生部４０には、図２に示すように、電磁弁４１と、ノズル４２と、気化室４５と、ベンチュリ４７とが備わっている。そして、電磁弁４１の流入口が第２燃料配管２３に接続され、流入口がノズル４２に接続されている。電磁弁４１への通電のＯＮ／ＯＦＦにより電磁弁４２の弁体４３が移動し、ノズル４２からの気化室４５への燃料噴射が制御されるようになっている。このような電磁弁４２を設けることにより、燃料の蒸気圧を計測する間だけ、ノズル４２から燃料を噴射して、確実に気化室４５に負圧を発生させることができる。これにより、燃料噴射量が少ないときに燃料の蒸気圧の計測を行うことができ、燃料ポンプ２６の流量をアップすることなく燃料の蒸気圧を精度良く計測することができるようになっている。なお、この電磁弁４１は、図１に示すように、ＥＣＵ３０に接続されており、電磁弁４１への通電のＯＮ／ＯＦＦは、ＥＣＵ３０からの指令に基づき行われる。

気化室４５は、図２に示すように、ノズル４２周辺、およびノズル４２とベンチュリ４７との間に形成されている。なお、本実施の形態では、ノズル４２の直径が０．９ｍｍ、ベンリュリ４７のスロート部直径が１．５ｍｍ、ノズル４２とベンチュリ４７との距離が３ｍｍとなっている。これらの数値は、これらの数値は、燃料ポンプの性能によって決定されるものであり、例示したものに限定されない。

そして、気化室４５には、ダイアフラム４９を介して圧力センサ４６が接続されており、気化室４５内の圧力を検知することができるようになっている。これにより、気化室４５に発生した負圧により燃料が減圧沸騰を起こし蒸気圧が発生したときの気化室４５内の圧力が、圧力センサ４６で検出されるようになっている。また、ダイアフラム４９によって圧力センサ４６への燃料の侵入を防止して圧力センサ４６における回路異常の発生を防ぐようになっている。なお、圧力センサ４６からの出力信号は、図１に示すように、ＥＣＵ３０に入力されるようになっている。

このように、気化室４５内で燃料の減圧沸騰が生じるのは以下の理由による。すなわち、ノズル４２から噴出された燃料は流速を増して気化室４５に供給され、ベンチュリ４７を通過してリザーブカップ２７内に戻されるが、ノズル４２より噴射された燃料がベンチュリ４７のスロート部を通過する際に、燃料の粘性の影響により気化室４５内の燃料が外部（ベンリュリ側）へ引っ張られるために気化室４５内に負圧が発生する。そして、この負圧発生作用に基づき、気化室４５内の燃料が減圧気化され、気化室４５内に蒸気圧が発生するのである。そして、気化室４５の圧力は、燃料の蒸気圧に基づき平衡状態となる。このとき、平衡状態における気化室４５内の圧力が、圧力センサ４６で検知される。

そして、圧力センサ４６は、燃料タンク２０の外、詳細にはセットプレート２５の表側（タンクとは反対側）に設けられている。これにより、圧力センサ４６への配線、及び圧力センサ４６への配線が容易になっている。また、ベンチュリ４７から流出する燃料がリザーブカップ２７内に戻されるため、燃料ポンプ２６が傾いた場合でも、リザーブカップ２７内に配置された燃料ポンプ２６が燃料を確実に吸い上げて燃料を供給することができるようになっている。

さらに、図２に示すように、燃料蒸気発生部４０（電磁弁４１）の入口に、燃温センサ４８が設けられている。これにより、ノズル４２に噴射される燃料の温度を正確に検出することができる。なお、燃温センサ４８からのからの出力信号は、図１に示すように、ＥＣＵ３０に入力されるようになっている。そして、燃温センサ４８は、燃料蒸気発生部４０に一体的に組み付けられている。これにより、燃料蒸気発生部４０の構成部品が集約化（一体化）され、燃料蒸気発生部４０の取付性を一層向上させることができる。

このようにして燃料蒸気発生部４０で検出される圧力と燃温とに基づいて、後述するようにしてリード蒸気圧ＲＰＶが算出される。つまり、燃料蒸気発生部４０で燃料を減圧気化させ燃料のリード蒸気圧ＲＶＰを算出することができ、また始動時の温度での燃料蒸気圧を算出することもできる。そのため、システム構成を簡素化にすることができるとともに、小型化を図ることができ、さらに高精度な燃料噴射制御を行うことができるようになっている。

続いて、上記した構成の燃料供給システム１０の動作について、図３及び図４を参照しながら説明する。図３は、燃料供給システムにおけるエンジン始動時における燃料供給制御の内容を示すフローチャートである。図４は、燃料供給システムにおけるリード蒸気圧計測ルーチンの内容を示すフローチャートである。なお、燃料供給システム１０における燃料供給制御は、イグニッション（ＩＧ）がＯＮされると開始される。

イグニッション（ＩＧ）がＯＮされると、ＥＣＵ３０は、図３に示すように、ＥＣＵ３０に備わるＲＡＭに記憶された現在のリード蒸気圧ＲＶＰを読み出す（ステップ１）。このリード蒸気圧ＲＶＰは、燃料の揮発性を示す指標である。なお、ＲＡＭへの現在のリード蒸気圧ＲＶＰの書き込み（記憶）処理は、後述するリード蒸気圧計測ルーチン（図４参照）の実施中に行われる。

次に、ＥＣＵ３０は、水温センサ３３からの信号により、エンジン１１の冷却水温を検出する（ステップ２）。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ２で検出した冷却水温に基づき、温度係数Ｃｔ（Ｔ２）を算出する（ステップ３）。ここで、温度係数Ｃｔ（Ｔ２）は、ステップ１で読み出したリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を「１」としたときの燃温による蒸気圧の変化割合を示すものである（図７参照）。その後、ＥＣＵ３０は、ステップ１で読み出したリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）と、ステップ３で算出した温度係数Ｃｔ（Ｔ２）とから次式により現在の燃料蒸気圧ＶＰを算出する（ステップ４）。
ＶＰ＝ＲＶＰ・Ｃｔ（Ｔ２）

ここで、冷却水温に基づき温度係数から燃料蒸気圧を算出するのは、インジェクタ１２から噴射される状態における蒸気圧を正確に算出するためである。例えば、寒冷地においては、エンジン１１の暖気が終了していても、燃温が低い状態であることがあり、このような場合に燃温に基づいて燃料蒸気圧を算出すると、インジェクタ１２から噴射されたときの燃料蒸気圧を正確に算出することができないからである。なお、エンジン１１の運転状態によって、燃料蒸気圧を算出するための温度を、冷却水温又は燃温のいずれにするかを決定する（切り替える）ようにしてもよい。

その後、ＥＣＵ３０は、算出した燃料蒸気圧に基づき始動時における燃料噴射量や点火時期などの補正量を決定する（ステップ５）。これにより、燃料供給システム１０においては、始動時における燃料蒸気圧に基づく燃料増量補正が行われる。そして、ＥＣＵ３０は、この増量補正を行ってエンジン１１を始動させる（ステップ６）。

このように、燃料供給システム１０では、ＥＣＵ３０がエンジン１１の始動時における燃料噴射制御を燃料蒸気圧に基づき行うため、燃料性状（種類）が変化しても、高精度な燃料噴射制御を行うことができる。その結果、燃料の種類、温度に合わせエンジンが要求する最適な燃料噴射量の補正が出来るため常に安定した燃焼状態が得られ、特に冷間始動時におけるＡ／Ｆセンサの未活性時（オープン制御時）のＨＣ低減、始動性、ドライバビリティの向上を満たすことができる。また、仕向け先の違いによる燃料性状（蒸気圧）の違いを検知できるため、燃料性状に合わせた内燃機関の適合を行う必要が無くなるので、機種展開が容易になり開発工数を大幅に削減することができる。

そして、エンジン１１が始動した後、ＥＣＵ３０は図４に示すリード蒸気圧計測ルーチンを実行する。このリード蒸気圧計測ルーチンが実行されると、図４に示すように、ＥＣＵ３０は、タイマーリセット後に（ステップＳ１０）、圧力センサ４６による圧力計測条件が満たされているか否かを判断する（ステップ１１〜１４）。本実施の形態では、タイマーリセットから規定時間以上経過していること（ステップ１１）、アクセルポジションセンサ１９の出力電圧が規定値以下、つまりアクセルペダル１８が操作されていないこと（ステップ１２）、バッテリ電圧が既定値（例えば、６Ｖ）以上であること（ステップ１３）、給油されていないこと（ステップ１４）を計測条件としている。

上記した計測条件を満たしている場合には（Ｓ１１〜Ｓ１３：ＹＥＳ，Ｓ１４：ＮＯ）、燃料蒸気発生部４０で気化室４５の圧力が計測される（ステップ１５）。具体的には、ＥＣＵ３０が、電磁弁４１をＯＮしてノズル４２を開く。これにより、ノズル４２からベンチュリ４７に向かって燃料が噴射され、ベンリュリ４７のスロート部に燃料が付着することで気化室４５に負圧が発生し、燃料が減圧気化することで気化室４５内に蒸気圧が発生する。このとき、圧力センサ４６により気化室４５内の圧力が検出されるとともに、燃温センサ４８により燃料蒸気発生部４０に供給される燃料の温度Ｔ１が検出される（ステップ１６）。

ここで、圧力センサ４６により検出される圧力は、図５に示すＰ（Ｔ１）である。この圧力Ｐ（Ｔ１）は、ノズル４２から燃料が噴射されたとき（噴射流量Ｑ（Ｑは一定））に気化室４５に発生する負圧Ｐｎ（一点鎖線参照）よりも、燃料が減圧気化することで発生した蒸気圧によってよって回復した（小さくなった）負圧（実線参照）となる。なお、図５は、ノズルからの噴出流量と気化室圧力との関係（フィード圧３００ｋＰａ）を示す図である。

一方、ステップ１１〜１３において、圧力計測条件が満たされていない場合には、ＥＣＵ３０は、各条件が満たされるまで以降の処理を一時的に中止する。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ１１〜１３のすべての条件が満たされると（Ｓ１１〜Ｓ１３：ＹＥＳ）、給油されたか否かを判断する（ステップ１４）。このとき、給油されていると（Ｓ１４：ＹＥＳ）、ＥＣＵ３０は、タイマーをリセットして圧力計測条件（ステップ１１〜１４）の判定を繰り返す。

そして、ＥＣＵ３０は、ステップ１６で検出した燃料温度に基づき、温度係数Ｃｔ（Ｔ１）を算出する（ステップ１７）。次いで、ステップ１５で計測した圧力Ｐ（Ｔ１）と、ステップ１７で算出した温度係数Ｃｔ（Ｔ１）とにより下記の換算式に基づき、リード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を算出する（ステップ１８）。

ここで、リード蒸気圧及び任意の温度における蒸気圧（揮発性）を算出する換算式について、図６及び図７を参照しながら説明する。図６は、リード蒸気圧（物性値）と気化室圧力との関係を示す図である。図７は、図６の結果より求めた３７．８℃における気化室圧力を基準としたときの温度に対する変化割合（温度係数Ｃｔ）を示す図である。

図６から明らかなように、気化室圧力は、各燃温において燃料の種類に関係なくリード蒸気圧（物性値）と非常に高い相関性がある。そして、３７．８℃における気化室圧力を基準としたときの温度変化に対し、気化室圧力の変化割合は図７に示すように、燃料の種類に関係なく、ある割合で変化する。従って、気化室４５の圧力と燃料温度とを検出することができれば、リード蒸気圧と任意の温度における燃料蒸気圧（揮発性）も簡単に算出することができる。

そして、上記結果から得られるリード蒸気圧ＲＶＰの換算式は以下に示す通りである。
ＲＶＰ＝１／Ｃｔ（Ｔ１）・Ａ₀・Ｐ（Ｔ１）＋Ｂ₀
Ａ₀：基準温度（３７．８℃）の傾き
Ｂ₀：基準温度（３７．８℃）の切片
また、任意の温度における蒸気圧ＶＰの換算式は以下に示す通りである。
ＶＰ（Ｔ２）＝ＲＶＰ・Ｃｔ（Ｔ２）

その後、ＥＣＵ３０は、このようにしてリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を算出すると、算出したリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を現在のリード蒸気圧ＲＶＰとしてＲＡＭに上書きする。これにより、先回のリード蒸気圧ＲＶＰが消去されて、現在のリード蒸気圧ＲＶＰが記憶される（ステップ１９）。そして、このようにして記憶された現在のリード蒸気圧ＲＶＰが次回のエンジン始動時に読み出される（ステップ１参照）。その後、エンジン１１が停止するとこの処理ルーチンが終了する（ステップ２０）。

以上、詳細に説明したように本実施の形態に係る燃料供給システム１０では、燃料蒸気発生部４０において、燃料を減圧気化させることで蒸気圧を発生させて、そのときの気化室４５の圧力を圧力センサ４６で検出し、かつ燃温センサ４８の検出信号に基づきＥＣＵ３０が温度係数Ｃｔ（Ｔ１）からリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を算出する。そして、エンジン１１の始動時には、このリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）と水温センサ３３の検出信号に基づき算出された温度係数Ｃｔ（Ｔ２）から現在の燃料蒸気圧ＶＰを算出し、その燃料蒸気圧ＶＰを用いてエンジン１１の始動時における燃料増量制御を実施する。このため、燃料の種類、温度に合わせエンジン１１が要求する最適な燃料噴射量の補正ができるため常に安定した燃焼状態が得られ、特に冷間始動時におけるＡ／Ｆセンサの未活性時（オープン制御時）のＨＣ低減、始動性、ドライバビリティの向上を満たすことができる。また、仕向け先の違いによる蒸気圧（燃料性状）の違いを検知できるため、燃料種類に合わせたエンジン適合を行う必要が無くなるので機種展開が容易になり、開発工数を大幅に削減することができる。

また、燃料供給システム１０では、燃料蒸気発生部４０を燃料タンク２０内に設けて周辺温度の影響を受けなくしているので、安定した燃料蒸気圧の計測を行うことができるとともに、燃温センサ４６を液没させていることによっても周辺温度の影響を受けなくなっており、非常に精度良く燃料蒸気圧を算出することができる。

ここで、燃料蒸気発生部をセットプレート２５に取り付けるのではなく、図８に示すように、燃料蒸気発生部４０ａをリザーブカップ２７の底部近傍に設置して、燃温センサ４８をリザーブカップ２７の底部近傍に配置するようにしてもよい。このような構成により、リーザブカップ２７の底部には燃料が安定して存在し、燃料の温度も安定しているため、燃温センサ４８を確実に液没させることができ、燃料温度をバラツキなく正確に検出することができる。その結果、燃料の蒸気圧を計測精度を一層向上させることができる。

（第２の実施の形態）
次に、第２の実施の形態について説明する。第２の実施の形態は、第１の実施の形態と基本的な構成をほぼ同じくするが、燃料蒸気発生部に電磁弁及び燃温センサが組み込まれていない点が相違する。このため以下では、第１の実施の形態と共通する構成については図面に同じ符号を付してその説明を適宜省略し、相違する構成を中心に第２の実施の形態に係る燃料供給システムについて、図９及び図１０を参照しながら説明する。図９は、第２の実施の形態に係る燃料供給システムの主要部における概略を示す構成図である。図１０は、燃料供給システムにおけるリード蒸気圧計測ルーチンの内容を示すフローチャートである。

図９に示すように、第２の実施の形態に係る燃料供給システム１０ａにおける燃料蒸気発生部４０ｂは、ノズル４２と、気化室４５と、圧力センサ４６と、ベンチュリ４７とを備えている。すなわち、燃料蒸気発生部４０ｂには、電磁弁及び燃温センサが組み込まれていない。このような燃料蒸気発生部４０ｂは、第１の形態と同様に、セットプレート２５に組み込まれている。具体的には、燃料ポンプ２６からインジェクタ１２に燃料を供給する第１燃料通路２２と、燃料ポンプ２６から燃料蒸気発生部４０ｂに燃料を供給する第２燃料通路２３とが形成されている。そして、第２燃料通路２３の他端が燃料蒸気発生部４０ｂの入口に接続されており、燃料ポンプ２６から一定圧の燃料が燃料蒸気発生部４０ｂに供給されると、ノズル４２から燃料がベンチュリ４７に向けて噴射されるようになっている。このとき、第１の実施の形態と同様に、気化室４５に発生した負圧により燃料が減圧沸騰を起こし蒸気圧が発生したときの気化室４５内の圧力が、圧力センサ４６で検出されるようになっている。

続いて、燃料供給システム１０ａにおけるリード蒸気圧計測について、図１０を参照しながら説明する。燃料供給システム１０ａでも、エンジン１１が始動されると、ＥＣＵ３０がリード蒸気圧計測ルーチンを実行する。このリード蒸気圧計測ルーチンが実行されると、図１０に示すように、ＥＣＵ３０は、圧力計測条件（ステップ３０，３１）が満たされているか否かを判断する。この計測条件は、第１の実施の形態と異なり、本実施の形態では、給油がされたこと（ステップ３０）、及び先回のエンジン停止後より規定時間以上経過していること（ステップ３１）としている。なお、ステップ３１における規定時間としては、燃温とエンジン１１の冷却水温とが同じ温度になるまでの時間を設定すればよい。

上記の圧力計測条件が満たされると、ＥＣＵ３０は、圧力センサ４６からの信号に基づき気化室４５の圧力（Ｐ（Ｔ））を検出し（ステップ３２）、水温センサ３３からの信号に基づきエンジン１１の冷却水温を検出する（ステップ３３）。そして、ＥＣＵ３０は、ステップ３３で検出した冷却水温に基づき、温度係数Ｃｔ（Ｔ）を算出する（ステップ３４）。次いで、ステップ３２で検出した圧力Ｐ（Ｔ）と、ステップ３４で算出した温度係数Ｃｔ（Ｔ）とにより上記した換算式に基づき、リード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を算出する（ステップ３５）。その後、ＥＣＵ３０は、算出したリード蒸気圧ＲＶＰ（３７．８℃）を現在のリード蒸気圧ＲＶＰとしてＲＡＭに上書きする。これにより、先回のリード蒸気圧ＲＶＰが消去されて、現在のリード蒸気圧ＲＶＰが記憶される（ステップ３６）。

そして、次回のエンジン１１の始動時に、ＥＣＵ３０により、ステップ３６で記憶された現在のリード蒸気圧ＲＶＰが読み込まれ、その時のエンジン１１の冷却水温から算出した温度係数（Ｃt（Ｔ２））に基づき燃料蒸気圧ＶＰが算出される。そして、この燃料蒸気圧ＶＰをもとに燃料噴射量補正が行われて、エンジン１１が始動する（図３参照）。

このように、第２の実施の形態に係る燃料供給システム１０ａでも、ＥＣＵ３０により第１の実施の形態と同様の燃料噴射制御が行われ、第１の実施の形態と同様の効果を得ることができる。そして、燃料供給システム１０ａでは、電磁弁及び燃温センサがないため、低コスト化および小型化を一層図ることができる。

なお、上記した実施の形態は単なる例示にすぎず、本発明を何ら限定するものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内で種々の改良、変形が可能であることはもちろんである。例えば、上記した実施の形態では、第２燃料通路２３の一端は燃料ポンプ２６に接続されているが、図１１に示すように、第２燃料通路２３の一端を第１燃料通路２２に接続する（第１燃料通路２２から分岐させる）こともできる。

また、上記した第１の実施の形態では、気化室４５への燃料の流入を制御する電磁弁４１を気化室４５の上流側に配置しているが、図１２に示すように、気化室４５の下流側に配置することもできる。

さらに、上記した実施の形態では、プレッシャレギュレータ２８を第１燃料通路２２に配置しているが、プレッシャレギュレータ２８は燃料ポンプ２６内あるいは第２燃料通路２３に配置することもできる。

また、上記した実施の形態では、演算処理や記憶が簡単になることから燃料の蒸気圧を算出するのに、ＥＣＵ３０はリード蒸気圧ＲＶＰを記憶するようになっているが、リード蒸気圧の代わりに、圧力センサ４６で検出された気化室圧力とそのとき燃温センサ４８で検出された燃温との２変数をそのまま記憶して、その２変数を用いて燃料の蒸気圧を算出することもできる。あるいは、圧力センサ４６で検出された気化室圧力とそのとき燃温センサ４８で検出された燃温との２変数から算出できる特定温度の蒸気圧をリード蒸気圧の代わりに代表値として記憶し、その特定温度の蒸気圧を用いて燃料の蒸気圧を算出することもできる。

第１の実施の形態に係る燃料供給システムの概略を示す構成図である。 燃料蒸気発生部の概略構成を示す断面図である。 エンジン始動時における燃料供給制御の内容を示すフローチャートである。 リード蒸気圧計測ルーチンの内容を示すフローチャートである。 ノズルからの噴出流量と気化室圧力との関係を示す図である。 気化室圧力とリード蒸気圧との関係を示す図である。 燃温と温度係数との関係を示す図である。 燃温センサをリザーブカップ底部に配置した燃料蒸気発生部を示す図である。 第２の実施の形態に係る燃料供給システムの主要部の概略を示す構成図である。 リード蒸気圧計測ルーチンの内容を示すフローチャートである。 第２燃料通路を第１燃料通路に接続した燃料供給システムの主要部を示す図である。 電磁弁を気化室の上流側に配置した燃料蒸気発生部を示す図である。

符号の説明

１０ 燃料供給システム
１１ エンジン
１２ インジェクタ
１９ アクセルポジションセンサ
２０ 燃料タンク
２０ａ 取付孔
２１ 燃料ポンプユニット
２２ 第１燃料通路
２３ 第２燃料通路
２５ セットプレート
２６ 燃料ポンプ
２７ リザーブカップ
２８ プレッシャレギュレータ
３０ エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）
３３ 水温センサ
４０ 燃料蒸気発生部
４１ 電磁弁
４２ ノズル
４３ 弁体
４５ 気化室
４６ 圧力センサ
４７ ベンチュリ
４８ 燃温センサ
４９ ダイアフラム

Claims (12)

1. 燃料が貯留される燃料タンクと、
   前記燃料タンク内の燃料を燃料噴射装置に供給する燃料ポンプと、
   ノズルと気化室とベンチュリとを備え、燃料を前記ノズルから噴出させて前記ベンチュリを通過させることで前記気化室で燃料を蒸気化する燃料蒸気発生部と、
   前記燃料ポンプと前記燃料噴射装置とを接続する第１燃料通路と、
   一端が前記燃料ポンプ又は前記第１燃料通路に接続され、他端が前記燃料蒸気発生部に接続される第２燃料通路と、
   前記燃料蒸気発生部内の圧力を検出する圧力検出手段と、
   前記圧力検出手段の検出結果に基づいて燃料の蒸気圧を算出する蒸気圧算出手段とを備え、
   前記燃料蒸気発生部が、前記燃料タンク内に配置されている
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
2. 請求項１に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記第１燃料通路、前記第２燃料通路、又は前記燃料ポンプ内に配置され、前記燃料蒸気発生部に流入する燃料の圧力を一定圧にする調圧手段を有する
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
3. 請求項１又は請求項２に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記燃料蒸気発生部を通過する燃料の温度を検出する燃温検出手段を有し、
   前記蒸気圧算出手段は、前記圧力検出手段の検出結果に基づいて算出した燃料の蒸気圧を、前記燃温検出手段の検出結果に基づき補正する
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
4. 請求項１から請求項３に記載するいずれか１つの燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記気化室入口より上流側又は前記気化室出口より下流側に配置され、前記気化室への燃料の流入を制御する制御弁を有する
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
5. 請求項１から請求項４に記載するいずれか１つの燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記燃料蒸気発生部は、前記燃料ポンプとともに、前記燃料タンク内のサブタンク内に収められている
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
6. 請求項５に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記燃料ポンプは、前記サブタンク内に配置されており、
   前記燃料蒸気発生部から流出する燃料が、前記サブタンク内に戻される
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
7. 請求項３に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記燃温検出手段は、前記ノズルの上流側でノズル近傍に配置されている
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
8. 請求項３に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記燃温検出手段は、前記燃料蒸気発生部に一体的に取り付けられている
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
9. 請求項８に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
   前記燃料ポンプは、サブタンクを有する燃料供給装置に取り付けられており、
   前記燃温検出手段が、前記サブタンクの底部近傍に配置されている
   ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
10. 請求項１から請求項９に記載するいずれか１つの燃料の蒸気圧計測装置において、
    前記圧力検出手段は、前記燃料タンクの外側に配置されている
    ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
11. 請求項１０に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
    前記燃料蒸気発生部は、前記燃料タンクの蓋部材近傍に配置され、
    前記圧力検出手段は、前記蓋部材の燃料タンク外側に配置されている
    ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。
12. 請求項１０又は請求項１１に記載する燃料の蒸気圧計測装置において、
    前記圧力検出手段と前記燃料蒸気発生部とが感圧壁を介して接続されている
    ことを特徴とする燃料の蒸気圧計測装置。

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