(57)【要約】【課題】予混合気の自着火時期が目標自着火時期に対してずれるのを抑制する。【解決手段】燃焼室１１内に第１燃料を噴射することができるように構成されると共に、燃焼室１１内に第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料を、噴射圧を変更して噴射することができるように構成された燃料供給装置２を備える内燃機関１００を制御するための制御装置２００が、燃焼室１１内に噴射された第１燃料及び第２燃料の混合噴霧のオクタン価及び体積が、機関負荷に応じた目標オクタン価及び目標体積となるように、少なくとも第１燃料の噴射時期と第２燃料の噴射圧とを変更して、第１燃料の噴射後に第２燃料を噴射する燃料噴射制御部を備える。燃料噴射制御部は、機関負荷が低いときは、高いときに比べて第１燃料の噴射時期を遅角させると共に、第２燃料の噴射圧を低くする。【選択図】図１
2018105211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関本体と、
前記機関本体の燃焼室内に第１燃料を噴射することができるように構成されると共に、前記燃焼室内に前記第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料を、噴射圧を変更して噴射することができるように構成された燃料供給装置と、
を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置であって、
前記燃焼室内に噴射された前記第１燃料及び前記第２燃料の混合噴霧のオクタン価及び体積が、機関負荷に応じた目標オクタン価及び目標体積となるように、少なくとも前記第１燃料の噴射時期と前記第２燃料の噴射圧とを変更して、前記第１燃料の噴射後に前記第２燃料を噴射する燃料噴射制御部を備え、
前記燃料噴射制御部は、
機関負荷が低いときは、高いときに比べて前記第１燃料の噴射時期を遅角させると共に、前記第２燃料の噴射圧を低くする、
内燃機関の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関の制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、従来の内燃機関の制御装置として、着火性（オクタン価）の異なる２種類の燃料を燃焼室内で混合させて、予混合気を圧縮自着火燃焼させるように構成されたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−１２１５７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しなしながら、着火性の異なる２種類の燃料を例えば燃焼室内で混合させて予混合気を圧縮自着火燃焼させる場合、燃焼室内での２種類の燃料の混合の仕方次第では、例えば過早着火が生じて予混合気の自着火時期が目標自着火時期に対してずれるおそれがあることがわかった。
【０００５】
本発明はこのような問題点に着目してなされたものであり、着火性の異なる２種類の燃料を混合させて予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関において、予混合気の自着火時期が目標自着火時期に対してずれるのを抑制することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明のある態様によれば、機関本体と、機関本体の燃焼室内に第１燃料を噴射することができるように構成されると共に、燃焼室内に第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料を、噴射圧を変更して噴射することができるように構成された燃料供給装置と、を備える内燃機関を制御するための内燃機関の制御装置が、燃焼室内に噴射された第１燃料及び第２燃料の混合噴霧のオクタン価及び体積が、機関負荷に応じた目標オクタン価及び目標体積となるように、少なくとも第１燃料の噴射時期と第２燃料の噴射圧とを変更して、第１燃料の噴射後に前記第２燃料を噴射する燃料噴射制御部を備える。そして燃料噴射制御部が、機関負荷が低いときは、高いときに比べて前記第１燃料の噴射時期を遅角させると共に、前記第２燃料の噴射圧を低くするように構成される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明のこの態様によれば、着火性の異なる２種類の燃料を混合させて予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関において、予混合気の自着火時期が目標自着火時期に対してずれるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】図１は、本発明の一実施形態による内燃機関及び内燃機関を制御する電子制御ユニットの概略構成図である。
【図２】図２は、内燃機関の機関本体の断面図である。
【図３】図３は、目標自着火時期直前の燃料噴霧Ｓ１の形状を、時系列的に機関低負荷時と機関高負荷時とで比較した模式図である。
【図４】図４は、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を相対的に高い或る一定値に制御していた場合の、機関低負荷時における目標自着火時期直前の燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２との形状とをそれぞれ示した模式図である。
【図５】図５は、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を相対的に低い或る一定値に制御していた場合の、機関高負荷時における目標自着火時期直前の燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２との形状とをそれぞれ示した模式図である。
【図６】図６は、本発明の一実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。
【図７】図７は、機関負荷に基づいて、第１燃料の目標噴射量Ａ１、及び第２燃料の目標噴射量Ａ２をそれぞれ決定するためのテーブルである。
【図８】図８は、機関負荷と、混合燃料の目標オクタン価と、の関係を示した図である。
【図９】図９は、機関負荷に基づいて、第１燃料の目標噴射時期Ｗ１、及び第２燃料の目標噴射時期Ｗ２をそれぞれ決定するためのテーブルである。
【図１０】図１０は、機関負荷に基づいて、第１燃料の目標噴射圧Ｐｃ１、及び第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２をそれぞれ決定するためのテーブルである。
【図１１】図１１は、本発明の一実施形態による燃料噴射制御を実施した場合の、目標自着火時期直前の燃料噴霧Ｓ１の形状と燃料噴霧Ｓ２の形状とを、機関低負荷時と機関高負荷時とで比較した模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の一実施形態について詳細に説明する。なお、以下の説明では、同様な構成要素には同一の参照番号を付す。
【００１０】
図１は、本発明の一実施形態による内燃機関１００及び内燃機関１００を制御する電子制御ユニット２００の概略構成図である。図２は、内燃機関１００の機関本体１の断面図である。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関１００は、複数の気筒１０を備える機関本体１と、燃料供給装置２と、吸気装置３と、排気装置４と、吸気動弁装置５と、排気動弁装置６と、を備える。
【００１２】
機関本体１は、各気筒１０に形成される燃焼室１１内（図２参照）で燃料を燃焼させて、例えば車両などを駆動するための動力を発生させる。機関本体１には、気筒毎に一対の吸気弁５０と一対の排気弁６０とが設けられる。
【００１３】
燃料供給装置２は、燃焼室１１内に着火性（オクタン価）の異なる２つの燃料を供給することができるように構成される。本実施形態による燃料供給装置２は、第１燃料を燃焼室１１内に供給するための第１燃料供給装置２ａと、第２燃料を燃焼室１１内に供給するための第２燃料供給装置２ｂと、を備える。第１燃料は、着火性の低い高オクタン価の燃料であり、例えばガソリンやメタンである。第２燃料は、着火性の高い低オクタン価の燃料であり、例えば軽油である。
【００１４】
第１燃料供給装置２ａは、電子制御式の第１燃料噴射弁２０ａと、第１デリバリパイプ２１ａと、第１サプライポンプ（フューエルポンプ）２２ａと、第１燃料タンク２３ａと、第１圧送パイプ２４ａと、を備える。
【００１５】
第１燃料噴射弁２０ａは、燃焼室１１内に直接第１燃料を噴射することができるように、各気筒１０に１つ設けられている。第１燃料噴射弁２０ａの開弁時間（噴射量）及び開弁時期（噴射時期）は電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更され、第１燃料噴射弁２０ａが開弁されると燃焼室１１内に第１燃料が噴射される。
【００１６】
第１デリバリパイプ２１ａは、第１圧送パイプ２４ａを介して第１燃料タンク２３ａに接続される。第１圧送パイプ２４ａの途中には、第１燃料タンク２３ａに貯蔵された第１燃料を第１デリバリパイプ２１ａに圧送するための第１サプライポンプ２２ａが設けられる。第１デリバリパイプ２１ａは、第１サプライポンプ２２ａから圧送されてきた燃料を一時的に貯蔵する。なお図示はしないが、デリバリパイプ２１ａには、デリバリパイプ２１ａ内の燃料圧力を所定値以下に制御するためのプレッシャレギュレータが設けられている。
【００１７】
第１サプライポンプ２２ａは、電子制御ユニット２００からの制御信号によって駆動され、第１燃料タンク２３ａに貯蔵された第１燃料を、第１圧送パイプ２４ａを介して第１デリバリパイプ２１ａに圧送する。
【００１８】
第１燃料タンク２３ａは、外部から供給された第１燃料を貯蔵する。本実施形態では、第１燃料としてガソリンを使用している。
【００１９】
第２燃料供給装置２ｂは、電子制御式の第２燃料噴射弁２０ｂと、第２デリバリパイプ（コモンレール）２１ｂと、第２サプライポンプ２２ｂと、第２燃料タンク２３ｂと、第２圧送パイプ２４ｂと、燃圧センサ２１１と、を備える。
【００２０】
第２デリバリパイプ２１ｂは、第２圧送パイプ２４ｂを介して第２燃料タンク２３ｂに接続される。第２圧送パイプ２４ｂの途中には、第２燃料タンク２３ｂに貯蔵された燃料を加圧して第２デリバリパイプ２１ｂに供給するための第２サプライポンプ２２ｂが設けられる。第２デリバリパイプ２１ｂは、第２サプライポンプ２２ｂから圧送されてきた高圧燃料を一時的に貯蔵する。第２燃料噴射弁２０ｂが開弁されると、第２デリバリパイプ２１ｂに貯蔵された高圧燃料が第２燃料噴射弁２０ｂから燃焼室１１内に直接噴射される。第２デリバリパイプ２１ｂには、第２デリバリパイプ２１ｂ内の燃料圧力、すなわち第２燃料噴射弁２０ｂから燃焼室１１内に噴射される燃料の圧力（噴射圧）を検出するための燃圧センサ２１１が設けられる。
【００２１】
第２サプライポンプ２２ｂは、吐出量を変更することができるように構成されており、第２サプライポンプ２２ｂの吐出量は、電子制御ユニット２００からの制御信号によって変更される。第２サプライポンプ２２ｂの吐出量を制御することで、第２デリバリパイプ２１ｂ内の燃料圧力、すなわち第２燃料噴射弁２０ｂの噴射圧が制御される。
【００２２】
第２燃料タンク２３ｂは、外部から供給された第２燃料を貯蔵する。本実施形態では、第１燃料として軽油を使用している。
【００２３】
吸気装置３は、燃焼室１１内に吸気を導くための装置であって、燃焼室１１内に吸入される吸気の状態（吸気圧、吸気温、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）ガス量）を変更することができるように構成されている。吸気装置３は、吸気通路となる吸気管３０及び吸気マニホールド３１と、ＥＧＲ通路３２と、を備える。
【００２４】
吸気管３０は、一端がエアクリーナ３４に接続され、他端が吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａに接続される。吸気管３０には、上流から順にエアフローメータ２１２、ターボチャージャ７のコンプレッサ７１、インタークーラ３５及びスロットル弁３６が設けられる。
【００２５】
エアフローメータ２１２は、吸気管３０内を流れて最終的に気筒１０内に吸入される空気の流量を検出する。
【００２６】
コンプレッサ７１は、コンプレッサハウジング７１ａと、コンプレッサハウジング７１ａ内に配置されたコンプレッサホイール７１ｂと、を備える。コンプレッサホイール７１ｂは、同軸上に取り付けられたターボチャージャ７のタービンホイール７２ｂによって回転駆動され、コンプレッサハウジング７１ａ内に流入してきた吸気を圧縮して吐出する。ターボチャージャ７のタービン７２には、タービンホイール７２ｂの回転速度を制御するための可変ノズル７２ｃが設けられており、可変ノズル７２ｃによってタービンホイール７２ｂの回転速度が制御されることで、コンプレッサハウジング７１ａ内から吐出される吸気の圧力（過給圧）が制御される。
【００２７】
インタークーラ３５は、コンプレッサ７１によって圧縮されて高温になった吸気を、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００２８】
スロットル弁３６は、吸気管３０の通路断面積を変化させることで、吸気マニホールド３１に導入する吸気量を調整する。スロットル弁３６は、スロットルアクチュエータ３６ａによって開閉駆動され、スロットルセンサ２１３によってその開度（スロットル開度）が検出される。
【００２９】
吸気マニホールド３１は、機関本体１に形成された吸気ポート１４に接続されており、吸気管３０から流入してきた吸気を、吸気ポート１４を介して各気筒１０に均等に分配する。吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａには、筒内に吸入される吸気の圧力（吸気圧）を検出するための吸気圧センサ２１４と、筒内に吸入される吸気の温度（吸気温）を検出するための吸気温センサ２１５と、が設けられる。
【００３０】
ＥＧＲ通路３２は、排気マニホールド４１と吸気マニホールド３１の吸気コレクタ３１ａを連通し、各気筒１０から排出された排気の一部を圧力差によって吸気コレクタ３１ａに戻すための通路である。以下、ＥＧＲ通路３２に流入した排気のことを「ＥＧＲガス」といい、筒内ガス量に占めるＥＧＲガス量の割合、すなわち排気の還流率のことを「ＥＧＲ率」という。ＥＧＲガスを吸気コレクタ３１ａ、ひいては各気筒１０に還流させることで、燃焼温度を低減させて窒素酸化物（ＮＯｘ）の排出を抑えることができる。ＥＧＲ通路３２には、上流から順にＥＧＲクーラ３７と、ＥＧＲ弁３８と、が設けられる。
【００３１】
ＥＧＲクーラ３７は、ＥＧＲガスを、例えば走行風や冷却水などによって冷却するための熱交換器である。
【００３２】
ＥＧＲ弁３８は、連続的又は段階的に開度を調整することができる電磁弁であり、その開度は機関運転状態に応じて電子制御ユニット２００によって制御される。ＥＧＲ弁３８の開度を制御することで、吸気コレクタ３１ａに還流させるＥＧＲガスの流量が調節される。
【００３３】
排気装置４は、筒内から排気を排出するための装置であって、排気マニホールド４１と、排気通路４２と、を備える。
【００３４】
排気マニホールド４１は、機関本体１に形成された排気ポート１５に接続されており、各気筒１０から排出された排気を纏めて排気通路４２に導入する。
【００３５】
排気通路４２には、上流から順にターボチャージャ７のタービン７２と、排気後処理装置４３と、が設けられる。
【００３６】
タービン７２は、タービンハウジング７２ａと、タービンハウジング７２ａ内に配置されたタービンホイール７２ｂと、を備える。タービンホイール７２ｂは、タービンハウジング７２ａ内に流入してきた排気のエネルギによって回転駆動され、同軸上に取り付けられたコンプレッサホイール７１ｂを駆動する。
【００３７】
タービンホイール７２ｂの外側には、前述した可変ノズル７２ｃが設けられている。可変ノズル７２ｃは絞り弁として機能し、可変ノズル７２ｃのノズル開度（弁開度）は電子制御ユニット２００によって制御される。可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることでタービンホイール７２ｂを駆動する排気の流速をタービンハウジング７２ａ内で変化させることができる。すなわち、可変ノズル７２ｃのノズル開度を変化させることで、タービンホイール７２ｂの回転速度を変化させて過給圧を変化させることができる。具体的には、可変ノズル７２ｃのノズル開度を小さくする（可変ノズル７２ｃを絞る）と、排気の流速が上がってタービンホイール７２ｂの回転速度が増大し、過給圧が増大する。
【００３８】
排気後処理装置４３は、排気を浄化した上で外気に排出するための装置であって、有害物質を浄化する各種の排気浄化触媒や有害物質を捕集するフィルタなどを備える。
【００３９】
吸気動弁装置５は、各気筒１０の吸気弁５０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による吸気動弁装置５は、吸気弁５０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、吸気カムシャフトによって吸気弁５０を開閉駆動するように構成し、当該吸気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する吸気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、吸気弁５０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。
【００４０】
排気動弁装置６は、各気筒１０の排気弁６０を開閉駆動するための装置であって、機関本体１に設けられる。本実施形態による排気動弁装置６は、排気弁６０の開閉時期を制御できるように、例えば電磁アクチュエータによって排気弁６０を開閉駆動するように構成される。しかしながら、これに限らず、排気カムシャフトによって排気弁６０を開閉駆動するように構成し、当該排気カムシャフトの一端部に油圧制御によってクランクシャフトに対する排気カムシャフトの相対位相角を変更する可変動弁機構を設けることによって、排気弁６０の開閉時期を制御できるようにしてもよい。また例えば、油圧等によってカムプロフィールを変更することで排気弁６０の開閉時期やリフト量を変更できるようにしても良い。
【００４１】
電子制御ユニット２００は、デジタルコンピュータから構成され、双方性バス２０１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）２０２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）２０３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）２０４、入力ポート２０５及び出力ポート２０６を備える。
【００４２】
入力ポート２０５には、前述した燃圧センサ２１１などの出力信号が、対応する各ＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関負荷を検出するための信号として、アクセルペダル２２０の踏み込み量（以下「アクセル踏込量」という。）に比例した出力電圧を発生する負荷センサ２１７の出力電圧が、対応するＡＤ変換器２０７を介して入力される。また入力ポート２０５には、機関回転速度などを算出するための信号として、機関本体１のクランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ２１８の出力信号が入力される。このように入力ポート２０５には、内燃機関１００を制御するために必要な各種センサの出力信号が入力される。
【００４３】
出力ポート２０６は、対応する駆動回路２０８を介して、第１燃料噴射弁２０ａや第２燃料噴射弁２０ｂなどの各制御部品に接続される。
【００４４】
電子制御ユニット２００は、入力ポート２０５に入力された各種センサの出力信号に基づいて、各制御部品を制御するための制御信号を出力ポート２０６から出力して内燃機関１００を制御する。以下、電子制御ユニット２００が実施する内燃機関１００の制御について説明する。
【００４５】
電子制御ユニット２００は、第１燃料の噴射（以下「第１燃料噴射」という。）Ｇ１の実施後に第２燃料の噴射（以下「第２燃料噴射」という。）Ｇ２を実施して、燃焼室１１内に当量比φが１よりも小さい予混合気（希薄予混合気）を形成し、その予混合気を圧縮自着火燃焼させる予混合圧縮自着火燃焼（ＰＣＣＩ；Premixed Charged Compression Ignition）を実施して機関本体１の運転を行う。本実施形態では、圧縮行程中に第１燃料噴射Ｇ１と第２燃料噴射Ｇ２とを実施することで、可能な限り燃焼室１１内の中央部に予混合気を形成し、予混合気の外縁と気筒内壁面との間に空気層が形成されるようにしている。これにより、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの気筒内壁面からの熱損失を低減することができるので、熱効率を向上させることができる。
【００４６】
ここで予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合は、予混合気を希薄化させるための時間、すなわち燃焼室１１内に噴射した燃料を燃焼室１１内で拡散させるための時間が必要となる。そのため、圧縮行程中の比較的進角側で燃料を早期に噴射する必要がある。しかしながら、仮に１種類の燃料しか燃焼室１１内に噴射することができないとすると、以下のような問題が生じるおそれがある。
【００４７】
すなわち機関高負荷時は、機関低負荷時と比べて筒内温度Ｔ［Ｋ］及び筒内圧力Ｐ［ＭＰａ］が高くなる傾向にあるので、機関低負荷時よりも燃料が自着火しやすい筒内環境となる。そのため、着火性の高い低オクタン価燃料（本実施形態では第２燃料）を早期に噴射すると、機関高負荷時において予混合気が目標自着火時期（本実施形態では概ね圧縮上死点）よりも進角側で自着火してしまう過早着火が生じ、熱効率が低下するおそれがある。
【００４８】
逆に機関低負荷時は、機関高負荷時よりも燃料が自着火しにくい筒内環境となる。そのため、着火性の低い高オクタン価燃料（本実施形態では第１燃料）しか噴射できない場合には、機関低負荷時において予混合気を自着火させることができずに失火するおそれがある。
【００４９】
このような過早着火や失火が生じないように予混合圧縮自着火燃焼を実施する方法としては、機関負荷に応じて予混合気の着火性を変化させる方法が考えられ、例えば第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１と、第２燃料噴射Ｇ２による燃料噴霧Ｓ２と、を燃焼室１１内で混合させると共に、その混合割合を機関負荷に応じて変化させることで、所望の着火性を有する予混合気を形成する方法が考えられる。
【００５０】
しかしながら、発明者らの鋭意研究の結果、このような方法をとったとしても過早着火が生じる場合があることがわかった。以下、その理由について説明する。
【００５１】
本実施形態のように、着火性（オクタン価）の異なる２つの燃料を噴射して燃焼室１１内で混合して予混合圧縮自着火燃焼を実施する場合、着火性の高い低オクタン価の第２燃料を、着火性の低い高オクタン価の第１燃料よりも先に噴射してしまうと、各燃料噴霧Ｓ１，Ｓ２が均一に混合して所望の着火性を有する予混合気が形成される前に、第２燃料が目標自着火時期よりも進角側で自着火を起こし、結果として早期着火が発生するおそれがある。
【００５２】
そこで本実施形態では、前述した通り、着火性の低い高オクタン価の第１燃料を先に噴射し、その後に着火性の高い低オクタン価の第２燃料を噴射している。
【００５３】
ここで機関負荷が高くなるほど要求トルクが大きくなって、要求トルクを発生させるために必要な燃料量（熱量）が増大する。そのため、機関負荷が高くなるほど基本的に第１燃料及び第２燃料の各目標噴射量Ａ１，Ａ２も多くなる傾向にある。したがって、機関負荷に応じて第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１の希薄化を図るために必要な時間（第１燃料を噴射してから目標自着火時期までの時間）が変化し、具体的には機関負荷が高くなるほど当該時間が長くなる。よって、機関高負荷時には、機関低負荷時に比べて第１燃料噴射Ｇ１の噴射時期を進角側に設定する必要がある。すなわち、第１燃料の噴射時期は、機関低負荷時と機関高負荷時とで異ならせる必要がある。その結果、機関低負荷時と機関高負荷時とで、第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１の形状が変化する。
【００５４】
図３は、目標自着火時期の直前において、第１燃料噴射Ｇ１によって形成される燃料噴霧（予混合気）Ｓ１の形状を、時系列的に機関低負荷時と機関高負荷時とで比較した模式図である。
【００５５】
前述した通り、機関高負荷時は、機関低負荷時と比較して第１燃料の目標噴射量Ａ１が多くなり、機関低負荷時と比較して噴射時期が進角側に設定されるため、第１燃料を噴射してから目標自着火時期までの時間が機関低負荷時と比較して長くなる。そのため図３（Ｂ）に示すように、機関高負荷時は、第１燃料噴射弁２０ａから噴射された第１燃料が燃焼室１１内の広範囲に亘って拡散することになる。
【００５６】
一方で機関低負荷時は、機関高負荷時と比較して第１燃料の目標噴射量Ａ１は少なく、予混合気の過剰な希薄化、ひいては失火を抑制するために、機関高負荷時と比較して噴射時期が遅角側に設定されるため、第１燃料を噴射してから目標自着火時期までの時間が機関高負荷時と比較して短くなる。そのため図３（Ａ）に示すように、機関低負荷時は、第１燃料噴射弁２０ａから噴射された第１燃料が燃焼室１１内の広範囲に亘って拡散することなく、燃焼室１１内の中央部に留まることになる。
【００５７】
その結果、機関低負荷時と機関高負荷時とで、第１燃料噴射Ｇ１によって形成される燃料噴霧Ｓ１の体積を比較すると、図３（Ａ）及び図３（Ｂ）に示すように、燃料噴霧Ｓ１の体積は、機関高負荷時の方が機関低負荷時よりも大きくなる。すなわち、機関低負荷時と機関高負荷時とで、燃焼室１１内に分布している燃料噴霧Ｓ１の範囲が異なることになる。
【００５８】
そのため、第１燃料の噴射後に噴射される第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を、仮に機関負荷にかかわらず一定に制御していた場合には、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２の設定値次第で以下のような状況が生じるおそれがある。
【００５９】
図４は、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を相対的に高い或る一定値に制御していた場合の、機関低負荷時における目標自着火時期直前の燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２との形状とをそれぞれ示した模式図である。
【００６０】
図４に示すように、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を相対的に高い値に制御していた場合は、機関低負荷時において、第２燃料の噴霧貫徹力が高すぎて、燃料噴霧Ｓ１の外縁を超えて第２燃料が気筒内壁面に向かって拡散する場合がある。この場合、予混合気Ｓ１の外縁を超えて気筒内壁面に向かって拡散した第２燃料は、燃焼室１１内で第１燃料と混合しない。そのため、燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２とが重なっている部分の混合噴霧の着火性（オクタン価）に対して、燃料噴霧Ｓ２だけが存在している部分の着火性が高くなる。その結果、この部分の燃料噴霧Ｓ２が目標自着火時期よりも進角側で自着火を起こし、結果として早期着火が発生してしまうおそれがある。
【００６１】
一方で図５は、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を相対的に低い或る一定値に制御していた場合の、機関高負荷時における目標自着火時期直前の燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２との形状とをそれぞれ示した模式図である。
【００６２】
図５に示すように、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を相対的に低い値に制御していた場合は、機関高負荷時において、第２燃料の噴霧貫徹力が低すぎて第２燃料が燃焼室１１内の中央部に留まってしまい、燃料噴霧Ｓ１の体積に対して燃料噴霧Ｓ２の体積が小さくなり過ぎる場合がある。この場合、燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２とが重なっている燃焼室１１内の中央部の混合噴霧の着火性が、混合噴霧Ｓ１だけが存在している部分の着火性よりも高くなると共に、燃焼室１１内の中央部の混合噴霧の当量比φが、燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２とを均一に混合させた場合の混合噴霧の当量比φと比較して大きくなる。その結果、燃焼室１１内の中央部の混合噴霧が目標自着火時期よりも進角側で自着火を起こし、結果として早期着火が発生してしまうおそれがある。
【００６３】
特に本実施形態のようにターボチャージャ７のような過給機を備えている場合には、機関高負荷時には筒内圧力Ｐが高まり第２燃料の噴霧貫徹力が低下する傾向にあるため、このような燃焼室１１内の中央部に混合噴霧が偏ることに起因する早期着火が起こりやすくなる。
【００６４】
したがって、第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１と、第２燃料噴射Ｇ２による燃料噴霧Ｓ２と、を燃焼室１１内で混合させると共に、その混合割合を機関負荷に応じて変化させることで所望の着火性を有する予混合気を形成し、過早着火や失火が生じないように予混合圧縮自着火燃焼を実施するには、まずは燃料噴霧Ｓ１内に燃料噴霧Ｓ２を収める必要がある。
【００６５】
そしてさらに、燃料噴霧Ｓ２の体積が、燃料噴霧Ｓ１の体積に対して小さくなり過ぎないようにし、燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ１とを均一に混合させて燃焼室１１内で局所的に着火性の高い部分が存在しないようにする必要がある。すなわち、燃料噴霧Ｓ１の体積と、燃料噴霧Ｓ２の体積と、が概ね同じ程度になるように、燃料噴霧Ｓ１の体積に応じて燃料噴霧Ｓ２の体積を制御する必要がある。
【００６６】
そこで本実施形態では、燃料噴霧Ｓ１内に燃料噴霧Ｓ２が収まるように、また、燃料噴霧Ｓ２の体積が、燃料噴霧Ｓ１の体積に応じた目標体積となるように、機関負荷に応じて第１燃料の噴射時期を制御すると共に第２燃料の噴射圧を制御することとした。以下、この本実施形態による燃料噴射制御について説明する。
【００６７】
図６は、本実施形態による燃料噴射制御について説明するフローチャートである。電子制御ユニット２００は、本ルーチンを機関運転中に所定の演算周期で繰り返し実行する。
【００６８】
ステップＳ１において、電子制御ユニット２００は、クランク角センサ２１８の出力信号に基づいて算出された機関回転速度と、負荷センサ２１７によって検出された機関負荷と、を読み込み、機関運転状態を検出する。
【００６９】
ステップＳ２において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図７のテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、第１燃料の目標噴射量Ａ１、及び第２燃料の目標噴射量Ａ２をそれぞれ決定する。図７において、破線が第１燃料の目標噴射量Ａ１を示し、実線が第２燃料の目標噴射量Ａ２を示す。
【００７０】
図７のテーブルは、第１燃料と第２燃料とを混合した場合の混合燃料のオクタン価が、機関負荷に応じた目標オクタン価となるように、第１燃料の目標噴射量Ａ１、及び第２燃料の目標噴射量Ａ２を設定したテーブルである。言い換えれば、第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１と、第２燃料噴射Ｇ２による燃料噴霧Ｓ２とが、燃焼室１１内で均一に混合されたときの混合噴霧の着火性が、機関負荷に応じた所望の着火性となるように、第１燃料の目標噴射量Ａ１、及び第２燃料の目標噴射量Ａ２を設定したテーブルである。
【００７１】
図７のテーブルの示すように、第１燃料の目標噴射量Ａ１、及び第２燃料の目標噴射量Ａ２は、それぞれ機関負荷が低いときに比べて、高いときの方が多くなるように設定される。具体的にはそれぞれ機関負荷が高くなるほど多くなるように設定される。これは、機関負荷が低いときに比べて高いときの方が、要求トルクが大きくなって、要求トルクを発生させるために必要な熱量、ひいては燃料量が増大するためである。
【００７２】
また図７のテーブルに示すように、本実施形態では、第１燃料の目標噴射量Ａ１と第２燃料の目標噴射量Ａ２とを足し合わせた総目標噴射量に占める第２燃料の目標噴射量Ａ２の割合が、機関負荷が低いときに比べて、高いときの方が小さくように設定している。具体的には、機関負荷が高くなるほど、総目標噴射量に占める第２燃料の目標噴射量Ａ２の割合が小さくなるように設定している。これは前述した通り、機関高負荷時は機関低負荷時よりも燃料が自着火しやすい筒内環境となるため、総目標噴射量に占める第２燃料の目標噴射量Ａ２の割合が大きいと、自着火時期が目標自着火時期よりも早くなる早期着火が起こる可能性があるためである。
【００７３】
なお図８に示すように、混合燃料（混合噴霧）の目標オクタン価は、機関負荷が低いときに比べて、高いときの方が高くなるように設定される。これは、機関負荷が高くなるほど、筒内温度Ｔ及び筒内圧力Ｐが高くなる傾向にあるため、機関負荷の増加に伴って混合燃料のオクタン価を高くして予混合気の着火性を低くしていかないと、自着火時期が目標自着火時期（概ねＴＤＣ）よりも早くなる早期着火が起こる可能性があるためである。
【００７４】
ステップＳ３において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図９のテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、第１燃料の目標噴射時期Ｗ１、及び第２燃料の目標噴射時期Ｗ２をそれぞれ決定する。図９において、破線が第１燃料の目標噴射時期Ｗ１を示し、実線が第２燃料の目標噴射時期Ｗ２を示す。
【００７５】
ステップＳ４において、電子制御ユニット２００は、予め実験等によって作成された図１０のテーブルを参照し、機関負荷に基づいて、第１燃料の目標噴射圧Ｐｃ１、及び第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２をそれぞれ決定する。図１０において、破線が第１燃料の目標噴射圧Ｐｃ１を示し、実線が第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２を示す。
【００７６】
図９及び図１０のテーブルはそれぞれ、第１燃料噴射Ｇ１によって形成される燃料噴霧Ｓ１内に、第２燃料噴射Ｇ２によって形成される燃料噴霧Ｓ２が全て収まるように、また燃料噴霧Ｓ１の体積、及び燃料噴霧Ｓ２の体積が、それぞれ機関負荷に応じた目標体積となるように、第１燃料の目標噴射時期Ｗ１及び目標噴射圧Ｐｃ１と、第２燃料の目標噴射時期Ｗ２及び目標噴射圧Ｐｃ２と、を設定したテーブルである。
【００７７】
なお本実施形態では、燃料噴霧Ｓ１の目標噴霧体積と、燃料噴霧Ｓ２の目標体積とを同じに設定しているが、早期着火が生じない範囲、すなわち局所的に他の噴霧領域と比べて特に着火性が異なる噴霧領域が生じない範囲でそれぞれ目標体積を異ならせても良い。また本実施形態では、燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２の混合噴霧（予混合気）の外縁と気筒内壁面との間に空気層が形成されるように、目標体積を設定している。これにより、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの気筒内壁面からの熱損失を低減することができるので、熱効率を向上させることができる。
【００７８】
図９のテーブルに示すように、第１燃料の目標噴射時期Ｗ１は、機関負荷が低いときに比べて、高いときの方がＴＤＣよりも進角側に設定される。具体的には第１燃料の目標噴射時期Ｗ１は、機関負荷が高くなるほどＴＤＣよりも進角するように設定される。一方で第２燃料の目標噴射時期Ｗ２は、本実施形態では機関負荷にかかわらず、第１燃料噴射Ｇ１の目標噴射時期Ｗ１よりも遅角側の所定の時期に設定される。なお、第２燃料の目標噴射時期Ｗ２は必ずしも一定である必要はなく、過早着火や失火が生じない範囲で適宜変更しても良い。
【００７９】
また図１０のテーブルに示すように、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２は、機関負荷が低いときに比べて、高いときの方が高くなるように設定される。具体的には第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２は、機関負荷が高くなるほど高くなるように設定される。これにより、機関低負荷時には、燃料噴霧Ｓ１の外縁を超えて第２燃料が気筒内壁面に向かって拡散するのを抑制できる。また機関高負荷時には、第２燃料が燃焼室１１内の中央部に留まってしまうのを抑制できる。
【００８０】
一方で第１燃料の目標噴射圧Ｐｃ１は、本実施形態では機関負荷にかかわらず、第２燃料の目標噴射圧Ｐｃ２よりも低い所定の噴射圧に設定される。なお、第１燃料の目標噴射圧Ｐｃ１は必ずしも一定である必要はないが、可能な限り低い値に設定することが望ましい。第１燃料の目標噴射圧Ｐｃ１を高くすると、その分第１サプライポンプ２２ａを駆動する際の負荷が増大し、その分だけ燃費が悪化するためである。
【００８１】
ステップＳ５において、電子制御ユニット２００は、第１燃料供給装置２ａを制御して、目標噴射時期Ｗ１に目標噴射圧Ｐｃ１で燃焼室１１内に目標噴射量Ａ１の第１燃料を噴射する。また第２燃料供給装置２ｂを制御して、目標噴射時期Ｗ２に目標噴射圧Ｐｃ２で燃焼室１１内に目標噴射量Ａ２の第２燃料を噴射する。
【００８２】
図１１は、本実施形態による燃料噴射制御を実施した場合の、目標自着火時期直前における燃料噴霧Ｓ１の形状と燃料噴霧Ｓ２の形状とを、機関低負荷時と機関高負荷時とで比較した模式図である。
【００８３】
図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）に示すように、本実施形態による燃料噴射制御を実施して、機関負荷に応じて第１燃料の噴射時期を制御すると共に第２燃料の噴射圧を制御することによって、機関負荷にかかわらず、第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１内に第２燃料噴射Ｇ２による燃料噴霧Ｓ２を収めることができる。そしてさらに、燃焼室１１内で局所的に着火性の高い部分が生じないように、機関負荷にかかわらず燃料噴霧Ｓ１と燃料噴霧Ｓ２とを均一に混合させることができる。
【００８４】
以上説明した本実施形態によれば、機関本体１と、機関本体１の燃焼室１１内に第１燃料を噴射することができるように構成されると共に、燃焼室１１内に第１燃料よりもオクタン価の低い第２燃料を、噴射圧を変更して噴射することができるように構成された燃料供給装置２と、を備える内燃機関１００を制御するための電子制御ユニット２００（制御装置）が、燃焼室１１内に噴射された第１燃料及び第２燃料の混合噴霧のオクタン価及び体積が、機関負荷に応じた目標オクタン価及び目標体積となるように、少なくとも第１燃料の噴射時期と第２燃料の噴射圧とを変更して、第１燃料の噴射後に第２燃料を噴射する燃料噴射制御部を備える。そして、燃料噴射制御部は、機関負荷が低いときは、高いときに比べて第１燃料の噴射時期を遅角させると共に、第２燃料の噴射圧を低くするように構成される。
【００８５】
これにより、第１燃料噴射Ｇ１による燃料噴霧Ｓ１と、第２燃料噴射Ｇ２による燃料噴霧Ｓ２と、を燃焼室１１内で混合させると共に、その混合割合を機関負荷に応じて変化させることで所望の着火性を有する予混合気を形成し、過早着火や失火が生じないように予混合圧縮自着火燃焼を実施することができる。すなわち、着火性の異なる２種類の燃料を混合させて予混合気を圧縮自着火燃焼させることが可能な内燃機関において、予混合気の自着火時期が目標自着火時期に対してずれるのを抑制することができる。
【００８６】
また本実施形態では、第１燃料及び第２燃料の混合噴霧（予混合気）の外縁と気筒内壁面との間に空気層が形成されるように、混合噴霧の目標体積を設定している。そのため、予混合気を圧縮自着火燃焼させたときの気筒内壁面からの熱損失を低減することができるので、熱効率を向上させることができる。
【００８７】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００８８】
例えば上記の実施形態では、２つの独立した第１燃料供給装置２ａ及び第２燃料供給装置２ｂを備えていたが、２つの異なる燃料を噴射できるように一体化した１つの燃料供給装置を備えたものでも良い。
【符号の説明】
【００８９】
１    機関本体
１１    燃焼室
２    燃料供給装置
１００    内燃機関
２００    電子制御ユニット（制御装置）
【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】
2018105211.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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