(57)【要約】【課題】サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現する。【解決手段】燃焼室１内にガソリン８を直接噴射するインジェクタ９、吸気弁１１に接続される２本の吸気管１２の一方を閉塞して、燃焼室１内にスワール空気流動を形成するスワールコントロール弁７１、他方の吸気管１２を縦方向に２分割する分離板７３、分割された外側の吸気管１２に高アンチノック特性の第２燃料１３を噴射するインジェクタ１４、クランクシャフト３回転で、吸気行程、圧縮昇温行程、燃料混合行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の６サイクル燃焼を実現する手段、内燃機関の運転状態を検出する手段、運転状態検出手段の検出結果に基づき、ガソリン８のみ噴射するか、ガソリン８と第２燃料１３を成層混合気形成させるか、または均質混合するかを判断する手段、ガソリン８と第２燃料１３の混合比率を判断する手段を備えた。【選択図】図１
2011231650.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室内に第１の燃料を直接噴射する第１の燃料噴射装置と、
前記燃焼室への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁と、
前記吸気弁に接続される２本の吸気管と、
前記吸気管のうちの一方を閉塞し、前記燃焼室内にスワール空気流動を形成するスワールコントロール弁と、
前記吸気管のうち開放された吸気管に設置され、この吸気管を前記吸入空気の導入方向に２分割する分離体と、
前記分離体により２分割された吸気管の外側に、前記第１の燃料より高アンチノック特性を有する第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射装置と、
前記内燃機関のクランクシャフトが３回転することで、吸気行程、圧縮昇温行程、燃料混合行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の６つの行程を有する６サイクル燃焼を実現する吸排気弁駆動手段と、
前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、
前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、前記第１の燃料と前記第２の燃料を成層混合気形成させるか、または均質混合するかを判断する燃焼モード判定手段と、
前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率を判断する混合比判定手段と、を備え、
前記内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼を制御することを特徴とする内燃機関の燃料制御装置。
【請求項２】
前記第１の燃料として通常のガソリンを、前記第２の燃料として芳香族成分が多く含まれる高オクタン価燃料を噴射し、
軽負荷状態では前記第１の燃料のみ噴射し、中負荷状態では前記燃焼室内にスワール流動を生成させ、前記第１の燃料に加えて前記第２の燃料を噴射し、さらに、高負荷状態では前記第２の燃料の噴射量割合を増加させるともに、４サイクル燃焼から６サイクル燃焼に切り替えることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃料制御装置。
【請求項３】
軽負荷状態では、前記第１の燃料を４サイクル燃焼における吸気行程で前記燃焼室内に直接噴射し、
中負荷状態では、前記第２の燃料を排気行程において噴射し、前記第２の燃料が前記燃焼室内の外周部に成層混合気を形成する吸気行程で前記第１の燃料を噴射し、
高負荷状態では、前記第２の燃料を排気行程において噴射し、前記第１の燃料を６サイクル燃焼サイクルの燃料混合行程で噴射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制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、燃焼室に直接燃料を噴射する燃焼室内直噴ガソリンエンジンの予混合圧縮着火燃焼に適用する内燃機関の燃料制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃費向上を目指した従来の燃焼室内直噴ガソリンエンジンでは、ポンピング損失を低減するための燃焼方式として成層混合気リーン燃焼が効果的であり、ウォールガイド方式が実用化されている。この方式は、燃焼室内の空気流動とピストンに設けられたキャビティにより、噴射された燃料の混合気形成と点火プラグ近傍への搬送を行うものである。
しかし、ピストンキャビティへの衝突による燃料液滴分裂と蒸発促進を狙いとしていたため、ピストンキャビティへの燃料付着が避けられず、未燃成分の増加による既燃ガス性能と燃費の悪化が起きていた。更に、成層混合気内に燃料過濃領域があると燃焼時に温度が高くなりサーマルＮＯｘ濃度が高くなる。成層混合気リーン燃焼の既燃ガス中には、ＮＯｘと還元剤であるＣＯ，ＨＣと同時にＯ２が含まれており、三元触媒によるＮＯｘ浄化はできず、吸蔵型または選択還元型のＮＯｘ浄化触媒の装着が必要になる。
【０００３】
前記成層混合気リーン燃焼に対して、予混合圧縮着火燃焼は吸気行程で噴射され均質になった混合気が圧縮行程の高温高圧状態で自己着火するものである。この予混合圧縮着火燃焼では、燃料は吸気行程で噴射されるので、ピストン頂面やシリンダ側面への付着はなく、混合気形成に必要な時間は充分で、圧縮行程の後半で混合気中に過濃領域は存在しない。そのため、燃焼温度が低くなりサーマルＮＯｘの生成はほとんど無い。従って、この予混合圧縮着火燃焼が次世代の燃焼方式として開発が進められている。
【０００４】
予混合圧縮着火燃焼の燃焼状態は、混合気濃度と温度の影響が大きく、圧縮時のガス温度が自己着火温度よりも低ければ着火しない。そこで、混合気温度を昇温するために、エンジンの圧縮比を大きくする、吸排気弁の開閉タイミングに負のオーバーラップを設けて高温の残留ガスを燃焼室内に残す、あるいは吸気を電気ヒータで加熱する、などの方策がとられている。
【０００５】
これらの方策により軽負荷領域に属する一部運転状態では、安定して予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。しかし、混合気濃度が高い状態では、自己着火温度が低く着火すると燃焼速度は速くなるので、異常昇圧によるノッキングが発生する。そのため、燃料供給量が多く、混合気濃度が高くなる高負荷運転領域での予混合圧縮着火燃焼は制限される。この混合気過濃状態で予混合圧縮着火燃焼を成立させるためには、過早着火抑制と燃焼速度低減が必要である。その手段の一つとして、混合気濃度が高い状態でも着火温度が大きく変化せず燃焼速度が遅く、燃焼による筒内の圧力上昇が緩慢でノッキングを起こしにくい特性を持つ燃料を使用する方法が考えられている。
【０００６】
このように、内燃機関の広い運転領域において、それぞれの燃焼状態に応じた特性をもつ燃料を供給する方法は、バイフューエル技術として提案されている。例えば特許文献１において、通常の火花点火燃焼の燃焼から予混合圧縮着火燃焼モードへの切り替え時に、予混合燃焼の過早着火を抑制するために水を噴射するする技術が開示されている。
【０００７】
また、予混合燃焼の高負荷運転状態への拡大に関しては、例えば特許文献２においてアンチノック性能が高い水素ガスを第２の燃料として使用することが開示されており、例えば特許文献３ではジエチルエーテルを使用することが開示されている。また、例えば特許文献４ではガソリンと軽油を使用することが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１７０８２号公報（要約の欄、図１）
【特許文献２】特開２００４−１００５０１号公報（要約の欄、図１）
【特許文献３】特開２００８−２８６１１０号公報（要約の欄、図２）
【特許文献４】特開２００９−６８４１８号公報（要約の欄、図１）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
前記のように、内燃機関の広い運転領域において、それぞれの燃焼状態に応じた特性をもたせるために、通常のアンチノック特性を持つ燃料と高アンチノック特性燃料の２種類の燃料を使用するバイフューエルシステムが検討されている。
【００１０】
しかし、内燃機関の吸入空気流動挙動はサイクル毎に大きく変動するため、２系統の燃料供給系から供給される燃料を安定的に層状に配置したり、均質に混合することが困難である。そのため、混合気形成についてもサイクル変動が大きく現れ、結果として燃焼安定性が低下するという課題がある。
【００１１】
この発明は、前記のような課題を解決するためになされたもので、サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現する内燃機関の燃料制御装置を提供することを目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この発明に係る内燃機関の燃料制御装置は、内燃機関の燃焼室内に第１の燃料を直接噴射する第１の燃料噴射装置と、前記燃焼室への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁と、前記吸気弁に接続される２本の吸気管と、前記吸気管のうちの一方を閉塞し、前記燃焼室内にスワール空気流動を形成するスワールコントロール弁と、前記吸気管のうち開放された吸気管に設置され、この吸気管を前記吸入空気の導入方向に２分割する分離体と、前記分離体により２分割された吸気管の外側に、前記第１の燃料より高アンチノック特性を有する第２の燃料を噴射する第２の燃料噴射装置と、前記内燃機関のクランクシャフトが３回転することで、吸気行程、圧縮昇温行程、燃料混合行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程の６つの行程を有する６サイクル燃焼を実現する吸排気弁駆動手段と、前記内燃機関の運転状態を検出する運転状態検出手段と、前記運転状態検出手段の検出結果に基づき、前記第１の燃料のみを噴射するか、前記第１の燃料と前記第２の燃料を成層混合気形成させるか、または均質混合するかを判断する燃焼モード判定手段と、前記第１の燃料と前記第２の燃料の混合比率を判断する混合比判定手段と、を備え、前記内燃機関の運転状態に応じて予混合圧縮着火燃焼を制御するものである。
【発明の効果】
【００１３】
この発明によれば、内燃機関の運転状態に応じて通常燃料と高アンチノック特性燃料の混合配分を変更するとともに、燃料配分に応じて成層混合気形成と均質混合気形成を判断するので、サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
【図２】第１の燃料と高アンチノック特性を有する第２の燃料の熱発生率挙動を示す図である。
【図３】第１の燃料と高アンチノック特性を有する第２の燃料使用時の燃焼指圧線図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置の動作領域を説明する図である。
【図５】軽負荷運転領域における燃焼サイクル、吸排気弁動作および燃料噴射タイミング図である。
【図６】軽負荷運転領域における指圧線図と燃料噴射タイミング図である。
【図７】中負荷運転における燃焼室内スワール流動制御図である。
【図８】軽負荷運転領域における燃焼サイクル、吸排気弁動作および燃料噴射タイミング図である。
【図９】中負荷運転領域における指圧線図と燃料噴射タイミング図である。
【図１０】各運転領域における高アンチノック特性燃料比率を示す図である。
【図１１】高負荷運転における領域における燃焼サイクル、吸排気弁動作および燃料噴射タイミング図である。
【図１２】高負荷運転領域における指圧線図と燃料噴射タイミング図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置の動作を示す概略フローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、添付の図面を参照して、この発明に係る内燃機関の燃料制御装置について好適な実施の形態を説明する。なお、この実施の形態により発明が限定されるものではなく、諸種の設計的変更をも包摂するものである。
【００１６】
実施の形態１．
図１は、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置が適用される内燃機関の概略構成図である。
図１において、符号１は燃焼室を示している。この燃焼室１は、吸入空気と燃料を導入して可燃燃料混合気を形成し、それを燃焼させて燃焼反応による発熱エネルギを作動流体の圧力に変換するものである。燃焼室１内にはピストン２が設けられ、コネクティングロッド３によりクランクシャフト４に接続されている。コネクティングロッド３とクランクシャフト４を接続することにより、ピストン２の往復摺動運動をクランクシャフト４の回転運動に変換している。また、ピストン２は、燃焼室１内を摺動移動して燃焼室１内へ吸気を導入し、また混合気の燃焼圧力を運動エネルギに変換し、更に、燃焼後の既燃ガスを排気管５から排出している。
【００１７】
クランクシャフト４には回転数センサ６が布設されており、クランクシャフト４の１回転当たり特定数のパルスを発生するように構成され、更に、１回転で特定角度、例えばピストン上死点または下死点でパルスを発生するように構成されている。そして、クランクシャフト４の信号は、後述するエンジン制御ユニット７に入力されて、エンジン回転数の算出、更に、１回転特定位置判定に基づくピストン位置が算出される。
【００１８】
燃焼室１の頂面には、ピストン２に向けて第１の燃料８、例えばガソリンを直接噴射する燃焼噴射装置として第１のインジェクタ９が設置されている。また、燃焼室１には、第１の電磁コイル１０の磁力によって駆動され、燃焼室１への吸入空気および燃料の導入を制御する吸気弁１１と、この吸気弁１１を通過して吸入空気を燃焼室１にまで導入する吸気管１２が設けられている。後述するように、吸気弁１１には吸気管１２が２本に分割されて接続されている。また、吸気管１２には、高アンチノック特性の第２の燃料１３、例えば芳香族成分が多く含まれる高オクタン価燃料を噴射する燃焼噴射装置として第２のインジェクタ１４が設置されている。なお、第２のインジェクタ１４から噴射される第２の燃料１３の噴霧形状と噴射方向は、吸気管１２の内壁面への燃料付着量が最小量になるように吸気弁１１に向かって噴射するように設定される。
【００１９】
吸気管１２の途中に、吸気管１２を流れる吸気流量を制御するスロットル弁１５が設置され、例えばＤＣモータやステッピングモータによって制御されるスロットルアクチュエータ１６によりスロットル弁１５の開閉量を制御するように構成されている。
【００２０】
更に、燃焼室１には、第２の電磁コイル１７の磁力によって駆動され、燃焼室１からの排気を制御する排気弁１８が設けられており、燃焼室１からの既燃ガスが排気管５を経て大気に排出される。なお、排気管５の下流側に三元触媒１９が設けられており、噴射された燃料が完全燃焼する理論空燃比で燃焼した場合に、既燃ガス中に含まれるＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘの有害ガス三成分を同時に酸化還元浄化される。
【００２１】
運転者が操作するアクセルペダルの踏み込み位置を電気信号に変換するアクセルポジションセンサ２０が設けられ、このアクセルポジションセンサ２０からの信号と、回転数センサ６からの信号がエンジン制御ユニット７に取り込まれ、エンジン制御ユニット７において、第１のインジェクタ９および第２のインジェクタ１４から噴射される燃料噴射量と噴射タイミング制御、吸排気弁の開閉動作を行うとともに、開閉タイミングを変更して燃焼サイクルを４サイクルと６サイクルに切り替え、更に、吸気管１２に設置された後述するスワールコントロール弁（図７に詳細を示す）による筒内空気流動制御が行なわれる。
【００２２】
図２は、第１の燃料８と高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の熱発生率挙動を示したものである。図２の横軸はクランク軸、縦軸は熱発生率を示し、それぞれの燃料を使用して予混合圧縮着火燃焼でエンジンを運転した場合の熱発生率挙動を示している。
図２において、符号２１は、第１の燃料８を使用した時の燃焼挙動を示し、早いクランクタイミングで燃焼が完了している。符号２２は、高アンチノック特性を有する第２の燃料１３を使用した場合の燃焼挙動を示し、第１の燃料８を使用した時の燃焼挙動２１と比べて燃焼開始タイミングが大きく遅延している。
【００２３】
軽負荷運転状態では予混合気の空燃比はリーンであり、第１の燃料８を使用した時の熱発生率挙動２１に示す早期着火、高速燃焼でも燃焼室１内の圧力上昇はノッキング発生限界以内に抑えられている。しかし、高負荷運転状態に移行すると燃料噴射量増加による空燃比リッチ化により、燃焼速度はノッキング発生限界を超えてしまう。このときに、高アンチノック特性の第２の燃料１３を混合すると混合燃料の熱発生率挙動は、熱発生率挙動２２と熱発生率挙動２１を合成した熱発生率挙動２３の特性を示す。熱発生率挙動２３の特性は、着火性能は第１の燃料８と同様であるが、燃焼速度は遅く燃焼期間も長くなっていることを示している。従って、この混合燃料を高負荷運転状態で噴射してもノッキングは起こらず安定した燃焼を実現することができる。
【００２４】
図３に、第１の燃料８と第１の燃料８に高アンチノック特性を有する第２の燃料１３を混合した燃料を使用した場合の高負荷運転状態における燃焼室内圧力の挙動を示す。図３は、横軸をクランク角度、縦軸に燃焼室内圧力をとった指圧線図である。
図３において、符号３１は、第１の燃料８を使用した場合の指圧線図を示し、着火直後の最大圧力が高く膨張行程後期で符号３２に示すようにノッキングが発生している。符号３３は、混合燃料を使用した場合の指圧線図を示し、着火着後の圧力上昇は緩慢で最高圧力は低く、燃焼期間は長くなっている。そのため、指圧線図３１と指圧線図３３はほぼ同じ出力でありながら、指圧線図３３はノッキングを起こさない安定燃焼を実現していることがわかる。
【００２５】
図４は、図１で説明した燃料制御装置の動作領域を説明する図である。図４は、エンジン回転数を横軸に、出力を縦軸にとっており、符号４１のラインは最高出力トルクを示している。この図において、領域４２は低負荷運転領域であり、この領域では噴射燃料が少なく混合気は常にリーン状態である。そのため、第１のインジェクタ９から吸気行程における第１の燃料８の燃焼室１内への噴射のみで予混合圧縮着火燃焼が成立する。
【００２６】
領域４３は中負荷運転領域であり、第１の燃料８のみではノッキングが発生する。但し、この領域では高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の噴射割合は低く、スワール空気流動によって燃焼室１内の外周部に成層混合気を形成し、燃焼室１内の中心部に第１の燃料８による混合気を形成するドーナツ配置とする。この構成によれば、燃料を均質混合させなくても、燃焼室１内の中心部からの予混合圧縮着火性能を変化させることなく、燃焼室１内外周の高圧部分の燃焼速度低下により、ノッキングの発生を抑制することができる。
【００２７】
領域４４は高負荷運転領域であり、空燃比が領域４２，４３と比較して相当リッチになっている。そこで予混合圧縮着火燃焼を実現するためには、更に、高アンチノック特性燃料の混合が必要になってくる。領域４３で示すように、燃焼室１内に配置した第１のインジェクタ９と吸気ポートに配置された第２のインジェクタ１４から噴射される燃料は、燃焼室１内で層状の混合気を形成する。但し、領域４４では第２の燃料１３の混合比率が高く、安定した燃焼を実現するためには均質混合する必要がある。従来の４サイクル燃焼では、第１の燃料８と第２の燃料１３の混合に必要な時間をとることができなかった。そのため本実施の形態では、燃焼サイクルを４サイクルから６サイクルに変更し、クランク軸１回転分を混合気形成のサイクルとしている。各運転領域での空気流動、燃料噴射制御については以下に説明する。
【００２８】
図５は、軽負荷運転領域におけるエンジンの燃焼サイクルと燃料噴射タイミングを示す図である。この運転領域での燃焼サイクルは、「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」の各行程をクランク角度１８０°毎、１サイクル７２０°で繰り返す４サイクル燃焼サイクルである。排気弁１８と吸気弁１１の弁リフト挙動は符号５１と符号５２に示す通りである。リフト挙動はカム駆動におけるプロファイルを描いてあるが、直動式の吸排気弁のリフト挙動は矩形波に近いものとなる。符号５３は第１のインジェクタ９から噴射する第１の燃料噴射パルスを示し、燃料は吸気行程初期に燃焼室１内に直接噴射される。軽負荷領域では、第２のインジェクタ１４から高アンチノック特性燃料は噴射しない。
【００２９】
図６は、横軸にシリンダ容積、縦軸に燃焼室１内の圧力を示した指圧線図である。この図中に図５に示した燃料噴射タイミングを示している。燃料噴射回数は１回で、吸気行程初期に噴射している。
【００３０】
軽負荷運転状態では、エンジンの圧縮比を高めた４サイクル燃焼サイクルにおける、第１のインジェクタ９による第１の燃料８の吸気行程噴射と、吸排気弁１１、１８の負のオーバーラップによる残留ガス量制御、更に、高圧縮比による圧縮行程後期の断熱昇温による予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。この運転領域では燃料噴射量は少なく空燃比リーン状態なので燃焼速度が抑制されノッキングを発生することなく連続運転することができる。
【００３１】
中負荷運転状態では、燃焼速度の向上による燃焼室１内の圧力の急上昇に伴うノッキングの発生が問題になってくる。そのため、この運転領域では高アンチノック特性の第２の燃料１３を使用する。
【００３２】
図７は、中負荷運転領域における第２のインジェクタ１４から噴射される高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の挙動を示す図である。この図は、図１に示す縦断面図に対して燃焼室１付近の横断面を示している。
【００３３】
図７に示すように、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置では、吸気弁１１に２本の吸気管１２が接続されており、この２本の吸気管１２のうち、吸入空気の流入方向に対して右側のポート１２ａにスワールコントロール弁７１が設置され、ステッピングモータ７２によって開度が制御される構成になっている。スワールコントロール弁７１を閉塞すると、吸気は吸入空気の流入方向に対して左側のポート１２ｂからのみ吸入されるため、燃焼室１内にスワール流動を生成することができる。また、左側のポート１２ｂの中央部には、左側のポート１２ｂを縦方向、即ち、吸入空気の流入方向に２分割する分離体、例えば分離板７３が設置されている。そして、第２のインジェクタ１４から噴射される高アンチノック特性の第２の燃料１３は、分離板７３の外側、即ち、左側のポート１２ｂの外側を通って燃焼室１に導入され、スワール流動７４に乗りながら混合気を形成する。また、分離板７３の内側から流入される吸入空気７５は、第２の燃料１３の混合気であるスワール流動７４を燃焼室１内の外周周辺部に成層化する。
【００３４】
このような混合気形成にすることにより、燃焼室１内の中央部分で第１の燃料８による混合気７６が予混合圧縮着火燃焼を起こし、燃焼室１内の外周周辺部で高圧状態になったとしても、高アンチノック特性で燃焼速度の遅い第２の燃料１３がゆっくり燃焼することにより、ノッキングの発生を抑制したまま燃焼反応を完了することができる。
【００３５】
図８は、中負荷運転領域におけるエンジンの燃焼サイクルと燃料噴射タイミングを示しす図である。図５に示した軽負荷状態に、第２のインジェクタ１４による第２の燃料１３の噴射パルス８１を追加している。図８に示すように、高アンチノック特性を有する第２の燃料１３は、排気行程で吸気ポートに噴射され、吸気弁１１の開弁によって燃焼室１内にスワール流動７４とともに導入される。それとタイミングを合わせて吸気行程では、第１のインジェクタ９から第１の燃料８が燃焼室１の頂面からピストン２に向かって噴射され、燃焼室１内には、外周部分に高アンチノック特性の第２の燃料、中心部分に第１の燃料８を含む混合気が層状に形成される。
【００３６】
図９は、指圧線図と燃料噴射タイミング図で、横軸にシリンダ容積、縦軸に燃焼室１内の圧力を示している。この図中に図８に示した燃料噴射タイミングを示している。燃料噴射回数は２回で、排気行程と吸気行程初期に噴射している。
【００３７】
次に、第１の燃料８と高アンチノック特性を有する第２の燃料１３の燃料噴射量の分配方法について説明する。
第１の燃料８と第２の燃料１３の両方を噴射した場合、発熱量は式（１）で表される。
ここで、Ｑは１サイクル噴射燃料発熱量（ｃａｌ／ｃｙｃｌｅ）、Ｃ１（ｃａｌ／ｇ）は第１の燃料８の発熱量、Ｃ２（ｃａｌ／ｇ）は第２の燃料１３の発熱量、Ｇ１（ｇ／ｃｙｃｌｅ）は第１の燃料８の噴射量、Ｇ２（ｇ／ｃｙｃｌｅ）は第２の燃料１３の噴射量である。
Ｑ＝Ｃ１×Ｇ１＋Ｃ２×Ｇ２・・・（１）
【００３８】
高アンチノック特性燃料比率ｒを次式（２）で表す。ここで、Ｇｆ（ｇ／ｃｙｃｌｅ）は式（３）に表すように、必要発熱量Ｑすべてを第１の燃料８でまかなった場合の燃料噴射量とする。
ｒ＝（Ｃ２×Ｇ２）／（Ｃ１×Ｇｆ）・・・（２）
Ｑ＝Ｃ１×Ｇｆ・・・(３)
式(１)、式(２)、式(３)より、第１および第２の燃料噴射量は高アンチノック特性燃料比率ｒに応じて式(４)、式(５)に表すように分配される。
Ｇ１＝Ｇｆ×（１−ｒ）・・・（４）
Ｇ２＝Ｇｆ×ｒ×Ｃ１／Ｃ２・・・（５）
ここで、高アンチノック特性燃料分配比率は、運転状態に応じて設定されるものであるが、例えば各運転領域中での変化は以下に示すように設定される。
低付加領域  ｒ＝０
中負荷領域  ０＜ｒ≦０．４
高負荷領域  ０．４＜ｒ≦０．８
【００３９】
図１０に、エンジン回転数と出力によって表される各負荷領域４４，４３，４２における高アンチノック特性燃料比率ｒの設定を示している。
【００４０】
図１１は、高負荷運転領域における燃焼サイクルと吸排気弁挙動、そして燃料噴射タイミングを示した図である。高負荷運転領域では、中負荷運転領域よりも更に多くの高アンチノック特性の第２の燃料１３を噴射する必要があり、予混合圧縮着火燃焼を安定して継続するためには燃料混合が非常に重要であり、本実施の形態では６サイクル燃焼サイクルによる燃料混合を実現している。
【００４１】
図１１において、吸気弁１１の開弁リフト挙動は符号９１に示す通り、吸気行程上死点前から開き始める。０°で示す吸気行程上死点から吸気行程は開始する。クランク角度で１８０°から圧縮昇温行程に入り、３６０°の圧縮上死点で完了し、５４０°までが燃料混合行程である。５４０°から７２０°までが圧縮行程で、７２０°から９００°までは燃焼行程である。９００°から１０８０°までが排気行程であり、排気弁１８は排気弁リフト挙動９２に示すように開弁動作を行い、既燃ガスを排気する。
【００４２】
以上の説明の通り、６サイクル燃焼はクランクシャフト４の３回転で１サイクルを完了し、「吸気」「圧縮昇温」「燃料混合」「圧縮」「燃焼」「排気」の６行程を実行する。この６サイクル燃焼サイクルに対応して、高アンチノック特性の第２の燃料１３は排気行程において符号９３に示すタイミングで噴射され、第１の燃料８は燃料混合行程において符号９４のタイミングで噴射される。
【００４３】
図１２は、指圧線図と燃料噴射タイミング図で、横軸にシリンダ容積、縦軸に燃焼室１内の圧力を示している。この図中に図１０に示した燃料噴射タイミングを示している。燃料噴射回数は２回で、吸気行程初期と燃料混合行程に噴射している。
【００４４】
次に、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置における燃料制御について図１３のフローチャートにより説明する。このフローチャートでは、エンジンの運転領域判定から、燃焼サイクルの切り替え、そして燃料噴射の全体的な制御フローを示している。
【００４５】
まず、ステップＳ１０１で、現時点ｎにおける運転領域Ｄｒ（ｎ）をエンジン回転数、アクセルペダル開度、等の検出信号から判定する。運転領域に応じて、Ｄｒ（ｎ）に数値を記憶する。例えば、１：軽負荷領域、２：中負荷領域、３：高負荷領域とする。
【００４６】
ステップＳ１０２では、現時点ｎの運転モードＤｍ（ｎ）を入力する。例えば、４：４サイクル運転、６：６サイクル運転とする。
【００４７】
ステップＳ１０１、ステップＳ１０２での運転領域、運転モードを入力した後、ステップＳ１０３で、運転領域について前回ｎ−１のタイミングでの検出値との比較を行う。ここでは、運転領域の変化をＤｒ（ｎ）−Ｄｒ（ｎ−１）の絶対値として表し、０より大きいときに運転領域が変化したと判定する。
【００４８】
次に、各運転領域において、燃焼モード変更の要否を判定する。
まず、ステップＳ１０４において、現時点ｎのタイミングで軽負荷運転状態に変化したのであれば、ステップＳ１０６で前回ｎ−１タイミングでの運転モードが４サイクル燃焼であったかどうかを判定している。前回運転モードが４サイクル燃焼であればモード変更を実施する必要はないので、ステップＳ１０７で燃料噴射量計算を実施する。ステップＳ１０７では、式（４）、式（５）に基づいて燃料噴射量を計算する。軽負荷運転領域では高アンチノック特性燃料比率ｒは０であるので、Ｇ１＝Ｇｆとなり第１のインジェクタ９のみの燃料噴射となる。
【００４９】
ステップＳ１０６で前回運転モードが４サイクル燃焼でなければ、４サイクル燃焼モードに切り替えるために、ステップＳ１０８に示すように、燃焼モード切り替え開始タイミングの吸気ＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）までクランク角度が進むのを待ち、ステップＳ１０９においてクランク２回転で「吸気」「圧縮」「燃焼」「排気」を繰り返す４サイクル燃焼モードに切り替える。
【００５０】
次に、ステップＳ１０５で現時点ｎのタイミングで中負荷運転状態に変化したと判断されれば、ステップＳ１１０で前回ｎ−１タイミングでの運転モードが４サイクル燃焼であったかどうかを判定している。４サイクル燃焼であればモード変更を実施する必要はないので、ステップＳ１１３で燃料噴射量計算を実施する。
【００５１】
ステップＳ１１３では、式（４）（５）に基づいて燃料噴射量を計算する。中負荷運転領域において高アンチノック特性燃料比率ｒを負荷条件に応じて、０から０．４以下の範囲で変更し、第１の燃料８の噴射量Ｇ１および第２の燃料１３の噴射量Ｇ２を算出する。
【００５２】
前回運転モードが４サイクル燃焼でなければ、４サイクル燃焼モードに切り替えるために、ステップＳ１１１に示すように燃焼モード切り替え開始タイミングの吸気ＴＤＣまでクランク角度が進むのを待ち、ステップＳ１１２においてクランク２回転で「吸気」、「圧縮」、「燃焼」、「排気」を繰り返す４サイクル燃焼モードに切り替える。
【００５３】
ステップＳ１０４、ステップＳ１０５を経て、現時点ｎのタイミングで高負荷運転状態に変化したと判断されれば、燃焼モードを６サイクル燃焼モードに切り替えるためにステップＳ１１４に進む。
【００５４】
ステップＳ１１４では、燃焼モード切り替え開始タイミングの吸気ＴＤＣまでクランク角度が進むのを待ち、ステップＳ１１５においてクランク３回転で、「吸気」、「圧縮昇温」、「燃料混合」、「圧縮」、「燃焼」、「排気」を繰り返す６サイクル燃焼モードに切り替える。
【００５５】
ステップＳ１１６では、式（４）、式（５）に基づいて燃料噴射量を計算する。高負荷運転領域において高アンチノック特性燃料比率ｒを負荷条件に応じて、０．４から０．８以下の範囲で変更し、第１の燃料８の噴射量Ｇ１および第２の燃料１３の噴射量Ｇ２を算出する。
【００５６】
以上、詳述したように、実施の形態１に係る内燃機関の燃料制御装置によれば、内燃機関の運転状態に応じて通常燃料と高アンチノック特性燃料の混合配分を変更するとともに、燃料配分に応じて成層混合気形成と均質混合気形成を判断するので、サイクル変動の少ない混合気を形成し、低負荷から高負荷運転状態まで安定した予混合圧縮着火燃焼を実現することができる。
【符号の説明】
【００５７】
１  燃焼室
２  ピストン
３  コネクティングロッド
４  クランクシャフト
５  排気管
６  回転数センサ
７  エンジン制御ユニット
８  第１の燃料
９  第１のインジェクタ
１０  第１の電磁コイル
１１  吸気弁
１２  吸気管
１２ａ，１２ｂ  ポート
１３  第２の燃料
１４  第２のインジェクタ
１５  スロットル弁
１６  スロットルアクチュエータ
１７  第２の電磁コイル
１８  排気弁
１９  三元触媒
２０  アクセルポジションセンサ
７１  スワールコントロール弁
７２  ステッピングモータ
７３  分離板
７４  スワール流動
７５  吸入空気
７６  混合気
【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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