(57)【要約】【課題】ジエチルエーテルを燃料とし、広範囲の要求負荷で安定に運転できる予混合圧縮着火内燃機関を提供する。【解決手段】第１の態様は、高負荷時には、負のオーバーラップを備えるように開閉時期を変更し、負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から燃焼室１内に燃料を直接噴射する。第２の態様は、開閉時期が負のオーバーラップを備え、高負荷時には、負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から噴射する燃料の割合を増加させ、低負荷時には、吸気弁３ａが開弁している期間に燃料噴射手段６から噴射する燃料の割合を増加させる。第３の態様は、開閉時期が負のオーバーラップを備え、負のオーバーラップの期間と、吸気弁３ａが開弁している期間とに、燃料噴射手段５から燃料を噴射する。予混合圧縮着火内燃機関は、ガソリンとジエチルエーテルとを燃料とし、ガソリンの残量が無くなったときに、ジエチルエーテルのみを燃料とする。【選択図】  図１
2008286159.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、
該予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期が変更自在とされており、
高負荷時には、排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁する負のオーバーラップを備えるように該吸気弁及び排気弁の開閉時期を変更し、該負のオーバーラップの期間に該燃料噴射手段から該燃焼室内に燃料を直接噴射することを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関の制御方法。
【請求項２】
ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、
該予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射手段と、吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とを備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期が排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁する負のオーバーラップを備えるように設定されており、
高負荷時には、該負のオーバーラップの期間に第１の燃料噴射手段から該燃焼室に直接噴射する燃料の割合を増加させ、
低負荷時には、該吸気弁が開弁している期間に第２の燃料噴射手段から吸気ポートに噴射する燃料の割合を増加させることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関の制御方法。
【請求項３】
ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、
該予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期が排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁する負のオーバーラップを備えるように設定されており、
該負のオーバーラップの期間と、該吸気弁が開弁している期間とに、該燃料噴射手段から該燃焼室内に燃料を直接噴射することを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関の制御方法。
【請求項４】
前記予混合圧縮着火内燃機関は、ガソリンとジエチルエーテルとを混合して燃料とし、高負荷時には該燃料中のガソリンの割合を多くし、低負荷時には該燃料中のジエチルエーテルの割合を多くする一方、ガソリンの残量が無くなったときには、ジエチルエーテルのみを燃料とすることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１項記載の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときの制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、内燃機関の所定負荷、所定時間当たりの燃料消費量を低減し、かつ排出物の量の低減を図るために、予混合圧縮着火内燃機関に代表される圧縮着火内燃機関が検討されている。前記圧縮着火内燃機関は、酸素含有気体と圧縮自着火可能な燃料とをシリンダ内に導入して圧縮することにより、該燃料に自着火させるものである。
【０００３】
ところが、前記予混合圧縮着火内燃機関は、火花点火方式の内燃機関と異なり着火のタイミングを制御することが難しい。また、前記予混合圧縮着火内燃機関は、着火性の高い燃料を用いたときには該機関の要求負荷が高くなったときにノッキングを起こしやすく、着火性の低い燃料を用いたときには前記要求負荷が低くなったときに失火しやすい。従って、前記予混合圧縮着火内燃機関は、安定に運転することができる運転領域が狭いとの問題がある。
【０００４】
前記問題を解決するために、ガソリンを燃料とし、吸気弁及び排気弁が負のオーバーラップを備えるように、吸気弁及び排気弁の開閉時期を設定した予混合圧縮着火内燃機関が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
前記負のオーバーラップとは、吸気弁及び排気弁が排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁するものであり、排気行程から吸気行程の間に、排気弁と吸気弁とが両方とも閉弁している期間である。前記予混合圧縮着火内燃機関は、前記負のオーバーラップの間に燃料であるガソリンを噴射すると共に、吸気行程または圧縮行程中にもう一度燃料であるガソリンを噴射するというものである。
【０００６】
このようにすると、前記負のオーバーラップの期間中に噴射された燃料は、排気弁と吸気弁との両方が閉弁している燃焼室内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、さらに負のオーバーラップにより燃焼室内に残留しているガス中の酸素と反応して発熱する。そこで、次に、吸気行程または圧縮行程中にもう一度燃料であるガソリンを噴射すると、新たに噴射された燃料が、前記負のオーバーラップの期間中に噴射された燃料の発熱により高温になって、圧縮自着火燃焼を行うとされている。
【０００７】
従って、前記技術によれば、前記負のオーバーラップの期間中に噴射される燃料の量と、その後の吸気行程または圧縮行程中に噴射される燃料の量とを調整することにより、内燃機関の要求負荷の変動に対応できると考えられる。
【０００８】
また、従来、前記予混合圧縮着火内燃機関の安定に運転することができる運転領域が狭いとの問題を解決するために、要求負荷に応じて、着火性の高い燃料と、着火性の低い燃料との２種類の燃料を混合して前記予混合圧縮着火内燃機関に供給する技術が知られている。前記２種類の燃料としては、例えば、軽油とガソリンとが用いられる。しかし、軽油を用いる場合には、前記要求負荷が低い領域では着火性の高い燃料である軽油の使用量が増大し、軽油の蒸発特性の低さに起因する窒素酸化物（ＮＯｘ）及び煤の排出が避けられないとの問題がある。また、前記圧縮着火内燃機関を自動車等に搭載する場合に、前記技術を適用しようとすると、燃料タンクと燃料ラインとを各燃料毎に装備する必要があり、燃料補給も燃料の種類毎に行わなければならず煩雑である。
【０００９】
そこで、１種類の燃料の一部を改質することにより、着火性の異なる２種類の燃料を得ることが検討されている。前記のように改質される燃料としては、例えば、エタノールとガソリンとを含む混合燃料を用いることができ、該混合燃料に含まれるエタノールをジエチルエーテルに改質する技術が提案されている（特許文献１参照）。
【００１０】
前記技術は、第１の燃料としてエタノールとガソリンとを含む混合燃料を用い、該第１の燃料の一部を、改質器に収容された酸触媒に接触させると共に、該第１の燃料と触媒とを加熱することにより、エタノールをジエチルエーテルに改質するものである。このようにすることにより、第２の燃料としてジエチルエーテルを含むガソリンが得られる。ここで、ジエチルエーテルはエタノールよりも着火性が高いので、第１の燃料は着火性の低い燃料となり、第２の燃料は着火性の高い燃料となる。
【００１１】
前記エタノールとガソリンとを含む混合燃料を用いる場合には、さらに、該混合燃料に水を混合してガソリンとエタノール−水混合液とに分離することが考えられる。ここで、前記エタノール−水混合液中のエタノールを、前述のようにしてジエチルエーテルに改質すると、ジエチルエーテル−水混合液が得られる。この場合、ジエチルエーテルはガソリンよりも着火性が高いので、ガソリンが着火性の低い第１の燃料となり、前記ジエチルエーテル−水混合液が着火性の高い第２の燃料となる。
【００１２】
従って、第１の燃料と第２の燃料とを混合して前記圧縮着火内燃機関に供給する際に、高負荷側では着火性の低い第１の燃料の割合を高くし、低負荷側では着火性の高い第２の燃料の割合を高くすることにより、安定に運転することができる運転領域を拡大することができるものと考えられる。
【００１３】
しかしながら、燃料としてガソリンと前記ジエチルエーテル−水混合液とを用いる場合、ガソリンの残量が無くなったときには、該ジエチルエーテル−水混合液のみでは高負荷に対応することが難しく、安定に運転することができる運転領域が狭くなるという不都合がある。
【特許文献１】特開２００５−２２０８３９号公報
【特許文献２】特開２００６−２２６１７２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
本発明は、かかる不都合を解消して、ジエチルエーテルを燃料とし、広い範囲の要求負荷に対して安定に運転することができる予混合圧縮着火内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
かかる目的を達成するために、本発明の第１の態様の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法は、ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、該予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期が変更自在とされており、高負荷時には、排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁する負のオーバーラップを備えるように該吸気弁及び排気弁の開閉時期を変更し、該負のオーバーラップの期間に該燃料噴射手段から該燃焼室内に燃料を直接噴射することを特徴とする。
【００１６】
本発明の第１の態様の制御方法は、ジエチルエーテルを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、まず、負のオーバーラップを備えるように前記吸気弁及び排気弁の開閉時期を変更する。そして、前記負のオーバーラップの期間に前記燃料噴射手段から前記燃焼室内に前記燃料であるジエチルエーテルを直接噴射する。
【００１７】
前記負のオーバーラップの期間には前記排気弁と吸気弁との両方が閉弁している。そこで、前記燃料噴射手段から前記燃焼室内に噴射されたジエチルエーテルは、該燃焼室内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、冷炎が発生する。そして、ジエチルエーテルは、さらに前記負のオーバーラップにより前記燃焼室内に残留しているガス中の酸素と反応して、アルデヒドを生成する。前記負のオーバーラップの期間の後、吸気弁が開弁すると、前記燃焼室内の温度が低下するため、前記アルデヒドが生成する反応は停止し、それまでに生成したアルデヒドが該燃焼室内に残留する。
【００１８】
次に、前記燃焼室内に噴射されたジエチルエーテルを圧縮して該ジエチルエーテルを自着火させる。このとき、前記燃焼室内には前記アルデヒドが残留しているので、前記ジエチルエーテルの燃焼は該アルデヒドにより抑制される。
【００１９】
そこで、本発明の第１の態様の制御方法によれば、前記負のオーバーラップの期間に前記燃料噴射手段から前記燃焼室内にジエチルエーテルを噴射する時期を調整することにより、前記アルデヒドの生成量を調整し、該アルデヒドの生成量によりジエチルエーテルの着火時期を制御することができる。この結果、本発明の第１の態様の制御方法によれば、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。
【００２０】
次に、本発明の第２の態様の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法は、ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、該予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射手段と、吸気ポートに燃料を噴射する第２の燃料噴射手段とを備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期が排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁する負のオーバーラップを備えるように設定されており、高負荷時には、該負のオーバーラップの期間に第１の燃料噴射手段から該燃焼室に直接噴射する燃料の割合を増加させ、低負荷時には、該吸気弁が開弁している期間に第２の燃料噴射手段から吸気ポートに噴射する燃料の割合を増加させることを特徴とする。
【００２１】
本発明の第２の態様の制御方法は、ジエチルエーテルを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、まず、前記負のオーバーラップの期間に前記第１の燃料噴射手段から前記燃焼室内に前記燃料であるジエチルエーテルを直接噴射する。
【００２２】
前記負のオーバーラップの期間には前記排気弁と吸気弁との両方が閉弁している。そこで、前記第１の燃料噴射手段から前記燃焼室内に噴射されたジエチルエーテルは、該燃焼室内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、冷炎が発生する。そして、ジエチルエーテルは、さらに前記負のオーバーラップにより前記燃焼室内に残留しているガス中の酸素と反応して、アルデヒドを生成する。前記負のオーバーラップの期間の後、吸気弁が開弁すると、前記燃焼室内の温度が低下するため、前記アルデヒドが生成する反応は停止し、それまでに生成したアルデヒドが該燃焼室内に残留する。
【００２３】
次に、前記負のオーバーラップの期間の後、吸気行程において、前記吸気弁が開弁している期間に前記第２の燃料噴射手段から前記吸気ポートに前記燃料であるジエチルエーテルを噴射する。そして、前記吸気ポートに噴射されたジエチルエーテルを前記燃焼室内で圧縮して、該ジエチルエーテルを自着火させる。このとき、前記燃焼室内には前記アルデヒドが残留しているので、前記第２の燃料噴射手段により噴射されたジエチルエーテルの燃焼は、該アルデヒドにより抑制される。
【００２４】
そこで、本発明の第２の態様の制御方法によれば、前記負のオーバーラップの期間に前記第１の燃料噴射手段から噴射されるジエチルエーテルの量と、前記吸気弁が開弁している期間に前記第２の燃料噴射手段から噴射されるジエチルエーテルの量とを調整することにより、ジエチルエーテルの着火時期を制御することができる。
【００２５】
すなわち、本発明の第２の態様の制御方法では、高負荷時には、前記負のオーバーラップの期間に前記第１の燃料噴射手段から前記燃焼室に直接噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。また、低負荷時には、前記吸気弁が開弁している期間に前記第２の燃料噴射手段から吸気ポートに噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。この結果、本発明の第２の態様の制御方法によれば、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。
【００２６】
次に、本発明の第３の態様の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法は、ジエチルエーテルを燃料として予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、該予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段を備え、吸気弁及び排気弁の開閉時期が排気行程の上死点前に該排気弁を閉弁して吸気行程の上死点後に該吸気弁を開弁する負のオーバーラップを備えるように設定されており、該負のオーバーラップの期間と、該吸気弁が開弁している期間とに、該燃料噴射手段から該燃焼室内に燃料を直接噴射することを特徴とする。
【００２７】
本発明の第３の態様の制御方法は、ジエチルエーテルを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転するときに、まず、前記負のオーバーラップの期間に前記燃料噴射手段から前記燃焼室内に前記燃料であるジエチルエーテルを直接噴射する。
【００２８】
前記負のオーバーラップの期間には前記排気弁と吸気弁との両方が閉弁している。そこで、前記燃料噴射手段から前記燃焼室内に噴射されたジエチルエーテルは、該燃焼室内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、冷炎が発生する。そして、ジエチルエーテルは、さらに前記負のオーバーラップにより前記燃焼室内に残留しているガス中の酸素と反応して、アルデヒドを生成する。前記負のオーバーラップの期間の後、吸気弁が開弁すると、前記燃焼室内の温度が低下するため、前記アルデヒドが生成する反応は停止し、それまでに生成したアルデヒドが該燃焼室内に残留する。
【００２９】
次に、前記負のオーバーラップの期間の後、吸気行程において、前記吸気弁が開弁している期間に、前記燃料噴射手段から前記燃焼室に前記燃料であるジエチルエーテルを直接噴射する。そして、前記燃焼室に直接噴射されたジエチルエーテルを圧縮して、該ジエチルエーテルを自着火させる。このとき、前記燃焼室内には前記アルデヒドが残留しているので、前記燃料噴射手段により噴射されたジエチルエーテルは、該アルデヒドにより燃焼が抑制される。
【００３０】
そこで、本発明の第３の態様の制御方法によれば、前記負のオーバーラップの期間に前記燃料噴射手段から噴射されるジエチルエーテルの量と、前記吸気弁が開弁している期間に該燃料噴射手段から噴射されるジエチルエーテルの量とを調整することにより、ジエチルエーテルの着火時期を制御することができる。
【００３１】
すなわち、本発明の第３の態様の制御方法では、高負荷時には、前記負のオーバーラップの期間に前記燃料噴射手段から前記燃焼室に直接噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。また、低負荷時には、前記吸気弁が開弁している期間に前記燃料噴射手段から前記燃焼室に直接噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。この結果、本発明の第３の態様の制御方法によれば、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。
【００３２】
前記予混合圧縮着火内燃機関は、ガソリンとジエチルエーテルとを混合して燃料とし、高負荷時には該燃料中のガソリンの割合を多くし、低負荷時には該燃料中のジエチルエーテルの割合を多くするものを用いることができる。前記予混合圧縮着火内燃機関は、ガソリンの残量が無くなったときには、ジエチルエーテルのみを燃料とし、本発明の第１〜３の態様のいずれかの制御方法により、制御される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関の一構成例を示す説明的断面図であり、図２（ａ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が通常のオーバーラップを備えるときのクランク角と弁の開度との関係を示すグラフであり、図２（ｂ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が通常のオーバーラップを備えるときのクランク角と燃焼室内の圧力（筒内圧）との関係を示すグラフであり、図３（ａ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が負のオーバーラップを備えるときのクランク角と弁の開度との関係を示すグラフであり、図３（ｂ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が負のオーバーラップを備えるときのクランク角と燃焼室内の圧力（筒内圧）との関係を示すグラフであり、図４は本実施形態の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関の他の構成例を示す説明的断面図である。
【００３４】
次に、本実施形態の第１の態様の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法について説明する。
【００３５】
本態様の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関は、図１に示すように、円筒状の燃焼室１と、燃焼室１の内壁に沿って摺動自在のピストン２とを備えており、燃焼室１の上部には吸気ポート３と、排気ポート４とが連通している。吸気ポート３は吸気弁３ａにより開閉自在とされており、排気ポート４は排気弁４ａにより開閉自在とされている。燃焼室１の上部の略中央部には、燃焼室１内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射手段５が配設されており、吸気ポート３には、吸気ポート３内に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段６が配設されている。
【００３６】
吸気弁３ａ及び排気弁４ａは開閉時期が変更自在となっており、該開閉時期は図示しないＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）により制御される。また、燃料噴射手段５，６による燃料の噴射時期、噴射量も、前記ＥＣＵにより制御される。
【００３７】
図１に示す予混合圧縮着火内燃機関は、図示しない燃料タンクに供給されるガソリンとエタノールとを含む混合燃料に水を添加することによりガソリンとエタノールとに分離し、さらに該エタノールを改質してジエチルエーテルを得るようになっている。前記エタノールは、酸触媒等の触媒に接触させて加熱することにより、容易にジエチルエーテルに改質される。前記ジエチルエーテルは、ガソリンよりも着火性の高い燃料として用いられる。
【００３８】
尚、前記エタノールは、実際には、分離の際に用いた水を含むエタノール−水混合液である。従って、前記エタノール−水混合液から得られたジエチルエーテルも、実際には、該エタノール−水混合液由来の水と、エタノールをジエチルエーテルに改質する際に生成する水とを含むジエチルエーテル−水混合液である。しかし、該ジエチルエーテル−水混合液に含まれる水は極く微量であるので、本態様では該ジエチルエーテル−水混合液をジエチルエーテルとして説明する。
【００３９】
本態様では、ガソリンとジエチルエーテルとが共に十分に残量がある状態では、ガソリンは燃料噴射手段６に供給され、ジエチルエーテルは燃料噴射手段５に供給されている。また、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期は、図２（ａ）に示すように排気行程の上死点（吸気排気上死点）前に吸気弁３ａを開弁し、吸気行程の上死点（吸気排気上死点）後に排気弁４ａを閉弁する通常のオーバーラップを備えるようにされている。
【００４０】
このとき、燃料噴射手段５，６は、いずれも吸気行程中の吸気弁３ａが開弁している期間中に燃料を噴射するようになっており、噴射された燃料は燃焼室１内でガス化し、該ガスが圧縮行程でピストン２により圧縮される。燃焼室１内の圧力（筒内圧力）は、図２（ｂ）に示すように圧縮行程の上死点（圧縮上死点）で最大となり、ここで前記ガスが自着火する。
【００４１】
そこで、本態様では、燃料噴射手段５から燃焼室１内に直接噴射されるジエチルエーテルの割合と、燃料噴射手段６から吸気ポート３内に噴射されるガソリンの割合とを調整することにより、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。具体的には、要求負荷が高いときには、燃料噴射手段６から吸気ポート３内に噴射されるガソリンの割合を多くし、要求負荷が低いときには、燃料噴射手段５から燃焼室１内に直接噴射されるジエチルエーテルの割合を多くする。
【００４２】
ところで、前記予混合圧縮着火内燃機関を前述のようにして運転すると、ガソリンの残量が無くなり、ジエチルエーテルのみが残されることがある。このような場合には、次回の給油によりガソリンとエタノールとを含む混合燃料が補給されるまで、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する必要がある。
【００４３】
本態様では、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する場合、まず、要求負荷が低いときには、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期は、図２（ａ）に示す通常のオーバーラップを備えるように設定されている。また、燃料噴射手段５は、通常どおり、吸気行程中の吸気弁３ａが開弁している期間中にジエチルエーテルを噴射する。このとき、ジエチルエーテルは、ガソリンよりも着火性の高い燃料として作用する。
【００４４】
尚、本態様では、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する場合には、ジエチルエーテルは燃料噴射手段５からのみ噴射され、燃料噴射手段６からは噴射されない。
【００４５】
次に、要求負荷が高いときには、本態様では、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期を変更し、図３（ａ）に示すように、排気行程の上死点前に排気弁４ｂを閉弁して、吸気行程の上死点後に吸気弁３ａを開弁する負のオーバーラップを備えるようにする。そして、燃料噴射手段５は、前記負のオーバーラップの期間に燃焼室１内にジエチルエーテルを直接噴射する。
【００４６】
前記負のオーバーラップの期間には、排気弁４ａと吸気弁３ａとの両方が閉弁している。そこで、燃焼室１内に噴射されたジエチルエーテルは、燃焼室１内でガス化し、図３（ｂ）に示すように、燃焼室１内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、冷炎が発生する。また、このとき、燃焼室１内には、前記負のオーバーラップにより排気弁４ａと吸気弁３ａとの両方が閉弁したために、排出されていない残留ガスが存在し、該残留ガスには僅かに酸素が含まれている。
【００４７】
そこで、前記ジエチルエーテルは、前記残留ガス中の酸素と反応して、アルデヒドを生成する。前記負のオーバーラップの期間の後、吸気弁３ａが開弁すると、燃焼室１内の温度が低下するため、前記アルデヒドが生成する反応は停止し、それまでに生成したアルデヒドが燃焼室１内に残留する。
【００４８】
次に、燃焼室１内でガス化したジエチルエーテルを圧縮行程でピストン２により圧縮すると、燃焼室１内の圧力（筒内圧力）は、図３（ｂ）に示すように圧縮行程の上死点（圧縮上死点）で最大となり、ここで、ジエチルエーテルが自着火する。しかし、このとき、燃焼室１内には前記アルデヒドが存在しており、ジエチルエーテルの燃焼は該アルデヒドにより抑制される。
【００４９】
そこで、本態様の制御方法では、前記負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から燃焼室１内にジエチルエーテルを噴射する時期を調整することにより、前記アルデヒドの生成量を調整することができ、該アルデヒドの生成量によりジエチルエーテルの着火時期を制御することができる。この結果、本態様の制御方法によれば、要求負荷が高いとき（高負荷時）にも、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。
【００５０】
尚、本態様では、ガソリンとエタノールとを含む混合燃料に水を添加することによりガソリンとエタノールとに分離し、さらに該エタノールを改質してジエチルエーテルを得るようにしているが、前記混合燃料に代えて初めからジエチルエーテルのみを用いるようにしてもよい。また、ジエチルエーテルに代えて、ジメチルエーテルを用いるようにしてもよい。
【００５１】
次に、本実施形態の第２の態様の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法について説明する。
【００５２】
本態様の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関は、図１に示すように、円筒状の燃焼室１と、燃焼室１の内壁に沿って摺動自在のピストン２とを備えており、燃焼室１の上部には吸気ポート３と、排気ポート４とが連通している。吸気ポート３は吸気弁３ａにより開閉自在とされており、排気ポート４は排気弁４ａにより開閉自在とされている。燃焼室１の上部の略中央部には、燃焼室１内に燃料を直接噴射する第１の燃料噴射手段５が配設されており、吸気ポート３には、吸気ポート３内に燃料を噴射する第２の燃料噴射手段６が配設されている。
【００５３】
吸気弁３ａ及び排気弁４ａは開閉時期が変更自在となっており、該開閉時期は図示しないＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）により制御される。また、燃料噴射手段５，６による燃料の噴射時期、噴射量も、前記ＥＣＵにより制御される。
【００５４】
図１に示す予混合圧縮着火内燃機関は、図示しない燃料タンクに供給されるガソリンとエタノールとを含む混合燃料に水を添加することによりガソリンとエタノールとに分離し、さらに該エタノールを改質してジエチルエーテルを得るようになっている。前記エタノールは、酸触媒等の触媒に接触させて加熱することにより、容易にジエチルエーテルに改質される。前記ジエチルエーテルは、ガソリンよりも着火性の高い燃料として用いられる。
【００５５】
尚、前記エタノールは、実際には、分離の際に用いた水を含むエタノール−水混合液である。従って、前記エタノール−水混合液から得られたジエチルエーテルも、実際には、該エタノール−水混合液由来の水と、エタノールをジエチルエーテルに改質する際に生成する水とを含むジエチルエーテル−水混合液である。しかし、該ジエチルエーテル−水混合液に含まれる水は極く微量であるので、本態様では該ジエチルエーテル−水混合液をジエチルエーテルとして説明する。
【００５６】
本態様では、ガソリンとジエチルエーテルとが共に十分に残量がある状態では、ガソリンは燃料噴射手段６に供給され、ジエチルエーテルは燃料噴射手段５に供給されている。また、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期は、図２（ａ）に示すように排気行程の上死点（吸気排気上死点）前に吸気弁３ａを開弁し、吸気行程の上死点（吸気排気上死点）後に排気弁４ａを閉弁する通常のオーバーラップを備えるようにされている。
【００５７】
このとき、燃料噴射手段５，６は、いずれも吸気行程中の吸気弁３ａが開弁している期間中に燃料を噴射するようになっており、噴射された燃料は燃焼室１内でガス化し、該ガスが圧縮行程でピストン２により圧縮される。燃焼室１内の圧力（筒内圧力）は、図２（ｂ）に示すように圧縮行程の上死点（圧縮上死点）で最大となり、ここで前記ガスが自着火する。
【００５８】
そこで、本態様では、燃料噴射手段５から燃焼室１内に直接噴射されるジエチルエーテルの割合と、燃料噴射手段６から吸気ポート３内に噴射されるガソリンの割合とを調整することにより、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。具体的には、要求負荷が高いときには、燃料噴射手段６から吸気ポート３内に噴射されるガソリンの割合を多くし、要求負荷が低いときには、燃料噴射手段５から燃焼室１内に直接噴射されるジエチルエーテルの割合を多くする。
【００５９】
ところで、前記予混合圧縮着火内燃機関を前述のようにして運転すると、ガソリンの残量が無くなり、ジエチルエーテルのみが残されることがある。このような場合には、次回の給油によりガソリンとエタノールとを含む混合燃料が補給されるまで、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する必要がある。
【００６０】
本態様では、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する場合、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期は、図３（ａ）に示すように、排気行程の上死点前に排気弁４ｂを閉弁して、吸気行程の上死点後に吸気弁３ａを開弁する負のオーバーラップを備えるように設定される。また、ジエチルエーテルは、燃料噴射手段５，６の両方に供給される。
【００６１】
この場合、本態様では、まず、前記負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から燃焼室１内にジエチルエーテルを直接噴射する。前記負のオーバーラップの期間には、排気弁４ａと吸気弁３ａとの両方が閉弁している。そこで、燃焼室１内に噴射されたジエチルエーテルは、燃焼室１内でガス化し、図３（ｂ）に示すように、燃焼室１内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、冷炎が発生する。また、このとき、燃焼室１内には、前記負のオーバーラップにより排気弁４ａと吸気弁３ａとの両方が閉弁したために、排出されていない残留ガスが存在し、該残留ガスには僅かに酸素が含まれている。
【００６２】
そこで、前記ジエチルエーテルは、前記残留ガス中の酸素と反応して、アルデヒドを生成する。前記負のオーバーラップの期間の後、吸気弁３ａが開弁すると、燃焼室１内の温度が低下するため、前記アルデヒドが生成する反応は停止し、それまでに生成したアルデヒドが燃焼室１内に残留する。
【００６３】
本態様では、次に、吸気行程中の吸気弁３ａが開弁している期間中に、燃料噴射手段６から吸気ポート３内にジエチルエーテルを噴射する。吸気ポート３内に噴射されたジエチルエーテルは燃焼室１内でガス化し、該ガスが圧縮行程でピストン２により圧縮される。燃焼室１内の圧力（筒内圧力）は、図３（ｂ）に示すように圧縮行程の上死点（圧縮上死点）で最大となり、ここでジエチルエーテルが自着火する。しかし、このとき、燃焼室１内には前記アルデヒドが存在しており、ジエチルエーテルの燃焼は該アルデヒドにより抑制される。
【００６４】
そこで、本態様の制御方法では、前記負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から噴射されるジエチルエーテルの割合と、吸気弁３ａが開弁している期間に燃料噴射手段６から噴射されるジエチルエーテルの割合とを調整することにより、前記圧縮行程におけるジエチルエーテルの着火時期を制御することができる。
【００６５】
すなわち、本態様の制御方法では、要求負荷が高いとき（高負荷時）には、前記負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から燃焼室１に直接噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。また、要求負荷が低いとき（低負荷時）には、吸気弁３ａが開弁している期間に燃料噴射手段６から吸気ポート３に噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。この結果、本態様の制御方法によれば、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。
【００６６】
尚、本態様では、ガソリンとエタノールとを含む混合燃料に水を添加することによりガソリンとエタノールとに分離し、さらに該エタノールを改質してジエチルエーテルを得るようにしているが、前記混合燃料に代えて初めからジエチルエーテルのみを用いるようにしてもよい。また、ジエチルエーテルに代えて、ジメチルエーテルを用いるようにしてもよい。
【００６７】
次に、本実施形態の第３の態様の予混合圧縮着火内燃機関の制御方法について説明する。
【００６８】
本態様の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関は、図４に示すように、円筒状の燃焼室１と、燃焼室１の内壁に沿って摺動自在のピストン２とを備えており、燃焼室１の上部には吸気ポート３と、排気ポート４とが連通している。吸気ポート３は吸気弁３ａにより開閉自在とされており、排気ポート４は排気弁４ａにより開閉自在とされている。燃焼室１の上部の略中央部には、燃焼室１内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段５が配設されている。
【００６９】
吸気弁３ａ及び排気弁４ａは開閉時期が変更自在となっており、該開閉時期は図示しないＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）により制御される。また、燃料噴射手段５による燃料の噴射時期、噴射量も、前記ＥＣＵにより制御される。
【００７０】
図４に示す予混合圧縮着火内燃機関は、図示しない燃料タンクに供給されるガソリンとエタノールとを含む混合燃料に水を添加することによりガソリンとエタノールとに分離し、さらに該エタノールを改質してジエチルエーテルを得るようになっている。前記エタノールは、酸触媒等の触媒に接触させて加熱することにより、容易にジエチルエーテルに改質される。前記ジエチルエーテルは、ガソリンよりも着火性の高い燃料として用いられる。
【００７１】
尚、前記エタノールは、実際には、分離の際に用いた水を含むエタノール−水混合液である。従って、前記エタノール−水混合液から得られたジエチルエーテルも、実際には、該エタノール−水混合液由来の水と、エタノールをジエチルエーテルに改質する際に生成する水とを含むジエチルエーテル−水混合液である。しかし、該ジエチルエーテル−水混合液に含まれる水は極く微量であるので、本態様では該ジエチルエーテル−水混合液をジエチルエーテルとして説明する。
【００７２】
本態様では、ガソリンとジエチルエーテルとが共に十分に残量がある状態では、ガソリンとジエチルエーテルとが燃料噴射手段５に供給されている。また、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期は、図２（ａ）に示すように排気行程の上死点（吸気排気上死点）前に吸気弁３ａを開弁し、吸気行程の上死点（吸気排気上死点）後に排気弁４ａを閉弁する通常のオーバーラップを備えるようにされている。
【００７３】
このとき、燃料噴射手段５は、吸気行程中の吸気弁３ａが開弁している期間中に燃料を噴射するようになっており、噴射された燃料は燃焼室１内でガス化し、該ガスが圧縮行程でピストン２により圧縮される。燃焼室１内の圧力（筒内圧力）は、図２（ｂ）に示すように圧縮行程の上死点（圧縮上死点）で最大となり、ここで前記ガスが自着火する。
【００７４】
そこで、本態様では、燃料噴射手段５から燃焼室１内に直接噴射されるジエチルエーテルの割合と、ガソリンの割合とを調整することにより、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。具体的には、要求負荷が高いときには、ガソリンの割合を多くし、要求負荷が低いときには、ジエチルエーテルの割合を多くする。
【００７５】
ところで、前記予混合圧縮着火内燃機関を前述のようにして運転すると、ガソリンの残量が無くなり、ジエチルエーテルのみが残されることがある。このような場合には、次回の給油によりガソリンとエタノールとを含む混合燃料が補給されるまで、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する必要がある。
【００７６】
本態様では、前記ジエチルエーテルのみを燃料として前記予混合圧縮着火内燃機関を運転する場合、吸気弁３ａと排気弁４ａとの開閉時期は、図３（ａ）に示すように、排気行程の上死点前に排気弁４ｂを閉弁して、吸気行程の上死点後に吸気弁３ａを開弁する負のオーバーラップを備えるように設定される。
【００７７】
この場合、本態様では、まず、前記負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から燃焼室１内にジエチルエーテルを直接噴射する。前記負のオーバーラップの期間には、排気弁４ａと吸気弁３ａとの両方が閉弁している。そこで、燃焼室１内に噴射されたジエチルエーテルは、燃焼室１内でガス化し、図３（ｂ）に示すように、燃焼室１内で僅かながら圧縮されて高温高圧となり、冷炎が発生する。また、このとき、燃焼室１内には、前記負のオーバーラップにより排気弁４ａと吸気弁３ａとの両方が閉弁したために、排出されていない残留ガスが存在し、該残留ガスには僅かに酸素が含まれている。
【００７８】
そこで、前記ジエチルエーテルは、前記残留ガス中の酸素と反応して、アルデヒドを生成する。前記負のオーバーラップの期間の後、吸気弁３ａが開弁すると、燃焼室１内の温度が低下するため、前記アルデヒドが生成する反応は停止し、それまでに生成したアルデヒドが燃焼室１内に残留する。
【００７９】
本態様では、次に、吸気行程中の吸気弁３ａが開弁している期間中に、燃料噴射手段５から、再び、燃焼室１内にジエチルエーテルを直接噴射する。前記ジエチルエーテルは燃焼室１内でガス化し、該ガスが圧縮行程でピストン２により圧縮される。燃焼室１内の圧力（筒内圧力）は、図３（ｂ）に示すように圧縮行程の上死点（圧縮上死点）で最大となり、ここでジエチルエーテルが自着火する。しかし、このとき、燃焼室１内には前記アルデヒドが存在しており、ジエチルエーテルの燃焼は該アルデヒドにより抑制される。
【００８０】
そこで、本態様の制御方法では、前記負のオーバーラップの期間に燃料噴射手段５から噴射されるジエチルエーテルの割合と、吸気弁３ａが開弁している期間に燃料噴射手段５から噴射されるジエチルエーテルの割合とを調整することにより、前記圧縮行程におけるジエチルエーテルの着火時期を制御することができる。
【００８１】
すなわち、本態様の制御方法では、要求負荷が高いとき（高負荷時）には、前記負のオーバーラップの期間に噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。また、要求負荷が低いとき（低負荷時）には、吸気弁３ａが開弁している期間に噴射するジエチルエーテルの割合を増加させる。この結果、本態様の制御方法によれば、広い範囲の要求負荷に対して、前記予混合圧縮着火内燃機関を安定に運転することができる。
【００８２】
尚、本態様では、ガソリンとエタノールとを含む混合燃料に水を添加することによりガソリンとエタノールとに分離し、さらに該エタノールを改質してジエチルエーテルを得るようにしているが、前記混合燃料に代えて初めからジエチルエーテルのみを用いるようにしてもよい。また、ジエチルエーテルに代えて、ジメチルエーテルを用いるようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００８３】
【図１】本発明の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関の一構成例を示す説明的断面図。
【図２】（ａ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が通常のオーバーラップを備えるときのクランク角と弁の開度との関係を示すグラフ、（ｂ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が通常のオーバーラップを備えるときのクランク角と燃焼室内の圧力（筒内圧）との関係を示すグラフ。
【図３】（ａ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が負のオーバーラップを備えるときのクランク角と弁の開度との関係を示すグラフ、（ｂ）は吸気弁及び排気弁の開閉時期が負のオーバーラップを備えるときのクランク角と燃焼室内の圧力（筒内圧）との関係を示すグラフ。
【図４】本発明の制御方法を適用する予混合圧縮着火内燃機関の他の構成例を示す説明的断面図。
【符号の説明】
【００８４】
１…燃焼室、  ３…吸気ポート、  ３ａ…吸気弁、  ４ａ…排気弁、  ５…（第１の）燃料噴射手段、  ６…第２の燃料噴射手段。
【図１】
2008286159.tif 000003
【図２】
2008286159.tif 000004
【図３】
2008286159.tif 000005
【図４】
2008286159.tif 000006