(57)【要約】【課題】排気触媒装置が活性化されていないときのエミッション性能の悪化を抑えること。【解決手段】性状の異なる少なくとも２種類の燃料Ｆ１，Ｆ２の内の少なくとも１種類が燃焼室ＣＣに導かれ又は当該少なくとも２種類の燃料Ｆ１，Ｆ２からなる混合燃料が燃焼室ＣＣに導かれて運転される多種燃料内燃機関において、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態にあれば、燃焼室ＣＣ内における高着火性燃料Ｆ１の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させ、その後燃焼室ＣＣ内における高蒸発性燃料Ｆ２の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に切り替えさせる制御装置（電子制御装置１）を設けること。【選択図】        図１
2008038843.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料が燃焼室に導かれて運転される多種燃料内燃機関において、
排気触媒装置の触媒が不活性状態にあれば、燃焼室内における高着火性燃料の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させ、その後燃焼室内における高蒸発性燃料の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に切り替えさせる制御装置を設けたことを特徴とする多種燃料内燃機関。
【請求項２】
排気通路上には、排気ガス中のＰＭを捕集するＰＭ捕集装置を配備したことを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される多種燃料内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、性状の異なる複数種類の燃料を用いて運転される所謂多種燃料内燃機関が知られている。例えば、下記の特許文献１にはガソリンと軽油の混合燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関について開示されている。この多種燃料内燃機関は、機関始動時に着火性の高い軽油の混合割合を高くし、これにより生成された高着火性の混合燃料を用いて機関始動時の拡散燃焼運転を実現させている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−６８０６１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように、上記特許文献１に開示された多種燃料内燃機関は、機関始動時に着火性の高い混合燃料を使用することによって燃焼室内における燃料への着火性を向上させ、機関始動時の拡散燃焼を可能にしている。しかしながら、一般に拡散燃焼時における燃焼室内の燃焼温度は低いので、冷間始動時等の如く排気触媒装置が活性化されていないときには、触媒の暖機に時間がかかり、排気ガス中の有害成分をそのまま大気に放出してしまう。
【０００５】
そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、排気触媒装置が活性化されていないときのエミッション性能の悪化を抑え得る多種燃料内燃機関を提供することを、その目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料が燃焼室に導かれて運転される多種燃料内燃機関において、排気触媒装置の触媒が不活性状態にあれば、燃焼室内における高着火性燃料の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させ、その後燃焼室内における高蒸発性燃料の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増やして予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に切り替えさせる制御装置を設けている。
【０００７】
この請求項１記載の多種燃料内燃機関においては、燃焼室内に導かれる燃料の着火性を機関始動時に高くしているので、圧縮自着火拡散燃焼モードでの始動性が向上する。そして、この多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わるまでの間、高着火性燃料の含有割合を増やして圧縮自着火拡散燃焼させるので、ＨＣやＮＯｘの発生を抑えることができる。一方、その後、この多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わったことにより燃焼室内の燃焼温度が圧縮自着火拡散燃焼モード運転時よりも高くなるので、より高温の排気ガスによって排気触媒装置の触媒温度を急速に上昇させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転によって発生したＨＣやＮＯｘの浄化が可能になる。
【０００８】
また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の多種燃料内燃機関において、排気ガス中のＰＭを捕集するＰＭ捕集装置を排気通路上に配備している。
【０００９】
ここで、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時には、燃焼室内に導かれる燃料の着火性が高くなるにつれてＰＭやスモークが発生してしまう。従って、この請求項２記載の多種燃料内燃機関のようにＰＭ捕集装置を排気通路上に設けることによって、そのＰＭやスモークの大気への放出を抑えることができるようになる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る多種燃料内燃機関は、高着火性燃料の含有割合を増やした圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって、始動性を向上させると共に、排気触媒装置の触媒が不活性状態にあるときのエミッション性能を向上させている。また、この多種燃料内燃機関においては、その後高蒸発性燃料の含有割合を増やした予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転によって排気触媒装置の触媒温度を急速に上昇させ、エミッション性能の早期向上を図っている。これが為、この本発明に係る多種燃料内燃機関によれば、排気触媒装置が活性化されていないときのエミッション性能の悪化を可能な限り抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。
【実施例１】
【００１２】
本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１を図１から図３に基づいて説明する。この多種燃料内燃機関とは、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される内燃機関である。本実施例１にあっては、後者の多種燃料内燃機関を例に挙げて説明する。
【００１３】
この多種燃料内燃機関は、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行される。その電子制御装置１は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ），そのＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。
【００１４】
最初に、ここで例示する多種燃料内燃機関の構成について図１に基づき説明を行う。尚、その図１においては１気筒のみを図示しているが、本発明は、これに限らず、多気筒の多種燃料内燃機関にも適用可能である。本実施例１においては、複数の気筒を具備しているものとして説明する。
【００１５】
この多種燃料内燃機関には、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１，シリンダブロック１２及びピストン１３が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２は図１に示すヘッドガスケット１４を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの空間内にピストン１３が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室ＣＣは、そのシリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。
【００１６】
本実施例１の多種燃料内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転条件及び燃焼モードに従って空気と燃料を燃焼室ＣＣに送り込み、その運転条件等に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図１に示す吸気通路２１とシリンダヘッド１１の吸気ポート１１ｂを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図１に示す燃料供給装置５０を用いて供給される。
【００１７】
先ず、空気の供給経路について説明する。本実施例１の吸気通路２１上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ２３と、が設けられている。この多種燃料内燃機関においては、そのエアフロメータ２３の検出信号が電子制御装置１へと送られ、その検出信号に基づいて電子制御装置１が吸入空気量や機関負荷等を算出する。
【００１８】
また、その吸気通路２１上におけるエアフロメータ２３よりも下流側には、燃焼室ＣＣ内への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、が設けられている。本実施例１の電子制御装置１は、そのスロットルバルブアクチュエータ２５を運転条件及び燃焼モードに従って駆動制御し、その運転条件等に応じた弁開度（換言すれば、吸入空気量）となるようにスロットルバルブ２４の開弁角度を調節させる。例えば、そのスロットルバルブ２４は、運転条件や燃焼モードに応じた空燃比を成す為に必要な吸入空気量の空気が燃焼室ＣＣに吸入されるよう調節される。この多種燃料内燃機関においては、そのスロットルバルブ２４の弁開度を検出し、その検出信号を電子制御装置１に送信するスロットル開度センサ２６が設けられている。
【００１９】
更に、吸気ポート１１ｂはその一端が燃焼室ＣＣに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ３１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ３１が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その吸気バルブ３１を開弁させることによって吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ３１を閉弁させることによって燃焼室ＣＣ内への空気の流入が遮断される。
【００２０】
ここで、その吸気バルブ３１としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ３１においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト１５の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト１５の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。本実施例１の多種燃料内燃機関においては、このようなクランクシャフト１５の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ３１を適用する。
【００２１】
但し、この多種燃料内燃機関は、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を変更可能な所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備してもよく、これにより、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を運転条件及び燃焼モードに応じた好適なものへと可変させることができるようになる。更にまた、この多種燃料内燃機関においては、かかる可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ３１を開閉駆動させる所謂電磁駆動弁を利用してもよい。
【００２２】
続いて、燃料供給装置５０について説明する。この燃料供給装置５０は、性状の異なる複数種類の燃料を燃焼室ＣＣに導くものである。本実施例１にあっては、性状の異なる２種類の燃料（第１燃料タンク４１Ａに貯留された第１燃料Ｆ１と第２燃料タンク４１Ｂに貯留された第２燃料Ｆ２）を予め所定の燃料混合比率で混合して、その混合燃料を燃焼室ＣＣ内に直接噴射させるべく構成したものについて例示する。
【００２３】
具体的に、この燃料供給装置５０は、第１燃料Ｆ１を第１燃料タンク４１Ａから吸い上げて第１燃料通路５１Ａに送出する第１フィードポンプ５２Ａと、第２燃料Ｆ２を第２燃料タンク４１Ｂから吸い上げて第２燃料通路５１Ｂに送出する第２フィードポンプ５２Ｂと、その第１及び第２の燃料通路５１Ａ，５１Ｂから各々送られてきた第１及び第２の燃料Ｆ１，Ｆ２を混ぜ合わせる燃料混合手段５３と、この燃料混合手段５３にて生成された混合燃料を加圧して高圧燃料通路５４に圧送する高圧燃料ポンプ５５と、その高圧燃料通路５４の混合燃料を夫々の気筒に分配するデリバリ通路５６と、このデリバリ通路５６から供給された混合燃料を燃焼室ＣＣ内に噴射する各気筒の燃料噴射弁５７と、を備える。
【００２４】
この燃料供給装置５０においては、その第１フィードポンプ５２Ａ，第２フィードポンプ５２Ｂ及び燃料混合手段５３を電子制御装置１の燃料混合制御手段に駆動制御させ、これにより、所定の燃料混合比率の混合燃料が燃料混合手段５３で生成されるように構成する。例えば、この燃料供給装置５０は、その第１フィードポンプ５２Ａと第２フィードポンプ５２Ｂの夫々の吐出量を電子制御装置１の燃料混合制御手段に加減させることによって混合燃料の燃料混合比率を調節してもよく、その燃料混合制御手段の指示に従って燃料混合手段５３に第１及び第２の燃料Ｆ１，Ｆ２の夫々の混合割合を増減させて混合燃料の燃料混合比率を調節してもよい。ここで、その燃料混合比率は、予め設定されている一定値であってもよく、運転条件や燃焼モードに応じて変わる変動値であってもよい。
【００２５】
また、この燃料供給装置５０は、その高圧燃料ポンプ５５及び燃料噴射弁５７を電子制御装置１の燃料噴射制御手段に駆動制御させ、これにより、所望の燃料噴射量，燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件で上記の生成された混合燃料が噴射されるように構成する。例えば、その電子制御装置１の燃料噴射制御手段には、その混合燃料を高圧燃料ポンプ５５から圧送させ、運転条件や燃焼モード等に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁５７に噴射を実行させる。
【００２６】
そのようにして燃焼室ＣＣに供給された混合燃料は、上述した空気と相俟って燃焼モードに対応する着火モードの着火動作によって燃焼させられる。そして、その燃焼された後の筒内ガス（燃焼ガス）は、燃焼室ＣＣから図１に示す排気ポート１１ｃへと排出される。ここで、この排気ポート１１ｃには、燃焼室ＣＣとの間の開口を開閉させる排気バルブ６１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ６１が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その排気バルブ６１を開弁させることによって燃焼室ＣＣ内から排気ポート１１ｃに燃焼ガスが排出され、その排気バルブ６１を閉弁させることによって燃焼ガスの排気ポート１１ｃへの排出が遮断される。
【００２７】
ここで、その排気バルブ６１としては、上述した吸気バルブ３１と同様に、動力伝達機構を介在させたもの、所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備したものや所謂電磁駆動弁を適用することができる。
【００２８】
また、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、その排気ポート１１ｃに排出された燃焼ガス（以下、「排気ガス」という。）が図１に示す排気通路７１を介して大気に放出される。ここで、その排気通路７１上には、排気ガス中の有害成分の浄化を行う排気触媒装置７２が配設されている。ここでは、排気ガス中の炭化水素（ＨＣ），一酸化炭素（ＣＯ）及び窒素酸化物（ＮＯｘ）の浄化作用を有する三元触媒をその排気触媒装置７２として例示する。
【００２９】
ところで、内燃機関においては、一般に、拡散燃焼モードと火炎伝播燃焼モードとに燃焼モードが大別され、その夫々に対応する着火モードとして圧縮自着火モードと予混合火花点火モードとが用意される。以下においては、それらを一括して燃焼モードと総称し、各々圧縮自着火拡散燃焼モード、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと称する。
【００３０】
先ず、圧縮自着火拡散燃焼モードとは、圧縮行程の燃焼室ＣＣ内で形成された高温の圧縮空気の中に高圧の燃料を噴射することによって燃料の一部を自己着火させ、その燃料と空気を拡散混合させながら燃焼を進行させる燃焼形態のことである。ここで、燃焼室ＣＣ内の圧縮空気と燃料は瞬時に混合され難いので、燃料の噴射開始直後においては、所々で空燃比に濃淡が生じてしまう。一方、拡散燃焼させる際には一般的に下記の如き着火性に優れた燃料を使用することが好ましく、そのような着火性の良好な燃料は、全噴射量が噴射し終わるのを待つことなく、燃焼に適した空燃比の部分において自ら発火してしまう。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、燃焼に適した空燃比の部分の燃料が先に自己着火し、これにより形成された火炎が残りの燃料と空気を巻き込みながら徐々に燃焼を進行させる。
【００３１】
この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる為には、通常、発火点が圧縮空気の圧縮熱よりも低い着火性の良好な燃料が必要とされる。例えば、その着火性の良い燃料としては、軽油やジメチルエーテルなどが考えられる。更に、近年、軽油の代替燃料としてＧＴＬ（Ｇａｓ  Ｔｏ  Ｌｉｑｕｉｄｓ）燃料が注目されており、このＧＴＬ燃料は、所望の性状のものとして生成し易い。これが為、着火性の良い燃料には、着火性を高めるべく生成されたＧＴＬ燃料を使用することもできる。このような着火性の良好な燃料は、圧縮自着火拡散燃焼を可能にするだけでなく、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際にＮＯｘの発生量を減少させ、更に、燃焼時の騒音や振動を抑えることができる。
【００３２】
一方、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードとは、燃料と空気を予め混ぜ合わせた燃焼室ＣＣ内の予混合気に火花点火にて火種を与え、その火種を中心にして火炎を伝播させながら燃焼を進行させる燃焼形態のことである。この予混合火花点火火炎伝播燃焼モードには、均質に混ぜ合わされた予混合気に対して点火を行う均質燃焼や、点火手段の周囲に濃度の高い予混合気を形成すると共に更にその周囲に希薄予混合気を形成し、その濃い予混合気に対して点火を行う成層燃焼などの燃焼形態も含む。
【００３３】
この予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに適している燃料としては、一般に、ガソリンに代表される蒸発性の高い燃料が考えられる。ここで、蒸発性の高い燃料は、空気と混合され易いので、圧縮自着火拡散燃焼させる際の燃料の過濃領域を減少させ、ＰＭやスモーク、ＮＯｘや未燃ＨＣの抑制に寄与する。このような蒸発性の高い燃料としては、ガソリン以外に、蒸発性の高い性状のものとして生成されたＧＴＬ燃料やジメチルエーテルなどが知られている。
【００３４】
本実施例１の多種燃料内燃機関は、その双方の燃焼モードでの運転を可能にすべく構成する。従って、本実施例１の多種燃料内燃機関には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転を可能にする為、予混合気に対して火花点火させる図１に示す点火プラグ８１を配設する。この点火プラグ８１は、電子制御装置１の指示に従い、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード時の運転条件に応じた点火時期になると火花点火を実行する。
【００３５】
また、本実施例１の電子制御装置１には、燃焼モードを設定する燃焼モード設定手段が用意されている。ここで例示する燃焼モード設定手段には、運転条件（機関回転数Ｎｅ及び機関負荷Ｋｌ）をパラメータにした図２に示す如き燃焼モードマップデータを利用して、運転条件に応じた最適な燃焼モードを選択させる。例えば、この燃焼モードマップデータは、中高負荷・低回転や高負荷・高回転等の運転条件のときに圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、低負荷・低回転や低中負荷・高回転等の運転条件のときに予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させるように、予め実験やシミュレーションに基づき設定されたものである。その機関回転数Ｎｅについては、図１に示すクランク角センサ１６の検出信号から把握することができる。このクランク角センサ１６は、クランクシャフト１５の回転角度を検出するセンサである。一方、機関負荷Ｋｌについては、上述したエアフロメータ２３の検出信号から把握することができる。
【００３６】
ここで、圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、圧縮空気中に燃料が噴射されるので蒸発性の低い燃料を使用した場合には燃料と空気の混合状態が均一になり難く、更に、拡散燃焼期間と後燃え期間で燃焼室ＣＣ内の温度と圧力が低下する為に、不完全燃焼を引き起こしてＰＭやスモークが発生され易くなってしまう。特に、そのＰＭやスモークの発生量は、燃料の蒸発性が低ければ低いほど増加していく。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる際には、高い着火性だけでなく高い蒸発性も有している燃料を使用すればよく、これにより、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が高まって空気との混合が促進されるので、燃料の過濃領域が減少されてＰＭやスモークの発生量を減少させることができる。
【００３７】
ここで示す「燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料」とは、本実施例１の多種燃料内燃機関のように燃料混合手段５３で混合された各燃料Ｆ１，Ｆ２の混合燃料が燃焼室ＣＣへと送られる形態を採っているときにはその混合燃料のことをいう。ここでは、第１燃料タンク４１Ａに着火性が高く蒸発性の低い燃料（第１燃料Ｆ１）を貯留させ、第２燃料タンク４１Ｂに着火性が低く蒸発性の高い燃料（第２燃料Ｆ２）を貯留させた場合について例示する。例えば、その第１燃料Ｆ１として軽油が貯留され、その第２燃料Ｆ２としてガソリンが貯留されている。かかる場合、夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２の様々な燃料特性を総合して勘案しなければならないが、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料は、一般に、第１燃料Ｆ１の燃料混合割合が多ければ着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第２燃料Ｆ２の燃料混合割合が多ければ着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。尚、後述する図５に示す多種燃料内燃機関のように各燃料Ｆ１，Ｆ２が個別に燃焼室ＣＣへと供給される形態を採っている場合には、その供給された各燃料Ｆ１，Ｆ２の全体のことを「燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料」という。かかる場合には、第１燃料Ｆ１の供給割合が多ければ着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第２燃料Ｆ２の供給割合が多ければ着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。
【００３８】
一方、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際には、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が高くなるにつれてＨＣの発生量を増大させてしまう、という弊害が生じ、更に、その燃料の着火性の低下に伴う急峻な燃焼によってＮＯｘの発生量の増大についても懸念される。通常、そのＨＣやＮＯｘについては、排気ガスと共に排気通路７１へ排出され、上述した排気触媒装置７２で浄化されて大気への放出が抑制される。しかしながら、その排気触媒装置７２がＨＣ等の浄化作用を発揮する為には触媒温度が活性温度に達していなければならず、この場合には、そのＨＣ等が浄化されずにそのまま大気へと放出されてしまう。
【００３９】
このように、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態にあるときの圧縮自着火拡散燃焼モード選択時には、燃焼室ＣＣ内における第１燃料Ｆ１の含有割合を増加させれば、ＨＣ及びＮＯｘの発生が抑えられる反面、ＰＭ及びスモークの発生量が増大されてしまう一方で、第２燃料Ｆ２の含有割合を増加させれば、ＰＭ及びスモークの発生が抑えられる反面、ＨＣ及びＮＯｘの発生量が増大されてしまう。
【００４０】
ところで、近年においては、そのＰＭやスモークの大気への放出を抑えることが可能なＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ  Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｆｉｌｔｅｒ）というＰＭ捕集装置が存在しており、蒸発性の高い第２燃料Ｆ２の含有割合を増加させることなくＰＭ等の大気への放出を抑制することができる。これが為、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、そのＰＭ捕集装置を車載してＰＭやスモークの大気への放出を抑制させるものとする。例えば、そのＰＭ捕集装置は、排気触媒装置７２の内部に包含させたＰＭ捕集装置付きの排気触媒装置７２として用意する。
【００４１】
従って、この多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態でも、着火性の高い第１燃料Ｆ１の含有割合を増やして圧縮自着火拡散燃焼させれば、ＨＣやＮＯｘの発生自体を低く抑えることができるようになる。しかしながら、このようにしたとしてもＨＣやＮＯｘの発生量を皆無にすることはできず、排気触媒装置７２の触媒温度如何では、その僅かながら発生したＨＣやＮＯｘが排気ガスと共に大気へと放出されてしまう。特に、冷間始動後においては、その触媒温度を活性温度まで上昇させる為に時間がかかるので、ＨＣやＮＯｘの大気への排出量が累積されて多くなる。これが為、その僅かながらでも発生しているＨＣ等を大気へと放出させない為には、排気触媒装置７２の触媒温度を早期に活性温度まで上昇させる必要がある。
【００４２】
ここで、一般には、圧縮自着火拡散燃焼時よりも予混合火花点火火炎伝播燃焼時の方が燃焼室ＣＣ内の燃焼温度が高くなる。これが為、排気触媒装置７２の触媒温度の早期上昇を図る為には、多種燃料内燃機関を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる方が好ましい。
【００４３】
そこで、本実施例１においては、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態にあれば、着火性の高い第１燃料Ｆ１の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加して、圧縮自着火拡散燃焼モードで機関始動させ、その後蒸発性の高い第２燃料Ｆ２の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加して、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。以下、そのような運転形態のことを通常運転モードに対して「触媒暖機運転モード」という。従って、本実施例１においては、排気触媒装置７２の触媒が活性状態か否かに応じて通常運転モードと触媒暖機運転モードを使い分けるように電子制御装置１を構成する。尚、その通常運転モードとは、例えば、上述した図２の燃焼モードマップデータを利用して行われる運転モードのことを指す。
【００４４】
ここで、排気触媒装置７２の触媒が活性状態か否かについては、触媒温度や触媒担体温度を温度センサ（図示略）で直接検出して判断させてもよいが、ここでは水温センサ１７から検出した冷却水温度Ｔｗを利用して判断させる。例えば、排気ガスの温度や燃焼室ＣＣ内の壁面温度は燃焼室ＣＣ内の燃焼温度の上昇又は下降に呼応して変化するものであり、その排気ガスの温度変化に応じて排気触媒装置７２の触媒温度が変化する一方、その燃焼室ＣＣ内の壁面温度変化に応じて冷却水温度Ｔｗが変化する。これが為、その排気触媒装置７２の触媒温度と冷却水温度Ｔｗとの間には相関関係を見いだすことができ、冷却水温度Ｔｗが把握できれば排気触媒装置７２の触媒温度を類推することができる。従って、ここでは、新たに温度センサを設けずとも既存の水温センサ１７から得ることのできる冷却水温度Ｔｗを利用し、これと閾値Ｔｗ０とを比較して排気触媒装置７２の触媒が活性状態か否かを判断する。尚、その閾値Ｔｗ０は、排気触媒装置７２の触媒における活性状態と不活性状態との境界温度に対応している冷却水温度を設定する。
【００４５】
以下に、本実施例１の多種燃料内燃機関の動作の一例を図３のフローチャートに基づき説明する。
【００４６】
先ず、本実施例１の電子制御装置１には、水温センサ１７の検出信号が送られて多種燃料内燃機関の冷却水温度Ｔｗが入力される（ステップＳＴ１）。そして、この電子制御装置１は、その冷却水温度Ｔｗと閾値Ｔｗ０とを比較し（ステップＳＴ２）、その結果に応じて運転モードの選択を行う。
【００４７】
ここで、冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｗ０よりも低温であれば、電子制御装置１は、排気触媒装置７２の触媒が活性状態にないと判断して触媒暖機運転モードを選択し（ステップＳＴ３）、機関始動後ｔ１秒以内か否か（換言すれば、機関始動前から機関始動直後までの間であるか否か）を判定する（ステップＳＴ４）。例えば、その所定時間ｔ１秒については、多種燃料内燃機関を始動させることに重きを置いて、始動し終えるまでの一瞬の時間であってもよいが、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへの切り替え後のエミッション性能を考慮して、排気触媒装置７２の触媒温度がある程度活性温度に近づくまでの時間を設定することが好ましい。ここでは、その後者の時間を実験結果やシミュレーションの結果に基づき所定時間ｔ１秒として予め設定しておく。尚、その後者の理由からすれば、ここでの比較判断対象としては、そのような所定時間ｔ１秒ではなく、これに対応する排気触媒装置７２の触媒温度や冷却水温度Ｔｗを利用することも可能である。
【００４８】
そのステップＳＴ４において機関始動後ｔ１秒以内であると判定された場合、この電子制御装置１の燃料混合制御手段は、燃焼室ＣＣ内で着火性の高い第１燃料Ｆ１の含有割合（混合割合）が多くなるように第１フィードポンプ５２Ａ，第２フィードポンプ５２Ｂ及び燃料混合手段５３を駆動制御する（ステップＳＴ５）。そして、この電子制御装置１の燃焼モード設定手段は、圧縮自着火拡散燃焼モードを選択する（ステップＳＴ６）。これらステップＳＴ５，ＳＴ６は、上記ステップＳＴ２又は上記ステップＳＴ４で否定判定が為されるまで繰り返される。
【００４９】
ここで、その第１燃料Ｆ１の含有割合は、少なくとも混合燃料が圧縮空気中で自己着火でき且つその後拡散燃焼し得るだけの着火性を有するように設定すればよく、最大１００％まで増やしてもよい。従って、ここでは第２燃料Ｆ２の含有割合よりも第１燃料Ｆ１の含有割合の方が多くなるようにしているが、良好な圧縮自着火拡散燃焼が可能であるならば、第１燃料Ｆ１の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加した結果第２燃料Ｆ２の含有割合の方が多くなったとしてもよい。
【００５０】
これにより、機関始動時であれば、高着火性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合が多く着火性の高い混合燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モードで機関始動され、機関始動直後であれば、その着火性の高い混合燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モードで運転される。これが為、その際の燃焼室ＣＣにおいては、ＨＣやＮＯｘの発生が抑えられる。他方、その際には、使用される混合燃料の蒸発性が低くなっているので、ＰＭやスモークの発生量が増えてしまうが、このＰＭ等については大気放出前に上述したＰＭ捕集装置で捕集される。従って、本実施例１の多種燃料内燃機関は、始動性が向上すると共に、機関始動時から機関始動直後までの間における排気ガス中の有害成分の大気への排出を抑制することができる。
【００５１】
一方、上記ステップＳＴ４において機関始動後ｔ１秒を超えていると判定された場合、この電子制御装置１は、機関始動後ｔ２（＞ｔ１）秒以内か否かを判定する（ステップＳＴ７）。例えば、その所定時間ｔ２秒については、排気触媒装置７２の触媒温度が活性温度に達するまでの時間を設定することが好ましい。この所定時間ｔ２秒は、実験結果やシミュレーションの結果に基づいて予め設定しておく。尚、上述した所定時間ｔ１秒の場合と同様に、ここでの比較判断対象としては、そのような所定時間ｔ２秒ではなく、これに対応する排気触媒装置７２の触媒温度や冷却水温度Ｔｗを利用することも可能である。
【００５２】
そして、そのステップＳＴ７において機関始動後ｔ２秒以内であると判定された場合、この電子制御装置１の燃料混合制御手段は、燃焼室ＣＣ内で蒸発性の高い第２燃料Ｆ２の含有割合（混合割合）が多くなるように第１フィードポンプ５２Ａ，第２フィードポンプ５２Ｂ及び燃料混合手段５３を駆動制御する（ステップＳＴ８）。そして、この電子制御装置１の燃焼モード設定手段は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードを選択する（ステップＳＴ９）。これらステップＳＴ８，ＳＴ９は、上記ステップＳＴ２又は上記ステップＳＴ７で否定判定が為されるまで繰り返される。
【００５３】
ここで、その第２燃料Ｆ２の含有割合は、例えば、着火されて発生した火炎核を伝播させ得るだけの蒸発性を有するように設定すればよく、最大１００％まで増やしてもよい。従って、ここでは第１燃料Ｆ１の含有割合よりも第２燃料Ｆ２の含有割合の方が多くなるようにしているが、良好な予混合火花点火火炎伝播燃焼が可能であるならば、第２燃料Ｆ２の含有割合を圧縮自着火拡散燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加した結果第１燃料Ｆ１の含有割合の方が多くなったとしてもよい。
【００５４】
これにより、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードの運転よりも燃焼温度の高い予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに切り替えて運転されるので、より高温の排気ガスが排気触媒装置７２に流入して触媒温度を素早く上昇させる。従って、その排気触媒装置７２は、触媒が急速に活性温度まで上昇するので、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの運転によって燃焼室ＣＣ内で発生したＨＣやＮＯｘの浄化が可能になる。
【００５５】
ところで、本実施例１の電子制御装置１は、上記ステップＳＴ２にて冷却水温度Ｔｗが閾値Ｔｗ０以上の高温である場合又は上記ステップＳＴ７にて機関始動後ｔ２秒を超えていると判定された場合、排気触媒装置７２の触媒が活性状態に達していると判断して通常運転モードを選択し（ステップＳＴ１０）、これに従って運転させる。
【００５６】
このように、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、高着火性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を多くした圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって、始動性を向上させると共に、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態にあるときのエミッション性能を向上させている。また、この多種燃料内燃機関においては、その後高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を多くした予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転によって排気触媒装置７２の触媒温度を急速に上昇させ、エミッション性能の早期向上を図っている。
【００５７】
ここで、この多種燃料内燃機関は、排気触媒装置７２の触媒が活性温度に達するまでの間においても、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転に伴ってＨＣやＮＯｘを発生させている。しかしながら、その排気触媒装置７２の触媒は、必ずしも活性温度に達していなければ何ら排気ガス中の有害成分を浄化できないわけではなく、ある程度まで活性温度に近づいていれば多少弱くとも浄化作用を発揮することができる。これが為、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、その間に発生したＨＣやＮＯｘを可能な限り排気触媒装置７２の触媒で浄化することができる。
【００５８】
従って、本実施例１の多種燃料内燃機関によれば、不活性状態にある排気触媒装置７２の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。
【００５９】
ところで、本実施例１の多種燃料内燃機関は冷間始動時の制御態様について例示したが、これと同等の制御については、例えば、通常運転時に排気触媒装置７２の触媒温度が活性温度よりも低下してしまった場合等に適用してもよい。
【実施例２】
【００６０】
次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２を図４に基づいて説明する。
【００６１】
前述した実施例１では第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料を燃焼室ＣＣに直接噴射させる所謂筒内直接噴射式の多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例２においては、その混合燃料を燃焼室ＣＣ内だけでなく吸気ポート１１ｂへも噴射させるよう構成した多種燃料内燃機関について例示する。例えば、この種の多種燃料内燃機関は、その実施例１の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図４に示す燃料供給装置１５０へと置き換えることによって構成することができる。
【００６２】
その図４に示す燃料供給装置１５０は、実施例１における燃料供給装置５０の各種構成部品に加えて、燃料混合手段５３で生成された混合燃料を燃料通路１５４に吐出する燃料ポンプ１５５と、その燃料通路１５４の混合燃料を夫々の気筒に分配するデリバリ通路１５６と、このデリバリ通路１５６から供給された混合燃料を夫々の気筒の吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁１５７と、を設けたものである。
【００６３】
例えば、この多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁５７を駆動制御して混合燃料を燃焼室ＣＣ内へと噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁１５７を駆動制御して混合燃料を吸気ポート１１ｂへと噴射させるものとする。従って、本実施例２の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態のときに、高着火性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を多くした混合燃料を燃料噴射弁５７から燃焼室ＣＣ内に直接噴射させ、圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させる。一方、その後、この多種燃料内燃機関においては、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を多くした混合燃料を燃料噴射弁１５７から吸気ポート１１ｂに噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。そして、これにより、本実施例２の多種燃料内燃機関は、前述した実施例１と同様に、不活性状態にある排気触媒装置７２の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。尚、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時に発生したＰＭやスモークは、実施例１と同様に、排気触媒装置７２が有するＰＭ捕集装置で大気放出前に捕集される。
【実施例３】
【００６４】
次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例３を図５に基づいて説明する。
【００６５】
前述した実施例１では予め燃料混合手段５３で混合しておいた第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料を燃料噴射弁５７から燃焼室ＣＣ内へと噴射させる多種燃料内燃機関について例示し、また、前述した実施例２ではその混合燃料を２本の燃料噴射弁５７，１５７から各々燃焼室ＣＣ内と吸気ポート１１ｂに噴射させる多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例３においては、その燃料混合手段５３を用いることなく第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２を個別に噴射させるよう構成した多種燃料内燃機関について例示する。例えば、この種の多種燃料内燃機関は、その実施例１の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図５に示す燃料供給装置２５０へと置き換えることによって構成することができる。
【００６６】
その図５に示す燃料供給装置２５０は、燃焼室ＣＣ内に第１燃料Ｆ１（着火性が高く蒸発性の低い燃料）を直接噴射する第１燃料供給手段と、吸気ポート１１ｂに第２燃料Ｆ２（蒸発性が高く着火性の低い燃料）を噴射する第２燃料供給手段と、を備えている。その第１燃料供給手段は、第１燃料Ｆ１を第１燃料タンク４１Ａから吸い上げて第１燃料通路２５１Ａに送出する第１フィードポンプ２５２Ａと、その第１燃料通路２５１Ａの第１燃料Ｆ１を高圧燃料通路２５４Ａに圧送する高圧燃料ポンプ２５５Ａと、その高圧燃料通路２５４Ａの第１燃料Ｆ１を夫々の気筒に分配する第１デリバリ通路２５６Ａと、この第１デリバリ通路２５６Ａから供給された第１燃料Ｆ１を燃焼室ＣＣ内に噴射する各気筒の燃料噴射弁２５７Ａと、を備える。一方、第２燃料供給手段は、第２燃料Ｆ２を第２燃料タンク４１Ｂから吸い上げて第２燃料通路２５１Ｂに送出する第２フィードポンプ２５２Ｂと、その第２燃料通路２５１Ｂの第２燃料Ｆ２を夫々の気筒に分配する第２デリバリ通路２５６Ｂと、この第２デリバリ通路２５６Ｂから供給された第２燃料Ｆ２を吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁２５７Ｂと、を備える。
【００６７】
例えば、この多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁２５７Ａのみ又は双方の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂを駆動制御して燃料を燃焼室ＣＣ内へと導き、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁２５７Ｂのみ又は双方の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂを駆動制御して燃料を燃焼室ＣＣ内へと導く。その際、この多種燃料内燃機関においては、設定された燃料混合比率となるように夫々の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂを駆動制御させる。従って、本実施例３の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態のときに、高着火性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合が多くなるよう燃料噴射弁２５７Ａのみ又は双方の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂから燃料噴射させ、圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させる。一方、その後、この多種燃料内燃機関においては、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合が多くなるよう燃料噴射弁２５７Ｂのみ又は双方の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂから燃料噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。そして、これにより、本実施例３の多種燃料内燃機関は、前述した実施例１，２と同様に、不活性状態にある排気触媒装置７２の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。尚、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時に発生したＰＭやスモークは、実施例１と同様に、排気触媒装置７２が有するＰＭ捕集装置で大気放出前に捕集される。
【実施例４】
【００６８】
次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例４について説明する。
【００６９】
前述した各実施例１〜３においてはＰＭ捕集装置付きの排気触媒装置７２を具備するものとして例示したが、多種燃料内燃機関は、必ずしも排気通路７１上にＰＭ捕集装置を配備しているとは限らない。そこで、本実施例４においては、ＰＭ捕集装置を具備せずとも圧縮自着火拡散燃焼モード運転時のＰＭやスモークの大気への放出を抑制し得るよう構成する。
【００７０】
先ず、この本実施例４の多種燃料内燃機関については、ＰＭ捕集装置が存在していない点を除いて、夫々の実施例１〜３の多種燃料内燃機関と同様の構成部品で構築することができる。
【００７１】
このような構成の多種燃料内燃機関で圧縮自着火拡散燃焼モード運転時のＰＭやスモークの大気への放出を抑制する為には、前述した実施例１でも説明したように、燃焼室ＣＣ内における蒸発性の高い第２燃料Ｆ２の含有割合を増やしていけばよい。しかしながら、その一方で、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の着火性が低下していくので、圧縮空気中での自己着火が不可能になるか、自己着火の不可能な状態にまで至らずとも急峻な燃焼によってＮＯｘの発生量を増大させてしまう。
【００７２】
そこで、本実施例４においても、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態のときに、第１燃料Ｆ１の含有割合を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも増加させ、圧縮自着火拡散燃焼によって始動させるが、本実施例４においては、その増加度合いをＰＭやスモークの発生を抑え得る程度にまで下げる。そして、本実施例４においては、これにより低下した燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の着火性を補うべく、点火プラグ８１の火花点火によって着火を補助しながら圧縮自着火拡散燃焼（以下、「スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼」という。）させる。
【００７３】
即ち、本実施例４の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２の触媒が不活性状態のときに、ＰＭやスモークの発生について考慮しつつ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの燃料混合比率のときよりも燃焼室ＣＣ内における高着火性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を増加させ、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードで始動させる。一方、その後、この多種燃料内燃機関においては、前述した各実施例１〜３の場合と同様に、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を増やして、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させる。これにより、本実施例４の多種燃料内燃機関は、前述した実施例１〜３と同様に、不活性状態にある排気触媒装置７２の触媒が活性状態になるまでの間のエミッションの悪化を最小限に抑えることができる。
【産業上の利用可能性】
【００７４】
以上のように、本発明に係る多種燃料内燃機関は、少なくとも着火性の高い燃料と蒸発性の高い燃料とを使用して運転する際に良好なエミッション性能を確保しつつ排気触媒装置７２の触媒を早期活性化させる技術に有用である。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１の構成について示す図である。
【図２】通常運転モード時の燃焼モードを設定する際に用いる燃焼モードマップデータの一例を示す図である。
【図３】実施例１の多種燃料内燃機関の動作について説明するフローチャートである。
【図４】本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２の構成について示す図である。
【図５】本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例３の構成について示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１  電子制御装置
１７  水温センサ
４１Ａ  第１燃料タンク
４１Ｂ  第２燃料タンク
５０，１５０，２５０  燃料供給装置
５７，１５７，２５７Ａ，２５７Ｂ  燃料噴射弁
７２  排気触媒装置
８１  点火プラグ
ＣＣ  燃焼室
Ｆ１  第１燃料
Ｆ２  第２燃料
Ｔｗ  冷却水温度
【図１】
2008038843.tif 000003
【図２】
2008038843.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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