(57)【要約】【課題】火花点火式内燃機関において低オクタン価燃料と高オクタン価燃料を異常燃焼が起こらないように最適に噴射すること。【解決手段】機関（１０）は各気筒（１１）内に直接に燃料を噴射することのできる筒内燃料噴射弁（２１）とポート（１２）の内部に燃料を噴射することのできるポート燃料噴射弁（２２）を備えている。電子制御ユニット（３０）により高オクタン価ガソリンを膨張行程後半から吸気行程前半でポート燃料噴射弁から噴射し、低オクタン価ガソリンを圧縮行程で筒内燃料噴射弁から噴射するようにされている。圧縮上死点近傍に行われる点火時には、点火栓（１５）の近傍に着火性の良い低オクタン価ガソリンの噴霧が分布し、それを包み込むように自己着火しにくい高オクタン価ガソリンの噴霧が分布する。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに燃料を噴射可能なポート燃料噴射弁と筒内に燃料を噴射可能な筒内燃料噴射弁とを具備する火花点火式内燃機関であって、
圧縮上死点近傍で点火を行い、該点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲に高オクタン価燃料が存在するように、ポート燃料噴射弁から膨張行程後半から吸気行程前半にかけて高オクタン価燃料を噴射し、筒内燃料噴射弁から吸気行程後半から圧縮行程にかけて低オクタン価燃料を噴射する、ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項２】
吸気ポートに燃料を噴射可能なポート燃料噴射弁と筒内に燃料を噴射可能な筒内燃料噴射弁とを具備する火花点火式内燃機関であって、
圧縮上死点近傍で点火を行い、該点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲を高オクタン価燃料の噴霧が包みこむように、ポート燃料噴射弁から膨張行程後半から排気行程にかけて高オクタン価燃料を噴射し、筒内燃料噴射弁から圧縮行程において低オクタン価燃料を噴射する、ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項３】
それぞれ筒内に燃料を噴射可能な、第１筒内燃料噴射弁と第２筒内燃料噴射弁とを具備する火花点火式内燃機関であって、
圧縮上死点近傍で点火を行い、該点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲を高オクタン価燃料の噴霧が包みこむように、第１筒内燃料噴射弁から吸気行程において高オクタン価燃料を噴射し、第２筒内燃料噴射弁から圧縮行程において低オクタン価燃料を噴射する、ことを特徴とする火花点火式内燃機関。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の火花点火式内燃機関であって、
車両に搭載され、該車両が原燃料から高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を生成する燃料分離装置を備えていることを特徴とする火花点火式内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は火花点火式内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関の燃料の性質をあらわすものにオクタン価があり、オクタン価が低い低オクタン価燃料は着火性が良いが、耐ノック性が悪く、逆に、高オクタン価燃料は着火性が悪いが、耐ノック性が良いという性質を有している。そこで、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料を別個の燃料噴射弁から噴射するようにした機関がある。例えば、特許文献１には、ポート燃料噴射弁から高オクタン価燃料を噴射し筒内燃料噴射弁から低オクタン価燃料を噴射するもの等、色々な組み合わせのものが開示されているが、これらは、すべて、点火栓を有さず圧縮自着火させるものである。
【０００３】
一方、点火栓を備える火花点火式内燃機関においても低オクタン価燃料と高オクタン価燃料を別個の燃料噴射弁から噴射することが考えられているが、火花点火式内燃機関の場合には、燃焼室内における燃料分布を最適化しないと、ノッキングや失火が発生してしまう。例えば、高オクタン価燃料が点火プラグの近傍、低オクタン価燃料が周辺部に分布していると、低中負荷域での着火性の悪化を招き、高負荷域でノッキングを発生するおそれがある。しかしながら、このような課題を解決しようとするものはない。
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１７９３６８号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記問題に鑑み、火花点火式内燃機関において低オクタン価燃料と高オクタン価燃料を異常燃焼が起こらないように最適に噴射することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明によれば、吸気ポートに燃料を噴射可能なポート燃料噴射弁と筒内に燃料を噴射可能な筒内燃料噴射弁とを具備する火花点火式内燃機関であって、
圧縮上死点近傍で点火を行い、該点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲に高オクタン価燃料が存在するように、ポート燃料噴射弁から膨張行程後半から吸気行程前半にかけて高オクタン価燃料を噴射し、筒内燃料噴射弁から吸気行程後半から圧縮行程にかけて低オクタン価燃料を噴射する、ことを特徴とする火花点火式内燃機関が提供される。
このように構成される火花点火式内燃機関では、ポート燃料噴射弁から膨張行程後半から吸気行程前半にかけて高オクタン価燃料が噴射され、筒内燃料噴射弁から吸気行程後半から圧縮行程にかけて低オクタン価燃料を噴射されるので、点火の行われる圧縮上死点近傍には、点火プラグの近傍に着火しやすい低オクタン価燃料の噴霧が分布し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲に自着火しにくい高オクタン価燃料が分布している。したがって、冷間、および、低中負荷域で燃焼が安定するとともに、高負荷域でノッキングが発生しにくい。
【０００７】
請求項２の発明によれば、吸気ポートに燃料を噴射可能なポート燃料噴射弁と筒内に燃料を噴射可能な筒内燃料噴射弁とを具備する火花点火式内燃機関であって、
圧縮上死点近傍で点火を行い、該点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲を高オクタン価燃料の噴霧が包みこむように、ポート燃料噴射弁から膨張行程後半から排気行程にかけて高オクタン価燃料を噴射し、筒内燃料噴射弁から圧縮行程において低オクタン価燃料を噴射する、ことを特徴とする火花点火式内燃機関が提供される。
このように構成される火花点火式内燃機関では、ポート燃料噴射弁から膨張行程後半から排気行程にかけて高オクタン価燃料が噴射され、筒内燃料噴射弁から圧縮行程において低オクタン価燃料が噴射されるので、点火の行われる圧縮上死点近傍には、点火プラグの近傍に着火しやすい低オクタン価燃料の噴霧が分布し、それを包みこむように自着火しにくい高オクタン価燃料が分布している。その結果、請求項１の発明よりも、さらに、冷間、および、低中負荷域での燃焼が安定するとともに、高負荷域でのノッキングが発生しにくい。
【０００８】
請求項３の発明によれば、それぞれ筒内に燃料を噴射可能な、第１筒内燃料噴射弁と第２筒内燃料噴射弁とを具備する火花点火式内燃機関であって、
圧縮上死点近傍に点火し、該点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲を高オクタン価燃料が包みこむように、第１筒内燃料噴射弁から吸気行程において高オクタン価燃料を噴射し、第２筒内燃料噴射弁から圧縮行程において低オクタン価燃料を噴射し、点火が圧縮行程の終了時近傍に行われる、ことを特徴とする火花点火式内燃機関が提供される。
このように構成される火花点火式内燃機関では、第１筒内燃料噴射弁から吸気行程において高オクタン価燃料が噴射され、第２筒内燃料噴射弁から圧縮行程において低オクタン価燃料を噴射されるので、点火の行われる圧縮上死点近傍には、点火プラグの近傍に着火しやすい低オクタン価燃料が分布し、それを包みこむように自着火しにくい高オクタン価燃料が分布している。したがって、冷間、および、低中負荷域で燃焼が安定するとともに、高負荷域でノッキングが発生しにくい。
【０００９】
請求項４の発明によれば、請求項１から３のいずれかに記載の火花点火式内燃機関であって、車両に搭載され、該車両が原燃料から高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を生成する燃料分離装置を備えていることを特徴とする火花点火式内燃機関が提供される。
このように構成される火花点火式内燃機関では、車両に搭載された燃料分離装置で原燃料から生成される高オクタン価燃料と低オクタン価燃料が、ポート燃料噴射弁と筒内燃料噴射弁から、あるいは、第１筒内燃料噴射弁と第２筒内燃料噴射弁から、所定の時期に、噴射される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、添付の図面を参照して本発明による内燃機関の実施の形態を説明する。
図１は第１の実施形態の概略構成を模式的に示す図であって、図１において３は給油される原料燃料のガソリンを貯留する原料燃料タンクである。原料燃料タンク３には通常の（市販の）ガソリンが給油され貯留される。なお、原料燃料タンク３内に貯留されるガソリンは燃料分離装置４で分離されたガソリンと区別するために原料ガソリンと呼ぶ。
【００１１】
原料燃料タンク３内の原料ガソリンは、ポンプ３１で燃料分離装置４に供給され、そこで原料ガソリンよりオクタン価が高い高オクタン価ガソリンと原料ガソリンよりオクタン価が低い低オクタン価ガソリンとに分離される。分離されたガソリンはそれぞれ低オクタン価ガソリン用の第１サブ燃料タンク５と高オクタン価ガソリン用の第２サブ燃料タンク７とに貯留される。
なお、本実施形態では燃料分離装置４、原料燃料タンク３、第１サブ燃料タンク５、第２サブ燃料タンク７は、機関１０とともに車両１００上に搭載されている。
【００１２】
燃料分離装置４は、例えば、芳香族成分の透過性が良好な分離膜を備え、原料ガソリンをこの分離膜に向けて流し、分離膜を透過した芳香族成分を多く含むガソリンと分離膜を透過しないで回収される芳香族成分が少なくなったガソリンに分離するものである。よく知られているように、ガソリン中の芳香族成分量が増大するとガソリンのオクタン価（ＲＯＮ）は高くなり、逆に、芳香族成分量が減少するとガソリンのオクタン価は低くなる。したがって、分離膜を通過したガソリンは高オクタン価ガソリンとなり、分離膜を通過しないで回収されたガソリンは低オクタン価ガソリンとなる。
【００１３】
例えば、市販のレギュラーガソリンは概ねオクタン価が９０程度であるが、これを燃料分離装置４で分離するとオクタン価８０台半ば程度のガソリンとオクタン価１００程度のガソリンを得ることができる。また、市販のハイオクガソリンは概ねオクタン価が１００程度であるが、これを分離装置４で分離するとオクタン価９０台半ば程度のガソリンとオクタン価１１０程度のガソリンを得ることができる。
【００１４】
低オクタン価ガソリンは、着火性が非常に良好であるため、機関始動時、冷間運転時、低中負荷運転時に使用すると機関性能の向上や排気性状の改善を得ることができる。一方、高オクタン価ガソリンは自己着火がしにくいためノッキングが発生しにくい。
【００１５】
そして、このような特性を活かすべく、本発明の第１の実施の形態においては、機関１０は各気筒１１内に直接に燃料を噴射することのできる筒内燃料噴射弁２１とポート１２の内部に燃料を噴射することのできるポート燃料噴射弁２２を備えている。そして、この第１の実施の形態では請求項２に記載の発明のように、高オクタン価ガソリンを膨張行程後半から排気行程にかけてポート燃料噴射弁２２から噴射し、低オクタン価ガソリンを圧縮行程において筒内燃料噴射弁２１から噴射するようにされている。この噴射時期の調整は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）３０により行われる。
なお、第１サブ燃料タンク５内の低オクタン価ガソリン、および、第２サブ燃料タンク７内の高オクタン価ガソリンは、それぞれ、フィードポンプ５１、７１により、タンク内から筒内燃料噴射弁２１、ポート燃料噴射弁２２に向けて圧送される。低オクタン価ガソリンはさらに高圧燃料噴射ポンプ５３で昇圧されてから筒内燃料噴射弁２１に送られる。
【００１６】
このようにされるので、圧縮上死点近傍に行われる点火時には、点火栓１５の近傍に着火性の良い低オクタン価ガソリンの噴霧が分布し、それを包み込むように自己着火しにくい高オクタン価ガソリンの噴霧が分布する。なお、このような分布が良好に行われるように、各気筒１１のピストン１３の頂部には、丁度点火栓１５の位置を取り囲むように凹部１４が形成されている。
【００１７】
その結果、機関始動時、冷間運転時、低中負荷運転時の燃焼が安定する。また、低オクタン価ガソリンの噴霧の外側からシリンダ壁１６にかけて高オクタン価ガソリンが分布しているが、自着火しにくいので高負荷時にもノッキングが発生しない。
【００１８】
図３は第１の実施の形態における高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンの噴射のタイミングを示す図であり、図５は第１の実施の形態における点火時における燃焼室内における高オクタン価ガソリンと低オクタンガソリンの分布を示す図である。
【００１９】
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、ポート燃料噴射弁２２が除去され、その代り、筒内燃料噴射弁２１に加えて、さらに、筒内に直接に燃料を噴射する副筒内燃料噴射弁２３が設けられている。そして、高オクタン価ガソリンを吸気行程で副筒内燃料噴射弁２３から噴射し、低オクタン価ガソリンを圧縮行程で筒内燃料噴射弁２１から噴射するようにされている。
なお、高オクタン価ガソリンもフィードポンプ７１で圧送された後、高圧燃料噴射ポンプ７３で昇圧されてから副筒内燃料噴射弁２３に送られる。
【００２０】
図４は第２の実施の形態における高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンの噴射のタイミングを示す図である。この第２の実施の形態においても、点火時には、第１の実施の形態に関して図５に示したのと同じような高オクタン価ガソリンと低オクタンガソリンの分布が得られ、第１の実施の形態と同様に、機関始動時、冷間運転時、低中負荷運転時の燃焼が安定し、高負荷時にもノッキングが発生しにくい。
なお、副筒内燃料噴射弁２３を設けずに、筒内燃料噴射弁２１だけで、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンを、切り換えながら噴射することも可能である。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１の発明では、圧縮上死点近傍で行われる点火時に、点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の噴霧の周囲に高オクタン価燃料の噴霧が存在する。請求項２、３の発明では圧縮上死点近傍で行われる点火時に点火栓近傍に低オクタン価燃料の噴霧が存在し、低オクタン価燃料の周囲を高オクタン価燃料の噴霧が包みこむようになっている。したがって、着火性がよく、機関始動時、冷間運転時、低中負荷運転時の燃焼が安定し、また、燃焼圧力が上昇しても自着火し難いので高負荷時にノッキングが発生しにくい。
請求項３の発明では、車両に搭載された燃料分離装置で原料燃料から分離生成した高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を使用できるので２種類の燃料を給油するという煩わしさがない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図２】本発明の第２の実施形態の概略構成を模式的に示す図である。
【図３】第１の実施の形態における高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンの噴射のタイミングを示す図である。
【図４】第１の実施の形態における高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンの噴射のタイミングを示す図である。
【図５】点火時の燃焼室内における高オクタン価ガソリンと低オクタンガソリンの分布を示す図である。
【符号の説明】
１…内燃機関
３…原料燃料タンク
４…燃料分離装置
５…第１サブ燃料タンク
７…第２サブ燃料タンク
２１…筒内燃料噴射弁
２２…ポート燃料噴射弁
２３…副筒内燃料噴射弁
３０…ＥＣＵ
１００…車両
【図１】
2004346832.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2004346832.tif 000006
【図５】
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