(57)【要約】【課題】  窒素酸化物やスモークの排出量を増加させることなく、広い運転領域において予混合圧縮自着火燃焼方式による内燃機関の運転を可能とする。【解決手段】  内燃機関はシリンダヘッド１３０とシリンダ１４２とピストン１４４とで構成される燃焼室と、燃焼室内に低オクタン価燃料を直接噴射する低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２と高オクタン価燃料を直接噴射する高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２とを備える燃料噴射機構を備え、燃料噴射機構は、圧縮行程において、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とが燃焼室内で実質的に互いに重ならないように燃料噴射を行う。【選択図】  図２
2005139945.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室内に低オクタン価燃料および高オクタン価燃料を直接噴射する燃料噴射機構と、
を備え、
前記燃料噴射機構は、圧縮行程において、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とが前記燃焼室内で実質的に互いに重ならないように燃料噴射を行うことを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関であって、
前記燃料噴射機構は、低オクタン価燃料および高オクタン価燃料の内の一方を燃料噴霧が頂角の大きい中空円錐状になるように噴射し、他方を前記頂角の大きい中空円錐状の燃料噴霧の中空部に、燃料噴霧が頂角の小さい円錐状になるように噴射する、内燃機関。
【請求項３】
請求項２記載の内燃機関であって、
前記燃料噴射機構は、低オクタン価燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と高オクタン価燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備え、
前記第１の燃料噴射弁は、前記燃焼室の中央部に向けて燃料を噴射する噴霧角の小さい燃料噴射弁であり、
前記第２の燃料噴射弁は、前記燃焼室の周辺部に向けて燃料を噴射する噴霧角の大きい中空噴霧の燃料噴射弁である、内燃機関。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関であって、
前記ピストン頂面に凹部が形成されており、
前記第１の燃料噴射弁による低オクタン価燃料の燃料噴射は圧縮行程前半において行われ、前記第２の燃料噴射弁による高オクタン価燃料の燃料噴射は圧縮行程後半において行われる、内燃機関。
【請求項５】
請求項２記載の内燃機関であって、
前記燃料噴射機構は、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との両方を噴射可能な２種燃料用燃料噴射弁を備え、
前記２種燃料用燃料噴射弁は、低オクタン価燃料を前記燃焼室の中央部に向けて小さい噴霧角で噴射すると共に、高オクタン価燃料を前記燃焼室の周辺部に向けて大きい噴霧角で中空状に噴射する、内燃機関。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれかに記載の内燃機関であって、
前記低オクタン価燃料は軽油であり、
前記高オクタン価燃料はガソリンであり、
前記内燃機関の１サイクル中に前記燃焼室内に供給される全燃料による発生熱量の内、軽油による発生熱量の割合が３０％以下になるように軽油とガソリンとの比率が設定される、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、２種類の燃料を用いる予混合圧縮自着火運転可能な内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃焼方式として、近年、通常のガソリンエンジンのような「予混合火花点火燃焼方式」や、通常のディーゼルエンジンのような「拡散燃焼方式」に代わる、新たな燃焼方式が模索されている。このような新たな燃焼方式の１つとして、燃焼室内に予め混合気を形成しておき、これを圧縮して自着火させる「予混合圧縮自着火燃焼方式」がある。予混合圧縮自着火燃焼方式は、超リーン混合気を高圧縮比で圧縮し、一気に自着火燃焼させて短時間に燃焼を完了させる燃焼方式であり、原理的には、排気ガス中に含まれる大気汚染物質の量と燃料消費量とを同時に、しかも大幅に低減することが可能と考えられている。
【０００３】
この予混合圧縮自着火燃焼方式を、広い運転領域で採用するためには、低負荷運転時において安定した自着火燃焼を行わせると共に、高負荷運転時において過早着火による激しい燃焼音が発生することを防止することが必要である。
【０００４】
予混合圧縮自着火燃焼を、広い運転領域で安定して行うための技術として、オクタン価の異なる２種類の燃料を用い、燃焼室内の供給燃料のオクタン価を可変制御する技術が知られている。この技術は、着火性に優れた低オクタン価燃料と耐ノック性に優れた高オクタン価燃料とを用い、低負荷運転域では低オクタン価燃料の供給割合を大きくして燃焼室内の供給燃料のオクタン価を低くする一方、高負荷運転域では高オクタン価燃料の供給割合を増加させて燃焼室内の供給燃料のオクタン価を高くするものである。この技術によれば、低負荷運転域では安定した自着火燃焼運転を行うことができる一方、高負荷運転域では過早着火を抑制することができる。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−１７９３６８号公報
【特許文献２】特開２００１−２５４６６０号公報
【特許文献３】特開平１１−３１５７３３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上記のような燃焼室内の供給燃料のオクタン価を可変制御する技術では、燃焼室内に供給された低オクタン価燃料領域内に高オクタン価燃料も存在することとなり、局所的に燃料濃度の濃い領域が発生する。燃料濃度の濃い領域では、燃焼速度が上昇して燃焼部分が局所的に非常に高温となり、窒素酸化物の排出量が増加する。また、燃料濃度の濃い領域では、空気と接触できないまま熱せられる燃料が増加し、スモークの排出量も増加する。従って、広い運転領域で予混合圧縮自着火燃焼方式を行うための上記技術においては、窒素酸化物およびスモークの排出量が増加してしまうという問題があった。
【０００７】
本発明は、上述した従来の課題を解決するためになされたものであり、窒素酸化物やスモークの排出量を増加させることなく、広い運転領域において予混合圧縮自着火燃焼方式による内燃機関の運転を可能とする技術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】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明の内燃機関は、予混合圧縮自着火運転が可能な内燃機関であって、
シリンダとピストンとで構成される燃焼室と、
前記燃焼室内に低オクタン価燃料および高オクタン価燃料を直接噴射する燃料噴射機構と、
を備え、
前記燃料噴射機構は、圧縮行程において、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とが前記燃焼室内で実質的に互いに重ならないように燃料噴射を行うことを特徴とする。
【０００９】
この内燃機関では、負荷に応じて燃焼室内の供給燃料のオクタン価を変化させることができると共に、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないようにすることができる。従って、窒素酸化物やスモークの排出量を増加させることなく、広い運転領域において予混合圧縮自着火燃焼方式による内燃機関の運転を行うことができる。
【００１０】
上記内燃機関において、前記燃料噴射機構は、低オクタン価燃料および高オクタン価燃料の内の一方を燃料噴霧が頂角の大きい中空円錐状になるように噴射し、他方を前記頂角の大きい中空円錐状の燃料噴霧の中空部に、燃料噴霧が頂角の小さい円錐状になるように噴射するとしてもよい。
【００１１】
このようにすれば、容易に、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とが実質的に互いに重ならないようにすることができる。
【００１２】
また、上記内燃機関において、前記燃料噴射機構は、低オクタン価燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と高オクタン価燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とを備え、
前記第１の燃料噴射弁は、前記燃焼室の中央部に向けて燃料を噴射する噴霧角の小さい燃料噴射弁であり、
前記第２の燃料噴射弁は、前記燃焼室の周辺部に向けて燃料を噴射する噴霧角の大きい中空噴霧の燃料噴射弁であるとしてもよい。
【００１３】
この構成によれば、容易に、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とが実質的に互いに重ならないようにすることができる上に、比較的高沸点である低オクタン価燃料は比較的高温の燃焼室中央部に、比較的低沸点である高オクタン価燃料は比較的低温の燃焼室周辺部に分布するため、燃料の気化が促進され、スモークの排出量をより低減することができると共に、ボアフラッシングによるオイル希釈の問題を抑制することができる。
【００１４】
また、上記内燃機関において、前記ピストン頂面に凹部が形成されており、
前記第１の燃料噴射弁による低オクタン価燃料の燃料噴射は圧縮行程前半において行われ、前記第２の燃料噴射弁による高オクタン価燃料の燃料噴射は圧縮行程後半において行われるとしてもよい。
【００１５】
この構成によれば、圧縮行程前半に噴射された低オクタン価燃料が凹部内に保持されるため、より容易かつ確実に、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが実質的に互いに重ならない状態を形成することができ、サイクル間変動を低減することができる。さらに、低オクタン価燃料の燃料噴射から上死点付近における自着火燃焼までに比較的長い時間を確保することができるため、燃料と空気との混合がより進行し、スモーク排出量をさらに低減することができる。
【００１６】
また、上記内燃機関において、前記燃料噴射機構は、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料との両方を噴射可能な２種燃料用燃料噴射弁を備え、
前記２種燃料用燃料噴射弁は、低オクタン価燃料を前記燃焼室の中央部に向けて小さい噴霧角で噴射すると共に、高オクタン価燃料を前記燃焼室の周辺部に向けて大きい噴霧角で中空状に噴射するとしてもよい。
【００１７】
この構成によれば、１つの燃料噴射弁から、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との両方を噴射するため、より容易に、高オクタン価燃料噴霧と低オクタン価燃料噴霧とが燃焼室内において実質的に互いに重ならないようにすることができる。さらに、１つの燃料噴射弁のみを設ければよいため、燃料噴射弁の搭載性を向上させることができると共に、シリンダヘッドの設計自由度を向上させることができる。
【００１８】
上記内燃機関において、前記低オクタン価燃料は軽油であり、
前記高オクタン価燃料はガソリンであり、
前記内燃機関の１サイクル中に前記燃焼室内に供給される全燃料による発生熱量の内、軽油による発生熱量の割合が３０％以下になるように軽油とガソリンとの比率が設定されるとしてもよい。
【００１９】
このようにすれば、高沸点のため気化しにくい軽油の割合を一定以下とすることによって、スモーク排出量をより低減することができる。
【００２０】
なお、本発明は、種々の態様で実現することが可能であり、例えば、内燃機関や、内燃機関の運転方法、内燃機関の燃料噴射装置、内燃機関の燃料噴射方法等の態様で実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
次に、本発明の実施の形態を実施例に基づいて以下の順序で説明する。
Ａ．第１実施例：
Ｂ．第２実施例：
Ｃ．第３実施例：
Ｄ．変形例：
【００２２】
Ａ．第１実施例：
図１は、本発明の第１実施例としてのエンジン１００の構成を概念的に示した説明図である。図１には、エンジン１００のシリンダの中心で断面を取ったときのシリンダの構造が示されている。
【００２３】
このエンジン１００の燃焼室は、シリンダブロック１４０内に設けられた中空円筒形のシリンダ１４２と、シリンダ１４２内を上下に摺動するピストン１４４と、シリンダブロック１４０の上部に設けられたシリンダヘッド１３０とによって形成されている。なお、シリンダブロック１４０とシリンダヘッド１３０とで構成される筒状体を、広義の「シリンダ」と呼ぶ。また、本明細書においては、シリンダ１４２の中心軸に沿って、ピストン１４４がシリンダヘッド１３０に近づく方向を上方向と、ピストン１４４がシリンダヘッド１３０から離れる方向を下方向として説明する。
【００２４】
シリンダヘッド１３０には、吸入空気が流入する吸気ポート１３３の開口部を開閉する吸気弁１３２と、排気ガスが流出する排気ポート１３５の開口部を開閉する排気弁１３４と、燃焼室内に高オクタン価燃料の燃料噴霧を噴射する高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２と、燃焼室内に低オクタン価燃料の燃料噴霧を噴射する低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２とが設けられている。
【００２５】
吸気弁１３２および排気弁１３４は、それぞれ電動アクチュエータ１６２，１６４で駆動されている。電動アクチュエータ１６２，１６４は、任意のタイミングでそれぞれの吸気弁１３２および排気弁１３４を開閉することが可能である。なお、電動アクチュエータの代わりに、油圧アクチュエータやカム機構などの他の種類の可変動弁機構によって吸気弁１３２および排気弁１３４を駆動してもよい。
【００２６】
高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２には、高オクタン価燃料タンク７６に貯留された高オクタン価燃料が燃料ポンプ７４によって供給される。また、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２には、低オクタン価燃料タンク８６に貯留された低オクタン価燃料が燃料ポンプ８４によって供給される。
【００２７】
吸気ポート１３３には吸入空気を導く吸気通路１２が接続されており、排気ポート１３５には排気ガスが通過する排気通路１６が接続されている。排気通路１６の下流には、排気ガスに含まれる大気汚染物質を浄化するための触媒２６と、過給器５０のタービン５２とが設けられている。排気通路１６内を通過する排気ガスはタービン５２を回転させた後、大気に放出される。また、吸気通路１２には、過給器５０のコンプレッサ５４が設けられている。コンプレッサ５４は、シャフト５６を介してタービン５２に接続されており、排気ガスによってタービン５２が回転するとコンプレッサ５４も回転する。その結果、コンプレッサ５４はエアクリーナ２０から吸い込んだ空気を加圧した後、吸気ポート１３３に向かって圧送する。
【００２８】
コンプレッサ５４で加圧すると空気温度が上昇するので、吸入空気を冷却するために、コンプレッサ５４の下流側にはインタークーラ６２が設けられている。また、吸気通路１２内にはサージタンク６０や、スロットル弁２２も設けられている。サージタンク６０は、燃焼室が空気を吸い込んだときに生じる圧力波を緩和させる作用を有しており、またスロットル弁２２は電動アクチュエータ２４によって適切な開度に設定されて、吸入空気量を調整する機能を有している。
【００２９】
ピストン１４４は、コネクティングロッド１４６を介してクランクシャフト１４８に接続されており、クランクシャフト１４８には、クランク角度を検出するクランク角センサ３２が取り付けられている。
【００３０】
このエンジン１００の動作は、エンジン制御ユニット（以下、ＥＣＵ）３０によって制御されている。ＥＣＵ３０は、エンジン回転速度Ｎｅやアクセル開度θａｃを検出し、これらに基づいてスロットル弁２２の開度の制御や、燃料噴射弁７２，８２の燃料噴射制御、燃料ポンプ７４，８４の制御を実行する。エンジン回転速度Ｎｅはクランク角センサ３２によって検出され、アクセル開度θａｃはアクセルペダルに内蔵されたアクセル開度センサ３４によって検出される。
【００３１】
以上説明したように、エンジン１００は、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料の２種類の燃料を用いて運転を行うエンジンである。高オクタン価燃料は、通常は比較的低沸点であり、耐ノック性に優れると共に気化しやすい性質を有している。一方、低オクタン価燃料は、通常は比較的高沸点であり、着火性に優れると共に気化しにくい性質を有している。
【００３２】
図２は、第１実施例における、エンジン１００のシリンダの断面を拡大して示す説明図である。シリンダヘッド１３０のほぼ中央部には、高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２と、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２とが設けられている。
【００３３】
高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２は、直接燃焼室内に高オクタン価燃料を噴射する。また、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２は、直接燃焼室内に低オクタン価燃料を噴射する。図２には、高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２から噴射される高オクタン価燃料噴霧を薄いハッチングを付して示しており、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２から噴射される低オクタン価燃料噴霧を濃いハッチングを付して示している。
【００３４】
図３は、第１実施例におけるエンジン１００の燃料噴射タイミングの一例を概略的に示す説明図である。図３では、横軸にクランク角を取り、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料の燃料噴射量の推移を示している。ＢＤＣは下死点を、ＴＤＣは上死点を、それぞれ表している。
【００３５】
図３に示すように、第１実施例におけるエンジン１００では、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料は、共に圧縮行程のほぼ同じ時期において噴射される。圧縮行程において噴射された高オクタン価燃料および低オクタン価燃料は、それぞれ燃焼室内で混合気を形成し、ピストン１４４によって圧縮され、上死点付近において自着火温度に達して自着火燃焼する。このように、エンジン１００は、燃焼室内で高オクタン価燃料および低オクタン価燃料を自着火燃焼させることによって、動力を取り出している。
【００３６】
エンジン１００は、燃焼室内に供給する高オクタン価燃料量と低オクタン価燃料量とを個別に制御することによって、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との供給割合を変化させることができる。すなわち、負荷に応じて高オクタン価燃料と低オクタン価燃料との供給割合を変化させることにより、燃焼室内に供給される燃料のオクタン価を変化させることができる。
【００３７】
従って、例えば、低負荷運転域では着火性に優れた低オクタン価燃料の供給割合を大きくすることによって、燃焼室内の供給燃料のオクタン価を低くでき、安定した自着火燃焼運転を行うことができる。一方、高負荷運転域では耐ノック性に優れた高オクタン価燃料の供給割合を増加させることによって、燃焼室内の供給燃料のオクタン価を高くでき、過早着火を抑制することができる。このようにして、エンジン１００は、広い運転領域において、圧縮自着火燃焼方式による運転を行うことができる。
【００３８】
また、図２に示すように、本実施例では、高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２は、燃焼室周辺部に向けて燃料を噴射する噴霧角の大きい中空噴霧の燃料噴射弁であり、噴射された高オクタン価燃料噴霧は頂角の大きい中空円錐状となって燃焼室周辺部に導かれる。一方、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２は、噴霧角の小さい燃料噴射弁であり、頂角の大きい中空円錐状となる高オクタン価燃料噴霧の中空部に向けて低オクタン価燃料を噴射し、噴射された低オクタン価燃料噴霧は、頂角の小さい円錐状となって燃焼室中央部に導かれる。
【００３９】
従って、高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２から噴射された高オクタン価燃料噴霧と、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２から噴射された低オクタン価燃料噴霧とは、燃焼室内において実質的に互いに重ならない。すなわち、両燃料噴射弁７２，８２の近傍では、噴射された直後の高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが重なる部分が生ずる場合があるものの、両燃料の気化および空気との混合を経てそれぞれ混合気を形成する段階では、高オクタン価燃料の混合気は燃焼室周辺部に、低オクタン価燃料の混合気は燃焼室中央部にそれぞれ形成され、両燃料の存在する領域はほぼ重なる部分が無い状態となる。
【００４０】
なお、本明細書において、円錐の「頂角」とは、円錐を水平投影した二等辺三角形の頂角を意味している。また、「中空円錐」とは、円錐から、その円錐と頂点および高さが同じであって、その円錐よりも頂角の小さい円錐を、くり抜いた形状を意味している。
【００４１】
また、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料は圧縮行程において燃焼室内に噴射されるため、燃料噴射から上死点付近に至るまでの時間が非常に短い。そのため、燃焼室周辺部に導かれた高オクタン価燃料噴霧と、燃焼室中央部に導かれた低オクタン価燃料噴霧とは、それぞれ拡散する時間がほとんど無く、上死点付近でも、実質的に互いに重ならない状態を保持している。従って、上死点付近で燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しない状態となっている。
【００４２】
このように、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないようにすると、窒素酸化物およびスモークの排出量の増加を防止することができる。以下その理由を説明する。
【００４３】
まず窒素酸化物排出量の増加を防止できることについて説明する。窒素酸化物は、空気中に含まれる窒素分子と酸素分子とが反応することにより発生すると考えられている。窒素分子は安定な化合物であるため、かなりの高温にさらされて初めて酸素と反応し、窒素酸化物を生成する。
【００４４】
ここで、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在すると、その部分での発熱量が大きくなるため、混合気中で正に燃焼している部分がきわめて高温となる。その結果、窒素分子と酸素分子が反応する温度に達し、窒素酸化物が生成される。
【００４５】
一方、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないと、その部分での発熱量が小さい。その結果、窒素分子と酸素分子が反応する温度に達せず、窒素酸化物はほとんど生成されない。従って、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないようにすると、窒素酸化物排出量の増加を防止することができる。
【００４６】
次にスモーク排出量の増加を防止できることについて説明する。スモークは、燃焼室内に供給された燃料が空気と接触できないまま熱せられることによって発生する。
【００４７】
ここで、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在すると、その部分の燃料は比較的空気と接触しづらくなるので、スモークが発生しやすい。一方、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないと、燃焼室内の燃料が比較的空気と接触しづらい部分がなくなるので、スモークが発生しにくい。従って、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないようにすると、スモーク排出量の増加を防止することができる。
【００４８】
このようにして、本実施例におけるエンジン１００は、窒素酸化物やスモークの排出量を増加させることなく、広い運転領域において予混合圧縮自着火燃焼方式による運転を行うことができる。
【００４９】
さらに、本実施例では、比較的高沸点である低オクタン価燃料は燃焼室中央部に、比較的低沸点である高オクタン価燃料は燃焼室周辺部に分布する。ここで、燃焼室の中央部は燃焼室周辺部に比較して高温となっているため、低オクタン価燃料を燃焼室中央部に分布させることによって、低オクタン価燃料の気化が促進される。一方、高オクタン価燃料は比較的低温である燃焼室周辺部にあっても速やかに気化する。従って、本実施例では、スモークの排出量をより低減することができると共に、燃料液滴が直接シリンダ内壁面に付着することが要因となるボアフラッシングによるオイル希釈の問題を抑制することができる。
【００５０】
なお、高オクタン価燃料の代表的な一例としてはガソリンが、低オクタン価燃料の代表的な一例としては軽油が、それぞれ挙げられる。ガソリンは低沸点のため気化しやすいのに対し、軽油は高沸点のため気化しにくい。従って、スモーク排出量低減のためには、エンジンの１サイクル中に供給される全燃料量による発生熱量に占める軽油の割合（軽油の燃焼によって発生する熱量の割合）が小さい方が好ましい。
【００５１】
図４は、全燃料量に占める軽油の割合とスモーク排出量との関係の一例を示す説明図である。図４では、横軸に軽油割合を、縦軸にスモーク排出量をとっている。
【００５２】
図４より、軽油割合が３０％以下となるように軽油とガソリンとの比率を設定すれば、スモーク排出量を約０．７ＦＳＮ（Ｆｉｌｔｅｒ  Ｓｍｏｋｅ  Ｎｕｍｂｅｒ）以下とすることができるため、好ましい。また、軽油割合が２７％以下となるように軽油とガソリンとの比率を設定すれば、スモーク排出量を約０．５ＦＳＮ以下とすることができるため、さらに好ましい。
【００５３】
なお、本実施例において、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料の燃料噴射は、圧縮行程に行われるが、噴射時期が早い（進角側）ほど、燃料噴射から上死点までの時間が長くなり、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが重なりやすい。一方、噴射時期が遅い（遅角側）ほど、燃料噴射から上死点までの時間が短くなり、燃料と空気との混合が不十分となりやすい。このような点より、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料の噴射時期は、下死点後９０度の時点を挟んで前後３０度の期間内であることが好ましい。
【００５４】
Ｂ．第２実施例：
図５は、第２実施例における、エンジン１００のシリンダの断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施例との違いは、ピストン１４４の頂面に凹部（キャビティ）１４５が形成されていることである。それ以外の構成は、第１実施例と同じである。
【００５５】
また、図６は、第２実施例における、エンジン１００の燃料噴射制御の一例を概略的に示す説明図である。図６では、図３と同様に、横軸にクランク角をとり、低オクタン価燃料の燃料噴射量の推移および高オクタン価燃料の燃料噴射量の推移を示している。本実施例では、低オクタン価燃料を圧縮行程前半に噴射し、高オクタン価燃料を圧縮行程後半に噴射している。なお、図５には、圧縮行程前半に、低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２によって低オクタン価燃料が噴射されている様子を示しており、噴射された低オクタン価燃料噴霧をハッチングを付して示している。
【００５６】
圧縮行程前半において燃焼室内に噴射された低オクタン価燃料は、第１実施例と同様に燃焼室中央部に導かれるため、ピストン１４４の頂面に設けられた凹部１４５に到達し、凹部１４５内に良好に保持される。そのため、その後、圧縮行程後半に高オクタン価燃料が燃焼室周辺部に向けて噴射され、上死点付近までピストン１４４が上昇した時点でも、低オクタン価燃料は凹部１４５内に留まっている。従って、本実施例においても、上死点付近では、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが実質的に互いに重ならない状態となっており、燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しない状態となっている。よって、本実施例においても、第１実施例と同様に、窒素酸化物およびスモークの排出量の増加を防止することができる。
【００５７】
また、本実施例では、上述のように低オクタン価燃料が凹部１４５内に保持されるため、より容易かつ確実に、上死点付近で高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが実質的に互いに重ならない状態を形成することができる。従って、サイクル間変動を低減することができる。
【００５８】
さらに、本実施例では、低オクタン価燃料を圧縮行程前半に噴射することができ、低オクタン価燃料の燃料噴射から上死点付近における自着火燃焼までに比較的長い時間を確保することができる。従って、燃料と空気との混合がより進行し、スモーク排出量をさらに低減することができる。
【００５９】
Ｃ．第３実施例：
図７は、第３実施例における、エンジン１００のシリンダの断面を拡大して示す説明図である。図２に示した第１実施例との違いは、本実施例ではシリンダヘッド１３０に、第１実施例における高オクタン価燃料用燃料噴射弁７２および低オクタン価燃料用燃料噴射弁８２の代わりに、２種燃料用燃料噴射弁９２が設けられていることである。それ以外の構成は、第１実施例と同じである。
【００６０】
２種燃料用燃料噴射弁９２は、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料の２種類の燃料を燃焼室内に直接噴射することができる。図７には、２種燃料用燃料噴射弁９２から噴射される高オクタン価燃料噴霧を薄いハッチングを付して示しており、同じく２種燃料用燃料噴射弁９２から噴射される低オクタン価燃料噴霧を濃いハッチングを付して示している。
【００６１】
図８は、２種燃料用燃料噴射弁９２の構造の一例を示す説明図である。図８（ａ）は、２種燃料用燃料噴射弁９２のノズル先端部（図７のＡ部）の断面を拡大して示している。図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ断面を示している。図８（ｃ）は、図８（ａ）のＣ視正面図を示している。
【００６２】
２種燃料用燃料噴射弁９２のノズル内部には、中央付近に、上下方向の低オクタン価燃料用流路９２２が設けられており、低オクタン価燃料用流路９２２内には、ニードル９２１が挿入されている。また、２種燃料用燃料噴射弁９２のノズル先端中央部には、低オクタン価燃料用噴孔９２３が１カ所設けられており、低オクタン価燃料用噴孔９２３は低オクタン価燃料用流路９２２の下端部に接続されている。
【００６３】
ニードル９２１は、その上下動によって、低オクタン価燃料用流路９２２と低オクタン価燃料用噴孔９２３との接続部の開閉を行うことができ、低オクタン価燃料の流量を調整することができる。低オクタン価燃料用流路９２２から低オクタン価燃料用噴孔９２３へと流出した低オクタン価燃料は、燃焼室内中央部に向けて噴射され、噴霧角の小さい円錐状の噴霧を形成する。
【００６４】
同様に、２種燃料用燃料噴射弁９２のノズル内部には、周辺部に、上下方向の高オクタン価燃料用流路９２６が設けられており、高オクタン価燃料用流路９２６内には、ニードル９２５が挿入されている。また、高オクタン価燃料用流路９２６の直下には、高オクタン価燃料用流路９２７が設けられており、高オクタン価燃料用流路９２６の下端部に接続されている。さらに、２種燃料用燃料噴射弁９２のノズル先端周辺部には、高オクタン価燃料用噴孔９２９が１０カ所設けられており、高オクタン価燃料用噴孔９２９のそれぞれは、水平環状に設けられている高オクタン価燃料用流路９２８を経由して、高オクタン価燃料用流路９２７の下端部に接続されている。
【００６５】
ニードル９２５は、その上下動によって、高オクタン価燃料用流路９２６と高オクタン価燃料用流路９２７との接続部の開閉を行うことができ、高オクタン価燃料の流量を調整することができる。高オクタン価燃料用流路９２６から、高オクタン価燃料用流路９２７および高オクタン価燃料用流路９２８を経て、高オクタン価燃料用噴孔９２９へと流出した高オクタン価燃料は、燃焼室内周辺部に向けて噴射され、噴霧角の大きい中空円錐状の噴霧を形成する。
【００６６】
このように、２種燃料用燃料噴射弁９２は、燃焼室周辺部に向けて高オクタン価燃料を噴射すると共に、燃焼室中央部に向けて低オクタン価燃料を噴射することができる。そのため、第１実施例と同様に、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料を、燃焼室内において実質的に互いに重ならないように噴射することができる。
【００６７】
従って、本実施例においても、上死点付近で燃焼室内に燃料濃度の濃い領域が存在しないようにすることができ、窒素酸化物およびスモークの排出量の増加を防止することができる。
【００６８】
さらに、本実施例では、１つの燃料噴射ノズルから、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とを噴射するため、より容易に、高オクタン価燃料噴霧と低オクタン価燃料噴霧とが燃焼室内において実質的に互いに重ならないようにすることができる。
【００６９】
また、シリンダヘッド１３０に、１つの燃料噴射弁のみを設ければよいため、燃料噴射弁の搭載性を向上させることができると共に、シリンダヘッドの設計自由度を向上させることができる。
【００７０】
Ｄ．変形例：
なお、この発明は上記の実施例や実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々の態様において実施することが可能であり、例えば次のような変形も可能である。
【００７１】
Ｄ１．変形例１：
各実施例では、高オクタン価燃料を燃焼室周辺部に、低オクタン価燃料を燃焼室中央部に、それぞれ分布させることにより、両燃料が実質的に互いに重ならない状態を形成しているが、高オクタン価燃料および低オクタン価燃料が実質的に互いに重ならない状態であれば、両燃料を燃焼室内のどこに分布させてもよい。例えば、高オクタン価燃料を燃焼室中央部に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室周辺部に分布させるとしてもよい。また、高オクタン価燃料を燃焼室右半分に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室左半分に分布させるとしてもよい。ただし、高オクタン価燃料と低オクタン価燃料とが実質的に互いに重ならない状態を容易に形成するために、また、スモーク排出量をより低減すると共にボアフラッシングによるオイル希釈の問題を抑制するために、高オクタン価燃料を燃焼室周辺部に、低オクタン価燃料を燃焼室中央部に、それぞれ分布させることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７２】
【図１】本発明の第１実施例としてのエンジン１００の構成を概念的に示した説明図。
【図２】第１実施例におけるエンジン１００のシリンダの断面を拡大して示す説明図。
【図３】第１実施例におけるエンジン１００の燃料噴射タイミングの一例を概略的に示す説明図。
【図４】全燃料量に占める軽油の割合とスモーク排出量との関係の一例を示す説明図。
【図５】第２実施例におけるエンジン１００のシリンダの断面を拡大して示す説明図。
【図６】第２実施例におけるエンジン１００の燃料噴射制御の一例を概略的に示す説明図。
【図７】第３実施例におけるエンジン１００のシリンダの断面を拡大して示す説明図。
【図８】２種燃料用燃料噴射弁９２の構造の一例を示す説明図。
【符号の説明】
【００７３】
１２...吸気通路
１６...排気通路
２０...エアクリーナ
２２...スロットル弁
２４...電動アクチュエータ
２６...触媒
３０...エンジン制御ユニット
３２...クランク角センサ
３４...アクセル開度センサ
５０...過給器
５２...タービン
５４...コンプレッサ
５６...シャフト
６０...サージタンク
６２...インタークーラ
７２...高オクタン価燃料用燃料噴射弁
７４...燃料ポンプ
７６...高オクタン価燃料タンク
８２...低オクタン価燃料用燃料噴射弁
８４...燃料ポンプ
８６...低オクタン価燃料タンク
９２...２種燃料用燃料噴射弁
１００...エンジン
１３０...シリンダヘッド
１３２...吸気弁
１３３...吸気ポート
１３４...排気弁
１３５...排気ポート
１４０...シリンダブロック
１４２...シリンダ
１４４...ピストン
１４５...凹部
１４６...コネクティングロッド
１４８...クランクシャフト
１６２，１６４...電動アクチュエータ
９２１...ニードル
９２２...低オクタン価燃料用流路
９２３...低オクタン価燃料用噴孔
９２５...ニードル
９２６...高オクタン価燃料用流路
９２７...高オクタン価燃料用流路
９２８...高オクタン価燃料用流路
９２９...高オクタン価燃料用噴孔
【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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