(57)【要約】【課題】内燃機関及び内燃機関の制御方法において、水素を適正時期に燃焼室に流入させることにより過早着火やバックファイアの発生を抑制する。【解決手段】吸気通路２５にガソリンを噴射するガソリンインジェクタ２６と、水素を噴射する水素インジェクタ２７とを装着し、水素噴射量ＱHが規定噴射量Ａ以下のときには、吸気バルブ２１の閉止時に所定量のガソリン及び水素を吸気通路２３に噴射する一方、水素噴射量ＱHが規定噴射量Ａより多いときには、吸気バルブ２１の閉止時に所定量のガソリンを吸気通路２３に噴射すると共に、吸気バルブ２１の開放時に所定量の水素を吸気通路２３に噴射する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路または燃焼室に主燃料としてガソリンを噴射する主燃料噴射手段と、前記吸気通路に副燃料として水素を噴射する副燃料噴射手段と、内燃機関の運転状態に応じてガソリン噴射量及び水素噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、前記主燃料噴射手段及び前記副燃料噴射手段を駆動制御して所定量のガソリン及び水素を吸気バルブの閉止時に噴射すると共に水素噴射量が予め設定された規定噴射量を超えるときには少なくとも水素噴射量の一部を前記吸気バルブの開放時に噴射する燃料噴射制御手段とを具えたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関において、前記燃料噴射制御手段は、水素噴射量が予め設定された第１規定噴射量を超えるときには、水素を前記吸気バルブの閉止時から開放時にかけて噴射し、水素噴射量が前記第１規定噴射量より多い第２規定噴射量を超えるときには、水素を前記吸気バルブの開放時に全量噴射することを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項１または２記載の内燃機関において、前記燃料噴射制御手段は、水素噴射量が前記規定噴射量を超えるときには、水素を前記吸気バルブの開放時で且つ排気バルブの閉止時に噴射することを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記主燃料噴射手段及び前記副燃料噴射手段は、ガソリン及び水素を吸気通路に噴射することを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４記載の内燃機関において、前記主燃料噴射手段から噴射されたガソリンと前記副燃料噴射手段から噴射された水素とが衝突して混合しながら燃焼室に流入することを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の内燃機関において、前記燃料噴射量設定手段は、前記内燃機関の負荷が高くなるほど、前記水素噴射量を増加することを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
吸気通路または燃焼室にガソリンを供給可能であると共に、前記吸気通路に水素を供給可能な内燃機関において、吸気バルブの閉止時に所定量のガソリンを噴射すると共に、内燃機関の負荷に応じた水素噴射量が予め設定された規定噴射量以下のときには前記吸気バルブの閉止時に水素を噴射する一方、水素噴射量が前記規定噴射量を超えるときには少なくとも水素噴射量の一部を前記吸気バルブの開放時に噴射することを特徴とする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、主燃料としてのガソリンと副燃料としての水素とを併用する内燃機関及び内燃機関の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンを主燃料とする内燃機関において、水素を副燃料として使用するものが提案されている。この水素は火炎範囲が広くて着火しやすいと共に燃焼速度が速いため、ガソリンに水素を混合して燃料として使用した場合、内燃機関におけるリーン運転領域を拡大することができ、燃費の向上や窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減による排気浄化効率の向上を図ることができる。
【０００３】
このような内燃機関としては、下記特許文献１に記載されたものがある。この特許文献１に記載されたものは、機関本体に接続される吸気管に、ガソリンを燃料噴射ノズルを介して供給する燃料管と、水素吸蔵合金が収納されるタンクの水素供給管とが接続されたものである。従って、水素を水素供給管から吸気管に供給して空気と混合し、続いて、水素が混合された空気に燃料噴射ノズルからガソリンを供給して混合気を生成し、この混合気を燃焼室に流入して点火燃焼することができる。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−１９５８５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、ガソリンに水素を混合した燃料を内燃機関に使用すると、上述したように、燃費の向上や排気浄化効率の向上を図ることができるものの、液体燃料であるガソリンと気体燃料である水素を混合しにくく、各燃料を十分に混合してから燃焼室に流入しないと、これらの効果を十分に得ることができず、ガソリン及び水素を吸気通路に噴射することが望ましい。上述した従来の内燃機関にあっては、まず、水素を吸気管に供給して空気と混合し、次に、水素が混合された空気にガソリンを供給して混合気を生成し、この混合気を燃焼室に流入して点火燃焼している。この場合、全体燃料の噴射量が多くなり、ガソリンの噴射量に対して水素の噴射量が多いとき、過早着火によるノック発生やバックファイヤによる異常燃焼を招いてしまうという問題がある。
【０００６】
即ち、上述したように、水素は最小点火エネルギーが非常に小さくて着火しやすいため、燃焼室である程度の濃度に達すると、点火プラグをスパークさせなくても、高温状態にある点火プラグやシリンダ壁面などのホットスポットに接するだけで点火してしまい、過早着火を招いてしまう。また、吸気バルブが開いた状態では、過早着火した火炎が燃焼室から吸気通路を逆流して、所謂、バックファイアが発生してしまうという問題がある。これは、吸気バルブが閉じているとき、吸気通路にガソリンに対して多量の水素が噴射されると、吸気孔の近傍では高濃度の水素が滞留することとなり、吸気バルブが開いた瞬間にこの高濃度の水素が高温状態の点火プラグなどに引火することが原因と考えられる。
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためのものであって、水素を適正時期に燃焼室に流入させることにより過早着火やバックファイアの発生を抑制可能とした内燃機関及び内燃機関の制御方法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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明の内燃機関は、吸気通路または燃焼室に主燃料としてガソリンを噴射する主燃料噴射手段と、前記吸気通路に副燃料として水素を噴射する副燃料噴射手段と、内燃機関の運転状態に応じてガソリン噴射量及び水素噴射量を設定する燃料噴射量設定手段と、前記主燃料噴射手段及び前記副燃料噴射手段を駆動制御して所定量のガソリン及び水素を吸気バルブの閉止時に噴射すると共に水素噴射量が予め設定された規定噴射量を超えるときには少なくとも水素噴射量の一部を前記吸気バルブの開放時に噴射する燃料噴射制御手段とを具えたことを特徴とするものである。
【０００９】
また、本発明の内燃機関では、前記燃料噴射制御手段は、水素噴射量が予め設定された第１規定噴射量を超えるときには、水素を前記吸気バルブの閉止時から開放時にかけて噴射し、水素噴射量が前記第１規定噴射量より多い第２規定噴射量を超えるときには、水素を前記吸気バルブの開放時に全量噴射することを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射制御手段は、水素噴射量が前記規定噴射量を超えるときには、水素を前記吸気バルブの開放時で且つ排気バルブの閉止時に噴射することを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関では、前記主燃料噴射手段及び前記副燃料噴射手段は、ガソリン及び水素を吸気通路に噴射することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関では、前記主燃料噴射手段から噴射されたガソリンと前記副燃料噴射手段から噴射された水素とが衝突して混合しながら燃焼室に流入することを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関では、前記燃料噴射量設定手段は、前記内燃機関の負荷が高くなるほど、前記水素噴射量を増加することを特徴としている。
【００１４】
また、本発明の内燃機関の燃料供給方法は、吸気通路または燃焼室にガソリンを供給可能であると共に、前記吸気通路に水素を供給可能な内燃機関において、吸気バルブの閉止時に所定量のガソリンを噴射すると共に、内燃機関の負荷に応じた水素噴射量が予め設定された規定噴射量以下のときには前記吸気バルブの閉止時に水素を噴射する一方、水素噴射量が前記規定噴射量を超えるときには少なくとも水素噴射量の一部を前記吸気バルブの開放時に噴射することを特徴とするものである。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の内燃機関及び内燃機関の制御方法によれば、水素噴射量が規定噴射量を超えるときには少なくとも水素噴射量の一部を吸気バルブの開放時に噴射するので、内燃機関の運転状態に応じて水素噴射量が変動しても、この水素の噴射時期を変更して水素を適正時期に燃焼室に供給することで、燃焼室でガソリンと水素と空気を均一に混合することができ、水素が局所的に高濃度になることはなく、過早着火やバックファイアの発生を抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下に、本発明にかかる内燃機関及び内燃機関の制御方法の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、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】
【００１７】
図１は、本発明の実施例１にかかる内燃機関を表すエンジンの要部断面図、図２は、実施例１の内燃機関による燃料噴射制御を表すタイムチャート、図３は、実施例１の内燃機関における燃料噴射制御を表すフローチャートである。
【００１８】
実施例１の内燃機関及びその制御方法において、図１に示すように、内燃機関としてのエンジン１１は、火花点火式のガソリン・水素併用多気筒エンジンである。このエンジン１１にて、シリンダブロック１２上にシリンダヘッド１３が締結されており、このシリンダブロック１２に形成された複数のシリンダボア１４にピストン１５がそれぞれ上下移動自在に嵌合している。そして、シリンダブロック１２の下部にクランクシャフトが回転自在に支持されており、各ピストン１５はコネクティングロッドを介してこのクランクシャフトにそれぞれ連結されている。なお、以下では、一つの気筒について説明する。
【００１９】
燃焼室１６は、シリンダブロック１２とシリンダヘッド１３とピストン１５により構成されており、燃焼室１６の両側には吸気孔１７及び排気孔１８を介して吸気ポート１９及び排気ポート２０が連通しており、この吸気孔１７及び排気孔１８に対して吸気バルブ２１及び排気バルブ２２の下端部が位置している。従って、この吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が所定のタイミングで上下移動することで、吸気ポート１９と燃焼室１６、この燃焼室１６と排気ポート２０とを開閉することができる。そして、吸気ポート１９には、インテークマニホールド２３を介して吸気管が連結される一方、排気ポート２０には、エギゾーストマニホールド２４を介して排気管が連結されている。
【００２０】
そして、インテークマニホールド２３には、吸気ポート１９にかけて構成される吸気通路２５に液体燃料としてのガソリンを噴射するガソリンインジェクタ（主燃料噴射手段）２６が装着されると共に、この吸気通路２５に気体燃料としての水素を噴射する水素インジェクタ（副燃料噴射手段）２７が装着されている。この各インジェクタ２６，２７は、吸気通路２５に噴射されたガソリン噴霧と水素噴流とが互いに衝突するように所定の位置に装着されている。また、シリンダヘッド１３には、燃焼室１６の上方に位置して点火プラグ２８が装着されている。
【００２１】
詳細に説明すると、インテークマニホールド２３の上部には吸気ポート１９に対応して燃焼室１６の近傍にガソリンインジェクタ２６が位置しており、この燃焼室１６の方向を向いた傾斜状態で固定されている。このガソリンインジェクタ２６は、先端部の噴射ノズル２９が吸気通路２５に挿通される一方、基端部にはガソリン供給管としてのデリバリパイプ３０が連結され、このデリバリパイプ３０は燃料噴射ポンプ及びガソリンタンクに連結されている。また、インテークマニホールド２３の上部には吸気ポート１９に対応してガソリンインジェクタ２６より燃焼室１６から遠方に水素インジェクタ２７が位置しており、燃焼室１６の方向を向いた傾斜状態で固定されている。この水素インジェクタ２７は、先端部の噴射ノズル３１が吸気通路２５に挿通される一方、基端部には水素供給管としてのデリバリパイプ３２が連結され、このデリバリパイプ３２は燃料噴射ポンプ及び水素タンクに連結されている。
【００２２】
即ち、ガソリンインジェクタ２６は水素インジェクタ２７よりも燃焼室１６に近い位置、つまり、吸気バルブ２１の開放時に吸気通路２５の混合気が燃焼室１６に流入する吸気流動方向における下流側に設けられている。そのため、ガソリンインジェクタ２６は燃焼室１６側に向けてその近傍の吸気通路２５にガソリンを噴射することができ、水素インジェクタ２７は燃焼室１６側に向けてガソリンインジェクタ２６に比べて燃焼室１６から所定距離だけ離れた吸気通路２５に水素を噴射することができる。そして、燃料噴射から燃焼室１６までの流入距離及び時間は、ガソリンに比べて水素のほうが長くなるように設定されている。
【００２３】
また、噴射されたガソリン噴霧と水素噴流とが吸気通路２５で衝突するように、ガソリンインジェクタ２６の取付角度と水素インジェクタ２７の取付角度が異なるように設定されており、これによりガソリンインジェクタ２６の噴射軸線ＪＧと水素インジェクタ２７の噴射軸線ＪＨとが所定の位置で交差するように設定されている。なお、本実施例では、各インジェクタ２６，２７から吸気通路２５に噴射されたガソリン噴霧と水素噴流とが互いに衝突させて混合促進を図るものであり、各噴射軸線ＪＧ，ＪＨが交差しなくても、少なくともガソリン噴霧と水素噴流との拡散領域が重なればよいものである。
【００２４】
また、車両にはエンジン１１などを制御する電子制御ユニット（ＥＣＵ）３３が設けられ、このＥＣＵ３３はこのエンジン１１の総合的な制御を行う。即ち、エンジン１１には、各気筒の所定のクランク位置で所定の信号を出力するクランクポジションセンサ３４が設けられ、ＥＣＵ３３は、クランクポジションセンサ３４からこの信号を受けてはエンジン回転数Ｎｅを算出することができる。また、吸気管にはスロットルバルブが取付けられると共に、このスロットルバルブの開度θを検出するスロットルポジションセンサ３５が取付けられ、スロットルバルブの上流側には吸入空気量ＱAを検出するエアフローメータ３６が取付けられている。そして、スロットルポジションセンサ３５が検出したスロットル開度θ及びエアフローメータ３６が検出した吸入空気量ＱAはＥＣＵ３３に出力される。
【００２５】
従って、ＥＣＵ３３は、検出したエンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量ＱA、スロットル開度θなどのエンジン１１の運転状態に基づいて燃料噴射量、噴射時期、点火時期などを決定（燃料噴射量設定手段）し、ガソリンインジェクタ２６、水素インジェクタ２７、点火プラグ２８など制御（燃料噴射制御手段）可能となっている。具体的には、エンジン回転数Ｎｅと吸入空気量ＱAに基づいてガソリン噴射量が設定され、吸気温度、冷却水温などの運転状態変化に基づいて補正される。一方、エンジン回転数Ｎｅとスロットル開度θ（エンジン負荷）に基づいて水素噴射量が設定される。そして、排気酸素濃度をフィードバックしてガソリン噴射量や水素噴射量を補正し、空燃比がエンジン運転状態に応じて最適な空燃比となるように補正する。なお、水素噴射量は、ガソリン噴射量に対して一定割合となっているが、ガソリン噴射量の増加に伴って増加するように設定してもよく、一般的に、エンジン負荷の増加に伴って増加するように設定される。
【００２６】
本実施例では、ＥＣＵ３３が、ガソリンインジェクタ２６及び水素インジェクタ２７を駆動制御して所定量のガソリン及び水素を吸気バルブ２１の閉止時に噴射（吸気非同期噴射）する一方、水素噴射量が予め設定された規定噴射量を超えるときには水素を吸気バルブ２１の開放時に噴射（吸気同期噴射）するようにしている。即ち、図２に示すように、通常時は、吸気バルブ２１の閉止時の所定期間に、所定量のガソリンが吸気通路２５に噴射されると共に、それよりも短い期間で所定量の水素が吸気通路２５に噴射される。一方、水素の燃料噴射量が予め設定された規定噴射量Ａより多かったときは、吸気バルブ２１の閉止時の所定期間に、所定量のガソリンが吸気通路２５に噴射されると共に、吸気バルブ２１の開放時に、それよりも短い期間で所定量の水素が吸気通路２５に噴射される。この場合、水素インジェクタ２７のデリバリパイプ３０にはフィードバック制御用の水素流量計が内蔵されており、ＥＣＵ３３は、この水素流量計が検出した水素噴射量に基づいて水素の噴射時期を変更している。なお、上述した規定噴射量Ａは予め実験等により求めた数値であり、多量の水素を吸気通路２５に噴射することで、過早着火やバックファイヤなどの現象を発生させない限界値である。
【００２７】
ここで、実施例１の内燃機関及び内燃機関の制御方法による燃料噴射制御を図３のフローチャートに基づいて説明する。
【００２８】
エンジン１１の燃料噴射制御において、図３に示すように、ステップＳ１にて、ＥＣＵ３３は、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量ＱA、スロットル開度θなどのエンジン１１の運転状態に基づいてガソリン噴射量及び水素噴射量を設定し、ガソリン・水素吸気非同期噴射を実行する。即ち、吸気バルブ２１の閉止時の吸気行程で、ガソリンインジェクタ２６により吸気通路２５にガソリンを噴射すると共に、水素インジェクタ２７により吸気通路２５に水素を噴射する。このとき、水素インジェクタ２７に設けられた水素流量計は、実際の水素噴射量ＱHを計測してフィードバックしており、ステップＳ２では、この実際の水素噴射量ＱHを読み込む。そして、ステップＳ３にて、水素噴射量ＱHが予め設定された規定噴射量Ａより多いかどうかを判定する。
【００２９】
このステップＳ３にて、実際の水素噴射量ＱHが規定噴射量Ａより多くなければ、ステップＳ４に移行して、次の吸気行程で、前述したステップＳ２と同様に、ガソリン・水素吸気非同期噴射を実行する。この場合、吸気バルブ２１の閉止時に、ガソリンインジェクタ２６から吸気通路２５にガソリンが噴射されるとほぼ同時に、水素インジェクタ２７から吸気通路２５におけるガソリン噴霧に向けて水素が噴射される。すると、吸気通路２５でガソリン噴霧と水素噴流とが衝突して両者の混合が促進され、液体であるガソリンは適正に気化されるために吸気通路２５の内壁面へ付着せず、吸気バルブ２１の開放時に、空気とガソリンと水素とが最適な混合状態で燃焼室１６に流入する。そして、燃焼室１６に流入した混合気は最適な混合であるため、水素が燃焼室１６の全域にわたって均一に分布することとなり、適正に点火することができる。
【００３０】
一方、ステップＳ３にて、実際の水素噴射量ＱHが規定噴射量Ａより多いときには、ステップＳ５に移行して、次の吸気行程で、ガソリン吸気非同期噴射及び水素吸気同期噴射を実行する。この場合、吸気バルブ２１の閉止時に、ガソリンインジェクタ２６から吸気通路２５にガソリンが噴射された後、吸気バルブ２１の開放時に、水素インジェクタ２７から吸気通路２５におけるガソリン噴霧に向けて水素が噴射される。すると、吸気通路２５のガソリン噴霧に水素噴流が巻き込まれながら衝突して両者の混合が促進され、液体であるガソリンは適正に気化されるために吸気通路２５の内壁面へ付着せず、前述と同様に、空気とガソリンと水素とが最適な混合状態で燃焼室１６に流入し、適正に点火することができる。
【００３１】
なお、ガソリンインジェクタ２６よりもインテークマニホールド２３の上流側に水素インジェクタ２７を配設した場合、水素をガソリンよりも高圧で噴射することが望ましい。これにより、高流速の水素噴流がガソリン噴霧を巻き込みながら吸気通路２５を通して燃焼室１６内に流入することとなり、空気とガソリンと水素との混合効率を更に向上することができ、この水素噴流によるガソリン噴霧のペネトレーションを短縮してガソリンの壁面付着を減少することができる。
【００３２】
このように実施例１の内燃機関及びその制御方法にあっては、吸気通路２５にガソリンを噴射するガソリンインジェクタ２６と、水素を噴射する水素インジェクタ２７とを装着し、水素噴射量ＱHが規定噴射量Ａ以下のときには、吸気バルブ２１の閉止時に、ガソリンインジェクタ２６及び水素インジェクタ２７を駆動制御して所定量のガソリン及び水素を吸気通路２３に噴射する一方、水素噴射量ＱHが規定噴射量Ａより多いときには、吸気バルブ２１の閉止時に、ガソリンインジェクタ２６を駆動制御して所定量のガソリンを吸気通路２３に噴射すると共に、吸気バルブ２１の開放時に、水素インジェクタ２７を駆動制御して所定量の水素を吸気通路２３に噴射するようにしている。
【００３３】
従って、エンジン１１が高負荷運転状態で、水素噴射量ＱHが多い場合には、吸気バルブ２１の閉止時に吸気通路２３にガソリンを噴射した後、吸気バルブ２１が開いてから吸気通路２３に水素を噴射する。そのため、吸気通路２３における吸気孔１７の近傍に高濃度の水素が滞留することがなくなり、燃焼室１６からの吸引力により水素がガソリンと共に適正に燃焼室に流入することとなり、過早着火によるノック発生やバックファイヤによる異常燃焼を確実に抑制することができ、安全性を向上することができる。
【００３４】
また、水素インジェクタ２７による水素の噴射位置を、ガソリンインジェクタ２６によるガソリンの噴射位置よりも燃焼室１６から遠方、つまり、吸気通路２３にて吸気流動方向の上流側とし、ガソリンインジェクタ２６から噴射されたガソリン噴霧と、水素インジェクタ２７から噴射された水素噴流とが互いに衝突するようにしている。
【００３５】
従って、吸気通路２５でガソリン噴霧と水素噴流とが衝突して両者の混合が促進され、液体燃料であるガソリンは確実に気化されることとなる。そのため、吸気通路２５の内壁面への付着を抑制することができ、空燃比を安定させて燃費を向上することができると共に、未燃のガソリンの排出量が減少して排気浄化効率を向上することができる。また、吸気通路２５で空気とガソリンと水素とが最適な混合状態なって燃焼室１６に流入するため、この混合気に含まれる水素は燃焼室１６の全域にわたって均一に分布することとなり、適正に点火して燃焼効率を向上することができる。その結果、主燃料のガソリンに対して副燃料の水素を用いた内燃機関にて、リーン運転領域を拡大することができる。
【実施例２】
【００３６】
図４は、本発明の実施例２にかかる内燃機関による燃料噴射制御を表すタイムチャート、図５は、実施例２の内燃機関における燃料噴射制御を表すフローチャートである。なお、前述した実施例で説明したものと同様の機能を有する部材には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
【００３７】
実施例２の内燃機関において、図４に示すように、ＥＣＵ３３は、ガソリンインジェクタ２６及び水素インジェクタ２７を駆動制御して所定量のガソリン及び水素を吸気バルブ２１の閉止時に噴射（吸気非同期噴射）する。一方、水素噴射量が予め設定された第１規定噴射量を超えるときには水素噴射量の半分を吸気バルブ２１の開放時に噴射（吸気半同期噴射）し、また、水素噴射量が予め設定された第２規定噴射量を超えるときには水素噴射量の全部を吸気バルブ２１の開放時に噴射（吸気同期噴射）するようにしている。
【００３８】
即ち、通常時は、吸気バルブ２１の閉止時の所定期間に、所定量のガソリンが吸気通路２５に噴射されると共に、それよりも短い期間で所定量の水素が吸気通路２５に噴射される。一方、水素の燃料噴射量が予め設定された第１規定噴射量Ｂより多かったとき（水素中量時）は、吸気バルブ２１の閉止時の所定期間に、所定量のガソリンが吸気通路２５に噴射されると共に、吸気バルブ２１の閉止時から開放時にかけて、それよりも短い期間で所定量の水素が吸気通路２５に噴射される。そして、水素の燃料噴射量が予め設定された第２規定噴射量Ｃより多かったとき（水素多量時）は、吸気バルブ２１の閉止時の所定期間に、所定量のガソリンが吸気通路２５に噴射されると共に、吸気バルブ２１の開放時に、所定量の水素が吸気通路２５に噴射される。なお、上述した第１規定噴射量Ｂ及び第２規定噴射量Ｃは予め実験等により求めた数値であり、多量の水素を吸気通路２５に噴射することで、過早着火やバックファイヤなどの現象を発生させない第１、第２限界値である。
【００３９】
ここで、実施例２の内燃機関及びその制御方法による燃料噴射制御を図５のフローチャートに基づいて説明する。
【００４０】
エンジン１１の燃料噴射制御において、図５に示すように、ステップＳ１１にて、ＥＣＵ３３は、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量ＱA、スロットル開度θなどのエンジン１１の運転状態に基づいてガソリン噴射量及び水素噴射量を設定し、ガソリン・水素吸気非同期噴射を実行する。即ち、吸気バルブ２１の閉止時の吸気行程で、ガソリンインジェクタ２６により吸気通路２５にガソリンを噴射すると共に、水素インジェクタ２７により吸気通路２５に水素を噴射する。このとき、水素インジェクタ２７に設けられた水素流量計は、実際の水素噴射量ＱHを計測してフィードバックしており、ステップＳ１２では、この実際の水素噴射量ＱHを読み込む。そして、ステップＳ１３にて、水素噴射量ＱHが予め設定された第１規定噴射量Ｂより多いかどうかを判定する。
【００４１】
このステップＳ１３にて、実際の水素噴射量ＱHが第１規定噴射量Ｂより多くなければ、ステップＳ１４に移行して、次の吸気行程で、前述したステップＳ１２と同様に、ガソリン・水素吸気非同期噴射を実行する。この場合、吸気バルブ２１の閉止時に、ガソリンと水素がほぼ同時に吸気通路２５に噴射され、ガソリン噴霧と水素噴流とが衝突して混合が促進され、吸気バルブ２１の開放時に、空気とガソリンと水素との最適な混合気が燃焼室１６に流入し、適正に点火することができる。
【００４２】
一方、ステップＳ１３にて、実際の水素噴射量ＱHが第１規定噴射量Ｂより多いときには、ステップＳ１５に移行し、水素噴射量ＱHが予め設定された第２規定噴射量Ｃより多いかどうかを判定する。このステップＳ１５にて、実際の水素噴射量ＱHが第２規定噴射量Ｃより多くなければ、ステップＳ１６に移行して、次の吸気行程で、ガソリン吸気非同期噴射及び水素吸気半同期噴射を実行する。この場合、吸気バルブ２１の閉止時にガソリンが吸気通路２５に噴射され、吸気バルブ２１の閉止時から開放時にかけて、つまり、吸気バルブ２１の閉止時と開放時に跨る所定期間に水素が吸気通路２５に噴射される。すると、吸気バルブ２１の閉止時に、吸気通路２５のガソリン噴霧に対して半分の水素噴流が衝突して両者の混合が促進された後、吸気バルブ２１の開放時に、残りの水素噴流がこの混合気に巻き込まれながら最適な混合状態で燃焼室１６に流入することとなり、この燃焼室１６で適正に点火することができる。
【００４３】
そして、ステップＳ１５にて、実際の水素噴射量ＱHが第２規定噴射量Ｃより多いときには、ステップＳ１７に移行して、次の吸気行程で、ガソリン吸気非同期噴射及び水素吸気同期噴射を実行する。この場合、吸気バルブ２１の閉止時にガソリンが吸気通路２５に噴射された後、吸気バルブ２１の開放時に水素が吸気通路２５に噴射され、ガソリン噴霧に水素噴流が巻き込まれながら衝突して混合が促進され、空気とガソリンと水素との最適な混合気が燃焼室１６に流入し、適正に点火することができる。
【００４４】
このように実施例２の内燃機関及びその制御方法にあっては、水素噴射量ＱHが第１規定噴射量Ｂ以下のときには、吸気バルブ２１の閉止時に、ガソリンインジェクタ２６及び水素インジェクタ２７を駆動制御して所定量のガソリン及び水素を吸気通路２３に噴射する一方、水素噴射量ＱHが第１規定噴射量Ｂより多く第２規定噴射量Ｃ以下のときには、吸気バルブ２１の閉止時に所定量のガソリンを吸気通路２３に噴射すると共に、吸気バルブ２１の閉止時から開放時にかけて所定量の水素を吸気通路２３に噴射し、水素噴射量ＱHが第２規定噴射量Ｃより多いときには、吸気バルブ２１の閉止時に所定量のガソリンを吸気通路２３に噴射すると共に、吸気バルブ２１の開放時に所定量の水素を吸気通路２３に噴射するようにしている。
【００４５】
従って、エンジン１１が高負荷運転状態で、水素噴射量ＱHが第１規定噴射量Ｂより多い水素中量時には、吸気バルブ２１の閉止時に吸気通路２３にガソリンを噴射すると共に半分の水素を噴射し、吸気バルブ２１が開いてから残りの水素を噴射するため、空気とガソリンと水素の混合を確実に行って十分な燃焼効率を確保することができる。また、水素噴射量ＱHが第２規定噴射量Ｃより多い水素多量時には、吸気バルブ２１の閉止時に吸気通路２３にガソリンを噴射した後、吸気バルブ２１が開いてから全ての水素を噴射するため、ガソリンと水素をスムースに燃焼室に流入して安定した燃焼状態を確保することができる。その結果、吸気通路２３における吸気孔１７の近傍に高濃度の水素が滞留することがなくなり、過早着火によるノック発生やバックファイヤによる異常燃焼を確実に抑制することができ、安全性を向上することができる。
【００４６】
なお、上述した各実施例では、水素インジェクタ２７のデリバリパイプ３０に設けられたフィードバック制御用の水素流量計を用い、この水素流量計が検出した実際の水素噴射量ＱHに基づいて水素の噴射時期を変更するようにしたが、エンジン回転数Ｎｅとスロットル開度θに基づいて設定した水素噴射量を用いて水素の噴射時期を変更するようにしてもよい。この場合、水素噴射量はエンジン１１の負荷の増加に応じて増量されるものであり、スロットル開度θに代えて筒内圧、体積効率、吸入空気量などを用いてもよい。また、エンジン回転数Ｎｅ、吸入空気量ＱA、スロットル開度θに基づいてガソリン噴射量や水素噴射量を設定してが、スロットル開度に代えてアクセル開度を用いてもよいものであり、エンジン形式や制御方法に応じて適当なものを用いればよいものである。
【００４７】
また、上述した実施例２では、水素噴射量ＱHが第１規定噴射量Ｂより多く第２規定噴射量Ｃ以下のときには、吸気バルブ２１の閉止時に半分の水素を噴射し、開放時に残り半分の水素を噴射するようにしたが、吸気バルブ２１の閉止時と開放時における水素噴射量の割合はこれに限らず、水素噴射量に応じて可変となるように設定してもよい。また、吸気バルブ２１の開放期間と排気バルブ２２の開放期間がオーバーラップしているときには、吸気バルブ２１が開放して排気バルブ２２が閉止してから水素を噴射することが望ましい。これにより、水素は吸気ポート１７からスムースに燃焼室１６に流入することができると共に、未燃分が排気ポート１８から排出されることはなく、空気とガソリンと水素を最適な混合状態で燃焼することができ、燃焼効率を向上することができる。
【００４８】
更に、ガソリンインジェクタ２６及び水素インジェクタ２７をインテークマニホールド２３に設け、ガソリン及び水素を吸気通路２５に噴射して空気と混合し、この混合気を吸気バルブ２１の開放時に燃焼室に流入するように構成したが、ガソリンインジェクタ２６を燃焼室１６に設け、ガソリンを燃焼室１６に直接噴射するようにしてもよい。そして、１つの吸気通路２５に対してガソリンインジェクタ２６と水素インジェクタ２７とを１つずつ設けたが、各インジェクタ２６，２７を複数設けてもよく、その装着位置も、ガソリンインジェクタ２６を上流側としたり、両者を並列に設けたりしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上のように、本発明にかかる内燃機関及びその制御方法は、ガソリン及び水素を燃料として燃焼室に供給し、水素量に応じてその噴射時期を変更するものであり、車両用エンジンに有用である。
【図面の簡単な説明】
【００５０】
【図１】本発明の実施例１にかかる内燃機関を表すエンジンの要部断面図である。
【図２】実施例１の内燃機関による燃料噴射制御のタイムチャートである。
【図３】実施例１の内燃機関による燃料噴射制御のフローチャートである。
【図４】実施例２の内燃機関による燃料噴射制御のタイムチャートである。
【図５】実施例２の内燃機関による燃料噴射制御のフローチャートである。
【符号の説明】
【００５１】
１１  エンジン
１６  燃焼室
１９  吸気ポート
２１  吸気バルブ
２５  吸気通路
２６  ガソリンインジェクタ（液体燃料噴射手段）
２７  水素インジェクタ（気体燃料噴射手段）
３３  電子制御ユニット、ＥＣＵ（燃料噴射量設定手段、燃料噴射制御手段）
３４  クランクポジションセンサ
３５  スロットルポジションセンサ
３６  エアーフローメータ
【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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