(57)【要約】【構成】  ＨＣＣＩエンジン１２の燃焼室に導入する燃料の反応性または空燃気の反応性を調節することによってＨＣＣＩエンジン１２の燃焼タイミングを制御する。空燃気の反応性をより強くすると、行程早期で燃焼が生じ、空燃気の反応性を低くすると、燃焼が遅延する。一つの実施態様では、吸気空燃気の反応性を、吸気空燃気を部分酸化する吸気システム２２、２４内の触媒２８を使用して調節する。別な実施態様では、エンジンに噴射する前に、触媒７０または非熱式プラズマ発生器７２に燃料の一部を流すことによって燃料の反応性を調節する。さらに別な実施態様では、エンジンに燃料を噴射する前に、燃料添加剤８２、８４を燃料に添加して、燃料の反応性を抑える。
2006503223.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法において、
空気源と上記エンジンの吸気ポートとの間に延設され、流路部とバイパス部とを有する吸気マニホルドの上記バイパス部に上記吸気マニホルドの上記バイパス部を流れる空燃気を酸化する触媒を配設し、
上記空気源と上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部との間の位置において燃料源を上記吸気マニホルドと流体連絡させ、
空気の連続流れを上記吸気マニホルドに導入し、
燃料を上記空気の連続流れに噴射して上記吸気マニホルド内に空燃気を生成し、
上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する手段を設け、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、そして
上記の少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に応答して、上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御することを特徴とするＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項２】
ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法において、
母体燃料源と上記エンジンの燃焼室と流体連絡する少なくとも一つの燃料導入ポートとの間に延設され、流路部とバイパス部とを有する燃料導管の上記バイパス部に上記燃料導管の上記バイパス部を流れる上記母体燃料の反応性を変更する手段を配設し、
上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段を設け、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、そして
上記の少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に応答して、上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる上記燃料の相対量を制御することを特徴とするＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項３】
流路部およびバイパス部を設けた燃料導管に、この燃料導管の上記バイパス部に触媒を配設した請求項２記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項４】
燃料導管に流路部およびバイパス部を設けた燃料導管に、この燃料導管の上記バイパス部に非熱式プラズマ発生器を配設した請求項２記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項５】
上記燃料導管のバイパス部に配設され、この燃料導管のバイパス部を流れる母体燃料の反応性を変更する上記手段が、上記燃料導管のバイパス部と制御自在に流体連絡する少なくとも一つの燃料添加剤の添加剤源を有し、上記燃料導管のバイパス部を流れる母体燃料の制御された部分に所定の添加剤を制御自在に混合する請求項２記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項６】
ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法において、
燃料源と上記エンジンの燃焼室と流体連絡する少なくとも一つの燃料導入ポートとの間に燃料導管を延設し、
上記燃料導管と制御自在に流体連絡する、燃料の反応性を変更する少なくとも一つの燃料添加剤源を設け、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、そして
上記の少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に応答して、上記燃料導管に導入される上記燃料添加剤の量を制御することを特徴とするＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項７】
燃料の反応性を変更する少なくとも一つの燃料添加剤源を設けるさいに、燃料の反応性を高くする第１燃料添加剤源および燃料の反応性を低くする第２燃料添加剤源を設け、上記燃料導管に導入される上記燃料添加剤の量を制御するさいに、上記の少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に応答して、第１燃料添加剤源および第２燃料添加剤源の一つから選択される燃料添加剤の量の制御を選択する請求項６記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法。
【請求項８】
ＨＣＣＩエンジンの燃焼室内に空燃気を導入する吸気ポートをもつＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置において、
空気源とＨＣＣＩエンジンの上記吸気ポートとの間に延設され、流路部とバイパス部とを有する吸気マニホルドと、
上記空気源と上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部との間の位置において上記吸気マニホルドと制御状態で流体連絡し、これによって、上記吸気マニホルドに噴射された燃料が空燃気を生成する燃料源と、
上記吸気マニホルドの上記バイパス部内に配設され、この吸気マニホルドの上記バイパス部を流れる空燃気を酸化する触媒と、
上記マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する手段と、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する手段と、そして
上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する上記手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記手段と電気的に連絡し、上記の検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記信号に応答して、上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する上記手段に制御信号を発信する電子制御装置とを有することを特徴とするＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項９】
上記触媒を、ゼオライト、銅、白金、パラジウム、ロジウムおよびこれらの混合体からなる群から選択した請求項８記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１０】
ＨＣＣＩエンジンの燃焼室と直接流体連絡する少なくとも一つの燃料噴射器を有するＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置において、
母体燃料源と少なくとも一つの燃料噴射器との間に延設され、流路部およびバイパス部を有し、このバイパス部内に、上記バイパス部を流れる母体燃料の反応性を変更する手段を設けた燃料導管と、
上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段と、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する手段と、そして
上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する上記手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出する上記手段と電気的に連絡し、上記の検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記信号に応答して、上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する上記手段に制御信号を発信する電子制御装置とを有することを特徴とするＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１１】
上記燃料導管の上記バイパス部内に配設され、この燃料導管の上記バイパス部を流れる上記母体燃料の反応性を変更する上記手段が還元触媒を有する請求項１０記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１２】
上記還元触媒をゼオライト、銅、白金、パラジウム、ロジウムおよびこれらの混合体からなる群から選択した請求項１１記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１３】
上記燃料導管の上記バイパス部内に配設され、この燃料導管の上記バイパス部を流れる上記母体燃料の反応性を変更する上記手段が非熱式プラズマ発生器を有する請求項１０記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１４】
上記非熱式プラズマ発生器がコロナ放電装置を有する請求項１３記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１５】
所定の反応性をもつ燃料源と少なくとも一つの燃料導入ポートとの間に延設された第１導管を有するＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置において、
混合時に、上記燃料の所定の反応性を変更できる組成をもつ少なくとも一つの燃料添加剤源と、
少なくとも一つの燃料添加剤源および上記燃料導管と制御された状態で流体連絡する第２導管と、
上記燃料添加剤源から第２導管を介して第１導管に流れる上記燃料添加剤の量を制御する手段と、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する手段と、そして
上記燃料添加剤源から第２導管を介して第１導管に流れる上記燃料添加剤の量を制御する上記手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する上記手段と電気的に連絡し、上記の検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記信号に応答して、第２導管を流れる燃料添加剤の量を制御する上記手段に制御信号を発信する電子制御装置とを有することを特徴とするＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１６】
少なくとも一つの燃料添加剤源が、上記燃料の上記所定の反応性を高くできる組成をもつ添加剤源を有する請求項１５記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１７】
上記燃料の上記所定の反応性を高くできる組成をもつ添加剤源が、ディーゼル燃料のセタン向上剤および点火加速剤として使用可能なエチル−ヘキシル−ナイトレートおよびアルキル−ナイトレート処理組成物からなる群から選択される少なくとも一つの添加剤からなる請求項１６記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１８】
上記の少なくとも一つの燃料添加剤源が、上記燃料の所定の反応性を低くできる組成をもつ添加剤源を有する請求項１５記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項１９】
上記燃料の所定の反応性を低くできる組成をもつ添加剤源が、テトラ−エチル−鉛を有する請求項１８記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項２０】
混合時に、上記燃料の所定の反応性を変更できる組成をもつ少なくとも一つの燃料添加剤源が、上記燃料の所定の反応性を高くできる組成をもつ第１燃料源と、そして上記燃料の所定の反応性を低くできる組成をもつ第２燃料源とを有する請求項１５記載のＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置。
【請求項２１】
少なくとも一つの燃焼室と、
この燃焼室内に空燃気を導入する吸気ポートと、
空気源と上記吸気ポートとの間に延設され、流路部とバイパス部とを有する吸気マニホルドと、
上記空気源と上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部との間の位置において上記吸気マニホルドと制御状態で流体連絡し、これによって、上記吸気マニホルドに上記位置において噴射された燃料が空燃気を生成する燃料源と、
上記吸気マニホルドの上記バイパス部内に配設され、この吸気マニホルドの上記バイパス部を流れる空燃気を酸化する触媒と、
上記マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する手段と、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する手段と、そして
上記吸気マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する上記手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する上記手段と電気的に連絡し、上記の検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記信号に応答して、上記マニホルドの上記流路部およびバイパス部を流れる上記空燃気の相対量を制御する上記手段に制御信号を発信する電子制御装置とを有することを特徴とするＨＣＣＩエンジン。
【請求項２２】
上記触媒を、ゼオライト、銅、白金、パラジウム、ロジウムおよびこれらの混合体からなる群から選択した請求項２１記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項２３】
少なくとも一つの燃焼室と、
この燃焼室と直接流体連絡する燃料噴射器と、
燃料源と、
この燃料源と上記燃料噴射器との間に延設され、流路部およびバイパス部を有し、このバイパス部内に、上記バイパス部を流れる燃料を分解する手段を設けた燃料導管と、
上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段と、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する手段と、そして
上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する上記手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出する上記手段と電気的に連絡し、上記の検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記信号に応答して、上記燃料導管の上記流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する上記手段に制御信号を発信する電子制御装置とを有することを特徴とするＨＣＣＩエンジン。
【請求項２４】
上記燃料導管の上記バイパス部内に配設され、この燃料導管の上記バイパス部を流れる上記燃料を分解する上記手段が還元触媒を有する請求項２３記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項２５】
上記還元触媒をゼオライト、銅、白金、パラジウム、ロジウムおよびこれらの混合体からなる群から選択した請求項２４記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項２６】
上記燃料導管の上記バイパス部内に配設され、この燃料導管の上記バイパス部を流れる上記燃料を分解する上記手段が非熱式プラズマ発生器を有する請求項２３記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項２７】
上記非熱式プラズマ発生器がコロナ放電装置を有する請求項２６記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項２８】
燃料導入ポートと、
所定の反応性をもつ燃料源と、
情景燃料導入ポートと上記燃料源との間に延設した第１導管と、
混合時に、上記燃料の所定の反応性を変更できる組成をもつ少なくとも一つの燃料添加剤源と、
少なくとも一つの燃料添加剤源および第１導管と制御された状態で流体連絡する第２導管と、
上記燃料添加剤源から第２導管を介して第１導管に流れる上記燃料添加剤の量を制御する手段と、
少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発生する手段と、そして
上記燃料添加剤源から第２導管を介して第１導管に流れる上記燃料添加剤の量を制御する上記手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する上記手段と電気的に連絡し、上記の検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ上記信号に応答して、第２導管を流れる燃料添加剤の量を制御する上記手段に制御信号を発信する電子制御装置とを有することを特徴とするＨＣＣＩエンジン。
【請求項２９】
少なくとも一つの燃料添加剤源が、上記燃料の上記所定の反応性を高くできる組成をもつ添加剤源を有する請求項２８記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項３０】
上記燃料の上記所定の反応性を高くできる組成をもつ添加剤源が、ディーゼル燃料のセタン向上剤および点火加速剤として使用可能なエチル−ヘキシル−ナイトレートおよびアルキル−ナイトレート処理組成物からなる群から選択される少なくとも一つの添加剤からなる請求項２９記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項３１】
上記の少なくとも一つの燃料添加剤源が、上記燃料の所定の反応性を低くできる組成をもつ添加剤源を有する請求項２８記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項３２】
上記燃料の所定の反応性を低くできる組成をもつ添加剤源が、テトラ−エチル−鉛を有する請求項３１記載のＨＣＣＩエンジン。
【請求項３３】
混合時に、上記燃料の所定の反応性を変更できる組成をもつ少なくとも一つの燃料添加剤源が、上記燃料の所定の反応性を高くできる組成をもつ第１燃料源と、そして上記燃料の所定の反応性を低くできる組成をもつ第２燃料源とを有する請求項２８記載のＨＣＣＩエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は全体としてＨＣＣＩエンジンの制御方法および制御装置に、特に、ＨＣＣＩ燃焼に使用される燃料、または空気/燃料混合物（混合気）の反応性を変更することによってＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミングを制御する制御方法および制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＨＣＣＩ（均質混合気圧縮点火）は、予め混合した混合気の熱力学的条件が燃焼開始に好適な条件になるまで、圧縮行程時にこの混合気の温度を高くする燃焼モードである。ＨＣＣＩ燃焼は、希薄な均質混合気がエンジン圧縮行程に向けて燃焼を開始した時点で生じる燃焼である。均質な混合気を発生するために、通常の自動車用ポート形燃料噴射器を用いるか、あるいは行程の初期に、即ち下死点（ＢＤＣ）付近で燃料をシリンダに直接噴射すればよい。混合気の熱力学的条件および温度/時間履歴については、予備的な発炎反応が発生するように正確でなければならない。ＨＣＣＩ燃焼は、希薄な混合気が複数の位置で燃焼するため、ピーク発炎温度がバルクガス温度と同じになるのが特徴である。通常のディーゼル拡散発炎燃焼に対してピーク発炎温度が低くなると、ＮＯｘ排出量が、従来の代表的なディーゼル燃焼のＮＯｘ排出量よりも９０％〜９８％小さくなる。
【０００３】
ＨＣＣＩ燃焼は制御が難しい。その主な理由は、各圧縮行程で燃焼の開始（ＳＯＣ）を正確かつ反復的に制御できないからである。条件が燃焼に向かない場合には、ミスファイヤが生じる。例えば、燃焼開始が早すぎると、圧縮行程で混合気が燃焼する結果、エンジンに損傷が発生することもあり、またサイクル効率が低くなる。また、早期ＳＯＣが生じると、次のエンジンサイクル時にガス温度が高くなり、これが再び早期ＳＯＣを招く。例えば、ＨＣＣＩ燃焼が発生するレベルまで吸気温度を高くするために、ＨＣＣＩエンジンの場合、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を使用している。
【０００４】
ところが、吸気温度制御による燃焼位相整合にはいくつかの固有な問題がある。第１に、吸気温度は制御作用が弱い。即ち、温度変化が大きくても、燃焼位相整合の変化はごく穏やかに過ぎない。第２に、吸気温度が高くなると、体積効率が低くなる上に、動力出力が小さくなる。第３に、吸気温度を完全に制御できたとしても、反応位相整合の制御はごくわずかに過ぎない。また、再循環排気ガスを使用して温度制御した場合には、排気ガスが希薄になり、これが燃焼速度に影響する。さらに、実際のエンジンで、吸気温度を制御することは難しい。ＨＣＣＩエンジンの場合、燃焼タイミングを効果的に制御できないため、動力出力および出力効率が低くなる。
【０００５】
Ｄａｎｉｅｌ  Ｗ．Ｄｉｃｋｅｙに１９９８年１１月１０日付けで特許が付与され、かつ本願発明の譲渡者に譲渡され、“ディーゼルエンジンにおけるＨＣＣＩ燃焼の制御装置および制御方法”を発明の名称とするＵＳＰ５，８３２，８８０には、水を噴射することによって各燃焼サイクルの圧縮行程時に、あるいは膨張行程時の初期に、燃焼の開始を調節することによってＨＣＣＩ燃焼を制御する制御装置および制御方法が開示されている。この公報に記載されている制御装置および制御方法の場合、ＨＣＣＩエンジンの燃焼開始を制御できるが、エンジンの燃焼室に水および燃料の両者を供給するために、車載吸水器、水ポンプ、配水装置および複式流体（ｄｕａｌ−ｆｌｕｉｄ）噴射器が必要である。これらの要請は、コストがかかり、またＨＣＣＩディーゼルエンジンの制御を複雑化する。
【特許文献１】ＵＳＰ５，８３２，８８０
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、従来のＨＣＣＩ燃焼の制御方法に関する上記問題を解決することを対象とするものである。即ち、吸気温度制御や水の噴射に頼らないＨＣＣＩ燃焼の制御方法および制御装置を実現することが望ましい。また、動力出力やエンジン効率に犠牲を強いることなく、あるいはエンジンにかなりのコストをかけることなく、ＨＣＣＩ燃焼を効果的に制御できる制御方法および制御装置を実現することが望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１態様によれば、本発明は、空気源とＨＣＣＩエンジンの吸気ポートとの間に延設され、流路部およびバイパス部を有する吸気マニホルドを利用する、ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法を提供するものである。このバイパス部内に、バイパス部を流れる空燃気を酸化する触媒を配設する。この態様による方法では、さらに、吸気マニホルドの流路部とバイパス部との間の位置で吸気マニホルドと流体連絡する燃料源を利用する。空気の連続流れを吸気マニホルドに導入する。この空気の連続流れに燃料を噴射し、吸気マニホルド内に空燃気を生成する。吸気マニホルドの流路部およびバイパス部を流れる空燃気の相対量を制御する手段を設ける。少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、このエンジン運転パラメータの検出値に応じて、吸気マニホルドの流路部およびバイパス部を流れる空燃気の相対量を制御する。
【０００８】
本発明の第２態様によれば、本発明は、燃料源から、ＨＣＣＩエンジンの燃焼室と流体連絡する少なくとも一つの燃料導入ポートまで延設した燃料導管を利用する、ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法を提供するものである。この燃料導管は、流路部およびバイパス部を有する。このバイパス部内には、流れる燃料を分解する手段を配設する。この態様による方法では、さらに、燃料導管の流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段を利用する。少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、このエンジン運転パラメータの検出値に応じて、燃料導管の流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する。
【０００９】
本発明の第３態様によれば、本発明は、空気源とＨＣＣＩエンジンの燃焼室と流体連絡する少なくとも一つの燃料導入ポートとの間に延設した燃料導管を利用する、ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法を提供するものである。この態様による方法では、さらに、燃料の反応性を変更する少なくとも一つの燃料添加剤源を利用する。この燃料添加剤源は、燃料導管と制御自在に流体連絡する。少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に応じて、燃料導管に導入される燃料添加剤の量を制御する。
【００１０】
本発明の第４態様によれば、本発明は、ＨＣＣＩエンジンの燃焼室内に空燃気を導入する吸気ポートを利用した、ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御装置を提供するものである。この態様による装置は、吸気マニホルドを空気源とＨＣＣＩエンジンの吸気ポートとの間に延設して構成する。この吸気マニホルドは、流路部およびバイパス部を有する。空気源とバイパス部との間の位置において吸気マニホルドと制御された状態で流体連絡するように燃料源を配設し、吸気マニホルドに導入された燃料が空燃気を生成する。バイパス部を流れる空燃気を酸化する触媒を吸気マニホルドのバイパス部内に配設する。この装置は、さらに、吸気マニホルドの流路部およびバイパス部を流れる空燃気の相対量を制御する手段、および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段を有する。この装置は、また、吸気マニホルドの流路部およびバイパス部を流れる空燃気の相対量を制御する手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段と電気的に連絡する電子制御装置を有する。そして、この電子制御装置が、検出エンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号に応答して、吸気マニホルドの流路部およびバイパス部を流れる空燃気の相対量を制御する手段に制御信号を発信する。
【００１１】
本発明の第５態様によれば、本発明は、ＨＣＣＩエンジンの燃焼室と直接流体連絡する少なくとも一つの燃料噴射器を有し、空気源とこの燃料噴射器との間に燃料導管を延設したＨＣＣＩエンジンの燃料タイミング制御装置を提供するものである。この燃料導管は、流路部およびバイパス部を有する。このバイパス部内に、流れる燃料を分解する手段を配設する。この態様による装置は、さらに、燃料導管の流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段、および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段を有する。この装置は、また、燃料導管の流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段と電気的に連絡する電子制御装置を有する。そして、この電子制御装置が、検出エンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号に応答して、燃料導管の流路部およびバイパス部を流れる燃料の相対量を制御する手段に制御信号を発信する。
【００１２】
本発明の第６態様によれば、本発明は、空気源と少なくとも一つの原料導入ポートとの間に第１導管を有し、混合時に、燃料の反応性を変更できる組成物をもつ少なくとも一つの燃料添加剤源を有するＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミングの制御装置を提供するものである。この態様による装置は、さらに、燃料添加剤源および燃料導管と制御された状態で流体連絡する第２導管を有する。第２導管を流れる燃料添加剤の量を制御する手段を設けるともに、少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段を設ける。この装置は、さらに、第２導管を流れる燃料添加剤の量を制御する手段および少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、検出されたエンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段と電気的に連絡する電子制御装置を有する。そして、この電子制御装置が、検出エンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号に応答して、第２燃料導管を流れる燃料の量を制御する手段に制御信号を発信する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、添付図面について、本発明の構成および運転を詳しく説明する。
【００１４】
本発明では、エンジンの燃焼室内に導入される燃料または空燃気の反応性を調節することによって燃焼位相整合を制御する有効な手段によってＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミングを調節する。空燃気の反応性をより高くする場合には、サイクルの初期で燃焼させ、また空燃気の反応性を抑える場合には、反応位相整合を遅延させる。本発明を実施するさいには、吸気の反応性をいくつかの方法の一つで調節することができる。これら方法それぞれについて、実施態様により以下説明する。
【００１５】
図１は、ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミングを制御する装置の一実施態様を示す概略図である。この実施態様の装置１０は、本発明に従ってＨＣＣＩエンジン１２の燃焼タイミングを制御するために好適な装置で、空気源１６と吸気ポート１８との間に吸気マニホルド１４を延設して構成する。なお、この吸気ポート１８により、エンジン１２の図示を省略した燃焼室内に空燃気を導入する。吸気マニホルド１４は、流路部２２とバイパス部２４とを有する。空気源１６とバイパス部２４との間にある位置において、通常の燃料噴射器４８か、あるいは図示を省略したスロットル噴射によって燃料源２６から燃料を導入し、この位置にある吸気マニホルド内で空燃気を形成する。
【００１６】
本発明では、バイパス部２４を流れる空燃気を酸化するのに好適な組成をもつ触媒２８を吸気マニホルド１４のバイパス部２４内に配設することが重要である。好適な触媒を例示のみを目的として挙げると、ゼオライト、銅、白金、パラジウム、ロジウムである。
【００１７】
本発明装置１０は、さらに、吸気マニホルド１４の流路部２２およびバイパス部２４を流れる空燃気の相対量を制御する手段３０、例えばモジュレート式三方向流量制御弁３２を有する。
【００１８】
また、本発明装置１０は、少なくとも一つのエンジン運転パラメータを検出し、この検出エンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号を発信する手段３４を有する。図示の実施態様では、この手段３４は、エンジンの運転を制御するためによく利用されているセンサ、例えばクランクシャフト位置センサ３６または排気ガス温度センサ３８を有する。クランクシャフト位置センサ３６および排気ガス温度センサ３８は、それぞれ検出エンジン運転パラメータ、即ち、それぞれエンジン運転速度および排気ガス温度に相関する各信号４０、４２を発信する。本発明装置１０は、さらに、通常のプログラム式電子制御装置４４を有し、この電子制御装置４４は、三方向流量制御弁３２と電気的に連絡するとともに、信号４０によってクランクシャフト位置センサ３６に、そして信号４２によって排気ガス温度センサ３８に電気的に連絡する。電子制御装置４４のプログラムについては、三方向流量制御弁３２を調節する制御信号４６を発信することによって、検出エンジン運転パラメータと相関関係をもつ信号４０、４２のいずれかあるいは両者、またはここでは具体的に示さない他のセンサ信号の検出値に応答して、吸気マニホルド１４の流路部２２およびバイパス部２４に流れる空燃気の相対量を調節するようになっている。
【００１９】
図示の実施態様の場合、燃料源２６は、モジュレート式三方向流量弁３２の上流位置にある吸気マニホルド１４内に燃料噴射器４８を配設して構成する。燃料ポンプ５２と燃料噴射器４８との間に燃料ライン５０を延設する。燃料ポンプ５２は、燃料タンク５４と流体連絡する。燃料ポンプ５２の運転については、電子制御装置４４からの制御信号５６によって制御する。そして、噴射タイミングおよび吸気マニホルド１４に噴射される燃料の量については、電子制御装置４４からの電気信号５６によって制御する。
【００２０】
次に、ＨＣＣＩエンジンの燃焼タイミング制御方法の第１実施態様を説明するが、部品番号は図１に示す装置１０と同じである。本発明方法では、吸気マニホルド１４を空気源１６とエンジン１０の吸気ポート１８との間に延設し、これに、流路部２２とバイパス部２４とを配設する。燃料源２６については、吸気マニホルド１４の流路部２２およびバイパス部２４を流れる空燃気の相対量を制御する手段３０になる、モジュレート式三方向流量制御弁３２と空気源１６との間にある位置において吸気マニホルド１４と流体連絡するように配設する。さらに、本発明方法では、空気の連続流れを吸気マニホルド１４に導入するとともに、この空気の連続流れに燃料を噴射し、吸気マニホルド１４内に空燃気を生成する。吸気マニホルド１４の流路部２２およびバイパス部２４を流れる空燃気の相対量については、上記と同様に、少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に応じて制御する。
【００２１】
次に、本発明の別な実施態様を説明するが、これら実施態様における構成部品は上記の第１実施態様と同じ番号である。なお、これら実施態様において第１実施態様と異なる、あるいは第１実施態様で使用しない部品については、異なる番号を付して説明する。
【００２２】
図２は、ＨＣＣＩエンジンにおける燃焼タイミング制御装置の第２実施態様の概略図である。この実施態様では、燃焼室に燃料を直接噴射するか、あるいはポート噴射を介して噴射する前に、母体燃料の反応性を変更することによって燃焼タイミングを制御する。図２に示す実施態様では、ＨＣＣＩエンジン１２´の燃焼タイミング制御装置１０´は、燃料源２６と燃料噴射器６０との間に燃料レール５８によって燃料導管６２を延設して構成する。この燃料導管６２は、流路部６４とバイパス部６６とを有する。モジュレート式三方向流量制御弁などの手段７４を設けて、燃料導管６２の流路部６４およびバイパス部６６を流れる燃料の相対量を制御する。このモジュレート式三方向流量制御弁７４については、その動作を電子制御装置４４からの信号７６によって制御する。この実施態様の電子制御装置４４のプログラムについては、それぞれクランクシャフト位置センサ３６および排気ガス温度センサ３８、または図示を省略した他のセンサからの信号の少なくとも一つを受信し、モジュレート式三方向流量制御弁７４に制御信号７６を発信することによって、燃料導管６２の流路部６４およびバイパス部６６を流れる燃料の相対量を制御するように構成する。
【００２３】
ここで重要なことは、バイパス部６６に、燃料導管６２のバイパス部６６を流れる母体燃料の反応性を変更する手段６８を内蔵させることである。この実施態様の図２に示す第１実施例では、バイパス部６６を流れる燃料の反応性を変更する手段６８は、好ましくはゼオライト、銅、白金、パラジウム、ロジウムおよびこれらの混合体からなる群から選択される還元触媒７０で構成する。この触媒７０は、比較的低い温度で酸化剤（空気ではない）の不在下において母体燃料の部分分解を促すことによって、噴射前に燃料の反応性を変更するものである。
【００２４】
図３に示す第２実施例では、燃料導管６２のバイパス部６６に内蔵させる手段６８´ととして、例えばコロナ放電装置などの非熱的プラズマ発生器７２を使用する。一例を挙げると、カリフォルニア州シャーマンオークのＬｉｔｅｘ社のＬｉｔｅｘ  ＣＤＤ（登録商標）で、以前はガソリン式自動車エンジンが発生する有害な排出物を抑制するために使用されていたものである。この非熱式プラズマ発生器７２は、エネルギーの高い低温電気放電を発生することによって、燃料ガスからエネルギー電子および遊離ラジカルを発生するものである。発生したこれら粒子が次に安定な粒子種に衝突し、酸化剤の不在下で分解を促す。あるいは、同様に、燃料の反応性を変更するために燃料導管６２のバイパス部６６に、他の非熱式プラズマ発生器、例えばストリーマ形ミクロ放電装置や誘電放電装置を利用することもできる。非熱式プラズマ発生器７２は、電子制御装置４４からの信号７６によって制御する。
【００２５】
図２および図３に示した実施例では、母体燃料の一部を触媒または非熱式プラズマで処理し、燃料を反応性のより強い、安定性のより低い分子に分解する。これら実施例では、燃料噴射器６０の先端部を図示の各燃焼室内に配設するか、あるいは各燃焼室の吸気ポートに設ける。通常の場合と同様に、燃料噴射器６０の作動、即ち開放、開放の持続および閉鎖は、電子制御装置４４からの信号２０によって制御する。
【００２６】
従って、図２および図３に示した装置１０´は、上記手段６８によって燃料導管６２のバイパス部６６を流れる母体燃料２６の反応性を変更することによってＨＣＣＩエンジン１２´の燃焼タイミングを制御するために使用するのが好適である。燃料導管６４の流路部６４およびバイパス部６６を流れる燃料の相対量については、エンジン運転パラメータと相関関係をもつ少なくとも一つの信号４０、４２に従って調節される電子制御装置４４から受信される制御信号７６に従って調節されるモジュレート式三方向流量制御弁７４の開閉動作によって制御する。
【００２７】
ＨＣＣＩエンジン１２´´の燃焼タイミングを調節する装置１０´´の第３実施態様では、一つかそれ以上の燃料添加剤を利用して、使用する一種の燃料の反応性を変更する。具体的には、装置１０´´の第１導管８０を燃料源２６および燃料噴射器６０と制御自在に流体連絡させる。この装置１０´´は、さらに、混合時に母体燃料２６の反応性を変更できる組成をもつ少なくとも一つの燃料添加剤の添加剤源８２/８４を有する。なお、よく知られているように、各種添加剤はごく少量の使用でも、燃料の反応性を変更できる。一般的にいって、ディーゼル燃料のセタン改良剤や点火加速剤として一般に使用されているエチル−ヘキシル−ナイトレートやアルキルナイトレート処理組成物などの反応性向上剤を使用すると、燃料の反応性を上げることが容易になる。また、テトラ−エチル−鉛などの燃料反応性低下剤を少量使用しても、燃料の反応性を下げることができる。
【００２８】
上記装置１０´´は、さらに、第２導管８６を介して第１導管８０に流れる燃料添加剤８２/８４の量を制御するモジュレート式四方向流量制御弁８８を有する。このモジュレート式四方向流量制御弁８８の開閉動作については、電子制御装置４４からの信号９０によって制御する。
【００２９】
本実施態様を実施するさいには、一次燃料ラインに燃料添加剤８２/８４を制御自在に導入することができる。なお、図４に示すように、添加剤の制御および分布をより改善するためには、第１導管８０に流路部９２およびバイパス部９４を設けるとともに、このバイパス部９４と四方向流量制御弁８８とを流体連絡することが望ましい。このように構成すると、バイパス部９４から排出される燃料２６と所定の添加剤を混合し、処理済み燃料と未処理燃料とをブレンドし、噴射前に所望の反応特性を実現することができる。
【００３０】
第１導管８０の流路部９２およびバイパス部９４を流れる燃料の相対量については、モジュレート式三方向流量制御弁９６によって制御する。また、このモジュレート式三方向流量制御弁９６の開閉動作については、電子制御装置４４からの制御信号９８によって調節する。四方向流量制御弁８８の開閉動作および調節を対象とする制御信号９０、および三方向流量制御弁９６の調節および開閉動作を対象とする制御信号９８は、センサ信号４０/４２によって得られる少なくとも一つのエンジン運転パラメータの検出値に従ってプログラム式電子制御装置４４が発生する。
【００３１】
以上、本発明をその好適な実施態様について説明してきたが、当業者ならば、上記装置および方法は、本発明を応用するための代表的な構成を例示するものであることを認識できるはずである。例えば、図２、図３および図４の実施態様に示すように、燃料噴射器については、燃焼室内に直接配設してもよく、あるいは各燃焼室への吸気ポートに配設してもよい。本発明装置の上記構成および本発明方法の応用はいずれも特許請求の範囲に包含されるものである。なお、本発明の上記以外の態様、特徴および作用効果については、特許請求の範囲とともに以上の説明および図面から理解できると考えられる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】ＨＣＣＩエンジンの燃焼室に空燃気の反応性を変更することによってＨＣＣＩ燃焼タイミングを制御する本発明の一実施態様を示す概略図である。
【図２】ＨＣＣＩエンジンの燃焼室内に噴射する前に、制御量の燃料を触媒に流すことによってＨＣＣＩ燃焼タイミングを制御する本発明の別な実施態様を示す概略図である。
【図３】ＨＣＣＩエンジンの燃焼室内に噴射する前に、制御量の燃料を非熱式プラズマ発生器に流すことによってＨＣＣＩ燃焼タイミングを制御する本発明のさらに別な実施態様を示す概略図である。
【図４】ＨＣＣＩエンジンに変更された燃料を導入する前に、燃料の反応性を変更する添加剤を混合することによってＨＣＣＩ燃焼タイミングを制御する本発明のさらに別な実施態様を示す概略図である。
【符号の説明】
【００３３】
１２：ＨＣＣＩエンジン、
２２、２４：吸気ポート、
２８：触媒、
７０：触媒、
７２：非熱式プラズマ発生器、
８２、８４：添加剤。
【図１】
2006503223.tif 000003
【図２】
2006503223.tif 000004
【図３】
2006503223.tif 000005
【図４】
2006503223.tif 000006
【国際調査報告】
2006503223.tif 000007