(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガソリンよりも自着火性の高い第１燃料と、ガソリンよりも燃焼速度の速い第２燃料と、第１燃料よりも自着火性が低く第２燃料よりも燃焼速度が遅い第３燃料とを含んだ混合気を燃焼室内に形成するように燃料を供給する供給手段と、
混合気に点火する点火手段と、
前記供給手段と前記点火手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、点火された混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように各燃料の供給割合を調整し、前記燃焼室内の混合気に前記点火手段によって点火することを特徴とするエンジン。
【請求項２】
各燃料を含んだ均質混合気を前記燃焼室全体に形成し、この均質混合気が前記点火手段によって点火されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
【請求項３】
前記制御手段は、エンジン負荷が低下するほど、第１燃料及び第２燃料の供給割合を増大させ、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項４】
エンジンが冷機状態にあるか否かを判定する冷機状態判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、エンジンが冷機状態にあると判定された場合に、暖機時よりも第１燃料及び第２燃料の供給割合を増大させ、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項２に記載のエンジン。
【請求項５】
火炎伝播燃焼が失火しているか否かを判定する火炎伝播燃焼失火判定手段を備え、
前記制御手段は、火炎伝播燃焼が失火している場合に、第１燃料及び第２燃料の供給割合を増大し、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項２から請求項４のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項６】
自着火燃焼が失火しているか否かを判定する自着火燃焼失火判定手段を備え、
前記制御手段は、自着火燃焼が失火している場合に、第１燃料の供給割合を増大し、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項７】
ノッキングが発生しているか否かを判定するノッキング判定手段を備え、
前記制御手段は、ノッキングが発生している場合に、第２燃料の供給割合を増大し、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項２から請求項６のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項８】
ノッキング発生時にノッキングの強度を判定するノッキング強度判定手段を備え、
前記制御手段は、基準値よりも強いノッキングが発生している場合に、第２燃料の供給割合を増大し、第１燃料及び第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項７に記載のエンジン。
【請求項９】
ピストンの移動により容積が変化する主燃焼室と、
容積が一定で主燃焼室と噴孔を介して連通する副燃焼室と、
ガソリンよりも自着火性の高い第１燃料を含んだ混合気を前記主燃焼室内に形成するとともに、ガソリンよりも燃焼速度の速い第２燃料を含んだ混合気を前記副燃焼室内に形成するように燃料を供給する供給手段と、
前記副燃焼室内に形成された第２燃料を含んだ均質混合気に点火する点火手段と、
前記供給手段と前記点火手段を制御する制御手段と、を備え、
前記制御手段は、前記点火手段によって点火された前記副燃焼室内の混合気の燃焼による火炎トーチに基づき前記主燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように、第１燃料と第２燃料の供給割合を調整することを特徴とするエンジン。
【請求項１０】
前記供給手段は、第１燃料よりも自着火性が低く、第２燃料よりも燃焼速度が遅い第３燃料を、第１燃料と第３燃料とを含んだ均質混合気が前記主燃焼室内に形成されるように前記主燃焼室内に供給することを特徴とする請求項９に記載のエンジン。
【請求項１１】
前記制御手段は、エンジン負荷が低下するほど、第１燃料の供給割合を増大させ、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項１０に記載のエンジン。
【請求項１２】
前記制御手段は、エンジン負荷が低下するほど、第２燃料の供給量を増大させることを特徴とする請求項１０又は請求項１１に記載のエンジン。
【請求項１３】
エンジンが冷機状態にあるか否かを判定する冷機状態判定手段をさらに備え、
前記制御手段は、エンジンが冷機状態にあると判定された場合に、暖機時よりも第１燃料の供給割合を増大させ、第３燃料の供給割合を減少させることを特徴とする請求項１０から請求項１２のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１４】
前記制御手段は、エンジンが冷機状態にあると判定された場合に、暖機時よりも第２燃料の供給量を増大させることを特徴とする請求項１３に記載のエンジン。
【請求項１５】
前記制御手段は、エンジン負荷が低下するほど、前記均質混合気の空気過剰率を増大させることを特徴とする請求項２から請求項１４のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１６】
前記制御手段は、エンジン運転状態が低負荷、低回転速度域にある場合に燃料供給割合を調整することを特徴とする請求項１から請求項１５のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１７】
エンジン負荷が低下するほど、有効圧縮比が増大するように吸気弁の閉時期をピストン下死点時期に近づけるバルブタイミング制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１６のいずれか一つに記載のエンジン。
【請求項１８】
エンジン負荷が低下するほど、エンジンの機械圧縮比を増大させる圧縮比可変機構をさらに備えることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一つに記載のエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火燃焼を行うエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
火花点火型のエンジンにおいて、低負荷時に混合気を希薄化することで、熱効率を向上させて燃料消費量を抑制することが知られている。燃焼安定性の観点から混合気の希薄化には限界があり、この限界を超えて混合気を希薄化すると、失火により燃焼が不安定となってエミッションが悪化する。
【０００３】
これまでにおいても、混合気の希薄燃焼域を低負荷側に拡大させるための多くの技術開発が進められてきた。近年においては、その１つとして、混合気をピストンの圧縮作用により自着火させる予混合圧縮着火燃焼（自着火燃焼）を採用したエンジンの開発、実用化が待たれている。この自着火燃焼については、上死点近傍での着火の制御や急峻な熱発生に起因する燃焼騒音の抑制等、実用化に至るまでに依然多くの技術的課題が残されている。
【０００４】
ここで、自着火燃焼に関する着火性の問題を解消するための技術として、特許文献１に記載のエンジンが知られている。
【０００５】
特許文献１に記載のエンジンでは、燃焼室内にガソリンの均質な混合気を形成するとともに、圧縮行程の上死点付近で比較的にオクタン価が高く自着火しにくい水素ガスを噴射して、点火プラグの周辺に水素ガスの混合気塊を形成する。そして、点火プラグによりこの混合気塊に点火して燃焼させる。この燃焼膨張によって、燃焼室内の未燃領域の混合気は圧縮され自着火する。
【特許文献１】特開２００４−０３６５３８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
特許文献１に記載のエンジンでは、混合気を自着火させることができるだけでなく、点火プラグによって点火時期を調整することで自着火燃焼の時期を制御することができるという利点がある。
【０００７】
しかしながら、特許文献１に記載のエンジンでは、点火プラグの周辺に水素ガスを局所的に分布させるため、エミッションに関して次のような問題がある。
【０００８】
すなわち、水素ガスの混合気塊を希薄なものとするには、点火プラグによる着火を確実なものとするうえで限界がある。このため混合気塊における水素ガスの濃度は比較的に高く設定する必要があり、その結果高温になる水素ガスの燃焼においてＮＯｘの生成が避けられず、エミッションが悪化する。また、未燃領域における混合気の圧縮が局所的に分布させた水素ガスの燃焼膨張によりなされるため、発火点に達した箇所から順次自着火が生じ、燃焼室全体で同時的に自着火を生じさせることが困難である。特に低負荷時においては、壁面近傍の領域で自着火を生じさせることができず、未燃成分の排出量を増大させてしまう。
【０００９】
そこで、本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、自着火燃焼の促進による高い熱効率の実現と、エミッションの低減とを両立できるエンジン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】
【００１０】
本発明のエンジンは、ガソリンよりも自着火性の高い第１燃料と、ガソリンよりも燃焼速度の速い第２燃料と、第１燃料よりも自着火性が低く第２燃料よりも燃焼速度が遅い第３燃料とを含んだ混合気を燃焼室内に形成するように燃料を供給する供給手段と、混合気に点火する点火手段と、供給手段と点火手段を制御する制御手段と、を備え、制御手段は、点火された混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように各燃料の供給割合を調整し、燃焼室内の混合気に点火手段によって点火することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するように、自着火性の高い第１燃料と燃焼速度の速い第２燃料との供給割合を調整するので、従来手法のように混合気塊を形成することなく自着火燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。そのため、混合気塊の形成に伴うエミッションの悪化を抑制できる。
【００１２】
また、本発明によれば、燃焼膨張による圧縮作用を燃焼室全体で速やかに生じさせることができる。そのため、第１燃料の作用による混合気の自着火を燃焼室全体で生じさせることができ、壁面近傍の領域からの未燃成分の排出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】
【００１３】
以下に図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。
【００１４】
（第１実施形態）
図１は、第１実施形態のエンジンの概略構成図である。
【００１５】
図１を参照すると、エンジン１００はシリンダブロック１１と、シリンダヘッド１２とを備える。
【００１６】
シリンダブロック１１には、シリンダ１９が形成される。ピストン１３は、シリンダ内に摺動自在に挿入される。そして、シリンダ１９の壁面と、ピストン１３と、シリンダヘッド１２の下面とによって燃焼室１４が形成される。
【００１７】
シリンダヘッド１２には、燃焼室１４の一側に連通する吸気通路１５の吸気ポート１５Ａが形成される。吸気ポート１５Ａには、吸気弁１６が設けられる。吸気弁１６が開弁した時に、エアクリーナにより粉塵等が除去された空気が燃焼室１４内に吸入される。
【００１８】
また、シリンダヘッド１２には、燃焼室１４の他側に連通する排気通路１７の排気ポート１７Ａが形成される。排気ポート１７Ａには、排気弁１８が設けられる。排気弁１８が開弁した時に、燃焼後の排気が燃焼室１４から排出される。
【００１９】
上記した吸気弁１６及び排気弁１８は、動弁装置１６１、１８１によってそれぞれ開閉される。この動弁装置１６１、１８１は、クランクシャフトに対する角位相が固定されたカムシャフトとして構成される。
【００２０】
そして、シリンダヘッド１２には、気筒中心線に近い中央部に燃料噴射弁２１が設置され、燃料噴射弁２１に隣接するように点火プラグ２５が設置される。エンジン１００では、燃料を供給するための手段として、燃料噴射弁２１の他に、燃料噴射弁２２、２３が設けられる。これら燃料噴射弁２２、２３は、いずれも吸気ポート内に燃料を噴射するようにシリンダヘッド１２に配置される。
【００２１】
燃料噴射弁２１〜２３には、それぞれ異なる性状の燃料が供給される。これら燃料噴射弁２１〜２３のうち、燃焼室１４から最も離れた位置に配置される燃料噴射弁２２には、第１燃料として自着火性の高いノルマルパラフィン（以下「ｎ−パラフィン」という。）が供給される。また、燃料噴射弁２２よりも燃焼室１４に近い位置に配置される燃料噴射弁２３には、第２燃料として燃焼速度の速い水素ガスが供給される。そして、シリンダヘッド１２の中央部に配置された燃料噴射弁２１には、第３燃料としてオクタン価の高いガソリンが供給される。燃焼速度は水素ガスが最も早く、ガソリン及びｎ−パラフィンではほぼ同等である。また、自着火性は、ｎ−パラフィンが最も高く、ガソリン、水素ガスの順で低くなる。
【００２２】
エンジン１００では、ｎ−パラフィン及び水素ガスはいずれもガソリンを原燃料として得られる。ガソリンは、燃料タンク３１に貯蔵される。燃料タンク３１には、低圧燃料ポンプ３２が設けられる。燃料タンク内のガソリンは、低圧燃料ポンプ３２により吸い上げられ、燃料分離器３３に供給される。
【００２３】
燃料分離器３３では、ガソリン中のｎ−パラフィン成分が膜分離される。分離されたｎ−パラフィン成分は、燃料改質器３４に供給される。
【００２４】
燃料改質器３４は、触媒による脱水素反応によりｎ−パラフィン成分から水素を取り出す装置として構成される。燃料改質器３４に供給されたｎ−パラフィン成分のうち、一部がこの脱水素反応に用いられ、それ以外は燃料改質器３４を通過して燃料噴射弁２２に供給される。燃料改質器３４では、供給されたｎ−パラフィン成分の一部から水素が分離され、水素ガスが取り出される。水素ガスは、ガス燃料ポンプ３５により燃料噴射弁２３に供給される。脱水素反応に用いられたｎ−パラフィン成分は、水素が分離されることによりアロマ成分に代表される自着火性の低い燃料に変質する。脱水素反応後のアロマ成分は、燃料分離器３３に戻され、ｎ−パラフィン成分が膜分離された残りのガソリンとともに高圧燃料ポンプ３６により燃料噴射弁２１に供給される。
【００２５】
上記した燃料噴射弁２１〜２３及び点火プラグ２５の動作は、エンジン制御ユニット（以下「ＥＣＵ」という）４１からの信号によって制御される。ＥＣＵ４１には、エンジン運転状態を示す検出信号として、運転者によるアクセルペダルの操作量を検出するアクセルセンサ５１からの信号、クランク角センサ５２からの基準クランク角及び単位クランク角毎の信号、及びエンジン冷却水の温度を検出する温度センサ５３からの信号等が入力される。ＥＣＵ４１は、入力した各種の信号に基づいてエンジン制御に関する所定の演算を実行するとともに、燃料噴射弁２１〜２３及び点火プラグ２５を含む各種のエンジン制御デバイスに対し、これらの動作を制御するための指令信号を出力する。
【００２６】
ＥＣＵ４１の動作について、図２を参照して説明する。図２は、ＥＣＵ４１による燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【００２７】
ステップＳ１０１では、ＥＣＵ４１は、エンジン運転状態としてアクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転数Ｎｅ及び冷却水温度Ｔｗを読み込む。アクセル開度ＡＰＯは、アクセルセンサ５１によって検出されたアクセルペダルの操作量に基づいて算出される。また、エンジン回転数Ｎｅは、クランク角センサ５２からの信号に基づいて算出される。
【００２８】
ステップＳ１０２では、ＥＣＵ４１は、読み込んだ運転状態に基づいてエンジン運転状態が属する領域を判定する。この判定は、図３に示すような運転領域マップを参照して行う。この運転領域マップは、実験等の結果に基づいて予め作成してＥＣＵ４１に記憶させたものである。エンジン運転状態が低負荷・低回転速度域の領域Ａにあるときは、３つの燃料噴射弁２１〜２３を使用して希薄な均質混合気を燃焼室内に形成する。均質な混合気を形成するために、燃料噴射弁２１は吸気行程中にガソリンを噴射し、燃料噴射弁２２、２３は排気行程中にｎ−パラフィン、水素ガスを噴射する。これに対して、エンジン運転状態が高負荷又は高回転速度域の領域Ｂにあるときは、吸気行程中に燃料噴射弁２１によりガソリンを燃焼室内に直接噴射し、理論空燃比の均質混合気を燃焼室内に形成する。
【００２９】
図２に戻り、ステップＳ１０３では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２２によるｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ１をエンジン運転状態に応じて演算する。エンジン運転状態が領域Ｂにある場合は、ガソリンを供給する燃料噴射弁２１以外の燃料噴射弁２２、２３の作動を停止させるため、噴射量Ｑｆ１はゼロに設定される。
【００３０】
ステップＳ１０４では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２３による水素ガスの噴射量Ｑｆ２をエンジン運転状態に応じて演算する。エンジン運転状態が領域Ｂにある場合は、ステップＳ１０３の場合と同じ理由から、噴射量Ｑｆ２はゼロに設定される。
【００３１】
ステップＳ１０５では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２１によるガソリンの噴射量Ｑｆ３をエンジン運転状態に応じて演算する。
【００３２】
ステップＳ１０６では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２２を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Ｑｆ１のｎ−パラフィンを吸気ポート内に噴射させる。
【００３３】
ステップＳ１０７では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２３を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Ｑｆ２の水素ガスを吸気ポート内に噴射させる。
【００３４】
ステップＳ１０８では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２１を吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Ｑｆ３のガソリンを燃焼室内に噴射させる。
【００３５】
次に、図４及び図５を参照して、低負荷・低回転速度域の領域Ａにおいて燃料噴射弁２１〜２３から噴射された各燃料によって形成される混合気について説明する。
【００３６】
図４（Ａ）は、エンジン１００に供給される燃料の総噴射量Ｑｔｏｔａｌにおけるｎ−パラフィン、水素ガス及びガソリンの各発熱量（Ｊ）の比率（供給割合）Ｆｆｒａｃを示す。また、図４（Ｂ）は、エンジン負荷Ｌｄと、混合気全体としての空気過剰率Ｌａｍｄとの関係を示す。
【００３７】
エンジン１００では、図４（Ｂ）に示すように、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど、空気過剰率Ｌａｍｄを増大させて、より希薄な均質混合気を燃焼室内に形成する。各燃料の比率Ｆｆｒａｃについては、図４（Ａ）に示すように、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど、ｎ−パラフィン及び水素ガスの比率を増大させるとともに、ガソリンの比率を減少させる。
【００３８】
例えば、エンジン負荷Ｌｄが低負荷Ｌｄ１の時は、空気過剰率Ｌａｍｄが３となるように燃料の総噴射量が決定される。この場合には、水素ガスの供給割合Ｆｆｒａｃが０．４に設定され、ｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃが０．６に設定される。これに対して、エンジン負荷Ｌｄが高負荷Ｌｄ２の時は、空気過剰率Ｌａｍｄが２となるように燃料の総噴射量が決定される。この場合には、水素ガスの供給割合Ｆｆｒａｃが０．３、ｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃが０．２１、ガソリンの供給割合Ｆｆｒａｃが０．４９に設定される。
【００３９】
図５は、図４（Ａ）に示した各燃料の供給割合Ｆｆｒａｃを、発熱量（Ｊ）に相関する燃料噴射量Ｑｆに換算したものである。
【００４０】
エンジン負荷Ｌｄが低下するほど空気過剰率Ｌａｍｄを増大させることから、燃料の総噴射量Ｑｔｏｔａｌは、図５に示す発熱量に相関する燃料噴射量Ｑｆから分かるように、エンジン負荷Ｌｄの低下に伴って減少する。しかしながら、エンジン負荷Ｌｄの低下に対してｎ−パラフィン及び水素ガスの供給割合を増大させるため、これら噴射量Ｑｆ１、Ｑｆ２はエンジン負荷Ｌｄの低下によらず増大する。領域Ａでは燃焼特性の異なる３種類の燃料の供給割合を調整するので、全体としての燃料の濃度を維持しながら、換言すればエンジン出力を維持しながら、混合気の自着火性や燃焼速度を調整でき、所望の特性の燃焼を実現することが可能となる。
【００４１】
なお、図５に示すように、エンジン負荷Ｌｄが増大するほどｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ１を減少させることで、ノッキングの発生が抑制される。また、エンジン負荷Ｌｄが増大すると、燃料の総噴射量Ｑｔｏｔａｌも増大するので、水素ガスによらずとも着火を安定させることが可能となるため、エンジン負荷Ｌｄの増大に対して水素ガスの噴射量Ｑｆ２を減少させる。そのため領域Ａでは、エンジン負荷Ｌｄの増大に応じ、自着火燃焼を促進させた形態の燃焼から火花点火燃焼に徐々に移行することとなる。
【００４２】
低負荷・低回転速度域の領域Ａにおいて燃焼室内に形成された混合気の燃焼は、次のように達成される。
【００４３】
エンジン運転状態が領域Ａにある場合には、自着火性の高いｎ−パラフィンと燃焼速度の速い水素ガスとが、ガソリンとともに燃焼室１４全体に拡散され、均質な混合気が形成される。この均質混合気は、自着火性が高くかつ燃焼速度の速いものとなる。この均質混合気が点火プラグ２５によって点火されると、燃焼速度の速い水素ガスの作用によって混合気は希薄状態にあっても火炎伝播燃焼し、燃焼室内の混合気に火炎が拡大する。このように火炎伝播燃焼している間に、未燃部分の混合気は燃焼膨張によって圧縮され、自着火性の高いｎ−パラフィンの作用によって自着火燃焼に至る。このようにエンジン１００では、燃焼室内の均質な混合気は燃焼前半において火炎伝播燃焼し、燃焼後半において自着火燃焼するのである。
【００４４】
エンジン運転状態が高負荷又は高回転速度域の領域Ｂにある場合には、燃焼室内に形成された理論空燃比の均質混合気は、点火プラグ２５によって点火されて火炎伝播燃焼する。
【００４５】
以上により、本実施形態のエンジン１００では、下記の効果を得ることができる。
【００４６】
エンジン１００では、自着火性の高いｎ−パラフィンと、燃焼速度の速い水素ガスとを含んだ均質な混合気を、点火された混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するようなｎ−パラフィンと水素ガスの供給割合に調整した上で形成する。この均質混合気に対して点火プラグ２５により外部エネルギーを供給し、水素ガスの作用によって混合気を火炎伝播燃焼させ、燃焼膨張により混合気を圧縮して、自着火性の高いｎ−パラフィンの作用によって混合気を自着火させる。このように混合気の自着火燃焼を促進するので、低負荷時においても安定して自着火燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００４７】
また、エンジン１００では、点火プラグ２５によって希薄な均質混合気に点火するが、水素ガスはガソリンと比較して燃焼速度の速い燃料であるので、水素ガスの作用によって、混合気を失火させることなく燃焼させることができる。そのため、従来手法のように燃料の濃い混合気塊を形成して自着火させる必要がなく、エミッションの悪化を抑制できる。
【００４８】
さらに、燃焼速度の速い水素ガスの作用によって、燃焼した混合気の火炎が燃焼室全体に速やかに拡大する。そのため燃焼膨張による圧縮作用を、燃焼室１４の壁面に近い領域を含め燃焼室全体で速やかに得ることができる。これにより、燃焼室全体で混合気を自着火燃焼させることができ、未燃成分の排出を抑制することができる。
【００４９】
なお、燃料の総噴射量Ｑｔｏｔａｌにおけるｎ−パラフィン及び水素ガスの供給割合Ｆｆｒａｃは、冷却水温度Ｔｗに応じて変更してもよい。図４（Ａ）の二点鎖線に示すように冷却水温度Ｔｗが低い冷機時は、実線で示す暖機完了後の場合よりもｎ−パラフィン及び水素ガスの供給割合Ｆｆｒａｃを増大させる。これにより、エンジン１００の暖機状態によらず、混合気の燃焼速度及び自着火性を維持し、燃焼を安定させることができる。
【００５０】
また、各燃料の供給割合Ｆｆｒａｃは、エンジン負荷Ｌｄの低下に対して直線的に増加させるばかりでなく、図６（Ａ）及び図６（Ｂ）に示すように二次関数的に増加させてもよい。図６（Ａ）は、ｎ−パラフィン及び水素ガスのそれぞれの供給割合において、エンジン１００の負荷Ｌｄが低下するほど、エンジン負荷Ｌｄの単位変化量当たりの増加量を増大させたものである。
【００５１】
（第２実施形態）
図７は、第２実施形態のエンジン１００の概略構成図である。第２実施形態のエンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様である。ここでは、第１実施形態と異なる部分又は部品について説明する。共通の部分等については、同一の符合を付して説明を省略する。
【００５２】
第２実施形態のエンジン１００は、燃焼室及び燃料系の構成において、第１実施形態と相違する。
【００５３】
すなわち、エンジン１００では、シリンダヘッド１２とピストン１３とにより隔てられる主燃焼室１４１と、この主燃焼室１４１と噴孔１４２ａ以外の部分で隔てられた容積が一定の副燃焼室１４２とが形成される。副燃焼室１４２は、副燃焼室内の混合気の燃焼により、噴孔１４２ａから主燃焼室１４１内に噴出する火炎トーチを形成するためのものである。
【００５４】
また、エンジン１００では、燃料を供給するための手段として、気筒中心線に近いシリンダヘッド１２の中央部に燃料噴射弁２３が設置される。この燃料噴射弁２３は、副燃焼室１４２に燃焼速度の速い水素ガスを噴射する。また、燃料噴射弁２１、２２は、いずれも吸気通路１５の吸気ポート内に燃料を噴射するようにシリンダヘッド１２に配置される。
燃料噴射弁２１は、オクタン価の高いガソリンを噴射する。燃料噴射弁２２は、自着火性の高いｎ−パラフィンを噴射する。
【００５５】
なお、ｎ−パラフィン及び水素ガスはいずれもガソリンを原燃料として得られるものであり、原燃料としてのガソリンが燃料タンク３１に貯蔵されていることは、第１実施形態と同様である。
【００５６】
図８は、ＥＣＵ４１による燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【００５７】
ステップＳ２０１では、ＥＣＵ４１は、エンジン運転状態としてアクセル開度ＡＰＯ、エンジン回転数Ｎｅ及び冷却水温度Ｔｗを読み込む。
【００５８】
ステップＳ２０２では、ＥＣＵ４１は、読み込んだ運転状態に基づいてエンジン運転状態が属する領域を判定する。
【００５９】
エンジン運転状態が図３の低負荷・低回転速度域の領域Ａにあるときは、燃料噴射弁２１、２２を使用して主燃焼室内にガソリンとｎ−パラフィンを含む希薄な均質混合気を形成するとともに、燃料噴射弁２３によって副燃焼室内に水素ガスを噴射する。圧縮行程において、ピストン１３の上昇に伴って主燃焼室１４１に形成された希薄な均質混合気が副燃焼室内に流入するので、副燃焼室内にはｎ−パラフィンとガソリンと水素ガスの混合気が形成される。
【００６０】
これに対して、エンジン運転状態が高負荷又は高回転速度域の領域Ｂにあるときは、燃料噴射弁２１のみを使用して理論空燃比の均質混合気を主燃焼室内に形成する。
【００６１】
ステップＳ２０３では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２２によるｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ４をエンジン運転状態に応じて演算する。なお、エンジン運転状態が領域Ｂにある場合は、噴射量Ｑｆ４はゼロに設定される。
【００６２】
ステップＳ２０４では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２３による水素ガスの噴射量Ｑｆ５をエンジン運転状態に応じて演算する。なお、エンジン運転状態が領域Ｂにある場合は、噴射量Ｑｆ５はゼロに設定される。
【００６３】
ステップＳ２０５では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２１によるガソリンの噴射量Ｑｆ６をエンジン運転状態に応じて演算する。
【００６４】
ステップＳ２０６では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２２を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Ｑｆ４のｎ−パラフィンを吸気ポート内に噴射させる。
【００６５】
ステップＳ２０７では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２３を圧縮行程中の所定時期に駆動して噴射量Ｑｆ５の水素ガスを副燃焼室内に噴射させる。
【００６６】
ステップＳ２０８では、ＥＣＵ４１は、燃料噴射弁２１を排気行程や吸気行程中の所定時期に駆動して噴射量Ｑｆ６のガソリンを吸気ポート内に噴射させる。
【００６７】
次に、図９及び図１０を参照して、領域Ａにおいて、燃料噴射弁２１、２２から噴射されたガソリン及びｎ−パラフィンによって主燃焼室内に形成される混合気について説明する。また、図１１を参照して、副燃焼室内に噴射される水素ガスについて説明する。
【００６８】
図９（Ａ）は、エンジン１００に供給されるｎ−パラフィン及びガソリンの総噴射量Ｑｔｏｔａｌにおける各燃料の供給割合（発熱量の比率）Ｆｆｒａｃを示す。また、図９（Ｂ）は、エンジン負荷Ｌｄと混合気全体としての空気過剰率Ｌａｍｄとの関係を示す。
【００６９】
エンジン１００では、図９（Ｂ）に示すように、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど空気過剰率Ｌａｍｄを増大させる。これにより、希薄な均質混合気による燃焼を行わせる。この混合気において、ｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃは、図９（Ａ）に示すように、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど増大させる。これとは逆にガソリンの供給割合Ｆｆｒａｃは、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど減少させる。例えば、高負荷時Ｌｄ２には、ｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃが０．３、ガソリンの供給割合Ｆｆｒａｃが０．７に設定される。これに対して低負荷時Ｌｄ１には、ｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃが１．０、ガソリンの供給割合Ｆｆｒａｃが０に設定される。
【００７０】
図１０は、図９（Ａ）に示す各燃料の供給割合Ｆｆｒａｃを、発熱量に相関する燃料噴射量Ｑｆに換算したものである。
【００７１】
エンジン負荷Ｌｄが低下するほど空気過剰率Ｌａｍｄを増大させることから、燃料の総噴射量Ｑｔｏｔａｌは、図１０に示すようにエンジン負荷Ｌｄの低下に対して減少させる。しかしながら、エンジン負荷Ｌｄの低下に対してｎ−パラフィンの比率を増大させることから、ｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ４は、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど増大する。これにより主燃焼室１４１に形成される均質混合気では、ｎ−パラフィンの作用により得られる自着火性を調整することができる。
【００７２】
副燃焼室１４２に噴射される水素ガスの噴射量Ｑｆ５は、図１１に示すようにエンジン負荷Ｌｄに応じて調整される。水素ガスの噴射量Ｑｆ５は、エンジン負荷Ｌｄが低下するほど増大させる。この水素ガスの作用によって、副燃焼室に形成される混合気の燃焼速度を調整することができる。
【００７３】
本実施形態のエンジン１００では、次のように燃焼が達成される。
【００７４】
エンジン運転状態が領域Ａにある場合は、自着火性の高いｎ−パラフィンがガソリンとともに主燃焼室全体に拡散され、均質な混合気が形成される。圧縮行程において、ピストン１３の上昇に伴って主燃焼室内の混合気が噴孔１４２ａを介して副燃焼室に流入する。副燃焼室１４２に流入する主燃焼室内の混合気が希薄であることから、着火性を確保するため、副燃焼室内に燃焼速度の速い水素ガスを供給する。副燃焼室内の混合気に対して点火プラグ２５により外部エネルギーが供給されると、主燃焼室１４１から副燃焼室１４２に流入する混合気が希薄であっても、水素ガスの作用によって副燃焼室内の混合気は火炎伝播燃焼する。この燃焼により、噴孔１４２ａから主燃焼室１４１に噴出する火炎トーチが形成される。燃焼速度の速い水素ガスによる火炎トーチは、主燃焼室全体に速やかに拡大する。自着火性の高いｎ−パラフィンと燃焼速度の速い水素ガスの供給割合は、水素ガスによる火炎トーチにより主燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼した後に自着火燃焼するような供給割合に調整されている。したがって、主燃焼室内の均質混合気は、この火炎トーチによって点火されて火炎伝播燃焼し、燃焼膨張によって自着火燃焼する。
【００７５】
エンジン運転状態が領域Ｂにある場合は、燃料噴射弁２１により理論空燃比相当量のガソリンを噴射し、主燃焼室１４１に理論空燃比の均質混合気を形成する。圧縮行程において、この均質混合気の一部が噴孔１４２ａを介して副燃焼室１４２に流入する。点火プラグ２５によって副燃焼室１４２内の混合気に外部エネルギーを供給することで、副燃焼室内の混合気を燃焼させる。これにより、噴孔１４２ａから主燃焼室内に火炎トーチが噴出し、この火炎トーチによって主燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼する。
【００７６】
以上により、本実施形態のエンジン１００では、下記の効果を得ることができる。
【００７７】
エンジン１００では、副燃焼室１４２の噴孔１４２ａからの火炎トーチによって燃焼室内に形成された均質混合気に点火する。この混合気はｎ−パラフィンの作用によって自着火性が促進されているので、エンジン１００では安定して自着火燃焼させることができ、高い熱効率を実現することができる。
【００７８】
また、ｎ−パラフィンは自着火性の高い燃料であるので、混合気を自着火燃焼させるために強い火炎トーチを形成する必要がない。そのため、火炎トーチによる主焼燃室内の乱れを抑制でき、冷却損失による熱効率の低下を回避できる。
【００７９】
さらに、副燃焼室１４２に燃焼速度の速い水素ガスを供給することで、副燃焼室内の混合気の着火性を向上させ、より安定した燃焼を実現することができる。エンジン負荷Ｌｄの低下に対して水素ガスの噴射量Ｑｆ５を増大させるので、エンジン負荷Ｌｄによらず着火性を維持でき、主燃焼室内の混合気を安定して自着火燃焼させることができる。
【００８０】
なお、第１実施形態と同様に、燃料の総噴射量Ｑｔｏｔａｌにおけるｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃは、冷却水温度Ｔｗに応じて変更してもよい。図９の二点鎖線に示すように、冷却水温度Ｔｗが低い冷機時は、実線で示す暖機完了後の場合よりもｎ−パラフィンの供給割合Ｆｆｒａｃを増大させる。また冷機時には、ｎ−パラフィンの供給割合を変更することに加えて、又はこれに代えて、図１１の二点鎖線に示すように水素ガスの噴射量Ｑｆ５を増大してもよい。
【００８１】
（第３実施形態）
図１２は、第３実施形態のエンジン１００の概略構成図である。
【００８２】
第３実施形態のエンジン１００の基本構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、領域Ａでの燃焼がより安定するように燃料噴射制御する点において相違する。つまり、混合気の燃焼状態に応じて各燃料の噴射量を補正するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００８３】
図１２に示すように、エンジン１００は、筒内圧センサ５４とノックセンサ５５とを備える。
【００８４】
筒内圧センサ５４は、シリンダブロック１１に設けられ、燃焼室内の圧力（筒内圧）を検出する。筒内圧センサ５４の検出信号は、ＥＣＵ４１に入力する。
【００８５】
ノックセンサ５５は、シリンダブロック１１に設置される。ノックセンサ５５は、エンジン本体に生じる振動を検出する。ノックセンサ５５の検出信号は、ＥＣＵ４１に入力する。
【００８６】
ＥＣＵ４１は、筒内圧センサ５４やノックセンサ５５の検出信号に基づいて、低負荷・低回転速度域の領域Ａでの混合気の燃焼状態を判定し、その燃焼状態に応じて各燃料の噴射量Ｑｆ１〜Ｑｆ３を補正する。そこで、領域ＡにおいてＥＣＵ４１が実行する燃料噴射量の補正制御について、図１３〜図１５を参照して説明する。
【００８７】
図１３は、ＥＣＵ４１が実行する燃料噴射量の補正制御を示すフローチャートである。この制御は、エンジン運転状態が領域Ａにある時に、一定周期、例えば１０ミリ秒周期で実施される。
【００８８】
ステップＳ３０１では、ＥＣＵ４１は、エンジン運転状態として筒内圧Ｐと、ノックレベルＮを読み込む。筒内圧Ｐは、筒内圧センサ５４からの検出信号に基づいて算出される。また、ノックレベルＮは、ノックセンサ５５によって検出された振動量に基づいて算出される。算出された筒内圧ＰとノックレベルＮは、例えば時間に対する値（波形）として記憶しておき、後述の各ステップでは、火炎伝播燃焼している時期や自着火燃焼している時期の筒内圧ＰとノックレベルＮが読み込まれる。
【００８９】
ステップＳ３０２では、ＥＣＵ４１は、燃焼室内の混合気が火炎伝播燃焼しているときの筒内圧ＰAが基準圧力Ｐ1よりも小さいか否かを判定する。そして、筒内圧ＰAが基準圧力Ｐ1よりも小さい場合には、燃焼前半における火炎伝播燃焼が失火していると判定して、処理をステップＳ３０３に移行する。これに対して、筒内圧ＰAが基準圧力Ｐ1よりも大きい場合には、火炎伝播燃焼していると判定して、処理をステップＳ３０４に移行する。
【００９０】
なお、火炎伝播燃焼しているときの筒内圧ＰAとしては、膨張行程におけるピストン上死点近傍の筒内圧を検出する。
【００９１】
ステップＳ３０３では、ＥＣＵ４１は、火炎伝播燃焼の失火を抑制するために火炎伝播燃焼失火時制御を実行する。この火炎伝播燃焼失火時制御については、図１４（Ａ）を参照して後述する。
【００９２】
ステップＳ３０４では、ＥＣＵ４１は、燃焼室内の混合気が自着火燃焼しているときの筒内圧ＰBが基準圧力Ｐ2よりも小さいか否かを判定する。基準圧力Ｐ2は、上記した基準圧力Ｐ1よりも大きい値である。そして、筒内圧ＰBが基準圧力Ｐ2よりも小さい場合には、燃焼後半における自着火燃焼が失火していると判定して、処理をステップＳ３０５に移行する。これに対して、筒内圧ＰBが基準圧力Ｐ2よりも大きい場合には、自着火燃焼していると判定して、処理をステップＳ３０６に移行する。
【００９３】
なお、自着火燃焼しているときの筒内圧ＰBとしては、膨張行程におけるピストン上死点後１５°近傍の筒内圧を検出する。
【００９４】
ステップＳ３０５では、ＥＣＵ４１は、自着火燃焼の失火を抑制するために自着火燃焼失火時制御を実行する。この自着火燃焼失火時制御については、図１４（Ｂ）を参照して後述する。
【００９５】
ステップ３０６及びステップＳ３０７では、ＥＣＵ４１は、ノッキング発生状態について判定する。
【００９６】
ステップＳ３０６では、ＥＣＵ４１は、ノックレベルＮが基準値Ｎ1よりも小さいか否かを判定する。ノックレベルＮが基準値Ｎ1よりも小さい場合には、ノッキングが発生していないと判定し、処理を終了する。これに対して、ノックレベルＮが基準値Ｎ1よりも大きい場合には、ノッキングが発生していると判定し、処理をステップＳ３０７に移行する。
【００９７】
ステップＳ３０７では、ＥＣＵ４１は、ノックレベルＮが基準値Ｎ2よりも小さいか否かを判定する。基準値Ｎ2は、上記した基準値Ｎ1よりも大きい値である。そして、ノックレベルＮが基準値Ｎ2よりも小さい場合には、弱ノッキングが発生していると判定し、処理をステップＳ３０８に移行する。これに対して、ノックレベルＮが基準値Ｎ2よりも大きい場合には弱ノッキングよりも強いノッキングが発生していると判定し、処理をステップＳ３０９に移行する。
【００９８】
ステップＳ３０８では、ＥＣＵ４１は、弱ノッキングの発生を抑制するために弱ノッキング時制御を実行する。この弱ノッキング時制御については、図１５（Ａ）を参照して後述する。
【００９９】
ステップＳ３０９では、ＥＣＵ４１は、強ノッキングの発生を抑制するために強ノッキング時制御を実行する。この強ノッキング時制御については、図１５（Ｂ）を参照して後述する。
【０１００】
失火抑制時にＥＣＵ４１が実行する各燃料噴射量の補正制御について、図１４を参照して説明する。図１４（Ａ）は、火炎伝播燃焼失火時制御を示す。また、図１４（Ｂ）は、自着火燃焼失火時制御を示す。
【０１０１】
エンジン１００において火炎伝播燃焼が失火していると判定された場合には、図１４（Ａ）に示すように火炎伝播燃焼失火時制御が実行される。
【０１０２】
ステップＳ３３１では、ＥＣＵ４１は、ｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ１に補正値ｄＱｆ１Aを加えて増量補正する。
【０１０３】
ステップＳ３３２では、ＥＣＵ４１は、水素ガスの噴射量Ｑｆ２に補正値ｄＱｆ２Aを加えて増量補正する。
【０１０４】
ステップＳ３３３では、ＥＣＵ４１は、ガソリンの噴射量Ｑｆ３から補正値ｄＱｆ３Aを減らして減量補正する。この補正値ｄＱｆ３Aは、ｎ−パラフィン及び水素ガスを増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
【０１０５】
混合気の燃焼前半における火炎伝播燃焼が失火した場合には、水素ガス噴射量を増量補正して混合気の燃焼速度を速めるとともに、ｎ−パラフィン噴射量を増量補正して混合気の自着火性を高める。これにより火炎伝播燃焼を安定させることができ、より確実に自着火燃焼させることができる。
【０１０６】
ＥＣＵ４１は、火炎伝播燃焼の失火が抑制されるまでステップＳ３３１〜Ｓ３３３の制御を繰り返すように構成されるが、筒内圧ＰAの値に応じて各燃料の補正値ｄＱｆ１A〜ｄＱｆ３Aを設定するように構成してもよい。
【０１０７】
一方、エンジン１００において自着火燃焼が失火していると判定された場合には、図１４（Ｂ）に示すように自着火燃焼失火時制御が実行される。
【０１０８】
ステップＳ３５１では、ＥＣＵ４１は、ｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ１に補正値ｄＱｆ１Bを加えて増量補正する。
【０１０９】
ステップＳ３５２では、ＥＣＵ４１は、ガソリンの噴射量Ｑｆ３から補正値ｄＱｆ３Bを減らして減量補正する。この補正値ｄＱｆ３Bは、ｎ−パラフィン噴射量を増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
【０１１０】
自着火燃焼が失火した場合には、ｎ−パラフィン噴射量を増量補正し、混合気の自着火性を高めるので、自着火燃焼が失火するのを抑制することができる。
【０１１１】
ＥＣＵ４１は、自着火燃焼の失火が抑制されるまでステップＳ３５１、Ｓ３５２の制御を繰り返すように構成されるが、筒内圧ＰBの値に応じて補正値ｄＱｆ１B、ｄＱｆ３Bを設定するように構成してもよい。
【０１１２】
ノッキング発生時にＥＣＵ４１が実行する各燃料噴射量の補正制御について、図１５を参照して説明する。図１５（Ａ）は、弱ノッキング時制御を示す。また、図１５（Ｂ）は、強ノッキング時制御を示す。
【０１１３】
エンジン１００において弱ノッキングが発生していると判定された場合には、図１５（Ａ）に示すように弱ノッキング時制御が実行される。
【０１１４】
ステップＳ３８１では、ＥＣＵ４１は、水素ガスの噴射量Ｑｆ２に補正値ｄＱｆ２Cを加えて増量補正する。
【０１１５】
ステップＳ３８２では、ＥＣＵ４１は、ガソリンの噴射量Ｑｆ３から補正値ｄＱｆ３Cを減らして減量補正する。この補正値ｄＱｆ３Cは、水素ガス噴射量を増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
【０１１６】
弱ノッキングが発生している場合には、水素ガス噴射量を増量補正し、混合気の燃焼速度を速めるので、混合気の燃焼期間を短縮でき、弱ノッキングの発生を抑制することができる。
【０１１７】
ＥＣＵ４１は、弱ノッキングが抑制されるまでステップＳ３８１、Ｓ３８２の制御を繰り返すように構成されるが、ノックレベルＮの値に応じて補正値ｄＱｆ２C、補正値ｄＱｆ３Cを設定するように構成してもよい。
【０１１８】
一方、エンジン１００において強ノッキングが発生していると判定された場合には、図１５（Ｂ）に示すように強ノッキング時制御が実行される。
【０１１９】
ステップＳ３９１では、ＥＣＵ４１は、ｎ−パラフィンの噴射量Ｑｆ１から補正値ｄＱｆ１Dを減らして減量補正する。
【０１２０】
ステップＳ３９２では、ＥＣＵ４１は、水素ガスの噴射量Ｑｆ２に補正値ｄＱｆ２Dを加えて増量補正する。
【０１２１】
ステップＳ３９３では、ＥＣＵ４１は、ガソリンの噴射量Ｑｆ３から補正値ｄＱｆ３Cを減らして減量補正する。この補正値ｄＱｆ３Cは、ｎ−パラフィン噴射量を減量補正し水素ガス噴射量を増量補正しても、混合気燃焼時の総発熱量が変化しないような値として設定される。
【０１２２】
強ノッキングが発生している場合には、水素ガス噴射量を増量補正して混合気の燃焼速度を速めるとともに、ｎ−パラフィン噴射量を減量補正して混合気の自着火性を低下させる。これにより混合気の燃焼期間を短縮しつつ、混合気の自着火を抑制することができるので、強ノッキングの発生を抑制できる。
【０１２３】
ＥＣＵ４１は、強ノッキングが抑制されるまでステップＳ３９１〜Ｓ３９３の制御を繰り返すように構成されるが、ノックレベルＮの値に応じて各燃料の補正値ｄＱｆ１D〜ｄＱｆ３Dを設定するように構成してもよい。
【０１２４】
以上により、本実施形態のエンジン１００は下記の効果を得ることができる。
【０１２５】
エンジン１００では、エンジン運転状態が領域Ａにある場合に、混合気の燃焼状態に応じて各燃料の噴射量を補正するので、混合気の燃焼状態を安定させることが可能となる。
【０１２６】
本発明は上記の実施の形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなしうることは明白である。
【０１２７】
第１実施形態では、ｎ−パラフィンを燃料噴射弁２２によって、水素ガスを燃料噴射弁２３によっていずれも吸気通路内に噴射することとしたが、これらの燃料は燃焼室内に直接噴射するようにしてもよい。ｎ−パラフィンを直接噴射することで、その予混合が充分に進行しないうちに自着火が生じることを回避することができる。また、水素ガスを直接噴射することで、吸気通路１５に向けた逆火の発生を防止することができる。
【０１２８】
第２実施形態では、専用の部材又は部品を設置して副燃焼室１４２を形成するようにしたが、シリンダブロック１１又はシリンダヘッド１２に窪みを設け、この窪みにより副燃焼室１４２を形成するようにしてもよい。
【０１２９】
第３実施形態では、ノックセンサ５５の検出値に基づいてノッキング判定するようにしたが、筒内圧センサ５４の検出値に基づいてノックキング判定をするようにしてもよい。この場合には、ノッキング特有の周波数帯域の筒内圧力波形における筒内圧の振幅Ｍが、基準値Ｍ1よりも大きく基準値Ｍ2よりも小さい場合には弱ノッキングが発生していると判定し、基準値Ｍ2よりも大きい場合には強ノッキングが発生していると判定する。
【０１３０】
第３実施形態では、筒内圧センサ５４によって検出された筒内圧と基準圧力とを比較することで失火判定するようにしたが、検出された筒内圧から燃焼時の発熱量を算出し、この発熱量に基づいて失火判定するようにしてもよい。そして、混合気が火炎伝播燃焼する期間の筒内圧Ｐに基づいて算出された発熱量ＱAが基準発熱量Ｑ1よりも小さい場合には、火炎伝播燃焼が失火していると判定する。また、自着火燃焼する期間の筒内圧Ｐに基づいて算出された発熱量ＱBが基準発熱量Ｑ2よりも小さい場合には、自着火燃焼が失火していると判定する。
【０１３１】
また、失火時にはクランクシャフトの角速度変化量が通常時よりも小さくなるため、この角速度変化量に基づいて失火判定するようにしてもよい。角速度変化量は、クランク角センサ５２の検出値に基づいて算出できる。そして、混合気が火炎伝播燃焼する期間の角速度変化量ΔｗAが基準変化量Δｗ1よりも小さい場合には、火炎伝播燃焼が失火していると判定する。また、自着火燃焼する期間の角速度変化量ΔｗBが基準変化量Δｗ2よりも小さい場合には、自着火燃焼が失火していると判定する。
【０１３２】
さらに、点火プラグ２５にイオン電流センサを設け、混合気燃焼時のイオン電流に基づいて失火判定をしてもよい。混合気が燃焼すると、その燃焼状態に応じて陽イオンが発生するので、イオン電流センサはこの陽イオンに起因して生じるイオン電流を検出する。そして、混合気が火炎伝播燃焼する期間のイオン電流ＩAが基準電流値Ｉ1よりも小さい場合には、火炎伝播燃焼が失火していると判定する。また、自着火燃焼する期間のイオン電流ＩBが基準電流値Ｉ2よりも小さい場合には、自着火燃焼が失火していると判定する。
【０１３３】
第１実施形態から第３実施形態では、吸気弁１６を可変動弁機構によって駆動するようにしてもよい。この場合には、図１６に示すように、エンジン負荷Ｌｄの低下に対して吸気弁１６の閉弁時期ＩＶＣをピストン下死点側に進角させる。これによりエンジンの有効圧縮比が増大するので、ｎ−パラフィンの自着火性を高めることができ、混合気の自着火燃焼を安定させることができる。
【０１３４】
第１実施形態から第３実施形態では、図１、図７、図１２に示すように機械圧縮比を可変制御する圧縮比可変機構７１を設けるようにしてもよい。この場合には、図１７に示すように、エンジン負荷Ｌｄの低下に対してエンジン１００の機械圧縮比ＣＲを高めることで、ｎ−パラフィンの自着火性の作用を高めることができ、混合気の自着火燃焼を安定させることができる。機械圧縮比の可変制御によれば、自着火を安定させることに加え、機械圧縮比の増大による熱効率向上の効果を得ることができる。
【０１３５】
第１実施形態から第３実施形態では、性状の異なる複数の燃料を個別に供給し、所定の自着火性及び燃焼速度が達成されるように構成した。しかしながら、所定の自着火性及び燃焼速度が得られるように予め調合した異なる組成の複数の燃料を、個別に設けられた燃料タンクに貯蔵し、エンジン１００に対し、これらを運転状態に応じて切り換えて供給するようにしてもよい。
【０１３６】
第１実施形態から第３実施形態では、ガソリンを蓄える燃料タンク３１の他に、ｎ−パラフィンを蓄える燃料タンクと水素ガスを蓄える燃料タンクとを備え、それら各燃料タンクに蓄えられた燃料を各燃料噴射弁に供給してもよい。
【０１３７】
第１燃料としてはｎ−パラフィンのほか、軽油、ジメチルエーテル又はジエチルエーテル等、セタン価が高いものとして分類される燃料を採用することができる。
【０１３８】
第２燃料としては水素のほか、エチレン又はアセチレン等、層流燃焼速度の高い燃料を採用することができる。
【図面の簡単な説明】
【０１３９】
【図１】第１実施形態のエンジンの概略構成図である。
【図２】燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図３】燃焼形態の切換用の運転領域マップである。
【図４】エンジン負荷と各燃料の発熱量の比率との関係を示す図である。
【図５】エンジン負荷と各燃料の噴射量との関係を示す図である。
【図６】エンジン負荷と各燃料の発熱量の比率との関係を示す図である。
【図７】第２実施形態のエンジンの概略構成図である。
【図８】燃料噴射制御を示すフローチャートである。
【図９】エンジン負荷と各燃料の発熱量の比率との関係を示す図である。
【図１０】エンジン負荷と、各燃料の発熱量の比率との関係を示す図である。
【図１１】エンジン負荷と、水素ガスの噴射量との関係を示す図である。
【図１２】第３実施形態のエンジンの概略構成図である。
【図１３】各燃料の噴射量補正制御を示すフローチャートである。
【図１４】失火抑制時の噴射量補正制御を示すフローチャートである。
【図１５】ノッキング抑制時の噴射量補正制御を示すフローチャートである。
【図１６】吸気弁のバルブタイミングの可変制御に用いられる運転マップである。
【図１７】圧縮比の可変制御に用いられる運転マップである。
【符号の説明】
【０１４０】
１３  ピストン
１４  燃焼室
１４１  主燃焼室
１４２  副燃焼室
１４２ａ  噴孔
１６  吸気弁
１６１  動弁装置（バルブタイミング制御手段）
２１  燃料噴射弁（供給手段）
２２  燃料噴射弁（供給手段）
２３  燃料噴射弁（供給手段）
２５  点火プラグ（点火手段）
３１  燃料タンク
３３  燃料分離器
３４  燃料改質器
４１  エンジン制御ユニット（制御手段）
５１  アクセルセンサ
５２  クランク角センサ
５３  冷却水温度センサ
５４  筒内圧センサ
５５  ノックセンサ
７１  圧縮比可変機構
ステップＳ３０２  火炎伝播燃焼失火判定手段
ステップＳ３０３  自着火燃焼失火判定手段
ステップＳ３０６  ノッキング判定手段
ステップＳ３０７  ノッキング強度判定手段
【図１】
0005035088.tif 000002
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
0005035088.tif 000014
【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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