(57)【要約】【課題】複数の燃料を使用する内燃機関の暖機運転において、暖機性能を向上させ、未燃損失を低減する。【解決手段】始動時など触媒暖機運転が必要な場合には、筒内に通常の燃料よりも低ＲＯＮ燃料を多く供給し、予混合気を生成し、大幅遅角側の排気バルブ開弁直前で自着火させる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の燃料を使用する内燃機関であって、
通常の燃料からなる第１の燃料と、低オクタン価燃料からなる第２の燃料とを、前記内燃機関に供給する手段を備え、
暖機運転時には、前記第２の燃料を、前記第１の燃料よりも多く供給し、
筒内に予混合気を生成し、
前記予混合気を、遅角側であって排気バルブを開く直前に自着火させる、
複数の燃料を使用する内燃機関。
【請求項２】
前記暖機運転の開始時には、前記第２の燃料の供給割合を、前記第１の燃料の供給割合よりも大きくし、
前記暖機運転の期間中、漸次前記第１の燃料の供給割合を増加させ、前記第２の燃料の供給割合を減少させる、
請求項１に記載の複数の燃料を使用する内燃機関。
【請求項３】
前記暖機運転の期間中において、前記自着火の時期より前の特定の時期にプラグ点火を行う、
請求項２に記載の複数の燃料を使用する内燃機関。
【請求項４】
前記暖気運転の途中で通常運転に移行させた場合には、
前記排気弁開弁の直前から直後までの間の特定の時期に、前記第２の燃料を筒内に噴射する、
請求項１から３のいずれか１項に記載の複数の燃料を使用する内燃機関。
【請求項５】
前記第２の燃料がＮ−ヘプタンである、請求項１から４のいずれか１項に記載の複数の燃料を使用する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の燃料を使用する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の排気浄化装置においては、貴金属触媒等の触媒を担持し、触媒が暖機されて活性温度以上になれば、良好に排気ガスを浄化することができるが、内燃機関の始動時において、触媒が暖機されるまでは、排気ガスを浄化することができない。したがって、内燃機関の始動時には触媒を暖機する必要がある。
【０００３】
この場合、大幅遅点火によって燃焼時期を遅角化し、排気温度を上昇させることが知られている。しかし、遅角側での火炎伝播速度は遅いため、未燃損失が問題になり、また、遅角量にも制限があるため、十分な暖気性能が得られない。
【０００４】
一方、内燃機関が複数の燃料を備え、運転状態に応じて燃料を使い分ける技術が提案されている（特許文献１−５）。
【０００５】
特許文献１に記載の発明では、燃焼の燃料として炭化水素燃料と共に水素ガスを用い、触媒暖機時には、通常時に比べて水素ガスの噴射量を増量する。特許文献２に記載の発明では、高オクタン価ガソリンと低オクタン価ガソリンとを備え、ノッキング抑制のため以外の目的で点火時期を遅角したとき、例えば触媒暖機時の点火時期遅角には、遅角量に応じて低オクタン価ガソリン供給割合を増加する。特許文献３に記載の発明では、複数種類の燃料を利用する内燃機関において、低温始動時には、高セタン価燃料のみを燃焼室に噴射供給し、かつその噴射供給時期を内燃機関の圧縮上死点前とする。特許文献４に記載の発明では、リサーチ法オクタン価の異なる２種類の燃料を備え、内燃機関の運転状態に応じて第１の燃料の供給量と第２の燃料の供給量とを変化させる。特許文献５に記載の発明では、揮発性の異なる複数種類の燃料を備え、冷間始動時には、筒内に供給される燃料のうち、揮発性がより高い燃料の比率を高くする。
【０００６】
ところで、圧縮比の比較的低い（例えば圧縮比９〜１０）ガソリンエンジンにおいて、Ｎ−ヘプタンなどのリサーチ法オクタン価の低い燃料（「低ＲＯＮ燃料」という）を噴射してプラグ点火を行わない場合には、膨張行程でも低温酸化反応が進み、大幅遅角側で自着火するという特性がある。
【０００７】
そこで、複数の燃料を使用する内燃機関において、始動時など触媒暖機運転が必要な場合には、通常の燃料（レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン）よりも、低ＲＯＮ燃料を多く供給し、筒内に予混合気を生成し、プラグ点火を行わずに、大幅遅角側の排気バルブ開弁直前で燃料を自着火させると、大幅遅角燃焼により排出ガスを高温化して暖機性能を向上させることができ、また、未燃焼損失を低減することができる。
【０００８】
【特許文献１】特開２００６−１２５２６７号公報
【特許文献２】特開２００６−２９１３４号公報
【特許文献３】特開２００４−３０８４２３号公報
【特許文献４】特開２００４−２８０４７号公報
【特許文献５】特開２００５−９０２７１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明は、複数の燃料を使用する内燃機関の暖機運転において、暖機性能を向上させ、未燃損失を低減することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明では、この課題を達成するために、複数の燃料を使用する内燃機関において、始動時など触媒暖機運転が必要な場合には、低ＲＯＮ燃料を通常の燃料よりも多く筒内に供給し、予混合気を生成して、大幅遅角側の排気バルブ開弁直前で自着火させる。
【００１１】
請求項１に記載の発明によれば、複数の燃料を使用する内燃機関であって、通常の燃料からなる第１の燃料と、低オクタン価燃料からなる第２の燃料とを、内燃機関に供給する手段を備え、暖機運転時には、第２の燃料を、第１の燃料よりも多く供給し、筒内に予混合気を生成し、予混合気を、遅角側であって排気バルブを開く直前に自着火させる、複数の燃料を使用する内燃機関が提供される。
【００１２】
すなわち、請求項１の発明では、複数の燃料を使用する内燃機関において、始動時など触媒暖機運転が必要な場合には、通常の燃料（レギュラーガソリン、ハイオクタンガソリン）を少なくし、Ｎ−ヘプタンなどの低ＲＯＮ燃料の割合を多くして、筒内に予混合気を生成し、プラグ点火を行わずに、大幅遅角側の排気バルブ開弁直前で自着火させる。このようにすることにより、排出ガスを高温化して暖機性能を向上させることができ、また、完全燃焼に近い燃焼をさせて、未燃焼損失を低減することができる。
【００１３】
請求項２に記載の発明によれば、暖機運転の開始時には、第２の燃料の供給割合を、第１の燃料の供給割合よりも大きくし、暖機運転の期間中、漸次第１の燃料の供給割合を増加させ、第２の燃料の供給割合を減少させる、請求項１に記載の複数の燃料を使用する内燃機関が提供される。
【００１４】
すなわち、請求項２の発明では、暖機運転の始動直後は低ＲＯＮ燃料の比率を大きくし、暖機運転の期間中に次第に通常燃料の比率を増加させて、暖機運転の終了時にはほぼ通常燃料のみとなるように制御する。暖機運転開始時には筒内温度が低いため、ほぼ低ＲＯＮ燃料のみとなる程度まで低ＲＯＮ燃料の比率を大きくするが、この状態で請求項１の暖機運転が進行すると、筒内温度が次第に上昇するため、筒内温度の上昇に伴って反応進行度が速くなり、目標の着火時期よりも早く自着火することとなる。そこで、次第に低ＲＯＮ燃料の比率を減らして、燃料全体のトータルのＲＯＮ値を下げ、反応進行度が変わらないようにして、目標時期に自着火が得られるようにする。
【００１５】
請求項３に記載の発明によれば、暖機運転の期間中において、自着火の時期より前の特定の時期にプラグ点火を行う、請求項２に記載の複数の燃料を使用する内燃機関が提供される。
【００１６】
すなわち、請求項２の燃料供給を行なう場合、低ＲＯＮ燃料の供給量が少なくなると、自着火性が悪くなり、自着火タイミングのサイクル間でのばらつきが大きくなる。これを解決するために、請求項３の発明では、一定のタイミングでプラグ点火を行い、部分的に火炎伝播を利用することで、安定的に自着火を得ることができる。
【００１７】
請求項４に記載の発明によれば、暖気運転の途中で通常運転に移行させた場合には、排気弁開弁の直前から直後までの間の特定の時期に、第２の燃料を筒内に噴射する、請求項１から３のいずれか１項に記載の複数の燃料を使用する内燃機関が提供される。
【００１８】
すなわち、実際の車両の運転においては、運転者が十分な暖機時間をとらずにドライブレンジに移行することが多い。そこで、請求項４の発明では、触媒暖気の途中でドライブレンジなどに移行して通常燃焼モードになった場合に、排気弁開弁の直前から直後までの間の特定の時期に、筒内噴射弁から低ＲＯＮ燃料を少量噴射する。通常燃焼モードでは通常燃料を使用してリーン燃焼を行うが、このように低ＲＯＮ燃料を少量噴射することにより、排気される既燃ガスの中で低ＲＯＮ燃料が自着火閾値に達し、排気ポート又は触媒内で自着火燃焼し、触媒暖気を行うことができる。
【００１９】
請求項５に記載の発明によれば、第２の燃料がＮ−ヘプタンである、請求項１から４のいずれか１項に記載の複数の燃料を使用する内燃機関が提供される。
【００２０】
すなわち、低ＲＯＮ燃料のなかでもＮ−ヘプタンを使用すると、本発明の効果が大きいため、請求項５の発明では、低ＲＯＮ燃料である第２の燃料としてＮ−ヘプタンを使用することにより、請求項１から４に記載の発明を有利に実施することができる。
【発明の効果】
【００２１】
各請求項に記載の発明によれば、複数の燃料を使用する内燃機関の暖機運転において、暖機性能を向上させ、未燃損失を低減するという共通の効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、添付図面を用いて本発明の実施形態について説明する。なお、複数の添付図面において、同一又は相当する部材、部分等には、同一の符号を付している。
【００２３】
図１は、本発明を複数の燃料を使用する内燃機関に適用した場合の、一実施形態の概略構成を説明する図である。気筒１内に燃料を噴射する燃料噴射弁７と、吸気ポート２に燃料を噴射する燃料噴射弁８とを備え、複数の燃料を使い分けるように構成している。
【００２４】
図２は、圧縮上死点より前にＮ−ヘプタンなどの低ＲＯＮ燃料（第２の燃料）を噴射した場合、膨張行程で低温酸化反応が進行し、大幅遅角側で自着火閾値に到達し、自着火燃焼する特性を示す概念図である。すなわち、図２では、まず圧縮行程において筒内吸気が圧縮され、筒内圧力が上昇していくが、上死点に達する前にＮ−ヘプタンなどの低ＲＯＮ燃料を噴射する。筒内圧力が上死点に到達した後、膨張行程で筒内圧力が下がって行くが、この間にも低ＲＯＮ燃料の低温酸化反応は進行し、膨張行程の一定の時期に自着火閾値に到達し、自着火燃焼する。図２では、自着火燃焼により急激に筒内圧力が上昇することを示している。
【００２５】
一方、本発明において、暖機運転時にＮ−ヘプタンなどの低ＲＯＮ燃料（第２の燃料）のみを噴射し、そのまま低ＲＯＮ燃料の噴射を継続すると、暖機運転の進行に伴って筒内温度が上昇するのに従い、反応進行度が速くなり、自着火時期が早くなっていく。この特性を図３に示す。
【００２６】
そこで、暖機運転の始動直後から暖機運転の終了に至るまでに、通常燃料（第１の燃料）とＮ−ヘプタンなどの低ＲＯＮ燃料（第２の燃料）との供給割合を次第に変えていく。すなわち、図４に示すように、暖機運転始動直後には、ほぼ第２の燃料のみを供給するが、暖機が進行して筒内の温度が上昇するにつれて第１の燃料の割合を増加させていき、暖機運転の終了時には、ほぼ第１の燃料のみを供給するようにする。このようにすることにより、筒内の燃料の反応進行度を一定に保つことができ、燃料噴射時期と自着火時期とが目標の時期から移動しないようにすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明を複数の燃料を使用する内燃機関に適用した場合の、一実施形態の概略構成を説明する図である。
【図２】本発明を複数の燃料を使用する内燃機関に適用した場合の、一実施形態の燃料燃焼タイミングを説明する図である。
【図３】本発明に使用する燃料の反応進行度を説明する図である。
【図４】本発明を複数の燃料を使用する内燃機関に適用した場合の、複数燃料の供給比率の一実施形態を説明する図である。
【符号の説明】
【００２８】
１    気筒
２    吸気ポート
３    排気ポート
４    吸気バルブ
５    排気バルブ
６    ピストン
７    燃料噴射弁
８    燃料噴射弁
【図１】
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【図２】
2009287443.tif 000004
【図３】
2009287443.tif 000005
【図４】
2009287443.tif 000006