(57)【要約】【課題】着火性の異なる２種の燃料をそれぞれの残量に応じて効率よく使い分けることができる予混合圧縮着火内燃機関を提供する。【解決手段】予混合圧縮着火内燃機関１は、燃焼室２に混合気を案内する吸気ポート４と、吸気ポート４に第１の燃料を噴射する第１のインジェクタ６と、該第１の燃料よりも着火性の低い第２の燃料を燃焼室２に直接噴射する第２のインジェクタ７とを備え、両インジェクタ６，７から供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる。該第２の燃料の残量に対して該第１の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を増加させると共に、該第２の燃料の噴射時期を遅らせ、該第１の燃料の残量に対して該第２の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を減少させると共に、該第２の燃料の噴射時期を早める制御手段８を備える。【選択図】  図１
2009185752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に混合気を案内する吸気ポートと、該吸気ポートに第１の燃料を噴射する第１のインジェクタと、該第１の燃料よりも着火性の低い第２の燃料を該燃焼室に直接噴射する第２のインジェクタとを備え、両インジェクタから供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる予混合圧縮着火内燃機関において、
該第２の燃料の残量に対して該第１の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を増加させると共に、該第２の燃料の噴射時期を遅らせ、該第１の燃料の残量に対して該第２の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を減少させると共に、該第２の燃料の噴射時期を早める制御手段を備えることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、予混合圧縮着火内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、空気等の酸素含有気体とガソリン等の燃料とを吸気ポートで予め混合し、得られた混合気を燃焼室内に導入して圧縮することにより、該燃料に自着火させる予混合圧縮着火内燃機関が検討されている。前記予混合圧縮着火内燃機関では、希薄な混合気を高圧縮比で圧縮して自着火燃焼させるので、前記燃焼室に供給された全燃料がほぼ同時に燃焼する。この結果、前記予混合圧縮着火内燃機関によれば、所定時間当たりの燃料消費量を低減して高い熱効率を達成することができる一方、排ガス中の有害物質を低減することができる。
【０００３】
ところが、前記予混合圧縮着火内燃機関は、前記混合気の着火を自着火により行っているため、着火タイミングを任意に制御することが難しく、ノッキング等の異常燃焼または失火の原因となるという問題がある。前記着火タイミングを調整するために、吸気温度を変更したり、燃焼後の排ガスを吸気に再循環させる制御方法が知られているが、このような制御方法では、前記予混合圧縮着火内燃機関の要求負荷が急激に変化したときに、対応することが困難であるとの問題がある。
【０００４】
そこで、着火性の高い第１の燃料と、着火性の低い第２の燃料とを備え、要求負荷に応じて第１の燃料と第２の燃料との供給量を変化させるようにした前記予混合圧縮着火内燃機関が知られている（特許文献１参照）。
【０００５】
前記第１の燃料と第２の燃料とを備える前記予混合圧縮着火内燃機関によれば、要求負荷に応じて第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ことにより、着火タイミングを任意に制御することができ、また、該内燃機関の要求負荷の急激な変化に広い範囲で容易に対応することができると考えられる。
【０００６】
しかしながら、前記予混合圧縮着火内燃機関では、要求負荷により第１の燃料の供給量と第２の燃料の供給量との割合が決まってしまい、該割合を回避する手段がないため、第１の燃料と第２の燃料とのどちらか一方を多量に供給する状態が続いてどちらか一方の残量が無くなると運転を継続することができなくなることがある。
【特許文献１】特開２００４−２８０４７号公報
【特許文献２】特開２００７−１８７１１２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、かかる事情に鑑み、着火性の異なる２種の燃料をそれぞれの残量に応じて効率よく使い分けることができる予混合圧縮着火内燃機関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】
本発明は、燃焼室に混合気を案内する吸気ポートと、該吸気ポートに第１の燃料を噴射する第１のインジェクタと、該第１の燃料よりも着火性の低い第２の燃料を該燃焼室に直接噴射する第２のインジェクタとを備え、両インジェクタから供給された燃料を含む燃料混合気を圧縮して自着火せしめる予混合圧縮着火内燃機関を前提とするものである。かかる予混合圧縮着火内燃機関については、本出願人が既に提案している（特許文献２参照）。
【０００９】
本発明は、前記予混合圧縮着火内燃機関において、該第２の燃料の残量に対して該第１の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を増加させると共に、該第２の燃料の噴射時期を遅らせ、該第１の燃料の残量に対して該第２の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を減少させると共に、該第２の燃料の噴射時期を早める制御手段を備えることを特徴とする。
【００１０】
本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第２のインジェクタにより、前記第２の燃料を前記燃焼室に直接噴射する時期を遅くすることは、前記第１の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果がある。そこで、本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第２の燃料の残量に対して前記第１の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を増加させると共に、該第２の燃料の噴射時期を遅らせることにより、該第１の燃料を消費する場合と同様の効果を得ながら、該第１の燃料の消費を抑制することができる。
【００１１】
また、本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第２のインジェクタにより、前記第２の燃料を前記燃焼室に直接噴射する時期を早くすることは、該第２の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果がある。そこで、本発明の予混合圧縮着火内燃機関では、前記第１の燃料の残量に対して前記第２の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を減少させると共に、該第２の燃料の噴射時期を早めることにより、該第２の燃料を消費する場合と同様の効果を得ながら、該第２の燃料の消費を抑制することができる。
【００１２】
従って、本発明によれば、相対的に着火性の高い前記第１の燃料と、相対的に着火性の低い前記第２の燃料とを、それぞれの残量に応じて効率よく使い分けることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
次に、添付の図面を参照しながら本発明の実施の形態についてさらに詳しく説明する。図１は本実施形態の予混合圧縮内燃機関の主要構成を示すシステム構成図である。
【００１４】
図１に示すように、本実施形態の予混合圧縮内燃機関１は、燃焼室としてのシリンダ２を備え、シリンダ２は内部にピストン３を備えると共に、頂部（シリンダヘッド）に設けられた吸気弁（図示せず）を介してシリンダ２に連通する吸気ポート４と、頂部に設けられた排気弁（図示せず）を介してシリンダ２に連通する排気ポート５とを備えている。吸気ポート４には、第１の燃料を噴射する第１のインジェクタ６が備えられおり、シリンダ２の頂部中央には第２の燃料を噴射する第２のインジェクタ７が備えられている。そして、予混合圧縮内燃機関１は、インジェクタ６，７による各燃料の供給量及び噴射時期を制御する制御装置８を備えている。
【００１５】
本実施形態の予混合圧縮着火内燃機関１において、前記第１の燃料は、相対的に着火性の高い燃料であり、例えば、リサーチオクタン価が７０以下の燃料を用いることができる。このような第１の燃料として、例えば、ヘプタン、ジメチルエーテル、ジエチルエーテル等を挙げることができる。
【００１６】
また、前記第２の燃料は、相対的に着火性の低い燃料であり、例えば、エタノール等のアルコールを挙げることができる。前記エタノールとしては、植物性物質、例えばサトウキビ、トウモロコシ等の農作物の発酵、蒸留により得たバイオエタノールを用いることができる。前記植物性物質は、原料となる植物自体が既に二酸化炭素を吸収しているので、係る植物性物質から得られたエタノールを燃焼させたとしても、排出される二酸化炭素の量は前記植物自体が吸収した二酸化炭素の量に等しい。即ち、総計としての二酸化炭素の排出量は理論的にはゼロになるという所謂カーボンニュートラル効果を得ることができる。従って、前記バイオエタノールを燃料に用いることにより、二酸化炭素の排出量を削減し、地球の温暖化防止に寄与することができる。
【００１７】
本実施形態の予混合圧縮着火内燃機関１では、前記第１の燃料として例えばヘプタンを第１のインジェクタ６により吸気ポート４に噴射すると共に、前記第２の燃料として例えばエタノールを第２のインジェクタ７によりシリンダ２内に直接噴射する。このようにすることにより、シリンダ２内に、前記第１の燃料、第２の燃料と、空気との混合気が形成される。
【００１８】
前記混合気は、シリンダ２内でピストン３により圧縮されることにより、自着火する。このとき、着火性の高い前記第１の燃料は、低温酸化反応発熱（冷炎）を持ち、主燃焼の前に燃焼室内の温度上昇を引き起こして着火を促進する。一方、着火性の低い前記第２の燃料は、前記低温酸化反応を抑制する。
【００１９】
そこで、予混合圧縮着火内燃機関１では、制御装置８により、前記第１の燃料と前記第２の燃料との供給量を制御することにより、要求負荷の変化に対応することができる。制御装置８による前記制御は、具体的には、低負荷時には前記第１の燃料の供給量を多くし、高負荷時には前記第２の燃料の供給量を多くする。
【００２０】
また、制御装置８による前記制御は、低負荷時には第１の燃料のみを使用し、負荷の上昇に伴って前記第２の燃料の使用割合を増加させるようにしてもよい。このようにすることにより、制御装置８は、前記第１の燃料の供給量を変えることなく、前記第２の燃料の供給割合を変化させるだけの単純な制御で、要求負荷の変化に対応することができる。
【００２１】
ところで、予混合圧縮着火内燃機関１では、前記第１の燃料は、吸気ポート４内で予め空気と混合された上でシリンダ２内に案内されるので、シリンダ２内に均一に分布する。一方、前記第２の燃料は、シリンダ２内に直接噴射されるので、シリンダ２の軸に沿って中央ほど高濃度になり、軸から周縁部に近づくに従って低濃度になる分布を形成する。また、前記第２の燃料がシリンダ２の軸から周縁部方向にどこまで拡散するかは、第２の燃料の噴射時期に関わり、噴射時期が早いほど遠くまで拡散し、噴射時期が遅いほど拡散が少なくなる。
【００２２】
この結果、前記混合気は、シリンダ２内でピストン３により圧縮されて自着火する際に、前記第２の燃料の濃度が希薄な部分ほど、高温になり、最も温度の高い部分で最初に着火する。そして、その後、温度の高い部分から順に着火する。
【００２３】
そこで、予混合圧縮着火内燃機関１では、制御装置８により前記第２の燃料の噴射時期を制御して、該噴射時期を遅らせることにより、前記第１の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果を得ることができる。また、予混合圧縮着火内燃機関１では、制御装置８により前記第２の燃料の噴射時期を制御して、該噴射時期を早めることにより、前記第２の燃料の供給割合を増加させることと同様の効果を得ることができる。
【００２４】
予混合圧縮着火内燃機関１では、制御装置８により前述のように前記第２の燃料の噴射時期を制御することにより、前記第１の燃料と該第２の燃料との使い分けを行う。次に、前記第１の燃料と前記第２の燃料との使い分けについて説明する。
【００２５】
まず、制御装置８は、予混合圧縮着火内燃機関１において、前記第２の燃料の残量に対して前記第１の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を増加させると共に、該第２の燃料の噴射時期を遅らせる。このようにすると、前記第２の燃料の供給量が増加する一方で、前記第１の燃料を消費する場合と同様の効果を得ながら、該第１の燃料の消費を抑制することができる。
【００２６】
また、制御装置８は、予混合圧縮着火内燃機関１において、前記第１の燃料の残量に対して前記第２の燃料の残量の方が少ない場合は、該第２の燃料の供給割合を減少させると共に、該第２の燃料の噴射時期を早くする。このようにすると、前記第２の燃料の供給量が減少するにも関わらず、該第２の燃料を消費する場合と同様の効果を得て、該第２の燃料の消費を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の予混合圧縮内燃機関の一構成例における主要構成を示すシステム構成図。
【符号の説明】
【００２８】
１…予混合圧縮着火内燃機関、  ２…燃焼室、  ４…吸気ポート、  ６…第１のインジェクタ、  ７…第２のインジェクタ、  ８…制御手段。
【図１】
2009185752.tif 000003