JP2008240644A - 内燃機関の燃焼制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 オクタン価の異なる複数の燃料を用い、運転条件に応じて最適な燃焼を行う。
【解決手段】 燃料噴射弁１１から高オクタン価燃料を供給し、燃料噴射弁１２から低オクタン価燃料を供給して、燃焼室１内の異なる部位（中心側と周辺側）に高オクタン価燃料と低オクタン価燃料を分布させる。圧縮上死点付近で、燃料噴射弁１３から着火源燃料（低オクタン価燃料）を燃焼室１内に離散的に噴射し、運転条件に応じて噴射時期を異ならせることで、着火開始位置を制御する。低負荷時は、高オクタン価燃料に着火し、高負荷時は、低オクタン価燃料に着火する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オクタン価の異なる複数の燃料を用いる内燃機関の燃焼制御装置に関する。

従来の内燃機関の燃焼制御装置としては、特許文献１記載の発明がある。これは、燃焼室内に低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とをそれぞれ噴射する燃料噴射弁を備え、圧縮行程において、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とが燃焼室内で実質的に互いに重ならないように燃料噴射を行うことにより、燃焼室内の混合気濃度が過濃となることを防ぎつつ、オクタン価の異なる燃料分布を生成することによって、圧縮自己着火燃焼における安定的な着火と窒素酸化物やスモーク生成の抑制とを両立させようとしている。
特開２００５−１３９９４５号公報

しかしながら、特許文献１記載の発明では、下記の問題点が残る。

オクタン価の異なる複数の燃料を実質的に重なりあわないように分布させた場合に、燃料の着火は低オクタン価燃料より開始される。つまり圧縮自己着火燃焼を行うことになる。オクタン価の異なる複数の燃料を独立に供給して燃焼させることにより、着火は容易となるが、燃焼の制御という観点では、従来の圧縮自己着火燃焼と同様の困難があり、運転条件が変化した場合、特に機関負荷が高い場合の燃焼制御が難しい点は改善されない。つまり、機関負荷によらず低オクタン価燃料から着火を行うように制御するだけでは、幅広い運転条件において高い熱効率と出力とを両立するのは困難である。

本発明は、上記の問題点に鑑みて、オクタン価の異なる複数の燃料を燃焼室内の異なる部位に分布させて燃焼を行う場合に、低燃費と高出力とを両立させることを目的とする。

このため、本発明では、オクタン価の異なる複数の燃料を燃焼室内に供給し、これらの燃料を燃焼室内の異なる部位に分布させて燃焼を行う場合に、燃料の着火を開始させる着火トリガ装置を有し、機関運転条件に応じて前記着火トリガ装置による着火開始部位を切換える構成とする。

本発明によれば、機関運転条件に応じて着火開始部位を切換えることで、運転条件に適したオクタン価の燃料部位から燃焼を開始させることができ、最適な燃焼を実現できる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は本発明の第１実施形態を示す内燃機関の構成図である。

シリンダヘッドとシリンダブロックとピストンとによって、燃焼室（主燃焼室）１が形成され、燃焼室１は、吸気弁３を介して吸気ポート５と、排気弁４を介して排気ポート６と、それぞれ連通している。吸気弁３及び排気弁４は、それぞれ吸気弁用カム７及び排気弁用カム８によって開閉駆動される。また、ピストン冠面にはキャビティ９が形成されている。

ここで、高オクタン価燃料（高ＲＯＮ燃料）供給用の第１燃料噴射弁１１と、低オクタン価燃料（低ＲＯＮ燃料）供給用の第２燃料噴射弁１２とが設けられ、更に、着火トリガ装置として着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁１３が設けられている。

第１燃料噴射弁１１は、高オクタン価燃料の供給用であり、吸気ポート５に設けられ、吸気弁３を介して燃焼室１内の周辺部を指向しており、吸気行程の比較的遅い時期に高オクタン価燃料を噴射する。

第２燃料噴射弁１２は、低オクタン価燃料の供給用であり、燃焼室１内に設けられ、燃焼室中心のシリンダヘッド下面から、ピストンキャビティ９を指向しており、圧縮行程の後半に低オクタン価燃料を噴射する。

第３燃料噴射弁１３は、着火トリガ装置であり、燃焼室１内に設けられ、燃焼室中心のシリンダヘッド下面から、燃焼室１内の周辺部を指向しており、圧縮上死点付近にて着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室１内に離散的に（いわゆるショットガン方式で）噴射する。尚、第３燃料噴射弁１３より噴射する着火源となる低オクタン価燃料は、第２燃料噴射弁１２より噴射する低オクタン価燃料よりオクタン価が低い（セタン価が高い）ことが望ましいが、同じ燃料であってもよい。第３燃料噴射弁１３からの燃料噴射は、筒内圧力が上昇して着火可能となる時期の直前に行われ、噴霧塊の密度が高いため、同じオクタン価であっても、着火源となり易いからである。

更に、吸気ポート５には、燃焼室１内にスワールを生成可能なスワール生成手段として、スワール制御弁１４が設けられている。

第１実施形態における混合気形成は、以下のように行い、高オクタン価燃料を燃焼室周辺側（これを燃焼室外側という）に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室中心側（これを燃焼室内側という）に分布させる（図２参照）。

先ず、吸気行程中の比較的遅い時期に、吸気ポート５に設置した第１燃料噴射弁１１から高オクタン価燃料を噴射する。第１燃料噴射弁１１からの燃料は吸気ポート５外側に向けて噴射されて、燃焼室１内に流入する。燃焼室１内に流入した燃料は燃焼室１内のスワールによって燃焼室外側を旋回し、燃焼室外側に分布する。

次に、圧縮行程後半に筒内噴射用の第２燃料噴射弁１２から低オクタン価燃料を噴射する。この燃料噴射はピストンキャビティ９に向けて行い、低オクタン価燃料の混合気をキャビティ９の上空に分布させる。

このようにして、オクタン価の異なる燃料分布を生成できる。すなわち、高オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室中心側に分布させる。

第１実施形態における燃焼（着火）は以下のように行う（図３参照）。

燃料の着火は、燃焼室１内に設置された第３燃料噴射弁１３から着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室１内に離散的に噴射することにより行う。

上述の混合気分布では、低負荷時には、燃焼室外側の高オクタン価燃料から着火を開始させ、高負荷時には、燃焼室内側の低オクタン価燃料から着火を開始させる。

このため、低負荷時には、第３燃料噴射弁１３の燃料噴射時期を早くし、高負荷時には、第３燃料噴射弁１３の噴射時期を遅く設定する。

噴射時期を早めた場合、噴射時の筒内圧力が比較的低いため、燃料は遠くまで飛翔することができ、同時に筒内温度も相対的に低く、着火遅れ時間が長くなるため、燃料はボア近傍へ到達した後に着火を開始する。

噴射時期を遅らせた場合、上記とは逆に着火は早まり、燃焼室中心付近で着火開始となる。つまり、噴射時期の制御によって燃料の着火位置を制御することができる。

従って、低負荷時には、第３燃料噴射弁１３の噴射時期を早くすることで、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室外側の高オクタン価燃料の雰囲気中に達しさせることで、燃焼室外側の高オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

高負荷時には、第３燃料噴射弁１３の噴射時期を遅くすることで、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室内側の低オクタン価燃料の雰囲気中にとどめることで、燃焼室内側の低オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

第１実施形態によれば、オクタン価の異なる複数の燃料を燃焼室内に供給し、これらの燃料を燃焼室内の異なる部位に分布させて燃焼を行う内燃機関において、燃料の着火を開始させる着火トリガ装置を有し、機関運転条件に応じて前記着火トリガ装置による着火開始部位を切換えることにより、運転条件に応じて、適したオクタン価の燃料部位から燃焼を開始させることができる。

そして、前記着火トリガ装置による着火開始部位を、低負荷時はオクタン価の高い燃料が分布する部位とし、高負荷時はオクタン価の低い燃料が分布する部位とするよう切換制御することにより、次のような効果が得られる。

低負荷時は、高オクタン価燃料から燃焼を開始することによって、燃焼後半に燃え残って未燃ＨＣとなりやすい燃料を自己着火させ、燃焼効率を向上できる。一方、高負荷時には、低オクタン価燃料を先に燃焼させることで、エンドガス部の火炎による断熱圧縮によって引き起こされるノッキングを回避することできる。

また、第１実施形態によれば、燃焼室内に供給するオクタン価の異なる燃料のうち、オクタン価の高い燃料を燃焼室周辺側（燃焼室外側）に分布させ、オクタン価の低い燃料を燃焼室中心側（燃焼室内側）に分布させるように、燃焼室内に燃料供給を行うことにより、特に低負荷時に高オクタン価燃料から燃焼させ、高負荷時に低オクタン価燃料から燃焼させる方式との組み合わせで、次のような効果が得られる。

低負荷時には、燃焼室外側より燃焼を開始させることで、壁面付近を、燃焼温度が高くなる初期の燃焼部位とし、火炎クエンチによって未燃となりやすい壁近傍の燃料を確実に燃焼させて、燃焼効率を高めることができる。特に、混合気濃度を希薄にして運転する場合、壁近傍の未燃ＨＣは大幅に増加する傾向があり、大幅な混合気希薄化を行うエンジンにおいて燃焼効率向上が効果的に行える。

一方、高負荷時には、燃焼室内側から燃焼を開始させることで、壁近傍での燃焼による熱損失の増大を防ぐことができる。低負荷域において希薄燃焼を行うような場合には、燃焼温度は燃焼空燃比に依存するゆえ比較的高くならないため、壁近傍での燃焼によっても大きく熱損失は悪化しないが、高負荷域において理論空燃比近傍の燃焼空燃比で運転した場合、壁近傍で燃焼を開始させると熱損失が大きくなる場合が考えられるからである。

また、第１実施形態によれば、着火トリガ装置として、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室中心側から離散的に燃焼室内に噴射する燃料噴射弁１３を用い、その噴射時期を調整することで、着火源となる低オクタン価燃料の分布位置を異ならせるように制御することにより、着火位置の制御を容易に行えるうえ、燃焼室に別途着火用の点火プラグなどを設置する必要がなく、バルブ開口面積の制限が少ないなどの利点がある。

次に本発明の第２実施形態について説明する。

図４は本発明の第２実施形態を示す内燃機関の構成図である。

第２実施形態では、オクタン価の異なる燃料を燃焼室内の異なる部位に分布させるための手段として、燃焼室１内に臨ませてシリンダボアの接線方向に空気又は既燃ガス（ＥＧＲガス）を噴射する空気噴射弁１５を一対設けている。

高オクタン価燃料供給用の第１燃料噴射弁１１は、吸気弁３を介して燃焼室１内の中心部を指向させている。低オクタン価燃料供給用の第２燃料噴射弁１２は、燃焼室中心のシリンダヘッド下面から、燃焼室１内の周辺部を指向させている。他の構成は第１実施形態とほぼ同じである。

第２実施形態における混合気形成は、以下のように行い、高オクタン価燃料を燃焼室内側に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させる（図５参照）。

先ず、吸気ポート５に設置した第１燃料噴射弁１１から高オクタン価燃料を噴射し、吸気行程にて筒内に流入させる。吸気ポート５に燃料噴射を行う点は第１実施形態と同様であるが、このとき、特に燃焼室外側を指向した燃料噴射は行わないため、一旦吸気した燃料及び空気の混合気がほぼ均質に生成される。

この混合気に対して、吸気行程後期から圧縮行程中盤付近において、空気噴射弁１５から空気（又は既燃ガス）を噴射供給する。これにより、高オクタン価燃料を燃焼室内側へ追いやり、空気を燃焼室外側へ分布させる。

その後、第２燃料噴射弁１２から燃焼室外側に向けて低オクタン価燃料を噴射し、燃焼室外側に分布させる。

このようにして、オクタン価の異なる燃料分布を生成できる。すなわち、高オクタン価燃料を燃焼室内側に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させる。

第２実施形態における着火（燃焼）は以下のように行う（図６参照）。

燃料の着火は、燃焼室１内に設置された第３燃料噴射弁１３から着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室１内に離散的に噴射することにより行う。

上述の混合気分布では、低負荷時には、燃焼室内側の高オクタン価燃料から着火を開始させ、高負荷時には、燃焼室外側の低オクタン価燃料から着火を開始させる。

このため、低負荷時には、第３燃料噴射弁１３の燃料噴射時期を遅くし、高負荷時には、第３燃料噴射弁１３の噴射時期を早く設定する。

従って、低負荷時には、第３燃料噴射弁１３の噴射時期を遅くすることで、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室内側の高オクタン価燃料の雰囲気中にとどめることで、燃焼室内側の高オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

高負荷時には、第３燃料噴射弁１３の噴射時期を早くすることで、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室外側の低オクタン価燃料の雰囲気中に達しさせることで、燃焼室外側の低オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

第２実施形態によれば、燃焼室内に供給するオクタン価の異なる燃料のうち、オクタン価の高い燃料を燃焼室中心側（燃焼室内側）に分布させ、オクタン価の低い燃料を燃焼室周辺側（燃焼室外側）に分布させるように、燃焼室内に燃料供給を行うことにより、特に低負荷時に高オクタン価燃料から燃焼させ、高負荷時に低オクタン価燃料から燃焼させる方式との組み合わせで、次のような効果が得られる。

低負荷時には、燃焼室内側（高オクタン価燃料）から燃焼を開始させる。低負荷時に燃焼空燃比が理論空燃比近傍である場合、壁面付近から燃焼開始すると熱損失が大きくなる懸念がある。したがって、この場合、燃焼室内側から燃焼を行い、後に燃焼室外側での自己着火燃焼を行う方が好ましい。

一方、高負荷時には、燃焼室外側（低オクタン価燃料）から燃焼を開始させる。高負荷時に高オクタン価燃料を多く供給できない場合、燃焼室内側に低オクタン価燃料を配置して着火を開始させても、低オクタン価燃料を燃焼し終わって高オクタン価燃料の着火に至る以前に、低オクタン価燃料の自己着火が発生し、ノッキングとなる場合が考えられる。この場合、多くの着火点から低オクタン価燃料を早期に燃焼させて自己着火を抑制することが望ましく、外側に低オクタン価燃料を配置して外側から燃焼を開始させるのが、効果的に火炎伝播距離を短縮するためには有利である。

従って、高オクタン価燃料を多く供給できない場合、および、機関負荷の低負荷化をスロットリングまたは可変動弁機構などを利用し、燃焼空燃比は理論空燃比近傍に設定した場合、この方式が有利である。

次に第２実施形態の変形態様について説明する。

第２実施形態では、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁１３の噴射時期を調整することで、着火源燃料の分布位置を異ならせるように制御して、着火開始部位を可変としたが、機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備える場合は、この可変圧縮比機構により圧縮比を調整して、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁１３の燃料噴射時の燃焼室内雰囲気圧力を調整することで、着火源燃料の分布位置を異ならせるように制御して、着火開始部位を可変とすることもできる。燃料噴射時の筒内圧力により、第３燃料噴射弁１３からの噴射燃料の到達位置が変化するからである。

具体的には、低負荷時には、圧縮比を高めることにより、第３燃料噴射弁１３から噴射されて着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室内側の高オクタン価燃料の雰囲気中にとどめることで、燃焼室内側の高オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

高負荷時には、圧縮比を低下させることにより、第３燃料噴射弁１３から噴射されて着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室外側の低オクタン価燃料の雰囲気中に達しさせることで、燃焼室外側の低オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

低負荷時の圧縮比の増大は出力向上につながり、高負荷時の圧縮比の低下はノッキング抑制につながるので、その意味でも効果的である。

このように、着火トリガ装置として、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室中心側から離散的に燃焼室内に噴射する燃料噴射弁１３を用い、可変圧縮比機構により、圧縮比を調整して、前記燃料噴射弁１３の燃料噴射時の燃焼室内雰囲気圧力を調整することで、着火源となる低オクタン価燃料の分布位置を異ならせるように制御することにより、機関負荷に応じた圧縮比の制御（出力・ノッキング制御）と、着火位置の制御とを同時に行えるため、幅広い運転領域で良好な燃焼を行うことができる。

次に本発明の第３実施形態について説明する。

図７は本発明の第３実施形態を示す内燃機関の構成図である。

第３実施形態では、着火トリガ装置として、第３燃料噴射弁１３に代えて、点火プラグ１６、１７を設けており、点火プラグ１６、１７は、切換えられる着火開始部位のそれぞれに対応させて設けられ、機関運転条件に応じて選択的に用いられる。すなわち、燃焼室１の中心部に点火プラグ１６を設けると共に、燃焼室１の周辺部に点火プラグ１７を一対設けている。

高オクタン価燃料供給用の第１燃料噴射弁１１は、吸気弁３を介して燃焼室１内の中心部を指向させている。低オクタン価燃料供給用の第２燃料噴射弁１２は、燃焼室中心のシリンダヘッド下面から、燃焼室１内の周辺部を指向させている。他の構成は第１実施形態とほぼ同じである。

第３実施形態における混合気形成は、以下のように行い、第２実施形態と同様に、高オクタン価燃料を燃焼室内側に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させる（図８参照）。

先ず、吸気行程中の比較的遅い時期に、吸気ポート５に設置した第１燃料噴射弁１１から高オクタン価燃料を噴射する。第１燃料噴射弁１１からの燃料は吸気弁３を介し燃焼室１の中心部を指向するように噴射されて、燃焼室１内に流入する。第１実施形態と同様に燃焼室１内にスワール流を生成した場合、燃料はシリンダ軸方向には大きく混合されないため、燃焼室内側に留まる。

圧縮行程後半に、第２燃料噴射弁１２から燃焼室外側に向けて低オクタン価燃料を噴射し、燃焼室外側に分布させる。

このようにして、オクタン価の異なる燃料分布を生成できる。すなわち、高オクタン価燃料を燃焼室内側に分布させ、低オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させる。

第３実施形態における着火（燃焼）は以下のように行う（図９参照）。

上述の混合気分布では、低負荷時には、燃焼室内側の点火プラグ１６により、燃焼室内側の高オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

高負荷時には、燃焼室外側の２つの点火プラグ１７により、燃焼室外側の低オクタン価燃料から着火を開始させて、燃焼させる。

第３実施形態によれば、着火トリガ装置として、切換えられる着火開始部位のそれぞれ対応させて設けられた複数の点火プラグ１６、１７を用い、機関運転条件に応じて選択的に作動させることにより、運転状態の影響を受けることなく着火時期や着火位置を確実に制御することができる。

次に本発明の第４実施形態について説明する。

図１０は本発明の第４実施形態を示す内燃機関の構成図である。

第４実施形態では、着火トリガ装置として、第３燃料噴射弁１３や点火プラグ１６、１７に代えて、燃焼室（主燃焼室）１に噴孔２１を介して連通する副室２２と、副室２２内に充填された燃料に点火する点火プラグ２３とを有して、前記噴孔２１から離散的に燃焼室１内にトーチ状火炎を噴出させるトーチ点火装置を設けている。

燃焼室１内の混合気形成は、第１実施形態と同様に、高オクタン価燃料を燃焼室外側に、低オクタン価燃料を燃焼室内側に分布させるか、第２、第３実施形態と同様に、高オクタン価燃料を燃焼室内側に、低オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させる。

副室２２内への燃料供給は、圧縮行程にて燃焼室１内の燃料を押込み供給するようにしてもよいし、図示しない燃料噴射弁により副室２２内へ直接燃料を供給するようにしてもよい。

着火開始には、点火プラグ２３を内包した副室２２からのトーチ状火炎を用いる。

トーチ状火炎の貫徹力（噴出距離）は、副室２２内での点火位置、副室２２内の混合気濃度などによって制御可能である。

例えば副室２２内での点火位置を噴孔２１に近づけると、副室２２内の圧力が十分に上昇する前にトーチ状火炎が噴出し、貫徹力が小さく（噴出距離が短く）なる。

これに対し、副室２２上部（噴孔２１から離れた位置）で点火を行うと、トーチ状火炎が噴出する前に副室２２内の圧力が十分に上昇するため、トーチ状火炎の貫徹力が大きく（噴出距離が長く）なる。

尚、図１１は点火プラグ２３の点火位置を変える場合の具体例を示したもので、点火プラグ２３先端から突出させた１つの中心電極２４に対し、異なる位置に２つの側方電極２５ａ、２５ｂを設けたものである。この場合、一方の側方電極２５ａを用いて、中心電極２４の先端側で点火を行えば、トーチ状火炎の貫徹力を弱めることができ、他方の側方電極２５ｂを用いて、中心電極２４の基端側で点火を行えば、トーチ状火炎の貫徹力を強めることができる。

副室２２内の混合気濃度を変えた場合も、混合気濃度が濃い方が燃焼エネルギーが大きいため、貫徹力が大きくなり、混合気濃度を薄くすれば、貫徹力を下げることができるため、着火開始位置の制御が可能となる。

従って、第１実施形態と同様に、高オクタン価燃料を燃焼室外側に、低オクタン価燃料を燃焼室内側に分布させた場合は、低負荷時に、トーチ状火炎の貫徹力を増大させて、燃焼室外側の高オクタン価燃料から着火を開始させ、高負荷時に、トーチ状火炎の貫徹力を低下させて、燃焼室内側の低オクタン価燃料から着火を開始させる。

逆に、第２、第３実施形態と同様に、高オクタン価燃料を燃焼室内側に、低オクタン価燃料を燃焼室外側に分布させた場合は、低負荷時に、トーチ状火炎の貫徹力を低下させて、燃焼室内側の高オクタン価燃料から着火を開始させ、高負荷時に、トーチ状火炎の貫徹力を増大させて、燃焼室外側の低オクタン価燃料から着火を開始させる。

第４実施形態によれば、着火トリガ装置として、燃焼室１に噴孔２１を介して連通する副室２２と、副室２２内に充填された燃料に点火する点火プラグ２３とを有して、前記噴孔２１から離散的に燃焼室１内にトーチ状火炎を噴出させるトーチ点火装置を用い、前記トーチ状火炎の貫徹力を調整して、着火開始位置を異ならせるように制御することにより、大幅な希薄燃焼限界拡大が可能であり、部分負荷燃焼の熱効率向上が行えると共に、高負荷における低オクタン価燃料の急速燃焼が可能となる。

尚、第１〜第４実施形態の混合気形成方法及び着火方法は、適宜組み合わせて実施することが可能であり、組み合わせの制御例を、図１２及び図１３のフローチャートにより説明する。

図１２のフローチャートに示す制御例は、Ｓ１で、第１実施形態のように、燃焼室内に、外側：高オクタン価燃料、内側：低オクタン価燃料の混合気を形成した場合であり、この場合は、Ｓ２での低負荷／高負荷の判定に従って、Ｓ３又はＳ４へ進む。

低負荷時は、Ｓ３へ進み、次の（１）〜（３）のいずれかにより、燃焼室外側で高オクタン価燃料に着火する。
（１）ショットガンＩＴ進角→ 第１、第２実施形態と同様に、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用い、その噴射時期（ＩＴ）を進角することで、燃焼室外側で着火させる。
（２）外側点火プラグ使用→ 第３実施形態と同様に、外側点火プラグ１７を用い、燃焼室外側で点火する。
（３）トーチ火炎貫徹力増大→ 第４実施形態と同様に、副室２２及び点火プラグ２３によるトーチ状火炎を用い、その貫徹力を増大させることで、燃焼室外側で着火させる。

高負荷時は、Ｓ４へ進み、次の（１）〜（３）のいずれかにより、燃焼室内側で低オクタン価燃料に着火する。
（１）ショットガンＩＴ遅角： 第１、第２実施形態と同様に、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用い、その噴射時期（ＩＴ）を遅角することで、燃焼室内側で着火させる。
（２）内側点火プラグ使用： 第３実施形態と同様に、内側点火プラグ１６を用い、燃焼室内側で点火する。
（３）トーチ火炎貫徹力低下： 第４実施形態と同様に、副室２２及び点火プラグ２３によるトーチ状火炎を用い、その貫徹力を低下させることで、燃焼室内側で着火させる。

尚、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用い、可変圧縮比機構との組み合わせで着火源燃料の到達位置を制御することも理論的には可能であるが、この場合には、低負荷時に圧縮比を低下させ、高負荷時に圧縮比を増大させることになって、ノッキング抑制等の観点からは現実的ではない。

図１３のフローチャートに示す制御例は、Ｓ１で、第２、第３実施形態のように、燃焼室内に、内側：高オクタン価燃料、外側：低オクタン価燃料の混合気を形成した場合であり、この場合は、Ｓ２での低負荷／高負荷の判定に従って、Ｓ３又はＳ４へ進む。

低負荷時は、Ｓ３へ進み、次の（１）〜（４）のいずれかにより、燃焼室内側で高オクタン価燃料に着火する。
（１）ショットガンＩＴ遅角： 第１、第２実施形態と同様に、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用い、その噴射時期（ＩＴ）を遅角することで、燃焼室内側で着火させる。
（２）ショットガン圧縮比低下： 第１、第２実施形態と同様に、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用いると共に、可変圧縮比機構を用い、圧縮比を増大させることで、燃焼室内側で着火させる。
（３）内側点火プラグ使用： 第３実施形態と同様に、内側点火プラグ１６を用い、燃焼室内側で点火する。
（４）トーチ火炎貫徹力低下： 第４実施形態と同様に、副室２２及び点火プラグ２３によるトーチ状火炎を用い、その貫徹力を低下させることで、燃焼室内側で着火させる。

高負荷時は、Ｓ４へ進み、次の（１）〜（４）のいずれかにより、燃焼室外側で低オクタン価燃料に着火する。
（１）ショットガンＩＴ進角： 第１、第２実施形態と同様に、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用い、その噴射時期（ＩＴ）を進角することで、燃焼室外側で着火させる。
（２）ショットガン圧縮比増大： 第１、第２実施形態と同様に、着火源燃料供給用の第３燃料噴射弁（ショットガン）１３を用いると共に、可変圧縮比機構を用い、圧縮比を低下させることで、燃焼室外側で着火させる。
（３）外側点火プラグ使用： 第３実施形態と同様に、外側点火プラグ１７を用い、燃焼室外側で点火する。
（４）トーチ火炎貫徹力増大： 第４実施形態と同様に、副室２２及び点火プラグ２３によるトーチ状火炎を用い、その貫徹力を増大させることで、燃焼室外側で着火させる。

尚、上述のオクタン価の異なる燃料の混合気分布制御に関しては、以下を含む。低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とを燃焼室の内側、外側に分布させるといった場合、必ずしも同心円状の半径方向の成層化を意味するものではなく、図１４（ａ）に示されるように、エンジンの吸気−排気方向、あるいはフロント−リア方向といった一次元的な配置であってもよい。また、それぞれの混合気濃度分布は、図１４（ｂ）や（ｃ）に示されるように、均質なものから不均質なものまでを含む。

さらに、運転条件に応じて、低オクタン価燃料と高オクタン価燃料とを燃焼室の内側、外側に分布させる制御は、低負荷域、又は高負荷域、又は中間の負荷において、両者を混合した、いわゆる均質混合状態で運転する場合を否定しない。言い換えれば、少なくとも一部の運転条件で、オクタン価の異なる複数の燃料を燃焼室内に供給し、これらの燃料を燃焼室内の異なる部位に分布させて燃焼を行う内燃機関であればよい。

本発明の第１実施形態を示す内燃機関の構成図 第１実施形態での混合気形成方法の説明図 第１実施形態での燃焼方法の説明図 本発明の第２実施形態を示す内燃機関の構成図 第２実施形態での混合気形成方法の説明図 第２実施形態での燃焼方法の説明図 本発明の第３実施形態を示す内燃機関の構成図 第３実施形態での混合気形成方法の説明図 第３実施形態での燃焼方法の説明図 本発明の第４実施形態を示す内燃機関の構成図 第４実施形態での副室内の点火プラグの詳細図 組み合わせ制御例１を示すフローチャート 組み合わせ制御例２を示すフローチャート 成層化の態様を示す図

符号の説明

１ 燃焼室（主燃焼室）
３ 吸気弁
４ 排気弁
５ 吸気ポート
６ 排気ポート
７ 吸気弁用カム
８ 排気弁用カム
９ キャビティ
１１ 第１燃料噴射弁（高オクタン価燃料供給用）
１２ 第２燃料噴射弁（低オクタン価燃料供給用）
１３ 第３燃料噴射弁（着火源燃料供給用；着火トリガ装置）
１４ スワール制御弁
１５ 空気噴射弁
１６ 内側点火プラグ
１７ 外側点火プラグ
２１ 噴孔
２２ 副室
２３ 点火プラグ
２４ 中心電極
２５ａ、２５ｂ 側方電極

Claims (8)

1. オクタン価の異なる複数の燃料を燃焼室内に供給し、これらの燃料を燃焼室内の異なる部位に分布させて燃焼を行う内燃機関において、
   燃料の着火を開始させる着火トリガ装置を有し、機関運転条件に応じて前記着火トリガ装置による着火開始部位を切換えることを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記着火トリガ装置による着火開始部位を、低負荷時はオクタン価の高い燃料が分布する部位とし、高負荷時はオクタン価の低い燃料が分布する部位とするよう切換制御することを特徴とする請求項１記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 燃焼室内に供給するオクタン価の異なる燃料のうち、オクタン価の高い燃料を燃焼室周辺側に分布させ、オクタン価の低い燃料を燃焼室中心側に分布させるように、燃焼室内に燃料供給を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 燃焼室内に供給するオクタン価の異なる燃料のうち、オクタン価の高い燃料を燃焼室中心側に分布させ、オクタン価の低い燃料を燃焼室周辺側に分布させるように、燃焼室内に燃料供給を行うことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 前記着火トリガ装置は、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室中心側から離散的に燃焼室内に噴射する燃料噴射弁であり、
   前記燃料噴射弁の噴射時期を調整することで、着火源となる低オクタン価燃料の分布位置を異ならせるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 前記着火トリガ装置は、着火源となる低オクタン価燃料を燃焼室中心側から離散的に燃焼室内に噴射する燃料噴射弁であり、
   機関の圧縮比を変更可能な可変圧縮比機構を備え、この可変圧縮比機構により圧縮比を調整して、前記燃料噴射弁の燃料噴射時の燃焼室内雰囲気圧力を調整することで、着火源となる低オクタン価燃料の分布位置を異ならせるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
7. 前記着火トリガ装置は、切換えられる着火開始部位のそれぞれ対応させて設けられた複数の点火プラグであり、機関運転条件に応じて選択的に用いることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。
8. 前記着火トリガ装置は、燃焼室に噴孔を介して連通する副室と、副室内に充填された燃料に点火する点火プラグとを有して、前記噴孔から離散的に燃焼室内にトーチ状火炎を噴出させるものであり、
   前記トーチ状火炎の貫徹力を調整して、着火開始位置を異ならせるように制御することを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の内燃機関の燃焼制御装置。

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