JP4737045B2 - 多種燃料内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される多種燃料内燃機関に関する。

従来、性状の異なる複数種類の燃料を用いて運転される所謂多種燃料内燃機関が知られている。例えば、下記の特許文献１には、吸気ポートに噴射された高オクタン価燃料の混合気中に低オクタン価燃料を噴射し、その低オクタン価燃料の自然発火を起点にして高オクタン価燃料の混合気を火炎伝播燃焼させる多種燃料内燃機関が開示されており、これにより、燃焼速度が速まって燃焼完了までの時間を短縮できるので、ノッキングの防止が可能であると記載されている。また、下記の特許文献２には、ガソリンや軽油、エタノールの様に多種類の燃料の中から運転者が選択したものを用いて運転可能な多種燃料内燃機関が開示されている。更に、この特許文献２には、機関負荷が所定の負荷よりも軽負荷であれば火花点火モードで運転され、高負荷であれば圧縮自着火拡散燃焼モードで運転される多種燃料内燃機関についても記載されている。また、下記の特許文献３には、ガソリンと軽油の混合燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関について記載されている。

特開２００４−１９７６６０号公報 特開２００４−２４５１２６号公報 特開平９−６８０６１号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示された多種燃料内燃機関は、主燃焼が火炎伝播によって行われるので、ノッキングの防止効果には限度がある。一方、ノッキングの発生を抑える為に効果的な燃焼形態としては、圧縮空気中に噴射した燃料を自己着火させることで拡散燃焼させる圧縮自着火拡散燃焼が知られている。

ここで、圧縮自着火拡散燃焼させる際に用いられる燃料の圧縮着火性が低い場合には、その圧縮着火性が低ければ低いほど着火遅れ期間（燃料噴射から着火開始までの時間）を長期化させるので、着火時に急峻な燃焼が引き起こされ、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生量の増大や熱効率の悪化を招いてしまう。従って、そのようなＮＯｘ発生量の増大等を回避する為には、急激に進行する燃焼を緩和させればよく、その為には燃料噴射時期の遅角化を図ればよい。しかしながら、圧縮着火性の低い燃料で圧縮自着火拡散燃焼を行う際には、燃料噴射時期を遅角させることによってＰＭやスモークの発生量が増大してしまうので好ましくない。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時における燃焼室内の低圧縮着火性燃料に対する着火性を改善させることが可能な多種燃料内燃機関を提供することを、その目的とする。

上記目的を達成する為、請求項１記載の発明では、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料が燃焼室に導かれて運転される多種燃料内燃機関において、その燃焼室内に導かれる燃料自体の圧縮着火性について指数化した着火性指数値を検出する燃料特性検出手段と、その着火性指数値に基づき低圧縮着火性と判断された燃焼室内の燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼させる際に、主噴射の前に行う先立ち噴射用の燃料の着火性が所定の基準値に対して高ければ、圧縮行程中の所定の時期であり、噴射された先立ち噴射用の燃料が主噴射時期までに自己着火して筒内温度及び筒内圧力を上昇させることのできる時期に先立ち噴射させる一方、その先立ち噴射用の燃料の着火性が当該基準値に対して低ければ吸気行程中の所定の時期に先立ち噴射させ、その何れか一方の先立ち噴射の後に主噴射して燃焼室内に低圧縮着火性の燃料を導く燃料噴射制御手段と、を設けている。

この請求項１記載の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射された燃料の燃焼に伴って燃焼室内の筒内温度及び筒内圧力が上昇するので、燃焼室内における主噴射された燃料に対しての着火性が向上する。また、この多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射された燃料の着火に伴って火炎核が発生しているときや発熱しているときに主噴射することによって、燃焼室内における主噴射燃料に対しての着火性が向上する。これが為、この多種燃料内燃機関においては、異常燃焼によるノッキングの起こらない安定した圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転が可能になるので、燃焼室内に導かれる主噴射燃料の圧縮着火性が低くても急峻な燃焼が起こらず、ＮＯｘの発生量の増大や熱効率の悪化を抑制することができる。更に、この多種燃料内燃機関においては、燃料の圧縮着火性が低くても圧縮自着火拡散燃焼時にディーゼルノックが起こらなくなるので、燃焼時の騒音や振動が抑制され、また、燃料の圧縮着火性が低くても圧縮自着火拡散燃焼時の着火を安定させることができるので、不安定な着火及び燃焼の繰り返しによるトルク変動が抑制される。

一般に、燃焼室内の燃料に対する着火性が低下して行くにつれて、その燃料が自己着火するまでに時間を要してしまう。これが為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の多種燃料内燃機関において、圧縮行程中に先立ち噴射を実行させる場合、先立ち噴射用の燃料の着火性が低いほど圧縮行程における早い時期に先立ち噴射させ、吸気行程中に先立ち噴射を実行させる場合、先立ち噴射用の燃料の着火性が低いほど吸気行程における早い時期に先立ち噴射させるよう燃料噴射制御手段を構成している。

これにより、この請求項２記載の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射燃料自体の圧縮着火性が低くても、この先立ち噴射燃料を主噴射の燃料噴射時期までに自己着火させることができるようになる。

また、上記目的を達成する為、請求項３記載の発明では、上記請求項１又は２に記載の多種燃料内燃機関において、吸気圧が低いほど先立ち噴射の燃料噴射量が減少されるように燃料噴射制御手段を構成している。例えば、この燃料噴射制御手段は、請求項４記載の発明の如く、吸気圧が低いほど先立ち噴射の燃料噴射量の上限値を低下させるように構成する。

先立ち噴射の燃料噴射量が同じ場合には吸気圧が低いほど圧縮自着火拡散燃焼時に急峻な燃焼を引き起こし易くなるが、この請求項３又は４に記載の多種燃料内燃機関においては、吸気圧が低いほど先立ち噴射の燃料噴射量が少なくなるので、急峻な燃焼を防ぐことができる。

また、上記目的を達成する為、請求項５記載の発明では、上記請求項１，２，３又は４に記載の多種燃料内燃機関において、機関回転数が低いほど先立ち噴射の燃料噴射量が減少されるように燃料噴射制御手段を構成している。例えば、この燃料噴射制御手段は、請求項６記載の発明の如く、機関回転数が低いほど先立ち噴射の燃料噴射量の上限値を低下させるように構成する。

先立ち噴射の燃料噴射量が同じ場合には機関回転数が低いほど圧縮自着火拡散燃焼時に急峻な燃焼を引き起こし易くなるが、この請求項５又は６に記載の多種燃料内燃機関においては、機関回転数が低いほど先立ち噴射の燃料噴射量が少なくなるので、急峻な燃焼を防ぐことができる。

ここで、点火時期の制御等を省けるとの観点からすれば、先立ち噴射された燃料は燃焼室内で自己着火させることが好ましく、これが為、その燃料には少なくとも圧縮着火性に優れた燃料が含まれていることが好ましい。従って、例えば、その燃焼室内の燃料は、請求項７記載の発明の如く、ガソリンと軽油の混合燃料にすればよい。

また、上記目的を達成する為、請求項８記載の発明では、上記請求項１記載の多種燃料内燃機関において、先立ち噴射させる燃料は火花点火に誘引されて着火する燃料であり、燃料噴射制御手段は、先立ち噴射された燃料の混合気に火花点火させ、その後に主噴射させるよう構成している。

この請求項８記載の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射燃料を火花点火により着火して燃焼させており、これにより燃焼室内の筒内温度及び筒内圧力が上昇するので、燃焼室内における主噴射燃料に対しての着火性が向上する。また、この多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射燃料の火花点火による着火に伴って火炎核が発生しているときや発熱しているときに主噴射することによって、燃焼室内における主噴射燃料に対しての着火性が向上する。これが為、この多種燃料内燃機関においては、上述した請求項１記載の多種燃料内燃機関と同様の効果を奏することができる。

また、上記目的を達成する為、請求項９記載の発明では、上記請求項１から８の内の何れか１つに記載の多種燃料内燃機関において、先立ち噴射を実行させる場合に、少なくともＰＭやスモークの発生が抑制されるように主噴射の燃料噴射時期を進角制御している。

この請求項９記載の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射によって急峻な燃焼を防いでいるので、主噴射の燃料噴射時期を進角させることによって圧縮自着火拡散燃焼時のＰＭやスモークの発生を抑えることができるようになる。

本発明に係る多種燃料内燃機関は、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際の燃料の圧縮着火性が低ければ、主噴射前に先立ち噴射させ、その燃焼反応を利用して筒内温度及び筒内圧力を上昇させて主噴射燃料に対しての着火性を高めている。また、この多種燃料内燃機関は、同様の状況下において、先立ち噴射燃料の着火に伴う火炎核や発熱を火種にして低圧縮着火性の主噴射燃料に対しての着火性を高めている。これが為、この多種燃料内燃機関によれば、燃焼室内に導かれる燃料の圧縮着火性の善し悪しに拘わらず、異常燃焼によるノッキングの発生を抑えることが可能な圧縮自着火拡散燃焼を行わせることができる。特に、この多種燃料内燃機関は、低圧縮着火性の燃料を用いても急峻な燃焼を起こさせずに圧縮自着火拡散燃焼させることができるので、ＮＯｘの発生量の増大や熱効率の悪化を抑制することができる。また、この多種燃料内燃機関は、低圧縮着火性の燃料を用いても圧縮自着火拡散燃焼時に安定した着火及び燃焼が行われるので、燃焼時の騒音や振動、トルク変動を抑制することができる。一方、この多種燃料内燃機関においては、混合燃料の圧縮着火性が悪化しても安定した圧縮自着火拡散燃焼が可能なので、蒸発性の高い燃料の混合割合を高めることができるようになり、圧縮自着火拡散燃焼時のＰＭやスモークの発生を抑えることができるようになる。このように、本発明に係る多種燃料内燃機関によれば、安定した圧縮自着火拡散燃焼モード運転を可能にし、エミッション性能及び出力性能の向上、燃費性能の向上を図ることができる。

以下に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。尚、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。

本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１を図１から図７に基づいて説明する。この多種燃料内燃機関とは、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される内燃機関である。本実施例１にあっては、後者の多種燃料内燃機関を例に挙げて説明する。

この多種燃料内燃機関は、図１に示す電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行される。その電子制御装置１は、図示しないＣＰＵ（中央演算処理装置），所定の制御プログラム等を予め記憶しているＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ），そのＣＰＵの演算結果を一時記憶するＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ），予め用意された情報等を記憶するバックアップＲＡＭ等で構成されている。

最初に、ここで例示する多種燃料内燃機関の構成について図１に基づき説明を行う。尚、その図１においては１気筒のみを図示しているが、本発明は、これに限らず、多気筒の多種燃料内燃機関にも適用可能である。本実施例１においては、複数の気筒を具備しているものとして説明する。

この多種燃料内燃機関には、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１，シリンダブロック１２及びピストン１３が備えられている。ここで、そのシリンダヘッド１１とシリンダブロック１２は図１に示すヘッドガスケット１４を介してボルト等で締結されており、これにより形成されるシリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの空間内にピストン１３が往復移動可能に配置される。そして、上述した燃焼室ＣＣは、そのシリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。

本実施例１の多種燃料内燃機関は、機関回転数や機関負荷等の運転条件及び燃焼モードに従って空気と燃料を燃焼室ＣＣに送り込み、その運転条件等に応じた燃焼制御を実行する。その空気については、図１に示す吸気通路２１とシリンダヘッド１１の吸気ポート１１ｂを介して外部から吸入される。一方、その燃料については、図１に示す燃料供給装置５０を用いて供給される。

先ず、空気の供給経路について説明する。本実施例１の吸気通路２１上には、外部から導入した空気に含まれる塵埃等の異物を除去するエアクリーナ２２と、外部からの吸入空気量を検出するエアフロメータ２３と、が設けられている。この多種燃料内燃機関においては、そのエアフロメータ２３の検出信号が電子制御装置１へと送られ、その検出信号に基づいて電子制御装置１が吸入空気量や機関負荷等を算出する。

また、その吸気通路２１上におけるエアフロメータ２３よりも下流側には、燃焼室ＣＣ内への吸入空気量を調節するスロットルバルブ２４と、このスロットルバルブ２４を開閉駆動するスロットルバルブアクチュエータ２５と、が設けられている。本実施例１の電子制御装置１は、そのスロットルバルブアクチュエータ２５を運転条件及び燃焼モードに従って駆動制御し、その運転条件等に応じた弁開度（換言すれば、吸入空気量）となるようにスロットルバルブ２４の開弁角度を調節させる。例えば、そのスロットルバルブ２４は、運転条件や燃焼モードに応じた空燃比を成す為に必要な吸入空気量の空気が燃焼室ＣＣに吸入されるよう調節される。この多種燃料内燃機関においては、そのスロットルバルブ２４の弁開度を検出し、その検出信号を電子制御装置１に送信するスロットル開度センサ２６が設けられている。

更に、吸気ポート１１ｂはその一端が燃焼室ＣＣに開口しており、その開口部分に当該開口を開閉させる吸気バルブ３１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に吸気バルブ３１が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その吸気バルブ３１を開弁させることによって吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内に空気が吸入される一方、その吸気バルブ３１を閉弁させることによって燃焼室ＣＣ内への空気の流入が遮断される。

ここで、その吸気バルブ３１としては、例えば、図示しない吸気側カムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ３１においては、その吸気側カムシャフトとクランクシャフト１５の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってその吸気側カムシャフトをクランクシャフト１５の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。本実施例１の多種燃料内燃機関においては、このようなクランクシャフト１５の回転に同期して開閉駆動される吸気バルブ３１を適用する。

但し、この多種燃料内燃機関は、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を変更可能な所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備してもよく、これにより、その吸気バルブ３１の開閉時期やリフト量を運転条件及び燃焼モードに応じた好適なものへと可変させることができるようになる。更にまた、この多種燃料内燃機関においては、かかる可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ３１を開閉駆動させる所謂電磁駆動弁を利用してもよい。

続いて、燃料供給装置５０について説明する。この燃料供給装置５０は、性状の異なる複数種類の燃料を燃焼室ＣＣに導くものである。本実施例１にあっては、性状の異なる２種類の燃料（第１燃料タンク４１Ａに貯留された第１燃料Ｆ１と第２燃料タンク４１Ｂに貯留された第２燃料Ｆ２）を予め所定の燃料混合比率で混合して、その混合燃料を燃焼室ＣＣ内に直接噴射させるべく構成したものについて例示する。

具体的に、この燃料供給装置５０は、第１燃料Ｆ１を第１燃料タンク４１Ａから吸い上げて第１燃料通路５１Ａに送出する第１フィードポンプ５２Ａと、第２燃料Ｆ２を第２燃料タンク４１Ｂから吸い上げて第２燃料通路５１Ｂに送出する第２フィードポンプ５２Ｂと、その第１及び第２の燃料通路５１Ａ，５１Ｂから各々送られてきた第１及び第２の燃料Ｆ１，Ｆ２を混ぜ合わせる燃料混合手段５３と、この燃料混合手段５３にて生成された混合燃料を加圧して高圧燃料通路５４に圧送する高圧燃料ポンプ５５と、その高圧燃料通路５４の混合燃料を夫々の気筒に分配するデリバリ通路５６と、このデリバリ通路５６から供給された混合燃料を燃焼室ＣＣ内に噴射する各気筒の燃料噴射弁５７と、を備える。

この燃料供給装置５０においては、その第１フィードポンプ５２Ａ，第２フィードポンプ５２Ｂ及び燃料混合手段５３を電子制御装置１の燃料混合制御手段に駆動制御させ、これにより、所定の燃料混合比率の混合燃料が燃料混合手段５３で生成されるように構成する。例えば、この燃料供給装置５０は、その第１フィードポンプ５２Ａと第２フィードポンプ５２Ｂの夫々の吐出量を電子制御装置１の燃料混合制御手段に加減させることによって混合燃料の燃料混合比率を調節してもよく、その燃料混合制御手段の指示に従って燃料混合手段５３に第１及び第２の燃料Ｆ１，Ｆ２の夫々の混合割合を加減させて混合燃料の燃料混合比率を調節してもよい。ここで、その燃料混合比率は、予め設定されている一定値であってもよく、運転条件や燃焼モードに応じて変わる変動値であってもよい。

また、この燃料供給装置５０は、その高圧燃料ポンプ５５及び燃料噴射弁５７を電子制御装置１の燃料噴射制御手段に駆動制御させ、これにより、所望の燃料噴射量，燃料噴射時期及び燃料噴射期間等の燃料噴射条件で上記の生成された混合燃料が噴射されるように構成する。例えば、その電子制御装置１の燃料噴射制御手段には、その混合燃料を高圧燃料ポンプ５５から圧送させ、運転条件や燃焼モード等に応じた燃料噴射条件で燃料噴射弁５７に噴射を実行させる。

そのようにして燃焼室ＣＣに供給された混合燃料は、上述した空気と相俟って燃焼モードに対応する着火モードの着火動作によって燃焼させられる。そして、その燃焼された後の筒内ガスは、燃焼室ＣＣから図１に示す排気ポート１１ｃへと排出される。ここで、この排気ポート１１ｃには、燃焼室ＣＣとの間の開口を開閉させる排気バルブ６１が配設されている。その開口の数量は１つでも複数でもよく、その開口毎に上述した排気バルブ６１が配備される。従って、この多種燃料内燃機関においては、その排気バルブ６１を開弁させることによって燃焼室ＣＣ内から排気ポート１１ｃに燃焼後の筒内ガスが排出され、その排気バルブ６１を閉弁させることによって筒内ガスの排気ポート１１ｃへの排出が遮断される。

ここで、その排気バルブ６１としては、上述した吸気バルブ３１と同様に、動力伝達機構を介在させたもの、所謂可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を具備したものや所謂電磁駆動弁を適用することができる。

ところで、内燃機関においては、一般に、拡散燃焼モードと火炎伝播燃焼モードとに燃焼モードが大別され、その夫々に対応する着火モードとして圧縮自着火モードと予混合火花点火モードとが用意される。以下においては、それらを一括して燃焼モードと総称し、各々圧縮自着火拡散燃焼モード、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと称する。

先ず、圧縮自着火拡散燃焼モードとは、圧縮行程の燃焼室ＣＣ内で形成された高温の圧縮空気の中に高圧の燃料を噴射することによって燃料の一部を自己着火させ、その燃料と空気を拡散混合させながら燃焼を進行させる燃焼形態のことである。ここで、燃焼室ＣＣ内の圧縮空気と燃料は瞬時に混合され難いので、燃料の噴射開始直後においては、所々で空燃比に濃淡が生じてしまう。一方、拡散燃焼させる際には一般的に下記の如き圧縮着火性に優れた燃料を使用することが好ましく、そのような圧縮着火性の良好な燃料は、全噴射量が噴射し終わるのを待つことなく、燃焼に適した空燃比の部分において自ら発火してしまう。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、燃焼に適した空燃比の部分の燃料が先に自己着火し、これにより形成された火炎が残りの燃料と空気を巻き込みながら徐々に燃焼を進行させる。このような圧縮自着火拡散燃焼時には、異常燃焼が起こらないので、一般にガソリン機関で言われるところのノッキングは発生しない。これが為、高負荷域で高トルク化及び高出力化を図る為には、ノッキングの制約を受けない圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させることが望ましい。

この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる為には、通常、発火点が圧縮空気の圧縮熱よりも低い圧縮着火性の良好な燃料が必要とされる。例えば、その圧縮着火性の良い燃料としては、軽油やジメチルエーテルなどが考えられる。更に、近年、軽油の代替燃料としてＧＴＬ（Ｇａｓ Ｔｏ Ｌｉｑｕｉｄｓ）燃料が注目されており、このＧＴＬ燃料は、所望の性状のものとして生成し易い。これが為、圧縮着火性の良い燃料には、圧縮着火性を高めるべく生成されたＧＴＬ燃料を使用することもできる。このような圧縮着火性の良好な燃料は、圧縮自着火拡散燃焼を可能にするだけでなく、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際にＮＯｘの発生量を減少させ、更に、燃焼時の騒音や振動を抑えることができる。

一方、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードとは、燃料と空気を予め混ぜ合わせた燃焼室ＣＣ内の予混合気に火花点火にて火種を与え、その火種を中心にして火炎を伝播させながら燃焼を進行させる燃焼形態のことである。この予混合火花点火火炎伝播燃焼モードには、均質に混ぜ合わされた予混合気に対して点火を行う均質燃焼や、点火手段の周囲に濃度の高い予混合気を形成すると共に更にその周囲に希薄予混合気を形成し、その濃い予混合気に対して点火を行う成層燃焼などの燃焼形態も含む。

この予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに適している燃料としては、一般に、ガソリンに代表される蒸発性の高い燃料が考えられる。ここで、蒸発性の高い燃料は、空気と混合され易いので、燃料の過濃領域を減少させ、ＰＭやスモーク、ＮＯｘや未燃炭化水素（未燃ＨＣ）の抑制に寄与する。このような蒸発性の高い燃料としては、ガソリン以外に、蒸発性の高い性状のものとして生成されたＧＴＬ燃料やジメチルエーテル等のアルコール燃料などが知られている。

本実施例１の多種燃料内燃機関は、その双方の燃焼モードでの運転を可能にすべく構成する。従って、本実施例１の多種燃料内燃機関には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転を可能にする為、予混合気に対して火花点火させる図１に示す点火プラグ７１を配設する。この点火プラグ７１は、電子制御装置１の指示に従い、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード時の運転条件に応じた点火時期になると火花点火を実行する。

また、本実施例１の電子制御装置１には、燃焼モードを設定する燃焼モード設定手段が用意されている。ここで例示する燃焼モード設定手段には、運転条件（機関回転数Ｎｅ及び機関負荷Ｋｌ）をパラメータにした図２に示す如き燃焼モードマップデータを利用して、運転条件に応じた最適な燃焼モードを選択させる。例えば、この燃焼モードマップデータは、中高負荷・低回転や高負荷・高回転等の運転条件のときに圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、低負荷・低回転や低中負荷・高回転等の運転条件のときに予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させるように、予め実験やシミュレーションに基づき設定されたものである。その機関回転数Ｎｅについては、図１に示すクランク角センサ１６の検出信号から把握することができる。このクランク角センサ１６は、クランクシャフト１５の回転角度を検出するセンサである。一方、機関負荷Ｋｌについては、上述したエアフロメータ２３の検出信号から把握することができる。

ここで、圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、圧縮空気中に燃料が噴射されるので蒸発性の低い燃料を使用した場合には燃料と空気の混合状態が均一になり難く、更に、拡散燃焼期間と後燃え期間で燃焼室ＣＣ内の温度と圧力が低下する為に、不完全燃焼を引き起こしてＰＭやスモークが発生され易くなってしまう。特に、そのＰＭやスモークの発生量は、燃料の蒸発性が低ければ低いほど増加していく。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる際には、高い圧縮着火性だけでなく高い蒸発性も有している燃料を使用すればよく、これにより、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が高まって空気との混合が促進されるので、燃料の過濃領域が減少されてＰＭやスモークの発生量を減少させることができる。

ここで示す「燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料」とは、本実施例１の多種燃料内燃機関のように燃料混合手段５３で混合された各燃料Ｆ１，Ｆ２の混合燃料が燃焼室ＣＣへと送られる形態を採っているときにはその混合燃料のことをいう。ここでは、第１燃料タンク４１Ａに圧縮着火性が高く蒸発性の低い燃料（第１燃料Ｆ１）を貯留させ、第２燃料タンク４１Ｂに圧縮着火性が低く蒸発性の高い燃料（第２燃料Ｆ２）を貯留させた場合について例示する。例えば、その第１燃料Ｆ１として軽油が貯留され、その第２燃料Ｆ２としてガソリンが貯留されている。かかる場合、夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２の様々な燃料特性を総合して勘案しなければならないが、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料は、一般に、第１燃料Ｆ１の燃料混合割合が多ければ圧縮着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第２燃料Ｆ２の燃料混合割合が多ければ圧縮着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。尚、後述する図１１に示す多種燃料内燃機関のように各燃料Ｆ１，Ｆ２が個別に燃焼室ＣＣへと供給される形態を採っている場合には、その供給された各燃料Ｆ１，Ｆ２の全体のことを「燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料」という。かかる場合には、第１燃料Ｆ１の供給割合が多ければ圧縮着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第２燃料Ｆ２の供給割合が多ければ圧縮着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。

このように、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の燃料特性はこれに占める各燃料Ｆ１，Ｆ２の割合に依存するものであり、蒸発性の高い第２燃料Ｆ２の増量に伴って圧縮自着火拡散燃焼時のＰＭやスモークの発生を抑制できるが、その一方で燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の圧縮着火性が低下していくので、その増量度合いによっては自己着火ができなくなってしまう可能性もある。また、自己着火の不可能な状態にまで至らずとも、圧縮着火性の低い燃料は、前述したが如く圧縮自着火拡散燃焼時に急峻な燃焼を引き起こし、ＮＯｘの発生量の増大や熱効率の悪化を招いてしまう。更に、そのような圧縮着火性の低い燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼させた場合には、所謂ディーゼルノックを引き起こして燃焼時の騒音や振動の悪化を招いてしまい、また、着火が不安定になって激しいトルク変動を引き起こしてしまうので、安定した機関運転が不可能になる。

ここで、近年においては、ＰＭ捕集装置たるＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）によってＰＭやスモークの大気への放出を抑える技術が進展している。これが為、このＰＭ捕集装置を車載するのであれば、圧縮着火性の高い第１燃料Ｆ１を増量して燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の圧縮着火性を向上させたとしても、ＰＭやスモークの大気への放出を抑制することができる。従って、ここでは、そのＰＭ捕集装置によって圧縮自着火拡散燃焼させる際に圧縮着火性の高い燃料を用いることができるので、圧縮着火性の低い燃料を使用した際に起こり得るＮＯｘ発生量の増大や燃焼時の騒音等の改善が可能になる。

しかしながら、この多種燃料内燃機関においては、何れの燃焼モードが選択されるのか、更に、その選択された燃焼モードでどの様な燃料混合比率が適用されるのかによって、その後の燃料混合比率（即ち、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の燃料特性）に大きな影響を与えてしまう。例えば、圧縮着火性の高い第１燃料Ｆ１の混合割合が高い混合燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モードを多用した場合には、蒸発性の高い第２燃料Ｆ２を第２燃料タンク４１Ｂに残したまま第１燃料Ｆ１が消費され尽くしてしまう可能性が高い。これが為、圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を更に継続したい場合には、例えば、ある時点から第１燃料Ｆ１の混合割合を低くして当該第１燃料Ｆ１の使用量を抑え、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の圧縮着火性を低下させなければならない。このように、この多種燃料内燃機関においては、必ずしもその時々の圧縮自着火拡散燃焼に適した良好な圧縮着火性の燃料を燃焼室ＣＣ内に導けるとは限らない。

一方、上述したような燃料自体の圧縮着火性を向上させることができなくても、燃焼室ＣＣ内に導かれた燃料に対しての着火性については改善することができる。例えば、その燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性は、筒内温度や筒内圧力を高めることによって改善される。そして、筒内温度や筒内圧力を上昇させる為には、通常の燃料噴射（以下、「主噴射」という。）を行う前に予備的な燃料噴射（以下、「先立ち噴射」という。）を行い、その先立ち噴射の燃料を主噴射よりも前に燃焼室ＣＣ内で燃焼させればよい。以下においては、その主噴射のみの燃料噴射モードを通常燃料噴射モードといい、先立ち噴射及び主噴射を行う燃料噴射モードを複合燃料噴射モードという。

そこで、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性に応じて圧縮自着火拡散燃焼モード運転時の燃料噴射モードの切り替えを行う。

ここで、燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性は、その燃料自体の圧縮着火性の良否だけでなく水温ｔｗや吸気温ｔａの高低にも依存して善し悪しが変わる。例えば、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料がある程度良好な圧縮着火性を有していたとしても、水温ｔｗや吸気温ｔａが所定よりも低ければその燃料に対しての着火性は悪くなる。このように、燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性は、その燃料自体の圧縮着火性が低ければ低いほど、また、水温ｔｗや吸気温ｔａが低ければ低いほど悪化していく。従って、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時の燃料噴射モードを切り替える際には、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の圧縮着火性と水温ｔｗと吸気温ｔａとを総合的に勘案して当該燃料に対しての着火性を判断する必要がある。

その燃料の圧縮着火性については、その良否を指数化した指数値（以下、「着火性指数値」という。）Ｉを用いて表すことができる。従って、本実施例１の電子制御装置１には、その燃料の着火性指数値Ｉの検出を行う燃料特性検出手段を設ける。具体的に、燃料の着火性指数値Ｉとしては、燃料のセタン価（セタン指数）や圧縮自着火拡散燃焼モード運転時の着火遅れ期間が利用可能である。

その燃料のセタン価については、例えば、燃料特性検出手段が認識した夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２の性状から把握することができる。しかしながら、本実施例１にあっては、その夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２が燃料混合手段５３において所定の燃料混合比率で混合された後に燃焼室ＣＣへと送られるので、その燃料混合比率も考慮しなければ燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料（混合燃料）の正確なセタン価を把握することができない。これが為、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料（混合燃料）のセタン価を着火性指数値Ｉとして利用する場合には、そのセタン価を夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２のセタン価とこれらの燃料混合比率に基づいて算出させる。

ここで、その夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２の性状については、給油時の各燃料Ｆ１，Ｆ２の性状を給油作業者に入力させる入力装置を車輌に設けて認識させてもよく、給油燃料の種別や性状、給油量等の給油情報を給油設備から車輌に夫々の通信装置を介して送受信させることで認識させてもよい。また、その夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２の性状については、例えば、第１及び第２の燃料タンク４１Ａ，４１Ｂに各々設けた図示しない燃料性状センサの検出信号から推定することもできる。この場合、燃料特性検出手段は、その燃料性状センサに燃料の比重，粘度及び電導率等を検出させ、これらに基づいてその燃料の性状を推定する。

一方、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時の着火遅れ期間については、図示しない筒内圧センサや着火時期センサ、クランク角センサ１６の検出信号を用いて検出することができる。例えば、燃料特性検出手段は、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時に筒内圧センサから検出した筒内圧力の変化に基づいて着火遅れ期間を算出することができる。また、この燃料特性検出手段は、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時に着火時期センサとしてのイオンプローブを用いてイオン電流を計測し、これに基づいて着火遅れ期間を算出することもできる。また、この燃料特性検出手段は、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時にクランク角センサ１６から検出したクランク角速度の変化に基づいて着火遅れ期間を算出することも可能である。尚、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、筒内圧センサが配備されていないものとする。

更に、燃料の着火性指数値Ｉとしては、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時の熱発生率又はこれに準ずる値を利用してもよい。その熱発生率又はこれに準ずる値については、筒内圧センサから検出した筒内圧力とクランク角センサ１６から検出したクランク角に基づいて求めることができる。

本実施例１の電子制御装置１の燃料噴射制御手段は、そのようにして検出した燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の着火性指数値Ｉと、図１に示す水温センサ８１から検出した水温ｔｗと、図１に示す吸気温センサ８２から検出した吸気温ｔａと、に基づいて燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性を判断し、その結果に応じて圧縮自着火拡散燃焼モード運転時の燃料噴射モードの切り替えを行う。例えば、本実施例１の燃料噴射モードとしては上述した通常燃料噴射モードと複合燃料噴射モードが用意されており、この燃料噴射制御手段には、燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性が所定よりも高ければ通常燃料噴射モードを選択させ、その着火性が所定よりも低ければ複合燃料噴射モードを選択させる。

具体的な方策として、本実施例１の燃料噴射制御手段には、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の着火性指数値Ｉと、水温ｔｗや吸気温ｔａを考慮して設定した燃料噴射モード切替条件たる着火性の判断用閾値（以下、「第１着火性判断基準値」という。）Ｉｓ１と、を比較させ、その結果に応じて燃料噴射モードを選択させる。その第１着火性判断基準値Ｉｓ１とは、現状の水温ｔｗと吸気温ｔａの状態において、主噴射のみで上述したＮＯｘ発生量の増大や燃焼時の騒音等の起こらない良好な圧縮自着火拡散燃焼を可能にする最も圧縮着火性の低い燃料についての着火性指数値のことであり、水温ｔｗや吸気温ｔａが低いほどに高い値を示す。ここでは、水温ｔｗ及び吸気温ｔａをパラメータとし、これらが低温であればあるほど高い値の第１着火性判断基準値Ｉｓ１が選択される図３の燃料噴射モード切替条件マップデータを予め用意しておく。従って、本実施例１の燃料噴射制御手段は、その着火性指数値Ｉが第１着火性判断基準値Ｉｓ１以上であれば通常燃料噴射モードを選択し、その着火性指数値Ｉが第１着火性判断基準値Ｉｓ１よりも小さければ複合燃料噴射モードを選択するように設定しておく。

ところで、圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、通常、圧縮行程後期の内で良好な圧縮自着火拡散燃焼を可能にする時期に主噴射の燃料噴射時期（以下、「主噴射時期」という。）ＴＭが設定される。一般には、ピストン１３が圧縮上死点近傍に位置しているときを主噴射時期ＴＭとして設定する。これが為、先立ち噴射の燃料噴射時期（以下、「先立ち噴射時期」という。）ＴＰとしては、先立ち噴射された燃料が主噴射時期ＴＭまでに自己着火して筒内温度及び筒内圧力を上昇させることのできる時期に設定する必要がある。ここで、圧縮自着火拡散燃焼モード運転時には燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性が低ければ低いほど着火遅れ期間が長くなるので、その着火性の度合い如何では、先立ち噴射された燃料が主噴射時期ＴＭまでに燃焼室ＣＣ内で着火反応を起こさない可能性がある。従って、先立ち噴射時期ＴＰは、燃焼室ＣＣ内における先立ち噴射された燃料に対しての着火性が低いほど主噴射時期ＴＭに対して早めることが好ましく、その着火性に応じた吸気行程から圧縮行程までの期間中の所定の時期に設定する。例えば、ここでは、燃焼室ＣＣ内における先立ち噴射された燃料に対しての着火性が所定よりも高ければ圧縮行程初期における所定の時期に先立ち噴射させ、その着火性が所定よりも低ければ吸気行程における所定の時期に先立ち噴射させる。

具体的に、本実施例１の燃料噴射制御手段には、先立ち噴射される燃料の着火性指数値ＩＰ（＝着火性指数値Ｉ）と、水温ｔｗや吸気温ｔａを考慮して設定した先立ち噴射時期切替条件たる着火性の判断用閾値（以下、「第２着火性判断基準値」という。）Ｉｓ２と、を比較させ、その結果に応じて圧縮行程先立ち噴射又は吸気行程先立ち噴射を選択させる。その第２着火性判断基準値Ｉｓ２とは、現状の水温ｔｗと吸気温ｔａの状態において、主噴射時期ＴＭまでに自己着火して筒内温度及び筒内圧力を上昇させることが可能な圧縮行程の開始と共に先立ち噴射された燃料の内の最も圧縮着火性の低いものについての着火性指数値のことであり、水温ｔｗや吸気温ｔａが低いほどに高い値を示す。ここでは、上述した第１着火性判断基準値Ｉｓ１の場合と同様に、水温ｔｗ及び吸気温ｔａをパラメータとし、これらが低温であればあるほど高い値の第２着火性判断基準値Ｉｓ２が選択される図４の先立ち噴射時期切替条件マップデータを予め用意しておく。従って、本実施例１の燃料噴射制御手段は、先立ち噴射される燃料の着火性指数値Ｉが第２着火性判断基準値Ｉｓ２以上であれば圧縮行程初期の先立ち噴射時期ＴＰｃを算出し、その着火性指数値Ｉが第２着火性判断基準値Ｉｓ２よりも小さければ吸気行程の先立ち噴射時期ＴＰｓを算出するように設定しておく。その夫々の先立ち噴射時期ＴＰｃ，ＴＰｓとしては、先立ち噴射される燃料の着火性指数値Ｉが小さいほど早い時期を選択させる。尚、この夫々の先立ち噴射時期ＴＰｃ，ＴＰｓについては、予め各々に固有の燃料噴射時期を設定しておいてもよい。

ここで、本実施例１の複合燃料噴射モードにおいては、先立ち噴射された燃料の燃焼によって後述するが如く主噴射された燃料についての急峻な燃焼が回避されるので、ＰＭやスモークの発生量の増加が懸念される主噴射時期ＴＭの遅角制御を行わずとも急峻な燃焼を防ぐことができるようになり、逆に、その主噴射時期ＴＭを進角させることによって急峻な燃焼を抑えつつＰＭやスモークの発生を抑えることができる。従って、本実施例１の燃料噴射制御手段には、複合燃料噴射モードにおける主噴射時期ＴＭを少なくともＰＭ等の発生を抑制し得る程度まで進角側に設定させる。

更に、本実施例１の燃料噴射制御手段には、先立ち噴射させる際の燃料噴射量（以下、「先立ち噴射量」という。）ＦＰと主噴射の燃料噴射量（以下、「主噴射量」という。）ＦＭを算出させる。

ここで、先立ち噴射の燃焼反応に伴う筒内温度や筒内圧力の上昇率は、先立ち噴射される燃料が増量していくにつれて高くなる。その反面、この筒内温度や筒内圧力の上昇率は、先立ち噴射された燃料の圧縮着火性が低いほど、また、燃焼室ＣＣ内に導かれる吸入空気の吸気温ｔａが低いほど低下していく。従って、その際の筒内温度や筒内圧力は、先立ち噴射時に燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の圧縮着火性（着火性指数値Ｉ）や吸気温ｔａが低いほど先立ち噴射量ＦＰを増量させなければ、効果的に上昇していかない。

一方、先立ち噴射量ＦＰの過度の増量は、その噴射燃料による燃焼自体が急峻な燃焼となってしまい、筒内温度や筒内圧力を上昇させる以前の問題として上述した騒音等を引き起こすので好ましくない。ここで、その先立ち噴射量ＦＰが過度なものであるのか否かについては、燃焼室ＣＣ内に導かれる吸入空気の吸気圧Ｐｉｎや機関回転数Ｎｅから判断できる。例えば、先立ち噴射量ＦＰが同じであれば吸気圧Ｐｉｎや機関回転数Ｎｅが低いほど先立ち噴射燃料による燃焼が急峻になるので、そのように同量の先立ち噴射量ＦＰであったとしても、その先立ち噴射量ＦＰは、吸気圧Ｐｉｎや機関回転数Ｎｅが低くなるにつれて過度なものとして判断される。

そこで、先立ち噴射量ＦＰについては、先立ち噴射される燃料の圧縮着火性（着火性指数値Ｉ），吸気温ｔａ，吸気圧Ｐｉｎ及び機関回転数Ｎｅを考慮した上で、筒内温度や筒内圧力を上昇させるに好適な量を設定する。例えば、本実施例１の燃料噴射制御手段には、先立ち噴射される燃料の圧縮着火性（着火性指数値Ｉ）及び吸気温ｔａに応じた基準となる先立ち噴射量（以下、「基準先立ち噴射量」という。）ＦＰ１と、吸気圧Ｐｉｎ及び機関回転数Ｎｅに応じた先立ち噴射量の増量限界値としての上限値（以下、「先立ち噴射量上限ガード値」という。）ＦＰ２と、を算出させ、これらの比較結果に応じて先立ち噴射量ＦＰを設定する。ここでは、その基準先立ち噴射量ＦＰ１が先立ち噴射量上限ガード値ＦＰ２以下であれば当該基準先立ち噴射量ＦＰ１を先立ち噴射量ＦＰとして設定させ、その基準先立ち噴射量ＦＰ１が先立ち噴射量上限ガード値ＦＰ２よりも大きければ当該先立ち噴射量上限ガード値ＦＰ２を先立ち噴射量ＦＰとして設定させる。

ここで、その基準先立ち噴射量ＦＰ１については、着火性指数値Ｉ及び吸気温ｔａをパラメータとし、これらが低いほど高い値が選択される図５の基準先立ち噴射量選定マップデータを用いて求める。一方、その先立ち噴射量上限ガード値ＦＰ２については、吸気圧Ｐｉｎ及び機関回転数Ｎｅをパラメータとし、これらが低いほど低い値が選択される図６の先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータを用いて求める。つまり、その先立ち噴射量上限ガード値ＦＰ２を吸気圧Ｐｉｎや機関回転数Ｎｅが低いほど低下させ、これにより先立ち噴射量ＦＰを減少させる。これら基準先立ち噴射量ＦＰ１及び先立ち噴射量上限ガード値ＦＰ２は、夫々に、圧縮行程初期の基準先立ち噴射量ＦＰｃ１及び先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２並びに吸気行程の基準先立ち噴射量ＦＰｓ１及び先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２に分けられる。従って、先立ち噴射量ＦＰについても、圧縮行程初期の先立ち噴射量ＦＰｃと吸気行程の先立ち噴射量ＦＰｓとに分けられる。

尚、その図５においては圧縮行程初期の基準先立ち噴射量ＦＰｃ１と吸気行程の基準先立ち噴射量ＦＰｓ１を便宜上一纏めに記載しているが、厳密には、各々個別の基準先立ち噴射量選定マップデータが用意されている。同様に、その図６においては先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２と吸気行程の先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２を便宜上一纏めに記載しているが、厳密には、各々個別の先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータが用意されている。

以下に、本実施例１の多種燃料内燃機関における電子制御装置１の制御動作の一例を図７のフローチャートに基づき説明する。

先ず、本実施例１の電子制御装置１は、この多種燃料内燃機関の機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｋｌを各々クランク角センサ１６とエアフロメータ２３の検出信号に基づいて検出する（ステップＳＴ１）。そして、この電子制御装置１は、その機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｋｌの組み合わせに最適な燃焼モードを燃焼モード設定手段に図２に示す燃焼モードマップデータから求めさせ、これが圧縮自着火拡散燃焼モードであるのか否かについて判断する（ステップＳＴ２）。

ここで、この電子制御装置１は、圧縮自着火拡散燃焼モードが選択された場合、その燃料特性検出手段が燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の着火性指数値Ｉを上記の如くして検出し（ステップＳＴ３）、更に、この多種燃料内燃機関の水温ｔｗ及び吸気温ｔａを図３に示す燃料噴射モード切替条件マップデータと図４に示す先立ち噴射時期切替条件マップデータに照らし合わせて第１着火性判断基準値Ｉｓ１と第２着火性判断基準値Ｉｓ２を算出する（ステップＳＴ４）。その際の第１着火性判断基準値Ｉｓ１と第２着火性判断基準値Ｉｓ２は、その水温ｔｗや吸気温ｔａが低温であるほど（即ち、自己着火に厳しい条件であればあるほど）高い値が設定されている。

そして、この電子制御装置１の燃料噴射制御手段は、その着火性指数値Ｉが第１着火性判断基準値Ｉｓ１以上であるか否かを判断する（ステップＳＴ５）。ここで、着火性指数値Ｉが第１着火性判断基準値Ｉｓ１以上である場合とは、燃焼室ＣＣ内の主噴射燃料に対しての着火性が十分に確保されていることを表している。これが為、この場合には、通常燃料噴射モードを選択させ、後述するステップＳＴ２１〜ＳＴ２３を経て主噴射のみの圧縮自着火拡散燃焼を行わせる。

一方、これとは逆に着火性指数値Ｉが第１着火性判断基準値Ｉｓ１よりも小さいときには、燃焼室ＣＣ内の主噴射燃料に対しての着火性が低いことを表しているので複合燃料噴射モードを選択する。本実施例１においては、そのステップＳＴ５で否定判定されて複合燃料噴射モードが選択された後、その着火性指数値Ｉが第２着火性判断基準値Ｉｓ２以上であるか否かを燃料噴射制御手段に判断させる（ステップＳＴ６）。

ここで、着火性指数値Ｉが第２着火性判断基準値Ｉｓ２以上の場合とは、圧縮行程初期に先立ち噴射させることによって、その燃料が主噴射時期ＴＭまでに自己着火して筒内温度や筒内圧力を上昇させる場合について表している。一方、着火性指数値Ｉが第２着火性判断基準値Ｉｓ２よりも小さい場合とは、吸気行程のように早めに先立ち噴射させなければ、その燃料が主噴射時期ＴＭまでに自己着火して筒内温度や筒内圧力を上昇させることができない場合について表している。

従って、本実施例１の燃料噴射制御手段は、ステップＳＴ６にて肯定判定された場合、圧縮行程初期に先立ち噴射させるべく、圧縮行程初期の先立ち噴射時期ＴＰｃを燃焼室ＣＣ内の先立ち噴射燃料に対しての着火性（着火性指数値Ｉ、水温ｔｗや吸気温ｔａ）に応じて求める（ステップＳＴ７）。

また、この燃料噴射制御手段は、圧縮行程初期の基準先立ち噴射量ＦＰｃ１と先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２を求める（ステップＳＴ８，ＳＴ９）。その際、基準先立ち噴射量ＦＰｃ１は、着火性指数値Ｉと吸気温ｔａに基づいて図５に示す基準先立ち噴射量選定マップデータから選択し、先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２は、吸気圧Ｐｉｎと機関回転数Ｎｅに基づいて図６に示す先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータから選択する。

しかる後、この燃料噴射制御手段は、その基準先立ち噴射量ＦＰｃ１と先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２とを比較して（ステップＳＴ１０）、基準先立ち噴射量ＦＰｃ１が先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２以下であれば当該基準先立ち噴射量ＦＰｃ１を圧縮行程初期の先立ち噴射量ＦＰｃとして設定し（ステップＳＴ１１）、基準先立ち噴射量ＦＰｃ１が先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２よりも大きければ当該先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｃ２を圧縮行程初期の先立ち噴射量ＦＰｃとして設定する（ステップＳＴ１２）。

そして、この燃料噴射制御手段は、設定した先立ち噴射時期ＴＰｃとなった際に、ステップＳＴ１１又はステップＳＴ１２にて設定した先立ち噴射量ＦＰｃで圧縮行程初期の先立ち噴射を実行させる（ステップＳＴ１３）。これにより、この多種燃料内燃機関においては、その先立ち噴射された燃料が燃焼室ＣＣ内で自己着火して燃焼し、主噴射時期ＴＭまでに筒内温度と筒内圧力を上昇させる。

一方、この燃料噴射制御手段は、ステップＳＴ６にて否定判定された場合、吸気行程で先立ち噴射させるべく、吸気行程の先立ち噴射時期ＴＰｓを燃焼室ＣＣ内の先立ち噴射燃料に対しての着火性に応じて求める（ステップＳＴ１４）。

また、この燃料噴射制御手段は、吸気行程の基準先立ち噴射量ＦＰｓ１と先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２を求める（ステップＳＴ１５，ＳＴ１６）。その際、基準先立ち噴射量ＦＰｓ１は、着火性指数値Ｉと吸気温ｔａに基づいて図５に示す基準先立ち噴射量選定マップデータから選択し、先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２は、吸気圧Ｐｉｎと機関回転数Ｎｅに基づいて図６に示す先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータから選択する。

しかる後、この燃料噴射制御手段は、その基準先立ち噴射量ＦＰｓ１と先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２とを比較して（ステップＳＴ１７）、基準先立ち噴射量ＦＰｓ１が先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２以下であれば基準先立ち噴射量ＦＰｓ１を吸気行程の先立ち噴射量ＦＰｓとして設定し（ステップＳＴ１８）、基準先立ち噴射量ＦＰｓ１が先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２よりも大きければ当該先立ち噴射量上限ガード値ＦＰｓ２を吸気行程の先立ち噴射量ＦＰｓとして設定する（ステップＳＴ１９）。

そして、この燃料噴射制御手段は、設定した先立ち噴射時期ＴＰｓとなった際に、ステップＳＴ１８又はステップＳＴ１９にて設定した先立ち噴射量ＦＰｓで吸気行程の先立ち噴射を実行させる（ステップＳＴ２０）。これにより、この多種燃料内燃機関においては、その先立ち噴射された燃料が十分な時間をかけた後の圧縮行程中に燃焼室ＣＣ内で自己着火して燃焼し、主噴射時期ＴＭまでに筒内温度と筒内圧力を上昇させる。

本実施例１の燃料噴射制御手段は、例えば、圧縮行程初期又は吸気行程に先立ち噴射された燃料が自己着火するまでに主噴射時期ＴＭと主噴射量ＦＭを算出しておき（ステップＳＴ２１，ＳＴ２２）、その主噴射時期ＴＭとなった際にその主噴射量ＦＭで主噴射を実行させる（ステップＳＴ２３）。

ここで、その際の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射された燃料の燃焼によって筒内温度と筒内圧力が上昇させられているので、主噴射された燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性が向上している。これが為、この多種燃料内燃機関においては、圧縮着火性の低い燃料であっても主噴射時期ＴＭまでには自己着火し易くなるので、主噴射された圧縮着火性の低い燃料で良好な圧縮自着火拡散燃焼を実現させることができるようになる。

尚、上記ステップＳＴ２にて圧縮自着火拡散燃焼モード以外の燃焼モードが選択された場合、本実施例１の燃料噴射制御手段は、その該当する燃焼モードについての燃料噴射制御を実行する（ステップＳＴ２４）。

以上示した如く、本実施例１の多種燃料内燃機関は、燃焼室ＣＣ内に導かれる主噴射燃料自体の圧縮着火性の善し悪しに拘わらずその主噴射燃料に対しての着火性を良好な状態にすることができるので、異常燃焼によるノッキングの起こらない安定した圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転が可能になる。従って、この多種燃料内燃機関においては、主噴射燃料の圧縮着火性が低くても圧縮自着火拡散燃焼時に急峻な燃焼が起こらなくなるので、ＮＯｘの発生量の増大や熱効率の悪化（燃費の悪化、出力低下）を抑制することができる。更に、この多種燃料内燃機関においては、燃料の圧縮着火性が低くても圧縮自着火拡散燃焼時にディーゼルノックが起こらなくなるので、燃焼時の騒音や振動が抑制され、また、燃料の圧縮着火性が低くても圧縮自着火拡散燃焼時の着火を安定させることができるので、不安定な着火及び燃焼の繰り返しによるトルク変動が抑制される。また、この多種燃料内燃機関においては、複合燃料噴射モードが選択された際の主噴射時期ＴＭを進角側に設定しているので、圧縮自着火拡散燃焼時のＰＭやスモークの発生をも抑えることができるようになる。また更に、この多種燃料内燃機関においては、混合燃料の圧縮着火性が悪化しても安定した圧縮自着火拡散燃焼が可能なので、蒸発性の高い第２燃料Ｆ２の混合割合を高めることができるようになり、これによっても圧縮自着火拡散燃焼時のＰＭやスモークの発生を抑えることが可能になる。また、この多種燃料内燃機関においては、異常燃焼によるノッキングが抑制されるので、高負荷での運転が可能になり、比出力や熱効率を改善することもできる。

ところで、本実施例１の多種燃料内燃機関においては先立ち噴射燃料を自己着火させているが、その先立ち噴射燃料の圧縮着火性が低すぎて自己着火できない又は自己着火しても直ぐに失火してしまう場合には、点火プラグ７１を用いて先立ち噴射燃料に着火してもよい。この場合、その先立ち噴射燃料は引火性の高い燃料であることが好ましく、これが為、ここでは、水素、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）やアルコール燃料等の高引火性燃料を混合燃料中に含ませることが望ましい。例えば、この場合には、上述した多種燃料内燃機関において、高引火性燃料を第２燃料Ｆ２として用意しておく。

ここで、この場合の多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣ内に形成された高引火性の先立ち噴射燃料の混合気に対して点火プラグ７１で点火し、これによる燃焼によって筒内温度や筒内圧力を上昇させる。従って、その先立ち噴射燃料の先立ち噴射時期ＴＰ及び先立ち噴射量ＦＰ並びに点火時期については、主噴射時期ＴＭまでに筒内温度や筒内圧力を上昇させ得る燃焼が行われるように設定すればよい。例えば、ここでは、主噴射時期ＴＭまでに燃焼室ＣＣ内の点火プラグ７１の周囲に濃度の高い先立ち噴射燃料の予混合気が形成されると共に更にその周囲に希薄予混合気が形成されるよう吸気行程から圧縮行程までの期間中に先立ち噴射時期ＴＰを設定し、その濃い予混合気に点火して主噴射時期ＴＭまでに筒内温度や筒内圧力を上昇させるよう点火時期を設定する。これにより、この場合の多種燃料内燃機関においても、低着火性の混合燃料を用いた良好な圧縮自着火拡散燃焼が可能になり、上記と同様の効果を奏することができる。

また、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射燃料として燃料混合手段５３で生成された混合燃料を使用しているが、これとは別にその先立ち噴射専用の燃料を用意しておいてもよい。例えば、この先立ち噴射専用の燃料としては、圧縮着火性の良好な燃料であることが好ましい。

更に、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射燃料の燃焼によって筒内温度や筒内圧力を上昇させ、これにより燃焼室ＣＣ内の主噴射燃料に対しての着火性を向上させているが、その先立ち噴射燃料が自己着火した際の火炎核や発熱を火種にして低圧縮着火性の主噴射燃料の着火を促してもよく、このようにしても上記と同様の効果を奏することができる。即ち、この多種燃料内燃機関は、先立ち噴射燃料の火花点火による着火に伴って火炎核が発生しているときや発熱しているときに主噴射することによって、燃焼室ＣＣ内における主噴射燃料に対しての着火性を向上させている。

ここで、この場合には、上述した例示において、複合燃料噴射モードが選択された際の先立ち噴射時期ＴＰを遅くして、先立ち噴射燃料が自己着火した時又はその直後に主噴射時期ＴＭが来るように設定する。従って、先立ち噴射燃料の圧縮着火性が高いときは、先立ち噴射時期ＴＰの直後に主噴射時期ＴＭが来ることも考えられる。そこで、この場合には、吸気行程から圧縮行程後期までの期間中における先立ち噴射燃料の圧縮着火性に応じた時期に先立ち噴射時期ＴＰが設定されるようにする。尚、１本の燃料噴射弁５７では先立ち噴射と主噴射を連続して行い難いので、２本の筒内直接噴射用燃料噴射弁を１つの燃焼室ＣＣに配備し、その各々を先立ち噴射用と主噴射用として使い分けてもよい。

また、その先立ち噴射燃料が上述した高引火性燃料のときには、この先立ち噴射燃料の混合気に対して点火プラグ７１で点火した時又はその直後に主噴射時期ＴＭが来るよう先立ち噴射時期ＴＰや点火時期を設定する。従って、先立ち噴射燃料の引火性が高いときには、主噴射時期ＴＭまでに燃焼室ＣＣ内の点火プラグ７１の周囲に濃度の高い先立ち噴射燃料の予混合気が形成されると共に更にその周囲に希薄予混合気が形成されるよう吸気行程から圧縮行程までの期間中に先立ち噴射時期ＴＰを設定し、その濃い予混合気に点火して火炎核が発生した時又はその直後に主噴射時期ＴＭが来るよう点火時期を設定する。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２を図８及び図９に基づいて説明する。

一般に、燃焼室ＣＣ内の筒内圧力を検知することができれば、その圧力変化から先立ち噴射された燃料の着火時期や筒内圧力上昇率を把握することができる。従って、前述した実施例１の多種燃料内燃機関において筒内圧力の検出又は推定が可能になった場合には、先立ち噴射した燃料が急峻な燃焼になっているか否かを判断することができる。また、筒内圧力は先立ち噴射量ＦＰが多くなるほどに高くなるものであり、先立ち噴射による筒内圧力上昇率から先立ち噴射量ＦＰを逆算することも可能である。これが為、その筒内圧力上昇率を次回の先立ち噴射時にフィードバックすることによって、実施例１の図６に示すような先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータを用意せずとも適正な先立ち噴射量ＦＰが設定できるようになる。

そこで、本実施例２は、筒内圧力を検出又は推定できるように構成した多種燃料内燃機関について説明する。ここでは、前述した実施例１の多種燃料内燃機関に図８に示す筒内圧センサ８３を配備して筒内圧力の検出ができるようにしたものを代表して例示する。

具体的に、先ず、本実施例２においては、急峻な燃焼か否かを判断する際の筒内圧力上昇率の閾値（以下、「燃焼状態判定基準値」という。）Ｐｒ０を用意しておく。この燃焼状態判定基準値Ｐｒ０は、例えば、先立ち噴射量ＦＰを増減させ、これに伴いＮＯｘ発生量の増大や熱効率の悪化が引き起こされた際の筒内圧力上昇率の最大値を設定する。

従って、先立ち噴射された際の最大筒内圧力上昇率Ｐｒが燃焼状態判定基準値Ｐｒ０よりも小さければ、その先立ち噴射の際の先立ち噴射量ＦＰについては急峻な燃焼を引き起こしていないことになる。

ここで、実施例１においては、先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータを用いることによって急峻な燃焼を引き起こす過剰な先立ち噴射量ＦＰを回避する一方で、急峻な燃焼を引き起こすことのない範囲で最大限に筒内温度及び筒内圧力を上昇させることが可能な先立ち噴射量ＦＰを設定することができる。しかしながら、本実施例２においては、その先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータを利用しないので、最終的に設定した先立ち噴射量ＦＰが最大限に筒内温度及び筒内圧力を上昇させることのできる分量であるとは限らない。これが為、本実施例２においては、急峻な燃焼が懸念されない状況下で筒内温度及び筒内圧力を最大限に上昇させることの可能な先立ち噴射量ＦＰが設定できるように構成する。例えば、本実施例２においても、実施例１と同様に、着火性指数値Ｉ及び吸気温ｔａを図５の基準先立ち噴射量選定マップデータに照らし合わせて基準先立ち噴射量ＦＰ１を算出させるようにする。しかしながら、本実施例２の基準先立ち噴射量選定マップデータは、その着火性指数値Ｉと吸気温ｔａの状況下において、急峻な燃焼を引き起こすことなく最大限に筒内温度及び筒内圧力を上昇させることが可能な基準先立ち噴射量ＦＰ１が記憶されている点で実施例１とは異なる。

一方、例えば、所定サイクル前の先立ち噴射時の最大筒内圧力上昇率Ｐｒが燃焼状態判定基準値Ｐｒ０以上になっている（即ち、急峻な燃焼になっている）場合には、その際の先立ち噴射量ＦＰが多過ぎであると推察できる。

ここで、数サイクルの間に着火性指数値Ｉや吸気温ｔａが大きく変化する可能性は少ないので、その間に選択される基準先立ち噴射量ＦＰ１についても大きな違いが生じるとは大凡考えられない。これが為、所定サイクル前に急峻な燃焼が生じた場合には、今後もその際と同等の分量の先立ち噴射量ＦＰが設定される可能性が高く、再び先立ち噴射時に急峻な燃焼が引き起こされてしまうので、その先立ち噴射量ＦＰを減らして急峻な燃焼を回避する必要がある。例えば、上述したが如く筒内圧力上昇率と先立ち噴射量ＦＰとの間には相関関係があるので、その減少量については、最大筒内圧力上昇率Ｐｒと燃焼状態判定基準値Ｐｒ０との差分に相当する燃料噴射量を設定すればよい。

以下に、本実施例２の多種燃料内燃機関における電子制御装置１の制御動作の一例を図９のフローチャートに基づき説明する。尚、実施例１と同様の制御動作については、以下において省略する又は簡潔な説明に留める。

本実施例２の電子制御装置１は、実施例１と同様にして、燃焼モードの設定を行い（ステップＳＴ１，ＳＴ２）、圧縮自着火拡散燃焼モードであれば燃料噴射モードの切り替えを行う（ステップＳＴ３〜ＳＴ６）。

ここで、複合燃料噴射モードが選択され、且つ、その際の先立ち噴射時期ＴＰとして圧縮行程初期が選択された場合、この電子制御装置１の燃料噴射制御手段は、実施例１と同様に圧縮行程初期の先立ち噴射時期ＴＰｃと基準先立ち噴射量ＦＰｃ１を算出する（ステップＳＴ７，ＳＴ８）。

本実施例２においては、次に、燃料噴射制御手段が所定サイクル（例えば、ここでは１サイクル）前に先立ち噴射が為されたか否かを判断し（ステップＳＴ３１）、先立ち噴射されていれば、前のサイクルの後述するステップＳＴ４１において求めた先立ち噴射による最大筒内圧力上昇率Ｐｒと燃焼状態判定基準値Ｐｒ０とを比較する（ステップＳＴ３２）。この燃料噴射制御手段は、その最大筒内圧力上昇率Ｐｒが燃焼状態判定基準値Ｐｒ０よりも小さい場合、又は上記ステップＳＴ３１にて否定判定された場合に、上記ステップＳＴ８で求めた基準先立ち噴射量ＦＰｃ１を圧縮行程初期の先立ち噴射量ＦＰｃとして設定する（ステップＳＴ３３）。一方、この燃料噴射制御手段は、その最大筒内圧力上昇率Ｐｒが燃焼状態判定基準値Ｐｒ０以上であれば、急峻な燃焼を避けるべく求めた減少量αを上記ステップＳＴ８で求めた基準先立ち噴射量ＦＰｃ１から減算し、これを圧縮行程初期の先立ち噴射量ＦＰｃとして設定する（ステップＳＴ３４）。

そして、この燃料噴射制御手段は、設定した先立ち噴射時期ＴＰｃとなった際に、ステップＳＴ３３又はステップＳＴ３４にて設定した先立ち噴射量ＦＰｃで圧縮行程初期の先立ち噴射を実行させる（ステップＳＴ３５）。これにより、本実施例２の多種燃料内燃機関においても、その先立ち噴射された燃料が燃焼室ＣＣ内で自己着火して燃焼し、主噴射時期ＴＭまでに筒内温度と筒内圧力を上昇させる。

一方、この燃料噴射制御手段は、複合燃料噴射モードが選択され、且つ、その際の先立ち噴射時期ＴＰとして吸気行程が選択された場合、実施例１と同様に吸気行程の先立ち噴射時期ＴＰｓと基準先立ち噴射量ＦＰｓ１を算出する（ステップＳＴ１４，ＳＴ１５）。

次に、本実施例２の燃料噴射制御手段は、上述した圧縮行程初期に先立ち噴射させるときと同様に、所定サイクル（例えば、ここでは１サイクル）前に先立ち噴射が為されたか否かを判断し（ステップＳＴ３６）、先立ち噴射されていれば、前のサイクルの先立ち噴射による最大筒内圧力上昇率Ｐｒと燃焼状態判定基準値Ｐｒ０とを比較する（ステップＳＴ３７）。この燃料噴射制御手段は、その最大筒内圧力上昇率Ｐｒが燃焼状態判定基準値Ｐｒ０よりも小さい場合、又は上記ステップＳＴ３６にて否定判定された場合に、上記ステップＳＴ１５で求めた基準先立ち噴射量ＦＰｓ１を吸気行程の先立ち噴射量ＦＰｓとして設定する（ステップＳＴ３８）。一方、この燃料噴射制御手段は、その最大筒内圧力上昇率Ｐｒが燃焼状態判定基準値Ｐｒ０以上であれば、急峻な燃焼を避けるべく求めた減少量βを上記ステップＳＴ１５で求めた基準先立ち噴射量ＦＰｓ１から減算し、これを吸気行程の先立ち噴射量ＦＰｓとして設定する（ステップＳＴ３９）。

そして、この燃料噴射制御手段は、設定した先立ち噴射時期ＴＰｓとなった際に、ステップＳＴ３８又はステップＳＴ３９にて設定した先立ち噴射量ＦＰｓで吸気行程の先立ち噴射を実行させる（ステップＳＴ４０）。これにより、この多種燃料内燃機関においても、その先立ち噴射された燃料が十分な時間をかけた後に燃焼室ＣＣ内で自己着火して燃焼し、主噴射時期ＴＭまでに筒内温度と筒内圧力を上昇させる。

続いて、本実施例２においては、燃料噴射制御手段が筒内圧センサ８３の検出信号に基づいて先立ち噴射された燃料の着火時期を検出し、その際の最大筒内圧力上昇率Ｐｒを算出する（ステップＳＴ４１）。

また、本実施例２の燃料噴射制御手段は、実施例１と同様に、主噴射時期ＴＭと主噴射量ＦＭを算出しておき（ステップＳＴ２１，ＳＴ２２）、その主噴射時期ＴＭとなった際にその主噴射量ＦＭで主噴射を実行させる（ステップＳＴ２３）。

これにより、この多種燃料内燃機関においては、実施例１と同様に、先立ち噴射燃料の燃焼によって主噴射時期ＴＭまでに筒内温度及び筒内圧力が上昇させられているので、そこに主噴射された燃料が圧縮着火性の低い燃料であっても自己着火し易くなり、良好な圧縮自着火拡散燃焼の実現が可能になる。

以上示した如く、本実施例２の多種燃料内燃機関は、燃焼室ＣＣ内に導かれる主噴射燃料自体の圧縮着火性の善し悪しに拘わらずその主噴射燃料に対しての着火性を良好な状態にすることができるので、異常燃焼によるノッキングの起こらない安定した圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転が可能になる。従って、この本実施例２の多種燃料内燃機関においても、エミッション性能の向上や燃焼時の音振性能の向上等、実施例１と同様の効果を奏することができる。

ところで、本実施例２の多種燃料内燃機関においても、前述した実施例１で説明したように、先立ち噴射燃料の圧縮着火性が低すぎて自己着火できない又は自己着火しても直ぐに失火してしまう場合には、点火プラグ７１を用いて先立ち噴射燃料に着火してもよい。この場合の先立ち噴射燃料は、高引火性燃料が含まれており、引火性が高くなっていることが好ましい。更に、本実施例２の多種燃料内燃機関においても、同じく前述した実施例１で説明したように、燃料混合手段５３で生成された混合燃料とは別に先立ち噴射専用の燃料を用意しておいてもよく、また、先立ち噴射燃料が自己着火した又は点火プラグ７１で点火された際の火炎核や発熱を火種にして低圧縮着火性の主噴射燃料の着火を促すように構成してもよい。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例３を図１０に基づいて説明する。

前述した各実施例１，２においては第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料を燃焼室ＣＣに直接噴射させる所謂筒内直接噴射式の多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例３は、その混合燃料を燃焼室ＣＣ内だけでなく吸気ポート１１ｂへも噴射させる多種燃料内燃機関について例示する。

例えば、この種の多種燃料内燃機関は、その各実施例１，２の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図１０に示す燃料供給装置１５０へと置き換えることによって構成することができる。尚、この図１０は、実施例１の多種燃料内燃機関を基にした場合について例示している。

ここで、その図１０に示す燃料供給装置１５０は、実施例１における燃料供給装置５０の各種構成部品に加えて、燃料混合手段５３で生成された混合燃料を燃料通路１５４に吐出する燃料ポンプ１５５と、その燃料通路１５４の混合燃料を夫々の気筒に分配するデリバリ通路１５６と、このデリバリ通路１５６から供給された混合燃料を吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁１５７と、を設けたものである。

本実施例３の多種燃料内燃機関においては、その基本的な燃料噴射制御形態として、例えば、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に筒内直接噴射用の燃料噴射弁５７を駆動制御して混合燃料を燃焼室ＣＣ内へと噴射させ、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転する際にポート噴射用の燃料噴射弁１５７を駆動制御して混合燃料を吸気ポート１１ｂへと噴射させる。

一方、この多種燃料内燃機関において前述した複合燃料噴射モードが選択された場合には、先立ち噴射と主噴射の双方を筒内直接噴射用の燃料噴射弁５７で行ってもよく、先立ち噴射のみをポート噴射用の燃料噴射弁１５７で行ってもよい。そして、この多種燃料内燃機関においては、その何れの態様であっても前述した実施例１と同様に制御され、この実施例１の多種燃料内燃機関と同様の効果を奏することができる。尚、実施例２の多種燃料内燃機関を基にした場合には、その実施例２と同様に制御されて同様の効果を奏する。

ところで、本実施例３の多種燃料内燃機関においても、前述した実施例１で説明したように、先立ち噴射燃料の圧縮着火性が低すぎて自己着火できない又は自己着火しても直ぐに失火してしまう場合には、点火プラグ７１を用いて先立ち噴射燃料に着火してもよい。この場合の先立ち噴射燃料は、高引火性燃料が含まれており、引火性が高くなっていることが好ましい。更に、本実施例３の多種燃料内燃機関においても、同じく前述した実施例１で説明したように、燃料混合手段５３で生成された混合燃料とは別に先立ち噴射専用の燃料を用意しておいてもよく、また、先立ち噴射燃料が自己着火した又は点火プラグ７１で点火された際の火炎核や発熱を火種にして低圧縮着火性の主噴射燃料の着火を促すように構成してもよい。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例４を図１１に基づいて説明する。

前述した各実施例１，２においては予め燃料混合手段５３で混ぜ合わせた混合燃料を燃焼室ＣＣ内に導いて運転する多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例４は、その燃料混合手段５３を用いることなく各々の燃料（第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２）を個別に燃焼室ＣＣ内へと導いて運転することのできる多種燃料内燃機関について例示する。

例えば、この種の多種燃料内燃機関は、その各実施例１，２の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図１１に示す燃料供給装置２５０へと置き換えることによって構成することができる。尚、この図１１は、実施例１の多種燃料内燃機関を基にした場合について例示している。

ここで、その図１１に示す燃料供給装置２５０は、燃焼室ＣＣ内に第１燃料Ｆ１を直接噴射する第１燃料供給手段と、吸気ポート１１ｂに第２燃料Ｆ２を噴射する第２燃料供給手段と、を備えている。その第１燃料供給手段は、第１燃料Ｆ１を第１燃料タンク４１Ａから吸い上げて第１燃料通路５１Ａに送出する第１フィードポンプ５２Ａと、その第１燃料通路５１Ａの第１燃料Ｆ１を高圧燃料通路２５４Ａに圧送する高圧燃料ポンプ２５５Ａと、その高圧燃料通路２５４Ａの第１燃料Ｆ１を夫々の気筒に分配するデリバリ通路２５６Ａと、このデリバリ通路２５６Ａから供給された第１燃料Ｆ１を燃焼室ＣＣ内に噴射する各気筒の燃料噴射弁２５７Ａと、を備える。一方、第２燃料供給手段は、第２燃料Ｆ２を第２燃料タンク４１Ｂから吸い上げて第２燃料通路５１Ｂに送出する第２フィードポンプ５２Ｂと、その第２燃料通路５１Ｂの第２燃料Ｆ２を第３燃料通路２５４Ｂに圧送する高圧燃料ポンプ２５５Ｂと、その第３燃料通路２５４Ｂの第２燃料Ｆ２を夫々の気筒に分配するデリバリ通路２５６Ｂと、このデリバリ通路２５６Ｂから供給された第２燃料Ｆ２を吸気ポート１１ｂに噴射する各気筒の燃料噴射弁２５７Ｂと、を備える。

例えば、本実施例４においては、ガソリン等に代表される圧縮着火性が低く蒸発性の高い燃料を第１燃料Ｆ１として用意した多種燃料内燃機関について例示する。この多種燃料内燃機関においては、通常、その第１燃料Ｆ１を第１燃料供給手段によって燃焼室ＣＣ内に直接噴射して、点火プラグ７１の周囲に濃度の高い第１燃料Ｆ１の予混合気を形成すると共に更にその周囲に希薄予混合気を形成し、その濃い予混合気に対して点火が行われる。即ち、この多種燃料内燃機関は、所謂成層燃焼による予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転を行う。

ここで、この多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼を行うことによって、特に高負荷域において異常燃焼によるノッキングを発生させてしまうので、そのようなノッキングの発生を抑えることが可能な圧縮自着火拡散燃焼モードで高負荷運転させることが好ましい。

しかしながら、この多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣへと直接噴射される第１燃料Ｆ１が圧縮着火性の低い燃料なので、この第１燃料Ｆ１を用いて圧縮自着火拡散燃焼させるのは困難である。一方、この多種燃料内燃機関においては、吸気ポート１１ｂに第２燃料Ｆ２を噴射して燃焼室ＣＣへと導く第２燃料供給手段が配備されている。

そこで、本実施例４の多種燃料内燃機関は、前述した実施例１と同様の考えに基づいて、その第２燃料Ｆ２を先立ち噴射させることによって燃焼室ＣＣ内の圧縮着火性の低い第１燃料Ｆ１に対する着火性の向上を図り、そのような第１燃料Ｆ１を用いたとしても圧縮自着火拡散燃焼モードで運転ができるようにする。

例えば、本実施例４の多種燃料内燃機関においては、その基本的な燃料噴射制御形態として、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に筒内直接噴射用の燃料噴射弁２５７Ａのみ又は双方の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂを駆動制御して燃料を燃焼室ＣＣ内へと導き、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転する際にポート噴射用の燃料噴射弁２５７Ｂのみ又は双方の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂを駆動制御して燃料を燃焼室ＣＣ内へと導く。この多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣ内にて燃焼モードや運転条件に応じた最適な第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の燃料混合比率となるように、夫々の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂの燃料噴射量等を駆動制御する。

この場合においても、本実施例４の多種燃料内燃機関は、前述した実施例１の図７のフローチャートと同様に電子制御装置１によって燃料噴射制御が実行される。これが為、本実施例４の第２燃料Ｆ２としては、アルコール燃料等の低圧縮着火性燃料を使用してもよく、軽油等の高圧縮着火性燃料を使用してもよい。尚、本実施例４においては、その図７のフローチャートのステップＳＴ３を「燃焼室内に導かれる先立ち噴射燃料（第２燃料Ｆ２）及び主噴射燃料（第１燃料Ｆ１）の着火性指数値ＩＰ，ＩＭ検出」と読み替える。また、ステップＳＴ５，ＳＴ６については、各々「ＩＭ≧Ｉｓ１？」，「ＩＰ≧Ｉｓ２？」と読み替える。

従って、本実施例４の多種燃料内燃機関においては、第２燃料Ｆ２の圧縮着火性が低ければ、この第２燃料Ｆ２を吸気行程等の早い段階で先立ち噴射させ、圧縮行程中に燃焼室ＣＣ内で自己着火させる。また、この多種燃料内燃機関においては、第２燃料Ｆ２の圧縮着火性が高ければ、この第２燃料Ｆ２を圧縮行程初期等に先立ち噴射させ、燃焼室ＣＣ内で自己着火させる。尚、その第２燃料Ｆ２の圧縮着火性が低すぎて自己着火できない又は自己着火しても直ぐに失火してしまう場合には、点火プラグ７１を用いて先立ち噴射燃料に着火してもよい。これにより、本実施例４の多種燃料内燃機関においては、主噴射時期ＴＭまでに筒内温度と筒内圧力が上昇し、燃焼室ＣＣ内の圧縮着火性の低い第１燃料Ｆ１に対する着火性が向上するので、その第１燃料Ｆ１を主噴射して良好な圧縮自着火拡散燃焼を行うことができるようになる。これが為、この多種燃料内燃機関は、前述した実施例１と同様の効果を奏することができる。

ところで、本実施例４の多種燃料内燃機関においても、前述した実施例１で説明したように、先立ち噴射燃料（第２燃料Ｆ２）の圧縮着火性が低すぎて自己着火できない又は自己着火しても直ぐに失火してしまう場合には、点火プラグ７１を用いて先立ち噴射燃料に着火してもよい。この場合、その先立ち噴射燃料は、高引火性燃料であることが好ましい。更に、本実施例４の多種燃料内燃機関においても、同じく前述した実施例１で説明したように、先立ち噴射燃料が自己着火した又は点火プラグ７１で点火された際の火炎核や発熱を火種にして低圧縮着火性の主噴射燃料（第１燃料Ｆ１）の着火を促すように構成してもよい。また、本実施例４の多種燃料内燃機関においては、先立ち噴射燃料（第２燃料Ｆ２）を吸気ポート１１ｂに噴射させているが、そのポート噴射用の燃料噴射弁２５７Ｂを筒内直接噴射用のものに替えて、その先立ち噴射燃料が燃焼室ＣＣ内に直接噴射されるように構成してもよく、このようにしても上記と同様の効果を奏することができる。

以上のように、本発明に係る多種燃料内燃機関は、低圧縮着火性燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モード運転する際の燃焼室内における低圧縮着火性燃料に対しての着火性を改善する技術に有用である。

本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１の構成について示す図である。 燃焼モードを設定する際に用いる燃焼モードマップデータの一例を示す図である。 燃料噴射モードの切り替え時に用いる燃料噴射モード切替条件マップデータの一例を示す図である。 先立ち噴射時期の切り替え時に用いる先立ち噴射時期切替条件マップデータの一例を示す図である。 基準先立ち噴射量の選定時に用いる基準先立ち噴射量選定マップデータの一例を示す図である。 先立ち噴射量上限ガード値の選定時に用いる先立ち噴射量上限ガード値選定マップデータの一例を示す図である。 実施例１の多種燃料内燃機関における燃焼噴射制御動作について説明するフローチャートである。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２の構成について示す図である。 実施例２の多種燃料内燃機関における燃焼噴射制御動作について説明するフローチャートである。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例３の構成について示す図である。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例４の構成について示す図である。

符号の説明

１ 電子制御装置
１６ クランク角センサ
２３ エアフロメータ
４１Ａ 第１燃料タンク
４１Ｂ 第２燃料タンク
５０，１５０，２５０ 燃料供給装置
５７，１５７，２５７Ａ，２５７Ｂ 燃料噴射弁
８１ 水温センサ
８２ 吸気温センサ
８３ 筒内圧センサ
ＣＣ 燃焼室
Ｆ１ 第１燃料
Ｆ２ 第２燃料
ＦＭ 主噴射量
ＦＰ，ＦＰｃ，ＦＰｓ 先立ち噴射量
ＦＰｃ１，ＦＰｓ１ 基準先立ち噴射量
ＦＰｃ２，ＦＰｓ２ 先立ち噴射量上限ガード値
Ｉ，ＩＰ，ＩＭ 着火性指数値
Ｉｓ１ 第１着火性判断基準値
Ｉｓ２ 第２着火性判断基準値
Ｋｌ 機関負荷
Ｎｅ 機関回転数
Ｐｉｎ 吸気圧
Ｐｒ 最大筒内圧力上昇率
Ｐｒ０ 燃焼状態判定基準値
ｔａ 吸気温
ｔｗ 水温
ＴＭ 主噴射時期
ＴＰ，ＴＰｃ，ＴＰｓ 先立ち噴射時期

Claims (9)

1. 性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料が燃焼室に導かれて運転される多種燃料内燃機関において、
   前記燃焼室内に導かれる燃料自体の圧縮着火性について指数化した着火性指数値を検出する燃料特性検出手段と、
   前記着火性指数値に基づき低圧縮着火性と判断された前記燃焼室内の燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼させる際に、主噴射の前に行う先立ち噴射用の燃料の着火性が所定の基準値に対して高ければ、圧縮行程中の所定の時期であり、噴射された前記先立ち噴射用の燃料が主噴射時期までに自己着火して筒内温度及び筒内圧力を上昇させることのできる時期に先立ち噴射させる一方、該先立ち噴射用の燃料の着火性が当該基準値に対して低ければ吸気行程中の所定の時期に先立ち噴射させ、その何れか一方の先立ち噴射の後に主噴射して前記燃焼室内に前記低圧縮着火性の燃料を導く燃料噴射制御手段と、
   を設けたことを特徴とする多種燃料内燃機関。
2. 前記燃料噴射制御手段は、圧縮行程中に前記先立ち噴射を実行させる場合、前記先立ち噴射用の燃料の着火性が低いほど圧縮行程における早い時期に先立ち噴射させ、吸気行程中に前記先立ち噴射を実行させる場合、前記先立ち噴射用の燃料の着火性が低いほど吸気行程における早い時期に先立ち噴射させることを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。
3. 前記燃料噴射制御手段は、吸気圧が低いほど前記先立ち噴射の燃料噴射量が減少されるように構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の多種燃料内燃機関。
4. 前記燃料噴射制御手段は、吸気圧が低いほど前記先立ち噴射の燃料噴射量の上限値を低下させるように構成したことを特徴とする請求項３記載の多種燃料内燃機関。
5. 前記燃料噴射制御手段は、機関回転数が低いほど前記先立ち噴射の燃料噴射量が減少されるように構成したことを特徴とする請求項１，２，３又は４に記載の多種燃料内燃機関。
6. 前記燃料噴射制御手段は、機関回転数が低いほど前記先立ち噴射の燃料噴射量の上限値を低下させるように構成したことを特徴とする請求項５記載の多種燃料内燃機関。
7. 前記燃焼室内に導かれる燃料は、ガソリンと軽油の混合燃料であることを特徴とした請求項１から６の内の何れか１つに記載の多種燃料内燃機関。
8. 前記先立ち噴射させる燃料は火花点火に誘引されて着火する燃料であり、前記燃料噴射制御手段は、前記先立ち噴射された燃料の混合気に火花点火させ、その後に主噴射させるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。
9. 前記燃料噴射制御手段は、前記先立ち噴射を実行させる場合に、少なくともＰＭやスモークの発生が抑制されるように前記主噴射の燃料噴射時期を進角制御することを特徴とする請求項１から８の内の何れか１つに記載の多種燃料内燃機関。

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