JP2002357139A

JP2002357139A - 圧縮着火式エンジン

Info

Publication number: JP2002357139A
Application number: JP2001163959A
Authority: JP
Inventors: Mitsuo Matsuki; 光夫松木
Original assignee: Fuji Heavy Industries Ltd
Current assignee: Subaru Corp
Priority date: 2001-05-31
Filing date: 2001-05-31
Publication date: 2002-12-13

Abstract

(57)【要約】【課題】圧縮比を上げることなく圧縮着火領域の拡大を
図る。【解決手段】筒内噴射用インジェクタ４へ供給する燃料
として、着火性の高いＤＭＥ（ジメチルエーテル）燃料
と着火性の低いガソリン燃料との混合燃料を使用し、燃
料混合バルブ２０において、エンジン負荷が低負荷側へ
移行するに従い、燃料中のＤＭＥ燃料の占める比率を高
く設定する。その結果、低負荷側の圧縮限界付近では着
火性の高いＤＭＥ燃料の比率を高くすることで、低負荷
側の圧縮着火領域を拡大し、又、高負荷側ではガソリン
燃料の比率を高くすることでノッキングの発生を抑制
し、相対的に圧縮着火領域を拡大することが出来る。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、着火性の異なる２
種類の燃料を用い、この両燃料の混合比率をエンジン運
転状態に応じて可変設定することで、圧縮着火領域の拡
大を図る圧縮着火式エンジンに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、排出ガス清浄化の一環として、例
えばガソリン燃料エンジンでは、火花点火による運転だ
けでなく、運転領域によっては圧縮熱による自着火運転
をも行なわせる技術が種々検討されている。火花点火に
よらず圧縮着火させることで、いわば無限数の点火プラ
グを配設したような多点着火燃焼が実現されるため、燃
焼期間が短くなり、より希薄な空燃比であっても安定燃
焼を得ることができ、しかも、多点着火させることで低
い温度での燃焼が可能となり、ＮＯｘの排出量を大幅に
低減させることができる等の利点を有する。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ガソリン燃
料による混合気を圧縮着火燃焼させるためには、圧縮行
程末期の筒内ガス温度を、自着火可能な温度まで上昇さ
せる必要があり、そのため、圧縮着火式エンジンでは、
圧縮比を通常のガソリン燃料エンジンよりも高く設定す
る場合が多い。しかし、圧縮比を高く設定すると高負荷
運転領域においてノッキングの発生を誘発してしまう。

【０００４】これに対処するに、例えば特開平１１-６
２５８９号公報には、吸気加熱を行うことで、圧縮行程
末期の筒内ガス温度を昇温させ、ノッキング発生が検出
された場合には、吸気加熱を停止することで、ノッキン
グを回避する技術が開示されている。

【０００５】しかし、吸気加熱により筒内ガス温度を自
着火可能な温度まで上昇させるには、吸気温度を１００
℃以上まで上昇させる必要があり、吸気系内で吸気温度
を１００℃以上まで上昇させてしまうと、その輻射熱に
よりエンジン房内に配設されているセンサ類や電装品等
が加熱されて、劣化や性能低下等の熱害を及ぼしてしま
う不都合がある。

【０００６】又、残留ガスの熱エネルギにより筒内ガス
温度の上昇を促進することも提案されている。例えば特
開２０００−３２０３３３号公報には、排気上死点前後
にかけて、吸気弁と排気弁との双方を閉弁させる、いわ
ゆる負のバルブオーバラップ期間を形成し、この負のバ
ルブオーバラップ期間に燃焼室内に閉じ込めた残留ガス
の熱エネルギにより、膨張行程において吸入された吸気
を加熱し、圧縮行程時の断熱圧縮による温度上昇と相俟
って、筒内ガス温度を圧縮着火可能な温度まで上昇させ
る技術が開示されている。

【０００７】しかし、残留ガスの熱エネルギはエンジン
負荷に応じて変化するため、最適な着火タイミングを得
ようとすれば、負のバルブオーバラップ期間を運転領域
の変化に応じて可変設定することで、残留ガスの熱エネ
ルギを制御する必要がある。そのためには、複雑なカム
機構が必要となり、更に残留ガスの熱エネルギを精密に
制御しようとする場合には、電磁動弁システムのような
バルブタイミングを任意に設定できるシステムが必要と
なり、構造が複雑化するばかりでなく、製品コストが高
くなってしまう不都合がある。

【０００８】従って、製品コストの高騰を招くことな
く、しかも良好な制御性を得ようとすれば、圧縮着火燃
焼可能な領域が狭い領域にのみ限定されてしまい、実用
領域である低中負荷領域で広範囲に圧縮着火燃焼を実現
することが困難となり、圧縮着火燃焼の有する利点を十
分に生かしきれない問題がある。

【０００９】本発明は、上記事情に鑑み、圧縮比を高く
設定することなく、吸気加熱等の手段が不要で、圧縮着
火時におけるバルブタイミングを大幅に変更して残留ガ
スの熱エネルギを制御する必要が無く、低負荷運転領域
においても良好な圧縮着火性を得ることができて圧縮着
火領域を限界付近まで拡大することの可能な圧縮着火式
エンジンを提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明による圧縮着火式エンジンは、着火性の高い燃料
と着火性の低い燃料とを有し、上記両燃料を混合してイ
ンジェクタへ供給する燃料混合手段と、上記燃料混合手
段による上記両燃料の混合比率をエンジン運転状態に応
じて可変設定する混合比率設定手段とを備えることを特
徴とする。

【００１１】このような構成では、燃料として着火性の
高い燃料と着火性の低い燃料との混合燃料を用い、この
両燃料の混合比率をエンジン運転状態に応じて可変設定
することで、例えば低負荷側の圧縮着火燃焼限界付近で
は、着火性の高い燃料の混合比率を高くすることで、低
負荷側の圧縮着火領域を拡大させることができ、又高負
荷側の圧縮着火限界付近では、着火性の高い燃料の混合
比率を低くして着火性の低い燃料を増加させることで、
ノッキングの発生が抑制され、高負荷側の圧縮着火領域
を拡大することが出来る。

【００１２】この場合、好ましくは、１）上記混合比率
設定手段では、上記エンジン運転状態が低負荷且つ高回
転側へ移行するに従い上記着火性の高い燃料の混合比率
を高く設定することを特徴とする。

【００１３】２）上記着火性の高い燃料がジメチルエー
テル燃料であり、上記着火性の低い燃料がガソリン燃料
であることを特徴とする。

【００１４】３）上記インジェクタが燃焼室へ燃料を直
接噴射する筒内噴射用インジェクタであり、上記筒内噴
射用インジェクタに連通する内圧保持型燃料通路の燃料
圧力を調整する燃圧調整手段と、上記燃圧調整手段に対
しエンジン運転状態が低負荷且つ高回転側へ移行するに
従い燃料圧力を低く設定する燃圧設定手段とを備えるこ
とを特徴とする。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて本発明の一
実施の形態を説明する。図１に燃料ラインを中心とする
エンジンの全体概略図が示されている。

【００１６】同図の符号１はエンジンで、本実施の形態
では４気筒水平対向型エンジンが示されている。このエ
ンジン１の両バンクに冠設されたシリンダヘッド１ａに
各気筒毎に吸気ポート及び排気ポート（何れも図示せ
ず）が形成されており、各吸気ポートに吸気ポートを開
閉する吸気弁が配設され、又各排気ポートに排気ポート
を開閉する排気弁が介装されている。

【００１７】又、各吸気ポートが吸気マニホルド２を介
してエアチャンバ３に集合され、このエアチャンバ３の
上流が、スロットル弁等を介装する吸気通路３ａに連通
されている。又、各シリンダヘッド１ａに、先端に形成
された噴孔を各気筒の燃焼室内に臨ませる筒内噴射用イ
ンジェクタ４が取付けられている。尚、スロットル弁は
電子制御スロットル装置（図示せず）に連設されて、ス
ロットル開度が電子的に制御される。

【００１８】本実施の形態で採用するエンジン１は運転
状態に応じて燃焼形態を、空燃比の超リーンな圧縮着火
燃焼と、通常の火花点火燃焼とに切換え可能であり、シ
リンダヘッド１ａに設けられている動弁機構５は、火花
点火用吸気カム及び圧縮着火用吸気カムと、火花点火用
排気カム及び圧縮着火用排気カムとの、異なるバルブタ
イミングを有する２連カムを各々備えており、運転領域
が圧縮着火領域にあるときは、圧縮着火用吸気カムと圧
縮着火用排気カムとが選択され、又、運転領域が火花点
火領域にあるときは、火花点火用吸気カムと火花点火用
排気カムとが選択される。

【００１９】図１０（ａ）に示すように、圧縮着火用吸
気カムと圧縮着火用排気カムとが選択されると、排気上
死点の前後にかけて吸気弁と排気弁とが共に開弁するバ
ルブオーバラップ期間が小さくなるバルブタイミングに
設定される。又、同図（ｂ），（ｃ）に示すように、火
花点火用吸気カムと火花点火用排気カムとが選択される
とバルブオーバラップ期間が大きくなる、通常のバルブ
タイミングに設定される。

【００２０】図２に筒内噴射用インジェクタ４の要部断
面図を示す。同図に示すように、筒内噴射用インジェク
タ４は、シリンダヘッド１ａに固設されるインジェクタ
ハウジング６を有し、このインジェクタハウジング６の
上部に形成された凹部６ａにソレノイドケース７が収容
され、このソレノイドケース７の底部外縁と凹部６ａの
底面との間にシールリング８が介装されており、一方、
インジェクタハウジング６の上面で、凹部６ａとソレノ
イドケース７との接合端部が封止剤により封止されてい
る。

【００２１】又、ソレノイドケース７の中心に燃料通路
９が穿設され、この燃料通路９の内周にソレノイドスプ
リング１０が装着されている。又、ソレノイドケース７
内にソレノイドコイル１１が、ソレノイドスプリング１
０を囲うように配設されている。

【００２２】更に、ソレノイドケース７の上端に、燃料
通路９に連通する高圧燃料パイプ１２が接続され、この
高圧燃料パイプ１２の下端にソレノイドスプリング１０
の上端が掛止されている。又、インジェクタハウジング
６のソレノイドケース７の下方に、強磁性体製のソレノ
イドアーマチュア１３が配設され、このソレノイドアー
マチュア１３の上面に一体形成されたスプリングリテー
ナ１３ａにソレノイドスプリング１０の下端が掛止され
ている。

【００２３】ソレノイドコイル１１が非通電状態のとき
ソレノイドアーマチュア１３はソレノイドスプリング１
０の付勢力、及び燃料圧力により、図の下方へ押圧され
ており、この状態では、ソレノイドアーマチュア１３の
下端に形成されているニードル（図示せず）が、インジ
ェクタハウジング６の下端に穿設されている噴孔を閉塞
し、燃料噴射を停止する。一方、コネクタ端子１４を介
してソレノイドコイル１１に通電すると、ソレノイドア
ーマチュア１３の上端に形成したスプリングリテーナ１
３ａがソレノイドケース７の底面に吸引され、ソレノイ
ドアーマチュア１３の下端に形成したニードルが開弁
し、燃料が噴射される。

【００２４】高圧燃料パイプ１２から加圧された状態で
供給される燃料は、燃料通路９を通り、スプリングリテ
ーナ１３ａに穿設されている連通口１３ｂを通り、イン
ジェクタハウジング６に形成した燃料通路６ｂを経て噴
孔（図示せず）の方向へ供給される。

【００２５】一方、ソレノイドケース７の上部に、ソレ
ノイドケース７の外周に開口するベント通路７ａが形成
されており、このベント通路７ａに、ソレノイドケース
７の上面に突設されたベントパイプ１５が連通されてい
る。更に、図１に示すように、ベントパイプ１５が燃料
ベントライン１６を介してエアチャンバ３に接続されて
いる。又、各筒内噴射用インジェクタ４に設けた高圧燃
料パイプ１２が、燃料ライン１７を構成する高圧分岐ラ
イン１７ａを介してコモンレール１８に集合されてい
る。

【００２６】燃料ライン１７は、いわゆるライン圧保持
型高圧噴射システムを構成しており、コモンレール１８
の上流が高圧ライン１７ｂを介して、エンジン駆動式の
高圧燃料ポンプ１９に連通され、この高圧燃料ポンプ１
９の上流が低圧デリバリライン１７ｃを介して、燃料混
合手段としての燃料混合バルブ２０に連通されている。
更に、この燃料混合バルブ２０の上流に、ガソリン燃料
ライン１７ｄとＤＭＥ燃料ライン１７ｅとを介して、着
火性の低い（低セタン価の）ガソリン燃料を貯留する燃
料タンク（以下「ガソリン燃料タンク」）２１と、着火
性の高い（高セタン価の）ＤＭＥ（ジメチルエーテル）
燃料を貯留する燃料タンク（以下「ＤＭＥ燃料タン
ク」）２２とに各々接続されている。尚、このＤＭＥ燃
料タンク２２は０．５ＭＰａ以上に加圧された密封型タ
ンクであり、ＤＭＥ燃料は液化された状態で貯留されて
いる。

【００２７】又、ガソリン燃料ライン１７ｄとＤＭＥ燃
料ライン１７ｅとに、燃料フィードポンプ２３，２４が
介装されている。

【００２８】更に、コモンレール１８に、燃圧調整手段
の一例である高圧プレッシャレギュレータ２５が接続さ
れており、この高圧プレッシャレギュレータ２５の下流
が低圧リターンライン１７ｆを介して高圧燃料ポンプ１
９の上流に接続されている。高圧プレッシャレギュレー
タ２５は、高圧燃料ポンプ１９から吐出される燃料の圧
力を一定値（本実施の形態では、５ＭＰａ前後）に調圧
した後、筒内噴射用インジェクタ４へ供給する。

【００２９】尚、ガソリン燃料ライン１７ｄ、ＤＭＥ燃
料ライン１７ｅの燃料フィードポンプ２３，２４の下流
に、燃料が燃料タンク２１，２２側へ逆流することを防
止する逆止弁２６が介装され、又、燃料混合バルブ２０
の直下流に、高圧燃料ポンプ１９側へ供給した燃料が燃
料混合バルブ２０側へ逆流するのを防止する逆止弁２７
が介装されている。

【００３０】図３、図４に燃料混合バルブ２０の断面図
を示す。燃料混合バルブ２０のバルブ本体２８に形成し
た弁室２８ａの一端に形成されているガソリン燃料ポー
ト２８ｂにガソリン燃料ライン１７ｄが接続され、又、
他端に形成されているＤＭＥ燃料ポート２８ｃにＤＭＥ
燃料ライン１７ｅが接続されている。

【００３１】又、弁室２８ａにニードルバルブ２９が配
設されている。このニードルバルブ２９の中央に、弁室
２８ａの内壁に摺接するバレル部２９ａが形成されてお
り、このバレル部２９ａの両側に段部２９ｂ，２９ｃが
形成され、この段部２９ｂ，２９ｃの端部に、細径部２
９ｄ，２９ｅを介してフランジ部２９ｆ，２９ｇが形成
されている。更に、ニードルバルブ２９の上下部に、一
端を各フランジ部２９ｆ，２９ｇの端面に開口し、他端
を細径部２９ｄ，２９ｅに開口する燃料通路２９ｈ，２
９ｉが穿設されている。又、両段部２９ｂ，２９ｃの稜
部に、テーパ状に面取りされた弁部２９ｊ，２９ｋが形
成されている。

【００３２】一方、ニードルバルブ２９を収容する弁室
２８ａの内壁と、ニードルバルブ２９に形成した段部２
９ｂ，２９ｃの外周との間、及び細径部２９ｄ，２９ｅ
の外周との間にガソリン燃料通路３０ａ、ＤＭＥ燃料通
路３０ｂが各々形成されていると共に、その中途の弁室
２８ａの内壁に、弁部２９ｊ，２９ｋに当接自在な弁座
３１ｃ，３１ｄが形成されている。

【００３３】更に、各フランジ部２９ｆ，２９ｇを収容
するフランジ室３２ａ，３２ｂの内壁に各フランジ部２
９ｆ，２９ｇの外周が摺接されており、ニードルバルブ
２９は、中央に形成されたバレル部２９ａ、及び両端に
形成されたフランジ部２９ｆ，２９ｇの外周に支持され
て進退自在にされている。

【００３４】又、弁室２８ａに形成されたガソリン燃料
通路３０ａとＤＭＥ燃料通路３０ｂとに、ガソリン燃料
吐出ポート３１ａとＤＭＥ燃料吐出ポート３１ｂとが形
成され、この両燃料吐出ポート３１ａ，３１ｂの下流が
集合されて低圧デリバリライン１７ｃに接続されてい
る。

【００３５】ニードルバルブ２９は、少なくともガソリ
ン燃料ポート２８ｂ側に形成されたフランジ部２９ｆが
強磁性体で出来ており、このフランジ部２９ｆに、ガソ
リン燃料ポート２８ｂの外周に配設されたソレノイドコ
イル３３の底面が対設されており、このソレノイドコイ
ル３３の底面に、ソレノイドコイル３３の電磁束を、フ
ランジ部２９ｆに集中させるフラックスワッシャ３４が
当接されている。

【００３６】ニードルバルブ２９はガソリン燃料ポート
２８ｂに配設されたセットスプリング３５の付勢力で、
図３、図４の下方へ付勢されており、ソレノイドコイル
３３に対して非通電状態のときは、図３に示すように、
ＤＭＥ燃料通路３０ｂ側の弁座３１ｄがニードルバルブ
２９の他方の弁部２９ｋに当接して、ＤＭＥ燃料通路３
０ｂが閉弁される。又、ソレノイドコイル３３に対して
通電すると、図４に示すように、ニードルバルブ２９が
セットスプリング３５の付勢力に抗して吸引され、ガソ
リン燃料通路３０ａ側の弁座３１ｃがニードルバルブ２
９の一方の弁部２９ｊに当接して、ガソリン燃料通路３
０ａが閉弁される。

【００３７】従って、ソレノイドコイル３３が非通電状
態のときは、図３に示すようにガソリン燃料（Ｇ）が１
００％供給され、ソレノイドコイル３３に対し通電状態
を継続させると、図４に示すようにＤＭＥ燃料が１００
％供給される。

【００３８】このソレノイドコイル３３に対する電流の
通電、非通電は、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４０で制
御される。

【００３９】このＥＣＵ４０は、マイクロコンピュータ
を中心として構成されており、このＥＣＵ４０の入力側
には、アクセルペダルの踏込み量に比例した電圧信号を
出力するポテンショメータ等からなるアクセル開度セン
サ４１、クランクプーリ４２に対設し、このクランクプ
ーリ４２の外周に所定クランク角毎に形成した突起或い
はスリットを検出してクランクパルスを出力する電磁ピ
ックアップ等からなるクランク角センサ４３等が接続さ
れている。

【００４０】又、このＥＣＵ４０の出力側に、燃料混合
バルブ２０に設けたソレノイドコイル３３、電子制御ス
ロットル装置に設けられたスロットルアクチュエータ４
４、動弁機構５に設けられたカム可変アクチュエータ４
５等が接続されている。

【００４１】次に、このような構成によるエンジン１の
燃料供給系の動作について説明する。エンジン１が稼働
すると、ガソリン燃料タンク２１に貯留されているガソ
リン燃料とＤＭＥ燃料タンク２２に貯留されているＤＭ
Ｅ燃料とが、燃料フィードポンプ２３，２４により燃料
混合バルブ２０側へ送給される。

【００４２】燃料混合バルブ２０では、エンジン運転状
態に応じて設定したガソリン燃料とＤＭＥ燃料との混合
比率に従い混合した燃料を高圧燃料ポンプ１９へ送給す
る。高圧燃料ポンプ１９では、混合燃料を、少なくとも
高圧プレッシャレギュレータ２５で調圧される燃料圧力
以上の圧力に昇圧した後、コモンレール１８へ送る。こ
のコモンレール１８には、高圧プレッシャレギュレータ
２５が配設されており、高圧分岐ライン１７ａを介して
各筒内噴射用インジェクタ４へ供給する混合燃料の燃料
圧力を５ＭＰａ前後に調圧する。

【００４３】そして、各筒内噴射用インジェクタ４に供
給された混合燃料は、この筒内噴射用インジェクタ４か
ら各気筒の燃焼室へ、所定のタイミングで噴射される。

【００４４】このとき、ＥＣＵ４０では、エンジン回転
数Ｎｅと、エンジン負荷の代表であるアクセル開度αと
に基づいて、運転領域が圧縮着火領域にあるか火花点火
領域にあるかを調べ、圧縮着火領域にあるときは燃焼形
態を圧縮着火燃焼に設定し、又、火花点火領域にあると
きは燃焼形態を火花点火燃焼に設定する。

【００４５】すなわち、運転領域が圧縮着火用領域にあ
るときは、電子制御スロットルに設けられているスロッ
トルアクチュエータ４４に対してスロットル全開信号を
出力し、又、動弁機構５に設けられているカム可変アク
チュエータ４５に対して圧縮着火用吸排気カムを選択す
る信号を出力し、更に、ガソリン燃料とＤＭＥ燃料との
混合比率を、最適な圧縮着火燃焼を得ることのできる値
に設定し、良好な圧縮着火燃焼を実現させる。

【００４６】又、エンジン運転領域が火花点火領域にあ
るときは、スロットルアクチュエータ４４に対しアクセ
ルペダルの踏込み量に比例したスロットル開度信号を出
力して、スロットル弁をアクセルペダルの踏込み量に連
動した動作とし、又、動弁機構５に設けられているカム
可変アクチュエータ４５に対して火花点火用吸排気カム
を選択する信号を出力し、更に、燃料混合バルブ２０の
ソレノイドコイル３３に対する通電を非通電として、ガ
ソリン燃料のみを筒内噴射用インジェクタ４へ供給し、
火花点火による良好な燃焼を実現させる。

【００４７】ＥＣＵ４０で処理される燃焼制御は、具体
的には、図５に示す燃焼制御ルーチンに従って処理され
る。このルーチンでは、先ず、ステップＳ１で、クラン
ク角センサ４３から出力される所定クランク角毎のクラ
ンクパルスに基づいて算出したエンジン回転数Ｎｅと、
アクセル開度センサ４１から出力される電圧値に基づい
て算出したアクセル開度αとをパラメータとして、図６
に示す運転領域判定マップを補間計算付きで参照して運
転領域を調べる。

【００４８】本実施の形態では、運転領域が、低回転且
つ低アクセル開度領域から中回転且つ中アクセル開度領
域の圧縮着火領域（Ｉ）、低中回転且つ中負荷領域、及
び中高回転且つ低中負荷領域の予混合火花点火領域（I
I）、高負荷領域の成層火花点火領域（III）の３領域に
区分されている。

【００４９】そして、運転領域が圧縮着火領域（Ｉ）に
あると判定されると、ステップＳ２へ分岐し、動弁機構
５に対して圧縮着火用吸気カムと圧縮着火用排気カムと
を選択する信号を出力し、吸気弁及び排気弁を圧縮着火
時のバルブタイミング、すなわち、バルブオーバラップ
期間が小さくなるタイミングで開閉動作させる（図１０
(a)参照）。すると、バルブオーバラップ期間が小さく
なった分、吸気行程へ移行しても燃焼ガスが全て排出さ
れずに、燃焼室内に残留ガスが若干残される。

【００５０】次いで、ステップＳ３へ進み、エンジン回
転数Ｎｅとアクセル開度αとに基づき、図７の混合比率
マップを補間計算付きで参照して、燃料混合バルブ２０
を動作させる混合比率（デューティ比）ＤｕｔｙＦ
（％）を設定する。

【００５１】図３、図４に示すように、図面上方のガソ
リン燃料ポート２８ｂにはガソリン燃料ライン１７ｄを
経てガソリン燃料が供給されており、又、図面下方のＤ
ＭＥ燃料ポート２８ｃには、ＤＭＥ燃料ライン１７ｅを
経てＤＭＥ燃料が供給されている。燃料混合バルブ２０
は、ソレノイドコイル３３に対して電流が非通電状態
（ＤｕｔｙＦ＝０％）にあるときは、図３に示すように
セットスプリング３５の付勢力で、ニードルバルブ２９
が、図の下方へ押し下げられて、ニードルバルブ２９の
稜部に形成された一方の弁部２９ｋが弁室２８ａに形成
された弁座３１ｄに着座して、ＤＭＥ燃料通路３０ｂが
遮断され、ガソリン燃料通路３０ａが全開されている。

【００５２】又、図４に示すように、ソレノイドコイル
３３に対して電流を継続的に通電すると（ＤｕｔｙＦ＝
１００％）、ニードルバルブ２９はセットスプリング３
５の付勢力に抗して吸引され、ニードルバルブ２９に形
成された他方の弁部２９ｊが弁室２８ａに形成された弁
座３１ｃに着座して、ガソリン燃料通路３０ａが遮断さ
れ、ＤＭＥ燃料通路３０ｂが全開される。

【００５３】ところで、図８に示すように、混合比率Ｄ
ｕｔｙＦは、一定周期毎の全パルス幅Ａに対するＯＮパ
ルス幅Ｂの比率（(Ｂ／Ａ)×１００）で表され、従っ
て、この混合比率ＤｕｔｙＦは、全燃料量（Ａ）に対す
るＤＭＥ燃料（Ｂ）の混合比率が示される。そのため、
この混合比率ＤｕｔｙＦに応じて、全燃料量に対するＤ
ＭＥ燃料の混合比率を０〜１００％の間で任意に設定す
ることが出来る。

【００５４】図７に示すように、混合比率マップの圧縮
着火領域（Ｉ）において設定する混合比率ＤｕｔｙＦ
は、同図に破線で示す等トルク線を基準として、この等
トルク線より回転依存性を強めて、設定されている。こ
れをガソリン燃料とＤＭＥ燃料との関係で示すと、図９
に示すように、中回転且つ低アクセル開度領域では、Ｄ
ＭＥ燃料のみが燃料として供給され、低回転低アクセル
開度領域から中回転中アクセル開度領域にかけては、ガ
ソリン燃料とＤＭＥ燃料との混合燃料が燃料として供給
される。更に、低回転低中アクセル開度領域から中回転
中アクセル開度領域にかけては、おおよそガソリン燃料
のみが燃料として供給される。

【００５５】その結果、低アクセル開度（低負荷）側で
あっても中回転領域では、混合燃料が着火性の高いＤＭ
Ｅ燃料のみとなるため、良好な圧縮着火性を得ることが
でき、低負荷側の圧縮着火領域を限界付近まで拡大させ
ることが出来る。又、圧縮着火領域（Ｉ）の高負荷側で
はおおよそガソリン燃料のみとすることで、ノッキング
発生が抑制されるため、この領域も高負荷側へ圧縮着火
限界付近まで拡大させることができる。

【００５６】そして、ステップＳ３において設定された
混合比率ＤｕｔｙＦに対応する駆動信号を、燃料混合バ
ルブ２０に設けたソレノイドコイル３３に通電すると、
ソレノイドコイル３３の磁力とセットスプリング３５と
のバランスで、ニードルバルブ２９が弁室２８ａ内を移
動し、ニードルバルブ２９の両側の稜部に形成された弁
部２９ｊ，２９ｋと、これに対向する弁座３１ｃ，３１
ｄとの間の開口面積が可変され、この開口面積に応じて
両燃料通路２９ｊ，２９ｋを通過するガソリン燃料流量
とＤＭＥ燃料流量とが可変され、この各燃料通路２９
ｊ，２９ｋを通過したガソリン燃料とＤＭＥ燃料とが、
ガソリン燃料吐出ポート３１ａ、ＤＭＥ燃料吐出ポート
３１ｂを通り合流され、混合された状態で高圧燃料ポン
プ１９へ送られる。

【００５７】その後、ステップＳ４へ進み、圧縮着火燃
焼制御を実行してルーチンを抜ける。圧縮着火燃焼制御
では、先ず、スロットルアクチュエータ４４に対し、ス
ロットル弁全開信号を出力してスロットル弁を全開動作
させ、又、圧縮着火可能な超リーンに設定された空燃比
に基づいて燃料噴射量を設定すると共に、燃料噴射タイ
ミングを吸気行程前期から圧縮行程後期の間で設定す
る。又、動弁機構５に設けられているカム可変アクチュ
エータ４５に対して圧縮着火用吸気カム及び圧縮着火用
排気カムを選択する信号を出力し、図１０（ａ）に示す
ように、バルブオーバラップ期間が小さくなるバルブタ
イミングに切換える。

【００５８】排気上死点の前後のバルブオーバラップ期
間を小さくすることで、燃焼室内に残留ガスが閉じ込め
られ、この残留ガスの熱エネルギにより、次の吸気行程
において吸入される吸気が加熱される。そして、圧縮行
程へ移行すると、圧縮行程時の断熱圧縮により筒内ガス
が更に昇温され、圧縮行程末期において、筒内ガス温度
が自発火可能温度に達する。このとき、燃料噴射タイミ
ングが、吸気下死点よりも遅い時期に設定される場合
は、圧縮着火燃焼可能なガス温度に到達しつつある燃焼
室内に成層化された混合気が局所的に生成され、極めて
希薄な混合気での成層圧縮着火燃焼が可能となる。一
方、燃料噴射タイミングが、排気弁が閉弁後の比較的早
期に設定されている場合は、筒内ガス温度が自発火可能
温度に達する前に均一混合気が生成されるため、筒内ガ
ス温度が発火温度に達したとき、混合気が一斉に発火し
て火炎が伝播しない燃焼、いわば無限数の点火プラグを
配したような多点発火燃焼（均一圧縮着火燃焼）が実現
される。

【００５９】このように、圧縮着火燃焼時にはバルブオ
ーバラップ期間を小さくして残留ガスを生成し、この残
留ガスの熱エネルギにより吸気加熱を行ない、圧縮行程
後期の筒内ガス温度の上昇を促進させるようにしたの
で、相対的に圧縮比を１３〜１４程度と低めに設定する
ことが可能となる。

【００６０】又、圧縮着火領域（Ｉ）においては、低ア
クセル開度α側の燃料を着火性（セタン価）の高いＤＭ
Ｅ燃料とし、アクセル開度αが大きくなるに従い、すな
わちエンジン負荷が増加するに従いＤＭＥ燃料の比率を
少なくして、着火性（セタン価）の低いガソリン燃料を
多くするようにしたので、圧縮比を低く設定した状態で
低負荷側での圧縮着火を促進することができ、又高負荷
側ではノッキング発生が抑制され、相対的に、圧縮着火
領域（Ｉ）の限界を低負荷側と高負荷側との双方へ拡大
させることが出来る。

【００６１】又、ステップＳ１で、運転領域が予混合火
花点火領域（II）であると判定されたときは、ステップ
Ｓ５へ分岐し、動弁機構５に対して火花点火用吸気カム
と火花点火用排気カムとを選択する信号を出力し、吸気
弁及び排気弁を火花点火時のバルブタイミング、すなわ
ち、バルブオーバラップ期間が大きくなる通常のタイミ
ングで開閉動作させる（図１０(b)参照）。

【００６２】次いで、ステップＳ６へ進み、混合比率Ｄ
ｕｔｙＦを０％に設定する。図３に示すように、混合比
率ＤｕｔｙＦが０％のときは、ソレノイドコイル３３に
対して非通電状態であるため燃料混合バルブ２０のニー
ドルバルブ２９がセットスプリング３５の付勢力で移動
し、このニードルバルブ２９の稜部に形成された弁部２
９ｋが弁室２８ａに形成された弁座３１ｄに着座して、
ＤＭＥ燃料通路３０ｂを遮断し、ガソリン燃料通路３０
ａを全開させるため、高圧燃料ポンプ１９へ供給される
燃料がガソリン燃料のみとなる。

【００６３】その後、ステップＳ７へ進み、予混合火花
点火制御を実行してルーチンを抜ける。予混合火花点火
制御では、先ず、スロットルアクチュエータ４４に対す
るスロットル弁全開信号の出力を解除し、このスロット
ルアクチュエータ４４に対してアクセル開度センサ４１
からの出力に応じた駆動信号を出力し、スロットル弁を
アクセルペダルの踏込み量に連動して動作させる。又、
通常の空燃比に基づく燃料噴射量を設定すると共に、燃
料噴射タイミングを吸気行程開始後の比較的早期に設定
する。更に、動弁機構５に設けられているカム可変アク
チュエータ４５に対して、火花点火用吸気カム及び火花
点火用排気カムを選択する信号を出力する。すると、図
１０（ｂ）に示すように、バルブタイミングが、バルブ
オーバラップ期間が大となる通常のタイミングに切換え
られて、予混合火花点火燃焼が行なわれる。

【００６４】又、ステップＳ１で運転領域が成層火花点
火領域（III）であると判断されて、ステップＳ８へ分
岐すると、動弁機構５に対して火花点火用吸気カムと火
花点火用排気カムとを選択する信号を出力し、吸気弁及
び排気弁を、通常の火花点火時のタイミングで開閉動作
させる（図１０(c)参照）。

【００６５】次いで、ステップＳ９へ進み、混合比率Ｄ
ｕｔｙＦを０％に設定し、供給する燃料をガソリン燃料
のみとし、ステップＳ１０へ進み、成層火花点火制御を
実行してルーチンを抜ける。成層火花点火制御では、先
ず、スロットルアクチュエータ４４に対し、アクセル開
度センサ４１からの出力に応じた駆動信号を出力して、
スロットル弁をアクセルペダルの踏込み量に連動して動
作させる。又、通常の空燃比に基づく燃料噴射量を設定
する。更に、動弁機構５に設けられているカム可変アク
チュエータ４５に対して、火花点火用吸気カム及び火花
点火用排気カムを選択する信号を出力する。又、燃料噴
射タイミングを圧縮行程前期に噴射させる第１噴射と圧
縮行程後期に噴射させる第２噴射との２回に設定し、予
め設定した燃料噴射量を第１噴射と第２噴射とに対して
所定の比率で分配する。

【００６６】すると、図１０（ｃ）に示すように、バル
ブタイミングが、通常のバルブタイミングに切換えら
れ、又、燃料噴射タイミングを圧縮行程前期と圧縮行程
後期との２回に設定することで、混合気成形の成層化が
実現される。この場合、筒内噴射用インジェクタ４を燃
焼室の中央で点火プラグの近傍に配置すれば、２回噴射
により、火花点火の際に、点火プラグ近傍がリッチ混合
気、エンドガスゾーンがリーン空燃比となり、エンドガ
スゾーンでのノッキング発生を回避することが出来る。
又、第１噴射と第２噴射との噴射量比、噴射タイミング
を変更することにより、成層化の度合いをほぼ自在に制
御することができる。

【００６７】このように、本実施の形態によれば、燃料
として着火性の高いＤＭＥ燃料と着火性の低いガソリン
燃料との混合燃料を用い、圧縮着火の困難な低負荷運転
領域へ移行するに従いＤＭＥ燃料の混合比率を高めるよ
うにしたので、低負荷側の圧縮着火燃焼の限界を拡大さ
せることが出来、又、高負荷運転側では着火性の低いガ
ソリン燃料の混合比率を高めることで、ノッキングの発
生を抑制して、高負荷側の圧縮着火を限界付近まで拡大
させることが出来る。

【００６８】更に、着火性の高いＤＭＥ燃料の混合比率
を可変することで、圧縮着火性の改善を図るようにした
ので、従来のように残留ガス量を増加させ、その燃料エ
ネルギにより筒内ガス温度の上昇を促進させる必要が無
くなり、その結果、バルブタイミングを、通常の火花点
火燃焼時に比し大幅に可変する必要がなくなり、動弁機
構の構成を簡素化することが出来る。

【００６９】更に、低負荷運転領域ではＤＭＥ燃料の混
合比率を高めることで、ＨＣ排出量が抑制され、圧縮着
火燃焼によるＮＯｘ排出量の低減と合わせて、エンジン
の実用域での排気エミッションの大幅な低減を実現する
ことが出来る。

【００７０】又、低負荷運転領域ではＤＭＥ燃料の混合
比率を高めることで自着火性を向上させるようにしたの
で、相対的に圧縮比を下げることができ、高負荷運転領
域でのノッキングの発生をより一層回避することが出来
る。

【００７１】ところで、図２に示すように、筒内噴射用
インジェクタ４のインジェクタハウジング６に形成され
た凹部６ａと、この凹部６ａに装着されるソレノイドケ
ース７との接合面はシールリング８によりシールされて
いるが、ＤＭＥ燃料は燃料圧力が高くなると、微少燃料
がシールリング８を抜けてリークし易くなる。この接合
面からリークした微少燃料は、ソレノイドケース７に形
成されたベント通路７ａから、このベント通路７ａに連
通するベントパイプ１５、及び燃料ベントライン１６を
経てエアチャンバ３へ導かれ、燃焼室へ供給されて燃焼
される。従って、燃料が外部へリークされることはな
い。

【００７２】又、図１１、図１２に本発明の第２実施の
形態を示す。本実施の形態では、図１に示す高圧プレッ
シャレギュレータ２５を電子的に制御するものである。
すなわち、本実施の形態では、高圧プレッシャレギュレ
ータ２５の弁開度をソレノイドコイルに対するデューテ
ィ信号のデューティ比によって制御する。このデューテ
ィ比は、ＥＣＵ４０によって設定される。

【００７３】ＥＣＵ４０では、運転領域が圧縮着火領域
（Ｉ）にあると判定したとき、エンジン回転数Ｎｅとア
クセル開度αとに基づき、図１１に示すプレッシャレギ
ュレータ調圧比率マップを参照して、高圧プレッシャレ
ギュレータ２５に対する調圧比率（デューティ比）Ｄｕ
ｔｙＰを設定する。同図に示すように、高圧プレッシャ
レギュレータ２５に対する調圧比率ＤｕｔｙＰは、ガソ
リン燃料とＤＭＥ燃料との混合比率ＤｕｔｙＦ（図７参
照）とほぼ比例して設定されている。尚、高圧プレッシ
ャレギュレータ２５の弁開度は、ＤｕｔｙＰ＝０％で完
全閉弁、ＤｕｔｙＰ＝１００％で完全開弁となるように
設定されている。

【００７４】又、本実施の形態では、ＤｕｔｙＰ＝０
％、すなわち高圧プレッシャレギュレータ２５が完全閉
弁のとき、燃料圧力が１０ＭＰａとなるように設定さ
れ、ＤｕｔｙＰ＝１５％で燃料圧力が２ＭＰａとなるよ
うに設定されている。

【００７５】従って、図１２に示すように、このプレッ
シャレギュレータ調圧比率マップに設定される調圧比率
ＤｕｔｙＰを、図７に示す混合比率マップで設定した混
合比率ＤｕｔｙＦに重ね合わせると、高圧プレッシャレ
ギュレータ２５から吐出される燃料の圧力は、ＤＭＥ燃
料の混合比率ＤｕｔｙＦの増加に反比例して低くなるの
で、ＤＭＥ燃料の混合比率ＤｕｔｙＦが増加した場合で
あっても、筒内噴射用インジェクタ４を含む高圧ライン
系を構成する各部品からの燃料リークを防止することが
出来る。

【００７６】尚、本実施の形態では、燃料混合バルブ２
０のニードルバルブ２９の動作をデューティ制御してい
るが、電流制御、或いは電圧制御により、混合比率を可
変設定するようにしても良い。同様に、第２実施の形態
における高圧プレッシャレギュレータ２５の弁開度も電
流制御、或いは電圧制御により可変設定するようにして
も良い。

【００７７】

【発明の効果】以上、説明したように本発明によれば、
圧縮比を高く設定することなく、吸気加熱等の手段が不
要で、従来のように圧縮着火時におけるバルブタイミン
グを大幅に変更して残留ガス量を調整する必要が無く、
低負荷運転領域においても良好な圧縮着火性を得ること
ができて圧縮着火領域を拡大させることが出来る等、優
れた効果が奏される。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１実施の形態による燃料ラインを中心とする
エンジンの全体概略図

【図２】同、筒内噴射用インジェクタの要部拡大断面図

【図３】同、混合比率０％時の燃料混合バルブの断面図

【図４】同、混合比率１００％時の燃料混合バルブの断
面図

【図５】同、燃焼制御ルーチンを示すフローチャート

【図６】同、運転領域判定マップの説明図

【図７】同、混合比率マップの説明図

【図８】同、混合比率を設定するデューティ比の説明図

【図９】同、圧縮着火領域におけるガソリン燃料とＤＭ
Ｅ燃料との混合状態を示す説明図

【図１０】同、運転領域毎のバルブタイミングと噴射タ
イミングとを示す説明図

【図１１】第２実施の形態によるプレッシャレギュレー
タ調圧比率マップの説明図

【図１２】同、プレッシャレギュレータ調圧比率と燃料
の混合比率との関係を示す説明図

【符号の説明】

４筒内噴射用インジェクタ２５高圧プレッシャレギュレータ２０燃料混合バルブＤｕｔｙＦ混合比率ＤｕｔｙＰ調圧比率

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｄ 41/04 ３９５Ｆ０２Ｄ 41/04 ３９５ 45/00 ３１２ 45/00 ３１２ＨＦ０２Ｍ 21/02 Ｆ０２Ｍ 21/02 Ｎ 37/00 37/00 Ｃ３４１３４１Ｃ 55/02 ３５０ 55/02 ３５０ＥＦターム(参考） 3G023 AA01 AA06 AB01 AB06 AC04 AC05 AC06 AC08 AF01 AG02 3G066 AA00 AA02 AB04 AB06 AD12 BA01 BA14 CB15 CC06U CC14 CD03 CD26 CD28 CD29 CE22 DA04 DA06 DB08 DB09 DB13 DC05 DC09 DC18 3G084 AA01 AA05 BA11 BA14 BA16 BA23 CA03 CA09 DA38 EB09 FA10 FA14 FA33 3G092 AA01 AA06 AA09 AB02 AB05 AB14 EA11 EC01 GA03 GA05 GA06 GA17 GA18 HA08X HA13X HE01Z HF08Z 3G301 HA02 HA04 HA19 HA24 JA22 KA08 KA25 LA07 LB00 LB06 NC04 PB02Z PE01Z PF03Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】着火性の高い燃料と着火性の低い燃料とを
有し、上記両燃料を混合してインジェクタへ供給する燃料混合
手段と、上記燃料混合手段による上記両燃料の混合比率をエンジ
ン運転状態に応じて可変設定する混合比率設定手段とを
備えることを特徴とする圧縮着火式エンジン。
【請求項２】上記混合比率設定手段では、上記エンジン
運転状態が低負荷且つ高回転側へ移行するに従い上記着
火性の高い燃料の混合比率を高く設定することを特徴と
する請求項１記載の圧縮着火式エンジン。
【請求項３】上記着火性の高い燃料がジメチルエーテル
燃料であり、上記着火性の低い燃料がガソリン燃料であ
ることを特徴とする請求項１或いは２記載の圧縮着火式
エンジン。
【請求項４】上記インジェクタが燃焼室へ燃料を直接噴
射する筒内噴射用インジェクタであり、上記筒内噴射用インジェクタに連通する内圧保持型燃料
通路の燃料圧力を調整する燃圧調整手段と、上記燃圧調整手段に対しエンジン運転状態が低負荷且つ
高回転側へ移行するに従い燃料圧力を低く設定する燃圧
設定手段とを備えることを特徴とする請求項１〜３記載
の何れかに記載の圧縮着火式エンジン。