JP2004068707A - 内燃機関の燃焼制御装置及び方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料直接噴射式内燃機関において、高回転状態でも予混合気を多量に確実に形成すると共に、形成された予混合気の着火を制御する。
【解決手段】６サイクル内燃機関を用いて、第１圧縮行程と第１膨張行程の間で、それまでに噴射された燃料を改質する。その後燃料噴射を行って予混合気の当量比を上げ、第２圧縮行程と第２膨張行程の間で、前記改質された燃料を含んで燃焼を行うことにより、この燃焼に起因する温度上昇を抑制する。また、第１圧縮行程と第１膨張行程の間で燃料噴射し、この燃料を燃焼させることにより燃焼室内温度を上昇させ、第２圧縮行程と第２膨張行程の間での燃焼を好適に行うことが可能となる。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、内燃機関の燃焼制御装置及び方法に関し、特に改質された燃料による燃焼時の燃焼性状を制御するものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の４サイクル内燃機関において、燃料を気筒内に噴射して燃料を燃焼させる際、その噴射された燃料を一回の圧縮行程による加熱により燃焼させている。また、圧縮行程より前の行程で燃料を予め気筒内に噴射して予混合気を形成し、その形成された予混合気を圧縮し、そこに更に燃料を噴射して燃焼する、予混合燃料噴射の技術がしられている。
【０００３】
この予混合燃料噴射を行い、噴射された燃料を好適に燃焼させる装置として、従来の吸気、圧縮、膨張、及び排気の各行程より構成される４サイクル内燃機関に、圧縮、膨張の行程を更に追加して、吸気、第１の圧縮、第１の膨張、第２の圧縮、第２の膨張、及び排気の各行程より構成される６サイクル内燃機関が提案されている。この６サイクル内燃機関では、圧縮行程から膨張行程にかけて行われる燃焼が２回あるために、噴射された燃料をより完全に燃焼させることが可能となり、また、予混合気を形成するために燃料を噴射可能な時期も吸気行程、第１の膨張行程と２回にわたり実行可能であるため、より好適な予混合気が形成可能となる。
【０００４】
また、この６サイクル内燃機関では、特に高負荷の場合に実行される、吸気行程で予め燃料を噴射し混合気を形成する予混合気形成において、燃料を吸気行程で噴射すると、最終的な燃焼である第２の圧縮行程と第２の膨張行程までの間に第１の圧縮行程と第１の膨張行程が入ることにより、噴射された燃料が充分に混合されると共に、第１の圧縮行程及び第１の膨張行程により、加熱されて気化が促進するため、その燃焼性状も優れることになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
６サイクル内燃機関では、第１の圧縮行程、第１の膨張行程の間での第１の燃焼と、第２の圧縮行程、第２の膨張行程の間での第２の燃焼との２回の燃焼があるが、燃焼、即ち燃料の酸化を行う基となる酸素は、吸気行程の一回のみでしか吸入されない。これに対して、特に高負荷状態などにおいて、第１の燃焼で大部分の酸素を消費すると、第２の燃焼において不完全燃焼が起り、これに起因して、スモーク等が発生する場合がある。
【０００６】
また、６サイクル内燃機関で、高負荷状態になった場合、前述のように予混合燃料噴射を行うと、吸気と燃料とが充分に混合されて好適な燃焼を行うことが可能であるが、この好適な燃焼を行うことにより、燃焼温度が比較的高温になる場合がある。
【０００７】
燃焼温度が高温になると、必然的に内燃機関、特に気筒内が加熱され、局部的に自己着火が発生する可能性がある。これによりノッキング等の異常燃焼、異常振動が発生することがある。これを回避するため、例えば特開２０００−１１０５６５号公報では、気筒内で通常時の圧縮比より小さい圧縮比で混合気を圧縮して、熱の発生が少ない冷炎を形成した後に通常の圧縮を行い、熱炎を気筒内の略全域で発生させて局部的自己着火を防止する技術が開示されている。
【０００８】
しかし、この技術では、熱炎を気筒内全域で発生させることにより、局部的自己着火を防止しているだけであり、局部的自己着火の発生原因となる内燃機関の高温化に対しては、何ら解決手段が示されておらず、内燃機関の温度上昇を防止するために、燃焼温度を低下させる必要があるという問題は解決されていない。
【０００９】
特に燃焼温度が高温になることで、空気中の窒素が反応してＮＯｘが形成されやすくなるために、排気浄化装置に要求される浄化性能が高くなることや、高温の排気が排出されることにより、前記排気浄化装置に加わる負荷が大きくなる問題なども発生するので、これらの解決が望まれる。
【００１０】
本発明は、上記問題に鑑みてされたもので、高負荷及び高回転状態においても、排気中に含まれる汚染物質を低減すると共に、排気浄化装置の負荷を少なくして内燃機関の所定の出力と排気性能を両立することを課題とする。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置と、供給された燃料の組成が熱炎を発することなく改質される燃料改質手段と、燃料改質手段により改質された燃料に加えて更に気筒内に燃料を供給する燃料再供給手段と、燃料改質手段により改質された燃料と燃料再供給手段により供給された燃料を燃焼させる燃焼手段と、を備えた内燃機関の燃焼制御装置とした。
【００１２】
燃料が熱炎を発することなく改質されることにより、その燃料の組成が低活性なものに変化する。この低活性化した燃料に、更に燃料を加えて燃焼させれば、燃焼温度を低下させることが可能になる。燃焼温度が低下すると、燃焼時に発生するＮＯｘ等が抑制される。
【００１３】
尚、本発明では、前記燃料改質手段で燃料を改質する際に、改質される燃料の一部を燃焼酸化せしめる部分燃焼手段を有してもよい。
【００１４】
燃料の改質は、燃料が熱炎を発することなく加熱されることによる酸化反応で、その組成の変化を可能とする。よって、加熱が充分でない場合には、燃料の一部分のみを燃焼させて酸化反応を促進させる。また、改質する際に燃料の一部分を燃焼させることにより気筒内温度が上昇し、改質後に噴射された燃料と改質された燃料とを燃焼させる際に、その着火性能を向上させることが可能となる。
【００１５】
また、吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程を有する６サイクル内燃機関では前記燃料改質手段による燃料改質は、第１圧縮行程から第１膨張行程の間で実行され、前記燃料再供給手段による燃料再供給は、第１膨張行程から第２圧縮行程の間にかけて実行され、前記燃料改質手段による燃料の改質は、第２圧縮行程から第２膨張行程の間にかけて実行されることが可能である。
【００１６】
６サイクル内燃機関では、圧縮膨張行程が、二回に渡って行われるため、各圧縮膨張行程で気筒内が高温になる。よって、最初の高温期間となる第１圧縮行程から第１膨張行程の間にかけての加熱により、燃料を改質する。そして、この改質された燃料を含む気筒内に、第１膨張行程から第２圧縮行程にかけて、好適には第１膨張行程において、再び燃料を噴射する。この燃料を噴射することにより、気筒内の予混合燃料量を増加させる。そして、第２の高温期間となる第２圧縮行程から第２膨張行程にかけての加熱で、この第２の高温期間に噴射する燃料に着火させ、これを火種として、予混合燃料を燃焼せしめて機関動力へと転換する。
【００１７】
前記内燃機関の燃焼制御装置に基づいて、本発明は、吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程を有する内燃機関であって、前記内燃機関は、第１の圧縮行程から第１の膨張行程にかけて第１の高温期間を形成した後に、第２の圧縮行程から第２の膨張行程にかけて第２の高温期間を形成し、前記第１の高温期間で、吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料の組成を改質し、この改質された燃料及び、第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射された燃料が第２の高温期間に燃焼される燃焼制御方法とした。
【００１８】
前記燃焼制御方法において、前記吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料は、第１の高温期間において、熱炎を発することなく酸化されることによって改質されることが好ましい。
【００１９】
一般に６サイクル内燃機関では、第１圧縮行程から第１膨張行程の間、即ち第１の圧縮上死点で、気筒内圧の第１の極値を取ると共に、この圧縮に伴う発熱から温度の第１の極値を示す。その後に、第２圧縮行程から第２膨張行程の間、即ち第２の圧縮上死点で、気筒内圧の第２の極値を示すと共に、この圧縮に伴う発熱から温度の第２の極値を示す。
【００２０】
そして、この第１の圧縮上死点、及び第２の圧縮上死点において、気筒内に燃料が所定の濃度以上存在し、この所定の濃度以上の燃料が圧縮熱による自己着火、若しくは他の火種によって引火することから、燃料が燃焼して体積膨張し、ピストンを動かすことが可能となる。しかし、これら圧縮上死点において、燃料が着火若しくは引火に必要な所定の濃度以上にならないようにすれば、噴射された燃料は、燃焼することなく加熱、加圧されることになる。ここで述べる燃焼とは、通常の内燃機関で燃料を動力に転換する時に発生する、熱炎を伴う激しい酸化反応を意味する。これに対して、噴射された燃料が、燃焼することなく加熱、加圧されることにより、燃料の一部は酸化され、酸化物を形成するが、燃料全体としては、この酸化された反応物質の一部分のエネルギーが解放されたに過ぎず、通常の燃焼に伴う発光や発熱も微弱であり、通常の燃焼に対して穏やかな酸化反応となる。このように燃焼することなく加熱、加圧されることにより、燃料は改質される。
【００２１】
炭化水素化合物（ＨＣ）からなる燃料は、改質による低温酸化、即ち、熱炎を発することなく穏やかに酸化されることにより、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）等の様々な過酸化物である中間生成物が生成される。改質により生成される物質の一種であるホルムアルデヒドは、その着火点が４００℃以上とガソリン、軽油等の燃料の着火点より高く、より燃焼しにくいものである。よって、第１の高温期間において、吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料を改質して、ホルムアルデヒド等の過酸化物を生成し、この生成された過酸化物と共に第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射された燃料が第２の高温期間において燃焼され、動力に転換されると共に、その気筒内温度の上昇を抑制する。
【００２２】
また、前記燃焼制御方法において、前記吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料は、第１の高温期間において、第１の高温期間中に更に噴射された燃料が燃焼されることによって改質されると共に、前記第１の高温期間中に更に噴射された燃料が燃焼されることによって雰囲気温度を上昇させることが好ましい。
【００２３】
吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料が少ない状態では、この燃料により形成される濃度が充分に低い場合、第１の高温期間においても、充分に温度が上昇せずに、燃料改質が行われない場合がある。また、燃料改質が行えたとしても、噴射される全燃料量が少なければ、逆にこの燃料改質により燃焼性が抑制された燃料と、第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射された燃料とによって行われる第２の高温期間での燃焼が、充分に進まない可能性がある。よって、第１の高温期間中に着火源となる燃料を噴射し、この着火源となる燃料を燃焼させることによって筒内温度を上昇させ、吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料の改質を促進することができる。また、燃料の一部が燃焼することにより、筒内の温度が上昇して第２の高温期間での燃焼性を促進することが可能となる。
【００２４】
さらに、第１の高温期間に燃料を噴射して、この噴射した燃料を燃焼させることにより、燃焼室内に排気が発生する。この発生した排気は、ＣＯ_２等の不活性ガスを含むため、この不活性ガスによる第２の高温期間での燃焼温度抑制効果も期待できる。
【００２５】
特に低回転、低負荷時等、噴射される燃料の総量が少ない場合には、第１の高温期間に着火源として噴射された燃料が燃焼することにより、不活性ガスとなるＣＯ_２等を形成しつつ気筒内温度を上昇させ、第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射された燃料の気化を促進させて第２の高温期間における着火性能を確保することが可能となる。この第２の高温期間では、第１の高温期間における燃焼で生成された不活性ガスを混合気の中に含んでいるために、混合気が燃焼する際の過度の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００２６】
また、前記燃焼制御方法において、燃料が第１の高温期間において熱炎を含んで酸化されないように、吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射されてもよい。
【００２７】
前述のように、吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料は、第１の高温期間において改質され、第２の高温期間における燃焼の温度上昇抑制に使用される。第１の高温期間で熱炎を含んだ燃焼を行うと、この第１の高温期間での燃焼によって生成される不活性ガスでの第２の高温期間での燃焼の温度上昇抑制効果は期待できるが、先の燃焼によって、酸素不足が発生する場合や、ＨＣ、スモーク等が排出する可能性があり、結果としては、排気性状が悪化することになる。よって、第１の高温期間で熱炎を含んで発火しないように、噴射された燃料の濃度が、発火に至る濃度とならないように噴射量、噴射時期、噴射回数等を制御する。
【００２８】
また、前記内燃機関の機関回転数が低い場合で、ノッキングを感知した時に、第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射される燃料をまとめて噴射してもよい。
【００２９】
機関回転数が低くなることにより、燃料を噴射可能な期間である第１の膨張行程から第２の高温期間までの期間等や、噴射された燃料を加熱して燃焼可能となる第２の高温期間等の期間は長くなる。特に第２の高温期間が長くなることで、噴射された燃料は高温に曝される期間が長くなるため、混合気を形成する燃料の濃度を発火に至る濃度として、第２の高温期間において特に発火に係る装置や方法を使用せずとも燃料に着火可能となる。この時に燃料の濃度が高まることによってノッキングが発生しやすくなる。このノッキングを抑制するために、第１の膨張行程から第２の高温期間にかけて噴射される燃料の噴射を偏らせる。好適には、この燃料の噴射時期の後半に噴射燃料を集中させてまとめて噴射する。これによって、気筒内に取込まれた燃料全体としての濃度を高くすると共に、燃料噴射孔から遠い位置であってノッキング等が発生しやすい気筒内壁の濃度を低くすることが可能となり、ノッキング等が抑制される。また、燃料噴射孔周辺は、燃料の濃度が高くなっているので着火性能も優れることになる。
【００３０】
以上より、第１の高温期間において燃料を改質し、この改質された燃料を用いて第２の高温期間で発生する燃焼を制御することが可能となる。
【００３１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を、図に基づいて説明する。図１に本実施の形態の内燃機関の概略構成図を示す。本実施の形態に示される内燃機関は、燃焼室内に直接燃料を噴射し、燃焼室内を圧縮した際の圧縮熱により自己着火すると共に、吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程の６行程を含む６サイクル直噴式ディーゼル内燃機関である。
【００３２】
図１において、内燃機関（以下、エンジンという）１は、燃料供給系１０、燃焼室２０、吸気系３０及び排気系４０等を主要部として構成される直列４気筒のディーゼルエンジンシステムである。以下、本ディーゼルエンジンシステムの構成について説明する。
【００３３】
燃料供給系１０は、サプライポンプ１１、蓄圧室（コモンレール）１２、燃料噴射弁１３、機関燃料通路Ｐ１を備えて構成される。
【００３４】
サプライポンプ１１は燃料タンク（図外）からくみ上げた燃料を高圧にし、機関燃料通路Ｐ１を介してコモンレール１２に供給する。コモンレール１２はサプライポンプ１１から供給された高圧燃料を所定の圧力に保持（蓄圧）する機能を有し、この蓄圧した燃料を各燃料噴射弁１３に分配する。
【００３５】
燃料噴射弁１３は、その内部に電磁ソレノイド（図外）を備えた電磁弁であり、適宜開弁して燃焼室２０内に燃料を供給噴射する。
【００３６】
吸気系３０は、各燃焼室２０内に供給される吸気通路を形成する。一方、排気系４０は、各燃焼室２０から排出される排気通路を形成する。
【００３７】
また、排気系４０において、燃焼室より接続する排気集合管４０ａより下流側には、排気ガスの流路に沿って排気通路４０ｂ、その下流にＮＯｘ触媒ケーシング４２、更に下流に排気通路４０ｃが順次連結されている。
【００３８】
また、エンジン１の各部位には、各種センサが取り付けられており、当該部位の環境条件やエンジン１の運転状態に関する信号を出力する。
【００３９】
すなわち、レール圧センサ７０は、コモンレール１２内に蓄えられている燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。燃圧センサ７１は、燃料噴射弁１３へ導入される燃料の圧力に応じた検出信号を出力する。エアフローメータ７２は、吸気系３０内のスロットル弁３２上流において吸入空気の流量（吸気量）に応じた検出信号を出力する。空燃比（Ａ／Ｆ）センサ７３は、排気系４０のＮＯｘ触媒ケーシング４２上流において排気ガス中の酸素濃度に応じて連続的に変化する検出信号を出力する。筒内圧センサ７４は、燃焼室２０内において圧力の変化に応じた検出信号を出力する。吸気圧センサ７５は、吸気通路内において圧力の変化に応じた検出信号を出力する。吸気温度センサ７８は、同じく吸気通路内において吸気温度に応じた検出信号を出力する。
【００４０】
また、アクセル開度センサ７６はアクセルペダル（図外）に取り付けられ、同ペダルの踏込量に応じてエンジン１において要求する仕事量の基となる検出信号を出力する。クランク角センサ７７は、エンジン１の出力軸（クランクシャフト）が一定角度回転する毎に検出信号（パルス）を出力する。これら各センサ７０〜７９は、電子制御装置（ＥＣＵ）８０と電気的に接続されている。
【００４１】
図２に示すように、ＥＣＵ８０は中央演算処理装置（ＣＰＵ）８１、読み出し専用メモリ（ＲＯＭ）８２、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）８３及び運転停止後も記憶した情報が消去されないバックアップＲＡＭ８４、タイマカウンタ８５等と、Ａ／Ｄ変換器を含む入力ポート８６と、出力ポート８７とが、双方向性バス８８により接続されて構成される論理演算回路を備える。
【００４２】
ＥＣＵ８０は、前記各種センサの検出信号を入力ポート８６を介して入力し、これら信号に基づいてＥＣＵ８０に有するＣＰＵ８１において、ＲＯＭ８２に記憶されているプログラムから、エンジン１の燃料噴射等についての基本制御を行う他、燃料噴射の供給量の決定や供給時期等に関する燃料噴射制御等、エンジン１の運転状態に関係する各種制御を行う。
【００４３】
当該実施の形態におけるエンジン１は、吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程を有している６サイクル内燃機関である。通常、４サイクル内燃機関では、圧縮行程と膨張行程の間、ピストンが上昇して上死点に到達し、燃焼室内の容積が最も小さくなる状態が１回発生し、この状態で燃焼を行うが、この６サイクル内燃機関では、圧縮行程から膨張行程に切り替る状態が２回発生する。
【００４４】
また、燃料噴射を行うにあたり、当該実施の形態のエンジン１は燃料の噴射方法として、予混合噴射の方式をとる。この予混合式噴射では、着火時期となる上死点近傍での噴射とは別に、吸気行程から第１圧縮行程にかけて燃焼室２０内に燃料が噴射され、予混合気を形成する。予混合噴射された燃料は、燃焼室２０内で気化するとともに、吸入された空気と混合されて予混合気を形成するが、６サイクル内燃機関では、予混合を行う吸気行程から、燃料の最終的な燃焼である、第２の高温期間までに、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程を含む。これらの行程を経ることにより、噴射された予混合気は充分に気化すると共に気筒内に吸入された空気と混合され好適な予混合気を形成可能となる。また、特に高負荷時では、予混合燃料噴射を行った吸気行程から、燃料の最終的な燃焼である第２の高温期間までに、例えば第１膨張行程等で、更に予混合燃料噴射が可能となるため、６サイクル内燃機関は、予混合燃料噴射を含む内燃機関として好適な形態となる。
【００４５】
また、６サイクル内燃機関は、燃焼を行う過程（燃焼行程）を二回有するが、これに対して、吸気行程と排気行程は各一回となる。この吸気行程と排気行程は、低温の空気を燃焼室２０内に流入し、高温の排気を燃焼室２０外へ排出する。つまりは、燃焼室２０を冷却する効果を有する。これに対して燃焼行程は、燃料を燃焼し、燃焼室２０を加熱する。
【００４６】
４サイクル内燃機関では、吸気行程と排気行程の間に一回の燃焼行程が存在するが、６サイクル内燃機関では、吸気行程と排気行程の間に二回燃焼行程が存在するために４サイクル内燃機関よりも加熱される状態となりやすい。
【００４７】
内燃機関が加熱されることにより、燃焼室温度も上昇する。燃焼室温度が上昇すると、着火性能も優れることになるが、温度上昇が過度になると、ピストンが上死点に達する前に着火（過早着火）して燃焼が始り、内燃機関に背圧が生じる場合がある。また、これに伴って燃焼温度も上昇するため、ＮＯｘ等の有害成分も増加する可能性がある。よって燃焼を抑制し、以て機関温度を低下させる。
【００４８】
当該エンジン１で用いられる燃料は、高温にて急激に酸化（高温酸化反応）させることにより、熱炎を発し、Ｈ_２Ｏ、ＣＯ_２等に酸化される。しかし、この酸化反応を緩やか（低温酸化反応）にすると、熱炎を発することなく、ホルムアルデヒド（ＨＣＨＯ）等の様々な過酸化物である中間生成物が生成される。この生成されたホルムアルデヒドは、発火点が、４００℃と燃料より高く、これを燃料中に混合すると、燃焼温度の抑制効果が期待できる。
【００４９】
また、当該エンジン１で用いられる燃料を、所定の温度、圧力まで急激に上昇した状態で、着火するまでに必要な時間は、図３に示すように、８００Ｋ〜１１００Ｋの間では、温度が上昇したとしても着火遅れの変化は少なく、逆に温度上昇と共に僅かながら着火遅れが大きくなっている。８００Ｋ以下では、温度が低いほど着火遅れが指数関数的に遅くなる。また、実際の空燃比を、理論空燃比で除した値である当量比か、圧力何れかを小さくした場合にも着火遅れは大きくなる。
【００５０】
よって、前記当量比を下げると共に、燃焼行程での温度を８００Ｋ以下にすれば、その着火遅れ時間の延長から、噴射された燃料が着火して燃焼する前に、膨張行程に入って温度が下がり、燃料が低温酸化反応のみを起して熱炎を発することなく、その燃料の組成を改質することが可能となる。
【００５１】
したがって、当該６サイクル内燃機関では、燃焼行程にあたる第１の高温期間と、第２の高温期間があることから、第１の高温期間で燃料を改質し、この改質された燃料で第２の高温期間の燃焼温度を抑制することが可能となる。
【００５２】
以下、この６サイクル内燃機関であるエンジン１において、予混合気を用いての燃焼制御について説明する。
【００５３】
（第１制御）
先ず、第１制御では、内燃機関の高回転、高負荷時で予混合噴射を行う場合について説明する。内燃機関が高回転、高負荷状態では、それに対応して燃料噴射の期間が短く、噴射される燃料量も多くなる。よって、着火時に噴射する燃料とは別に吸気行程等で予混合燃料噴射を行って、着火する時点で燃焼室内に混合気を形成しておき、その状態で燃料を噴射して着火させる。これにより、多量の燃料を効率よく燃焼させることが可能となる。
【００５４】
第１制御では、図４に示すように、吸気行程前半から、第１圧縮行程中頃にかけて燃料噴射されるの第１噴射期間、第１膨張行程中頃から第２圧縮行程にかけて燃料噴射される第２噴射期間、第２圧縮行程後半から第２膨張行程初期にかけて燃料噴射される第３噴射期間に分割して噴射する。
【００５５】
上記噴射期間の１である、第１噴射期間は、吸気行程を含んだ期間であり、その第１噴射期間の後に第１の高温期間がある。よって、この第１噴射期間に噴射された燃料は、第１の高温期間において、燃焼することなく改質される。
【００５６】
第１噴射期間に噴射された燃料が第１の高温期間で改質されるためには、噴射される燃料により形成される混合気の局所的な当量比が、着火する当量比より小さくなるように噴射される必要がある。また、噴射された燃料が燃焼室２０内側面に付着（ボアフラッシング）しないように、燃料の噴射期間は短く、複数回に分割することが好ましい。
【００５７】
第１噴射期間で噴射された燃料が、第１の高温期間において、改質された後、第１の膨張行程において、筒内温度が燃料の高温酸化反応を起さない温度となる時点以降で第２噴射期間の燃料噴射が実行される。この第２噴射期間での燃料噴射は、予混合気の当量比を上げるために行われるものであり、第１機関の噴射と同様にボアフラッシングしないように、燃料噴射の一回あたりの期間は短く、複数回に分割することが好ましい。
【００５８】
次に、燃料の着火点温度以上に上昇している第２の高温期間において、燃料が改質されたホルムアルデヒド等が含まれた混合気内に燃料噴射を行うことにより、着火遅れを長くとって、噴射された燃料が充分に拡がった状態で着火可能となる。またこの時、混合気中には改質された燃料が含まれていることにより、ノッキング等の異常燃焼の発生も抑制され、ＮＯｘ等の汚染物質の発生を押えた燃焼が可能となる。
【００５９】
以上の燃料制御方法を図５に示したフローチャートに基づいて説明する。当該制御にて噴射される燃料量の総量である総燃料噴射量：ＱＴｏｔａｌは、アクセル開度センサ７６等から要求される機関出力に応じて、ＥＣＵ８０で算出される。そしてこの総燃料噴射量に基づいて、先ずＳ５０１で、第１噴射期間に噴射される燃料量について判定する。この第１噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌｍと、後述する第３噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｍａｉｎｍとは、総燃料噴射量：ＱＴｏｔａｌと、クランク角センサ７７に応じて検出される機関回転数に基づいて、図６、及び図７に示すマップから選択される値である。よって、この総燃料噴射量から、第１噴射期間で噴射される燃料量と、第３噴射期間で噴射される燃料量とを、減ずることにより、第２噴射期間で噴射される燃料量が算出されるが、これらマップより選択した燃料量をそのまま噴射すると、過早着火、ボアフラッシングを起す可能性がある。よって、この選択した値を補正して過早着火、ボアフラッシングが起らないようにする。
【００６０】
Ｓ５０１で、図６に示すマップより選択された第１噴射期間に噴射される燃料量が、第１噴射期間で噴射される燃料の最大値：Ｑｐｒｅ１ＴｏｔａｌＭａｘと補正係数：Ｋｐｂｐｒｅ１との積以下であるかどうかを判断する。ここで第１噴射期間で噴射される燃料の最大値は、図８に示したマップより、吸気温度センサ７８で検出される吸気温度と、機関回転数に応じて選択される値である。また、補正係数は、図９に示される表より、吸気圧力の増加に反比例して減少する値である。燃料噴射量の最大値に補正係数を乗じる理由としては、吸気圧センサ７５で検出した吸気圧力が変化すると、それに応じて混合気の密度が変化するため、吸気圧力の上昇に伴い、取込まれる燃料量は多くなる。取込まれる燃料量が多くなると当量比が増加するため、燃料の最大値を補正し、当量比の増加を抑える。吸気圧力が減少した時は、逆に当量比を増加させるために燃料の最大値を補正する。
【００６１】
Ｓ５０１で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と補正係数との積以下ならば、Ｓ５０２へ進んで、噴射される燃料量を第１噴射期間での実噴射量として、その後Ｓ５０４へ進む。Ｓ５０１で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積より大きいならば、Ｓ５０３へ進んで、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積を第１噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌとして、その後Ｓ５０４へ進む。
【００６２】
次にＳ５０４では、第１噴射期間で燃料噴射可能な回数の最大噴射回数：ＮｍａｘＰｒｅ１を算出する。第１噴射期間内で噴射される燃料は、高温時での噴射ではないため、特にその揮発性が優れるものではなく、一回あたりの噴射量が多いと、燃料が蒸発する前に燃焼室２０内面に到達し、ボアフラッシングが発生する場合がある。よって、このボアフラッシングを防止するために、少量の燃料を複数回に分けることにより、各噴射時における燃料の貫通力を弱めて燃焼室２０内面に到達する前に蒸発させる。また、断続的に噴射することにより、燃焼室２０内に取込まれた吸気と、噴射された燃料が積層されて好適な予混合気を形成しやすくする。
【００６３】
Ｓ５０４で最大噴射回数は、噴射終了時期：ｔＰｒｅ１ｅｎｄから噴射開始時期：ｔＰｒｅ１ｓｔａｒｔを減じ、その値を燃料噴射インターバル：ｔｌｎｔＰｒｅ１で除することにより算出される。ここで、噴射終了時期、噴射開始時期は、図１０に示すように、第１噴射期間の終了時期と開始時期であり、それぞれ図１１、図１２に示したマップより、吸気温度と機関回転数に応じて選択される値である。また、燃料噴射インターバルは、図１３に示したマップより、燃圧センサ７１で検出される燃料噴射圧と、機関回転数に応じて選択される値である。Ｓ５０４で最大噴射回数を算出した後にＳ５０５へ進む。
【００６４】
Ｓ５０５では、算出した第１噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌが、算出した最大噴射回数と一回の噴射で噴射可能な噴射量：Ｑｐｒｅ１との積以下であるかどうかを判定する。ここで一回の噴射で噴射可能な噴射量は、燃料噴射圧に依存する値であり、図１４に示す表より選択する。第１噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積以下であるならば、Ｓ５０６へ進んで、第１噴射期間での噴射量を最大噴射回数で除した値が一回あたりの噴射量：Ｎｐｒｅ１となるように燃料噴射弁１３を調整して燃料噴射を行った後に、Ｓ５０８へ進む。第１噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積より大きければ、Ｓ５０７へ進んで、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積を第１噴射期間での噴射量として燃料噴射を行った後に、Ｓ５０８へ進む。
【００６５】
Ｓ５０８では、第２噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ２Ｔｏｔａｌを算出する。第２噴射期間の噴射量は、総噴射量：Ｑｔｏｔａｌから、Ｓ５０６、若しくはＳ５０７で定めた第１噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌと、第３噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｍａｉｎｍとを減じた値となる。第２噴射期間での噴射量を算出した後にＳ５０９へ進む。
【００６６】
Ｓ５０９では、Ｓ５０１と同様に、Ｓ５０８で算出された第２噴射期間に噴射される燃料量が、第２噴射期間で噴射される燃料の最大値：Ｑｐｒｅ２ＴｏｔａｌＭａｘと補正係数：Ｋｐｂｐｒｅ２との積以下であるかどうかを判断する。ここで第２噴射期間で噴射される燃料の最大値は、図１５に示したマップより、吸気温度と回転数に応じて選択される値であり、補正係数は、図１６に示した表より、吸気圧力に応じて与えられる値である。Ｓ５０９で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数との積以下ならば、Ｓ５１１へ進む。Ｓ５０９で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積より大きいならば、Ｓ５１０へ進んで、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積を第２噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ２Ｔｏｔａｌとして、その後Ｓ５１１へ進む。
【００６７】
次にＳ５１１では、第２噴射期間で燃料噴射可能な回数の最大噴射回数：ＮｍａｘＰｒｅ２を算出する。第２噴射期間においても、第１噴射期間と同様に、ボアフラッシングの防止、及び好適な予混合気の形成のために、噴射回数を分割して複数回噴射することが好ましい。Ｓ５１１で最大噴射回数は、噴射終了時期：ｔＰｒｅ２ｅｎｄから噴射開始時期：ｔＰｒｅ２ｓｔａｒｔを減じ、その値を燃料噴射インターバル：ｔｌｎｔＰｒｅ２で除することにより算出される。ここで、噴射開始時期、噴射終了時期は、第２噴射期間の開始時期と終了時期であり、それぞれ図１７、図１８に示したマップより、吸気温度と機関回転数に応じて選択される値である。また、燃料噴射インターバルは、図１９に示したマップより、燃圧センサ７１で検出される燃料噴射圧と、機関回転数に応じて選択される値である。Ｓ５１１で最大噴射回数を算出した後にＳ５１２へ進む。
【００６８】
Ｓ５１２では、算出した第２噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌが、算出した最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量：Ｑｐｒｅ２との積以下であるかどうかを判定する。ここで一回の噴射で噴射可能な噴射量は、燃料噴射圧に依存する値であり、図２０に示す表より与えられる。第２噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積以下であるならば、Ｓ５１３へ進んで、第２噴射期間での噴射量を最大噴射回数で除した値が一回あたりの噴射量：Ｎｐｒｅ２　なるように燃料噴射弁１３を調整して燃料噴射を行った後に、Ｓ５１５へ進む。第２噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積より大きければ、Ｓ５１４へ進んで、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積を第２噴射期間での噴射量として燃料噴射を行った後に、Ｓ５１５へ進む。
【００６９】
Ｓ５１５では、総噴射量：Ｑｔｏｔａｌから、第１噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌと、第２噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ２Ｔｏｔａｌとを引いた値を、第３噴射期間で噴射する燃料量：Ｑｍａｉｎとして噴射し、当該フローチャートを終了する。
【００７０】
当該第１制御は、エンジン１が高回転、高負荷状態にある時に行うものであるが、特に回転状態により限られるものではなく、中回転状態、低回転状態、においても実行可能な制御である。また、特に低回転状態であるならば、燃料噴射可能な時間が長くなると共に、第１の高温期間、及び第２の高温期間となる期間も長くなり、噴射された燃料が高温に曝される時間も長くなる。よってこの低回転状態では、第２噴射期間迄に予混合気の当量比を上げておくことにより、第２の高温期間で発火させ、燃焼させることが可能となる。
【００７１】
また、予混合気の当量比を増加させる際、均一に増加させると、着火時期である第２の高温期間の前に、ノッキング等の過早着火が発生する場合がある。よって、筒内圧センサ７４で、ノッキングが発生したことを感知した場合には、第２噴射期間で噴射される燃料を第２噴射期間の終了時に集中させて燃料噴射を行う。
【００７２】
具体的には、図２１のフローチャートに示すように、Ｓ２１０１でノッキング判定を行ってノッキングがあると判断された場合には、Ｓ２１０２へ進む。Ｓ２１０２では、図２２に示した第２噴射期間の燃料噴射状態のグラフＢに示すように、グラフＡに示されている最後２回分の噴射をまとめて、第２噴射期間の最も最後に燃料噴射を行う。その後Ｓ２１０３へ進んで、再度ノッキング判定を行い、ノッキングがあると判断されれば、Ｓ２１０４へ進んで図２２に示した第２噴射期間の燃料噴射状態のグラフＣに示すようにグラフＡの最後３回分の噴射をまとめて、第２噴射期間の最も最後に燃料噴射を行い、ノッキングを抑制する。
【００７３】
また、低回転時に当量比を高くして予混合燃料を第２の高温期間で着火させる場合には、第３噴射期間に噴射される燃料は、最低限着火源になる程度で良く、状況によっては必要ない場合もある。よって、第３噴射期間で噴射する燃料量：Ｑｍａｉｎは、図２３に示したマップより、総噴射燃料量と回転数とに応じて第３噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｍａｉｎｍを算出し、更に補正値：ＱＫｍａｉｎを、図２４に示したマップより、吸気圧力と回転数に応じて算出し、この第３噴射期間で噴射される燃料量と、補正値とを加えた値が、第３噴射期間で噴射する燃料量となる。
【００７４】
以上のように第１制御で高回転状態、高負荷状態から低回転状態までにおいて噴射する燃料を制御可能となる。特に高回転状態、高負荷状態では、供給される燃料を効率よく燃焼させることが可能となるため、排気中に含まれるＨＣを減少させることが可能となる。このＨＣの減少により、一回あたりの燃焼における出力増加が可能となる。
【００７５】
（第２制御）
第１制御では、第１の高温期間において、燃料の改質のみを行った。これに対して第２制御では、第１の高温期間で燃料を改質すると共に、燃料の一部を燃焼せしめて燃焼室２０内の温度を調節することを含む。
【００７６】
内燃機関が高回転高負荷状態でない場合、即ち中回転中負荷以下の状態ならば、燃料が少なく、かつ機関温度も高くならないので、予混合燃料の割合を多くすると着火時に充分に温度上昇せず、かつ火種となる燃料も少なくなる。特に、燃料を改質して低活性化しているため、その着火性能は劣っている。そこで、第１の高温期間で、予混合気を形成する燃料の一部を燃焼させることにより、第２の高温期間での着火性能を向上させる。
【００７７】
具体的には、図２５に示すように噴射時期を、吸気行程前半から第１圧縮行程中頃にかけて燃料噴射されるの第１噴射期間、第１噴射期間の終了時期から第１膨張行程の初期にかけて燃料噴射する第１．５噴射期間、第１膨張行程中頃から第２圧縮行程にかけて燃料噴射される第２噴射期間、第２圧縮行程後半から第２膨張行程初期にかけて燃料噴射される第３噴射期間とに分割して、それぞれの機関に燃料噴射する。
【００７８】
第１噴射期間は、吸気行程を含んだ期間であり、その第１噴射期間の後に第１の高温期間がある。第１．５噴射期間は、第１の高温期間と重なり、この第１．５噴射期間による燃料噴射で、燃焼を行う。第１噴射期間で噴射される燃料量は、少量であるので、燃焼室２０内で均質になるように、第１噴射期間の燃料を断続的に噴射することにより、その形成された予混合気の着火性能は劣るものになる。この均質化された予混合気を含む燃焼室２０内に、第１．５噴射期間で燃料噴射を行う。この時に噴射される燃料は、一回で噴射されて局所的に当量比が高いところを形成する。この局所的に当量比が高いところが、高温となった燃焼室２０内で燃焼する。
【００７９】
第１の高温期間では、その期間以前に噴射されている燃料が少ないために当量比は低く、自己着火による燃焼は発生しない。よって、燃焼室内温度は圧力上昇に伴う温度上昇に依存する。そして、この温度上昇で到達する燃焼室内温度で着火可能な当量比を形成する燃料量を第１．５噴射期間で噴射する燃料量とする。これにより、第１．５噴射期間で噴射した燃料に着火はするが、着火遅れが生じ、第１．５噴射期間で噴射した燃料が燃焼して、燃焼室２０内に均質に拡散している第１噴射期間で噴射された燃料に火炎が伝播する頃には、筒内圧が下がると共に筒内温度も低下して燃焼は持続しない。そして、第１．５噴射期間で噴射した燃料が燃焼したことにより、燃焼室２０内の温度は上昇し、次の高温期間である第２の高温期間は、第１の高温期間より、その温度が高くなる。
【００８０】
第１噴射期間に噴射された燃料が第１の高温期間で改質されるためには、噴射される燃料により形成される混合気の局所的な当量比が着火する当量比より小さくなるように噴射される必要がある。また、噴射された燃料が燃焼室２０内側面に付着（ボアフラッシング）しないように、燃料の噴射期間は短く、複数回に分割することが好ましい。
【００８１】
第１の膨張行程において、その燃焼室内温度が、燃料の高温酸化反応を起さない温度となる時点以降で、第２噴射期間の燃料噴射が実行される。この第２噴射期間での燃料噴射は、予混合気の当量比を上げるために行われるものであり、第１機関の噴射と同様にボアフラッシングしないように、燃料の噴射期間は短く、複数回に分割することが好ましい。
【００８２】
次に、燃料の着火点温度以上に上昇している第２の高温期間において、燃料が改質されたホルムアルデヒド等が含まれた混合気内に第３噴射期間の燃料噴射を行うことにより、当量比を上げて、かつ燃焼室内温度も上昇した予混合気に着火可能となる。この時の第３噴射期間の燃料噴射は、当量比増加ではなく、単なる着火源としての噴射であり、燃料点火時期を正確に制御するために行うものである。また、燃料点火時期を正確に制御するという意味では、特に燃料噴射にこだわるものでは無く、例えばスパークプラグ等による火花点火等でもよい。
【００８３】
そして、この第３噴射期間に、混合気中には改質された燃料が含まれていることにより、ノッキング等の異常燃焼の発生も抑制され、ＮＯｘ等の汚染物質の発生を抑えた燃焼が可能となる。
【００８４】
以上の燃料制御方法を図２６に示したフローチャートに基づいて説明する。当該制御にて噴射される燃料量の総量である総燃料噴射量：ＱＴｏｔａｌは、アクセル開度センサ７６等から要求される機関出力に応じて、ＥＣＵ８０で算出される。そしてこの総燃料噴射量に基づいて、先ずＳ２６０１で、第１噴射期間に噴射される燃料量について判定する。この第１噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌｍと、後述する第３噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｍａｉｎｍとは、総燃料噴射量：ＱＴｏｔａｌと、クランク角センサ７７に応じて検出される機関回転数に基づいて、図６、及び図７に示すマップから選択される値である。よって、この総燃料噴射量から、第１噴射期間で噴射される燃料量と、第３噴射期間で噴射される燃料量とを、減ずることにより、第２噴射期間で噴射される燃料量が算出されるが、これらマップより選択した燃料量をそのまま噴射すると、過早着火、ボアフラッシングを起す可能性がある。よって、この選択した値を補正して過早着火、ボアフラッシングが起らないようにする。
【００８５】
Ｓ２６０１で、図６に示すマップより選択された、第１噴射期間に噴射される燃料量が、第１噴射期間で噴射される燃料の最大値：Ｑｐｒｅ１ＴｏｔａｌＭａｘと補正係数：Ｋｐｂｐｒｅ１との積以下であるかどうかを判断する。ここで第１噴射期間で噴射される燃料の最大値は、図８に示したマップより、吸気温度センサ７８で検出される吸気温度と、機関回転数に応じて選択される値である。これに補正係数を乗じるのは、吸気圧センサ７５で検出した吸気圧力が変化すると、それに応じて混合気の密度が変化するため、吸気圧力の上昇に伴い、取込まれる燃料量は多くなる。取込まれる燃料量が多くなると当量比が増加するため、燃料の最大値を補正し、当量比の増加を抑える。吸気圧力が減少した時は、逆に当量比を増加させるために燃料の最大値を補正する。
【００８６】
Ｓ２６０１で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積以下ならば、Ｓ２６０２へ進んで、噴射される燃料量を第１噴射期間での実噴射量として、その後Ｓ２６０４へ進む。Ｓ２６０１で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積より大きいならば、Ｓ２６０３へ進んで、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積を第１噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌとして、その後Ｓ２６０４へ進む。
【００８７】
次にＳ２６０４では、第１噴射期間で燃料噴射可能な回数の最大噴射回数：ＮｍａｘＰｒｅ１を算出する。第１噴射期間内で噴射される燃料は、高温時での噴射で
はないため、特にその揮発性が優れるものではなく、一回あたりの噴射量が多いと、蒸発する前に燃焼室２０内面に到達し、ボアフラッシングが発生する場合がある。よって、このボアフラッシングを防止するために、少量の燃料を、複数回に分けることにより、各噴射時における燃料の貫通力を弱めて燃焼室２０内面に到達する前に蒸発させる。また、断続的に噴射することにより、燃焼室２０内に取込まれた吸気と、噴射された燃料が積層されて好適な予混合気を形成しやすくする。
【００８８】
Ｓ２６０４で最大噴射回数は、噴射終了時期：ｔＰｒｅ１ｅｎｄから噴射開始時期：ｔＰｒｅ１ｓｔａｒｔを減じ、その値を燃料噴射インターバル：ｔｌｎｔＰｒｅ１で除することにより算出される。ここで、噴射終了時期、噴射開始時期は、図１０に示すように、第１噴射期間の終了時期と開始時期であり、それぞれ図１１、図１２に示したマップより、吸気温度と機関回転数に応じて選択される値である。また、燃料噴射インターバルは、図１３に示したマップより、燃圧センサ７１で検出される燃料噴射圧と、機関回転数に応じて選択される値である。Ｓ２６０４で最大噴射回数を算出した後にＳ２６０５へ進む。
【００８９】
Ｓ２６０５では、算出した第１噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌが、算出した最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量：Ｑｐｒｅ１との積以下であるかどうかを判定する。ここで一回の噴射で噴射可能な噴射量は、燃料噴射圧に依存する値であり、図１４に示す表より選択する。第１噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積以下であるならば、Ｓ２６０６へ進んで、第１噴射期間での噴射量を最大噴射回数で除した値が一回あたりの噴射量：Ｎｐｒｅ１となるように燃料噴射弁１３を調整して燃料噴射を行った後に、Ｓ２６０８へ進む。第１噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積より大きければ、Ｓ２６０７へ進んで、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積を第１噴射期間での噴射量として燃料噴射を行った後に、Ｓ２６０８へ進む。
【００９０】
Ｓ２６０８では、第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料量：Ｑｐｒｅ１₋１５Ｔｏｔａｌを算出する。この第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射する総燃料量を算出するにあたり、図２７に示すマップより、総燃料噴射量と回転数に応じて算出される値である第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料量：Ｑｐｒｅ１₋１５Ｔｏｔａｌｍを算出する。更に、図２８に示すマップより、吸気圧力と吸気温度に応じて算出される値である第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料量の補正値：ＱＫｐｒｅ１₋１５を算出する。そして、第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料量：Ｑｐｒｅ１₋１５Ｔｏｔａｌｍと、第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料量の補正値：ＱＫｐｒｅ１₋１５とを加えた値が燃料量：Ｑｐｒｅ１₋１５Ｔｏｔａｌとなる。そして、Ｓ２６０９へ進んで、Ｓ２６０８で求めた総燃料量：Ｑｐｒｅ１₋１５Ｔｏｔａｌから、Ｓ２６０７若しくはＳ２６０６で求めた第１噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌを減じた値が、第１．５噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１５Ｔｏｔａｌとなる。
【００９１】
次に、Ｓ２６１０で、この第１．５噴射期間で噴射された燃料が燃焼したことによって到達する新たな吸気温度：Ｔｐｒｅ２を算出する。ここで、温度上昇値は、吸気温度：Ｔｂに第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料が燃焼したことによる温度上昇値を加えたものである。この温度上承知は、第１噴射期間と第１．５噴射期間とで噴射される燃料量にこの燃料の低位発熱量を乗じた値を平均定容比熱で割り、更に補正係数を乗じたものである。ここで、低位発熱量、平均定容比熱、補正係数は、予め実験等で算出される定数である。そして、新たな吸気温度を算出した後に、Ｓ２６１１へ進む。また、Ｓ２６１１以下では、吸気温度：Ｔｂ＝Ｔｐｒｅ２として用いる。
【００９２】
Ｓ２６１１では、第２噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ２Ｔｏｔａｌを算出する。第２噴射期間の噴射量は、総噴射量：Ｑｔｏｔａｌから、第１噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌと、第１．５噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ１５Ｔｏｔａｌと、第３噴射期間で噴射される燃料量：Ｑｍａｉｎｍとを減じた値となる。第２噴射期間での噴射量を算出した後にＳ２６１２へ進む。
【００９３】
Ｓ２６１２では、Ｓ２６０１と同様に、Ｓ２６１１で算出された第２噴射期間に噴射される燃料量が、第２噴射期間で噴射される燃料の最大値：Ｑｐｒｅ２ＴｏｔａｌＭａｘと補正係数：Ｋｐｂｐｒｅ２との積以下であるかどうかを判断する。ここで第２噴射期間で噴射される燃料の最大値は、図１５に示したマップより、吸気温度と回転数に応じて選択される値であり、補正係数は、図１６に示した表より、吸気圧力に応じて与えられる値である。Ｓ２６１２で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数との積以下ならば、Ｓ２６１４へ進む。　Ｓ２６１２で噴射される燃料量が、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積より大きいならば、Ｓ２６１３へ進んで、噴射される燃料の最大値と、補正係数の積を第２噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ２Ｔｏｔａｌとして、その後Ｓ２６１４へ進む。
【００９４】
次にＳ２６１４では、第２噴射期間で燃料噴射可能な回数の最大噴射回数：ＮｍａｘＰｒｅ２を算出する。第２噴射期間においても、第１噴射期間と同様に、ボアフラッシングの防止、及び好適な予混合気の形成のために、噴射回数を分割して複数回噴射することが好ましい。Ｓ２６１４で最大噴射回数は、噴射終了時期：ｔＰｒｅ２ｅｎｄから噴射開始時期：ｔＰｒｅ２ｓｔａｒｔを減じ、その値を燃料噴射インターバル：ｔｌｎｔＰｒｅ２で除することにより算出される。ここで、噴射終了時期、噴射開始時期は、第２噴射期間の終了時期と開始時期であり、それぞれ図１７、図１８に示したマップより、吸気温度と機関回転数に応じて選択される値である。また、燃料噴射インターバルは、図１９に示したマップより、燃圧センサ７１で検出される燃料噴射圧と、機関回転数に応じて選択される値である。Ｓ２６１４で最大噴射回数を算出した後にＳ２６１５へ進む。
【００９５】
Ｓ２６１５では、算出した第２噴射期間での噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌが、算出した最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量：Ｑｐｒｅ２との積以下であるかどうかを判定する。ここで一回の噴射で噴射可能な噴射量は、燃料噴射圧に依存する値であり、図２０に示す表より選択する。第２噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積以下であるならば、Ｓ２６１７へ進んで、第２噴射期間での噴射量を最大噴射回数で除した値が一回あたりの噴射量：Ｎｐｒｅ２　なるように燃料噴射弁１３を調整して燃料噴射を行った後に、Ｓ２６１８へ進む。第２噴射期間での噴射量が、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積より大きければ、Ｓ２６１６へ進んで、最大噴射回数と、一回の噴射で噴射可能な噴射量との積を第２噴射期間での噴射量として燃料噴射を行った後に、Ｓ２６１８へ進む。
【００９６】
Ｓ２６１８では、総噴射量：Ｑｔｏｔａｌから、第１噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ１Ｔｏｔａｌと、第１．５噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ１５Ｔｏｔａｌと、第２噴射期間の噴射量：Ｑｐｒｅ２Ｔｏｔａｌとを引いた値を、第３噴射期間で噴射する燃料量：Ｑｍａｉｎとして噴射し、当該フローチャートを終了する。
【００９７】
前記第１制御が高回転状態、高負荷状態にまで対応していたのに対して、当該第２制御は、中回転状態、中負荷状態までを主な制御領域としている。当該第２制御は、予混合燃料の一部を燃焼させて燃焼室内温度を上昇させるため、筒内温度が高温になる高回転状態、高負荷状態で、この状態から更に温度上昇させるとＮＯｘ等の発生量が増加する場合があり、好ましくはない。これに対して中回転状態、中負荷状態以下では、燃焼室内温度が高温にならない場合があり、逆に低温になって燃料が完全に燃焼せずスモーク等が発生する場合がある。よってこの場合なら、予混合燃料の一部を燃焼させてその内燃機関の除隊に応じた燃焼室温度に制御することによって、ＮＯｘ等を発生する温度まで到達させずに、燃焼室温度を高温化して、好適な燃焼を行い、スモーク等の発生を押えることが可能となる。
【００９８】
以上の第１制御、第２制御を、各機関状態に応じて使い分けることにより、好適な燃焼を行うことが可能となる。
【００９９】
【発明の効果】
本発明によれば、高負荷及び高回転状態においても、排気中に含まれる汚染物質を低減すると共に、排気浄化装置の負担を下げて出力と排気性能を両立することが可能となる。
【０１００】
また、中負荷状態、中回転状態等の、燃焼室内温度が過度に高くならず、また噴射される燃料量が多くない状態においても、燃焼室内温度を適切に調整することにより、内燃機関の燃焼性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明実施の形態に係る内燃機関の概略構成図。
【図２】ＥＣＵ周りの概念図。
【図３】燃料の着火温度と着火遅れ時間の関係を示すグラフ。
【図４】第１制御の各行程と温度変化の関係を示すグラフ。
【図５】第１制御のフローチャート。
【図６】第１噴射期間で噴射する燃料量を示すマップ。
【図７】第３噴射期間で噴射する燃料量を示すマップ。
【図８】第１噴射期間で噴射する燃料量の最大値を示すマップ。
【図９】第１噴射期間で噴射する燃料量の補正値を与える表。
【図１０】第１噴射期間での噴射状態を示す図。
【図１１】第１噴射期間での噴射開始時期を示すマップ。
【図１２】第１噴射期間での噴射終了時期を示すマップ。
【図１３】第１噴射期間での燃料噴射間隔を示すマップ。
【図１４】一回あたりの燃料噴射量を与える表。
【図１５】第２噴射期間で噴射する燃料量の最大値を示すマップ。
【図１６】第２噴射期間で噴射する燃料量の補正値を与える表。
【図１７】第２噴射期間での噴射開始時期を示すマップ。
【図１８】第２噴射期間での噴射終了時期を示すマップ。
【図１９】第２噴射期間での燃料噴射間隔を示すマップ。
【図２０】第２噴射期間で噴射する燃料量の補正値を与える表。
【図２１】第１制御でのノッキング判定のフローチャート。
【図２２】第１制御で第２噴射期間の噴射時期を示すグラフ。
【図２３】第１制御で第３噴射期間の噴射量を示すマップ。
【図２４】第１制御で第３噴射期間の噴射量の補正値を示すマップ。
【図２５】第２制御の各行程と温度変化の関係を示すグラフ。
【図２６】第２制御のフローチャート。
【図２７】第１噴射期間と第１．５噴射期間で噴射される燃料量を示すマップ。
【図２８】第１噴射期間と第１．５噴射期間で噴射される燃料量の補正値を示すマップ。
【符号の説明】
１　エンジン
１０　燃料供給系
１１　サプライポンプ
１２　コモンレール
１３　燃料噴射弁
２０　燃焼室
３０　吸気系
３２　スロットル弁
４０　排気系
４０ａ　排気集合管
４０ｂ　排気通路
４０ｃ　排気通路
４２　触媒ケーシング
７０　レール圧センサ
７１　燃圧センサ
７２　エアフローメータ
７３　酸素濃度センサ
７４　筒内圧センサ
７５　吸気圧センサ
７６　アクセル開度センサ
７７　クランク角センサ
７８　吸気温度センサ
８０　ＥＣＵ
８１　ＣＰＵ
８２　ＲＯＭ
８３　ＲＡＭ
８４　バックアップＲＡＭ
８５　タイマカウンタ
８６　入力ポート
８７　出力ポート
８８　双方向性バス
Ｐ１　機関燃料通路

Claims (8)

1. 内燃機関の気筒内に燃料を供給する燃料噴射装置と、
   供給された燃料の組成を熱炎を発することなく改質する燃料改質手段と、
   燃料改質手段により改質された燃料に加えて更に気筒内に燃料を供給する燃料再供給手段と、
   燃料改質手段により改質された燃料と燃料再供給手段により供給された燃料を燃焼させる燃焼手段と、を備えた内燃機関の燃焼制御装置。
2. 前記燃料改質手段で燃料を改質する際に、改質される燃料の一部を燃焼酸化せしめる部分燃焼手段を備えた請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記内燃機関は、吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程を有する６サイクル内燃機関であって、
   前記燃料改質手段による燃料改質は、第１圧縮行程から第１膨張行程の間で実行され、前記燃料再供給手段による燃料再供給は、第１膨張行程から第２圧縮行程の間にかけて実行され、前記燃料改質手段による燃料の改質は、第２圧縮行程から第２膨張行程の間にかけて実行される請求項１または請求項２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 吸気行程、第１圧縮行程、第１膨張行程、第２圧縮行程、第２膨張行程、及び排気行程を有する内燃機関の燃焼制御方法であって、
   この内燃機関の、第１の圧縮行程から第１の膨張行程の間にかけて第１の高温期間を形成した後に、第２の圧縮行程から第２の膨張行程の間にかけて第２の高温期間を形成し、前記第１の高温期間で、吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料の組成を改質し、この改質された燃料及び、第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射された燃料が第２の高温期間に燃焼する内燃機関の燃焼制御方法。
5. 前記吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料は、第１の高温期間において、熱炎を発することなく酸化されることによって改質される請求項４に記載の内燃機関の燃焼制御方法。
6. 前記吸気行程から第１の高温期間前にかけて噴射された燃料は、第１の高温期間において、第１の高温期間中に更に噴射された燃料が燃焼されることによって改質されると共に、前記第１の高温期間中に更に噴射された燃料が燃焼されることによって雰囲気温度を上昇させる請求項４または請求項５に記載の内燃機関の燃焼制御方法。
7. 燃料が第１の高温期間において熱炎を含んで酸化されないように、吸気行程から第１の高温期間前にかけて燃料噴射される請求項４から請求項６のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御方法。
8. 前記内燃機関の機関回転数が低い場合で、ノッキングを感知した時に、第１の膨張行程から第２の高温期間前にかけて噴射する燃料を、まとめて噴射する請求項４から請求項７のいずれかに記載の内燃機関の燃焼制御方法。

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