JP2004239238A

JP2004239238A - 予混合圧縮着火内燃機関

Info

Publication number: JP2004239238A
Application number: JP2003032192A
Authority: JP
Inventors: Kiyoshi Fujiwara; 清藤原; Akira Hasegawa; 亮長谷川; Takashi Matsumoto; 崇志松本; Takashi Koyama; 崇小山
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2003-02-10
Filing date: 2003-02-10
Publication date: 2004-08-26

Abstract

【課題】１サイクルに複数回の燃料を噴射する圧縮着火内燃機関において予混合燃焼する場合に、過早着火の発生を抑制し、内燃機関の運転負荷にかかわらず安定した燃焼を可能とする予混合圧縮着火内燃機関を提供する。
【解決手段】主たる燃料を噴射する主燃料噴射弁と、前記主たる燃料より早い時期に副燃料を噴射し、燃焼室内に該副燃料と空気との予混合気を形成する副燃料噴射弁と、を備える圧縮着火内燃機関において、少なくとも、前記燃焼室内に形成される予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに（Ｓ１００、Ｓ１０１、Ｓ１０２）、前記副燃料の温度を低下させ（Ｓ１０４）、または排気再循環装置を有する場合は排気再循環装置によって再循環される排気の温度を低下させる。
【選択図】図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、予混合圧縮着火内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
燃料を圧縮着火燃焼させる内燃機関では、機関運転領域の高負荷側でのノッキング発生と低負荷側での燃焼の不安定化の何れかの点から運転領域が限られてしまうため、例えば、内燃機関の運転条件が高負荷時には耐ノック性を有する燃料を供給し、内燃機関の運転条件が低負荷時には着火性の良い燃料を供給することによって、高負荷運転時のノッキング発生の抑制と低負荷運転時の燃焼安定性の確保とを両立させることが考えられる。
【０００３】
このように、複数種類の燃料を内燃機関の運転条件に応じて供給する手段の一つとして、内燃機関の運転負荷に従って、複数種類の燃料の混合比率を調整することで燃焼室内における燃料のオクタン価（軽油であればセタン価）を、該運転負荷に適した値とすることで、内燃機関における安定した燃焼を得る手段が開示されている（例えば、特許文献１参照）
【０００４】
【特許文献１】
特開２０００−１７９３６８号公報
【特許文献２】
特開平１１−３１５７３３号公報
【特許文献３】
特開平１１−３５１０９１号公報
【特許文献４】
特開平８−２１０１６９号公報
【特許文献５】
特開平１１−２９４２４２号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ここで、圧縮着火内燃機関において、排出されるＮＯｘの抑制と排気スモークの発生の抑制を目的として、予混合燃焼が行われる場合がある。この予混合燃焼は、一般に燃料を燃焼室内に吸気行程中もしくは圧縮行程中に噴射することで、燃焼室内により均一な予混合気を形成させる。この均一な予混合気が燃焼する場合、火炎温度が低く抑えられるためＮＯｘの生成が抑制される。さらに、この予混合気は燃料と空気が均一に混合しているため、十分な量の酸素の存在下で燃料が燃焼することになり、従って、酸素不足下での燃焼に起因するスモークの発生も抑制される。
【０００６】
ところが、複数種類の燃料を使用する圧縮着火内燃機関において、上記予混合燃焼を行う場合、圧縮着火内燃機関において圧縮行程上死点近傍において発生すべき燃料の着火燃焼が、予混合気の空燃比によっては、圧縮行程上死点近傍より早期に開始されるいわゆる過早着火が生じる虞がある。特に、使用する燃料が着火しやすい性質を有し、内燃機関の運転負荷が高負荷時である場合は、特に過早着火の虞が大きくなる。過早着火が生じることにより、燃焼室内の圧力が急激に上昇し、内燃機関に大きな衝撃や騒音が生じる結果となる。
【０００７】
そこで、前記課題に鑑み、本発明では、１サイクルに複数回の燃料を噴射する圧縮着火内燃機関において予混合燃焼する場合に、過早着火の発生を抑制し、内燃機関の運転負荷にかかわらず安定した燃焼を可能とす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。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記した課題を解決するために、まず予混合気を形成する燃料の粒径に着目した。即ち、予混合気を形成する燃料の粒径が大きくなることで予混合気の着火性を低下させることが可能となり、予混合気を形成する燃料の粒径は該燃料の温度に依存する。そこで、圧縮着火内燃機関において、主たる燃料を噴射する主燃料噴射弁と、前記主たる燃料より早い時期に副燃料を噴射し、燃焼室内に該副燃料と空気との予混合気を形成する副燃料噴射弁と、前記副燃料の温度を調整する副燃料温度調整装置と、を備え、少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記副燃料温度調整装置によって前記副燃料の温度を低下させる。
【０００９】
前記主燃料噴射弁による主噴射および前記副燃料噴射弁による副噴射における燃料噴射の態様については、両噴射ともに前記燃焼室内に直接に噴射を行う場合の他に、前記副噴射については、内燃機関の吸気ポートにおいて副燃料を噴射し、該副燃料が、吸気行程において吸気弁が開弁されることによって燃焼室内へ吸入されるようにしてもよい。
【００１０】
更に、前記副噴射が行われる時期は、副燃料が前記燃焼室内へ直接噴射される場合には、内燃機関の運転負荷や燃焼サイクルにおいて前記主噴射より早い時期に迎える吸気行程または圧縮行程であるが、該吸気行程直前の排気行程時でも構わない。また副噴射は複数回に分けて行われてもよい。また、副燃料が吸気ポートにおいて噴射される場合は、一般に吸気行程において吸気弁が開弁される以前となる。そして前記副噴射によって噴射された副燃料が、予混合気を形成することとなる。
【００１１】
ここで、該予混合気の着火性は該予混合気の空燃比に大きく依存する。即ち、該予混合気の空燃比が理論空燃比近傍であるときは、該予混合気は非常に着火しやすい状態であるため過早着火の虞が非常に高いと考えられ、該予混合気の空燃比がリーン側もしくはリッチ側へとなるに従い、該予混合気の着火性は低くなり、過早着火の虞は低下すると考えられる。そこで、少なくとも該予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期を判定する。該予混合気は経時的に前記燃焼室内において変動するため、少なくとも時間をパラメータとして空燃比を検出することが好ましい。該予混合気の着火時期の判定、換言すると該予混合気の過早着火の可能性の判定の基礎となる空燃比については、該予混合気の一部において過早着火が発生すると、そこを起点として連鎖的に燃料の燃焼爆発が発生することを考慮すると、複数の空燃比センサ等で検出する場合は、検出される空燃比において最も過早着火の可能性が高い空燃比の値、即ち最も理論空燃比に近い空燃比である検出値を着火時期の判定の基礎とするのが最も好ましい。また、複数箇所の空燃比センサ等の値に基づいて燃焼室内の予混合気の空燃比分布を推定し、その空燃比分布において最も理論空燃比に近い空燃比を、着火時期の判定の基礎としても、該予混合気の過早着火の判定は可能と考えられる。
【００１２】
また少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いか否かが判定されるが、ここで該所定の時期より早い時期とは予混合気の着火が過早着火となりうる程度に早い時期を意味し、具体的には主噴射によって噴射された燃料が着火する以前の時期をいう。
【００１３】
更に、該予混合気の着火時期の判定において、該予混合気の空燃比だけではなく、前記副噴射および前記主噴射による各燃料噴射量、前記副噴射および前記主噴射の各噴射時期、該予混合気の空燃比ではなく前記主噴射後の前記燃焼室内に形成される混合気の空燃比等に基づいて、該予混合気の着火時期、即ち、該予混合気の着火が過早着火となりうるかを判定してもよい。
【００１４】
ここで、該予混合気の着火時期の判定において、該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判断される場合、即ち該予混合気が過早着火となると判定される場合は、前記副燃料温度調整装置によって該予混合気を形成する副燃料の温度が低下され、副燃料の温度が低下することにより副燃料の粒径が大きくなる。そのため、副燃料の粒径が小さい場合と比べ、副燃料の着火性が低下すると考えられる。従って、該予混合気の着火性の低下によって、該予混合気の過早着火を回避するものである。ただし、副燃料の温度が過度に低下することで、副燃料の着火性が著しく低下し予混合気の燃焼が十分に行われなくなることも考えられるため、予混合気の過早着火を回避しうる程度の副燃料の粒径となるように、副燃料の温度低下を調整するのが好ましい。
【００１５】
従って、上述の予混合圧縮着火内燃機関であっては、副燃料噴射弁から副燃料が噴射され、該副燃料によって予混合気が形成される。その後、該予混合気の着火時期が判定され、その着火時期が所定の時期より早い、即ち該予混合気の過早着火が生じると判定されると、前記副燃料温度調整装置によって、副燃料の温度が低下させられ、該予混合気の過早着火が回避される。これにより、内燃機関の運転負荷にかかわらず安定した燃焼が可能となる。
【００１６】
次に、本発明は、上記した課題を解決するために、予混合気の温度に着目した。即ち、予混合気の温度が低下することで該予混合気の着火性を低下させることが可能となる。そこで、圧縮着火内燃機関において、主たる燃料を噴射する主燃料噴射弁と、前記主たる燃料より早い時期に副燃料を噴射し、燃焼室内に該副燃料と空気との予混合気を形成する副燃料噴射弁と、前記燃焼室より排出された排気の少なくとも一部を再度前記燃焼室内へ循環させる排気再循環装置と、前記排気再循環装置によって前記燃焼室へ循環される再循環排気の温度を調整する排気温度調整装置と、少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記排気温度調整装置によって前記再循環排気の温度を低下させる排気温度低下手段と、を備えることを特徴とする。
【００１７】
上記圧縮着火内燃機関で予混合気を形成する場合、該予混合気には前記排気再循環装置によって燃焼室内へ循環させられた排気（以下、「再循環排気」という）が含まれている。更に再循環排気は前記排気温度調整装置によってその温度が調整されるため、結果として再循環排気を含む予混合気の温度が調整されることになる。
【００１８】
ここで、先述のように予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるとき、即ち該予混合気が過早着火すると判定されるときとは、燃焼室内に形成されている該予混合気の空燃比分布において、過早着火が生じる虞のある理論空燃比近傍の空燃比を有する部位が存在すると考えられる。しかし、たとえ予混合気において理論空燃比近傍の空燃比を有していても、その予混合気の温度が低下することで該予混合気の着火温度以下となり、該予混合気の過早着火を回避することが可能となる。そこで、前記排気温度調整装置によって再循環排気の温度を低下させることで、結果的に予混合気の温度を低下させ、予混合気の過早着火が回避される。
【００１９】
従って、上述の予混合圧縮着火内燃機関であっては、副燃料噴射弁から副燃料が噴射され、該副燃料によって予混合気が形成される。その後、該予混合気の着火時期が判定され、その着火時期が所定の時期より早い、即ち該予混合気の過早着火が生じると判定されると、前記排気温度調整装置によって、再循環排気の温度が低下させられ、該予混合気の過早着火が回避される。これにより、内燃機関の運転負荷にかかわらず安定した燃焼が可能となる。
【００２０】
ここで、再循環排気の温度を調整する前記排気温度調整装置は、前記再循環排気との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路をその内部に有し、該流路を流れる該熱媒体の流量を調整することで前記再循環排気の温度を調整する。熱媒体には、一般に圧縮着火内燃機関の冷却に用いられる冷却水や、圧縮着火内燃機関の冷却とは独立して備えられる冷却水、また冷却水に代わり冷却油などが挙げられる。この熱媒体の流量を増加することで、熱媒体と再循環排気との間における熱交換が多く行われ再循環排気の温度を低下せしめる。一方でこの熱媒体の流量を減少することで、熱媒体と再循環排気との間における熱交換を抑制し再循環排気の温度を上昇せしめる。
【００２１】
従って、前記排気温度低下手段は、少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記熱媒体の流量を増加させることで前記再循環排気の温度を低下させる。これにより、結果的に予混合気の温度を低下させ、予混合気の過早着火が回避される。
【００２２】
また、前記排気温度低下手段による前記再循環排気の温度低下で予混合気の温度が低下する場合、該予混合気の過早着火を回避することは可能であるが、該予混合気の燃焼によってＮＯｘや煤が発生する虞がある。そこで、前記排気温度低下手段によって前記再循環排気の温度を低下させ、それにより前記燃焼室内に形成される予混合気の温度を、該予混合気の燃焼により発生するＮＯｘと煤の少なくとも何れかの発生量が低減される所定の温度範囲内に調整する。
【００２３】
予混合気の燃焼によって発生するＮＯｘや煤は、予混合気の温度によってそれらの生成量が大きく変動する。従って、前記排気温度手段によって前記再循環排気を低下させる場合において、予混合気の温度は該再循環排気の温度とともに低下することを考慮し、予混合気の温度がＮＯｘと煤の少なくとも何れかの発生量が低減される所定の温度範囲内に到達するべく前記排気温度低下手段によって前記再循環排気の温度を低下させるものである。再循環排気温度とその再循環排気を含む予混合気温度との関係は、実験等で予め求めておけばよい。
【００２４】
従って、前記排気温度低下手段は、少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記熱媒体の流量を増加させることで前記再循環排気の温度を低下させる。これにより、結果的に予混合気の温度を低下させ、予混合気の過早着火が回避されるとともに、予混合気の温度が所定の温度範囲内となることで、該予混合気の燃焼により発生するＮＯｘと煤の少なくとも何れかは、その発生量が低減される。
【００２５】
先述の排気再循環装置を備える圧縮着火内燃機関において、主たる燃料を噴射する主燃料噴射弁と、副燃料を噴射する副燃料噴射弁とを備え、予混合燃焼を行う圧縮着火内燃機関における課題の解決手段を示したが、これらの課題の解決手段は前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁は、一の燃料噴射弁から構成される予混合圧縮着火内燃機関においても、同様に適用が可能である。このような場合においても、先述までと同様に予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判断される場合、即ち予混合気の着火が過早着火となると判断される場合、前記再循環排気の温度を低下させることで、予混合気の過早着火を回避することが可能となる。
【００２６】
更に、主たる燃料の性状と副燃料の性状が相異なる場合の他にも、同一の性状である場合においても先述までの課題の解決手段は適用が可能である。このような場合においても、先述までと同様に予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判断される場合、即ち予混合気の着火が過早着火となると判断される場合、前記再循環排気の温度を低下させることで、予混合気の過早着火を回避することが可能となる。
【００２７】
【発明の実施の形態】
＜第１の実施例＞
ここで、本発明に係る予混合圧縮着火内燃機関の実施の形態について図面に基づいて説明する。図１は、本発明が適用される圧縮着火式の内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。また図２は内燃機関１における燃焼室３２近傍の概略構成を示す図である。
【００２８】
内燃機関１は、各気筒２の燃焼室に直接燃料を噴射する主燃料噴射弁３を備えている。各主燃料噴射弁３は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室４と接続されている。蓄圧室４は、燃料供給管５を介して燃料ポンプ６と連通している。前記燃料ポンプ６からは主たる燃料（以後、「主燃料」という）が吐出され、該吐出された主燃料は燃料供給管５を介して蓄圧室４へ供給され、蓄圧室４にて所定圧に蓄圧されて各気筒２の主燃料噴射弁３へ分配される。そして、主燃料噴射弁３に駆動電流が印加されると、主燃料噴射弁３が開弁し、その結果、主燃料噴射弁３から気筒２内へ主燃料が噴射される。ここで主燃料とは、圧縮着火式の内燃機関１において、主に気筒２における燃焼サイクルが圧縮上死点近傍において噴射される燃料である。
【００２９】
次に、内燃機関１には、吸気枝管１１が接続されており、吸気枝管１１の各枝管は、各気筒２の燃焼室３２と、吸気ポート１１ｂを介して連通している。ここで、吸気ポート１１ｂに、予混合気を形成する副燃料を噴射する副燃料噴射弁７が備えられている。各副燃料噴射弁７は、燃料を所定圧に蓄圧する蓄圧室８と接続されている。蓄圧室８は、燃料供給管９を介して燃料ポンプ１０と連通している。また、蓄圧室８には蓄圧室８内部に蓄えられている副燃料の温度を調整する副燃料ヒータ２６が備えられている。
【００３０】
ここで、燃料ポンプ１０からは副燃料が吐出され、該吐出された副燃料は燃料供給管９を介して蓄圧室８へ供給され、蓄圧室８内の副燃料は副燃料ヒータ２６によって所定の温度にされるとともに蓄圧室８にて所定圧に蓄圧されて、各気筒２の副燃料噴射弁７へ分配される。そして、副燃料噴射弁７に駆動電流が印加されると、副燃料噴射弁７が開弁し、その結果、副燃料噴射弁７から吸気ポート１１ｂ内へ副燃料が噴射され、吸気行程において気筒２の燃焼室３２内に吸入される。
【００３１】
ここで、気筒２には燃焼室３２内に形成される混合気の空燃比を検出する空燃比センサ２３が備えられているが、該空燃比センサ２３は図２に示すように３台の空燃比センサによって構成されている。本実施例においては、主燃料噴射弁３近傍に空燃比センサ２３ａ、燃焼室側部に空燃比センサ２３ｂおよび２３ｃが備えられており、燃焼室３２内に分布する混合気の空燃比を各部位において検出する。
【００３２】
図１に戻って、前記吸気枝管１１は吸気管１２に接続されている。吸気管１２には、該吸気管１２内を流通する吸気の質量に対応した電気信号を出力するエアフローメータ１３が取り付けられている。前記吸気管１２における吸気枝管１１の直上流に位置する部位には、該吸気管１２内を流通する吸気の流量を調節する吸気絞り弁１４が設けられている。この吸気絞り弁１４には、ステップモータ等で構成されて該吸気絞り弁１４を開閉駆動する吸気絞り用アクチュエータ１５が取り付けられている。
【００３３】
ここで、エアフローメータ１３と吸気絞り弁１４との間に位置する吸気管１２には、排気のエネルギを駆動源として作動する遠心過給機（ターボチャージャ）２１のコンプレッサハウジング２１ａが設けられ、コンプレッサハウジング２１ａより下流の吸気管１２には、前記コンプレッサハウジング２１ａ内で圧縮されて高温となった吸気を冷却するためのインタークーラ２２設けられている。このように構成された吸気系では、吸気は、吸気管１２を介してコンプレッサハウジング２１ａに流入する。コンプレッサハウジング２１ａに流入した吸気は、該コンプレッサハウジング２１ａに内装されたコンプレッサホイールの回転によって圧縮される。前記コンプレッサハウジング２１ａ内で圧縮されて高温となった吸気は、インタークーラ２２にて冷却された後、必要に応じて吸気絞り弁１４によって流量を調節されて吸気枝管１１に流入する。吸気枝管１１に流入した吸気は、各枝管を介して各気筒２の燃焼室３２へ分配され、各気筒２の主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁７から噴射された主燃料と副燃料を着火源として燃焼される。
【００３４】
一方、内燃機関１には、排気枝管１８が接続され、排気枝管１８の各枝管が排気ポート１８ｂを介して各気筒２の燃焼室３２と連通している。前記排気枝管１８は、前記遠心過給機２１のタービンハウジング２１ｂと接続されている。前記タービンハウジング２１ｂは、排気管１９と接続され、この排気管１９は、下流にてマフラー（図示省略）に接続されている。このように構成された排気系では、内燃機関１の各気筒２で燃焼された混合気（既燃ガス）が排気ポート１８ｂを介して排気枝管１８へ排出され、次いで排気枝管１８から遠心過給機２１のタービンハウジング２１ｂへ流入する。タービンハウジング２１ｂに流入した排気は、排気が持つエネルギを利用してタービンハウジング２１ｂ内に回転自在に支持されたタービンホイールを回転させる。その際、タービンホイールの回転トルクは、前述したコンプレッサハウジング２１ａのコンプレッサホイールへ伝達される。
【００３５】
前記排気管１９の途中には、内燃機関から排出される排気を浄化する排気浄化触媒２０が設けられている。排気浄化触媒２０の下流の排気管１９には、該排気管１９内を流通する排気の流量を調節する排気絞り弁１６が設けられている。この排気絞り弁１６には、ステップモータ等で構成されて該排気絞り弁１６を開閉駆動する排気絞り用アクチュエータ１７が取り付けられている。
【００３６】
前記タービンハウジング２１ｂから排出された排気は、排気管１９を介して排気浄化触媒２０へ流入し、排気中の粒子状物質が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化される。排気浄化触媒２０にて粒子状物質が捕集され且つ有害ガス成分が除去又は浄化された排気は、必要に応じて排気絞り弁１６によって流量を調節された後にマフラーを介して大気中に放出される。
【００３７】
ここで、主燃料噴射弁３および副燃料噴射弁７は、電子制御ユニット（以下、ＥＣＵ：ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔと呼ぶ）２５からの制御信号によって開閉動作を行う。即ち、ＥＣＵ２５からの指令によって、主燃料の噴射時期および噴射量と、副燃料の噴射時期および噴射量が制御される。また、副燃料ヒータ２６がＥＣＵ２５と電気的に接続されており、ＥＣＵ２５からの指令に従って副燃料ヒータ２６が副燃料の温度を所定の温度に調整する。また、空燃比センサ２３ａ、２３ｂおよび２３ｃは電気的にＥＣＵ２５と接続されており、各空燃比センサによって検出された空燃比がＥＣＵ２５へ読み込まれる。
【００３８】
このように構成される気筒２においては、排気行程後期においてＥＣＵ２５から副燃料噴射弁７に対して副燃料の噴射指令が出され、副燃料ヒータ２６によって温度が調整された副燃料が吸気ポート１１ｂ内に噴射される。その後の吸気行程において、吸気弁３１が開弁し、副燃料が燃焼室３２へと吸入され、ピストン３０の下降に伴い副燃料が燃焼室３２内に拡散し、予混合気を形成する。さらに圧縮行程においてピストン３０が上昇し、その上死点近傍において、ＥＣＵ２５から主燃料噴射弁３に対して主燃料の噴射指令が出され、主燃料が燃焼室３２内へ噴射される。その後、噴射された燃料が着火燃焼し、排気行程において、排気ポート１８ｂを介して、排気枝管１８へ排気が排出される。
【００３９】
ここで、図３において、燃焼室３２の内部に形成される混合気の概略図および、該混合気の空燃比の分布が示されている。図３（ａ）は主燃料噴射後における気筒３２内に形成される混合気の概略的な分布を示すものである。副燃料噴射弁７によって噴射された副燃料は主燃料より早い時期に噴射されているため、燃焼室３２内において広く拡散し、予混合気３２ａを形成する。一方で、主燃料噴射弁３によって噴射された主燃料は、主燃料噴射弁３を中心として一定の範囲に分布し、主燃料混合気３２ｂを形成する。
【００４０】
このように形成された予混合気３２ａおよび主燃料混合気３２ｂにおいて、主燃料混合気３２ｂの中心点である点Ｏから一定の方向における概略的な混合気の空燃比の変化を図３（ｂ）に示す。図３（ｂ）の横軸は点Ｏからの距離を、縦軸は混合気の空燃比を表している。ここで、予混合気３２ａは点Ｏからの距離がＸ２までの範囲において形成され、主燃料混合気３２ｂは点Ｏからの距離がＸ１までの範囲において形成されているものとする。従って、図３（ｂ）において、線Ｌ１は主燃料混合気３２ｂの空燃比変化を、線Ｌ２は予混合気３２ａの空燃比変化を表す。
【００４１】
ここで、混合気の空燃比が理論空燃比の近傍にある場合、該混合気の着火性がよくなるため、燃焼サイクルにおいて圧縮行程の後期、即ち圧縮行程上死点まで行程が進まなくても、例えば圧縮行程の初中期であっても、その時点で既に燃焼室内に形成されている予混合気３２ａが着火するいわゆる過早着火が生じる虞がある。その過早着火が発生する空燃比を、図３（ｂ）において、Ａ／Ｆ１からＡ／Ｆ２の範囲（以後、「過早着火空燃比範囲」という。）で表す。従って、図３（ｂ）に示す空燃比分布を有する予混合気３２ａは、その線Ｌ２の点Ｐ１から点Ｐ２の範囲において、過早着火空燃比範囲に属していることになるため、主燃料が噴射される以前において、副燃料が過早着火する虞がある。
【００４２】
そこで、過早着火空燃比範囲に属している予混合気３２ａの一部において過早着火が生じないように、予混合気を形成する副燃料の粒径を制御するヒータ温度制御のフローチャートを、図４に示す。図４に示すヒータ温度制御は、ＥＣＵ２５によって繰り返し実行される制御である。
【００４３】
Ｓ１００において、周辺部空燃比ＡＦｓｒの検出を行う。ここで、周辺部空燃比ＡＦｓｒとは、燃焼室３２内に分布する予混合気の空燃比であって、燃焼室３２に設けられた３台の空燃比センサ２３ａ、２３ｂ、２３ｃから得られるそれぞれの空燃比である。また、本実施例においては、空燃比センサの台数は３台であるが、台数を増加することによって燃焼室３２内に形成される予混合気の空燃比分布を正確に判断できるため、より確実に予混合気の過早着火を回避するには空燃比センサの台数増加は好ましい。Ｓ１００の処理が終了すると、Ｓ１０１へ進む。
【００４４】
Ｓ１０１では、全混合気空燃比ＡＦｔの検出を行う。ここで、全混合気空燃比ＡＦｔとは、副燃料噴射弁７によって噴射された副燃料および主燃料噴射弁３によって噴射された主燃料と、吸気行程によって燃焼室３２に吸入された吸気量から導出される空燃比であって、燃焼室３２の内部における空燃比分布を考慮した空燃比とは異なる。Ｓ１０１の処理が終了すると、Ｓ１０２へ進む。
【００４５】
Ｓ１０２では、少なくともＳ１００およびＳ１０１で検出した空燃比ＡＦｓｒとＡＦｔに基づいて、燃焼室３２の内部で予混合気の過早着火が生じるか否かを判定する。ここで、予混合気の過早着火の判定の一例について、図５に基づいて説明する。図５は、主に予混合気の過早着火とＳ１００において検出された周辺部空燃比ＡＦｓｒとの関係を概略的に示した図である。図５の横軸は、副噴射燃料弁７によって噴射される一ストロークあたりの副燃料の噴射量Ｑｓを、図５の縦軸は、空燃比を表している。また、図５中のＲ１からＲ７は、副燃料の噴射量Ｑｓと周辺部空燃比ＡＦｓｒで定義される領域であり、図５中のＦ１およびＦ２は、それぞれ領域Ｒ２とＲ３との境界を決定する着火判定関数ｆ１、領域Ｒ５とＲ６との境界を決定する着火判定関数ｆ２によって決定される領域の境界線である。着火判定関数ｆ１およびｆ２については後述する。尚、予混合気の過早着火の判定において、その判定基準となる空燃比は、本実施例に示す空燃比の値（図５の縦軸に示される値）に限られず、内燃機関に用いられる燃料の性状等に従って、変更される。
【００４６】
ここで、空燃比点ＡＦＰを用いて、予混合気３２ａの過早着火の判定について、図５に基づいて説明する。空燃比点ＡＦＰは、Ｓ１００で検出した周辺部空燃比ＡＦｓｒと副燃料の噴射量Ｑｓによって決定される点であり、この際の予混合気において空燃比点ＡＦＰは、最も過早着火が起こりやすい部位における空燃比、即ち最も理想空燃比に近い空燃比を有する部位の空燃比を意味する。即ち、予混合気はその一部において過早着火が発生すると、そこを起点として連鎖的に予混合気が燃焼爆発することを考慮すると、空燃比センサ２３ａ、２３ｂおよび２３ｃによって検出される空燃比において最も過早着火の可能性が高い空燃比の値、即ち最も理論空燃比に近い空燃比が、空燃比点ＡＦＰとして用いられるのが好ましい。また、空燃比センサ２３ａ、２３ｂおよび２３ｃの検出値に基づいて燃焼室内の予混合気の空燃比分布を推定し、その空燃比分布において最も理論空燃比に近い空燃比を、空燃比点ＡＦＰとしてもよい。
【００４７】
Ｓ１０２においては、この空燃比点ＡＦＰがＲ１からＲ７のどの領域に属するかによって、予混合気の過早着火を判定する。具体的には、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が、１４以上１６以下の範囲である場合、副燃料の噴射量Ｑｓにかかわらず、常に空燃比点ＡＦＰは領域Ｒ１に属する。ここで、領域Ｒ１に属するということは、予混合気３２ａの何れかの部位において、空燃比が理論空燃比近傍であるため、非常に過早着火しやすい状態にあることを意味する。この領域Ｒ１を、以後「常時過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気３２ａが過早着火すると判定される。
【００４８】
次に、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が１６より大きく２５未満の範囲である場合、空燃比点ＡＦＰは領域Ｒ２もしくはＲ３の何れかに属する。ここで、領域Ｒ２に属するということは、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が１６より大きく２５未満の範囲であっても、副燃料の噴射量Ｑｓの値との関係で予混合気の過早着火が生じ得る状態にあることを意味する。この領域Ｒ２を、以後「リーン側過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気が過早着火すると判定される。一方で、領域Ｒ３に属するということは、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が１６より大きく２５未満の範囲であっても、副燃料の噴射量Ｑｓの値との関係で予混合気の過早着火は生じ得ない状態にあることを意味する。この領域Ｒ３を、以後「リーン側非過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気３２ａは過早着火しないと判定される。
【００４９】
ここで、領域Ｒ２と領域Ｒ３との境界線であるＦ１を決定する着火判定関数ｆ１は、周辺部空燃比ＡＦｓｒおよび副噴射の噴射量Ｑｓに加えて、主噴射による主燃料の噴射量、その噴射時期、およびＳ１０１で検出される全混合気空燃比ＡＦｔに基づいて、混合気の過早着火に関する副燃料の噴射量Ｑｓと周辺部空燃比ＡＦｓｒとの相対関係、即ちリーン側過早着火領域Ｒ２とリーン側非過早着火領域Ｒ３との境界線を決定する関数である。
【００５０】
次に、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が、２５以上の範囲である場合、副燃料の噴射量Ｑｓにかかわらず、常に空燃比点ＡＦＰは領域Ｒ４に属する。ここで、領域Ｒ４に属するということは、予混合気３２ａの何れの部位においても、空燃比が非常にリーンであるため、過早着火が生じにくい状態にあることを意味する。この領域Ｒ４を、以後、領域Ｒ３と同様、「リーン側非過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気３２ａは過早着火しないと判定される。
【００５１】
次に、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が１０以上１４未満の範囲である場合、空燃比点ＡＦＰは領域Ｒ５もしくはＲ６の何れかに属する。ここで、領域Ｒ５に属するということは、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が１０以上１４未満の範囲であっても、副燃料の噴射量Ｑｓの値との関係で予混合気３２ａの過早着火が生じ得る状態にあることを意味する。この領域Ｒ５を、以後「リッチ側過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気３２ａが過早着火すると判定される。一方で、領域Ｒ６に属するということは、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が１０以上１４未満の範囲であっても、副燃料の噴射量Ｑｓの値との関係で予混合気３２ａの過早着火は生じ得ない状態にあることを意味する。この領域Ｒ６を、以後「リッチ側非過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気は過早着火しないと判定される。
【００５２】
ここで、領域Ｒ５と領域Ｒ６との境界線であるＦ２を決定する着火判定関数ｆ２は、周辺部空燃比ＡＦｓｒおよび副噴射の噴射量Ｑｓに加えて、主噴射による主燃料の噴射量、その噴射時期、およびＳ１０１で検出される全混合気空燃比ＡＦｔに基づいて、混合気の過早着火に関する副燃料の噴射量Ｑｓと周辺部空燃比ＡＦｓｒとの相対関係、即ちリッチ側過早着火領域Ｒ５とリッチ側非過早着火領域Ｒ６との境界線を決定する関数である。
【００５３】
次に、周辺部空燃比ＡＦｓｒの値が、１０未満の範囲である場合、副燃料の噴射量Ｑｓにかかわらず、常に空燃比点ＡＦＰは領域Ｒ７に属する。ここで、領域Ｒ７に属するということは、予混合気３２ａの何れの部位においても、空燃比が非常にリッチであるため、過早着火が生じにくい状態にあることを意味する。この領域Ｒ７を、以後、領域Ｒ６と同様、「リッチ側非過早着火領域」というものとする。従って、この場合、Ｓ１０２において、予混合気３２ａは過早着火しないと判定される。
【００５４】
Ｓ１０２において、予混合気３２ａが過早着火すると判定される場合、即ち空燃比点ＡＦＰが常時過早着火領域Ｒ１、リーン側過早着火領域Ｒ２またはリッチ側過早着火領域Ｒ５の何れかに属していると判断される場合はＳ１０４へ進み、予混合気３２ａが過早着火しないと判定される場合、即ち空燃比点ＡＦＰが常時過早着火領域Ｒ１、リーン側過早着火領域Ｒ２およびリッチ側過早着火領域Ｒ５の何れにも属していないと判断される場合はＳ１０３へ進む。
【００５５】
Ｓ１０３では、副燃料ヒータ２６の温度を通常温度とする。ここで、通常温度とは、内燃機関１に供される副燃料において適した燃料性状となるのに必要な副燃料ヒータ２６の温度であり、例えば、内燃機関１において副燃料による予混合燃焼を行うにあたり、予混合気の燃焼を促進するために、副燃料の燃料粒径を小さくするために必要とされる副燃料ヒータ２６の温度等である。Ｓ１０３の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５６】
Ｓ１０４では、副燃料ヒータ２６の温度を通常温度より低下させる。ここで通常温度とは、先述のＳ１０３における通常温度と同一である。また、副燃料ヒータ２６の温度を過度に低下させると予混合気を形成する副燃料の燃料粒径が過度に大きくなりため、過早着火を生じない範囲であっても予混合気の燃焼が良好に行われない虞がある。そこで、副燃料ヒータ２６の温度を低下させるにあたり、過度な温度低下を避けるのが好ましい。
【００５７】
例えば、Ｓ１０２において、空燃比点ＡＦＰが常時過早着火領域Ｒ１に属している場合は、予混合気の過早着火が生じる可能性が非常に高いため、副燃料ヒータ２６の温度を大きく低下させて副燃料の燃料粒径を大きくすることで、予混合気の過早着火を回避する必要があるが、空燃比点ＡＦＰがリーン側過早着火領域Ｒ２またはリッチ側過早着火領域Ｒ５に属している場合は、予混合気の過早着火が生じる可能性は、先述の常時過早着火領域Ｒ１に属している場合と比べて低いため、副燃料の燃料粒径を比較的小さく保った状態であっても予混合気の過早着火を回避することが可能であり、副燃料の燃料粒径が比較的小さく保たれることで予混合気の燃焼も比較的良好に行われる。従って、副燃料ヒータ２６の温度と燃料粒径、および予混合気の過早着火との関係は、予め実験等で確認しておき、空燃比点ＡＦＰが属する図にＲ１、Ｒ２またはＲ５の領域毎に副燃料ヒータ２６を低下させる際の温度を設定すればよい。その場合、副燃料の噴射量に基づいて、副燃料ヒータ２６の低下させる際の温度を変更させてもよい。Ｓ１０４の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００５８】
Ｓ１０７においては、所定の時期において、副燃料噴射弁７より副燃料が噴射される。これにより予混合気３２ａが形成される。Ｓ１０７の処理が終了すると、Ｓ１０８へ進む。Ｓ１０８においては、主燃料噴射弁３より主燃料が噴射される。Ｓ１０８の処理が終了すると、再度Ｓ１００の処理から順次行われる。
【００５９】
本制御によると、燃焼室の内部の空燃比分布に従って、副噴射によって形成された予混合気の過早着火を判断し、過早着火が生じると判定されるときは、副燃料ヒータの温度を下げて副燃料の燃料粒径を大きくすることで、該予混合気の過早着火を回避することが可能となる。
【００６０】
また、本実施例においては、主燃料噴射弁３によって主燃料が、副燃料噴射弁７によって副燃料が噴射されるが、主燃料の燃料性状と副燃料の燃料性状とは、各々の噴射弁による噴射の目的に応じて違えてもよく、また同一の性状であっても各々の噴射弁による噴射の目的を達成できる場合は、両燃料の性状を同一としても構わない。
【００６１】
＜第２の実施例＞
ここで、予混合燃焼を圧縮着火内燃機関における予混合気の過早着火を回避する別の実施形態に係る圧縮着火内燃機関について、図６および図７に基づいて説明する。図６は、本発明が適用される圧縮着火式の内燃機関１およびその制御系統の概略構成を表すブロック図である。図７は、図６に示す内燃機関１が備える排気循環装置２００の詳細な構成を示す図である。
【００６２】
図６に示す内燃機関等においては、図１に示す内燃機関等から副燃料ヒータ２６が除かれるとともに、排気循環装置２００が備えられている。そこで、排気循環装置２００とそれに対するＥＣＵ２５との電気的な接続について、以下に説明する。尚、図６に示す内燃機関１等の構成において、図１に示す内燃機関１等の構成と同一の構成要素については、図１と同一の参照番号を付すことにより、その説明を省略する。
【００６３】
内燃機関１において、排気枝管１８よりＥＧＲ通路２０１が延出している。ＥＧＲ通路２０１は、流路切替弁２０６を介してＥＧＲ主通路２０２とＥＧＲバイパス２０３に分岐する。また、流路切替弁２０６の下流側のＥＧＲ主通路２０２において、該ＥＧＲ主通路２０２を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ２０５が設けられている。更に、ＥＧＲクーラ２０５の下流において、ＥＧＲ主通路２０２とＥＧＲバイパス２０３が合流し、再びＥＧＲ通路２０１としてＥＧＲ弁２０４を介して吸気支管１１へと連通している。従って、ＥＧＲバイパス２０３は、ＥＧＲ通路２０１を流れる排気（以下、「再循環排気」という）の一部もしくは全部がＥＧＲクーラ２０５へ流入するのを回避するための通路である。また、ＥＧＲ弁２０４は、再循環排気の流量を調整する弁である。
【００６４】
更に、図７に基づいて、ＥＧＲクーラ２０５における再循環排気の冷却について説明する。図７における白抜きの矢印は、再循環排気（図７においては「排気」とのみ記載）および冷却水の流れを示す。ここで、ＥＧＲ通路２０１を流れる再循環排気は、流路切替弁２０６によってＥＧＲ主通路２０２とＥＧＲバイパス２０３とに分流される。流路切替弁２０６は、ＥＣＵ２５と電気的に接続されており、ＥＣＵ２５からの指令に従い、再循環排気のＥＧＲ主通路２０２とＥＧＲバイパスとに流れ込む比率を調整する。更にＥＧＲ主通路２０２はＥＧＲクーラ２０５へ連通している。
【００６５】
一方で、図７における冷却水は内燃機関１の冷却に使われる冷却水の一部であって、冷却水通路２０７を流れている。また、流量調整弁２０８が冷却水通路２０７に設けられており、電気的に接続されているＥＣＵ２５からの指令に従って、冷却水通路２０７を流れる冷却水の流量を調整する。更に冷却水通路２０７はＥＧＲクーラ２０５へ連通している。ここで、ＥＧＲクーラ２０５の内部において、ＥＧＲ主通路２０２を流れる再循環排気と冷却水通路２０７を流れる冷却水との間で熱交換が行われる。具体的には、温度の高い再循環排気が冷却水によって冷却される。
【００６６】
ＥＧＲクーラ２０５における再循環排気の冷却の程度は、冷却水通路２０７を流れる冷却水の流量を流量調整弁２０８によって調整することで行われる。即ち、流量調整弁２０８の開度を最大開度とすることで、再循環排気の冷却が最も効率的に行われる。また、流路切替弁２０６によって再循環排気のうち、ＥＧＲクーラに流れ込み冷却される排気の量を調整することで、吸気支管１１を経て再度燃焼室へと供給される再循環排気の温度を調整することも可能である。
【００６７】
ここで、図６に示す内燃機関において予混合燃焼を行う際に、過早着火空燃比範囲に属している予混合気の一部において過早着火が生じないように、再循環排気温度を制御するＥＧＲ温度制御のフローチャートを、図８に示す。図８に示すＥＧＲ温度制御は、ＥＣＵ２５によって繰り返し実行される制御である。尚、図８に示すＥＧＲ温度制御のフローにおいて、図４に示すヒータ温度制御のフローと同一の処理については、図４と同一の参照番号を付することにより、その説明を省略する。
【００６８】
本実施例においては、Ｓ１０２において、予混合気が過早着火すると判定される場合、即ち空燃比点ＡＦＰが常時過早着火領域Ｒ１、リーン側過早着火領域Ｒ２またはリッチ側過早着火領域Ｒ５の何れかに属していると判断される場合はＳ１１２へ進み、予混合気が過早着火しないと判定される場合、即ち空燃比点ＡＦＰが常時過早着火領域Ｒ１、リーン側過早着火領域Ｒ２およびリッチ側過早着火領域Ｒ５の何れにも属していないと判断される場合はＳ１１１へ進む。
【００６９】
Ｓ１１１では、再循環される排気の温度を通常温度に設定する。ここで、通常温度とは、内燃機関１の運転状態に応じて必要とされる再循環排気の温度である。従って、例えば、内燃機関１においてＮＯｘの低減を行う必要がある場合は、比較的多くの再循環排気を気筒２の燃焼室に供給する必要があるため、ＥＧＲクーラによって必要とされる温度にまで再循環排気が冷却されるべく、流路切替弁２０６および流量調整弁２０８の開度が調整される。Ｓ１１１の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００７０】
Ｓ１１２では、再循環排気の温度を通常温度より低下させる。ここで通常温度とは、先述のＳ１１１における通常温度と同一である。例えば、Ｓ１０２において、空燃比点ＡＦＰが常時過早着火領域Ｒ１に属している場合は、予混合気の過早着火が生じる可能性が非常に高いため、予混合気の温度を大きく低下させることで予混合気の過早着火を確実に回避する。そこで、流量調整弁２０８の開度を最大開度とし、且つ流路切替弁２０６によって再循環排気の多くをＥＧＲクーラへと流し込み、該再循環排気の温度の低下を行う。一方で、空燃比点ＡＦＰがリーン側過早着火領域Ｒ２またはリッチ側過早着火領域Ｒ５に属している場合は、予混合気の過早着火が生じる可能性は、先述の常時過早着火領域Ｒ１に属している場合と比べて低いため、ＥＧＲクーラにおける再循環排気の温度を前者の場合の温度まで低下させる必要はない。そこで、ＥＣＵ２５によって、流量調整弁２０８の開度を最大開度より若干閉じ側とすることや、流路切替弁２０６によってＥＧＲクーラに流れ込む再循環排気の量を低減させること等が行われる。
【００７１】
しかし、Ｓ１１２において、再循環排気の温度を低下させることで予混合気の過早着火を回避することは可能とはなるが、一方で、予混合気の温度が低下することで、予混合気の燃焼によってＮＯｘや煤の発生量が予混合気の温度が低下する前と比べて変動する場合がある。また、条件がそろえば、再循環排気の温度を低下させることで、ＮＯｘや煤の発生量が増加する虞がある。
【００７２】
ここで、図９に基づいて、ＮＯｘと煤の発生量を考慮した再循環排気の温度低下について説明する。図９は、燃焼により発生するＮＯｘと煤の発生量と諸条件との関連性を示す図である。図９の横軸は、燃焼を行う混合気の温度であり、図９の縦軸は、燃焼を行う混合気の当量比である。従って、図９は、混合気の温度と当量比をパラメータとしたＮＯｘおよび煤の発生量を示す図である。
【００７３】
ここで、図９の左下部に等高線状で表されているのが、ＮＯｘが発生しやすい領域ＲＮである。領域ＲＮにおいて、等高線状に表される縞は、その中心部に進むに従い、ＮＯｘの発生量が増加することを意味する。即ち、混合気の当量比が低く、且つ温度が高いほど、該混合気の燃焼によって発生するＮＯｘ量は増加することになる。また、図９の中央上部に等高線状で表されているのが、煤が発生しやすい領域ＲＳである。領域ＲＳにおいて、等高線状に表される縞は、その中心部に進むに従い、煤の発生量が増加することを意味する。即ち、混合気の当量比が高く、且つ温度が一定の範囲内にあれば、該混合気の燃焼によって発生する煤の量は増加することになる。
【００７４】
また、再循環排気の温度を過度に低下させると、該再循環排気が燃焼室に再度供給されることで形成される予混合気の温度も、過度に低下することになる。その結果、予混合気の燃焼が良好に行われず、未燃成分が多く発生し、燃費の悪化等が生じる虞がある。
【００７５】
そこで、Ｓ１１２において再循環排気の温度を低下させる場合、該再循環排気が燃焼室に再度供給され予混合気を形成し、該予混合気の燃焼により発生するＮＯｘと煤の発生量を考慮する。即ち、Ｓ１１２において、予混合気の温度が、図９におけるＮＯｘ発生領域ＲＮもしくは煤発生領域ＲＳの少なくとも何れかに属さない領域の温度となるべく再循環排気の温度を調整する。再循環排気の温度と燃焼室に形成される予混合気の温度との関係は予め実験等で求めておけばよい。また、本実施例では、図９に示すように、混合気の当量比と温度をパラメータとして、ＮＯｘもしくは煤の発生しやすい領域を決定しているが、少なくとも混合気の温度がパラメータとしてＮＯｘもしくは煤の発生量が決定されればよく、またその他の要素がパラメータとされることでＮＯｘもしくは煤の発生量が決定されてもよい。Ｓ１１２の処理が終了すると、Ｓ１０５へ進む。
【００７６】
Ｓ１０５以降の処理については、図４に示すヒータ温度制御における処理と同一である。
【００７７】
本制御によると、燃焼室の内部の空燃比分布に従って、副噴射によって形成された予混合気の過早着火を判断し、過早着火が生じると判定されるときは、再循環排気の温度を下げることで、燃焼室に形成される予混合気の温度を下げることで、該予混合気の過早着火を回避することが可能となる。また、再循環排気の温度を下げるに際して、該再循環排気を含む予混合気の温度を所定の温度とすることで、少なくともＮＯｘと煤の何れかの発生量を減少させることも可能となる。
【００７８】
また、本実施例においては、主燃料噴射弁３によって主燃料が、副燃料噴射弁７によって副燃料が噴射されるが、主燃料の燃料性状と副燃料の燃料性状とは、各々の噴射弁による噴射の目的に応じて違えてもよく、また同一の性状であっても各々の噴射弁による噴射の目的を達成できる場合は、両燃料の性状を同一としても構わない。
【００７９】
＜第３の実施例＞
第２の実施例においては、副燃料を副燃料噴射弁７から噴射することによって予混合気を形成しているが、主燃料噴射弁３によって予混合気の形成が可能である場合は、副燃料噴射弁７を設ける必要はない。そのような実施例における、内燃機関１の概略的な構成を図１０に示す。尚、図６に示す内燃機関と同一の構成要素については、同一の参照番号を付し、その説明を省略する。
【００８０】
【発明の効果】
本発明に係る予混合圧縮着火内燃機関は、燃焼室内に形成される空燃比分布に従って、予混合気の過早着火の発生を判定し、予混合気が過早着火すると判定する場合に、予混合気の着火条件を調整するようにしたので、該予混合気の過早着火を回避し、内燃機関の運転負荷にかかわらず安定した燃焼が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を示す図である。
【図２】本実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関における燃焼室近傍の概略構成を示す図である。
【図３】燃焼室における混合気の概略的な分布を示す図、および該混合気における空燃比の推移を示す図である。
【図４】本実施の形態に係る予混合気形成時の該予混合気の過早着火を回避するための副燃料ヒータ温度の制御を示すフロー図である。
【図５】予混合気の空燃比に基づいて、該予混合気の過早着火を判定するための判定モデルを示す図である。
【図６】本実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を示す第２の図である。
【図７】図６に示す内燃機関の有する排気循環装置の詳細な構成を示す図である。
【図８】図６に示す内燃機関における、本実施の形態に係る予混合気形成時の該予混合気の過早着火を回避するための再循環排気の温度の制御を示すフロー図である。
【図９】混合気の温度と当量比と、該混合気の燃焼により発生するＮＯｘと煤の発生量との関連性を示す図である。
【図１０】本実施の形態に係る予混合圧縮着火内燃機関およびその制御系統の概略構成を示す第３の図である。
【符号の説明】
１・・・・内燃機関
３・・・・主燃料噴射弁
７・・・・副燃料噴射弁
１１・・・・吸気支管
１８・・・・排気枝管
２３・・・・空燃比センサ
２３ａ・・・・空燃比センサ
２３ｂ・・・・空燃比センサ
２３ｃ・・・・空燃比センサ
２５・・・・ＥＣＵ
２６・・・・副燃料ヒータ
３２ａ・・・・予混合気
２００・・・・排気循環装置
２０５・・・・ＥＧＲクーラ
２０６・・・・流路切替弁
２０８・・・・流量調整弁

Claims

主たる燃料を噴射する主燃料噴射弁と、
前記主たる燃料より早い時期に副燃料を噴射し、燃焼室内に該副燃料と空気との予混合気を形成する副燃料噴射弁と、
前記副燃料の温度を調整する副燃料温度調整装置と、を備え、
少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記副燃料温度調整装置によって前記副燃料の温度を低下させることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
主たる燃料を噴射する主燃料噴射弁と、
前記主たる燃料より早い時期に副燃料を噴射し、燃焼室内に該副燃料と空気との予混合気を形成する副燃料噴射弁と、
前記燃焼室より排出された排気の少なくとも一部を再度前記燃焼室内へ循環させる排気再循環装置と、
前記排気再循環装置によって前記燃焼室へ循環される再循環排気の温度を調整する排気温度調整装置と、
少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記排気温度調整装置によって前記再循環排気の温度を低下させる排気温度低下手段と、を備えることを特徴とする予混合圧縮着火内燃機関。
前記排気温度調整装置は、前記再循環排気との間で熱交換を行う熱媒体を流す流路をその内部に有し、該流路を流れる該熱媒体の流量を調整することで前記再循環排気の温度を調整し、
前記排気温度低下手段は、少なくとも前記予混合気の空燃比に基づいて該予混合気の着火時期が所定の時期より早いと判定されるときに、前記熱媒体の流量を増加させることで前記再循環排気の温度を低下させることを特徴とする請求項２に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
前記排気温度低下手段によって前記再循環排気の温度を低下させ、前記燃焼室内に形成される予混合気の温度を、該予混合気の燃焼により発生するＮＯｘと煤の少なくとも何れかの発生量が低減される所定の温度範囲内に調整することを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の予混合圧縮着火内燃機関。
前記主燃料噴射弁と前記副燃料噴射弁は、一の燃料噴射弁から構成されることを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の予混合圧縮着火内燃機関。
前記主たる燃料と前記副燃料は、同一の性状を有する燃料であることを特徴とする請求項１から請求項５の何れかに記載の予混合圧縮着火内燃機関。