JP2008111399A - 複リンク式可変圧縮比エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】４気筒のエンジンにおいてもゼロスタートを安定して実施することができるエンジンを提供する。
【解決手段】本発明は、複数の気筒と、気筒の燃焼室２で燃焼する第１燃料を噴射する第１噴射弁３とを有するエンジンであって、燃焼室２内に第１燃料よりも燃焼時の発熱量が大きく、燃焼速度が速い第２燃料を噴射する第２噴射弁４と、燃焼室２に設置され、噴射された第１燃料及び第２燃料に点火する点火プラグ７と、気筒内を往復動するとともに燃焼室２を仕切るピストン２１と、エンジンを始動させるゼロスタート制御手段６０とを備える。そして、エンジンの始動時に、ピストン２１が膨張行程で停止している気筒において、第２噴射弁から第２燃料を燃焼室２に噴射して、点火プラグ７によってその第２燃料に点火して初爆を行い、エンジンをクランキングして始動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、複リンク式可変圧縮比エンジンに関する。

直噴エンジンにおいては、高度に発達した燃料噴霧形成の技術のもと、停止しているエンジンを始動させるときに燃焼室内に直接燃料を供給して燃焼（以下「初爆」と称する）させ、燃焼によって生じた燃焼ガスの燃焼圧で、スタータモータを使用せずにクランキングしてエンジンを再始動させる技術（以下「ゼロスタート」と称する）が知られている。

特許文献１では、エンジンの機械圧縮比を可変に制御し、エンジン始動時に機械圧縮比を低下させる。これにより、圧縮行程での圧縮圧力を低減して、エンジン始動時の始動性を向上させる。
特開２００４−２９３４１１号公報

しかしながら、特許文献１では、初爆はエンジン停止中の無圧縮状態で行なわれるため、燃焼圧によってピストンが受ける力は小さい。したがって、特に４気筒のエンジンにおいては、ピストンフリクションや圧縮行程での圧縮圧力等によってピストンの往復動が阻害され、安定したゼロスタートを実施することができないという問題がある。

そこで、本発明は、４気筒のエンジンにおいてもゼロスタートを安定して実施することができるエンジンを提供することを目的とする。

本発明は、複数の気筒と、気筒の燃焼室で燃焼する第１燃料を噴射する第１噴射弁とを有するエンジンであって、燃焼室内に第１燃料よりも燃焼時の発熱量が大きく、燃焼速度が速い第２燃料を噴射する第２噴射弁と、燃焼室に設置され、噴射された第１燃料及び第２燃料に点火する点火プラグと、気筒内を往復動するとともに燃焼室を仕切るピストンと、エンジンの始動時に、ピストンが膨張行程で停止している気筒において、第２噴射弁から第２燃料を噴射して、点火プラグによって初爆を行い、エンジンを始動させるゼロスタート制御手段とを備える。

本発明によれば、ゼロスタートによるエンジンの始動時に、ピストンが膨張行程の途中にある気筒内に第１燃料よりも燃焼時の発熱量が大きく、燃焼速度が速い第２燃料を噴射して、初爆を行う。これにより、初爆の燃焼性を向上させることができ、ゼロスタート時の始動性を向上させることができ、安定して滑らかにゼロスタートを実施することが可能となる。

（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１の実施形態を説明する。

図１は、第１実施形態に係る４気筒の複リンク式可変圧縮比エンジン１００を示す概略図である。

複リンク式可変圧縮比エンジン１００は複リンク機構３０を備え、ピストン２１とクランクシャフト３７とを複数のリンクで連結して機械圧縮比を可変制御する。

ピストン２１は、シリンダブロック２０のシリンダ１２内に収装される。そして、ピストン２１の冠面２１ａと、シリンダ１２と、シリンダヘッド１０とによって燃焼室２を形成する。ピストン２１は、燃焼室２内の燃焼圧を受けてシリンダ１２内を往復動する。

アッパリンク３１は、その上端でピストンピン３４を介してピストン２１と連結する。また、アッパリンク３１の下端は、連結ピン３５を介してロアリンク３２の一端に連結する。

ロアリンク３２は、その一端が連結ピン３５を介してアッパリンク３１に連結する。ロアリンク３２の他端は、連結ピン３６を介してコントロールリンク３３に連結する。ロアリンク３２は図中左右の２部材から分割可能に構成され、ほぼ中央に連結孔３２ａを有する。ロアリンク３２は、連結孔３２ａにクランクシャフト３７のクランクピン３７ａを挿入し、クランクピン３７ａを中心軸として揺動する。

クランクシャフト３７は、複数のクランクピン３７ａとジャーナル３７ｂとを備える。ジャーナル３７ｂは、シリンダブロック２０及びラダーフレーム３８によって回転自在に支持される。クランクピン３７ａは、ジャーナル３７ｂから所定量偏心しており、ここにロアリンク３２が揺動自在に連結する。

コントロールリンク３３は、その一端が連結ピン３６を介してロアリンク３２に連結する。コントロールリンク３３の他端は、連結ピン３９を介してコントロールシャフト４１に連結する。このコントロールリンク３３は、連結ピン３９を中心として図中左右に揺動する。

コントロールシャフト４１は、その外周にギア４２を形成する。ギア４２はアクチュエータ４３の回転軸４４の先端に設けられたピニオン４５に噛合する。コントロールシャフト４１は、アクチュエータ４３によって制御されて、連結ピン３９を移動させる。

上述した複リンク式可変圧縮比エンジン１００では、ピストン２１の往復運動はアッパリンク３１に伝達され、さらにロアリンク３２を介してクランクシャフト３７の回転運動に変化される。この場合には、ロアリンク３２はクランクピン３７ａを中心軸として揺動しながら、クランクシャフト３７の中心に対して回転する。ロアリンク３２に連結するコントロールリンク３３は、その下端に連結するコントロールシャフト４１の連結ピン３９を支点として揺動する。コントロールシャフト４１と連結ピン３９とは偏心しているため、アクチュエータ４３によってコントロールシャフト４１が回転すると、連結ピン３９が移動して、コントロールリンク３３の揺動中心が変化する。このように、アッパリンク３１及びロアリンク３２の傾斜を変えることで、ピストン２１の上死点位置を所定の範囲内で任意に調整でき、機械圧縮比を可変に制御することが可能となる。

一方、複リンク式可変圧縮比エンジン１００は、燃焼室２の上部のシリンダヘッド１０に燃料噴射弁３（第１噴射弁）、改質燃料噴射弁４（第２噴射弁）及び点火プラグ７を備える。

シリンダヘッド１０には、一方の側面と燃焼室２とを連通する吸気ポート５と、他方の側面と燃焼室２とを連通する排気ポート６とが形成される。吸気ポート５には吸気バルブ８が設けられ、排気ポート６には排気バルブ９が設けられる。吸気バルブ８は、図示しないカムシャフトにより駆動し、ピストン２１の上下動に応じて吸気ポート５を開閉する。排気バルブ９も同様に図示しないカムシャフトにより駆動し、ピストン２１の上下動に応じて排気ポート６を開閉する。

燃料噴射弁３は、噴口が燃焼室２内に突出するようにシリンダヘッド１０に設置される。この燃料噴射弁３は、図示しない燃料タンクから供給されたガソリン等の通常燃料（第１燃料）を直接に燃焼室２の内部に噴射して混合気を形成する。ここで、通常燃料のみによって形成された混合気を第１混合気という。複リンク式可変圧縮比エンジン１００では、燃焼噴射弁３によって形成された第１混合気によって通常運転を行う。

改質燃料噴射弁４は、噴口が燃焼室２内に突出するようにシリンダヘッド１０に設置される。改質燃料噴射弁４は、燃料改質装置５０によって供給される改質燃料（第２燃料）を燃焼室２内に噴射する。この改質燃料噴射弁４は、後述するゼロスタート時にのみ使用され、燃焼室２の内部に改質燃料を噴射する。この改質燃料噴射弁４に改質燃料を供給する改質燃料装置５０は、図示しない燃料タンクに貯蔵されている燃料の一部を改質して改質燃料を生成する。生成された改質燃料は、水素を主成分とする燃料であり、第１燃料よりも発熱量が大きく、燃焼速度の速い、燃焼性が改質された燃料である。

点火プラグ７は、先端の点火部が燃焼室２内に突出するように形成する。そして、点火プラグ７は、燃焼室２の内部に形成された混合気に点火して燃焼させる。

コントローラ６０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを備える。このコントローラ６０には、エンジン回転速度、エンジン負荷、吸入負圧、排気温度等の車両運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。コントローラ６０は、これら出力に基づいてアクチュエータ４３を制御してコントロールシャフト４１を回転させて機械圧縮比を変更し、またシリンダヘッド１０に設けられた燃料噴射弁３、改質燃料噴射弁４の燃料噴射時期や点火プラグ７の点火時期を制御する。

第１実施形態では、以下のようにして４気筒の複リンク式可変圧縮比エンジン１００においてゼロスタートを実施する。各気筒は後述するように、周知の通り所定の位相をもって互いに連動する。

まず、ゼロスタートの原理ついて図２を参照にして説明する。図２は、ピストン２１とクランクシャフト３７とをコンロッド４６で連結したエンジンでのゼロスタートの原理を示す概略図である。

エンジンが停止する場合には、ピストンフリクションや圧縮行程での圧縮圧力等の影響によって、ピストン２１がストローク中央近傍で停止することが多い。そこで、ゼロスタートでは、クランク角度を検知することによって、膨張行程及び圧縮行程の途中にある気筒を選択する（図２（Ａ））。選択された膨張行程及び圧縮行程の途中にある気筒において、それぞれの気筒に設置された燃料噴射弁３が燃料を噴射して、気筒内に混合気を形成する（図２（Ｂ））。まず、膨張行程の途中にある気筒内に形成された混合気を点火して初爆を行い、図２（Ｃ）に示すようにピストン２１を下降させてクランクシャフト３７を駆動する。これによって圧縮行程の途中にあったピストン２１が上昇して混合気を圧縮したときに、続いてその混合気に点火する。このようにしてスタータモータを使用せずにクランキングし、その後は通常運転時と同様の制御で気筒内に燃料を噴射してエンジンを始動させる。

ゼロスタートでエンジンを始動させる場合には、初爆は膨張行程にある気筒において行う。これは、圧縮行程にある気筒において初爆を行うと逆回転が生じてしまい、また吸入行程にある気筒で初爆を行うと燃焼ガスが吸気通路に逆流してその後の圧縮行程において既燃ガスが圧縮されて燃焼が不可能となるからである。

しかしながら、特に４気筒エンジンでは、上記したゼロスタートにおいて、圧縮圧力に起因してピストン２１の往復動が阻害されやすく、安定して滑らかにゼロスタートを実施することが困難となる。

図３は、４気筒と６気筒のエンジンのサイクルを比較した図である。

図３（Ａ）に示される４気筒エンジンでは、図３（Ｂ）に示される６気筒エンジンの場合と異なり、爆発行程と圧縮行程が完全に併行して行われる。膨張行程にある気筒の初爆の燃焼後半において、隣接する気筒は圧縮行程にあり圧縮圧力が最大となる。また、初爆は膨張行程の途中にある気筒で行われ、ほぼ無圧縮の状態で混合気が燃焼するため、その燃焼圧によってピストン２１が受ける力は小さい。このように、初爆の燃焼圧によってピストン２１が受ける力が小さいと、圧縮行程での圧縮圧力によってピストン２１の往復動が阻害されてしまい、ゼロスタート時のエンジン始動性が悪化する。したがって、４気筒のエンジンでは、ゼロスタートでのエンジン始動性を向上させるため、初爆の燃焼性を向上させるとともに、ピストン２１の往復動の阻害要因である圧縮圧力やピストンフリクション等を低減する必要がある。

そこで、第１実施形態では、ゼロスタートによるエンジン始動時に、燃料噴射弁３及び改質燃料噴射弁４によって燃焼室２内に通常燃料と改質燃料とを混合した混合気（以下「第２混合気」と称する）を形成するとともに、機械圧縮比を最適に制御して初爆を行う。

図４は、ゼロスタートによるエンジン始動時の複リンク式可変圧縮比エンジン１００の制御を示すタイムチャートである。

第１実施形態では、コントローラ６０が複リンク式圧縮比エンジン１００を以下のように制御する。図４（Ａ）及び図４（Ｂ）に示すように、車両が減速して停止すると、燃料噴射弁３からの燃料の供給を停止して、複リンク式可変圧縮比エンジン１００はアイドルストップする。すると、複リンク式可変圧縮比エンジン１００は、図４（Ｃ）に示す通り、アイドルストップ直前に、機械圧縮比を通常運転時よりも低い機械圧縮比に調整して始動時まで待機する。なお、エンジンの機械圧縮比は、初爆によりピストン２１が下死点に到達する前（ゼロスタートを行う前）までに、通常運転時よりも低い機械圧縮比に調整するようにしてもよい。

その後に、運転者がアクセルを踏む動作を検知すると、ゼロスタートによってエンジンの再始動が開始される。このとき、膨張行程及び圧縮行程の途中にある気筒が選択されて、その選択された気筒において、燃料噴射弁３及び改質燃料噴射弁４が燃焼室２内の空気量や燃焼室温度等に応じて通常燃料と改質燃料との比率を制御して、第２混合気を形成する（図４（Ｄ））。そして、膨張行程の途中にある気筒の第２混合気を点火して初爆を行い、続いて圧縮行程にあった気筒の第２混合気が圧縮されたときに点火し、エンジンをクランキングして再始動を行う。改質燃料の供給は、初爆から所定時間、あるいは所定クランク回転期間経過後に停止する。なお、膨張行程及び圧縮行程の途中にある気筒に改質燃料を噴射した後に、改質燃料の供給を停止するようにしてもよい。

エンジン始動後は、車両の走行状態に基づいて機械圧縮比をゼロスタート時よりも高くする。また、燃料噴射弁３によって通常燃料のみを燃焼室２内に噴射して第１混合気を形成して通常運転を行う。

改質燃料噴射弁４によって噴射される改質燃料は、燃料改質装置５０によって通常燃料から生成された水素を主成分とする燃焼性が改質された燃料であるため、通常燃料と比較して燃焼時の発熱量及び燃焼速度において優れる。

水素は、同一空気量における理論空燃比で燃焼させた場合にはガソリン等の通常燃料と比較して発熱量が２０％〜３０％程度高くなる。したがって、水素を含有する改質燃料は、通常燃料よりも燃焼時の発熱量が高くなる。

図５は、改質燃料の水素含有量−燃焼期間特性を示す図である。ここで、燃焼期間とは、燃料の９０％は酸化反応を完了する時間を示している。

図５に示す通り、改質燃料は水素含有量が多くなるほど燃焼期間が短くなり、燃焼速度が速くなる。したがって、改質燃料は、通常燃料よりも燃焼時の燃焼速度も速くなる。

このように、第１実施形態では、ゼロスタート時に上記特性を有する改質燃料と通常燃料とによって第２混合気を形成することで、図６に示すように初爆の燃焼性を向上させることができる。

図６は、膨張行程の途中の気筒で初爆を行ったときの燃焼圧力を示す概略図である。破線は、通常燃料のみで形成された第１混合気で初爆を行った場合を示し、実線は通常燃料と改質燃料とによって形成された第２混合気で初爆を行った場合を示す。

第２混合気を形成して初爆を行うと、図６の実線に示すように初爆直後の燃焼圧が第１混合気を燃焼させた場合よりも大きくなる。このように燃焼時の燃焼圧が大きくすることで、燃焼圧によってピストン２１が受ける力を大きくすることできる。

また、第１混合気による初爆では、図６の破線に示す通り、排気バルブ９の開弁時に燃焼が終了していない。そのため、排気バルブ９の開弁によって燃焼ガスが排気ポート６に流出すると、燃焼圧が十分にピストン２１に作用しなくなる。これに対して、第２混合気によって初爆をした場合には、燃焼速度が速くなるため、排気バルブ９が開弁するまでに初爆の燃焼がほとんど終了する。

このように、第１実施形態では、ゼロスタート時に改質燃料と通常燃料とを混合した第２混合気によって初爆を行うことで、初爆の燃焼性を高めることができ、かつ燃焼圧をピストン２１に十分に作用させることができる。

また、複リンク式可変圧縮比エンジン１００では、ゼロスタート時に機械圧縮比を変化させることによって初爆の燃焼性の向上を図ることができ、さらにピストン２１の往復動の阻害要因である圧縮圧力を低減することができる。

図７は燃焼室容積の拡大効果を示す概略図である。図７（Ａ）は、ピストン上死点位置での燃焼室容積の拡大効果を示す。また、図７（Ｂ）は、複リンク式可変圧縮比エンジン１００の機械圧縮比−燃焼室容積特性を示す。横軸は機械圧縮比を示し、縦軸は燃焼室容積を示す。

機械圧縮比が低い場合には、図７（Ａ）に示すように、ピストン２１の上死点及び下死点の位置は高圧縮比の場合と比較して低くなる。ただし、上死点の変化に合わせて下死点も変化するため、機械圧縮比の高低に関わらずストローク量については変化しない。そのため、低圧縮比の場合は、上死点及び下死点での燃焼室容積が高圧縮比の場合よりも大きくなる。したがって、図７（Ｂ）に示すように、膨張行程の途中にある気筒において、ピストン２１がストロークの中央に位置する場合にも、燃焼室容積は機械圧縮比が低い場合の方が大きくなり、燃焼室２内の空気量が増加する。

このように、燃焼室２内に空気量が増加させることで、空気量に対する第２混合気量も増大させることでき、初爆の燃焼性を向上させることができる。

また、ゼロスタート時に機械圧縮比を低くすると、図８に示すように圧縮行程での圧縮圧力が低減する。

図８は、圧縮圧力の低減効果を示す概略図である。図８（Ａ）は、圧縮行程におけるピストンストロークを模式的に示す。図８（Ｂ）は、複リンク式可変圧縮比エンジン１００の機械圧縮比−圧縮圧力特性を示す。横軸は機械圧縮比を示し、縦軸は圧縮圧力が最大となる最大圧縮圧力を示す。また、実線Ａは通常運転時の最大圧縮圧力を示し、実線Ｂはゼロスタート時の最大圧縮圧力を示す。

初爆は膨張行程の途中にある気筒で行われるため、圧縮行程の途中にある気筒の圧縮ストローク量は、図８（Ａ）に示すようにピストン２１が下死点から上死点まで上昇する通常運転時の場合よりも短くなる。そのため、図８（Ｂ）に示す通り、実線Ｂの最大圧縮圧力は実線Ａよりも全体的に低くなる。また、ピストン２１の上死点での燃焼室容積は、機械圧縮比が低い場合よりも高い場合の方が大きくなるが、圧縮ストローク量は機械圧縮比によらず同一であるため、最大圧縮圧力は実線Ｂに示すように機械圧縮比が低い方が小さくなる。このように、第１実施形態では、ゼロスタート時に機械圧縮比を低くすることによって、圧縮行程にある気筒の最大圧縮圧力を低減でき、ピストン２１の往復動の阻害を抑制できる。

さらに、複リンク式可変圧縮比エンジン１００は、複リンク機構３０のアライメントを選択することによって、燃焼室２内の圧縮圧力が最大となる付近において、ピストン２１と連結するアッパリンク３１を直立姿勢（ピストン２１の軸心に対するアッパリンク３１の軸心の傾き角度が０°に近い状態）に維持することができる。そのため、アッパリンク３１の傾きに応じてピストンに生じるサイドスラスト荷重を低減でき、ピストン２１が往復動するときのピストンフリクションを低減することができる。

以上により、第１実施形態は下記の効果を得ることができる。

本発明によれば、ゼロスタートによるエンジンの始動時に、通常燃料とともに燃焼時の発熱量が高く、かつ燃焼速度が速い改質燃料を燃焼室２内に噴射して第２混合気を形成して初爆を行う。これにより、初爆時の燃焼性を向上させることができ、ゼロスタート時の始動性を向上させることができる。

また、初爆時には、複リンク式可変圧縮比エンジン１００の機械圧縮比を低く設定する。機械圧縮比が低くなると燃焼室容積が拡大して、燃焼室２の内部の空気量が増加する。これにより、燃焼室２内の第２混合気量を増大させることができ、初爆時の燃焼性を向上させることができる。また、機械圧縮比が低くなると、膨張行程での最大圧縮圧力が高機械圧縮比時よりも小さくなるため、圧縮圧力によってピストン２１の往復動が阻害されることを抑制できる。

さらに、複リンク機構３０のアライメントによって、燃焼室２内に生じる圧縮圧力が最大となる付近において、アッパリンク３１の傾きをピストン２１の軸心に対して略０°とすることができる。これにより、ピストン２１に生じるサイドスラスト荷重を低減でき、ゼロスタート時の始動性を向上させることができる。

このように第１実施形態では、上記した効果を総合的に有することによって４気筒エンジンにおいても安定して滑らかにゼロスタートを実施することが可能となる。

（第２実施形態）
図９は、複リンク式可変圧縮比エンジン２００の第２実施形態を示す概略図である。

複リンク式可変圧縮比エンジン２００の第２実施形態の構成は、第１の実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、燃料噴射弁２０３と改質燃料噴射弁２０４との構成において一部相違する。つまり、燃料噴射弁２０３を吸気ポート２０５に設置し、改質燃料噴弁２０４をシリンダヘッド２１０に設置するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図９に示す通り、複リンク式可変圧縮比エンジン２００は、吸気ポート２０５及び排気ポート２０６を有するシリンダヘッド２１０を備える。

吸気ポート２０５には、通常燃料を噴射する燃料噴射弁２０３が設置される。燃料噴射弁２０３の噴口は、外部から取り込まれた新気の流れ方向に沿って燃焼室２に向かって燃料を噴射するよう設定されている。この燃料噴射弁２０３は、後述する燃料タンク２５１から供給される通常燃料を車両の運転状況に基づいて吸気ポート２０５の内部に噴射して第１混合気を形成する。

燃焼室２０２の上部のシリンダヘッド２１０には、改質燃料噴射弁２０４と点火プラグ２０７とが燃焼室２に向かって設置される。

改質燃料噴射弁２０４は、燃料改質装置２５０によって供給される改質燃料を燃焼室２内に噴射する。この改質燃料噴射弁２０４はゼロスタート時にのみ使用され、燃焼室２内に改質燃料を噴射して、改質燃料のみからなる混合気（以下「第３混合気」と称する）を形成する。

点火プラグ２０７は、先端の点火部が燃焼室２内に突出するように形成する。そして、この点火プラグ２０７は、通常運転時には燃焼室２内に導入された第１混合気を点火して燃焼させ、ゼロスタート時には燃焼室２内に形成された第３混合気を点火して燃焼させる。

改質燃料噴射弁２０４に供給される改質燃料は、燃料改質装置２５０によって生成される。

図１０は、第２実施形態に係る燃料改質装置２５０を模式的に示す概略図である。

燃料改質装置２５０は、燃料タンク２５１、燃料気化器２５２、部分酸化改質装置２５３、凝縮装置２５４及び貯蔵タンク２５５を備える。

燃料タンク２５１は、ガソリン等の通常燃料を貯蔵する。この燃料タンク２５１は配管２４２と接続し、配管２４２が各吸気ポート２０５に設置された燃料噴射弁２０３と接続する。これにより、燃料タンク２５１に貯蔵された通常燃料を燃料噴射弁２０３に供給する。

燃料タンク２５１は、配管２４２によって燃料気化器２５２と接続する。燃料気化器２５２は、燃料タンク２５１から通常燃料の一部を供給され、その通常燃料を気化して、気化した通常燃料を部分酸化改質装置２５３に供給する。

部分酸化改質装置２５３は、配管２４３を介して燃料気化器２５２と接続する。また、部分酸化改質装置２５３には、外部の新気を流す吸気通路２４４から分岐した配管２４５が接続する。部分酸化改質装置２５３には、燃料気化器２５２によって気化された通常燃料が供給されるとともに、配管２４５を介して外部からの新気の一部が供給される。そして、部分酸化改質装置２５３は、触媒を用いた部分酸化改質反応によって気化された通常燃料と新気とを反応させて水素を主成分とする改質燃料と、オクタン価の高い気体燃料とを生成する。

凝縮装置２５４は、配管２４６を介して部分酸化改質装置２５３と接続している。凝縮装置２５４には、部分酸化改質装置２５３で生成された改質燃料と気体燃料とが供給される。凝縮装置２５４は、供給された気体燃料を凝縮して液化して、気体燃料と改質燃料とを分離する。凝縮装置２５４によって分離された改質燃料は、配管２４７を介して凝縮装置２５４から貯蔵タンク２５５に供給され、貯蔵タンク２５５で貯蔵される。なお、第２実施形態では、改質燃料のみをゼロスタート時に使用するが、液化された気体燃料（液化燃料）はオクタン価が高く耐ノック性に優れているため、この液化燃料を燃料の一部として使用することもできる。

貯蔵タンク２５５は配管２４８と接続し、配管２４８がシリンダヘッド２１０に設置された改質燃料噴射弁２０４と接続する。これにより、貯蔵タンク２５５で貯蔵された改質燃料が改質燃料噴射弁２０４に供給される。

上記のような構成によって、第２実施形態では、ゼロスタート時にコントローラ２６０が複リンク式圧縮比エンジン２００を制御する。

車両は、燃料噴射弁２０３が吸気ポート２０５に噴射して形成した第１混合気によって通常運転を行う。車両が減速して停止すると、複リンク式可変圧縮比エンジン２００はアイドルストップする。このアイドルストップ直前に、複リンク式可変圧縮比エンジン２００の機械圧縮比を走行時よりも低く設定して、始動時まで待機する。その後、運転者がアクセルを踏む動作を検知した場合には、ゼロスタートによるエンジンの再始動を開始する。このとき、膨張行程及び圧縮行程の途中にある気筒が選択されて、その気筒において、改質燃料噴射弁２０４が燃焼室２０２内の空気量や燃焼室内温度に応じて改質燃料を噴射して、改質燃料のみからなる第３混合気を形成する。そして、膨張行程の途中にある気筒で第３混合気を点火して初爆を行い、続いて圧縮行程にあった気筒の第３混合気が圧縮されたときに点火する。このように、エンジンをクランキングして再始動を行う。

エンジン始動後は、車両の走行状態に基づいて機械圧縮比をゼロスタート時よりも高くする。また、改質燃料噴射弁２０４による改質燃料の供給を停止し、燃料噴射弁２０３によって通常燃料のみを吸気ポート２０５内に噴射して第１混合気を形成し、通常運転を行う。このように、第２実施形態では、ゼロスタート時に改質燃料のみで形成された第３混合気によって初爆を行う。

以上により、第２実施形態は下記の効果を得ることができる。

本発明によれば、ゼロスタートによるエンジンの始動時に、燃焼時の発熱量が高く、かつ燃焼速度が速い改質燃料のみを噴射し、第３混合気を形成して初爆を行う。これにより、初爆時の燃焼性が第１実施形態よりも向上するため、ゼロスタート時の始動性を向上させることができ、第１実施形と同様の効果を得ることができる。

また、第２実施形態では、燃料噴射弁２０３を吸気ポート２０５に設けるため、シリンダヘッド２１０において改質燃料噴射弁２０４を設置するためのスペースを確保しやすく、改質燃料噴射弁２０４の設置位置の自由度が高くなる。

（第３実施形態）
図１１は、複リンク式可変圧縮比エンジンの第３実施形態を示す概略図である。

複リンク式可変圧縮比エンジン３００の第３実施形態の構成は、第２実施形態と基本構成はほぼ同様であるが、燃焼室３０２の構成において一部相違する。つまり、燃焼室３０２の内部に副燃焼室３３０を備えるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。

図１１に示すように、副燃焼室３３０は、吸気ポート３０５と排気ポート３０６との間のシリンダヘッド３１０に形成される。副燃焼室３３０は、半球状のドーム部３３１が燃焼室３０２内に突出するように形成する。副燃焼室３３０のドーム部３３１は、燃焼室３０２と副燃焼室３３０とを連通する連通孔３３２を有する。

上記した副燃焼室３３０は、その上部に改質燃料噴射弁３０４と点火プラグ３０７とを備える。改質燃料噴射弁３０４は、噴口が副燃焼室３３０内に突出して形成されており、改質燃料を副燃焼室３３０内に噴射する。改質燃料噴射弁３０４は、燃料改質装置３５０によって改質燃料が供給される。点火プラグ３０７は、改質燃料噴射弁３０４と隣接するように副燃焼室３３０の上部に設置されている。点火プラグ３０７は、その先端が副燃焼室３３０に突出するように形成する。

第３実施形態では、燃料噴射弁３０３は、第２実施形態と同様に吸気ポート３０５に設置されており、通常燃料のみを吸気ポート３０５内に噴謝して第１混合気を形成する。第１混合気は、吸気行程において燃焼室３０２内に導入される。そして、第１混合気は、圧縮行程において燃焼室３０２内で圧縮されるとともに、その一部が連通孔３３２を介して副燃焼室３３０内に流入する。ここで、改質燃料噴射弁３０４が副燃焼室３３０内に改質燃料を噴射して、第１混合気と改質燃料とが混合した第２混合気を副燃焼室３３０内に形成する。このように、第３実施形態では、ゼロスタート時だけでなく通常運転時においても、改質燃料を副燃焼室３３０内に噴射する。

副燃焼室３３０内に形成された第２混合気は、点火プラグ３０７によって所定のタイミングで点火されて燃焼する。第２混合気が燃焼した燃焼ガスは、連通孔３３２を介して燃焼室３０２内にトーチ状に放射され、燃焼室３０２内の第１混合気を燃焼させる。この燃焼時の燃焼圧によってピストン３２１が押し下げられて、図示しないクランクシャフトを回転させる。

上記のような構成によって、第３実施形態では、ゼロスタート時にコントローラ３６０が複リンク式圧縮比エンジン３００を制御する。

図１２は、ゼロスタート時の複リンク式可変圧縮比エンジン３００の制御を示すタイムチャートである。

図１２（Ａ）及び図１２（Ｂ）に示すように、車両が減速して停止すると、複リンク式可変圧縮比エンジン２００はアイドルストップする。そして、図１２（Ｃ）に示す通り、アイドルストップ直前に複リンク式可変圧縮比エンジン３００の機械圧縮比を走行時よりも低い機械圧縮比に調整し、始動時まで待機する。その後、運転者がアクセルを踏む動作を検知することによってエンジンの再始動が開始される。このとき、膨張行程及び圧縮行程の途中にある気筒が選択されて、改質燃料噴射弁３０４が燃焼室３０２内の空気量に応じて、改質燃料を副燃焼室３３０内に噴射する。これにより、副燃焼室３３０内には、改質燃料のみによって第３混合気が形成される。この第３混合気は、連通孔３３２を介して燃焼室３０２内にも流入する。そして、膨張行程の途中にある気筒の第３混合気を点火して初爆を行い、続いて圧縮行程にあった気筒の第３混合気が圧縮されたときに点火する。このように、エンジンをクランキングして再始動を行う。

エンジン始動後は、車両の走行状態に基づいて機械圧縮比をゼロスタート時よりも高くする。また、改質燃料噴射弁３０４による改質燃料の噴射量はゼロスタート時よりも低くして、第２混合気を形成して通常運転を行う。

以上により、第３実施形態は下記の効果を得ることができる。

本発明によれば、ゼロスタートによるエンジンの始動時に、燃焼時の発熱量が高く、かつ燃焼速度が速い改質燃料のみを副燃焼室３３０内に噴射し、副燃焼室３３０及び燃焼室３０２内に第３混合気を形成して初爆を行う。これにより、初爆時の燃焼性が第１実施形態よりも向上して、ゼロスタート時の始動性を向上させることができ、第１実施形と同様の効果を得ることができる。

また、第３実施形態では、通常運転時においても改質燃料を副燃焼室３３０内に噴射して副室燃焼を行うため、燃焼室３０２内に通常燃料によって形成された第１混合気がリーンであっても燃焼性の安定化を図ることができる。

なお、本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。

例えば、第１実施形態の燃料改質装置５０及び第３実施形態の燃料改質装置３５０は、第２実施形態の燃料改質装置２５０と同様にするようにしてもよい。

また、燃料改質装置５０、２５０、３５０は、水素燃料を貯蔵したボンベを別に設け、そのボンベから必要に応じて水素燃料を改質燃料噴射弁４、２０４、３０４に供給するようにしてもよい。

さらに、改質燃料は水素を含む改質燃料に限られず、ガソリン等の通常燃料よりも燃焼時の発熱量が大きく、燃焼速度が速いものであればよく、ガソリン等を気化して燃焼時の発熱量及び燃焼速度が高くなるように改質したものを使用するようにしてもよい。

第１実施形態に係る４気筒の複リンク式可変圧縮比エンジンを示す概略図である。 ゼロスタートの原理を示す概略図である。 ４気筒と６気筒のエンジンのサイクルを比較した図である。 ゼロスタートによる第１実施形態の複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すタイムチャートである。 改質燃料の水素含有量−燃焼期間特性を示す図である。 膨張行程の途中の気筒で初爆を行ったときの燃焼圧力を示す概略図である。 燃焼室容積の拡大効果を示す概略図である。 圧縮圧力の低減効果を示す概略図である。 第２実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンを示す概略図である。 同じく燃料改質装置を模式的に示す概略図である。 第３実施形態に係る複リンク式可変圧縮比エンジンを示す概略図である。 同じく複リンク式可変圧縮比エンジンの制御を示すタイムチャートである。

符号の説明

１００、２００、３００ 複リンク式可変圧縮比エンジン
２、２０２、３０２ 燃焼室
３、２０３、３０３ 燃料噴射弁（第１噴射弁）
４、２０４、３０４ 改質燃料噴射弁（第２噴射弁）
５、２０５、３０５ 吸気ポート
６、２０６、３０６ 排気ポート
７、２０７、３０７ 点火プラグ
１０、２１０、３１０ シリンダヘッド
１２ シリンダ
２０、２２０、３２０ シリンダブロック
２１、２２１、３２１ ピストン
３０ 複リンク機構（圧縮比可変機構）
３１ アッパリンク（第１リンク）
３２ ロアリンク（第２リンク）
３３ コントロールリンク（第３リンク）
３７ クランクシャフト
４１ コントロールシャフト
５０、２５０、３５０ 燃料改質装置
６０、２６０、３６０ コントローラ（ゼロスタート制御手段）
２５１ 燃料タンク
２５２ 燃料気化器
２５３ 部分酸化改質装置
２５４ 凝縮装置
２５５ 貯蔵タンク
３３０ 副燃焼室
３３１ ドーム部
３３２ 連通孔

Claims (11)

1. 異なった位相を持って互いに連動する複数の気筒と、
   前記気筒の燃焼室で燃焼する第１燃料を噴射する第１噴射弁と、
   前記燃焼室内に前記第１燃料よりも燃焼時の発熱量が大きく、燃焼速度が速い第２燃料を噴射する第２噴射弁と、
   前記燃焼室に設置され、前記噴射された第１燃料及び第２燃料に点火する点火プラグと、
   前記気筒内を往復動するとともに前記燃焼室を仕切るピストンと、
   前記エンジンの始動時に、前記ピストンが膨張行程で停止している気筒において、前記第２噴射弁から第２燃料を噴射して、前記点火プラグによって初爆を行い、エンジンを始動させるゼロスタート制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジン。
2. 前記ゼロスタート制御手段は、
   前記エンジンの始動時に、前記ピストンが圧縮行程で停止している気筒内に前記第２燃料を噴射して、前記膨張行程で停止している気筒で初爆を行った後に、続いて圧縮行程で圧縮された第２燃料に点火するようにした、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
3. 前記ゼロスタート制御手段は、
   前記初爆から所定時間、又は所定クランク回転期間までは、前記第２噴射弁が前記燃焼室に第２燃料を供給するようにした、
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
4. 前記第１燃料噴射弁は、
   前記燃焼室に設置され、エンジンの始動時に、前記ピストンが膨張行程で停止している気筒において、燃焼室状態に応じて第１燃料の噴射量を制御して、第１燃料と第２燃料との比率を変化するようにした、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン。
5. 前記第２噴射弁と前記点火プラグは、
   前記燃焼室の上部に配置され、その燃焼室と連通する連通孔を有する副燃焼室に設置される、
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか一つに記載のエンジン。
6. 前記エンジンは、
   前記ピストンとクランクシャフトとを複数のリンクで連結するとともに、リンクの姿勢を変化させることによりピストン上死点位置を変化させて機械圧縮比を可変とする圧縮比可変機構を備え、
   前記ゼロスタート制御手段によって、エンジンが始動するまでの間に機械圧縮比を通常運転時よりも低く設定するようにした、
   ことを特徴とする請求項１から５のいずれか一つに記載のエンジン。
7. 前記圧縮比可変機構は、
   前記ピストンに揺動自由に連結する第１リンクと、
   前記第１リンクに回動自由に連結するとともに、クランクシャフトに回転自由に装着される第２リンクと、
   前記クランクシャフトと平行にシリンダブロックに回転自由に支持され、その回転軸心に対して偏心する偏心軸部を有するコントロールシャフトと、
   前記第２リンクに連結ピンを介して回転自由に連結されるとともに、前記コントロールシャフトの偏心軸部を揺動軸心として揺動可能な第３リンクとを備える、
   ことを特徴とする請求項６に記載のエンジン。
8. 前記圧縮比可変機構は、
   前記燃焼室内の圧力が最大値となる付近において、前記ピストンの軸心と、前記第１リンクの軸心との傾きが略０°になるようにした、
   ことを特徴とする請求項６又は７に記載のエンジン。
9. 前記第２燃料は、
   第１燃料を気化した燃料である、
   ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のエンジン。
10. 前記第２燃料は、
    前記第１燃料を燃料改質装置によって改質した水素を含有する改質燃料である、
    ことを特徴とする請求項１から８のいずれか一つに記載のエンジン。
11. 前記エンジンは、４つの気筒を備える、
    ことを特徴とする請求項１から１０のいずれか一つに記載のエンジン。