JP2008169714A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間の燃焼モードの切り替えを滑らかに行うこと。
【解決手段】軽負荷運転時に予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える一方、高負荷運転時に圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替えて運転させる燃焼制御手段（電子制御装置１）を備えた内燃機関において、その燃焼制御手段は、パイロット噴射燃料に対して強制的な点火を行って燃焼させてからメイン噴射燃料を圧縮自着火拡散燃焼させるスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転の実施後に、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード又は圧縮自着火拡散燃焼モードから他方の燃焼モードへの切り替えを行うよう構成すること。
【選択図】 図１

Description

本発明は、少なくとも予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードを切り替えて運転される内燃機関に関する。

従来、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードを切り替えて運転する内燃機関が存在している。この種の内燃機関としては、例えば、下記の特許文献１，２に開示されている。その特許文献１に記載の内燃機関は、軽負荷側で予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転を行い、高負荷側で圧縮自着火拡散燃焼モード運転を行うものである。

ここで、例えば、圧縮比を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに合わせて低く設定した内燃機関においては、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替えるときに圧縮端温度が低く、失火してしまう可能性がある。そこで、下記の特許文献２に記載の内燃機関においては、燃焼モードに合わせて圧縮比を変化させる可変圧縮比機構が用意されている。

特開２００４−２４５１２６号公報 特開２００３−３４３３１３号公報

しかしながら、上記特許文献２に開示された可変圧縮比機構は、ピストンの上下方向の位置を可変させる為の機械的なリンク機構やアクチュエータなどの部品が必要になるので、応答性が悪く、滑らかな燃焼モードの切り替えを行いにくい。つまり、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードであろうが圧縮自着火拡散燃焼モードであろうが機関負荷が高くなるにつれて可変圧縮比機構を作動させて圧縮比を下げていかなければならないが、通常、圧縮自着火拡散燃焼モードで必要な圧縮比は予混合火花点火火炎伝播燃焼モードに適した圧縮比よりも高いので、これらの燃焼モードの切り替え時には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの最低圧縮比と圧縮自着火拡散燃焼モードの最高圧縮比との間で瞬時に圧縮比の切り替えを実行せねばならない。また、圧縮比を変更して目標トルクを保つには吸入空気量の緻密な制御も必要とされるので、更なる応答性の悪化が引き起こされる。従って、そのような可変圧縮比機構による圧縮比の変更は、燃焼モードを切り替える際の燃焼不良の解決策として応答性の観点から現実味を帯びていない。また、仮に圧縮比の切り替えが瞬時に実行できたとしても、複数の気筒を備えた内燃機関においては、気筒毎の精度良い圧縮比の変更が困難であり、何れかの気筒において圧縮比がずれて燃焼不良を引き起こす可能性がある。更に、そのような可変圧縮比機構を用意する為には、コストの増加は免れず、また、機関自体の大型化を招き、車輌への搭載性の観点からも好ましくない。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、機構上の変更を行わずとも予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間の燃焼モードの切り替えを滑らかに実行させることの可能な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、軽負荷運転時に予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える一方、高負荷運転時に圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替えて運転させる燃焼制御手段を備えた内燃機関において、燃焼制御手段は、パイロット噴射燃料に対して強制的な点火を行って燃焼させてからメイン噴射燃料を圧縮自着火拡散燃焼させるスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転の実施後に、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード又は圧縮自着火拡散燃焼モードから他方の燃焼モードへの切り替えを行うよう構成している。

この請求項１記載の内燃機関においては、燃焼モードの切り替え時にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を介することによって、安定した燃料への着火が可能になる。つまり、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える場合には、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって筒内温度が上昇するので、圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替わった際に燃料を圧縮自着火させることができ、失火等の燃焼不良を回避することができる。また、圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える場合には、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって筒内温度が低下するので、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わった際に燃焼室内の異常高温によるノッキングの発生を抑えることができる。

また、上記目的を達成する為、請求項２記載の発明では、上記請求項１記載の内燃機関において、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際にメイン噴射燃料よりもパイロット噴射燃料の燃料噴射量が少なくなるよう燃焼制御手段を構成している。

この請求項２記載の内燃機関においては、パイロット噴射燃料の急峻な燃焼を防ぐことができる。つまり、パイロット噴射燃料が多い場合には、これに点火することによって燃焼が極端に促進されてしまい、排気エミッション性能の悪化等を招く虞がある。従って、パイロット噴射燃料を少なくすることによって、適切な燃焼状態が保たれるようにしている。

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に記記載の内燃機関において、アクセル開度変化率，負荷変化率又は目標トルク変化率の内の少なくとも１つが所定値よりも大きいときにスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を介することなく前記他方の燃焼モードへの切り替えを行うよう燃焼制御手段を構成している。

この請求項３記載の内燃機関においては、アクセル開度変化率，負荷変化率や目標トルク変化率のような運転者や車輌の意思に応じた出力性能を発揮させることができる。つまり、アクセル開度変化率等が大きいということは運転者や車輌が応答性良く大きな出力変化を行わせたいということを表しており、そのようなときにスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転が介すると所望の出力性能を得ることができないので、このときには、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を禁止させて燃焼モードの切り替えを行う。

また、上記目的を達成する為、請求項４記載の発明では、上記請求項１又は２に記記載の内燃機関において、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードからスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える際に、現状よりも希薄側の空燃比で予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの運転を実施させてからスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへの切り替えを行うよう燃焼制御手段を構成している。

この請求項４記載の内燃機関においては、現状よりも希薄側の空燃比で予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転を実施させることによって燃焼室内への空気量を増加させることができる。従って、この請求項４記載の内燃機関においては、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードに切り替わったときの空気不足によるスモークの発生量の増加を抑えることができる。

本発明に係る内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替える際にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を介するので、安定した着火を実現して失火等を防ぐことができる。従って、この内燃機関によれば、その燃焼モードの切り替え時に、急峻な燃焼やトルク変動を抑えることができるので、ＮＯｘ発生量の増加や燃焼騒音の増大を防ぐことができるようになる。

以下に、本発明に係る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。

本発明に係る内燃機関の実施例１を図１から図５に基づいて説明する。本実施例１においては、性状の異なる少なくとも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所謂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。つまり、その電子制御装置１には、多種燃料内燃機関の燃焼制御を行う燃焼制御手段などが用意されている。この電子制御装置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。つまり、この電子制御装置１には、燃焼制御手段の一機能としてスロットル開度制御手段が用意されている。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。従って、この種の燃料供給装置５０においては、その燃料混合比率が燃焼室ＣＣ内における夫々の燃料の燃料含有比率となる。

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における燃焼制御手段の一機能として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増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、本実施例１の燃料混合手段５３における燃料混合比率については、運転条件や燃焼モード等に応じて変わる変動値とする。

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における燃焼制御手段の一機能として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。

こ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（燃焼ガス）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燃焼ガスの排気ポート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着火性の良好な燃料が必要とされる。例えば、その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、着火性の良い燃料には、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窒素酸化物（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などが知られている。ここで、蒸発性の高い燃料は、空気と混合され易いので、圧縮自着火拡散燃焼させる際の燃料の過濃領域を減少させ、粒子状物質（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。

本実施例１の多種燃料内燃機関は、少なくとも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における燃焼制御手段の一機能としての点火制御手段の指示に従い、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においては、第１燃料タンク４１Ａ内の第１燃料Ｆ１として蒸発性が高く着火性の低い燃料（以下、「高蒸発性燃料」という。）を貯留させ、第２燃料タンク４１Ｂ内の第２燃料Ｆ２として着火性が高く蒸発性の低い燃料（以下、「高着火性燃料」という。）を貯留させておく。例えば、第１燃料Ｆ１としてはガソリンが貯留され、第２燃料Ｆ２としては軽油が貯留されている。

また、本実施例１の電子制御装置１には、燃焼制御手段の一機能として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。本実施例１の燃焼モードマップデータは、大別すると、高負荷運転時に圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、軽負荷運転時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予め実験やシミュレーションに基づき設定しておく。尚、厳密な燃焼モードマップデータは、機関回転数Ｎｅも考慮に入れて適切な燃焼モードが選択されるようになっている。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、一般に、圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転においては、点火プラグ７１の様な点火源を用いなくとも混合気が燃焼室ＣＣ内で圧縮自着火し得る条件下で運転される一方、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転においては、たとえ燃焼ガスの膨張で未燃混合気が圧縮されたとしても、その未燃混合気が圧縮自着火しないような条件下で運転される。つまり、そのような２つの燃焼モードで運転される本実施例１の多種燃料内燃機関においては、その夫々の燃焼モードの運転領域の間に繋がりが無いので、その間で滑らかに燃焼モードを切り替えることが難しい。例えば、本実施例１の多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転に合わせて、ある程度まで圧縮比を低くしたと仮定する。しかしながら、この場合には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替えたときに圧縮端温度が低すぎて圧縮自着火することができず、失火してしまう可能性があるので、トルク変動や急峻な燃焼を引き起こし、窒素酸化物（ＮＯｘ）の発生や燃焼騒音の増大を招いてしまう虞がある。一方、そのように圧縮比を低くしてしまうと圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転へと滑らかに移行することができないので、本実施例１の多種燃料内燃機関は、ある程度まで圧縮比を高くしたと仮定する。しかしながら、この場合には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードにおいて筒内温度が異常に高くなり、ノッキングが発生し易くなる。即ち、この多種燃料内燃機関は、このままでは何れにせよ圧縮自着火拡散燃焼モードと予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの間で滑らかに燃焼モードの切り替えを行うことができない。

また、圧縮自着火拡散燃焼モード運転の場合、本実施例１の燃焼制御手段は、第２燃料（高着火性燃料）Ｆ２のみ又は当該第２燃料（高着火性燃料）Ｆ２の燃焼室ＣＣ内における含有割合を第１燃料（高蒸発性燃料）Ｆ１の含有割合よりも高くし、その際の運転条件に適した高い着火性の燃料へと変更して運転させる。一方、この燃焼制御手段は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転の場合に、第１燃料（高蒸発性燃料）Ｆ１のみ又は当該第１燃料（高蒸発性燃料）Ｆ１の燃焼室ＣＣ内における含有割合を第２燃料（高着火性燃料）Ｆ２の含有割合よりも高くして、その際の運転条件に適した高い蒸発性の燃料へと変更して運転させる。従って、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、圧縮自着火拡散燃焼モードと予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの間で燃焼モードの切り替えが行われるときに、その切り替え後の燃焼モードに合わせた燃料（混合燃料）への切り替えが燃料供給装置５０に対して指示される。

しかしながら、その燃料供給装置５０においては、その燃料流路に燃焼モードの切り替え前の燃料（混合燃料）が残っており、燃焼モードの切り替えと同時に次の燃焼モードに合わせた燃料（混合燃料）が燃料噴射弁５７から噴射されるとは限らない。従って、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへの切り替え直後においては、着火性の低い燃料（混合燃料）が燃焼室ＣＣ内に噴射されるので、その燃料（混合燃料）による混合気が圧縮自着火し難く、燃焼しない可能性がある。更に、このときには、燃焼したとしても失火してしまう可能性があるので、これによってもトルク変動や急峻な燃焼を引き起こしてしまう虞もある。一方、圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへの切り替え直後においては、着火性の高い燃料（混合燃料）が燃焼室ＣＣ内に噴射され、その燃料（混合燃料）による混合気が点火プラグ７１による着火の前に燃焼室ＣＣ内で圧縮自着火してしまう可能性があるので、安定した着火動作が行われなくなる。これが為、この多種燃料内燃機関は、このときにもトルク変動や急峻な燃焼を引き起こす虞がある。

そこで、本実施例１においては、圧縮自着火拡散燃焼モードと予混合火花点火火炎伝播燃焼モードとの間で燃焼モードの切り替えを行う際に、一先ず点火プラグ７１で着火補助を行って圧縮自着火拡散燃焼（以下、「スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼」という。）させるように構成する。つまり、本実施例１の多種燃料内燃機関は、その燃焼モードの切り替えを行う際にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼での運転を介在させることによって筒内温度を安定させ、その切り替えを滑らかに実行できるようにする。従って、本実施例１の燃焼モード設定手段は、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードの選択もできるように構成しておく。本実施例１においては、圧縮自着火拡散燃焼領域と予混合火花点火火炎伝播燃焼領域との間にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼領域を設けた図２に示す燃焼モードマップデータを用意し、その運転条件（機関回転数Ｎｅ及び機関負荷Ｋｌ）に当てはまったときにスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードが選択されるよう燃焼モード設定手段を構成しておく。その燃焼モードマップデータについては、上述したように実験やシミュレーションの結果に基づいて設定を行う。

具体的に、本実施例１のスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードとは、図３に示す如く、圧縮行程後期に燃焼室ＣＣ内へと燃料をパイロット噴射させて、このパイロット噴射燃料による混合気に対して点火プラグ７１で着火させ、更に、その後の圧縮行程後期において燃料をメイン噴射させるものである。

つまり、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える際には、パイロット噴射燃料の燃焼によって筒内温度を上昇させ、そこに燃料をメイン噴射してメイン噴射燃料の圧縮自着火を可能にする。そして、その際にはスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転により筒内温度が上昇していくので、本実施例１の多種燃料内燃機関は、たとえ圧縮比が低くても圧縮自着火拡散燃焼モードへと最終的に切り替えたときに燃料の安定した圧縮自着火が可能になる。ここで、燃料供給装置５０の燃料流路に先の燃焼モードにおける着火性の低い燃料（混合燃料）が残っている場合もあるが、その場合には、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を介することによって燃料（混合燃料）の着火性が低くても圧縮自着火できるようになる。

一方、圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える際には、パイロット噴射燃料の燃焼によって筒内温度が低下する。尚、それでも筒内温度は高いので、メイン噴射燃料の圧縮自着火は可能である。そして、その際にはスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転により筒内温度が下がっていくので、本実施例１の多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと最終的に切り替えたときにノッキングの発生を抑えることができる。燃料供給装置５０の燃料流路に先の燃焼モードにおける着火性の高い燃料（混合燃料）が残っている場合もあるが、その場合には、少なくとも着火性の高い燃料（混合燃料）に対してスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転させることによって、その着火性の高い燃料（混合燃料）を予混合火花点火火炎伝播燃焼モードで運転させるよりもトルク変動や急峻な燃焼の発生を抑えることができる。

ここで、そのパイロット噴射の噴射時期については、必ずしも圧縮行程後期に限定するものではなく、メイン噴射が実行される前（吸気行程から圧縮行程後期までの間）であれば何時でもよい。但し、メイン噴射時の筒内温度を少なくとも安定した圧縮自着火ができる程度に保つことが必要なので、この点を考慮に入れてパイロット噴射の噴射時期を設定しておくことが望ましい。

また、パイロット噴射の噴射量については、メイン噴射の噴射量よりも少なくすることが好ましい。即ち、あまり多くの燃料をパイロット噴射すると、点火によって急峻な燃焼を引き起こしてしまう可能性があり、排気エミッション性能の悪化等を招く虞があるので、パイロット噴射の噴射量は、適切な燃焼状態が保たれるようにメイン噴射の噴射量よりも少ない方がよい。

以下に、本実施例１の多種燃料内燃機関における燃焼モード切替動作の一例を図４のフローチャートに基づき説明する。

ここで例示する予混合火花点火火炎伝播燃焼モードは、図３に示す如く、圧縮行程において燃焼室ＣＣ内に燃料をメイン噴射させ、このメイン噴射燃料による混合気に対して点火させるものである。一方、ここで例示する圧縮自着火拡散燃焼モードは、図３に示す如く、圧縮行程後期に燃焼室ＣＣ内へと燃料をメイン噴射させて、このメイン噴射燃料による混合気を圧縮自着火させるものである。尚、圧縮自着火拡散燃焼モードにおけるメイン噴射は、複数回に分けて行ってもよい。

先ず、本実施例１の電子制御装置１の燃焼制御手段は、燃焼モードの切替条件になっているのか否かについて判断する（ステップＳＴ１）。例えば、このステップＳＴ１の判断においては、機関負荷Ｋｌの大きさ（厳密には機関回転数Ｎｅも含めた運転条件）を利用する。

具体的に、このステップＳＴ１においては、例えば、運転者や車輌の要求による目標トルクの上昇に伴って機関負荷Ｋｌが高くなっていき、その機関負荷Ｋｌと機関回転数Ｎｅが夫々に所定値を超えた場合に予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへの切替条件になったと判断させる。この場合には、図２の予混合火花点火火炎伝播燃焼領域とスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼領域との境界線における機関負荷Ｋｌと機関回転数Ｎｅを各々の所定値として設定する。つまり、ここでは、機関負荷Ｋｌが高くなってスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼領域に入るときに、燃焼モードを予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える必要があると予測を立てている。

また、このステップＳＴ１においては、例えば、運転者や車輌の要求による目標トルクの下降に伴って機関負荷Ｋｌが低くなっていき、その機関負荷Ｋｌと機関回転数Ｎｅが夫々に所定値を超えた場合に圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへの切替条件になったと判断させる。この場合には、図２の圧縮自着火拡散燃焼領域とスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼領域との境界線における機関負荷Ｋｌと機関回転数Ｎｅを各々の所定値として設定する。つまり、ここでは、機関負荷Ｋｌが低くなってスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼領域に入るときに、燃焼モードを圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える必要があると予測を立てている。

本実施例１の燃焼制御手段は、このステップＳＴ１において燃焼モードの切替条件になっていないと判断した場合、本処理を一旦終えてこのステップＳＴ１の判断を繰り返す。

一方、この燃焼制御手段は、このステップＳＴ１において燃焼モードの切替条件になっていると判断した場合、次に、アクセル開度変化率Ａｃを求め、このアクセル開度変化率Ａｃが所定値α以下であるのか否かについて判断する（ステップＳＴ２）。

ここで示すアクセル開度変化率Ａｃとは、アクセルペダル（図示略）の操作時間当たりのアクセル開度変化量，即ちアクセルペダルについての操作時間当たりの移動量のことであり、図１に示すアクセル操作量検出センサ８１の検出信号を利用して求めることができる。例えば、そのアクセル操作量検出センサ８１がアクセルペダルの移動量を検出するものである場合には、そのアクセル操作量検出センサ８１の検出信号からアクセルペダルの移動量を検出すると共にその検出信号の受信継続時間を操作時間として計数し、これらからアクセル開度変化率Ａｃを求めることができる。尚、一般にアクセルペダルの移動量とアクセル開度変化量との間には既定の対応関係が存在しているので、アクセルペダルの移動量が明らかになればアクセル開度変化率Ａｃの演算が可能になる。

ここで、アクセルペダルが素早く且つ大きく操作されたときアクセル開度変化率Ａｃが大きくなるが、そのときには、運転者が応答性の良い明確な出力変化を求めていると考えられる。つまり、そのようなときにスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼を介して燃焼モードの切り替えを行うと、この多種燃料内燃機関は、運転者の望む出力変化を実行することができない。例えば、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える場合には、運転者のアクセル操作に応じた応答性の良い大きな出力トルクの上昇が行われず、その運転者に所望の大きな加速度を感じさせることができない可能性がある。一方、このような場合であっても、アクセルペダルが素早く且つ大きく操作されたときには、燃料供給装置５０の燃料流路に残っている切り替え前の燃焼モードの燃料（混合燃料）が早い段階で噴射し尽くされて次の燃焼モードの燃料（混合燃料）に切り替わるので、圧縮自着火拡散燃焼モードへ切り替える際の燃焼不良が起こりにくい。また、圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える場合には、運転者が一気に予混合火花点火火炎伝播燃焼領域まで一気に機関負荷Ｋｌを下げたいにも拘わらず、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードを介することによって運転者に所望の大きな減速度を感じさせることができない可能性がある。

従って、このステップＳＴ２においては、アクセルペダルが素早く且つ大きく操作されたときに運転者の加速又は減速要求を優先させるべく、アクセル開度変化率Ａｃと所定値αとの比較判断を行う。その所定値αとしては、例えば、燃焼モードの切り替え時にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼を行っても運転者が加速度や減速度の点で違和感を覚えないアクセル開度変化率Ａｃの最大値が考えられ、予め実験やシミュレーションを行って設定しておく。

本実施例１の燃焼制御手段は、このステップＳＴ２においてアクセル開度変化率Ａｃが所定値α以下であると判断した場合、燃焼モード設定手段にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードを選択させ、そのときの運転条件に応じたスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を実行させる（ステップＳＴ３）。

例えば、この燃焼制御手段は、図５に示す如く、アクセルペダルが素早く且つ大きく踏み込まれてスロットル開度が一気に大きくなったときに、燃焼モード設定手段に対して燃焼モードを予混合火花点火火炎伝播燃焼モードからスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードに切り替えさせる。本実施例１の多種燃料内燃機関においては、その際に、第１燃料（高蒸発性燃料）Ｆ１のみ又は当該第１燃料（高蒸発性燃料）Ｆ１の含有割合の高い混合燃料から第２燃料（高着火性燃料）Ｆ２のみ又は当該第２燃料（高着火性燃料）Ｆ２の含有割合の高い混合燃料への切り替えを燃料供給装置５０に対して実行させる。そして、この燃焼制御手段は、機関負荷Ｋｌに応じたパイロット噴射時期になると燃料｛燃料供給装置５０の燃料流路に着火性の低い先の燃焼モードの燃料（混合燃料）が残っていればその燃料（混合燃料）｝を燃料噴射制御手段の指示に従って燃焼室ＣＣ内にパイロット噴射させ、その燃料の混合気に対して点火制御手段の指示した点火時期に点火させる。これにより、この多種燃料内燃機関においては、そのパイロット噴射燃料の混合気が燃焼して、筒内温度が上昇していく。しかる後、燃焼制御手段は、機関負荷Ｋｌに応じたメイン噴射時期（圧縮行程後期）になると、燃料｛燃料供給装置５０の燃料流路に着火性の低い先の燃焼モードの燃料（混合燃料）が残っていればその燃料（混合燃料）｝を燃料噴射制御手段の指示に従って燃焼室ＣＣ内にメイン噴射させる。これにより、この多種燃料内燃機関においては、そのメイン噴射燃料が高温の燃焼室ＣＣ内で圧縮自着火し、拡散燃焼が行われる。つまり、本実施例１の多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える際にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を行うので、圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替わる前に筒内温度を上昇させることができる。また、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、燃料供給装置５０の燃料流路に着火性の低い燃料（混合燃料）が残っていても、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転させることによってその燃料（混合燃料）に対して安定した着火を行うことができるので、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転中の失火等の燃焼不良を防ぎ、急峻な燃焼やトルク変動を抑えることができる。

一方、圧縮自着火拡散燃焼モードからスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードに切り替える場合、燃焼制御手段は、機関負荷Ｋｌに応じたパイロット噴射時期になると燃料｛燃料供給装置５０の燃料流路に着火性の高い先の燃焼モードの燃料（混合燃料）が残っていればその燃料（混合燃料）｝を燃料噴射制御手段の指示に従って燃焼室ＣＣ内にパイロット噴射させ、その燃料の混合気に対して点火制御手段の指示した点火時期に点火させる。しかる後、この燃焼制御手段は、機関負荷Ｋｌに応じたメイン噴射時期（圧縮行程後期）になると燃料｛燃料供給装置５０の燃料流路に着火性の低い先の燃焼モードの燃料（混合燃料）が残っていればその燃料（混合燃料）｝を燃料噴射制御手段の指示に従って燃焼室ＣＣ内にメイン噴射させる。このように、本実施例１の多種燃料内燃機関は、圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える際にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を行うので、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わる前に筒内温度を低下させることができる。また、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、燃料供給装置５０の燃料流路に着火性の高い燃料（混合燃料）が残っていても、その燃料（混合燃料）をスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転させることによって筒内温度の急激な上昇を抑えることができるので、急峻な燃焼やトルク変動の抑制が可能になる。

本実施例１の燃焼制御手段は、そのステップＳＴ３のスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を終えた後、燃焼モード設定手段に対して燃焼モードをスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードから予混合火花点火火炎伝播燃焼モード又は圧縮自着火拡散燃焼モードに切り替えさせる（ステップＳＴ４）。ここで、その切り替えについては、新たな燃焼モードの燃料（混合燃料）が燃料噴射弁５７から噴射される時期を見計らって実行させてもよく、運転条件（機関負荷Ｋｌや機関回転数Ｎｅ）に合わせて実行させてもよい。尚、前者の場合には、燃料供給装置５０の燃料流路における先の燃焼モードの燃料（混合燃料）の残存量とこの燃料（混合燃料）の噴射量とから切り替え時期を判断する。

これにより、予混合火花点火火炎伝播燃焼モード→スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード→圧縮自着火拡散燃焼モードの順で燃焼モードが切り替わるときには、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって筒内温度が上昇しているので、圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替わったときに燃料に対する安定した圧縮自着火が可能になり、失火等を防ぐことができる。一方、圧縮自着火拡散燃焼モード→スパークアシスト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の順で燃焼モードが切り替わるときには、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって筒内温度を低下させるので、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替わったときにノッキングの発生を抑えることができる。

尚、上記ステップＳＴ２においてアクセル開度変化率Ａｃが所定値αよりも大きいと判断された場合には、燃焼モード設定手段によるスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードの選択を禁止させ、そのままステップＳＴ４に進ませる。これにより、この場合には、運転者や車輌の意志に沿った応答性の良い出力性能が発揮される。

以上示したように、本実施例１の多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間で燃焼モードを切り替える際にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を介するので、安定した着火を実現して失火等を防ぎ、急峻な燃焼やトルク変動を抑えることができる。従って、この多種燃料内燃機関によれば、その燃焼モードの切り替え時におけるＮＯｘ発生量の増加や燃焼騒音の増大を防ぐことが可能になる。

ところで、上述した本実施例１においてはアクセル開度変化率Ａｃに応じて燃焼モードの切り替え時にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードを介すべきか否か判断させているが、この上記ステップＳＴ２の判断については、以下のように必ずしもアクセル開度変化率Ａｃを利用せずともよい。

例えば、そのアクセル開度変化率Ａｃは、スロットルバルブ２４の作動時間当たりのスロットル開度変化量，即ちスロットルバルブ２４の作動時間当たりの移動量であるスロットル開度変化率に置き換えることもできる。つまり、スロットルバルブ２４が素早く且つ大きく作動したとき（そのスロットル開度変化率が所定値よりも大きいとき）には、運転者又は車輌の要求を優先させるべく、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を禁止させる。

また、アクセル開度変化率Ａｃやスロットル開度変化率は、言うなれば、目標トルクや負荷の変化率と一意の対応関係を有しており、目標トルク変化率又は負荷変化率に置き換えることもできる。従って、目標トルク変化率又は負荷変化率が所定値よりも大きいときには、運転者又は車輌の要求を優先させるべく、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を禁止させてもよい。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例２を図６から図８を用いて説明する。

前述した実施例１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、その実施例１で説明した予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間における燃焼モード切替時の技術については、別構成の多種燃料内燃機関に対しても適用することができる。

例えば、その技術は、実施例１の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図６に示す燃料供給装置１５０へと置き換え、第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料を燃焼室ＣＣ内だけでなく吸気ポート１１ｂへも噴射させるよう構成した多種燃料内燃機関に適用してもよく、これにおいても実施例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。

ここで、その図６に示す燃料供給装置１５０とは、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夫々の気筒の吸気ポート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。

この場合の多種燃料内燃機関においては、例えば、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁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図３に示す如く吸気行程において燃料噴射弁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、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際には、実施例１のときと同じく燃料噴射弁５７のみを駆動制御して混合燃料の燃焼室ＣＣ内への噴射を実行させてもよいが、双方の燃料噴射弁５７，１５７を駆動制御して夫々から混合燃料を噴射させてもよい。このように双方の燃料噴射弁５７，１５７を利用する場合には、パイロット噴射のときに図８に示す如く吸気行程において燃料噴射弁１５７を駆動制御して混合燃料の吸気ポート１１ｂへの噴射を実行させ、メイン噴射のときに燃料噴射弁５７を駆動制御して混合燃料を燃焼室ＣＣ内へと噴射させる。尚、この場合のパイロット噴射燃料に対しては、図８に示す如く、圧縮行程において点火プラグ７１から点火させる。

また、実施例１における燃焼モード切替時の技術は、その実施例１の多種燃料内燃機関において燃料供給装置５０を図７に示す燃料供給装置２５０へと置き換え、燃料混合手段５３を用いることなく第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２を個別に噴射させるよう構成した多種燃料内燃機関に適用してもよく、これにおいても実施例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。

ここで、その図７に示す燃料供給装置２５０とは、燃焼室ＣＣ内に第１燃料Ｆ１（高着火性燃料）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（高蒸発性燃料、高耐ノック性）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第１デリバリ通路２５６Ａと、この第１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を夫々の気筒に分配する第２デリバリ通路２５６Ｂと、この第２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。

この場合の多種燃料内燃機関においては、例えば、圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に燃料噴射弁２５７Ａのみ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。

一方、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する場合には、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードからの切り替えであるのか圧縮自着火拡散燃焼モードからの切り替えであるのかに拘わらず、パイロット噴射時に燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂの内の何れかを駆動制御して燃料を噴射させ、メイン噴射時に燃料噴射弁２５７Ａを駆動制御して燃料を噴射させる。燃料噴射弁２５７Ｂからパイロット噴射させるときには、図８に示す如く吸気行程において燃料噴射弁２５７Ｂを駆動制御する。

次に、本発明に係る内燃機関の実施例３を図９から図１１を用いて説明する。尚、本実施例３においても、複数種類の燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関を例に挙げて説明する。

前述した実施例１，２においては、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える際にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を介している。しかしながら、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードにおける空燃比Ａ／Ｆによっては、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替わったときに空気量が不足してスモークの発生量を増加させてしまう可能性がある。つまり、一般に、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼は、空燃比Ａ／Ｆが同じと仮定すると、予混合火花点火火炎伝播燃焼に比べてスモークを発生させ易い。

そこで、本実施例３においては、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードからスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替えるときにスモークの発生を抑えることができるように構成する。具体的に、本実施例３の多種燃料内燃機関は、前述した実施例１又は実施例２の多種燃料内燃機関において、そのような切り替え時にスモークの発生量の増加が懸念されると判断できたときには一旦空燃比Ａ／Ｆを希薄（リーン）側に変更して予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転させ、これにより燃焼室ＣＣ内への空気量を増加させるように燃焼制御手段を構成する。

ここで、スモークの発生量が増加するか否かについては、切り替え前の予混合火花点火火炎伝播燃焼モードにおける空燃比Ａ／Ｆを所定値βと比較させることによって判断できる。つまり、その空燃比Ａ／Ｆが所定値βを超えていれば燃焼室ＣＣ内の空気量が十分に確保できているので、スモークの発生量は増加しないと判断することができる。その所定値βについては、スモークの発生量を抑えることの可能な値を予め実験やシミュレーションによって設定しておくのであるが、スモークの発生量が増加するか否かは機関回転数Ｎｅの高さに依存するので、図９に示すマップデータからその都度判断させるようにする。尚、この図９においては、便宜上所定値βと機関回転数Ｎｅが比例関係にあるが、必ずしもかかる関係に限定されるものではない。

また、現状の空燃比Ａ／Ｆは、燃焼制御手段の制御要求時に使用した値を利用してもよく、図１（又は図６，７）に示すＯ₂センサやＡ／Ｆセンサ等の排気センサ８２の検出値を利用してもよい。

以下に、本実施例３の多種燃料内燃機関における燃焼モード切替動作の一例を図１０のフローチャートに基づき説明する。

ここで例示する予混合火花点火火炎伝播燃焼モードは、実施例１の説明のときと同様に、圧縮行程において燃焼室ＣＣ内に燃料をメイン噴射させ、このメイン噴射燃料による混合気に対して点火させるものである。一方、ここで例示する圧縮自着火拡散燃焼モードについても、実施例１の説明のときと同様に、圧縮行程後期に燃焼室ＣＣ内へと燃料をメイン噴射させて、このメイン噴射燃料による混合気を圧縮自着火させるものである。

先ず、本実施例３の電子制御装置１の燃焼制御手段は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへの切替条件になっているのか否かについて判断する（ステップＳＴ１１）。このステップＳＴ１１の判断は、実施例１で説明したステップＳＴ１のときと同様にして行う。

この燃焼制御手段は、このステップＳＴ１１において予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへの切替条件になっていないと判断した場合、本処理を一旦終えてこのステップＳＴ１１の判断を繰り返す。

一方、この燃焼制御手段は、このステップＳＴ１１においてそのような燃焼モードの切替条件になっていると判断した場合、次に、実施例１で説明したステップＳＴ２のときと同様にしてアクセル開度変化率Ａｃを求め、このアクセル開度変化率Ａｃが所定値α以下であるのか否かについて判断する（ステップＳＴ１２）。

本実施例３の燃焼制御手段は、このステップＳＴ１２においてアクセル開度変化率Ａｃが所定値α以下であると判断した場合、続けて、現状の予混合火花点火火炎伝播燃焼モードにおける空燃比Ａ／Ｆが所定値β以下なのか否かについての判断を行う（ステップＳＴ１３）。

そして、このステップＳＴ１３において空燃比Ａ／Ｆが所定値βを超えていると判断された場合には、燃焼室ＣＣ内の空気量が十分に確保できているのでスモークの発生量は増加しないと判断し、実施例１，２のときと同様に、下記のステップＳＴ１６に進んでスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を実行させる。

一方、このステップＳＴ１３において空燃比Ａ／Ｆが所定値β以下と判断された場合、この燃焼制御手段は、図１１に示すように、空燃比Ａ／Ｆを現状よりも希薄（リーン）側に変更させ（ステップＳＴ１４）、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転を継続させる（ステップＳＴ１５）。その空燃比Ａ／Ｆの変更量については、スモークの発生量の増加を抑えることのできる値を予め実験やシミュレーションによって求めておく。従って、現状が理論空燃比（ストイキ空燃比）であれば希薄空燃比（リーン空燃比）へと変更されるが、現状が希薄空燃比の場合には更に大きく希薄側へと移った希薄空燃比に変更され、現状が過濃空燃比（リッチ空燃比）の場合にはこれよりも希薄側の過濃空燃比，理論空燃比又は希薄空燃比の何れかに変更される。

本実施例３の多種燃料内燃機関は、このようにして現状よりも希薄（リーン）側での予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転を行うことによって、燃焼室ＣＣ内への空気量が増加する。従って、本実施例３の燃焼制御手段は、その後に燃焼モード設定手段に対してスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードを選択させ、そのときの運転条件に応じたスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を十分な空気量の下で実行させる（ステップＳＴ１６）。これにより、この多種燃料内燃機関においては、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替わったときのスモークの発生量の増加を抑えることができる。更に、この多種燃料内燃機関においては、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を行うことによる実施例１，２と同様の効果も奏することができる。

しかる後、本実施例３の燃焼制御手段は、燃焼モード設定手段に対して燃焼モードをスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードに切り替えさせる（ステップＳＴ１７）。これにより、この多種燃料内燃機関においては、実施例１，２と同様に、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転によって筒内温度が上昇しているので、圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替わったときに燃料に対する安定した圧縮自着火が可能になり、失火等を防ぐことができる。

尚、上記ステップＳＴ１２においてアクセル開度変化率Ａｃが所定値αよりも大きいと判断された場合には、燃焼モード設定手段によるスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードの選択を禁止させ、そのままステップＳＴ１７に進ませる。これにより、この場合には、運転者や車輌の意志に沿った応答性の良い出力性能が発揮される。

以上示したように、本実施例３の多種燃料内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへと燃焼モードを切り替える際に、現状よりも希薄（リーン）側での予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転を行った後にスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転を行い、最終的な圧縮自着火拡散燃焼モードへの切り替えを行っている。従って、この多種燃料内燃機関においては、実施例１，２と同様に、安定した着火により失火等を防いで急峻な燃焼やトルク変動を抑え、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから圧縮自着火拡散燃焼モードへの燃焼モードの切り替え時におけるＮＯｘ発生量の増加や燃焼騒音の増大を防ぐことができる。更に、この多種燃料内燃機関によれば、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転へと移る前に現状よりも希薄（リーン）側での予混合火花点火火炎伝播燃焼モード運転を行うので、十分な空気量を確保することができるようになり、スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード運転へと移ったときのスモークの発生量の増加を抑えることができる。

ところで、上述した各実施例１〜３においては２種類の燃料で運転される多種燃料内燃機関について例示したが、これら各実施例１〜３の多種燃料内燃機関に係る燃焼モード切り替え時の技術については、これよりも多くの種類の燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関に対して適用してもよい。

また、上述した各実施例１〜３においては予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間の切り替えに応じて燃料（燃料性状）の切り替えも行っているが、その燃料（燃料性状）については、必ずしも切り替えなくてもよい。つまり、これら各実施例１〜３においては性状の異なる複数の燃料を用いて運転される所謂多種燃料内燃機関について例示したが、これら各実施例１〜３の技術については、単一の燃料（例えば、ガソリン）のみで運転される内燃機関に対して適用してもよく、各々と同様の効果を得ることができる。

以上のように、本発明に係る内燃機関は、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードと圧縮自着火拡散燃焼モードとの間の燃焼モードの切り替えを滑らかに実行させる技術に有用である。

本発明に係る内燃機関の実施例１，３の構成について示す図である。 予混合火花点火火炎伝播燃焼領域とスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼領域と圧縮自着火拡散燃焼領域とを有する燃焼モードマップデータの一例を示す図である。 予混合火花点火火炎伝播燃焼モード，スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モード及び圧縮自着火拡散燃焼モードの夫々についての燃料噴射時期と点火時期の一例を示す図である。 実施例１の多種燃料内燃機関の動作について説明するフローチャートである。 実施例１における夫々の燃焼モードにおいての目標トルク（総燃料噴射量）とスロットル開度と燃料噴射時期と点火時期の一例を示す図である。 本発明に係る内燃機関の実施例２の構成について示す図である。 本発明に係る内燃機関の実施例２の変形例の構成について示す図である。 実施例２における夫々の燃焼モードにおいての目標トルク（総燃料噴射量）とスロットル開度と燃料噴射時期と点火時期の一例を示す図である。 実施例３における空燃比Ａ／Ｆの比較判断閾値（所定値β）を求めるマップデータの一例を示す図である。 実施例３の多種燃料内燃機関の動作について説明するフローチャートである。 実施例３における夫々の燃焼モードにおいての目標トルク（総燃料噴射量）とスロットル開度と空燃比Ａ／Ｆと燃料噴射時期と点火時期の一例を示す図である。

符号の説明

１ 電子制御装置
１１ｂ 吸気ポート
１６ クランク角センサ
２３ エアフロメータ
２４ スロットルバルブ
２５ スロットルバルブアクチュエータ
２６ スロットル開度センサ
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
７１ 点火プラグ
８１ アクセル操作量検出センサ
８２ 排気センサ
ＣＣ 燃焼室
Ｋｌ 機関負荷
Ｎｅ 機関回転数
Ｆ１ 第１燃料
Ｆ２ 第２燃料

Claims (4)

1. 軽負荷運転時に予混合火花点火火炎伝播燃焼モードへと切り替える一方、高負荷運転時に圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替えて運転させる燃焼制御手段を備えた内燃機関において、
   前記燃焼制御手段は、パイロット噴射燃料に対して強制的な点火を行って燃焼させてからメイン噴射燃料を圧縮自着火拡散燃焼させるスパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転の実施後に、前記予混合火花点火火炎伝播燃焼モード又は前記圧縮自着火拡散燃焼モードから他方の燃焼モードへの切り替えを行うよう構成したことを特徴とする内燃機関。
2. 前記燃焼制御手段は、前記スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードで運転する際に前記メイン噴射燃料よりも前記パイロット噴射燃料の燃料噴射量が少なくなるよう構成したことを特徴とする請求項１記載の内燃機関。
3. 前記燃焼制御手段は、アクセル開度変化率，負荷変化率又は目標トルク変化率の内の少なくとも１つが所定値よりも大きいときに前記スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を介することなく前記他方の燃焼モードへの切り替えを行うよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。
4. 前記燃焼制御手段は、前記予混合火花点火火炎伝播燃焼モードから前記スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへと切り替える際に、現状よりも希薄側の空燃比で予混合火花点火火炎伝播燃焼モードの運転を実施させてから前記スパークアシスト圧縮自着火拡散燃焼モードへの切り替えを行うよう構成したことを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関。

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