JP2009108780A - 圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】点火栓の良好な点火作用を確保しつつ、自着火温度が高い燃料を良好に圧縮着火させ燃焼させる。
【解決手段】燃焼室５内に燃料噴射弁１０及び点火栓１１を配置する。主噴射を行うのに先立ち燃料噴射弁１０により補助噴射を行って混合気を形成すると共に混合気を点火栓１１により着火し次いで燃料噴射弁１０により主噴射を行って主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を行う。スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに煤が点火栓１１に付着堆積する危険性である煤付着堆積危険性が低い燃料と、煤付着危険性が高い燃料とを混合して燃料噴射弁１０に供給する。スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに点火栓１１に付着堆積する煤量を予測し、予測された煤量が多いときには予測された煤量が少ないときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くする。
【選択図】図１

Description

本発明は圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置に関する。

圧縮上死点周りで燃料を燃焼室内に噴射し、この燃料を圧縮着火させる圧縮着火機関が従来から知られている。ところが、天然ガス又は水素ガスのように自着火温度が高い燃料が用いられると、この燃料を圧縮着火させるのが困難となり、したがって圧縮着火機関において燃焼させるのが困難となる。

そこで、燃焼室内に燃料噴射弁及び点火栓を配置し、主噴射を行うのに先立ち燃料噴射弁により補助噴射を行って燃焼室内に混合気を形成すると共にこの混合気を点火栓により着火し、次いで燃料噴射弁により主噴射を行ってこの主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を行う内燃機関が公知である（特許文献１等参照）。すなわち、この内燃機関では、まず混合気を着火燃焼させることにより燃焼室内の温度及び圧力を上昇させ、それによって主噴射による燃料が自着火できるようにしている。

特開２００３−２５４１０５号公報

しかしながら、このようなスパークアシスト拡散燃焼を行うと主噴射による燃料の拡散燃焼に伴って燃料室内に煤が生ずるおそれがあり、この煤が点火栓に付着堆積すると良好な点火作用が困難になるという問題がある。

なお、燃料噴射弁により主噴射を行って燃焼室内をほぼ一様に満たす混合気を形成すると共にこの混合気を点火栓により着火させ火炎伝播燃焼させる点火着火火炎伝播燃焼や、圧縮上死点周りにおいて燃料噴射弁により主噴射を行ってこの主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させる圧縮着火拡散燃焼が従来から知られているが、点火着火火炎伝播燃焼では煤がほとんど発生せず、圧縮着火拡散燃焼では燃焼室内に点火栓が配置されない。したがって、上述の問題点はスパークアシスト拡散燃焼に固有の問題点であるということになる。

本発明によれば、燃焼室内に燃料噴射弁及び点火栓を配置し、主噴射を行うのに先立ち該燃料噴射弁により補助噴射を行って混合気を形成すると共に該混合気を該点火栓により着火し次いで該燃料噴射弁により主噴射を行って該主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を行う圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置において、前記スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに煤が前記点火栓に付着堆積する危険性である煤付着堆積危険性が互いに異なる複数の燃料を、その混合割合を変更可能に前記燃料噴射弁に供給する供給手段と、前記スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに前記点火栓に付着堆積する煤量を予測して該予測された煤量が多いときには該予測された煤量が少ないときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くする制御手段と、を具備している。

点火栓の良好な点火作用を確保しつつ、自着火温度が高い燃料を良好に圧縮着火させ燃焼させることができる。

図１を参照すると、１は複数の気筒を備える機関本体、２はシリンダブロック、３はシリンダヘッド、４はピストン、５は燃焼室、６は一対の吸気弁、７は一対の吸気ポート、８は一対の排気弁、９は一対の排気ポート、１０は単一の電子制御式燃料噴射弁、１１は点火栓をそれぞれ示す。この場合、図２に示されるように、一対の吸気弁６及び一対の排気弁８は平坦状のシリンダヘッド内壁面３ａのほぼ中央すなわち燃焼室５のほぼ中央を通る対称面Ｌ−Ｌに関しそれぞれ対称的に配置されており、燃料噴射弁１０及び点火栓１１はこの対称面Ｌ−Ｌ上に配置される。また、本発明による実施例では、燃料噴射弁１０は燃焼室５のほぼ中央に一つだけ配置され、点火栓１１は燃料噴射弁１０の周囲の燃焼室５に配置される。

再び図１を参照すると、各気筒の吸気ポート７は対応する吸気枝管１２を介してサージタンク１３に連結される。サージタンク１３は吸気ダクト１４を介して排気ターボチャージャ１５のコンプレッサ１５ｃの出口に連結され、コンプレッサ１５ｃの入口は吸気導入管１６を介してエアクリーナ１７に連結される。吸気ダクト１４内にはステップモータ１８によって駆動されるスロットル弁１９が配置され、吸気導入管１６内には吸入空気量を検出するためのエアフローメータ２０が配置される。さらに、吸気ダクト１４周りには吸気ダクト１４内を流れる吸入空気を冷却するための冷却装置２１が配置される。

一方、各気筒の排気ポート９は排気マニホルド２２及び排気管２３を介して排気ターボチャージャ１５の排気タービン１５ｔの入口に連結され、排気タービン１５ｔの出口は排気後処理装置２４に連結される。排気後処理装置２４は排気管２５を介して排気タービン１５ｔの出口に連結された触媒コンバータ２６を具備し、触媒コンバータ２６は排気管２７に連結される。触媒コンバータ２６内には例えばパティキュレートフィルタ２６ａに担持された触媒が配置される。また、排気管２５には排気ガス中の酸素濃度に基づいて空燃比を検出するための空燃比センサ２８が取り付けられる。さらに、触媒コンバータ２６にはパティキュレートフィルタ２６ａ前後の圧力差を検出するための差圧センサ２９が取り付けられる。

サージタンク１３と排気マニホルド２２とは排気ガス再循環（以下、ＥＧＲと称す。）通路３０を介して互いに連結され、ＥＧＲ通路３０内には電気制御式ＥＧＲ制御弁３１が配置される。

また、各燃料噴射弁１０は燃料分配管３２を介してコモンレール３３に連結される。このコモンレール３３は燃料供給管３４及び燃料供給管３４から分岐した燃料供給分岐管３４ａ，３４ｂを介して第１の燃料タンク３５ａ及び第２の燃料タンク３５ｂにそれぞれ連結され、燃料供給分岐管３４ａ、３４ｂ内には電子制御式の吐出量可変な第１の燃料ポンプ３６ａ及び第２の燃料ポンプ３６ｂがそれぞれ配置される。第１の燃料タンク３５ａ内に収容された第１の燃料は第１の燃料ポンプ３６ａによってコモンレール３３内に供給され、第２の燃料タンク３５ｂ内に収容された第２の燃料は第２の燃料ポンプ３６ｂによってコモンレール３３内に供給される。これら第１の燃料及び第２の燃料は燃料供給管３４又はコモンレール３３内で混合され、次いで各燃料分配管３２を介して燃料噴射弁１０に供給される。この場合、第１の燃料と第２の燃料との混合割合が目標となる割合に一致するように燃料ポンプ３６ａ，３６ｂの吐出量が制御される。また、コモンレール３３にはコモンレール３３内の燃料圧を検出するための燃料圧センサ３７が取り付けられており、コモンレール３３内の燃料圧が目標燃料圧に一致するように第１の燃料ポンプ３６ａ及び第２の燃料ポンプ３６ｂの吐出量が制御される。さらに、機関本体１には機関冷却水温を検出するための水温センサ３８が取り付けられる。

第１の燃料及び第２の燃料として、例えば軽油、ガソリン、天然ガスのような化石燃料、メタノール、エタノールのようなアルコール、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）のようなエーテル、ＦＡＭＥ（脂肪酸メチルエステル）のようなエステル、ＦＴＤ，ＦＴＧ（フィッシャートロプシュ合成によるディーゼル燃料又はガソリン燃料）のような合成燃料、及び水素、又はこれらの混合物を用いることができる。

電子制御ユニット４０はデジタルコンピュータからなり、双方向性バス４１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）４２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）４３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）４４、入力ポート４５及び出力ポート４６を具備する。エアフローメータ２０、空燃比センサ２５、差圧センサ２９、燃料圧センサ３７及び水温センサ３８の出力信号は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。また、アクセルペダル４９にはアクセルペダル４９の踏み込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ５０が接続され、負荷センサ５０の出力電圧は対応するＡＤ変換器４７を介して入力ポート４５に入力される。アクセルペダル４９の踏み込み量Ｌは要求負荷を表している。さらに、入力ポート４５にはクランクシャフトが例えば３０°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ５１が接続される。ＣＰＵ４４ではこれら出力パルスに基づいて機関回転数Ｎｅが算出される。一方、出力ポート４６は対応する駆動回路４８を介して燃料噴射弁１０、点火栓１１、ステップモータ１８、ＥＧＲ制御弁３１、第１の燃料ポンプ３６ａ及び第２の燃料ポンプ３６ｂに接続される。

上述したように第１の燃料及び第２の燃料は互いに混合され、機関に供給される。本発明による実施例では、機関に供給される燃料の一つが主成分燃料に設定され、残りの燃料が副成分燃料に設定される。この場合のこれら燃料の混合割合は機関に供給される全燃料量ＱＴに対する主成分燃料の量ＱＰの割合である主成分割合ＲＰ（＝ＱＰ／ＱＴ）で表される。この主成分割合ＲＰは０．５から１までの間で設定され、したがって主成分燃料は副成分燃料と同じかそれ以上だけ機関に供給されることになる。

さて、本発明による実施例では、主噴射を行うのに先立ち燃料噴射弁１０により補助噴射を行って混合気を形成すると共にこの混合気を点火栓１１により着火し次いで燃料噴射弁１０により主噴射を行ってこの主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼が行われる。このスパークアシスト拡散燃焼には、成層スパークアシスト拡散燃焼及び均質スパークアシスト拡散燃焼が含まれる。

成層スパークアシスト拡散燃焼では、図３（Ａ）に示されるように、まず例えば圧縮行程末期に燃料噴射弁１０により補助噴射ＡＦＩが行われ、したがって図４（Ａ）に示されるように補助噴射ＡＦＩによるわずかばかりの燃料すなわち補助噴射燃料ＡＦが噴射される。その結果、図４（Ｂ）に示されるように、点火栓１１周りの燃焼室５内に成層混合気ＳＧＭが形成される。この成層混合気ＳＧＭは点火栓１１によって着火可能であるが圧縮着火しない混合気であり、また、その周りが空気のみ又は空気及びＥＧＲガスのみによって囲まれている。次いで、図３（Ａ）にＳでもって及び図４（Ｂ）に示されるように、成層混合気ＳＧＭが例えば圧縮行程末期に点火栓１１により着火され、主として火炎伝播燃焼される。次いで、図３（Ａ）に示されるように補助噴射燃料ＡＦの燃焼中又は燃焼後の圧縮ＴＤＣ周りにおいて燃料噴射弁１０により主噴射ＭＦＩが行われ、したがって図４（Ｃ）に示されるように主噴射ＭＦＩによる燃料すなわち主噴射燃料ＭＦが噴射される。この主噴射燃料ＭＦは次いで圧縮着火され、拡散燃焼される。このように、主噴射ＭＦＩを行うのに先立って補助噴射ＡＦＩを行い補助噴射燃料ＡＦを燃焼させると、燃焼室５内にいわゆる火種が形成され、したがって主噴射燃料ＭＦを確実に圧縮着火させ拡散燃焼させることができる。

一方、均質スパークアシスト拡散燃焼では、図３（Ｂ）に示されるように、まず例えば吸気行程初期に燃料噴射弁１０により補助噴射ＡＦＩが行われ、したがって図５（Ａ）に示されるように補助噴射ＡＦＩによるわずかばかりの燃料すなわち補助噴射燃料ＡＦが噴射される。その結果、図５（Ｂ）に形成されるように燃焼室５内をほぼ一様に満たす均質リーン混合気ＨＳＧが形成される。次いで、図３（Ｂ）にＳでもって及び図５（Ｂ）に示されるように、成層混合気ＳＧＭが例えば圧縮行程末期に点火栓１１により着火され、火炎伝播燃焼される。次いで、図３（Ｂ）に示されるように補助噴射燃料ＡＦの燃焼中又は燃焼後の圧縮ＴＤＣ周りにおいて燃料噴射弁１０により主噴射ＭＦＩが行われ、したがって図５（Ｃ）に示されるように主噴射ＭＦＩによる燃料すなわち主噴射燃料ＭＦが噴射される。この主噴射燃料ＭＦは次いで圧縮着火され、拡散燃焼される。この場合にも、燃焼室５内の温度及び圧力を高めることができるので、主噴射燃料ＭＦを確実に圧縮着火させ拡散燃焼させることができる。なお、均質スパークアシスト拡散燃焼における主噴射ＭＦＩの時期は例えば圧縮ＴＤＣ前４０度クランク角から圧縮ＴＤＣ後２０度クランク角程度が好ましい。

なお、成層スパークアシスト拡散燃焼及び均質スパークアシスト拡散燃焼の一方のみを行うようにしてもよいし、これらを機関運転状態に応じて選択的に切り換えて行うようにしてもよい。

ところが、このようなスパークアシスト拡散燃焼を行うと、冒頭で述べたように主噴射燃料ＭＦの拡散燃焼の過程で煤ないしスモークが発生し、この煤が点火栓１１に付着し堆積するおそれがある。煤が点火栓１１に付着堆積すると、良好な点火作用を確保できなくなり、したがって良好な燃焼が得られなくなる。ここで、スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに煤が点火栓１１に付着し堆積するおそれの程度を煤付着堆積危険性と称すると、この煤付着堆積危険性は燃料の種類によって異なっている。すなわち、煤付着堆積危険性が高い燃料もあれば煤付着堆積危険性が低い燃料もある。

そこで、本発明による実施例では、第１の燃料を煤付着堆積危険性が低い燃料から構成し、第２の燃料を煤付着堆積危険性が高い燃料から構成し、その上で、第１の燃料を主成分燃料に設定し、第２の燃料を副成分燃料に設定している。すなわち、機関に、主として第１の燃料すなわち煤付着堆積危険性が低い燃料を供給するようにしている。したがって、スパークアシスト拡散燃焼が行われるときに点火栓１１に煤が付着する危険性を低下することができる。

燃料の煤付着堆積危険性は例えばスパークアシスト拡散燃焼を行ったときの燃料の煤の発生のしやすさによって表すことができ、この燃料の煤の発生のしやすさは例えば燃料中の酸素含有率、燃料の蒸発性、燃料中のアロマ分の量などによって表すことができる。すなわち、酸素含有率が高く、蒸発性が高く、又はアロマ分の量が少ないと、煤付着堆積危険性が低くなる。酸素含有率が高い燃料には例えばメタノール、エタノール、ＤＭＥ、ＦＡＭＥなどが含まれ、蒸発性が高い燃料には例えばメタノール、エタノール、ＤＭＥが含まれ、アロマ分が少ない燃料には例えばＦＴＤ，ＦＴＧなどが含まれる。

この場合、第１の燃料の割合である主成分割合ＲＰを高くすれば、良好な点火作用を確保することができる。しかしながら、煤付着堆積危険性が低い燃料は一般に単位量当たりの熱発生量が小さく、主成分割合ＲＰをただ単に高くすると、十分な機関出力を得ることができなくなるおそれがある。

一方、スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに燃焼室５内に発生する煤量又は点火栓１１に付着堆積する煤量は機関運転状態に応じて変動し得る。したがって、点火栓１１に付着堆積する煤量が多いときに主成分割合ＲＰを高くすれば足り、点火栓１１に付着堆積する煤量が少ないときには主成分割合ＲＰを高くする必要はない。

そこで本発明による実施例では、主成分割合ＲＰを機関運転状態に応じて設定するようにしている。このようにすれば、点火栓１１に煤が付着堆積するのを抑制しつつ、十分な機関出力を確保することができる。

すなわち、本発明による実施襟では主成分割合ＲＰは例えば次式により算出される。

ＲＰ＝ＲＰｂ・ｋ
ここで、ＲＰｂは基本主成分割合を、ｋは補正係数を、それぞれ表している。

基本主成分割合ＲＰｂは点火栓１１への煤の付着堆積を抑制しつつ燃料消費率を低く維持し機関出力を確保するのに適した主成分割合である。この基本主成分割合ＲＰｂは、スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに点火栓１１に付着堆積する煤量が多いと予測されるときには少ないと予測されるときに比べて大きくなるように、機関運転状態例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅに応じて設定されている。基本主成分割合ＲＰｂは機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅの関数としてあらかじめ実験により求められており、図６に示されるマップの形であらかじめＲＯＭ４２内に記憶されている。なお、機関負荷率ＫＬは全負荷に対する機関負荷の割合をいう。

一方、補正係数ｋは他の機関運転状態例えば機関温度を表す機関冷却水温ＴＨＷに基づいて基本主成分割合ＲＰｂを補正するためのものであり、補正する必要がないときには１．０に維持される。この補正係数ｋは図７に示されるように、機関冷却水温ＴＨＷが低くなるほど大きくなる。このようにしているのは、機関冷却水温ＴＨＷが低くなるほど、点火栓１１にいったん付着堆積した煤の再燃焼による除去が困難となり、点火栓１１に付着堆積する煤量が多くなると予想されるからである。

したがって、一般化して言うと、スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに点火栓１１に付着堆積する煤量を機関運転状態に基づいて予測し、予測煤量が多いときには予測煤量が少ないときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くしているということになる。

また、機関温度が低いときには機関温度が高いときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くしているということにもなる。その結果、点火栓１１に付着堆積した煤の再燃焼による除去が困難な機関低温時に、煤が点火栓１１に付着堆積するのを確実に抑制することができる。

図８は本発明による実施例の燃料供給制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。

図８を参照すると、まず初めにステップ１００では基本主成分割合ＲＰｂが図６のマップから算出される。続くステップ１０１では補正係数ｋが図７のマップから算出される。続くステップ１０２では主成分割合ＲＰが算出される（ＲＰ＝ＲＰｂ・ｋ）。続くステップ１０３では主成分割合がＲＰに一致するように第１の燃料ポンプ３６ａ及び第２の燃料ポンプ３６ｂが制御される。

上述した本発明による実施例では、第１の燃料タンク３５ａ内に収容された第１の燃料が煤付着堆積危険性の低い燃料でありかつ第２の燃料タンク３５ｂ内に収容された第２の燃料が煤付着堆積危険性の高い燃料であることがあらかじめ分かっている。したがって、第１の燃料を主成分燃料に設定すれば、煤付着堆積危険性の低い燃料を主成分燃料に設定することができる。

しかしながら、第１の燃料タンク３５ａ内に収容された第１の燃料及び第２の燃料タンク３５ｂ内に収容された第２の燃料のうちどちらが煤付着堆積危険性の低い燃料であるかが不明な場合もある。この場合には、どちらの燃料が煤付着堆積危険性の低い燃料であるかを決定し、主成分燃料に設定する必要がある。次に、主成分燃料の設定制御の種々の実施例を説明する。

本発明による主成分燃料設定制御の第１実施例では、図９に示されるように、第１の燃料タンク３５ａ及び第２の燃料タンク３５ｂにそれぞれ、燃料の煤付着堆積危険性を検出するためのセンサ３９ａ，３９ｂが取り付けられている。これらセンサ３９ａ，３９ｂは燃料の煤付着堆積危険性を表す例えば酸素含有率などの燃料性状を検出するセンサから構成することができる。なお、これらセンサ３９ａ，３９ｂの出力信号は電子制御ユニット４０（図１）に送られる。

この場合、第１の燃料及び第２の燃料の煤付着堆積危険性Ｄ１，Ｄ２がそれぞれセンサ３９ａ，３９ｂにより検出され、比較される。煤付着堆積危険性Ｄ１，Ｄ２が低いほうの燃料が主成分燃料に設定される。したがって、煤付着堆積危険性の小さいほうの燃料を主成分燃料に確実に設定することができる。

このような主成分燃料設定制御は頻繁に行う必要はなく、実行条件が成立しているときのみ実行される。例えば、給油が行われてから主成分燃料が設定されるまでの間は実行条件が成立していると判断され、いったん主成分燃料が設定されると次に給油が行われるまでは実行条件が不成立であると判断される。

図１０は主成分燃料設定制御の第１実施例を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。

図１０を参照すると、まず初めにステップ２００では主成分燃料設定制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。実行条件が不成立のときには処理サイクルを終了し、実行条件が成立しているときには次いでステップ２０１に進み、第１の燃料の煤付着堆積危険性Ｄ１及び第２の燃料の煤付着堆積危険性Ｄ２がセンサ３９ａ，３９ｂにより検出される。続くステップ２０２では第１の燃料の煤付着堆積危険性Ｄ１が第２の燃料の煤付着堆積危険性Ｄ２よりも低いか否かが判別される。Ｄ１＜Ｄ２のときには次いでステップ２０３に進み、第１の燃料が主成分燃料に設定され、第２の燃料が副成分燃料に設定される。これに対し、Ｄ１≧Ｄ２のときにはステップ２０２からステップ２０４に進み、第２の燃料が主成分燃料に設定され、第１の燃料が副成分燃料に設定される。

次に、主成分燃料設定制御の第２実施例を説明する。

燃料の煤付着堆積危険性はスパークアシスト拡散燃焼を行ったときに燃焼室５内で発生した煤の量によって表される。また、燃焼室５内で発生した煤の量は燃焼室５から排出される排気ガス中に含まれる煤の量や、パティキュレートフィルタ２６ａ（図１）前後の圧力差の増分によって表される。したがって、或る燃料を例えば一定時間だけ燃焼させたときに生ずるパティキュレートフィルタ２６ａ前後の圧力差の単位時間当たりの増分ないし増加速度はその燃料の煤付着堆積危険性を表している。すなわち、圧力差増分が小さい場合には燃料の煤付着堆積危険性は小さい。

そこで主成分燃料設定制御の第２実施例では、機関に第１の燃料のみを供給しつつ機関運転を行うと共にこのときのパティキュレートフィルタ２６ａにおける圧力差増分ｄＰ１を算出し、機関に第２の燃料のみを供給しつつ機関運転を行うと共にこのときの圧力差増分ｄＰ２を算出し、圧力差増分が小さいほうの燃料を主成分燃料に設定している。

図１１は主成分燃料設定制御の第２実施例を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。

図１１を参照すると、まず初めにステップ２２０では主成分燃料設定制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。実行条件が不成立のときには処理サイクルを終了し、実行条件が成立しているときには次いでステップ２２１に進み、第１の燃料のみを供給しつつ一定時間だけ機関運転が行われる。続くステップ２２２では第１の燃料のみで機関運転が行われたときのパティキュレートフィルタの圧力差増分ｄＰ１が差圧センサ２９の出力に基づいて算出される。続くステップ２２３では、第２の燃料のみを供給しつつ一定時間だけ機関運転が行われる。続くステップ２２４では第２の燃料のみで機関運転が行われたときのパティキュレートフィルタの圧力差増分ｄＰ２が差圧センサ２９の出力に基づいて算出される。続くステップ２２５では、第１の燃料のみで機関運転が行われたときの圧力差増分ｄＰ１が第２の燃料のみで機関運転が行われたときの圧力差増分ｄＰ２よりも小さいか否かが判別される。ｄＰ１＜ｄＰ２のときには次いでステップ２２６に進み、第１の燃料が主成分燃料に設定され、第２の燃料が副成分燃料に設定される。これに対し、ｄＰ１≧ｄＰ２のときにはステップ２２５からステップ２２７に進み、第２の燃料が主成分燃料に設定され、第１の燃料が副成分燃料に設定される。

次に、主成分燃料設定制御の第３実施例を説明する。

排気ガス中に含まれる煤の量が多くなればなるほど、燃料の酸化反応が進んでいないので、排気ガス中の残存酸素量が多くなる。したがって、空燃比センサ２８により検出される空燃比であるセンサ検出空燃比ＡＦＳと、機関に供給された空気量Ｇａ及び燃料量Ｇｆの比である計算上の空燃比ＡＦＣ（＝Ｇａ／Ｇｆ）との比を空燃比割合ＲＡＦ（＝ＡＦＳ／ＡＦＣ）と称すれば、排気ガス中に含まれる煤の量が多くなればなるほど空燃比割合ＲＡＦが大きくなる。そうすると、空燃比割合ＲＡＦが小さい場合には燃料の煤付着堆積危険性が小さいということがわかる。なお、機関に供給された空気量Ｇａは例えばエアフローメータ２０により検出された空気質量流量であり、機関に供給された燃料量Ｇｆは例えば燃料噴射弁１０から噴射されるべき燃料質量流量である。

そこで、主成分燃料設定制御の第３実施例では、機関に第１の燃料のみを供給しつつ機関運転を行うと共にこのときの空燃比割合ＲＡＦ１を算出し、機関に第２の燃料のみを供給しつつ機関運転を行うと共にこのときの空燃比割合ＲＡＦ２を算出し、空燃比割合が小さいほうの燃料を主成分燃料に設定している。

図１２は主成分燃料設定制御の第２実施例を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。

図１２を参照すると、まず初めにステップ２４０では主成分燃料設定制御の実行条件が成立しているか否かが判別される。実行条件が不成立のときには処理サイクルを終了し、実行条件が成立しているときには次いでステップ２４１に進み、第１の燃料のみを供給しつつ一定時間だけ機関運転が行われる。続くステップ２４２では第１の燃料のみで機関運転が行われたときの空燃比割合ＲＡＦ１が算出される。続くステップ２４３では、第２の燃料のみを供給しつつ一定時間だけ機関運転が行われる。続くステップ２４４では第２の燃料のみで機関運転が行われたときの空燃比割合ＲＡＦ２が算出される。続くステップ２４５では、第１の燃料のみで機関運転が行われたときの空燃比割合ＲＡＦ１が第２の燃料のみで機関運転が行われたときの空燃比割合ＲＡＦ２よりも小さいか否かが判別される。ＲＡＦ１＜ＲＡＦ２のときには次いでステップ２４６に進み、第１の燃料が主成分燃料に設定され、第２の燃料が副成分燃料に設定される。これに対し、ＲＡＦ１≧ＲＡＦ２のときにはステップ２４５からステップ２４７に進み、第２の燃料が主成分燃料に設定され、第１の燃料が副成分燃料に設定される。

これまで述べてきた主成分燃料設定制御の第２実施例及び第３実施例では、機関に供給される燃料が第１の燃料のみに切り換えられ、又は第２の燃料のみに切り換えられ、すなわち燃料の混合割合が大幅に変更されるので、機関出力が大きく変動するおそれがある。そこで、上述した第１実施例の条件に加えて、機関減速運転時かつクラッチ切断時に実行条件が成立していると判断し、それ以外は実行条件が不成立であると判断するようにしてもよい。また、主成分燃料設定制御の第２実施例及び第３実施例では、燃料を実際に燃焼させたときに生ずるパティキュレートフィルタ前後の圧力差や空燃比といった物理量の変化に基づいて主成分燃料が設定される。この場合、給油が行われてから、新たな燃料が機関に供給され燃焼されるまでに遅れがある。そこで、給油が行われてから一定時間が経過するまでは実行条件が不成立であると判断することもできる。

なお、排気ガス中のスモーク量を検出するためのスモークセンサを排気通路内に配置し、第１の燃料のみを供給しつつ機関運転したときのスモーク量と、第２の燃料のみを供給しつつ機関運転したときのスモーク量とを検出して比較し、スモーク量が少ないほうの燃料を主成分燃料に設定することもできる。

これに対し、上述した第２実施例又は第３実施例では、第１実施例におけるセンサ３９ａ，３９ｂやスモークセンサを必要としない。したがって、簡単な構成でもって燃料の煤付着堆積危険性を求めることができ、煤付着堆積危険性の低い燃料を確実に主成分燃料に設定することができる。

次に、本発明による別の実施例を説明する。

本発明による別の実施例では、図１３に示されるように例えば機関負荷率ＫＬ及び機関回転数Ｎｅにより定められる機関運転領域が１２個の領域に分割されており、各領域に基本主成分割合ＲＰｂｉｊ（ｉ＝１，２，３、ｊ＝１，２，３，４）が設定されている。これら基本主成分割合ＲＰｂｉｊはＲＡＭ４３内に記憶されている。この場合、まず現在の機関運転状態が属する領域が決定され、当該領域に設定された基本主成分割合ＲＰｂｉｊが読み込まれ、この読み込まれた基本主成分割合ＲＰｂｉｊに上述の補正係数ｋを乗算することによって主成分割合ＲＰが算出される（ＲＰ＝ＲＰｂｉｊ・ｋ）。

煤付着堆積危険性の低い燃料を主成分燃料に設定していても、機関運転積算時間が長くなると点火栓１１に煤が付着し堆積する場合があり、この場合に主成分割合ＲＰないし基本主成分割合ＲＰｂｉｊを一定に維持するのは好ましくない。一方、点火栓１１に煤が付着堆積すると点火栓１１において点火不良ないしその前兆が生ずる。

そこで本発明による別の実施例では、煤の付着堆積に起因した点火不良の前兆が発生したときには、基本主成分割合ＲＰｂｉｊを例えば一定値ｄＲだけ増大するようにしている（ＲＰｂｉｊ＝ＲＰｂｉｊ＋ｄＲ）。その結果、主成分割合ＲＰが増大され、煤付着危険性の低い燃料が増量されるので、点火不良を未然に防ぐことができる。なお、点火不良の前兆が発生しているか否かは例えばクランク角速度の変動、燃焼圧、点火電流又は電圧に基づいて判断することができる。

一方、点火不良の前兆が発生していないときには、基本主成分割合ＲＰｂｉｊはそのまま維持される。ただし、主成分燃料を温存すべきであると判断されたときには基本主成分割合ＲＰｂｉｊは例えば一定値ｄＲだけ減少される（ＲＰｂｉｊ＝ＲＰｂｉｊ−ｄＲ）。その結果、煤付着危険性の低い燃料が減量される。

図１４は本発明による別の実施例の燃料供給制御を実行するためのルーチンを示しており、このルーチンは一定時間毎の割込みによって実行される。

図１４を参照すると、まず初めにステップ３００では現在の機関運転状態の属する領域が決定され、この領域の基本主成分割合ＲＰｂｉｊが図１３のマップから読み込まれる。続くステップ３０１では補正係数ｋが図７のマップから算出される。続くステップ３０２では主成分割合ＲＰが算出される（ＲＰ＝ＲＰｂｉｊ・ｋ）。続くステップ３０３では主成分割合がＲＰに一致するように第１の燃料ポンプ３６ａ及び第２の燃料ポンプ３６ｂが制御される。続くステップ３０４では点火栓１１に付着堆積した煤に起因して点火不良の前兆が生じたか否かが判別される。点火不良の前兆が生じたと判断されたときには次いでステップ３０５に進み、ステップ３００で読み込まれた基本主成分割合ＲＰｉｊが一定値ｄＲだけ増大される（ＲＰｉｊ＝ＲＰｉｊ＋ｄＲ）。次いでステップ３０８に進む。これに対し、点火不良の前兆が生じたと判断されないときにはステップ３０４からステップ３０６に進み、主成分燃料を温存すべきか否かが判断される。主成分燃料を温存すべきと判断されたときには次いでステップ３０７に進み、ステップ３００で読み込まれた基本主成分割合ＲＰｉｊが一定値ｄＲだけ減少される（ＲＰｉｊ＝ＲＰｉｊ−ｄＲ）。次いでステップ３０８に進む。ステップ３０８ではステップ３０５又は３０７で更新された基本主成分割合ＲＰｉｊがＲＡＭ４３に記憶される。一方、ステップ３０６において主成分燃料を温存すべきと判断されないときには処理サイクルを終了する。すなわち、ステップ３００で読み込まれた基本主成分割合ＲＰｉｊが保持される。

これまで説明してきた本発明による各実施例では、燃焼室５内に単一の燃料噴射弁１０を配置し、この燃料噴射弁１０により補助噴射ＡＦＩ及び主噴射ＭＦＩを行うようにしている。これに換えて、燃焼室５内に２つの燃料噴射弁を配置し、一方の燃料噴射弁により補助噴射ＡＦＩを行い他方の燃料噴射弁により主噴射ＭＦＩを行うようにしてもよい。あるいは、吸気通路内に燃料噴射弁を配置し、燃焼室５内に均質混合気を形成するためにこの燃料噴射弁により補助噴射ＡＦＩ又は主噴射ＭＦＩを行うようにしてもよい。

また、これまで説明してきた本発明による実施例では、シリンダヘッド内壁面３ａはほぼ平坦であり、副燃焼室が設けられていない。これに換えて、例えばシリンダヘッド内壁面３ａに凹溝状の副燃焼室を形成し、成層スパークアシスト拡散燃焼を行うべきときにこの副燃焼室内に補助噴射ＡＦＩを行えば、成層混合気を容易に形成することができる。

しかしながら、本発明による各実施例のように燃料噴射弁１０を１つだけ設け又は副燃焼室を省略すれば、構成を簡素化することができる。

さらに、スパークアシスト拡散燃焼だけでなく、圧縮着火拡散燃焼又は点火着火火炎伝播燃焼を行うようにしてもよい。この場合、スパークアシスト拡散燃焼と、圧縮着火拡散燃焼及び点火着火火炎伝播燃焼の一方又は両方とを例えば機関運転状態に応じて切り換えて行うことができる。ここで、圧縮着火拡散燃焼では、図３（Ｃ）に示されるように、例えば圧縮上死点（ＴＤＣ）周りにおいて燃料噴射弁１０により主噴射ＭＦＩが行われる。次いで、この場合の主噴射燃料ＭＦは次いで圧縮着火され、拡散燃焼される。一方、点火着火火炎伝播燃焼では、図３（Ｄ）に示されるように、例えば吸気行程初期に燃料噴射弁１０により主噴射ＭＦＩが行われ、燃焼室５内をほぼ一様に満たす均質混合気ないし予混合気が形成される。次いで、図３（Ｄ）にＳで示されるように均質混合気が例えば圧縮行程末期に点火栓１１により着火され、火炎伝播燃焼される。

この場合、点火着火火炎伝播燃焼では主噴射燃料ＭＦの燃焼に伴って煤がほとんど発生しない。そこで、スパークアシスト拡散燃焼又は圧縮着火拡散燃焼が行われるときには、点火着火火炎伝播燃焼が行われるときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くするようにすることができる。

なお、圧縮着火拡散燃焼及び点火着火火炎伝播燃焼では補助噴射ＡＦＩは行われず、補助噴射燃料ＡＦの点火栓１１による着火燃焼も行われない。しかしながら、圧縮着火拡散燃焼では例えばパイロット噴射のように点火栓１１による着火を前提としない追加の燃料を供給するようにしてもよい。

内燃機関の全体図である。 シリンダヘッド内壁面の平面図である。 各燃焼の燃料噴射時期及び点火時期を示すタイムチャートである。 成層スパークアシスト拡散燃焼を説明するための図である。 均質スパークアシスト拡散燃焼を説明するための図である。 基本主成分割合のマップを示す図である。 補正係数のマップを示す図である。 燃料供給制御ルーチンを実行するためのフローチャートである。 主成分燃料設定制御の第１実施例における内燃機関の全体図である。 主成分燃料設定制御の第１実施例のルーチンを実行するためのフローチャートである。 主成分燃料設定制御の第２実施例のルーチンを実行するためのフローチャートである。 主成分燃料設定制御の第３実施例のルーチンを実行するためのフローチャートである。 本発明による別の実施例における主成分割合のマップを示す図である。 本発明による別の実施例における運転領域を示す線図である。

符号の説明

１ 機関本体
５ 燃焼室
１０ 燃料噴射弁
１１ 点火栓

Claims (6)

1. 燃焼室内に燃料噴射弁及び点火栓を配置し、主噴射を行うのに先立ち該燃料噴射弁により補助噴射を行って混合気を形成すると共に該混合気を該点火栓により着火し次いで該燃料噴射弁により主噴射を行って該主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させるスパークアシスト拡散燃焼を行う圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置において、前記スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに煤が前記点火栓に付着堆積する危険性である煤付着堆積危険性が互いに異なる複数の燃料を、その混合割合を変更可能に前記燃料噴射弁に供給する供給手段と、前記スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに前記点火栓に付着堆積する煤量を予測して該予測された煤量が多いときには該予測された煤量が少ないときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くする制御手段と、を具備した圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置。
2. 前記スパークアシスト拡散燃焼が、主噴射を行うのに先立ち前記燃料噴射弁により補助噴射を行って前記燃焼室内をほぼ一様に満たす混合気を形成すると共に該混合気を前記点火栓により着火し次いで前記燃料噴射弁により主噴射を行って該主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させる均質スパークアシスト拡散燃焼を含んでいる請求項１に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置。
3. 前記スパークアシスト拡散燃焼が、主噴射を行うのに先立ち前記燃料噴射弁により補助噴射を行って前記点火栓周りの前記燃焼室内に成層混合気を形成すると共に該成層混合気を前記点火栓により着火し次いで前記燃料噴射弁により主噴射を行って該主噴射による燃料を圧縮着火させ拡散燃焼させる成層スパークアシスト拡散燃焼を含んでいる請求項１又は２に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置。
4. 前記制御手段は、機関運転状態に基づいて、前記スパークアシスト拡散燃焼を行ったときに前記点火栓に付着堆積する煤量を予測する請求項１から３までのいずれか一項に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置。
5. 前記制御手段は、機関温度が低いときには機関温度が高いときに比べて、煤付着堆積危険性が低い燃料の混合割合を高くする請求項１から４までのいずれか一項に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置。
6. 前記複数の燃料の煤付着堆積危険性をそれぞれ検出する検出手段をさらに具備した請求項１から４までのいずれか一項に記載の圧縮着火式内燃機関の燃料供給制御装置。

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