JP2017141726A - 内燃機関、その制御装置及び制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ノッキングを抑制すると共に、高オクタン価燃料の消費量を低減することの可能な内燃機関を提供する。【解決手段】 内燃機関１が備える第１燃料タンク２２には燃料が貯留され、第２燃料タンク４４には高オクタン価燃料が貯留される。また、水タンク４０には、水が貯留される。第１燃料噴射弁２１は、第１燃料タンク２２から供給される燃料を燃焼室１４に噴射する。第２燃料噴射弁５２は、第２燃料タンク４４から供給される高オクタン価燃料と水タンク４０から供給される水とを混合した混合液を吸気通路３２に噴射する。その混合液は、共沸によって沸点が水よりも低く、短時間で気化するため、暖機運転中または高回転時であっても、気筒内を十分に冷却することができる。【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関、その制御装置及び制御方法に関する。

従来、内燃機関のノッキングを抑制することの可能な種々の技術が知られている。
例えば、特許文献１に記載の内燃機関は、低オクタン価燃料としてのガソリンと、高オクタン価燃料としてのエタノールとを使用して運転を行い、ノッキングを抑制するものである。この内燃機関は、内燃機関に要求される出力トルクが増加するとき、気筒内に供給する空気量を増加すると共に、低オクタン価燃料に対する高オクタン価燃料の割合を増加する制御を行う。一方、内燃機関に要求される出力トルクが減少するとき、気筒内に供給する空気量を減少すると共に、低オクタン価燃料に対する高オクタン価燃料の割合を減少し、且つ、気筒内に供給する空気量に対する排気再循環（ＥＧＲ：Exhaust Gas Recirculation）ガスの量を増加する制御を行う。これにより、この内燃機関は、内燃機関のノッキングを抑制すると共に、高オクタン価燃料の消費量を抑制している。

特開２０１２−１６３００２号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術には、次の問題点がある。
第１に、この技術は、内燃機関に要求される出力トルクが減少するときにのみ、ＥＧＲガスを増加して高オクタン価燃料の消費量を低減しているに過ぎない。内燃機関に要求される出力トルクが増加するときには、高オクタン価燃料の割合を増加する制御を行っている。そのため、この技術では、運転を長時間継続すると、高オクタン価燃料が枯渇するおそれがある。

第２に、この技術は、仮に高オクタン価燃料が枯渇した場合、ＥＧＲガスの増加のみでノッキングを抑制することになる。そのため、この技術では、高オクタン価燃料が枯渇した場合に、内燃機関のノッキングを十分に抑制できないことが懸念される。

本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、ノッキングを抑制すると共に、高オクタン価燃料の消費量を低減することの可能な内燃機関、その制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

第１発明の内燃機関は、エンジン本体、点火プラグ、吸気系統、排気系統、第１燃料タンク、第１燃料噴射弁、第２燃料タンク、水タンクおよび第２燃料噴射弁を備える。エンジン本体に形成される燃焼室で、点火プラグは火花放電する。吸気系統は、吸気通路を通じて燃焼室に空気を導入する。排気系統は、排気通路を通じて燃焼室から排気を排出する。第１燃料タンクは燃料を貯留する。第１燃料噴射弁は、第１燃料タンクから供給される燃料を吸気通路又は燃焼室に噴射する。第２燃料タンクは、第１燃料タンクが貯留する燃料よりもオクタン価が高い高オクタン価燃料を貯留する。水タンクは水を貯留する。第２燃料噴射弁は、第２燃料タンクから供給される高オクタン価燃料と水タンクから供給される水とを混合した混合液を吸気通路又は燃焼室に噴射する。

これにより、第１発明の内燃機関は、ノッキングが生じた場合、第１燃料噴射弁から噴射する燃料に加え、第２燃料噴射弁から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射することが可能である。混合液は、共沸によって沸点が水よりも低いので、短時間で気化する。そのため、内燃機関は、暖機後および低回転時に加え、暖機運転中または高回転時であっても、混合液の気化潜熱により気筒内を冷却し、ノッキングを抑制することができる。
また、この内燃機関は、第２燃料噴射弁から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射するので、高オクタン価燃料の消費量を低減することが可能である。したがって、この内燃機関は、長時間の運転においてノッキング抑制効果を持続することができる。

第２発明は、内燃機関の制御装置の発明である。この制御装置は、エンジン本体の振動を検出するノックセンサ、または、気筒内圧力を検出する筒内圧センサの出力信号により内燃機関のノッキングが検出されると、第１燃料噴射弁からの燃料噴射に加え、第２燃料噴射弁から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射する制御を行うものである。
これにより、第２発明は、第１発明と同様の作用効果を奏することができる。

第３発明は、内燃機関の制御方法の発明である。この制御方法は、ノック判定ステップ、暖機判定ステップ、混合液増量ステップおよび高オクタン価燃料増量ステップを含む。ノック判定ステップでは、エンジン本体の振動を検出するノックセンサの出力信号、または、気筒内圧力を検出する筒内圧センサの出力信号が第１閾値より大きいか否かを判定する。暖機判定ステップでは、内燃機関の温度が第２閾値より大きいか否かを判定する。混合液増量ステップでは、ノックセンサの出力信号または筒内圧センサの出力信号が第１閾値より大きく、且つ、内燃機関の温度が第２閾値より大きいとき、高オクタン価燃料と水との混合液の噴射量を増量する。高オクタン価燃料増量ステップでは、ノックセンサの出力信号または筒内圧センサの出力信号が第１閾値より大きく、且つ、内燃機関の温度が第２閾値より小さいとき、混合液に含まれる高オクタン価燃料の量を増量する。

これにより、第３発明の制御方法では、暖機が十分にされているとき、混合液の噴射量を増量し、気筒内を冷却してノッキングを抑制することができる。また、暖機が十分にされていないとき、高オクタン価燃料の量を増量し、燃料の発火温度を高くしてノッキングを抑制することができる。

本発明の第１実施形態による内燃機関の構成図。 第１実施形態による内燃機関の運転状態と噴射燃料との関係を示すマップ。 高オクタン価燃料の残量低減時における内燃機関の運転状態と噴射燃料との関係を示すマップ。 第１実施形態による内燃機関の燃料噴射制御のフローチャート。 第２実施形態による内燃機関の燃料噴射制御のフローチャート。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１〜図４に示す。本実施形態の内燃機関１は、多気筒または単気筒のガソリン火花点火式内燃機関である。
まず、内燃機関１の構成について、図１を参照して説明する。内燃機関１は、エンジン本体２、吸気系統３、排気系統４、ＥＧＲ装置５、雨水収集器６、撹拌器７および制御装置（ＥＣＵ）８等を備えている。

エンジン本体２は、筒状のシリンダを有するシリンダブロック９、および、シリンダの天井を形成するシリンダヘッド１０などから構成されている。シリンダの内側には、ピストン１１、コンロッド１２およびクランクシャフト１３などが収められている。エンジン本体２の内部には、シリンダブロック９およびシリンダヘッド１０の内壁とピストン１１の上端面により燃焼室１４が形成されている。シリンダブロック９には、冷却水の温度を検出する温度センサ１５が設けられている。また、シリンダブロック９の外壁には、エンジン本体２の振動を検出するノックセンサ１６が取り付けられている。

シリンダヘッド１０には、燃焼室１４で火花放電する点火プラグ１７、および、気筒内圧力を検出する筒内圧センサ１８が取り付けられている。点火プラグ１７に電気的に接続された点火コイル１９は、図示していないバッテリーの電圧を点火プラグ１７の放電に必要な高電圧に変換する。
ピストン１１は、シリンダの内側を軸方向に往復移動可能である。ピストン１１の往復運動は、コンロッド１２を介して、クランクシャフト１３の回転運動に変換される。クランクシャフト１３の回転角度は、クランク角センサ２０により検出される。

シリンダヘッド１０には、第１燃料噴射弁２１が設けられている。第１燃料噴射弁２１に接続する第１燃料タンク２２には、燃料としてガソリンが貯留されている。第１燃料噴射弁２１には、第１燃料タンク２２から、図示していないポンプにより汲み上げられた燃料が供給される。第１燃料噴射弁２１は、第１燃料タンク２２から供給される燃料を気筒内へ直接噴射供給する。

シリンダヘッド１０は、吸気ポート２３および排気ポート２４を有する。吸気バルブ２５は吸気ポート２３が燃焼室１４に開口する開口部を開閉し、排気バルブ２６は排気ポート２４が燃焼室１４に開口する開口部を開閉する。吸気バルブ２５を駆動する吸気バルブ開閉機構２７は、クランクシャフト１３からのトルク伝達により回転するカムシャフト等から構成される。排気バルブ２６を駆動する排気バルブ開閉機構２８も、クランクシャフト１３からのトルク伝達により回転する別のカムシャフト等から構成される。

吸気系統３は、吸気管２９、エアクリーナ３０、スロットル３１および吸気ポート２３等から構成されている。内燃機関１の吸気行程において、ピストン１１が上死点から下死点へ向けて移動すると、吸気管２９等に形成された吸気通路３２を通じて燃焼室１４に空気が導入される。エアクリーナ３０は、空気中の異物を取り除く。スロットル３１は、燃焼室１４に導入される空気量を調整する。エアクリーナ３０内の吸気通路３２には、燃焼室１４に導入される空気量を検出する流量計３３が取り付けられている。
排気系統４は、排気管３４等から構成されている。内燃機関１の排気行程において、ピストン１１が下死点から上死点へ向けて移動すると、排気管３４等に形成された排気通路３５を通じて燃焼室１４から排気が排出される。

ＥＧＲ装置５は、ＥＧＲ通路３６、ＥＧＲバルブ３７およびＥＧＲクーラ３８等から構成されている。ＥＧＲ通路３６は、排気通路３５と吸気通路３２とを連通し、排気通路３５を流れる排気の一部を吸気通路３２に還流する。ＥＧＲバルブ３７は、ＥＧＲ通路３６に設けられ、ＥＧＲ通路３６を流れる排気の量を調整する。ＥＧＲクーラ３８は、例えば冷却水が流れる熱交換器により構成され、ＥＧＲ通路３６を流れる排気を冷却する。

ＥＧＲクーラ３８は、凝縮水配管３９を介して水タンク４０に接続されている。凝縮水配管３９には、ＥＧＲクーラ３８から水タンク４０への水の流れを許容し、水タンク４０からＥＧＲクーラ３８への水の流れを遮断する逆止弁４１が設けられている。これにより、ＥＧＲクーラ３８の熱交換器を通過する排気から凝縮された水は、凝縮水配管３９を通り、水タンク４０に貯留される。なお、ＥＧＲクーラ３８、凝縮水配管３９又は水タンク４０に、ＥＧＲクーラ３８の凝縮水を中和する中和剤（図示していない）を取り付けてもよい。
また、水タンク４０は、雨水配管４２を介して、雨水を収集する雨水収集器６に接続されている。これにより、雨水収集器６で収集された水は、雨水配管４２を通り、水タンク４０に貯留される。水タンク４０には、水タンク４０に貯留された水の残量を検出する水残量計４３が取り付けられている。

一方、第２燃料タンク４４には、第１燃料タンク２２が貯留する燃料よりもオクタン価が高い高オクタン価燃料が貯留されている。高オクタン価燃料として、エタノールが例示される。第２燃料タンク４４には、第２燃料タンク４４に貯留された高オクタン価燃料の残量を検出する高オクタン価燃料残量計４５が取り付けられている。

水タンク４０は水配管４６を介して撹拌器７に接続され、第２燃料タンク４４も燃料配管４７を介して撹拌器７に接続されている。水配管４６には、水タンク４０から撹拌器７に供給される水の量を調整するための水供給バルブ４８が設けられている。また、燃料配管４７には、第２燃料タンク４４から撹拌器７に供給される高オクタン価燃料の量を調整するための高オクタン価燃料供給バルブ４９が設けられている。

撹拌器７は、攪拌翼５０の回転により高オクタン価燃料と水とを攪拌し、混合液とするものである。撹拌器７には、混合液における高オクタン価燃料または水の濃度を検出する濃度センサ５１が取り付けられている。撹拌器７により生成された混合液は、第２燃料噴射弁５２に供給される。第２燃料噴射弁５２は、撹拌器７から供給される混合液を吸気ポート２３に噴射供給する。

ＥＣＵ８は、ＣＰＵ、ＲＡＭ及びＲＯＭ等を有するコンピュータである。ＥＣＵ８には、上述した温度センサ１５、ノックセンサ１６、筒内圧センサ１８、クランク角センサ２０、流量計３３、濃度センサ５１、水残量計４３、高オクタン価燃料残量計４５などから出力される信号が入力される。また、ＥＣＵ８は、上述した点火プラグ１７、第１燃料噴射弁２１、第２燃料噴射弁５２、スロットル３１、ＥＧＲバルブ３７、水供給バルブ４８、高オクタン価燃料供給バルブ４９等、内燃機関１の各部を制御する。

ところで、一般に、ガソリン火花点火式内燃機関は、負荷が高くなり、吸入空気量が増加すると、圧縮比が高くなり、点火プラグ１７から遠い場所にある未燃焼の混合気（エンドガス）がシリンダの内壁に押し付けられ、断熱圧縮により高温・高圧になる。そのエンドガスが一気に自己着火し、急激に燃焼すると、燃焼室１４の圧力が急激に上昇し、衝撃波が発生する。これにより、ノッキングが発生する。
ＥＣＵ８は、内燃機関１にノッキングが発生したか否かを、上述したノックセンサ１６の出力信号、または筒内圧センサ１８の出力信号に基づいて検出することが可能である。

次に、本実施形態のＥＣＵ８がノッキング抑制のために行う燃料噴射制御について、図２および図３のマップを参照して説明する。
図２は、第２燃料タンク４４に高オクタン価燃料の残量が十分にあるときの内燃機関の運転状態と噴射燃料との関係を示したものである。なお、高オクタン価燃料の残量は、第２燃料タンク４４に取り付けられた高オクタン価燃料残量計４５の出力信号により検出可能である。

図２では、ノッキングの発生する運転領域にドットを付している。以下の説明において、ノッキングが発生しない運転領域を「通常領域Ａ」と称し、ノッキングが発生する可能性のある運転領域を「ノッキング発生領域Ｂ」と称する。
本実施形態のＥＣＵ８は、ノッキング発生領域Ｂにおいて、第１燃料噴射弁２１からの燃料噴射に加え、第２燃料噴射弁５２から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射する制御を行うものである。具体的には、ＥＣＵ８は、ノックセンサ１６または筒内圧センサ１８の出力信号により内燃機関１のノッキングを検出すると、第１燃料噴射弁２１からの燃料噴射を継続して行うと共に、第２燃料噴射弁５２から混合液を噴射する。第２燃料噴射弁５２から噴射された混合液は、共沸により沸点が水よりも低くなるので、気筒内で短時間で気化する。これにより、混合液の気化潜熱により気筒内が冷却され、ノッキングが抑制される。

また、ＥＣＵ８は、ノックセンサ１６または筒内圧センサ１８の出力信号により検出されたノッキングの状態が大きいほど、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加する。
また、ＥＣＵ８は、高負荷領域、即ち、吸入空気量が大きいほど、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加してもよい。

なお、ＥＣＵ８は、撹拌器７に設けられた濃度センサ５１の出力信号に基づき、水供給バルブ４８の開度と、高オクタン価燃料供給バルブ４９の開度とを調整する。これにより、水タンク４０から撹拌器７に供給される水の量と、第２燃料タンク４４から撹拌器７に供給される高オクタン価燃料の量とが調整される。したがって、撹拌器７から第２燃料噴射弁５２に供給される混合液における高オクタン価燃料と水との割合が調整される。

また、ＥＣＵ８は、温度センサ１５の出力信号により内燃機関１の暖機状態または冷間状態を検出する。ＥＣＵ８は、内燃機関１が暖機状態または暖機運転中のとき、上述したように、第２燃料噴射弁５２から高オクタン価燃料と水との混合液を噴射する制御を行う。
一方、ＥＣＵ８は、内燃機関１が冷間状態または暖機運転の初期状態にあるとき、第２燃料噴射弁５２から混合液に代えて、高オクタン価燃料のみを噴射する制御を行う。内燃機関１が冷間状態または暖機運転の初期状態にあるときは、混合液の気化に時間がかかるため、それにより燃焼が悪化することを防ぐためである。

図２は、第２燃料タンク４４に高オクタン価燃料の残量が十分にあるときの内燃機関の運転状態と噴射燃料との関係を示したものであった。これに対し、図３は、第２燃料タンク４４の高オクタン価燃料の残量が低減し、又は枯渇したときの内燃機関の運転状態と噴射燃料との関係を示したものである。図３では、「ノッキング発生領域Ｂ」のうち、所定の回転数よりも低い回転数の運転領域にハッチを付している。以下の説明において、その運転領域を「低回転高負荷領域Ｃ」と称する。

ＥＣＵ８は、第２燃料タンク４４に設けられた高オクタン価燃料残量計４５の出力信号に基づき、第２燃料タンク４４に貯留された高オクタン価燃料の残量を検出することが可能である。ＥＣＵ８は、第２燃料タンク４４に貯留された高オクタン価燃料の残量が所定量以下となったとき、次の制御を行う。すなわち、ＥＣＵ８は、内燃機関１が暖機状態にあり、且つ、内燃機関１の運転状態が低回転高負荷領域Ｃにあるとき、第２燃料噴射弁５２から混合液に代えて、水のみを噴射する制御を行う。内燃機関１の回転数が低いときは、第２燃料噴射弁５２が水を噴射する時刻から点火プラグ１７の点火時刻までの時間が比較的長いので、水と空気とが攪拌され、水の気化が十分に行われるためである。

続いて、本実施形態のＥＣＵ８が行う制御方法について、図４のフローチャートを参照して説明する。
まず、ＥＣＵ８は、ノック判定ステップ（Ｓ１０１）において、ノックセンサ１６の出力信号が所定の閾値（α）より大きいか否かを判定する。その出力信号が所定の閾値（α）より大きいとき、内燃機関１にノッキングが発生したものとして、処理は噴射量限界判定ステップ（Ｓ１０２）に移行する。
一方、その出力信号が所定の閾値（α）より小さいとき、処理はノック判定ステップ（Ｓ１０１）を継続して行う。
なお、所定の閾値（α）は、特許請求の範囲に記載の第１閾値の一例に相当する。

噴射量限界判定ステップ（Ｓ１０２）では、先ず、第１燃料噴射弁２１から噴射される燃料の噴射量に対し、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液に含まれる高オクタン価燃料の噴射量の割合を算出する。次に、その高オクタン価燃料の噴射量の割合が、所定の閾値（β）より大きいか否かを判定する。その割合が所定の閾値（β）より大きいと、燃料の着火性が悪化するおそれがあるためである。
なお、第２燃料噴射弁５２から混合液を噴射する前であれば、通常、高オクタン価燃料の噴射量の割合は、所定の閾値（β）より小さいので、処理は暖機判定ステップ（Ｓ１０３）に移行する。

暖機判定ステップ（Ｓ１０３）では、ＥＣＵ８は、温度センサ１５の出力信号が所定の閾値（γ）より大きいか否かを判定する。その出力信号が所定の閾値（γ）より大きいとき、内燃機関１が暖機状態または暖機運転中であるとして、処理は混合液増量ステップ（Ｓ１０４）に移行する。
なお、所定の閾値（γ）は、特許請求の範囲に記載の第２閾値の一例に相当する。
混合液増量ステップ（Ｓ１０４）では、ＥＣＵ８は、第２燃料噴射弁５２から噴射される高オクタン価燃料と水との混合液の噴射量を所定量増量する制御を行う。その後、処理は、最初のノック判定ステップ（Ｓ１０１）に移行し、上述した処理を繰り返し実行する。

一方、暖機判定ステップ（Ｓ１０３）において、温度センサ１５の出力信号が所定の閾値（γ）より小さいと判定されると、内燃機関１が冷間状態または暖機運転の初期状態であるとして、処理は高オクタン価燃料増量ステップ（Ｓ１０５）に移行する。高オクタン価燃料増量ステップ（Ｓ１０５）では、混合液に含まれる高オクタン価燃料の噴射量を所定量増量する制御を行う。その後、処理は、最初のノック判定ステップ（Ｓ１０１）に移行し、上述した処理を繰り返し実行する。

なお、上述した処理を繰り返し実行する際、噴射量限界判定ステップ（Ｓ１０２）において、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液に含まれる高オクタン価燃料の噴射量の割合が、所定の閾値（β）より大きくなると、処理はノック判定ステップ（Ｓ１０１）と噴射量限界判定ステップ（Ｓ１０２）とを繰り返す。これにより、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液に含まれる高オクタン価燃料の噴射量の割合がそれ以上増加することが禁止される。すなわち、噴射量限界判定ステップ（Ｓ１０２）において、混合液に含まれる高オクタン価燃料の噴射量の割合が、所定の閾値（β）より大きくなると判定する処理（Ｓ１０２；ＹＥＳ）は、特許請求の範囲に記載の「高オクタン価燃料増加禁止ステップ」の一例に相当する。

本実施形態の内燃機関１は、次の作用効果を奏する。
（１）本実施形態の内燃機関１は、ノッキングが生じた場合、第１燃料噴射弁２１から噴射する燃料に加え、第２燃料噴射弁５２から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射する。その混合液は、共沸によって沸点が水よりも低いので、短時間で気化する。そのため、内燃機関１は、暖機後および低回転時に加え、暖機運転中または高回転時であっても、混合液の気化潜熱により気筒内を冷却し、ノッキングを抑制することができる。
また、この内燃機関１は、第２燃料噴射弁５２から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射するので、高オクタン価燃料の消費量を低減することが可能である。したがって、この内燃機関は、長時間の運転においてノッキング抑制効果を持続することができる。
さらに、この内燃機関１は、第２燃料噴射弁５２から吸気通路３２に混合液を噴射する。そのため、混合液は吸気通路３２から燃焼室１４に導入されて空気と十分に攪拌されて気化するので、燃焼室１４全体を均一に冷却することができる。

（２）本実施形態の内燃機関１は、水タンク４０に対し、ＥＧＲクーラ３８を通過する排気から凝縮された水が供給される。
これにより、内燃機関１の運転中、水タンク４０に常に水が補給されるので、水タンク４０内の水が枯渇することを抑制することができる。したがって、この内燃機関は、長時間の運転においてノッキング抑制効果を持続することができる。

（３）本実施形態の内燃機関１は、水タンク４０に対し、雨水収集器６で収集された水が供給される。
これにより、雨天時に、水タンク４０に水が補給されるので、水タンク４０内の水が枯渇することを抑制することができる。運転者などが水タンク４０に水を補給する回数を減らすことができる。

（４）本実施形態の内燃機関１は、撹拌器７により、第２燃料タンク４４から供給される高オクタン価燃料と水タンク４０から供給される水とを混合する。ＥＣＵ８は、混合液の濃度を検出する濃度センサ５１の出力信号に基づき、第２燃料タンク４４から撹拌器７に供給される高オクタン価燃料の量と、水タンク４０から撹拌器７に供給される水の量を調整する。
これにより、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液における高オクタン価燃料および水の濃度を調整することが可能である。
また、撹拌器７により、高オクタン価燃料と水とを均一に混合することができる。

本実施形態の内燃機関１に設けられるＥＣＵ８は、次の作用効果を奏する。
（５）本実施形態のＥＣＵ８は、内燃機関１のノッキングが検出されると、第１燃料噴射弁２１からの燃料噴射に加え、第２燃料噴射弁５２から混合液を噴射する制御を行うものである。
これにより、ＥＣＵ８は、ノッキングが生じた場合、混合液の気化潜熱により気筒内を冷却し、ノッキングを抑制することができる。

（６）本実施形態のＥＣＵ８は、内燃機関１のノッキングが大きいほど、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における水の割合を増加する。
これにより、ＥＣＵ８は、ノッキングの大きさに応じて、混合液の噴射量、または、混合液における水の割合を調整し、ノッキングを確実に抑制することができる。

（７）本実施形態のＥＣＵ８は、内燃機関１が暖機状態のとき、高オクタン価燃料と水との混合液を噴射する制御を行う。一方、ＥＣＵ８は、内燃機関１が冷間状態のとき、その混合液に代えて、高オクタン価燃料を噴射する制御を行う。
これにより、内燃機関１が冷間状態のとき、混合液に含まれる水の気化が十分に行われなくなることを防ぐことができる。

（８）本実施形態のＥＣＵ８は、内燃機関１が暖機状態であり、且つ、第２燃料タンク４４に貯留された高オクタン価燃料の残量が所定量以下となったとき、混合液に代えて、水を噴射する制御を行う。
これにより、高オクタン価燃料の残量が０またはそれに近くなった場合でも、ノッキングを抑制することができる。

（９）本実施形態のＥＣＵ８は、内燃機関１が暖機状態であり、且つ、内燃機関１の運転状態が低回転高負荷領域にあるとき、混合液に代えて、水を噴射する制御を行う。
内燃機関１の運転状態が低回転のときは、高回転のときに比べて、第２燃料噴射弁５２の噴射時刻から点火プラグ１７の点火時刻までの時間が比較的長い。そのため、第２燃料噴射弁５２から噴射された水は、空気と攪拌されて十分に気化する。したがって、ＥＣＵ８は、第２燃料噴射弁５２から水のみを噴射させることにより、ノッキングを抑制することができる。

本実施形態の内燃機関１の制御方法は、次の作用効果を奏する。
（１０）本実施形態の制御方法では、内燃機関１の温度が所定の閾値（γ）より大きいとき、高オクタン価燃料と水との混合液の噴射量を増量する処理を行う。一方、内燃機関１の温度が所定の閾値（γ）値より小さいとき、混合液に含まれる高オクタン価燃料の量を増量する処理を行う。
したがって、この制御方法では、暖機が十分にされているとき、混合液の噴射量を増量し、気筒内を冷却してノッキングを抑制することができる。また、暖機が十分にされていないとき、高オクタン価燃料の量を増量し、燃料の発火温度を高くしてノッキングを抑制することができる。

（１１）本実施形態の制御方法では、第１燃料噴射弁２１から噴射される燃料の噴射量に対し、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液に含まれる高オクタン価燃料の量が所定の割合を超えているとき（Ｓ１０２；ＹＥＳ）、高オクタン価燃料の増加が禁止される。
これにより、高オクタン価燃料の量が多くなることで燃料の着火性が悪化することを防ぐことができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態による内燃機関１の制御方法に関するフローチャートを図５に示す。第２実施形態では、ノック判定ステップ（Ｓ２０１）において、ＥＣＵ８は、筒内圧センサ１８の出力信号が所定の閾値（δ）より大きいか否かを判定する。その出力信号が所定の閾値（δ）より大きいとき、内燃機関１にノッキングが発生したものとして、処理は噴射量限界判定ステップ（Ｓ２０２）に移行する。
一方、その出力信号が所定の閾値（δ）より小さいとき、処理はノック判定ステップ（Ｓ２０１）を継続して行う。
なお、所定の閾値（δ）は、特許請求の範囲に記載の第１閾値の一例に相当する。

第２実施形態の噴射量限界判定ステップ（Ｓ２０２）、暖機判定ステップ（Ｓ２０３）、混合液増量ステップ（Ｓ２０４）、高オクタン価燃料増量ステップ（Ｓ２０５）は、第１実施形態で説明した処理（Ｓ１０２、Ｓ１０３、Ｓ１０４、Ｓ１０５）と同一である。
但し、第２実施形態では、混合液増量ステップ（Ｓ２０４）の後、処理は、燃焼変動判定ステップ（Ｓ２０６）に移行する。燃焼変動判定ステップ（Ｓ２０６）では、燃焼変動率が所定の閾値（η）より小さいか否かを判定する。なお、燃焼変動率とは、内燃機関１の所定期間の燃焼サイクルにおける気筒内圧力の標準偏差を、その所定期間の燃焼サイクルにおける気筒内圧力の平均値で除した値である。燃焼変動率が所定の閾値（η）より小さいと判定されると、所定期間の燃焼サイクルにおける燃焼が安定しているものとして、処理は、水量増加ステップ（Ｓ２０７）に移行する。
なお、所定の閾値（η）は、特許請求の範囲に記載の第３閾値の一例に相当する。

水量増加ステップ（Ｓ２０７）では、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液の噴射量を増加するか、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加する。これにより、気筒内をさらに冷却し、ノッキングが抑制される。その後、処理は、最初のノック判定ステップ（Ｓ２０１）に移行し、上述した処理を繰り返し実行する。

一方、燃焼変動判定ステップ（Ｓ２０６）において、燃焼変動率が所定の閾値（η）より大きいと判定されると、混合液の噴射量の増加または混合液における水の濃度の増加をすることなく、処理は、最初のノック判定ステップ（Ｓ２０１）に移行し、上述した処理を繰り返し実行する。これにより、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液に含まれる水の噴射量の割合がそれ以上増加することが禁止される。すなわち、燃焼変動判定ステップ（Ｓ２０６）において、燃焼変動率が所定の閾値（η）より大きいと判定する処理（Ｓ２０６；ＹＥＳ）は、特許請求の範囲に記載の「水量増加禁止ステップ」の一例に相当する。

第２実施形態による内燃機関１の制御方法では、燃焼変動率が所定の閾値（η）より小さいとき、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加する。一方、燃焼変動率が所定の閾値（η）より大きいとき、第２燃料噴射弁５２から噴射される混合液の噴射量の増加を禁止し、或いは、混合液における水の濃度の増加を禁止する。
これにより、第２燃料噴射弁５２から水を噴射することによる燃焼の悪化を防ぐことが可能である。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、第１燃料噴射弁２１は、燃料を気筒内へ直接噴射供給する構成とした。これに対し、他の実施形態では、第１燃料噴射弁２１は、燃料を吸気通路３２に噴射する構成としてもよい。

（２）上述した実施形態では、第２燃料噴射弁５２は、混合液を吸気通路３２へ噴射供給する構成とした。これに対し、他の実施形態では、第２燃料噴射弁５２は、混合液を気筒内へ直接噴射供給する構成としてもよい。なお、この場合、第２燃料噴射弁５２はシリンダヘッド１０の中央に取り付け、気筒内全体を冷却するように構成することが好ましい。

（３）上述した実施形態では、ＥＣＵ８は、混合液増量ステップ（Ｓ１０４、Ｓ２０４）において混合液の噴射量を所定量増量する制御を行った後、処理を最初のノック判定ステップ（Ｓ１０１、Ｓ２０１）に移行することで、その混合液の噴射量を所定量増量する制御を繰り返し行うものとした。また、高オクタン価燃料増量ステップ（Ｓ１０５、Ｓ２０５）において混合液に含まれる高オクタン価燃料の噴射量を所定量増量する制御を行った後、処理を最初のノック判定ステップ（Ｓ１０１、Ｓ２０１）に移行することで、その高オクタン価燃料の噴射量を所定量増量する制御を繰り返し行うものとした。
これに対し、他の実施形態では、ＥＣＵ８は、実験により作成した制御マップ又は運転中に作成した制御マップを参照し、運転状態に合わせて混合液の噴射量、または、混合液に含まれる水および高オクタン価燃料の噴射量を決定してもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１ ・・・内燃機関
２ ・・・エンジン本体
３ ・・・吸気系統
４ ・・・排気系統
２１・・・第１燃料噴射弁
２２・・・第１燃料タンク
４０・・・水タンク
４４・・・第２燃料タンク
５２・・・第２燃料噴射弁

Claims (14)

1. 燃焼室（１４）を形成するエンジン本体（２）と、
   前記燃焼室で火花放電する点火プラグ（１７）と、
   吸気通路（３２）を通じて前記燃焼室に空気を導入する吸気系統（３）と、
   排気通路（３５）を通じて前記燃焼室から排気を排出する排気系統（４）と、
   燃料を貯留する第１燃料タンク（２２）と、
   前記第１燃料タンクから供給される燃料を前記吸気通路又は前記燃焼室に噴射する第１燃料噴射弁（２１）と、
   前記第１燃料タンクが貯留する燃料よりもオクタン価が高い高オクタン価燃料を貯留する第２燃料タンク（４４）と、
   水を貯留する水タンク（４０）と、
   前記第２燃料タンクから供給される高オクタン価燃料と前記水タンクから供給される水とを混合した混合液を前記吸気通路又は前記燃焼室に噴射する第２燃料噴射弁（５２）と、を備える内燃機関。
2. 前記排気通路と前記吸気通路とを連通し、前記排気通路を流れる排気を前記吸気通路に還流するＥＧＲ通路（３６）と、
   前記ＥＧＲ通路を流れる排気を冷却するＥＧＲクーラ（３８）と、をさらに備え、
   前記水タンクには、前記ＥＧＲクーラを通過する排気から凝縮された水が供給されるものである請求項１に記載の内燃機関。
3. 雨水を収集する雨水収集器（５）をさらに備え、
   前記水タンクには、前記雨水収集器で収集された水が供給されるものである請求項１または２に記載の内燃機関。
4. 前記第２燃料タンクから供給される高オクタン価燃料と前記水タンクから供給される水とを混合し、前記第２燃料噴射弁に供給する撹拌器（６）と、
   前記撹拌器から前記第２燃料噴射弁に供給される混合液における高オクタン価燃料または水の濃度を検出する濃度センサ（５１）と、
   前記濃度センサの出力信号に基づき、前記第２燃料タンクから前記撹拌器に供給される高オクタン価燃料の量、および、前記水タンクから前記撹拌器に供給される水の量を調整する制御装置（８）と、をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
5. 前記エンジン本体の振動を検出するノックセンサ（１６）、または、気筒内圧力を検出する筒内圧センサ（１８）をさらに備え、
   前記制御装置は、前記ノックセンサまたは前記筒内圧センサの出力信号に基づき、前記内燃機関のノッキングが大きいほど、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加するものである請求項４に記載の内燃機関。
6. 吸気通路又は燃焼室に燃料を噴射する第１燃料噴射弁、および、前記第１燃料噴射弁から噴射される燃料よりもオクタン価が高い高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を吸気通路又は燃焼室に噴射する第２燃料噴射弁を備えた内燃機関を制御する制御装置において、
   エンジン本体の振動を検出するノックセンサ、または、気筒内圧力を検出する筒内圧センサの出力信号により前記内燃機関のノッキングが検出されると、前記第１燃料噴射弁からの燃料噴射に加え、前記第２燃料噴射弁から高オクタン価燃料と水とを混合した混合液を噴射する制御を行う内燃機関の制御装置。
7. 前記ノックセンサまたは前記筒内圧センサの出力信号に基づき、前記内燃機関のノッキングが大きいほど、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加するものである請求項６に記載の内燃機関の制御装置。
8. 前記内燃機関の所定期間の燃焼サイクルにおける気筒内圧力の標準偏差を前記所定期間の燃焼サイクルにおける気筒内圧力の平均値で除した燃焼変動率が第３閾値（η）より小さいとき、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液の噴射量を増加するか、または、混合液における水の濃度を増加し、
   前記燃焼変動率が第３閾値より大きいとき、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液の噴射量の増加を禁止し、或いは、混合液における水の濃度の増加を禁止するものである請求項６または７に記載の内燃機関の制御装置。
9. 前記内燃機関が暖機状態のとき、高オクタン価燃料と水との混合液を前記第２燃料噴射弁から噴射する制御を行い、
   前記内燃機関が冷間状態のとき、高オクタン価燃料と水との混合液に代えて高オクタン価燃料を前記第２燃料噴射弁から噴射する制御を行うものである請求項６から８のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
10. 前記内燃機関が暖機状態であり、且つ、前記第２燃料噴射弁に高オクタン価燃料を供給する第２燃料タンクに貯留された高オクタン価燃料の残量が所定量以下となったとき、高オクタン価燃料と水との混合液に代えて水を前記第２燃料噴射弁から噴射する制御を行うものである請求項６から９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
11. 前記内燃機関が暖機状態であり、且つ、前記内燃機関の運転状態が低回転高負荷領域にあるとき、高オクタン価燃料と水との混合液に代えて水を前記第２燃料噴射弁から噴射する制御を行うものである請求項６から１０のいずれか一項に記載の内燃機関の制御装置。
12. エンジン本体の振動を検出するノックセンサの出力信号、または、気筒内圧力を検出する筒内圧センサの出力信号が第１閾値（α、δ）より大きいか否かを判定するノック判定ステップ（Ｓ１０１、Ｓ２０１）と、
    内燃機関の温度が第２閾値（γ）より大きいか否かを判定する暖機判定ステップ（Ｓ１０３、Ｓ２０３）と、
    前記ノックセンサの出力信号または前記筒内圧センサの出力信号が第１閾値より大きく、且つ、前記内燃機関の温度が第２閾値より大きいとき、第１燃料噴射弁から燃料を継続して噴射すると共に、第２燃料噴射弁から噴射される高オクタン価燃料と水との混合液の噴射量を増量する混合液増量ステップ（Ｓ１０４、Ｓ２０４）と、
    前記ノックセンサの出力信号または前記筒内圧センサの出力信号が第１閾値より大きく、且つ、前記内燃機関の温度が第２閾値より小さいとき、混合液に含まれる高オクタン価燃料の量を増量する高オクタン価燃料増量ステップ（Ｓ１０５、Ｓ２０５）と、を含む内燃機関の制御方法。
13. 前記内燃機関の所定期間の燃焼サイクルにおける気筒内圧力の標準偏差を前記所定期間の燃焼サイクルにおける気筒内圧力の平均値で除した燃焼変動率が第３閾値より小さいか否かを判定する燃焼変動判定ステップ（Ｓ２０６）と、
    前記燃焼変動率が第３閾値より小さいとき、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液の噴射量を増加し、または、混合液における高オクタン価燃料に対する水の割合を増加する水量増加ステップ（Ｓ２０７）と、
    前記燃焼変動率が第３閾値より大きいとき、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液の噴射量の増加を禁止し、或いは、混合液における水の濃度の増加を禁止する水量増加禁止ステップ（Ｓ２０６；ＹＥＳ）と、をさらに含む請求項１２に記載の内燃機関の制御方法。
14. 前記第１燃料噴射弁から噴射される燃料の噴射量に対し、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液に含まれる高オクタン価燃料の量が所定の割合（β）を超えているか否かを判定する噴射量限界判定ステップ（Ｓ１０２、Ｓ２０２）と、
    混合液に含まれる高オクタン価燃料の量が所定の割合を超えているとき、前記第２燃料噴射弁から噴射される混合液に含まれる高オクタン価燃料の増加を禁止する高オクタン価燃料増加禁止ステップ（Ｓ１０２；ＹＥＳ、Ｓ２０２；ＹＥＳ）と、をさらに含む請求項１２または１３に記載の内燃機関の制御方法。

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