JP4826389B2 - 多種燃料内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される多種燃料内燃機関に関する。

従来、性状の異なる複数種類の燃料を用いて運転される所謂多種燃料内燃機関が知られている。例えば、下記の特許文献１にはガソリンと軽油の混合燃料を用いて運転される多種燃料内燃機関について開示されている。この多種燃料内燃機関は、機関始動時に着火性の高い軽油の混合割合を多くし、これにより生成された高着火性の混合燃料を用いて機関始動時の拡散燃焼運転を実現させている。また、下記の特許文献２には、機関負荷が所定の負荷よりも軽負荷であれば火花点火火炎伝播燃焼モードで運転され、高負荷であれば圧縮自着火拡散燃焼モードで運転される多種燃料内燃機関について記載されている。

特開平９−６８０６１号公報 特開２００４−２４５１２６号公報

このように、上記特許文献１に開示された多種燃料内燃機関は、機関始動時に着火性の高い混合燃料を使用することによって燃焼室内における燃料に対しての着火性を向上させ、機関始動時の拡散燃焼を可能にしている。

しかしながら、一般に拡散燃焼時における燃焼室内の燃焼温度は低いので、冷間始動時等の如く排気触媒装置が活性化されていないときには、その触媒が暖機されるまでに排気ガス中の有害成分がそのまま大気へと放出されてしまう。

また、着火性の高い混合燃料は、蒸発性が低く、燃焼室内での空気との混合状態を不均一にしてしまう。これが為、この多種燃料内燃機関においては、拡散燃焼時に不完全燃焼が引き起こされるので、粒子状物質（ＰＭ）やスモークを発生させてしまう。特に、そのＰＭやスモークの発生量については、機関回転数が高回転になればなるほど不完全燃焼を起こし易いので、高回転でのアイドル運転が行われる冷間始動時に顕著な増加が見受けられる。

そこで、本発明は、かかる従来例の有する不都合を改善し、良好なエミッション性能を確保しつつ排気触媒装置の活性化を図り得る多種燃料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、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも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多種燃料内燃機関において、排気触媒装置の触媒に対しての昇温要求があるときに、燃焼室内に導かれる燃料中の高蒸発性燃料の含有割合を多くしてストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、排気触媒装置の触媒の温度を低下させたいときに、燃焼室内に導かれる燃料中における蒸発性の悪い燃料の含有割合を多くしてリーン圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる制御手段を設けている。

この請求項１記載の多種燃料内燃機関においては、触媒の昇温要求時に、燃焼室内に導かれる燃料の蒸発性が高まって気化し易くなるので、燃焼室内の燃焼温度が上昇させられる。これが為、この多種燃料内燃機関においては、相対的に高温寄りの排気ガスが排出されるので、排気触媒装置の触媒を素早く昇温させることができる。また、この多種燃料内燃機関においては、その様に燃焼室内に導かれる燃料中の高蒸発性燃料の含有割合を多くして圧縮自着火拡散燃焼させているので、その燃料と圧縮空気の混合状態が均一になり、更に、拡散燃焼期間と後燃え期間での燃焼室内の温度と圧力の低下が防がれるので、不完全燃焼が抑制されてＰＭやスモークの排出量を軽減することができる。また、この多種燃料内燃機関においては、触媒暖機時にストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードで運転しているので、ＨＣやＣＯだけでなく、ＮＯｘの発生をも抑えることができる。更に、この請求項１記載の多種燃料内燃機関においては、触媒の温度低下の要求時に、燃焼室内に導かれる燃料の蒸発性を低下させることによって燃焼室内の燃焼温度が下がるので、排気触媒装置の触媒や触媒担体の過熱が回避されて、これらの耐久性を向上させることができる。また、この多種燃料内燃機関においては、その触媒の触媒温度を活性温度領域内に保つことができる。

また、この請求項１記載の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置の触媒について昇温要求でなく且つ温度低下の要求でもないときで、リーン圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転の場合に、高蒸発性燃料の残存量が少なければ当該高蒸発性燃料の含有割合を少なくし、その残存量が多ければ当該高蒸発性燃料の含有割合を多くしている。従って、この多種燃料内燃機関においては、燃料の偏った消費を回避することができる。

前記排気触媒装置の触媒の温度低下の要求の際のリーン圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転は、請求項２記載の発明の様に、その触媒の温度が閾値としての触媒破損限界温度を超えているときに又は当該触媒破損限界温度よりも低い温度であり且つ急激な運転条件の変化に伴う排気ガスの温度上昇によって当該触媒を破損させる可能性がある場合の当該排気ガスの温度上昇前の温度を超えているときに、燃焼室内に導かれる燃料中における蒸発性の悪い燃料の含有割合を触媒の温度と前記閾値との差が大きいほど多くして行うことが望ましい。

本発明に係る多種燃料内燃機関は、ＰＭやスモーク、更にはＮＯｘ等の排気ガス中の有害成分の発生を抑えつつも排気ガスの温度を上昇させることができる。これが為、この多種燃料内燃機関によれば、良好なエミッション性能を確保しながら排気触媒装置のＮＯｘ触媒の早期活性化が可能になる。また、この多種燃料内燃機関によれば、その触媒の触媒温度を活性温度領域内に保つことができる。

以下に、本発明に係る多種燃料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。

本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１を図１から図３に基づいて説明する。この多種燃料内燃機関とは、性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類を燃焼室に導いて又は当該少なくとも２種類の燃料からなる混合燃料を燃焼室に導いて運転される内燃機関である。本実施例１にあっては、後者の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に示す制御手段たる電子制御装置（ＥＣＵ）１によって燃焼制御等の各種制御動作が実行される。その電子制御装置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。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。

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、その燃料混合比率は、予め設定されている一定値であってもよく、運転条件や燃焼モードに応じて変わる変動値であってもよい。

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。

そ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。

また、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、その排気ポート１１ｃに排出された燃焼ガス（以下、「排気ガス」という。）が図１に示す排気通路７１を介して大気に放出される。これが為、その排気通路７１上には、排気ガス中の有害成分の浄化を行う排気触媒装置７２が配設されている。

例えば、この本実施例１の排気触媒装置７２には、有害な窒素酸化物（ＮＯｘ）を無害な窒素（Ｎ₂），水（Ｈ₂Ｏ）及び二酸化炭素（ＣＯ₂）へと浄化するＮＯｘ触媒が備えられている。ここでのＮＯｘ触媒としては、ＮＳＲ（ＮＯｘ Ｓｔｏｒａｇｅ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ）又はＤＰＮＲ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ−ＮＯｘ Ｒｅｄｕｃｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍ）が適用される。ここで、ＮＳＲとは、通常の希薄領域（リーン領域）での運転時にＮＯｘを硝酸塩の形で触媒中に吸蔵し、その硝酸塩を還元雰囲気で窒素に還元するＮＯｘ吸蔵還元型触媒のことである。また、ＤＰＮＲとは、ＰＭとＮＯｘを共に浄化するシステムのことである。

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、ＰＭやスモーク、ＮＯｘや未燃ＨＣの抑制に寄与する。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。

本実施例１の多種燃料内燃機関は、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８１を配設する。この点火プラグ８１は、電子制御装置１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の電子制御装置１には、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図２に示す如き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。例えば、この燃焼モードマップデータは、中高負荷・低回転や高負荷・高回転等の運転条件のときに圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、低負荷・低回転や低中負荷・高回転等の運転条件のとき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に、予め実験やシミュレーションに基づき設定されたものである。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、圧縮自着火拡散燃焼モードにおいては、圧縮空気中に燃料が噴射されるので蒸発性の低い燃料を使用した場合に燃料と空気の混合状態が均一になり難く、更に、拡散燃焼期間と後燃え期間で燃焼室ＣＣ内の温度と圧力が低下する為に、不完全燃焼を引き起こしてＰＭやスモークが発生され易くなってしまう。特に、そのＰＭやスモークの発生量は、燃料の蒸発性が低ければ低いほど増加していく。これが為、この圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる際には、高い着火性だけでなく高い蒸発性も有している燃料を使用すればよく、これにより、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が高まって空気との混合が促進されるので、燃料の過濃領域が減少されてＰＭやスモークの発生量を減少させることができる。他方、その燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が高くなるにつれて当該燃料の着火性は低下していくので、そのような燃料を用いて圧縮自着火拡散燃焼モードで運転すると、燃料の着火性の低下に伴う急峻な燃焼によってＮＯｘの発生量が増大してしまう可能性がある。

ここで示す「燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料」とは、本実施例１の多種燃料内燃機関のように燃料混合手段５３で混合された各燃料Ｆ１，Ｆ２の混合燃料が燃焼室ＣＣへと送られる形態を採っているときにはその混合燃料のことをいう。ここでは、第１燃料タンク４１Ａに着火性が高く蒸発性の低い燃料（第１燃料Ｆ１）を貯留させ、第２燃料タンク４１Ｂに着火性が低く蒸発性の高い燃料（第２燃料Ｆ２）を貯留させた場合について例示する。例えば、その第１燃料Ｆ１として軽油が貯留され、その第２燃料Ｆ２としてガソリンが貯留されている。かかる場合、夫々の燃料Ｆ１，Ｆ２の様々な燃料特性を総合して勘案しなければならないが、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料は、一般に、第１燃料Ｆ１の燃料混合割合が多ければ着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第２燃料Ｆ２の燃料混合割合が多ければ着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。尚、後述する図５に示す多種燃料内燃機関のように各燃料Ｆ１，Ｆ２が個別に燃焼室ＣＣへと供給される形態を採っている場合には、その供給された各燃料Ｆ１，Ｆ２の全体のことを「燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料」という。かかる場合には、第１燃料Ｆ１の供給割合が多ければ着火性が良好で蒸発性に劣る燃料特性となり、第２燃料Ｆ２の供給割合が多ければ着火性に劣り蒸発性が良好な燃料特性となる。

このように、圧縮自着火拡散燃焼モード選択時には、燃焼室ＣＣ内における高着火性の第１燃料Ｆ１の含有割合を増加させて運転した場合、ＮＯｘの発生が抑えられる反面、ＰＭ及びスモークの発生量が増大され、また、高蒸発性の第２燃料Ｆ２の含有割合を増加させて運転した場合、ＰＭ及びスモークの発生が抑えられる反面、ＮＯｘの発生量が増大されてしまう。

ここで、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、通常、排気ガス中のＮＯｘを上述した排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒で浄化させるので、そのＮＯｘの大気への放出が抑えられている。しかしながら、そのＮＯｘ触媒がＮＯｘの浄化性能を発揮する為には触媒温度が活性温度領域に達していなければならず、従って、冷間始動時等の様なＮＯｘ触媒が不活性状態のときには、排気ガス中のＮＯｘが浄化されずにそのまま大気へと放出されてしまうので、その触媒温度を上昇させる必要がある。

一方、この排気触媒装置７２においては、触媒温度を上昇させ続けることによってＮＯｘ触媒や触媒担体が過熱されてしまう虞があり、その場合にＮＯｘ触媒や触媒担体が破損してしまうと、ＮＯｘ触媒の浄化性能を発揮できなくなる。

そこで、本実施例１においては、ＮＯｘの浄化性能の確保とＮＯｘ触媒や触媒担体の耐久性の向上を図る為に、電子制御装置１に排気触媒装置７２の触媒床温を適切に制御させて、ＮＯｘ触媒の触媒温度を活性温度領域内に保たせる。

具体的に、本実施例１の電子制御装置１は、ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求があるときには触媒暖機運転モードで多種燃料内燃機関を運転させ、ＮＯｘ触媒に対しての温度低下要求があるときには触媒冷機運転モードで多種燃料内燃機関を運転させる。

ここでのＮＯｘ触媒に対しての昇温要求があるときとは、ＮＯｘ触媒の触媒温度が活性温度に達していないときを指しており、その触媒温度と略同じ温度である排気触媒装置７２の触媒床温Ｔｃを利用して判別することができる。本実施例１においては、その触媒床温Ｔｃについて図１に示す床温センサ７３を用いて検出させる。例えば、本実施例１の電子制御装置１には、床温センサ７３から検出した触媒床温Ｔｃと活性温度領域の下限温度ＴｃＬとを比較させ、その触媒床温Ｔｃが下限温度ＴｃＬよりも低温であれば「ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求あり」と判断させる。

その判断が為された際に選択される触媒暖機運転モードとは、燃焼温度の高温化を図って相対的に高温寄りの排気ガスを排出させることが可能な運転モードのことをいう。

ここで、予混合火花点火火炎伝播燃焼モードにおいては、燃焼温度が極端に高温になることによって異常燃焼が起こり、これに伴ってノッキングが発生してしまうので、燃焼温度の高温化は難しい。また、本実施例１の排気触媒装置７２は活性状態において排気ガス中のＮＯｘの浄化は可能だがＨＣ（炭化水素）やＣＯ（一酸化炭素）を浄化できないので、ＣＯの発生を抑えることのできない予混合火花点火火炎伝播燃焼モードでの運転については、低負荷運転等の限られた状況下でのみ行わせることが好ましい。そこで、燃焼温度の高温化を図る為には、ＨＣやＣＯの発生を抑えることのできる圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させることが好ましい。

しかしながら、圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転は、燃焼温度自体が低い。これが為、本実施例１においては、蒸発性を高めることによって燃料が気化し易くなるので、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を高くして燃焼温度の高温化を図る。また、燃焼室ＣＣ内の空燃比については、希薄化に伴って燃焼温度が低くなるので、希薄空燃比よりも理論空燃比、理論空燃比よりも過濃空燃比にすることが燃焼温度の高温化を図る上で好ましい。そこで、本実施例１においては、不完全燃焼によりＰＭやスモークを発生させる過濃空燃比での圧縮自着火拡散燃焼モード運転を避け、理論空燃比で運転して燃焼温度の高温化を図る。

従って、本実施例１の触媒暖機運転モードとは、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を高くし、その燃料と空気の空燃比を理論空燃比にして圧縮自着火拡散燃焼（以下、「ストイキ圧縮自着火拡散燃焼」という。）させる運転モードのことを指している。

本実施例１においては、ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求があったときに、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料が高蒸発性の燃料となるような燃料混合比率に設定し、これを満たすべく燃料混合手段５３等が駆動制御されるよう電子制御装置１の燃料混合制御手段を構成しておく。ここでは、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料中においての高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合が低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合よりも多くなるように燃料混合比率を設定して、その燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を高くする。更に、本実施例１においては、ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求があったときに、ストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードが選択されるよう電子制御装置１の燃料混合制御手段を構成しておく。

また、上述したＮＯｘ触媒に対しての温度低下要求があるときとは、ＮＯｘ触媒が過熱に伴って触媒破損限界温度ＴｃＨを超えているときを指す。その触媒破損限界温度ＴｃＨとは、例えば、ＮＯｘ触媒が破損を来さない上限温度のことである。この温度低下要求についても排気触媒装置７２の触媒床温Ｔｃを利用して判別することができ、例えば、本実施例１の電子制御装置１は、床温センサ７３から検出した触媒床温Ｔｃと触媒破損限界温度ＴｃＨとを比較し、その触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨよりも高温であれば「ＮＯｘ触媒に対しての温度低下要求あり」と判断する。

その判断が為された際に選択される触媒冷機運転モードとは、燃焼温度の低温化を図って相対的に低温寄りの排気ガスを排出させることが可能な運転モードのことをいう。

ここで、燃焼温度の低温化を図る為には、燃焼温度の低い圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させることが好ましい。また、ここでは、触媒暖機運転モードの場合とは逆の観点に立って、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を低くし、且つ、希薄空燃比にして燃焼温度の低温化を図る。

従って、本実施例１の触媒冷機運転モードは、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を低くし、その燃料と空気の空燃比を希薄空燃比にして圧縮自着火拡散燃焼（以下、「リーン圧縮自着火拡散燃焼」という。）させる運転モードのことを指しており、これによって燃焼温度の低温化が可能になるので、相対的に低温寄りの排気ガスが排出されて、排気触媒装置７２の触媒担体の温度を低下させる。ここでは、燃焼室ＣＣ内における低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合よりも増加させて、その燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を低くする。

一方、本実施例１の電子制御装置１には、ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求も温度低下要求も無いとき（換言すれば、ＮＯｘ触媒の触媒温度が活性温度領域内にあるとき）に、本実施例１の多種燃料内燃機関に設定されている通常運転モードで運転させる。例えば、この通常運転モードとは、上述した運転条件に応じて図２に示す燃焼モードマップデータから選択された燃焼モードでの運転のことを指す。

以下に、本実施例１の多種燃料内燃機関の動作の一例を図３のフローチャートに基づき説明する。

先ず、本実施例１の電子制御装置１には、床温センサ７３の検出信号が送られて排気触媒装置７２の触媒床温Ｔｃが入力される（ステップＳＴ１）。そして、この電子制御装置１は、その触媒床温Ｔｃと活性温度領域の下限温度ＴｃＬとを比較する（ステップＳＴ２）。

ここで、触媒床温Ｔｃが下限温度ＴｃＬ以上の場合、電子制御装置１は、床温センサ７３から検出した触媒床温Ｔｃと触媒破損限界温度ＴｃＨとを比較し（ステップＳＴ３）、その触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨ以下であれば、「ＮＯｘ触媒は活性温度領域内にあり」と判断し、通常運転モードを選択して適宜運転させる（ステップＳＴ４）。

一方、触媒床温Ｔｃが下限温度ＴｃＬよりも低温であれば、電子制御装置１は、「ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求あり」と判断して触媒暖機運転モードを選択し、燃焼室ＣＣ内における高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合よりも多くして、その燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を高める（ステップＳＴ５）。

本実施例１においては、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を駆動制御して、そのような第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の燃料混合比率を満たす混合燃料を生成する。その燃料混合比率は、予め設定されている固有の値であってもよく、また、触媒床温Ｔｃと下限温度ＴｃＬの差に応じて設定される変動値であってもよい。例えば、前者の場合には、エミッション性能を悪化させずに最も燃焼温度を高くすることが可能な燃料混合比率を予め実験やシミュレーションによって求めておけばよい。また、後者の場合には、触媒床温Ｔｃと下限温度ＴｃＬの差が大きいほど燃焼温度が高くなるように、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を多くしていけばよい。

そして、この電子制御装置１は、その燃焼モード設定手段によって触媒暖機を行う際のストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードを選択し（ステップＳＴ６）、蒸発性の高い燃料を用いてストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる。

これにより、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が高まって気化し易くなるので、燃焼室ＣＣ内の燃焼温度が上昇させられる。これが為、この多種燃料内燃機関においては、用意されている各種燃焼モードの内で相対的に高温寄りの排気ガスが排出されるので、排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒を素早く昇温させることができる。また、ここでは、その際に燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料中の高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を多くして圧縮自着火拡散燃焼させているので、その燃料と圧縮空気の混合状態が均一になり、更に、拡散燃焼期間と後燃え期間での燃焼室ＣＣ内の温度と圧力の低下が防がれるので、不完全燃焼が抑制されてＰＭやスモークの排出量を軽減することができる。また、ここでは、その際にストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードで運転しているので、ＨＣやＣＯだけでなく、ＮＯｘの発生をも抑えることができる。このように、この多種燃料内燃機関は、ＰＭやスモーク、更にはＮＯｘ等の排気ガス中の有害成分の発生を抑えつつも排気ガスの高温化が可能なので、良好なエミッション性能を確保しながら排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒を早期活性化させることができる。従って、この多種燃料内燃機関においては、エミッション性能の悪化を抑制しつつ、例えば、機関冷間時における排気ガス中のＮＯｘの浄化性能を早い段階から発揮させることができる。

また、上記ステップＳＴ３において触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨよりも高温であれば、電子制御装置１は、「ＮＯｘ触媒に対しての温度低下要求あり」と判断して触媒冷機運転モードを選択し、燃焼室ＣＣ内における低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合よりも多くして、その燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を低下させる（ステップＳＴ７）。

その際の第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の燃料混合比率は、予め設定されている固有の値であってもよく、また、触媒床温Ｔｃと触媒破損限界温度ＴｃＨの差に応じて設定される変動値であってもよい。例えば、前者の場合には、エミッション性能を悪化させずに最も燃焼温度を低くすることが可能な燃料混合比率を予め実験やシミュレーションによって求めておけばよい。また、後者の場合には、触媒床温Ｔｃと触媒破損限界温度ＴｃＨの差が大きいほど燃焼温度が低くなるように、低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を多くしていけばよい。

そして、この電子制御装置１は、その燃焼モード設定手段によって触媒冷機を行う際のリーン圧縮自着火拡散燃焼モードを選択し（ステップＳＴ８）、蒸発性の低い燃料を用いてリーン圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる。

これにより、本実施例１の多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性が低下して、燃焼室ＣＣ内の燃焼温度を低下させる。これが為、この多種燃料内燃機関においては、用意されている各種燃焼モードの内で相対的に低温寄りの排気ガスが排出されるので、排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒や触媒担体を素早く冷却させ、これらの過熱を回避することができる。また、ここでは、その際に燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料中の低蒸発性（高着火性）の第１燃料Ｆ１の含有割合を多くしてリーン圧縮自着火拡散燃焼させているので、不完全燃焼が抑制されてＰＭやスモーク、更にはＨＣやＣＯの発生を抑えることができる。このように、この多種燃料内燃機関は、ＰＭやスモーク等の発生を抑えつつも排気ガスの低温化が可能なので、良好なエミッション性能を確保しながら排気触媒装置７２におけるＮＯｘ触媒や触媒担体の温度を早期に低下させることができる。従って、この多種燃料内燃機関においては、エミッション性能の悪化を抑制しつつ、排気触媒装置７２の破損防止に伴い耐久性が向上する。尚、そのリーン圧縮自着火拡散燃焼時にはＮＯｘを発生させる虞があるが、このＮＯｘについては、活性状態にある排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒によって浄化されるので、大気への放出は回避される。

以上示したように、本実施例１の多種燃料内燃機関によれば、排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒が不活性状態又は破損の懸念される状態にあるときには、良好なエミッション性能を確保しながら触媒温度を素早く活性温度領域内に導くことができ、更には、そのＮＯｘ触媒の触媒温度を活性温度領域内に保つことができる。従って、この多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２の浄化性能と耐久性の双方を向上させることができる。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２を図４に基づいて説明する。

前述した実施例１では第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、本実施例２においては、そ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ついて例示する。例えば、この種の多種燃料内燃機関は、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４に示す燃料供給装置１５０へと置き換えることによって構成することができる。

その図４に示す燃料供給装置１５０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。

例えば、こ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へと噴射させるものとする。従って、本実施例２の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒の触媒温度を活性温度領域内へと導くときに、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合が実施例１と同様に調節された混合燃料を燃料噴射弁５７から燃焼室ＣＣ内に直接噴射させ、触媒暖機時のストイキ圧縮自着火拡散燃焼モード又は触媒冷機時のリーン圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例３を図５に基づいて説明する。

前述した実施例１では予め燃料混合手段５３で混合しておいた第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の混合燃料を燃料噴射弁５７から燃焼室ＣＣ内へと噴射させる多種燃料内燃機関について例示し、また、前述した実施例２ではその混合燃料を２本の燃料噴射弁５７，１５７から各々燃焼室ＣＣ内と吸気ポート１１ｂに噴射させる多種燃料内燃機関について例示したが、本実施例３においては、その燃料混合手段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ついて例示する。例えば、この種の多種燃料内燃機関は、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５に示す燃料供給装置２５０へと置き換えることによって構成することができる。

その図５に示す燃料供給装置２５０は、燃焼室ＣＣ内に第１燃料Ｆ１（着火性が高く蒸発性の低い燃料）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（蒸発性が高く着火性の低い燃料）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２５１Ａに送出する第１フィードポンプ２５２Ａと、その第１燃料通路２５１Ａ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２５１Ｂに送出する第２フィードポンプ２５２Ｂと、その第２燃料通路２５１Ｂ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。

例えば、こ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で運転する際に燃料噴射弁２５７Ａ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。その際、この多種燃料内燃機関においては、設定された燃料混合比率となるように夫々の燃料噴射弁２５７Ａ，２５７Ｂを駆動制御させる。従って、本実施例３の多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒の触媒温度を上昇させて活性温度領域内へと導くときに、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）用の燃料噴射弁２５７Ｂからの燃料噴射量を燃料噴射弁２５７Ａからの燃料噴射量よりも多くして、触媒暖機を行う際のストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる。また、この多種燃料内燃機関においては、排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒の触媒温度を低下させて活性温度領域内へと導くときに、低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）用の燃料噴射弁２５７Ａからの燃料噴射量を燃料噴射弁２５７Ｂからの燃料噴射量よりも多くして、触媒冷機を行う際のリーン圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる。

次に、本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例４を図６から図８に基づいて説明する。

本実施例４の多種燃料内燃機関は、図６に示す如く前述した実施例１の多種燃料内燃機関において点火プラグ８１を取り除いたものであり、これに伴ってストイキ圧縮自着火拡散燃焼モード又はリーン圧縮自着火拡散燃焼モードでのみ運転させるように構成したものである。

従って、この本実施例４の多種燃料内燃機関においては、燃焼室ＣＣ内の燃料に対しての着火性を高めなければ圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を実現し難くなるので、着火性の良好な第１燃料Ｆ１を多用しなければならなくなる。このようなことから、この多種燃料内燃機関においては、その第１燃料Ｆ１のみが消費し尽くされてしまう可能性が高く、蒸発性の高い第２燃料Ｆ２が大量に残存しているにも拘わらず当該第２燃料Ｆ２のみでは圧縮空気中で自己着火できないので、それ以降運転できなくなってしまう。これが為、この多種燃料内燃機関においては、第１燃料Ｆ１が無くなる前に補給しに行かなければならず、利用者にとっては煩わしいものとなってしまう。

そこで、本実施例４は、かかる図６に示す多種燃料内燃機関において第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２を均等に消費させるよう構成する。

先ず、本実施例４の多種燃料内燃機関においては、第１燃料タンク４１Ａにおける低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の残存量と第２燃料タンク４１Ｂにおける高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の残存量Ｆを電子制御装置１に把握させるべく、その第１及び第２の燃料タンク４１Ａ，４１Ｂに夫々の燃料残存量を検出させる残量計等の燃料残存量検出手段４２Ａ，４２Ｂを配設する。

また、本実施例４の多種燃料内燃機関においても触媒暖機運転モードと触媒冷機運転モードが用意されており、これらのモードにおいては、前述した実施例１の多種燃料内燃機関と同様の制御が電子制御装置１によって実行される。

一方、本実施例４の通常運転モードにおいては、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図７に示す如き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電子制御装置１の燃焼モード設定手段に選択させる。例えば、この燃焼モードマップデータには、高負荷域にて選択されるストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードの運転領域（以下、「ストイキ圧縮自着火拡散燃焼領域」という。）と、低負荷域にて選択されるリーン圧縮自着火拡散燃焼モードの運転領域（以下、「リーン圧縮自着火拡散燃焼領域」という。）と、が示されており、これらについては予め実験やシミュレーションに基づき設定されている。

ここで、通常運転モード時にストイキ圧縮自着火拡散燃焼領域が選択された場合には、燃焼室ＣＣ内に導かれる燃料の蒸発性を高めることによって、触媒暖機させる際のストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードと同様に良好なエミッション性能を得ることができる。これが為、本実施例４においては、かかる場合に触媒暖機時のストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードを選択させる。

また、通常運転モード時にリーン圧縮自着火拡散燃焼領域が選択された場合には、第２燃料タンク４１Ｂ内の高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の残存量Ｆに応じて、その高蒸発性燃料の燃焼室ＣＣ内における含有割合を設定する。本実施例４においては、その高蒸発性燃料の残存量Ｆが少なければ高蒸発性燃料の含有割合を少なくし、その残存量Ｆが多ければ高蒸発性燃料の含有割合を多くする。

以下に、本実施例４の多種燃料内燃機関の動作の一例を図８のフローチャートに基づき説明する。

先ず、本実施例４の電子制御装置１には、床温センサ７３や燃料残存量検出手段４２Ｂの検出信号が送られて、排気触媒装置７２の触媒床温Ｔｃや第２燃料タンク４１Ｂにおける高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の残存量Ｆが入力される（ステップＳＴ１１）。そして、この電子制御装置１は、その触媒床温Ｔｃと活性温度領域の下限温度ＴｃＬとを比較する（ステップＳＴ１２）。

ここで、この電子制御装置１は、その触媒床温Ｔｃが下限温度ＴｃＬよりも低温であれば、前述した実施例１のステップＳＴ５，ＳＴ６と同様に、燃焼室ＣＣ内における高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合を低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合よりも多くし（ステップＳＴ１３）、触媒暖機時のストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードを選択して（ステップＳＴ１４）、蒸発性の高い燃料を用いたストイキ圧縮自着火拡散燃焼モード運転を実行させる。これにより、本実施例４の多種燃料内燃機関においても、実施例１と同様に、良好なエミッション性能を確保しながら排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒を早期活性化させることができる。

また、上記ステップＳＴ１２にて触媒床温Ｔｃが下限温度ＴｃＬ以上と判断された場合、電子制御装置１は、床温センサ７３から検出した触媒床温Ｔｃと触媒破損限界温度ＴｃＨとを比較する（ステップＳＴ１５）。

そして、その触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨよりも高温であれば、この電子制御装置１は、前述した実施例１のステップＳＴ７，ＳＴ８と同様に、燃焼室ＣＣ内における低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の含有割合を高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の含有割合よりも多くし（ステップＳＴ１６）、触媒冷機時のリーン圧縮自着火拡散燃焼モードを選択して（ステップＳＴ１７）、蒸発性の低い燃料を用いたリーン圧縮自着火拡散燃焼モード運転を実行させる。これにより、本実施例４の多種燃料内燃機関においても、実施例１と同様に、良好なエミッション性能が確保されつつ、排気触媒装置７２におけるＮＯｘ触媒や触媒担体の温度が早期に低下されてこれらの耐久性が向上する。

続いて、本実施例４の電子制御装置１は、上記ステップＳＴ１５にて触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨ以下と判断された場合、「ＮＯｘ触媒は活性温度領域内にあり」と判断して通常運転モードを選択する。

本実施例４においては、先ず、その電子制御装置１が図７に示す燃焼モードマップデータを参照して、現在の運転条件（機関回転数Ｎｅ及び機関負荷Ｋｌ）に該当する運転領域がストイキ圧縮自着火拡散燃焼領域であるのか否かを判定する（ステップＳＴ１８）。

そして、この電子制御装置１は、燃焼モード設定手段によってストイキ圧縮自着火拡散燃焼領域が選択されていれば、上記ステップＳＴ１３，ＳＴ１４に進んで蒸発性の高い燃料を用いたストイキ圧縮自着火拡散燃焼モード運転を実行させ、リーン圧縮自着火拡散燃焼領域が選択されていれば、高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の残存量Ｆと所定の閾値Ｆ０とを比較する（ステップＳＴ１９）。

その閾値Ｆ０は、予め設定されている固有の値であってもよく、また、第１燃料タンク４１Ａにおける低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の残存量に応じて設定される変動値であってもよい。例えば、運転条件の変化に伴って排気触媒装置７２におけるＮＯｘ触媒の触媒温度が過熱させられてしまったときを考えると、触媒冷機運転モードへと所定時間移行して運転できるだけの高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）を残しておく必要がある。これが為、前者の場合には、少なくともその最低限の燃料量を閾値Ｆ０として設定しておくことが望ましい。また、後者の場合には、例えば、常に第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の残存量の均衡を図るべく、低蒸発性燃料（第１燃料Ｆ１）の残存量を閾値Ｆ０として設定してもよい。

この電子制御装置１は、上記ステップＳＴ１９にて高蒸発性燃料（第２燃料Ｆ２）の残存量Ｆが閾値Ｆ０よりも少なければ、燃焼室ＣＣ内における高蒸発性燃料の含有割合を少なくし（ステップＳＴ２０）、その残存量Ｆが閾値Ｆ０以上残っていれば、燃焼室ＣＣ内における高蒸発性燃料の含有割合を多くする（ステップＳＴ２１）。

そして、この電子制御装置１は、その燃焼モード設定手段によってリーン圧縮自着火拡散燃焼モードを選択し（ステップＳＴ２２）、そのリーン圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転を実行させる。

このように、本実施例４の多種燃料内燃機関によれば、前述した実施例１の多種燃料内燃機関と同様に排気触媒装置７２の浄化性能と耐久性の双方を向上させることができるだけでなく、第１燃料Ｆ１又は第２燃料Ｆ２の偏った消費を回避することができる。特に、閾値Ｆ０を上述した後者の条件に設定することによって、この本実施例４の多種燃料内燃機関においては、第１燃料Ｆ１と第２燃料Ｆ２の均等な消費が可能になる。従って、一方の燃料が大量に残っているにも拘わらず他方の燃料の為に補給しに行かなければならない、という煩わしさを解消することができる。

ところで、上述した各実施例１〜４においては、ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求や温度低下要求の有無について判断する際に排気触媒装置７２の触媒床温Ｔｃを利用しているが、例えば、排気触媒装置７２に床温センサ７３が配設されていない場合には、図１や図４〜図６に示す水温センサ１７から検出した多種燃料内燃機関の冷却水温度を利用してもよい。かかる場合、活性温度領域の下限温度ＴｃＬ及び触媒破損限界温度ＴｃＨに対応する多種燃料内燃機関の冷却水温度を夫々の判断時の閾値として用意しておく。

更に、上述した各実施例１〜４においては触媒床温Ｔｃが活性温度領域の下限温度ＴｃＬよりも低温のときに「ＮＯｘ触媒に対しての昇温要求あり」と判断させているが、その触媒床温Ｔｃとの比較対象たる閾値については、その下限温度ＴｃＬ以外の別の値を使用してもよい。例えば、触媒床温Ｔｃが下限温度ＴｃＬよりも僅かにしか高くないときには、運転条件の変化によって排気ガスの温度が少し下がっただけで、触媒床温Ｔｃが低下してＮＯｘ触媒を不活性状態にしてしまう可能性がある。これが為、その閾値として活性温度領域の下限温度ＴｃＬよりも高めの温度を設定することが好ましく、これによって、ＮＯｘ触媒は、より確実に活性状態が保たれ、ＮＯｘの浄化性能を様々な運転条件において発揮することができるようになる。

また、上述した各実施例１〜４においては触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨよりも高温のときに「ＮＯｘ触媒に対しての温度低下要求あり」と判断させているが、その触媒床温Ｔｃとの比較対象たる閾値については、その触媒破損限界温度ＴｃＨ以外の別の値を使用してもよい。例えば、触媒床温Ｔｃが触媒破損限界温度ＴｃＨよりも僅かにしか低くないときには、運転条件の変化によって排気ガスの温度が少し上がっただけで、触媒床温Ｔｃが上昇してＮＯｘ触媒や触媒担体を破損させてしまう可能性がある。これが為、その閾値として触媒破損限界温度ＴｃＨよりも低めの温度を設定することが好ましく、これによって、ＮＯｘ触媒は、急激な運転条件の変化が起きても破損に至るまでの過熱を回避することができるようになる。

ここで、近年においては、ＰＭやスモークの大気への放出を抑えることが可能なＤＰＦ（Ｄｉｅｓｅｌ Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ Ｆｉｌｔｅｒ）というＰＭ捕集装置が存在している。これが為、上述した各実施例１〜４において排気触媒装置７２のＮＯｘ触媒としてＮＳＲが適用された場合には、そのＰＭ捕集装置を車載してもよく、これにより僅かながらでも発生してしまったＰＭやスモークの大気への放出を抑制することができる。例えば、この場合のＰＭ捕集装置は、排気触媒装置７２の内部に包含させたＰＭ捕集装置付きの排気触媒装置７２として用意すればよい。

以上のように、本発明に係る多種燃料内燃機関は、良好なエミッション性能を確保しつつ排気触媒装置の触媒を早期活性化させる技術に有用である。

本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例１の構成について示す図である。 実施例１〜３において通常運転モード時の燃焼モードを設定する際に用いる燃焼モードマップデータ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。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例２の構成について示す図である。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例３の構成について示す図である。 本発明に係る多種燃料内燃機関の実施例４の構成について示す図である。 実施例４において通常運転モード時の燃焼モードを設定する際に用いる燃焼モードマップデータの一例を示す図である。 実施例４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。

符号の説明

１ 電子制御装置（制御手段）
１７ 水温センサ
４１Ａ 第１燃料タンク
４１Ｂ 第２燃料タンク
４２Ａ，４２Ｂ 燃料残存量検出手段
５０，１５０，２５０ 燃料供給装置
５７，１５７，２５７Ａ，２５７Ｂ 燃料噴射弁
７２ 排気触媒装置
７３ 床温センサ
ＣＣ 燃焼室
Ｆ１ 第１燃料（低蒸発性燃料）
Ｆ２ 第２燃料（高蒸発性燃料）
Ｆ 高蒸発性燃料の残存量
Ｔｃ 触媒床温

Claims (2)

1. 性状の異なる少なくとも２種類の燃料の内の少なくとも１種類が燃焼室に導かれ又は当該少なくとも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多種燃料内燃機関において、
   排気触媒装置の触媒に対しての昇温要求があるときに、前記燃焼室内に導かれる燃料中の高蒸発性燃料の含有割合を多くしてストイキ圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させ、前記排気触媒装置の触媒の温度を低下させたいときに、前記燃焼室内に導かれる燃料中における蒸発性の悪い燃料の含有割合を多くしてリーン圧縮自着火拡散燃焼モードで運転させる制御手段を設け、
   前記制御手段は、前記排気触媒装置の触媒について前記昇温要求ではなく且つ前記温度低下の要求ではないときで、リーン圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転の場合に、前記高蒸発性燃料の残存量が少なければ当該高蒸発性燃料の含有割合を少なくし、その残存量が多ければ当該高蒸発性燃料の含有割合を多くすることを特徴とする多種燃料内燃機関。
2. 前記排気触媒装置の触媒の温度低下の要求の際のリーン圧縮自着火拡散燃焼モードでの運転は、該触媒の温度が閾値としての触媒破損限界温度を超えているときに又は当該触媒破損限界温度よりも低い温度であり且つ急激な運転条件の変化に伴う排気ガスの温度上昇によって当該触媒を破損させる可能性がある場合の当該排気ガスの温度上昇前の温度を超えているときに、前記燃焼室内に導かれる燃料中における蒸発性の悪い燃料の含有割合を前記触媒の温度と前記閾値との差が大きいほど多くして行うことを特徴とする請求項１記載の多種燃料内燃機関。

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