JP5310069B2

JP5310069B2 - 燃料噴射装置およびこれを備える内燃機関

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Inventors: 貴宣植田
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Description

本発明は、燃料噴射装置およびこれを備える内燃機関に関する。

内燃機関は、燃焼室に燃料および空気が供給されて、燃焼室にて燃料が燃焼することにより駆動力を出力する。燃焼室に燃料を供給する方法としては、燃焼室に連通する機関吸気通路に燃料を噴射して空気と共に燃焼室に供給する方法、又は燃焼室に直接的に燃料を噴射する方法が知られている。

燃焼室に燃料を供給する場合に、２個の噴射弁を用いて燃料を供給する燃料噴射装置が知られている。たとえば、特開２００８−２２３５６７号公報には、主タンク内の被判定燃料を噴射弁から噴射して、副タンク内に備蓄した自着火性が既知の基準燃料を他の噴射弁から噴射する内燃機関の燃料性状判定装置が開示されている。この燃料性状判定装置は、被判定燃料と基準燃料とを所定の比率で内燃機関に供給し、ノッキング限界点火時期に基づいて被判定燃料の自着火性を推定することが開示されている。

また、１つの燃焼室に対して２個の噴射弁を配置して、内燃機関の回転域に合わせて、噴射弁を制御する燃料噴射装置が知られている。特開平６−１７３７３３号公報においては、燃焼室に連通する吸気通路の上流側と下流側に各々フェルインジェクタを備え、上流側フェルインジェクタが上流側エアパネル部の燃料衝突部材に向けて配置される一方で、下流側フェルインジェクタが吸気弁に向けて配置されたエンジンが開示されている。エンジンの高回転域では上流側フェルインジェクタより下流側フェルインジェクタの噴射割合を高くして燃料応答性を向上させることが開示されている。

特開２００８−３１９４８号公報においては、オクタン価の異なる２種の燃料を任意の混合比で供給可能な内燃機関が開示されている。内燃機関の負荷が高くなるほどオクタン価を高くし、負荷が低くなるほどオクタン価を低くする内燃機関の制御方法が開示されている。この内燃機関の制御方法においては、ミラーサイクル運転の利点を生かして優れた運転効率を得ることができると開示されている。

特開平６−２９９９３４号公報においては、吸気ポートに臨む下流側噴射弁には電磁ポンプで汲み上げられた所定圧の燃料が供給され、他方、吸気ポートに連なる吸気通路に配設された上流側噴射弁にはエンジン出力により機械的に駆動される機械式ポンプで汲み上げられた燃料が供給されるエンジンの燃料噴射装置が開示されている。この燃料噴射装置においては、燃料供給圧を上昇させることに伴う燃焼性の向上とポート冷却の低下の抑制とを確保することが開示されている。

また、車両に配置され、燃料タンクの燃料をオクタン価の異なる２種類の燃料に分離する装置が、特表２００４−５２２０３９号公報に開示されている。この燃料供給装置においては、ガソリンの分離膜を備えた分離装置により、オクタン価の高い高オクタン価燃料とオクタン価の低い低オクタン価燃料とに分離する。更に燃料切り替え機構を用いて、機関の運転状態に応じて高オクタン価燃料または低オクタン価燃料とのいずれか一方または両方を機関に供給することが開示されている。

特開２００８−２２３５６７号公報特開平６−１７３７３３号公報特開２００８−３１９４８号公報特開平６−２９９９３４号公報特表２００４−５２２０３９号公報

上記の特表２００４−５５２２０３９号公報に開示されているように、オクタン価の高い燃料とオクタン価の低い燃料を供給可能に形成して、内燃機関の運転状態に合わせて最適なオクタン価の燃料を供給することにより、内燃機関の出力を増大させたり、排気ガスの性状を改善したりすることができる。

ところで、燃料の噴射弁の噴孔に堆積物が発現する場合がある。この堆積物は、デポジットと言われ、噴射弁から噴射された燃料が噴射弁に再付着して固化すること等により生成される。噴射弁からの燃料の供給を継続した後に暫らく停止する期間が存在する場合には、液状の燃料が固化し易いために、特にデポジットが生成されやすい。

噴射弁の噴孔や噴孔の周りにデポジットが付着すると、噴射弁の燃料噴射特性に悪影響を及ぼす場合がある。たとえば、燃料を噴射するときの噴射形状が変化したり、燃料の噴射量が低下したりする。この結果、内燃機関の出力に悪影響を与えたり、内燃機関から排出される排気ガスの組成が悪化したりする場合がある。

複数の燃料を噴射するために複数の噴射弁を備える燃料噴射装置においては、一の噴射弁のみで燃料を噴射して他の噴射弁からの燃料の噴射が停止する場合がある。このため、噴射弁にデポジットが生成されやすい状態が確立される。しかし、従来の技術においては、噴射弁にデポジットの生成されることついては考慮されていなかった。

本発明は、機関吸気通路に対して互いに異なる複数種類の燃料を噴射するための複数の噴射弁を備え、噴射弁に付着するデポジットが生成されることを抑制する燃料噴射装置およびこれを備える内燃機関を提供することを目的とする。

本発明の燃料噴射装置は、芳香族成分の含有率が互いに異なる低含有率燃料および高含有率燃料を、内燃機関の燃焼室に通じる機関吸気通路に噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、低含有率燃料を機関吸気通路に噴射する低含有率燃料噴射弁と、高含有率燃料を機関吸気通路に噴射する高含有率燃料噴射弁とを備える。高含有率燃料噴射弁は、低含有率燃料噴射弁よりも機関吸気通路の上流側に配置され、低含有率燃料を噴射する位置よりも燃焼室から離れた位置にて高含有率燃料を噴射する。高含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射時期および低含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が制御されるように形成されており、高含有率燃料の噴射および低含有率燃料の噴射を行う場合に、高含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射の終了後に、低含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射を行う。この構成により、噴射弁に付着するデポジットが生成されることを抑制する燃料噴射装置を提供することができる。また、機関吸気通路に高含有率燃料が付着することを抑制できて、所望の燃料の量を燃焼室に供給することができる。

本発明の内燃機関は、上述の燃料噴射装置と、燃料タンク内の燃料を低含有率燃料および高含有率燃料に分離する燃料分離装置とを備える。燃料分離装置にて分離された高含有率燃料を高含有率燃料噴射弁により機関吸気通路に噴射し、燃料分離装置にて分離された低含有率燃料を低含有率燃料噴射弁により機関吸気通路に噴射する。この構成により、噴射弁に付着するデポジットが生成されることを抑制する内燃機関を提供することができる。

本発明によれば、機関吸気通路に対して互いに異なる複数種類の燃料を噴射するための複数の噴射弁を備え、噴射弁に付着するデポジットが生成されることを抑制する燃料噴射装置およびこれを備える内燃機関を提供することができる。

実施の形態における内燃機関の概略図である。実施の形態における内燃機関の吸気ポートの部分の拡大概略断面図である。実施の形態における車両に配置されている燃料分離装置の概略図である。実施の形態における燃焼室に供給する燃料の要求オクタン価のグラフである。燃焼室に燃料を供給するときの２つの噴射弁の噴射時期を説明するタイムチャートである。実施の形態において、それぞれの負荷に応じた２つの噴射弁の噴射時期を説明するグラフである。

図１から図６を参照して、実施の形態における燃料供給装置および内燃機関について説明する。本実施の形態においては、車両に配置されている内燃機関を例に取り上げて説明する。

図１は、本実施の形態における内燃機関の概略図である。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、シリンダブロック２とシリンダヘッド４とを含む。シリンダブロック２の内部には、各気筒の燃焼室５が形成されている。燃焼室５にはピストン３が配置されている。内燃機関の燃焼室５には、機関吸気通路および機関排気通路が接続されている。機関吸気通路は、燃焼室５に空気または燃料と空気との混合気体を供給するための通路である。排気通路は、燃焼室５における燃焼により生成された排気ガスを排出するための通路である。

シリンダヘッド４には、吸気ポート７および排気ポート９が形成されている。吸気弁６は吸気ポート７の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関吸気通路を開閉可能に形成されている。排気弁８は、排気ポート９の端部に配置され、燃焼室５に連通する機関排気通路を開閉可能に形成されている。シリンダヘッド４には点火プラグ１０が固定されている。点火プラグ１０は、燃焼室５にて燃料を点火するように形成されている。

本実施の形態における内燃機関は、燃焼室５に燃料を供給するための噴射弁１１ａ，１１ｂを備える。噴射弁１１ａ，１１ｂは、機関吸気通路に燃料を噴射するように配置されている。本実施の形態における噴射弁１１ａ，１１ｂは、吸気ポート７に燃料を噴射するように配置されている。噴射弁１１ａ，１１ｂは、シリンダヘッド４に固定されている。噴射弁１１ａ，１１ｂは、この形態に限られず、機関吸気通路に燃料を供給できるように配置されていれば構わない。

各気筒の吸気ポート７は、対応する吸気枝管１３を介してサージタンク１４に連結されている。サージタンク１４は、吸気ダクト１５およびエアフローメータ１６を介してエアクリーナ（図示せず）に連結されている。吸気ダクト１５には、吸入空気量を検出するエアフローメータ１６が配置されている。吸気ダクト１５の内部には、ステップモータ１７によって駆動されるスロットル弁１８が配置されている。一方、各気筒の排気ポート９は、対応する排気枝管１９に連結されている。排気枝管１９は、触媒コンバータ２１に連結されている。本実施の形態における触媒コンバータ２１は、三元触媒２０を含む。触媒コンバータ２１は、排気管２２に接続されている。

本実施の形態における機関本体１は、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うための再循環通路を有する。本実施の形態においては、再循環通路としてＥＧＲガス導管２６が配置されている。ＥＧＲガス導管２６は、排気枝管１９とサージタンク１４とを互いに連結している。ＥＧＲガス導管２６には、ＥＧＲ制御弁２７が配置されている。ＥＧＲ制御弁２７は、再循環する排気ガスの流量が調整可能に形成されている。また、機関吸気通路、燃焼室、または機関排気通路に供給された排気ガスの空気および燃料（炭化水素）の比を排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）と称すると、触媒コンバータ２１の上流側の機関排気通路内には、排気ガスの空燃比を検出するための空燃比センサ７９が配置されている。

本実施の形態における内燃機関は、制御装置を備える。制御装置は、電子制御ユニット３１を含む。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、ディジタルコンピュータからなる。電子制御ユニット３１は、双方向バス３２を介して相互に接続されたＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＲＯＭ（リードオンリメモリ）３４、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３５、入力ポート３６および出力ポート３７を含む。

エアフローメータ１６は、燃焼室５に吸入される吸入空気量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。アクセルペダル４０には、負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１は、アクセルペダル４０の踏込量に比例した出力電圧を発生する。この出力電圧は、対応するＡＤ変換器３８を介して入力ポート３６に入力される。また、クランク角センサ４２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し、この出力パルスは入力ポート３６に入力される。更に、電子制御ユニット３１には、空燃比センサ７９の信号が入力されている。電子制御ユニット３１には、機関本体の回転数を検出する機関回転数センサ（図示せず）の信号が入力されている。

電子制御ユニット３１の出力ポート３７は、それぞれの対応する駆動回路３９を介して噴射弁１１ａ，１１ｂおよび点火プラグ１０に接続されている。本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃料噴射制御や点火制御を行うように形成されている。すなわち、燃料を噴射する時期および燃料を噴射している時間が電子制御ユニット３１により制御される。更に点火プラグ１０の点火時期が電子制御ユニット３１により制御されている。電子制御ユニット３１は、噴射弁１１ａ，１１ｂのそれぞれを個別に制御できるように形成されている。また、出力ポート３７は、対応する駆動回路３９を介して、スロットル弁１８を駆動するステップモータ１７およびＥＧＲ制御弁２７に接続されている。

図２に、本実施の形態における内燃機関の吸気ポートの部分の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における内燃機関は、１つの燃焼室に対して複数個の噴射弁が配置されている。図１および図２に例示する内燃機関においては、１つの燃焼室に連通する吸気ポート７に２個の噴射弁が配置されている。噴射弁１１ａ，１１ｂのそれぞれは、吸気ポート７の内部に向かって、独立して燃料を噴射するように形成されている。

本実施の形態における車両は、後述するように、供給される燃料を芳香族成分（アロマ分）の含有率の異なる２種類の燃料に分離する燃料分離装置を備える。本発明においては、芳香族成分の含有率が相対的に高い燃料を高含有率燃料と称し、芳香族成分の含有率が相対的に低い燃料を低含有率燃料と称する。本発明における高含有率燃料および低含有率燃料については、芳香族成分の含有率の大きさについての制限はなく、相対的に芳香族成分の含有率の高い燃料と芳香族成分の含有率の低い燃料であれば構わない。

本実施の形態においては、噴射弁１１ａから低含有率燃料を噴射するように形成され、噴射弁１１ｂから高含有率燃料を噴射するように形成されている。噴射弁１１ｂは、噴射弁１１ａよりも燃焼室５から遠い位置に配置されている。換言すると、噴射弁１１ｂは、矢印１０１に示す吸入空気の流れ方向において噴射弁１１ａよりも上流側に配置されている。本実施の形態の噴射弁１１ａおよび噴射弁１１ｂは、吸入空気の流れ方向に沿って直列に配置されている。また、噴射弁１１ａ，１１ｂが、吸気ポート７の周方向において鉛直方向の上端部から挿入されている。噴射弁１１ａ，１１ｂの噴孔は、鉛直方向の最下部に配置され、下側に向いている。

図３は、本実施の形態における燃料分離装置の概略図である。本実施の形態における車両は、車両の外部から供給された燃料（以下「供給燃料」という）を、高含有率燃料と低含有率燃料とに分離する燃料分離装置を備える。本実施の形態において、高含有率燃料は供給燃料よりも芳香族成分の含有率が高く、低含有率燃料は供給燃料よりも芳香族成分の含有率が低くなっている。

本実施の形態における燃料分離装置は、供給燃料７５を貯留する燃料タンク６１を備える。本実施の形態における燃料タンク６１には、供給燃料７５としてガソリンが給油される。燃料分離装置は、分離ユニット７１を備える。分離ユニット７１は、耐圧容器８１と耐圧容器８１の内部に配置されている分離膜８０とを含む。

分離膜８０は、供給燃料に含まれる芳香族成分を選択的に透過させる膜が使用されている。分離膜８０は、耐圧容器８１の内部を２つの区画７１ａ，７１ｂに区切るように配置されている。すなわち、耐圧容器８１の内部に分離膜８０が配置されることにより、一方の区画７１ａと他方の区画７１ｂが形成されている。後述するように、一方の区画７１ａは高圧側の部屋であり、他方の区画７１ｂは低圧側の部屋である。

分離ユニット７１は、一方の区画７１ａに供給燃料７５が移送されるように燃料タンク６１に接続されている。供給燃料７５を一方の区画７１ａに供給するための移送ポンプ６４が配置されている。燃料タンク６１から分離ユニット７１に向かう流路の途中には加熱装置７４が配置されている。本実施の形態における加熱装置７４は、電気ヒータを含み、一方の区画７１ａに移送される供給燃料７５を加熱するように形成されている。

本実施の形態における燃料分離装置は、サブタンク６２，６３を備える。サブタンク６２は、分離ユニット７１により分離された高含有率燃料７６を貯留するためのタンクである。これに対してサブタンク６３は、分離ユニット７１から流出する低含有率燃料７７を貯留するためのタンクである。

サブタンク６２は、分離ユニット７１の他方の区画７１ｂに接続されている。他方の区画７１ｂとサブタンク６２とを接続する流路には、真空ポンプ７２および凝縮器７３が配置されている。真空ポンプ７２は、他方の区画７１ｂを減圧するように接続されている。凝縮器７３は、他方の区画７１ｂからサブタンク６２に向かう燃料の蒸気を水冷または空冷の方法により凝縮するように形成されている。サブタンク６３は、分離ユニット７１の一方の区画７１ａに接続されている。

サブタンク６２は、燃料供給通路６９に接続されている。サブタンク６２から燃料供給通路６９に高含有率燃料７６を移送するために、移送ポンプ６５および高圧供給ポンプ６６が配置されている。燃料供給通路６９には、それぞれの気筒に対応する噴射弁１１ｂが接続されている。サブタンク６３は、燃料供給通路７０に接続されている。サブタンク６３から燃料供給通路７０に低含有率燃料７７を移送するために、移送ポンプ６７および高圧供給ポンプ６８が配置されている。燃料供給通路７０には、それぞれの気筒に対応する噴射弁１１ａが接続されている。

本実施の形態の燃料分離装置においては、移送ポンプ６４を駆動することにより分離ユニット７１の一方の区画７１ａに供給燃料７５を移送する。このときに、加熱装置７４により供給燃料７５を加熱する。一方の区画７１ａに移送された供給燃料７５の圧力は高圧である。真空ポンプ７２を駆動することにより、分離ユニット７１の他方の区画７１ｂの圧力が低くなる。分離膜８０の表裏で圧力差が生じる。このため、一方の区画７１ａに移送された供給燃料７５に含まれる芳香族成分が、分離膜８０を透過して分離膜８０の他方の区画７１ｂの側の表面に浸出する。他方の区画７１ｂには、供給燃料７５よりも芳香族成分の含有率の高い燃料が浸出する。

本実施の形態においては、真空ポンプ７２を駆動して他方の区画７１ｂに浸出する燃料の蒸気圧よりも低い圧力（負圧）に他方の区画７１ｂの圧力を維持することにより、浸出する燃料を気化して燃料ベーパを生成する。分離膜８０の他方の区画７１ｂの側の表面を覆うように浸出する燃料が気化することにより、連続的に燃料を浸出させることができる。他方の区画７１ｂにて気化した燃料は、凝縮器７３により凝縮されて液体の燃料に戻される。この芳香族成分を多く含む燃料は、サブタンク６２に移送される。

一方で、分離ユニット７１の一方の区画７１ａに残存する燃料は、芳香族成分が抜き取られるために、供給燃料７５よりも芳香族成分の含有率が低い燃料になる。この燃料は、サブタンク６３に移送される。一般的に、ガソリン中の芳香族成分の量が増大するとガソリンのオクタン価（ＲＯＮ：ＲＥＳＥＡＲＣＨＯＣＴＡＮＥＮＵＭＢＥＲ）は高くなる。高含有率燃料７６は、供給燃料７５よりもオクタン価が高くなり、低含有率燃料７７は、供給燃料７５よりもオクタン価が低くなる。

サブタンク６２に貯留される高含有率燃料７６は、移送ポンプ６５および高圧供給ポンプ６６を駆動することにより燃料供給通路６９に移送される。燃料供給通路６９に移送された燃料は、それぞれの噴射弁１１ｂから噴射される。サブタンク６３に貯留する低含有率燃料７７は、移送ポンプ６７および高圧供給ポンプ６８を駆動することにより燃料供給通路７０に移送される。燃料供給通路７０に移送された燃料は、それぞれの噴射弁１１ａから噴射される。

分離ユニット７１により生成される高含有率燃料および低含有率燃料のそれぞれの含有率および生成量は、分離ユニット７１の動作条件、例えば分離膜８０の温度、供給燃料７５の流量、一方の区画（高圧側の区画）７１ａの圧力および他方の区画（低圧側の区画）７１ｂの圧力等によって変化する。本実施の形態の内燃機関は、燃料分離装置の作動条件を調節して、分離される燃料の量および芳香族成分の含有率を制御する。加熱装置７４により、原料となる供給燃料７５の温度を調整することができる。また、移送ポンプ６４の供給圧力および真空ポンプ７２の到達真空度を変化させることにより、一方の区画７１ａの圧力および他方の区画７１ｂの圧力をそれぞれ調整することができる。本実施の形態においては、加熱装置７４、移送ポンプ６４、真空ポンプ７２および凝縮器７３等は、電子制御ユニット３１により制御されている。それぞれの装置を所望の条件にして、燃料の分離を行うことができる。また、移送ポンプ６５，６７および高圧供給ポンプ６６，６８は、電子制御ユニット３１に接続され、電子制御ユニット３１により制御されている。本実施の形態においては、高含有率燃料と低含有率燃料とを任意の量および任意の時期に噴射することができる。

本実施の形態における電子制御ユニット３１は、燃焼室に供給される燃料のオクタン価の検出を行うことができる。本実施の形態においては、機関本体１のシリンダブロックに、機関本体１のノッキングを検出するノックセンサ７８が配置されている。ノックセンサ７８は、機関本体１のノッキングに特有な周波数の振動を検出するセンサである。ノックセンサ７８の出力は電子制御ユニット３１に入力される。本実施の形態においては、ノックセンサ７８で検出された機関本体１のノッキング発生時の運転条件により燃焼室に供給された燃料のオクタン価を検出している。

図４に、内燃機関の運転を行なうときに選定される燃料のオクタン価のグラフの例を示す。横軸は機関本体の回転数であり、縦軸は機関本体の出力トルクである。図４に示す例においては、低含有率燃料のオクタン価が約９０であり、高含有率燃料のオクタン価が約１００の場合を例示している。図４においては、要求されるオクタン価が約９０と、約１００と、これらの中間の約９５とのグラフを示している。

機関本体の回転数と出力トルクに依存して、低含有率燃料のみを噴射する領域、高含有率燃料のみを噴射する領域、および低含有率燃料と高含有率燃料とを噴射することによりオクタン価を調整する領域を有する。

本実施の形態における燃料噴射装置は、低含有率燃料と高含有率燃料とを個別に吸気ポートに供給することができるため、燃焼室に供給する燃料のオクタン価（または芳香族成分の含有率）を任意に調整することができる。高含有率燃料の噴射量と低含有率燃料の噴射量とを調整することにより、燃焼室に供給する燃料のオクタン価を調整することができる。例えば、図４には、定常走行時の線グラフが記載されている。速度の低いときには、機関回転数および出力トルクは小さくなり、速度が速くなるに従って機関回転数および出力トルクが大きくなる。機関回転数が小さいときには低含有率燃料のみを噴射する。機関回転数が大きくなるに従って要求されるオクタン価が高くなるために、低含有率燃料に加えて高含有率燃料を噴射する。さらに、機関回転数が大きくなると高含有率燃料のみを噴射する。

たとえば、機関回転数およびトルクに対するオクタン価のマップを電子制御ユニット３１のＲＯＭ３４に記憶しておく。機関回転数およびトルクにより、燃焼室５に供給する燃料のオクタン価を算出して、このオクタン価になるように２つの噴射弁１１ａ，１１ｂのうち少なくとも一方から燃料を噴射することができる。または、機関回転数およびトルクにより、燃焼室５に供給する燃料の芳香族成分の含有量を算出して、この芳香族成分の含有量になるように２つの噴射弁１１ａ，１１ｂのうち少なくとも一方から燃料を噴射することができる。

このような燃焼室に供給する燃料のオクタン価の制御を行なうことにより、機関性能の向上や排気性状の改善を図ることができる。たとえば、オクタン価の低い燃料は着火性に優れるために、低負荷運転時又は冷間運転時にオクタン価を低くして機関性能の向上や排気性状の改善を図ることができる。また、オクタン価の高い燃料は自己着火しにくいために、高負荷時に燃料のオクタン価を高くし、さらに、点火時期を進角させる等の方法により機関本体の出力を増大させることができる。

本実施の形態においては、図４に示すように、２個の噴射弁のうち一方の噴射弁のみから燃料が噴射され、他方の噴射弁は停止している状態がある。噴射弁からの噴射が一時的に停止している期間が存在すると、その期間において噴射弁にデポジットが形成されやすくなる。たとえば、噴射弁からの燃料の噴射を停止した場合には、噴射終了後の燃料の微量な付着、たれ、または燃料のしみ出しにより噴射弁に付着する燃料が固化してデポジットが形成されやすくなる。

ところで、ガソリン等の燃料に含まれる芳香族成分は、噴射弁にデポジットが生成され易い特性を有する。低含有率燃料の噴射弁においては、燃料に含まれる芳香族成分が少ないためにデポジットの生成が抑制される。一方で、高含有率燃料の噴射弁においては、燃料に芳香族成分が多く含まれるためにデポジットが生成されやすい。例えば、高含有率燃料として高濃度の芳香族成分（例えば５０ｗｔ％以上８０ｗｔ％以下）を含む燃料を噴射する場合には、デポジットが生成されやすい条件下にある。本実施の形態における高含有率燃料の噴射弁は、一時的に噴射が停止する期間を有し、さらに、高濃度の芳香族成分を含む燃料を噴射するため、デポジットが生成され易い条件を有する。

図１および図２を参照して、本実施の形態においては、低含有率燃料の噴射弁１１ａよりも上流側に高含有率燃料の噴射弁１１ｂが配置されている。低含有率燃料を噴射する位置よりも燃焼室から離れた位置にて高含有率燃料を噴射している。本実施の形態においては、デポジットが生成され易い高含有率燃料の噴射弁１１ｂをガス温度の低い領域に配置することができる。このために、高含有率燃料の噴射弁１１ｂにデポジットが発現することを抑制できる。

また、本実施の形態の機関本体１では、燃焼サイクルの排気工程の終了時期に吸気弁６を開く期間が存在する。本実施の形態においては、吸気弁６および排気弁８が開いた状態になるバルブオーバーラップを行っている。バルブオーバーラップを行うことにより、吸気工程における充填効率を向上させることができる。ところが、排気工程の終了時期に吸気弁６を開くことにより、燃焼室５からの残留ガスのふき返しが吸気ポート７内に生じる。図２を参照して、矢印１０２に示すように排気ガスのふき返しが生じる。排気ガスの温度は高温であり、噴射弁の周りの雰囲気の温度が上昇してデポジットの生成を加勢する。さらに、排気ガスには、ＮＯ_Ｘ、ＳＯ_Ｘまたは未燃燃料（ＨＣ）が含まれている。これらの成分は、噴射される燃料と反応してデポジットの生成を加勢する。

本実施の形態においては、デポジットが生成されやすい高含有率燃料の噴射弁を燃焼室から離れた位置に配置することができるため、排気ガスの吹き返しによる影響を小さくすることができて、デポジットの生成を抑制することができる。

このように、デポジットが生成されやすい高含有率燃料の噴射弁を、低含有率燃料の噴射弁よりも上流側に設けることにより、噴射弁にデポジットが生成されることを抑制することができる。

本実施の形態においては、噴射弁１１ａ，１１ｂが鉛直方向の上側から吸気ポート７に挿入されている。噴射弁１１ａ，１１ｂの先端の噴孔が鉛直方向の下側を向いている。この構成により、噴射弁１１ａ，１１ｂの先端に燃料が付着したとしても落下させることができ、噴射弁１１ａ，１１ｂの先端にデポジットの核となる燃料が残留することを抑制できる。このため、デポジットの生成を抑制することができる。噴射弁の配置については、この形態に限られず、任意の方向を向いていても構わない。

次に、本実施の形態における噴射弁の燃料の噴射制御について説明する。燃焼室５に供給する燃料のオクタン価は、前述のように機関本体の回転数等により選定される。本実施の形態においては、高含有率燃料の噴射および低含有率燃料の噴射を行うときに、同時期に燃料を噴射しないように時期を分けてそれぞれの噴射弁から燃料を噴射する。

図５に、本実施の形態における２つの噴射弁からの燃料の噴射時期を説明するタイムチャートを示す。燃料の噴射要求があったときに、時刻ｔ_１において上流側の噴射弁から高含有率燃料を噴射する。時刻ｔ_２において上流側の噴射弁を閉止するとともに、下流側の噴射弁を開状態にして低含有率燃料を噴射する。時刻ｔ_３まで下流側の噴射弁からの燃料の噴射を継続する。時刻ｔ_３において下流側の噴射弁を閉止する。

このように、本実施の形態においては、複数の噴射弁が時期を分けてそれぞれの燃料を機関吸気通路に供給している。すなわち、２個の噴射弁の噴射時期が重ならないように噴射時期を互いに分離している。

上流側の高含有率燃料の噴射弁と下流側の低含有率燃料の噴射弁とから同時に燃料を噴射した場合においては、それぞれの噴射弁からの噴霧が互いに干渉して噴霧の粒径が大きくなったり、または噴霧同士の干渉により燃料が飛散したりして、吸気ポートの内壁に付着する燃料の量が増加する。吸気ポートの内壁に燃料が付着することにより、燃焼室に所望の量の燃料が供給されずに吸気ポートに燃料が残ってしまう。また、後続の燃焼サイクルの燃料供給時に残存した燃料が燃焼室に供給されてしまう場合がある。この結果、過渡状態での機関本体の空燃比制御を十分に発揮できない虞が生じる。または、所望の出力トルクからずれる虞が生じる。

たとえば、燃焼室内にて理論空燃比で燃料を燃焼させている場合に、車両の加速時には燃焼室に供給する燃料の量を多くする。このときに、吸気ポートの壁面に燃料が付着することにより、その燃焼サイクルでは燃焼室内に供給される燃料の量が所望の量よりも少なくなる。空燃比が理論空燃比からリーン側にずれる。または、車両の減速時には、加速時に吸気ポートの壁面に付着した燃料が壁面から離脱して燃焼室に供給される場合がある。この場合には、燃焼室に供給される燃料の量が所望の量よりも多くなる。空燃比が理論空燃比からリッチ側にずれる。このように、燃焼室にて燃料が燃焼する空燃比を制御している場合に目標の空燃比からずれてしまう場合がある。

本実施の形態のように、高含有率燃料の噴射弁と低含有率燃料の噴射弁との噴射時期を互いに分離することにより、それぞれの噴射弁から噴射される噴霧の干渉を回避して、噴霧の粒径の拡大または干渉による飛び散りを抑制することができる。吸気ポートの壁面に燃料が付着することを抑制でき、所望の燃料の量を燃焼室に供給することができる。この結果、過渡状態における内燃機関の性能低下を回避することができる。

本実施の形態においては、高含有率燃料の噴射弁からの燃料の供給を先に行って、この燃料の噴射終了後に低含有率燃料の噴射弁からの燃料の供給を行なっている。すなわち、高含有率燃料を先に吸気ポートに供給した後に低含有率燃料を吸気ポートに供給している。

図６に、本実施の形態における内燃機関において、それぞれの負荷に対して燃料を噴射するときのグラフを示す。横軸はクランク角を示し、すなわち燃料を噴射する時期を示している。縦軸は、機関本体の負荷を示している。図６では、それぞれの負荷に対する燃料の噴射時期を示している。負荷が大きくなるに従って、燃焼室に供給する燃料の総量が多くなっている。このときに、負荷が大きくなるに従って、高含有率燃料の噴射量の割合が多くなっている。いずれの負荷の場合にも、上流側の高含有率燃料の噴射弁から先に燃料を噴射した後に下流側の低含有率燃料の噴射弁から燃料を噴射している。

芳香族成分は、燃料に含まれる成分のなかでも蒸発速度および拡散速度が遅い成分である。特に、本実施の形態において、芳香族成分を多く含む高含有率燃料は、蒸発速度および拡散速度が供給燃料よりも遅くなる。一方で、芳香族成分の含有率が少ない低含有率燃料は、蒸発速度および拡散速度が供給燃料よりも速くなる。高含有率燃料は、低含有率燃料に比べて吸気ポートの内壁に付着しやすくなり、後続の燃焼サイクルまで燃料が残留してしまう可能性が高くなる。この結果、燃焼室に供給する燃料の空燃比やそれぞれの燃料の量等が目標値からずれてしまう場合がある。

高含有率燃料を低含有率燃料に先立って機関吸気通路に供給することにより、高含有率燃料が蒸発する時間を長くすることができる。高含有率燃料の多くを蒸発させることができる。または、吸気ポートの内壁に付着する燃料の量を少なくしながら吸気弁の傘部の周辺まで導くことができる。この結果、燃焼室に供給する燃料の空燃比やそれぞれの燃料の量等が目標値からずれることを抑制できる。

本実施の形態においては、高含有率燃料を先に噴射しているが、この形態に限られず、上流側の高含有率燃料の噴射を下流側の低含有率燃料の噴射の後に行なっても構わない。また、本実施の形態においては、上流側の高含有率燃料と下流側の低含有率燃料とを分離して噴射する様に制御を行なっているが、この形態に限られず、高含有率燃料の噴射弁と低含有率燃料の噴射弁とを同時に噴射しても構わない。また、本実施の形態においては、排気の性状を向上させるために噴射終了時期（クランク角度θ_Ｅ）を一定にする制御を行なっているが、この形態に限られず、負荷の大きさや燃料の噴射量等に応じて噴射終了時期を互いに異なる時期にしても構わない。さらに、燃料の噴射を連続的に行わずに複数回の噴射に分割しても構わない。

本実施の形態においては、車両に搭載された分離装置によって供給燃料を高含有率燃料と低含有率燃料とに分離しているが、この形態に限られず、外部から低含有率燃料および高含有率燃料が供給されても構わない。例えば、車両に高含有率燃料を貯留するタンクおよび低含有率燃料を貯留するタンクが配置され、燃料を補給するときに高含有率燃料および低含有率燃料が供給され、それぞれのタンクから燃料が供給されていても構わない。また、燃料分離装置としては、上記の装置に限られるものではなく、芳香族成分の含有率が異なる複数の燃料を生成することができる任意の装置を採用することができる。

本実施の形態においては、１つの気筒に対して燃料を供給するための２つの噴射弁が配置されている例を取り上げて説明したが、この形態に限られず、１つの気筒に対して３つ以上の噴射弁が配置されていても構わない。

本実施の形態においては、内燃機関のうちガソリンエンジンを例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、たとえばディーゼルエンジンに本発明を適用することができる。また、本実施の形態においては、車両に配置される内燃機関を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、任意の内燃機関に本発明を適用することができる。

上述のそれぞれの図において、同一または相当する部分には同一の符号を付している。なお、上記の実施の形態は例示であり発明を限定するものではない。また、実施の形態においては、特許請求の範囲に含まれる変更が意図されている。

１機関本体
２シリンダブロック
５燃焼室
７吸気ポート
１０点火プラグ
１１ａ，１１ｂ噴射弁
３１電子制御ユニット
６１燃料タンク
６２サブタンク
６３サブタンク
７１分離ユニット
７５供給燃料
７６高含有率燃料
７７低含有率燃料
８０分離膜
８１耐圧容器

Claims

芳香族成分の含有率が互いに異なる低含有率燃料および高含有率燃料を、内燃機関の燃焼室に通じる機関吸気通路に噴射する内燃機関の燃料噴射装置であって、
低含有率燃料を機関吸気通路に噴射する低含有率燃料噴射弁と、
高含有率燃料を機関吸気通路に噴射する高含有率燃料噴射弁とを備え、
高含有率燃料噴射弁は、低含有率燃料噴射弁よりも機関吸気通路の上流側に配置され、低含有率燃料を噴射する位置よりも燃焼室から離れた位置にて高含有率燃料を噴射し、
高含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射時期および低含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射時期が制御されるように形成されており、
高含有率燃料の噴射および低含有率燃料の噴射を行う場合に、高含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射の終了後に、低含有率燃料噴射弁からの燃料の噴射を行うことを特徴とする、燃料噴射装置。
請求項１に記載の燃料噴射装置と、
燃料タンク内の燃料を低含有率燃料および高含有率燃料に分離する燃料分離装置とを備え、
燃料分離装置にて分離された高含有率燃料を高含有率燃料噴射弁により機関吸気通路に噴射し、燃料分離装置にて分離された低含有率燃料を低含有率燃料噴射弁により機関吸気通路に噴射することを特徴とする、内燃機関。