JP6551457B2 - 内燃機関 - Google Patents

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Description

本発明は、内燃機関に関する。
１つの気筒に対して２つの吸気ポートが形成されている内燃機関において、一方の吸気ポートには炭化水素を噴射する第一燃料噴射弁を備え、他方の吸気ポートには水素を噴射する第二燃料噴射弁を備える技術が知られている（例えば、特許文献１参照。）。
国際公開第２０１３／０２１４３４号
水素は、広い範囲の空気過剰率（例えば、０．１４から１０まで）で燃焼が可能である。また、水素は着火性も高い。そのため、気筒内に流入した水素が気筒内で温度の高い箇所に接すると、点火時期よりも前に、温度の高い箇所において熱面着火が起こり得る。これにより、プレイグニッションやバックファイアが発生する虞がある。
本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、点火時期よりも前に水素が燃焼することを抑制することにある。
上記課題を解決するために本発明では、炭化水素および水素を燃料として用いる内燃機関において、気筒に通じる第一吸気ポート及び第二吸気ポートと、前記第一吸気ポートに設けられ、前記第一吸気ポート内に水素を噴射する第一燃料噴射弁と、吸気行程において前記第一吸気ポートから気筒へ流入するガスよりも前記第二吸気ポートから気筒へ流入するガスがより多く当たる位置に設けられる点火プラグと、を備える。
水素を含んだ混合気は炭化水素を含んだ混合気よりも着火性が高い。この性質を利用して、炭化水素を含んだ混合気の燃焼を促進させることができる。しかし、気筒内では点火プラグの温度が比較的高くなるため、点火プラグに水素が接触したときに熱面着火が起こり易い。すなわち、点火時期よりも前に水素が高温の点火プラグに接触すると、点火時期よりも前に熱面着火により水素が燃焼する虞がある。これに対して、第一吸気ポートから気筒へ流入するガスよりも第二吸気ポートから気筒へ流入するガスがより多く当たる位置に点火プラグを設けることにより、第一吸気ポートから流入した水素が温度の高い点火プラグに接触することを抑制できる。これにより、熱面着火が起こることを抑制できる。また、水素を含まないガスが第二吸気ポートから流入すると、この水素を含まないガスが点火プラグに接触し得る。点火プラグの温度よりも第二吸気ポートから気筒へ流入するガスの温度のほうが低いために、この温度の低いガスが点火プラグに接触することにより点火プラグの温度が低下する。
また、前記第二吸気ポートに設けられ前記第二吸気ポート内に炭化水素を噴射する第二燃料噴射弁を更に備え、前記点火プラグは、前記第二燃料噴射弁から炭化水素を噴射するときは、前記第二燃料噴射弁から炭化水素を噴射しないときよりも、前記点火プラグの温度が低下する位置に設けられていてもよい。
炭化水素は、水素よりも熱面着火が起こり難い。そのため、炭化水素が点火プラグに接触したとしても、点火時期よりも前に熱面着火による燃焼が起こり難い。すなわち、第二燃料噴射弁から噴射された炭化水素が点火プラグに接触したとしても、点火時期よりも前に熱面着火による燃焼が起こり難い。さらに、第二吸気ポート内に液体の炭化水素を噴射すると、第二吸気ポートから気筒へ流入するガスが炭化水素の気化潜熱によって冷却される。この冷却された後のガスがより多く点火プラグに当たることによって点火プラグを冷却することができる。
また、前記気筒に設けられ前記気筒内に炭化水素を噴射する第三燃料噴射弁を更に備え、前記点火プラグは、前記第一吸気ポートの前記気筒への接続部よりも前記第二吸気ポートの前記気筒への接続部に近い位置に設けられ、前記第三燃料噴射弁は、前記第一吸気ポート側から前記第二吸気ポート側に向く噴孔を有し、且つ、前記第二吸気ポート側から前記第一吸気ポート側に向く噴孔を有さないようにしてもよい。
このように形成された第三燃料噴射弁から炭化水素を噴射することにより、第一吸気ポート側から第二吸気ポート側に向かうガスの流れを生じさせることができる。このガスの流れによって、第二吸気ポート側に存在していたガスが押されて、第一吸気ポート側に移動する。さらに、第二吸気ポート側から第一吸気ポート側へ移動するガスに押されて、第一吸気ポート側に存在していたガスが第二吸気ポート側へ移動する。すなわち、第一吸気ポート側に存在している水素を点火プラグの周りに移動させることができる。このときには、第二吸気ポートから気筒内に流入したガスによって点火プラグが冷却されているため、点火プラグに水素が接触しても熱面着火が起こることが抑制される。そして、点火プラグの周りに着火性の高い水素が移動した後に点火プラグによって点火することで水素が燃焼する。この水素の燃焼による火炎伝播によって、炭化水素もより確実に燃焼し得る。
また、前記第三燃料噴射弁からの炭化水素の噴射を、吸気下死点以降の圧縮行程において実施する噴射時期制御装置を更に備えることができる。
吸気下死点以降であれば、第一吸気ポートからの水素の吸入が概ね終了しているため、第三燃料噴射弁から炭化水素を噴射することによって、より多くの水素を点火プラグの周りに移動させることができる。したがって、より良好な燃焼が可能となる。
また、前記第二吸気ポートを開閉する第二吸気弁と、前記第二吸気弁の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角させる吸気弁制御装置と、を更に備えることができる。
ここで、気筒内に一旦吸入されたガスは、気筒壁面やピストン、吸気弁、排気弁、残留ガス等から熱を受けて温度が上昇する。仮に、気筒内で温度が高くなったガスが第二吸気ポートへ逆流すると、次の吸気行程において温度の高いガスが気筒内に流入する。そうすると、第二吸気ポートから気筒内に流入するガスによる点火プラグの冷却が緩慢となる。一方、第二吸気弁の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角させることにより、圧縮行程において気筒内から第二吸気ポート内に温度の高いガスが逆流することが抑制される。このため、第二吸気ポートから気筒内へ流入するガスによって、点火プラグの冷却を促進させることができるため、点火プラグに水素が接触したときに熱面着火が起こることを抑制できる。
本発明によれば、点火時期よりも前に水素が燃焼することを抑制することができる。
実施例１−３に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。 実施例１に係る内燃機関の気筒を上から見たときの模式図である。 実施例２に係る内燃機関の気筒を上から見たときの模式図である。 吸気行程における気筒内のガスの分布を示した図である。 吸気下死点よりも後における気筒内のガスの分布を示した図である。 第三燃料噴射弁からのガソリン噴射後の圧縮行程における気筒内のガスの分布を示した図である。 点火時期における気筒内のガスの分布を示した図である。 第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁の夫々の燃料噴射時期、及び、点火プラグの点火時期を示した図である。 第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁からの燃料噴射を実施する運転領域を示した図である。 第一吸気弁及び第二吸気弁の夫々のリフト量、第一燃料噴射弁、第二燃料噴射弁、第三燃料噴射弁の夫々の燃料噴射時期、及び、点火プラグの点火時期を示した図である。
以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨のものではない。
（実施例１）
図１は、本実施例に係る内燃機関１の概略構成を表す図である。また、図２は、本実施例に係る内燃機関１の気筒２を上から見たときの模式図である。なお、本実施例においては、内燃機関１を簡潔に表示するため、一部の構成要素の表示を省略している。内燃機関１は、たとえば車両に搭載される。
内燃機関１のシリンダブロック１１には、気筒２が形成されている。また、内燃機関１のシリンダヘッド１２には、吸気ポート４、及び、排気ポート５が形成されている。なお、各気筒２には、吸気ポート４及び排気ポート５が夫々２つずつ接続されている。図２において、一方の吸気ポート４を第一吸気ポート４１とし、他方の吸気ポート４を第二吸気ポート４２とする。以下において第一吸気ポート４１と第二吸気ポート４２とを区別しない場合には、単に吸気ポート４という。吸気ポート４は、タンブル及びスワールの強さが所定の大きさよりも小さくなるような形状に形成されている。すなわち、吸気ポート４は、タンブル及びスワールを積極的に発生させるような形状にはなっていない。
吸気ポート４の気筒２側の端部には、吸気弁６が備わる。また、排気ポート５の気筒２側の端部には、排気弁７が備わる。吸気弁６及び排気弁７は、各気筒２に２つずつ設けられている。図２において、第一吸気ポート４１の気筒２側の端部に備わる吸気弁６を第一吸気弁６１とし、第二吸気ポート４２の気筒２側の端部に備わる吸気弁６を第二吸気弁６２とする。以下において第一吸気弁６１と第二吸気弁６２とを区別しない場合には、単に吸気弁６という。内燃機関１には、吸気弁６の開閉時期を変更する吸気側可変動弁機構６５及び排気弁７の開閉時期を変更する排気側可変動弁機構７５が設けられている。なお、本実施例１及び以下の実施例２では、吸気側可変動弁機構６５及び排気側可変動弁機構７５は必須ではない。
内燃機関１には、第一吸気ポート４１内に燃料を噴射する第一燃料噴射弁８１、第二吸気ポート４２内に燃料を噴射する第二燃料噴射弁８２、気筒２内に燃料を噴射する第三燃料噴射弁８３が設けられている。第一燃料噴射弁８１からは燃料として水素が噴射され、第二燃料噴射弁８２及び第三燃料噴射弁８３からは燃料として炭化水素（例えばガソリン
であり、以下ではガソリンとする。）が噴射される。また、内燃機関１には、気筒２内に電気火花を発生させる点火プラグ９が取り付けられている。
そして、内燃機関１のクランクシャフト１３にコンロッド１４を介して連結されたピストン１５が、気筒２内で往復運動を行う。
内燃機関１には、該内燃機関１を制御するための電子制御装置であるＥＣＵ１０が併設されている。このＥＣＵ１０は、ＣＰＵの他、各種のプログラム及びマップを記憶するＲＯＭ、ＲＡＭ等を備えており、内燃機関１の運転条件や運転者の要求に応じて内燃機関１を制御する。
ここで、ＥＣＵ１０には、クランクポジションセンサ９１が電気的に接続されている。ＥＣＵ１０はクランクポジションセンサ９１から内燃機関１の出力軸の回転角に応じた信号を受け取り、機関回転速度を算出する。
一方、ＥＣＵ１０には、第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３、点火プラグ９が電気配線を介して接続されており、該ＥＣＵ１０によりこれらの機器が制御される。なお、本実施例では、第二燃料噴射弁８２及び第三燃料噴射弁８３の何れか一方からガソリンを噴射してもよく、または、両方からガソリンを噴射してもよい。
ここで、点火プラグ９は、第一吸気ポート４１よりも第二吸気ポート４２に近い位置に設けられている。つまり、図２において、気筒２の中心軸を含んだ面で気筒２を、第一吸気ポート４１若しくは第一吸気弁６１が含まれる側と、第二吸気ポート４２若しくは第二吸気弁６２が含まれる側とで仮に二分割したときに、第二吸気ポート４２若しくは第二吸気弁６２が含まれる側に点火プラグ９が配置されるように点火プラグ９を設けている。その結果、吸気行程において第一吸気ポート４１から気筒２へ流入するガスよりも第二吸気ポート４２から気筒２へ流入するガスのほうがより多く点火プラグ９に当たるように点火プラグ９が設けられている。
このように構成された内燃機関１では、第一吸気ポート４１から気筒２に水素が流入するときに、水素が点火プラグ９に接触し難い。ここで、気筒２内では、点火プラグ９の温度が他の部材の温度と比較して高くなり易い。また、水素はガソリンよりも着火性が高く、しかも、広い範囲の空気過剰率で燃焼が可能である。そのため、気筒２内に流入した水素が高温の点火プラグ９に接触すると、点火時期よりも前に、熱面着火が起こる虞がある。この熱面着火により、バックファイア又はプレイグニッションが起こり得る。一方、本実施例に係る内燃機関１のように、第一吸気ポート４１から気筒２に流入した水素が温度の高い点火プラグ９に接触し難い構成とすることで、熱面着火が起こることを抑制できる。
本実施例においては、第二燃料噴射弁８２を設けずに、第三燃料噴射弁８３を設け、第三燃料噴射弁８３のみからガソリンを噴射することも可能である。このような構成であっても、水素が点火プラグ９に接触し難いことに変わりはない。一方、第二燃料噴射弁８２を設けて第二燃料噴射弁８２からガソリンを噴射させる場合には、ガソリンの気化潜熱によって第二吸気ポート４２を流通するガスの温度を低下させることができる。上記のように仮に二分割した気筒２の第二吸気ポート４２側に点火プラグ９が設けられているため、第二吸気ポート４２から気筒２へ流入する温度の低いガスが点火プラグ９に接触し易い。この温度の低いガスが吸気行程中に点火プラグ９に接触することで、点火プラグ９の温度を低下し得る。したがって、その後に水素が移動して点火プラグ９に接触したとしても熱面着火が起こることを抑制できる。
以上説明したように本実施例によれば、点火プラグ９から離れた位置から気筒２内に水素を導入するため、水素が温度の高い点火プラグ９に接触することを抑制できる。さらに、第二吸気ポート４２内にガソリンを噴射する場合には、ガソリンの気化潜熱によって点火プラグ９を冷却し得る。したがって、点火時期よりも前に熱面着火が起こることを抑制できるので、プレイグニッションやバックファイアが発生することを抑制できる。
（実施例２）
本実施例に係る第三燃料噴射弁８３は、第一吸気ポート４１側から第二吸気ポート４２側への方向を向く噴孔を有し、且つ、第二吸気ポート４２側から第一吸気ポート４１側の方向に向く噴孔を有さない。第三燃料噴射弁８３を気筒２の中心軸近傍に設けた場合には、気筒２の中心軸を含んだ面で気筒２を、第一吸気ポート４１若しくは第一吸気弁６１が含まれる側と、第二吸気ポート４２若しくは第二吸気弁６２が含まれる側とで仮に二分割した場合において、二分割した気筒２の第二吸気ポート４２側（第二吸気弁６２側）に向く噴孔を有し、且つ、二分割した気筒２の第一吸気ポート４１側（第一吸気弁６１側）に向く噴孔を有さないように形成される。さらに、ＥＣＵ１０は、第三燃料噴射弁８３からのガソリンの噴射を、吸気下死点以降の圧縮行程において実施する。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が吸気下死点以降の圧縮行程に第三燃料噴射弁８３からガソリンを噴射させることにより、本発明における噴射時期制御装置として機能する。
図３は、本実施例に係る内燃機関１の気筒２を上から見たときの模式図である。図３において、第三燃料噴射弁８３は気筒２の略中心に配置されている。ただし、第三燃料噴射弁８３の位置はこれに限らない。本実施例では、第一吸気ポート４１側から第二吸気ポート４２側に向く噴孔を有し、且つ、第二吸気ポート４２側から第一吸気ポート４１側に向く噴孔を有さないように噴孔８３Ａを形成している。これは、図３において、第一吸気弁６１が含まれる側と、第二吸気弁６２が含まれる側とで気筒２を二分割したときに、第二吸気弁６２が含まれる側に噴孔８３Ａが向き、第一吸気弁６１が含まれる側には噴孔８３Ａが向かないように噴孔８３Ａを設けているといえる。
ここで、図４は、吸気行程における気筒２内のガスの分布を示した図である。図４は、気筒２の中心軸Ａ１及び点火プラグ９の中心軸を通る面で気筒２を切断したときの断面図である。図４において、中心軸Ａ１よりも左側に、上記第一吸気ポート４１若しくは第一吸気弁６１が含まれており、中心軸Ａ１よりも右側に、上記第二吸気ポート４２若しくは第二吸気弁６２が含まれている（後述の図５〜図７においても同じ）。したがって、吸気行程においては、第一吸気ポート４１から気筒２へ水素を含んだガス（以下、水素混合気ともいう。）が図４の左側へ流入し、第二吸気ポート４２から気筒２へガソリンを含んだガス（以下、ガソリン混合気ともいう。）が図４の右側へ流入する。本実施例に係る内燃機関１はスワール及びタンブルの強さが小さくなるように構成されているため、ピストン１５が下降するにしたがって気筒２に吸入される水素混合気とガソリン混合気とは、ほとんど混ざり合わずに別々の混合気として気筒２内に存在している。そして、点火プラグ９の周りには第二吸気ポート４２から気筒２へ流入するガソリン混合気が存在し、点火プラグ９から比較的離れた位置には、第一吸気ポート４１から気筒２へ流入する水素混合気が存在している。このような状態のままで点火プラグ９による点火を行ったとしても、ガソリンの着火性は水素の着火性よりも低いために、燃焼が起こらない虞がある。また、供給した水素の有効利用もできない。これに対して本実施例では、点火時期よりも前に、点火プラグ９の周りに水素を移動させる。
図５は、吸気下死点よりも後における気筒２内のガスの分布を示した図である。本実施例では、吸気下死点以降の圧縮行程中に第三燃料噴射弁８３からガソリンを噴射することにより、気筒２内に旋回流を発生させる。ここで、第三燃料噴射弁８３の噴孔８３Ａは、第二吸気ポート４２側を向いているため、第三燃料噴射弁８３から噴射されたガソリン噴
霧１０３は、噴孔８３Ａからガソリン混合気側に向かって流れる。このガソリン噴霧１０３の流れによって図５の矢印で示されるように、気筒２の中心軸Ａ１と直交する軸を中心とする旋回流が発生する。この旋回流によって、水素混合気及びガソリン混合気が移動する。なお、以下では、気筒２内の第三燃料噴射弁８３側を上部とし、気筒２内のピストン１５側を下部とする。
図６は、第三燃料噴射弁８３からのガソリン噴射後の圧縮行程における気筒２内のガスの分布を示した図である。図６の矢印で示したように、水素混合気は、気筒２の上部に移動し、ガソリン混合気は、気筒２の下部に移動する。すなわち、水素混合気が点火プラグ９の周りに配置される。ここで、吸気行程では、第二吸気ポート４２から気筒２へ流入するガスによって点火プラグ９が冷却される。したがって、圧縮行程中の点火プラグ９の温度は、吸気行程初期の点火プラグ９の温度よりも低い。そのため、圧縮行程において点火プラグ９の周りに水素混合気を配置しても、熱面着火が起こり難い。
図７は、点火時期における気筒２内のガスの分布を示した図である。このように、水素混合気が気筒２内の上部に配置され、ガソリン混合気が気筒２内の下部に配置される。この状態で点火プラグ９によって点火することにより、まずは水素が燃焼を始める。ここで、水素は、ガソリンよりも着火性が高く且つ広い範囲の空気過剰率で燃焼が可能である。したがって、点火プラグ９の周りに水素混合気を配置した状態で点火することにより、例えばＥＧＲガスを供給した場合、または、理論空燃比よりも高い空燃比（リーン空燃比）となるように水素及びガソリンを供給した場合であっても、良好な燃焼が可能となる。
図８は、第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３の夫々の燃料噴射時期、及び、点火プラグ９の点火時期を示した図である。横軸はクランク角度である。第一燃料噴射弁８１及び第二燃料噴射弁８２からの燃料噴射は、吸気行程中に実施されるため、排気上死点よりも前に第一燃料噴射弁８１及び第二燃料噴射弁８２から燃料噴射が実施されている。なお、第一燃料噴射弁８１及び第二燃料噴射弁８２からの燃料噴射は、吸気行程において燃料が気筒２内に吸入可能な時期に実施すればよい。また、第三燃料噴射弁８３からの燃料噴射時期は吸気下死点以降の圧縮行程中に設定される。そして、第三燃料噴射弁８３からの燃料噴射は、圧縮行程中で且つ点火時期よりも前であって、水素混合気を点火プラグ９の周りに配置可能な時期に実施している。また、圧縮上死点前の圧縮行程中に点火時期が設定されている。
ここで、図９は、第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３からの燃料噴射を実施する運転領域を示した図である。横軸は機関回転速度（ｒｐｍ）であり、縦軸は正味平均有効圧力ＢＭＥＰ（ＭＰａ）である。図９の網掛けで示される運転領域、すなわち、軽負荷から中負荷において、第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３の何れもから燃料噴射を実施する。この運転領域は、例えばＥＧＲ装置を備えている場合にはＥＧＲガスを供給する運転領域である。また、この運転領域は、例えばリーン空燃比で運転を行う運転領域である。ＥＧＲガスを供給する場合、または、リーン空燃比で運転する場合には、熱効率を向上させるために水素を供給している。この運転領域における第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３の夫々の燃料噴射量及び燃料噴射時期の最適値は、例えば内燃機関１の冷却水温度等の運転条件と関連付けて予め実験またはシミュレーション等により求めておく。例えば、第三燃料噴射弁８３からの燃料噴射量は、水素混合気を点火プラグ９の周りに配置可能な量とする。また、図７に示したように、第三燃料噴射弁８３から燃料を噴射した後に点火プラグ９の周りに水素混合気が配置されるように、第三燃料噴射弁８３の噴孔８３Ａの向きや数を設定する。この第三燃料噴射弁８３の噴孔８３Ａの向き及び数については、実験またはシミュレーション等により最適化してもよい。
その他の運転領域（図９において網掛けをしていない運転領域）では、第三燃料噴射弁８３のみから燃料噴射を実施する。この運転領域では水素を供給するとプレイグニッションが発生する虞があるため、水素を供給しない。また、第三燃料噴射弁８３のみから燃料を噴射することにより、ガソリンの気化潜熱を利用してノックの発生を抑制することができる。図９において網掛けをしていない運転領域は、ＥＧＲガスを供給しない運転領域、または、理論空燃比よりも大きな空燃比で運転しない運転領域である。
以上説明したように本実施例によれば、第三燃料噴射弁８３の噴孔８３Ａを第一吸気ポート４１側から第二吸気ポート４２側への方向に向け、且つ、第二吸気ポート４２側から第一吸気ポート４１側への方向には向けないようにすることにより、第三燃料噴射弁８３からの燃料噴射時に気筒２内で旋回流を発生させることができる。そして、第三燃料噴射弁８３からの燃料噴射を吸気下死点以降の圧縮行程で実施することにより、水素混合気を点火プラグ９の周りに移動させることができるため、良好な燃焼が可能となる。また、水素混合気を効率よく燃焼させることができるため、水素の供給量を減少させることができる。ここで、車両に搭載できる水素の量には上限があるため、水素の供給量を減少させることができれば、同じ量の水素でより長い距離を走行可能になる。
なお、本実施例では、第三燃料噴射弁８３を気筒２の中心軸Ａ１上に設けているが、これに限らず、水素混合気を点火プラグ９の周りに移動可能な位置であれば他の位置に設けることもできる。
また、本実施例では、第二燃料噴射弁８２及び第三燃料噴射弁８３の両方からガソリンを供給しているが、これに代えて、第三燃料噴射弁８３のみからガソリンを供給するようにしてもよい。この場合、第三燃料噴射弁８３からは、吸気行程及び圧縮行程の夫々において１回ずつ燃料噴射を行い、合計２回の燃料噴射を行う。夫々の燃料噴射時期及び燃料噴射量は、実験またはシミュレーション等により求めておく。
（実施例３）
本実施例では、吸気弁６の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角した時期に設定する。この場合、図９の網掛けで示した運転領域で運転されているときにのみ、吸気弁６の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角した時期に設定する。吸気弁６の開閉時期は吸気側可変動弁機構６５によって変更され、排気弁７の開閉時期は排気側可変動弁機構７５によって変更される。この吸気側可変動弁機構６５及び排気側可変動弁機構７５は、ＥＣＵ１０により制御される。なお、本実施例においてはＥＣＵ１０が吸気弁６の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角させることにより、本発明における吸気弁制御装置として機能する。
ここで、仮に、吸気弁６の閉弁終了時期を吸気下死点よりも遅角させると、圧縮行程において気筒２から吸気ポート４へ気筒２内のガスが逆流する。このときに逆流するガスは、気筒２内で温められているため、気筒２内に一度も吸入されていない吸気ポート４内のガスと比較して温度が高い。そして、吸気ポート４内に逆流した温度の高いガスは、次の吸気行程で気筒２内に吸入される。すなわち、吸気弁６の閉弁終了時期を吸気下死点よりも遅角させた場合には、気筒２内に吸入されるガスの温度が高くなる。そうすると、吸気行程において第二吸気ポート４２から気筒２へ流入するガスによる点火プラグ９の冷却効果が低下してしまう。その結果、熱面着火が起こり易くなる。
一方、本実施例のように吸気弁６の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角させることにより、圧縮行程時には吸気弁６が全閉した状態となるので、気筒２から吸気ポート４へ高温のガスが逆流することを抑制できる。そのため、次の吸気行程において吸気ポート４から気筒２へ吸入されるガスの温度が上昇することを抑制できるので、このガスによって点火プラグ９を好適に冷却することができる。よって、熱面着火が起こることを抑制できる
。
ここで、図１０は、第一吸気弁６１及び第二吸気弁６２の夫々のリフト量、第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３の夫々の燃料噴射時期、及び、点火プラグ９の点火時期を示した図である。横軸はクランク角度である。なお、図１０における第一燃料噴射弁８１、第二燃料噴射弁８２、第三燃料噴射弁８３の夫々の燃料噴射時期、及び、点火プラグ９の点火時期は図８と同じである。第一吸気弁６１及び第二吸気弁６２の開弁開始時期は、排気上死点後に設定している。また、各クランク角度における第一吸気弁６１のリフト量と第二吸気弁６２のリフト量とは同じである。そして、第一吸気弁６１及び第二吸気弁６２の閉弁終了時期を吸気下死点よりも前に設定している。
ここで、第一吸気弁６１の開弁開始時期と第二吸気弁６２の開弁開始時期とが同じになるように両吸気弁の開弁開始時期を設定し、且つ、各クランク角度において第一吸気弁６１のリフト量と第二吸気弁６２のリフト量が同じになるように両吸気弁のリフト量を設定することで、第一吸気ポート４１及び第二吸気ポート４２から気筒２へ単位時間当たりに流入する夫々のガス量を略同量とすることができる。仮に、第一吸気ポート４１及び第二吸気ポート４２から気筒２へ単位時間当たりに流入する夫々のガス量が異なると、ガス量が多いほうの吸気ポート４から少ない方の吸気ポート４へガスが移動することにより、気筒２内で旋回流が発生してしまう。そうすると、水素混合気とガソリン混合気との混合が促進されるため、点火プラグ９の周りに移動するガスの水素濃度が低くなり、その結果、着火性が低下してしまう。一方、本実施例では、第一吸気ポート４１及び第二吸気ポート４２から気筒２へ単位時間当たりに流入する夫々のガス量が略同量となることにより、水素混合気とガソリン混合気とが混合されることを抑制できるため、着火性が低下することを抑制できる。そして、第一吸気弁６１及び第二吸気弁６２の閉弁終了時期を、吸気下死点よりも前に設定しているため、高温のガスが気筒２から吸気ポート４へ逆流することを抑制できるため、次の吸気行程で気筒２に吸入されるガスの温度上昇を抑制できる。したがって、第二吸気ポート４２から気筒２内に流入するガスにより、点火プラグ９を好適に冷却することが可能となるので、熱面着火が起こることをより確実に抑制することができる。このため、点火時期よりも前に熱面着火により燃焼が起こることを抑制することができる。なお、第一吸気弁６１及び第二吸気弁６２の開弁開始時期、閉弁終了時期、リフト量は、夫々、実験またはシミュレーション等により求めておく。
１ 内燃機関
２ 気筒
４ 吸気ポート
５ 排気ポート
６ 吸気弁
７ 排気弁
９ 点火プラグ
１０ ＥＣＵ
１１ シリンダブロック
１２ シリンダヘッド
１３ クランクシャフト
１４ コンロッド
１５ ピストン
４１ 第一吸気ポート
４２ 第二吸気ポート
６１ 第一吸気弁
６２ 第二吸気弁
８１ 第一燃料噴射弁
８２ 第二燃料噴射弁
８３ 第三燃料噴射弁
８３Ａ 噴孔
９１ クランクポジションセンサ

Claims (5)

  1. 炭化水素および水素を燃料として用いる内燃機関において、
    気筒に通じる第一吸気ポート及び第二吸気ポートと、
    前記第一吸気ポートに設けられ、前記第一吸気ポート内に水素を噴射する第一燃料噴射弁と、
    吸気行程において前記第一吸気ポートから気筒へ流入するガスよりも前記第二吸気ポートから気筒へ流入するガスがより多く当たる位置に設けられる点火プラグと、
    を備える内燃機関。
  2. 前記第二吸気ポートに設けられ前記第二吸気ポート内に炭化水素を噴射する第二燃料噴射弁を更に備え、
    前記点火プラグは、前記第二燃料噴射弁から炭化水素を噴射するときは、前記第二燃料噴射弁から炭化水素を噴射しないときよりも、前記点火プラグの温度が低下する位置に設けられる請求項１に記載の内燃機関。
  3. 前記気筒に設けられ前記気筒内に炭化水素を噴射する第三燃料噴射弁を更に備え、
    前記点火プラグは、前記第一吸気ポートの前記気筒への接続部よりも前記第二吸気ポートの前記気筒への接続部に近い位置に設けられ、
    前記第三燃料噴射弁は、前記第一吸気ポート側から前記第二吸気ポート側に向く噴孔を有し、且つ、前記第二吸気ポート側から前記第一吸気ポート側に向く噴孔を有さない請求項１または２に記載の内燃機関。
  4. 前記第三燃料噴射弁からの炭化水素の噴射を、吸気下死点以降の圧縮行程において実施する噴射時期制御装置を更に備える請求項３に記載の内燃機関。
  5. 前記第二吸気ポートを開閉する第二吸気弁と、
    前記第二吸気弁の閉弁終了時期を吸気下死点よりも進角させる吸気弁制御装置と、
    を更に備える請求項１から４の何れか１項に記載の内燃機関。
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