JP5772958B2 - 内燃機関の燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は内燃機関の燃料供給装置に関する。

ガス燃料で運転可能な内燃機関が知られている。例えば特許文献１では、点火プラグに向けてガス燃料を噴射する第１の噴射弁と、点火プラグを避けてガス燃料を噴射する第２の噴射弁と、内燃機関の負荷状況に応じて第１の噴射弁と第２の噴射弁の何れか一方或いは双方を作動させる制御手段とを備えるガス燃料内燃機関が開示されている。このほか、異なる燃料を燃焼室に供給する点で本発明と関連性があると考えられる技術が例えば特許文献２で開示されている。

特開２００７−１９８２７５号公報 特開２０１０−１９００４２号公報

内燃機関の燃焼室には異なる燃料として水素燃料と炭化水素燃料とを独立して供給することができる。この場合、良好な燃焼を得るためには各燃料の性質を考慮する必要がある。

本発明は上記課題に鑑み、内燃機関の燃焼室に水素燃料と炭化水素燃料とを独立して供給する場合に良好な燃焼を得ることが可能な内燃機関の燃料供給装置を提供することを目的とする。

本発明は内燃機関の燃焼室に水素燃料と炭化水素燃料とを独立して供給可能に構成され、前記燃焼室の径方向中央の部分、或いは前記燃焼室のうち、前記燃焼室に対して設けられている点火プラグの周辺部に前記炭化水素燃料を供給し、且つ前記燃焼室のうち、前記炭化水素燃料が供給される空間の周囲に前記水素燃料を供給する第１の燃焼制御モードと、前記燃焼室の径方向中央の部分、或いは前記燃焼室のうち、前記点火プラグの周辺部に前記水素燃料を供給し、且つ前記燃焼室のうち、前記水素燃料が供給される空間の周囲に前記炭化水素燃料を供給する第２の燃焼制御モードと、前記炭化水素燃料と前記水素燃料とが前記燃焼室に同時に供給されることで前記炭化水素燃料と前記水素燃料との混合を促進する第３の燃焼制御モードと、を有し、前記内燃機関が暖機された状態になく且つ前記内燃機関の排気系に配置された排気浄化用の触媒の床温が活性温度に達していない場合に、前記第１の燃焼制御モードを有効にし前記第２の燃焼制御モードおよび前記第３の燃焼制御モードを無効にし、前記内燃機関が前記暖機された状態にあり且つ前記触媒の床温が前記活性温度に達している場合且つ前記内燃機関の運転状態が高負荷の場合に前記第３の燃焼制御モードを有効にし前記第１の燃焼制御モードおよび前記第２の燃焼制御モードを無効にし、前記内燃機関が前記暖機された状態にあり且つ前記触媒の床温が前記活性温度に達している場合且つ前記内燃機関の運転状態が高負荷でない場合に前記第２の燃焼制御モードを有効にし前記第１の燃焼制御モードおよび前記第３の燃焼制御モードを無効にする内燃機関の燃料供給装置である。

本発明は前記燃焼室においてタンブル流が生成されるように吸気を前記燃焼室に導く吸気ポートに、前記水素燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と前記炭化水素燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とが設けられている構成とすることができる。

本発明は前記燃焼室においてスワール流が生成されるように吸気を前記燃焼室に導く第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートのそれぞれに、前記水素燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と前記炭化水素燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とが設けられている構成とすることができる。

本発明によれば、内燃機関の燃焼室に水素燃料と炭化水素燃料とを独立して供給する場合に良好な燃焼を得ることができる。

内燃機関の燃料供給装置を含む各構成の全体図である。 内燃機関の概略構成図である。 図３（ａ）は第１の燃料供給状態を示す図、図３（ｂ）は第２の燃料供給状態を示す図、図３（ｃ）は第３の燃料供給状態を示す図である。 第１の制御動作をフローチャートで示す図である。 第２の制御動作をフローチャートで示す図である。 第３の制御動作をフローチャートで示す図である。 内燃機関の変形例を示す図である。

図面を用いて本発明の実施例について説明する。

図１は内燃機関の燃料供給装置（以下、単に燃料供給装置と称す）１Ａを含む各構成の全体図である。吸気系１０は内燃機関５０に供給する空気を流通させる。吸気系１０には内燃機関５０の吸入空気量を計測するエアフロメータ１１や、内燃機関５０の吸入空気量を調節するスロットル弁１２が設けられている。排気系２０は内燃機関５０から排出される排気を流通させる。排気系２０には排気を浄化するための触媒２１が設けられている。排気還流系３０は排気系２０から吸気系１０に排気を還流する。排気還流系３０には還流する排気を冷却するためのＥＧＲクーラ３１や、還流する排気の量を調節するための流量調節弁３２が設けられている。

内燃機関５０は多気筒（ここでは４気筒）の火花点火式内燃機関となっている。内燃機関５０には燃料噴射装置６０が設けられている。燃料噴射装置６０は第１の燃料噴射弁６１と第２の燃料噴射弁６２とを備えている。燃料噴射弁６１、６２それぞれは内燃機関５０に気筒毎に設けられている。第１の燃料噴射弁６１それぞれには、第１のタンク６３から水素燃料が供給される。第２の燃料噴射弁６２それぞれには、第２のタンク６４から炭化水素燃料が供給される。このため、燃料噴射装置６０は内燃機関５０の各燃焼室Ｅに水素燃料と炭化水素燃料とを独立して供給可能に構成されている。

第１の燃料噴射弁６１それぞれには、具体的には第１のタンク６３から第１の圧力調整装置６５を介して水素燃料が供給される。第１の圧力調整装置６５は供給する水素燃料の圧力を調整するために設けられている。第２の燃料噴射弁６２それぞれには、具体的には第２のタンク６４から第２の圧力調整装置６６を介して炭化水素燃料が供給される。第２の圧力調整装置６６は供給する炭化水素燃料の圧力を調整するために設けられている。かかる構成では、炭化水素燃料として例えば天然ガスなどのガス燃料を適用できる。

図２は内燃機関５０の概略構成図である。図２は内燃機関５０の一気筒につき、その断面を示している。内燃機関５０はシリンダブロック５１とシリンダヘッド５２とピストン５３と吸気弁５４と排気弁５５と点火プラグ５６とを備えている。燃焼室Ｅｃは内燃機関５０の各燃焼室Ｅのうち、いずれか１つの特定の燃焼室であることを示す。

シリンダブロック５１には、シリンダ５１ａが形成されている。シリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２が固定されている。燃焼室Ｅｃはシリンダブロック５１、シリンダヘッド５２及びピストン５３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド５２には燃焼室Ｅｃに吸気を導く吸気ポート５２ａと、燃焼室Ｅｃからガスを排出する排気ポート５２ｂとが形成されている。また、吸気ポート５２ａを開閉する吸気弁５４と、排気ポート５２ｂを開閉する排気弁５５とが設けられている。点火プラグ５６は燃焼室Ｅｃの上死点側中央の部分に電極を突出させた状態でシリンダヘッド５２に設けられている。

燃料噴射弁６１、６２は具体的には吸気ポート５２ａに燃料を噴射するように設けられている。そしてこれにより、燃焼室Ｅｃに燃料を供給できるように設けられている。吸気ポート５２ａが一気筒あたりの吸気弁５４を２弁とする構造に対応して燃焼室Ｅｃに向かって分岐している場合、燃料噴射弁６１、６２はさらに具体的には例えば吸気ポート５２ａのうち、燃焼室Ｅｃに向かって分岐する前の部分に設けることができる。なお、気筒毎の燃料噴射弁６１、６２の配置や数量は必ずしもこれに限られず、燃焼室Ｅｃに燃料を供給可能な適宜の配置および数量であってよい。

吸気ポート５２ａは燃焼室Ｅｃにタンブル流を生成するように吸気を導入する。このため、内燃機関５０は燃焼室Ｅｃにタンブル流を生成する内燃機関となっている。燃焼室Ｅｃにタンブル流を生成するにあたり、内燃機関５０は例えば吸気ポート５２ａにタンブル流を生成するための気流制御弁を備えてもよい。

図１に示すＥＣＵ７０Ａは電子制御装置であり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるマイクロコンピュータを備えている。ＥＣＵ７０Ａにはエアフロメータ１１や、内燃機関５０の冷却水温を検出するための水温センサ８１や、排気温を検出するための排気温センサ８２や、内燃機関５０の回転数ＮＥを検出可能なクランク角センサ８３など各種のセンサ・スイッチ類が電気的に接続されている。また、燃料噴射弁６１、６２や圧力調整装置６５、６６が制御対象として電気的に接続されている。

ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムやマップデータなどを格納するための構成である。ＣＰＵがＲＯＭに格納されたプログラムに基づき、必要に応じてＲＡＭの一時記憶領域を利用しつつ処理を実行することで、ＥＣＵ７０Ａでは例えば以下に示す噴射条件算出部や噴射条件設定部など各種の機能部が実現される。

噴射条件算出部は燃料噴射弁６１、６２からの燃料の噴射条件を算出する。噴射条件算出部は内燃機関５０において燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分に炭化水素燃料を供給し、且つ燃焼室Ｅｃのうち、炭化水素燃料が供給される空間の周囲に水素燃料を供給するための噴射条件である第１の噴射条件を算出する。炭化水素燃料は具体的には燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分であって、且つ上死点側の部分に供給される。そしてこの部分は点火プラグ５６の周辺部となっている。この点、炭化水素燃料の供給先は燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分であれば、必ずしも点火プラグ５６の周辺部でなくてもよい。

図３は第１の噴射条件の説明図である。図３（ａ）は第１の噴射条件に基づく第１の燃料供給状態を示す。図３（ｂ）は第１の噴射条件に基づく第２の燃料供給状態を示す。図３（ｃ）は第１の噴射条件に基づく第３の燃料供給状態を示す。第１の噴射条件ではまず吸気行程前半に燃焼室Ｅｃに炭化水素燃料を供給する。このためには、図３（ａ）に示すように前回の燃焼サイクルで吸気弁５４が閉弁した後、閉弁した状態にある間に炭化水素燃料の噴射を開始することで、噴射した燃料を吸気弁５４の近傍に配置することができる。このように噴射することで、噴射容積が液体燃料の場合よりも大きいガス燃料の燃料噴射期間を確保できる。

第１の噴射条件ではその後、図３（ｂ）に示すように水素燃料を噴射することで、燃焼室Ｅｃに水素燃料を供給する。そしてこれにより、タンブル流の流通と相俟って、図３（ｃ）に示すように燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分（具体的には上死点側中央の部分）に炭化水素燃料を供給することができる。また、燃料室Ｅｃのうち、炭化水素燃料が供給される部分の周囲の空間に水素燃料を供給することができる。

噴射条件は具体的には噴射開始時期や噴射圧力を含む。この点、噴射条件を算出するにあたって、噴射条件算出部はタンブル流の強さ（例えばピストン５３一往復当たりのタンブル流の回転数であるタンブル比）に応じて各燃料の噴射開始時期を算出することができる。また、内燃機関５０の運転状態（例えば回転数ＮＥおよび負荷）に応じて各燃料の噴射圧力を算出することができる。

各燃料のうち、少なくともいずれかの燃料の噴射圧力を調整する場合としては、例えば内燃機関５０の高回転高負荷時など所定の期間内に燃料噴射を終了できなくなる結果、各燃料の燃料噴射期間が重なってしまう場合がある。そしてこの場合には各燃料のうち、先に噴射する燃料の噴射圧力を高めることで、所定の期間内に燃料噴射を終了させることができる。

噴射条件設定部は内燃機関５０の運転状態に応じて第１の噴射条件を設定する。具体的には噴射条件設定部は冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合（具体的にはここでは冷却水温が第１の所定値α以下であり、且つ排気温が第２の所定値β以下である場合）に第１の噴射条件を設定する。一方、噴射条件設定部は冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第１の噴射条件の設定を禁止する。

この点、噴射条件算出部も同様に冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合に第１の噴射条件を算出する。また、冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第１の噴射条件の算出を禁止する。第１の所定値αは内燃機関５０が暖機された状態にあるか否かを判定するための判定値であり、第２の所定値βは触媒２１の床温が活性温度に達しているか否かを判定するための判定値となっている。

燃料供給装置１Ａは燃料噴射装置６０と圧力調整装置６５、６６とＥＣＵ７０Ａとを備えている。この点、燃料供給装置１Ａは第１の噴射条件を算出および設定するＥＣＵ７０Ａを備えることで、第１の燃焼制御モードを有している。そして、冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合にＥＣＵ７０Ａが第１の噴射条件を算出および設定することで、内燃機関５０の始動時に第１の燃焼制御モードを有効にする。また、冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に、ＥＣＵ７０Ａが第１の噴射条件の設定を禁止することで、内燃機関５０が暖機された状態にあり、且つ触媒２１の床温が活性温度に達している場合に第１の燃焼制御モードを無効にする。

次に第１の制御動作である燃料供給装置１Ａの動作について図４に示すフローチャートを用いて説明する。燃料供給装置１Ａは冷却水温および排気温を検出する（ステップＳ１）。続いて燃料供給装置１Ａは冷却水温が第１の所定値α以下であり、且つ排気温が第２の所定値β以下であるか否かを判定する（ステップＳ２）。ステップＳ２で肯定判定であれば、燃料供給装置１Ａは第１の噴射条件を算出および設定する（ステップＳ３）。そしてこれにより、第１の燃焼制御モードを有効にする。

一方、ステップＳ２で否定判定であれば、燃料供給装置１Ａは第１の噴射条件の算出および設定を禁止する（ステップＳ４）。そしてこれにより、第１の燃焼制御モードを無効にする。この場合、燃料供給装置１Ａは第１の燃焼制御モード以外の燃焼制御モードを有効にすることができる。ステップＳ３、Ｓ４の後、燃料供給装置１Ａは有効になっている燃焼制御モードに応じた燃料噴射制御を行う（ステップＳ５）。

次に燃料供給装置１Ａの作用効果について説明する。ここで、内燃機関５０では温度が低い場合に燃焼室Ｅｃのガス温度も低くなる。結果、燃焼が緩慢になる。また、温度が低い場合に燃焼室Ｅｃの壁面温度も低くなる。結果、燃焼室Ｅｃの壁面で消炎が発生し易くなる。このため、炭化水素燃料を使用する内燃機関５０では、温度が低い場合に未燃炭化水素の発生量が増加する。さらに触媒２１は温度が低い場合（触媒２１の床温が活性温度に達していない場合）には排気浄化性能を十分に発揮できない。このため、内燃機関５０および触媒２１の温度が低い場合には未燃炭化水素の排出量が増加する。

これに対し、燃料供給装置１Ａは燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分に炭化水素燃料を供給し、且つ燃焼室Ｅｃのうち、炭化水素燃料が供給される空間の周囲に水素燃料を供給する第１の燃焼制御モードを有している。このため、燃焼が緩慢になるとともに燃焼室Ｅｃの壁面で消炎が発生し易くなる機関低温時であっても、第１の燃焼制御モードを有効にすることで、未燃炭化水素の発生量が増加することを抑制できる。また、排気浄化性能が十分に発揮されない触媒２１低温時であっても、第１の燃焼制御モードを有効にすることで、未燃炭化水素の外部排出量が増加することを抑制できる。結果、未燃炭化水素の外部排出量を抑制できる点で好適な燃焼を得ることができる。

燃料供給装置１Ａは内燃機関５０の始動時に第１の燃焼制御モードを有効にする。すなわち、具体的にはこれにより内燃機関５０および触媒２１の低温時に未燃炭化水素の外部排出量が増加することを抑制できる。この点、燃料供給装置１Ａはさらに具体的には冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合に第１の燃焼制御モードを有効にすることで、内燃機関５０が暖機された状態になく、且つ触媒２１の床温が活性温度に達していない冷間始動時に第１の燃焼制御モードを有効にすることができる。

燃料供給装置１Ａは内燃機関５０および触媒２１の温度が十分高まっている場合に第１の燃焼制御モードを無効にする。この点、内燃機関５０および触媒２１の温度が十分高まっている場合には、燃焼室Ｅｃの壁面で消炎が発生し難くなるとともに、触媒２１も本来の排気浄化性能を発揮することができる。そして、この場合には第１の燃焼制御モードの設定を禁止しても、未燃炭化水素の排出量を抑制できる。

一方、この場合には水素燃料の燃焼によって内燃機関５０の冷却損失が増大することがある。これは、水素燃料の燃焼速度が速いことや、水素燃料の燃焼温度が高いことや、水素燃料の消炎距離が短いことなどから、水素燃料が燃焼室Ｅｃの壁面近傍でも燃焼する結果、燃焼室Ｅｃの壁面での熱伝達が大きくなるためである。

これに対し、燃料供給装置１Ａは内燃機関５０が暖機された状態にあり、且つ触媒２１の床温が活性温度に達している場合に、第１の燃焼制御モードを無効にする。そしてこれにより、未燃炭化水素の外部排出量が増加することを抑制しつつ、内燃機関５０の冷却損失が増大することも抑制できる。この点、燃料供給装置１Ａは具体的には冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第１の燃焼制御モードを無効にすることで、内燃機関５０が暖機された状態にあり、且つ触媒２１の床温が活性温度に達している場合に第１の燃焼制御モードを無効にすることができる。

本実施例にかかる燃料供給装置１ＢはＥＣＵ７０Ａの代わりにＥＣＵ７０Ｂを備える点以外、燃料供給装置１Ａと実質的に同一である。ＥＣＵ７０Ｂは噴射条件算出部と噴射条件設定部とがさらに以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ａと実質的に同一である。このため燃料供給装置１ＢおよびＥＣＵ７０Ｂについては図示省略する。

ＥＣＵ７０Ｂでは、噴射条件算出部がさらに燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分に水素燃料を供給し、且つ燃焼室Ｅｃのうち、水素燃料が供給される空間の周囲に炭化水素燃料を供給する第２の噴射条件を算出する。また、噴射条件設定部がさらに内燃機関５０の運転状態に応じて第２の噴射条件を設定する。水素燃料は具体的には燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分であって、且つ上死点側の部分に供給される。そしてこの部分は点火プラグ５６の周辺部となっている。この点、水素燃料の供給先は燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分であれば、必ずしも点火プラグ５６の周辺部でなくてもよい。

噴射条件設定部は具体的には冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第２の噴射条件を設定する。一方、噴射条件設定部は冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合（具体的にはここでは冷却水温が第１の所定値α以下であり、且つ排気温が第２の所定値β以下である場合）に第２の噴射条件の設定を禁止する。これは、第２の噴射条件の算出、算出の禁止を行う噴射条件算出部についても同様である。

燃料供給装置１Ｂは第２の噴射条件を算出および設定するＥＣＵ７０Ｂを備えることで、第１の燃焼制御モードに加えて第２の燃焼制御モードをさらに有している。そして、冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合にＥＣＵ７０Ｂが第２の噴射条件を算出および設定することで、内燃機関５０が暖機された状態にあり、且つ触媒２１の床温が活性温度に達している場合に第２の燃焼制御モードを有効にする。また、冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合に、ＥＣＵ７０Ｂが第２の噴射条件の設定を禁止することで、内燃機関５０の始動時に第２の燃焼制御モードを無効にする。

次に第２の制御動作である燃料供給装置１Ｂの動作について図５に示すフローチャートを用いて説明する。図５に示すフローチャートは図４に示すフローチャートと並行して行うことができる。燃料供給装置１Ｂは冷却水温および排気温を検出する（ステップＳ１１）。続いて燃料供給装置１Ｂは冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高いか否かを判定する（ステップＳ１２）。

ステップＳ１２で肯定判定であれば、燃料供給装置１Ｂは第２の噴射条件を算出および設定する（ステップＳ１３）。そしてこれにより、第２の燃焼制御モードを有効にする。一方、否定判定であれば、燃料供給装置１Ｂは第２の噴射条件の算出および設定を禁止する（ステップＳ１４）。そしてこれにより、第２の燃焼制御モードを無効にする。この場合、燃料供給装置１Ｂは第２の燃焼制御モード以外の燃焼制御モード（具体的にはここでは第１の燃焼制御モード）を有効にすることができる。ステップＳ１３、Ｓ１４の後、燃料供給装置１Ｂは有効になっている燃焼制御モードに応じた燃料噴射制御を行う（ステップＳ１５）。

次に燃料供給装置１Ｂの作用効果について説明する。燃料供給装置１Ｂは燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分に水素燃料を供給し、且つ燃焼室Ｅｃのうち、水素燃料が供給される空間の周囲に炭化水素燃料を供給する第２の燃焼制御モードを有している。このため、燃料供給装置１Ｂは第２の燃焼制御モードを有効にすることで、水素燃料が燃焼室Ｅｃの壁面近傍で燃焼する結果、内燃機関５０で冷却損失が増大することを好適に抑制できる点で、好適な燃焼を得ることができる。

燃料供給装置１Ｂは内燃機関５０が暖機された状態にあり、且つ触媒２１の床温が活性温度に達している場合に第２の燃焼制御モードを有効にする。そしてこれにより、未燃炭化水素の外部排出量を抑制しつつ、内燃機関５０で冷却損失が増大することを抑制できる。この点、燃料供給装置１Ｂは具体的には冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第２の燃焼制御モードを有効にすることで、内燃機関５０が暖機された状態にあり、且つ触媒２１の床温が活性温度に達している場合に第２の燃焼制御モードを有効にすることができる。

なお、ＥＣＵ７０Ｂにおいて第１の噴射条件を特段算出および設定することなく、第２の噴射条件を算出および設定するように噴射条件算出部および噴射条件設定部を実現することもできる。この場合、燃料供給装置１Ｂは第１の燃焼制御モードを特段有することなく、第２の燃焼制御モードを有することができる。そしてこの場合でも、燃料供給装置１Ｂは上述したのと同様の効果を奏することができる。

本実施例にかかる燃料供給装置１ＣはＥＣＵ７０Ｂの代わりにＥＣＵ７０Ｃを備える点以外、燃料供給装置１Ｂと実質的に同一である。ＥＣＵ７０Ｃは噴射条件算出部と噴射条件設定部とがさらに以下に示すように実現される点以外、ＥＣＵ７０Ｂと実質的に同一である。このため燃料供給装置１ＣおよびＥＣＵ７０Ｃについては図示省略する。ＥＣＵ７０Ｃでは、噴射条件算出部がさらに燃焼室Ｅｃにおける水素燃料の混合を促進する第３の噴射条件を算出する。また、噴射条件設定部がさらに内燃機関５０の運転状態に応じて第３の噴射条件を設定する。

噴射条件設定部は具体的には冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合であって、さらに内燃機関５０の運転状態が高負荷である場合に、第３の噴射条件を設定する。また、冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合（具体的にはここでは冷却水温が第１の所定値α以下であり、且つ排気温が第２の所定値β以下である場合）と、冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合であっても、内燃機関５０の運転状態が高負荷以外の運転状態である場合に第３の噴射条件の設定を禁止する。これは、第３の噴射条件を算出、禁止する噴射条件算出部についても同様である。

第３の噴射条件は具体的には燃焼室Ｅｃにおける水素燃料と炭化水素燃料との混合を促進する噴射条件となっている。水素燃料と炭化水素燃料との混合を促進するにあたり、第３の噴射条件では各燃料が同時に燃焼室Ｅｃに供給されるように燃料噴射弁６１、６２から燃料を噴射することができる。このためには、例えば燃料噴射弁６１、６２の燃料噴射期間が重なるように燃料を噴射することができる。第３の噴射条件は例えば第２の噴射条件に基づく各燃料の供給態様を維持しつつ、水素燃料と空気との混合を促進する条件であってもよい。この点、燃料は例えば早い時期に噴射されるほど空気との混合が促進される傾向がある。

ＥＣＵ７０Ｃでは、噴射条件設定部がさらに内燃機関５０の運転状態に応じて第１、第２および第３の噴射条件それぞれの設定と、設定の禁止とを行う。この点、噴射条件設定部は具体的には内燃機関５０の運転状態が高負荷である場合には第２の噴射条件に優先させて第３の噴射条件を設定する。すなわち、冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合であっても、内燃機関５０の運転状態が高負荷である場合には、第２の噴射条件の設定を禁止し、第３の噴射条件を設定する。これは、各噴射条件の算出、算出の禁止を行う噴射条件算出部についても同様である。

燃料供給装置１Ｃは第３の噴射条件を算出および設定するＥＣＵ７０Ｃを備えることで、第１および第２の燃焼制御モードに加えて第３の燃焼制御モードをさらに有している。また、内燃機関５０の運転状態に応じて第１、第２および第３の噴射条件それぞれの算出および設定と、算出および設定の禁止とを行うことで、内燃機関５０の運転状態に応じて第１、第２および第３の燃焼制御モードそれぞれの有効、無効を切り替える。この点、燃料供給装置１Ｃは例えば冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合であって、さらに内燃機関５０の運転状態が高負荷である場合に第３の燃焼制御モードを有効にする。

次に第３の制御動作であるＥＣＵ７０Ｃの動作を図６に示すフローチャートを用いて説明する。燃料供給装置１Ｃは冷却水温および排気温を検出する（ステップＳ２１）。続いて燃料供給装置１Ｃは冷却水温が第１の所定値α以下であり、且つ排気温が第２の所定値β以下であるか否かを判定する（ステップＳ２２）。ステップＳ２２で否定判定であれば、燃料供給装置１Ｃは内燃機関５０の運転状態が高負荷であるか否かを判定する（ステップＳ２３）。

燃料供給装置１ＣはステップＳ２２で肯定判定であれば、第１の噴射条件を算出および設定するとともに、第２および第３の噴射条件の算出および設定を禁止する（ステップＳ２４）。そしてこれにより、第１の燃焼制御モードを有効にするとともに、第２および第３の燃焼制御モードを無効にする。また、ステップＳ２３で肯定判定であれば、第３の噴射条件を算出および設定するとともに、第１および第２の噴射条件の算出および設定を禁止する（ステップＳ２５）。そしてこれにより、第３の燃焼制御モードを有効にするとともに、第１および第２の燃焼制御モードを無効にする。また、ステップＳ２３で否定判定であれば、第２の噴射条件を算出および設定するとともに、第１および第３の噴射条件の算出および設定を禁止する（ステップＳ２６）。そしてこれにより、第２の燃焼制御モードを有効にするとともに、第１および第３の燃焼制御モードを無効にする。ステップＳ２４、Ｓ２５、Ｓ２６の後、燃料供給装置１Ｃは有効になっている燃焼制御モードに応じた燃料噴射制御を行う（ステップＳ２７）。

次に燃料供給装置１Ｃの作用効果について説明する。ここで、内燃機関５０では暖機完了後の高負荷運転時に燃焼温度が特に高くなる。このため、暖機完了後の高負荷運転時に燃焼速度の速い水素燃料を燃焼室Ｅｃの径方向中央の部分、とりわけ燃焼室Ｅｃのうち点火プラグ５６の周辺部に供給すると、燃焼速度が過大になる結果、異常燃焼が発生する虞がある。そして、異常燃焼による燃焼室Ｅｃの圧力上昇で騒音が発生したり、場合によっては内燃機関５０が破損したりする虞がある。

これに対し、燃料供給装置１Ｃは燃焼室Ｅｃにおける水素燃料の混合を促進する第３の燃焼制御モードを有している。このため、燃料供給装置１Ｃは第３の燃焼制御モードを有効にすることで、第２の燃焼制御モードを有効にする場合と比較して、燃焼室Ｅｃのうち点火プラグ５６の周辺部において水素燃料を希釈することができる。結果、さらに水素燃料の異常燃焼が発生することを抑制できる。

燃料供給装置１Ｃは内燃機関５０の運転状態に応じて第１、第２および第３の燃焼制御モードそれぞれの有効、無効を切り替える。そしてこれにより、内燃機関５０の運転全般に亘って各燃料の性質を考慮した良好な燃焼を得ることができる。

なお、第３の燃焼制御モードはＥＣＵ７０Ａで実現されてもよい。この場合、ＥＣＵ７０Ａは冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第３の燃焼制御モードを有効にし、冷却水温が第１の所定値αよりも低く、且つ排気温が第２の所定値βよりも低い場合に第３の燃焼制御モードを無効にすることができる。この場合、例えば冷却水温が第１の所定値αよりも高く、且つ排気温が第２の所定値βよりも高い場合に第２の燃焼制御モードを有効にする場合と比較して、内燃機関５０の冷却損失は増大するものの、この場合でも水素燃料の異常燃焼が発生することを抑制できる。

以上、本発明の実施例について詳述したが、本発明はかかる特定の実施例に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。

例えば内燃機関は燃焼室にスワール流を生成する内燃機関であってもよい。図７は内燃機関５０の変形例である内燃機関５０´を示す図である。内燃機関５０´はシリンダヘッド５２の代わりにシリンダヘッド５２´を備えている。シリンダヘッド５２´には吸気ポート５２ａの代わりに吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２が設けられている。吸気ポートＩｎ１はヘリカルポート、吸気ポートＩｎ２はタンジェンシャルポートであり、これら吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２は燃焼室Ｅｃにスワール流を生成するように吸気を導入する。内燃機関５０´では、燃料噴射弁６１、６２が吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２それぞれに対して設けられている。

本発明の燃料供給装置はかかる内燃機関５０´に対しても、例えば吸気ポートＩｎ１側で吸気行程前半に燃焼室Ｅｃに炭化水素燃料を供給できるように第２の燃料噴射弁６２から炭化水素燃料を噴射するとともに、吸気ポートＩｎ２側で吸気行程後半に燃焼室Ｅｃに水素燃料を供給できるように第１の燃料噴射弁６１から水素燃料を噴射することで、第１の燃焼制御モードを有することができる。また、例えば各吸気ポートＩｎ１、Ｉｎ２において、燃料噴射弁６１、６２のうち、第１の燃焼制御モードを実現する場合とは逆の燃料噴射弁から燃料を噴射することで、第２の燃焼制御モードを有することができる。また、例えば各燃料が同時に燃焼室Ｅｃに供給されるように燃料噴射弁６１、６２から燃料を噴射することで、第３の燃焼制御モードを有することができる。

燃料供給装置 １Ａ、１Ｂ、１Ｃ
触媒 ２１
内燃機関 ５０、５０´
燃料噴射装置 ６０
第１の燃料噴射弁 ６１
第２の燃料噴射弁 ６２
ＥＣＵ ７０Ａ、７０Ｂ、７０Ｃ

Claims (3)

1. 内燃機関の燃焼室に水素燃料と炭化水素燃料とを独立して供給可能に構成され、
   前記燃焼室の径方向中央の部分、或いは前記燃焼室のうち、前記燃焼室に対して設けられている点火プラグの周辺部に前記炭化水素燃料を供給し、且つ前記燃焼室のうち、前記炭化水素燃料が供給される空間の周囲に前記水素燃料を供給する第１の燃焼制御モードと、前記燃焼室の径方向中央の部分、或いは前記燃焼室のうち、前記点火プラグの周辺部に前記水素燃料を供給し、且つ前記燃焼室のうち、前記水素燃料が供給される空間の周囲に前記炭化水素燃料を供給する第２の燃焼制御モードと、前記炭化水素燃料と前記水素燃料とが前記燃焼室に同時に供給されることで前記炭化水素燃料と前記水素燃料との混合を促進する第３の燃焼制御モードと、を有し、
   前記内燃機関が暖機された状態になく且つ前記内燃機関の排気系に配置された排気浄化用の触媒の床温が活性温度に達していない場合に、前記第１の燃焼制御モードを有効にし前記第２の燃焼制御モードおよび前記第３の燃焼制御モードを無効にし、前記内燃機関が前記暖機された状態にあり且つ前記触媒の床温が前記活性温度に達している場合且つ前記内燃機関の運転状態が高負荷の場合に前記第３の燃焼制御モードを有効にし前記第１の燃焼制御モードおよび前記第２の燃焼制御モードを無効にし、前記内燃機関が前記暖機された状態にあり且つ前記触媒の床温が前記活性温度に達している場合且つ前記内燃機関の運転状態が高負荷でない場合に前記第２の燃焼制御モードを有効にし前記第１の燃焼制御モードおよび前記第３の燃焼制御モードを無効にする内燃機関の燃料供給装置。
2. 前記燃焼室においてタンブル流が生成されるように吸気を前記燃焼室に導く吸気ポートに、前記水素燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と前記炭化水素燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とが設けられている請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。
3. 前記燃焼室においてスワール流が生成されるように吸気を前記燃焼室に導く第１の吸気ポートおよび第２の吸気ポートのそれぞれに、前記水素燃料を噴射する第１の燃料噴射弁と前記炭化水素燃料を噴射する第２の燃料噴射弁とが設けられている請求項１記載の内燃機関の燃料供給装置。

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