(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を貯留する燃料タンクと、
気筒内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
燃料タンクから燃料噴射弁までの流路の途中に配置され、気体燃料の圧力を予め定められた設定圧力まで減圧するように形成されている圧力調整器とを備え、
燃料タンクの圧力が前記設定圧力未満になった場合に、高負荷運転を行なう時には、燃料タンクの圧力が前記設定圧力以上である場合よりも、燃料噴射弁からの燃料の噴射期間を進角すると共に気筒内における点火時期を遅角し、
圧力調整器の前記設定圧力未満の領域において判定圧力が予め定められており、
燃料タンクの圧力が前記設定圧力未満であり、更に予め定められた判定圧力以上の場合に、高負荷運転を行なう時には、気筒内において燃料の噴射期間中に点火することを特徴とする、内燃機関。
【請求項２】
気体燃料は、水素を含む、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
燃料タンクの圧力が前記設定圧力未満の場合に、高負荷運転を行なう時には、燃料タンクの圧力が低くなるほど燃料の噴射期間の進角量を大きくするとともに点火時期の遅角量を大きくする、請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
圧力調整器の前記設定圧力未満の領域において判定圧力が予め定められており、
燃料タンクの圧力が前記設定圧力未満であり、更に予め定められた判定圧力未満の場合に、高負荷運転を行なう時には、気筒内において燃料の噴射期間の後に点火する、請求項１から３のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項５】
燃料タンクの圧力が前記設定圧力以上の場合に、高負荷運転を行なう時には、気筒内において燃料の噴射期間中に点火する、請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
燃料タンクの圧力が前記設定圧力未満になった場合に、低負荷運転を行なう時には、燃料タンクの圧力が低くなるほど燃料の噴射開始時期を進角し、更に、燃料タンクの圧力が前記設定圧力以上である場合とほぼ同一の時期に燃料の噴射を終了する、請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
気筒内にて点火を行う点火部を有する点火栓を備え、
点火栓は、燃料噴射弁から噴射された燃料が直接的に点火部に供給されるように配置されている、請求項１から６のいずれか一項に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の燃料としては、ガソリンや軽油等の液体燃料の他に気体燃料を使用することが知られている。気体燃料を燃料にする内燃機関は、加圧された状態で気体燃料が燃料噴射弁に供給される。気体燃料は、液体燃料の場合と同様に空気と混合されて燃焼室にて燃焼される。
【０００３】
特開２００４−２３９１１１４号公報においては、バイフューエルエンジンにおいて、気体燃料容器内の残圧を検出する残圧検出センサと、液体燃料容器内残量を検出する残量検出センサとを備え、残圧が所定圧以下で、且つ残量が所定量以下のときに、気体燃料容器内の残圧レベルおよび気筒内の圧縮圧力に応じて、気体燃料の気筒内噴射が可能となるように噴射時期を変更することが開示されている。このバイフューエルエンジンでは、圧縮行程における気筒内の噴射が不可能であると判断された場合には、吸気行程における気筒内の噴射が行われる。
【０００４】
特開２００９−１９１８５５号公報においては、ＬＰＧ（液化石油ガス）を燃料にしたＬＰＧエンジンが開示されている。この公報には、気相ＬＰＧ供給配管の途中にソニックノズルを配置した燃料噴射システムが開示されている。ＬＰＧタンクから気相のＬＰＧがソニックノズルを流入する場合の入口圧力が所定の圧力よりも高い場合に、ソニックノズルの上流側に配置されたリリーフ弁が開弁する。リリーフ弁が開弁してソニックノズルを介して気相ＬＰＧが噴射されることにより、ソニック領域にてソニックノズルを流通させて燃料を噴射できることが開示されている。ソニック領域にて燃料を噴射することにより、燃料噴射を一定流量で行うことが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２３９１１４号公報
【特許文献２】特開２００９−１９１８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
気体燃料を燃料にする内燃機関は、気体燃料が燃料タンクの内部に加圧された状態で貯蔵される。燃料タンクの内部においては、気体の状態または液化された状態で気体燃料が貯蔵される。燃料タンクから燃料噴射弁に気体燃料が供給されるときには、燃料供給管を通して気体の状態で供給される。燃料タンクから燃料噴射弁に燃料を供給する流路の途中には、予め定められた圧力まで減圧するための減圧弁が配置される。気体燃料は、予め定められた圧力まで減圧されて、燃料噴射弁に供給される。
【０００７】
ところで、内燃機関の運転により、燃料タンクに貯蔵される気体燃料の量が少なくなっていた場合には、燃料タンクの圧力が減圧弁の予め定められた圧力未満になる場合がある。この場合には、所望の圧力にて燃料噴射弁に気体燃料を供給することができなくなる。
【０００８】
上記の特開２００４−２３９１１４号公報においては、燃料としての天然ガスを貯蔵する気体燃料容器内の圧力が高い運転時には、圧縮行程において気体燃料を気筒内に噴射するものの、気体燃料容器の残圧が少なくなってきたときには、燃料の噴射時期を吸気行程に切替える制御を行っている。吸気行程においては気筒内の圧力が低くなるために、燃料噴射弁に供給する圧力が低くても気筒内に燃料を噴射することができる。ところが、吸気行程において気筒内に燃料を噴射すると、気体燃料の種類によっては高負荷時に異常燃焼が発現する虞があったり、圧縮行程において気筒内に燃料を噴射する場合よりも熱効率が低くなったりするために改善の余地があった。
【０００９】
本発明は、気体燃料を用いる内燃機関において、気体燃料の残量が少なくなっても運転を継続することができる内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の内燃機関は、気体燃料を貯留する燃料タンクと、気筒内に直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁と、燃料タンクから燃料噴射弁までの流路の途中に配置され、気体燃料の圧力を予め定められた設定圧力まで減圧するように形成されている圧力調整器とを備える。燃料タンクの圧力が上記設定圧力未満になった場合に、高負荷運転を行なう時には、燃料タンクの圧力が上記設定圧力以上である場合よりも、燃料噴射弁からの燃料の噴射期間を進角すると共に気筒内における点火時期を遅角し、圧力調整器の上記設定圧力未満の領域において判定圧力が予め定められており、燃料タンクの圧力が上記設定圧力未満であり、更に予め定められた判定圧力以上の場合に、高負荷運転を行なう時には、気筒内において燃料の噴射期間中に点火する。
【００１１】
上記発明においては、気体燃料は、水素を含むことができる。
【００１２】
上記発明においては、燃料タンクの圧力が上記設定圧力未満の場合に、高負荷運転を行なう時には、燃料タンクの圧力が低くなるほど燃料の噴射期間の進角量を大きくするとともに点火時期の遅角量を大きくすることができる。
【００１４】
上記発明においては、圧力調整器の上記設定圧力未満の領域において判定圧力が予め定められており、燃料タンクの圧力が上記設定圧力未満であり、更に予め定められた判定圧力未満の場合に、高負荷運転を行なう時には、気筒内において燃料の噴射期間の後に点火することができる。
【００１５】
上記発明においては、燃料タンクの圧力が上記設定圧力以上の場合に、高負荷運転を行なう時には、気筒内において燃料の噴射期間中に点火することができる。
【００１６】
上記発明においては、燃料タンクの圧力が上記設定圧力未満になった場合に、低負荷運転を行なう時には、燃料タンクの圧力が低くなるほど燃料の噴射開始時期を進角し、更に、燃料タンクの圧力が上記設定圧力以上である場合とほぼ同一の時期に燃料の噴射を終了することができる。
【００１７】
上記発明においては、気筒内にて点火を行う点火部を有する点火栓を備え、点火栓は、燃料噴射弁から噴射された燃料が直接的に点火部に供給されるように配置されることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、気体燃料を用いる内燃機関において、気体燃料の残量が少なくなっても運転を継続することができる内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【図１】実施の形態１における内燃機関の概略図である。
【図２】実施の形態１における内燃機関の燃焼室の部分の拡大概略断面図である。
【図３】実施の形態１における燃料の噴射期間と点火時期とを説明するタイムチャートである。
【図４】実施の形態１における内燃機関の点火時の混合気の状態と燃焼形態とを説明するグラフである。
【図５】実施の形態１における高負荷運転時の運転制御を説明するタイムチャートである。
【図６】実施の形態１における内燃機関の運転制御のフローチャートである。
【図７】実施の形態２における低負荷運転時の燃料の噴射期間と熱効率との関係を説明するグラフである。
【図８】実施の形態２における低負荷運転時の運転制御を説明するタイムチャートである。
【図９】比較例における気体燃料が天然ガスの内燃機関の燃焼室の部分の拡大概略断面図である。
【図１０】比較例の内燃機関において低負荷運転時の燃料の噴射期間と熱効率との関係を説明するグラフである。
【図１１】比較例の内燃機関において低負荷運転時の運転制御を説明するタイムチャートである。
【図１２】実施の形態３における運転制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
（実施の形態１）
図１から図６を参照して、実施の形態１における内燃機関について説明する。本実施の形態においては、気体燃料としての水素を燃料に用いる内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００２１】
図１に、本実施の形態における内燃機関の概略図を示す。内燃機関は、機関本体１を備える。機関本体１は、各気筒の燃焼室２と、それぞれの燃焼室２内に燃料を噴射するための燃料噴射弁３とを含む。本実施の形態における内燃機関は、燃料噴射弁３が気筒内に直接的に燃料を噴射する直噴型である。それぞれの気筒には点火栓７が配置されている。
【００２２】
機関本体１は、吸気マニホールド４と排気マニホールド５とを含む。吸気マニホールド４は、吸気ダクト６を介して吸入空気量検出器８に連結されている。吸入空気量検出器８は、エアクリーナ９に連結されている。吸気ダクト６内にはステップモータにより駆動されるスロットル弁１０が配置されている。一方、排気マニホールド５は、排気管５１を介して排気処理装置としての排気浄化触媒５５に連結されている。排気処理装置としては、排気を浄化する任意の装置を採用することができる。たとえば、三元触媒、酸化触媒、またはＮＯＸ還元触媒等を採用することができる。本実施の形態の排気浄化触媒５５の下流の排気管５１内には、排気ガスに含まれる炭化水素（未燃燃料）と空気との比率である排気ガスの空燃比（Ａ／Ｆ）を検出するための空燃比センサ５６が配置されている。
【００２３】
排気マニホールド５と吸気マニホールド４との間には、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を行うためにＥＧＲ通路５２が配置されている。ＥＧＲ通路５２の途中には電子制御式のＥＧＲ制御弁５３が配置されている。また、ＥＧＲ通路５２の途中には、ＥＧＲ通路５２内を流れるＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲ冷却装置５４が配置されている。
【００２４】
本実施の形態における内燃機関は、燃料噴射弁３と、燃料噴射弁３に加圧された気体燃料を供給する燃料供給装置とを備える。本実施の形態における燃料供給装置は、燃料タンク６１および圧力調整器としての減圧弁６２を含む。燃料タンク６１は、燃料供給管６３を介してそれぞれの燃料噴射弁３に接続されている。
【００２５】
本実施の形態における燃料供給装置は、充填口６７から加圧された気体燃料が補給される。燃料タンク６１には気体燃料が加圧された状態で貯蔵されている。燃料タンク６１に貯蔵されている気体燃料は、減圧弁６２により減圧されて、それぞれの燃料噴射弁３に供給される。本実施の形態における燃料供給装置は、減圧弁６２により予め定められた設定圧力まで気体燃料を減圧する。本実施の形態における減圧弁６２は、燃料タンクの気体燃料の残量が多い状態から気体燃料が減少しても、出口圧力がほぼ一定になるように形成されている。本実施の形態においては、燃料タンク６１と減圧弁６２との間には、燃料タンク６１内の圧力を検出する圧力センサ６６が配置されている。減圧弁６２から燃料噴射弁３に気体燃料を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する気体燃料の温度を検出する温度センサ６５が配置されている。また、減圧弁６２から燃料噴射弁３に燃料を供給する流路には、燃料噴射弁３に供給する燃料の圧力を検出する圧力センサ６４が配置されている。
【００２６】
本実施の形態における内燃機関は、電子制御ユニット３０を備える。本実施の形態における電子制御ユニット３０は、デジタルコンピュータにより構成されている。電子制御ユニット３０は、双方性バス３１によって互いに接続されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）３２、ＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）３３、ＣＰＵ（マイクロプロセッサ）３４、入力ポート３５および出力ポート３６を備える。ＲＯＭ３２には、制御を行なうために必要なマップ等の情報が予め記憶されている。ＣＰＵ３４は、任意の演算や判断を行なうことができる。ＲＡＭ３３は、読み書きが可能な記憶装置である。
【００２７】
吸入空気量検出器８の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。また、圧力センサ６４，６６、温度センサ６５および空燃比センサ５６等のセンサの出力信号は対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。
【００２８】
アクセルペダル４０には、アクセルペダル４０の踏込み量に比例した出力電圧を発生する負荷センサ４１が接続されている。負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出することができる。負荷センサ４１の出力信号は、対応するＡＤ変換器３７を介して入力ポート３５に入力される。更に入力ポート３５には、クランクシャフトが例えば１５°回転する毎に出力パルスを発生するクランク角センサ４２が接続されている。クランク角センサ４２の出力により、機関回転数やクランク角度を検出することができる。
【００２９】
一方、出力ポート３６は、対応する駆動回路３８を介して、燃料噴射弁３、点火栓７、スロットル弁１０の駆動用ステップモータおよびＥＧＲ制御弁１９等に接続されている。
【００３０】
図２に、本実施の形態における内燃機関の燃焼室の部分の拡大概略断面図を示す。本実施の形態における燃料噴射弁３は、燃焼室２の内部に直接的に燃料を噴射するように形成されている。シリンダブロック１２の内部には、ピストン１１が配置されている。ピストン１１の頂面には、気体燃料が噴射される形状に対応して、キャビティ１１ａが形成されている。シリンダブロック１２には、シリンダヘッド１３が固定されている。シリンダヘッド１３には、燃料噴射弁３および点火栓７が配置されている。点火栓７は、先端に気体燃料の点火を行なうための点火部７ａを有する。点火部７ａは、例えば放電が生じることにより、気体燃料を点火することができるように形成されている。
【００３１】
図１および図２を参照して、本実施の形態における燃料噴射弁３は、それぞれの気筒の燃焼室２を平面視したときに、平面形状のほぼ中央に配置されている。燃料噴射弁３は、燃焼室２の周方向の壁面に向かって燃料を噴射するように形成されている。燃料噴射弁３の側方には、点火栓７が配置されている。点火栓７は、燃料噴射弁３から噴射された燃料が直接的に点火部７ａに供給されるように配置されている。点火部７ａは、燃料噴射弁３から噴射される気体燃料の経路に配置されている。本実施の形態における内燃機関は、燃料噴射弁３から噴射した気体燃料に直接的に点火するように形成されている。
【００３２】
図３に、本実施の形態における内燃機関の燃料の噴射期間と点火時期とを説明するグラフを示す。図３は、通常運転時の燃料の噴射期間と点火時期とを示している。本実施の形態の内燃機関においては、機関負荷の領域を高負荷運転の領域と低負荷運転の領域とに分割している。高負荷運転の領域にて運転を行う高負荷運転と低負荷運転の領域にて運転を行う低負荷運転とに応じて、燃料の噴射期間および点火時期を変更している。なお、本発明においては、燃料の噴射開始時期から燃料の噴射終了時期までが燃料の噴射期間である。燃料の噴射期間には、燃料の噴射開始時期、燃料の噴射終了時期、および噴射開始時期と噴射終了時期とにより定まる燃料を噴射している時間長さが含まれる。たとえば、燃料の噴射期間を変更するとは、燃料の噴射開始時期および燃料を噴射している時間長さのうち少なくとも一方を変更することを示している。
【００３３】
本実施の形態における内燃機関は制御装置を備え、制御装置は、燃料の噴射期間と点火時期とを変更することにより、点火時の混合気の状態を変更することができる。本実施の形態における点火時の混合気の状態は、燃料と空気とが十分に混合されておらず、点火するときに気筒内に燃料の濃度の偏りが生じている成層の状態を含む。なお、成層の状態で点火を行なうことにより、いわゆる成層燃焼を行なうことができる。
【００３４】
また、燃料の噴射期間と点火時期とを変更することによって、燃焼室における燃焼形態を変更することができる。本実施の形態における燃焼形態は、点火栓の点火部から火炎が外側に向かって広がる火炎伝播燃焼と、燃料が燃料噴射弁から噴射された直後に点火され、拡散しながら空気と混合して燃焼が進行する拡散燃焼とを有する。
【００３５】
本実施の形態の内燃機関は、低負荷運転の領域においては、圧縮行程において燃料を噴射する。本実施の形態の燃料の噴射は、できるだけ圧縮上死点（ＴＤＣ）に近い期間に燃料の噴射を行っている。本実施の形態の燃料の噴射は、圧縮上死点の近傍において行なっている。燃料の噴射期間が終了した直後に点火を行なっている。気筒内において混合気は十分に混合されておらずに成層の状態で点火する。また、このときの燃焼形態は、火炎伝播燃焼である。このような成層の状態で点火して火炎伝播燃焼を行うことにより、熱効率の向上を図ることができる。低負荷運転の領域の運転制御については、実施の形態２において説明する。
【００３６】
本実施の形態における気体燃料の水素は、火炎伝播速度が早いという特徴を有する。すなわち、燃焼速度が速い。たとえば、水素の火炎伝播速度は、天然ガスの火炎伝播速度よりも非常に大きい。また、機関負荷が高負荷である場合には、燃焼室に供給する気体燃料の量が多くなる。本実施の形態の内燃機関では、高負荷運転の領域において、低負荷運転の領域のように火炎伝播燃焼にて燃焼を行なうと、燃焼室にて急峻な燃焼が生じてノッキング等の異常燃焼が発現する。
【００３７】
一方で、気体燃料の水素は、着火性に優れている。たとえば、水素の可燃範囲は天然ガスよりも広い。このために、燃料噴射弁から噴射した直後に気体燃料を点火することができる。燃料噴射弁から噴射した燃料をピストンのキャビティ等で反射させた後に点火しなくても、燃料噴射弁から噴射した燃料を直接的に点火することができる。
【００３８】
本実施の形態の内燃機関は、燃料噴射弁から噴射した燃料を直接的に点火することができるように形成されている。点火時の混合気の状態は、気体燃料と空気とが十分に混合されておらずに成層の状態である。本実施の形態における内燃機関の高負荷運転の領域にて運転を行なう時には、圧縮上死点の近傍において点火前に燃料の噴射を開始し、燃料の噴射期間中に点火する。燃料噴射弁から噴射された燃料に直接的に点火することにより、拡散燃焼を行なうことができる。拡散燃焼は火炎伝播燃焼よりも燃焼が穏やかであるために、異常燃焼の発生を抑制することができる。このように高負荷運転の領域では、着火時の混合気の状態が成層であり、燃焼形態を拡散燃焼にすることにより、異常燃焼を抑制しながら高負荷運転を行なうことができる。
【００３９】
図３には、本実施の形態における内燃機関の制御に加えて、比較例１から比較例３の制御が記載されている。比較例１は、直噴型のガソリンエンジンの制御である。比較例１のガソリンエンジンにおいては、吸気行程の初期において燃料を噴射して、圧縮上死点の近傍において点火を行なっている。比較例１においては、燃料の噴射期間から点火までの吸気行程および圧縮行程において、燃料と空気とが十分に混合されるために、点火時の混合気の状態は、燃料が空気と十分に混合されて燃料の濃度が均質になっている均質予混合の状態になる。また、このときの燃焼形態としては、火炎伝播燃焼になる。比較例２は、直噴型のガソリンエンジンの制御であり、比較例２のガソリンエンジンにおいては、圧縮行程において燃料を噴射した後に点火を行なっている。点火時の混合気の状態が成層であり、このときの燃焼形態は火炎伝播燃焼になる。
【００４０】
さらに、比較例３は、圧縮自着火式の燃料の内燃機関の制御であり、ディーゼルエンジンが例示されている。ディーゼルエンジンにおいては、圧縮上死点の近傍において燃料を噴射することにより、点火しなくても燃料を噴射すると同時に燃焼が生じる。このときの点火時の混合気の状態は成層であり、燃焼形態としては拡散燃焼になる。
【００４１】
本実施の形態における内燃機関は、高負荷運転の領域において、ガソリンを燃料とする内燃機関および圧縮自着火式の内燃機関とは燃料の噴射方法および点火方法が異なっている。すなわち、燃料の噴射期間中に点火を行なうことにより、混合気が成層の状態にて点火し、拡散燃焼にて燃焼を行なうことができる。
【００４２】
図４に、本実施の形態の内燃機関における点火時の混合気の状態と燃焼形態とを説明するグラフを示す。機関回転数と負荷とを関数にして、高負荷運転の領域と低負荷運転の領域とが定められている。任意の一つの機関回転数を定めると高負荷運転の領域と低負荷運転の領域が定められる。それぞれの機関回転数において、低負荷運転の領域では点火時の混合気の状態が成層であり、火炎伝播燃焼を行なう。高負荷運転の領域では点火時の混合気の状態が成層であり、拡散燃焼を行なう。高負荷運転の領域と低負荷運転の領域との境界は、例えば予め定めておくことができる。機関回転数が高くなるほど、成層火炎伝播燃焼を行なうことが難しくなるために火炎伝播燃焼の領域が小さくなっている。機関回転数が高くなるに従って低負荷運転の領域と高負荷運転の領域との境界の負荷が徐々に小さくなっている。
【００４３】
本実施の形態の内燃機関は、機関負荷を低負荷運転の領域と高負荷運転の領域とに分割し、低負荷運転の領域における制御と高負荷運転の領域における制御とに切り替えている。本実施の形態の内燃機関は、通常運転時には、機関回転数と負荷とに基づいて燃料の噴射期間および点火時期を設定している。
【００４４】
本実施の形態における内燃機関は、燃料タンクの残量が少なくなった場合においても運転を継続し、燃料タンクに貯蔵された気体燃料を有効に使用する。本実施の形態においては、高負荷運転の領域および低負荷運転の領域のうち高負荷運転の領域の運転制御について説明する。
【００４５】
図５は、機関負荷が高負荷運転の領域であるときの運転制御を説明するタイムチャートである。図５は、所定の機関回転数および所定の負荷にて運転を行なっているときのタイムチャートである。燃料タンクの内部に十分な量の気体燃料が残存しているときには、燃料タンクの圧力は、減圧弁の設定圧力よりも大きくなっている。気体燃料は、減圧弁の出口において設定圧力まで減圧されて燃料噴射弁に供給される。
【００４６】
内燃機関の運転を継続することにより燃料タンクの圧力は徐々に低下する。図５に示す例においては、時刻ｔｘにおいて、燃料タンクの圧力が、減圧弁の設定圧力まで減少している。時刻ｔｘまでの運転状態においては、図３および図４に示したように、圧縮行程の圧縮上死点の近傍において燃料の噴射を開始し、燃料を噴射しながら点火することにより、拡散燃焼を行なっている。
【００４７】
時刻ｔｘより後には、燃料タンクの圧力が減圧弁の予め定められた設定圧力未満になる。本実施の形態における内燃機関は、燃料タンクの圧力が減圧弁の予め定められた設定圧力未満になった場合にも運転を継続する。この場合に減圧弁は完全に開いた状態になり、燃料タンクの圧力にて気体燃料が燃料噴射弁に供給される。すなわち燃料噴射弁に供給される気体燃料の圧力は、燃料タンクの圧力とほぼ同じになる。燃料噴射弁からは、燃料タンクの圧力にて気体燃料が噴射される。
【００４８】
本実施の形態の内燃機関は、時刻ｔｘより後では、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上である場合よりも、燃料噴射弁からの燃料の噴射期間を進角するとともに、気筒内における点火時期を遅角する制御を行なう。燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になった場合でも、燃料タンクの圧力にて燃料を噴射する。燃焼室の圧力は、圧縮上死点近傍で最も高くなる。燃料タンクの圧力が低下し、減圧弁の設定圧力未満になると、圧縮上死点近傍において燃料を噴射することが困難になる。このため、本実施の形態の内燃機関は、燃料タンクの圧力低下に応じて燃料噴射期間を進角する（早くする）ことにより、燃料を噴射する制御を行う。本実施の形態においては、燃料の噴射開始時期および燃料の噴射終了時期を進角する制御を行っている。
【００４９】
本実施の形態においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満の場合に、燃料タンクの圧力が低くなるほど燃料の噴射期間の進角量を大きくする制御を行なっている。この制御を行なうことにより、徐々に燃料の噴射期間を進角することができて、圧縮行程において燃料を噴射する制御を継続することができる。吸気行程における燃料の噴射を避けて圧縮行程において燃料を噴射することにより、点火時の混合気の状態を成層に近づけて極力拡散燃焼を行っている。この制御により、混合気の状態が均質予混合に近づくことを抑制できて異常燃焼を抑制することができる。
【００５０】
ところで、燃料の噴射期間を進角すると、燃焼室において燃料と空気とが混合される時間が長くなり、点火時の混合気の状態が成層の状態から均質予混合の状態に徐々に移行する。すなわち、燃料の濃度の偏りが徐々に小さくなって混合気が均質に近づく。このために、燃料の噴射期間を進角すると、点火後の燃焼状態が、拡散燃焼から火炎伝播燃焼へと徐々に移行する。燃焼室においては、燃焼が急峻になって異常燃焼が発生する虞が生じる。
【００５１】
このために、本実施の形態の内燃機関の制御においては、燃料の噴射期間を進角するとともに点火時期を遅角している。本実施の形態においては、燃料タンクの圧力が低くなるほど点火時期の遅角量を大きくする制御を行なっている。この制御により、より効果的に異常燃焼の発生を抑制することができる。
【００５２】
本実施の形態の内燃機関では、燃料の噴射期間に対して点火時期を設定するための判定圧力が予め定められている。判定圧力は、減圧弁の設定圧力よりも低い圧力である。本実施の形態における判定圧力は、燃料の噴射終了時期と点火時期とが同一になる燃料タンクの圧力（燃料噴射弁から噴射されるときの気体燃料の圧力）である。
【００５３】
図５の運転例においては、時刻ｔｙにおいて、燃料タンクの圧力が判定圧力まで低下している。燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満であり、予め定められた判定圧力以上の場合には、燃料の噴射期間中に点火を行なっている。すなわち、時刻ｔｘから時刻ｔｙまでの期間においては、燃料の噴射期間中に点火して拡散燃焼を行なっている。時刻ｔｙより後においては、燃料タンクの圧力が判定圧力未満になる。時刻ｔｙより後においては、気筒内において燃料の噴射が終了してから点火している。すなわち、燃料の噴射期間の終了後に点火を行なっている。このときの燃焼形態は、拡散燃焼から火炎伝播燃焼に移行する。
【００５４】
燃料タンクの圧力が判定圧力以上の領域では、火炎伝播燃焼よりも拡散燃焼による燃焼方法の方が異常燃焼の発生を抑制することができる。判定圧力としては、このような異常燃焼の発生に基づいて設定することができる。この制御を行なうことにより、より効果的に異常燃焼の発生を抑制しながら熱効率の向上を図ることができる。
【００５５】
図６に、本実施の形態における内燃機関の燃料噴射期間と点火時期とを設定する運転制御のフローチャートを示す。図６に示す制御は、例えば予め定められた時間間隔ごとに繰り返して行なうことができる。
【００５６】
ステップ１０１においては、機関回転数および負荷を検出する。図１を参照して、機関回転数は、クランク角センサ４２の出力により検出することができる。負荷としては、負荷センサ４１の出力により要求負荷を検出することができる。
【００５７】
次に、ステップ１０２においては、検出した機関回転数および負荷に基づいて、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上の場合の通常運転時における基準燃料噴射期間を設定する。基準燃料噴射期間としては、燃料の噴射開始時期および燃料を噴射している時間長さを設定することができる。または、燃料の噴射開始時期と燃料の噴射終了時期とを設定することができる。機関回転数および負荷を関数にする基準燃料噴射期間のマップを予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。このマップにより、基準燃料噴射期間を設定することができる。
【００５８】
ステップ１０３において、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上の場合の通常運転時における基準点火時期を設定する。基準点火時期においては、機関回転数および負荷を関数にする点火時期のマップを予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。
【００５９】
次に、ステップ１０４においては、燃料タンクの圧力を検出する。図１を参照して、本実施の形態において、燃料タンクの圧力は、圧力センサ６６にて検出することができる。
【００６０】
ステップ１０５においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満であるか否かを判別する。ステップ１０５において、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上である場合には、ステップ１０９に移行する。
【００６１】
ステップ１０９においては、設定された基準燃料噴射期間にて燃料を噴射すると共に基準点火時期にて点火する。ステップ１０５において、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満である場合には、ステップ１０６に移行する。
【００６２】
ステップ１０６においては、検出した燃料タンクの圧力に基づいて燃料の噴射期間を補正する。すなわち、燃料の噴射開始時期および燃料を噴射している時間長さを補正する。または、燃料の噴射開始時期および燃料の噴射終了時期を補正する。例えば、燃料タンクの圧力、機関回転数および負荷を関数にする燃料の噴射期間の補正量のマップを、予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。本実施の形態においては、噴射開始時期の進角量および噴射終了時期の進角量をマップから読み込む。マップから読み込んだ燃料の噴射期間の進角量に基づいて、基準燃料噴射期間を補正し、補正後の燃料噴射期間を設定することができる。
【００６３】
次に、ステップ１０７においては、検出した燃料タンクの圧力に基づいて点火時期を補正する。点火時期の補正においても、燃料の噴射期間の補正と同様に、例えば、燃料タンクの圧力、機関回転数および負荷を関数にする点火時期の遅角量のマップを、予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。マップから読み込んだ点火時期の遅角量に基づいて、基準点火時期を補正し、補正後の点火時期を設定することができる。
【００６４】
ステップ１０８においては、補正後の燃料噴射期間にて燃料を噴射する。また、補正後の点火時期にて点火を行なう。
【００６５】
図６に示す内燃機関の運転制御においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上の通常運転における基準燃料噴射期間および基準点火時期に対して補正を行なっているが、この形態に限られず、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満における燃料の噴射期間および点火時期のマップを予め電子制御ユニットに記憶させておいても構わない。例えば、燃料タンクの圧力、機関回転数および負荷を関数にする燃料の噴射期間等のマップを予め電子制御ユニットに記憶させておくことができる。このように、燃料タンクの圧力が予め定められた設定圧力未満になった場合には、読み込むマップを変更する制御を行っても構わない。
【００６６】
本実施の形態の内燃機関は、燃焼室のほぼ中央に配置した燃料噴射弁から噴射された燃料を、燃料噴射弁の側方に配置された点火栓にて点火するように形成されているが、この形態に限られず、燃料噴射弁から噴射した燃料を直接的に点火することができる任意の内燃機関に本発明を適用することができる。
【００６７】
本実施の形態においては、気体燃料として水素を例に取り上げて説明したが、この形態に限られず、着火性に優れた任意の気体燃料に本発明を適用することができる。特に、水素を含み、水素の含有率の高い気体燃料が好適である。水素を含む気体燃料としては、水素と天然ガスとを含む混合気体燃料を例示することができる。
【００６８】
また、本実施の形態の上記の運転制御においては、気体燃料の温度の補正項を更に加えても構わない。燃料噴射弁に供給する気体燃料の温度を検出し、気体燃料の温度に基づいて、燃料の噴射期間および点火時期を補正しても構わない。
【００６９】
本実施の形態の高負荷運転時の運転制御においては、燃料の噴射開始の後に点火しているが、この形態に限られず、例えば、主噴射の直前に主噴射よりも噴射量の少ないプレ噴射等の補助噴射を採用することができる。主噴射の噴射期間と補助噴射の噴射期間との間に点火して、補助噴射の燃料を燃焼させて火種を予め形成するこができる。このような補助噴射を行った場合においても、成層の状態にて混合気を点火させて更に拡散燃焼を行なうことができる。
【００７０】
（実施の形態２）
図７から図１１を参照して、実施の形態２における内燃機関について説明する。本実施の形態の内燃機関の構造は、実施の形態１と同様である（図１および図２参照）。本実施の形態においては、内燃機関の低負荷運転の領域の運転制御について説明する。
【００７１】
図７に、本実施の形態の内燃機関の低負荷運転の領域において、燃料の噴射期間と熱効率との関係を説明するグラフを示す。横軸が燃料の噴射期間であり、縦軸が熱効率である。燃料の噴射期間を連続的に変化させたときの熱効率の変化が示されている。点火は、圧縮上死点近傍にて行っている。
【００７２】
図３、図４および図７を参照して、燃料の噴射期間を進角する（早くする）ことにより、気筒内において空気と燃料とを混合する時間を長くすることができて、点火時の混合気の状態を均質予混合に近づけることができる。一方で、燃料の噴射期間を遅角する（遅くする）ことにより、気筒内において空気と燃料とを混合せずに燃料濃度の偏りを大きくすることができて点火時の混合気の状態を成層に近づけることができる。図７を参照すると、内燃機関の低負荷運転の領域において、燃料の噴射期間を下死点から圧縮上死点の近傍に近づけることによって熱効率を大きくできることが分かる。すなわち、均質予混合の状態よりも成層の状態に近づけることにより、熱効率が向上することが分る。
【００７３】
本実施の形態の内燃機関では、低負荷運転の領域において、圧縮行程において燃料を噴射し、燃料の噴射期間が終了した後に点火を行なっている。点火時の混合気の状態は、成層になり、燃焼形態は火炎伝播燃焼になっている。低負荷運転の領域では、燃料の噴射量が高負荷運転の領域の燃料の噴射量に比べて少なく、火炎伝播燃焼の速度の速い量論付近の混合気の量が少なくなるために、火炎伝播燃焼を行なってもノッキングのような異常燃焼は抑制される。
【００７４】
ところで、低負荷運転の領域においても、実施の形態１の高負荷運転の領域と同様に、燃料の噴射期間中に点火する拡散燃焼を行なうことができる。ところが、拡散燃焼を行なうと、燃料の燃焼により発生するＮＯＸ量が多くなってしまう。このために、本実施の形態の低負荷運転の領域においては、燃料の噴射期間の後に点火を行なう火炎伝播燃焼を行なっている。
【００７５】
図８は、本実施の形態の低負荷運転の領域にて運転を行なっているときの運転制御を説明するタイムチャートである。図８に示す例は、所定の機関回転数および所定の負荷にて運転を行なっている。
【００７６】
内燃機関の運転を継続することにより、燃料タンクの圧力が徐々に低下する。時刻ｔｘにおいて、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力まで低下している。燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上の状態においては、通常運転を行なっている。すなわち、圧縮行程において燃料を噴射し、燃料の噴射期間の後に点火する。
【００７７】
時刻ｔｘより後においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になっている。本実施の形態においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になった場合にも内燃機関の運転を継続する。減圧弁は開いた状態になり、燃料タンクの圧力により燃料噴射弁に気体燃料が供給される。燃料噴射弁からは、燃料タンクの圧力にて燃料が噴射される。
【００７８】
本実施の形態の内燃機関においては、時刻ｔｘよりも後においても、圧縮行程において燃料を噴射し、成層の状態で混合気を点火して、火炎伝播燃焼を行なっている。燃料タンクの圧力は、運転を継続するとともに徐々に低下するために、時刻ｔｘより後においては、燃料噴射弁に供給する圧力、すなわち、燃料の噴射圧力が徐々に低下する。本実施の形態においては、燃料タンクの圧力が低くなるほど、燃料の噴射期間を長くする制御を行なっている。換言すると、燃料タンクの圧力が低くなるほど、燃料の噴射開始時期から燃料の噴射終了時期までの時間を長くする制御を行なっている。
【００７９】
ところで、燃料を燃焼するときに、燃料濃度が高いほど、燃焼時の温度が高くなってＮＯＸが発生しやすくなる。このために、成層の状態にて点火する場合には、ＮＯＸが多く発生する。燃焼室から排出されるＮＯＸ量は、混合気の成層の程度により制御することができる。すなわち、燃料の噴射終了時期から点火までの時間長さで、凡その制御を行うことができる。たとえば、燃料の噴射終了時期から点火までの時間が長くなるほど、混合気が均質化される。混合気における燃料濃度の最大値が小さくなるために、燃焼室から排出されるＮＯＸ量を低下させることができる。ところが、混合気が均質化されるために熱効率は低下してしまう。
【００８０】
そこで、本実施の形態の内燃機関においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になった場合においても、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上である場合とほぼ同一の時期に燃料の噴射を終了させている。すなわち、燃料の噴射終了時期は、時刻ｔｘの前後において、ほぼ同じになるように制御を行なっている。燃料の噴射開始時期は、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上である場合よりも進角させる制御を行なっている。本実施の形態においては、時刻ｔｘより後に燃料の噴射開始時期を進角させている。また、燃料タンクの圧力が低下するほど、燃料の噴射開始時期の進角量を大きくする制御を行っている。燃料の噴射終了時期を時刻ｔｘの前後でほぼ一定にすることにより、燃焼室から流出するＮＯＸ量を抑制することができる。
【００８１】
このように、本実施の形態の内燃機関は、低負荷運転の領域において、均質予混合の状態よりも成層の状態に近づけて点火を行なうことにより、熱効率の低下を抑制しながら排出されるＮＯＸ量の増加を抑制することができる。
【００８２】
ここで、図９から図１１を参照して、比較例の内燃機関について説明する。比較例としては、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料にする内燃機関を例に取り上げて説明する。
【００８３】
図９は、天然ガスを燃料にする内燃機関の燃焼室の部分の拡大概略断面図である。比較例の内燃機関において、燃料噴射弁３は、燃焼室２の内部の領域のうち側方から中央に向けて気体燃料を噴射するように配置されている。点火栓７は、燃焼室２を平面視したときにほぼ中央に配置されている。燃焼室２には、吸気ポート１５および排気ポート１６が接続されている。吸気ポート１５の端部には、機関吸気通路を開閉する吸気弁１７配置されている。排気ポート１６の端部には、機関排気通路を開閉する排気弁１８が配置されている。
【００８４】
燃料噴射弁３から噴射された気体燃料は、ピストン１１のキャビティ１１ａに衝突する。気体燃料は、キャビティ１１ａの形状に応じて点火栓７に向けて流れる。天然ガスは、水素と比べて着火性が劣るために、燃料噴射弁３から噴射した気体燃料を直接的に点火栓７の点火部７ａに接触させて点火することは困難である。このために比較例の内燃機関においては、気体燃料をピストン１１のキャビティ１１ａに衝突させて空気と混合した後に、点火栓７の点火部７ａに衝突させるようにしている。
【００８５】
図１０に、比較例の内燃機関における燃料の噴射期間と熱効率との関係を説明するグラフを示す。ピストンが吸気上死点から下死点までの間に位置している吸気行程において燃料を噴射することにより、点火する時の混合気の状態は均質予混合になる。また、ピストンが下死点から圧縮上死点までの間に位置している圧縮行程において、燃料を噴射することにより、点火時の混合気の状態を成層にすることができる。
【００８６】
また、機関負荷が大きくなることにより、矢印１５１に示すように、燃焼時の空燃比をリーンの状態からストイキの状態に向かって移行させることができる。例えば、負荷が大きくなると共に混合気の燃料濃度を高くすることができる。ここで、図１０に示すように、比較例の内燃機関では、吸気行程にて燃料を噴射する場合と圧縮行程にて燃料を噴射する場合との間に、実質的に燃焼を行なうことができない運転不可領域が存在する。均質予混合の状態で点火する領域と成層の状態で点火する領域との間には運転不可領域が存在する。このために、燃料の噴射期間を圧縮行程から吸気行程に徐々に移行する制御を行うことが困難であり、使用可能な燃料の噴射期間が限定的になる。
【００８７】
図１１に、比較例の内燃機関の低負荷運転時のタイムチャートを示す。時刻ｔｘにおいて、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力に到達している。燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上の場合には、圧縮行程にて燃料を噴射し、成層の状態で点火することができる。しかしながら、比較例の内燃機関においては運転不可領域が存在するために、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になった場合には、燃料の噴射期間を圧縮行程から吸気行程に変更している。すなわち、天然ガスの直噴型の内燃機関においては、燃料噴射弁の噴射圧が低下した場合には、圧縮行程の噴射から吸気行程の噴射に切替えて均質予混合の状態で点火を行なっていた。
【００８８】
これに対して、本実施の形態の内燃機関は、図７に示すように、広い範囲で燃料の噴射期間の変更が可能である。また、燃料の噴射期間を連続的に変化させることができる。このために、図８に示すように、時刻ｔｘより後においても、燃料の噴射終了時期をほぼ一定に保ちながら、燃料の噴射開始時期を徐々に進角する制御を行なうことができる。低負荷運転の領域において、気体燃料の残量が少なくなった場合にも、混合気の状態を極力成層に近づけて点火を行なうことができて、熱効率を向上させることができる。
【００８９】
本実施の形態における低負荷運転の領域の運転制御は、実施の形態１の図６に示す運転制御と同様に行うことができる。
【００９０】
図６を参照して、ステップ１０５において、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力よりも低い場合にはステップ１０６に移行する。ステップ１０６において燃料の噴射期間を補正する制御を行うことができる。本実施の形態においては、燃料の噴射開始時期を進角する補正を行うことができる。燃料タンクの圧力が低くなるほど燃料の噴射開始時期の進角量を大きくする補正を行うことができる。また、燃料の噴射終了時期は、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力以上の場合と同様になるように設定することができる。
【００９１】
また、ステップ１０７において、本実施の形態においては点火時期の補正量を零にしている。ステップ１０８においては、補正後の燃料の噴射期間にて燃料を噴射することができる。また、本実施の形態においては、補正後の点火時期として基準点火時期にて点火を行なうことができる。
【００９２】
本実施の形態の内燃機関においても、実施の形態１と同様に気体燃料は水素に限られず、任意の気体燃料に本発明を適用することができる。また、気体燃料としては、着火性に優れた燃料が好適であり、たとえば、水素の含有量が多い混合気体燃料が好適である。
【００９３】
本実施の形態における運転制御は、実施の形態１における運転制御と組み合わせることができる。たとえば、高負荷運転の領域においては実施の形態１における運転制御を行なって、低負荷運転の領域においては実施の形態２における運転制御を行なうことができる。
【００９４】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【００９５】
（実施の形態３）
図１２を参照して、実施の形態３における内燃機関について説明する。本実施の形態の内燃機関の構造は、実施の形態１と同様である（図１および図２参照）。本実施の形態の内燃機関は、燃料噴射弁において気体燃料を噴射する時に臨界流になるように燃料の噴射期間を制御する。本実施の形態における内燃機関は、気体燃料として水素を用いている。
【００９６】
燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力に対して気筒内の圧力が所定圧力よりも小さければ、燃料噴射弁において臨界流にて燃料を噴射することができる。臨界流にて燃料を噴射することにより、圧力変動等が生じても燃料の噴射流量を一定にすることができる。
【００９７】
本実施の形態の内燃機関においては、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になった場合においても、燃料噴射弁において臨界流にて燃料の噴射が可能なように、噴射開始時期を設定する。本実施の形態においては、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力と、臨界流を生じる条件とに基づいて、臨界流にて燃料の噴射が可能な気筒内の圧力を推定する。本実施の形態においては、臨界流にて燃料の噴射が可能な気筒内の最大圧力を臨界筒内圧力と称する。
【００９８】
本実施の形態においては、燃料の噴射終了時期における気筒内の圧力が、臨界筒内圧を超える場合には、臨界流にて燃料を噴射することが困難である。このために、燃料の噴射期間を進角する制御を行う。本実施の形態においては、燃料の噴射開始時期および燃料の噴射終了時期を進角する。燃料の噴射終了時期を進角することにより、燃料の噴射終了時期における気筒内圧力が低下し、燃料噴射弁において臨界流による燃料噴射を維持することができる。
【００９９】
図１２に、本実施の形態の内燃機関の運転制御のフローチャートを示す。図１２に示す運転制御は、たとえば、予め定められた時期に繰り返して行うことができる。
【０１００】
ステップ１１０においては、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を検出する。図１を参照して、燃料噴射弁３に供給する気体燃料の圧力は、圧力センサ６４により検出することができる。
【０１０１】
ステップ１１１においては、気体燃料の要求噴射量を設定する。ステップ１１２においては、燃料の第１の噴射開始時期を設定する。要求噴射量および第１の噴射開始時期は、例えば、機関回転数と負荷とに基づいて設定することができる。
【０１０２】
ステップ１１３においては、臨界流にて燃料を噴射している時間を算出する。臨界流にて燃料を噴射する場合には気体燃料の流速が音速にて噴射される。このために、ステップ１１１にて設定した要求噴射量と噴射される流速とに基づいて、燃料を噴射している時間を算出することができる。
【０１０３】
次に、ステップ１１４においては、臨界流を達成することができる臨界筒内圧力を算出する。臨界筒内圧力の算出においては、たとえば、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を気体燃料の種類に依存する定数で除算した圧力を臨界筒内圧力に設定することができる。たとえば、本実施の形態においては、燃料が水素であり、燃料噴射弁に供給する気体燃料の圧力を２．１で除算した圧力を臨界筒内圧力に設定することができる。
【０１０４】
ステップ１１５においては、気筒内の圧力が臨界筒内圧力になる時期ｔｃｒｉを推定する。気筒内の圧力が臨界筒内圧力になる時期ｔｃｒｉは、たとえば、吸入空気量と機関回転数とに基づいて推定することができる。また、このステップにおいては、時期ｔｃｒｉの代わりに気筒内の圧力が臨界筒内圧力になるクランク角度を推定しても構わない。
【０１０５】
ステップ１１６においては、臨界流にて燃料の噴射を行なうことができる第２の噴射開始時期を設定する。ステップ１１５において推定した気筒内の圧力が臨界筒内圧力になる時期ｔｃｒｉに基づいて、第２の噴射開始時期を算出することができる。気筒内の圧力が臨界筒内圧力になる時期ｔｃｒｉを燃料の噴射終了時期に設定し、この燃料の噴射終了時期とステップ１１３において算出された燃料の噴射時間とにより、第２の燃料の噴射開始時期を算出することができる。第２の燃料の噴射開始時期は、燃料の噴射期間中に臨界流を達成することができる最も遅い噴射開始時期になる。
【０１０６】
ステップ１１７においては、第１の噴射開始時期が第２の噴射開始時期よりも早いか否かを判別する。ステップ１１７において、第１の噴射開始時期が第２の噴射開始時期よりも早い場合にはステップ１１８に移行する。
【０１０７】
ステップ１１８においては、燃料の噴射開始時期として第１の噴射開始時期を選定し、ステップ１１９においては燃料の噴射終了時期を算出する。
【０１０８】
ステップ１１７において、第１の噴射開始時期が第２の噴射開始時期と同一、または、第１の噴射開始時期が第２の噴射開始時期よりも遅い場合には、ステップ１２０に移行する。ステップ１２０においては、第２の噴射開始時期を選定する。この場合の噴射終了時期は、ステップ１１５において設定した時期ｔｃｒｉになる。
【０１０９】
ステップ１２１においては、選定された燃料の噴射開始時期と燃料の噴射終了時期とに基づいて、燃料の噴射を行う。
【０１１０】
このように、本実施形態においては、機関回転数等に基づいて設定した燃料の噴射開始時期と、臨界流にて噴射することができる最も遅い燃料の噴射開始時期とを比較する。そして、燃料の噴射開始時期の早い方を選定する制御を行なっている。機関回転数等に基づいて設定した第１の噴射開始時期にて噴射を行ったときに、燃料の噴射終了時期まで臨界流が維持できない場合には、第２の噴射開始時期を選定し、燃料の噴射期間を進角する制御を行なっている。
【０１１１】
本実施の形態の運転制御においては、燃料の噴射終了時期における気筒内の圧力が臨界筒内圧力を超える場合には、燃料の噴射期間を進角側に補正し、燃料の噴射終了時期でも気筒内の圧力が臨界筒内圧以下の状態になるように制御することができる。
【０１１２】
本実施の形態における内燃機関の制御を採用することにより、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になった場合においても、臨界流にて燃料噴射弁から燃料を噴射することができる。このために、燃料噴射弁から噴射する燃料の量を高精度に制御することができる。たとえば、燃料噴射弁の開閉時間を制御することにより、精度良く燃料の噴射量を調整することができる。この結果、例えばドライバビリティが向上したり、排気性状の悪化を抑制したりすることができる。
【０１１３】
本実施の形態における内燃機関の運転制御は、実施の形態１または実施の形態２と組み合わせることができる。例えば、第１の噴射開始時期として、実施の形態１において設定した燃料の噴射開始時期を設定することができる。または、実施の形態２において設定した燃料の噴射開始時期を設定することができる。
【０１１４】
例えば、実施の形態１において、燃料タンクの圧力が減圧弁の設定圧力未満になって小さくなると、燃料噴射弁において臨界流が達成できなくなってしまう。このような場合においても、燃料の噴射期間を進角側に補正することにより、燃料の噴射開始時期から燃料の噴射終了時期までにおいて臨界流を維持することができる。燃料タンクの内部の圧力が小さくなった場合においても、臨界流を維持することができる。
【０１１５】
本実施の形態においては、燃料の噴射期間について説明を行なったが、点火時期についても燃料の噴射期間の進角に応じて変更しても構わない。
【０１１６】
その他の構成、作用および効果については、実施の形態１または実施の形態２と同様であるので、ここでは説明を繰り返さない。
【０１１７】
上記のそれぞれの実施の形態は、適宜組み合わせることができる。たとえば、内燃機関の高負荷時には実施の形態１における運転制御を行って、低負荷時には実施の形態２における運転制御を行うことができる。また、上述のそれぞれの制御は、作用または機能を変更しない限り適宜ステップの順序を変更することができる。
【０１１８】
上述のそれぞれの図において、同一または相等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、特許請求の範囲に示される変更が含まれている。
【符号の説明】
【０１１９】
２    燃焼室
３    燃料噴射弁
７    点火栓
７ａ    点火部
１１    ピストン
３０    電子制御ユニット
６１    燃料タンク
６２    減圧弁
６３    燃料供給管
６４，６６    圧力センサ
６５    温度センサ
【図１】
0005783036.tif 000002
【図２】
0005783036.tif 000003
【図３】
0005783036.tif 000004
【図４】
0005783036.tif 000005
【図５】
0005783036.tif 000006
【図６】
0005783036.tif 000007
【図７】
0005783036.tif 000008
【図８】
0005783036.tif 000009
【図９】
0005783036.tif 000010
【図１０】
0005783036.tif 000011
【図１１】
0005783036.tif 000012
【図１２】
0005783036.tif 000013