(57)【要約】【課題】  ガス燃料エンジンにおいて、リーン化が容易かつリーン化による失火が生じにくいというガス燃料の好適な特性を利用して、燃費の悪化を抑制しながらＮＯｘ等の物質を低減する。【解決手段】  燃料噴射装置の燃料噴射時期を可変することで、負荷領域に応じて成層燃焼または均質燃焼を選択するガス燃料エンジン１において、ＮＯｘ触媒６２の劣化状態に応じて、燃料噴射時期と点火時期との間隔を補正して燃料と空気との混合時間を延長する。燃焼室８内の空燃比がリーン化され、排ガス中のＮＯｘが低減される。混合時間の延長によるリーン化が、成層燃焼のための空燃比大（リーン）かつスロットル開度大の燃焼条件下で行われるので、均質燃焼時の高いポンプ損失(吸気損失)および高い燃料濃度に起因した燃費の悪化を抑制できる。【選択図】  図１
2005337074.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
機関の負荷領域に応じて成層燃焼または均質燃焼を選択する制御手段を備えたガス燃料エンジンにおいて、
前記機関からの排気経路中に設けられたＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を検出する劣化検出手段と、
前記劣化検出手段が検出した劣化状態に応じて、前記機関の燃料噴射時期と点火時期との間隔を補正する補正手段と、
を更に備え、前記制御手段は、前記補正手段によって補正された前記間隔をもって、前記燃料噴射時期と前記点火時期とのうち少なくとも一方を変更することを特徴とするガス燃料エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガス燃料エンジンであって、
前記補正が、前記燃料噴射時期の通常値に対する変更によって行われることを特徴とするガス燃料エンジン。
【請求項３】
請求項１または２に記載のガス燃料エンジンであって、
前記補正手段による補正量を所定値以内に制限する補正制限手段を更に備えたことを特徴とするガス燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＮＧ（Compressed  Natural  Gas；圧縮天然ガス)や水素等のガス燃料を燃焼させることによって動作する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、燃費の向上や排ガス対策を目的として、燃料を主に圧縮行程後半に噴射することで燃料を点火プラグの近傍に偏在させて着火性を向上させる成層燃焼が注目されている。この成層燃焼では、燃料を主に吸気行程に噴射することで燃料をエンジンの燃焼室内全体に均等に分布させる均質燃焼に比し、ＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量は少ない反面、排ガス中の残留酸素が大きいので、三元触媒ではＮＯｘ排出量を十分に低減できない場合がある。そのため、成層燃焼を行うエンジンでは、空気余剰雰囲気中でＮＯｘ、ＨＣ（炭化水素）等を選択的に取り込んで還元作用を行わせる、いわゆるＮＯｘ触媒が多く採用されている。このＮＯｘ触媒によれば、希薄燃焼により発生した排ガス中のＮＯｘがＯ２と反応してＮＯ２となり、さらに、このＮＯ２がＨＣと反応して還元浄化されると解されている。
【０００３】
他方、一般に成層燃焼では空燃比をリッチにすることが困難であるため、成層燃焼は主として低回転・低負荷の領域で行い、高回転・高負荷の領域では均質燃焼を行うのが通常であり、両者の切替えは例えば回転数および基本噴射量（または要求負荷）によって定義された負荷領域に応じて行われる。しかし、ＮＯｘ触媒は硫黄被毒や熱劣化によりその性能が時系列的に劣化してゆき、吸蔵されるＮＯｘ量はＮＯｘ触媒の劣化に伴って減少することになる。このため従来、成層燃焼を行う負荷領域をＮＯｘ触媒の劣化に応じて縮小するガソリンエンジンが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−１４１３３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、成層燃焼を行う負荷領域をＮＯｘ触媒の劣化に応じて縮小するのでは、均質燃焼時における高いポンプ損失(吸気損失)および高い燃料濃度に起因して、それだけ燃費が悪化することになる。
【０００６】
ところで、ＣＮＧや水素などの気体を燃料とするガス燃料エンジンでは、ガソリンエンジンの場合に比べて噴流速度が速く、燃料と空気との混合も速いため、燃料と空気との混合時間（具体的には、噴射から点火までの期間）を長くすることで、成層混合気を比較的容易にリーン化することができる。また、ガス燃料はリーン側の着火限界となる空気過剰率λ（空燃比／理論空燃比）がガソリンに比して高く、リーン化による失火が生じにくい特性をもつ。
【０００７】
そこで本発明の目的は、リーン化が容易かつリーン化による失火が生じにくいというガス燃料の好適な特性を利用して、燃費の悪化を抑制しながらＮＯｘ等の所定の物質を低減することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
第１の本発明は、機関の負荷領域に応じて成層燃焼または均質燃焼を選択する制御手段を備えたガス燃料エンジンにおいて、前記機関からの排気経路中に設けられたＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を検出する劣化検出手段と、前記劣化検出手段が検出した劣化状態に応じて、前記機関の燃料噴射時期と点火時期との間隔を補正する補正手段と、を更に備え、前記制御手段は、前記補正手段によって補正された前記間隔をもって、前記燃料噴射時期と前記点火時期とのうち少なくとも一方を変更することを特徴とするガス燃料エンジンである。
【０００９】
第１の本発明では、劣化検出手段がＮＯｘ浄化触媒の劣化状態を検出すると、この劣化状態に応じて、補正手段が、燃料噴射時期と点火時期との間隔を補正する。この燃料噴射時期と点火時期との間隔の補正によって、燃料と空気との混合時間が延長され、燃焼室内の空燃比がリーン化され、これによってＮＯｘの排出量が低減される。
【００１０】
第１の本発明における燃料噴射時期と点火時期との間隔の補正は、第２の本発明のように燃料噴射時期の通常値に対する変更によって実行するのが特に好適である。
【００１１】
第３の本発明は、請求項１または２に記載のガス燃料エンジンであって、前記補正手段による補正量を所定値以内に制限する補正制限手段を更に備えたことを特徴とするガス燃料エンジンである。
【００１２】
第３の本発明では、補正手段による補正量が、補正制限手段によって所定値以内に制限されるので、燃料噴射時期の進角または点火時期の遅角が過剰に行われることによる燃費や燃焼変動特性の悪化および失火の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
図１は、本発明の一実施形態に係るガス燃料エンジン１の全体概要図である。このガス燃料エンジン１は筒内直噴式ＣＮＧ機関であり、シリンダブロック２およびシリンダヘッド３を備えている。シリンダブロック２には、上下方向へ延びる複数個の気筒４が紙面の厚み方向へ並設され、各気筒４内には、ピストン５が往復動可能に収容されている。各ピストン５は、コネクティングロッド６を介し共通のクランクシャフト７に連結されている。各ピストン５の往復運動は、コネクティングロッド６を介してクランクシャフト７の回転運動に変換される。
【００１４】
シリンダブロック２とシリンダヘッド３との間において、各ピストン５の上側は燃焼室８となっている。シリンダヘッド３には、その両外側面と各燃焼室８とを連通させる吸気ポート９および排気ポート１０がそれぞれ設けられている。これらのポート９，１０を開閉するために、シリンダヘッド３には吸気弁１１および排気弁１２がそれぞれ略上下方向への往復動可能に支持されている。また、シリンダヘッド３において、吸気弁１１および排気弁１２の上方には、吸気側カムシャフト１３および排気側カムシャフト１４がそれぞれ回転可能に設けられている。カムシャフト１３，１４には、吸気弁１１および排気弁１２を駆動するためのカム１５，１６が取り付けられている。カムシャフト１３および１４の端部にそれぞれ設けられたタイミングプーリ１７，１８は、クランクシャフト７の端部に設けられたタイミングプーリ１９へタイミングベルト２０により連結されている。
【００１５】
吸気ポート９には、エアクリーナ３１、スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４等を備えた吸気通路３０が接続されている。ガス燃料エンジン１外部の空気（外気）は、燃焼室８へ向けて吸気通路３０の各部３１，３２，３３および３４を順に通過する。なお、本実施形態におけるスロットルバルブ３２は、いわゆる電子スロットルであり、運転席のアクセルペダルと直接機械的に結合されておらず、スロットルモータ３７によって駆動される。
【００１６】
また、シリンダヘッド３には、各燃焼室８へ直接燃料を噴射するインジェクタ４０が取り付けられている。燃料たる圧縮天然ガス（ＣＮＧ）は、燃料ボンベ４１に貯蔵されており、レギュレータ４４にて一定圧力に調整された後、インジェクタ４０に供給される。インジェクタ４０から噴射される燃料は、吸気通路３０、吸気ポート９および吸気弁１１を介して燃焼室８へ導入される空気と燃焼室８において合流して混合気となる。
【００１７】
この混合気に着火するために、シリンダヘッド３には点火プラグ５０が取り付けられている。各気筒には、気筒毎に独立して点火プラグ５０に結合するイグナイタ内蔵点火コイル５２が設けられている。点火時には、点火信号を受けた気筒毎のイグナイタ内蔵点火コイル５２内でイグナイタが１次電流の通電および遮断を制御し、２次電流が点火プラグ５０に供給される。
【００１８】
燃焼した混合気は、排ガスとして排気弁１２を介して排気ポート１０に導かれる。排気ポート１０には、排気マニホルド６１、ＮＯｘ触媒６２等を備えた排気通路６０が接続されており、排ガスはこれらを経由しながら浄化されて排出される。排気マニホルド６１と吸気マニホルド３４とを接続するように、図示しないＥＧＲ（Exhaust  Gas  Recirculation）経路が設けられており、このＥＧＲ経路を選択的に連通させるように、図示しないＥＧＲバルブが設けられている。ＥＧＲバルブの開度を制御することにより、ＥＧＲ率を任意の値に変更することができる。
【００１９】
ＮＯｘ触媒６２は、ＮＯｘを触媒上に吸着することにより排ガス中のＮＯｘを浄化する吸蔵型リーンＮＯｘ触媒であり、例えばアルミナＡｌ２Ｏ３でコートされたモノリス基材上に、白金・ロジウム系の触媒物質と、アルカリ、アルカリ土類、希土類酸化物からなる吸蔵材とが担持されて構成される。このＮＯｘ触媒６２では、酸素過剰雰囲気（リーン雰囲気）下ではＮＯｘが酸化されて硝酸塩として吸蔵され、リッチ時には吸蔵されたＮＯｘがＨＣやＣＯとの反応により還元浄化されることによって、ＮＯｘが浄化される。
【００２０】
ガス燃料エンジン１には各種のセンサが取り付けられている。シリンダブロック２には、ガス燃料エンジン１の冷却水の温度を検出するための水温センサ７４が取り付けられている。吸気通路３０において、スロットルバルブ３２の近傍には、その軸の回動角度を検出するスロットル開度センサ７２と、アクセル操作量（アクセル踏み込み量、アクセル開度等とも呼ばれる）を検出するアクセル開度センサ７７とが設けられている。サージタンク３３には、その内部の負圧（吸気管圧力ＰＭ）を検出するためのバキュームセンサ７１が取り付けられている。また、レギュレータ４４とインジェクタ４０とを結ぶ燃料配管には、燃料噴射圧を検出するための噴射圧センサ７８が設けられている。また、排気マニホルド６１には、排ガス中の酸素濃度を検出するためのＯ２センサ７９が設けられている。
【００２１】
また、カムシャフト１３には、クランク角（ＣＡ）に換算して７２０℃Ａごとに基準位置検出用パルスを発生させるクランク基準位置センサ８０が設けられている。また、クランクシャフト７には、３０℃Ａごとに回転速度検出用パルスを発生させるクランク角センサ８１が設けられている。電子制御装置（ＥＣＵ）９０においては、クランク角センサ８１のパルス信号が入力する毎に、そのパルス間隔から機関回転数が算出され、そのデータが内部のメモリにエンジン回転数Ｎとして格納される。
【００２２】
ＥＣＵ９０は、双方向バスによって互いに結合されたＣＰＵ、ＲＡＭ、ＲＯＭ、不揮発性メモリおよび入出力インターフェイスを備えた周知のワンチップマイクロプロセッサとして構成されている。
【００２３】
ＥＣＵ９０は、以下に述べる燃料噴射制御、ならびに本発明とは別途に行われる点火時期制御、スワールコントロールバルブ制御、ＥＧＲシステムにおけるＥＧＲバルブ制御等を実行するものであり、ＲＯＭに格納されたプログラムおよび各種のマップに従って、各種センサからの信号を入力し、その入力信号に基づいて演算処理を実行し、その演算結果に基づき各種アクチュエータ用制御信号を出力する。とくにＥＣＵ９０では、従来の構成と同様に、車両の運転状態（例えば、吸入空気量とエンジン回転数）に基づいて基本噴射量が算出されると共に、この基本噴射量、および別途に算出される点火時期に基づいて、燃料噴射時期（噴射開始時期）の通常値が算出される。
【００２４】
他方、ＥＣＵ９０には、エンジン回転数および要求負荷に応じた燃焼領域を規定した燃焼領域マップが格納されている。この燃焼領域マップでは、図２に示されるように、回転数しきい値Ｎｔおよび負荷しきい値Ｔｔよりも低回転・低負荷の領域には成層燃焼が、また高回転・高負荷の領域には均質燃焼が、それぞれ燃焼形態として割り当てられている。この燃焼領域マップは、以下に述べる燃料噴射制御において、現在のエンジン回転数および基本噴射量によって参照され、対応する燃焼形態（成層燃焼か、均質燃焼か）が選択される。成層燃焼領域では均質燃焼領域に比して、空燃比が高い（リーンな）値に設定され、またスロットル開度が大きい値に設定されており、運転状態が成層燃焼から均質燃焼に移行すると、空燃比が低い（リッチな）値に、またスロットル開度は小さい値に、それぞれ概ねステップ的に変更される。また均質燃焼から成層燃焼に移行する場合には、概ねその逆の変更が行われる。
【００２５】
また、この燃焼領域マップにおける成層燃焼領域の一部（エンジン回転数Ｎ：Ｎ１＜Ｎ＜Ｎｔ、負荷Ｔ：Ｔ１＜Ｔ＜Ｔｔ）には、後述する燃料噴射時期の進角を実行するための領域として噴射進角対象領域が予め割り当てられている。本実施形態では噴射進角対象領域は、成層燃焼領域内であって均質燃焼領域に隣接した部分、つまり、本発明による改良前においては、成層燃焼領域内であるが触媒が劣化した場合には均質燃焼に切り替えられている領域に設定されている。
【００２６】
またＥＣＵ９０には、噴射時期進角マップが格納されている。この噴射時期進角マップは、エンジン回転数、基本噴射量、および後述する触媒劣化度数に対応する燃料噴射時期の通常値に対する進角値（°ＣＡ）が格納された３次元マップであり、進角値はＮＯｘの低減割合から予め算出されている。
【００２７】
以上のとおり構成された第１実施形態における燃料噴射制御について、以下に説明する。図３において、まず、触媒の劣化度合いを示す触媒劣化度数が算出される（Ｓ１０）。この触媒劣化度数は、クランク角センサ８１からの信号に基づいて積算されている過去の（出荷時または触媒交換時からの）走行距離や、過去の燃料噴射量の積算値などを入力変数とする所定の関数によって算出される。
【００２８】
次に、負荷状態が成層燃焼領域かが判定される（Ｓ２０）。この判断は、エンジン回転数および要求負荷による燃焼領域マップの参照によって行われる。なお、要求負荷はエンジン回転数およびスロットル開度（スロットルバルブ３２の開度）などに基づいて別途の処理により算出される。ステップＳ２０で否定の場合には、均質燃焼制御（Ｓ６０）、つまり燃料を燃焼室８内全体に均等に分布させる制御が行われて、処理がリターンされる。
【００２９】
ステップＳ２０で肯定の場合、つまり現在の負荷状態が成層燃焼領域に該当する場合には、次に、現在の負荷状態が噴射進角対象領域内かが判定される（Ｓ３０）。噴射進角対象領域内である場合には、現在のエンジン回転数、基本噴射量および触媒劣化度数に応じた進角量（°ＣＡ）をもって、噴射時期の進角が行われる（Ｓ４０）。ステップＳ３０で否定の場合には、ステップＳ４０の処理がスキップされる。
【００３０】
そしてＥＣＵ９０では成層燃焼制御（Ｓ５０）、つまり均質燃焼時に比して早い噴射時期、高い（リーンな）空燃比、および大きいスロットル開度による運転制御が行われて、本ルーチンを抜ける。
【００３１】
以上の処理の結果、現在の負荷状態が成層燃焼領域に該当する場合であって、且つ噴射進角対象領域内である場合には、噴射時期の通常値に対する変更すなわち進角が行われる結果、燃料噴射時期と点火時期との間隔が増大側に補正される。これによって燃料と空気との混合時間が延長されると、仮にこの噴射時期の進角が行われない場合には混合気が点火プラグの近傍にほぼ理論空燃比で偏在するような燃料噴射量であっても、混合気の拡散によってリーンな燃料が燃焼室８内のほぼ全体に分布するようになり、その結果ＮＯｘが低減される。すなわち、一般に排ガス中のＮＯｘ量は、理論空燃比を境に空燃比が小の（燃料がリッチの）領域でも、空燃比が大の（燃料がリーンの）領域でも低下するものであるところ、本実施形態では噴射時期の進角に伴って空燃比が増大（リーン化）するために、ＮＯｘを低減することができる。
【００３２】
以上のとおり、本実施形態では、ＮＯｘ触媒６２の劣化状態が検出されると、この劣化状態に応じて、ＥＣＵ９０によって燃料噴射時期の通常値に対する進角が実行されるので、空燃比のリーン化によってＮＯｘを低減することができる。そして、この進角が、ＮＯｘ触媒６２の劣化に応じて成層燃焼領域を縮小させずに、空燃比およびスロットル弁開度等の設定が成層燃焼時のままの燃焼条件下、すなわち空燃比大（リーン）かつスロットル開度大の条件下で行われるので、上記特許文献１のように触媒の劣化状態に応じて成層燃焼領域を縮小させる構成に比して、均質燃焼時の高いポンプ損失(吸気損失)および高い燃料濃度に起因した燃費の悪化を抑制することができる。また、ガス燃料はリーン側の着火限界となる空気過剰率λ（空燃比／理論空燃比）がガソリンに比して高いため、リーン化による失火のおそれは設定範囲内では些少である。
【００３３】
また本実施形態では、燃料と空気との混合時間の延長を、燃料噴射時期の通常値に対する進角によって実現したので、混合時間の延長を点火時期の通常値に対する遅角によって実現する場合に比して、点火時期がいわゆるＭＢＴ（Minimum  advance  for  Best  Torque；最もトルクが出る点火時期）からずれることによる燃費悪化を抑制できる。しかしながら本発明における燃料噴射時期と点火時期との間隔の延長は、点火時期の遅角のみによって実現してもよいし、燃料噴射時期の進角と点火時期の遅角との両者を行うことによって実現してもよい。
【００３４】
なお、第１実施形態では燃料噴射時期を進角することで排ガス中のＮＯｘを低減することができるが、燃料噴射時期の進角量が大きすぎる場合には、燃費や燃焼変動特性の悪化を招きかねない（図４参照）。そこで、第１実施形態の構成において更に、燃料噴射時期の進角量に予め上限値ｔ１を設け、必要なＮＯｘ処理量を燃料噴射時期の進角によって実現するためにはこの上限値ｔ１を上回る（すなわち、図４における上限値ｔ１よりも左側の領域の）補正量が必要な場合には、成層燃焼から均質燃焼に切り替える処理を行ってもよい。この場合には、補正手段による燃料噴射時期の進角または点火時期の遅角が、補正制限手段によって所定値以内に制限されるので、燃料噴射時期の進角または点火時期の遅角が過剰に行われることによる燃費や燃焼変動特性の悪化を抑制できる。
【００３５】
次に、本発明に関連する第２実施形態について説明する。成層燃焼時に失火が検出された場合に、失火回避手段としてＥＧＲの減量を行ったり、あるいはＥＧＲの減量とスロットル開度の減量との両者を行うことによって、燃焼の安定化を図る技術が知られている。しかし、この場合にはＮＯｘが設定時より高くなり、エミッション上好ましくない。そこで第２実施形態は、失火が検出された場合には、上記失火回避手段の実施に加えて燃料噴射時期の通常値に対する進角（燃料噴射時期と点火時期との間隔の延長）をも行うことによって、ＮＯｘの増加を抑制するものである。
【００３６】
第２実施形態における燃料噴射時期の進角には、エンジン回転数と燃料噴射量とに対応する進角量が定められた進角量マップが用いられるが、この進角量マップとしては、ＥＧＲ「有り」の場合に用いられるＥＧＲ開時マップ（図５参照）と、ＥＧＲ「無し」の場合に用いられるＥＧＲ閉時マップ（図６参照）とが予め作成され、ＥＣＵ９０のＲＯＭに格納されている。なお、ＥＧＲ「有り」の場合に比べ、ＥＧＲ「無し」の場合のほうが燃焼が安定するため、図５および図６から明らかなとおり、ＥＧＲ閉時マップにおいては進角量限界値として比較的高い値が用いられる。なお、第２実施形態の残余の構成は上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００３７】
以上のとおり構成された第２実施形態における燃料噴射制御について、以下に説明する。図７において、まず、負荷状態が成層燃焼領域かが判定される（Ｓ１１０）。この判断は、エンジン回転数および要求負荷による燃焼領域マップの参照によって行われる。なお、要求負荷はエンジン回転数およびスロットル開度などに基づいて別途の処理により算出される。ステップＳ１１０で否定の場合には、均質燃焼制御（Ｓ１８０）、つまり燃料をエンジンの燃焼室８内全体に均等に分布させる制御が行われて、処理がリターンされる。
【００３８】
ステップＳ１１０で肯定の場合、つまり現在の負荷状態が成層燃焼領域に該当する場合には、次に、失火が発生しているかが判定される（Ｓ１２０）。この失火判定は、例えばクランク角センサ８１の信号から求められるエンジン回転数の変動が所定の基準値を上回った場合に失火と判定する方法、筒内圧センサ（不図示）の信号から求められる燃焼時の筒内圧（ピーク圧や図示平均有効圧）と所定の基準値との比較による方法、燃焼室に設けたイオン電流検出センサの検出値と所定の基準値との比較による方法、点火栓の電極間の絶縁抵抗と所定の基準値との比較による方法などによって行うことができる。失火が発生していない場合には、通常の成層燃焼制御、つまり後述する失火回避手段実施の際のＮＯｘ低減のための進角を伴わない成層燃焼制御が行われる（Ｓ１７０）。
【００３９】
失火が発生している場合には、失火回避手段としてＥＧＲの減量とスロットル開度の減量とが行われる（Ｓ１３０）。
【００４０】
そして次に、ＥＧＲバルブが全閉かが判断され（Ｓ１４０）、肯定（全閉）の場合にはＥＧＲ閉時マップ（図６参照）に従って、同マップ中の限界進角値分、噴射時期が進角される（Ｓ１５０）。また否定の場合（すなわち全閉でない場合）には、ＥＧＲ開時マップ（図５参照）に従って、同マップ中の限界進角値分、噴射時期が進角される（Ｓ１６０）。そして、このような進角が行われた状態で成層燃焼制御が行われ（Ｓ１７０）、本ルーチンを抜ける。
【００４１】
以上の処理の結果、第２実施形態では、失火が発生した場合に、失火回避手段の実施に加えて燃料噴射時期の進角が行われるので、燃料噴射時期と点火時期との間隔の延長によって燃焼室８内の空燃比がリーン化され、従って上記第１実施形態と同様の理由により、ＮＯｘを低減することができる。
【００４２】
次に、本発明に関連する第３実施形態について説明する。吸気管負圧を利用してブレーキペダルの踏圧力をアシストするブレーキブースターが搭載された車両において、成層燃焼時にブレーキブースターの負圧の不足が検出された場合に、成層燃焼から均質燃焼に切替えて負圧を確保する構成が知られている。他方、このような燃焼モードの変更を行わずに、負圧確保手段としてＥＧＲバルブの閉じ込み（あるいは、ＥＧＲバルブの閉じ込みとスロットルバルブの閉じ込み）を行う方法もある。しかし、燃焼モードの切替えを行う方法では燃費の悪化が避けられず、またＥＧＲバルブの閉じ込みを行う場合には排ガス中のＮＯｘの大幅な増加が避けられない。そこで第３実施形態は、成層燃焼時にブレーキブースターの負圧の不足が検出された場合に、成層燃焼から均質燃焼への切り替えを行わずにＥＧＲバルブの閉じ込みを行うことで燃費悪化を抑制しつつ、燃料噴射時期の通常値に対する進角（燃料噴射時期と点火時期との間隔の延長）をも行うことによって、ＮＯｘの増加を抑制するものである。
【００４３】
第３実施形態では、吸気管負圧を利用してブレーキペダルの踏圧力をアシストするブレーキブースター（不図示）が搭載されており、このブレーキブースターは吸気通路３０におけるスロットルバルブ３２よりも下流側に接続されている。ブレーキブースターに作用する吸気管圧力ＰＭは、上述のとおりバキュームセンサ７１によって検出される。
【００４４】
また、第３実施形態における燃料噴射時期の進角には、エンジン回転数と燃料噴射量とに対応する進角量が定められた進角量マップが用いられるが、この進角量マップとしては、上記第２実施形態と同様に、ＥＧＲ「有り」の場合に用いられるＥＧＲ開時マップ（図５参照）と、ＥＧＲ「無し」の場合に用いられるＥＧＲ閉時マップ（図６参照）とが予め作成され、ＥＣＵ９０のＲＯＭに格納されている。なお、第３実施形態における残余の構成は上記第１実施形態と同様であるため、その詳細の説明は省略する。
【００４５】
以上のとおり構成された第３実施形態における燃料噴射制御について、以下に説明する。図８において、まず、負荷状態が成層燃焼領域かが判定される（Ｓ２１０）。この判断は、エンジン回転数および要求負荷による燃焼領域マップの参照によって行われる。なお、基本噴射量はエンジン回転数およびスロットル開度などに基づいて別途の処理により算出される。ステップＳ２１０で否定の場合には、均質燃焼制御（Ｓ２８０）、つまり燃料をエンジンの燃焼室８内全体に均等に分布させる制御が行われて、処理がリターンされる。
【００４６】
ステップＳ２１０で肯定の場合、つまり現在の負荷状態が成層燃焼領域に該当する場合には、次に、ブレーキブースターの負圧が不足しているかが判定される（Ｓ２２０）。この負圧判定は、例えばバキュームセンサ７１によって検出される吸気管圧力ＰＭと所定値との比較によって行うことができる。ブレーキブースターの負圧が不足していない場合には、通常の成層燃焼制御、つまり後述する負圧確保手段実施の際のＮＯｘ低減のための進角を伴わない成層燃焼制御が行われる（Ｓ２７０）。
【００４７】
ブレーキブースターの負圧が不足している場合には、負圧確保手段としてＥＧＲの減量とスロットル開度の減量とが行われる（Ｓ２３０）。
【００４８】
そして次に、ＥＧＲバルブが全閉かが判断され（Ｓ２４０）、肯定（全閉）の場合にはＥＧＲ閉時マップ（図６参照）に従って、同マップ中の限界進角値分、噴射時期が進角される（Ｓ２５０）。また否定の場合（すなわち全閉でない場合）には、ＥＧＲ開時マップ（図５参照）に従って、同マップ中の限界進角値分、噴射時期が進角される（Ｓ２６０）。そして、このような進角が行われた状態で、成層燃焼制御が行われ（Ｓ２７０）、本ルーチンを抜ける。
【００４９】
以上の処理の結果、第３実施形態では、ブレーキブースターの負圧が不足した場合に、負圧確保手段の実施に加えて燃料噴射時期の進角が行われるので、燃料噴射時期と点火時期との間隔の延長によって燃焼室８内の空燃比がリーン化され、上記第１実施形態と同様の理由により、ＮＯｘを低減することができる。
【００５０】
以上、本発明の実施形態について述べてきたが、本発明はこれに限定されるものではなく、様々な実施形態を採用することが可能である。また、上記実施形態ではＣＮＧ機関について本発明を適用した例について説明したが、本発明はＬＰＧ機関、水素機関、ＤＭＥ（ジメチルエーテル）機関等の他の種類の気体燃料エンジンについても広く適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス燃料エンジンの全体概要図である。
【図２】燃焼領域マップを示すグラフである。
【図３】第１実施形態における燃料噴射制御を示すフロー図である。
【図４】燃料噴射時期の進角量と排出ＮＯｘ量、燃費およびトルク変動特性との関係を示すグラフである。
【図５】第２実施形態においてＥＧＲ「有り」の際に用いられるＥＧＲ開時マップを示す図表である。
【図６】第２実施形態においてＥＧＲ「無し」の際に用いられるＥＧＲ閉時マップを示す図表である。
【図７】第２実施形態における燃料噴射制御を示すフロー図である。
【図８】第３実施形態における燃料噴射制御を示すフロー図である。
【符号の説明】
【００５２】
１        ガス燃料エンジン
３２      スロットルバルブ
４０      インジェクタ
４１      燃料ボンベ
６２      ＮＯｘ触媒
９０      電子制御装置（ＥＣＵ）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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