(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空燃混合気の既燃ガスである高圧ガスを内燃機関の燃焼室内に噴射するための高圧ガス噴射装置を備えた内燃機関の燃焼装置において、燃焼室内の空燃混合気が点火される前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを燃焼室内に噴射するようにした内燃機関の燃焼装置であって、
機関負荷が小さくなると上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを噴射するタイミングを遅らせるようにした内燃機関の燃焼装置。
【請求項２】
空燃混合気の既燃ガスである高圧ガスを内燃機関の燃焼室内に噴射するための高圧ガス噴射装置を備えた内燃機関の燃焼装置において、燃焼室内の空燃混合気が点火される前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを燃焼室内に噴射するようにした内燃機関の燃焼装置であって、
上記高圧ガス噴射装置が保持している上記高圧ガスの圧力を検出するための圧力検出手段を備え、該圧力検出手段により検出された圧力が低くなると上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを噴射するタイミングを早めるようにした内燃機関の燃焼装置。
【請求項３】
上記圧力検出手段により検出された圧力が低くなると燃焼室内の空燃混合気を点火するタイミングを早めるようにした請求項２に記載の内燃機関の燃焼装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は内燃機関の燃焼装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
圧縮着火式内燃機関において燃焼室にて発生する窒素酸化物の量を低減するためには燃焼室内における燃料の燃焼温度を低下させればよいことは知られているがこのことを達成するための方法としては燃焼室に燃料を噴射するタイミングを遅らせるという方法がある。しかしながら燃料噴射タイミングを遅らせると燃料が燃焼しづらくなり、このため黒煙が発生してしまう。
【０００３】
こうした問題を解決するために特開昭６４−３２０１４号公報によれば機関圧縮行程において燃焼室内の高圧ガスをアキュムレータ内に蓄積し、このアキュムレータ内に蓄積している高圧ガスを機関膨張行程において燃焼室に噴射し、燃料の燃焼過程後期における燃料の燃焼を促進するようにしている。すなわち燃料燃焼過程後期に燃焼室内に高圧ガスを噴射すれば燃焼室内のガスに乱れが形成され、斯くして燃料の燃焼を促進することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら上記公報においては燃料燃焼過程前半における燃料の燃焼は促進されておらず、したがって上記公報による燃料燃焼促進効果は不十分である。また燃焼室内にて発生する窒素酸化物の量を低減するという目的以外の目的を達成するためにも内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼を促進することが要求されることがある。こうした事情に鑑み、本発明の目的は内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼を燃料燃焼過程全体に亘って促進することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために１番目の発明は、空燃混合気の既燃ガスである高圧ガスを内燃機関の燃焼室内に噴射するための高圧ガス噴射装置を備えた内燃機関の燃焼装置において、燃焼室内の空燃混合気が点火される前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを燃焼室内に噴射するようにした内燃機関の燃焼装置であって、機関負荷が小さくなると上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを噴射するタイミングを遅らせるようにした内燃機関の燃焼装置を提供する。
【０００６】
また、２番目の発明は、空燃混合気の既燃ガスである高圧ガスを内燃機関の燃焼室内に噴射するための高圧ガス噴射装置を備えた内燃機関の燃焼装置において、燃焼室内の空燃混合気が点火される前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを燃焼室内に噴射するようにした内燃機関の燃焼装置であって、上記高圧ガス噴射装置が保持している上記高圧ガスの圧力を検出するための圧力検出手段を備え、該圧力検出手段により検出された圧力が低くなると上記高圧ガス噴射装置により上記高圧ガスを噴射するタイミングを早めるようにした内燃機関の燃焼装置を提供する。
【０００７】
そして、３番目の発明では２番目の発明において、上記圧力検出手段により検出された圧力が低くなると燃焼室内の空燃混合気を点火するタイミングを早めるようになっている。
【００１５】
【発明の実施の形態】
次に図面を参照して本発明の実施例を説明する。図１において１は内燃機関のシリンダヘッド、２はシリンダブロック、３は吸気弁、４は吸気ポート、５は排気弁、６は排気ポートである。シリンダヘッド１とシリンダブロック２とにより燃焼室７が形成される。燃焼室７内にはピストン８が収容される。またシリンダヘッド１には燃焼室７内へと突出する点火栓９が取り付けられる。
【００１６】
さらにシリンダヘッド１には高圧ガス噴射装置１０が取り付けられる。高圧ガス噴射装置１０は電磁弁１１と、蓄圧室１２とを有する。電磁弁１１の先端１３は燃焼室７内へと突出し、その後端１４は蓄圧室１２に接続される。電磁弁１１は吸気弁３が配置されている側のシリンダヘッド１に取り付けられる。これによれば電磁弁１１が排気ガスに晒される時間が短くなるので排気ガスの熱による電磁弁１１の熱劣化を防止することができる。電磁弁１１が開弁せしめられると蓄圧室１２が燃焼室７に連通せしめられる。したがって電磁弁１１は蓄圧室１２と燃焼室７との連通状態を制御することができる制御弁として機能する。
【００１７】
蓄圧室１２は機関圧縮行程における最高圧力以上の圧力下の高圧ガスを保持することができる。したがって蓄圧室１２は高圧ガス保持室として機能する。また蓄圧室１２には当該蓄圧室１２内に保持されているガスの圧力を検出するための圧力検出手段として圧力センサ１５が取り付けられる。圧力センサ１５は電子制御装置１６に接続されており、圧力センサ１５の出力は電子制御装置１６に送られる。また電磁弁１１も電子制御弁１６に接続され、電磁弁１１の開閉弁動作は電子制御装置１６により制御される。
【００１８】
さらにシリンダブロック２には燃焼室７内にて発生するノッキングを検出するためのノックセンサ１７が取り付けられる。ノックセンサ１７は電子制御装置１６に接続されており、ノックセンサ１７の出力は電子制御装置１６に送られる。さらにシリンダブロック２には内燃機関を冷却する冷却水を流すための冷却水路１９が形成される。冷却水路１９には冷却水の温度を検出するための温度検出手段として温度センサ１８が配置される。温度センサ１８は電子制御装置１６に接続されており、温度センサ１８の出力は電子制御装置１６に送られる。本実施例では温度センサ１８により検出される冷却水の温度から内燃機関の温度を推定する。
【００１９】
ところで本実施例の内燃機関では吸気ポート４に接続された機関吸気通路に配置された燃料噴射弁（図示せず）から吸入空気中に燃料が噴射され、この燃料と空気との混合気（以下、単に混合気と称す。）が機関吸気行程において燃焼室７内に吸入せしめられる。この混合気は機関圧縮行程において圧縮せしめられ、機関圧縮上死点近傍にて点火栓９により、点火せしめられる。すると混合気は点火栓９周りから燃焼し始め、その燃焼火炎は周囲へと広がる。
【００２０】
ここで一般的には混合気の燃焼開始から燃焼終了までの時間が短いほど機関熱効率は向上する。機関熱効率を向上するために混合気の燃焼時間を短くするためには燃焼室内の混合気に乱れを形成し、さらにその乱れを混合気の燃焼終了まで維持すればよい。
そこで本実施例では図２に示したように混合気点火後の機関膨張行程において電磁弁１１を開弁して燃焼室７内の高圧ガスを高圧ガス噴射装置１０の蓄圧室１２内に導入して保持し（図２の時刻ｔ１）、次の機関サイクルにおいて混合気点火前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に高圧ガスを高圧ガス噴射装置１０により燃焼室７内に噴射する（図２の時刻ｔ２）。これにより混合気に乱れが形成される。そして斯くして形成された乱れをできる限り長い時間に亘って維持するために本実施例では高圧ガスを噴射するタイミングと、混合気を点火するタイミングとの間の時間をできる限り短くする。
【００２１】
ところが乱れを混合気中に形成し、その乱れを維持するためには高圧ガスの導入タイミング、高圧ガスの噴射タイミング、そして混合気の点火タイミングを内燃機関の運転状態等に応じて適宜、設定する必要がある。また内燃機関の運転状態によっては高圧ガス噴射装置１０への高圧ガスの導入や燃焼室７への高圧ガスの噴射自体を禁止する必要もある。
【００２２】
こうした事情を踏まえて以下で本実施例における高圧ガス噴射装置１０への高圧ガスの導入、燃焼室７内への高圧ガスの噴射、そして混合気の点火について詳細に説明する。
初めに本実施例における高圧ガス噴射装置１０への高圧ガスの導入について説明する。高圧ガス噴射装置１０に高圧ガスを導入するに当たり内燃機関の運転状態として考慮すべきは燃焼室７内の圧力である。すなわち高圧ガス噴射装置１０に導入されて保持された高圧ガスは次の機関サイクルにて燃焼室７内に噴射される。したがって高圧ガス噴射装置１０に保持されている高圧ガスの圧力は少なくとも高圧ガスが燃焼室７内へと噴射されるときにおける燃焼室７内の圧力よりも高くなければ高圧ガスは燃焼室７内に噴射されない。
【００２３】
そして強力な乱れを混合気に形成するためには高圧ガスを燃焼室７に噴射するときにおいて蓄圧室１２内の圧力が燃焼室７内の圧力よりも高いほど好ましい。したがって機関膨張行程において燃焼室７内の圧力が最も高くなったときに高圧ガス噴射装置１０の電磁弁１１を開弁し、燃焼室７内の高圧ガスを蓄圧室１２に導入して保持すれば次の機関サイクルにおいて高圧ガスを高圧ガス噴射装置１０から強力に噴射することができる。
【００２４】
そこで本実施例では混合気の燃焼中において燃焼室７内の圧力（以下、単に筒内圧と称す。）が最高圧となるクランク角度（以下、最高圧クランク角度）にて電磁弁１１を開弁し、蓄圧室１２内に高圧のガスを保持するようにする。具体的には本実施例では図３に示したように最高圧クランク角度を機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｌとの関数としてマップの形で記憶しておき、当該マップを用いて機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｌとに基づいて最高圧クランク角度を算出し、このクランク角度を燃焼室７内の高圧ガスを蓄圧室１２内に導入するために電磁弁１１を開弁するタイミング（すなわちクランク角度）とする。
【００２５】
図３のマップによれば機関負荷ＬがラインＡよりも小さい機関運転領域においては混合気燃焼中に電磁弁１１は開弁されず、したがって蓄圧室１２内への高圧ガスの導入は禁止される。これは以下の理由による。すなわち混合気に乱れを形成するとこの点では機関熱効率は上昇するが、その一方で混合気の燃焼中に燃焼室から高圧ガスを取り出すのでこの点では機関熱効率は低下する。すなわち乱れ形成による機関熱効率の上昇分が高圧ガス取出しによる機関熱効率の低下分を上回らなければ機関熱効率は全体としては低下してしまう。特に低負荷領域では筒内圧が低いので高圧ガスの取出しにより機関熱効率が低下することもありうる。また低負荷領域では混合気中の燃料が少ないために混合気中の燃料は完全燃焼しやすいし、燃料燃焼中における筒内圧が低いのでノッキングが発生する可能性も低い。こうした事情から低負荷領域において混合気中に乱れを形成する必要性に乏しい。このため図３のマップでは機関負荷ＬがラインＡよりも小さい機関運転領域においては蓄圧室１２への高圧ガスの導入が禁止されるようになっている。
【００２６】
また図３のマップによれば機関負荷ＬがラインＡよりも大きく且つラインＢよりも小さい機関運転領域においてはクランク角度が機関圧縮上死点後１５°（以下、ＡＴＤＣ１５°と表記する。）のところで電磁弁１１が開弁され、蓄圧室１２内に高圧ガスが導入される。すなわち最高圧クランク角度は機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｌとに関連し、一般的には最高圧クランク角度は機関負荷が中程度の機関運転領域と機関負荷が小さい機関運転領域とにおいては機関回転数に係わらずＡＴＤＣ１５°付近である。このことから図３のマップでは機関負荷ＬがラインＡよりも大きく且つラインＢよりも小さい機関運転領域においてはクランク角度がＡＴＤＣ１５°のところで電磁弁１１が開弁されるようになっている。
【００２７】
さらに図３のマップによれば機関負荷ＬがラインＢよりも大きい機関運転領域においては機関回転数Ｎｅが小さくなるほどＡＴＤＣ１５°よりも遅いクランク角度にて電磁弁１１が開弁され、また機関負荷Ｌが小さくなるほどＡＴＤＣ１５°よりも遅いクランク角度にて電磁弁１１が開弁され、蓄圧室１２内に高圧ガスが導入される。
【００２８】
すなわち後に詳述するが混合気を点火するタイミングは機関回転数が大きくなるほど早くされ、また機関負荷が大きいほど遅くされ、機関負荷が小さい機関運転領域においては最高圧クランク角度はＡＴＤＣ１５°付近となる。機関負荷が大きい機関運転領域では燃焼室内におけるノッキングの発生を回避するために混合気点火タイミングが遅くされる傾向が強くなるので最高圧クランク角度は機関回転数が小さくなるほど、そして機関負荷が大きくなるほどＡＴＤＣ１５°から遅くなる。すなわち高圧ガスの導入タイミングは混合気の点火タイミングに応じて補正されることになる。
【００２９】
こうした理由から図３のマップでは機関負荷ＬがラインＢよりも大きい機関運転領域においては機関回転数Ｎｅが小さくなるほど、そして機関負荷Ｌが小さくなるほどＡＴＤＣ１５°よりも遅いクランク角度にて電磁弁１１が開弁されるようになっている。
なお上述した実施例では最高圧クランク角度にて電磁弁を開弁するように電磁弁の開弁タイミングを制御しているが電磁弁が開弁し始めるタイミングまたは電磁弁が閉弁するタイミングを制御し、すなわち電磁弁の開弁期間の長さを制御し、最高圧クランク角度において電磁弁が確実に開弁しているようにしてもよい。
【００３０】
次に燃焼室７内への高圧ガスの噴射について説明する。本実施例では機関回転数と機関負荷とに基づいてベース噴射タイミングを算出し、このベース噴射タイミングを蓄圧室内の圧力に基づいて算出される噴射タイミング補正係数により補正し、最終的に噴射タイミングを得る。
高圧ガスを電磁弁１１から燃焼室７に噴射するときには蓄圧室１２内の圧力が筒内圧よりも高いほど強力な乱れが混合気中に形成される。筒内圧は機関圧縮上死点に近いほど高くなることから機関圧縮行程においては早いタイミングで高圧ガスを噴射するほど、そして機関膨張行程においては遅いタイミングで高圧ガスを噴射するほど蓄圧室１２内の圧力と筒内圧との間の差圧が大きく、したがって強力な乱れを混合気中に形成することができる。
【００３１】
ところが機関圧縮行程において早いタイミングで高圧ガスを噴射した場合には高圧ガスが噴射されてから混合気が、点火されるまで時間が長くなるのでこの間に混合気中の乱れが減衰し、したがって混合気点火後における混合気中の乱れが小さく、このため乱れによる混合気の燃焼促進効果が小さくなってしまう。すなわち混合気燃焼中においてもできる限り強力な乱れを維持するためには高圧ガスの噴射タイミングが混合気の点火タイミングに近いほど好ましい。
【００３２】
また混合気の点火前における機関膨張行程においては機関圧縮上死点から遠ざかるほど筒内圧は低くなるので高圧ガスの噴射タイミングは混合気の点火タイミングに近いほど好ましい。
そこで本実施例では図４に示したように高圧ガスを噴射するタイミングを算出するためのベース噴射タイミングを機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｌとの関数としてマップの形で記憶しておき、当該マップを用いて蓄圧室１２内の高圧ガスを燃焼室７内に噴射するために電磁弁１１を開弁するタイミング（すなわちクランク角度）を算出するためのベース噴射タイミングを機関回転数Ｎｅと機関負荷Ｌとに基づいて算出する。
【００３３】
図４のマップによれば機関負荷ＬがラインＣよりも小さい機関運転領域においては混合気点火前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に電磁弁１１は開弁されず、したがって燃焼室７内への高圧ガスの噴射は禁止される。これは上述したように特に低負荷領域においては混合気中に乱れを形成する必要性に乏しく、却って機関熱効率が低下することもありえるからである。
【００３４】
また図４のマップによれば機関負荷ＬがラインＣよりも大きい機関運転領域においては機関回転数Ｎｅが大きくなるほど早いベース噴射タイミングとなり、また機関負荷Ｌが大きいほど早いベース噴射タイミングとなる。
これは以下の理由による。すなわち機関負荷が大きくなるほど燃焼室内に吸入せしめられる空気（すなわち混合気）の量が増大する傾向にあるので機関圧縮行程中の筒内圧は高くなる。したがって機関負荷が大きいほど高圧ガスの噴射タイミングを早くする必要がある。一方、機関回転数が大きくなるほど単位クランク角度だけ進むのにかかる時間が短くなる。したがって機関回転数が大きいほど高圧ガス噴射タイミングを早くしても混合気点火までの乱れの減衰は少ない。こうした理由から図４のマップでは機関負荷ＬがラインＣよりも大きい機関運転領域においては機関回転数が大きくなるほど早いベース噴射タイミングとなり、また機関負荷が大きいほど早いベース噴射タイミングとなる。
【００３５】
なお図４のラインＣは図３のラインＡよりも高負荷側に位置する。これにより高圧ガスを燃焼室７内に噴射すべきときには必ず前の機関サイクルにて高圧ガスが蓄圧室１２内に導入されていることとなる。
ところで高圧ガス噴射時における蓄圧室１２内の圧力は常に一定であるとは限らず、直前の機関サイクル毎に異なる。したがって最も好ましい乱れを混合気中に形成するためには蓄圧室１２内の圧力に応じて図４のマップから算出されたベース噴射タイミングを補正する必要がある。
【００３６】
そこで本実施例では図５に示した関係に従って蓄圧室１２内の圧力Ｐｃに基づいて噴射タイミング補正係数Ｋｉｎｊを算出し、これに基づいて図４のマップから算出された噴射ベースタイミングを補正する。図５においては蓄圧室１２内の圧力Ｐｃが予め定められた圧力Ｐｃｔｈよりも高いときには蓄圧室１２内の圧力Ｐｃが大きくなるほど噴射タイミング補正係数Ｋｉｎｊはベース噴射タイミングを遅らせる値をとる。
【００３７】
これは以下の理由による。すなわち蓄圧室１２内の圧力が高いほど高圧ガスを噴射するべく電磁弁１１を開弁するときの筒内圧が比較的高くても強力な乱れを混合気に形成することができる。したがって蓄圧室１２内の圧力が高いほど図４のマップから算出されたベース噴射タイミングを遅くするように補正すれば高圧ガスの噴射から混合気の点火までの時間が短くなり、混合気に形成された乱れの減衰が小さくなり、混合気の燃焼が促進される。
【００３８】
一方、蓄圧室１２内の圧力が低いほど強力な乱れを混合気に形成しづらくなる。したがって蓄圧室１２内の圧力が低いほど図４のマップから算出されたベース噴射タイミングを進めるように補正すれば強力な乱れを混合気に形成しやすくなる。こうした理由から図５のマップでは蓄圧室１２内の圧力Ｐｃが大きくなるほど噴射タイミング補正係数Ｋｉｎｊがベースの噴射タイミングを遅らせる値をとるようになっている。
【００３９】
また図５のマップによれば蓄圧室１２内の圧力Ｐｃが予め定められた圧力Ｐｃｔｈよりも低いときには噴射タイミング補正係数Ｋｉｎｊは算出されずに電磁弁１１の開弁を禁止する命令が発せられる。
これは以下の理由による。すなわち蓄圧室１２内の圧力が高圧ガスを燃焼室７に噴射するのには不十分なほど低い場合には高圧ガスを燃焼室７内に噴射するべく電磁弁１１を開弁しても逆に燃焼室７内のガスが蓄圧室１２内に流入し、これにより筒内圧が低下し、却って混合気の燃焼を阻害する可能性がある。したがって蓄圧室１２内の圧力が比較的低いときには混合気の燃焼を促進するという観点からは高圧ガスを燃焼室７内に噴射しようとして電磁弁１１を開弁しないほうがよい。こうした理由により図５のマップでは蓄圧室１２内の圧力Ｐｃが予め定められた圧力Ｐｃｔｈよりも低いときには電磁弁１１が開弁されないようになっている。
【００４０】
なお図４および図５のマップから高圧ガスの噴射タイミングを算出した場合において噴射タイミングが機関膨張行程となったときには当該噴射タイミングを混合気の点火タイミングの直前となるように補正する。これによれば高圧ガスが噴射されるときにおける筒内圧がさらに低いのでより強力な乱れを混合気に形成することができる。
【００４１】
また本実施例において機関回転数が大きく且つ機関負荷も大きな機関運転領域において混合気に乱れを形成すると機関熱効率が向上するので排気ガスの温度が低くなる。排気ガスの温度が高いとその排気ガスの熱により内燃機関の構成部品が熱劣化する可能性があり、この熱劣化を防止するべく排気ガスの温度を低下させるためには例えば燃料噴射量を増量し、当該燃料の気化熱を利用するという方法もあるがこれでは燃費が悪化してしまう。しかしながら本実施例によれば燃料の燃焼を促進することにより排気ガスの温度を低くしているので燃費を悪化することはない。
【００４２】
最後に混合気の点火について説明する。本実施例では初めに機関始動時であるか否かと、機関温度とに基づいてベース点火タイミングを算出する。次いでこのベース点火タイミングを機関回転数と機関負荷との関係から求められるメイン補正係数と、高圧ガスの噴射タイミングから求められるサブ補正係数と、ノックセンサ１７の出力から求められる学習補正係数（学習値）とにより補正し、点火タイミングを算出する。以下、これらメイン補正係数と、サブ補正係数と、学習補正係数とを順に説明する。
【００４３】
本実施例では図６に示したようにメイン補正係数を機関回転数Ｎｅと、機関負荷Ｌとの関数としてマップの形で記憶しておき、当該マップを用いてメイン補正係数を算出する。図６のマップから算出されるメイン補正係数を用いてベース点火タイミングを補正すると機関回転数Ｎｅが大きくなるほどベース点火タイミングは早められるように補正され、機関負荷Ｌが大きくなるほどベース点火タイミングは遅くなるように補正される。
【００４４】
メイン補正係数が機関回転数と機関負荷とに応じて図６のマップに示したようにする理由は以下のとおりである。すなわち機関回転数が大きくなるほど単位クランク角度だけ進むのにかかる時間は短くなるので早いタイミングで混合気を点火しなければ混合気の燃焼が機関膨張行程内に終了しなくなってしまう。したがって機関回転数が大きくなるほど混合気の点火タイミングを早くすべきである。また機関負荷が大きいほど混合気の燃焼速度が速くなるので遅いタイミングで混合気を点火しても混合気の燃焼は機関膨張行程内に終了する。こうした理由からメイン補正係数が図６に示したマップのようになっている。
【００４５】
次にサブ補正係数について説明する。上述したように高圧ガスの噴射と混合気の点火との間の時間が長いと混合気に形成した乱れが減衰して乱れによる混合気の燃焼促進効果が小さくなってしまう。したがって噴射タイミングが早いほど点火タイミングも早くすべきである。
このことを考慮して本実施例では図７に示したようにサブ補正係数を噴射タイミングの関数としてマップの形で記憶しておき、当該マップを用いてサブ補正係数を算出する。図７のマップから算出されるサブ補正係数を用いてベース点火タイミングを補正すると噴射タイミングが早くなるほどベース点火タイミングは早められるように補正される。
【００４６】
次に学習補正係数について説明する。一般的には機関熱効率をできるだけ高めるためには点火タイミングを早めたほうがよい。しかしながら点火タイミングを早めると燃焼室内にてノッキングが生じてしまう。すなわち現実的にはノッキングが生じない範囲で点火タイミングを早めることが好ましい。
そこで本実施例では図８に示したフローチャートに従って学習補正係数を算出し、これに基づいてベース点火タイミングを補正する。図８のフローチャートによればステップ１００においてノックセンサ１７によりノッキングが検出されたか否かが判別される。ステップ１００においてノッキングが検出されたと判別されたときにはステップ１０１に進んで学習補正係数を点火タイミングが遅くなるように一定値だけ補正する。一方、ステップ１００においてノッキングが検出されていないと判別されたときにはステップ１０２に進んで学習補正係数を点火タイミングが早くなるように一定値だけ補正する。
【００４７】
ところで高圧ガスを噴射した場合と噴射しなかった場合とでは混合気の燃焼速度は大きく異なるのでノッキングの発生しやすさも大きく異なる。そこで本実施例では高圧ガスが噴射されている機関運転領域（以下、高圧ガス噴射領域と称す。）と、高圧ガスが噴射されていない機関運転領域（以下、非高圧ガス噴射領域と称す。）とで別個に図８にフローチャートを実行し、これにより二つの異なる学習プロセスから二つの異なる学習補正係数を算出し、高圧ガス噴射領域における点火タイミングの算出には高圧ガス噴射領域にて算出された学習補正係数を用い、非高圧ガス噴射領域における点火タイミングの算出には非高圧ガス噴射領域にて算出された学習補正係数を用いる。これによれば燃焼室内にてノッキングが発生することを確実に防止することができる。
【００４８】
ところで上記実施例においては内燃機関の温度が低いときには混合気の燃焼自体が安定しないので混合気の空燃比は理論空燃比よりもリッチとされる。また内燃機関の温度が高いときであっても内燃機関の始動時にも混合気の燃焼自体が安定しないので混合気の空燃比は理論空燃比よりもリッチとされる。このため機関低温時や機関始動時においては混合気中の燃料は気化しにくく、また煤も発生しやすい。このときに電磁弁１１を開弁すると気化していない燃料や煤が電磁弁１１に詰まり、電磁弁１１が故障してしまう可能性がある。
【００４９】
そこで本実施例では機関低温時および機関始動時には電磁弁１１を開弁することを禁止し、すなわち高圧ガスを蓄圧室１２内に導入することを禁止し、それと共に高圧ガスを燃焼室７内に噴射することを禁止する。
また機関負荷が徐々に大きくなる機関過渡運転時においてはたとえ蓄圧室１２内の圧力が比較的高くても該蓄圧室１２内の圧力が高圧ガスを燃焼室７内に噴射するときの筒内圧よりも低いことがある。そこで本実施例では機関負荷が予め定められた増大率以上で大きくなる機関過渡運転時には高圧ガスを燃焼室７内に噴射することを禁止する。
【００５０】
また燃料を燃焼室内に直接噴射するタイプの内燃機関に本発明を適用することもできる。なおこのタイプの内燃機関において燃料を点火栓近傍にのみ存在させることにより非常に大きい空燃比で機関運転することができるようにしている場合には燃料が点火栓近傍から離れることがないように高圧ガスを燃焼室内に噴射すると燃料の燃焼促進の観点から好ましい。
【００５１】
また排気ガスを燃焼室内に循還させるようにした内燃機関に本発明を適用することもできる。この場合において排気ガスを多量に循還させる機関運転において高圧ガスを燃焼室内に噴射すると燃焼促進の観点から好ましい。
ところで本実施例の電磁弁１１は高圧ガスを直接、燃焼室７内に噴射するものであるのでその先端１３が燃焼室７内のガスに晒される。このため電磁弁１１が開弁せずに閉弁したままとなってしまう開弁故障や、逆に閉弁せずに開弁したままとなってしまう開弁故障が生じる可能性がある。
【００５２】
そこで本実施例では以下に説明する複数の方法を組み合わせて用いて電磁弁１１の故障（異常）の有無を診断する。以下では図９〜図１２を参照しつつ本実施例の故障診断方法を説明するが図９、図１０は複数の燃焼室を備えた内燃機関において各燃焼室に対して個々に独立した蓄圧室を備えている場合における一つの蓄圧室内の圧力変化を時間軸で示した図であり、図１１、図１２は複数の燃焼室を備えた内燃機関においてこれら燃焼室に対して共通の一つの蓄圧室を備えている場合におけるこの共通の一つの蓄圧室内の圧力変化を時間軸で示した図である。
【００５３】
まず本実施例の１番目の故障診断方法を図９（Ａ）を参照しつつ説明する。図９（Ａ）は矢印で示した時刻ｔａ、すなわち高圧ガス噴射直後から高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間に電磁弁１１が開弁故障した場合における蓄圧室１２内の圧力変化を示している。高圧ガス噴射直後に高圧ガスの導入と噴射とを禁止した場合において電磁弁１１が正常であれば図９（Ａ）に示した期間Ｐａ、すなわち機関圧縮行程から機関膨張行程にかけての期間においては蓄圧室１２内の圧力は鎖線で示したように全く変化しないはずである。
【００５４】
しかしながら図９（Ａ）の矢印で示した時刻ｔａ、すなわち高圧ガス噴射直後に高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間に電磁弁１１が開弁故障すると期間Ｐａにおいて電磁弁１１が開弁したままであるので燃焼室７内のガスが蓄圧室１２内に流入し、したがって蓄圧室１２内の圧力は期間Ｐａにおいて実線で示したように大きく変化する。
【００５５】
そこで本実施例の１番目の故障診断方法ではこの現象を利用して高圧ガス噴射直後から高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間において蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力より高くなったときには電磁弁１１が開弁故障していると診断する。
そして複数の燃焼室とそれぞれに対応した複数の電磁弁を有するが蓄圧室が一つである内燃機関においていずれか一つの燃焼室への高圧ガス噴射直後から全ての蓄圧室への高圧ガスの導入と全ての燃焼室への高圧ガスの噴射とを禁止している間に電磁弁の一つが開弁故障した場合においても同様に図１１（Ａ）に示したように期間Ｐａ、すなわち開弁故障した電磁弁に対応する燃焼室における機関圧縮行程から機関膨張行程にかけての期間に蓄圧室１２内の圧力は実線で示したように変化する。
【００５６】
したがってこの場合にも高圧ガス噴射直後から高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間において蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力より高くなったことをもって電磁弁が開弁故障していると診断することができる。
なおこの１番目の故障診断によれば高圧ガス噴射後に蓄圧室への高圧ガスの導入が実行されないうちに機関運転が停止された場合において機関始動時に高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間に生じた電磁弁の開弁故障をも診断することができる。
【００５７】
次に本実施例の２番目の故障診断方法を図９（Ｂ）を参照しつつ説明する。図９（Ｂ）は矢印で示した時刻ｔｂ、すなわち高圧ガス噴射後であってその直後の高圧ガス導入前に電磁弁１１が開弁故障した場合における蓄圧室１２内の圧力変化を示している。電磁弁１１が正常であれば図９（Ｂ）の時刻ｔｂ以後、蓄圧室１２内の圧力は鎖線で示したように変化するはずである。
【００５８】
しかしながら時刻ｔｂに電磁弁１１が開弁故障すると高圧ガスを蓄圧室１２内に保持するべき期間Ｐｂにおいても電磁弁１１が開弁したままであり、したがって蓄圧室１２内の圧力は期間Ｐｂにおいて所望の圧力よりも非常に低くなっている。
そこで本実施例の２番目の故障診断方法では高圧ガス導入後から次の高圧ガス噴射前までの期間において蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力よりも低いときには電磁弁１１が開弁故障していると診断する。
【００５９】
この２番目の故障診断によれば高圧ガス導入後から次の高圧ガス噴射までの電磁弁１１の開弁故障をも診断することができる。すなわち図９（Ｃ）に示したように例えば時刻ｔｃ、すなわち高圧ガス導入直後に電磁弁１１が開弁故障すると蓄圧室１２内の圧力は低下し、期間Ｐｃにおいて蓄圧室１２内の圧力は低いままである。したがって２番目の故障診断によれば高圧ガス導入後から次の高圧ガス噴射までの電磁弁１１の開弁故障を診断することができる。
【００６０】
そして複数の燃焼室とそれぞれに対応した複数の電磁弁とを有するが蓄圧室は一つである内燃機関において電磁弁の一つが当該電磁弁からの噴射後からその直後の高圧ガス導入前（例えば図１１（Ｂ）の時刻ｔｂ）までに開弁故障した場合、および電磁弁の一つが当該電磁弁を介した高圧ガス導入後から次の別の電磁弁を介した高圧ガス噴射前（例えば図１１（Ｃ）の時刻ｔｃ）までに開弁故障した場合においても同様にそれぞれ図１１（Ｂ）、図１１（Ｃ）に示したように期間Ｐｂ，Ｐｃ、すなわち高圧ガス導入後から次の高圧ガス噴射前までにおいて蓄圧室１２内の圧力は実線で示したように低い。
【００６１】
したがってこの場合にも高圧ガス導入後から次の高圧ガス噴射前、すなわち期間Ｐｂ，Ｐｃにおいて蓄圧室１２内の圧力が低いことをもって電磁弁が開弁故障していると診断することができる。
次に本実施例の３番目の故障診断方法を図１０（Ａ）を参照しつつ説明する。本実施例の内燃機関では機関運転の停止時において電磁弁１１を必ず開弁して蓄圧室１２内の高圧ガスをその外部に、すなわち燃焼室７内に放出させる。この場合において内燃機関の運転が再開され、高圧ガスを蓄圧室１２内に導入し、当該高圧ガスを燃焼室７内に噴射するために電磁弁１１を開閉弁したときに電磁弁１１が正常であれば図１０（Ａ）の鎖線に示したように蓄圧室１２内の圧力は変化するはずである。
【００６２】
しかしながら図１０（Ａ）の矢印にて示した時刻ｔａまでに電磁弁１１が閉弁故障していると蓄圧室１２内の圧力は実線のように変化する。すなわち蓄圧室１２内の圧力は低いままである。
そこで本実施例の３番目の故障診断方法では機関始動後に高圧ガスを蓄圧室１２内に導入して当該高圧ガスを燃焼室７内に噴射しようとしたときに蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力よりも低い場合には電磁弁１１が閉弁故障していると診断する。
【００６３】
次に本実施例の４番目の故障診断方法を図１０（Ｂ）を参照しつつ説明する。図１０（Ｂ）は矢印で示した時刻ｔｂ、すなわち高圧ガス噴射後からその直後の高圧ガス導入前に電磁弁１１が閉弁故障した場合における蓄圧室１２内の圧力変化を示している。電磁弁１１が正常であれば図１０（Ｂ）に示した期間Ｐｂ、すなわち高圧ガス導入後から次の高圧ガス噴射前までの期間において蓄圧室１２内の圧力は鎖線で示したように変化する。
【００６４】
しかしながら時刻ｔｂにて電磁弁１１が閉弁故障するとその直後の高圧ガス導入時に電磁弁１１が開弁せず、したがって蓄圧室１２内の圧力は期間Ｐｂにおいて実線で示したように全く変化せず、低いままである。
そこで本実施例の４番目の故障診断方法では高圧ガス導入後から高圧ガス噴射前までの期間において蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力よりも低いときには電磁弁１１が閉弁故障していると診断する。
【００６５】
そして複数の燃焼室とそれぞれに対応した複数の電磁弁とを有するが蓄圧室が一つである内燃機関において一つの電磁弁１１が高圧ガス噴射後であってその直後の高圧ガス導入時に閉弁故障した場合においても同様に図１２（Ｂ）に示したように期間Ｐｂ、すなわち電磁弁の一つを介した高圧ガス導入後から次の別の電磁弁を介した高圧ガス噴射までの期間において蓄圧室１２内の圧力は実線で示したように全く変化せずに低いままである。
【００６６】
したがってこの場合にも高圧ガス導入後から高圧ガス噴射までの間、すなわち期間Ｐｂにおいて蓄圧室１２内の圧力が低いことをもって電磁弁１１が閉弁故障していると診断することができる。
次に本実施例の５番目の故障診断方法を図１０（Ｃ）を参照しつつ説明する。図１０（Ｃ）は矢印で示した時刻ｔｃ、すなわち高圧ガス導入直後に電磁弁１１が閉弁故障した場合における蓄圧室１２内の圧力変化を示している。
【００６７】
電磁弁１１が正常であれば図１０（Ｃ）に示した期間Ｐｃ、すなわち高圧ガス噴射後から次の高圧ガス導入までの期間において蓄圧室１２内の圧力は鎖線で示したように変化する。
しかしながら時刻ｔｃに電磁弁１１が閉弁故障すると次の高圧ガス噴射時に電磁弁１１が開弁せず、したがって蓄圧室１２内の圧力は期間Ｐｃにおいて実線で示したように全く変化せずに高いままである。
【００６８】
そこで本実施例の５番目の故障診断方法では高圧ガス噴射後から次の高圧ガス導入前までの期間において蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力よりも高いときには電磁弁１１が閉弁故障していると診断する。
そして複数の燃焼室とそれぞれに対応した複数の電磁弁とを有するが蓄圧室が一つである内燃機関において一つの電磁弁１１が当該電磁弁１１からの高圧ガス噴射前（例えば図１２（Ｃ）の時刻ｔｃ）に閉弁故障した場合においても同様に図１２（Ｃ）に示したように期間Ｐｃ、すなわち高圧ガス噴射後から次の高圧ガス導入前までの期間において蓄圧室１２内の圧力は実線で示したように全く変化せずに高いままである。
【００６９】
したがってこの場合にも高圧ガス噴射後からその直後の高圧ガス導入までの間、すなわち期間Ｐｃにおいて蓄圧室１２内の圧力が高いことをもって電磁弁１１が閉弁故障していると診断することができる。
なお図１２（Ａ）は複数の燃焼室とそれぞれに対応する複数の電磁弁を有するが蓄圧室が一つである内燃機関において機関始動時に高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間に電磁弁の一つが閉弁故障した場合の蓄圧室１２内の圧力変化を示している。
【００７０】
図１２（Ａ）に示したように期間Ｐａ、すなわち高圧ガス噴射後からその直後の高圧ガス導入までの期間において電磁弁１１が正常であれば蓄圧室１２内の圧力は鎖線のように変化するはずである。しかしながら機関始動時に高圧ガスの導入と噴射とを禁止している間に電磁弁１１の一つが閉弁故障すると期間Ｐａにおいて蓄圧室１２内の圧力は実線で示したように全く変化せずに高いままである。
【００７１】
したがってこの場合にも高圧ガス噴射後からその直後の高圧ガス導入までの間、すなわち期間Ｐａにおいて蓄圧室１２内の圧力が予め定められた圧力よりも高いことをもって電磁弁１１が閉弁故障していると診断することができる。
なお上述した実施例において電磁弁が故障していると診断された場合には一機関サイクル、例えば機関吸気行程から機関膨張行程までの間、好ましくは機関排気行程の間に複数回に亘って電磁弁の開閉弁を繰り返すようにする。これによれば電磁弁に燃料や煤が付着したことにより電磁弁が故障していた場合に電磁弁から燃料や煤を脱離させ、電磁弁の故障を解消することができる。また上述した実施例において電磁弁が故障していると診断された場合にこのことを表示するための表示手段を提供してもよい。
【００７２】
また上述した実施例において蓄圧室と燃焼室との間の連通状態を制御するための制御弁として電磁弁を採用しているが特別な輪郭形状を有するカムにより混合気点火前であって機関圧縮行程後半または機関膨張行程前半に開弁せしめられると共に混合気点火後の機関膨張行程中に開弁せしめられる制御弁を採用することもできる。もちろんこの場合において高圧ガスの導入と噴射とを禁止することができるようにカムを制御弁との作動上の関係を遮断する手段が設けられる。
【００７３】
【発明の効果】
本発明によれば燃焼室内の空燃混合気が、点火される前に空燃混合気に乱れが形成されるので空燃混合気が点火されたときから空燃混合気の燃焼が促進されている。すなわち内燃機関の燃焼室内における燃料の燃焼が燃料燃焼過程全体に亘って促進される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の高圧ガス噴射装置を備えた内燃機関を示す図である。
【図２】（Ａ）は燃焼室内の圧力、（Ｂ）は機関行程であってＩｎは吸気行程、Ｃｏは圧縮行程、Ｐｏは膨張行程、Ｅｘは排気行程、（Ｃ）は蓄圧室内の圧力を示す。
【図３】高圧ガス導入タイミングを算出するために用いられるマップを示す図である。
【図４】ベース噴射タイミングを算出するために用いられるマップを示す図である。
【図５】噴射タイミング補正係数を算出するためのマップを示す図である。
【図６】メイン補正係数を算出するためのマップを示す図である。
【図７】サブ補正係数を算出するためのマップを示す図である。
【図８】学習補正係数を算出するためのフローチャートを示す図である。
【図９】開弁故障診断について説明するための図である。
【図１０】閉弁故障診断について説明するための図である。
【図１１】開弁故障診断について説明するための図である。
【図１２】閉弁故障診断について説明するための図である。
【符号の説明】
７…燃焼室
１０…高圧ガス噴射装置
１１…電磁弁
１２…蓄圧室
１５…圧力センサ
１７…ノックセンサ
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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