(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体燃料を燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、その燃料噴射弁によって噴射供給された気体燃料に点火を行う点火プラグと、その点火プラグによる燃料への点火に基づき往復移動するピストンと、そのピストンの往復移動に基づき回転する出力軸とを備える内燃機関の燃焼装置において、
前記燃料噴射弁は、前記点火プラグによる点火時における前記ピストン頭部の位置よりも前記出力軸側の位置に、その燃料噴射方向が前記ピストンの中心軸線からずれるように、且つ噴射燃料が前記点火プラグへ向かうように傾斜して設けられる
ことを特徴とする内燃機関の燃焼装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の燃焼装置において、
前記内燃機関は前記気体燃料の他に液体燃料によっても駆動されるものであって、機関運転状態に応じて内燃機関の燃料を切り換える燃料切換手段を更に備える
ことを特徴とする内燃機関の燃焼装置。
【請求項３】
気体燃料を燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、その燃料噴射弁によって噴射供給された気体燃料に点火を行う点火プラグとを備える内燃機関の燃焼装置において、
前記燃料噴射弁は、同噴射弁から噴射供給された気体燃料が点火プラグ周りに集まる位置に設けられ、
前記内燃機関は前記気体燃料の他に液体燃料によっても駆動されるものであって、機関運転状態に応じて内燃機関の燃料を切り換える燃料切換手段を更に備え、
前記燃料切換手段は、内燃機関にプレイグニッションが発生したとき、同機関の燃料を切り換えて液体燃料のみによって内燃機関を駆動させる
ことを特徴とする内燃機関の燃焼装置。
【請求項４】
前記内燃機関は、前記点火プラグによる燃料への点火に基づき往復移動するピストンと、そのピストンの往復移動に基づき回転する出力軸とを備え、
前記燃料噴射弁は、前記点火プラグによる点火時における前記ピストン頭部の位置よりも前記出力軸側の位置に設けられる
請求項３記載の内燃機関の燃焼装置。
【請求項５】
前記燃料噴射弁は、その燃料噴射方向が前記ピストンの中心軸線からずれるように、且つ噴射燃料が前記点火プラグへ向かうように傾斜して設けられる
請求項４記載の内燃機関の燃焼装置。
【請求項６】
前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方に基づき内燃機関の燃料を切り換える
請求項２〜５のいずれかに記載の内燃機関の燃焼装置。
【請求項７】
前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも低いとき、同機関の燃料を切り換えて気体燃料のみによって内燃機関を駆動させる
請求項６記載の内燃機関の燃焼装置。
【請求項８】
前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも高いとき、同機関の燃料を切り換えて液体燃料のみによって内燃機関を駆動させる
請求項６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ものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、自動車用の内燃機関の燃料としては、ガソリンなど液体燃料が用いられている。しかし、近年は石油の枯渇等の問題からガソリンの代替燃料として天然ガス等の気体燃料が注目されている。こうした気体燃料によって駆動される内燃機関の燃料供給装置としては、例えば特開平３−２６８３５号公報に記載されたものが知られている。
【０００３】
同公報に記載された装置は、気体燃料を内燃機関の燃焼室に噴射供給する気体用燃料噴射弁と、液体燃料を同燃焼室に連通する吸気ポートに噴射供給する液体用燃料噴射弁とを備えている。そして、それら燃料噴射弁から噴射された気体燃料及び液体燃料は、燃焼室内にて点火プラグによって点火がなされて燃焼し、その燃焼エネルギによって内燃機関が駆動されるようになる。
【０００４】
上記のように気体燃料と液体燃料との両方を供給することで、液体燃料を少なくしても着火性の良い気体燃料によって良好な燃焼を得ることができる。そして、液体燃料の供給量を少なくすることによって、その液体燃料の燃料消費率を抑えることができるようになる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、燃焼室に噴射供給される気体燃料は燃焼室内の空気と混ざりにくいため、燃焼室内においては上記噴射供給された気体燃料が不均一に分布することとなる。そのため、点火プラグによる点火時において、同点火プラグ周りに必ずしも適正な濃度の燃料が存在するとは限らず、その燃料の濃度が不適正な場合には燃焼状態が悪化してしまう。
【０００６】
また、内燃機関の低温始動時など機関温度や吸入空気温度が低いといきには、液体燃料が吸気ポート内壁に多量に付着して気化しにくくなるため、その液体燃料への着火性が悪くなる。そのため、液体燃料の良好な着火性を維持するためには同液体燃料の増量等を行う必要が生じ、良好な着火性を得ることと燃料消費率の抑制との両立が困難になる。
【０００７】
更に、気体燃料を補給する設備を備えたガソリンスタンド等の補給場所は、現状では限られた場所にしかないため、気体燃料の補給を考慮すれば同気体燃料の消費率を極力抑えることが好ましい。しかし、上記公報に記載の装置では、常に気体燃料と液体燃料とを供給しているため、その気体燃料の補給ができない場合には液体燃料のみで内燃機関を駆動しなければならなくなる。
【０００８】
また、気体用燃料噴射弁は、燃焼室に燃料を噴射供給するために同燃焼室内にて露出する。この気体用燃料噴射弁における燃焼室内にて露出した部分が燃焼時の熱等によって過度に過熱されると、その熱によって点火プラグによる点火が行われる前に燃焼室内の燃料が自然着火する、いわゆるプレイグニッションが発生して燃焼状態が悪化し易くなる。
【０００９】
本発明はこのような実情に鑑みてなされたものであって、第１の目的は、気体燃料によって駆動される内燃機関にあって燃焼状態が悪化するのを防止することのできる内燃機関の燃焼装置を提供することにある。
【００１０】
本発明における第２の目的は、機関低温始動時等においても燃料の良好な着火性を得ることと燃料消費率の抑制との両立を図ることとのできる内燃機関の燃焼装置を提供することにある。
【００１１】
本発明における第３の目的は、気体燃料の消費率を抑えることのできる内燃機関の燃焼装置を提供することにある。
本発明における第４の目的は、内燃機関にプレイグニッションが生じるのを好適に防止することのできる内燃機関の燃焼装置を提供することにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するため、請求項１記載の発明では、気体燃料を燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、その燃料噴射弁によって噴射供給された気体燃料に点火を行う点火プラグと、その点火プラグによる燃料への点火に基づき往復移動するピストンと、そのピストンの往復移動に基づき回転する出力軸とを備える内燃機関の燃焼装置において、前記燃料噴射弁は、前記点火プラグによる点火時における前記ピストン頭部の位置よりも前記出力軸側の位置に、その燃料噴射方向が前記ピストンの中心軸線からずれるように、且つ噴射燃料が前記点火プラグへ向かうように傾斜して設けられるものとした。
【００１３】
同構成によれば、燃料噴射弁から噴射される気体燃料によってスワールが発生し、そのスワールによって気体燃料が的確に点火プラグの周りに集められるようになるため、点火時に点火プラグ周りの燃料濃度を的確に適正な状態にし、燃焼状態を良好に維持することができるようになる。
【００１５】
また同構成によれば、点火プラグによる点火時には、燃料噴射弁がピストンによって隠れて燃焼室内に露出しないため、その露出する部分が過度に過熱されてプレイグニッションが発生し易くなることは防止される。
【００１８】
請求項２記載の発明では、請求項１記載の発明において、前記内燃機関は前記気体燃料の他に液体燃料によっても駆動されるものであって、機関運転状態に応じて内燃機関の燃料を切り換える燃料切換手段を更に備えた。
【００１９】
同構成によれば、着火性の良い気体燃料が点火プラグ周りに集められるため、気体燃料と液体燃料とを同時に供給するときにおいて、その液体燃料を少なくしても燃料の良好な着火性を維持す得ることができるようになる。従って、その液体燃料を少なくすることで燃料消費率が抑制されるようになる。
請求項３記載の発明では、気体燃料を燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、その燃料噴射弁によって噴射供給された気体燃料に点火を行う点火プラグとを備える内燃機関の燃焼装置において、前記燃料噴射弁は、同噴射弁から噴射供給された気体燃料が点火プラグ周りに集まる位置に設けられ、前記内燃機関は前記気体燃料の他に液体燃料によっても駆動されるものであって、機関運転状態に応じて内燃機関の燃料を切り換える燃料切換手段を更に備え、前記燃料切換手段は、内燃機関にプレイグニッションが発生したとき、同機関の燃料を切り換えて液体燃料のみによって内燃機関を駆動させるものとした。
同構成によれば、着火性の良い気体燃料が点火プラグ周りに集められるため、気体燃料と液体燃料とを同時に供給するときにおいて、その液体燃料を少なくしても燃料の良好な着火性を維持す得ることができるようになる。従って、その液体燃料を少なくすることで燃料消費率が抑制されるようになる。
また同構成によれば、プレイグニッションが発生したとき、気体燃料よりも着火性が劣る液体燃料のみによって内燃機関が駆動されるため、そのプレイグニッションを好適に防止することができるようになる。
請求項４記載の発明では、請求項３記載の発明において、前記内燃機関は、前記点火プラグによる燃料への点火に基づき往復移動するピストンと、そのピストンの往復移動に基づき回転する出力軸とを備え、前記燃料噴射弁は、前記点火プラグによる点火時における前記ピストン頭部の位置よりも前記出力軸側の位置に設けられるものとした。
同構成によれば、点火プラグによる点火時には、燃料噴射弁がピストンによって隠れて燃焼室内に露出しないため、その露出する部分が過度に過熱されてプレイグニッションが発生し易くなることは防止される。
請求項５記載の発明では、請求項４記載の発明において、前記燃料噴射弁は、その燃料噴射方向が前記ピストンの中心軸線からずれるように、且つ噴射燃料が前記点火プラグへ向かうように傾斜して設けられるものとした。
同構成によれば、燃料噴射弁から噴射される気体燃料によってスワールが発生し、そのスワールによって気体燃料が的確に点火プラグの周りに集められるようになる。
【００２０】
請求項６記載の発明では、請求項２〜５のいずれかに記載の発明において、前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方に基づき内燃機関の燃料を切り換えるものとした。
【００２１】
同構成によれば、内燃機関の機関温度や吸入空気温度に基づき燃料を切り換えることで、その機関温度や吸入空気温度にとって適切な燃料を選択して供給することができるようになる。
【００２２】
請求項７記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも低いとき、同機関の燃料を切り換えて気体燃料のみによって内燃機関を駆動させるものとした。
【００２３】
同構成によれば、内燃機関の低温始動時など機関温度や吸入空気温度が低いときには、着火性の良い気体燃料のみで内燃機関が駆動されるため、良好な着火性を得るための燃料増量等を行う必要がなくなる。そのため、燃料の良好な着火性を得ることと燃料消費率を抑制することとの両立が図られるようになる。
【００２４】
請求項８記載の発明では、請求項６記載の発明において、前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも高いとき、同機関の燃料を切り換えて液体燃料のみによって内燃機関を駆動させるものとした。
【００２５】
同構成によれば、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも高いときには、気体燃料の供給が停止されるため、その気体燃料の消費率を抑えることができるようになる。
【００２８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用エンジンに適用した一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２９】
図１に示すように、エンジン１１のシリンダブロック１１ａには、エンジン１１の出力軸であるクランクシャフト１４にコンロッド１３を介して連結されるピストン１２が往復移動可能に設けられている。そして、ピストン１２の往復移動は、コンロッド１３によってクランクシャフト１４の回転へと変換されるようになっている。また、シリンダブロック１１ａには、エンジン１１における冷却水の水温ＴＨＷを検出するための水温センサ１１ｂが設けられている。
【００３０】
シリンダブロック１１ａの上端にはシリンダヘッド１５が設けられ、シリンダヘッド１５とピストン１２との間には燃焼室１６が設けられている。この燃焼室１６には、シリンダヘッド１５に設けられた吸気ポート１７及び排気ポート１８が連通している。それら吸気ポート１７及び排気ポート１８は、吸気通路３２及び排気通路３３と連通しており、吸気通路３２には同通路３２を通過する空気の温度（吸入空気温度）ＴＨＡを検出するための吸気温センサ３７が設けられている。
【００３１】
吸気通路３２の下流端には、吸気ポート１７内にガソリンを噴射するための液体用燃料噴射弁５０が設けられている。この液体用燃料噴射弁５０は、吸気行程にて吸気通路３２内の空気が燃焼室１６へ吸入されるとき、吸気ポート１７内にガソリンを噴射してガソリン及び空気からなる混合気を形成する。
【００３２】
また、シリンダブロック１１ａの上部には、燃焼室１６内へ天然ガスを直接噴射供給するための気体用燃料噴射弁６１が設けられている。この気体用燃料噴射弁６１は、供給通路６２を介して天然ガスが充填されたガスタンク６３に接続されている。供給通路６２の途中には、ガスタンク６３から気体用燃料噴射弁６１へ供給される天然ガスの圧力を一定にするためのプレッシャレギュレータ６４が設けられている。その供給通路６２内のガス圧は、ガス圧センサ６５によって検出される。そして、気体用燃料噴射弁６１は、圧縮行程にて燃焼室１６内の気体が圧縮されるとき天然ガスを噴射し、その天然ガスを燃焼室１６に供給する。
【００３３】
一方、シリンダヘッド１５には、燃焼室１６内に充填された燃料に対して点火を行うための点火プラグ５１が設けられている。この点火プラグ５１は、イグナイタモジュール５３を介して、自動車のバッテリ５４に接続されている。イグナイタモジュール５３は、点火プラグ５１による点火を行うためのイグナイタ５３ａと、燃料燃焼時に点火プラグ５１の電極５１ａ，５１ｂ間に流れるイオン電流を検出するイオン電流検出回路部５３ｂとを備えている。
【００３４】
そして、燃焼室１６内のガソリンや天然ガスといった燃料に対して点火が行われて同燃料が燃焼すると、その燃焼エネルギーによってピストン１２が往復移動してクランクシャフト１４が回転し、エンジン１１が駆動されるようになる。また、イグナイタモジュール５３は、点火が行われていないときには点火プラグ５１の電極５１ａ，５１ｂ間に低電圧を印加する。これにより、燃料の燃焼時に発生するイオンにより、その燃料の燃焼時に点火プラグ５１の電極５１ａ，５１ｂ間にイオン電流が流れ、そのイオン電流がイオン電流検出回路部５３ｂによって検出される。
【００３５】
従って、点火プラグ５１による点火の前に燃焼室１６内にて燃料が自然着火する、いわゆるプレイグニッションが発生した場合には、上記イオン電流の発生時期が通常よりも早くなる。そのため、そのイオン電流の発生時期に基づき、プレイグニッションの発生を検出することができるようになる。
【００３６】
ここで、上記気体用燃料噴射弁６１の配設位置の詳細について図１〜図３を参照して説明する。
ピストン１２の移動方向（図１の上下方向）についての気体用燃料噴射弁６１の配設位置は、点火時のピストン１２の頭部よりもクランクシャフト１４側の位置となっている。従って、点火プラグ５１による点火時には、図１に示すように気体用燃料噴射弁６１がピストン１２によって隠れ、燃焼室１６内にて露出することがなくなる。従って、燃料が燃焼されるときの熱により気体用燃料噴射弁６１が過度に過熱されることは防止され、その過熱された気体用燃料噴射弁６１がプレイグニッションの発生原因になるのを防止することができるようになる。
【００３７】
また、気体用燃料噴射弁６１は、その燃料噴射方向（図２及び図３に矢印Ａで示す方向）がピストン１２の中心軸線Ｌから図２に示す所定値αだけずれるように配設されている。更に、気体用燃料噴射弁６１は、その噴射された天然ガスが点火プラグ５１へ向かうようにピストン１２の径方向に対して図３に示す角度βだけ傾斜して設けられている。
【００３８】
天然ガス等の気体燃料は、空気等の気体に対して混合されにくたいめ、燃焼室１６内にて不均等に分布した状態となり易い。しかし、上記のように気体用燃料噴射弁６１を配設することにより、圧縮行程時に気体用燃料噴射弁６１から噴射された天然ガスによってスワールが発生し、そのスワールによって天然ガスが図２及び図３に二点鎖線での矢印Ｂで示すように螺旋状に移動して点火プラグ５１の周りに集められる。そのため、点火プラグ５１周りの天然ガス濃度を的確に燃焼に適した値とすることができ、その濃度が不適正になって燃焼状態が悪化するのを防止することが可能になる。
【００３９】
なお、気体用燃料噴射弁６１の位置及び傾斜を決定する所定値α及び角度βは、その気体用燃料噴射弁６１から噴射された天然ガスがスワールによって的確に点火プラグ５１周りに集まるような値に予め設定される。
【００４０】
次に、本実施形態における燃焼装置の電気適構成を図４に基づき説明する。
この燃焼装置は、燃料噴射量、燃料噴射時期、及び点火時期などエンジン１１の各種運転状態を制御するための電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という）９２を備えている。このＥＣＵ９２は、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６等を備える論理演算回路として構成されている。
【００４１】
ここで、ＲＯＭ９３は各種制御プログラムや、その各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されたメモリであり、ＣＰＵ９４はＲＯＭ９３に記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭ９５はＣＰＵ９４での演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリであり、バックアップＲＡＭ９６はエンジン１１の停止時に保存すべきデータを記憶する不揮発性のメモリである。そして、ＲＯＭ９３、ＣＰＵ９４、ＲＡＭ９５及びバックアップＲＡＭ９６は、バス９７を介して互いに接続されるとともに、外部入力回路９８及び外部出力回路９９と接続されている。
【００４２】
外部入力回路９８には、水温センサ１１ｂ、吸気温センサ３７、イオン電流検出回路部５３ｂ、及びガス圧センサ６５等が接続されている。一方、外部出力回路９９には、液体用燃料噴射弁５０、イグナイタ５３ａ、及び気体用燃料噴射弁６１等が接続されている。
【００４３】
次に、上記のように構成されたＥＣＵ９２を通じて実行される燃料噴射制御の概要について説明する。
ＥＣＵ９２は、水温センサ１１ｂ及び吸気温センサ３７からの検出信号に基づき、エンジン１１の冷却水温ＴＨＷ及び吸入空気温度（吸気温）ＴＨＡを求める。
【００４４】
そして、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡがいずれも所定値Ｋ１（例えば−１０℃）以下であって、極めて低温な状態でのエンジン１１の運転が行われるときには、ＥＣＵ９２は、気体用燃料噴射弁６１を駆動して天然ガスのみを燃料として燃焼室１６内に噴射供給する。
【００４５】
極低温時にはガソリンに対する着火性が低下することから、仮にガソリンを供給する場合には上記着火性の低下を防止するためにガソリンの増量を行う必要が生じ、ガソリンの燃料消費率が悪化することとなる。しかし、上記のように極低温時にガソリンよりも着火性のよい天然ガスのみを供給することで、良好な着火性を得ることと燃料消費率の抑制との両立が図られる。
【００４６】
また、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡがいずれも上記所定値Ｋ１よりも大きく、且つ所定値Ｋ２（例えば６０℃）以下であって、通常の低温状態でのエンジン１１の運転が行われるときには、ＥＣＵ９２は、液体用燃料噴射弁５０と気体用燃料噴射弁６１との両方を駆動してガソリンと天然ガスとの両方を燃料として供給する。
【００４７】
この場合にも、噴射される天然ガスが点火プラグ５１周りに的確に集められ、その点火プラグ５１周りの天然ガス濃度が着火に適切な値とされるため、噴射されるガソリンの量を少なくしても良好な燃料への着火性を維持することができるようになる。従って、その噴射されるガソリンの量を少なくして、燃料消費率を抑制することができるようになる。
【００４８】
更に、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡがいずれも上記所定値Ｋ２よりも大きくエンジンの暖機が完了した状態にあっては、ＥＣＵ９２は、液体用燃料噴射弁５０を駆動してガソリンのみを燃料として供給する。
【００４９】
現状では、天然ガス等の気体燃料を補給する設備を備えたガソリンスタンド等の補給場所が少ないため、上記のようにエンジン１１の暖機完了後に天然ガスの供給を停止して天然ガスの消費を抑えることが好ましい。そして、天然ガスの消費を極力抑えることで、天然ガスの補給ができずにガソリンのみによってエンジン１１の駆動が行われるという運転状況を少なくすることが可能になる。
【００５０】
上記のように供給される燃料を切り換えることにより、図５に示すように、エンジン１１の燃料は、「ＴＨＷ，ＴＨＡ＜Ｋ１」のとき天然ガスのみ、「Ｋ１≦ＴＨＷ，ＴＨＡ≦Ｋ２」のときガソリンと天然ガスとの両方、「Ｋ２＜ＴＨＷ，ＴＨＡ」のときガソリンのみになる。
【００５１】
一方、ＥＣＵ９２は、イオン電流検出回路部５３ｂからの信号に基づきプレイグニッションの発生を検出する。そして、プレイグニッションの発生が検出されたとき、ＥＣＵ９２は、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡに係わらず、供給される燃料をガソリンのみとする。このように天然ガスよりも着火性が劣るガソリンのみを供給することによって、そのプレイグニッションの発生を好適に防止することができるようになる。
【００５２】
次に、上記エンジン１１における燃料噴射制御の手順について図６を参照して説明する。図６は、エンジン１１に供給される燃料を切り換えるための燃料噴射制御ルーチンを示すフローチャートである。この燃料噴射制御ルーチンは、ＥＣＵ９２を通じて例えば所定時間毎の時間割り込みにて実行される。
【００５３】
同ルーチンにおいて、ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０１の処理として、ガス圧センサ６５からの検出信号に基づき供給通路６２内における天然ガスの圧力を求め、その圧力に基づきガスタンク６３内の天然ガス残量が「０」か否かを判断する。また、ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０２の処理として、プレイグニッション発生の有無を判断する。
【００５４】
そして、上記ステップＳ１０１，Ｓ１０２の処理のうち、いずれかでＮＯと判断されるとステップＳ１０７に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０７の処理として、液体用燃料噴射弁５０を駆動してガソリンのみをエンジン１１に噴射供給する。従って、ガスタンク６３内に天然ガスがないときやプレイグニッションの発生時には、ガソリンのみによってエンジン１１が駆動されるようになる。
【００５５】
また、上記ステップＳ１０１，Ｓ１０２の両方の処理でＹＥＳと判断されると、ステップＳ１０３に進む。このステップＳ１０３以降の処理は、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡに応じてエンジン１１の燃料を切り換えるためのものである。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０３の処理として、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡが所定値Ｋ１（−１０℃）よりも小さいか否かを判断し、「ＴＨＷ，ＴＨＡ＜Ｋ１」ならばステップＳ１０５に進む。
【００５６】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０５の処理として、気体用燃料噴射弁６１を駆動して天然ガスのみをエンジン１１に噴射供給する。従って、天然ガス残量が「０」でなく且つプレイグニッションが発生していない条件下において、極めて低温の状態での運転が行われるときには天然ガスのみによってエンジン１１が駆動されるようになる。
【００５７】
また、上記ステップＳ１０３の処理において、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡが所定値Ｋ１（−１０℃）以上である旨判断されると、ステップＳ１０４に進む。ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０４の処理として、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡがが上記所定値Ｋ１よりも大きい所定値Ｋ２（６０°）以下であるか否かを判断し、「ＴＨＷ，ＴＨＡ≦Ｋ２」であるならばステップＳ１０６に進む。
【００５８】
ＥＣＵ９２は、ステップＳ１０６の処理として、液体用燃料噴射弁５０及び気体用燃料噴射弁６１を駆動し、ガソリンと天然ガスとの両方をエンジン１１に噴射供給する。従って、天然ガス残量が「０」でなく且つプレイグニッションが発生していない条件下において、通常の低温状態での運転が行われるときには、ガソリンと天然ガスとの両方によってエンジン１１が駆動されるようになる。
【００５９】
また、上記ステップＳ１０４の処理において、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡが所定値Ｋ２（６０℃）よりも大きい旨判断されると、ステップＳ１０７に進んでガソリンのみの噴射が行われるようになる。上記のように水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡに応じてステップＳ１０５〜Ｓ１０６の処理のうちのいずれかを実行した後、ＥＣＵ９２は、この燃料噴射制御ルーチンを一旦終了する。
【００６０】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）ピストン１２の移動方向（図１の上下方向）について、点火時のピストン１２の頭部よりもクランクシャフト１４側の位置に気体用燃料噴射弁６１を配設したため、点火プラグ５１による点火時には気体用燃料噴射弁６１がピストン１２によって隠れる。従って、点火プラグ５１による点火時に燃焼室１６内にて気体用燃料噴射弁６１が露出することはなくなり、燃料が燃焼されるときの熱により気体用燃料噴射弁６１が過度に過熱されることが防止される。そして、その過熱された気体用燃料噴射弁６１がプレイグニッションの発生原因になるのを防止することができる。
【００６１】
（２）気体用燃料噴射弁６１は、その燃料噴射方向（図２及び図３に矢印Ａで示す方向）がピストン１２の中心軸線Ｌから所定値αだけずれるように、且つ噴射された天然ガスが点火プラグ５１へ向かうようにピストン１２の径方向に対して角度βだけ傾斜して設けられる。その結果、圧縮行程時に噴射された天然ガスによってスワールが発生し、そのスワールによって天然ガスが図２及び図３に二点鎖線の矢印Ｂで示すように螺旋状に移動して点火プラグ５１の周りに的確に集められるようになる。従って、空気等の気体に対して混合されにくい天然ガス等の気体燃料を燃焼室１６に直接噴射供給する場合おいても、点火プラグ５１周りの天然ガス濃度を的確に燃焼に適した値とすることができ、その濃度が不適正になって燃焼状態が悪化するのを防止することができる。
【００６２】
（３）「Ｋ１≦ＴＨＷ，ＴＨＡ≦Ｋ２」であって通常の低温状態でエンジン１１が運転されるとき、燃料としてガソリンと天然ガスとの両方が使用されるが、その天然ガスは点火プラグ５１周りに的確に集められることとなる。そのため、点火プラグ５１周りの天然ガス濃度を着火に適切な値とし、噴射されるガソリンの量を少なくしても良好な燃料への着火を維持することができるようになる。従って、その噴射されるガソリンの量を少なくすることで、同ガソリンの燃料消費率を抑制することができる。
【００６３】
（４）「ＴＨＷ，ＴＨＡ＜Ｋ１」であって極低温な状態でエンジン１１が運転されるとき、燃料として天然ガスのみが使用されるようになる。その極低温時にはガソリンに対する着火性が低下することから、仮にガソリンを供給する場合には上記着火性の低下を防止するためにガソリンの増量を行う必要が生じ、ガソリンの燃料消費率が悪化することとなる。しかし、上記のように極低温時にガソリンよりも着火性のよい天然ガスのみを燃料として使用することで、良好な着火性を得ることと燃料消費率の抑制との両立を図ることができる。
【００６４】
（５）「Ｋ２＜ＴＨＷ，ＴＨＡ」であってエンジン１１の暖機が完了した状態にあっては、燃料としてガソリンのみが使用されて天然ガスの消費が抑制される。現状では、天然ガス等の気体燃料を補給する設備を備えたガソリンスタンド等の補給場所が少ないため、上記のようにエンジン１１の暖機完了後に天然ガスの供給を停止して天然ガスの消費を抑えることが好ましい。そして、天然ガスの消費を極力抑えることで、天然ガスの補給ができずにガソリンのみによってエンジン１１の駆動が行われるという運転状況を少なくすることできる。
【００６５】
（６）プレイグニッションの発生が検出されたときには、水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡに係わらず、供給される燃料を天然ガスよりも着火性の劣るガソリンのみとしたため、そのプレイグニッションの発生を好適に防止することができるようになる。
【００６６】
なお、本実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・本実施形態では、点火プラグ５１の電極５１ａ，５１ｂ間に流れるイオン電流に基づきプレイグニッションを検出したが、これに代えてイオン電流検出用のセンサを点火プラグ５１と別途に設けてもよい。また、イオン電流に基づきプレイグニッションを検出するのに代えて、他の方法を用いてプレイグニッションを検出してもよい。こうした方法として、燃焼室１６内の圧力、シリンダブロック１１ａの振動、及び燃焼光等に基づきプレイグニッションを検出することが考えられる。
【００６７】
・プレイグニッションが発生したときに必ずしもエンジン１１の燃料をガソリンのみにする必要はない。
・本実施形態では、水温ＴＨＷと吸気温ＴＨＡとの両方に基づき燃料を切り換えるようにしたが、これに代えて水温ＴＨＷと吸気温ＴＨＡとのいずれか一方に基づき燃料を切り換えるようにしてもよい。
【００６８】
・エンジン１１の燃料を切り換える温度、即ち所定値Ｋ１及び所定値Ｋ２を適宜変更してもよい。例えば所定値Ｋ１と所定値Ｋ２とを同じ値としてもよい。この場合、天然ガスとガソリンとを同時に供給することはなくなる。
【００６９】
・極低温状態のときに天然ガスの供給に加えてガソリンを供給したり、暖機完了状態のときガソリンの供給に加えて天然ガスを供給したりしてもよい。
・必ずしも水温ＴＨＷ及び吸気温ＴＨＡに基づき燃料の切り換えを行う必要はない。
【００７０】
・ガソリンの供給が行われず天然ガスの供給のみによって駆動されるエンジン１１に本発明を適用してもよい。
・気体用燃料噴射弁６１の位置及び角度を決定するための所定値α及び角度βを適宜変更してもよい。
【００７１】
・気体用燃料噴射弁６１をシリンダヘッド１５側に設けて燃焼室１６内に露出させてもよい。この場合、気体用燃料噴射弁６１から噴射される天然ガスを点火プラグ５１周りに集めるために、ピストン１２の頭部に窪みを設けることが好ましい。
【００７２】
・本実施形態では、気体燃料として天然ガスを例示したが、これに代えて例えばメタン、エタン、プロパン、ブタン等の炭化水素系ガス、水素、並びにガソリン気化物等を採用してもよい。
【００７３】
・本実施形態では、液体燃料としてガソリンを例示したが、これに代えて軽油、灯油、重油、メタノール、エタノール、及び動植物油等を採用してもよい。
次に、以上の実施形態から把握することができる請求項以外の技術的思想を、その効果とともに以下に記載する。
【００７４】
（１）燃料を燃焼室に噴射供給する燃料噴射弁と、その燃料噴射弁によって噴射供給された燃料に点火を行う点火プラグと、その点火に基づく燃料の燃焼によって往復移動するピストンと、そのピストンの往復移動に基づき回転する出力軸とを備える内燃機関の燃焼装置において、前記燃料噴射弁を前記点火プラグによる点火時の前記ピストン頭部の位置よりも前記出力軸側の位置に設けたことを特徴とする内燃機関の燃焼装置。
【００７５】
同構成によれば、点火プラグによる点火時には、燃料噴射弁がピストンによって隠れて燃焼室内に露出しないため、その露出する部分が過度に過熱されることに基づきプレイグニッションが発生し易くなるのを防止することができる。
【００７６】
（２）上記（１）に記載の内燃機関の燃焼装置において、前記燃料噴射弁は、その燃料噴射方向が前記ピストンの中心軸線からずれるように、且つ噴射燃料が前記点火プラグへ向かうように傾斜して設けられる内燃機関の燃焼装置。
【００７７】
同構成によれば、燃料噴射弁から噴射される燃料によってスワールが発生し、そのスワールによって燃料が的確に点火プラグの周りに集められるようになる。
（３）機関運転状態に応じて内燃機関の燃料を気体燃料と液体燃料とで切り換える内燃機関の燃焼装置において、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方に基づき同機関の燃料を切り換える燃料切換手段を備えることを特徴とする内縁機関の燃焼装置。
【００７８】
同構成によれば、内燃機関の機関温度や吸入空気温度に基づき燃料を切り換えることで、その機関温度や吸入空気温度にとって適切な燃料を選択して供給することができる。
【００７９】
（４）上記（３）に記載の内燃機関の燃焼装置において、前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方が所定の基準値よりも低いとき、同機関の燃料を切り換えて気体燃料のみによって内燃機関を駆動させる内燃機関の燃焼装置。
【００８０】
同構成によれば、内燃機関の機関温度や吸入空気温度が低いときには、着火性の良い気体燃料のみで内燃機関が駆動されるため、良好な着火性を得るための燃料増量等を行う必要がなくなる。そのため、燃料の良好な着火性を得ることと、燃料消費率を抑制することとの両立を図ることができるようになる。
【００８１】
（５）上記（３）に記載の内燃機関の燃焼装置において、前記燃料切換手段は、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方が所定の基準値よりも高いとき、同機関の燃料を切り換えて液体燃料のみによって内燃機関を駆動させる内燃機関の燃焼装置。
【００８２】
同構成によれば、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも高いときには、気体燃料の供給が停止されるため、その気体燃料の消費率を抑えることができる。
【００８３】
（６）機関運転状態に応じて内燃機関の燃料を気体燃料と液体燃料とで切り換える内燃機関の燃焼装置において、内燃機関にプレイグニッションが発生したとき、同機関の燃料を切り換えて液体燃料のみによって内燃機関を駆動させる燃料切換手段を備える内燃機関の燃焼装置。
【００８４】
同構成によれば、プレイグニッションが発生したとき、気体燃料よりも着火性が劣る液体燃料のみによって内燃機関が駆動されるため、そのプレイグニッションを好適に防止することができる。
【００８５】
【発明の効果】
請求項１記載の発明によれば、燃料噴射弁から噴射される気体燃料によってスワールが発生し、そのスワールによって気体燃料が的確に点火プラグの周りに集められるようになるため、点火時に点火プラグ周りの燃料濃度を的確に適正な状態にし、燃焼状態を良好に維持することができるようになる。
【００８６】
また、点火プラグによる点火時には、燃料噴射弁がピストンによって隠れて燃焼室内に露出しないため、その露出する部分が過度に過熱されてプレイグニッションが発生し易くなるのを防止することができる。
【００８８】
請求項２記載の発明によれば、着火性の良い気体燃料が点火プラグ周りに集められるため、気体燃料と液体燃料とが供給されるときにおいて、その液体燃料を少なくしても燃料の良好な着火性を維持す得ることができるようになる。従って、その液体燃料を少なくすることで燃料消費率が抑制されるようになる。
請求項３記載の発明によれば、着火性の良い気体燃料が点火プラグ周りに集められるため、気体燃料と液体燃料とが供給されるときにおいて、その液体燃料を少なくしても燃料の良好な着火性を維持す得ることができるようになる。従って、その液体燃料を少なくすることで燃料消費率が抑制されるようになる。またプレイグニッションが発生したとき、気体燃料よりも着火性が劣る液体燃料のみによって内燃機関が駆動されるため、そのプレイグニッションを好適に防止することができる。
請求項４記載の発明によれば、点火プラグによる点火時には、燃料噴射弁がピストンによって隠れて燃焼室内に露出しないため、その露出する部分が過度に過熱されてプレイグニッションが発生し易くなるのを防止することができる。
請求項５記載の発明によれば、燃料噴射弁から噴射される気体燃料によってスワールが発生し、そのスワールによって気体燃料が的確に点火プラグの周りに集められるようになる。
【００８９】
請求項６記載の発明によれば、内燃機関の機関温度や吸入空気温度に基づき燃料を切り換えることで、その機関温度や吸入空気温度にとって適切な燃料を選択して供給することができる。
【００９０】
請求項７記載の発明によれば、内燃機関の低温始動時など機関温度や吸入空気温度が低いときには、着火性の良い気体燃料のみで内燃機関が駆動されるため、良好な着火性を得るための燃料増量等を行う必要がなくなる。そのため、燃料の良好な着火性を得ることと、燃料消費率を抑制することとの両立を図ることができるようになる。
【００９１】
請求項８記載の発明によれば、内燃機関の機関温度と吸入空気温度との少なくとも一方の温度が所定の基準値よりも高いときには、気体燃料の供給が停止されるため、その気体燃料の消費率を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の燃焼装置が適用されたエンジンを示す断面図。
【図２】同エンジンにおけるシリンダブロックの平断面図。
【図３】同シリンダブロックの縦断面。
【図４】上記燃焼装置の電気的構成を示すブロック図。
【図５】冷却水温及び吸気温の変化に対する燃料の切換態様を示す図。
【図６】燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【符号の説明】
１１…エンジン、１１ｂ…水温センサ、１２…ピストン、１４…クランクシャフト、１６…燃焼室、３７…吸気温センサ、５０…液体用燃料噴射弁、５１…点火プラグ、５３…イグナイタモジュール、５３ａ…イグナイタ、５３ｂ…イオン電流検出回路部、６１…気体用燃料噴射弁、９２…電子制御ユニット（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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