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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022182969
(43)【公開日】2022-12-08
(54)【発明の名称】ガスエンジンの制御装置、及びガス燃料用の燃料噴射弁
(51)【国際特許分類】
F02D 19/02 20060101AFI20221201BHJP
F02D 41/04 20060101ALI20221201BHJP
F02D 43/00 20060101ALI20221201BHJP
F02M 21/02 20060101ALI20221201BHJP
【ＦＩ】
F02D19/02 A
F02D41/04
F02D19/02 D
F02D43/00 301J
F02D43/00 301G
F02M21/02 G
F02M21/02 L
F02M21/02 301R
【審査請求】未請求
【請求項の数】21
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021211132
(22)【出願日】2021-12-24
(31)【優先権主張番号】P 2021090599
(32)【優先日】2021-05-28
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(71)【出願人】
【識別番号】000004260
【氏名又は名称】株式会社デンソー
(74)【代理人】
【識別番号】100121821
【弁理士】
【氏名又は名称】山田 強
(74)【代理人】
【識別番号】100139480
【弁理士】
【氏名又は名称】日野 京子
(74)【代理人】
【識別番号】100125575
【弁理士】
【氏名又は名称】松田 洋
(74)【代理人】
【識別番号】100175134
【弁理士】
【氏名又は名称】北 裕介
(74)【代理人】
【識別番号】100207859
【弁理士】
【氏名又は名称】塩谷 尚人
(72)【発明者】
【氏名】樋口（武内） あづ彩
(72)【発明者】
【氏名】青柳 賢司
【テーマコード（参考）】
3G092
3G301
3G384
【Ｆターム（参考）】
3G092AA01
3G092AA06
3G092AB06
3G092BB06
3G092BB08
3G092FA15
3G092FA24
3G092HA05Z
3G092HE01Z
3G301HA01
3G301HA04
3G301HA22
3G301JA02
3G301JA21
3G301MA18
3G301MA28
3G301PA07Z
3G301PE01Z
3G384AA01
3G384AA06
3G384AA14
3G384BA15
3G384BA18
3G384DA02
3G384DA14
3G384FA08Z
3G384FA56Z
(57)【要約】
【課題】燃焼室内での混合気の均質性の向上を図る。
【解決手段】エンジン１０は、気筒内を往復動するピストン１３と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室１４内に直接噴射する燃料噴射弁３１とを備え、燃料噴射弁３１から噴射されたガス燃料が燃焼室１４内で燃焼に供される。ＥＣＵ８０は、燃焼室１４内において燃料噴射弁３１から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、を備えている。
【選択図】 図１
【解決手段】エンジン１０は、気筒内を往復動するピストン１３と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室１４内に直接噴射する燃料噴射弁３１とを備え、燃料噴射弁３１から噴射されたガス燃料が燃焼室１４内で燃焼に供される。ＥＣＵ８０は、燃焼室１４内において燃料噴射弁３１から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、を備えている。
【選択図】 図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
気筒内を往復動するピストン（１３）と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室（１４）内に直接噴射する燃料噴射弁（３１）とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン（１０）に適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置（８０）。
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置（８０）。
【請求項2】
前記燃料噴射弁の燃料噴射制御の指令値として、前記算出部により算出された均質度推定値が所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを設定する設定部を備え、
前記制御部は、前記設定部により設定された前記指令値としての燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる、請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
前記制御部は、前記設定部により設定された前記指令値としての燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかに基づいて、前記燃料噴射弁による燃料噴射を行わせる、請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項3】
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記設定部は、前記燃料噴射時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、請求項２に記載のガスエンジンの制御装置。
前記設定部は、前記燃料噴射時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、請求項２に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項4】
前記設定部は、噴射開始時期を前記燃料噴射時期とし、噴射開始時期の進角限界と遅角限界との間である設定可能範囲内で前記複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値であり、かつ前記設定可能範囲内で最も進角となる前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、請求項３に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項5】
前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、それら均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃料噴射時期を設定する、請求項４に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項6】
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とをパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、燃圧を高い圧力に変えて前記算出部により再び前記均質度推定値を算出し、前記均質度推定値が前記閾値よりも大きくなる燃料噴射時期と燃圧とを、前記指令値として設定する、請求項４に記載のガスエンジンの制御装置。
前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、燃圧を高い圧力に変えて前記算出部により再び前記均質度推定値を算出し、前記均質度推定値が前記閾値よりも大きくなる燃料噴射時期と燃圧とを、前記指令値として設定する、請求項４に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項7】
前記算出部は、燃圧をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記設定部は、燃圧の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃圧を設定する、請求項２に記載のガスエンジンの制御装置。
前記設定部は、燃圧の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち前記閾値よりも大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃圧を設定する、請求項２に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項8】
前記設定部は、前記候補値ごとに算出した前記均質度推定値が全て前記閾値よりも小さい場合に、それら均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記指令値としての燃圧を設定する、請求項７に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項9】
前記算出部は、前記燃料噴射弁の噴射開始時期をパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出するものであり、
前記噴射開始時期の進角限界と遅角限界との間である設定可能範囲内で前記噴射開始時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記制御部の制御指令値としての燃料噴射時期を設定する設定部を備える、請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
前記噴射開始時期の進角限界と遅角限界との間である設定可能範囲内で前記噴射開始時期の複数の候補値を定め、それら候補値ごとに前記算出部により前記均質度推定値を算出するとともに、該算出した各均質度推定値のうち最も大きい均質度推定値に対応する前記候補値に基づいて、前記制御部の制御指令値としての燃料噴射時期を設定する設定部を備える、請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項10】
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期をパラメータとして用いて、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料の噴流の大きさを示す噴流ペネトレーション推定値と、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とを算出するとともに、それら巻き上がり推定値と混合時間推定値と噴流ペネトレーション推定値とに基づいて前記均質度推定値を算出する、請求項１～９のいずれか１項に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項11】
前記算出部は、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期と燃圧とエンジン回転速度とエンジン負荷とをパラメータとして用いて前記均質度推定値を算出する、請求項１～９のいずれか１項に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項12】
気筒内を往復動するピストン（１３）と、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室（１４）内に直接噴射する燃料噴射弁（３１）とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジン（１０）に適用され、
前記燃焼室内が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置（８０）。
前記燃焼室内が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備える、ガスエンジンの制御装置（８０）。
【請求項13】
前記均質度判定部は、前記低均質状態になると判定された場合において、その均質度低下の要因が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの不足に起因する第１要因であるか、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間の不足に起因する第２要因であるかを判定し、
前記制御部は、
前記均質度低下の要因が前記第１要因であれば、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の遅角化を実施し、
前記均質度低下の要因が前記第２要因であれば、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角化を実施する、請求項１２に記載のガスエンジンの制御装置。
前記制御部は、
前記均質度低下の要因が前記第１要因であれば、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の遅角化を実施し、
前記均質度低下の要因が前記第２要因であれば、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期の進角化を実施する、請求項１２に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項14】
前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの大きさを示す巻き上がり推定値と、前記燃料噴射弁からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間を示す混合時間推定値とのいずれかを、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期に基づいて算出する算出部を備え、
前記均質度判定部は、前記低均質状態になると判定された場合において、前記巻き上がり推定値又は前記混合時間推定値に基づいて、均質度低下の要因が前記第１要因であるか前記第２要因であるかを判定する、請求項１３に記載のガスエンジンの制御装置。
前記均質度判定部は、前記低均質状態になると判定された場合において、前記巻き上がり推定値又は前記混合時間推定値に基づいて、均質度低下の要因が前記第１要因であるか前記第２要因であるかを判定する、請求項１３に記載のガスエンジンの制御装置。
【請求項15】
気筒内を往復動するピストン（１３）を備える４サイクルレシプロ型のエンジン（１０）に用いられ、燃焼室（１４）内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁（３１）であって、
前記エンジンは、吸気ポート（１５）と排気ポート（１６）とを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部（６１）が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔（６２）を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように設けられており、
前記燃焼室内において前記各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるように、前記吸気ポート及び前記排気ポートの各位置と前記各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、当該各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められている、ガス燃料用の燃料噴射弁。
前記エンジンは、吸気ポート（１５）と排気ポート（１６）とを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部（６１）が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔（６２）を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように設けられており、
前記燃焼室内において前記各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるように、前記吸気ポート及び前記排気ポートの各位置と前記各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、当該各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められている、ガス燃料用の燃料噴射弁。
【請求項16】
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第１領域（Ｒ１）、前記吸気ポート側の領域を第２領域（Ｒ２）とする場合に、前記複数の噴孔は、前記第１領域側及び前記第２領域側のうち前記第１領域側に向けてガス燃料を噴射する第１噴孔（６２Ａ）と、前記第２領域側に向けてガス燃料を噴射する第２噴孔（６２Ｂ）とを有しており、
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギが相違しており、前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強い、請求項１５に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギが相違しており、前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強い、請求項１５に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
【請求項17】
前記複数の噴孔は、前記第１噴孔及び前記第２噴孔に加えて、前記第１領域及び前記第２領域の境界となる境界部に沿う向きにガス燃料を噴射する第３噴孔（６２Ｃ）を有しており、
前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第３噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強い、請求項１６に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第３噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強い、請求項１６に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
【請求項18】
前記複数の噴孔は、前記第１噴孔及び前記第２噴孔に加えて、前記第１領域及び前記第２領域の境界となる境界部に沿う向きにガス燃料を噴射する第３噴孔（６２Ｃ）を有しており、
前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第３噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱い、請求項１６又は１７に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第３噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱い、請求項１６又は１７に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
【請求項19】
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、互いに噴孔径が異なることにより前記噴射エネルギが相違している、請求項１６～１８のいずれか１項に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
【請求項20】
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第１領域（Ｒ１）、前記吸気ポート側の領域を第２領域（Ｒ２）とする場合に、前記複数の噴孔は、それぞれ前記第１領域及び前記第２領域の境界となる境界部においてその境界部に沿った方向にガス燃料を噴射する噴孔として設けられ、かつそれら各噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが互いに同等である、請求項１５に記載のガス燃料用の燃料噴射弁。
【請求項21】
気筒内を往復動するピストン（１３）を備える４サイクルレシプロ型のエンジン（１０）に用いられ、燃焼室（１４）において吸気側又は排気側にオフセットした位置に配置され、当該燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁（３１）であって、
前記エンジンは、吸気ポート（１５）と排気ポート（１６）とを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、前記燃焼室において上面中央部となる位置に点火プラグ（３２）が設けられており、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部（６１）が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔（６２）を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料を噴射させるように設けられており、
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第１領域（Ｒ１）、前記吸気ポート側の領域を第２領域（Ｒ２）とする場合に、前記複数の噴孔は、前記第１領域側及び前記第２領域側のうち前記第１領域側に向けてガス燃料を噴射する第１噴孔（６１Ａ）と、前記第２領域側に向けてガス燃料を噴射する第２噴孔（６２Ｂ）とを有しており、
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギの状態が相違しており、前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっているとともに、前記燃焼室内において前記第１噴孔及び前記第２噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、当該各噴孔から前記点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなっている、ガス燃料用の燃料噴射弁。
前記エンジンは、吸気ポート（１５）と排気ポート（１６）とを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、前記燃焼室において上面中央部となる位置に点火プラグ（３２）が設けられており、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部（６１）が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔（６２）を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料を噴射させるように設けられており、
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第１領域（Ｒ１）、前記吸気ポート側の領域を第２領域（Ｒ２）とする場合に、前記複数の噴孔は、前記第１領域側及び前記第２領域側のうち前記第１領域側に向けてガス燃料を噴射する第１噴孔（６１Ａ）と、前記第２領域側に向けてガス燃料を噴射する第２噴孔（６２Ｂ）とを有しており、
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギの状態が相違しており、前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっているとともに、前記燃焼室内において前記第１噴孔及び前記第２噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、当該各噴孔から前記点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなっている、ガス燃料用の燃料噴射弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この明細書における開示は、ガスエンジンの制御装置、及びガス燃料用の燃料噴射弁に関する。
【背景技術】
【0002】
圧縮天然ガス（ＣＮＧ）や水素等のガス燃料を用いるガスエンジンにおいて、燃料噴射弁から燃焼室内にガス燃料を噴射する技術として、吸気行程と圧縮行程とでガス燃料を噴射する技術が知られている（例えば特許文献１参照）。この場合、可能な限り圧縮行程でガス燃料を噴射することにより、燃焼室内の充填効率を上げることができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特許第４１９６７３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
しかしながら、可能な限り圧縮行程でガス燃料を噴射しようとすると、混合気形成の時間が減り、燃焼室内での混合気の均質性低下が懸念される。また、燃焼室内での混合気の均質性低下の原因としては、燃焼室内への新気の流入により生じる筒内流動が考えられる。混合気の均質性が低下すると、未燃損失の増加による熱効率の低下や排気エミッションの悪化が懸念される。そのため、混合気の均質性向上の技術が望まれる。
【0005】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、燃焼室内での混合気の均質性の向上を図ることができるガスエンジンの制御装置、及びガス燃料用の燃料噴射弁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】
【0006】
上記課題を解決すべく、本発明におけるガスエンジンの制御装置は、
気筒内を往復動するピストンと、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジンに適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
気筒内を往復動するピストンと、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジンに適用され、
前記燃焼室内において前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出する算出部と、
前記算出部により算出された均質度推定値に基づいて、前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【0007】
ガスエンジンでは、燃焼室内においてガス燃料と空気とからなる混合気の均質度に応じて燃焼状態が変動する。また、混合気の均質度は、燃料噴射時期や燃圧といった噴射条件に応じて変動する。この点に着目し、燃焼室内において燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度を、均質度推定値として算出し、その均質度推定値に基づいて、燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御するようにした。この場合、燃料噴射時期や燃圧の制御により、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間が適度に変わり、燃焼室内において均質度の適正化を図ることができる。これにより、ガスエンジンにおいてガス燃料を適正に燃焼させることができる。
【0008】
なお、混合気の均質度は、燃焼室内において混合のばらつきに応じたものでもあり、燃焼室内での混合のばらつきが小さいほど均質度が高いものとなっている。また、混合気の均質度は、燃焼室内でのガス燃料の濃度分布のばらつきに応じたものでもあり、燃焼室内での濃度分布のばらつきが小さいほど均質度が高いものとなっている。
【0009】
また、ガスエンジンの制御装置に関する別の発明は、
気筒内を往復動するピストンと、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジンに適用され、
前記燃焼室内が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備えることを特徴とする。
気筒内を往復動するピストンと、所定の燃圧に圧力調整されたガス燃料を燃焼室内に直接噴射する燃料噴射弁とを備え、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料が前記燃焼室内で燃焼に供されるガスエンジンに適用され、
前記燃焼室内が、前記燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定する均質度判定部と、
前記低均質状態になると判定された場合に、前記均質度を高めるべく前記燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施する制御部と、
を備えることを特徴とする。
【0010】
上記構成では、燃焼室内が、燃料噴射弁から噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質の度合を示す均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、均質度を高めるべく燃料噴射弁の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかの制御を実施するようにした。この場合、燃料噴射時期や燃圧の制御により、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間が適度に変わり、燃焼室内において均質度の適正化を図ることができる。これにより、ガスエンジンにおいてガス燃料を適正に燃焼させることができる。
【0011】
また、燃料噴射弁に関する発明は、
気筒内を往復動するピストンを備える４サイクルレシプロ型のエンジンに用いられ、燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁であって、
前記エンジンは、吸気ポートと排気ポートとを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように設けられており、
前記燃焼室内において前記各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるように、前記吸気ポート及び前記排気ポートの各位置と前記各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、当該各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められている、ことを特徴とする。
気筒内を往復動するピストンを備える４サイクルレシプロ型のエンジンに用いられ、燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁であって、
前記エンジンは、吸気ポートと排気ポートとを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように設けられており、
前記燃焼室内において前記各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるように、前記吸気ポート及び前記排気ポートの各位置と前記各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、当該各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められている、ことを特徴とする。
【0012】
エンジンにおいて、ＣＮＧや水素等のガス燃料を用いる場合には、可能な限り圧縮行程でガス燃料を噴射することにより燃焼室内の充填効率を上げることができる。しかし、圧縮行程噴射とすることで、混合気形成の時間が減少し均質性の低下が懸念される。また、吸気行程での吸気ポートからの新気の流入により筒内流動が生じると、燃焼室内において吸気ポート側の領域と排気ポート側の領域とで異なる態様の筒内流動が生じ、それに起因して、やはり均質性の低下が生じることが考えられる。具体的には、燃焼室内において、排気ポート側の領域では下向き（ヘッド側からピストン上面側への向き）で縦旋回成分の筒内流動が生じるとともに、吸気ポート側の領域では上向き（ピストン上面側からヘッド側への向き）で縦旋回成分の筒内流動が生じ、これにより、燃焼室内において混合気の均質性にばらつきが生じることが考えられる。
【0013】
この点、上記構成では、噴射弁先端部の噴射部において、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料が噴射されるように複数の噴孔が設けられているため、高分散となる状態でのガス燃料の噴射が可能となっている。また、吸気ポート及び排気ポートの各位置と各噴孔からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、各噴孔から噴射されるガス燃料の噴流の状態を定め、燃焼室内で生じる筒内流動にかかわらず、燃焼室内において各噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるようにした。これらにより、燃焼室内における混合気の均質性向上を実現することができる。
【0014】
また、燃料噴射弁に関する別の発明は、
気筒内を往復動するピストンを備える４サイクルレシプロ型のエンジンに用いられ、燃焼室において吸気側又は排気側にオフセットした位置に配置され、当該燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁であって、
前記エンジンは、吸気ポートと排気ポートとを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、前記燃焼室において上面中央部となる位置に点火プラグが設けられており、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料を噴射させるように設けられており、
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第１領域、前記吸気ポート側の領域を第２領域とする場合に、前記複数の噴孔は、前記第１領域側及び前記第２領域側のうち前記第１領域側に向けてガス燃料を噴射する第１噴孔と、前記第２領域側に向けてガス燃料を噴射する第２噴孔とを有しており、
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギの状態が相違しており、前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっているとともに、前記燃焼室内において前記第１噴孔及び前記第２噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、当該各噴孔から前記点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなっている、ことを特徴とする。
気筒内を往復動するピストンを備える４サイクルレシプロ型のエンジンに用いられ、燃焼室において吸気側又は排気側にオフセットした位置に配置され、当該燃焼室内にガス燃料を直接噴射するガス燃料用の燃料噴射弁であって、
前記エンジンは、吸気ポートと排気ポートとを有し、吸気行程で前記吸気ポートから流入する空気により前記燃焼室内に縦旋回成分を含む筒内流動を生じさせるものであり、前記燃焼室において上面中央部となる位置に点火プラグが設けられており、
噴射弁先端部には、ガス燃料を噴射させる噴射部が設けられており、
前記噴射部は複数の噴孔を有し、その複数の噴孔は、噴射弁中心軸から離反する向きに燃料を噴射させるように設けられており、
前記燃焼室内を二分し前記排気ポート側の領域を第１領域、前記吸気ポート側の領域を第２領域とする場合に、前記複数の噴孔は、前記第１領域側及び前記第２領域側のうち前記第１領域側に向けてガス燃料を噴射する第１噴孔と、前記第２領域側に向けてガス燃料を噴射する第２噴孔とを有しており、
前記第１噴孔と前記第２噴孔とでは、噴射されるガス燃料の噴射エネルギの状態が相違しており、前記第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、前記第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっているとともに、前記燃焼室内において前記第１噴孔及び前記第２噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、当該各噴孔から前記点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなっている、ことを特徴とする。
【0015】
燃焼室において吸気側又は排気側にオフセットした位置に配置された燃料噴射弁では、混合気の均質性向上を図るべく、各噴孔からの噴流が筒内流動の影響を受けることに加え、各噴孔からの噴流がピストン上面に衝突して巻き上がった後に点火プラグに到達するまでの所要時間が相違することを考慮することが望ましい。この点、第１噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第２噴孔から噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くするとともに、燃焼室内において第１噴孔及び第２噴孔から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が、これら各噴孔から点火プラグまでのガス燃料の移動距離に比例するものとなるようにした。これにより、各噴孔からの噴流が筒内流動の影響を受けることと、各噴孔からの噴流が点火プラグに到達するまでの所要時間が相違することとを考慮しつつ、燃焼室内における混合気の均質性向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】エンジンシステムの概要を示す図。
【図2】シリンダヘッドにおける開口部や燃料噴射弁等の配置を示す図。
【図3】燃料噴射弁の断面図。
【図4】燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【図5】筒内流動について説明するための図。
【図6】筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を説明するための図。
【図7】各噴孔の構成を説明するための図。
【図8】筒内流動によらずガス燃料の噴流の貫徹力が等しくなった状態を示す図。
【図9】各噴孔の構成を説明するための図。
【図10】第１実施形態の変形例において各噴孔の構成を説明するための図。
【図11】第２実施形態において筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を説明するための図。
【図12】各噴孔の構成を説明するための図。
【図13】第３実施形態において燃焼室内の噴流の軌跡を示す図。
【図14】筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を説明するための図。
【図15】筒内流動によらずガス燃料の噴流の貫徹力が等しくなった状態を示す図。
【図16】第４実施形態における制御システムの構成図。
【図17】均質度推定値の算出手法を説明するためのブロック図。
【図18】均質度推定値を算出するための関係図。
【図19】均質度推定値を算出するための関係図。
【図20】均質度推定値を算出するための関係図。
【図21】燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【図22】燃料噴射時期を説明するためのタイムチャート。
【図23】噴射開始時期と充填効率との関係を示す図。
【図24】噴射開始時期に対応する均質度推定値を示す図。
【図25】第５実施形態において燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【図26】燃圧に対応する均質度推定値を示す図。
【図27】第６実施形態において燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【図28】噴射開始時期に対応する均質度推定値を示す図。
【図29】第７実施形態において燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【図30】変形例における燃料噴射制御の手順を示すフローチャート。
【図31】変形例における燃料噴射の形態を説明するための図。
【発明を実施するための形態】
【0017】
（第１実施形態）
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車載エンジンシステムにおいて、エンジンとして、ガス燃料である水素又はＣＮＧを燃料として使用するガスエンジンを用いる構成としている。本システムの全体概略図を図１に示す。
以下、本発明を具体化した実施形態について図面を参照しつつ説明する。本実施形態では、車載エンジンシステムにおいて、エンジンとして、ガス燃料である水素又はＣＮＧを燃料として使用するガスエンジンを用いる構成としている。本システムの全体概略図を図１に示す。
【0018】
図１に示すエンジンシステムにおいて、エンジン１０は、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１燃焼サイクルとする筒内噴射式の４サイクル多気筒エンジンである。エンジン１０は、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とを有しており、シリンダブロック１１に形成された各気筒１１ａ内にピストン１３が収容されている。また、シリンダ内壁とシリンダヘッド１２とピストン１３とにより燃焼室１４が区画形成されている。シリンダヘッド１２には、燃焼室１４に開口する吸気ポート１５と排気ポート１６とが形成されている。これら吸気ポート１５及び排気ポート１６は、それぞれ図示しないカムによって駆動される吸気弁２１と排気弁２２とにより開閉されるようになっている。吸気ポート１５には外気を吸入するための吸気管２３が接続され、排気ポート１６には、排気を排出するための排気管２４が接続されている。
【0019】
吸気管２３にはサージタンク２５が設けられ、このサージタンク２５に、吸気管内の圧力を検知する吸気圧センサ２６が設けられている。吸気管２３においてサージタンク２５よりも上流側にはスロットルバルブ２７が設けられている。排気管２４には、排気中のＣＯ，ＨＣ，ＮＯｘ等を浄化するための三元触媒等の触媒が設けられている。
【0020】
シリンダヘッド１２には、気筒１１ａごとに燃料噴射弁３１と点火プラグ３２とが取り付けられている。燃料噴射弁３１は、燃料供給装置４０から供給される燃料を燃焼室１４内に直接噴射する。燃焼室１４では、燃料噴射弁３１から噴射された燃料が点火プラグ３２の火花放電により着火され、燃焼に供される。
【0021】
図２は、シリンダヘッド１２における開口部や燃料噴射弁３１等の配置を示す図である。シリンダヘッド１２には、吸気ポート１５における燃焼室１４側の開口部として２つの吸気口１５ａが設けられるとともに、排気ポート１６における燃焼室１４側の開口部として２つの排気口１６ａが設けられている。つまり、シリンダヘッド１２には、燃焼室１４に通じる４つの開口部が設けられている。そして、燃焼室１４の上面中央部に、燃料噴射弁３１及び点火プラグ３２が設けられている。
【0022】
図１の説明に戻り、燃料噴射弁３１には、燃料配管３５を介して燃料容器３６が接続されている。燃料容器３６には、ガス燃料が高圧状態で貯蔵されている。燃料配管３５には、減圧弁や主止弁、遮断弁など、燃料容器３６からの燃料供給を調節する調節弁３７と、燃料噴射弁３１に供給されるガス燃料の圧力（燃圧）を調節する燃圧レギュレータ３３とが設けられている。減圧弁は、燃料容器３６から供給されるガス燃料が異常高圧となった場合に燃圧を所定の設定圧（例えば３．０ＭＰａ）まで減圧する。主止弁及び遮断弁は、燃料配管３５におけるガス燃料の流通の許容及び遮断を行う。燃圧レギュレータ３３は、例えば１～３ＭＰａの範囲内で燃圧を調節する。
【0023】
ＥＣＵ８０は、周知の通りＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等よりなるマイクロコンピュータを主体として構成された電子制御装置であり、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ８０は、吸気圧センサ２６や不図示の回転速度センサ等から各種検出信号を入力し、その検出信号に基づいて燃料噴射弁３１及び点火プラグ３２の動作を制御する。
【0024】
次に、燃料噴射弁３１の構成を説明する。図３は燃料噴射弁３１の断面図である。
【0025】
図３に示すように、燃料噴射弁３１は、第１ニードル４１と、第２ニードル４２と、これら各ニードル４１，４２を収容するボディ４３とを有する。第１ニードル４１には可動コア４４が固定されており、第１ニードル４１及び可動コア４４はスプリング４５により図の下方に付勢されている。この場合、第１ニードル４１は、ボディ４３に形成された第１弁座４３ａに当接する向き、すなわち第１ニードル４１によりボディ４３内の燃料通路４６を遮断する向きに付勢されている。また、燃料噴射弁３１はソレノイドコイル４８を有しており、ソレノイドコイル４８の通電により、第１ニードル４１及び可動コア４４がスプリング４５の付勢力に抗して図の上方に移動可能となっている。
【0026】
また、ボディ４３の先端部には、円筒状の筒体５１が固定されており、ボディ４３において第１ニードル４１と筒体５１との間に第２ニードル４２が収容されている。第２ニードル４２は、スプリング５２により図の上方、すなわちボディ４３に形成された第２弁座４３ｂに当接する向きに付勢されている。第１ニードル４１及び第２ニードル４２は、軸方向に互いに離間した状態で設けられており、それら各ニードル４１，４２の間には中間室５３が形成されている。
【0027】
また、ボディ４３の先端部には、筒体５１内の通路５１ａを塞ぐ位置に噴射部としてのキャップ６１が取り付けられている。キャップ６１は、略半球状に膨出した膨出部６１ａを有し、その膨出部６１ａに複数の噴孔６２が設けられている。これにより、燃料噴射弁３１が多孔構造となっている。各噴孔６２は、燃料噴射弁３１の中心軸Ｊから離反する向きに燃料が噴射されるように、すなわち放射状となる向きに燃料が噴射されるように設けられている。
【0028】
ソレノイドコイル４８の非通電時には、第１ニードル４１が第１弁座４３ａに着座し、燃料通路４６が遮断されている。第２ニードル４２は第２弁座４３ｂに着座した状態で保持されている。これにより、燃料噴射弁３１は、燃料噴射を停止した状態で保持される。一方、ソレノイドコイル４８の通電時には、第１ニードル４１が第１弁座４３ａから離座することで燃料が中間室５３に流入する。この場合、中間室５３に流入した燃料の圧力により第２ニードル４２が図の下方に移動することで、第２ニードル４２が第２弁座４３ｂから離座し、燃料が第２ニードル４２の下流側に流れる。これにより、キャップ６１の噴孔６２から燃料が噴射される。
【0029】
ここで、ＥＣＵ８０により実施される燃料噴射制御の概要を図４のフローチャートを用いて説明する。
【0030】
図４において、ステップＳ１１では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度や要求トルクに基づいて燃料噴射量を決定する。ステップＳ１２では、燃料噴射量と、燃料噴射弁３１に供給されるガス燃料の圧力とに基づいて、噴射期間（燃料噴射弁３１の通電期間）を決定する。ステップＳ１３では、噴射開始時期を決定する。このとき、噴射開始時期に対する充填効率の感度を加味しつつ、充填効率が所定値以上となる範囲内においてより進角側の時期を噴射開始時期とする。ステップＳ１４では、噴射終了時期を決定する。このとき、所定の上限噴射終了時期以内の範囲において、ステップＳ１２，Ｓ１３で決定した噴射期間と噴射開始時期とに基づいて噴射終了時期を決定する。なお、上限噴射終了時期は、圧縮行程での筒内圧上昇に対して噴射可能な限界から定められた最遅角側の噴射終了時期であり、筒内圧と噴射圧とにより設定されるとよい。
【0031】
その後、ステップＳ１５では、燃料噴射弁３１から実際に噴射された実噴射量が、ステップＳ１１で算出した燃料噴射量（目標噴射量）に一致しているか否かを判定する。具体的には、排気管２４に設けられたＡ／Ｆセンサの検出値や燃料配管３５に設けられた燃料流量計の計測値に基づいて実噴射量を算出し、その実噴射量と目標噴射量との差が所定値以下であるか否かに応じて、実噴射量が目標噴射量に一致しているか否かを判定する。このとき、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、ステップＳ２０に進む。また、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、ステップＳ１６に進み、噴射時期の再設定を実施する。
【0032】
ステップＳ１６では、目標噴射量に対して実噴射量が不足している状態、又は目標噴射量に対して実噴射量が超過している状態を解消するための噴射終了時期の補正値を算出する。具体的には、実噴射量と目標噴射量との差に基づいて、噴射終了時期を遅角側又は進角側に補正するための補正値を算出する。このとき、実噴射量と目標噴射量との差が大きいほど、補正値として大きい値が算出されるとよい。また、燃料圧力に基づいて補正値を算出する構成としてもよく、燃料圧力が高いほど補正値を小さい値にするとよい。なお、補正値はあらかじめ定めた固定値であってもよい。
【0033】
ステップＳ１７では、ステップＳ１６で算出した補正値による補正後の噴射終了時期が上限噴射終了時期を超えるものであるか否かを判定する。そして、補正後の噴射終了時期が上限噴射終了時期を超えていれば、ステップＳ１８に進み、上限噴射終了時期を今回の燃料噴射での噴射終了時期とする。また、補正後の噴射終了時期が上限噴射終了時期を超えていなければ、ステップＳ１９に進み、補正後の噴射終了時期を今回の燃料噴射での噴射終了時期とする。
【0034】
ステップＳ２０では、上記のごとく決定された噴射開始時期及び噴射終了時期に基づいて燃料噴射弁３１を通電し、燃料噴射を実施する。
【0035】
ところで、ガス燃料を燃料として使用するガスエンジンでは、可能な限り圧縮行程で燃料噴射を行い燃焼室１４内の充填効率を上げることが望ましい。ただし、圧縮行程での燃料噴射を想定すると、混合気形成の時間が短くなることや、吸気行程での新気の流入により筒内流動が生じることに起因して、均質性の低下が生じることが考えられる。そこで、本実施形態の燃料噴射弁３１では、吸気ポート１５及び排気ポート１６の各位置と各噴孔６２からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴流の状態が定められた構成とし、これにより、各噴孔６２から噴射されたガス燃料による燃焼室１４内での噴流の貫徹力を互いに等しくし、ひいては混合気の均質性向上が可能になるものとしている。以下、燃焼室１４内での筒内流動と、その筒内流動を考慮してなされた燃料噴射弁３１の新規な構成とを詳しく説明する。なお、噴流の貫徹力とは外乱（筒内流動）の影響を加味したものを意味している。
【0036】
まずは図５より筒内流動について説明する。以下の説明では、燃焼室１４内を二分し、排気ポート１６側の領域を第１領域Ｒ１、吸気ポート１５側の領域を第２領域Ｒ２としている。
【0037】
図５（ａ）に示すように、吸気行程では、吸気弁２１の開弁により吸気ポート１５から燃焼室１４内に新気が流入する。このとき、新気は、ピストン１３の下動に伴い吸気ポート１５から吸気弁２１の開弁による隙間を通って燃焼室１４内に流入し、燃焼室１４の第１領域Ｒ１の内壁に沿って図の下方に流れる。
【0038】
また、図５（ｂ）に示すように、圧縮行程では、吸気弁２１及び排気弁２２が閉弁した状態でのピストン１３の上動により、吸気行程で生じた図の下方への筒内流動がピストン上面で押し上げられ、縦旋回の筒内流動が生成される。なお、図５には、筒内流動のうち縦旋回成分のみを示したが、筒内流動には横旋回成分の流動、つまり気筒の周方向の旋回成分も含まれている。
【0039】
次に、筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を具体的に説明する。図６（ａ）は、圧縮行程前半において、筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を示す図であり、図６（ｂ）は、圧縮行程後半において、筒内流動による混合気形成への影響を示す図である。なお、図６（ａ），（ｂ）では、燃料噴射弁３１において複数の噴孔６２がいずれも同じ形態で設けられ、かつ各噴孔６２から放射状となる向きで燃料噴射が行われることを想定している。
【0040】
図６（ａ）に示すように、燃料噴射弁３１の各噴孔６２から放射状となる向きでガス燃料が噴射されることにより、燃焼室１４内でのガス燃料の高分散化が図られている。ただし、ガス燃料の高分散化により各噴孔６２における噴流の貫徹力が減少され、さらに筒内流動の影響を受けることで第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２で噴流の貫徹力に差が生じる。詳しくは、燃焼室１４内において、第１領域Ｒ１では下向き（ヘッド側からピストン上面側への向き）で縦旋回成分の筒内流動が生じるとともに、第２領域Ｒ２では上向き（ピストン上面側からヘッド側への向き）で縦旋回成分の筒内流動が生じている。そのため、第１領域Ｒ１では噴流の貫徹力が弱化される一方、第２領域Ｒ２では噴流の貫徹力が強化され、ピストン衝突後の各噴流の巻き上がりがアンバランスになる。
【0041】
したがって、図６（ｂ）に示すように、燃焼室１４内で混合気形成に際して混合気の均質性にばらつきが生じる。
【0042】
本実施形態では、燃焼室１４内で生じる筒内流動を考慮して各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴射エネルギを適宜設定するものとしており、その具体的な構成を図７にて説明する。
【0043】
図７において、（ａ）は、噴射弁先端のキャップ６１における各噴孔６２の配置を示す図であり、（ｂ）は、キャップ６１の縦断面図である。これら各図において、キャップ６１には４つの噴孔６２が周方向に均等配置されており、それら各噴孔６２のうち、燃焼室１４内の第１領域Ｒ１に向けてガス燃料を噴射する噴孔６２を第１噴孔６２Ａ、第２領域Ｒ２に向けてガス燃料を噴射する噴孔６２を第２噴孔６２Ｂとしている。また、第１噴孔６２Ａ及び第２噴孔６２Ｂ以外の噴孔６２を第３噴孔６２Ｃとしている。なお、各噴孔６２は、いずれもその軸方向に直交する向きの開口形状が真円をなしている。ただし、各噴孔６２の開口形状は、噴射弁先端の径方向に長い楕円形状、又は周方向に長い楕円形状であってもよい。
【0044】
図７に示す構成では、第１噴孔６２Ａ及び第２噴孔６２Ｂは、それぞれ入口側から出口側にかけて開口面積が均一であり、かつその開口面積の関係が、第１噴孔６２Ａの開口面積＞第２噴孔６２Ｂの開口面積となっている。これにより、第１噴孔６２Ａでは、第２噴孔６２Ｂに比べて単位時間当たりの噴射量が多くなっている。この場合、各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴射エネルギは物体の質量と速さの二乗に比例するため、第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。
【0045】
第３噴孔６２Ｃは、燃焼室１４内における第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の境界部に沿った方向に向けて燃料を噴射するための噴孔６２である。第３噴孔６２Ｃは、入口側から出口側にかけて開口面積が均一であり、かつその開口面積の関係が、第１噴孔６２Ａの開口面積＞第３噴孔６２Ｃの開口面積＞第２噴孔６２Ｂの開口面積となっている。これにより、第３噴孔６２Ｃから噴射されるガス燃料の噴射エネルギは、第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱く、かつ第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。
【0046】
エンジン１０のシリンダヘッド１２には、第１噴孔６２Ａが排気ポート１６側の第１領域Ｒ１に向けてガス燃料を噴射し、第２噴孔６２Ｂが吸気ポート１５側の第２領域Ｒ２に向けてガス燃料を噴射し、さらに第３噴孔６２Ｃが第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の境界部に沿う向きにガス燃料を噴射するようにして、燃料噴射弁３１が組み付けられる。
【0047】
図７に示す構成を有する燃料噴射弁３１によれば、図８（ａ），（ｂ）に示すように、燃焼室１４内において、各噴孔６２から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなり、均質性の高い混合気形成が可能になっている。この場合、第１噴孔６２Ａの噴射エネルギを強くし、かつ第２噴孔６２Ｂの噴射エネルギを弱くしていることにより、第１噴孔６２Ａからの噴流の貫徹力Ｆ１と第２噴孔６２Ｂからの噴流の貫徹力Ｆ２とが等しくなっている。
【0048】
各噴孔６２の構成を、図７の構成から図９の構成に変更することも可能である。図９の構成においても、噴孔数を４つとしており、第１噴孔６２Ａが第１領域Ｒ１に向けてガス燃料を噴射し、第２噴孔６２Ｂが第２領域Ｒ２に向けてガス燃料を噴射し、さらに第３噴孔６２Ｃが各領域Ｒ１，Ｒ２の境界部に沿う向きにガス燃料を噴射するものとしている。
【0049】
図９に示す構成では、第１噴孔６２Ａ及び第２噴孔６２Ｂは、それぞれテーパ構造になっており、そのうち第１噴孔６２Ａは、入口側から出口側に向けて縮径された逆テーパ型となり、第２噴孔６２Ｂは、入口側から出口側に向けて拡径されたテーパ型となっている。これにより、第１噴孔６２Ａでは、第２噴孔６２Ｂに比べて、ガス燃料が噴出される際の噴射速度が大きくなる。この場合、各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴射エネルギは物体の質量と速さの二乗に比例するため、第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。
【0050】
なお、第３噴孔６２Ｃは、入口側から出口側にかけて開口面積が均一な非テーパ構造となっている。これにより、第３噴孔６２Ｃから噴射されるガス燃料の噴射エネルギは、第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱く、かつ第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。
ている。
ている。
【0051】
図９に示す構成では、破線で示すように、キャップ６１（膨出部６１ａ）の厚さ方向の１／２の中間位置で、第１噴孔６２Ａ及び第２噴孔６２Ｂの開口面積が等しくなっているとよい。この中間位置での各噴孔６２Ａ，６２Ｂの開口面積は、第３噴孔６２Ｃの開口面積と同じであるとよい。ただし、第１噴孔６２Ａ及び第２噴孔６２Ｂにおいて出口側の開口面積を互いに等しくする構成であってもよい。
【0052】
図９に示す構成を有する燃料噴射弁３１においても、図８（ａ），（ｂ）に示すように、燃焼室１４内において、各噴孔６２から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力を互いに等しくすることができ、均質性の高い混合気形成が可能になっている。
【0053】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【0054】
噴射弁先端部のキャップ６１（噴射部）において、噴射弁中心軸Ｊから離反する向きに燃料が噴射されるように複数の噴孔６２を設けたため、高分散となる状態でのガス燃料の噴射が可能となっている。また、吸気ポート１５及び排気ポート１６の各位置と各噴孔６２からのガス燃料の噴射の向きとに応じて、各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴流の状態を定め、燃焼室１４内で生じる筒内流動にかかわらず、燃焼室１４内において各噴孔６２から噴射されたガス燃料の噴流の貫徹力が互いに等しくなるようにした。これらにより、燃焼室１４内における混合気の均質性向上を実現することができ、ひいては未燃損失の増加による熱効率の低下や排気エミッションの悪化を抑制することができる。
【0055】
排気ポート１６側の第１領域Ｒ１に向けてガス燃料を噴射する第１噴孔６２Ａでは、噴流の勢いが筒内流動の縦旋回成分により減衰され、吸気ポート１５側の第２領域Ｒ２に向けてガス燃料を噴射する第２噴孔６２Ｂでは、噴流の勢いが筒内流動の縦旋回成分により増幅される。これを考慮し、第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くした。これにより、混合気の均質性を高めることができる。
【0056】
第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第３噴孔６２Ｃから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くする一方、第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギを、第３噴孔６２Ｃから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも弱くした。これにより、キャップ６１において多孔化による高分散性の向上を図りつつ、各噴孔６２Ａ～６２Ｃの噴流の噴射エネルギをそれぞれ適正に設定することができる。
【0057】
ガス燃料として水素を用いる場合には、ＣＮＧに比べて密度が小さく噴流の噴射エネルギが小さくなるため、筒内流動の影響をより受けやすいと考えられる。この点、ガス燃料として水素を用いる場合にあっても、燃焼室１４内において混合気の均質性向上を図ることができる。
【0058】
（第１実施形態の変形例）
各噴孔６２を、図１０（ａ）～（ｄ）に示す構成としてもよい。これら各図は、噴射弁先端のキャップ６１における各噴孔６２の配置を示す図である。
各噴孔６２を、図１０（ａ）～（ｄ）に示す構成としてもよい。これら各図は、噴射弁先端のキャップ６１における各噴孔６２の配置を示す図である。
【0059】
図１０（ａ）に示す構成では、第１～第３噴孔６２Ａ～６２Ｃのうち第１噴孔６２Ａについて、他の噴孔６２Ｂ，６２Ｃよりも開口面積を大きくすることにより噴射エネルギを強くしている。第１噴孔６２Ａについて、逆テーパ型にすることにより噴射速度を大きくし、噴射エネルギを強くすることも可能である。なお、噴孔６２Ｂ，６２Ｃは、いずれも非テーパ構造であり、かつ噴射エネルギが互いに同じものであるとよい。
【0060】
図１０（ｂ）に示す構成では、第１～第３噴孔６２Ａ～６２Ｃのうち第２噴孔６２Ｂについて、他の噴孔６２Ａ，６２Ｃよりも開口面積を小さくすることにより噴射エネルギを弱くしている。第２噴孔６２Ｂについて、テーパ型にすることにより噴射速度を小さくし、噴射エネルギを弱くすることも可能である。なお、噴孔６２Ａ，６２Ｃは、いずれも非テーパ構造であり、かつ噴射エネルギが互いに同じものであるとよい。
【0061】
図１０（ｃ）に示す構成では、噴孔数を６つとしており、内訳は第１噴孔６２Ａ、第２噴孔６２Ｂ、第３噴孔６２Ｃをそれぞれ２つにしている。また、これら各噴孔６２Ａ～６２Ｃの噴射エネルギを、上記同様、第１噴孔６２Ａの噴射エネルギ＞第３噴孔６２Ｃの噴射エネルギ＞第２噴孔６２Ｂの噴射エネルギとしている。
【0062】
図１０（ｄ）に示す構成では、複数の噴孔６２として第１噴孔６２Ａと第２噴孔６２Ｂとが設けられている。これら各噴孔６２Ａ，６２Ｂの数は例えば１つずつとすればよいが、それぞれ２つ以上設けることも可能である。そして、これら各噴孔６２Ａ，６２Ｂの噴射エネルギを、第１噴孔６２Ａの噴射エネルギ＞第２噴孔６２Ｂの噴射エネルギとしている。
【0063】
（第２実施形態）
次に、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態は、燃焼室１４内において、排気ポート１６側の第１領域Ｒ１と吸気ポート１５側の第２領域Ｒ２とでは筒内流動の縦旋回成分の向きが異なるが、これら各領域Ｒ１，Ｒ２の境界となる境界部では、その境界部に沿った方向において筒内流動の縦旋回成分の差が小さくなることに着目したものである。これを、図１１を用いて説明する。
次に、第２実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。本実施形態は、燃焼室１４内において、排気ポート１６側の第１領域Ｒ１と吸気ポート１５側の第２領域Ｒ２とでは筒内流動の縦旋回成分の向きが異なるが、これら各領域Ｒ１，Ｒ２の境界となる境界部では、その境界部に沿った方向において筒内流動の縦旋回成分の差が小さくなることに着目したものである。これを、図１１を用いて説明する。
【0064】
図１１（ａ）は、気筒１１ａの構成を模式的に示す斜視図であり、その気筒１１ａにおいて、２つの吸気口１５ａの間の中央位置と２つの排気口１６ａの間の中央位置とを通る縦断面が断面Ａ１、吸気側と排気側とを二分しかつ断面Ａ１に直交する縦断面が断面Ａ２となっている。そして、図１１（ｂ）には、断面Ａ１での筒内流動を示し、図１１（ｃ）には、断面Ａ２での筒内流動を示している。
【0065】
ここで、図１１（ｂ）に示すように、断面Ａ１に相当する部位で、図示のＢ１，Ｂ２のように燃料噴射が行われる場合を想定する。この場合、これらＢ１，Ｂ２は筒内流動の縦旋回の影響を受け、その一方が減衰、他方が強化される。これに対して、図１１（ｃ）に示すように、断面Ａ２に相当する部位で、図示のＣ１，Ｃ２のように燃料噴射が行われる場合には、これらＣ１，Ｃ２に対する筒内流動の縦旋回の影響はいずれも略同じとなる。つまり、断面Ａ２は、断面Ａ１に直交する縦断面であり、その断面Ａ２の延びる方向は、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の境界部に沿った方向である。そのため、断面Ａ２では、断面Ａ１とは異なり、互いに向きの異なる縦旋回の筒内流動によるＣ１，Ｃ２への影響が生じないものとなっている。
【0066】
そこで本実施形態では、図１２に示すように、キャップ６１に、第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２の境界部に沿った方向にガス燃料を噴射する噴孔６２のみを設ける構成としている。これにより、図１１（ｃ）に示す形態で、各噴孔６２からガス燃料が噴射される。本実施形態において、各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴射エネルギは互いに同等である。本実施形態の構成によれば、筒内流動に起因する混合気の均質性がばらつくことが抑制できるものとなっている。
【0067】
なお、図１１（ｃ）の左右それぞれにガス燃料を噴射する噴孔６２は、各々複数個ずつ設けられていてもよい。噴孔６２は、非テーパ構造、テーパ構造のいずれであってもよい。テーパ構造とする場合、逆テーパ型、テーパ型のいずれであってもよい。
【0068】
（第３実施形態）
次に、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、燃焼室１４において上面中央部の位置に燃料噴射弁３１を設けた構成としたが、本実施形態では、燃焼室１４において上面中央部から吸気側にオフセットした位置に燃料噴射弁３１を設けた構成としている。
次に、第３実施形態について、第１実施形態との相違点を中心に説明する。上記第１実施形態では、燃焼室１４において上面中央部の位置に燃料噴射弁３１を設けた構成としたが、本実施形態では、燃焼室１４において上面中央部から吸気側にオフセットした位置に燃料噴射弁３１を設けた構成としている。
【0069】
図１３は、燃焼室１４内の噴流の軌跡を示す図である。図１３において、図の左側が吸気側、右側が排気側であり、燃焼室１４において上面中央部となる位置に点火プラグ３２が設けられ、吸気側にオフセットした位置に燃料噴射弁３１（キャップ６１）が設けられている。この構成では、各噴孔６２からの噴流が筒内流動の影響を受けることに加えて、各噴孔６２からの噴流がピストン上面に衝突して巻き上がった後に、点火プラグ３２に到達するまでの移動距離が相違することが考えられる。移動距離は、詳しくは、噴流がピストン上面を経由して、シリンダ内壁とシリンダヘッド１２を沿って点火プラグ３２の位置まで到達するまでの距離である。図１３では、第１噴孔６２Ａからの噴流の軌跡をＴ１、第２噴孔６２Ｂからの噴流の軌跡をＴ２としており、これら各軌跡Ｔ１，Ｔ２を比べると、第１噴孔６２Ａの方が、第２噴孔６２Ｂよりも点火プラグ３２までのガス燃料の移動距離が長いことが分かる。これらの要因により、混合気の均質性低下が懸念される。
【0070】
図１４（ａ）は、圧縮行程前半において、筒内流動によるガス燃料の噴流への影響を示す図であり、図１４（ｂ）は、圧縮行程後半において、筒内流動による混合気形成への影響を示す図である。なお、図１４（ａ），（ｂ）では、燃料噴射弁３１において複数の噴孔６２がいずれも同じ形態で設けられ、かつ排気ポート１６側の領域である第１領域Ｒ１側と吸気ポート１５側の領域である第２領域Ｒ２側とに向けて各噴孔６２からそれぞれ燃料噴射が行われることを想定している。
【0071】
図１４（ａ）に示すように、燃焼室１４内では、上述したとおり筒内流動の影響を受けることにより第１領域Ｒ１及び第２領域Ｒ２で噴流の貫徹力に差が生じており、ピストン衝突後の各噴流の巻き上がりがアンバランスになる。したがって、図１４（ｂ）に示すように、燃焼室１４内で混合気形成に際して混合気の均質性にばらつきが生じる。
【0072】
本実施形態では、燃焼室１４内で生じる筒内流動を考慮して各噴孔６２から噴射されるガス燃料の噴射エネルギを適宜設定するものとしており、その具体的な構成は、既述の図７又は図９の構成に準ずるものとなっている。
【0073】
すなわち、キャップ６１に設けられた第１噴孔６２Ａ及び第２噴孔６２Ｂは、その開口面積が互いに大小異なること、又は、テーパ構造が互いに異なることにより、第１噴孔６２Ａから噴射されるガス燃料の噴射エネルギが、第２噴孔６２Ｂから噴射されるガス燃料の噴射エネルギよりも強くなっている。また、第３噴孔６２Ｃを含めた構成で言えば、各噴孔６２Ａ～６２Ｃから噴射されるガス燃料の噴射エネルギの関係は、第１噴孔６２Ａの噴射エネルギ＞第３噴孔６２Ｃの噴射エネルギ＞第２噴孔６２Ｂの噴射エネルギとなっている。
【0074】
また、第１噴孔６２Ａからの噴流と第２噴孔６２Ｂからの噴流とを比べると、それら各噴流は、ピストン上面に衝突して巻き上がった後に点火プラグ３２に到達するまでの移動距離が相違している。そのため、本実施形態では、各噴孔６２Ａ，６２Ｂから点火プラグ３２までのガス燃料の移動距離の違いを併せ考慮して、各噴孔６２Ａ，６２Ｂの噴射エネルギを定めることとしている。この場合、各噴孔６２Ａ，６２Ｂからの噴流の貫徹力が、各噴孔６２Ａ，６２Ｂから点火プラグ３２までのガス燃料の移動距離に比例するようにして、各噴孔６２Ａ，６２Ｂの噴射エネルギが定められているとよい。
【0075】
本実施形態の燃料噴射弁３１によれば、図１５（ａ），（ｂ）に示すように、第１噴孔６２Ａの噴射エネルギを強くし、かつ第２噴孔６２Ｂの噴射エネルギを弱くしていることにより、第１噴孔６２Ａからの噴流の貫徹力Ｆ１と第２噴孔６２Ｂからの噴流の貫徹力Ｆ２とが調整されている。この場合特に、第１噴孔６２Ａの方が、第２噴孔６２Ｂよりも点火プラグ３２までのガス燃料の移動距離が長くなることから、第１噴孔６２Ａからの噴流の貫徹力Ｆ１が、第２噴孔６２Ｂからの噴流の貫徹力Ｆ２よりも強くなっている。これにより、燃焼室１４内において均質性の高い混合気形成が可能になっている。
【0076】
第３実施形態の変形例として、燃焼室１４において上面中央部から排気側にオフセットした位置に燃料噴射弁３１（キャップ６１）が設けられている構成としてもよい。この場合、上述したとおり筒内流動の影響を加味しつつ、第１噴孔６２Ａの方が、第２噴孔６２Ｂよりも点火プラグ３２までのガス燃料の移動距離が短くなることに基づいて、各噴孔６２Ａ，６２Ｂの噴射エネルギが定められるとよい。
【0077】
（第１実施形態～第３実施形態の変形例）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。
【0078】
・上記実施形態では、燃料噴射弁３１の構成として、ボディ４３内に第１ニードル４１と第２ニードル４２とを軸方向に並べて配置する構成を採用したが、その構成に限られない。例えば、ボディ４３内に単一のニードルを設け、そのニードルの開弁に伴いボディ４３内の燃料通路４６が開通されて各噴孔６２からガス燃料が噴射される構成であってもよい。
【0079】
・上記実施形態では、エンジン１０において燃焼室１４内に横旋回成分と縦旋回成分とを含む筒内流動を生じさせる構成としたが、横旋回成分が生じない又は生じても微小のものとなる構成としてもよい。
【0080】
（第４実施形態）
本実施形態では、燃料噴射弁３１から燃焼室１４内に噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質度を高めるべく実施される燃料噴射制御について説明する。つまり、本実施形態は、エンジン１０の燃焼室１４内においてガス燃料と空気とからなる混合気の均質性に応じて燃焼状態が変動することに着目してなされたものであり、燃料噴射弁３１から燃焼室１４内に噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質度を、均質度推定値Ｘとして算出し、その均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期を制御することとしている。なお本実施形態では、図１に示すエンジンシステムを流用することとしている。図１において不図示としているが、エンジンシステムは、ターボチャージャ、スーパーチャージャ等の過給機や、吸排気弁の開閉タイミングを調整する可変動弁装置を有するものであってもよい。
本実施形態では、燃料噴射弁３１から燃焼室１４内に噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質度を高めるべく実施される燃料噴射制御について説明する。つまり、本実施形態は、エンジン１０の燃焼室１４内においてガス燃料と空気とからなる混合気の均質性に応じて燃焼状態が変動することに着目してなされたものであり、燃料噴射弁３１から燃焼室１４内に噴射されたガス燃料と空気との混合気の均質度を、均質度推定値Ｘとして算出し、その均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期を制御することとしている。なお本実施形態では、図１に示すエンジンシステムを流用することとしている。図１において不図示としているが、エンジンシステムは、ターボチャージャ、スーパーチャージャ等の過給機や、吸排気弁の開閉タイミングを調整する可変動弁装置を有するものであってもよい。
【0081】
図１６は、本実施形態における制御システムの構成図である。ＥＣＵ８０には、回転速度センサ７１、エアフロセンサ７２、燃圧センサ７３、筒内圧センサ７４等を含む各種センサから検出信号が逐次入力される。回転速度センサ７１はエンジン回転速度ＮＥを検出し、エアフロセンサ７２は、エンジン負荷として吸気量Ｑｉｎを検出する。燃圧センサ７３は、燃料配管３５において燃圧レギュレータ３３と燃料噴射弁３１との間に設けられ、燃料噴射弁３１に供給される燃料の圧力である燃圧Ｐｆを検出する。筒内圧センサ７４は、シリンダヘッド１２に設けられ、燃焼室１４内の圧力である筒内圧Ｐｃを検出する。
【0082】
ＥＣＵ８０は、上記各センサの検出信号に基づいて、燃料噴射弁３１、点火プラグ３２、燃圧レギュレータ３３の動作を制御する。ＥＣＵ８０は、燃料噴射制御として、エンジン回転速度ＮＥやエンジン負荷（要求トルク又は吸気量Ｑｉｎ）に基づいて燃料噴射量Ｑｆを算出するとともに、燃料噴射量Ｑｆと燃圧Ｐｆとに基づいて燃料噴射弁３１の噴射期間Ｔｄを算出し、その噴射期間Ｔｄに基づいて燃料噴射弁３１による燃料噴射を実施する。本実施形態では、主に圧縮行程にて燃料噴射が行われる。なお、噴射期間Ｔｄの始まりが噴射開始時期ＳＯＩであり、噴射期間Ｔｄの終わりが噴射終了時期ＥＯＩである。噴射開始時期ＳＯＩ及び噴射終了時期ＥＯＩがそれぞれ「燃料噴射時期」に相当する。
【0083】
また、ＥＣＵ８０は、燃圧レギュレータ３３による燃圧制御として、エンジン回転速度ＮＥ及びエンジン負荷に基づいて目標燃圧Ｐｔｇを設定するとともに、燃圧センサ７３により検出された燃圧Ｐｆ（実燃圧）が目標燃圧Ｐｔｇに一致するように燃圧フィードバック制御を実施する。この場合、例えば１～３ＭＰａの範囲内で燃圧Ｐｆが制御される。
【0084】
本実施形態では、燃料噴射弁３１として図３に示す構成を有するものを用いることとしており、燃料噴射弁３１は、その先端部に複数の噴孔６２を有する多孔構造を具備している。噴孔６２の数は例えば４つであり、各噴孔６２はいずれも同じ大きさを有するものとなっている。各噴孔６２は、燃料噴射弁３１の中心軸Ｊから離反し、すなわち放射状となり、かつピストン上面に向かう向きで燃料が噴射されるように設けられている。
【0085】
ところで、本願発明者らの知見によれば、ガスエンジンにおける混合気の均質度に寄与する主要要素には、燃料噴射弁３１による燃料噴射直後のガス燃料のペネトレーション（貫徹力）である噴流ペネトレーションと、燃焼室１４内においてピストン上面からガス燃料が巻き上がる際の噴流巻き上がりと、燃焼室１４内でのガス燃料と空気との混合時間とが含まれることが見出された。なお、噴流ペネトレーションは、燃料噴射弁３１による圧縮行程噴射が行われる際において、噴射開始からガス燃料がピストン上面に到達するまでの期間における均質度の寄与要素である。噴流巻き上がりは、ガス燃料がピストン上面の到達後にシリンダ内壁に沿って巻き上がる際の巻き上がりの度合を示すものであり、ピストン上面の到達から燃料噴射終了時期までの期間における均質度の寄与要素である。混合時間は、燃料噴射終了時期から点火時期（又はＴＤＣ）までの期間における均質度の寄与要素である。
【0086】
本実施形態では、ＥＣＵ８０は、混合気の均質度に寄与する３つの要素、すなわち噴流ペネトレーション、噴流巻き上がり、及び混合時間についてこれら各々の推定値（噴流ペネトレーション推定値Ａ、巻き上がり推定値Ｂ、及び混合時間推定値Ｃ）を算出するとともに、これら各推定値に基づいて均質度推定値Ｘを算出する。そして、ＥＣＵ８０は、均質度推定値Ｘに基づいて燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の制御を行う。
【0087】
均質度推定値Ｘの算出手法を図１７により説明する。図１７は、ＥＣＵ８０により実施される均質度推定値Ｘの算出に関する機能ブロック図である。図１７に示すように、ＥＣＵ８０は、噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する第１算出部Ｍ１と、巻き上がり推定値Ｂを算出する第２算出部Ｍ２と、混合時間推定値Ｃを算出する第３算出部Ｍ３とを有しており、これら各推定値Ａ，Ｂ，Ｃの和により均質度推定値Ｘを算出する（Ｘ＝Ａ＋Ｂ＋Ｃ）。
【0088】
第１算出部Ｍ１は、燃焼室１４内（筒内）におけるガス燃料の噴流の大きさを示す噴流体積ａ１と、燃料噴射開始時における筒内容積ａ２とに基づいて、噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する。具体的には、下記の式１により噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する。
Ａ＝ｋ１×（ａ１／ａ２） （式１）
式２において、ｋ１は所定の係数である（下記のｋ２～ｋ８も同様）。
Ａ＝ｋ１×（ａ１／ａ２） （式１）
式２において、ｋ１は所定の係数である（下記のｋ２～ｋ８も同様）。
【0089】
噴流体積ａ１は、燃圧Ｐｆ及び燃料噴射量Ｑｆをパラメータとして基づいて算出される。例えば図１８（ａ）に示す関係に基づいて、燃圧Ｐｆ及び燃料噴射量Ｑｆにより噴流体積ａ１が算出される。噴流体積ａ１は、燃圧Ｐｆ及び燃料噴射量Ｑｆの少なくともいずれかが大きいほど、大きい値として算出される。
【0090】
筒内容積ａ２は、例えば図１８（ｂ）に示す関係に基づいて、噴射開始時期ＳＯＩにより算出される。筒内容積ａ２は、噴射開始時期ＳＯＩがＴＤＣに対して進角側になるほど、大きい値として算出される。
【0091】
噴流ペネトレーション推定値Ａは、燃焼室１４内における噴流の大きさ、すなわち筒内容積に対する噴流の占める割合を示すものであり、燃圧Ｐｆが高いほど（上記式１の分子項が大きいほど）、又は噴射開始時期ＳＯＩがＴＤＣに近づく遅角側になるほど（上記式１の分母項が小さいほど）、大きい値として算出される。
【0092】
第２算出部Ｍ２は、噴流巻き上がりに寄与する噴流の状態に関する項である噴流項ｂ１と、噴流巻き上がりに寄与する筒内の環境に関する項である筒内環境項ｂ２とを加算することにより、巻き上がり推定値Ｂを算出する。具体的には、下記の式２により巻き上がり推定値Ｂを算出する。
Ｂ＝ｂ１＋ｂ２ （式２）
つまり、噴流巻き上がりの度合は、噴流自体の状態に応じて変わり得るとともに、筒内環境に応じても変わり得るため、噴流項ｂ１と筒内環境項ｂ２とを各々算出するとともに、これら各項を加算して巻き上がり推定値Ｂを算出する。
Ｂ＝ｂ１＋ｂ２ （式２）
つまり、噴流巻き上がりの度合は、噴流自体の状態に応じて変わり得るとともに、筒内環境に応じても変わり得るため、噴流項ｂ１と筒内環境項ｂ２とを各々算出するとともに、これら各項を加算して巻き上がり推定値Ｂを算出する。
【0093】
噴流項ｂ１は、
・噴流巻き上がりに対する噴流速度の寄与度を示す噴流速度寄与度ｂ１１と、
・噴流巻き上がりに対する噴流押し出しの寄与度を示す押出し寄与度ｂ１２と、
に基づいて、下記の式３により算出される。
ｂ１＝ｋ２×ｂ１１＋ｋ３×ｂ１２ （式３）
噴流速度寄与度ｂ１１は、例えば図１９（ａ）に示す関係に基づいて、燃圧Ｐｆにより算出される。噴流速度寄与度ｂ１１は、燃圧Ｐｆが高いほど、噴流速度が大きくなることから大きい値として算出される。
・噴流巻き上がりに対する噴流速度の寄与度を示す噴流速度寄与度ｂ１１と、
・噴流巻き上がりに対する噴流押し出しの寄与度を示す押出し寄与度ｂ１２と、
に基づいて、下記の式３により算出される。
ｂ１＝ｋ２×ｂ１１＋ｋ３×ｂ１２ （式３）
噴流速度寄与度ｂ１１は、例えば図１９（ａ）に示す関係に基づいて、燃圧Ｐｆにより算出される。噴流速度寄与度ｂ１１は、燃圧Ｐｆが高いほど、噴流速度が大きくなることから大きい値として算出される。
【0094】
押出し寄与度ｂ１２は、例えば図１９（ｂ）に示す関係に基づいて、噴射期間Ｔｄにより算出される。押出し寄与度ｂ１２は、噴射期間Ｔｄが長くなるほど、大きい値として算出される。
【0095】
また、筒内環境項ｂ２は、
・噴流巻き上がりに対する噴流移動距離の寄与度を示す移動距離寄与度ｂ２１と、
・噴流巻き上がりに対する筒内流動の寄与度を示す筒内流動寄与度ｂ２２と、
・噴流巻き上がりに対するピストン上昇速度の寄与度を示すピストンアップ寄与度ｂ２３と、
・噴流巻き上がりに対する燃料噴射時の筒内圧の寄与度を示す筒内圧寄与度ｂ２４と、
に基づいて、下記の式４により算出される。
ｂ２＝ｋ４×ｂ２１＋ｋ５×ｂ２２＋ｋ６×ｂ２３＋ｋ７×ｂ２４ （式４）
燃焼室１４内での噴流移動距離は、噴流がピストン上面及びシリンダ内壁を経て点火プラグ３２の位置に到達するまでに要する距離であり、その噴流移動距離が短いほど噴流の勢いが強いため、均質度の寄与度が大きくなる。なお、噴流移動距離は、噴射開始時期ＳＯＩに応じて変わり、噴射開始時期ＳＯＩがＴＤＣに近いほど（遅角側であるほど）、噴流移動距離が短くなる。移動距離寄与度ｂ２１は、例えば図２０（ａ）に示す関係に基づいて、噴射開始時期ＳＯＩにより算出される。移動距離寄与度ｂ２１は、噴射開始時期ＳＯＩがＴＤＣに近いほど（遅角側であるほど）、大きい値として算出される。
・噴流巻き上がりに対する噴流移動距離の寄与度を示す移動距離寄与度ｂ２１と、
・噴流巻き上がりに対する筒内流動の寄与度を示す筒内流動寄与度ｂ２２と、
・噴流巻き上がりに対するピストン上昇速度の寄与度を示すピストンアップ寄与度ｂ２３と、
・噴流巻き上がりに対する燃料噴射時の筒内圧の寄与度を示す筒内圧寄与度ｂ２４と、
に基づいて、下記の式４により算出される。
ｂ２＝ｋ４×ｂ２１＋ｋ５×ｂ２２＋ｋ６×ｂ２３＋ｋ７×ｂ２４ （式４）
燃焼室１４内での噴流移動距離は、噴流がピストン上面及びシリンダ内壁を経て点火プラグ３２の位置に到達するまでに要する距離であり、その噴流移動距離が短いほど噴流の勢いが強いため、均質度の寄与度が大きくなる。なお、噴流移動距離は、噴射開始時期ＳＯＩに応じて変わり、噴射開始時期ＳＯＩがＴＤＣに近いほど（遅角側であるほど）、噴流移動距離が短くなる。移動距離寄与度ｂ２１は、例えば図２０（ａ）に示す関係に基づいて、噴射開始時期ＳＯＩにより算出される。移動距離寄与度ｂ２１は、噴射開始時期ＳＯＩがＴＤＣに近いほど（遅角側であるほど）、大きい値として算出される。
【0096】
筒内流動寄与度ｂ２２は、例えば図２０（ｂ）に示す関係に基づいて、筒内流動の強弱に応じて算出される。筒内流動は、エンジン回転状態やエンジン負荷に応じて変動するものであり、例えばエンジン回転速度ＮＥ及び吸気量Ｑｉｎに基づいて筒内流動の強弱の度合が判定される。この場合、エンジン回転速度ＮＥが大きいほど、又は吸気量Ｑｉｎが多いほど、強流動であると判定される。また、燃料噴射弁３１が多孔構造である場合には、筒内流動が弱いほど均質度の寄与度が大きく、筒内流動が強いほど均質度の寄与度が小さくなると考えられる。これらを考慮し、筒内流動寄与度ｂ２２は、筒内流動が弱いほど大きい値として算出され、筒内流動が強いほど小さい値として算出される。
【0097】
なお、燃料噴射弁３１の噴孔が一つである場合、すなわち単孔である場合には、筒内流動の強弱に関係なく、筒内流動寄与度ｂ２２は一定値として算出される。
【0098】
圧縮行程においてピストン１３が上昇移動する際には、ピストン上昇速度が大きいほど均質度の寄与度が大きくなる。また、エンジン回転速度ＮＥが高いほど、ピストン上昇速度が大きくなる。これらを考慮し、ピストンアップ寄与度ｂ２３は、例えば図２０（ｃ）の関係に基づいて、エンジン回転速度ＮＥにより算出される。ピストンアップ寄与度ｂ２３は、エンジン回転速度ＮＥが高いほど、大きい値として算出される。
【0099】
筒内圧寄与度ｂ２４は、例えば図２０（ｄ）の関係に基づいて、筒内圧Ｐｃにより算出される。筒内圧寄与度ｂ２４は、筒内圧Ｐｃが高いほど、噴流が移動可能な距離が短くなるため、小さい値として算出される。ここで用いる筒内圧Ｐｃは、燃料噴射中における燃焼室１４内の圧力であり、筒内圧センサ７４により検出される。ただし、筒内圧センサ７４を具備していない構成であれば、吸気量Ｐｉｎや吸気温、吸気弁２１の閉じタイミング等により筒内圧Ｐｃが推定されるとよい。
【0100】
第３算出部Ｍ３は、下記の式５を用い、点火時期ＩＧ、噴射終了時期ＥＯＩ、エンジン回転速度ＮＥに基づいて混合時間推定値Ｃを算出する。
Ｃ＝（（ＩＧ［ＣＡ］－ＥＯＩ［ＣＡ］）×６０［ｓｅｃ］）／（ＮＥ［ｒｐｍ］×３６０［ＣＡ］） （式５）
混合時間推定値Ｃは、噴射終了時期ＥＯＩが進角側であるほど、大きい値として算出される。なお、式５において、噴射終了時期ＥＯＩから点火時期ＩＧまでの角度期間に代えて、噴射終了時期ＥＯＩからＴＤＣまでの角度期間を用いて、混合時間推定値Ｃを算出することも可能である。
Ｃ＝（（ＩＧ［ＣＡ］－ＥＯＩ［ＣＡ］）×６０［ｓｅｃ］）／（ＮＥ［ｒｐｍ］×３６０［ＣＡ］） （式５）
混合時間推定値Ｃは、噴射終了時期ＥＯＩが進角側であるほど、大きい値として算出される。なお、式５において、噴射終了時期ＥＯＩから点火時期ＩＧまでの角度期間に代えて、噴射終了時期ＥＯＩからＴＤＣまでの角度期間を用いて、混合時間推定値Ｃを算出することも可能である。
【0101】
ＥＣＵ８０は、上記のごとく算出される均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期を制御する。この場合、ＥＣＵ８０は、燃料噴射弁３１の燃料噴射制御の指令値として、均質度推定値Ｘが所定の閾値よりも大きくなる燃料噴射時期を設定し、その燃料噴射時期に基づいて、燃料噴射弁３１による燃料噴射を行わせる。
【0102】
図２１に示したフローチャートを用い、均質度推定値Ｘに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ＥＣＵ８０により所定周期で繰り返し実施される。
【0103】
ステップＳ２１では、運転条件やセンサ検出信号等の各種情報を取得する。具体的には、エンジン回転速度ＮＥやエンジン負荷情報（要求トルク等）、燃圧Ｐｆ、筒内圧Ｐｃを取得する。
【0104】
ステップＳ２２では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度ＮＥや要求トルクに基づいて燃料噴射量Ｑｆを決定する。ステップＳ２３では、燃料噴射量Ｑｆと燃圧Ｐｆとに基づいて噴射期間Ｔｄを決定する。
【0105】
ステップＳ２４では、噴射開始時期ＳＯＩの設定が可能となるＳＯＩ設定範囲を決定する。このＳＯＩ設定範囲について、図２２のタイムチャートを用いて説明する。図２２では、噴射開始時期ＳＯＩについて進角限界（最進角時期）を下限噴射開始時期ＳＯＩｍｉｎ、遅角限界（最遅角時期）を上限噴射開始時期ＳＯＩｍａｘとしており、そのＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘのＳＯＩ設定範囲内で、燃料噴射弁３１の噴射開始時期ＳＯＩが設定される。図２２において「ＩＶＣ」は吸気弁２１の閉じタイミングである。
【0106】
ここで、燃焼室１４内へのガス燃料の充填効率は噴射開始時期ＳＯＩに応じて変動し、噴射開始時期ＳＯＩに対する充填効率が図２３に示す関係となることが考えられる。この場合、図２３の関係に基づいて、充填効率が所定値以上となる範囲内においてより進角側となる噴射開始時期ＳＯＩが下限噴射開始時期ＳＯＩｍｉｎとして設定される。
【0107】
また、図２２では、噴射終了時期ＥＯＩの遅角限界（最遅角時期）を上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘとしており、その上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘと噴射期間Ｔｄとに基づいて上限噴射開始時期ＳＯＩｍａｘが設定される。上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘは、圧縮行程での筒内圧上昇に対して噴射可能な限界から定められた最遅角側の噴射終了時期であり、燃圧Ｐｆ及び筒内圧Ｐｃにより算出されるとよい。ただし、上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘは、固定値として定められていてもよい。
【0108】
なお、噴射開始時期ＳＯＩの進角限界である下限噴射開始時期ＳＯＩｍｉｎ、遅角限界である上限噴射開始時期ＳＯＩｍａｘの設定手法は上記手法に限られない。例えば、ＳＯＩｍｉｎ，ＳＯＩｍａｘを、予め定めた固定値として設定することも可能である。
【0109】
ステップＳ２５では、ＳＯＩ設定範囲（ＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘ）内において、複数の噴射開始時期ＳＯＩに対応する均質度推定値Ｘを算出する。すなわち、ＳＯＩ設定範囲内において噴射開始時期ＳＯＩの複数（ｎ個）の候補値をＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎとして定め、それらＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに図１７の算出手法により均質度推定値Ｘを算出する。ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎの数は任意であるが、例えばＳＯＩ設定範囲（ＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘ）内で１０［ＣＡ］刻みでＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎが定められているとよい。
【0110】
ステップＳ２６では、ステップＳ２５で算出した複数の均質度推定値Ｘ、すなわち複数のＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎに対応する各均質度推定値Ｘについて目標値Ｘｔｇ以上のものがあるか否かを判定する。目標値Ｘｔｇは、燃焼室１４内の混合気が低均質状態であるか否かを判定するための閾値である。
【0111】
均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていれば、ステップＳ２７に進み、均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ以上となるＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎのうち最進角側の噴射開始時期ＳＯＩを、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定する。また、均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていなければ、ステップＳ２８に進み、各均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応する噴射開始時期ＳＯＩを、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定する。
【0112】
図２４（ａ），（ｂ）を用いて、ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとの複数の均質度推定値Ｘから噴射開始時期ＳＯＩを設定する処理を補足説明する。図２４（ａ）では、ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとの均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれている。この場合、目標値Ｘｔｇ以上の均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎのうち最進角側のＳＯＩ候補値Ｔ１（下限噴射開始時期ＳＯＩｍｉｎ）が、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定される。均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ以上になる条件でかつ、最進角側で噴射開始時期ＳＯＩが設定されることにより、断熱圧縮での筒内圧上昇による熱効率の向上が可能となる。
【0113】
また、図２４（ｂ）では、ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとの均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていない。すなわち、全ての均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ未満となっている。この場合、各均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値Ｔｘが、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定される。
【0114】
ステップＳ２９では、ステップＳ２７，Ｓ２８で設定した噴射開始時期ＳＯＩと、噴射期間Ｔｄとに基づいて、燃料噴射制御の噴射終了時期ＥＯＩを決定する。
【0115】
その後、ステップＳ３０～Ｓ３５では、燃料噴射量の過不足が生じているか否かに応じた補正を適宜行いつつ燃料噴射を実施する。すなわち、燃料噴射弁３１から実際に噴射された実噴射量が目標噴射量（燃料噴射量Ｑｆ）に一致しているか否かを判定し、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、上記のごとく決定された噴射開始時期ＳＯＩ及び噴射終了時期ＥＯＩに基づいて燃料噴射弁３１の燃料噴射を実施し（ステップＳ３５）、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、噴射時期の再設定を行った後に燃料噴射を実施する（ステップＳ３１～Ｓ３５）。なお、ステップＳ３０～Ｓ３５の処理は、第１実施形態における図４のステップＳ１５～Ｓ２０と同様の処理であり、ここでは詳細な説明を割愛する。
【0116】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【0117】
燃焼室１４内における混合気の均質度を均質度推定値Ｘとして算出し、その均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期を制御するようにした。この場合、燃料噴射時期の制御により、燃料噴射弁３１から燃焼室１４内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間が適度に変わり、燃焼室１４内において均質度の適正化を図ることができる。これにより、ガスエンジンにおいてガス燃料を適正に燃焼させることができる。
【0118】
燃料噴射弁３１の燃料噴射制御の指令値として、均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇよりも大きくなる噴射開始時期ＳＯＩ（燃料噴射時期）を設定し、その噴射開始時期ＳＯＩに基づいて、燃料噴射弁３１による燃料噴射を行わせるようにした。こうした燃料噴射制御により、燃焼室１４内において所望とする均質度を実現することができる。
【0119】
噴射開始時期ＳＯＩの候補値として複数のＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎを定め、それらＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに均質度推定値Ｘを算出するとともに、それら各均質度推定値Ｘのうち目標値Ｘｔｇよりも大きい均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値に基づいて、制御指令値としての噴射開始時期ＳＯＩを設定するようにした。この場合、噴射開始時期ＳＯＩを変更することで均質度に影響が及ぶことを加味しつつ、均質度向上を可能とする噴射開始時期ＳＯＩを適正に把握することができる。
【0120】
噴射開始時期ＳＯＩの進角限界（ＳＯＩｍｉｎ）と遅角限界（ＳＯＩｍａｘ）との間であるＳＯＩ設定範囲内で複数のＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎを定め、それらＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに均質度推定値Ｘを算出するとともに、それら各均質度推定値Ｘのうち目標値Ｘｔｇよりも大きい均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値であり、かつＳＯＩ設定範囲内で最も進角となるＳＯＩ候補値に基づいて、制御指令値としての噴射開始時期ＳＯＩを設定するようにした。この場合、均質度推定値Ｘを目標値Ｘｔｇ以上とし、かつ最進角側となる噴射開始時期ＳＯＩが設定されることにより、断熱圧縮での筒内圧上昇による熱効率の向上を図ることができる。
【0121】
ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに算出した均質度推定値Ｘが全て目標値Ｘｔｇよりも小さい場合に、それら均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値に基づいて、制御指令値としての燃料噴射時期を設定するようにした。この場合、所望とする均質度レベルに達しない状況でも、その状況下で最良の均質度を実現できる。
【0122】
ガスエンジンにおける混合気の均質度に寄与する主要要素には、燃料噴射弁３１による燃料噴射直後のガス燃料のペネトレーション（貫徹力）である噴流ペネトレーションと、燃焼室１４内においてピストン上面からガス燃料が巻き上がる際の噴流巻き上がりと、燃焼室１４内でのガス燃料と空気との混合時間とが含まれると考えられる。また、これら各要素は、少なくとも燃料噴射弁３１の燃料噴射時期（噴射開始時期ＳＯＩ、噴射終了時期ＥＯＩ）に応じて変動する。この点を考慮し、噴流ペネトレーション推定値Ａと巻き上がり推定値Ｂと混合時間推定値Ｃとに基づいて均質度推定値Ｘを算出する構成とした。これにより、均質度推定値Ｘの算出を適正に行い、ひいては燃料噴射制御の適正化を図ることができる。
【0123】
燃焼室１４内における混合気の均質度は、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期（噴射開始時期ＳＯＩ、噴射終了時期ＥＯＩ）や、燃圧Ｐｆ、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷（吸気量）、筒内圧Ｐｃに応じて変動することが考えられる。この点、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期（噴射開始時期ＳＯＩ、噴射終了時期ＥＯＩ）、燃圧Ｐｆ、エンジン回転速度ＮＥ、エンジン負荷（吸気量）及び筒内圧Ｐｃに基づいて均質度推定値Ｘを算出する構成にしたため、混合気の均質度を適正に把握することができる。
【0124】
（第５実施形態）
本実施形態では、均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１から噴射される燃料の圧力（燃圧）を制御することとしており、その詳細を以下に説明する。なお、均質度推定値Ｘの算出については第４実施形態の構成に準ずるものとしている。
本実施形態では、均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１から噴射される燃料の圧力（燃圧）を制御することとしており、その詳細を以下に説明する。なお、均質度推定値Ｘの算出については第４実施形態の構成に準ずるものとしている。
【0125】
図２５に示したフローチャートを用い、均質度推定値Ｘに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ＥＣＵ８０により所定周期で繰り返し実施される。
【0126】
ステップＳ４１では、運転条件やセンサ検出信号等の各種情報を取得する。具体的には、エンジン回転速度ＮＥやエンジン負荷情報（要求トルク等）、燃圧Ｐｆ、筒内圧Ｐｃを取得する。
【0127】
ステップＳ４２では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度ＮＥや要求トルクに基づいて燃料噴射量Ｑｆを決定する。ステップＳ４３では、噴射開始時期ＳＯＩを決定する。この場合、例えば図２３の関係に基づいて、充填効率が所定値以上となる範囲内においてより進角側となる噴射開始時期ＳＯＩを決定する。
【0128】
ステップＳ４４では、所定の下限燃圧Ｐｍｉｎから上限燃圧Ｐｍａｘまでの燃圧設定範囲内において複数の燃圧Ｐｆに対応する噴射終了時期ＥＯＩを算出する。すなわち、燃圧設定範囲内において燃圧Ｐｆの複数（ｎ個）の候補値を燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎとして定め、それら燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとに噴射終了時期ＥＯＩを算出する。例えば、下限燃圧Ｐｍｉｎは１．０［ＭＰａ］、上限燃圧Ｐｍａｘは３．０［ＭＰａ］である。燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎの数は任意であるが、例えば燃圧設定範囲（Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘ）内で０．１～０．５［ＭＰａ］刻みで燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎが定められているとよい。噴射終了時期ＥＯＩは、燃圧Ｐｆが高いほど進角側の値として算出される。
【0129】
なお、燃圧設定範囲内の燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとに、噴射終了時期ＥＯＩの遅角限界（最遅角時期）である上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘを決定し、その上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘよりも進角側となるようにして噴射終了時期ＥＯＩが算出されるとよい。上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘは、圧縮行程での筒内圧上昇に対して噴射可能な限界から定められた最遅角側の噴射終了時期ＥＯＩであり、燃圧Ｐｆが高いほど遅角側に設定されるとよい。上限噴射終了時期ＥＯＩｍａｘを燃圧Ｐｆと筒内圧Ｐｃとにより決定することも可能である。
【0130】
ステップＳ４５では、燃圧設定範囲（Ｐｍｉｎ～Ｐｍａｘ）内において、燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとに図１７の算出手法により均質度推定値Ｘを算出する。このとき、燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとに、ステップＳ４３，Ｓ４４で算出した噴射開始時期ＳＯＩと噴射終了時期ＥＯＩとを用いて均質度推定値Ｘを算出する。
【0131】
ステップＳ４６では、ステップＳ４５で算出した複数の均質度推定値Ｘ、すなわち複数の燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎに対応する各均質度推定値Ｘについて目標値Ｘｔｇ以上のものがあるか否かを判定する。目標値Ｘｔｇは、燃焼室１４内の混合気が低均質状態であるか否かを判定するための閾値である。
【0132】
均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていれば、ステップＳ４７に進み、均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ以上となる燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎのうち最も低い燃圧Ｐｆを、燃圧Ｐｆの制御指令値として設定する。また、均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていなければ、ステップＳ４８に進み、各均質度推定値Ｘのうち最大の均質度推定値Ｘに対応する燃圧Ｐｆを、燃圧Ｐｆの制御指令値として設定する。
【0133】
図２６（ａ），（ｂ）を用いて、燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとの複数の均質度推定値Ｘから燃圧Ｐｆを設定する処理を補足説明する。図２６（ａ）では、燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとの均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれている。この場合、目標値Ｘｔｇ以上の均質度推定値Ｘに対応する燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎのうち最も低い燃圧候補値Ｐ３が、燃圧Ｐｆの制御指令値として設定される。均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ以上になる条件でかつ、最も低圧の燃圧Ｐｆが設定されることにより、省エネを図りつつ均質度の向上が可能となる。
【0134】
また、図２６（ｂ）では、燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとの均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていない。すなわち、全ての均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ未満となっている。この場合、均質度推定値Ｘが最大となる燃圧候補値Ｐｘが、燃圧Ｐｆの制御指令値として設定される。
【0135】
ステップＳ４９では、ステップＳ４２で決定した燃料噴射量Ｑｆと、ステップＳ４３で決定した噴射開始時期ＳＯＩと、ステップＳ４７，Ｓ４８で設定した燃圧Ｐｆとに基づいて、燃料噴射制御の噴射終了時期ＥＯＩを決定する。
【0136】
その後、ステップＳ３０～Ｓ３５では、図２１で説明したとおり、燃料噴射弁３１の実噴射量が目標噴射量に一致しているか否かを判定し、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、上記のごとく決定された噴射開始時期ＳＯＩ及び噴射終了時期ＥＯＩに基づいて燃料噴射弁３１の燃料噴射を実施し（ステップＳ３５）、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、噴射時期の再設定を行った後に燃料噴射を実施する（ステップＳ３１～Ｓ３５）。
【0137】
本実施形態では、複数の燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎを定め、それら燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとに均質度推定値Ｘを算出するとともに、それら各均質度推定値Ｘのうち目標値Ｘｔｇよりも大きくなる均質度推定値Ｘに対応する燃圧候補値に基づいて、制御指令値としての燃圧Ｐｆを設定するようにした。これにより、均質性確保を図る上で適正な燃圧Ｐｆを用いて燃料噴射制御を実施することができる。
【0138】
燃圧候補値Ｐ１～Ｐｎごとに算出した均質度推定値Ｘが全て目標値Ｘｔｇよりも小さい場合に、それら均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応する燃圧候補値に基づいて、制御指令値としての燃圧Ｐｆを設定するようにした。この場合、所望とする均質度レベルに達しない状況でも、その状況下で最良の均質度を実現できる。
【0139】
（第６実施形態）
本実施形態では、均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期と燃圧とを制御することとしており、その詳細を以下に説明する。なお、均質度推定値Ｘの算出については第４実施形態の構成に準ずるものとしている。
本実施形態では、均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期と燃圧とを制御することとしており、その詳細を以下に説明する。なお、均質度推定値Ｘの算出については第４実施形態の構成に準ずるものとしている。
【0140】
図２７に示したフローチャートを用い、均質度推定値Ｘに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ＥＣＵ８０により所定周期で繰り返し実施される。
【0141】
ステップＳ５１では、運転条件やセンサ検出信号等の各種情報を取得する。具体的には、エンジン回転速度ＮＥやエンジン負荷情報（要求トルク等）、燃圧Ｐｆ、筒内圧Ｐｃを取得する。
【0142】
ステップＳ５２では、噴射量マップを用い、エンジン回転速度ＮＥや要求トルクに基づいて燃料噴射量Ｑｆを決定する。ステップＳ５３では、燃圧Ｐｆを、本システムにおける下限燃圧Ｐｍｉｎ（例えば１．０ＭＰａ）に設定する。
【0143】
ステップＳ５４では、噴射開始時期ＳＯＩの設定が可能となるＳＯＩ設定範囲を決定する。このＳＯＩ設定範囲は、先に説明した図２２に示すとおり、噴射開始時期ＳＯＩの進角限界（最進角時期）である下限噴射開始時期ＳＯＩｍｉｎから、噴射開始時期ＳＯＩの遅角限界（最遅角時期）である上限噴射開始時期ＳＯＩｍａｘまでの範囲で設定される。
【0144】
ステップＳ５５では、ＳＯＩ設定範囲（ＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘ）内において、複数の噴射開始時期ＳＯＩに対応する均質度推定値Ｘを算出する。すなわち、ＳＯＩ設定範囲内において噴射開始時期ＳＯＩの複数（ｎ個）の候補値をＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎとして定め、それらＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに図１７の算出手法により均質度推定値Ｘを算出する。ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎの数は任意であるが、例えばＳＯＩ設定範囲（ＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘ）内で１０［ＣＡ］刻みでＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎが定められているとよい。
【0145】
ステップＳ５６では、ステップＳ５５で算出した複数の均質度推定値Ｘ、すなわち複数のＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎに対応する各均質度推定値Ｘについて目標値Ｘｔｇ以上のものがあるか否かを判定する。目標値Ｘｔｇは、燃焼室１４内の混合気が低均質状態であるか否かを判定するための閾値である。
【0146】
均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていれば、ステップＳ５７に進み、均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ以上となるＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎのうち最進角側の噴射開始時期ＳＯＩを、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定する。また、今回の均質度推定値Ｘの算出に用いた燃圧Ｐｆを、燃圧Ｐｆの制御指令値として設定する。
【0147】
また、均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていなければ、ステップＳ５８に進み、今回、均質度推定値Ｘの算出に用いた燃圧Ｐｆが上限燃圧Ｐｍａｘ（例えば３．０ＭＰａ）であるか否かを判定する。そして、Ｐｆ＜Ｐｍａｘであれば、ステップＳ５９に進み、燃圧Ｐｆを所定値だけ増加させる。
【0148】
その後、ステップＳ５５に戻り、増加側に変更した燃圧Ｐｆを用い、ＳＯＩ設定範囲（ＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘ）内において複数のＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに均質度推定値Ｘを算出するとともに、それら各均質度推定値Ｘについて目標値Ｘｔｇ以上のものがあるか否かを判定する（ステップＳ５５，Ｓ５６）。そして、均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていれば、ステップＳ５７に進む一方、均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていなければ、ステップＳ５８に進む。ステップＳ５８～Ｓ６０によれば、Ｐｆ＝Ｐｍａｘになるまで、燃圧Ｐｆが所定値ずつ増加される。
【0149】
Ｐｆ＝Ｐｍａｘになると、ステップＳ６０に進み、上限燃圧Ｐｍａｘを用いて算出した各均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応する噴射開始時期ＳＯＩを、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定する。また、上限燃圧Ｐｍａｘを、燃圧Ｐｆの制御指令値として設定する。
【0150】
図２８（ａ）～（ｃ）を用いて、ステップＳ５５～Ｓ６０にて行われる噴射開始時期ＳＯＩの設定処理を補足説明する。図２８（ａ）では、ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとの均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれている。この場合、目標値Ｘｔｇ以上の均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎのうち最進角側のＳＯＩ候補値Ｔ１（下限噴射開始時期ＳＯＩｍｉｎ）が、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定される。
【0151】
また、図２８（ｂ）では、ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとの均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれていない。すなわち、全ての均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇ未満となっている。この場合、Ｐｆ＜Ｐｍａｘとなる燃圧範囲内で燃圧Ｐｆが所定値ずつ増加させられながら、ＳＯＩ設定範囲内における複数のＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに均質度推定値Ｘが算出されるとともに、それら各均質度推定値Ｘと目標値Ｘｔｇとが大小判定される。燃圧Ｐｆの増加により、均質度推定値Ｘが大きくなる。その結果、図２８（ｃ）に示ように、均質度推定値Ｘとして目標値Ｘｔｇ以上となるものが含まれることになると、その均質度推定値Ｘ（Ｘｔｇ以上の均質度推定値Ｘ）に対応するＳＯＩ候補値Ｔｘが、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定される。
【0152】
その後、ステップＳ６１では、ステップＳ５７，Ｓ６０で設定した噴射開始時期ＳＯＩと、燃料噴射量Ｑｆ及び燃圧Ｐｆから算出した噴射期間Ｔｄとに基づいて、燃料噴射制御の噴射終了時期ＥＯＩを決定する。
【0153】
その後、ステップＳ３０～Ｓ３５では、燃料噴射弁３１の実噴射量が目標噴射量に一致しているか否かを判定し、実噴射量が目標噴射量に一致していれば、上記のごとく決定された噴射開始時期ＳＯＩ及び噴射終了時期ＥＯＩに基づいて燃料噴射弁３１の燃料噴射を実施し（ステップＳ３５）、実噴射量が目標噴射量に一致していなければ、噴射時期の再設定を行った後に燃料噴射を実施する（ステップＳ３１～Ｓ３５）。なお、ステップＳ３０～Ｓ３５の処理は、第１実施形態における図４のステップＳ１５～Ｓ２０と同様の処理であり、ここでは詳細な説明を割愛する。
【0154】
本実施形態では、ＳＯＩ候補値Ｔ１～Ｔｎごとに算出した均質度推定値Ｘが全て目標値Ｘｔｇよりも小さい場合に、燃圧Ｐｆを高い値に変えて再び均質度推定値Ｘを算出し、均質度推定値Ｘが目標値Ｘｔｇよりも大きくなる燃料噴射時期と燃圧Ｐｆとを、制御指令値として設定するようにした。この場合、噴射開始時期ＳＯＩの調整だけでは所望の均質度レベルを実現できない状況でも、燃圧Ｐｆの調整を付加的に行うことにより、所望の均質度レベルを実現することができる。
【0155】
（第７実施形態）
本実施形態では、燃焼室１４内が、混合気の均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の制御を実施することとしている。
本実施形態では、燃焼室１４内が、混合気の均質度が低下する状態である所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の制御を実施することとしている。
【0156】
また、混合気の均質度が低下する要因としては、燃焼室１４内におけるガス燃料の巻き上がりが不足することと、ガス燃料の噴射後における混合時間が不足することとが考えられ、これら要因のうち巻き上がり不足は、例えば噴射開始時期ＳＯＩが早すぎることに起因して生じるのに対し、混合時間の不足は、例えば噴射開始時期ＳＯＩが遅すぎることに起因して生じる。つまり、上記２つの要因は互いにトレードオフの関係にあると言える。そこで本実施形態では、低均質状態となる場合の要因に基づいて、燃料噴射時期の制御を行うこととしている。
【0157】
図２９に示したフローチャートを用い、均質度推定値Ｘに基づく燃料噴射制御について説明する。本処理は、ＥＣＵ８０により所定周期で繰り返し実施される。
【0158】
ステップＳ７１では、予め定めたマップやテーブル等を用い、燃料噴射量Ｑｆ、噴射期間Ｔｄ、噴射開始時期ＳＯＩ、噴射終了時期ＥＯＩを決定する。続くステップＳ７２では、図１７の算出手法により均質度推定値Ｘを算出する。このとき、噴流ペネトレーション推定値Ａと巻き上がり推定値Ｂと混合時間推定値Ｃとの加算により均質度推定値Ｘが算出される。
【0159】
ステップＳ７３では、均質度推定値Ｘが所定の閾値Ｔｈ１よりも低くなる低均質状態であるか否かを判定する。均質度推定値Ｘが閾値Ｔｈ１よりも高く、低均質状態でなければ、ステップＳ７７に進み、ステップＳ７１で算出した噴射条件に基づいて燃料噴射弁３１による燃料噴射を実施する。
【0160】
また、低均質状態であれば、ステップＳ７４に進み、その均質度低下の要因が、燃料噴射弁３１から噴射されたガス燃料がピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの不足に起因する第１要因であるか、燃料噴射弁３１からのガス燃料の噴射後において混合気形成が行われる混合時間の不足に起因する第２要因であるかを判定する。具体的には、巻き上がり推定値Ｂが所定の閾値Ｔｈ２よりも小さいか否かを判定し、巻き上がり推定値Ｂが閾値Ｔｈ２よりも小さければ、巻き上がりの不足に起因する第１要因であるとし、巻き上がり推定値Ｂが閾値Ｔｈ２よりも小さくなければ、混合時間の不足に起因する第２要因であるとする。
【0161】
なお、ステップＳ７４において、巻き上がり推定値Ｂが閾値Ｔｈ２よりも小さいか否かを判定する処理に代えて、混合時間推定値Ｃが閾値Ｔｈ３よりも小さいか否かを判定する処理を実施することも可能である。この場合、混合時間推定値Ｃが閾値Ｔｈ３よりも小さければ、均質度低下の要因が第２要因であるとし、混合時間推定値Ｃが閾値Ｔｈ３よりも小さくなければ、均質度低下の要因が第１要因であるとするとよい。
【0162】
均質度低下の要因が第１要因であると判定された場合、ステップＳ７５に進み、燃料噴射時期の遅角化を実施すべく、噴射開始時期ＳＯＩと噴射終了時期ＥＯＩとをそれぞれ所定値だけ遅角側にシフトさせる。また、均質度低下の要因が第２要因であると判定された場合、ステップＳ７６に進み、燃料噴射時期の進角化を実施すべく、噴射開始時期ＳＯＩと噴射終了時期ＥＯＩとをそれぞれ所定値だけ進角側にシフトさせる。これにより、混合気の均質度が高められる。
【0163】
その後、ステップＳ７７では、ステップＳ７１，Ｓ７５，Ｓ７６で算出した噴射条件に基づいて燃料噴射弁３１による燃料噴射を実施する。
【0164】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。
【0165】
燃焼室１４内が所定の低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の制御を実施するようにした。この場合、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の制御によれば、燃料噴射弁３１から燃焼室１４内に噴射されるガス燃料についてピストン上面から巻き上がる際の巻き上がりの度合や混合時間を調整することができ、ひいては混合気の均質度を高めることができる。
【0166】
混合気の均質度低下の要因が第１要因（ガス燃料の巻き上がり不足に起因する要因）であれば、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の遅角化を実施し、第２要因（ガス燃料の混合時間の不足に起因する要因）であれば、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の進角化を実施するようにした。これにより、均質度低下の要因を考慮しつつ、均質度向上の制御を適正に実施することができる。
【0167】
燃料噴射弁３１の燃料噴射時期（噴射開始時期ＳＯＩ、噴射終了時期ＥＯＩ）をパラメータとして用いて、巻き上がり推定値Ｂと混合時間推定値Ｃとを算出するとともに、それら各推定値Ｂ，Ｃに基づいて均質度推定値Ｘを算出する構成において、巻き上がり推定値Ｂ又は混合時間推定値Ｃに基づいて、均質度低下の要因が第１要因であるか第２要因であるかを判定するようにした。これにより、混合気の均質度低下の要因が第１要因か第２要因かを適正に把握し、ひいては燃料噴射時期の遅角又は進角を適正に実施することができる。
【0168】
（第４実施形態～第７実施形態の変形例）
・均質度推定値Ｘの算出手法を、図１７の手法から変更することが可能である。例えば、上記実施形態では、燃圧Ｐｆ、燃料噴射量Ｑｆ及び噴射開始時期ＳＯＩをパラメータとして噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する構成としたが、これに代えて、燃圧Ｐｆ及び噴射開始時期ＳＯＩをパラメータとして噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する構成にしてもよい。
・均質度推定値Ｘの算出手法を、図１７の手法から変更することが可能である。例えば、上記実施形態では、燃圧Ｐｆ、燃料噴射量Ｑｆ及び噴射開始時期ＳＯＩをパラメータとして噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する構成としたが、これに代えて、燃圧Ｐｆ及び噴射開始時期ＳＯＩをパラメータとして噴流ペネトレーション推定値Ａを算出する構成にしてもよい。
【0169】
上記実施形態では、燃圧Ｐｆ、噴射期間Ｔｄ、噴射開始時期ＳＯＩ、筒内流動、エンジン回転速度ＮＥ、筒内圧Ｐｃをパラメータとして巻き上がり推定値Ｂを算出する構成としたが（図１９（ａ），（ｂ）、図２０（ａ）～（ｄ））、これらのパラメータのうち少なくとも燃圧Ｐｆ、噴射期間Ｔｄ、噴射開始時期ＳＯＩ、及び筒内流動をパラメータとして巻き上がり推定値Ｂを算出する構成としてもよい（図１９（ａ），（ｂ）、図２０（ａ），（ｂ））。
【0170】
上記実施形態では、噴射終了時期ＥＯＩから点火時期ＩＧまでの角度期間（又は噴射終了時期ＥＯＩからＴＤＣまでの角度期間）、及びエンジン回転速度ＮＥに基づいて混合時間推定値Ｃを算出する構成としたが、これらのパラメータのうち少なくとも噴射終了時期ＥＯＩとエンジン回転速度ＮＥをパラメータとして混合時間推定値Ｃを算出する構成としてもよい。
【0171】
均質度推定値Ｘを、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期（ＳＯＩ、ＥＯＩ）と燃圧Ｐｆとエンジン回転速度ＮＥとエンジン負荷（Ｐｉｎ）との少なくとも１つを用いて算出することも可能である。
【0172】
また、噴流ペネトレーション推定値Ａ、巻き上がり推定値Ｂ及び混合時間推定値Ｃの加算により均質度推定値Ｘを算出する構成に代えて、巻き上がり推定値Ｂ及び混合時間推定値Ｃの加算により均質度推定値Ｘを算出する構成にしてもよい。噴流ペネトレーション推定値Ａ、巻き上がり推定値Ｂ及び混合時間推定値Ｃのうち少なくともいずれか１つを用いて均質度推定値Ｘを算出する構成にしてもよい。
【0173】
・上記第４実施形態の変形例として、ＥＣＵ８０が、図３０に示す燃料噴射制御を実施する構成としてもよい。図３０のフローチャートは、図２１のフローチャートの一部を変更したものであり、ステップＳ２６～Ｓ２８に代えて、ステップＳ８１の処理を実施するものとしている。
【0174】
具体的には、ＥＣＵ８０は、図３０のステップＳ２５において、ＳＯＩ設定範囲（ＳＯＩｍｉｎ～ＳＯＩｍａｘ）内で複数の噴射開始時期ＳＯＩに対応する均質度推定値Ｘを算出した後、ステップＳ８１に進み、各均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応する噴射開始時期ＳＯＩを、噴射開始時期ＳＯＩの制御指令値として設定する。そしてその後、噴射開始時期ＳＯＩと噴射期間Ｔｄとに基づいて噴射終了時期ＥＯＩを決定する（ステップＳ２９）。
【0175】
上記構成では、ＳＯＩ設定範囲（設定可能範囲）内で複数のＳＯＩ候補値を定め、それらＳＯＩ候補値ごとに均質度推定値Ｘを算出するとともに、それら均質度推定値Ｘのうち最も大きい均質度推定値Ｘに対応するＳＯＩ候補値に基づいて、制御指令値としての燃料噴射時期を設定するようにした。こうした燃料噴射制御により、燃焼室１４内において所望とする均質度を実現することができる。
【0176】
・第７実施形態の図２９において、低均質状態であると判定された場合（ステップＳ７３がＹＥＳの場合）に、燃圧Ｐｆを高める制御を実施することも可能である。かかる構成においても、混合気の均質度を高めることができる。
【0177】
・第７実施形態の図２９の処理では、均質度推定値Ｘを算出し、その均質度推定値Ｘに基づいて低均質状態であるか否かを判定する構成としたが（ステップＳ７２，Ｓ７３）、これを以下のように変更してもよい。エンジン運転領域が高回転中負荷領域であるか否かを判定し、高回転中負荷領域であることに基づいて低均質状態であることを判定する構成であってもよい。その他に、エンジン運転状態が過渡状態であることに基づいて、低均質状態であることを判定する構成、又は、燃料容器３６内のガス燃料が減少したことに基づいて、低均質状態であることを判定する構成であってもよい。
【0178】
エンジン運転領域が高回転中負荷領域である場合には、ガス燃料と空気との混合時間が短く、噴流巻き上がりが低下することから、低均質状態であると判定される。エンジン運転状態が過渡状態である場合には、吸気量の応答遅れが生じることに起因して噴流巻き上がりの低下が生じ得ることから、低均質状態であると判定される。特に減速過渡の状態では、吸気量の応答遅れによる筒内圧の上昇に起因して噴流巻き上がりの低下が生じると考えられる。また、燃料容器３６内のガス燃料が所定以下に減少した場合には、燃圧低下による噴流巻き上がりの低下が生じ得ることから、低均質状態であると判定される。
【0179】
・第４～第７実施形態に適用される燃料噴射弁３１を、複数の噴孔６２を有する多孔構造とし、かつ各噴孔６２がいずれも同じ大きさを有するものとしたが、これを変更してもよい。例えば、各噴孔６２が、図２や図７、図９、図１０、図１２で説明した形態を有するものであってもよい。また、燃料噴射弁３１が、単一の噴孔６２を有する単孔構造であってもよい。
【0180】
・上記実施形態では、エンジン１０を、燃料噴射弁３１の先端部（キャップ６１）に設けられた各噴孔６２から放射状に、かつピストン上面に向けてガス燃料が噴射される構成としたが（図８参照）、これを変更してよい。具体的には、図３１に示すように、燃料噴射弁３１の先端部（キャップ６１）に設けられた噴孔６２からシリンダ壁面に向けてガス燃料が噴射される構成とする。この場合、噴射方向がシリンダ平面視において一方向のみであり、当該方向への燃料噴射により、燃焼室１４内においてガス燃料の噴流としてタンブル流が形成されるようになっている。つまり、燃料噴射弁３１から噴射されたガス燃料は、シリンダ壁面からピストン上面に至り、さらにピストン上面からの巻き上がりにより縦方向の旋回流を形成するものとなっている。この場合、ピストン上昇によるタンブル流の崩壊で乱流が増加し、ガス燃料の拡散が促進される。また、噴射開始時期の遅角、又は燃圧の上昇により、タンブル流の流れの強さを示すタンブル比を向上させることができる。これにより、タンブル流の崩壊時の乱れを向上させることができ、ガス燃料の拡散が促進されることで均質度の向上を図ることができる。
【0181】
なお、燃料噴射の向きは任意であり、例えば、吸気ポート側から排気ポート側になる向き、排気ポート側から吸気ポート側になる向き、吸気ポート及び排気ポートが並ぶ方向に直交する向きのいずれであってもよい。
【0182】
図３１に示す構成のエンジン１０であっても、上記同様、ＥＣＵ８０が、燃焼室１４内における混合気の均質度を均質度推定値Ｘとして算出し、その均質度推定値Ｘに基づいて、燃料噴射弁３１の燃料噴射時期及び燃圧の少なくともいずれかを制御するものであるとよい（第４～第６実施形態参照）。この場合特に、エンジン圧縮行程において燃料噴射弁３１の噴孔６２からシリンダ壁面に向けて噴射されるガス燃料について、シリンダ壁面を経てピストン上面から巻き上がる際の噴流巻き上がりの度合を示す巻き上がり推定値Ｂが算出される。そして、その巻き上がり推定値Ｂを含む均質度推定値Ｘが算出されるともに、均質度推定値Ｘに基づく燃料噴射制御が行われる。
【0183】
また、図３１に示す構成のエンジン１０において、燃焼室１４内が所定の低均質状態になるか否かを判定し、低均質状態になると判定された場合に、混合気の均質度を高めるべく燃料噴射弁３１の燃料噴射時期の制御を実施するものであるとよい（第７実施形態参照）。
【0184】
本開示に記載の制御部及びその手法は、コンピュータプログラムにより具体化された一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。あるいは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ以上の専用ハードウエア論理回路によってプロセッサを構成することによって提供された専用コンピュータにより、実現されてもよい。もしくは、本開示に記載の制御部及びその手法は、一つ乃至は複数の機能を実行するようにプログラムされたプロセッサ及びメモリと一つ以上のハードウエア論理回路によって構成されたプロセッサとの組み合わせにより構成された一つ以上の専用コンピュータにより、実現されてもよい。また、コンピュータプログラムは、コンピュータにより実行されるインストラクションとして、コンピュータ読み取り可能な非遷移有形記録媒体に記憶されていてもよい。
【符号の説明】
【0185】
１０…エンジン、１３…ピストン、１４…燃焼室、１５…吸気ポート、１６…排気ポート、３１…燃料噴射弁、３２…点火プラグ、６１…キャップ、６２…噴孔、８０…ＥＣＵ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図14】
【図15】
【図16】
【図17】
【図18】
【図19】
【図20】
【図21】
【図22】
【図23】
【図24】
【図25】
【図26】
【図27】
【図28】
【図29】
【図30】
【図31】