特開 2024-154920 エンジンシステム

(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】P2024154920

(43)【公開日】2024-10-31

(54)【発明の名称】エンジンシステム

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/02 20060101AFI20241024BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20241024BHJP

   F02D 41/34 20060101ALI20241024BHJP

【ＦＩ】

F02D19/02 Z

F02M21/02 301Z

F02D41/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023069144

(22)【出願日】2023-04-20

(71)【出願人】

【識別番号】000003218

【氏名又は名称】株式会社豊田自動織機

(74)【代理人】

【識別番号】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田中 耕太

【テーマコード（参考）】

3G092

3G301

【Ｆターム（参考）】

3G092AB06

3G092BB06

3G092FA15

3G092HA05Z

3G092HE03Z

3G092HE08Z

3G301HA22

3G301JA21

3G301MA18

3G301NA06

3G301PA07Z

3G301PE03Z

3G301PE08Z

(57)【要約】

【課題】ポート噴射された気体燃料を吸気と適切に混合する。
【解決手段】制御装置は、エンジンが予め定められた動作領域で動作中であるか否かを判定するステップ（Ｓ１００）と、予め定められた動作領域で動作中であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、要求噴射量を算出するステップ（Ｓ１０２）と、吸気バルブ手前の気体燃料の残留量を推定するステップ（Ｓ１０４）と、噴射時間を設定するステップ（Ｓ１０６）と、噴射タイミングであるか否かを判定するステップ（Ｓ１０８）と、噴射タイミングであると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、噴射制御を実行するステップ（Ｓ１１０）とを含む、処理を実行する。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

気筒に接続される吸気通路と、
前記吸気通路と前記気筒との間に設けられる吸気バルブと、
気体燃料を前記吸気通路に噴射する噴射装置と、
前記噴射装置を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記吸気バルブが前記吸気通路と前記気筒とを連通するように動作する吸気行程において前記吸気通路に噴射した前記気体燃料のうちの一部が前記気筒内に導入され、残りが前記吸気行程後に前記吸気通路に残留するように前記噴射装置から前記気体燃料を噴射する噴射制御を実行する、エンジンシステム。

【請求項2】

前記制御装置は、今回の吸気行程における前記噴射装置からの前記気体燃料の噴射量を前回の吸気行程において前記吸気通路に残留する前記気体燃料の残留量を用いて設定する、請求項１に記載のエンジンシステム。

【請求項3】

前記制御装置は、前記前回の吸気行程における前記残留量と前記吸気通路に噴射した前記気体燃料のうちの気筒内に導入される燃料量との和が、前記エンジンシステムにおける前記気体燃料の要求量を満たすように前記気体燃料の噴射量を設定する、請求項２に記載のエンジンシステム。

【請求項4】

前記制御装置は、次回の吸気行程における前記残留量を加算して前記今回の吸気行程における前記気体燃料の噴射量を設定する、請求項３に記載のエンジンシステム。

【請求項5】

前記制御装置は、前記エンジンシステムの運転状態についての予め定められた条件が成立する場合に前記噴射制御を実行する、請求項１に記載のエンジンシステム。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、エンジンシステムの制御に関する。

【背景技術】

【0002】

内燃機関に設けられる燃料噴射システムとして、たとえば、ＰＦＩ（Port Fuel Injection）システムの構成が公知である。内燃機関の燃料としては、たとえば、水素等の気体燃料が用いられる場合がある。たとえば、特開２０２２－４４５５３号公報（特許文献１）には、吸気バルブに近接する位置で水素を噴射させて、吸気ポート内に水素を残留しにくくすることにより異常燃焼や充填効率の向上を図る技術が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２２－４４５５３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、ポート噴射により噴射された気体燃料が一塊の状態で気筒内に導入されると速やかに吸気と混合されず、気筒内において気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じる場合がある。そのため、異常燃焼が発生する場合がある。

【0005】

本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ポート噴射された気体燃料を吸気と適切に混合するエンジンシステムを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

この発明のある局面に係るエンジンシステムは、気筒に接続される吸気通路と、吸気通路と気筒との間に設けられる吸気バルブと、気体燃料を吸気通路に噴射する噴射装置と、噴射装置を制御する制御装置とを備える。制御装置は、吸気バルブが吸気通路と気筒とを連通するように動作する吸気行程において吸気通路に噴射した気体燃料のうちの一部が気筒内に導入され、残りが吸気行程後に吸気通路に残留するように噴射装置から気体燃料を噴射する噴射制御を実行する。

【0007】

このようにすると、吸気通路に噴射された気体燃料のうちの一部が気筒に導入され、残りが吸気通路に残留するように噴射装置が制御されるので、次回の吸気行程においては、吸気バルブが開いたときに吸気通路に残留していた気体燃料が筒内に導入されるとともに、その後に噴射装置により噴射された気体燃料のうちの一部が気筒内に導入されることになる。二段階で気体燃料が筒内に導入されることにより、１回で同量の気体燃料が気筒内に導入される場合と比較して気体燃料と吸気とが混合されやすくなる。そのため、気筒内において気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じることを抑制することができる。その結果、異常燃焼等の発生を抑制することができる。

【0008】

ある実施の形態においては、制御装置は、今回の吸気行程における噴射装置からの気体燃料の噴射量を前回の吸気行程において吸気通路に残留する気体燃料の残留量を用いて設定する。

【0009】

このようにすると、吸気通路に残留する気体燃料の残留量を用いて今回の吸気行程における気体燃料の噴射量が設定されるので、エンジンシステムおいて要求される量の気体燃料を気筒内に導入させることができる。

【0010】

さらにある実施の形態においては、制御装置は、前回の吸気行程における残留量と吸気通路に噴射した気体燃料のうちの気筒内に導入される燃料量との和が、エンジンシステムにおける気体燃料の要求量を満たすように気体燃料の噴射量を設定する。

【0011】

このようにすると、残留量と気筒内に導入される燃料量との和がエンジンシステムにおける気体燃料の要求量を満たすように気体燃料の噴射量が設定されるので、エンジンシステムを要求量に応じた運転状態にすることができる。

【0012】

さらにある実施の形態においては、制御装置は、次回の吸気行程における残留量を加算して今回の吸気行程における気体燃料の噴射量を設定する。

【0013】

このようにすると、次回の吸気行程における残留量を加算して今回の吸気行程における気体燃料の噴射量が設定されるため、次回の吸気行程においても残留量分の気体燃料を噴射装置による噴射が行なわれる前に気筒内に導入することができる。そのため、気筒内において気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じることを抑制することができる。

【0014】

さらにある実施の形態においては、制御装置は、エンジンシステムの運転状態についての予め定められた条件が成立する場合に噴射制御を実行する。

【0015】

このようにすると、二段階に分けて気筒に気体燃料を導入するための噴射制御をエンジンシステムが適切な状態であるときに実行することができる。

【発明の効果】

【0016】

この発明によると、ポート噴射された気体燃料を吸気と適切に混合するエンジンシステムを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本実施の形態に係るエンジンシステムの概略構成の一例を示す図である。

【図2】各工程におけるエンジンシステムの動作を説明するための図である。

【図3】燃料噴射装置から噴射された気体燃料の動きを説明するための図である。

【図4】制御装置で実行される処理の一例を示すフローチャートである。

【図5】本実施の形態において気筒内に導入される気体燃料の動きを説明するための図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、図面を参照しつつ、本実施の形態について説明する。以下の説明では、同一の部品には同一の符号が付されている。それらの名称および機能も同じである。したがって、それらについての詳細な説明は繰り返さない。

【0019】

図１は、本実施の形態に係るエンジンシステム１の概略構成の一例を示す図である。図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン本体２と、インテークマニホールド（以下、インマニと記載する）４と、エキゾーストマニホールド（以下、エキマニと記載する）６と、吸気管８と、排気管１０と、スロットルバルブ２０と、制御装置１００とを備える。このエンジンシステム１は、たとえば、車両等の移動体に搭載され、気体燃料を用いて動作する内燃機関によって構成される。なお、本実施の形態において、気体燃料は、たとえば、水素である場合を一例として説明する。

【0020】

エンジン本体２には、たとえば、シリンダブロックとシリンダヘッドとによって構成される複数の気筒が形成される。本実施の形態において、エンジン本体２には、たとえば、４箇所に中空円筒形状の気筒２１，２２，２３，２４が設けられる。各気筒２１，２２，２３，２４には、ピストン（図示せず）が各気筒内を開口方向（図１の紙面手前－奥方向）に沿って摺動可能に設けられる。各ピストンには、各ピストンに対応するピストンロッド（図示せず）の一方端が連結される。各ピストンロッドの他方端は、クランクシャフト（図示せず）に連結され、各気筒においてクランク機構が構成される。各気筒のピストンが気筒内で摺動すると、クランクシャフトが回転する。

【0021】

エンジン本体２は、点火プラグ１１，１２，１３，１４と、噴射装置１５，１６，１７，１８とをさらに含む。

【0022】

点火プラグ１１，１２，１３，１４は、それぞれ気筒２１，２２，２３，２４の頂部に設けられる。点火プラグ１１，１２，１３，１４は、各気筒における圧縮行程後の混合気の点火に用いられる。点火プラグ１１，１２，１３，１４は、制御装置１００からの制御信号に応じて予め定められた点火順序に従って点火動作を行なう。制御装置１００は、たとえば、気筒２１，２２，２３，２４のうちの圧縮行程直後の気筒の点火プラグの点火動作を行なう。

【0023】

エンジン本体２には、吸気ポート３１，３２，３３，３４が設けられる。吸気ポート３１，３２，３３，３４の各々の一方端は、気筒２１，２２，２３、２４の頂部に接続される。吸気ポート３１，３２，３３，３４は、インマニ４の４つの分岐通路（後述する）にそれぞれ接続される。吸気ポート３１，３２，３３，３４と気筒２１，２２，２３，２４との間にはそれぞれ吸気バルブが設けられる。吸気バルブが閉じる場合には、吸気ポートと気筒との間が遮断された遮断状態になり、吸気バルブが開く場合には、吸気ポートと気筒との間が連通する連通状態になる。吸気バルブの動作の詳細については、後述する。

【0024】

吸気ポート３１，３２，３３，３４には、噴射装置１５，１６，１７，１８がそれぞれ設けられる。噴射装置１５，１６，１７，１８は、制御装置１００からの制御信号に応じて吸気ポート３１，３２，３３，３４にそれぞれ気体燃料を噴射する。制御装置１００は、気筒２１，２２，２３，２４のうちの吸気行程中の気筒において要求量に従った気体燃料を噴射する。制御装置１００は、たとえば、噴射装置からの気体燃料の噴射時間を調整することによって噴射量を制御する。すなわち、制御装置１００は、エンジンシステム１の状態に応じて設定された噴射期間だけ噴射を行なうように噴射装置１５，１６，１７，１８を制御する。

【0025】

インマニ４は、たとえば、サージタンクと吸気管８を４つの気筒に分岐する４つの分岐通路とを含む。４つの分岐通路の一方端は、上述の吸気ポート３１，３２，３３，３４にそれぞれ接続される。吸気管８には、スロットルバルブ２０が設けられる。スロットルバルブ２０は、制御装置１００からの制御信号に応じて吸気管８を流通する吸気の流量を調整可能に構成される。インマニ４と吸気管８と吸気ポート３１，３２，３３，３４とによって「吸気通路」が構成される。

【0026】

なお、気筒２１，２２，２３，２４の各々の頂部には、排気ポート（図示せず）の一方端が接続される。各排気ポートの他方端には、エキマニ６の分岐通路に接続される。気筒２１，２２，２３，２４と各排気ポートとの間には、排気バルブがそれぞれ設けられる。排気バルブが閉じる場合には、排気ポートと気筒との間が遮断された遮断状態になり、排気バルブが開く場合には、排気ポートと気筒との間が連通する連通状態になる。排気バルブの動作の詳細については、後述する。エキマニ６の４つの分岐通路は合流して排気管１０の一方端に接続される。排気管１０の他方端には、排気を浄化する排気浄化装置やマフラー等の消音器（図示せず）が接続される。

【0027】

制御装置１００には、吸気圧センサ１０２と、クランク角度センサ１０４と、水温センサ１０６とが接続される。吸気圧センサ１０２は、吸気管８内の吸気圧力（以下、吸気圧と記載する）を検出し、検出した吸気圧を示す信号を制御装置１００に送信する。クランク角度センサ１０４は、クランクシャフトの回転角度（以下、クランク角度と記載する）を検出し、検出したクランク角度を示す信号を制御装置１００に送信する。さらに、水温センサ１０６は、エンジンシステム１内の冷却水の温度（以下、水温と記載する）を検出し、検出した水温を示す信号を制御装置１００に送信する。

【0028】

制御装置１００は、各種処理を行なうＣＰＵ（Central Processing Unit）と、プログラムおよびデータを記憶するＲＯＭ（Read Only Memory）およびＣＰＵの処理結果等を記憶するＲＡＭ（Random Access Memory）等を含むメモリ（いずれも図示せず）とを含む。

【0029】

制御装置１００は、各種センサ（たとえば、上述した吸気圧センサ１０２、クランク角度センサ１０４または水温センサ１０６など）からの信号、ならびにメモリに格納されたマップおよびプログラムに基づいて、エンジンシステム１が所望の運転状態になるように各種機器（たとえば、噴射装置１５，１６，１７，１８やスロットルバルブ２０など）を制御する。なお、制御装置１００が実行する各種処理については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）により処理することも可能である。

【0030】

以上のような構成を有するエンジンシステム１が運転状態である場合には、気筒２１，２２，２３，２４の各々において、吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とが行なわれる。これらの行程は、気筒２１，２２，２３，２４において予め定められたクランク角度だけずれたタイミングで行なわれる。

【0031】

図２は、各工程におけるエンジンシステム１の動作を説明するための図である。図２においては、たとえば、気筒２１における各工程における動作を一例として説明するが、その他の気筒２２，２３，２４においても同様の動作を行なうためその詳細な説明は繰り返さない。また、図２に示すように、吸気ポート３１と気筒２１との間に吸気バルブ２５が設けられ、排気ポート４１と気筒２１との間に排気バルブ２６が設けられるものとする。さらに、気筒２１内には、ピストン２１ａが収納され、クランクシャフト２１ｃとピストン２１ａとがピストンロッド２１ｂによって接続されるものとする。

【0032】

図２の（Ａ）に示すように気筒２１の吸気行程に対応するクランク角度になると、図示しないカム機構の動作によって吸気バルブ２５が開き、排気バルブ２６が閉じた状態になる。このとき、ピストン２１ａが図２の紙面下方向に摺動することで気筒内が負圧になり、吸気管８、インマニ４および吸気ポート３１を経由して吸気が気筒２１内に導入される。

【0033】

ピストン２１ａが下死点付近に対応するクランク角度、すなわち、圧縮行程に対応するクランク角度になると、図２の（Ｂ）に示すようにカム機構の動作によって吸気バルブ２５と排気バルブ２６の各々が閉じた状態になる。このとき、ピストン２１ａが図２の紙面上方向に摺動することで気筒内の混合気が圧縮される。

【0034】

ピストン２１ａが上死点付近に対応するクランク角度、すなわち、膨張行程（燃焼行程）に対応するクランク角度になると、図２の（Ｃ）に示すように、点火プラグ１１の点火動作が行なわれる。点火プラグ１１の点火動作によって気筒２１内の混合気が燃焼し、生じた燃焼圧力によってピストン２１ａが図２の紙面下方向に押し下げられ、クランク機構を介してクランクシャフト２１ｃを回転させる。

【0035】

ピストン２１ａが下死点付近に対応するクランク角度、すなわち、排気行程に対応するクランク角度になると、図２の（Ｄ）に示すように、カム機構の動作によって吸気バルブ２５が閉じ、排気バルブ２６が開いた状態になる。このとき、ピストン２１ａが図２の紙面上方向に摺動することで気筒内の圧力が上昇し、気筒内の気体が排気ポート４１に排出される。排気ポート４１に排出された気体はエキマニ６および排気管１０に流通する。

【0036】

以上のような各工程を経てエンジンシステム１が動作する場合、特に吸気行程に噴射装置１５から噴射された気体燃料が一塊の状態で気筒内に導入される場合がある。

【0037】

図３は、噴射装置１５から噴射された気体燃料の変化を説明するための図である。図３に示すように、吸気バルブ２５が開いた後に噴射装置１５から気体燃料が噴射されると、図３の（ａ－１）に示すように噴射された気体燃料が気筒２１内に導入され、その後に図３の（ａ－２）の矢印に示すように移動する。このとき、気体燃料が気筒内に一塊の状態で導入されると特に塊の中心部分の気体燃料と吸気とが混じりづらくなり、気筒内において気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じる場合がある。気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じると、吸気行程中に気体燃料が着火するなどの異常燃焼等が発生する場合がある。

【0038】

そこで、本実施の形態において、制御装置１００は、吸気工程において吸気ポートに噴射した気体燃料のうちの一部が気筒内に導入され、残りが吸気ポートに残留するように噴射装置から気体燃料を噴射する噴射制御を実行するものとする。

【0039】

このようにすると、次回の吸気行程においては、吸気バルブが開いたときに吸気ポートに残留していた気体燃料が筒内に導入されるとともに、その後に噴射装置により噴射された気体燃料のうちの一部が気筒内に導入されることになる。二段階で（すなわち、分割して）気体燃料が筒内に導入されることにより、１回で同量の気体燃料が気筒内に導入される場合と比較して気体燃料と吸気とが混合されやすくなる。そのため、気筒内において気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じることを抑制することができる。その結果、異常燃焼等の発生を抑制することができる。

【0040】

以下、図４を参照して、制御装置１００で実行される処理の一例について説明する。図４は、制御装置１００で実行される処理の一例を示すフローチャートである。このフローチャートに示される一連の処理は、制御装置１００により、所定の制御周期毎に繰り返し実行される。

【0041】

ステップ（以下、ステップをＳと記載する）１００にて、制御装置１００は、エンジンシステム１が予め定められた動作領域で動作中であるか否かを判定する。予め定められた動作領域は、たとえば、アイドル状態以外の動作領域を含む。制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１の負荷がしきい値よりも大きい場合にエンジンシステム１が予め定められた動作領域で動作中であると判定してもよい。制御装置１００は、たとえば、吸気圧やエンジンシステム１の推定トルクをエンジンシステム１の負荷として算出してもよい。エンジンシステム１が予め定められた動作領域で動作中であると判定される場合（Ｓ１００にてＹＥＳ）、処理はＳ１０２に移される。

【0042】

Ｓ１０２にて、制御装置１００は、気体燃料の要求噴射量を算出する。制御装置１００は、たとえば、エンジンシステム１に要求される出力（以下、要求出力と記載する）を用いて要求噴射量を算出する。制御装置１００は、たとえば、アクセル開度等を用いて要求出力を算出する。制御装置１００は、たとえば、クランク角度センサ１０４によって検出されるクランク角度の変化速度からエンジン回転数を算出し、算出されたエンジン回転数とアクセル開度等を用いて要求出力を算出してもよい。その後処理はＳ１０４に移される。

【0043】

Ｓ１０４にて、制御装置１００は、今回の吸気行程となる気筒の吸気ポート内の吸気バルブ手前の気体燃料の残留量を推定する。制御装置１００は、たとえば、当該気筒の前回のサイクルでの吸気行程において吸気バルブが閉じた時点（クランク角度）から気体燃料の噴射が停止される時点（クランク角度）までに噴射された燃料量を残留量として推定する。その後処理はＳ１０６に移される。

【0044】

Ｓ１０６にて、制御装置１００は、今回の吸気行程となる気筒の気体燃料の噴射時間を設定する。制御装置１００は、たとえば、要求噴射量から残留量を減算した燃料量を噴射する時間を第１時間として設定する。さらに、制御装置１００は、当該気筒における次回のサイクルでの吸気行程において吸気バルブ手前の気体燃料の残留量を噴射する時間を第２時間として設定する。なお、第２時間は、次回のサイクルでの吸気行程において吸気バルブが開いて気体燃料が気筒内に導入されたときに自着火しない程度の量の燃料が噴射される時間であればよい。第２時間は、たとえば、予め定められた時間であってもよいし、あるいは、エンジン回転数や水温等によって設定される時間であってもよい。制御装置１００は、第１時間と第２時間との和を今回の吸気行程となる気筒における気体燃料の噴射時間として設定する。その後処理はＳ１０８に移される。

【0045】

Ｓ１０８にて、制御装置１００は、噴射タイミングであるか否かを判定する。制御装置１００は、クランク角度センサ１０４によって検出されるクランク角度が噴射タイミングに対応するクランク角度になるときに噴射タイミングであると判定する。制御装置１００は、たとえば、第１時間の終期を吸気バルブが閉じるタイミングとした場合の第１時間の始期に対応するクランク角度を噴射タイミングとして設定する。噴射タイミングであると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、処理はＳ１１０に移される。

【0046】

Ｓ１１０にて、制御装置１００は、噴射制御を実行する。制御装置１００は、噴射タイミングから設定された噴射時間が経過するまで燃料を噴射するように噴射装置を制御する。制御装置１００は、設定された噴射時間が経過したときに燃料の噴射を停止するように噴射装置を制御する。その後処理は終了される。

【0047】

なお、エンジンが予め定められた動作領域で動作中でないと判定される場合（Ｓ１００にてＮＯ）、この処理は終了される。また、噴射タイミングでないと判定される場合（Ｓ１０８にてＮＯ）、処理はＳ１０８に戻される。

【0048】

以上のような構造およびフローチャートに基づく本実施の形態における制御装置１００の動作の一例について図５を参照しつつ説明する。図５は、本実施の形態において気筒内に導入される気体燃料の動きを説明するための図である。

【0049】

たとえば、エンジンシステム１がアイドル状態以外の定常状態で運転している場合を想定する。

【0050】

エンジンシステム１の動作領域が予め定められた動作領域であるため（Ｓ１００にてＹＥＳ）、気筒２１，２２，２３，２４のうちの吸気行程となる気筒における要求噴射量が要求出力から算出される（Ｓ１０２）。以下の説明においては、吸気行程となる気筒が気筒２１である場合を一例とする。吸気行程となる気筒２１における吸気バルブ２５の手前の気体燃料の残留量が推定される（Ｓ１０４）。そして、要求噴射量と残留量とから第１時間が設定され、第１時間に第２時間が加算されることによって吸気行程となる気筒２１に対応する噴射装置１５の噴射時間が設定される（Ｓ１０６）。

【0051】

図５の（ｂ－１）に示すように、気筒２１における吸気行程において吸気バルブ２５が開くと、吸気バルブ２５の手前に残留していた気体燃料が吸気とともに気筒２１内に導入される。気筒２１内に導入された気体燃料は気筒２１内を図５の（ｂ－２）の矢印に示すように周方向に沿って移動しながら吸気と混じりあっていく。

【0052】

そして、吸気行程における気筒２１に対応する噴射装置１５による噴射タイミングであると判定される場合（Ｓ１０８にてＹＥＳ）、設定された噴射時間が経過するまで噴射制御が実行される（Ｓ１１０）。

【0053】

噴射制御が開始されると、図５の（ｃ－１）に示すように、噴射装置１５から噴射された気体燃料が吸気ポート３１を経由して吸気とともに気筒２１内に導入される。気筒２１内に導入された気体燃料は気筒２１内を図５の（ｃ－２）の矢印に示すように周方向に沿って移動しながら吸気と混じりあっていく。

【0054】

このように吸気行程において、二段階で気体燃料が気筒２１内に導入されることとなるため、一度に気体燃料が気筒２１内に導入される場合と比較して、気筒２１内で形成される気体燃料の塊が小さくなるため、吸気と混じりやすくなり、気体燃料の密度が局所的に高くなることが抑制される。

【0055】

燃料噴射制御の実行中に吸気行程が終了する（圧縮行程が開始する）クランク角度になると、吸気バルブ２５が閉状態になるため、吸気バルブ２５が閉じた後において噴射装置１５により噴射された気体燃料は、吸気バルブ２５の手前で残留することとなる。残留した気体燃料は、気筒２１における次回の吸気行程において吸気バルブ２５が開いたときに気筒２１内に導入されることとなる。なお、上述した説明は、気筒２１が吸気行程になる場合を一例として説明したが、気筒２２，気筒２３および気筒２４が吸気行程になる場合も同様である。そのため、その詳細な説明は繰り返さない。

【0056】

以上のようにして、本実施の形態に係るエンジンシステム１によると、吸気通路に噴射された気体燃料のうちの一部が気筒に導入され、残りが吸気通路に残留するように噴射装置が制御されるので、当該気筒における次回の吸気行程においては、吸気バルブが開いたときに吸気通路に残留していた気体燃料が筒内に導入されるとともに、噴射装置により噴射された気体燃料のうちの一部が気筒内に導入されることになる。このように二段階で気体燃料が気筒内に導入されることにより、１回で同量の気体燃料が気筒内に導入される場合と比較して気筒内で形成される塊が小さくなるため、気体燃料と吸気とが混じりやすくなる。そのため、気体燃料の密度が局所的に高くなる箇所が生じることを抑制することができる。その結果、異常燃焼等の発生を抑制することができる。したがって、ポート噴射された気体燃料を吸気と適切に混合するエンジンシステムを提供することができる。

【0057】

さらに、二段階で導入された気体燃料の燃料量によって要求噴射量を満たす燃料を気筒内に導入することができるため、エンジンシステム１を要求噴射量に従った所望の運転状態にすることができる。

【0058】

さらに、１回の噴射を吸気バルブを用いて分割することにより、２回に噴射を分ける場合と比較して噴射回数の増加を抑制することができる。

【0059】

以下、変形例について記載する。

【0060】

上述の実施の形態では、アイドル状態以外の動作領域を予め定められた条件が成立する予め定められた動作領域の一例として説明したが、特にこのような動作領域に限定されるものではない。予め定められた動作領域は、たとえば、エンジンシステム１が定常運転状態となる動作領域を含むようにしてもよい。定常運転状態は、たとえば、エンジンシステム１への負荷、エンジン回転数、吸気圧等が一定（変化量の大きさがしきい値以下）の状態を含む。このようにすると、過渡時の応答性の低下を抑制しつつ、定常運転状態での異常燃焼の発生を抑制することができる。

【0061】

あるいは、予め定められた動作領域は、エンジンシステム１への負荷が高負荷となる動作領域を含むようにしてもよい。高負荷は、たとえば、吸気圧や推定トルクがしきい値以上となる状態を含む。このようにすると、異常燃焼が生じやすい高負荷時における異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。

【0062】

あるいは、予め定められた動作領域は、要求噴射量がしきい値以上となる動作領域を含むようにしてもよい。このようにすると、噴射量が多く、異常燃焼が発生しやすい動作領域において異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。

【0063】

あるいは、予め定められた動作領域は、暖機完了後の動作領域を含むようにしてもよい。制御装置１００は、たとえば、水温がしきい値よりも高いときに暖機が完了していると判定してもよい。このようにすると、異常燃焼が発生しやすい暖機完了後において異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。

【0064】

さらに上述の実施の形態では、第２時間を予め定められた時間であるものとして説明したが、たとえば、吸気バルブが開くタイミングと、噴射タイミングとの間のクランク角度範囲を予め定められた範囲以上とするために第２時間を調整してもよい。第２時間を調整する（たとえば、増量する）ことにより、次回の吸気行程において気筒内に導入する燃料量を少なくすることができるため、噴射タイミングをより遅くすることができる。このようにすると、気筒内において気体燃料と吸気とがより混じりやすくなるため、異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。

【0065】

なお、上記した変形例は、その全部または一部を組み合わせて実施してもよい。

【0066】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0067】

１ エンジンシステム、２ エンジン本体、４ インマニ、６ エキマニ、８ 吸気管、１０ 排気管、１１，１２，１３，１４ 点火プラグ、１５，１６，１７，１８ 噴射装置、２０ スロットルバルブ、２１，２２，２３，２４ 気筒、２１ａ ピストン、２１ｂ ピストンロッド、２１ｃ クランクシャフト、２５ 吸気バルブ、２６ 排気バルブ、３１，３２，３３，３４ 吸気ポート、４１ 排気ポート、１００ 制御装置、１０２ 吸気圧センサ、１０４ クランク角度センサ、１０６ 水温センサ。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】