(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-09-07
(45)【発行日】2023-09-15
(54)【発明の名称】エンジンシステム及び気体燃料燃焼方法
(51)【国際特許分類】
F02D 19/08 20060101AFI20230908BHJP
F02D 41/40 20060101ALI20230908BHJP
【ＦＩ】
F02D19/08 C
F02D41/40
【請求項の数】
13
(21)【出願番号】P 2022199268
(22)【出願日】2022-12-14
(62)【分割の表示】P 2021153066の分割
【原出願日】2021-09-21
(65)【公開番号】P2023046327
(43)【公開日】2023-04-03
【審査請求日】2022-12-14
(73)【特許権者】
【識別番号】720001060
【氏名又は名称】ヤンマーホールディングス株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100168583
【弁理士】
【氏名又は名称】前井 宏之
(72)【発明者】
【氏名】本田 祐介
(72)【発明者】
【氏名】壽 和輝
【審査官】津田 真吾
(56)【参考文献】
【文献】特表２０１２－５３２２７３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２０１２－５３２２７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０２０－１４３５７７（ＪＰ，Ａ）
【文献】米国特許出願公開第２０１７／０１２２２２６（ＵＳ，Ａ１）
【文献】米国特許出願公開第２０２０／０３６２７９１（ＵＳ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｄ １９／００
Ｆ０２Ｄ ４１／００
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
空気及び気体燃料が供給される燃焼室を有し、前記気体燃料を燃焼させるエンジンシステムであって、液体燃料を噴射して、前記気体燃料に着火する液体燃料噴射部と、
前記液体燃料噴射部を制御する制御部と
を備え、
前記制御部は、前記気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後にのみ、前記液体燃料の後続噴射を実行し燃焼させ、
前記液体燃料の後続噴射が、前記気体燃料の燃焼期間のうちの前半の期間内で開始されるように、前記液体燃料噴射部を制御する、エンジンシステム。
【請求項2】
所定期間において複数回の燃焼サイクルが実行され、前記液体燃料噴射部は、前記燃焼サイクルごとに、前記気体燃料の着火と火炎伝播終了後の前記液体燃料の後続噴射とを実行し、
前記制御部は、前記所定期間内では、前記気体燃料に着火する際の前記液体燃料の噴射量の増加を禁止する、請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項3】
前記気体燃料に着火する際の前記液体燃料の噴射量の増加とは、エンジンに対する負荷の上昇に応じた前記液体燃料の噴射量の増加のことであり、前記所定期間は、１０秒間を示す、請求項２に記載のエンジンシステム。
【請求項4】
前記気体燃料の燃焼に起因して発生する排気物質を直接的又は間接的に示す物理量を計測する計測部を更に備え、前記制御部は、前記計測部の計測結果に基づいて、火炎伝播終了後の前記液体燃料の後続噴射を制御する、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項5】
前記制御部は、火炎伝播終了後に前記液体燃料を後続噴射する際の条件に応じて、前記燃焼室内の空気過剰率を制御する、請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項6】
前記燃焼室内で移動するピストンを更に備え、前記ピストンの移動方向に対する前記液体燃料の噴射角度は、３０度以上６５度以下を示す、請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項7】
前記制御部は、火炎伝播終了後の前記液体燃料の後続噴射を、ピストンの上死点後において、クランク角度が３０度以上６０度未満の範囲で実行するように、前記液体燃料噴射部を制御する、請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項8】
前記制御部は、火炎伝播終了後の前記液体燃料の噴射回数と、火炎伝播終了後の前記液体燃料の噴射量と、火炎伝播終了後の前記液体燃料の噴射タイミングとのうちの少なくとも１つを変更することで、エンジンからの排気物質の量を調整する、請求項１から請求項７のいずれか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項9】
空気及び気体燃料を燃焼室に供給して前記気体燃料を燃焼させるエンジンにおける気体燃料燃焼方法であって、液体燃料を噴射して、前記気体燃料に着火するステップと、
前記気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後にのみ、前記液体燃料の後続噴射を実行し燃焼させるステップと
を含み、
前記液体燃料の後続噴射が、前記気体燃料の燃焼期間のうちの前半の期間内で開始される、気体燃料燃焼方法。
【請求項10】
所定期間において複数回の燃焼サイクルが実行され、前記燃焼サイクルごとに、前記気体燃料の着火と火炎伝播終了後の前記液体燃料の後続噴射とが実行され、
前記所定期間内では、前記気体燃料に着火する際の前記液体燃料の噴射量の増加が禁止される、請求項９に記載の気体燃料燃焼方法。
【請求項11】
前記気体燃料に着火する際の前記液体燃料の噴射量の増加とは、前記エンジンに対する負荷の上昇に応じた前記液体燃料の噴射量の増加のことであり、前記所定期間は、１０秒間を示す、請求項１０に記載の気体燃料燃焼方法。
【請求項12】
火炎伝播終了後の前記液体燃料の後続噴射は、ピストンの上死点後において、クランク角度が３０度以上６０度未満の範囲で実行される、請求項９から請求項１１のいずれか１項に記載の気体燃料燃焼方法。
【請求項13】
火炎伝播終了後の前記液体燃料の噴射回数と、火炎伝播終了後の前記液体燃料の噴射量と、火炎伝播終了後の前記液体燃料の噴射タイミングとのうちの少なくとも１つを変更することで、前記エンジンからの排気物質の量を調整する、請求項９から請求項１２のいずれか１項に記載の気体燃料燃焼方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、エンジンシステム及び気体燃料燃焼方法に関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１に記載されている内燃機関操作方法では、ディーゼルタイプの二元燃料内燃機関を操作する。内燃機関は、燃焼室と、第１燃料の第１燃料供給装置と、第２燃料の第２燃料供給装置とを含む。内燃機関操作方法は、第１ステップ～第４ステップを含む。
【0003】
第１ステップにおいて、燃焼室において第１燃料を予混合する。第２ステップにおいて、第１燃料を含む装入材料を、第２燃料の自己着火を可能にする条件まで圧縮する。第３ステップにおいて、燃焼室への第２燃料の第１噴射を実施して、第２燃料の自己着火を開始することにより、第１燃料を着火する。これによって、第１燃料の予混合火炎伝播燃焼の条件を開始する。第４ステップにおいて、少なくとも１回の後続噴射を実施するが、後続噴射によって追加の運動エネルギーを燃焼過程に供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特表２０１２－５３２２７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、特許文献１に記載されている内燃機関操作方法では、火炎の伝播速度を高めることを目的として、後続噴射を実行している。火炎の伝播速度を高めることで燃焼速度が速くなると、燃焼時の最高温度が高温になる。その結果、第１燃料の燃焼の際に窒素酸化物の生成量が増加する。また、第１燃料の燃焼の際には、未燃焼の炭化水素が発生する場合がある。
【0006】
本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、気体燃料を燃焼させる際に、窒素酸化物の生成の抑制と、未燃焼の炭化水素の残存の抑制とのうちの少なくとも一方を実現できるエンジンシステム及び気体燃料燃焼方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の一局面によれば、エンジンシステムは、空気及び気体燃料が供給される燃焼室を有し、前記気体燃料を燃焼させる。エンジンシステムは、液体燃料噴射部と、制御部とを備える。液体燃料噴射部は、液体燃料を噴射して、前記気体燃料に着火する。制御部は、前記液体燃料噴射部を制御する。前記制御部は、前記気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に前記液体燃料の噴射を実行するように、前記液体燃料噴射部を制御する。
【0008】
本発明の他の局面によれば、空気及び気体燃料を燃焼室に供給して前記気体燃料を燃焼させるエンジンにおける気体燃料燃焼方法は、液体燃料を噴射して、前記気体燃料に着火するステップと、前記気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、前記液体燃料の噴射を実行するステップとを含む。
【発明の効果】
【0009】
本発明によれば、気体燃料を燃焼させる際に、窒素酸化物の生成の抑制と、未燃焼の炭化水素の残存の抑制とのうちの少なくとも一方を実現できるエンジン及び気体燃料燃焼方法を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】本発明の実施形態に係るエンジンシステムの構成を示す模式図である。
【図2】本実施形態に係るエンジンシステムを示すブロック図である。
【図3】（ａ）は、本実施形態に係る液体燃料の噴射タイミングの一例を示す図である。（ｂ）は、本実施形態に係る液体燃料の噴射タイミングの他の例を示す図である。
【図4】本実施形態に係るエンジンにおける気体燃料の燃焼特性を模式的に示す図である。
【図5】（ａ）は、本実施形態に係るエンジンにおける未燃焼の炭化水素の残存量を模式的に示すグラフである。（ｂ）は、本実施形態に係るエンジンにおける窒素酸化物の生成量を模式的に示すグラフである。
【図6】本実施形態に係るエンジンの燃焼サイクルを模式的に示すタイムチャートである。
【図7】本実施形態に係る液体燃料の噴射角度を模式的に示す図である。
【図8】本実施形態に係る気体燃料燃焼方法を示すフローチャートである。
【図9】本実施形態の変形例に係る気体燃料燃焼方法を示すフローチャートである。
【図10】（ａ）は、本発明の実施例１～６に係るエンジンにおける未燃焼の炭化水素の残存量を示すグラフである。（ｂ）は、本発明の実施例１～６に係るエンジンにおける窒素酸化物の生成量を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。なお、図中、同一または相当部分については同一の参照符号を付して説明を繰り返さない。
【0012】
図１～図８を参照して、本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００を説明する。まず、図１を参照して、本実施形態に係るエンジンシステム１００を説明する。図１は、エンジンシステム１００の構成を示す模式図である。図１に示すエンジンシステム１００は、気体燃料を燃焼させる。具体的には、エンジンシステム１００は、気体燃料を燃焼させて機械仕事を得る。気体燃料は、特に限定されないが、例えば、水素、アンモニア、又は、天然ガスである。天然ガスは、例えば、気化された液化天然ガス（ＬＮＧ：Ｌｉｑｕｅｆｉｅｄ Ｎａｔｕｒａｌ Ｇａｓ）である。エンジンシステム１００は、例えば、乗り物に搭載されるか、建造物内に設置されるか、又は、屋外に設置される。乗り物は、例えば、船舶、自動車、鉄道車両、又は、飛行機である。
【0013】
以下、エンジンシステム１００が搭載される乗り物として、船舶２００を例に挙げて説明する。なお、本明細書において、船舶２００を「乗り物」と読み替えることができる。
【0014】
図１に示すように、船舶２００は、エンジンシステム１００を備える。エンジンシステム１００は、エンジン１と、気体燃料供給管３と、過給機５と、インタークーラー７と、給気管９と、給気マニホールド１１と、排気管１３とを備える。
【0015】
エンジン１は、気体燃料を燃焼させる。具体的には、エンジン１は、気体燃料を燃焼させて機械仕事を得る。エンジン１は、例えば、４ストロークエンジンである。エンジン１は、燃焼サイクルを繰り返し実行する。燃焼サイクルは、吸入工程、圧縮工程、燃焼行程、及び、排気工程を含む。エンジン１は、例えば、船舶２００を推進させるためのエンジン、又は、発電機を駆動するためのエンジンである。
【0016】
気体燃料供給管３は、気体燃料をエンジン１に供給する。給気管９は、過給機５、インタークーラー７、及び、給気マニホールド１１を介して、エンジン１の外部の空気をエンジン１に供給する。つまり、給気管９は給気通路９１を有する。そして、給気通路９１を空気が流れ、空気がエンジン１に供給される。
【0017】
具体的には、過給機５及びインタークーラー７が、この順番で、給気の上流から下流に向かって配置される。過給機５は、大気圧よりも大きい圧力の空気を、エンジン１に供給する。具体的には、過給機５は、給気管９を流れる空気を圧縮して、大気圧よりも大きい圧力の空気を給気管９に流す。以下、「圧縮された空気」は、大気圧よりも大きい圧力の空気を示す。
【0018】
インタークーラー７は、過給機５によって圧縮された空気を冷却して、給気マニホールド１１に供給する。給気マニホールド１１は、エンジン１に対して、圧縮及び冷却された空気を供給する。つまり、給気マニホールド１１は給気通路１１１を有する。そして、エンジン１に対して、給気通路１１１を介して圧縮及び冷却された空気が供給される。具体的には、エンジン１は、複数の気筒１ａを有する。図１には、図面の簡略化のために、１つの気筒１ａが図示されている。そして、給気マニホールド１１は、圧縮及び冷却された空気を各気筒１ａに供給する。なお、エンジン１は、１つの気筒１ａを有していてもよい。この場合、給気マニホールド１１は省略可能である。
【0019】
排気管１３には、エンジン１から排出される排気ガスが流れる。つまり、排気管１３は、排気ガスをエンジン１の外部に排出する。具体的には、排気管１３は排気通路１３１を有する。そして、排気通路１３１を排気ガスが流れ、排気ガスがエンジン１から排出される。
【0020】
排気ガスは過給機５によって利用される。具体的には、過給機５は、タービン５１と、コンプレッサー５２とを含む。タービン５１は排気管１３に配置され、コンプレッサー５２は給気管９に配置される。タービン５１は、排気管１３を流れる排気ガスによって回転し、回転力をコンプレッサー５２に伝達する。そして、コンプレッサー５２は、タービン５１の回転力によって駆動され、給気管９を流れる空気を圧縮して、大気圧よりも大きい圧力の空気を生成する。
【0021】
エンジン１は、シリンダーヘッド６１、シリンダーブロック６２、給気バルブ６３、排気バルブ６４、気体燃料供給部６５、液体燃料噴射部６６、ライナ６７、ピストン６８、コネクティングロッド６９、及び、クランクシャフト７０を含む。また、エンジン１は燃焼室７１を有する。燃焼室７１は、シリンダーブロック６２の内部に形成され、気体燃料を燃焼させる空間である。燃焼室７１には、空気及び気体燃料が供給される。つまり、エンジン１は、空気及び気体燃料を燃焼室７１に供給して気体燃料を燃焼させる。
【0022】
シリンダーヘッド６１は、シリンダーブロック６２の上部に固定される。シリンダーヘッド６１は、給気通路７２及び排気通路７３を有する。
【0023】
給気通路７２の入口には、給気マニホールド１１が接続される。従って、給気通路７２には、給気マニホールド１１の給気通路１１１から、圧縮及び冷却された空気が供給される。給気通路７２の出口は、燃焼室７１に接続される。
【0024】
気体燃料供給部６５は、シリンダーヘッド６１に配置される。そして、気体燃料供給部６５は、気体燃料供給管３から供給される気体燃料を給気通路７２に供給することで、給気通路７２を介して燃焼室７１に気体燃料を供給する。例えば、気体燃料供給部６５は、給気通路７２に対して気体燃料を供給する。
【0025】
具体的には、気体燃料は、給気マニホールド１１の給気通路１１１から供給される空気と混合されて、燃焼室７１に供給される。つまり、気体燃料と空気との混合気体が燃焼室７１に供給される。気体燃料供給部６５は、例えば、ガスアドミッションバルブ（ＧＡＶ：Ｇａｓ Ａｄｍｉｓｓｉｏｎ Ｖａｌｖｅ）、又は、ガスインジェクター（Ｇａｓ Ｉｎｊｅｃｔｏｒ）である。混合気体は、好ましくは、リーン混合気である。この場合、エンジン１は、リーン混合気中の気体燃料を燃焼させる。
【0026】
更に具体的には、給気通路７２の出口には、給気バルブ６３が配置される。給気バルブ６３は、給気通路７２の出口を、開いたり、閉じたりする。給気バルブ６３が給気通路７２の出口を開くと、気体燃料と空気との混合気体が燃焼室７１に供給される。詳細には、給気バルブ６３が開いた時に、気体燃料供給部６５は、気体燃料を給気通路７２に噴射することで、給気通路７２を介して燃焼室７１に気体燃料を供給する。
【0027】
なお、例えば、気体燃料供給部６５は、給気マニホールド１１に配置されてもよいし、インタークーラー７よりも下流において給気管９に配置されてもよい。
【0028】
排気通路７３の入口は燃焼室７１に接続される。排気通路７３の出口は排気管１３に接続される。従って、燃焼室７１からの排気ガスは、排気通路７３を通って排気管１３に排出される。具体的には、排気通路７３の入口には、排気バルブ６４が配置される。排気バルブ６４は、排気通路７３の入口を、開いたり、閉じたりする。排気バルブ６４が排気通路７３の入口を開くと、排気ガスが排気通路７３を通って排気管１３に排出される。
【0029】
液体燃料噴射部６６は、気体燃料の着火を誘引する液体燃料を、燃焼室７１に噴射する。つまり、液体燃料噴射部６６は、燃焼室７１に液体燃料を噴射して、燃焼室７１に供給された気体燃料に着火する。液体燃料噴射部６６が噴射する液体燃料の噴射量は、気体燃料の着火を誘引できる程度の少量である。液体燃料は、例えば、軽油又は重油である。液体燃料噴射部６６は、例えば、インジェクターである。
【0030】
シリンダーブロック６２は、気筒１ａを構成する。シリンダーブロック６２は、ピストン６８、コネクティングロッド６９、及び、クランクシャフト７０を収容する。ライナ６７は、シリンダーブロック６２に嵌め込まれる円筒体である。ピストン６８は、シリンダーブロック６２の内部を、ライナ６７に沿って上下に往復運動する。つまり、ピストン６８は、燃焼室７１内を往復移動する。コネクティングロッド６９は、ピストン６８とクランクシャフト７０とを連結する。そして、コネクティングロッド６９は、ピストン６８の往復運動をクランクシャフト７０に伝達する。クランクシャフト７０は、ピストン６８の往復運動を回転運動に変換する。
【0031】
例えば、ピストン６８が下降し、排気バルブ６４が閉じた状態で給気バルブ６３が開くと、気体燃料と空気との混合気体が給気通路７２から燃焼室７１に供給される（吸入工程）。つまり、気体燃料供給部６５は、給気バルブ６３が開くタイミングで、気体燃料を噴射する。次に、排気バルブ６４及び給気バルブ６３が閉じた状態で、ピストン６８が上昇する（圧縮工程）。次に、ピストン６８の上死点において、液体燃料噴射部６６が液体燃料を噴射し、気体燃料が着火して燃焼する（燃焼工程）。その結果、燃焼によってピストン６８は下降する。次に、ピストン６８が上昇し、給気バルブ６３が閉じた状態で排気バルブ６４が開く（排気工程）。その結果、排気ガスが燃焼室７１から排気通路７３に排出される。
【0032】
以上、図１を参照して説明したように、エンジン１は、空気と混合された気体燃料を燃焼させて動力を発生する。
【0033】
次に、図２を参照して、エンジンシステム１００を説明する。図２は、エンジンシステム１００を示すブロック図である。図３に示すように、エンジンシステム１００は、エンジン制御装置２１と、操作制御装置２３と更に備える。計測部２５については変形例として後述する。
【0034】
操作制御装置２３は、操作者からの操作を受け付け、操作者からの操作に応じた操作信号をエンジン制御装置２１に出力する。
【0035】
操作制御装置２３は、例えば、入力装置と、表示装置と、コンピューターとを含む。入力装置は、例えば、キーボード、ポインティングデバイス、ダイヤル、及び、プッシュボタンを含む。表示装置は、例えば、液晶ディスプレイである。表示装置は、例えば、タッチパネルを含んでいてもよい。コンピューターは、例えば、プロセッサーと記憶装置とを含む。操作制御装置２３は、例えば、操作制御盤である。
【0036】
エンジン制御装置２１は、エンジン１を制御する。例えば、エンジン制御装置２１は、操作制御装置２３が出力した操作信号に応じてエンジン１を制御する。また、例えば、エンジン制御装置２１は、コンピュータープログラムに従ってエンジン１を制御する。
【0037】
エンジン制御装置２１は、例えば、コンピューターである。コンピューターは、例えば、ＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）である。具体的には、エンジン制御装置２１は、制御部２１１と、記憶部２１２とを含む。制御部２１１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）等のプロセッサーを含む。記憶部２１２は、記憶装置を含み、データ及びコンピュータープログラムを記憶する。記憶装置は、例えば、半導体メモリー等の主記憶装置及び補助記憶装置を含む。記憶装置は、リムーバブルメディアを含んでいてもよい。
【0038】
制御部２１１は、エンジン１を制御する。具体的には、制御部２１１は、気体燃料供給部６５、及び、液体燃料噴射部６６を制御する。更に具体的には、制御部２１１のプロセッサーは、記憶部２１２の記憶装置に記憶されたコンピュータープログラムを実行することで、気体燃料供給部６５、及び、液体燃料噴射部６６を制御する。
【0039】
特に、本実施形態では、制御部２１１は、気体燃料に着火するために、液体燃料を燃焼室７１に噴射するように液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、液体燃料を燃焼室７１に噴射する。よって、燃焼室７１において、気体燃料に着火し、気体燃料が燃焼する。
【0040】
更に、制御部２１１は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、液体燃料の噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、液体燃料の噴射を実行する。よって、本実施形態に係るエンジンシステム１００によれば、気体燃料を燃焼させる際に、窒素酸化物の生成の抑制と、未燃焼の炭化水素の残存の抑制とのうちの少なくとも一方を実現できる。この点は、後述する実施例において実証されている。また、例えば、気体燃料と空気との混合気体（つまり、燃焼室７１に供給する混合気体）が有効リーン状態である場合は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に液体燃料の噴射を実行することで、窒素酸化物の生成を抑制しつつ、未燃焼の炭化水素の残存を抑制できる。この点もまた、後述する実施例において実証されている。
【0041】
有効リーン状態とは、混合気体の空気過剰率λが規定範囲内の状態を示す。空気過剰率λの規定範囲は、「１」よりも大きく、エンジン１の仕様に応じた範囲である。空気過剰率λの規定範囲は、エンジン１の実用上有効な範囲を示す。例えば、空気過剰率λの規定範囲は、１．８０以上２．００以下である。
【0042】
また、本実施形態において好ましくは、制御部２１１は、火炎伝播終了後の液体燃料の噴射を、ピストン６８の上死点後において、クランク角度が３０度以上６０度未満の範囲で実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、火炎伝播終了後の液体燃料の噴射を、ピストン６８の上死点後において、クランク角度が３０度以上６０度未満の範囲で実行する。よって、この好ましい例によれば、気体燃料を燃焼させる際に、窒素酸化物の生成の更なる抑制と、未燃焼の炭化水素の残存の更なる抑制とのうちの少なくとも一方を実現できる。この点は、後述する実施例において実証されている。また、例えば、混合気体が有効リーン状態である場合は、火炎伝播終了後の液体燃料の噴射を、ピストン６８の上死点後において、クランク角度が３０度以上６０度未満の範囲で実行することで、窒素酸化物の生成を更に抑制しつつ、未燃焼の炭化水素の残存を更に抑制できる。この点もまた、後述する実施例において実証されている。なお、クランク角度が３０度以上６０度未満の範囲では、燃焼室７１の状態は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した状態である。
【0043】
ここで、以下の説明では、「着火のための液体燃料の噴射」を「主噴射」と記載する場合がある。また、「火炎伝播終了後の液体燃料の噴射」は、「主噴射」の後に続く液体燃料の噴射である。従って、「火炎伝播終了後の液体燃料の噴射」を、「後続の液体燃料の噴射」、「後続の噴射」、又は、「後続噴射」と記載する場合がある。ただし、「後続」は、「主噴射」よりも「後」である限りは、「主噴射」の「次」に限られず、例えば、「主噴射」の「次」の更に「次」も含む。つまり、「主噴射」よりも「後」である限りは、「後続」である。また、本明細書では、「後続」は、「主噴射」の後、かつ、火炎伝播終了後を示す。
【0044】
次に、図２及び図３を参照して、液体燃料噴射部６６による主噴射及び後続噴射を説明する。図３（ａ）は、液体燃料噴射部６６による液体燃料の噴射タイミングの一例を示す図である。横軸は、クランク角度を示す。クランク角度は、ピストン６８の位相角である。横軸は、クランク角度によって時間を示していると捉えることもできる。
【0045】
図２及び図３（ａ）に示すように、液体燃料噴射部６６は、所定の主噴射期間Ｐ０において主噴射を実行し、所定の主噴射期間Ｐ０の満了時に主噴射を終了する。図３（ａ）の例では、液体燃料噴射部６６は、ピストン６８の上死点よりも前に主噴射Ｊ０を実行する。
【0046】
更に、液体燃料噴射部６６は、主噴射Ｊ０に対して時間間隔Ｐ０１をあけて、火炎伝播が終了した後に、後続噴射Ｊ１を実行する。液体燃料噴射部６６は、所定の後続噴射期間Ｐ１において後続噴射Ｊ１を実行し、所定の後続噴射期間Ｐ１の満了時に後続噴射を終了する。
【0047】
図３（ｂ）は、液体燃料噴射部６６による液体燃料の噴射タイミングの他の例を示す図である。図２及び図３（ｂ）に示すように、液体燃料噴射部６６は、時間間隔Ｐをあけて、複数回の後続噴射Ｊｎを実行してもよい。本明細書において、参照符号の末尾の「ｎ」は、１以上の整数を示す。複数回の後続噴射Ｊｎを実行する場合、複数回の後続噴射Ｊｎにそれぞれ対応して複数の所定の後続噴射期間Ｐｎが設定される。この場合、複数の所定の後続噴射期間Ｐｎは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、３以上の後続噴射Ｊｎを実行する場合、時間的に隣り合う後続噴射Ｊｎの時間間隔Ｐは、同じであってもよいし、異なっていてもよい。
【0048】
なお、後続噴射Ｊｎは、主噴射Ｊ０に対して後続の噴射であることを示す。ただし、後続噴射Ｊｎは、主噴射Ｊ０よりも後の噴射であればよく、主噴射Ｊ０の直後の噴射Ｊ１だけでなく、噴射Ｊ２、Ｊ３…、を含む。
【0049】
なお、本明細書において、主噴射Ｊ０と火炎伝播終了後の後続噴射Ｊ１との間に、１回又は複数回の液体燃料の噴射が実行されてもよい。
【0050】
次に、図４を参照して、火炎伝播等の気体燃料の燃焼特性を説明する。図４は、燃焼室７１における気体燃料の燃焼特性を模式的に示す図である。図４において、横軸は、クランク角度（ｄｅｇ．ａＴＤＣ：Ａｆｔｅｒ Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ）を示す。図４では、クランク角度が０度であることは、ピストン６８の上死点を示す。横軸は、クランク角度によって時間を示していると捉えることもできる。左側縦軸は、筒内圧力（ａ．ｕ．）を示す。筒内圧力は、燃焼室７１の内部圧力を示す。筒内圧力の単位は、例えば、「ＭＰａ」である。右側縦軸は、燃焼室７１での熱発生率（ａ．ｕ．）を示す。熱発生率は、燃焼室７１での気体燃料の燃焼状態を示している。熱発生率の単位は、例えば、「Ｊ／ｄｅｇ．」である。
【0051】
図４に示すように、熱発生率曲線Ａ１は、熱発生率を示す。圧力曲線Ａ２は、筒内圧力を示す。なお、図４において、熱発生率曲線Ａ１及び圧力曲線Ａ２と、クランク角度との関係は、例示に過ぎない。また、熱発生率曲線Ａ１及び圧力曲線Ａ２の形状も例示にすぎない。以下、熱発生率曲線Ａ１に着目する。
【0052】
主噴射は、ピストン６８の上死点よりも前のタイミングで開始される。図４の例では、主噴射は、クランク角度が「－２０度」である時に開始される。
【0053】
次に、気体燃料の燃焼開始は、熱発生率曲線Ａ１によって示される熱発生率がゼロ（略ゼロ）から立ち上がるタイミングである。図４の例では、クランク角度が「－１０度」である時に、液体燃料によって気体燃料が着火し、気体燃料の燃焼が開始する。燃焼室７１での気体燃料の燃焼開始と同時に、燃焼室７１において火炎の伝播が開始する。
【0054】
次に、火炎伝播の終了は、概ね、熱発生率曲線Ａ１によって示される熱発生率が最大値を示すタイミングである。図４の例では、クランク角度が「１０度」である時に、火炎伝播が終了する。火炎伝播の終了は、火炎が燃焼室７１の内周面に到達するタイミングを示す。
【0055】
火炎伝播の期間Ｔ０は、火炎伝播の開始（例えば、クランク角度＝－１０度）から火炎伝播の終了（例えば、クランク角度＝１０度）までの期間を示す。
【0056】
火炎伝播の期間Ｔ０のうちの前半の期間は、火炎伝播の開始（例えば、クランク角度＝－１０度）から火炎伝播の中間時（例えば、クランク角度＝０度）までの期間を示す。火炎伝播の期間Ｔ０のうちの後半の期間は、火炎伝播の中間時（例えば、クランク角度＝０度）から火炎伝播の終了（例えば、クランク角度＝１０度）までの期間を示す。
【0057】
次に、気体燃料の燃焼終了は、熱発生率曲線Ａ１によって示される熱発生率がゼロ（略ゼロ）よりも大きな値からゼロ（略ゼロ）になるタイミングである。図４の例では、クランク角度が「５０度」である時に、気体燃料の燃焼が終了する。
【0058】
気体燃料の燃焼期間Ｔ１２は、気体燃料の燃焼開始（例えば、クランク角度＝－１０度）から燃焼終了（例えば、クランク角度＝５０度）までの期間を示す。気体燃料の燃焼期間Ｔ１２のうちの前半の期間Ｔ１は、気体燃料の燃焼開始（例えば、クランク角度＝－１０度）から燃焼中間時（例えば、クランク角度＝２０度）までの期間を示す。気体燃料の燃焼期間Ｔ１２のうちの後半の期間Ｔ２は、気体燃料の燃焼中間時（例えば、クランク角度＝２０度）から燃焼終了（例えば、クランク角度＝５０度）までの期間を示す。
【0059】
本実施形態では、液体燃料噴射部６６（図１）は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、主噴射に対して後続の液体燃料の噴射（後続噴射）を実行する。つまり、液体燃料噴射部６６は、火炎伝播の終了時（１０度）以降であって、気体燃料の燃焼終了（５０度）よりも前において、主噴射に対して後続の液体燃料の噴射を実行する。「終了時以降」は、「終了時」を含む。
【0060】
好ましくは、制御部２１１（図２）は、後続の液体燃料の噴射（火炎伝播終了後の液体燃料の噴射）が、気体燃料の燃焼期間Ｔ１２のうちの前半の期間Ｔ３内で開始されるように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後において、気体燃料の燃焼期間Ｔ１２のうちの前半の期間Ｔ３内に、後続の液体燃料の噴射を実行する。よって、この好ましい例によれば、燃焼室７１の温度は、後続の液体燃料がクレビスボリューム近傍に到達するタイミングで、着火時よりも高温になる。従って、ピストン６８が上死点から下死点に移動する際にクレビスボリュームから漏れ出す未燃焼の炭化水素を効果的に酸化させることができる。その結果、未燃焼の炭化水素の残存量を効果的に低減できる。なお、期間Ｔ３は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した状態における期間を示す。
【0061】
ここで、クレビスボリュームとは、ピストン６８とライナ６７との隙間又は隙間容積のことである。
【0062】
次に、図５を参照して、本実施形態における窒素酸化物の生成量及び未燃焼の炭化水素の残存量を説明する。図５（ａ）は、エンジン１における未燃焼の炭化水素の残存量を模式的に示すグラフである。縦軸は、未燃焼の炭化水素の残存量（ｐｐｍＣ１）を示す。図５（ｂ）は、エンジン１における窒素酸化物の生成量を模式的に示すグラフである。縦軸は、窒素酸化物の生成量（ｐｐｍ）を示す。図５（ａ）及び図５（ｂ）において、横軸は、後続噴射のタイミングをクランク角度（ｄｅｇ．ａＴＤＣ）によって示している。クランク角度が０度であることは、ピストン６８の上死点を示す。横軸は、クランク角度によって時間を示していると捉えることもできる。
【0063】
図５（ａ）において、破線Ｌ１は、後続噴射を実行しなかった場合（主噴射のみ、参考例）の未燃焼の炭化水素の残存量を示す。黒丸で示されるドットＤ１は、後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量を示す。以下、後続噴射を実行しない場合の残存量を「Ｌ１」と記載し、後続噴射を実行する場合の残存量を、ドットＤ１に対応して「Ｄ１」と記載する場合がある。
【0064】
後続噴射を実行する場合の未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１は、後続噴射を実行しない場合の未燃水素の残存量Ｌ１よりも少ない。特に、後続噴射を実行するクランク角度が大きくなるほど、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１は少なくなる。つまり、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後において、後続噴射のタイミングが遅い程、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１は少なくなる。
【0065】
図５（ｂ）において、破線Ｌ２は、後続噴射を実行しなかった場合（主噴射のみ、参考例）の窒素酸化物の生成量を示す。黒丸で示されるドットＤ２は、後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量を示す。以下、後続噴射を実行しない場合の生成量を「Ｌ２」と記載し、後続噴射を実行する場合の生成量を、ドットＤ２に対応して「Ｄ２」と記載する場合がある。
【0066】
後続噴射を実行する場合の窒素酸化物の生成量Ｄ２は、後続噴射を実行しない場合の窒素酸化物の生成量Ｌ２よりも少ない。特に、後続噴射を実行するクランク角度が小さくなるほど、窒素酸化物の生成量Ｌ２は少なくなる。つまり、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後において、後続噴射のタイミングが早い程、窒素酸化物の生成量Ｌ２は少なくなる。
【0067】
以上、図５（ａ）及び図５（ｂ）に示すように、後続噴射を実行することで、未燃焼の炭化水素の残存量及び窒素酸化物の生成量を低減できる。ただし、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１の低減幅（＝Ｌ１－Ｄ１）が大きくなる後続噴射のタイミング（例えばクランク角度＝６０度）は、窒素酸化物の生成量Ｄ２の低減幅（＝Ｌ２－Ｄ２）が小さくなる後続噴射のタイミング（例えばクランク角度＝６０度）である。一方、窒素酸化物の生成量Ｄ２の低減幅が大きくなる後続噴射のタイミング（例えばクランク角度＝３０度）は、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１の低減幅が小さくなる後続噴射のタイミング（例えばクランク角度＝３０度）である。従って、後続噴射のタイミングを調整することで、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１及び窒素酸化物の生成量Ｄ２を調整できる。
【0068】
未燃焼の炭化水素と窒素酸化物とは、エンジン１からの排気物質の一例である。
【0069】
特に、本実施形態では、制御部２１１（図２）は、後続の液体燃料の噴射回数（火炎伝播終了後の液体燃料の噴射回数）と、後続の液体燃料の噴射量（火炎伝播終了後の液体燃料の噴射量）と、後続の液体燃料の噴射タイミング（火炎伝播終了後の液体燃料の噴射のタイミング）とのうちの少なくとも１つを変更することで、エンジン１からの排気物質（未燃焼の炭化水素及び窒素酸化物）の量を調整することが好ましい。この好ましい例によれば、後続噴射を実行しない場合よりも、未燃焼の炭化水素の残存量及び窒素酸化物の生成量を低減しつつも、未燃焼の炭化水素の残存量と窒素酸化物の生成量とのバランスを容易に調整できる。
【0070】
具体的には、制御部２１１は、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１と後続噴射のタイミングとの関係性、及び、窒素酸化物の生成量Ｄ２と後続噴射のタイミングとの関係性に基づいて、後続噴射の回数と、後続噴射の噴射量と、後続噴射のタイミングとのうちの少なくとも１つを変更することで、未燃焼の炭化水素の残存量と窒素酸化物の生成量とを調整する。この場合、制御部２１１は、液体燃料噴射部６６を制御することで、後続噴射の回数と、後続噴射の噴射量と、後続噴射のタイミングとを変更できる。
【0071】
一例として、制御部２１１は、窒素酸化物の生成量Ｄ２の低減幅（＝Ｌ２－Ｄ２）が大きくなる後続噴射のタイミング（例えばクランク角度＝３０度）と、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１の低減幅（＝Ｌ１－Ｄ１）が大きくなる後続噴射のタイミング（例えばクランク角度＝６０度）との双方において、後続噴射を実行する。この例では、窒素酸化物の生成量Ｄ２の低減幅と、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄ１の低減幅との双方を大きくできる。
【0072】
引き続き図５を参照して、未燃焼の炭化水素及び窒素酸化物と、空気過剰率λ及び空燃比との関係を説明する。
【0073】
空気過剰率λは、燃焼室７１に実際に供給された空気の質量Ｍａを理論上必要な最小空気の質量Ｍｂで除した値（Ｍａ／Ｍｂ）であり、混合気体中の空気の余剰度を表す指標である。空気過剰率λは、実際の空燃比を理論空燃比で除した値にも等しい。例えば、空気過剰率λが「１」より小さい場合は、気体燃料と空気との混合気体は、リッチ混合気（気体燃料の濃い混合気）である。混合気体の空気過剰率λが「１」より小さい状態を「リッチ状態」と記載する場合がある。一方、例えば、空気過剰率λが「１」より大きい場合は、気体燃料と空気との混合気体は、リーン混合気（気体燃料の薄い混合気）である。混合気体の空気過剰率λが「１」より大きい状態を「リーン状態」と記載する場合がある。
【0074】
空燃比は、空気の質量Ｍｘを気体燃料の質量Ｍｙで除した値（Ｍｘ／Ｍｙ）である。
【0075】
図５（ａ）において、白丸で示すドットＤ１０は、後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量を示す。以下、後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量を、ドットＤ１０に対応して「Ｄ１０」と記載する場合がある。
【0076】
未燃焼の炭化水素の残存量が残存量Ｄ１０を示すときの空気過剰率λ（例えば、有効リーン状態よりもリッチ側のリーン状態）は、未燃焼の炭化水素の残存量が残存量Ｄ１を示すときの空気過剰率λ（例えば、有効リーン状態）よりも小さい。従って、後続噴射のタイミングが同じ場合、空気過剰率λ（空燃比）が小さい程、未燃焼の炭化水素の残量が低減する。そこで、空気過剰率λ（空燃比）を制御することで、後続噴射のタイミングが同じ場合でも、未燃焼の炭化水素の残存量を調整できる。
【0077】
図５（ｂ）において、白丸で示すドットＤ２０は、後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量を示す。以下、後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量を、ドットＤ２０に対応して「Ｄ２０」と記載する場合がある。
【0078】
窒素酸化物の生成量が生成量Ｄ２０を示すときの空気過剰率λ（例えば、有効リーン状態よりもリッチ側のリーン状態）は、窒素酸化物の生成量が生成量Ｄ２を示すときの空気過剰率λ（例えば、有効リーン状態）よりも小さい。従って、後続噴射のタイミングが同じ場合、空気過剰率λ（空燃比）が小さい程、窒素酸化物の生成量が増加する。そこで、空気過剰率λ（空燃比）を制御することで、後続噴射のタイミングが同じ場合でも、窒素酸化物の生成量を調整できる。
【0079】
特に、本実施形態では、制御部２１１（図２）は、後続の液体燃料を噴射する際の条件（後続噴射の条件）に応じて、燃焼室７１内の空気過剰率λを制御する。つまり、制御部２１１は、火炎伝播終了後に液体燃料を噴射する際の条件に応じて、燃焼室７１内の空気過剰率λを制御する。その結果、排気物質低減の目的に応じて、未燃焼の炭化水素の残量低減の効果と、窒素酸化物の生成量低減の効果とのバランスを調整できる。
【0080】
後続噴射の条件は、例えば、後続噴射のタイミングである。図５（ａ）及び図５（ｂ）から理解できるように、後続噴射のタイミングに依存して、後続噴射が、未燃焼の炭化水素の低減効果と窒素酸化物の低減効果とのうちのいずれの低減効果に寄与するかが変化する。そこで、例えば、窒素酸化物の低減量の多いクランク角度（例えば３０度のタイミング）で後続噴射が実行される場合は、制御部２１１は、空気過剰率λを、リーンに維持しつつもリッチ側にシフトさせる。その結果、法規制値のレベルを余裕でクリアしていた窒素酸化物の生成量を法規制値のレベルに戻し、未燃焼の炭化水素の残存量の低減効果を大きくできる。
【0081】
ここで、空気過剰率λを制御するための制御量として、例えば、混合気体流量、気体燃料流量、又は、空気流量がある。従って、制御部２１１は、制御量を制御することで、空気過剰率λを制御できる。
【0082】
次に、図２及び図６を参照して、エンジン１の燃焼サイクルＢＣＹについて説明する。図６は、エンジン１の燃焼サイクルＢＣＹを模式的に示すタイムチャートである。横軸は、時間を示す。時間は、例えば、クランク角度によって示される。パルス形状Ｃ１は、気体燃料を供給する期間を模式的に示している。曲線Ａ１は、図４の熱発生率曲線Ａ１に相当し、熱の発生状態を模式的に示している。また、期間Ｔ０は図４の火炎伝播の期間Ｔ０に相当し、期間Ｔ１２は図４の燃焼期間Ｔ１２に相当する。
【0083】
図２及び図６に示すように、エンジン１は、燃焼サイクルＢＣＹを繰り返す。所定期間Ｔに着目する。エンジン１は、所定期間Ｔにおいて複数回の燃焼サイクルＢＣＹを実行する。液体燃料噴射部６６は、燃焼サイクルＢＣＹごとに、気体燃料の着火（主噴射）と、後続の液体燃料の噴射（火炎伝播終了後の液体燃料の噴射）とを実行する。制御部２１１は、所定期間Ｔ内では、気体燃料に着火する際の液体燃料の噴射量（主噴射の噴射量）の増加を禁止する。「気体燃料に着火する際の液体燃料の噴射量の増加」とは、エンジン１に対する負荷の上昇に応じた液体燃料の噴射量の増加のことである。負荷の上昇は、例えば、エンジン１に対する負荷が閾値を超えることを示す。負荷上昇の原因は、例えば、船速増加、舵角変更、又は、船体が受ける強い波風である。所定期間Ｔは、１０秒間を示す。
【0084】
すなわち、本実施形態では、負荷の上昇による、気体燃料に着火する際の液体燃料の噴射量（主噴射の噴射量）の１０秒以内の増加が禁止される。つまり、エンジン１に対する負荷の上昇に起因する噴射量の短期的な増加が禁止される。
【0085】
従って、過給機５を有するエンジンシステム１００において、急激な給気圧上昇を伴うほどの液体燃料の噴射が禁止される。その結果、空気過剰率λ（空燃比）が目標値に対して大きく変動することを抑制できて、排気エミッションの悪化を防止できる。排気エミッションの悪化は、例えば、窒素酸化物の生成量が増加すること、又は、未燃焼の炭化水素の残存量が増加することを示す。
【0086】
なお、図６において、火炎伝播の期間Ｔ０は、例えば、約４．６ミリ秒（＝クランク角度約２０度）である。気体燃料の燃焼期間Ｔ１２は、例えば、約１３．４ミリ秒（＝クランク角度約６０度）である。燃焼サイクルＢＣＹは、例えば、１／６秒（＝クランク角度７２０度）である。
【0087】
次に、図７を参照して、液体燃料噴射部６６による液体燃料の噴射角度θを説明する。図７は、本実施形態に係る液体燃料の噴射角度θを模式的に示す図である。図７に示すように、クレビスボリュームＶＬに押し込まれていた未燃焼の炭化水素ＴＨＣは、ピストン６８が上死点から下死点に移動する際にクレビスボリュームＶＬから漏れ出す。
【0088】
そこで、本実施形態では、液体燃料噴射部６６による液体燃料の噴射角度θ、つまり、ピストン６８の移動方向に対する液体燃料の噴射角度θは、３０度以上６５度以下を示す。従って、ピストン６８が上死点から下死点に移動する際にクレビスボリュームＶＬから未燃焼の炭化水素ＴＨＣが漏れ出すタイミングで、液体燃料噴射部６６から噴射された液体燃料（例えば、後続噴射による液体燃料）がクレビスボリュームＶＬの近傍に到達する。その結果、液体燃料によって、クレビスボリュームＶＬから漏れ出す未燃焼の炭化水素ＴＨＣを効果的に酸化させることができる。よって、未燃焼の炭化水素ＴＨＣの残存量を効果的に低減できる。
【0089】
なお、制御部２１１（図２）は、エンジン１の諸元及び／又は液体燃料噴射部６６の諸元に応じて、後続噴射における液体燃料の噴射量の制御と、後続噴射のタイミングの制御とのうちの少なくとも一方について、制限を設けてもよい。後続噴射における液体燃料の噴射量、及び／又は、後続噴射のタイミングによっては、液体燃料がライナ６７へ衝突し、ライナ６７表面の潤滑油が液体燃料によって希釈される可能性があり得るからである。エンジン１の諸元は、例えば、エンジン１のボア又はストロークである。液体燃料噴射部６６の緒元は、例えば、液体燃料噴射部６６の噴口径、噴射角度θ、又は、噴射量である。
【0090】
次に、図２及び図８を参照して、エンジン１における気体燃料燃焼方法を説明する。図８は、本実施形態に係る気体燃料燃焼方法を示すフローチャートである。気体燃料燃焼方法は、図２に示すエンジンシステム１００によって実行される。図８に示すように、気体燃料燃焼方法は、ステップＳ１～ステップＳ４を含む。
【0091】
まず、ステップＳ１において、エンジンシステム１００の制御部２１１は、主噴射のタイミングが到来したか否かを判定する。
【0092】
ステップＳ１で主噴射のタイミングが到来していないと判定された場合（Ｎｏ）、処理はステップＳ１を待機する。
【0093】
一方、ステップＳ１で主噴射のタイミングが到来したと判定された場合（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ２に進む。
【0094】
次に、ステップＳ２において、制御部２１１は、主噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、主噴射を実行する。つまり、液体燃料噴射部６６は、液体燃料を噴射して、気体燃料に着火する。その結果、気体燃料が燃焼する。
【0095】
次に、ステップＳ３において、制御部２１１は、後続噴射のタイミングが到来したか否かを判定する。
【0096】
ステップＳ３で後続噴射のタイミングが到来していないと判定された場合（Ｎｏ）、処理はステップＳ３を待機する。
【0097】
一方、ステップＳ３で後続噴射のタイミングが到来したと判定された場合（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ４に進む。
【0098】
次に、ステップＳ４において、制御部２１１は、後続噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、後続噴射を実行する。具体的には、液体燃料噴射部６６は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、液体燃料の噴射を実行する。そして、処理はステップＳ１に進む。
【0099】
ステップＳ１～ステップＳ４は、１燃焼サイクルで実行される。従って、繰り返し実行される燃焼サイクルごとに、ステップＳ１～ステップＳ４が実行される。つまり、ステップＳ１～ステップＳ４が繰り返される。
【0100】
以上、図８を参照して説明したように、本実施形態に係る気体燃料燃焼方法によれば、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に液体燃料の噴射（後続噴射）が実行される。その結果、窒素酸化物の生成の抑制と、未燃焼の炭化水素の残存の抑制とのうちの少なくとも一方を実現できる。特に、燃焼室７１に供給する混合気体が有効リーン状態であると、窒素酸化物の生成を抑制しつつ、未燃焼の炭化水素の残存を抑制できる。
【0101】
なお、液体燃料噴射部６６が、１燃焼サイクルにおいて複数回の後続噴射を実行する場合は、ステップＳ３及びステップＳ４と同様の処理が、複数回実行される。
【0102】
（変形例）
図２及び図９を参照して、本実施形態の変形例に係るエンジンシステム１００を説明する。変形例に係るエンジンシステム１００が計測部２５を備えている点で、変形例は上記の本実施形態と主に異なる。以下、変形例が上記の本実施形態と異なる点を主に説明する。
図２及び図９を参照して、本実施形態の変形例に係るエンジンシステム１００を説明する。変形例に係るエンジンシステム１００が計測部２５を備えている点で、変形例は上記の本実施形態と主に異なる。以下、変形例が上記の本実施形態と異なる点を主に説明する。
【0103】
図２に示すように、変形例では、エンジンシステム１００は、計測部２５を更に備える。計測部２５は、気体燃料の燃焼に起因して発生する排気物質を直接的又は間接的に示す物理量を計測する。そして、制御部２１１は、計測部２５の計測結果に基づいて、液体燃料噴射部６６による後続の液体燃料の噴射（火炎伝播終了後の液体燃料の噴射）を制御する。つまり、変形例では、排気物質を直接的又は間接的に示す物理量の計測結果に応じて、後続噴射のフィードバック制御が実行される。従って、気体燃料の燃焼状態に応じて後続噴射を最適化できる。その結果、排気物質の量を効果的に低減できる。つまり、窒素酸化物の生成を効果的に抑制しつつ、未燃焼の炭化水素の残存を効果的に抑制できる。
【0104】
計測部２５が計測する「排気物質を直接的に示す物理量」は、例えば、排気物質の濃度又は質量である。この場合、例えば、計測部２５は、窒素酸化物（ＮＯｘ）の濃度を検出するＮＯｘセンサである。濃度の単位は、例えば、％又はｐｐｍである。質量の単位は、例えば、ｇ又はｋｇである。なお、排気物質が煤塵である場合は、計測部２５は、例えば、煤塵量を検出するスートセンサである。
【0105】
制御部２１１は、排気物質を直接的に示す物理量に基づいて、液体燃料噴射部６６による後続噴射を制御する。例えば、制御部２１１は、排気物質を直接的に示す物理量に基づいて、後続噴射における液体燃料の噴射量と、後続噴射のタイミングと、後続噴射の回数とのうちの少なくとも１つを制御する。
【0106】
また、計測部２５が計測する「排気物質を間接的に示す物理量」は、例えば、筒内圧力（燃焼室７１の内部圧力）、排気ガスの温度、又は、空気過剰率λである。この場合、例えば、計測部２５は、圧力センサ、又は、温度センサである。又は、計測部２５は、空気過剰率λを検出するための、Ｏ2センサ、λセンサ、又は、Ａ／Ｆセンサである。
【0107】
制御部２１１は、排気物質を間接的に示す物理量に基づいて、気体燃料の燃焼状態を推定する。そして、制御部２１１は、気体燃料の燃焼状態の推定結果に基づいて、液体燃料噴射部６６による後続噴射を制御する。例えば、制御部２１１は、気体燃料の燃焼状態の推定結果に基づいて、後続噴射における液体燃料の噴射量と、後続噴射のタイミングと、後続噴射の回数とのうちの少なくとも１つを制御する。
【0108】
なお、計測部２５が排気ガスの温度を計測する場合、制御部２１１は、排気ガスの温度を監視することで、排気ガスの温度が閾値温度以下になる制御を実行する。その結果、後続噴射時に排気ガスの温度が過剰に上昇することを抑制できる。
【0109】
次に、図２及び図９を参照して、変形例に係る気体燃料燃焼方法を説明する。図９は、変形例に係る気体燃料燃焼方法を示すフローチャートである。気体燃料燃焼方法は、図２に示すエンジンシステム１００によって実行される。図９に示すように、気体燃料燃焼方法は、ステップＳ１１～ステップＳ１５を含む。
【0110】
まず、ステップＳ１１において、エンジンシステム１００の制御部２１１は、主噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、主噴射を実行する。その結果、気体燃料が燃焼する。
【0111】
次に、ステップＳ１２において、制御部２１１は、後続噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。その結果、液体燃料噴射部６６は、後続噴射を実行する。具体的には、液体燃料噴射部６６は、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、液体燃料の噴射を実行する。
【0112】
次に、ステップＳ１３において、所定サイクル数の燃焼サイクルが実行されたか否かを判定する。
【0113】
ステップＳ１３で所定サイクル数の燃焼サイクルが実行されていないと判定された場合（Ｎｏ）、処理はステップＳ１１に進む。
【0114】
一方、ステップＳ１３で所定サイクル数の燃焼サイクルが実行されたと判定された場合（Ｙｅｓ）、処理はステップＳ１４に進む。
【0115】
次に、ステップＳ１４において、制御部２１１は、計測部２５から計測データを取得する。計測データは、排気物質を直接的又は間接的に示す物理量の計測結果を示す。
【0116】
次に、ステップＳ１５において、制御部２１１は、計測データに基づいて、液体燃料噴射部６６による後続噴射の制御パラメータを決定する。制御パラメータは、後続噴射の回数と、後続噴射における液体燃料の噴射量と、後続噴射のタイミングとのうちの少なくとも１つを含む。
【0117】
そして、ステップＳ１５の後、処理はステップＳ１１に進む。次に、ステップＳ１１において、制御部２１１は、主噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。次に、ステップＳ１２において、制御部２１１は、前回のステップＳ１５で決定された制御パラメータに従って後続噴射を実行するように、液体燃料噴射部６６を制御する。この場合も、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に液体燃料の噴射（後続噴射）が実行される。以降、ステップＳ１３～ステップＳ１５が実行される。更に、燃焼サイクルが繰り返されることで、ステップＳ１１～ステップＳ１５が繰り返される。
【0118】
以上、図９を参照して説明したように、変形例では、燃焼サイクルが繰り返され、燃焼サイクルごとに、主噴射及び後続噴射が実行される。
【0119】
次に、本発明が実施例に基づき具体的に説明されるが、本発明は以下の実施例によって限定されない。
【実施例】
【0120】
図１及び図１０を参照して、本発明の実施例１～６及び比較例を説明する。実施例１～６では、図１に示すエンジンシステム１００を使用した。また、実施例１～６においては、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後に、後続噴射を実行した。一方、比較例では、後続噴射を実行しなかった。実施例１～６及び比較例では、気体燃料として、液化天然ガスを気化した天然ガスを使用した。
【0121】
図１０（ａ）は、本発明の実施例１～実施例６に係る未燃焼の炭化水素の残存量を示すグラフである。縦軸は、未燃焼の炭化水素の残存量（ｐｐｍＣ１）を示す。図１０（ｂ）は、本発明の実施例１～実施例６に係る窒素酸化物の生成量を示すグラフである。縦軸は、窒素酸化物の生成量（ｐｐｍ）を示す。図１０（ａ）及び図１０（ｂ）において、横軸は、後続噴射のタイミングをクランク角度（ｄｅｇ．ａＴＤＣ）によって示している。クランク角度が０度であることは、ピストン６８の上死点を示す。
【0122】
図１０（ａ）において、破線Ｌ１は、後続噴射を実行しなかった場合（主噴射のみ、比較例）の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、Ｌ１）を示す。実線で結ばれるドットＤａは、実施例１において後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、Ｄａ）を示す。破線で結ばれるドットＤｂは、実施例２において後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、Ｄｂ）を示す。一点鎖線で結ばれるドットＤｃは、実施例３において後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、Ｄｃ）を示す。
【0123】
図１０（ｂ）において、破線Ｌ２は、後続噴射を実行しなかった場合（主噴射のみ、比較例）の窒素酸化物の生成量（以下、Ｌ２）を示す。実線で結ばれたドットＤＡは、実施例１において後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量（以下、ＤＡ）を示す。破線で結ばれたドットＤＢは、実施例２において後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量（以下、ＤＢ）を示す。一点鎖線で結ばれたドットＤＣは、実施例３において後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量（以下、ＤＣ）を示す。
【0124】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、実施例１～３の各々では、３０度、５０度、７０度、及び、９０度のクランク角度で後続噴射を実行した。実施例１（残存量Ｄａ、生成量ＤＡ）では、後続噴射の噴射量が「２０ｍｍ3」であった。実施例２（残存量Ｄｂ、生成量ＤＢ）では、後続噴射の噴射量が「４０ｍｍ3」であった。実施例３（残存量Ｄｃ、生成量ＤＣ）では、後続噴射の噴射量が「６０ｍｍ3」であった。実施例１～３及び比較例では、燃焼室７１に供給する混合気体が有効リーン状態であった。具体的には、λ＝約１．８１であった。実施例１～３及び比較例において、有効リーン状態を定義する空気過剰率λの規定範囲は、１．８０以上２．００以下の範囲を示す。
【0125】
図１０（ａ）に示すように、実施例１～３において、後続噴射を実行する場合の未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａ～Ｄｃは、後続噴射を実行しない場合の未燃水素の残存量Ｌ１（比較例）よりも少なかった。特に、実施例１～３においては、後続噴射を実行するクランク角度が大きくなるほど、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａ～Ｄｃは少なくなった。つまり、実施例１～３においては、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後において、後続噴射のタイミングが遅い程、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａ～Ｄｃは少なくなった。また、実施例１～３から、後続噴射の噴射量が大きい程、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａ～Ｄｃが少なくなった。
【0126】
図１０（ｂ）に示すように、実施例１～３において、後続噴射を実行する場合の窒素酸化物の生成量ＤＡ～ＤＣは、後続噴射を実行しない場合の窒素酸化物の生成量Ｌ２（比較例）よりも少なかった。特に、実施例１～３では、後続噴射を実行するクランク角度が小さくなるほど、窒素酸化物の生成量ＤＡ～ＤＣは少なくなった。つまり、実施例１～３においては、気体燃料の着火後の火炎伝播が終了した後において、後続噴射のタイミングが早い程、窒素酸化物の生成量ＤＡ～ＤＣは少なくなった。また、実施例１～３から、後続噴射の噴射量が大きい程、窒素酸化物の生成量ＤＡ～ＤＣが少なくなった。
【0127】
以上、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、実施例１～３では、比較例と比較して、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａ～Ｄｃ及び窒素酸化物の生成量ＤＡ～ＤＣを低減できた。実施例１では、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａの低減幅（＝Ｌ１－Ｄａ）が大きくなる程、窒素酸化物の生成量ＤＡの低減幅（＝Ｌ２－ＤＡ）が小さくなった。また、実施例１では、窒素酸化物の生成量ＤＡの低減幅が大きくなる程、未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａの低減幅が小さくなった。これらの点は、実施例２、３についても同様であった。
【0128】
次に、引き続き図１０を参照して、空気過剰率λが実施例１～３と異なる場合の実施例４～６を説明する。
【0129】
図１０（ａ）において、白丸で示すドットｄａは、実施例４において後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、ｄａ）を示す。白三角で示すドットｄｂは、実施例５において後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、ｄｂ）を示す。白四角で示すドットｄｃは、実施例６において後続噴射を実行した場合の未燃焼の炭化水素の残存量（以下、ｄｃ）を示す。
【0130】
図１０（ｂ）において、白丸で示すドットｄＡは、実施例４において後続噴射を実行した場合の窒素管化物の生成量（以下、ｄＡ）を示す。白三角で示すドットｄＢは、実施例５において後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量（以下、ｄＢ）を示す。白四角で示すドットｄＣは、実施例６において後続噴射を実行した場合の窒素酸化物の生成量（以下、ｄＣ）を示す。
【0131】
図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、実施例４～６（残存量ｄａ～ｄｃ、生成量ｄＡ～ｄＣ）では、３０度のクランク角度で後続噴射を実行した。また、実施例４～６では、燃焼室７１に供給する混合気体が、有効リーン状態よりもリッチ側のリーン状態であった。具体的には、λ＝１．７６であった。実施例４～６において、有効リーン状態を定義する空気過剰率λの規定範囲は、１．８０以上２．００以下の範囲を示す。リーン状態は、空気過剰率λが「１」より大きい状態を示す。実施例４のその他の条件は実施例１と同じあり、実施例５のその他の条件は実施例２と同じあり、実施例６のその他の条件は実施例３と同じであった。
【0132】
図１０（ａ）に示すように、同じクランク角度（＝３０度）での実施例４～６（残存量ｄａ～ｄｃ）と実施例１～３（残存量Ｄａ～Ｄｃ）との比較の結果、「有効リーン状態よりもリッチ側のリーン状態」での未燃焼の炭化水素の残存量ｄａ～ｄｃは、有効リーン状態での未燃焼の炭化水素の残存量Ｄａ～Ｄｃよりも少なかった。つまり、空気過剰率λ（空燃比）を小さくすると、未燃焼の炭化水素の残存量ｄａ～ｄｃが少なくなった。
【0133】
図１０（ｂ）に示すように、同じクランク角度（＝３０度）での実施例４～６（生成量ｄＡ～ｄＣ）と実施例１～３（生成量ＤＡ～ＤＣ）との比較の結果、「有効リーン状態よりもリッチ側のリーン状態」での窒素酸化物の生成量ｄＡ～ｄＣは、有効リーン状態での窒素酸化物の生成量ＤＡ～ＤＣよりも多かった。つまり、空気過剰率λ（空燃比）を小さくすると、窒素酸化物の生成量ｄＡ～ｄＣが多くなった。
【0134】
以上、図面を参照して本発明の実施形態及び実施例について説明した。ただし、本発明は、上記の実施形態に限られるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の態様において実施できる。また、上記の実施形態に開示される複数の構成要素は適宜改変可能である。例えば、ある実施形態に示される全構成要素のうちのある構成要素を別の実施形態の構成要素に追加してもよく、または、ある実施形態に示される全構成要素のうちのいくつかの構成要素を実施形態から削除してもよい。
【0135】
また、図面は、発明の理解を容易にするために、それぞれの構成要素を主体に模式的に示しており、図示された各構成要素の厚さ、長さ、個数、間隔等は、図面作成の都合上から実際とは異なる場合もある。また、上記の実施形態で示す各構成要素の構成は一例であって、特に限定されるものではなく、本発明の効果から実質的に逸脱しない範囲で種々の変更が可能であることは言うまでもない。
【0136】
図１を参照して説明したエンジンシステム１００は、気体燃料モードのみを有していた。気体燃料モードは、気体燃料の燃焼によって機械仕事を得るモードである。ただし、エンジンシステム１００は、気体燃料モードと、液体燃料モードとを有していてもよい。液体燃料モードは、液体燃料の燃焼によって機械仕事を得るモードである。この場合は、エンジンシステム１００は、着火のための液体燃料を噴射する液体燃料噴射部６６に加えて、燃焼により機械仕事を得るための液体燃料を燃焼室７１に噴射する別の液体燃料噴射部を備える。また、エンジンシステム１００は、混焼モードを有していてもよい。混焼モードは、気体燃料と液体燃料との双方を略同時に燃焼させて機械仕事を得るモードである。
【産業上の利用可能性】
【0137】
本発明は、エンジンシステム及び気体燃料燃焼方法に関するものであり、産業上の利用可能性を有する。
【符号の説明】
【0138】
１ エンジン
２１ エンジン制御装置
２５ 計測部
６５ 気体燃料供給部
６６ 液体燃料噴射部
６８ ピストン
７１ 燃焼室
１００ エンジンシステム
２１１ 制御部
２１ エンジン制御装置
２５ 計測部
６５ 気体燃料供給部
６６ 液体燃料噴射部
６８ ピストン
７１ 燃焼室
１００ エンジンシステム
２１１ 制御部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】