JP2014092129A - 燃料供給装置 - Google Patents

Abstract

【課題】バイフューエル内燃機関の実現のために、気体燃料用の燃料噴射弁を気筒数よりも少ない数設けた場合において、燃料供給状態をより適切に制御すること。
【解決手段】本発明の燃料供給装置（５）は、噴射制御部（５３）を備えている。噴射制御部は、内燃機関（２）の運転状態に応じて、気体燃料の噴射モードを切替可能に構成されている。また、この噴射制御部は、待機処理部（５３１）を備えている。この待機処理部は、気体燃料の噴射モードの切替の際に、切替前噴射モードにて噴射された気体燃料が吸気通路から気筒側に移行するまで、切替後噴射モードでの気体燃料の噴射実行を待機するようになっている。
【選択図】図１１

Description

本発明は、内燃機関の気筒内に燃料を供給するように構成された、燃料供給装置に関する。

近年、排気中の有害成分を低減する等の観点から、内燃機関用燃料として、圧縮天然ガス（Compressed Natural Gas：以下「ＣＮＧ」と略称する）等の気体燃料が注目されている。しかしながら、ＣＮＧは、ガソリンや軽油等の液体燃料に比べて、エネルギー密度が小さい。このため、ＣＮＧ用内燃機関及びこれを搭載した車両においては、液体燃料用内燃機関及びこれを搭載した車両に比べて、機関出力が低くなったり航続距離が短くなったりするという問題がある。また、現在のところ、車両の一般ユーザが気体燃料を入手可能な箇所の数は少ない。このため、気体燃料用内燃機関を搭載した車両においては、長距離の移動に関して難点がある。

そこで、液体燃料と気体燃料とを切替えて使用可能な、いわゆるバイフューエル内燃機関が提案されている（例えば、特開平１１−１６６４３２号公報等参照。）。かかるバイフューエル内燃機関においては、気筒内に供給される燃料が、液体燃料と気体燃料とで、運転状態等に応じて適宜切替えられる。これにより、排気中の有害成分の低減が気体燃料の使用によって図られるとともに、高出力及び充分な航続距離が液体燃料の使用によって確保される。

特開平１１−１６６４３２号公報

ところで、上述のようなバイフューエル内燃機関を実現するに際しては、装置コスト上の問題がある。具体的には、気体燃料用の燃料噴射弁は液体燃料用に比べて高価である。また、バイフューエル内燃機関を搭載した車両は、既存の液体燃料用内燃機関を搭載した車両に対して事後的に気体燃料供給装置を装着することによって実現されることがある。

このため、バイフューエル内燃機関を実現するに際しては、気体燃料用の燃料噴射弁を、気筒数よりも少ない数設けることが好ましい（具体例としては所謂シングルポイントインジェクション方式）。本発明は、このような構成において、燃料供給状態をより適切に制御することを目的としてなされたものである。

本発明の対象となる燃料供給装置は、複数の気筒を備えた内燃機関における前記各気筒に、液体燃料及び気体燃料のうちの少なくともいずれか一方を供給可能に構成されている。ここで、液体燃料とは、常温常圧にて液体状態の燃料をいう（ガソリン、軽油、ジメチルエーテル、アルコール、等。）。また、気体燃料とは、常温常圧にて気体状態の燃料をいう（ＣＮＧ、液化天然ガス、液化石油ガス、水素、等。）。

本発明の燃料供給装置は、複数の液体燃料噴射弁と、少なくとも１つの気体燃料噴射弁と、これらにおける燃料噴射動作を前記内燃機関の運転状態に応じて制御する噴射制御部と、を備えている。前記液体燃料噴射弁は、対応する前記気筒に対して前記液体燃料を供給するように、複数の前記気筒のそれぞれに対応して設けられている。前記気体燃料噴射弁は、吸気通路（前記各気筒へ吸入空気を供給するための通路）内に前記気体燃料を供給するための燃料噴射弁であって、気筒数（前記内燃機関に設けられた複数の前記気筒の総数）よりも少ない数設けられている。そして、前記噴射制御部は、前記内燃機関の運転状態に応じて、前記気体燃料の噴射モード（前記気体燃料の噴射条件：この「噴射条件」には少なくとも噴射時期が含まれる）を切替可能に構成されている。

本発明の一側面においては、前記噴射制御部は、待機処理部を備えている。この待機処理部は、前記噴射モードの切替の際に、切替前噴射モード（当該切替における切替前の前記噴射モード）にて噴射された前記気体燃料が前記吸気通路から前記気筒側に移行するまで、切替後噴射モード（当該切替による切替後の前記噴射モード）での前記気体燃料の噴射実行を待機するようになっている。

本発明の他の一側面においては、前記噴射制御部は、補充制御部を備えている。この補充制御部は、補充燃料量分の前記液体燃料を前記液体燃料噴射弁にて噴射させるようになっている。ここで、前記補充燃料量は、前記噴射モードの切替等の際（例えば前記切替後噴射モードでの前記気体燃料の噴射実行の待機中又は開始後）に前記各気筒のそれぞれにて生じる前記気体燃料の供給量の不足を補うための、前記液体燃料の量である。

かかる構成を有する、本発明の燃料供給装置においては、前記内燃機関の前記運転状態に応じて、前記気体燃料の噴射モードが、前記切替前噴射モードから前記切替後噴射モードに切替えられる。これにより、前記運転状態に応じた適切な前記気体燃料の供給状態が実現され得る。

但し、前記切替前噴射モードから前記切替後噴射モードへの切替の際（例えば切替の最中や切替の直後）等において、前記各気筒内への前記気体燃料の供給状態が不良となることがあり得る。

（１）具体的には、前記切替前噴射モードから前記切替後噴射モードへの切替の要求が生じてから直ちに当該切替後噴射モードによる燃料噴射が実行されてしまうと、前記切替前噴射モードにて噴射された前記気体燃料が前記吸気通路内に残留しているうちに前記切替後噴射モードにより前記気体燃料が噴射されることで、前記気体燃料の供給状態が過剰となる事態が生じ得る。かかる事態が生じると、せっかく前記気体燃料を用いて排気中の有害成分を低減しようとしたにもかかわらず、かえって燃焼状態が悪化することで排気中の有害成分が増加してしまうことになり得る。特に、前記液体燃料がメタンを主成分とするものである場合（ＣＮＧ等）、メタンは空燃比のリッチ側へのズレによる燃焼悪化が顕著であるため、問題となる。

そこで、本発明の一側面においては、前記切替前噴射モードにて噴射された前記気体燃料が前記吸気通路から前記気筒側に移行するまでは（すなわち、前記切替前噴射モードにて噴射された前記気体燃料が前記吸気通路に残留していると考えられる間は）、前記切替後噴射モードでの前記気体燃料の噴射実行が待機される。これにより、前記噴射モードの切替の際の、前記気体燃料の供給状態が過剰となる事態の発生及びこれによる排気中の有害成分の増加が、良好に抑制され得る。

（２）あるいは、前記切替前噴射モードから前記切替後噴射モードへの切替の際や負荷変動の際等において、前記気筒内への前記気体燃料の供給量に不足が生じることがあり得る。そこで、本発明の他の一側面においては、前記噴射モードの切替の際や負荷変動の際等に、前記気筒内への前記気体燃料の供給量に不足が生じた場合には、当該不足を補うために前記液体燃料が噴射され得る。これにより、トルク段差の発生等が、良好に抑制され得る。

本発明の一実施形態の構成を備えた内燃機関システムの概略構成図。 図１に示された制御部による気体燃料噴射制御の際に参照される、同制御部におけるＲＯＭに格納されたマップの一例を示すグラフ。 図１に示された制御部による気体燃料噴射制御の際に参照される、同制御部におけるＲＯＭに格納されたマップの一例を示すグラフ。 図１に示された制御部による気体燃料噴射制御の際に参照される、同制御部におけるＲＯＭに格納されたマップの一例を示すグラフ。 図１に示された制御部による燃料噴射制御（噴射モード切替）の一具体例を示すタイムチャート。 図１に示された制御部による燃料噴射制御（噴射モード切替）の他の一具体例を示すタイムチャート。 図１に示された制御部による燃料噴射制御（噴射モード切替）のさらに他の一具体例を示すタイムチャート。 図１に示された制御部による燃料噴射制御（噴射モード切替）のさらに他の一具体例を示すタイムチャート。 図１に示された制御部による燃料噴射制御（噴射モード切替）のさらに他の一具体例を示すタイムチャート。 図１に示された制御部によって実行される燃料噴射制御動作の一具体例を示すフローチャート。 図１に示された制御部によって実行される燃料噴射制御動作の一具体例を示すフローチャート。 図１に示された制御部によって実行される燃料噴射制御動作の一具体例を示すフローチャート。 図１に示された制御部によって実行される燃料噴射制御動作の一具体例を示すフローチャート。 図１に示された制御部によって実行される燃料噴射制御動作の一具体例を示すフローチャート。 図１に示された制御部による気体燃料噴射制御の際に参照される、同制御部におけるＲＯＭに格納されたマップの他の一例を示すグラフ。 図１に示された制御部による気体燃料噴射制御の際に参照される、同制御部におけるＲＯＭに格納されたマップの他の一例を示すグラフ。 図１に示された内燃機関システムの一変形例を示す概略構成図。

以下、本発明を具体化した一実施形態を、図面を参照しつつ説明する。なお、変形例は、当該実施形態の説明中に挿入されると首尾一貫した一実施形態の説明の理解が妨げられるので、末尾にまとめて記載されている。

＜実施形態の装置構成＞
図１を参照すると、内燃機関システム１は、内燃機関２と、吸気系統３と、排気系統４と、燃料供給装置５と、を備えている。本実施形態においては、内燃機関システム１は、液体燃料としての軽油と、気体燃料としてのＣＮＧと、を利用可能に構成されている。

本実施形態においては、内燃機関２は、直列３気筒の構成を有している。すなわち、内燃機関２においては、３つの気筒２１が、気筒配列方向（図示しないクランクシャフトの中心軸と平行な方向：図１における上下方向）に沿って配列するように設けられている（以下、状況に応じて、３つの気筒２１のうちの気筒配列方向における両端のものをそれぞれ「一番気筒２１ａ」，「三番気筒２１ｃ」と称し、両者の間に位置するものを「二番気筒２１ｂ」と称することがある。）。また、内燃機関２には、吸入空気の通路である吸気ポート２２が複数形成されている。吸気ポート２２は、気筒２１毎に設けられている。

吸気ポート２２とともに本発明の「吸気通路」を構成する吸気系統３は、吸気ポート２２を介して各気筒２１に吸入空気を供給するように、内燃機関２に接続されている。具体的には、吸気系統３は、吸気管３１と、吸気マニホールド３２と、を備えている。吸気管３１は、吸気マニホールド３２を介して内燃機関２に接続されている。吸気マニホールド３２は、複数の分岐管部３２ａと、集合部３２ｂと、を有している。各分岐管部３２ａの吸気通流方向における下流側の端部は、それぞれ、対応する吸気ポート２２に接続されている。また、各分岐管部３２ａは、吸気通流方向における上流側の端部にて１つに合流することで集合部３２ｂに接続されるように形成されている。

排気系統４は、排気マニホールド４１と、排気管４２と、を備えている。排気マニホールド４１は、内燃機関２に設けられた不図示の排気ポートに接続されている。排気管４２は、排気マニホールド４１の排気通流方向における下流側の端部に接続されている。排気管４２には、排気（各気筒２１から排出された燃焼後の気体）を浄化するための触媒４３が装着されている。

本発明の一実施形態である燃料供給装置５は、内燃機関２における各気筒２１に液体燃料（軽油）及び気体燃料（ＣＮＧ）のうちの少なくともいずれか一方を供給可能に構成されている。具体的には、燃料供給装置５は、液体燃料供給部５１と、気体燃料供給部５２と、制御部５３と、を備えている。液体燃料供給部５１は、各気筒２１に液体燃料を供給するように構成されている。気体燃料供給部５２は、各気筒２１に気体燃料を供給するように構成されている。制御部５３は、液体燃料供給部５１及び気体燃料供給部５２の動作を制御するようになっている。

液体燃料供給部５１は、液体燃料タンク５１１と、複数（具体的には気筒数と同数）の液体燃料噴射弁５１２と、液体燃料輸送部５１３と、を備えている。液体燃料タンク５１１内には、液体燃料が貯留されている。液体燃料噴射弁５１２は、各気筒２１のそれぞれに対応して設けられている。本実施形態においては、液体燃料噴射弁５１２は、対応する気筒２１内に液体燃料を直接噴射することで、当該気筒２１に液体燃料を供給するように、構成及び配置されている。液体燃料輸送部５１３は、液体燃料タンク５１１内に貯留された液体燃料を各液体燃料噴射弁５１２に向けて送出するように設けられている。

気体燃料供給部５２は、気体燃料タンク５２１と、気体燃料配管５２２と、気体燃料噴射弁５２３と、レギュレータ５２４と、分配器５２５と、分配管５２６と、第一開閉弁５２７と、第二開閉弁５２８と、を備えている。気体燃料タンク５２１には、気体燃料としてのＣＮＧが、圧縮状態（例えば約２０ＭＰａ）で貯留されている。気体燃料を噴射するための気体燃料噴射弁５２３は、気筒数よりも少ない数（本実施形態においては１個）設けられている。この気体燃料噴射弁５２３は、気体燃料配管５２２を介して、気体燃料の供給源である気体燃料タンク５２１に接続されている。気体燃料配管５２２には、レギュレータ５２４が装着されている。レギュレータ５２４は、気体燃料タンク５２１から供給された高圧の気体燃料を減圧（例えば０．４ＭＰａまで減圧）して気体燃料噴射弁５２３に供給するようになっている。

気体燃料噴射弁５２３は、分配器５２５及び複数の分配管５２６を介して、吸気マニホールド３２における各分岐管部３２ａに気体燃料を供給するようになっている。具体的には、複数の分配管５２６は、互いに同じ長さに形成されていて、分配器５２５から三又管状に分岐するように設けられている。そして、分配管５２６の気体燃料通流方向における下流側の端部は、分岐管部３２ａにおける、吸気ポート２２の開口部から所定距離の位置に接続されている。すなわち、一番気筒２１ａ〜三番気筒２１ｃにおいて、吸気ポート２２の開口部と分配管５２６の開口位置との距離が互いに等しくなるように、分配管５２６が吸気マニホールド３２に接続されている。

気体燃料配管５２２における気体燃料タンク５２１との接続部には、第一開閉弁５２７が装着されている。一方、気体燃料配管５２２におけるレギュレータ５２４との接続部には、第二開閉弁５２８が装着されている。第一開閉弁５２７及び第二開閉弁５２８は、制御部５３の制御下で開閉されることで、気体燃料タンク５２１から気体燃料噴射弁５２３への気体燃料の供給状態を調整するようになっている。また、気体燃料配管５２２における第一開閉弁５２７と第二開閉弁５２８との間の位置には、第一センサ５２９ａが設けられている。第一センサ５２９ａは、気体燃料タンク５２１からレギュレータ５２４に向けて供給された気体燃料の圧力及び温度に対応する出力を生じるようになっている。さらに、気体燃料噴射弁５２３には、第二センサ５２９ｂが設けられている。第二センサ５２９ｂは、気体燃料噴射弁５２３に供給された気体燃料の圧力及び温度に対応する出力を生じるようになっている。

本発明の「噴射制御部（待機処理部及び補充制御部を含む）」を構成する制御部５３は、内燃機関２の運転状態（以下、単に「運転状態」と略称する。）に応じて、液体燃料供給部５１及び気体燃料供給部５２の動作、すなわち、液体燃料噴射弁５１２及び気体燃料噴射弁５２３における燃料噴射動作を制御するように構成されている。

制御部５３は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）５３１と、ＲＯＭ（Read Only Memory）５３２と、ＲＡＭ（Random Access Memory）５３３と、バックアップＲＡＭ５３４と、インターフェース５３５と、双方向バス５３６と、を備えている。ＣＰＵ５３１、ＲＯＭ５３２、ＲＡＭ５３３、バックアップＲＡＭ５３４、及びインターフェース５３５は、双方向バス５３６によって互いに接続されている。

ＣＰＵ５３１は、内燃機関システム１における各部の動作を制御するためのルーチン（プログラム）を実行するようになっている。ＲＯＭ５３２には、ＣＰＵ５３１が実行するルーチン、及びこのルーチン実行の際に参照されるマップ類（マップの他、テーブルや関係式等を含む。）、パラメータ、等の各種データが、予め格納されている。ＲＡＭ５３３は、ＣＰＵ５３１がルーチンを実行する際に、必要に応じてデータを一時的に格納するようになっている。バックアップＲＡＭ５３４は、電源が投入された状態でＣＰＵ５３１の制御下でデータを適宜格納するとともに、この格納されたデータを電源遮断後も保持するようになっている。

インターフェース５３５は、上述の第一センサ５２９ａ及び第二センサ５２９ｂを含む、内燃機関システム１に設けられたセンサ類（クランク角センサ、カムポジションセンサ、エアフローメータ、冷却水温センサ、スロットルポジションセンサ、アクセル開度センサ、液体燃料残量センサ、車速センサ、等。）と電気的に接続されていて、これらのセンサからの出力（検出信号）をＣＰＵ５３１に伝達するようになっている。また、インターフェース５３５は、液体燃料噴射弁５１２、気体燃料噴射弁５２３、第一開閉弁５２７、第二開閉弁５２８等の動作部と電気的に接続されていて、これらの動作部を動作させるためにＣＰＵ５３１から送出された動作信号を当該動作部に向けて出力するようになっている。すなわち、制御部５３は、上述のセンサ類の出力信号等に基づいて運転状態を取得し、この運転状態に基づいて上述の動作部の制御を行うようになっている。

制御部５３は、上述のセンサ類の出力信号に基づいて取得した運転状態（運転者による燃料種別選択操作状態を含む）に応じて、燃料供給モードを、（１）液体燃料を供給する液体燃料供給モード、及び（２）気体燃料を供給する気体燃料供給モード、の中から選択（決定）するとともに、状況に応じて両者の間を切替えるように構成されている。さらに、制御部５３は、上述の気体燃料供給モードにおいて、気体燃料の複数の噴射モード（噴射時期及び１サイクル中の噴射回数を含む）を選択（決定）するとともに、状況に応じて複数の噴射モード間を切替えるように構成されている。

また、本実施形態においては、制御部５３は、噴射モードの切替の際に、切替前噴射モードにて最後に気体燃料が噴射されてから所定期間が経過するまで、具体的には、切替前噴射モードにて最後に気体燃料が噴射されてから全気筒にて吸気行程が実行（この「実行」という文言の意義については後述する）されるまで、切替後噴射モードでの気体燃料の噴射実行が待機されるべく、気体燃料噴射弁５２３における燃料噴射動作を制御するようになっている。ここで、上述の「所定期間」は、切替前噴射モードにて噴射された気体燃料がすべて吸気マニホールド３２から気筒２１側に移行するために必要な期間である。すなわち、制御部５３は、切替前噴射モードにて噴射された気体燃料が吸気マニホールド３２内に残留している間は、気体燃料噴射弁５２３における切替後噴射モードでの気体燃料の噴射実行を待機させるようになっている。

さらに、制御部５３は、補充燃料量分の液体燃料を、液体燃料噴射弁５１２にて噴射させるようになっている。ここで、「補充燃料量」とは、噴射モードの切替の際等に生じる各気筒２１内への気体燃料の供給量の不足を補うための液体燃料の量である。

＜燃料供給モード及び噴射モードの選択の概要＞
以下、上述の構成を有する本実施形態の燃料供給装置５の具体的な動作例について、図面を適宜参照しつつ説明する。まず、運転状態に基づく燃料供給モード及び噴射モードの選択（決定）方法について説明する。

燃料供給装置５における制御部５３（より詳細にはＣＰＵ５３１）は、取得した運転状態と、ＲＯＭ５３２に格納されたマップ（これは適合試験等によって予め作成されたものである）と、に基づいて、燃料供給モードを、液体燃料供給モードと気体燃料供給モードとの間から選択し、必要に応じて両者の間を切替える。

また、制御部５３は、取得した運転状態に応じて、気体燃料供給モードの中で、（２−１）機関サイクルにおける１サイクル分に相当するクランク角７２０°毎に気体燃料を１回噴射する１回噴射モード、（２−２）同クランク角７２０°の間に気体燃料を複数回噴射する分割噴射モード、の間から噴射モードを選択し、必要に応じて両者の間を切替える。すなわち、本実施形態においては、ＣＰＵ５３１は、図２に示されているような機関負荷ＫＬ（吸気量ＱＡ及びスロットル開度ＴＡに基づき算出される）と機関回転数ＮＥとをパラメータとするマップに従って、気体燃料供給モードにおける噴射モードが選択される。具体的には、図２のマップに示されているように、本実施形態においては、機関負荷ＫＬが一定である（但し所定値ＫＬ０を超える）条件下で、機関回転数ＮＥが所定回転数（機関負荷ＫＬの値によって変動する：図中実線の曲線参照）よりも高い高回転域にて１回噴射モードが選択される一方で、機関回転数ＮＥが上述の所定回転数以下である低回転域にて分割噴射モードが選択される。また、機関負荷ＫＬが所定値ＫＬ０以下である領域にて、１回噴射モードが選択される。以下、その理由について説明する。

図２に示されているように、必要噴射量が少ない軽負荷域や、短時間に燃料を噴射する必要がある高回転域においては、１回噴射モードが選択され、１サイクルに１回だけ気体燃料が噴射される。これにより、気体燃料噴射弁５２３における１回の燃料噴射の際の噴射量が過少となることが良好に防止されるため、気体燃料噴射弁５２３のダイナミックレンジ（燃料噴射特性の線形領域：駆動パルス幅等によって噴射量を線形的に制御可能な範囲）への要求を緩和することができる。すなわち、拡大されたダイナミックレンジを有する高応答性の気体燃料噴射弁５２３をコスト上の理由から採用できなかった場合であっても、良好な気体燃料噴射量制御を実現することが可能になる。一方、低回転側、且つ中あるいは高負荷の領域においては、分割噴射モードが選択されることで、吸入空気中への気体燃料の噴射が比較的頻繁に行われる。これにより、気筒２１に至るまでの吸気通路内での気体燃料の吸気通流方向における濃度分布が良好に均一化されるため、常用域における各気筒２１への気体燃料の分配が最適化され、以て、燃費やエミッション等の性能が改善される。

ここで、分割噴射モードにおいては、上述のように、吸気通路内での気体燃料の吸気通流方向における濃度分布が、比較的均一化される。このため、分割噴射モードにおいては、運転状態が変化しても、最適な噴射時期はほとんど変化しない。よって、分割噴射モードにおいては、２４０°毎の所定クランク角（機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥに拘わらず不変）にて燃料噴射が行われる。すなわち、分割噴射モードにおいては、固定的な噴射時期で、１サイクル中に複数回（気筒数と同数）の気体燃料噴射が行われる。

これに対し、１回噴射モードにおいては、機関負荷等に応じて吸入空気の脈動状態が変動するため、運転状態に応じて最適な噴射時期が異なる。特に、アイドル領域（アイドル運転状態である運転状態の領域：例えば、機関回転数ＮＥが所定回転数以下、アクセル操作量が「０」、且つ車速が「０」であるような運転状態の領域。）においては、吸入空気の脈動の影響が大きくなる。そこで、ＣＰＵ５３１は、図３に示されているような機関負荷ＫＬと機関回転数ＮＥとをパラメータとするマップに従って、１回噴射モードにおける噴射時期を変更する。この噴射時期の変更も、気体燃料供給モード中における「噴射モード」の変更あるいは切替ということができる。

具体的には、図３に示されているように、アイドル領域と非アイドル領域（上述のアイドル領域以外の運転状態の領域）とで、異なるマップが用いられる。すなわち、非アイドル領域においては、機関負荷ＫＬと機関回転数ＮＥとに応じて噴射時期が連続的に変化するマップが用いられる。一方、アイドル領域においては、機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥに拘わらず、適合試験等によって決定された所定クランク角にて燃料噴射が行われる。

但し、機関負荷ＫＬの変化が大きい過渡運転状態（特に機関負荷ＫＬが上昇する加速過渡運転時）においては、運転状態の変化に対する、燃料混合気中の燃料濃度の変化の追従性が、良好であることが好ましい。そこで、図４に示されているように、機関負荷ＫＬの上昇率が所定以上である場合には、上述の図２や図３のマップに拘わらず、分割噴射モードが実行される。かかる観点から、上述の図２や図３のマップは、「定常運転状態マップ」とも称され得る。

＜噴射モード切替の概要＞
図５〜図９は、噴射モードの切替（変更）の具体例を示す図である。これらの図中、「＃１」は一番気筒２１ａを示し、「＃２」は二番気筒２１ｂを示し、「＃３」は三番気筒２１ｃを示すものとする。「行程」は、これらの気筒２１における機関サイクルにおける行程の推移状態を示すものであって、「ＩＮ」は吸気行程、「ＣＯ」は圧縮行程、「ＰＯ」は膨張行程、「ＥＸ」は排気行程を、それぞれ示す。「燃料」は、吸気ポート２２から吸気マニホールド３２における分岐管部３２ａまでの吸気通路内における燃料の滞留量を縦軸に示す（横軸はクランク角を示す）ものであって、細実線は気体燃料を、太実線は液体燃料を、それぞれ示す。「ＣＮＧ噴射」は、気体燃料の噴射時期（タイミング：横軸方向の位置）及び噴射量（パルス幅）を示すものである。「切替要求」は、運転状態の変化に伴う噴射モードの切替要求の発生タイミングと、実際に噴射モードの切替が許可される（切替後の噴射モードによる燃料噴射の実行が許可される）タイミングとを示すものである。なお、「切替要求」、「ＣＮＧ噴射」、「行程」、及び「燃料」の各チャートは、それぞれ、「燃料」チャートの横軸のクランク角について対応付けられつつ記載されているものとする。

《噴射時期変更》
図５は、１回噴射モード中における噴射時期の変更（切替）の様子を示す。図５に示されているように、ある運転状態にて、二番気筒２１ｂ（＃２）における排気行程中に気体燃料が噴射されるものと仮定する（クランク角ＣＡ０参照）。かかる運転状態においては、噴射時期の変更がなければ、クランク角ＣＡ０から７２０°ＣＡ後のクランク角ＣＡ１にて気体燃料が噴射され、同様に、クランク角ＣＡ１から７２０°ＣＡ後のクランク角ＣＡ２にて気体燃料が噴射され、その後も、クランク角ＣＡ３、ＣＡ４…というように、７２０°ＣＡ毎に気体燃料が噴射される。

仮に、クランク角ＣＡ１〜ＣＡ２間であって、三番気筒２１ｃ（＃３）の膨張行程中に、噴射時期変更の要求が発生したとする（クランク角ＣＡｘ参照：この時点で後述するように「モード切替要求フラグ」及び「モード切替中フラグ」がＯＮとなる）。また、この例においては、変更後の噴射時期は、三番気筒２１ｃにおける排気行程中であるものと仮定する。この場合、噴射時期変更の要求発生により直ちに噴射時期が変更されてしまうと、三番気筒２１ｃに対して、変更前の噴射時期であるクランク角ＣＡ１にて噴射された気体燃料と、変更後の噴射時期にて噴射された気体燃料と、の双方が吸入されることで、三番気筒２１ｃ内の燃料混合気がオーバーリッチになってしまう。特に、本実施形態においては、液体燃料として、メタンを主成分とするＣＮＧが用いられている。このため、燃料混合気がオーバーリッチになることによる燃焼悪化、及びこれによる排気中の有害成分の増加が懸念される。

そこで、本実施形態においては、クランク角ＣＡ１にて噴射された気体燃料がすべて吸気マニホールド３２から気筒２１側に吸引されるまで、すなわち、クランク角ＣＡ１以降に全ての気筒２１にて吸気行程が実行される時点（クランク角ＣＡｚ参照）まで、噴射時期の変更（切替）許可が待機される。これにより、上述のようなオーバーリッチの発生が良好に抑制される。ここで、吸気行程の「実行」とは、吸気行程の開始後、燃料混合気の吸入が実質的に終了して、その後の気体燃料の噴射状態によっては当該気筒内への吸入燃料量が増減しないような段階に達することをいうものとする。よって、「実行」は、「実質的に終了」とも言い換えられ得る。このため、「クランク角ＣＡ１以降に全ての気筒２１にて吸気行程が実行される時点」は、ある気筒２１における吸気バルブ閉のタイミングよりも早くなることがあり得る。

なお、「モード切替要求フラグ」は、クランク角ＣＡｘでＯＮとなり、今回の噴射モード切替の際に必要となる補充燃料量の設定が行われた後にＯＦＦとなる。また、「モード切替中フラグ」は、切替後の噴射モード（図５の例では噴射時期）による気体燃料噴射を所定期間内禁止するためにクランク角ＣＡｘ〜ＣＡｚ間でＯＮとなり（図中矢印参照）、クランク角ＣＡｚにてＯＦＦとなる。これらのフラグの処理は、図６以降の例も同様である。

噴射時期の変更が許可されたクランク角ＣＡｚ以降は、変更後の噴射時期にて、気体燃料の噴射が行われる。このとき、図５に示されているように、変更直後のクランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間においては、各気筒２１における気体燃料の供給状態が異なる。具体的には、三番気筒２１ｃ（＃３）の吸気行程に対しては、切替後の噴射時期による燃料噴射によって、燃焼に必要十分な量の気体燃料が供給される。一方、かかる切替後の噴射時期による燃料噴射は、一番気筒２１ａ（＃１）及び二番気筒２１ｂ（＃２）の吸気行程には間に合わない。このため、一番気筒２１ａ（＃１）及び二番気筒２１ｂ（＃２）においては、気体燃料に関して供給不足が生じる。そこで、これらの気筒に対しては、液体燃料噴射弁５１２による液体燃料噴射が実行される。これにより、噴射時期の変更直後にトルク段差等が発生することが、効果的に抑制される。

クランク角ＣＡ３以降は、変更後の噴射時期にて気体燃料の噴射が行われることで、各気筒２１に対して気体燃料が良好に供給される。すなわち、クランク角ＣＡ３以降は、新たに噴射モードの切替がなければ、気体燃料の供給量の不足分は生じない。よって、クランク角ＣＡ３以降は、液体燃料噴射による燃料供給量補充は行われない。このように、本実施形態においては、液体燃料噴射による燃料供給量補充は、噴射時期の切替許可後に、１サイクル分（７２０°ＣＡ分）経過以前、あるいは、全気筒２１における吸気行程実行以前に終了する。これにより、気体燃料供給モード中における液体燃料の使用量を最小限に抑えることができる。

《噴射回数変更》
図６〜図９は、１回噴射モードと分割噴射モードとの間の噴射モードの切替の様子を示す。なお、これらの例においては、１回噴射モードにおける噴射時期は、図５における噴射時期変更前のものと同様とする（ＣＡ０及びＣＡ１参照）。また、分割噴射モードにおいては、かかる１回噴射モードにおける標準的な噴射時期（ＣＡ０及びＣＡ１参照）を基準として、２４０°ＣＡ毎に気体燃料噴射が行われるものとする。

図６は、１回噴射モードから分割噴射モードへの噴射モードの切替の例を示す。図６に示されているように、クランク角ＣＡ１〜ＣＡ２間のクランク角ＣＡｘにて噴射モードの切替要求があった場合、クランク角ＣＡ１にて１回噴射モードで噴射された気体燃料が吸気マニホールド３２内に残留している間は、噴射モードの切替が待機される。具体的には、上述の図５の例と同様に、クランク角ＣＡ１にて噴射された気体燃料がすべて吸気マニホールド３２から気筒２１側に吸引されるまで、すなわち、クランク角ＣＡ１以降に全ての気筒２１にて吸気行程が実行される時点（クランク角ＣＡｚ参照）まで、噴射時期の変更（切替）許可が待機される。これにより、クランク角ＣＡ１にて１回噴射モード（切替前噴射モード）で噴射された気体燃料が吸気マニホールド３２内に残留しているクランク角ＣＡ１〜ＣＡ２間にてさらに分割噴射モード（切替後噴射モード）による気体燃料噴射が行われることによる、オーバーリッチの発生が、効果的に抑制される。

ここで、図６におけるクランク角ＣＡ３以降を参照すると、分割噴射モードにおいては、各気筒２１毎に、吸気行程に先立って気体燃料の噴射が３回行われている必要がある。この点、噴射モード切替直後のクランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間においては、一番気筒２１ａ（＃１）及び二番気筒２１ｂ（＃２）にて、分割噴射モードによる気体燃料の噴射回数が不足する。なお、一番気筒２１ａと二番気筒２１ｂとでは、気体燃料の供給量の不足分（以下、「不足燃料分」と称する。）が異なる。すなわち、一番気筒２１ａにおいては、吸気行程が到来する前に、分割噴射モードによる燃料噴射が２回行われている。このため、一番気筒２１ａにおいては、分割噴射モードによる燃料噴射１回分が、不足燃料分となる。一方、二番気筒２１ｂにおいては、分割噴射モードによる燃料噴射２回分が、不足燃料分となる。

そこで、本実施形態においては、一番気筒２１ａ（＃１）及び二番気筒２１ｂ（＃２）にて、分割噴射モードによる気体燃料の噴射回数の不足分に対応する補充燃料量の液体燃料が、液体燃料噴射弁５１２によって噴射される。なお、上述の例と同様に、液体燃料噴射による燃料供給量補充は、クランク角ＣＡ３までで終了する。但し、噴射モードの切替完了後も機関負荷ＫＬが上昇中である（機関負荷ＫＬの上昇率が所定以上である）場合は、分割噴射モードにて気体燃料の噴射量を最大にしても、各気筒２１内への燃料供給量が不足するおそれがある。そこで、この場合は、噴射モードの切替完了後も液体燃料の噴射による燃料供給量補充が行われる。

図７〜図９は、分割噴射モードから１回噴射モードへの噴射モードの切替の例を示す。本実施形態においては、分割噴射モードから１回噴射モードへの噴射モードの切替に際しては、切替要求が発生したクランク角ＣＡｘ以後は、分割噴射モードによる気体燃料の噴射が停止されるものとする。このため、本実施形態においては、複数の気筒２１のそれぞれにおける、燃料供給量不足の発生状態（不足が生じるか否か及び不足量）は、切替要求が発生したクランク角ＣＡｘのタイミングによって異なる。したがって、これらの例においては、クランク角ＣＡｘのタイミングによって、それ以降の処理が異なる。

図７は、クランク角ＣＡｘが、クランク角ＣＡ１〜ＣＡ２間の分割噴射モードにおける１回目の噴射時期ＣＡ１１（＝ＣＡ１）、２回目の噴射時期ＣＡ１２、及び３回目の噴射時期ＣＡ１３の後であって、且つクランク角ＣＡ２よりも前である場合である。この場合、直ちに噴射モードを切替えてクランク角ＣＡ２にて１回噴射モードによる気体燃料噴射を実行すると、一番気筒２１ａ（＃１）及び二番気筒２１ｂ（＃２）にてオーバーリッチが発生してしまう。そこで、分割噴射モードにて最後に気体燃料が噴射されたクランク角ＣＡ１３以降であって全気筒２１にて吸気行程が実行されるクランク角ＣＡｚまで、噴射モードの切替（１回噴射モードによる燃料噴射の実行）が待機される。

この場合、１回噴射モードによる燃料噴射が開始するのは、クランク角ＣＡ３からとなる。すると、クランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間は、気体燃料が全く噴射されない。このため、クランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間は、各気筒２１にて、吸気行程に先立ってクランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間にて行われなかった分割噴射モードによる気体燃料の噴射回数に相当する、不足燃料分が生じる。具体的には、二番気筒２１ｂにおいては、クランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間に到来する吸気行程に対し、分割噴射モードによりクランク角ＣＡ１２及びＣＡ１３にて噴射された燃料が導入される。このため、二番気筒２１ｂにおいては、分割噴射モードによる燃料噴射１回分が、不足燃料分となる。同様に、一番気筒２１ａにおいては、分割噴射モードによる燃料噴射２回分が、不足燃料分となる。また、三番気筒２１ｃにおいては、分割噴射モードによる燃料噴射３回分が、不足燃料分となる。そこで、クランク角ＣＡ２〜ＣＡ３間は、各気筒２１に対して、それぞれの不足燃料分に応じて、液体燃料の噴射による燃料供給量補充が行われる。なお、上述と同様に、液体燃料の噴射による燃料供給量補充は、クランク角ＣＡ３までで終了する。

図８は、クランク角ＣＡｘが、クランク角ＣＡ１〜ＣＡ２間の分割噴射モードにおける１回目の噴射時期ＣＡ１１（＝ＣＡ１）及び２回目の噴射時期ＣＡ１２の後であって、且つ３回目の噴射時期ＣＡ１３（図７参照）よりも前である場合である。この場合も、直ちに噴射モードを切替えてクランク角ＣＡ２にて１回噴射モードによる気体燃料噴射を実行すると、二番気筒２１ｂ（＃２）にてオーバーリッチが発生してしまう。そこで、クランク角ＣＡ１２（切替前噴射モードである分割噴射モードにおける最後の気体燃料噴射時期）以降であって全気筒２１にて吸気行程が実行されるクランク角ＣＡｚまで、噴射モードの切替が待機される。これに併せて、クランク角ＣＡ１２〜ＣＡ３間は、各気筒２１に対して、それぞれの不足燃料分に応じて、液体燃料の噴射による燃料供給量補充が行われる。なお、上述と同様に、液体燃料の噴射による燃料供給量補充は、クランク角ＣＡ３までで終了する。

図９は、クランク角ＣＡｘが、クランク角ＣＡ１〜ＣＡ２間の分割噴射モードにおける１回目の噴射時期ＣＡ１１（＝ＣＡ１）の直後であって２回目の噴射時期ＣＡ１２及び３回目の噴射時期ＣＡ１３（図７参照）よりも前である場合である。本具体例においては、この場合は、分割噴射モード（切替前噴射モード）における最後の気体燃料噴射時期であるクランク角ＣＡ１１から、当該クランク角ＣＡ１１（＝ＣＡ１）の次の１回噴射モードによる気体燃料噴射タイミングであるクランク角ＣＡ２までの間に、一番気筒２１ａ（＃１）〜三番気筒２１ｃ（＃３）の全てで吸気行程が実行される。このため、クランク角ＣＡ２にて、１回噴射モードによる気体燃料噴射を行っても、クランク角ＣＡ１１より後の分割噴射モードによる気体燃料噴射の中断によって一番気筒２１ａ（＃１）及び三番気筒２１ｃ（＃３）にて気体燃料の供給量が不足するだけで、各気筒２１におけるオーバーリッチは発生しない。

よって、この場合、クランク角ＣＡ２から１回噴射モードによる気体燃料噴射が実行される。このとき、分割噴射モードによる気体燃料噴射の中断に伴う燃料供給量不足は、クランク角ＣＡ１１〜ＣＡ２間のみとなる。よって、液体燃料の噴射による燃料供給量補充は、クランク角ＣＡ２までで終了する。但し、切替後の１回噴射モードにおける噴射時期が本具体例とは異なる場合（例えば図５における変更後のものと同様であるような場合）にクランク角ＣＡ２以前に１回噴射モードによる燃料噴射が実行されないように、切替前の分割噴射モードによる最後の気体燃料噴射時期であるクランク角ＣＡ１１以降に全気筒にて吸気行程が実行されるクランク角ＣＡｚまでの間は、噴射モードの切替が待機される。

＜動作説明＞
以下、燃料供給装置５における制御部５３に設けられたＣＰＵ５３１による、燃料噴射制御の具体例について、フローチャートを用いて説明する。なお、図１０〜１４における「Ｓ」は「ステップ」を示すものとする。

ＣＰＵ５３１は、所定時間間隔（例えば０．１ｍｓｅｃ）毎に、上述のセンサ類の出力信号等に基づいて運転状態（運転状態の変化状態をも含む）を取得するとともに、取得した運転状態と上述の図２〜４のマップとに基づいて噴射モードの切替の要否を判定する。噴射モードの切替の要求が発生した時点で、ＣＰＵ５３１は、図１０に示す噴射モード切替要求処理ルーチン１０００を起動する。

このルーチン１０００が起動されると、まず、ステップ１０１０にて、液体燃料タンク５１１内に液体燃料が所定の最小限量以上残存しているか否かが判定される。液体燃料の残量が充分である場合（ステップ１０１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１０２０に進行してモード切替要求フラグがセットされるとともに、続いて処理がステップ１０３０に進行してモード切替中フラグがセットされ、その後本ルーチンが一旦終了する。これにより、噴射モード切替のための各種の処理が開始される。

一方、液体燃料の残量が不充分である場合（ステップ１０１０＝Ｎｏ）、液体燃料による上述のような燃料供給量補充を安定的に行うことができないことが想定される。そこで、この場合、ステップ１０２０及び１０３０の処理がスキップされ、その後本ルーチンが一旦終了する。すなわち、この場合、噴射モードの切替が禁止される。

ＣＰＵ５３１は、所定クランク角（例えば６°ＣＡ）毎に、図１１に示す噴射モード切替ルーチン１１００を起動する。このルーチン１１００が起動されると、まず、ステップ１１１０にて、モード切替中フラグがセットされている（ＯＮすなわち“１”である）か否かが判定される。モード切替中フラグがリセットされている（ＯＦＦすなわち“０”である）場合、ステップ１１１０における判定が“ＮＯ”となり、ステップ１１２０以降の処理がスキップされて本ルーチンが一旦終了する。

モード切替中フラグがセットされている場合（ステップ１１１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１１２０に進行し、最後の気体燃料噴射から所定期間経過したか否か、具体的には、最後に気体燃料が噴射されてから全ての気筒２１にて吸気行程が実行されたか否かが判定される。

最後の気体燃料噴射から所定期間経過した場合（ステップ１１２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１１３０に進行して、モード切替が許可される。すなわち、切替後の噴射モードによる気体燃料の噴射が許可される。その後、処理がステップ１１４０に進行してモード切替中フラグがリセットされた後、本ルーチンが一旦終了する。

これに対し、最後の気体燃料噴射からまだ所定期間経過していない場合（ステップ１１２０＝Ｎｏ）、ステップ１１３０及び１１４０の処理がスキップされて本ルーチンが一旦終了する。すなわち、上述のように、最後に気体燃料が噴射されてから全ての気筒２１にて吸気行程が実行されるまでは、切替後の噴射モードによる気体燃料の噴射実行が待機される。

ＣＰＵ５３１は、所定クランク角（例えば６°ＣＡ）毎に、図１２に示す補充燃料量設定ルーチン１２００を起動する。このルーチン１２００が起動されると、まず、ステップ１２１０にて、モード切替要求フラグがセットされているか否かが判定される。

モード切替要求フラグがリセットされている場合（ステップ１２１０＝Ｎｏ）、処理がステップ１２２０に進行して、負荷上昇率が所定以上であるか否かが判定される。なお、本具体例においては、ステップ１２２０における負荷上昇率の「所定以上」の基準となる「所定値」は、図４に示されているマップにおける「分割噴射」領域の下端よりも若干下側（図中左側）であるものとする。

負荷上昇率が所定以上である場合（ステップ１２２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１２２５に進行して、各気筒２１に対する補充燃料量が設定され、本ルーチンが一旦終了する。すなわち、噴射モードの切替完了後も機関負荷ＫＬが上昇中である場合等、気体燃料の噴射のみでは（要求）負荷の上昇に対応した燃料供給が間に合わないような状況において、液体燃料による各気筒２１への燃料供給量補充が行われる。一方、負荷上昇率が所定以上ではない場合（ステップ１２２０＝Ｎｏ）、ステップ１２２５の処理がスキップされて、本ルーチンが一旦終了する。

モード切替要求フラグがセットされている場合（ステップ１２１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１２３０以降に進行して、モード切替の態様に応じた処理が行われる。まず、ステップ１２３０においては、今回のモード切替が１回噴射モードから分割噴射モードへの切替であるか否かが判定される。

今回のモード切替が１回噴射モードから分割噴射モードへの切替である場合（ステップ１２３０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１２３５に進行する。ステップ１２３５においては、ＲＯＭ５３２に格納された「１回→分割」マップと、機関負荷ＫＬ等の運転状態パラメータと、に基づいて、各気筒２１における補充燃料量が設定される。なお、この「１回→分割」マップは、図６を用いて説明した上述の知見を考慮して実施された適合試験によって予め作成されたものである（後述の「分割→１回」マップや「噴射時期変更」マップも同様である）。

今回のモード切替が分割噴射モードから１回噴射モードへの切替である場合は、ステップ１２３０における判定が“Ｎｏ”となり、処理がステップ１２４０に進行する。ステップ１２４０においては、今回のモード切替が分割噴射モードから１回噴射モードへの切替であるか否かが判定される。よって、この場合、ステップ１２４０における判定が“Ｙｅｓ”となり、処理がステップ１２４５に進行する。ステップ１２４５においては、ＲＯＭ５３２に格納された「分割→１回」マップと、機関負荷ＫＬ等の運転状態パラメータと、に基づいて、各気筒２１における補充燃料量が設定される。

今回のモード切替が噴射時期の変更である場合は、ステップ１２３０及び１２４０における判定がいずれも“Ｎｏ”となる。この場合、処理がステップ１２５０に進行する。ステップ１２５０においては、ＲＯＭ５３２に格納された「噴射時期変更」マップと、機関負荷ＫＬ等の運転状態パラメータと、に基づいて、各気筒２１における補充燃料量が設定される。

上述のようにして、モード切替の態様に応じた補充燃料量の設定処理が行われた後、処理がステップ１２６０に進行して、モード切替要求フラグがリセットされる。その後、本ルーチンが一旦終了する。

ＣＰＵ５３１は、所定クランク角（例えば６°ＣＡ）毎に、図１３に示す気体燃料噴射制御ルーチン１３００を起動する。このルーチン１３００が起動されると、まず、ステップ１３１０にて、内燃機関２における現在の燃料供給モードが気体燃料供給モードであるか否かが判定される。現在の燃料供給モードが気体燃料供給モードではない場合（すなわち現在の燃料供給モードが液体燃料供給モードである場合：ステップ１３１０＝Ｎｏ）、ステップ１３２０以降の処理がスキップされて、本ルーチンが一旦終了する。よって、以下、現在の燃料供給モードが気体燃料供給モードであるものとして、本ルーチンの説明を続行する。

ステップ１３２０においては、モード切替中フラグがリセットされているか否かが判定される。モード切替中フラグがセットされている場合（ステップ１３２０＝Ｎｏ）、図５〜９に示されているように、モード切替中（噴射モードの切替要求の発生によりルーチン１０００が起動されてステップ１０３０にてモード切替中フラグがセットされた時点から上述のルーチン１１００におけるステップ１１３０及び１１４０の処理によってモード切替中フラグがリセットされるまでの間）の気体燃料の噴射を禁止すべく、ステップ１３３０以降の処理がスキップされて本ルーチンが一旦終了する。

一方、モード切替中フラグがリセットされている場合（ステップ１３２０＝Ｙｅｓ）、噴射モードに応じた気体燃料噴射を実行するべく、処理がステップ１３３０以降に進行する。ステップ１３３０においては、気体燃料の噴射条件（噴射時期及び噴射量）が読み込まれる。次に、ステップ１３４０において、今回のルーチン１３００の実行タイミングが、ステップ１３３０にて読み込んだ気体燃料の噴射時期と一致するか否かが判定される。ステップ１３４０における判定が“Ｙｅｓ”である場合、処理がステップ１３５０に進行して、読み込まれた噴射条件にて気体燃料の噴射が行われた後、本ルーチンが一旦終了する。これに対し、ステップ１３４０における判定が“Ｎｏ”である場合、ステップ１３５０の処理がスキップされて、本ルーチンが一旦終了する。

ＣＰＵ５３１は、各気筒２１における液体燃料を噴射すべき所定のクランク角が到来する毎に、図１４に示す液体燃料噴射制御ルーチン１４００を起動する。このルーチン１４００が起動されると、まず、ステップ１４１０にて、内燃機関２における現在の燃料供給モードが液体燃料供給モードであるか否かが判定される。現在の燃料供給モードが液体燃料供給モードではない場合（すなわち現在の燃料供給モードが気体燃料供給モードである場合：ステップ１４１０＝Ｎｏ）、処理がステップ１４２０に進行して、補充燃料量（気体燃料供給モード下で各気筒２１に生じる気体燃料の供給量の不足分を液体燃料によって補うための液体燃料量）の設定があるか否かが判定される。補充燃料量の設定もない場合（ステップ１４２０＝Ｎｏ）、今回のルーチン１４００の実行タイミングでは液体燃料は噴射されないため、本ルーチンが一旦終了する。

一方、現在の燃料供給モードが液体燃料供給モードである場合（ステップ１４１０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１４３０に進行して、液体燃料供給モードにおける通常の噴射条件（噴射量等）が読み込まれる。また、現在の燃料供給モードは気体燃料供給モードであるが上述のルーチン１２００の実行によって補充燃料量が設定されている場合（ステップ１４２０＝Ｙｅｓ）、処理がステップ１４４０に進行して、補充燃料量等の補充噴射条件が読み込まれる。そして、ステップ１４３０又は１４４０における噴射条件の読み込みが行われると、処理がステップ１４５０に進行して、読み込まれた噴射条件に基づいて液体燃料の噴射が実行され、本ルーチンが一旦終了する。

＜作用・効果＞
本実施形態においては、気体燃料噴射弁５２３の設置個数が、気筒数よりも少ない（より具体的には１つ）。また、気体燃料噴射弁５２３と吸気マニホールド３２とを互いに接続するように、分配器５２５及び分配管５２６が設けられている。すなわち、かかる構成の内燃機関システム１においては、当初は液体燃料用として構築されたものに対して、事後的に気体燃料供給部５２を追加することによってバイフューエル用とすることが可能である。したがって、かかる構成によれば、バイフューエル内燃機関あるいはバイフューエル車両を安価にあるいはより少ない工数で実現することが可能になる。

また、本実施形態においては、上述のような機械的構成を有する内燃機関システム１において気体燃料の最適な噴射回数及び噴射時期が運転状態によって異なることに鑑みて、噴射モードが運転状態に応じて選択され適宜切替えられる。

具体的には、図２を参照すると、軽負荷領域にて１回噴射モードが選択される一方、高負荷領域にて分割噴射モードが選択される。すなわち、軽負荷状態よりも高負荷状態の方が、噴射回数が多くなるように、噴射モードが選択される。同様に、高回転領域にて１回噴射モードが選択される一方、低回転領域にて分割噴射モードが選択される。すなわち、高回転領域よりも低回転領域の方が、噴射回数が多くなるように、噴射モードが選択される。また、図４を参照すると、加速過渡運転状態にて分割噴射モードが選択される一方、その他の運転状態（定常運転状態を含む）にて１回噴射モードが選択される。さらに、図３を参照すると、１回噴射モードにおける噴射時期が、運転状態に応じて設定される。特に、アイドル領域においては、１回噴射モード（気筒数よりも噴射回数が少ない噴射モード）が選択されるとともに、機関負荷ＫＬ及び機関回転数ＮＥに拘わらず、適合試験等によって決定された所定クランク角にて燃料噴射が行われる。一方、非アイドル領域においては、アイドル領域とは異なり、機関負荷ＫＬと機関回転数ＮＥとに応じて噴射時期が連続的に変化するように、噴射時期マップが設定されている。このように、本実施形態においては、アイドル領域と非アイドル領域とで、噴射時期の設定態様が異なる。

これにより、運転状態に応じた最適な気体燃料噴射状態が実現され、内燃機関２の出力性能が運転領域の全域で良好に最適化される。

また、本実施形態においては、噴射モードの切替の際に、切替前噴射モードにて噴射された気体燃料（図８の例においては分割噴射モードにおけるクランク角ＣＡ１２及びこれより前に噴射されたもの）が吸気マニホールド３２（分岐管部３２ａ）から各気筒２１側に移行するまで、具体的には、切替前噴射モードにて最後に気体燃料が噴射された後に全気筒２１にて吸気行程が実行されるまで、切替後噴射モード（図８の例においては１回噴射モード）での気体燃料の噴射実行が待機される。これにより、噴射モードの切替の際の、気体燃料の気筒２１内への供給状態が過剰となる事態（オーバーリッチ）の発生、及びこれによる排気中の有害成分の増加が、良好に抑制され得る。特に、本実施形態においては、噴射モードの切替を待機する期間を実質的に１サイクル分程度とすることで、オーバーリッチの発生を良好に抑制しつつ、可及的速やかに切替後の噴射モードによる気体燃料噴射を実行することが可能になる。

また、上述の通り、噴射モードの切替の際や負荷変動の際等において、各気筒２１内への気体燃料の供給量に不足が生じ得る。特に、上述の通り、最も吸気脈動の影響を受けるアイドル領域と、それ以外の運転状態領域とでは、最適な噴射時期が非連続的に変化し得る。このため、アイドル領域からその他の運転状態（但し１回噴射モード内）に運転状態が変化した場合には、噴射時期の変更時に、気体燃料供給量の不足が発生しやすい。この点、本実施形態においては、図１２のフローチャートで説明したように、各気筒２１内への気体燃料の供給量に不足が生じた場合には、当該不足を補うための補充燃料量分の液体燃料が、各気筒２１に対応した液体燃料噴射弁５１２によって噴射される。これにより、トルク段差の発生等が、良好に抑制され得る。

また、本実施形態においては、「切替後噴射モードによる気体燃料の噴射が開始された後に複数の気筒２１のそれぞれにて機関サイクルが１サイクル終了した時点」の以前に、補充燃料量分の液体燃料の噴射が終了される。具体的には、上述のように、切替後噴射モードが１回噴射モードである場合（図５及び図７〜９参照）には、当該切替後噴射モードによる気体燃料噴射の開始以前に、補充燃料量分の液体燃料の噴射が終了される。一方、切替後噴射モードが分割噴射モードである場合（図６参照）には、噴射モードの切替許可後、すなわち、切替後の分割噴射モードによる気体燃料の噴射開始後、１サイクル分（７２０°ＣＡ分）経過する以前に、補充燃料量分の液体燃料の噴射が終了される。これにより、気体燃料供給モード中における液体燃料の使用量を最小限に抑えることができる。

＜変形例＞
以下、代表的な変形例について、幾つか例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施形態にて説明されているものと同様の構成及び機能を有する部分に対しては、上述の実施形態と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施形態における説明が適宜援用され得るものとする。もっとも、言うまでもなく、変形例とて、以下に列挙されたものに限定されるものではない。また、上述の実施形態の一部、及び、複数の変形例の全部又は一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

本発明は、上述の図２等のマップに示された具体例に限定されない。具体的には、例えば、噴射時期（１回噴射モード及び分割噴射モードを含む）は、運転条件に応じて連続的に変化させてもよいし、所定運転条件を境界にステップ的に変化させてもよい。また、気体燃料噴射弁５２３の応答性が高い（ダイナミックレンジが広い）場合、図２及び図４のマップに代えて、図１５及び図１６のマップが用いられ得る。図１５のマップにおいては、分割噴射領域が、アイドル領域を含む、低負荷・低中回転領域にまで拡大されている。これにより、噴射間隔が長期化する低回転域における、複数の気筒２１間の燃料分配の悪化が、良好に抑制される。また、図１６のマップにおいては、減速過渡運転領域においても分割噴射モードが選択される。これにより、運転状態変化に対する燃料噴射状態の追従性がさらに向上する。

分割噴射モードにおける噴射回数は可変であってもよい。この場合、軽負荷状態よりも高負荷状態の方が多くなるとともに、高回転領域よりも低回転領域の方が多くなるように、噴射回数が適宜設定され得る。また、加速過渡運転状態にてその他の運転状態（定常運転状態を含む）よりも噴射回数が多くなるように、噴射回数が適宜設定され得る。なお、これらの場合、異なる噴射回数同士の変更も、「噴射モードの切替」と言い得る。

液体燃料及び気体燃料の双方を常時供給する気液混合供給モードが設けられていてもよい。この場合、本発明は、気液混合供給モード中における気体燃料の噴射モード切替にも同様に適用可能である。

マップは、ＲＯＭ５３２に代えて、あるいはこれとともに、バックアップＲＡＭ５３４に格納されていてもよい。あるいは、マップに代えて、他の方式（数式による演算等）が用いられてもよい。

上述の実施形態においては、噴射モードの切替要求が発生してから所定期間、切替そのものを待機していた。しかしながら、本発明はこれに限定されない。すなわち、例えば、切替要求発生時点で噴射モードを直ちに切替えた上で、切替後の噴射モードによる気体燃料の噴射開始許可を待機する構成も、当然に本発明の技術的範囲に含まれる（なお、当該構成には上述の実施形態も含まれると解釈することも可能である。）。

図５〜９及び上述の説明から明らかなように、運転状態や、切替要求発生時点における噴射モード及び最後に気体燃料が噴射されてからの経過クランク角や、各気筒２１における行程判別結果等に基づいて、各気筒２１における不足燃料量を取得（算出あるいは推定）することが可能である。また、かかる不足燃料量と、これを補充するための液体燃料の量である補充燃料量とは、比例関係にあると考えることができる。よって、かかる不足燃料量に所定係数を乗じることで算出した値を、補充燃料量としてもよい。

図７〜９を参照すると、分割噴射モードから１回噴射モードへの噴射モードの切替に際して、切替要求が発生したクランク角ＣＡｘが分割噴射の途中である場合（図８及び図９参照）、所定回数の分割噴射モードによる燃料噴射が行われてもよい。このとき、クランク角ＣＡｘのタイミングが図８及び図９のようなタイミングであっても、図７と同一の処理が行われる。

図５〜９における「ＣＮＧ噴射」のタイミングの実例は、専ら説明の便宜のために仮定したものであって、それ自体に特段の技術的意図があるわけではない。すなわち、吸気系統３や気体燃料供給部５２の機械的構成、及び運転状態に応じて、最適な気体燃料噴射のタイミングが異なることは、いうまでもないことである。

図１０のルーチンにおけるステップ１０１０の液体燃料残量判定処理に代えて、あるいはこれとともに、液体燃料供給部５１の異常（故障）があるか否かを判定する処理が用いられてもよい。

液体燃料噴射弁５１２の設置数は、気筒数と同一でなくてもよい。すなわち、液体燃料噴射弁５１２は、気筒数の整数倍設けられていてもよい。具体的には、例えば、各気筒２１に液体燃料噴射弁５１２が２つずつ設けられていてもよい。

液体燃料噴射弁５１２による液体燃料の噴射位置は、気筒内部に限定されない。具体的には、例えば、液体燃料の噴射位置は、吸気ポート２２であってもよい。

気体燃料噴射弁５２３による気体燃料の噴射位置や、吸気通路への気体燃料の供給位置は、適宜変更され得る。例えば、分配管５２６は、吸気ポート２２に接続されていてもよい。あるいは、気体燃料噴射弁５２３は、分配器５２５及び分配管５２６を介することなく、図１７に示されているように、吸気マニホールド３２よりも吸気通流方向における上流側の吸気管３１内に直接気体燃料を噴射するように、吸気管３１に装着されていてもよい。

直列４気筒の場合、気体燃料噴射弁５２３は２個設けられていてもよい。この場合、分配器５２５と当該分配器５２５から二又管状に分岐するように設けられた分配管５２６とからなる気体燃料分配部が、２組設けられ得る。あるいは、２個の気体燃料噴射弁５２３が、吸気マニホールド３２における集合部３２ｂに、気筒配列方向に沿って互いに所定間隔を隔てて配列した状態で装着され得る。同様に、６気筒の場合、気体燃料噴射弁５２３は、１〜３個設けられ得る。

２…内燃機関、５…燃料供給装置、２１…気筒、５３…制御部、５１２…液体燃料噴射弁、５２３…気体燃料噴射弁、５３１…ＣＰＵ。

Claims (12)

1. 複数の気筒（２１）を備えた内燃機関（２）の各気筒に液体燃料及び気体燃料のうちの少なくともいずれか一方を供給可能に構成された、燃料供給装置（５）であって、
   複数の前記気筒のそれぞれに対応して設けられていて、対応する前記気筒に対して前記液体燃料を供給する、複数の液体燃料噴射弁（５１２）と、
   前記内燃機関に設けられた前記気筒の総数である気筒数よりも少ない数設けられていて、前記各気筒へ吸入空気を供給する吸気通路（３１，３２）内に前記気体燃料を供給する、少なくとも１つの気体燃料噴射弁（５２３）と、
   前記内燃機関の運転状態に応じて、前記液体燃料噴射弁及び前記気体燃料噴射弁における燃料噴射動作を制御する、噴射制御部（５３）と、
   を備え、
   前記噴射制御部は、
   噴射時期を含む前記気体燃料の噴射条件である噴射モードを切替可能に構成されているとともに、
   前記噴射モードの切替の際に、切替前の前記噴射モードである切替前噴射モードにて噴射された前記気体燃料が前記吸気通路から前記気筒側に移行するまで、切替後の前記噴射モードである切替後噴射モードでの前記気体燃料の噴射実行を待機する、待機処理部（５３１）を備えたことを特徴とする、燃料供給装置。
2. 請求項１に記載の燃料供給装置であって、
   前記噴射制御部は、
   前記切替後噴射モードでの前記気体燃料の噴射実行の待機中又は開始後に前記各気筒のそれぞれにて生じる前記気体燃料の供給量の不足を補うための前記液体燃料の量である補充燃料量分の前記液体燃料を、前記液体燃料噴射弁にて噴射させる、補充制御部（５３１）をさらに備えたことを特徴とする、燃料供給装置。
3. 請求項２に記載の燃料供給装置であって、
   前記補充制御部は、前記切替後噴射モードによる前記気体燃料の噴射が開始された後に複数の前記気筒のそれぞれにて吸気行程から排気行程に至る機関サイクルが１サイクル終了した時点以前に、前記補充燃料量分の前記液体燃料の噴射を終了することを特徴とする、燃料供給装置。
4. 請求項１〜３のうちのいずれか１項に記載の燃料供給装置であって、
   前記待機処理部は、前記切替前噴射モードにて最後に前記気体燃料が噴射された後に前記内燃機関における全気筒にて吸気行程が実行されるまで、前記切替後噴射モードでの前記気体燃料の噴射実行を待機することを特徴とする、燃料供給装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれか１項に記載の燃料供給装置であって、
   前記噴射制御部は、機関サイクルの１サイクル中における前記気体燃料の噴射回数又は前記噴射時期が異なる複数の前記噴射モードを、前記運転状態に応じて切替えることを特徴とする、燃料供給装置。
6. 請求項５に記載の燃料供給装置であって、
   前記噴射制御部は、前記内燃機関の負荷が低い前記運転状態である軽負荷状態よりも前記負荷が高い前記運転状態である高負荷状態の方が、前記噴射回数が多くなるように、前記噴射モードを切替えることを特徴とする、燃料供給装置。
7. 請求項５又は６に記載の燃料供給装置であって、
   前記噴射制御部は、前記内燃機関の回転数が高い前記運転状態である高回転領域よりも前記回転数が低い前記運転状態である低回転領域の方が、前記噴射回数が多くなるように、前記噴射モードを切替えることを特徴とする、燃料供給装置。
8. 請求項５〜７のうちのいずれか１項に記載の燃料供給装置であって、
   前記噴射制御部は、過渡運転状態にて定常運転状態よりも前記噴射回数が多くなるように、前記噴射モードを切替えることを特徴とする、燃料供給装置。
9. 請求項５〜８のうちのいずれか１項に記載の燃料供給装置であって、
   前記噴射制御部は、前記内燃機関の負荷が上昇中は、上昇前よりも前記噴射回数を増加させるとともに、前記気筒内への前記気体燃料の供給量の不足が生じると想定される前記気筒に対応する前記液体燃料噴射弁にて前記液体燃料を噴射させることを特徴とする、燃料供給装置。
10. 請求項５〜９のうちのいずれか１項に記載の燃料供給装置であって、
    前記噴射制御部は、
    アイドル運転状態である前記運転状態の領域であるアイドル領域にて、前記噴射回数を前記気筒数よりも少なく設定し、
    前記アイドル領域とそれ以外の前記領域とで、前記噴射時期の設定態様が異なるように、当該噴射時期を設定することを特徴とする、燃料供給装置。
11. 請求項１〜１０のうちのいずれか１項に記載の燃料供給装置であって、
    前記噴射制御部は、前記液体燃料噴射弁による前記液体燃料の噴射が不可能である場合には、前記噴射モードの切替を禁止することを特徴とする、燃料供給装置。
12. 複数の気筒（２１）を備えた内燃機関（２）の各気筒に液体燃料及び気体燃料のうちの少なくともいずれか一方を供給可能に構成された、燃料供給装置（５）であって、
    複数の前記気筒のそれぞれに対応して設けられていて、対応する前記気筒に対して前記液体燃料を供給する、複数の液体燃料噴射弁（５１２）と、
    前記内燃機関に設けられた前記気筒の総数である気筒数よりも少ない数設けられていて、前記各気筒へ吸入空気を供給する吸気通路（３１，３２）内に前記気体燃料を供給する、少なくとも１つの気体燃料噴射弁（５２３）と、
    前記内燃機関の運転状態に応じて、前記液体燃料噴射弁及び前記気体燃料噴射弁における燃料噴射動作を制御する、噴射制御部（５３）と、
    を備え、
    前記噴射制御部は、
    噴射時期を含む前記気体燃料の噴射条件である噴射モードを切替可能に構成されているとともに、
    前記噴射モードの切替の際に前記各気筒のそれぞれにて生じる前記気体燃料の供給量の不足を補うための前記液体燃料の量である補充燃料量分の前記液体燃料を、前記液体燃料噴射弁にて噴射させる、補充制御部（５３１）を備えたことを特徴とする、燃料供給装置。

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