JP2020180567A - 舶用ディーゼルエンジン - Google Patents

Abstract

【課題】化石燃料又は代替燃料に生じ得る燃え残りを低減する。【解決手段】舶用ディーゼルエンジン１は、化石燃料及び代替燃料を噴射するための噴射口３１を有する燃料噴射弁３０と、燃料噴射弁３０に向けて、化石燃料及び代替燃料の一方からなる第１燃料を圧送する燃料ポンプ４１と、燃料ポンプ４１から噴射口３１に至る燃料経路Ｌと、燃料経路Ｌにおける所定の位置Ｐ１，Ｐ２に、化石燃料及び代替燃料の他方からなる第２燃料を注入する注入系統５０，６０と、注入系統５０，６０を制御する制御部９２と、を備える。燃料噴射弁３０は、第１燃料と第２燃料とを層状に噴射する。制御部９２は、第１燃料からなる燃料層Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と、第２燃料からなる燃料層Ａ１，Ａ２と、が双方とも２層以上となるように、注入系統５０，６０を制御する。【選択図】図３

Description

ここに開示する技術は、舶用ディーゼルエンジンに関する。

舶用ディーゼルエンジンの排ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減するための方法として、１つの燃料噴射弁から複数種の燃料を噴射させることが広く知られている。

例えば、特許文献１に開示されているデュアルフューエル式噴射システムは、Ａ重油あるいは軽油等の化石燃料からなる着火用パイロット燃料と、代替燃料としてのメタノールからなる主燃料と、を層状に噴射することが開示されている。

前記特許文献１に開示されている噴射システムは、燃料噴射弁内の主燃料に対して着火用パイロット燃料を注入することで、着火用パイロット燃料、及び、主燃料の順番で層状になった燃料を、燃焼室内に噴射することができる。同文献によれば、着火用パイロット燃料の噴射量は、着火不安定な場合は増量され、着火安定な場合は減量されるようになっている。

特開平６−１５９１８２号公報

ところで、前記特許文献１に記載されている構成では、燃焼室内に噴射される燃料層のうち、主燃料からなる燃料層と、着火用パイロット燃料からなる燃料層は、双方とも１層となる。

この場合、着火用パイロット燃料に続いて噴射される主燃料は、着火用パイロット燃焼によって燃焼が促進されるものの、その主燃料に燃え残りが生じる得ることに本願発明者らは気付いた。

すなわち、主燃料の噴射量は、エンジンの負荷等に応じて増減する。仮に、着火用パイロット燃料の噴射量を増やしたとしても、それに続いて噴射される主燃料が減量されなくては、その主燃料に燃え残りが生じる可能性がある。

ここでは、着火用パイロット燃料として化石燃料を使用し、主燃料として代替燃料を使用した場合を例に取り説明したが、前述した問題は、着火用パイロット燃料として代替燃料を使用し、主燃料として化石燃料を使用した場合にも共通である。代替燃料の組成次第では、これを着火用パイロット燃料として用いることもできるため、化石燃料からなる主燃料の燃え残りという問題が生じ得る。

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、化石燃料又は代替燃料に生じ得る燃え残りを低減することにある。

ここに開示する技術は、舶用ディーゼルエンジンに関する。この舶用ディーゼルエンジンは、燃焼室を区画するシリンダと、前記燃焼室に臨むように設けられ、化石燃料及び代替燃料を噴射するための噴射口を有する燃料噴射弁と、前記燃料噴射弁に向けて、前記化石燃料及び代替燃料の一方からなる第１燃料を圧送する燃料ポンプと、前記燃料ポンプから前記噴射口に至る燃料経路と、前記燃料経路における所定の位置に、前記化石燃料及び代替燃料の他方からなる第２燃料を注入する注入系統と、前記注入系統を制御する制御部と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料と、前記注入系統によって注入される前記第２燃料と、を交互に並んだ状態で層状に噴射する。

そして、前記制御部は、前記燃料噴射弁から噴射される燃料層のうち、前記第１燃料からなる燃料層と、前記第２燃料からなる燃料層と、が双方とも２層以上となるように、前記注入系統を制御する。

ここで、「化石燃料」とは、ディーゼル燃料、留出油、残渣油など、原油から精製され得る燃料一般を指す。一方、「代替燃料」とは、天然の石油を代替する燃料（Alternative Fuel）であり、アンモニア、バイオ燃料、メタノール、エタノールなど、石油を代替可能な燃料一般を指す。

この構成によれば、第１燃料が流れている燃料経路に対し、注入系統が第２燃料を注入する。燃料経路に第２燃料を注入することで、例えば、第１燃料、第２燃料及び第１燃料の順番で、燃料噴射弁から層状に噴射されるようになる。

この場合、第１及び第２燃料のうちの一方は、舶用ディーゼルエンジンを運転するための動力を生み出す主燃料として燃焼するのに対し、第１及び第２燃料のうちの他方は、主燃料に着火するためのパイロット燃料として機能することになる。ここで、制御部は、第１燃料からなる燃料層と、第２燃料からなる燃料層と、が双方とも２層以上となるように注入系統を制御する。

このように制御することで、例えば、第１燃料、第２燃料、第１燃料、第２燃料、及び、第１燃料の順番で、燃料噴射弁から層状に噴射されるようになる。ここで、第１燃料が主燃料として機能するとともに、第２燃料がアシスト燃料として機能すると仮定した場合、１番目の第２燃料に続いて噴射される第１燃料は、その１番目の第２燃料によって燃焼が促進されるものと、その後に噴射される２番目の第２燃料によって燃焼が促進されるものと、に２分されることになる。燃焼の促進対象となる第１燃料を２分するとともに、２分された各第１燃料の燃焼を、第１燃料と同様に２分された第２燃料によって促進することができる。その結果、主燃料としての第１燃料の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制することが可能になる。

このような振る舞いは、第１燃料がアシスト燃料として機能するとともに、第２燃料が主燃料として機能する場合も同様である。その場合、１番目の第１燃料に続いて噴射される第２燃料は、その１番目の第１燃料によって燃焼が促進されるものと、その後に噴射される２番目の第１燃料によって燃焼が促進されるものと、に２分されるとことになる。これにより、主燃料としての第２燃料の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制することが可能になる。

また、前記注入系統は、前記燃料経路における所定の第１注入位置に前記第２燃料を注入する第１注入系統と、前記燃料経路において前記第１注入位置よりも上流側の第２注入位置に、前記第２燃料を注入する第２注入系統と、を有し、前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料、前記第１注入系統によって注入される前記第２燃料、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料、前記第２注入系統によって注入される前記第２燃料、及び、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料の順番で並んだ燃料層を含んだ層状液体を、前記燃焼室内に噴射する、としてもよい。

この構成によれば、第１燃料の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制する上で有利になる。

また、前記制御部は、前記第１注入系統による注入期間と、前記第２注入系統による注入期間と、の少なくとも一部が重なり合うように、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、を制御する、としてもよい。

この構成によれば、第１注入系統によって注入される第２燃料と、第２注入系統によって注入される第２燃料と、によって挟まれることになる第１燃料の量を、エンジン負荷に応じて調整することができる。そのことで、舶用ディーゼルエンジンの性能を確保することが可能になる。

また、前記制御部は、前記第１注入系統によって注入された前記第２燃料からなる燃料層と、前記第２注入系統によって注入された前記第２燃料からなる燃料層との間に位置し、かつ前記第１燃料からなる燃料層の量が、該第１燃料の１回あたりの噴射量に対して一定の割合となるように、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、を制御する、としてもよい。

この構成によれば、舶用ディーゼルエンジンの性能を確保する上で有利になる。

また、前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に基づいて所定の待機時間を算出するとともに、算出された待機時間の分だけ、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングを、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングよりも遅らせる、としてもよい。

この構成によれば、舶用ディーゼルエンジンの性能を確保する上で有利になる。

また、前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に基づいて所定の待機時間を算出するとともに、算出された待機時間の分だけ、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングを、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングよりも遅らせる、としてもよい。

この構成によれば、舶用ディーゼルエンジンの性能を確保する上で有利になる。

また、前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷にかかわらず、前記第１注入系統による前記第２燃料の注入量と、前記第２注入系統による前記第２燃料の注入量と、の比が一定になるように、前記第１注入系統及び前記第２注入系統を制御する、としてもよい。

この構成によれば、舶用ディーゼルエンジンの性能を確保する上で有利になる。

以上説明したように、前記舶用ディーゼルエンジンによれば、化石燃料又は代替燃料に生じ得る燃え残りを低減することができる。

図１は、舶用ディーゼルエンジンの構成を例示する模式図である。 図２は、燃料噴射装置の構成を例示する概略図である。 図３は、舶用ディーゼルエンジンの燃焼室を例示する縦断面図である。 図４は、燃料経路内の層状液体を例示する図である。 図５は、第２燃料を注入するタイミングを例示する図である。 図６は、第１燃料の量について説明するための図である。 図７は、エンジン負荷に応じた噴射量について説明するための図である。 図８は、舶用ディーゼルエンジンの第１変形例における図５対応図である。 図９は、舶用ディーゼルエンジンの第１変形例における図６対応図である。 図１０は、舶用ディーゼルエンジンの第２変形例を示す図２対応図である。 図１１は、舶用ディーゼルエンジンの第２変形例における図３対応図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、舶用ディーゼルエンジン（以下、単に「エンジン１」ともいう）の構成を例示する模式図である。また、図２はエンジン１における燃料噴射装置１００の構成を例示する概略図であり、図３は、エンジン１の燃焼室１７を例示する縦断面図である。

エンジン１は、複数のシリンダ１６を備えた直列多気筒式のディーゼルエンジンである。このエンジン１は、ユニフロー掃気方式を採用した２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。

船舶に搭載されたエンジン１は、その船舶を推進させるための主機関として用いられる。すなわち、エンジン１の出力軸は、プロペラ軸（不図示）を介して船舶のプロペラ（不図示）に連結されている。エンジン１が運転することにより、その出力がプロペラに伝達されて、船舶が推進するように構成されている。

特に、本開示に係るエンジン１は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関として構成されている。すなわち、このエンジン１においては、下方からピストン２１を支持するピストン棒２２と、クランクシャフト２３に連接される連接棒２４と、がクロスヘッド２５により連結されている。

（１）主要構成
以下、エンジン１の要部について説明する。

図１に示すように、エンジン１は、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構上に設けられるシリンダジャケット１３と、を備えている。台板１１、架構１２及びシリンダジャケット１３は、上下方向に延びる複数のタイボルト及びナットにより締結されている。エンジン１はまた、シリンダジャケット１３内に設けられるシリンダ１６と、シリンダ１６内に設けられるピストン２１と、ピストン２１の往復運動に連動して回転する出力軸（例えばクランクシャフト２３）と、を備えている。

台板１１は、エンジン１のクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト２３と、クランクシャフト２３を回転自在に支持する軸受２６と、を収容している。クランクシャフト２３には、クランク２７を介して連接棒２４の下端部が連結されている。

架構１２は、一対のガイド板２８と、連接棒２４と、クロスヘッド２５と、を収容している。このうち、一対のガイド板２８は、ピストン軸方向に沿って設けられた一対の板状部材からなり、エンジン１の幅方向（図１の紙面左右方向）に間隔を空けて配置されている。連接棒２４は、その下端部がクランクシャフト２３に連結された状態で、一対のガイド板２８の間に配置されている。連接棒２４の上端部は、クロスヘッド２５を介してピストン棒２２の下端部に連結されている。

具体的に、クロスヘッド２５は、一対のガイド板２８の間に配置されており、各ガイド板２８に沿って上下方向に摺動する。すなわち、一対のガイド板２８は、クロスヘッド２５の摺動を案内するように構成されている。クロスヘッド２５は、クロスヘッドピン２９を介してピストン棒２２及び連接棒２４と接続されている。クロスヘッドピン２９は、ピストン棒２２に対しては一体的に上下動するよう接続されている一方、連接棒２４に対しては、連接棒２４の上端部を支点として、連接棒２４を回動させるように接続されている。

シリンダジャケット１３は、内筒としてのシリンダライナ１４が配置されてなる。シリンダライナ１４の内部には、前述のピストン２１が配置されている。このピストン２１は、シリンダライナ１４の内壁に沿って上下方向に往復運動する。また、シリンダライナ１４の上部にはシリンダカバー１５が固定されている。シリンダカバー１５は、シリンダライナ１４とともにシリンダ１６を構成している。

また、シリンダカバー１５には、不図示の動弁装置によって作動される排気弁１８が設けられている。排気弁１８は、シリンダライナ１４及びシリンダカバー１５から構成されるシリンダ１６、並びに、ピストン２１の頂面とともに燃焼室１７を区画している。排気弁１８は、その燃焼室１７と排気管１９との間を開閉するものである。排気管１９は、燃焼室１７に通じる排気口を有しており、排気弁１８は、その排気口を開閉するように構成されている。

また、シリンダカバー１５には、燃焼室１７に燃料を供給するための燃料噴射弁３０が設けられている。図２及び図３に示すように、燃料噴射弁３０は、燃焼室１７の室内に臨むような姿勢で設けられており、化石燃料及び代替燃料を噴射するための噴射口３１を有している。

具体的に、燃料噴射弁３０は、燃焼室１７内に噴射口３１を向けた姿勢で配置されており、化石燃料及び代替燃料の一方からなる第１燃料と、化石燃料及び代替燃料の他方からなる第２燃料と、を交互に並んだ状態で層状に噴射することができる。

ここで、第１及び第２燃料のうちの一方は、エンジン１の動力を生み出す主燃料として機能するとともに、第１及び第２燃料のうちの他方は、その主燃料に着火するためのパイロット燃料として機能することになる。そのため、第１及び第２燃料のうち、パイロット燃料として機能する他方は、主燃料として機能する一方に比して、圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方が低い。

本実施形態においては、第１燃料がパイロット燃料として機能し、第２燃料が主燃料として機能するパターンを例に取り説明するが、この例には限定されない。後述の第２変形例に示されているように、第１燃料を主燃料として機能させ、第２燃料をパイロット燃料として機能させてもよい。

また、本実施形態においては、第１燃料として化石燃料を用いるとともに、第２燃料として代替燃料を用いるパターンを例に取り説明するが、この例には限定されない。後述の第２変形例に示されているように、第１燃料として代替燃料を用いるとともに、第２燃料として化石燃料を用いてもよい。

具体的に、本実施形態に係る第１燃料としては、化石燃料としてのディーゼル燃料（所謂“軽油”）を用いることができ、同実施形態に係る第２燃料としては、代替燃料としてのアンモニアを用いることができる。すなわち、本実施形態に係る化石燃料は、同実施形態に係る代替燃料に比して、圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方が低い。

詳細は後述するが、本実施形態に係るエンジン１は、燃料噴射弁３０に第１燃料を圧送する燃料ポンプ４１と、第１燃料が圧送される経路内に第２燃料を注入する第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１と、を備えている。

図１に示すように、燃料ポンプ４１、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１は、シリンダ１６の近傍にレイアウトされており、それぞれ、内部経路３２、燃料噴射管４２、下流側注入管５２及び上流側注入管６２等を介して燃料噴射弁３０と流体的に接続されている。

このうち燃料ポンプ４１は、燃料ポンプ４１から噴射口３１に至る燃料経路Ｌを介して燃料噴射弁３０と接続されていて、この燃料噴射弁３０に向けて第１燃料を圧送する。この燃料経路Ｌは、第１内部経路３２及び燃料噴射管４２（後述の分岐管４２ａも含む）からなり、燃料ポンプ４１と噴射口３１を結ぶ経路として構成されている。また、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１は、それぞれ、下流側注入管５２及び上流側注入管６２を介して燃料経路Ｌと接続されていて、この燃料経路Ｌ内に第２燃料を注入する。

このように構成することで、燃料噴射弁３０は、燃料ポンプ４１から圧送される第１燃料と、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１によって注入される第２燃料と、を燃料ポンプ４１の圧送作用により、燃焼室１７へ交互に（すなわち層状に）噴射することができる。

そうして、燃料噴射弁３０は、燃焼室１７に第１燃料及び第２燃料を供給し、燃焼室１７内で燃焼を生じさせる。この燃焼によって、ピストン２１が上下方向に往復運動をする。このとき、排気弁１８が作動して燃焼室１７が開放されると、燃焼によって生じた排ガスが排気管１９に押し出されるとともに、不図示の掃気ポートから燃焼室１７にガスが導入される。

また、燃焼によってピストン２１が往復運動をすると、ピストン２１とともにピストン棒２２が上下方向に往復運動をする。これにより、ピストン棒２２に連結されたクロスヘッド２５が、上下方向に往復運動をする。このクロスヘッド２５は、連接棒２４の回動を許容するようになっており、クロスヘッド２５との接続部位を支点として、連接棒２４を回動させる。そして、連接棒２４の下端部に接続されるクランク２７がクランク運動し、そのクランク運動に応じてクランクシャフト２３が回転する。こうして、クランクシャフト２３は、ピストン２１の往復運動を回転運動に変換し、プロペラ軸とともに船舶のプロペラを回転させる。これにより、船舶が推進する。

（２）燃料噴射装置に係る構成
以下、燃料噴射弁３０と、この燃料噴射弁３０に第１燃料及び第２燃料を供給するための各種装置と、を併せて燃料噴射装置と呼称し、これに符号「１００」を付して説明をする。なお、図２において実線で示した矢印は、第１燃料及び第２燃料の流通を示し、破線で示した矢印は、電気信号の送受を示している。

図２に示すように、本実施形態に係る燃料噴射装置１００は、主な構成要素として、複数（本実施形態では３つ）の燃料噴射弁３０と、第１燃料を圧送するための圧送系統４０と、第２燃料を注入するための注入系統５０，６０と、圧送系統４０及び注入系統５０，６０を制御するための制御部９２と、を備えている。

このうち、燃料噴射弁３０は、前述のように、第１燃料としての化石燃料、及び、第２燃料としての代替燃料を噴射するための噴射口３１を有しており、燃料経路Ｌを介して燃料ポンプ４１と接続されている。

一方、注入系統５０，６０は、その燃料経路Ｌにおける所定の位置Ｐ１，Ｐ２に第２燃料を注入するように構成されている。特に、本実施形態に係る注入系統５０，６０は、燃料経路Ｌにおける所定の第１注入位置Ｐ１に第２燃料を注入する下流側注入系統５０と、燃料経路Ｌにおいて第１注入位置Ｐ１よりも上流側の第２注入位置Ｐ２に第２燃料を注入する上流側注入系統６０と、を有している。

燃料噴射装置１００はまた、その他の構成要素として、注入系統５０，６０に第２燃料を供給する代替燃料供給ポンプ７１と、圧送系統４０及び注入系統５０，６０を作動させるための蓄圧部８１と、制御部９２に検出信号を入力するための検出部９１と、を備えている。

以下、燃料噴射弁３０、圧送系統４０、下流側注入系統５０、上流側注入系統６０、代替燃料供給ポンプ７１、蓄圧部８１、検出部９１及び制御部９２の構成について、順番に説明をする。

（燃料噴射弁３０）
複数の燃料噴射弁３０は、前述のように、シリンダ１６内の燃焼室１７に、第１燃料及び第２燃料を層状に噴射するための噴射弁である。各燃料噴射弁３０は、エンジン１の各シリンダ１６に、３つずつ設けられている（図３に示す例では、説明の都合上、１つのみを図示）。これら複数の燃料噴射弁３０は、各々、同様に構成されている。そこで、以下では、これら複数の燃料噴射弁３０のうちの１つを例に取り、燃料噴射弁３０に係る構成を説明する。

図２に示すように、燃料噴射弁３０は、圧送系統４０における燃料ポンプ４１と、燃料噴射管４２等を介して接続されている。また、燃料噴射弁３０は、注入系統５０，６０における第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１とは、それぞれ、上流側注入管６２及び下流側注入管５２等を介して接続されている。図３に示すように、燃料噴射弁３０は、燃料ポンプ４１によって圧送された第１燃料（化石燃料としてのディーゼル燃料）、下流側注入系統５０によって注入された第２燃料（代替燃料としてのアンモニア）、燃料ポンプ４１によって圧送された第１燃料（化石燃料としてのディーゼル燃料）と、上流側注入系統６０によって注入された第２燃料（代替燃料としてのアンモニア）、及び、燃料ポンプ４１によって圧送された第１燃料（化石燃料としてのディーゼル燃料）の順番で並んだ燃料層Ｆ１，Ａ１，Ｆ２，Ａ２，Ｆ３を含んだ層状液体２００を、噴射口３１から燃焼室１７内へ噴射する。

詳細には、図２に示すように、燃料噴射弁３０は、前述のように構成された噴射口３１と、この噴射口３１に通じる２本の内部経路３２，３３と、２つの逆止弁３４ａ，３４ｂと、を有している。

２本の内部経路３２，３３のうちの一方の内部経路３２は、主に第１燃料を流通させるための経路であり、燃料噴射管４２における分岐管４２ａと、噴射口３１と、を接続している。以下、一方の内部経路３２を「第１内部経路３２」と呼称する。この第１内部経路３２には、上流側注入系統６０における上流側注入管６２（具体的には、上流側注入管６２における分岐管６２ａ）が、逆止弁３４ａを介して接続されている。上流側注入管６２は、第２注入ポンプ６１から延びており、この第２注入ポンプ６１から圧送された第２燃料を流通させる配管である。よって、第１内部経路３２には、第１燃料ばかりでなく、上流側注入管６２から注入された第２燃料も流れることになる。

なお、本実施形態に係る第１内部経路３２は、燃料噴射管４２とともに、燃料ポンプ４１から噴射口３１に至る燃料経路Ｌを構成している。第１内部経路３２に対して分岐管６２ａが接続される部位は、燃料経路Ｌにおいて、上流側注入系統６０によって第２燃料が注入される位置を示している。この位置は、前述の「第２注入位置Ｐ２」に等しい。

また、２本の内部経路３２，３３のうちの他方の内部経路３３は、第２燃料を流通させるための経路であり、下流側注入系統５０における下流側注入管５２（具体的には、下流側注入管５２における分岐管５２ａ）と、第１内部経路３２における噴射口３１付近の部位と、を接続している。以下、他方の内部経路３３を「第２内部経路３３」と呼称する下流側注入管５２は、第１注入ポンプ５１から延びており、この第１注入ポンプ５１から圧送された第２燃料を流通させる配管である。よって、第２内部経路３３には、下流側注入管５２を通過した第２燃料が流れることになる。

なお、第１内部経路３２に対して第２内部経路３３が接続される部位は、燃料経路Ｌにおいて、下流側注入系統５０によって第２燃料が注入される位置を示している。この位置は、前述の「第１注入位置Ｐ１」に等しい。図２に示すように、第２注入位置Ｐ２は、燃料経路Ｌにおいて第１注入位置Ｐ１よりも上流側に設けられている。なお、ここでいう「上流側」とは、第１燃料の流通方向における上流側を指す。また、「第１燃料の流通方向」とは、燃料ポンプ４１から燃料噴射管４２等を介して噴射口３１に向う方向を指す。

２つの逆止弁３４ａ，３４ｂのうちの一方の逆止弁３４ａは、上流側注入系統６０から第１内部経路３２に向かう第２燃料の流通を許容するとともに、その第２燃料の逆流を防止する。他方の逆止弁３４ｂは、第２内部経路３３における中途の部位に設けられている。この他方の逆止弁３４ｂは、下流側注入系統５０から第２内部経路３３を経由して第１内部経路３２に向かう第２燃料の流通を許容するとともに、その第２燃料の逆流を防止する。

（圧送系統４０）
圧送系統４０は、燃料噴射弁３０に第１燃料を圧送するための設備である。図２に示すように、圧送系統４０は、燃料ポンプ４１と、燃料噴射管４２と、制御弁４５と、を有している。

燃料ポンプ４１は、作動油の圧力を利用して燃料を圧送する油圧駆動式のポンプである。詳細には、燃料ポンプ４１は、配管等を通じて、第１燃料としての化石燃料が貯留された燃料タンク（不図示）と接続されており、この燃料タンクから燃料を受け入れる。燃料ポンプ４１は、燃料タンクから受け入れた燃料を、燃料噴射管４２を通じて燃料噴射弁３０に圧送する。また、燃料ポンプ４１の圧送作用は、第１燃料及び第２燃料の層状噴射を燃料噴射弁３０に行わせることもできる。

燃料噴射管４２は、燃料ポンプ４１と燃料噴射弁３０との間で燃料を流通させるための配管である。例えば、図２に示すように、燃料噴射管４２の一端部は、燃料ポンプ４１の吐出口に接続されている。また、燃料噴射管４２の中途部には、分岐部４３が設けられている。燃料噴射管４２は、この分岐部４３から他端部に向かって複数の分岐管に分岐している。具体的に、本実施形態に係る燃料噴射管４２は、分岐部４３から３つの分岐管４２ａ，４２ｂ，４２ｃに分岐している。これら分岐管４２ａ，４２ｂ，４２ｃのうち、第１の分岐管４２ａは、図２に示すように、１つの燃料噴射弁３０の第１内部経路３２に接続されている。燃料噴射管４２は、分岐管４２ａを介して、この燃料噴射弁３０における第１内部経路３２と燃料ポンプ４１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管４２ｂ，４２ｃは、それぞれ、他の燃料噴射弁３０に接続されている。

なお、燃料噴射管４２の中途部に分岐部４３を設ける構成は、必須ではない。分岐部４３を設ける代わりに、燃料噴射管４２を複数本（例えば３本）としてもよい。

制御弁４５は、蓄圧部８１から燃料ポンプ４１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的に、制御弁４５は、電磁弁等の電動式の開閉弁によって構成され、図示しないが、制御弁３４によって駆動されるロジック弁の開閉によって、図２に示すように、燃料ポンプ４１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。制御弁４５は、第１燃料を噴射する期間（以下、単に「噴射期間」という）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を燃料ポンプ４１に供給する。燃料ポンプ４１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料噴射弁３０へ第１燃料を圧送する。一方、制御弁４５は、第１燃料の噴射期間以外の期間で閉状態となって、蓄圧部８１から燃料ポンプ４１への作動油の供給を停止する。こうした制御弁４５の開閉は、制御部９２によって制御される。

（下流側注入系統５０）
下流側注入系統５０は、図２に示すように、前述の第１注入ポンプ５１と、下流側注入管５２と、逆止弁５４と、第１制御弁５５と、を有している。下流側注入系統５０は、本実施形態における「第１注入系統」の例示である。

第１注入ポンプ５１は、作動油の圧力を利用して第２燃料を注入する油圧駆動式のポンプである。詳細には、第１注入ポンプ５１は、供給管７２等を通じて、代替燃料供給ポンプ７１から代替燃料を受け入れる。第１注入ポンプ５１は、この受け入れた代替燃料を、第２燃料として圧送する。第１注入ポンプ５１から圧送された第２燃料は、下流側注入管５２、及び、燃料噴射弁３０における第２内部経路３３を通じて、同燃料噴射弁３０における第１内部経路３２に至る。こうして、第１注入ポンプ５１は、燃料経路Ｌの第１注入位置Ｐ１に、第２燃料としての代替燃料を注入する。

下流側注入管５２は、第１注入ポンプ５１によって燃料経路Ｌに注入される第２燃料を流通させるための配管である。例えば、図２に示すように、下流側注入管５２の一端部は、第１注入ポンプ５１の吐出口に接続されている。また、下流側注入管５２の中途部には、分岐部５３が設けられている。下流側注入管５２は、この分岐部５３から他端部に向かって複数の分岐管に分岐している。具体的に、本実施形態に係る下流側注入管５２は、分岐部５３から３つの分岐管５２ａ，５２ｂ，５２ｃに分岐している。これら分岐管５２ａ，５２ｂ，５２ｃのうち、第１の分岐管５２ａは、図２に示すように、１つの燃料噴射弁３０の第２内部経路３３に接続されている。下流側注入管５２は、分岐管５２ａを介して、この燃料噴射弁３０における第２内部経路３３と第１注入ポンプ５１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管５２ｂ，５２ｃは、それぞれ、他の燃料噴射弁３０に接続されている。

なお、下流側注入管５２の中途部に分岐部５３を設ける構成は、必須ではない。分岐部５３を設ける代わりに、下流側注入管５２を複数本（例えば３本）としてもよい。

逆止弁５４は、下流側注入管５２における第２燃料の流通方向を一方向に規制して、第２燃料の逆流を防止するための弁である。図２に示すように、逆止弁５４は、下流側注入管５２における中途の部位、例えば第１注入ポンプ５１と分岐部５３との間の部位に設けられる。逆止弁５４は、第１注入ポンプ５１から分岐部５３を経由して第２内部経路３３に向かう第２燃料の流通を許容するとともに、その第２燃料の逆流を防止する。

第１制御弁５５は、蓄圧部８１から第１注入ポンプ５１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的には、第１制御弁５５は、電磁弁等の電動式の開閉弁によって構成され、図２に示すように、第１注入ポンプ５１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。第１制御弁５５は、第１注入ポンプ５１から圧送される第２燃料が燃料経路Ｌに注入される期間（以下、これを「下流側注入系統５０の注入期間」、「下流側注入系統５０による注入期間」、又は、単に「第１注入期間」という）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を第１注入ポンプ５１に供給する。第１注入ポンプ５１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料経路Ｌにおける第１注入位置Ｐ１に第２燃料を圧送して注入する。一方、第１制御弁５５は、下流側注入系統５０による注入期間以外の期間に閉状態となって、蓄圧部８１から第１注入ポンプ５１への作動油の供給を停止する。こうした第１制御弁５５の開閉は、制御部９２によって制御される。

（上流側注入系統６０）
上流側注入系統６０は、図２に示すように、前述の第２注入ポンプ６１と、上流側注入管６２と、逆止弁６４と、第２制御弁６５と、を有している。上流側注入系統６０は、本実施形態における「第２注入系統」の例示である。

第２注入ポンプ６１は、作動油の圧力を利用して第２燃料を注入する油圧駆動式のポンプである。詳細には、第２注入ポンプ６１は、供給管７２等を通じて、代替燃料供給ポンプ７１から代替燃料を受け入れる。第２注入ポンプ６１は、この受け入れた代替燃料を、第２燃料として圧送する。第２注入ポンプ６１から圧送された第２燃料は、上流側注入管６２を通じて、燃料噴射弁３０における第１内部経路３２に至る。こうして、第２注入ポンプ６１は、燃料経路Ｌの第２注入位置Ｐ２に、第２燃料としての代替燃料を注入する。

上流側注入管６２は、第２注入ポンプ６１によって燃料経路Ｌに注入される第２燃料を流通させるための配管である。例えば、図２に示すように、上流側注入管６２の一端部は、第２注入ポンプ６１の吐出口に接続されている。また、上流側注入管６２の中途部には、分岐部６３が設けられている。上流側注入管６２は、この分岐部６３から他端部に向かって複数の分岐管に分岐している。具体的に、本実施形態に係る上流側注入管６２は、分岐部６３から３つの分岐管６２ａ，６２ｂ，６２ｃに分岐している。これら分岐管６２ａ，６２ｂ，６２ｃのうち、第１の分岐管６２ａは、図２に示すように、逆止弁３４ａを介して１つの燃料噴射弁３０の第１内部経路３２に接続されている。上流側注入管６２は、分岐管６２ａを介して、この燃料噴射弁３０における第１内部経路３２と第２注入ポンプ６１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管６２ｂ，６２ｃは、それぞれ、他の燃料噴射弁３０に接続されている。

なお、上流側注入管６２の中途部に分岐部６３を設ける構成は、必須ではない。分岐部６３を設ける代わりに、上流側注入管６２を複数本（例えば３本）としてもよい。

逆止弁６４は、上流側注入管６２における第２燃料の流通方向を一方向に規制して、第２燃料の逆流を防止するための弁である。図２に示すように、逆止弁６４は、上流側注入管６２における中途の部位、例えば第２注入ポンプ６１と分岐部６３との間の部位に設けられる。逆止弁６４は、第２注入ポンプ６１から分岐部６３を経由して第１内部経路３２に向かう第２燃料の流通を許容するとともに、その第２燃料の逆流を防止する。

第２制御弁６５は、蓄圧部８１から第２注入ポンプ６１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的には、第２制御弁６５は、電磁弁等の電動式の開閉弁によって構成され、図２に示すように、第２注入ポンプ６１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。第２制御弁６５は、第２注入ポンプ６１から圧送される第２燃料が燃料経路Ｌに注入される期間（以下、これを「上流側注入系統６０の注入期間」、「上流側注入系統６０による注入期間」、又は、単に「第２注入期間」という）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を第２注入ポンプ６１に供給する。第２注入ポンプ６１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料経路Ｌにおける第２注入位置Ｐ２に第２燃料を圧送して注入する。一方、第２制御弁６５は、上流側注入系統６０による注入期間以外の期間に閉状態となって、蓄圧部８１から第２注入ポンプ６１への作動油の供給を停止する。こうした第２制御弁６５の開閉は、制御部９２によって制御される。

（代替燃料供給ポンプ７１）
代替燃料供給ポンプ７１は、第２燃料として燃料経路Ｌに注入される代替燃料を、第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１に供給するためのポンプである。図２に示すように、代替燃料供給ポンプ７１は、供給管７２等を介して第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１と連通可能に接続されている。

具体的に、供給管７２の一端部は、代替燃料供給ポンプ７１に接続されており、供給管７２の他端部は、２本に分岐して第１注入ポンプ５１及び第２注入ポンプ６１に接続されている。詳しくは、供給管７２は、その中途の部位において分岐管７２ａ，７２ｂに分岐している。供給管７２から分岐したうちの一方の分岐管７２ａは、逆止弁７３ａを介して第１注入ポンプ５１に接続されている。分岐したうちの他方の分岐管７２ｂは、逆止弁７３ｂを介して第２注入ポンプ６１に接続されている。

本実施形態に係る代替燃料供給ポンプ７１は、第２燃料としての代替燃料を貯留しているタンク（不図示）と接続されており、このタンクに貯留されている代替燃料を、分岐管７２ａ，７２ｂ等を通じて第１注入ポンプ５１と第２注入ポンプ６１に供給する。

逆止弁７３ａは、代替燃料供給ポンプ７１から第１注入ポンプ５１に向かう第２燃料の流通を許容するとともに、その第２燃料の逆流を防止する。逆止弁７３ｂは、代替燃料供給ポンプ７１から第２注入ポンプ６１に向かう第２燃料の流通を許容するとともに、その第２燃料の逆流を防止する。

（蓄圧部８１）
蓄圧部８１は、圧送系統４０、及び、注入系統５０，６０をそれぞれ作動させる作動油を蓄圧するものである。蓄圧部８１は、作動油を貯蔵可能な蓄圧室を有する中空の構造体であり、図２に示すように、高圧ポンプ８２と接続されている。蓄圧部８１は、高圧ポンプ８２から圧送された作動油を貯留して、これを蓄圧する。蓄圧部８１における作動油の圧力は、高圧ポンプ８２から蓄圧部８１への作動油の吐出量によって調整される。蓄圧部８１における作動油の圧力は、圧送系統４０における燃料ポンプ４１と、下流側注入系統５０における第１注入ポンプ５１と、上流側注入系統６０における第２注入ポンプ６１と、で共有されている。

（検出部９１）
検出部９１は、エンジン１のクランク角度を検出するものである。本実施形態に係る検出部９１は、ピストン２１の１サイクルの往復運動に伴って回転するクランク２７の回転角度（いわゆる「クランク角度」）を検出する。その際、検出部９１は、クランク２７の基準状態からの回転角度をクランク角度として検出する。なお、クランク２７の基準状態としては、例えば、ピストン２１が下死点又は上死点に位置する際のクランク２７の状態等が挙げられる。検出部９１は、時間の経過に伴って変化するクランク角度を検出し、その都度、検出したクランク角度を示す電気信号を制御部９２に送信する。

（制御部９２）
制御部９２は、圧送系統４０の制御弁４５、下流側注入系統５０における第１制御弁５５、及び、上流側注入系統６０の第２制御弁６５の開閉を制御する。これにより、制御部９２は、燃料噴射弁３０による層状噴射タイミングと、下流側注入系統５０が第２燃料を注入するタイミングと、上流側注入系統６０が第２燃料を注入するタイミングと、を制御することができる。

なお、本実施形態において、燃料噴射弁３０による層状噴射タイミングは、燃焼室１７へ燃料噴射弁３０から第１燃料及び第２燃料を層状に噴射するタイミングを意味する。

また、下流側注入系統５０が第２燃料を注入するタイミングには、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始するタイミング（以下、「１層目注入開始タイミング」という）と、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を終了するタイミング（以下、「１層目注入終了タイミング」という）と、が含まれる。同様に、上流側注入系統６０が第２燃料を注入するタイミングには、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始するタイミング（以下、「２層目注入開始タイミング」という）と、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を終了するタイミング（以下、「２層目注入終了タイミング」という）と、が含まれる。

具体的に、制御部９２は、各種プログラムを実行するためのＣＰＵ、メモリ及びシーケンサ等によって構成される。制御部９２は、検出部９１から電気信号を受信し、受信した電気信号に示されるクランク角度が所定の回転角度となるタイミングに開状態となるように、圧送系統４０の制御弁４５の開閉を制御する。制御部９２は、制御弁４５の制御を通じて、燃料ポンプ４１が作動するタイミングを制御する。これにより、制御部９２は、燃料噴射弁３０による層状噴射タイミングを制御する。

特に、本実施形態に係る制御部９２は、層状噴射タイミングにおいて燃焼室１７に噴射される燃料のうち、第１燃料からなる燃料層と、第２燃料からなる燃料層と、が双方とも２層以上となるように、注入系統５０，６０を制御する。

この層状噴射タイミングでは、燃料ポンプ４１によって燃料経路Ｌに圧送された第１燃料のうちエンジン負荷に応じた必要量の第１燃料と、第１注入ポンプ５１によって燃料経路Ｌの第１注入位置Ｐ１に注入された第２燃料と、第２注入ポンプ６１によって燃料経路Ｌの第２注入位置Ｐ２に注入された第２燃料と、が燃料ポンプ４１の圧送作用によって燃料噴射弁３０から燃焼室１７へ層状に噴射される。

その結果、本実施形態に係る燃料噴射弁３０は、図３に示すように、燃料ポンプ４１によって圧送される第１燃料、下流側注入系統５０によって注入される第２燃料、燃料ポンプ４１によって圧送される第１燃料、上流側注入系統６０によって注入される第２燃料、及び、燃料ポンプ４１によって圧送される第１燃料の順番で並んだ層状液体を、燃焼室１７内に噴射することになる。その後、図２及び図３に例示する燃料経路Ｌは、噴射されずに残った第１燃料で満たされた状態となる。

また、制御部９２は、前述した第１燃料及び第２燃料の層状噴射タイミング以外の期間においては、第１燃料で満たされた状態にある燃料経路Ｌ、特に、燃料経路Ｌにおける第１注入位置Ｐ１及び第２注入位置Ｐ２それぞれに第２燃料を注入するように、下流側注入系統５０が第２燃料を注入するタイミング、及び、上流側注入系統６０が２燃料を注入するタイミングを制御する。

この際、制御部９２は、第１注入期間と第２注入期間との少なくとも一部が重なるように、エンジン１の負荷（以下、単に「エンジン負荷」という）に応じて、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始するタイミングと、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始するタイミングと、を制御する。

（３）エンジン負荷に応じた制御
以下、制御部９２により実行される処理のうち、エンジン負荷に応じた制御について詳細に説明をする。図４は、燃料経路Ｌ内の層状液体を例示する図であり、図５は、第２燃料を注入するタイミングを例示する図である。また、図６は、第１燃料の量について説明するための図であり、図７は、エンジン負荷に応じた噴射量について説明するための図である。

本実施形態では、第１燃料で満たされた状態にある燃料経路Ｌに第２燃料を注入することにより、３層の第１燃料と、２層の第２燃料とを少なくとも含んだ層状液体が燃料経路Ｌ内に形成される。図４における「噴射口側」とは、燃料噴射弁３０の噴射口３１側、すなわち、燃料経路Ｌにおける第１燃料の流通方向下流側を指す。また、同図における「燃料ポンプ側」とは、圧送系統４０の燃料ポンプ４１側、すなわち、燃料経路Ｌにおける第２燃料の流通方向上流側を指す。図４に例示する層状液体２００は、噴射口側から燃料ポンプ側に向かって並んだ複数の液体層、例えば、第１液体層Ｌ１、第２液体層Ｌ２、第３液体層Ｌ３、第４液体層Ｌ４及び第５液体層Ｌ５によって構成される。

第１液体層Ｌ１は、層状液体２００のうち最下流の液体層である。第１液体層Ｌ１は、本実施形態では第１燃料からなる燃料層である。以下、この燃料層を「下流側燃料層」と呼称するとともに、符号「Ｆ１」を付す。下流側燃料層Ｆ１は、層状液体２００に含まれる複数（図例では３つ）の第１燃料からなる燃料層のうち、噴射口側から数えて１層目の燃料層であり、第１燃料の流通方向最下流に存在する所定量の燃料からなる。下流側燃料層Ｆ１は、燃料経路Ｌを流通する第１燃料により形成される。

第２液体層Ｌ２は、層状液体２００のうち第１液体層Ｌ１の直近上流の液体層である。第２液体層Ｌ２は、本実施形態では第２燃料からなる燃料層である。以下、この燃料層を「下流側注入層」と呼称するとともに、符号「Ａ１」を付す。下流側注入層Ａ１は、層状液体２００に含まれる複数（図例では２つ）の第２燃料からなる燃料層のうち、噴射口側から数えて１層目の燃料層である。この下流側注入層Ａ１は、第１注入ポンプ５１によって第１注入位置Ｐ１に必要量の第２燃料が注入されることにより形成される。

第３液体層Ｌ３は、層状液体２００のうち第２液体層Ｌ２の直近上流の液体層である。第３液体層Ｌ３は、本実施形態では第１燃料からなる燃料層である。以下、この燃料層を「中間燃料層」と呼称するとともに、符号「Ｆ２」を付す。中間燃料層Ｆ２は、層状液体２００に含まれる複数の第１燃料からなる燃料層のうち、噴射口側から数えて２層目の燃料層である。この中間燃料層Ｆ２は、燃料経路Ｌを流通する第１燃料のうち、第１注入位置Ｐ１に注入された第２燃料と、第２注入位置Ｐ２に注入された第２燃料と、の間に挟まれた第１燃料からなる。

第４液体層Ｌ４は、層状液体２００のうち第３液体層Ｌ３の直近上流の液体層である。第４液体層Ｌ４は、本実施形態では第２燃料からなる燃料層である。以下、この燃料層を「上流側注入層」と呼称するとともに、符号「Ａ２」を付す。上流側注入層Ａ２は、層状液体２００に含まれる複数の第２燃料からなる燃料層のうち、噴射口側から数えて２層目の燃料層である。この上流側注入層Ａ２は、第２注入ポンプ６１によって第２注入位置Ｐ２に必要量の第２燃料が注入されることにより形成される。

第５液体層Ｌ５は、層状液体２００のうち最上流の液体層である。第５液体層Ｌ５は、本実施形態では第１燃料からなる燃料層である。以下、この燃料層を「上流側燃料層」と呼称するとともに、符号「Ｆ３」を付す。上流側燃料層Ｆ３は、層状液体２００に含まれる複の第１燃料からなる燃料層のうち、噴射口側から数えて３層目の燃料層である。この上流側燃料層Ｆ３は、燃料経路Ｌを流通する第１燃料のうち、第４液体層Ｌ４の直近上流に存在する第１燃料からなる。

第１燃料及び第２燃料からなる層状液体２００は、ピストン２１の１サイクルの往復運勤毎に、噴射口３１から燃焼室１７に噴射される。このとき、燃焼室１７に対する第１燃料の１回あたりの噴射量、すなわち、層状液体２００に含まれる第１燃料の総量（以下、単に「第１燃料噴射量」ともいう）Ｑｆａは、下流側燃料層Ｆ１の量Ｑｆ１と、中間燃料層Ｆ２の量Ｑｆ２と、上流側燃料層Ｆ３の量Ｑｆ３と、の和（＝Ｑｆ１＋Ｑｆ２＋Ｑｆ３）によって表される。この第１燃料噴射量Ｑｆａは、エンジン負荷の増加に伴って増加し、減少に伴って減少する。

また、層状液体２００において、第２燃料からなる下流側及び上流側注入層Ａ１，Ａ２の間に位置する第１燃料の量、つまり中間燃料層Ｆ２における第１燃料の量Ｑｆ２は、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始するタイミング（１層目注入開始タイミング）と、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始するタイミング（２層目注入開始タイミング）と、を介して制御される。その際、中間燃料層Ｆ２における第１燃料の量Ｑｆ２は、エンジン負荷に応じて定められる第１燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように制御することができる。

一方、燃焼室１７に対する第２燃料の１回あたりの噴射量、すなわち、層状液体２００に含まれる第２燃料の総量（以下、単に「第２燃料噴射量」ともいう）Ｑａａは、下流側注入層Ａ１における第２燃料の注入量Ｑａ１と、上流側注入層Ａ２における第２燃料の注入量Ｑａ２と、の和（＝Ｑａ１＋Ｑａ２）によって表される。この第２燃料噴射量Ｑａａは、エンジン１の運転状態に基づいて、第１燃料の着火が不安定と判断される場合は増加し、第１燃料の着火が安定すると判断される場合は減少する。このとき、下流側注入系統５０により形成される下流側注入層Ａ１における第２燃料の注入量Ｑａ１と、上流側注入系統６０により形成される上流側注入層Ａ２における第２燃料の注入量Ｑａ２と、の比は、一定であることが好ましい。

つぎに、中間燃料層Ｆ２における第１燃料の量Ｑｆ２を調整するための制御について、図５及び図６を用いて詳細に説明する。図５において、第１制御信号Ｓ１は、第１注入ポンプ５１に係る第１制御弁５５を開閉するための制御信号である。第２制御信号Ｓ２は、第２注入ポンプ６１に係る第２制御弁６５を開閉するための制御信号である。図６における符号「２０１」は、燃料経路Ｌ内に残存する柱状の第１燃料を示している。

前述のように、制御部９２は、第１注入期間と第２注入期間との少なくとも一部が重なるように、１層目注入開始タイミング及び２層目注入開始タイミングをエンジン負荷に応じて制御する。

この際、制御部９２は、下流側注入系統５０によって形成される下流側注入層Ａ１と、上流側注入系統６０によって形成される上流側注入層Ａ２と、の間に位置する第１燃料の量（中間燃料層Ｆ２における第１燃料の量）Ｑｆ２が、エンジン負荷に応じて定められる第１燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように、１層目注入開始タイミング及び２層目注入開始タイミングを制御することができる。

詳細には、制御部９２は、エンジン負荷に基づいて所定の待機時間ΔＴを算出する。待機時間ΔＴは、１層目注入開始タイミングと、２層目注入開始タイミングと、の間の期間を示している。この待機時間ΔＴは、例えば、エンジン負荷に対応した、エンジン回転数（単位時間あたりのエンジン回転数）と、第１燃料噴射量（第１燃料の１回あたりの噴射量）と、第２燃料噴射量（噴射１回分の第１燃料中に注入される第２燃料の量）と、をそれぞれ独立変数ｘ，ｙ，ｚとしたときの関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）によって次式（１）のように表される。

ΔＴ＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ） ・・・（１）

例えば、制御部９２は、エンジン負荷の増加に伴い待機時間ΔＴが増加し、エンジン負荷の減少に伴い待機時間ΔＴが減少するように、待機時間ΔＴを算出する。なお、関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）は、例えばエンジン１のシミュレーション及び実験結果等に基づいて導出することができる。制御部９２には、式（１）が予め記憶されている。
層目注入開始タイミングを２層目注入開始タイミングよりも遅らせる。

制御部９２は、式（１）に基づく待機時間ΔＴとして、下流側注入系統５０の待機時間ΔＴ１を算出する。制御部９２は、この待機時間ΔＴ１の分だけ、１層目注入開始タイミングを２層目注入開始タイミングよりも遅らせる。

具体的に、制御部９２は、検出部９１から受信した電気信号に示されるクランク角度を、その検出時点でのクランク角度（以下、「現クランク角度」という）として取得する。制御部９２は、現クランク角度が所定の第１クランク角度Ｒ１となったタイミングＴ１に、上流側注入系統６０の第２制御弁６５に電気信号を出力し、これを開状態とする。この第２制御弁６５が開状態にされると、上流側注入系統６０における第２注入ポンプ６１が作動を開始する。すなわち、このタイミングＴ１は、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始する「２層目注入開始タイミング」に他ならない。この２層目注入開始タイミングＴ１では、図６に示すように、燃料柱２０１における第２注入位置Ｐ２に対し、第２燃料２０２の注入が開始されることになる。

なお、前回の層状噴射を終了してから２層目注入開始タイミングＴ１に至るまでの期間Ｔ０では、図６に示すように、燃料柱２０１に対して第２燃料は注入されていない。このときの燃料柱２０１における燃料量は、前述した第１燃料噴射量Ｑｆａに相当する。

ついで、制御部９２は、前述したように算出した待機時間ΔＴ１の分だけ２層目注入開始タイミングＴ１から遅らせたタイミングで、下流側注入系統５０による第２燃料の注入を開始する。具体的に、制御部９２は、下流側注入系統５０の待機時間ΔＴ１を、エンジン回転数とエンジン回転の経過時間とをもとにクランク角度の変化量ΔＲに変換する。制御部９２は、得られたクランク角度の変化量ΔＲと、２層目注入開始タイミングＴ１時の第１クランク角度Ｒ１と、を加算して第２クランク角度Ｒ２を算出する。制御部９２は、図５に示すように、現クランク角度が第２クランク角度Ｒ２となったタイミングＴ２に、下流側注入系統５０の第１制御弁５５に電気信号を出力し、これを開状態とする。第１制御弁５５が開状態にされると、第２注入ポンプ６１の作動が継続しつつ、下流側注入系統５０における第１注入ポンプ５１が作動を開始することになる。すなわち、このタイミングＴ２は、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始する「１層目注入開始タイミング」に他ならない。この１層目注入開始タイミングＴ２では、図６に示すように、燃料柱２０１における第２注入位置Ｐ２に対して第２燃料２０２の注入が継続して行われつつ、第１注入位置Ｐ１ヘの第２燃料２０３の注入が開始されることになる。

その後、第２注入ポンプ６１は、第２制御弁６５が閉状態とされるまでの期間、第２注入位置Ｐ２ヘの第２燃料の注入を継続して行う。これと並行して、第１注入ポンプ５１は、第１制御弁５５が閉状態とされるまでの期間、第１注入位置Ｐ１への第２燃料の注入を継続して行う。

図５及び図６に例示するように、第２クランク角度Ｒ２から所定の第３クランク角度Ｒ３（＞Ｒ２）までの期間ΔＴ２は、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２の注入が進行するとともに、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入が進行する。第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入に伴い、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する第１燃料は、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２を越えて流通方向上流側に押し戻される。これにより、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する第１燃料の量は、減少するように調整されることになる。

続いて、現クランク角度が第３クランク角度Ｒ３となったタイミングＴ３では、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がるまで注入されることになる。ここでいう「幅方向」とは、第１燃料の流通方向に直交する方向であり、燃料経路Ｌの幅方向を指す。この際、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２は、図６に例示するように、燃料柱２０１を、第２注入位置Ｐ２よりも下流側に位置する下流側燃料２０１ａと、第２注入位置Ｐ２よりも上流側に位置する最上流燃料２０１ｂと、に分割する。この段階において、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する燃料は、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入が進行しても、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２を越えて流通方向上流側に押し戻されることが無くなる。これにより、第１注入位置Ｐ１と、第２注入位置Ｐ２と、の間に位置する第１燃料の量の調整が終了し、下流側燃料２０１ａの総量が定まる。

その後、制御部９２は、図５に例示するように、現クランク角度が所定の第４クランク角度Ｒ４（＞Ｒ３）となったタイミングＴ４に、上流側注入系統６０の第２制御弁６５に対して電気信号を出力し、これを閉状態とする。この第２制御弁６５が閉状態となることで、第１注入ポンプ５１が作動を継続しつつも、第２注入ポンプ６１が作動を停止することになる。これにより、第２注入ポンプ６１は、第２注入位置Ｐ２ヘの第２燃料の注入を終了する。すなわち、現クランク角度が第４クランク角度Ｒ４となるタイミングＴ４は、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を終了する「２層目注入終了タイミング」に他ならない。一方、第１注入ポンプ５１は、第１注入位置Ｐ１への第２燃料の注入を継続して行っている。

図５及び図６に例示するように、第３クランク角度Ｒ３から第４クランク角度Ｒ４までの期間ΔＴ３は、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がった状態からさらに注入されるとともに、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入が、継続して進行することになる。この段階において、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入は、下流側燃料２０１ａとともに第２注入位置Ｐ２にける第２燃料２０２を流通方向上流側に押しながら行われる。

また、現クランク角度が２層目注入終了タイミングＴ４に対応するクランク角度となったとき、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が必要量注入された状態となっている。一方、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３は、燃料柱２０１の幅方向全域に広がるまで注入された状態となっている。この状態の第２燃料２０３は、燃料柱２０１の下流側燃料２０１ａを、第１注入位置Ｐ１よりも下流側に位置する最下流燃料２０１ｃと、第１及び第２注入位置Ｐ１，Ｐ２における第２燃料２０２，２０３に挟まれる注入層間燃料２０１ｄとに分ける。これにより、注入層間燃料２０１ｄの総量、すなわち注入層間の燃料量（＝Ｑｆ２）と、最下流燃料２０１ｃの量とが定まる。なお、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３が燃料柱２０１の幅方向全域に広がるまで注入されるタイミングは、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が必要量注入されたタイミングＴ４と同じであってもよいし、タイミングＴ４より前のタイミングであつてもよいし、タイミングＴ４より後のタイミングであってもよい。

その後、制御部９２は、図５に例示するように、現クランク角度が所定の第５クランク角度Ｒ５（＞Ｒ４）となったタイミングＴ５で、下流側注入系統５０における第１制御弁５５に対して電気信号を出力し、これを閉状態とする。第１制御弁５５が閉状態となることで、第１注入ポンプ５１が作動を停止する。これにより、第１注入ポンプ５１は、第１注入位置Ｐ１ヘの第２燃料の注入を終了する。すなわち、現クランク角度が第５クランク角度Ｒ５となるタイミングＴ５は、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を終了する「１層目注入終了タイミング」に他ならない。

図５及び図６に例示するように、第４クランク角度Ｒ４から第５クランク角度Ｒ５までの期間は、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がった状態でさらに注入されることになる。この段階において、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入は、上述したタイミングＴ３からタイミングＴ４までの期間と同様に行われ、第２燃料２０３の注入量が必要量になるまで継続される。そして、第５クランク角度Ｒ５に対応するタイミングＴ５では、第１注入位置Ｐ１及び第２注入位置Ｐ２における第２燃料の注入が、双方とも終了することになる。その結果、第１燃料（特に、最下流燃料２０１ｃ）からなる下流側燃料層Ｆ１と、第２燃料２０３からなる下流側注入層Ａ１と、第１燃料（特に、注入層間燃料２０１ｄ）からなる中間燃料層Ｆ２と、第２燃料２０２からなる上流側注入層Ａ２と、第１燃料（特に、最上流燃料２０１ｂ）からなる上流側燃料層Ｆ３と、が流通方向の上流側から並んでなる層状液体２００が、燃料経路Ｌに形成される。

ここで、本実施形態において、上流側注入系統６０の注入期間（第２注入期間）は、第１クランク角度Ｒ１に対応するタイミングＴ１から第４クランク角度Ｒ４に対応するタイミングＴ４までの期間である。すなわち、第２注入期間は、図５に例示する待機時間ΔＴ１と期間ΔＴ２と期間ΔＴ３とを加算した期間である。この第２注入期間は、図６に示す第２注入位置Ｐ２に必要量の第２燃料２０２を注入する際に要する時間によって決まる。すなわち、上流側注入系統６０に係る２層目注入終了タイミングＴ４に対応する第４クランク角度Ｒ４は、２層目注入開始タイミングＴ１に対応する第１クランク角度Ｒ１と、前記必要量の第２燃料２０２の注入に要する時間と、に基づいて算出される。

また、下流側注入系統５０の注入期間（第１注入期間）は、第２クランク角度Ｒ２に対応するタイミングＴ２から、第５クランク角度Ｒ５に対応するタイミングＴ５までの期間である。この第１注入期間は、第１注入位置Ｐ１に必要暈の第２燃料２０３を注入する際に要する時間によって決まる。すなわち、下流側注入系統５０に係る１層目注入終了タイミングＴ５に対応する第５クランク角度Ｒ５は、１層目注入開始タイミングＴ２に対応する第２クランク角度Ｒ２と、前記必要量の第２燃料２０３の注入に要する時間と、に基づいて算出される。

本実施形態において、第１注入期間と第２注入期間とが重なる期間は、図５に示すように、第２クランク角度Ｒ２から第４クランク角度Ｒ４までの期間ΔＴ４に相当する。この期間ΔＴ４は、下流側注入系統５０によって注入層間における第１燃料の量が減少するよう調整される期間ΔＴ２と、注入層間における第１燃料の調整が終了してから上流側注入系統６０の注入が終了するまでの期間ΔＴ３と、を加算した時間である。下流側注入系統５０による１層目注入開始タイミングは、エンジン負荷の増加に伴って期間ΔＴ２が減少し、エンジン負荷の減少に伴って期間ΔＴ２が増加するように、上流側注入系統６０による２層目注入開始タイミングＴ１から待機時間ΔＴ１だけ遅れるタイミングに調整される。すなわち、この待機時間ΔＴ１は、エンジン負荷の増加に伴って壇加し、エンジン負荷の減少に伴って減少する。なお、この待機時間ΔＴ１が零値（ΔＴ１＝０）である場合、下流側注入系統５０による１層目注入開始タイミングは、上流側注入系統６０による２層目注入開始タイミングと同時のタイミングに制御される。

ここで、図７の横軸は、エンジン負荷を示しており、同図の縦軸は、１つの燃料噴射弁３０から燃焼室１７に噴射される層状液体２００の、１回あたりの総噴射量を示している。この総噴射量は、エンジン負荷に応じた第１燃料噴射量Ｑｆａと、第２燃料噴射量Ｑａａと、の和（＝Ｑｆａ＋Ｑａａ）によって表される。

本実施形態において、総噴射量は、下流側注入系統５０による１層目注入開始タイミング、及び、上流側注入系統６０による２層目注入開始タイミングを介して制御される。図７に例示するように、層状液体２００の層噴射量は、エンジン負荷の増加に伴って増加し、エンジン負荷の減少に伴って減少する。その際、層状液体２００において、下流側注入層Ａ１と上流側注入層Ａ２との間に挟まれた中間燃料層Ｆ２における第１燃料の量（すなわち、注入層間の燃料量）は、エンジン負荷に応じて適切な量に調整される。好ましくは、図７に例示するように、第１液体層Ｌ１〜第５液体層Ｌ５（すなわち、下流側燃料層Ｆ１、下流側注入層Ａ１、中間燃料層Ｆ２、上流側注入層Ａ２及び上流側燃料層Ｆ３）からなる層状液体２００が形成される場合において、この注入層間における第１燃料の量（中間燃料層Ｆ２の量）は、エンジン負荷に応じて増減する第１燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように謂整（最適化）される。さらには、層状液体２００において、下流側注入層Ａ１における第２燃料の注入量Ｑａ１と、上流側注入層Ａ２における第２燃料の注入量Ｑａ２との比は、エンジン負荷にかかわらず一定である。

（４）第２燃料の注入によって奏する効果
以上説明したように、本実施形態によれば、第１燃料が流れている燃料経路Ｌに対し、注入系統５０，６０が第２燃料を注入することができる。燃料経路Ｌに第２燃料を注入することで、例えば、第１燃料、第２燃料、第１燃料、及び第２燃料の順番で層状に噴射されるようになる。

この場合、第２燃料は、エンジン１を運転するための動力を生み出す主燃料として燃焼する一方、第１燃料は、主燃料に着火するためのパイロット燃料として機能することになる。ここで、制御部９２は、燃料噴射弁３０から噴射される燃料層のうち、第１燃料からなる燃料層Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３と、第２燃料からなる燃料層Ａ１，Ａ３と、が双方とも２層以上となるように注入系統５０，６０を制御する。

このように制御することで、図３に例示したように、第１燃料、第２燃料、第１燃料、第２燃料、及び、第１燃料の順番で、燃焼室１７内へ層状に噴射されるようになる。この場合、１番目の第１燃料（下流側燃料層Ｆ１をなす第１燃料）に続いて噴射される第２燃料は、図６に例示するように、その１番目の第１燃料によって燃焼が促進される第２燃料（下流側注入層Ａ１をなす第２燃料）と、その後に噴射される２番目の第１燃料（中間燃料層Ｆ２をなす第１燃料）によって燃焼が促進される第２燃料（上流側注入層Ａ２をなす第２燃料）と、に２分されることになる。燃焼の促進対象となる第２燃料を２分するとともに、２分された各第２燃料の燃焼を、第２燃料と同様に２分された第１燃料によって促進することができる。その結果、第２燃料の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制することが可能になる。

また、図７に例示するように、下流側注入系統５０によって注入されてなる下流側注入層Ａ１と、上流側注入系統６０によって注入されてなる上流側注入層Ａ２と、によって挟まれることになる中間燃料層Ｆ２における第１燃料の量Ｑｆ２を、エンジン負荷に応じて調整することができる。そのことで、エンジン１の性能を確保することが可能になる。

すなわち、図５に例示するように、下流側注入系統５０による注入期間（第１注入期間）と、上流側注入系統６０による注入期間（第２注入期間）と、の少なくとも一部が重なるように、下流側注入系統５０及び上流側注入系統６０がそれぞれ第２燃料の注入を開始するタイミングを、エンジン負荷に応じて制御している。これにより、エンジン負荷に応じて定まる第１燃料噴射量Ｑｆａと、中間燃料層Ｆ２における燃料量Ｑｆ２と、の比率が過大又は過小とならないように制御することが可能になる。そのことで、エンジン１の作動を安定させることができ、その性能を確保することが可能になる。

また、第１燃料として化石燃料を用いることで、ディーゼル燃料等を圧送するための設備を流用して圧送系統４０を構成することができる。そのことで、船舶の製造コストを抑制することができる。

（５）エンジン負荷に応じた制御の変形例（第１変形例）
前記実施形態では、制御部９２は、式（１）に基づいて待機時間ΔＴ１を算出するとともに、その待機時間ΔＴ１の分だけ、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始するタイミング（１層目注入開始タイミング）を、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始するタイミング（２層目注入開始タイミング）よりも遅らせるように構成されていたが、この構成には限定されない。

例えば、以下に示す変形例（以下、これを「第１変形例」という）においては、制御部９２は、エンジン負荷に基づいて所定の待機時間ΔＴ１１を算出するとともに、算出された待機時間ΔＴ１１の分だけ、２層目注入開始タイミングを、１層目注入開始タイミングよりも遅らせるように構成されている。

図８は、エンジン１の第１変形例における図４対応図であり、図９は、エンジン１の第１変形例における図５対応図である。以下の説明において、前記実施形態と同様に構成された構成要素については、前記実施形態と同じ名称及び符号を用いる。それらの構成要素については、説明を適宜省略する。

第１変形例における制御部９２には、前記実施形態と同様に設定された式（１）が予め記憶されている。制御部９２は、式（１）に基づく待機時間ΔＴとして、例えば、前記実施形態のような下流側注入系統５０の待機時間ΔＴ１ではなく、上流側注入系統６０の待機時間ΔＴ１１を算出する。この待機時間ΔＴ１１は、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始してから上流側注入系統６０が注入を開始するまでの時間、すなわち、第１注入ポンプ５１が作動を開始してから第２注入ポンプ６１が作動を開始するまでの時間である。制御部９２は、そうして算出された待機時間ΔＴ１１の分だけ、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始するタイミングを、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を開始するタイミングよりも遅らせる。

具体的には、制御部９２は、検出部９１による検出結果に基づいて、現クランク角度が第１クランク角度Ｒ１１となったタイミングＴ１１に、下流側注入系統５０における第１制御弁５５に対して電気信号を入力し、これを開状態とする。これにより、第１注入ポンプ５１は、燃料経路Ｌにおける第１注入位置Ｐ１ヘの第２燃料の注入を開始する。すなわち、第１クランク角度Ｒ１１に対応するタイミングＴ１１は、下流側注入系統５０における１層目注入開始タイミングである。このタイミングＴ１１では、図９に例示するように、燃料経路Ｌ内の燃料柱２０１のうち第１注入位置Ｐ１ヘの第２燃料２０３の注入が開始されている。この第１注入位置Ｐ１への第２燃料２０３の注入開始に伴い、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する第１燃料は、第２注入位置Ｐ２を越えて流通方向上流側に押し戻され始める。これにより、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する燃料の量は、減少するように調整され始める。

なお、前回の層状噴射を終了してから１層目注入開始タイミングＴ１に至るまでの期間Ｔ０では、図９に例示するように、燃料柱２０１に対して第２燃料は注入されていない。このときの燃料柱２０１における燃料量は、前述した第１燃料噴射量Ｑｆａに相当する。

ついで、制御部９２は、前述したように算出した待機時間ΔＴ１１の分だけ１層目注入開始タイミングＴ１１から遅らせたタイミングで、上流側注入系統６０による第２燃料の注入を開始する。具体的に、制御部９２は、上流側注入系統６０の待機時間ΔＴ１１を、エンジン回転数とエンジン回転の経過時間とをもとにクランク角度の変化量ΔＲに変換する。制御部９２は、得られたクランク角度の変化量ΔＲと、１層目注入開始タイミングＴ１１時の第１クランク角度Ｒ１１と、を加算して第２クランク角度Ｒ１２を算出する。制御部９２は、図８に示すように、現クランク角度が第２クランク角度Ｒ１２となったタイミングＴ１２に、上流側注入系統６０の第２制御弁６５に電気信号を出力し、これを開状態とする。この第２制御弁６５が開状態にされると、第１注入ポンプ５１の作動が継続しつつ、上流側注入系統６０における第２注入ポンプ６１が作動を開始することになる。すなわち、このタイミングＴ１２は、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を開始する「２層目注入開始タイミング」に他ならない。この２層目注入開始タイミングＴ１２では、図９に示すように、燃料柱２０１における第１注入位置Ｐ１に対して第２燃料２０３の注入が継続して行われつつ、第２注入位置Ｐ２ヘの第２燃料２０２の注入が開始されることになる。

その後、第１注入ポンプ５１は、第１制御弁５５が閉状態とされるまでの期間、第１注入位置Ｐ１ヘの第２燃料の注入を継続して行う。これと並行して、第２注入ポンプ６１は、第２制御弁６５が閉状態とされるまでの期間、第２注入位置Ｐ２への第２燃料の注入を継続して行う。

図８及び図９に例示するように、第１クランク角度Ｒ１１から所定のクランク角度Ｒａ（＞Ｒ１２）までの期間ΔＴ１３は、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入が進行する。また、この期間ΔＴ１３のうち、第２クランク角度Ｒ２からクランク角度Ｒａまでの期間ΔＴａの最中は、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入が進行するとともに、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２の注入が進行する。この第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入に伴い、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する第１燃料は、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２を越えて流通方向上流側に押し戻される。これにより、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する第１燃料の量は、期間ΔＴ１３の最中は減少するように調整されることになる。

また、この期間ΔＴ１３のうち、所定の第３クランク角度Ｒ１３に対応するタイミングＴ１３では、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３が、燃料柱２０１の幅方向全域域に広がるまで注入されている。この際、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３は、図９に例示するように、燃料経路Ｌにおける燃料柱２０１を、第１注入位置Ｐ１よりも下流側に位置する最下流燃料２０１ｃと、第１注入位置Ｐ１よりも上流側に位置する上流側燃料２０１ｅと、に分割する。この段階において、最下流燃料２０１ｃをなす第１燃料の総量が決まる。また、第３クランク角度Ｒ１３から、所定の第４クランク角度Ｒ１４（＞Ｒ１３）までの期間では、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がった状態から更に注入されるとともに、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が継続して注入されている。この段階において、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３の注入は、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２との間に位置する第１燃料を、第２注入位置Ｐ２よりも流通方向上流側へ押し戻しながら行われる。

一方、前記クランク角度Ｒａに対応するタイミングでは、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が、燃料柱２０１の幅方向全域広がるまで注入されている。この際、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２は、燃料柱２０１のうちの上流側燃料２０１ｅを、第２注入位置Ｐ２よりも上流側に位置する最上流燃料２０１ｂと、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２と、第１注入位置Ｐ１における第２燃料２０３と、に挟まれる注入層間燃料２０１ｄと、に分割する。この段階において、第１注入位置Ｐ１と、第２注入位置Ｐ２と、の間の燃料は、第１注入位置Ｐ１への第２燃料２０３の注入が進行しても、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２を越えて流通方向上流側に押し戻されることが無くなる。これにより、第１注入位置Ｐ１と第２注入位置Ｐ２と、の間に位置する第１燃料の量の謂整が終了し、注入層間燃料２０１ｄの量、すなわち注入層間における第１燃料の量（＝Ｑｆ２）が定まる。

なお、前記クランク角度Ｒａに対応するタイミングは、第２注入位置Ｐ２において第２燃料２０２が必要量注入されるタイミングＴ１４と同じであってもよいし、このタイミングＴ１４よりも前のタイミングであつてもよいし、タイミングＴ１４よりも後のタイミングであってもよい。これらのタイミングのうち、いずれのタイミングが前記クランク角度Ｒａに対応するタイミングになるかは、エンジン負荷に応じた待機時間ΔＴ１１によって決まる。図９に示す例では、前記クランク角度Ｒａに対応するタイミングが、第４クランク角度Ｒ１４にタイミングＴ１４と同じタイミングとなっている場合。

また、第１変形例における制御部９２は、図９に例示するように、現クランク角度が第４クランク角度Ｒ１４となったタイミングＴ１４で、下流側注入系統５０における第１制御弁５５に制御信号を出力し、これを閉状態とする。これにより、制御部９２は、第２注入ポンプ６１の作勤を継続させながらも、下流側注入系統５０における第１注入ポンプ５１の作動を停止させる。そうして、第１注入ポンプ５１は、燃料経路Ｌにおける第１注入位置Ｐ１ヘの注入を終了する。すなわち、第４クランク角度Ｒ１４に対応するタイミングＴ１４は、下流側注入系統５０が第２燃料の注入を終了する「１層目注入終了タイミング」に他ならない。一方、第２注入ポンプ６１は、燃料経路Ｌにおける第２注入位置Ｐ２ヘの注入を継続して行っている。図９に示すように、第４クランク角度Ｒ１４に対応するタイミングＴ１４では、第１注入位置Ｐ１へ第２燃料２０３が必要量注入された状態となっている。

その後、制御部９２は、図８に示すように、現クランク角度が所定の第５クランク角度Ｒ１５（＞Ｒ１４）となったタイミングＴ１５に、上流側注入系統６０の第２制御弁６５に制御信号を出力し、これを閉状態とする。これにより、上流側注入系統６０の第２注入ポンプ６１が、作動を停止する。そして、第２注入ポンプ６１は、燃料経路Ｌにおける第２注入位置Ｐ２ヘの注入を終了する。すなわち、第５クランク角度Ｒ１５に対応するタイミングＴ１５は、上流側注入系統６０が第２燃料の注入を終了する「２層目注入終了タイミング」に他ならない。

図９に例示するように、第４クランク角度Ｒ１４に対応するタイミングＴ１４から第５クランク角度Ｒ１５に対応するタイミングＴ１５までの期間では、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がつた状態から更に注入されている。一方、第１注入位置Ｐ１への第２燃料２０３の注入は、上述したタイミングＴ１４で既に終了している。この段階において、第２注入位置Ｐ２における第２燃料２０２の注入は、前述したタイミングＴ１３からタイミングＴ１４までの期間と同様に行われ、第２燃料２０２の注入量が必要量になるまで継続される。そして、第５クランク角度Ｒ１５に対応するタイミングＴ１５では、第２注入位置Ｐ２及び第１注入位置Ｐ１への注入が終了する。その結果、下流側燃料層Ｆ１と、下流側注入層Ａ１と、中間燃料層Ｆ２と、上流側注入層Ａ２と、上流側燃料層Ｆ３と、が順番に並んでなる層状液体２００が、燃料経路Ｌ内に形成される。

ここで、第１変形例において、下流側注入系統５０による第２燃料の注入期間（第１注入期間）は、第１クランク角度Ｒ１１に対応するタイミングＴ１１から第４クランク角度Ｒ１４に対応するタイミングＴ１４までの期間である。すなわち、第１注入期間は、図８に例示する待機時間ΔＴ１１と、期間ΔＴ１２と、を加算した期間である。この第１注入期間は、図９に例示した第１注入位置Ｐ１に、必要量の第２燃料２０３を注入する際に要する時間によって定まる。すなわち、下流側注入系統５０における１層目注入終了タイミング（タイミングＴ１４）に対応する第４クランク角度Ｒ１４は、１層目注入開始タイミングに対応する第１クランク角度Ｒ１１と、前記必要量の第２燃料２０３の注入に要する時間と、に基づいて算出される。

また、上流側注入系統６０による第２燃料の注入期間（第２注入期間）は、第２クランク角度Ｒ１２に対応するタイミングＴ１２から、第５クランク角度Ｒ１５に対応するタイミングＴ１５までの期間である。この第２注入期間は、図９に例示した第２注入位置Ｐ２に、必要量の第２燃料２０２を注入する際に要する時間によって定まる。すなわち、上流側注入系統６０における２層目注入終了タイミング（タイミングＴ１５）に対応する第５クランク角度Ｒ１５は、２層目注入開始タイミングに対応する第２クランク角度Ｒ１２と、前記必要量の第２燃料２０２の注入に要する時間と、に基づいて算出される。

第１変形例において、下流側注入系統５０の注入期間（第１注入期間）と上流側注入系統６０の注入期間（第２注入期間）と、が重なる期間は、図８に例示するように、第２クランク角度Ｒ１２から第４クランク角度Ｒ１４までの期間ΔＴ１２に相当する。この期間ΔＴ１２のうち、第２クランク角度Ｒ１２から前記クランク角度Ｒａまでの期間ΔＴａは、下流側注入系統５０からの注入によって、注入層間に位置する中間燃料層Ｆ２において第１燃料が減量される期間の一部である。また、第１クランク角度Ｒ１１から第２クランク角度Ｒ１２までの待機時間ΔＴ１１は、中間燃料層Ｆ２において第１燃料が減量される期間の残部である。すなわち、これらの待機時間ΔＴ１１と、前記期間ΔＴａと、を加算した減量期間ΔＴ１３が、中間燃料層Ｆ２において第１燃料が減量される全期間となる。上流側注入系統６０による第２層注入開始タイミングは、エンジン負荷の増加に伴ってき減量期間ΔＴ１３が減少し、エンジン負荷の減少に伴って減量期間ΔＴ１３が増加するように、第２層注入開始タイミングから待機時間ΔＴ１１だけ遅れるタイミングに制御される。すなわち、この待機時間ΔＴ１１は、エンジン負荷の増加に伴って減少し、エンジン負荷の減少に伴って増加する。なお、この待機時間ΔＴ１１が零値（ΔＴ１１＝０）である場合、上流側注入系統６０による第２層注入開始タイミングは、下流側注入系統５０による第１層注入開始タイミングと同時のタイミングに制御される。

このように制御することで、前記実施形態と同様に、第１燃料、第２燃料、第１燃料、第２燃料、及び、第１燃料の順番で、燃料噴射弁３０から層状に噴射されるようになる。その結果、主燃料としての第２燃料（代替燃料）の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制することができる。

また、図８及び図９に例示するように、下流側注入系統５０による第１注入期間と、上流側注入系統６０による第２注入期間と、の少なくとも一部が重なるように、下流側注入系統５０及び上流側注入系統６０がそれぞれ第２燃料の注入を開始するタイミングを、エンジン負荷に応じて制御している。これにより、エンジン負荷に応じて定まる第１燃料噴射量Ｑｆａと、中間燃料層Ｆ２における燃料量Ｑｆ２と、の比率が過大又は過小とならないように制御することが可能になる。そのことで、エンジン１の作動を安定させることができ、その性能を確保することが可能になる。

（６）第１燃料及び第２燃料の変形例（第２変形例）
前記実施形態、及び、その第１変形例では、第１燃料がパイロット燃料として機能し、第２燃料が主燃料として機能するように構成されていたが、ここに開示する技術は、この構成には限定されない。

また、前記実施形態、及び、その第１変形例では、第１燃料として代替燃料を用いるとともに、第２燃料として化石燃料を用いるように構成されていたが、ここに開示する技術は、この構成にも限定されない。

例えば、以下に示す変形例（以下、これを「第２変形例」という）は、第１燃料が、エンジン１の動力を生み出す主燃料として機能するとともに、第２燃料が、その主燃料に着火するためのパイロット燃料として機能する。この第２変形例に係る第１燃料としては、代替燃料としてのアンモニアを用いることができ、同変形例に係る第２燃料としては、化石燃料としてのディーゼル燃料を用いることができる。すなわち、前記実施形態、及び、その第１変形例と同様に、第２変形例に係る化石燃料は、同変形例に係る代替燃料に比して、圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方が低い。

図１０は、エンジン１（特に燃料噴射装置１００）の第２変形例を示す図２対応図であり、図１１は、エンジン１の第２変形例における図３対応図である。以下の説明において、前記実施形態と同様に構成された構成要素については、前記実施形態と同じ名称及び符号を用いる。それらの構成要素については、説明を適宜省略する。

図１０及び図１１に例示するように、第２変形例に係る燃料噴射装置１００’は、第１燃料としての代替燃料と、第２燃料としての化石燃料と、を層状に噴射することができるこの場合、代替燃料としては、カーボンフリーな燃料（具体的にはアンモニア）を用いる一方、化石燃料としてはディーゼル燃料を用いることができる。

第２変形例に係る燃料ポンプ４１’は、配管等を通じて、第１燃料としての代替燃料が貯留された燃料タンク（不図示）と接続されており、この燃料タンクから燃料を受け入れる。

また、第２変形例に係る燃料噴射装置１００’は、代替燃料供給ポンプ７１の代わりに化石燃料ポンプ７１’を備えている。この化石燃料ポンプ７１’は、第２燃料としての化石を貯留しているタンク（不図示）に貯留されている化石燃料を、分岐管７２ａ，７２ｂ等を通じて第１注入ポンプ５１と第２注入ポンプ６１に供給する。

そして、第２変形例に係る制御部９２は、燃料噴射弁３０から噴射される燃料層のうち、第１燃料としての代替燃料かるなる燃料層と、第２燃料としての化石燃料からなる燃料層と、が双方とも２層以上となるように、前記実施形態と同様に構成された注入系統５０，６０を制御する。

このように構成することで、燃料噴射弁３０は、図１１に例示するように、燃料ポンプ４１’によって圧送された第１燃料（代替燃料としてのアンモニア）、下流側注入系統５０によって注入された第２燃料（化石燃料としてのディーゼル燃料）、燃料ポンプ４１’によって圧送された第１燃料（代替燃料としてアンモニア）と、上流側注入系統６０によって注入された第２燃料（化石燃料としてのディーゼル燃料）、及び、燃料ポンプ４１’によって圧送された第１燃料（代替燃料としてのアンモニア）の順番で並んだ層状液体を、噴射口３１から燃焼室１７内へ噴射する。これにより、主燃料としての第１燃料（代替燃料）の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制することが可能になる。

すなわち、前述のように燃料を噴射することで、図１１に例示したように、第１燃料、第２燃料、第１燃料、第２燃料、及び、第１燃料の順番で、層状に噴射されるようになる。この場合、１番目の第２燃料（化石燃料）に続いて噴射される第１燃料（代替燃料）は、図１１に例示するように、その１番目の第２燃料（化石燃料）によって燃焼が促進される第１燃料（代替燃料）と、その後に噴射される２番目の第２燃料（化石燃料）によって燃焼が促進される第１燃料（代替燃料）と、に２分されることになる。燃焼の促進対象となる第１燃料（代替燃料）を２分するとともに、２分された各第１燃料（代替燃料）の燃焼を、第１燃料（代替燃料）と同様に２分された第２燃料（化石燃料）によって促進することができる。その結果、第１燃料（代替燃料）の燃焼がより確実に促進されて、燃え残りの発生を抑制することが可能になる。

また、主燃料としてアンモニア等の代替燃料を用いることで、ディーゼル燃料をはじめとする化石燃料の消費を抑制することができる。特に、第２変形例のように燃料の燃え残りを抑制することで、より多くの代替燃料を燃焼させることができる。

（７）その他の実施形態
前記実施形態、並びに、その第１及び第２変形例では、第１及び第２燃料の一方とされる化石燃料は、第１及び第２燃料の他方とされる代替燃料に比して、圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方が低く構成されていたが、この構成には限定されない。圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方が、化石燃料に比して低い代替燃料を用いることもできる。例えば、その他の構成例として、化石燃料としてディーゼル燃料を用いるとともに、代替燃料としてメタノールを用いることができる。この場合、化石燃料が主燃料となり、代替燃料がパイロット燃料となるが、化石燃料を第１燃料として代替燃料を第２燃料としてもよいし（後述のパターンＣ）、代替燃料を第１燃料として化石燃料を第２燃料としてもよい（後述のパターンＤ）。いずれの場合においても、第１及び第２燃料のうちの一方によって他方を２分することができ、第１燃料からなる燃料層と、第２燃料からなる燃料層と、を双方とも２層以上とすることができる。そのことで、燃料の燃え残りを抑制することができる。

表１は、前記実施形態、第１変形例、第２変形例、及び、その他の構成例における第１及び第２燃料の組み合わせを示している。表１において、パターンＡは、前記実施形態、及び、第１変形例における燃料の組み合わせを指し、パターンＢは、第２変形例における燃料の組み合わせを指し、パターンＣ及びＤは、双方とも、その他の構成例における燃料の組み合わせを指す。

表１における「燃焼性」とは、第１及び第２燃料の着火し易さを示している。この燃焼性は、例えば、圧縮着火に至る圧力及び温度の少なくとも一方に基づいて定めることができる。燃焼性は、絶対的な指標ではなく、第１燃料と第２燃料を比較したときの相対的な指標に過ぎない。

具体的に、パターンＡにおいては、第１燃料として化石燃料（例えばディーゼル燃料）を用いるとともに、第２燃料として代替燃料（例えばアンモニア）を用いることになる。パターンＡに対応する前記実施形態では、第２燃料に比して、第１燃料の燃焼性が良好となる。

また、パターンＢにおいては、パターンＡとは異なり、第１燃料として代替燃料（例えばアンモニア）を用いるとともに、第２燃料として化石燃料（例えばディーゼル燃料）を用いることになる。パターンＢに対応する前記第２の変形例では、パターンＡとは異なり、第１燃料に比して、第２燃料の燃焼性が良好となる。

また、パターンＣにおいては、パターンＡと同様に、第１燃料として化石燃料（例えばディーゼル燃料）を用いるとともに、第２燃料として代替燃料（例えばメタノール）を用いることになる。パターンＣに対応する前記その他の構成例では、パターンＡとは異なり、第１燃料に比して、第２燃料の燃焼性が良好となる。

また、パターンＤにおいては、パターンＢと同様に、第１燃料として代替燃料（例えばメタノール）を用いるとともに、第２燃料として化石燃料（例えばディーゼル燃料）を用いることになる。パターンＤに対応する前記その他の構成例では、パターンＢとは異なり、第２燃料に比して、第１燃料の燃焼性が良好となる。

ここに開示する技術は、これら全てのパターンＡ〜Ｄに適用可能である。

なお、前記実施形態と、その第１変形例では、下流側注入系統５０及び上流側注入系統６０がそれぞれ第２燃料の注入を開始するタイミングを制御する際、エンジン負荷に応じて算出した待機時間ΔＴ１，ΔＴ１１からクランク角度を算出し、算出されたクランク角度と検出部９１による現クランク角度とが一致するタイミングを、先の注入開始タイミングに続く後の注入開始タイミングとしていたが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、エンジン１の運転時間に基づいて下流側注入系統５０及び上流側注入系統６０を制御してもよい、この場合、先の注入開始タイミングからの経過時間がエンジン負荷に応じた待機時間に到達したタイミングを、後の注入開始タイミングとしてもよい。

また、前述の実施形態、並びに、第１及び第２変形例では、シリンダ１６毎に３つの燃料噴射弁３０を備えた燃料噴射装置１００を例示したが、本開示は、これに限定されるものではない。例えば、燃料噴射弁３０は、１つでもよいし、２つ以上の任意の数としてもよい。

１ エンジン（舶用ディーゼルエンジン）
１６ シリンダ
１７ 燃焼室
３０ 燃料噴射弁
３１ 噴射口
３２ 第１内部経路（燃料経路）
４１ 燃料ポンプ
４２ 燃料噴射管（燃料経路）
４２ａ 分岐管（燃料経路）
５０ 下流側注入系統（第１注入系統）
６０ 上流側注入系統（第２注入系統）
９２ 制御部
１００ 燃料噴射装置
２００ 層状液体
Ａ１ 下流側注入層（第１注入系統によって注入された第２燃料からなる燃料層）
Ａ２ 上流側注入層（第２注入系統によって注入された第２燃料からなる燃料層）
Ｆ２ 中間燃料層（第１燃料からなる燃料層）
Ｌ 燃料経路
Ｐ１ 第１注入位置
Ｐ２ 第２注入位置
Ｑｆａ 第１燃料噴射量（第１燃料の１回あたりの噴射量）
Ｑｆ２ 中間燃料層の量
ΔＴ１ 待機時間
ΔＴ１１ 待機時間

Claims (7)

1. 燃焼室を区画するシリンダと、
   前記燃焼室に臨むように設けられ、化石燃料及び代替燃料を噴射するための噴射口を有する燃料噴射弁と、
   前記燃料噴射弁に向けて、前記化石燃料及び代替燃料の一方からなる第１燃料を圧送する燃料ポンプと、
   前記燃料ポンプから前記噴射口に至る燃料経路と、
   前記燃料経路における所定の位置に、前記化石燃料及び代替燃料の他方からなる第２燃料を注入する注入系統と、
   前記注入系統を制御する制御部と、を備え、
   前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料と、前記注入系統によって注入される前記第２燃料と、を交互に並んだ状態で層状に噴射し、
   前記制御部は、前記燃料噴射弁から噴射される燃料層のうち、前記第１燃料からなる燃料層と、前記第２燃料からなる燃料層と、が双方とも２層以上となるように、前記注入系統を制御する
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
2. 請求項１に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記注入系統は、
   前記燃料経路における所定の第１注入位置に前記第２燃料を注入する第１注入系統と、
   前記燃料経路において前記第１注入位置よりも上流側の第２注入位置に、前記第２燃料を注入する第２注入系統と、を有し、
   前記燃料噴射弁は、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料、前記第１注入系統によって注入される前記第２燃料、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料、前記第２注入系統によって注入される前記第２燃料、及び、前記燃料ポンプによって圧送される前記第１燃料の順番で並んだ燃料層を含んだ層状液体を、前記燃焼室内に噴射する
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
3. 請求項２に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記制御部は、前記第１注入系統による注入期間と、前記第２注入系統による注入期間と、の少なくとも一部が重なり合うように、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、を制御する
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
4. 請求項３に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記制御部は、前記第１注入系統によって注入された前記第２燃料からなる燃料層と、前記第２注入系統によって注入された前記第２燃料からなる燃料層との間に位置し、かつ前記第１燃料からなる燃料層の量が、該第１燃料の１回あたりの噴射量に対して一定の割合となるように、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングと、を制御する
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
5. 請求項３又は４に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に基づいて所定の待機時間を算出するとともに、算出された待機時間の分だけ、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングを、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングよりも遅らせる
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
6. 請求項３又は４に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に基づいて所定の待機時間を算出するとともに、算出された待機時間の分だけ、前記第２注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングを、前記第１注入系統が前記第２燃料の注入を開始するタイミングよりも遅らせる
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。
7. 請求項２から６のいずれか１項に記載された舶用ディーゼルエンジンにおいて、
   前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷にかかわらず、前記第１注入系統による前記第２燃料の注入量と、前記第２注入系統による前記第２燃料の注入量と、の比が一定になるように、前記第１注入系統及び前記第２注入系統を制御する
   ことを特徴とする舶用ディーゼルエンジン。

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