(57)【要約】【課題】エンジン負荷に応じて注水層間の燃料量を調整できる燃料噴射装置を提供すること。【解決手段】本発明の一態様である燃料噴射装置において、燃料噴射弁は、舶用ディーゼルエンジンのシリンダに設けられる。燃料噴射ポンプは、配管を通じて燃料噴射弁に燃料を圧送する。第１の注水系統は、燃料噴射ポンプから燃料噴射弁の噴射口に至る燃料流通経路の所定の位置に水を注入する。第２の注水系統は、燃料流通経路のうち第１の注水系統よりも燃料の流通方向上流側の位置に水を注入する。制御部は、第１の注水系統の注水期間と第２の注水系統の注水期間との少なくとも一部が重なるように、エンジン負荷に応じて第１の注水系統および第２の注水系統の各注水開始タイミングを制御する。燃料噴射弁は、燃料噴射ポンプの圧送による燃料と、第１の注水系統の注水による水と、第２の注水系統の注水による水とを噴射口からシリンダ内の燃焼室へ層状に噴射する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
舶用ディーゼルエンジンのシリンダに設けられる燃料噴射弁と、
配管を通じて前記燃料噴射弁に燃料を圧送する燃料噴射ポンプと、
前記燃料噴射ポンプから前記燃料噴射弁の噴射口に至る燃料流通経路の所定の位置に水を注入する第１の注水系統と、
前記燃料流通経路のうち、前記第１の注水系統よりも前記燃料の流通方向上流側の位置に水を注入する第２の注水系統と、
前記第１の注水系統の注水期間と前記第２の注水系統の注水期間との少なくとも一部が重なるように、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて前記第１の注水系統および前記第２の注水系統の各注水開始タイミングを制御する制御部と、
を備え、
前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射ポンプによって圧送された前記燃料と、前記第１の注水系統によって注入された水と、前記第２の注水系統によって注入された水とを前記噴射口から前記シリンダ内の燃焼室へ層状に噴射することを特徴とする燃料噴射装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記第１の注水系統によって注入された水の層と前記第２の注水系統によって注入された水の層との間の燃料量が前記燃料の１回当りの噴射量に対して一定の割合となるように、前記第１の注水系統および前記第２の注水系統の各注水開始タイミングを制御することを特徴とする請求項１に記載の燃料噴射装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記第２の注水系統が注水を開始してから前記第１の注水系統が注水を開始するまでの前記第１の注水系統の待機時間を算出し、算出した前記待機時間分、前記第１の注水系統の注水開始タイミングを前記第２の注水系統の注水開始タイミングよりも遅らせることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記第１の注水系統が注水を開始してから前記第２の注水系統が注水を開始するまでの前記第２の注水系統の待機時間を算出し、算出した前記待機時間分、前記第２の注水系統の注水開始タイミングを前記第１の注水系統の注水開始タイミングよりも遅らせることを特徴とする請求項１または２に記載の燃料噴射装置。
【請求項５】
前記第１の注水系統による注水量と前記第２の注水系統による注水量との比は一定であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、船舶に搭載される舶用ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、船舶の分野においては、舶用ディーゼルエンジンから排出される排ガス中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を低減する手法として、シリンダ内の燃焼室に燃料および水を噴射する水噴射技術が提案されている（例えば特許文献１〜４参照）。
【０００３】
特許文献１〜４に開示される水噴射技術では、燃料噴射ポンプから燃料噴射弁に圧送される燃料の流通経路内に水を注入する等して、この流通経路内に複数の燃料層と注水層（注入された水の層）とが交互に並ぶように燃料および水が多層液柱状に形成される。この多層液柱状の燃料および水は、これら複数の燃料層と注水層との並び順（例えば、燃料−水―燃料−水−燃料等の順序）で１つの燃料噴射弁からシリンダ内の燃焼室へ層状に噴射される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平６−１２３２５５号公報
【特許文献２】特開平６−２５７５３０号公報
【特許文献３】特開平４−１７５４４６号公報
【特許文献４】特開平５−２８８１２９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述したように燃料および水が層状に噴射される水噴射技術において、燃料の流通経路内で各注水層に挟まれる燃料層の燃料の量（以下、注水層間の燃料量という）は、舶用ディーゼルエンジンの安定した性能を確保する等の観点から、極めて重要な因子である。すなわち、燃焼室への燃料の１回当りの噴射量（以下、燃料噴射量という）に対する注水層間の燃料量の割合が過大または過小である場合、舶用ディーゼルエンジンは、燃焼不良等を引き起こしたり、燃費の悪化等を招いたりする恐れがある。このような事態を回避するためには、燃料噴射量に対する割合が過大または過小とならないように注水層間の燃料量を調整できるようにすることが好ましい。
【０００６】
しかしながら、上述した従来技術では、燃料層を挟む下流側（燃料噴射弁の噴射口側）および上流側（燃料噴射ポンプ側）の各注水層のうち一方の注水層の注水が完了した後に他方の注水層の注水が行われているため、燃料噴射量に対する割合が過大または過小とならないように注水層間の燃料量を調整することは困難である。これに加え、燃料噴射量は、通常、舶用ディーゼルエンジンの負荷（以下、エンジン負荷と適宜いう）の増加に伴い増加し、減少に伴い減少する。このため、上述した従来技術では、ある特定のエンジン負荷時に注水層間の燃料量が燃料噴射量に対して過大でも過小でもない割合となっている可能性はあるものの、これ以外のエンジン負荷時には燃料噴射量に対する注水層間の燃料量の割合が過大または過小となっている場合が多く、エンジン負荷に応じて注水層間の燃料量を調整することは困難である。
【０００７】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、エンジン負荷に応じて注水層間の燃料量を調整することができる燃料噴射装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る燃料噴射装置は、舶用ディーゼルエンジンのシリンダに設けられる燃料噴射弁と、配管を通じて前記燃料噴射弁に燃料を圧送する燃料噴射ポンプと、前記燃料噴射ポンプから前記燃料噴射弁の噴射口に至る燃料流通経路の所定の位置に水を注入する第１の注水系統と、前記燃料流通経路のうち、前記第１の注水系統よりも前記燃料の流通方向上流側の位置に水を注入する第２の注水系統と、前記第１の注水系統の注水期間と前記第２の注水系統の注水期間との少なくとも一部が重なるように、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて前記第１の注水系統および前記第２の注水系統の各注水開始タイミングを制御する制御部と、を備え、前記燃料噴射弁は、前記燃料噴射ポンプによって圧送された前記燃料と、前記第１の注水系統によって注入された水と、前記第２の注水系統によって注入された水とを前記噴射口から前記シリンダ内の燃焼室へ層状に噴射することを特徴とする。
【０００９】
また、本発明に係る燃料噴射装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記第１の注水系統によって注入された水の層と前記第２の注水系統によって注入された水の層との間の燃料量が前記燃料の１回当りの噴射量に対して一定の割合となるように、前記第１の注水系統および前記第２の注水系統の各注水開始タイミングを制御することを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る燃料噴射装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記第２の注水系統が注水を開始してから前記第１の注水系統が注水を開始するまでの前記第１の注水系統の待機時間を算出し、算出した前記待機時間分、前記第１の注水系統の注水開始タイミングを前記第２の注水系統の注水開始タイミングよりも遅らせることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る燃料噴射装置は、上記の発明において、前記制御部は、前記舶用ディーゼルエンジンの負荷に応じて、前記第１の注水系統が注水を開始してから前記第２の注水系統が注水を開始するまでの前記第２の注水系統の待機時間を算出し、算出した前記待機時間分、前記第２の注水系統の注水開始タイミングを前記第１の注水系統の注水開始タイミングよりも遅らせることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る燃料噴射装置は、上記の発明において、前記第１の注水系統による注水量と前記第２の注水系統による注水量との比は一定であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、エンジン負荷に応じて注水層間の燃料量を調整することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置が適用された舶用ディーゼルエンジンの一構成例を示す模式図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置の一構成例を示す模式図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１における燃料流通経路内の層状液体の一構成例を示す図である。
【図４】図４は、本発明の実施形態１における注水タイミングの制御を説明するための図である。
【図５】図５は、本発明の実施形態１における注水層間の燃料量の調整を説明するための図である。
【図６】図６は、本発明の実施形態１における層状液体のエンジン負荷に応じた噴射量の一例を示す図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態２に係る燃料噴射装置の一構成例を示す模式図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態２における注水タイミングの制御を説明するための図である。
【図９】図９は、本発明の実施形態２における注水層間の燃料量の調整を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、添付図面を参照して、本発明に係る燃料噴射装置の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、本実施形態により、本発明が限定されるものではない。また、図面は模式的なものであり、各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実のものとは異なる場合があることに留意する必要がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。また、各図面において、同一構成部分には同一符号が付されている。
【００１６】
（実施形態１）
まず、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置が適用された舶用ディーゼルエンジンの構成について説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置が適用された舶用ディーゼルエンジンの一構成例を示す模式図である。この舶用ディーゼルエンジン１０は、プロペラ軸を介して船舶の推進用プロペラ（いずれも図示せず）を回転運動させる推進用の機関（主機関）である。例えば、舶用ディーゼルエンジン１０は、ユニフロー掃排気式のクロスヘッド式ディーゼルエンジン等の２ストロークディーゼルエンジンである。
【００１７】
図１に示すように、舶用ディーゼルエンジン１０は、下方に位置する台板１と、台板１上に設けられる架構５と、架構５上に設けられるシリンダジャケット１１とを備える。これらの台板１と架構５とシリンダジャケット１１とは、上下方向に延在する複数のタイボルト（連結部材）２１およびナット２２により、一体に締結されて固定されている。また、舶用ディーゼルエンジン１０は、シリンダジャケット１１に設けられるシリンダ１２と、シリンダ１２内に設けられるピストン１５と、ピストン１５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２）とを備える。
【００１８】
台板１は、舶用ディーゼルエンジン１０のクランクケースを構成するものである。図１に示すように、台板１内には、クランク４を有するクランクシャフト２と軸受３とが設けられる。クランクシャフト２は、船舶の推進力を出力する出力軸の一例であり、軸受３によって回転自在に支持されている。このクランクシャフト２には、クランク４を介して連接棒６の下端部が回動自在に連結されている。
【００１９】
架構５には、図１に示すように、連接棒６と、ガイド板７と、クロスヘッド８とが設けられる。架構５は、ピストン軸方向に沿って設けられるガイド板７が幅方向に間隔を空けて一対をなすように配置されている。連接棒６は、その下端部がクランクシャフト２に連接された態様で、一対のガイド板７の間に配置されている。クロスヘッド８には、ピストン棒１６の下端部に接続されるクロスヘッドピン９と、連接棒６の上端部に接続されるクロスヘッド軸受（図示せず）とが、クロスヘッドピン９の下半部においてそれぞれ回動自在に連結される。このクロスヘッド８は、図１に示すように一対のガイド板７の間に配置され、この一対のガイド板７に沿って移動自在に支持されている。
【００２０】
シリンダジャケット１１は、図１に示すように、架構５の上部に設けられ、シリンダ１２を支持する。シリンダ１２は、シリンダライナ１３とシリンダカバー１４とによって構成される筒状の構造体（気筒）であり、燃料を燃焼させるための燃焼室１７を有する。シリンダライナ１３は、例えば円筒形状の構造体であり、シリンダジャケット１１内に配置される。シリンダライナ１３の上部にはシリンダカバー１４が固定され、これにより、シリンダライナ１３内の空間部（燃焼室１７等）が区画される。このシリンダライナ１３の空間部内には、ピストン１５がピストン軸方向（図１では上下方向）に往復運動自在に設けられる。このピストン１５の下端部には、図１に示すように、ピストン棒１６の上端部が連結されている。
【００２１】
また、シリンダカバー１４には、図１に示すように、排気弁１８と動弁装置１９とが設けられている。排気弁１８は、シリンダ１２内の燃焼室１７に通じる排気管２０の排気口（排気ポート）を開閉可能に閉止する弁である。動弁装置１９は、排気弁１８を開閉駆動させる装置である。燃焼室１７は、このような排気弁１８と、上述したシリンダライナ１３、シリンダカバー１４およびピストン１５とによって囲まれた空間である。
【００２２】
また、図１に示すように、舶用ディーゼルエンジン１０は、燃料噴射弁３０と、燃料噴射ポンプ４１と、第１注水ポンプ５１と、第２注水ポンプ６１とを備える。燃料噴射弁３０は、燃焼室１７内に噴射口を向ける態様でシリンダ１２（例えばシリンダカバー１４）に設けられる。燃料噴射ポンプ４１、第１注水ポンプ５１および第２注水ポンプ６１は、図１に示すように、シリンダ１２の近傍に設けられる。図１には図示しないが、燃料噴射ポンプ４１、第１注水ポンプ５１および第２注水ポンプ６１は、各々、配管等を介して燃料噴射弁３０と連通可能に接続されている。燃料噴射ポンプ４１は、配管等による流通経路を通じて燃料噴射弁３０に燃料を適宜圧送する。第１注水ポンプ５１および第２注水ポンプ６１は、各々、燃料噴射ポンプ４１によって圧送される燃料の流通経路内に蒸留水等の水を適宜注入する。例えば、第１注水ポンプ５１による注水位置は、第２注水ポンプ６１による注水位置よりも燃料の流通経路の下流側である。燃料噴射弁３０は、燃料噴射ポンプ４１によって圧送された燃料と、第１注水ポンプ５１によって注入された水と、第２注水ポンプ６１によって注入された水とを、燃料噴射ポンプ４１の圧送作用により、燃焼室１７へ交互に噴射（すなわち層状に噴射）する。
【００２３】
上述したような構成を有する舶用ディーゼルエンジン１０において、シリンダ１２内の燃焼室１７には、燃料噴射弁３０から燃料および水が供給され、且つ、圧縮空気等の燃焼用ガスが掃気ポート等（図示せず）を通じて供給される。燃焼室１７内においては、供給された燃料が燃焼用ガスによって燃焼するとともに、供給された水によって燃料の燃焼温度が低下してＮＯｘの排出量が低減される。そして、燃焼室１７での燃料の燃焼によって発生したエネルギーにより、ピストン１５は、シリンダ１２内をピストン軸方向に往復運動する。このとき、動弁装置１９によって排気弁１８が作動してシリンダ１２が開放されると、燃料の燃焼によって生じた排ガスが排気管２０に押し出される。一方、シリンダ１２には、掃気ポートから新たに燃焼用ガスが導入される。
【００２４】
また、ピストン１５が上述したようにピストン軸方向に往復運動すると、ピストン１５とともにピストン棒１６がピストン軸方向に往復運動する。これに伴い、クロスヘッド８は、ガイド板７に沿ってピストン軸方向に往復運動する。これにより、クロスヘッド８のクロスヘッドピン９は、クロスヘッド軸受を介して連接棒６に回転駆動力を加える。この回転駆動力により、連接棒６の下端部に接続されるクランク４がクランク運動（回転運動）し、この結果、クランクシャフト２が回転する。クランクシャフト２は、このようにピストン１５の往復運動を回転運動に変換してプロペラ軸とともに船舶の推進用プロペラを回転させ、これにより、船舶の推進力を出力する。
【００２５】
つぎに、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置の構成について説明する。図２は、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置の一構成例を示す模式図である。図２に示すように、この燃料噴射装置１００は、複数（本実施形態１では３つ）の燃料噴射弁３０と、燃料圧送系統４０と、下流側注水系統５０と、上流側注水系統６０とを備える。また、燃料噴射装置１００は、水供給ポンプ７１と、給水管７２と、逆止弁７３ａ、７３ｂと、蓄圧部８１と、高圧ポンプ８２と、検出部９１と、制御部９２とを備える。なお、図２において、実線矢印は燃料や水等の流体の流通を示し、破線矢印は電気信号線を示す。
【００２６】
複数の燃料噴射弁３０は、舶用ディーゼルエンジン１０のシリンダ１２内の燃焼室１７（図１参照）に燃料および水を層状に噴射するための噴射弁である。これら複数の燃料噴射弁３０は、舶用ディーゼルエンジン１０の複数（図１では１つのみ図示されている）のシリンダ１２に各々設けられる。以下では、これら複数の燃料噴射弁３０のうちの１つを例示して燃料噴射弁３０の構成等を説明する。なお、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。
【００２７】
図２に示すように、燃料噴射弁３０は、配管等を介して燃料圧送系統４０の燃料噴射ポンプ４１と連通可能に接続されている。燃料噴射弁３０は、配管等を介して下流側注水系統５０および上流側注水系統６０と連通可能に接続されている。燃料噴射弁３０は、燃料噴射ポンプ４１によって圧送された燃料と、下流側注水系統５０によって注入された水と、上流側注水系統６０によって注入された水とを噴射口３１からシリンダ１２内の燃焼室１７へ層状に噴射する。
【００２８】
詳細には、図２に示すように、燃料噴射弁３０は、噴射口３１と、この噴射口３１に通じる内部流通経路３２、３３と、逆止弁３４ａ、３４ｂとを有する。一方の内部流通経路３２は、噴射対象の燃料および水を流通させるための流通経路である。この内部流通経路３２は、一端部が燃料噴射弁３０の噴射口３１に接続され且つ他端部が燃料噴射管４２（例えばその分岐管４２ａ）に接続されている。また、この内部流通経路３２の上流側の位置（本実施形態１では第１注水位置Ｐ１よりも上流側の第２注水位置Ｐ２）には、逆止弁３４ａを介して上流側注水系統６０の配管（例えば上流側注水管６２の分岐管６２ａ）が接続されている。他方の内部流通経路３３は、上記内部流通経路３２に注入される水を流通させるための流通経路である。この内部流通経路３３は、一端部が上記内部流通経路３２の噴射口３１近傍の位置（本実施形態１では第１注水位置Ｐ１）に接続され且つ他端部が下流側注水系統５０の配管（例えば下流側注水管５２の分岐管５２ａ）に接続されている。
【００２９】
逆止弁３４ａは、上流側注水系統６０から燃料噴射弁３０の内部流通経路３２に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁３４ｂは、内部流通経路３３の中途部に設けられる。逆止弁３４ｂは、下流側注水系統５０から燃料噴射弁３０の内部流通経路３３を通じて内部流通経路３２に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
【００３０】
燃料圧送系統４０は、燃料噴射弁３０に燃料を圧送するための設備である。図２に示すように、燃料圧送系統４０は、燃料噴射ポンプ４１と、燃料噴射管４２と、制御弁４５とを備える。
【００３１】
燃料噴射ポンプ４１は、作動油の圧力を利用して燃料の圧送を行う油圧駆動式のポンプである。詳細には、燃料噴射ポンプ４１は、配管等を通じて燃料タンク（図示せず）から燃料を受け入れる。燃料噴射ポンプ４１は、この受け入れた燃料を、燃料噴射管４２を通じて燃料噴射弁３０に圧送する。また、燃料噴射ポンプ４１の圧送作用は、噴射口３１からシリンダ１２内の燃焼室１７に対する燃料および水の層状噴射を燃料噴射弁３０に行わせる。
【００３２】
燃料噴射管４２は、燃料噴射ポンプ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、燃料噴射ポンプ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（本実施形態１では３つの分岐管４２ａ、４２ｂ、４２ｃ）に分岐している。例えば、燃料噴射管４２の分岐管４２ａ、４２ｂ、４２ｃのうち、分岐管４２ａは、図２に示すように１つの燃料噴射弁３０の内部流通経路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と燃料噴射ポンプ４１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管４２ｂ、４２ｃは、他の各燃料噴射弁３０に各々接続されている。
【００３３】
制御弁４５は、蓄圧部８１から燃料噴射ポンプ４１への作動油の供給を制御するための弁である。具体的には、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４５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、燃料噴射ポンプ４１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。制御弁４５は、燃料の噴射タイミングに開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を燃料噴射ポンプ４１に供給する。燃料噴射ポンプ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へ燃料を圧送する。一方、制御弁４５は、燃料の噴射タイミング以外の期間、閉状態となって、蓄圧部８１から燃料噴射ポンプ４１への作動油の供給を停止する。このような制御弁４５の開閉駆動のタイミングは、制御部９２によって制御される。
【００３４】
下流側注水系統５０は、本実施形態１における燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に水を注入する第１の注水系統の一例である。図２に示すように、下流側注水系統５０は、第１注水ポンプ５１と、下流側注水管５２と、逆止弁５４と、制御弁５５とを備える。
【００３５】
第１注水ポンプ５１は、作動油の圧力を利用して注水を行う油圧駆動式のポンプである。詳細には、第１注水ポンプ５１は、給水管７２等を通じて水供給ポンプ７１から水を受け入れる。第１注水ポンプ５１は、この受け入れた水を、下流側注水管５２および燃料噴射弁３０の内部流通経路３３を通じて、燃料噴射弁３０の内部流通経路３２に圧送する。これにより、第１注水ポンプ５１は、本実施形態１における燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に水を注入する。
【００３６】
下流側注水管５２は、第１注水ポンプ５１によって燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に注入される水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、下流側注水管５２の一端部は、第１注水ポンプ５１の吐出口に接続されている。また、下流側注水管５２の中途部には、分岐部５３が設けられている。下流側注水管５２は、この分岐部５３から他端部に向かって複数の分岐管（本実施形態１では３つの分岐管５２ａ、５２ｂ、５２ｃ）に分岐している。例えば、下流側注水管５２の分岐管５２ａ、５２ｂ、５２ｃのうち、分岐管５２ａは、図２に示すように１つの燃料噴射弁３０の内部流通経路３３に接続されている。下流側注水管５２は、分岐管５２ａを介して、この燃料噴射弁３０の内部流通経路３３と第１注水ポンプ５１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管５２ｂ、５２ｃは、他の各燃料噴射弁３０に各々接続されている。
【００３７】
逆止弁５４は、下流側注水管５２内での水の流通方向を一方向に規制して水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、下流側注水管５２の中途部（例えば第１注水ポンプ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注水ポンプ５１側から燃料流通経路側（本実施形態１では燃料噴射弁３０の内部流通経路３２、３３側）に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
【００３８】
制御弁５５は、蓄圧部８１から第１注水ポンプ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、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注水ポンプ５１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。制御弁５５は、第１注水ポンプ５１からの水を燃料流通経路に注入する期間（以下、下流側注水系統５０の注水期間と適宜いう）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を第１注水ポンプ５１に供給する。第１注水ポンプ５１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に水を圧送して注入する。一方、制御弁５５は、下流側注水系統５０の注水期間以外の期間、閉状態となって、蓄圧部８１から第１注水ポンプ５１への作動油の供給を停止する。このような制御弁５５の開閉駆動のタイミングは、制御部９２によって制御される。
【００３９】
上流側注水系統６０は、本実施形態１における燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に水を注入する第２の注水系統の一例である。図２に示すように、上流側注水系統６０は、第２注水ポンプ６１と、上流側注水管６２と、逆止弁６４と、制御弁６５とを備える。
【００４０】
第２注水ポンプ６１は、作動油の圧力を利用して注水を行う油圧駆動式のポンプである。詳細には、第２注水ポンプ６１は、給水管７２等を通じて水供給ポンプ７１から水を受け入れる。第２注水ポンプ６１は、この受け入れた水を、上流側注水管６２を通じて燃料噴射弁３０の内部流通経路３２に圧送する。これにより、第２注水ポンプ６１は、本実施形態１における燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に水を注入する。
【００４１】
上流側注水管６２は、第２注水ポンプ６１によって燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に注入される水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、上流側注水管６２の一端部は、第２注水ポンプ６１の吐出口に接続されている。また、上流側注水管６２の中途部には、分岐部６３が設けられている。上流側注水管６２は、この分岐部６３から他端部に向かって複数の分岐管（本実施形態１では３つの分岐管６２ａ、６２ｂ、６２ｃ）に分岐している。例えば、上流側注水管６２の分岐管６２ａ、６２ｂ、６２ｃのうち、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の内部流通経路３２に接続されている。上流側注水管６２は、分岐管６２ａを介して、この燃料噴射弁３０の内部流通経路３２と第２注水ポンプ６１とを連通させる。これと同様に、残りの分岐管６２ｂ、６２ｃは、他の各燃料噴射弁３０に各々接続されている。
【００４２】
逆止弁６４は、上流側注水管６２内での水の流通方向を一方向に規制して水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、上流側注水管６２の中途部（例えば第２注水ポンプ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注水ポンプ６１側から燃料流通経路側（本実施形態１では燃料噴射弁３０の内部流通経路３２側）に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
【００４３】
制御弁６５は、蓄圧部８１から第２注水ポンプ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、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注水ポンプ６１と蓄圧部８１とを連通可能に設けられる。制御弁６５は、第２注水ポンプ６１からの水を燃料流通経路に注入する期間（以下、上流側注水系統６０の注水期間と適宜いう）に開状態となって、蓄圧部８１内の作動油を第２注水ポンプ６１に供給する。第２注水ポンプ６１は、この供給された作動油の圧力を利用して、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に水を圧送して注入する。一方、制御弁６５は、上流側注水系統６０の注水期間以外の期間、閉状態となって、蓄圧部８１から第２注水ポンプ６１への作動油の供給を停止する。このような制御弁６５の開閉駆動のタイミングは、制御部９２によって制御される。
【００４４】
ここで、本実施形態１における燃料流通経路は、燃料噴射ポンプ４１から燃料噴射弁３０の噴射口３１に至る燃料の流通経路である。例えば、この燃料流通経路は、分岐管４２ａ〜４２ｃ等を含む燃料噴射管４２と、燃料噴射弁３０の内部流通経路３２とによって形成される。第１注水位置Ｐ１は、この燃料流通経路における所定の位置である。本実施形態１において、第１注水位置Ｐ１は、例えば図２に示すように、燃料噴射弁３０の内部流通経路３２のうち噴射口３１近傍の位置、すなわち、燃料流通経路における燃料の流通方向最下流に存在する所定量の燃料（後述の図３に示す第１燃料層Ｆ１の燃料）の直近上流の位置である。第２注水位置Ｐ２は、この燃料流通経路のうち、下流側注水系統５０よりも燃料の流通方向上流側の位置である。本実施形態１において、第２注水位置Ｐ２は、例えば図２に示すように、燃料噴射弁３０の内部流通経路３２のうち燃料噴射ポンプ４１側の位置、すなわち、第１注水位置Ｐ１よりも燃料の流通方向上流側の位置である。なお、本実施形態１において、燃料の流通方向は、燃料噴射ポンプ４１から燃料噴射管４２等を通じて燃料噴射弁３０の噴射口３１に向かう方向である。
【００４５】
水供給ポンプ７１は、上述した燃料流通経路に注入される水を第１注水ポンプ５１および第２注水ポンプ６１に供給するためのポンプである。図２に示すように、水供給ポンプ７１は、給水管７２等を介して第１注水ポンプ５１および第２注水ポンプ６１と連通可能に接続される。給水管７２の一端部は、水供給ポンプ７１に接続されている。また、給水管７２は、中途部で分岐管７２ａ、７２ｂに分岐している。給水管７２の一方の分岐管７２ａは、逆止弁７３ａを介して第１注水ポンプ５１に接続されている。給水管７２の他方の分岐管７２ｂは、逆止弁７３ｂを介して第２注水ポンプ６１に接続されている。水供給ポンプ７１は、給水タンク（図示せず）に貯留されている水を、給水管７２の分岐管７２ａ等を通じて第１注水ポンプ５１に供給するとともに、給水管７２の分岐管７２ｂ等を通じて第２注水ポンプ６１に供給する。逆止弁７３ａは、水供給ポンプ７１側から第１注水ポンプ５１側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。逆止弁７３ｂは、水供給ポンプ７１側から第２注水ポンプ６１側に向かう水の流通を可能とし、この逆流を防止する。
【００４６】
蓄圧部８１は、燃料圧送系統４０、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０を各々作動させる作動油の圧力を蓄積するものである。蓄圧部８１は、作動油を貯蔵可能な蓄圧室を内部に形成する中空の構造体であり、図２に示すように、配管等を介して高圧ポンプ８２と連通可能に接続される。蓄圧部８１は、高圧ポンプ８２から吐出（圧送）された作動油を内部の蓄圧室に貯留し、これにより、作動油の圧力を蓄積する。このように蓄圧部８１に蓄積される作動油の圧力は、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に蓄積された作動油の圧力は、燃料圧送系統４０の燃料噴射ポンプ４１の作動と、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１の作動と、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１の作動とに共用される。
【００４７】
検出部９１は、舶用ディーゼルエンジン１０（図１参照）のクランク角度を検出するものである。本実施形態１において、検出部９１は、シリンダ１２内でのピストン１５の１サイクルの往復運動に伴って回転運動するクランク４の回転角度（すなわちクランク角度）を検出する。この際、検出部９１は、クランク４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４の基準状態としては、例えば、ピストン１５が下死点または上死点に位置する際のクランク４の状態等が挙げられる。検出部９１は、時間の経過に伴って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。
【００４８】
制御部９２は、燃料および水の層状噴射タイミングと、下流側注水系統５０の注水タイミングと、上流側注水系統６０の注水タイミングとを制御する。本実施形態１において、燃料および水の層状噴射タイミングは、舶用ディーゼルエンジン１０のシリンダ１２内の燃焼室１７（図１参照）へ燃料噴射弁３０から燃料および水を層状に噴射するタイミングを意味する。下流側注水系統５０の注水タイミングは、第１注水ポンプ５１によって燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に注水を開始する注水開始タイミングと、この第１注水位置Ｐ１への注水を終了する注水終了タイミングとを意味する。上流側注水系統６０の注水タイミングは、第２注水ポンプ６１によって燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に注水を開始する注水開始タイミングと、この第２注水位置Ｐ２への注水を終了する注水終了タイミングとを意味する。
【００４９】
具体的には、制御部９２は、各種プログラムを実行するためのＣＰＵ、メモリおよ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、燃料圧送系統４０の制御弁４５の開閉駆動を制御する。制御部９２は、この制御弁４５の開閉駆動の制御を通して、燃料噴射ポンプ４１の作動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から燃焼室１７への燃料および水の層状噴射タイミングを制御する。
【００５０】
この層状噴射タイミングでは、燃料噴射ポンプ４１によって燃料流通経路に圧送された燃料のうちエンジン負荷に応じた必要量の燃料と、第１注水ポンプ５１によって燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に注入された水と、第２注水ポンプ６１によって燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に注入された水とが、燃料噴射ポンプ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。その後、この燃料流通経路（本実施形態１では燃料噴射管４２および燃料噴射弁３０の内部流通経路３２によって構成される燃料流通経路）は、噴射されずに残った燃料で満たされた状態となる。
【００５１】
また、制御部９２は、上述した燃料および水の層状噴射タイミング以外の期間において、燃料で満たされた状態にある燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１および第２注水位置Ｐ２に水を各々注入するように、下流側注水系統５０の注水タイミングおよび上流側注水系統６０の注水タイミングを制御する。この際、制御部９２は、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との少なくとも一部が重なるように、舶用ディーゼルエンジン１０のエンジン負荷に応じて、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１による注水開始タイミングと上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１による注水開始タイミングと制御する。
【００５２】
本実施形態１では、燃料で満たされた状態にある燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１および第２注水位置Ｐ２に水を各々注入することにより、これらの燃料および水の各層からなる層状液体が燃料流通経路内に形成される。図３は、本発明の実施形態１における燃料流通経路内の層状液体の一構成例を示す図である。図３において、噴射口側は、燃料噴射弁３０の噴射口３１側、すなわち、燃料流通経路における燃料の流通方向下流側である。燃料噴射ポンプ側は、燃料圧送系統４０の燃料噴射ポンプ４１側、すなわち、燃料流通経路における燃料の流通方向上流側である。図３に示すように、この層状液体２００は、噴射口側から燃料噴射ポンプ側に向かって並ぶ複数の液体層、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および第５液体層Ｌ５によって構成される。
【００５３】
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。層状液体２００は、この第１液体層Ｌ１として第１燃料層Ｆ１を含む。第１燃料層Ｆ１は、層状液体２００に含まれる複数（図３では３つ）の燃料層のうち、噴射口側から数えて１層目の燃料層であり、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。
【００５４】
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。層状液体２００は、この第２液体層Ｌ２として第１注水層Ｗ１を含む。第１注水層Ｗ１は、層状液体２００に含まれる複数（図３では２つ）の注水層のうち、噴射口側から数えて１層目の注水層である。この第１注水層Ｗ１は、第１注水ポンプ５１によって燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に必要量の水が注入されることにより形成される。
【００５５】
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。層状液体２００は、この第３液体層Ｌ３として第２燃料層Ｆ２を含む。第２燃料層Ｆ２は、層状液体２００に含まれる複数の燃料層のうち、噴射口側から数えて２層目の燃料層である。この第２燃料層Ｆ２は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に注入された水の層と第２注水位置Ｐ２に注入された水の層との間に挟まれた燃料からなる。
【００５６】
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。層状液体２００は、この第４液体層Ｌ４として第２注水層Ｗ２を含む。第２注水層Ｗ２は、層状液体２００に含まれる複数の注水層のうち、噴射口側から数えて２層目の注水層である。この第２注水層Ｗ２は、第２注水ポンプ６１によって燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２に必要量の水が注入されることにより形成される。
【００５７】
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。層状液体２００は、この第５液体層Ｌ５として第３燃料層Ｆ３を含む。第３燃料層Ｆ３は、層状液体２００に含まれる複数の燃料層のうち、噴射口側から数えて３層目の燃料層である。この第３燃料層Ｆ３は、第２注水層Ｗ２の直近上流に存在する燃料からなる。
【００５８】
このような燃料および水の層状液体２００は、ピストン１５の１サイクルの往復運動毎に、燃料噴射弁３０の噴射口３１からシリンダ１２内の燃焼室１７へ噴射される。このとき、燃焼室１７に対する燃料の１回当りの噴射量、すなわち、層状液体２００の燃料噴射量Ｑｆａは、第１燃料層Ｆ１の燃料量Ｑｆ１と第２燃料層Ｆ２の燃料量Ｑｆ２と第３燃料層Ｆ３の燃料量Ｑｆ３との和（＝Ｑｆ１＋Ｑｆ２＋Ｑｆ３）によって表される。この層状液体２００の燃料噴射量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。
【００５９】
また、層状液体２００における注水層間の燃料量（本実施形態１では第１注水層Ｗ１と第２注水層Ｗ２との間に挟まれた第２燃料層Ｆ２の燃料量Ｑｆ２）は、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングの制御によって調整される。この際、注水層間の燃料量（＝Ｑｆ２）は、エンジン負荷に応じた燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように調整されることが好ましい。
【００６０】
一方、燃焼室１７に対する１回の燃料噴射における水噴射量、すなわち、層状液体２００の水噴射量Ｑｗａは、第１注水層Ｗ１の注水量Ｑｗ１と第２注水層Ｗ２の注水量Ｑｗ２との和（＝Ｑｗ１＋Ｑｗ２）によって表される。この層状液体２００の水噴射量Ｑｗａは、ＮＯｘの低減および燃費の向上を達成するように、エンジン負荷に応じて必要量に調整される。このとき、第１注水層Ｗ１の注水量Ｑｗ１と第２注水層Ｗ２の注水量Ｑｗ２との比、すなわち、下流側注水系統５０による注水量と上流側注水系統６０による注水量との比は、一定であることが好ましい。
【００６１】
つぎに、本発明の実施形態１における注水層間の燃料量を調整するための注水タイミングの制御について説明する。図４は、本発明の実施形態１における注水タイミングの制御を説明するための図である。図４において、弁制御信号Ｓ１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１（図２参照）に水を注入する第１注水ポンプ５１の制御弁５５に対して開閉駆動を指示するための制御信号である。弁制御信号Ｓ２は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２（図２参照）に水を注入する第２注水ポンプ６１の制御弁６５に対して開閉駆動を指示するための制御信号である。図５は、本発明の実施形態１における注水層間の燃料量の調整を説明するための図である。図５において、燃料柱２０１は、本実施形態１における燃料流通経路内に残存する柱状の燃料である。
【００６２】
本実施形態１において、制御部９２は、例えば図４に示す弁制御信号Ｓ１、Ｓ２を制御弁５５、６５に各々送信して、制御弁５５、６５の各開閉駆動のタイミングを制御する。これにより、制御部９２は、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との少なくとも一部が重なるように、下流側注水系統５０の注水タイミング（１層目注水タイミング）と上流側注水系統６０の注水タイミング（２層目注水タイミング）とをエンジン負荷に応じて制御する。この際、制御部９２は、好ましい例として、下流側注水系統５０によって注入された水の層と上流側注水系統６０によって注入された水の層との間の燃料量がエンジン負荷に応じた燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングを制御する。
【００６３】
詳細には、制御部９２は、エンジン負荷に応じて、注水の待機時間ΔＴを算出する。待機時間ΔＴは、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０のうち、先に注水を開始した注水系統の注水ピストンの作動開始時からその後に注水を開始する注水系統の注水ピストンの作動開始時までの時間である。この待機時間ΔＴは、例えば、船舶の航行状況に応じて舶用ディーゼルエンジン１０に要求されるエンジン負荷時のエンジン回転数（単位時間当りのエンジン回転数）と燃料噴射量（燃料の１回当りの噴射量）と注水量（噴射１回分の燃料中に注入する水量）とを各々独立変数ｘ、ｙ、ｚとして含む関数ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）によって次式（１）のように表される。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。
待機時間ΔＴ＝ｆ（ｘ，ｙ，ｚ）      ・・・（１）
なお、これらのエンジン回転数、燃料噴射量および注水量は、舶用ディーゼルエンジン１０のシミュレーションや実験等の結果に基づいて導出することができる。制御部９２には、この式（１）が予め設定されている。
【００６４】
制御部９２は、上記の待機時間ΔＴとして、例えば、下流側注水系統５０の待機時間ΔＴ１を算出する。下流側注水系統５０の待機時間ΔＴ１は、上流側注水系統６０が注水を開始してから下流側注水系統５０が注水を開始するまでの時間、すなわち、第２注水ポンプ６１が作動を開始してから第１注水ポンプ５１が作動を開始するまでの時間である。制御部９２は、この算出した待機時間ΔＴ１分、下流側注水系統５０の注水開始タイミングを上流側注水系統６０の注水開始タイミングよりも遅らせる。
【００６５】
具体的には、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、検出部９１によって検出されたクランク角度（以下、クランク角度検出値と適宜いう）として取得する。制御部９２は、図４に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ１となったタイミングＴ１に上流側注水系統６０の制御弁６５に対して開駆動を指示する。これにより、制御部９２は、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１を作動開始させる。この制御に基づいて、第２注水ポンプ６１は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を開始する。すなわち、クランク角度Ｒ１のタイミングＴ１は、上流側注水系統６０の注水開始タイミングである。このタイミングＴ１では、図５に示すように、燃料流通経路内の燃料柱２０１のうち第２注水位置Ｐ２への水２０２の注入が開始されている。
【００６６】
なお、前回の燃料噴射完了後から上記注水開始タイミング（タイミングＴ１）までの期間内のタイミングＴ０では、図５に示すように、燃料柱２０１に対する注水は開始されていない。このときの燃料柱２０１の燃料量は、上述した燃料噴射量Ｑｆａに相当する。
【００６７】
ついで、制御部９２は、上述したように算出した待機時間ΔＴ１分、上流側注水系統６０の注水開始タイミングから遅らせたタイミングに、下流側注水系統５０による注水を開始させる。具体的には、制御部９２は、下流側注水系統５０の待機時間ΔＴ１を、エンジン負荷に応じた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、上流側注水系統６０の注水開始タイミング（タイミングＴ１）時のクランク角度Ｒ１とを加算して、クランク角度Ｒ２を算出する。制御部９２は、図４に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ２となったタイミングＴ２に下流側注水系統５０の制御弁５５に対して開駆動を指示する。これにより、制御部９２は、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１の作動を継続させながら、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１を作動開始させる。この制御に基づいて、第１注水ポンプ５１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を開始する。すなわち、クランク角度Ｒ２のタイミングＴ２は、下流側注水系統５０の注水開始タイミングである。一方、第２注水ポンプ６１は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を継続して行っている。このタイミングＴ２では、図５に示すように、燃料流通経路内の燃料柱２０１のうち、第２注水位置Ｐ２への水２０２の注入が継続して行われながら、第１注水位置Ｐ１への水２０３の注入が開始されている。
【００６８】
その後、第２注水ポンプ６１は、制御弁６５が閉駆動するまでの期間、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を継続して行う。これに並行して、第１注水ポンプ５１は、制御弁５５が閉駆動するまでの期間、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を継続して行う。
【００６９】
例えば、図４、５に示すように、クランク角度Ｒ２からクランク角度Ｒ３（＞Ｒ２）までの時間ΔＴ２の期間では、第２注水位置Ｐ２の水２０２の注入が進むとともに、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入が進む。この第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入に伴い、第１注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料は、第２注水位置Ｐ２の水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注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料量は、減少するように調整される。
【００７０】
続いて、クランク角度Ｒ３のタイミングＴ３では、第２注水位置Ｐ２の水２０２が、燃料柱２０１の幅方向（燃料流通経路の幅方向）全域に広がるまで注入されている。この際、第２注水位置Ｐ２の水２０２は、図５に示すように、燃料柱２０１を、第２注水位置Ｐ２よりも下流側に位置する下流側燃料２０１ａと、第２注水位置Ｐ２よりも上流側に位置する最上流燃料２０１ｂとに分ける。この段階において、第１注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料は、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入が進行しても、第２注水位置Ｐ２の水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注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料量の調整が終了し、下流側燃料２０１ａの燃料量が決まる。
【００７１】
その後、制御部９２は、図４に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ４となったタイミングＴ４に上流側注水系統６０の制御弁６５に対して閉駆動を指示する。これにより、制御部９２は、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１の作動を継続させながら、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１を作動停止させる。この制御に基づいて、第２注水ポンプ６１は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を終了する。すなわち、クランク角度Ｒ４のタイミングＴ４は、上流側注水系統６０の注水終了タイミングである。一方、第１注水ポンプ５１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を継続して行っている。
【００７２】
例えば、図４、５に示すように、クランク角度Ｒ３からクランク角度Ｒ４（＞Ｒ３）までの時間ΔＴ３の期間では、第２注水位置Ｐ２の水２０２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１注水位置Ｐ１の水２０３が継続して注入されている。この段階において、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入は、下流側燃料２０１ａとともに第２注水位置Ｐ２の水２０２を流通方向上流側へ押しながら行われる。
【００７３】
また、図５に示すように、クランク角度Ｒ４のタイミングＴ４では、第２注水位置Ｐ２の水２０２が必要量注入された状態となっている。一方、第１注水位置Ｐ１の水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。この状態の水２０３は、燃料柱２０１の下流側燃料２０１ａを、第１注水位置Ｐ１よりも下流側に位置する最下流燃料２０１ｃと、第２注水位置Ｐ２の水２０２と第１注水位置Ｐ１の水２０３とに挟まれる注水層間燃料２０１ｄとに分ける。これにより、注水層間燃料２０１ｄの燃料量、すなわち注水層間の燃料量（＝Ｑｆ２）と、最下流燃料２０１ｃの燃料量とが決まる。なお、第１注水位置Ｐ１の水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注水位置Ｐ２の水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、前のタイミングであってもよいし、後のタイミングであってもよい。
【００７４】
その後、制御部９２は、図４に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ５となったタイミングＴ５に下流側注水系統５０の制御弁５５に対して閉駆動を指示する。これにより、制御部９２は、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１を作動停止させる。この制御に基づいて、第１注水ポンプ５１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を終了する。すなわち、クランク角度Ｒ５のタイミングＴ５は、下流側注水系統５０の注水終了タイミングである。
【００７５】
例えば、図５に示すように、クランク角度Ｒ４のタイミングＴ４からクランク角度Ｒ５（＞Ｒ４）のタイミングＴ５までの期間では、第１注水位置Ｐ１の水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ている。一方、第２注水位置Ｐ２の水２０２の注入は、上述したタイミングＴ４で既に終了している。この段階において、第１注水位置Ｐ１の水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、水２０３の注入量が必要量になるまで継続される。そして、クランク角度Ｒ５のタイミングＴ５では、第１注水位置Ｐ１および第２注水位置Ｐ２の各注水が終了する。この結果、第１燃料層Ｆ１と第１注水層Ｗ１と第２燃料層Ｆ２と第２注水層Ｗ２と第３燃料層Ｆ３とからなる層状液体２００が、燃料流通経路内に形成される。
【００７６】
ここで、本実施形態１において、上流側注水系統６０の注水期間は、クランク角度Ｒ１のタイミングＴ１からクランク角度Ｒ４のタイミングＴ４までの期間である。すなわち、上流側注水系統６０の注水期間は、図４に示す待機時間ΔＴ１と時間ΔＴ２と時間ΔＴ３とを加算した時間分の期間である。この注水期間は、図５に示す第２注水位置Ｐ２に必要量の水２０２を注入する際に掛かる時間によって決まる。すなわち、上流側注水系統６０の注水終了タイミング（タイミングＴ４）に対応するクランク角度Ｒ４は、注水開始タイミングに対応するクランク角度Ｒ１と、上記必要量の水２０２の注入に要する時間とをもとに導出される。
【００７７】
また、下流側注水系統５０の注水期間は、クランク角度Ｒ２のタイミングＴ２からクランク角度Ｒ５のタイミングＴ５までの期間である。この注水期間は、図５に示す第１注水位置Ｐ１に必要量の水２０３を注入する際に掛かる時間によって決まる。すなわち、下流側注水系統５０の注水終了タイミング（タイミングＴ５）に対応するクランク角度Ｒ５は、注水開始タイミングに対応するクランク角度Ｒ２と、上記必要量の水２０３の注入に要する時間とをもとに導出される。
【００７８】
本実施形態１において、上流側注水系統６０の注水期間と下流側注水系統５０の注水期間との重なる期間は、図４に示すように、クランク角度Ｒ２からクランク角度Ｒ４までの時間ΔＴ４に相当する。この時間ΔＴ４は、下流側注水系統５０の注水によって注水層間の燃料量が減少するよう調整（減量調整）される時間ΔＴ２と、注水層間の燃料量の調整が終了してから上流側注水系統６０の注水が終了するまでの時間ΔＴ３とを加算した時間である。下流側注水系統５０の注水開始タイミングは、エンジン負荷の増加に伴って時間ΔＴ２が減少し、エンジン負荷の減少に伴って時間ΔＴ２が増加するように、上流側注水系統６０の注水開始タイミングから待機時間ΔＴ１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ΔＴ１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。なお、この待機時間ΔＴ１が零値（ΔＴ１＝０）である場合、下流側注水系統５０の注水開始タイミングは、上流側注水系統６０の注水開始タイミングと同時のタイミングに制御される。
【００７９】
図６は、本発明の実施形態１における層状液体のエンジン負荷に応じた噴射量の一例を示す図である。図６に示す噴射量は、１つの燃料噴射弁３０からシリンダ１２内の燃焼室１７に噴射される層状液体２００（図３参照）の１回当りの噴射量である。この層状液体２００の噴射量は、エンジン負荷に応じた燃料噴射量Ｑｆａと第１注水層Ｗ１および第２注水層Ｗ２の各注水量Ｑｗ１、Ｑｗ２との和（＝Ｑｆａ＋Ｑｗ１＋Ｑｗ２）によって表される。
【００８０】
本実施形態１において、層状液体２００の噴射量は、上述した下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングの制御によって設定される。例えば、図６に示すように、層状液体２００の噴射量は、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。このような層状液体２００のうち、第１注水層Ｗ１と第２注水層Ｗ２との間に挟まれた第２燃料層Ｆ２の燃料量（すなわち注水層間の燃料量）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、注水層間に燃料層を有する層状液体２００が燃料流通経路内に形成されるエンジン負荷の範囲（図６では５５％以上１００%以下）において、この注水層間の燃料量は、エンジン負荷に応じて増減する燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように調整（最適化）される。さらには、層状液体２００において、第１注水層Ｗ１の注水量Ｑｗ１と第２注水層Ｗ２との注水量Ｑｗ２との比は一定である。
【００８１】
以上、説明したように、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置１００では、舶用ディーゼルエンジン１０のシリンダ１２内の燃焼室１７に燃料および水を層状に噴射する燃料噴射弁３０と、配管を通じて燃料噴射弁３０に燃料を圧送する燃料噴射ポンプ４１と、燃料噴射ポンプ４１から燃料噴射弁３０の噴射口３１に至る燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１に水を注入する下流側注水系統５０と、この燃料流通経路のうち下流側注水系統５０よりも燃料の流通方向上流側の第２注水位置Ｐ２に水を注入する上流側注水系統６０とを設け、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との少なくとも一部が重なるように、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングをエンジン負荷に応じて制御している。この際、上流側注水系統６０が注水を開始してから下流側注水系統５０が注水を開始するまでの下流側注水系統５０の待機時間ΔＴ１をエンジン負荷に応じて算出し、算出した待機時間ΔＴ１分、下流側注水系統５０の注水開始タイミングを上流側注水系統６０の注水開始タイミングよりも遅らせている。
【００８２】
上記の構成により、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との重なる期間内に、下流側注水系統５０による注水層と上流側注水系統６０による注水層との間の燃料量（注水層間の燃料量）を、エンジン負荷に応じた燃料噴射量Ｑｆａに対する当該注水層間の燃料量の割合が過大または過小とならないように調整することができる。このため、燃料噴射弁３０から燃料および水を層状に噴射する際、エンジン負荷に応じて注水層間の燃料量を適切に調整することができる。この結果、排ガス中のＮＯｘを低減させるべく燃料および水を層状に噴射する際に起こり得る舶用ディーゼルエンジン１０の燃焼不良等の望ましくない燃焼状態の発生を抑制することができる。
【００８３】
また、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置１００では、上述した注水層間の燃料量がエンジン負荷に応じた燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合とすべく、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングをエンジン負荷に応じて制御している。このため、燃料噴射弁３０から燃料および水を層状に噴射する際、注水層間の燃料量をエンジン負荷毎の最適な燃料量に調整することができる。この結果、排ガス中のＮＯｘを最も効果的に低減させることができる。
【００８４】
また、本発明の実施形態１に係る燃料噴射装置１００では、下流側注水系統５０による注水量Ｑｗ１と上流側注水系統６０による注水量Ｑｗ２との比を一定にしている。このため、燃料噴射弁３０から燃料および水を層状に噴射する際、燃料層に後続して噴射される注水層の水量をエンジン負荷毎に最適化することができる。この結果、燃料の燃焼後の水噴射による失火を防止して舶用ディーゼルエンジン１０の安定した作動を確保するとともに、排ガス中のＮＯｘを最も効果的に低減させることができる。
【００８５】
（実施形態２）
つぎに、本発明の実施形態２について説明する。上述した実施形態１では、エンジン負荷に応じて算出した待機時間分、下流側注水系統５０の注水開始タイミングを上流側注水系統６０の注水開始タイミングよりも遅らせるように、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングを制御していたが、本実施形態２では、エンジン負荷に応じて算出した待機時間分、上流側注水系統６０の注水開始タイミングを下流側注水系統５０の注水開始タイミングよりも遅らせるように、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングを制御している。
【００８６】
図７は、本発明の実施形態２に係る燃料噴射装置の一構成例を示す模式図である。図７に示すように、この燃料噴射装置１１０は、上述した実施形態１に係る燃料噴射装置１００の制御部９２に代えて制御部１１２を備える。その他の構成は実施形態１と同じであり、同一構成部分には同一符号を付している。また、特に図示しないが、本実施形態２に係る燃料噴射装置１１０が適用された舶用ディーゼルエンジンは、上記の制御部１１２を備える構成以外、上述した実施形態１における舶用ディーゼルエンジン１０と同様に構成される。
【００８７】
制御部１１２は、各種プログラムを実行するためのＣＰＵ、メモリおよびシーケンサ等によって構成される。制御部１１２は、上述した燃料および水の層状噴射タイミング以外の期間において、燃料で満たされた状態にある燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１および第２注水位置Ｐ２に水を各々注入するように、下流側注水系統５０の注水タイミングおよび上流側注水系統６０の注水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１１２は、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との少なくとも一部が重なるようにすべく、エンジン負荷に応じて算出した待機時間分、上流側注水系統６０の注水開始タイミングを下流側注水系統５０の注水開始タイミングよりも遅らせるように、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１による注水開始タイミングと上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１による注水開始タイミングと制御する。なお、制御部１１２は、上述した実施形態１における制御部９２と同様に、燃料噴射弁３０から燃焼室１７への燃料および水の層状噴射タイミングを制御する。
【００８８】
つぎに、本発明の実施形態２における注水層間の燃料量を調整するための注水タイミングの制御について説明する。図８は、本発明の実施形態２における注水タイミングの制御を説明するための図である。図９は、本発明の実施形態２における注水層間の燃料量の調整を説明するための図である。
【００８９】
本実施形態２において、制御部１１２は、例えば図８に示す弁制御信号Ｓ１、Ｓ２を制御弁５５、６５に各々送信して、制御弁５５、６５の各開閉駆動のタイミングを制御する。これにより、制御部１１２は、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との少なくとも一部が重なるように、下流側注水系統５０の注水タイミング（１層目注水タイミング）と上流側注水系統６０の注水タイミング（２層目注水タイミング）とをエンジン負荷に応じて制御する。この際、制御部１１２は、好ましい例として、下流側注水系統５０によって注入された水の層と上流側注水系統６０によって注入された水の層との間の燃料量がエンジン負荷に応じた燃料噴射量Ｑｆａに対して一定の割合となるように、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングを制御する。
【００９０】
詳細には、制御部１１２は、上述した式（１）が予め設定され、式（１）に基づく待機時間ΔＴとして、例えば、上流側注水系統６０の待機時間ΔＴ１１を算出する。上流側注水系統６０の待機時間ΔＴ１１は、下流側注水系統５０が注水を開始してから上流側注水系統６０が注水を開始するまでの時間、すなわち、第１注水ポンプ５１が作動を開始してから第２注水ポンプ６１が作動を開始するまでの時間である。制御部１１２は、この算出した待機時間ΔＴ１１分、上流側注水系統６０の注水開始タイミングを下流側注水系統５０の注水開始タイミングよりも遅らせる。
【００９１】
具体的には、制御部１１２は、検出部９１によるクランク角度検出値を取得し、図８に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ１１となったタイミングＴ１１に下流側注水系統５０の制御弁５５に対して開駆動を指示する。これにより、制御部１１２は、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１を作動開始させる。この制御に基づいて、第１注水ポンプ５１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を開始する。すなわち、クランク角度Ｒ１１のタイミングＴ１１は、下流側注水系統５０の注水開始タイミングである。このタイミングＴ１１では、図９に示すように、燃料流通経路内の燃料柱２０１のうち第１注水位置Ｐ１への水２０３の注入が開始されている。この第１注水位置Ｐ１への水２０３の注入開始に伴い、第１注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料は、第２注水位置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注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料量は、減少するように調整され始める。
【００９２】
なお、前回の燃料噴射完了後から上記注水開始タイミング（タイミングＴ１１）までの期間内のタイミングＴ０では、図９に示すように、燃料柱２０１に対する注水は開始されていない。このときの燃料柱２０１の燃料量は、上述した燃料噴射量Ｑｆａに相当する。
【００９３】
ついで、制御部１１２は、上述したように算出した待機時間ΔＴ１１分、下流側注水系統５０の注水開始タイミングから遅らせたタイミングに、上流側注水系統６０による注水を開始させる。具体的には、制御部１１２は、上流側注水系統６０の待機時間ΔＴ１１を、エンジン負荷に応じた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１１２は、得られたクランク角度の変化量ΔＲと、下流側注水系統５０の注水開始タイミング（タイミングＴ１１）時のクランク角度Ｒ１１とを加算して、クランク角度Ｒ１２を算出する。制御部１１２は、図８に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ１２となったタイミングＴ１２に上流側注水系統６０の制御弁６５に対して開駆動を指示する。これにより、制御部１１２は、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１の作動を継続させながら、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１を作動開始させる。この制御に基づいて、第２注水ポンプ６１は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を開始する。すなわち、クランク角度Ｒ１２のタイミングＴ１２は、上流側注水系統６０の注水開始タイミングである。一方、第１注水ポンプ５１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を継続して行っている。このタイミングＴ１２では、図９に示すように、燃料流通経路内の燃料柱２０１のうち、第１注水位置Ｐ１への水２０３の注入が継続して行われながら、第２注水位置Ｐ２への水２０２の注入が開始されている。
【００９４】
その後、第１注水ポンプ５１は、制御弁５５が閉駆動するまでの期間、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を継続して行う。これに並行して、第２注水ポンプ６１は、制御弁６５が閉駆動するまでの期間、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を継続して行う。
【００９５】
例えば、図８、９に示すように、クランク角度Ｒ１１からクランク角度Ｒａまでの時間ΔＴ１３の期間では、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入が進む。また、この期間のうち、クランク角度Ｒ１２からクランク角度Ｒａ（＞Ｒ１２）までの時間ΔＴａの期間では、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入が進むとともに、第２注水位置Ｐ２の水２０２の注入が進む。この第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入に伴い、第１注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料は、第２注水位置Ｐ２または水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注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料量は、時間ΔＴ１３の期間、減少するように調整される。
【００９６】
また、この時間ΔＴ１３の期間のうち、クランク角度Ｒ１３のタイミングＴ１３では、第１注水位置Ｐ１の水２０３が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がるまで注入されている。この際、第１注水位置Ｐ１の水２０３は、図９に示すように、燃料柱２０１を、第１注水位置Ｐ１よりも下流側に位置する最下流燃料２０１ｃと、第１注水位置Ｐ１よりも上流側に位置する上流側燃料２０１ｅとに分ける。この段階において、最下流燃料２０１ｃの燃料量が決まる。また、クランク角度Ｒ１３からクランク角度Ｒ１４（＞Ｒ１３）までの期間では、第１注水位置Ｐ１の水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注水位置Ｐ２の水２０２が継続して注入されている。この段階において、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入は、第１注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料を第２注水位置Ｐ２よりも流通方向上流側へ押し戻しながら行われる。
【００９７】
一方、クランク角度Ｒａのタイミングでは、第２注水位置Ｐ２の水２０２が、燃料柱２０１の幅方向全域に広がるまで注入されている。この際、第２注水位置Ｐ２の水２０２は、燃料柱２０１のうちの上流側燃料２０１ｅを、第２注水位置Ｐ２よりも上流側に位置する最上流燃料２０１ｂと、第２注水位置Ｐ２の水２０２と第１注水位置Ｐ１の水２０３とに挟まれる注水層間燃料２０１ｄとに分ける。この段階において、第１注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料は、第１注水位置Ｐ１の水２０３の注入が進行しても、第２注水位置Ｐ２の水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注水位置Ｐ１と第２注水位置Ｐ２との間の燃料量の調整が終了し、注水層間燃料２０１ｄの燃料量、すなわち注水層間の燃料量（＝Ｑｆ２）が決まる。
【００９８】
なお、このクランク角度Ｒａのタイミングは、第２注水位置Ｐ２の水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、前のタイミングであってもよいし、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何れのタイミングがクランク角度Ｒａの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には、クランク角度Ｒａのタイミングがクランク角度Ｒ１４のタイミングＴ１４と同じタイミングとなっている場合が図示されている。
【００９９】
また、制御部１１２は、図８に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ１４となったタイミングＴ１４に下流側注水系統５０の制御弁５５に対して閉駆動を指示する。これにより、制御部１１２は、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１の作動を継続させながら、下流側注水系統５０の第１注水ポンプ５１を作動停止させる。この制御に基づいて、第１注水ポンプ５１は、燃料流通経路の第１注水位置Ｐ１への注水を終了する。すなわち、クランク角度Ｒ１４のタイミングＴ１４は、下流側注水系統５０の注水終了タイミングである。一方、第２注水ポンプ６１は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を継続して行っている。図９に示すように、クランク角度Ｒ１４のタイミングＴ１４では、第１注水位置Ｐ１の水２０３が必要量注入された状態となっている。
【０１００】
その後、制御部１１２は、図８に示すように、クランク角度検出値がクランク角度Ｒ１５となったタイミングＴ１５に上流側注水系統６０の制御弁６５に対して閉駆動を指示する。これにより、制御部１１２は、上流側注水系統６０の第２注水ポンプ６１を作動停止させる。この制御に基づいて、第２注水ポンプ６１は、燃料流通経路の第２注水位置Ｐ２への注水を終了する。すなわち、クランク角度Ｒ１５のタイミングＴ１５は、上流側注水系統６０の注水終了タイミングである。
【０１０１】
例えば、図９に示すように、クランク角度Ｒ１４のタイミングＴ１４からクランク角度Ｒ１５（＞Ｒ１４）のタイミングＴ１５までの期間では、第２注水位置Ｐ２の水２０２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ている。一方、第１注水位置Ｐ１の水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注水位置Ｐ２の水２０２の注入は、上述したタイミングＴ１３からタイミングＴ１４までの期間と同様に行われ、水２０２の注入量が必要量になるまで継続される。そして、クランク角度Ｒ１５のタイミングＴ１５では、第２注水位置Ｐ２および第１注水位置Ｐ１の各注水が終了する。この結果、第１燃料層Ｆ１と第１注水層Ｗ１と第２燃料層Ｆ２と第２注水層Ｗ２と第３燃料層Ｆ３とからなる層状液体２００が、燃料流通経路内に形成される。
【０１０２】
ここで、本実施形態２において、下流側注水系統５０の注水期間は、クランク角度Ｒ１１のタイミングＴ１１からクランク角度Ｒ１４のタイミングＴ１４までの期間である。すなわち、下流側注水系統５０の注水期間は、図８に示す待機時間ΔＴ１１と時間ΔＴ１２とを加算した時間分の期間である。この注水期間は、図９に示す第１注水位置Ｐ１に必要量の水２０３を注入する際に掛かる時間によって決まる。すなわち、下流側注水系統５０の注水終了タイミング（タイミングＴ１４）に対応するクランク角度Ｒ１４は、注水開始タイミングに対応するクランク角度Ｒ１１と、上記必要量の水２０３の注入に要する時間とをもとに導出される。
【０１０３】
また、上流側注水系統６０の注水期間は、クランク角度Ｒ１２のタイミングＴ１２からクランク角度Ｒ１５のタイミングＴ１５までの期間である。この注水期間は、図９に示す第２注水位置Ｐ２に必要量の水２０２を注入する際に掛かる時間によって決まる。すなわち、上流側注水系統６０の注水終了タイミング（タイミングＴ１５）に対応するクランク角度Ｒ１５は、注水開始タイミングに対応するクランク角度Ｒ１２と、上記必要量の水２０２の注入に要する時間とをもとに導出される。
【０１０４】
本実施形態２において、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との重なる期間は、図８に示すように、クランク角度Ｒ１２からクランク角度Ｒ１４までの時間ΔＴ１２に相当する。この期間のうち、クランク角度Ｒ１２からクランク角度Ｒａまでの時間ΔＴａの期間は、下流側注水系統５０の注水によって注水層間の燃料量が減量調整される期間の一部である。また、クランク角度Ｒ１１からクランク角度Ｒ１２までの待機時間ΔＴ１１の期間は、上記注水層間の燃料量が減量調整される期間の残部である。すなわち、これらの待機時間ΔＴ１１と時間ΔＴａとを加算した時間ΔＴ１３の期間が、上記注水層間の燃料量が減量調整される全期間となる。上流側注水系統６０の注水開始タイミングは、エンジン負荷の増加に伴って時間ΔＴ１３が減少し、エンジン負荷の減少に伴って時間ΔＴ１３が増加するように、下流側注水系統５０の注水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、上流側注水系統６０の注水開始タイミングは、下流側注水系統５０の注水開始タイミングと同時のタイミングに制御される。
【０１０５】
以上、説明したように、本発明の実施形態２に係る燃料噴射装置１１０では、下流側注水系統５０の注水期間と上流側注水系統６０の注水期間との少なくとも一部が重なるようにすべく、下流側注水系統５０が注水を開始してから上流側注水系統６０が注水を開始するまでの上流側注水系統６０の待機時間ΔＴ１１をエンジン負荷に応じて算出し、算出した待機時間ΔＴ１１分、上流側注水系統６０の注水開始タイミングを下流側注水系統５０の注水開始タイミングよりも遅らせるように、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングを制御するようにし、その他を実施形態１と同様にしている。このため、上述した実施形態１の場合と同様の作用効果を享受するとともに、下流側注水系統５０の注水によって注水層間の燃料量を減量調整し得る時間を、上流側注水系統６０を先に注水する場合に比べて広範囲に調整することができ、これにより、エンジン負荷に応じた燃料噴射量に対する注水層間の燃料量の割合を簡易に最適化できるようになる。
【０１０６】
なお、上述した実施形態１、２では、下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始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注水開始の待機時間（例えばΔＴ１またはΔＴ１１）からクランク角度を算出し、得られたクランク角度と検出部９１によるクランク角度検出値とが一致するタイミングを、先の注水開始タイミングに続く後の注水開始タイミングとしていたが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、舶用ディーゼルエンジンのエンジン回転時の経過時間（すなわち時間軸）に沿って下流側注水系統５０および上流側注水系統６０の各注水開始タイミングを制御し、先の注水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達したタイミングを後の注水開始タイミングとしてもよい。
【０１０７】
また、上述した実施形態１、２では、３つの燃料噴射弁３０を備えた燃料噴射装置を例示したが、本発明は、これに限定されるものではない。例えば、本発明において、燃料噴射弁３０の配置数は、３つに限らず、１つでもよいし、複数（２つ以上）でもよい。
【０１０８】
また、上述した実施形態１、２により本発明が限定されるものではなく、上述した各構成要素を適宜組み合わせて構成したものも本発明に含まれる。その他、上述した実施形態１、２に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。
【符号の説明】
【０１０９】
１  台板
２  クランクシャフト
３  軸受
４  クランク
５  架構
６  連接棒
７  ガイド板
８  クロスヘッド
９  クロスヘッドピン
１０  舶用ディーゼルエンジン
１１  シリンダジャケット
１２  シリンダ
１３  シリンダライナ
１４  シリンダカバー
１５  ピストン
１６  ピストン棒
１７  燃焼室
１８  排気弁
１９  動弁装置
２０  排気管
２１  タイボルト
２２  ナット
３０  燃料噴射弁
３１  噴射口
３２、３３  内部流通経路
３４ａ、３４ｂ  逆止弁
４０  燃料圧送系統
４１  燃料噴射ポンプ
４２  燃料噴射管
４２ａ、４２ｂ、４２ｃ  分岐管
４３  分岐部
４５  制御弁
５０  下流側注水系統
５１  第１注水ポンプ
５２  下流側注水管
５２ａ、５２ｂ、５２ｃ  分岐管
５３  分岐部
５４  逆止弁
５５  制御弁
６０  上流側注水系統
６１  第２注水ポンプ
６２  上流側注水管
６２ａ、６２ｂ、６２ｃ  分岐管
６３  分岐部
６４  逆止弁
６５  制御弁
７１  水供給ポンプ
７２  給水管
７２ａ、７２ｂ  分岐管
７３ａ、７３ｂ  逆止弁
８１  蓄圧部
８２  高圧ポンプ
９１  検出部
９２、１１２  制御部
１００、１１０  燃料噴射装置
２００  層状液体
２０１  燃料柱
２０１ａ  下流側燃料
２０１ｂ  最上流燃料
２０１ｃ  最下流燃料
２０１ｄ  注水層間燃料
２０１ｅ  上流側燃料
２０２、２０３  水
Ｆ１  第１燃料層
Ｆ２  第２燃料層
Ｆ３  第３燃料層
Ｌ１  第１液体層
Ｌ２  第２液体層
Ｌ３  第３液体層
Ｌ４  第４液体層
Ｌ５  第５液体層
Ｐ１  第１注水位置
Ｐ２  第２注水位置
Ｓ１、Ｓ２  弁制御信号
Ｗ１  第１注水層
Ｗ２  第２注水層
【図１】
2019138238.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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