CN109415984B - 内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法 - Google Patents

内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法 Download PDF

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Abstract

一种内燃机的控制装置，当推断为：在燃料改性气缸(2)中活塞(22)到达压缩上止点的时刻下的燃料改性室(23)的气体温度未达到改性运转许可下限气体温度的情况下，将燃料改性气缸(2)中的燃料改性运转设定为不执行，但执行使燃料改性气缸(2)的温度上升的升温运转。例如，不是对EGR气体进行冷却而是将其导入至燃料改性室(23)。另外，在从输出气缸(3)的膨胀行程直至排气行程的规定期间内，向燃烧室(33)进行排气升温用的燃料供给。另外，在燃料改性室(23)中使燃料燃烧。

Description

内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法
技术领域
本发明涉及一种内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法。特别地，本发明涉及一种应用于具备燃料改性装置的内燃机的控制装置以及控制方法。
背景技术
以往，已知有：具备燃料改性气缸以及输出气缸的内燃机(例如，专利文献1)。这种内燃机在燃料改性气缸中对燃料进行改性。而且，在输出气缸中使该改性后的燃料(以下，称为改性燃料)燃烧，由此获得内燃机输出。
具体而言，向燃料改性气缸供给轻油、或重油等燃料，并在该燃料改性气缸内，对当量比呈较高的混合气体进行隔热压缩。由此，在高温高压的环境下对燃料进行改性，从而生成氢、一氧化碳、甲烷等抗爆震性较高的改性燃料(高辛烷值燃料)。而且，将该改性燃料和空气一起向输出气缸供给，并在该输出气缸内，使得稀薄的混合气体进行燃烧(均匀稀薄燃烧)，由此获得内燃机输出。
根据这种内燃机，由于在输出气缸内进行均匀稀薄燃烧，因此，能够实现NOx排出量的降低、以及烟尘排出量的降低。另外，由于进行抗爆震性较高的燃料的燃烧，因此，能够抑制爆震，并且能够通过柴油微引燃点火(将微量的燃料供给至输出气缸内而进行改性燃料的点火)而实现最佳时期下的燃烧，因此，还能够实现燃烧效率的提高。
专利文献
专利文献1：日本公开特许公报“特开2014-136978号公报”
发明内容
不过，为了在所述燃料改性气缸内进行燃料的改性反应，需要使该燃料改性气缸内的气体温度达到规定温度(能够进行改性反应的温度)。例如，在是燃料改性气缸由活塞曲轴机构构成的往复式的情况下，需要使活塞达到压缩上止点的时刻下的燃料改性气缸内的气体温度达到所述规定温度。即，在该时刻，在燃料改性气缸内的气体温度未达到所述规定温度的情况下，燃料改性气缸内下的燃料不能进行改性反应，或者改性反应进行得不充分。例如，在内燃机刚刚冷起动之后、或外部气体温度较低的环境下、或高原地区等情况下，就会容易导致这样的状况。
如果不能进行改性反应，则抗爆性较低的燃料就会被供给至输出气缸，也就有可能出现该输出气缸中发生爆震的状况。另外，在使用沸点较高的燃料的情况下，有可能在改性气缸出口进行再冷凝，未能有助于燃烧就被排出。
上述状况不仅仅是在通过燃料改性气缸而生成改性燃料的内燃机中产生，在通过燃料改性催化器而生成改性燃料的内燃机中也同样有可能产生。下面，将燃料改性气缸以及燃料改性催化器总称为燃料改性装置。
本发明的发明人就是鉴于所述方面，对如下手法进行了考察：在燃料改性装置内的气体温度未达到能够进行改性反应的温度的情况下，能够避免未进行改性的燃料会从燃料改性装置被供给至输出气缸的状况发生，并且能够尽早使改性反应开始。
本发明就是鉴于上述方面而提出的，提供一种能够达到下述目的的内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法，即，该目的在于：针对于具备燃料改性装置以及输出气缸的内燃机，在燃料改性装置内的气体温度未达到能够进行改性反应的温度的情况下，能够避免未进行改性的燃料会从燃料改性装置被供给至输出气缸的状况，并且能够尽早使改性反应开始。
为了实现所述目的，本发明的解决手段是以应用于下述内燃机的控制装置为前提的，该内燃机具备：燃料改性装置，其能够通过燃料改性运转而生成改性燃料；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性装置生成的改性燃料，并通过该改性燃料的燃烧而得到内燃机输出。而且，该内燃机的控制装置的特征在于，具备改性运转控制部，利用该改性运转控制部，在推断为：所述燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，但执行使该燃料改性装置的温度上升的升温运转。
根据该特定事项，在推定为：燃料改性装置内的气体温度未到达改性运转许可下限气体温度的情况下，改性运转控制部将燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行。由此，能够避免：因所述气体温度较低而未进行改性的燃料从燃料改性装置被供给至输出气缸的状况。另外，改性运转控制部执行：使燃料改性装置的温度上升的升温运转(燃料改性装置的预热运转)。由此，能够使燃料改性装置的温度尽早上升，从而能够使燃料改性运转尽早开始。即，能够通过利用改性燃料，从而能够使得可实现NOx排出量的降低以及烟尘排出量的降低的内燃机的运转尽早开始。
另外，优选地，所述燃料改性装置由活塞在缸体内进行往复移动的往复式的燃料改性气缸构成，所述改性运转控制部构成为，在推断为：所述燃料改性气缸中所述活塞到达压缩上止点的时刻下的所述燃料改性气缸内的气体温度未达到所述改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性气缸中的燃料改性运转设定为不执行，为了使该燃料改性气缸内的气体温度上升，而执行：所述燃料改性气缸的所述升温运转。
通常，在活塞到达压缩上止点的时刻，燃料改性气缸内的气体变为压缩程度最大的状态，该时刻的气体温度在1个循环中为最高。因此，通过对该活塞到达压缩上止点的时刻下的燃料改性气缸内的气体温度是否达到改性运转许可下限气体温度进行判定，就能够准确地判断出在该循环中能否执行燃料的改性反应。其结果，能够准确地判断是否应该执行燃料改性气缸中的升温运转。
另外，优选地，具备：使所述燃料改性装置的出口通路和所述输出气缸的排气通路连通的输出气缸旁通通路，并且在该输出气缸旁通通路具备旁通量调整阀，在所述升温运转中，将所述旁通量调整阀打开，另一方面，如果所述升温运转结束而开始进行所述燃料改性装置中的燃料改性运转，则将所述旁通量调整阀关闭。
据此，通过在升温运转中将旁通量调整阀打开，从而从燃料改性装置导出的气体不会被供给至输出气缸，而被排出至输出气缸的排气通路。或者，从燃料改性装置导出的气体被供给至输出气缸的量很少。因此，能够抑制：在升温运转中，来自燃料改性装置的废气被供给至输出气缸而使得输出气缸中的燃烧变差的情况。另外，如果燃料改性装置内的气体温度达到改性运转许可下限气体温度等，而变为能够执行燃料改性装置中的改性反应的状况，则升温运转结束，而开始进行燃料改性装置中的燃料改性运转。与此相伴，将旁通量调整阀关闭。由此，从燃料改性装置导出的改性燃料被供给至输出气缸，开始进行：利用改性燃料的输出气缸中的燃烧。
另外，优选地，具备：使所述燃料改性装置的入口通路和所述输出气缸的排气通路连通的EGR通路，在该EGR通路具备对EGR气体进行冷却的冷却器，并且连接有绕过该冷却器的冷却器旁通通路，在所述升温运转中，将在所述输出气缸的所述排气通路流动的废气的一部分经由所述冷却器旁通通路而导入至所述燃料改性装置的所述入口通路。
据此，在升温运转中，在输出气缸的排气通路流动的高温的废气的一部分从冷却器旁通通路流过，从而不由冷却器进行冷却而被导入至燃料改性装置的入口通路。即，利用高温的废气而使得燃料改性装置升温。由此，能够使燃料改性装置中的燃料改性运转尽早开始。
另外，优选地，所述输出气缸构成为活塞在缸体内进行往复移动的往复式，在所述升温运转中，在从所述输出气缸的膨胀行程直至排气行程的规定期间，向该输出气缸内进行排气升温用的燃料供给。
据此，排气升温用的燃料在输出气缸的排气通路内等进行燃烧，由此废气的温度上升。其结果，能够提高：在所述冷却器旁通通路流过而被导入至燃料改性装置的入口通路中的气体的温度，从而能够大幅获得燃料改性装置的升温效果。由此，能够进一步使燃料改性装置中的燃料改性运转尽早开始。另外，所述排气升温用的燃料供给是在从输出气缸的膨胀行程直至排气行程的规定期间进行，因此，不会出现使来自输出气缸的输出大幅变动的情形。
另外，优选地，在所述升温运转中，将处于能够进行所述燃料改性装置内的燃料的燃烧的范围内的、且所述燃料改性装置内的当量比小于1的燃料量供给至所述燃料改性装置内。
据此，通过燃料改性装置内的燃料的燃烧，而促进燃料改性装置的升温，在较短的时间内，燃料改性装置内的气体温度达到改性运转许可下限气体温度。因此，能够使燃料改性运转尽早开始。
另外，优选地，所述改性运转控制部构成为：当在所述升温运转中所述燃料改性装置内的气体温度达到所述改性运转许可下限气体温度时，或者当在所述升温运转中朝向所述燃料改性装置内供给的供给热量达到规定量时，使所述升温运转结束，执行所述燃料改性装置中的燃料改性运转。
当在升温运转中燃料改性装置内的气体温度达到改性运转许可下限气体温度时、或在升温运转中朝向燃料改性装置内供给的供给热量达到规定量时(升温运转的结束条件成立时)，变为能够进行燃料改性装置内的燃料的改性反应的状态。因此，在所述条件成立时，使升温运转结束，执行燃料改性装置中的燃料改性运转。由此，能够适当地得到燃料改性运转的开始正时。
另外，利用前述的各解决手段所涉及的内燃机的控制装置而实施的内燃机的控制方法也属于本发明的技术思想的范畴。即，以应用于内燃机的控制方法为前提，该内燃机具备：燃料改性装置，其能够通过燃料改性运转而生成改性燃料；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性装置生成的改性燃料，通过该改性燃料的燃烧而得到内燃机输出。而且，该内燃机的控制方法的特征在于，在推断为：所述燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，并执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转。
根据该控制方法，如前述那样，也能够避免：因所述气体温度较低而未进行改性的燃料从燃料改性装置被供给至输出气缸的状况。另外，能够使燃料改性装置的温度尽早上升，从而能够使燃料改性运转尽早开始。
发明的效果
在本发明中，在推断为：燃料改性装置内的气体温度未达到改性运转许可下限气体温度的情况下，将燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转。因此，能够避免：因所述气体温度较低而未进行改性的燃料从燃料改性装置被供给至输出气缸的状况。另外，能够使燃料改性装置的温度尽早上升，从而能够使燃料改性运转尽早开始。
附图说明
图1是示出了实施方式所涉及的内燃机的系统结构的图。
图2是示出了内燃机的控制系统的概要结构的图。
图3是示出了当量比以及压缩端气体温度、与可进行改性反应的区域
之间的关系的图。
图4是与冷却水温度相对应的修正多方指数的运算逻辑的框图。
图5是表示与当量比相对应的修正多方指数的运算逻辑的框图。
图6是表示改性运转许可下限气体温度的运算逻辑的框图。
图7是表示用于切换内燃机的运转模式的控制流程的流程图。
具体实施方式
以下，基于附图，对本发明的实施方式进行说明。在本实施方式中，对将本发明应用于船舶用的内燃机的情况进行说明。
-内燃机的系统结构-
图1是示出本实施方式所涉及的内燃机的系统结构的图。
如该图1所示，本实施方式所涉及的内燃机1具备：作为本发明中所说的燃料改性装置的燃料改性气缸2、以及输出气缸3。另外，作为针对所述燃料改性气缸2、所述输出气缸3而进行气体的供给(导入)或者气体的排出(导出)的配管系统，该内燃机1具备：进气系统4、改性燃料供给系统5、排气系统6、EGR系统7、以及输出气缸旁通系统8。
(燃料改性气缸以及输出气缸)
燃料改性气缸2以及输出气缸3均构成为往复式结构。具体而言，各气缸2、3构成为：活塞22、32往复移动自如地被收纳于在气缸体(省略图示)形成的缸孔21、31内。在燃料改性气缸2中，通过缸孔21、活塞22、未图示的气缸盖来形成燃料改性室23。在输出气缸3中，通过缸孔31、活塞32、未图示的气缸盖来形成燃烧室33。
本实施方式所涉及的内燃机1在气缸体具有4个气缸，其中的1个气缸构成为燃料改性气缸2，其他3个气缸构成为输出气缸3。而且，构成为：将在燃料改性气缸2所生成的改性燃料分别供给至各输出气缸3。各气缸2、3的数量并不限定于此。例如，气缸体可以具备6个气缸，其中的2个气缸构成为燃料改性气缸2，其他4个气缸构成为输出气缸3。
各气缸2、3的活塞22、32分别借助连杆24、34而连结于曲轴11(crank shaft)。据此，在活塞22、32的往复运动和曲轴11的旋转运动之间，对运动进行转换。曲轴11能够经由离合器机构(省略图示)而连结于船舶的螺杆轴。燃料改性气缸2的活塞22和输出气缸3的活塞32借助所述连杆24、34以及曲轴11而相互连结。因此，能够进行上述气缸2、3之间的动力传递、或从上述气缸2、3输出的动力向螺杆轴的传递等。
在燃料改性气缸2具备喷射器25，喷射器25能够将作为改性前的燃料例如轻油等燃料供给至燃料改性室23。在该燃料改性室23中，通过从喷射器25供给燃料，从而对当量比呈较高的混合气体进行隔热压缩。由此，在高温高压的环境下，对燃料进行改性，由此生成氢、一氧化碳、甲烷等抗爆震性较高的改性燃料。
在输出气缸3具备：将例如轻油等燃料供给至燃烧室33的喷射器35。将由所述燃料改性气缸2生成的改性燃料和空气一起供给至该燃烧室33，并在该燃烧室33中进行稀薄混合气体的稀薄预混合燃烧。由此，曲轴11随着活塞32的往复移动而旋转，获得内燃机输出。
(进气系统)
进气系统4用于将空气(新气体)分别向燃料改性气缸2的燃料改性室23以及输出气缸3的燃烧室33导入。
该进气系统4具备：主进气通路41、由该主进气通路41分支为2套系统而成的燃料改性气缸进气通路(本发明中所说的燃料改性装置的入口通路)42、以及输出气缸进气通路43。在主进气通路41具备：涡轮增压器12的压缩机叶轮12a。燃料改性气缸进气通路42连通于燃料改性气缸2的进气端口。在该进气端口与燃料改性气缸2的燃料改性室23之间，进气阀26配置为能够开闭。另外，在该燃料改性气缸进气通路42具备：能够调整开度的进气量调整阀45。输出气缸进气通路43连通于输出气缸3的进气端口。在该进气端口与输出气缸3的燃烧室33之间，进气阀36配置为能够开闭。另外，在该输出气缸进气通路43具备：进气冷却器(中间冷却器)44。
(改性燃料供给系统)
改性燃料供给系统5用于将由所述燃料改性气缸2生成的改性燃料朝向输出气缸3的燃烧室33供给。
该改性燃料供给系统5具备：改性燃料供给通路(本发明中所说的燃料改性装置的出口通路)51。在该改性燃料供给通路51具备：改性燃料冷却器52。改性燃料供给通路51的上游端连通于燃料改性气缸2的排气端口。在该排气端口与燃料改性气缸2的燃料改性室23之间，配置有能够开闭的排气阀27。另外，改性燃料供给通路51的下游端连通于输出气缸进气通路43。在该改性燃料供给通路51和输出气缸进气通路43之间的连通部分，设置有混合器53。因此，由燃料改性气缸2生成的改性燃料则在该混合器53而与流动于输出气缸进气通路43中的空气混合，并被供给至输出气缸3的燃烧室33。
(排气系统)
排气系统6用于将由所述输出气缸3所产生的废气排出。该排气系统6具备：排气通路(本发明中所说的输出气缸的排气通路)61。在该排气通路61具备：涡轮增压器12的涡轮机叶轮12b。排气通路61连通于输出气缸3的排气端口。在该排气端口与输出气缸3的燃烧室33之间，排气阀37配置为能够开闭。
(EGR系统)
EGR系统7具备：燃料改性气缸EGR系统7A以及输出气缸EGR系统7B。
燃料改性气缸EGR系统7A用于将流动于所述排气通路61中的废气的一部分朝向燃料改性气缸2的燃料改性室23供给。该燃料改性气缸EGR系统7A具备：燃料改性气缸EGR通路(本发明中所说的EGR通路)71。该燃料改性气缸EGR通路71的上游端连通于排气通路61，该燃料改性气缸EGR通路71的下游端连通于燃料改性气缸进气通路42的进气量调整阀45的下游侧。在燃料改性气缸EGR通路71具备：EGR气体冷却器72。另外，在燃料改性气缸EGR通路71的比EGR气体冷却器72更靠向下游侧(燃料改性气缸进气通路42侧)的位置，具备：EGR气体量调整阀73。另外，在该燃料改性气缸EGR系统7A设置有：用于使EGR气体迂回绕开EGR气体冷却器72而流动的冷却器旁通通路(本发明中所说的冷却器旁通通路)74。在该冷却器旁通通路74具备：旁通量调整阀75。
另一方面，输出气缸EGR系统7B用于使流动于所述排气通路61中的废气的一部分朝向输出气缸3的燃烧室33返回。该输出气缸EGR系统7B具备：输出气缸EGR通路76。该输出气缸EGR通路76的上游端连通于排气通路61，该输出气缸EGR通路76的下游端连通于输出气缸进气通路43的混合器53下游侧。在输出气缸EGR通路76具备：EGR气体冷却器77。另外，在输出气缸EGR通路76的比EGR气体冷却器77更靠向下游侧(输出气缸进气通路43侧)的位置，具备：EGR气体量调整阀78。
(输出气缸旁通系统)
输出气缸旁通系统8用于将从所述燃料改性气缸2排出的气体朝向所述排气通路61导入，而并非向输出气缸3供给(迂回绕开输出气缸3)。该输出气缸旁通系统8具备：输出气缸旁通通路81。该输出气缸旁通通路81的上游端连通于改性燃料供给通路51的改性燃料冷却器52的上游侧，该输出气缸旁通通路81的下游端连通于输出气缸EGR通路76的EGR气体冷却器77的上游侧(排气通路61侧)。另外，在该输出气缸旁通通路81具备：旁通量调整阀82。
此外，前述的各系统所具备的冷却器44、52、72、77使用了发动机冷却水或者海水等，来作为用于对气体进行冷却的冷热源。另外，上述冷却器44、52、72、77也可以是空冷式的结构。
-内燃机的控制系统-
图2是示出了内燃机1的控制系统的概要结构的图。在内燃机1具备：与用于对该内燃机1所具备的各种致动器进行控制的控制装置相当的ECU(Electronic Control Unit)100。该ECU100具备：CPU(Central Processing Unit)、ROM(Read Only Memory)、RAM(Random Access Memory)以及备用RAM等。
ROM中存储有：各种控制程序、以及执行上述各种控制程序时参照用的映射等。CPU基于ROM中存储的各种控制程序、映射而执行运算处理。另外，RAM是：临时存储CPU的运算结果、或从各传感器输入的数据等的存储器。另外，备用RAM是：用于存储系统停止时等需要保存的数据等的非易失性的存储器。
如图2所示，在内燃机1具备：进气流量传感器101、吸入气体压力传感器102、吸入气体温度传感器103、吸入气体O2传感器104、排气压力传感器105、水温传感器106等。
进气流量传感器101将与流动于所述主进气通路41中的吸入气体(空气)的流量相对应的输出信号发送至ECU100。
吸入气体压力传感器102将与流动于燃料改性气缸进气通路42中的吸入气体的压力相对应的输出信号发送至ECU100。具体而言，将比燃料改性气缸EGR通路71与燃料改性气缸进气通路42之间的连通部分更靠向下游侧的吸入气体压力所对应的输出信号发送至ECU100。
吸入气体温度传感器103将与流动于燃料改性气缸进气通路42中的吸入气体的温度相对应的输出信号发送至ECU100。具体而言，将比燃料改性气缸EGR通路71与燃料改性气缸进气通路42之间的连通部分更靠向下游侧的吸入气体温度所对应的输出信号发送至ECU100。
吸入气体O2传感器104将与流动于燃料改性气缸进气通路42的吸入气体中的氧浓度相对应的输出信号发送至ECU100。具体而言，将比燃料改性气缸EGR通路71与燃料改性气缸进气通路42之间的连通部分更靠向下游侧的吸入气体中的氧浓度所对应的输出信号发送至ECU100。
排气压力传感器105将与流动于所述排气通路61中的排气的压力相对应的输出信号发送至ECU100。具体而言，将比燃料改性气缸EGR通路71与排气通路61之间的连通部分更靠向上游侧的排气压力所对应的输出信号发送至ECU100。
水温传感器106将与在形成于气缸体的冷却水通路13内流动的冷却水的温度相对应的输出信号发送至ECU100。具体而言，将在形成于燃料改性气缸2周围的冷却水通路13内流动的冷却水的温度所对应的输出信号发送至ECU100。
另外，所述各喷射器25、35、各调整阀45、73、75、78、82等与ECU100电连接。另外，在燃料改性气缸2的进气阀26以及排气阀27分别具备可变动阀装置28、29，能够对各阀26、27的开闭时机进行调整。ECU100还与该可变动阀装置28、29电连接。ECU100基于所述的各种传感器101～106的输出信号等，进行：所述各喷射器25、35的燃料喷射控制(喷射器25、35的开闭控制)、各调整阀45、73、75、78、82的开闭控制(气体流量控制)、以及基于可变动阀装置28、29的各阀26、27的开闭时机控制。
-内燃机的基本动作-
接下来，对如前所述那样构成的内燃机1的基本动作进行说明。
作为内燃机1的暖机完毕的状态(能够在燃料改性室23进行燃料的改性反应的状态)下的基本动作，利用涡轮增压器12的压缩机叶轮12a对导入至主进气通路41的空气进行加压。而且，使得该空气向燃料改性气缸进气通路42以及输出气缸进气通路43分流。此时，利用进气量调整阀45，对流动于燃料改性气缸进气通路42中的吸入气体的流量进行调整。另外，将流动于燃料改性气缸EGR系统7A的EGR气体向燃料改性气缸进气通路42导入。此时，利用EGR气体量调整阀73，对向燃料改性气缸进气通路42导入的EGR气体量进行调整。另外，与旁通量调整阀75的开度相对应地，利用绕过EGR气体冷却器72的EGR气体量，而对向燃料改性气缸进气通路42导入的EGR气体的温度进行调整。由此，将空气以及EGR气体向燃料改性气缸2的燃料改性室23导入。此时，以将燃料改性室23中的当量比设定得较高的方式，而且以能够确保可良好地进行燃料的改性的燃料改性室23的气体温度的方式，来对根据进气量调整阀45的开度而调整的吸入气体的流量、根据EGR气体量调整阀73的开度而调整的EGR气体的流量、以及根据旁通量调整阀75的开度而调整的EGR气体的温度进行调整。具体而言，根据预先基于实验、或模拟(simulation)而制作出的开度设定映射，来设定进气量调整阀45、EGR气体量调整阀73以及旁通量调整阀75的开度，以便如后所述那样，在将燃料从喷射器25供给至燃料改性室23时，燃料改性室23中的当量比例如设定为2.5以上(优选为4.0以上)，且燃料改性室23的气体温度达到后述的可进行改性反应的温度的下限值以上的值。
这样，在空气以及EGR气体被导入到燃料改性气缸2的燃料改性室23的状态下，将燃料从喷射器25向燃料改性室23供给。基本上是根据内燃机请求输出，而设定来自该喷射器25的燃料供给量。具体而言，设定喷射器25的开阀期间，以便根据由喷射器25供给的燃料压力，获得作为目标的燃料供给量。另外，此时的喷射器25的开阀时机优选设定为：作为所述目标的燃料供给量的喷射是在直至燃料改性气缸2的进气行程结束为止的期间完成，但是，在活塞22到达压缩上止点附近之前能够使混合气体均匀地混合的情况下，也可以使燃料喷射期间持续至压缩行程中途。据此，直至活塞22到达压缩上止点为止，在燃料改性室23中生成均质的混合气体(当量比呈较高的混合气体)。
在活塞22朝向压缩上止点移动的期间，燃料改性室23的压力以及温度升高，在该燃料改性室23中，对当量比呈较高的混合气体(例如，4.0以上的当量比的混合气体)进行隔热压缩。据此，在高温高压的环境下，进行燃料的脱氢反应、部分氧化反应、水蒸气改性反应、热解离反应，对燃料进行改性，而生成氢、一氧化碳、甲烷等抗爆震性较高的改性燃料。
从燃料改性室23排出的改性燃料在流经于改性燃料供给通路51时，在改性燃料冷却器52中被冷却。通过该冷却，而抑制：输出气缸进气通路43、燃烧室33中的改性燃料的过早点火。而且，该被冷却的改性燃料在混合器53中与流过输出气缸进气通路43的空气混合，并向输出气缸3的燃烧室33供给。另外，根据需要而将EGR气体量调整阀78打开，EGR气体经由输出气缸EGR通路76而向输出气缸3的燃烧室33导入。
这样，将空气、改性燃料、EGR气体分别向输出气缸3的燃烧室33导入，并将该燃烧室33内的当量比调整为0.1～0.8左右。
在输出气缸3中，在压缩行程中进行稀薄混合气体的隔热压缩，在活塞32到达压缩上止点的时刻，从喷射器35进行微量燃料的喷射。据此，对燃烧室33内的混合气体进行点火而进行稀薄预混合燃烧。此外，即使不从喷射器35进行燃料喷射也使得燃烧室33的混合气体实现自点火(预混合压缩自点火)的情况下，就不一定需要从该喷射器35进行燃料喷射。
通过所述燃烧而使活塞32进行往复移动，且使曲轴11进行旋转，由此获得内燃机输出。将该内燃机输出传递至所述螺杆轴。另外，该内燃机输出的一部分用作：燃料改性气缸2的活塞22的往复移动的驱动源。
此外，在内燃机1的紧急停止时等，且使向输出气缸3的改性燃料的供给停止时，则将旁通量调整阀82打开。据此，改性燃料经由输出气缸旁通通路81而被导入至排气通路61，使向输出气缸3的改性燃料的供给停止。
根据该内燃机1，由于在输出气缸3内进行稀薄混合气体的燃烧(均匀稀薄燃烧)，因此，能够实现NOx排出量的降低以及烟尘排出量的降低。据此，可以省略用于对废气进行净化的后处理装置、或者使得其容量大幅地小型化。另外，由于进行抗爆震性较高的燃料的燃烧，因此，能够抑制爆震，并且能够通过柴油微引燃点火而实现最佳时期的燃烧，从而还能够实现燃烧效率的提高。
-可进行改性反应的区域-
接下来，说明：能够在燃料改性气缸2的燃料改性室23中进行改性反应的条件。为了能够进行改性反应，需要将燃料改性室23中的混合气体的当量比以及燃料改性室23的温度(气体温度)均设定为在能够进行改性反应的范围内。另外，根据燃料改性室23中的混合气体的当量比的不同，燃料进行改性反应所需的气体温度也不同，为了能够进行改性反应，需要达到与混合气体的当量比相对应的燃料改性室23的温度(能够进行改性反应的最低温度以上的温度)。
图3是示出了：燃料改性室23中的混合气体的当量比(横轴)以及活塞22在燃料改性气缸2中到达压缩上止点的时刻下的燃料改性室23内的气体温度(以下，称为压缩端气体温度；纵轴)、与可进行改性反应的区域之间的关系的图。如该图3所示，为了能够在燃料改性室23中进行改性反应，作为燃料改性室23中的混合气体的当量比而需要是规定值以上(例如2以上)的当量比，并且，该当量比越高则为了进行改性反应所需的压缩端气体温度越高。即，为了在燃料改性室23中进行改性反应，燃料改性室23中的混合气体的当量比越高，越需要提高压缩端气体温度。
-燃料改性运转的控制-
下面，对作为本实施方式的特征的燃料改性运转的控制进行说明。如前述那样，为了在燃料改性室23中进行改性反应，燃料改性室23中的混合气体的当量比越高，则越需要提高压缩端气体温度。即，根据混合气体的当量比，用于能够进行改性反应的压缩端气体温度(下面，有时还称为可进行改性反应温度)存在有下限值。因此，在压缩端气体温度比与混合气体的当量比相对应的可进行改性反应温度的下限值还低的情况下，即使从喷射器25向燃料改性室23供给了燃料，也无法进行燃料改性室23中的燃料的改性反应，或者改性反应进行得不充分。例如，在内燃机1刚刚冷起动之后、或外部气体温度较低的环境下、或高原地区等情况下，就会容易导致出现这种状况。
而且，一旦不能进行改性反应，抗爆性较低的燃料(所述轻油等)就会被供给至输出气缸3，这样就会变为有可能发生该输出气缸3中的爆震的状况。
本实施方式就是鉴于上述方面，基于与混合气体的当量比相对应的所述可进行改性反应的温度的下限值，而预先设定改性运转许可下限气体温度。而且，在推断为：燃料改性气缸2中活塞22到达压缩上止点的时刻下的燃料改性室23的气体温度(压缩端气体温度)未达到该改性运转许可下限气体温度的情况下，将燃料改性气缸2中的燃料改性运转设定为不执行。另外，此时，执行：使燃料改性室23的温度(例如，燃料改性室23的缸孔壁面温度)上升的升温运转(燃料改性气缸2的预热运转)。下面，具体进行说明。
在本实施方式的燃料改性运转的控制中，对所推断的实际的压缩端气体温度、和所述改性运转许可下限气体温度进行比较。
而且，在推断为：实际的压缩端气体温度为改性运转许可下限气体温度以上的情况下，在该循环中，则许可(执行)：燃料改性气缸2中的燃料改性运转。即，执行：从喷射器25向燃料改性室23的燃料的供给(为了进行所述改性反应而将燃料改性室23内的当量比设定得高的、燃料的供给)。
另一方面，在推断为：实际的压缩端气体温度小于改性运转许可下限气体温度的情况下，在该循环中，则禁止(不执行)：燃料改性气缸2中的燃料改性运转。这样，在禁止燃料改性气缸2中的燃料改性运转的情况下，执行：使燃料改性气缸2的温度上升的升温运转。后面对该升温运转进行描述。
下面，按顺序，对实际的压缩端气体温度的计算动作(推断动作)、改性运转许可下限气体温度(基于可进行改性反应的温度的下限值而设定的改性运转许可下限气体温度)的设定动作、以及利用了上述实际的压缩端气体温度以及改性运转许可下限气体温度的燃料改性运转的控制进行说明。
(压缩端气体温度的计算动作)
首先，对实际的压缩端气体温度的计算动作(推断动作)进行说明。
燃料改性室23中的实际的压缩端气体温度能够通过以下的式(1)而进行计算(推断)。
[数学式1]
TTDC＝Tini·εκ-1···(1)
在该式(1)中，TTDC是压缩端气体温度，Tini是压缩前的气体温度即吸入气体温度，ε是燃料改性气缸2的有效压缩比，κ是燃料改性室23内的吸入气体的多方指数(polytrope)。
下面，对式(1)中的各参数的计算进行说明。
(吸入气体温度Tini)
吸入气体温度Tini是基于来自所述吸入气体温度传感器103的输出信号而计算出的。这里计算出的吸入气体温度Tini是：比燃料改性气缸EGR通路71与燃料改性气缸进气通路42之间的连通部分还靠向下游侧的吸入气体温度。
另外，作为吸入气体温度Tini，也可以取代流动于燃料改性气缸进气通路42中的吸入气体的温度，而采用：在燃料改性气缸2的进气端口流动的吸入气体的温度。或者，也可以对活塞22到达吸入下止点的时刻下的燃料改性室23内的气体温度、进气阀26关闭的时刻下的燃料改性室23内的气体温度进行检测或推断，将它用作吸入气体温度Tini。
(燃料改性气缸的有效压缩比ε)
燃料改性气缸2的有效压缩比ε是：作为燃料改性气缸2的进气阀26关闭的时刻下的燃料改性室23的容积、和活塞22到达压缩上止点的时刻的燃料改性室23的容积之比，而进行计算出来的。此外，该燃料改性气缸2的有效压缩比ε也可以通过活塞22处于下止点的时刻下的燃料改性室23的容积和活塞22处于上止点的时刻下的燃料改性室23的容积之比(表观的压缩比)而简易地求出。
(多方指数κ)
多方指数κ是由燃料改性室23内的气体的压缩行程中的定压比热和定容比热之比来定义的。在吸入气体的全部量为空气、且没有热向气缸壁面流出的情况下，κ＝1.4左右。然而，燃料改性室23中的吸入气体的实际的多方指数不同于全部量为空气的情况、或没有热流出的情况，因此，进行如下修正。
也可以进行：与下面叙述的冷却水温度相对应的多方指数的修正、与气体组成相对应的多方指数的修正、以及与当量比相对应的多方指数的修正的任意一个，来应用于所述式(1)的多方指数κ，也可以将2个以上组合并进行修正，来应用于所述式(1)的多方指数κ。
·与冷却水温度相对应的多方指数的修正
所述多方指数κ根据热损耗量而变化。如前述那样，在气缸体形成有：冷却水通路13，存在着：热流向于在该冷却水通路13中流动的冷却水的情形。因此，基于来自所述水温传感器106的输出而计算出冷却水的温度，由此能够预测热损耗量。或者，通过预先掌握冷却水温度和热损耗量的关系，从而能够根据该冷却水温度而推断热损耗量。
图4是示出了与该冷却水温度相对应的修正多方指数的运算逻辑的框图。如该图4所示，根据基于来自水温传感器106的输出而计算出的冷却水的温度，求出多方指数的降低量Δκ，从空气的多方指数中减去该降低量Δκ，由此能够求出与冷却水温度相对应的(与热损耗量相对应的)修正多方指数。冷却水温度和多方指数的降低量Δκ之间的关系可以预先通过实验、模拟而求出。
·与气体组成相对应的多方指数的修正
多方指数κ还根据燃料改性室23内的气体组成而变化。即，在吸入气体全部量为空气的情况下，吸入气体的大部分为2个原子的分子，因此，多方指数κ为“1.4”左右。与此相对，如果吸入气体中包含有已燃气体(CO2、H2O)、燃料，则所述2个原子的分子的比例降低，从而多方指数κ也降低。
因此，基于来自所述吸入气体O2传感器104的输出信号，并基于吸入气体中的氧的摩尔分数，而对吸入气体中的二氧化碳的摩尔分数进行计算，基于各气体成分的摩尔分数而对多方指数进行推断。
例如，首先根据以下的式(2)而求出吸入气体的定压摩尔比热。
[数学式2]
Figure BDA0001926112200000161
在该式(2)中，Cp#intake是吸入气体的定压摩尔比热、Ψi是各气体成分各自的摩尔分数，Cp#i是各气体成分各自的定压摩尔比热。
由此，能够利用以下的式(3)而计算出吸入气体的多方指数κ。
[数学式3]
Figure BDA0001926112200000162
以上述方式，能够求出与气体组成相对应的修正多方指数。
·与当量比相对应的多方指数的修正
另外，还可以对燃料改性室23内的当量比进行推断，根据该当量比而对多方指数κ进行校正运算。
图5是示出了：与该当量比相对应的修正多方指数的运算逻辑的框图。如该图5所示，根据当量比而求出多方指数的降低量Δκ，从空气的多方指数中减去该降低量Δκ，由此能够求出与当量比相对应的修正多方指数。当量比和多方指数的降低量Δκ之间的关系可以预先通过实验、模拟而求出。
作为该情况下的当量比的计算方法，基于来自所述进气流量传感器101的输出信号，而对进气的流量进行计算。另外，根据基于来自吸入气体压力传感器102的输出信号而计算出的吸入气体的压力、以及基于来自排气压力传感器105的输出信号而计算出的排气的压力之差，来对EGR气体量(导入至燃料改性气缸2的EGR气体量)进行计算。而且，根据所述进气的流量、所述EGR气体量、向燃料改性室23供给的燃料供给量(根据针对喷射器25的喷射指令值而求出的燃料供给量)，来对当量比进行计算。另外，在不考虑EGR气体量的情况下，也可以根据基于来自进气流量传感器101的输出信号而计算出的进气的流量、和向燃料改性室23供给的燃料供给量之比，来对当量比进行计算。
(改性运转许可下限气体温度的设定动作)
下面，对所述改性运转许可下限气体温度(本实施方式中，与可进行改性反应的温度的下限值大致一致)的设定动作进行说明。如前述那样，改性运转许可下限气体温度根据混合气体的当量比等而设定。即，如根据图3可知那样，混合气体的当量比越高，则可进行改性反应的温度的下限值也就越高，因此，作为改性运转许可下限气体温度，也设定为：燃料改性室23内的混合气体的当量比越高则越高的值。另外，可进行改性反应的温度的下限值不仅根据混合气体的当量比而变动，还根据燃料的种类而变动。例如，如果燃料中的碳和氢之比不同，则燃料的反应性大幅变化。另外，当是在燃料分子中含有氧原子的含氧燃料等的情况下，燃料的反应性也根据氧原子的量的不同而大幅发生变化。因此，改性运转许可下限气体温度还根据燃料的种类而设定。
图6是表示改性运转许可下限气体温度的运算逻辑的框图。如该图6所示，根据混合气体的当量比而求出改性运转许可下限气体温度的基准值Tmin，对该基准值Tmin乘以基于燃料的种类的校正系数(factor)，由此对所述改性运转许可下限气体温度的基准值Tmin进行校正，据此，求出：与混合气体的当量比以及燃料的种类相对应的改性运转许可下限气体温度Tmin#cor。
混合气体的当量比和改性运转许可下限气体温度的基准值Tmin之间的关系可以预先通过实验、模拟而求出。具体而言，对于该混合气体的当量比和改性运转许可下限气体温度的基准值Tmin之间的关系，从图3还可知，混合气体的当量比越高，则求出所述基准值Tmin的值越高。其结果，燃料改性室23的当量比越高，则求出所述改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的值也就越高。
另外，如前述那样，可进行改性反应的温度的下限值还根据燃料的种类而变动，因此，为了进行：与该燃料的种类相对应的改性运转许可下限气体温度的基准值Tmin的校正，将该改性运转许可下限气体温度的基准值Tmin乘以基于燃料的种类的校正系数，来求出：与所使用的燃料的种类相对应的改性运转许可下限气体温度Tmin#cor。作为基于该燃料的种类的校正系数的值，可以预先通过实验、模拟而掌握燃料的种类和校正系数的值之间的关系。而且，将与所使用的燃料的种类相对应的校正系数的值应用于图6的运算逻辑。此外，作为基于所述燃料的种类的校正系数的值，根据向未图示的燃料箱供给的燃料的种类而被预先输入至ECU100。
(升温运转)
作为前述的使燃料改性气缸2的温度上升的升温运转，可以举出下面所述的4个种类的升温运转。在推断为：压缩端气体温度TTDC未达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的情况下，选择这些升温运转中的一个，并执行。下面，对各升温运转进行说明。
·第1升温运转
首先，对第1升温运转进行说明。该第1升温运转利用从输出气缸3排出的高温的废气而使燃料改性气缸2升温。
在该第1升温运转中，旁通量调整阀82、EGR气体量调整阀73以及旁通量调整阀75都打开。例如，将这些调整阀82、73、75都完全打开。
由此，从燃料改性室23排出的气体经由输出气缸旁通通路81而被导入至排气通路61，不会有从燃料改性室23排出的气体被导入至燃烧室33。或者，从燃料改性室23排出的气体被导入至燃烧室33的量很少。
如前述那样，在升温运转时，将燃料改性气缸2中的燃料改性运转设定为不执行。例如，将从喷射器25向燃料改性室23的燃料供给停止。另一方面，在输出气缸3中，为了得到内燃机请求输出而进行从喷射器35向燃烧室33的燃料供给。对于向该情况的燃烧室33的燃料供给量，设定为使得燃烧室33中的当量比成为小于1的值。由此，在燃烧室33中，进行：与通常柴油燃烧相当的燃烧，而得到内燃机1的内燃机输出。而且，将在该燃烧室33产生的废气排出至排气通路61。
而且，流动于排气通路61中的废气的一部分从排气通路61向燃料改性气缸EGR通路71流入。该废气的大部分从EGR气体冷却器72绕过(流过冷却器旁通通路74)，亦即不会由EGR气体冷却器72进行冷却，而是经由燃料改性气缸进气通路42被导入至燃料改性气缸2的燃料改性室23。这样，温度比较高的EGR气体被导入至燃料改性室23，由此，该燃料改性室23的缸孔壁面得到升温。
另外，在该第1升温运转中，从燃料改性室23排出的气体(包含从输出气缸3排出而经由燃料改性气缸EGR系统7A的废气(EGR气体)的气体)不会被导入至燃烧室33。或者，从燃料改性室23排出的气体被导入至燃烧室33的量很少。因此，在该第1升温运转中，能够抑制：燃料改性气缸2的排气从燃料改性室23被供给至燃烧室33而导致输出气缸3中的燃烧变差的情况。
此外，如果该第1升温运转结束(例如，压缩端气体温度TTDC达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor等而第1升温运转结束)，则将旁通量调整阀82关闭。这是因为：伴随着第1升温运转的结束而开始进行燃料改性室23中的改性燃料的生成，因此将该改性燃料供给至燃烧室33。
·第2升温运转
下面，对第2升温运转进行说明。该第2升温运转是在所述第1升温运转下的动作的基础上，实现从输出气缸3排出的废气的温度上升。
在该第2升温运转中，在从输出气缸3的膨胀行程直至排气行程的规定期间(例如，压缩上止点后(ATDC)150°～200°的期间)，向该输出气缸3的燃烧室33内进行排气升温用的燃料供给。由此，该排气升温用的燃料在排气通路61内进行燃烧等而使得流动于排气通路61中的废气的温度上升。此时的排气升温用的燃料的喷射量(根据喷射期间而决定的喷射量)根据实验性求出的废气的升温所需量并通过实验或模拟而设定。
其结果，能够提高：经由燃料改性气缸EGR通路71、冷却器旁通通路74以及燃料改性气缸进气通路42而被导入至燃料改性气缸2的燃料改性室23的EGR气体的温度，从而燃料改性室23的缸孔壁面有效得到升温。
另外，在该第2升温运转中，在从输出气缸3的膨胀行程直至排气行程的规定期间内，进行排气升温用的燃料供给，因此，不会有输出气缸3的输出大幅变动的情形。
此外，在该第2升温运转中，也可以在排气通路61具备：未图示的喷射器，通过使从该喷射器供给来的燃料在排气通路61内燃烧，来实现废气的温度上升。
·第3升温运转
下面，对第3升温运转进行说明。该第3升温运转在所述第2升温运转下的动作的基础上，通过燃料改性室23中的混合气体的燃烧，来实现该燃料改性室23的升温。
在该第3升温运转中，进行从喷射器25向燃料改性室23的燃料供给。该燃料供给是以燃料改性室23中的当量比为小于1的值的方式进行的。由此，在燃料改性室23中，进行稀薄混合气体的燃烧。而且，在该燃料改性室23中产生的废气经由输出气缸旁通通路81而被排出至排气通路61。这样，进行燃料改性室23中的混合气体的燃烧，由此燃料改性室23的缸孔壁面能够有效得到升温。
在该第3升温运转的情况下，因燃料改性室23中的混合气体的燃烧而产生内燃机输出。因此，在输出气缸3中，需要对从喷射器35供给至燃烧室33的燃料量、燃料供给时机进行调整，以使得将在该输出气缸3所得到的内燃机输出和燃料改性气缸2所得到的内燃机输出进行合计后的总内燃机输出与内燃机请求输出相一致。
此外，输出气缸3用于得到内燃机输出，燃料改性气缸2主要用于生成改性燃料。因此，它们的结构相互不同，通常燃料改性气缸2的燃烧性能与输出气缸3的燃烧性能相比而更低。例如，在将向燃料改性气缸2供给的燃料供给量设定为：与向输出气缸3供给的燃料供给量相同的情况下，有可能燃料消耗率变差，或者来自燃料改性气缸2的排气中的NOx量、烟尘量变多。因此，为了实现燃料改性气缸2的升温而不会大幅损害内燃机1整体的性能地，来决定各气缸2、3中的燃料喷射量。例如，向燃料改性气缸2供给的燃料供给量设定为：比向输出气缸3供给的燃料供给量少。
·第4升温运转
下面，对第4升温运转进行说明。在该第4升温运转中，将旁通量调整阀82打开。另外，EGR气体量调整阀73以及旁通量调整阀75都为关闭状态。另外，与所述第3升温运转的情况相同地，进行：从喷射器25向燃料改性室23的燃料供给。与所述第3升温运转的情况相同地，该燃料供给也是以燃料改性室23中的当量比为小于1的值的方式进行的。由此，在燃料改性室23中，进行稀薄混合气体的燃烧。而且，在该燃料改性室23所产生的废气经由输出气缸旁通通路81而被排出至排气通路61。在该第4升温运转中，也进行燃料改性室23中的混合气体的燃烧，由此燃料改性室23的缸孔壁面能够有效得到升温。
(燃料改性运转的控制)
下面，对利用所述压缩端气体温度TTDC以及改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的燃料改性运转的控制进行说明。
图7是表示用于对内燃机1的运转模式进行切换的控制流程的流程图。
首先，在步骤ST1中，判定内燃机1的运转模式是否处于起动模式中。该起动模式是：在内燃机1刚刚起动后马上实施的模式。即，在对起动开关进行ON操作等而将内燃机1起动的情况下，变为起动模式，以规定时间而持续该起动模式。
在内燃机1的运转模式处于起动模式中的情况下，在步骤ST1中判定为YES，进入步骤ST2而持续起动模式下的运转。
具体而言，在该起动模式中，利用未图示的起动器而使曲轴11旋转(曲轴起动)，从燃料改性气缸2以及输出气缸3各自的喷射器25、35进行规定量的燃料喷射。此时的燃料喷射设定为：使得燃料改性室23以及燃烧室33各自中的当量比为小于1的值。由此，在燃料改性室23以及燃烧室33中，分别进行燃烧。基于所述起动器而进行的曲轴起动会持续到：各气缸2、3各自能够独立运转为止。一旦变为在各气缸2、3各自中进行独立运转的状况，则结束起动模式。
此外，作为该起动模式，也可以不从燃料改性气缸2的喷射器25进行燃料喷射，仅从输出气缸3的喷射器35进行向燃烧室33的燃料喷射。在该情况下，在输出气缸3能够进行独立运转的时刻，结束起动模式。
在内燃机1的运转模式不是起动模式而在步骤ST1中判定为NO的情况下，进入步骤ST3，判定内燃机1的运转模式是否处于停止模式中。该停止模式是：在将内燃机1停止时实施的模式。即，在对停止开关进行ON操作等而向内燃机1发出停止指示的情况下，变为停止模式，在步骤ST3中判定为YES，进入步骤ST4而进行停止模式下的运转。
具体而言，在该停止模式下，将来自燃料改性气缸2的喷射器25的燃料喷射停止。由此，燃料改性室23中的燃料的改性反应也停止，向燃烧室33的改性燃料的供给停止，从而内燃机1停止。
这样，在运转模式为起动模式的情况下、为停止模式的情况下，无论压缩端气体温度TTDC如何，都将燃料改性气缸2中的燃料改性运转设定为不执行。
在内燃机1不是停止模式而在步骤ST3中判定为NO的情况下，进入步骤ST5，利用所述式(1)而进行：压缩端气体温度TTDC的计算(推断)。即，进行：前述的吸入气体温度Tini的计算、燃料改性气缸2的有效压缩比ε的计算、多方指数κ的计算，将它们代入至所述式(1)而进行压缩端气体温度TTDC的计算。此外，在将进气阀26的闭阀时机固定的情况下，无需进行有效压缩比ε的计算，该有效压缩比ε为固定值。
这样，在进行压缩端气体温度TTDC的计算之后，进入步骤ST6，通过该压缩端气体温度TTDC和所述改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的比较，来判定：能否进行改性反应。具体而言，进行判定：压缩端气体温度TTDC是否成为改性运转许可下限气体温度Tmin#cor以上的值。
这里，在压缩端气体温度TTDC成为改性运转许可下限气体温度Tmin#cor以上的值的情况下，判定为能够进行改性反应，在步骤ST6中判定为YES。另一方面，在压缩端气体温度TTDC是小于改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的值的情况下，判定为不能进行改性反应，在步骤ST6中判定为NO。
在能够进行改性反应而在步骤ST6中判定为YES的情况下，在步骤ST7中执行燃料改性运转。即，作为内燃机1的运转模式而成为燃料改性运转模式。在该燃料改性运转模式中，如在所述内燃机1的基本动作中说明的那样，执行：从喷射器25向燃料改性室23的燃料的供给(为了执行所述改性反应而将燃料改性室23内的当量比设定得较高的燃料的供给)。
另一方面，在不能进行改性反应而在步骤ST6中判定为NO的情况下，在步骤ST8中执行燃料改性气缸升温模式的运转。在该步骤ST8中，选择：前述的第1～第4的升温运转中的一个升温运转。这里所选择的升温运转是通过将内燃机1的运转状态、各种温度等作为参数并利用实验、模拟而被预先确定的。
在选择了第1升温运转的情况下，如图中(1)所示，进行旁通量调整阀82的打开(步骤ST9)、EGR气体量调整阀73以及旁通量调整阀75的打开(步骤ST10)。由此，如前述那样，从燃料改性室23排出的气体(包含从输出气缸3排出并经由燃料改性气缸EGR系统7A的废气(EGR气体)的气体)经由输出气缸旁通通路81而被导入至排气通路61，不会有从该燃料改性室23排出的气体被导入至燃烧室33的情形。或者，燃料改性室23排出的气体被导入至燃烧室33的量很少。另外，如前述那样，流动于排气通路61中的废气的一部分从排气通路61向燃料改性气缸EGR通路71流入，没有被EGR气体冷却器72冷却地经由燃料改性气缸进气通路42被导入至燃料改性气缸2的燃料改性室23。即，温度较高的EGR气体被导入至燃料改性室23，由此该燃料改性室23的缸孔壁面得到升温。
另外，在选择了第2升温运转的情况下，如图中(2)所示，进行：旁通量调整阀82的打开(步骤ST9)、EGR气体量调整阀73以及旁通量调整阀75的打开(步骤ST10)，并作为排气升温用燃料供给动作而在从输出气缸3的膨胀行程直至排气行程的规定期间，向该输出气缸3的燃烧室33内进行：排气升温用的燃料供给(步骤ST11)。由此，如前述那样，排气升温用的燃料在排气通路61内进行燃烧等，而使得流动于排气通路61中的废气的温度上升。其结果，能够使经由燃料改性气缸EGR通路71、冷却器旁通通路74以及燃料改性气缸进气通路42而被导入至燃料改性气缸2的燃料改性室23的EGR气体的温度升高，从而燃料改性室23的缸孔壁面有效得到升温。
另外，在选择了第3升温运转的情况下，如图中(3)所示，进行：旁通量调整阀82的打开(步骤ST9)、EGR气体量调整阀73以及旁通量调整阀75的打开(步骤ST10)、所述排气升温用燃料的供给(步骤ST11)，并作为燃料改性气缸升温用燃料供给动作而进行：从喷射器25向燃料改性室23的燃料供给(步骤ST12)。由此，如前述那样，在燃料改性室23中，进行稀薄混合气体的燃烧。这样，进行燃料改性室23中的混合气体的燃烧，从而燃料改性室23的缸孔壁面有效得到升温。
另外，在选择了第4升温运转的情况下，如图中(4)所示，进行旁通量调整阀82的打开(步骤ST9)，并作为所述燃料改性气缸升温用燃料供给动作而进行：从喷射器25向燃料改性室23的燃料供给(步骤ST12)。据此，如前述那样，在燃料改性室23中，进行稀薄混合气体的燃烧。这样，进行燃料改性室23中的混合气体的燃烧，从而燃料改性室23的缸孔壁面有效得到升温。
通过反复上述动作，即使例如解除了起动模式，在压缩端气体温度TTDC未达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的情况下，变为燃料改性气缸升温模式，从而使燃料改性运转为不执行，并且执行任意的升温运转。另外，在因为压缩端气体温度TTDC达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor而执行了燃料改性运转的情况(变为燃料改性运转模式的情况)下，当压缩端气体温度TTDC降低为小于改性运转许可下限气体温度Tmin#cor时，也为所述燃料改性气缸升温模式。
所述步骤ST6～步骤ST12的动作相当于本发明中所说的“基于改性运转控制部进行的动作，且是如下动作，即，在推断为：燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度的下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转”。
上述燃料改性运转的控制由所述ECU100执行。因此，该ECU100中的执行该控制的功能部分相当于本发明中所说的控制装置。另外，由该ECU100执行的控制的方法相当于本发明中所说的控制方法。
如以上所说明的那样，在本实施方式中，在推断为：燃料改性气缸2中活塞22到达压缩上止点的时刻下的燃料改性室23的气体温度(压缩端气体温度)未达到根据混合气体的当量比等而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将燃料改性气缸2中的燃料改性运转设定为不执行，并且，执行：使燃料改性气缸2的温度上升的升温运转。由此，能够避免：因所述气体温度(压缩端气体温度)较低而将未进行改性的燃料从燃料改性气缸2供给至输出气缸3的状况。因此，不会出现抗爆性低的燃料被供给至输出气缸的状况，从而能够避免输出气缸3中爆震的产生。另外，能够使燃料改性气缸2的温度尽早上升，从而能够使燃料改性运转尽早开始。即，能够通过利用改性燃料，从而能够使得可实现NOx排出量的降低以及以及烟尘排出量的降低的内燃机1的运转尽早开始。
另外，在本实施方式中，在推断为压缩端气体温度TTDC未达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的情况下，将燃料改性气缸2中的燃料改性运转设定为不执行，并且执行：使燃料改性室23的温度上升的升温运转。因此，就能够准确地判断出在该循环中能否执行燃料的改性反应。其结果，能够准确地判断是否应该执行燃料改性气缸2中的升温运转。
–变形例-
下面，对变形例进行说明。在所述实施方式中，在压缩端气体温度TTDC达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的时刻，使升温运转结束。在本变形例中，在升温运转中供给至燃料改性室23的总热量达到规定值的时刻，使升温运转结束。下面，具体进行说明。
供给至燃料改性室23的总热量能够通过以下的式(4)进行计算(推断)。
[数学式4]
Qtot＝Ggas_in·Cv·(Tin-Tamb)+LHV·Gfuel+Ccor···(4)
在该式(4)中，Qtot是供给至燃料改性室23的总热量，Ggas#in是导入至燃料改性室23的气体的流量的累积值，Cν是燃料改性室23中的反应气体的定容比热，Tin是燃料改性室23的入口温度，Tamb是周围空气温度或起动时进气温度，LHV是燃料的低位发热量，Gfuel是向燃料改性室23供给的累积燃料供给量，Ccor是总热量的校正值。
所述气体的流量的累积值Ggas#in能够基于来自进气流量传感器101的输出信号、进气量调整阀45的开度等而进行计算。所述反应气体的定容比热Cν能够基于从喷射器25供给的燃料的组成(燃料的种类)、以及、燃料改性室23的当量比等而进行计算。所述燃料改性室23的入口温度Tin能够基于来自吸入气体温度传感器103的输出信号而进行计算。周围空气温度或起动时进气温度Tamb能够基于来自未图示的外部气体温度传感器的输出信号而进行计算。低位发热量LHV能够基于燃料的组成(燃料的种类)而进行计算。根据针对喷射器25的喷射指令值，来求出燃料供给量，并对所求出的燃料供给量进行累积，从而通过该累积结果能够计算出：向燃料改性室23供给的累积燃料供给量Gfuel。总热量的校正值Ccor是：与向燃料改性室23的缸体壁面流出的热等相对应的校正量，且是根据冷却水的温度等而赋予的，其中冷却水的温度又是基于来自水温传感器106的输出计算出的。
该式(4)的右边的第1项是：通过向燃料改性室23导入EGR气体而产生的热能供给量。另外，第2项是：通过从喷射器25向燃料改性室23供给的燃料的燃烧而产生的热能供给量。另外，第3项是：与向燃料改性室23的缸体壁面流出的热等相对应的校正量。
这样计算出的总热量使得在达到预先设定的规定值的时刻使升温运转结束(从燃料改性气缸升温模式跳转为燃料改性运转模式)。所述规定值(总热量的阈值)被作为燃料改性气缸2的压缩端气体温度TTDC达到改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的总热量，通过实验、模拟而被预先设定并被存储至所述ROM。
根据本变形例，也能够与所述实施方式的情况相同地，使燃料改性运转尽早开始，能够通过利用改性燃料，从而能够使得可实现NOx排出量的降低以及烟尘排出量的降低的内燃机1的运转尽早开始。
其他实施方式-
此外，所述实施方式在所有方面都是示例而并非进行限定性解释的依据。因此，并非仅仅根据所述实施方式就能对本发明的技术范围进行解释，而是基于权利要求书的记载对本发明的技术范围进行划定。另外，本发明的技术范围中包含与权利要求书等同的含义以及范围内的所有变更。
例如，在所述实施方式中，对将本发明应用于船舶用的内燃机1的情况进行了说明，但是，对于其他用途(例如发电机、车辆等)的内燃机也可以应用本发明。
另外，在所述实施方式中，作为各气缸2、3所具备的喷射器25、35，形成为直接向气缸内喷射燃料的直喷式的结构。本发明并不局限于此，也可以将各喷射器25、35的双方或一方设置为端口喷射式的结构。
另外，在所述实施方式中，将向燃料改性室23供给的燃料设定为轻油。本发明并不局限于此，也可以将重油、汽油等设为燃料。
另外，在所述实施方式中，燃料改性气缸2和输出气缸3以相同的旋转速度进行运转。本发明并不局限于此，也可以形成为如下结构：使得减速器介于各气缸2、3之间(各气缸2、3之间的曲轴11)，并使得燃料改性气缸2的旋转速度低于输出气缸3的旋转速度。
另外，在所述实施方式中，将在输出气缸3中获得的内燃机输出的一部分用作燃料改性气缸2的活塞22的往复移动的驱动源。本发明并不限定于此，也可以另外设置燃料改性气缸2的驱动源。例如，也可以将燃料改性气缸2和输出气缸3隔开(不利用曲轴11进行连结)，利用电动机等而使燃料改性气缸2的活塞22往复移动。
另外，在所述实施方式中，通过压缩端气体温度TTDC和改性运转许可下限气体温度Tmin#cor的比较，来判定：可否进行改性反应。本发明并不限定于此，例如，只要仅仅通过基于来自吸入气体温度传感器103的输出信号计算出的吸入气体温度Tini就可判定是否能够执行改性反应，则也可以仅仅基于该吸入气体温度Tini，而使燃料改性气缸2中的燃料改性运转为不执行(在吸入气体温度Tini小于规定值的情况下将燃料改性运转设定为不执行)。
另外，在所述实施方式中，使改性运转许可下限气体温度Tmin#cor大致与可进行改性反应的温度的下限值相一致。本发明并不限定于此，也可以将改性运转许可下限气体温度Tmin#cor设定为：比可进行改性反应的温度的下限值高出规定值的温度。据此，能够在压缩端气体温度TTDC充分变高的状态下，从燃料改性运转不执行模式跳转为燃料改性运转模式，能够进一步提高燃料改性气缸2中的燃料的改性反应的可靠性。
另外，在所述实施方式中，对将本发明应用于由燃料改性气缸2生成改性燃料的内燃机1的情况进行了说明。本发明并不限定于此，还可以应用于通过燃料改性催化器而生成改性燃料的内燃机。在该情况下，通过在燃料改性催化器设置温度传感器，从而判定燃料改性触媒的内部温度是否达到改性运转许可下限气体温度(可进行改性反应的温度的下限值)，在未达到的情况下，执行升温运转。作为此时的升温运转，可举出：与前述的第1升温运转的情况相同地，利用输出气缸3排出的高温的废气而使燃料改性催化器升温，或者与前述的第2升温运转的情况相同地，使从输出气缸3排出的废气的温度上升。
本申请基于2016年7月14日在日本申请的特愿2016-139571而主张优先权。通过提及上述情况而将其全部内容并入本申请。
产业上的利用可能性
本发明能够应用于具备燃料改性气缸以及输出气缸的内燃机的控制。
附图标记说明
1 内燃机
2 燃料改性气缸(燃料改性装置)
21、31 缸体缸孔
22、32 活塞
3 输出气缸
42 燃料改性气缸进气通路(燃料改性装置的入口通路)
51 改性燃料供给通路(燃料改性装置的出口通路)
61 排气通路(输出气缸的排气通路)
71 燃料改性气缸EGR通路(EGR通路)
72 EGR气体冷却器(冷却器)
74 冷却器旁通通路(冷却器旁通通路)
81 输出气缸旁通通路
82 旁通量调整阀
100 ECU

Claims (12)

1.一种内燃机的控制装置，该控制装置应用于内燃机，该内燃机具备：燃料改性装置，其能够通过燃料改性运转而生成改性燃料；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性装置生成的改性燃料，并通过该改性燃料的燃烧而得到内燃机输出，
所述控制装置的特征在于，
具备改性运转控制部，利用该改性运转控制部，在推断为：所述燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度的下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，但执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转，
所述燃料改性装置由活塞在缸体内进行往复移动的往复式的燃料改性气缸构成，
所述改性运转控制部构成为，在推断为：所述燃料改性气缸中所述活塞到达压缩上止点的时刻下的所述燃料改性气缸内的气体温度未达到所述改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性气缸中的燃料改性运转设定为不执行，为了使该燃料改性气缸内的气体温度上升而执行：所述燃料改性气缸的所述升温运转。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
具备：使所述燃料改性装置的入口通路和所述输出气缸的排气通路连通的EGR通路，
在该EGR通路，具备对EGR气体进行冷却的冷却器，并且连接有绕过该冷却器的冷却器旁通通路，
在所述升温运转中，将流动于所述输出气缸的所述排气通路中的废气的一部分经由所述冷却器旁通通路而导入至所述燃料改性装置的所述入口通路。
3.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述输出气缸构成为：活塞在缸体内进行往复移动的往复式的气缸，
在所述升温运转中，在从所述输出气缸的膨胀行程直至排气行程的规定期间，向该输出气缸内进行排气升温用的燃料供给。
4.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述升温运转中，将处于能够进行所述燃料改性装置内的燃料的燃烧的范围内的、且所述燃料改性装置内的当量比小于1的燃料量供给至所述燃料改性装置内。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述改性运转控制部构成为：当在所述升温运转中所述燃料改性装置内的气体温度达到所述改性运转许可下限气体温度时，或者当在所述升温运转中朝向所述燃料改性装置内供给的供给热量达到规定量时，使所述升温运转结束，执行所述燃料改性装置中的燃料改性运转。
6.一种内燃机的控制装置，该控制装置应用于内燃机，该内燃机具备：燃料改性装置，其能够通过燃料改性运转而生成改性燃料；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性装置生成的改性燃料，并通过该改性燃料的燃烧而得到内燃机输出，
所述控制装置的特征在于，
具备改性运转控制部，利用该改性运转控制部，在推断为：所述燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度的下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，但执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转，
具备：使所述燃料改性装置的出口通路和所述输出气缸的排气通路连通的输出气缸旁通通路，并且在该输出气缸旁通通路具备旁通量调整阀，
在所述升温运转中，将所述旁通量调整阀打开，另一方面，如果所述升温运转结束而开始进行所述燃料改性装置中的燃料改性运转，则将所述旁通量调整阀关闭。
7.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
具备：使所述燃料改性装置的入口通路和所述输出气缸的排气通路连通的EGR通路，
在该EGR通路，具备对EGR气体进行冷却的冷却器，并且连接有绕过该冷却器的冷却器旁通通路，
在所述升温运转中，将流动于所述输出气缸的所述排气通路中的废气的一部分经由所述冷却器旁通通路而导入至所述燃料改性装置的所述入口通路。
8.根据权利要求7所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述输出气缸构成为：活塞在缸体内进行往复移动的往复式的气缸，
在所述升温运转中，在从所述输出气缸的膨胀行程直至排气行程的规定期间，向该输出气缸内进行排气升温用的燃料供给。
9.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
在所述升温运转中，将处于能够进行所述燃料改性装置内的燃料的燃烧的范围内的、且所述燃料改性装置内的当量比小于1的燃料量供给至所述燃料改性装置内。
10.根据权利要求6～9中任一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述改性运转控制部构成为：当在所述升温运转中所述燃料改性装置内的气体温度达到所述改性运转许可下限气体温度时，或者当在所述升温运转中朝向所述燃料改性装置内供给的供给热量达到规定量时，使所述升温运转结束，执行所述燃料改性装置中的燃料改性运转。
11.一种内燃机的控制方法，该控制方法应用于内燃机，该内燃机具备：燃料改性装置，其能够通过燃料改性运转而生成改性燃料；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性装置生成的改性燃料，通过该改性燃料的燃烧而得到内燃机输出，
所述控制方法的特征在于，
在推断为：所述燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，并执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转，
所述燃料改性装置由活塞在缸体内进行往复移动的往复式的燃料改性气缸构成，
在推断为：所述燃料改性气缸中所述活塞到达压缩上止点的时刻下的所述燃料改性气缸内的气体温度未达到所述改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性气缸中的燃料改性运转设定为不执行，为了使该燃料改性气缸内的气体温度上升而执行：所述燃料改性气缸的所述升温运转。
12.一种内燃机的控制方法，该控制方法应用于内燃机，该内燃机具备：燃料改性装置，其能够通过燃料改性运转而生成改性燃料；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性装置生成的改性燃料，通过该改性燃料的燃烧而得到内燃机输出，
所述控制方法的特征在于，
在推断为：所述燃料改性装置内的气体温度未达到基于可进行改性反应的温度下限值而设定的改性运转许可下限气体温度的情况下，将所述燃料改性装置中的燃料改性运转设定为不执行，并执行：使该燃料改性装置的温度上升的升温运转，
所述内燃机具备：使所述燃料改性装置的出口通路和所述输出气缸的排气通路连通的输出气缸旁通通路，并且在该输出气缸旁通通路具备旁通量调整阀，
在所述升温运转中，将所述旁通量调整阀打开，另一方面，如果所述升温运转结束而开始进行所述燃料改性装置中的燃料改性运转，则将所述旁通量调整阀关闭。
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