CN109415986B - 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

一种控制装置(100)，其应用于具备燃料改性气缸(2)以及输出气缸(3)的内燃机(1)，在该控制装置(100)中，根据燃料改性气缸(2)内的当量比，通过EGR气体量、有效压缩比、或多方指数的变更，来调整燃料改性气缸(2)的压缩端气体温度，以使得由燃料改性气缸(2)生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。

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能够作为燃料改性装置而发挥作用的燃料改性气缸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)。这种内燃机是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：日本特开2014-136978号公报
发明内容
在专利文献1中公开了如下内容，即：根据请求输出(所请求的内燃机输出)，来变更向燃料改性气缸供给的燃料量。例如，根据请求输出的上升，来增加向燃料改性气缸供给的燃料量。
本发明的发明人得到了如下新的认知，即：通过调整改性燃料中的各气体成分的浓度(改性燃料的气体组成)，能够应对所述请求输出的变化。例如，着眼于如下方面，即：在高负荷运转时，为了避免爆震而优选地向输出气缸供给抗爆震性较高的改性燃料；而在低负荷运转时，为了确保点火性而优选地向输出气缸供给抗爆震性较低的改性燃料。作为抗爆震性较高的改性燃料，例如，可以举出：氢、一氧化碳、以及甲烷等。另一方面，作为抗爆震性较低的改性燃料，例如可以举出：乙烷、丙烷、以及丁烷等。
然而，迄今为止尚未提出：有关根据请求输出来调整改性燃料中的各气体成分的浓度的具体方案。
另外，本发明的发明人得到了如下新的认知，即：燃料改性气缸内的当量比、以及燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度会对改性燃料中的各气体成分的浓度带来影响。而且，还着眼于如下方面，即：能够将上述燃料改性气缸内的当量比以及燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度作为参数，来调整改性燃料中的各气体成分的浓度。
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，能够调整由燃料改性气缸生成的改性燃料中的气体成分的浓度。
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：燃料改性气缸，其能够作为燃料改性装置而发挥作用；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性气缸生成的改性燃料，并通过该改性燃料的燃烧而获得内燃机输出。而且，该内燃机的控制装置的特征在于，具备气体温度调整部，利用该气体温度调整部，根据所述燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度，以使得由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。
在本解决手段中，由燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的目标浓度是根据内燃机请求输出而被规定的。而且，气体温度调整部根据燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度，以使得该特定气体成分的浓度达到所述目标浓度。即，根据燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度，以便获得特定气体成分的浓度，来作为所述目标浓度。据此，能够将通过输出气缸中的改性燃料的燃烧而获得的输出调整为内燃机请求输出，而无需大幅变更向燃料改性气缸内供给的燃料量。
另外，优选地，所述燃料改性气缸由活塞在缸体内进行往复移动的往复式的气缸构成，所述气体温度调整部构成为：根据所述燃料改性气缸内的当量比，来调整在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。
这样，通过气体温度调整部根据燃料改性气缸内的当量比，来调整在燃料改性气缸中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，能够具体地来特定成为气体温度调整对象的时机。据此，能够实现气体温度调整控制的简化。
另外，优选地，所述气体温度调整部构成为：作为由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的气体成分，氢或一氧化碳的目标浓度越高，所述燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度就会被设定得越高。
这样，通过将燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度设定得较高，能够有效地生成抗爆震性特别高的改性燃料、亦即氢、一氧化碳。据此，例如，能够避免在内燃机的高负荷运转时发生爆震。
另外，优选地，所述控制装置具备气体温度推断部，利用该气体温度推断部，推断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，所述气体温度调整部构成为：根据由所述气体温度推断部推断出的气体温度、与由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到目标浓度时的气体温度之间的偏差，来进行温度调整动作。
通过进行该温度调整动作，能够将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调整为：改性燃料中的特定气体成分的浓度达到目标浓度时的气体温度。据此，能够将特定气体成分的浓度设定为目标浓度。
另外，优选地，所述气体温度调整部构成为：通过调整被导入至所述燃料改性气缸内的吸入气体的温度，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度。
另外，优选地，所述气体温度调整部构成为：通过调整所述燃料改性气缸的有效压缩比，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度。
另外，优选地，所述气体温度调整部构成为：通过调整被导入至所述燃料改性气缸内的吸入气体的氧浓度，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度。
这样，无论调整被导入至燃料改性气缸内的吸入气体的温度、燃料改性气缸的有效压缩比、被导入至燃料改性气缸内的吸入气体的氧浓度(确定改性反应中的部分氧化反应量的氧浓度)中的哪一个，都能够调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度。而且，通过调整该燃料改性气缸内的气体温度，能够将特定气体成分的浓度设定为目标浓度。
另外，优选地，设定：与所述燃料改性气缸内的当量比相对应的燃料改性气缸内温度的下限值，所述燃料改性气缸内的当量比越高，所述燃料改性气缸内温度的下限值就会被设定得越高。
为了在燃料改性气缸内进行改性反应，燃料改性气缸内的混合气体的当量比越高，越需要提高该燃料改性气缸内的气体温度。在本解决手段中，燃料改性气缸内的当量比越高，燃料改性气缸内温度的下限值就会被设定得越高，因此，能够避免不能进行改性反应，从而能够有效地进行改性反应。
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：燃料改性气缸，其能够作为燃料改性装置而发挥作用；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性气缸生成的改性燃料，通过该改性燃料的燃烧而获得内燃机输出。而且，该内燃机的控制方法的特征在于，根据所述燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度，以使得由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到：根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。
根据该控制方法，如前述那样，也能够将通过输出气缸中的改性燃料的燃烧而获得的输出调整为内燃机请求输出，而不是大幅变更向燃料改性气缸内供给的燃料量。
在本发明中，根据燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度，以使得由燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到：根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。因此，能够将通过输出气缸中的改性燃料的燃烧而获得的输出调整为内燃机请求输出，而不是大幅变更向燃料改性气缸内供给的燃料量。
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是示出了压缩端气体温度与改性燃料中的氢浓度之间的关系的一个例子的图。
图5是示出了压缩端气体温度与改性燃料中的一氧化碳浓度之间的关系的一个例子的图。
图6是示出了压缩端气体温度与改性燃料中的甲烷浓度之间的关系的一个例子的图。
图7是示出了压缩端气体温度与改性燃料中的乙烷浓度之间的关系的一个例子的图。
图8是示出了改性燃料组成映射的一个例子的图。
图9是表示目标压缩端气体温度的运算逻辑的框图。
图10是表示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11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12是表示用于确定旁通量调整阀的开度的运算逻辑的框图。
图13是表示用于确定可变动阀装置的控制量的运算逻辑的框图。
图14是表示用于确定EGR气体量调整阀的开度的运算逻辑的框图。
图15是表示目标压缩端气体温度的修正值的运算逻辑的框图。
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：燃料改性气缸2、以及输出气缸3。另外，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，来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。
(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：稀薄混合气体的预混合压缩自点火燃烧、或者将从喷射器35喷射的微量燃料的点火作为点火源的传播火焰燃烧。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，排气阀27配置为能够开闭。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。
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，能够抑制：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。
另外，在该内燃机1的冷起动时，通过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：燃料改性室23以及燃烧室33各自的当量比为小于1的值。由此，在燃料改性气缸2的燃料改性室23以及输出气缸3的燃烧室33中，分别进行压缩点火燃烧。而且，进行燃料改性气缸2的暖机，当达到可进行改性反应的温度时，切换为前述的改性燃料的生成动作。这样，燃料改性气缸2与输出气缸3同样地，能够作为用于获得内燃机输出的气缸而发挥作用，另外，如前述那样，能够作为燃料改性装置而发挥作用。
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。为了能够进行该改性反应，需要使燃料改性室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)均处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。
-压缩端气体温度与气体成分浓度-
下面，对与压缩端气体温度相对应而生成的改性燃料中的各气体成分的浓度进行说明。图4～图7示出了：在某一当量比下，通过实验，来计测压缩端气体温度与改性燃料中的各气体成分的浓度之间的关系而得到的结果。
图4是示出了压缩端气体温度与生成的改性燃料中的氢浓度之间的关系的一个例子的图。如该图4所示，压缩端气体温度越高，生成的改性燃料中的氢的浓度越高。另外，在压缩端气体温度较低的区域或压缩端气体温度较高的区域中，氢浓度的上升量相对于压缩端气体温度的上升量而言有所减少。这样，改性燃料中的氢浓度依赖于压缩端气体温度。
图5是示出了压缩端气体温度与生成的改性燃料中的一氧化碳浓度之间的关系的一个例子的图。如该图5所示，压缩端气体温度越高，生成的改性燃料中的一氧化碳的浓度越高。另外，存在多处：一氧化碳的上升量相对于压缩端气体温度的上升量而言有所减少的温度带(压缩端气体温度的温度带)。即，在压缩端气体温度的上升所伴随的一氧化碳浓度的变化中存在多个拐点。这样，改性燃料中的一氧化碳浓度也依赖于压缩端气体温度。
图6是示出了压缩端气体温度与生成的改性燃料中的甲烷浓度之间的关系的一个例子的图。如该图6所示，在压缩端气体温度为规定值A以下的范围内，压缩端气体温度越高，生成的改性燃料中的甲烷的浓度越高。但是，在该压缩端气体温度超过规定值A的范围内，压缩端气体温度越高，生成的改性燃料中的甲烷的浓度越低。即，在压缩端气体温度的上升所伴随的甲烷浓度的变化中存在有极大值。认为这是因为：当压缩端气体温度超过规定值A时，则进行改性燃料中的甲烷的分解或部分氧化反应，由此生成氢及一氧化碳等。这样，改性燃料中的甲烷浓度也依赖于压缩端气体温度。
图7是示出了当量比特别高时的压缩端气体温度与生成的改性燃料中的乙烷浓度之间的关系的一个例子的图。如该图7所示，在压缩端气体温度为规定值B以下的范围内，压缩端气体温度越高，生成的改性燃料中的乙烷的浓度越高。但是，在该压缩端气体温度超过规定值B的范围内，压缩端气体温度越高，生成的改性燃料中的乙烷的浓度越低。即，在压缩端气体温度的上升所伴随的乙烷浓度的变化中也存在有极大值。认为这是因为：当压缩端气体温度超过规定值B时，则进行改性燃料中的乙烷的分解或部分氧化反应，由此生成甲烷等。这样，改性燃料中的乙烷浓度也依赖于压缩端气体温度。另外，乙烷浓度变化的极大值出现时的压缩端气体温度(所述规定值B)为：低于所述甲烷浓度变化的极大值出现时的压缩端气体温度(所述规定值A)的温度。
这样，改性燃料中的各气体成分的浓度均依赖于压缩端气体温度。另外，通过实验确认了：根据燃料改性气缸2内的当量比的不同，即便压缩端气体温度相同，各气体成分的浓度也会发生变化。因此，根据燃料改性气缸2内的当量比，由此来调整燃料改性时的燃料改性气缸2内的气体温度，从而能够调整各气体成分的浓度。
本实施方式基于该认知，根据燃料改性气缸2内的当量比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸2内的气体温度，以使得由燃料改性气缸2生成的改性燃料的特定气体成分(例如、前述的氢、一氧化碳、甲烷、乙烷)的浓度达到：根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。例如，作为由燃料改性气缸2生成的改性燃料中的气体成分的氢的目标浓度越高，燃料改性时的燃料改性气缸2内的气体温度被设定得越高。另外，例如，作为由燃料改性气缸2生成的改性燃料中的气体成分的一氧化碳的目标浓度越高，燃料改性时的燃料改性气缸2内的气体温度被设定得越高。
更具体而言，根据燃料改性气缸2内的当量比，来调整燃料改性气缸2中活塞22到达压缩上止点的时刻下的燃料改性气缸2内的气体温度(压缩端气体温度)。由此，能够将通过输出气缸3中的改性燃料的燃烧而获得的输出调整为内燃机请求输出，而不是大幅变更向燃料改性气缸2内供给的燃料量。
-改性燃料组成映射-
图8是示出了ECU100的ROM中所存储的改性燃料组成映射的一个例子的图。关于该改性燃料组成映射，横轴为燃料改性室23中的混合气体的当量比。另外，纵轴为压缩端气体温度。在各当量比下，如果压缩端气体温度不同，则改性燃料中的各气体成分的浓度也不同。这是因为：如使用所述图4～图7所说明那样，改性燃料中的各气体成分的浓度依赖于压缩端气体温度。
该改性燃料组成映射是通过实验或模拟而制作的。
因此，如果按照该改性燃料组成映射，根据燃料改性室23中的混合气体的当量比，来调整压缩端气体温度，则能够调整改性燃料中的各气体成分的浓度。例如，即便是同一当量比，在将压缩端气体温度设定得较高的情况下，能够提高抗爆震性较高的改性燃料、亦即氢、一氧化碳、甲烷的浓度，而在将压缩端气体温度设定得较低的情况下，能够提高抗爆震性较低的(点火性较高的)改性燃料、亦即乙烷等的浓度。
该图8的改性燃料组成映射示出了：将燃料改性室23中的混合气体的当量比分为5个阶段，并针对各阶段的当量比而将压缩端气体温度分为4个阶段得到的合计20个改性燃料组成(与当量比以及压缩端气体温度的组合相对应的改性燃料组成)。例如，根据当量比最低时的A-1～A-4的映射值，通过提高压缩端气体温度，能够提高氢H2的浓度。另外，根据当量比第二低时的B-2～B-4的映射值，通过提高压缩端气体温度，能够提高氢H2以及一氧化碳CO的浓度，而乙烷C2X的浓度降低。换言之，通过降低压缩端气体温度，能够提高乙烷C2X的浓度。另外，根据当量比第三低时的C-3～C-4的映射值，通过提高压缩端气体温度，能够提高氢H2的浓度。另外，根据当量比第四低时的D-3～D-4的映射值，通过提高压缩端气体温度，能够提高一氧化碳CO以及甲烷C1X的浓度。另外，根据当量比最高时的E-4的映射值，与其他当量比相比，通过将压缩端气体温度提高至可进行改性反应的温度，能够提高乙烷C2X的浓度。
即便当量比相同，如果改性燃料中的各气体成分的浓度不同，则燃烧室33中的燃烧形态也不同。例如，内燃机输出不同。因此，通过根据内燃机请求输出，来调整压缩端气体温度，就能够得到可获得该内燃机请求输出的各气体成分的浓度。即，按照该改性燃料组成映射来调整压缩端气体温度，由此能够得到可获得内燃机请求输出的各气体成分的浓度。
此外，该改性燃料组成映射中的B-1、C-1、C-2、D-1、D-2、E-1～E-3是：不能进行改性反应的区域(相当于图3中的不能进行改性反应的区域)。另外，该改性燃料组成映射中没有填写气体成分的部分是表示：该改性燃料组成映射所示的气体成分(氮N2、水蒸气H2O、氢H2、一氧化碳CO、二氧化碳CO2、甲烷C1X、乙烷C2X等)以外的气体成分的浓度。
如前述那样，按照该改性燃料组成映射来调整压缩端气体温度，由此能够调整改性燃料中的各气体成分的浓度。例如，在高负荷运转时，为了避免爆震而调整压缩端气体温度，以使得抗爆震性较高的改性燃料(氢H2、一氧化碳CO、甲烷C1X等)的浓度升高。即，根据燃料改性室23内的混合气体的当量比，调整压缩端气体温度，使得抗爆震性较高的改性燃料的浓度升高。另一方面，在低负荷运转时，为了确保点火性而调整压缩端气体温度，以使得抗爆震性较低的改性燃料(乙烷C2X等)的浓度升高。即，根据燃料改性室23内的混合气体的当量比，调整压缩端气体温度，使得抗爆震性较低的改性燃料的浓度升高。
-目标压缩端气体温度的运算-
下面，对目标压缩端气体温度的运算方法进行说明。
图9是示出了目标压缩端气体温度的运算逻辑的框图。如该图9所示，在请求气体组成运算部120，根据输出气缸3的旋转速度以及请求负荷率这些运转条件，来运算：输出气缸3没有发生过早点火、且能够获得目标输出(内燃机请求输出)的改性燃料的气体组成(请求气体组成)。在该请求气体组成的运算时，首先，在请求改性气体发热量运算部121，计算出由改性燃料确定的请求发热量，以此为基础，在供给燃料量计算部122，计算出向燃料改性气缸2供给的供给燃料量。然后，基于这些信息，对输出气缸3中的点火性进行验证。这里，利用点火性指标运算部123，运算：所述运转条件下的代表性的点火性指标。该点火性指标被运算为：负荷越高，则越高的值。不仅考虑了请求负荷率，还考虑了输出气缸3中的当量比、以及环境条件(冷却水温度、进气温度等)，来确定该点火性指标。
基于这些数据，在所述请求气体组成运算部120，运算：燃料改性气缸2的出口处的请求气体组成。该请求气体组成是：所述氢的浓度(目标H2浓度)、一氧化碳的浓度(目标CO浓度)、以甲烷为主成分的碳原子数1的烃的浓度(目标C1X浓度)、以乙烷、乙烯为主成分的碳原子数2的烃的浓度(目标C2X浓度)。此外，其它还考虑了水蒸气H2O、二氧化碳CO2等。
另外，由于需要供给能够满足输出气缸3的输出的改性燃料量，所以，在改性气缸目标当量比运算部124，考虑了改性燃料的总发热量而对当量比进行运算。此时，基于在供给燃料量计算部122而计算出的且向燃料改性气缸2供给的供给燃料量，在改性气体质量流量运算部125，对改性燃料(以下，有时称为改性气体)的质量流量进行运算。然后，通过该改性气体的质量流量乘以各气体成分的目标浓度，来计算出各气体成分各自的目标量，基于这个，来对考虑了改性燃料的总发热量之后的当量比进行运算。
而且，参照所述改性燃料组成映射，在目标压缩端气体温度运算部126，对与所述各气体成分的目标浓度以及燃料改性气缸2的当量比相对应的目标压缩端气体温度进行运算。此外，在各气体成分的目标浓度是2个映射值彼此之间的浓度，而不是改性燃料组成映射上的映射值的情况下，补充计算出目标压缩端气体温度，以便能够得到上述2个映射值彼此之间的浓度。
这样，对目标压缩端气体温度进行运算，因此，在该目标压缩端气体温度运算部126而被运算的目标压缩端气体温度相当于本发明中所说的“根据燃料改性气缸内的当量比而被调整的燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度，以使得由燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分(这里为氢H 2、一氧化碳CO、甲烷C 1X、乙烷C 2X)的浓度达到根据内燃机请求输出而规定的目标浓度”。
-压缩端气体温度的计算-
如前述那样，为了将燃料改性室23中的压缩端气体温度调整为目标压缩端气体温度，需要计算出目前的压缩端气体温度，并进行：同该目前的压缩端气体温度与目标压缩端气体温度之间的偏差相对应的温度调整动作。
这里，说明：在将压缩端气体温度调整为目标压缩端气体温度时、用于计算出目前的压缩端气体温度的动作。
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＝Creact·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)，Creact是考虑了燃料改性室23中的改性反应(特别是部分氧化反应)所伴随的温度上升量(活塞22到达压缩上止点的时刻下的改性反应所带来的温度上升量)而得到的校正系数。
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10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10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 BDA0001928857900000191
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。各气体成分各自的摩尔分数Ψi、各气体成分各自的定压摩尔比热Cp#i是根据燃料的种类以及燃料改性室23内的当量比(目前的当量比)等而确定的，可以根据基于实验或模拟而制作的映射(所述ROM中所存储的映射)而求出。
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 BDA0001928857900000201
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11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11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。
(改性反应所伴随的温度上升量的校正系数Creact)
改性反应所伴随的温度上升量的校正系数Creact是用于：在活塞22到达压缩上止点之前已经开始进行改性反应的情况下，以与由部分氧化反应所带来的气体温度上升量相对应的量，来对压缩端气体温度进行校正。预先通过实验而求出：相对于运转条件而言的改性反应的开始时期、以及由部分氧化反应所带来的发热量，由此，使该温度上升量校正系数Creact存储于所述ROM，并通过读取出与实际的运转条件相对应的温度上升量校正系数Creact而求出。
此外，在活塞22到达压缩上止点的时刻下尚未开始进行改性反应的情况下，或者，在活塞22达到压缩上止点的时刻下的由改性反应所带来的发热量较少的情况下，可以将该温度上升量校正系数Creact设定为“1”而代入式(1)。
这样，进行：计算出目前的压缩端气体温度的动作，因此，ECU100中实施该动作的功能部分相当于：本发明中所说的气体温度推断部(推断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的、气体温度推断部)。
-压缩端气体温度的控制-
下面，对用于将所述压缩端气体温度调整为目标压缩端气体温度的控制进行说明。作为该控制，可以举出：通过EGR气体而对压缩端气体温度进行的控制、通过有效压缩比的变更而对压缩端气体温度进行的控制、通过多方指数的变更而对压缩端气体温度进行的控制。上述压缩端气体温度的控制通过所述ECU100来执行。因此，该ECU100中的、上述控制的功能部分相当于本发明中所说的控制装置。另外，利用该ECU100执行的上述控制的方法相当于本发明中所说的控制方法。
可以进行：以下说明的、通过EGR气体而对压缩端气体温度进行的控制、通过有效压缩比的变更而对压缩端气体温度进行的控制、通过多方指数的变更而对压缩端气体温度进行的控制中的任意一个，将压缩端气体温度调整为目标压缩端气体温度，也可以将2个以上进行组合，从而将压缩端气体温度调整为目标压缩端气体温度。在将2个以上进行组合而将压缩端气体温度调整为目标压缩端气体温度的情况下，控制为：各控制的各自的压缩端气体温度的调整量的合计值、与目前的压缩端气体温度和目标压缩端气体温度之间的偏差一致。
下面，对各控制进行说明。
(通过EGR气体对压缩端气体温度进行的控制)
首先，说明：通过EGR气体对压缩端气体温度进行的控制。该通过EGR气体而对压缩端气体温度进行的控制如下：通过对所述旁通量调整阀75的开度进行控制，来调整迂回绕开EGR气体冷却器72的EGR气体量，由此调整被导入至燃料改性气缸进气通路42的EGR气体的温度。据此，调整压缩端气体温度。即，通过调整式(1)的吸入气体温度Tini，来调整压缩端气体温度。
图12是表示确定旁通量调整阀75的开度的运算逻辑的框图。如该图12所示，目标吸入气体温度运算部130基于目标压缩端气体温度，来对目标吸入气体温度进行运算。而且，目标冷却器旁通流量运算部131基于通过吸入气体温度传感器103而实测到的吸入气体温度与目标吸入气体温度之间的偏差，来对迂回绕开所述EGR气体冷却器72的EGR气体的流量进行运算。然后，目标旁通量调整阀开度运算部132基于该迂回绕开EGR气体冷却器72的EGR气体的流量，来对旁通量调整阀75的目标开度进行运算。预先通过实验、模拟，来求出该EGR气体的流量(迂回绕开EGR气体冷却器72的EGR气体的流量)与旁通量调整阀75的开度之间的关系，根据该关系，对旁通量调整阀75的目标开度进行运算。然后，将与该运算结果亦即目标开度相对应的输出信号向旁通量调整阀75输出。
通过上述运算逻辑来进行压缩端气体温度的控制，因此，通过所述目标吸入气体温度运算部130、所述目标冷却器旁通流量运算部131以及所述目标旁通量调整阀开度运算部132构成本发明中所说的气体温度调整部(通过调整被导入至燃料改性气缸内的吸入气体的温度，来调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度的、气体温度调整部)。
此外，可以将旁通量调整阀75的开度维持恒定，通过调整流经EGR气体冷却器72的冷热源(发动机冷却水、海水等)的温度或流量，来调整EGR气体的温度，由此进行压缩端气体温度的控制。
(通过有效压缩比的变更而对压缩端气体温度进行的控制)
下面，说明：通过有效压缩比的变更而对压缩端气体温度进行的控制。通过有效压缩比的变更而对压缩端气体温度进行的控制如下所述：通过燃料改性气缸2所具备的可变动阀装置28、29，来调整各阀26、27的开闭时机，由此，变更有效压缩比，据此调整压缩端气体温度。即，通过调整数学式(1)的有效压缩比ε，来调整压缩端气体温度。此外，作为可变动阀装置28、29，可以举出：以往周知的变更凸轮相位的方式的阀装置、变更凸轮升距的方式的阀装置、以及除了通常的阀升距以外还额外提供升距的方式的阀装置等。
图13是表示确定可变动阀装置28、29的控制量的运算逻辑的框图。如该图13所示，压缩端气体温度运算部140基于实测到的吸入气体温度和目前的有效压缩比，来对目前的压缩端气体温度进行运算。而且，目标有效压缩比运算部141基于该目前的压缩端气体温度与目标压缩端气体温度之间的偏差，来对目标有效压缩比进行运算。并且，目标可变动阀装置控制量运算部142基于该目标有效压缩比，来对可变动阀装置28、29的控制量进行运算。而且，将与该运算结果、亦即控制量相对应的输出信号向可变动阀装置28、29输出。例如，在目前的压缩端气体温度低于目标压缩端气体温度而需要提高有效压缩比的情况下，使通过可变动阀装置28关闭进气阀26的闭阀时刻朝向活塞22的下止点侧跳转。反之，在目前的压缩端气体温度高于目标压缩端气体温度而需要降低有效压缩比的情况下，使通过可变动阀装置28关闭进气阀26的闭阀时刻朝向活塞22的上止点侧跳转。
通过上述运算逻辑，来进行压缩端气体温度的控制，因此，由所述压缩端气体温度运算部140、所述目标有效压缩比运算部141以及所述目标可变动阀装置控制量运算部142构成本发明中所说的气体温度调整部(通过调整燃料改性气缸的有效压缩比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度的、气体温度调整部)。
(通过多方指数的变更而对压缩端气体温度进行的控制)
下面，说明：通过多方指数的变更对压缩端气体温度进行的控制。该通过多方指数的变更而对压缩端气体温度进行的控制如下所述：通过控制所述EGR气体量调整阀73的开度，来调整向燃料改性室23供给的EGR气体量(3个原子的分子、亦即CO2、H2O的浓度)，由此，不用变更向燃料改性室23供给的燃料供给量，就能够调整燃料改性室23中的氧浓度，从而变更该燃料改性室23内的气体的多方指数。据此，调整燃料改性室23中的改性反应的部分氧化反应量(发热量)，从而调整压缩端气体温度。即，通过调整数学式(1)的多方指数κ，来调整压缩端气体温度。
图14是表示确定EGR气体量调整阀73的开度的运算逻辑的框图。如该图14所示，吸入气体组成运算部150基于根据来自所述吸入气体O2传感器104的输出信号而计算出的吸入气体中的氧浓度，来对吸入气体的组成进行运算，根据该吸入气体的组成，求出吸入气体的多方指数。另外，压缩端气体温度运算部151基于实测到的吸入气体温度、目前的有效压缩比、以及所述多方指数，来运算目前的压缩端气体温度。并且，目标多方指数运算部152基于该目前的压缩端气体温度与目标压缩端气体温度之间的偏差，来对目标多方指数进行运算。而且，目标O2浓度运算部153基于该目标多方指数，来对目标O2浓度进行运算。并且，将与该运算结果、亦即目标O2浓度相对应的输出信号向EGR气体量调整阀73输出。预先通过实验、模拟，来求出该目标O2浓度与EGR气体量调整阀73的开度之间的关系，根据该关系，设定与所述输出相对应的EGR气体量调整阀73的开度。
通过上述运算逻辑，来进行压缩端气体温度的控制，因此，由所述吸入气体组成运算部150、所述压缩端气体温度运算部151、所述目标多方指数运算部152以及所述目标O2浓度运算部153构成本发明中所说的气体温度调整部(通过调整被导入至燃料改性气缸内的吸入气体的氧浓度，来调整燃料改性时的燃料改性气缸内的气体温度的、气体温度调整部)。
(目标压缩端气体温度的修正)
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，越需要提高燃料改性气缸2中的压缩端气体温度。因此，作为前述的目标压缩端气体温度，需要进行与混合气体的当量比相对应的修正，以使其能够进行改性反应。
图15是表示目标压缩端气体温度的修正值的运算逻辑的框图。如该图15所示，吸入气体组成运算部160基于根据来自所述吸入气体O2传感器104的输出信号而计算出的吸入气体中的氧浓度，来对吸入气体的组成进行运算，当量比运算部161基于该吸入气体的组成和燃料供给量，来对燃料改性室23内的当量比进行运算。并且，目标压缩端气体温度校正量运算部162基于该当量比，来对目标压缩端气体温度的校正量进行运算。而且，通过目标压缩端气体温度的基准值加上该目标压缩端气体温度的校正量，来得到目标压缩端气体温度的修正值。这样得到的目标压缩端气体温度的修正值相当于本发明中所说的燃料改性气缸内温度的下限值(用于使其能够进行改性反应的燃料改性气缸内温度的下限值)。即，在本实施方式中，设定与燃料改性气缸2内的当量比相对应的燃料改性气缸内温度的下限值，如使用图3所说明那样，燃料改性气缸2内的当量比越高，燃料改性气缸内温度的下限值设定得越高。
如以上所说明那样，在本实施方式中，根据燃料改性气缸2内的当量比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸2内的气体温度，以使改性燃料中的特定气体成分的浓度达到目标浓度。即，根据燃料改性气缸2内的当量比，来调整燃料改性时的燃料改性气缸2内的气体温度，以便得到特定气体成分的浓度来作为目标浓度。据此，能够将通过输出气缸3中的改性燃料的燃烧而得到的输出调整为内燃机请求输出，而不是大幅变更向燃料改性气缸2内供给的燃料量。
-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。
此外，本发明可以在不脱离其主旨或主要特征的情况下以其他各种形式进行实施。因此，上述的各实施方式及各实施例在所有方面只不过是简单的示例，并没有进行限定性解释。本发明的范围通过权利要求书来表示，不受说明书正文的任何限制。此外，属于权利要求书的等同范围的变形、变更全部属于本发明的范围内的内容。
本申请基于2016年7月14日在日本申请的特愿2016-139573号而主张优先权。通过提及上述情况而将其全部内容并入本申请。另外，通过提及上述情况而将本说明书中所引用的文献全部具体地并入本申请。
产业上的可利用性
本发明能够应用于具备燃料改性气缸和输出气缸的内燃机中的改性燃料的气体组成的调整。
附图标记说明
1 内燃机
2 燃料改性气缸
21 缸孔
22 活塞
3 输出气缸
100 ECU
130 目标吸入气体温度运算部
131 目标冷却器旁通流量运算部
132 目标旁通量调整阀开度运算部
140 压缩端气体温度运算部
141 目标有效压缩比运算部
142 目标可变动阀装置控制量运算部
150 吸入气体组成运算部
151 压缩端气体温度运算部
152 目标多方指数运算部
153 目标O2浓度运算部

Claims (13)

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：燃料改性气缸，其能够作为燃料改性装置而发挥作用；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性气缸生成的改性燃料，并通过该改性燃料的燃烧而获得内燃机输出，
所述控制装置的特征在于，
具备气体温度调整部，利用该气体温度调整部，根据所述燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度，以使得由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。
2.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述燃料改性气缸由活塞在缸体内进行往复移动的往复式的气缸构成，
所述气体温度调整部构成为：根据所述燃料改性气缸内的当量比，来调整在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。
3.根据权利要求1所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述气体温度调整部构成为：作为由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的气体成分，氢或一氧化碳的目标浓度越高，所述燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度就会被设定得越高。
4.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述气体温度调整部构成为：作为由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的气体成分，氢或一氧化碳的目标浓度越高，所述燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度就会被设定得越高。
5.根据权利要求2所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述控制装置具备气体温度推断部，利用该气体温度推断部，推断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，
所述气体温度调整部构成为：根据由所述气体温度推断部推断出的气体温度、与由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到目标浓度时的气体温度之间的偏差，来进行温度调整动作。
6.根据权利要求1～5中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述气体温度调整部构成为：通过调整被导入至所述燃料改性气缸内的吸入气体的温度，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度。
7.根据权利要求1～5中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述气体温度调整部构成为：通过调整所述燃料改性气缸的有效压缩比，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度。
8.根据权利要求1～5中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
所述气体温度调整部构成为：通过调整被导入至所述燃料改性气缸内的吸入气体的氧浓度，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度。
9.根据权利要求1～5中的任意一项所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
设定：与所述燃料改性气缸内的当量比相对应的燃料改性气缸内温度的下限值，所述燃料改性气缸内的当量比越高，所述燃料改性气缸内温度的下限值就会被设定得越高。
10.根据权利要求6所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
设定：与所述燃料改性气缸内的当量比相对应的燃料改性气缸内温度的下限值，所述燃料改性气缸内的当量比越高，所述燃料改性气缸内温度的下限值就会被设定得越高。
11.根据权利要求7所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
设定：与所述燃料改性气缸内的当量比相对应的燃料改性气缸内温度的下限值，所述燃料改性气缸内的当量比越高，所述燃料改性气缸内温度的下限值就会被设定得越高。
12.根据权利要求8所述的内燃机的控制装置，其特征在于，
设定：与所述燃料改性气缸内的当量比相对应的燃料改性气缸内温度的下限值，所述燃料改性气缸内的当量比越高，所述燃料改性气缸内温度的下限值就会被设定得越高。
13.一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：燃料改性气缸，其能够作为燃料改性装置而发挥作用；以及输出气缸，其被供给由该燃料改性气缸生成的改性燃料，通过该改性燃料的燃烧而获得内燃机输出，
所述控制方法的特征在于，
根据所述燃料改性气缸内的当量比，来调整燃料改性时的所述燃料改性气缸内的气体温度，以使得由所述燃料改性气缸生成的改性燃料中的特定气体成分的浓度达到根据内燃机请求输出而规定的目标浓度。
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