JP2016194294A - エンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ損失を十分に抑制しつつ熱効率を維持しながらも、通常気筒への改質ガスの流量を大幅に制御し得るエンジンシステムを提供する。
【解決手段】改質気筒４０ｄにおける１サイクルでのストローク数を通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃとは別に変更する形態で、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへの改質ガスＫの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段５２を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気を燃焼室にて燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くエンジンシステム、及び燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備えた改質エンジンを有するエンジンシステムに関する。

多気筒エンジンにおいて、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を燃焼室にて不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも通常気筒へ導くエンジンが知られている（特許文献１を参照）。
改質気筒において、例えば、メタンを主成分とする燃料を含む過濃混合気を不完全燃焼させることで、水素等の燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスを生成することができる。そして、当該改質ガスを通常気筒へ導くことで、例えば、通常気筒の燃焼室での火花伝播速度を上昇させ、燃焼の安定性を改善できることが知られている。

米国特許出願公開第２００９／０３０８０８７０号明細書

上記特許文献１に開示の技術において、通常気筒へ導かれる改質ガスの流量を制御すれば、通常気筒へ導かれる燃焼速度の速い燃焼促進性ガスの流量が制御されることとなり、通常気筒での燃焼状態を制御することが可能となる。
上記特許文献１に開示の技術において、改質気筒への過濃混合気の濃度を一定に維持した状態で、通常気筒へ導く改質ガスの流量を変動させるには、改質気筒への燃焼用空気を通流する改質気筒用吸気支管にスロットル弁を設け、当該スロットル弁の開度を調整するように構成することが考えられる。しかしながら、当該構成にあっては、スロットル弁におけるポンプ損失が増大する虞があった。
改質気筒への過濃混合気の濃度を一定に維持した状態で、通常気筒へ導く改質ガスの流量を変動させる別の構成としては、改質気筒からの改質ガスのうち一部を通常気筒へ導くことなく排気ガスとして排出する構成が考えられる。しかしながら、当該構成にあっては、燃焼促進性ガスとしての未燃の水素等を排気として排出することになるから、熱効率の低下が避けられない。また、触媒等への後処理装置へ悪影響を及ぼす虞があると共に、燃焼促進性ガスが煙道にて爆発する虞もある。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ポンプ損失を十分に抑制しつつ熱効率を維持しながらも、通常気筒への改質ガスの流量を大幅に制御し得るエンジンシステムを提供することにある。

上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くエンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を前記通常気筒とは別に変更する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段を備える点にある。

上記特徴構成によれば、まずもって、通常気筒及び改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備えるから、通常気筒と改質気筒との空気過剰率を各別に設定できる。そして、第２燃料供給量調整手段が、改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、第２燃料供給部による燃料の供給量を調整するから、改質気筒にて過濃混合気を形成し不完全燃焼させることで、未燃の水素等の燃焼促進性ガスを含む改質ガスを、良好に生成できる。
また、上記特徴構成によれば、改質気筒における１サイクルでのストローク数を通常気筒とは別に変更可能に構成されているから、通常気筒の１サイクルでのストローク数を維持した状態で、改質ガス供給量制御手段が、改質気筒における１サイクルでのストローク数を通常気筒とは別に変更する形態で、通常気筒への改質ガスの供給量を制御できる。これにより、例えば、改質気筒専用のスロットル弁を設けて改質ガスの流量を制御する構成に比べ、ポンプ損失を低下することができる。また、改質ガスの一部を排気ガスとして排出する形態で通常気筒へ導く改質ガスの流量を制御する構成に比べ、生成した改質ガスのすべてを排気ガスとして排出することなく、通常気筒へ導くことができるから、高い熱効率を維持することができる。

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とを４ストロークで行う４ストローク運転に対して、前記吸気行程と前記圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁の双方を閉じてピストンを往復動させる一対の休止行程を追加する形態で、前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を前記通常気筒とは別に変更可能に構成され、
前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を制御する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を制御する点にある。

上記特徴構成によれば、改質気筒から通常気筒に導かれる改質ガスの流量は、１対の休止行程の数により制御しており、当該一対の休止行程を追加する数は実質的に零から無限大まで変化させることができるから、改質気筒から通常気筒に導かれる改質ガスの流量の制御幅を十分に大きくとることができる。これにより、通常気筒に導かれる改質ガス（燃焼促進性ガス）の流量を、比較的簡易な構成で制御できるから、通常気筒での燃焼性を良好に調整できる。

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を増加する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を減少する点にある。

上記特徴構成によれば、改質ガス供給量制御手段は、改質気筒において１サイクルに追加する一対の休止行程の数を追加する形態で、一対の休止行程を追加する前よりも、通常気筒への改質ガスの供給量を減少する制御を実行するから、ポンプ損失を十分に抑制しつつ、熱効率を維持しながらも、改質気筒から通常気筒への改質ガスの供給量を、段階的に調整できる。

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記改質気筒が、１サイクルにおいて、吸気行程及び圧縮行程を１ストロークで行うと共に膨張行程及び排気行程を１ストロークで行う２ストローク運転を、前記通常気筒とは別に実行可能に構成され、
前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において前記２ストローク運転を実行する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を増加する点にある。

従来技術で説明した特許文献１に開示の技術にあっては、改質気筒への新気の供給量が一定に維持されている状態では、改質気筒から通常気筒への改質ガスの供給量を増加させることはできなかった。
上記特徴構成によれば、通常気筒とは別に、改質気筒において、所謂、２ストローク運転をすることで、例えば、改質気筒にて４ストローク運転を１サイクル実行している間に、２サイクル実行することができるから、実質的に改質気筒にて改質され排出される改質ガスの流量を増加できる。尚、２ストローク運転は、４ストローク運転に比べて、吸気効率及び掃気効率が低下することが一般的に知られているが、吸気効率及び掃気効率の低下を考慮に入れたとしても、実質的に排出される改質ガスの流量は、４ストローク運転に比べて増加する。

これまで説明してきたエンジンシステムは、前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備えていることが好ましい。

上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備えた改質エンジンを有するエンジンシステムであって、その特徴構成は、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する外部出力気筒を備えた外部出力エンジンを備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記外部出力気筒へ導くように構成され、
前記改質エンジンの前記改質気筒を含む気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を変更する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段を備える点にある。

即ち、本発明のエンジンシステムとしては、改質ガスを生成するための改質エンジンとは別に、外部出力用の外部出力エンジンを備える構成をも権利範囲に含むものである。
改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムであっても、これまで説明してきた改質ガス供給量制御手段による改質ガスの供給量の制御と同一の制御を、良好に実行することができる。

即ち、改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムは、
吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とを４ストロークで行う４ストローク運転に対して、前記吸気行程と前記圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁の双方を閉じてピストンを往復動させる一対の休止行程を追加する形態で、前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を変更可能に構成され、
前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を制御する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を制御する点を、更なる特徴構成としている。

また、改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムは、
前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を増加する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を減少する点を、更なる特徴構成としている。

また、改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムは、
前記改質気筒が、１サイクルにおいて、吸気行程及び圧縮行程を１ストロークで行うと共に膨張行程及び排気行程を１ストロークで行う２ストローク運転を実行可能に構成され、
前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において前記２ストローク運転を実行する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を増加する点を、更なる特徴構成としている。

改質エンジンと外部出力エンジンとを備えるエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記改質エンジンの前記改質気筒を含む気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備えている点にある。

以上の如く、過給機を備えることにより、改質エンジンにおいて改質ガスを生成する改質気筒を備えることで低下するエンジン出力を補う構成とすることが好ましい。

第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図 通常の改質ガス量を生成するための改質気筒での４ストローク運転を説明する概念図 生成する改質ガス量を減少するための改質気筒での６ストローク運転を説明する概念図 生成する改質ガス量を減少するための改質気筒での８ストローク運転を説明する概念図 生成する改質ガス量を増加するための改質気筒での２ストローク運転を説明する概念図 改質気筒でのストローク数を変更した場合の改質ガス量の変動量を示すグラフ図 第２実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図 別実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図 別実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図 別実施形態に係るエンジンシステムの概略構成を示す図

実施形態に係るエンジンシステム１００は、図１に示すように、エンジン本体４０に、都市ガス１３Ａ等の燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを含む混合気Ｍを燃焼する通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、混合気Ｍの少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料Ｆよりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫへ改質する改質気筒４０ｄとを備え、改質気筒４０ｄにて改質された改質ガスＫを通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導くエンジンシステムに関するものであり、ポンプ損失を十分に抑制しつつ熱効率を維持しながらも、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへの改質ガスの流量を大幅に制御し得るエンジンシステムに関するものである。

〔第１実施形態〕
以下、図１〜６に基づいて、第１実施形態のエンジンシステム１００について説明する。
第１実施形態のエンジンシステム１００は、ターボ過給式のエンジンシステムとして構成されており、少なくとも１つ以上（当該第１実施形態では３つ）の通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、少なくとも１つ以上（当該第１実施形態では１つ）の改質気筒４０ｄとを備えている。更には、エンジンシステム１００の運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいてターボ過給式エンジンの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット（以下、制御装置５０と呼ぶ）を備えている。

この種のエンジンシステム１００は、詳細な図示は省略するが、吸気本管２０から通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室（図示せず）へ吸気弁（図示せず）を介して吸気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグにて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸（図示せず）から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスＥは、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室から排気弁（図示せず）を介して排気路２７に押し出され、外部へ排出される。
尚、詳細については後述するが、吸気本管２０から供給される新気は、改質気筒４０ｄにも供給され、改質気筒４０ｄにてピストンを押し下げて回転軸から回転動力を出力することになるのであるが、当該改質気筒４０ｄにて排ガスとして生成される改質ガスＫは、外部へ排出されることなく、そのすべてが改質ガス通流路２８を介して吸気本管２０へ導かれる。

吸気本管２０には、燃焼用空気Ａを浄化するエアクリーナ２１、燃焼用空気Ａに燃料Ｆを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ１４、及びミキサ１４にて混合された混合気Ｍを圧縮する過給機３０としてのコンプレッサ３１、当該コンプレッサ３１の昇圧により昇温した混合気Ｍを冷却するインタークーラ２２、開度調整により通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄへの混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットル弁２３が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、吸気本管２０において、ミキサ１４で燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合して生成された混合気Ｍは、過給機３０としてのコンプレッサ３１にて圧縮された後に、インタークーラ２２にて冷却され、スロットル弁２３を介して所定の流量に調整されて、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、及び改質気筒４０ｄの燃焼室へ導入される。

ミキサ１４に燃料Ｆを導く第１燃料供給路１１には、ミキサ１４の上流側の吸気本管２０における燃焼用空気Ａの圧力と第１燃料供給路１１における燃料Ｆの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ１２、ミキサ１４を介して通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄの燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第１燃料流量制御弁１３が設けられている。即ち、第１燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第１燃料流量制御弁１３が、第１燃料供給部として機能する。

過給機３０は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃに接続される排気路２７に設けられるタービン３２に、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃから排出される排ガスＥを供給し、タービン３２に連結される状態で吸気本管２０に設けられるコンプレッサ３１により、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄの燃焼室に吸気される混合気Ｍを圧縮するターボ式の過給機として構成されている。即ち、当該過給機３０は、排気路２７を通流する排ガスＥの運動エネルギによりタービン３２を回転させ、当該タービン３２の回転力により吸気本管２０を通流する新気としての混合気Ｍを圧縮して、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。

エンジン本体４０の回転軸（図示せず）には、当該回転軸の回転数を計測する回転数センサ（図示せず）が設けられており、制御装置５０は、当該回転数センサにて計測されるエンジン回転数を目標回転数に維持するべく、当該回転数センサの計測結果に基づいてスロットル弁２３の開度を制御する。
更に、制御装置５０は、例えば、回転数センサにて計測されるエンジン回転数と、エンジン本体４０の回転軸のトルクに基づいて計算されるエンジン出力が、目標出力となるように、第１燃料流量制御弁１３やスロットル弁２３の開度を制御する。

吸気本管２０は、スロットル弁２３の下流側において、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの夫々へ混合気Ｍを導く複数の通常気筒用吸気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続されると共に、改質気筒４０ｄへ混合気Ｍを導く改質気筒用吸気支管２０ｄに接続されている。
改質気筒４０ｄは、自身の燃焼室において、新気を不完全燃焼させて、燃料Ｆ（例えば、メタン）よりも燃焼速度の速い水素等の燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫを生成するように構成されている。ここで、水素は、メタン及び空気を混合して燃焼する場合、空気過剰率が１より小さい燃料過濃領域に、その発生量のピークがあることが知られている（「燃焼の基礎と応用（共立出版株式会社）」の第２章を参照）。
そこで、当該第１実施形態にあっては、改質気筒４０ｄへ新気を供給する改質気筒用吸気支管２０ｄに、ベンチュリー式のミキサ１６を介する形態で燃料Ｆを供給する第２燃料供給路２９が接続されており、当該第２燃料供給路２９には、燃料Ｆの流量を制御する第２燃料流量制御弁１５が設けられている。第２燃料供給路２９の第２燃料流量制御弁１５の上流側には、燃料Ｆの供給圧を吸気本管２０のコンプレッサ３１出口の過給圧まで昇圧するべく、圧縮機（図示せず）等が設けられている。
更に、改質気筒４０ｄには、改質気筒４０ｄにて改質された改質ガスＫを通流する改質ガス通流路２８が接続されており、当該改質ガス通流路２８の下流端が、吸気本管２０のスロットル弁２３の下流側に接続されている。即ち、当該第１実施形態にあっては、改質ガスＫは、そのすべてが通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄに導かれるように構成されている。
第２燃料供給量調整部５１としての制御装置５０は、改質気筒４０ｄへの新気の空気過剰率が１より小さくなるように、第２燃料流量制御弁１５の開度を制御する。つまり、第２燃料供給路２９、ミキサ１６、及び第２燃料流量制御弁１５が、第２燃料供給部として機能すると共に、第２燃料供給部及び第２燃料供給量調整部５１としての制御装置５０が、第２燃料供給量調整手段として働く。

さて、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率が一定である場合、改質気筒４０ｄから通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれる燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫの流量は、多くなるほど、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの新気に含まれる燃焼促進性ガスの量は増加するため、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室での着火後の火花伝搬速度が上昇し、失火や燃焼変動を低減できるから、燃焼の安定性を向上できるという効果がある。
一方、改質ガスＫの流量が少なくなるほど、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれる新気に含まれる燃焼促進性ガスの量は低下し、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室での吸気行程初期から圧縮行程後期における温度上昇速度が低下するため、アンチノック性が高くなり、ノッキングの発生を抑制できるという効果がある。
このため、改質気筒４０ｄから通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれる改質ガスＫの流量を制御できることが好ましい。しかしながら、例えば、改質気筒用吸気支管２０ｄに流量制御用の弁を設けるような構成を採用すれば、ポンプ損失が増加するため好ましくない。また、改質ガス通流路２８に排気用の流路を設け、改質ガスＫの一部を排ガスＥと共に排気すれば、改質ガスＫに含まれる燃焼促進性ガスの熱エネルギを有効に利用できずに好ましくない。また、排気用の改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率が高くなると排気煙道にて爆発する虞も出てくる。

そこで、当該第１実施形態に係るエンジンシステム１００にあっては、改質気筒４０ｄにて１サイクルに含まれる工程数を変更する形態で、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃから改質気筒４０ｄへ導かれる改質ガスＫの流量を制御する。
説明を追加すると、当該第１実施形態においては、特に、改質気筒４０ｄに対し、改質気筒４０ｄに対して設けられる吸気弁（図示せず）と排気弁（図示せず）との開閉タイミングを設定するカムのカム軸（図示せず）とエンジン本体４０の回転軸（図示せず）との間のギヤ比を変更可能な動弁機構４１を備えている。
即ち、改質ガス供給量制御部５２としての制御装置５０は、動弁機構４１を制御して、図２に示すように、吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程との夫々を上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間の１ストロークで実行する４ストローク運転と、図３、４に示すように、４ストローク運転に対して吸気行程と圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁との双方を閉じて改質気筒４０ｄのピストンを往復運動させる一対の休止行程を少なくとも１つ以上追加する増加ストローク運転（図３は６ストローク運転を、図４は８ストローク運転を、夫々例示）と、図５に示すように、吸気と圧縮の双方を行う吸気・圧縮行程を１ストロークで行うと共に膨張と排気の双方を行う膨張・排気行程を１ストロークで実行する２ストローク運転とを、各別に実行可能に構成されている。
上述した４ストローク運転、増加ストローク運転、及び２ストローク運転の夫々につき、動弁機構４１による吸気弁と排気弁との開閉状態の一例について説明すると、４ストローク運転において、動弁機構４１は、図２に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
６ストローク運転において、動弁機構４１は、図３に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に一対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と一対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
８ストローク運転において、動弁機構４１は、図４に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に二対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程と密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と二対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程と密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
２ストローク運転において、動弁機構４１は、図５に示すように、吸気・圧縮行程を開始する時点の上死点を基準として、吸気弁を吸気・圧縮行程の６０°ＡＴＤＣ〜２１０°ＡＴＤＣで開放状態とし、吸気・圧縮行程の０°ＡＴＤＣ〜６０°ＡＴＤＣと膨張・排気行程の２１０°ＡＴＤＣ〜３６０°ＡＴＤＣにおいて閉止状態とし、排気弁を１５０°ＡＴＤＣ〜２４０°ＡＴＤＣで開放状態とし、吸気・圧縮行程の０°ＡＴＤＣ〜１５０°ＡＴＤＣと膨張・排気行程の２４０°ＡＴＤＣ〜３６０°ＡＴＤＣで閉止状態とする。

改質ガス供給量制御部５２としての制御装置５０は、改質気筒４０ｄにおいて、２ストローク運転、４ストローク運転、６ストローク運転、８ストローク運転と、記載の順に１サイクルでのストローク数を増加することで、単位ストローク当たりの改質ガスＫの流量を減少させることができる。
説明を追加すると、２ストローク運転、４ストローク運転、６ストローク運転、８ストローク運転において、単位ストロークに対する改質ガスＫの流量は、理論的には、図６のグラフの理論改質ガス量変動曲線に沿う形態で、ストローク数が増加するに従って、減少することとなる。
ただし、２ストローク運転においては、吸気効率・掃気効率が低下する関係で、改質ガスＫの流量が、理論上の値（図６で白丸で示す値）よりもΔＸ２で示す分だけ低い値（図６で黒丸で示す値）となる。しかしながら、当該改質ガスＫの流量の低下量ΔＸ２を考慮したとしても、２ストローク運転における改質ガスＫの流量は、４ストローク運転における改質ガスＫの流量よりも増加することとなる。
また、増加ストローク運転において、８ストローク運転よりも追加する一対の休止行程の数を増加することができるから、この点も考慮すると、改質ガス量可変範囲ΔＸ１は、図６に示すように、十分に広い範囲（例えば、最低の改質ガスＫの流量に対する最大の改質ガスＫの流量の比が４倍以上の範囲）とすることができる。
以上より、動弁機構４１及び改質ガス供給量制御部５２としての制御装置５０が、改質気筒４０ｄにおける１サイクルでのストローク数を通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃとは別に変更する形態で、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへの改質ガスＫの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段として機能する。

尚、当該第１実施形態にあっては、２ストローク運転、４ストローク運転、６ストローク運転、及び８ストローク運転の何れにあっても、制御装置５０は、圧縮行程において６０°ＢＴＤＣ〜１０°ＡＴＤＣの間に改質気筒４０ｄの点火時期を設定するように構成されている。

〔第２実施形態〕
上記第１実施形態に係るエンジンシステム１００にあっては、単一の多気筒エンジンにおいて、改質気筒４０ｄにて改質された改質ガスＫを通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ（改質気筒４０ｄを含む）へ導く構成例を示した。
当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００は、図７に示すように、改質気筒４０ｄにて混合気Ｍを改質して改質ガスＫを生成するための改質エンジン２００ａに加えて、改質エンジン２００ａにて生成された改質ガスＫが導かれる外部出力エンジン２００ｂを備えて構成されている。尚、当該エンジンシステム２００には、改質エンジン２００ａ及び外部出力エンジン２００ｂの運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいて外部出力エンジン２００ｂの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット（以下、制御装置５０と呼ぶ）を備えている。

第２実施形態に係るエンジンシステム２００における改質エンジン２００ａは、改質気筒４０ｄにて生成された改質ガスＫを、改質エンジン２００ａの吸気本管２０に戻していない点を除き、上述した第１実施形態に係るエンジンシステム１００と実質的に同一の構成をしており、同一の制御を実行する。
以下、上記第１実施形態に係るエンジンシステム１００と異なる構成及び制御に重点をおいて説明することとし、同一の構成及び制御については、その詳細な説明を省略することがある。

外部出力エンジン２００ｂは、図７に示すように、吸気本管７０から複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ（外部出力気筒の一例）の燃焼室（図示せず）へ吸気弁（図示せず）を介して吸気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグにて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸（図示せず）から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスＥは、複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室から排気弁（図示せず）を介して排気路に押し出され、外部へ排出される。

吸気本管７０には、燃焼用空気Ａを浄化するエアクリーナ７１、燃焼用空気Ａに燃料Ｆを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ６４、開度調整により複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへの混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットル弁７３が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、吸気本管７０において、ミキサ６４で燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合して生成された混合気Ｍは、スロットル弁７３を介して所定の流量に調整されて、複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ導入される。

ミキサ６４に燃料Ｆを導く第３燃料供給路６１には、ミキサ６４の上流側の吸気本管７０における燃焼用空気Ａの圧力と第３燃料供給路６１における燃料Ｆの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ６２、ミキサ６４を介して複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第３燃料流量制御弁６３が設けられている。

外部出力エンジン２００ｂのエンジン本体８０の回転軸（図示せず）には、当該回転軸（図示せず）の回転数を計測する回転数センサ（図示せず）が設けられており、制御装置５０は、当該回転数センサにて計測されるエンジン回転数を目標回転数に維持するべく、当該回転数センサの計測結果に基づいてスロットル弁７３の開度を制御する。
更に、エンジン本体８０の回転軸には、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサ（図示せず）が設けられており、制御装置５０は、例えば、回転数センサにて計測されるエンジン回転数と、トルク計測センサにて計測されるトルクに基づいて計算されるエンジン出力が、目標出力となるように、第３燃料流量制御弁６３やスロットル弁７３の開度を制御する。

吸気本管７０は、スロットル弁７３の下流側において、複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへ混合気Ｍを導く複数の吸気支管７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄに接続されている。
当該吸気本管７０においてスロットル弁７３の下流側で複数の吸気支管７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの上流側には、改質エンジン２００ａの改質気筒４０ｄにて生成された改質ガスＫを通流する改質ガス通流路２８が連通接続されている。当該構成により、上述の吸気支管７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄのすべてに対して、改質ガスＫが略均等に通流することになる。

以上の如く構成されたエンジンシステム２００にあっては、改質エンジン２００ａにて第１実施形態にて説明した制御と同一の制御を実行することで、外部出力エンジン２００ｂの運転状態毎に発生する異常燃焼や、燃焼の不安定を改善することが可能となる。
説明を追加すると、改質ガス供給量制御部５２としての制御装置５０は、動弁機構４を制御して、改質気筒４０ｄにおいて、２ストローク運転、４ストローク運転、６ストローク運転、８ストローク運転と、記載の順に１サイクルでのストローク数を増加することで、単位ストローク当たりの改質ガスＫの流量を減少させることができる。
即ち、動弁機構４１及び改質ガス供給量制御部５２としての制御装置５０が、改質気筒４０ｄにおける１サイクルでのストローク数を、改質エンジン２００ａの改質気筒４０ｄ以外の通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃとは別に変更する形態で、外部出力エンジン２００ｂの気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへの改質ガスＫの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段として機能する。

〔別実施形態〕
（１）上記第１実施形態では、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを３つとし、改質気筒４０ｄの数を１つとした。しかしながら、通常気筒の数は、１つ以上であればいくつであっても構わないし、改質気筒の数も、１つ以上であればいくつであっても、本発明の機能を良好に発揮できる。
また、上記第２実施形態でも同様に、通常気筒の数は、１つ以上であればいくつであっても構わないし、改質気筒の数も、１つ以上であればいくつであっても、本発明の機能を良好に発揮できる。
ただし、第２実施形態に係るエンジンシステム２００にあっては、改質エンジン２００ａは、改質ガスＫの生成用のエンジンであるので、改質気筒４０ｄの数は、多いほうが好ましい。また、改質エンジン２００ａは、その軸出力を取り出して発電等に用いる構成としても良い。

（２）上記第１実施形態は、改質気筒４０ｄの排気ポートに接続される改質ガス通流路２８は、吸気本管２０に接続される構成を有すると共に、改質ガスＫを、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと改質気筒４０ｄとの双方に導く例を示した。
しかしながら、例えば、改質ガス通流路２８は、改質気筒４０ｄの排気ポートと、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみに新気を供給する通常気筒用吸気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの夫々とを接続する構成を採用しても構わない。
これにより、改質ガスＫを改質気筒４０ｄに導くことなく、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみに導くことができ、より一層の熱効率の向上が期待できる。

（３）上記第１、２実施形態では、エンジンシステム１００、２００が過給機３０を備える例を示したが、別に、当該過給機３０を備えない構成であっても、本発明の目的は良好に達成される。
尚、上述の如く、過給機３０を設けない構成にあっては、改質気筒用吸気支管２０ｄは、過給圧まで昇圧されていない。このため、第２燃料供給部としてのミキサ１６に供給される燃料Ｆの圧力を昇圧する必要がなく、昇圧のための圧縮機等を備えない簡易でコンパクトな構成にすることができる。ちなみに、この場合、ミキサ１６から改質気筒用吸気支管２０ｄへ供給される燃料Ｆの圧力は、通常の吸気圧力に設定される。

（４）上記第１、２実施形態において、制御装置５０は、改質気筒４０ｄからの改質ガスＫの供給量を減少する場合、４ストローク運転から、一対の休止行程を一つ追加する６ストローク運転、又は一対の休止行程を二つ追加する８ストローク運転へ変更する制御例を示した。しかしながら、当該追加する休止行程の数に制限はなく、３つ以上の休止行程を追加するような構成を採用しても構わない。
即ち、制御装置５０は、改質ガスＫの目標供給量に対応する形態で、当該目標供給量が少ないほど、追加する一対の休止行程の数を増加するように動弁機構４１を制御しても構わない。
また、上記第１、２実施形態では、制御装置５０は、改質気筒４０ｄにおいて、２ストローク運転を実行する形態で、改質気筒４０ｄからの改質ガスＫの流量を増加する例を示した。しかしながら、当該２ストローク運転しないもの、即ち、４ストローク運転と、増加ストローク運転（６ストローク運転、８ストローク運転を含む概念）とを実行するものであっても、本発明の機能を良好に発揮するものとなる。

（５）上記第１、２実施形態において、４ストローク運転、増加ストローク運転、及び２ストローク運転の夫々において、改質気筒４０ｄでの動弁機構４１による吸気弁と排気弁との開閉タイミングの一例を示したが、これらは例示であり、通常知られている開閉状態を適宜採用することが可能である。

（６）上記第１、２実施形態では、過給機３０として、ターボ式のものを備える例を示したが、スーパーチャージャ式のものとしても構わない。
以下、第１実施形態の構成を例にとって説明を追加すると、図１に示す過給機３０に替えて、図８に示すように、吸気本管２０にコンプレッサ６０を設けると共に、クランク軸の出力の一部が伝達されてコンプレッサ６０を駆動する動力伝達手段９４とを備える構成を採用しても構わない。

（７）上記第１、２実施形態では、図１、７に示すように、過給機３０として、単一のコンプレッサ３１と単一のタービン３２とを備える、所謂、一段過給の例を示したが、別に、二段以上の多段過給としても構わない。
以下、第１実施形態の構成を例にとって説明を追加すると、例えば、図９に示すように、排気路２７に、排ガスＥの流れ方向で、第２タービン３２ｂ、第１タービン３２ａを記載の順に備えると共に、吸気本管２０に、混合気Ｍの流れ方向で、第１タービン３２ａに連結される第１コンプレッサ３１ａと、第２タービン３２ｂに連結される第２コンプレッサ３１ｂとを記載の順に備える構成を採用しても構わない。

（８）上記第２実施形態においては、単一の改質エンジン２００ａと単一の外部出力エンジン２００ｂとを備える構成例を示したが、改質エンジン２００ａを複数備える構成や、外部出力エンジン２００ｂを複数備える構成を採用することもできる。

（９）上記第２実施形態において、制御装置５０は、単一の制御装置として示しているが、改質エンジン２００ａ用の制御装置と、外部出力エンジン２００ｂの制御装置とを、各別に備えることも可能である。

（１０）上記第２実施形態において、外部出力エンジン２００ｂは、多気筒エンジンとして構成しているが、別に、単気筒であってもあっても構わない。また、改質エンジン２００ａは、その気筒のすべてが、改質気筒であっても構わない。

（１１）上記第２実施形態においては、改質ガス通流路２８が、吸気本管７０に接続される構成例を示した。しかしながら、当該改質ガス通流路２８は、吸気支管７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの少なくとも１つ以上に接続される構成、即ち、複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの少なくとも１つ以上に改質ガスＫが導かれる構成を採用しても構わない。

（１２）上記第１、２実施形態にあっては、エンジンの回転軸のトルクを直接測定する構成例を示したが、当該構成に替えて、例えば、スロットル開度やブースト圧などから回転軸のトルクを推定するトルク推定手段を備える構成を採用しても構わない。

（１３）上記第１、２実施形態にあっては、燃料Ｆは、都市ガス１３Ａとしたが、本発明の本質的意味からは、ガス燃料に限らずガソリン等の液体燃料であっても構わない。

（１４）過給機を備えたエンジンは、ノッキングの抑制に伴う制約条件が大きくなるため、通常、ＥＧＲによりノッキングを抑制する。しかしながら、ＥＧＲを行う場合、燃焼変動が大きくなるという課題が生じる。
そこで、当該別実施形態にあっては、図１０に示すように、第２実施形態に係るエンジンシステム２００の外部出力エンジン２００ｂに対し過給機９０を備える構成を採用する。以下、具体的構成について説明するが、過給機９０に関連する構成以外については、第２実施形態と同一であるので、その説明を割愛する。
図１０に示すように、外部出力エンジン２００ｂの吸気本管７０には、ミキサ６４の下流側でスロットル弁７３の上流側に、過給機９０のコンプレッサ９１と、当該コンプレッサ９１の昇圧により昇温した混合気Ｍを冷却するインタークーラ９３とが、記載の順に設けられると共に、外部出力エンジン２００ｂの排気路９５には、過給機９０のタービン９２が設けられている。
このような構成にあっては、外部出力エンジン２００ｂは、過給機９０が設けられていることから、ノッキングの抑制に伴う制約条件が大きくなるが、上記第２実施形態にて説明した制御を実行して、改質エンジン２００ａから改質ガスＫを導く構成を採用すると共に、当該改質ガスＫの流量を制御することで、外部出力エンジン２００ｂのノッキングの抑制に伴う制約条件を緩和しつつも、燃焼変動を抑制できる。
尚、当該別実施形態にあっては、改質エンジン２００ａは、過給式のものを採用しているが、過給式でなくても構わない。
また、過給機９０としては、二段過給式のものとして構成しても良いし、スーパーチャージャー式のものを採用しても構わない。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明のエンジンシステムは、ポンプ損失を十分に抑制しつつ熱効率を維持しながらも、通常気筒への改質ガスの流量を大幅に制御し得るエンジンシステムとして、有効に利用可能である。

１１ ：第１燃料供給路
１２ ：差圧レギュレータ
１３ ：第１燃料流量制御弁
１４ ：ミキサ
１５ ：第２燃料流量制御弁
１６ ：ミキサ
２９ ：第２燃料供給路
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ：通常気筒
４０ｄ ：改質気筒
４１ ：動弁機構
５０ ：制御装置
５１ ：第２燃料供給量調整部
５２ ：改質ガス供給量制御部
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ：外部出力気筒
１００ ：エンジンシステム
２００ ：エンジンシステム
２００ａ ：改質エンジン
２００ｂ ：外部出力エンジン
Ａ ：燃焼用空気
Ｆ ：燃料
Ｋ ：改質ガス
Ｍ ：混合気

Claims (10)

1. 燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くエンジンシステムにおいて、
   前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
   前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
   前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を前記通常気筒とは別に変更する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段を備えるエンジンシステム。
2. 吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とを４ストロークで行う４ストローク運転に対して、前記吸気行程と前記圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁の双方を閉じてピストンを往復動させる一対の休止行程を追加する形態で、前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を前記通常気筒とは別に変更可能に構成され、
   前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を制御する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を制御する請求項１に記載のエンジンシステム。
3. 前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を増加する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を減少する請求項２に記載のエンジンシステム。
4. 前記改質気筒が、１サイクルにおいて、吸気行程及び圧縮行程を１ストロークで行うと共に膨張行程及び排気行程を１ストロークで行う２ストローク運転を、前記通常気筒とは別に実行可能に構成され、
   前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において前記２ストローク運転を実行する形態で、前記通常気筒への改質ガスの供給量を増加する請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンシステム。
5. 前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備えている請求項１〜４の何れか一項に記載のエンジンシステム。
6. 燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を不完全燃焼させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備えた改質エンジンを有するエンジンシステムにおいて、
   燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する外部出力気筒を備えた外部出力エンジンを備え、
   前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記外部出力気筒へ導くように構成され、
   前記改質エンジンの前記改質気筒を含む気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
   前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
   前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を変更する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を制御する改質ガス供給量制御手段を備えるエンジンシステム。
7. 吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程とを４ストロークで行う４ストローク運転に対して、前記吸気行程と前記圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁の双方を閉じてピストンを往復動させる一対の休止行程を追加する形態で、前記改質気筒における１サイクルでのストローク数を変更可能に構成され、
   前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を制御する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を制御する請求項６に記載のエンジンシステム。
8. 前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において１サイクルに追加する一対の前記休止行程の数を増加する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を減少する請求項７に記載のエンジンシステム。
9. 前記改質気筒が、１サイクルにおいて、吸気行程及び圧縮行程を１ストロークで行うと共に膨張行程及び排気行程を１ストロークで行う２ストローク運転を実行可能に構成され、
   前記改質ガス供給量制御手段は、前記改質気筒において前記２ストローク運転を実行する形態で、前記外部出力気筒への改質ガスの供給量を増加する請求項６〜８の何れか一項に記載のエンジンシステム。
10. 前記改質エンジンの前記改質気筒を含む気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管において混合気を圧縮するコンプレッサを有する過給機を備えている請求項６〜９の何れか一項に記載のエンジンシステム。

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