JP2018009528A - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料改質装置および出力気筒を備えた内燃機関に対し、余剰改質燃料の発生を抑制する。
【解決手段】機関要求出力および出力気筒３の熱効率に基づいて改質燃料要求発熱量（出力気筒要求発熱量）を算出する。改質燃料のモル数、改質燃料中の各ガス成分のモル分率、改質燃料中の各ガス成分の発熱量に基づいて改質燃料推定発熱量を算出する。改質燃料要求発熱量から改質燃料推定発熱量を減算した値が負である場合、余剰改質燃料が発生する状態にあるとして、燃料改質運転を非実行とする。例えば、インジェクタ２５から燃料改質室２３への燃料供給を停止する。これにより、内燃機関の熱効率の低下を抑制でき、また、改質燃料が大気中に放出されることを抑制できる。
【選択図】図１

Description

本発明は内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法に係る。特に、本発明は、燃料改質装置を備えた内燃機関に適用される制御装置および制御方法に関する。

従来、燃料改質気筒と出力気筒とを備えた内燃機関が知られている（例えば特許文献１）。この種の内燃機関は、燃料改質気筒において燃料を改質する。そして、その改質後の燃料（以下、改質燃料という）を出力気筒において燃焼させることによって機関出力を得る。

具体的には、燃料改質気筒に軽油や重油等の燃料を供給し、この燃料改質気筒内において当量比の高い混合気を断熱圧縮する。これにより、高温高圧の環境下で燃料が改質し、水素、一酸化炭素、メタン等のアンチノック性の高い改質燃料（高オクタン価燃料）が生成される。そして、この改質燃料を空気と共に出力気筒に供給し、この出力気筒内において希薄混合気の燃焼（均一希薄燃焼）が行われることにより機関出力が得られる。

この種の内燃機関によれば、出力気筒内において均一希薄燃焼が行われるため、ＮＯｘ排出量の低減およびスート排出量の低減を図ることができる。また、アンチノック性の高い燃料の燃焼が行われるため、ノッキングが抑制されると共にディーゼルマイクロパイロット着火（出力気筒内に微量の燃料を供給することによる改質燃料の着火）により最適な時期での燃焼が実現できることから、燃焼効率の向上を図ることもできる。

特開２０１４−１３６９７８号公報

ところで、前述した如く、燃料改質気筒において改質燃料を生成するためには、この燃料改質気筒内の当量比を高くして（酸素量を少なくして）、酸化反応（燃焼）を抑制する必要がある。このため、改質燃料が生成される状況にあっては、燃料改質気筒内は燃料リッチな状態となっている。その結果、改質燃料の生成時には、この燃料改質気筒内の燃料量に応じ、比較的多量の改質燃料が生成されることになる。

このような状況で、内燃機関の低速運転や低負荷運転が行われると、出力気筒において消費される（燃焼する）改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒において生成されてしまう可能性がある。つまり、余剰の改質燃料（以下、余剰改質燃料という）が発生する可能性がある。

この余剰改質燃料が発生する状況では、内燃機関の熱効率が低下してしまう。また、余剰改質燃料は出力気筒で消費されないため、大気中に放出される可能性がある。このため、余剰改質燃料が発生することは、環境保護の点からも好ましくない。

このような状況は、改質燃料を燃料改質気筒によって生成する内燃機関ばかりでなく、改質燃料を燃料改質触媒によって生成する内燃機関においても同様に生じる可能性がある。以下、燃料改質気筒および燃料改質触媒を総称して燃料改質装置と呼ぶこととする。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料改質装置および出力気筒を備えた内燃機関に対し、余剰改質燃料の発生を抑制することが可能な内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、燃料改質運転によって改質燃料の生成が可能な燃料改質装置と、この燃料改質装置で生成された改質燃料が供給され当該改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒とを備えた内燃機関に適用される制御装置を前提とする。そして、この内燃機関の制御装置は、所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、前記出力気筒で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とする改質運転制御部を備えていることを特徴とする。

ここで、改質燃料要求発熱量とは、前記所定期間において、出力気筒内での改質燃料の燃焼により得ることができる発熱量の要求値である。また、前記所定期間としては、燃料改質装置がピストンクランク機構で成るレシプロ型の燃料改質気筒で構成されている場合には、例えば、その燃料改質気筒の１サイクルに相当する期間である。

この特定事項により、所定期間において燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、出力気筒で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、改質運転制御部は、燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とする。これにより、出力気筒において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質装置において生成されてしまうといったことが抑制される。つまり、余剰改質燃料の発生が抑制される。このため、内燃機関の熱効率の低下を抑制でき、また、改質燃料が大気中に放出されることを抑制できる。

また、前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量は、少なくとも前記燃料改質装置内に導入されるガス量および前記燃料改質装置内に供給される燃料量に基づいて算出することが好ましい。

また、前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量は、少なくとも前記燃料改質装置から導出されるガスの温度およびそのガスの圧力に基づいて算出するようにしてもよい。

これらの解決手段により、燃料改質装置での改質燃料の生成量（燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量に相当）を正確に算出することが可能になる。このため、燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とするタイミングを適正に得ることが可能になる。

また、前記改質運転制御部は、前記出力気筒の回転速度および負荷それぞれが所定の閾値未満である際においてのみ、前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の前記総発熱量が、前記出力気筒で要求される前記所定期間での前記改質燃料要求発熱量よりも多くなるか否かを判定し、前記総発熱量が前記改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合に、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とするよう構成されていることが好ましい。

これによれば、出力気筒において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質装置において生成されてしまう可能性が高くなる運転領域、つまり、余剰改質燃料が発生する可能性が高くなる運転領域（出力気筒の回転速度および負荷それぞれが所定の閾値未満である運転領域）となった場合にのみ、前記総発熱量が前記改質燃料要求発熱量よりも多くなるか否かの判定動作を行うことになる。つまり、前記余剰改質燃料が発生する可能性が低い運転領域では、前記判定動作を行わないようにする。これにより、無駄な判定動作の実施を回避でき、制御装置における演算処理の負担軽減を図ることができる。

また、前記燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質装置内への燃料の供給を停止すると共に、前記出力気筒に対し、燃料の燃焼を可能にする範囲であって当量比を１未満にする量の燃料供給を行うことが好ましい。

これによれば、燃料改質運転を非実行とする場合、燃料改質装置内への燃料の供給を停止することにより、燃料改質装置での改質燃料の生成が停止される。このため、余剰改質燃料が発生することはなくなる。また、出力気筒に対し、燃料の燃焼を可能にする量の燃料供給を行うことにより、この燃料の燃焼による機関出力を得ることができる。

また、前記燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質装置および前記出力気筒それぞれに対し、燃料の燃焼を可能にする範囲であって当量比を１未満にする量の燃料供給を行うようにしてもよい。

これによれば、燃料改質装置内において燃料が燃焼することにより、改質燃料は生成されない。または、改質燃料の生成量は僅かとなる。そして、この燃料改質運転を非実行としている期間であっても、燃料改質装置内での燃料の燃焼によって当該燃料改質装置の温度低下を抑制することができる。燃料改質装置の温度が低下して燃料改質装置内のガス温度が改質運転可能温度未満になってしまうと、燃料改質運転が再開された場合に改質燃料の生成が不能になってしまう可能性があるが、本解決手段では、燃料改質運転の非実行時であっても燃料改質装置の温度を高く維持することができる。このため、燃料改質運転が再開された場合に改質燃料の生成を良好に行うことができる。

前記出力気筒は、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロ型で構成されており、この出力気筒内への燃料供給または火花点火によって、この出力気筒内での改質燃料の着火時期を制御するようになっており、前記改質運転制御部は、前記出力気筒で要求される前記所定期間での総発熱量から、前記所定期間において前記供給された前記着火時期制御用の燃料の燃焼によって生じる発熱量を減算した値を、前記改質燃料要求発熱量として求めて、前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、前記改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合に、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とするよう構成されていることが好ましい。

着火時期を制御するための燃料が出力気筒内に供給（噴射）された場合、その燃料の出力気筒内での燃焼によって生じる発熱量分だけ、改質燃料要求発熱量（出力気筒内での改質燃料の燃焼により得ることができる発熱量の要求値）としては少なくて済む。つまり、燃料改質装置での改質燃料の生成量は少なくて済む。この点を考慮し、本解決手段では、出力気筒で要求される前記所定期間での総発熱量から、前記所定期間において前記供給された着火時期制御用の燃料の燃焼によって生じる発熱量を減算した値を、改質燃料要求発熱量として求める。そして、前記所定期間において燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合には、燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とするようにしている。これにより、出力気筒内での改質燃料の着火時期を制御しながらも、出力気筒において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質装置において生成されてしまうといったことが抑制され、余剰改質燃料の発生を抑制できる。

また、前述した各解決手段に係る内燃機関の制御装置によって実施される内燃機関の制御方法も本発明の技術的思想の範疇である。つまり、燃料改質運転によって改質燃料の生成が可能な燃料改質装置と、この燃料改質装置で生成された改質燃料が供給され当該改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒とを備えた内燃機関に適用される制御方法を前提とする。そして、この内燃機関の制御方法は、所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、前記出力気筒で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とすることを特徴とする。

この制御方法によっても、前述したように、出力気筒において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質装置において生成されてしまうといったことが抑制される。このため、内燃機関の熱効率の低下を抑制でき、また、改質燃料が大気中に放出されることを抑制できる。

本発明では、所定期間において燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、出力気筒で要求される所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とするようにしている。このため、出力気筒において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質装置において生成されてしまうといったことが抑制され、余剰改質燃料の発生が抑制される。その結果、内燃機関の熱効率の低下を抑制でき、また、改質燃料が大気中に放出されることを抑制できる。

実施形態に係る内燃機関のシステム構成を示す図である。 内燃機関の制御系の概略構成を示す図である。 当量比および圧縮端ガス温度と、改質反応可能域との関係を示す図である。 燃料改質運転の実行と非実行とを切り替えるための制御手順を示すフローチャート図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態では、船舶用の内燃機関に本発明を適用した場合について説明する。

−内燃機関のシステム構成−
図１は本実施形態に係る内燃機関のシステム構成を示す図である。

この図１に示すように、本実施形態に係る内燃機関１は、本発明でいう燃料改質装置としての燃料改質気筒２、および、出力気筒３を備えている。また、この内燃機関１は、前記燃料改質気筒２や前記出力気筒３に対し、ガスの供給（導入）またはガスの排出（導出）を行うための配管系として、吸気系４、改質燃料供給系５、排気系６、ＥＧＲ系７、および、出力気筒バイパス系８を備えている。

（燃料改質気筒および出力気筒）
燃料改質気筒２および出力気筒３は、共にレシプロ型で構成されている。具体的に、各気筒２，３は、シリンダブロック（図示省略）に形成されたシリンダボア２１，３１内にピストン２２，３２が往復動自在に収容されて構成されている。燃料改質気筒２では、シリンダボア２１、ピストン２２、図示しないシリンダヘッドによって燃料改質室２３が形成されている。出力気筒３では、シリンダボア３１、ピストン３２、図示しないシリンダヘッドによって燃焼室３３が形成されている。

本実施形態に係る内燃機関１は、シリンダブロックに４つの気筒が備えられ、そのうちの１つの気筒が燃料改質気筒２として構成されており、他の３つの気筒が出力気筒３として構成されている。そして、燃料改質気筒２で生成された改質燃料が各出力気筒３それぞれに供給される構成となっている。各気筒２，３の数はこれに限定されるものではない。例えば、シリンダブロックに６つの気筒が備えられ、そのうちの２つの気筒が燃料改質気筒２として構成されており、他の４つの気筒が出力気筒３として構成されていてもよい。

各気筒２，３のピストン２２，３２はそれぞれコネクティングロッド２４，３４を介してクランクシャフト１１に連結されている。これにより、ピストン２２，３２の往復運動とクランクシャフト１１の回転運動との間で運動が変換されるようになっている。クランクシャフト１１は、クラッチ機構（図示省略）を介して船舶のスクリュー軸に連結可能となっている。燃料改質気筒２のピストン２２と出力気筒３のピストン３２とは前記コネクティングロッド２４，３４およびクランクシャフト１１を介して互いに連結されている。このため、これら気筒２，３間での動力伝達や、これら気筒２，３から出力された動力のスクリュー軸への伝達等が可能となっている。

燃料改質気筒２には、燃料改質室２３に改質前の燃料として例えば軽油等の燃料を供給するインジェクタ２５が備えられている。この燃料改質室２３では、インジェクタ２５から燃料が供給されることにより、当量比の高い混合気が断熱圧縮される。これにより、高温高圧の環境下で燃料が改質し、水素、一酸化炭素、メタン等のアンチノック性の高い改質燃料が生成される。

出力気筒３には、燃焼室３３に例えば軽油等の燃料を供給するインジェクタ３５が備えられている。この燃焼室３３では、前記燃料改質気筒２で生成された改質燃料が空気と共に供給され、この燃焼室３３で希薄混合気の希薄予混合燃焼が行われる。これにより、ピストン３２の往復動に伴ってクランクシャフト１１が回転し、機関出力が得られる。

（吸気系）
吸気系４は、燃料改質気筒２の燃料改質室２３および出力気筒３の燃焼室３３それぞれに空気（新気）を導入するものである。

この吸気系４は、メイン吸気通路４１、このメイン吸気通路４１が２系統に分岐されて成る燃料改質気筒吸気通路４２および出力気筒吸気通路４３を備えている。メイン吸気通路４１には、ターボチャージャ１２のコンプレッサホイール１２ａが備えられている。燃料改質気筒吸気通路４２は燃料改質気筒２の吸気ポートに連通している。この吸気ポートと燃料改質気筒２の燃料改質室２３との間には吸気バルブ２６が開閉可能に配設されている。また、この燃料改質気筒吸気通路４２には開度調整可能な吸気量調整弁４５が備えられている。出力気筒吸気通路４３は出力気筒３の吸気ポートに連通している。この吸気ポートと出力気筒３の燃焼室３３との間には吸気バルブ３６が開閉可能に配設されている。また、この出力気筒吸気通路４３には吸気冷却器（インタクーラ）４４が備えられている。

（改質燃料供給系）
改質燃料供給系５は、前記燃料改質気筒２で生成された改質燃料を出力気筒３の燃焼室３３に向けて供給するものである。

この改質燃料供給系５は改質燃料供給通路５１を備えている。この改質燃料供給通路５１には改質燃料冷却器５２が備えられている。改質燃料供給通路５１の上流端は燃料改質気筒２の排気ポートに連通している。この排気ポートと燃料改質気筒２の燃料改質室２３との間には排気バルブ２７が開閉可能に配設されている。また、改質燃料供給通路５１の下流端は出力気筒吸気通路４３に連通している。この改質燃料供給通路５１と出力気筒吸気通路４３との連通部分にはミキサ５３が設けられている。このため、燃料改質気筒２で生成された改質燃料は、このミキサ５３において、出力気筒吸気通路４３を流れる空気と混合されて出力気筒３の燃焼室３３に供給されることになる。

（排気系）
排気系６は、前記出力気筒３で発生した排気ガスを排出するものである。この排気系６は排気通路６１を備えている。この排気通路６１には、ターボチャージャ１２のタービンホイール１２ｂが備えられている。排気通路６１は出力気筒３の排気ポートに連通している。この排気ポートと出力気筒３の燃焼室３３との間には排気バルブ３７が開閉可能に配設されている。

（ＥＧＲ系）
ＥＧＲ系７は、燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａと出力気筒ＥＧＲ系７Ｂとを備えている。

燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａは、前記排気通路６１を流れる排気ガスの一部を燃料改質気筒２の燃料改質室２３に向けて供給するものである。この燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａは燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１を備えている。この燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１は、上流端が排気通路６１に、下流端が燃料改質気筒吸気通路４２における吸気量調整弁４５の下流側にそれぞれ連通されている。燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１にはＥＧＲガス冷却器７２が備えられている。また、燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１におけるＥＧＲガス冷却器７２よりも下流側（燃料改質気筒吸気通路４２側）にはＥＧＲガス量調整弁７３が備えられている。また、この燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａには、ＥＧＲガス冷却器７２をバイパスしてＥＧＲガスを流すためのクーラバイパス通路７４が設けられている。このクーラバイパス通路７４にはバイパス量調整弁７５が備えられている。

一方、出力気筒ＥＧＲ系７Ｂは、前記排気通路６１を流れる排気ガスの一部を出力気筒３の燃焼室３３に戻すものである。この出力気筒ＥＧＲ系７Ｂは出力気筒ＥＧＲ通路７６を備えている。この出力気筒ＥＧＲ通路７６は、上流端が排気通路６１に、下流端が出力気筒吸気通路４３におけるミキサ５３の下流側にそれぞれ連通されている。出力気筒ＥＧＲ通路７６にはＥＧＲガス冷却器７７が備えられている。また、出力気筒ＥＧＲ通路７６におけるＥＧＲガス冷却器７７よりも下流側（出力気筒吸気通路４３側）にはＥＧＲガス量調整弁７８が備えられている。

（出力気筒バイパス系）
出力気筒バイパス系８は、前記燃料改質気筒２から排出されたガスを出力気筒３に供給することなく（出力気筒３をバイパスさせて）、前記排気通路６１に導入するためのものである。この出力気筒バイパス系８は出力気筒バイパス通路８１を備えている。この出力気筒バイパス通路８１は、上流端が改質燃料供給通路５１における改質燃料冷却器５２の上流側に、下流端が出力気筒ＥＧＲ通路７６におけるＥＧＲガス冷却器７７の上流側（排気通路６１側）にそれぞれ連通されている。また、この出力気筒バイパス通路８１にはバイパス量調整弁８２が備えられている。

なお、前述した各系に備えられている冷却器４４，５２，７２，７７は、ガスを冷却するための冷熱源として、エンジン冷却水または海水等が使用される。また、これら冷却器４４，５２，７２，７７は空冷式のものであってもよい。

−内燃機関の制御系−
図２は、内燃機関１の制御系の概略構成を示す図である。内燃機関１には、この内燃機関１に備えられた各種アクチュエータを制御するための制御装置に相当するＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ）１００が備えられている。このＥＣＵ１００は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）およびバックアップＲＡＭ等を備えている。

ＲＯＭには、各種制御プログラムや、それら各種制御プログラムを実行する際に参照されるマップ等が記憶されている。ＣＰＵは、ＲＯＭに記憶された各種制御プログラムやマップに基づいて演算処理を実行する。また、ＲＡＭはＣＰＵでの演算結果や各センサから入力されたデータ等を一時的に記憶するメモリである。また、バックアップＲＡＭはシステム停止時等において保存すべきデータ等を記憶する不揮発性のメモリである。

図２に示すように、内燃機関１には、吸気流量センサ１０１、吸入ガス圧力センサ１０２、吸入ガス温度センサ１０３、吸入ガスＯ_２センサ１０４、排気圧力センサ１０５、水温センサ１０６等が備えられている。

吸気流量センサ１０１は、前記メイン吸気通路４１を流れる吸気（空気）の流量に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。

吸入ガス圧力センサ１０２は、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸入ガスの圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、燃料改質気筒吸気通路４２に対する燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１の連通部分よりも下流側の吸入ガス圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。

吸入ガス温度センサ１０３は、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸入ガスの温度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、燃料改質気筒吸気通路４２に対する燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１の連通部分よりも下流側の吸入ガス温度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。

吸入ガスＯ_２センサ１０４は、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸入ガス中の酸素濃度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、燃料改質気筒吸気通路４２に対する燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１の連通部分よりも下流側の吸入ガス中酸素濃度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。

排気圧力センサ１０５は、前記排気通路６１を流れる排気の圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、排気通路６１に対する燃料改質気筒ＥＧＲ通路７１の連通部分よりも上流側の排気圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。

水温センサ１０６は、シリンダブロックに形成された冷却水通路１３内を流れる冷却水の温度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、燃料改質気筒２の周囲に形成されている冷却水通路１３内を流れる冷却水の温度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。

また、ＥＣＵ１００には、前記各インジェクタ２５，３５、各調整弁４５，７３，７５，７８，８２等が電気的に接続されている。また、燃料改質気筒２の吸気バルブ２６および排気バルブ２７それぞれには可変動弁装置２８，２９が備えられており、各バルブ２６，２７の開閉タイミングを調整することが可能となっている。ＥＣＵ１００は、この可変動弁装置２８，２９にも電気的に接続されている。ＥＣＵ１００は、前記した各種センサ１０１〜１０６の出力信号等に基づいて、前記各インジェクタ２５，３５の燃料噴射制御（インジェクタ２５，３５の開閉制御）、各調整弁４５，７３，７５，７８，８２の開閉制御（ガス流量制御）、および、可変動弁装置２８，２９による各バルブ２６，２７の開閉タイミング制御を行う。

−内燃機関の基本動作−
次に、前述の如く構成された内燃機関１の基本動作について説明する。

内燃機関１の暖機が完了している状態（燃料改質室２３での燃料の改質反応が可能となっている状態）での基本動作として、メイン吸気通路４１に導入される空気は、ターボチャージャ１２のコンプレッサホイール１２ａによって加圧される。そして、この空気は、燃料改質気筒吸気通路４２および出力気筒吸気通路４３に分流される。この際、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸気の流量は吸気量調整弁４５によって調整される。また、燃料改質気筒吸気通路４２には、燃料改質気筒ＥＧＲ系７Ａを流れたＥＧＲガスが導入される。この際、燃料改質気筒吸気通路４２に導入されるＥＧＲガス量はＥＧＲガス量調整弁７３によって調整される。また、燃料改質気筒吸気通路４２に導入されるＥＧＲガスの温度はバイパス量調整弁７５の開度に応じてＥＧＲガス冷却器７２をバイパスするＥＧＲガス量によって調整される。これにより、燃料改質気筒２の燃料改質室２３には、空気およびＥＧＲガスが導入されることになる。この際、吸気量調整弁４５の開度によって調整される吸気の流量、ＥＧＲガス量調整弁７３の開度によって調整されるＥＧＲガスの流量、および、バイパス量調整弁７５の開度によって調整されるＥＧＲガスの温度は、燃料改質室２３での当量比を高く設定し、また、燃料の改質を良好に行うことができる燃料改質室２３のガス温度が確保できるように調整される。具体的には、吸気量調整弁４５、ＥＧＲガス量調整弁７３およびバイパス量調整弁７５の開度は、後述するようにインジェクタ２５から燃料改質室２３に燃料が供給された際における燃料改質室２３での当量比を例えば２．５以上（好ましくは４．０以上）に設定し、且つ燃料改質室２３のガス温度が改質反応可能温度の下限値（後述するように、燃料改質室２３内の当量比に応じて変化する改質反応を可能にする温度範囲の下限値）以上の値となるように、予め実験やシミュレーションに基づいて作成された開度設定マップに従って設定される。

このようにして燃料改質気筒２の燃料改質室２３に、空気およびＥＧＲガスが導入された状態で、インジェクタ２５から燃料改質室２３に燃料が供給される。このインジェクタ２５からの燃料供給量は、基本的には機関要求出力に応じて設定される。具体的には、インジェクタ２５に供給されている燃料圧力に応じ、目標とする燃料供給量が得られるように、インジェクタ２５の開弁期間が設定される。また、この際のインジェクタ２５の開弁タイミングは、燃料改質気筒２の吸気行程が終了するまでの間に前記目標とする燃料供給量の噴射が完了するように設定されることが望ましいが、ピストン２２が圧縮上死点付近に到達する前に混合気が均一に混合可能である場合には、圧縮行程途中まで燃料噴射期間が継続されてもよい。これにより、ピストン２２が圧縮上死点に達するまでに、燃料改質室２３において均質な混合気（当量比の高い混合気）が生成されることになる。

ピストン２２が圧縮上死点に向かって移動する間に、燃料改質室２３の圧力および温度が上昇し、この燃料改質室２３では、当量比の高い混合気（例えば４．０以上の当量比の混合気）が断熱圧縮される。これにより、高温高圧の環境下で、燃料の脱水素反応、部分酸化反応、水蒸気改質反応、熱解離反応が行われて、燃料が改質され、水素、一酸化炭素、メタン等のアンチノック性の高い改質燃料が生成される。

燃料改質室２３から排出された改質燃料は、改質燃料供給通路５１を流れる際に改質燃料冷却器５２において冷却される。この冷却により、出力気筒吸気通路４３や燃焼室３３での改質燃料の過早着火が抑制される。そして、この冷却された改質燃料は、ミキサ５３において、出力気筒吸気通路４３を流れる空気と混合され、出力気筒３の燃焼室３３に供給される。また、必要に応じて、ＥＧＲガス量調整弁７８が開放され、出力気筒ＥＧＲ通路７６を経てＥＧＲガスが出力気筒３の燃焼室３３に導入される。

このようにして、出力気筒３の燃焼室３３には、空気、改質燃料、ＥＧＲガスがそれぞれ導入され、この燃焼室３３内の当量比が０．１〜０．８程度に調整される。

出力気筒３では、圧縮行程において、希薄混合ガスの断熱圧縮が行われ、ピストン３２が圧縮上死点に達した時点で、インジェクタ３５から微量の燃料噴射が行われる。これにより、燃焼室３３内の混合気が着火し、希薄予混合燃焼が行われる。なお、インジェクタ３５からの燃料噴射を行わなくても燃焼室３３の混合気が自着火（予混合圧縮自着火）する場合には、このインジェクタ３５からの燃料噴射は必ずしも必要ない。

前記燃焼によって、ピストン３２が往復動し、クランクシャフト１１が回転することで機関出力が得られる。この機関出力は前記スクリュー軸に伝達される。また、この機関出力の一部は、燃料改質気筒２におけるピストン２２の往復動の駆動源として使用される。

また、この内燃機関１の冷間始動時には、図示しないスタータによってクランクシャフト１１が回転（クランキング）され、燃料改質気筒２および出力気筒３それぞれのインジェクタ２５，３５から所定量の燃料噴射が行われる。この際の燃料噴射は、燃料改質室２３および燃焼室３３それぞれにおける当量比が１未満の値となるように設定される。これにより、燃料改質気筒２の燃料改質室２３および出力気筒３の燃焼室３３では、それぞれ圧縮着火燃焼が行われる。そして、燃料改質気筒２の暖機が進み、改質反応が可能な温度に達すると、前述した改質燃料の生成動作（燃料改質運転）に切り替えられることになる。このように、燃料改質気筒２は、出力気筒３と同様に機関出力を得るための気筒として機能することが可能であり、また、前述したように燃料改質装置として機能することが可能となっている。

なお、内燃機関１の緊急停止時等であって、出力気筒３への改質燃料の供給を停止させる際には、バイパス量調整弁８２が開放される。これにより、改質燃料は、出力気筒バイパス通路８１を経て排気通路６１に導入されることになり、出力気筒３への改質燃料の供給は停止される。

この内燃機関１によれば、出力気筒３内において希薄混合気の燃焼（均一希薄燃焼）が行われるため、ＮＯｘ排出量の低減およびスート排出量の低減を図ることができる。これにより、排気ガスを浄化するための後処理装置を不要またはその容量を大幅に小型化することが可能である。また、アンチノック性の高い燃料の燃焼が行われるため、ノッキングが抑制されると共にディーゼルマイクロパイロット着火により最適な時期での燃焼が実現できることから、燃焼効率の向上を図ることもできる。

−改質反応可能域−
次に、燃料改質気筒２の燃料改質室２３において改質反応を可能にするための条件について説明する。この改質反応を可能にするためには、燃料改質室２３における混合気の当量比および燃料改質室２３の温度（ガス温度）が共に、改質反応を可能にする範囲内にあることが必要である。また、燃料改質室２３における混合気の当量比に応じて、燃料が改質反応を行うのに必要なガス温度は異なっており、改質反応を可能にするためには、混合気の当量比に応じた燃料改質室２３の温度（改質反応を可能にする最低温度以上の温度）が必要となる。

図３は、燃料改質室２３における混合気の当量比（横軸）、および、燃料改質気筒２においてピストン２２が圧縮上死点に達した時点での燃料改質室２３内のガス温度（以下、圧縮端ガス温度という；縦軸）と、改質反応可能域との関係を示す図である。この図３に示すように、燃料改質室２３において改質反応を可能にするためには、燃料改質室２３における混合気の当量比として所定値以上（例えば２以上）の当量比が必要であり、且つその当量比が高いほど、改質反応を行うために必要な圧縮端ガス温度は高くなっている。つまり、燃料改質室２３において改質反応を行うためには、燃料改質室２３における混合気の当量比が高いほど、圧縮端ガス温度を高くする必要がある。

−燃料改質運転の制御−
次に、本実施形態の特徴である燃料改質運転の制御について説明する。前述したように、燃料改質気筒２において改質燃料を生成するためには、燃料改質室２３内の混合気の当量比を高くして（酸素量を少なくして）、酸化反応（燃焼）を抑制する必要がある。このため、改質燃料が生成される状況にあっては、燃料改質室２３内は燃料リッチな状態となっている。その結果、改質燃料の生成時には、この燃料改質室２３内の燃料量に応じ、比較的多量の改質燃料が生成されることになる。

このような状況で、内燃機関１の低速運転や低負荷運転が行われると、出力気筒３において消費される（燃焼する）改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成されてしまう可能性がある。つまり、余剰改質燃料が発生する可能性がある。

この余剰改質燃料が発生する状況では、内燃機関１の熱効率が低下してしまう。また、余剰改質燃料は出力気筒３で消費されないため、大気中に放出される可能性がある。このため、余剰改質燃料が発生することは、環境保護の点からも好ましくない。

本実施形態は、この点に鑑み、燃料改質気筒２において生成される改質燃料の量と、出力気筒３において消費される（燃焼する）改質燃料の量とをバランスさせるように、燃料改質気筒２での燃料改質運転を制御するようにしている。具体的には、所定期間において燃料改質気筒２で生成される改質燃料（改質燃料の全量）が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、出力気筒３で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量（前記所定期間において、出力気筒３内での改質燃料の燃焼により得ることができる発熱量の要求値）よりも多くなると推定された場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を非実行とするようにしている。

本実施形態における燃料改質運転の制御では、燃料改質気筒２の１サイクル（前記所定期間に相当）で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量の推定値（以下、改質燃料推定発熱量という）と、この燃料改質気筒２の１サイクルに相当する期間において、出力気筒３で要求される改質燃料の発熱量の推定値（前記改質燃料要求発熱量）とを比較する。例えば、燃料改質気筒２の１サイクル中に燃焼行程を迎える出力気筒３が一つのみである場合には、この燃焼行程を迎えた一つの出力気筒３で要求される改質燃料要求発熱量と、前記改質燃料推定発熱量とを比較する。また、燃料改質気筒２の１サイクル中に燃焼行程を迎える出力気筒３が複数存在する場合には、この燃焼行程を迎えた複数の出力気筒３で要求される改質燃料要求発熱量の総熱量と、前記改質燃料推定発熱量とを比較する。

そして、前記改質燃料推定発熱量が前記改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を禁止（非実行）する。例えば、インジェクタ２５から燃料改質室２３への燃料供給を停止する。または、インジェクタ２５から燃料改質室２３へ、改質燃料が生成されない所定量の燃料供給が行われる。この場合の燃料供給量としては、燃料改質室２３における当量比が１未満の値となるように設定される。これにより、燃料改質室２３では、希薄混合気の燃焼が行われ、改質燃料は生成されないことになる。または、改質燃料の生成量は僅かとなる。

また、このように、燃料改質気筒２での燃料改質運転が禁止（非実行）されている場合、出力気筒３では、機関要求出力が得られるように、インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給が行われる。この場合の燃焼室３３への燃料供給量としては、燃焼室３３における当量比が１未満の値となるように設定される。これにより、燃焼室３３では、希薄混合気の燃焼が行われて内燃機関１の機関出力が得られることになる。

以下、改質燃料推定発熱量の算出動作（推定動作）、改質燃料要求発熱量の算出動作（推定動作）、および、これら改質燃料推定発熱量および改質燃料要求発熱量を利用した燃料改質運転の制御について順に説明する。

（改質燃料推定発熱量の算出動作）
先ず、前記改質燃料推定発熱量の算出動作（推定動作）について説明する。この改質燃料推定発熱量は、燃料改質室２３に供給される燃料量に相関がある。このため、簡易的には、この燃料量から改質燃料推定発熱量を求めることは可能である。

しかしながら、燃料改質室２３における改質反応は、吸熱反応と発熱反応との複合的な反応となっている。例えば、燃料改質室２３内の熱量（例えばＥＧＲガスから得られた熱量）が改質燃料の内部エネルギとして蓄えられることがある。この場合、この内部エネルギ分だけ、改質燃料が燃焼した際の発熱量は多くなる。このため、燃料改質室２３に供給される燃料量と、前記改質燃料推定発熱量とは必ずしも一致しない。つまり、燃料改質室２３に供給される燃料量のみから改質燃料推定発熱量を正確に算出することは困難である。このため、以下の式（１）のように、生成される改質燃料の状態量に基づいて改質燃料推定発熱量を算出するようにしている。

この式（１）において、Ｑ_ｒｆｍは改質燃料推定発熱量であり、ｎ_ｒｆｍは生成される改質燃料（改質ガス）のモル数であり、Ψ_ｉは改質燃料中の各ガス成分（例えば、水素、一酸化炭素、メタン、エタン等）の個別のモル分率であり、ｑ_ｉは改質燃料中の各ガス成分の個別の発熱量である。

改質燃料のモル数ｎ_ｒｆｍは内燃機関１の運転条件（特に、燃料改質気筒２の運転条件）に応じて異なる値となる。このため、例えば以下の式（２）から改質燃料のモル数ｎ_ｒｆｍを算出することが可能である。

この式（２）において、ｇ_ａｉｒは燃料改質室２３に導入されるガス量（ガス質量）であり、ｇ_ｆｕｅｌは燃料改質室２３に供給される燃料量であり、Ｍ_ｒｆｍは改質燃料（改質ガス）のモル質量である。つまり、燃料改質室２３に導入されるガス量ｇ_ａｉｒおよび燃料改質室２３内の混合気の当量比に応じて改質燃料のモル数ｎ_ｒｆｍは決定されることになる。この場合に、前記燃料改質室２３に導入されるガス量ｇ_ａｉｒは、吸気流量センサ１０１からの出力信号や、吸気量調整弁４５の開度等に基づいて算出することが可能である。また、吸入ガス圧力センサ１０２からの出力信号に基づいて算出される吸入ガスの圧力、および、吸入ガス温度センサ１０３からの出力信号に基づいて算出される吸入ガスの温度から、燃料改質室２３に導入されるガス量ｇ_ａｉｒを算出することも可能である。また、燃料改質室２３に供給される燃料量ｇ_ｆｕｅｌは、インジェクタ２５に対する噴射指令値から求めることが可能である。このように燃料改質室２３に導入されるガス量ｇ_ａｉｒや燃料改質室２３に供給される燃料量ｇ_ｆｕｅｌから改質燃料のモル数ｎ_ｒｆｍが算出されることから、前記改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍは、これらをパラメータとして算出されることになる（本発明でいう、所定期間において燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、少なくとも燃料改質装置内に導入されるガス量および燃料改質装置内に供給される燃料量に基づいて算出されることに相当）。

また、式（２）における右辺の分子は改質燃料の流量と相関がある。このため、燃料改質室２３の出口におけるガス温度およびガス圧力を計測（例えばセンサによって計測）することで、改質燃料のモル数ｎ_ｒｆｍを算出することもできる。つまり、前記改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍは、燃料改質室２３の出口におけるガス温度およびガス圧力をパラメータとして算出することもできる（本発明でいう、所定期間において燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、少なくとも燃料改質装置から導出されるガスの温度およびそのガスの圧力に基づいて算出されることに相当）。

また、改質燃料のモル質量Ｍ_ｒｆｍは、例えば以下の式（３）によって算出（推定）することが可能である。

この式（３）において、Ψ_ｉは前述したように改質燃料中の各ガス成分の個別のモル分率である。また、Ｍ_ｉは改質燃料中の各ガス成分の個別のモル質量である。

前記改質燃料中の各ガス成分の個別のモル分率Ψ_ｉおよび改質燃料中の各ガス成分の個別のモル質量Ｍ_ｉは、燃料の種類、燃料改質室２３内の当量比、前記圧縮端ガス温度等に応じて決定されるものであり、実験やシミュレーションに基づいて作成されたマップ（前記ＲＯＭに記憶されたマップ）に従って求めることが可能である。また、改質燃料中の各ガス成分の個別の発熱量ｑ_ｉは、前記各ガス成分の個別のモル質量Ｍ_ｉおよび燃料改質室２３に導入されるガス量ｇ_ａｉｒ等に基づいて算出することが可能である。

（改質燃料要求発熱量の算出動作）
次に、前記改質燃料要求発熱量の算出動作（推定動作）について説明する。

なお、本実施形態は、前記インジェクタ３５から燃焼室３３内に供給される微量の燃料の燃焼による発熱量が小さい場合であって、この発熱量を考慮しない場合のものである。または、このインジェクタ３５からの燃料の供給が行われない場合（前述したように燃焼室３３の混合気が予混合圧縮自着火する場合）のものである。このため、燃焼室３３内での発熱量の略全量が改質燃料の燃焼によるものであると扱って燃料改質運転の制御を行うようにしている（インジェクタ３５から燃焼室３３内に供給される微量の燃料の燃焼による発熱量を考慮する場合については変形例において後述する）。

このため、前記改質燃料要求発熱量は、燃焼室３３内での要求発熱量（以下、出力気筒要求発熱量という）に略一致することになる。以下では、この改質燃料要求発熱量を出力気筒要求発熱量と読み替えて説明する。

前記出力気筒要求発熱量は以下の式（４）によって算出（推定）することが可能である。

この式（４）において、Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}は出力気筒要求発熱量であり、ηは出力気筒３の熱効率であり、Ｐ_ｏｕｔは機関要求出力である。

前記出力気筒３の熱効率ηは実験またはシミュレーションによって求められる。また、機関要求出力Ｐ_ｏｕｔは、前記スクリュー軸に要求される回転速度およびトルクに応じて算出される。このため、スクリュー軸に要求される回転速度が低い場合や、要求されるトルクが低い場合には、機関要求出力Ｐ_ｏｕｔも低い値となる。つまり、出力気筒３に供給される改質燃料の要求量は少なくなる。即ち、出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}は少なくなる。また、この出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}は内燃機関１に搭載されているスピードガバナの目標値等から算出することも可能である。

（燃料改質運転の制御）
次に、前記改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍおよび前記出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}を利用した燃料改質運転の制御について説明する。

前述したように、本実施形態では、改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍが出力気筒要求発熱量（改質燃料要求発熱量）Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}よりも多くなると推定された場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を禁止（非実行）するようにしている。このため、以下の式（５）によって、これら発熱量の差（出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}から改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍを減算した値）ΔＱを求め、この発熱量の差ΔＱが負の値となった場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を禁止（非実行）することになる。

図４は、燃料改質運転の実行と非実行とを切り替えるための制御手順を示すフローチャート図である。このフローチャートは、内燃機関１の始動後、例えば、燃料改質気筒２の１サイクル毎にＥＣＵ１００において実行される。

先ず、ステップＳＴ１において、機関回転速度（出力気筒３の回転速度）が所定の閾値α以上であるか否かを判定する。この機関回転速度は、図示しないクランクポジションセンサからの出力信号に基づいて算出される。また、前記閾値αは、出力気筒３において消費される改質燃料量（出力気筒３で要求される所定期間での改質燃料要求発熱量（出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}）に相当）を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成される可能性がある機関回転速度範囲の上限値として、実験またはシミュレーションに基づいて設定されている。

機関回転速度が閾値α以上であり、ステップＳＴ１でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、出力気筒３において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成される可能性は無い、または、その可能性は低い（余剰改質燃料が発生する可能性は無い、または、その可能性は低い）として、燃料改質運転を実行する。つまり、内燃機関１の運転モードとしては燃料改質運転モードとなる。この燃料改質運転モードでは、前記内燃機関１の基本動作で説明したように、インジェクタ２５から燃料改質室２３への燃料の供給（前記改質反応を行うべく燃料改質室２３内の当量比を高く設定する燃料の供給）が実行される。また、出力気筒３では、改質燃料の燃焼によって機関要求出力が得られることになる。

一方、機関回転速度が閾値α未満であり、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、出力気筒３の負荷（機関負荷）が所定の閾値β以上であるか否かを判定する。この負荷は、前記機関要求出力Ｐ_ｏｕｔに基づいて設定される。また、前記閾値βは、出力気筒３において消費される改質燃料量（出力気筒３で要求される所定期間での改質燃料要求発熱量（出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}）に相当）を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成される可能性がある機関負荷範囲の上限値として、実験またはシミュレーションに基づいて設定されている。

出力気筒３の負荷が閾値β以上であり、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、出力気筒３において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成される可能性は無い、または、その可能性は低い（余剰改質燃料が発生する可能性は無い、または、その可能性は低い）として、燃料改質運転を実行する。つまり、内燃機関１の運転モードとしては前述した燃料改質運転モードとなる。

一方、出力気筒３の負荷が閾値β未満であり、ステップＳＴ３でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ４に移り、前記式（５）によって前記発熱量の差ΔＱを算出する。つまり、前記式（４）によって算出された出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}から、前記式（１）によって算出された改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍを減算することによって、前記発熱量の差ΔＱを算出する。

その後、ステップＳＴ５に移り、この発熱量の差ΔＱが負の値となっているか否かを判定する。つまり、前記改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍが前記出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}よりも多くなる状況にあるか否かを判定する。

発熱量の差ΔＱが零または正の値となっており、ステップＳＴ５でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ２に移り、余剰改質燃料が発生する状況にはなっていないとして、燃料改質運転を実行する。つまり、内燃機関１の運転モードとしては前述した燃料改質運転モードとなる。

一方、発熱量の差ΔＱが負の値となっており、ステップＳＴ５でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ６に移り、余剰改質燃料が発生する状況にあるとして、燃料改質運転を非実行とする。つまり、内燃機関１の運転モードとしては燃料改質運転非実行モードとなる。

例えば、インジェクタ２５から燃料改質室２３に、燃料（改質燃料生成用の燃料）が既に供給されている場合（前記発熱量の差ΔＱが負の値となっていることが判定できた時点で、インジェクタ２５から燃料改質室２３に燃料が既に供給されている場合）には、燃料改質気筒２における次回のサイクルにおいて燃料改質運転を非実行とする。また、インジェクタ２５から燃料改質室２３に、燃料（改質燃料生成用の燃料）が未だ供給されていない場合（改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍおよび出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}を共に推定（燃料供給前に推定）することで、燃料供給前に、前記発熱量の差ΔＱが負の値となっていることが判定できた場合）には、燃料改質気筒２における今回のサイクルにおいて燃料改質運転を非実行とする。

このように燃料改質運転を非実行とする場合、前述したように、インジェクタ２５から燃料改質室２３への燃料供給を停止する。または、インジェクタ２５から燃料改質室２３へ、改質燃料が生成されない所定量の燃料供給が行われる。この場合の燃料供給量としては、燃料改質室２３における当量比が１未満の値となるように設定される。これにより、燃料改質室２３では、希薄混合気の燃焼が行われ、改質燃料は生成されないことになる。または、改質燃料の生成量は僅かとなる。

また、このように、燃料改質気筒２での燃料改質運転が禁止（非実行）されている場合、出力気筒３では、機関要求出力が得られるように、インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給が行われる。この場合の燃焼室３３への燃料供給量としては、燃焼室３３における当量比が１未満の値となるように設定される。

また、この場合、バイパス量調整弁８２が開放される。これにより、燃料改質室２３から排出されたガスは、出力気筒バイパス通路８１を経て排気通路６１に排出されることになる。これにより、燃料改質室２３から排出されたガスによって出力気筒３での燃焼が悪化してしまうといったことを抑制できる。

このようにして燃料改質気筒２での燃料改質運転が禁止（非実行）された場合、燃料改質室２３では改質燃料の生成が行われないため、前記式（１）によって算出される改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍは、零、または、燃料改質運転が実行される場合に比べて大幅に少なくなる。このため、次回のルーチンでは、機関回転速度閾値α未満であり（ステップＳＴ１でＮＯ判定され）、且つ出力気筒３の負荷（機関負荷）が閾値β未満である（ステップＳＴ３でＮＯ判定された）場合には、ステップＳＴ５でＮＯ判定されることになって、燃料改質運転を実行する。つまり、内燃機関１の運転モードとしては燃料改質運転モードに復帰されることになる。

以上の動作が繰り返される。これにより、前記ステップＳＴ５、ＳＴ６の動作が、本発明でいう「改質運転制御部による動作であって、所定期間において燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、出力気筒で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とする動作」に相当する。

このような燃料改質運転の制御は、前記ＥＣＵ１００によって実行される。このため、このＥＣＵ１００における、この制御を実行する機能部分が本発明でいう制御装置に相当する。また、このＥＣＵ１００により実行される制御の方法が本発明でいう制御方法に相当する。

以上説明したように、本実施形態では、所定期間（例えば１サイクル）において燃料改質気筒２で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量（前記改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍ）が、出力気筒３で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量（前記出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}）よりも多くなると推定された場合、燃料改質気筒２での燃料改質運転を非実行とするようにしている。これにより、出力気筒３において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成されてしまうといったことが抑制される。つまり、余剰改質燃料の発生が抑制される。このため、内燃機関１の熱効率の低下を抑制でき、また、改質燃料が大気中に放出されることを抑制できる。

また、本実施形態では、出力気筒３において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成されてしまう可能性が高くなる運転領域、つまり、余剰改質燃料が発生する可能性が高くなる運転領域（出力気筒３の回転速度および機関負荷それぞれが所定の閾値未満である運転領域）となった場合にのみ（前記ステップＳＴ１およびステップＳＴ３で共にＮＯ判定された場合にのみ）、改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍが出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}よりも多くなるか否かの判定動作を行うようにしている。つまり、余剰改質燃料が発生する可能性が低い運転領域では、前記判定動作を行わないようにしている。このため、無駄な判定動作の実施を回避でき、ＥＣＵ１００における演算処理の負担軽減を図ることができる。

また、燃料改質運転を非実行とする場合に、インジェクタ２５から燃料改質室２３へ所定量（燃料改質室２３における当量比が１未満の値となる量）の燃料供給を行った場合には、前述したように燃料改質室２３では希薄混合気の燃焼が行われることになる。これにより、燃料改質運転を非実行としている期間であっても、燃料改質室２３内での燃料の燃焼によって燃料改質室２３の温度低下を抑制することができる。燃料改質室２３の温度が低下してこの燃料改質室２３内のガス温度が改質運転可能温度未満になってしまうと、燃料改質運転が再開された場合に改質燃料の生成が不能になってしまう可能性があるが、前述の如く燃料改質室２３での燃料の燃焼を行わせることにより、燃料改質運転の非実行時であっても燃料改質室２３内のガス温度を高く維持することができる。このため、燃料改質運転が再開された場合に、改質燃料の生成を良好に行うことができる。

−変形例−
次に、変形例について説明する。前記実施形態では、改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍと出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}とを比較し、改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍが出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}よりも多くなると推定された場合に、燃料改質気筒２での燃料改質運転を禁止（非実行）するようにしていた。

本変形例は、インジェクタ３５から出力気筒３に供給される微量の燃料（ピストン３２が圧縮上死点に達した時点で供給される微量の燃料；着火時期制御用の燃料）の燃焼による発熱量を考慮して燃料改質運転の制御を行うようにしたものである。

具体的には、出力気筒３での着火時期を制御するための前記燃料がインジェクタ３５から燃焼室３３に噴射された場合、その燃料の燃焼室３３での燃焼によって生じる発熱量分だけ、改質燃料要求発熱量（燃焼室３３での改質燃料の燃焼により得ることができる発熱量の要求値）としては少なくて済む。つまり、燃料改質気筒２での改質燃料の生成量は少なくて済む。

この点を考慮し、本変形例では、前記出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}（出力気筒３で要求される前記所定期間での総発熱量）から、前記所定期間において前記噴射された着火時期制御用の燃料の燃焼によって生じる発熱量を減算した値を、改質燃料要求発熱量として求める。そして、前記改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍが、この改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合には、燃料改質気筒２での燃料改質運転を非実行とするようにしている。

本変形例の場合、前記発熱量の差ΔＱは、以下の式（６）によって算出されることになる。

この式（６）において、Ｑ_{ｐｉｌｏｔ}はインジェクタ３５から噴射される着火時期制御用の燃料の燃焼による発熱量であって、実験またはシミュレーションに基づいて求められる。このため、本変形例では、出力気筒要求発熱量Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}から着火時期制御用の燃料の燃焼による発熱量Ｑ_{ｐｉｌｏｔ}を減算した値（Ｑ_{ｓｕｐｐｌｙ}−Ｑ_{ｐｉｌｏｔ}）が改質燃料要求発熱量に相当することになる。

そして、この式（６）において算出された発熱量の差ΔＱが零または正の値となっている場合には、余剰改質燃料が発生する状況にはなっていないとして、燃料改質運転を実行する。つまり、内燃機関１の運転モードとしては前述した燃料改質運転モードとなる。一方、この発熱量の差ΔＱが負の値となっている場合には、余剰改質燃料が発生する状況にあるとして、燃料改質運転を非実行とする。

その他の構成および動作は前記実施形態のものと同様である。

本変形例によれば、燃焼室３３での改質燃料の着火時期を制御しながらも、燃焼室３３において消費される改質燃料量を超える量の改質燃料が燃料改質気筒２において生成されてしまうといったことが抑制され、余剰改質燃料の発生を抑制できる。

−他の実施形態−
なお、前記実施形態および変形例は、すべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。従って、本発明の技術的範囲は、前記した実施形態および変形例のみによって解釈されるものではなく、特許請求の範囲の記載に基づいて画定される。また、本発明の技術的範囲には、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

例えば、前記実施形態および変形例では、船舶用の内燃機関１に本発明を適用した場合について説明したが、その他の用途（例えば発電機、車両等）の内燃機関に対しても本発明は適用が可能である。

また、前記実施形態および変形例では、各気筒２，３に備えられるインジェクタ２５，３５としては気筒内に直接的に燃料を噴射する直噴式のものであった。本発明はこれに限らず、各インジェクタ２５，３５の両方または一方をポート噴射式のものとしてもよい。

また、前記実施形態では、燃料改質室２３に供給する燃料を軽油としていた。本発明はこれに限らず、重油やガソリン等を燃料とすることも可能である。

また、前記実施形態および変形例では、燃料改質気筒２と出力気筒３とが同一回転速度で運転するものであった。本発明はこれに限らず、各気筒２，３の間（各気筒２，３間のクランクシャフト１１）に減速機を介在させ、燃料改質気筒２の回転速度が出力気筒３の回転速度よりも低速度となる構成としてもよい。

また、前記実施形態および変形例では、出力気筒３で得られる機関出力の一部を燃料改質気筒２におけるピストン２２の往復動の駆動源として使用していた。本発明はこれに限らず、燃料改質気筒２の駆動源を個別に設けるようにしてもよい。例えば、燃料改質気筒２と出力気筒３とを切り離し（クランクシャフト１１で連結することなく）、燃料改質気筒２のピストン２２を電動モータ等によって往復動させるようにしてもよい。

また、前記実施形態および変形例では、改質燃料を燃料改質気筒２によって生成する内燃機関１に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、改質燃料を燃料改質触媒によって生成する内燃機関に対しても適用が可能である。この場合、例えば、燃料改質触媒内部の当量比を「１」よりも僅かに高く設定し、排気ガスの熱量を利用して燃料改質触媒を加温することで改質燃料を生成し、この改質燃料を出力気筒３に供給することになる。また、この場合、燃料改質触媒内の当量比や温度等に基づいて所定期間において燃料改質触媒内で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、出力気筒３で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合には、燃料改質触媒での燃料改質運転を非実行とする（燃料改質触媒内部への燃料供給を停止する）ことになる。

また、前記実施形態および変形例では、インジェクタ３５から燃焼室３３内に噴射される微量の燃料（着火時期制御用の燃料）の噴射タイミングとしては、ピストン３２が圧縮上死点に達した時点としていた。本発明は、これに限らず、ピストン３２が圧縮上死点に達する時点よりも進角側でインジェクタ３５から微量の燃料噴射を行うようにしてもよいし、遅角側でインジェクタ３５から微量の燃料噴射を行うようにしてもよい。

また、前記実施形態および変形例では、改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍの算出期間（本発明でいう所定期間）を燃料改質気筒２の１サイクルとしていた。本発明はこれに限らず、燃料改質気筒２の複数サイクルに亘って（複数サイクル亘る期間で）生成される改質燃料を対象として改質燃料推定発熱量Ｑ_ｒｆｍを算出するようにしてもよい。この場合、前記改質燃料要求発熱量の算出期間もそれに応じた期間として設定されることになる。

また、前記実施形態および変形例における出力気筒３は火花点火式のものであってもよい。

本発明は、燃料改質気筒と出力気筒とを備えた内燃機関の制御に適用可能である。

１ 内燃機関
２ 燃料改質気筒（燃料改質装置）
２１，３１ シリンダボア
２２，３２ ピストン
２３ 燃料改質室
２５，３５ インジェクタ
３ 出力気筒
３３ 燃焼室
１００ ＥＣＵ

Claims (8)

1. 燃料改質運転によって改質燃料の生成が可能な燃料改質装置と、この燃料改質装置で生成された改質燃料が供給され当該改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒とを備えた内燃機関に適用される制御装置において、
   所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、前記出力気筒で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とする改質運転制御部を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
2. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量は、少なくとも前記燃料改質装置内に導入されるガス量および前記燃料改質装置内に供給される燃料量に基づいて算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
3. 請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
   前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量は、少なくとも前記燃料改質装置から導出されるガスの温度およびそのガスの圧力に基づいて算出されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
4. 請求項１、２または３記載の内燃機関の制御装置において、
   前記改質運転制御部は、前記出力気筒の回転速度および負荷それぞれが所定の閾値未満である際においてのみ、前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の前記総発熱量が、前記出力気筒で要求される前記所定期間での前記改質燃料要求発熱量よりも多くなるか否かを判定し、前記総発熱量が前記改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合に、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とするよう構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
5. 請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質装置内への燃料の供給を停止すると共に、前記出力気筒に対し、燃料の燃焼を可能にする範囲であって当量比を１未満にする量の燃料供給を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
6. 請求項１〜４のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記燃料改質装置での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質装置および前記出力気筒それぞれに対し、燃料の燃焼を可能にする範囲であって当量比を１未満にする量の燃料供給を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
7. 請求項１〜６のうち何れか一つに記載の内燃機関の制御装置において、
   前記出力気筒は、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロ型で構成されており、この出力気筒内への燃料供給または火花点火によって、この出力気筒内での改質燃料の着火時期を制御するようになっており、
   前記改質運転制御部は、前記出力気筒で要求される前記所定期間での総発熱量から、前記所定期間において前記供給された前記着火時期制御用の燃料の燃焼によって生じる発熱量を減算した値を、前記改質燃料要求発熱量として求めて、前記所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、前記改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合に、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とするよう構成されていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
8. 燃料改質運転によって改質燃料の生成が可能な燃料改質装置と、この燃料改質装置で生成された改質燃料が供給され当該改質燃料の燃焼によって機関出力を得る出力気筒とを備えた内燃機関に適用される制御方法であって、
   所定期間において前記燃料改質装置で生成される改質燃料が燃焼したと仮定した際の総発熱量が、前記出力気筒で要求される前記所定期間での改質燃料要求発熱量よりも多くなると推定された場合、前記燃料改質装置での前記燃料改質運転を非実行とすることを特徴とする内燃機関の制御方法。

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