JP6639341B2 - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 Download PDF

Info

Publication number
JP6639341B2
JP6639341B2 JP2016139570A JP2016139570A JP6639341B2 JP 6639341 B2 JP6639341 B2 JP 6639341B2 JP 2016139570 A JP2016139570 A JP 2016139570A JP 2016139570 A JP2016139570 A JP 2016139570A JP 6639341 B2 JP6639341 B2 JP 6639341B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
fuel
fuel reforming
cylinder
gas temperature
reforming
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2016139570A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2018009526A (ja
Inventor
豪 朝井
豪 朝井
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Yanmar Co Ltd
Original Assignee
Yanmar Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Yanmar Co Ltd filed Critical Yanmar Co Ltd
Priority to JP2016139570A priority Critical patent/JP6639341B2/ja
Priority to PCT/JP2017/024044 priority patent/WO2018012304A1/ja
Priority to EP17827434.6A priority patent/EP3486459B1/en
Priority to US16/316,820 priority patent/US11028785B2/en
Priority to CN201780040475.5A priority patent/CN109415985B/zh
Priority to KR1020187029032A priority patent/KR102075285B1/ko
Publication of JP2018009526A publication Critical patent/JP2018009526A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP6639341B2 publication Critical patent/JP6639341B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0663—Details on the fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02D19/0668—Treating or cleaning means; Fuel filters
    • F02D19/0671—Means to generate or modify a fuel, e.g. reformers, electrolytic cells or membranes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/02—Engines characterised by means for increasing operating efficiency
    • F02B43/04—Engines characterised by means for increasing operating efficiency for improving efficiency of combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B43/00—Engines characterised by operating on gaseous fuels; Plants including such engines
    • F02B43/10—Engines or plants characterised by use of other specific gases, e.g. acetylene, oxyhydrogen
    • F02B43/12—Methods of operating
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0602—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/0607—Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0602—Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/0613—Switch-over from one fuel to another
    • F02D19/0615—Switch-over from one fuel to another being initiated by automatic means, e.g. based on engine or vehicle operating conditions
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0626—Measuring or estimating parameters related to the fuel supply system
    • F02D19/0628—Determining the fuel pressure, temperature or flow, the fuel tank fill level or a valve position
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/0639—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels
    • F02D19/0642—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions
    • F02D19/0644—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed characterised by the type of fuels at least one fuel being gaseous, the other fuels being gaseous or liquid at standard conditions the gaseous fuel being hydrogen, ammonia or carbon monoxide
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/081—Adjusting the fuel composition or mixing ratio; Transitioning from one fuel to the other
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/082—Premixed fuels, i.e. emulsions or blends
    • F02D19/085—Control based on the fuel type or composition
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/06—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed
    • F02D19/08—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels
    • F02D19/10—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous
    • F02D19/105—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with pluralities of fuels, e.g. alternatively with light and heavy fuel oil, other than engines indifferent to the fuel consumed simultaneously using pluralities of fuels peculiar to compression-ignition engines in which the main fuel is gaseous operating in a special mode, e.g. in a liquid fuel only mode for starting
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/0025—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D41/0027—Controlling engines characterised by use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures the fuel being gaseous
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/008—Controlling each cylinder individually
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/14—Introducing closed-loop corrections
    • F02D41/1438—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor
    • F02D41/1473—Introducing closed-loop corrections using means for determining characteristics of the combustion gases; Sensors therefor characterised by the regulation method
    • F02D41/1475—Regulating the air fuel ratio at a value other than stoichiometry
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/18—Circuit arrangements for generating control signals by measuring intake air flow
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/30—Controlling fuel injection
    • F02D41/38—Controlling fuel injection of the high pressure type
    • F02D41/40—Controlling fuel injection of the high pressure type with means for controlling injection timing or duration
    • F02D41/402—Multiple injections
    • F02D41/403—Multiple injections with pilot injections
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M25/00—Engine-pertinent apparatus for adding non-fuel substances or small quantities of secondary fuel to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M26/00—Engine-pertinent apparatus for adding exhaust gases to combustion-air, main fuel or fuel-air mixture, e.g. by exhaust gas recirculation [EGR] systems
    • F02M26/13—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories
    • F02M26/36—Arrangement or layout of EGR passages, e.g. in relation to specific engine parts or for incorporation of accessories with means for adding fluids other than exhaust gas to the recirculation passage; with reformers
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D2200/00—Input parameters for engine control
    • F02D2200/02—Input parameters for engine control the parameters being related to the engine
    • F02D2200/06—Fuel or fuel supply system parameters
    • F02D2200/0606—Fuel temperature
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/042—Introducing corrections for particular operating conditions for stopping the engine
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D41/00—Electrical control of supply of combustible mixture or its constituents
    • F02D41/02—Circuit arrangements for generating control signals
    • F02D41/04—Introducing corrections for particular operating conditions
    • F02D41/06—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up
    • F02D41/062—Introducing corrections for particular operating conditions for engine starting or warming up for starting
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/40—Engine management systems

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Oil, Petroleum & Natural Gas (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combined Controls Of Internal Combustion Engines (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
  • Hydrogen, Water And Hydrids (AREA)

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、燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒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、前記燃料改質気筒内で燃料の改質反応を行うためには、この燃料改質気筒内のガス温度が所定温度（改質反応を可能にする温度）に達している必要がある。例えば、燃料改質気筒がピストンクランク機構で成るレシプロ型である場合、ピストンが圧縮上死点に達した時点での燃料改質気筒内のガス温度が前記所定温度に達している必要がある。つまり、この時点において、燃料改質気筒内のガス温度が前記所定温度に達していない場合には、燃料改質気筒内での燃料の改質反応が不能になったり、改質反応が十分に行われなくなったりする。例えば、内燃機関の冷間始動直後や、外気温度が低い環境下や、高地等である場合には、このような状況を招きやすくなる。
改質反応が不能になると、アンチノック性の低い燃料が出力気筒に供給されることになり、この出力気筒でのノッキングの発生が懸念される状況になってしまう。また、沸点の高い燃料を使用した場合は、改質気筒出口で再凝縮し、燃焼に寄与せずに排出される可能性もある。
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、燃料改質気筒および出力気筒を備えた内燃機関に対し、改質されていない燃料が燃料改質気筒から出力気筒に供給されてしまうといった状況を回避することができる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、燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする改質運転制御部を備え、前記改質運転許可下限ガス温度は、前記燃料改質気筒内の当量比が高いほど高く設定されることを特徴とする。
この特定事項により、周期的に変化する燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、改質運転制御部は、燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする。これにより、前記ガス温度が低いことに起因して改質されていない燃料が燃料改質気筒から出力気筒に供給されてしまうといった状況を回避することができる。このため、アンチノック性の低い燃料が出力気筒に供給されることはなくなり、出力気筒でのノッキングの発生を回避することができる。また、燃料改質気筒内において燃料の改質反応を可能にするためには、燃料改質気筒内の当量比が高いほど、燃料改質気筒内のガス温度を高くする必要がある。このため、改質運転許可下限ガス温度としても、燃料改質気筒内の当量比が高いほど高く設定しておく。これにより、燃料改質気筒内の当量比が変動しても、燃料改質気筒での燃料改質運転を実行すべきか否かを正確に判断することが可能になる。その結果、改質されていない燃料が燃料改質気筒から出力気筒に供給されてしまうといった状況を回避することができる。
この場合に、改質運転許可下限ガス温度は、前記燃料改質気筒内に供給される燃料の種類に応じて補正されたものであることが好ましい。
改質反応可能温度の下限値は、燃料改質気筒内の当量比だけでなく、燃料の種類によっても変動する。例えば、燃料中の炭素と水素との比やその結合構造によって燃料の反応性が変動するため、燃料の種類によって改質反応可能温度の下限値は変動する。これに対応するべく、本解決手段では、燃料改質気筒内に供給される燃料の種類に応じて改質運転許可下限ガス温度を補正するようにしている。これにより、改質運転許可下限ガス温度を適正な値に設定することが可能になる。
また、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質気筒内での燃料の燃焼を可能にする範囲であって前記燃料改質気筒内の当量比を１未満とする燃料量を、前記燃料改質気筒内に供給することを特徴とする。
この場合、燃料改質気筒内での燃料の燃焼によって当該燃料改質気筒の暖機が促進され、比較的短時間のうちに、燃料改質気筒内のガス温度が改質運転許可下限ガス温度に達することになる。このため、燃料改質運転を早期に開始させることが可能となる。
また、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質気筒内への燃料の供給を停止すると共に、前記出力気筒内での燃料の燃焼を可能にする燃料量を、前記出力気筒内に供給することを特徴とする。
これによれば、燃料改質気筒内のガス温度が低い状況において、改質されていない燃料が燃料改質気筒から出力気筒に供給されてしまうことを確実に防止できる。また、出力気筒内での燃料の燃焼によって機関出力を得ることができる。
また、前記燃料改質気筒は、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、前記改質運転制御部は、前記燃料改質気筒において前記ピストンが圧縮上死点に達する時点における前記燃料改質気筒内のガス温度が、前記改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での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。
一般に、ピストンが圧縮上死点に達する時点において燃料改質気筒内のガスは最も圧縮された状態となり、この時点のガス温度は１サイクル中において最高温度となる。このため、このピストンが圧縮上死点に達する時点における燃料改質気筒内のガス温度が、改質運転許可下限ガス温度に達するか否かを判定することで、そのサイクルにおいて燃料の改質反応が可能であるか否かを正確に判断することができる。その結果、燃料改質気筒での燃料改質運転を実行すべきか否かを正確に判断することが可能になる。
前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達した時点における当該ガス温度に関わらず、内燃機関の始動初期時に実行される始動モード運転および内燃機関の停止時に実行される停止モード運転では、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とすることが好ましい。
内燃機関の始動モード運転が行われている際には、内燃機関の回転速度が低いことに起因して燃料改質気筒での燃料の改質反応が期待できない状況にある。一方、内燃機関の停止モード運転が行われている際には、燃料改質気筒への燃料供給は停止すべき状況にある。このため、これら始動モード運転および停止モード運転では、燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とするようにしている。
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、燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とし、前記改質運転許可下限ガス温度は、前記燃料改質気筒内の当量比が高いほど高く設定されることを特徴とする。
また、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質気筒内での燃料の燃焼を可能にする範囲であって前記燃料改質気筒内の当量比を１未満とする燃料量を、前記燃料改質気筒内に供給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、前記ガス温度が低いことに起因して改質されていない燃料が燃料改質気筒から出力気筒に供給されてしまうといった状況を回避することができる。このため、アンチノック性の低い燃料が出力気筒に供給されることはなくなり、出力気筒でのノッキングの発生を回避することができる。
本発明では、周期的に変化する燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、燃料改質気筒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、ガス温度が低いことに起因して改質されていない燃料が燃料改質気筒から出力気筒に供給されてしまうといった状況を回避することができる。その結果、アンチノック性の低い燃料が出力気筒に供給されることはなくなり、出力気筒でのノッキングの発生を回避することができる。
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。 冷却水温度に応じた修正ポリトロープ数の演算ロジックを示すブロック図である。 当量比に応じた修正ポリトロープ数の演算ロジックを示すブロック図である。 改質運転許可下限ガス温度の演算ロジックを示すブロック図である。 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、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Ｏ２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Ｏ２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のガス温度が後述する改質反応可能温度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。
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。つまり、混合気の当量比に応じて、改質反応を可能にするための圧縮端ガス温度（以下、改質反応可能温度という場合もある）には下限値が存在している。このため、混合気の当量比に応じた改質反応可能温度の下限値よりも圧縮端ガス温度が低い場合には、インジェクタ２５から燃料改質室２３に燃料を供給したとしても、燃料改質室２３での燃料の改質反応が不能になったり、改質反応が十分に行われなくなったりする。例えば、内燃機関１の冷間始動直後や、外気温度が低い環境下や、高地等である場合には、このような状況を招きやすくなる。
そして、改質反応が不能になると、アンチノック性の低い燃料（前記軽油等）が出力気筒３に供給されることになり、この出力気筒３でのノッキングの発生が懸念される状況になってしまう。
本実施形態は、この点に鑑み、混合気の当量比に応じた前記改質反応可能温度の下限値に基づいて改質運転許可下限ガス温度を設定しておく。そして、燃料改質気筒２においてピストン２２が圧縮上死点に達する時点（本発明でいう、周期的に変化する燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点）における燃料改質室２３のガス温度（圧縮端ガス温度）が、この改質運転許可下限ガス温度に達しない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。以下、具体的に説明する。
本実施形態における燃料改質運転の制御では、推定される実際の圧縮端ガス温度と、前記改質運転許可下限ガス温度とを比較する。
そして、実際の圧縮端ガス温度が改質運転許可下限ガス温度以上であると推定された場合には、そのサイクルにおいて、燃料改質気筒２での燃料改質運転を許可（実行）する。つまり、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）を実行する。
一方、実際の圧縮端ガス温度が改質運転許可下限ガス温度未満であると推定された場合には、そのサイクルにおいて、燃料改質気筒２での燃料改質運転を禁止（非実行）する。このように燃料改質気筒２での燃料改質運転を禁止する場合、この燃料改質気筒２を出力気筒３と同様に機関出力を得るための気筒として機能させる。または、この燃料改質気筒２の燃料改質室２３への燃料供給の停止（インジェクタ２５からの燃料供給の停止）を行う。
以下、実際の圧縮端ガス温度の算出動作（推定動作）、改質運転許可下限ガス温度（改質反応可能温度の下限値に基づいて設定される改質運転許可下限ガス温度）の設定動作、および、これら実際の圧縮端ガス温度および改質運転許可下限ガス温度を利用した燃料改質運転の制御について順に説明する。
（圧縮端ガス温度の算出動作）
先ず、実際の圧縮端ガス温度の算出動作（推定動作）について説明する。
燃料改質室２３での実際の圧縮端ガス温度は以下の式（１）によって算出（推定）することが可能である。
Figure 0006639341
この式（１）において、ＴＴＤＣは圧縮端ガス温度であり、Ｔｉｎｉは圧縮前のガス温度すなわち吸入ガス温度であり、εは燃料改質気筒２の有効圧縮比であり、κは燃料改質室２３内の吸入ガスのポリトロープ数である。
以下、式（１）における各パラメータの算出について説明する。
（吸入ガス温度Ｔｉｎｉ）
吸入ガス温度Ｔｉｎｉは前記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。ここで算出される吸入ガス温度Ｔｉｎｉ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である。
また、吸入ガス温度Ｔｉｎｉとしては、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸入ガスの温度に代えて、燃料改質気筒２の吸気ポートを流れる吸入ガスの温度を採用するようにしてもよい。または、ピストン２２が吸入下死点に達した時点での燃料改質室２３のガス温度や、吸気バルブ２６が閉弁した時点での燃料改質室２３のガス温度を検出または推定し、これを吸入ガス温度Ｔｉｎｉとして採用するようにしてもよい。
（燃料改質気筒の有効圧縮比ε）
燃料改質気筒２の有効圧縮比εは、燃料改質気筒２における吸気バルブ２６が閉弁した時点での燃料改質室２３の容積と、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の容積との比として算出される。なお、この燃料改質気筒２の有効圧縮比εは、ピストン２２が下死点にある時点での燃料改質室２３の容積とピストン２２が上死点にある時点での燃料改質室２３の容積との比（見かけの圧縮比）によって簡易的に求めるようにしてもよい。
（ポリトロープ数κ）
ポリトロープ数κは、燃料改質室２３内でのガスの圧縮行程における定圧比熱と定積比熱との比で定義される。吸入ガスの全量が空気であり、シリンダ壁面への熱流出が無い場合にはκ＝１．４程度となる。しかしながら、燃料改質室２３における吸入ガスの実際のポリトロープ数は、全量が空気である場合や熱流出が無い場合とは異なっているので、以下のような修正が行われる。
以下に述べる冷却水温度に応じたポリトロープ数の修正、ガス組成に応じたポリトロープ数の修正および当量比に応じたポリトロープ数の修正は、何れか一つを行って前記式（１）のポリトロープ数κに適用するようにしてもよいし、２つ以上を組み合わせて修正を行って前記式（１）のポリトロープ数κに適用するようにしてもよい。
・冷却水温度に応じたポリトロープ数の修正
前記ポリトロープ数κは熱損失量に応じて変化する。前述したようにシリンダブロックには冷却水通路１３が形成されており、この冷却水通路１３を流れる冷却水に向けての熱流出が存在している。このため、前記水温センサ１０６からの出力に基づいて冷却水の温度を算出することで、熱損失量を予測することが可能である。または、冷却水温度と熱損失量との関係を予め把握しておくことで、この冷却水温度から熱損失量を推定することが可能である。
図４は、この冷却水温度に応じた修正ポリトロープ数の演算ロジックを示すブロック図である。この図４に示すように、水温センサ１０６からの出力に基づいて算出された冷却水の温度から、ポリトロープ数の低下量Δκを求め、これを空気のポリトロープ数から減算することによって、冷却水温度に応じた（熱損失量に応じた）修正ポリトロープ数を求めることができる。冷却水温度とポリトロープ数の低下量Δκとの関係は予め実験やシミュレーションによって求められている。
・ガス組成に応じたポリトロープ数の修正
燃料改質室２３内のガス組成によってもポリトロープ数κは変化する。つまり、吸入ガスの全量が空気である場合、吸入ガスの大部分は２原子分子であるため、ポリトロープ数κは「１．４」程度となる。これに対し、吸入ガス中に既燃ガス（ＣＯ２やＨ２Ｏ）や燃料が含まれていると、前記２原子分子の割合が低下することで、ポリトロープ数κも低下することになる。
このため、前記吸入ガスＯ２センサ１０４からの出力信号に基づき、吸入ガス中の酸素のモル分率を基に、吸入ガス中の二酸化炭素のモル分率を計算し、各ガス成分のモル分率に基づいてポリトロープ数を推定する。
例えば、先ず、以下の式（２）によって吸入ガスの定圧モル比熱を求める。
Figure 0006639341
この式（２）において、Ｃｐ＿ｉｎｔａｋｅは吸入ガスの定圧モル比熱であり、Ψｉは各ガス成分それぞれのモル分率であり、Ｃｐ＿ｉは各ガス成分それぞれの定圧モル比熱である。
これにより、以下の式（３）によって、吸入ガスのポリトロープ数κを算出することができる。
Figure 0006639341
このようにしてガス組成に応じた修正ポリトロープ数を求めることができる。
・当量比に応じたポリトロープ数の修正
また、燃料改質室２３内の当量比を推定し、この当量比からポリトロープ数κを補正演算することも可能である。
図５は、この当量比に応じた修正ポリトロープ数の演算ロジックを示すブロック図である。この図５に示すように、当量比から、ポリトロープ数の低下量Δκを求め、これを空気のポリトロープ数から減算することによって、当量比に応じた修正ポリトロープ数を求めることができる。当量比とポリトロープ数の低下量Δκとの関係は予め実験やシミュレーションによって求められている。
この場合における当量比の算出手法としては、前記吸気流量センサ１０１からの出力信号に基づいて吸気の流量を算出する。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た吸入ガスの圧力と、排気圧力センサ１０５からの出力信号に基づいて算出された排気の圧力との差からＥＧＲガス量（燃料改質気筒２に導入されるＥＧＲガス量）を算出する。そして、前記吸気の流量、前記ＥＧＲガス量、燃料改質室２３への燃料供給量（インジェクタ２５に対する噴射指令値から求められる燃料供給量）から当量比を算出する。また、ＥＧＲガス量を考慮しない場合には、吸気流量センサ１０１からの出力信号に基づいて算出された吸気の流量と、燃料改質室２３への燃料供給量との比から当量比を算出するようにしてもよい。
（改質運転許可下限ガス温度の設定動作）
次に、前記改質運転許可下限ガス温度（本実施形態では改質反応可能温度の下限値に略一致）の設定動作について説明する。前述したように、改質運転許可下限ガス温度は、混合気の当量比等に応じて設定される。つまり、図３からも明らかなように混合気の当量比が高いほど改質反応可能温度の下限値は高くなるので、改質運転許可下限ガス温度としても、燃料改質室２３内の混合気の当量比が高いほど高い値として設定される。また、改質反応可能温度の下限値は、混合気の当量比だけでなく、燃料の種類によっても変動する。例えば、燃料中の炭素と水素との比が異なれば燃料の反応性は大きく変化する。また、燃料分子中に酸素原子を含有する含酸素燃料等の場合も、その量に応じて燃料の反応性は大きく変化する。このため、改質運転許可下限ガス温度も、燃料の種類に応じて設定される。
図６は、改質運転許可下限ガス温度の演算ロジックを示すブロック図である。この図６に示すように、混合気の当量比から、改質運転許可下限ガス温度のベース値Ｔｍｉｎを求め、これに燃料の種類に基づく補正ファクタを乗算することで、前記改質運転許可下限ガス温度のベース値Ｔｍｉｎを補正し、これによって、混合気の当量比および燃料の種類に応じた改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒを求める。
混合気の当量比と改質運転許可下限ガス温度のベース値Ｔｍｉｎとの関係は予め実験やシミュレーションによって求められている。具体的に、この混合気の当量比と改質運転許可下限ガス温度のベース値Ｔｍｉｎとの関係としては、図３からも解るように混合気の当量比が高いほど前記ベース値Ｔｍｉｎは高い値として求められる。その結果、前記改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒは、燃料改質室２３の当量比が高いほど高い値として求められることになる。
また、前述したように、改質反応可能温度の下限値は燃料の種類によっても変動するので、この燃料の種類に応じた改質運転許可下限ガス温度のベース値Ｔｍｉｎの補正を行うために、この改質運転許可下限ガス温度のベース値Ｔｍｉｎに、燃料の種類に基づく補正ファクタを乗算し、使用する燃料の種類に応じた改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒを求めるようにしている。この燃料の種類に基づく補正ファクタの値としては、予め実験やシミュレーションによって、燃料の種類と補正ファクタの値との関係を把握しておく。そして、使用する燃料の種類に応じた補正ファクタの値を、図６の演算ロジックに適用する。なお、前記燃料の種類に基づく補正ファクタの値としては、図示しない燃料タンクに給油される燃料の種類に応じて予めＥＣＵ１００に入力されている。
（燃料改質運転の制御）
次に、前記圧縮端ガス温度ＴＴＤＣおよび改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒを利用した燃料改質運転の制御について説明する。
図７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。
先ず、ステップＳＴ１において、内燃機関１の運転モードが始動モード中であるか否かを判定する。この始動モードは、内燃機関１の始動直後に実施されるモードである。つまり、起動スイッチがＯＮ操作される等して内燃機関１が起動された場合には始動モードとなり、所定時間だけ、この始動モードが継続される。
内燃機関１の運転モードが始動モード中である場合にはステップＳＴ１でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ２に移って始動モードでの運転が継続される。
具体的に、この始動モードでは、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、燃料改質室２３および燃焼室３３では、それぞれ燃焼が行われる。前記スタータによるクランキングは、各気筒２，３それぞれが自立運転可能となるまで継続される。各気筒２，３それぞれで自立運転が行われる状況になると始動モードは終了する。これは、始動モード中は、内燃機関１の回転速度が低いことに起因して燃料改質気筒２での燃料の改質反応が期待できない状況となっていることから、燃料改質運転を非実行とするためである。
内燃機関１の運転モードが始動モードではなく、ステップＳＴ１でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ３に移り、内燃機関１の運転モードが停止モード中であるか否かを判定する。この停止モードは、内燃機関１が停止される際に実施されるモードである。つまり、停止スイッチがＯＮ操作される等して内燃機関１に停止指示がなされた場合には停止モードとなり、ステップＳＴ３でＹＥＳ判定され、ステップＳＴ４に移って停止モードでの運転が行われる。
具体的に、この停止モードでは、燃料改質気筒２のインジェクタ２５からの燃料噴射が停止される。これにより、燃料改質室２３での燃料の改質反応も停止し、燃焼室３３への改質燃料の供給が停止されることで内燃機関１が停止されることになる。これは、停止モード中は、燃料改質気筒２への燃料供給は停止すべき状況にあるため、燃料改質気筒２での燃料改質運転を非実行とするためである。
このように、運転モードが始動モードである場合や停止モードである場合には、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣに関わらず、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。
内燃機関１が停止モードではなく、ステップＳＴ３でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ５に移り、前記式（１）によって圧縮端ガス温度ＴＴＤＣの算出（推定）を行う。つまり、前述した吸入ガス温度Ｔｉｎｉの算出、燃料改質気筒２の有効圧縮比εの算出、ポリトロープ数κの算出が行われ、これらを前記式（１）に当て嵌めることによって圧縮端ガス温度ＴＴＤＣの算出を行う。なお、吸気バルブ２６の閉弁タイミングが固定されている場合には、有効圧縮比εの算出を行う必要はなく、この有効圧縮比εは固定値となる。
このようにして圧縮端ガス温度ＴＴＤＣの算出を行った後、ステップＳＴ６に移り、この圧縮端ガス温度ＴＴＤＣと前記改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒとの比較によって、改質反応が可能であるか否かの判定を行う。具体的には、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒ以上の値となっているか否かの判定を行う。
ここでは、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒ以上の値となっている場合には改質反応が可能であると判定し、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定される。一方、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒ未満の値である場合には改質反応が不能であると判定し、ステップＳＴ６でＮＯ判定される。
改質反応が可能であり、ステップＳＴ６でＹＥＳ判定された場合には、ステップＳＴ７におい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。
一方、改質反応が不能であり、ステップＳＴ６でＮＯ判定された場合には、ステップＳＴ８におい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。この燃料改質運転非実行モードでは、前記始動モードの場合と同様に、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。つまり、燃料改質室２３および燃焼室３３それぞれにおいて燃料の燃焼を可能にする範囲であって当量比を１未満とする燃料量をインジェクタ２５，３５から供給する。
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、それぞれ燃焼が行われる。これにより、燃料改質気筒２および出力気筒３それぞれから機関出力が得られることになる。各気筒２，３におけるインジェクタ２５，３５からの燃料噴射量は、各気筒２，３からの機関出力の合算が、機関要求出力となるように設定される。
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。
このように、燃料改質運転非実行モードでは、燃料改質室２３での混合気の燃焼が行われるため、燃料改質気筒２の暖機が促進され、比較的短時間のうちに、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒに達する状況となり、早期に燃料改質運転非実行モードから燃料改質運転モードへ移行させることが可能となる。
また、このステップＳＴ８において燃料改質運転を非実行とする際（運転モードとして燃料改質運転非実行モードとする際）には、燃料改質室２３への燃料の供給を停止するようにしてもよい。つまり、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒに達するまで、燃料改質室２３への燃料の供給を停止する。この場合、出力気筒３のインジェクタ３５からは機関要求出力に応じた量の燃料噴射が行われる。これにより、出力気筒３から機関出力が得られることになる。
このような動作が繰り返されることにより、例えば始動モードが解除されたとしても、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒに達していない場合には燃料改質運転を非実行とする（燃料改質運転非実行モードとする）。また、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒに達したことで燃料改質運転が実行された場合（燃料改質運転モードとなった場合）であっても、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒ未満に低下した場合には燃料改質運転を非実行とする（燃料改質運転非実行モードとする）ことになる。
前記ステップＳＴ６〜ステップＳＴ８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、周期的に変化する燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点（燃料改質気筒においてピストンが圧縮上死点に達する時点）における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、燃料改質気筒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、燃料改質気筒２においてピストン２２が圧縮上死点に達する時点における燃料改質室２３のガス温度（圧縮端ガス温度）が、混合気の当量比等に応じて設定される改質運転許可下限ガス温度に達しない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。これにより、前記ガス温度（圧縮端ガス温度）が低いことに起因して改質されていない燃料が燃料改質気筒２から出力気筒３に供給されてしまうといった状況を回避することができる。このため、アンチノック性の低い燃料が出力気筒に供給されることはなくなり、出力気筒３でのノッキングの発生を回避することができる。
また、本実施形態では、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒに達しない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非実行とするようにしている。このため、そのサイクルにおいて燃料の改質反応が可能であるか否かを正確に判断することができる。その結果、燃料改質気筒２での燃料改質運転を実行すべきか否かを正確に判断することが可能になる。
−他の実施形態−
なお、前記実施形態は、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、前記実施形態では、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣと改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒとの比較によって、改質反応が可能であるか否かの判定を行うようにしていた。本発明はこれに限らず、例えば、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温度Ｔｉｎｉのみによって改質反応が可能であるか否かを判定することが可能であれば、この吸入ガス温度Ｔｉｎｉのみに基づいて、燃料改質気筒２での燃料改質運転を非実行とする（吸入ガス温度Ｔｉｎｉが所定値未満である場合に燃料改質運転を非実行とする）ようにしてもよい。
また、前記実施形態では、改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒを、改質反応可能温度の下限値に略一致させていた。本発明はこれに限らず、改質運転許可下限ガス温度Ｔｍｉｎ＿ｃｏｒを、改質反応可能温度の下限値よりも所定値だけ高い温度に設定するようにしてもよい。これによれば、圧縮端ガス温度ＴＴＤＣが十分に高くなった状態で燃料改質運転非実行モードから燃料改質運転モードに移行させることができ、燃料改質気筒２での燃料の改質反応の信頼性をいっそう高めることができる。
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
２１ シリンダボア
２２ ピストン
３ 出力気筒
１００ ＥＣＵ

Claims (8)

  1. 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、
    周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする改質運転制御部を備え、
    前記改質運転許可下限ガス温度は、前記燃料改質気筒内の当量比が高いほど高く設定され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、
    前記改質運転許可下限ガス温度は、前記燃料改質気筒内に供給される燃料の種類に応じて補正されたものであることを特徴とする内燃機関の制御装置。
  3. 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、
    周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする改質運転制御部を備え、
    前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質気筒内での燃料の燃焼を可能にする範囲であって前記燃料改質気筒内の当量比を１未満とする燃料量を、前記燃料改質気筒内に供給することを特徴とする内燃機関の制御装置。
  4. 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、
    周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする改質運転制御部を備え、
    前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質気筒内への燃料の供給を停止すると共に、前記出力気筒内での燃料の燃焼を可能にする燃料量を、前記出力気筒内に供給す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、
    前記改質運転制御部は、前記燃料改質気筒において前記ピストンが圧縮上死点に達する時点における前記燃料改質気筒内のガス温度が、前記改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での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。
  6. 請求項１〜５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、
    前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達した時点における当該ガス温度に関わらず、内燃機関の始動初期時に実行される始動モード運転および内燃機関の停止時に実行される停止モード運転では、前記燃料改質気筒での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装置。
  7. 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、
    周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とし、
    前記改質運転許可下限ガス温度は、前記燃料改質気筒内の当量比が高いほど高く設定されることを特徴とする内燃機関の制御方法。
  8. 燃料改質装置として機能することが可能な燃料改質気筒と、この燃料改質気筒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、
    周期的に変化する前記燃料改質気筒内のガス温度が最高温度に達する時点における当該ガス温度が、改質反応可能温度の下限値に基づいて設定された改質運転許可下限ガス温度に達しないと推定された場合、前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とし、
    前記燃料改質気筒での燃料改質運転を非実行とする場合には、前記燃料改質気筒内での燃料の燃焼を可能にする範囲であって前記燃料改質気筒内の当量比を１未満とする燃料量を、前記燃料改質気筒内に供給することを特徴とする内燃機関の制御方法。
JP2016139570A 2016-07-14 2016-07-14 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 Active JP6639341B2 (ja)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016139570A JP6639341B2 (ja) 2016-07-14 2016-07-14 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
PCT/JP2017/024044 WO2018012304A1 (ja) 2016-07-14 2017-06-29 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
EP17827434.6A EP3486459B1 (en) 2016-07-14 2017-06-29 Control device for internal combustion engine and control method for internal combustion engine
US16/316,820 US11028785B2 (en) 2016-07-14 2017-06-29 Control device for internal combustion engine and control method for internal combustion engine
CN201780040475.5A CN109415985B (zh) 2016-07-14 2017-06-29 内燃机的控制装置以及内燃机的控制方法
KR1020187029032A KR102075285B1 (ko) 2016-07-14 2017-06-29 내연 기관의 제어 장치 및 내연 기관의 제어 방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP2016139570A JP6639341B2 (ja) 2016-07-14 2016-07-14 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2018009526A JP2018009526A (ja) 2018-01-18
JP6639341B2 true JP6639341B2 (ja) 2020-02-05

Family

ID=60951687

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2016139570A Active JP6639341B2 (ja) 2016-07-14 2016-07-14 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法

Country Status (6)

Country Link
US (1) US11028785B2 (ja)
EP (1) EP3486459B1 (ja)
JP (1) JP6639341B2 (ja)
KR (1) KR102075285B1 (ja)
CN (1) CN109415985B (ja)
WO (1) WO2018012304A1 (ja)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP6639342B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-05 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6669602B2 (ja) * 2016-07-14 2020-03-18 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639344B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-05 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6789907B2 (ja) * 2017-09-21 2020-11-25 ヤンマーパワーテクノロジー株式会社 内燃機関
US11578686B2 (en) * 2019-05-29 2023-02-14 Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki Engine system
CN113027627B (zh) * 2021-03-22 2022-08-16 天津大学 一种发动机缸内燃料可控重整的控制方法

Family Cites Families (33)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS529712A (en) * 1975-07-15 1977-01-25 Nissan Motor Co Ltd Gas engine
JPH08291774A (ja) * 1995-04-19 1996-11-05 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk アルコール改質ガスエンジン
RU2158748C1 (ru) * 1999-10-20 2000-11-10 Гандельман Леонид Яковлевич Способ модификации моторного топлива и устройство для его осуществления
JP2004263562A (ja) * 2003-01-14 2004-09-24 Yanmar Co Ltd 予混合圧縮自着火式内燃機関の制御方法
JP4251321B2 (ja) * 2003-01-28 2009-04-08 トヨタ自動車株式会社 内燃機関および内燃機関の運転方法
JP2004284835A (ja) * 2003-03-19 2004-10-14 Toyota Motor Corp 燃料改質システム
JP4345677B2 (ja) 2004-07-20 2009-10-14 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2006052662A (ja) * 2004-08-10 2006-02-23 Toyota Motor Corp 内燃機関およびその運転方法
US7721541B2 (en) * 2004-11-08 2010-05-25 Southwest Research Institute Secondary internal combustion device for providing exhaust gas to EGR-equipped engine
JP2007113420A (ja) * 2005-10-18 2007-05-10 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2007332891A (ja) * 2006-06-16 2007-12-27 Toyota Central Res & Dev Lab Inc 内燃機関
JP2009097425A (ja) * 2007-10-17 2009-05-07 Toyota Motor Corp 燃料改質装置
JP4274279B2 (ja) * 2007-11-02 2009-06-03 トヨタ自動車株式会社 内燃機関
JP2009162053A (ja) * 2007-11-14 2009-07-23 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
JP2009144555A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Toyota Motor Corp 内燃機関の制御装置
US8291891B2 (en) * 2008-06-17 2012-10-23 Southwest Research Institute EGR system with dedicated EGR cylinders
JP4888444B2 (ja) * 2008-06-19 2012-02-29 トヨタ自動車株式会社 内燃機関の制御装置
JP2010025073A (ja) * 2008-07-24 2010-02-04 Denso Corp 内燃機関の制御装置及び制御システム
US8245671B2 (en) * 2010-04-08 2012-08-21 Ford Global Technologies, Llc Operating an engine with reformate
BR112014003255A2 (pt) * 2011-08-29 2017-03-01 Toyota Motor Co Ltd dispositivo de controle para motor de combustão interna
DE102012204649A1 (de) * 2012-03-22 2013-09-26 Volkswagen Aktiengesellschaft Motoraggregat mit gasbetriebenen Verbrennungsmotor und Wasserstoffreformer und Verfahren zum Betreiben eines solchen Motoraggregats
JP5972180B2 (ja) * 2013-01-15 2016-08-17 ヤンマー株式会社 エンジン
CN103195553B (zh) * 2013-04-01 2015-10-28 清华大学 高十六烷值燃料引燃改质天然气的低温燃烧方法及系统
JP6318000B2 (ja) * 2014-05-20 2018-04-25 株式会社日立製作所 エタノールエンジンシステム
JP6323911B2 (ja) 2014-11-17 2018-05-16 ヤンマー株式会社 エンジン
US9982608B2 (en) * 2014-09-05 2018-05-29 Yanmar Co., Ltd. Engine
JP6323909B2 (ja) * 2014-09-26 2018-05-16 ヤンマー株式会社 エンジン
JP6607831B2 (ja) * 2016-07-14 2019-11-20 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639345B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-05 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639343B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-05 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6669602B2 (ja) * 2016-07-14 2020-03-18 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639344B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-05 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639342B2 (ja) * 2016-07-14 2020-02-05 ヤンマー株式会社 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法

Also Published As

Publication number Publication date
KR102075285B1 (ko) 2020-02-07
EP3486459A1 (en) 2019-05-22
EP3486459A4 (en) 2019-07-03
CN109415985B (zh) 2021-09-28
JP2018009526A (ja) 2018-01-18
US11028785B2 (en) 2021-06-08
US20190226410A1 (en) 2019-07-25
KR20180116431A (ko) 2018-10-24
CN109415985A (zh) 2019-03-01
EP3486459B1 (en) 2020-07-15
WO2018012304A1 (ja) 2018-01-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP6639341B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639343B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6669602B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639345B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6607831B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639342B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
JP6639344B2 (ja) 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20181219

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20191001

A521 Written amendment

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20191126

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20191210

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20191224

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 6639341

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150

S533 Written request for registration of change of name

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533

R350 Written notification of registration of transfer

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350