JP7038581B2 - エンジンシステム、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを少なくとも前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を備え、少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部とを各別に備えるエンジンシステム、
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼させる通常気筒を少なくとも一つ有すると共に、少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部を有する予混合圧縮着火エンジンと、前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を有すると共に、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部を前記第１燃料ガス供給部とは別に有する補助エンジンとを備えるエンジンシステム、及びその制御方法に関する。

これまで、多気筒エンジンにおいて、燃料ガス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燃焼させ部分酸化反応させて、燃料ガスよりも燃焼速度の速いガスを含む改質ガスへ改質する再循環気筒を少なくとも１つ備え、再循環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）。
例えば、メタンを主成分とする燃料ガスを含む過濃混合気を燃焼させ部分酸化反応させることで、水素、一酸化炭素及びアセチレン等を含む燃焼速度の速い改質ガスを生成できる。燃焼速度の速い水素等を含む改質ガスを通常気筒へ導くことで、希薄限界が拡大する。

米国特許出願公開第２００９／０３０８０７０号明細書

上記特許文献１に開示の技術にあっては、改質ガスを通常気筒へ導くことで、希薄限界側の運転範囲を拡大できるが、希薄限界側の運転範囲の拡大は、熱効率の拡大につながるため、更なる拡大が期待されていた。

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、比較的簡易な構成を維持しながらも、通常気筒へ再循環される燃焼ガスを切り替えることにより、その運転範囲の拡大を図り得るエンジンシステム、及びその制御方法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、
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、
前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを少なくとも前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を備え、
少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部とを各別に備えるエンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、
を切り換え制御する再循環状態切替手段を備える点にある。

上記目的を達成するためのエンジンシステムの制御方法は、
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、
前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを少なくとも前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を備え、
少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部とを各別に備えるエンジンシステムの制御方法であって、その特徴構成は、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、を切り換え制御する点にある。

上記特徴構成によれば、再循環気筒での混合気の空気比を１より小さくして混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる燃焼ガスとしての改質ガスを再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態に切り換えることで、着火性を向上させ、失火やノッキングを良好に抑制することができ、希薄限界側での運転範囲を拡大することができる。
更に、本発明の発明者らは、再循環気筒での混合気の空気比を１より大きくして再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる燃焼ガスが、改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスとして用いることができることを新たに見出した。
即ち、再循環状態切替手段は、上述の改質ガス再循環状態よりも、更に着火性を向上させる必要がある場合には、再循環気筒での混合気の空気比を１より大きくして再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる燃焼ガスであって改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態に切り換えることで、着火性の向上を図り、希薄限界側の運転範囲を更に拡大することができる。
尚、当該明細書においては、燃焼室にて混合気が着火し易いことを、着火性が高いと表現し、燃焼室にて混合気が着火し難いことを、着火性が低いと表現することとする。
また、当該明細書においては、燃焼ガスは、改質ガスと燃焼排ガスと反応促進ガスを含む概念であるとする。

上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼させる通常気筒を少なくとも一つ有すると共に、少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部を有する予混合圧縮着火エンジンと、
前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を有すると共に、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部を前記第１燃料ガス供給部とは別に有する補助エンジンとを備えるエンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、
を切り換え制御する再循環状態切替手段を備える点にある。

上記目的を達成するためのエンジンシステムの制御方法は、
燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼させる通常気筒を少なくとも一つ有すると共に、少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部を有する予混合圧縮着火エンジンと、
前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を有すると共に、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部を前記第１燃料ガス供給部とは別に有する補助エンジンとを備えるエンジンシステムの制御方法であって、その特徴構成は、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、を切り換え制御する点にある。

即ち、本発明のエンジンシステム及びその制御方法としては、外部出力を行うための通常気筒を有する予混合圧縮着火エンジンとは別に、改質ガスと燃焼排ガスと反応促進ガスを含む燃焼ガスを生成するための再循環気筒を有する補助エンジンを備えるものをも権利範囲に含むものである。

上記エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記再循環状態切替手段は、
前記反応促進ガス再循環状態と、前記改質ガス再循環状態と、前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１として前記再循環気筒から前記燃焼ガスとして前記改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスを再循環させる排ガス再循環状態とを切り換え制御する点にある。

上記特徴構成によれば、切り換えられる運転状態として、反応促進ガス再循環状態と改質ガス再循環状態とに加えて、再循環気筒での混合気の空気比を１として再循環気筒から燃焼ガスとして改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスを再循環させる排ガス再循環状態をも含むから、例えば、当該燃焼排ガスを三元触媒に通流させた後に通常気筒へ導くことで、比較的多くの窒素を通常気筒へ導き、ノッキングの発生を良好に抑制して、運転範囲の更なる拡大を図ることができる。

上記エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記改質ガス再循環状態は、前記通常気筒へ前記燃焼ガスを再循環しない場合の前記通常気筒での前記混合気の着火性を基準着火性としたときに、前記基準着火性よりも高い着火性の前記改質ガスを再循環させる高着火性改質ガス再循環状態と、前記基準着火性と同一の着火性の前記改質ガスを再循環させる基準着火性改質ガス再循環状態とを含むものであり、
前記再循環状態切替手段は、
前記反応促進ガス再循環状態と、前記高着火性改質ガス再循環状態と、前記基準着火性改質ガス再循環状態と、前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１として前記再循環気筒から前記燃焼ガスとして前記改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスを再循環させる排ガス再循環状態とを切り換え制御する点にある。

上記特徴構成によれば、再循環状態切替手段は、再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御するという比較的簡易な制御により、反応促進ガス再循環状態と、高着火性改質ガス再循環状態と、基準着火性改質ガス再循環状態と、排ガス再循環状態とを切り換え制御を良好に実行できる。
これにより、特に、基準着火性改質ガス再循環状態へ切り換え可能に構成されているから、通常気筒へ燃焼ガス（改質ガスと燃焼排ガスと反応促進ガスを含む概念）を再循環している状態を維持したままで、通常気筒へ燃焼ガスを再循環しない通常の予混合圧縮着火運転の着火性を実現できる。つまり、通常気筒の着火性を、通常の予混合圧縮着火運転の着火性にする場合に、通常気筒への燃焼ガスを供給しない状態へ切り換える必要がなくなるから、運転状態の切り換えに係る制御が容易になると共に、切り換えの際の燃焼状態の安定性を向上できる。
更には、切り換えられる運転状態として、再循環気筒での混合気の空気比を１として再循環気筒から燃焼ガスとして改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスを再循環させる排ガス再循環状態をも含むから、例えば、当該燃焼排ガスを三元触媒に通流させた後に通常気筒へ導くことで、比較的多くの窒素を通常気筒へ導き、ノッキングの発生を良好に抑制して、運転範囲の更なる拡大を図ることができる。

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記再循環気筒から前記通常気筒へ導かれる前記燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流路と、当該燃焼ガス通流路を通流する前記燃焼ガスに含まれる未燃炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とを除去する三元触媒と、前記燃焼ガス通流路にて前記三元触媒をバイパスするバイパス流路と、前記燃焼ガスを前記三元触媒と前記バイパス流路との何れに通流させるかを切り替える流路切換弁とを備え、
前記再循環状態切替手段は、前記排ガス再循環状態以外の再循環状態において、前記燃焼ガスを前記バイパス流路へ通流させるように前記流路切換弁を制御すると共に、前記排ガス再循環状態において、前記燃焼ガスを前記三元触媒へ通流させるように前記流路切換弁を制御する点にある。

上記特徴構成によれば、排ガス再循環状態に切り換える場合にあっては、再循環気筒での混合気の空気比を１とするため、特にサーマルＮＯｘ濃度が高くなるが、当該再循環気筒から排出された燃焼ガスは三元触媒を通ることになるから、その燃焼ガスに含まれるサーマルＮＯｘを良好に低減することができる。
また、前記排ガス再循環状態以外の再循環状態（具体的には、反応促進ガス再循環状態、改質ガス再循環状態、高着火性改質ガス再循環状態、及び基準着火性改質ガス再循環状態の何れか）に切り替える場合には、反応促進ガス再循環状態にあっては反応促進ガスとしての窒素酸化物を、高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態にあっては改質ガスとしての一酸化炭素等を、三元触媒にて除去することなく、通常気筒へ導いて、特に、その希薄限界側の運転範囲の拡大を適切に図ることができる。

これまで説明してきたエンジンシステムとしては、
前記通常気筒での燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、
前記再循環状態切替手段は、前記燃焼状態検出手段にて検出される前記燃焼状態が着火性を向上させる必要がある前記燃焼状態である場合に、着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え、前記燃焼状態検出手段にて検出される前記燃焼状態が着火性を低減させる必要がある前記燃焼状態である場合に、着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御することが好ましい。

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記燃焼状態検出手段が、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段として構成され、
前記再循環状態切替手段は、前記ノッキング検出手段にて検出されるノッキング関連値がノッキング判定閾値以上の場合を、前記燃焼状態が着火性を低減する必要がある前記燃焼状態である場合であると判断し、着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する点にある。

これまで説明してきたように、着火性の高い燃焼ガス（改質ガス及び反応促進ガス）を再循環する運転状態にあっては、着火時期が早まりノッキングが発生し易くなり、着火性の低い燃焼ガス（着火性が高い水素及び一酸化炭素の含有率が少ない燃焼排ガス）を再循環する運転状態にあっては、比較的比熱が高い二酸化炭素や水蒸気等を多く含む燃焼ガスが通常気筒に再循環され燃焼が緩慢となるため、着火時期が遅れノッキングが発生し難くなる。
上記特徴構成にあっては、ノッキング検出手段により検出されるノッキング関連値がノッキング判定閾値以上の場合に、着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換えることで、ノッキングの発生を良好に抑制し、運転可能範囲の上限を広げることができる。

エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記燃焼状態検出手段が、前記通常気筒での失火を検出する失火検出手段として構成され、
前記再循環状態切替手段は、前記失火検出手段にて失火が検出された場合を、前記燃焼状態が着火性を向上させる必要がある前記燃焼状態である場合であると判断し、着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する点にある。

これまで説明してきたように、着火性の高い燃焼ガス（改質ガス及び反応促進ガス）を再循環する運転状態にあっては、着火性が高い高着火性ガスを多く含む燃焼ガスが通常気筒に再循環されるため、失火が発生し難くなり、一方、着火性の低い燃焼ガス（着火性が高い水素及び一酸化炭素の含有率が少ない燃焼排ガス）を再循環する運転状態にあっては、比較的比熱が高い二酸化炭素や水蒸気等を多く含む燃焼ガスが通常気筒に再循環され燃焼が緩慢となるため、失火が発生し易くなる。
上記特徴構成にあっては、失火検出手段により失火が検出された場合に、着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換えることで、着火性を改善して、希薄限界側の運転可能範囲の拡大を良好に図ることができる。
尚、失火とは、着火していてもトルクの変動が大きい状態（燃焼変動が大きい状態）も含むものとする。

これまで説明してきたエンジンシステムとしては、
前記燃焼状態検出手段が、前記通常気筒からの燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサとして構成され、
前記再循環状態切替手段は、前記ＮＯｘセンサにて測定されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ判定閾値以上の場合を、前記燃焼状態が着火性を低減する必要がある前記燃焼状態である場合であると判断し、着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御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図 運転可能範囲の低負荷側限界（左側限界）をＣＯＶ ｏｆ ＮＭＥＰ＝５％とし、運転可能範囲の高負荷側限界（右側限界）をＮＯｘ＝５０ｐｐｍとした場合に、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態との夫々の運転可能範囲を重畳表示した場合のグラフ図 第２実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図

本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００、及びその制御方法は、比較的簡易な構成を維持しながらも、通常気筒へ再循環される燃焼ガスを切り替えることにより、その運転範囲の拡大を図り得るものに関する。以下、図面に基づいて、エンジンシステム１００、及びその制御方法について説明する。

〔第１実施形態〕
第１実施形態に係るエンジンシステム１００、及びその制御方法は、図１に示すように、燃焼室に給気された燃料ガスＦ（例えば、都市ガス１３Ａ）と燃焼用空気Ａとの混合気Ｍを圧縮着火させ燃焼させる予混合圧縮着火エンジン本体４０に、混合気Ｍを圧縮着火させ燃焼させる通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、混合気Ｍを含む混合気を点火プラグ（図示せず）により火花点火して燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガス（後述する改質ガスＫ、燃焼排ガスＥ、反応促進ガスＨを含む概念）を通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ再循環可能な再循環気筒４０ｄとを備えている。
当該第１実施形態に係るエンジンシステム１００は、ターボ過給式のエンジン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）の再循環気筒４０ｄとを備えている。更には、燃焼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。

当該エンジンシステム１００は、詳細な図示は省略するが、給気本管２０から通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した混合気Ｍを、ピストンの上昇により圧縮して発火点まで昇温させることで、混合気Ｍを自己着火させて燃焼・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燃焼排ガス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。ちなみに、当該エンジンシステム１００は、予混合圧縮着火エンジン本体４０の回転軸に発電機（図示せず）を連結して発電する、所謂、コジェネレーションシステムとして構成されている。
当該予混合圧縮着火エンジン本体４０は、燃焼室に混合気Ｍを圧縮して自己着火させる予混合圧縮着火運転を行って混合気Ｍを燃焼させるため、例えば、圧縮比を２１程度と高く設定することができ高効率であり、更に混合気Ｍの空気比を、例えば、火花伝播下限以下の希薄状態で燃焼させることができるため低ＮＯｘを実現できる。

尚、給気本管２０から供給される混合気Ｍは再循環気筒４０ｄにも供給され、当該再循環気筒４０ｄは、詳細については後述するが、混合気Ｍを点火プラグにより火花点火して燃焼・膨張させ、ピストンを押し下げて回転軸から回転動力を出力する。そして、当該再循環気筒４０ｄにて燃焼ガスとして生成される改質ガスＫ又は燃焼排ガスＥは、その全量が通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれることとなる。

給気本管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に燃料ガス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及び再循環気筒４０ｄへの混合気Ｍの給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、給気本管２０において、ミキサ１４で都市ガス等の燃料ガス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、及び再循環気筒４０ｄの燃焼室へ導入される。

ミキサ１４に燃料ガスＦを導く第１燃料ガス供給路１１には、ミキサ１４の上流側の給気本管２０における燃焼用空気Ａの圧力と第１燃料ガス供給路１１における燃料ガス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及び再循環気筒４０ｄの燃焼室へ供給される燃料ガス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燃料ガス供給路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、少なくとも通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ燃料ガスを供給する第１燃料ガス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に設けられる排気タービン３２に、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃから排出される燃焼排ガスＥを供給し、排気タービン３２に連結される状態で給気本管２０に設けられるコンプレッサ３１により、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び再循環気筒４０ｄの燃焼室に給気される混合気Ｍを圧縮するターボ式の過給機３０として構成されている。即ち、当該過給機３０は、排気路２７を通流する燃焼排ガスＥの運動エネルギにより排気タービン３２を回転させ、当該排気タービン３２の回転力により給気本管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及び再循環気筒４０ｄの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。

予混合圧縮着火エンジン本体４０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２３の開度を制御する。
更に、予混合圧縮着火エンジン本体４０の回転軸（図示せず）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。

更に、予混合圧縮着火エンジン本体４０には、燃焼室での燃焼状態を検出燃焼状態検出手段として、燃焼排ガスＥのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサＳ２を備えている。当該ＮＯｘセンサＳ２は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの燃焼排ガスＥが通過する排気路２７に設けられ、燃焼状態判定手段５２が、ＮＯｘセンサＳ２にて検出されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ判定閾値（例えば、５０ｐｐｍ）以上となる毎に、着火性を低減する必要があると判定する。

また、予混合圧縮着火エンジン本体４０の排気路２７には、燃焼室での燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段として、排気路２７で排気タービン３２の上流側を通流する燃焼排ガスＥの温度を検出する温度センサＳ１（図示せず：失火検出手段の一例）が設けられており、制御装置５０としての燃焼状態判定手段５２は、当該温度センサにて検出される燃焼排ガス温度が失火判定閾値以下となる場合に、失火が発生していると判定する。
尚、失火とは、着火していてもトルクの変動が大きい状態（燃焼変動が大きい状態）も含むものとする。

給気本管２０は、スロットル弁２３の下流側において、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ混合気Ｍを導く第１給気支管２０ｘと、再循環気筒４０ｄへ混合気Ｍを導く第２給気支管２０ｄとに分岐されている。更に、第１給気支管２０ｘは、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給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続されている。

再循環気筒４０ｄへ新気を供給する第２給気支管２０ｄには、ベンチュリー式のミキサ１６を介する形態で燃料ガスＦを供給する第２燃料ガス供給路２９が接続されており、当該第２燃料ガス供給路２９には、都市ガス１３Ａ等の燃料ガス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燃料ガス供給路２９の第２燃料流量制御弁１５の上流側には、燃料ガスＦの供給圧を給気本管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。
尚、詳細については後述するが、当該第１実施形態にあっては、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスＦの供給比率を制御する形態の一例として、制御装置５０が、第２燃料流量制御弁１５の開度を制御する形態で、再循環気筒４０ｄへ供給される混合気Ｍの空気比を調整可能に構成されている。つまり、第２燃料ガス供給路２９、ミキサ１６、及び第２燃料流量制御弁１５が、第２燃料ガス供給部として機能する。これにより、再循環気筒４０ｄからは、再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さくするときには、再循環気筒４０ｄにて混合気Ｍの少なくとも一部が燃焼して部分酸化反応して、水素、一酸化炭素及びアセチレン等を含み、燃料ガスＦよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる改質ガスＫが生成され、第２燃料流量制御弁１５を閉止して燃料ガスＦを供給しないときには、改質ガスＫがほぼ含まれない燃焼排ガスＥが排出されることになる。

再循環気筒４０ｄには、再循環気筒４０ｄからの燃焼ガスとしての改質ガスＫ又は燃焼排ガスＥを通流する燃焼ガス通流路２８が接続されており、当該燃焼ガス通流路２８には、その下流側が第１給気支管２０ｘに接続される流路部位と、その下流側が排気路２７に接続される流路部位とが、三方切換弁９０を介して設けられている。そして、制御装置５０は、当該三方切換弁９０の開度状態を切り換える形態で、再循環気筒４０ｄからの燃焼ガスを通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ戻す状態と、再循環気筒４０ｄからの燃焼ガスを排気路２７へ戻す状態とを切り換え可能に構成されている。ちなみに、当該実施形態にあっては、燃焼ガスは、すべて通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ戻すように、三方切換弁９０が切り換え制御される。
尚、燃焼ガス通流路２８の第１給気支管２０ｘに接続される流路部位には、燃焼ガスに含まれる未燃炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とを除去する三元触媒９２と、燃焼ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ９１とが、上流側から記載の順に設けられている。更に、燃焼ガス通流路２８には、三元触媒９２をバイパスするバイパス流路９４が設けられると共に、燃焼ガスを三元触媒９２とバイパス流路９４との何れに通流させるかを切り換える流路切換弁９３を備えている。
ＥＧＲクーラ９１は、燃焼ガスが第１給気支管２０ｘの新気に混合されたときに結露しない温度まで、燃焼ガスを冷却する。

当該第１実施形態に係るエンジンシステム１００及びその制御方法では、再循環状態切替手段５１としての制御装置５０が、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さくする制御の一例として、第２燃料ガス供給部としての第２燃料流量制御弁１５の開度を特定の開度として再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さくして、混合気Ｍの少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて、水素、一酸化炭素及びアセチレン等を含み、燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる燃焼ガスとしての改質ガスＫを再循環気筒４０ｄにて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より大きく１．４以下の範囲に制御する一例として、第２燃料ガス供給部としての第２燃料流量制御弁１５の開度を特定の開度として再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より大きく１．４以下の範囲に制御して、再循環気筒４０ｄから反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる燃焼ガスであって改質ガスＫよりも着火性が高い反応促進ガスＨを再循環させる排ガス再循環状態とを切り換え制御する。

更に、制御装置５０は、改質ガス再循環状態に切り換えているときに、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲で制御する一例として、第２燃料流量制御弁１５の開度を調整して、再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲で制御する形態で、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃでの着火性を制御する。

即ち、制御装置５０は、再循環状態を、着火性が比較的高い改質ガス再循環状態と、当該改質ガス再循環状態よりもさらに着火性が高い反応促進性ガス再循環状態とで切り換えると共に、改質ガス再循環状態に切り換えているときに、第２燃料流量制御弁１５の開度を調整して、再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲で制御することで、エンジンシステム１００の着火性を良好に制御する。

更に、当該実施形態にあっては、制御装置５０（再循環状態切替手段の一例）は、第２燃料流量制御弁１５の開度を調整して、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスＦの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲で制御することで、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ燃焼ガスを再循環しない場合（上述した三方切換弁９０にて燃焼ガスを排気路２７の側へ導く制御を実行する場合）の通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃでの混合気Ｍの着火性を基準着火性としたときに、基準着火性よりも高い着火性の改質ガスＫを再循環させる高着火性改質ガス再循環状態と、基準着火性と同一の着火性の改質ガスＫを再循環させる基準着火性改質ガス再循環状態とを、改質ガス再循環状態として実行可能に構成されている。
また、制御装置５０は、第２燃料流量制御弁１５の開度を調整して、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気の空気比を１として再循環気筒４０ｄから燃焼ガスとして改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスＥを再循環させる排ガス再循環状態を実行可能に構成されている。
即ち、制御装置５０は、第２燃料流量制御弁１５の開度を連続的に調整する制御のみにより、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、反応促進ガス再循環状態と、高着火性改質ガス再循環状態と、基準着火性改質ガス再循環状態と、排ガス再循環状態とを切り換え制御するように構成されている。尚、これら４つの再循環状態は、着火性が高い側から順に、反応促進ガス再循環状態と、高着火性改質ガス再循環状態と、基準着火性改質ガス再循環状態と、排ガス再循環状態となる。
因みに、制御装置５０は、基準着火性改質ガス再循環状態では、改質ガスＫにおいて、高着火性ガスによる着火性を向上させる効果と、比較的比熱の高い二酸化炭素や水蒸気等による着火性を低減させる効果とがバランスする程度に、改質ガスＫに含まれる高着火性ガスの割合を制御するように、第２燃料流量制御弁１５の開度を調整する。
尚、制御装置５０（再循環状態切替手段の一例）は、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態とにおいて、燃焼ガスをバイパス流路９４へ通流させるように流路切換弁９３を制御すると共に、排ガス再循環状態において、燃焼ガスを三元触媒９２へ通流させるように流路切換弁９３を制御する。

説明を追加すると、制御装置５０は、着火性を向上させる場合、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態とを、着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する。尚、制御装置５０は、切り換え時点での運転状態が、再循環する燃焼ガスの着火性が最も高い高着火性改質ガス再循環状態である場合、切り換え制御を行わない。

一方で、制御装置５０は、着火性を低下させる場合、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態とを、着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する。尚、制御装置５０は、切り換え時点での運転状態が、再循環する燃焼ガスの着火性が最も低い排ガス再循環状態である場合、切り換え制御を行わない。

次に、当該第１実施形態に係るエンジンシステム１００、及び制御方法により、得られる運転可能範囲についての実験に関し、図２に基づいて説明する。
当該実験は、これまで説明してきたエンジンシステム１００において、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態とを切り換えたときの運転可能範囲を確認するものであり、ボア×ストロークが１０４ｍｍ×１０８ｍｍ、排気量が４００８ｃｍ^３、圧縮比が２４、回転数が１２００ｍｉｎ^-1のエンジンを、以下に示す条件で運転するものである。

ちなみに、当該実験は、通常気筒の数を３とし、当該通常気筒に対して１つの改質気筒からの燃焼ガスを導く構成で行った。

図２は、以上の条件において、縦軸を給気温度とし、横軸を正味平均有効圧（以下、ＮＭＥＰと略称する場合がある）とした場合において、左側限界（低負荷側の限界）を正味平均有効圧の変動係数が５％となるときとし、右側限界（高負荷側の限界）をＮＯｘ濃度が５０ｍｍｐとなるときの運転可能範囲を、図示している。
詳述すると、図２は、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と通常の予混合圧縮着火運転状態（基準着火性改質ガス再循環状態に対応）と排ガス再循環状態の夫々の運転可能範囲を重ね合わせて表示したものである。

図２に示されるように、高着火性改質ガス再循環状態における運転可能範囲は、通常の予混合圧縮着火運転状態（基準着火性改質ガス再循環状態に対応）における運転可能範囲に対し、正味平均有効圧が低い側（グラフ図で左側）にあり、更に、反応促進ガス再循環状態における運転可能範囲が、高着火性改質ガス再循環状態における運転可能範囲よりも、正味平均有効圧が低い側（グラフ図で左側）にあり、着火性が向上していることがわかる。一方、排ガス再循環状態における運転可能範囲は、通常の予混合圧縮着火運転状態（基準着火性改質ガス再循環状態に対応）における運転可能範囲に対し、正味平均有効圧が高い側（グラフ図で右側）にあり、着火性を低減していることがわかる。
従って、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と通常の予混合圧縮着火運転状態（基準着火性改質ガス再循環状態に対応）と排ガス再循環状態とを切り換え可能とした場合の運転可能範囲は、通常の予混合圧縮着火運転状態の運転可能範囲に比べて、２倍程度に拡大できていることがわかる。

以上の実験結果が示すように、当該実施形態に係るエンジンシステム１００、及びその制御方法にあっては、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態とを含む改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態との切り換え制御により、運転可能範囲を大幅に拡大できる。
運転可能範囲を適切に拡大する観点から、燃焼状態判定手段５２が、ＮＯｘセンサにて検出されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ判定閾値（例えば、５０ｐｐｍ）以上となる毎に、着火性を低減する必要があると判定し、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態とを、着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換える形態で制御する。尚、制御装置５０は、切り換え時点での運転状態が、再循環する燃焼ガスの着火性が最も低い排ガス再循環状態である場合、切り換え制御を行わない。

更には、燃焼状態判定手段５２が、燃焼状態検出手段として設けられている温度センサ（図示せず：失火検出手段の一例）にて失火が検出される毎に、着火性を向上する必要があると判断し、高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態とを、着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する。

〔第２実施形態〕
当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００は、図９に示すように、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとの混合気Ｍを圧縮着火させ燃焼させる通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄを有すると共に、混合気Ｍを形成する燃料ガスＦを供給する第１燃料ガス供給部を有する予混合圧縮着火エンジン２００ｂを備えるのに加えて、燃料ガスＦと燃焼用空気Ａとを点火プラグ（図示せず）により火花点火して燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを予混合圧縮着火エンジン２００ｂの通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄへ再循環可能な再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを有すると共に、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへ導かれる燃料ガスＦを供給する第２燃料ガス供給部を第１燃料ガス供給部とは別に有する補助エンジン２００ａを備えるものに関する。

エンジンシステム２００に係る予混合圧縮着火エンジン２００ｂは、改質気筒、燃焼ガス通流路、及び過給機３０を備えていない点以外は、第１実施形態に示した予混合圧縮着火エンジンと変わるところがない。そこで、以下の説明にあっては、上記第１実施形態に係る予混合圧縮着火エンジンと同一の構成及び制御については、説明を割愛する場合がある。
説明を追加すると、エンジンシステム２００に係る予混合圧縮着火エンジン２００ｂは給気本管２０から通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した混合気Ｍを、ピストンの上昇により圧縮して発火点まで昇温させることで、混合気Ｍを自己着火させて燃焼・膨張させることで、予混合圧縮着火エンジン２００ｂの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燃焼排ガスＥは、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄ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。ちなみに、当該エンジンシステム２００において予混合圧縮着火エンジン２００ｂは、回転軸に発電機（図示せず）を連結して発電する、所謂、コジェネレーションシステムとして構成されている。

給気本管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に燃料ガス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、開度調整により通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄへの混合気Ｍの給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、給気本管２０において、ミキサ１４で都市ガス等の燃料ガス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２３を介して所定の流量に調整されて、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの燃焼室へ導入される。

ミキサ１４に燃料ガスＦを導く第１燃料ガス供給路１１には、ミキサ１４の上流側の給気本管２０における燃焼用空気Ａの圧力と第１燃料ガス供給路１１における燃料ガス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、４０ｄの燃焼室へ供給される燃料ガス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燃料ガス供給路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燃料ガス供給部として機能する。
制御装置５０は、第１燃料流量制御弁１３の開度を調整する形態で、混合気Ｍの空気比を１より大きく１．４以下の範囲に設定して、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの各燃焼室にて希薄燃焼するように、燃料ガスの供給量を制御する。

更に、予混合圧縮着火エンジン２００ｂには、燃焼室での燃焼状態を検出燃焼状態検出手段として、燃焼排ガスＥのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサＳ２を備えている。当該ＮＯｘセンサＳ２は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃからの燃焼排ガスＥが通過する排気路２７に設けられ、燃焼状態判定手段５２が、ＮＯｘセンサＳ２にて検出されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ判定閾値（例えば、５０ｐｐｍ）以上となる毎に、着火性を低減する必要があると判定する。

また、図示は省略するが、予混合圧縮着火エンジン２００ｂの排気路２７には、燃焼室での燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段として、排気路２７を通流する燃焼排ガスＥの温度を検出する温度センサ（図示せず：失火検出手段の一例）が設けられており、燃焼状態判定手段５２としての制御装置５０は、当該温度センサにて検出される燃焼排ガス温度が失火判定閾値以下となる場合に、失火が発生していると判定する。

当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００にあっては、上述した予混合圧縮着火エンジン２００ｂの通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄの夫々に対し、燃焼ガス（改質ガスＫ及び燃焼排ガスＥを含む）を再循環（供給）する火花点火式の補助エンジン２００ａを備えている。
当該火花点火式の補助エンジン２００ａは、給気本管７０から再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した混合気Ｍを点火プラグ（図示せず）により火花点火させて燃焼・膨張させることで、火花点火式の補助エンジン本体８０の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燃焼ガス（改質ガスＫ及び燃焼排ガスＥを含む）は、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室から排気弁（図示せず）を介して燃焼ガス通流路２８に押し出される。

燃焼ガス通流路２８には、その下流側が予混合圧縮着火エンジン２００ｂの給気本管２０に接続される流路部位と、その下流側が予混合圧縮着火エンジン２００ｂの排気路２７に接続される流路部位とが、三方切換弁９０を介して設けられている。
ちなみに、当該第２実施形態にあっては、燃焼ガスはすべて、燃焼ガス通流路２８の予混合圧縮着火エンジン２００ｂの給気本管２０に接続される流路部位へ戻すように、三方切換弁９０が切り換え制御される。
尚、燃焼ガス通流路２８の予混合圧縮着火エンジン２００ｂの給気本管２０に接続される流路部位には、燃焼ガスに含まれる未燃炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とを除去する三元触媒９２と、燃焼ガスを冷却するためのＥＧＲクーラ９１とが、上流側から記載の順に設けられている。更に、燃焼ガス通流路２８には、三元触媒９２をバイパスするバイパス流路９４が設けられると共に、燃焼ガスを三元触媒９２とバイパス流路９４との何れに通流させるかを切り換える流路切換弁９３を備えている。

給気本管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に燃料ガス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、開度調整により再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへの混合気Ｍの給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、給気本管７０において、ミキサ６４で都市ガス等の燃料ガス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、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ導入される。

ミキサ６４に燃料ガスＦを導く第２燃料ガス供給路６１には、ミキサ６４の上流側の給気本管７０における燃焼用空気Ａの圧力と第２燃料ガス供給路６１における燃料ガスＦの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ６２、ミキサ６４を介して再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ供給される燃料ガスＦの供給量を調整する第２燃料流量制御弁６３が設けられている。即ち、第２燃料ガス供給路６１、差圧レギュレータ６２、ミキサ６４、及び第２燃料流量制御弁６３が、第２燃料ガス供給部として機能する。

当該第２実施形態に係るエンジンシステム１００及びその制御方法では、再循環状態切替手段５１としての制御装置５０が、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さくして、混合気Ｍの少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて、水素、一酸化炭素及びアセチレン等を含み、燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる燃焼ガスとしての改質ガスＫを再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄにて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より大きく１．４以下の範囲として再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄから反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる燃焼ガスであって改質ガスＫよりも着火性が高い反応促進ガスＨを再循環させる排ガス再循環状態とを切り換え制御する。

更に、制御装置５０は、第２燃料流量制御弁６３の開度を調整して、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスＦの供給比率を制御する形態で再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲で制御することで、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ燃焼ガスを再循環しない場合（上述した三方切換弁９０にて燃焼ガスを排気路２７の側へ導く制御を実行する場合）の通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄでの混合気Ｍの着火性を基準着火性としたときに、基準着火性よりも高い着火性の改質ガスＫを再循環させる高着火性改質ガス再循環状態と、基準着火性と同一の着火性の改質ガスＫを再循環させる基準着火性改質ガス再循環状態とを、改質ガス再循環状態として実行可能に構成されている。
また、制御装置５０は、第２燃料流量制御弁６３の開度を調整して、再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄでの混合気の空気比を１として再循環気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄから燃焼ガスとして改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスＥを再循環させる排ガス再循環状態を実行可能に構成されている。

そして、再循環状態切替手段５１及び燃焼状態判定手段５２として機能する制御装置５０が、上記第１実施形態と同様の制御を実行することで、エンジンシステム２００の運転可能範囲が向上するように、着火性の制御が適切に実行されることとなる。

〔別実施形態〕
（１）上記第１、２実施形態において、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、再循環気筒の数も、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。

（２）上記第１実施形態は、再循環気筒４０ｄの排気ポートに接続される燃焼ガス通流路２８は、給気本管２０に接続される構成を有すると共に、燃焼ガス（改質ガスＫ及び燃焼排ガスＥを含む）を、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみに導く例を示した。
しかしながら、例えば、燃焼ガス通流路２８は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃに加えて、再循環気筒４０ｄにも燃焼ガス（改質ガスＫ及び燃焼排ガスＥを含む）を導く構成を採用しても構わない。

（３）上記第１実施形態では、エンジンシステム１００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。また、上記第２実施形態では、エンジンシステム２００の予混合圧縮着火エンジン２００ｂが、その出力を補うべく、過給機を備える構成を採用しても構わない。

（４）上記第２実施形態においては、単一の補助エンジン２００ａと単一の予混合圧縮着火エンジン２００ｂとを備える構成例を示したが、補助エンジン２００ａを複数備える構成や、予混合圧縮着火エンジン２００ｂを複数備える構成を採用することもできる。
また、補助エンジン２００ａは、回転軸に発電機（図示せず）を連結して発電する、所謂、コジェネレーションシステムとして構成しても構わない。

（５）上記第１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。また、上記第１、２実施形態では、過給機３０として、単一のコンプレッサ３１と単一の排気タービン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。

（６）上記第１実施形態において、再循環気筒４０ｄにて生成された燃焼ガスとしての改質ガスＫ又は燃焼排ガスＥを、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び再循環気筒４０ｄに戻すことなく、排気路２７で排気タービン３２の上流側へ戻す構成例を示した。しかしながら、別に排気路２７で排気タービン３２の下流側に戻すように構成しても構わない。

（７）上記第１、２実施形態では、燃焼状態検出手段としてＮＯｘセンサＳ２及び失火検出手段として温度センサＳ１を備える例を示した。
他の例としては、燃焼状態検出手段として、例えば５ｋＨｚから２５ｋＨｚまでの特定周波数帯域の振動の強度をノッキング関連値として検出可能なノックセンサ４１（ノッキング検出手段の一例）を備え、制御装置５０としての燃焼状態判定手段５２は、ノックセンサ４１が検出する振動の強度がノッキング判定閾値（例えば、１００ｋＰａ）以上である場合に、ノッキングが発生していると判定する構成を採用しても構わない。
即ち、ノックセンサ４１にて検出される振動の強度（ノッキング関連値の一例）がノッキング判定閾値以上となる毎に、着火性を低減する必要があると判断し、制御装置５０が、着火性の高い燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する構成を採用しても構わない。

（８）上記第１実施形態において、第１燃料ガス供給部として、図１に示すように、スロットル弁２３の上流側の給気本管２０に対して燃料ガスＦを混合するように、第１燃料ガス供給路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を備える構成例を示した。
しかしながら、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの夫々に燃焼用空気を導く複数の通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの夫々に各別に燃料ガスＦを供給するように、第１燃料ガス供給部としての第１燃料ガス供給路１１、ミキサ１４、及び第１燃料流量制御弁１３を備えるように構成しても構わない。

（９）再循環気筒での燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスＦの供給比率を制御する形態の他の構成例につき、第１実施形態及び第２実施形態の変形例を以下に示す。因みに、第１実施形態でも第２実施形態でも実質的な構成及び制御形態は同様であるので、以下では、第１実施形態を例に、説明する。
上記第１実施形態において、再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスＦの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲（又は、１より大きく１．４以下の範囲）で制御する一例として、第２燃料ガス供給部としての第２燃料流量制御弁１５の開度を特定の一定開度として再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲（又は、１より大きく１．４以下の範囲）で制御する構成例を示した。
再循環気筒４０ｄでの燃焼用空気Ａに含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲（又は、１より大きく１．４以下の範囲）で制御する他の例としては、第２燃料ガス供給部としての第２燃料流量制御弁１５の開度を特定の一定開度に維持した状態で、再循環気筒４０ｄへ燃焼用空気Ａを導く第２給気支管２０ｄにスロットル弁（図示せず）を設け、当該スロットル弁の開度を制御するように構成しても構わない。
あるいは、再循環気筒４０ｄのＥＧＲ率をバルブタイミングの制御や、再循環気筒４０ｄからの燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流路２８に設けられる排気絞り弁（図示せず）の開度の制御により、再循環気筒４０ｄでの混合気Ｍの空気比を１より小さい範囲で制御する。

（１０）燃焼状態検出手段について、説明を追加する。
上記別実施形態では燃焼状態検出手段の一例としてのノッキング検出手段は、ノッキング強度を検出するノックセンサを備え、当該ノックセンサにて検出されるノッキング強度（振動の強度）に基づいて、着火性を低減するか否かを判定する例を示した。
他の構成として、ノッキング頻度を検出する構成を採用し、ノッキング頻度に基づいて、着火性を低減するか否かを判定しても構わない。
また、筒内圧力センサにて筒内圧力を検出し、当該筒内圧力センサにて検出される筒内圧力に基づいて、ノッキングを検出することもできる。即ち、筒内圧力センサにて検出される筒内圧力に基づいて、着火性を低減するか否かを判定するように構成しても構わない。
燃焼状態検出手段である失火検出手段の他の例としては、筒内イオン電流センサを備える構成があり、当該筒内イオン電流センサにて検出される筒内の着火炎のイオン電流に基づいて、失火を検出することができる。
また、燃焼状態検出手段としてのノッキング検出手段、失火検出手段及びＮＯｘセンサは、単体で備える構成を採用しても構わないし、組み合わせて備える構成を採用しても構わない。

（１１）上記実施形態にあっては、反応促進ガス再循環状態と高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態とを切り換え制御する構成を示した。
しかしながら、高着火性改質ガス再循環状態と基準着火性改質ガス再循環状態との双方を改質ガス再循環状態とし、反応促進ガス再循環状態と改質ガス再循環状態と排ガス再循環状態の３つの再循環状態を切り換え制御する構成を採用しても構わない。
また、場合によっては、「反応促進ガス再循環状態」と「改質ガス再循環状態」との２つの再循環状態を切り換え制御する構成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、及びその制御方法は、比較的簡易な構成を維持しながらも、通常気筒へ再循環される燃焼ガスを切り替えることにより、その運転範囲の拡大を図り得るエンジンシステム、及びその制御方として、有効に利用可能である。

２８ ：燃焼ガス通流路
４０ａ ：通常気筒
４０ｂ ：通常気筒
４０ｃ ：通常気筒
４０ｄ ：再循環気筒
４１ ：ノックセンサ
５０ ：制御装置
５１ ：再循環状態切替手段
８０ａ ：再循環気筒
８０ｂ ：再循環気筒
８０ｃ ：再循環気筒
８０ｄ ：再循環気筒
９０ ：三方切換弁
９２ ：三元触媒
９３ ：流路切換弁
９４ ：バイパス流路
１００ ：エンジンシステム
２００ ：エンジンシステム
２００ａ ：補助エンジン
２００ｂ ：予混合圧縮着火エンジン
Ａ ：燃焼用空気
Ｅ ：燃焼排ガス
Ｆ ：燃料ガス
Ｈ ：反応促進ガス
Ｋ ：改質ガス
Ｍ ：混合気
Ｓ１ ：温度センサ
Ｓ２ ：ＮＯｘセンサ

Claims (11)

1. 燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、
   前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを少なくとも前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を備え、
   少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部とを各別に備えるエンジンシステムであって、
   前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
   前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、
   を切り換え制御する再循環状態切替手段を備えるエンジンシステム。
2. 燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼させる通常気筒を少なくとも一つ有すると共に、少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部を有する予混合圧縮着火エンジンと、
   前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を有すると共に、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部を前記第１燃料ガス供給部とは別に有する補助エンジンとを備えるエンジンシステムであって、
   前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
   前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、
   を切り換え制御する再循環状態切替手段を備えるエンジンシステム。
3. 前記再循環状態切替手段は、
   前記反応促進ガス再循環状態と、前記改質ガス再循環状態と、前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１として前記再循環気筒から前記燃焼ガスとして前記改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスを再循環させる排ガス再循環状態とを切り換え制御する請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
4. 前記改質ガス再循環状態は、前記通常気筒へ前記燃焼ガスを再循環しない場合の前記通常気筒での前記混合気の着火性を基準着火性としたときに、前記基準着火性よりも高い着火性の前記改質ガスを再循環させる高着火性改質ガス再循環状態と、前記基準着火性と同一の着火性の前記改質ガスを再循環させる基準着火性改質ガス再循環状態とを含むものであり、
   前記再循環状態切替手段は、
   前記反応促進ガス再循環状態と、前記高着火性改質ガス再循環状態と、前記基準着火性改質ガス再循環状態と、前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１として前記再循環気筒から前記燃焼ガスとして前記改質ガスよりも着火性の低い燃焼排ガスを再循環させる排ガス再循環状態とを切り換え制御する請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
5. 前記再循環気筒から前記通常気筒へ導かれる前記燃焼ガスを通流する燃焼ガス通流路と、当該燃焼ガス通流路を通流する前記燃焼ガスに含まれる未燃炭化水素と一酸化炭素と窒素酸化物とを除去する三元触媒と、前記燃焼ガス通流路にて前記三元触媒をバイパスするバイパス流路と、前記燃焼ガスを前記三元触媒と前記バイパス流路との何れに通流させるかを切り替える流路切換弁とを備え、
   前記再循環状態切替手段は、前記排ガス再循環状態以外の再循環状態において、前記燃焼ガスを前記バイパス流路へ通流させるように前記流路切換弁を制御すると共に、前記排ガス再循環状態において、前記燃焼ガスを前記三元触媒へ通流させるように前記流路切換弁を制御する請求項３又は４に記載のエンジンシステム。
6. 前記通常気筒での燃焼状態を検出する燃焼状態検出手段を備え、
   前記再循環状態切替手段は、前記燃焼状態検出手段にて検出される前記燃焼状態が着火性を向上させる必要がある前記燃焼状態である場合に、着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え、前記燃焼状態検出手段にて検出される前記燃焼状態が着火性を低減させる必要がある前記燃焼状態である場合に、着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する請求項１～５の何れか一項に記載のエンジンシステム。
7. 前記燃焼状態検出手段が、ノッキングの発生を検出するノッキング検出手段として構成され、
   前記再循環状態切替手段は、前記ノッキング検出手段にて検出されるノッキング関連値がノッキング判定閾値以上の場合を、前記燃焼状態が着火性を低減する必要がある前記燃焼状態である場合であると判断し、着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する請求項６に記載のエンジンシステム。
8. 前記燃焼状態検出手段が、前記通常気筒での失火を検出する失火検出手段として構成され、
   前記再循環状態切替手段は、前記失火検出手段にて失火が検出された場合を、前記燃焼状態が着火性を向上させる必要がある前記燃焼状態である場合であると判断し、着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する請求項６又は７に記載のエンジンシステム。
9. 前記燃焼状態検出手段が、前記通常気筒からの燃焼排ガスのＮＯｘ濃度を測定するＮＯｘセンサとして構成され、
   前記再循環状態切替手段は、前記ＮＯｘセンサにて測定されるＮＯｘ濃度がＮＯｘ判定閾値以上の場合を、前記燃焼状態が着火性を低減する必要がある前記燃焼状態である場合であると判断し、着火性の高い前記燃焼ガスを再循環する運転状態から着火性の低い前記燃焼ガスを再循環する運転状態へ切り換え制御する請求項６～８の何れか一項に記載のエンジンシステム。
10. 燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、
    前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを少なくとも前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を備え、
    少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部と、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部とを各別に備えるエンジンシステムの制御方法であって、
    前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
    前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、を切り換え制御するエンジンシステムの制御方法。
11. 燃料ガスと燃焼用空気との混合気を圧縮着火させ燃焼させる通常気筒を少なくとも一つ有すると共に、少なくとも前記通常気筒へ燃料ガスを供給する第１燃料ガス供給部を有する予混合圧縮着火エンジンと、
    前記混合気を燃焼すると共に燃焼後の燃焼ガスを前記通常気筒へ再循環可能な再循環気筒を有すると共に、前記再循環気筒へ燃料ガスを供給する第２燃料ガス供給部を前記第１燃料ガス供給部とは別に有する補助エンジンとを備えるエンジンシステムの制御方法であって、
    前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より小さくして前記混合気の少なくとも一部を燃焼させ部分酸化反応させて燃料ガスよりも着火性の高い高着火性ガスが含まれる前記燃焼ガスとしての改質ガスを前記再循環気筒にて生成して再循環させる改質ガス再循環状態と、
    前記再循環気筒での燃焼用空気に含まれる酸素に対する燃料ガスの供給比率を制御する形態で、前記再循環気筒での前記混合気の空気比を１より大きくして前記再循環気筒から反応促進作用を有する窒素酸化物が含まれる前記燃焼ガスであって前記改質ガスよりも着火性が高い反応促進ガスを再循環させる反応促進ガス再循環状態と、を切り換え制御するエンジンシステムの制御方法。

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