WO2018012306A1 - 内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法 - Google Patents

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Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine control apparatus and an internal combustion engine control method.
  • the present invention relates to a control device and a control method applied to an internal combustion engine including a fuel reformer.
  • Patent Document 1 an internal combustion engine having a fuel reforming cylinder and an output cylinder is known (for example, Patent Document 1).
  • This type of internal combustion engine reforms fuel in a fuel reforming cylinder.
  • An engine output is obtained by burning the reformed fuel (hereinafter referred to as reformed fuel) in the output cylinder.
  • fuel such as light oil or heavy oil is supplied to the fuel reforming cylinder, and the air-fuel mixture having a high equivalence ratio is adiabatically compressed in the fuel reforming cylinder.
  • the fuel is reformed in a high-temperature and high-pressure environment, and a reformed fuel (high octane fuel) having high antiknock properties such as hydrogen, carbon monoxide, and methane is generated.
  • the reformed fuel is supplied to the output cylinder together with air, and the engine output is obtained by burning the lean air-fuel mixture (uniform lean combustion) in the output cylinder.
  • Japanese Patent Publication Japanese Patent Laid-Open No. 2014-136978
  • the equivalent ratio in the fuel reforming cylinder is increased (the amount of oxygen is reduced) to suppress the oxidation reaction (combustion).
  • the fuel reforming cylinder is in a fuel rich state.
  • the reformed fuel is generated, a relatively large amount of reformed fuel is generated according to the amount of fuel in the fuel reforming cylinder.
  • surplus reformed fuel (hereinafter referred to as surplus reformed fuel) may be generated.
  • Such a situation may occur not only in an internal combustion engine that generates reformed fuel using a fuel reforming cylinder, but also in an internal combustion engine that generates reformed fuel using a fuel reforming catalyst.
  • the fuel reforming cylinder and the fuel reforming catalyst are collectively referred to as a fuel reformer.
  • the present invention has been made in view of this point, and an object of the present invention is to suppress the generation of surplus reformed fuel in an internal combustion engine including a fuel reformer and an output cylinder.
  • An object of the present invention is to provide an internal combustion engine control device and an internal combustion engine control method.
  • the solution means of the present invention includes a fuel reformer capable of generating reformed fuel by fuel reforming operation, and a reformed fuel generated by the fuel reformer is supplied.
  • a control device applied to an internal combustion engine provided with an output cylinder that obtains engine output by combustion of reformed fuel is assumed. Then, the control device for the internal combustion engine determines that the total calorific value when the reformed fuel generated in the fuel reformer burns in a predetermined period is the predetermined period required in the output cylinder.
  • a reforming operation control unit that does not execute the fuel reforming operation in the fuel reformer is provided.
  • the reformed fuel required calorific value is a required value of the calorific value that can be obtained by combustion of the reformed fuel in the output cylinder in the predetermined period.
  • the predetermined period is, for example, a period corresponding to one cycle of the fuel reforming cylinder when the fuel reforming apparatus is constituted by a reciprocating type fuel reforming cylinder including a piston crank mechanism. .
  • the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel produced by the fuel reformer in the predetermined period burned is more than the required calorific value of the reformed fuel in the predetermined period required for the output cylinder. If it is estimated that the number of fuel reforms is also increased, the reforming operation control unit does not execute the fuel reforming operation in the fuel reformer. As a result, the amount of reformed fuel exceeding the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder is prevented from being generated in the fuel reformer. That is, the generation of surplus reformed fuel is suppressed. For this reason, the fall of the thermal efficiency of an internal combustion engine can be suppressed, and it can suppress that a reformed fuel is discharge
  • the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel generated in the fuel reformer burns during the predetermined period is at least the amount of gas introduced into the fuel reformer and the fuel reformer It is preferable to calculate based on the amount of fuel supplied inside.
  • the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel produced in the fuel reformer burns in the predetermined period is at least the temperature of the gas derived from the fuel reformer and the pressure of the gas. You may make it calculate based on.
  • the amount of reformed fuel generated in the fuel reformer (corresponding to the total heat generation when the reformed fuel generated in the fuel reformer is assumed to burn) is accurately calculated. Is possible. For this reason, it is possible to appropriately obtain the timing at which the fuel reforming operation in the fuel reformer is not executed.
  • the reforming operation control unit determines that the reformed fuel generated in the fuel reformer burns in the predetermined period only when the rotation speed and the load of the output cylinder are each less than a predetermined threshold. It is determined whether or not the total calorific value when assumed is larger than the reformed fuel required calorific value in the predetermined period required by the output cylinder, and the total calorific value is the reformed fuel demand It is preferable that the fuel reforming operation in the fuel reformer is not executed when it is estimated that the amount of generated heat is larger than the calorific value.
  • the fuel supply to the fuel reformer is stopped and the fuel can be burned to the output cylinder. It is preferable to supply the fuel in such an amount that the equivalence ratio is less than 1.
  • the generation of the reformed fuel in the fuel reformer is stopped by stopping the supply of fuel into the fuel reformer. For this reason, surplus reformed fuel is not generated. Further, by supplying the output cylinder with an amount of fuel that enables fuel combustion, the engine output by this fuel combustion can be obtained.
  • the equivalence ratio is set to 1 within a range in which the fuel can be combusted for each of the fuel reformer and the output cylinder. You may make it supply the quantity of fuel made less.
  • the reformed fuel is not generated by the combustion of the fuel in the fuel reformer.
  • the amount of reformed fuel produced is small.
  • the temperature fall of the said fuel reformer can be suppressed by the combustion of the fuel in a fuel reformer. If the temperature of the fuel reformer decreases and the gas temperature in the fuel reformer becomes lower than the temperature at which reforming operation is possible, the generation of reformed fuel becomes impossible when the fuel reforming operation is resumed.
  • the temperature of the fuel reformer can be kept high even when the fuel reforming operation is not performed. For this reason, when the fuel reforming operation is resumed, the reformed fuel can be generated satisfactorily.
  • the output cylinder is configured as a reciprocating type in which a piston reciprocates in the cylinder, and the ignition timing of the reformed fuel in the output cylinder is controlled by fuel supply or spark ignition in the output cylinder.
  • the reforming operation control unit generates heat generated by combustion of the ignition timing control fuel supplied during the predetermined period from the total heat generation amount during the predetermined period required by the output cylinder. A value obtained by subtracting the amount is obtained as the required reformed fuel calorific value, and the total calorific value when assuming that the reformed fuel generated in the fuel reformer burns in the predetermined period is the reformed fuel It is preferable that the fuel reforming operation in the fuel reformer is not executed when it is estimated that the amount of heat generation exceeds the required fuel heat generation amount.
  • the required amount of heat generated by the reformed fuel (reduction within the output cylinder) is increased by the amount of heat generated by the combustion of the fuel in the output cylinder.
  • the required value of the calorific value that can be obtained by combustion of quality fuel is small. That is, the amount of reformed fuel generated in the fuel reformer is small.
  • the calorific value generated by the combustion of the supplied ignition timing control fuel in the predetermined period is subtracted from the total calorific value in the predetermined period required by the output cylinder. The value is determined as the reformed fuel required calorific value.
  • control method of the internal combustion engine implemented by the control device for the internal combustion engine is also within the scope of the technical idea of the present invention. That is, a fuel reformer capable of generating reformed fuel by fuel reforming operation, and an output cylinder that receives the reformed fuel generated by the fuel reformer and obtains engine output by combustion of the reformed fuel, A control method applied to an internal combustion engine equipped with In this internal combustion engine control method, the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel produced by the fuel reformer burns in a predetermined period is the predetermined period required for the output cylinder. The fuel reforming operation in the fuel reformer is not executed when it is estimated that the calorific value is higher than the reformed fuel required heat generation amount.
  • This control method also suppresses the generation of reformed fuel in the fuel reformer that exceeds the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder, as described above. For this reason, the fall of the thermal efficiency of an internal combustion engine can be suppressed, and it can suppress that a reformed fuel is discharge
  • the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel produced by the fuel reformer in the predetermined period burns is larger than the required reformed fuel calorific value in the predetermined period required by the output cylinder.
  • the fuel reforming operation in the fuel reformer is not executed. For this reason, the amount of reformed fuel that exceeds the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder is suppressed from being generated in the fuel reformer, and the generation of surplus reformed fuel is suppressed.
  • a decrease in the thermal efficiency of the internal combustion engine can be suppressed, and the reformed fuel can be prevented from being released into the atmosphere.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of an internal combustion engine according to an embodiment. It is a figure which shows schematic structure of the control system of an internal combustion engine. It is a figure which shows the relationship between an equivalence ratio and compression end gas temperature, and a reforming reaction possible region. It is a flowchart figure which shows the control procedure for switching execution and non-execution of a fuel reforming operation.
  • FIG. 1 is a diagram showing a system configuration of an internal combustion engine according to the present embodiment.
  • the internal combustion engine 1 includes a fuel reforming cylinder 2 and an output cylinder 3 as a fuel reforming device referred to in the present invention.
  • the internal combustion engine 1 includes an intake system 4 and a reformed fuel as a piping system for supplying (introducing) gas or discharging (derived) gas to the fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3.
  • a supply system 5, an exhaust system 6, an EGR system 7, and an output cylinder bypass system 8 are provided.
  • the fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3 are both configured as a reciprocating type. Specifically, each of the cylinders 2 and 3 is configured such that pistons 22 and 32 are reciprocally accommodated in cylinder bores 21 and 31 formed in a cylinder block (not shown).
  • a fuel reforming chamber 23 is formed by a cylinder bore 21, a piston 22, and a cylinder head (not shown).
  • a combustion chamber 33 is formed by a cylinder bore 31, a piston 32, and a cylinder head (not shown).
  • the internal combustion engine 1 includes four cylinders in a cylinder block, one of which is configured as a fuel reforming cylinder 2, and the other three cylinders are configured as an output cylinder 3. Yes.
  • the reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 is supplied to each output cylinder 3.
  • the number of each cylinder 2 and 3 is not limited to this.
  • the cylinder block may include six cylinders, two of which may be configured as the fuel reforming cylinder 2, and the other four cylinders may be configured as the output cylinder 3.
  • the pistons 22 and 32 of the cylinders 2 and 3 are connected to the crankshaft 11 via connecting rods 24 and 34, respectively.
  • the crankshaft 11 can be connected to the screw shaft of the ship via a clutch mechanism (not shown).
  • the piston 22 of the fuel reforming cylinder 2 and the piston 32 of the output cylinder 3 are connected to each other via the connecting rods 24 and 34 and the crankshaft 11. Therefore, power transmission between the cylinders 2 and 3 and transmission of power output from the cylinders 2 and 3 to the screw shaft are possible.
  • the fuel reforming cylinder 2 is provided with an injector 25 that supplies fuel such as light oil to the fuel reforming chamber 23 as fuel before reforming.
  • the fuel is supplied from the injector 25, so that the air-fuel mixture having a high equivalence ratio is adiabatically compressed.
  • the fuel is reformed in a high-temperature and high-pressure environment, and a reformed fuel having high antiknock properties such as hydrogen, carbon monoxide, and methane is generated.
  • the output cylinder 3 is provided with an injector 35 for supplying fuel such as light oil to the combustion chamber 33.
  • fuel such as light oil
  • the reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 is supplied together with air, and lean premix combustion of the lean air-fuel mixture is performed in the combustion chamber 33.
  • the crankshaft 11 rotates with the reciprocation of the piston 32, and an engine output is obtained.
  • the intake system 4 introduces air (fresh air) into the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2 and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.
  • the intake system 4 includes a main intake passage 41, a fuel reforming cylinder intake passage 42 and an output cylinder intake passage 43 formed by branching the main intake passage 41 into two systems.
  • the main intake passage 41 is provided with a compressor wheel 12 a of the turbocharger 12.
  • the fuel reforming cylinder intake passage 42 communicates with the intake port of the fuel reforming cylinder 2.
  • An intake valve 26 is disposed between the intake port and the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2 so as to be openable and closable.
  • the fuel reforming cylinder intake passage 42 is provided with an intake air amount adjustment valve 45 whose opening can be adjusted.
  • the output cylinder intake passage 43 communicates with the intake port of the output cylinder 3.
  • An intake valve 36 is disposed between the intake port and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3 so as to be openable and closable.
  • the output cylinder intake passage 43 is provided with an intake air cooler (intercooler) 44.
  • the reformed fuel supply system 5 supplies the reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 toward the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.
  • the reformed fuel supply system 5 includes a reformed fuel supply passage 51.
  • the reformed fuel supply passage 51 is provided with a reformed fuel cooler 52.
  • the upstream end of the reformed fuel supply passage 51 communicates with the exhaust port of the fuel reforming cylinder 2.
  • An exhaust valve 27 is disposed between the exhaust port and the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2 so as to be openable and closable.
  • the downstream end of the reformed fuel supply passage 51 communicates with the output cylinder intake passage 43.
  • a mixer 53 is provided at a communication portion between the reformed fuel supply passage 51 and the output cylinder intake passage 43. Therefore, the reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 is mixed with the air flowing through the output cylinder intake passage 43 in the mixer 53 and supplied to the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.
  • the exhaust system 6 discharges exhaust gas generated in the output cylinder 3.
  • the exhaust system 6 includes an exhaust passage 61.
  • the exhaust passage 61 is provided with a turbine wheel 12 b of the turbocharger 12.
  • the exhaust passage 61 communicates with the exhaust port of the output cylinder 3.
  • An exhaust valve 37 is disposed between the exhaust port and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3 so as to be openable and closable.
  • the EGR system 7 includes a fuel reforming cylinder EGR system 7A and an output cylinder EGR system 7B.
  • the fuel reforming cylinder EGR system 7A supplies a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 61 toward the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2.
  • the fuel reforming cylinder EGR system 7A includes a fuel reforming cylinder EGR passage 71.
  • the fuel reforming cylinder EGR passage 71 has an upstream end communicating with the exhaust passage 61 and a downstream end communicating with the downstream side of the intake amount adjusting valve 45 in the fuel reforming cylinder intake passage 42.
  • the fuel reforming cylinder EGR passage 71 is provided with an EGR gas cooler 72.
  • an EGR gas amount adjusting valve 73 is provided in the fuel reforming cylinder EGR passage 71 downstream of the EGR gas cooler 72 (on the fuel reforming cylinder intake passage 42 side).
  • the fuel reforming cylinder EGR system 7A is provided with a cooler bypass passage 74 for bypassing the EGR gas cooler 72 and allowing EGR gas to flow.
  • the cooler bypass passage 74 is provided with a bypass amount adjusting valve 75.
  • the output cylinder EGR system 7B returns a part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 61 to the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.
  • the output cylinder EGR system 7B includes an output cylinder EGR passage 76.
  • the output cylinder EGR passage 76 has an upstream end communicating with the exhaust passage 61 and a downstream end communicating with the downstream side of the mixer 53 in the output cylinder intake passage 43.
  • the output cylinder EGR passage 76 is provided with an EGR gas cooler 77.
  • an EGR gas amount adjustment valve 78 is provided in the output cylinder EGR passage 76 downstream of the EGR gas cooler 77 (on the output cylinder intake passage 43 side).
  • the output cylinder bypass system 8 is for introducing the gas discharged from the fuel reforming cylinder 2 into the exhaust passage 61 without supplying the gas to the output cylinder 3 (by bypassing the output cylinder 3).
  • the output cylinder bypass system 8 includes an output cylinder bypass passage 81.
  • the output cylinder bypass passage 81 has an upstream end upstream of the reformed fuel cooler 52 in the reformed fuel supply passage 51 and a downstream end upstream of the EGR gas cooler 77 in the output cylinder EGR passage 76 (exhaust passage 61). Side).
  • the output cylinder bypass passage 81 is provided with a bypass amount adjusting valve 82.
  • the coolers 44, 52, 72, and 77 provided in each system described above use engine cooling water or seawater as a cooling heat source for cooling the gas. These coolers 44, 52, 72, 77 may be air-cooled.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a schematic configuration of a control system of the internal combustion engine 1.
  • the internal combustion engine 1 is provided with an ECU (Electronic Control Unit) 100 corresponding to a control device for controlling various actuators provided in the internal combustion engine 1.
  • the ECU 100 includes a CPU (Central Processing Unit), a ROM (Read Only Memory), a RAM (Random Access Memory), a backup RAM, and the like.
  • the ROM stores various control programs, maps that are referred to when the various control programs are executed, and the like.
  • the CPU executes arithmetic processing based on various control programs and maps stored in the ROM.
  • the RAM is a memory for temporarily storing calculation results in the CPU, data input from each sensor, and the like.
  • the backup RAM is a non-volatile memory that stores data to be saved when the system is stopped.
  • the internal combustion engine 1 intake air flow rate sensor 101, suction gas pressure sensor 102, the intake gas temperature sensor 103, the intake gas O 2 sensor 104, the exhaust pressure sensor 105, provided such a water temperature sensor 106 Yes.
  • the intake flow rate sensor 101 transmits an output signal corresponding to the flow rate of the intake air (air) flowing through the main intake passage 41 to the ECU 100.
  • the intake gas pressure sensor 102 transmits an output signal corresponding to the pressure of the intake gas flowing through the fuel reforming cylinder intake passage 42 to the ECU 100. Specifically, an output signal corresponding to the intake gas pressure downstream of the communicating portion of the fuel reforming cylinder EGR passage 71 with respect to the fuel reforming cylinder intake passage 42 is transmitted to the ECU 100.
  • the intake gas temperature sensor 103 transmits an output signal corresponding to the temperature of intake gas flowing through the fuel reforming cylinder intake passage 42 to the ECU 100. Specifically, an output signal corresponding to the intake gas temperature downstream of the communicating portion of the fuel reforming cylinder EGR passage 71 with respect to the fuel reforming cylinder intake passage 42 is transmitted to the ECU 100.
  • the intake gas O 2 sensor 104 transmits an output signal corresponding to the oxygen concentration in the intake gas flowing through the fuel reforming cylinder intake passage 42 to the ECU 100. Specifically, an output signal corresponding to the oxygen concentration in the intake gas downstream from the communicating portion of the fuel reforming cylinder EGR passage 71 with respect to the fuel reforming cylinder intake passage 42 is transmitted to the ECU 100.
  • the exhaust pressure sensor 105 transmits an output signal corresponding to the pressure of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 61 to the ECU 100. Specifically, an output signal corresponding to the exhaust pressure upstream of the communicating portion of the fuel reforming cylinder EGR passage 71 with respect to the exhaust passage 61 is transmitted to the ECU 100.
  • the water temperature sensor 106 transmits an output signal corresponding to the temperature of the cooling water flowing in the cooling water passage 13 formed in the cylinder block to the ECU 100. Specifically, an output signal corresponding to the temperature of the coolant flowing in the coolant passage 13 formed around the fuel reforming cylinder 2 is transmitted to the ECU 100.
  • the ECU 100 is electrically connected to the injectors 25 and 35, the adjustment valves 45, 73, 75, 78, 82, and the like.
  • the intake valve 26 and the exhaust valve 27 of the fuel reforming cylinder 2 are provided with variable valve devices 28 and 29, respectively, and the opening / closing timing of the valves 26 and 27 can be adjusted.
  • the ECU 100 is also electrically connected to the variable valve devices 28 and 29.
  • the ECU 100 controls the fuel injection control (opening / closing control of the injectors 25, 35) of the injectors 25, 35 and the adjusting valves 45, 73, 75, 78, 82 based on the output signals of the various sensors 101 to 106. Open / close control (gas flow rate control) and open / close timing control of the valves 26 and 27 by the variable valve devices 28 and 29 are performed.
  • the air introduced into the main intake passage 41 is Pressure is applied by the compressor wheel 12 a of the turbocharger 12. Then, this air is divided into the fuel reforming cylinder intake passage 42 and the output cylinder intake passage 43. At this time, the flow rate of the intake air flowing through the fuel reforming cylinder intake passage 42 is adjusted by the intake air amount adjusting valve 45. Further, the EGR gas that has flowed through the fuel reforming cylinder EGR system 7A is introduced into the fuel reforming cylinder intake passage 42.
  • the amount of EGR gas introduced into the fuel reforming cylinder intake passage 42 is adjusted by the EGR gas amount adjustment valve 73.
  • the temperature of the EGR gas introduced into the fuel reforming cylinder intake passage 42 is adjusted by the amount of EGR gas that bypasses the EGR gas cooler 72 according to the opening of the bypass amount adjusting valve 75.
  • air and EGR gas are introduced into the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2.
  • the flow rate is adjusted by the intake air flow rate adjusted by the opening amount of the intake air amount adjustment valve 45, the EGR gas flow rate adjusted by the opening amount of the EGR gas amount adjustment valve 73, and the opening amount of the bypass amount adjustment valve 75.
  • the temperature of the EGR gas is adjusted so that the equivalence ratio in the fuel reforming chamber 23 is set high and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 capable of satisfactorily reforming the fuel can be secured. .
  • the opening amounts of the intake air amount adjusting valve 45, the EGR gas amount adjusting valve 73, and the bypass amount adjusting valve 75 are adjusted when the fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 as will be described later.
  • the equivalence ratio in the mass chamber 23 is set to, for example, 2.5 or more (preferably 4.0 or more), and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 is the lower limit value of the reforming reaction possible temperature (as described later, the fuel It is set according to an opening setting map created in advance based on experiments and simulations so as to be a value equal to or higher than the lower limit value of the temperature range that enables a reforming reaction that changes according to the equivalence ratio in the reforming chamber 23 Is done.
  • the amount of fuel supplied from the injector 25 is basically set according to the engine required output. Specifically, the valve opening period of the injector 25 is set so that a target fuel supply amount can be obtained according to the fuel pressure supplied to the injector 25. In addition, it is desirable that the valve opening timing of the injector 25 at this time is set so that the injection of the target fuel supply amount is completed before the intake stroke of the fuel reforming cylinder 2 is completed. If the air-fuel mixture can be mixed uniformly before the piston 22 reaches the vicinity of the compression top dead center, the fuel injection period may be continued halfway through the compression stroke. As a result, until the piston 22 reaches the compression top dead center, a homogeneous mixture (a mixture with a high equivalence ratio) is generated in the fuel reforming chamber 23.
  • a homogeneous mixture a mixture with a high equivalence ratio
  • the reformed fuel discharged from the fuel reforming chamber 23 is cooled in the reformed fuel cooler 52 when flowing through the reformed fuel supply passage 51.
  • pre-ignition of the reformed fuel in the output cylinder intake passage 43 and the combustion chamber 33 is suppressed.
  • the cooled reformed fuel is mixed with air flowing through the output cylinder intake passage 43 in the mixer 53 and supplied to the combustion chamber 33 of the output cylinder 3.
  • the EGR gas amount adjusting valve 78 is opened, and EGR gas is introduced into the combustion chamber 33 of the output cylinder 3 through the output cylinder EGR passage 76.
  • air, reformed fuel, and EGR gas are respectively introduced into the combustion chamber 33 of the output cylinder 3, and the equivalence ratio in the combustion chamber 33 is adjusted to about 0.1 to 0.8.
  • the adiabatic compression of the lean mixed gas is performed in the compression stroke, and a small amount of fuel is injected from the injector 35 when the piston 32 reaches the compression top dead center.
  • the air-fuel mixture in the combustion chamber 33 is ignited, and lean premixed combustion is performed.
  • the fuel injection from the injector 35 is not necessarily required.
  • the crankshaft 11 When the internal combustion engine 1 is cold started, the crankshaft 11 is rotated (cranked) by a starter (not shown), and a predetermined amount of fuel is injected from the injectors 25 and 35 of the fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3, respectively. Is called.
  • the fuel injection at this time is set so that the equivalence ratio in each of the fuel reforming chamber 23 and the combustion chamber 33 is less than 1.
  • compression ignition combustion is performed in the fuel reforming chamber 23 of the fuel reforming cylinder 2 and the combustion chamber 33 of the output cylinder 3, respectively.
  • the fuel reforming cylinder 2 When the fuel reforming cylinder 2 is warmed up and reaches a temperature at which a reforming reaction is possible, the operation is switched to the above-described reformed fuel generation operation (fuel reforming operation).
  • the fuel reforming cylinder 2 can function as a cylinder for obtaining engine output similarly to the output cylinder 3, and can function as a fuel reforming device as described above. It has become.
  • the lean air-fuel mixture is burned (uniform lean combustion) in the output cylinder 3, it is possible to reduce the NOx emission amount and the soot emission amount. As a result, an aftertreatment device for purifying the exhaust gas is not required or the capacity thereof can be greatly reduced.
  • combustion of fuel having high antiknock properties is performed, knocking is suppressed and combustion at an optimal time can be realized by diesel micropilot ignition, so that combustion efficiency can be improved.
  • the equivalence ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 and the temperature (gas temperature) of the fuel reforming chamber 23 are both within the range enabling the reforming reaction. is required. Further, the gas temperature required for the fuel to perform the reforming reaction differs according to the equivalence ratio of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23. In order to enable the reforming reaction, The temperature of the fuel reforming chamber 23 corresponding to the ratio (a temperature equal to or higher than the lowest temperature enabling the reforming reaction) is required.
  • FIG. 3 shows the equivalence ratio (horizontal axis) of the air-fuel mixture in the fuel reforming chamber 23 and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 when the piston 22 reaches the compression top dead center in the fuel reforming cylinder 2. It is a figure which shows the relationship between (it is hereafter called a compression end gas temperature; a vertical axis
  • a predetermined value or more for example, 2 or more
  • the amount of reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 and the amount of reformed fuel consumed (combusted) in the output cylinder 3 are balanced.
  • the fuel reforming operation in the reforming cylinder 2 is controlled. Specifically, the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel (the total amount of reformed fuel) generated in the fuel reforming cylinder 2 has combusted in the predetermined period is the predetermined period in which the output cylinder 3 is required. If it is estimated that the required amount of heat generated by the reformed fuel is greater than the required amount of heat generated by the combustion of the reformed fuel in the output cylinder 3 during the predetermined period, the fuel reforming is performed. The fuel reforming operation in the cylinder 2 is not executed.
  • an estimated value of the total calorific value (hereinafter referred to as “reduced fuel”) assuming that the reformed fuel generated in one cycle (corresponding to the predetermined period) of the fuel reforming cylinder 2 is burned
  • an estimated value of the reformed fuel calorific value required for the output cylinder 3 during the period corresponding to one cycle of the fuel reforming cylinder 2 (the reformed fuel required calorific value).
  • the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is prohibited (not executed). For example, the fuel supply from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 is stopped. Alternatively, a predetermined amount of fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 so that no reformed fuel is generated.
  • the fuel supply amount in this case is set so that the equivalence ratio in the fuel reforming chamber 23 is a value less than 1. Thereby, in the fuel reforming chamber 23, the lean air-fuel mixture is burned, and no reformed fuel is generated. Alternatively, the amount of reformed fuel produced is small.
  • the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is prohibited (non-execution)
  • the output cylinder 3 from the injector 35 to the combustion chamber 33 so as to obtain the engine required output.
  • Fuel is supplied.
  • the fuel supply amount to the combustion chamber 33 is set so that the equivalence ratio in the combustion chamber 33 is less than 1.
  • the lean air-fuel mixture is burned and the engine output of the internal combustion engine 1 is obtained.
  • the reformed fuel estimated heat generation amount has a correlation with the amount of fuel supplied to the fuel reforming chamber 23. For this reason, it is possible to obtain the reformed fuel estimated calorific value from this fuel amount in a simple manner.
  • the reforming reaction in the fuel reforming chamber 23 is a composite reaction of an endothermic reaction and an exothermic reaction.
  • the amount of heat in the fuel reforming chamber 23 (for example, the amount of heat obtained from EGR gas) may be stored as internal energy of the reformed fuel. In this case, the amount of heat generated when the reformed fuel burns is increased by this internal energy. For this reason, the amount of fuel supplied to the fuel reforming chamber 23 does not necessarily match the estimated reformed fuel heat generation amount. That is, it is difficult to accurately calculate the reformed fuel estimated heat generation amount only from the fuel amount supplied to the fuel reforming chamber 23. For this reason, the reformed fuel estimated calorific value is calculated on the basis of the state quantity of the reformed fuel to be generated as in the following formula (1).
  • Q rfm is the reformed fuel estimated calorific value
  • n rfm is the number of moles of reformed fuel (reformed gas) produced
  • ⁇ i is each gas component in the reformed fuel.
  • q i is an individual calorific value of each gas component in the reformed fuel.
  • the number of moles n rfm of the reformed fuel varies depending on the operating conditions of the internal combustion engine 1 (particularly the operating conditions of the fuel reforming cylinder 2). Therefore, for example, the number of moles n rfm of the reformed fuel can be calculated from the following equation (2).
  • g air is the amount of gas (gas mass) introduced into the fuel reforming chamber 23
  • g fuel is the amount of fuel supplied to the fuel reforming chamber 23
  • Mrfm is the reforming amount. It is the molar mass of fuel (reformed gas). That is, the number of moles n rfm of the reformed fuel is determined in accordance with the gas ratio g air introduced into the fuel reforming chamber 23 and the equivalence ratio of the air- fuel mixture in the fuel reforming chamber 23.
  • the gas amount g air introduced into the fuel reforming chamber 23 can be calculated based on the output signal from the intake flow sensor 101, the opening degree of the intake amount adjustment valve 45, and the like.
  • the fuel reforming chamber 23 is calculated from the intake gas pressure calculated based on the output signal from the intake gas pressure sensor 102 and the intake gas temperature calculated based on the output signal from the intake gas temperature sensor 103. It is also possible to calculate the gas amount g air introduced into the. Further, the fuel amount g fuel supplied to the fuel reforming chamber 23 can be obtained from the injection command value for the injector 25. Thus, the reformed fuel mole number n rfm is calculated from the gas amount g air introduced into the fuel reforming chamber 23 and the fuel amount g fuel supplied to the fuel reforming chamber 23.
  • the estimated calorific value Q rfm is calculated using these as parameters (in the present invention, the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel produced by the fuel reformer in the predetermined period burned) It is calculated based on at least the amount of gas introduced into the fuel reformer and the amount of fuel supplied into the fuel reformer).
  • the numerator on the right side in the equation (2) has a correlation with the flow rate of the reformed fuel.
  • the number of moles n rfm of the reformed fuel can also be calculated by measuring the gas temperature and the gas pressure at the outlet of the fuel reforming chamber 23 (for example, by a sensor). That is, the reformed fuel estimated calorific value Q rfm can be calculated using the gas temperature and gas pressure at the outlet of the fuel reforming chamber 23 as parameters (generated by the fuel reformer in a predetermined period as referred to in the present invention). The total calorific value when it is assumed that the reformed fuel combusted is calculated based on at least the temperature of the gas derived from the fuel reformer and the pressure of the gas).
  • the molar mass M rfm of the reformed fuel can be calculated (estimated) by the following equation (3), for example.
  • ⁇ i is an individual mole fraction of each gas component in the reformed fuel as described above.
  • M i is the individual molar mass of each gas component in the reformed fuel.
  • the individual mole fraction ⁇ i of each gas component in the reformed fuel and the individual molar mass M i of each gas component in the reformed fuel are the type of fuel, the equivalence ratio in the fuel reforming chamber 23, It is determined according to the compression end gas temperature and the like, and can be obtained according to a map (map stored in the ROM) created based on experiments and simulations.
  • the individual calorific value q i of each gas component in the reformed fuel is calculated based on the individual molar mass M i of each gas component, the gas amount g air introduced into the fuel reforming chamber 23, and the like. It is possible.
  • the amount of heat generated by the combustion of a small amount of fuel supplied from the injector 35 into the combustion chamber 33 is small, and this amount of heat is not taken into consideration.
  • the fuel is not supplied from the injector 35 (when the air-fuel mixture in the combustion chamber 33 is premixed compression self-ignited as described above). Therefore, the fuel reforming operation is controlled by treating that substantially the entire amount of heat generated in the combustion chamber 33 is due to the combustion of the reformed fuel (supplied from the injector 35 into the combustion chamber 33). The case of considering the amount of heat generated by the combustion of a small amount of fuel will be described later in a modification).
  • the required heat value of the reformed fuel substantially matches the required heat value in the combustion chamber 33 (hereinafter referred to as the output cylinder required heat value).
  • the reformed fuel required heat generation amount will be described as the output cylinder required heat generation amount.
  • the output cylinder required heat generation amount can be calculated (estimated) by the following equation (4).
  • Q supply is the output cylinder required heat generation amount
  • ⁇ is the thermal efficiency of the output cylinder 3
  • P out is the engine required output.
  • the thermal efficiency ⁇ of the output cylinder 3 is obtained by experiment or simulation.
  • the engine required output Pout is calculated according to the rotational speed and torque required for the screw shaft. For this reason, when the rotational speed required for the screw shaft is low, or when the required torque is low, the engine required output Pout also becomes a low value. That is, the required amount of reformed fuel supplied to the output cylinder 3 is reduced. That is, the output cylinder required heat generation amount Q supply decreases.
  • the output cylinder required heat generation amount Q supply can also be calculated from a target value of a speed governor mounted on the internal combustion engine 1 or the like.
  • the fuel reforming cylinder 2 when it is estimated that the reformed fuel estimated heat generation amount Q rfm is larger than the output cylinder required heat generation amount (reformed fuel required heat generation amount) Q supply , the fuel reforming cylinder 2 The fuel reforming operation is prohibited (non-executed) in Therefore, a difference between these heat generation amounts (a value obtained by subtracting the reformed fuel estimated heat generation amount Qrfm from the output cylinder required heat generation amount Q supply ) ⁇ Q is obtained by the following equation (5), and the heat generation amount difference ⁇ Q is negative. When this value is reached, the fuel reforming operation in the fuel reforming cylinder 2 is prohibited (not executed).
  • FIG. 4 is a flowchart showing a control procedure for switching between execution and non-execution of the fuel reforming operation. This flowchart is executed in the ECU 100 after the internal combustion engine 1 is started, for example, every cycle of the fuel reforming cylinder 2.
  • step ST1 it is determined whether or not the engine rotational speed (the rotational speed of the output cylinder 3) is equal to or greater than a predetermined threshold value ⁇ .
  • the engine speed is calculated based on an output signal from a crank position sensor (not shown).
  • the threshold value ⁇ exceeds the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder 3 (corresponding to the reformed fuel required heat generation amount (output cylinder required heat generation amount Q supply ) in a predetermined period required in the output cylinder 3).
  • the upper limit value of the engine rotational speed range in which the amount of reformed fuel may be generated in the fuel reforming cylinder 2 is set based on experiments or simulations.
  • step ST2 the amount of reformed fuel that exceeds the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder 3 is reduced to the fuel reforming cylinder 2.
  • the fuel reforming operation is executed with the possibility that the fuel is not generated or the possibility is low (the possibility that the surplus reformed fuel is not generated or the possibility is low). That is, the operation mode of the internal combustion engine 1 is the fuel reforming operation mode. In this fuel reforming operation mode, as described in the basic operation of the internal combustion engine 1, the fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 (equivalent in the fuel reforming chamber 23 to perform the reforming reaction). The fuel is supplied at a high ratio). In the output cylinder 3, the engine required output is obtained by the combustion of the reformed fuel.
  • step ST3 determines whether or not the load of the output cylinder 3 (engine load) is equal to or greater than a predetermined threshold value ⁇ . To do. This load is set based on the engine request output Pout .
  • the threshold value ⁇ exceeds the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder 3 (corresponding to the reformed fuel required heat generation amount (output cylinder required heat generation amount Q supply ) in a predetermined period required in the output cylinder 3).
  • the upper limit value of the engine load range in which an amount of reformed fuel may be generated in the fuel reforming cylinder 2 is set based on experiments or simulations.
  • step ST2 If the load on the output cylinder 3 is equal to or greater than the threshold value ⁇ and the determination in step ST3 is YES, the process proceeds to step ST2 where an amount of reformed fuel exceeding the amount of reformed fuel consumed in the output cylinder 3 is fuel reformed.
  • the fuel reforming operation is performed on the assumption that there is no possibility of being generated in the cylinder 2 or that the possibility is low (there is no possibility that the surplus reformed fuel is generated or the possibility is low). That is, the operation mode of the internal combustion engine 1 is the fuel reforming operation mode described above.
  • step ST4 the process proceeds to step ST4, and the heat generation amount difference ⁇ Q is calculated by the equation (5). That is, by subtracting the reformed fuel estimated heat generation amount Q rfm calculated by the equation (1) from the output cylinder required heat generation amount Q supply calculated by the equation (4), the heat generation amount difference ⁇ Q is obtained. calculate.
  • step ST5 it is determined whether or not the difference ⁇ Q in the amount of generated heat is a negative value. That is, it is determined whether or not the reformed fuel estimated heat generation amount Q rfm is larger than the output cylinder required heat generation amount Q supply .
  • step ST5 If the difference ⁇ Q in the calorific value is zero or a positive value and a NO determination is made in step ST5, the process proceeds to step ST2 and it is determined that no surplus reformed fuel is generated, and the fuel reforming is performed. Run the operation. That is, the operation mode of the internal combustion engine 1 is the fuel reforming operation mode described above.
  • step ST5 the process proceeds to step ST6 and the fuel reforming operation is not performed because surplus reformed fuel is generated. Execute. That is, the operation mode of the internal combustion engine 1 is the fuel reforming operation non-execution mode.
  • the fuel supply from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 is stopped as described above.
  • a predetermined amount of fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 so that no reformed fuel is generated.
  • the fuel supply amount in this case is set so that the equivalence ratio in the fuel reforming chamber 23 is a value less than 1. Thereby, in the fuel reforming chamber 23, the lean air-fuel mixture is burned, and no reformed fuel is generated. Alternatively, the amount of reformed fuel produced is small.
  • the fuel supply amount to the combustion chamber 33 is set so that the equivalence ratio in the combustion chamber 33 is less than 1.
  • the bypass amount adjusting valve 82 is opened.
  • the gas discharged from the fuel reforming chamber 23 is discharged to the exhaust passage 61 through the output cylinder bypass passage 81.
  • the reformed fuel is not generated in the fuel reforming chamber 23, and thus calculated by the above equation (1).
  • the estimated reformed fuel calorific value Qrfm is zero or significantly smaller than when the fuel reforming operation is executed. Therefore, in the next routine, it is less than the engine speed threshold value ⁇ (NO is determined in step ST1), and the load of the output cylinder 3 (engine load) is less than the threshold value ⁇ (NO is determined in step ST3). In this case, a NO determination is made in step ST5, and the fuel reforming operation is executed. That is, the operation mode of the internal combustion engine 1 is returned to the fuel reforming operation mode.
  • steps ST5 and ST6 are “operations by the reforming operation control unit” in the present invention, and it is assumed that the reformed fuel generated in the fuel reformer has burned in a predetermined period.
  • the operations of steps ST5 and ST6 are “operations by the reforming operation control unit” in the present invention, and it is assumed that the reformed fuel generated in the fuel reformer has burned in a predetermined period.
  • the fuel reforming operation in the fuel reformer is not executed when the total calorific value is estimated to be greater than the required reformed fuel calorific value in the predetermined period required for the output cylinder.
  • Such control of the fuel reforming operation is executed by the ECU 100.
  • the functional part which performs this control in this ECU100 corresponds to the control device referred to in the present invention.
  • the control method executed by the ECU 100 corresponds to the control method in the present invention.
  • the total calorific value (the estimated reformed fuel calorific value) when it is assumed that the reformed fuel produced in the fuel reforming cylinder 2 has combusted in a predetermined period (for example, one cycle).
  • Q rfm the reformed fuel required heat generation amount
  • Q supply the reformed fuel required heat generation amount
  • NO is determined in both step ST1 and step ST3 only when the operation region becomes high (the operation region where the rotational speed of the output cylinder 3 and the engine load are each less than a predetermined threshold). Only in this case, it is determined whether or not the reformed fuel estimated heat generation amount Q rfm is larger than the output cylinder required heat generation amount Q supply . In other words, the determination operation is not performed in an operation region where the possibility of generating surplus reformed fuel is low. For this reason, implementation of useless determination operation can be avoided and the burden of calculation processing in the ECU 100 can be reduced.
  • the fuel reforming operation when the fuel reforming operation is not executed, when a predetermined amount of fuel is supplied from the injector 25 to the fuel reforming chamber 23 (an amount in which the equivalent ratio in the fuel reforming chamber 23 is less than 1). As described above, the lean air-fuel mixture is burned in the fuel reforming chamber 23. Thereby, even during the period when the fuel reforming operation is not performed, the temperature reduction of the fuel reforming chamber 23 can be suppressed by the combustion of the fuel in the fuel reforming chamber 23. When the temperature of the fuel reforming chamber 23 decreases and the gas temperature in the fuel reforming chamber 23 becomes lower than the reformable operation temperature, the reformed fuel is generated when the fuel reforming operation is resumed.
  • the gas in the fuel reforming chamber 23 can be obtained even when the fuel reforming operation is not performed.
  • the temperature can be kept high. For this reason, when the fuel reforming operation is restarted, the reformed fuel can be generated satisfactorily.
  • the amount of heat generated by combustion of a small amount of fuel (a small amount of fuel supplied when the piston 32 reaches compression top dead center; fuel for ignition timing control) supplied from the injector 35 to the output cylinder 3.
  • the fuel reforming operation is controlled in consideration of the above.
  • the amount of heat generated by the combustion of the fuel in the combustion chamber 33 is reformed.
  • the required fuel heating value may be small. That is, the amount of reformed fuel generated in the fuel reforming cylinder 2 is small.
  • the output timing required for the output cylinder Q supply (the total heat generation amount in the predetermined period required in the output cylinder 3) is used for controlling the ignition timing injected in the predetermined period.
  • a value obtained by subtracting the calorific value generated by the combustion of the fuel is obtained as the reformed fuel required calorific value.
  • the calorific value difference ⁇ Q is calculated by the following equation (6).
  • Q pilot is the amount of heat generated by the combustion of the ignition timing control fuel injected from the injector 35, and is obtained based on experiments or simulations. For this reason, in this modification, a value (Q supply ⁇ Q pilot ) obtained by subtracting the heat generation amount Q pilot due to the combustion of the ignition timing control fuel from the output cylinder required heat generation amount Q supply corresponds to the reformed fuel required heat generation amount. It will be.
  • the difference ⁇ Q in the calorific value calculated in the equation (6) is zero or a positive value, it is determined that no surplus reformed fuel is generated, and the fuel reforming operation is performed. Execute. That is, the operation mode of the internal combustion engine 1 is the fuel reforming operation mode described above. On the other hand, when the difference ⁇ Q in the heat generation amount is a negative value, it is determined that surplus reformed fuel is generated, and the fuel reforming operation is not executed.
  • the amount of reformed fuel exceeding the amount of reformed fuel consumed in the combustion chamber 33 is generated in the fuel reforming cylinder 2 while controlling the ignition timing of the reformed fuel in the combustion chamber 33. It is possible to suppress the generation of surplus reformed fuel.
  • the present invention is also applied to an internal combustion engine for other uses (for example, a generator, a vehicle, etc.). Is possible.
  • the injectors 25 and 35 provided in the cylinders 2 and 3 are direct injection types in which fuel is directly injected into the cylinders.
  • the present invention is not limited to this, and both or one of the injectors 25 and 35 may be of the port injection type.
  • the fuel supplied to the fuel reforming chamber 23 is light oil.
  • the present invention is not limited to this, and heavy oil, gasoline or the like can be used as fuel.
  • the fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3 are operated at the same rotational speed.
  • the present invention is not limited to this, and a speed reducer is interposed between the cylinders 2 and 3 (the crankshaft 11 between the cylinders 2 and 3), so that the rotational speed of the fuel reforming cylinder 2 is greater than the rotational speed of the output cylinder 3.
  • the speed may be low.
  • a part of the engine output obtained in the output cylinder 3 is used as a drive source for the reciprocating motion of the piston 22 in the fuel reforming cylinder 2.
  • the present invention is not limited to this, and a drive source for the fuel reforming cylinder 2 may be provided individually.
  • the fuel reforming cylinder 2 and the output cylinder 3 may be separated (without being connected by the crankshaft 11), and the piston 22 of the fuel reforming cylinder 2 may be reciprocated by an electric motor or the like.
  • the present invention is applied to the internal combustion engine 1 that generates the reformed fuel by the fuel reforming cylinder 2 .
  • the present invention is not limited to this, and can also be applied to an internal combustion engine that generates reformed fuel by a fuel reforming catalyst.
  • the reforming fuel is generated by setting the equivalent ratio inside the fuel reforming catalyst to be slightly higher than “1” and heating the fuel reforming catalyst using the heat quantity of the exhaust gas.
  • This reformed fuel is supplied to the output cylinder 3.
  • the total calorific value when it is assumed that the reformed fuel produced in the fuel reforming catalyst burns in a predetermined period based on the equivalent ratio, temperature, etc.
  • the fuel reforming operation with the fuel reforming catalyst is not executed (the fuel into the fuel reforming catalyst is not Supply will be stopped).
  • the injection timing of a small amount of fuel (ignition timing control fuel) injected from the injector 35 into the combustion chamber 33 is the time when the piston 32 reaches compression top dead center. It was.
  • the present invention is not limited to this, and a small amount of fuel may be injected from the injector 35 on the advance side with respect to the point when the piston 32 reaches the compression top dead center, or a small amount of fuel may be injected from the injector 35 on the retard side. You may make it perform fuel injection.
  • the calculation period (predetermined period in the present invention) of the estimated reformed fuel calorific value Q rfm is one cycle of the fuel reforming cylinder 2.
  • the present invention is not limited to this, and the reformed fuel estimated heat generation amount Q rfm may be calculated for the reformed fuel generated over a plurality of cycles of the fuel reforming cylinder 2 (in a period of a plurality of cycles). Good.
  • the calculation period of the required reformed fuel calorific value is also set as a period corresponding thereto.
  • the output cylinder 3 in the embodiment and the modification may be a spark ignition type.
  • the present invention is applicable to control of an internal combustion engine having a fuel reforming cylinder and an output cylinder.

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Abstract

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。

Description

内燃機関の制御装置および内燃機関の制御方法
　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。
日本国公開特許公報「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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　この式（１）において、Ｑrfmは改質燃料推定発熱量であり、ｎrfmは生成される改質燃料（改質ガス）のモル数であり、Ψi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、ｑi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ｎrfm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ｎrfmを算出することが可能である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
　この式（２）において、ｇairは燃料改質室２３に導入されるガス量（ガス質量）であり、ｇfuelは燃料改質室２３に供給される燃料量であり、Ｍrfm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ｇair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ｎrfm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ｇair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ｇair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ｇfuel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ｇairや燃料改質室２３に供給される燃料量ｇfuelから改質燃料のモル数ｎrfmが算出されることから、前記改質燃料推定発熱量Ｑrfm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ｎrfm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Ｑrfm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Ｍrfm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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　この式（３）において、Ψi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、Ｍi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Ψiおよび改質燃料中の各ガス成分の個別のモル質量Ｍi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ｑiは、前記各ガス成分の個別のモル質量Ｍiおよび燃料改質室２３に導入されるガス量ｇair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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
　この式（４）において、Ｑsupply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、Ｐout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Ｐout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Ｐout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Ｑsupplyは少なくなる。また、この出力気筒要求発熱量Ｑsupply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Ｑrfmおよび前記出力気筒要求発熱量Ｑsupply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Ｑrfmが出力気筒要求発熱量（改質燃料要求発熱量）Ｑsupply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Ｑsupplyから改質燃料推定発熱量Ｑrfm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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
　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Ｑsupply）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Ｐout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Ｑsupply）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Ｑsupplyから、前記式（１）によって算出された改質燃料推定発熱量Ｑrfm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Ｑrfmが前記出力気筒要求発熱量Ｑsupply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Ｑrfmおよび出力気筒要求発熱量Ｑsupply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Ｑrfm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Ｑrfm）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Ｑsupply）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Ｑrfmが出力気筒要求発熱量Ｑsupply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Ｑrfmと出力気筒要求発熱量Ｑsupplyとを比較し、改質燃料推定発熱量Ｑrfmが出力気筒要求発熱量Ｑsupply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Ｑsupply（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Ｑrfm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。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
　この式（６）において、Ｑpilot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Ｑsupplyから着火時期制御用の燃料の燃焼による発熱量Ｑpilotを減算した値（Ｑsupply－Ｑpilot）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Ｑrfm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Ｑrfm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。
　この出願は、２０１６年７月１４日に日本で出願された特願２０１６－１３９５７２に基づく優先権を請求する。これに言及することにより、その全ての内容は本出願に組み込まれるものである。
　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（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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