(57)【要約】【課題】改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導くことが可能な構成において、機械損失の低減や通常気筒及び改質気筒の燃焼室への給気の体積効率の向上を図る。【解決手段】定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する制御装置５０を備える。【選択図】図１
2020165380.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒と、前記改質気筒にて改質された改質ガスが導かれる通常気筒との何れか一方として働かせることが可能なエンジンシステムにおいて、
定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての前記改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、前記改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する制御装置を備えるエンジンシステム。
【請求項２】
複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒として働かせることが可能な改質エンジンを有すると共に、
複数の気筒のうち少なくとも一部を、前記改質気筒とは別の通常気筒として働かせることが可能な外部出力エンジンを有し、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを前記通常気筒へ導くように構成されたエンジンシステムにおいて、
前記外部出力エンジンにおいて定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての前記改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、前記改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する制御装置を備えるエンジンシステム。
【請求項３】
前記改質気筒の行程容積と前記通常気筒の行程容積とが等しい構成において、
前記制御装置は、改質ガスが導かれる前記通常気筒の気筒数と前記改質気筒の気筒数とが等しくなるように前記行程容積比制御を実行する請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記行程容積比制御を実行する前の運転には、改質ガスが導かれない前記通常気筒のみの出力により運転する通常運転が含まれる請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記通常運転は、改質ガスが導かれない前記通常気筒の空気過剰率を、予め決定される空気過剰率上限値以下の空気過剰率に設定されるものであり、
前記行程容積比制御を実行する前に改質ガスが導かれない前記通常気筒へ供給される燃料量と、前記行程容積比制御を実行しているときに改質ガスが導かれる前記通常気筒及び前記改質気筒へ供給される燃料量とが同一であるときに、
前記空気過剰率上限値は、前記行程容積比制御が実行される前の改質ガスが導かれないすべての前記通常気筒の気体充填率の平均値が、前記行程容積比制御が実行されているときのすべての前記通常気筒の気体充填率とすべての前記改質気筒の気体充填率との平均値を下回るときの上限の空気過剰率が設定されている請求項４に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
複数の前記気筒のうち少なくとも１つを前記改質気筒として働かせ、少なくとも１つを改質ガスが導かれる前記通常気筒として働かせている場合に、
前記制御装置は、前記改質気筒における空気過剰率を改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、すべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒への改質ガスを除く総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記燃料比低下制御による前記燃料比を０．０以上０．５０以下に制御する請求項６に記載のエンジンシステム。
【請求項８】
前記制御装置は、前記改質気筒における空気過剰率を改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記改質ガスが導かれる前記通常気筒へ、前記燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行する請求項１〜５の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項９】
前記制御装置は、起動時に、前記改質ガス運転に先立って、前記改質気筒での出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行する請求項８に記載のエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒と、前記改質気筒にて改質された改質ガスが導かれる通常気筒との何れか一方として働かせることが可能なエンジンシステム、
及び複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒として働かせることが可能な改質エンジンを有すると共に、複数の気筒のうち少なくとも一部を、前記改質気筒は別の通常気筒として働かせることが可能な外部出力エンジンを有し、前記改質気筒にて改質された改質ガスを前記通常気筒へ導くように構成されたエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンシステムとして、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも１つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を燃焼室にて部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒を少なくとも一つ備え、改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも通常気筒へ導くものが知られている（特許文献１を参照）。
改質気筒では、例えば、メタンを主成分とする燃料を含む過濃混合気を部分酸化反応させることで、水素等の燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスを生成することができる。そして、当該改質ガスを通常気筒へ導くことで、例えば、通常気筒の燃焼室での火花伝播速度を上昇させ、失火や燃焼変動を低下し、燃焼の安定性を改善できる。
特許文献１に開示の技術では、通常気筒の出力に応じて燃料が供給される改質気筒の気筒数を変更し、又は、改質気筒の回転速度を変更することで、改質ガスの量を変更する点が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第６３２３９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
これまで説明してきたエンジンシステムにあっては、通常気筒及び改質気筒への燃料供給状態や各気筒の行程容積が特定の条件を満たすときには、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づいて燃料供給量や燃焼用空気の供給量に制約が発生する場合があるが、上記特許文献１に開示の技術にあっては、この点につき検討がなされておらず、機械損失の低減や通常気筒及び改質気筒の燃焼室への給気の体積効率の向上を図る上で、改善の余地があった。
【０００５】
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、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導くことが可能な構成において、機械損失の低減や通常気筒及び改質気筒の燃焼室への給気の体積効率の向上を図り得るエンジンシステムを提供することになる。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒と、前記改質気筒にて改質された改質ガスが導かれる通常気筒との何れか一方として働かせることが可能なエンジンシステムであって、その特徴構成は、
定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての前記改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、前記改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する制御装置を備える点にある。
【０００７】
上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
複数の気筒のうち少なくとも一部を、燃料と燃焼用空気とを含む混合気の少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料よりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスへ改質する改質気筒として働かせることが可能な改質エンジンを有すると共に、
複数の気筒のうち少なくとも一部を、前記改質気筒とは別の通常気筒として働かせることが可能な外部出力エンジンを有し、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを前記通常気筒へ導くように構成されたエンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記外部出力エンジンにおいて定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての前記改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、前記改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する制御装置を備える点にある。
【０００８】
発明者らは、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導くことが可能な構成を有するエンジンシステムにおいては、改質気筒と改質ガスが導かれる通常気筒の夫々の燃焼熱量がほぼ同一であるため、改質気筒の行程容積と改質ガスが導かれる通常気筒の行程容積との比である行程容積比を１に近づけたほうが、夫々の気筒での燃焼熱量を近づけることができるという知見を得た。
上記特徴構成によれば、制御装置が、すべての改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行するから、夫々の気筒での燃焼熱量を同程度に近づけることができ、一般的に、燃焼熱量の比が出力比とほぼ同程度となることから、出力比を近づけて機械損失を低減できるエンジンシステムを実現できる。
【０００９】
上述したエンジンシステムとしては、
前記改質気筒の行程容積と前記通常気筒の行程容積とが等しい構成において、
前記制御装置は、改質ガスが導かれる前記通常気筒の気筒数と前記改質気筒の気筒数とが等しくなるように前記行程容積比制御を実行することが好ましい。
以下に、実測値を基にした分子量ベースでの熱量計算の計算結果を示す。
【００１０】
８００ｒｐｍで回転する４気筒の４ストロークサイクルのエンジンの改質気筒１気筒に、都市ガス１３Ａ（Ｃ：Ｈ＝１．１６６：４．３３２、４０．６０ｋＪ／ＮＬ）を１０Ｌ／ｍｉｎ（すなわち０．００１１１６ｍｏｌ／ｃｙｃｌｅ）、２５℃のとき相対湿度が３０％の空気（以下、「空気Ａという」）を空気過剰率が０．６となる７８．８０Ｌ／ｍｉｎ供給するとする。このとき、各元素毎のｍｏｌ量は、以下の〔表１〕に示す通りとなる。
【００１１】
【表１】
2020165380.tif 000003
【００１２】
このとき、改質気筒から排出される改質ガスの組成は、おおよそ以下の〔表２〕に示す通りと計測された。以下に示した他の分子の濃度は無視することとする。尚、ここで、ｐｐｍＣは、炭素換算の容量比百分率である。
【００１３】
【表２】
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【００１４】
未燃炭化水素（以下、ＴＨＣと略称する場合がある）が、全て都市ガス１３ＡのＣＨ比を維持していると仮定し、また、原子の数からＨ２Ｏが全て気体であるとすると、Ｈ２Ｏを含む改質ガスの各分子のｍｏｌ量は、以下の〔表３〕に示す通りと計算される。
【００１５】
【表３】
2020165380.tif 000005
【００１６】
当該改質ガスに、全ての通常気筒で総空気過剰率１．０の完全燃焼をするために必要とする量の空気Ａを混合し燃焼したとする。
この場合、通常気筒でのＴＨＣ、ＣＯ、Ｈ２の夫々の１ｃｙｃｌｅ毎のｍｏｌ量及び燃焼熱量は、それぞれ以下の〔表４〕〜〔表６〕の通りと計算され、これらの値を合計すると、０．５２５０ｋＪ／ｃｙｃｌｅとなる。
【００１７】
【表４】
2020165380.tif 000006
【００１８】
【表５】
2020165380.tif 000007
【００１９】
【表６】
2020165380.tif 000008
【００２０】
一方、改質気筒に投入した燃料の発熱量は、低位発熱量基準で以下の通り計算される。
【００２１】
１０Ｌ／ｍｉｎ／（８００ｒｐｍ／２）＊４０．６０ｋＪ／Ｌ
＝１．０１５ｋＪ／ｃｙｃｌｅ
【００２２】
改質気筒での燃焼熱量は、通常気筒で完全燃焼すると仮定したときに、投入した燃料のもつ発熱量と通常気筒での燃焼熱量との差と考えると、以下の通りとなる。
【００２３】
１．０１５ｋＪ／ｃｙｃｌｅ−０．５２５０ｋＪ／ｃｙｃｌｅ
＝０．４９００ｋＪ／ｃｙｃｌｅ
【００２４】
このような空気過剰率と改質ガスの組成である場合に、改質気筒と通常気筒の燃焼熱量がほぼ一致することから、それぞれの気筒での出力がおおよそ同一量となると考えられる。従って、改質気筒と通常気筒の数を同一とした場合に、それぞれの出力の比（出力比）が近くなり、機械損失を低減できると考えられる。
【００２５】
上述したエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記行程容積比制御を実行する前の運転には、改質ガスが導かれない前記通常気筒のみの出力により運転する通常運転が含まれる点にある。
【００２６】
本発明は、行程容積比制御を実行する前の運転に、改質ガスが導かれない通常気筒のみの出力による運転する通常運転が含まれるものであり、より具体的には、当該通常運転には、リーン燃焼運転やストイキ燃焼運転が含まれる。
【００２７】
更に、前記通常運転は、改質ガスが導かれない前記通常気筒の空気過剰率を、予め決定される空気過剰率上限値以下の空気過剰率に設定されるものであり、
前記行程容積比制御を実行する前に改質ガスが導かれない前記通常気筒へ供給される燃料量と、前記行程容積比制御を実行しているときに改質ガスが導かれる前記通常気筒及び前記改質気筒へ供給される燃料量とが同一であるときに、
前記空気過剰率上限値は、前記行程容積比制御が実行される前の改質ガスが導かれないすべての前記通常気筒の気体充填率の平均値が、前記行程容積比制御が実行されているときのすべての前記通常気筒の気体充填率とすべての前記改質気筒の気体充填率との平均値を下回るときの上限の空気過剰率が設定されていることが好ましい。
【００２８】
以下、燃料及び燃焼用空気の標準状態での体積基準での計算結果を示す。尚、表に示す数値は、端数を四捨五入している関係で、合計等がずれている箇所がある。
４気筒のエンジンの２つの気筒を改質気筒、残りの２つの気筒を通常気筒とし、改質気筒の空気過剰が０．６であるとき、以下の〔表７〕に示すように、すべての通常気筒に導かれる改質ガスの体積は、改質気筒に給気した燃料ガスと燃焼用空気の合計量の１．１２倍であるという前提で、且つストイキ燃焼運転やリーン燃焼運転等の運転方式によって吸気損失以外で出力に影響するものがないと仮定した場合、当該運転において任意の回転数で最高トルクに達するのは、通常気筒の体積効率が１００％となるときであり、このときに改質気筒に投入される燃料量は、９．４５０ＮＬとなる。このとき、全気筒の気筒充填率の平均（以下、体積効率と呼ぶ場合がある）は、０．７９４と計算される。
【００２９】
【表７】
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【００３０】
ここで、４気筒のすべてを通常気筒として、同一の燃料流量（９．４５０ＮＬ）をリーン燃焼運転で利用すると、以下の〔表８〕に示すように、空気過剰率が１．７７４であるとき、体積効率が〔表７〕に示す運転とほぼ同程度の０．７９４となる。更に、空気過剰率を１．０とするストイキ燃焼運転で利用すると、以下の〔表９〕に示すように、体積効率は０．４６５と低くなる。
【００３１】
【表８】
2020165380.tif 000010
【００３２】
【表９】
2020165380.tif 000011
【００３３】
即ち、空気過剰率が１．７７４（空気過剰率上限値の一例）未満の運転条件においては、空気過剰率を十分に低くした改質気筒からの改質ガスを通常気筒へ導く運転において、改質気筒の行程容積と通常気筒の行程容積とを近づける運転を実行するほうが、リーン燃焼運転やストイキ燃焼運転を実行する場合に比べ、体積効率を高くすることができ、吸気損失を低減できる。
【００３４】
上述したエンジンシステムの更なる特徴構成は、
複数の前記気筒のうち少なくとも１つを前記改質気筒として働かせ、少なくとも１つを改質ガスが導かれる前記通常気筒として働かせている場合に、
前記制御装置は、前記改質気筒における空気過剰率を改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、すべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する点にある。
【００３５】
更に前記制御装置は、前記空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記燃料比低下制御による前記燃料比を０．０以上０．５０以下に制御することが好ましい。
【００３６】
上記特徴構成の如く、燃料比低減制御をして、燃料比を零に近づけることで、熱効率の向上及び低ＮＯｘ化を図ることができる。
ただし、上述したように、当該燃料比低減制御を実行すると、通常気筒と改質気筒それぞれの出力の均衡が大きく崩れて機械損失が増大したり、リーン燃焼運転から改質気筒からの改質ガスを通常気筒へ導く運転へ移行する場合に体積効率が低下する場合がある。
そこで、本発明における行程容積比制御と共に当該燃料比低減制御を実行することで、燃料比低減制御のメリットを享受しつつ、機械損失の抑制や体積効率の向上を図ることができるエンジンシステムが達成される。
【００３７】
上述したエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、前記改質気筒における空気過剰率を改質ガスを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、前記改質ガスが導かれる前記通常気筒へ、前記燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転を実行する点にある。
【００３８】
当該特徴構成についても、これまで説明してきたように、通常気筒へ燃料として改質ガスのみを導く改質ガス運転をして、燃料比を零にすることで、熱効率の向上及び低ＮＯｘ化を図ることができる。
ただし、上述したように、当該改質ガス運転を実行すると、通常気筒と改質気筒と出力比の均衡が大きく崩れて機械損失が増大したり、リーン燃焼運転から改質気筒からの改質ガスを通常気筒へ導く運転へ移行する場合に体積効率が低下する場合がある。
そこで、本発明における行程容積比制御と共に当該燃料比低減制御を実行することで、燃料比低減制御のメリットを享受しつつ、機械損失の抑制や体積効率の向上を図ることができるエンジンシステムが達成される。
【００３９】
上述したエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、起動時に、前記改質ガス運転に先立って、前記改質気筒での出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行する点にある。
【００４０】
上記特徴構成の如く、通常気筒へ直接燃料を供給しない構成にあっては、起動時は、セルモータによるアシスト運転をする構成が考えられるが、例えば、改質気筒へ導かれる新気の流量を増加することで、改質気筒の出力の一時的な増大を図ることで、起動時のエンジンシステムの安定性をより向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図２】本発明の第２実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図３】本発明の第３実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【図４】本発明の第４実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
本発明の実施形態に係るエンジンシステム１００は、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導くことが可能な構成において、機械損失の低減や通常気筒及び改質気筒の燃焼室への給気の体積効率の向上を図り得るものに関する。
以下、図面に基づいて当該エンジンシステム１００の構成を説明する。
【００４３】
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係るエンジンシステム１００は、図１に示すように、複数の気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのうち少なくとも一部を、燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを含む混合気Ｍの少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料Ｆよりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫへ改質する改質気筒と、当該改質気筒にて改質された改質ガスＫが導かれる通常気筒との何れか一方として働かせることが可能に構成されている。
尚、当該第１実施形態では後述する構成により、複数の気筒としての第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ、第４気筒４０ｄの何れかが、改質気筒又は改質ガスＫが導かれる通常気筒として働くことになる。尚、当該第１実施形態においては、すべての気筒を、通常気筒として働かせることができ、この場合は、通常気筒には改質ガスＫは導かれないことになる。
【００４４】
当該第１実施形態のエンジンシステム１００は、ターボ過給式エンジンとして構成されており、更には、エンジンの運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいてターボ過給式エンジンの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット（以下、制御装置５０と呼ぶ）を備えている。
【００４５】
この種のエンジンシステム１００は、詳細な図示は省略するが、給気本管２０から通常気筒の燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグ（図示せず）にて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸（図示せず）から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスＥは、通常気筒の燃焼室から排気弁（図示せず）を介して排気路２７に押し出され、外部へ排出される。
尚、詳細については後述するが、給気本管２０から供給される燃焼用空気Ａは、改質気筒用給気支管２１を通じて改質気筒にも供給され、改質気筒でもピストンを押し下げて回転軸から回転動力を出力する。ただし、当該改質気筒にて排ガスとして生成される改質ガスＫは、外部へ排出されることなく、そのすべてが改質ガス通流路２８を介して給気本管２０へ戻され、通常気筒へ導かれることとなる。
【００４６】
給気本管２０には、燃焼用空気Ａを浄化するエアクリーナ２４、燃焼用空気Ａ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燃焼用空気Ａを冷却するインタークーラ２２、燃焼用空気Ａに燃料Ｆを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ１４、開度調整により通常気筒への混合気Ｍの給気量を調整可能な通常気筒用スロットル弁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で燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合して生成された混合気Ｍは、通常気筒用スロットル弁２３を介して所定の流量に調整されて、通常気筒の燃焼室へ導入される。
因みに、当該第１実施形態においては、給気本管２０においてミキサ１４で燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合して生成された混合気Ｍが、複数の気筒である第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ、第４気筒４０ｄのすべてに導入可能に構成されている。
更に、第３気筒４０ｃに連通接続される給気支管には第４開閉弁Ｖ４が設けられ、第４気筒４０ｄに連通接続される給気支管には第５開閉弁Ｖ５が設けられており、第３気筒４０ｃが通常気筒として機能する場合、第４開閉弁Ｖ４が開放状態に制御され、第４気筒４０ｄが通常気筒として機能する場合、第５開閉弁Ｖ５が開放状態に制御され、それ以外の場合、第４開閉弁Ｖ４及び第５開閉弁Ｖ５は閉止状態に制御される。
【００４７】
給気本管２０からミキサ１４の上流側で分岐する改質気筒用給気支管２１には、開度調整により改質気筒への混合気Ｍの給気量を調整可能な改質気筒用スロットル弁２５、燃焼用空気Ａに燃料Ｆを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ１６が、その上流側から記載の順に設けられている。
【００４８】
ミキサ１４に燃料Ｆを導く第２燃料供給路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２燃料供給路１１における燃料Ｆの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータＶ１、ミキサ１４を介して通常気筒の燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第２燃料流量制御弁Ｖ２が設けられている。
【００４９】
過給機３０は、通常気筒に接続される排気路２７に設けられるタービン３２に、通常気筒から排出される排ガスＥを供給し、タービン３２に連結される状態で給気本管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を通流する排ガスＥの運動エネルギによりタービン３２を回転させ、当該タービン３２の回転力により給気本管２０を通流する燃焼用空気Ａを圧縮して、通常気筒の燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
つまり、当該第１実施形態においては、過給機３０は、通常気筒へ導かれる燃焼用空気Ａのみを過給する。
因みに、当該第１実施形態においては、第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ及び第４気筒４０ｄの夫々に連通接続される排気支管が排気路２７に接続されており、第３気筒４０ｃと排気路２７とを連通接続する排気支管には第７開閉弁Ｖ７が設けられており、第４気筒４０ｄと排気路２７とを連通接続する排気支管には第８開閉弁Ｖ８が設けられている。そして、第３気筒４０ｃが通常気筒として機能する場合は第７開閉弁Ｖ７が開放状態に制御され、第４気筒４０ｄが通常気筒として機能する場合は第８開閉弁Ｖ８が開放状態に制御され、それ以外の場合は第７開閉弁Ｖ７及び第８開閉弁Ｖ８は閉止状態に制御される。
因みに、排気路２７にはタービン３２をバイパスするバイパス流路２７ａが設けられると共に、排ガスＥの流れをタービン３２側とバイパス流路２７ａとで切り替える三方弁Ｖ１１が設けられ、通常気筒を過給しない場合、排ガスＥはバイパス流路２７ａを通流するよう三方弁Ｖ１１が制御される。
【００５０】
改質気筒は、自身の燃焼室において、新気の一部を部分酸化反応させて、燃料Ｆ（例えば、メタン）よりも燃焼速度の速い水素等の燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫを生成するように構成されている。ここで、水素は、メタン及び空気を混合して燃焼する場合、空気過剰率が１より小さい燃料過濃領域に、その発生量のピークがあることが知られている。
そこで、当該第１実施形態にあっては、改質気筒の燃料室において燃料過濃状態で混合気を燃焼させるべく、改質気筒へ新気を供給する改質気筒用給気支管２１に、ベンチュリー式のミキサ１６を介する形態で燃料Ｆを供給する第１燃料供給路２９が接続されており、当該第１燃料供給路２９には、燃料Ｆの流量を制御する第１燃料流量制御弁Ｖ３が設けられている。
因みに、当該第１実施形態においては、改質気筒用給気支管２１は、ミキサ１６の下流側において分岐して第３気筒４０ｃ及び第４気筒４０ｄの夫々に連通接続しており、第３気筒４０ｃに連通接続される給気支管には第６開閉弁Ｖ６が設けられている。第３気筒４０ｃが改質気筒として機能する場合、第６開閉弁Ｖ６が開放状態に制御され、それ以外の場合、第６開閉弁Ｖ６は閉止状態に制御される。
【００５１】
更に、改質気筒には、改質気筒にて改質された改質ガスＫを通流する改質ガス通流路２８が接続されており、当該改質ガス通流路２８の下流端が、給気本管２０の通常気筒用スロットル弁２３の下流側に接続されている。当該第１実施形態にあっては、改質ガスＫは、そのすべてが通常気筒に導かれるように構成されている。
尚、当該第１実施形態においては、第３気筒４０ｃからの排気支管は、第７開閉弁Ｖ７の上流側で分岐して改質ガス通流路２８に連通接続され、第４気筒４０ｄからの排気支管は、第８開閉弁Ｖ８の上流側で分岐して改質ガス通流路２８に連通接続されており、第３気筒４０ｃと改質ガス通流路２８とを連通接続する排気支管には第９開閉弁Ｖ９が設けられており、第４気筒４０ｄと改質ガス通流路２８とを連通接続する排気支管には第１０開閉弁Ｖ１０が設けられている。第３気筒４０ｃが改質気筒として機能する場合、第９開閉弁Ｖ９が開放状態に制御され、第４気筒４０ｄが改質気筒として機能する場合、第１０開閉弁Ｖ１０が開放状態に制御され、それ以外の場合、第９開閉弁Ｖ９及び第１０開閉弁Ｖ１０が閉止状態に制御される。
【００５２】
エンジン本体４０の回転軸（図示せず）には、運転状態検出部４１として、回転軸（図示せず）の回転数を計測する回転数センサが設けられている。
更に、エンジン本体４０の回転軸（図示せず）には、運転状態検出部４１として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、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２燃料流量制御弁Ｖ２、第１燃料流量制御弁Ｖ３、通常気筒用スロットル弁２３、並びに改質気筒用スロットル弁２５の開度を制御する。
すべての通常気筒、及び改質気筒には、運転状態検出部４１として、筒内圧力を検出する筒内圧力センサ（図示せず）が設けられており、制御装置５０は、当該筒内圧力センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。また、制御装置５０は、給気温度を計測する給気温度センサ（図示せず）の計測結果を取得可能に構成されており、当該給気温度センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。
【００５３】
さて、当該第１実施形態に係るエンジンシステム１００は、通常気筒と改質気筒とを備えたエンジンシステムにおいて、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置５０は、第１燃料流量制御弁Ｖ３による燃料供給量を調整して改質気筒における空気過剰率を、改質ガスＫを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、第１燃料流量制御弁Ｖ３によるすべての改質気筒への総燃料供給量に対する第２燃料流量制御弁Ｖ２によるすべての通常気筒への総燃料供給量（改質ガスＫを除く総燃料供給量）の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する。
【００５４】
尚、空気過剰率変動制御では、燃料としてメタンを主成分とする炭化水素ガスを用いる場合、通常気筒と改質気筒との総空気過剰率を１．０以上１．５以下に調整すると共に、第１燃料流量制御弁Ｖ３による燃料供給量又は改質気筒用スロットル弁２５の開度或いはその両方を調整して改質気筒における空気過剰率を０．５以上０．９以下（より好ましくは、０．５５以上０．８以下）の範囲で変動制御することが好ましい。
そして、燃料比低下制御にて制御される燃料比は、０．０以上０．５０以下に制御されることが好ましい。
これにより、通常気筒から排出される排ガスＥのＮＯｘ濃度を目標値（自主基準として定める目標値で例えば、１５０ｐｐｍ）以下に維持すると共にシステム全体の効率の向上を図ることができる。
【００５５】
更に、第１実施形態に係るエンジンシステム１００にあっては、制御装置５０は、定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する。
例えば、制御装置５０は、第４気筒４０ｄを改質気筒として働かせると共に第１気筒４０ａと第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃを改質気筒からの改質ガスＫが導かれる通常気筒として働かせている状態で、定格負荷運転から部分負荷運転へ切り替える場合、第３気筒４０ｃを通常気筒から改質気筒に切り替える形態で、行程容積比制御を実行する。即ち、第３気筒４０ｃ及び第４気筒４０ｄを改質気筒として働かせると共に、第１気筒４０ａ及び第２気筒４０ｂを通常気筒として働かせる。
当該行程容積比制御を実行する場合、制御装置５０は、上述した燃料比低下制御を実行しつつ、給気支管において第４開閉弁Ｖ４を開放状態とすると共に第５開閉弁Ｖ５及び第６開閉弁Ｖ６を閉止状態とし、排気支管において第７開閉弁Ｖ７及び第１０開閉弁Ｖ１０を開放状態とすると共に第８開閉弁Ｖ８及び第９開閉弁Ｖ９を閉止状態としている状態から、給気支管において第６開閉弁Ｖ６開放状態とすると共に第４開閉弁Ｖ４及び第５開閉弁Ｖ５を閉止状態とし、排気支管において第９開閉弁Ｖ９及び第１０開閉弁Ｖ１０を開放状態とすると共に第７開閉弁Ｖ７及び第８開閉弁Ｖ８を閉止状態としている状態へ移行する。
当該行程容積比制御を実行することで、改質気筒と通常気筒との出力比を低減でき機械損失の低減を図ることができる。
【００５６】
更に、改質気筒の行程容積と通常気筒の行程容積とが等しい構成を採用し、制御装置５０が、改質ガスＫが導かれる通常気筒の気筒数と改質気筒の気筒数とが等しくなるように行程容積比制御を実行することで、更なる機械損失の低減を図ることができる。
【００５７】
さて、当該第１実施形態に係るエンジンシステム１００では、行程容積比制御を実行する前の運転に、改質ガスが導かれない通常気筒のみの出力による運転する通常運転が含まれるものであり、より具体的には、当該通常運転には、リーン燃焼運転やストイキ燃焼運転が含まれる。
因みに、制御装置５０は、通常運転を実行している場合、排気路２７を通流する排ガスＥをバイパス流路２７ａに通流させてタービン３２をバイパスさせるよう三方弁Ｖ１１を制御すると共に、スロットル弁２５を閉止状態とし且つ第１燃料流量制御弁Ｖ３を閉止状態とする。
【００５８】
例えば、制御装置５０は、第１気筒４０ａと第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃと第４気筒４０ｄとを通常気筒として働かせている状態で、定格負荷運転から部分負荷運転へ切り替える場合、第３気筒４０ｃを通常気筒から改質気筒に切り替える形態で、行程容積比制御を実行する。即ち、第３気筒４０ｃ及び第４気筒４０ｄを改質気筒として働かせると共に、第１気筒４０ａ及び第２気筒４０ｂを通常気筒として働かせる。
制御装置５０は、給気支管において第４開閉弁Ｖ４及び第５開閉弁Ｖ５を開放状態とすると共に第６開閉弁Ｖ６を閉止状態とし、排気支管において第７開閉弁Ｖ７及び第８開閉弁Ｖ８を開放状態とすると共に第９開閉弁Ｖ９及び第１０開閉弁Ｖ１０を閉止状態としている状態から、給気支管において第６開閉弁Ｖ６開放状態とすると共に第４開閉弁Ｖ４及び第５開閉弁Ｖ５を閉止状態とし、排気支管において第９開閉弁Ｖ９及び第１０開閉弁Ｖ１０を開放状態とすると共に第７開閉弁Ｖ７及び第８開閉弁Ｖ８を閉止状態としている状態へ移行する形で、行程容積比制御を実行する。
更に、制御装置５０は、当該行程容積比制御を実行すると同時に、排気路２７を通流する排ガスＥがタービン３２を通流するよう三方弁Ｖ１１を制御すると共に、スロットル弁２５を開放状態とし且つ第１燃料流量制御弁Ｖ３を開放状態として上述した燃料比低下制御を実行する。
【００５９】
更に、通常運転としては、改質ガスＫが導かれない通常気筒の空気過剰率を、予め決定される空気過剰率上限値以下の空気過剰率に設定されるものが好ましく、この場合に、全気筒の気筒充填率の平均（以下、体積効率と呼ぶ場合がある）の向上を図り得る。
当該空気過剰率上限値としては、行程容積比制御を実行する前に改質ガスＫが導かれない通常気筒へ供給される燃料量と、行程容積比制御を実行しているときに改質ガスＫが導かれる通常気筒及び改質気筒へ供給される燃料量とが同一であるという前提において、行程容積比制御が実行される前の改質ガスＫが導かれないすべての通常気筒の気体充填率の平均値が、行程容積比制御が実行されているときのすべての通常気筒の気体充填率とすべての改質気筒の気体充填率との平均値を下回るときの上限の空気過剰率が設定されている。
【００６０】
以下、当該空気過剰率上限値の一例を示すべく、燃料及び燃焼用空気の標準状態での体積基準での計算結果を、上述の〔表７〕〜〔表９〕に示す。尚、表に示す数値は、端数を四捨五入している関係で、合計等がずれている箇所がある。
４気筒のエンジンを改質気筒を２気筒で通常気筒を２気筒とし、改質気筒の空気過剰が０．６であるとき、〔表７〕に示すように、すべての通常気筒に導かれる改質ガスの体積は、改質気筒に給気した燃料ガスと燃焼用空気の合計量の１．１２倍であるという前提で、且つストイキ燃焼運転やリーン燃焼運転等の運転方式によって吸気損失以外で出力に影響するものがないと仮定した場合、当該運転において任意の回転数で最高トルクに達するのは、通常気筒の体積効率が１００％となるときであり、このときに改質気筒に投入される燃料量は、９．４５ＮＬとなる。このとき、全気筒の気筒充填率の平均（体積効率）は、０．７９４と計算される。
【００６１】
ここで、４気筒のすべてを通常気筒として、同一の燃料流量（９．４５ＮＬ）をリーン燃焼運転で利用すると、〔表８〕に示すように、空気過剰率が１．７３であるとき、体積効率が〔表７〕に示す運転とほぼ同程度の０．７７５となる。更に、空気過剰率を１．０とするストイキ燃焼運転で利用すると、〔表９〕に示すように、体積効率は０．４６５と低くなる。
【００６２】
即ち、空気過剰率が１．７３（空気過剰率上限値の一例）未満の運転条件においては、空気過剰率を十分に低くした改質気筒からの改質ガスを通常気筒へ導く運転において、改質気筒の行程容積と通常気筒の行程容積とを近づける運転を実行するほうが、リーン燃焼運転やストイキ燃焼運転を実行する場合に比べ、体積効率を高くすることができると言える。
【００６３】
〔第２実施形態〕
上記第１実施形態に係るエンジンシステム１００にあっては、単一の多気筒エンジンにおいて、改質気筒にて改質された改質ガスＫを通常気筒へ導く構成例を示した。
当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００は、図２に示すように、混合気Ｍを改質して改質ガスＫを生成するための改質気筒を有する改質エンジン２００ａに加えて、改質エンジン２００ａにて生成された改質ガスＫが導かれる通常気筒を有する外部出力エンジン２００ｂを備えて構成されている。
【００６４】
尚、当該エンジンシステム２００は、外部出力エンジン２００ｂの運転状態を検出するセンサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいて外部出力エンジン２００ｂの運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット（以下、制御装置５０と呼ぶ）を備えている。即ち、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、改質エンジン２００ａではなく外部出力エンジン２００ｂの運転状態を積極的に検出するように構成されている。
第２実施形態に係るエンジンシステム２００における改質エンジン２００ａでは、複数の気筒のうち少なくとも一部を改質気筒としてはたかせることが可能であると共に、複数の気筒のうち改質気筒以外の気筒の少なくとも一部を改質ガスＫ以外の燃料を燃焼する非改質気筒とする。即ち、改質エンジン２００ａでは、改質気筒にて生成された改質ガスＫを、改質エンジン２００ａの給気本管に戻さない構成とする。
更に、改質エンジン２００ａでは、第２燃料供給路１１、差圧レギュレータＶ１、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁Ｖ２を介して供給される燃料Ｆは、非改質気筒に加え、改質気筒へも導く構成とする。
また、改質エンジン２００ａでは、詳細については後述するが、複数の気筒のうち改質気筒として働く気筒数を変更可能な構成を有しており、複数の気筒に連通接続される給気支管及び排気支管に係る構成が、上記第１実施形態に係るエンジンシステム１００とは異なる。
【００６５】
当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００における改質エンジン２００ａは、以上の点を除き、上述した第１実施形態に係るエンジンシステム１００と実質的に同一の構成を有している。
以下、上記第１実施形態に係るエンジンシステム２００と異なる構成及び制御に重点をおいて説明することとし、同一の構成及び制御については、その詳細な説明を省略することがある。
【００６６】
外部出力エンジン２００ｂは、図２に示すように、給気本管７０から通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した新気を、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグにて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸（図示せず）から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスＥは、通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室から排気弁（図示せず）を介して排気路に押し出され、外部へ排出される。
【００６７】
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、開度調整により通常気筒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で燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合して生成された混合気Ｍは、スロットル弁７３を介して所定の流量に調整され、通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ導入される。
【００６８】
ミキサ６４に燃料Ｆを導く第３燃料供給路６１には、ミキサ６４の上流側の給気本管７０における燃焼用空気Ａの圧力と第３燃料供給路６１における燃料Ｆの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータＶ４１、ミキサ６４を介して通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第３燃料流量制御弁Ｖ４２が設けられている。
【００６９】
外部出力エンジン２００ｂのエンジン本体８０の回転軸（図示せず）には、運転状態検出部８１として、回転軸（図示せず）の回転数を計測する回転数センサが設けられており、制御装置５０は、当該回転数センサにて計測されるエンジン回転数を目標回転数に維持するべく、当該回転数センサの計測結果に基づいてスロットル弁７３の開度を制御する。
更に、外部出力エンジン２００ｂのエンジン本体８０の回転軸（図示せず）には、運転状態検出部８１として、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサが設けられており、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Ｖ３、第３燃料流量制御弁Ｖ４２、通常気筒用スロットル弁２３、及びスロットル弁７３の開度を制御する。
すべての通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄには、運転状態検出部８１として、筒内圧力を検出する筒内圧力センサが設けられており、制御装置５０は、当該筒内圧力センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。また、制御装置５０は、給気温度（外部出力エンジン２００ｂの給気温度、又は改質エンジン２００ａの給気温度）を計測する給気温度センサ（図示せず）の計測結果を取得可能に構成されており、当該給気温度センサの計測結果に基づいて、後述する各種制御を実行する。
【００７０】
給気本管７０は、スロットル弁７３の下流側において、通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへ混合気Ｍを導く複数の給気支管に接続されている。
当該給気本管７０でスロットル弁７３の下流側で、複数の給気支管の上流側には、改質エンジン２００ａの改質気筒にて生成された改質ガスＫを通流する改質ガス通流路２８が連通接続されている。当該構成により、上述の給気支管のすべてに対して、改質ガスＫが大凡同一流量で通流することになる。
【００７１】
改質エンジン２００ａは、複数の気筒として第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ及び第４気筒４０ｄが設けられており、当該複数の気筒のうち改質気筒として働かせる気筒数を変更するべく、以下の如く構成されている。
改質エンジン２００ａでは、スロットル弁２３の下流側で、給気本管２０が、第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ及び第４気筒４０ｄの夫々に連通接続する分岐支管に分岐しており、第１気筒４０ａに接続される給気支管には第２１開閉弁Ｖ２１が設けられ、第２気筒４０ｂに接続される給気支管には第２２開閉弁Ｖ２２が設けられ、第３気筒４０ｃに接続される給気支管には第２３開閉弁Ｖ２３が設けられている。
第４気筒４０ｄに連通接続する給気支管には、燃焼用空気Ａに燃料Ｆを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ１６が設けられると共に、ベンチュリー式のミキサ１６を介する形態で燃料Ｆを供給する第１燃料供給路２９が接続されており、当該第１燃料供給路２９には、燃料Ｆの流量を制御する第１燃料流量制御弁Ｖ３が設けられている。第１燃料供給路２９の第１燃料流量制御弁Ｖ３の上流側には、燃料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。
第４気筒４０ｄに連通接続する給気支管でミキサ１６の下流側には、第１気筒４０ａに連通接続するすると共に第２４開閉弁Ｖ２４が設けられる給気支管と、第２気筒４０ｂに連通接続するすると共に第２５開閉弁Ｖ２５が設けられる給気支管と、第３気筒４０ｃに連通接続するすると共に第２６開閉弁Ｖ２６が設けられる給気支管とが設けられている。
【００７２】
当該給気支管に係る構成に関し、第４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２１開閉弁Ｖ２１と第２２開閉弁Ｖ２２と第２３開閉弁Ｖ２３が開放状態に制御されると共に第２４開閉弁Ｖ２４と第２５開閉弁Ｖ２５と第２６開閉弁Ｖ２６が閉止状態に制御される。
第３気筒４０ｃ及び４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２１開閉弁Ｖ２１と第２２開閉弁Ｖ２２と第２６開閉弁Ｖ２６が開放状態に制御されると共に第２３開閉弁Ｖ２３と第２４開閉弁Ｖ２４と第２５開閉弁Ｖ２５が閉止状態に制御される。
第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃと４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２１開閉弁Ｖ２１と第２５開閉弁Ｖ２５と第２６開閉弁Ｖ２６が開放状態に制御されると共に第２２開閉弁Ｖ２２と第２３開閉弁Ｖ２３と第２４開閉弁Ｖ２４が閉止状態に制御される。
第１気筒４０ａと第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃと４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２４開閉弁Ｖ２４と第２５開閉弁Ｖ２５と第２６開閉弁Ｖ２６が開放状態に制御されると共に第２１開閉弁Ｖ２１と第２２開閉弁Ｖ２２と第２３開閉弁Ｖ２３が閉止状態に制御される。
以上の構成により、改質エンジン２００ａは、少なくとも第４気筒４０ｄが改質気筒として働くものとなる。当該改質気筒として働く第４気筒４０ｄには、改質気筒にて改質された改質ガスＫを通流する改質ガス通流路２８が接続されており、当該改質ガス通流路２８の下流端が、外部出力エンジン２００ｂの給気本管７０のスロットル弁７３の下流側に接続されており、改質ガスＫは、そのすべてが外部出力エンジン２００ｂの通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄに導かれるように構成されている。
【００７３】
第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃの夫々に連通接続される排気支管が排気路２７に接続されており、第１気筒４０ａと排気路２７とを連通接続する排気支管には第２７開閉弁Ｖ２７が設けられており、第２気筒４０ｂと排気路２７とを連通接続する排気支管には第２８開閉弁Ｖ２８が設けられており、第３気筒４０ｃと排気路２７とを連通接続する排気支管には第２９開閉弁Ｖ２９が設けられている。
更に、第１気筒４０ａからの排気支管は、第２７開閉弁Ｖ２７の上流側で分岐して改質ガス通流路２８に連通接続され、第２気筒４０ｂからの排気支管は、第２８開閉弁Ｖ２８の上流側で分岐して改質ガス通流路２８に連通接続され、第３気筒４０ｃからの排気支管は、第２９開閉弁Ｖ２９の上流側で分岐して改質ガス通流路２８に連通接続されている。更に、第１気筒４０ａと改質ガス通流路２８とを連通接続する排気支管には第３０開閉弁Ｖ３０が設けられており、第２気筒４０ｂと改質ガス通流路２８とを連通接続する排気支管には第３１開閉弁Ｖ３１が設けられており、第３気筒４０ｃと改質ガス通流路２８とを連通接続する排気支管には第３２開閉弁Ｖ３２が設けられている。
【００７４】
当該排気支管に係る構成に関し、第４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２７開閉弁Ｖ２７と第２８開閉弁Ｖ２８と第２９開閉弁Ｖ２９が開放状態に制御されると共に第３０開閉弁Ｖ３０と第３１開閉弁Ｖ３１と第３２開閉弁Ｖ３２が閉止状態に制御される。
第３気筒４０ｃ及び４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２７開閉弁Ｖ２７と第２８開閉弁Ｖ２８と第３２開閉弁Ｖ３２が開放状態に制御されると共に第２９開閉弁Ｖ２９と第３０開閉弁Ｖ３０と第３１開閉弁Ｖ３１が閉止状態に制御される。
第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃと４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第２７開閉弁Ｖ２７と第３１開閉弁Ｖ３１と第３２開閉弁Ｖ３２が開放状態に制御されると共に第２８開閉弁Ｖ２８と第２９開閉弁Ｖ２９と第３０開閉弁Ｖ３０が閉止状態に制御される。
第１気筒４０ａと第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃと４気筒４０ｄが改質気筒として気筒する場合、第３０開閉弁Ｖ３０と第３１開閉弁Ｖ３１と第３２開閉弁Ｖ３２が開放状態に制御されると共に第２７開閉弁Ｖ２７と第２８開閉弁Ｖ２８と第２９開閉弁Ｖ２９が閉止状態に制御される。
【００７５】
当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００は、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置５０は、第１燃料流量制御弁Ｖ３による燃料供給量を調整して改質気筒における空気過剰率を、改質ガスＫを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、第１燃料流量制御弁Ｖ３によるすべての改質気筒への総燃料供給量に対する第２燃料流量制御弁Ｖ２によるすべての通常気筒への総燃料供給量（改質ガスＫを除く総燃料供給量）の比である燃料比を低下する燃料比低下制御を実行する。
【００７６】
更に、制御装置５０は、外部出力エンジン２００ｂにおいて定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する。
例えば、制御装置５０は、第４気筒４０ｄを改質気筒として働かせている状態で、外部出力エンジン２００ｂを定格負荷運転から部分負荷運転へ切り替える場合、第１気筒４０ａと第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃとを改質気筒に切り替える形態で、行程容積比制御を実行する。即ち、改質エンジン２００ａのすべての気筒である第１気筒４０ａと第２気筒４０ｂと第３気筒４０ｃと第４気筒４０ｄとを改質気筒として働かせると共に、外部出力エンジン２００ｂのすべての気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを通常気筒として働かせる。
当該行程容積比制御を実行する場合、制御装置５０は、上述した燃料比低下制御を実行しつつ、給気支管において第２１開閉弁Ｖ２１と第２２開閉弁Ｖ２２と第２３開閉弁Ｖ２３を開放状態とすると共に第２４開閉弁Ｖ２４と第２５開閉弁Ｖ２５と第２６開閉弁Ｖ２６を閉止状態とし、排気支管において第２７開閉弁Ｖ２７と第２８開閉弁Ｖ２８と第２９開閉弁Ｖ２９を開放状態とすると共に第３０開閉弁Ｖ３０と第３１開閉弁Ｖ３１と第３２開閉弁Ｖ３２を閉止状態としている状態から、給気支管において第２１開閉弁Ｖ２１と第２２開閉弁Ｖ２２と第２３開閉弁Ｖ２３を閉止状態とすると共に第２４開閉弁Ｖ２４と第２５開閉弁Ｖ２５と第２６開閉弁Ｖ２６を開放状態とし、排気支管において第２７開閉弁Ｖ２７と第２８開閉弁Ｖ２８と第２９開閉弁Ｖ２９を閉止状態とすると共に第３０開閉弁Ｖ３０と第３１開閉弁Ｖ３１と第３２開閉弁Ｖ３２を開放状態としている状態へ移行する。
当該行程容積比制御を実行することで、改質気筒と通常気筒との出力比を低減でき機械損失の低減を図ることができる。
【００７７】
当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００においては、行程容積比制御を実行する前の運転が、外部出力エンジン２００ｂにおいて改質ガスが導かれない通常気筒のみの出力による運転する通常運転であり、当該通常運転には、リーン燃焼運転やストイキ燃焼運転が含まれる。
外部出力エンジン２００ｂにおいて通常運転が実行されている場合、改質エンジン２００ａは停止状態にあるか、またはその排気が外部へ排出される。
【００７８】
〔第３実施形態〕
第３実施形態に係るエンジンシステム１００は、図３に示すように、複数の気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのうち少なくとも一部を、燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを含む混合気Ｍの少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料Ｆよりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫへ改質する改質気筒と、当該改質気筒にて改質された改質ガスＫが導かれる通常気筒との何れか一方として働かせることが可能に構成されている。
尚、当該第３実施形態では、第１実施形態と同様に、複数の気筒としての第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ、第４気筒４０ｄの何れかが、改質気筒又は改質ガスＫが導かれる通常気筒として働くことになる。ただし、当該第３実施形態にあっては、改質ガスＫが導かれる通常気筒へ、燃料として改質ガスＫのみを導く改質ガス運転を実行するため、すべての気筒が通常気筒となることはないものとする。
また、当該改質ガス運転を実行する関係で、第１実施形態において設けられていた、給気本管２０にて燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合するミキサ１４、ミキサ１４に燃料Ｆを導く第２燃料供給路１１、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２燃料供給路１１における燃料Ｆの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータＶ１、ミキサ１４を介して通常気筒の燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第２燃料流量制御弁Ｖ２は、当該第３実施形態においては設けられない。
【００７９】
さて、当該第３実施形態に係るエンジンシステム１００は、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置５０は、改質気筒における空気過剰率を、改質ガスＫを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、通常気筒へ燃料として改質ガスＫのみを導く改質ガス運転を実行する。即ち、当該第３実施形態においては、第１燃料流量制御弁Ｖ３によるすべての改質気筒への総燃料供給量に対するすべての通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比が０．０に維持された状態で、改質ガス運転が実行されることになる。
ただし、起動時にあっては、エンジンの運転を安定させるため、セルモータによるアシストを行うと共に、制御装置５０は、改質ガス運転に先立って、改質気筒での出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行することが好ましい。
【００８０】
また、制御装置５０は、定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する。当該行程容積比制御の詳細については、上記第１実施形態に係るエンジンシステム１００と同一であるので、ここではその詳細な説明は割愛する。
【００８１】
〔第４実施形態〕
第４実施形態に係るエンジンシステム１００は、図４に示すように、複数の気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、４０ｄのうち少なくとも一部を、燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを含む混合気Ｍの少なくとも一部を部分酸化反応させて燃料Ｆよりも燃焼速度の速い燃焼促進性ガスを含む改質ガスＫへ改質する改質気筒と、当該改質気筒にて改質された改質ガスＫが導かれる通常気筒との何れか一方として働かせることが可能に構成されている。
尚、当該第４実施形態では、第２実施形態と同様に、複数の気筒としての第１気筒４０ａ、第２気筒４０ｂ、第３気筒４０ｃ、第４気筒４０ｄの何れかが、改質気筒として働くことになる。
また、当該第４実施形態にあっては、改質ガスＫが導かれる外部出力エンジン２００ｂの通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへ、燃料として改質ガスＫのみを導く改質ガス運転を実行するため、第２実施形態の外部出力エンジン２００ｂにおいて設けられていた、給気本管７０にて燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを混合するミキサ６４、ミキサ６４に燃料Ｆを導く第３燃料供給路６１、ミキサ６４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３燃料供給路６１における燃料Ｆの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータＶ４１、ミキサ６４を介して通常気筒の燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第３燃料流量制御弁Ｖ４２は、当該第４実施形態においては設けられない。
【００８２】
さて、当該第４実施形態に係るエンジンシステム１００は、熱効率を向上させると共に排ガス性状を改善させるべく、以下の制御を実行する。
制御装置５０は、改質気筒における空気過剰率を、改質ガスＫを生成する所定の範囲で変動制御する空気過剰率変動制御を実行している状態で、通常気筒へ燃料として改質ガスＫのみを導く改質ガス運転を実行する。即ち、当該第４実施形態においては、第１燃料流量制御弁Ｖ３によるすべての改質気筒への総燃料供給量に対するすべての通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへの総燃料供給量の比である燃料比が０．０に維持された状態で、改質ガス運転が実行されることになる。
ただし、起動時にあっては、エンジンの運転を安定させるため、セルモータによるアシストを行うと共に、制御装置５０は、改質ガス運転に先立って、改質気筒での出力を一時的に高くする改質気筒高出力運転を実行することが好ましい。
【００８３】
また、制御装置５０は、定格負荷よりも低い部分負荷で運転を行う部分負荷運転を実行する場合に、すべての改質気筒の行程容積の和である改質気筒容積を増加させて、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比が１に近づくように制御する行程容積比制御を実行する。当該行程容積比制御の詳細については、上記第２実施形態に係るエンジンシステム１００と同一であるので、ここではその詳細な説明は割愛する。
【００８４】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態にあっては、通常気筒の数と改質気筒の数を変更することで行程容積比変更制御を実行する構成例を示したが、通常気筒及び改質気筒の少なくとも何れか一方の圧縮比を変更することで行程容積比を変更しても構わない。
また、複数の気筒の夫々の気筒容積は、必ずしも同一である必要はなく、通常気筒と改質気筒の夫々の気筒の気筒容積についても、必ずしも同一である必要はない。
【００８５】
（２）
上記実施形態では、行程容積比制御により、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の行程容積の和である通常気筒容積を、改質気筒容積で除算した行程容積比を１に制御する例を示した。例えば、気筒数が４より多い構成においては、改質気筒の行程容積を増加させると共に通常気筒の行程容積を減少させる形で、行程容積比を１に近づけるようにする制御を採用することも可能である。
【００８６】
（３）上記実施形態では、燃料比低下制御を実行することを前提とした行程容積比制御を説明したが、当該燃料比低下制御は必ずしも実行しなくても構わない。
【００８７】
（４）上記実施形態に係るエンジンシステム１００は、すべての通常気筒が、改質ガスＫの導入が可能な構成を示した。しかしながら、改質ガスＫが導入されない通常気筒を有する構成であっても構わない。
【００８８】
（５）図示は省略するが、上記第２、４実施形態において、詳細な構成は省略するが、制御装置５０は、外部出力エンジン２００ｂの改質ガスＫが導かれる通常気筒の数を低減する形態で、行程容積比制御を実行しても構わない。
【００８９】
（６）上記実施形態に係るエンジンシステム１００は、過給機３０を備えない構成においても、効果的にその作用効果を奏するものである。
【００９０】
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。
【産業上の利用可能性】
【００９１】
本発明のエンジンシステムは、改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導くことが可能な構成において、機械損失の低減や通常気筒及び改質気筒の燃焼室への給気の体積効率の向上を図り得るエンジンシステム装置として、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００９２】
５０      ：制御装置
１００    ：エンジンシステム
２００    ：エンジンシステム
２００ａ  ：改質エンジン
２００ｂ  ：外部出力エンジン
Ａ        ：燃焼用空気
Ｅ        ：排ガス
Ｆ        ：燃料
Ｋ        ：改質ガス
Ｍ        ：混合気
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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