(57)【要約】【課題】改質気筒からの改質ガスを通常気筒に導く構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、エンジンシステムの更なる効率向上及び出力上限の拡大（トルク上限の拡大）を図る。【解決手段】改質ガスが導かれるすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの行程容積の和である総行程容積が、すべての改質気筒４０ｄの行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの総行程容積を改質気筒４０ｄの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのストローク数を改質気筒４０ｄのストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上とした。【選択図】図１
2020133517.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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を少なくとも一つ備え、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステムにおいて、
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総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上としたエンジンシステム。
【請求項２】
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を少なくとも一つ備え、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステムにおいて、
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総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備えるエンジンシステム。
【請求項３】
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を少なくとも１つ備えた改質エンジンを有すると共に、当該改質気筒とは別に通常気筒を備える外部出力エンジンを有し、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも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、
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総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備えるエンジンシステム。
【請求項４】
前記制御装置は、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、前記ストローク数比制御における前記ストローク数比を大きく制御する請求項２又は３に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
少なくとも前記通常気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する前記第１燃料供給部とを各別に備え、
前記制御装置は、前記第１燃料供給部による燃料供給量を調整して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、
前記第１燃料供給部によるすべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する前記第２燃料供給部によ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請求項２〜４の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
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５に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
前記制御装置は、前記第１燃料供給部による燃料供給量、又は前記改質気筒に供給される空気量、又はその両方を調整して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２〜４の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項８】
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７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、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を少なくとも一つ備え、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステム、
及び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を少なくとも１つ備えた改質エンジンを有すると共に、当該改質気筒とは別に通常気筒を備える外部出力エンジンを有し、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも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改質気筒の回転速度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、エンジンシステム（通常気筒）の更なる効率の向上及び出力上限の拡大（トルク上限の拡大）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構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、更なる効率向上及びトルク上限の拡大（出力上限の拡大）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、
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を少なくとも一つ備え、当該改質気筒とは別に通常気筒を備え、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記通常気筒へ導くように構成されているエンジンシステムであって、その特徴構成は、
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総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備える点にある。
【０００７】
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を少なくとも１つ備えた改質エンジンを有すると共に、当該改質気筒とは別に通常気筒を備える外部出力エンジンを有し、
前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも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、
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総行程容積が、すべての前記改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であり、
改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能な制御装置を備える点にある。
【０００８】
本発明の発明者らは、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御、又は燃料を改質気筒のみに供給する制御により、通常気筒に改質ガスのみを燃料として供給することで、エンジンの高効率化及び低ＮＯｘ化を図ることができることを見出した。
しかしながら、上述の如く、通常気筒に改質ガスのみを燃料として供給する場合、構成によっては、通常気筒又は改質気筒の行程容積による燃料供給量や燃焼用空気の供給量に制約が発生してくる場合がある。
例えば、燃料をメタンを主とした都市ガス１３Ａとして改質気筒の空気過剰率を０．６に制御すると共に通常気筒の空気過剰率を１．０に制御している状態で、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行する場合、改質気筒の気体の体積（ＮＬ）と通常気筒の気体の給気量（ＮＬ）との体積比を考える。ここで、体積としては、温度が０℃、圧力が大気圧、相対湿度が０％である学術的な標準状態にて換算したノルマルリットルを用いるものとする。
【０００９】
【表１】
2020133517.tif 000003
【００１０】
〔表１〕に示すように、改質気筒の空気過剰率を０．６とした場合、改質気筒への燃料供給量を１．０ＮＬとすると、改質気筒への燃焼用空気の供給量は６．４８ＮＬとなり、その合計は７．４８ＮＬとなり、実験により当該７．４８ＮＬのおおよそ１．１２倍が通常気筒に導かれる改質ガスとなるとわかっていることから、体積は８．３８ＮＬとなる。全気筒に供給した空気量を、全気筒に供給した燃料を完全燃焼するのに必要な空気量で除した空気比（以下、「通常気筒空気過剰率」または「総空気過剰率」という。以下の表中で改質ガスを燃焼する通常気筒の空気過剰率を示しているものも同様である）を１．０とすると、通常気筒への燃焼用空気の供給量は４．３２ＮＬとなり、改質気筒の給気量と通常気筒の給気量との体積比は、およそ、１．０：１．７となる。
このため、改質気筒を１気筒とし、通常気筒を２気筒とすると、改質気筒１気筒の給気量と通常気筒１気筒の給気量との比は、１．０：０．８５となり、体積的にはほぼ均衡が取れた状態となり、通常気筒への燃焼用空気を供給するときにスロットルを開放できポンプ損失を抑制できる。
これに対し、行程容積が等しい（等排気量）４気筒の内燃機関において、１気筒を改質気筒とし、３気筒を通常気筒として、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行すると、体積的な均衡が大きくそれてしまい、通常気筒に燃焼用空気を供給するスロットルを閉じ側へ制御する必要が生じ、通常気筒におけるポンプ損失が増大してしまう。
【００１１】
一方で、トルク上限の低下（出力上限の低下）が生じる場合も存在する。
まず、行程容積が等しい４気筒の内燃機関において、４気筒を通常気筒とし、１気筒の行程容積を６０ＮＬとし、全気筒を空気過剰率１．５で運転する場合、〔表２〕に示すように、全気筒の夫々において、燃料の供給量を３．４９ＮＬ、燃焼用空気の供給量を５６．５１ＮＬ、各気筒への気体充填率を１００％となる。
【００１２】
【表２】
2020133517.tif 000004
【００１３】
これに対し、行程容積が等しい４気筒の内燃機関において、３気筒を通常気筒とし、１気筒を改質気筒とし、通常気筒の空気過剰率を１．０、改質気筒の空気過剰率を０．６として、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行する場合、改質気筒へ投入可能な燃料量の上限は、改質気筒の空気過剰率の下限に依存する。当該改質気筒の空気過剰率の下限を、例えば、０．６とする場合、〔表３〕に示すように、改質気筒への燃料と燃焼用空気の合計供給量の体積である６０ＮＬを１．１２倍した改質ガスを通常気筒へ導くことができ、それが３等分され通常気筒の夫々へ導かれる。当該通常気筒では、通常気筒空気過剰率を１．０にするべく、夫々の通常気筒に燃焼用空気が１１．５５ＮＬ供給され、夫々の通常気筒への燃料と燃焼用空気の合計供給量は、３３．９５ＮＬとなり、通常気筒への気体充填率は５６．６％となり、４気筒の気体充填率の平均は６７．４％となり、上述の４気筒を通常気筒として空気過剰率を１．５で運転する場合の気体充填率１００％に比べ低くなり、もし両者の正味熱効率が同等だとした場合に、充填可能な燃料量が５７．５％（＝８．０２／１３．９６×１００）となってしまうことから、トルク上限も低下することになる。
【００１４】
【表３】
2020133517.tif 000005
【００１５】
そこで、本発明にあっては、通常気筒と改質気筒の気体の体積的な均衡（改質気筒への気体充填率と通常気筒への気体充填率）を保ちつつ、トルクの上限を拡大（出力の上限を拡大）するべく、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総行程容積が、すべての改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成において、制御装置が、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の総行程容積を改質気筒の総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒のストローク数を改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行するのである。
上記特徴構成によれば、例えば、行程容積が等しい４気筒の内燃機関において、３気筒を通常気筒とし、１気筒を改質気筒とし、通常気筒空気過剰率を１．０、改質気筒の空気過剰率を０．６として、改質気筒への総燃料供給量に対する通常気筒への総燃料供給量の比である燃料比を低下して燃料比を零にする制御を実行する場合、制御装置が、行程容積比に基づいてストローク数比制御を実行して、例えば、改質気筒を２ストロークサイクルで燃焼させ、通常気筒を４ストロークサイクルで燃焼させることができる。これにより、〔表４〕に示すように、改質気筒での４ストローク分（通常気筒の１サイクル分）での気筒の行程容積が６０ＮＬの２倍となるため、４ストローク（通常気筒の１サイクル）で改質気筒へ投入できる燃料量が１４．１８ＮＬまで増加でき、通常気筒へ供給できる改質ガス量が増加し、通常気筒の充填効率を約１００％にでき、充填可能な燃料量が１０１．６％（＝１４．１８／１３．９６×１００）とななり、トルク上限も向上できる。
【００１６】
【表４】
2020133517.tif 000006
【００１７】
結果、改質気筒と通常気筒との体積的な均衡（改質気筒への気体充填率と通常気筒への気体充填率）を保つことができ、ポンプロスを低減して効率向上を図ることができつつ、通常気筒の充填効率を、上述の４気筒を通常気筒として空気過剰率を１．５で運転する場合の充填効率と同等にでき、トルク上限の拡大（出力上限の拡大）することができるエンジンシステムを提供できる。
【００１８】
尚、これまで説明してきたようなストローク数比制御を実行する制御装置を設けることなく、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、前記通常気筒のストローク数を前記改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上とした構成を採用しても構わない。
【００１９】
エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、改質ガスが導かれるすべての前記通常気筒の前記総行程容積を前記改質気筒の前記総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、前記ストローク数比制御における前記ストローク数比を大きく制御する点にある。
【００２０】
上記特徴構成によれば、制御装置は、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の総行程容積を改質気筒の総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、ストローク数比制御におけるストローク数比を大きく制御するから、例えば、通常気筒の数と改質気筒の数を変更して運転するときに、行程容積比に応じて、最適なストローク比に変更制御して、効率向上を図ると共にトルクの上限の拡大を図ることができる。
【００２１】
エンジンシステムの更なる特徴構成は、
少なくとも前記通常気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する前記第１燃料供給部とを各別に備え、
前記制御装置は、前記第１燃料供給部による燃料供給量を調整して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、
前記第１燃料供給部によるすべての前記改質気筒への総燃料供給量に対する前記第２燃料供給部によ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。
【００２２】
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。
【００２３】
これまで説明してきたように、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との体積比の均衡が大きく崩れてポンプ損失が拡大する場合があると共に、通常気筒のトルク上限が大幅に制限される場合が発生する。
そこで、本発明におけるストローク数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、ポンプ損失の低減を図り更なる熱効率の向上を見込めると共に、トルク上限の拡大を良好に図ることができるエンジンシステムが達成される。
【００２４】
エンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記制御装置は、前記第１燃料供給部による燃料供給量、又は前記改質気筒に供給される空気量、又はその両方を調整して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。
【００２５】
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、当該改質ガス運転を実行すると、通常気筒と改質気筒との体積比の均衡が大きく崩れてポンプ損失が拡大する場合があると共に、通常気筒のトルク上限が大幅に制限される場合が発生する。
そこで、本発明におけるストローク数比制御と共に当該改質ガス運転を実行することで、改質ガス運転のメリットを享受しつつ、ポンプ損失の低減を図り更なる熱効率の向上を見込めると共に、トルク上限の拡大を良好に図ることができるエンジンシステムが達成される。
【００２６】
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。
【００２７】
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】
【００２８】
【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
【図２】改質気筒及び通常気筒の２ストロークサイクル運転を説明するための概念図
【図３】改質気筒及び通常気筒の４ストロークサイクル運転を説明するための概念図
【図４】改質気筒及び通常気筒の６ストロークサイクル運転を説明するための概念図
【図５】改質気筒及び通常気筒の８ストロークサイクル運転を説明するための概念図
【図６】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
【図７】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
【図８】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
【発明を実施するための形態】
【００２９】
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構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、更なる効率向上及びトルク上限の拡大（出力上限の拡大）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の構成について説明する。
【００３０】
〔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、エンジン本体４０に、都市ガス１３Ａ等（燃料の一例）の燃料Ｆと燃焼用空気Ａとを含む混合気Ｍを燃焼する通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、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４０ｄとを備え、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部と、改質気筒４０ｄへ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部とを各別に備え、改質気筒４０ｄにて改質された改質ガスＫを、少なくとも通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導く（当該第１実施形態では通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみへ導く）ものである。
【００３１】
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、少なくとも１つ以上（当該第１実施形態では３つ）の通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、少なくとも１つ以上（当該第１実施形態では１つ）の改質気筒４０ｄとを備えている。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。
【００３２】
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４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した新気を、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４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室から排気弁（図示せず）を介して排気路２７に押し出され、外部へ排出される。
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２０ｄを通じて改質気筒４０ｄにも供給され、改質気筒４０ｄ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４０ｄ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４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれることとなる。
【００３３】
給気本管２０には、燃焼用空気Ａを浄化するエアクリーナ２１、燃焼用空気Ａに燃料Ｆを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ１４、開度調整により通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室へ導入される。
【００３４】
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２０ｄには、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、開度調整により改質気筒４０ｄ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。
【００３５】
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１２、ミキサ１４を介して通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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１３が設けられている。即ち、第２燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁１３が、第２燃料供給部として機能する。
【００３６】
過給機３０は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃに接続される排気路２７に設けられるタービン３２に、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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改質気筒用給気支管２０ｄに設けられるコンプレッサ３１により、改質気筒４０ｄの燃焼室に給気される混合気Ｍを圧縮するターボ式の過給機３０として構成されている。即ち、当該過給機３０は、排気路２７を通流する排ガス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の回転力により改質気筒用給気支管２０ｄを通流する燃焼用空気Ａを圧縮して、改質気筒４０ｄ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、改質気筒４０ｄへ導かれる燃焼用空気Ａのみを過給する。
【００３７】
給気本管２０は、エアクリーナ２１の下流側において、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの夫々へ燃焼用空気Ａ２を導く複数の通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続される給気本管２０と、改質気筒４０ｄへ燃焼用空気Ａを導く改質気筒用給気支管２０ｄに分岐されている。
改質気筒４０ｄ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４０ｄ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４０ｄへ新気を供給する改質気筒用給気支管２０ｄ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１５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１５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。
更に、改質気筒４０ｄには、改質気筒４０ｄ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。即ち、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４０ａ、４０ｂ、４０ｃに導かれるように構成されている。
制御装置５０は、改質気筒４０ｄへの新気の空気過剰率が１より小さくなるように、第１燃料流量制御弁１５の開度を制御する。つまり、第１燃料供給路２９、ミキサ１６、及び第１燃料流量制御弁１５が、第１燃料供給部として機能する。
【００３８】
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１３、第１燃料流量制御弁１５、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４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、及び改質気筒４０ｄ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。
【００３９】
さて、当該実施形態に係るエンジンシステム１００は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと改質気筒４０ｄ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燃料供給部としての第１燃料流量制御弁１５による燃料供給量を調整して改質気筒４０ｄ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燃料供給部としての第１燃料流量制御弁１５によるすべての改質気筒４０ｄ（当該第１実施形態では１気筒）への総燃料供給量に対する第２燃料供給部としての第２燃料流量制御弁１３によるすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ（当該第１実施形態では３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。
【００４０】
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４０ａ、４０ｂ、４０ｃと改質気筒４０ｄ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燃料供給部としての第１燃料流量制御弁１５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４０ｄ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、燃料比低減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４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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。
【００４１】
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、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの総行程容積（総排気量）を改質気筒４０ｄの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのストローク数を改質気筒４０ｄのストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行可能に構成されている。
【００４２】
説明を追加すると、当該第１実施形態においては、特に、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄに対し、夫々の気筒に設けられる吸気弁（図示せず）と排気弁（図示せず）との開閉タイミングを設定するカムのカム軸（図示せず）とエンジン本体４０の回転軸（図示せず）との間のギヤ比を変更可能な動弁機構を備えている。
即ち、制御装置５０は、動弁機構を制御して、図２に示すように、吸気行程と圧縮行程と膨張行程と排気行程との夫々を上死点（ＴＤＣ）と下死点（ＢＤＣ）との間の１ストロークで実行する４ストロークサイクルと、図３に示すように、膨張、排気、吸気、圧縮を２ストロークで実行する２ストロークサイクルと、図４、５に示すように、４ストロークサイクルに対して吸気行程と圧縮行程との間に燃焼を伴わないで吸気弁と排気弁との双方を閉じて、改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄのピストンを往復運動させる一対の休止行程を少なくとも１つ以上追加するストロークサイクル（図４は６ストロークサイクルを、図５は８ストロークサイクルを、夫々例示）とを、各別に実行する形態で、ストローク数比制御を実行可能に構成されている。
ただし、通常気筒通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃでは、２ストロークサイクルは実行しないものとする。
上述した４ストロークサイクル、２ストロークサイクル、及び６、８ストロークサイクルの夫々につき、動弁機構による吸気弁と排気弁との開閉状態の一例について説明すると、４ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図２に示すように、吸気弁をに開放状態とすると共に圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
６ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図４に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に一対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と一対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
８ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図５に示すように、吸気弁を吸気行程に開放状態とすると共に二対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程と密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程と排気行程とで閉状態とし、排気弁を排気行程に開放状態とすると共に吸気行程と二対の休止行程（密閉上昇行程と密閉下降行程と密閉上昇行程と密閉下降行程）と圧縮行程と膨張行程とで閉状態とする。
２ストロークサイクルにおいて、動弁機構は、図３に示すように、上死点を基準として、吸気弁を１３５°ＡＴＤＣ〜２７０°ＡＴＤＣで開放状態とし、０°ＡＴＤＣ〜１３５°ＡＴＤＣと２７０°ＡＴＤＣ〜３６０°ＡＴＤＣにおいて閉止状態とし、排気弁を９０°ＡＴＤＣ〜２７０°ＡＴＤＣで開放状態とし、０°ＡＴＤＣ〜９０°ＡＴＤＣと２７０°ＡＴＤＣ〜３６０°ＡＴＤＣで閉止状態とする。
【００４３】
尚、当該第１実施形態にあっては、２ストロークサイクル、４ストロークサイクル、６ストロークサイクル、及び８ストロークサイクルの何れにあっても、制御装置５０は、圧縮行程において６０°ＢＴＤＣ〜１０°ＡＴＤＣの間に改質気筒４０ｄの点火時期を設定するように構成されている。
【００４４】
上述の如くストローク数比制御を実行することで、〔課題を解決するための手段〕にて説明したように、改質気筒４０ｄへの気体充填率と通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへの気体充填率との均衡を保つことができ、ポンプ損失を低減して効率向上を図ることができつつ、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃでのトルクの上限の拡大（出力の上限の拡大）を図ることができる。
【００４５】
因みに、当該第１実施形態の如く、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを３気筒、改質気筒４０ｄを１気筒備える構成において、改質気筒４０ｄの空気過剰率を０．６とし通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの総空気過剰率を１．０に制御すると共に、上述の燃料比低減制御にて燃料比を０．０に制御する場合、改質気筒４０ｄを２ストロークサイクルで燃焼させると共に、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを４ストロークサイクルで燃焼させることで、上述の〔表４〕に示すように、改質気筒４０ｄの気体充填率と通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの気体充填率をほぼ均衡に保つことができる。このとき、改質気筒４０ｄを２ストロークサイクルで燃焼すると、燃料Ｆの一部が改質気筒４０ｄで燃焼されない状況となるが、当該未燃燃料は、改質ガスＫと共に通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃで適切に燃焼される。
【００４６】
〔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４０ｄにて改質された改質ガスＫを通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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６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４０ｄ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８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを有する外部出力エンジン２００ｂを備えて構成されている。
【００４７】
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、第１実施形態に係るエンジンシステム１００における通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを、非改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃとし、通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、非改質気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃとする。
更に、当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００では、改質気筒４０ｄ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２０に戻さない構成、即ち、非改質気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及びそれらが連結される非改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃには、改質ガスＫが導かれない構成とする。
更に、当該第２実施形態に係るエンジンシステム２００では、第２燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁１３を介して供給される燃料Ｆは、非改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃに加え、改質気筒４０ｄへも導く構成とする。尚、上記第１実施形態では、当該第２燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁１３が、第２燃料供給部として働くとしたが、当該第２実施形態では、第２燃料供給部は、後述する別の構成にて実現されるものとする。
【００４８】
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しており、同一の制御を実行する。
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。
【００４９】
外部出力エンジン２００ｂは、図６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。
【００５０】
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。
【００５１】
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６２、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６３が設けられている。
つまり、第３燃料供給路６１、ミキサ６４、及び第３燃料流量制御弁６３が、第２燃料供給部として機能する。
【００５２】
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１５、第３燃料流量制御弁６３、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。
【００５３】
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７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ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７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの上流側には、改質エンジン２００ａの改質気筒４０ｄ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７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ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。
【００５４】
以上の如く構成されたエンジンシステム２００にあっては、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燃料供給部としての第１燃料流量制御弁１５による燃料供給量を調整して改質気筒４０ｄ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燃料供給部としての第１燃料流量制御弁１５によるすべての改質気筒４０ｄ（当該第２実施形態では１気筒）への総燃料供給量に対する第２燃料供給部としての第３燃料流量制御弁６３によるすべての通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ（当該第２実施形態では４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と共に、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの総行程容積（総排気量）を改質気筒４０ｄの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄのストローク数を改質気筒４０ｄのストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行する。
尚、空気過剰率変動制御、燃料比低下制御、及びストローク数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。
【００５５】
〔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７に示すように、エンジン本体４０に、都市ガス１３Ａ等の燃料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４０ｄを少なくとも１つ備え、当該改質気筒４０ｄとは別に通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを備え、改質気筒４０ｄへ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部を備え、改質気筒４０ｄにて改質された改質ガスＫを、少なくとも通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導く（当該第３実施形態では通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみへ導く）ものである。
【００５６】
以下、図７に基づいて、第３実施形態に係るエンジンシステム１００について説明する。
当該第３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、少なくとも１つ以上（当該第３実施形態では３つ）の通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと、少なくとも１つ以上（当該第３実施形態では１つ）の改質気筒４０ｄとを備えている。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。
【００５７】
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４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室（図示せず）へ給気弁（図示せず）を介して給気した新気を、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４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室から排気弁（図示せず）を介して排気路２７に押し出され、外部へ排出される。
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２０ｄを通じて改質気筒４０ｄにも供給され、改質気筒４０ｄ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４０ｄ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４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導かれることとなる。
【００５８】
給気本管２０には、燃焼用空気Ａを浄化するエアクリーナ２１が設けられている。
給気本管２０は、エアクリーナ２１の下流側において、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの夫々へ燃焼用空気Ａ２を導く複数の通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続される給気本管２０と、改質気筒４０ｄへ燃焼用空気Ａを導く改質気筒用給気支管２０ｄに分岐されている。
給気本管２０からエアクリーナ２１の下流側で分岐する改質気筒用給気支管２０ｄには、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、開度調整により改質気筒４０ｄ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。
【００５９】
過給機３０は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃに接続される排気路２７に設けられるタービン３２に、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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改質気筒用給気支管２０ｄに設けられるコンプレッサ３１により、改質気筒４０ｄの燃焼室に給気される混合気Ｍを圧縮するターボ式の過給機３０として構成されている。即ち、当該過給機３０は、排気路２７を通流する排ガス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の回転力により改質気筒用給気支管２０ｄを通流する燃焼用空気Ａを圧縮して、改質気筒４０ｄの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
つまり、当該第３実施形態においては、過給機３０は、改質気筒４０ｄへ導かれる燃焼用空気Ａのみを過給する。
【００６０】
改質気筒４０ｄ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３実施形態にあっては、改質気筒４０ｄ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４０ｄへ新気を供給する改質気筒用給気支管２０ｄ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１５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１５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。
更に、改質気筒４０ｄには、改質気筒４０ｄ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。即ち、当該第３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４０ａ、４０ｂ、４０ｃに導かれるように構成されている。
制御装置５０は、改質気筒４０ｄへの新気の空気過剰率が１より小さくなるように、第１燃料流量制御弁１５の開度を制御する。つまり、第１燃料供給路２９、ミキサ１６、及び第１燃料流量制御弁１５が、第１燃料供給部として機能する。
【００６１】
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１燃料流量制御弁１５、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４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、及び改質気筒４０ｄ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。
【００６２】
さて、当該実施形態に係るエンジンシステム１００は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと改質気筒４０ｄ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燃料供給部による燃料供給量を調整して改質気筒４０ｄ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４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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燃料供給部としての第１燃料流量制御弁１５によるすべての改質気筒４０ｄ（当該第１実施形態では１気筒）への総燃料供給量に対するすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ（当該第３実施形態では３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４０ｄ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。
【００６３】
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４０ａ、４０ｂ、４０ｃと改質気筒４０ｄ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、改質気筒４０ｄにおける空気過剰率を０．５０以上０．９０以下（より好ましくは、０．５５以上０．８０以下）の範囲で変動制御することが好ましい。
これにより、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ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最大化を図ることができる。
【００６４】
更に、制御装置５０は、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの総行程容積（総排気量）を改質気筒４０ｄの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのストローク数を改質気筒４０ｄのストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行する。当該ストローク数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。
【００６５】
〔第４実施形態〕
上記第３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４０ｄにて改質された改質ガスＫを通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導く構成例を示した。
当該第４実施形態に係るエンジンシステム２００は、図８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４０ｄ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８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄを有する外部出力エンジン２００ｂを備えて構成されている。
【００６６】
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４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４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、第３実施形態に係るエンジンシステム１００における通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを、非改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃとし、通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃを、非改質気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃとする。
更に、当該第４実施形態に係るエンジンシステム２００では、改質気筒４０ｄ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２０に戻さない構成、即ち、非改質気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃ、及びそれらが連結される非改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃには、改質ガスＫが導かれない構成とする。
更に、当該第４実施形態に係るエンジンシステム２００では、第２燃料供給部にて供給される燃料Ｆは、非改質気筒４０ｄ、４０ｂ，４０ｃに加え、改質気筒４０ｄへも導く構成とする。
更に、当該第４実施形態に係るエンジンシステム２００では、第２燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁１３を介して供給される燃料Ｆは、非改質気筒４０ｄ、４０ｂ、４０ｃに加え、改質気筒４０ｄへも導く構成とする。
当該第４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３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しており、同一の制御を実行する。以下、上記第３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。
【００６７】
外部出力エンジン２００ｂは、図８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。
【００６８】
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が設けられている。
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１５、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。
【００６９】
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７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ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７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの上流側には、改質エンジン２００ａの改質気筒４０ｄ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７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄ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。
【００７０】
以上の如く構成されたエンジンシステム２００にあっては、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燃料供給部による燃料供給量を調整して改質気筒４０ｄ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制御装置５０を備える。即ち、当該第４実施形態においては、上記第３実施形態にて説明した燃料比が０．０に維持された状態で、改質ガス運転が実行されると共に、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの総行程容積（総排気量）を改質気筒４０ｄの総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄのストローク数を改質気筒４０ｄのストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上で変動制御するストローク数比制御を実行する。
尚、当該ストローク数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。
【００７１】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態１、３において、空気過剰率変動制御及び燃料比低下制御を実行せず、ストローク数比制御を実行する構成であっても、運転状態によっては、通常気筒と改質気筒との体積の均衡を保つことができ、ポンプ損失を低減できる。
【００７２】
（２）上記第１〜４実施形態において、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総行程容積が、すべての改質気筒の行程容積の和である総行程容積より大きい構成であれば、通常気筒の数は、１つ以上であればいくつであっても構わないし、改質気筒の数も、１つ以上であればいくつであっても、本発明の機能を良好に発揮できる。
ただし、第２、４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は、改質ガスＫの生成用のエンジンであるので、改質気筒４０ｄの数は、多いほうが好ましい。ただし、改質エンジン２００ａは、その軸出力を取り出して発電等に用いる構成としても良い。
また、第４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を改質気筒のみの構成としても構わない。当該構成を採用する場合、改質気筒４０ｄへ新気を供給する改質気筒用給気支管２０ｄには、ベンチュリー式のミキサ１６、当該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、当該第１燃料供給路２９において燃料Ｆの流量を制御する第１燃料流量制御弁１５の何れも、設ける必要がない。
改質気筒には、第２燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁１３が適切に働くことにより、燃料が供給され、改質ガスＫが生成されることになる。即ち、第２燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第２燃料流量制御弁１３が、第１燃料供給部として機能する。
また、当該構成を採用する場合には、エンジン２００ａからの改質ガスＫはすべて外部出力エンジン２００ｂへ導かれるため、過給機３０は設けない構成が採用される。
【００７３】
（３）上記第３実施形態は、改質気筒４０ｄの排気ポートに接続される改質ガス通流路２８は、給気本管２０に接続される構成を有すると共に、改質ガスＫを、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみに導く例を示した。
しかしながら、例えば、改質ガス通流路２８は、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃと改質気筒４０ｄとの双方に新気を供給する通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの夫々に接続される構成を採用しても構わない。
また、例えば、改質ガス通流路２８は、改質気筒４０ｄの排気ポートと、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃに新気を供給する通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの１つ以上に接続される構成を採用しても構わない。
【００７４】
（４）上記第１〜４実施形態では、エンジンシステム１００、２００が過給機３０を備える例を示したが、別に、当該過給機３０を備えない構成であっても、本発明の目的は良好に達成される。
尚、上述の如く、過給機３０を設けない構成にあっては、改質気筒用給気支管２０ｄは、過給圧まで昇圧されていないため、第１燃料供給部としてミキサ１６に供給される燃料Ｆの圧力を昇圧する必要がなく、昇圧のための圧縮機等を備えない簡易でコンパクトな構成にすることができる。ちなみに、この場合、ミキサ１６から改質気筒用給気支管２０ｄへ供給される燃料Ｆの圧力は、通常の給気圧力に設定される。
更に、上記第１〜４実施形態では、過給機３０として、ターボ式のものを備える例を示したが、スーパーチャージャ式のものとしても構わない。
また、上記第１〜４実施形態では、過給機３０として、単一のコンプレッサ３１と単一のタービン３２とを備える、所謂、一段過給の例を示したが、別に、二段以上の多段過給としても構わない。
【００７５】
（５）上記第２、４実施形態においては、単一の改質エンジン２００ａと単一の外部出力エンジン２００ｂとを備える構成例を示したが、改質エンジン２００ａを複数備える構成や、外部出力エンジン２００ｂを複数備える構成を採用することもできる。
【００７６】
（６）上記第２、４実施形態において、制御装置５０は、単一の制御装置として示しているが、改質エンジン２００ａ用の制御装置と、外部出力エンジン２００ｂの制御装置とを、各別に備えることも可能である。
【００７７】
（７）上記第２実施形態においては、改質ガス通流路２８が、給気本管７０に接続される構成例を示した。しかしながら、当該改質ガス通流路２８は、給気支管７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄの少なくとも１つ以上に接続される構成、即ち、通常気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの少なくとも１つ以上に改質ガスＫが導かれる構成を採用しても構わない。
【００７８】
（８）上記第１〜４実施形態にあっては、エンジンの回転軸のトルクを直接測定する構成例を示したが、当該構成に替えて、例えば、スロットル開度やブースト圧などから回転軸のトルクを推定するトルク推定手段を備える構成を採用しても構わない。
【００７９】
（９）上記第１〜４実施形態にあっては、燃料Ｆは、都市ガス１３Ａとしたが、本発明の本質的意味からは、ガス燃料に限らずガソリン等の液体燃料であっても構わない。
【００８０】
（１０）上記実施形態において、制御装置５０は、改質ガスＫが導かれるすべての通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの総行程容積を改質気筒４０ｄの総行程容積で除算した行程容積比が大きいほど、ストローク数比制御におけるストローク数比を大きく制御するように構成しても構わない。
図示は省略するが、例えば、通常気筒用給気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの夫々に、開閉弁（図示せず）を備え、当該開閉弁の開閉状態を要求出力等に基づいて切り換えることで、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの総行程容積を切り換える形態で、行程容積比を変更可能な構成において、行程容積比が大きいほど、ストローク数比制御におけるストローク数比を大きく制御しても構わない。
また、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの気筒数は、３より多く構成して上述の開閉弁の開閉制御により実質的な気筒数を制御しても構わない。
【００８１】
尚、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄの気筒容積は、同一であっても構わないし、異なっていても本発明の機能を良好に発揮する。
【００８２】
（１１）上記実施形態では、制御装置５０を備えて、ストローク数比制御を実行する構成を示した。
例えば、上記実施形態において、制御装置５０を備えず、改質ガスが導かれるすべての通常気筒の総行程容積を改質気筒の総行程容積で除算した行程容積比に基づいて、予め、通常気筒のストローク数を改質気筒のストローク数で除算した値であるストローク数比を１以上とした構成を採用しても構わない。
【００８３】
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】
【００８４】
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構成において、通常気筒又は改質気筒の行程容積に基づく燃料供給量や燃焼用空気の供給量の制約を満たしながらも、エンジンシステムの更なる効率向上及びトルク上限の拡大（出力上限の拡大）を図り得るエンジンシステムとして、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１１      ：第１燃料供給路
１２      ：差圧レギュレータ
１３      ：第１燃料流量制御弁
１３Ａ    ：都市ガス
１４      ：ミキサ
１５      ：第２燃料流量制御弁
１６      ：ミキサ
２０      ：給気本管
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ：通常気筒
４０ｄ    ：改質気筒
５０      ：制御装置
８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄ：通常気筒
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、Ａ１  ：燃焼用空気
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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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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