(57)【要約】【課題】エンジンの大幅な改造なしに簡易な構成で、着火時期を制御できる予混合圧縮着火エンジンシステムおよびその制御方法を提供する。【解決手段】燃料Ｇと空気ａとを予め混合した混合気Ｍを燃焼室１ａ内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステム１００であって、燃料Ｇのメタン価を触媒によって変動可能な触媒部２と、エンジン制御パラメータＺの最適指標を記憶する記憶部３１と、エンジン制御パラメータＺの最適指標からのずれに応じて、触媒部２の温度を制御してメタン価を変動させる制御部３０と、を備えた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステムであって、
前記燃料のメタン価を触媒によって変動可能な触媒部と、
エンジン制御パラメータの最適指標を記憶する記憶部と、
前記エンジン制御パラメータの前記最適指標からのずれに応じて、前記触媒部の温度を制御して前記メタン価を変動させる制御部と、を備えた予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項２】
前記触媒部が、水蒸気によって前記燃料の前記メタン価を変動可能な水蒸気改質触媒を有する請求項１に記載の予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項３】
前記水蒸気改質触媒が、担体である金属酸化物に金属あるいは貴金属を担持させたものである請求項２に記載の予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項４】
前記エンジン制御パラメータが、燃焼質量割合５０％位置、筒内圧力最大値、排気ガス温度および排ガス組成の少なくとも何れか一つである請求項１〜３の何れか一項に記載の予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項５】
前記制御部は、前記燃焼質量割合５０％位置が、上死点後１０〜１２度となるように前記メタン価を変動させる請求項４に記載の予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項６】
前記制御部は、エンジン運転時において、前記エンジン制御パラメータをモニタリングしつつ、前記触媒部の温度を制御するように構成してある請求項１〜５の何れか一項に記載の予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項７】
前記制御部は、エンジン立ち上げ時において、前記触媒部の温度を最高温度に設定し、その後、エンジン出力増加とともに前記触媒部の温度を下げるように制御する請求項１〜６の何れか一項に記載の予混合圧縮着火エンジンシステム。
【請求項８】
燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステムの制御方法であって、
当該予混合圧縮着火エンジンシステムが、前記燃料のメタン価を触媒によって変動可能な触媒部と、エンジン制御パラメータの最適指標を記憶する記憶部と、を備えた状態で、
前記エンジン制御パラメータの前記最適指標からのずれに応じて、前記触媒部の温度を制御して前記メタン価を変動させる、予混合圧縮着火エンジンシステムの制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステムおよびその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
低公害且つ高効率を実現し得るエンジンとして、空気と燃料とを予め混合した予混合気を燃焼室に導入し、その予混合気をピストンの断熱圧縮により自己着火させて燃焼させる所謂予混合圧縮着火（ＨＣＣＩ：Homogeneous  Charge  Compression  Ignition）燃焼を行う予混合圧縮着火エンジンが知られている（例えば特許文献１参照）。
かかる予混合圧縮着火エンジンは、圧縮比を増加させて効率の向上が可能であると共に、燃料を希薄状態で燃焼させ低ＮＯｘ化が可能となり、特に、高圧噴射が困難でディーゼルエンジン用燃料としては不向きな天然ガス系都市ガス等の気体燃料を用いても、容易に予混合気を圧縮着火させて燃焼させることができるというメリットを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−２２４８０６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ＨＣＣＩ燃焼はピストン圧縮や吸気温度を上昇させることにより、燃料固有の着火温度まで混合気温度を高め、希薄混合気をバルク燃焼させる。そのため、吸気温度、冷却水温度などの影響により着火時期が変動し、最適な位置での着火ができず、効率の低下が生じる虞があった。また、燃料組成の違いによってメタン価が変動することによっても着火時期が変動する。
【０００５】
燃料である天然ガスは、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）などの炭化水素と、炭酸ガス（ＣＯ２）と、窒素ガス（Ｎ２）と、場合によって硫化水素（Ｈ２Ｓ）等が主な構成成分である。例えば天然ガスのメタン価は、生産地に応じて通常は７０から９０の間である。このように燃料組成の違いによってメタン価が変動することで着火時期が大きく変動すると、失火やノッキングなどの異常燃焼を引き起こし、運転を維持することすら困難となるという問題点があった。
【０００６】
そのため、可変圧縮機構や可変バルブタイミング機構による着火時期の制御などが考えられているが、エンジン改造などが必要となり、既存のエンジンに適応することは困難である。
【０００７】
従って、本発明の目的は、エンジンの大幅な改造なしに簡易な構成で、着火時期を制御できる予混合圧縮着火エンジンシステムおよびその制御方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するための本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムは、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステムであって、その特徴構成は、前記燃料のメタン価を触媒によって変動可能な触媒部と、エンジン制御パラメータの最適指標を記憶する記憶部と、前記エンジン制御パラメータの前記最適指標からのずれに応じて、前記触媒部の温度を制御して前記メタン価を変動させる制御部と、を備えた点にある。
【０００９】
本構成によれば、燃料のメタン価を触媒によって変動可能な触媒部を設け、さらに触媒部の温度を制御してメタン価を変動させる制御部を設けることで、制御部によって、記憶部に記憶されたエンジン制御パラメータの最適指標に対するエンジン制御パラメータ（計測値）のずれに応じて、触媒部の温度を制御するだけで燃料のメタン価を所望のメタン価に調節することができる。
【００１０】
これにより、例えば燃料組成の違いによって燃料のメタン価が変動した場合であっても、触媒温度を制御することによってメタン価を適切に変動させて、エンジンの着火時期を制御することができる。即ち、触媒温度によってメタン価を制御することにより、ＨＣＣＩ燃焼の着火時期をアクティブに制御し、運転範囲を広げつつ、最適な着火時期を維持することで高効率運転を実現することができる。
【００１１】
従って、可変圧縮機構や可変バルブタイミング機構による着火時期の制御など、大幅なエンジン改造などが不要となり、既存のエンジンに簡易な構成で適応することができる。
【００１２】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記触媒部が、水蒸気によって前記燃料の前記メタン価を変動可能な水蒸気改質触媒を有する点にある。
【００１３】
本構成によれば、水蒸気改質触媒を使用して燃料のメタン価を所望のメタン価に調節することができるため、メタン価の調節を容易に行うことができる。
【００１４】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記水蒸気改質触媒が、担体である金属酸化物に金属あるいは貴金属を担持させたものとした点にある。
【００１５】
本構成によれば、水蒸気改質触媒を、担体として、ジルコニア、アルミナ、チタニア等種々の金属酸化物（無機酸化物）を使用することができ、触媒金属成分として、ニッケル、鉄、コバルト、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウムなどの金属あるいは貴金属を担持させたものを使用することができる。そのため、水蒸気改質触媒を汎用的に使用されている触媒とすることができる。
【００１６】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記エンジン制御パラメータが、燃焼質量割合５０％位置、筒内圧力最大値、排気ガス温度および排ガス組成の少なくとも何れか一つとした点にある。
【００１７】
本構成によれば、エンジン制御パラメータとして、エンジンの燃焼状態を把握できるパラメータを使用することができる。
【００１８】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記制御部は、前記燃焼質量割合５０％位置が、上死点後１０〜１２度となるように前記メタン価を変動させる点にある。
【００１９】
本構成によれば、燃焼質量割合５０％位置（５０％の燃料の燃焼が完了した時期におけるクランク角）の最適値を基準としてメタン価を制御することができる。
【００２０】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記制御部は、エンジン運転時において、前記エンジン制御パラメータをモニタリングしつつ、前記触媒部の温度を制御するように構成した点にある。
【００２１】
本構成によれば、エンジン制御パラメータを随時モニタリングしつつ触媒部の温度を制御することができるため、リアルタイムでメタン価を変動させて着火時期を制御することができる。
【００２２】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの更なる特徴構成は、前記制御部は、エンジン立ち上げ時において、前記触媒部の温度を最高温度に設定し、その後、エンジン出力増加とともに前記触媒部の温度を下げるように制御する点にある。
【００２３】
本構成によれば、エンジン出力の増加とともに触媒部の温度を下げながら、できるだけ効率のよいＨＣＣＩ燃焼を維持しつつ、負荷投入を行うことができる。さらに、定格負荷に向けて触媒部の温度を低下させることにより、最適なメタン価でエンジンの運転を維持することができる。
【００２４】
本発明に係る予混合圧縮着火エンジンシステムの制御方法の特徴構成は、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステムの制御方法であって、当該予混合圧縮着火エンジンシステムが、前記燃料のメタン価を触媒によって変動可能な触媒部と、エンジン制御パラメータの最適指標を記憶する記憶部と、を備えた状態で、前記エンジン制御パラメータの最適指標からのずれに応じて、前記触媒部の温度を制御して前記メタン価を変動させる点にある。
【００２５】
本構成によれば、記憶部に記憶されたエンジン制御パラメータの最適指標に対するエンジン制御パラメータ（計測値）のずれに応じて、触媒部の温度を制御するだけで燃料のメタン価を所望のメタン価に調節することができる。
【００２６】
これにより、例えば燃料組成の違いによって燃料のメタン価が変動した場合であっても触媒温度を制御することによってメタン価を適切に変動させて、エンジンの着火時期を制御することができる。即ち、触媒温度によってメタン価を制御することにより、ＨＣＣＩ燃焼の着火時期をアクティブに制御し、運転範囲を広げつつ、最適な着火時期を維持することで高効率運転を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の予混合圧縮着火エンジンシステムを示す概略図である。
【図２】メタン価の変動によりノッキング限界および失火限界がどのように変化するかを示す概略図である。
【図３】各燃料ガスＡ〜Ｅの改質前後の構成成分およびメタン価を示した図である。
【図４】各燃料ガスＡ〜Ｅの改質前後のメタン価の変動を示したグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。尚、以下に好適な実施形態を記すが、これら実施形態はそれぞれ、本発明をより具体的に例示するために記載されたものであって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々変更が可能であり、本発明は、以下の記載に限定されるものではない。
【００２９】
図１に示したように、本実施形態に係る予混合圧縮着火エンジンシステム１００は、燃料Ｇと空気ａとを予め混合した混合気Ｍを燃焼室１ａ内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステム１００であって、燃料Ｇのメタン価を触媒によって変動可能な触媒部２と、エンジン制御パラメータＺの最適指標を記憶する記憶部３１と、エンジン制御パラメータＺの最適指標からのずれに応じて、触媒部２の温度を制御してメタン価を変動させる制御部３０と、を備える。
【００３０】
また、本実施形態に係る予混合圧縮着火エンジンシステム１００の制御方法は、予混合圧縮着火エンジンシステム１００が、燃料Ｇのメタン価を触媒によって変動可能な触媒部２と、エンジン制御パラメータＺの最適指標を記憶する記憶部３１と、を備えた状態で、エンジン制御パラメータＺの最適指標からのずれに応じて、触媒部２の温度を制御して前記メタン価を変動させる。
【００３１】
図１に示す予混合圧縮着火エンジンシステム１００（以下、単に「エンジンシステム１００」と呼ぶ）は、燃料Ｇと燃焼用空気ａとの予混合気Ｍを燃焼室１ａにおいて圧縮して自着火燃焼させるＨＣＣＩ燃焼を行って出力軸１ｂから回転動力を出力するエンジン本体１を備えており、この出力軸１ｂからの回転動力は発電機５０の発電動力として利用されている。
【００３２】
エンジン本体１は、図示は省略するがシリンダの内面とピストンの頂面とで規定される燃焼室１ａを備え、この燃焼室１ａには吸気路３と排気路４との夫々が吸気弁又は排気弁を介して接続されており、このような構成は通常のレシプロ式エンジンと変わるところがない。
【００３３】
吸気路３を流通する燃焼用空気ａは、吸気路３に設けられたミキサ７において天然ガス系都市ガスの燃料Ｇが混合されて予混合気Ｍとなり、その予混合気Ｍが燃焼室１ａに吸気される。燃焼室１ａに吸気された予混合気Ｍは、ピストンの上昇により圧縮されて発火点まで昇温することで自己着火し燃焼する。
【００３４】
燃料である天然ガスは、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）などの炭化水素と、炭酸ガス（ＣＯ２）と、窒素ガス（Ｎ２）と、場合によって硫化水素（Ｈ２Ｓ）等が主な構成成分である。天然ガスのメタン価は、生産地に応じて異なる（例えば７０から９０の間）ことが知られている。燃料組成の違いによってメタン価が変動することで着火時期が大きく変動すると、失火やノッキングなどの異常燃焼を引き起こし、運転を維持することが困難となる虞がある。なお、吸気温度や冷却水温度などの影響により、着火時期が変動する場合もある。
【００３５】
本構成では、燃料Ｇのメタン価を触媒によって変動可能な触媒部２が設けてある。触媒部２は、例えば後述する燃料制御弁６の上流側に設けることが可能である。このように燃料Ｇのメタン価を触媒によって変動可能な触媒部２を設け、さらに触媒部２の温度を制御してメタン価を変動させる制御部３０を設けることで、制御部３０によって、記憶部３１に記憶されたエンジン制御パラメータＺの最適指標に対するエンジン制御パラメータＺ（計測値）のずれに応じて、触媒部２の温度を制御するだけで燃料Ｇのメタン価を所望のメタン価に調節することができる。
【００３６】
触媒部２の温度は、例えば７００〜１２００Ｋ、好ましくは７２３．１５〜１１２３．１５Ｋ（４５０〜８５０℃）の範囲で変更するのがよい。
【００３７】
従って、本実施形態に係る予混合圧縮着火エンジンシステム１００であれば、例えば燃料組成の違いによって燃料Ｇのメタン価が変動した場合であっても、触媒温度を制御することによってメタン価を適切に変動させて、エンジンの着火時期を制御することができる。即ち、触媒温度によってメタン価を制御することにより、ＨＣＣＩ燃焼の着火時期をアクティブに制御し、運転範囲を広げつつ、最適な着火時期を維持することで高効率運転を実現することができる。
【００３８】
これは、図２に示したように、例えば触媒温度を下げてメタン価を上げることにより、ノッキング限界の範囲は広がり、触媒温度を上げてメタン価を下げることにより、失火限界を広げることができる。そのため、本発明の予混合圧縮着火エンジンシステム１００であれば、エンジンの運転限界を向上させることができる。
【００３９】
当該触媒部２は、水蒸気によって燃料Ｇのメタン価を変動可能な水蒸気改質触媒を有する。当該水蒸気改質触媒は、担体である金属酸化物に金属あるいは貴金属を担持させたものとするのがよい。具体的には、担体として、ジルコニア、アルミナ、チタニア等種々の金属酸化物（無機酸化物）を使用することができ、触媒金属成分として、ニッケル、鉄、コバルト、白金、ロジウム、ルテニウム、パラジウムなどの金属あるいは貴金属を担持させたものを使用することができる。これらのうち、担体としてのアルミナにニッケルを担持させた水蒸気改質触媒を使用するのが好ましい。
【００４０】
水蒸気によるメタンの改質は、以下の反応によって行われる。
【００４１】
【化１】
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【００４２】
ここで、触媒部２において、例えば産地の異なる５種類の燃料ガスＡ〜Ｅについて（図３参照）、水蒸気改質を行う場合について説明する。触媒部２における水蒸気改質触媒は、担体としてのアルミナにニッケルを担持させたものを使用する。
【００４３】
各燃料ガスＡ〜Ｅの成分は、メタン（ＣＨ４）、エタン（Ｃ２Ｈ６）、プロパン（Ｃ３Ｈ８）、ブタン（Ｃ４Ｈ１０）などの炭化水素が主な構成成分である。触媒部２における各燃料ガスＡ〜Ｅの改質前後の構成成分およびメタン価を図３に示す。触媒部２の温度は７２３Ｋとする。
【００４４】
各燃料ガスＡ〜Ｅの改質前のメタン価は、それぞれ６９．３、８２．５、８６．２、９０．８、７２．２であり、約７０〜９０の間でばらついている。一方、各燃料ガスＡ〜Ｅの改質後のメタン価は、９４．３、９５、９４．７、９３、９４．６であり、概ね９５前後に平準化される（図３，４）。
【００４５】
また、各燃料ガスＡ〜Ｅの改質前の炭化水素の成分としてメタン以外に、エタン、プロパン、ブタンなどが含まれていたが、各燃料ガスＡ〜Ｅの改質後の炭化水素の成分はメタンのみとなっており、メタン以外の他の炭化水素がメタンに改質される。
【００４６】
また、各燃料ガスＡ〜Ｅの改質前の低位発熱量（Lower calorific value）は、約３５〜４０ＭＪ/ｍ３．Ｎ程度であったのに対して、各燃料ガスＡ〜Ｅの改質後の低位発熱量は、約３０〜３２ＭＪ/ｍ３．Ｎ程度となる。
【００４７】
さらに、触媒部２の温度を９２３Ｋおよび１１２３Ｋとした場合のメタン価の結果を図４に示す。この結果、触媒部２の温度が９２３Ｋの場合はメタン価が約８２〜８３に平準化され、触媒部２の温度が１１２３Ｋの場合はメタン価が約７１〜７２に平準化される。即ち、改質温度が高いほどメタンの改質反応が進行し、これによりメタンの濃度が低下し、Ｈ２およびＣＯ濃度が上昇する（メタン価の低下）。一方で、改質温度が高いほどメタン価が上昇する。また、改質温度によらず、各燃料ガスＡ〜Ｅのメタン価の差異は大幅に縮小する。
【００４８】
エンジンシステム１００には、コンピュータからなるエンジン・コントロール・ユニット（以下、ＥＣＵと呼ぶ）３０（制御部３０の一例）と、メモリなどからなる記憶部３１とが設けてある。ＥＣＵ３０は、エンジン制御パラメータＺの最適指標からのずれに応じて、触媒部２の温度を制御してメタン価を変動させる制御を行うことができるように構成してある。
【００４９】
また、ＥＣＵ３０は、記憶部３１にアクセスして当該記憶部３１に予め記憶されている各種情報を取得可能、且つ、後述する吸気温度制御や点火時期制御などの各種制御を実行可能に構成してある。
【００５０】
本構成では、記憶部３１においてエンジン制御パラメータＺの最適指標を記憶してある。当該エンジン制御パラメータＺは、本実施形態では、燃焼質量割合５０％位置、筒内圧力最大値、排気ガス温度および排ガス組成の少なくとも何れか一つを備えるのがよいが、これらに限定されるものではない。
【００５１】
ミキサ７への燃料Ｇの供給量を調整する燃料制御弁６が設けられており、当該燃料制御弁６は、ＥＣＵ３０によりその開度が制御される。即ち、ＥＣＵ３０は、排気路４に設けられ、排ガスの酸素濃度を検出可能な酸素センサ１６の検出結果に基づいて燃料制御弁６の開度を制御して、燃焼室１ａに吸気される予混合気Ｍの空燃比を設定する。本実施形態のエンジンシステム１００では、予混合気Ｍを圧縮自着火させるため、その空燃比は火炎伝播下限以下の希薄状態の空燃比に設定される。
【００５２】
エンジン本体１には、出力検出器１ｃが設けられており、この出力検出器１ｃは、出力軸１ｂから出力される回転動力の回転速度やトルクを検出しＥＣＵ３０に検出結果を出力する各種センサを備える。
【００５３】
吸気路３には、電動式のスロットルバルブ８が設けられており、当該スロットルバルブ８は、ＥＣＵ３０によりその開度が制御される。即ち、ＥＣＵ３０は、出力検出器１ｃで検出される回転速度とトルクとを参照しながらスロットルバルブ８の開度を制御して、回転速度とトルクとの積である出力軸１ｂからの出力を定格出力などの所定の出力に設定する。
【００５４】
エンジン本体１には、筒内圧センサ１０が設けられており、この筒内圧センサ１０は、燃焼室１ａの圧力である筒内圧をクランク角の変化にあわせて検出してＥＣＵ３０に出力する。このように検出された筒内圧の変化状況は、燃焼室１ａにおける燃焼状態としての熱発生率や燃焼質量割合の変化状況を示すものとなり、この変化状況から、燃焼質量割合５０％位置（５０％の燃料Ｇの燃焼が完了した時期におけるクランク角）や熱発生率の重心時期又は最大熱発生時期などの燃焼時期に関する状況を検出することができる。
【００５５】
ＥＣＵ３０は、エンジン運転時において、エンジン制御パラメータＺをモニタリングしつつ、触媒部２の温度を制御するように構成してある。このようにして触媒部２の温度を制御してメタン価を変動させるタイミングは、任意の期間を設定することが可能であり、例えば、当該期間を１日サイクルとすることが可能である。
【００５６】
本実施形態のエンジンシステム１００では、燃焼室１ａにおいて安定して予混合気Ｍが燃焼していると考えられる場合の燃焼時期の適正範囲である適正燃焼時期範囲は、燃焼質量割合５０％時期を燃焼時期とすると上死点後１０〜１２度の範囲が最適であるとされている。即ち、記憶部３１においてエンジン制御パラメータＺの１つである燃焼質量割合５０％位置が、上死点後１０〜１２度であるとの情報が記憶されており、燃焼質量割合５０％位置をモニタリング手段（図外）によってモニタリングする。このとき、メタン価を増加させると燃焼時期が進角側にずれる、或いは、メタン価を減少させると燃焼時期が遅角側にずれるため、計測した筒内圧から熱力学的な計算をすることにより求めた燃焼質量割合５０％位置の最適指標からのずれに応じて、ＥＣＵ３０によって、当該燃焼質量割合５０％位置が上死点後１０〜１２度の範囲となるように触媒部２の温度を制御して燃料Ｇのメタン価を制御する。
【００５７】
また、記憶部３１においてエンジン制御パラメータＺの１つである筒内圧力最大値が記憶されており、筒内圧センサ１０によって測定された筒内圧をモニタリング手段によってモニタリングする。このとき、メタン価を増加させると筒内圧力が上昇する、或いは、メタン価を減少させると筒内圧力が低下するため、筒内圧力最大値（計測値）の最適指標からのずれに応じて、ＥＣＵ３０によって、筒内圧力最大値の範囲内となるように触媒部２の温度を制御して燃料Ｇのメタン価を制御する。
【００５８】
また、記憶部３１においてエンジン制御パラメータＺの１つである排気ガス温度が記憶されており、排ガス温度センサ１７によって測定された排ガス温度をモニタリング手段によってモニタリングする。このとき、メタン価を増加させると排ガス温度が上昇する、或いは、メタン価を減少させると排ガス温度が低下するため、排ガス温度（計測値）の最適指標からのずれに応じて、ＥＣＵ３０によって、排ガス温度の最適範囲内となるように触媒部２の温度を制御して燃料Ｇのメタン価を制御する。
【００５９】
さらに、記憶部３１においてエンジン制御パラメータＺの１つである排ガス組成（排ガス成分濃度）が記憶されており、排ガス組成検出部１８によって測定された排ガス組成をモニタリング手段によってモニタリングする。このとき、メタン価を増加させると排ガス組成におけるＮＯｘが上昇する、或いは、メタン価を減少させると排ガス組成における未燃メタンやＣＯが増加するため、排ガス組成の各成分（計測値）の最適指標（最適濃度）からのずれに応じて、ＥＣＵ３０によって、排ガス組成の最適範囲（最適濃度）内となるように触媒部２の温度を制御して燃料Ｇのメタン価を制御する。
尚、排ガス組成検出部１８は、ＮＯｘやメタン等の可燃性ガス、ＣＯ等を検出できる公知のセンサを使用することができる。
【００６０】
このように、触媒部２の温度を制御して燃料Ｇのメタン価を変動させることにより、ＨＣＣＩ燃焼の着火時期を制御し、図２に示したように、エンジンの運転限界を向上させて、最適な着火時期を維持することで高効率運転を実現することができる。
【００６１】
更に、エンジン本体１には、エンジン本体１の暖機状態を検出するための検出手段として、エンジンオイルの温度を検出する温度センサ１５が設けられている。即ち、ＥＣＵ３０は、この温度センサ１５で検出されるエンジンオイルの温度が所定温度（例えば８０℃の）よりも低い場合には、エンジン本体１が冷態状態であると判断し、逆に、エンジンオイルの温度が所定温度以上の場合には、エンジン本体１が温態状態であると判断する形態で、エンジン本体１の暖機状態を検出する。
【００６２】
吸気路３には、加熱器２０が設けてあり、この加熱器２０は、シリンダ等を冷却して高温となった冷却水との熱交換により、吸気路３を流通する予混合気Ｍを加熱する。更に、この加熱器２０を流通する冷却水の流量を調整する冷却水制御弁２１が設けてあり、この冷却水制御弁２１の開度を調整することで、吸気路３を流通する予混合気Ｍに対する加熱器２０による加熱量が調整できる。
【００６３】
エンジン本体１には、燃焼室１ａにおいて火花を発生可能な点火プラグ１１が設けてあり、この点火プラグ１１により燃焼室１ａにて圧縮された希薄状態の予混合気Ｍ中で火花が発生され、火花点火燃焼により、スムーズに始動することができる。
【００６４】
また、ＥＣＵ３０は、吸気路３の燃焼室１ａ近傍に設けられた温度センサ９の検出結果に基づいて冷却水制御弁２１の開度を制御し加熱器２０による加熱量を制御することで、吸気温度を後述する所定の設定吸気温度に設定する吸気温度制御を実行可能に構成してある。
【００６５】
ＥＣＵ３０は、エンジン立ち上げ時において、触媒部２の温度を最高温度に設定し、その後、エンジン出力増加とともに触媒部２の温度を下げるように制御するとよい。
【００６６】
例えば、触媒部２の水蒸気改質触媒を担体としてのアルミナにニッケルを担持させたものとした場合、触媒部２の温度を例えば１１２３．１５Ｋに設定し、エンジン出力増加とともに触媒部２の温度を下げるように制御するとよい。これにより、エンジン出力の増加とともに、触媒部２の温度を下げながらできるだけ効率のよいＨＣＣＩ燃焼を維持しながら負荷投入を行うことができる。さらに、定格負荷に向けて触媒部２の温度を低下させることにより、最適なメタン価でエンジンの運転を維持することができる。
【００６７】
以上より、本発明の予混合圧縮着火エンジンシステム１００であれば、可変圧縮機構や可変バルブタイミング機構による着火時期の制御など、大幅なエンジン改造などが不要となり、既存のエンジンに簡易な構成で適応することができる。
【産業上の利用可能性】
【００６８】
本発明は、燃料と空気とを予め混合した混合気を燃焼室内で圧縮自着火させて燃焼する予混合圧縮着火エンジンシステムおよびその制御方法に利用できる。
【符号の説明】
【００６９】
１００      予混合圧縮着火エンジンシステム
ａ          空気
Ｇ          燃料
Ｍ          混合気
Ｚ          エンジン制御パラメータ
１ａ        燃焼室
２          触媒部
３０        制御部
３１        記憶部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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