(57)【要約】【課題】燃料改質装置および出力気筒を備えた内燃機関に対し、燃料改質装置と出力気筒との間の改質燃料供給経路内の残留改質燃料を適切に処理する。【解決手段】エンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作によってＥＣＵ１００が機関停止指令を受けた際、インジェクタ２５から燃料改質室への燃料供給を停止する一方、インジェクタ３５から燃焼室への燃料供給を継続し、この状態で、通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定する。そして、この推定量が所定量に達した時点、または、零になった時点で、インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を停止して内燃機関１を停止させる。これにより、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことを抑制できる。また、内燃機関１の次回の始動初期時における燃焼室３３内でのガス組成が適正な状態から大きく乖離してしまうことを抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項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改質燃料供給経路を経て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、
機関停止指令を受けた際または機関停止後において、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が所定量以下になるまで、この改質燃料供給経路から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行する改質燃料処理部を備えていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項２】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記改質燃料処理動作は、前記機関停止指令を受けた際、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を、前記出力気筒に導入して当該出力気筒内で燃焼させることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項３】
請求項１記載の内燃機関の制御装置において、
前記改質燃料供給経路内の改質燃料を、前記出力気筒をバイパスして流す排出経路を備えていると共に当該排出経路には酸化触媒が備えられている一方、警報を発する警報手段が備えられており、
前記改質燃料処理動作は、前記機関停止後、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を前記排出経路に導入し、そのガス温度が所定温度以上である場合には前記酸化触媒によって改質燃料を酸化・無害化した後、大気中に排出すると共に、前記警報手段による警報を行うことを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項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、
前記改質燃料供給経路内における改質燃料成分の濃度、または、前記改質燃料供給経路内の温度と圧力とに基づいて、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する残量推定部を備えており、
前記改質燃料処理部は、前記残量推定部で推定された改質燃料の残量が所定量以下になるまで、前記改質燃料処理動作を実行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。
【請求項５】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料改質運転が開始されてからの前記燃料改質装置での改質燃料の生成量の積算値から、前記出力気筒での改質燃料の燃焼量の積算値を減算することで、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する残量推定部を備えており、
前記改質燃料処理部は、前記残量推定部で推定された改質燃料の残量が所定量以下になるまで、前記改質燃料処理動作を実行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。
【請求項６】
請求項１または２記載の内燃機関の制御装置において、
前記燃料改質装置は、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロ型の燃料改質気筒で構成されており、
前記改質燃料処理部は、前記機関停止指令を受けた際、前記燃料改質気筒内への燃料供給を停止すると共に、前記出力気筒内への燃料供給を継続して当該出力気筒の駆動を継続させる前記改質燃料処理動作を行うようになっており、
前記改質燃料処理動作は、前記出力気筒の駆動を継続させるための前記出力気筒内への燃料供給量が所定量に達するまで実行されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項７】
請求項３記載の内燃機関の制御装置において、
前記排出経路には開閉可能な開閉弁が備えられており、この開閉弁は、前記燃料改質運転では閉鎖され、前記改質燃料処理動作では開放されることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項８】
請求項３または７記載の内燃機関の制御装置において、
前記排出経路には、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を、前記出力気筒をバイパスさせ、前記酸化触媒を経て大気中に強制排出するための排出手段が備えられていることを特徴とする内燃機関の制御装置。
【請求項９】
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改質燃料供給経路を経て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、
機関停止指令を受けた際または機関停止後において、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が所定量以下になるまで、この改質燃料供給経路から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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。
【０００３】
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。
【０００４】
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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１４−１３６９７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、この種の内燃機関の運転を停止させる際、これまでは、燃料改質気筒での改質燃料の生成と、出力気筒の駆動とを同時に停止させることになる。つまり、燃料改質気筒内への燃料（改質燃料生成用の燃料）の供給と、出力気筒内への燃料（前記ディーゼルマイクロパイロット着火のための燃料）の供給とを同時に停止させる。
【０００７】
しかしながら、このようにして内燃機関の運転を停止させた場合、その停止後に、燃料改質気筒と出力気筒との間の改質燃料供給経路内に改質燃料が残留することになる。
【０００８】
これまで、この改質燃料供給経路内に残留する改質燃料（以下、残留改質燃料という）の処理については特に考慮されていない。このため、意図しないタイミングで残留改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことがある。また、残留改質燃料の影響により、次回の始動初期時における出力気筒内でのガス組成が適正な状態から大きく乖離してしまうことがある。システムの信頼性を高めるためには、この残留改質燃料を適切に処理できるようにしておくことが望まれる。
【０００９】
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。
【００１０】
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、燃料改質装置と出力気筒との間の改質燃料供給経路内の残留改質燃料を適切に処理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。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
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改質燃料供給経路を経て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、機関停止指令を受けた際または機関停止後において、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が所定量以下になるまで、この改質燃料供給経路から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行する改質燃料処理部を備えていることを特徴とする。
【００１２】
この特定事項により、機関停止指令を受けた際または機関停止後において、改質燃料処理部は、改質燃料供給経路から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行する。この改質燃料処理動作は、改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が所定量以下になるまで行われる。これにより、改質燃料供給経路内に改質燃料が残留することがなくなる。または、改質燃料供給経路内における改質燃料の残留量が大幅に減少することになる。その結果、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことが抑制される。また、内燃機関の次回の始動初期時における出力気筒内でのガス組成が適正な状態から大きく乖離してしまうことが抑制される。
【００１３】
また、前記改質燃料処理動作としては、前記機関停止指令を受けた際、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を、前記出力気筒に導入して当該出力気筒内で燃焼させるものであることが好ましい。
【００１４】
これによれば、改質燃料供給経路内の改質燃料は出力気筒内での燃焼により処理され、改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことがなくなる。
【００１５】
また、内燃機関には、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を、前記出力気筒をバイパスして流す排出経路が備えられていると共に当該排出経路には酸化触媒が備えられている一方、警報を発する警報手段が備えられている。そして、前記改質燃料処理動作としては、前記機関停止後、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を前記排出経路に導入し、そのガス温度が所定温度以上である場合には前記酸化触媒によって改質燃料を酸化・無害化した後、大気中に排出すると共に、前記警報手段による警報を行うようにしてもよい。
【００１６】
これによれば、ガス温度が所定値以上（酸化触媒の活性温度域の下限値以上）である場合には、未燃の燃料（改質燃料）を酸化・除去することができる。また、警報手段による警報を行うことにより、作業者などに注意を喚起することができる。
【００１７】
また、内燃機関は、前記改質燃料供給経路内における改質燃料成分の濃度、または、前記改質燃料供給経路内の温度と圧力とに基づいて、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する残量推定部を備えている。そして、前記改質燃料処理部は、前記残量推定部で推定された改質燃料の残量が所定量以下になるまで、前記改質燃料処理動作を実行するよう構成されていることが好ましい。
【００１８】
これによれば、改質燃料供給経路内におけるガスの状態量をセンシングすることによって改質燃料の残量を正確に推定することができる。このため、改質燃料処理動作を実行する期間を適正に得ることができる。
【００１９】
また、内燃機関は、前記燃料改質運転が開始されてからの前記燃料改質装置での改質燃料の生成量の積算値から、前記出力気筒での改質燃料の燃焼量の積算値を減算することで、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する残量推定部を備えている。この場合、前記改質燃料処理部としては、前記残量推定部で推定された改質燃料の残量が所定量以下になるまで、前記改質燃料処理動作を実行するよう構成されていてもよい。
【００２０】
これによっても、改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を正確に推定することができ、改質燃料処理動作を実行する期間を適正に得ることができる。
【００２１】
また、前記燃料改質装置は、シリンダ内でピストンが往復動するレシプロ型の燃料改質気筒で構成されている。この場合、前記改質燃料処理部は、前記機関停止指令を受けた際、前記燃料改質気筒内への燃料供給を停止すると共に、前記出力気筒内への燃料供給を継続して当該出力気筒の駆動を継続させる前記改質燃料処理動作を行う。そして、前記改質燃料処理動作としては、前記出力気筒の駆動を継続させるための前記出力気筒内への燃料供給量が所定量に達するまで実行されるものであってもよい。
【００２２】
これによれば、改質燃料処理動作が継続され、改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が少なくなって出力気筒内へ導入されるガス中における改質燃料の濃度が低くなっていくに従い、出力気筒の駆動を継続させるために出力気筒内へ供給される燃料は増量されていくことになる。つまり、出力気筒内への燃料供給量を認識することによって、改質燃料の残量を推定することができる。従って、出力気筒内への燃料供給量が所定量に達した際には、改質燃料の残量としては内燃機関の停止を許可できる量となっており、このタイミングで内燃機関を停止させることになる。このように、出力気筒内への燃料供給量を認識することで、改質燃料処理動作の終了時期を適切に決定することができ、制御の簡素化を図ることができる。
【００２３】
また、前記排出経路には開閉可能な開閉弁が備えられており、この開閉弁は、前記燃料改質運転では閉鎖され、前記改質燃料処理動作では開放されることが好ましい。
【００２４】
これによれば、燃料改質運転時には前記開閉弁を閉鎖しておくことで、改質燃料の一部が出力気筒に供給されることなく排出されてしまうといった状況を回避でき、燃料消費率の改善を図ることができる。
【００２５】
また、前記排出経路に、前記改質燃料供給経路内の改質燃料を、前記出力気筒をバイパスさせ、前記酸化触媒を経て大気中に強制排出するための排出手段を備えさせるようにしてもよい。
【００２６】
これによれば、改質燃料供給経路内の改質燃料を短時間のうちに大気中に排出することができ、改質燃料処理動作の必要時間の短縮化を図ることができる。
【００２７】
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改質燃料供給経路を経て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、機関停止指令を受けた際または機関停止後において、前記改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が所定量以下になるまで、この改質燃料供給経路から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行することを特徴とする。
【００２８】
この制御方法によっても、前述したように、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことが抑制される。また、内燃機関の次回の始動初期時における出力気筒内でのガス組成が適正な状態から大きく乖離してしまうことが抑制される。
【発明の効果】
【００２９】
本発明では、機関停止指令を受けた際または機関停止後において、改質燃料供給経路内における改質燃料の残量が所定量以下になるまで、この改質燃料供給経路から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行するようにしている。このため、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことを抑制できる。また、内燃機関の次回の始動初期時における出力気筒内でのガス組成が適正な状態から大きく乖離してしまうことを抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】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。
【図２】内燃機関の制御系の概略構成を示す図である。
【図３】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。
【図４】第１実施形態に係る内燃機関の停止時におけるエンジン停止スイッチ信号、エンジン停止指令信号、燃料改質気筒への燃料供給量、出力気筒への燃料供給量、改質燃料の残量それぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。
【図５】第２実施形態における内燃機関の一部の概略構成を示す図である。
【図６】第２実施形態の変形例における内燃機関の一部の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
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。
【００３２】
−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。
【００３３】
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。
【００３４】
（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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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。
【００３９】
（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。
【００４０】
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。
【００４１】
（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。
【００４２】
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。
【００４３】
（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。また、ターボチャージャ１２のタービンホイール１２ｂの下流側には酸化触媒３００が配設されており、排気通路６１を流れるガスの温度が所定値以上（酸化触媒３００の活性温度域の下限値以上）である場合には、未燃の燃料を酸化・除去することができる。
【００４４】
（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。
【００４５】
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。
【００４６】
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。
【００４７】
（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。
【００４８】
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。
【００４９】
−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。
【００５０】
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。
【００５１】
図２に示すように、内燃機関１には、吸気流量センサ１０１ａ，１０１ｂ、吸入ガス圧力センサ１０２、吸入ガス温度センサ１０３、改質ガス濃度センサ１０４、改質ガス圧力センサ１０５、改質ガス温度センサ１０６、混合気圧力センサ１０７、クランクポジションセンサ１０８、排気圧力センサ１０９、水温センサ１１０等が備えられている。
【００５２】
吸気流量センサ１０１ａ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。
【００５３】
吸気流量センサ１０１ｂは、燃料改質気筒吸気通路４２を流れる吸入ガスの流量に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００５４】
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。
【００５５】
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。
【００５６】
改質ガス濃度センサ１０４は、改質燃料供給通路５１を流れる改質燃料（改質ガス）の濃度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、改質燃料供給通路５１における改質燃料冷却器５２の下流側の改質ガス濃度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００５７】
改質ガス圧力センサ１０５は、改質燃料供給通路５１を流れる改質燃料（改質ガス）の圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、改質燃料供給通路５１における改質燃料冷却器５２の下流側の改質ガス圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００５８】
改質ガス温度センサ１０６は、改質燃料供給通路５１を流れる改質燃料（改質ガス）の温度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、改質燃料供給通路５１における改質燃料冷却器５２の下流側の改質ガス温度に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００５９】
混合気圧力センサ１０７は、燃焼室３３に導入される混合気の圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。具体的には、出力気筒吸気通路４３に対する出力気筒ＥＧＲ通路７６の連通部分よりも下流側の混合気圧力に応じた出力信号をＥＣＵ１００に送信する。
【００６０】
クランクポジションセンサ１０８は、例えば電磁ピックアップで構成されており、クランクシャフト１１または図示しないフライホイールに一体回転可能に設けられた図示しないＮｅロータの回転位置に応じたパルス信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００６１】
排気圧力センサ１０９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に対する出力気筒ＥＧＲ通路７６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。
【００６２】
水温センサ１１０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。
【００６３】
また、ＥＣＵ１００には、エンジン停止スイッチ１２０および緊急停止スイッチ１２１が電気的に接続されている。エンジン停止スイッチ１２０は、通常のエンジン停止時に作業者によってＯＮ操作されるものである。このエンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作に伴ってＥＣＵ１００に機関停止指令信号が送信される。また、緊急停止スイッチ１２１は、システムに異常が生じた場合等において作業者によってＯＮ操作されるものである。この緊急停止スイッチ１２１のＯＮ操作に伴ってＥＣＵ１００に緊急停止指令信号が送信される。
【００６４】
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。更に、ＥＣＵ１００には、警報装置（本発明でいう警報手段）１３０が接続されている。この警報装置１３０は、内燃機関１が緊急停止される場合（作業者によって緊急停止スイッチ１２１がＯＮ操作された場合や、ＥＣＵ１００が自動緊急停止を実行した場合）等に、システムのオペレータ画面上に警告表示を行ったり、音声による警報を行ったりするものである。
【００６５】
ＥＣＵ１００は、前記した各種センサ１０１ａ〜１１０からの出力信号および各スイッチ１２０，１２１からの指令信号等に基づいて、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）、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、警報装置１３０による警報動作を行う。
【００６６】
−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。
【００６７】
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。
【００６８】
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。
【００６９】
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。
【００７０】
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。
【００７１】
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。
【００７２】
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。
【００７３】
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。
【００７４】
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（通常ディーゼル燃焼相当の燃焼）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。
【００７５】
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。
【００７６】
−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。
【００７７】
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。
【００７８】
−内燃機関停止制御−
次に、本実施形態の特徴である内燃機関停止制御について説明する。前述したように、内燃機関１を停止させる際、燃料改質気筒２での改質燃料の生成と、出力気筒３の駆動とを同時に停止させてしまうと、前記改質燃料供給通路５１や、出力気筒吸気通路４３におけるミキサ５３よりも下流側の空間に改質燃料が残留することになる。この場合、意図しないタイミングで残留改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことがある。また、残留改質燃料の影響により、次回の始動初期時における燃焼室３３内でのガス組成が適正な状態（例えば、当量比を１未満の値とする状態）から大きく乖離してしまうことがある。システムの信頼性を高めるためには、この残留改質燃料を適切に処理できるようにしておくことが望まれる。
【００７９】
本実施形態は、この点に鑑み、前記ＥＣＵ１００が機関停止指令を受けた際（エンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作によって機関停止指令信号を受けた際）または機関停止後（例えば、緊急停止スイッチ１２１のＯＮ操作等によって内燃機関１が緊急停止された後）において、改質燃料供給通路５１や出力気筒吸気通路４３（本発明でいう改質燃料供給経路）における改質燃料の残量が所定量以下になるまで、これら通路５１，４３から改質燃料を導出して処理する改質燃料処理動作を実行するようにしている。
【００８０】
この改質燃料処理動作は、前記ＥＣＵ１００において実行される。このため、このＥＣＵ１００において、前記改質燃料処理動作を行う機能部分が、本発明でいう改質燃料処理部となっている。
【００８１】
前記改質燃料処理動作としては、前記エンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作によってＥＣＵ１００が機関停止指令を受けた際に、改質燃料供給通路５１内や出力気筒吸気通路４３内の改質燃料を、燃焼室３３に導入して、この燃焼室３３内で燃焼させること（以下、改質燃料燃焼処理と呼ぶ）が挙げられる。
【００８２】
また、前記改質燃料処理動作としては、機関停止後（例えば内燃機関１の緊急停止後）、改質燃料供給通路５１内や出力気筒吸気通路４３内の改質燃料を、出力気筒バイパス通路８１、出力気筒ＥＧＲ通路７６および排気通路６１（これら通路が本発明でいう排出経路に相当する）を経て、前記酸化触媒３００に導入し、新気と混合の上、改質ガスを酸化除去する。また、これと同時に、前記警報装置１３０による警報動作を行うこと（以下、改質燃料排出処理と呼ぶ）も挙げられる。なお、本発明においては、酸化触媒３００は必ずしも必須ではなく、酸化触媒３００を搭載しない内燃機関１の場合には、改質ガスが排気通路６１を経て大気中に排出されることになる。
【００８３】
以下、これら改質燃料処理動作について順に説明する。以下では、前記改質燃料燃焼処理が行われる場合を第１実施形態として説明し、前記改質燃料排出処理が行われる場合を第２実施形態として説明する。
【００８４】
−第１実施形態（改質燃料燃焼処理）−
前記改質燃料燃焼処理は、エンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作によってＥＣＵ１００が機関停止指令を受けた際、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一方、インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を継続し、この状態で、前記通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定する。そして、燃焼室３３内での改質燃料の燃焼（処理）が進んで、改質燃料の残量の推定値が所定量に達した時点、または、零になった時点で、インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を停止して内燃機関１を停止させる。
【００８５】
前記通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定する手法としては、以下の第１の推定手法から第５の推定手法が挙げられ、何れかの手法によって前記通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定し、この推定された改質燃料の残量が所定量以下に達した時点、または、零になった時点で内燃機関１を停止させる。
【００８６】
以下、各推定手法について説明する。
【００８７】
（第１の推定手法）
第１の推定手法は、改質燃料（改質ガス）固有のガス成分である水素（Ｈ２）および一酸化炭素（ＣＯ）の量を推定するものである。
【００８８】
具体的には、前記改質ガス濃度センサ１０４からの出力信号等に基づいて、前記通路５１，４３内に存在するガス（改質燃料を含むガス）中の水素量および一酸化炭素量を推定する。この推定動作が、本発明でいう「改質燃料供給経路内における改質燃料成分の濃度に基づいて改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する」動作である。この推定動作は、前記ＥＣＵ１００において実行される。このため、このＥＣＵ１００において、前記推定動作を行う機能部分が、本発明でいう残量推定部となっている。
【００８９】
そして、前記水素量および一酸化炭素量が所定量に減少するまで、前記インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を継続して、出力気筒３の駆動を継続させる。つまり、前記通路５１，４３内に存在するガス中の水素量および一酸化炭素量が所定量に減少した時点で前記インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を停止して内燃機関１を停止させる。
【００９０】
燃料改質室２３内の当量比および圧縮端ガス温度に応じて、改質燃料中における水素および一酸化炭素の割合は異なる。つまり、前記通路５１，４３内に導出されている改質燃料中における水素および一酸化炭素の割合は、その改質燃料が生成された際の燃料改質室２３内の当量比および圧縮端ガス温度に応じて異なる。また、改質ガス濃度に応じて、その改質燃料中の水素および一酸化炭素の総量は変化する。この点に鑑み、前記燃料改質室２３内の当量比および圧縮端ガス温度、並びに、改質ガス濃度と、改質燃料中における水素量および一酸化炭素量との関係を、実験やシミュレーションに基づいてマップ化し、このマップを前記ＲＯＭに記憶させておく。そして、前記各センサからの出力信号およびインジェクタ２５に対する噴射指令値に基づいて、燃料改質室２３への燃料供給を停止する前における燃料改質室２３内の当量比および圧縮端ガス温度、並びに、現在の前記通路５１，４３内における改質ガス濃度を前記マップに当て嵌めることによって、前記通路５１，４３内に存在するガス中の水素量および一酸化炭素量を求める。
【００９１】
（第２の推定手法）
第２の推定手法は、改質燃料（改質ガス）中の酸素（Ｏ２）量から改質燃料の量を推定するものである。
【００９２】
具体的には、改質燃料供給通路５１に酸素濃度センサを設けておき、この酸素濃度センサからの出力信号等に基づいて、前記通路５１，４３内に存在するガス（改質燃料を含むガス）中の酸素量を求める。例えば、改質燃料供給通路５１に備えられた各センサ１０５，１０６からの出力信号（改質燃料供給通路５１を流れるガス量を算出するための出力信号）および酸素濃度センサからの出力信号（改質燃料供給通路５１を流れるガス中の酸素濃度を算出するための出力信号）に基づいて、前記通路５１，４３内に存在するガス中の酸素量を求める。
【００９３】
改質燃料の量が多い場合には酸素量は零または少なくなっている。このため、酸素量を求めることで前記通路５１，４３内における改質燃料の残量を推定することができる。例えば、前記通路５１，４３内における酸素量と改質燃料の残量との関係を実験やシミュレーションに基づいてマップ化し、このマップを前記ＲＯＭに記憶させておく。そして、前記酸素量を、このマップに当て嵌めることによって、前記通路５１，４３内に存在するガス中の改質燃料量を求める。そして、この改質燃料量が所定量まで減少した時点で内燃機関１を停止させることになる。
【００９４】
なお、ＥＧＲガス量調整弁７３が開放されており、燃料改質気筒２にＥＧＲガスが導入されている場合には、このＥＧＲガス量の分を差し引いて酸素量を求めることが必要となる。このＥＧＲガス量は、各種センサからの出力信号、ＥＧＲガス量調整弁７３の開度、バイパス量調整弁７５の開度等に基づいて算出される。
【００９５】
また、前記酸素量に代えて、改質燃料（改質ガス）中の二酸化炭素（ＣＯ２）量によっても、前記と同様にして前記通路５１，４３内における改質燃料の量を推定することが可能である。
【００９６】
（第３の推定手法）
第３の推定手法は、改質燃料供給通路５１内および出力気筒吸気通路４３内における温度および圧力から、これら通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定するものである。この推定動作が、本発明でいう「改質燃料供給経路内の温度と圧力とに基づいて改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する」動作である。この推定動作は、前記ＥＣＵ１００において実行される。このため、このＥＣＵ１００において、前記推定動作を行う機能部分が、本発明でいう残量推定部となっている。
【００９７】
この場合、気体の状態方程式を利用し、以下の式（１）によって改質燃料の残量を算出することができる。
【００９８】
【数１】
2018009533.tif 000003
【００９９】
この式（１）において、Ｇｒｆｍ＿ｒｅｓは改質燃料の残量、Ｐは前記通路５１，４３内の圧力、Ｖは前記通路５１，４３内の容積、Ｒはガス定数、Ｔは前記通路５１，４３内の温度である。
【０１００】
前記通路５１，４３内の圧力Ｐは改質ガス圧力センサ１０５からの出力信号に基づいて算出される。前記通路５１，４３内の容積Ｖは不変であり予め求められている（内燃機関１の設計段階で求められている）。ガス定数Ｒは、改質燃料のガス組成によって決定される。前記通路５１，４３内の温度Ｔは改質ガス温度センサ１０６からの出力信号に基づいて算出される。
【０１０１】
前記通路５１，４３は、出力気筒３の吸気側に接続されており、この出力気筒３には、前記ターボチャージャ１２のコンプレッサホイール１２ａによって過給される空気（新気）と、出力気筒ＥＧＲ通路７６を経て導入されるＥＧＲガスとが混合されて導入される。前記通路５１，４３内の圧力Ｐは、これら空気およびＥＧＲガスの影響を受けるため、これらの影響を考慮して改質燃料の残量Ｇｒｆｍ＿ｒｅｓを算出することが好ましい。
【０１０２】
（第４の推定手法）
第４の推定手法は、前記燃料改質運転を開始してからの改質燃料の生成量の積算値と、出力気筒３で消費（燃焼）された改質燃料の量の積算値とを比較することによって行われる。そして、燃料改質室２３への燃料供給を停止した後、これらの差が所定量以下、または、零になった時点で内燃機関１を停止させる。
【０１０３】
前記積算値の差は、以下の式（２）によって算出することができる。
【０１０４】
【数２】
2018009533.tif 000004
【０１０５】
この式（２）による推定動作が、本発明でいう「燃料改質運転が開始されてからの燃料改質装置での改質燃料の生成量の積算値から、出力気筒での改質燃料の燃焼量の積算値を減算することで、改質燃料供給経路内における改質燃料の残量を推定する」動作である。この推定動作は、前記ＥＣＵ１００において実行される。このため、このＥＣＵ１００において、前記推定動作を行う機能部分が、本発明でいう残量推定部となっている。
【０１０６】
この式（２）における生成改質ガス量は、以下の式（３）によって算出することができる。
【０１０７】
【数３】
2018009533.tif 000005
【０１０８】
この式（３）において、Ｇｒｆｍ＿ｐｒｏｄは生成改質ガス量、Ｇｉｎ＿ｒｆｍは燃料改質気筒２に導入された吸入ガスの量、Ｇｆｕｅｌ＿ｒｆｍは燃料改質気筒２に供給された燃料の量である。
【０１０９】
前記燃料改質気筒２に導入された吸入ガスの量Ｇｉｎ＿ｒｆｍは、吸気流量センサ１０１ｂからの出力信号に基づいて算出することができる。また、この吸入ガスの量Ｇｉｎ＿ｒｆｍは、吸入ガス圧力センサ１０２および吸入ガス温度センサ１０３それぞれからの出力信号に基づいて算出することもできる。また、燃料改質気筒２に供給された燃料の量Ｇｆｕｅｌ＿ｒｆｍ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。
【０１１０】
また、式（２）における消費改質ガス量は、以下の式（４）によって算出することができる。
【０１１１】
【数４】
2018009533.tif 000006
【０１１２】
この式（４）において、Ｇｒｆｍ＿ｃｏｎｓは消費改質ガス量、Ｇｉｎ＿ｐｏｗは出力気筒３に導入された吸入ガスの量、Ｇｉｎ＿ＥＧＲは出力気筒３に導入されたＥＧＲガス量、Ｇａｉｒ＿ｐｏｗは出力気筒３に導入された新気量である。
【０１１３】
この式（４）における出力気筒３に導入された吸入ガスの量Ｇｉｎ＿ｐｏｗは、以下の式（５）によって算出することができる。
【０１１４】
【数５】
2018009533.tif 000007
【０１１５】
この式（５）において、Ｎｅは機関回転速度、ｎｐｏｗは出力気筒３の気筒数、Ｐｉｎ＿ｐｏｗは吸気圧、Ｖｃｙｌは出力気筒３の行程容積、Ｔｉｎ＿ｐｏｗは吸気温度、Ｃ１は予め設定された補正係数である。機関回転速度Ｎｅは、前記クランクポジションセンサ１０８からの出力信号に基づいて算出される。吸気圧Ｐｉｎ＿ｐｏｗは、改質ガス圧力センサ１０５からの出力信号に基づいて算出される。吸気温度Ｔｉｎ＿ｐｏｗは、改質ガス温度センサ１０６からの出力信号に基づいて算出される。出力気筒３の気筒数ｎｐｏｗおよび出力気筒３の行程容積Ｖｃｙｌは、内燃機関１の設計段階で決定される。前記補正係数Ｃ１は、実験やシミュレーションに基づいて予め設定されている。
【０１１６】
前記式（４）のＥＧＲガス量Ｇｉｎ＿ＥＧＲは、以下の式（６）に示すように、前記排気圧力センサ１０９からの出力信号に基づいて算出された排気圧力Ｐｅｘｈと出力気筒３の前記吸気圧Ｐｉｎ＿ｐｏｗとの差と、ＥＧＲガスの温度ＴＥＧＲ、ＥＧＲガス量調整弁７８の開度ＡＥＧＲから算出することができる。
【０１１７】
【数６】
2018009533.tif 000008
【０１１８】
この式（６）において、κは燃焼室３３に導入されるガスのポリトロープ数である。また、Ｃ２，Ｃ３は予め設定された補正係数である。前記ポリトロープ数κは、ガスの全量が空気である場合には１．４となるが、燃焼室３３に導入されるガスには、改質燃料やＥＧＲガスが含まれるため、そのガス組成によって変化する。例えば、既燃ガス（ＣＯ２やＨ２Ｏ）や改質燃料が含まれることで、２原子分子の割合が低下し、これによってポリトロープ数κは低下する。このポリトロープ数κは実験やシミュレーションに基づいて求められる。また、前記補正係数Ｃ２，Ｃ３は、実験やシミュレーションに基づいて予め設定されている。
【０１１９】
前記式（４）における新気量Ｇａｉｒ＿ｐｏｗは内燃機関１全体の吸入空気量から燃料改質気筒２が消費した新気量Ｇａｉｒ＿ｒｆｍを差し引いた値である。従って、前述したように２箇所に吸気流量センサ１０１ａ，１０１ｂを配設し、これらの出力信号から求めることができる。
【０１２０】
（第５の推定手法）
第５の推定手法は、改質燃料処理動作中（改質燃料燃焼処理中）における、インジェクタ３５からの燃料供給量に基づいて、前記通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定するものである。以下、具体的に説明する。
【０１２１】
インジェクタ２５から燃料改質室２３への燃料供給を停止し、且つインジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を継続する改質燃料処理動作が継続されている際、前記通路５１，４３内における改質燃料の残量が少なくなっていき、燃焼室３３へ導入されるガス中における改質燃料の濃度が低くなっていく。これに伴い、出力気筒３の駆動を継続させるために燃焼室３３内へ供給される燃料は増量されていくことになる。つまり、インジェクタ３５から燃焼室３３内へ供給される燃料の量を認識することによって、前記通路５１，４３内における改質燃料の残量を推定することができる。そして、燃焼室３３内へ供給される燃料の量が所定量に達した際には、前記通路５１，４３内における改質燃料の残量としては内燃機関１の停止を許可できる量となっており、このタイミングで内燃機関１を停止させることになる。
【０１２２】
図４は、内燃機関１の停止時におけるエンジン停止スイッチ信号、エンジン停止指令信号、燃料改質気筒２への燃料供給量、出力気筒３への燃料供給量、改質燃料の残量それぞれの変化の一例を示すタイミングチャート図である。
【０１２３】
この図４では、図中のタイミングｔ１で、エンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作によってＥＣＵ１００が機関停止指令を受け、それに伴って、燃料改質気筒２への燃料供給量が零となっている。つまり、インジェクタ２５から燃料改質室２３への燃料供給を停止して、改質燃料が生成されないようにしている。また、それに伴い、改質燃料の残量は、このタイミングｔ１から徐々に減少することになる。また、インジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給は、前記ディーゼルマイクロパイロット着火のための微量の燃料供給が継続されている。
【０１２４】
そして、タイミングｔ２では、燃焼室３３へ導入される改質燃料（前記通路５１，４３内に残存している改質燃料）とインジェクタ３５からの微量の燃料とでは、出力気筒３の駆動が不能となるため、インジェクタ３５からの燃料供給量が増量されることになる。このタイミングｔ２以降（タイミングｔ２からタイミングｔ３までの期間）のインジェクタ３５からの燃料供給量は、改質燃料の残量が少なくなることに伴い、次第に増量されていく。例えば、スピードガバナを利用した制御によって機関回転速度が維持されるように、インジェクタ３５からの燃料供給量が増量されていく。
【０１２５】
そして、タイミングｔ３では、インジェクタ３５からの燃料供給量が所定量Ｆ１に達したことで、前記改質燃料の残量は内燃機関１の停止を許可できる量Ｆ２まで減少したと判断し、ＥＣＵ１００はエンジン停止指令を出力し、インジェクタ３５に対して燃料供給量の指令値を零にする。これにより、燃焼室３３へは燃料が供給されなくなり、内燃機関１が停止する。
【０１２６】
なお、前記エンジン停止指令を出力する前記燃料供給量の閾値Ｆ１および改質燃料残量の閾値Ｆ２はそれぞれ実行やシミュレーションによって予め求められて、前記ＲＯＭにマップとして記憶されている。
【０１２７】
また、前記通路５１，４３内に残存する改質燃料量を零にしてから内燃機関１を停止させる場合には、前記改質燃料処理動作の継続中における前記通路５１，４３内の改質燃料の低下率を予め求めておく。そして、インジェクタ３５からの燃料供給量が所定量Ｆ１に達してから前記通路５１，４３内の改質燃料量が零になるまでの必要時間（図４における時間ＴＡ）を前記低下率から求め、この必要時間だけ、内燃機関１の停止を待機させるようにする。
【０１２８】
この推定手法を利用した場合、インジェクタ３５から燃焼室３３内へ供給される燃料の量を認識することで、改質燃料処理動作の終了時期を適切に決定することができ、制御の簡素化を図ることができることになる。
【０１２９】
本実施形態では、以上のような推定手法によって、前記通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定し、この推定量が所定量に達した時点、または、この推定量が零に達した時点でインジェクタ３５から燃焼室３３への燃料供給を停止して内燃機関１を停止させるようにしている。つまり、前記エンジン停止スイッチ１２０のＯＮ操作によってＥＣＵ１００が機関停止指令を受けた際、前述した何れかの推定手法によって前記通路５１，４３内の改質燃料の残量を推定していき、この推定量が所定量に達するまでは、出力気筒３での運転を継続して前記通路５１，４３内の改質燃料を消費していく。そして、前記通路５１，４３内の改質燃料の残量が所定量に達した時点、または、この推定量が零に達した時点で、出力気筒３の駆動を停止する。これにより、内燃機関１が停止される。また、このように、出力気筒３での運転を継続している期間中、警報装置１３０の作動によって、システムのオペレータ画面上に警告表示を行ったり、音声による警報を行ったりしてもよい。
【０１３０】
このように、本実施形態によれば、前記通路５１，４３内に改質燃料が残留することがなくなり、または、前記通路５１，４３内における改質燃料の残留量が大幅に減少することになり、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうことが抑制される。また、内燃機関１の次回の始動初期時における出力気筒内でのガス組成が適正な状態から大きく乖離してしまうことが抑制される。
【０１３１】
−第２実施形態（改質燃料排出処理）−
次に、改質燃料排出処理が行われる場合について説明する。この改質燃料排出処理は、システムに異常が生じたことで、緊急停止スイッチ１２１のＯＮ操作が行われたり、ＥＣＵ１００が自動緊急停止を実行して、内燃機関１が強制的に停止された後に、改質燃料供給通路５１内や出力気筒吸気通路４３内の改質燃料を、出力気筒バイパス通路８１、出力気筒ＥＧＲ通路７６、排気通路６１および酸化触媒３００を経て大気中に排出すると共に、前記警報装置１３０による警報動作を行うものである。
【０１３２】
図５は、この改質燃料排出処理を行う内燃機関１の一部の概略構成を示す図である。この図５に示すように、本実施形態に係る内燃機関１は、出力気筒ＥＧＲ通路７６にブロワ（本発明でいう排出手段）１５０が備えられている。このブロワ１５０は、系内に残留した改質ガスを新気と混合し、排気通路６１に配設した前記酸化触媒３００に供給するためのものであって、ＥＣＵ１００からの作動指令信号に応じて作動するものである。
【０１３３】
改質燃料排出処理では、前記ＥＣＵ１００によって、ＥＧＲガス量調整弁７８およびバイパス量調整弁８２が共に開放（全開）されると共に、ブロワ１５０が作動される。これにより、改質燃料供給通路５１内に残存している改質燃料は、ブロワ１５０から供給される新気と混合した後に出力気筒バイパス通路８１および出力気筒ＥＧＲ通路７６を経て、その後、排気通路６１から酸化触媒３００に至り、ガス温度が所定値以上である場合には、酸化触媒３００内で酸化反応を発生して二酸化炭素と水に変換され、大気中に排出されることになる。また、出力気筒吸気通路４３内に残存している改質燃料は、出力気筒ＥＧＲ通路７６を経た後、同様に排気通路６１から大気中に排出されることになる。
【０１３４】
このようにして、改質燃料供給通路５１内および出力気筒吸気通路４３内に残存している改質燃料が、ブロワ１５０によって強制的に大気中に排出されるため、これら改質燃料供給通路５１内および出力気筒吸気通路４３内に残存している改質燃料を短時間のうちに排出することができ、改質燃料処理動作（改質燃料排出処理）の必要時間の短縮化を図ることができる。また、酸化触媒３００によって改質ガスの主成分である水素、一酸化炭素、メタン等は酸化除去され無害化することができる。この改質燃料排出処理では、前記警報装置１３０による警報動作が行われるため、内燃機関１の周囲の作業者などに注意を喚起することができる。このため、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうといったことがなくなる。
【０１３５】
なお、前記バイパス量調整弁８２は、前記燃料改質運転では閉鎖され、前記改質燃料排出処理では開放される。このため、燃料改質運転時に、改質燃料の一部が、出力気筒３に供給されることなく、出力気筒バイパス通路８１および出力気筒ＥＧＲ通路７６を経て排出されてしまうといった状況を回避でき、燃料消費率の改善を図ることができる。
【０１３６】
（変形例）
次に、第２実施形態の変形例について説明する。この変形例は、前記改質燃料排出処理を行う内燃機関１の変形例である。
【０１３７】
図６は、本変形例に係る内燃機関１の一部の概略構成を示す図である。この図６に示すように、本変形例に係る内燃機関１は、改質燃料供給通路５１における改質燃料冷却器５２とミキサ５３との間、および、排気通路６１における出力気筒ＥＧＲ通路７６の連通部分よりも上流側それぞれには、開閉自在な閉鎖弁１６１，１６２が備えられている。これら閉鎖弁１６１，１６２はＥＣＵ１００からの閉鎖指令信号によって閉鎖可能となっている。
【０１３８】
また、改質燃料供給通路５１における改質燃料冷却器５２と閉鎖弁１６１との間には、圧送ユニット（本発明でいう排出手段）２００が接続されている。この圧送ユニット２００は、コンプレッサ２０１、蓄圧タンク２０２、および、開閉弁２０３が配管によって接続された構成となっている。この構成により、開閉弁２０３が閉鎖された状態でコンプレッサ２０１が作動することによって蓄圧タンク２０２内にガス（空気）が蓄圧され、この状態で開閉弁２０３が開放されると、蓄圧タンク２０２内のガスが改質燃料供給通路５１に向けて圧送されることになる。
【０１３９】
本変形例における改質燃料排出処理では、前記ＥＣＵ１００によって、ＥＧＲガス量調整弁７８およびバイパス量調整弁８２が共に開放（全開）されると共に、閉鎖弁１６２が閉鎖され、コンプレッサ２０１の作動によって蓄圧タンク２０２内にガスが蓄圧された状態で圧送ユニット２００の開閉弁２０３が開放される。これにより、蓄圧タンク２０２内のガスが改質燃料供給通路５１に向けて圧送され、改質燃料供給通路５１内に残存している改質燃料は、出力気筒バイパス通路８１および出力気筒ＥＧＲ通路７６を経た後、排気通路６１から大気中に排出される（蓄圧タンク２０２からのガスによって押し出される）ことになる。また、出力気筒吸気通路４３内に残存している改質燃料は、出力気筒ＥＧＲ通路７６を経た後、排気通路６１から大気中に排出される（蓄圧タンク２０２からのガスによって押し出される）ことになる。
【０１４０】
このように、本変形例においても、改質燃料供給通路５１内および出力気筒吸気通路４３内に残存している改質燃料は、強制的に排出経路に排出されるため、これら改質燃料供給通路５１内および出力気筒吸気通路４３内に残存している改質燃料を短時間のうちに排出することができ、改質燃料処理動作（改質燃料排出処理）の必要時間の短縮化を図ることができる。
【０１４１】
また、この改質燃料排出処理でも、前記警報装置１３０による警報動作が行われるため、内燃機関１の周囲の作業者などに注意を喚起することができる。このため、意図しないタイミングで改質燃料がシステムから大気中に排出されてしまうといったことがなくなる。
【０１４２】
なお、本変形例における改質燃料排出処理では、各閉鎖弁１６１，１６２を共に閉鎖するようにしてもよい。
【０１４３】
−他の実施形態−
なお、前記各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、前記した各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。
【０１４４】
例えば、前記各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。
【０１４５】
また、前記各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。
【０１４６】
また、前記各実施形態および変形例では、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。
【０１４７】
また、前記各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。
【０１４８】
また、前記各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。
【０１４９】
また、前記各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、内燃機関１の停止時には、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。
【０１５０】
また、前記各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。
【０１５１】
また、前記第２実施形態およびその変形例では、前記通路５１，４３内の改質燃料をブロワ１５０や圧送ユニット２００を利用して強制的に排出するようにしていた。本発明はこれに限らず、ブロワ１５０や圧送ユニット２００を設けず、内燃機関１が強制的に停止された後、ＥＧＲガス量調整弁７８およびバイパス量調整弁８２を共に開放することによって、前記通路５１，４３内の改質燃料を大気中に排出するようにしてもよい。前述したように、本発明においては、酸化触媒３００は必ずしも必須ではないので、この構成の場合にあっても、排気通路６１に酸化触媒３００を配設してもよいし、この酸化触媒３００を配設しなくてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１５２】
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。
【符号の説明】
【０１５３】
１      内燃機関
２      燃料改質気筒（燃料改質装置）
２１    シリンダボア
２２    ピストン
３      出力気筒
４３    出力気筒吸気通路
５１    改質燃料供給通路（改質燃料供給経路）
６１    排気通路（排出経路）
７６    出力気筒ＥＧＲ通路
８１    出力気筒バイパス通路（排出経路）
８２    バイパス量調整弁（開閉弁）
１００  ＥＣＵ
１０４  改質ガス濃度センサ
１０５  改質ガス圧力センサ
１０６  改質ガス温度センサ
１２０  エンジン停止スイッチ
１２１  緊急停止スイッチ
１３０  警報装置（警報手段）
３００  酸化触媒
【図１】
2018009533.tif 000009
【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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