(57)【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を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を不完全燃焼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、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エンジンシステムにおいて、
前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
前記改質気筒に設けられる点火プラグによる点火時期を調整する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガスの含有率である燃焼促進性ガス含有率を制御する燃焼促進性ガス含有率制御手段を備えるエンジンシステム。
【請求項２】
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記改質気筒の点火時期を、エンジンにて設定可能な点火時期設定範囲において進角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、進角化する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記改質気筒の点火時期を、前記点火時期設定範囲において遅角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、遅角化する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記含有率減少制御における進角の角度変化量、又は前記含有率増加制御における遅角の角度変化量に基づいて、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を制御する請求項２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を増加する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を増加する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を低下する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を低下する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている請求項１〜３の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記通常気筒及び前記改質気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が低回転判定閾値を下回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである低回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加制御又は前記含有率減少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】
前記通常気筒及び前記改質気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が高回転判定閾値を上回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである高回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加制御又は前記含有率減少制御を実行する請求項２〜５の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項７】
混合気の少なくとも一部を不完全燃焼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エンジンシステムであって、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する外部出力気筒を備えた外部出力エンジンを備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記外部出力気筒へ導くように構成され、
前記改質気筒を含む気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
前記改質気筒に設けられる点火プラグによる点火時期を調整する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガスの含有率である燃焼促進性ガス含有率を制御する燃焼促進性ガス含有率制御手段を備えるエンジンシステム。
【請求項８】
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記改質気筒の点火時期を、エンジンにて設定可能な点火時期設定範囲において進角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、進角化する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記改質気筒の点火時期を、前記点火時期設定範囲において遅角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、遅角化する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている請求項７に記載のエンジンシステム。
【請求項９】
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記含有率減少制御における進角の角度変化量、又は前記含有率増加制御における遅角の角度変化量に基づいて、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を制御する請求項８に記載のエンジンシステム。
【請求項１０】
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を増加する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を増加する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を低下する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を低下する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている請求項７〜９の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項１１】
前記外部出力気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて前記外部出力エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が低回転判定閾値を下回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである低回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加制御又は前記含有率減少制御を実行する請求項８〜１０の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項１２】
前記外部出力気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて前記外部出力エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が高回転判定閾値を上回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである高回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加制御又は前記含有率減少制御を実行する請求項８〜１１の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項１３】
前記通常気筒からの排気支管を集合した排気本管に設けられると共に排気本管を通流する排ガスにて回転されるタービンと、前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管に設けられると共に前記タービンに連結されて回転される形態で前記吸気本管を通流する混合気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機を備えている請求項１〜６の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項１４】
前記改質エンジンが、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えるものであり、
前記通常気筒からの排気支管を集合した排気本管に設けられると共に排気本管を通流する排ガスにて回転されるタービンと、前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管に設けられると共に前記タービンに連結されて回転される形態で前記吸気本管を通流する混合気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機を備えている請求項７〜１２の何れか一項に記載のエンジンシステム。
【請求項１５】
改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスが、水素を含むガスである請求項１〜１４の何れか一項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を燃焼する燃焼室を有する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気を燃焼室にて燃焼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、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を燃焼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不完全燃焼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エンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
多気筒エンジンにおいて、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不完全燃焼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エンジンが知られている（特許文献１を参照）。
改質気筒において、例えば、メタンを主成分とする燃料を含む過濃混合気を不完全燃焼させることで、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減し、燃焼の安定性を改善できることが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】米国特許出願公開第２００９／０３０８０８７０号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に開示の技術によれば、通常気筒へ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導くことで、通常気筒での燃焼状態が変化することとなるが、当該通常気筒へ導かれる改質ガスに含まれる燃焼促進性ガス含有率を、比較的簡易な構成で、且つ簡易な制御により、良好に調整することができる技術については、これまで知られていなかった。
【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、比較的簡易な構成で、且つ比較的簡易な制御により、通常気筒に導かれる改質ガスの燃焼促進性ガス含有率を調整し得るエンジンシステムを提供することにある。
【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を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えると共に、混合気の少なくとも一部を不完全燃焼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、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エンジンシステムであって、その特徴構成は、
前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
前記改質気筒に設けられる点火プラグによる点火時期を調整する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガスの含有率である燃焼促進性ガス含有率を制御する燃焼促進性ガス含有率制御手段を備える点にある。
【０００７】
上記特徴構成によれば、まずもって、通常気筒及び改質気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備えるから、通常気筒と改質気筒との空気過剰率を各別に設定することができる。そして、第２燃料供給量調整手段が、改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、第２燃料供給部による燃料の供給量を調整するから、改質気筒にて過濃混合気を形成し不完全燃焼させることで、未燃の水素等の燃焼促進性ガスを含む改質ガスを、良好に生成することができる。
このように、通常気筒と改質気筒の双方を少なくとも１つ以上備え、改質気筒にて過濃混合気を形成し不完全燃焼させて改質ガスを生成する場合において、本願の発明者らは、改質気筒の点火プラグによる点火時期を進角化又は遅角化することにより、改質ガスに対する燃焼促進性ガスの含有率が変化することを新たに見出した。
当該知見に基づいて、上述のエンジンシステムにあっては、改質気筒に設けられる点火プラグによる混合気への点火時期を調整する形態で、改質ガスに対する燃焼促進性ガスの含有率を制御する燃焼促進性ガス含有率制御手段を備えているから、比較的簡易な構成で、且つ、改質気筒のみに設けられている点火プラグの点火時期を調整するという比較的簡易な制御により、改質ガスに対する燃焼促進性ガスの含有率を良好に調整できるエンジンシステムを実現できる。
結果、例えば、改質ガスに対する燃焼促進性ガスの含有率を増加させて、改質ガスが導かれる通常気筒の燃焼室での着火後の火花伝搬速度を上昇させ、失火や燃焼変動を低減でき、燃焼の安定性を向上できる。
一方、例えば、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率を減少させて、当該改質ガスが導かれる通常気筒の燃焼室での吸気行程初期から圧縮行程後期における温度上昇速度を低下させ、アンチノック性を高くして、ノッキングの発生を抑制できる。
【０００８】
本発明に係るエンジンシステムにあっては、
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段は、
前記改質気筒の点火時期を、エンジンにて設定可能な点火時期設定範囲において進角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、進角化する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記改質気筒の点火時期を、前記点火時期設定範囲において遅角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、遅角化する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されていることが好ましい。
【０００９】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、
前記含有率減少制御における進角の角度変化量、又は前記含有率増加制御における遅角の角度変化量に基づいて、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を制御する点にある。
【００１０】
上記特徴構成によれば、燃焼促進性ガス含有率制御手段は、含有率減少制御における進角の角度変化量、又は含有率増加制御における遅角の角度変化量に基づいて、燃焼促進性ガス含有率を制御するから、角度変化量を調整するという比較的簡易な制御のみによって、燃焼促進性ガス含有率を良好に制御でき、これにより、通常気筒での燃焼状態を、良好に改善できる。
【００１１】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を増加する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を増加する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を低下する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を低下する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている点にある。
【００１２】
上記特徴構成によれば、発明者らは、特に、過濃混合気を燃焼する改質気筒において、改質気筒の空気過剰率が１より小さい範囲において空気過剰率を増加することで、改質ガスに対する燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を増加する前よりも減少できると共に、改質気筒の空気過剰率が１より小さい範囲において空気過剰率を低下することで、改質ガスに対する燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を低下する前よりも増加できることを、後の実施形態に示す比較試験により明らかにした。
因みに、後述するエンジンシステム１００において、空気過剰率を変化させた場合の改質ガスＫに含まれるガスの体積濃度の一例を、図２の表に示す。
図２の表において、条件１が、改質気筒での空気過剰率が０．７７で、点火時期が１３ＢＴＤＣとした場合、条件２が、改質気筒での空気過剰率が０．７１で、点火時期が２０ＢＴＤＣとした場合、条件３が、改質気筒での空気過剰率が０．６７で、点火時期が２２ＢＴＤＣとした場合である。これらの何れの条件においても、水素が生成できていることがわかる。尚、発明者らは、他の実験において、空気過剰率を１から０．６８まで変化させた場合に、改質ガスとしての水素が生成できることを確認している。
つまり、本発明にあっては、空気過剰率を、少なくとも、１未満０．６８以上とすることで、良好に改質ガスを生成できる。
【００１３】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、
前記通常気筒及び前記改質気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が低回転判定閾値を下回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである低回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加制御又は前記含有率減少制御を実行する点にある。
【００１４】
エンジンが低回転高トルク運転状態にある際には、気筒の燃焼室での燃焼安定性が担保できないため、改質気筒から通常気筒へ導く改質ガス（排ガス）の流量を多く取れないという問題がある。
上記特徴構成によれば、運転状態判定手段がエンジンが低回転高トルク運転状態にあると判定した場合、燃焼促進性ガス含有率制御手段が、含有率増加制御を実行して、改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスの含有量を増加することで、通常気筒の燃焼室内での火花伝搬速度を上昇させ、燃焼の安定性を向上することができる。
結果、エンジンが低回転高トルク運転状態にある場合であっても、燃焼の安定性を向上できるから、改質気筒から通常気筒へ導く改質ガス（排ガス）の流量を比較的多くとることができる。ちなみに、このように、改質ガス（排ガス）の流量を増加することで、通常気筒の比熱比を増加させることができ、燃焼温度の過度の上昇を抑制できるから、ＮＯｘの生成の抑制、熱効率の向上、耐久性向上等の効果が期待できる。
尚、トルク推定手段は、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ように構成されている。
【００１５】
本発明に係るエンジンの更なる特徴構成は、
前記通常気筒及び前記改質気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が高回転判定閾値を上回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである高回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加下制御又は前記含有率減少制御を実行する点にある。
【００１６】
エンジンが高回転高トルク運転状態にある際には、ノッキングの発生頻度が高くなる傾向にあるという問題がある。
上記特徴構成によれば、運転状態判定手段がエンジンが高回転高トルク運転状態にあると判定した場合、燃焼促進性ガス含有率制御手段が、含有率減少制御を実行して、改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスの含有率を減少させることで、通常気筒の燃焼室内での温度上昇速度を低下させることができ、ノッキングの発生頻度を低下できる。
又は、燃焼促進性ガス含有率制御手段が、含有率増加制御を実行して、改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスの含有率を増加することで、ノッキング発生前に燃焼を終わらせることにより、ノッキング発生頻度を低下できる。
【００１７】
上記目的を達成するためのエンジンシステムは、
混合気の少なくとも一部を不完全燃焼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エンジンシステムであって、その特徴構成は、
燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する外部出力気筒を備えた外部出力エンジンを備え、
前記改質気筒にて改質された改質ガスを、少なくとも前記外部出力気筒へ導くように構成され、
前記改質気筒を含む気筒へ導かれる燃料を供給する第１燃料供給部と、前記改質気筒へ導かれる燃料を供給する第２燃料供給部とを各別に備え、
前記改質気筒での混合気の空気過剰率が１より小さくなるように、前記第２燃料供給部による燃料の供給量を調整する第２燃料供給量調整手段を備え、
前記改質気筒に設けられる点火プラグによる点火時期を調整する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガスの含有率である燃焼促進性ガス含有率を制御する燃焼促進性ガス含有率制御手段を備える点にある。
即ち、本発明のエンジンシステムとしては、改質ガスを生成するための改質エンジンとは別に、外部出力用の外部出力エンジンを備える構成をも権利範囲に含むものである。
【００１８】
当該エンジンシステムにあっても、これまで説明してきた燃焼促進性ガス含有率制御手段による含有率減少制御及び含有率増加制御と同一の制御を、良好に実行することができる。
即ち、上述したエンジンシステムは、
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、
前記改質気筒の点火時期を、エンジンにて設定可能な点火時期設定範囲において進角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、進角化する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記改質気筒の点火時期を、前記点火時期設定範囲において遅角化する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、遅角化する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている点を、更なる特徴構成としている。
【００１９】
更に、上述したエンジンシステムは、
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、
前記含有率減少制御における進角の角度変化量、又は前記含有率増加制御における遅角の角度変化量に基づいて、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を制御する点を、更なる特徴構成としている。
【００２０】
更に、上述したエンジンシステムは、
前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を増加する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を増加する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、
前記第２燃料供給量調整手段により１より小さい範囲で空気過剰率を低下する形態で、改質ガスに対する前記燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を低下する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている点を、更なる特徴構成としている。
【００２１】
また、改質ガスを生成するため改質エンジンとは別に、外部出力用の外部出力エンジンを備える構成を有するエンジンシステムにあっては、外部出力用の外部出力エンジンの運転状態に応じて、燃焼促進性ガス含有率制御手段が、含有率増加制御又は含有率減少制御を実行する。
具体的には、上述したエンジンシステムは、
前記外部出力気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又は当該回転軸のトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて前記外部出力エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が低回転判定閾値を下回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである低回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率増加制御又は含有率減少制御を実行する点を、更なる特徴構成としている。
【００２２】
更に、上述したエンジンシステムは、
前記外部出力気筒のピストンの上下動により回転させる回転軸の回転数を測定する回転数測定手段と、当該回転軸のトルクを測定するトルク測定手段又はトルクを推定するトルク推定手段と、前記回転数測定手段にて測定される回転数と前記トルク測定手段にて測定されるトルク又は前記トルク推定手段にて推定されるトルクとに基づいて前記外部出力エンジンの運転状態を判定する運転状態判定手段とを備え、
前記運転状態判定手段が、前記回転数測定手段が測定した回転数が高回転判定閾値を上回る回転数で、且つ前記トルク測定手段が測定したトルク又は前記トルク推定手段が推定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである高回転高トルク運転状態であると判定したときに、前記燃焼促進性ガス含有率制御手段が、前記含有率減少制御又は含有率減少制御を実行する点を、更なる特徴構成としている。
【００２３】
また、本発明に係るエンジンで外部出力エンジンを備えないものにあっては、
前記通常気筒からの排気支管を集合した排気本管に設けられると共に排気本管を通流する排ガスにて回転されるタービンと、前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管に設けられると共に前記タービンに連結されて回転される形態で前記吸気本管を通流する混合気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機を備えることで、通常気筒を改質気筒にすることにより低下するエンジン出力を補う構成とすることが好ましい。
【００２４】
また、本発明に係るエンジンで外部出力エンジンを備えるものにあっては、
前記改質気筒エンジンが、燃料と燃焼用空気とを含む混合気を燃焼する通常気筒を少なくとも一つ備えるものであり、
前記通常気筒からの排気支管を集合した排気本管に設けられると共に排気本管を通流する排ガスにて回転されるタービンと、前記通常気筒及び前記改質気筒へ導かれる混合気を通流する吸気本管に設けられると共に前記タービンに連結されて回転される形態で前記吸気本管を通流する混合気を圧縮するコンプレッサとを有する過給機を備えることで、通常気筒を改質気筒にすることにより低下するエンジン出力を補う構成とすることが好ましい。
【００２５】
また、本発明に係るエンジンシステムにあっては、
改質ガスに含まれる燃焼促進性ガスが、水素を含むガスであることが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】第１実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図を示す図
【図２】第１実施形態に係るエンジンシステムを用いて改質ガス中の燃焼促進性ガス含有率を制御する際に設定可能な空気過剰率の値の一例を示す表
【図３】第１実施形態に係るエンジンシステムを用いて改質ガスに含まれる燃焼促進性ガス含有率を制御した場合の改質ガスに含まれる成分を示す表
【図４】第２実施形態に係るエンジンシステムの概略構成図を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２７】
〔第１実施形態〕
第１実施形態に係るエンジン１００は、図１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不完全燃焼させて燃料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、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へ導くエンジンに関するものであり、比較的簡易な構成で、且つ比較的簡易な制御により、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃに導かれる改質ガスの燃焼促進性ガスの含有率である燃焼促進性ガス含有率を調整し得るエンジンに関するものである。
【００２８】
以下、図１、３に基づいて、第１実施形態に係るエンジン１００について説明する。
当該第１実施形態のエンジン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。
【００２９】
この種のエンジン１００は、詳細な図示は省略するが、吸気本管２０から通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室（図示せず）へ吸気弁（図示せず）を介して吸気した新気を、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、吸気本管２０から供給される新気は、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を介して吸気本管２０へ戻され、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ、及び改質気筒４０ｄへ導かれることとなる。
【００３０】
吸気本管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、及びミキサ１４にて混合された混合気Ｍ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混合気Ｍを冷却するインタークーラ２２、開度調整により通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄへの混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットル弁２３が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、吸気本管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、過給機３０としてのコンプレッサ３１にて圧縮された後に、インタークーラ２２にて冷却され、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、及び改質気筒４０ｄの燃焼室へ導入される。
【００３１】
ミキサ１４に燃料Ｆを導く第１燃料供給路１１には、ミキサ１４の上流側の吸気本管２０における燃焼用空気Ａの圧力と第１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及び改質気筒４０ｄの燃焼室へ供給される燃料Ｆの供給量を調整する第１燃料流量制御弁１３が設けられている。即ち、第１燃料供給路１１、差圧レギュレータ１２、ミキサ１４、及び第１燃料流量制御弁１３が、第１燃料供給部として機能する。
【００３２】
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吸気本管２０に設けられるコンプレッサ３１により、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄの燃焼室に吸気される混合気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の回転力により吸気本管２０を通流する新気としての混合気Ｍを圧縮して、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃ及び改質気筒４０ｄの燃焼室へ供給する、所謂、過給を行う。
【００３３】
エンジン本体４０の回転軸（図示せず）には、当該回転軸（図示せず）の回転数を計測する回転数センサ（回転数測定手段の一例）として運転状態検出部４１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２３の開度を制御する。
更に、エンジン本体４０の回転軸（図示せず）には、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサ（トルク測定手段の一例）として運転状態検出部４１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１３やスロットル弁２３の開度を制御する。
【００３４】
吸気本管２０は、スロットル弁２３の下流側において、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの夫々へ混合気Ｍを導く複数の通常気筒用吸気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃに接続されると共に、改質気筒４０ｄへ混合気Ｍを導く改質気筒用吸気支管２０ｄに接続されている。
改質気筒４０ｄは、自身の燃焼室において、新気を不完全燃焼させて、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（「燃焼の基礎と応用（共立出版株式会社）」の第２章を参照）。
そこで、当該第１実施形態にあっては、改質気筒４０ｄへ新気を供給する改質気筒用吸気支管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２燃料供給路２９が接続されており、当該第２燃料供給路２９には、燃料Ｆの流量を制御する第２燃料流量制御弁１５が設けられている。第２燃料供給路２９の第２燃料流量制御弁１５の上流側には、燃料Ｆの供給圧を吸気本管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、吸気本管２０のスロットル弁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及び改質気筒４０ｄに導かれるように構成されている。
第２燃料供給量調整部５１としての制御装置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２燃料流量制御弁１５の開度を制御する。つまり、第２燃料供給路２９、ミキサ１６、及び第２燃料流量制御弁１５が、第２燃料供給部として機能すると共に、第２燃料供給部及び第２燃料供給量調整部５１としての制御装置５０が、第２燃料供給量調整手段として働く。
【００３５】
さて、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率は、高くなるほど、改質ガスＫが導かれる通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室での着火後の火花伝搬速度が上昇し、失火や燃焼変動を低減できるから、燃焼の安定性を向上できるという効果がある。
一方、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率は、低くなるほど、当該改質ガスＫが導かれる通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室での吸気行程初期から圧縮行程後期における温度上昇速度が低下するため、アンチノック性が高くなり、ノッキングの発生を抑制できるという効果がある。
本願の発明者らは、改質気筒４０ｄの点火プラグ（図示せず）による点火時期を調整すること、及び改質気筒４０ｄでの燃料過濃領域での空気過剰率を調整することにより、改質ガスに対する燃焼促進性ガスの含有率が変化することを、以下に示す試験により新たに見出した。以下、図３に示す表に基き、当該知見について説明する。
【００３６】
図３に示す試験結果は、第１実施形態に係るエンジン１００で、改質ガスＫに含まれるガスの体積濃度を示すものである。
条件１は、改質気筒４０ｄの空気過剰率が０．８、点火時期が２８°ＢＴＤＣの場合の値であり、条件２は、改質気筒４０ｄの空気過剰率が０．７３、点火時期が１９°ＢＴＤＣの場合の値であり、条件３は、改質気筒４０ｄの空気過剰率が０．７３、点火時期が２８°ＢＴＤＣの場合の値であり、条件４が、改質気筒４０ｄの空気過剰率が０．７３、点火時期が３６°ＢＴＤＣの場合の値である。
空気過剰率が０．７３である条件２、３、４の値を比較すると、水素の値（図３で太字で示している値）が、点火時期を進角化するに従って（条件２、条件３、条件４と変化するに従って）、その体積濃度が減少していることがわかる。
【００３７】
これらの知見に基づいて、当該第１実施形態にあっては、改質ガスＫに含まれる燃焼促進性ガスを、水素とし、燃焼促進性ガス含有率制御部５２としての制御装置５０が、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの点火プラグによる点火時期とは別に（通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの点火時期を維持した状態で）、改質気筒４０ｄの点火プラグによる点火時期のみを、エンジンにて設定可能な点火時期設定範囲において進角化する形態で、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガス含有率を、進角化する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、任意に設定可能な点火時期設定範囲において遅角化する形態で、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガス含有率を、遅角化する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている。
【００３８】
更に、図３の表に示されるように、改質気筒４０ｄの点火プラグにおける点火時期の遅角化量及び進角化量を調整することで、改質ガスＫに含まれる燃焼促進性ガスの含有率を調整できる。
そこで、当該第１実施形態における燃焼促進性ガス含有率制御部５２としての制御装置５０は、上述した含有率減少制御において進角の角度変化量、又は含有率増加制御において遅角の角度変化量を調整する形態で、燃焼促進性ガス含有率を制御するように構成されている。
この場合、改質気筒４０ｄの点火プラグ、及び燃焼促進性ガス含有率制御部５２としての制御装置５０が、燃焼促進性ガス含有率制御手段として機能する。
【００３９】
更に、図３の表において、点火時期が２８°ＢＴＤＣである条件１、３の値を比較すると、燃焼促進性ガスとしての水素の値（図３で下線を付している値）が、空気過剰率を増加するに従って（条件３から条件１へ変化するに従って）、その体積濃度が減少していることがわかる。
これらの知見に基づいて、当該第１実施形態にあっては、燃焼促進性ガス含有率制御部５２としての制御装置５０が、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの空気過剰率とは別に（通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの空気過剰率を維持した状態で）、改質気筒４０ｄの空気過剰率のみを、空気過剰率が１より小さい範囲において、増加する形態で、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を増加する前よりも減少させる含有率減少制御を実行可能に構成されていると共に、改質気筒４０ｄの空気過剰率のみを、空気過剰率が１より小さい範囲において、減少する形態で、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガス含有率を、空気過剰率を減少する前よりも増加させる含有率増加制御を実行可能に構成されている。
この場合、第２燃料供給量調整手段、及び燃焼促進性ガス含有率制御部５２としての制御装置５０が、燃焼促進性ガス含有率制御手段として機能する。
【００４０】
以上の如く構成されたエンジン１００にあっては、エンジンの運転状態毎に発生する異常燃焼や、燃焼の不安定を改善することが可能となる。
即ち、当該第１実施形態に係るエンジン１００にあっては、制御装置５０が、運転状態検出部４１としての回転数センサ及びトルク計測センサの測定結果に基づいて、運転状態を判定する運転状態判定部５３（運転状態判定手段の一例）として機能するように構成されており、当該制御装置５０は、エンジン１００の運転状態が、回転数センサが計測した回転数が低回転判定閾値を下回る回転数で、且つトルク測定センサが測定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである低回転高トルク運転状態であると判定したときに、含有率増加制御又は含有率減少制御を実行する。
通常、エンジン１００の運転状態が低回転高トルク運転状態にある場合、気筒での燃焼安定性が担保できないため、改質気筒４０ｄから通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃへ導く改質ガスＫの流量を多くとれないという問題があるが、上述の構成を採用し、制御装置５０が、含有率増加制御を実行し改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率を増加することで、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室内での火花伝搬速度を上昇させ、失火や燃焼変動を低減し、燃焼の安定性を向上できるため、改質ガスＫの流量を多くとることができる。
【００４１】
更に、当該第１実施形態に係るエンジン１００にあっては、運転状態判定部５３としての制御装置５０は、エンジン１００の運転状態が、回転数センサが計測した回転数が高回転判定閾値を上回る回転数で、且つトルク測定センサが測定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである高回転高トルク運転状態であると判定したときに、含有率増加制御又は含有率減少制御を実行する。
通常、エンジン１００の運転状態が高回転高トルク運転状態にある場合、ノッキングの発生頻度が高くなる傾向にあるという問題があるが、上述の構成を採用し、制御装置５０が、含有率減少制御を実行し改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率を減少することで、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃの燃焼室内での温度上昇速度を低下させることができ、ノッキングの発生頻度を低下できる。
又は、制御装置５０が、含有率増加制御を実行して、改質ガスＫに含まれる燃焼促進性ガスの含有率を増加することで、ノッキング発生前に燃焼を終わらせることにより、ノッキング発生頻度を低下できる。
【００４２】
ちなみに、上記第１実施形態において示した条件１、２、３、４の何れの条件であっても、改質ガスＫに排ガス規制対象の揮発性有機物質（ＶＯＣ）としてのホルムアルデヒド及びアセトアルデヒドの体積濃度は、２０ｖｏｌｐｐｍ以下にできている実験データが得られている。
【００４３】
〔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４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が導かれる外部出力エンジン２００ｂを備えて構成されている。尚、当該エンジンシステム２００には、改質エンジン２００ａ及び外部出力エンジン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。
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、第１実施形態に係るエンジンシステム１００における運転状態検出部４１を設けず、運転状態を判定する制御を実行しない点、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の吸気本管２０に戻していない点を除き、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。
【００４４】
外部出力エンジン２００ｂは、図４に示すように、吸気本管７０から複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室（図示せず）へ吸気弁（図示せず）を介して吸気した新気を、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、複数の気筒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。
【００４５】
吸気本管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、開度調整により複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへの混合気Ｍの吸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、吸気本管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て、複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄの燃焼室へ導入される。
【００４６】
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の上流側の吸気本管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を介して複数の気筒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。
【００４７】
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、当該回転軸（図示せず）の回転数を計測する回転数センサ（回転数測定手段の一例）である運転状態検出部４１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、エンジン本体８０の回転軸（図示せず）には、当該回転軸のトルクを計測するトルク計測センサ（トルク測定手段の一例）である運転状態検出部４１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３燃料流量制御弁６３やスロットル弁７３の開度を制御する。
【００４８】
吸気本管７０は、スロットル弁７３の下流側において、複数の気筒８０ａ、８０ｂ、８０ｃ、８０ｄへ混合気Ｍを導く複数の吸気支管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の下流側で複数の吸気支管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、上述の吸気支管７０ａ、７０ｂ、７０ｃ、７０ｄのすべてに対して、改質ガスＫが略均等に通流することになる。
【００４９】
以上の如く構成されたエンジンシステム２００にあっては、外部出力エンジン２００ｂの運転状態毎に発生する異常燃焼や、燃焼の不安定を改善することが可能となる。
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、運転状態判定部５３としての制御装置５０が、運転状態検出部４１としての回転数センサ及びトルク計測センサの測定結果に基づいて、外部出力エンジン２００ｂの運転状態を判定する運転状態判定部５３（運転状態判定手段の一例）として機能するように構成されており、当該制御装置５０は、外部出力エンジン２００ｂの運転状態が、回転数センサが計測した回転数が低回転判定閾値を下回る回転数で、且つトルク測定センサが測定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである低回転高トルク運転状態であると判定したときに、含有率増加制御又は含有率減少制御を実行する。
【００５０】
更に、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、運転状態判定部５３としての制御装置５０は、外部出力エンジン２００ｂの運転状態が、回転数センサが計測した回転数が高回転判定閾値を上回る回転数で、且つトルク測定センサが測定したトルクが高トルク判定閾値を上回るトルクである高回転高トルク運転状態であると判定したときに、含有率増加制御又は含有率減少制御を実行する。
【００５１】
〔別実施形態〕
（１）上記第１、２実施形態では、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃを３つとし、改質気筒４０ｄの数を１つとした。しかしながら、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。
【００５２】
（２）上記第１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、吸気本管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と改質気筒４０ｄとの双方に導く例を示した。
しかしながら、例えば、改質ガス通流路２８は、改質気筒４０ｄの排気ポートと、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみに新気を供給する通常気筒用吸気支管２０ａ、２０ｂ、２０ｃの夫々に接続される構成を採用しても構わない。
これにより、改質ガスＫを改質気筒４０ｄに導くことなく、通常気筒４０ａ、４０ｂ、４０ｃのみに導くことができ、より一層の熱効率の向上が期待できる。
【００５３】
（３）上記第１、２実施形態では、エンジン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、改質気筒用吸気支管２０ｄは、過給圧まで昇圧されていないため、第２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から改質気筒用吸気支管２０ｄへ供給される燃料Ｆの圧力は、通常の吸気圧力に設定される。
【００５４】
（４）上記第１、２実施形態にあっては、燃焼促進性ガス含有率制御部５２としての制御装置５０は、点火時期制御と空気過剰率制御の双方を実行することで、改質ガスＫに対する燃焼促進性ガスの含有率を調整する例を示したが、点火時期制御のみを実行するような構成であっても、本発明の目的を良好に達成できる。
【００５５】
（５）上記第２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。
【００５６】
（６）上記第２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。
【００５７】
（７）上記第２実施形態において、外部出力エンジン２００ｂは、多気筒エンジンとして構成しているが、別に、単気筒であってもあっても構わない。また、その気筒のすべてが、改質気筒であっても構わない。
【００５８】
（８）上記第２実施形態においては、改質気筒通流路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、当該改質気筒通流路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、複数の気筒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。
【００５９】
（９）上記第１、２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、２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。
【００６０】
（１０）上記第１、２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。
【００６１】
（１１）上記第１、２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。
【００６２】
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】
【００６３】
本発明のエンジンは、比較的簡易な構成で、且つ比較的簡易な制御により、通常気筒に導かれる改質ガスの燃焼促進性ガス含有率を調整し得るエンジンとして、有効に利用可能である。
【符号の説明】
【００６４】
１１      ：第１燃料供給路
１３      ：第１燃料流量制御弁
１４      ：ミキサ
１５      ：第２燃料流量制御弁
１６      ：ミキサ
２９      ：第２燃料供給路
４０ａ、４０ｂ、４０ｃ：通常気筒
４０ｄ    ：改質気筒
４１      ：運転状態検出部
５０      ：制御装置
５１      ：第２燃料供給量調整部
５２      ：燃焼促進性ガス含有率制御部
５３      ：運転状態判定部
１００    ：エンジン
Ａ        ：燃焼用空気
Ｆ        ：燃料
Ｋ        ：改質ガス
Ｍ        ：混合気
【図１】
0006590714.tif 000002
【図２】
0006590714.tif 000003
【図３】
0006590714.tif 000004
【図４】
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