(57)【要約】【課題】改質ガス燃料を燃料とするエンジンシステムの効率の向上。【解決手段】液体燃料を複数のガス成分を含むガス燃料に改質する改質触媒２３０、改質触媒２３０に気化燃料を供給する蒸発器２２０、少なくとも一部のガス成分についてのガス組成が異なる改質ガス貯蔵する複数のガス貯蔵タンク２６０を備える。また、改質触媒２３０から得られた改質ガスをその組成に応じて供給するガス貯蔵タンク２６０を選択する改質ガス供給経路と、ガス貯蔵タンク２６０がそれぞれ貯蔵するガス燃料を、運転状況等に応じて選択的にガスエンジンに供給する燃料供給経路を備える。得られる改質ガスの組成は、測定又は改質触媒壁温等の改質条件に応じて予測でき、結果に応じて貯蔵するタンク２６０を選択し、改質ガスを燃焼させる際には、その組成に応じた制御をする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
動作燃料としてガス燃料を用いるガスエンジンを備えるガスエンジンシステムであって、
液体燃料を水と反応させて複数のガス成分を含むガス燃料に改質する改質触媒と、
前記液体燃料を前記改質触媒に供給する前に前記液体燃料及び前記水を蒸気とするための蒸発器と、
少なくとも一部のガス成分についてのガス組成が互いに異なるガス燃料を貯蔵する複数のガス貯蔵タンクと、
前記改質によって得られた前記ガス燃料を、そのガス組成に応じて前記複数のガス貯蔵タンクに選択的に供給するための改質ガス供給経路と、
前記複数のガス貯蔵タンクがそれぞれ貯蔵する前記ガス燃料を、選択的に前記ガスエンジンに供給するための燃料供給経路と、
を備えることを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記蒸発器に供給する液体燃料流量及び水流量を検出する流量センサと、
前記改質触媒におけるガス温度を検出するガス温度センサと、
前記改質触媒の温度を検出する触媒温度センサと、
前記改質後のガス燃料の前記複数のガス成分の内、少なくとも１種類のガス成分濃度を検出する検出器と、
を備え、
エンジン制御部が、
前記流量センサ及び前記触媒温度センサでの検出値を利用して、予め内部に格納した検出値とガス組成との対応マップを参照し、改質によって得られるガス燃料のガス組成を予測し、
さらに、前記検出したガス成分の濃度又は前記検出したガス温度の少なくとも一方に基づいて、前記ガス組成の予測値を補正し、
前記検出されたガス成分の濃度又は前記ガス組成の予測値に応じて、得られるガス燃料を貯蔵する前記ガス貯蔵タンクを選択することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記複数のガス貯蔵タンクの内、第１ガス貯蔵タンクに貯蔵されるガス燃料は、第２ガス貯蔵タンクに貯蔵されるガス燃料よりも水素濃度が高いことを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項４】
請求項３に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記エンジン制御部は、
水素濃度の測定又は予測結果に応じて該水素を含むガス燃料を貯蔵する前記ガス貯蔵タンクを選択し、
エンジン始動時又は希薄燃焼時には、前記第１ガス貯蔵タンクからのガス燃料を前記エンジンに供給することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項５】
請求項３又は請求項４に記載のガスエンジンシステムにおいて、
ストイキ燃焼時には、前記第２ガス貯蔵タンクからのガス燃料を前記エンジンに供給することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項６】
請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記第１ガス貯蔵タンクにおけるガス圧を検出するガス圧センサを備え、
前記第１ガス貯蔵タンクのガス燃料を用いた燃焼が要求された場合に、前記ガス圧センサによって検出される前記第１ガス貯蔵タンクのガス圧が設定値未満の場合、
前記エンジン制御部は、前記第２ガス貯蔵タンクからのガス燃料を用いた燃焼を実行することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項７】
請求項３〜請求項５のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記第１ガス貯蔵タンクにおけるガス圧を検出するガス圧センサを備え、
前記第１ガス貯蔵タンクのガス燃料を用いた燃焼が要求された場合に、前記ガス圧センサによって検出される前記第１ガス貯蔵タンクのガス圧が設定値未満の場合には、前記改質触媒への前記液体燃料と前記水との供給量を標準供給量から変更し、水素濃度の高いガス燃料を発生させ、前記第１ガス貯蔵タンクに補充することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項８】
請求項４〜請求項７のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記第２ガス貯蔵タンクにおけるガス圧を検出するガス圧センサを備え、
前記第２ガス貯蔵タンクのガス燃料を用いた燃焼が要求された場合に、前記ガス圧センサによって検出される前記第２ガス貯蔵タンクのガス圧が設定値未満の場合、
前記エンジン制御部は、前記第１ガス貯蔵タンクからのガス燃料を用いた燃焼を実行することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項９】
請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記液体燃料は、炭化水素系液体燃料又はアルコール液体燃料であり、
前記改質して得られるガス燃料は、水素、一酸化炭素、二酸化炭素及びメタンを含有することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項１０】
請求項１〜請求項９のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記エンジン制御部は、前記用いるガス燃料のガス組成の予測値と、選択した燃焼モードに基づいて、前記エンジンでの前記ガス燃料と空気との混合気の希薄燃焼限界濃度を算出し、該希薄燃焼限界濃度及び要求トルクに応じて、前記エンジン内へのガス燃料供給量及び空気流量を制御することを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項１１】
請求項１〜請求項１０のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記エンジン停止後にも、前記改質触媒に前記液体燃料と前記水とを供給し、該改質触媒で生成されるガスの水素濃度に応じ、該ガスを貯蔵する前記ガス貯蔵タンクを選択すること特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項１２】
動作燃料としてガス燃料を用いるガスエンジンを備えるガスエンジンシステムであって、
液体燃料を水と反応させて複数のガス成分を含むガス燃料に改質する改質触媒と、
前記液体燃料を前記改質触媒に供給する前に前記液体燃料及び前記水を蒸気とするための蒸発器と、
前記改質触媒に前記液体燃料と前記水とを供給して、改質して得たガス燃料を貯蔵する前記ガス貯蔵タンクと、
前記ガス貯蔵タンクへの前記ガス燃料の供給経路に設けられた入口側バルブと、
前記ガス貯蔵タンクからエンジンへの前記ガス燃料の燃料供給経路に設けられた出口側バルブと、
前記蒸発器に供給する液体燃料流量及び水流量を検出する流量センサと、
前記改質触媒におけるガス温度を検出するガス温度センサと、
前記改質触媒の温度を検出する触媒温度センサと、
前記改質後のガス燃料の前記複数のガス成分の内、少なくとも１種類のガス成分濃度を検出する検出器と、
を備え、
エンジン制御部が、
前記流量センサ及び前記触媒温度センサでの検出値を利用して、予め内部に格納した検出値とガス組成との対応マップを参照し、改質によって得られるガス燃料のガス組成を予測し、
さらに、前記検出したガス成分の濃度又は前記検出したガス温度の少なくとも一方に基づいて、前記ガス組成の予測値を補正し、
エンジン停止後において、前記改質触媒の触媒温度が設定値未満となるか、または前記改質して得られるガス燃料の特定ガス成分濃度が設定値未満となるかの少なくとも一方の条件を満たすまで、前記出口側バルブを閉じ、前記入口側バルブを開けた状態で、前記改質触媒へ前記液体燃料と前記水とを供給して改質を行い、得られるガス燃料を前記ガス貯蔵タンクに貯蔵すること特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項１３】
請求項１２に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記エンジン停止後において、前記改質触媒の触媒温度又は前記改質して得られるガス燃料の水素濃度が設定値未満となった場合には、前記改質触媒への前記液体燃料及び前記水の供給を停止し、かつ前記入口側バルブを閉じることを特徴とするガスエンジンシステム。
【請求項１４】
請求項１２〜請求項１３のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムにおいて、
前記改質触媒及び前記蒸発器は、前記エンジンに接続された排気管で得られる熱又は加熱ヒータの熱を利用して加熱されることを特徴とするガスエンジンシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
液体燃料を水によって改質することによって得たガス燃料を主燃料とするガスエンジンシステムにおいて関する。
【背景技術】
【０００２】
ガソリンなどの炭化水素系（ＣmＨn）の液体燃料を改質することにより、発熱量の大きなガス燃料を得て、これをエンジンの燃料として用いることで熱効率の向上を図ることが従来より提案されている。
【０００３】
また、エンジン筒内への燃料と空気の供給量を希薄燃焼限界空燃比に近づけることが熱効率の良いエンジンを実現する上で必要であり、用いる燃料に応じた最適な空気量を筒内に供給するように制御を行う。
【０００４】
したがって、上記改質ガスを燃料に用いるガスエンジンにおいても、ガス燃料に応じた最適な空気量となるよう制御が行われることが求められる。そこで、従来の改質ガスエンジンでは、炭化水素系燃料を改質して得られる改質ガス燃料中に含まれる水素について着目し、この水素濃度を測定して、測定濃度に基づいて筒内に供給する空気量とガス燃料量の制御を行っている（下記特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２２１０９８号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１では、生成する改質ガス燃料中の水素濃度を測定し、希薄燃焼限界を推定しており、運転条件毎に変化する改質ガスの組成に応じて改質ガスのエンジンへの供給量や吸入空気量を制御している。
【０００７】
しかし、改質ガスの組成がエンジンの運転条件によって異なり、得られる改質ガス組成と、エンジンが必要とする改質ガス組成とが異なる。ここで、液体燃料を改質して得たガス燃料は、主成分として、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンを含み、改質条件によってその組成が異なり、例えば水素濃度の高い組成の改質ガスとメタンガスの多い改質ガスとでは、燃焼条件等が異なってくる。希薄燃焼時は、水素濃度が高い改質ガスを燃焼させることが望ましいが、排気温度が低くなる。よって、排気熱を利用して改質触媒を加熱する場合には、改質触媒温度が低く、得られる改質ガス中の水素濃度が低く、水素濃度の高い改質ガスは生成され難い。
【０００８】
一方、ストイキ燃焼時には、水素濃度の低い改質ガスでも安定した燃焼が可能であるが、排気温度が高い。よって、水素濃度が高く、上記のような希薄燃焼時に望まれる改質ガスが生成される。このように、運転条件によってエンジンが要求する組成の改質ガスを、これを用いる際に効率的に得られないことがあり、エンジンシステムの一層の効率向上のために解決が望まれる。
【０００９】
本発明では、改質効率を含めガスエンジンシステム全体の効率を向上を図る。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、動作燃料としてガス燃料を用いるガスエンジンを備えるガスエンジンシステムであって、液体燃料を水と反応させて複数のガス成分を含むガス燃料に改質する改質触媒と、前記液体燃料を前記改質触媒に供給する前に前記液体燃料及び前記水を蒸気とするための蒸発器と、少なくとも一部のガス成分についてのガス組成が互いに異なるガス燃料を貯蔵する複数のガス貯蔵タンクと、前記改質によって得られた前記ガス燃料を、そのガス組成に応じて前記複数のガス貯蔵タンクに選択的に供給するための改質ガス供給経路と、前記複数のガス貯蔵タンクがそれぞれ貯蔵する前記ガス燃料を、選択的に前記ガスエンジンに供給するための燃料供給経路と、を備える。
【００１１】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記蒸発器に供給する液体燃料流量及び水流量を検出する流量センサと、前記改質触媒におけるガス温度を検出するガス温度センサと、前記改質触媒の温度を検出する触媒温度センサと、前記改質後のガス燃料の前記複数のガス成分の内、少なくとも１種類のガス成分濃度を検出する検出器と、を備え、エンジン制御部が、前記流量センサ及び前記触媒温度センサでの検出値を利用して、予め内部に格納した検出値とガス組成との対応マップを参照し、改質によって得られるガス燃料のガス組成を予測し、さらに、前記検出したガス成分の濃度又は前記検出したガス温度の少なくとも一方に基づいて、前記ガス組成の予測値を補正し、前記検出されたガス成分の濃度又は前記ガス組成の予測値に応じて、得られるガス燃料を貯蔵する前記ガス貯蔵タンクを選択する。
【００１２】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記複数のガス貯蔵タンクの内、第１ガス貯蔵タンクに貯蔵されるガス燃料は、第２ガス貯蔵タンクに貯蔵されるガス燃料よりも水素濃度が高い。
【００１３】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記エンジン制御部は、水素濃度の測定又は予測結果に応じて該水素を含むガス燃料を貯蔵する前記ガス貯蔵タンクを選択し、エンジン始動時又は希薄燃焼時には、前記第１ガス貯蔵タンクからのガス燃料を前記エンジンに供給する。
【００１４】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、ストイキ燃焼時には、前記第２ガス貯蔵タンクからのガス燃料を前記エンジンに供給する。
【００１５】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記第１ガス貯蔵タンクにおけるガス圧を検出するガス圧センサを備え、前記第１ガス貯蔵タンクのガス燃料を用いた燃焼が要求された場合に、前記ガス圧センサによって検出される前記第１ガス貯蔵タンクのガス圧が設定値未満の場合、前記エンジン制御部は、前記第２ガス貯蔵タンクからのガス燃料を用いた燃焼を実行する。
【００１６】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記第１ガス貯蔵タンクにおけるガス圧を検出するガス圧センサを備え、前記第１ガス貯蔵タンクのガス燃料を用いた燃焼が要求された場合に、前記ガス圧センサによって検出される前記第１ガス貯蔵タンクのガス圧が設定値未満の場合には、前記改質触媒への前記液体燃料と前記水との供給量を標準供給量から変更し、水素濃度の高いガス燃料を発生させ、前記第１ガス貯蔵タンクに補充する。
【００１７】
本発明の他の態様では、前記第２ガス貯蔵タンクにおけるガス圧を検出するガス圧センサを備え、前記第２ガス貯蔵タンクのガス燃料を用いた燃焼が要求された場合に、前記ガス圧センサによって検出される前記第２ガス貯蔵タンクのガス圧が設定値未満の場合、前記エンジン制御部は、前記第１ガス貯蔵タンクからのガス燃料を用いた燃焼を実行する。
【００１８】
本発明の他の態様では、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記エンジン停止後にも、前記改質触媒に前記液体燃料と前記水とを供給し、該改質触媒で生成されるガスの水素濃度に応じ、該ガスを貯蔵する前記ガス貯蔵タンクを選択する。
【００１９】
本発明の他の態様では、動作燃料としてガス燃料を用いるガスエンジンを備えるガスエンジンシステムであって、液体燃料を水と反応させて複数のガス成分を含むガス燃料に改質する改質触媒と、前記液体燃料を前記改質触媒に供給する前に前記液体燃料及び前記水を蒸気とするための蒸発器と、前記改質触媒に前記液体燃料と前記水とを供給して、改質して得たガス燃料を貯蔵する前記ガス貯蔵タンクと、前記ガス貯蔵タンクへの前記ガス燃料の供給経路に設けられた入口側バルブと、前記ガス貯蔵タンクからエンジンへの前記ガス燃料の燃料供給経路に設けられた出口側バルブと、前記蒸発器に供給する液体燃料流量及び水流量を検出する流量センサと、前記改質触媒におけるガス温度を検出するガス温度センサと、前記改質触媒の温度を検出する触媒温度センサと、前記改質後のガス燃料の前記複数のガス成分の内、少なくとも１種類のガス成分濃度を検出する検出器と、を備え、エンジン制御部が、前記流量センサ及び前記触媒温度センサでの検出値を利用して、予め内部に格納した検出値とガス組成との対応マップを参照し、改質によって得られるガス燃料のガス組成を予測し、さらに、前記検出したガス成分の濃度又は前記検出したガス温度の少なくとも一方に基づいて、前記ガス組成の予測値を補正し、エンジン停止後において、前記改質触媒の触媒温度が設定値未満となるか、または前記改質して得られるガス燃料の特定ガス成分濃度が設定値未満となるかの少なくとも一方の条件を満たすまで、前記出口側バルブを閉じ、前記入口側バルブを開けた状態で、前記改質触媒へ前記液体燃料と前記水とを供給して改質を行い、得られるガス燃料を前記ガス貯蔵タンクに貯蔵する。
【発明の効果】
【００２０】
改質ガスのガス組成に応じてガス貯蔵タンクを選択することで、改質条件の違いによりガス組成が異なる場合においても、高い改質効率と、高い熱効率を達成できる。
【００２１】
また、改質ガスの組成を予測、補正することで、ガス貯蔵タンクの選択や、運転条件の設定、或いはエンジン停止後の改質ガスの生成動作の制御を正確に実行することができる。
【００２２】
ガス貯蔵タンクを複数設けて、ガス組成、例えば水素濃度に応じて貯蔵タンクを切り替えることで、例えば、エンジン始動時と希薄燃焼時には水素濃度の高い改質ガスを優先的に用い、その際に得られる水素濃度の低い改質ガスを無駄にすることなく第２ガス貯蔵タンクに貯蔵し、ストイキ燃焼時には水素濃度の低い改質ガスを優先的に用い、その際に得られる水素濃度の高いガスを第１ガス貯蔵タンクに貯蔵することができる。したがって、良好なエンジン始動性と燃焼安定性、高い熱効率を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態（以下、実施形態）について説明する。
【００２４】
（エンジンシステム概略）
本実施形態のエンジンシステムは、主燃料としてガス燃料を用いるガスエンジンシステムであり、ガス燃料は、液体燃料を改質触媒によって改質して得た複数のガス成分を含む改質ガス燃料である。液体燃料としては、炭化水素系液体燃料又はアルコール燃料（以下、アルコール燃料を含め、単に炭化水素液体燃料という）が採用でき、具体的には、ガソリン、メタノール、エタノール、或いは軽油、重油などが挙げられる。このような炭化水素系液体燃料を改質して得られるガス成分は、例えば、液体燃料としてガソリン等を採用し、これを水によって改質した場合（水蒸気改質方法）、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンを主成分とする改質ガスが得られる。または、液体有機化合物燃料（上記のような炭化水素系液体燃料）と、水と、空気と、を改質器に供給して、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタン、窒素を主成分とする改質ガスを得ることもできる。
【００２５】
図１は、本実施形態に係るガスエンジンシステム１０の概略構成を示している。
【００２６】
エンジン（気筒）１１０の上部付近には、点火プラグ６０、吸気弁２４、排気弁２６がそれぞれ設けられ、気筒１１０内には、気筒軸線に沿って上下し、コネクティングロッドによりクランク軸に連結されたピストンが設けられている。吸気管２０には、スロットルバルブ２２が設けられ、気筒１１０の空気の吸気量を制御している。また、このスロットルバルブ２２付近には、このバルブ付近を通過する空気の流量を測定してエアーフローメータ信号を出力するエアーフローセンサ１３２が設けられている。さらに吸気管２０の吸気ポート付近には、改質ガス燃料を噴射するガス燃料噴射弁１３０が設けられている。気筒１１０の排気ポートは、排気管３０につながっており、その先には三元触媒などからなる排気触媒２８が設置されている。
【００２７】
燃料タンク４０に蓄えられた炭化水素液体燃料（例えばガソリン）と、水タンク５０に蓄えられた水は、それぞれ、ポンプで汲み上げられて蒸発器２２０に供給される。蒸発器２２０で、これらは蒸気となり、それぞれ改質触媒２３０に送られ、改質触媒２３０で炭化水素燃料ガスが水蒸気によって改質され、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンを主成分とする改質ガスが生成される。なお、蒸発器２２０及び改質触媒２３０は、後述するように排気熱又は加熱ヒータなどを用いて燃料及び水を加熱することで、気化と、改質処理を実行する。
【００２８】
改質触媒２３０で得られた改質ガスは、次に凝縮器２４０で含有水分が除かれ、ポンプで加圧され、改質ガスのガス組成に応じて複数のガス貯蔵タンク２６０のいずれかのタンクに蓄えられる。図１の例では、このガス貯蔵タンク２６０として、第１ガス貯蔵タンク２６２、第２ガス貯蔵タンク２６４を備える。第１ガス貯蔵タンク２６２へは、切替バルブ２５０から開閉バルブ２５２を経る供給経路によって対応する組成の改質ガスが供給され、第２ガス貯蔵タンク２６４へは、切替バルブ２５０から開閉バルブ２５４を経る供給経路によって対応する異なる組成の改質ガスが供給される。
【００２９】
ＥＣＵ１００は、後述する方法により、得られる改質ガスの組成の測定値又は予測値（又はさらにそれらの補正値）を考慮し、得られるガス組成に応じ、ガス蓄積タンク２６０を選択し、切替バルブ２５０及び開閉バルブ２５２、２５４を制御する。一例として、水素を設定値よりも多く含む改質ガスが生成されている場合には、第１ガス貯蔵タンク２６２に得られる改質ガスを貯蔵し、設定値以下の場合は、第２ガス貯蔵タンク２６４に貯蔵する。
【００３０】
各ガス貯蔵タンク２６０の出口側と、燃料噴射弁１３０との間に開閉バルブ２５６，２５８及びポンプ２８０が設けられている。ＥＣＵ１００は、エンジンの運転条件等に応じて、エンジンに供給する改質ガスを選択し、対応する第１ガス貯蔵タンク２６２又は第２ガス貯蔵タンク２６４から対応する開閉バルブ２５６、２５８を介してポンプ２８０に改質ガスを供給する。ポンプ２８０では適切な圧力に改質ガスを加圧し、この加圧された改質ガスが、ガス燃料として燃料噴射弁１３０からエンジンに供給される。
【００３１】
（改質ガスのガス組成の予測）
本エンジンシステムでは、得られる改質ガスの組成に応じてその改質ガスを蓄積するガス貯蔵タンク２６０を選択する。ここで、改質ガスの組成は、改質条件によって変動し、その組成によって最適な燃焼条件などが相違する。このため、本システムでは、改質ガスの組成を判断し、組成に応じたガス貯蔵タンク２６０を選択して貯蔵する。また、この改質ガスを燃焼に用いる場合にも、運転条件等に応じてより適切な組成の改質ガスを貯蔵するガス貯蔵タンク２６０を選択し、用いるガス燃料の組成に応じて空気量などの調整を行う。
【００３２】
図２は、ガスエンジンシステムに用いられる改質触媒の温度（壁温）（℃）を変化させ、液体燃料としてガソリンを用い、これを水蒸気改質した時に得られる改質ガス組成の一例である。改質ガスの主成分は、上述の通り水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンと、さらに水（凝縮器で後に除去される）であるが、図２から理解できるように、壁温により生成ガスの組成が大きく異なる。
【００３３】
ストイキ燃焼を実行する場合には、排気温度が高くなるため、排気熱を利用して改質触媒を加熱するシステムの場合、改質触媒の壁温が高いので、ストイキ燃焼時に得られる改質ガスの水素濃度は高くなる。逆にエンジン始動時や希薄燃焼時には排気温度は低く、上記同様に排気熱を利用して改質触媒を加熱する場合や、エンジン始動直後の加熱ヒータが十分暖まらない状況の下では、改質触媒の壁温が低いため、得られる改質ガスの水素濃度は低くなる。もちろん、他の改質条件によっても得られる改質ガスの組成が異なる。
【００３４】
そこで、本システムでは、改質ガスの組成を正確に検出して、必要な制御を正確に実行するために、改質ガスの組成に影響を与える以下の少なくとも一つの条件を検出すべく、液体燃料及び水の流量、改質触媒入ガス温度、改質触媒壁温、改質触媒出ガス温度、成分濃度を測定するセンサを管路中に少なくとも１種類以上設置している。
【００３５】
上記図１に示す例では、タンク４０，５０と蒸発器２２０との間に、流量センサ１４０として、燃料タンク４０からポンプで汲み上げられて蒸発器２２０に供給される炭化水素燃料（液体）の流量を検出する液体燃料流量センサと、水タンク５０から汲み上げられて蒸発器２２０に供給される水流量を検出する水流量センサと、が設けられている。
【００３６】
蒸発器２２０と改質触媒２３０との間には、改質触媒２３０に入力される燃料ガス温度と、水蒸気温度をそれぞれ検出する入力ガス温度センサ１４４が設けられ、改質触媒２３０の出力側（凝縮器２４０との間）には、改質触媒２３０から出力されるガス（改質ガス）のガス温度を検出する出力ガス温度センサ１４８が設けられている。なお、このガス温度センサ１４４，１４８は、いずれか一方のみ、例えば入力ガス温度を検出するセンサ１４４のみとすることができる。
【００３７】
改質触媒２３０には、触媒の温度（触媒壁温）を測定する触媒温度センサ１４６が設けられている。さらに、凝縮器２４０の下流には、改質触媒２３０から出力される改質ガスの特定のガス成分濃度を検出するガス濃度センサ１５０が設けられている。
【００３８】
改質ガスのガス組成は、蒸発器２２０に供給する炭化水素流量、水流量と、改質触媒温度によって強い影響を受ける。また、入力ガス温度もガス組成に与える影響が大きい。さらに、出力ガス温度も改質触媒内での改質反応、即ち改質条件によって変化する。そこで、本実施形態では、このため、炭化水素液体燃料及び水の流量、改質触媒温度、入力ガス温度、出力ガス温度をそれぞれセンサ１４０、１４６、１４４、１４８によって検出し、検出値を予測に用いる。なお、上記センサ１４０、１４６、１４４、１４８の内、炭化水素流量及び水流量を検知する流量センサ１４０及び、改質触媒壁温を検知する温度センサ１４６を設けることが望ましい。
【００３９】
ここで、図２に示すような生成された改質ガスの内、燃焼性のガスは、水素、一酸化炭素、メタンであるが、水素の希薄限界当量比（φlimit）＝０．１、一酸化炭素はφlimit＝０．３４、メタンは、φlimit＝０．５と、それぞれの希薄限界が大きく異なる。したがって、燃焼に用いるガスの組成を正確に把握して、組成に応じた制御をすることが効率向上のために要求される。
【００４０】
改質時の触媒壁温が高く、水素、一酸化炭素の組成比が非常に大きい改質ガスは、水素が非常に希薄な状況でも燃焼可能であるから、この改質ガスを用いた場合の筒内の混合気の希薄燃焼限界当量比は非常に小さい値（薄い）となる。逆に、改質時の触媒壁温が低く、水素、一酸化炭素は少なく、メタンが多い改質ガスは、メタンの希薄限界当量比が大きいため、筒内の混合気の希薄燃焼限界当量比は、水素濃度の高い改質ガスと比較して非常に大きく（濃い）、ストイキ燃焼に用いることが好ましい。また、希薄燃焼限界付近での運転を実行するために筒内に供給すべきガス燃料供給量、空気量は、水素濃度の高い改質ガスの場合と異なる。
【００４１】
そこで、ＥＣＵ１００は、上記各センサで得られた検出値に基づき、気筒内１１０での希薄燃焼限界の予測演算を実行する。以下、このＥＣＵ１００での演算処理について、図３をさらに参照して説明する。ＥＣＵ１００は、上記のような各センサから、上述のように炭化水素流量、水流量、改質触媒温度、入力ガス温度、出力ガス温度の検出値を受け（Ｓ１）、これらの値に基づいて、予め内部に格納してある検出値とガス組成との対応マップを参照して、生成される改質ガスのガス組成とその濃度（ｖｏｌ％：体積％）を予測する（Ｍ1、Ｍ2、Ｍ3、Ｍ4・・・）（Ｓ２）。
【００４２】
ガス濃度センサ１５０は、改質ガスの主成分の内、予め定めた、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンの内の１成分についてのガス濃度Ｍ1’（vol％）を検出する（Ｓ３）。ＥＣＵ１００は、この検出濃度Ｍ1’を用い、下記式（ｉ）に基づいて、各ガス成分濃度の補正値Ｍ1”、Ｍ2”、Ｍ3”、Ｍ4”・・・を求める（Ｓ４）。
【００４３】
Ｍ1”＝Ｍ1’
Ｍ2”＝（１−Ｍ1’）Ｍ2／（Ｍ2＋Ｍ3＋Ｍ4）
Ｍ3”＝（１−Ｍ1’）Ｍ3／（Ｍ2＋Ｍ3＋Ｍ4）
Ｍ4”＝（１−Ｍ1’）Ｍ4／（Ｍ2＋Ｍ3＋Ｍ4）            ・・・（ｉ）
即ち、マップから求めた対応するガス成分の濃度Ｍ1を検出濃度Ｍ1’で置換して、Ｍ1成分についての補正濃度Ｍ1”とする。残りの成分Ｍ2、Ｍ3、Ｍ4・・・については、全体濃度（体積）から検出したガス成分の濃度（体積）を差し引いた濃度（体積）内で、マップから求めた各成分濃度の全体濃度（体積）比に応じて算出する。
【００４４】
ＥＣＵ１００は、以上のようにして求めた生成ガスの組成に基づいて得られる改質ガスを貯蔵するタンク２６０を選択し、切替バルブ２５０及び開閉バルブ２５２、２５４を制御して複数のタンク２６０のうち、選択したタンクに改質ガスを供給する（Ｓ５）。また、上記のようにして求めた改質ガスの組成は、このガスを貯蔵するタンク２６０と対応付けて記憶しておく（Ｓ６）。
【００４５】
次に、エンジンの動作時に、ＥＣＵ１００は、運転条件を判定し（Ｓ７）、条件にあったガス燃料、つまり改質ガスを取り出すタンク２６０を選択し、選択したタンク２６０からの燃料供給経路を選択する（Ｓ８）。
【００４６】
さらに、ＥＣＵ１００は、用いる改質ガスに対して、予め記憶しておいたその組成Ｍi（各成分濃度Ｍ1”、Ｍ2”、Ｍ3”、Ｍ4”）と、そのガス組成の燃焼性ガスの希薄燃焼限界濃度Ｎiに基づいて、以下の式（１）
Ｌ＝１００／（Σ（Ｍi／Ｎi））・・・（１）
Ｌ（ｖｏｌ％）：混合改質ガス−空気の混合気の燃焼限界濃度
Ｎi（ｖｏｌ％）：各燃料ガス成分−空気の混合気の燃焼限界濃度
Ｍi（ｖｏｌ％）：混合改質ガス中の各燃料ガス成分の濃度
を演算し、気筒内１１０における改質ガスと空気との混合気の希薄燃焼限界濃度Ｌ（ｖｏｌ％）を求める（Ｓ９）。
【００４７】
また、ＥＣＵ１００は、ドライバからの要求トルクを検知し（Ｓ１０）、その要求トルクと、用いる改質ガスの上記希薄燃焼限界濃度Ｌとに応じて、気筒内１１０に供給すべきガス燃料量及び空気流量を決定し、燃料噴射弁１３０での燃料噴射期間、スロットルバルブ２２の開度を制御する（Ｓ１１）。なお、スロットルバルブ２２の開度は、エアーフローセンサ１３２からの出力が、要求空気量に近づくように制御する。
【００４８】
このように、実際に得られた改質ガスの内の予め定めた１成分のガス濃度を検出し、これによりガス組成の予測値を補正することで、この補正値を利用して、得られる改質ガスを貯蔵すべき適切な貯蔵タンクを選択する。また、燃焼に用いる改質ガスを選択する場合にも、そのガスに適切な希薄燃焼限界濃度を予測することができる。
【００４９】
ここで、濃度を検出するガス成分については、高精度に濃度を検出することができ、かつ、例えば図２のように改質触媒温度や、入出力ガス温度などに対して、高い依存性のあるガスを選択することが好適である。一例として、希薄燃焼限界当量比の低い水素や、最も高いメタンなどの燃焼性ガス、或いは、一酸化炭素、二酸化炭素などが挙げられ、本システムでは、燃焼性の良い水素を選択している。もちろん、濃度を測定する１ガス成分については、改質条件等に応じ変更しても良い。
【００５０】
また、ガス組成の予測値の補正については、上記説明では、生成ガスの１成分の濃度を測定して行っていたが、異なる２成分の濃度Ｍ1’，Ｍ2’を測定し、残りの成分の濃度を補正する方法を採用しても良い。濃度を測定するガス成分については、精度良く測定可能な２つを選択する。
【００５１】
例えば、ガス組成の主成分が、水素、一酸化炭素、二酸化炭素、メタンの場合、メタンと水素、又はメタンと一酸化炭素等を選択することができる。この組み合わせは、改質触媒の温度が改質ガスの組成に対して最も影響が大きい場合、触媒温度に対する依存性の互いに異なるガスを１種類ずつ選択することとなり、どの触媒温度に対しても高い検出精度、即ち、高い組成予測が可能となる。
【００５２】
もちろん同一の傾向を示す２種類のガス（例えば図２のメタンと水等）であっても良いし、一方は温度依存性が低く他方が温度依存性が高い２種類のガス（例えば図２では、メタンと二酸化炭素）を選択することもできる。
【００５３】
いずれの場合においても、ガス濃度を精度良く測定でき、かつ異なる任意の２種を選択することで、予測精度をさらに向上させることが可能となる。なお、ガス濃度センサ１５０は、検出するガス数とガス種類に応じて任意のセンサを採用する。
【００５４】
以上のように、改質ガスの内、予め定めた２成分について、ガス濃度センサ１５０が、それぞれそのガス濃度Ｍ1’、Ｍ2’（vol％）を検出する場合、ＥＣＵ１００は、この検出濃度Ｍ1’、Ｍ2’を用い、下記式（ｉｉ）に基づいて、各ガス成分濃度の補正値Ｍ1”、Ｍ2”、Ｍ3”、Ｍ4”・・・を求める。
【００５５】
Ｍ1”＝Ｍ1’
Ｍ2”＝Ｍ2’
Ｍ3”＝（１−Ｍ1’−Ｍ2’）Ｍ3／（Ｍ3＋Ｍ4）
Ｍ4”＝（１−Ｍ1’−Ｍ2’）Ｍ4／（Ｍ3＋Ｍ4）                ・・・（ｉｉ）
以上のようにして得られた補正値Ｍ1”、Ｍ2”、Ｍ3”、Ｍ4”を用いて（ｉｉ）式を演算することで、正確なガス組成を求めることができ、また、上述の（１）式を演算することで、気筒内１１０における混合気の希薄燃焼限界濃度Ｌ（vol％）を得ることができる。
【００５６】
［具体例１］
以下、上述のようなエンジンシステムにおける具体例１として、改質ガス中の水素濃度に応じた貯蔵タンク２６０の選択及び燃焼に用いる改質ガスの選択方法の一例を説明する。
【００５７】
本具体例１では、ＥＣＵ１００は、改質によって得られ、上記のような方法によって予測又は測定された改質ガスの組成中の水素濃度が、基準値として設定した値（ここでは５０ｖｏｌ％以上）以上かどうかで、改質ガスを貯蔵するタンク２６０を切り替える。一例として、改質ガスの水素濃度が５０ｖｏｌ％以上とＥＣＵ１００が判定した場合、第１ガス貯蔵タンク２６２への流路が開くよう切替バルブ２５０が制御され、第１ガス貯蔵タンク２６２にこの改質ガスを貯蔵する。５０ｖｏｌ％未満と判定した場合には、第２ガス貯蔵タンク２６４への流路が開くよう切替バルブ２５０が切り替え制御され、第２ガス貯蔵タンク２６４にこの改質ガスを貯蔵する。なお、タンクの切替基準とした水素濃度５０ｖｏｌ％という設定値は、適用するエンジンに応じて異なる値である。
【００５８】
タンク２６０に貯蔵された改質ガスをガス燃料として気筒内１１０での燃焼に用いる場合には、ＥＣＵ１００は、運転条件により、複数のタンク２６０の内のどのタンクからの改質ガスを燃料として用いるかを選択し、用いるタンクからの燃料供給経路に設けられている開閉バルブ２５６または２５８を制御する。
【００５９】
ここで、第１及び第２ガス貯蔵タンク２６２，２６４のそれぞれに対応して、燃料供給経路に設けられている開閉バルブ２５６，２５８は、何れも閉じている状態を基本とする。
【００６０】
そして、例えば、第１ガス貯蔵タンク２６２でのガス圧力が、設定値（例えば５ｂａｒ（５×１０5Ｐａ）：但し、圧力設定値はエンジン毎に変わり得る）を超え、かつ、ＥＣＵ１００が、水素濃度の高いガスを貯蔵する第１ガス貯蔵タンク２６２からの改質ガスをエンジン１１０に供給すると判断したときには、開閉バルブ２５６を開け、第１ガス貯蔵タンク２６２から改質ガスを取り出す。
【００６１】
逆に、第２ガス貯蔵タンク２６４からの水素濃度の低い改質ガスを供給すると判断したときには、開閉バルブ２５８を開けて、第２ガス貯蔵タンク２６４から改質ガスを取り出す。
【００６２】
上述のように水素濃度の高い改質ガスは燃焼特性が良好なガスであるため、本具体例１では、この水素濃度の高い改質ガスを、エンジン始動時と、当量比≦０．５の希薄燃焼時に、優先的に使用する。水素濃度の低い改質ガスは、希薄燃焼特性や燃焼安定性が前述の改質ガスには及ばないので、ストイキ燃焼時に優先的に使用する。即ち、具体例１では、ＥＣＵ１００は、運転条件が、エンジン始動時と、当量比≦０．５の希薄燃焼時に、第１ガス貯蔵タンク２６２からの改質ガスを用い、ストイキ燃焼時には、第２ガス貯蔵タンク２６４からの改質ガスを用いる。
【００６３】
図４は、改質ガスをエンジンに供給し燃焼させた場合の含有水素濃度と希薄燃焼限界当量比との関係の一例を示す。ＮＯｘ排出量がほとんどゼロとなるような希薄燃焼を行うには、ガス燃料と空気との混合比である当量比が０．５以下となるような条件で気筒内１１０で燃焼させる必要がある。図４から、この条件を満たすために必要な改質ガス中の水素濃度は５０ｖｏｌ％以上であることが理解でき、その結果、具体例１では、改質ガス中の水素濃度が５０ｖｏｌ％かどうかで、改質ガスを貯蔵する第１及び第２ガス貯蔵タンク２６２，２６４を切り替え、また、燃焼モードを切り替える。
【００６４】
［具体例２］
次に、具体例２について説明する。本具体例２では、ガス貯蔵タンク２６０のガス圧を検出するガス圧センサ２７０を備え、ＥＣＵ１００が改質ガスを要求するタンク２６０のガス圧が設定値以下の場合には、そのタンクからの改質ガスを用いない燃焼を行う。
【００６５】
例えば、上記具体例１において、ＥＣＵ１００が、第１ガス貯蔵タンク２６２からの水素濃度の高い改質ガスをエンジンに供給し当量比≦０．５の希薄燃焼を行うと判断した場合であっても、この第１ガス貯蔵タンク２６２のガス圧力が設定値未満の時は、第２ガス貯蔵タンク２６４からの改質ガスを用いたストイキ燃焼を実行する。
【００６６】
このような燃焼モードの変更は、用いる改質ガスを変更すると共に、その改質ガスの組成（予測値、補正値）に応じて、ＥＣＵ１００が、エアーフローセンサ１３２、Ｏ2センサ１３４の出力とドライバの要求トルクを元に、改質ガス噴射量とスロットルバルブ２２の開度を決定することで行うことができる。
【００６７】
逆に、ＥＣＵ１００が、第２ガス貯蔵タンク２６４内の水素濃度の低い改質ガスをエンジンに供給し、ストイキ燃焼を行うと判断したにもかかわらず、このタンク２６４内のガス圧力が設定値を下回る場合には、第１ガス貯蔵タンク２６２からの水素濃度の高い改質ガスを用いた希薄燃焼もしくはストイキ燃焼に切り替える。
【００６８】
この変更も、用いる改質ガスの組成に応じて、ＥＣＵ１００が、エアーフローセンサ１３２、Ｏ2センサ１３４の出力と、ドライバの要求トルクを元に、改質ガス噴射量とスロットルバルブ２２の開度を決定することで行うことができる。
【００６９】
なお、当初、水素濃度の低い改質ガスによるストイキ燃焼が要求されている場合に、水素濃度の高い改質ガスを代用する場合には、この水素濃度の高い改質ガスに応じて供給空気量や改質ガス供給を調整することで、ストイキ燃焼を実行することができる。また、水素濃度の高い（燃焼性の高い）改質ガスを代用した場合には、当初要求されたストイキ燃焼ではなく、希薄燃焼に変更しても、要求トルクなどを満たしつつ、高い熱効率、低燃費を実現することができる。
【００７０】
ここで、ガス圧の設定値は、ガス組成、ガス貯蔵タンク容量、エンジンなどによって様々であるが、一例として、５ｂａｒ（５×１０5Ｐａ）程度とすれば良い。
【００７１】
［具体例３］
具体例３では、上記具体例１で説明したエンジンシステムにおいて、さらに、第１ガス貯蔵タンク２６２内のガス圧力が上限圧力に達した場合（貯蔵タンク２６２が満杯になった場合）に、それ以前の燃焼モードによらず、水素濃度の高い改質ガスを用いた希薄燃焼もしくはストイキ燃焼に切り替える。なお、この改質ガスの変更に伴って、ＥＣＵ１００が、エアーフローセンサ１３２、Ｏ2センサ１３４の出力とドライバの要求トルクを元に、改質ガス噴射量とスロットルバルブ２２の開度を決定することで、適切な燃焼を実行することができる。
【００７２】
また、逆に、第２ガス貯蔵タンク２６４内のガス圧力が上限圧力に達した場合（貯蔵タンク２６４が満杯になった場合）に、それ以前の燃焼モードに関わらず、水素濃度の低い改質ガスを用いたストイキ燃焼に切り替える。この操作も、ＥＣＵ１００が、エアーフローセンサ１３２、Ｏ2センサ１３４の出力とドライバの要求トルクを元に、改質ガス噴射量とスロットルバルブ２２の開度を決定することで行うことができる。
【００７３】
このように具体例３では、複数のガス貯蔵タンク２６０の内、いずれかのタンク２６０が満杯になった場合には、その満杯になったガス貯蔵タンク２６０からの改質ガスを用いた燃焼に切り替える。このように制御することで、改質ガスの組成を決定付ける改質条件を瞬時に変更することが困難であっても、そのような改質条件下で作成される改質ガスを無駄なく燃焼に用いることができ、燃料消費量を抑制することができる。また、上述のように本実施形態のエンジンシステムでは、改質ガスの組成を精度良く予測することができるため、用いる改質ガスを変更しても、変更後の組成に応じた適切な制御が容易であり、高効率の燃焼をすることができる。
【００７４】
［具体例４］
具体例４では、上述の具体例１又は具体例３で説明したエンジンシステムにおいて、使用対象であるガス貯蔵タンク２６０でのガス圧力が設定値（例えば５ｂａｒ、ただしエンジン毎に変わり得る）を下回った場合、エンジンの燃焼状態を変えずに、必要な組成の改質ガスを生成するように改質条件を変更する。
【００７５】
改質条件の変更は、得られる改質ガスの組成に影響を及ぼす条件であって再現性のある条件であれば採用可能であるが、一例として、蒸発器２２０への液体燃料（炭化水素燃料）と水の供給量を、標準供給量から変える。このように改質条件を変更することで、得られる改質ガスの組成を、不足している改質ガスに一致させ、対応するガス貯蔵タンク２６０に補充することで、常に、要求に応じた燃焼を実行することができる。なお、改質条件によっては、その改質効率が多少低下する場合もある。
【００７６】
例えば、燃焼安定性の高い水素濃度の高い改質ガスは、燃焼安定性が高く、上述のようにエンジン始動時や、希薄燃焼時に用いることが望ましいが、この水素濃度の高い改質ガスを貯蔵する第１ガス貯蔵タンク２６２でのガス圧が設定値を下回った場合には、改質条件を変更することで、水素濃度の高い改質ガスを生成し、第１ガス貯蔵タンク２６２に補充する。
【００７７】
ここで、炭化水素燃料と水の標準供給量は、通常時には、改質効率が高くなるように設定されているが、本具体例４のような制御をする場合には、改質効率が多少低くても含有水素濃度を高めることを優先する。
【００７８】
もちろん、水素濃度の低い改質ガスが不足している場合に、改質条件を変更して水素濃度の低い改質ガスを生成し、第２ガス貯蔵タンク２６４に補充しても良いが、上述のように、水素濃度に関しては、その濃度の高い改質ガスを代用して、優れた燃焼性を実現できることが多いため、具体例２で説明したように、第１ガス貯蔵タンク２６２からの改質ガスを用いた希薄燃焼などの運転条件に変更することができる。このようにすれば、改質効率を高く維持しつつ、水素濃度の高い改質ガスが要求された場合に、その要求に答えることが可能となる。
【００７９】
図５及び図６は、炭化水素燃料と水の供給量を変化させたときの改質ガス中の水素濃度を２種類の改質触媒Ａ及びＢ、２種類の触媒壁温に対して整理した結果である。図５及び図６から理解できるように、炭化水素燃料と水の供給量と、得られる改質ガスの水素濃度には改質触媒毎の相関関係がある。また、改質の際の触媒壁温に応じて水素濃度が決まることがわかる。したがって、予め、エンジンシステムに採用する改質触媒２３０に応じ、炭化水素燃料と水の供給量と、触媒壁温と、改質ガス中の水素濃度との関係を測定してマップなどとして保持しておき、ガス圧が不足すると判断された場合には、ＥＣＵ１００が、必要な組成の改質ガスを作成できるように、炭化水素燃料と水の供給量を、その際の改質触媒の壁温に応じて適切な供給量に変更する。
【００８０】
なお、既に説明したが、改質ガスの組成は、改質触媒壁温以外の条件でも変動するので、より正確にガス組成を制御する観点から、触媒壁温以外の条件も考慮して炭化水素燃料と水の蒸発器２２０への供給量を調整することが好ましい。また、炭化水素燃料と水の供給量と、触媒壁温等と改質ガスの組成との対応関係は、上述の改質ガスの組成予測のためのマップを参照することで知ることができる。
【００８１】
［具体例５］
図７は、具体例５に係るエンジンシステムを示す。このシステムが図１に示した上述のシステムと相違する点は、蒸発器２２０と改質触媒２３０の加熱に、熱交換器２２２、２３２ではなく、それぞれ加熱ヒータ２２４、２３４を用いることである。他の動作（改質ガスの組成の測定、予測、補正、複数のガス貯蔵タンク２６０の切替制御等）は、上述の具体例１〜４と同様とすることで同様の効果を得ることができる。
【００８２】
なお、本具体例５のように、排気管とは独立して加熱ヒータ２３４を改質触媒２３０の加熱に採用するため、その分のスペースとヒータの制御が必要となるが、この改質触媒２３０の壁温を、要求される改質ガスの組成に応じて任意に制御することにより、任意の組成の改質ガスを得ることが可能となる。
【００８３】
［具体例６］
本具体例６に係るガスエンジンシステムでは、エンジン停止後も炭化水素燃料と水を改質触媒２３０に供給し続け、改質ガスを生成する。
【００８４】
例えば、図１に示すように、排気管との熱交換によって蒸発器２２０及び改質触媒２３０を加熱する場合において、エンジン停止後、しばらくの間は、排気管の温度が高く、改質処理を実行することができる。
【００８５】
また、上記具体例５で説明したように、図７に示す加熱ヒータ２２４，２３４を用いて蒸発器２２０、改質触媒２３０を加熱する場合においても、エンジン停止によりこれらヒータ２２４，２３４を停止させても、しばらくの間は、蒸発器２２０及び改質触媒２３０の温度が高く、改質処理を実行することができる。もちろん、ヒータ２２４，２３４をエンジン停止と同時には停止させず、エンジン停止後も、適切なガス組成の改質ガスを生成することができる期間中には動作させても良い。
【００８６】
このように、エンジン停止後の期間も改質ガスを生成することにより、廃熱エネルギを効率的に利用して改質ガスを生成することが可能となる。エンジン停止後、改質処理を実行する期間は、形成される改質ガス中の特定成分の濃度（例えば水素濃度）が、予め設定した終了判定値を下回るまでとすることができる。或いは、改質触媒壁温が予め設定した終了判定値を下回るまで実行しても良い。これらの終了判定値は、要求される改質ガスの組成、品質を達成する上で必要な条件に応じて設定しておくことで、エンジン停止後に、ガス貯蔵タンク２６０に貯蔵される改質ガスの組成が変化することを防止できる。
【００８７】
本具体例６において、エンジンが停止しているから、改質ガスを生成していても、エンジンに燃料を供給する必要はない。よって、ガスの損失を防止する観点からも、ＥＣＵ１００は、エンジン停止後の改質ガス生成時には、燃料供給経路に設けられている開閉バルブ２５６，２５８は閉じた状態に制御しておく。
【００８８】
上述の各具体例のように、複数のガス貯蔵タンク２６０を持つエンジンシステムの場合には、エンジン停止後に生成される改質ガスの組成、例えば水素濃度などに応じて、切替バルブ２５０及び改質ガス供給経路にある開閉バルブ２５２、２５４を制御し、適切なガス貯蔵タンク２６０に選択的に得られた改質ガスを供給する。
【００８９】
具体的には、エンジン停止直後の改質触媒２３０の壁温が高い状況では、水素濃度の高い改質ガスを得ることができるため、高い水素濃度が測定されている場合や、高い水素濃度であることが予測されている場合には、第１ガス貯蔵タンク２６２に、得られた改質ガスを補充する。そして、改質触媒２３０の壁温が低下して、水素濃度が切り替え基準値（例えば、上述のような５０ｖｏｌ％）を下回った場合には、切替バルブ２５０を制御し、第２ガス貯蔵タンク２６４に改質ガスを供給する。
【００９０】
エンジン停止後、生成改質ガス中の水素濃度が終了判定値を下回り、または改質触媒壁温が終了設定値を下回った場合、ＥＣＵ１００は、タンク４０，５０にそれぞれ連通した液体燃料用ポンプ、水用ポンプを停止させ、液体燃料及び水の蒸発器２２０への供給を停止し、改質ガスの生成を終了する。また、改質ガス貯蔵タンク２６２，２６４へのガス供給経路に設置した対応する開閉バルブ２５２、２５４を閉じることで、次のエンジン始動まで改質ガス貯蔵タンク２６２，２６４を密閉する。
【００９１】
なお、エンジン停止後においても改質ガスを形成するシステムは、ガス貯蔵タンクが複数存在する構成には限らず、単一のガス貯蔵タンクのみを備える場合にも適用することができる。
【００９２】
単一のガス貯蔵タンクの場合も、タンクと燃料噴射弁との間の燃料供給経路中の開閉バルブは閉じたままで、改質ガスが所望の組成範囲であれば（例えば水素濃度が５０ｖｏｌ％以上の時）、液体燃料タンク及び水タンクから液体燃料及び水を蒸発器に供給して改質触媒で改質処理を継続する。もちろん、得られた改質ガスはガス貯蔵タンクに補充する。
【００９３】
改質触媒の壁温や水素濃度などが終了判定値を下回ったことが検出されると、改質ガスの生成を停止し、またガス供給経路の開閉バルブを閉じ、次のエンジン始動時まで、ガス貯蔵タンクを密閉する。このように、単一のガス貯蔵タンクを備えるガスエンジンシステムでも、エンジン停止後に、改質ガスの生成処理を実行することができる。
【００９４】
［ガス組成の予測方法の変形例］
上記具体例１〜６では、改質触媒２３０で得られる改質ガスから特定のガス成分の濃度を検出して予測値を補正しているが、本変形例のように、ガス濃度センサ１５０を省略してガス濃度を測定せず、それ以外の測定値に基づいて予測及び補正を行ってもよい。なお、ガス濃度の測定値と、それ以外の測定値の両方を考慮して予測及び補正を行っても良い。予測に用いるガス濃度以外の測定値としては、例えば、以下のような改質触媒２３０におけるガス温度が挙げられる。
【００９５】
まず、ＥＣＵ１００は、流量センサ１４０から得られる炭化水素燃料流量及び水流量と、触媒壁温センサ１４６から得られる触媒壁温に基づいて、予めこれら流量と触媒壁温との対応に基づいて作成された対応マップを参酌し、図８（ａ）に示すような予測値１を求める。
【００９６】
次に、ＥＣＵ１００は、温度センサ１４４，１４８から得られる入力ガス温度及び出力ガス温度とに基づいて、上記予測値１を補正する。
【００９７】
補正に際しては、まず、上記炭化水素燃料流量及び水流量と、温度センサ１４４，１４８から得られるガス温度（入力ガス温度及び出力ガス温度）に基づき、予め、流量と入出力ガス温度との対応に基づいて作成された対応マップを参酌し、別途、予測値２を求める（図８（ｂ）参照）。
【００９８】
次に、この予測値２によって予測値１を補正し、改質ガス組成の予測値を求める（図８（ｃ））。なお、予測値２を予測値１で補正することも同義である。得られた補正値に基づいて、上記具体例１及び２等と同様に、改質ガスを貯蔵するタンク２６０を選択する。また、得られた改質ガスを燃焼に用いる際には、上記式（１）を演算して混合気の希薄燃焼限界濃度Ｌを演算し、その希薄燃焼限界濃度Ｌと、要求トルクに応じて、気筒内１１０に供給すべきガス燃料量及び空気流量を制御する。
【００９９】
ガス組成についての予測値の補正に際し、予測値１と、予測値２とは、例えば、触媒壁温と、触媒への入出力ガス温度について、これらが改質条件（ガス組成）に及ぼす影響度に応じて重み付けして用いることができる。液体燃料としてガソリン燃料を採用し、このガソリン燃料を水蒸気で改質する場合には、少なくとも、触媒壁温が改質条件に及ぼす影響は、入出力ガス温度よりも大きい。したがって、予測値１の方により高い重み付けをし（例えば０．８）、予測値２は影響度に応じた重みとし（例えば０．２）、この２つの予測値を加算することで改質ガス組成の補正値（最終的な予測値）を得ることができる。
【０１００】
重み付けは、炭化水素系液体燃料の種類、改質反応、改質触媒などに応じた最適な値とする。また、重み付けは、常に一定でなく、改質条件に応じて変更しても良い。例えば、触媒壁温が非常に高く、入力ガス温度の影響を受け難いような条件下では、予測値１の重み付けを通常よりも高く設定し、逆に触媒壁温が低く、入力ガス温度の影響が考慮すべき程度であれば、通常の重み付けとすることができる。
【０１０１】
なお、予測値２を流量と入力ガス温度との対応から求め、さらに流量と出力ガス温度との対応から予測値３を求め、予測値１を予測値２及び予測値３によって補正することも可能である。
【０１０２】
改質条件の変化に応じて、上述のような予測値の補正方法を切り替えることも可能である。例えば、改質ガスの成分の内、着目するガス（濃度測定対象のガス）の濃度が、触媒温度の上昇又は下降につれて検出できない程度に減少するというような特性であったり、触媒特性が経時変化するというような場合、或いは、燃料流量や水流量が予め定めた条件となったら、ガス成分の測定対象数、測定対象を変更しても良い。
【０１０３】
また、例えば、ガス濃度センサの検出精度自体が変化する場合や、改質触媒の特性の変化した結果ガス濃度が著しく変化し、検出精度が変化したり精度が低くなる場合には、ガス濃度の測定値を用いない予測及び補正方法を採用し、精度が高い条件下ではガス濃度を補正に利用するという切り替えを実行してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本実施形態に係るガスエンジンシステムの概略図である。
【図２】改質触媒温度と得られる改質ガスの組成との関係を示す図である。
【図３】本実施形態に係るガスエンジンシステムの概略動作を説明する図である。
【図４】本実施形態に係るガスエンジンシステムの改質ガス中の水素濃度と希薄燃焼限界当量比との関係を示す図である。
【図５】本実施形態のガスエンジンシステムに係る改質触媒Ａを採用した場合の炭化水素燃料及び水の供給量と改質ガス中の水素濃度との関係を示す図である。
【図６】本実施形態のガスエンジンシステムに係る改質触媒Ｂを採用した場合の炭化水素燃料及び水の供給量と改質ガス中の水素濃度との関係を示す図である。
【図７】本実施形態のガスエンジンシステムの他の概略構成図である。
【図８】本実施形態のガスエンジンシステムに係る改質ガスの補正方法の他の例を説明する図である。
【符号の説明】
【０１０５】
１０  ガスエンジンシステム、２０  吸気管、２２  スロットルバルブ、２４  吸気弁、２６  排気弁、２８  排気触媒、３０  排気管、４０  （炭化水素系）液体燃料タンク、５０  水タンク、６０  点火プラグ、１００  ＥＣＵ（エンジン制御部）、１１０  気筒、１３０  ガス燃料噴射弁、１３２  エアーフローセンサ、１３４  Ｏ2センサ、１４０  流量センサ、１４４  入力ガス温度センサ、１４６  触媒温度センサ、１４８  出力ガス温度センサ、１５０  ガス濃度センサ、２２０  蒸発器、２３０  改質触媒、２４０  凝縮器、２５０  切替バルブ、２５２，２５４，２５６，２５８  開閉バルブ、２６０  ガス貯蔵タンク、２６２  第１ガス貯蔵タンク、２６４  第２ガス貯蔵タンク、２７０  ガス圧センサ。
【図１】
2008215219.tif 000003
【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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