(57)【要約】【課題】エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置を提供する。【解決手段】酸素と水素との燃焼に伴って空気より比熱比の高い作動ガスが膨張可能である複数の燃焼室ＣＣと、複数の燃焼室ＣＣにそれぞれ連通する複数の吸気分岐通路１７ａを含んで構成され作動ガスを燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ吸気分岐通路１７ａを介して再び燃焼室ＣＣに供給可能な循環経路とが設けられた作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置３０において、酸素が供給される酸素供給室３５と、酸素供給室３５に連通して設けられ当該酸素供給室３５内の酸素を複数の吸気分岐通路１７ａにそれぞれ供給可能な複数の供給口３６と、酸素供給室３５内の圧力を調節することで供給口３６から供給される酸素の供給量を調節可能な調節手段３２とを備える。【選択図】図２
2010209801.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸素と水素との燃焼に伴って空気より比熱比の高い作動ガスが膨張可能である複数の燃焼室と、前記複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気分岐通路を含んで構成され前記作動ガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ前記吸気分岐通路を介して再び前記燃焼室に供給可能な循環経路とが設けられた作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置において、
前記酸素が供給される酸素供給室と、
前記酸素供給室に連通して設けられ当該酸素供給室内の前記酸素を前記複数の吸気分岐通路にそれぞれ供給可能な複数の供給口と、
前記酸素供給室内の圧力を調節することで前記供給口から供給される前記酸素の供給量を調節可能な調節手段とを備えることを特徴とする、
作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置。
【請求項２】
前記吸気分岐通路内の圧力を検出する吸気圧力検出手段と、
前記吸気分岐通路内の温度を検出する吸気温度検出手段と、
前記調節手段を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、要求される前記酸素の供給量と、前記吸気圧力検出手段が検出した前記吸気分岐通路内の圧力と、前記吸気温度検出手段が検出した前記吸気分岐通路内の温度とに基づいて、前記調節手段を制御して前記酸素供給室内の圧力を調節する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置。
【請求項３】
前記吸気分岐通路内の温度を検出する吸気温度検出手段と、
前記調節手段を制御する制御手段とを備え、
前記供給口は、前記吸気分岐通路内の圧力と前記酸素供給室内の圧力との圧力比が臨界圧力比以下となるように形成され、
前記制御手段は、要求される前記酸素の供給量と、前記吸気温度検出手段が検出した前記吸気分岐通路内の温度とに基づいて、前記調節手段を制御して前記酸素供給室内の圧力を調節する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置に関し、特に排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンとして、排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な、いわゆる、閉サイクルエンジンである作動ガス循環型エンジンが知られている。このような作動ガス循環型エンジンは、酸化剤としての酸素と、燃料としての水素と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給される燃焼室と、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な循環経路とを備え、燃焼室にて水素の燃焼に伴って作動ガスが熱膨張することで動力を発生させると共に、基本的にはこの作動ガスが大気へと放出されることなく循環経路を介して再び燃焼室に供給される。
【０００３】
従来の作動ガス循環型エンジンとしては、例えば、下記の特許文献１に開示された水素エンジンが知られている。特許文献１に記載されている水素エンジンは、燃焼室に酸素と、水素とが供給されると共に、熱効率を高めるべく作動ガスとして、例えば、単原子ガスからなり空気より比熱比が大きいアルゴンが循環されている。この作動ガス循環型エンジンは、燃焼室内での水素の燃焼によってアルゴンを熱膨張させ、これによりピストンを押し下げて動力を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９３６８１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、上述のような特許文献１に記載されている水素エンジンでは、例えば、複数の燃焼室（気筒）を備える多気筒型のエンジンである場合に、循環経路を循環する作動ガスに対して、複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気分岐通路より循環方向上流側の吸気集合通路において酸素噴射弁などにより酸素を供給することがある。これにより、この水素エンジン（作動ガス循環型エンジン）は、例えば、燃焼室ごとに各吸気分岐通路に対してそれぞれ酸素噴射弁を設けることなく、１つの酸素噴射弁（気筒数より少ない数の酸素噴射弁）により各燃焼室に酸素を供給することができるので、より簡易に燃焼室に酸素を供給する装置を構成することができる。これにより、例えば、水素エンジンを構成する部品点数を抑制することができ、製造コストを抑制することができる。
【０００６】
しかしながらこの場合、この水素エンジン（作動ガス循環型エンジン）の酸素を供給する装置は、各燃焼室から相対的に離間した位置である吸気集合通路に酸素を供給することとなることから、その分、酸素が吸気集合通路に供給されてから各吸気分岐通路を介して各燃焼室に到達するまでの経過時間が相対的に長くなり、この結果、例えば、エンジン出力の過渡運転時における応答性が悪化するおそれがあった。
【０００７】
そこで本発明は、エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記目的を達成するために、本発明による作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、酸素と水素との燃焼に伴って空気より比熱比の高い作動ガスが膨張可能である複数の燃焼室と、前記複数の燃焼室にそれぞれ連通する複数の吸気分岐通路を含んで構成され前記作動ガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ前記吸気分岐通路を介して再び前記燃焼室に供給可能な循環経路とが設けられた作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置において、前記酸素が供給される酸素供給室と、前記酸素供給室に連通して設けられ当該酸素供給室内の前記酸素を前記複数の吸気分岐通路にそれぞれ供給可能な複数の供給口と、前記酸素供給室内の圧力を調節することで前記供給口から供給される前記酸素の供給量を調節可能な調節手段とを備えることを特徴とする。
【０００９】
また、上記作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置において、前記吸気分岐通路内の圧力を検出する吸気圧力検出手段と、前記吸気分岐通路内の温度を検出する吸気温度検出手段と、前記調節手段を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、要求される前記酸素の供給量と、前記吸気圧力検出手段が検出した前記吸気分岐通路内の圧力と、前記吸気温度検出手段が検出した前記吸気分岐通路内の温度とに基づいて、前記調節手段を制御して前記酸素供給室内の圧力を調節するように構成してもよい。
【００１０】
また、上記作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置において、前記吸気分岐通路内の温度を検出する吸気温度検出手段と、前記調節手段を制御する制御手段とを備え、前記供給口は、前記吸気分岐通路内の圧力と前記酸素供給室内の圧力との圧力比が臨界圧力比以下となるように形成され、前記制御手段は、要求される前記酸素の供給量と、前記吸気温度検出手段が検出した前記吸気分岐通路内の温度とに基づいて、前記調節手段を制御して前記酸素供給室内の圧力を調節するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置によれば、エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置が適用される作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。
【図４】図４は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の必要酸素量マップである。
【図５】図５は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給量マップである。
【図６】図６は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図である。
【図７】図７は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の吸気管内圧力と供給圧力との関係を説明する線図である。
【図８】図８は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。
【図９】図９は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図である。
【図１０】図１０は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。
【図１１】図１１は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図である。
【図１２】図１２は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【００１４】
（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置が適用される作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図２は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図、図３は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャート、図４は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の必要酸素量マップ、図５は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給量マップである。
【００１５】
本実施形態の酸素供給装置３０が適用される作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、酸化剤としての酸素（Ｏ２）、燃料としての水素（Ｈ２）及び空気より比熱比の高く、水素の燃焼に伴って動力を発生させる作動ガス、ここではアルゴン（Ａｒ）が供給される燃焼室ＣＣと、この燃焼室ＣＣの吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０とを備え、作動ガスが大気へと放出されることなく循環経路２０を介して再び燃焼室ＣＣに供給されるよう構成した、いわゆる閉サイクルエンジンである。この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内で水素を燃焼させ、この水素の燃焼に伴って作動ガスを熱膨張させて動力を発生させるものである。つまり、作動ガスは、燃焼室ＣＣにおいて、酸素供給装置３０から供給される酸素と水素供給装置４０から供給される水素との反応に伴って発生する反応熱、すなわち、水素の燃焼（発熱反応）に伴って発生する燃焼熱により膨張する。
【００１６】
また、本実施形態の酸素供給装置３０が適用される作動ガス循環型エンジン１は、図２に示すように、複数の燃焼室（気筒）ＣＣ、ここでは４つの燃焼室ＣＣを備える多気筒型の作動ガス循環型エンジンである。なお、図１に例示するエンジン本体１０は、１気筒のみを図示している。
【００１７】
この作動ガス循環型エンジン１は、図１、図２に示すように、燃焼室ＣＣが形成されるエンジン本体１０と、燃焼室ＣＣの吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０と、燃焼室ＣＣに酸素を供給する酸素供給装置３０と、燃焼室ＣＣに水素を供給する水素供給装置４０と、作動ガス循環型エンジン１の各部を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０とを備える。エンジン本体１０の燃焼室ＣＣと循環経路２０とは、ともに作動ガスが充填されており、作動ガスは、燃焼室ＣＣと循環経路２０との間で循環する。
【００１８】
本実施形態の燃焼室ＣＣは、エンジン本体１０に形成される。このエンジン本体１０の燃焼室ＣＣは、上述したように、酸素と、この酸素によって燃焼しここでは燃焼により水蒸気を生成する水素と、作動ガスとが供給され、水素の燃焼に伴って作動ガスが膨張可能であると共に水素の燃焼後の排気ガスとして水蒸気と作動ガスとを排気可能なものである。
【００１９】
具体的には、エンジン本体１０は、複数の燃焼室ＣＣ、ここでは４つの燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びピストン１３を備えている。ピストン１３は、４つの燃焼室ＣＣに対応して４つ設けられている。各ピストン１３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１９に連結し、シリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの間に区画される空間内に往復運動可能に配置される。各燃焼室ＣＣは、シリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。
【００２０】
エンジン本体１０は、シリンダヘッド１１に吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１１ｃが形成されている。吸気ポート１１ｂと排気ポート１１ｃとは、ともに循環経路２０の一部をなすものである。吸気ポート１１ｂ、排気ポート１１ｃは、各燃焼室ＣＣに対応して複数設けられている。各吸気ポート１１ｂ、排気ポート１１ｃは、それぞれ一端が燃焼室ＣＣ内に開口している。エンジン本体１０は、各吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口部分にそれぞれ吸気バルブ１５が配設されている。吸気バルブ１５は、開弁時にこの吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口を開く一方、閉弁時にこの吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口を閉じるものである。エンジン本体１０は、各排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口部分にそれぞれ排気バルブ１６が配設されている。排気バルブ１６は、開弁時にこの排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口を開く一方、閉弁時にこの排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口を閉じるものである。
【００２１】
吸気バルブ１５や排気バルブ１６としては、例えば、不図示のカムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ１５や排気バルブ１６においては、そのカムシャフトとクランクシャフト１９の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってそのカムシャフトをクランクシャフト１９の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。また、このエンジン本体１０は、吸気バルブ１５と排気バルブ１６の開閉時期やリフト量を変更可能な、いわゆる可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を備えていてもよく、これにより、その吸気バルブ１５や排気バルブ１６の開閉時期やリフト量を運転条件に応じた好適なものへと変更できるようになる。さらにまた、このエンジン本体１０は、このような可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ１５や排気バルブ１６を開閉駆動させる、いわゆる電磁駆動弁を適用してもよい。
【００２２】
また、エンジン本体１０は、各吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側とは反対側の開口に吸気管１７が接続される一方、各排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側とは反対側の開口に排気管１８が接続されている。吸気管１７と排気管１８とは、ともに循環経路２０の一部をなすものである。吸気管１７は、筒状に形成され内部を流体が通過可能なものであり、後述するように各燃焼室ＣＣに作動ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）と、酸化剤としての酸素（Ｏ２）とを供給するための吸気通路である。つまり、各燃焼室ＣＣは、各吸気バルブ１５の開弁時に、この吸気管１７から吸気ポート１１ｂを介して酸素と作動ガスとが供給（吸気）される。一方、排気管１８は、筒状に形成され内部を流体が通過可能なものであり、後述するように燃料としての水素（Ｈ２）の燃焼後の排気ガスとして、燃焼室ＣＣから作動ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）と、水蒸気（Ｈ２Ｏ）とを排出するための排気通路である。つまり、燃焼室ＣＣは、排気バルブ１６の開弁時に、燃料の燃焼後の排気ガスとして、排気ポート１１ｃを介して水蒸気と作動ガスとを排気管１８に排気する。
【００２３】
ここで、この吸気管１７は、吸気分岐通路としての吸気分岐管部１７ａと、吸気集合通路としての吸気集合管部１７ｂとを含んで構成される。吸気分岐管部１７ａ、吸気集合管部１７ｂは、ともに内部を作動ガスなどの流体が通過可能な通路として形成される。吸気分岐管部１７ａは、燃焼室ＣＣに対応して設けられ、すなわち、ここでは４つ設けられる。複数の吸気分岐管部１７ａは、複数の燃焼室ＣＣにそれぞれ連通する。つまり、吸気分岐管部１７ａと燃焼室ＣＣとは、１つの燃焼室ＣＣに対して１つの吸気分岐管部１７ａが連通している。吸気集合管部１７ｂは、これら複数の吸気分岐管部１７ａの燃焼室ＣＣ側とは反対側の端部に設けられる。
【００２４】
具体的に言えば、各吸気分岐管部１７ａは、それぞれ一端が各吸気ポート１１ｂの他端（燃焼室ＣＣ内に開口している端部とは反対側の端部）と接続され各吸気ポート１１ｂを介して各燃焼室ＣＣに連通する一方、他端が他の吸気分岐管部１７ａの他端と集合して吸気集合管部１７ｂに接続される。つまり、複数の吸気分岐管部１７ａは、吸気集合管部１７ｂ側で集合している。したがって、各燃焼室ＣＣに向かって流れる作動ガスなどの流体は、吸気集合管部１７ｂから各吸気分岐管部１７ａに分岐し、各吸気ポート１１ｂを介して各燃焼室ＣＣに導入される。なお、この吸気管１７は、吸気集合管部１７ｂの任意の箇所で吸気分岐管部１７ａ側の吸気分岐管（吸気マニホールド）と吸気集合管部１７ｂ側の主吸気管とに分割されて構成されていてもよい。
【００２５】
排気管１８は、排気分岐通路としての排気分岐管部１８ａと、排気集合通路としての排気集合管部１８ｂとを含んで構成される。排気分岐管部１８ａ、排気集合管部１８ｂは、ともに内部を作動ガスなどの流体が通過可能な通路として形成される。排気分岐管部１８ａは、燃焼室ＣＣに対応して設けられ、すなわち、ここでは４つ設けられる。複数の排気分岐管部１８ａは、複数の燃焼室ＣＣにそれぞれ連通する。つまり、排気分岐管部１８ａと燃焼室ＣＣとは、１つの燃焼室ＣＣに対して１つの排気分岐管部１８ａが連通している。排気集合管部１８ｂは、これら複数の排気分岐管部１８ａの燃焼室ＣＣ側とは反対側の端部に設けられる。
【００２６】
具体的に言えば、各排気分岐管部１８ａは、それぞれ一端が各排気ポート１１ｃの他端（燃焼室ＣＣ内に開口している端部とは反対側の端部）と接続され各排気ポート１１ｃを介して各燃焼室ＣＣに連通する一方、他端が他の排気分岐管部１８ａの他端と集合して排気集合管部１８ｂに接続される。つまり、複数の排気分岐管部１８ａは、排気集合管部１８ｂ側で集合している。したがって、各燃焼室ＣＣから流れ出る作動ガスなどの流体は、各排気ポート１１ｃを介して各排気分岐管部１８ａに流れ、排気集合管部１８ｂで集合して循環方向下流側に向かって流れる。なお、この排気管１８は、排気集合管部１８ｂの任意の箇所で排気分岐管部１８ａ側の排気分岐管（排気マニホールド）と排気集合管部１８ｂ側の主排気管とに分割されて構成されていてもよい。
【００２７】
循環経路２０は、排気管１８に排気された排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室ＣＣに供給可能なものである。循環経路２０は、上述した吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１１ｃと、吸気ポート１１ｂの他端と排気ポート１１ｃの他端とを繋ぐ循環通路２１とを含んで構成される。これにより、この循環経路２０内と燃焼室ＣＣ内とは、基本的には閉塞された空間をなす。循環通路２１は、筒状に形成され内部を流体が通過可能なものであり、上述の吸気管１７（吸気分岐管部１７ａ、吸気集合管部１７ｂ）と排気管１８（排気分岐管部１８ａ、排気集合管部１８ｂ）とは、この循環通路２１の一部をなす。
【００２８】
この作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０と燃焼室ＣＣとからなる閉塞された空間内に作動ガスが充填される。作動ガス循環型エンジン１は、この作動ガスを循環経路２０の吸気管１７、吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内、燃焼室ＣＣ内から循環経路２０の排気ポート１１ｃ、排気管１８、そして、この排気ポート１１ｃ、排気管１８から循環通路２１を介して再び吸気管１７、吸気ポート１１ｂへと循環させる。作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０において、作動ガスが吸気管１７の吸気集合管部１７ｂ、吸気管１７の吸気分岐管部１７ａ、吸気ポート１１ｂ、燃焼室ＣＣ、排気ポート１１ｃ、排気管１８の排気分岐管部１８ａ、排気管１８の排気集合管部１８ｂを順に介して循環通路２１を通って再び吸気集合管部１７ｂ、吸気分岐管部１７ａ、吸気ポート１１ｂ、燃焼室ＣＣへと循環する。つまり、循環経路２０は、燃焼室ＣＣの吸気側（吸気ポート１１ｂ側）と排気側（排気ポート１１ｃ側）とを燃焼室ＣＣの外部で接続し、基本的には作動ガスを大気へと放出することなく再び燃焼室ＣＣに供給する。さらに言えば、循環経路２０は、両端が燃焼室ＣＣに連通すると共に一端からは水蒸気と作動ガスとを含む排気ガスが燃焼室ＣＣから流入し、他端からは燃焼室ＣＣが吸気する酸素と作動ガスとが燃焼室ＣＣに対して流出可能である。ここでは、作動ガス循環型エンジン１は、吸気バルブ１５が開弁した際に、循環経路２０内の酸素、作動ガスが吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに供給される。また、作動ガス循環型エンジン１は、排気バルブ１６が開弁した際に、燃焼室ＣＣ内の排気ガスが排気ポート１１ｃに排出される。
【００２９】
さらに具体的には、循環経路２０の循環通路２１は、例えば、第１循環通路２１ａと、第２循環通路２１ｂとを含んで構成されている。第１循環通路２１ａは、吸気ポート１１ｂの他端（燃焼室ＣＣ内に開口している端部とは反対側の端部）と後述する凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂとを繋ぐものである。また、第２循環通路２１ｂは、排気ポート１１ｃの他端（燃焼室ＣＣ内に開口している端部とは反対側の端部）とこの凝縮器６０の排気ガス導入口６０ａとを繋ぐものである。上述の吸気管１７は、第１循環通路２１ａの一部をなす一方、排気管１８は、第２循環通路２１ｂの一部をなす。
【００３０】
ここで、循環経路２０と燃焼室ＣＣとからなる閉塞された空間内に充填される作動ガスとしては、空気より比熱比の高いガスが用いられる。作動ガスは、例えば、単原子ガスが用いられる。ここでは、本実施形態の作動ガスは、空気よりも比熱比の高いものであって、例えば、単原子ガスであるアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスが用いられる。本実施形態では、作動ガスは、上述のようにアルゴン（Ａｒ）を用いるものとして説明する。
【００３１】
酸素供給装置３０は、酸化剤としての酸素を燃焼室ＣＣに供給するものである。本実施形態の酸素供給装置３０は、酸素を吸気分岐通路としての吸気分岐管部１７ａに供給し、この吸気分岐管部１７ａから吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに供給する。なお、この酸素供給装置３０の詳細な説明は後述する。
【００３２】
水素供給装置４０は、燃焼室ＣＣに燃料としての水素を供給するものであり、本実施形態では水素を燃焼室ＣＣに直接供給するものである。水素供給装置４０は、水素貯留タンク４１と、水素噴射弁４２と、水素供給通路４３と、レギュレータ４４とを含んで構成される。
【００３３】
水素貯留タンク４１は、燃料としての水素を例えば７０ＭＰａ程度の高圧の状態で貯留するものである。
【００３４】
水素噴射弁４２は、水素貯留タンク４１に貯留された高圧の水素を燃焼室ＣＣに直接噴射するものである。水素噴射弁４２は、水素を燃焼室ＣＣ内に直接噴射可能なようにシリンダヘッド１１に設けられる。この水素噴射弁４２は、電子制御装置５０によって制御される。電子制御装置５０は、例えば、運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する要求エンジン負荷やエンジン回転数等の運転状態に応じて水素の噴射時期や噴射量、言い換えれば供給量を制御する。
【００３５】
水素供給通路４３は、水素貯留タンク４１と水素噴射弁４２を繋ぐものである。レギュレータ４４は、この水素供給通路４３上に設けられる。
【００３６】
レギュレータ４４は、水素供給通路４３におけるレギュレータ４４よりも下流側の圧力を設定圧力に調整するものである。言い換えれば、このレギュレータ４４は、水素供給通路４３における水素の流量を制御するものである。レギュレータ４４は、電子制御装置５０によって制御される。
【００３７】
なお、この水素供給装置４０は、この水素供給通路４３上に水素流量計やサージタンクを備えていてもよく、この場合、レギュレータ４４、水素流量計、サージタンクは、例えば、水素供給通路４３における水素の供給方向に対して、上流側（水素貯留タンク４１側）から下流側（水素噴射弁４２側）に向かってレギュレータ４４、水素流量計、サージタンクの順で設けられればよい。水素流量計は、水素供給通路４３における燃料の流量を計測する手段であって、レギュレータ４４で調整された燃料の流量の計測を行う。この水素流量計の計測信号は、電子制御装置５０に送信される。また、サージタンクは、水素噴射弁４２による燃料の噴射時に水素供給通路４３内に発生する脈動の低減を図るものである。
【００３８】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内に水素と酸素を供給し、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。すなわち、上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内に形成された高温の圧縮ガス（酸素（Ｏ２）及びアルゴン（Ａｒ））の中に高圧の水素（Ｈ２）を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス（酸素）とが拡散混合しながら燃焼する。この燃焼室ＣＣ内での水素の燃焼によって、燃焼室ＣＣの中では、水素と酸素（Ｏ２）が反応して水蒸気（Ｈ２Ｏ）が生成されると共に、比熱比の大きいアルゴン（Ａｒ）が熱膨張を起こす。この結果、この作動ガス循環型エンジン１は、水素の拡散燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１３が押し下げられ、これにより動力を発生する。
【００３９】
そして、作動ガス循環型エンジン１は、水素の燃焼とアルゴンの熱膨張とが一通り終わった際（例えば、ピストン１３が下死点近くに位置している際）、排気バルブ１６の開弁に伴って、燃焼室ＣＣ内から水蒸気とアルゴンとを含む排気ガスが排気ポート１１ｃを介して排気管１８に排出される。ここで、排出された排気ガス中のアルゴンは、エンジン本体１０の熱効率を高めるために、循環経路２０を介して燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ再び吸気側から燃焼室ＣＣに供給する必要がある。しかしながら、同時に排出された排気ガス中の水蒸気は、３原子からなる分子（３原子分子）であり、単原子からなるアルゴンよりも比熱比が小さいので、アルゴンと共に燃焼室ＣＣへ循環させてしまうと、エンジン本体１０の熱効率を低下させるおそれがある。このため、この作動ガス循環型エンジン１は、排気ガスの中に含まれる水蒸気を取り除く手段を循環経路２０上に設けている。
【００４０】
具体的には、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を流動する排気ガスの中に含まれる水蒸気を取り除く手段として、凝縮器６０を備える。さらに、この作動ガス循環型エンジン１は、冷却水循環路６１と、冷却水ポンプ６２と、ラジエータ６３とを備える。
【００４１】
凝縮器６０は、循環経路２０に設けられ排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水（Ｈ２Ｏ）とするものである。凝縮器６０は、循環通路２１上の第２循環通路２１ｂと第１循環通路２１ａとの間に設けられる。つまり、凝縮器６０は、循環経路２０上の後述する酸素噴射弁３２よりも排気側に設けられる。また、凝縮器６０は、冷却水循環路６１が内部を通るようにして接続されている。
【００４２】
冷却水循環路６１は、凝縮器６０に熱交換媒体としての冷却水を循環させるものであり、冷却水が流動可能である。この冷却水循環路６１は、閉じられた環状の経路になっており、内部に冷却水が充填されている。
【００４３】
冷却水ポンプ６２は、冷却水循環路６１の経路上に設けられており、冷却水循環路６１の冷却水は、この冷却水ポンプ６２が駆動することで冷却水循環路６１を循環することができる。
【００４４】
ラジエータ６３は、冷却水循環路６１の経路上に設けられており、冷却水循環路６１を循環する冷却水を冷却可能なものである。ラジエータ６３は、この作動ガス循環型エンジン１を搭載する車両の走行風などにより冷却水循環路６１を循環する冷却水を冷却可能である。
【００４５】
したがって、この凝縮器６０は、冷却水循環路６１を循環しラジエータ６３により冷却された冷却水が内部に循環、供給されることで、この冷却水と循環経路２０を流れる排気ガスとを熱交換させ排気ガスを冷却することにより、排気ガスに含まれる水蒸気（Ｈ２Ｏ）を液化、凝縮して凝縮水とし排気ガスから分離する。すなわち、凝縮器６０は、排気ガスをアルゴンと凝縮水とに分離することができる。このとき、凝縮器６０にて循環経路２０の排気ガスと熱交換をすることで熱を吸収し温度が上昇した冷却水は、冷却水循環路６１を循環し再びラジエータ６３を通過する際に放熱することで温度が低下し、すなわち、冷却される。つまり、冷却水循環路６１を循環する冷却水は、凝縮器６０にて吸収した熱をラジエータ６３で放熱する。
【００４６】
そして、凝縮器６０によって分離されたアルゴンは、凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂを介して第１循環通路２１ａに排出される。一方、凝縮器６０によって分離された凝縮水は、凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃを介して凝縮水排出通路６４に排出され、循環経路２０の系外、ここでは後述する貯留タンク７０に排出される。
【００４７】
なお、この凝縮器６０とラジエータ６３とは、エンジン運転中に想定し得る最も高温の排気ガスが燃焼室ＣＣから排出された際に、その排気ガス中の水蒸気が液化・凝縮される温度にまで排気ガス温度を下げることのできる容量（換言すれば排気ガスの冷却性能）に設定される。
【００４８】
上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内での水素の燃焼に伴って比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こすことでピストン１３が押し下げられ、このピストン１３がシリンダボア１２ａ内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１つのサイクルとしてこのサイクルを繰り返す。ピストン１３の往復運動は、コネクティングロッド１４によってクランクシャフト１９に伝達され、コネクティングロッド１４とクランクシャフト１９との作用により往復運動が回転運動に変換され、クランクシャフト１９が回転する。
【００４９】
作動ガス循環型エンジン１は、クランクシャフト１９の回転に伴って吸気バルブ１５や排気バルブ１６が往復運動し、循環経路２０と燃焼室ＣＣとの連通と遮断とを繰り返すことにより、吸排気を行ない上記の４つの行程を繰り返す。
【００５０】
すなわち、作動ガス循環型エンジン１は、吸気行程において、吸気バルブ１５が開弁する一方、排気バルブ１６が閉弁すると共に、ピストン１３が上死点側から下死点側に移動することにより、循環経路２０の吸気管１７、吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに酸素とアルゴンとが吸気される。
【００５１】
次に、作動ガス循環型エンジン１は、圧縮行程において、吸気バルブ１５が閉弁し吸気バルブ１５と排気バルブ１６の両方が閉弁状態となると共に、ピストン１３が下死点側から上死点側に移動することにより、燃焼室ＣＣ内の酸素、アルゴンが圧縮され温度が上昇する。
【００５２】
次に、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼行程において、燃焼室ＣＣ内に形成された高温の圧縮ガス（酸素及びアルゴン）の中に高圧の水素を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス（酸素）とが拡散混合しながら燃焼する。そして、水素が燃焼すると、これに伴って比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こし、この水素の拡散燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１３が押し下げられ、これにより、作動ガス循環型エンジン１は、動力を発生する。
【００５３】
次に、作動ガス循環型エンジン１は、排気行程において、吸気バルブ１５が閉弁状態を維持する一方、排気バルブ１６が開弁すると共に、ピストン１３が下死点側から上死点側に移動することにより、水蒸気とアルゴンとを含む排気ガスが燃焼室ＣＣ内から循環経路２０の排気ポート１１ｃを介して排気管１８に排出される。
【００５４】
そして、作動ガス循環型エンジン１は、水蒸気とアルゴンとを含む排気ガスが燃焼室ＣＣ内から循環経路２０に排出され、この排気ガスが燃焼室ＣＣに向けて循環経路２０を循環する際には、凝縮器６０にて排気ガス中の水蒸気が液化・凝縮され分離される。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、比熱比の小さい水蒸気が燃焼室ＣＣに供給されず、比熱比の大きい作動ガスとしてのアルゴンが燃焼室ＣＣへと再び供給されるので、作動ガスによる熱効率の高い運転を行うことができる。
【００５５】
この間、電子制御装置５０は、クランクシャフト１９の回転位置や、車両の運転席に設けられるアクセルペダル（不図示）の操作量であるアクセル開度、循環ガス中の水素又は酸素の残存量等の運転状態に応じて、酸素供給装置３０からの酸素の供給量、水素供給装置４０からの水素の供給量を制御する。
【００５６】
具体的には、この電子制御装置５０は、クランク角センサ５１、アクセル開度センサ５２、水素濃度センサ５３と、酸素濃度センサ５４などの種々のセンサが電気的に接続されている。
【００５７】
クランク角センサ５１は、作動ガス循環型エンジン１のクランクシャフト１９の回転角度であるクランク角度を検出するものである。クランク角センサ５１は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。電子制御装置５０は、例えば、検出されたクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、作動ガス循環型エンジン１の回転速度としてエンジン回転数（ｒｐｍ）を算出する。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１９の回転速度に対応し、このクランクシャフト１９の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１９の回転数であるエンジン回転数も高くなる。
【００５８】
アクセル開度センサ５２は、作動ガス循環型エンジン１を搭載する車両のアクセルペダル（不図示）に設けられており、アクセルペダル（不図示）の操作量に相当するアクセル開度を検出するものである。アクセル開度センサ５２は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。なお、このアクセル開度センサ５２が検出するアクセル開度は、運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に対して要求する要求エンジン負荷（要求負荷率）に応じた値である。
【００５９】
水素濃度センサ５３は、循環経路２０を循環する循環ガス中の水素濃度を検出するものであり、酸素濃度センサ５４は、循環経路２０を循環する循環ガス中の酸素濃度を検出するものである。水素濃度センサ５３と酸素濃度センサ５４とは、各々検出信号を電子制御装置５０に送信する。
【００６０】
電子制御装置５０は、クランク角センサ５１、アクセル開度センサ５２の検出信号に基づいて、運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する要求エンジン負荷（要求負荷率）やエンジン回転数等の運転状態に応じて酸素供給装置３０、水素供給装置４０による酸素、水素の供給量（噴射量）や供給時期（噴射時期）を制御する。運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する要求エンジン負荷は、作動ガス循環型エンジン１を搭載する車両のアクセル開度などに基づいて設定される。電子制御装置５０は、例えば、作動ガス循環型エンジン１の要求エンジン負荷（要求負荷率）と現在のエンジン回転数とに基づいて、現在のエンジン回転数において、作動ガス循環型エンジン１に要求された要求エンジン負荷を得ることができる水素、酸素の供給量を決定する。
【００６１】
ここで、燃焼室ＣＣから排出された排気ガスの中には、水蒸気やアルゴンだけでなく、水素又は酸素が含まれていることがある。例えば、酸素に対して水素の燃焼室ＣＣへの供給量の方が所定よりも多いときには、未燃焼の水素が残り、そのまま循環経路２０へと排出される。また、水素に対して酸素の燃焼室ＣＣへの供給量の方が所定よりも多いときには、酸素が残り、そのまま循環経路２０へと排出される。このため、排気ガス中の水素や酸素は、凝縮器６０で排気ガス中の水蒸気が分離された後のアルゴンと共に凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂから第１循環通路２１ａに排出される。したがって、排気ガス中の水素や酸素もアルゴンと同様に循環経路２０を循環し再び燃焼室ＣＣに供給される。
【００６２】
そこで、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を排気側から吸気側に循環するガス（循環ガス）中の水素又は酸素の量を検出し、水素又は酸素が燃焼室ＣＣに到達する時期を見計らって、水素供給装置４０からの水素の供給量又は酸素供給装置３０からの酸素の供給量を調節している。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内における水素又は酸素の過多を防ぐことができる。
【００６３】
例えば、電子制御装置５０は、水素濃度センサ５３、酸素濃度センサ５４の検出信号に基づいて、循環ガス中の水素、酸素の残存量を把握し、その水素、酸素が燃焼室ＣＣに到達する時期を見計らって、酸素供給装置３０、水素供給装置４０による酸素、水素の供給量を制御する。
【００６４】
ところで、この作動ガス循環型エンジン１のように複数の燃焼室ＣＣを備える多気筒型の作動ガス循環型エンジンである場合に、例えば、循環経路２０を循環する作動ガスに対して、吸気集合管部１７ｂにおいて酸素噴射弁などにより酸素を供給することがある。これにより、このような作動ガス循環型エンジンは、例えば、複数の燃焼室ＣＣごとに各吸気分岐管部１７ａに対してそれぞれ酸素噴射弁を設けることなく、１つの酸素噴射弁（気筒数より少ない数の酸素噴射弁）により各燃焼室ＣＣに酸素を供給することができるので、より簡易に燃焼室ＣＣに酸素を供給する装置を構成することができる。これにより、例えば、作動ガス循環型エンジンを構成する部品点数を抑制することができ、製造コストを抑制することができる。
【００６５】
しかしながらこの場合、この作動ガス循環型エンジンの酸素を供給する装置は、各燃焼室ＣＣから相対的に離間した位置である吸気集合管部１７ｂに酸素を供給することとなることから、その分、酸素が吸気集合管部１７ｂに供給されてから各吸気分岐管部１７ａを介して各燃焼室ＣＣに到達するまでの経過時間が相対的に長くなり、この結果、例えば、エンジン出力の過渡運転時における応答性が悪化するおそれがある。特に、このような作動ガス循環型エンジンの場合、酸素と作動ガスとの混合性を高めることで吸気集合管部１７ｂから各吸気分岐管部１７ａを介して各燃焼室ＣＣ（気筒）に分配される酸素量を均等にするために、各吸気分岐管部１７ａの上流側に位置する吸気集合管部１７ｂの容積が相対的に大きくなる傾向にあり、この結果、吸気集合管部１７ｂの酸素噴射弁の酸素噴射位置から燃焼室ＣＣまでの吸気通路容積が相対的に大きくなる傾向にあり、このため、エンジン出力の過渡運転時における応答性の悪化がより顕著になるおそれがある。
【００６６】
そこで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、図１、図２に示すように、調節手段としての酸素噴射弁３２が酸素供給室３５内の圧力を調節して、各吸気分岐管部１７ａに対応して設けられる供給口としての噴射ノズル３６から供給される酸素の供給量を調節することで、エンジン出力の過渡運転時における応答性の向上を図っている。
【００６７】
具体的には、酸素供給装置３０は、酸素貯留タンク３１と、酸素噴射弁３２と、酸素供給通路３３と、レギュレータ３４と、酸素供給室３５と、噴射ノズル３６と、デリバリパイプ３７とを含んで構成される。この酸素供給装置３０は、酸素貯留タンク３１に貯留された酸素を酸素噴射弁３２からデリバリパイプ３７内の酸素供給室３５に噴射し、この酸素供給室３５内の酸素を複数の噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに噴射して各燃焼室ＣＣに酸素を供給するものである。
【００６８】
酸素貯留タンク３１は、酸化剤としての酸素を例えば７０ＭＰａ程度の高圧の状態で貯留するものである。
【００６９】
酸素噴射弁３２は、酸素貯留タンク３１に貯留された高圧の酸素を酸素供給室３５に直接噴射するものである。酸素噴射弁３２は、酸素を酸素供給室３５内に直接噴射可能なようにデリバリパイプ３７に設けられる。この酸素噴射弁３２は、電子制御装置５０によって制御される。
【００７０】
酸素供給通路３３は、酸素貯留タンク３１と酸素噴射弁３２を繋ぐものである。レギュレータ３４は、この酸素供給通路３３上に設けられる。
【００７１】
レギュレータ３４は、酸素供給通路３３におけるレギュレータ３４よりも下流側の圧力を設定圧力に調整するものである。言い換えれば、このレギュレータ３４は、酸素供給通路３３における酸素の流量を制御するものである。レギュレータ３４は、電子制御装置５０によって制御される。
【００７２】
なお、この酸素供給装置３０は、この酸素供給通路３３上に酸素流量計やサージタンクを備えていてもよい。酸素流量計は、酸素供給通路３３における酸素の流量を計測する手段であって、レギュレータ３４で調整された酸素の流量の計測を行う。この酸素流量計の計測信号は、電子制御装置５０に送信される。また、サージタンクは、酸素噴射弁３２による酸素の噴射時に酸素供給通路３３内に発生する脈動の低減を図るものである。
【００７３】
酸素供給室３５は、デリバリパイプ３７の内部に形成される。デリバリパイプ３７は、両端部が閉塞した円筒状に形成される。酸素供給室３５は、このデリバリパイプ３７の中空の内部空間部として区画される。この酸素供給室３５は、後述の複数の噴射ノズル３６に対する酸素の分配部として機能する。
【００７４】
また、この酸素供給室３５を形成するデリバリパイプ３７は、上述したように酸素噴射弁３２が設けられる。酸素噴射弁３２は、デリバリパイプ３７の内部空間部、すなわち、酸素供給室３５に噴射口が位置するようにデリバリパイプ３７に設けられる。
【００７５】
これにより、酸素供給室３５は、酸素噴射弁３２から酸素が噴射され供給される。そして、この酸素供給室３５は、酸素噴射弁３２から噴射される酸素の噴射量が調節されることで、内部の圧力が調節される。言い換えれば、上述の酸素噴射弁３２は、酸素を酸素供給室３５に噴射すると共に、その噴射量が電子制御装置５０によって制御されることで、この酸素供給室３５内の圧力を調節することができる。
【００７６】
噴射ノズル３６は、デリバリパイプ３７の外面に酸素供給室３５に連通するようにして設けられる。噴射ノズル３６は、複数の吸気分岐管部１７ａに対応して複数、ここでは４つ設けられる。各噴射ノズル３６は、各吸気分岐管部１７ａの内部空間に連通する。つまり、噴射ノズル３６は、デリバリパイプ３７の外面に設けられると共に、デリバリパイプ３７の内部空間部である酸素供給室３５と、吸気分岐管部１７ａの内部空間である作動ガスなどの流体が通過可能な通路部とを連通するものである。噴射ノズル３６と吸気分岐管部１７ａとは、１つの吸気分岐管部１７ａに対して１つの噴射ノズル３６が連通している。
【００７７】
これにより、各噴射ノズル３６は、酸素供給室３５内の酸素を各吸気分岐管部１７ａの内部空間にそれぞれ噴射して供給可能である。このとき、各噴射ノズル３６は、酸素供給室３５内の圧力に応じた供給量（噴射量）で酸素を吸気分岐管部１７ａの内部空間に噴射して供給する。
【００７８】
したがって、この酸素供給装置３０は、酸素貯留タンク３１に貯留された酸素を酸素噴射弁３２からデリバリパイプ３７内の酸素供給室３５に噴射し、この酸素供給室３５内の酸素を複数の噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに噴射することで、各燃焼室ＣＣに酸素を供給することができる。この間、酸素供給装置３０は、酸素供給室３５が複数の噴射ノズル３６に対する酸素の分配部として機能すると共に、酸素噴射弁３２から噴射される酸素の噴射量が電子制御装置５０によって制御され調節されることで、酸素供給室３５の内部の圧力が調節され、これにより、各噴射ノズル３６から酸素供給室３５内の圧力に応じた供給量（噴射量）で酸素が吸気分岐管部１７ａの内部に噴射され供給される。つまり、酸素供給装置３０は、電子制御装置５０によって酸素噴射弁３２による酸素の噴射量が調節され、酸素供給室３５内の圧力が調節されることで、酸素供給室３５内の圧力と吸気分岐管部１７ａ内の圧力との圧力差に応じた供給量で各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に酸素が噴射され供給される。
【００７９】
この結果、この作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、酸素供給室３５内の酸素を各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給すると共に、酸素噴射弁３２が酸素供給室３５内の圧力を調節して各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給される酸素の供給量を調節することで、例えば、複数の燃焼室ＣＣごとに各吸気分岐管部１７ａに対してそれぞれ酸素噴射弁を設けることなく、気筒数より少ない数の調節手段としての酸素噴射弁３２、ここでは、１つの酸素噴射弁３２により各燃焼室ＣＣに酸素を供給することができるので、より簡易に燃焼室ＣＣに酸素を供給する装置を構成することができ、製造コストを抑制することができる。
【００８０】
そして、作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、酸素供給室３５内の酸素を各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給すると共に、酸素噴射弁３２が酸素供給室３５内の圧力を調節して各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給される酸素の供給量を調節することで、例えば、吸気集合管部１７ｂと比較して各燃焼室ＣＣに相対的に近接した位置である各吸気分岐管部１７ａに酸素を供給することから、その分、酸素が各吸気分岐管部１７ａに供給されてから各吸気ポート１１ｂを介して各燃焼室ＣＣに到達するまでの経過時間を相対的に短くすることができる。したがって、この作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、酸素供給室３５から各吸気分岐管部１７ａを介して各燃焼室ＣＣ（気筒）に分配される酸素量をほぼ均等にした上で、酸素が各吸気分岐管部１７ａに供給されてから各吸気ポート１１ｂを介して各燃焼室ＣＣに到達するまでの経過時間を相対的に短くすることができることから、エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。
【００８１】
ここで、本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、図１、図２に示すように、電子制御装置（ＥＣＵ）５０にさらに、酸素供給室圧力検出手段としての供給圧力センサ５５と、吸気圧力検出手段としての吸気管内圧力センサ５６と、吸気温度検出手段としての吸気管内温度センサ５７とが電気的に接続されている。また、この作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に、制御手段としての酸素供給制御部８０と、水素供給制御部８１とが設けられている。
【００８２】
ここで、電子制御装置５０は、マイクロコンピュータを中心として構成され処理部５０ａ、記憶部５０ｂ及び入出力部５０ｃを有し、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。入出力部５０ｃには作動ガス循環型エンジン１を含む車両の各部を駆動する不図示の駆動回路、上述した各種センサが接続されており、この入出力部５０ｃは、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部５０ｂには、作動ガス循環型エンジン１や酸素供給装置３０の各部を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部５０ｂは、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。処理部５０ａは、不図示のメモリ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）により構成されており、少なくとも上述の酸素供給制御部８０、水素供給制御部８１を有している。電子制御装置５０による各種制御は、各部に設けられたセンサによる検出結果に基づいて、処理部５０ａが前記コンピュータプログラムを当該処理部５０ａに組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて制御信号を送ることにより実行される。その際に処理部５０ａは、適宜記憶部５０ｂへ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、この酸素供給装置３０の各部を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、電子制御装置５０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。
【００８３】
そして、供給圧力センサ５５は、酸素供給室３５内の圧力である供給圧力Ｐ１を検出するものである。供給圧力Ｐ１は、言い換えれば、デリバリパイプ３７内の圧力であるデリバリパイプ内圧力に相当する。吸気管内圧力センサ５６は、吸気分岐管部１７ａ内の圧力である吸気管内圧力（吸気圧）Ｐ２を検出するものである。吸気管内圧力Ｐ２は、循環経路２０内の系内圧力に相当する。吸気管内温度センサ５７は、吸気分岐管部１７ａ内の温度である吸気管内温度（吸気温度）Ｔを検出するものである。供給圧力センサ５５、吸気管内圧力センサ５６、吸気管内温度センサ５７は、各々検出信号を電子制御装置５０に送信する。なお、ここでは、吸気管内圧力センサ５６、吸気管内温度センサ５７は、それぞれ１つずつ設けられ、複数の吸気分岐管部１７ａのうちの１つの内部空間の吸気管内圧力（吸気圧）Ｐ２、吸気管内温度（吸気温度）Ｔを検出するものとして説明するが、これに限らず、それぞれ複数設けられていてもよい。またここでは、吸気管内圧力センサ５６、吸気管内温度センサ５７は、吸気分岐管部１７ａにおいて、噴射ノズル３６よりも燃焼室ＣＣの吸気側の位置（作動ガスの循環方向に対して噴射ノズル３６よりも下流側の位置）で吸気管内圧力Ｐ２、吸気管内温度Ｔを検出している。
【００８４】
酸素供給制御部８０は、酸素供給装置３０の駆動を制御するものであり、水素供給制御部８１は、水素供給装置４０の駆動を制御するものである。酸素供給制御部８０、水素供給制御部８１は、基本的には上述したように、各種センサの検出信号に基づいて、要求エンジン負荷（要求負荷率）、エンジン回転数、循環ガス中の水素、酸素の残存量等の運転状態等の運転状態に応じて、酸素供給装置３０、水素供給装置４０による酸素、水素の供給量（噴射量）や供給時期（噴射時期）を制御する。
【００８５】
本実施形態の酸素供給制御部８０は、さらに具体的に言えば、酸素噴射弁３２を制御するものである。酸素供給制御部８０は、酸素噴射弁３２の駆動を制御し、酸素噴射弁３２から酸素供給室３５への酸素の噴射量を調節することで、酸素供給室３５内の圧力、すなわち、供給圧力Ｐ１を調節する。これにより、酸素供給制御部８０は、供給圧力Ｐ１と吸気管内圧力Ｐ２との圧力差に応じて供給圧力Ｐ１側から吸気管内圧力Ｐ２側に流れる酸素流量、すなわち、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に噴射される酸素の供給量（噴射量）を制御する。
【００８６】
ここでは、酸素供給制御部８０は、要求される酸素の供給量と、吸気管内圧力センサ５６が検出した吸気管内圧力Ｐ２と、吸気管内温度センサ５７が検出した吸気管内温度Ｔとに基づいて、酸素噴射弁３２を制御して供給圧力Ｐ１を調節する。酸素供給制御部８０は、例えば、要求エンジン負荷（要求負荷率）に応じたアクセルペダル操作量（アクセル開度）、エンジン回転数、系内酸素濃度などに基づいて、要求される酸素の供給量である要求酸素供給量ｍを設定する。そして、酸素供給制御部８０は、要求酸素供給量ｍ、吸気管内圧力Ｐ２、吸気管内温度Ｔに基づいて、要求される供給圧力である要求供給圧力Ｐ１’を設定する。そして、酸素供給制御部８０は、供給圧力センサ５５が検出した実際の供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’に収束するように、酸素噴射弁３２の駆動を制御し、酸素噴射弁３２から酸素供給室３５への酸素の噴射量を調節する。
【００８７】
次に、図３のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０の酸素供給制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。
【００８８】
まず、電子制御装置５０の酸素供給制御部８０は、アクセル開度センサ５２の検出信号に基づいて、現在のアクセルペダル操作量（アクセル開度）を取得する（Ｓ１００）。このアクセルペダル操作量（アクセル開度）は、要求エンジン負荷（要求負荷率）に応じた値である。
【００８９】
次に、酸素供給制御部８０は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて、現在のエンジン回転数を取得する（Ｓ１０１）。
【００９０】
次に、酸素供給制御部８０は、酸素濃度センサ５４の検出信号に基づいて、循環経路２０を循環する循環ガス中の現在の酸素濃度、すなわち、現在の系内酸素濃度を取得する（Ｓ１０２）。
【００９１】
次に、酸素供給制御部８０は、Ｓ１００で取得したアクセルペダル操作量（アクセル開度）、Ｓ１０１で取得したエンジン回転数、Ｓ１０２で取得した系内酸素濃度に基づいて、要求酸素供給量ｍを設定する（Ｓ１０３）。
【００９２】
酸素供給制御部８０は、例えば、図４に例示する必要酸素量マップｍ０１に基づいて、必要酸素量を求める。この必要酸素量マップｍ０１は、横軸がエンジン回転数、縦軸がアクセルペダル操作量（アクセル開度）を示す。必要酸素量マップｍ０１は、エンジン回転数、アクセルペダル操作量（アクセル開度）と必要酸素量との関係を記述したものである。この必要酸素量は、現在のエンジン回転数において、アクセルペダル操作量（アクセル開度）に応じた要求エンジン負荷を得るための必要水素量に対応した酸素量である。この必要酸素量マップｍ０１では、必要酸素量は、エンジン回転数の増加にともなって増加し、アクセルペダル操作量（アクセル開度）の増加にともなって増加する。必要酸素量マップｍ０１は、エンジン回転数、アクセルペダル操作量（アクセル開度）と必要酸素量との関係が予め設定された上で記憶部５０ｂに格納されている。酸素供給制御部８０は、この必要酸素量マップｍ０１に基づいて、Ｓ１００で取得したアクセルペダル操作量（アクセル開度）とＳ１０１で取得したエンジン回転数とから、必要酸素量を求める。
【００９３】
なお、本実施形態では、酸素供給制御部８０は、必要酸素量マップｍ０１を用いて必要酸素量を求めたが、本実施形態はこれに限定されない。酸素供給制御部８０は、例えば、必要酸素量マップｍ０１に相当する数式に基づいて必要酸素量を求めてもよい。以下で説明する種々のマップについても同様である。
【００９４】
そして、酸素供給制御部８０は、例えば、図５に例示する酸素供給量マップｍ０２に基づいて、要求酸素供給量ｍを求める。この酸素供給量マップｍ０２は、横軸が必要酸素量、縦軸が系内酸素濃度を示す。酸素供給量マップｍ０２は、必要酸素量、系内酸素濃度と酸素供給量との関係を記述したものである。この酸素供給量は、酸素供給装置３０から供給する酸素量である。この酸素供給量マップｍ０２では、酸素供給量は、必要酸素量の増加にともなって増加し、系内酸素濃度の増加、つまり、循環経路２０の残留酸素の増加にともなって減少する。酸素供給量マップｍ０２は、必要酸素量、系内酸素濃度と酸素供給量との関係が予め設定された上で記憶部５０ｂに格納されている。酸素供給制御部８０は、この酸素供給量マップｍ０２に基づいて、上述した必要酸素量と、Ｓ１０２で取得した系内酸素濃度とから、要求酸素供給量ｍを求める。
【００９５】
次に、酸素供給制御部８０は、吸気管内圧力センサ５６、吸気管内温度センサ５７の検出信号に基づいて、現在の吸気管内圧力Ｐ２、現在の吸気管内温度Ｔを取得する（Ｓ１０４）。
【００９６】
次に、酸素供給制御部８０は、Ｓ１０３で設定した要求酸素供給量ｍ、Ｓ１０４で取得した吸気管内圧力Ｐ２、吸気管内温度Ｔに基づいて、要求供給圧力Ｐ１’を設定する（Ｓ１０５）。
【００９７】
酸素供給制御部８０は、例えば、下記の数１に示す数式（１）に基づいて、要求酸素供給量ｍ、Ｓ１０４で取得した吸気管内圧力Ｐ２、吸気管内温度Ｔから要求供給圧力Ｐ１’を算出する。この数式（１）において、ｍは要求酸素供給量、Ｐ１’は要求供給圧力、Ｐ２は吸気管内圧力、Ｔは吸気管内温度、ＣＤは流量係数、Ａは噴射ノズル３６のノズル（噴射口）面積、κは酸素の比熱比、Ｍは酸素分子量、Ｒは一般気体定数を表す。
【００９８】
【数１】
2010209801.tif 000003
【００９９】
次に、酸素供給制御部８０は、供給圧力センサ５５の検出信号に基づいて、現在の供給圧力Ｐ１を取得する（Ｓ１０６）。
【０１００】
次に、酸素供給制御部８０は、Ｓ１０５で設定した要求供給圧力Ｐ１’と、Ｓ１０６で取得した供給圧力Ｐ１とを比較し、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’以上であるか否かを判定する（Ｓ１０７）。
【０１０１】
酸素供給制御部８０は、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’以上であると判定した場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、酸素噴射弁３２の駆動を制御し閉弁状態とし（Ｓ１０８）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。この場合、酸素噴射弁３２がもともと閉弁状態であった場合にはこの閉弁状態を継続する。
【０１０２】
酸素供給制御部８０は、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’より小さいと判定した場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’となるように酸素噴射弁３２による酸素の必要噴射量を算出し、この必要噴射量に基づいてマップなどを用いて酸素噴射弁３２の開弁期間（噴射期間）を設定し、この開弁期間に基づいて酸素噴射弁３２の駆動を制御し（Ｓ１０９）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【０１０３】
以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０によれば、酸素と水素との燃焼に伴って空気より比熱比の高い作動ガスが膨張可能である複数の燃焼室ＣＣと、複数の燃焼室ＣＣにそれぞれ連通する複数の吸気分岐管部１７ａを含んで構成され作動ガスを燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ吸気分岐管部１７ａを介して再び燃焼室ＣＣに供給可能な循環経路２０とが設けられた作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０において、酸素が供給される酸素供給室３５と、酸素供給室３５に連通して設けられこの酸素供給室３５内の酸素を複数の吸気分岐管部１７ａにそれぞれ供給可能な複数の噴射ノズル３６と、酸素供給室３５内の圧力を調節することで各噴射ノズル３６から供給される酸素の供給量を調節可能な酸素噴射弁３２とを備える。
【０１０４】
したがって、この作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、酸素供給室３５内の酸素を各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給すると共に、酸素噴射弁３２が酸素供給室３５内の圧力を調節して各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給される酸素の供給量を調節することで、気筒数より少ない数の調節手段としての酸素噴射弁３２により各燃焼室ＣＣに酸素を供給することができると共に、各燃焼室ＣＣに相対的に近接した各吸気分岐管部１７ａに酸素を供給することができることから、簡易な構成でエンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。
【０１０５】
さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０によれば、吸気分岐管部１７ａ内の圧力である吸気管内圧力Ｐ２を検出する吸気管内圧力センサ５６と、吸気分岐管部１７ａ内の温度である吸気管内温度Ｔを検出する吸気管内温度センサ５７と、酸素噴射弁３２を制御する酸素供給制御部８０とを備え、酸素供給制御部８０は、要求される酸素の供給量である要求酸素供給量ｍと、吸気管内圧力センサ５６が検出した吸気管内圧力Ｐ２と、吸気管内温度センサ５７が検出した吸気管内温度Ｔとに基づいて、酸素噴射弁３２を制御して酸素供給室３５内の圧力である供給圧力Ｐ１を調節する。したがって、作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０は、酸素供給制御部８０が要求酸素供給量ｍ、吸気管内圧力Ｐ２、吸気管内温度Ｔに基づいて、酸素噴射弁３２を制御し、要求酸素供給量ｍを実現するように供給圧力Ｐ１と吸気管内圧力Ｐ２との圧力差を調節することで、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａを介して各燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量を簡易に適正に調節することができる。
【０１０６】
（実施形態２）
図６は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図、図７は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の吸気管内圧力と供給圧力との関係を説明する線図、図８は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置と略同様の構成であるが吸気分岐通路内の圧力と酸素供給室内の圧力との圧力比が臨界圧力比以下に設定される点で実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【０１０７】
本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置２３０は、図６に示すように、上述の実施形態１で説明した吸気管内圧力センサ５６を備えていない。
【０１０８】
ここで、本実施形態の酸素供給装置２３０は、吸気分岐管部１７ａ内の圧力である吸気管内圧力Ｐ２と酸素供給室３５内の圧力である供給圧力Ｐ１との圧力比が臨界圧力比以下に設定される。
【０１０９】
具体的には、酸素供給装置２３０は、酸素の噴射方向の下流側の圧力である吸気管内圧力Ｐ２と上流側の圧力である供給圧力Ｐ１との圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように各噴射ノズル３６が形成される。各噴射ノズル３６は、圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるような径にそのノズル径（噴射口径）が設定されて形成される。つまり、酸素供給装置２３０は、吸気分岐管部１７ａ内の圧力である吸気管内圧力Ｐ２と酸素供給室３５内の圧力である供給圧力Ｐ１との圧力比が下記の数２に示す数式（２）の関係式を満たすように各噴射ノズル３６の形状が構成される。この数式（２）において、Ｐ１は供給圧力、Ｐ２は吸気管内圧力、κは酸素の比熱比を表す。
【０１１０】
【数２】
2010209801.tif 000004
【０１１１】
図７は、本実施形態の酸素供給装置２３０における吸気管内圧力Ｐ２と供給圧力Ｐ１との関係を説明する図である。本図中、線Ｌ１は、供給圧力Ｐ１＝吸気管内圧力Ｐ２を表し、この線Ｌ１を境界として、吸気管内圧力Ｐ２＞供給圧力Ｐ１の領域では、各噴射ノズル３６から酸素が噴射されない一方、吸気管内圧力Ｐ２＜供給圧力Ｐ１の領域では、各噴射ノズル３６から酸素が噴射される。そして、線Ｌ２は、臨界圧力比を表し、本実施形態の酸素供給装置２３０は、各噴射ノズル３６のノズル径（噴射口径）を適正に設定することで、圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下の領域Ａになるように設定される。
【０１１２】
ここで、臨界圧力比とは、噴射ノズル３６を通る気体、ここでは酸素の流速が音速に達したときの上流側と下流側との圧力比に相当する。例えば、気体である酸素が流れる噴射ノズル３６の上流側の圧力である供給圧力Ｐ１と下流側の圧力である吸気管内圧力Ｐ２との差を大きくして、上下流の圧力比Ｐ２／Ｐ１（下流／上流）が臨界圧力比以下になると、噴射ノズル３６のスロート部（一番狭い部分）を通る酸素の流速は音速と同等になる。このとき、噴射ノズル３６のスロート部における酸素の流速は、噴射ノズル３６の下流側の状態、すなわち、噴射ノズル３６の下流側の圧力である吸気管内圧力Ｐ２に依存しなくなり、 いったん音速に達した後は、圧力差が大きい限り、すなわち、圧力比Ｐ２／Ｐ１（下流／上流）が臨界圧力比以下である限り音速から変化することはなくなる。
【０１１３】
つまり、酸素供給装置２３０は、圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように各噴射ノズル３６が形成されることで、各噴射ノズル３６の酸素の噴射方向下流側の流れ場の変動によらず、すなわち、各噴射ノズル３６の酸素の噴射方向の下流側の吸気分岐管部１７ａ内の圧力である吸気管内圧力Ｐ２の変動によらず、常に一定流量で各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに酸素を噴射することができる。さらに言えば、酸素供給装置２３０は、吸気管内圧力Ｐ２の変動にかかわらず供給圧力Ｐ１を調節することで、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に噴射される酸素の供給量（噴射量）を適正に調節することができる。
【０１１４】
この結果、この酸素供給装置２３０は、圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように各噴射ノズル３６が形成されることで、常に一定流量で各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに酸素を噴射することができることから、吸気脈動や循環経路２０内の圧力の変動、各吸気分岐管部１７ａ間での吸気管内圧力Ｐ２のバラツキなどにかかわらず、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に噴射される酸素の酸素流量（単位時間当たりの酸素供給量であり酸素供給率）を一定とすることができ、各噴射ノズル３６からの酸素の供給量のバラツキを抑制することができる。
【０１１５】
特に、この酸素供給装置２３０が適用される作動ガス循環型エンジン１は、各燃焼室ＣＣの吸気側と排気側とが循環経路２０により繋がれていることから循環経路２０の系内の圧力が変動することで吸気管内圧力Ｐ２の変動が大きくなり易い傾向にあるが、酸素供給装置２３０は、上記のように圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように各噴射ノズル３６を構成することで、吸気管内圧力Ｐ２の変動の影響を受けにくくすることができるので好適である。
【０１１６】
そして、本実施形態の制御手段としての酸素供給制御部２８０は、圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように各噴射ノズル３６が形成されることで、要求される酸素の供給量と、吸気管内温度センサ５７が検出した吸気管内温度Ｔとに基づいて、すなわち、吸気管内圧力Ｐ２によらずに酸素噴射弁３２を制御して供給圧力Ｐ１を調節し、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に噴射される酸素の供給量（噴射量）を制御することができ、よって、より簡易な構成で適正に酸素の供給量を調節することができる。
【０１１７】
次に、図８のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置２３０の酸素供給制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。また、本実施形態の酸素供給装置２３０の酸素供給制御におけるＳ１００からＳ１０３、Ｓ１０６からＳ１０９は、実施形態１の酸素供給装置３０の酸素供給制御（図３参照）におけるＳ１００からＳ１０３、Ｓ１０６からＳ１０９と同様であるのでその説明は省略する。
【０１１８】
本実施形態の酸素供給制御部２８０は、Ｓ１０３にて要求酸素供給量ｍを設定した後、吸気管内温度センサ５７の検出信号に基づいて、現在の吸気管内温度Ｔを取得する（Ｓ２０４）。
【０１１９】
次に、酸素供給制御部２８０は、Ｓ１０３で設定した要求酸素供給量ｍ、Ｓ２０４で取得した吸気管内温度Ｔに基づいて、要求供給圧力Ｐ１’を設定し（Ｓ２０５）、Ｓ１０６に移行し、以降の処理を実行する。
【０１２０】
酸素供給制御部２８０は、例えば、下記の数３に示す数式（３）に基づいて、要求酸素供給量ｍ、吸気管内温度Ｔから要求供給圧力Ｐ１’を算出する。この数式（３）において、ｍは要求酸素供給量、Ｐ１’は要求供給圧力、Ｔは吸気管内温度、ＣＤは流量係数、Ａは噴射ノズル３６のノズル（噴射口）面積、κは酸素の比熱比、Ｍは酸素分子量、Ｒは一般気体定数を表す。
【０１２１】
【数３】
2010209801.tif 000005
【０１２２】
以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置２３０によれば、作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置２３０は、酸素供給室３５内の酸素を各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給すると共に、酸素噴射弁３２が酸素供給室３５内の圧力を調節して各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給される酸素の供給量を調節することで、気筒数より少ない数の調節手段としての酸素噴射弁３２により各燃焼室ＣＣに酸素を供給することができると共に、各燃焼室ＣＣに相対的に近接した各吸気分岐管部１７ａに酸素を供給することができることから、簡易な構成でエンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。
【０１２３】
さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置２３０によれば、吸気分岐管部１７ａ内の温度である吸気管内温度Ｔを検出する吸気管内温度センサ５７と、酸素噴射弁３２を制御する酸素供給制御部２８０とを備え、各噴射ノズル３６は、各吸気分岐管部１７ａ内の圧力である吸気管内圧力Ｐ２と酸素供給室３５内の圧力である供給圧力Ｐ１との圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように形成され、酸素供給制御部２８０は、要求される酸素の供給量である要求酸素供給量ｍと、吸気管内温度センサ５７が検出した吸気管内温度Ｔとに基づいて、酸素噴射弁３２を制御して酸素供給室３５内の圧力である供給圧力Ｐ１を調節する。したがって、作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置２３０は、圧力比Ｐ２／Ｐ１が臨界圧力比以下となるように各噴射ノズル３６が形成されることで、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に噴射される酸素の酸素流量を吸気管内圧力Ｐ２にかかわらず一定とすることができ、酸素供給制御部２８０が要求酸素供給量ｍ、吸気管内温度Ｔに基づいて、酸素噴射弁３２を制御し、要求酸素供給量ｍを実現するように供給圧力Ｐ１を調節することで、吸気管内圧力Ｐ２によらずに各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａを介して各燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量をより簡易に適正に調節することができる。
【０１２４】
なお、上述した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。
【０１２５】
以上の説明では、調節手段は、酸素噴射弁３２であるものとして説明したがこれに限らない。
【０１２６】
図９は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図、図１０は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置と略同様の構成であるが調節手段の構成が実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【０１２７】
本変形例に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０Ａは、図９に示すように、調節手段としての酸素噴射弁３２を備えず、かわりにレギュレータ３４が本発明の調節手段に相当する。
【０１２８】
すなわち、この酸素供給装置３０Ａは、レギュレータ３４が酸素供給通路３３におけるレギュレータ３４よりも下流側の圧力を調整することで、酸素供給室３５内の圧力を調節する。レギュレータ３４は、酸素供給通路３３の絞り、すなわち、酸素供給通路３３の開度を調節することで、酸素供給通路３３におけるレギュレータ３４よりも下流側の圧力を調整し、酸素供給室３５内の圧力を調節する。レギュレータ３４は、その絞り量（酸素供給通路３３の開度）が電子制御装置５０によって制御されることで、この酸素供給室３５内の圧力を調節する。
【０１２９】
本変形例の酸素供給制御部８０は、レギュレータ３４の駆動を制御し、レギュレータ３４の絞り量（酸素供給通路３３の開度）を調節することで、酸素供給室３５内の圧力、すなわち、供給圧力Ｐ１を調節する。これにより、酸素供給制御部８０は、供給圧力Ｐ１と吸気管内圧力Ｐ２との圧力差に応じて供給圧力Ｐ１側から吸気管内圧力Ｐ２側に流れる酸素流量、すなわち、各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａの内部に噴射される酸素の供給量（噴射量）を制御する。
【０１３０】
この場合、酸素供給制御部８０は、図１０のフローチャートに示すように、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’以上であると判定した場合（Ｓ１０７：Ｙｅｓ）、レギュレータ３４の駆動を制御し絞りを全閉状態とする一方（Ｓ１０８Ａ）、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’より小さいと判定した場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’となるようにマップなどを用いてレギュレータ３４の絞り量（酸素供給通路３３の開度）を算出し、この絞り量（酸素供給通路３３の開度）に基づいてレギュレータ３４を制御する（Ｓ１０９Ａ）。
【０１３１】
この場合であっても、作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０Ａは、酸素供給室３５内の酸素を各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給すると共に、レギュレータ３４が酸素供給室３５内の圧力を調節して各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給される酸素の供給量を調節することで、各燃焼室ＣＣに相対的に近接した各吸気分岐管部１７ａに酸素を供給することができることから、簡易な構成でエンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。なお、実施形態２における調節手段をレギュレータ３４により構成してもよい。
【０１３２】
また、以上の説明では、酸素供給装置３０、２３０は、レギュレータ３４を備えるものとして説明したがこれに限らない。
【０１３３】
図１１は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の模式的な概略構成図、図１２は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置の酸素供給制御を説明するフローチャートである。変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置と略同様の構成であるがレギュレータ３４を備えない点で実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置とは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【０１３４】
本変形例に係る作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０Ｂは、図１１に示すように、レギュレータ３４を備えず、かわりにタンク内圧検出手段としてのタンク内圧力センサ５８Ｂを備えている。
【０１３５】
タンク内圧力センサ５８Ｂは、酸素貯留タンク３１内の圧力であるタンク内圧力Ｐ３を検出するものである。タンク内圧力センサ５８Ｂは、検出信号を電子制御装置５０に送信する。
【０１３６】
この場合、酸素供給制御部８０は、図１２のフローチャートに示すように、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’より小さいと判定した場合（Ｓ１０７：Ｎｏ）、タンク内圧力センサ５８Ｂの検出信号に基づいて現在のタンク内圧力Ｐ３を取得し（Ｓ１０９ｂ）、供給圧力Ｐ１が要求供給圧力Ｐ１’となるように酸素噴射弁３２による酸素の必要噴射量を算出し、この必要噴射量とＳ１０９ｂで取得したタンク内圧力Ｐ３とに基づいてマップなどを用いて酸素噴射弁３２の開弁期間（噴射期間）を設定し、この開弁期間に基づいて酸素噴射弁３２の駆動を制御する（Ｓ１０９Ｂ）。
【０１３７】
この場合であっても、作動ガス循環型エンジン１の酸素供給装置３０Ｂは、酸素供給室３５内の酸素を各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給すると共に、酸素噴射弁３２が酸素供給室３５内の圧力を調節して各噴射ノズル３６から各吸気分岐管部１７ａに供給される酸素の供給量を調節することで、各燃焼室ＣＣに相対的に近接した各吸気分岐管部１７ａに酸素を供給することができることから、簡易な構成でエンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。なお、実施形態２においてレギュレータ３４を備えない構成とした場合も同様である。
【０１３８】
また、以上の説明では、本発明の吸気分岐通路は、吸気管１７の吸気分岐管部１７ａであるものとして説明したが、吸気分岐通路は、吸気ポート１１ｂであってもよい。この場合、供給口としての各噴射ノズル３６は、酸素供給室３５内の酸素を各吸気分岐通路としての吸気ポート１１ｂに供給可能な構成であればよい。また、酸素供給室は、デリバリパイプ３７内の内部空間部であるものとして説明したが、例えば、シリンダヘッド１１内に形成されていてもよい。
【０１３９】
また、以上の説明では、作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置が適用される作動ガス循環型エンジンは、水素が燃焼室ＣＣ内に直接噴射されるよう水素噴射弁４２を設けるものとして説明したが、水素噴射弁４２は、水素を吸気ポート１１ｂに噴射させるべくシリンダヘッド１１に取り付けられてもよい。この場合であっても、エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。
【０１４０】
また、以上の説明では、作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置が適用される作動ガス循環型エンジンは、水素を拡散燃焼させるものとして例示したが、燃料に対して図示しない点火プラグで点火して、いわゆる、火花点火燃焼させる形態のものであってもよく、その水素に対して点火プラグで点火して着火の補助を行い拡散燃焼させる形態のものであってもよい。つまり、以上で説明した本発明の作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、燃焼形態の異なる作動ガス循環型エンジンに適用してもよく、この場合であっても、エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１４１】
以上のように、本発明に係る作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置は、エンジン出力の過渡運転時における応答性を向上することができるものであり、排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な種々の作動ガス循環型エンジンの酸素供給装置に適用して好適である。
【符号の説明】
【０１４２】
１    作動ガス循環型エンジン
１０    エンジン本体
１１ｂ    吸気ポート
１１ｃ    排気ポート
１７    吸気管
１７ａ    吸気分岐管部（吸気分岐通路）
１７ｂ    吸気集合管部
１８    排気管
１９    クランクシャフト
２０    循環経路
２１    循環通路
３０、３０Ａ、３０Ｂ、２３０    酸素供給装置
３１    酸素貯留タンク
３２    酸素噴射弁（調節手段）
３３    酸素供給通路
３４    レギュレータ
３５    酸素供給室
３６    噴射ノズル（供給口）
３７    デリバリパイプ
４０    水素供給装置
５０    電子制御装置
５５    供給圧力センサ
５６    吸気管内圧力センサ（吸気圧力検出手段）
５７    吸気管内温度センサ（吸気温度検出手段）
５８Ｂ    タンク内圧力センサ
８０、２８０    酸素供給制御部（制御手段）
８１    水素供給制御部
ＣＣ    燃焼室
【図１】
2010209801.tif 000006
【図２】
2010209801.tif 000007
【図３】
2010209801.tif 000008
【図４】
2010209801.tif 000009
【図５】
2010209801.tif 000010
【図６】
2010209801.tif 000011
【図７】
2010209801.tif 000012
【図８】
2010209801.tif 000013
【図９】
2010209801.tif 000014
【図１０】
2010209801.tif 000015
【図１１】
2010209801.tif 000016
【図１２】
2010209801.tif 000017