(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後に前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、
前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、
前記循環経路に設けられ当該循環経路を循環するガスに含まれる前記水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯留可能なタンクと、
前記タンクに貯留される前記凝縮水を前記循環経路の外部に排出可能な排出装置と、
前記排出装置によって前記凝縮水を排出する際に、前記循環経路の内部の圧力を前記循環経路の外部の圧力より大きくする圧力制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする、
作動ガス循環型エンジン。
【請求項２】
前記制御装置は、前記酸化剤を供給する酸化剤供給装置を制御し、前記燃焼室に供給される前記酸化剤の供給量を前記燃料との前記燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御することで前記圧力制御を実行する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項３】
前記制御装置は、前記燃料を供給する燃料供給装置を制御し、前記燃焼室に供給される前記燃料の供給量を前記酸化剤との前記燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御することで前記圧力制御を実行する、
請求項１又は請求項２に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項４】
前記制御装置は、前記作動ガスを供給する作動ガス供給装置を制御し、前記循環経路の内部に前記作動ガスを供給することで前記圧力制御を実行する、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項５】
前記制御装置は、前記排出装置によって前記凝縮水を排出する際に、前記タンクに所定量の前記凝縮水を残留させる、
請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項６】
前記制御装置は、前記タンクの内部の圧力を大気圧より大きくする前記圧力制御を実行する、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項７】
酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後に前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、
前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、
前記循環経路に設けられ当該循環経路を循環するガスに含まれる前記水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯留可能なタンクと、
前記タンクに貯留される前記凝縮水を前記循環経路の外部に排出可能な排出装置と、
前記排出装置によって前記凝縮水を排出する際に、前記酸化剤を供給する酸化剤供給装置を制御し、前記燃焼室に供給される前記酸化剤の供給量を前記燃料との前記燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御する制御装置とを備えることを特徴とする、
作動ガス循環型エンジン。
【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に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のエンジンとして、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、クローズドサイクルエンジンとしての作動ガス循環型エンジンが知られている。このような従来の作動ガス循環型エンジンとして、例えば、特許文献１には燃焼室内にて燃料としての水素を燃焼させるとともに不活性ガスを作動ガスとして使用する内燃機関が開示されている。この内燃機関は、燃焼室から排出されたガスに含まれる生成物としての水蒸気を水分除去装置によって除去し、水蒸気を除去した不活性ガスを循環経路を介して燃焼室に再び循環させるとともに、除去した水に溶存している不活性ガスの分子を脱気装置によって気体の状態に戻しこれも燃焼室に再度供給する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００７−０６４０９２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、上述のような特許文献１に記載されている内燃機関は、例えば、上記のようにして除去した水分が適正に系外に排出されることが望まれていた。
【０００５】
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、適正に水分を排出することができる作動ガス循環型エンジン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】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後に前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、前記循環経路に設けられ当該循環経路を循環するガスに含まれる前記水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯留可能なタンクと、前記タンクに貯留される前記凝縮水を前記循環経路の外部に排出可能な排出装置と、前記排出装置によって前記凝縮水を排出する際に、前記循環経路の内部の圧力を前記循環経路の外部の圧力より大きくする圧力制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記酸化剤を供給する酸化剤供給装置を制御し、前記燃焼室に供給される前記酸化剤の供給量を前記燃料との前記燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御することで前記圧力制御を実行するものとすることができる。
【０００８】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記燃料を供給する燃料供給装置を制御し、前記燃焼室に供給される前記燃料の供給量を前記酸化剤との前記燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御することで前記圧力制御を実行するものとすることができる。
【０００９】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記作動ガスを供給する作動ガス供給装置を制御し、前記循環経路の内部に前記作動ガスを供給することで前記圧力制御を実行するものとすることができる。
【００１０】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記排出装置によって前記凝縮水を排出する際に、前記タンクに所定量の前記凝縮水を残留させるものとすることができる。
【００１１】
また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記タンクの内部の圧力を大気圧より大きくする前記圧力制御を実行するものとすることができる。
【００１２】
上記目的を達成するために、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後に前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、前記循環経路に設けられ当該循環経路を循環するガスに含まれる前記水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯留可能なタンクと、前記タンクに貯留される前記凝縮水を前記循環経路の外部に排出可能な排出装置と、前記排出装置によって前記凝縮水を排出する際に、前記酸化剤を供給する酸化剤供給装置を制御し、前記燃焼室に供給される前記酸化剤の供給量を前記燃料との前記燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御する制御装置とを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、適正に水分を排出することができる、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、実施形態に係るエンジンの模式的な概略構成図である。
【図２】図２は、実施形態に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。
【図３】図３は、実施形態に係るエンジンの制御の一例を説明するタイムチャートである。
【図４】図４は、変形例に係るエンジンの模式的な概略構成図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジン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。
【００１６】
［実施形態］
図１は、実施形態に係るエンジンの模式的な概略構成図、図２は、実施形態に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャート、図３は、実施形態に係るエンジンの制御の一例を説明するタイムチャート、図４は、変形例に係るエンジンの模式的な概略構成図である。
【００１７】
図１に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン１は、エンジン本体１０の燃焼室１１に酸化剤と燃料と作動ガスとが供給され、この燃焼室１１にて燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張することで動力を発生させる。そして、このエンジン１は、燃焼室１１の吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０を介して、燃焼室１１の排気側から吸気側に作動ガスを循環させ、基本的には大気へと放出することなく再びこの燃焼室１１に供給可能に構成したいわゆるクローズドサイクルエンジンである。燃焼室１１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１１と循環経路２０との間で循環する。
【００１８】
ここで、このエンジン１に用いられる酸化剤は、酸素（Ｏ2）であり、燃料は水素（Ｈ2）である。また、このエンジン１に用いられる作動ガスは、空気よりも比熱比の高いものであり、ここでは、単原子ガスのアルゴン（Ａｒ）である。アルゴンは、燃焼室１１において、酸素と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。つまり、このエンジン１は、燃焼室１１内で水素を燃焼させ、この水素の燃焼に伴ってアルゴンを熱膨張させて動力を発生させることで熱効率を向上するものである。
【００１９】
具体的には、このエンジン１は、図１に示すように、酸素、水素が反応する燃焼室１１が設けられるエンジン本体１０と、燃焼室１１の排気側と吸気側とを繋ぐ循環経路２０と、酸素を供給する酸化剤供給装置としての酸素供給装置３０と、水素を供給する燃料供給装置としての水素供給装置４０と、凝縮器５０と、制御装置としての電子制御装置６０とを備える。
【００２０】
エンジン本体１０は、酸素と水素とアルゴンとが供給され、水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能である燃焼室１１を含んで構成される。燃焼室１１は、水素の燃焼後にアルゴンと燃焼生成物としての水蒸気（Ｈ2Ｏ）とを排気可能である。なお、このエンジン本体１０は、図示していないが複数の燃焼室１１（気筒）を有している。循環経路２０は、アルゴンを含む循環ガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能なものである。循環経路２０は、シリンダヘッドに形成され燃焼室１１に連通する吸気ポート１２及び排気ポート１３と、種々の配管などにより構成され吸気ポート１２と排気ポート１３とを燃焼室１１の外側で接続する循環通路２１とを含んで構成され、基本的には全体として外気に対して密閉された循環系をなす。循環経路２０は、循環ガスから燃焼に伴って生成される生成物である水蒸気を取り除く除去装置としての凝縮器５０が設けられる。
【００２１】
ここで、循環ガスとは、循環経路２０を介して燃焼室１１の排気側から吸気側に循環されるガスであり、作動ガスとしてのアルゴンの他、燃焼室１１での水素の燃焼後に燃焼室１１から排気される排気ガス等を含むものである。ここで、排気ガスとは、例えば、燃焼室１１での水素の燃焼後に残留する余剰の酸素、水素などからなる余剰ガスや水素の燃焼に伴って生成される生成物としての水蒸気などを含むものである。つまり、ここでの循環ガスは、作動ガスとしてのアルゴン、燃焼後の余剰の酸素、水素などからなる余剰ガス、水蒸気などを含むものである。
【００２２】
酸素供給装置３０は、高圧酸素を循環経路２０内に向けて噴射して供給し、アルゴンなどを含む循環ガスと共に燃焼室１１に供給するものである。水素供給装置４０は、高圧水素を燃焼室１１内に向けて直接噴射して供給するものである。
【００２３】
凝縮器５０は、循環経路２０に設けられこの循環経路２０を循環する循環ガスから大部分の水蒸気を取り除くものである。凝縮器５０は、冷却水循環路５１に設けられた冷却水ポンプ５２が駆動することで、ラジエータ５３にて冷却された冷却媒体としての冷却水が冷却水循環路５１を介して内部に供給される。そして、凝縮器５０は、冷却水と循環ガスとを熱交換させることで循環ガスを冷却し、循環ガス中に含まれる水蒸気を液化・凝縮し凝縮水とし、この循環ガスから大部分の水蒸気を分離する。そして、凝縮器５０によって水蒸気が分離されたアルゴンを含む循環ガスは、このまま循環経路２０を循環し、凝縮器５０で凝縮された凝縮水は、排出装置としての排水弁５４を介して循環経路２０の循環系外に排出される。
【００２４】
ここで、このエンジン１は、循環経路２０にタンク５５を備える。タンク５５は、循環経路２０を循環する循環ガスに含まれる水蒸気を凝縮させた上記の凝縮水を貯留可能なものである。タンク５５は、凝縮器５０にて循環ガスから凝縮、分離された凝縮水を貯留する。本実施形態のタンク５５は、凝縮器５０においてフィンなどにより構成される熱交換部５６などを収容するケーシング５７と一体的に設けられる。つまり、ここでのタンク５５は、凝縮器５０のケーシング５７の内部の底部が兼用される。なお、ここではタンク５５は、ケーシング５７と一体的に設けられるものとして説明するが、これに限らず、ケーシング５７とは別体に設けられてもよい。
【００２５】
上述した排水弁５４は、このタンク５５の底部に設けられる。排水弁５４は、循環経路２０の内部、さらに言えば、循環経路２０の一部をなすタンク５５の内部と、循環経路２０の外部とを接続する通路に設けられる。排水弁５４は、この通路を開閉可能である。排水弁５４は、通路を閉鎖した状態とすることで、凝縮水をタンク５５内に貯留することができる。一方、排水弁５４は、通路を開放した状態とすることで、タンク５５に貯留された凝縮水を循環経路２０の外部に排出可能である。
【００２６】
電子制御装置６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。電子制御装置６０は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ６１、クランク角度を検出するクランク角度センサ６２、大気圧を検出する大気圧センサ６３、タンク５５内の圧力を検出するタンク内圧センサ６４、タンク５５内の凝縮水の水位（水量）を検出する水位センサ６５などの種々のセンサが検出した検出結果に対応した電気信号が入力される。ここで、アクセル開度は、車両の運転席に設けられるアクセルペダル（不図示）の操作量に相当し、さらに言えば、運転者がこのエンジン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。クランク角度は、ピストン１６にコネクティングロッドを介して連結されるクランクシャフトの回転角度に相当する。電子制御装置６０は、例えば、クランク角度センサ６２が検出し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、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。電子制御装置６０は、入力された検出結果に応じて酸素供給装置３０、水素供給装置４０、冷却水ポンプ５２、排水弁５４などのエンジン１の各部に駆動信号を出力しこれらの駆動を制御する。
【００２７】
上記のように構成されるエンジン１は、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。エンジン１は、吸気ポート１２に設けられた吸気弁１４の開弁時に、循環経路２０を循環する循環ガスが酸素供給装置３０からの酸素と共に燃焼室１１に吸気（供給）される。エンジン１は、ピストン１６の動作に応じて燃焼室１１内に形成された高温の圧縮ガス（酸素及びアルゴン）の中に水素供給装置４０から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。エンジン１は、これに伴って燃焼室１１内で水蒸気が生成されると共に、比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こす。この結果、このエンジン１は、水素の燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１６が押し下げられクランクシャフトが回転し、機械的な動力を発生させることができる。そして、エンジン１は、排気ポート１３に設けられた排気弁１５の開弁に伴って、燃焼室１１内から水素の燃焼後の排気ガスがアルゴンと共に排気ポート１３に排気（排出）され、排気ガスとアルゴンとが循環ガスとして循環経路２０を循環し再び燃焼室１１に吸気される。この間、エンジン１は、循環ガス中の水蒸気の大部分が凝縮器５０にて液化・凝縮され分離される。これにより、エンジン１は、比熱比の小さい水蒸気が燃焼室１１に供給されず、比熱比の大きいアルゴンが燃焼室１１へと再び供給されるので、アルゴンによる熱効率の高い運転を行うことができる。
【００２８】
この間、電子制御装置６０は、アクセル開度センサ６１が検出したアクセル開度やクランク角度センサ６２が検出したクランク角度等に基づいた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、現在のエンジン回転数において、運転者が要求する駆動力（エンジン出力）を得ることができるように、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。電子制御装置６０は、基本的には、運転者によるアクセルペダルの操作量に相当するアクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて、例えば、記憶部に予め記憶されている供給量マップ（不図示）から現在のエンジン回転数で要求される要求トルクを得ることができる水素、酸素の供給量、供給時期を決定し、これに基づいて各部を制御する。
【００２９】
なお、このエンジン１は、水素を燃焼室１１内に向けて直接噴射して自己着火させ拡散燃焼させる筒内直噴自己着火拡散燃焼形式の構成として例示したがこれに限らない。エンジン１は、例えば、燃焼室１１に供給された水素に点火可能な点火装置としての点火プラグを備え、この点火プラグが燃焼室１１内で水素に点火する火花点火形式の構成であってもよいし、水素に対して点火プラグで点火して水素の自己着火の補助を行い拡散燃焼させる形式の構成であってもよい。また、エンジン１は、例えば、水素を循環経路２０内ここでは吸気ポート１２内に向けて噴射して供給しアルゴンなどを含む循環ガスと共に燃焼室１１に供給する吸気予混合形式の構成であってもよい。また、エンジン１は、酸素を燃焼室１１内に向けて直接噴射する形式の構成であってもよい。また、エンジン１は、いわゆる希薄燃焼形式の構成であってもよい。
【００３０】
ところで、エンジン１は、タンク５５に貯留された凝縮水を排水弁５４を介して循環経路２０の系外に排出する際、例えば、循環経路２０の系内の圧力状態によっては、排水弁５４を開放状態としても凝縮水が適正に排出されないおそれがある。例えば、このエンジン１は、循環経路２０の系内の圧力が循環経路２０の系外の圧力より低い状態では、排水弁５４を開放状態としても、系内の圧力と系外の圧力との圧力差に起因して、凝縮水がうまく排水されないおそれがある。また、このエンジン１は、上記のような系内の圧力と系外の圧力との圧力差に起因して循環経路２０の系外から循環経路２０の系内への空気の吸引、混入を招くおそれがある。ここで、このエンジン１における理論熱効率ηｅをあらわす式は、例えば、下記の数式（１）で表すことができる。数式（１）において、εは圧縮比、κは作動ガスの比熱比を表す。
ηｅ＝１−ε（１−κ）    ・・・  （１）
【００３１】
このため、エンジン１は、上記のように循環経路２０への空気の混入が生じ、循環ガス中のアルゴンの比率が低下し、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比が低下すると、結果的にエンジン１における熱効率が悪化するおそれがある。さらに、エンジン１は、適正に凝縮水が排出されない場合、タンク５５内の凝縮水の水位が限界水位（例えば、燃焼室１１の吸気側への配管の開口位置）を超えることで、水分が燃焼室１１に供給されてしまうおそれがあり、これによってもエンジン１における熱効率が悪化するおそれがある。
【００３２】
そこで、本実施形態のエンジン１は、電子制御装置６０が排水弁５４によって凝縮水を排出する際に所定の圧力制御を実行することで、水分を系外に適正に排出できるようにしている。
【００３３】
具体的には、電子制御装置６０は、排水弁５４によって、タンク５５に貯留される凝縮水を循環経路２０の外部に排出する際に、循環経路２０の内部の圧力を循環経路２０の外部の圧力より大きくする圧力制御を実行する。
【００３４】
ここで循環経路２０の内部は、循環経路２０の系内であり、凝縮水の排出元である。循環経路２０の外部は、循環経路２０の系外であり、凝縮水の排出先である。ここでは、循環経路２０の内部は、循環経路２０の一部をなすタンク５５の内部、循環経路２０の外部は、大気であるものとして説明する。つまり、本実施形態の電子制御装置６０は、排水弁５４によって、タンク５５に貯留される凝縮水を循環経路２０の外部に排出する際に、タンク５５の内部の圧力であるタンク内圧力を大気圧より大きくする圧力制御を実行する。
【００３５】
まず、この電子制御装置６０は、基本的には、循環経路２０の内部の圧力であるタンク内圧力が循環経路２０の外部の圧力である大気圧より大きい場合、すなわち、タンク内圧力＞大気圧の条件を満たす場合に、単純に排水弁５４を開弁制御し、タンク５５に貯留されている凝縮水を循環経路２０の外部に排出する。この場合、エンジン１は、タンク内圧力が大気圧より大きい状態であることから、排水弁５４を開放状態とした際に適正に凝縮水を排出することができる。
【００３６】
一方、この電子制御装置６０は、循環経路２０の内部の圧力であるタンク内圧力が循環経路２０の外部の圧力である大気圧以下である場合、すなわち、タンク内圧力≦大気圧の条件を満たす場合には、タンク内圧力＞大気圧となるように、タンク内圧力を大気圧より大きくする圧力制御を実行する。
【００３７】
この場合、本実施形態の電子制御装置６０は、燃焼室１１に供給される複数種類のガス、ここでは酸素、水素及びアルゴンの３種類のガスのうちの少なくとも１種類のガスの供給量を制御し、循環経路２０内の圧力を適正に調節する圧力制御を実行することで、タンク内圧力を大気圧より大きくする。ここでの電子制御装置６０は、酸素の供給量を増量補正することで、酸素（酸化剤）増量制御による圧力制御を実行する。電子制御装置６０は、酸素供給装置３０を制御し、燃焼室１１に供給される酸素の供給量を水素との燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御することで圧力制御を実行する。つまり、電子制御装置６０は、排水弁５４によって凝縮水を排出する際、タンク内圧力≦大気圧の条件を満たす場合には、酸素供給装置３０を制御し、燃焼室１１に供給される酸素の供給量を水素との燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御する。
【００３８】
電子制御装置６０は、通常の制御では、アクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて、例えば、記憶部に予め記憶されている供給量マップ（不図示）から現在のエンジン回転数で要求される要求トルクを得ることができる水素、酸素の供給量、供給時期を決定する。この場合、水素の供給量と酸素の供給量とは、理論割合になるように設定される。ここで、燃焼室１１での水素との反応の理論割合に応じた酸素の供給量は、要求トルクを得るべく決定した量の水素を過不足なく燃焼させることができる供給量である。燃焼室１１での水素との反応の理論割合に応じた酸素の供給量は、典型的には、上記のように決定された水素の供給量に対してモル比で２分の１の供給量である。
【００３９】
これに対して、電子制御装置６０は、酸素増量制御による圧力制御では、酸素の供給量を理論割合に応じた供給量に対して予め設定される所定量を加算した供給量に増量補正する。ここでの所定量は、循環経路２０内の圧力の増加度合いなどに応じて実験等により適宜設定すればよい。
【００４０】
これにより、このエンジン１は、所定量に応じた増量分の酸素が燃焼室１１での水素の燃焼後に残留し排気される。よって、エンジン１は、燃焼室１１での水素の燃焼後に残留した余剰の酸素の量に応じて循環経路２０を循環するガスの量を増加することができ、循環経路２０の内部の圧力を増加させることができる。この結果、エンジン１は、タンク内圧力を増加させることができ、タンク内圧力を大気圧より大きくする圧力制御を実行することができる。
【００４１】
したがって、このエンジン１は、排水弁５４によって凝縮水を排出する際、タンク内圧力≦大気圧の条件を満たす場合に、電子制御装置６０がタンク内圧力を増加させる圧力制御を実行することから、タンク内圧力が大気圧より大きい状態となる。これにより、エンジン１は、排水弁５４を開放した際に、凝縮水を排出しやすくすることができ、排水性を向上させることができ、適正に凝縮水を排出することができる。
【００４２】
また、このエンジン１は、タンク内圧力が大気圧より大きい状態となることで、排水弁５４を介して、循環経路２０の外部から循環経路２０の内部に空気が吸引されこの空気が循環経路２０内に混入したり循環経路２０の内部から循環経路２０の外部にアルゴンが流出したりすることを抑制することができる。これにより、エンジン１は、空気の混入やアルゴンの漏洩に起因して燃焼室１１に供給されるガスの比熱比が低下することを抑制することができ、エンジン１における熱効率が悪化することを抑制することができる。
【００４３】
さらに、エンジン１は、上記のようにタンク５５内の凝縮水を適正に排出することができることから、タンク５５内の凝縮水の水位が限界水位（例えば、燃焼室１１の吸気側への配管の開口位置）を超えることを防止することができ、水分が燃焼室１１に供給されてしまうことを防止することができる。したがって、エンジン１は、これによってもエンジン１における熱効率が悪化することを抑制することができる。
【００４４】
なお、この電子制御装置６０は、排水弁５４によって、タンク５５に貯留された凝縮水を循環経路２０の外部に排出する際には、例えば、水位センサ６５が検出するタンク５５内の凝縮水の水位に基づいて、凝縮水の排水量を調節するようにするとよい。例えば、電子制御装置６０は、排水弁５４によって凝縮水を排出する際に、タンク５５内の凝縮水の水位に基づいて、タンク５５に所定量の凝縮水を残留させるように排水弁５４の開閉動作を制御する。この場合、エンジン１は、タンク５５内に常に所定量の凝縮水が残留することで、排水弁５４においてこの残留凝縮水が封水として機能する。この結果、エンジン１は、排水弁５４を介した循環経路２０の内部への空気の流入や循環経路２０の外部へのアルゴンの流出をより簡易的にかつ確実に防止することができ、排水弁５４を簡素化しても適正なシール性能を確保することができる。
【００４５】
また、このエンジン１は、酸素供給装置３０から供給される酸素の供給量を制御することで循環経路２０内の圧力を調節する圧力制御を実行していることから、上述のように燃焼室１１での水素の燃焼後に残留し循環ガス中に含有されうる余剰の反応ガスは酸素である。一般に、分子径が相対的に小さい水素よりも分子径が相対的に大きい酸素の方が繋ぎ目を介して漏れにくい傾向にある。このエンジン１は、循環経路２０を循環する循環ガス中に含有されうる余剰の反応ガスが酸素であるため、繋ぎ目等におけるシールが比較的に容易であり、よって、この点で製造コストの増加を抑制することができる。また、エンジン１は、循環経路２０を循環する循環ガス中に含有されうる余剰の反応ガスが酸素であるため、残留反応ガスが循環経路２０内で着火することがない。
【００４６】
次に、図２のフローチャートを参照してエンジン１における制御（圧力制御）の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。
【００４７】
まず、電子制御装置６０は、水位センサ６５の検出結果に基づいてタンク５５内の凝縮水の水量（水位）を取得する（ＳＴ１）。
【００４８】
次に、電子制御装置６０は、ＳＴ１で取得した水位センサ６５の検出結果に基づいて排水要求があるか否かを判定する（ＳＴ２）。例えば、電子制御装置６０は、水位センサ６５の検出結果に基づいて、現在のタンク５５内の凝縮水の水量（水位）が上記の限界水位に応じた限界水量に近づいているか否かや所定量の凝縮水が残留しているか否かなどに応じて排水要求があるか否かを判定する。
【００４９】
電子制御装置６０は、排水要求がないと判定した場合（ＳＴ２：Ｎｏ）、排水弁５４を制御し閉弁状態とし、あるいは、閉弁状態を継続し（ＳＴ３）、排水弁５４を介した凝縮水の排出を行わないようにする。
【００５０】
次に、電子制御装置６０は、噴射量（供給量）通常制御として、酸素供給装置３０を制御し、アクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて決定された水素の量に対する理論割合に応じた供給量で酸素を供給し（ＳＴ４）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００５１】
電子制御装置６０は、ＳＴ２にて排水要求があると判定した場合（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、大気圧センサ６３、タンク内圧センサ６４の検出結果に基づいてタンク内圧力と大気圧とを取得する（ＳＴ５）。
【００５２】
そして、電子制御装置６０は、ＳＴ５で取得したタンク内圧力と大気圧とを比較し、タンク内圧力が大気圧より大きいか否かを判定する（ＳＴ６）。
【００５３】
電子制御装置６０は、タンク内圧力が大気圧より大きいと判定した場合（ＳＴ６：Ｙｅｓ）、排水弁５４を制御し開弁状態とし、あるいは、開弁状態を継続し（ＳＴ７）、排水弁５４を介した凝縮水の排出を行い、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００５４】
電子制御装置６０は、ＳＴ６にてタンク内圧力が大気圧以下であると判定した場合（ＳＴ６：Ｎｏ）、噴射量（供給量）増量制御として、酸素供給装置３０を制御し、アクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて決定された水素の量に対する理論割合に応じた供給量を予め設定された所定量に応じて増量補正した供給量で酸素を供給する（ＳＴ８）。
【００５５】
次に、電子制御装置６０は、大気圧センサ６３、タンク内圧センサ６４の検出結果に基づいて改めてタンク内圧力と大気圧とを取得し、タンク内圧力が大気圧より大きいか否かを判定する（ＳＴ９）。
【００５６】
電子制御装置６０は、タンク内圧力が大気圧より大きいと判定した場合（ＳＴ９：Ｙｅｓ）、排水弁５４を制御し開弁状態とし、あるいは、開弁状態を継続し（ＳＴ１０）、排水弁５４を介した凝縮水の排出を行い、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００５７】
電子制御装置６０は、ＳＴ９にてタンク内圧力が大気圧以下であると判定した場合（ＳＴ９：Ｎｏ）、排水弁５４を制御し閉弁状態とし、あるいは、閉弁状態を継続し（ＳＴ１１）、排水弁５４を介した凝縮水の排出を行わないようにして、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００５８】
次に、図３のタイムチャートを参照してエンジン１の制御の一例を説明する。本図では、横軸を時間軸とし、縦軸を圧力としている。図中、実線Ｐ１はタンク内圧力、実線Ｐ２は大気圧を表している。
【００５９】
この図３に示す例では、エンジン１は、時刻ｔ１で排水要求があると判定されると、排水要求フラグがＯＮとされる。このとき、エンジン１は、タンク内圧力Ｐ１が大気圧Ｐ２以下であるから、電子制御装置６０が酸素の噴射量増量制御を実行する。これにより、エンジン１は、循環経路２０内のガス中の酸素濃度（酸素量）が増加し、これに伴ってタンク内圧力Ｐ１が増加する。そして、エンジン１は、タンク内圧力Ｐ１が大気圧Ｐ２より大きくなった状態で、時刻ｔ２にて、電子制御装置６０が排水弁５４を開弁制御し、タンク５５内の凝縮水を排出する。
【００６０】
その後、エンジン１は、タンク５５内の凝縮水の水量が所定量まで減少すると、時刻ｔ３にて、排水要求フラグがＯＦＦとされ、電子制御装置６０が排水弁５４を閉弁制御すると共に、酸素の噴射量を減少させ循環経路２０内のガス中の酸素濃度（酸素量）を元に戻す。そして、エンジン１は、時刻ｔ４にて、噴射量通常制御に復帰する。ここでは、時刻ｔ２から時刻ｔ３までの期間がタンク５５内の凝縮水の排水期間となる。
【００６１】
以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン１によれば、酸素と当該酸素との燃焼により水蒸気を生成する水素と空気より比熱比の高いアルゴンとが供給され、水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能であると共に水素の燃焼後に水蒸気とアルゴンとを排気可能な燃焼室１１と、アルゴンを含むガスを燃焼室１１の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室１１に供給可能である循環経路２０と、循環経路２０に設けられこの循環経路２０を循環するガスに含まれる水蒸気を凝縮させた凝縮水を貯留可能なタンク５５と、タンク５５に貯留される凝縮水を循環経路２０の外部に排出可能な排水弁５４と、排水弁５４によって凝縮水を排出する際に、循環経路２０の内部の圧力を循環経路２０の外部の圧力より大きくする圧力制御を実行する電子制御装置６０とを備える。ここでは、電子制御装置６０は、排水弁５４によって凝縮水を排出する際に、酸素を供給する酸素供給装置３０を制御し、燃焼室１１に供給される酸素の供給量を水素との燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御する。したがって、エンジン１は、運転に伴って生じた水分を適正に排出することができる。
【００６２】
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。
【００６３】
以上で説明した電子制御装置６０は、酸素の供給量を増量補正することで、酸素増量制御による圧力制御を実行するものとして説明したが、これに限らず、水素の供給量を増量補正することで、水素（燃料）増量制御による圧力制御を実行してもよい。この場合、電子制御装置６０は、水素供給装置４０を制御し、燃焼室１１に供給される水素の供給量を酸素との燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御することで圧力制御を実行する。つまり、電子制御装置６０は、排水弁５４によって凝縮水を排出する際、タンク内圧力≦大気圧の条件を満たす場合には、水素供給装置４０を制御し、燃焼室１１に供給される水素の供給量を酸素との燃焼の理論割合に応じた供給量より多い供給量に制御する。この場合、電子制御装置６０は、例えば、図２で説明したＳＴ８における噴射量（供給量）増量制御を水素の噴射量増量制御として実行すればよい。この場合であっても、エンジン１は、タンク内圧力を大気圧より大きくすることができ、運転に伴って生じた水分を適正に排出することができる。
【００６４】
また、図４に例示する変形例に係る作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン１Ａのように、循環経路２０にアルゴンを供給する作動ガス供給装置としてのアルゴン供給装置７０Ａを備える場合、電子制御装置６０は、アルゴン供給装置７０Ａを制御し、循環経路２０の内部にアルゴンを供給することで圧力制御を実行するようにしてもよい。つまり、電子制御装置６０は、排水弁５４によって凝縮水を排出する際、タンク内圧力≦大気圧の条件を満たす場合には、アルゴン供給装置７０Ａを制御し、循環経路２０の内部にアルゴンを供給することで圧力制御を実行する。この場合、電子制御装置６０は、例えば、図２で説明したＳＴ８における噴射量増量制御にかえて循環経路２０を循環するアルゴンの量を増加するアルゴン増量制御を実行すればよい。この場合であっても、エンジン１Ａは、タンク内圧力を大気圧より大きくすることができ、運転に伴って生じた水分を適正に排出することができる。
【００６５】
以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、酸化剤が酸素であり燃料が水素であるものとして説明したが、これに限らず、燃焼室にて燃料の燃焼に伴って作動ガスを膨張させることができると共に燃焼に伴って水蒸気を生成する組み合わせであればよい。また、以上で説明した作動ガスは、アルゴンに限らず、例えば単原子ガスであるヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
以上のように本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、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に適用して好適である。
【符号の説明】
【００６７】
１、１Ａ    エンジン（作動ガス循環型エンジン）
１０    エンジン本体
１１    燃焼室
２０    循環経路
３０    酸素供給装置（酸化剤供給装置）
４０    水素供給装置（燃料供給装置）
５０    凝縮器
５４    排水弁（排出装置）
５５    タンク
６０    電子制御装置（制御装置）
６１    アクセル開度センサ
６２    クランク角度センサ
６３    大気圧センサ
６４    タンク内圧センサ
６５    水位センサ
７０Ａ    アルゴン供給装置（作動ガス供給装置）
【図１】
0005447051.tif 000002
【図２】
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【図３】
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【図４】
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