(57)【要約】  反応物と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、反応物の反応に伴って作動ガスが膨張可能である燃焼室（ＣＣ）と、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）に供給可能な循環経路（２０）と、反応物を供給する供給手段（２）と、循環経路（２０）内の反応物の濃度を検出可能な濃度検出手段（３）と、供給手段（２）による反応物の供給開始前に濃度検出手段（３）が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の供給手段（２）による反応物の供給量を設定する供給制御手段（４）とを備えるので、適正に始動することができる。
2010103621.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
反応物と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記反応物の反応に伴って前記作動ガスが膨張可能である燃焼室と、
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再び前記燃焼室に供給可能な循環経路と、
前記反応物を供給する供給手段と、
前記循環経路内の前記反応物の濃度を検出可能な濃度検出手段と、
前記供給手段による前記反応物の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記反応物の供給量を設定する供給制御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。
【請求項２】
前記供給手段は、前記反応物として酸素を供給し、
前記濃度検出手段は、前記酸素の濃度を検出可能であり、
前記供給制御手段は、前記供給手段による前記酸素の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記酸素の供給量を設定する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項３】
前記供給手段は、前記反応物として水素を供給し、
前記濃度検出手段は、前記水素の濃度を検出可能であり、
前記供給制御手段は、前記供給手段による前記水素の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記水素の供給量を設定する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項４】
前記供給制御手段は、前記反応物が複数ある場合は、各々の前記反応物に対して、前記供給手段による各々の前記反応物の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した各々の前記反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記反応物の供給量を各々設定する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項５】
前記供給手段は、前記反応物として酸素を前記循環経路に供給して前記燃焼室に供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を前記燃焼室に直接供給する水素供給手段とを含んで構成され、
前記供給制御手段は、始動時初期の前記酸素供給手段による前記酸素の供給量を前記酸素供給手段による前記酸素の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記酸素の濃度に基づいて、前記燃焼後のガス中に前記酸素が残留する供給量に設定する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項６】
前記供給手段は、前記反応物として酸素を供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を供給する水素供給手段とを含んで構成され、
前記供給制御手段は、始動時の前記酸素の供給開始後の前記酸素供給手段による前記酸素の供給量を前記酸素の供給開始後に前記濃度検出手段が検出した前記燃焼後のガス中の前記酸素の濃度に基づいて設定する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項７】
前記供給手段は、前記反応物として酸素を前記循環経路に供給して前記燃焼室に供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を前記燃焼室に直接供給する水素供給手段とを含んで構成され、
前記供給制御手段は、始動時の前記酸素供給手段による前記酸素の供給期間が前記循環経路をなす吸気ポートを開閉する吸気弁の開弁期間に対して、前記酸素供給手段により供給される前記酸素が十分に前記燃焼室に吸気される所定期間確保されない場合に、少なくとも前記水素供給手段による前記水素の供給を制限する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項８】
前記供給手段は、前記反応物として酸素を供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を供給する水素供給手段とを含んで構成され、
前記供給制御手段は、始動時に前記酸素供給手段により前記酸素を供給し、前記濃度検出手段が前記酸素の濃度の所定量の変化を検出した場合に前記水素供給手段による前記水素の供給を許可する、
請求項１に記載の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、この酸素によって燃焼する燃料としての水素とが反応物として供給されると共に、さらに空気より比熱比の高い作動ガス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、燃焼室にて酸素と水素の燃焼反応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、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。【０００４】
【特許文献１】特開平１１−９３６８１号公報
【発明の開示】
【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、循環経路を介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しているため、例えば、エンジンの停止時の循環経路内の状態によっては、次の始動時に適正な始動性が得られないおそれがあった。【０００６】
そこで本発明は、適正に始動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】
【０００７】
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は、反応物と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記反応物の反応に伴って前記作動ガスが膨張可能である燃焼室と、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再び前記燃焼室に供給可能な循環経路と、前記反応物を供給する供給手段と、前記循環経路内の前記反応物の濃度を検出可能な濃度検出手段と、前記供給手段による前記反応物の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記反応物の供給量を設定する供給制御手段とを備えることを特徴とする。【０００８】
また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記供給手段は、前記反応物として酸素を供給し、前記濃度検出手段は、前記酸素の濃度を検出可能であり、前記供給制御手段は、前記供給手段による前記酸素の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記酸素の供給量を設定するように構成してもよい。【０００９】
また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記供給手段は、前記反応物として水素を供給し、前記濃度検出手段は、前記水素の濃度を検出可能であり、前記供給制御手段は、前記供給手段による前記水素の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記水素の供給量を設定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において、前記供給制御手段は、前記反応物が複数ある場合は、各々の前記反応物に対して、前記供給手段による各々の前記反応物の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した各々の前記反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の前記供給手段による前記反応物の供給量を各々設定するように構成してもよい。【００１１】
また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記供給手段は、前記反応物として酸素を前記循環経路に供給して前記燃焼室に供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を前記燃焼室に直接供給する水素供給手段とを含んで構成され、前記供給制御手段は、始動時初期の前記酸素供給手段による前記酸素の供給量を前記酸素供給手段による前記酸素の供給開始前に前記濃度検出手段が検出した前記酸素の濃度に基づいて、前記燃焼後のガス中に前記酸素が残留する供給量に設定するように構成してもよい。【００１２】
また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記供給手段は、前記反応物として酸素を供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を供給する水素供給手段とを含んで構成され、前記供給制御手段は、始動時の前記酸素の供給開始後の前記酸素供給手段による前記酸素の供給量を前記酸素の供給開始後に前記濃度検出手段が検出した前記燃焼後のガス中の前記酸素の濃度に基づいて設定するように構成してもよい。【００１３】
また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記供給手段は、前記反応物として酸素を前記循環経路に供給して前記燃焼室に供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を前記燃焼室に直接供給する水素供給手段とを含んで構成され、前記供給制御手段は、始動時の前記酸素供給手段による前記酸素の供給期間が前記循環経路をなす吸気ポートを開閉する吸気弁の開弁期間に対して、前記酸素供給手段により供給される前記酸素が十分に前記燃焼室に吸気される所定期間確保されない場合に、少なくとも前記水素供給手段による前記水素の供給を制限するように構成してもよい。【００１４】
また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記供給手段は、前記反応物として酸素を供給する酸素供給手段と、前記反応物として前記酸素によって燃焼する水素を供給する水素供給手段とを含んで構成され、前記供給制御手段は、始動時に前記酸素供給手段により前記酸素を供給し、前記濃度検出手段が前記酸素の濃度の所定量の変化を検出した場合に前記水素供給手段による前記水素の供給を許可するように構成してもよい。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る作動ガス循環型エンジンによれば、適正に始動することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【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始動時を説明するタイムチャートである。
【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量マップである。
【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水素供給量マップである。
【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始動時の酸素供給制御を説明するフローチャートである。
【図６】図６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始動時の水素供給制御を説明するフローチャートである。
【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始動時の酸素・水素供給制御を説明するフローチャートである。
【図８】図８は、本発明の実施形態３に係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９】図９は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御の一例を説明するタイムチャートである。
【図１０】図１０は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水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、本発明の実施形態４に係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１２】図１２は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御を説明するフローチャートである。
【図１３】図１３は、本発明の実施形態５に係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１４】図１４は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御の一例を説明するタイムチャートである。
【図１５】図１５は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御を説明するフローチャートである。
【符号の説明】
【００１７】
１、２０１、３０１、４０１、５０１    作動ガス循環型エンジン
２    供給装置（供給手段）
３    反応物濃度センサ（濃度検出手段）
４    供給制御部（供給制御手段）
１０    エンジン本体
１１ｂ    吸気ポート
１１ｃ    排気ポート
１５    吸気弁
１６    排気弁
１７    吸気管
１８    排気管
１９    クランクシャフト
２０    循環経路
２１    循環通路
３０    酸化剤供給装置（酸素供給手段）
３２    酸化剤噴射手段
４０    燃料供給装置（水素供給手段）
４２    燃料噴射手段
５０    電子制御装置
５１    クランク角センサ
５２、３５２    酸素濃度センサ
５３    水素濃度センサ
５４    酸素供給制御部
５５    水素供給制御部
５６    始動状態判定部
６０    凝縮器
７０    貯留タンク
４５７、５５７    供給禁止許可部
Ａ    始動時基本酸素供給量
Ａ’    始動時補正酸素供給量
ａ    始動時基本水素供給量
ａ’    始動時補正水素供給量
Ｂ    始動時増量
Ｃ    始動時最終酸素供給量
Ｃ’    補正始動時最終酸素供給量
ＣＣ    燃焼室
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
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。【００１９】
（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始動時を説明するタイムチャート、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量マップ、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水素供給量マップ、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始動時の酸素供給制御を説明するフローチャート、図６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始動時の水素供給制御を説明するフローチャートである。【００２０】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、反応物と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、反応物の反応に伴って作動ガスが膨張可能である燃焼室ＣＣと、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に供給可能な循環経路２０と、反応物を供給する供給手段としての供給装置２とを備え、循環経路２０を介して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、いわゆる、閉サイクルエンジンである。本実施形態では、反応物は、酸化剤としての酸素と、この酸化剤によって燃焼する燃料としての水素とが用いられ、本実施形態の供給装置２は、酸素供給手段としての酸化剤供給装置３０と、水素供給手段としての燃料供給装置４０とを有する。したがって、作動ガスは、燃焼室ＣＣにおいて、酸化剤供給装置３０から供給される酸素と燃料供給装置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。【００２１】
具体的には、作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、酸化剤、この酸化剤によって燃焼する燃料及びこの燃料の燃焼に伴って動力を発生させる作動ガス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、その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される。この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内で燃料を燃焼させ、この燃料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ことで熱効率を向上するものである。【００２２】
この作動ガス循環型エンジン１は、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に酸化剤を供給する酸化剤供給装置３０と、燃焼室ＣＣに燃料を供給する燃料供給装置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、凝縮器６０と、貯留タンク７０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。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が、本発明の作動ガス循環型エンジン１は、これに限らず、多気筒のエンジン本体１０も適用可能である。【００２３】
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、酸化剤と、この酸化剤によって燃焼しここでは燃焼により水蒸気を生成する燃料と、作動ガスとが供給され、燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張可能であると共に燃料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。【００２４】
具体的には、エンジン本体１０は、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、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。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。【００２５】
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、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、吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口部分に吸気弁１５が配設されている。吸気弁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、排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口部分に排気弁１６が配設されている。排気弁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。【００２６】
吸気弁１５や排気弁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。この種の吸気弁１５や排気弁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、吸気弁１５と排気弁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、その吸気弁１５や排気弁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弁１５や排気弁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。【００２７】
また、エンジン本体１０は、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、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、燃焼室ＣＣは、吸気弁１５の開弁時に、この吸気管１７から吸気ポート１１ｂを介して酸化剤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、排気弁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。【００２８】
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と排気管１８とは、この循環通路２１の一部をなす。【００２９】
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。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、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が吸気する酸化剤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、吸気弁１５が開弁した際に、循環通路２１の酸化剤、作動ガスが吸気管１７、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、排気弁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、排気管１８を介して循環通路２１に排出される。【００３０】
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。【００３１】
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。【００３２】
酸素供給手段としての酸化剤供給装置３０は、上述したように反応物を供給する供給装置２をなすものであり、反応物として酸素を供給するものである。本実施形態の酸化剤供給装置３０は、酸化剤としての酸素を循環経路２０、ここでは吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに供給する。酸化剤供給装置３０は、酸化剤貯留タンク３１と、酸化剤噴射手段３２と、酸化剤供給通路３３と、レギュレータ３４と、酸化剤流量計３５と、サージタンク３６とを含んで構成される。【００３３】
酸化剤貯留タンク３１は、酸化剤を高圧の状態で貯留するものである。酸化剤噴射手段３２は、酸化剤貯留タンク３１に貯留された酸化剤を吸気ポート１１ｂに噴射し、この吸気ポート１１ｂを介して酸化剤を燃焼室ＣＣに供給するものである。酸化剤供給通路３３は、酸化剤貯留タンク３１と酸化剤噴射手段３２とを繋ぐものである。レギュレータ３４、酸化剤流量計３５及びサージタンク３６は、この酸化剤供給通路３３上に設けられる。レギュレータ３４と酸化剤流量計３５とサージタンク３６とは、酸化剤供給通路３３における酸化剤の供給方向に対して、上流側（酸化剤貯留タンク３１側）から下流側（酸化剤噴射手段３２側）に向かってレギュレータ３４、酸化剤流量計３５、サージタンク３６の順で設けられている。【００３４】
ここで、本実施形態の酸化剤噴射手段３２は、酸化剤を吸気ポート１１ｂに噴射可能なようにシリンダヘッド１１に設けられる。この酸化剤噴射手段３２は、電子制御装置５０によって制御される、いわゆる、酸化剤噴射弁である。本実施形態の酸化剤供給装置３０は、酸化剤噴射手段３２が酸化剤を吸気ポート１１ｂに噴射することで吸気ポート１１ｂを通る作動ガスと混ぜ合わせて燃焼室ＣＣに送り込ませることができる。この結果、酸化剤は、吸気弁１５の開弁に伴い吸気ポート１１ｂを介して作動ガスと共に燃焼室ＣＣに供給されることになる。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に要求する駆動力（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燃料の噴射時期や噴射量、言い換えれば供給量を制御する。電子制御装置５０は、例えば、通常の運転時では、後述するように運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する駆動力やエンジン回転数等の運転状態に基づいて設定される燃料の噴射時期や噴射量（供給量）に応じて酸化剤の噴射時期や噴射量（供給量）を制御する。【００３５】
レギュレータ３４は、酸化剤供給通路３３におけるレギュレータ３４よりも下流側（酸化剤流量計３５側）の圧力を電子制御装置５０の指令に従った目標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、酸化剤供給通路３３における酸化剤の流量を制御するものである。また、酸化剤流量計３５は、酸化剤供給通路３３における酸化剤の流量を計測する手段であって、レギュレータ３４で調整された酸化剤の流量の計測を行う。この酸化剤流量計３５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３６は、酸化剤噴射手段３２による酸化剤の噴射時に酸化剤供給通路３３内に発生する脈動の低減を図るものである。【００３６】
ここで、この酸化剤供給装置３０が供給する酸化剤としては、上述のように酸素（Ｏ２）が用いられる。つまり、本実施形態の酸化剤貯留タンク３１は、酸化剤としての酸素を例えば７０ＭＰａ程度の高圧で貯留し、酸化剤噴射手段３２は、この高圧の酸素（Ｏ２）を循環通路２１に供給する。【００３７】
水素供給手段としての燃料供給装置４０は、上述したように反応物を供給する供給装置２をなすものであり、反応物として水素を供給するものである。本実施形態の燃料供給装置４０は、燃料としての水素を燃焼室ＣＣに直接供給する。燃料供給装置４０は、燃料貯留タンク４１と、燃料噴射手段４２と、燃料供給通路４３と、レギュレータ４４と、燃料流量計４５と、サージタンク４６とを含んで構成される。【００３８】
燃料貯留タンク４１は、燃料を高圧の状態で貯留するものである。燃料噴射手段４２は、燃料貯留タンク４１に貯留された燃料を燃焼室ＣＣに噴射するものである。燃料供給通路４３は、燃料貯留タンク４１と燃料噴射手段４２を繋ぐものである。レギュレータ４４、燃料流量計４５及びサージタンク４６は、この燃料供給通路４３上に設けられる。レギュレータ４４と、燃料流量計４５と、サージタンク４６とは、燃料供給通路４３における燃料の供給方向に対して、上流側（燃料貯留タンク４１側）から下流側（燃料噴射手段４２側）に向かってレギュレータ４４、燃料流量計４５、サージタンク４６の順で設けられている。【００３９】
ここで、本実施形態の燃料噴射手段４２は、燃料を燃焼室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。この燃料噴射手段４２は、電子制御装置５０によって制御される、いわゆる、燃料噴射弁である。電子制御装置５０は、例えば、通常の運転時では運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する駆動力（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燃料の噴射時期や噴射量、言い換えれば供給量を制御する。【００４０】
なお、運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する駆動力（要求エンジン負荷）は、例えば、通常の運転時において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のエンジン回転数と要求する駆動力（要求エンジン負荷）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に要求する駆動力（要求負荷）を得ることができる燃料の供給量を決定する。作動ガス循環型エンジン１のエンジン回転数は、例えばクランク角センサ５１に基づいて検出することができる。クランク角センサ５１は、例えば、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。【００４１】
レギュレータ４４は、燃料供給通路４３におけるレギュレータ４４よりも下流側（燃料流量計４５及びサージタンク４６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、燃料供給通路４３における燃料の流量を制御するものである。また、燃料流量計４５は、燃料供給通路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。この燃料流量計４５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４６は、燃料噴射手段４２による燃料の噴射時に燃料供給通路４３内に発生する脈動の低減を図るものである。【００４２】
ここで、この燃料供給装置４０が供給する燃料としては、酸化剤と共に燃焼するものが用いられ、本実施形態では、上述のように水素（Ｈ２）が用いられる。つまり、本実施形態の燃料貯留タンク４１は、燃料としての水素を例えば７０ＭＰａ程度の高圧で貯留し、燃料噴射手段４２は、この高圧の水素を燃焼室ＣＣに直接噴射する。【００４３】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内に燃料としての水素（反応物）と酸化剤としての酸素（反応物）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）が結合して水蒸気（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。【００４４】
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）、排気弁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。【００４５】
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。【００４６】
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上の酸化剤噴射手段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。【００４７】
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。【００４８】
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。【００４９】
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。【００５０】
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。【００５１】
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。【００５２】
ここで、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。【００５３】
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。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等の運転状態に応じて、燃料供給装置４０からの水素の供給量（燃料噴射手段４２からの水素の噴射量）又は酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量（酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量）を制御する。【００５４】
また、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弁１５や排気弁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。【００５５】
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、吸気弁１５が開弁する一方、排気弁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。【００５６】
次に、作動ガス循環型エンジン１は、圧縮行程において、吸気弁１５が閉弁し吸気弁１５と排気弁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。【００５７】
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。【００５８】
次に、作動ガス循環型エンジン１は、排気行程において、吸気弁１５が閉弁状態を維持する一方、排気弁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。【００５９】
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。【００６０】
ところで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を介して作動ガスを燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室ＣＣに供給しているため、作動ガス循環型エンジン１の停止時の循環経路２０内の状態、例えば、循環経路２０内の反応物の残留状態によっては、次の始動時に適正な始動性が得られないおそれがある。例えば、作動ガス循環型エンジン１は、作動ガス循環型エンジン１の停止時に循環経路２０内に反応物が残留している状態で、次の始動時に通常必要とされる反応物の供給量でそのまま供給装置２から反応物を供給してしまうと、循環経路２０内に残留していた反応物の分のだけ実際に燃焼室ＣＣに供給される反応物の供給量が過剰となるおそれがある。このため、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内での反応物と作動ガスとの比率が始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる比率からずれてしまい、この結果、適正な始動性が得られないおそれがある。【００６１】
そこで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、循環経路２０内の反応物の濃度を検出可能な濃度検出手段としての反応物濃度センサ３と、供給装置２による反応物の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の供給装置２による反応物の供給量を設定する供給制御手段としての供給制御部４とを備えることで、作動ガス循環型エンジン１の始動時における反応物の供給過剰、供給不足を抑制し、これにより、燃焼室ＣＣ内での反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にし、作動ガス循環型エンジン１の適正な始動を実現している。【００６２】
ここで、供給制御部４は、反応物が複数ある場合は、各々の反応物に対して、供給装置２による各々の反応物の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した各々の反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の供給装置２による反応物の供給量を各々設定する。すなわち、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１のように、反応物として、酸化剤としての酸素と燃料としての水素とが用いられる場合、供給制御部４は、各々の反応物、すなわち、酸素、水素それぞれに対して、供給装置２による酸素、水素の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した酸素、水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の供給装置２による酸素、水素の供給量を各々設定することが好ましい。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、本実施形態のように反応物が複数ある場合、すなわち、反応物として、酸化剤としての酸素と燃料としての水素が用いられる場合であっても、より正確に燃焼室ＣＣ内での反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができ、適正に始動することができる。【００６３】
具体的には、本実施形態の反応物濃度センサ３は、循環経路２０を循環する循環ガス中の反応物の濃度を検出するものである。本実施形態の反応物濃度センサ３は、酸素濃度検出手段としての酸素濃度センサ５２と、水素濃度検出手段としての水素濃度センサ５３とを含んで構成される。酸素濃度センサ５２は、循環経路２０を循環する循環ガス中の反応物である酸素の濃度を検出するものである。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反応物である水素の濃度を検出するものである。酸素濃度センサ５２と水素濃度センサ５３とは、ともに循環経路２０に設けられ、ここでは、循環経路２０における作動ガスの循環方向に対して酸化剤噴射手段３２より排気側に設けられる。さらに言えば、酸素濃度センサ５２と水素濃度センサ５３とは、吸気ポート１１ｂの近傍に設けられる。酸素濃度センサ５２と水素濃度センサ５３とは、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、酸素濃度センサ５２と水素濃度センサ５３とは、吸気ポート１１ｂの近傍に設けられるものとして説明するが、これに限らず、排気ポート１１ｃ近傍に設けられていてもよい。【００６４】
供給制御部４は、供給装置２の駆動を制御するものであり、供給装置２から供給される反応物の供給量を制御するものである。供給制御部４は、上述したように供給装置２による反応物の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、始動時の供給装置２による反応物の供給量を設定する。本実施形態の供給制御部４は、酸素供給制御手段としての酸素供給制御部５４と、水素供給制御手段としての水素供給制御部５５とを含んで構成される。【００６５】
ここで、本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に供給制御部４をなす酸素供給制御部５４及び水素供給制御部５５が設けられている。ここでは、作動ガス循環型エンジン１は、機能概念的に、電子制御装置５０にさらに始動状態判定部５６が設けられている。【００６６】
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、少なくとも上述の供給制御部４をなす酸素供給制御部５４及び水素供給制御部５５、始動状態判定部５６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、この作動ガス循環型エンジン１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。【００６７】
そして、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４は、供給装置２のうち酸化剤供給装置３０の駆動を制御するものであり、酸化剤供給装置３０から供給される反応物である酸素の供給量、供給時期を制御するものである。さらに言えば、酸素供給制御部５４は、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量、供給時期（噴射時期）を制御する。【００６８】
供給制御部４をなす水素供給制御部５５は、供給装置２のうち燃料供給装置４０の駆動を制御するものであり、燃料供給装置４０から供給される反応物である水素の供給量、供給時期を制御するものである。さらに言えば、水素供給制御部５５は、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２の駆動を制御し、燃料噴射手段４２からの酸素の噴射量を制御することで、燃料供給装置４０からの酸素の供給量、供給時期（噴射時期）を制御する。【００６９】
始動状態判定部５６は、作動ガス循環型エンジン１の始動状態を判定するものである。始動状態判定部５６は、例えば、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン１が始動時であるか否か、作動ガス循環型エンジン１の始動が終了したか否か、すなわち、作動ガス循環型エンジン１が始動後であるか否かなどを判定することができる。【００７０】
ここで、図２のタイムチャートを参照して作動ガス循環型エンジン１の始動時について説明する。本実施形態の作動ガス循環型エンジン１の始動時Ｔ１とは、セルモータなどのスタータ（不図示）によりクランクシャフト１９の駆動が開始されピストン１３のシリンダボア１２ａ内での往復運動が開始される時点より前の時点ｔ１からエンジン回転数が予め設定される所定のエンジン回転数より高くなる時点ｔ４までの期間である。つまり、作動ガス循環型エンジン１は、時点ｔ１が始動開始時点、時点ｔ４が始動終了時点であり、以下で説明する作動ガス循環型エンジン１の始動制御は、基本的にはこの始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。始動開始時点ｔ１は、例えば、ＩＧ・ＯＮされた時点あるいはスタータボタンがＯＮされた時点である。作動ガス循環型エンジン１の始動時Ｔ１の始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４までの期間には、少なくとも供給装置２からの酸素、水素の最初の供給が開始される時点ｔ２、ｔ２’と、水素の１回目の燃焼すなわち初爆が起こる時点ｔ３とが含まれる。つまり、作動ガス循環型エンジン１は、始動開始時点ｔ１の直後にスタータが駆動し、その後、供給開始時点ｔ２、ｔ２’で供給装置２からの酸素、水素の供給が開始され、初爆時点ｔ３で水素の燃焼がはじまり、これに伴ってエンジン回転数が上昇し、始動終了時点ｔ４でエンジン回転数が予め設定される所定のエンジン回転数より高くなると、始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４までの始動時Ｔ１が終了する。一方、作動ガス循環型エンジン１の始動後Ｔ２とは、エンジン回転数が予め設定される所定のエンジン回転数より高くなった始動終了時点ｔ４以降の期間であり、作動ガス循環型エンジン１は、この始動終了時点ｔ４で始動制御から通常制御に切り替わり、以降の始動後の期間Ｔ２では通常制御が実行される。【００７１】
図１に示す本実施形態の始動状態判定部５６は、さらに作動ガス循環型エンジン１の始動状態の判定として、各種センサの検出信号や各種装置の制御信号などに基づいて、酸素、水素の供給開始時点や供給回数（噴射回数）などを検出、判定する。【００７２】
そして、本実施形態の酸素供給制御部５４は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を設定する。ここで、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前とは、上述した図２の供給開始時点ｔ２以前の期間であり、例えば始動開始時点ｔ１以前の期間も含む。つまり、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前とは、前回の作動ガス循環型エンジン１の運転が終了し作動ガス循環型エンジン１が停止した時点から供給開始時点ｔ２までの期間を含む。そして、酸素供給制御部５４は、供給開始時点ｔ２以前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を設定する。つまり、酸素供給制御部５４は、作動ガス循環型エンジン１の停止後、次の始動時の供給開始時点までに循環経路２０内に残留していた酸素の濃度に基づいて、始動時Ｔ１の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を設定し、供給開始時点ｔ２にこの設定された供給量で酸化剤供給装置３０により酸素を供給する。【００７３】
なお、酸素供給制御部５４は、供給開始時点ｔ２以前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を設定する構成であればよい。酸素供給制御部５４は、例えば、始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給を含む始動時初期の所定回数の酸化剤供給装置３０による酸素の供給で、供給開始時点ｔ２以前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を設定しもよいし、始動時Ｔ１の２回目以降の酸化剤供給装置３０による酸素の供給では、酸素濃度センサ５２が検出した現在の酸素の濃度に基づいて酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を設定してもよい。【００７４】
酸素供給制御部５４は、例えば、図３に示す酸素供給量マップｍ０１に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を求める。この酸素供給量マップｍ０１は、横軸が酸素濃度、縦軸が酸素供給量を示す。酸素供給量マップｍ０１は、酸素濃度と酸素供給量との関係を記述したものである。この酸素供給量マップｍ０１では、始動時Ｔ１の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度、すなわち、循環経路２０内に残留していた酸素の濃度の増加にともなって減少する。酸素供給量マップｍ０１は、酸素の供給量と酸素の濃度との関係が始動時に必要な熱量に応じた水素量や環境条件等に基づいて予め設定され、記憶部５０ｂに格納されている。酸素供給制御部５４は、この酸素供給量マップｍ０１に基づいて、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度から、少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を求める。そして、酸素供給制御部５４は、この酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の酸素の濃度に応じた始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量に基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量を制御する。【００７５】
なお、本実施形態では、酸素供給制御部５４は、酸素供給量マップｍ０１を用いて始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を求めたが、本実施形態はこれに限定されない。酸素供給制御部５４は、例えば、酸素供給量マップｍ０１に相当する数式に基づいて始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給を求めてもよい。以下で説明する種々のマップについても同様である。【００７６】
この結果、作動ガス循環型エンジン１は、酸素供給制御部５４が酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を制御することで、作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の反応物としての酸素の残留状態にかかわらず始動時に適正な始動性を得ることができる。つまり、作動ガス循環型エンジン１は、作動ガス循環型エンジン１の停止後に循環経路２０内に反応物としての酸素が残留している状態で、次の始動時に酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に応じて少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を増減させることで、通常、始動時に必要とされる酸素の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに酸素を供給することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物としての酸素と作動ガスとの比率が始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる比率からずれることを防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【００７７】
具体的に言えば、作動ガス循環型エンジン１は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度が相対的に高いほど、すなわち、循環経路２０内に残留している酸素の濃度が相対的に高いほど、酸素供給制御部５４が始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を相対的に少なくすることで、実際に燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量（循環経路２０内の残留酸素量と酸化剤供給装置３０による酸素供給量との和）が始動時に必要とされる供給量に対して過剰となることを防止することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内に酸素が過剰に供給されることを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内のアルゴン比率が低下し始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを防止することができ、適正に始動することができる。【００７８】
一方、作動ガス循環型エンジン１は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度が相対的に低いほど、すなわち、循環経路２０内に残留している酸素の濃度が相対的に低いほど、酸素供給制御部５４が始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を相対的に多くすることで、実際に燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量（循環経路２０内の残留酸素量と酸化剤供給装置３０による酸素供給量との和）が始動時に必要とされる供給量に対して不足することを防止することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内への酸素の供給が不足することを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内のアルゴン比率が増加しすぎることを防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが過剰となることを防止することができ、適正に始動することができる。また、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内への酸素の供給が不足することを防止することができることから、水素比率が増加し燃焼室ＣＣ内の水素の燃焼に必要な酸素が不足することを防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを防止することができ、適正に始動することができると共に、未燃の水素が循環経路２０に蓄積されることを防止することができる。【００７９】
なお、酸素供給制御部５４は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度が０である場合、すなわち、作動ガス循環型エンジン１の停止後に循環経路２０内に反応物としての酸素が残留していない状態であれば、通常、始動時に必要とされる酸素の供給量がそのまま始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量となる。【００８０】
次に、本実施形態の水素供給制御部５５は、燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を設定する。ここで、燃料供給装置４０による水素の供給開始前とは、上述した図２の供給開始時点ｔ２’以前の期間であり、例えば始動開始時点ｔ１以前の期間も含む。つまり燃料供給装置４０による水素の供給開始前とは、前回の作動ガス循環型エンジン１の運転が終了し作動ガス循環型エンジン１が停止した時点から供給開始時点ｔ２’までの期間を含む。そして、水素供給制御部５５は、供給開始時点ｔ２’以前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度に基づいて少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を設定する。つまり、水素供給制御部５５は、作動ガス循環型エンジン１の停止後、次の始動時の供給開始時点までに循環経路２０内に残留していた水素の濃度に基づいて、始動時Ｔ１の燃料供給装置４０による水素の供給量を設定し、供給開始時点ｔ２’にこの設定された供給量で燃料供給装置４０により水素を供給する。【００８１】
なお、水素供給制御部５５は、供給開始時点ｔ２’以前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を設定する構成であればよい。水素供給制御部５５は、例えば、始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給を含む始動時初期の所定回数の燃料供給装置４０による水素の供給で、供給開始時点ｔ２’以前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度に基づいて燃料供給装置４０による水素の供給量を設定しもよいし、始動時Ｔ１の２回目以降の燃料供給装置４０による水素の供給では、水素濃度センサ５３が検出した現在の水素の濃度に基づいて燃料供給装置４０による水素の供給量を設定しもよい。【００８２】
水素供給制御部５５は、例えば、図４に示す水素供給量マップｍ０２に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を求める。この水素供給量マップｍ０２は、横軸が水素濃度、縦軸が水素供給量を示す。水素供給量マップｍ０２は、水素濃度と水素供給量との関係を記述したものである。この水素供給量マップｍ０２では、始動時Ｔ１の燃料供給装置４０による水素の供給量は、燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度、すなわち、循環経路２０内に残留していた水素の濃度の増加にともなって減少する。水素供給量マップｍ０２は、水素の供給量と水素の濃度との関係が始動時に必要な熱量に応じた水素量や環境条件等に基づいて予め設定され、記憶部５０ｂに格納されている。水素供給制御部５５は、この水素供給量マップｍ０２に基づいて、燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度から、少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を求める。そして、水素供給制御部５５は、この燃料供給装置４０による水素の供給開始前の水素の濃度に応じた始動時の燃料供給装置４０による水素の供給量に基づいて、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２の駆動を制御し、燃料噴射手段４２からの水素の噴射量を制御することで、燃料供給装置４０からの酸素の供給量を制御する。【００８３】
この結果、作動ガス循環型エンジン１は、水素供給制御部５５が燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を制御することで、作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の反応物としての水素の残留状態にかかわらず始動時に適正な始動性を得ることができる。つまり、作動ガス循環型エンジン１は、作動ガス循環型エンジン１の停止後に循環経路２０内に反応物としての水素が残留している状態で、次の始動時に燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度に応じて少なくとも始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を増減させることで、通常、始動時に必要とされる水素の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに水素を供給することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物としての水素と作動ガスとの比率が始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる比率からずれることを防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【００８４】
具体的に言えば、作動ガス循環型エンジン１は、燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度が相対的に高いほど、すなわち、循環経路２０内に残留している水素の濃度が相対的に高いほど、水素供給制御部５５が始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を相対的に少なくすることで、実際に燃焼室ＣＣに供給される水素の供給量（残留水素量＋燃料供給装置４０による水素供給量）が始動時に必要とされる供給量に対して過剰となることを防止することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内に水素が過剰に供給されることを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内の水素量が増加し始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが過剰となることを防止することができ、適正に始動することができる。また、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内に水素が過剰に供給されることを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内のアルゴン比率が低下し始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを防止することができ、適正に始動することができる。また、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内に水素が過剰に供給されることを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内の酸素比率が低下し燃焼室ＣＣ内の水素の燃焼に必要な酸素が不足することを防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを防止することができ、適正に始動することができると共に、未燃の水素が循環経路２０に蓄積されることを防止することができる。【００８５】
一方、作動ガス循環型エンジン１は、燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度が相対的に低いほど、すなわち、循環経路２０内に酸素が残留している水素の濃度が相対的に低いほど、水素供給制御部５５が始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を相対的に多くすることで、実際に燃焼室ＣＣに供給される水素の供給量（残留水素量＋燃料供給装置４０による水素供給量）が始動時に必要とされる供給量に対して不足することを防止することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内への水素の供給が不足することを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内の水素量が低下し始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを防止することができ、適正に始動することができる。また、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内への水素の供給が不足することを防止することができることから、燃焼室ＣＣ内のアルゴン比率が増加しすぎることを防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが過剰となることを防止することができ、適正に始動することができる。【００８６】
なお、水素供給制御部５５は、燃料供給装置４０による水素の供給開始前に水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度が０である場合、すなわち、作動ガス循環型エンジン１の停止後に循環経路２０内に反応物としての水素が残留していない状態であれば、通常、始動時に必要とされる水素の供給量がそのまま始動時Ｔ１の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量となる。【００８７】
次に、図５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の始動時の酸素供給制御を説明する。なお、この始動時の酸素供給制御は、作動ガス循環型エンジン１の始動制御で実行される制御であり、基本的には始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。また、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。なお、本図で説明する酸素供給制御は、基本的には始動時Ｔ１の最初の酸素供給の酸素供給制御である。【００８８】
まず、電子制御装置５０の始動状態判定部５６は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン１が始動時であるか否を判定する（Ｓ１００）。始動状態判定部５６は、エンジン回転数が予め設定される所定のエンジン回転数より高いか否かに基づいて作動ガス循環型エンジン１が始動時であるか否を判定する。【００８９】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン１が始動時でないと判定された場合（Ｓ１００：Ｎｏ）、つまり、作動ガス循環型エンジン１が始動後であると判定された場合、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、通常の酸素供給制御を実行する。【００９０】
始動状態判定部５６は、作動ガス循環型エンジン１が始動時であると判定した場合（Ｓ１００：Ｙｅｓ）、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前（初回の酸素の供給開始前）であるか否かを判定する（Ｓ１０１）。【００９１】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後であると判定された場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、２回目以降の酸素供給制御を実行する。【００９２】
酸素供給制御部５４は、始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前と判定された場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ１０２）。【００９３】
次に、酸素供給制御部５４は、例えば、酸素供給量マップｍ０１に基づいて、Ｓ１０２で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の酸素の濃度から始動時の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を算出する。（Ｓ１０３）。【００９４】
次に、酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ１０４）。酸素供給制御部５４は、例えば、クランク角センサ５１の検出結果より、作動ガス循環型エンジン１が吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程のうち、どの行程であるかを判断し、この判断に基づいて、現在が酸化剤供給装置３０による酸素の供給時期であるか否かを判定する。酸素供給制御部５４は、例えば、作動ガス循環型エンジン１の現在の行程が吸気行程、あるいは吸気行程の直前である場合に酸化剤供給装置３０による酸素の供給時期であると判定する。【００９５】
電子制御装置５０は、酸素供給制御部５４により現在が酸素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ１０４：Ｎｏ）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【００９６】
酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であると判定した場合（Ｓ１０４：Ｙｅｓ）、Ｓ１０３で酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の酸素の濃度に応じて算出した酸化剤供給装置３０による酸素の供給量に基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量を制御し（Ｓ１０５）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【００９７】
次に、図６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の始動時の水素供給制御を説明する。なお、この始動時の水素供給制御は、作動ガス循環型エンジン１の始動制御で実行される制御であり、基本的には始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。また、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。なお、本図で説明する水素供給制御は、基本的には始動時Ｔ１の最初の水素供給の水素供給制御である。【００９８】
まず、電子制御装置５０の始動状態判定部５６は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン１が始動時であるか否を判定する（Ｓ２００）。【００９９】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン１が始動時でないと判定された場合（Ｓ２００：Ｎｏ）、つまり、作動ガス循環型エンジン１が始動後であると判定された場合、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、通常の水素供給制御を実行する。【０１００】
始動状態判定部５６は、作動ガス循環型エンジン１が始動時であると判定した場合（Ｓ２００：Ｙｅｓ）、燃料供給装置４０による水素の供給開始前（初回の水素の供給開始前）であるか否かを判定する（Ｓ２０１）。【０１０１】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により燃料供給装置４０による水素の供給開始後であると判定された場合（Ｓ２０１：Ｎｏ）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、２回目以降の水素供給制御を実行する。【０１０２】
水素供給制御部５５は、始動状態判定部５６により燃料供給装置４０による水素の供給開始前と判定された場合（Ｓ２０１：Ｙｅｓ）、水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度（燃料供給装置４０による水素の供給開始前の循環経路２０内の水素濃度）を取得する（Ｓ２０２）。【０１０３】
次に、水素供給制御部５５は、例えば、水素供給量マップｍ０２に基づいて、Ｓ２０２で取得した燃料供給装置４０による水素の供給開始前の水素の濃度から始動時の最初の燃料供給装置４０による水素の供給量を算出する。（Ｓ２０３）。【０１０４】
次に、水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ２０４）。水素供給制御部５５は、例えば、クランク角センサ５１の検出結果より、作動ガス循環型エンジン１が吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程のうち、どの行程であるかを判断し、この判断に基づいて、現在が燃料供給装置４０による水素の供給時期であるか否かを判定する。水素供給制御部５５は、例えば、作動ガス循環型エンジン１の現在の行程が燃焼行程、あるいは燃焼行程の直前である場合に燃料供給装置４０による水素の供給時期であると判定する。【０１０５】
電子制御装置５０は、水素供給制御部５５により現在が水素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ２０４：Ｎｏ）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０１０６】
水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であると判定した場合（Ｓ２０４：Ｙｅｓ）、Ｓ２０３で燃料供給装置４０による水素の供給開始前の水素の濃度に応じて算出した燃料供給装置４０による水素の供給量に基づいて、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２の駆動を制御し、燃料噴射手段４２からの水素の噴射量を制御することで、燃料供給装置４０からの水素の供給量を制御し（Ｓ２０５）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０１０７】
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によれば、反応物と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、反応物の反応に伴って作動ガスが膨張可能である燃焼室ＣＣと、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に供給可能な循環経路２０と、反応物を供給する供給装置２と、循環経路内の反応物の濃度を検出可能な反応物濃度センサ３と、供給装置２による反応物の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による反応物の供給量を設定する供給制御部４とを備える。【０１０８】
したがって、作動ガス循環型エンジン１は、供給制御部４が供給装置２による反応物の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による反応物の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる反応物の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに反応物を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１０９】
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によれば、供給装置２は、反応物として酸素を供給し、反応物濃度センサ３は、酸素の濃度を検出可能であり、供給制御部４は、供給装置２による酸素の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時の最初の供給装置２による酸素の供給量を設定する。したがって、供給制御部４が供給装置２による酸素の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した酸素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による酸素の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の酸素の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる酸素の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに酸素を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における酸素と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１１０】
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によれば、供給装置２は、反応物として水素を供給し、反応物濃度センサ３は、水素の濃度を検出可能であり、供給制御部４は、供給装置２による水素の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による水素の供給量を設定する。したがって、供給制御部４が供給装置２による水素の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による水素の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の水素の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる水素の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに酸素を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における水素と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１１１】
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によれば、供給制御部４は、反応物が複数ある場合、すなわち、反応物として酸素と水素とがある場合は、各々の反応物、すなわち、酸素、水素それぞれに対して、供給装置２による酸素、水素の各々の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した各々の酸素、水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による酸素、水素の供給量を各々設定する。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、反応物が複数ある場合、すなわち、反応物として、酸化剤としての酸素と燃料としての水素が用いられる場合であっても、より正確に燃焼室ＣＣ内での反応物、すなわち酸素、水素と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができ、適正に始動することができる。【０１１２】
なお、以上の説明では、供給制御部４は、反応物としての酸素、水素それぞれに対して、供給装置２による酸素、水素の各々の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した各々の酸素、水素の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による酸素、水素の供給量を各々設定するものとして説明したが、これに限らず、必ずしも全ての反応物に対して、供給開始前の濃度に基づいて始動時Ｔ１の最初の供給装置２による供給量を設定する必要はない。供給制御部４は、例えば作動ガス循環型エンジン１の停止直前の運転状態において、循環経路２０内に酸素と水素のいずれか一方しか残留することがないように運転していたような場合には、当該一方の反応物に対してのみ供給開始前の濃度に基づいて始動時Ｔ１の最初の供給装置２による供給量を設定するようにしてもよく、この場合であっても、作動ガス循環型エンジン１は、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１１３】
（実施形態２）
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始動時の酸素・水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は、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが始動時初期の酸素供給手段による酸素の供給量を燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定する点で実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。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。また、実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの各構成については、図１等を参照する。【０１１４】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン２０１は、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４が始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定する。ここでいう始動時初期とは、始動時Ｔ１の初期の期間であって、少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給を含む期間、さら言えば、少なくとも始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給から予め設定される所定回数の酸素の供給が終わるまでの期間である。【０１１５】
ところで、この作動ガス循環型エンジン２０１は、上述したように、供給装置２が酸化剤供給装置３０と燃料供給装置４０とを含んで構成される。酸化剤供給装置３０は、反応物として酸素を循環経路２０に供給して燃焼室ＣＣに供給する。すなわち、酸化剤供給装置３０は、酸化剤噴射手段３２が酸素を吸気ポート１１ｂに噴射することで、この酸素を吸気ポート１１ｂの作動ガスと混ぜ合わせて燃焼室ＣＣに供給する。燃料供給装置４０は、反応物として酸素によって燃焼する水素を燃焼室ＣＣに直接供給する。すなわち、燃料供給装置４０は、燃料噴射手段４２が水素を燃焼室ＣＣに噴射することで、この水素を燃焼室ＣＣに直接供給する。【０１１６】
ここで、この作動ガス循環型エンジン２０１では、燃料供給装置４０によって燃焼室ＣＣに直接供給される水素は、燃料供給装置４０から供給された水素の全てが始動時初期においても常に遅れもなく燃焼室ＣＣに供給される。一方、酸化剤供給装置３０によって燃焼室ＣＣの外部、すなわち、吸気弁１５を挟んで燃焼室ＣＣとは反対側の吸気ポート１１ｂに噴射され燃焼室ＣＣに供給される酸素は、作動ガス循環型エンジン２０１の停止状態からの最初の吸気行程では前回のサイクルでの酸素供給がなく、１回の吸気行程で燃焼室ＣＣに吸入可能な吸入量が限られており、また、吸気弁１５の開閉タイミングの影響も受けることから、始動時初期において燃焼室ＣＣに吸入されにくくなる傾向になり、必ずしも酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の全てが燃焼室ＣＣに吸入されるとは限らない場合がある。つまり、この作動ガス循環型エンジン２０１では、始動時初期において、始動時に要求される適正な始動トルクを発生させるための燃焼室ＣＣへの水素の供給量に対して、実際に燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量が酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の一部がこの吸気ポート１１ｂに残留することで不足し、すなわち、実際に燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量が燃焼室ＣＣに供給された水素を全て燃焼させるために必要な酸素供給量に対して不足し、この結果、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足しスムーズな始動ができなかったり未燃の水素が循環経路２０に蓄積されたりおそれがある。【０１１７】
そこで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン２０１は、上述したように、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４が始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を水素と酸素との燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に増量して設定することで、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを防止し適正な始動の実現を図ると共に未燃水素が循環経路２０に蓄積されることを防止している。【０１１８】
つまり、作動ガス循環型エンジン２０１は、始動時初期において酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給する酸素の供給量を燃焼室ＣＣへの水素の供給量に対する理論割合よりも増量することで、始動時初期において酸素が燃焼室ＣＣに吸入されにくい状態であり酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の一部が吸気ポート１１ｂに残留し全てが燃焼室ＣＣに吸入されない状態であっても、水素を全て燃焼させるのに十分な量の酸素を燃焼室ＣＣに供給することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン２０１は、始動時初期において酸素が燃焼室ＣＣに吸入されにくい状態であり酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の一部が吸気ポート１１ｂに残留し全てが燃焼室ＣＣに吸入されない状態であっても、燃焼室ＣＣに供給される水素を全て燃焼させるのに十分な量の酸素を燃焼室ＣＣに供給することで、燃焼室ＣＣ内の水素の燃焼に必要な酸素が不足することを確実に防止することができ、始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足することを確実に防止することができ、適正に始動することができると共に、未燃の水素が循環経路２０に蓄積されることを確実に防止することができる。【０１１９】
またこのとき、作動ガス循環型エンジン２０１は、始動時初期において酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給する酸素の供給量を燃焼室ＣＣへの水素の供給量に対する理論割合よりも増量しすぎると、例えば、上述したような前回の作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の酸素の残留状態によっては、燃焼室ＣＣ内のアルゴン比率が低下し始動時に要求される適正な始動トルクに対して実際に発生するトルクが不足するおそれがある。【０１２０】
そこで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン２０１は、さらに、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４がこの始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定する。言い換えれば、本実施形態の酸素供給制御部５４は、始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を水素と酸素との燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に増量して設定すると共に、このとき、この始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて補正している。【０１２１】
この結果、作動ガス循環型エンジン２０１は、酸素供給制御部５４が始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定することで、始動時初期において酸素が燃焼室ＣＣに吸入されにくい状態であり酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の一部が吸気ポート１１ｂに残留し全てが燃焼室ＣＣに吸入されない状態であっても、前回の作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１２２】
次に、図７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２０１の始動時の酸素・水素供給制御をより具体的に説明する。なお、この始動時酸素・水素供給制御は、作動ガス循環型エンジン２０１の始動制御で実行される制御であり、基本的には始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。また、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。【０１２３】
まず、電子制御装置５０の始動状態判定部５６は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン２０１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン２０１が始動時であるか否を判定する（Ｓ３００）。【０１２４】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン２０１が始動時でないと判定された場合（Ｓ３００：Ｎｏ）、つまり、作動ガス循環型エンジン２０１が始動後であると判定された場合、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、通常の酸素・水素供給制御を実行する。【０１２５】
始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン２０１が始動時であると判定された場合（Ｓ３００：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、始動時基本水素供給量ａを算出する（Ｓ３０１）。始動時基本水素供給量ａは、始動時に燃焼室ＣＣに供給される水素の基本となる供給量であり、始動時に必要な熱量に応じた水素量（始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる水素量）、エンジン水温などのエンジン暖機状態、環境条件等に応じて予め設定されるものである。水素供給制御部５５は、例えば、始動時基本水素供給量ａと始動時に必要な熱量に応じた水素量、エンジン水温などのエンジン暖機状態、環境条件等との関係を記述した始動時基本水素供給量マップ（不図示）などに基づいて、始動時に必要な熱量に応じた水素量、エンジン水温などのエンジン暖機状態、環境条件等から始動時基本水素供給量ａを算出する。【０１２６】
次に、始動状態判定部５６は、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前（初回の酸素、水素の供給開始前）であるか否かを判定する（Ｓ３０２）。【０１２７】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前であると判定された場合（Ｓ３０２：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度（燃料供給装置４０による水素の供給開始前の循環経路２０内の水素濃度）を取得し、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ３０３）。【０１２８】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ３０１で算出された始動時基本水素供給量ａに基づいて始動時基本酸素供給量Ａを算出する（Ｓ３０４）。始動時基本酸素供給量Ａは、始動時に燃焼室ＣＣに供給される酸素の基本となる供給量であり、始動時基本水素供給量ａに対する理論割合に応じた供給量、すなわち、始動時基本水素供給量ａの水素を全て燃焼させると共に、燃焼後の排気ガス中に酸素が残留しない量の酸素供給量である。酸素供給制御部５４は、例えば、モル比で始動時基本水素供給量ａの２分の１を始動時基本酸素供給量Ａとして算出する。【０１２９】
次に、水素供給制御部５５は、Ｓ３０３で取得した燃料供給装置４０による水素の供給開始前の循環経路２０内の水素濃度に基づいて、Ｓ３０１で算出した始動時基本水素供給量ａを補正し、始動時補正水素供給量ａ’を算出し、酸素供給制御部５４は、Ｓ３０３で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度に基づいて、Ｓ３０４で算出した始動時基本酸素供給量Ａを補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する（Ｓ３０５）。水素供給制御部５５は、Ｓ３０３で取得した水素濃度が相対的に高いほど、すなわち、循環経路２０内に残留していた水素の濃度が相対的に高いほど、始動時基本水素供給量ａに対する減少量を相対的に大きくして始動時基本水素供給量ａを減量補正し、Ｓ３０３で取得した水素濃度が相対的に低いほど、すなわち、循環経路２０内に残留していた水素の濃度が相対的に低いほど、始動時基本水素供給量ａに対する減少量を相対的に小さくして始動時基本水素供給量ａを減量補正し、始動時補正水素供給量ａ’を算出する。言い換えれば、始動時補正水素供給量ａ’は、始動時に必要な熱量に応じた水素量（始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる水素量）である始動時基本水素供給量ａから水素濃度に応じた循環経路２０内の残留水素量を減算した水素量である。酸素供給制御部５４は、Ｓ３０３で取得した酸素濃度が相対的に高いほど、すなわち、循環経路２０内に残留していた酸素の濃度が相対的に高いほど、始動時基本酸素供給量Ａに対する減少量を相対的に大きくして始動時基本酸素供給量Ａを減量補正し、Ｓ３０３で取得した酸素濃度が相対的に低いほど、すなわち、循環経路２０内に残留していた酸素の濃度が相対的に低いほど、始動時基本酸素供給量Ａに対する減少量を相対的に小さくして始動時基本酸素供給量Ａを減量補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する。言い換えれば、始動時補正酸素供給量Ａ’は、始動時に必要な水素を全て燃焼させると共に燃焼後の排気ガス中に酸素が残留しない酸素量である始動時基本酸素供給量Ａから酸素濃度に応じた循環経路２０内の残留酸素量を減算した酸素量である。【０１３０】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ３０５で算出された始動時補正酸素供給量Ａ’に始動時増量Ｂを加算し、始動時補正酸素供給量Ａ’と始動時増量Ｂとの和を始動時最終酸素供給量Ｃに設定する（Ｓ３０６）。始動時増量Ｂは、始動時初期において酸素が燃焼室ＣＣに吸入されにくい状態であり酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の一部が吸気ポート１１ｂに残留し全てが燃焼室ＣＣに吸入されない状態であっても、始動時に必要な熱量に応じた水素を全て燃焼させるための増量補正分の酸素の供給量である。始動時増量Ｂは、酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給され吸気行程で燃焼室ＣＣに吸気されずに吸気ポート１１ｂに残留しうる酸素の量以上の量に設定される。始動時増量Ｂは、例えば、酸化剤噴射手段３２の噴射口位置、吸気ポート１１ｂの容積、燃焼室ＣＣからの吹き返しの程度などに応じて予め実験等に基づいて設定されればよい。始動時最終酸素供給量Ｃは、最終的に酸化剤供給装置３０により供給する酸素の供給量である。【０１３１】
次に、酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ３０７）。【０１３２】
酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であると判定した場合（Ｓ３０７：Ｙｅｓ）、始動時最終酸素供給量Ｃ、ここでは、Ｓ３０６で設定した始動時最終酸素供給量Ｃ（＝始動時補正酸素供給量Ａ’＋始動時増量Ｂ）に基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量が始動時最終酸素供給量Ｃとなるように制御する（Ｓ３０８）。電子制御装置５０は、酸素供給制御部５４により現在が酸素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ３０７：Ｎｏ）は、このＳ３０８をとばして次のＳ３０９に移行する。【０１３３】
次に、水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ３０９）。【０１３４】
水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であると判定した場合（Ｓ３０９：Ｙｅｓ）、Ｓ３０５で算出した始動時補正水素供給量ａ’に基づいて、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２の駆動を制御し、燃料噴射手段４２からの水素の噴射量を制御することで、燃料供給装置４０からの水素の供給量が始動時補正水素供給量ａ’となるように制御し（Ｓ３１０）、電子制御装置５０は、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。電子制御装置５０は、水素供給制御部５５により現在が水素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ３０９：Ｎｏ）は、Ｓ３１０をとばしてこの制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０１３５】
Ｓ３０２にて始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始後であると判定された場合（Ｓ３０２：Ｎｏ）、水素供給制御部５５は、水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度（燃料供給装置４０による水素の供給開始後の現在の循環経路２０内の水素濃度）を取得し、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ３１１）。【０１３６】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ３０１で算出された始動時基本水素供給量ａに基づいて始動時基本酸素供給量Ａを算出する（Ｓ３１２）。【０１３７】
次に、水素供給制御部５５は、Ｓ３１１で取得した燃料供給装置４０による水素の供給開始後の現在の循環経路２０内の水素濃度に基づいて、Ｓ３０１で算出した始動時基本水素供給量ａを補正し、始動時補正水素供給量ａ’を算出し、酸素供給制御部５４は、Ｓ３１１で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度に基づいて、Ｓ３１２で算出した始動時基本酸素供給量Ａを補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する（Ｓ３１３）。【０１３８】
次に、始動状態判定部５６は、酸化剤供給装置３０による各気筒への酸素の供給が予め設定された所定回数実行済みか否かを判定する（Ｓ３１４）。すなわち、始動状態判定部５６は、始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給から予め設定される所定回数の酸素の供給が実行されたか否かを判定する。【０１３９】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０による各気筒への酸素の供給が予め設定された所定回数実行済みでないと判定された場合（Ｓ３１４：Ｎｏ）、すなわち、現在が始動時初期の期間であると判定された場合、電子制御装置５０は、上述したＳ３０６に移行し、以降の処理を実行する。【０１４０】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０による各気筒への酸素の供給が予め設定された所定回数実行済みであると判定された場合（Ｓ３１４：Ｙｅｓ）、すなわち、現在が始動時ではあるが始動時初期の期間ではないと判定された場合、酸素供給制御部５４は、Ｓ３１３で算出された始動時補正酸素供給量Ａ’を始動時最終酸素供給量Ｃに設定し（Ｓ３１５）、電子制御装置５０は、上述したＳ３０７に移行し、以降の処理を実行する。この場合、酸素供給制御部５４は、Ｓ３０８において、始動時最終酸素供給量Ｃ、ここでは、Ｓ３１５で設定した始動時最終酸素供給量Ｃ（＝始動時補正酸素供給量Ａ’）に基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量が始動時最終酸素供給量Ｃとなるように制御する。【０１４１】
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２０１によれば、作動ガス循環型エンジン２０１は、供給制御部４が供給装置２による反応物（酸素、水素）の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による反応物の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン２０１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる反応物の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに反応物を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１４２】
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２０１によれば、供給装置２は、反応物として酸素を循環経路２０に供給して燃焼室ＣＣに供給する酸化剤供給装置３０と、反応物として酸素によって燃焼する水素を燃焼室ＣＣに直接供給する燃料供給装置４０とを含んで構成され、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４は、始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定する。したがって、作動ガス循環型エンジン２０１は、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４が始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前に反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度に基づいて、燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定することで、始動時初期において酸素が燃焼室ＣＣに吸入されにくい状態であり酸化剤供給装置３０から吸気ポート１１ｂに供給された酸素の一部が吸気ポート１１ｂに残留し全てが燃焼室ＣＣに吸入されない状態であっても、前回の作動ガス循環型エンジン１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、さらに適正に始動することができる。【０１４３】
なお、以上の説明では、供給制御手段としての供給制御部４をなす酸素供給制御部５４は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度に基づいて始動時基本酸素供給量Ａを補正し、補正した始動時補正酸素供給量Ａ’に始動時増量Ｂを加算して始動時最終酸素供給量Ｃを算出するものとして説明したがこれに限らない。酸素供給制御部５４は、始動時基本酸素供給量Ａに始動時増量Ｂを加算した後に酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度に基づいてこの始動時基本酸素供給量Ａと始動時増量Ｂとの加算値を変更、すなわち補正して始動時最終酸素供給量Ｃを算出してもよいし、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度に基づいて始動時増量Ｂを変更、すなわち補正した後に、始動時基本酸素供給量Ａと補正後の始動時増量Ｂとを加算し、始動時最終酸素供給量Ｃを算出してもよい。【０１４４】
（実施形態３）
図８は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図９は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御の一例を説明するタイムチャート、図１０は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御を説明するフローチャートである。実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが始動時の酸素の供給開始後の酸素供給手段による酸素の供給量を酸素の供給開始後に濃度検出手段が検出した燃焼後のガス中の酸素の濃度に基づいて設定する点で実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。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。【０１４５】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン３０１は、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４が始動時の酸素の供給開始後の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸素の供給開始後に反応物濃度センサ３が検出した燃焼後のガス中の酸素の濃度に基づいて設定する。【０１４６】
ここで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン３０１は、図８に示すように、反応物濃度センサ３として、酸素濃度センサ５２とは別個に酸素濃度センサ３５２を備える。この酸素濃度センサ３５２は、循環経路２０を循環する循環ガス中の反応物である酸素の濃度を検出するものである。さらに言えば、酸素濃度センサ３５２は、燃焼室ＣＣの排気側に設けられ、燃焼室ＣＣからの排気ガス中の酸素の濃度を検出するものである。酸素濃度センサ３５２は、例えば、燃焼室ＣＣにおける酸素と水素との燃焼後の排気ガス中の酸素の濃度を検出する。酸素濃度センサ３５２は、循環経路２０に設けられ、ここでは排気ポート１１ｃの近傍に設けられる。これにより、この酸素濃度センサ３５２は、燃焼室ＣＣから排気ポート１１ｃに排気された直後の排気ガス中の酸素の濃度を検出することができる。酸素濃度センサ３５２は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。【０１４７】
なお、本実施形態の作動ガス循環型エンジン３０１では、図８に示すように、酸素濃度センサ５２と酸素濃度センサ３５２とを別個に設け、酸素濃度センサ５２が吸気ポート１１ｂの近傍でガス中の酸素の濃度を検出する一方、酸素濃度センサ３５２が排気ポート１１ｃの近傍でガス中の酸素の濃度を検出するものとして説明するが、これに限らない。本実施形態の作動ガス循環型エンジン３０１は、例えば、循環経路２０の長さが短い場合、つまり、循環通路２１を介して接続される吸気ポート１１ｂと排気ポート１１ｃとが近接している場合には、図１に示すように、酸素濃度センサ３５２を酸素濃度センサ５２により兼用してもよいし、あるいは、酸素濃度センサ５２を酸素濃度センサ３５２により兼用してもよい。【０１４８】
そして、酸素供給制御部５４は、上述したように、始動時の酸素の供給開始後の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸素の供給開始後にこの酸素濃度センサ３５２が検出した燃焼後のガス中の酸素の濃度に基づいて設定する。つまり、酸素供給制御部５４は、始動時の酸素供給開始後の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を燃焼室ＣＣにおける酸素と水素との燃焼後の排気ガス中の酸素の濃度に基づいて補正する。【０１４９】
さらに具体的に言えば、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ３５２が検出する検出酸素濃度が目標酸素濃度となるように酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を制御する。検出酸素濃度は、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始後（初回の酸素、水素の供給開始後）、酸素濃度センサ３５２が検出する酸素と水素との燃焼後の排気ガス中の酸素濃度である。目標酸素濃度は、制御の目標となる酸素濃度であり、ここでは、燃焼室ＣＣでの酸素と水素との燃焼後の排気ガスが酸素リッチとなる所定の酸素濃度である。つまり言い換えれば、酸素供給制御部５４は、始動時に要求される適正な始動トルクを得るために、目標酸素濃度と検出酸素濃度とに基づいて、酸化剤供給装置３０による酸素の供給量のフィードバック制御を実行する。【０１５０】
例えば、本実施形態の作動ガス循環型エンジン３０１は、実施形態２で説明したように、酸素供給制御部５４が始動時初期の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を燃焼後のガス中に酸素が残留する供給量に設定している。この場合、本実施形態の酸素供給制御部５４は、水素の供給量に応じた理論割合の酸素量に対して、燃焼後のガス中に残留するはずの増量分の酸素量、すなわち始動時増量Ｂに応じて排気ガス中に残留するはずの酸素の濃度を目標酸素濃度に設定し、酸素濃度センサ３５２により検出される検出酸素濃度がこの目標酸素濃度となるように酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を制御する。【０１５１】
酸素供給制御部５４は、例えば、図９に例示するタイムチャートにおいて、始動時の時点ｔ３１で酸化剤供給装置３０から供給した酸素と水素とが燃焼した後の排気ガス中の検出酸素濃度が目標酸素濃度よりも小さい場合には、次の時点ｔ３２での酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を時点ｔ３１での酸化剤供給装置３０による酸素の供給量に対して所定量増量補正した供給量とする。そして、酸素供給制御部５４は、時点ｔ３２において、この増量補正した供給量に基づいて酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量を制御する。逆に、酸素供給制御部５４は、酸素と水素とが燃焼した後の排気ガス中の検出酸素濃度が目標酸素濃度よりも大きい場合には、次の時点での酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を現時点での酸化剤供給装置３０による酸素の供給量に対して所定量減量補正した供給量とする。このようにして、酸素供給制御部５４は、検出酸素濃度が目標酸素濃度に収束するように酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を制御する。【０１５２】
この結果、この作動ガス循環型エンジン３０１は、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４が始動時の酸素の供給開始後の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸素の供給開始後に反応物濃度センサ３が検出した燃焼後のガス中の酸素の濃度に基づいて設定することから、始動時の酸素供給制御において外乱や設計誤差などの不確定な変動に対して適正に対応でき、いわゆるロバスト性を向上することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン３０１は、始動時において、常に燃焼室ＣＣ内における酸素と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、始動時のスムーズなエンジン回転数の立ち上がりやエンジン回転数の安定化を確実に実現することができ、さらに始動性を向上することができる。【０１５３】
次に、図１０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３０１の始動時の酸素・水素供給制御をより具体的に説明する。なお、この始動時酸素・水素供給制御は、作動ガス循環型エンジン３０１の始動制御で実行される制御であり、基本的には始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。また、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。【０１５４】
まず、電子制御装置５０の始動状態判定部５６は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン３０１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン３０１が始動時であるか否を判定する（Ｓ４００）。【０１５５】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン３０１が始動時でないと判定された場合（Ｓ４００：Ｎｏ）、つまり、作動ガス循環型エンジン３０１が始動後であると判定された場合、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、通常の酸素・水素供給制御を実行する。【０１５６】
始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン３０１が始動時であると判定された場合（Ｓ４００：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、始動時基本水素供給量ａを算出する（Ｓ４０１）。【０１５７】
次に、始動状態判定部５６は、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前（初回の酸素、水素の供給開始前）であるか否かを判定する（Ｓ４０２）。【０１５８】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前であると判定された場合（Ｓ４０２：Ｙｅｓ）、電子制御装置５０は、図７で説明したＳ３０３（図７参照）に移行し、以降の処理を実行する。ここでは、その詳細な説明は省略する。【０１５９】
始動状態判定部５６は、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始後であると判定した場合（Ｓ４０２：Ｎｏ）、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始時点から予め設定される一定時間経過したか否かを判定する（Ｓ４０３）。ここで一定時間とは、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０により酸素、水素が供給開始された時点から、供給された酸素と水素とが燃焼室ＣＣで燃焼し、燃焼後の排気ガスが酸素濃度センサ３５２に到達し、この排気ガス中の酸素濃度を酸素濃度センサ３５２により検出可能となるまでの時間に応じた時間であり、循環経路２０における酸素濃度センサ３５２の濃度検出位置などに応じて予め設定される。【０１６０】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始時点から予め設定される一定時間経過していないと判定された場合（Ｓ４０３：Ｎｏ）、電子制御装置５０は、図７で説明したＳ３１１（図７参照）に移行し、以降の処理を実行する。ここでは、その詳細な説明は省略する。【０１６１】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始時点から予め設定される一定時間経過したと判定された場合（Ｓ４０３：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度（燃料供給装置４０による水素の供給開始後の現在の循環経路２０内の水素濃度）を取得し、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ５２、酸素濃度センサ３５２がそれぞれ検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ４０４）。【０１６２】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ４０１で算出された始動時基本水素供給量ａに基づいて始動時基本酸素供給量Ａを算出する（Ｓ４０５）。【０１６３】
次に、水素供給制御部５５は、Ｓ４０４で取得した燃料供給装置４０による水素の供給開始後の現在の循環経路２０内の水素濃度に基づいて、Ｓ４０１で算出した始動時基本水素供給量ａを補正し、始動時補正水素供給量ａ’を算出し、酸素供給制御部５４は、Ｓ４０４で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度、ここでは、酸素濃度センサ５２が検出した酸素濃度に基づいて、Ｓ４０５で算出した始動時基本酸素供給量Ａを補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する（Ｓ４０６）。【０１６４】
次に、酸素供給制御部５４は、目標酸素濃度を設定する（Ｓ４０７）。酸素供給制御部５４は、例えば、水素の供給量に応じた理論割合の酸素量に対して、燃焼後のガス中に残留するはずの増量分の酸素量、すなわち始動時増量Ｂに応じて排気ガス中に残留するはずの酸素の濃度を目標酸素濃度に設定する。【０１６５】
次に、始動状態判定部５６は、酸化剤供給装置３０による各気筒への酸素の供給が予め設定された所定回数実行済みか否かを判定する（Ｓ４０８）。【０１６６】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０による各気筒への酸素の供給が予め設定された所定回数実行済みでないと判定された場合（Ｓ４０８：Ｎｏ）、すなわち、現在が始動時初期の期間であると判定された場合、酸素供給制御部５４は、Ｓ４０６で算出された始動時補正酸素供給量Ａ’に始動時増量Ｂを加算し、始動時補正酸素供給量Ａ’と始動時増量Ｂとの和を始動時最終酸素供給量Ｃに設定する（Ｓ４０９）。【０１６７】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ４０４で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度、ここでは、酸素濃度センサ３５２が検出した酸素濃度である検出酸素濃度と、Ｓ４０７で設定した目標酸素濃度とを比較し、検出酸素濃度が目標酸素濃度より小さいか否かを判定する（Ｓ４１０）。【０１６８】
酸素供給制御部５４は、検出酸素濃度が目標酸素濃度より小さいと判定した場合（Ｓ４１０：Ｙｅｓ）、Ｓ４０９で設定した始動時最終酸素供給量Ｃを所定量増量補正した補正始動時最終酸素供給量Ｃ’を算出する（Ｓ４１１）。一方、酸素供給制御部５４は、検出酸素濃度が目標酸素濃度以上であると判定した場合（Ｓ４１０：Ｎｏ）、Ｓ４０９で設定した始動時最終酸素供給量Ｃを所定量減量補正した補正始動時最終酸素供給量Ｃ’を算出する（Ｓ４１２）。【０１６９】
次に、酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ４１３）。【０１７０】
酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であると判定した場合（Ｓ４１３：Ｙｅｓ）、Ｓ４１１又はＳ４１２で設定した補正始動時最終酸素供給量Ｃ’に基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量が補正始動時最終酸素供給量Ｃ’となるように制御する（Ｓ４１４）。電子制御装置５０は、酸素供給制御部５４により現在が酸素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ４１３：Ｎｏ）は、このＳ４１４をとばして次のＳ４１５に移行する。【０１７１】
次に、水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ４１５）。【０１７２】
水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であると判定した場合（Ｓ４１５：Ｙｅｓ）、Ｓ４０６で算出した始動時補正水素供給量ａ’に基づいて、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２の駆動を制御し、燃料噴射手段４２からの水素の噴射量を制御することで、燃料供給装置４０からの水素の供給量が始動時補正水素供給量ａ’となるように制御し（Ｓ４１６）、電子制御装置５０は、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。電子制御装置５０は、水素供給制御部５５により現在が水素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ４１５：Ｎｏ）は、Ｓ４１６をとばしてこの制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０１７３】
Ｓ４０８にて始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０による各気筒への酸素の供給が予め設定された所定回数実行済みであると判定された場合（Ｓ４０８：Ｙｅｓ）、すなわち、現在が始動時ではあるが始動時初期の期間ではないと判定された場合、酸素供給制御部５４は、Ｓ４０６で算出された始動時補正酸素供給量Ａ’を始動時最終酸素供給量Ｃに設定し（Ｓ４１７）、電子制御装置５０は、上述したＳ４１０に移行し、以降の処理を繰り返し実行する。この場合、酸素供給制御部５４は、Ｓ４１１では、Ｓ４１７で設定した始動時最終酸素供給量Ｃを所定量増量補正した補正始動時最終酸素供給量Ｃ’を算出し、Ｓ４１２では、Ｓ４１７で設定した始動時最終酸素供給量Ｃを所定量減量補正した補正始動時最終酸素供給量Ｃ’を算出する。【０１７４】
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３０１によれば、作動ガス循環型エンジン３０１は、供給制御部４が供給装置２による反応物（酸素、水素）の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による反応物の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン３０１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる反応物の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに反応物を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０１７５】
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３０１によれば、供給装置２は、反応物として酸素を供給する酸化剤供給装置３０と、反応物として酸素によって燃焼する水素を供給する燃料供給装置４０とを含んで構成され、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４は、始動時の酸素の供給開始後の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸素の供給開始後に反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ３５２が検出した燃焼後のガス中の酸素の濃度に基づいて設定する。したがって、作動ガス循環型エンジン３０１は、供給制御部４をなす酸素供給制御部５４が始動時の酸素の供給開始後の酸化剤供給装置３０による酸素の供給量を酸素の供給開始後に反応物濃度センサ３が検出した燃焼後のガス中の酸素の濃度に基づいて設定することで、始動時において、常に燃焼室ＣＣ内における酸素と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、始動時のスムーズなエンジン回転数の立ち上がりやエンジン回転数の安定化を確実に実現することができ、さらに始動性を向上することができる。【０１７６】
（実施形態４）
図１１は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図１２は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御を説明するフローチャートである。実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが所定の条件下で少なくとも水素供給手段による水素の供給を制限する点で実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。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。【０１７７】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン４０１は、供給制御部４が所定の条件下で少なくとも燃料供給装置４０による水素の供給を制限、ここでは禁止することで、この所定の条件下で未燃の水素が循環経路２０に蓄積されることを防止している。【０１７８】
具体的には、本実施形態の供給制御部４は、図１１に示すように、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に、酸素供給制御部５４と水素供給制御部５５とに加えて、さらに供給禁止許可手段としての供給禁止許可部４５７が設けられている。【０１７９】
供給制御部４をなす供給禁止許可部４５７は、所定の条件下において少なくとも燃料供給装置４０による水素の供給、つまり、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２からの水素の噴射の禁止又は許可を行うものである。ここでは供給禁止許可部４５７は、さらに酸化剤供給装置３０による酸素の供給、つまり、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射の禁止又は許可も行っている。【０１８０】
本実施形態の供給禁止許可部４５７は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気ポート１１ｂを開閉する吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されない場合に、少なくとも燃料供給装置４０による水素の供給を禁止する。【０１８１】
ここでいう酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間とは、例えば、始動時における１回のサイクルでの酸化剤噴射手段３２による酸素の噴射期間、さらに言えば、酸化剤噴射手段３２をなす酸化剤噴射弁の開弁期間である。つまり、酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間、言い換えれば、酸化剤噴射手段３２による酸素の噴射期間は、１回のサイクルにおいて、酸化剤噴射手段３２をなす閉弁状態の酸化剤噴射弁の開弁開始時点から開弁状態を経て再び閉弁状態となる開弁終了時点までの期間である。酸化剤噴射手段３２をなす酸化剤噴射弁の開弁開始時点は、酸化剤噴射手段３２による酸素の噴射開始時点であり、すなわち、酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始時点である。酸化剤噴射手段３２をなす酸化剤噴射弁の開弁終了時点は、酸化剤噴射手段３２による酸素の噴射終了時点であり、すなわち、酸化剤供給装置３０による酸素の供給終了時点である。この酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間は、酸化剤噴射手段３２が単位時間あたりに噴射可能な酸素の量をほぼ一定とすると、１回のサイクルで要求される酸素の供給量、すなわち、１回のサイクルで酸素供給制御部５４により設定される最終的な酸素の供給量が多くなるほど相対的に長くなる。【０１８２】
ここで、酸化剤供給装置３０は、上述したように、酸化剤噴射手段３２が吸気弁１５を挟んで燃焼室ＣＣとは反対側の吸気ポート１１ｂに酸素を噴射して燃焼室ＣＣに供給している。このため、この作動ガス循環型エンジン４０１では、作動ガス循環型エンジン４０１の停止時のクランク角度（クランク位置）、言い換えれば、作動ガス循環型エンジン４０１の始動開始時点でのクランク角度によっては、例えば、最初の吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０による最初の酸素の供給期間を適正に確保することができないおそれがある。つまり、例えば、酸素供給制御部５４により設定される供給量の酸素を酸化剤供給装置３０から供給するための供給期間の供給開始時点が吸気弁１５の開弁開始時点に対して所定の間隔（期間）を確保できなかったり、供給終了時点が吸気弁１５の開弁終了時点以降になったりするような場合に、吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間を適正に確保することができず、酸化剤供給装置３０により吸気ポート１１ｂに供給された酸素が結果的に燃焼室ＣＣに十分に吸気されないおそれがある。この結果、作動ガス循環型エンジン４０１は、燃焼室ＣＣに供給される水素に対して燃焼室ＣＣ内の酸素が不足した状態で始動時の酸素と水素との燃焼が開始され、未燃の水素が循環経路２０に蓄積されるおそれがある。【０１８３】
そこで、本実施形態の供給禁止許可部４５７は、上述したように、始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されない場合に、燃料供給装置４０による水素の供給を禁止する。ここでは、供給禁止許可部４５７は、始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されない場合に、酸化剤供給装置３０による酸素の供給も禁止する。供給禁止許可部４５７は、例えば、クランク角センサ５１の検出結果や酸素供給制御部５４により設定される酸素の供給量などに基づいて、始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されているか否かを判定すればよい。【０１８４】
この結果、この作動ガス循環型エンジン４０１は、始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されない場合に、少なくとも供給禁止許可部４５７が燃料供給装置４０による水素の供給を禁止することから、燃焼室ＣＣに供給される水素に対して燃焼室ＣＣ内の酸素が不足した状態で始動時の酸素と水素との燃焼が開始されることを防止することができ、未燃の水素が循環経路２０に蓄積することを確実に防止することができる。【０１８５】
次に、図１２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４０１の始動時の酸素・水素供給制御をより具体的に説明する。なお、この始動時酸素・水素供給制御は、作動ガス循環型エンジン４０１の始動制御で実行される制御であり、基本的には始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。また、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。【０１８６】
まず、電子制御装置５０の始動状態判定部５６は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン４０１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン４０１が始動時であるか否を判定する（Ｓ５００）。【０１８７】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン４０１が始動時でないと判定された場合（Ｓ５００：Ｎｏ）、つまり、作動ガス循環型エンジン４０１が始動後であると判定された場合、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、通常の酸素・水素供給制御を実行する。【０１８８】
始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン４０１が始動時であると判定された場合（Ｓ５００：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、始動時基本水素供給量ａを算出する（Ｓ５０１）。【０１８９】
次に、始動状態判定部５６は、セルモータなどのスタータ（不図示）の回転前であるか否か、すなわち、クランクシャフト１９の駆動が開始されピストン１３のシリンダボア１２ａ内での往復運動が開始される前であるか否かを判定する（Ｓ５０２）。【０１９０】
始動状態判定部５６は、スタータ（不図示）の回転後であると判定した場合（Ｓ５０２：Ｎｏ）、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前（初回の酸素、水素の供給開始前）であるか否かを判定する（Ｓ５０３）。【０１９１】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前であると判定された場合（Ｓ５０３：Ｙｅｓ）、電子制御装置５０は、図７で説明したＳ３０３（図７参照）に移行し、以降の処理を実行する。一方、始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始後であると判定された場合（Ｓ５０３：Ｎｏ）、電子制御装置５０は、図７で説明したＳ３１１（図７参照）に移行し、以降の処理を実行する。ここでは、その詳細な説明は省略する。【０１９２】
Ｓ５０２にて始動状態判定部５６によりスタータ（不図示）の回転前であると判定された場合（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、水素濃度センサ５３が検出した水素の濃度（燃料供給装置４０による水素の供給開始前の循環経路２０内の水素濃度）を取得し、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ５２が検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ５０４）。【０１９３】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ５０１で算出された始動時基本水素供給量ａに基づいて始動時基本酸素供給量Ａを算出する（Ｓ５０５）。【０１９４】
次に、水素供給制御部５５は、Ｓ５０４で取得した燃料供給装置４０による水素の供給開始前の循環経路２０内の水素濃度に基づいて、Ｓ５０１で算出した始動時基本水素供給量ａを補正し、始動時補正水素供給量ａ’を算出し、酸素供給制御部５４は、Ｓ５０４で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度に基づいて、Ｓ５０５で算出した始動時基本酸素供給量Ａを補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する（Ｓ５０６）。【０１９５】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ５０６で算出された始動時補正酸素供給量Ａ’に始動時増量Ｂを加算し、始動時補正酸素供給量Ａ’と始動時増量Ｂとの和を始動時最終酸素供給量Ｃに設定する（Ｓ５０７）。【０１９６】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ５０７で設定した始動時最終酸素供給量Ｃに基づいて、この始動時最終酸素供給量Ｃの酸素を酸化剤供給装置３０から供給するための酸素供給期間、言い換えれば、始動時最終酸素供給量Ｃの酸素を酸化剤噴射手段３２から噴射するための酸素噴射期間を算出する（Ｓ５０８）。【０１９７】
次に、供給禁止許可部４５７は、クランク角センサ５１のクランク角度の検出結果、Ｓ５０８で算出された始動時最終酸素供給量Ｃの酸素を酸化剤供給装置３０から供給するための酸素供給期間などに基づいて、吸気弁１５の開弁期間内に所定量（始動時最終酸素供給量Ｃ）の酸素を燃焼室ＣＣに供給可能であるか否か、すなわち、酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されるか否かを判定する（Ｓ５０９）。【０１９８】
供給禁止許可部４５７は、吸気弁１５の開弁期間内に所定量の酸素を燃焼室ＣＣに供給可能であると判定した場合（Ｓ５０９：Ｙｅｓ）、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素と水素の供給を許可する（Ｓ５１０）。【０１９９】
次に、酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ５１１）。【０２００】
酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であると判定した場合（Ｓ５１１：Ｙｅｓ）、Ｓ５０７で設定した始動時最終酸素供給量Ｃに基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量が始動時最終酸素供給量Ｃとなるように制御する（Ｓ５１２）。電子制御装置５０は、酸素供給制御部５４により現在が酸素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ５１１：Ｎｏ）は、このＳ５１２をとばして次のＳ５１３に移行する。【０２０１】
次に、水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ５１３）。【０２０２】
水素供給制御部５５は、現在が水素の供給時期であると判定した場合（Ｓ５１３：Ｙｅｓ）、Ｓ５０６で算出した始動時補正水素供給量ａ’に基づいて、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２の駆動を制御し、燃料噴射手段４２からの水素の噴射量を制御することで、燃料供給装置４０からの水素の供給量が始動時補正水素供給量ａ’となるように制御し（Ｓ５１４）、電子制御装置５０は、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。電子制御装置５０は、水素供給制御部５５により現在が水素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ５１３：Ｎｏ）は、Ｓ５１４をとばしてこの制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０２０３】
なおここでは、Ｓ５０２にて始動状態判定部５６によりスタータ（不図示）の回転前であると判定された場合（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）であるから、おおむねＳ５１１にて酸素供給制御部５４により現在が酸素の供給時期でないと判定され、Ｓ５１３にて水素供給制御部５５により現在が水素の供給時期でないと判定され、したがって、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素と水素の供給が許可された上で実際には酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給は行われずにこの制御周期を終了し、次の制御周期に移行することとなる。【０２０４】
供給禁止許可部４５７は、Ｓ５０９にて吸気弁１５の開弁期間内に所定量の酸素を燃焼室ＣＣに供給可能でないと判定した場合（Ｓ５０９：Ｎｏ）、すなわち、酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されないと判定した場合、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素と水素の供給を禁止し（Ｓ５１５）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０２０５】
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４０１によれば、作動ガス循環型エンジン４０１は、供給制御部４が供給装置２による反応物（酸素、水素）の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による反応物の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン４０１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる反応物の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに反応物を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０２０６】
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４０１によれば、供給装置２は、反応物として酸素を循環経路２０に供給して燃焼室ＣＣに供給する酸化剤供給装置３０と、反応物として酸素によって燃焼する水素を燃焼室ＣＣに直接供給する燃料供給装置４０とを含んで構成され、供給制御部４をなす供給禁止許可部４５７は、始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が循環経路２０をなす吸気ポート１１ｂを開閉する吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されない場合に、少なくとも燃料供給装置４０による水素の供給を制限、ここでは禁止する。したがって、作動ガス循環型エンジン４０１は、始動時の酸化剤供給装置３０による酸素の供給期間が吸気弁１５の開弁期間に対して、酸化剤供給装置３０により供給される酸素が十分に燃焼室ＣＣに吸気される所定期間確保されない場合に、少なくとも供給禁止許可部４５７が燃料供給装置４０による水素の供給を禁止することで、燃焼室ＣＣに供給される水素に対して燃焼室ＣＣ内の酸素が不足した状態で始動時の酸素と水素との燃焼が開始されることを防止することができ、未燃の水素が循環経路２０に蓄積することを確実に防止することができる。【０２０７】
（実施形態５）
図１３は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図１４は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御の一例を説明するタイムチャート、図１５は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの始動時の酸素・水素供給制御を説明するフローチャートである。実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが所定の条件下で水素供給手段による水素の供給を許可する点で実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。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。【０２０８】
本実施形態の作動ガス循環型エンジン５０１は、供給制御部４が所定の条件下で燃料供給装置４０による水素の供給を許可することで、未燃の水素が循環経路２０に蓄積されることを防止している。【０２０９】
具体的には、本実施形態の供給制御部４は、図１３に示すように、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に、酸素供給制御部５４と水素供給制御部５５とに加えて、さらに供給禁止許可手段としての供給禁止許可部５５７が設けられている。【０２１０】
供給制御部４をなす供給禁止許可部５５７は、所定の条件下において少なくとも燃料供給装置４０による水素の供給、つまり、燃料供給装置４０の燃料噴射手段４２からの水素の噴射の禁止又は許可を行うものである。ここでは供給禁止許可部５５７は、さらに酸化剤供給装置３０による酸素の供給、つまり、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射の禁止又は許可も行っている。【０２１１】
ここで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン５０１は、上述した作動ガス循環型エンジン３０１（図８参照）と同様に、反応物濃度センサ３として、酸素濃度センサ５２とは別個に酸素濃度センサ３５２を備える。酸素濃度センサ３５２は、排気ポート１１ｃの近傍に設けられ、燃焼室ＣＣから排気ポート１１ｃに排気された直後の排気ガス中の酸素の濃度を検出する。なお、本実施形態の作動ガス循環型エンジン５０１は、作動ガス循環型エンジン３０１（図８参照）と同様に、例えば、循環通路２１を介して接続される吸気ポート１１ｂと排気ポート１１ｃとが近接している場合には、図１に示すように、酸素濃度センサ３５２を酸素濃度センサ５２により兼用してもよいし、あるいは、酸素濃度センサ５２を酸素濃度センサ３５２により兼用してもよい。【０２１２】
そして、本実施形態の供給禁止許可部５５７は、始動時に酸化剤供給装置３０により酸素を供給し、反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ３５２が酸素の濃度の所定量の変化を検出した場合に燃料供給装置４０による水素の供給を許可する。【０２１３】
供給制御部４をなす酸素供給制御部５４は、例えば、図１４に例示するタイムチャートにおいて、始動時の時点ｔ５１で酸化剤供給装置３０から酸素を供給する。酸化剤供給装置３０から正常に酸素が供給された場合、酸化剤供給装置３０から供給された酸素は、吸気ポート１１ｂ、燃焼室ＣＣを介して排気ポート１１ｃに排気され、酸素濃度センサ３５２による濃度検出位置に到達する。そして、酸素濃度センサ３５２により検出される酸素濃度は、酸化剤供給装置３０から正常に酸素が供給された場合、酸素の供給開始前の酸素濃度と比較して酸化剤供給装置３０からの酸素供給量に応じて所定量増加する。一方、酸素濃度センサ３５２により検出される酸素濃度は、酸化剤供給装置３０から正常に酸素が供給されなかった場合、酸素の供給開始前の酸素濃度とほぼ同等、あるいは酸素の供給開始前の酸素濃度に対する増加量が少なくなる。そして、供給禁止許可部５５７は、例えば、時点ｔ５２にて、酸素濃度センサ３５２により検出される酸素濃度が酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の酸素濃度と比較して所定量増加した場合に、すなわち、酸化剤供給装置３０から正常に酸素が供給されたことが確認された後に、時点ｔ５３にて、次のサイクルからの燃料供給装置４０による水素の供給を許可する。一方、供給禁止許可部５５７は、酸素濃度センサ３５２により検出される酸素濃度が酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の酸素濃度と比較して所定量増加しなかった場合に、すなわち、酸化剤供給装置３０から正常に酸素が供給されたことが確認できなかった場合に、燃料供給装置４０による水素の供給を禁止する。【０２１４】
この結果、この作動ガス循環型エンジン５０１は、供給制御部４をなす供給禁止許可部５５７が始動時に酸化剤供給装置３０により酸素を供給し、反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ３５２により酸素の濃度の所定量の変化を検出した場合に燃料供給装置４０による水素の供給を許可することから、例えば、酸化剤貯留タンク３１内の酸素切れや酸化剤噴射手段３２の故障等の酸化剤供給装置３０の動作不良時であっても、燃焼室ＣＣに供給される水素に対して燃焼室ＣＣ内の酸素が不足した状態で始動時の酸素と水素との燃焼が開始されることを防止することができ、未燃の水素が循環経路２０に蓄積することを確実に防止することができる。【０２１５】
次に、図１５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５０１の始動時の酸素・水素供給制御をより具体的に説明する。なお、この始動時酸素・水素供給制御は、作動ガス循環型エンジン５０１の始動制御で実行される制御であり、基本的には始動開始時点ｔ１から始動終了時点ｔ４まで実行される。また、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。【０２１６】
まず、電子制御装置５０の始動状態判定部５６は、クランク角センサ５１の検出信号に基づいて作動ガス循環型エンジン５０１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて作動ガス循環型エンジン５０１が始動時であるか否を判定する（Ｓ６００）。【０２１７】
電子制御装置５０は、始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン５０１が始動時でないと判定された場合（Ｓ６００：Ｎｏ）、つまり、作動ガス循環型エンジン５０１が始動後であると判定された場合、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行すると共に、例えば、通常の酸素・水素供給制御を実行する。【０２１８】
始動状態判定部５６により作動ガス循環型エンジン５０１が始動時であると判定された場合（Ｓ６００：Ｙｅｓ）、水素供給制御部５５は、始動時基本水素供給量ａを算出する（Ｓ６０１）。【０２１９】
次に、始動状態判定部５６は、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前（初回の酸素、水素の供給開始前）であるか否かを判定する（Ｓ６０２）。【０２２０】
始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始前であると判定された場合（Ｓ６０２：Ｙｅｓ）、供給制御部４をなす供給禁止許可部５５７は、燃料供給装置４０による水素の供給を一旦禁止する（Ｓ６０３）。【０２２１】
次に、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ５２、酸素濃度センサ３５２がそれぞれ検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ６０４）。【０２２２】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ６０１で算出された始動時基本水素供給量ａに基づいて始動時基本酸素供給量Ａを算出する（Ｓ６０５）。【０２２３】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ６０４で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度、ここでは、酸素濃度センサ５２が検出した酸素濃度に基づいて、Ｓ６０５で算出した始動時基本酸素供給量Ａを補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する（Ｓ６０６）。【０２２４】
次に、酸素供給制御部５４は、Ｓ６０６で算出された始動時補正酸素供給量Ａ’に始動時増量Ｂを加算し、始動時補正酸素供給量Ａ’と始動時増量Ｂとの和を始動時最終酸素供給量Ｃに設定する（Ｓ６０７）。【０２２５】
次に、酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であるか否かを判定する（Ｓ６０８）。【０２２６】
酸素供給制御部５４は、現在が酸素の供給時期であると判定した場合（Ｓ６０８：Ｙｅｓ）、Ｓ６０７で設定した始動時最終酸素供給量Ｃに基づいて、酸化剤供給装置３０の酸化剤噴射手段３２の駆動を制御し、酸化剤噴射手段３２からの酸素の噴射量を制御することで、酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量が始動時最終酸素供給量Ｃとなるように制御し（Ｓ６０９）、この制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。電子制御装置５０は、酸素供給制御部５４により現在が酸素の供給時期でないと判定された場合（Ｓ６０８：Ｎｏ）は、このＳ６０９をとばしてこの制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。【０２２７】
Ｓ６０２にて始動状態判定部５６により酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素、水素の供給開始後であると判定された場合（Ｓ６０２：Ｎｏ）、供給禁止許可部５５７は、酸素濃度センサ３５２が検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度）を取得する（Ｓ６１０）。【０２２８】
次に、供給禁止許可部５５７は、今回の制御周期以前の制御周期のＳ６０４で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始前の循環経路２０内の酸素濃度、ここでは、酸素濃度センサ３５２が検出した酸素濃度と、Ｓ６１０で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度とを比較し、酸素の供給開始前の酸素濃度からの酸素の供給開始後の現在の酸素濃度の増加量が予め設定される所定値以上であるか否かを判定する（Ｓ６１１）。【０２２９】
供給禁止許可部５５７は、酸素の供給開始前の酸素濃度からの酸素の供給開始後の現在の酸素濃度の増加量が予め設定される所定値以上であると判定した場合（Ｓ６１１：Ｙｅｓ）、燃料供給装置４０による水素の供給を許可し（Ｓ６１２）、電子制御装置５０は、図７で説明したＳ３１１（図７参照）に移行し、以降の処理を実行する。ここでは、その詳細な説明は省略する。【０２３０】
供給禁止許可部５５７は、Ｓ６１１にて、酸素の供給開始前の酸素濃度からの酸素の供給開始後の現在の酸素濃度の増加量が予め設定される所定値より少ないと判定した場合（Ｓ６１１：Ｎｏ）、酸化剤供給装置３０による酸素の供給が予め設定された所定回数以上実行されたか否かを判定する（Ｓ６１３）。すなわち、供給禁止許可部５５７は、始動時Ｔ１の最初の酸化剤供給装置３０による酸素の供給から予め設定される所定回数の酸素の供給が実行されたか否かを判定する。【０２３１】
供給禁止許可部５５７は、酸化剤供給装置３０による酸素の供給が予め設定された所定回数以上実行されていないと判定した場合（Ｓ６１３：Ｎｏ）、燃料供給装置４０による水素の供給を継続して禁止する（Ｓ６１４）。【０２３２】
次に、酸素供給制御部５４は、酸素濃度センサ５２、酸素濃度センサ３５２がそれぞれ検出した酸素の濃度（酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度）を取得し（Ｓ６１５）、電子制御装置５０は、Ｓ６０５に移行し、以降の処理を実行する。この場合、酸素供給制御部５４は、Ｓ６０６では、Ｓ６１５で取得した酸化剤供給装置３０による酸素の供給開始後の現在の循環経路２０内の酸素濃度に基づいて、Ｓ６０５で算出した始動時基本酸素供給量Ａを補正し、始動時補正酸素供給量Ａ’を算出する。【０２３３】
供給禁止許可部５５７は、Ｓ６１３にて、酸化剤供給装置３０による酸素の供給が予め設定された所定回数以上実行されたと判定した場合（Ｓ６１３：Ｙｅｓ）、酸化剤供給装置３０による酸素の供給の異常を判定し（Ｓ６１６）、例えば、不図示の報知手段により酸化剤供給装置３０による酸素の供給の異常を報知すると共に、酸化剤供給装置３０、燃料供給装置４０による酸素と水素の供給を禁止し（Ｓ６１７）、この制御を終了する。【０２３４】
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５０１によれば、作動ガス循環型エンジン５０１は、供給制御部４が供給装置２による反応物（酸素、水素）の供給開始前に反応物濃度センサ３が検出した反応物の濃度に基づいて、少なくとも始動時Ｔ１の最初の供給装置２による反応物の供給量を制御することで、前回の作動ガス循環型エンジン５０１の停止後の循環経路２０内の反応物の残留状態にかかわらず、通常、始動時に必要とされる反応物の供給量に対して過不足なく燃焼室ＣＣに反応物を供給することができ、始動時において、燃焼室ＣＣ内における反応物と作動ガスとの比率を始動時に要求される適正な始動トルクを得ることができる適正な比率にすることができるので、適正に始動することができる。【０２３５】
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５０１によれば、供給装置２は、反応物として酸素を供給する酸化剤供給装置３０と、反応物として酸素によって燃焼する水素を供給する燃料供給装置４０とを含んで構成され、供給制御部４をなす供給禁止許可部５５７は、始動時に酸化剤供給装置３０により酸素を供給し、反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ３５２が酸素の濃度の所定量の変化を検出した場合に燃料供給装置４０による水素の供給を許可する。したがって、作動ガス循環型エンジン５０１は、供給制御部４をなす供給禁止許可部５５７が始動時に酸化剤供給装置３０により酸素を供給し、反応物濃度センサ３をなす酸素濃度センサ３５２により酸素の濃度の所定量の変化を検出した場合に燃料供給装置４０による水素の供給を許可することで、例えば、酸化剤供給装置３０の動作不良時であっても、燃焼室ＣＣに供給される水素に対して燃焼室ＣＣ内の酸素が不足した状態で始動時の酸素と水素との燃焼が開始されることを防止することができ、未燃の水素が循環経路２０に蓄積することを確実に防止することができる。【０２３６】
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。本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、以上で説明した実施形態を複数組み合わせることで構成してもよい。【０２３７】
以上の説明では、作動ガス循環型エンジンは、燃料が燃焼室ＣＣ内に直接噴射されるよう燃料噴射手段４２を設けるものとして説明したが、燃料噴射手段４２は、燃料を吸気ポート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、本発明の作動ガス循環型エンジンは、適正に始動することができる。【０２３８】
以上の説明では、作動ガス循環型エンジンは、酸素が吸気ポート１１ｂに噴射されるよう酸化剤噴射手段３２を設けるものとして説明したが、酸化剤噴射手段３２は、酸素を燃焼室ＣＣ内に直接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、本発明の作動ガス循環型エンジンは、適正に始動することができる。【０２３９】
以上の説明では、作動ガス循環型エンジンは、燃料としての水素（Ｈ２）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、その燃料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、本発明の作動ガス循環型エンジンは、適正に始動することができる。
【産業上の利用可能性】
【０２４０】
以上のように、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、適正に始動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に適用して好適である。
【図１】
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【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【国際調査報告】
2010103621.tif 000018
2010103621.tif 000019
2010103621.tif 000020
2010103621.tif 000021