(57)【要約】【課題】燃焼室に供給されるガスの比熱比を適正に検出することができる作動ガス循環型エンジン及び比熱比検出装置を提供することを目的とする。【解決手段】燃料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燃焼室１１と、作動ガス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、燃焼室１１に供給されたガスの、ピストン１６による圧縮前の圧力及び体積とピストン１６による圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を算出し、当該比熱比に基づいて燃料の燃焼を制御する制御装置６０とを備えることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料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、
前記燃焼室に供給されたガスの、ピストンによる圧縮前の圧力及び体積と前記ピストンによる圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、前記燃焼室に供給されるガスの比熱比を算出し、当該比熱比に基づいて前記燃料の燃焼を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。
【請求項２】
前記制御装置は、前記燃焼室への前記燃料の供給がカットされた状態で前記比熱比を算出する、
請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
【請求項３】
前記燃焼室に供給されるガスの量を可変とする吸気可変機構を備え、
前記制御装置は、前記比熱比を算出する際に、前記吸気可変機構を制御し、前記燃焼室に供給されるガスの量を相対的に多くする、
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】
燃料が燃焼可能な燃焼室に供給されたガスの、ピストンによる圧縮前の圧力及び体積と前記ピストンによる圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、前記燃焼室に供給されるガスの比熱比を算出することを特徴とする、
比熱比検出装置。
【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及び比熱比検出装置に関する。
【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、運転状態に応じたより適正な運転を実現するべく、燃焼室に供給されるガスの比熱比を適正に検出す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、燃焼室に供給されるガスの比熱比を適正に検出することができる作動ガス循環型エンジン及び比熱比検出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】
【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、燃料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、前記燃焼室に供給されたガスの、ピストンによる圧縮前の圧力及び体積と前記ピストンによる圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、前記燃焼室に供給されるガスの比熱比を算出し、当該比熱比に基づいて前記燃料の燃焼を制御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、前記燃焼室への前記燃料の供給がカットされた状態で前記比熱比を算出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、前記燃焼室に供給されるガスの量を可変とする吸気可変機構を備え、前記制御装置は、前記比熱比を算出する際に、前記吸気可変機構を制御し、前記燃焼室に供給されるガスの量を相対的に多くするものとすることができる。
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明に係る比熱比検出装置は、燃料が燃焼可能な燃焼室に供給されたガスの、ピストンによる圧縮前の圧力及び体積と前記ピストンによる圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、前記燃焼室に供給されるガスの比熱比を算出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明に係る作動ガス循環型エンジン、比熱比検出装置は、燃焼室に供給されたガスの、ピストンによる圧縮前の圧力及び体積とピストンによる圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、燃焼室に供給されるガスの比熱比を算出することから、燃焼室に供給されるガスの比熱比を適正に検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】
【００１１】
【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比熱比検出の一例を説明する模式図である。
【図３】図３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。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジン及び比熱比検出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。
【００１３】
［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比熱比検出の一例を説明する模式図、図３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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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、酸素を供給する酸素供給装置３０と、水素を供給する水素供給装置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。
【００１７】
なお、以下で説明する電子制御装置６０は、エンジン１の各部を制御する制御装置であると共に比熱比検出装置でもある。つまり、電子制御装置６０は、比熱比検出装置としての機能も有している。すなわち、以下の説明では、電子制御装置６０は、比熱比検出装置としても兼用されるものとして説明するが、これに限らず、制御装置と比熱比検出装置とが別個に構成されていてもよい。
【００１８】
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。エンジン本体１０は、燃焼室１１に対応してピストン１６が設けられる。ピストン１６は、コネクティングロッドを介してクランクシャフトに連結する。ピストン１６は、シリンダヘッドの下面の凹部とシリンダブロックのシリンダボア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１１は、シリンダヘッドの凹部の壁面とシリンダボアの壁面とピストン１６の頂面とで囲まれた空間によって構成される。燃焼室１１は、ピストン１６のシリンダボア内での往復移動に伴ってその容積が変化する。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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
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。
【００２２】
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、排出弁５４を介して循環経路２０の循環系外に排出される。
【００２３】
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、筒内圧力を検出する筒内圧力センサ６３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。筒内圧力は、燃焼室１１内の圧力に相当する。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、排出弁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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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。
【００２７】
ところで、エンジン１は、上述したように循環経路２０が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しているものの、循環経路２０を構成する部材間を完全にシールすることや燃焼室１１内で生じる不要なガス（例えばエンジンオイルが燃えることで発生する二酸化炭素（ＣＯ2）など）の蓄積を完全に防ぐことは困難である。このため、このようなエンジン１は、例えば、循環経路２０を循環する循環ガス中に酸素、水素、アルゴン等以外の不要な不純ガスが混入することで、循環ガス中のアルゴン比率（アルゴン濃度）が変化しこの循環ガスの比熱比が変化し燃焼室１１内での水素の燃焼条件が変動し、例えば、燃焼条件が最適な条件からずれることで、結果的に熱効率の低下をまねくおそれがある。これにより、エンジン１は、安定した出力が得られないおそれがある。
【００２８】
そこで、本実施形態のエンジン１は、電子制御装置６０が燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を算出し、この比熱比に基づいて水素の燃焼を制御する。これにより、エンジン１は、循環ガスの組成や状態の変化に応じた最適な運転条件となるように運転することができるので、安定した出力を得ることができる。
【００２９】
電子制御装置６０は、燃焼室１１に供給されたガスの、ピストン１６による圧縮前の圧力及び体積とピストン１６による圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を算出する。言い換えれば、電子制御装置６０は、ピストン１６による圧縮前後の燃焼室１１内の圧力と体積とから燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を算出する。なお、燃焼室１１に供給されたガス、燃焼室１１に供給されるガスは、ともに循環経路２０を循環する循環ガスである。つまり、電子制御装置６０は、燃焼室１１に供給された循環ガスの燃焼室１１での圧縮前後の圧力と体積とに基づいて、燃焼室１１に供給される循環ガスの比熱比を算出する。
【００３０】
具体的には、電子制御装置６０は、例えば、燃焼室１１に吸気された循環ガスがピストン１６によって圧縮される前と圧縮された後とでの当該循環ガスの体積比及び圧力比に基づいて循環ガスの比熱比を見積もることができる。ここでは一例として、電子制御装置６０は、クランク角度センサ６２、筒内圧力センサ６３が検出したクランク角度、筒内圧力に基づいて燃焼室１１に供給される循環ガスの比熱比を検出する。
【００３１】
例えば、図２に示すように、ピストン１６による圧縮前（吸気弁１４の閉弁時期）の所定クランク角度Ｃ１における筒内圧力を「Ｐ１」、所定クランク角度Ｃ１における燃焼室１１の容積を「Ｖ１」、ピストン１６による圧縮後（水素の燃焼開始前）の所定クランク角度Ｃ２における筒内圧力を「Ｐ２」、所定クランク角度Ｃ２における燃焼室１１の容積を「Ｖ２」、燃焼室１１に供給される循環ガスの比熱比を「ｋ」とすると、これらの関係は、下記の基本式（１）で表すことができる。
Ｐ１Ｖ１k＝Ｐ２Ｖ２k    ・・・    （１）
この基本式（１）中の燃焼室１１の容積Ｖ１、Ｖ２は、クランク角度センサ６２が検出するクランク角度に応じて一義的に定まり、筒内圧力Ｐ１、Ｐ２は、筒内圧力センサ６３による検出結果から得ることができる。したがって、電子制御装置６０は、基本式（１）を用いてクランク角度と筒内圧力とから燃焼室１１に供給される循環ガスの比熱比ｋを算出することができ、すなわち、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を適正に検出することができる。
【００３２】
ここで、この電子制御装置６０は、例えば、エンジン１を搭載した車両の走行時に燃焼室１１への水素（燃料）の供給がカットされた状態、いわゆるフューエルカット状態で比熱比を算出することが好ましい。このエンジン１は、フューエルカット状態においては、酸素供給装置３０から酸素の供給、水素供給装置４０からの水素の供給が停止した状態となり、燃焼室１１での水素の燃焼が停止した状態となる。このため、電子制御装置６０は、燃焼室１１への水素の供給がカットされた状態で比熱比を算出することで、燃焼室１１での水素の燃焼の影響、例えば、燃焼ガスや燃焼室１１近傍の温度変化の影響などを受けずに、比熱比を算出することができるので、比熱比の検出精度を向上することができる。
【００３３】
また、この電子制御装置６０は、比熱比を算出する際に、燃焼室１１に供給されるガスの量を相対的に多くするようにするとよい。この場合、エンジン１は、図１に示すように、燃焼室１１に供給されるガスの量を可変とする吸気可変機構７０を備え、電子制御装置６０は、この吸気可変機構７０を制御することで燃焼室１１に供給されるガスの量を相対的に多くするようにする。吸気可変機構７０は、例えば、循環経路２０の通路断面積を可変とする可変絞り機構や燃焼室１１に連通する吸気ポート１２を開閉可能な吸気弁１４の開閉動作を調節可能な動弁機構などを含んで構成される。可変絞り機構は、循環経路２０内部に設けられる可変絞り弁が駆動することで、通路の絞り量を調節し、言い換えれば、循環経路２０の通路開度（アルゴンなどの流体が通過可能な通路断面積）を調節することで、燃焼室１１に供給されるガスの量を調節することができる。動弁機構は、吸気弁１４のリフト量や開閉時期を可変とし、これらを連続的に変化させることで、燃焼室１１に吸入されるガスの量を調節することができる。
【００３４】
電子制御装置６０は、比熱比を算出する際に、燃焼室１１に供給されるガスの量を相対的に多くすることで、燃焼室１１にて圧縮されるガスの量が相対的に多くなるので、比熱比の検出精度をさらに向上することができる。例えば、図２では、実線Ｌ１が燃焼室１１に供給されるガスの量が相対的に多い場合を表し、点線Ｌ２が燃焼室１１に供給されるガスの量が相対的に少ない場合を表している。この図にも示すように、燃焼室１１に供給されるガスの量を相対的に多くした場合、圧縮前後での圧力比（Ｐ２／Ｐ１）が、供給されるガスの量を相対的に少なくした場合の圧縮前後での圧力比（ｐ２／ｐ１）より大きくなるので、その分、比熱比の検出精度をさらに向上することができる。
【００３５】
そして、電子制御装置６０は、上記のように算出した比熱比に基づいて水素の燃焼を制御する。電子制御装置６０は、この比熱比に基づいて水素の燃焼を制御するための制御パラメータを制御する。ここで、制御パラメータは、燃焼室１１における水素燃焼に関する操作量であり、エンジン本体１０を通じて燃焼室１１における水素燃焼に影響を与える値である。ここでの制御パラメータは、少なくとも燃焼室１１に水素、酸素を供給する供給時期、燃焼室１１内の水素に点火する点火時期、あるいは、燃焼室１１に供給する水素、酸素の供給量のいずれか１つを含むがこれ以外であってもよい。電子制御装置６０は、これらの制御パラメータの少なくとも１つを循環ガスの比熱比に基づいて変える。電子制御装置６０により上記制御パラメータが補正されることにより、エンジン１は、循環ガスの組成や状態の変化に応じた最適な運転条件となるように運転することができる。すなわち、エンジン１は、比熱比に応じた最適な燃焼条件で運転することができ、熱効率の悪化を抑制し、安定した出力を得ることができる。
【００３６】
次に、図３のフローチャートを参照してエンジン１における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。
【００３７】
まず、電子制御装置６０は、各部のセンサによる検出結果や駆動状態に基づいて、燃焼室１１に供給される循環ガスの比熱比の検出要求があるか否かを判定する（ＳＴ１）。電子制御装置６０は、比熱比検出要求がないと判定した場合（ＳＴ１：Ｎｏ）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００３８】
電子制御装置６０は、比熱比検出要求があると判定した場合（ＳＴ１：Ｙｅｓ）、各部のセンサによる検出結果や駆動状態に基づいて、現在の運転状態が燃焼室１１への水素（燃料）の供給がカットされた状態、いわゆるフューエルカット状態であるか否かを判定する（ＳＴ２）。電子制御装置６０は、現在の運転状態がフューエルカット状態でないと判定した場合（ＳＴ２：Ｎｏ）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００３９】
電子制御装置６０は、現在の運転状態がフューエルカット状態であると判定した場合（ＳＴ２：Ｙｅｓ）、吸気可変機構７０を制御して、吸気量を増量し燃焼室１１に供給されるガスの量を相対的に多くする（ＳＴ３）。
【００４０】
次に、電子制御装置６０は、クランク角度センサ６２の検出結果に基づいてクランク角度を取得する（ＳＴ４）。
【００４１】
次に、電子制御装置６０は、ＳＴ４で取得したクランク角度がピストン１６による圧縮前（吸気弁１４の閉弁時期）の所定クランク角度Ｃ１であるか否かを判定する（ＳＴ５）。
【００４２】
電子制御装置６０は、ＳＴ４で取得したクランク角度が所定クランク角度Ｃ１であると判定した場合（ＳＴ５：Ｙｅｓ）、筒内圧力センサ６３の検出結果に基づいて筒内圧力Ｐ１を取得する（ＳＴ６）。
【００４３】
次に、電子制御装置６０は、ＳＴ４で取得したクランク角度に基づいて燃焼室１１の筒内容積Ｖ１を算出し（ＳＴ７）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００４４】
電子制御装置６０は、ＳＴ５にて、ＳＴ４で取得したクランク角度が所定クランク角度Ｃ１でないと判定した場合（ＳＴ５：Ｎｏ）、ＳＴ４で取得したクランク角度がピストン１６による圧縮後（水素の燃焼開始前）の所定クランク角度Ｃ２であるか否かを判定する（ＳＴ８）。電子制御装置６０は、ＳＴ４で取得したクランク角度が所定クランク角度Ｃ２でないと判定した場合（ＳＴ８：Ｎｏ）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。
【００４５】
電子制御装置６０は、ＳＴ４で取得したクランク角度が所定クランク角度Ｃ２であると判定した場合（ＳＴ８：Ｙｅｓ）、筒内圧力センサ６３の検出結果に基づいて筒内圧力Ｐ２を取得する（ＳＴ９）。
【００４６】
次に、電子制御装置６０は、ＳＴ４で取得したクランク角度に基づいて燃焼室１１の筒内容積Ｖ２を算出する（ＳＴ１０）。
【００４７】
次に、電子制御装置６０は、ＳＴ６で取得した筒内圧力Ｐ１、ＳＴ７で算出した筒内容積Ｖ１、ＳＴ９で取得した筒内圧力Ｐ２、ＳＴ１０で算出した筒内容積Ｖ２に基づいて、上記数式（１）を利用して、燃焼室１１に供給される循環ガスの比熱比ｋを算出し（ＳＴ１１）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。そして、電子制御装置６０は、上記のように算出された比熱比に基づいて水素の燃焼を制御する。
【００４８】
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、水素の燃焼に伴って空気より比熱比の高いアルゴンが膨張可能である燃焼室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、燃焼室１１に供給されたガスの、ピストン１６による圧縮前の圧力及び体積とピストン１６による圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を算出し、この比熱比に基づいて水素の燃焼を制御する電子制御装置６０とを備える。以上で説明した本発明の実施形態に係る電子制御装置６０によれば、水素が燃焼可能な燃焼室１１に供給されたガスの、ピストン１６による圧縮前の圧力及び体積とピストン１６による圧縮後の圧力及び体積とに基づいて、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を算出する。したがって、エンジン１、電子制御装置６０は、燃焼室１１に供給されるガスの比熱比を適正に検出することができ、例えば、この比熱比に応じて最適な運転条件となるように運転することができる。
【００４９】
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及び比熱比検出装置は、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。
【００５０】
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ものであればよい。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】
【００５１】
以上のように本発明に係る作動ガス循環型エンジン及び比熱比検出装置は、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】
【００５２】
１    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
１２    吸気ポート
１３    排気ポート
１４    吸気弁
１５    排気弁
１６    ピストン
２０    循環経路
３０    酸素供給装置
４０    水素供給装置
５０    凝縮器
６０    電子制御装置（制御装置、比熱比検出装置）
６１    アクセル開度センサ
６２    クランク角度センサ
６３    筒内圧力センサ
７０    吸気可変機構
【図１】
2011196198.tif 000003
【図２】
2011196198.tif 000004
【図３】
2011196198.tif 000005