(57)【要約】【課題】この発明は、二酸化炭素を効率よく貯蔵しつつ、そのガス圧を利用して動力機関を駆動することを目的とする。【解決手段】メインタンク１２には、常温で７ＭＰａ以上の圧力に保持されたＣＯ２を貯蔵する。動力機関１０の各シリンダ６０には、メインタンク１２内のＣＯ２と、他のシリンダで発生させた排気ガスとを混合するガス混合室７８を設ける。動力機関１０の作動時には、ガス混合室７８内に導入したＣＯ２を排気ガスにより超臨界状態に遷移させる。そして、このＣＯ２と排気ガスとの混合ガスをシリンダ６０に供給し、ピストン６２を駆動する。これにより、超臨界状態のＣＯ２に多量の排気ガスを溶解させ、排気熱を効率よく吸収させることができる。従って、混合ガスがピストン６２駆動しつつ断熱膨張しても、その温度及び圧力を高い状態に保持することができ、大きな出力トルクを得ることができる。【選択図】図２
2011220170.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
二酸化炭素を常温以上の温度で、かつ７ＭＰａ以上の圧力となる常温高圧状態で貯蔵するメインタンクと、
少なくとも前記メインタンクから供給される二酸化炭素ガスの圧力を利用して駆動され、走行するための動力を出力する動力機関と、
を備えることを特徴とする車両。
【請求項２】
二酸化炭素ガスを車載機器に供給するために、前記常温高圧状態の二酸化炭素を貯蔵するサブタンクを備えてなる請求項１に記載の車両。
【請求項３】
車両の制動時に回生エネルギを利用して使用済みの二酸化炭素ガスを圧縮する回生ブレーキ用コンプレッサを備えてなる請求項１または２に記載の車両。
【請求項４】
車両の制動時に回生エネルギを利用して使用済みの二酸化炭素ガスを圧縮する回生ブレーキ用コンプレッサと、
前記回生ブレーキ用コンプレッサにより圧縮された二酸化炭素の貯蔵先を前記メインタンクと前記サブタンクの何れかに切換える切換手段と、
を備えてなる請求項２に記載の車両。
【請求項５】
前記動力機関は、
前記動力機関の出力軸に連結されたピストンを有するシリンダと、
前記メインタンクに貯蔵された二酸化炭素と他のシリンダで発生させた排気ガスとが導入される空間であって、排気ガスにより超臨界状態に遷移した二酸化炭素と排気ガスとの混合ガスを生成するガス混合室と、
前記混合ガスの圧力により前記ピストンを駆動するために、前記ガス混合室で生成された混合ガスを前記シリンダ内に供給する混合ガス供給機構と、
を備えてなる請求項１乃至４のうち何れか１項に記載の車両。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車等として用いられる車両に関し、特に、二酸化炭素ガスの圧力を利用して作動する動力機関を備えた車両に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、例えば特許文献１（特開２００５−３０６１９１号公報）に開示されているように、圧縮空気により駆動されるエアモータを備え、このエアモータを動力源として走行する車両が知られている。従来技術の車両は、空気圧縮機により圧縮した空気を貯蔵しておくためのタンクを備えている。車両の走行時には、このタンクからエアモータに圧縮空気を供給し、エアモータを作動させることにより、走行用の動力を発生させる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−３０６１９１号公報
【特許文献２】特表２００７−５１８００９号公報
【特許文献３】特開２００６−９０１７０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、上述した従来技術では、タンクに貯蔵した圧縮空気を利用して車両を走行させる構成としている。しかしながら、圧縮気体をタンクに貯蔵する場合には、タンク内の圧力を可能な限り高めたとしても、気体の貯蔵量を増やすには限界がある。このため、従来技術では、圧縮空気の貯蔵量によって車両の航続距離が制限されることになり、十分な航続距離を得ることができないという問題がある。
【０００５】
また、例えば空気を液化してタンクに貯蔵する構成も考えられるが、この場合には、液体空気を極低温に保持するために、大規模な冷蔵設備を車載する必要が生じ、また冷蔵時にエネルギが必要となる。しかも、液体空気をタンクに冷蔵すると、タンク内に熱が侵入することによりボイルオフが生じ、このボイルオフによって液体空気の貯蔵量が減少することになる。これらの問題は、例えば液体窒素をタンクに貯蔵する構成とした場合にも生じるものである。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、本発明は、二酸化炭素を効率よく貯蔵しつつ、そのガス圧を利用して動力機関を駆動することができ、液体空気や液体窒素と比較して簡単な構造で航続距離を延ばすことが可能な車両を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、二酸化炭素を常温以上の温度で、かつ７ＭＰａ以上の圧力となる常温高圧状態で貯蔵するメインタンクと、
少なくとも前記メインタンクから供給される二酸化炭素ガスの圧力を利用して駆動され、走行するための動力を出力する動力機関と、
を備えることを特徴とする。
【０００８】
第２の発明は、二酸化炭素ガスを車載機器に供給するために、前記常温高圧状態の二酸化炭素を貯蔵するサブタンクを備える。
【０００９】
第３の発明は、車両の制動時に回生エネルギを利用して使用済みの二酸化炭素ガスを圧縮する回生ブレーキ用コンプレッサを備える。
【００１０】
第４の発明は、車両の制動時に回生エネルギを利用して使用済みの二酸化炭素ガスを圧縮する回生ブレーキ用コンプレッサと、
前記回生ブレーキ用コンプレッサにより圧縮された二酸化炭素の貯蔵先を前記メインタンクと前記サブタンクの何れかに切換える切換手段と、を備える。
【００１１】
第５の発明によると、前記動力機関は、
前記動力機関の出力軸に連結されたピストンを有するシリンダと、
前記メインタンクに貯蔵された二酸化炭素と他のシリンダで発生させた排気ガスとが導入される空間であって、排気ガスにより超臨界状態に遷移した二酸化炭素と排気ガスとの混合ガスを生成するガス混合室と、
前記混合ガスの圧力により前記ピストンを駆動するために、前記ガス混合室で生成された混合ガスを前記シリンダ内に供給する混合ガス供給機構と、を備える。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、ＣＯ２は７ＭＰａ以上の高圧になると、常温でも液化する特性がある。このため、メインタンク内には、常温高圧状態で液化したＣＯ２を貯蔵することができ、このＣＯ２のガス圧により動力機関を駆動することができる。このため、冷蔵設備等を車両に搭載しなくても、小さなタンク容積で多量のエネルギを効率よく貯蔵することができる。従って、例えば圧縮空気や液体空気、液体窒素等をタンクに貯蔵する場合と比較して、簡単な構造で車両の航続距離を大きく延ばすことができる。
【００１３】
第２の発明によれば、サブタンクには、例えば空調装置等の車載機器を作動させるための液体ＣＯ２を常温高圧状態で効率よく貯蔵することができる。また、メインタンクに貯蔵されたＣＯ２の残量に配慮することなく、サブタンク側のＣＯ２を車載機器に対して自由に供給することができる。これにより、動力機関と車載機器とをそれぞれ円滑に作動させることができる。また、サブタンクに貯蔵されたＣＯ２を必要に応じてメインタンクや動力機関に供給することもでき、この場合には、サブタンクをメインタンクの予備タンクとして機能させることができる。
【００１４】
第３の発明によれば、回生ブレーキ用コンプレッサは、車両の制動時に無駄に消費される運動エネルギを回生エネルギとして回収することができる。そして、この回生エネルギにより使用済みのＣＯ２ガスを効率よく再圧縮することができる。これにより、ＣＯ２ガスの利用効率を高め、車両の省エネルギ化を促進することができる。
【００１５】
第４の発明によれば、回生ブレーキ用コンプレッサは、車両の制動動作を利用して使用済みのＣＯ２ガスを効率よく再圧縮し、第３の発明と同様の作用効果を得ることができる。また、切換手段は、コンプレッサにより再圧縮されたＣＯ２ガスの貯蔵先を、メインタンクとサブタンクの何れかに切換えることができる。従って、例えば複数のタンクのうちＣＯ２が残り少ないタンクに再圧縮ガスを補充する構成とすれば、個々のタンクに適切なタイミングで補充を行うことができる。また、再圧縮されたＣＯ２ガスは高温となるので、例えば各タンクの温度に応じて再圧縮ガスの貯蔵先を切換える構成とすれば、個々のタンクの温度を適切に制御することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、ガス混合室内では、メインタンク内のＣＯ２と、他のシリンダで発生させた排気ガスとをシリンダへの供給前に予備的に混合し、混合ガスを生成することができる。このとき、混合ガス中の排気ガスは、その熱及び圧力によりＣＯ２を超臨界状態に遷移させることができる。超臨界状態では、ＣＯ２に対する排気ガスの溶解性が高くなるので、ＣＯ２に多量の排気熱を吸収させることができる。この結果、混合ガスがシリンダ内でピストンを駆動しながら断熱膨張しても、ＣＯ２が吸収した熱量により、断熱膨張による温度低下を相殺することができ、混合ガスは、ピストンを駆動しながら高いガス圧を維持することができる。従って、混合ガスの膨張によりガスの圧力（ピストンの駆動エネルギ）が低下するのを抑制し、動力機関の出力トルクを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施の形態１において、車両のシステム構成を説明するための全体構成図である。
【図２】動力機関の１つのシリンダを破断して示す模式的な断面図である。
【図３】排気導入制御によりガス混合室に排気ガスを導入する状態を示す動作説明図である。
【図４】ＣＯ２導入制御によりガス混合室にＣＯ２ガスを導入し、混合ガスを生成する状態を示す動作説明図である。
【図５】混合ガス供給制御によりガス混合室内の混合ガスをシリンダ内に供給する状態を示す動作説明図である。
【図６】液化二酸化炭素の貯蔵エネルギ量を、圧縮空気や液体空気の貯蔵エネルギ量と比較して示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
実施の形態１．
［実施の形態１の構成］
以下、図１乃至図６を参照しつつ、本発明の実施の形態１について説明する。まず、図１は、本発明の実施の形態１において、車両のシステム構成を説明するための全体構成図である。図１に示すように、本実施の形態の車両は、二酸化炭素（ＣＯ２）ガスの圧力を利用して作動する動力機関１０と、動力機関１０に供給するＣＯ２を液化した状態で貯蔵するメインタンク１２とを備えている。
【００１９】
動力機関１０は、車両の動力源を構成するもので、自動車用の多気筒エンジン等とほぼ同様の構成を備えている。そして、動力機関１０は、メインタンク１２から供給される高圧のＣＯ２ガスと、排気ガスとを利用して作動する。なお、動力機関１０の構成及び作動については後述する。メインタンク１２は、例えばスチールまたはシリカ系のＦＲＰ樹脂等の材料により、高い耐圧を有する軽量なタンクとして形成され、３０〜７０Ｌ（リットル）程度の容積を有している。そして、メインタンク１２内には、少なくとも７ＭＰａ以上、好ましくは８〜１０ＭＰａ程度に昇圧されたＣＯ２が貯蔵されている。
【００２０】
ここで、ＣＯ２は、７ＭＰａ以上の高圧状態になると、常温以上の温度領域において液化する特性を有している。以下の説明では、ＣＯ２が常温以上の温度で、かつ７ＭＰａ以上の圧力に保持された状態を、常温高圧状態と称するものとする。即ち、メインタンク１２内には、常温高圧状態で液化したＣＯ２が貯蔵されている。このように、ＣＯ２を常温高圧状態で液化すれば、冷蔵機能をもたない簡単な設備と小さなタンク容量でも、多量のＣＯ２を液化した状態で効率よく貯蔵することができる。また、メインタンク１２には、補給設備等からタンク内にＣＯ２を補給するための補給口１４と、この補給口１４を開，閉する補給バルブ１６とが設けられている。
【００２１】
さらに、メインタンク１２には、貯蔵したＣＯ２を動力機関１０に供給するためのガス供給配管１８が接続されている。このガス供給配管１８には、ＣＯ２の供給量を制御する制御弁２０と、ＣＯ２ガスの供給圧力を調整する圧力レギュレータ２２とが設けられている。圧力レギュレータ２２の２次側圧力は、動力機関１０をＣＯ２ガスにより駆動するために必要な圧力（少なくとも５ＭＰａ）以上に設定されている。また、動力機関１０とガス供給配管１８には、動力機関１０の作動時に発生した熱によりガス供給配管１８を暖める熱交換器２４が設けられている。メインタンク１２から供給されたＣＯ２ガスは、気化するときに温度が低下するが、熱交換器２４は、このガスを暖めて熱膨張させることができる。これにより、動力機関１０の廃熱を利用して高い圧力のＣＯ２ガスを動力機関１０に供給し、機関出力や運転効率を高めることができる。
【００２２】
一方、本実施の形態の車両には、メインタンク１２の他にサブタンク２６が搭載されている。サブタンク２６は、例えば１〜１０Ｌ程度の比較的小さな容積をもつ耐圧タンクとして形成され、その内部には、常温高圧状態で液化したＣＯ２が貯蔵されている。このＣＯ２は、主として動力機関１０以外の車載機器（後述の空調装置３２、発電機３４等）に供給される。また、サブタンク２６には、ＣＯ２ガスを流出させる流出配管２８と、流出配管２８を流れるＣＯ２ガスの流出量を制御する制御弁３０とが設けられている。そして、流出配管２８には、サブタンク２６内のＣＯ２を用いて作動する空調装置（エアー・コンディショナー）３２と発電機３４とが設けられている。空調装置３２は、一般的に公知な熱交換器等を備えており、ＣＯ２が気化するときの温度低下を利用して車両の乗車スペース等を冷房する。また、発電機３４は、ＣＯ２ガスの圧力を利用して発電を行う。
【００２３】
上記構成によれば、メインタンク１２に貯蔵されたＣＯ２の残量に配慮することなく、サブタンク２６側のＣＯ２を車載機器に対して自由に供給することができ、これにより動力機関１０と車載機器とをそれぞれ円滑に作動させることができる。また、サブタンク２６にも、ＣＯ２を常温高圧状態で効率よく貯蔵することができる。さらに、後述のタンク接続配管５０等を用いることにより、サブタンク２６に貯蔵されたＣＯ２を必要に応じてメインタンク１２や動力機関１０に供給し、サブタンク２６をメインタンク１２の予備タンクとして使用することもできる。
【００２４】
さらに、本実施の形態のシステムは、車両のブレーキ装置と連動する回生ブレーキ用コンプレッサ３６（以下、コンプレッサ３６と称す）を備えている。コンプレッサ３６は、制動時の慣性力を利用して使用済みのＣＯ２ガスを再圧縮し、ＣＯ２ガスの圧力を２〜５倍程度に昇圧するものである。コンプレッサ３６の吸込側には、サブタンク２６の流出配管２８が接続されており、流出配管２８には、コンプレッサ３６によるガスの吸込量を制御する制御弁３８が設けられている。使用済みのＣＯ２ガスは、例えば２〜５ＭＰａ程度に圧力が低下した状態で流出配管２８を流通し、コンプレッサ３６に吸込まれる。
【００２５】
一方、コンプレッサ３６の吐出側には、吐出配管４０を介してメインタンク１２が接続されると共に、他の吐出配管４２を介してサブタンク２６が接続されている。これらの吐出配管４０，４２には、それぞれＣＯ２ガスの流量を制御する制御弁４４，４６が設けられている。また、吐出配管４０，４２には、再圧縮されることにより高温となったＣＯ２ガスが流通する。このため、少なくとも吐出配管４２には、再圧縮ガスの熱を利用してメインタンク１２を暖める熱交換器４８が設けられている。
【００２６】
上述したコンプレッサ３６によれば、車両の運動エネルギを回収して使用済みのＣＯ２ガスを再圧縮することができる。これにより、ＣＯ２ガスの利用効率を高め、省エネルギ化を促進することができる。なお、図１には記載していないが、本発明では、動力機関１０から排出された使用済みのＣＯ２ガスをコンプレッサ３６に還流させる還流配管を設け、ＣＯ２ガスの少なくとも一部を再使用する構成としてもよい。これにより、ＣＯ２ガスの利用効率を高め、またガスの排出量を抑えることができる。
【００２７】
また、コンプレッサ３６により再圧縮されたＣＯ２ガスの貯蔵先は、上述した２つの制御弁４４，４６によりメインタンク１２とサブタンク２６の何れかに切換えられる。即ち、制御弁４４，４６は、本実施の形態の切換手段を構成している。具体例を挙げれば、ＣＯ２ガスの貯蔵先は、以下の条件（１）〜（３）に応じて切換えられる。
【００２８】
（１）メインタンク１２は、動力機関１０にＣＯ２ガスを供給することによりガスの消費量が比較的多いので、再圧縮されたＣＯ２ガスは、メインタンク１２に優先的に貯蔵される。これにより、車両を作動させるＣＯ２ガスを安定的に確保することができる。また、メインタンク１２は、ガスの供給時に温度が低下し易いのに対し、再圧縮されたＣＯ２ガスは、例えば８０〜１２０℃程度の高温になっているので、再圧縮ガスによりメインタンク１２を効率よく暖めることができる。これにより、例えばメインタンク１２の温度を数℃以上高めることができる。従って、冬季等でもメインタンク１２を容易に保温し、動力機関１０に高圧のＣＯ２ガスを供給することができる。
【００２９】
（２）サブタンク２６内の圧力が例えば３ＭＰａ程度の基準圧よりも低下した場合には、再圧縮されたＣＯ２ガスの貯蔵先がサブタンク２６に切換えられる。これにより、ＣＯ２ガスを用いる各種の車載機器を安定的に作動させることができる。
【００３０】
（３）空調装置３２を円滑に作動させるためには、サブタンク２６から空調装置３２に供給されるＣＯ２ガスの温度を、所定の温度範囲内で安定させることが好ましい。このため、再圧縮されたＣＯ２ガスの貯蔵先は、サブタンク２６内の温度を制御するために切換えられる。即ち、サブタンク２６内の温度を上昇させたい場合には、高温の再圧縮ガスをサブタンク２６に補給する。また、この温度を低下させたい場合には、サブタンク２６に対する再圧縮ガスの補給を停止する。これにより、サブタンク２６から空調装置３２に適切な温度のガスを供給し、空調装置３２を安定的に作動させることができる。
【００３１】
上述した条件（１）〜（３）の何れを優先するかは、例えばメインタンク１２とサブタンク２６のガス残量、各タンク１２，２６の温度状態、空調装置３２への供給ガス温度等に応じて、後述のＥＣＵ５４により総合的に決定される。従って、例えばＣＯ２が残り少なくなったタンクに再圧縮ガスを補充する構成とすれば、複数のタンク１２，２６に対して適切なタイミングで補充を行うことができる。また、各タンク１２，２６の温度状態に応じて再圧縮ガスの貯蔵先を切換える構成とすれば、タンク１２，２６毎にそれぞれ適切な温度を実現することができ、タンクの温度制御を容易に行うことができる。
【００３２】
一方、メインタンク１２とサブタンク２６との間には、両者を接続するタンク接続配管５０と、タンク接続配管５０を流れるＣＯ２ガスの流通方向及び流量を制御する制御弁５２とが設けられている。具体的に述べると、タンク接続配管５０は、ガス供給配管１８と吐出配管４２との間に接続されている。タンク接続配管５０と制御弁５２は、メインタンク１２とサブタンク２６との間でＣＯ２ガスの残量に大きな差異が生じた場合に、両者間でガスの貯蔵量を調整するものである。この構成によれば、例えばメインタンク１２側でＣＯ２ガスが不足した場合や、空調装置３２を使用しない場合等には、タンク接続配管５０によりサブタンク２６からメインタンク１２にＣＯ２ガスを補給することができる。また、サブタンク２６側で車載機器用のＣＯ２ガスが不足した場合には、メインタンク１２からサブタンク２６にＣＯ２ガスを補給することができる。
【００３３】
さらに、前述した制御弁２０，３０，３８，４４，４６，５２は、例えば電磁駆動式の弁機構によって構成されている。そして、これらの制御弁は、動力機関及び車両の運転状態を制御するＥＣＵ（Electronic Control Unit）５４により駆動される。ＥＣＵ５４は、一般的に知られているエンジン制御及び車両制御とほぼ同様に、車載のセンサ系統により動力機関及び車両の運転情報を検出する。なお、センサ系統には、動力機関や車両の運転に必要な情報を検出する各種のセンサ（例えばクランク軸１０Ａの回転角を検出するクランク角センサ、動力機関１０やタンク１２，２６の温度を検出する温度センサ等）が含まれている。
【００３４】
そして、ＥＣＵ５４は、センサ系統により検出した運転情報に基いて制御弁２０，３０，３８，４４，４６，５２等を駆動し、各配管１８，２８，３８，５０におけるＣＯ２ガスの流通状態を制御する。これにより、ＥＣＵ５４は、動力機関１０を円滑に作動させ、車両を走行させることができる。また、ＥＣＵ５４は、前述した条件（１）〜（３）に基いて制御弁４４，４６を駆動し、コンプレッサ３６から吐出されるＣＯ２ガスの貯蔵先を、タンク１２，２６の何れかに切換えることができる。
【００３５】
次に、図２を参照して、動力機関１０の構成及び作動について説明する。図２は、動力機関の１つのシリンダを破断して示す模式的な断面図である。動力機関１０は、複数のシリンダ６０を備えている。なお、図１には４つのシリンダを例示したが、本発明は、４気筒に限定されるものではない。各シリンダ６０には、図２に示すように、ピストン６２が往復動可能に配置されており、ピストン６２は、シリンダ内に圧力室６４を画成している。また、ピストン６２は、動力機関１０の出力軸であるクランク軸１０Ａ（図１参照）に連結されている。また、動力機関１０は、燃焼により作動する通常のエンジンを流用しているため、各シリンダ６０には、吸気ポート６６、排気ポート６８、燃料噴射弁７０、点火プラグ７２、吸気バルブ７４、排気バルブ７６等が設けられている。
【００３６】
本実施の形態のシステムは、個々のシリンダ６０に対して、メインタンク１２またはサブタンク２６に貯蔵されたＣＯ２と排気ガスとの混合ガスを供給し、この混合ガスの圧力によりピストン６２を駆動する構成としている。このため、各シリンダ６０には、小型の耐圧タンク等により形成されたガス混合室７８がそれぞれ設けられている。ガス混合室７８は、メインタンク１２に貯蔵されたＣＯ２と、他のシリンダで発生させた排気ガスとが導入される空間として設けられている。そして、ガス混合室７８は、排気熱及び排気圧を受けることにより超臨界状態に遷移したＣＯ２と、排気ガスとの混合ガスを生成するように構成されている。なお、ＣＯ２の超臨界状態については後述する。また、本実施の形態において、ガス混合室７８には、状況に応じてメインタンク１２とサブタンク２６の何れからもＣＯ２が供給されるが、以下の説明では、メインタンク１２から供給される場合を例に挙げて説明する。
【００３７】
また、ガス混合室７８に排気ガスを導入する他のシリンダとは、動力機関１０に搭載された他のシリンダでもよいし、他の動力機関に搭載されたシリンダでもよい。即ち、本発明では、動力機関に搭載された複数のシリンダのうち、一部のシリンダをＣＯ２により作動させ、他のシリンダを通常の燃焼により作動させる構成としてもよい。また、本発明では、車両に複数の動力機関を搭載し、一部の動力機関をＣＯ２により作動させ、他の動力機関を通常の燃焼により作動させる構成としてもよい。
【００３８】
各シリンダのガス混合室７８には、ＣＯ２導入配管８０、排気導入配管８２及び供給配管８４が接続されている。ＣＯ２導入配管８０は、メインタンク１２内のＣＯ２をガス混合室７８に導入するもので、図１中のガス供給配管１８に接続されている。排気導入配管８２は、他のシリンダで発生させた排気ガスをガス混合室７８に導入するもので、他のシリンダの排気ポート６８に接続されている。また、供給配管８４は、ガス混合室７８内で生成した混合ガスを圧力室６４に供給するもので、供給配管８４の先端部には、圧力室６４内に混合ガスを噴射する噴射ノズルが設けられている。
【００３９】
さらに、上述した配管８０，８２，８４には、それぞれＣＯ２導入制御弁８６、排気導入制御弁８８、供給制御弁９０が設けられている。ＣＯ２導入制御弁８６は、ガス混合室７８に対するＣＯ２の導入量を制御するもので、排気導入制御弁８８は、ガス混合室７８に対する排気ガスの導入量を制御する。また、供給制御弁９０は、ガス混合室７８から圧力室６４への混合ガスの供給量を制御するものである。これらの制御弁８６，８８，９０は、高速作動型の電磁弁等により構成され、全開、全閉及び中間開度による流量制御が可能となっている。なお、供給配管８４及び供給制御弁９０は、本実施の形態の混合ガス供給機構を構成している。
【００４０】
上述した図２の構成において、３つの制御弁８６，８８，９０は、ＥＣＵ５４により駆動される。そして、ＥＣＵ５４は、これらの制御弁を制御することにより、排気導入制御、ＣＯ２導入制御及び混合ガス供給制御を実行する。以下、図３乃至図５を参照して、これらの制御について説明する。
【００４１】
（排気導入制御）
図３は、排気導入制御によりガス混合室に排気ガスを導入する状態を示す動作説明図である。排気導入制御では、まず、ＣＯ２導入制御弁８６と供給制御弁９０とを閉弁した状態で、排気導入制御弁８８を開弁する。これにより、ガス混合室７８内には、他のシリンダで排出された高温（５００℃程度）の排気ガスが排気導入配管８２を通じて導入される。また、排気導入制御は、シリンダ内に混合ガスを噴射するタイミング（上死点の近傍）から逆算して、ピストン６２の上昇中に実行される。このとき、シリンダでは、排気バルブ７６が開弁し、前回の膨張行程で使用された混合ガスが排気ポート６８から排出される。また、排気バルブ７６が開弁することにより、圧力室６４内の圧力は、例えば０．１ＭＰａ程度の大気圧状態に保持される。そして、ＥＣＵ５４は、排気ガスの導入が済んだ時点で排気導入制御弁８８を閉弁し、ＣＯ２導入制御に移行する。
【００４２】
（ＣＯ２導入制御）
図４は、ＣＯ２導入制御によりガス混合室にＣＯ２ガスを導入し、混合ガスを生成する状態を示す動作説明図である。ＣＯ２導入制御では、排気導入制御弁８８と供給制御弁９０とを閉弁した状態で、ＣＯ２導入制御弁８６を開弁する。これにより、メインタンク１２に貯蔵された常温高圧状態のＣＯ２は、ＣＯ２導入配管８０等を通じてガス混合室７８に導入される。このＣＯ２は、ガス混合室７８内で排気熱及び排気圧を受けることにより、温度及び圧力が更に上昇し、超臨界状態に遷移する。
【００４３】
ここで、ＣＯ２の超臨界状態とは、絶対温度で３０４．１Ｋ以上の温度と、７．３８ＭＰａ以上の圧力とに保持された状態として定義される。超臨界状態のＣＯ２は、排気ガスの溶解性が高くなるので、高温の排気ガスを多量に溶解し、排気熱を効率よく吸収することができる。このように、ガス混合室７８によれば、メインタンク１２またはサブタンク２６内のＣＯ２と、他のシリンダで発生させた排気ガスとをシリンダへの噴射前に予備的に混合し、混合ガスを生成することができる。そして、排気熱及び排気圧を利用して、混合ガス中のＣＯ２を超臨界状態に遷移させることができる。これにより、ＣＯ２に多量の排気熱を吸収させ、また、ＣＯ２の圧力を上昇させることができる。
【００４４】
一方、上述した排気導入制御とＣＯ２導入制御では、ＣＯ２導入制御弁８６と排気導入制御弁８８の開弁タイミングをずらすことにより、まず、比較的低圧な排気ガスを導入した後に、高圧なＣＯ２を導入するようにしている。これにより、排気ガスの導入時にＣＯ２が排気導入配管８２に逆流するのを防止し、圧力が大きく異なる２種類のガスを円滑に導入することができる。このようにして、ＣＯ２の導入が済んだ時点で、ＥＣＵ５４は、ＣＯ２導入制御弁８６を閉弁し、混合ガス供給制御に移行する。また、排気バルブ７６は、ＣＯ２導入制御の実行中に徐々に閉弁し、制御の終了時点では閉弁した状態となる。
【００４５】
（混合ガス供給制御）
図５は、混合ガス供給制御によりガス混合室内の混合ガスをシリンダ内に供給する状態を示す動作説明図である。混合ガス供給制御では、上死点の近傍において、ＣＯ２導入制御弁８６と排気導入制御弁８８とを閉弁した状態で、供給制御弁９０を開弁する。これにより、ガス混合室７８に蓄えられた高圧の混合ガスは、供給配管８４の先端部から圧力室６４内に噴射される。この結果、圧力室６４内の圧力は、通常のエンジンにおける爆発行程での圧力（例えば６〜７ＭＰａ程度）まで急激に上昇するので、この高圧によりピストン６２が駆動される。これにより、ピストン６２が往復動してクランク軸１０Ａを回転駆動し、動力機関１０により車両を走行させる動力が出力される。
【００４６】
このとき、圧力室６４内に噴射された混合ガスは、ピストン６２を押動しながら断熱膨張するので、ガスの温度が低下する。従って、例えばＣＯ２のみをシリンダ内に噴射する構成とした場合には、ＣＯ２が膨張するにつれてシリンダ内の温度及び圧力が急激に低下することになり、十分な出力トルクが得られない虞れがある。しかし、本実施の形態において、混合ガスに含まれるＣＯ２は、超臨界状態で排気ガスから多量の熱を吸収している。このため、ＣＯ２が吸収した熱量により、断熱膨張による温度低下を相殺することができ、混合ガスは、ピストン６２を駆動しながら高いガス圧を維持することができる。従って、混合ガスの膨張によりガスの圧力（ピストンの駆動エネルギ）が低下するのを抑制し、動力機関１０の出力トルクを向上させることができる。
【００４７】
また、本実施の形態によれば、シリンダ内に供給するＣＯ２の温度を、これと混合する排気ガスの温度に基いて制御することができ、これによりメインタンク１２の温度制御を容易に行うことができる。即ち、ＣＯ２を排気ガスと混合しない場合には、メインタンク１２内の温度が過度に上昇してＣＯ２が超臨界状態となったり、タンク内の温度低下によりＣＯ２のエネルギが減少するのを回避するために、メインタンク１２の温度を厳密に制御する必要がある。これに対し、本実施の形態では、タンクの温度を厳密に制御しなくても、ガス混合室７８に導入する排気ガスの温度に基いてＣＯ２（混合ガス）の温度をきめ細かく制御することができ、シリンダ内に適切な温度のＣＯ２を供給することができる。
【００４８】
このように、メインタンク１２の温度管理が容易となることで、本実施の形態のシステムを熱帯地域から寒冷地域までの広い範囲にわたって使用することができ、システムを多様な温度環境に適合させることができる。なお、排気温に基いてＣＯ２の温度を制御する場合には、ガス混合室７８に導入する排気ガスを冷却することが可能な冷却装置を設ける構成とすればよい。これにより、排気ガスの温度を排出直後の温度を基準として低温側に制御し、この排気温に基いてＣＯ２の温度制御を行うことができる。
【００４９】
次に、図６を参照して、ＣＯ２を常温高圧状態で貯蔵した場合の利点について説明する。図６は、液化二酸化炭素の貯蔵エネルギ量を、圧縮空気や液体空気の貯蔵エネルギ量と比較して示す説明図である。図６に示すように、室温で空気を圧縮した場合には、仮に２０ＭＰａ程度の高い圧縮圧であっても、比較的少量のエネルギしか貯蔵することができない。また、例えば−１５０℃程度の極低温状態で空気を液化した場合には、貯蔵エネルギ量を増大させることはできても、ボイルオフによる貯蔵量の減少が顕著となり、実用的な貯蔵が困難である。また、極低温を保持するためには、高性能の冷蔵設備を車載する必要が生じる。これらの問題は、液体窒素を貯蔵する場合にも共通するものである。
【００５０】
これに対し、本実施の形態では、常温高圧状態で液化したＣＯ２を貯蔵するので、貯蔵エネルギ量を十分に増大させることができ、しかも、ボイルオフによる貯蔵量の減少を抑制することができる。従って、冷蔵設備等を車載しなくても、小さなタンク容積で多量のエネルギを効率よく貯蔵することができる。これにより、例えば圧縮空気や液体空気、液体窒素等をタンクに貯蔵する場合と比較して、簡単な構造で車両の航続距離を大きく延ばすことができる。
【００５１】
なお、前記実施の形態では、メインタンク１２とサブタンク２６を１つずつ搭載する場合を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えばサブタンク２６を搭載せず、メインタンク１２だけを搭載する構成としてもよい。また、本発明の車両は、メインタンク１２とサブタンク２６の何れか一方または両方を、２つ以上搭載する構成としてもよい。
【００５２】
また、実施の形態では、ＣＯ２ガスにより作動する動力機関１０を例に挙げて説明した。しかし、本発明はこれに限らず、例えば状況に応じてＣＯ２ガスとガソリンとを使い分けるハイブリッド型の動力機関（エンジン）を用いる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００５３】
１０  動力機関
１２  メインタンク
１４  補給口
１６  補給バルブ
１８  ガス供給配管
２０，３０，３８，５２  制御弁
２２  レギュレータ
２４，４８  熱交換器
２６  サブタンク
２８  流出配管
３２  空調装置（車載機器）
３４  発電機（車載機器）
３６  回生ブレーキ用コンプレッサ
４０，４２  吐出配管
４４，４６  制御弁（切換手段）
５０  タンク接続配管
５４  ＥＣＵ
６０  シリンダ
６２  ピストン
６４  圧力室
７８  ガス混合室
８０  ＣＯ２導入配管
８２  排気導入配管
８４  供給配管（混合ガス供給機構）
８６  ＣＯ２導入制御弁
８８  排気導入制御弁
９０  供給制御弁（混合ガス供給機構）
【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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