(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に連通した吸気ポートと同燃焼室に連通した排気ポートとを同燃焼室の外部において接続する循環通路部を備え、同燃焼室に水素と酸素とを供給して同燃焼室において水素を燃焼させるとともに、同燃焼室から同排気ポートを通して排出される排ガスに含まれる単原子ガスからなる作動ガスを同循環通路部及び同吸気ポートを通して同燃焼室に供給する作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環通路部に介装されるとともに入口部及び出口部を有する凝縮部であって同循環通路部から同入口部を通して流入するガスに含まれる水蒸気を凝縮させることにより同入口部を通して流入するガスから同水蒸気を除去したガスを同出口部から同循環通路部へと排出する凝縮部と、
前記排気ポートと前記凝縮部の前記入口部との間において前記循環通路部に介装された酸化触媒と、
を備えた水素エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載の作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環通路部は、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒と前記凝縮部とを順に通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する主通路部と、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒を通過させないように迂回させ且つ前記凝縮部を通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成され、
更に、
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、前記排気ポートから排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部となるように、同主通路部及び同触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する実通路部選択手段と、
前記エンジンの運転状態を表すパラメータに応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する選択制御手段と、
を備える水素エンジン。
【請求項３】
請求項２に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、
前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量が所定の酸素量閾値より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量が前記所定の酸素量閾値より小さいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成された水素エンジン。
【請求項４】
請求項２に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、
前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる水素の量が所定の水素量閾値より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる水素の量が前記所定の水素量閾値より小さいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成された水素エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室に、水素と、酸素と、単原子ガスからなる作動ガスと、を供給して同水素を燃焼させるとともに、同燃焼室から排出された排ガス中の作動ガスを同燃焼室に循環（再供給）する作動ガス循環型水素エンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、燃焼室に水素と酸素と作動ガスとしての単原子ガスであるアルゴンガスとを供給して同水素を燃焼させるとともに、同燃焼室から排出された排ガス中の作動ガスを同燃焼室に循環経路（循環通路部）を通して循環させる作動ガス循環型水素エンジンが提案されている。アルゴンガスは、比熱比が非常に大きい不活性ガスである。従って、上記作動ガス循環型水素エンジンは、アルゴンガスの比熱比よりも小さい比熱比のガス（例えば、空気中の窒素）を作動ガスとして用いる水素エンジンよりも高い熱効率で運転され得る。このような作動ガス循環型水素エンジンの排ガス中には、Ｈ２Ｏ（水蒸気）とアルゴンガスとが含まれる。水蒸気は３原子分子のガスであるから、アルゴンガスよりも比熱比が小さい。従って、従来の作動ガス循環型水素エンジンは、作動ガスの比熱比が低下しないように、排ガスからＨ２Ｏを凝縮器によって分離・除去し、Ｈ２Ｏが除去されたガスを燃焼室に再供給するように構成されている（例えば、特許文献１及び特許文献２を参照。）。
【特許文献１】特開２００８−８２４７号公報
【特許文献２】特開２００８−６４０１８号公報
【０００３】
しかしながら、上記作動ガス循環型水素エンジンの排ガスには、アルゴンガス及び水蒸気以外に、過剰な（或いは、燃焼しなかった）水素（水素ガス）及び酸素（酸素ガス）が多量に含まれる場合がある。水素及び酸素は何れも２原子分子である。従って、水素の比熱比及び酸素の比熱比は、何れも、アルゴンの比熱比よりも小さい。
【０００４】
従って、水素及び／又は酸素が循環されると（即ち、圧縮行程の開始時点に過剰な水素及び／又は酸素が燃焼室内に存在すると）、圧縮行程において燃焼室内に存在するガスの比熱比が低下するから、圧縮上死点における燃焼室内のガスの温度（圧縮端温度）及び圧力が低下する。この場合、水素エンジンが高温高圧のガス中に水素を噴射させることにより水素を拡散燃焼させる形式のエンジンであると、着火が不安定になるために着火タイミングの制御が困難になるという問題がある。更に、膨張行程において燃焼に寄与しない水素及び／又は酸素が増大するから、膨張行程において作動ガスとして機能するガスの比熱比が低下する。このため、エンジンが拡散燃焼により水素を燃焼させるタイプのエンジンであるか、エンジンが火花点火によって水素を火炎伝播燃焼させるタイプのエンジンであるか、に関わらず、エンジンの熱効率が低下するという問題がある。
【発明の開示】
【０００５】
上記課題に対処するために為された本発明による水素エンジンは、
燃焼室に連通した吸気ポートと同燃焼室に連通した排気ポートとを同燃焼室の外部において接続する循環通路部を備え、同燃焼室に水素と酸素とを供給して同燃焼室において水素を燃焼させるとともに、同燃焼室から同排気ポートを通して排出される排ガスに含まれる単原子ガスからなる作動ガスを同循環通路部及び同吸気ポートを通して同燃焼室に供給する作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環通路部に介装されるとともに入口部及び出口部を有する凝縮部であって同循環通路部から同入口部を通して流入するガスに含まれる水蒸気を凝縮させることにより同入口部を通して流入するガスから同水蒸気を除去したガスを同出口部から同循環通路部へと排出する凝縮部と、
前記排気ポートと前記凝縮部の前記入口部との間において前記循環通路部に介装された酸化触媒と、
を備えている。
【０００６】
これによれば、燃焼室から排気ポートを通して排出された排ガスに含まれる「水素及び酸素」は、酸化触媒内において水蒸気へと変化し、その水蒸気は凝縮部において循環するガスから除去される。この結果、排気ポート、循環通路部及び吸気ポートを通して燃焼室へと再供給（循環）されるガス中に存在する「水素の量及び／又は酸素の量」を減少させることができる。従って、作動ガスとして機能するガスの比熱比が大幅に低下しないので、この水素エンジンは高い熱効率にて運転され得る。更に、この水素エンジンが水素を拡散燃焼させるエンジンであれば、着火タイミングを所望の時期（即ち、水素の噴射時期に応じた時期）に容易に制御することができる。なお、前記酸化触媒と前記凝縮部とは管を介して接続されていてもよく、管を介することなく直接接続されていてもよい。
【０００７】
このような水素エンジンにおいて、
前記循環通路部は、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒と前記凝縮部とを順に通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する主通路部と、
前記排気ポートから排出された排ガスを、前記酸化触媒を通過させないように迂回させ且つ前記凝縮部を通過させた後に前記吸気ポートへと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成され、
更に、水素エンジンは、
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、前記排気ポートから排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部となるように、同主通路部及び同触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する実通路部選択手段と、
前記エンジンの運転状態を表すパラメータに応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する選択制御手段と、
を備えることが好適である。
【０００８】
これによれば、エンジンの運転状態に応じ、例えば、「循環されるガス中の水素の量及び／又は酸素の量を減少させること」が好ましい場合には前記主通路部を実通路部として選択し、酸化触媒及び凝縮部によって「水素の量及び／又は酸素の量」を減少させることができる。一方、エンジンの運転状態に応じ、例えば、「エンジンの排気損失を低減させること」の方が「水素の量及び／又は酸素の量を減少させること」よりも好ましい場合には前記触媒バイパス通路部を実通路部として選択し、排ガス（循環されるガス）が酸化触媒を通過しないようにすることによって排気損失を減少させることができる。
【０００９】
より具体的には、前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての「前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量」が所定の酸素量閾値より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、「前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量」が前記所定の酸素量閾値より小さいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成され得る。
【００１０】
或いは、前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての「前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる水素の量」が所定の水素量閾値より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、「前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる水素の量」が前記所定の水素量閾値より小さいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成され得る。
【００１１】
これらによれば、循環されるガス中の「酸素の量及び／又は水素の量」が過大である場合には、それらの量を低減することができる。また、循環されるガス中の「酸素の量及び／又は水素の量」が過大でない場合には、エンジンの排気損失を低減することができる。この結果、水素エンジンは高い効率にて運転することができる。
【００１２】
＜他の好ましい態様＞
また、前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての「前記エンジンの負荷」が所定の負荷閾値より小さいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し、前記エンジンの負荷が前記所定の負荷閾値より大きいとき前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出するように構成されてもよい。エンジンの負荷は、例えば、アクセルペダル操作量及び燃料として供給される水素量等に基づいて決定されてもよく、排気ポートから排出された排ガス中の水蒸気量（水蒸気濃度）に基づいて決定されてもよい。
【００１３】
これによれば、エンジンの負荷が高いとき、排ガスが酸化触媒を通過しないように触媒バイパス通路を実通路部として選択することにより、排ガスが酸化触媒を通過することに起因する圧力損失をなくすことができる。従って、水素エンジンを高出力にて運転することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明による作動ガス循環型水素エンジン（多気筒エンジン）の各実施形態について図面を参照しながら説明する。
【００１５】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンを含むシステムの概略図である。このシステムは、作動ガス循環型水素エンジンの本体部１０、水素供給部４０、酸素供給部５０、循環通路部（作動ガス循環通路部）６０及び電気制御装置７０を備えている。このエンジンは、燃焼室に酸素及び作動ガスとしてのアルゴンガスを供給し、このガスを圧縮させることにより高温高圧となったガス中に水素を噴射することにより水素を拡散燃焼させる形式のエンジンである。なお、図１は、エンジン本体部１０の特定気筒の断面のみを示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００１６】
エンジン本体部１０は、シリンダヘッド部が形成するシリンダヘッド１１と、シリンダブロック部が形成するシリンダ１２と、シリンダ１２内において往復運動するピストン１３と、クランク軸１４と、ピストン１３とクランク軸１４とを連結しピストン１３の往復運動をクランク軸１４の回転運動に変換するためのコネクティングロッド１５と、シリンダブロックに連接されたオイルパン１６と、を備えるピストン往復動型エンジンである。ピストン１３の側面にはピストンリング１３ａが配設されている。
【００１７】
シリンダヘッド１１、シリンダ１２及びオイルパン１６から形成される空間は、ピストン１３により、ピストン１３の頂面側の燃焼室２１と、クランク軸１４を収容するクランクケース２２と、に区画されている。
【００１８】
シリンダヘッド１１には、燃焼室２１に連通した吸気ポート３１と、燃焼室２１に連通した排気ポート３２と、が形成されている。吸気ポート３１には吸気ポート３１を開閉する吸気弁３３が配設されている。排気ポート３２には排気ポート３２を開閉する排気弁３４が配設されている。更に、シリンダヘッド１１には、水素（水素ガス）を燃焼室２１内に直接噴射する水素噴射弁３５が配設されている。
【００１９】
水素供給部４０は、水素タンク（水素ガスタンク）４１、水素ガス通路４２、水素ガス圧レギュレータ４３、水素ガス流量計４４及びサージタンク４５を備えている。
【００２０】
水素タンク４１は燃料としての水素ガスを１０乃至７０ＭＰａの高圧状態にて貯蔵している。水素ガス通路４２は、水素タンク４１と水素噴射弁３５とを連通する通路（管）である。水素ガス通路４２には、水素タンク４１から水素噴射弁３５に向かう順に水素ガス圧レギュレータ４３、水素ガス流量計４４及びサージタンク４５が介装されている。
【００２１】
水素ガス圧レギュレータ４３は周知のプレッシャレギュレータである。この水素ガス圧レギュレータ４３は、水素ガス圧レギュレータ４３よりも下流（サージタンク４５側）における水素ガス通路４２内の圧力を一定圧力に調整するようになっている。水素ガス流量計４４は、水素ガス通路４２を流れる水素ガスの量（水素ガス流量）を計測し、同水素ガス流量を表す信号FH2を発生するようになっている。サージタンク４５は、水素ガス噴射時に水素ガス通路４２内に発生する脈動を低減するようになっている。
【００２２】
酸素供給部５０は、酸素タンク（酸素ガスタンク）５１、酸素ガス通路５２、酸素ガス圧レギュレータ５３、酸素ガス流量計５４及び酸素ガスミキサ５５を備えている。
【００２３】
酸素タンク５１は酸素ガスを所定の圧力にて貯蔵するタンクである。酸素ガス通路５２は、酸素タンク５１と酸素ガスミキサ５５とを連通する通路（管）である。酸素ガス通路５２には、酸素タンク５１から酸素ガスミキサ５５に向かう順に酸素ガス圧レギュレータ５３及び酸素ガス流量計５４が介装されている。
【００２４】
酸素ガス圧レギュレータ５３は、周知の調整圧可変型プレッシャレギュレータである。即ち、酸素ガス圧レギュレータ５３は、酸素ガス圧レギュレータ５３よりも下流（酸素ガスミキサ５５側）における酸素ガス通路５２内の圧力を指示信号に応じた目標調整圧力RO2tgtに調整できるようになっている。換言すると、酸素ガス圧レギュレータ５３は、指示信号に応答して酸素ガス通路５２を流れる酸素ガス量を制御することができるようになっている。
【００２５】
酸素ガス流量計５４は、酸素ガス通路５２を流れる酸素ガスの量（酸素ガス流量）を計測し、同酸素ガス流量FO2を表す信号を発生するようになっている。
【００２６】
酸素ガスミキサ５５は、後述する循環通路部６０の第３通路部６３と第４通路部６４との間に配設されている。酸素ガスミキサ５５は、酸素ガス通路５２を介して供給された酸素と、第３通路部６３を介して入口部に供給されるガスとを混合し、その混合したガスを出口部を通して第４通路部６４に排出するようになっている。
【００２７】
循環通路部６０は、第１乃至第４通路部（第１〜第４流路形成管）６１〜６４、入口部と出口部とを有する酸化触媒６５、及び、入口部と出口部とを有する凝縮部（凝縮器）６６を備えている。循環通路部６０は、排気ポート３２と吸気ポート３１とを燃焼室２１の外部において接続する「排ガス（排ガスに含まれる作動ガス）の循環経路」を構成している。
【００２８】
第１通路部６１は、排気ポート３２と酸化触媒６５の入口部とを接続している。
第２通路部６２は、酸化触媒６５の出口部と凝縮部６６の入口部とを接続している。
第３通路部６３は、凝縮部６６の出口部と酸素ガスミキサ５５の入口部とを接続している。
第４通路部６４は、酸素ガスミキサ５５の出口部と吸気ポート３１とを接続している。
【００２９】
酸化触媒６５は、セラミックス等からなる基材と、その基材に担持された酸化触媒物質（例えば、白金等の貴金属）と、を備える。酸化触媒は、入口部から流入するガスに含まれる水素と酸素とを結合させ、それらを水（水蒸気）に変化させるようになっている。
【００３０】
酸化触媒６５は、上述したように、第１通路部６１と第２通路部６２との間に配設されている。即ち、酸化触媒６５の入口部は第１通路部６１を介して排気ポート３２に接続されている。酸化触媒６５の出口部は第２通路部６２を介して凝縮部６６（凝縮部６６の入口部）に接続されている。酸化触媒６５は排気ポート３２に接続された「図示しないエキゾーストマニホールド」の近傍に配設されている。より具体的には、酸化触媒６５は、各気筒の排気ポート３２に接続されたエキゾーストマニホールドの複数の枝部が集合した集合部と、排気管である第２通路部６２と、の間に配設されている。これにより、酸化触媒６５はエンジンの排ガス熱によって加熱されるので、エンジンの始動後において速やかに活性化する。
【００３１】
凝縮部６６は、上述したように排ガス（循環ガス）の入口部と出口部とを備える。更に、凝縮部６６は、冷却水導入口、冷却水排出口及び凝縮水排出口を備える。凝縮部６６は、入口部から導入されて出口部から排出される「凝縮部６６の内部を通過するガス」に含まれる水蒸気を、冷却水導入口から導入されるとともに内部を通過した後に冷却水排出口から排出される冷却水によって凝縮させる。凝縮された水は凝縮水排出口から外部に排出される。水蒸気が除去（分離）されたガスは、凝縮部６６の出口部から排出される。即ち、凝縮部６６は、「入口部と出口部とを有し、入口部から導入されて出口部から排出される凝縮部６６の内部を通過するガスに含まれる水蒸気を同内部において凝縮させることにより同内部を通過するガスから水（水蒸気）を除去し、同水が除去されたガスを同出口部から排出する」機能を備えている。なお、凝縮部６６は冷却水を使用する水冷式凝縮部であるが、空気（空気の送風）により内部を通過するガスの水蒸気を凝縮する空冷式凝縮部であってもよい。
【００３２】
凝縮部６６は、上述したように、第２通路部６２と第３通路部６３との間に配設されている。即ち、凝縮部６６の入口部は第２通路部６２を介して酸化触媒６５の出口部に接続されている。凝縮部６６の出口部は第３通路部６３を介して酸素ガスミキサ５５（酸素ガスミキサ５５の入口部）に接続されている。これにより、凝縮部６６は、入口部から流入する排ガスに含まれる水蒸気を非凝縮ガスと分離して水となし、その水を外部に排出するとともに、その非凝縮ガスをその出口部から第３通路部６３に供給するようになっている。
【００３３】
電気制御装置７０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装置である。電気制御装置７０には、水素ガス流量計４４、酸素ガス流量計５４、アクセルペダル操作量センサ７１、エンジン回転速度センサ７２、酸素濃度センサ７３、水素濃度センサ７４及びサージタンク圧力センサ７５が接続されている。電気制御装置７０は、これらから各測定信号（検出信号）を入力するようになっている。
【００３４】
アクセルペダル操作量センサ７１は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、同アクセルペダルＡＰの操作量を表す信号Accpを出力するようになっている。
エンジン回転速度センサ７２は、クランク軸１４の回転速度に基づいてエンジン回転速度を表す信号ＮＥとクランク角度を表す信号とを発生するようになっている。
【００３５】
酸素濃度センサ７３及び水素濃度センサ７４は、第１通路部６１に配設されている。
酸素濃度センサ７３は、配設部位（第１通路部６１）を流れるガス（被検出ガス、排気ポート３２を通して排出された排ガス）の酸素濃度を検出し、酸素濃度を表す信号Voxを発生するようになっている。信号Voxは被検出ガスの酸素濃度が高いほど大きくなるように変化する。
水素濃度センサ７４は、配設部位（第１通路部６１）を流れるガス（被検出ガス、排気ポート３２を通して排出された排ガス）の水素濃度を検出し、水素濃度を表す信号VH2を発生するようになっている。信号VH2は被検出ガスの水素濃度が高いほど大きくなるように変化する。
サージタンク圧力センサ７５は、サージタンク４５内の水素ガスの圧力を検出し、サージタンク内の圧力（サージタンク圧力、即ち、噴射水素ガス圧力）Psgを表す信号を発生するようになっている。
【００３６】
更に、電気制御装置７０は、各気筒の水素噴射弁３５及び酸素ガス圧レギュレータ５３と接続されていて、これらに指示信号又は駆動信号を送出するようになっている。
【００３７】
次に、上記のように構成された作動ガス循環型水素エンジンの作動について説明する。
【００３８】
電気制御装置７０のＣＰＵは、クランク角度が所定のクランク角度（例えば、各気筒の圧縮上死点前１５度）に一致する毎に図２にフローチャートにより示した噴射制御ルーチンを実行するようになっている。従って、クランク角度が前記所定のクランク角度に一致すると、ＣＰＵはこのルーチンの処理をステップ２００から開始してステップ２０５に進み、要求水素量ＳＨ２を現時点にて検出されているアクセルペダル操作量Accp（負荷）及び現時点にて検出されているエンジン回転速度ＮＥと関数ｆ１とに基づいて求める。関数ｆ１は、アクセルペダル操作量Accp及びエンジン回転速度ＮＥにより定まる運転要求トルクに応じた要求水素量ＳＨ２を求めるための予め定められた関数（例えば、ルックアップテーブル）である。
【００３９】
次いで、ＣＰＵはステップ２１０に進み、上記要求水素量ＳＨ２、現時点で検出されているサージタンク圧力Psg及び現時点で検出されているエンジン回転速度ＮＥと、予め定められた関数ｆ２（例えば、ルックアップテーブル）と、に基づいて要求水素量ＳＨ２を水素噴射弁３５の開弁時間である水素噴射時間ＴＡＵに変換する。次にＣＰＵはステップ２１５に進み、上記要求水素量ＳＨ２、現時点で検出されているサージタンク圧力Psg及び現時点で検出されているエンジン回転速度ＮＥと、予め定められた関数ｆ３（例えば、ルックアップテーブル）と、に基づいて噴射開始タイミングθinjを決定する。そして、ＣＰＵはステップ２２０に進んで、噴射開始タイミングθinjから水素噴射時間ＴＡＵの時間だけ「現時点において圧縮上死点前１５度のクランク角度となっている気筒」の水素噴射弁３５を開弁するための駆動信号をその水素噴射弁３５に送出し、ステップ２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、要求されたトルクを発生するのに必要な量の水素が燃焼室２１内に供給される。
【００４０】
更に、ＣＰＵは、所定時間の経過毎に図３にフローチャートにより示したレギュレータ制御ルーチンを実行するようになっている。従って、ＣＰＵは、所定のタイミングになるとこのルーチンの処理をステップ３００から開始してステップ３０５に進み、現時点における要求水素量ＳＨ２の単位時間あたりの平均値ＳＨ２aveを算出する。この算出は、前述した図２のステップ２０５により求められる要求水素量ＳＨ２を単位時間に渡って積算することにより行われる。次いで、ＣＰＵはステップ３１０に進んで上記のようにして求められた平均値ＳＨ２aveと予め定められた関数ｆ４（例えば、ルックアップテーブル）とに基づいて目標酸素ガス流量FO2tgtを求める。
【００４１】
前述したように、このエンジンは水素を燃料として燃焼させる。従って、水素の燃焼により水のみを生成するためには、水素２モルに対して酸素１モルを供給する必要がある。このため、関数ｆ４は、平均値ＳＨ２aveにより表される水素のモル数の半分のモル数の酸素（実際には、同半分のモル数の酸素量に余裕量を加えた量の酸素）が燃焼室２１に供給されるように、目標酸素ガス流量FO2tgtを決定するようになっている。
【００４２】
次いで、ＣＰＵはステップ３１５に進み、現時点にて検出されている酸素ガス流量FO2が上記目標酸素ガス流量FO2tgt以上であるか否かを判定する。そして、ＣＰＵは、現時点にて検出されている酸素ガス流量FO2が上記目標酸素ガス流量FO2tgt以上であると判定したとき、ステップ３２０に進んで酸素ガス圧レギュレータ５３の目標調整圧力RO2tgtを正の一定値ａだけ減少させる。これにより、酸素ガスミキサ５５に供給される酸素ガス量が減少する。
【００４３】
一方、ＣＰＵは、ステップ３１５にて現時点にて検出されている酸素ガス流量FO2が上記目標酸素ガス流量FO2tgtより小さいと判定したとき、ステップ３２５に進んで酸素ガス圧レギュレータ５３の目標調整圧力RO2tgtを正の一定値ｂだけ増大させる。これにより、酸素ガスミキサ５５に供給される酸素ガス量が増大する。以上により、必要十分な量の酸素が酸素ガスミキサ５５を介して燃焼室２１に供給される。次いで、ＣＰＵはステップ３９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００４４】
以上、説明したように、本発明の第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、
燃焼室２１に「水素」と「酸素」と「単原子ガスからなる作動ガス（アルゴンガス）」とを供給してその水素を燃焼させるとともに、燃焼室２１に連通した排気ポート３２と燃焼室２１に連通した吸気ポート３１とを燃焼室２１の外部において接続する循環通路部６０を備え、燃焼室２１から排気ポート３２を通して排出された排ガス中の作動ガスを循環通路部６０及び吸気ポート３１を通して燃焼室２１に流入させる作動ガス循環型水素エンジンである。
【００４５】
更に、このエンジンは、
前記循環通路部６０（第２通路部６２と第３通路部６３との間）に介装されるとともに入口部及び出口部を有する凝縮部６６であって「同循環通路部６０（第２通路部６２）から同入口部を通して流入するガス」に含まれる水蒸気を凝縮させることにより「同入口部を通して流入するガスから同水蒸気を除去したガス」を同出口部から同循環通路部６０（第３通路部６３）へと排出する凝縮部６６と、
前記排気ポート３２と前記凝縮部６６の前記入口部との間において前記循環通路部６０（即ち、第１通路部６１と第２通路部６２との間）に介装された酸化触媒６５と、
を備える。
【００４６】
従って、燃焼室２１から排出された排ガスに含まれる水素及び酸素は、酸化触媒６５内において水蒸気へと変化させられる。そして、その水蒸気は凝縮部６６において循環するガスから除去される。従って、循環通路部６０を経由して燃焼室２１に再供給される水素の量及び／又は酸素の量を減少させることができるので、作動ガスの比熱比が著しく低下しない。この結果、この水素エンジンは高い熱効率にて運転され得る。更に、燃焼室２１の圧縮作用の開始時において燃焼室２１に存在する余剰の「水素及び／又は酸素」の量を減少させることができるので、圧縮上死点近傍における燃焼室２１内のガスの温度及び圧力が高くなる。従って、水素噴射弁３５から水素が噴射されるときに、その水素を確実に拡散燃焼させることができる。換言すると、このエンジンによれば、着火時期を所望の時期（即ち、水素の噴射時期に応じた時期）に確実に制御することができる。
【００４７】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、酸化触媒と凝縮部とを一体化した点のみにおいて、第１実施形態の水素エンジンと相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【００４８】
図４に示したように、このエンジンは、酸化触媒６５Ａと凝縮部６６Ａとを一体化した凝縮部６７を備えている。換言すると、酸化触媒６５Ａの出口部と凝縮部６６Ａの入口部とが、通路部を介することなく直接的に接続されている。酸化触媒６５Ａは酸化触媒６５と同一の機能を達成する触媒である。凝縮部６６Ａは凝縮部６６と同一の機能を達成する凝縮部である。
【００４９】
この第２実施形態によれば、第１実施形態の第２通路部６２のように酸化触媒と凝縮部とを接続する管路が不要となる。従って、水素エンジンを簡素化することができる。なお、この場合も、酸化触媒６５Ａは、排気ポート３２と凝縮部６６Ａの入口部との間において循環通路部６０に介装されていると言うことができる。
【００５０】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの酸化触媒６５をバイパス（迂回）する通路を備える点等において、第１実施形態の水素エンジンと相違している。従って、以下、第１実施形態との相違点を中心として説明する。
【００５１】
第３実施形態に係るエンジンの循環通路部６０は、図５に示したように、酸化触媒６５、凝縮部６６に代わる凝縮部６６Ｂ、第１通路部６１、第２通路部６２、第４通路部６４、第１接続通路部８１、第２接続通路部８２、上流側バイパス通路部８３、下流側バイパス通路部８４及び通路切換弁８５を備えている。
【００５２】
凝縮部６６Ｂは、第１入口部６６Ｂin1、第１出口部６６Ｂout1、第２入口部６６Ｂin2及び第２出口部６６Ｂout2を備える。更に、凝縮部６６Ｂは、凝縮部６６と同様、冷却水導入口、冷却水排出口及び凝縮水排出口を備える。第１入口部６６Ｂin1は図示しない第１内部通路を通して第１出口部６６Ｂout1と連通している。第２入口部６６Ｂin2は図示しない第２内部通路を通して第２出口部６６Ｂout2と連通している。
【００５３】
凝縮部６６Ｂは、第１入口部６６Ｂin1から導入されて第１出口部６６Ｂout1から排出される「凝縮部６６Ｂの第１内部通路を通過するガス」に含まれる水蒸気を、冷却水導入口から導入されるとともに内部を通過した後に冷却水排出口から排出される冷却水によって凝縮させる。凝縮された水は凝縮水排出口から外部に排出される。この水蒸気が除去（分離）されたガスは、第１出口部６６Ｂout1から排出される。
【００５４】
同様に、凝縮部６６Ｂは、第２入口部６６Ｂin2から導入されて第２出口部６６Ｂout2から排出される「凝縮部６６Ｂの第２内部通路を通過するガス」に含まれる水蒸気を、前記冷却水によって凝縮させる。凝縮された水は凝縮水排出口から外部に排出される。この水蒸気が除去（分離）されたガスは、第２出口部６６Ｂout2から排出される。
【００５５】
第１通路部６１は、排気ポート３２と酸化触媒６５の入口部とを接続している。
第２通路部６２は、酸化触媒６５の出口部と凝縮部６６Ｂの第１入口部６６Ｂin1とを接続している。
第１接続通路部８１は、凝縮部６６Ｂの第１出口部６６Ｂout1と通路切換弁８５の第１入口部とを接続している。
第２接続通路部８２は、通路切換弁８５の出口部と酸素ガスミキサ５５の入口部とを接続している。
第４通路部６４は、酸素ガスミキサ５５の出口部と吸気ポート３１とを接続している。
【００５６】
上流側バイパス通路部８３は、第１通路部６１の所定位置（分岐点Ｂｒ）と凝縮部６６Ｂの第２入口部６６Ｂin2とを接続している。
下流側バイパス通路部８４は、凝縮部６６Ｂの第２出口部６６Ｂout2と通路切換弁８５の第２入口部とを接続している。
【００５７】
通路切換弁８５は三方弁である。通路切換弁８５は、第１状態と、第２状態と、の何れかの状態を電気制御装置７０からの指示（指示信号）に応じて実現するようになっている。第１状態は、通路切換弁８５の第１入口部と通路切換弁８５の出口部とが連通させられることにより、第１接続通路部８１と第２接続通路部８２とが連通させられる状態である。このとき、通路切換弁８５の第２入口部と通路切換弁８５の出口部とは遮断される。第２状態は、通路切換弁８５の第２入口部と通路切換弁８５の出口部とが連通させられることにより、下流側バイパス通路部８４と第２接続通路部８２とが連通させられる状態である。このとき、通路切換弁８５の第１入口部と通路切換弁８５の出口部とは遮断される。
【００５８】
通路切換弁８５が第１状態を実現したとき、排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５と凝縮部６６Ｂとを順に通過させた後に酸素ガスミキサ５５を介して吸気ポート３１へと到達させる通路部が構成される。この通路部（即ち、第１通路部６１、第２通路部６２、第１接続通路部８１、第２接続通路部８２及び第４通路部６４）は、便宜上、「主通路部」とも称呼される。
【００５９】
一方、通路切換弁８５が第２状態を実現したとき、排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５を通過させないように迂回させ、且つ、凝縮部６６Ｂを通過させた後に酸素ガスミキサ５５を介して吸気ポート３１へと到達させる通路部が構成される。この通路部（即ち、第１通路部６１、上流側バイパス通路部８３、下流側バイパス通路部８４、第２接続通路部８２及び第４通路部６４）は、便宜上、「触媒バイパス通路部」とも称呼される。
【００６０】
次に、上記のように構成された第３実施形態の作動について説明する。第３実施形態のＣＰＵは、図２及び図３に示したルーチンに加え、図６に示したルーチンを所定時間が経過する毎に実行するようになっている。
【００６１】
従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵは図６のステップ６００から処理を開始してステップ６０５に進み、「酸素濃度センサ７３からの酸素濃度（酸素量）を表す信号Vox」を取得する。次いで、ＣＰＵはステップ６１０に進み、酸素濃度を表す信号Voxが高側所定濃度に対応する高側閾値VoxthH以上であるか否かを判定する。
【００６２】
いま、排気ポート３２を通して排出された第１通路部６１内の排ガスに過剰な酸素（従って、水素）が含まれていて、酸素濃度を表す信号Voxが高側所定濃度に対応する高側閾値VoxthH以上であると仮定する。このとき、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２０に進み、通路切換弁８５が、前述した主通路部を「排気ポート３２から排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部（正規の循環通路部）」として選択するように通路切換弁８５に指示を送出する。これにより、通路切換弁８５の第１入口部と通路切換弁８５の出口部とが連通させられることにより上記第１状態が実現される（第１接続通路部８１と第２接続通路部８２とが連通させられる。）。
【００６３】
この結果、排気ポート３２から排出された排ガスは、酸化触媒６５を通過する。従って、排ガス中に含まれる酸素と水素とが結合して水蒸気へと変化する。その水蒸気は凝縮部６６Ｂにて凝縮させられる。これにより、循環通路部６０及び吸気ポート３１を通して燃焼室２１に循環されるガスに含まれる「酸素及び水素」の量が低下する。従って、作動ガスとして機能するガスの比熱比κが低下しないので、水素エンジンは高い効率にて運転される。
【００６４】
その後、ＣＰＵはステップ６２５に進み、「酸素・水素除去フラグＦ」の値を「１」に設定する。酸素・水素除去フラグＦは、その値が「１」であるとき、酸化触媒６５内での酸素及び水素の結合に基づく「余剰な酸素及び水素の除去を行っている場合」であることを示す。酸素・水素除去フラグＦは、その値が「０」であるとき、「余剰な酸素及び水素の除去を行っていない場合」であることを示す。なお、酸素・水素除去フラグＦは、図示しないイグニッション・キー・スイッチがオフ位置からオン位置へと変更された際に実行されるイニシャルルーチンにより「０」に設定されている。
【００６５】
次に、この状態において、排気ポート３２を通して排出された第１通路部６１内の排ガスの酸素濃度を表す信号Voxが高側所定濃度に対応する高側閾値VoxthHよりも小さくなったと仮定する。この場合、ＣＰＵは図６のステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６１５に進んで「酸素・水素除去フラグＦ」の値が「１」であるか否かを判定する。
【００６６】
この場合、酸素・水素除去フラグＦの値は「１」である。従って、ＣＰＵはステップ６１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３０に進み、第１通路部６１を流れる排ガスの酸素濃度を表す信号Voxが低側所定濃度に対応する低側閾値VoxthL以下であるか否かを判定する。低側閾値VoxthLは、高側閾値VoxthHよりも小さい値である。このとき、ガスの酸素濃度を表す信号Voxが低側閾値VoxthLよりも大きいと、ＣＰＵはステップ６３０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。なお、ＣＰＵがステップ６１５の処理を実行する時点において、酸素・水素除去フラグＦの値が「１」でなければ、ＣＰＵはステップ６９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６７】
一方、ＣＰＵがステップ６３０の処理を実行したとき、ガスの酸素濃度を表す信号Voxが低側閾値VoxthL以下であれば、ＣＰＵはステップ６３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６３５に進み、通路切換弁８５が前述した触媒パイパス通路部を実通路部（正規の循環通路部）として選択するように通路切換弁８５に指示を送出する。これにより、通路切換弁８５の第２入口部と通路切換弁８５の出口部とが連通させられる。従って、上記第２状態が実現させられる（下流側バイパス通路部８４と第２接続通路部８２とが連通させられる。）。
【００６８】
この結果、排気ポート３２から排出された排ガスは、酸化触媒６５を通過することなく凝縮部６６Ｂに流入する。従って、排ガスが酸化触媒６５を通過することに起因する圧力損失をなくすことができる。更に、この場合、循環する水素の量及び循環する酸素の量が小さいので、作動ガスの比熱比κはアルゴンガスの比熱比κと同等となる。即ち、作動ガスの比熱比κが大きな値に維持される。従って、水素エンジンを効率良く運転することができる。
【００６９】
以上、説明したように、第３実施形態に係る水素エンジンの循環通路部６０は、
排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５と凝縮部６６Ｂとを順に通過させた後に吸気ポート３１へと到達させる通路を構成する主通路部と、
排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５を通過させないように迂回させ且つ凝縮部６６Ｂを通過させた後に吸気ポート３１へと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成されている。
更に、この水素エンジンは、実通路部選択手段（通路切換弁８５）と、選択制御手段（電気制御装置７０及び図６に示したフローチャートを参照。）と、を備える。
【００７０】
実通路部選択手段（通路切換弁８５）は、
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、「排気ポート３２から排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部」となるように、主通路部及び触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する。
選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータ（本例においては、排気ポート３２から排出された排ガス中に含まれる酸素の量を表す酸素濃度を表す信号Vox）に応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する。
【００７１】
これによれば、エンジンの特定の運転状態（即ち、循環されるガス中の酸素の量を減少させることが好ましい状態）において前記主通路部を実通路部として選択することができる。従って、酸化触媒６５及び凝縮部６６Ｂによって酸素の量を減少させることができる。一方、エンジンの他の運転状態（即ち、循環されるガス中の酸素の量を減少させるよりは排気抵抗を低減することの方が好ましい状態）において前記触媒バイパス通路部を実通路部として選択することができる。従って、排ガス（循環されるガス）が酸化触媒６５を通過しないようにすることによって排気抵抗に起因する圧力損失を減少させることができる。
【００７２】
より具体的には、前記選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータとしての「前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量（酸素濃度を表すVox）」が所定の酸素量閾値（高側所定濃度に対応する高側閾値VoxthH）より大きいとき前記主通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出し（図６のステップ６１０及びステップ６２０を参照。）、「前記排気ポートから排出された排ガス中に含まれる酸素の量」が前記所定の酸素量閾値より小さいとき（即ち、酸素濃度を表すVoxが高側閾値VoxthHに対応する高側所定濃度よりも低い低側所定濃度に対応する低側閾値VoxthLより小さいとき）、前記触媒バイパス通路部を選択するように前記実通路部選択手段に指示を送出する（図６のステップ６１０、ステップ６３０及びステップ６３５を参照。）。なお、高側閾値VoxthHと低側閾値VoxthLとは互いに等しい閾値であってもよい。
【００７３】
この結果、循環通路部６０を経由して燃焼室２１に循環される「水素及び酸素の量」が多い場合、それらを低減できるので、水素エンジンを効率良く運転することができる。従って、圧縮上死点近傍における燃焼室２１内のガスの圧力及び温度を高い値に維持できるので、水素噴射弁３５からの水素の噴射によって着火時期を精密に制御することができる。更に、循環通路部６０を経由して燃焼室２１に循環される「水素及び酸素の量」が少ない場合、排ガスが酸化触媒６５を迂回する。従って、排気抵抗（圧力損失）を低減することができるので、水素エンジンの効率を上昇させることができる。
【００７４】
なお、凝縮部６６Ｂは、別個の独立した二つの凝縮部（第１凝縮部及び第２凝縮部）からなっていてもよい。この場合、第２通路部６２は酸化触媒６５の出口部と第１凝縮部の入口部とを接続し、第１接続通路部８１は第１凝縮部の出口部と通路切換弁８５の第１入口部とを接続する。更に、上流側バイパス通路部８３は第１通路部６１の所定位置（分岐点Ｂｒ）と第２凝縮部の入口部を接続し、下流側バイパス通路部８４は第２凝縮部の出口部と通路切換弁８５の第２入口部とを接続する。
【００７５】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、第３実施形態と同様、第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの酸化触媒６５をバイパス（迂回）する通路を備える点等において、第１実施形態の水素エンジンと相違している。従って、以下、第１実施形態との相違点を中心として説明する。
【００７６】
第４実施形態に係るエンジンの循環通路部６０は、図７に示したように、酸化触媒６５、凝縮部６６、第１通路部６１、第３通路部６３、第４通路部６４、触媒下流通路部８６、切換弁下流通路部８７、バイパス通路部８８及び通路切換弁８９を備えている。
【００７７】
第１通路部６１は、排気ポート３２と酸化触媒６５の入口部とを接続している。
触媒下流通路部８６は、酸化触媒６５の出口部と通路切換弁８９の第１入口部とを接続している。
切換弁下流通路部８７は、通路切換弁８９の出口部と凝縮部６６の入口部とを接続している。
バイパス通路部８８は、第１通路部６１の所定位置（分岐点Ｂｒ）と通路切換弁８９の第２入口部とを接続している。
第３通路部６３は、凝縮部６６の出口部と酸素ガスミキサ５５の入口部とを接続している。
第４通路部６４は、酸素ガスミキサ５５の出口部と吸気ポート３１とを接続している。
【００７８】
通路切換弁８９は三方弁である。通路切換弁８９は、第３状態と、第４状態と、の何れかの状態を電気制御装置７０からの指示（指示信号）に応じて実現するようになっている。第３状態は、通路切換弁８９の第１入口部と通路切換弁８９の出口部とが連通させられることにより、触媒下流通路部８６と切換弁下流通路部８７とが連通させられる状態である。このとき、通路切換弁８９の第２入口部と通路切換弁８９の出口部とは遮断される。第４状態は、通路切換弁８９の第２入口部と通路切換弁８９の出口部とが連通させられることにより、バイパス通路部８８と切換弁下流通路部８７とが連通させられる状態である。このとき、通路切換弁８９の第１入口部と通路切換弁８９の出口部とは遮断される。
【００７９】
通路切換弁８９が第３状態を実現したとき、排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５と凝縮部６６とを順に通過させた後に酸素ガスミキサ５５を介して吸気ポート３１へと到達させる通路部が構成される。この通路部（即ち、第１通路部６１、触媒下流通路部８６、切換弁下流通路部８７、第３通路部６３及び第４通路部６４）は、便宜上、「主通路部」とも称呼される。
【００８０】
一方、通路切換弁８９が第４状態を実現したとき、排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５を通過させないように迂回させ、且つ、凝縮部６６を通過させた後に酸素ガスミキサ５５を介して吸気ポート３１へと到達させる通路部が構成される。この通路部（即ち、第１通路部６１、バイパス通路部８８、切換弁下流通路部８７、第３通路部６３及び第４通路部６４）は、便宜上、「触媒バイパス通路部」とも称呼される。
【００８１】
この第４実施形態に係る電気制御装置７０のＣＰＵは、第３実施形態に係る電気制御装置のＣＰＵと同様に作動する。より具体的に述べると、第４実施形態に係る電気制御装置７０のＣＰＵは、第１通路部６１を流れる排ガスの酸素濃度を表す信号Voxが高側所定濃度に対応する高側閾値VoxthH以上であるとき、通路切換弁８９が前述した主通路部を「排気ポート３２から排出された排ガスが実際に通過する通路を構成する実通路部（正規の循環通路部）」として選択するように通路切換弁８９に指示を送出する。これにより、通路切換弁８９の第１入口部と通路切換弁８９の出口部とが連通させられる。従って、上記第３状態が実現される（触媒下流通路部８６と切換弁下流通路部８７とが連通させられる。）。
【００８２】
この結果、排気ポート３２から排出された排ガスは、酸化触媒６５を通過する。従って、排ガス中に含まれる酸素と水素とが結合して水蒸気と変化する。その水蒸気は凝縮部６６にて凝縮させられる。これにより、循環通路部６０及び吸気ポート３１を通して燃焼室２１に循環されるガスに含まれる「酸素及び水素」の量が低下する。従って、作動ガスとして機能するガスの比熱比κが低下しないので、水素エンジンは高い効率にて運転される。
【００８３】
一方、第１通路部６１を流れる排ガスの酸素濃度を表す信号Voxが低側所定濃度に対応する低側閾値VoxthL以下であると、通路切換弁８９が前述した触媒パイパス通路部を実通路部（正規の循環通路部）として選択するように通路切換弁８９に指示を送出する。これにより、通路切換弁８９の第２入口部と通路切換弁８９の出口部とが連通させられる。従って、上記第４状態が実現される（バイパス通路部８８と切換弁下流通路部８７とが連通させられる。）。
【００８４】
この結果、排気ポート３２から排出された排ガスは、酸化触媒６５を通過することなく凝縮部６６に流入する。従って、排ガスが酸化触媒６５を通過することに起因する圧力損失をなくすことができる。更に、この場合、循環する水素の量及び循環する酸素の量が小さいので、作動ガスの比熱比κはアルゴンガスの比熱比κと同等となる。即ち、作動ガスの比熱比κが大きな値に維持される。従って、水素エンジンを効率良く運転することができる。
【００８５】
以上、説明したように、第４実施形態に係る水素エンジンの循環通路部６０は、
排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５と凝縮部６６とを順に通過させた後に吸気ポート３１へと到達させる通路を構成する主通路部と、
排気ポート３２から排出された排ガスを、酸化触媒６５を通過させないように迂回させ且つ凝縮部６６を通過させた後に吸気ポート３１へと到達させる通路を構成する触媒バイパス通路部と、を形成するように構成されている。
更に、この水素エンジンは、実通路部選択手段（通路切換弁８９）と、選択制御手段（電気制御装置７０及び図６に示したフローチャートを参照。）と、を備える。
【００８６】
実通路部選択手段（通路切換弁８９）は、
前記主通路部及び前記触媒バイパス通路部の何れか一方が、「前記実通路部」となるように、主通路部及び触媒バイパス通路部の何れか一方を指示に応じて択一的に選択する。
選択制御手段は、前記エンジンの運転状態を表すパラメータ（本例においては、排気ポート３２から排出された排ガス中に含まれる酸素の量を表す酸素濃度を表す信号Vox）に応じて前記実通路部選択手段に前記指示を送出する。
【００８７】
これによれば、第３実施形態と同様、エンジンの運転状態に応じて主通路部及び触媒バイパス通路部の何れか一方を実通路部として選択することができる。従って、必要に応じて循環される酸素及び水素の量を減少させることができる。また、必要に応じて排ガス（循環されるガス）が酸化触媒６５を通過しないようにすることにより、排気抵抗に起因する圧力損失を減少させることができる。
【００８８】
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、燃焼室２１から排出され、循環通路部６０を経由して燃焼室２１に循環される「余剰の水素及び酸素の量」を低減できるので、水素エンジンを効率良く運転することができる。
【００８９】
なお、本発明は上記実施形態に限定されることはなく、本発明の範囲内において種々の変形例を採用することができる。例えば、上記水素エンジンは水素を水素噴射弁３５から噴射しながら燃焼させる方式（拡散燃焼方式）のエンジンであったが、自着火燃焼方式又は燃焼室２１に配設された点火プラグからの火花による火炎伝播燃焼方式のエンジンであってもよい。水素エンジンが自着火燃焼方式又は火炎伝播燃焼方式のエンジンである場合、水素を吸気ポート３１に噴射するように水素噴射弁３５を配置してもよい。
【００９０】
更に、上記各水素エンジンにおいては、作動ガスとしてアルゴンガスが使用されていたが、アルゴン以外の単原子ガス（例えば、Ｈｅ等のアルゴン以外の不活性ガスであって、水素及び酸素の何れよりも比熱比κが大きいガス）を作動ガスとして採用してもよい。また、酸素は、第４通路部６４に設けられた酸素噴射弁から噴射され、燃焼室２１に吸気ポート３１を通して供給されてもよい。
【００９１】
更に、上記第３及び第４実施形態のＣＰＵは、排気ポート３２から排出された排ガス中に含まれる酸素の量（酸素濃度を表すVox）が所定の酸素量閾値より大きいか否かに応じて主通路部と触媒バイパス通路部とのうちの何れかを選択するように構成されていた。これに対し、上記第３及び第４実施形態のＣＰＵは、排気ポート３２から排出された排ガス中に含まれる水素の量（水素濃度を表すVH2）が所定の水素量閾値より大きい場合には主通路部を選択し、小さい場合には触媒バイパス通路部を選択するように構成されてもよい。
【００９２】
更に、上記第３及び第４実施形態のＣＰＵは、水素エンジンの負荷（例えば、アクセルペダル操作量Accp、要求水素量ＳＨ２、及び、排気ポート３２から排出された排ガス中に含まれる水蒸気の量を表す水蒸気濃度等）が所定の閾値より小さい場合には主通路部を選択し、大きい場合には触媒バイパス通路部を選択するように構成されてもよい。これによれば、水素エンジンの負荷が高いとき、排ガスが酸化触媒６５を通過することに起因する圧力損失をなくすことができる。従って、水素エンジンを高出力にて運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００９３】
【図１】本発明の第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンを含むシステムの概略図である。
【図２】図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図３】図１に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図４】本発明の第２実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンを含むシステムの概略図である。
【図５】本発明の第３実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンを含むシステムの概略図である。
【図６】図５に示した電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【図７】本発明の第４実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンを含むシステムの概略図である。
【符号の説明】
【００９４】
１０…エンジン本体部、２１…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…排気ポート、３３…吸気弁、３４…排気弁、３５…水素噴射弁、４０…水素供給部、５０…酸素供給部、５５…酸素ガスミキサ、６０…循環通路部、６１…第１通路部、６２…第２通路部、６３…第３通路部、６４…第４通路部、６５…酸化触媒、６６…凝縮部、７０…電気制御装置、７３…酸素濃度センサ、７４…水素濃度センサ、８９…通路切換弁。
【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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