(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されているガス燃料を、燃焼室において少なくとも作動ガスが圧縮された状態にある圧縮上死点近傍の所定のガス燃料噴射タイミングにて同燃焼室に噴射するガス燃料エンジンであって、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が所定値以下の場合、同ガス燃料貯蔵タンクの同ガス燃料の圧力が同所定値より大きい場合より、前記ガス燃料噴射タイミングにおいて前記燃焼室内に存在するガスの圧力を低減する筒内圧低減手段を備え、
前記筒内圧低減手段は、前記燃焼室の吸気ポート又は同吸気ポートに連通した吸気通路の通路断面積を減少させて吸気行程中に前記燃焼室内に吸入されるガスの量を減少させることにより、前記作動ガスの圧縮を開始する圧縮行程開始タイミングにおいて前記燃焼室内に存在するガスの量を減少させることにより、前記ガス燃料噴射タイミングにおいて同燃焼室内に存在するガスの圧力を低減するように構成された、ガス燃料エンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記筒内圧低減手段は、前記燃焼室の吸気ポートを開閉する吸気弁の閉弁タイミングを変更して吸気行程中に同燃焼室内に吸入されるガスの量を減少させることにより、前記圧縮行程開始タイミングにおいて同燃焼室内に存在するガスの量を減少させるように構成されたガス燃料エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載のガス燃料エンジンであって、
前記ガス燃料エンジンは前記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通路を通じて循環する作動ガス循環型エンジンであり、
前記筒内圧低減手段は、前記循環通路を流れる循環ガスを貯蔵する循環ガス貯蔵手段を有し、同循環ガス貯蔵手段によって同循環ガスの量を減少することにより、前記圧縮行程開始タイミングにおいて前記燃焼室内に存在するガスの量を減少させるように構成されたガス燃料エンジン。
【請求項４】
請求項３に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記循環ガス貯蔵手段は、
蓄圧タンクと、
前記循環通路と前記蓄圧タンクとを連通する第１連通路と、
前記第１連通路に配設されたコンプレッサと、
を含むガス燃料エンジン。
【請求項５】
請求項４に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記循環ガス貯蔵手段は、更に、
前記循環通路と前記蓄圧タンクとを連通する第２連通路と、
前記第２連通路に配設され同第２連通路を連通及び遮断の何れかの状態に維持する切換弁と、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値以下の場合に前記コンプレッサを作動させるとともに前記切換弁によって前記第２連通路を遮断することにより前記循環通路を流れる循環ガスを前記蓄圧タンクに貯蔵して同循環経路を流れる循環ガスの量を減少させ、前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値より大きい場合に前記コンプレッサの作動を停止するとともに前記切換弁によって前記第２連通路を連通することにより前記蓄圧タンク内に貯蔵されている循環ガスを前記循環通路に戻す蓄圧制御手段と、
を含むガス燃料エンジン。
【請求項６】
請求項３に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記循環ガス貯蔵手段は、
前記循環通路の通路断面積を変更する絞り手段と、前記絞り手段よりも前記循環ガスの流れの上流側において前記循環通路に連通した蓄圧タンクと、を含み、前記絞り手段によって前記循環通路の通路断面積を減少することにより前記蓄圧タンクに同循環ガスの一部を貯蔵するように構成されたガス燃料エンジン。
【請求項７】
請求項１乃至請求項６の何れか一項に記載のガス燃料エンジンであって、
前記燃焼室に吸入される作動ガスを加熱する吸気加熱手段を備えたガス燃料エンジン。
【請求項８】
ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されているガス燃料を、燃焼室において少なくとも作動ガスが圧縮された状態にある圧縮上死点近傍の所定のガス燃料噴射タイミングにて同燃焼室に噴射するガス燃料エンジンであって、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が所定値以下の場合、同ガス燃料貯蔵タンクの同ガス燃料を加圧して貯蔵する加圧貯蔵部と、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値より大きい場合には前記ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵された前記ガス燃料の圧力により前記所定の燃料噴射タイミングにて同ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されたガス燃料を前記燃焼室に噴射し、前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値以下の場合には前記加圧貯蔵部に貯蔵された前記ガス燃料の圧力により前記所定の燃料噴射タイミングにて同加圧貯蔵部に貯蔵された前記ガス燃料を前記燃焼室に噴射する噴射手段と、
を備えたガス燃料エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されているガス燃料を、燃焼室において少なくとも作動ガスが圧縮された状態にある圧縮上死点近傍の所定のガス燃料噴射タイミングにて同燃焼室に噴射するガス燃料エンジンに関する。
【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通路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（例えば、特許文献１を参照。）。このようなエンジンの一つは、圧縮上死点近傍となったとき、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されている水素を燃料噴射弁から噴射することにより、水素を拡散燃焼するようになっている。
【特許文献１】特開平１１−９３６８１号公報
【０００３】
しかしながら、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されている水素の残量が少なくなると、ガス燃料貯蔵タンク内の水素の圧力も低下する。このため、クランク角が圧縮上死点近傍のクランク角であるために高圧となっている燃焼室内に水素を噴射することが困難となる。この結果、ガス燃料貯蔵タンクには水素が残存しているにも拘らず、エンジンの運転を続行できなくなるという問題がある。このような課題は、水素ガス以外のガス燃料をガス燃料貯蔵タンクに貯蔵し、その貯蔵されたガス燃料を燃焼室に対して直接噴射するエンジンに共通する。
【発明の開示】
【０００４】
上記課題に対処するために為された本発明によるガス燃料エンジンは、
ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されているガス燃料を、燃焼室において少なくとも作動ガスが圧縮された状態にある圧縮上死点近傍の所定のガス燃料噴射タイミングにて同燃焼室に噴射するガス燃料エンジンであって、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が所定値以下の場合、同ガス燃料貯蔵タンクの同ガス燃料の圧力が同所定値より大きい場合より、前記ガス燃料噴射タイミングにおいて前記燃焼室内に存在するガスの圧力を低減する筒内圧低減手段を備えている。
【０００５】
これによれば、ガス燃料貯蔵タンク内のガス燃料の残量が少なくなり、ガス燃料貯蔵タンクのガス燃料の圧力が所定値以下となった場合（以下、単に「タンクガス圧が小さいとき」とも表現する。）には、ガス燃料貯蔵タンクのガス燃料の圧力が所定値より大きい場合（以下、単に「タンクガス圧が大きいとき」とも表現する。）より、ガス燃料噴射タイミングにおいて燃焼室内に存在するガスの圧力（以下、「噴射タイミング筒内圧」とも称呼する。）が低減させられる。この結果、ガス燃料貯蔵タンク内のガス燃料の残量が少なくなった場合であっても、ガス燃料を圧縮上死点近傍の所定のガス燃料噴射タイミングにて燃焼室内に噴射することができる。従って、ガス燃料貯蔵タンク内に残存するガス燃料をより多く使用することができるので、例えば係るエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。なお、ガス燃料噴射タイミングにおいて燃焼室内に存在するガスは、一般には、圧縮行程によって圧縮された作動ガス及び酸素ガスである。
【０００６】
この場合、前記筒内圧低減手段は、前記作動ガスの圧縮を開始する圧縮行程開始タイミングにおいて前記燃焼室内に存在するガスの量（以下、「燃焼室内存在ガス量」とも称呼する。）を減少させることにより、前記ガス燃料噴射タイミングにおいて同燃焼室内に存在するガスの圧力（噴射タイミング筒内圧）を低減するように構成されることが好適である。
【０００７】
圧縮行程の開始タイミングとは、吸気弁が開弁されられることによって作動ガス等の吸入が行われた後に吸気弁が閉弁させられた時点である。この圧縮行程の開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量が小さくなるほど、圧縮行程が進行した時点（例えば圧縮上死点近傍であってガス燃料噴射タイミング直前）における筒内圧（噴射タイミング筒内圧）は低減する。
【０００８】
より具体的には、前記筒内圧低減手段は、前記燃焼室の吸気ポート又は同吸気ポートに連通した吸気通路の通路断面積を減少させて吸気行程中に前記燃焼室内に吸入されるガスの量を減少させることにより、前記圧縮行程開始タイミングにおいて同燃焼室内に存在するガスの量を減少させるように構成されてもよい。
【０００９】
これによれば、タンクガス圧が小さいときにはタンクガス圧が大きいときよりも吸気通路断面積を小さくすることにより、吸気抵抗を増大させ、これにより吸気行程中に前記燃焼室内に吸入されるガスの量を減少させることができる。従って、仮に、吸気弁の開弁タイミング及び閉弁タイミングが変更されない場合であっても、吸気絞り機構等の簡単な構成を採用することによって、圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量を低減することができる。
【００１０】
或いは、前記筒内圧低減手段は、前記燃焼室の吸気ポートを開閉する吸気弁の閉弁タイミングを変更して吸気行程中に同燃焼室内に吸入されるガスの量を減少させることにより、前記圧縮行程開始タイミングにおいて同燃焼室内に存在するガスの量を減少させるように構成されてもよい。即ち、タンクガス圧が小さいときにはタンクガス圧が大きいときよりも吸気弁の閉弁タイミングが吸気下死点を基準にして遅角側（圧縮上死点側）に所定のクランク角度だけ変更されれば圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量を低減することができる。また、タンクガス圧が小さいときにはタンクガス圧が大きいときよりも吸気弁の閉弁タイミングが吸気下死点を基準にして進角側（吸気上死点側）に所定のクランク角度だけ変更されても、圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量を低減することができる。
【００１１】
これによれば、エンジンが吸気弁閉弁タイミングを変更し得る機構を備えている場合、新たな機構を付加することなく、圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量を低減することができ、噴射タイミング筒内圧を低減することができる。従って、より廉価なエンジンが提供され得る。
【００１２】
一方、前記ガス燃料エンジンは前記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通路を通じて循環する作動ガス循環型エンジンであり、
前記筒内圧低減手段は、前記循環通路を流れる循環ガスを貯蔵する循環ガス貯蔵手段を有し、同循環ガス貯蔵手段によって同循環ガスの量を減少することにより、前記圧縮行程開始タイミングにおいて前記燃焼室内に存在するガスの量を減少させるように構成されることが好適である。
【００１３】
作動ガス循環型エンジンは、例えば、熱効率向上のために比熱比が高い単原子分子からなるアルゴンガス等の不活性ガスを作動ガスとして使用するとともに、その作動ガスを大気に放出することなく再び燃焼室に供給（循環）するようになっている。換言すると、作動ガスは循環通路を通過する循環ガスである。従って、上記構成のように、作動ガスが循環する循環通路に循環ガス貯蔵手段を配設し、タンクガス圧が小さいときにはタンクガス圧が大きいときよりも循環ガス貯蔵手段により多くの循環ガスを貯蔵すれば、循環通路を通過する循環ガス量、即ち、一回の吸気行程により燃焼室内に吸入されるガスの量（即ち、圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量）を低減することができる。
【００１４】
一つの態様において、前記循環ガス貯蔵手段は、蓄圧タンクと、前記循環通路と前記蓄圧タンクとを連通する第１連通路と、前記第１連通路に配設されたコンプレッサと、を含む。
【００１５】
これによれば、コンプレッサによって循環通路内の循環ガスを加圧して蓄圧タンク内に貯蔵することができる。従って、簡単な構成により、圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量を低減することができる。
【００１６】
更に、この場合、
前記循環ガス貯蔵手段は、
前記循環通路と前記蓄圧タンクとを連通する第２連通路と、
前記第２連通路に配設され同第２連通路を連通及び遮断の何れかの状態に維持する切換弁と、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値以下の場合に前記コンプレッサを作動させるとともに前記切換弁によって前記第２連通路を遮断することにより前記循環通路を流れる循環ガスを前記蓄圧タンクに貯蔵して同循環経路を流れる循環ガスの量を減少させ、前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値より大きい場合に前記コンプレッサの作動を停止するとともに前記切換弁によって前記第２連通路を連通することにより前記蓄圧タンク内に貯蔵されている循環ガスを前記循環通路に戻す蓄圧制御手段と、
を備えることが望ましい。
【００１７】
これによれば、タンクガス圧が小さいとき、蓄圧タンク内に循環ガスが第１連通路を介して貯蔵される。そして、蓄圧タンク内に貯蔵しておいた循環ガスは、ガス燃料がガス燃料貯蔵タンクに充填されることによりタンクガス圧が大きくなったとき、第２連通路を介して循環経路に再び戻され得る。従って、貴重な作動ガスを無駄にすることなく、タンクガス圧に応じて圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量を低減することができる。
【００１８】
他の態様において、前記循環ガス貯蔵手段は、前記循環通路の通路断面積を変更する絞り手段と、前記絞り手段よりも前記循環ガスの流れの上流側において前記循環通路に連通した蓄圧タンクと、を含み、前記絞り手段によって前記循環通路の通路断面積を減少することにより前記蓄圧タンクに同循環ガスの一部を貯蔵するように構成されている。
【００１９】
これによれば、絞り手段によって循環通路の通路断面積が減少させられたとき、絞り手段より上流側の循環通路内の圧力はエンジンの排気圧力により高くなるので、その圧力によって蓄圧タンク内に循環ガスが貯蔵される。従って、高価なコンプレッサを使用することなく、蓄圧タンクに循環ガスを貯蔵することができる。
【００２０】
また、上記筒内圧低減手段を備えたガス燃料エンジンにおいては、ガス燃料噴射タイミングにおいて燃焼室内に存在するガスの圧力が低下すると同時に、ガス燃料噴射タイミングにおける燃焼室内のガスの温度も低下する。そのため、噴射されたガス燃料が着火し難くなる場合がある。
【００２１】
そこで、このようなガス燃料エンジンは、前記燃焼室に吸入される作動ガスを加熱する吸気加熱手段を備えることが好適である。これにより、タンクガス圧が小さくなった場合でも、噴射されるガス燃料を安定的に着火せしめることができる。
【００２２】
本発明による他のガス燃料エンジンは、
ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されているガス燃料を、燃焼室において少なくとも作動ガスが圧縮された状態にある圧縮上死点近傍の所定のガス燃料噴射タイミングにて同燃焼室に噴射するガス燃料エンジンであって、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が所定値以下の場合、同ガス燃料貯蔵タンクの同ガス燃料を加圧して貯蔵する加圧貯蔵部と、
前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値より大きい場合には前記ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵された前記ガス燃料の圧力により前記所定の燃料噴射タイミングにて同ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されたガス燃料を前記燃焼室に噴射し、前記ガス燃料貯蔵タンクの前記ガス燃料の圧力が前記所定値以下の場合には前記加圧貯蔵部に貯蔵された前記ガス燃料の圧力により前記所定の燃料噴射タイミングにて同加圧貯蔵部に貯蔵された前記ガス燃料を前記燃焼室に噴射する噴射手段と、
を備えている。
【００２３】
これによれば、タンクガス圧が大きい場合、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されたガス燃料の圧力により同ガス燃料が燃焼室に噴射される。一方、タンクガス圧が小さい場合、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されたガス燃料が加圧された状態にて加圧貯蔵部に貯蔵されるとともに、加圧貯蔵部に貯蔵されたガス燃料の圧力により同ガス燃料が燃焼室に噴射される。この結果、ガス燃料貯蔵タンク内のガス燃料の残量が少なくなった場合であっても、ガス燃料を圧縮上死点近傍にて高圧となっている燃焼室内に噴射することができる。
【００２４】
なお、本発明において、タンクガス圧が大きい場合（筒内圧が低減されていない場合）の燃料噴射タイミングとタンクガス圧が小さい場合（筒内圧が低減される場合）の燃料噴射タイミングとは、互いに一致していてもよく、燃焼が安定して行われる範囲内において互いに相違していてもよい。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明によるガス燃料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。各実施形態に係るガス燃料エンジンは、燃焼室に酸素ガスと単原子ガスからなる作動ガスであるアルゴンガスとを供給するとともに、これらのガスを圧縮させることにより高圧となったガス中に燃料としての水素ガスを噴射することにより水素を拡散燃焼させる４サイクルエンジンである。更に、各実施形態に係るガス燃料エンジンは、燃焼室から排出された排ガス中の作動ガスを燃焼室に循環通路（循環経路）を通して循環（再供給）させる作動ガス循環型多気筒水素エンジン（水素ガス燃料エンジン）である。
【００２６】
＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態に係る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、水素ガス燃料エンジン１０、水素供給部４０、酸素供給部５０、作動ガス循環通路部６０、筒内圧低減部７０及び電気制御装置８０を備えている。なお、図１は、エンジン１０の特定気筒の断面と、同特定気筒に接続された吸気ポート及び排気ポートの断面と、を示しているが、他の気筒も同様な構成を備えている。
【００２７】
エンジン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。
【００２８】
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。
【００２９】
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。
【００３０】
吸気ポート３１には吸気ポート３１を開閉するための吸気弁３３が配設されている。シリンダヘッド１１には、吸気弁駆動機構（吸気弁アクチュエータ）３３ａが配設されている。吸気弁駆動機構３３ａは、駆動信号に応答して吸気弁３３を開閉駆動し、これにより吸気ポート３１を開閉するようになっている。
【００３１】
排気ポート３２には排気ポート３２を開閉するための排気弁３４が配設されている。シリンダヘッド１１には、排気弁駆動機構（排気弁アクチュエータ）３４ａが配設されている。排気弁駆動機構３４ａは、駆動信号に応答して排気弁３４を開閉駆動し、これにより排気ポート３２を開閉するようになっている。
【００３２】
更に、シリンダヘッド１１には、水素（水素ガス）を燃焼室２１内（筒内）に直接噴射する水素噴射弁３５が配設されている。
【００３３】
水素供給部４０は、水素タンク（水素ガスタンク、水素ボンベ）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。
【００３４】
水素タンク４１は燃料としての水素ガスを高圧状態にて貯蔵するガス燃料貯蔵タンクである。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。
【００３５】
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。水素ガス圧レギュレータ４３は、水素タンク４１内の水素ガスの圧力を減少させ、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内の圧力を設定圧力以下の圧力に調整するようになっている。なお、水素ガス圧レギュレータ４３を省略してもよい。
【００３６】
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。
【００３７】
酸素供給部５０は、酸素タンク（酸素ガスタンク、酸素ボンベ）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。
【００３８】
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。
【００３９】
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。
【００４０】
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。酸素ガスミキサ５５は、後述する作動ガス循環通路部６０の第３通路６３に介装されている。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６３を介して入口部に供給されるガス（主として作動ガス、即ち、アルゴンガス）とを混合し、その混合したガスを出口部から排出するようになっている。
【００４１】
作動ガス循環通路部６０は、第１〜３通路（第１〜第３経路、第１〜第３流路形成管）６１〜６３、凝縮器６４及びアルゴンガス流量計６５を備えている。
【００４２】
第１通路６１は、排気ポート３２と凝縮器６４の入口部とを接続している。第２通路６２は凝縮器６４の出口部とアルゴンガス流量計６５の入口部とを接続している。第３通路６３は、アルゴンガス流量計６５の出口部と吸気ポート３１とを接続している。第３通路６３には酸素ガスミキサ５５が介装されている。
【００４３】
凝縮器６４は、燃焼室２１から排出された排ガスを第１通路６１及び凝縮器６４の入口部を経由して導入するようになっている。凝縮器６４は、入口部から導入した排ガスを冷却水Ｗにより冷却することにより、排ガスに含まれる水蒸気を凝縮液化するようになっている。これにより、凝縮器６４は、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ようになっている。更に、凝縮器６４は、前記分離した非凝縮ガスをその出口部から第２通路６２に供給するようになっている。
【００４４】
アルゴンガス流量計６５は、第２通路６２及び第３通路６３を流れるアルゴンガスの量（アルゴンガス流量）を計測し、同アルゴンガス流量FArを表す信号を発生するようになっている。
【００４５】
筒内圧低減部７０は、吸気絞り弁７１及び吸気絞り弁アクチュエータ７２を備えている。
【００４６】
吸気絞り弁７１は、吸気ポート３１に回動可能に支持されている。吸気絞り弁アクチュエータ７２は、駆動信号に応答して吸気絞り弁７１の開度を変更し、吸気ポート３１の通路断面積（開口面積）を変更するようになっている。なお、吸気絞り弁７１は、吸気ポート３１に接続された吸気通路（吸気管）を形成する第３通路６３に備えられていてもよい。
【００４７】
電気制御装置８０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、不揮発性メモリ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８０には、水素ガス流量計４４、酸素ガス流量計５４、アルゴンガス流量計６５、アクセルペダル操作量センサ８１、エンジン回転速度センサ８２、酸素濃度センサ８３、水素濃度センサ８４、筒内圧センサ８５、サージタンク圧力センサ８６及び水素タンク内圧力センサ８７が接続されている。電気制御装置８０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。
【００４８】
アクセルペダル操作量センサ８１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８２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。
【００４９】
酸素濃度センサ８３及び水素濃度センサ８４は、第２通路６２に配設されている。酸素濃度センサ８３は、配設部位（第２通路６２）を流れる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。水素濃度センサ８４は、配設部位（第２通路６２）を流れる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。
【００５０】
筒内圧センサ８５は、燃焼室２１内の（ガスの）圧力を検出し、その圧力（筒内圧）を表す信号Ｐcyを発生するようになっている。
サージタンク圧力センサ８６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）Ｐsgを表す信号を発生するようになっている。
【００５１】
水素タンク内圧力センサ８７は、水素タンク４１と水素ガス圧レギュレータ４３との間の水素ガス通路４２に配設されている。水素タンク内圧力センサ８７は、水素タンク４１内の水素ガスの圧力（水素タンク内圧力）を検出し、検出した水素タンク内圧力ＰH2を表す信号を発生するようになっている。
【００５２】
更に、電気制御装置８０は、各気筒の水素噴射弁３５、酸素ガス圧レギュレータ５３、吸気絞り弁アクチュエータ７２、吸気弁駆動機構３３ａ及び排気弁駆動機構３４ａ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。電気制御装置８０は、アクセルペダル操作量Accp（負荷）とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる吸気弁開弁タイミングＩＯ及び吸気弁閉弁タイミングＩＣにて吸気弁３３をそれぞれ開弁及び閉弁させるように、吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出するようになっている。電気制御装置８０は、アクセルペダル操作量Accp（負荷）とエンジン回転速度ＮＥとに基づいて定まる排気弁開弁タイミングＥＯ及び排気弁閉弁タイミングＥＣにて排気弁３４をそれぞれ開弁及び閉弁させるように、吸気弁駆動機構３４ａに駆動信号を送出するようになっている。
【００５３】
次に、上記のように構成された水素ガス燃料エンジン１０を含むシステムの作動について図２乃至図４を参照しながら説明する。
【００５４】
電気制御装置８０のＣＰＵは、エンジン１０の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９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、エンジン１０の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。
【００５５】
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、現時点で検出されている筒内圧Ｐcy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。そして、ＣＰＵはステップ２１５に進んで水素噴射時間ＴＡＵの時間だけ圧縮上死点前９度のクランク角度となっている気筒の水素噴射弁３５を開弁する駆動信号を水素噴射弁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、拡散燃焼によって燃焼させられる。
【００５６】
なお、ＣＰＵは、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等に基づいて、水素ガス噴射タイミング（ガス燃料噴射タイミング）を決定し、その水素ガス噴射タイミングにて水素ガスを噴射させてもよい。いずれにしても、水素ガス噴射タイミングは、圧縮上死点近傍のタイミングであって、拡散燃焼が安定的に行われるタイミングに設定される。
【００５７】
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により求められる各気筒に対する要求水素量ＳＨ２の総て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ｆ３（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。
【００５８】
前述したように、エンジン１０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ｆ３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相当に大きい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。
【００５９】
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。
【００６０】
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。以上により、適量の水素ガス及び酸素ガスが燃焼室２１に供給される。
【００６１】
更に、ＣＰＵは、所定時間の経過毎に図４にフローチャートにより示した吸気絞り弁制御ルーチンを実行するようになっている。先ず、ガス燃料貯蔵タンクである水素タンク４１に十分な水素が貯蔵されていて、水素タンク４１内の水素ガスの圧力（水素タンク内圧力）が十分に高いと仮定して説明する。
【００６２】
ＣＰＵは、所定のタイミングになると図４に示したルーチンの処理をステップ４００から開始し、ステップ４０５に進んで現時点が特定気筒の上死点前１０度（水素噴射弁３５から水素ガスが噴射される直前であって、特定気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度）であるか否かを判定する。現時点が特定気筒の上死点前１０度でなければ、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定して直接ステップ４９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００６３】
一方、現時点が特定気筒の上死点前１０度であると、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進み、筒内圧センサ８５から筒内圧Ｐcyを取得する。次いで、ＣＰＵはステップ４１５にて、水素タンク内圧力センサ８７から水素タンク内圧力ＰH2を取得し、ステップ４２０に進んで水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力（要求噴射圧力）よりも大きいか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ４２０にて、水素タンク内圧力ＰH2が適正な噴射を行うための圧力より大きい圧力であるか否かを判定する。
【００６４】
前述の仮定に従えば、水素タンク４１内の水素ガスの圧力は十分に高いから、水素タンク内圧力ＰH2は筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きい。従って、ＣＰＵはステップ４２０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４２５に進み、吸気絞り弁目標開度Chtgtを最大値（全開開度）に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ４３０に進み、吸気絞り弁７１の開度が吸気絞り弁目標開度Chtgt（この場合、最大値）となるように吸気絞り弁アクチュエータ７２に駆動信号を送出し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６５】
以上のように、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きいとき、吸気絞り弁７１の開度は最大値となるので、燃焼室２１には所定の量のアルゴンガス（循環ガス）及び酸素ガスが供給される。
【００６６】
次に、このような運転が繰り返されることにより、水素タンク４１内の水素ガスが消費され、水素タンク４１内に残存する水素の量が少なくなった場合、即ち、水素タンク４１内の水素ガスの圧力（水素タンク内圧力）ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となったと仮定して説明する。
【００６７】
この場合、ＣＰＵはステップ４０５乃至ステップ４１５に続くステップ４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３５に進み、吸気絞り弁目標開度Chtgtを、ステップ４１５にて取得した水素タンク内圧力ＰH2からステップ４１０にて取得した筒内圧Ｐcyを減じた値（水素タンク内圧力ＰH2と筒内圧Ｐcyとの圧力差＝ＰH2−Ｐcy）と関数ｆとに基づいて決定する。関数ｆは、図４に示したように、圧力差（ＰH2−Ｐcy、但しＰH2−Ｐcy＞０である。）に対して単調増加する関数である。即ち、吸気絞り弁目標開度Chtgtは関数ｆによって圧力差（ＰH2−Ｐcy）が小さくなるほど（水素タンク内圧力ＰH2が小さくなるほど）小さい値に設定される。換言すると、水素タンク内圧力ＰH2が小さくなるほど吸気ポート３１の通路断面積が小さくなるように（絞り量が大きくなるように）、吸気絞り弁目標開度Chtgtが求められる。
【００６８】
その後、ＣＰＵはステップ４３０に進み、吸気絞り弁７１の開度が吸気絞り弁目標開度Chtgtとなるように吸気絞り弁アクチュエータ７２に駆動信号を送出し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６９】
以上により、吸気ポート３１の通路断面積が小さくなるから、燃焼室２１には一回の吸気行程において、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きい場合よりも少ない量のアルゴンガス（循環ガス）及び酸素ガスが吸入される。従って、圧縮行程の開始タイミング（吸気弁３３の閉弁タイミング）において燃焼室２１内に存在しているガスの量が低減せしめられるので、圧縮上死点（或いは、圧縮上死点近傍のクランク角度であって水素ガスの噴射タイミング直前の時点）における燃焼室２１内の圧力（以下、便宜上「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」とも称呼する。）が低下する。従って、水素タンク内圧力ＰH2が要求噴射圧より低下した場合にも、水素噴射弁３５から燃焼室２１内に水素ガスを噴射することができる。
【００７０】
以上、説明したように、本発明の第１実施形態に係るエンジンは、水素タンク４１内の圧力が所定値（燃焼室２１に所定の噴射タイミングにて水素ガスを噴射するために必要な水素ガスの圧力）以下になった場合、噴射タイミング筒内圧を低減することができる。この結果、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【００７１】
＜第２実施形態＞
本発明の第２実施形態に係るエンジンは、上記第１実施形態に係るエンジンの筒内圧低減部７０を備える代わりに、筒内圧低減部の機能を「吸気弁閉弁タイミングを変更すること」により達成している点のみにおいて、第１実施形態に係る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。
【００７２】
図５は、この第２実施形態のエンジンにおける吸気弁開弁タイミングと吸気弁閉弁タイミングを示した図である。図５に示したように、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力（要求噴射圧力）よりも大きいとき、このエンジンの電気制御装置８０は、吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨにて吸気弁３３を開弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出するとともに吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨにて吸気弁３３を閉弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出する。
【００７３】
吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨは、クランク角が吸気上死点（排気上死点）ＴＤＣよりクランク角度θａ（０＜θａ＜４５度）だけ進角した角度になった時点である。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨは、クランク角が吸気下死点ＢＤＣよりクランク角度θｂ（０＜θｂ＜４５度）だけ遅角した角度になった時点である。従って、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力より大きい場合、吸気弁３３が開弁している期間ＩＶopen（PH2大）のクランク角度θopenは、θａ＋１８０度＋θｂである。
【００７４】
これに対し、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となったとき、このエンジンの電気制御装置８０は、吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬにて吸気弁３３を開弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出するとともに吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬにて吸気弁３３を閉弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出する。
【００７５】
吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬは、クランク角が吸気上死点（排気上死点）ＴＤＣよりクランク角度θａ’（０＜θａ’＜９０度）だけ遅角した角度になった時点である。吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬと吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨとのクランク角度差は、クランク角度θｄ（θｄ＝θａ＋θａ’）である。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬは、クランク角が吸気下死点ＢＤＣよりクランク角度θｂ’（０＜θｂ＜θｂ’＜９０度）だけ遅角した角度になった時点である。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬと吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨとのクランク角度差は、クランク角度θｄ（θｄ＝θｂ’−θｂ＝θａ＋θａ’）に設定されている。従って、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力（要求噴射圧力）以下となった場合においても、吸気弁３３が開弁している期間ＩＶopen（PH2小）のクランク角度θopenは、θａ＋１８０度＋θｂである。
【００７６】
次に、第２実施形態の実際の作動について説明する。第２実施形態のＣＰＵは、図４に示したルーチンに代え、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。なお、図６に示したステップにおいて図４に示したステップと同一のステップには同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【００７７】
ＣＰＵは、所定のタイミングにてステップ６００からステップ４０５に進み、現時点が特定気筒の上死点前１０度（水素噴射弁３５から水素ガスが噴射される直前であって、特定気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度）であるか否かを判定する。現時点が特定気筒の上死点前１０度でなければ、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定して直接ステップ６９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【００７８】
一方、現時点が特定気筒の上死点前１０度であると、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０及びステップ４１５の処理を行い、ステップ４２０に進んで水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力（要求噴射圧力）よりも大きいか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ４２０にて、水素タンク内圧力ＰH2が適正な噴射を行うための圧力より大きい圧力であるか否かを判定する。
【００７９】
そして、水素タンク４１内の水素ガスの圧力が十分に高く、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きい場合、ＣＰＵはステップ６１０に進んで吸気弁閉弁タイミングＩＣを上記吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨに設定する。次いでＣＰＵはステップ６１５に進み、吸気弁開弁タイミングＩＯを吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨから上記クランク角度θopen（＝θａ＋１８０度＋θｂ）だけ進角したタイミング（即ち、上記吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨ）に設定し、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８０】
更に、ＣＰＵは図示しない吸気弁・排気弁開閉ルーチンを所定時間の経過毎に実行するようになっている。そして、ＣＰＵが吸気弁・排気弁開閉ルーチンを実行することにより、クランク角が吸気弁開弁タイミングＩＯ（＝ＩＯＰＨ）に一致したとき吸気弁３３が開弁させられ、クランク角が吸気弁閉弁タイミングＩＣ（＝ＩＣＰＨ）に一致したとき吸気弁３３が閉弁させられる。
【００８１】
これに対し、水素タンク４１内の水素ガスの圧力が低下し、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、ＣＰＵはステップ４２０に進んだとき同ステップ４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ６２０に進み、吸気弁閉弁タイミングＩＣを上記吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬに設定する。
【００８２】
より具体的には、ＣＰＵは、遅角量θｄをステップ４１５にて取得した水素タンク内圧力ＰH2からステップ４１０にて取得した筒内圧Ｐcyを減じた値（水素タンク内圧力ＰH2と筒内圧Ｐcyとの圧力差＝ＰH2−Ｐcy）と関数ｇとに基づいて決定する。関数ｇは、図６に示したように、圧力差（ＰH2−Ｐcy、但しＰH2−Ｐcy＞０である。）に対して単調減少する関数である。そして、ＣＰＵは、吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬを、吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨに遅角量θｄを加えたタイミング（遅角させたタイミング）に設定し、その吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬを吸気弁閉弁タイミングＩＣに代入する。換言すると、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに近づくほど、吸気弁閉弁タイミングＩＣが吸気効率が最大近傍となる吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨよりも圧縮上死点側に変更される。
【００８３】
次いで、ＣＰＵはステップ６２５に進み、吸気弁開弁タイミングＩＯを吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬからクランク角度θopen（＝θａ＋１８０度＋θｂ）だけ進角したタイミング（即ち、上記吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬ）に設定し、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。これにより、ＣＰＵが図示しない吸気弁・排気弁開閉ルーチンを実行することにより、クランク角が吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬに一致したとき吸気弁３３が開弁させられ、クランク角が吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬに一致したとき吸気弁３３が閉弁させられる。
【００８４】
以上のように、本実施形態のエンジンにおいては、タンクガス圧が小さいときにはタンクガス圧が大きいときよりも、吸気弁の閉弁タイミングＩＣが吸気下死点から圧縮上死点までの間においてクランク角度θｄだけ遅角させられる。この結果、吸気弁３３が開弁している期間において燃焼室２１内に吸入される作動ガス及び酸素ガスの量が減少する。
【００８５】
換言すると、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、圧縮行程の開始タイミング（吸気弁３３の閉弁タイミング）において燃焼室２１内に存在しているガスの量が低減せしめられる。これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」が低下する。従って、水素タンク内圧力ＰH2が低下した場合にも、水素噴射弁３５から燃焼室２１内に水素ガスを噴射することができる。この結果、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【００８６】
加えて、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに近づくほど（換言すると、水素タンク内圧力ＰH2が小さくなるほど）、吸気弁閉弁タイミングの遅角量θｄ（即ち、θｂ’）を大きくし、これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」をより低減させている。従って、必要以上に「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」が低下しないので、エンジンの熱効率が大きく低下することを回避することもできる。
【００８７】
なお、本実施形態においては、水素タンク内圧力ＰH2の大きさに拘らず、吸気弁３３が開弁している期間のクランク角度θopenは変化しない。即ち、ＩＶopen（PH2小）＝ＩＶopen（PH2大）である。従って、上記のような吸気弁駆動機構３３ａではなく、周知の可変バルブタイミング機構（吸気弁が開弁している作用角θopenが一定で、吸気弁開弁タイミング（従って、吸気弁閉弁タイミング）を変化させる機構）を用いることもできる。
【００８８】
＜第３実施形態＞
本発明の第３実施形態に係るエンジンは、吸気弁開弁タイミング及び吸気弁閉弁タイミングを上記第２実施形態に係るエンジンの吸気弁開弁タイミング及び吸気弁閉弁タイミングとは異なるタイミングに設定した点のみにおいて、第２実施形態に係る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。
【００８９】
図７は、この第３実施形態のガス燃料エンジンにおける吸気弁開弁タイミングと吸気弁閉弁タイミングを示した図である。図７に示したように、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力（要求噴射圧力）よりも大きいとき、このエンジンの電気制御装置８０は、吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨにて吸気弁３３を開弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出するとともに吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨにて吸気弁３３を閉弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出する。
【００９０】
吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨは、クランク角が吸気上死点（排気上死点）ＴＤＣよりクランク角度θｅ（０＜θｅ＜９０度）だけ進角した角度になった時点である。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨは、クランク角が吸気下死点ＢＤＣよりクランク角度θｆ（０＜θｆ＜９０度）だけ遅角した角度になった時点である。
【００９１】
これに対し、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となったとき、このエンジンの電気制御装置８０は、吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬにて吸気弁３３を開弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出するとともに吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬosにて吸気弁３３を閉弁するように吸気弁駆動機構３３ａに駆動信号を送出する。
【００９２】
吸気弁開弁タイミングＩＯＰＬは、吸気弁開弁タイミングＩＯＰＨと同一のタイミングである。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬosは、クランク角が吸気下死点ＢＤＣよりクランク角度θｇ（０＜θｆ＜θｇ＜１１０度、好ましくは、９０度＜θｇ＜１１０度）だけ遅角した角度になった時点である。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬosと吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＨとのクランク角度差は、クランク角度θｉ（θｉ＝θｇ−θｆ）に設定されている。
【００９３】
以上のように、本実施形態のエンジンにおいては、タンクガス圧が小さいときにはタンクガス圧が大きいときよりも、吸気弁の閉弁タイミングが吸気下死点から圧縮上死点までの間においてクランク角度θｉ（θｉ＝θｇ−θｆ）だけ遅角させられる。
【００９４】
この結果、吸気弁３３が開弁している期間において燃焼室２１内に吸入される作動ガス及び酸素ガスの量が減少する。即ち、圧縮行程の開始タイミング（吸気弁３３の閉弁タイミング）において燃焼室２１内に存在しているガスの量が低減せしめられる。これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」が低下する。従って、水素タンク内圧力ＰH2が低下した場合にも、水素噴射弁３５から燃焼室２１内に水素ガスを噴射することができる。この結果、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【００９５】
なお、本例においても、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに近づくほど（換言すると、水素タンク内圧力ＰH2が小さくなるほど）、吸気弁閉弁タイミングの遅角量θｉ（即ち、θｇ）を大きくし、これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」をより低減させてもよい。
【００９６】
更に、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となったとき、図７に示したように、吸気弁閉弁タイミングを吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬhyに設定してもよい。吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬhyは、吸気下死点からクランク角度θｇだけ進角したタイミングである。このように吸気弁閉弁タイミングを変更した場合であっても、吸気弁３３が開弁している期間において燃焼室２１内に吸入される作動ガス及び酸素ガスの量が（吸気弁閉弁タイミングを吸気弁閉弁タイミングＩＣＰＬosに設定した場合と同程度だけ）減少するから、圧縮行程の開始タイミング（吸気弁３３の閉弁タイミング）において燃焼室２１内に存在しているガスの量が低減せしめられる。
【００９７】
＜第４実施形態＞
本発明の第４実施形態に係るエンジンは、上記第１実施形態に係るエンジンの筒内圧低減部７０を、図８に示した筒内圧低減部９０に置換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。
【００９８】
ここでは、説明の便宜上、第２通路６２は、通路６２ａ、通路６２ｂ及び通路６２ｃからなっているとして説明する。通路６２ａは、凝縮器６４の出口部と後述する分岐点ＰＢとを接続している。通路６２ｂは、分岐点ＰＢと後述する合流点ＰＧとを接続している。通路６２ｃは、合流点ＰＧとアルゴンガス流量計６５の入口部とを接続している。図８において、吸気弁駆動機構３３ａ及び排気弁駆動機構３４ａは、図示が省略されている。
【００９９】
筒内圧低減部９０は、蓄圧タンク９１、上流側通路（蓄圧用の第１通路）９２、下流側通路（導入用の第２通路）９３、コンプレッサ（昇圧手段、ポンプ）９４、逆止弁９５及び切換弁（導入バルブ）９６を備えている。
【０１００】
上流側通路９２は、第２通路６２と蓄圧タンク９１の入口部とを接続している。上流側通路９２が第２通路６２から分岐する点である分岐点ＰＢは、通路６２ａと６２ｂとの接続点でもある。
【０１０１】
下流側通路９３は、蓄圧タンク９１の出口部と第２通路６２の分岐点ＰＢよりも循環ガスの流れにおいて下流側の位置の合流点ＰＧとを接続している。下流側通路９３が第２通路６２に合流する合流点ＰＧは、通路６２ｂと６２ｃとの接続点でもある。
【０１０２】
コンプレッサ９４は上流側通路９２に介装されている。コンプレッサ９４は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて第２通路６２を流れる還流ガスを加圧して蓄圧タンク９１側に送出するようになっている。逆止弁９５は、上流側通路９２であってコンプレッサ９４と蓄圧タンク９１の入口部との間に介装されている。逆止弁９５は、コンプレッサ９４の出口部から蓄圧タンク９１の入口部へ向うガスの通流を許容し、これと反対向きのガスの通流を遮断するようになっている。
【０１０３】
切換弁９６は、下流側通路９３に介装されている。切換弁９６は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて下流側通路９３を連通及び遮断の何れかの状態に維持するようになっている。
【０１０４】
次に、上記のように構成された第４実施形態の作動について説明する。第４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９及び図１０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。図９は循環ガスの量を減少させる蓄圧制御を開始するためのルーチンであり、図１０は蓄圧制御を終了するためのルーチンである。なお、図９に示したステップにおいて図４に示したステップと同一のステップには同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１０５】
ＣＰＵは、所定のタイミングにて図９のステップ９００から処理を開始すると、ステップ９０５にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「０」であるか否かを判定する。蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値は、コンプレッサ９４が作動中であるときに「１」に設定され、その他の場合に「０」に設定される。
【０１０６】
いま、コンプレッサ９４が作動中でないために蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「０」であり、且つ、現時点が特定気筒の上死点前１０度（水素噴射弁３５から水素ガスが噴射される直前であって、特定気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度）であるとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵは、ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定するとともにステップ４０５にても「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ４１０及びステップ４１５の処理を実行する。
【０１０７】
次いで、ＣＰＵはステップ４２０に進み、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きいか否かを判定する。このとき、水素タンク４１内の水素ガスの圧力が十分に高く、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きければ、ＣＰＵはステップ４２０からステップ９１０に進んで切換弁９６を開くことにより下流側通路９３を連通し、続くステップ９１５にてコンプレッサ９４の作動を停止する。その後、ＣＰＵはステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０８】
このように、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きい場合、コンプレッサ９４の作動が停止されるので、蓄圧タンク９１に循環ガスが貯蔵されることはない。更に、蓄圧タンク９１と第２通路６２とが連通されるため、蓄圧タンク９１内の圧力が第２通路６２内の圧力よりも高ければ、蓄圧タンク９１内に貯蔵されている循環ガスが第２通路６２に合流点ＰＧを介して供給される。
【０１０９】
一方、ＣＰＵがステップ４２０に進んだとき、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下であると、ＣＰＵはステップ４２０からステップ９２０に進み、コンプレッサ９４の駆動時間ＴＣを決定する。
【０１１０】
より具体的には、ＣＰＵは、コンプレッサ駆動時間ＴＣを、ステップ４１５にて取得した水素タンク内圧力ＰH2からステップ４１０にて取得した筒内圧Ｐcyを減じた値（水素タンク内圧力ＰH2と筒内圧Ｐcyとの圧力差＝ＰH2−Ｐcy）と関数ｈとに基づいて決定する。関数ｈは、図９に示したように、圧力差（ＰH2−Ｐcy、但しＰH2−Ｐcy＞０である。）に対して単調減少する関数である。即ち、コンプレッサ駆動時間ＴＣは関数ｈによって圧力差（ＰH2−Ｐcy）が小さくなるほど（水素タンク内圧力ＰH2が小さくなるほど）長い時間に設定される。
【０１１１】
その後、ＣＰＵはステップ９２５に進んで切換弁９６を閉じることによって下流側通路９３を遮断し、続くステップ９３０にてコンプレッサ９４を作動させる。その後、ＣＰＵはステップ９３５にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫに「１」を代入し、ステップ９９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１２】
以上により、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、コンプレッサ９４が作動させられ且つ下流側通路９３が遮断されるため、蓄圧タンク９１に第２通路６２を流れる循環ガスが上流側通路９２を通して貯蔵される。
【０１１３】
なお、ＣＰＵが次に本ルーチンを実行するとき、蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値は先のステップ９３５にて「１」に設定されているので、ＣＰＵはステップ９０５からステップ９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。また、ＣＰＵがステップ４０５に進んだとき、現時点が特定気筒の上死点前１０度でなければ、ＣＰＵはステップ４０５からステップ９９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１４】
一方、ＣＰＵは所定のタイミングにてステップ１０００から図１０に示したルーチンの処理を開始し、ステップ１００５に進んで蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、先のステップ９３５にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「１」に設定されていれば、ＣＰＵはステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１０１０に進み、蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「０」から「１」へと変化した後、先のステップ９２０にて決定したコンプレッサ駆動時間ＴＣが経過したか否かを判定する。
【０１１５】
そして、コンプレッサ駆動時間ＴＣが経過していなければ、ＣＰＵはステップ１０１０からステップ１０９５に直接進み本ルーチンを一旦終了する。これに対し、コンプレッサ駆動時間ＴＣが経過していると、ＣＰＵはステップ１０１０からステップ１０１５に進んでコンプレッサ９４の作動を停止する。その後、ＣＰＵはステップ１０２０にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値を「０」に設定し、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１６】
以上により、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、コンプレッサ９４がコンプレッサ駆動時間ＴＣだけ駆動させられるとともにコンプレッサ９４が駆動されている間は下流側通路９３（蓄圧タンク９１の出口部と合流点ＰＧとの接続）が遮断される。その結果、蓄圧タンク９１に第２通路６２を流れる循環ガスが貯蔵され、第２通路６２及び第３通路６３を通る循環ガスの量が低下する。この結果、一回の吸気行程により燃焼室２１内に吸入されるガスの量が減少するので、圧縮行程開始タイミングにおいて燃焼室２１内に存在するガスの量を低減することができる。
【０１１７】
これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」が低下する。従って、水素タンク内圧力ＰH2が低下した場合にも、水素噴射弁３５から燃焼室２１内に水素ガスを噴射することができる。この結果、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【０１１８】
更に、水素ガスが水素タンク４１に補充されることにより水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力より大きくなった場合、図９のステップ９１０が実行される。その結果、蓄圧タンク９１内に貯蔵されていた循環ガスが第２通路６２に合流点ＰＧを介して戻される。従って、貴重な作動ガスであるアルゴンガスを無駄に消費することを回避することができる。なお、蓄圧タンク９１内に循環ガスが貯蔵されることにより、ステップ４２０にて「Ｙｅｓ」と判定されるようになる場合にも、ステップ９１０が実行されるが、これにより、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となれば、再びコンプレッサ９４が作動させられ、蓄圧タンク９１内に循環ガスが貯蔵される。
【０１１９】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係るエンジンは、上記第４実施形態に係るエンジンの筒内圧低減部９０を、図１１に示した筒内圧低減部１００に置換した点のみにおいて、同第４実施形態の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。図１１においても、吸気弁駆動機構３３ａ及び排気弁駆動機構３４ａは、図示が省略されている。
【０１２０】
筒内圧低減部１００は、蓄圧タンク１０１、上流側通路１０２、下流側通路１０３、切換弁（導入バルブ）１０４、逆止弁１０５及び循環通路絞り弁（絞り手段）１０６を備えている。
【０１２１】
蓄圧タンク１０１は蓄圧タンク９１と同様に循環ガスを蓄圧（貯蔵）するようになっている。上流側通路１０２は、通路６２ａと通路６２ｂとの接続点である合流点ＰＧと、蓄圧タンク１０１の出口部と、を接続している。下流側通路１０３は、通路６２ｂと通路６２ｃの接続点である分岐点ＰＢと、蓄圧タンク１０１の入口部と、を接続している。本実施形態において、分岐点ＰＢは合流点ＰＧよりも循環ガスの流れにおいて下流側に位置している。
【０１２２】
切換弁１０４は上流側通路１０２に介装されている。切換弁１０４は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて上流側通路１０２を連通及び遮断の何れかの状態に維持するようになっている。逆止弁１０５は、下流側通路１０３に介装されている。逆止弁１０５は、分岐点ＰＢから蓄圧タンク１０１の入口部へ向うガスの通流を許容し、これと反対向きのガスの通流を遮断するようになっている。
【０１２３】
循環通路絞り弁１０６は、通路６２ｃに介装されている。循環通路絞り弁１０６の配設位置は、循環ガスの流れにおいて分岐点ＰＢより僅かに下流側である。換言すると、蓄圧タンク１０１は、循環通路絞り弁１０６よりも循環ガスの流れの上流側において第２循環通路６２に下流側通路１０３を介して連通せしめられている。循環通路絞り弁１０６は、電気制御装置８０からの駆動信号に応答して第２通路６２（通路６２ｃ、循環通路）の通路断面積（開口面積）を変更するようになっている。
【０１２４】
次に、上記のように構成された第５実施形態の作動について説明する。第５実施形態のＣＰＵは、図９及び図１０に示したルーチンに代え、図１２及び図１３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。図１２は循環ガスの量を減少させる蓄圧制御を開始するためのルーチンであり、図１３は蓄圧制御を終了するためのルーチンである。なお、図１２に示したステップにおいて図４及び図９に示したステップと同一のステップには同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１２５】
ＣＰＵは、所定のタイミングにて図１２のステップ１２００から処理を開始すると、ステップ９０５にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「０」であるか否かを判定する。この実施形態において、蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値は、循環通路絞り弁１０６が第２通路６２の通路断面積を減少させることによって蓄圧タンク１０１へ循環ガスが蓄圧・貯蔵されている最中であるときに「１」に設定され、その他の場合に「０」に設定される。
【０１２６】
いま、循環通路絞り弁１０６が第２通路６２の通路断面積を減少させていないために蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「０」であり、且つ、現時点が特定気筒の上死点前１０度（水素噴射弁３５から水素ガスが噴射される直前であって、特定気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度）であるとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵは、ステップ９０５にて「Ｙｅｓ」と判定するとともにステップ４０５にても「Ｙｅｓ」と判定し、続くステップ４１０及びステップ４１５の処理を実行する。
【０１２７】
次いで、ＣＰＵはステップ４２０に進み、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きいか否かを判定する。このとき、水素タンク４１内の水素ガスの圧力が十分に高く、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きければ、ＣＰＵはステップ１２０５に進んで循環通路絞り弁１０６が第２通路６２の通路断面積を最大とするように（循環通路絞り弁１０６の開度が最大となるように）循環通路絞り弁１０６を制御する。次いで、ＣＰＵはステップ１２１０に進み、切換弁１０４を開くことによって上流側通路１０２を連通し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１２８】
このように、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力よりも大きい場合、循環通路絞り弁１０６の開度が全開となる。従って、循環通路絞り弁１０６の上流における循環通路（分岐点ＰＢ）の圧力は増大しないから、蓄圧タンク１０１に循環ガスが貯蔵されることはない。更に、蓄圧タンク１０１が上流側通路１０２を介して合流点ＰＧにて第２通路６２と連通されるため、蓄圧タンク１０１内の圧力が第２通路６２内の圧力よりも高ければ、蓄圧タンク１０１内に貯蔵されている循環ガスが第２通路６２に合流点ＰＧを介して供給される。
【０１２９】
一方、ＣＰＵがステップ４２０に進んだとき、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下であると、ＣＰＵはステップ４２０からステップ１２２０に進み、循環通路絞り弁１０６の目標開度Vextgtを決定する。
【０１３０】
より具体的には、ＣＰＵは、目標開度Vextgtを、ステップ４１５にて取得した水素タンク内圧力ＰH2からステップ４１０にて取得した筒内圧Ｐcyを減じた値（水素タンク内圧力ＰH2と筒内圧Ｐcyとの圧力差＝ＰH2−Ｐcy）と関数ｊとに基づいて決定する。関数ｊは、図１２に示したように、圧力差（ＰH2−Ｐcy、但しＰH2−Ｐcy＞０である。）に対して単調増加する関数である。即ち、目標開度Vextgtは関数ｊによって圧力差（ＰH2−Ｐcy）が小さくなるほど小さい開度に設定される。換言すると、水素タンク内圧力ＰH2が小さくなるほど、第２通路６２の通路断面積が小さくなるように、目標開度Vextgtが決定される。
【０１３１】
その後、ＣＰＵはステップ１２２５に進んで循環通路絞り弁１０６の開度が目標開度Vextgtとなるように循環通路絞り弁１０６を駆動し、ステップ１２３０に進んで切換弁１０４を閉じることにより上流側通路１０２を遮断する。次いで、ＣＰＵはステップ９３５にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫに「１」を代入し、ステップ１２９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３２】
以上により、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、循環通路絞り弁１０６により第２通路６２の通路断面積が減少させられる。従って、循環通路絞り弁１０６よりも上流側の循環通路（第２通路６２）内の圧力はエンジンの排気圧力により高くなるので、その圧力によって蓄圧タンク１０１内に循環ガスが貯蔵される。従って、高価なコンプレッサを使用することなく、蓄圧タンク１０１に循環ガスを貯蔵することができる。
【０１３３】
なお、ＣＰＵが次に本ルーチンを実行するとき、蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値は先のステップ９３５にて「１」に設定されているので、ＣＰＵはステップ９０５からステップ１２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。また、ＣＰＵがステップ４０５に進んだとき、現時点が特定気筒の上死点前１０度でなければ、ＣＰＵはステップ４０５からステップ１２９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３４】
一方、ＣＰＵは所定のタイミングにてステップ１３００から図１３に示したルーチンの処理を開始し、ステップ１００５に進んで蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「１」であるか否かを判定する。このとき、先のステップ９３５にて蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「１」に設定されていれば、ＣＰＵはステップ１００５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１３１０に進み、蓄圧制御実行フラグＸＣＫの値が「０」から「１」へと変化した後、一定の循環ガス貯蔵時間ＴＳが経過したか否かを判定する。
【０１３５】
そして、循環ガス貯蔵時間ＴＳが経過していなければ、ＣＰＵはステップ１３１０からステップ１３９５に直接進み本ルーチンを一旦終了する。これに対し、循環ガス貯蔵時間ＴＳが経過していると、ＣＰＵはステップ１３１５に進んで循環通路絞り弁１０６が第２通路６２の通路断面積を最大とするように循環通路絞り弁１０６を制御する。その後、ＣＰＵはステップ１０２０に進んで蓄圧制御実行フラグＸＣＫに「０」を代入し、ステップ１３９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３６】
以上により、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、循環ガス貯蔵時間ＴＳの間、蓄圧タンク１０１に第２通路６２を流れる循環ガスが貯蔵され、第２通路６２及び第３通路６２を通る循環ガスの量が低下する。この結果、圧縮行程開始タイミングにおいて燃焼室２１内に存在するガスの量が減少するので、一回の吸気行程により燃焼室２１内に吸入されるガスの量（即ち、圧縮行程開始タイミングにおける燃焼室内存在ガス量）を低減することができる。
【０１３７】
これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」が低下する。従って、水素タンク内圧力ＰH2が低下した場合にも、水素噴射弁３５から燃焼室２１内に水素ガスを噴射することができる。この結果、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。なお、本実施形態において、循環ガス貯蔵時間ＴＳは一定の時間であったが、第４実施形態のコンプレッサ駆動時間ＴＣのように、圧力差（ＰH2−Ｐcy＞０）が小さくなるほど長い時間に設定されてもよい。
【０１３８】
更に、水素ガスが水素タンク４１に補充されることにより水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力より大きくなった場合、図１２のステップ１２０５及びステップ１２１０が実行される。その結果、蓄圧タンク１０１内に貯蔵されていた循環ガスが第２通路６２に合流点ＰＧを介して戻される。従って、貴重な作動ガスであるアルゴンガスを無駄に消費することを回避することができる。なお、蓄圧タンク１０１内に循環ガスが貯蔵されることにより、ステップ４２０にて「Ｙｅｓ」と判定されるようになる場合にも、ステップ１２０５及びステップ１２１０が実行されるが、これにより、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となれば、ステップ１２２０乃至ステップ９３５の処理が行われ、蓄圧タンク１０１内に循環ガスが貯蔵される。
【０１３９】
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態に係るエンジンは、上記第１実施形態に係るエンジンの筒内圧低減部７０に代えて、図１４に示したように、加圧貯蔵部１１０を備えている点のみにおいて、同第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。図１４においても、吸気弁駆動機構３３ａ及び排気弁駆動機構３４ａは、図示が省略されている。
【０１４０】
ここでは、説明の便宜上、水素ガス通路４２は、通路４２ａ、通路４２ｂ、通路４２ｃ及び通路４２ｄからなっているとして説明する。通路４２ａは、水素タンク４１とサージタンク４５の入口部とを接続している。通路４２ｂは、サージタンク４５の出口部と分岐点ＰＢとを接続している。通路４２ｃは、分岐点ＰＢと合流点ＰＧとを接続している。通路４２ｄは合流点ＰＧと水素噴射弁３５とを連通している。
【０１４１】
加圧貯蔵部１１０は、上流側通路１１１、下流側通路１１２、加圧サージタンク１１３、加圧サージタンク圧力センサ１１４、加圧ポンプ（コンプレッサ、昇圧手段）１１５及び切換弁１１６を備えている。
【０１４２】
上流側通路１１１の一端は通路４２ｂと通路４２ｃとの接続部である分岐点ＰＢにて水素ガス通路４２に接続され、上流側通路１１１の他端は加圧サージタンク１１３の入口部に接続されている。下流側通路１１２の一端は加圧サージタンク１１３の出口部に接続され、下流側通路１１２の他端は通路４２ｃと通路４２ｄとの接続部である合流点ＰＧにて水素ガス通路４２に接続されている。
【０１４３】
加圧サージタンク１１３は、加圧ポンプ１１５によって加圧された水素ガスを貯蔵するとともに、貯蔵した水素ガスを水素噴射弁３５に供給するようになっている。
加圧サージタンク圧力センサ１１４は、加圧サージタンク１１３に配設されている。加圧サージタンク圧力センサ１１４は、加圧サージタンク１１３内の水素ガスの圧力（加圧サージタンク内圧力）を検出し、検出した加圧サージタンク内圧力Ｐsg2を表す信号を発生するようになっている。
【０１４４】
加圧ポンプ１１５は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて作動し、水素タンク４１から供給される水素ガスを加圧して加圧サージタンク１１３に送出するようになっている。
切換弁１１６は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて通路４２ｃを連通及び遮断の何れかの状態に維持するようになっている。
【０１４５】
次に、上記のように構成された第６実施形態の作動について説明する。第６実施形態のＣＰＵは、図３に示したルーチンに加えて、図１５に示したルーチン及び図１６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。図１５は、水素タンク内圧力ＰH2が小さくなった場合に水素タンク４１から供給される水素ガスを加圧して加圧サージタンク１１３に貯蔵するとともに、加圧サージタンク１１３から水素ガスを水素噴射弁３５に供給するためのルーチンである。図１６は、噴射制御を実行するためのルーチンである。なお、図１６に示したステップにおいて図２に示したステップと同一のステップには同一の符号を付し、詳細な説明を省略する。
【０１４６】
ＣＰＵは、所定のタイミングにてステップ１５００からステップ１５０５に進み、現時点において所定の水素噴射タイミングにて水素ガスを燃焼室２１内に噴射するのに必要な圧力、即ち、必要噴射圧Ｐreqを取得する。この必要噴射圧Ｐreqは、特定気筒のクランク角が上死点前１０度（水素噴射弁３５から水素ガスが噴射される直前であって、特定気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度）となったときの筒内圧Ｐcyに基づいて求められる。ここでは、必要噴射圧Ｐreqは、上死点前１０度の筒内圧Ｐcyに正の所定値αを加えた値に設定される。
【０１４７】
次いで、ＣＰＵは、ステップ１５１０にて水素タンク内圧力センサ８７から水素タンク内圧力ＰH2を取得し、ステップ１５１５に進んで水素タンク内圧力ＰH2が必要噴射圧Ｐreqに所定のマージン圧力Ｍgin１を加えた圧力（要求噴射圧）よりも大きいか否かを判定する。即ち、ＣＰＵはステップ１５１５にて、水素タンク内圧力ＰH2が適正な噴射を行うための圧力より大きい圧力であるか否かを判定する。
【０１４８】
そして、水素タンク４１内に水素ガスが十分に残存していて、水素タンク内圧力ＰH2が要求噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin１）よりも大きい場合、ＣＰＵはステップ１５２０に進んで加圧ポンプ１１５の作動を停止する。次いで、ＣＰＵはステップ１５２５に進み、切換弁１１６を開いて通路４２ｃを連通させ、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１４９】
以上により、加圧ポンプ１１５は停止し、且つ、通路４２ｃが連通するから、水素ガスが水素タンク４１から水素ガス通路４２（通路４２ａ〜通路４２ｄ）を通して水素噴射弁３５に供給される。そして、後述する図１６に示したルーチンが実行されることにより、所定の燃料噴射タイミングにて、水素タンク４１に貯蔵されている水素ガスが水素タンク（ガス燃料貯蔵タンク）４１に貯蔵された水素ガス（ガス燃料）の圧力により燃焼室２１に噴射される。
【０１５０】
その後、水素タンク４１内の水素ガスが消費され、水素タンク内圧力ＰH2が要求噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin１）以下となると、ＣＰＵはステップ１５００乃至１５１０に続くステップ１５１５に進んだとき同ステップ１５１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１５３０に進み、加圧サージタンク圧力センサ１１４から加圧サージタンク内圧力Ｐsg2を取得する。次いで、ＣＰＵはステップ１５３５に進み、取得した加圧サージタンク内圧力Ｐsg2が必要噴射圧Ｐreqに所定のマージン圧力Ｍgin２を加えた圧力である安定噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin２）より小さいか否かを判定する。なお、Ｍgin２はＭgin１よりも大きいので、安定噴射圧は要求噴射圧よりも大きい。但し、Ｍgin２はＭgin１と同じ大きさであってもよい。
【０１５１】
このとき、加圧サージタンク内圧力Ｐsg2が安定噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin２）より小さければ、ＣＰＵはステップ１５３５からステップ１５４０に進んで加圧ポンプ１１５を作動させる。一方、加圧サージタンク内圧力Ｐsg2が安定噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin２）以上であれば、ＣＰＵはステップ１５３５からステップ１５４５に進んで加圧ポンプ１１５の作動を停止する。次いで、ＣＰＵはステップ１５５０に進み、切換弁１１６を閉じて通路４２ｃを遮断し、ステップ１５９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１５２】
以上により、加圧サージタンク内圧力Ｐsg2が安定噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin２）より小さいと、加圧ポンプ１１５が作動を開始し、且つ、通路４２ｃが遮断される。従って、水素タンク４１から供給される水素ガスは、分岐点ＰＢから上流側通路１１１へと導かれ、加圧ポンプ１１５によって加圧されて加圧サージタンク１１３内に貯蔵される。同時に、加圧サージタンク１１３内の水素ガスは、下流側通路１１２及び合流点ＰＧを経由して水素噴射弁３５に供給される。そして、後述する図１６に示したルーチンが実行されることにより、所定の燃料噴射タイミングにて、加圧サージタンク（加圧貯蔵部）１１３に貯蔵された水素ガスの圧力により加圧サージタンク１１３に貯蔵された水素ガスが燃焼室２１に噴射される。
【０１５３】
その後、水素タンク４１に水素ガスが充填されない限り（即ち、水素タンク内圧力ＰH2が要求噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin１）よりも大きくならない限り）、上記ステップ１５３０乃至ステップ１５５０の作動が繰り返し実行される。
【０１５４】
また、水素タンク４１に水素ガスが充填され、水素タンク内圧力ＰH2が要求噴射圧（Ｐreq＋Ｍgin１）よりも大きくなると、ＣＰＵはステップ１５００乃至ステップ１５２５の処理を実行する。これにより、加圧ポンプ１１５が作動されることはなくなり、且つ、切換弁１１６によって通路４２ｃが連通される。この結果、所定の燃料噴射タイミングにて、水素タンク４１に貯蔵されている水素ガスが水素タンク４１に貯蔵された水素ガスの圧力により燃焼室２１に噴射されるようになる。
【０１５５】
また、前述したように、ＣＰＵはエンジン１０のクランク角度が所定のクランク角度に一致する毎に図１６に示したルーチンの処理をステップ１６００から開始し、ステップ１６００〜ステップ１６４０にて以下の処理を行う。これにより、水素ガスの噴射圧力が変化しても、常に適量の水素ガスが噴射される。
【０１５６】
ステップ１６０５：ＣＰＵは上述した図２のステップ２０５と同様、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。
ステップ１６１０：ＣＰＵは切換弁１１６が開いているか否かを判定する。ＣＰＵは、切換弁１１６が開弁しているとステップ１６２０に進み、閉弁しているとステップ１６３０に進む。
【０１５７】
ステップ１６２０：ＣＰＵは、噴射圧Ｐinjに、サージタンク圧力センサ８６が検出しているサージタンク圧力Ｐsgを代入する。
ステップ１６３０：ＣＰＵは、噴射圧Ｐinjに、加圧サージタンク圧力センサ１１４が検出している加圧サージタンク内圧力Ｐsg2を代入する。
【０１５８】
ステップ１６３５：ＣＰＵは、上記要求水素量ＳＨ２、上記噴射圧Ｐinj、現時点で検出されている筒内圧Ｐcy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ｆ４（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。
ステップ１６４０：水素噴射時間ＴＡＵの時間だけクランク角度が上記所定クランク角となっている気筒の水素噴射弁３５を開弁する駆動信号をその水素噴射弁３５に送出する。
【０１５９】
以上、説明したように、本実施形態に係るエンジンによれば、ガス燃料貯蔵タンク（水素タンク４１）のガス燃料（水素ガス）の圧力（タンクガス圧）が大きい場合、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されたガス燃料の圧力により同ガス燃料が燃焼室２１に噴射される。一方、タンクガス圧が小さい場合、ガス燃料貯蔵タンクに貯蔵されたガス燃料が加圧された状態にて加圧貯蔵部（加圧サージタンク１１３）に貯蔵されるとともに、加圧貯蔵部に貯蔵されたガス燃料の圧力により同ガス燃料が燃焼室２１に噴射される。この結果、ガス燃料貯蔵タンク内のガス燃料の残量が少なくなった場合であっても、ガス燃料を圧縮上死点近傍にて高圧となっている燃焼室内に噴射することができる。従って、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【０１６０】
＜第７実施形態＞
本発明の第７実施形態に係るエンジンは、図１７に示したように、上記第２実施形態に係るエンジンに更に吸気加熱手段１２０を付加した点において、同第２実施形態のエンジンと相違している。従って、本実施形態に係るエンジンは、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた要求圧力以下となった場合、吸気弁の閉弁タイミングＩＣを吸気下死点から圧縮上死点までの間において遅角させるようになっている。以下、第７実施形態と第２実施形態のエンジンとの相違点を中心として説明する。
【０１６１】
なお、この実施形態に係るエンジンにおいて、第３通路６３は、通路６３ａ及び通路６３ｂに分割されている。また、このエンジンは、燃焼室２１内の温度（筒内温度）Ｔｃを測定する筒内温度センサ８８を備えている。電気制御装置８０は、筒内温度センサ８８から筒内温度Ｔｃを取得できるようになっている。
【０１６２】
吸気加熱手段１２０は、図１７に示したように、吸気加熱部１２１、上流側通路１２２、下流側通路１２３、吸気加熱制御弁１２４及び吸気加熱用ポンプ１２５を含んでいる。
【０１６３】
吸気加熱部１２１は、吸気通路１２１ａ及び排気通路１２１ｂを備えている。吸気通路１２１ａ及び排気通路１２１ｂは、それぞれの内部を通過するガス同士が互いに熱交換をすることができるように構成されている。
【０１６４】
吸気通路１２１ａの一端は通路６３ａの一端に接続されている。通路６３ａの他端はアルゴンガス流量計６５の出口部に接続されている。
吸気通路１２１ａの他端は通路６３ｂの一端に接続されている。通路６３ｂの他端は吸気ポート３１に接続されている。これにより、吸気通路１２１ａには、酸素ガスミキサ５５を通して供給される作動ガス及び酸素ガス（便宜上、「吸入ガス」と称呼する。）が通過する。
【０１６５】
排気通路１２１ｂの一端は上流側通路１２２の一端に接続されている。上流側通路１２２の他端は分岐点ＰＢにて第１通路６１に接続されている。
排気通路１２１ｂの他端は下流側通路１２３の一端に接続されている。下流側通路１２３の他端は分岐点ＰＢよりも循環ガス（排ガス）の流れにおいて下流側の合流点ＰＧにて第１通路６１に接続されている。下流側通路１２３には、吸気加熱部１２１から合流点ＰＧに向け順に吸気加熱制御弁１２４及び吸気加熱用ポンプ１２５が介装されている。
【０１６６】
吸気加熱制御弁１２４は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて下流側通路１２３を連通及び遮断の何れかの状態に維持するようになっている。
吸気加熱用ポンプ１２５は、電気制御装置８０からの駆動信号に基づいて作動し、吸気加熱制御弁１２４を通して供給されるガスを合流点ＰＧを通して第１通路６１に送出するようになっている。
【０１６７】
以上の構成により、吸気加熱制御弁１２４によって下流側通路１２３が連通され且つ吸気加熱用ポンプ１２５が作動（駆動）されると、第１通路６１を流れる高温の排ガスが分岐点ＰＢ及び上流側通路１２２を経由して排気通路１２１ｂの入口部に供給され、その排ガスは排気通路１２１ｂを通過した後に排気通路１２１ｂの出口部から吸気加熱制御弁１２４及び吸気加熱用ポンプ１２５を経由して合流点ＰＧにて第１通路６１（従って、凝縮器６４）に供給される。このとき、排気通路１２１ｂを流れる高温の排ガスは、吸気通路１２１ａを流れる吸入ガスを加熱する。
【０１６８】
次に、上記のように構成された第７実施形態の作動について説明する。第７実施形態のＣＰＵは、第２実施形態と同様に作動するのみでなく、図１８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。図１８は吸気加熱を実行するためのルーチンである。
【０１６９】
ＣＰＵは、所定のタイミングになると図１８に示したルーチンの処理をステップ１８００から開始し、ステップ１８０５に進んで現時点が特定気筒の上死点前１０度（水素噴射弁３５から水素ガスが噴射される直前であって、特定気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度）であるか否かを判定する。現時点が特定気筒の上死点前１０度でなければ、ＣＰＵはステップ１８０５にて「Ｎｏ」と判定して直接ステップ１８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１７０】
一方、現時点が特定気筒の上死点前１０度であると、ＣＰＵはステップ１８０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８１０に進み、筒内温度センサ８８から筒内温度Ｔｃを取得する。次いで、ＣＰＵはステップ１８１５にて、筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能（又は自着火燃焼可能）な温度Ｔcth以上か否かを判定する。
【０１７１】
このとき、筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能な温度Ｔcth以上であれば、ＣＰＵはステップ１８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ１８２０に進み、吸気加熱制御弁１２４を閉じて下流側通路１２３を遮断する。次いで、ＣＰＵはステップ１８２５に進み、吸気加熱用ポンプ１２５の作動を停止し、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７２】
これに対し、ＣＰＵがステップ１８１５の処理を実行する時点において、筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能な温度Ｔcthよりも小さければ、ＣＰＵはステップ１８１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ１８３０に進み、吸気加熱制御弁１２４を開いて下流側通路１２３を連通する。次いで、ＣＰＵはステップ１８３５に進み、吸気加熱用ポンプ１２５を作動させ、ステップ１８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１７３】
これにより、燃焼室２１から排出された高温の排ガスは、分岐点ＰＢから上流側通路１２２、排気通路１２１ｂ、下流側通路１２３、吸気加熱制御弁１２４及び吸気加熱用ポンプ１２５を経由して合流点ＰＧへと流れる。従って、吸気加熱部１２１において、吸気通路１２１ａ内を流れる吸入ガスが排気通路１２１ｂを流れる高温の排ガスにより加熱される。この結果、水素ガスの噴射タイミング直前の時点における燃焼室２１内のガスの温度（以下、「圧縮端近傍筒内温度」又は「噴射タイミング筒内温度」とも言う。）が、拡散燃焼を安定して発生させるのに十分な高さに上昇せしめられる。
【０１７４】
以上、説明したように、本実施形態に係るエンジンは、水素タンク４１内の水素ガスの圧力が低下し、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力以下となった場合、吸気弁閉弁タイミングを水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた圧力より大きい場合の吸気弁閉弁タイミングよりも遅角し、吸気弁３３が開弁している期間において燃焼室２１内に吸入される作動ガス及び酸素ガスの量を減少させ、これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させる。従って、水素タンク内圧力ＰH2が低下した場合にも、水素噴射弁３５から燃焼室２１内に水素ガスを噴射することができる。
【０１７５】
更に、本実施形態は、吸気弁閉弁時期を遅角することにより燃焼室２１内に吸入される作動ガス及び酸素ガスの量を減少させ、これにより、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させた場合、「圧縮端近傍筒内温度」又は「噴射タイミング筒内温度」も低下して拡散燃焼（又は自着火燃焼）が安定してできなくなる恐れがあるから、吸気加熱部１２１にて吸気加熱を行って「圧縮端近傍筒内温度」又は「噴射タイミング筒内温度」を十分に上昇させる。その結果、燃焼が不安定になることを回避しながら、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【０１７６】
なお、本実施形態において、筒内温度Ｔｃは筒内温度センサ８８から取得しているが、アルゴンガス流量計６５により取得されるアルゴンガス流量FArとエンジン回転速度センサ８２により取得されるエンジン回転速度ＮＥ等に基づいて筒内温度Ｔｃを推定してもよい。また、本実施形態においては、吸気弁３３の閉弁時期を変更（遅角）することにより「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させているが、上述した他の手法を用いて「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させる実施形態のエンジンにも適用することができる。この点は、以下に述べる第８乃至第１０実施形態においても同様に適用される事項である。
【０１７７】
なお、吸気加熱制御弁１２４及び吸気加熱用ポンプ１２５を除去し、その代わりに分岐点ＰＢに三方弁を配置してもよい。この三方弁は、一つの入口部と二つの出口部とを備えるものである。一つの入口部は第１通路６１を介して排気ポート３２と接続される。二つの出口部の一つは第１通路６１を介して凝縮器６４の入口部と接続される。二つの出口部の他の一つは上流側通路１２２を介して排気通路１２１ｂに接続される。そしで、電気制御装置８０は、上記と同様な条件において、吸気加熱が必要であるとき、三方弁に駆動信号を送り、三方弁の入口部を上流側通路１２２に接続されている出口部と連通させる。また、電気制御装置８０は、吸気加熱が必要でないとき、三方弁に駆動信号を送り、三方弁の入口部を凝縮器６４の入口部と接続されている出口部と連通させる。このような構成により、吸気加熱用ポンプ１２５が削除できるので、エンジンをより廉価に提供することができる。
【０１７８】
＜第８実施形態＞
本発明の第８実施形態に係るエンジンは、図１９に示したように、上記第７実施形態に係るエンジンが備える吸気加熱手段１２０を吸気加熱手段１３０に置換した点においてのみ、同第７実施形態のエンジンと相違している。従って、本実施形態に係るエンジンは、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた要求圧力以下となった場合、吸気弁の閉弁タイミングＩＣを吸気下死点から圧縮上死点までの間において遅角させるようになっている。以下、第８実施形態のエンジンと第７実施形態のエンジンとの相違点を中心として説明する。なお、この第８実施形態に係るエンジンにおいて、第１通路６１は、通路６１ａ及び通路６１ｂに分割されている。また、第３通路は、通路６３ａ及び通路６３ｂに分割されている。
【０１７９】
吸気加熱手段１３０は、図１９に示したように、吸気加熱部１３１、上流側通路１３２、下流側通路１３３及び第３通路６３上の分岐点ＰＢにて第３通路６３に配設された吸気加熱用三方弁（通路切換手段）１３４を含んでいる。
【０１８０】
吸気加熱部１３１は、吸気加熱部１２１と同様な構成を備えている。即ち、吸気加熱部１３１は、吸気通路１３１ａ及び排気通路１３１ｂを備えている。吸気通路１３１ａ及び排気通路１３１ｂは、それぞれの内部を通過するガス同士が互いに熱交換をすることができるように構成されている。
【０１８１】
吸気通路１３１ａの一端は上流側通路１３２の一端と接続されている。上流側通路１３２の他端は吸気加熱用三方弁１３４の後述する二つの出口部のうちの一つの出口部と接続されている。
吸気通路１３１ａの他端は下流側通路１３３の一端と接続されている。下流側通路１３３の他端は合流点ＰＧにて第３通路６３の通路６３ｂと接続されている。合流点ＰＧは、分岐点ＰＢより吸入ガスの流れにおいて下流側に位置している。通路６３ｂの一端は吸気加熱用三方弁１３４の二つの出口部のうちの他の一つと接続され、通路６３ｂの他端は吸気ポート３１と接続されている。
【０１８２】
排気通路１３１ｂの一端は通路６１ａの一端と接続されている。通路６１ａの他端は排気ポート３２と接続されている。
排気通路１３１ｂの他端は通路６１ｂの一端と接続されている。通路６１ｂの他端は凝縮器６４の入口部と接続されている。これにより、排気通路１３１ｂには、燃焼室２１から排出された排ガスが常に通過する。
【０１８３】
吸気加熱用三方弁１３４は、一つの入口部と二つの出口部とを有している。吸気加熱用三方弁１３４は、電気制御装置８０からの駆動信号に応答して一つの入口部と二つの出口部の何れか一つとを連通するようになっている。吸気加熱用三方弁１３４の入口部は通路６３ａの一端と接続されている。通路６３ａの他端はアルゴンガス流量計６５の出口部に接続されている。
【０１８４】
次に、上記のように構成された第８実施形態の作動について説明する。第８実施形態のＣＰＵは、図１８に代わる図２０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。なお、図２０に示したステップにおいて図１８に示したステップと同一のステップには同一の符号を付している。
【０１８５】
この図２０のルーチンによれば、ステップ１８１５にて筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能な温度Ｔcth以上であると判定される場合、ＣＰＵはステップ１８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２０１０に進み、吸気加熱用三方弁１３４の入口部が通路６３ｂに接続されている吸気加熱用三方弁１３４の出口部の一つと連通する第１状態となるように、吸気加熱用三方弁１３４を切り換える。これにより、酸素ガスミキサ５５の出口部から送出された吸入ガスは吸気加熱部１３１を通過することなく、通路６３ａ、吸気加熱用三方弁１３４、通路６３ｂ及び吸気ポート３１を経由して燃焼室２１に直接吸入される。即ち、吸気加熱は行われない。
【０１８６】
これに対し、ステップ１８１５にて筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能な温度Ｔcthより小さいと判定される場合、ＣＰＵはステップ１８１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２０２０に進み、吸気加熱用三方弁１３４の入口部が上流側通路１３２に接続されている吸気加熱用三方弁１３４の出口部の一つと連通する第２状態となるように、吸気加熱用三方弁１３４を切り換える。これにより、酸素ガスミキサ５５の出口部から送出された吸入ガスは通路６３ａ、吸気加熱用三方弁１３４、上流側通路１３２、吸気通路１３１ａ、下流側通路１３３、合流点ＰＧ、通路６３ｂ及び吸気ポート３１を経由して燃焼室２１に吸入される。即ち、吸入ガスは、吸気加熱部１３１を通過するので、吸気加熱が行われ、その温度が上昇する。
【０１８７】
この実施形態によれば、第７実施形態と同様、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させながらも、吸気加熱により「圧縮端近傍筒内温度」又は「噴射タイミング筒内温度」を低下させないようにすることができる。従って、燃焼が不安定になることを回避しながら、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。加えて、第７実施形態のように、吸気加熱用ポンプ１２５を必要としないので、より廉価なエンジンを提供することができる。
【０１８８】
＜第９実施形態＞
本発明の第９実施形態に係るエンジンは、図２１に示したように、上記第７実施形態に係るエンジンが備える吸気加熱手段１２０を電気式吸気加熱手段１４０に置換した点においてのみ、同第７実施形態のエンジンと相違している。従って、本実施形態に係るエンジンは、水素タンク内圧力ＰH2が筒内圧Ｐcyに所定のマージン圧力Mginを加えた要求圧力以下となった場合、吸気弁の閉弁タイミングＩＣを吸気下死点から圧縮上死点までの間において遅角させるようになっている。以下、第９実施形態のエンジンと第７実施形態のエンジンとの相違点を中心として説明する。
【０１８９】
電気式吸気加熱手段１４０は、第３通路６３の吸気ポート３１近傍位置に配設されている。電気式吸気加熱手段１４０は、図２１の１−１線に沿った平面にて第３通路６３を切断した断面図である図２２に示したように、第３通路６３を構成する管６３−１内に埋設された複数のヒータ線（ニクロム線等の発熱体、以下、「吸気用加熱ヒータ」と称呼する。）１４１を備えている。複数の吸気用加熱ヒータ１４１は、電気制御装置８０に接続されていて、電気制御装置８０よって通電されたとき発熱し、管６３−１内を通過する吸入ガスを加熱するようになっている。
【０１９０】
次に、上記のように構成された第９実施形態の作動について説明する。第９実施形態のＣＰＵは、図１８に代わる図２３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。なお、図２３に示したステップにおいて図１８に示したステップと同一のステップには同一の符号を付している。
【０１９１】
この図２３のルーチンによれば、ステップ１８１５にて筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能な温度Ｔcth以上であると判定される場合、ＣＰＵはステップ１８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ２３１０に進み、吸気用加熱ヒータ１４１を非通電状態とする。即ち、吸気加熱は行わない。
【０１９２】
これに対し、ステップ１８１５にて筒内温度Ｔｃが拡散燃焼可能な温度Ｔcthより小さいと判定される場合、ＣＰＵはステップ１８１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ２３２０に進み、吸気用加熱ヒータ１４１を通電状態とする。これにより、吸気加熱が行われ、吸入ガスの温度が上昇する。
【０１９３】
この実施形態によれば、第７実施形態と同様、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させながらも、吸気加熱により「圧縮端近傍筒内温度」又は「噴射タイミング筒内温度」を低下させないようにすることができる。従って、燃焼が不安定になることを回避しながら、水素タンク４１内に残存する水素ガスを十分に使い果たすことができるので、エンジン１０を搭載した車両の航続距離を増大することができる。
【０１９４】
なお、電気式吸気加熱手段１４０を、図２１の１−１線に沿った平面にて切断した断面図である図２４に示した電気式吸気加熱手段１５０に変更してもよい。この電気式吸気加熱手段１５０は、吸気用加熱ヒータ１５１を複数備えている。吸気用加熱ヒータ１５１のそれぞれの一端は、管６３−１の中心部Ｃｅｎにおいて互いに接続されている。吸気用加熱ヒータ１５１のそれぞれの他端は、管６３−１の壁に到達し、その壁に埋設された導線１５２により接続されている。電気制御装置８０は、導線１５２と中心部Ｃｅｎとの間に所定の電圧を印加することにより、各吸気用加熱ヒータ１５１を通電して発熱させる。
【０１９５】
以上、説明したように、本発明の各実施形態に係るガス燃料エンジン（水素ガスエンジン）は、ガス燃料貯蔵タンク内のガス燃料の残量が少なくなり、タンクガス圧が小さくなった場合でも、水素ガスを所望のタイミングにて確実に燃焼室２１内に噴射することができる。従って、水素タンク４１内に残存する水素ガスを従来よりも多く使用することができるので、このエンジンを搭載した車両の航続距離を増大することができる。また、水素ガスの噴射タイミングを進角する必要もないので、正常な燃焼によりエンジンを運転することができる。
【０１９６】
更に、吸気加熱手段を備えた実施形態に係るエンジンにおいては、「圧縮端近傍筒内圧」又は「噴射タイミング筒内圧」を低下させつつも、「圧縮端近傍筒内温度」又は「噴射タイミング筒内温度」を低下させないようにすることができる。従って、燃焼が不安定になることを回避することができる。
【０１９７】
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、上記各実施形態に係るエンジンは水素を拡散燃焼させていたが、水素ガスを燃焼室２１内に噴射する形式のエンジンであれば、自着火燃焼運転又は燃焼室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運転を行うエンジンにも本発明を適用することができる。また、例えば、第１実施形態の吸気弁閉弁タイミングの変更制御と、第２実施形態の吸気通路断面積の変更制御と、を併せて採用する等、各実施形態の筒内圧低減部を二つ以上組み合わせて使用することもできる。
【０１９８】
更に、上記各実施形態においては、作動ガスとしてアルゴンガスが使用されていたが、アルゴン以外の高い比熱比を有する不活性ガス（例えば、Ｈｅ等のアルゴン以外の単原子ガス）であってもよい。また、本発明において、タンクガス圧が大きい場合（筒内圧が低減されていない場合）の燃料噴射タイミングとタンクガス圧が小さい場合（筒内圧が低減される場合）の燃料噴射タイミングとは、互いに一致していてもよく、燃焼が安定して行われる範囲内において互いに相違していてもよい。
【０１９９】
また、上記各実施形態においては、ステップ４２０及びステップ１５１５等において使用される要求噴射圧（例えば、Ｐcy＋Mgin）は、特定気筒のクランク角が上死点前１０度であるときの筒内圧Ｐcyに基づいて求められていたが、一定の固定値であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０２００】
【図１】本発明の第１実施形態に係るガス燃料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】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５】本発明の第２実施形態に係るガス燃料エンジンの吸気弁の開弁タイミング及び閉弁タイミング示した図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係るガス燃料エンジンの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３実施形態に係るガス燃料エンジンの吸気弁の開弁タイミング及び閉弁タイミング示した図である。
【図８】本発明の第４実施形態に係るガス燃料エンジンを含むシステムの概略図である。
【図９】図８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１０】図８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１１】本発明の第５実施形態に係るガス燃料エンジンを含むシステムの概略図である。
【図１２】図１１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１３】図１１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１４】本発明の第６実施形態に係るガス燃料エンジンを含むシステムの概略図である。
【図１５】図１４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１６】図１４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１７】本発明の第７実施形態に係るガス燃料エンジンを含むシステムの概略図である。
【図１８】図１７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１９】本発明の第８実施形態に係るガス燃料エンジンを含むシステムの概略図である。
【図２０】図１９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２１】本発明の第９実施形態に係るガス燃料エンジンを含むシステムの概略図である。
【図２２】図２１の１−１線に沿った平面にて通路を切断した断面図である。
【図２３】図２１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２４】本発明の第９実施形態の変形例に係るガス燃料エンジンが備える吸気加熱手段の概略断面図である。
【符号の説明】
【０２０１】
１０…水素ガス燃料エンジン、２１…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…排気ポート、３３…吸気弁、３３ａ…吸気弁駆動機構、３４…排気弁、３４ａ…吸気弁駆動機構、３５…水素噴射弁、４０…水素供給部、４１…水素タンク、４５…サージタンク、５０…酸素供給部、５１…酸素タンク、５５…酸素ガスミキサ、６０…作動ガス循環通路部、６１…第１通路、６２…第２通路、６３…第３通路、６４…凝縮器、７０…筒内圧低減部、７１…吸気絞り弁、７２…吸気絞り弁アクチュエータ、８０…電気制御装置、８５…筒内圧センサ、８６…サージタンク圧力センサ、８７…水素タンク内圧力センサ、８８…筒内温度センサ、９０…筒内圧低減部、９１…蓄圧タンク、９４…コンプレッサ、１００…筒内圧低減部、１０３…循環通路絞り弁、１１０…加圧貯蔵部、１１３…加圧サージタンク、１１４…加圧サージタンク圧力センサ、１１５…加圧ポンプ、１２０…吸気加熱手段、１２１…吸気加熱部、１２４…吸気加熱制御弁、１２５…吸気加熱用ポンプ、１３０…吸気加熱手段、１３１…吸気加熱部、１３４…吸気加熱用三方弁、１４０…電気式吸気加熱手段、１４１…吸気用加熱ヒータ、１５０…電気式吸気加熱手段、１５１…吸気用加熱ヒータ。
【図１】
0004730154.tif 000002
【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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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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