(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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経路を通して循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、  前記循環経路内に前記燃焼室にて発生したＨ２Ｏ以外の生成物としての二酸化炭素を除去する生成物除去手段を備えた水素エンジンにおいて、  前記循環経路は主経路と同主経路から分岐点にて分岐し且つ同分岐点より下流側の合流点にて同主経路に合流するバイパス経路とを含み、  前記生成物除去手段は前記バイパス経路に配設され、更に、  前記分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスを同分岐点から前記合流点までの間において同主経路を通過させるか前記バイパス経路を通過させるかの何れかに切り換える経路切換手段と、 前記主経路を流れるガスに含まれる二酸化炭素の濃度を取得する二酸化炭素濃度取得手段と、 前記取得された二酸化炭素の濃度が所定濃度以上であるとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように前記経路切換手段を切り換える切換制御手段と、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において、  前記生成物除去手段は、  前記循環経路の一部を構成する流路を備える容器と、  前記容器の流路に収容されたモノエタノールアミン溶液又はゼオライト系吸着剤と、を備える水素エンジン。
【請求項３】
請求項１に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、  前記生成物除去手段は、  前記生成物を吸収する吸収物質と、  前記吸収物質に吸収された生成物を同吸収物質から離脱させるように同吸収物質に物理的作用を加える離脱促進手段と、  前記離脱促進手段により離脱させられた生成物を前記循環経路外へ排出する排出口と、を備えた水素エンジン。
【請求項４】
請求項３に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、  前記吸収物質は前記生成物としての二酸化炭素を溶解して吸収するモノエタノールアミン溶液又は同二酸化炭素を吸着して吸収するゼオライト系吸着剤であり、  前記離脱促進手段は前記吸収物質を加熱する加熱手段である水素エンジン。
【請求項５】
請求項１に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、  前記二酸化炭素濃度取得手段は、二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度センサである水素エンジン。
【請求項６】
請求項１に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、  前記二酸化炭素濃度取得手段は、前記水素エンジンの運転時間の積算時間に基づいて前記二酸化炭素濃度を推定する二酸化炭素濃度推定手段である水素エンジン。
【請求項７】
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経路を通して循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、 前記循環経路内に前記燃焼室にて発生したＨ２Ｏ以外の生成物を除去する生成物除去手段を備えた水素エンジンにおいて、 前記循環経路は主経路と同主経路から分岐点にて分岐し且つ同分岐点より下流側の合流点にて同主経路に合流するバイパス経路とを含み、 前記生成物除去手段は前記バイパス経路に配設され、更に、 前記分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスを同分岐点から前記合流点までの間において同主経路を通過させるか前記バイパス経路を通過させるかの何れかに切り換える経路切換手段を備えた水素エンジンであって、  前記エンジンのクランク角が圧縮上死点近傍の所定クランク角度であるときの前記燃焼室内の圧力である筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、  前記取得された筒内圧が所定圧力より小さいとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように前記経路切換手段を切り換える切換制御手段と、を備えた水素エンジン。
【請求項８】
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経路を通して循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、 前記循環経路内に前記燃焼室にて発生したＨ２Ｏ以外の生成物を除去する生成物除去手段を備えた水素エンジンにおいて、 前記循環経路は主経路と同主経路から分岐点にて分岐し且つ同分岐点より下流側の合流点にて同主経路に合流するバイパス経路とを含み、 前記生成物除去手段は前記バイパス経路に配設され、更に、 前記分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスを同分岐点から前記合流点までの間において同主経路を通過させるか前記バイパス経路を通過させるかの何れかに切り換える経路切換手段を備えた水素エンジンであって、  前記エンジンの燃焼状態を表す燃焼状態指標値を取得する燃焼状態指標値取得手段と、  前記取得された燃焼状態指標値が所定の燃焼状態よりも悪化した状態であることを示したとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように前記経路切換手段を切り換える切換制御手段と、を備えた水素エンジン。
【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。）。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、上記従来のエンジンは、比熱比が小さいガスを作動ガスとして用いるエンジンよりも高い熱効率で運転され得る。このような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。従って、上記エンジンは排ガスからＨ２Ｏを分離・除去し、Ｈ２Ｏが除去されたガスを燃焼室に再供給している。
【特許文献１】特開平１１−９３６８１号公報（請求項１、段落番号００２１乃至００２９、図１）
【０００３】
しかしながら、上記エンジンの排ガスには、アルゴンガス及び燃焼室にて発生したＨ２Ｏ以外の生成物が含まれることがある。このような生成物の一例は、二酸化炭素（ＣＯ２）、窒素感化物（Ｎｏｘ）及び炭化水素（ＨＣ）等である。例えば、二酸化炭素は、燃焼室内において潤滑油が燃焼する（化学的変化を起こす）ことにより生成される。より具体的には、シリンダライナーに滞留する潤滑油の一部が燃焼したり、吸気バルブ又は排気バルブのオイルシール部から燃焼室内に漏洩した潤滑油が燃焼したりすることにより、二酸化炭素は不可避的に排ガス中に含まれる。
【０００４】
ところで、二酸化炭素は３原子ガスである。この二酸化炭素を含み、燃焼室において生成される生成物（窒素酸化物及び炭化水素等）は、２原子以上からなるガス（以下、便宜上、「複数原子ガス」と称呼する。）である。複数原子ガスは、単原子ガスよりも比熱比が小さい。従って、燃焼室にて生成された生成物の循環されるガス中の濃度が増大すると、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経路を通して循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環経路内に前記燃焼室にて発生したＨ２Ｏ（水蒸気）以外の生成物を除去する生成物除去手段を備えている。
【０００６】
単原子ガスは一般に比熱比が大きい。これに対し、燃焼室にて生成されるＨ２Ｏ以外の生成物は複数原子ガスであるので、比熱比が単原子ガスより一般に小さい。従って、上記構成によれば、燃焼室にて生成されるＨ２Ｏ以外の生成物（比熱比が作動ガスよりも小さい生成物）が、生成物除去手段により循環されるガス（循環ガス）から除去されるので、水素エンジンは常に高い熱効率にて運転され得る。
【０００７】
更に、上記水素エンジンにおいて、
前記循環経路は主経路と同主経路から分岐点にて分岐し且つ同分岐点より下流側の合流点にて同主経路に合流するバイパス経路とを含み、
前記生成物除去手段は前記バイパス経路に配設され、その水素エンジンは、
前記分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスを同分岐点から前記合流点までの間において同主経路を通過させるか前記バイパス経路を通過させるかの何れかに切り換える経路切換手段を備える。
これによれば、必要に応じて、循環ガスが流れる前記分岐点から前記合流点までの間の経路が経路切換手段によってバイパス経路に設定され、これにより、バイパス経路に配設された生成物除去手段によって循環ガス中に含まれる生成物が除去される。この結果、循環ガス中の生成物の濃度を小さくすることができる。一方、循環ガスが流れる前記分岐点から前記合流点までの間の経路が経路切換手段によって主経路に設定された場合には、生成物除去手段を循環ガスが通過しない。この結果、循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路及び生成物除去手段を通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
この場合、前記生成物除去手段は、前記燃焼室にて発生したＨ２Ｏ以外の生成物としての二酸化炭素を除去するように構成されることが好適である。
【０００８】
一般にエンジンには潤滑油が用いられるので、上述した理由により比熱比が比較的大きい二酸化炭素が燃焼室において不可避的に生成される。このため、上記構成より、循環ガスから二酸化炭素を除去すれば、常に高い熱効率にて運転することが可能な水素エンジンが提供され得る。
【０００９】
この場合、
前記二酸化炭素を除去する生成物除去手段は、
前記循環経路の一部を構成する流路を備える容器と、
前記容器の流路に収容されたモノエタノールアミン溶液又はゼオライト系吸着剤と、
を備えることが好適である。
【００１０】
モノエタノールアミン（ＭＥＡ）溶液は二酸化炭素を高い溶解度をもって溶解することができる。ゼオライト系吸着剤は、二酸化炭素を高い効率をもって吸着することができる。従って、上記構成によって、これらの物質を収容した流路に排ガスを通流させることにより、循環ガス中の二酸化炭素を高い効率をもって吸収・分離・除去することができる。
【００１３】
更に、前記水素エンジンにおいて、
生成物除去手段は、
前記生成物を吸収する吸収物質と、
前記吸収物質に吸収された生成物を同吸収物質から離脱させるように同吸収物質に物理的作用を加える離脱促進手段と、
前記離脱促進手段により離脱させられた生成物を前記循環経路外へ排出する排出口と、
を備えることが好適である。
【００１４】
これによれば、吸収物質に吸収された生成物が離脱促進手段により吸収物質から離脱させられる。従って、吸収物質が生成物を吸収する能力を回復することができる。この結果、生成物除去手段を取り替える必要がなく、一つの生成物除去手段を長期に渡って使用することができる。
【００１５】
上記離脱促進手段を備えた水素エンジンにおいて、
前記吸収物質は前記生成物としての二酸化炭素を溶解して吸収するモノエタノールアミン溶液又は同二酸化炭素を吸着して吸収するゼオライト系吸着剤であり、
前記離脱促進手段は前記吸収物質を加熱する加熱手段であることが望ましい。
【００１６】
モノエタノールアミン溶液は、その温度が上昇するに従って二酸化炭素の溶解度が急激に低下する性質を有する。ゼオライト系吸着剤は、その温度が上昇するに従って二酸化炭素の吸着率が急激に低下する性質を有する。従って、上記構成のように、加熱手段によりモノエタノールアミン溶液又はゼオライト系吸着剤を加熱することにより、これらに吸収（溶解又は吸着）されている二酸化炭素をこれらから容易に離脱させることができる。この結果、モノエタノールアミン溶液又はゼオライト系吸着剤の二酸化炭素吸収能力を回復することができる。
【００１７】
また、上述した生成物除去手段が配設されたバイパス経路を備えるとともに、主経路とバイパス経路との何れかを循環ガスの経路とすることができる経路切換手段を備えた水素エンジンにあっては、
前記の主経路（例えば、前記分岐点よりも上流側の主経路又は前記合流点よりも下流側主経路であってもよい）を流れるガスに含まれる二酸化炭素の濃度を取得する二酸化炭素濃度取得手段と、
前記取得された二酸化炭素の濃度が所定濃度以上であるとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように前記経路切換手段を切り換える切換制御手段と、
を備えることが好適である。
【００１８】
これによれば、前記取得された二酸化炭素の循環ガス中の濃度が所定濃度以上となって、エンジンの熱効率が許容できない程度まで低下したとき、循環ガスがバイパス経路を通過する。従って、循環ガス中の二酸化炭素が生成物除去手段により除去されるので、エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路と生成物除去手段とを通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【００１９】
この場合、前記二酸化炭素濃度取得手段は、
二酸化炭素濃度を測定する二酸化炭素濃度センサであってもよく、
水素エンジンの運転時間の積算時間に基づいて二酸化炭素濃度を推定する二酸化炭素濃度推定手段であってもよい。水素エンジンの運転時間の積算時間に基づいて二酸化炭素濃度を推定すれば、高価な二酸化炭素濃度センサを採用する必要がないので、エンジンを廉価に提供することができる。
【００２０】
一方、上記水素エンジンは、
前記エンジンのクランク角が圧縮上死点近傍の所定クランク角度であるときの前記燃焼室内の圧力である筒内圧を取得する筒内圧取得手段と、
前記取得された筒内圧が所定圧力より小さいとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように前記経路切換手段を切り換える切換制御手段と、
を備えることもできる。
【００２１】
前述したように、二酸化炭素は３原子ガスであって単原子ガスである作動ガスよりも比熱比が小さい。このため、循環ガス中の二酸化炭素濃度が上昇するほど、圧縮行程終了時近傍における筒内圧が小さくなる。従って、エンジンのクランク角が圧縮上死点近傍の所定クランク角度であるときの筒内圧が所定圧力より小さくなったということは、循環ガス中の二酸化炭素濃度が増大したことを意味する。そこで、上記構成のように、圧縮上死点近傍の所定クランク角度であるときの筒内圧が所定圧力より小さくなったとき、循環ガスがバイパス経路を通過するように循環ガスの経路を設定する。これにより、循環ガス中の二酸化炭素が生成物除去手段により除去されるので、エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路（二酸化炭素吸収機）を通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【００２２】
他方、上記水素エンジンは、
前記エンジンの燃焼状態を表す燃焼状態指標値を取得する燃焼状態指標値取得手段と、
前記取得された燃焼状態指標値が所定の燃焼状態よりも悪化した状態であることを示したとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように前記経路切換手段を切り換える切換制御手段と、
を備えることもできる。
【００２３】
前述したように、二酸化炭素は３原子ガスであって単原子ガスである作動ガスよりも比熱比が小さい。
このため、水素エンジンが高温・高圧の圧縮ガス中に水素を噴射して拡散燃焼させるタイプのエンジンであれば、二酸化炭素濃度が上昇するほど燃焼速度が低下するので、燃焼状態のサイクル間変動が大きくなるか、或いは、着火時期が遅れる。従って、燃焼状態を表す燃焼状態指標値として、図示平均有効圧の変動率、着火時期、又は着火時期の変動率を採用すると、その指標値に基づいて二酸化炭素濃度が許容濃度以上になったか否かを判定することができる。
【００２４】
更に、水素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れば、二酸化炭素濃度が上昇するほど火炎伝播速度が低下するので、爆発（燃焼）行程中の筒内圧は緩慢に変化するようになる。従って、燃焼状態を表す燃焼状態指標値として、例えば、筒内圧の変化速度を採用すると、その指標値に基づいて二酸化炭素濃度が許容濃度以上になったか否かを判定することができる。
【００２５】
加えて、どのような燃焼形式のエンジンであれ、二酸化炭素濃度が上昇するほど熱効率が低下する。従って、図示熱効率を燃焼状態指標値として採用すると、その図示熱効率に基づいて二酸化炭素濃度が許容濃度以上になったか否かを判定することができる。なお、図示熱効率は、例えば、筒内圧と燃焼室の体積とから図示仕事Ｑ１を求めるとともに、水素供給量（水素噴射量）に基づいてエンジンに付与されたエネルギーＱ０を求めれば、それらの比（例えば、Ｑ１／Ｑ０）として取得することができる。
【００２６】
以上のことから、上記構成のように、燃焼状態指標値が所定の燃焼状態よりも悪化した状態であることを示したとき、前記分岐点から前記合流点までの間、同分岐点よりも上流の主経路内を流れるガスが前記バイパス経路を通過するように切換手段を切り換えれば、循環ガス中の二酸化炭素濃度が過大となることを回避でき、エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路及び生成物除去手段を通過しないようにすることができるので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
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。
＜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。
【００２８】
このシステムは、作動ガス循環型水素エンジン１０、水素供給部４０、酸素供給部５０、作動ガス循環通路部６０、生成物除去部７０及び電気制御装置８０を備えている。水素エンジン１０は、燃焼室に酸素及び作動ガスとしてのアルゴンからなるガスを供給し、このガスを圧縮させることにより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、水素エンジン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。
【００２９】
水素エンジン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。
【００３０】
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。
【００３１】
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、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。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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り、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。
【００３５】
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。
【００３６】
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。
【００３７】
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。
【００３８】
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５経路６５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５経路６５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から排出するようになっている。
【００３９】
作動ガス循環通路部６０は、第１〜５経路（第１〜第５流路形成管）６１〜６５、凝縮器６６及びアルゴンガス流量計６７を備えている。
【００４０】
第１経路６１は排気ポート３２と凝縮器６６の入口部とを接続している。第２経路６２は凝縮器６６の出口部と後述する三方弁（経路切換手段）７２の入口部とを接続している。第３経路６３は三方弁７２の出口部の一つと後述する合流点ＰＧとを接続している。第４経路６４は合流点ＰＧとアルゴンガス流量計６７の入口部とを接続している。第５経路６５は、アルゴンガス流量計６７の出口部と吸気ポート３１とを接続している。第５経路６５には酸素ガスミキサ５５が介装されている。
【００４１】
凝縮器６６は、燃焼室２１から排出された排ガスを第１経路６１及び凝縮器６６の入口部を経由して導入するようになっている。凝縮器６６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（Ｈ２Ｏ）を凝縮液化するようになっている。これにより、凝縮器６６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６６は、前記分離した非凝縮ガスをその出口部から第２経路６２に供給するようになっている。
【００４２】
アルゴンガス流量計６７は、第４経路６４及び第５経路６５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。
【００４３】
生成物除去部７０は、二酸化炭素吸収機（ＣＯ２吸収機）７１、三方弁（経路切換手段）７２、バイパス上流経路７３及びバイパス下流経路７４を備えている。
【００４４】
二酸化炭素吸収機７１は、容器７１ａとモノエタノールアミン溶液７１ｂとからなっている。容器７１ａは中空円筒形状又は中空の直方体形状を有する筐体であって、内部に流路を形成している。容器７１ａは、内部の流路にモノエタノールアミン溶液７１ｂを収容している。モノエタノールアミン溶液は、ＭＥＡ溶液とも称呼され、二酸化炭素を選択的且つ多量に溶解させることにより、二酸化炭素を効率良く吸収するができる。容器７１ａは、底面に入口部を備えるとともに、上面に出口部を備えている。容器７１ａは、水素エンジン１０を搭載した車両に対して着脱可能に固定されている。
【００４５】
三方弁７２は、一つの入口部と二つの出口部とを有している。三方弁７２は、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。前述したように、三方弁７２の入口部は第２経路６２を介して凝縮器６６の出口部と接続されている。三方弁７２の出口部の一つはバイパス上流経路７３を通して容器７１ａの入口部に接続されている。三方弁７２の出口部の他の一つは第３経路６３に接続されている（合流点ＰＧにて第４経路６４に接続されている。）。バイパス下流経路７４の一端は容器７１ａの出口部に接続され、他端は第４経路６４（合流点ＰＧ）に接続されている。
【００４６】
なお、便宜上、三方弁７２の配設位置は「第２経路６２、第３経路６３及び第４経路６４（実際には、第１経路６１乃至第５経路６５）を含んでなる主経路」と「バイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び容器７１ａにより形成された流路を含んでなるバイパス経路」との分岐点ＰＢと称呼される。また、前述したように、第４経路６４とバイパス下流経路７４とが接続された位置は合流点ＰＧと称呼される。上記「主経路」は作動ガスの循環経路を構成している。上記「バイパス経路」は作動ガス循環経路の一部を構成している。
【００４７】
電気制御装置８０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６７、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、二酸化炭素濃度センサ８５及びサージタンク圧力センサ８６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、水素濃度センサ８４及び二酸化炭素濃度センサ８５は、第４経路６４（合流点ＰＧとアルゴンガス流量計６７との間）に配設されている。酸素濃度センサ８３は、配設部位（第４経路６４）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４経路６４）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】
二酸化炭素濃度センサ８５は、配設部位（第４経路６４）を流れるガスの二酸化炭素濃度（二酸化炭素濃度）を検出し、二酸化炭素濃度を表す信号DenCO2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、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。
【００５１】
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及び三方弁７２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。
【００５２】
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。
【００５３】
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９０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。
【００５４】
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。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９０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内に供給される。
【００５５】
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。
【００５６】
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。
【００５７】
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。
【００５８】
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。
【００５９】
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三方弁制御ルーチン（経路切換制御ルーチン）を実行するようになっている。先ず、循環経路を流れる還流ガス（第１経路６１乃至第５経路６５からなる主経路を流れる還流ガスであって、特に、分岐点ＰＢより上流の主経路である第２経路６２を流れる還流ガス又は合流点ＰＧより下流の主経路を構成する第４経路６４を流れる還流ガス）の二酸化炭素濃度DenCO2が高側所定濃度（高側閾値、所定値）DenCO2thHより小さく、かつ、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の分離・除去が行われていない状態にある場合から説明を開始する。なお、高側所定濃度DenCO2thHは、二酸化炭素が循環ガス中に多量に含まれていることによって水素エンジン１０の熱効率の低下が問題となるレベルに選択されている。
【００６０】
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に進んで二酸化炭素濃度センサ８５から二酸化炭素濃度DenCO2を取得する。次いで、ＣＰＵはステップ４１０に進み、二酸化炭素濃度DenCO2が高側所定濃度DenCO2thH以上であるか否かを判定する。
【００６１】
前述の仮定に従えば、二酸化炭素濃度DenCO2は高側所定濃度DenCO2thHより小さいから、ＣＰＵはステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４１５に進み、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「１」であるか否かを判定する。後述するように、二酸化炭素分離実行フラグＦの値は、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の分離・除去が行われているときに「１」に設定される。また、二酸化炭素分離実行フラグＦの値は、図示しないイグニッション・キー・スイッチをオフからオンへと変更した際に実行されるイニシャルルーチンにおいて「０」に設定される。
【００６２】
前述の仮定に従えば、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の分離・除去は行われていない。従って、二酸化炭素分離実行フラグＦの値は「０」であるから、ＣＰＵはステップ４１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ４９５に進み本ルーチンを一旦終了する。この結果、燃焼室２１から排出された排ガス（循環ガス）は、第１経路６１、第２経路６２、第３経路６３、第４経路６４及び第５経路６５からなる主経路を通って循環される。換言すると、燃焼室２１から排出された排ガスは、二酸化炭素吸収機７１を通過しない。
【００６３】
次に、このような運転が繰り返されることにより、オイル上がり又はオイル下がり等により燃焼室２１に流入した潤滑油が燃焼室２１において燃焼して二酸化炭素が生成され、主経路内の二酸化炭素濃度DenCO2が高側所定濃度DenCO2thH以上となった場合について説明する。
【００６４】
この場合、ＣＰＵはステップ４０５に続くステップ４１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４２０に進み、三方弁７２の入口部がバイパス上流経路７３に接続されている三方弁７２の出口部の一つと連通するように、三方弁７２を切り換える。換言すると、第２経路６２を流れる還流ガス（Ｈ２Ｏ分離後の排ガス）の総てが、分岐点ＰＧから合流点ＰＧまでの間、二酸化炭素吸収機７１が介装されたバイパス経路（バイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び二酸化炭素吸収機７１の容器７１ａが形成する流路からなるバイパス経路）を通過するように、三方弁７２が切り換えられる。
【００６５】
この結果、第２経路６２を流れる還流ガスは、第３経路６３を流れず、二酸化炭素吸収機７１（二酸化炭素吸収機７１内の流路に収容されたモノエタノールアミン溶液７１ｂ）を通過する。従って、還流ガス中に含まれる二酸化炭素がモノエタノールアミン溶液７１ｂに吸収され、還流ガスから分離される。そして、二酸化炭素が分離された還流ガスは、容器７１ａの出口部及びバイパス下流経路７４を通して合流点ＰＧから第４経路６４に供給される。その後、ＣＰＵはステップ４２５に進んで二酸化炭素分離実行フラグＦの値を「１」に設定し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６６】
この状態が継続すると、主経路内の二酸化炭素濃度DenCO2が次第に低下し、高側所定濃度DenCO2thHより小さく且つ低側所定濃度DenCO2thLより大きい値となる。低側所定濃度DenCO2thLは、高側所定濃度DenCO2thHより小さい値であって、二酸化炭素が循環ガス中に含まれていることによるエンジン１０の熱効率の低下が問題とならないレベルに選択されている。
【００６７】
この場合、ＣＰＵはステップ４０５に続くステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定するとともにステップ４１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４３０に進み、主経路を流れる循環ガスの二酸化炭素濃度DenCO2が低側所定濃度DenCO2thL以下となったか否かを判定する。この時点では、二酸化炭素濃度DenCO2は低側所定濃度DenCO2thLより大きいので、ＣＰＵはステップ４３０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。この結果、三方弁７２は切り換えられないから、第２経路６２を流れる還流ガスは二酸化炭素吸収機７１を通過し続ける。従って、還流ガス中に含まれる二酸化炭素が更に還流ガスから分離・除去される。
【００６８】
この状態が更に継続すると、主経路内の二酸化炭素濃度DenCO2は低側所定濃度DenCO2thL以下となる。この場合、ＣＰＵはステップ４０５、ステップ４１０及びステップ４１５に続くステップ４３０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４３５に進み、三方弁７２の入口部が第３経路６３に接続されている三方弁７２の出口部の他の一つと連通するように、三方弁７２を切り換える。換言すると、第２経路６２を流れる還流ガスの総てが、分岐点ＰＧから合流点ＰＧまでの間、二酸化炭素吸収機７１が介装されたバイパス経路を通過せず、第３経路６３を通過するように三方弁７２が切り換えられる。これにより、燃焼室２１から排出された排ガスは、再び、第１経路６１乃至第５経路６５からなる主経路を通って循環され始める。その後、ＣＰＵはステップ４４０にて二酸化炭素分離実行フラグＦの値を「０」に設定し、ステップ４９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００６９】
以上、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）とを供給して同水素を燃焼させるとともに、燃焼室２１から排出された排ガス中の作動ガスを燃焼室２１に循環経路（主経路及びバイパス経路の何れか）を通して循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記循環経路（バイパス経路）内に燃焼室２１にて発生したＨ２Ｏ以外の生成物である二酸化炭素を除去する生成物除去手段（二酸化炭素吸収機７１）を備えた水素エンジンである。
【００７０】
従って、燃焼室にて生成されるＨ２Ｏ以外の生成物（比熱比が作動ガスであるアルゴンよりも小さい生成物である二酸化炭素）が、生成物除去手段により循環ガスから除去されるので、水素エンジンは常に高い熱効率にて運転され得るようになっている。
【００７１】
更に、この水素エンジンは、
分岐点ＰＢよりも上流側の主経路（第２経路６２）又は合流点ＰＧよりも下流側の主経路（第４経路６４）を流れるガスに含まれる二酸化炭素の濃度を取得する二酸化炭素濃度取得手段（二酸化炭素濃度センサ８５）と、
取得された二酸化炭素の濃度DenCO2が所定の高側所定濃度（高側閾値）DenCO2thH以上であるとき、分岐点ＰＢから合流点ＰＧまでの間、分岐点ＰＢよりも上流の主経路である第２経路６２内を流れるガスが上記バイパス経路を通過するように経路切換手段（三方弁７２）を切り換える切換制御手段（ステップ４１０、４２０等）と、
を備えている。
【００７２】
従って、二酸化炭素の循環ガス中の濃度を小さくすることができる。一方、循環ガスが流れる分岐点ＰＢから合流点ＰＧまでの間の経路が経路切換手段によって主経路（第３経路６３）に設定された場合には、二酸化炭素吸収機７１を循環ガスが通過しない。この結果、循環ガスが流路抵抗の高いバイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び二酸化炭素吸収機７１を通過しないので、水素エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【００７３】
更に、二酸化炭素吸収機７１は車両に対して着脱可能に構成されているので、モノエタノールアミン溶液７１ｂが二酸化炭素を十分に吸収した時点にて、新品の二酸化炭素吸収機７１と交換することができる。或いは、二酸化炭素吸収機７１を車両から取り外し、二酸化炭素を吸収したモノエタノールアミン溶液７１ｂを新たなモノエタノールアミン溶液又は加熱により溶解している二酸化炭素を分離・除去したモノエタノールアミン溶液に入れ替えた後、再度、車両に固定することができる。
【００７４】
＜第１実施形態の変形例＞
この変形例に係る作動ガス循環型水素エンジンは、上記第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの二酸化炭素吸収機７１に、モノエタノールアミン溶液７１ｂに代わるゼオライト系吸着剤を充填した点のみにおいて、同第１実施形態の水素エンジンと相違している。ゼオライト系吸着剤は、固体であるが、二酸化炭素を効率良く吸着することができる。
【００７５】
＜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、上記第１実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの生成物除去部７０を、図５に示したように、生成物除去部９０に置換した点のみにおいて、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。
【００７６】
生成物除去部９０は、二酸化炭素吸収機９１、三方弁（経路切換手段）９２、バイパス上流経路９３、バイパス下流経路９４、二酸化炭素排出経路９５、作動ガスリターン弁９６及び排出弁９７を備えている。
【００７７】
二酸化炭素吸収機９１は、二酸化炭素吸収機７１と同様に、容器９１ａとモノエタノールアミン溶液９１ｂとを備えるとともに、ヒータ（加熱ヒータ）９１ｃを備えている。容器９１ａは容器７１ａと同一構造を備えていて、水素エンジン１０を搭載した車両に対して着脱可能に固定されている。容器９１ａは、内部の流路にモノエタノールアミン溶液９１ｂを収容している。ヒータ９１ｃは、容器９１ａの周囲に配設されていて、駆動信号に応答して発熱し、モノエタノールアミン溶液９１ｂを加熱するようになっている。
【００７８】
三方弁９２、バイパス上流経路９３及びバイパス下流経路９４は、三方弁７２、バイパス上流経路７３及びバイパス下流経路７４のそれぞれと同一構造であって同一の態様にて接続・配置されている。二酸化炭素排出経路９５の一端は容器７１ａの上面に形成された排出口に接続されている。
【００７９】
作動ガスリターン弁９６は、バイパス下流経路９４に配設されている。作動ガスリターン弁９６は、駆動信号に応答してバイパス下流経路９４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。
排出弁９７は、二酸化炭素排出経路９５に配設されている。排出弁９７は、駆動信号に応答して二酸化炭素排出経路９５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。
【００８０】
次に、上記のように構成された第２実施形態に係るシステムの作動について説明する。第２実施形態のＣＰＵは、図２乃至図４に示したルーチンに加え、図６及び図７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６は二酸化炭素吸収機９１のメンテナンスを実行するためのルーチンであり、図７は二酸化炭素吸収機９１のメンテナンスの実行を許可するか否かの判定を行うためのルーチンである。
【００８１】
なお、第２実施形態のＣＰＵが図４のステップ４２０の処理を行う場合、三方弁７２の入口部がバイパス上流経路７３に接続されている三方弁７２の出口部の一つと連通するように三方弁７２を切り換えるとともに、作動ガスリターン弁９６を開けることによってバイパス下流経路９４を連通し、且つ、排出弁９７を閉じることによって二酸化炭素排出経路９５を遮断する。更に、第２実施形態のＣＰＵが図４のステップ４３５の処理を行う場合、三方弁７２の入口部が第３経路６３に接続されている三方弁７２の出口部の他の一つと連通するように三方弁７２を切り換えるとともに、作動ガスリターン弁９６を閉じることによってバイパス下流経路９４を遮断し、且つ、排出弁９７を閉じることによって二酸化炭素排出経路９５を遮断する
【００８２】
いま、二酸化炭素吸収機９１のメンテナンス実行を許可する後述の条件が成立し、図７のルーチンの実行によりメンテナンス許可フラグＸＭＴの値が「０」から「１」に設定された直後であるとして説明を続ける。この場合、ＣＰＵは所定のタイミングにて図６のステップ６００から処理を開始すると、メンテナンス許可フラグＸＭＴの値が「１」であるか否かを判定するステップ６０５に進んだとき同ステップ６０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６１０に進み、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」であるか否かを判定する。即ち、現時点において、還流ガスが二酸化炭素吸収機９１を通過しているか否か（二酸化炭素が二酸化炭素吸収機９１によって吸収されているか否か）を判定する。
【００８３】
このとき、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「１」であれば、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６１５にてヒータ９１ｃへの通電を停止するとともに、ステップ６２０にて排出弁９７を閉じることによって二酸化炭素排出経路９５を遮断し、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００８４】
このように、還流ガスが二酸化炭素吸収機９１を通過していて、二酸化炭素が分離された還流ガスが二酸化炭素吸収機９１から第４経路６４に戻されている場合、ヒータ９１ｃへの通電は行われず（ヒータ９１ｃは発熱せず）、且つ、二酸化炭素排出経路９５は遮断される。
【００８５】
一方、ＣＰＵがステップ６１０に進んだとき、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」に設定されていると（即ち、現時点において、還流ガスが二酸化炭素吸収機９１を通過していない場合）、ＣＰＵはステップ６１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ６２５に進み、ヒータ９１ｃへの通電を開始する。次いで、ＣＰＵはステップ６３０に進み、排出弁９７を開弁することにより、二酸化炭素排出経路９５を連通せしめる。
【００８６】
この結果、モノエタノールアミン溶液９１ｂが加熱される。モノエタノールアミン溶液９１ｂは、その温度が高くなるほど二酸化炭素の溶解度が顕著に低下する性質を有する。従って、ヒータ９１ｃへの通電により、モノエタノールアミン溶液９１ｂに吸収されていた二酸化炭素が同溶液から離脱してガス化し、そのガス化した二酸化炭素は二酸化炭素排出経路９５及び排出弁９７を通して大気に排出される。この結果、モノエタノールアミン溶液９１ｂの二酸化炭素吸収能力が回復され始める。
【００８７】
次に、ＣＰＵはステップ６３５に進んでタイマー（ヒータオン継続タイマー）Ｔの値を「１」だけ増加し、ステップ６４０にてタイマーＴの値が所定の閾値Ｔth以上であるか否かを判定する。現時点は、ヒータへの通電が開始されることによりタイマーＴの値が増大され始めた直後である。従って、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｎｏ」と判定し、ステップ６９５にて本ルーチンを一旦終了する。なお、タイマーＴの値は、図示しないイニシャルルーチンにて「０」に設定されている。
【００８８】
その後、この状態が継続すると、ステップ６３５の処理が繰り返される。従って、タイマーＴの値は所定の閾値Ｔth以上となる。この時点でＣＰＵがステップ６４０の処理を実行すると、ＣＰＵはステップ６４０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ６４５にてヒータ９１ｃへの通電を停止するとともに、ステップ６５０にて排出弁９７を閉じることによって二酸化炭素排出経路９５を遮断する。これにより、モノエタノールアミン溶液９１ｂの二酸化炭素吸収能力を回復させる動作、即ち、メンテナンス動作が終了する。
【００８９】
次いで、ＣＰＵはステップ６５５にてメンテナンス許可フラグＸＭＴの値を「０」に設定し、ステップ６６０にてタイマーＴの値を「０」に設定した後、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９０】
また、ＣＰＵが本ルーチンの処理を開始した時点において、メンテナンス許可フラグＸＭＴの値が「０」に設定されていると、ＣＰＵはステップ６０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ６１５及びステップ６２０の処理を行い、ステップ６９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。以上が、二酸化炭素吸収機９１のメンテナンスを実行する際の作動である。
【００９１】
次に、ＣＰＵがメンテナンス許可フラグＸＭＴの値を「１」に設定する際の作動について図７を参照しながら説明する。メンテナンス許可フラグＸＭＴの値は、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変更された回数（二酸化炭素吸収回数カウンタ）ＣＮが所定回数ＣＮｔｈ以上となったときに「１」に設定される。換言すると、メンテナンス許可フラグＸＭＴの値は、還流ガス中の二酸化炭素濃度DenCO2が高側所定濃度（高側閾値）DenCO2thH以上となることにより二酸化炭素吸収機９１を使用した二酸化炭素の分離・除去が行われた回数ＣＮが所定回数ＣＮｔｈ以上となってモノエタノールアミン溶液９１ｂが多量の二酸化炭素を吸収した状態となっているために、モノエタノールアミン溶液９１ｂの二酸化炭素吸収能力を回復する必要があると判断されるときに「１」に設定される。
【００９２】
より具体的には、ＣＰＵは所定のタイミングにてステップ７００から処理を開始し、ステップ７０５に進んで二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変更された直後であるか否かを判定する。このとき、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変更された直後でなければ、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。従って、二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮの値は変更されない。
【００９３】
一方、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変更された直後である場合、ＣＰＵはステップ７０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７１０に進み、二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮの値を「１」だけ増大する。この二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮの値は、バックアップラムに記憶される。次いで、ＣＰＵはステップ７１５にて二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮの値が所定回数ＣＮｔｈ以上であるか否かを判定する。このとき、二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮの値が所定回数ＣＮｔｈより小さければ、ＣＰＵはステップ７１５にて「Ｎｏ」と判定してステップ７９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。従って、メンテナンス許可フラグＸＭＴの値は「０」に維持される。
【００９４】
その後、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変更された回数が増大すると、二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮの値は所定回数ＣＮｔｈ以上となる。この場合、ＣＰＵはステップ７１５に進んだとき、同ステップ７１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ７２０に進み、メンテナンス許可フラグＸＭＴの値を「１」に設定する。次いで、ＣＰＵはステップ７２５に進み、二酸化炭素吸収回数カウンタＣＮのを「０」に設定し、ステップ７９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【００９５】
以上、説明したように、第２実施形態に係る水素エンジンは、第１実施形態に係る水素エンジンと同様、生成物除去手段（二酸化炭素吸収機９１を含む生成物除去部９０）により二酸化炭素が循環ガスから除去されるので、常に高い熱効率にて運転され得るようになっている。
【００９６】
また、第２実施形態に係る水素エンジンは、
生成物除去手段（生成物除去部９０）が、
生成物（二酸化炭素）を吸収する吸収物質（ＭＥＡ溶液９１ｂ）と、
ＭＥＡ溶液９１ｂに吸収された二酸化炭素をＭＥＡ溶液９１ｂから離脱させるようにＭＥＡ溶液９１ｂに物理的作用（熱）を加える離脱促進手段であるヒータ９１ｃと、
ヒータ９１ｃにより離脱させられた二酸化炭素を循環経路（バイパス経路を含む循環経路）外へ排出する排出口及び二酸化炭素排出経路９５と、
二酸化炭素排出経路９５を連通及び遮断のいずれかの状態とする排出弁９７とを備えている。
【００９７】
従って、吸収物質であるＭＥＡ溶液９１ｂに吸収された生成物（二酸化炭素）が離脱促進手段であるヒータ９１ｃによりＭＥＡ溶液９１ｂから離脱させられる。これにより、ＭＥＡ溶液９１ｂが二酸化炭素を吸収する能力を回復することができる。この結果、二酸化炭素吸収機９１を取り替える必要がなく、一つの二酸化炭素吸収機９１（生成物除去手段）を長期に渡って使用することができる。
【００９８】
なお、上記実施形態において、ステップ７０５乃至ステップ７１５は、吸収物質であるＭＥＡ溶液９１ｂが所定量以上の二酸化炭素を吸収したか否かを判定する判定手段を構成している。この判定手段は、ヒータ９１ｃを通電して吸収物質の二酸化炭素吸収能力を回復してから（前回のメンテナンス動作を実行後）の水素エンジンの運転時間の積算時間が所定時間以上となったか否かを判定する手段に置換することもでき、前回のメンテナンス動作を実行後の水素エンジンに供給された水素量の積算値が所定値以上となったか否かを判定する手段に置換することもできる。
【００９９】
＜第２実施形態の変形例＞
この変形例に係る作動ガス循環型水素エンジンは、上記第２実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンの二酸化炭素吸収機９１に、モノエタノールアミン溶液９１ｂに代わるゼオライト系吸着剤を充填した点のみにおいて、同第２実施形態の水素エンジンと相違している。ゼオライト系吸着剤も、モノエタノールアミン溶液９１ｂと同様、加熱により温度が上昇したときに吸着している二酸化炭素を放出する。従って、上記メンテナンス動作により、ゼオライト系吸着剤の二酸化炭素吸着能力が回復する。
【０１００】
＜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、ＣＰＵが上記第１（又は第２実施形態）のＣＰＵが実行する図４の三方弁制御ルーチンに代わる図８にフローチャートにより示した三方弁制御ルーチンを実行する点、及び、二酸化炭素濃度センサ８５を備えていない点においてのみ、同第１実施形態と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１０１】
第３実施形態に係る水素エンジンは、循環ガス中の二酸化炭素濃度を水素エンジンの運転時間の積算時間に基づいて推定し、その積算時間が所定時間以上となったときに、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の吸収・分離を行う。
【０１０２】
より具体的に述べると、ＣＰＵは所定時間の経過毎に図８に示したルーチンの処理をステップ８００から開始し、ステップ８０５にて水素エンジンの運転時間の積算時間を表す運転積算時間タイマーＴＤの値を「１」だけ増大する。運転積算時間タイマーＴＤはバックアップラムに格納される。次いで、ＣＰＵはステップ８１０に進み、運転積算時間タイマーＴＤの値が所定時間（運転継続閾値時間）ＴＤｔｈ以上となったか否かを判定する。
【０１０３】
いま、運転積算時間タイマーＴＤの値が所定時間ＴＤｔｈより小さく、且つ、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の分離・除去が行われていない状態（二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」の状態）であると仮定して説明を続けると、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定するとともに、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「１」であるか否かを判定するステップ８１５にても「Ｎｏ」と判定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０４】
この結果、燃焼室２１から排出された排ガス（循環ガス）は、第１経路６１、第２経路６２、第３経路６３、第４経路６４及び第５経路６５からなる主経路を通って循環される。換言すると、燃焼室２１から排出された排ガスは、二酸化炭素吸収機７１を通過しない。
【０１０５】
その後、水素エンジンの運転が行われると、ステップ８０５の処理により運転積算時間タイマーＴＤの値が次第に増大し、やがて所定時間ＴＤｔｈ以上となる。この場合、ＣＰＵはステップ８０５に続くステップ８１０にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８２０に進み、三方弁７２の入口部がバイパス上流経路７３に接続されている三方弁７２の出口部の一つと連通するように、三方弁７２を切り換える。
【０１０６】
この結果、第２経路６２を流れる還流ガスは、第３経路６３を流れず、二酸化炭素吸収機７１（二酸化炭素吸収機７１内の流路に収容されたモノエタノールアミン溶液７１ｂ）を通過する。従って、還流ガス中に含まれる二酸化炭素がモノエタノールアミン溶液７１ｂに吸収され、還流ガスから分離される。そして、二酸化炭素が分離された還流ガスは、容器７１ａの出口部及びバイパス下流経路７４を通して合流点ＰＧから第４経路６４に供給される。その後、ＣＰＵはステップ８２５に進んで二酸化炭素分離実行フラグＦの値を「１」に設定するとともに、ステップ８３０にて運転積算時間タイマーＴＤの値を「０」に設定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１０７】
この状態において、ＣＰＵが再び図８のステップ８００から処理を開始すると、ＣＰＵはステップ８０５を経由してステップ８１０に進む。この場合、先のステップ８３０にて運転積算時間タイマーＴＤの値は「０」に戻された直後であるから、所定時間ＴＤｔｈよりも十分に小さい。従って、ＣＰＵはステップ８１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ８１５に進み、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「１」であるか否かを判定する。
【０１０８】
現時点においては、先のステップ８２５によって二酸化炭素分離実行フラグＦの値は「１」に設定されている。従って、ＣＰＵはステップ８１５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８３５に進み、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変化した後に所定時間（二酸化炭素分離継続時間）ＴＳｔｈが継続したか否かを判定する。但し、時間ＴＳｔｈは時間ＴＤｔｈより十分に短い。現時点では、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変化した後に所定時間ＴＳｔｈが経過していない。従って、ＣＰＵはステップ８３５にて「Ｎｏ」と判定してステップ８９５に進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１０９】
二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「０」から「１」へと変化した後に所定時間ＴＳｔｈが経過するすると、主経路内の二酸化炭素濃度DenCO2は上述した低側所定濃度DenCO2thL以下になると予想される。この場合、ＣＰＵはステップ８００〜ステップ８１５に続くステップ８３５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ８４０に進み、三方弁７２の入口部が第３経路６３に接続されている三方弁７２の出口部の他の一つと連通するように、三方弁７２を切り換える。これにより、燃焼室２１から排出された排ガスは、再び、第１経路６１乃至第５経路６５からなる主経路を通って循環され始める。その後、ＣＰＵはステップ８４５にて二酸化炭素分離実行フラグＦの値を「０」に設定し、ステップ８９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１１０】
以上、説明したように、第３実施形態に係る水素エンジンは、水素エンジンの運転時間の積算時間ＴＤに基づいて二酸化炭素濃度を推定する二酸化炭素濃度推定手段（ステップ８０５に相当）を備え、水素エンジンの運転時間の積算時間ＴＤが所定時間ＴＤｔｈ以上となったとき、二酸化炭素濃度が過大となったと判定して、二酸化炭素を二酸化炭素吸収機７１によって循環ガスから分離している。従って、第１実施形態のように、高価な二酸化炭素濃度センサ８５を採用する必要がないので、水素エンジンを廉価に提供することができる。
【０１１１】
なお、第３実施形態においても、二酸化炭素吸収機７１に収容されているモノエタノールアミン溶液７１ｂを、ゼオライト系吸着剤に置換してもよい。また、第２実施形態のように、ヒータ９１ｃを容器７１ａの周囲に配置し、第２実施形態と同様に発熱させることにより、モノエタノールアミン溶液７１ｂ又はゼオライト系吸着剤の二酸化炭素吸収能力を適宜回復してもよい。
【０１１２】
＜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、ＣＰＵが上記第１（又は第２実施形態）のＣＰＵが実行する図４の三方弁制御ルーチンに代え、図９及び図１０にフローチャートにより示したルーチンを実行する点、及び、二酸化炭素濃度センサ８５に代えて特定気筒の燃焼室２１内の圧力（筒内圧）を測定する筒内圧センサを備えている点においてのみ、同第１実施形態と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１１３】
第４実施形態に係る水素エンジンは、循環ガス中の二酸化炭素濃度を、特定気筒のクランク角が圧縮上死点近傍の所定クランク角度（特定気筒の圧縮上死点前Ａｔ度）であるときの筒内圧に基づいて推定し、その筒内圧（以下、「特定筒内圧」と称呼する。）が所定値以下となったときに、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の吸収・分離を行う。換言すると、この水素エンジンは、特定筒内圧が所定圧力以下となったとき、循環ガス中の二酸化炭素濃度が高側所定濃度（高側閾値）DenCO2thH以上になったと判定する。
【０１１４】
より具体的に述べると、ＣＰＵは所定時間の経過毎に図９に示したルーチンの処理をステップ９００から開始するようになっている。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。
【０１１５】
ＣＰＵは、ステップ９００からステップ９０５に進み、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤを取得する。本実施形態において二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤは、特定気筒のクランク角が圧縮上死点前Ａｔ度となったときの筒内圧（特定筒内圧）であり、後述する図１０に示したルーチンにより取得されている。
【０１１６】
次いで、ＣＰＵはステップ９１０に進み、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤにより示される二酸化炭素濃度が上述した高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度以上となっているか否かを判定する。より具体的に述べると、ＣＰＵはステップ９１０において、特定筒内圧Ｐcyl（＝ＩＮＤ）が所定筒内圧Ｐcylth以下であるか否かを判定する。
【０１１７】
二酸化炭素は３原子ガスであって単原子ガスである作動ガスのアルゴンガスよりも比熱比が小さい。このため、循環ガス中の二酸化炭素濃度が上昇するほど、圧縮行程終了時近傍（圧縮上死点近傍の所定クランク角）における筒内圧が小さくなる。従って、特定筒内圧Ｐcylが所定筒内圧Ｐcylth以下であることは、循環ガス中の二酸化炭素濃度が高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度以上となったことを意味する。換言すると、所定筒内圧Ｐcylthは、高側所定濃度DenCO2thHに相当する値に選択されている。
【０１１８】
そして、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤにより示される二酸化炭素濃度が上述した高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度以上となっていれば、ＣＰＵはステップ４２０及びステップ４２５の処理を行う。この結果、第２経路６２を流れる還流ガスは、第３経路６３を流れず、二酸化炭素吸収機７１を通過する。従って、還流ガス中に含まれる二酸化炭素がモノエタノールアミン溶液７１ｂに吸収され、還流ガスから分離される。
【０１１９】
他方、ＣＰＵがステップ９１０を処理するとき、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤにより示される二酸化炭素濃度が上述した高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度以上となっていなければ、ＣＰＵはステップ９１０からステップ４１５に進んで二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「１」であるか否かを確認する。このとき、二酸化炭素分離実行フラグＦの値が「１」であり、且つ、ステップ９１５にて二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤにより示される二酸化炭素濃度が上述した低側所定濃度DenCO2thLに相当する濃度以下となったことが確認されると、ＣＰＵはステップ４３５及びステップ４４０の処理を行う。
【０１２０】
この結果、二酸化炭素吸収機７１による二酸化炭素の分離・吸収が停止され、燃焼室２１から排出された排ガスは、再び、第１経路６１乃至第５経路６５からなる主経路を通って循環され始める。
【０１２１】
更に、ＣＰＵは図１０に示した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。従って、所定のタイミングになると、ＣＰＵはステップ１０００から処理を開始してステップ１０１０に進み、特定気筒のクランク角がその気筒の圧縮上死点近傍且つ圧縮上死点前の所定クランク角度（Ａｔ度）であるか否かを判定する。このクランク角度（ＢＴＤＣ  Ａｔ度）は、水素噴射弁３５から水素が噴射される噴射タイミングより前のクランク角となるように設定されている。
【０１２２】
そして、特定気筒のクランク角がその気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度（Ａｔ度）であるとき、ＣＰＵはステップ１０２０に進んで筒内圧Ｐcylを特定筒内圧（二酸化炭素濃度指標値）ＩＮＤとして取り込み、ステップ１０９５に進んで本ルーチンを一旦終了する。一方、特定気筒のクランク角がその気筒の圧縮上死点前の所定クランク角度（Ａｔ度）でないとき、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。
【０１２３】
以上、説明したように、第４実施形態に係る水素エンジンは、
水素エンジンのクランク角（特定気筒のクランク角）が圧縮上死点近傍の所定クランク角度であるときの特定気筒の燃焼室内の圧力である筒内圧Ｐcylを取得する筒内圧取得手段（筒内圧センサ及び図１０に示したルーチン）と、
前記取得された筒内圧Ｐcyl（＝ＩＮＤ）が所定圧力Ｐcylthより小さいとき、分岐点ＰＢから合流点ＰＧまでの間、分岐点ＰＢよりも上流の主経路（第２経路６２）内を流れるガスがバイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び容器７１ａにより形成された流路を含んでなるバイパス経路を通過するように経路切換手段（三方弁７２）を切り換える切換制御手段（ステップ４２０等）と、
を備えている。
【０１２４】
これにより、循環ガス中の二酸化炭素が生成物除去手段としての二酸化炭素吸収機７１により除去されるので、水素エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路（二酸化炭素吸収機７１）を通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【０１２５】
＜第５実施形態＞
本発明の第５実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、ＣＰＵが上記第１（又は第２実施形態）のＣＰＵが実行する図４の三方弁制御ルーチンに代え、図９及び図１１にフローチャートにより示したルーチンを実行する点、及び、二酸化炭素濃度センサ８５に代えて特定気筒の燃焼室２１内の圧力（筒内圧）を測定する筒内圧センサを備えている点においてのみ、同第１実施形態と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１２６】
第５実施形態に係る水素エンジンは他の実施形態の水素エンジンと同様、高温・高圧の圧縮ガス中に水素を噴射して拡散燃焼させるタイプのエンジンである。従って、循環ガス中の二酸化炭素濃度が上昇するほど燃焼速度が低下するから、着火時期が遅れる。そこで、この水素エンジンは、筒内圧に基づいて着火時期を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。そして、水素エンジンは、取得された着火時期が基準着火時期よりも遅角側となったときに、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の吸収・分離を行う。換言すると、この水素エンジンは、着火時期が基準着火時期よりも遅角側となったとき、循環ガス中の二酸化炭素濃度が高側所定濃度（高側閾値）DenCO2thH以上になったと判定する。
【０１２７】
より具体的に述べると、ＣＰＵは所定時間の経過毎に上述した図９に示したルーチンの処理をステップ９００から開始するようになっている。この実施形態は、ステップ９０５及びステップ９１０において着火時期を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用し、その着火時期が基準着火時期よりも遅角側となっているか否かを判定する。着火時期は、図１１に示したルーチンにより取得される。基準着火時期は、二酸化炭素濃度が上述した高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度となったときの着火時期に相当する値に設定されている。
【０１２８】
更に、ステップ９１５においては、着火時期が二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用され、その着火時期が基準着火時期より所定クランク角度だけ進角側の進角側基準着火時期よりも進角側となっているか否かが判定される。進角側基準着火時期は、二酸化炭素濃度が上述した低側所定濃度DenCO2thLに相当する濃度となったときの着火時期に相当する値に設定されている。図９に示したルーチンの他の点は、上述の第４実施形態にて説明したとおりであるから詳細な説明を省略する。
【０１２９】
図１１のルーチンは、クランク角度により表される着火時期を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得するためのルーチンである。ＣＰＵは、このルーチンを所定時間の経過毎にステップ１１００から開始し、ステップ１１１０にて特定気筒のクランク角がその特定気筒の圧縮上死点から膨張下死点までの間であるか否かを判定する。このとき、特定気筒のクランク角がその特定気筒の圧縮上死点から膨張下死点までの間でなければ、ＣＰＵはステップ１１１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１１９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１３０】
一方、ステップ１１１０の判定時において、特定気筒のクランク角がその特定気筒の圧縮上死点から膨張下死点までの間であれば、ＣＰＵはステップ１１２０乃至ステップ１１４０の以下に述べる処理によって、筒内圧が最大となったときのクランク角θを着火時期（即ち、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤ）として取得する。
【０１３１】
ステップ１１２０：ＣＰＵは、現時点の筒内圧Ｐcyl(now)が、本ルーチンを前回実行した時点（所定時間前）の筒内圧Ｐcyl(−１)以下であるか否かを判定する。ＣＰＵは、筒内圧Ｐcyl(now)が前回の筒内圧Ｐcyl(−１)以下であればステップ１１３０に進み、そうでなければステップ１１９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３２】
ステップ１１３０：ＣＰＵは、前回の筒内圧Ｐcyl(−１)が本ルーチンを２回前に実行した時点（所定時間の２倍の時間前）の筒内圧Ｐcyl(−２)より大きいか否かを判定する。ＣＰＵは、前回の筒内圧Ｐcyl(−１)が前々回の筒内圧Ｐcyl(−２)より大きければステップ１１４０に進み、そうでなければステップ１１９５に直接進んで本ルーチンを一旦終了する。
【０１３３】
ステップ１１１０乃至ステップ１１３０の総てのステップにおいて「Ｙｅｓ」と判定されるということは、現時点が特定気筒の圧縮上死点から膨張下死点までの間であって、且つ、筒内圧が最大値をとった時点であるということを意味する。そこで、ＣＰＵはステップ１１４０にて、現時点のクランク角θを二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。この取得されたクランク角θが着火時期又は着火時期に相当する時期であるとして、図９のルーチンにおいて二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用される。
【０１３４】
以上、説明したように、着火時期は二酸化炭素濃度指標値であって水素エンジンの燃焼状態を表す燃焼状態指標値である。第５実施形態に係る水素エンジンは、この燃焼状態指標値（着火時期）を取得する燃焼状態指標値取得手段（筒内圧センサ及び図１１のルーチン等）と、
前記取得された燃焼状態指標値が所定の燃焼状態よりも悪化した状態であることを示したとき、即ち、着火時期が二酸化炭素濃度が過大となっているために所定時期（基準着火時期）よりも遅角側となったとき、分岐点ＰＢから合流点ＰＧまでの間、分岐点ＰＢよりも上流の主経路（第２経路６２）内を流れるガスがバイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び容器７１ａにより形成された流路を含んでなるバイパス経路を通過するように経路切換手段（三方弁７２）を切り換える切換制御手段（ステップ４２０等）と、
を備えている。
【０１３５】
これにより、燃焼状態の悪化をもたらす循環ガス中の二酸化炭素が生成物除去手段としての二酸化炭素吸収機７１により除去されるので、水素エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路（二酸化炭素吸収機７１）を通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【０１３６】
＜第６実施形態＞
本発明の第６実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、ＣＰＵが上記第１（又は第２実施形態）のＣＰＵが実行する図４の三方弁制御ルーチンに代え、図９及び図１２にフローチャートにより示したルーチンを実行する点、及び、二酸化炭素濃度センサ８５に代えて特定気筒の燃焼室２１内の圧力（筒内圧）を測定する筒内圧センサを備えている点においてのみ、同第１実施形態と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１３７】
第６実施形態に係る水素エンジンは他の実施形態の水素エンジンと同様、高温・高圧の圧縮ガス中に水素を噴射して拡散燃焼させるタイプのエンジンである。従って、循環ガス中の二酸化炭素濃度が上昇するほど燃焼速度が低下することに起因して、後述する燃焼変動率が大きくなる。
【０１３８】
そこで、この水素エンジンは、筒内圧に基づいて燃焼変動率を求め、この燃焼変動率を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。そして、水素エンジンは、取得された燃焼変動率が基準燃焼変動率以上となったときに、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の吸収・分離を行う。換言すると、この水素エンジンは、燃焼変動率が基準燃焼変動率以上となったとき、循環ガス中の二酸化炭素濃度が高側所定濃度（高側閾値）DenCO2thH以上になったと判定する。
【０１３９】
より具体的に述べると、ＣＰＵは所定時間の経過毎に上述した図９に示したルーチンの処理をステップ９００から開始するようになっている。この実施形態は、ステップ９０５及びステップ９１０において燃焼変動率を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用し、その燃焼変動率が基準燃焼変動率以上となっているか否かを判定する。燃焼変動率は、図１２に示したルーチンにより取得される。基準燃焼変動率は、二酸化炭素濃度が上述した高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度となったときの燃焼変動率に相当する値に設定されている。
【０１４０】
更に、ステップ９１５においては、燃焼変動率が二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用され、その燃焼変動率が前記基準燃焼変動率より小さい安定燃焼変動率以下となっているか否かが判定される。安定燃焼変動率は、二酸化炭素濃度が上述した低側所定濃度DenCO2thLに相当する濃度となったときの燃焼変動率に相当する値に設定されている。図９に示したルーチンの他の点は、上述の第４実施形態にて説明したとおりであるから詳細な説明を省略する。
【０１４１】
図１２のルーチンは、燃焼変動率を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得するためのルーチンである。ＣＰＵは、このルーチンを所定時間の経過毎にステップ１２００から開始し、ステップ１２１０にてサンプル数カウンタＮの値を「１」だけ増大する。次いで、ＣＰＵはステップ１２２０にてサンプル数カウンタＮの値が所定値Ｎｔｈ以上となったか否かを判定する。このとき、サンプル数カウンタＮの値が所定値Ｎｔｈ以上となっていなければ、ＣＰＵはステップ１２２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ１２９５に直接進み、本ルーチンを一旦終了する。
【０１４２】
一方、ステップ１２２０の判定時において、サンプル数カウンタＮの値が所定値Ｎｔｈ以上となっていれば、ＣＰＵはステップ１２３０乃至ステップ１２５０の以下に述べる処理によって、燃焼変動率（σＰmi／ＰmiAve）を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。
【０１４３】
ステップ１２３０：ＣＰＵは、過去Ｎ個分の図示平均有効圧Ｐmiの平均値をＰmiAveとして算出する。図示平均有効圧Ｐmiは、周知の手法によって、特定気筒のサイクル毎に筒内圧センサの出力値とクランク角とに基づいて別途計算されている。
ステップ１２４０：ＣＰＵは、図１２のステップ１２４０内に示した式に従って図示平均有効圧変動値σＰmiを算出する。即ち、過去Ｎ個分のそれぞれの図示平均有効圧Ｐmiと平均値ＰmiAveとの差の２乗の平方根をとり、それらの総和を図示平均有効圧変動値σＰmiとして求める。
【０１４４】
ステップ１２５０：ＣＰＵは求められた図示平均有効圧変動値σＰmiを図示平均有効圧Ｐmiの平均値ＰmiAveで除して得られる値である燃焼変動率（σＰmi／ＰmiAve）を、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。この取得された燃焼変動率（σＰmi／ＰmiAve）が図９のルーチンにおいて二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用される。
【０１４５】
以上、説明したように、燃焼変動率（σＰmi／ＰmiAve）は二酸化炭素濃度指標値であって水素エンジンの燃焼状態を表す燃焼状態指標値である。第６実施形態に係る水素エンジンは、この燃焼状態指標値（燃焼変動率）を取得する燃焼状態指標値取得手段（筒内圧センサ及び図１２のルーチン等）と、
前記取得された燃焼状態指標値が所定の燃焼状態よりも悪化した状態であることを示したとき、即ち、燃焼変動率（σＰmi／ＰmiAve）が二酸化炭素濃度が過大となっているために基準燃焼変動率以上となったときに、分岐点ＰＢから合流点ＰＧまでの間、分岐点ＰＢよりも上流の主経路（第２経路６２）内を流れるガスがバイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び容器７１ａにより形成された流路を含んでなるバイパス経路を通過するように経路切換手段（三方弁７２）を切り換える切換制御手段（ステップ４２０等）と、
を備えている。
【０１４６】
これにより、燃焼状態の悪化をもたらす循環ガス中の二酸化炭素が生成物除去手段としての二酸化炭素吸収機７１により除去されるので、水素エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路（二酸化炭素吸収機７１）を通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【０１４７】
＜第７実施形態＞
本発明の第７実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンは、ＣＰＵが上記第１（又は第２実施形態）のＣＰＵが実行する図４の三方弁制御ルーチンに代え、図９及び図１３にフローチャートにより示したルーチンを実行する点、及び、二酸化炭素濃度センサ８５に代えて特定気筒の燃焼室２１内の圧力（筒内圧）を測定する筒内圧センサを備えている点においてのみ、同第１実施形態と相違している。従って、以下、係る相違点を中心として説明する。
【０１４８】
前述したように、二酸化炭素ガスはアルゴンガスより比熱比が小さいので、循環ガス中の二酸化炭素濃度が上昇するほど水素エンジンの熱効率は低下する。そこで、この水素エンジンは、水素エンジンの図示熱効率を算出し、その図示熱効率を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。そして、水素エンジンは、取得された図示熱効率が基準図示熱効率以下となったときに、二酸化炭素吸収機７１を使用した二酸化炭素の吸収・分離を行う。換言すると、この水素エンジンは、図示熱効率が基準図示熱効率以下となったとき、循環ガス中の二酸化炭素濃度が高側所定濃度（高側閾値）DenCO2thH以上になったと判定する。
【０１４９】
より具体的に述べると、ＣＰＵは所定時間の経過毎に上述した図９に示したルーチンの処理をステップ９００から開始するようになっている。この実施形態は、ステップ９０５及びステップ９１０において図示熱効率を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用し、その図示熱効率が基準図示熱効率以下となっているか否かを判定する。図示熱効率は、図１３に示したルーチンにより取得される。基準図示熱効率は、二酸化炭素濃度が上述した高側所定濃度DenCO2thHに相当する濃度となったときの図示熱効率に相当する値に設定されている。
【０１５０】
更に、ステップ９１５においては、図示熱効率が二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用され、その図示熱効率が前記基準図示熱効率より大きい高側図示熱効率以上となっているか否かが判定される。高側図示熱効率は、二酸化炭素濃度が上述した低側所定濃度DenCO2thLに相当する濃度となったときの図示熱効率に相当する値に設定されている。図９に示したルーチンの他の点は、上述の第４実施形態にて説明したとおりであるから詳細な説明を省略する。
【０１５１】
図１３のルーチンは、図示熱効率を二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得するためのルーチンである。ＣＰＵは、このルーチンを水素エンジンの１サイクル経過毎にステップ１３００から開始し、ステップ１３１０にて特定気筒の筒内圧（筒内圧センサ出力）Ｐ及びその気筒のクランク角により求められる燃焼室体積Ｖから描かれるＰ−Ｖ線図から図示仕事Ｑ１を算出する。次いで、ＣＰＵはステップ１３２０にて、図示仕事Ｑ１を求めたサイクルにおいて特定気筒に噴射された水素の噴射量を要求水素量ＳＨ２又は水素噴射時間ＴＡＵに基づいて算出し、その水素の噴射量から特定気筒に与えられたエネルギーＱ０を算出する。
【０１５２】
次に、ＣＰＵはステップ１３３０に進み、求められた図示仕事Ｑ１をエネルギーＱ０で除して得られる値である図示熱効率（Ｑ１／Ｑ０）を、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして取得する。この取得された図示熱効率（Ｑ１／Ｑ０）が図９のルーチンにおいて二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤとして使用される。
【０１５３】
以上、説明したように、図示熱効率（Ｑ１／Ｑ０）は二酸化炭素濃度指標値であって水素エンジンの燃焼状態を表す燃焼状態指標値である。第７実施形態に係る水素エンジンは、この燃焼状態指標値（図示熱効率）を取得する燃焼状態指標値取得手段（筒内圧センサ及び図１３のルーチン等）と、
前記取得された燃焼状態指標値が所定の燃焼状態よりも悪化した状態であることを示したとき、即ち、図示熱効率（Ｑ１／Ｑ０）が二酸化炭素濃度が過大となっているために基準図示熱効率以下となったときに、分岐点ＰＢから合流点ＰＧまでの間、分岐点ＰＢよりも上流の主経路（第２経路６２）内を流れるガスがバイパス上流経路７３、バイパス下流経路７４及び容器７１ａにより形成された流路を含んでなるバイパス経路を通過するように経路切換手段（三方弁７２）を切り換える切換制御手段（ステップ４２０等）と、
を備えている。
【０１５４】
これにより、燃焼状態の悪化をもたらす循環ガス中の二酸化炭素が生成物除去手段としての二酸化炭素吸収機７１により除去されるので、水素エンジンの熱効率の低下を防止することができる。また、必要時以外に循環ガスが流路抵抗の高いバイパス経路（二酸化炭素吸収機７１）を通過しないので、エンジンの効率が低下することを防止することもできる。
【０１５５】
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及びシステムは、不可避的に発生する循環ガス中の二酸化炭素を分離・除去するので、常に高い熱効率をもって運転することが可能となっている。
【０１５６】
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、上記エンジン１０は水素を拡散燃焼させていたが、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ってもよい。
【０１５７】
更に、上記各エンジンは、気筒内に水素ガスを直接噴射していたが、水素ガスを吸気ポート３１に噴射するように水素噴射弁３５を配置してもよい。また、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、アルゴン以外の少なくとも二酸化炭素よりも高い比熱比を有する単原子ガス（例えば、Ｈｅ等のアルゴン以外の不活性ガス）であってもよい。
【０１５８】
また、上記各実施形態においては、燃焼室にて生成されるＨ２Ｏ生成物としての二酸化炭素を循環ガスから除去していたが、他の生成物（例えば、Ｎｏｘ及びＨＣ）を同様に除去するように構成されていてもよい。また、二酸化炭素の吸収物質として、ＭＥＡ溶液又はゼオライト系吸着剤が使用されていたが、これらに代え、二酸化炭素等の吸着・分離したい生成物を選択的に吸着する他の吸着物質を用いてもよい。
【０１５９】
更に、上記二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤ又は上記燃焼状態指標値として、着火時期の変動率を採用してもよい。また、水素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れば、二酸化炭素濃度が上昇するほど火炎伝播速度が低下するので、爆発（燃焼）行程中の筒内圧は緩慢に変化するようになる。従って、二酸化炭素濃度指標値ＩＮＤ又は燃焼状態指標値として、例えば、燃焼行程における筒内圧の変化速度や変化の仕方を採用してもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１６０】
【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】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】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８】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が備える電気制御装置の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９】本発明の第４乃至第７実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンが備える電気制御装置の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】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が備える電気制御装置の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実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンが備える電気制御装置の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１２】本発明の第６実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンが備える電気制御装置の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】本発明の第７実施形態に係る作動ガス循環型水素エンジンが備える電気制御装置のＣＰＵが実行するルーチンを示したフローチャートである。
【符号の説明】
【０１６１】
１０…作動ガス循環型水素エンジン、１１…シリンダヘッド、１２…シリンダ、１３…ピストン、１４…クランク軸、１５…コネクティングロッド、２１…燃焼室、３１…吸気ポート、３２…排気ポート、３５…水素噴射弁、４０…水素供給部、４１…水素タンク、５０…酸素供給部、５１…酸素タンク、５３…酸素ガス圧レギュレータ、５５…酸素ガスミキサ、６０…作動ガス循環通路部、６１…第１経路、６２…第２経路、６３…第３経路、６４…第４経路、６５…第５経路、６６…凝縮器、７０…生成物除去部、７１…二酸化炭素吸収機、７１ａ…容器、７１ｂ…モノエタノールアミン溶液、７２…三方弁、７３…バイパス上流経路、７４…バイパス下流経路、８０…電気制御装置、８５…二酸化炭素濃度センサ、９０…生成物除去部、９１…二酸化炭素吸収機、９１ａ…容器、９１ｂ…モノエタノールアミン溶液、９１ｃ…ヒータ、９２…三方弁、９３…バイパス上流経路、９４…バイパス下流経路、９５…二酸化炭素排出経路、９６…作動ガスリターン弁、９７…排出弁。
【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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【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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