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JP5447019B2 - Working gas circulation engine - Google Patents
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Description

本発明は、作動ガス循環型エンジンに関する。   The present invention relates to a working gas circulation engine.

従来のエンジンとして、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な、いわゆる、クローズドサイクルエンジンとしての作動ガス循環型エンジンが知られている。このような従来の作動ガス循環型エンジンとして、例えば、特許文献1には燃焼室内にて燃料としての水素を燃焼させるとともに不活性ガスを作動ガスとして使用する内燃機関が開示されている。この内燃機関は、燃焼室から排出されたガスに含まれる生成物としての水蒸気を水分除去装置によって除去し、水蒸気を除去した不活性ガスを循環経路を介して燃焼室に再び循環させるとともに、除去した水に溶存している不活性ガスの分子を脱気装置によって気体の状態に戻しこれも燃焼室に再度供給する。   As a conventional engine, a working gas circulation type engine as a so-called closed cycle engine is known in which working gas is circulated from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber and can be supplied to the combustion chamber again. As such a conventional working gas circulation engine, for example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine that burns hydrogen as a fuel in a combustion chamber and uses an inert gas as a working gas. This internal combustion engine removes water vapor as a product contained in the gas discharged from the combustion chamber by a moisture removing device, and recirculates the inert gas from which the water vapor has been removed to the combustion chamber through a circulation path and removes it. The inert gas molecules dissolved in the water are returned to the gaseous state by the degassing device and again supplied to the combustion chamber.

特開2007−064092号公報JP 2007-064092 A

ところで、上述のような特許文献1に記載されている内燃機関は、例えば、エンジン暖機過程などに、燃焼室から排気されるガスの温度がより適正な温度に調節されることが望まれていた。   Incidentally, in the internal combustion engine described in Patent Document 1 as described above, it is desired that the temperature of gas exhausted from the combustion chamber is adjusted to a more appropriate temperature, for example, during the engine warm-up process. It was.

本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであって、燃焼室から排気されるガスの温度を適正な温度に調節することができる作動ガス循環型エンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object thereof is to provide a working gas circulation engine capable of adjusting the temperature of gas exhausted from a combustion chamber to an appropriate temperature.

上記目的を達成するために、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、燃料と空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能である燃焼室が設けられるエンジン本体と、前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、前記循環経路に設けられ前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を調節可能な調節機構と、前記エンジン本体を暖機する暖機運転時に、前記調節機構を制御して、当該暖機の終了後の通常運転時と比較して、前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を低減する暖機制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする。   In order to achieve the above object, a working gas circulation engine according to the present invention is provided with a combustion chamber in which a working gas having a higher specific heat ratio than fuel and air is supplied and the working gas can expand as the fuel burns. An engine body, a circulation path in which a gas containing the working gas is circulated from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber and can be supplied to the combustion chamber again, and is provided in the circulation path and supplied to the combustion chamber An adjustment mechanism capable of adjusting the amount of the working gas, and at the time of warm-up operation for warming up the engine body, the control mechanism is controlled, and compared with the time of normal operation after the end of the warm-up, And a control device that performs warm-up control for reducing the amount of the working gas supplied to the combustion chamber.

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記エンジン本体と、前記循環経路に設けられ前記循環するガスを冷却する冷却装置とに冷却媒体を循環させる冷却媒体循環経路を備え、前記制御装置は、前記冷却媒体の温度が低いほど、前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を低減するものとすることができる。   The working gas circulation engine includes a cooling medium circulation path that circulates a cooling medium between the engine body and a cooling device that is provided in the circulation path and cools the circulating gas. The amount of the working gas supplied to the combustion chamber can be reduced as the temperature of the cooling medium is lower.

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記燃焼室から排気されるガスの温度に基づいて前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を調節するものとすることができる。   In the working gas circulation engine, the control device may adjust the amount of the working gas supplied to the combustion chamber based on the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber.

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記制御装置は、前記燃焼室から排気されるガスの温度が上限温度を超えないように、前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を調節するものとすることができる。   In the working gas circulation engine, the control device adjusts the amount of the working gas supplied to the combustion chamber so that the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber does not exceed an upper limit temperature. It can be.

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記調節機構は、前記循環経路の通路断面積を可変とする可変絞り機構を有するものとすることができる。   In the working gas circulation engine, the adjustment mechanism may include a variable throttle mechanism that makes a passage sectional area of the circulation path variable.

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記可変絞り機構は、前記循環経路において前記循環するガスの循環方向に対して、前記燃焼室を基準として、前記燃料又は前記燃料を燃焼させる酸化剤が供給される供給位置より上流側に設けられるものとすることができる。   In the working gas circulation engine, the variable throttle mechanism is supplied with the fuel or an oxidant that burns the fuel with reference to the combustion chamber with respect to a circulation direction of the circulating gas in the circulation path. It can be provided upstream of the supply position.

また、上記作動ガス循環型エンジンでは、前記調節機構は、前記燃焼室に連通する吸気ポートを開閉可能な吸気弁の開閉動作を調節可能な動弁機構を有するものとすることができる。   In the working gas circulation engine, the adjusting mechanism may include a valve operating mechanism capable of adjusting an opening / closing operation of an intake valve capable of opening / closing an intake port communicating with the combustion chamber.

本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、制御装置がエンジン本体を暖機する暖機運転時に、調節機構を制御して、当該暖機の終了後の通常運転時と比較して、燃焼室に供給される作動ガスの量を低減する暖機制御を実行することから、燃焼室から排気されるガスの温度を適正な温度に調節することができる、という効果を奏する。   The working gas circulation engine according to the present invention controls the adjusting mechanism during the warm-up operation in which the control device warms up the engine body, and in the combustion chamber as compared with the normal operation after the warm-up ends. Since the warm-up control for reducing the amount of the working gas supplied is executed, the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber can be adjusted to an appropriate temperature.

図1は、実施形態1に係るエンジンの模式的な概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to the first embodiment. 図2は、実施形態1に係るエンジンの暖機制御について説明する線図である。FIG. 2 is a diagram illustrating engine warm-up control according to the first embodiment. 図3は、実施形態2に係るエンジンの暖機制御について説明する線図である。FIG. 3 is a diagram illustrating engine warm-up control according to the second embodiment. 図4は、実施形態2に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the second embodiment. 図5は、実施形態2に係るエンジンにおける制御マップの一例である。FIG. 5 is an example of a control map in the engine according to the second embodiment. 図6は、実施形態3に係るエンジンの模式的な概略構成図である。FIG. 6 is a schematic configuration diagram of an engine according to the third embodiment. 図7は、実施形態3に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the third embodiment. 図8は、実施形態3に係るエンジンにおける制御マップの一例である。FIG. 8 is an example of a control map in the engine according to the third embodiment. 図9は、実施形態4に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the fourth embodiment. 図10は、実施形態5に係るエンジンの模式的な概略構成図である。FIG. 10 is a schematic schematic configuration diagram of an engine according to the fifth embodiment. 図11は、実施形態6に係るエンジンの模式的な概略構成図である。FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an engine according to the sixth embodiment. 図12は、実施形態6に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the sixth embodiment.

以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。   Hereinafter, an embodiment of a working gas circulation engine according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, this invention is not limited by this embodiment. In addition, constituent elements in the following embodiments include those that can be easily replaced by those skilled in the art or those that are substantially the same.

[実施形態1]
図1は、実施形態1に係るエンジンの模式的な概略構成図、図2は、実施形態1に係るエンジンの暖機制御について説明する線図である。
[Embodiment 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine according to the first embodiment, and FIG. 2 is a diagram for explaining warm-up control of the engine according to the first embodiment.

図1に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン1は、エンジン本体10の燃焼室11に酸化剤と燃料と作動ガスとが供給され、この燃焼室11にて燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張することで動力を発生させる。そして、このエンジン1は、燃焼室11の吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路20を介して、燃焼室11の排気側から吸気側に作動ガスを循環させ、基本的には大気へと放出することなく再びこの燃焼室11に供給可能に構成したいわゆるクローズドサイクルエンジンである。燃焼室11と循環経路20とは、ともに作動ガスが充填されており、作動ガスは、燃焼室11と循環経路20との間で循環する。   An engine 1 as a working gas circulation engine of the present embodiment shown in FIG. 1 is supplied with an oxidant, fuel, and working gas in a combustion chamber 11 of an engine body 10, and the combustion chamber 11 accompanies combustion of fuel. The working gas expands to generate power. The engine 1 circulates the working gas from the exhaust side of the combustion chamber 11 to the intake side via a circulation path 20 that connects the intake side and the exhaust side of the combustion chamber 11 and basically releases it to the atmosphere. This is a so-called closed cycle engine that can be supplied to the combustion chamber 11 again without being performed. The combustion chamber 11 and the circulation path 20 are both filled with working gas, and the working gas circulates between the combustion chamber 11 and the circulation path 20.

ここで、このエンジン1に用いられる酸化剤は、酸素(O2)であり、燃料は水素(H2)である。また、このエンジン1に用いられる作動ガスは、空気よりも比熱比の高いものであり、ここでは、単原子ガスのアルゴン(Ar)である。アルゴンは、燃焼室11において、酸素と水素との反応に伴って発生する反応熱、すなわち、水素の燃焼(発熱反応)に伴って発生する燃焼熱により膨張する。つまり、このエンジン1は、燃焼室11内で水素を燃焼させ、この水素の燃焼に伴ってアルゴンを熱膨張させて動力を発生させることで熱効率を向上するものである。 Here, the oxidant used in the engine 1 is oxygen (O 2 ), and the fuel is hydrogen (H 2 ). Further, the working gas used in the engine 1 has a specific heat ratio higher than that of air, and here is a monoatomic gas, argon (Ar). Argon expands in the combustion chamber 11 due to reaction heat generated by the reaction between oxygen and hydrogen, that is, combustion heat generated by hydrogen combustion (exothermic reaction). That is, the engine 1 burns hydrogen in the combustion chamber 11 and thermally expands argon as the hydrogen burns to generate power, thereby improving thermal efficiency.

具体的には、このエンジン1は、図1に示すように、酸素、水素が反応する燃焼室11が設けられるエンジン本体10と、燃焼室11の排気側と吸気側とを繋ぐ循環経路20と、酸素を供給する酸素供給装置30と、水素を供給する水素供給装置40と、凝縮器50と、制御装置としての電子制御装置60とを備える。   Specifically, as shown in FIG. 1, the engine 1 includes an engine body 10 provided with a combustion chamber 11 in which oxygen and hydrogen react, and a circulation path 20 that connects an exhaust side and an intake side of the combustion chamber 11. And an oxygen supply device 30 for supplying oxygen, a hydrogen supply device 40 for supplying hydrogen, a condenser 50, and an electronic control device 60 as a control device.

エンジン本体10は、酸素と水素とアルゴンとが供給され、水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能である燃焼室11を含んで構成される。燃焼室11は、水素の燃焼後にアルゴンと燃焼生成物としての水蒸気(H2O)とを排気可能である。なお、このエンジン本体10は、図示していないが複数の燃焼室11(気筒)を有している。循環経路20は、アルゴンを含む循環ガスを燃焼室11の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室11に供給可能なものである。循環経路20は、シリンダヘッドに形成され燃焼室11に連通する吸気ポート12及び排気ポート13と、種々の配管などにより構成され吸気ポート12と排気ポート13とを燃焼室11の外側で接続する循環通路21とを含んで構成され、基本的には全体として外気に対して密閉された循環系をなす。循環経路20は、循環ガスから燃焼に伴って生成される生成物である水蒸気を取り除く除去装置としての凝縮器50が設けられる。 The engine body 10 is configured to include a combustion chamber 11 to which oxygen, hydrogen, and argon are supplied and in which argon can expand as hydrogen is burned. The combustion chamber 11 can exhaust argon and water vapor (H 2 O) as a combustion product after the combustion of hydrogen. The engine body 10 has a plurality of combustion chambers 11 (cylinders) (not shown). The circulation path 20 is configured to circulate a circulating gas containing argon from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber 11 and supply it to the combustion chamber 11 again. The circulation path 20 includes an intake port 12 and an exhaust port 13 formed in the cylinder head and communicating with the combustion chamber 11, and various pipes. The circulation path 20 connects the intake port 12 and the exhaust port 13 outside the combustion chamber 11. It comprises a passage 21 and basically forms a circulatory system that is sealed against the outside air as a whole. The circulation path 20 is provided with a condenser 50 as a removal device that removes water vapor, which is a product generated by combustion from the circulation gas.

ここで、循環ガスとは、循環経路20を介して燃焼室11の排気側から吸気側に循環されるガスであり、作動ガスとしてのアルゴンの他、燃焼室11での水素の燃焼後に燃焼室11から排気される排気ガス等を含むものである。ここで、排気ガスとは、例えば、燃焼室11での水素の燃焼後に残留する余剰の酸素、水素などからなる余剰ガスや水素の燃焼に伴って生成される生成物としての水蒸気などを含むものである。つまり、ここでの循環ガスは、作動ガスとしてのアルゴン、燃焼後の余剰の酸素、水素などからなる余剰ガス、水蒸気などを含むものである。   Here, the circulating gas is a gas that is circulated from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber 11 via the circulation path 20, and in addition to argon as a working gas, the combustion chamber after combustion of hydrogen in the combustion chamber 11. 11 and the like which include exhaust gas exhausted from the exhaust gas. Here, the exhaust gas includes, for example, surplus oxygen remaining after the combustion of hydrogen in the combustion chamber 11, surplus gas composed of hydrogen, water vapor as a product generated by the combustion of hydrogen, and the like. . That is, the circulating gas here includes argon as working gas, surplus oxygen after combustion, surplus gas composed of hydrogen, etc., water vapor, and the like.

酸素供給装置30は、高圧酸素を循環経路20内に向けて噴射して供給し、アルゴンなどを含む循環ガスと共に燃焼室11に供給するものである。水素供給装置40は、高圧水素を燃焼室11内に向けて直接噴射して供給するものである。   The oxygen supply device 30 supplies high-pressure oxygen by injecting it into the circulation path 20 and supplies it to the combustion chamber 11 together with a circulation gas containing argon or the like. The hydrogen supply device 40 directly injects high-pressure hydrogen into the combustion chamber 11 and supplies it.

凝縮器50は、循環経路20に設けられこの循環経路20を循環する循環ガスから大部分の水蒸気を取り除くものである。本実施形態の凝縮器50は、循環経路20において循環ガスの循環方向に対して、燃焼室11を基準として上流側に設けられる冷却装置としての第1凝縮器50Aと、下流側に設けられる第2凝縮器50Bとを含んで構成される。つまり、凝縮器50は、循環経路20において燃焼室11の排気側に第1凝縮器50Aが設けられ、吸気側に第2凝縮器50Bが設けられる。ここでは、第1凝縮器50Aと第2凝縮器50Bとは、互いに異なる別個の冷却媒体循環系に接続されている。   The condenser 50 is provided in the circulation path 20 and removes most of the water vapor from the circulation gas circulating in the circulation path 20. The condenser 50 of the present embodiment includes a first condenser 50A as a cooling device provided on the upstream side with respect to the circulation direction of the circulating gas in the circulation path 20, and a first condenser provided on the downstream side. 2 condenser 50B. That is, the condenser 50 is provided with the first condenser 50A on the exhaust side of the combustion chamber 11 in the circulation path 20 and the second condenser 50B on the intake side. Here, the first condenser 50A and the second condenser 50B are connected to different cooling medium circulation systems different from each other.

すなわち、このエンジン1は、冷却媒体循環経路としての冷却水循環路51Aと、冷却水循環路51Bとを備えている。そして、冷却水循環路51Aは、第1凝縮器50Aに接続され、冷却水循環路51Bは、第2凝縮器50Bに接続されると共に、この冷却水循環路51Aと冷却水循環路51Bとが互いに独立した別個の経路となっている。またここでは、冷却水循環路51Aは、第1凝縮器50Aに対する冷却媒体循環系をなすと共にエンジン本体10を冷却するための冷却媒体循環系としても兼用される。つまり、この冷却水循環路51Aは、エンジン本体10と第1凝縮器50Aとに冷却媒体としての冷却水を循環させるものである。   That is, the engine 1 includes a cooling water circulation path 51A as a cooling medium circulation path and a cooling water circulation path 51B. The cooling water circulation path 51A is connected to the first condenser 50A, the cooling water circulation path 51B is connected to the second condenser 50B, and the cooling water circulation path 51A and the cooling water circulation path 51B are independent from each other. It has become a route. Here, the cooling water circulation path 51 </ b> A serves as a cooling medium circulation system for the first condenser 50 </ b> A and also serves as a cooling medium circulation system for cooling the engine body 10. That is, the cooling water circulation path 51A circulates cooling water as a cooling medium between the engine body 10 and the first condenser 50A.

より具体的には、エンジン本体10は、冷却水循環路51Aに設けられた冷却水ポンプ52Aが駆動することで、ラジエータ53Aにて冷却された冷却媒体としての冷却水が冷却水循環路51Aを介して内部に供給される。そして、エンジン本体10は、冷却水がシリンダヘッドやシリンダブロック内に設けられるウォータジャケットを流通することで冷却される。   More specifically, in the engine body 10, the cooling water pump 52A provided in the cooling water circulation path 51A is driven, so that the cooling water as the cooling medium cooled by the radiator 53A passes through the cooling water circulation path 51A. Supplied inside. The engine body 10 is cooled by circulating cooling water through a water jacket provided in the cylinder head or the cylinder block.

そして、第1凝縮器50Aは、エンジン本体10を通過した冷却水が冷却水循環路51Aを介して内部に供給される。そして、第1凝縮器50Aは、冷却水と循環ガスとを熱交換させることで循環ガスを冷却する。そして、第1凝縮器50Aによって冷却されたアルゴンを含む循環ガスは、このまま循環経路20を循環し、後段の第2凝縮器50Bに導入される。   In the first condenser 50A, the cooling water that has passed through the engine body 10 is supplied to the inside through the cooling water circulation path 51A. The first condenser 50A cools the circulating gas by exchanging heat between the cooling water and the circulating gas. Then, the circulating gas containing argon cooled by the first condenser 50A circulates in the circulation path 20 as it is and is introduced into the second condenser 50B at the subsequent stage.

一方、第2凝縮器50Bは、冷却水循環路51Bに設けられた冷却水ポンプ52Bが駆動することで、ラジエータ53Bにて冷却された冷却媒体としての冷却水が冷却水循環路51Bを介して内部に供給される。そして、第2凝縮器50Bは、冷却水と循環ガスとを熱交換させることで循環ガスを冷却し、循環ガス中に含まれる水蒸気を液化・凝縮し凝縮水とし、この循環ガスから大部分の水蒸気を分離する。そして、第2凝縮器50Bによって水蒸気が分離されたアルゴンを含む循環ガスは、このまま循環経路20を循環し、第1凝縮器50A及び第2凝縮器50Bで凝縮された凝縮水は、排出弁54を介して循環経路20の循環系外に排出される。   On the other hand, in the second condenser 50B, the cooling water pump 52B provided in the cooling water circulation path 51B is driven, so that the cooling water as the cooling medium cooled by the radiator 53B passes through the cooling water circulation path 51B. Supplied. The second condenser 50B cools the circulating gas by exchanging heat between the cooling water and the circulating gas, and liquefies and condenses the water vapor contained in the circulating gas into condensed water. Separate water vapor. Then, the circulating gas containing argon from which the water vapor has been separated by the second condenser 50B circulates in the circulation path 20 as it is, and the condensed water condensed by the first condenser 50A and the second condenser 50B is discharged from the discharge valve 54. And is discharged out of the circulation system of the circulation path 20.

ここで、このエンジン1は、第1凝縮器50Aに対する冷却媒体循環系である冷却水循環路51Aに種々の公知の形式で構成されたサーモスタット55が設けられる。サーモスタット55は、凝縮器50Aを通過後の冷却水の温度に応じて、当該冷却水が流れる経路を切り替えるものである。サーモスタット55は、冷却水の温度が相対的に低いエンジン1の暖機運転時に、冷却水循環路51Aにおいて、ラジエータ53Aを迂回する経路で冷却水を循環させる。これにより、エンジン1は、冷却水の温度の上昇が促され暖機が促進される。一方、サーモスタット55は、冷却水の温度が相対的に高いエンジン1の暖機終了後の通常運転時に、冷却水循環路51Aにおいて、ラジエータ53Aを通過する経路で冷却水を循環させる。これにより、エンジン1は、冷却水循環路51Aを循環する冷却水を適正に冷却する。   Here, the engine 1 is provided with a thermostat 55 configured in various well-known formats in a cooling water circulation path 51A that is a cooling medium circulation system for the first condenser 50A. The thermostat 55 switches the path through which the cooling water flows according to the temperature of the cooling water after passing through the condenser 50A. The thermostat 55 circulates the cooling water in a path that bypasses the radiator 53A in the cooling water circulation path 51A during the warm-up operation of the engine 1 in which the temperature of the cooling water is relatively low. As a result, the engine 1 is promoted to rise in temperature of the cooling water and to be warmed up. On the other hand, the thermostat 55 circulates the cooling water through a path passing through the radiator 53A in the cooling water circulation path 51A during normal operation after the warm-up of the engine 1 having a relatively high cooling water temperature. Thereby, the engine 1 appropriately cools the cooling water circulating through the cooling water circulation path 51A.

なお、エンジン1の暖機運転時とは、エンジン1の暖機を促進する運転状態であり、典型的には、エンジン1の始動直後などエンジン本体10を冷却するための冷却水が予め設定される暖機温度以下である場合、つまり、エンジン1の冷間時である。エンジン1は、エンジン本体10を冷却するための冷却水が予め設定される暖機温度より高くなると、暖機運転を終了し、通常の温間時の運転に移行する。   The warm-up operation of the engine 1 is an operation state that promotes warm-up of the engine 1. Typically, cooling water for cooling the engine body 10 such as immediately after the engine 1 is started is set in advance. Is below the warm-up temperature, that is, when the engine 1 is cold. When the cooling water for cooling the engine body 10 becomes higher than a preset warm-up temperature, the engine 1 ends the warm-up operation and shifts to a normal warm operation.

電子制御装置60は、CPU、ROM、RAM及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子回路である。電子制御装置60は、アクセル開度を検出するアクセル開度センサ61、クランク角度を検出するクランク角度センサ62などの種々のセンサが検出した検出結果に対応した電気信号が入力される。ここで、アクセル開度は、車両の運転席に設けられるアクセルペダル(不図示)の操作量に相当し、さらに言えば、運転者がこのエンジン1に対して要求する要求エンジン負荷(要求負荷率)に応じた値である。クランク角度は、ピストン16にコネクティングロッドを介して連結されるクランクシャフトの回転角度に相当する。電子制御装置60は、例えば、クランク角度センサ62が検出したクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、エンジン1の回転速度としてエンジン回転数(rpm)を算出する。電子制御装置60は、入力された検出結果に応じて酸素供給装置30、水素供給装置40、冷却水ポンプ52A、52B、排出弁54、サーモスタット55などのエンジン1の各部に駆動信号を出力しこれらの駆動を制御する。   The electronic control device 60 is an electronic circuit mainly composed of a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and an interface. The electronic control device 60 receives electrical signals corresponding to detection results detected by various sensors such as an accelerator opening sensor 61 that detects the accelerator opening and a crank angle sensor 62 that detects the crank angle. Here, the accelerator opening corresponds to the amount of operation of an accelerator pedal (not shown) provided at the driver's seat of the vehicle, and more specifically, the required engine load (required load factor) requested by the driver to the engine 1. ). The crank angle corresponds to the rotation angle of a crankshaft connected to the piston 16 via a connecting rod. For example, the electronic control unit 60 discriminates the intake stroke, compression stroke, expansion stroke, and exhaust stroke in each cylinder based on the crank angle detected by the crank angle sensor 62, and uses the engine speed (rpm) as the rotational speed of the engine 1. ) Is calculated. The electronic control unit 60 outputs drive signals to various parts of the engine 1 such as the oxygen supply unit 30, the hydrogen supply unit 40, the cooling water pumps 52 </ b> A and 52 </ b> B, the discharge valve 54, and the thermostat 55 according to the input detection results. Control the drive.

上記のように構成されるエンジン1は、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。エンジン1は、吸気ポート12に設けられた吸気弁14の開弁時に、循環経路20を循環する循環ガスが酸素供給装置30からの酸素と共に燃焼室11に吸気(供給)される。エンジン1は、ピストン16の動作に応じて燃焼室11内に形成された高温の圧縮ガス(酸素及びアルゴン)の中に水素供給装置40から高圧の水素を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス(酸素)とが拡散混合しながら燃焼する。エンジン1は、これに伴って燃焼室11内で水蒸気が生成されると共に、比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こす。この結果、このエンジン1は、水素の燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン16が押し下げられクランクシャフトが回転し、機械的な動力を発生させることができる。そして、エンジン1は、排気ポート13に設けられた排気弁15の開弁に伴って、燃焼室11内から水素の燃焼後の排気ガスがアルゴンと共に排気ポート13に排気(排出)され、排気ガスとアルゴンとが循環ガスとして循環経路20を循環し再び燃焼室11に吸気される。この間、エンジン1は、循環ガス中の水蒸気の大部分が凝縮器50にて液化・凝縮され分離される。これにより、エンジン1は、比熱比の小さい水蒸気が燃焼室11に供給されず、比熱比の大きいアルゴンが燃焼室11へと再び供給されるので、アルゴンによる熱効率の高い運転を行うことができる。   The engine 1 configured as described above is exemplified as one that diffuses and burns hydrogen. In the engine 1, when the intake valve 14 provided in the intake port 12 is opened, the circulating gas circulating in the circulation path 20 is sucked (supplied) into the combustion chamber 11 together with oxygen from the oxygen supply device 30. The engine 1 injects high-pressure hydrogen from the hydrogen supply device 40 into a high-temperature compressed gas (oxygen and argon) formed in the combustion chamber 11 in accordance with the operation of the piston 16, thereby partially Ignites and burns while hydrogen and compressed gas (oxygen) are diffusely mixed. As a result, in the engine 1, steam is generated in the combustion chamber 11, and argon having a large specific heat ratio causes thermal expansion. As a result, the engine 1 can generate mechanical power by the piston 16 being pushed down by the combustion of hydrogen and the thermal expansion of argon, and the crankshaft rotating. When the exhaust valve 15 provided at the exhaust port 13 is opened, the engine 1 exhausts (exhausts) the exhaust gas after combustion of hydrogen from the combustion chamber 11 to the exhaust port 13 together with argon. And argon circulate through the circulation path 20 as a circulation gas and are again sucked into the combustion chamber 11. During this time, in the engine 1, most of the water vapor in the circulating gas is liquefied and condensed by the condenser 50 and separated. As a result, the engine 1 is not supplied with water vapor having a small specific heat ratio to the combustion chamber 11, and is again supplied with argon having a large specific heat ratio to the combustion chamber 11, so that the engine 1 can be operated with high thermal efficiency.

この間、電子制御装置60は、アクセル開度センサ61が検出したアクセル開度やクランク角度センサ62が検出したクランク角度等に基づいた要求エンジン負荷やエンジン回転数等の運転状態に応じて、現在のエンジン回転数において、運転者が要求する駆動力(エンジン出力)を得ることができるように、酸素供給装置30、水素供給装置40による酸素、水素の供給量(噴射量)や供給時期(噴射時期)を制御する。電子制御装置60は、基本的には、運転者によるアクセルペダルの操作量に相当するアクセル開度やエンジン回転数等の運転状態に応じて、例えば、記憶部に予め記憶されている供給量マップ(不図示)から現在のエンジン回転数で要求される要求トルクを得ることができる水素、酸素の供給量、供給時期を決定し、これに基づいて各部を制御する。   During this time, the electronic control unit 60 determines the current engine load, engine speed, etc. based on the accelerator opening detected by the accelerator opening sensor 61, the crank angle detected by the crank angle sensor 62, etc. Oxygen and hydrogen supply amount (injection amount) and supply timing (injection timing) by the oxygen supply device 30 and the hydrogen supply device 40 so that the driving force (engine output) required by the driver can be obtained at the engine speed. ) To control. The electronic control device 60 basically has, for example, a supply amount map stored in advance in the storage unit in accordance with the driving state such as the accelerator opening and the engine speed corresponding to the amount of operation of the accelerator pedal by the driver. The supply amount and supply timing of hydrogen and oxygen that can obtain the required torque required at the current engine speed are determined from (not shown), and each part is controlled based on this.

なお、このエンジン1は、水素を燃焼室11内に向けて直接噴射して自己着火させ拡散燃焼させる筒内直噴自己着火拡散燃焼形式の構成として例示したがこれに限らない。エンジン1は、例えば、燃焼室11に供給された水素に点火可能な点火装置としての点火プラグを備え、この点火プラグが燃焼室11内で水素に点火する火花点火形式の構成であってもよいし、水素に対して点火プラグで点火して水素の自己着火の補助を行い拡散燃焼させる形式の構成であってもよい。また、エンジン1は、例えば、水素を循環経路20内ここでは吸気ポート12内に向けて噴射して供給しアルゴンなどを含む循環ガスと共に燃焼室11に供給する吸気予混合形式の構成であってもよい。また、エンジン1は、酸素を燃焼室11内に向けて直接噴射する形式の構成であってもよい。また、エンジン1は、いわゆる希薄燃焼形式の構成であってもよい。   In addition, although this engine 1 was illustrated as a structure of the in-cylinder direct-injection self-ignition diffusion combustion type in which hydrogen is directly injected into the combustion chamber 11 to self-ignite and diffusely burn, it is not limited thereto. For example, the engine 1 may include a spark plug as an ignition device capable of igniting hydrogen supplied to the combustion chamber 11, and the spark plug may ignite hydrogen in the combustion chamber 11. Alternatively, a configuration may be adopted in which hydrogen is ignited with a spark plug to assist hydrogen self-ignition and diffuse combustion. Further, the engine 1 has, for example, an intake premixing configuration in which hydrogen is injected and supplied into the circulation path 20, here into the intake port 12, and supplied to the combustion chamber 11 together with a circulation gas containing argon or the like. Also good. The engine 1 may have a configuration in which oxygen is directly injected into the combustion chamber 11. Further, the engine 1 may have a so-called lean combustion type configuration.

ところで、エンジン1は、仮に燃焼室11に供給されるアルゴンの量が常に一定であると仮定した場合、暖機過程や軽負荷時などにおいて、比熱比が相対的に高いアルゴンの量に対して水素の燃焼による発熱量が相対的に少ないことから、燃焼室11から排気されるガスの温度が相対的に低下するおそれがある。これは熱効率の高いアルゴン循環型のエンジン1では、排気損失が少なく、また、暖機過程や軽負荷時などにおいては、燃焼室11に供給されるアルゴンの量に対して酸素、水素の比率が著しく低くなるおそれがあるためである。そして、エンジン1は、上記のように冷却水を循環させる冷却水循環路51Aがエンジン本体10と第1凝縮器50Aとで兼用されるような場合、燃焼室11から排気されるガスの温度が相対的に低下すると、例えば、燃焼室11から排気されたガスによる第1凝縮器50Aでの冷却水の昇温効果が低下し、エンジン1の暖機完了が遅れるおそれがある。   By the way, if it is assumed that the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is always constant, the engine 1 has a relatively high specific heat ratio with respect to the amount of argon having a relatively high specific heat ratio during a warm-up process or a light load. Since the amount of heat generated by the combustion of hydrogen is relatively small, the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 may be relatively lowered. This is because the argon circulation type engine 1 with high thermal efficiency has little exhaust loss, and the ratio of oxygen and hydrogen with respect to the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 during the warm-up process or light load is high. This is because there is a possibility that it may become extremely low. When the cooling water circulation path 51A for circulating the cooling water is shared by the engine main body 10 and the first condenser 50A as described above, the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 is relatively low. If it decreases, for example, the temperature rise effect of the cooling water in the first condenser 50A by the gas exhausted from the combustion chamber 11 is reduced, and the completion of warming up of the engine 1 may be delayed.

そこで、本実施形態のエンジン1は、電子制御装置60が所定の条件下で、燃焼室11に供給されるアルゴン(作動ガス)の供給量を低減する暖機制御を実行することで、燃焼室11から排気されるガスの温度を適正な温度に調節している。   Therefore, the engine 1 according to the present embodiment executes the warm-up control in which the electronic control device 60 reduces the supply amount of argon (working gas) supplied to the combustion chamber 11 under a predetermined condition, so that the combustion chamber The temperature of the gas exhausted from 11 is adjusted to an appropriate temperature.

具体的には、エンジン1は、調節機構70を備え、電子制御装置60は、運転状態に応じてこの調節機構70を制御することで、上記暖機制御を実行する。   Specifically, the engine 1 includes an adjustment mechanism 70, and the electronic control device 60 performs the warm-up control by controlling the adjustment mechanism 70 according to the operating state.

調節機構70は、循環経路20に設けられ燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節可能なものであり、ここでは可変絞り機構71を有する。可変絞り機構71は、循環経路20の通路断面積を可変とするものであり、電子制御装置60に電気的に接続されその駆動が制御される。   The adjustment mechanism 70 is provided in the circulation path 20 and can adjust the amount of argon supplied to the combustion chamber 11, and has a variable throttle mechanism 71 here. The variable throttle mechanism 71 changes the cross-sectional area of the circulation path 20 and is electrically connected to the electronic control unit 60 to control its drive.

可変絞り機構71は、循環経路20において循環ガスの循環方向に対して、燃焼室11を基準として、水素又は酸素が供給される供給位置、ここでは酸素が供給される酸素供給位置より下流側に設けられる。可変絞り機構71は、酸素供給位置と燃焼室11の吸気側との間に設けられる。   The variable throttle mechanism 71 is located downstream of the supply position where hydrogen or oxygen is supplied, here the oxygen supply position where oxygen is supplied, with respect to the circulation direction of the circulating gas in the circulation path 20 with reference to the combustion chamber 11. Provided. The variable throttle mechanism 71 is provided between the oxygen supply position and the intake side of the combustion chamber 11.

可変絞り機構71は、循環経路20内部に設けられる可変絞り弁が駆動することで、酸素供給位置と燃焼室11の吸気側との間の通路の絞り量を調節し、言い換えれば、循環経路20の通路開度(アルゴンなどの流体が通過可能な通路断面積)を調節することで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節することができる。すなわち、可変絞り機構71は、絞り量を相対的に大きくし、循環経路20の通路開度を相対的に小さくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減することができる。一方、可変絞り機構71は、絞り量を相対的に小さくし、循環経路20の通路開度を相対的に大きくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を増加することができる。   The variable throttle mechanism 71 adjusts the throttle amount of the passage between the oxygen supply position and the intake side of the combustion chamber 11 by driving a variable throttle valve provided in the circulation path 20, in other words, the circulation path 20. The amount of argon supplied to the combustion chamber 11 can be adjusted by adjusting the passage opening degree (passage cross-sectional area through which a fluid such as argon can pass). That is, the variable throttle mechanism 71 can reduce the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 by relatively increasing the throttle amount and relatively reducing the passage opening degree of the circulation path 20. On the other hand, the variable throttle mechanism 71 can increase the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 by relatively reducing the throttle amount and relatively increasing the passage opening degree of the circulation path 20.

そして、電子制御装置60は、図2に例示するように、エンジン本体10を暖機する暖機運転時に、調節機構70を制御して、当該暖機の終了後の通常運転時と比較して、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減する暖機制御を実行する。本図2は、暖機過程において上記暖機制御を実行した場合の燃焼室11内の水素、酸素、アルゴンの供給量の比率と、暖機の終了後の通常運転時の燃焼室11内の水素、酸素、アルゴンの供給量の比率とを模式的に表したものである。この図2では、エンジン負荷が同等である場合、すなわち、燃焼室11内への酸素、水素の供給量が同等である場合を比較している。   Then, as illustrated in FIG. 2, the electronic control unit 60 controls the adjustment mechanism 70 during the warm-up operation for warming up the engine body 10, and compared with the normal operation after the warm-up ends. Then, warm-up control for reducing the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is executed. FIG. 2 shows the ratio of the supply amounts of hydrogen, oxygen, and argon in the combustion chamber 11 when the warm-up control is performed in the warm-up process, and the combustion chamber 11 in the normal operation after the warm-up is completed. The ratio of the supply amounts of hydrogen, oxygen, and argon is schematically shown. FIG. 2 compares the case where the engine loads are equal, that is, the case where the supply amounts of oxygen and hydrogen into the combustion chamber 11 are equal.

電子制御装置60は、エンジン1の暖機運転時、典型的には、冷却水が予め設定される暖機温度以下であり、冷却水循環路51Aにおいてサーモスタット55がラジエータ53Aを迂回する経路で冷却水を循環させる運転状態である場合に、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に大きくし、循環経路20の通路開度を相対的に小さくすることで、上記のように燃焼室11に供給されるアルゴンの量を相対的に低減する。   During the warm-up operation of the engine 1, the electronic control device 60 typically has a cooling water temperature equal to or lower than a preset warm-up temperature, and the cooling water is routed by the thermostat 55 bypassing the radiator 53A in the cooling water circulation path 51A. In the operation state in which the engine is circulated, the variable throttle mechanism 71 is controlled so that the throttle amount is relatively large and the passage opening degree of the circulation path 20 is relatively small. The amount of argon supplied is relatively reduced.

したがって、エンジン1は、暖機過程などにおいて、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を相対的に低減する暖機制御を実行することから、燃焼室11内での水素の燃焼による発熱量に対して、燃焼室11に供給されるアルゴンの量が多くなりすぎることを抑制することができ、言い換えれば、燃焼室11に供給されるアルゴンの量に対して酸素、水素の比率が著しく低くなることを抑制することができる。これにより、エンジン1は、燃焼室11から排気されるガスの温度が低くなることを抑制することができ、言い換えれば、燃焼室11内での水素の燃焼による発熱量が同等であっても燃焼室11から排気されるガスの温度を相対的に高くすることができる。よって、エンジン1は、燃焼室11から排気されるガスの温度を適正な温度に調節することができ、例えば、運転状態に応じた好適な温度に調節することができる。   Therefore, the engine 1 performs warm-up control that relatively reduces the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 in the warm-up process or the like, so that the amount of heat generated by the combustion of hydrogen in the combustion chamber 11 is reduced. On the other hand, it is possible to suppress the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 from being excessively increased. In other words, the ratio of oxygen and hydrogen to the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is significantly reduced. This can be suppressed. Thereby, the engine 1 can suppress the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 from being lowered. In other words, the engine 1 is combusted even if the amount of heat generated by the combustion of hydrogen in the combustion chamber 11 is equal. The temperature of the gas exhausted from the chamber 11 can be made relatively high. Therefore, the engine 1 can adjust the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 to an appropriate temperature, for example, can be adjusted to a suitable temperature according to the operating state.

この結果、エンジン1は、上記のように冷却水を循環させる冷却水循環路51Aがエンジン本体10と第1凝縮器50Aとで兼用される場合であっても、燃焼室11から排気されたガスによる第1凝縮器50Aでの冷却水の昇温効果が低下することを抑制することができる。つまり、エンジン1は、冷却水をすみやかに昇温することができ、エンジン暖機性能を向上することができ、早期に暖機を完了することができる。   As a result, the engine 1 uses the gas exhausted from the combustion chamber 11 even when the cooling water circulation path 51A for circulating the cooling water is shared by the engine body 10 and the first condenser 50A as described above. It can suppress that the temperature rising effect of the cooling water in 50 A of 1st condensers falls. That is, the engine 1 can quickly raise the temperature of the cooling water, can improve the engine warm-up performance, and can complete the warm-up early.

以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン1によれば、水素と空気より比熱比の高いアルゴンとが供給され水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能である燃焼室11が設けられるエンジン本体10と、アルゴンを含むガスを燃焼室11の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室11に供給可能である循環経路20と、循環経路20に設けられ燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節可能な調節機構70と、エンジン本体10を暖機する暖機運転時に、調節機構70を制御して、当該暖機の終了後の通常運転時と比較して、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減する暖機制御を実行する電子制御装置60とを備える。したがって、エンジン1は、例えば、燃焼室11から排気されるガスの温度を相対的に高くすることができ、燃焼室11から排気されるガスの温度を適正な温度に調節することができる。   According to the engine 1 according to the embodiment of the present invention described above, an engine main body provided with a combustion chamber 11 in which hydrogen and argon having a higher specific heat ratio than air are supplied and in which argon can expand as the hydrogen burns. 10, a circulation path 20 in which a gas containing argon is circulated from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber 11 and can be supplied again to the combustion chamber 11, and the amount of argon provided in the circulation path 20 and supplied to the combustion chamber 11 When the warming-up operation for warming up the engine main body 10 is controlled, the control mechanism 70 is controlled and supplied to the combustion chamber 11 as compared with the normal operation after the warm-up ends. And an electronic control unit 60 that performs warm-up control for reducing the amount of argon to be generated. Therefore, for example, the engine 1 can relatively increase the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 and can adjust the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 to an appropriate temperature.

[実施形態2]
図3は、実施形態2に係るエンジンの暖機制御について説明する線図、図4は、実施形態2に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャート、図5は、実施形態2に係るエンジンにおける制御マップの一例である。実施形態2に係る作動ガス循環型エンジンは、冷却水の温度に基づいて作動ガスの量を調節する点で実施形態1に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す(以下の実施形態でも同様である)。
[Embodiment 2]
FIG. 3 is a diagram for explaining warm-up control of the engine according to the second embodiment, FIG. 4 is a flowchart for explaining an example of control in the engine according to the second embodiment, and FIG. 5 is in the engine according to the second embodiment. It is an example of a control map. The working gas circulation engine according to the second embodiment is different from the working gas circulation engine according to the first embodiment in that the amount of the working gas is adjusted based on the temperature of the cooling water. In addition, about the structure, effect | action, and effect which are common in embodiment mentioned above, while overlapping description is abbreviate | omitted as much as possible, the same code | symbol is attached | subjected (the following embodiment is also the same).

本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン201の電子制御装置60は、図3に例示するように、上記暖機運転時の暖機制御において、エンジン本体10を冷却する冷却水の温度に基づいて、調節機構70を制御して、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節する。これにより、エンジン201は、燃焼室11から排気されるガスの温度をより効率的に適正な温度に調節することができ、例えば、より効率的に冷却水の温度を昇温することができる。   As illustrated in FIG. 3, the electronic control device 60 of the engine 201 as the working gas circulation engine of the present embodiment adjusts the temperature of the cooling water that cools the engine body 10 in the warm-up control during the warm-up operation. Based on this, the adjustment mechanism 70 is controlled to adjust the amount of argon supplied to the combustion chamber 11. Thereby, the engine 201 can adjust the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 to an appropriate temperature more efficiently, and can raise the temperature of the cooling water more efficiently, for example.

ここで、エンジン本体10を冷却する冷却水は、上述した冷却水循環路51Aを循環する冷却水である。電子制御装置60は、冷却媒体温度検出手段、例えば、サーモスタット55の温度検知部が検出した冷却水循環路51Aの冷却水の温度に基づいて、調節機構70を制御する。   Here, the cooling water that cools the engine main body 10 is the cooling water that circulates in the cooling water circulation path 51A described above. The electronic control device 60 controls the adjustment mechanism 70 based on the coolant temperature detection means, for example, the coolant temperature in the coolant circulation path 51 </ b> A detected by the temperature detector of the thermostat 55.

具体的には、電子制御装置60は、検出される冷却水の温度が低いほど、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に大きくし、循環経路20の通路開度を相対的に小さくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減する。一方、電子制御装置60は、検出される冷却水の温度が高いほど、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に小さくし、循環経路20の通路開度を相対的に大きくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を増加する。この結果、エンジン201は、エンジン本体10を冷却する冷却水の温度が低いほど、燃焼室11に供給されるアルゴンの量が低減されることから、燃焼室11から排気されるガスの温度を高くすることができ、例えば、冷却水をよりすみやかに昇温することができ、エンジン暖機性能をさらに向上することができ、さらに早期に暖機を完了することができる。   Specifically, the electronic control unit 60 controls the variable throttle mechanism 71 to relatively increase the throttle amount and relatively reduce the passage opening degree of the circulation path 20 as the detected coolant temperature decreases. By doing so, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is reduced. On the other hand, the electronic control unit 60 controls the variable throttle mechanism 71 to relatively reduce the throttle amount and relatively increase the passage opening of the circulation path 20 as the detected coolant temperature increases. The amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is increased. As a result, the engine 201 increases the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 because the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 decreases as the temperature of the cooling water that cools the engine body 10 decreases. For example, the temperature of the cooling water can be raised more quickly, the engine warm-up performance can be further improved, and the warm-up can be completed earlier.

次に、図4のフローチャートを参照してエンジン201における制御の一例を説明する。なお、これらの制御ルーチンは、数msないし数十ms毎の制御周期で繰り返し実行される。   Next, an example of control in the engine 201 will be described with reference to the flowchart of FIG. Note that these control routines are repeatedly executed at a control cycle of several ms to several tens of ms.

まず、電子制御装置60は、例えば、サーモスタット55の温度検知部が検出した冷却水循環路51Aの冷却水の温度(エンジン冷却水温度)を取得する(ST21)。   First, the electronic control unit 60 acquires, for example, the coolant temperature (engine coolant temperature) in the coolant circulation path 51A detected by the temperature detector of the thermostat 55 (ST21).

次に、電子制御装置60は、ST21で取得した冷却水の温度に基づいて、燃焼室11に供給するアルゴンの量を決定し(ST22)、決定したアルゴンの供給量に基づいて調節機構70を制御し、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。   Next, the electronic control unit 60 determines the amount of argon to be supplied to the combustion chamber 11 based on the coolant temperature acquired in ST21 (ST22), and adjusts the adjusting mechanism 70 based on the determined supply amount of argon. Control, end the current control cycle, and shift to the next control cycle.

ここで、電子制御装置60は、例えば、図5に例示する制御マップに基づいて、燃焼室11に供給するアルゴンの量を求める。この制御マップは、横軸が冷却水温度、縦軸がアルゴン量を示す。制御マップは、冷却水温度とアルゴン量との関係を記述したものである。この制御マップでは、アルゴン量は、冷却水温度の増加にともなって増加する。制御マップは、冷却水温度とアルゴン量との関係が予め設定された上で電子制御装置60の記憶部に格納されている。電子制御装置60は、ST22において、図5の制御マップに基づいて、ST21で取得した冷却水温度から燃焼室11に供給するアルゴンの量を求める。なお、本実施形態では、電子制御装置60は、図5に例示する制御マップを用いてアルゴン量を求めたが、本実施形態はこれに限定されない。電子制御装置60は、例えば、図5に例示する制御マップに相当する数式に基づいてアルゴン量を求めてもよい(以下の説明でも同様である)。   Here, the electronic control unit 60 obtains the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 based on, for example, the control map illustrated in FIG. In this control map, the horizontal axis represents the cooling water temperature, and the vertical axis represents the argon amount. The control map describes the relationship between the cooling water temperature and the argon amount. In this control map, the argon amount increases as the cooling water temperature increases. The control map is stored in the storage unit of the electronic control unit 60 after the relationship between the cooling water temperature and the argon amount is set in advance. In ST22, the electronic control unit 60 obtains the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 from the coolant temperature acquired in ST21 based on the control map of FIG. In the present embodiment, the electronic control unit 60 calculates the argon amount using the control map illustrated in FIG. 5, but the present embodiment is not limited to this. For example, the electronic control unit 60 may obtain the argon amount based on a mathematical expression corresponding to the control map illustrated in FIG. 5 (the same applies to the following description).

以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン201によれば、エンジン本体10と、循環経路20に設けられ循環するガスから水素の燃焼に伴って生成される水蒸気を取り除く凝縮器50とに冷却水を循環させる冷却水循環路51Aを備え、電子制御装置60は、冷却水の温度が低いほど、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減する。したがって、エンジン201は、エンジン本体10を冷却する冷却水の温度が低いほど、燃焼室11から排気されるガスの温度を高くすることができ、例えば、冷却水をよりすみやかに昇温することができる。   According to the engine 201 according to the embodiment of the present invention described above, cooling is performed to the engine body 10 and the condenser 50 that is provided in the circulation path 20 and removes water vapor generated by hydrogen combustion from the circulating gas. A cooling water circulation path 51A for circulating water is provided, and the electronic control unit 60 reduces the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 as the temperature of the cooling water is lower. Therefore, the engine 201 can increase the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 as the temperature of the cooling water that cools the engine body 10 is lower. For example, the temperature of the cooling water can be increased more quickly. it can.

[実施形態3]
図6は、実施形態3に係るエンジンの模式的な概略構成図、図7は、実施形態3に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャート、図8は、実施形態3に係るエンジンにおける制御マップの一例である。実施形態3に係る作動ガス循環型エンジンは、燃焼室から排気されるガスの温度に基づいて作動ガスの量を調節する点で実施形態1に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。
[Embodiment 3]
6 is a schematic schematic configuration diagram of an engine according to the third embodiment, FIG. 7 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the third embodiment, and FIG. 8 is a control map in the engine according to the third embodiment. It is an example. The working gas circulation engine according to the third embodiment is different from the working gas circulation engine according to the first embodiment in that the amount of the working gas is adjusted based on the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber.

図6に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン301の電子制御装置60は、上記暖機運転時の暖機制御において、燃焼室11から排気されるガスの温度に基づいて、調節機構70を制御して、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節する。これにより、エンジン301は、燃焼室11から排気されるガスの温度をより精度よく適正な温度に調節することができ、例えば、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を減らしすぎて燃焼室11から排気されるガスの温度が高くなりすぎることを確実に防止することができる。ここで、電子制御装置60は、排気温度検出手段、例えば、循環経路20の排気ポート13近傍に設けられた排気温度センサ362が検出したガスの温度に基づいて、調節機構70を制御する。   The electronic control device 60 of the engine 301 as the working gas circulation engine of the present embodiment shown in FIG. 6 adjusts based on the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 in the warm-up control during the warm-up operation. The mechanism 70 is controlled to adjust the amount of argon supplied to the combustion chamber 11. Thereby, the engine 301 can adjust the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 to an appropriate temperature with higher accuracy. For example, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is reduced too much, and the combustion chamber 11 It is possible to reliably prevent the temperature of the gas exhausted from becoming too high. Here, the electronic control unit 60 controls the adjusting mechanism 70 based on the temperature of the gas detected by the exhaust temperature detecting means, for example, the exhaust temperature sensor 362 provided near the exhaust port 13 of the circulation path 20.

具体的には、電子制御装置60は、検出される燃焼室11から排気されるガスの温度が低いほど、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に大きくし、循環経路20の通路開度を相対的に小さくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減する。一方、電子制御装置60は、検出される燃焼室11から排気されるガスの温度が高いほど、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に小さくし、循環経路20の通路開度を相対的に大きくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を増加する。この結果、エンジン301は、燃焼室11から排気されるガスの温度が高いほど、燃焼室11に供給されるアルゴンの量が増加されることから、燃焼室11から排気されるガスの温度を相対的に低くすることができ、例えば、熱負荷が高くなりすぎることを防止することができる。   Specifically, the electronic control unit 60 controls the variable throttle mechanism 71 to relatively increase the throttle amount as the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 to be detected is lower, thereby opening the passage of the circulation path 20. By reducing the degree relatively, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is reduced. On the other hand, as the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 detected is higher, the electronic control unit 60 controls the variable throttle mechanism 71 to reduce the throttle amount relatively, and the passage opening degree of the circulation path 20 is relatively set. Therefore, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is increased. As a result, the engine 301 increases the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 as the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 increases. For example, it is possible to prevent the heat load from becoming too high.

次に、図7のフローチャートを参照してエンジン301における制御の一例を説明する。   Next, an example of control in the engine 301 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、電子制御装置60は、例えば、排気温度センサ362が検出した燃焼室11から排気されるガスの温度(排気温度)を取得する(ST31)。   First, the electronic control unit 60 acquires, for example, the temperature (exhaust temperature) of the gas exhausted from the combustion chamber 11 detected by the exhaust temperature sensor 362 (ST31).

次に、電子制御装置60は、ST31で取得した排気温度に基づいて、燃焼室11に供給するアルゴンの量を決定し(ST32)、決定したアルゴンの供給量に基づいて調節機構70を制御し、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。   Next, the electronic control unit 60 determines the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 based on the exhaust gas temperature acquired in ST31 (ST32), and controls the adjusting mechanism 70 based on the determined supply amount of argon. The current control cycle is terminated, and the next control cycle is started.

ここで、電子制御装置60は、例えば、図8に例示する制御マップに基づいて、燃焼室11に供給するアルゴンの量を求める。この制御マップは、横軸が排気温度、縦軸がアルゴン量を示す。制御マップは、排気温度とアルゴン量との関係を記述したものである。この制御マップでは、アルゴン量は、排気温度の増加にともなって増加する。制御マップは、排気温度とアルゴン量との関係が予め設定された上で電子制御装置60の記憶部に格納されている。電子制御装置60は、ST32において、図8の制御マップに基づいて、ST31で取得した排気温度から燃焼室11に供給するアルゴンの量を求める。   Here, the electronic control unit 60 determines the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 based on, for example, the control map illustrated in FIG. In this control map, the horizontal axis indicates the exhaust temperature, and the vertical axis indicates the argon amount. The control map describes the relationship between the exhaust temperature and the argon amount. In this control map, the amount of argon increases as the exhaust temperature increases. The control map is stored in the storage unit of the electronic control unit 60 after the relationship between the exhaust temperature and the argon amount is set in advance. In ST32, the electronic control unit 60 obtains the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 from the exhaust temperature acquired in ST31, based on the control map of FIG.

以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン301によれば、電子制御装置60は、燃焼室11から排気されるガスの温度に基づいて燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節する。したがって、エンジン301は、燃焼室11から排気されるガスの温度をより精度よく適正な温度に調節することができる。   According to the engine 301 according to the embodiment of the present invention described above, the electronic control device 60 adjusts the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 based on the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11. Therefore, the engine 301 can adjust the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 to an appropriate temperature with higher accuracy.

[実施形態4]
図9は、実施形態4に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。実施形態4に係る作動ガス循環型エンジンは、燃焼室から排気されるガスの温度が上限温度を超えないように作動ガスの量を調節する点で実施形態3に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。
[Embodiment 4]
FIG. 9 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the fourth embodiment. The working gas circulation engine according to the fourth embodiment is different from the working gas circulation engine according to the third embodiment in that the amount of the working gas is adjusted so that the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber does not exceed the upper limit temperature. Different.

図9で説明する本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン401の電子制御装置60は、上記暖機運転時の暖機制御において、燃焼室11から排気されるガスの温度が上限温度を超えないように、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節する。   The electronic control device 60 of the engine 401 as the working gas circulation engine of this embodiment described in FIG. 9 is configured so that the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 has an upper limit temperature in the warm-up control during the warm-up operation. The amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is adjusted so as not to exceed.

図9のフローチャートを参照してエンジン401における制御の一例を説明する。   An example of control in the engine 401 will be described with reference to the flowchart of FIG.

まず、電子制御装置60は、例えば、排気温度センサ362が検出した燃焼室11から排気されるガスの温度(排気温度)を取得する(ST41)。   First, the electronic control unit 60 acquires, for example, the temperature (exhaust temperature) of the gas exhausted from the combustion chamber 11 detected by the exhaust temperature sensor 362 (ST41).

次に、電子制御装置60は、ST41で取得した排気温度が予め設定される所定値より小さいか否かを判定する(ST42)。ここで所定値は、エンジン401で許容される排気温度の上限温度に応じて予め設定されるものであり、例えば、エンジン401の強度や仕様などに応じて適宜設定される。   Next, electronic control unit 60 determines whether or not the exhaust temperature acquired in ST41 is smaller than a predetermined value set in advance (ST42). Here, the predetermined value is set in advance according to the upper limit temperature of the exhaust temperature allowed by the engine 401, and is set as appropriate according to, for example, the strength and specifications of the engine 401.

電子制御装置60は、排気温度が予め設定される所定値より小さいと判定した場合(ST42:Yes)、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に大きくし、循環経路20の通路開度を相対的に小さくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減し(ST43)、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。これにより、エンジン401は、燃焼室11から排気されるガスの温度を上昇させることができる。   If the electronic control unit 60 determines that the exhaust temperature is smaller than a predetermined value set in advance (ST42: Yes), the electronic control unit 60 controls the variable throttle mechanism 71 to relatively increase the throttle amount, and the passage opening degree of the circulation path 20 Is reduced relatively, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is reduced (ST43), the current control cycle is terminated, and the next control cycle is started. Thereby, the engine 401 can raise the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11.

電子制御装置60は、排気温度が予め設定される所定値以上であると判定した場合(ST42:No)、可変絞り機構71を制御し絞り量を相対的に小さくし、循環経路20の通路開度を相対的に大きくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を増加し、(ST44)、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。これにより、エンジン401は、燃焼室11から排気されるガスの温度を低下させることができる。   When the electronic control unit 60 determines that the exhaust gas temperature is equal to or higher than a predetermined value set in advance (ST42: No), the electronic control unit 60 controls the variable throttle mechanism 71 to relatively reduce the throttle amount and open the passage of the circulation path 20. By increasing the degree relatively, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is increased (ST44), the current control cycle is terminated, and the next control cycle is started. Thereby, the engine 401 can lower the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11.

したがって、エンジン401は、燃焼室11から排気されるガスの温度を許容される範囲で高い温度に維持することができるので、冷却水をさらにすばやく昇温することができる。この結果、エンジン401は、燃焼室11から排気されるガスの温度を、上限温度を超えない範囲で、可能な限り高い温度で維持することができる。   Therefore, the engine 401 can maintain the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 at a high temperature within an allowable range, so that the temperature of the cooling water can be increased more quickly. As a result, the engine 401 can maintain the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 as high as possible within a range not exceeding the upper limit temperature.

以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン401によれば、電子制御装置60は、燃焼室11から排気されるガスの温度が上限温度を超えないように、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節する。したがって、エンジン401は、過大な熱負荷発生の防止と暖機性能の向上とを両立することができる。   According to the engine 401 according to the embodiment of the present invention described above, the electronic control unit 60 is configured to supply argon supplied to the combustion chamber 11 so that the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 does not exceed the upper limit temperature. Adjust the amount. Therefore, the engine 401 can achieve both prevention of excessive heat load and improvement of warm-up performance.

[実施形態5]
図10は、実施形態5に係るエンジンの模式的な概略構成図である。実施形態5に係る作動ガス循環型エンジンは、可変絞り機構の位置が実施形態1に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。
[Embodiment 5]
FIG. 10 is a schematic schematic configuration diagram of an engine according to the fifth embodiment. The working gas circulation engine according to the fifth embodiment is different from the working gas circulation engine according to the first embodiment in the position of the variable throttle mechanism.

図10に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン501は、調節機構70を備え、この調節機構70は、可変絞り機構71を有する。   An engine 501 as a working gas circulation engine of this embodiment shown in FIG. 10 includes an adjustment mechanism 70, and the adjustment mechanism 70 has a variable throttle mechanism 71.

そして、本実施形態の可変絞り機構71は、循環経路20において循環ガスの循環方向に対して、燃焼室11を基準として、水素又は酸素が供給される供給位置、ここでは酸素が供給される酸素供給位置より上流側に設けられる。可変絞り機構71は、酸素供給位置と燃焼室11の排気側との間に設けられる。可変絞り機構71は、循環経路20内部に設けられる可変絞り弁が駆動し、酸素供給位置と燃焼室11の排気側との間の通路の絞り量を調節することで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節することができる。   Then, the variable throttle mechanism 71 of the present embodiment is configured to supply a supply position of hydrogen or oxygen with respect to the circulation direction of the circulating gas in the circulation path 20 with reference to the combustion chamber 11, here oxygen supplied oxygen. Provided upstream from the supply position. The variable throttle mechanism 71 is provided between the oxygen supply position and the exhaust side of the combustion chamber 11. The variable throttle mechanism 71 is supplied to the combustion chamber 11 by driving a variable throttle valve provided in the circulation path 20 and adjusting the throttle amount of the passage between the oxygen supply position and the exhaust side of the combustion chamber 11. The amount of argon can be adjusted.

この場合、エンジン501は、循環方向に対して、燃焼室11を基準として、酸素供給位置より上流付側に可変絞り機構71が設けられることで、この可変絞り機構71によって、燃焼室11に供給される酸素の量を調節する必要がなく、燃焼室11に供給されるアルゴンの量のみを調節することができる。これにより、エンジン501は、エンジン制御の制御性を向上することができ、例えば、エンジン出力過渡時の応答性を向上することができる。言い換えれば、エンジン501は、可変絞り機構71によって燃焼室11に供給されるアルゴンの量を変えても、燃焼室11に供給される酸素の量が変わることがないので、例えば、過渡運転時に燃焼室11に供給されるアルゴンの量のみを調節しやすくすることができ、燃焼室11内の圧力を許容の範囲で運転状態に応じた好適な圧力に調節しやすくすることができる。   In this case, the engine 501 is provided with the variable throttle mechanism 71 upstream of the oxygen supply position with respect to the circulation direction with respect to the combustion chamber 11, so that the variable throttle mechanism 71 supplies the engine 501 to the combustion chamber 11. It is not necessary to adjust the amount of oxygen to be produced, and only the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 can be adjusted. Thereby, the engine 501 can improve the controllability of the engine control, and can improve the responsiveness at the time of engine output transition, for example. In other words, the engine 501 does not change the amount of oxygen supplied to the combustion chamber 11 even if the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 by the variable throttle mechanism 71 is changed. Only the amount of argon supplied to the chamber 11 can be easily adjusted, and the pressure in the combustion chamber 11 can be easily adjusted to a suitable pressure corresponding to the operating state within an allowable range.

以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン501によれば、可変絞り機構71は、循環経路20において循環するガスの循環方向に対して、燃焼室11を基準として、水素又は水素を燃焼させる酸素が供給される供給位置より上流側に設けられる。したがって、エンジン501は、エンジン制御の制御性を向上することができる。   According to the engine 501 according to the embodiment of the present invention described above, the variable throttle mechanism 71 burns hydrogen or hydrogen with reference to the combustion chamber 11 with respect to the circulation direction of the gas circulated in the circulation path 20. It is provided upstream from the supply position where oxygen is supplied. Therefore, the engine 501 can improve the controllability of engine control.

[実施形態6]
図11は、実施形態6に係るエンジンの模式的な概略構成図、図12は、実施形態6に係るエンジンにおける制御の一例を説明するフローチャートである。実施形態6に係る作動ガス循環型エンジンは、調節機構の構成が実施形態1に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。
[Embodiment 6]
FIG. 11 is a schematic configuration diagram of an engine according to the sixth embodiment, and FIG. 12 is a flowchart illustrating an example of control in the engine according to the sixth embodiment. The working gas circulation engine according to the sixth embodiment is different from the working gas circulation engine according to the first embodiment in the configuration of the adjusting mechanism.

図11に示す本実施形態の作動ガス循環型エンジンとしてのエンジン601は、調節機構670を備え、この調節機構670は、動弁機構672を有する。動弁機構672は、燃焼室11に連通する吸気ポート12を開閉可能な吸気弁14の開閉動作を調節可能なものである。動弁機構672は、吸気ポート12に設けられた吸気弁14のリフト量や開閉時期を可変とし、これらを連続的に変化させることで、燃焼室11に吸入されるガスの量を調節する。動弁機構672は、吸気弁14の閉弁時期を相対的に遅角する、あるいは、吸気弁14のリフト量を相対的に小さくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減することができる。エンジン601は、吸気弁14の閉弁時期を相対的に遅角した場合、例えば、ピストン16が下死点を過ぎて上死点に向かう途中で吸気弁14が閉弁されることとなり、これにより、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減することができる。一方、動弁機構672は、吸気弁14の閉弁時期を相対的に進角する、あるいは、吸気弁14のリフト量を相対的に大きくすることで、燃焼室11に供給されるアルゴンの量を増加することができる。動弁機構672は、電子制御装置60に電気的に接続され、あるいは、油圧制御回路などを介して接続され、その駆動が制御される。   An engine 601 as a working gas circulation engine of this embodiment shown in FIG. 11 includes an adjustment mechanism 670, and the adjustment mechanism 670 includes a valve mechanism 672. The valve mechanism 672 is capable of adjusting the opening / closing operation of the intake valve 14 that can open and close the intake port 12 communicating with the combustion chamber 11. The valve operating mechanism 672 adjusts the amount of gas sucked into the combustion chamber 11 by changing the lift amount and opening / closing timing of the intake valve 14 provided in the intake port 12 and changing them continuously. The valve mechanism 672 reduces the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 by relatively retarding the closing timing of the intake valve 14 or relatively reducing the lift amount of the intake valve 14. can do. When the engine 601 relatively delays the closing timing of the intake valve 14, for example, the intake valve 14 is closed in the middle of the piston 16 passing the bottom dead center toward the top dead center. Thus, the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 can be reduced. On the other hand, the valve operating mechanism 672 advances the valve closing timing of the intake valve 14 relatively, or relatively increases the lift amount of the intake valve 14 to increase the amount of argon supplied to the combustion chamber 11. Can be increased. The valve mechanism 672 is electrically connected to the electronic control unit 60 or connected via a hydraulic control circuit or the like, and its drive is controlled.

次に、図12のフローチャートを参照してエンジン601における制御の一例を説明する。なお、以下の説明では、燃焼室11に供給するアルゴンの量を低減し燃焼室11から排気されるガスの温度を上昇させる場合について説明し、燃焼室11に供給するアルゴンの量を増加し燃焼室11から排気されるガスの温度を低下させる場合についての説明は省略する。   Next, an example of control in the engine 601 will be described with reference to the flowchart of FIG. In the following description, the case where the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is reduced and the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber 11 is increased will be described, and the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is increased and combustion is performed. The description about the case where the temperature of the gas exhausted from the chamber 11 is lowered is omitted.

電子制御装置60は、エンジン601の種々のセンサの検出値や各部の駆動状態に応じて、上述したように燃焼室11に供給するアルゴンの量を減少させるか否か、言い換えれば、燃焼室11から排気されるガスの温度を上昇させるか否かを判定する(ST61)。   The electronic control unit 60 determines whether or not to reduce the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 as described above according to the detection values of various sensors of the engine 601 and the driving state of each part, in other words, the combustion chamber 11. It is determined whether or not the temperature of the gas exhausted from the chamber is increased (ST61).

電子制御装置60は、燃焼室11に供給するアルゴンの量を減少させると判定した場合(ST61:Yes)、動弁機構672を制御し、吸気弁14の閉弁時期を相対的に遅角する、又は、吸気弁14のリフト量を相対的に小さくする、あるいは、この両方を行って燃焼室11に供給されるアルゴンの量を低減し(ST62)、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。電子制御装置60は、燃焼室11に供給するアルゴンの量を減少させないと判定した場合(ST61:No)、ST62の処理をとばして、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。   If it is determined that the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is to be reduced (ST61: Yes), the electronic control unit 60 controls the valve mechanism 672 to relatively retard the valve closing timing of the intake valve 14. Alternatively, the lift amount of the intake valve 14 is made relatively small, or both are performed to reduce the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 (ST62), the current control cycle is terminated, and the next Transition to the control cycle. If it is determined that the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 is not reduced (ST61: No), the electronic control unit 60 skips the process of ST62, ends the current control cycle, and shifts to the next control cycle. .

この場合、エンジン601は、上述した可変絞り機構71を備えることなく、動弁機構672によって燃焼室11に供給されるアルゴンの量を調節することができる。そして、エンジン601は、燃焼室11により近い位置に配置される吸気弁14の開閉動作によって供給されるアルゴンの量が調節されることから、当該アルゴンの量を精度よくかつ応答性よく調節することができ、例えば、過渡運転時のエンジン制御の制御性や応答性をさらに向上することができる。   In this case, the engine 601 can adjust the amount of argon supplied to the combustion chamber 11 by the valve operating mechanism 672 without including the variable throttle mechanism 71 described above. The engine 601 adjusts the amount of argon with high accuracy and responsiveness because the amount of argon supplied is adjusted by the opening and closing operation of the intake valve 14 disposed closer to the combustion chamber 11. For example, the controllability and responsiveness of engine control during transient operation can be further improved.

以上で説明した本発明の実施形態に係るエンジン601によれば、調節機構670は、燃焼室11に連通する吸気ポート12を開閉可能な吸気弁14の開閉動作を調節可能な動弁機構672を有する。したがって、エンジン601は、エンジン制御の制御性をさらに向上することができる。   According to the engine 601 according to the embodiment of the present invention described above, the adjustment mechanism 670 includes the valve mechanism 672 that can adjust the opening / closing operation of the intake valve 14 that can open and close the intake port 12 communicating with the combustion chamber 11. Have. Therefore, the engine 601 can further improve the controllability of engine control.

なお、上述した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、以上で説明した実施形態を複数組み合わせることで構成してもよい。   The working gas circulation engine according to the above-described embodiment of the present invention is not limited to the above-described embodiment, and various modifications can be made within the scope described in the claims. The working gas circulation engine according to the embodiment of the present invention may be configured by combining a plurality of the embodiments described above.

以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、エンジン本体と、循環経路に設けられ循環するガスから燃焼に伴って生成される生成物を取り除く除去装置とに冷却媒体を循環させる冷却媒体循環経路を備えない構成であってもよい。   The working gas circulation engine described above includes a cooling medium circulation path that circulates the cooling medium between the engine main body and a removal device that is provided in the circulation path and removes a product generated by combustion from the circulating gas. There may be no configuration.

以上で説明した作動ガス循環型エンジンは、酸化剤が酸素であり燃料が水素であるものとして説明したが、これに限らず、燃焼室にて燃料の燃焼に伴って作動ガスを膨張させることができるものであればよい。また、以上で説明した作動ガスは、アルゴンに限らず、例えば単原子ガスであるヘリウム(He)等の希ガスであってもよい。   The working gas circulation engine described above has been described on the assumption that the oxidant is oxygen and the fuel is hydrogen. However, the working gas is not limited to this, and the working gas may be expanded as the fuel is burned in the combustion chamber. Anything is possible. The working gas described above is not limited to argon, but may be a rare gas such as helium (He) which is a monoatomic gas.

以上のように本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な種々の作動ガス循環型エンジンに適用して好適である。   As described above, the working gas circulation engine according to the present invention is suitable for application to various working gas circulation engines capable of circulating the working gas from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber and supplying the working gas to the combustion chamber again. .

1、201、301、401、501、601 エンジン(作動ガス循環型エンジン)
10 エンジン本体
11 燃焼室
12 吸気ポート
13 排気ポート
14 吸気弁
15 排気弁
20 循環経路
30 酸素供給装置
40 水素供給装置
50 凝縮器
50A 第1凝縮器(冷却装置)
51A 冷却水循環路(冷却媒体循環経路)
55 サーモスタット
60 電子制御装置(制御装置)
70、670 調節機構
71 可変絞り機構
362 排気温度センサ
672 動弁機構
1,201,301,401,501,601 engine (working gas circulation engine)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Engine body 11 Combustion chamber 12 Intake port 13 Exhaust port 14 Intake valve 15 Exhaust valve 20 Circulation path 30 Oxygen supply device 40 Hydrogen supply device 50 Condenser 50A 1st condenser (cooling device)
51A Cooling water circulation path (cooling medium circulation path)
55 Thermostat 60 Electronic control device (control device)
70, 670 Adjustment mechanism 71 Variable throttle mechanism 362 Exhaust temperature sensor 672 Valve mechanism

Claims (7)

燃料と空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能である燃焼室が設けられるエンジン本体と、
前記作動ガスを含むガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能である循環経路と、
前記循環経路に設けられ前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を調節可能な調節機構と、
前記エンジン本体を暖機する暖機運転時に、前記調節機構を制御して、当該暖機の終了後の通常運転時と比較して、前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を低減する暖機制御を実行する制御装置とを備えることを特徴とする、
作動ガス循環型エンジン。
An engine body provided with a combustion chamber in which a working gas having a specific heat ratio higher than that of air and air is supplied and in which the working gas can expand as the fuel burns;
A circulation path through which the gas containing the working gas is circulated from the exhaust side to the intake side of the combustion chamber and can be supplied to the combustion chamber again;
An adjusting mechanism provided in the circulation path and capable of adjusting the amount of the working gas supplied to the combustion chamber;
During the warm-up operation for warming up the engine body, the control mechanism is controlled to reduce the amount of the working gas supplied to the combustion chamber as compared with the normal operation after the warm-up is completed. And a control device that performs warm-up control,
Working gas circulation engine.
前記エンジン本体と、前記循環経路に設けられ前記循環するガスを冷却する冷却装置とに冷却媒体を循環させる冷却媒体循環経路を備え、
前記制御装置は、前記冷却媒体の温度が低いほど、前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を低減する、
請求項1に記載の作動ガス循環型エンジン。
A cooling medium circulation path for circulating a cooling medium between the engine main body and a cooling device provided in the circulation path for cooling the circulating gas;
The control device reduces the amount of the working gas supplied to the combustion chamber as the temperature of the cooling medium is lower.
The working gas circulation engine according to claim 1.
前記制御装置は、前記燃焼室から排気されるガスの温度に基づいて前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を調節する、
請求項1又は請求項2に記載の作動ガス循環型エンジン。
The control device adjusts the amount of the working gas supplied to the combustion chamber based on the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber.
The working gas circulation engine according to claim 1 or 2.
前記制御装置は、前記燃焼室から排気されるガスの温度が上限温度を超えないように、前記燃焼室に供給される前記作動ガスの量を調節する、
請求項1乃至請求項3のいずれか1項に記載の作動ガス循環型エンジン。
The control device adjusts the amount of the working gas supplied to the combustion chamber so that the temperature of the gas exhausted from the combustion chamber does not exceed an upper limit temperature;
The working gas circulation engine according to any one of claims 1 to 3.
前記調節機構は、前記循環経路の通路断面積を可変とする可変絞り機構を有する、
請求項1乃至請求項4のいずれか1項に記載の作動ガス循環型エンジン。
The adjustment mechanism has a variable throttle mechanism that makes the cross-sectional area of the circulation path variable.
The working gas circulation engine according to any one of claims 1 to 4.
前記可変絞り機構は、前記循環経路において前記循環するガスの循環方向に対して、前記燃焼室を基準として、前記燃料又は前記燃料を燃焼させる酸化剤が供給される供給位置より上流側に設けられる、
請求項5に記載の作動ガス循環型エンジン。
The variable throttle mechanism is provided upstream of a supply position to which the fuel or an oxidant for burning the fuel is supplied with respect to the direction of circulation of the circulating gas in the circulation path with reference to the combustion chamber. ,
The working gas circulation engine according to claim 5.
前記調節機構は、前記燃焼室に連通する吸気ポートを開閉可能な吸気弁の開閉動作を調節可能な動弁機構を有する、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の作動ガス循環型エンジン。
The adjusting mechanism has a valve operating mechanism capable of adjusting an opening / closing operation of an intake valve capable of opening / closing an intake port communicating with the combustion chamber.
The working gas circulation engine according to any one of claims 1 to 6.
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