JP2006077639A - Working medium circulating type hydrogen engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To avoid accumulating hydrogen leaked in a crankcase by passing between a cylinder and a piston from a combustion chamber in the crankcase. <P>SOLUTION: This hydrogen engine 10 self-ignites and burns hydrogen by compressing gas, by supplying the gas composed of hydrogen, oxygen and argon as working medium to the combustion chamber 21. The hydrogen is injected into the combustion chamber 21 from a hydrogen injection valve 35. The oxygen is supplied to the combustion chamber 21 by being mixed with the argon gas via an oxygen gas mixer 55. Steam included in exhaust gas is separated and exhausted by a condenser 67. The argon gas separated from the steam by the condenser 67 is supplied to the crankcase 22 via a passage switching valve 68 when a purge condition is realized. The hydrogen leaked in the crankcase 22 is exhausted from the crankcase by the argon gas supplied to this crankcase 22. <P>COPYRIGHT: (C)2006,JPO&NCIPI

Description

本発明は、燃焼室に水素と酸素と不活性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不活性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。   The present invention supplies hydrogen, oxygen, and an inert gas to a combustion chamber to burn the hydrogen, and circulates (re-supplies) the inert gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber. The present invention relates to a working gas circulation hydrogen engine.

従来から、燃焼室に空気と水素とを供給し、同供給した水素を燃焼させる水素エンジンが知られている。このような水素エンジンにおいては、空気中に窒素が存在することから、窒素酸化物が多く排出される恐れがある。これに対処するため、空気に代えて酸素ガスとアルゴンガスとを燃焼室に供給する水素エンジンが提案されている（例えば、特許文献１を参照。）。この水素エンジンにおいては、アルゴンガスが水素の燃焼により生じた熱による膨張体（即ち、作動ガス）として機能する。
特開平１１−９３６８１号公報（請求項１、段落番号００２１乃至００２９、図１） Conventionally, hydrogen engines that supply air and hydrogen to a combustion chamber and combust the supplied hydrogen are known. In such a hydrogen engine, since nitrogen exists in the air, a large amount of nitrogen oxide may be discharged. In order to cope with this, a hydrogen engine that supplies oxygen gas and argon gas to the combustion chamber instead of air has been proposed (see, for example, Patent Document 1). In this hydrogen engine, the argon gas functions as an expansion body (ie, working gas) due to heat generated by the combustion of hydrogen.
Japanese Patent Laid-Open No. 11-93681 (Claim 1, paragraph numbers 0021 to 0029, FIG. 1)

しかしながら、ピストン往復動型のエンジンにおいては、燃焼室からシリンダとピストンとの間を通ってクランクケースに漏洩した水素が同クランクケース内に蓄積され、例えば、この漏洩した水素によってクランクケース内のエンジン潤滑用オイルが劣化したり、水素脆化（水素の吸収によって金属材料が脆くなる現象）が発生してエンジン構成部材が劣化するという問題がある。   However, in a piston reciprocating type engine, hydrogen leaked into the crankcase from the combustion chamber between the cylinder and the piston is accumulated in the crankcase. For example, the engine in the crankcase is caused by the leaked hydrogen. There is a problem that the lubricating oil deteriorates or hydrogen embrittlement (a phenomenon in which the metal material becomes brittle due to absorption of hydrogen) occurs to deteriorate the engine component.

本発明の水素エンジンは、上記課題に対処するためになされたものであり、
シリンダ内を往復動するピストンにより燃焼室とクランクケースとが区画されるように構成され、同燃焼室に水素と酸素と作動ガスとしての不活性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不活性ガスを同燃焼室に循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記燃焼室と前記クランクケースとを前記シリンダの外部にて接続する供給経路を備えるとともに、同供給経路を通して同燃焼室から排出された不活性ガスの少なくとも一部を同クランクケースに供給し、同クランクケースに供給された不活性ガスにより、同燃焼室から同クランクケース内に前記シリンダと前記ピストンとの間を通って漏洩した水素を同クランクケースから排出させるクランクケースパージ手段を備えている。 The hydrogen engine of the present invention has been made to address the above problems,
The combustion chamber and the crankcase are configured to be partitioned by a piston that reciprocates in the cylinder, and hydrogen, oxygen, and an inert gas as a working gas are supplied to the combustion chamber to burn the hydrogen, A working gas circulation hydrogen engine that circulates the inert gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber,
A supply path for connecting the combustion chamber and the crankcase to the outside of the cylinder is provided, and at least a part of the inert gas discharged from the combustion chamber through the supply path is supplied to the crankcase. Crank case purge means is provided for discharging hydrogen leaking from the combustion chamber through the space between the cylinder and the piston into the crank case by the inert gas supplied to the crank case.

これによれば、燃焼室から排出された排ガス中の不活性ガスの少なくとも一部が、燃焼室とクランクケースとをシリンダの外部にて接続する供給経路を通してクランクケースに供給され、このクランクケースに供給された不活性ガスによりクランクケース内にシリンダとピストンとの間を通って漏洩した水素がクランクケースから排出される。従って、クランクケース内に水素が蓄積されないので、例えば、エンジン潤滑用オイルの劣化が回避され得、或いは、水素脆化によるエンジン構成部材の劣化を回避することができる。   According to this, at least a part of the inert gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is supplied to the crankcase through a supply path that connects the combustion chamber and the crankcase outside the cylinder. Hydrogen that has leaked between the cylinder and the piston in the crankcase is discharged from the crankcase by the supplied inert gas. Accordingly, since hydrogen is not accumulated in the crankcase, for example, deterioration of engine lubricating oil can be avoided, or deterioration of engine components due to hydrogen embrittlement can be avoided.

この場合、
前記クランクケースパージ手段は、
前記クランクケースと前記燃焼室とを前記シリンダの外部にて接続するリターン経路を含み、前記クランクケース内に漏洩した水素を前記クランクケースに供給された不活性ガスとともに同リターン経路を通して同燃焼室に再供給するように構成されることが好ましい。 in this case,
The crankcase purge means includes
A return path connecting the crankcase and the combustion chamber outside the cylinder, and hydrogen leaking into the crankcase together with an inert gas supplied to the crankcase to the combustion chamber through the return path. It is preferably configured to resupply.

これによれば、クランクケース内に漏洩した水素は、リターン経路を通して再び燃焼室に供給されて燃焼される。従って、水素を大気中に放出することがなく、且つ、漏洩した水素を燃料として有効に利用することができる。   According to this, the hydrogen leaked into the crankcase is supplied again to the combustion chamber through the return path and burned. Therefore, hydrogen is not released into the atmosphere, and the leaked hydrogen can be used effectively as fuel.

また、前記作動ガスとしての不活性ガスは化学的に不活性であり且つ比熱比が大きい単原子ガスであることが望ましい。これによれば、エンジンを効率良く運転することができる。   The inert gas as the working gas is preferably a monoatomic gas that is chemically inert and has a large specific heat ratio. According to this, the engine can be operated efficiently.

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）を含むシステムの実施形態について図１を参照しながら説明する。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及び電気制御装置７０を備えている。水素エンジン１０は、燃焼室に水素、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水素を自着火させて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。   Hereinafter, an embodiment of a system including a working gas circulation hydrogen engine (multi-cylinder engine) according to the present invention will be described with reference to FIG. This system includes a working gas circulation type hydrogen engine 10, a hydrogen supply unit 40, an oxygen supply unit 50, a working gas circulation passage unit 60, and an electric control device 70. The hydrogen engine 10 is an engine of a type in which a gas composed of hydrogen, oxygen, and argon as a working gas is supplied to a combustion chamber, and hydrogen is self-ignited to burn by compressing the gas. Although FIG. 1 shows only a cross section of a specific cylinder of the hydrogen engine 10, other cylinders have the same configuration.

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。   The hydrogen engine 10 includes a cylinder head 11 formed by a cylinder head portion, a cylinder 12 formed by a cylinder block portion, a piston 13 reciprocating in the cylinder 12, a crankshaft 14, a piston 13 and a crankshaft 14. The piston is a piston reciprocating type engine including a connecting rod 15 for converting the reciprocating motion of the piston 13 into the rotational motion of the crankshaft 14 and an oil pan 16 connected to the cylinder block. A piston ring 13 a is disposed on the side surface of the piston 13.

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。   A space formed by the cylinder head 11, the cylinder 12, and the oil pan 16 is partitioned by the piston 13 into a combustion chamber 21 on the top surface side of the piston 13 and a crankcase 22 that houses the crankshaft 14.

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。   An intake port 31 that communicates with the combustion chamber 21 and an exhaust port 32 that communicates with the combustion chamber 21 are formed in the cylinder head 11. The intake port 31 is provided with an intake valve 33 for opening and closing the intake port 31, and the exhaust port 32 is provided with an exhaust valve 34 for opening and closing the exhaust port 32. Further, the cylinder head 11 is provided with a hydrogen injection valve 35 that directly injects hydrogen (hydrogen gas) into the combustion chamber 21.

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。   The hydrogen supply unit 40 includes a hydrogen tank (hydrogen gas tank) 41, a hydrogen gas passage 42, a hydrogen gas pressure regulator 43, a hydrogen gas flow meter 44, and a surge tank 45.

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。   The hydrogen tank 41 stores hydrogen gas as fuel in a high pressure state of 10 to 70 MPa. The hydrogen gas passage 42 is a passage (tube) that allows the hydrogen tank 41 and the hydrogen injection valve 35 to communicate with each other. A hydrogen gas pressure regulator 43, a hydrogen gas flow meter 44, and a surge tank 45 are interposed in the hydrogen gas passage 42 in order from the hydrogen tank 41 toward the hydrogen injection valve 35.

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。   The hydrogen gas pressure regulator 43 is a known pressure regulator, and adjusts the pressure in the hydrogen gas passage 42 downstream of the hydrogen gas pressure regulator 43 (on the surge tank 45 side) to a constant pressure. The hydrogen gas flow meter 44 measures the amount of hydrogen gas flowing through the hydrogen gas passage 42 (hydrogen gas flow rate), and generates a signal FH2 representing the hydrogen gas flow rate. The surge tank 45 reduces pulsation generated in the hydrogen gas passage 42 when hydrogen gas is injected.

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。   The oxygen supply unit 50 includes an oxygen tank (oxygen gas tank) 51, an oxygen gas passage 52, an oxygen gas pressure regulator 53, an oxygen gas flow meter 54, and an oxygen gas mixer 55.

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。   The oxygen tank 51 is a tank that stores oxygen gas at a predetermined pressure. The oxygen gas passage 52 is a passage (tube) that allows the oxygen tank 51 and the oxygen gas mixer 55 to communicate with each other. An oxygen gas pressure regulator 53 and an oxygen gas flow meter 54 are interposed in the oxygen gas passage 52 in order from the oxygen tank 51 toward the oxygen gas mixer 55.

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。   The oxygen gas pressure regulator 53 is a known adjustable pressure variable pressure regulator. That is, the oxygen gas pressure regulator 53 can adjust the pressure in the oxygen gas passage 52 downstream of the oxygen gas pressure regulator 53 (on the oxygen gas mixer 55 side) to the target adjustment pressure RO2tgt according to the instruction signal. In other words, the oxygen gas pressure regulator 53 can control the amount of oxygen gas flowing through the oxygen gas passage 52 in response to the instruction signal.

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６経路６６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６経路６６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。   The oxygen gas flow meter 54 measures the amount of oxygen gas flowing through the oxygen gas passage 52 (oxygen gas flow rate), and generates a signal representing the oxygen gas flow rate FO2. The oxygen gas mixer 55 is interposed in a sixth path 66 of the working gas circulation passage section 60 described later. The oxygen gas mixer 55 mixes oxygen supplied via the oxygen gas passage 52 and gas supplied to the inlet portion via the sixth passage 66, and discharges the mixed gas from the outlet portion. ing.

作動ガス循環通路部６０は、第１〜６経路（第１〜第６流路形成管）６１〜６６、凝縮器６７、経路切替弁６８及びアルゴンガス流量計６９を備えている。   The working gas circulation passage section 60 includes first to sixth paths (first to sixth flow path forming pipes) 61 to 66, a condenser 67, a path switching valve 68, and an argon gas flow meter 69.

第１経路６１は、排気ポート３２と凝縮器６７の入口部とを接続している。第２経路６２は凝縮器６７の出口部と経路切替弁６８の導入ポートとを接続している。第３経路６３は、経路切替弁６８の第１排出ポート６８ａとクランクケース２２（クランクケース２２の作動ガス供給口２２ａ）とを接続している。   The first path 61 connects the exhaust port 32 and the inlet portion of the condenser 67. The second path 62 connects the outlet portion of the condenser 67 and the introduction port of the path switching valve 68. The third path 63 connects the first discharge port 68a of the path switching valve 68 and the crankcase 22 (the working gas supply port 22a of the crankcase 22).

第４経路６４は、クランクケース２２（クランクケース２２の作動ガス排出口２２ｂ）と合流部Ｇとを接続している。なお、クランクケース２２の作動ガス供給口２２ａと作動ガス排出口２２ｂとは、クランクケース２２を挟んで対向した位置に設けられている。第５経路６５は、経路切替弁６８の第２排出ポート６８ｂと合流部Ｇとを直接接続している。第６経路６６は、合流部Ｇと吸気ポート３１とを接続している。第６経路６６には、合流部Ｇから吸気ポート３１に向かう順にアルゴンガス流量計６９と酸素ガスミキサ５５とが介装されている。   The fourth path 64 connects the crankcase 22 (the working gas discharge port 22b of the crankcase 22) and the junction G. The working gas supply port 22a and the working gas discharge port 22b of the crankcase 22 are provided at positions facing each other with the crankcase 22 in between. The fifth path 65 directly connects the second discharge port 68 b of the path switching valve 68 and the junction G. The sixth path 66 connects the merging portion G and the intake port 31. An argon gas flow meter 69 and an oxygen gas mixer 55 are interposed in the sixth path 66 in the order from the junction G to the intake port 31.

凝縮器６７は、第１経路６１を介して燃焼室２１から排出された排ガスを、その入口部から導入し、その内部において冷却水Ｗにより冷却することにより、排ガスに含まれる水蒸気を凝縮液化するようになっている。これにより、凝縮器６７は、排ガスに含まれる水蒸気を非凝縮ガス（この場合、非凝縮ガスはアルゴンガスであり、場合により水素ガス及び／又は酸素ガスを含む。）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６７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。   The condenser 67 introduces the exhaust gas discharged from the combustion chamber 21 through the first path 61 from the inlet portion, and cools it with the cooling water W inside, thereby condensing and liquefying the water vapor contained in the exhaust gas. It is like that. Thereby, the condenser 67 separates the water vapor contained in the exhaust gas from the non-condensable gas (in this case, the non-condensable gas is argon gas, and optionally contains hydrogen gas and / or oxygen gas) to form water. The water is discharged outside. Further, the condenser 67 supplies the separated non-condensed gas from the outlet portion thereof to the second path 62.

経路切替弁６８は、駆動信号に応答して図示しない弁体を駆動し、これにより、凝縮器６７から第２経路６２を介して導入ポートに導入された非凝縮ガスを第１排出ポート６８ａ及び第２排出ポート６８ｂの何れかから排出するようになっている。アルゴンガス流量計６９は、第６経路６６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。   The path switching valve 68 drives a valve body (not shown) in response to the drive signal, thereby causing the non-condensed gas introduced from the condenser 67 to the introduction port via the second path 62 to pass through the first discharge port 68a and It discharges from either of the second discharge ports 68b. The argon gas flow meter 69 measures the amount of argon gas flowing through the sixth path 66 (argon gas flow rate) and generates a signal representing the argon gas flow rate FAr.

電気制御装置７０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びインターフェースを含む周知のマイクロコンピュータを主体とする電子装置である。電気制御装置７０には、水素ガス流量計４４、酸素ガス流量計５４、アルゴンガス流量計６９、アクセルペダル操作量センサ７１、エンジン回転速度センサ７２、酸素濃度センサ７３、水素濃度センサ７４及びサージタンク圧力センサ７５が接続されている。電気制御装置７０は、これらから各測定信号（検出信号）を入力するようになっている。   The electric control device 70 is an electronic device mainly composed of a known microcomputer including a CPU, a ROM, a RAM, and an interface. The electric control device 70 includes a hydrogen gas flow meter 44, an oxygen gas flow meter 54, an argon gas flow meter 69, an accelerator pedal operation amount sensor 71, an engine rotation speed sensor 72, an oxygen concentration sensor 73, a hydrogen concentration sensor 74, and a surge tank. A pressure sensor 75 is connected. The electric control device 70 inputs each measurement signal (detection signal) from these.

アクセルペダル操作量センサ７１は、アクセルペダルＡＰの操作量を検出し、同アクセルペダルＡＰの操作量を表す信号Accpを出力するようになっている。エンジン回転速度センサ７２は、クランク軸１４の回転速度に基づいてエンジン回転速度を表す信号ＮＥとクランク角度を表す信号とを発生するようになっている。   The accelerator pedal operation amount sensor 71 detects the operation amount of the accelerator pedal AP, and outputs a signal Accp representing the operation amount of the accelerator pedal AP. The engine rotation speed sensor 72 generates a signal NE representing the engine rotation speed and a signal representing the crank angle based on the rotation speed of the crankshaft 14.

酸素濃度センサ７３及び水素濃度センサ７４は、第２経路６２（凝縮器６７の出口部と経路切替弁６８の導入ポートとの間）に配設されている。酸素濃度センサ７３は、配設部位（第２経路６２）を流れるガスの酸素濃度を検出し、酸素濃度を表す信号Voxを発生するようになっている。水素濃度センサ７４は、配設部位（第２経路６２）を流れるガスの水素濃度を検出し、水素濃度を表す信号VH2を発生するようになっている。サージタンク圧力センサ７５は、サージタンク４５内の水素ガスの圧力を検出し、サージタンク内の圧力（サージタンク圧力、即ち、噴射水素ガス圧力）Psgを表す信号を発生するようになっている。   The oxygen concentration sensor 73 and the hydrogen concentration sensor 74 are disposed in the second path 62 (between the outlet of the condenser 67 and the introduction port of the path switching valve 68). The oxygen concentration sensor 73 detects the oxygen concentration of the gas flowing through the arrangement site (second path 62), and generates a signal Vox representing the oxygen concentration. The hydrogen concentration sensor 74 detects the hydrogen concentration of the gas flowing through the arrangement site (second path 62) and generates a signal VH2 indicating the hydrogen concentration. The surge tank pressure sensor 75 detects the pressure of the hydrogen gas in the surge tank 45 and generates a signal representing the pressure in the surge tank (surge tank pressure, that is, the injected hydrogen gas pressure) Psg.

更に、電気制御装置７０は、各気筒の水素噴射弁３５、酸素ガス圧レギュレータ５３及び経路切替弁６８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。   Further, the electric control device 70 is connected to the hydrogen injection valve 35, the oxygen gas pressure regulator 53, and the path switching valve 68 of each cylinder, and sends an instruction signal or a drive signal to them.

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。   Next, the operation of the system including the working gas circulation type hydrogen engine configured as described above will be described with reference to FIGS.

電気制御装置７０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。   The CPU of the electric control device 70 executes the injection control routine shown by the flowchart in FIG. 2 every time the crank angle of the engine 10 matches a predetermined crank angle (for example, 90 degrees before compression top dead center of each cylinder). It is like that. Accordingly, when the crank angle of the engine 10 coincides with the predetermined crank angle, the CPU starts the process of this routine from step 200 and proceeds to step 205, where the required hydrogen amount SH2 is detected at the present time by the accelerator pedal operation. It is obtained based on the amount Accp, the engine speed NE detected at the present time, and the function f1. The function f1 is a predetermined function (for example, a look-up table) for obtaining the required hydrogen amount SH2 corresponding to the required operation torque determined by the accelerator pedal operation amount Accp and the engine speed NE.

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９５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。   Next, the CPU proceeds to step 210 where the required hydrogen amount SH2, the surge tank pressure Psg detected at the present time, the engine speed NE detected at the present time, and a predetermined function f2 (for example, a lookup table). ) And the required hydrogen amount SH2 is converted into a hydrogen injection time TAU that is a valve opening time of the hydrogen injection valve 35. Then, the CPU proceeds to step 215 to send a drive signal to the hydrogen injector 35 for opening the hydrogen injector 35 of the cylinder having a crank angle of 95 degrees before the compression top dead center for the hydrogen injection time TAU. Then, the process proceeds to step 295 to end the present routine tentatively. Thus, an amount of hydrogen necessary to generate the required torque is supplied into the combustion chamber 21.

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。   Further, the CPU executes a regulator control routine shown by a flowchart in FIG. 3 every elapse of a predetermined time. Therefore, the CPU starts the process of this routine from step 300 at a predetermined timing, proceeds to step 305, and calculates the average value SH2ave per unit time of the current required hydrogen amount SH2. This calculation is performed by integrating the required hydrogen amount SH2 obtained in step 205 of FIG. 2 described above over a unit time. Next, the CPU proceeds to step 310 to obtain the target oxygen gas flow rate FO2tgt based on the average value SH2ave obtained as described above and a predetermined function f3 (for example, a lookup table).

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。   As described above, the engine 10 burns with hydrogen as fuel. Therefore, in order to produce only water by hydrogen combustion, it is necessary to supply 1 mol of oxygen to 2 mol of hydrogen. For this reason, the function f3 is the combustion of oxygen in the number of moles of half of the number of moles of hydrogen represented by the average value SH2ave (actually, the amount of oxygen in the same number of moles plus a margin). The target oxygen gas flow rate FO2tgt is determined so as to be supplied to the chamber 21.

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。   Next, the CPU proceeds to step 315 to determine whether or not the oxygen gas flow rate FO2 detected at the present time is equal to or higher than the target oxygen gas flow rate FO2tgt. When the CPU determines that the currently detected oxygen gas flow rate FO2 is equal to or higher than the target oxygen gas flow rate FO2tgt, the CPU proceeds to step 320 and sets the target adjustment pressure RO2tgt of the oxygen gas pressure regulator 53 to a positive constant. Decrease by value a. Thereby, the amount of oxygen gas supplied to the oxygen gas mixer 55 is reduced.

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。   On the other hand, when the CPU determines in step 315 that the oxygen gas flow rate FO2 detected at the present time is smaller than the target oxygen gas flow rate FO2tgt, the CPU proceeds to step 325 and sets the target adjustment pressure RO2tgt of the oxygen gas pressure regulator 53. Increase by a positive constant value b. Thereby, the amount of oxygen gas supplied to the oxygen gas mixer 55 increases. Thus, a necessary and sufficient amount of oxygen is supplied to the combustion chamber 21 via the oxygen gas mixer 55. Next, the CPU proceeds to step 395 to end the present routine tentatively.

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切替弁制御ルーチンを実行するようになっている。先ず、以下の（１）〜（３）の総ての条件が成立している状態から説明を始める。
（１）前回のクランクケース２２のパージ実行終了時点から基準時間（例えば、３０分）が経過している。
（２）現時点では、クランクケース２２のパージは実行されていない。
（３）システムが正常である。 Further, the CPU executes a switching valve control routine shown by a flowchart in FIG. 4 every elapse of a predetermined time. First, the description starts from a state in which all the following conditions (1) to (3) are satisfied.
(1) A reference time (for example, 30 minutes) has elapsed since the end of the previous purge execution of the crankcase 22.
(2) At present, the crankcase 22 is not purged.
(3) The system is normal.

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４００から開始し、ステップ４０５に進んでクランクケース２２をパージさせる条件（パージ条件）が成立しているか否かを判定する。本例におけるパージ条件は、前回のパージ実行終了時点から基準時間が経過したことである。   The CPU starts the processing of this routine from step 400 at a predetermined timing, and proceeds to step 405 to determine whether or not a condition for purging the crankcase 22 (purge condition) is satisfied. The purge condition in this example is that the reference time has elapsed since the end of the previous purge execution.

前述の仮定（１）に従えば、パージ条件は成立している。従って、ＣＰＵはステップ４０５にて「Ｙｅｓ」と判定してステップ４１０に進み、現時点がクランクケース２２のパージ実行中であって、且つ、その実行中のパージ開始時点からパージ継続基準時間ＴＰが経過しているか否かを判定する。   According to the above assumption (1), the purge condition is established. Therefore, the CPU makes a “Yes” determination at step 405 to proceed to step 410 where the current time is that the crankcase 22 is being purged and the purge continuation reference time TP has elapsed since the purge start time during the execution. It is determined whether or not.

この場合、前述の仮定（２）に従えば、現時点にてクランクケース２２のパージは実行されていない。従って、ＣＰＵはステップ４１０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４１５に進み、現時点で検出されている酸素濃度Voxが所定の閾値Voxthより小さいか否かを判定する。   In this case, purging the crankcase 22 is not executed at the present time according to the above-mentioned assumption (2). Therefore, the CPU makes a “No” determination at step 410 to proceed to step 415 to determine whether or not the oxygen concentration Vox detected at the present time is smaller than a predetermined threshold value Voxth.

ところで、システムに異常が発生していなければ、燃焼室２１には水素及び酸素が過不足なく（即ち、水素２モルと酸素略１モル）が供給され、水素が燃焼せしめられる。従って、排ガスには水素及び酸素が殆ど含まれていない。即ち、凝縮器６７を通過した非凝縮ガスには水素及び酸素が殆ど含まれておらず、アルゴンガスのみが含まれている。   By the way, if there is no abnormality in the system, hydrogen and oxygen are supplied to the combustion chamber 21 without excess or deficiency (that is, 2 mol of hydrogen and approximately 1 mol of oxygen), and hydrogen is burned. Therefore, the exhaust gas contains almost no hydrogen and oxygen. That is, the non-condensed gas that has passed through the condenser 67 contains almost no hydrogen and oxygen, but only argon gas.

従って、前述の仮定（３）に従えば、酸素濃度Voxは所定の閾値Voxthより小さいので、ＣＰＵはステップ４１５にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ４２０に進んで水素濃度VH2が所定の閾値VH2thより小さいか否かを判定する。この場合においても、水素濃度VH2は所定の閾値VH2thより小さいから、ＣＰＵはステップ４２０にて「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ４２５に進んでクランクケース２２のパージを開始する。具体的に述べると、ＣＰＵは経路切替弁６８に駆動信号を送出し、第２経路６２に接続されている導入ポートを第３経路６３に接続されている第１排出ポート６８ａに連通せしめる。その後、ＣＰＵはステップ４９５に進んで、本ルーチンを一旦終了する。   Therefore, according to the above-mentioned assumption (3), since the oxygen concentration Vox is smaller than the predetermined threshold value Voxth, the CPU makes a “Yes” determination at step 415 and proceeds to step 420 to set the hydrogen concentration VH2 to the predetermined threshold value VH2th. It is determined whether it is smaller. Even in this case, since the hydrogen concentration VH2 is smaller than the predetermined threshold value VH2th, the CPU makes a “Yes” determination at step 420 to proceed to step 425 to start the purge of the crankcase 22. More specifically, the CPU sends a drive signal to the path switching valve 68 to cause the introduction port connected to the second path 62 to communicate with the first discharge port 68 a connected to the third path 63. Thereafter, the CPU proceeds to step 495 to end the present routine tentatively.

この結果、凝縮器６７によって水蒸気と分離されたアルゴンガスを主成分とする不活性ガス（前記非凝縮ガス）はクランクケース２２の作動ガス供給口２２ａへと供給される。そして、クランクケース２２に供給された不活性ガスは、燃焼室２１からクランクケース２２内にシリンダ１２とピストン１３との間を通って漏洩した水素（及び酸素）とともにクランクケース２２の作動ガス排出口２２ｂから第４経路６４へと排出される。これにより、クランクケース２２内のパージが実行され、クランクケース２２内の水素ガス分圧（及び／又は酸素ガス分圧）が減少する。   As a result, the inert gas mainly composed of argon gas separated from the water vapor by the condenser 67 (the non-condensed gas) is supplied to the working gas supply port 22 a of the crankcase 22. Then, the inert gas supplied to the crankcase 22 together with hydrogen (and oxygen) leaked from the combustion chamber 21 into the crankcase 22 through the space between the cylinder 12 and the piston 13 and the working gas discharge port of the crankcase 22. It is discharged from 22b to the fourth path 64. Thereby, the purge in the crankcase 22 is executed, and the hydrogen gas partial pressure (and / or the oxygen gas partial pressure) in the crankcase 22 is reduced.

この状態において、ＣＰＵが図４に示したルーチンをステップ４００から再び開始すると、前述の仮定（１）〜（３）が成立している限りステップ４２５を経由して本ルーチンを一旦終了する。なお、この場合、ＣＰＵはステップ４２５にて経路切替弁６８の導入ポートと第１排出ポート６８ａとを連通せしめる駆動信号を確認的に発生する。   In this state, when the CPU starts the routine shown in FIG. 4 again from step 400, the routine is temporarily terminated via step 425 as long as the above assumptions (1) to (3) are established. In this case, in step 425, the CPU generates a drive signal for making the introduction port of the path switching valve 68 and the first discharge port 68a communicate with each other.

更に、この状態が継続すると、パージ開始からパージ継続基準時間ＴＰが経過する。従って、ＣＰＵはステップ４１０に進んだとき「Ｙｅｓ」と判定し、ステップ４３０に進んでクランクケース２２のパージを停止する。具体的に述べると、ＣＰＵは経路切替弁６８に駆動信号を送出し、第２経路６２に接続されている導入ポートを第５経路６５に接続されている第２排出ポート６８ｂに連通せしめる。この結果、凝縮器６７から排出された不活性ガスは第５経路６５を通過する。従って、凝縮器６７から排出された不活性ガスは、クランクケース２２内を通過することなく（クランクケース２２をバイパスし）、第６経路６６に通流する。以上により、クランクケース２２の一回のパージが終了する。   Furthermore, if this state continues, the purge continuation reference time TP elapses from the start of the purge. Accordingly, when the CPU proceeds to step 410, the CPU determines “Yes”, proceeds to step 430, and stops the purge of the crankcase 22. More specifically, the CPU sends a drive signal to the path switching valve 68 to cause the introduction port connected to the second path 62 to communicate with the second discharge port 68 b connected to the fifth path 65. As a result, the inert gas discharged from the condenser 67 passes through the fifth path 65. Therefore, the inert gas discharged from the condenser 67 flows through the sixth path 66 without passing through the crankcase 22 (bypassing the crankcase 22). Thus, one purge of the crankcase 22 is completed.

一方、ステップ４２５の実行によりパージを開始した後に、システムに異常が発生して酸素濃度Voxが閾値Voxthより以上となるか、又は、システムに異常が発生して水素濃度VH2が閾値VH2th以上となると、ＣＰＵはステップ４１５又はステップ４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３０に進み、パージを直ちに停止する。   On the other hand, after the purge is started by executing step 425, an abnormality occurs in the system and the oxygen concentration Vox exceeds the threshold value Voxth, or an abnormality occurs in the system and the hydrogen concentration VH2 exceeds the threshold value VH2th. The CPU makes a “No” determination at step 415 or 420 to proceed to step 430, and immediately stops the purge.

他方、パージ条件が成立していなければ、ＣＰＵはステップ４００に続くステップ４０５にて「Ｎｏ」と判定して直ちにステップ４３０に進む。但し、この場合においてパージが実行されていなければ、ＣＰＵはステップ４３０にて経路切替弁６８の導入ポートを第２排出ポート６８ｂに連通せしめる駆動信号を確認的に発生する。   On the other hand, if the purge condition is not satisfied, the CPU makes a “No” determination at step 405 following step 400 to immediately proceed to step 430. However, in this case, if the purge is not executed, the CPU generates a drive signal for making the introduction port of the path switching valve 68 communicate with the second discharge port 68b in step 430.

更に、パージ条件が成立し、且つ、現時点がパージ実行中でないときであっても、システムに異常が発生して酸素濃度Voxが閾値Voxthより以上となっているか、又は、システムに異常が発生して水素濃度VH2が閾値VH2th以上となっていると、ＣＰＵはステップ４１５又はステップ４２０にて「Ｎｏ」と判定してステップ４３０に進み、クランクケース２２のパージを開始しない。なお、この場合にも、ＣＰＵはステップ４３０にて、経路切替弁６８の導入ポートを第２排出ポート６８ｂに連通せしめる駆動信号を確認的に発生する。   Furthermore, even when the purge condition is satisfied and the current purge is not being executed, an abnormality has occurred in the system and the oxygen concentration Vox is higher than the threshold value Voxth, or an abnormality has occurred in the system. If the hydrogen concentration VH2 is equal to or higher than the threshold value VH2th, the CPU makes a “No” determination at step 415 or step 420 to proceed to step 430, and does not start the purge of the crankcase 22. In this case as well, in step 430, the CPU generates a drive signal for making the introduction port of the path switching valve 68 communicate with the second discharge port 68b.

以上、説明したように、本発明の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、化学的に不活性な不活性ガスのうち単原子ガスであるアルゴンガスを作動ガスとして使用し、同アルゴンガスをエンジン外部の循環経路（第１〜第６経路）を通して循環させている。アルゴンガスは比熱比が大きく、且つ、窒素原子を含まないので、この水素エンジンは効率良く運転され、且つ、窒素酸化物を排出しない。   As described above, the working gas circulation type hydrogen engine and system according to the embodiment of the present invention uses argon gas, which is a monoatomic gas among chemically inert inert gases, as the working gas. Argon gas is circulated through a circulation path (first to sixth paths) outside the engine. Since argon gas has a large specific heat ratio and does not contain nitrogen atoms, this hydrogen engine is operated efficiently and does not emit nitrogen oxides.

更に、このエンジン及びシステムは、排ガス中に含まれるアルゴンガスの全部又は一部を、燃焼室２１とクランクケース２２とをシリンダ１２の外部にて接続する供給経路（排気ポート３２に接続された第１経路６１、凝縮器６７、第２経路６２、経路切替弁６８及び第３経路６３）を通してクランクケース２２に供給し、このクランクケース２２に供給した不活性ガスにより「クランクケース２２内にシリンダ１２とピストン１３との間を通って漏洩した水素を」クランクケース２２から排出するクランクケースパージ手段を備えている。   Further, this engine and system is configured to supply all or a part of the argon gas contained in the exhaust gas to a supply path (the first connected to the exhaust port 32) that connects the combustion chamber 21 and the crankcase 22 to the outside of the cylinder 12. 1 path 61, condenser 67, second path 62, path switching valve 68, and third path 63) are supplied to the crankcase 22, and the inert gas supplied to the crankcase 22 causes “the cylinder 12 to enter the crankcase 22. And a crankcase purge means for discharging hydrogen leaked through between the piston 13 and the crankcase 22.

更に、クランクケースパージ手段は、クランクケース２２と燃焼室２１（吸気ポート３１）とをシリンダ１２の外部にて接続するリターン経路（第４経路６４、第６経路６６）を含み、クランクケース２２内に漏洩した水素をクランクケース２２に供給された不活性ガスとともに同リターン経路を通して燃焼室２１に再供給するように構成されている。   Further, the crankcase purge means includes a return path (fourth path 64 and sixth path 66) for connecting the crankcase 22 and the combustion chamber 21 (intake port 31) outside the cylinder 12, and the crankcase 22 The hydrogen leaked into the combustion chamber 21 is re-supplied to the combustion chamber 21 through the return path together with the inert gas supplied to the crankcase 22.

従って、クランクケース２２内に燃焼室２１から漏洩した水素ガスが蓄積することを回避することができる。この結果、クランクケース２２内の水素ガスがエンジン潤滑用オイルを劣化させたり、エンジンブロック等を脆化（水素脆化）させたりすることを回避することができる。また、水素ガスを大気中に放出することを回避することができる。   Therefore, accumulation of hydrogen gas leaked from the combustion chamber 21 in the crankcase 22 can be avoided. As a result, it is possible to avoid the hydrogen gas in the crankcase 22 from deteriorating the engine lubricating oil or embrittlement (hydrogen embrittlement) of the engine block or the like. Further, it is possible to avoid releasing hydrogen gas into the atmosphere.

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は圧縮により水素と酸素の混合ガスを自着火させていたが、燃焼室２１に点火プラグを配設して火花点火運転を行ってもよい。   In addition, this invention is not limited to the said embodiment, A various modification can be employ | adopted within the scope of the present invention. For example, although the engine 10 self-ignites a mixed gas of hydrogen and oxygen by compression, a spark ignition operation may be performed by providing an ignition plug in the combustion chamber 21.

更に、上記エンジン１０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、不活性ガスであればアルゴン以外のガス（例えば、ＣＯ２等の３原子ガス、或いは、Ｈｅ等のアルゴン以外の単原子ガス）であってもよい。この場合、窒素原子を含まず、且つ、比熱比が高いガスが好ましく、その意味において単原子ガス、特に、アルゴンは最適な作動ガスである。 Further, although the engine 10 directly injects hydrogen gas into the cylinder, the hydrogen injection valve 35 may be disposed so as to inject hydrogen gas into the intake port 31. In the above embodiment, argon gas is used as the working gas. However, if it is an inert gas, a gas other than argon (for example, a triatomic gas such as CO 2 or a simple gas other than argon such as He is used. Atomic gas). In this case, a gas that does not contain nitrogen atoms and has a high specific heat ratio is preferable. In this sense, a monoatomic gas, particularly argon, is the optimum working gas.

また、クランクケース２２内に水素が漏洩しやすい運転状態（例えば、高負荷運転状態）が所定時間継続したときを上記パージ条件として採用してもよい。加えて、上記実施形態においては、パージ実行中は凝縮器６７によって水蒸気と分離されたガス（即ち、循環作動ガスであるアルゴンガス）の総てをクランクケース２２内に供給していたが、そのガスの一部のみをクランクケース２２に供給し、残りのガスはクランクケース２２をバイパスさせてもよい。   Further, the purge condition may be adopted when an operation state (for example, a high load operation state) in which hydrogen easily leaks into the crankcase 22 continues for a predetermined time. In addition, in the above embodiment, all of the gas separated from the water vapor by the condenser 67 (that is, the argon gas that is the circulating working gas) is supplied into the crankcase 22 during the purge execution. Only part of the gas may be supplied to the crankcase 22 and the remaining gas may bypass the crankcase 22.

本発明の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。1 is a schematic view of a system including a working gas circulation hydrogen engine according to an embodiment of the present invention. 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。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus shown in FIG. 1 performs. 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。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus shown in FIG. 1 performs. 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。It is the flowchart which showed the routine which CPU of the electric control apparatus shown in FIG. 1 performs.

符号の説明Explanation of symbols

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、１６…オイルパン、２１…燃焼室、２２…クランクケース、２２ａ…作動ガス供給口、２２ｂ…作動ガス排出口、３１…吸気ポート、３２…排気ポート、３３…吸気弁、３４…排気弁、３５…水素噴射弁、４０…水素供給部、４１…水素タンク、４２…水素ガス通路、４３…水素ガス圧レギュレータ、４４…水素ガス流量計、４５…サージタンク、５０…酸素供給部、５１…酸素タンク、５２…酸素ガス通路、５３…酸素ガス圧レギュレータ、５４…酸素ガス流量計、５５…酸素ガスミキサ、６０…作動ガス循環通路部、６１〜６６…第１〜第６経路、６７…凝縮器、６８…経路切替弁、６８ａ…第１排出ポート、６８ｂ…第２排出ポート、６９…アルゴンガス流量計、７０…電気制御装置、７１…アクセルペダル操作量センサ、７２…エンジン回転速度センサ、７３…酸素濃度センサ、７４…水素濃度センサ、７５…サージタンク圧力センサ。
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Working gas circulation type hydrogen engine, 11 ... Cylinder head, 12 ... Cylinder, 13 ... Piston, 14 ... Crankshaft, 15 ... Connecting rod, 16 ... Oil pan, 21 ... Combustion chamber, 22 ... Crankcase, 22a ... Operation Gas supply port, 22b ... Working gas discharge port, 31 ... Intake port, 32 ... Exhaust port, 33 ... Intake valve, 34 ... Exhaust valve, 35 ... Hydrogen injection valve, 40 ... Hydrogen supply part, 41 ... Hydrogen tank, 42 ... Hydrogen gas passage, 43 ... Hydrogen gas pressure regulator, 44 ... Hydrogen gas flow meter, 45 ... Surge tank, 50 ... Oxygen supply unit, 51 ... Oxygen tank, 52 ... Oxygen gas passage, 53 ... Oxygen gas pressure regulator, 54 ... Oxygen Gas flow meter, 55 ... oxygen gas mixer, 60 ... working gas circulation passage, 61-66 ... first to sixth paths, 67 ... condenser, 68 ... path switching valve, 68 DESCRIPTION OF SYMBOLS ... 1st discharge port, 68b ... 2nd discharge port, 69 ... Argon gas flowmeter, 70 ... Electric control apparatus, 71 ... Accelerator pedal operation amount sensor, 72 ... Engine rotational speed sensor, 73 ... Oxygen concentration sensor, 74 ... Hydrogen Concentration sensor, 75 ... surge tank pressure sensor.

Claims (3)

シリンダ内を往復動するピストンにより燃焼室とクランクケースとが区画されるように構成され、同燃焼室に水素と酸素と作動ガスとしての不活性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不活性ガスを同燃焼室に循環させる作動ガス循環型水素エンジンであって、
前記燃焼室と前記クランクケースとを前記シリンダの外部にて接続する供給経路を備えるとともに、同供給経路を通して同燃焼室から排出された排ガス中の不活性ガスの少なくとも一部を同クランクケースに供給し、同クランクケースに供給された不活性ガスにより、同燃焼室から同クランクケース内に前記シリンダと前記ピストンとの間を通って漏洩した水素を同クランクケースから排出させるクランクケースパージ手段を備えた水素エンジン。 The combustion chamber and the crankcase are configured to be partitioned by a piston that reciprocates in the cylinder, and hydrogen, oxygen, and an inert gas as a working gas are supplied to the combustion chamber to burn the hydrogen, A working gas circulation hydrogen engine that circulates the inert gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber,
A supply path for connecting the combustion chamber and the crankcase to the outside of the cylinder is provided, and at least a part of the inert gas in the exhaust gas discharged from the combustion chamber is supplied to the crankcase through the supply path. And crankcase purge means for discharging hydrogen leaking from the combustion chamber into the crankcase through the space between the cylinder and the piston by the inert gas supplied to the crankcase. Hydrogen engine. 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、
前記クランクケースパージ手段は、
前記クランクケースと前記燃焼室とを前記シリンダの外部にて接続するリターン経路を含み、前記クランクケース内に漏洩した水素を前記クランクケースに供給された不活性ガスとともに同リターン経路を通して同燃焼室に再供給するように構成された水素エンジン。 The working gas circulation hydrogen engine according to claim 1,
The crankcase purge means includes
A return path connecting the crankcase and the combustion chamber outside the cylinder, and hydrogen leaking into the crankcase together with an inert gas supplied to the crankcase to the combustion chamber through the return path. A hydrogen engine configured for resupply. 請求項１又は請求項２に記載の作動ガス循環型水素エンジンにおいて、
前記作動ガスとしての不活性ガスが単原子ガスである水素エンジン。
The working gas circulation hydrogen engine according to claim 1 or 2,
A hydrogen engine in which the inert gas as the working gas is a monoatomic gas.
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