JP5472188B2 - Method for determining air intrusion into working gas circulation engine and apparatus using the same - Google Patents
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Description
本発明は、作動ガス循環型エンジンへの空気の侵入を判定する方法及び同方法を使用する装置に関する。より詳しくは、本発明は、作動ガス循環型エンジンの既燃ガスの循環通路への空気の侵入を判定する方法及び同方法を使用する装置に関する。 The present invention relates to a method for determining air intrusion into a working gas circulation engine and an apparatus using the method. More particularly, the present invention relates to a method for determining the intrusion of air into a circulation path of burned gas of a working gas circulation engine and an apparatus using the method.
従来から、燃焼室に燃料(例えば、水素)と酸化剤(例えば、酸素)と作動ガス(例えば、不活性ガス)とを供給して同燃料を燃焼させるとともに、同燃焼室から排出された既燃ガス中の作動ガスを循環通路を通して同燃焼室に循環させる作動ガス循環型エンジンが提案されている。上記作動ガスは、不活性であると共に、比熱比が大きく、エンジンの熱効率を高めるものが望ましい。従って、上記作動ガスとしては、例えば、希ガス類に属する単原子ガスであるヘリウム、ネオン、アルゴン等を挙げることができる。現実には、エンジンの作動ガスとしては、これらの中ではアルゴンが広く用いられている。かかるエンジンの既燃ガス中には、H2O(水蒸気)とアルゴンガスとが含まれる。従って、上記エンジンは、燃焼室から排出される既燃ガスを燃焼室に循環(再供給)するための循環通路、及び同循環通路に介装され、既燃ガス中に含まれるH2O(水蒸気)を凝縮させて分離・除去する凝縮器を備えているのが一般的である。 Conventionally, a fuel (for example, hydrogen), an oxidant (for example, oxygen), and a working gas (for example, an inert gas) are supplied to the combustion chamber to burn the fuel, and the exhaust gas discharged from the combustion chamber has been conventionally used. There has been proposed a working gas circulation engine that circulates working gas in fuel gas through the circulation passage to the combustion chamber. The working gas is preferably inert and has a large specific heat ratio to increase the thermal efficiency of the engine. Accordingly, examples of the working gas include helium, neon, and argon, which are monoatomic gases belonging to rare gases. In reality, argon is widely used as the engine working gas. The burned gas of such an engine contains H 2 O (water vapor) and argon gas. Therefore, the engine is interposed in the circulation passage for circulating (re-supplying) the burned gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber, and H 2 O ( It is common to have a condenser that condenses and separates and removes (water vapor).
作動ガス循環型エンジンは、所謂「クローズド・サイクル・エンジン(Closed Cycle Engine)」の一種であり、燃焼室から排出された既燃ガスを燃焼室に循環(再供給)させる循環通路は密閉されている必要がある。この循環通路に漏れが生ずると、作動ガスを含む循環ガスが大気中に漏れ出したり、逆に、大気中の空気が循環通路内に流入したりしてしまう。空気の主成分である窒素(及び酸素)は、作動ガスとして使用される不活性な単原子ガス(例えば、アルゴン)と比較して比熱比が低いことから、循環通路内に空気が流入すると、循環ガス全体としての比熱比が低下し、上死点(TDC)付近での燃焼室内の温度や圧力が低下し、エンジンの熱効率の低下を招く虞がある。 The working gas circulation engine is a kind of so-called “closed cycle engine”, and a circulation passage for circulating (re-supplying) the burned gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber is sealed. Need to be. When leakage occurs in the circulation passage, the circulation gas including the working gas leaks into the atmosphere, and conversely, air in the atmosphere flows into the circulation passage. Nitrogen (and oxygen), which is the main component of air, has a lower specific heat ratio than an inert monoatomic gas (for example, argon) used as a working gas, so when air flows into the circulation passage, The specific heat ratio of the circulating gas as a whole is lowered, the temperature and pressure in the combustion chamber near the top dead center (TDC) are lowered, and the thermal efficiency of the engine may be lowered.
従って、作動ガス循環型エンジンにおいては、既燃ガスの循環通路への空気の侵入を、迅速且つ高精度に判定する必要がある。当該技術分野においては、例えば、液化ガス内燃機関の燃料タンク内の気相部分への空気の混入を酸素濃度に基づいて運転中に監視し、混入が認められる場合には、混入量に応じて気相燃料の噴射量を調整して、空燃比のズレを解消しようとする試みが行われている(例えば、特許文献1を参照)。 Therefore, in a working gas circulation engine, it is necessary to quickly and accurately determine the intrusion of air into the burned gas circulation passage. In this technical field, for example, air contamination in a gas phase portion in a fuel tank of a liquefied gas internal combustion engine is monitored during operation based on the oxygen concentration. Attempts have been made to eliminate the deviation of the air-fuel ratio by adjusting the injection amount of the gas-phase fuel (see, for example, Patent Document 1).
しかしながら、作動ガス循環型エンジンにおいては、運転条件によって循環ガス中の酸素濃度が変動するため、上記従来技術のように運転中の酸素濃度に基づいて空気の混入を判定することは難しい。 However, in a working gas circulation engine, since the oxygen concentration in the circulation gas varies depending on the operating conditions, it is difficult to determine the air contamination based on the oxygen concentration during operation as in the prior art.
以上のように、当該技術分野においては、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定する技術に対する継続的な要求が存在する。 As described above, in this technical field, there is a continuous demand for a technique for quickly and accurately determining the intrusion of air into the circulation path of burned gas in a working gas circulation engine.
前述のように、当該技術分野においては、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定する技術に対する継続的な要求が存在する。本発明は、かかる要求に応えるために為されたものである。より具体的には、本発明は、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定する方法及び同方法を使用する装置を提供することを目的とする。 As described above, there is a continuing need in the art for a technique for quickly and accurately determining the intrusion of air into the circulation path of burned gas in a working gas circulation engine. The present invention has been made to meet such a demand. More specifically, an object of the present invention is to provide a method for quickly and accurately determining the intrusion of air into a circulation path of burned gas in a working gas circulation engine, and an apparatus using the method. To do.
本発明の上記目的は、
燃料、酸化剤、及び作動ガスを燃焼室に導き、前記燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を得る作動ガス循環型エンジンであって、
燃焼室から放出される既燃ガスを燃焼室に循環させる循環通路、
前記循環通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段、並びに
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて前記循環通路内への空気の侵入の有無を判定する空気侵入判定手段、
を備える作動ガス循環型エンジンにおいて、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出する、第1酸素濃度検出ステップ、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出する、第2酸素濃度検出ステップ、及び
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、空気侵入判定ステップ、
を含む、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法によって達成される。
The above object of the present invention is to
A working gas circulation engine that obtains power by directing fuel, oxidant, and working gas to a combustion chamber, and burning the fuel in the combustion chamber;
A circulation passage for circulating the burned gas released from the combustion chamber to the combustion chamber;
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the circulation passage, and air intrusion determination means for judging whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
In a working gas circulation engine comprising:
A first oxygen concentration detecting step in which the oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point after the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
A second oxygen concentration detector for detecting a second oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage after a predetermined
Is achieved by an air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
また、本発明の上記目的は、
燃料、酸化剤、及び作動ガスを燃焼室に導き、前記燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を得る作動ガス循環型エンジンであって、
燃焼室から放出される既燃ガスを燃焼室に循環させる循環通路、
前記循環通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段、並びに
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて前記循環通路内への空気の侵入の有無を判定する空気侵入判定手段、
を備える作動ガス循環型エンジンにおいて、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出し、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出し、そして
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置によっても達成される。
Also, the above object of the present invention is to
A working gas circulation engine that obtains power by directing fuel, oxidant, and working gas to a combustion chamber, and burning the fuel in the combustion chamber;
A circulation passage for circulating the burned gas released from the combustion chamber to the combustion chamber;
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the circulation passage, and air intrusion determination means for judging whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
In a working gas circulation engine comprising:
The oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point when a predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
The oxygen concentration detecting means detects a second oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point that is longer than the predetermined period 1 after the engine is stopped and before the engine is started, and the air If the oxygen concentration difference, which is a difference obtained by subtracting the first oxygen concentration from the second oxygen concentration, is greater than or equal to a predetermined value A, the intrusion determination means has air intrusion into the circulation passage. It is determined that there is no oxygen intrusion into the circulation passage when the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A,
That is structured as
It is also achieved by an air intrusion determination device for a working gas circulation engine characterized by the above.
上記のように、本発明によれば、エンジン停止後及び再始動前の循環通路内の酸素濃度を酸素濃度検出手段によって検出し、これらの酸素濃度の差に基づいて循環通路内への空気の侵入の有無が判定される。これにより、本発明によれば、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定することができる。 As described above, according to the present invention, the oxygen concentration in the circulation passage after the engine is stopped and before the restart is detected by the oxygen concentration detection means, and the air flow into the circulation passage is determined based on the difference between these oxygen concentrations. The presence or absence of intrusion is determined. Thereby, according to this invention, the penetration | invasion of the air to the circulation path of the burned gas in a working gas circulation type engine can be determined rapidly and with high precision.
前述のように、本発明は、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定する方法及び同方法を使用する装置を提供することを目的とする。 As described above, an object of the present invention is to provide a method for quickly and accurately determining the intrusion of air into the circulation passage of burned gas in a working gas circulation engine and a device using the method. .
本発明者は、上記目的を達成すべく鋭意研究の結果、エンジン停止後及び再始動前の循環通路内の酸素濃度を酸素濃度検出手段によって検出し、これらの酸素濃度の差に基づいて循環通路内への空気の侵入の有無を判定することにより、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定することを想到するに至ったものである。 As a result of earnest research to achieve the above object, the present inventor detects the oxygen concentration in the circulation passage after the engine is stopped and before the restart by the oxygen concentration detecting means, and based on the difference between these oxygen concentrations, the circulation passage By determining whether or not air has entered the interior, it has been conceived that air intrusion into the circulation path of burned gas in a working gas circulation engine can be determined quickly and with high accuracy.
即ち、本発明の第1態様は、
燃料、酸化剤、及び作動ガスを燃焼室に導き、前記燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を得る作動ガス循環型エンジンであって、
燃焼室から放出される既燃ガスを燃焼室に循環させる循環通路、
前記循環通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段、並びに
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて前記循環通路内への空気の侵入の有無を判定する空気侵入判定手段、
を備える作動ガス循環型エンジンにおいて、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出する、第1酸素濃度検出ステップ、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出する、第2酸素濃度検出ステップ、及び
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、空気侵入判定ステップ、
を含む、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法である。
That is, the first aspect of the present invention is:
A working gas circulation engine that obtains power by directing fuel, oxidant, and working gas to a combustion chamber, and burning the fuel in the combustion chamber;
A circulation passage for circulating the burned gas released from the combustion chamber to the combustion chamber;
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the circulation passage, and air intrusion determination means for judging whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
In a working gas circulation engine comprising:
A first oxygen concentration detecting step in which the oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point after the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
A second oxygen concentration detector for detecting a second oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage after a predetermined
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
上記作動ガス循環型エンジンは、前述のように、燃焼室に燃料と酸化剤と作動ガスとを供給して同燃料を燃焼させるとともに、同燃焼室から排出された既燃ガス中の作動ガスを循環通路を通して同燃焼室に循環させる。既燃ガスには、燃料の燃焼に伴って発生する燃焼生成物等が含まれる。従って、作動ガス循環型エンジンにおいては、既燃ガス中に含まれる燃焼生成物を分離・除去する手段を備えているのが一般的である。 As described above, the working gas circulation engine supplies fuel, oxidant, and working gas to the combustion chamber to burn the fuel, and the working gas in the burned gas discharged from the combustion chamber is used. It is circulated through the circulation passage to the combustion chamber. The burned gas includes combustion products generated with the combustion of fuel. Therefore, the working gas circulation engine is generally provided with means for separating and removing combustion products contained in the burned gas.
尚、燃焼生成物は燃料として使用される物質の種類によって異なる。従って、燃焼生成物を分離・除去する手段もまた、燃料として使用される物質の種類に応じたものが必要とされる。例えば、燃料として水素を使用する場合、既燃ガスにはH2O(水蒸気)が含まれる。この場合、当該エンジンは、燃焼室から排出される既燃ガスを燃焼室に循環(再供給)するための循環通路、及び同循環通路に介装され、既燃ガス中に含まれるH2O(水蒸気)を凝縮させて分離・除去する凝縮器を備えるのが一般的である。あるいは、凝縮器の代わりに、又は凝縮器に加えて、H2O(水蒸気)を吸着する吸着材を循環通路に配設してもよい。 The combustion products vary depending on the type of substance used as the fuel. Therefore, a means for separating and removing the combustion products is also required according to the type of substance used as the fuel. For example, when hydrogen is used as the fuel, the burned gas contains H 2 O (water vapor). In this case, the engine is interposed in the circulation passage for circulating (re-supplying) the burned gas discharged from the combustion chamber to the combustion chamber, and H 2 O contained in the burned gas. It is common to provide a condenser that condenses (steam) to separate and remove. Alternatively, instead of the condenser or in addition to the condenser, an adsorbent that adsorbs H 2 O (water vapor) may be disposed in the circulation passage.
また、例えば、炭化水素系の燃料を使用する場合は、H2O(水蒸気)のみならずCO2(二酸化炭素)もまた、既燃ガスに含まれる。この場合、当該エンジンは、上述のようなH2O(水蒸気)を分離・除去するための手段(例えば、凝縮器、吸着材等)のみならず、CO2(二酸化炭素)を分離・除去するための手段もまた循環通路に配設されているのが一般的である。かかるCO2(二酸化炭素)を分離・除去するための手段としては、例えば、CO2(二酸化炭素)を溶解して吸収するモノエタノールアミン溶液又はCO2(二酸化炭素)を吸着して吸収するゼオライト系吸着剤等が挙げられる。
For example, when using a hydrocarbon-based fuel, not only H 2 O (water vapor) but also CO 2 (carbon dioxide) is included in the burned gas. In this case, the engine separates and removes CO 2 (carbon dioxide) as well as means (for example, a condenser, an adsorbent, etc.) for separating and removing H 2 O (water vapor) as described above. The means for this is also generally arranged in the circulation passage. The means for separating and removing such a
上記酸素濃度検出手段は、循環通路内の酸素濃度を検出することができる限り、特定の構成のものに限定されるものではない。例えば、上記酸素濃度検出手段は、センサ素子の周辺に存在する酸素の濃度に対応する信号を電流や電圧として送出する、所謂「酸素濃度センサ」であってもよい。酸素濃度センサは、例えば、高温に加熱された安定化ジルコニア(セラミックス)の酸素イオン伝導性を利用してセンサ周辺の酸素濃度を検出するタイプのものが一般的である。酸素濃度検出手段は、検出された酸素濃度に対応する測定信号(検出信号)を送出する。 The oxygen concentration detection means is not limited to a specific configuration as long as the oxygen concentration in the circulation passage can be detected. For example, the oxygen concentration detection means may be a so-called “oxygen concentration sensor” that sends a signal corresponding to the concentration of oxygen existing around the sensor element as a current or voltage. The oxygen concentration sensor is generally of a type that detects the oxygen concentration around the sensor using oxygen ion conductivity of stabilized zirconia (ceramics) heated to a high temperature, for example. The oxygen concentration detection means sends a measurement signal (detection signal) corresponding to the detected oxygen concentration.
また、上記酸素濃度検出手段は、循環通路内の酸素濃度を検出することができる限り、設置場所を選ぶものではない。尚、内燃機関であるエンジンにおいては、空燃比制御等を目的として、例えば、エンジンのエキゾーストマニホルドの下流辺りに酸素濃度センサが配設されていることが多い。そこで、かかる既存の酸素濃度センサを、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法において、酸素濃度検出手段として利用してもよい。 Further, the oxygen concentration detecting means does not select the installation location as long as the oxygen concentration in the circulation passage can be detected. Incidentally, in an engine that is an internal combustion engine, for the purpose of air-fuel ratio control or the like, for example, an oxygen concentration sensor is often disposed near the exhaust manifold of the engine, for example. Therefore, such an existing oxygen concentration sensor may be used as oxygen concentration detection means in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present invention.
上記空気侵入判定手段は、上述のように、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて循環通路内への空気の侵入の有無を判定する。上記空気侵入判定手段は、例えば、酸素濃度検出手段から送出される、酸素濃度に対応する測定信号(検出信号)等に基づいて、循環通路内に空気が侵入したか否かを判定するためのアルゴリズムを備えるのが一般的である。当該アルゴリズムはソフトウェア(例えば、プログラム等)として実装されていてもよく、ハードウェア(例えば、演算回路等)として実装されていてもよい。 As described above, the air intrusion determining means determines whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detecting means. For example, the air intrusion determining means determines whether air has entered the circulation passage based on a measurement signal (detection signal) corresponding to the oxygen concentration sent from the oxygen concentration detecting means. It is common to have an algorithm. The algorithm may be implemented as software (for example, a program) or may be implemented as hardware (for example, an arithmetic circuit).
例えば、一般的には、当該アルゴリズムは、例えば、上記作動ガス循環型エンジンを含むシステムに関する各種制御を行うための電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)が備えるROM(Read Only Memory)又はRAM(Random Access Memory)等の記憶装置にプログラムとして格納され、ECUが備える中央処理装置(CPU:Central Processing Unit)によって、当該プログラムによって規定される処理(循環通路内への空気の侵入の有無の判定)が実行されるように実装される。加えて、上記ECUは、例えば、上記検出信号を受け取ったり、判定結果に基づく処理を他の手段に実行させるための指示信号(制御信号)を送出したりするための通信ポート等を備えることができる。因みに、ECUとは、例えば、CPUと、ROM、RAM、HDD、又は不揮発性メモリ等の記憶装置と、インターフェース等と、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を指す。但し、空気侵入判定手段及び電子制御装置に関する上記説明はあくまでも例示であって、空気侵入判定手段及び電子制御装置の構成は上記説明に限定されるものではない。 For example, in general, the algorithm is, for example, a ROM (Read Only Memory) or a RAM (RAM) included in an electronic control unit (ECU) for performing various controls related to the system including the working gas circulation engine. Processing stored in a storage device such as a random access memory (Random Access Memory) as a program and defined by the central processing unit (CPU: Central Processing Unit) included in the ECU (determining whether air has entered the circulation passage) Is implemented to be executed. In addition, the ECU may include, for example, a communication port for receiving the detection signal or sending an instruction signal (control signal) for causing other means to execute processing based on the determination result. it can. Incidentally, the ECU refers to an electronic device mainly composed of a well-known microcomputer including a CPU, a storage device such as a ROM, a RAM, an HDD, or a nonvolatile memory, and an interface. However, the above description regarding the air intrusion determination means and the electronic control device is merely an example, and the configurations of the air intrusion determination means and the electronic control device are not limited to the above description.
上述のように、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法は、以上説明してきたような作動ガス循環型エンジンに適用されるものであり、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出する、第1酸素濃度検出ステップ、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出する、第2酸素濃度検出ステップ、及び
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、空気侵入判定ステップ、
を含む。
As described above, the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment is applied to the working gas circulation engine as described above.
A first oxygen concentration detecting step in which the oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point after the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
A second oxygen concentration detector for detecting a second oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage after a
including.
先ず、第1酸素濃度検出ステップにおいては、上述のように、酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出する。ここで、第1酸素濃度としては、エンジン停止直後に検出される循環通路内の酸素濃度を当てることができる。換言すれば、所定期間1としては、特段の理由が無い限り、エンジンが停止して以降の、ごく短い期間を設定することができる。具体的には、所定期間1は、例えば、上記作動ガス循環型エンジンを含むシステムにおいて、エンジン停止の指示が出され、実際にエンジンが停止し、循環通路内の循環ガスにおける酸素濃度分布が概ね一様となった直後の循環通路内の酸素濃度が第1酸素濃度として酸素濃度検出手段によって検出されるように設定することができる。 First, in the first oxygen concentration detection step, as described above, the oxygen concentration detection means has a first oxygen concentration that is the oxygen concentration in the circulation passage when the predetermined period 1 elapses after the engine is stopped and before the engine is started. Is detected. Here, as the first oxygen concentration, the oxygen concentration in the circulation passage detected immediately after the engine is stopped can be applied. In other words, as the predetermined period 1, a very short period after the engine is stopped can be set unless there is a specific reason. Specifically, in the predetermined period 1, for example, in a system including the above-described working gas circulation engine, an instruction to stop the engine is issued, the engine is actually stopped, and the oxygen concentration distribution in the circulation gas in the circulation passage is approximately The oxygen concentration in the circulation passage immediately after becoming uniform can be set so as to be detected by the oxygen concentration detecting means as the first oxygen concentration.
次に、第2酸素濃度検出ステップにおいては、上述のように、酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出する。ここで、所定期間2は、作動ガス循環型エンジンの既燃ガスの循環通路への空気の侵入が発生していると想定した場合に、循環通路内の酸素濃度が有意な変化を示すのに十分長い期間であることが望ましい。但し、エンジンが(再び)始動すると、エンジンの運転条件によって、循環通路内の酸素濃度が変動するので、所定期間2は、酸素濃度検出手段が、エンジンが再始動する前に、第2酸素濃度を検出するように設定される必要がある。
Next, in the second oxygen concentration detection step, as described above, the oxygen concentration detection means detects that the oxygen in the circulation passage has passed the
換言すれば、所定期間2は、エンジンが再始動する前であって、前回エンジンが停止して所定期間1が経過し、第1酸素濃度が検出された時点から十分に長い期間が経過した時点において第2酸素濃度が検出されるように設定される。ここで「十分に長い期間」は、上述のように、循環通路内の酸素濃度が有意な変化を示すのに十分長い期間であり、例えば、酸素濃度検出手段の検出精度や循環通路内の酸素濃度の変動要因等を考慮して設定することができる。具体的には、第2酸素濃度は、前回エンジンが停止してから所定期間2が経過したことをもって直ちに検出してもよく、あるいは所定期間2の経過後であって、エンジン始動の指示が出され、エンジンが実際に始動する前の時点(つまり、エンジン再起動の直前)において検出してもよい。尚、エンジンが停止してから再始動されるまでの期間の長さはまちまちであるが、上述の概念に反しない限り、所定期間2は固定値でなくてもよい。
In other words, the
更に、空気侵入判定ステップにおいては、上述のように、空気侵入判定手段が、第2酸素濃度から第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、酸素濃度差が所定値A未満である場合は循環通路内への空気の侵入が無いと判定する。ここで、酸素濃度差は、第1酸素濃度と第2酸素濃度との差である。換言すれば、酸素濃度差は、循環通路内の酸素濃度が、エンジン再始動前であってエンジン停止後に所定期間1が経過した時点からエンジン再始動前であってエンジン停止後に所定期間2が経過した時点までの期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分に該当する。即ち、空気侵入判定手段は、同期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分が所定値A以上である場合は循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、同期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分が所定値A未満である場合は循環通路内への空気の侵入が無いと判定する。
Furthermore, in the air intrusion determination step, as described above, the air intrusion determination means has an oxygen concentration difference that is a difference obtained by subtracting the first oxygen concentration from the second oxygen concentration equal to or greater than a predetermined value A. In some cases, it is determined that air has entered the circulation passage. When the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A, it is determined that air has not entered the circulation passage. Here, the oxygen concentration difference is a difference between the first oxygen concentration and the second oxygen concentration. In other words, the oxygen concentration difference is that the oxygen concentration in the circulation passage is before the engine is restarted and the predetermined period 1 is elapsed after the engine is stopped and before the engine is restarted and the
また、上記所定値Aは、循環通路内への空気の侵入の有無を判定する際の閾値である。上記所定値Aは、例えば、酸素濃度検出手段の検出精度等に基づき、エンジン再始動前であってエンジン停止後に所定期間1が経過した時点からエンジン再始動前であってエンジン停止後に所定期間2が経過した時点までの期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分を有意なものとみなすことができる最小値等を考慮して定めることができる。空気侵入判定手段は、かかる閾値としての所定値Aに基づいて、循環通路内への空気の侵入の有無を判定し、同判定結果は、例えば、循環通路内への空気の侵入を知らせる警告、エンジンの再始動の禁止、及び循環通路内に進入した空気のパージ処理等、他の処理を実行するか否かの条件分岐等に利用することができる。
The predetermined value A is a threshold value for determining whether air has entered the circulation passage. The predetermined value A is based on, for example, the detection accuracy of the oxygen concentration detection means, for example, before the engine is restarted and after the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped, before the engine is restarted, and after the engine is stopped, the
尚、上述の所定期間1、所定期間2、及び所定値Aは、前述の循環通路内に空気が侵入したか否かを判定するためのアルゴリズムと同様に、例えば、ECUが備えるROM又はRAM等の記憶装置にデータとして格納され、ECUが備えるCPUによって、当該アルゴリズムに対応するプログラムによって規定される処理(例えば、第1酸素濃度及び第2酸素濃度の検出、循環通路内への空気の侵入の有無の判定等)が実行される際に参照されるようにしてもよい。
The predetermined period 1, the
ところで、本発明に係る作動ガス循環型エンジンにおいて使用される上記燃料としては、例えば、ガソリン、軽油、天然ガス、プロパン、水素等の、種々の燃料を用いることができる。但し、前述のように、本発明は、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定することを目的とするものである。作動ガス循環型エンジンにおいては、燃焼室における燃料の燃焼の結果として生ずる燃焼生成物を既燃ガスから除去する必要がある。かかる観点から、上記燃料としては、既燃ガスから容易に除去することができる燃焼生成物のみを生ずるものが望ましい。具体的には、上記燃料としては、水素が望ましい。水素を燃料として使用すると、燃焼生成物として水(H2O)のみを生ずるので望ましい。 By the way, as the fuel used in the working gas circulation engine according to the present invention, various fuels such as gasoline, light oil, natural gas, propane, and hydrogen can be used. However, as described above, an object of the present invention is to quickly and accurately determine the intrusion of air into the circulation passage of burned gas in a working gas circulation engine. In a working gas circulation engine, it is necessary to remove combustion products generated as a result of fuel combustion in the combustion chamber from the burned gas. From this point of view, it is desirable that the above-mentioned fuel produce only combustion products that can be easily removed from burned gas. Specifically, hydrogen is desirable as the fuel. The use of hydrogen as a fuel is desirable because it produces only water (H 2 O) as a combustion product.
また、上記酸化剤としては、エンジンの燃焼室内で燃料を酸化させて熱を生じ、作動ガスを膨張させて動力を生み出すことができる限り、如何なる酸化剤であってもよい。しかしながら、酸化剤は、燃料を酸化(燃焼)させた結果として、燃料の酸化体に加えて、自らの還元体をも生ずる。作動ガス循環型エンジンにおいては、かかる酸化体や還元体をも既燃ガスから除去する必要がある。かかる観点から、上記酸化剤としては、既燃ガスから容易に除去することができる燃料の酸化体及び酸化剤の還元体のみを生ずるものが望ましい。具体的には、上記酸化剤としては、酸素が望ましい。酸化剤としての酸素を、上述の望ましい燃料としての水素と組み合わせて使用すると、燃焼(水素)の酸化体でもあり、酸化剤(酸素)の還元体でもある水(H2O)のみが燃焼生成物として生ずるので望ましい。 The oxidizer may be any oxidizer as long as it can oxidize fuel in the combustion chamber of the engine to generate heat and expand the working gas to generate power. However, the oxidizer also produces its own reductant in addition to the oxidant of the fuel as a result of oxidizing (burning) the fuel. In a working gas circulation engine, it is necessary to remove such oxidant and reductant from burnt gas. From this point of view, it is desirable that the oxidant generates only an oxidant of the fuel and a reductant of the oxidant that can be easily removed from the burned gas. Specifically, oxygen is desirable as the oxidizing agent. When oxygen as an oxidizer is used in combination with hydrogen as the above-mentioned desirable fuel, only water (H 2 O), which is an oxidant of combustion (hydrogen) and a reductant of oxidant (oxygen), is produced by combustion. This is desirable because it occurs as a product.
更に、上記作動ガスとしては、例えば、空気や窒素等の種々のガスを用いることができるが、エンジンの熱効率を高めるという観点からは、大きい比熱比を有するガスを使用することが望ましい。また、燃焼室内での燃料の燃焼に伴って有害な物質を発生させないという観点からは、不活性ガスを使用することが望ましい。具体的には、上記作動ガスとしては、例えば、アルゴン、ネオン、ヘリウム等の不活性な単原子ガスを使用することが望ましい。かかる比熱比が大きいガスを作動ガスとして用いる場合、比較的小さい比熱比を有するガス(例えば、空気、窒素等)を作動ガスとして用いる場合と比較して、より高い熱効率でエンジンを運転することができる。また、これらは不活性な希ガスであるため、例えば、空気を作動ガスとして使用する場合に生ずる窒素酸化物(NOx)のような有害物質を発生させないので望ましい。これらの中で、作動ガス循環型エンジンにおける作動ガスとしては、アルゴンが広く使用されている。 Furthermore, as the working gas, for example, various gases such as air and nitrogen can be used. From the viewpoint of improving the thermal efficiency of the engine, it is desirable to use a gas having a large specific heat ratio. In addition, it is desirable to use an inert gas from the viewpoint of preventing generation of harmful substances accompanying the combustion of fuel in the combustion chamber. Specifically, it is desirable to use an inert monoatomic gas such as argon, neon, or helium as the working gas. When a gas having such a large specific heat ratio is used as the working gas, the engine can be operated with higher thermal efficiency than when a gas having a relatively small specific heat ratio (for example, air, nitrogen, etc.) is used as the working gas. it can. Further, since these are inert rare gases, they are desirable because they do not generate harmful substances such as nitrogen oxides (NOx) generated when air is used as a working gas. Among these, argon is widely used as a working gas in a working gas circulation engine.
従って、本発明の第2態様は、
本発明の前記第1態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法であって、
前記燃料、酸化剤、及び作動ガスが、それぞれ水素、酸素、及びアルゴンであることを特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法である。
Therefore, the second aspect of the present invention is:
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to the first aspect of the present invention,
The fuel, oxidant, and working gas are hydrogen, oxygen, and argon, respectively.
上記のように、上記燃料、酸化剤、及び作動ガスとして、それぞれ水素、酸素、及びアルゴンを使用すると、燃焼生成物として水(H2O)のみを生じ、燃焼生成物の既燃ガスからの除去が容易であり、作動ガスの比熱比が高いためエンジンの熱効率が高まり、更に、作動ガスが不活性であり、燃料の燃焼に伴って有害物質を発生させないことから、これらの燃料、酸化剤、及び作動ガスの組み合わせは極めて望ましい。 As described above, when hydrogen, oxygen, and argon are used as the fuel, oxidant, and working gas, respectively, only water (H 2 O) is produced as a combustion product, and the combustion product from the burned gas. Because it is easy to remove and the specific heat ratio of the working gas is high, the thermal efficiency of the engine is increased, and furthermore, the working gas is inert and does not generate harmful substances as the fuel burns. , And working gas combinations are highly desirable.
ところで、前述のように、空気侵入判定手段によってなされる循環通路内への空気の侵入の有無についての判定結果は、例えば、循環通路内への空気の侵入を知らせる警告、エンジンの再始動の禁止、及び循環通路内に進入した空気のパージ処理等、他の処理を実行するか否かの条件分岐等に利用することができる。 By the way, as described above, the determination result on the presence or absence of air intrusion into the circulation passage made by the air intrusion determination means is, for example, a warning notifying the invasion of air into the circulation passage, prohibition of engine restart , And conditional branching of whether or not to execute other processing such as purging of air that has entered the circulation passage.
例えば、空気侵入判定手段によって循環通路内への空気の侵入が発生していると判定された際に、何等かの警告を行うことにより、例えば、循環通路内への空気の侵入が発生していることを運転者や車両点検者に知らせ、循環通路の密閉性の点検や空気の侵入箇所の補修等を促すことができる。 For example, when it is determined by the air intrusion determining means that air has entered the circulation passage, for example, by issuing some warning, for example, air intrusion into the circulation passage has occurred. The driver and the vehicle inspector can be informed that the airtightness of the circulation passage is inspected and the air intrusion is repaired.
従って、本発明の第3態様は、
本発明の前記第1態様又は前記第2態様の何れかに係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法であって、
前記作動ガス循環型エンジンが警告手段を更に備えること、及び
前記作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、
前記警告手段が、前記酸素濃度差が前記所定値A以上である場合は警告を発し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は警告を発しない、警告ステップ、
を更に含むこと、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法である。
Therefore, the third aspect of the present invention is
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to either the first aspect or the second aspect of the present invention,
The working gas circulation engine further includes warning means, and an air intrusion determination method for the working gas circulation engine includes:
A warning step, wherein the warning means issues a warning if the oxygen concentration difference is greater than or equal to the predetermined value A, and does not issue a warning if the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A;
Further including
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
上記警告手段は、例えば、前述の空気侵入判定手段の構成に関する説明において言及したECU(電子制御装置)に接続されて、空気侵入判定手段による判定結果に基づいて、同ECUの制御によって警告を発するように構成された警告手段であってもよい。また、上記警告手段が発する警告は、特定の方法によるものに限定される必要は無く、例えば、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が適用されるエンジンを搭載する車両の運転者や車両点検者等の視覚や聴覚等に訴える方法(例えば、警告ランプ、アラーム音、音声等)であってもよい。但し、警告手段に関する上記説明はあくまでも例示であって、警告手段の構成は上記説明に限定されるものではない。 The warning means is connected to, for example, an ECU (electronic control unit) mentioned in the description relating to the configuration of the air intrusion determining means, and issues a warning by the control of the ECU based on the determination result by the air intrusion determining means. The warning means configured as described above may be used. Further, the warning issued by the warning means need not be limited to a specific method, for example, a vehicle equipped with an engine to which the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment is applied. It may be a method (for example, warning lamp, alarm sound, voice, etc.) that appeals to the sight and hearing of the driver or vehicle inspector. However, the above description regarding the warning means is merely an example, and the configuration of the warning means is not limited to the above description.
上記のように、本実施態様においては、循環通路内への空気の侵入が有ると空気侵入判定手段が判定する状況にある場合には、例えば、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が適用されるエンジンを搭載する車両のインパネ(インストゥルメンタル・パネル)等のダッシュボードに配設された警告ランプの点灯、オーディオシステムを介するアラーム音や音声等の鳴動等により、当該車両の運転者や車両点検者等に対して警告が発せられる。これにより、運転者や車両点検者等は、例えば、当該車両が搭載するエンジンの循環通路内への空気の侵入が発生していることを察知して、循環通路の密閉性の点検や空気の侵入箇所の補修等にいち早く取り掛かることができる。 As described above, in the present embodiment, when the air intrusion determination unit determines that there is air intrusion into the circulation passage, for example, to the working gas circulation engine according to the present embodiment, By lighting of warning lamps arranged on dashboards such as instrument panels (instrumental panels) of vehicles equipped with engines to which the air intrusion detection method is applied, by sounding alarm sounds and voices via the audio system, etc. A warning is issued to the driver and vehicle inspector of the vehicle. As a result, the driver or vehicle inspector, for example, detects that air has entered the circulation passage of the engine mounted on the vehicle, and checks the airtightness of the circulation passage or checks the air flow. It is possible to start repairing the intrusion site quickly.
ところで、本実施態様の変形例として、循環通路内への空気の侵入の有無を判定する際の閾値である所定値Aを複数設定し、それぞれに対応する複数の警告を発するようにしてもよい。例えば、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法において循環通路内への空気の侵入の有無を判定する際の閾値として使用される所定値Aよりも大きい第2の所定値Aを設定しておき、当該変形例に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、第2の警告ステップとして、第2の警告手段が、酸素濃度差がかかる第2の所定値A以上である場合は第2の警告を発し、酸素濃度差が第2の所定値A未満である場合は第2の警告を発しない、ステップを更に含むようにしてもよい。 By the way, as a modification of the present embodiment, a plurality of predetermined values A that are threshold values for determining whether air has entered the circulation passage may be set, and a plurality of warnings corresponding to each may be issued. . For example, a second predetermined value larger than a predetermined value A used as a threshold value when determining whether air has entered the circulation passage in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to this embodiment. A is set, and the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the modified example has a second warning step in which the second warning means has a second predetermined value A to which an oxygen concentration difference is applied. If this is the case, a second warning may be issued, and if the oxygen concentration difference is less than the second predetermined value A, a second warning may not be issued.
この場合、上記第2の警告ステップにより、酸素濃度差が、所定値Aよりも大きい第2の所定値A以上である場合は第2の警告が発せられる。この第2の警告により、当該変形例に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が適用されるエンジンを搭載する車両の運転者や車両点検者は、例えば、当該車両が搭載するエンジンの循環通路内への空気の侵入が更に深刻な状況となっており、循環通路の密閉性の点検や空気の侵入箇所の補修等を早急に行わずに放置すると、やがて当該エンジンが停止する等の重大な事態を迎える危険性が高いことを察知することができる。 In this case, when the oxygen concentration difference is equal to or larger than the second predetermined value A larger than the predetermined value A, the second warning is issued by the second warning step. By this second warning, the driver or vehicle inspector of the vehicle equipped with the engine to which the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the modified example is applied, for example, Intrusion of air into the circulation passage is a more serious situation, and if the airtightness of the circulation passage is checked without repairing the air intrusion point immediately, the engine will eventually stop. It is possible to detect that there is a high risk of a serious situation.
尚、上記変形例のように複数の警告を発するようにする場合、複数の警告手段を設けるのではなく、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法における警告手段がそれぞれの警告手段の機能を兼ねてもよい。即ち、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法における警告手段が、複数の閾値に基づいて複数の警告を発するようにしてもよい。 When a plurality of warnings are issued as in the above modification, a plurality of warning means are not provided, but the warning means in the method for determining air intrusion into the working gas circulation engine according to the present embodiment is provided. It may also serve as a warning means. That is, the warning means in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment may issue a plurality of warnings based on a plurality of threshold values.
ところで、上記のように、作動ガス循環型エンジンの循環通路内への空気の侵入が更に深刻な状況となった場合に、循環通路の密閉性の点検や空気の侵入箇所の補修等を早急に行わずに放置すると、当該エンジンの始動を許可しても、失火(ミスファイヤ)等により当該エンジンが停止する等の虞がある。 By the way, as described above, when the intrusion of air into the circulation passage of the working gas circulation engine becomes a more serious situation, the inspection of the sealing of the circulation passage and the repair of the intrusion portion of the air are promptly performed. If left unattended, even if the engine is allowed to start, the engine may stop due to misfire or the like.
上述のような問題を考慮すると、作動ガス循環型エンジンの循環通路内への空気の侵入が更に深刻な状況となった場合は、当該エンジンの始動を禁止することが望ましい。 In consideration of the above-described problems, it is desirable to prohibit the start of the engine when the air intrusion into the circulation passage of the working gas circulation engine becomes more serious.
そこで、本発明の第4態様は、
本発明の前記第1態様乃至前記第3態様の何れかに係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法であって、
前記作動ガス循環型エンジンが、
エンジンの始動を禁止する始動禁止手段、
を更に備えること、及び
前記作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、
前記始動禁止手段が、前記酸素濃度差が前記所定値Aよりも大きい値である所定値B以上である場合はエンジンの始動を禁止し、前記酸素濃度差が前記所定値B未満である場合はエンジンの始動を禁止しない、始動禁止ステップ、
を更に含むこと、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法である。
Therefore, the fourth aspect of the present invention is:
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to any one of the first to third aspects of the present invention,
The working gas circulation engine is
Start prohibition means for prohibiting engine start,
And a method for determining air intrusion into the working gas circulation engine,
The start prohibiting means prohibits engine start when the oxygen concentration difference is equal to or greater than a predetermined value B that is larger than the predetermined value A, and when the oxygen concentration difference is less than the predetermined value B. Start prohibition step that does not prohibit engine start,
Further including
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
上記始動禁止手段は、所定の期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分(酸素濃度差)が上記所定値B以上である場合には、たとえ運転者等によるエンジン始動の指示があったとしても、当該エンジンの始動を禁止する手段である。具体的には、上記始動禁止手段は、例えば、エンジン始動用モータ(所謂「セルモータ」)への電源供給を遮断することにより、当該エンジンの始動を禁止することができる。 The start prohibiting means is configured such that even when the driver or the like gives an instruction to start the engine when the increase in oxygen concentration (oxygen concentration difference) in the circulation passage in the predetermined period is equal to or greater than the predetermined value B, This is means for prohibiting starting of the engine. Specifically, the start prohibiting means can prohibit the start of the engine, for example, by shutting off power supply to an engine start motor (so-called “cell motor”).
また、上記所定値Bは、循環通路内への空気の侵入の程度がエンジンの始動を禁止すべきレベルであるか否かを判定する際の閾値である。上記所定値Bは、例えば、エンジン再始動前であってエンジン停止後に所定期間1が経過した時点からエンジン再始動前であってエンジン停止後に所定期間2が経過した時点までの期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分が、上述のような意図せぬエンジン停止等の問題を引き起こす程のものであるか否か等を考慮して定めることができる。
The predetermined value B is a threshold value for determining whether or not the degree of air intrusion into the circulation passage is at a level at which engine start should be prohibited. The predetermined value B is, for example, in the circulation passage in a period from when the predetermined period 1 has elapsed after the engine has stopped and before the engine has been restarted until before the engine has been restarted and the
始動禁止手段は、かかる閾値としての所定値Bに基づき、酸素濃度差が前記所定値Aよりも大きい値である所定値B以上である場合はエンジンの始動を禁止し、前記酸素濃度差が前記所定値B未満である場合はエンジンの始動を禁止しない。これにより、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法によれば、循環通路内への空気の侵入が著しく多いと判定される場合(即ち、酸素濃度差が所定値B以上である場合)、当該エンジンの始動が強制的に禁止されるので、上述のような意図せぬエンジン停止等の問題を未然に防止することができる。 The starting prohibiting means prohibits starting of the engine based on the predetermined value B as the threshold when the oxygen concentration difference is equal to or larger than the predetermined value B which is larger than the predetermined value A, and the oxygen concentration difference is When it is less than the predetermined value B, the engine start is not prohibited. Thereby, according to the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment, when it is determined that the air intrusion into the circulation passage is extremely large (that is, the oxygen concentration difference is equal to or greater than the predetermined value B). In such a case, since the start of the engine is forcibly prohibited, problems such as the unintended engine stop as described above can be prevented in advance.
ところで、周知のように、空気の主成分は窒素及び酸素である。従って、作動ガス循環型エンジンの既燃ガスの循環通路内に空気が侵入した場合、侵入した空気に含まれる酸素は当該エンジンにおける燃料の燃焼の際に酸化剤として消費されて減少する可能性があるものの、窒素は燃料の燃焼には寄与しないため、消費されずに循環通路内に蓄積されてゆく。前述のように、窒素の比熱比は、作動ガス循環型エンジンにおいて一般的に使用される作動ガス(例えば、不活性な単原子ガス)の比熱比と比較して低い。 As is well known, the main components of air are nitrogen and oxygen. Therefore, when air enters the burned gas circulation passage of the working gas circulation engine, oxygen contained in the entered air may be consumed and reduced as an oxidant during fuel combustion in the engine. However, since nitrogen does not contribute to the combustion of fuel, it is accumulated in the circulation passage without being consumed. As described above, the specific heat ratio of nitrogen is low compared to the specific heat ratio of a working gas (for example, an inert monoatomic gas) generally used in a working gas circulation engine.
結果として、作動ガス循環型エンジンの既燃ガスの循環通路内に空気が侵入した場合、相対的に低い比熱比を有する窒素が当該エンジンの循環通路内に蓄積されるため、作動ガス全体としての比熱比が低下し、当該エンジンの熱効率が低下してしまう。即ち、循環通路内に空気が侵入した作動ガス循環型エンジンにおいて、当該エンジンの熱効率を良好なレベルに維持するためには、循環通路内における窒素の蓄積量を、エンジンの熱効率に実質的な影響を及ぼさない水準未満に維持する必要がある。 As a result, when air enters into the burned gas circulation passage of the working gas circulation engine, nitrogen having a relatively low specific heat ratio is accumulated in the circulation passage of the engine. A specific heat ratio will fall and the thermal efficiency of the said engine will fall. In other words, in a working gas circulation engine in which air has entered the circulation passage, in order to maintain the thermal efficiency of the engine at a good level, the nitrogen accumulation amount in the circulation passage has a substantial influence on the engine thermal efficiency. It is necessary to maintain it below the level that does not affect
従って、本発明の第5態様は、
本発明の前記第1態様乃至前記第4態様の何れかに係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法であって、
前記作動ガス循環型エンジンが、
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記循環通路内に侵入した窒素の蓄積量である窒素蓄積量を推定する窒素蓄積量推定手段、及び
前記循環通路内に前記作動ガスを充填する作動ガス充填手段、
を更に備えること、並びに
前記作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、
前記窒素蓄積量推定手段が、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記窒素蓄積量を推定する、窒素蓄積量推定ステップ、及び
前記作動ガス充填手段が、前記窒素蓄積量が予め定められた所定値C以上である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填し、前記窒素蓄積量が前記所定値C未満である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填しない、作動ガス充填ステップ、
を更に含むこと、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法である。
Accordingly, the fifth aspect of the present invention provides
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to any one of the first to fourth aspects of the present invention,
The working gas circulation engine is
A nitrogen accumulation amount estimating means for estimating a nitrogen accumulation amount, which is an accumulation amount of nitrogen that has entered the circulation passage, based on a fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means; and the operation in the circulation passage. Working gas filling means for filling the gas,
And a method for determining air intrusion into the working gas circulation engine,
The nitrogen accumulation amount estimation means estimates the nitrogen accumulation amount based on the fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means, and the working gas filling means includes the nitrogen accumulation amount When the amount is equal to or larger than a predetermined value C, the working gas is additionally filled in the circulation passage, and when the nitrogen accumulation amount is less than the predetermined value C, the operation is performed in the circulation passage. Working gas filling step, no additional gas filling,
Further including
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
上記窒素蓄積量推定手段は、上述のように、酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて循環通路内に侵入した窒素の蓄積量である窒素蓄積量を推定する。より具体的には、上記窒素蓄積量推定手段は、例えば、前述の空気侵入判定ステップが実行される度に算出される酸素濃度差を、例えば、ECUが備える記憶装置(例えば、ROM、RAM、HDD、又は不揮発性メモリ等)に格納しておき、既知の空気の構成成分の比率に基づいて、個々の酸素濃度差のそれぞれに対応する窒素の濃度(侵入量)を算出する。上記窒素蓄積量推定手段は、斯くして算出された、循環通路内に侵入した窒素の量の合計値を求めることにより、窒素蓄積量を推定することができる。 As described above, the nitrogen accumulation amount estimation means estimates the nitrogen accumulation amount that is the accumulation amount of nitrogen that has entered the circulation passage based on the fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means. More specifically, the nitrogen accumulation amount estimation means, for example, stores the oxygen concentration difference calculated every time the above-described air intrusion determination step is executed, for example, a storage device (for example, ROM, RAM, The concentration of nitrogen (intrusion amount) corresponding to each oxygen concentration difference is calculated on the basis of the ratio of the known constituents of air. The nitrogen accumulation amount estimating means can estimate the nitrogen accumulation amount by calculating the total value of the amounts of nitrogen that have entered the circulation passage thus calculated.
尚、上記窒素蓄積量推定手段によって実行される上記のような処理のアルゴリズムは、例えば、ソフトウェア(例えば、プログラム等)として実装されていてもよく、ハードウェア(例えば、演算回路等)として実装されていてもよい。例えば、一般的には、かかるアルゴリズムは、例えば、ECUが備える記憶装置(例えば、ROM、RAM、HDD、又は不揮発性メモリ等)にプログラムとして格納され、ECUが備えるCPUによって、当該プログラムによって規定される処理(窒素蓄積量の算出)が実行されるように実装される。 Note that the above-described processing algorithm executed by the nitrogen accumulation amount estimating unit may be implemented as software (for example, a program or the like) or as hardware (for example, an arithmetic circuit or the like), for example. It may be. For example, in general, such an algorithm is stored as a program in a storage device (for example, ROM, RAM, HDD, or nonvolatile memory) provided in the ECU, and is defined by the program by a CPU provided in the ECU. It is mounted so that the process (calculation of nitrogen accumulation amount) is executed.
また、上記作動ガス充填手段は循環通路内に作動ガスを充填する手段である。例えば、上記作動ガス充填手段は、作動ガスを貯蔵する作動ガス貯蔵部(例えば、タンク、ボンベ等)、同作動ガス貯蔵部と循環通路とを連通する作動ガス供給路、及び同作動ガス供給路に介装され作動ガスの流量を調節する作動ガス流量調整手段(例えば、可変絞り弁)等を含んでなる。この場合、作動ガス充填手段は、作動ガス貯蔵部内に貯蔵された作動ガス自体の圧力によって作動ガスを循環通路内に供給するタイプのものであっても、あるいは、作動ガス供給路に介在された圧縮機(例えば、コンプレッサ、ポンプ等)によって作動ガスの圧力を高めて作動ガスを循環通路内に供給するタイプのものであってもよい。 The working gas filling means is means for filling the working gas into the circulation passage. For example, the working gas filling means includes a working gas storage section (for example, a tank, a cylinder, etc.) for storing the working gas, a working gas supply path for communicating the working gas storage section and the circulation passage, and the working gas supply path. And a working gas flow rate adjusting means (for example, a variable throttle valve) that adjusts the flow rate of the working gas. In this case, the working gas filling means may be of a type that supplies the working gas into the circulation passage by the pressure of the working gas itself stored in the working gas storage section, or is interposed in the working gas supply path. It may be of the type that increases the pressure of the working gas by a compressor (for example, a compressor, a pump, etc.) and supplies the working gas into the circulation passage.
更に、上記所定値Cは、循環通路内に侵入した窒素の蓄積量が、作動ガス充填手段を作動させて循環通路内に作動ガスを追加すべきレベルであるか否かを判定する際の閾値である。上記所定値Cは、例えば、上記窒素蓄積量推定手段によって循環通路内の酸素濃度の変動履歴に基づいて推定される循環通路内における窒素の蓄積量(窒素蓄積量)が、斯くして蓄積された窒素を含む作動ガス全体としての比熱比を低下させ、エンジンの熱効率に実質的な影響を及ぼす程のものであるか否か等を考慮して定めることができる。 Further, the predetermined value C is a threshold value for determining whether or not the accumulated amount of nitrogen that has entered the circulation passage is at a level at which the working gas filling means should be activated to add working gas to the circulation passage. It is. As the predetermined value C, for example, the nitrogen accumulation amount (nitrogen accumulation amount) in the circulation passage estimated based on the fluctuation history of the oxygen concentration in the circulation passage by the nitrogen accumulation amount estimation means is thus accumulated. It can be determined in consideration of whether the specific heat ratio of the working gas including nitrogen as a whole is lowered and the thermal efficiency of the engine is substantially affected.
上記作動ガス充填手段は、かかる閾値としての所定値Cに基づき、前記窒素蓄積量が予め定められた所定値C以上である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填し、前記窒素蓄積量が前記所定値C未満である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填しない。これにより、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法によれば、循環通路内に侵入した窒素の蓄積量(窒素蓄積量)が著しく多いと判定される場合(即ち、窒素蓄積量が所定値C以上である場合)、循環通路内に前記作動ガスが追加的に充填されるので、上述のように蓄積された窒素を含む作動ガス全体としての比熱比が低下し、結果としてエンジンの熱効率が低下する問題を回避することができる。 The working gas filling means additionally fills the circulating gas with the working gas based on the predetermined value C as the threshold when the nitrogen accumulation amount is not less than a predetermined value C. When the nitrogen accumulation amount is less than the predetermined value C, the working gas is not additionally filled in the circulation passage. Thereby, according to the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment, when it is determined that the accumulated amount of nitrogen that has entered the circulation passage (nitrogen accumulated amount) is extremely large (that is, nitrogen When the accumulated amount is equal to or greater than the predetermined value C), the working gas is additionally filled in the circulation passage, so that the specific heat ratio as a whole of the working gas containing nitrogen accumulated as described above is reduced, and as a result As a result, the problem that the thermal efficiency of the engine is reduced can be avoided.
ところで、窒素蓄積量推定手段によって推定される窒素蓄積量が予め定められた所定値C以上である場合に作動ガス充填手段によって循環通路内に追加的に充填される作動ガスの量は、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が適用されるエンジンを含むシステムの構成に応じて適宜定めることができる。 By the way, the amount of working gas additionally filled in the circulation passage by the working gas filling means when the nitrogen accumulation amount estimated by the nitrogen accumulation amount estimating means is equal to or larger than a predetermined value C is set in the present embodiment. It can be determined as appropriate according to the configuration of the system including the engine to which the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the aspect is applied.
例えば、同システムが、作動ガス充填手段によって新たな作動ガスが充填される作動ガス充填口と、作動ガスが充填される際に、新たな作動ガスの充填量に応じて循環通路内の既存のガスを循環通路から排出するための既存ガス排出口とを備え、この作動ガス充填口と既存ガス排出口との間に該当する循環通路内の空間(以降、「パージ空間」と勝する)に存在する既存ガスが、作動ガス充填手段によって循環通路内に追加的に充填される作動ガスによって置換される場合は、同パージ空間以外の循環通路内の空間に存在するガスに含まれる窒素は置換されずに循環通路内に残るため、上記パージ空間においては、窒素の量が、例えばエンジンの熱効率等の観点から残存が許容される窒素の量から当該置換されない窒素の量を差し引いた量よりも少なくなるまで、既存のガスが新たな作動ガスによって置換されなければならない。 For example, the system includes a working gas filling port that is filled with a new working gas by the working gas filling means, and an existing existing in the circulation passage according to a new working gas filling amount when the working gas is filled. An existing gas discharge port for discharging gas from the circulation passage, and a space in the corresponding circulation passage between the working gas filling port and the existing gas discharge port (hereinafter referred to as “purge space”). When the existing gas that is present is replaced by the working gas that is additionally filled into the circulation passage by the working gas filling means, the nitrogen contained in the gas that exists in the circulation passage other than the purge space is replaced. In the purge space, the amount of nitrogen is, for example, the amount obtained by subtracting the amount of nitrogen that is not replaced from the amount of nitrogen that is allowed to remain from the viewpoint of the thermal efficiency of the engine, for example. Until also reduced, existing gas must be replaced by a new working gas.
あるいは、作動ガス充填手段によって新たに充填される作動ガスが循環通路内の既存ガスと混合された後に当該混合ガスが循環通路から排出されるような構成においては、上述のようにパージ空間内の既存ガスが新たな作動ガスによって置換されるような構成と比較して、より多くの作動ガスを追加的に充填する必要がある。 Alternatively, in the configuration in which the mixed gas is discharged from the circulation passage after the working gas newly filled by the working gas filling means is mixed with the existing gas in the circulation passage, as described above, Compared to a configuration in which the existing gas is replaced by a new working gas, more working gas needs to be additionally filled.
以上、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法の幾つかの実施態様について説明してきたが、本発明の範囲は、これらの方法に留まるものではなく、これらの方法を実現する作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置もまた、本発明の範囲に含まれる。これらの装置の詳細については、これまでに説明してきた各実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法についての説明から明らかであるので、ここでは改めて説明せず、それぞれの作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置の構成要件のみ以下に列挙する。 As mentioned above, although several embodiments of the method for determining air intrusion into the working gas circulation engine according to the present invention have been described, the scope of the present invention is not limited to these methods, and these methods are realized. An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine is also included in the scope of the present invention. The details of these devices are clear from the description of the method for determining the air intrusion into the working gas circulation engine according to each of the embodiments described so far, and will not be described here again. Only the configuration requirements of the air intrusion determination device for the circulation engine are listed below.
即ち、本発明の第6態様は、
燃料、酸化剤、及び作動ガスを燃焼室に導き、前記燃料を燃焼室内で燃焼させて動力を得る作動ガス循環型エンジンであって、
燃焼室から放出される既燃ガスを燃焼室に循環させる循環通路、
前記循環通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段、並びに
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて前記循環通路内への空気の侵入の有無を判定する空気侵入判定手段、
を備える作動ガス循環型エンジンにおいて、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出し、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出し、そして
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置である。
That is, the sixth aspect of the present invention is
A working gas circulation engine that obtains power by directing fuel, oxidant, and working gas to a combustion chamber, and burning the fuel in the combustion chamber;
A circulation passage for circulating the burned gas released from the combustion chamber to the combustion chamber;
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the circulation passage, and air intrusion determination means for judging whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
In a working gas circulation engine comprising:
The oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point when a predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
The oxygen concentration detecting means detects a second oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point that is longer than the predetermined period 1 after the engine is stopped and before the engine is started, and the air If the oxygen concentration difference, which is a difference obtained by subtracting the first oxygen concentration from the second oxygen concentration, is greater than or equal to a predetermined value A, the intrusion determination means has air intrusion into the circulation passage. It is determined that there is no oxygen intrusion into the circulation passage when the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A,
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
また、本発明の第7態様は、
本発明の前記第6態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置であって、
前記燃料、酸化剤、及び作動ガスが、それぞれ水素、酸素、及びアルゴンであることを特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置である。
The seventh aspect of the present invention is
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine according to the sixth aspect of the present invention,
The fuel, oxidant, and working gas are hydrogen, oxygen, and argon, respectively.
更に、本発明の第8態様は、
本発明の前記第6態様又は前記第7態様の何れかに係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置であって、
前記作動ガス循環型エンジンが警告手段を更に備えること、及び
前記警告手段が、前記酸素濃度差が前記所定値A以上である場合は警告を発し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は警告を発しない、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置である。
Furthermore, the eighth aspect of the present invention provides
An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to either the sixth aspect or the seventh aspect of the present invention,
The working gas circulation engine further includes warning means, and the warning means issues a warning when the oxygen concentration difference is equal to or greater than the predetermined value A, and the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A. If you do not warn,
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
加えて、本発明の第9態様は、
本発明の前記第6態様乃至前記第8態様の何れかに係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置であって、
前記作動ガス循環型エンジンが、
エンジンの始動を禁止する始動禁止手段、
を更に備えること、及び
前記始動禁止手段が、前記酸素濃度差が前記所定値Aよりも大きい値である所定値B以上である場合はエンジンの始動を禁止し、前記酸素濃度差が前記所定値B未満である場合はエンジンの始動を禁止しない、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置である。
In addition, the ninth aspect of the present invention provides:
An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to any one of the sixth to eighth aspects of the present invention,
The working gas circulation engine is
Start prohibition means for prohibiting engine start,
And the start prohibiting means prohibits engine start when the oxygen concentration difference is greater than or equal to a predetermined value B that is greater than the predetermined value A, and the oxygen concentration difference is less than the predetermined value. If it is less than B, do not prohibit starting the engine.
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
また更に、本発明の第10態様は、
本発明の前記第6態様乃至前記第9態様の何れかに係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置であって、
前記作動ガス循環型エンジンが、
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記循環通路内に侵入した窒素の蓄積量である窒素蓄積量を推定する窒素蓄積量推定手段、及び
前記循環通路内に前記作動ガスを充填する作動ガス充填手段、
を更に備えること、並びに
前記窒素蓄積量推定手段が、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記窒素蓄積量を推定し、
前記作動ガス充填手段が、前記窒素蓄積量が予め定められた所定値C以上である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填し、前記窒素蓄積量が前記所定値C未満である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填しない、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置である。
Still further, the tenth aspect of the present invention provides
An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to any of the sixth to ninth aspects of the present invention,
The working gas circulation engine is
A nitrogen accumulation amount estimating means for estimating a nitrogen accumulation amount, which is an accumulation amount of nitrogen that has entered the circulation passage, based on a fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means; and the operation in the circulation passage. Working gas filling means for filling the gas,
And the nitrogen accumulation amount estimation means estimates the nitrogen accumulation amount based on the fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
The working gas filling means additionally fills the circulation passage with the working gas when the nitrogen accumulation amount is greater than or equal to a predetermined value C, and the nitrogen accumulation amount is less than the predetermined value C. In some cases, the working gas is not additionally filled in the circulation passage.
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
以上のように、本発明の各種実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法及び空気侵入判定装置によれば、エンジン停止後及び再始動前の循環通路内の酸素濃度を酸素濃度検出手段によって検出し、これらの酸素濃度の差に基づいて循環通路内への空気の侵入の有無が判定される。これにより、本発明によれば、作動ガス循環型エンジンにおける既燃ガスの循環通路への空気の侵入を迅速且つ高精度に判定することができる。その結果、本発明によれば、循環通路内への空気の侵入に起因するエンジンの熱効率の低下等の問題を未然に防止することができる。 As described above, according to the air intrusion determination method and the air intrusion determination device for the working gas circulation engine according to the various embodiments of the present invention, the oxygen concentration in the circulation passage after the engine is stopped and before the restart is determined. Detection is performed by the detection means, and the presence or absence of air intrusion into the circulation passage is determined based on the difference between these oxygen concentrations. Thereby, according to this invention, the penetration | invasion of the air to the circulation path of the burned gas in a working gas circulation type engine can be determined rapidly and with high precision. As a result, according to the present invention, it is possible to prevent problems such as a decrease in the thermal efficiency of the engine due to the intrusion of air into the circulation passage.
以下、本発明の幾つかの実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法及び空気侵入判定装置につき、添付図面を参照しつつ説明する。但し、以下に述べる説明はあくまで例示を目的とするものであり、本発明の範囲が以下の説明に限定されるものと解釈されるべきではない。 Hereinafter, an air intrusion determination method and an air intrusion determination device for a working gas circulation engine according to some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the following description is for illustrative purposes only, and the scope of the present invention should not be construed as being limited to the following description.
1)作動ガス循環型エンジンを含むシステムの構成
前述のように、図1は、本発明の1つの実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が適用される作動ガス循環型エンジンを含むシステムの構成を表す概略図である。当該システムは、作動ガス循環型エンジンの本体部110、燃料供給部130、酸素供給部140、作動ガス供給部(作動ガス充填手段)150、循環通路部160、及び凝縮手段170を備えている。図1に示すように、このエンジンは、燃焼室に酸化剤としての酸素及び作動ガスとしてのアルゴンガスを供給し、このガスを圧縮することにより高温高圧となったガス中に、燃料としての水素ガスを噴射することによって燃料を拡散燃焼させる形式のエンジンである。なお、図1はエンジン本体部110の特定気筒の断面のみを示しているが、複数の気筒を含むエンジンの場合は、他の気筒も同様な構成を備えている。
1) Configuration of a system including a working gas circulation engine As described above, FIG. 1 illustrates a working gas circulation engine to which an air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to one embodiment of the present invention is applied. 1 is a schematic diagram illustrating a configuration of a system including The system includes a
エンジン本体部110は、特定の構成に限定されるものではないが、本実施態様においては、シリンダヘッド111と、シリンダブロックが形成するシリンダ112と、シリンダ内において往復運動するピストン113と、クランク軸114と、ピストン113とクランク軸114とを連結しピストン113の往復運動をクランク軸114の回転運動に変換するためのコネクティングロッド115と、シリンダブロックに連接されたオイルパン116とを備えるピストン往復動型エンジンである。
The engine
この場合、ピストン113の側面にはピストンリングが配設され(図示せず)、シリンダヘッド111、シリンダ112及びオイルパン116から形成される空間は、ピストン113により、ピストンの頂面側の燃焼室117と、クランク軸を収容するクランクケース118と、に区画されている。
In this case, a piston ring is disposed on the side surface of the piston 113 (not shown), and a space formed by the
シリンダヘッド111には、燃焼室117に連通した吸気ポートと、燃焼室117に連通した排気ポートと、が形成されている(何れも図示せず)。吸気ポートには吸気ポートを開閉する吸気弁121が配設され、排気ポートには排気ポートを開閉する排気弁122が配設されている。更に、シリンダヘッドには、燃料としての水素ガスを燃焼室117内に直接噴射する燃料噴射弁123が配設されている。
The
燃料供給部130は、燃料タンク131(水素ガスタンク)、燃料ガス通路132、燃料ガス圧レギュレータ(図示せず)、燃料ガス流量計(図示せず)、及びサージタンク(図示せず)等を備えることができる。また、酸化剤供給部140は、酸化剤タンク141(酸素ガスタンク)、酸素ガス通路142、酸素ガス圧レギュレータ(図示せず)、酸素ガス流量計(図示せず)、及び酸素ガスミキサ(図示せず)を備えることができる。更に、作動ガス供給部(作動ガス充填手段)140は、作動ガスタンク141(アルゴンガスタンク)、作動ガス通路142、作動ガス圧レギュレータ(図示せず)、作動ガス流量計(図示せず)、及び作動ガスミキサ(図示せず)を備えることができる。
The
尚、エンジン本体部110、燃料供給部130、酸化剤供給部140、及び作動ガス供給部150の具体的な構成並びに動作については、例えば、作動ガス循環型水素エンジン等に関して当該技術分野において周知であるので、本明細書における詳細な説明は割愛する。
The specific configurations and operations of the engine
循環通路部160は、第1及び第2通路部(第1及び第2流路形成管)161及び162を備え、第1通路部161と第2通路部162との間に、入口部と出口部とを有する凝縮手段170が介装されている。循環通路部160は、排気ポートと吸気ポートとを燃焼室117の外部にて接続する「既燃ガス(循環ガス)の循環通路」を構成している。
The
第1通路部161は、排気ポートと凝縮手段170の入口部とを接続している。第2通路部162は、凝縮手段170の出口部とと吸気ポートとを接続しており、その途中に、酸素ガスミキサ及び作動ガスミキサ等(図示せず)を介して酸素供給部140及び作動ガス供給部150が合流している。
The
凝縮手段170は、上述したように既燃ガス(循環ガス)の入口部と出口部とを備える。更に、凝縮手段170は、冷媒導入口171、冷媒排出口172、及び凝縮水排出口173を備え、冷媒導入口171と冷媒排出口172とを接続する冷媒循環部には、冷媒の冷却に用いられる放熱器(ラジエタ)174が介装されている。尚、冷媒としては、例えば、水を使用することができる。
As described above, the condensing
凝縮手段170は、入口部から導入されて出口部から排出される既燃ガス(循環ガス)に含まれる水分(水蒸気)を、冷媒導入口171から導入されると共に凝縮手段170の内部を通過した後に冷媒排出口172から排出される冷媒によって冷却し、凝縮させる。凝縮された水は、一旦、凝縮手段170の底部に溜まり、凝縮水排出口173を開閉する弁体(図示せず)が開かれた際に凝縮水排出口173を通して系外に排出される。即ち、本実施態様においては、凝縮手段170の底部が、凝縮水溜めの機能を果たしており、凝縮水排出口173及び上記弁体が排水手段を構成している。一方、水分が除去(分離)されたガスは、凝縮手段170の出口部から循環通路部160(第2通路部162)に排出される。
Condensing means 170 introduced moisture (water vapor) contained in burned gas (circulated gas) introduced from the inlet and discharged from the outlet through the
尚、上記のように、本実施態様においては、凝縮手段170は冷却水を冷媒として使用することができる水冷式凝縮器を用いているが、凝縮手段170は、水以外の冷媒を使用するものであってもよく、空気(空気の送風)により内部を通過するガスの水分を凝縮させる空冷式凝縮部を備えるものであってもよい。
As described above, in this embodiment, the condensing
次に、本実施態様においては、上記凝縮手段よりも上流の循環通路部160(第1通路部161)に、酸素濃度検出部180(酸素濃度検出手段)が配設されている。酸素濃度検出部180は、第1通路部161内の酸素濃度を検出する酸素濃度センサ181、及び酸素濃度センサ181によって検出された酸素濃度に対応する測定信号(検出信号)を送出する酸素濃度検出信号送出ライン182を備える。
Next, in the present embodiment, an oxygen concentration detection unit 180 (oxygen concentration detection unit) is disposed in the circulation passage unit 160 (first passage unit 161) upstream of the condensing unit. The oxygen
上記のように、酸素濃度検出部180が備える酸素濃度センサ181によって検出された酸素濃度に対応する測定信号(検出信号)は、例えば、酸素濃度検出信号送出ライン182によってECU(図示せず)に提供され、当該ECUが備える記憶装置(例えば、ROM)に格納されたプログラムに基づいて、(空気侵入判定ステップにおいて)循環通路内に空気が侵入したか否かを判定する処理を、当該ECUが備えるCPUに実行させる際に利用される。
As described above, the measurement signal (detection signal) corresponding to the oxygen concentration detected by the
本実施態様においては、前述のように、酸素濃度検出手段180が、エンジン110の停止後に所定期間1が経過し且つエンジン110の再始動前の時点における循環通路部160内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出し、次いで、エンジン110の停止後に所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン110の始動前の時点における循環通路部160内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出し、更に空気侵入判定手段(図示せず)が、第2酸素濃度から第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は循環通路部160内への空気の侵入が有ると判定し、酸素濃度差が所定値A未満である場合は循環通路部160内への空気の侵入が無いと判定する。かかる作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法において実行される一連の処理につき、図面を参照しながら、以下に詳細に説明する。
In the present embodiment, as described above, the oxygen concentration detection means 180 is the oxygen concentration in the
2)作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法の具体例(1)
前述のように、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法においては、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度が検出され、次いでエンジン停止後に所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度が検出され、更に、第2酸素濃度から第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は循環通路内への空気の侵入が有ると判定され、かかる酸素濃度差が所定値A未満である場合は循環通路内への空気の侵入が無いと判定される。前述のように、このようにして得られる判定結果に基づいて、種々のアクション(例えば、警告を発する等)を制御することもできる。
2) Specific example of air intrusion determination method for working gas circulation engine (1)
As described above, in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present invention, the first oxygen which is the oxygen concentration in the circulation passage at the time when the predetermined period 1 elapses after the engine is stopped and before the engine is started. Next, after the engine is stopped, a
かかる一連の処理につき、ここで、図2を参照しながら説明する。図2は、前述のように、本発明の1つの実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法において実行される一連の処理を表すフローチャートである。同フローチャートに示される一連の処理は、例えば、エンジンの停止をトリガとする等して、適切なタイミングにおいて開始させることができる。 Such a series of processes will now be described with reference to FIG. FIG. 2 is a flowchart showing a series of processing executed in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to one embodiment of the present invention as described above. The series of processes shown in the flowchart can be started at an appropriate timing, for example, using a stop of the engine as a trigger.
図2に示すように、本実施態様においては、先ずステップS201において、作動ガス循環型エンジンが停止される。その後、エンジン停止後に所定期間1が経過すると(ステップS202:Yes)、この時点における循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度C1が酸素濃度検出手段によって検出され、例えば、ECUが備える記憶装置(例えば、RAM、HDD等)に格納される(ステップS203)。但し、前述のように、この所定期間1としては、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンを含むシステムにおいて、エンジンが停止した直後の循環通路内の酸素濃度が第1酸素濃度C1として酸素濃度検出手段によって検出されるように、ごく短い期間を設定するのが一般的である。尚、エンジンが停止してから所定期間1が未経過である場合は(ステップS202:No)、所定期間1が経過するまで、このステップS202において待機する。 As shown in FIG. 2, in this embodiment, first, in step S201, the working gas circulation engine is stopped. Thereafter, when the predetermined period 1 elapses after the engine is stopped (step S202: Yes), the first oxygen concentration C1, which is the oxygen concentration in the circulation passage at this time, is detected by the oxygen concentration detecting means. For example, the storage device provided in the ECU (Eg, RAM, HDD, etc.) (step S203). However, as described above, in the predetermined period 1, in the system including the working gas circulation engine according to this embodiment, the oxygen concentration in the circulation passage immediately after the engine is stopped is the oxygen concentration as the first oxygen concentration C1. In general, a very short period is set so as to be detected by the detecting means. If the predetermined period 1 has not elapsed since the engine was stopped (step S202: No), the process waits in step S202 until the predetermined period 1 has elapsed.
本実施態様においては、上記ステップS203において第1酸素濃度C1が取得された後に、例えば、当該エンジンを搭載する車両の運転手等によってエンジン始動の指示がなされる(ステップS204)。但し、このステップは必ずしも必須ではない。何れにせよ、エンジンが停止してから所定期間2が経過すると(ステップS205:Yes)、この時点における循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度C2が酸素濃度検出手段によって検出され、例えば、ECUが備える記憶装置に格納される(ステップS206)。但し、前述のように、この所定期間2は所定期間1よりも長い期間であり、当該エンジンの循環通路への空気の侵入が発生していると想定した場合に、循環通路内の酸素濃度が有意な変化を示すのに十分長い期間として設定される。尚、エンジンが停止してから所定期間2が未経過である場合は(ステップS205:No)、所定期間2が経過するまで、このステップS205において待機する。
In the present embodiment, after the first oxygen concentration C1 is acquired in step S203, for example, an engine start instruction is given by a driver of a vehicle equipped with the engine (step S204). However, this step is not always essential. In any case, when the
第2酸素濃度C2は、前述のように、ステップS201においてエンジンが停止してから所定期間2が経過したことをもって直ちに検出してもよく、あるいは所定期間2の経過後であって、エンジン始動の指示が出され、エンジンが実際に始動する前の時点(つまり、エンジン再起動の直前)において検出してもよい。尚、エンジンが停止してから再始動されるまでの期間の長さはまちまちであるが、上述の概念に反しない限り、所定期間2は固定値でなくてもよい。
As described above, the second oxygen concentration C2 may be detected immediately after the
以上説明してきたステップS201乃至S203の一連の処理は、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法における第1酸素濃度検出ステップに該当し、ステップS205及びS206の一連の処理は、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法における第2酸素濃度検出ステップに該当する。このように、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法においては、エンジンが停止している期間中の循環通路内における酸素濃度の変化を検出し、当該変化に基づいて当該循環経路内への空気の侵入を判定するため、エンジンの運転条件等による影響を受け難く、判定精度を高めることができる。 The series of processes in steps S201 to S203 described above correspond to the first oxygen concentration detection step in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present invention, and the series of processes in steps S205 and S206 are: This corresponds to the second oxygen concentration detection step in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present invention. As described above, in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present invention, the change in the oxygen concentration in the circulation passage during the period in which the engine is stopped is detected, and the circulation is performed based on the change. Since air intrusion into the path is determined, it is difficult to be influenced by engine operating conditions, and the determination accuracy can be improved.
続いて、上述のように取得された第1酸素濃度C1及び第2酸素濃度C2から酸素濃度差ΔCが算出される(ステップS207)。具体的には、酸素濃度差ΔCは、第2酸素濃度C2から第1酸素濃度C1を減算することによって得ることができる。かかる処理は、前述のように、例えばECUが備える記憶装置に格納されたプログラムをCPUに実行させることによって行うことができる。尚、酸素濃度差ΔCは、エンジン停止から所定期間1が経過した時点から所定期間2が経過した時点までの間に巡検通路内に侵入した空気の量に強い関連を有する値である。
Subsequently, an oxygen concentration difference ΔC is calculated from the first oxygen concentration C1 and the second oxygen concentration C2 acquired as described above (step S207). Specifically, the oxygen concentration difference ΔC can be obtained by subtracting the first oxygen concentration C1 from the second oxygen concentration C2. As described above, this process can be performed by causing the CPU to execute a program stored in a storage device included in the ECU, for example. The oxygen concentration difference ΔC is a value that is strongly related to the amount of air that has entered the inspection passage from the time when the predetermined period 1 has elapsed after the engine stop until the time when the
次いで、ステップS208において、上述のようにして得られた酸素濃度差ΔCが所定値A以上であるか否かが判定される。ここで、所定値Aは、前述のように、循環通路内への空気の侵入の有無を判定する際の閾値である。所定値Aは、例えば、酸素濃度検出手段の検出精度等に基づき、エンジン停止後に所定期間1が経過した時点から所定期間2が経過した時点までの期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分を有意なものとみなすことができる最小値等を考慮して定められる閾値である。所定値Aは、エンジン停止後に所定期間1が経過した時点から所定期間2が経過した時点までの期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分が有意なものであるか否か等を考慮して予め定めることができる。
Next, in step S208, it is determined whether or not the oxygen concentration difference ΔC obtained as described above is equal to or greater than a predetermined value A. Here, the predetermined value A is a threshold for determining whether or not air has entered the circulation passage, as described above. The predetermined value A is, for example, an increase in the oxygen concentration in the circulation passage in a period from the time when the predetermined period 1 has elapsed after the engine stop to the time when the
ステップS208においては、かかる閾値としての所定値Aに基づいて、循環通路内への空気の侵入の有無が判定される。具体的には、ステップS208においては、酸素濃度差ΔCが所定値A以上である場合は(ステップS208:Yes)、循環通路内への空気の侵入が有ると判定される(ステップS209)。一方、酸素濃度差ΔCが所定値A未満である場合は(ステップS208:No)、循環通路内への空気の侵入が無いと判定され(ステップS210)、このフローチャートによって示される一連の処理が終了される。 In step S208, whether or not air has entered the circulation passage is determined based on the predetermined value A as the threshold value. Specifically, in step S208, if the oxygen concentration difference ΔC is greater than or equal to the predetermined value A (step S208: Yes), it is determined that air has entered the circulation passage (step S209). On the other hand, when the oxygen concentration difference ΔC is less than the predetermined value A (step S208: No), it is determined that there is no air intrusion into the circulation passage (step S210), and the series of processes shown in this flowchart is completed. Is done.
以上説明してきたステップS207からS210までの一連の処理が、本発明に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法における空気侵入判定ステップに該当する。本実施例においては、この空気侵入判定ステップにおいて循環通路内への空気の侵入が有ると判定された場合は(ステップS208:Yes→ステップS209)、ステップS211において警告が発せられる。当該ステップは、前述の警告ステップに該当する。尚、前述のように、警告は特定の方法によるものに限定される必要は無く、例えば、警告ランプ、アラーム音、音声等のように運転者や車両点検者等の視覚や聴覚等に訴える方法であっても、バイブレータ等の触覚に訴えるものであってもよい。このようにして警告を行うことにより、例えば、循環通路内への空気の侵入が発生していることを運転者や車両点検者に知らせ、循環通路の密閉性の点検や空気の侵入箇所の補修等を促すことができる。 The series of processes from step S207 to S210 described above correspond to the air intrusion determination step in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present invention. In this embodiment, if it is determined in this air intrusion determination step that air has entered the circulation passage (step S208: Yes → step S209), a warning is issued in step S211. This step corresponds to the warning step described above. As described above, the warning need not be limited to a specific method. For example, a warning lamp, an alarm sound, a voice, etc., a method of appealing to the visual or auditory sense of the driver or vehicle inspector. Even so, it may appeal to the tactile sense of a vibrator or the like. By giving a warning in this way, for example, the driver or vehicle inspector is informed that air has entered the circulation passage, and the sealing of the circulation passage is checked or the air entry point is repaired. Etc. can be encouraged.
更に、本実施態様においては、ステップS212において、ステップS207において算出された酸素濃度差ΔCが上述の所定値Aよりも大きい値である所定値B以上であるか否かが判定される。所定値Bは、前述のように、循環通路内への空気の侵入の程度がエンジンの始動を禁止すべきレベルであるか否かを判定する際の閾値である。ここで、エンジンの始動を禁止すべきレベルとは、例えば、循環通路内への多量の空気の侵入によって、燃焼室内における失火(ミスファイヤ)等に起因して、上述のような意図せぬエンジン停止等の問題を引き起こす虞がある程の循環通路の気密性の大幅な低下に相当する。 Further, in the present embodiment, in step S212, it is determined whether or not the oxygen concentration difference ΔC calculated in step S207 is equal to or greater than a predetermined value B that is a value larger than the predetermined value A described above. As described above, the predetermined value B is a threshold value for determining whether or not the degree of air intrusion into the circulation passage is at a level at which engine start should be prohibited. Here, the level at which starting of the engine should be prohibited is, for example, an unintended engine as described above due to misfire in the combustion chamber due to a large amount of air entering the circulation passage. This corresponds to a significant decrease in the airtightness of the circulation passage so as to cause a problem such as a stop.
ステップS212においては、かかる閾値としての所定値Bに基づき、酸素濃度差ΔCが(所定値Aよりも大きい値である)所定値B以上である場合は(ステップS212:Yes)、エンジンの始動を禁止し(ステップS213)、酸素濃度差ΔCが所定値B未満である場合は(ステップS212:No)、エンジンの始動を禁止せずに、このフローチャートによって示される一連の処理が終了される。当該ステップは、前述の始動禁止ステップに該当する。 In step S212, based on the predetermined value B as the threshold value, when the oxygen concentration difference ΔC is equal to or larger than the predetermined value B (which is a value larger than the predetermined value A) (step S212: Yes), the engine is started. If it is prohibited (step S213) and the oxygen concentration difference ΔC is less than the predetermined value B (step S212: No), the series of processing shown in this flowchart is terminated without prohibiting the engine start. This step corresponds to the start prohibition step described above.
結果として、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法によれば、酸素濃度差ΔCが所定値B以上である場合(ステップS212:Yes)、循環通路内への空気の侵入が著しく多いと判定され、たとえ運転者等によるエンジン始動の指示があった場合でも、当該エンジンの始動が強制的に禁止される。従って、上述のような意図せぬエンジン停止等の問題を未然に防止することができる。 As a result, according to the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment, when the oxygen concentration difference ΔC is equal to or larger than the predetermined value B (step S212: Yes), air enters the circulation passage. Is determined to be extremely large, and even when an instruction to start the engine is issued by the driver or the like, the starting of the engine is forcibly prohibited. Therefore, problems such as the unintended engine stop as described above can be prevented in advance.
3)作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法の具体例(2)
上述の具体例(1)に示した実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法によれば、エンジン停止後に所定期間1が経過した時点から所定期間2が経過した時点までの期間における循環通路内の酸素濃度の上昇分に相当する酸素濃度差ΔCを、所定値A、所定値B等の閾値を用いて評価・判定し、かかる判定結果に基づいて、例えば、運転者等への警告やエンジンの再始動の禁止等の種々のアクションを制御している。
3) Specific example of air intrusion determination method for working gas circulation engine (2)
According to the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the embodiment shown in the specific example (1), the period from the time when the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped to the time when the
ところで、前述のように、空気の主成分である窒素は燃料の燃焼には寄与しないため、作動ガス循環型エンジンの循環通路内に侵入した空気に含まれる窒素は、消費されずに循環通路内に蓄積されてゆく。窒素の比熱比は、作動ガス循環型エンジンにおいて一般的に使用される作動ガス(例えば、アルゴン等の不活性な単原子ガス)の比熱比と比べて低いため、作動ガス全体としての比熱比が低下し、当該エンジンの熱効率が低下してしまう。即ち、循環通路内に空気が侵入した作動ガス循環型エンジンにおいて、当該エンジンの熱効率を良好なレベルに維持するためには、循環通路内における窒素の蓄積量を、エンジンの熱効率に実質的な影響を及ぼさない水準未満に維持する必要がある。 By the way, as described above, since nitrogen, which is the main component of air, does not contribute to the combustion of fuel, nitrogen contained in the air that has entered the circulation passage of the working gas circulation engine is not consumed and is not consumed in the circulation passage. Will be accumulated. Since the specific heat ratio of nitrogen is lower than the specific heat ratio of a working gas (for example, inert monoatomic gas such as argon) generally used in a working gas circulation engine, the specific heat ratio of the working gas as a whole is low. And the thermal efficiency of the engine is reduced. In other words, in a working gas circulation engine in which air has entered the circulation passage, in order to maintain the thermal efficiency of the engine at a good level, the nitrogen accumulation amount in the circulation passage has a substantial influence on the engine thermal efficiency. It is necessary to maintain it below the level that does not affect
かかる一連の処理につき、ここで、図3を参照しながら説明する。図3は、前述のように、本発明のもう1つの実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法において実行される一連の処理を表すフローチャートである。同フローチャートに示される一連の処理は、例えば、エンジンの停止をトリガとする等して、適切なタイミングにおいて開始させることができる。 Such a series of processes will now be described with reference to FIG. FIG. 3 is a flowchart showing a series of processes executed in the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to another embodiment of the present invention as described above. The series of processes shown in the flowchart can be started at an appropriate timing, for example, using a stop of the engine as a trigger.
図3に示すように、本実施態様においても、上述の具体例(1)に示した実施態様と同様に、作動ガス循環型エンジンが停止されるステップ(S301)が一連の処理を開始するトリガとなっており、このステップS301から酸素濃度差ΔCが算出されるステップ(S307)までの各々の処理は、上述の具体例(1)に示した実施態様におけるステップS201からステップS207までの各々の処理と同一であるので、本実施態様においては、当該部分の説明は割愛する。 As shown in FIG. 3, in this embodiment as well, as in the embodiment shown in the specific example (1), the step (S301) in which the working gas circulation engine is stopped triggers a series of processes. Each process from this step S301 to the step (S307) in which the oxygen concentration difference ΔC is calculated is the process from step S201 to step S207 in the embodiment shown in the above specific example (1). Since this is the same as the process, the description of this part is omitted in this embodiment.
図3に示すように、ステップS307において酸素濃度差ΔCが算出されると、当該酸素濃度差ΔCに基づいて、作動ガス循環型エンジンにの循環経路内における窒素増加分ΔN2が推定される(ステップS308)。更に、このようにして今回推定された窒素増加分ΔN2が、過去に推定された窒素増加量ΔN2の合計値である窒素蓄積量ΣN2(前回更新分)に加えられ、新たな窒素蓄積量ΣN2(今回更新分)が得られる(ステップS309)。 As shown in FIG. 3, when the oxygen concentration difference ΔC is calculated in step S307, the nitrogen increase ΔN 2 in the circulation path to the working gas circulation engine is estimated based on the oxygen concentration difference ΔC ( Step S308). Further, the nitrogen increase ΔN 2 estimated this time is added to the nitrogen accumulation amount ΣN 2 (previous update), which is the total value of the nitrogen increase ΔN 2 estimated in the past, and new nitrogen accumulation is performed. An amount ΣN 2 (updated this time) is obtained (step S309).
次に、ステップS310において、このようにして更新された最新の窒素蓄積量ΣN2(今回更新分)が所定値C以上であるか否かが判定される。最新の窒素蓄積量ΣN2が所定値C以上であると判定される場合は(ステップS310:Yes)、循環通路内に作動ガス(本実施態様においてはAr)が追加的に充填され、循環通路内における窒素の濃度が低減される(ステップS311)。 Next, in step S310, it is determined whether or not the latest nitrogen accumulation amount ΣN 2 (updated this time) updated in this way is equal to or greater than a predetermined value C. When it is determined that the latest nitrogen accumulation amount ΣN 2 is equal to or greater than the predetermined value C (step S310: Yes), the circulation gas is additionally filled with a working gas (Ar in this embodiment), and the circulation channel The concentration of nitrogen in the inside is reduced (step S311).
ところで、所定値Cは、前述のように、循環通路内に侵入した窒素の蓄積量ΣN2(今回更新分)が、作動ガス充填手段を作動させて循環通路内に作動ガスを追加すべきレベルであるか否かを判定する際の閾値である。即ち、所定値Cは、例えば、循環通路内に蓄積された窒素を含む作動ガス全体としての比熱比を低下させ、エンジンの熱効率に実質的な影響を及ぼす窒素の最低濃度等を考慮して予め定められる。 By the way, as described above, the predetermined value C is a level at which the accumulated amount of nitrogen ΣN 2 (updated this time) that has entered the circulation passage should be added to the circulation passage by operating the working gas filling means. It is a threshold value when determining whether or not. That is, the predetermined value C is determined in advance in consideration of, for example, the minimum concentration of nitrogen that lowers the specific heat ratio of the entire working gas including nitrogen accumulated in the circulation passage and substantially affects the thermal efficiency of the engine. Determined.
本実施態様においては、作動ガス充填手段は、かかる閾値としての所定値Cに基づき、窒素蓄積量ΣN2が予め定められた所定値C以上である場合は循環通路内に作動ガス(Ar)が追加的に充填される。これにより、本実施態様に係る作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法によれば、循環通路内に侵入した窒素の蓄積量(ΣN2)が著しく多いと判定される場合(即ち、窒素蓄積量ΣN2が所定値C以上である場合)、循環通路内に作動ガスが追加的に充填されるので、蓄積された窒素を含む作動ガス全体としての比熱比が低下し、結果としてエンジンの熱効率が低下する問題を回避することができる。 In this embodiment, the working gas filling means is based on the predetermined value C as the threshold value, and when the nitrogen accumulation amount ΣN 2 is equal to or larger than a predetermined value C, the working gas (Ar) is present in the circulation passage. Additional filling. Thereby, according to the air intrusion determination method for the working gas circulation engine according to the present embodiment, when it is determined that the accumulation amount (ΣN 2 ) of nitrogen that has entered the circulation passage is extremely large (that is, nitrogen accumulation). When the amount ΣN 2 is equal to or greater than the predetermined value C), the working gas is additionally filled in the circulation passage, so that the specific heat ratio as a whole of the working gas including the accumulated nitrogen is lowered, resulting in the thermal efficiency of the engine. Can be avoided.
尚、本実施態様における上記ステップS308及びステップS309の一連の処理は、前述の窒素蓄積量推定ステップに該当する。また、本実施態様における上記ステップS310及びステップS311の一連の処理は、前述の作動ガス充填ステップに該当する。 In addition, the series of processes in step S308 and step S309 in the present embodiment correspond to the above-described nitrogen accumulation amount estimation step. In addition, the series of processing in step S310 and step S311 in the present embodiment corresponds to the above-described working gas filling step.
以上、本発明を説明することを目的として、特定の構成及び実行手順の組み合わせを有する幾つかの実施例について説明してきたが、本発明の範囲は、これらの例示的な実施態様に限定されるものではなく、特許請求の範囲及び明細書に記載された事項の範囲内で、適宜修正を加えることができる。 In the foregoing, for the purpose of illustrating the present invention, several embodiments having specific configurations and combinations of execution procedures have been described, but the scope of the present invention is limited to these exemplary embodiments. Instead, modifications can be appropriately made within the scope of the matters described in the claims and the specification.
110…エンジン本体部、111…シリンダヘッド、112…シリンダ、113…ピストン、114…クランク軸、115…コネクティングロッド、116…オイルパン、117…燃焼室、118…クランクケース、121…吸気弁、122…排気弁、123…燃料噴射弁、130…燃料供給部、131…燃料タンク、132…燃料ガス通路、140…酸化剤供給部、141…酸化剤タンク、142…酸化剤通路、150…作動ガス供給部(作動ガス充填手段)、151…作動ガス貯蔵タンク、152…作動ガス通路、160…循環通路部、161…第1通路部(第1流路形成管)、162…第2通路部(第2流路形成管)、170…凝縮手段、171…冷媒導入口、172…冷媒排出口、173…凝縮水排出口、174…放熱器(ラジエタ)、180…酸素濃度検出部、181…酸素濃度センサ、及び182…酸素濃度検出信号送出ライン。
DESCRIPTION OF
Claims (10)
燃焼室から放出される既燃ガスを燃焼室に循環させる循環通路、
前記循環通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段、並びに
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて前記循環通路内への空気の侵入の有無を判定する空気侵入判定手段、
を備える作動ガス循環型エンジンにおいて、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出する、第1酸素濃度検出ステップ、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出する、第2酸素濃度検出ステップ、及び
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、空気侵入判定ステップ、
を含む、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法。 A working gas circulation engine that obtains power by directing fuel, oxidant, and working gas to a combustion chamber, and burning the fuel in the combustion chamber;
A circulation passage for circulating the burned gas released from the combustion chamber to the combustion chamber;
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the circulation passage, and air intrusion determination means for judging whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
In a working gas circulation engine comprising:
A first oxygen concentration detecting step in which the oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point after the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
A second oxygen concentration detector for detecting a second oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage after a predetermined period 2 longer than the predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started; A concentration detecting step; and the circulation passage when the air intrusion determining means has an oxygen concentration difference that is a difference obtained by subtracting the first oxygen concentration from the second oxygen concentration is equal to or greater than a predetermined value A. An air intrusion determination step that determines that there is air intrusion into the air and determines that there is no air intrusion into the circulation passage when the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A;
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
前記燃料、酸化剤、及び作動ガスが、それぞれ水素、酸素、及びアルゴンであることを特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法。 An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to claim 1,
The method for determining air intrusion into a working gas circulation engine, wherein the fuel, the oxidant, and the working gas are hydrogen, oxygen, and argon, respectively.
前記作動ガス循環型エンジンが警告手段を更に備えること、及び
前記作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、
前記警告手段が、前記酸素濃度差が前記所定値A以上である場合は警告を発し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は警告を発しない、警告ステップ、
を更に含むこと、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法。 An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to any one of claims 1 and 2,
The working gas circulation engine further includes warning means, and an air intrusion determination method for the working gas circulation engine includes:
A warning step, wherein the warning means issues a warning if the oxygen concentration difference is greater than or equal to the predetermined value A, and does not issue a warning if the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A;
Further including
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
前記作動ガス循環型エンジンが、
エンジンの始動を禁止する始動禁止手段、
を更に備えること、及び
前記作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、
前記始動禁止手段が、前記酸素濃度差が前記所定値Aよりも大きい値である所定値B以上である場合はエンジンの始動を禁止し、前記酸素濃度差が前記所定値B未満である場合はエンジンの始動を禁止しない、始動禁止ステップ、
を更に含むこと、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法。 An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to any one of claims 1 to 3,
The working gas circulation engine is
Start prohibition means for prohibiting engine start,
And a method for determining air intrusion into the working gas circulation engine,
The start prohibiting means prohibits engine start when the oxygen concentration difference is equal to or greater than a predetermined value B that is larger than the predetermined value A, and when the oxygen concentration difference is less than the predetermined value B. Start prohibition step that does not prohibit engine start,
Further including
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
前記作動ガス循環型エンジンが、
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記循環通路内に侵入した窒素の蓄積量である窒素蓄積量を推定する窒素蓄積量推定手段、及び
前記循環通路内に前記作動ガスを充填する作動ガス充填手段、
を更に備えること、並びに
前記作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法が、
前記窒素蓄積量推定手段が、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記窒素蓄積量を推定する、窒素蓄積量推定ステップ、及び
前記作動ガス充填手段が、前記窒素蓄積量が予め定められた所定値C以上である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填し、前記窒素蓄積量が前記所定値C未満である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填しない、作動ガス充填ステップ、
を更に含むこと、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定方法。 An air intrusion determination method for a working gas circulation engine according to any one of claims 1 to 4,
The working gas circulation engine is
A nitrogen accumulation amount estimating means for estimating a nitrogen accumulation amount, which is an accumulation amount of nitrogen that has entered the circulation passage, based on a fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means; and the operation in the circulation passage. Working gas filling means for filling the gas,
And a method for determining air intrusion into the working gas circulation engine,
The nitrogen accumulation amount estimation means estimates the nitrogen accumulation amount based on the fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means, and the working gas filling means includes the nitrogen accumulation amount When the amount is equal to or larger than a predetermined value C, the working gas is additionally filled in the circulation passage, and when the nitrogen accumulation amount is less than the predetermined value C, the operation is performed in the circulation passage. Working gas filling step, no additional gas filling,
Further including
An air intrusion determination method for a working gas circulation engine.
燃焼室から放出される既燃ガスを燃焼室に循環させる循環通路、
前記循環通路内の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段、並びに
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度に基づいて前記循環通路内への空気の侵入の有無を判定する空気侵入判定手段、
を備える作動ガス循環型エンジンにおいて、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に所定期間1が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第1酸素濃度を検出し、
前記酸素濃度検出手段が、エンジン停止後に前記所定期間1よりも長い所定期間2が経過し且つエンジン始動前の時点における前記循環通路内の酸素濃度である第2酸素濃度を検出し、そして
前記空気侵入判定手段が、前記第2酸素濃度から前記第1酸素濃度を減じて得られる差である酸素濃度差が予め定められた所定値A以上である場合は前記循環通路内への空気の侵入が有ると判定し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は前記循環通路内への空気の侵入が無いと判定する、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置。 A working gas circulation engine that obtains power by directing fuel, oxidant, and working gas to a combustion chamber, and burning the fuel in the combustion chamber;
A circulation passage for circulating the burned gas released from the combustion chamber to the combustion chamber;
Oxygen concentration detection means for detecting the oxygen concentration in the circulation passage, and air intrusion determination means for judging whether air has entered the circulation passage based on the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
In a working gas circulation engine comprising:
The oxygen concentration detecting means detects a first oxygen concentration that is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point when a predetermined period 1 has elapsed after the engine is stopped and before the engine is started;
The oxygen concentration detecting means detects a second oxygen concentration which is an oxygen concentration in the circulation passage at a time point that is longer than the predetermined period 1 after the engine is stopped and before the engine is started, and the air If the oxygen concentration difference, which is a difference obtained by subtracting the first oxygen concentration from the second oxygen concentration, is greater than or equal to a predetermined value A, the intrusion determination means has air intrusion into the circulation passage. It is determined that there is no oxygen intrusion into the circulation passage when the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A,
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
前記燃料、酸化剤、及び作動ガスが、それぞれ水素、酸素、及びアルゴンであることを特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置。 An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to claim 6,
An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine, wherein the fuel, the oxidant, and the working gas are hydrogen, oxygen, and argon, respectively.
前記作動ガス循環型エンジンが警告手段を更に備えること、及び
前記警告手段が、前記酸素濃度差が前記所定値A以上である場合は警告を発し、前記酸素濃度差が前記所定値A未満である場合は警告を発しない、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置。 An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to any one of claims 6 and 7,
The working gas circulation engine further includes warning means, and the warning means issues a warning when the oxygen concentration difference is equal to or greater than the predetermined value A, and the oxygen concentration difference is less than the predetermined value A. If you do not warn,
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
前記作動ガス循環型エンジンが、
エンジンの始動を禁止する始動禁止手段、
を更に備えること、及び
前記始動禁止手段が、前記酸素濃度差が前記所定値Aよりも大きい値である所定値B以上である場合はエンジンの始動を禁止し、前記酸素濃度差が前記所定値B未満である場合はエンジンの始動を禁止しない、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置。 An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to any one of claims 6 to 8,
The working gas circulation engine is
Start prohibition means for prohibiting engine start,
And the start prohibiting means prohibits engine start when the oxygen concentration difference is greater than or equal to a predetermined value B that is greater than the predetermined value A, and the oxygen concentration difference is less than the predetermined value. If it is less than B, do not prohibit starting the engine.
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
前記作動ガス循環型エンジンが、
前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記循環通路内に侵入した窒素の蓄積量である窒素蓄積量を推定する窒素蓄積量推定手段、及び
前記循環通路内に前記作動ガスを充填する作動ガス充填手段、
を更に備えること、並びに
前記窒素蓄積量推定手段が、前記酸素濃度検出手段によって検出される酸素濃度の変動履歴に基づいて前記窒素蓄積量を推定し、
前記作動ガス充填手段が、前記窒素蓄積量が予め定められた所定値C以上である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填し、前記窒素蓄積量が前記所定値C未満である場合は前記循環通路内に前記作動ガスを追加的に充填しない、
ように構成されていること、
を特徴とする、作動ガス循環型エンジンへの空気侵入判定装置。 An apparatus for determining air intrusion into a working gas circulation engine according to any one of claims 6 to 9,
The working gas circulation engine is
A nitrogen accumulation amount estimating means for estimating a nitrogen accumulation amount, which is an accumulation amount of nitrogen that has entered the circulation passage, based on a fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means; and the operation in the circulation passage. Working gas filling means for filling the gas,
And the nitrogen accumulation amount estimation means estimates the nitrogen accumulation amount based on the fluctuation history of the oxygen concentration detected by the oxygen concentration detection means,
The working gas filling means additionally fills the circulation passage with the working gas when the nitrogen accumulation amount is greater than or equal to a predetermined value C, and the nitrogen accumulation amount is less than the predetermined value C. In some cases, the working gas is not additionally filled in the circulation passage.
That is structured as
An air intrusion determination device for a working gas circulation engine.
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