JPWO2010092684A1 - 作動ガス循環型エンジン - Google Patents

Abstract

酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張可能であると共に燃料の燃焼後の排気ガスとして水蒸気と作動ガスとを排気可能な燃焼室（ＣＣ）と、排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室（ＣＣ）の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な循環経路（２０）と、循環経路（２０）に設けられ排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮手段（６０）と、凝縮水を貯留可能な凝縮水貯留手段（７０）と、凝縮水貯留手段（７０）に貯留される凝縮水を大気圧よりも高い圧力で圧送する圧送手段（８０）と、圧送手段（８０）により圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱により蒸発させる蒸発手段（９０）とを備えるので、凝縮水を適正に処理することができる。

Description

本発明は、作動ガス循環型エンジンに関し、特に排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な作動ガス循環型エンジンに関するものである。

従来のエンジンとして、排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な、いわゆる、閉サイクルエンジンである作動ガス循環型エンジンが知られている。このような作動ガス循環型エンジンは、酸化剤としての酸素と、燃料としての水素と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給される燃焼室と、作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な循環経路とを備え、燃焼室にて水素の燃焼に伴って作動ガスが熱膨張することで動力を発生させると共に、この作動ガスが大気へと放出されることなく循環経路を介して再び燃焼室に供給される。

従来の作動ガス循環型エンジンとしては、例えば、下記の特許文献１に開示された水素エンジンが知られている。特許文献１に記載されている水素エンジンは、燃焼室に酸素と、水素とが供給されると共に、熱効率を高めるべく作動ガスとして、例えば、単原子ガスからなり空気より比熱比が大きいアルゴンが循環されている。この作動ガス循環型エンジンは、燃焼室内での水素の燃焼によってアルゴンを熱膨張させ、これによりピストンを押し下げて動力を発生させる。

ここで、燃焼室内では水素の燃焼に伴って水素と酸素とが反応（結合）することで水蒸気が発生するので、循環経路には燃焼室からの排気ガスとして、アルゴンと共に水蒸気が排出される。このため、従来の作動ガス循環型エンジンとして特許文献１に記載されている水素エンジンは、３原子からなる分子（３原子分子）でありアルゴンよりも比熱比が小さい水蒸気を液化させ凝縮水として取り除く凝縮器を循環経路上に配設し、作動ガスとしてのアルゴンが循環して再び燃焼室に供給されるように構成することで、熱効率の低下を抑制している。

特開平１１−９３６８１号公報

ところで、上述のような特許文献１に記載されている水素エンジンでは、例えば、凝縮器により排気ガスから凝縮された凝縮水を単純にタンクに貯留するだけではタンクの大きさに限界があるため搭載性が悪化するなど種々の問題が生じうることから、この凝縮水を適正に処理する必要がある。

そこで本発明は、凝縮水を適正に処理することができる作動ガス循環型エンジンを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明による作動ガス循環型エンジンは、酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後の排気ガスとして前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、前記排気ガス中に含まれる前記作動ガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能な循環経路と、前記循環経路に設けられ前記排気ガス中に含まれる前記水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮手段と、前記凝縮水を貯留可能な凝縮水貯留手段と、前記凝縮水貯留手段に貯留される前記凝縮水を大気圧よりも高い圧力で圧送する圧送手段と、前記圧送手段により圧送された前記凝縮水を前記排気ガスの排気熱により蒸発させる蒸発手段とを備えることを特徴とする。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記酸化剤は、酸素であり、前記燃料は、水素であってもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記蒸発手段は、前記循環経路を循環する前記作動ガスの循環方向に対して前記凝縮手段より上流側の前記排気ガスの排気熱により前記凝縮水を蒸発させるように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記圧送手段は、前記凝縮水貯留手段と前記蒸発手段とを前記凝縮水が流動可能に接続する凝縮水経路と、前記凝縮水経路に設けられ当該凝縮水経路の前記凝縮水を加圧し前記凝縮水貯留手段側から前記蒸発手段側に圧送するポンプとを有するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記圧送手段は、前記凝縮水貯留手段と前記蒸発手段とを前記凝縮水が流動可能に接続すると共に、前記凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされた前記凝縮水貯留手段を介して前記循環経路と連通する凝縮水経路を有し、大気圧よりも高い前記循環経路のガスの圧力により前記凝縮水経路の前記凝縮水を加圧し前記凝縮水貯留手段側から前記蒸発手段側に圧送するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記圧送手段は、前記循環経路から分岐して設けられ相対的に高圧の前記作動ガスを貯留する作動ガス貯留手段と、前記作動ガス貯留手段と前記循環経路との間の前記作動ガスの流出入を調節する調節手段とを有するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記凝縮水の発生量に基づいて前記圧送手段による前記凝縮水の圧送量を制御する圧送量制御手段を備えるように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記圧送量制御手段は、前記圧送量が前記発生量と同等になるように圧送量を制御するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記凝縮水貯留手段への前記凝縮水の流量を検出する流量検出手段を備え、前記圧送量制御手段は、前記流量検出手段が検出した前記凝縮水の流量に基づいて前記圧送量を制御するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水の水位を検出する水位検出手段を備え、前記圧送量制御手段は、前記水位検出手段が検出した前記凝縮水の水位に基づいて前記圧送量を制御するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記圧送量制御手段は、前記燃焼室に供給される前記酸化剤又は前記燃料の供給量に基づいて前記圧送量を制御するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記圧送量制御手段は、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて前記凝縮水の圧送量を制御するように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記蒸発手段により前記凝縮水を蒸発させることで発生する水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収する廃熱回収手段を備えるように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段が検出した温度が予め設定された所定温度以下である場合に、前記廃熱回収手段を介した水蒸気の熱を前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水に移動させる熱移動手段とを備えるように構成してもよい。

また、上記作動ガス循環型エンジンにおいて、前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水の水位を検出する水位検出手段を備え、前記熱移動手段は、前記水位検出手段が検出した水位が予め設定された所定水位以下である場合に、前記廃熱回収手段を介した水蒸気を前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水に導入するように構成してもよい。

本発明に係る作動ガス循環型エンジンによれば、凝縮水を適正に処理することができる。

図１は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図２は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図３は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図４は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図５は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図６は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量制御を説明するフローチャートである。 図７は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図８は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量マップを示す図である。 図９は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量制御を説明するフローチャートである。 図１０は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図１１は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量マップを示す図である。 図１２は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの応答遅れ時間マップを示す図である。 図１３は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量制御を説明するフローチャートである。 図１４は、本発明の変形例３に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図１５は、本発明の実施形態６に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図１６は、本発明の実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図１７は、本発明の実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンの凝縮水温度制御を説明するフローチャートである。 図１８は、本発明の実施形態８に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。 図１９は、本発明の実施形態８に係る作動ガス循環型エンジンの凝縮水温度・水位制御を説明するフローチャートである。 図２０は、本発明の変形例４に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

符号の説明

１、１Ａ、２０１、２０１Ａ、３０１、４０１、５０１、５０１Ａ、６０１、７０１、８０１、８０１Ａ 作動ガス循環型エンジン
１０ エンジン本体
１１ シリンダヘッド
１１ｂ 吸気ポート
１１ｃ 排気ポート
１２ シリンダブロック
１３ ピストン
１４ コネクティングロッド
１５ 吸気バルブ
１６ 排気バルブ
１７ 吸気管
１８ 排気管
１９ クランクシャフト
２０ 循環経路
２１ 循環通路
２１ａ 第１循環通路
２１ｂ 第２循環通路
２１ｃ 第３循環通路
３０ 酸化剤供給装置
４０ 燃料供給装置
５０ 電子制御装置
５１ クランク角センサ
５２ 水素濃度センサ
５３ 酸素濃度センサ
５４ 流量センサ（流量検出手段）
５５ 水位センサ（水位検出手段）
５６Ａ 圧力センサ
５７ 温度センサ（温度検出手段）
６０ 凝縮器（凝縮手段）
６１ 冷却水循環路
６２ 冷却水ポンプ
６３ ラジエータ
６４ 凝縮水排出通路
７０、７０Ａ、２７０、８７０ 凝縮水貯留タンク（凝縮水貯留手段）
８０、８０Ａ、２８０、２８０Ａ 圧送部（圧送手段）
８１ 凝縮水経路
８２、８２Ａ 凝縮水ポンプ（ポンプ）
８３ 大気開放通路
９０ 熱交換器（蒸発手段）
２８４Ａ 高圧タンク（作動ガス貯留手段）
２８５Ａ 圧力調節弁（調節手段）
２８６Ａ 分岐通路
３５１、４５１、５５１ 圧送量制御部（圧送量制御手段）
６１０ 膨張機（廃熱回収手段）
６１１ 出力回転部材
７２０、８２０ 熱移動部（熱移動手段）
７２１ 分岐通路
７２２ 熱交換器
７２３ 流量調節弁
７２４ 熱媒循環路
７２５ 熱媒ポンプ
７２６ 循環路放熱部
７５２、８５２ 熱移動部制御部
８２１ 分岐通路
８２２ 流量調節弁
ＣＣ 燃焼室

以下に、本発明に係る作動ガス循環型エンジンの実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施形態によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施形態における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。

（実施形態１）
図１は、本発明の実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図２は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、酸化剤、燃料及びこの燃料の燃焼に伴って動力を発生させる作動ガスが供給される燃焼室ＣＣと、この燃焼室ＣＣの吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０とを備え、その作動ガスが大気へと放出されることなく循環経路２０を介して再び燃焼室ＣＣに供給されるよう構成した、いわゆる閉サイクルエンジンである。この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内で燃料を燃焼させ、この燃料の燃焼に伴って作動ガスを熱膨張させて動力を発生させるものである。

この作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣが形成されるエンジン本体１０と、燃焼室ＣＣの吸気側と排気側とを繋ぐ循環経路２０と、燃焼室ＣＣに酸化剤を供給する酸化剤供給装置３０と、燃焼室ＣＣに燃料を供給する燃料供給装置４０と、作動ガス循環型エンジン１の各部を制御する電子制御装置（ＥＣＵ）５０とを備える。エンジン本体１０の燃焼室ＣＣと循環経路２０とは、ともに作動ガスが充填されており、作動ガスは、燃焼室ＣＣと循環経路２０との間で循環する。なお、図１に例示するエンジン本体１０は、１気筒のみを図示しているが、本発明の作動ガス循環型エンジン１は、これに限らず、多気筒のエンジン本体１０も適用可能である。

本実施形態の燃焼室ＣＣは、エンジン本体１０に形成される。このエンジン本体１０の燃焼室ＣＣは、酸化剤と、この酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、作動ガスとが供給され、燃料の燃焼に伴って作動ガスが膨張可能であると共に燃料の燃焼後の排気ガスとして水蒸気と作動ガスとを排気可能なものである。

具体的には、エンジン本体１０は、燃焼室ＣＣを形成するシリンダヘッド１１、シリンダブロック１２及びピストン１３を備えている。ピストン１３は、コネクティングロッド１４を介してクランクシャフト１９に連結し、シリンダヘッド１１の下面の凹部１１ａとシリンダブロック１２のシリンダボア１２ａとの間に区画される空間内に往復運動可能に配置される。燃焼室ＣＣは、シリンダヘッド１１の凹部１１ａの壁面とシリンダボア１２ａの壁面とピストン１３の頂面１３ａとで囲まれた空間によって構成される。

エンジン本体１０は、シリンダヘッド１１に吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１１ｃが形成されている。吸気ポート１１ｂと排気ポート１１ｃとは、ともに循環経路２０の一部をなすものである。吸気ポート１１ｂ、排気ポート１１ｃは、それぞれ一端が燃焼室ＣＣ内に開口している。エンジン本体１０は、吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口部分に吸気バルブ１５が配設されている。吸気バルブ１５は、開弁時にこの吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口を開く一方、閉弁時にこの吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側の開口を閉じるものである。エンジン本体１０は、排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口部分に排気バルブ１６が配設されている。排気バルブ１６は、開弁時にこの排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口を開く一方、閉弁時にこの排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側の開口を閉じるものである。

吸気バルブ１５や排気バルブ１６としては、例えば、不図示のカムシャフトの回転と弾性部材（弦巻バネ）の弾発力に伴って開閉駆動されるものがある。この種の吸気バルブ１５や排気バルブ１６においては、そのカムシャフトとクランクシャフト１９の間にチェーンやスプロケット等からなる動力伝達機構を介在させることによってそのカムシャフトをクランクシャフト１９の回転に連動させ、予め設定された開閉時期に開閉駆動させる。また、このエンジン本体１０は、吸気バルブ１５と排気バルブ１６の開閉時期やリフト量を変更可能な、いわゆる可変バルブタイミング＆リフト機構等の可変バルブ機構を備えていてもよく、これにより、その吸気バルブ１５や排気バルブ１６の開閉時期やリフト量を運転条件に応じた好適なものへと変更できるようになる。さらにまた、このエンジン本体１０は、このような可変バルブ機構と同様の作用効果を得るべく、電磁力を利用して吸気バルブ１５や排気バルブ１６を開閉駆動させる、いわゆる電磁駆動弁を適用してもよい。

また、エンジン本体１０は、吸気ポート１１ｂの燃焼室ＣＣ側とは反対側の開口に吸気管１７が接続される一方、排気ポート１１ｃの燃焼室ＣＣ側とは反対側の開口に排気管１８が接続されている。吸気管１７と排気管１８とは、ともに循環経路２０の一部をなすものである。吸気管１７は、筒状に形成され内部を流体が通過可能なものであり、後述するように燃焼室ＣＣに作動ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）と、酸化剤としての酸素（Ｏ_２）とを供給するための吸気通路である。つまり、燃焼室ＣＣは、吸気バルブ１５の開弁時に、この吸気管１７から吸気ポート１１ｂを介して酸化剤と作動ガスとが供給（吸気）される。一方、排気管１８は、筒状に形成され内部を流体が通過可能なものであり、後述するように燃料としての水素（Ｈ_２）の燃焼後の排気ガスとして、燃焼室ＣＣから作動ガスとしてのアルゴン（Ａｒ）と、水蒸気（Ｈ_２Ｏ）とを排出するための排気通路である。つまり、燃焼室ＣＣは、排気バルブ１６の開弁時に、燃料の燃焼後の排気ガスとして、排気ポート１１ｃを介して水蒸気と作動ガスとを排気管１８に排気する。

循環経路２０は、排気管１８に排気された排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室ＣＣに供給可能なものである。循環経路２０は、上述した吸気ポート１１ｂ及び排気ポート１１ｃと、吸気ポート１１ｂの他端と排気ポート１１ｃの他端とを繋ぐ循環通路２１とを含んで構成される。これにより、この循環経路２０内と燃焼室ＣＣ内とは、基本的には閉塞された空間をなす。循環通路２１は、筒状に形成され内部を流体が通過可能なものであり、上述の吸気管１７と排気管１８とは、この循環通路２１の一部をなす。

この作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０と燃焼室ＣＣとからなる閉塞された空間内に作動ガスが充填される。作動ガス循環型エンジン１は、この作動ガスを循環経路２０の吸気管１７、吸気ポート１１ｂから燃焼室ＣＣ内、燃焼室ＣＣ内から循環経路２０の排気ポート１１ｃ、排気管１８、そして、この排気ポート１１ｃ、排気管１８から循環通路２１を介して再び吸気管１７、吸気ポート１１ｂへと循環させる。つまり、循環経路２０は、燃焼室ＣＣの吸気側（吸気ポート１１ｂ側）と排気側（排気ポート１１ｃ側）とを燃焼室ＣＣの外部で接続し、作動ガスを大気へと放出することなく再び燃焼室ＣＣに供給する。さらに言えば、循環経路２０は、両端が燃焼室ＣＣに連通すると共に一端からは水蒸気と作動ガスとを含む排気ガスが燃焼室ＣＣから流入し、他端からは燃焼室ＣＣが吸気する酸化剤と作動ガスとが燃焼室ＣＣに対して流出可能である。ここでは、作動ガス循環型エンジン１は、吸気バルブ１５が開弁した際に、循環通路２１の酸化剤、作動ガスが吸気管１７、吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに供給される。また、作動ガス循環型エンジン１は、排気バルブ１６が開弁した際に、燃焼室ＣＣ内の排気ガスが排気ポート１１ｃ、排気管１８を介して循環通路２１に排出される。

さらに具体的には、循環経路２０の循環通路２１は、例えば、第１循環通路２１ａと、第２循環通路２１ｂと、第３循環通路２１ｃとを含んで構成されている。第１循環通路２１ａは、吸気ポート１１ｂの他端と酸化剤供給装置３０における後述の酸化剤供給手段３２の排出口３２ａとを繋ぐものである。また、第２循環通路２１ｂは、排気ポート１１ｃの他端と後述する本発明の凝縮手段としての凝縮器６０の排気ガス導入口６０ａとを繋ぐものである。なお、後述する本発明の蒸発手段としての熱交換器９０は、この第２循環通路２１ｂ中に設けられている。また、第３循環通路２１ｃは、この凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂと酸化剤供給手段３２の作動ガス導入口３２ｂとを繋ぐものである。上述の吸気管１７は、第１循環通路２１ａの一部をなす一方、排気管１８は、第２循環通路２１ｂの一部をなす。

ここで、循環経路２０と燃焼室ＣＣとからなる閉塞された空間内に充填される作動ガスとしては、空気より比熱比の高いガスが用いられる。作動ガスは、例えば、単原子ガスが用いられる。ここでは、本実施形態の作動ガスは、空気よりも比熱比の高いものであって、例えば、単原子ガスであるアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の希ガスが用いられる。本実施形態では、作動ガスは、上述のようにアルゴン（Ａｒ）を用いるものとして説明する。

酸化剤供給装置３０は、循環経路２０の吸気管１７、吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに酸化剤を供給するものであり、酸化剤貯留タンク３１と、酸化剤供給手段３２と、酸化剤供給通路３３と、レギュレータ３４と、酸化剤流量計３５とを含んで構成される。

酸化剤貯留タンク３１は、酸化剤を高圧の状態で貯留するものである。酸化剤供給手段３２は、酸化剤貯留タンク３１に貯留された酸化剤を循環通路２１に供給するものである。酸化剤供給通路３３は、酸化剤貯留タンク３１と酸化剤供給手段３２とを繋ぐものである。レギュレータ３４及び酸化剤流量計３５は、この酸化剤供給通路３３上に設けられる。

ここで、本実施形態の酸化剤供給手段３２としては、酸化剤供給通路３３から流入してきた酸化剤と、作動ガス導入口３２ｂを介して循環通路２１から流入してきた作動ガスとを混合し、混合後の酸化剤と作動ガスとを排出口３２ａから循環通路２１の下流側（吸気ポート１１ｂ側）に流す酸化剤混合手段を用いる。したがって、本実施形態の酸化剤供給装置３０は、酸化剤を単に循環通路２１へと供給するだけではなく、循環通路２１を通る作動ガスと混ぜ合わせて循環通路２１に送り込ませることができる。この結果、酸化剤は、吸気バルブ１５の開弁に伴い吸気ポート１１ｂを介して作動ガスと共に燃焼室ＣＣに供給されることになる。なお、酸化剤供給手段３２は、上記の構成に限らず、電子制御装置５０によって制御され、酸化剤を循環経路２０、例えば、循環通路２１や吸気ポート１１ｂに噴射して供給する、いわゆる、酸化剤噴射弁を用いてもよい。

レギュレータ３４は、酸化剤供給通路３３におけるレギュレータ３４よりも下流側（エンジン本体１０側）の圧力を電子制御装置５０の指令に従った目標圧力に調整するものである。言い換えれば、このレギュレータ３４は、酸化剤供給通路３３における酸化剤の流量を制御するものである。また、酸化剤流量計３５は、酸化剤供給通路３３における酸化剤の流量を計測する手段であって、レギュレータ３４で調整された酸化剤の流量の計測を行う。この酸化剤流量計３５の計測信号は、電子制御装置５０に送信される。

ここで、この酸化剤供給装置３０が供給する酸化剤としては、上述のように酸素（Ｏ_２）が用いられる。つまり、本実施形態の酸化剤貯留タンク３１は、酸化剤としての酸素を例えば７０ＭＰａ程度の高圧で貯留し、酸化剤供給手段３２は、この高圧の酸素（Ｏ_２）を循環通路２１に供給する。

燃料供給装置４０は、燃焼室ＣＣに燃料を供給するものであり、燃料貯留タンク４１と、燃料噴射手段４２と、燃料供給通路４３と、レギュレータ４４と、燃料流量計４５と、サージタンク４６とを含んで構成される。

燃料貯留タンク４１は、燃料を高圧の状態で貯留するものである。燃料噴射手段４２は、燃料貯留タンク４１に貯留された燃料を燃焼室ＣＣに噴射するものである。燃料供給通路４３は、燃料貯留タンク４１と燃料噴射手段４２を繋ぐものである。レギュレータ４４、燃料流量計４５及びサージタンク４６は、この燃料供給通路４３上に設けられる。レギュレータ４４と、燃料流量計４５と、サージタンク４６とは、燃料供給通路４３における燃料の供給方向に対して、上流側（燃料貯留タンク４１側）から下流側（燃料噴射手段４２側）に向かってレギュレータ４４、燃料流量計４５、サージタンク４６の順で設けられている。

ここで、本実施形態の燃料噴射手段４２は、燃料を燃焼室ＣＣ内に直接噴射可能なようにシリンダヘッド１１に設けられる。この燃料噴射手段４２は、電子制御装置５０によって制御される、いわゆる、燃料噴射弁である。電子制御装置５０は、例えば、運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する駆動力（要求エンジン負荷）やエンジン回転数等の運転状態に応じて燃料の噴射時期や噴射量、言い換えれば供給量を制御する。

なお、運転者がこの作動ガス循環型エンジン１に要求する駆動力（要求エンジン負荷）は、例えば、作動ガス循環型エンジン１を搭載する車両のアクセル開度などに基づいて設定される。電子制御装置５０は、例えば、作動ガス循環型エンジン１のエンジン回転数と要求する駆動力とに基づいて、現在のエンジン回転数において、作動ガス循環型エンジン１に要求する駆動力を得ることができる水素の供給量を決定する。作動ガス循環型エンジン１のエンジン回転数は、例えばクランク角センサ５１に基づいて検出することができる。クランク角センサ５１は、例えば、作動ガス循環型エンジン１のクランクシャフト１９の回転角度であるクランク角度を検出するものである。クランク角センサ５１は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。電子制御装置５０は、例えば、検出されたクランク角度に基づいて各気筒における吸気行程、圧縮行程、膨張行程、排気行程を判別すると共に、作動ガス循環型エンジン１の回転速度としてエンジン回転数（ｒｐｍ）を算出する。なおここで、エンジン回転数は、言い換えれば、クランクシャフト１９の回転速度に対応し、このクランクシャフト１９の回転速度が高くなれば、クランクシャフト１９の回転数であるエンジン回転数も高くなる。

レギュレータ４４は、燃料供給通路４３におけるレギュレータ４４よりも下流側（燃料流量計４５及びサージタンク４６側）の圧力を設定圧力に調整するものである。また、燃料流量計４５は、燃料供給通路４３における燃料の流量を計測する手段であって、レギュレータ４４で調整された燃料の流量の計測を行う。この燃料流量計４５の計測信号は、電子制御装置５０に送信される。また、サージタンク４６は、燃料噴射手段４２による燃料の噴射時に燃料供給通路４３内に発生する脈動の低減を図るものである。

ここで、この燃料供給装置４０が供給する燃料としては、燃焼により水蒸気を生成するものが用いられ、本実施形態では、上述のように水素（Ｈ_２）が用いられる。つまり、本実施形態の燃料貯留タンク４１は、燃料としての水素を例えば７０ＭＰａ程度の高圧で貯留し、燃料噴射手段４２は、この高圧の水素を燃焼室ＣＣに噴射する。

本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内に燃料としての水素と酸化剤としての酸素を供給し、水素を拡散燃焼させるものとして例示する。すなわち、上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内に形成された高温の圧縮ガス（酸素（Ｏ_２）及びアルゴン（Ａｒ））の中に高圧の水素（Ｈ_２）を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス（酸素）とが拡散混合しながら燃焼する。この燃焼室ＣＣ内での水素の燃焼によって、燃焼室ＣＣの中では、水素と酸素（Ｏ_２）が反応して水蒸気（Ｈ_２Ｏ）が生成されると共に、比熱比の大きいアルゴン（Ａｒ）が熱膨張を起こす。この結果、この作動ガス循環型エンジン１は、水素の拡散燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１３が押し下げられ、これにより動力を発生する。

そして、作動ガス循環型エンジン１は、水素の燃焼とアルゴンの熱膨張とが一通り終わった際（例えば、ピストン１３が下死点近くに位置している際）、排気バルブ１６の開弁に伴って、燃焼室ＣＣ内から水蒸気とアルゴンとを含む排気ガスが排気ポート１１ｃを介して排気管１８に排出される。ここで、排出された排気ガス中のアルゴンは、エンジン本体１０の熱効率を高めるために、循環経路２０を介して燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ再び吸気側から燃焼室ＣＣに供給する必要がある。しかしながら、同時に排出された排気ガス中の水蒸気は、３原子からなる分子（３原子分子）であり、単原子からなるアルゴンよりも比熱比が小さいので、アルゴンと共に燃焼室ＣＣへ循環させてしまうと、エンジン本体１０の熱効率を低下させるおそれがある。このため、この作動ガス循環型エンジン１は、排気ガスの中に含まれる水蒸気を取り除く手段を循環経路２０上に設けている。

具体的には、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を流動する排気ガスの中に含まれる水蒸気を取り除く手段として、凝縮手段としての凝縮器６０を備える。さらに、この作動ガス循環型エンジン１は、冷却水循環路６１と、冷却水ポンプ６２と、ラジエータ６３とを備える。

凝縮器６０は、循環経路２０に設けられ排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水（Ｈ_２Ｏ）とするものである。凝縮器６０は、循環通路２１上の第２循環通路２１ｂと第３循環通路２１ｃとの間に設けられる。つまり、凝縮器６０は、循環通路２１上の酸化剤供給手段３２よりも排気側に設けられる。また、凝縮器６０は、冷却水循環路６１が内部を通るようにして接続されている。

冷却水循環路６１は、凝縮器６０に熱交換媒体としての冷却水を循環させるものであり、冷却水が流動可能である。この冷却水循環路６１は、閉じられた環状の経路になっており、内部に冷却水が充填されている。

冷却水ポンプ６２は、冷却水循環路６１の経路上に設けられており、冷却水循環路６１の冷却水は、この冷却水ポンプ６２が駆動することで冷却水循環路６１を循環することができる。

ラジエータ６３は、冷却水循環路６１の経路上に設けられており、冷却水循環路６１を循環する冷却水を冷却可能なものである。本実施形態のラジエータ６３は、放熱手段として作用し、この作動ガス循環型エンジン１を搭載する車両の走行風などにより冷却水循環路６１を循環する冷却水を冷却可能である。

したがって、この凝縮器６０は、冷却水循環路６１を循環しラジエータ６３により冷却された冷却水が内部に循環、供給されることで、この冷却水と循環経路２０を流れる排気ガスとを熱交換させ排気ガスを冷却することにより、排気ガスに含まれる水蒸気（Ｈ_２Ｏ）を液化、凝縮して凝縮水とし排気ガスから分離する。すなわち、凝縮器６０は、排気ガスをアルゴンと凝縮水とに分離することができる。このとき、凝縮器６０にて循環経路２０の排気ガスと熱交換をすることで熱を吸収し温度が上昇した冷却水は、冷却水循環路６１を循環し再びラジエータ６３を通過する際に放熱することで温度が低下し、すなわち、冷却される。つまり、冷却水循環路６１を循環する冷却水は、凝縮器６０にて吸収した熱をラジエータ６３で放熱する。

そして、凝縮器６０によって分離されたアルゴンは、凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂを介して第３循環通路２１ｃに排出される。一方、凝縮器６０によって分離された凝縮水は、凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃを介して凝縮水排出通路６４に排出され、循環経路２０の系外、ここでは後述する凝縮水貯留手段としての凝縮水貯留タンク７０に排出される。

なお、この凝縮器６０とラジエータ６３とは、エンジン運転中に想定し得る最も高温の排気ガスが燃焼室ＣＣから排出された際に、その排気ガス中の水蒸気が液化・凝縮される温度にまで排気ガス温度を下げることのできる容量（換言すれば排気ガスの冷却性能）に設定される。

ここで、燃焼室ＣＣから排出された排気ガスの中には、水蒸気やアルゴンだけでなく、水素又は酸素が含まれていることがある。例えば、酸素に対して水素の燃焼室ＣＣへの供給量の方が所定よりも多いときには、未燃焼の水素が残り、そのまま循環経路２０へと排出される。また、水素に対して酸素の燃焼室ＣＣへの供給量の方が所定よりも多いときには、酸素が残り、そのまま循環経路２０へと排出される。このため、排気ガス中の水素や酸素は、凝縮器６０で排気ガス中の水蒸気が分離された後のアルゴンと共に凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂから第３循環通路２１ｃに排出される。したがって、排気ガス中の水素や酸素もアルゴンと同様に循環経路２０を循環し再び燃焼室ＣＣに供給される。

そこで、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を排気側から吸気側に循環するガス（循環ガス）中の水素又は酸素の量を検出し、水素又は酸素が燃焼室ＣＣに到達する時期を見計らって、燃料供給装置４０からの水素の噴射量又は酸化剤供給装置３０からの酸素の供給量を調節している。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内における水素又は酸素の過多を防ぐことができる。

具体的には、作動ガス循環型エンジン１は、循環経路２０を循環する循環ガス中の燃料の濃度を検出する燃料濃度検出手段、ここでは循環ガス中の水素濃度を検出する水素濃度検出手段であって、具体的には水素濃度センサ５２と、循環ガス中の酸化剤の濃度を検出する酸化剤濃度検出手段、ここでは循環ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度検出手段であって、具体的には酸素濃度センサ５３とを備えている。水素濃度センサ５２と酸素濃度センサ５３とは、各々検出信号を電子制御装置５０に送信する。したがって、電子制御装置５０は、その各検出信号から循環ガス中の水素又は酸素の残存量を把握し、その水素又は酸素が燃焼室ＣＣに到達する時期を見計らって、燃料噴射手段４２の水素の噴射量又はレギュレータ３４の目標圧力（つまり酸素の供給量）を制御する。

上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、燃焼室ＣＣ内での水素の燃焼に伴って比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こすことでピストン１３が押し下げられ、このピストン１３がシリンダボア１２ａ内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を１つのサイクルとしてこのサイクルを繰り返す。ピストン１３の往復運動は、コネクティングロッド１４によってクランクシャフト１９に伝達され、コネクティングロッド１４とクランクシャフト１９との作用により往復運動が回転運動に変換され、クランクシャフト１９が回転する。この間、電子制御装置５０は、クランクシャフト１９の回転位置や、車両の運転席に設けられるアクセルペダル（不図示）の操作量であるアクセル開度、循環ガス中の水素又は酸素の残存量等の運転状態に応じて、燃料噴射手段４２の水素の噴射量又はレギュレータ３４の目標圧力（つまり酸素の供給量）を制御する。

また、作動ガス循環型エンジン１は、クランクシャフト１９の回転に伴って吸気バルブ１５や排気バルブ１６が往復運動し、循環経路２０と燃焼室ＣＣとの連通と遮断とを繰り返すことにより、吸排気を行ない上記の４つの行程を繰り返す。

すなわち、作動ガス循環型エンジン１は、吸気行程において、吸気バルブ１５が開弁する一方、排気バルブ１６が閉弁すると共に、ピストン１３が上死点側から下死点側に移動することにより、循環経路２０の吸気管１７、吸気ポート１１ｂを介して燃焼室ＣＣに酸素とアルゴンとが吸気される。

次に、作動ガス循環型エンジン１は、圧縮行程において、吸気バルブ１５が閉弁し吸気バルブ１５と排気バルブ１６の両方が閉弁状態となると共に、ピストン１３が下死点側から上死点側に移動することにより、燃焼室ＣＣ内の酸素、アルゴンが圧縮され温度が上昇する。

次に、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼行程において、燃焼室ＣＣ内に形成された高温の圧縮ガス（酸素及びアルゴン）の中に高圧の水素を噴射することにより、この水素の一部が自己着火し、水素と圧縮ガス（酸素）とが拡散混合しながら燃焼する。そして、水素が燃焼すると、これに伴って比熱比の大きいアルゴンが熱膨張を起こし、この水素の拡散燃焼とアルゴンの熱膨張とによってピストン１３が押し下げられ、これにより、作動ガス循環型エンジン１は、動力を発生する。

次に、作動ガス循環型エンジン１は、排気行程において、吸気バルブ１５が閉弁状態を維持する一方、排気バルブ１６が開弁すると共に、ピストン１３が下死点側から上死点側に移動することにより、水蒸気とアルゴンとを含む排気ガスが燃焼室ＣＣ内から循環経路２０の排気ポート１１ｃを介して排気管１８に排出される。

そして、作動ガス循環型エンジン１は、水蒸気とアルゴンとを含む排気ガスが燃焼室ＣＣ内から循環経路２０に排出され、この排気ガスが燃焼室ＣＣに向けて循環経路２０を循環する際には、凝縮器６０にて排気ガス中の水蒸気が液化・凝縮され分離される。これにより、作動ガス循環型エンジン１は、比熱比の小さい水蒸気が燃焼室ＣＣに供給されず、比熱比の大きい作動ガスとしてのアルゴンが燃焼室ＣＣへと再び供給されるので、作動ガスによる熱効率の高い運転を行うことができる。

ところで、この作動ガス循環型エンジン１は、上述したように、排気ガスを循環ガスとして燃焼室ＣＣに向けて循環させる際に、凝縮器６０において排気ガスの中の水蒸気を取り除く。そして、作動ガス循環型エンジン１は、比熱比の小さい水蒸気を燃焼室ＣＣに供給せず、比熱比の大きい作動ガスとしてのアルゴンを燃焼室ＣＣへ再び供給することで、熱効率の高い運転を行っている。このとき、この作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水を凝縮水排出口６０ｃから凝縮水排出通路６４に排出し循環経路２０の系外に排水し、単純に凝縮水貯留タンク７０に貯留するだけでは凝縮水貯留タンク７０の大きさに限界があるため搭載性が悪化するなど種々の問題が生じうるおそれがあることから、この凝縮水を適正に処理する必要がある。

例えば、作動ガス循環型エンジン１は、燃焼後の高温の排気ガスが流れる排気管１８を覆うようにして凝縮水を貯留するための凝縮水貯留タンクを設けて排気熱を利用してこの凝縮水を蒸発させてから処理することで、凝縮水を適正に処理することもできるが、この場合、搭載性の面でさらなる向上の余地がある。すなわち、作動ガス循環型エンジン１は、上記のように排気管１８を覆うようにして凝縮水貯留タンクを設けて排気熱を利用してこの凝縮水を蒸発させる場合、凝縮水貯留タンクに貯留された凝縮水と排気管１８の外面とを接触させるために排気管１８近傍の限られた搭載スペースに凝縮水貯留タンクを配置しなければならい。このため、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンクの搭載における自由度が少なくなり、例えば、十分な凝縮水貯留タンクの容量を確保するために作動ガス循環型エンジン１の大型化をまねいたり逆に十分な凝縮水貯留タンクの容量を確保できなかったりするおそれがある。

そこで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン１は、図１に示すように、凝縮水貯留手段としての凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送手段としての圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で蒸発手段としての熱交換器９０に圧送し、この熱交換器９０により圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることで、凝縮水を適正に処理している。

凝縮水貯留タンク７０は、凝縮水を貯留可能なものである。すなわち、凝縮水貯留タンク７０は、凝縮器６０によって分離された凝縮水を貯留可能なものであり、凝縮水排出通路６４に接続されている。したがって、凝縮器６０によって分離された凝縮水は、凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃを介して凝縮水排出通路６４に排出され、この凝縮水貯留タンク７０に排水される。

圧送部８０は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を大気圧よりも高い圧力で圧送するものである。本実施形態の圧送部８０は、凝縮水経路８１と、凝縮水ポンプ８２とを有する。

凝縮水経路８１は、内部を凝縮水が流動可能なものである。凝縮水経路８１は、凝縮水貯留タンク７０と後述の熱交換器９０とを凝縮水が流動可能に接続する。ここでは、凝縮水経路８１は、上述の凝縮水排出通路６４と、大気開放通路８３とを含んで構成される。

凝縮水排出通路６４は、上述したように凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃと凝縮水貯留タンク７０とを接続するものであり、一端が凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃに接続され、他端が凝縮水貯留タンク７０内部の凝縮水を貯留する空間部に開口する。これにより、凝縮器６０によって分離された凝縮水は、凝縮水排出口６０ｃ、凝縮水排出通路６４を介して凝縮水貯留タンク７０に排出され、この凝縮水貯留タンク７０に貯留される。

大気開放通路８３は、凝縮水貯留タンク７０の内部を後述する熱交換器９０を介して大気に開放するものであり、一端が凝縮水貯留タンク７０内部の凝縮水を貯留する空間部に開口し、他端が大気に開口する。後述する熱交換器９０は、この大気開放通路８３に設けられる。これにより、後述するように、凝縮水貯留タンク７０から大気開放通路８３を介して熱交換器９０に圧送された凝縮水は、熱交換器９０にて蒸発し水蒸気となり、この水蒸気は、大気開放通路８３の他端から大気に開放される。

つまり、凝縮水経路８１は、全体として、凝縮水排出通路６４側の一端が凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃに接続し、大気開放通路８３側の他端が大気に開放された経路をなし、凝縮水排出通路６４と大気開放通路８３との間に凝縮水貯留タンク７０が設けられ、大気開放通路８３上に熱交換器９０が設けられる。

凝縮水ポンプ８２は、凝縮水経路８１に設けられ凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク７０側から熱交換器９０側に圧送するものである。本実施形態の凝縮水ポンプ８２は、凝縮水経路８１のうちの大気開放通路８３上に設けられている。凝縮水ポンプ８２は、大気開放通路８３において、凝縮水貯留タンク７０内部に位置する大気開放通路８３の開口と、後述する熱交換器９０との間に設けられている。

凝縮水ポンプ８２は、凝縮水貯留タンク７０内部に位置する大気開放通路８３の開口を介して凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を大気開放通路８３に吸引し、この凝縮水を大気圧よりも高い圧力に加圧して圧送する。凝縮水ポンプ８２は、凝縮水経路８１の大気開放通路８３内の凝縮水の圧力を大気圧よりも高い圧力に加圧した上で凝縮水貯留タンク７０側から熱交換器９０側に圧送する。したがって、大気開放通路８３を凝縮水ポンプ８２により大気圧よりも高い圧力で圧送される凝縮水（後述する熱交換器９０で蒸発した後は水蒸気）は、凝縮水貯留タンク７０側から大気側に一方向に流れ、逆流することが防止される。なお、この凝縮水ポンプ８２は、例えば、電子制御装置５０によりその駆動が制御されることで凝縮水の圧送量を調節することができる。

熱交換器９０は、圧送部８０により圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱により蒸発させるものである。熱交換器９０は、排気ガスと凝縮水とを熱交換させることで、排気ガスの排気熱によりこの凝縮水を蒸発させる。この熱交換器９０は、循環経路２０に設けられる。本実施形態の熱交換器９０は、循環通路２１のうちの第２循環通路２１ｂ上に設けられる。すなわち、熱交換器９０は、第２循環通路２１ｂにおいて、排気ポート１１ｃと凝縮器６０との間に設けられ、内部に排気ガスを導入する排気ガス導入口９０ａが第２循環通路２１ｂの排気ポート１１ｃ側に接続され、内部から排気ガスを排出する排気ガス排出口９０ｂが第２循環通路２１ｂの凝縮器６０側に接続される。そして、熱交換器９０は、凝縮水経路８１の大気開放通路８３が内部を通るようにして接続されている。言い換えれば、凝縮水経路８１は、熱交換器９０の内部を通るようにして設けられる。

したがって、熱交換器９０は、第２循環通路２１ｂを流れる排気ガスと、大気開放通路８３を凝縮水ポンプ８２により圧送されて流れる凝縮水とが熱交換することで、排気ガスの排気熱によりこの凝縮水を蒸発させることができる。ここでは、熱交換器９０は、循環経路２０を循環する作動ガスの循環方向に対して凝縮器６０より上流側の排気ガス、すなわち、燃焼後の高温の排気ガスの排気熱により凝縮水を蒸発させることができる。

上記のように構成される作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水が凝縮水排出口６０ｃ、凝縮水排出通路６４を介して凝縮水貯留タンク７０に排出され、この凝縮水貯留タンク７０に貯留される。凝縮水貯留タンク７０に貯留された凝縮水は、凝縮水ポンプ８２が駆動することで凝縮水貯留タンク７０内部に位置する大気開放通路８３の開口を介して大気開放通路８３に吸引され大気圧よりも高い圧力に加圧されて熱交換器９０に向けて圧送される。そして、大気開放通路８３を熱交換器９０に向けて圧送された凝縮水は、熱交換器９０に至る。

そして、大気開放通路８３を凝縮水ポンプ８２により圧送されて流れ熱交換器９０に至った凝縮水は、この熱交換器９０にて、第２循環通路２１ｂを流れ熱交換器９０内部に導入された排気ガスと熱交換することで、この排気ガスの排気熱を吸収し温度が上昇し、この結果、蒸発し水蒸気となる。そして、熱交換器９０で凝縮水が蒸発することで発生する水蒸気は、大気開放通路８３を熱交換器９０側から大気側に一方向に流れ、大気開放通路８３の開口から大気に開放される。

この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を熱交換器９０で排気ガスの排気熱を利用して蒸発させて水蒸気として大気に放出することで凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができるので、凝縮水貯留タンク７０の容量を相対的に小さくすることができ、作動ガス循環型エンジン１の車両への搭載性を向上することができる。

また、この作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により熱交換器９０に圧送しこの凝縮水を蒸発させることから、例えば、凝縮水貯留タンク７０に貯留された凝縮水と第２循環通路２１ｂをなす排気管１８の外面とを直接接触させる必要がなく、排気管１８近傍の限られた搭載スペースに凝縮水貯留タンク７０を配置する必要がない。この結果、この作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０の搭載場所の自由度を向上させることができる。したがって、この作動ガス循環型エンジン１は、例えば、十分な凝縮水貯留タンク７０の容量を確保するために作動ガス循環型エンジン１の大型化をまねいたり逆に十分な凝縮水貯留タンク７０の容量を確保できなかったりすることを防止することができる。さらに、この作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水が直接的に第２循環通路２１ｂをなす排気管１８に接触していないので、排気管１８が局所的に温度低下することを防止することができ、この結果、排気管１８に熱ひずみが生じることを抑制することができ、よって、排気管１８の耐久性を向上することができる。

またこのとき、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し熱交換器９０で発生した水蒸気を大気に放出することから、大気開放通路８３を流れる凝縮水及び熱交換器９０で蒸発した後は水蒸気が凝縮水貯留タンク７０側から熱交換器９０を介して大気側に一方向に流れるようにすることができ、凝縮水、水蒸気が大気開放通路８３内を逆流することを防止することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により熱交換器９０に圧送しこの凝縮水を蒸発させ、確実に大気に放出することができる。

さらに、この作動ガス循環型エンジン１は、熱交換器９０が循環経路２０を循環する作動ガスの循環方向に対して凝縮器６０より上流側の第２循環通路２１ｂに設けられることから、熱交換器９０が凝縮器６０に到達する前の排気ガスの排気熱を凝縮水に吸収させることができるので、凝縮器６０に導入される前の排気ガスの温度を低下させることができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器６０に導入される排気ガスの温度を低下させることができることから、排気ガス中の水蒸気が液化・凝縮される温度にまで排気ガス温度を下げることのできる凝縮器６０、ラジエータ６３の容量を小さくすることができるので、凝縮器６０、ラジエータ６３を小型化することができる。つまり、この作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器６０に導入される排気ガスの温度を低下させることができることから、凝縮器６０で冷却水が排気ガスから奪う熱量が少なくてすみ、よって、凝縮器６０、ラジエータ６３の容量を小さくすることができる。言い換えれば、この作動ガス循環型エンジン１は、比較的容量の小さい凝縮器６０、ラジエータ６３によって排気ガスから水蒸気を分離することができ作動ガスの平均比熱比の低下を防止することができることから、作動ガス循環型エンジン１を小型化し搭載性を向上した上で高効率運転を維持することができる。

さらに言い換えれば、この作動ガス循環型エンジン１は、例えば凝縮器６０に対するラジエータ６３とは別個に凝縮器、ラジエータ等を設けることなく、熱交換器９０における排気ガスと凝縮水との熱交換により排気ガスの温度を低下させることができるので、この点においても作動ガス循環型エンジン１を小型化することができ、この結果、作動ガス循環型エンジン１の車両への搭載性を向上することができる。なお、作動ガス循環型エンジン１では、熱交換器９０にて排気ガスと凝縮水とが熱交換することで結果的に生じた凝縮水は、例えば、第２循環通路２１ｂ、排気ガス導入口６０ａ、凝縮器６０、凝縮水排出口６０ｃ及び凝縮水排出通路６４を介して凝縮水貯留タンク７０に排出してもよいし、これとは別系統の凝縮水排出通路（不図示）を介して凝縮水貯留タンク７０に排出するようにしてもよい。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１によれば、酸化剤としての酸素と、この酸素との燃焼により水蒸気を生成する燃料としての水素と、空気より比熱比の高いアルゴンとが供給され、水素の燃焼に伴ってアルゴンが膨張可能であると共に水素の燃焼後の排気ガスとして水蒸気とアルゴンとを排気可能な燃焼室ＣＣと、排気ガス中に含まれるアルゴンを燃焼室ＣＣの排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室ＣＣに供給可能な循環経路２０と、循環経路２０に設けられ排気ガス中に含まれる水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮器６０と、凝縮水を貯留可能な凝縮水貯留タンク７０と、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を大気圧よりも高い圧力で圧送する圧送部８０と、圧送部８０により圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱により蒸発させる熱交換器９０とを備える。

したがって、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１によれば、酸化剤は、酸素であり、燃料は、水素である。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、酸素と水素との燃焼によって発生する水蒸気を凝縮器６０によって凝縮水として分離し、この凝縮水を凝縮水貯留タンク７０に一旦貯留した上で、圧送部８０と熱交換器９０とにより水蒸気として大気に放出し、適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１によれば、熱交換器９０は、循環経路２０を循環する作動ガスの循環方向に対して凝縮器６０より上流側の排気ガスの排気熱により凝縮水を蒸発させる。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、熱交換器９０が循環経路２０を循環する作動ガスの循環方向に対して凝縮器６０より上流側の排気ガスの排気熱により凝縮水を蒸発させることから、比較的に高温の排気ガスの排気熱により凝縮水を効率的に蒸発させることができる。さらに、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器６０に到達する前の排気ガスの排気熱を凝縮水に吸収させることができるので、凝縮器６０に導入される排気ガスの温度を低下させることができ、凝縮器６０、ラジエータ６３の容量を小さくすることができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮器６０、ラジエータ６３を小型化することができ、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理した上で搭載性をさらに向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン１によれば、圧送部８０は、凝縮水貯留タンク７０と熱交換器９０とを凝縮水が流動可能に接続する凝縮水経路８１と、凝縮水経路８１に設けられこの凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク７０側から熱交換器９０側に圧送する凝縮水ポンプ８２とを有する。したがって、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を凝縮水ポンプ８２により大気圧よりも高い圧力で凝縮水経路８１を介して熱交換器９０に圧送し熱交換器９０で発生した水蒸気を大気に放出することから、凝縮水経路８１を流れる凝縮水（熱交換器９０で蒸発した後は水蒸気）が逆流することを確実に防止することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により熱交換器９０に圧送しこの凝縮水を蒸発させ、確実に大気に放出することができる。

なお、以上の説明では、熱交換器９０は、第２循環通路２１ｂに設けられ循環経路２０を循環する作動ガスの循環方向に対して凝縮器６０より上流側の排気ガスの排気熱により凝縮水を蒸発させるものとして説明するがこれに限らない。熱交換器９０は、循環通路２１において、排気ガスの排気熱から凝縮水を十分に蒸発させることができる程度の熱量を得ることができる部分であれば、例えば凝縮器６０の下流側に設けられていてもよい。ただし、燃焼後の排気ガスの排気熱は、燃焼室ＣＣの排気ポート１１ｃ側に近いほど相対的に高温となることから、熱交換器９０は、循環通路２１において、比較的に燃焼室ＣＣの排気ポート１１ｃ側に近い位置に設けられることが好ましい。熱交換器９０は、例えば、凝縮器６０の作動ガス排出口６０ｂより上流側に設けられることが好ましく、さらに言えば、以上で説明したように凝縮器６０の排気ガス導入口６０ａより上流側に設けられることがさらに好ましい。

また、凝縮水経路８１をなす大気開放通路８３は、熱交換器９０より凝縮水貯留タンク７０側の一部が凝縮器６０内部を通るようにしてもよい。この場合、凝縮器６０の内部において、冷却水循環路６１と大気開放通路８３とが互いに独立した別系統となっていればよい。この場合、作動ガス循環型エンジン１は、大気開放通路８３を熱交換器９０側に向かって移動する凝縮水が凝縮器６０において排気ガスの排気熱を吸収することで、熱交換器９０に到達する前に予熱されるので、熱交換器９０は、凝縮器６０にて予熱された凝縮水を効率的に蒸発させることができる。

また、圧送部８０の凝縮水ポンプ８２は、大気開放通路８３以外に設けられていてもよい。

図２は、本発明の変形例１に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

本変形例に係る作動ガス循環型エンジン１Ａは、図２に示すように、圧送手段としての圧送部８０Ａを備え、この圧送部８０Ａは、凝縮水経路８１と、凝縮水ポンプ８２Ａとを有する。凝縮水経路８１は、凝縮水排出通路６４と、大気開放通路８３とを含んで構成される。そして、凝縮水ポンプ８２Ａは、凝縮水経路８１に設けられ凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク７０Ａ側から熱交換器９０側に圧送するものである。本変形例の凝縮水ポンプ８２Ａは、凝縮水経路８１のうちの凝縮水排出通路６４上に設けられている。

そして、本変形例の凝縮水貯留手段としての凝縮水貯留タンク７０Ａは、凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされている。したがって、凝縮水ポンプ８２Ａは、凝縮水排出通路６４内の凝縮水を内部空間が密閉状態とされた凝縮水貯留タンク７０Ａ側に向けて押し込むようにして圧送することで、凝縮水貯留タンク７０Ａ内部の圧力を大気圧よりも高い圧力に加圧し、凝縮水貯留タンク７０Ａに貯留される凝縮水を、大気開放通路８３を介して熱交換器９０側に向けて圧送することができる。

この場合であっても、作動ガス循環型エンジン１Ａは、凝縮水貯留タンク７０Ａに貯留される凝縮水を圧送部８０Ａにより大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０Ａに貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン１Ａの車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

そして、この場合であっても、作動ガス循環型エンジン１Ａは、凝縮水貯留タンク７０Ａに貯留される凝縮水を凝縮水ポンプ８２Ａにより大気圧よりも高い圧力で凝縮水経路８１を介して熱交換器９０に圧送し熱交換器９０で発生した水蒸気を大気に放出することから、凝縮水経路８１を流れる凝縮水及び水蒸気が逆流することを防止することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク７０Ａに貯留される凝縮水を圧送部８０Ａにより熱交換器９０に圧送しこの凝縮水を蒸発させ、確実に大気に放出することができる。

（実施形態２）
図３は、本発明の実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図４は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。実施形態２に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが圧送手段の構成が実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン２０１は、図３に示すように、圧送手段としての圧送部２８０を備える。圧送部２８０は、凝縮水貯留タンク２７０に貯留される凝縮水を大気圧よりも高い圧力で圧送するものである。圧送部２８０は、凝縮水経路８１を有し、この凝縮水経路８１は、凝縮水排出通路６４と、大気開放通路８３とを含んで構成される。

凝縮水経路８１は、全体として、凝縮水排出通路６４側の一端が凝縮器６０の凝縮水排出口６０ｃに接続し、大気開放通路８３側の他端が大気に開放された経路をなし、凝縮水排出通路６４と大気開放通路８３との間に凝縮水貯留手段としての凝縮水貯留タンク２７０が設けられ、大気開放通路８３上に熱交換器９０が設けられる。

ここで、本実施形態の圧送部２８０は、以上で説明した凝縮水ポンプ８２（図１参照）や凝縮水ポンプ８２Ａ（図２参照）を備えていない点で圧送部８０（図１参照）や圧送部８０Ａ（図２参照）とは異なる。

そして、本実施形態の凝縮水貯留タンク２７０は、以上で説明した凝縮水貯留タンク７０Ａ（図２参照）と同様に、凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされている。

したがって、本実施形態の圧送部２８０の凝縮水経路８１は、凝縮水貯留タンク２７０と熱交換器９０とを凝縮水が流動可能に接続すると共に、凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされた凝縮水貯留タンク２７０を介して循環経路２０と連通する。つまり、凝縮水経路８１は、凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされた凝縮水貯留タンク２７０を介して、凝縮器６０にて循環経路２０の循環通路２１と連通する構成となっている。

そして、圧送部２８０は、凝縮水貯留タンク２７０を密閉状態とした上で、循環経路２０の循環通路２１の圧力、すなわち、循環通路２１内のガスの圧力を利用して、凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク２７０側から熱交換器９０側に圧送する。圧送部２８０は、循環経路２０の循環通路２１の圧力が大気圧よりも高くなることで、凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク２７０側から熱交換器９０側に圧送することができる。つまり、圧送部２８０は、大気圧よりも高い循環経路２０の循環通路２１の圧力により凝縮水排出通路６４内の凝縮水を密閉状態とされた凝縮水貯留タンク２７０側に向けて押し込むようにして圧送することで、凝縮水貯留タンク２７０内部の圧力を大気圧よりも高い圧力に加圧し、凝縮水貯留タンク２７０に貯留される凝縮水を、大気開放通路８３を介して熱交換器９０側に向けて圧送することができる。

ここで、循環経路２０の循環通路２１内の圧力は、循環経路２０全体を大気圧より高くする必要はなく、例えば、凝縮器６０から凝縮水を排出する部分の近傍、すなわち、凝縮水排出口６０ｃの近傍を大気圧より高くすればよい。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン２０１によれば、作動ガス循環型エンジン２０１は、凝縮水貯留タンク２７０に貯留される凝縮水を圧送部２８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク２７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン２０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン２０１によれば、圧送部２８０は、凝縮水貯留タンク２７０と熱交換器９０とを凝縮水が流動可能に接続すると共に、凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされた凝縮水貯留タンク２７０を介して循環経路２０と連通する凝縮水経路８１を有し、大気圧よりも高い循環経路２０のガスの圧力により凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク２７０側から熱交換器９０側に圧送する。したがって、作動ガス循環型エンジン２０１は、凝縮水貯留タンク２７０に貯留される凝縮水を大気圧よりも高い循環経路２０のガスの圧力により凝縮水経路８１を介して熱交換器９０に圧送し熱交換器９０で発生した水蒸気を大気に放出することから、凝縮水経路８１を流れる凝縮水（熱交換器９０で蒸発した後は水蒸気）が逆流することを確実に防止することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン１は、凝縮水貯留タンク２７０に貯留される凝縮水を圧送部２８０により熱交換器９０に圧送しこの凝縮水を蒸発させ、確実に大気に放出することができる。そして、作動ガス循環型エンジン２０１は、圧送部２８０が凝縮水貯留タンク２７０を密閉状態とした上で、循環経路２０内のガスの圧力を利用して、凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク２７０側から熱交換器９０側に圧送することから、例えば、上述したような凝縮水ポンプ８２（図１参照）や凝縮水ポンプ８２Ａ（図２参照）を備える必要がないので、作動ガス循環型エンジン２０１を小型化することができ、作動ガス循環型エンジン２０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

なお、以上で説明した作動ガス循環型エンジン２０１の圧送部２８０は、さらに作動ガス貯留手段、調節手段を備えていてもよい。

図４は、本発明の変形例２に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

本変形例に係る作動ガス循環型エンジン２０１Ａは、図４に示すように、圧送手段としての圧送部２８０Ａを備える。凝縮水貯留タンク２７０は、上述したように凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされている。そして、本変形例の圧送部２８０Ａは、上述した圧送部２８０とほぼ同様の構成であるが、さらに、作動ガス貯留手段としての高圧タンク２８４Ａと、調節手段としての圧力調節弁２８５Ａとを含んで構成される点で、上述した圧送部２８０とは異なる。

高圧タンク２８４Ａは、循環経路２０から分岐して設けられ、例えば、循環経路２０内のガスの圧力と比べて相対的に高圧の作動ガスを貯留するものである。高圧タンク２８４Ａは、循環経路２０の循環通路２１、ここでは、第３循環通路２１ｃから分岐する分岐通路２８６Ａ上に設けられる。高圧タンク２８４Ａは、その内部が分岐通路２８６Ａを介して第３循環通路２１ｃの内部と連通する。

圧力調節弁２８５Ａは、高圧タンク２８４Ａと循環経路２０の循環通路２１、ここでは、第３循環通路２１ｃとの間の作動ガスの流出入を調節するものである。圧力調節弁２８５Ａは、分岐通路２８６Ａに設けられ、弁体の開閉動作が実行され分岐通路２８６Ａの開度が調節され分岐通路２８６Ａの通路面積が調節されることで、高圧タンク２８４Ａと第３循環通路２１ｃとの間の作動ガスの流出入を調節することができる。

この結果、作動ガス循環型エンジン２０１Ａは、電子制御装置５０により圧力調節弁２８５Ａの開度が調節され高圧タンク２８４Ａと第３循環通路２１ｃとの間の作動ガスの流出入が調節されることで、循環経路２０の循環通路２１内のガスの圧力を大気圧よりも高くすることができ、これにより、圧送部２８０Ａは、循環経路２０の循環通路２１内のガスの圧力を利用して、凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク２７０側から熱交換器９０側に圧送することができる。また、圧送部２８０Ａは、電子制御装置５０により圧力調節弁２８５Ａの開度が調節され高圧タンク２８４Ａと第３循環通路２１ｃとの間の作動ガスの流出入が調節され循環経路２０の循環通路２１内のガスの圧力が制御されることで、凝縮水の圧送量を調節することができる。

以上で説明した本発明の変形例に係る作動ガス循環型エンジン２０１Ａによれば、圧送部２８０Ａは、循環経路２０から分岐して設けられ相対的に高圧の作動ガスを貯留する高圧タンク２８４Ａと、高圧タンク２８４Ａと循環経路２０との間の作動ガスの流出入を調節する圧力調節弁２８５Ａとを有するように構成してもよい。この場合、電子制御装置５０により圧力調節弁２８５Ａの開度が調節されることで、循環経路２０の内のガスの圧力を大気圧よりも高くすることができ、これにより、圧送部２８０Ａは、循環経路２０内のガスの圧力を利用して、凝縮水経路８１の凝縮水を加圧し凝縮水貯留タンク２７０側から熱交換器９０側に圧送することができる。そして、この場合、圧送部２８０Ａは、例えば、燃焼室ＣＣ内での酸素と水素の燃焼状態、言い換えれば、酸素、水素の供給量を制御しなくても、圧力調節弁２８５Ａの開度を調節し高圧タンク２８４Ａと第３循環通路２１ｃとの間の作動ガスの流出入を調節することで、循環経路２０の内のガスの圧力を調節することができ、例えば、凝縮水ポンプ８２（図１参照）や凝縮水ポンプ８２Ａ（図２参照）を備えない構成であっても、燃焼室ＣＣ内での酸素と水素の燃焼状態を変動させることなく凝縮水の圧送量を調節することができる。

（実施形態３）
図５は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図６は、本発明の実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量制御を説明するフローチャートである。実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが圧送量制御手段を備える点で実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン３０１は、図５に示すように、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に圧送量制御手段としての圧送量制御部３５１が設けられている。

ここで、電子制御装置５０は、マイクロコンピュータを中心として構成され処理部５０ａ、記憶部５０ｂ及び入出力部５０ｃを有し、これらは互いに接続され、互いに信号の受け渡しが可能になっている。入出力部５０ｃには作動ガス循環型エンジン３０１を含む車両の各部を駆動する不図示の駆動回路、上述した各種センサが接続されており、この入出力部５０ｃは、これらのセンサ等との間で信号の入出力を行なう。また、記憶部５０ｂには、作動ガス循環型エンジン３０１の各部を制御するコンピュータプログラムが格納されている。この記憶部５０ｂは、ハードディスク装置や光磁気ディスク装置、またはフラッシュメモリ等の不揮発性のメモリ（ＣＤ−ＲＯＭ等のような読み出しのみが可能な記憶媒体）や、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）のような揮発性のメモリ、あるいはこれらの組み合わせにより構成することができる。処理部５０ａは、不図示のメモリ及びＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）により構成されており、少なくとも上述の圧送量制御部３５１を有している。電子制御装置５０による各種制御は、各部に設けられたセンサによる検出結果に基づいて、処理部５０ａが前記コンピュータプログラムを当該処理部５０ａに組み込まれたメモリに読み込んで演算し、演算の結果に応じて制御信号を送ることにより実行される。その際に処理部５０ａは、適宜記憶部５０ｂへ演算途中の数値を格納し、また格納した数値を取り出して演算を実行する。なお、この作動ガス循環型エンジン３０１の各部を制御する場合には、前記コンピュータプログラムの代わりに、電子制御装置５０とは異なる専用のハードウェアによって制御してもよい。

そして、圧送量制御部３５１は、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御することで、圧送部８０における凝縮水の圧送量を調節するものである。本実施形態の圧送量制御部３５１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量に基づいて凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御する。

ここで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン３０１は、流量検出手段としての流量センサ５４を備えている。流量センサ５４は、凝縮水貯留手段への凝縮水の流量を検出するものである。本実施形態の流量センサ５４は、凝縮水経路８１をなす凝縮水排出通路６４に設けられており、凝縮水排出通路６４にて、凝縮器６０から凝縮水排出口６０ｃ、凝縮水排出通路６４を介して凝縮水貯留タンク７０に排出される凝縮水の流量を検出する。流量センサ５４は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。圧送量制御部３５１は、この流量センサ５４が検出した凝縮水の流量に基づいて凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量を検出、取得する。

そして、圧送量制御部３５１は、取得した凝縮水の発生量に基づいて、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御する。さらに具体的には、圧送量制御部３５１は、凝縮水ポンプ８２による凝縮水の圧送量が取得した凝縮水の発生量とほぼ同等になるように圧送量を制御する。なお、圧送量制御部３５１は、凝縮水の発生量に対応する値として、流量センサ５４が検出した凝縮水の流量をそのまま用いてもよい。すなわち、圧送量制御部３５１は、流量センサ５４が検出した凝縮水の流量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することで、結果的に凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することができる。

この結果、作動ガス循環型エンジン３０１は、凝縮水の発生量に基づいて、圧送量制御部３５１が凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し、凝縮水の圧送量が凝縮水の発生量とほぼ同等になるように凝縮水ポンプ８２による圧送量を制御することから、凝縮水の発生量に応じた圧送量で、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を熱交換器９０に向けて圧送し、蒸発させることができるので、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができる。したがって、作動ガス循環型エンジン３０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができることから、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理した上で、凝縮水貯留タンク７０の容量を小さくすることができ、よって、作動ガス循環型エンジン３０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

次に、図６のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン３０１の圧送量制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。

まず、電子制御装置５０の圧送量制御部３５１は、流量センサ５４が検出した凝縮水の流量に基づいて凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量を検出、取得する（Ｓ１００）。

次に、圧送量制御部３５１は、Ｓ１００にて取得した凝縮水の発生量と、凝縮水ポンプ８２による現在の凝縮水の圧送量とを比較し、凝縮水の発生量が現在の凝縮水の圧送量より多いか否かを判定する（Ｓ１０１）。

圧送量制御部３５１は、凝縮水の発生量が現在の凝縮水の圧送量より多いと判定した場合（Ｓ１０１：Ｙｅｓ）、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を予め設定された所定量分だけ増加させて（Ｓ１０２）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

圧送量制御部３５１は、凝縮水の発生量が現在の凝縮水の圧送量以下であると判定した場合（Ｓ１０１：Ｎｏ）、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を予め設定された所定量分だけ減少させて（Ｓ１０３）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン３０１によれば、作動ガス循環型エンジン３０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン３０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン３０１によれば、凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御する圧送量制御部３５１を備える。したがって、作動ガス循環型エンジン３０１は、凝縮水の発生量に基づいて圧送量制御部３５１が圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し圧送部８０の凝縮水ポンプ８２による凝縮水の圧送量を制御することから、凝縮水の発生量に応じた圧送量で、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を熱交換器９０に向けて圧送し、蒸発させることができるので、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができる。この結果、作動ガス循環型エンジン３０１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理した上で、凝縮水貯留タンク７０の容量を小さくすることができ、よって、作動ガス循環型エンジン３０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。また、作動ガス循環型エンジン３０１は、凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による圧送量を制御することから、熱交換器９０において排気ガスから凝縮水に吸収させる熱量も凝縮水の発生量に基づいて制御することもできるので、凝縮器６０での凝縮水の発生量自体を適正化することもできる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン３０１によれば、圧送量制御部３５１は、圧送部８０による圧送量が凝縮水の発生量と同等になるように圧送部８０による圧送量を制御する。したがって、作動ガス循環型エンジン３０１は、圧送量制御部３５１が凝縮水の圧送量が凝縮水の発生量とほぼ同等になるように圧送部８０による圧送量を制御することから、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を最小限にとどめることができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン３０１によれば、凝縮水貯留タンク７０への凝縮水の流量を検出する流量センサ５４を備え、圧送量制御部３５１は、流量センサ５４が検出した凝縮水の流量に基づいて圧送部８０による圧送量を制御する。したがって、作動ガス循環型エンジン３０１は、流量センサ５４が検出する凝縮水貯留タンク７０への凝縮水の実際の流量に基づいて、凝縮水の発生量あるいは凝縮水の発生量に対応する値を検出、取得することから、正確な凝縮水の発生量を取得することができ、この正確な凝縮水の発生量あるいは凝縮水の発生量に対応する値に基づいて圧送部８０による圧送量を正確に制御することができる。

なお、以上の説明では、圧送量制御部３５１は、圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御することで、圧送部８０における凝縮水の圧送量を調節するものとして説明したが、この圧送量制御部３５１は、実施形態２の作動ガス循環型エンジン２０１（図３参照）が備える圧送部２８０（図３参照）における凝縮水の圧送量を調節する場合には、燃焼室ＣＣ内での酸素と水素の燃焼状態、言い換えれば、酸素、水素の供給量を制御し、循環経路２０の循環通路２１内のガスの圧力を制御することで、圧送部２８０による凝縮水の圧送量を制御することができる。また、圧送量制御部３５１は、変形例２の作動ガス循環型エンジン２０１Ａ（図４参照）が備える圧送部２８０Ａ（図４参照）における凝縮水の圧送量を調節する場合には、圧力調節弁２８５Ａ（図４参照）の開度を制御し高圧タンク２８４Ａと第３循環通路２１ｃとの間の作動ガスの流出入を制御し循環経路２０の循環通路２１内のガスの圧力を制御することで、圧送部２８０Ａによる凝縮水の圧送量を制御することができる。

（実施形態４）
図７は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図８は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量マップを示す図、図９は、本発明の実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量制御を説明するフローチャートである。実施形態４に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが流量検出手段にかえて水位検出手段を備える点で実施形態３に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン４０１は、図７に示すように、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に圧送量制御手段としての圧送量制御部４５１が設けられている。

そして、圧送量制御部４５１は、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御することで、圧送部８０における凝縮水の圧送量を調節するものである。本実施形態の圧送量制御部４５１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量に基づいて凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御する。

ここで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン４０１は、水位検出手段としての水位センサ５５を備えている。水位センサ５５は、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の水位を検出するものである。水位センサ５５は、凝縮水貯留タンク７０の内部に設けられており、凝縮水貯留タンク７０の底部から凝縮水の水面までの高さ、すなわち、凝縮水貯留タンク７０の水位を検出する。水位センサ５５は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。圧送量制御部４５１は、この水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の水位に基づいて凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量を検出、取得する。すなわち、圧送量制御部４５１は、現在の制御周期において水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の水位と、前回の制御周期において水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の水位とを比較し、これらの差分を演算することで、凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量を算出し取得する。

そして、圧送量制御部４５１は、取得した凝縮水の発生量に基づいて、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御する。圧送量制御部４５１は、上述した実施形態３の圧送量制御部３５１（図５参照）と同様に、圧送部８０の凝縮水ポンプ８２による凝縮水の圧送量が取得された凝縮水の発生量とほぼ同等になるように圧送量を制御するようにしてもよいが、ここでは、圧送量制御部４５１が取得した凝縮水の発生量と、現在の制御周期において水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位とに基づいて、圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御するように構成するとよい。

本実施形態の圧送量制御部４５１は、例えば、図８に示す圧送量マップｍ０１に基づいて、圧送部８０による凝縮水の圧送量を求める。この圧送量マップｍ０１は、横軸が凝縮水貯留タンク７０の水位、縦軸が凝縮水の発生量を示す。圧送量マップｍ０１は、凝縮水貯留タンク７０の水位、凝縮水の発生量と圧送部８０による凝縮水の圧送量との関係を記述したものである。この圧送量マップｍ０１では、圧送部８０による凝縮水の圧送量は、凝縮水貯留タンク７０の水位の増加にともなって増加し、凝縮水の発生量の増加にともなって増加する。圧送量マップｍ０１は、記憶部５０ｂに格納されている。圧送量制御部４５１は、この圧送量マップｍ０１に基づいて、取得した凝縮水の発生量と、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位とから圧送部８０による凝縮水の圧送量を求める。

なお、本実施形態では、圧送量制御部４５１は、圧送量マップｍ０１を用いて圧送部８０による凝縮水の圧送量を求めたが、本実施形態はこれに限定されない。圧送量制御部４５１は、例えば、圧送量マップｍ０１に相当する数式に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を求めてもよい。以下で説明する種々のマップについても同様である。

この結果、作動ガス循環型エンジン４０１は、取得した凝縮水の発生量に基づいて、圧送量制御部４５１が凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し、凝縮水ポンプ８２による圧送量を制御することから、凝縮水の発生量に応じた圧送量で、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を熱交換器９０に向けて圧送し、蒸発させることができるので、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができる。したがって、作動ガス循環型エンジン４０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができることから、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理した上で、凝縮水貯留タンク７０の容量を小さくすることができ、よって、作動ガス循環型エンジン４０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

また、作動ガス循環型エンジン４０１は、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位に基づいて圧送量制御部４５１が凝縮水の発生量を検出、取得することから、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位を適正な水位に維持しつつ、凝縮水の発生量に応じた圧送量で凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を圧送することができるので、例えば凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の枯渇を防止することができ、凝縮水ポンプ８２が気体を吸い込んでしまうことを防止することができる。例えば、作動ガス循環型エンジン４０１は、仮に凝縮水の発生量が一定であるとした場合に水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位が相対的に上昇してきた際には、これに応じて圧送量制御部４５１が圧送部８０による凝縮水の圧送量を相対的に増加させ、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位が相対的に下降してきた際には、これに応じて圧送量制御部４５１が圧送部８０による凝縮水の圧送量を相対的に減少させることで、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位を確実に適正な水位に維持することができる。

なお、圧送量制御部４５１は、凝縮水の発生量に対応する値として、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位をそのまま用いてもよい。すなわち、圧送量制御部４５１は、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することで、結果的に凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することができる。

次に、図９のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン４０１の圧送量制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。

まず、電子制御装置５０の圧送量制御部４５１は、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位を取得する（Ｓ２００）。

次に、圧送量制御部４５１は、前回の制御周期において水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の水位と、今回の制御周期において水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の水位とを比較し、これらの差分を演算することで、凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量を算出し取得する（Ｓ２０１）。

次に、圧送量制御部４５１は、例えば、圧送量マップｍ０１に基づいて、Ｓ２００で水位センサ５５が検出した現在の凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位とＳ２０１で取得した凝縮水の発生量とから圧送部８０による凝縮水の圧送量を求める（Ｓ２０２）。

そして、圧送量制御部４５１は、Ｓ２０２で算出した圧送部８０による凝縮水の圧送量に基づいて、圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し、凝縮水ポンプ８２による圧送量を変更し（Ｓ２０３）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン４０１によれば、作動ガス循環型エンジン４０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン４０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン４０１によれば、作動ガス循環型エンジン４０１は、取得した凝縮水の発生量に基づいて、圧送量制御部４５１が圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し圧送部８０の凝縮水ポンプ８２による凝縮水の圧送量を制御することから、凝縮水の発生量に応じた圧送量で、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を熱交換器９０に向けて圧送し、蒸発させることができるので、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができる。この結果、作動ガス循環型エンジン４０１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理した上で、凝縮水貯留タンク７０の容量を小さくすることができ、よって、作動ガス循環型エンジン４０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン４０１によれば、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の水位を検出する水位センサ５５を備え、圧送量制御部４５１は、水位センサ５５が検出した凝縮水の水位に基づいて圧送部８０の凝縮水ポンプ８２による凝縮水の圧送量を制御する。したがって、作動ガス循環型エンジン４０１は、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位に基づいて、凝縮水の発生量あるいは凝縮水の発生量に対応する値を検出、取得することから、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水の水位を適正な水位に維持しつつ、凝縮水の発生量に応じた圧送量で凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を圧送することができる。

（実施形態５）
図１０は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図１１は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量マップを示す図、図１２は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの応答遅れ時間マップを示す図、図１３は、本発明の実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンの圧送量制御を説明するフローチャート、図１４は、本発明の変形例３に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。実施形態５に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態３、４に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが酸化剤又は燃料の供給量に基づいて圧送量を制御する点で実施形態３、４に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン５０１は、図１０に示すように、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に圧送量制御手段としての圧送量制御部５５１が設けられている。

そして、圧送量制御部５５１は、凝縮水ポンプ８２の駆動を制御することで、圧送部８０における凝縮水の圧送量を調節するものである。本実施形態の圧送量制御部５５１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水の発生量に基づいて凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御する。

ここで、凝縮器６０によって分離される凝縮水の発生量は、燃焼室ＣＣにおいて水素と酸素との燃焼により生成される水蒸気の生成量に応じた量となる。さらに燃焼室ＣＣにおいて水素と酸素との燃焼により生成される水蒸気の生成量は、エンジン負荷、言い換えれば、燃焼室ＣＣで燃焼した水素の量、さらに言い換えれば、燃焼室ＣＣに供給される水素又は酸素の供給量に応じた量となる。なお、通常、このような作動ガス循環型エンジン５０１は、上述したように、例えば、運転者がこの作動ガス循環型エンジン５０１に要求する駆動力に応じたエンジン負荷を実現することができるような水素の供給量が設定され、これに対して酸素の供給量が設定される。

そこで、本実施形態の圧送量制御部５５１は、エンジン負荷、例えば、燃焼室ＣＣに供給される酸化剤としての酸素又は燃料としての水素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御する。ここで、このような作動ガス循環型エンジン５０１は、例えば、水素の供給量に対して酸素を若干過多に供給し、燃焼室ＣＣに供給された水素を全て燃焼させて運転することがあることから、ここでは圧送量制御部５５１は、燃焼室ＣＣに供給される水素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御する。なお、このような場合であっても、圧送量制御部５５１は、燃焼室ＣＣに供給される酸素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御してもよいし、水素の供給量と酸素の供給量との両方に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御してもよい。

圧送量制御部５５１は、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量を取得し、この水素の供給量に基づいて凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御する。圧送量制御部５５１は、例えば、燃料噴射手段（燃料噴射弁）４２の開弁期間や燃料流量計４５が検出する水素の流量に基づいて実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量を取得すればよい。圧送量制御部５５１は、凝縮水の発生量に対応する値として、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することで、結果的に凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することができる。なお、圧送量制御部５５１は、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に基づいて凝縮水の発生量を推定、取得し、この凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御するようにしてもよい。

圧送量制御部５５１は、例えば、図１１に示す圧送量マップｍ０２に基づいて、圧送部８０による凝縮水の圧送量を求める。この圧送量マップｍ０２は、横軸が水素の供給量、縦軸が凝縮水の圧送量を示す。圧送量マップｍ０２は、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量と、圧送部８０による凝縮水の圧送量との関係を記述したものである。この圧送量マップｍ０２では、圧送部８０による凝縮水の圧送量は、水素の供給量の増加にともなって増加する。圧送量マップｍ０２は、記憶部５０ｂに格納されている。圧送量制御部５５１は、この圧送量マップｍ０２に基づいて、実際に燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量から圧送部８０による凝縮水の圧送量を求める。

なお、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量と凝縮水の発生量との関係は、水素の供給量が相対的に増えると凝縮水の発生量も相対的に増え、水素の供給量が相対的に減ると凝縮水の発生量も相対的に減る関係にある。このため、圧送量制御部５５１は、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に基づいて凝縮水の発生量を推定、取得し、この凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御する場合も、この圧送量マップｍ０２とほぼ同様なマップ（横軸を凝縮水の発生量とした圧送量マップ）を用いればよい。

ここで、この作動ガス循環型エンジン５０１では、ある時点で燃焼室ＣＣに供給された水素が燃焼室ＣＣで燃焼し、この燃焼で発生した水蒸気が凝縮器６０で分離され凝縮水として凝縮水貯留タンク７０に到達するまでにはある程度の時間遅れがある。つまり、作動ガス循環型エンジン５０１は、燃焼室ＣＣに水素が供給された供給時点と、この供給時点で供給された水素の供給量に応じた凝縮水が実際に凝縮水貯留タンク７０に到達する凝縮水到達時点との間には所定の応答遅れ時間が発生する。この供給時点に対する凝縮水の凝縮水到達時点の応答遅れ時間は、循環経路２０を流れるガスの流速に応じて変動する。そして、循環経路２０を流れるガスの流速は、作動ガス循環型エンジン５０１のエンジン回転数に応じて変動する。すなわち、循環経路２０を流れるガスの流速は、エンジン回転数が増加するにしたがって増加し、エンジン回転数が減少するにしたがって減少する。この結果、供給時点に対する凝縮水の凝縮水到達時点の応答遅れ時間は、エンジン回転数が増加し循環経路２０を流れるガスの流速が増加するにしたがって短くなり、エンジン回転数が減少し循環経路２０を流れるガスの流速が減少するにしたがって長くなる。

そこで、本実施形態の圧送量制御部５５１は、さらに作動ガス循環型エンジン５０１のエンジン回転数を取得し、このエンジン回転数に基づいて凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し凝縮水の圧送量を制御することで、上記の供給時点に対する凝縮水の凝縮水到達時点の応答遅れ時間を踏まえた凝縮水の圧送量の制御を行っている。

圧送量制御部５５１は、上述したようにクランク角センサ５１が検出するクランク角度に基づいてクランクシャフト１９の回転数であるエンジン回転数を算出し取得する。そして、圧送量制御部５５１は、例えば、図１２に示す応答遅れ時間マップｍ０３に基づいて、供給時点に対する凝縮水の凝縮水到達時点の応答遅れ時間を求める。この応答遅れ時間マップｍ０３は、横軸がエンジン回転数、縦軸が応答遅れ時間を示す。応答遅れ時間マップｍ０３は、圧送量制御部５５１が取得したエンジン回転数と、供給時点に対する凝縮水の凝縮水到達時点の応答遅れ時間との関係を記述したものである。この応答遅れ時間マップｍ０３では、応答遅れ時間は、エンジン回転数の増加にともなって減少する。応答遅れ時間マップｍ０３は、記憶部５０ｂに格納されている。圧送量制御部５５１は、この応答遅れ時間マップｍ０３に基づいて、エンジン回転数から応答遅れ時間を求める。

そして、圧送量制御部５５１は、エンジン回転数に基づいて求めた応答遅れ時間の経過後に、実際に燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に基づいた凝縮水の圧送量となるように圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御する。これにより、本実施形態の作動ガス循環型エンジン５０１は、燃焼室ＣＣに水素が供給された供給時点と、この供給時点で供給された水素の供給量に応じた凝縮水が凝縮水貯留タンク７０に到達する凝縮水到達時点との間の応答遅れ時間を踏まえた凝縮水の圧送量の制御を行うことができ、燃焼室ＣＣへの実際の水素の供給量に応じた圧送部８０による凝縮水の圧送量の見込み制御を正確に実行することができる。つまり、本実施形態の作動ガス循環型エンジン５０１は、実際に燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に応じて発生する凝縮水の発生量に対して圧送部８０による凝縮水の圧送量を応答性よく正確に追従させることができるので、結果的に凝縮水貯留タンク７０を小型化することができる。

次に、図１３のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン５０１の圧送量制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。

まず、電子制御装置５０の圧送量制御部５５１は、例えば、燃料噴射手段（燃料噴射弁）４２の開弁期間や燃料流量計４５が検出する水素の流量に基づいて実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量を取得する（Ｓ３００）。

次に、圧送量制御部５５１は、例えば、圧送量マップｍ０２に基づいて、Ｓ３００で取得した水素の供給量から圧送部８０による凝縮水の圧送量を算出する（Ｓ３０１）。

次に、圧送量制御部５５１は、クランク角センサ５１が検出するクランク角度に基づいてエンジン回転数を算出、取得し、例えば、応答遅れ時間マップｍ０３に基づいて、エンジン回転数から応答遅れ時間を算出する（Ｓ３０２）。

次に、圧送量制御部５５１は、Ｓ３０２で算出した応答遅れ時間経過後の圧送量として、Ｓ３０１で算出した圧送量を記憶部５０ｂに格納する（Ｓ３０３）。

次に、圧送量制御部５５１は、現時点における圧送量を記憶部５０ｂから呼び出す（Ｓ３０４）。

次に、圧送量制御部５５１は、Ｓ３０４で呼び出した現時点における圧送量に基づいて、圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し、凝縮水ポンプ８２による圧送量を変更し（Ｓ３０５）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン５０１によれば、作動ガス循環型エンジン５０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン５０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン５０１によれば、作動ガス循環型エンジン５０１は、凝縮水の発生量に基づいて圧送量制御部５５１が圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御し圧送部８０の凝縮水ポンプ８２による凝縮水の圧送量を制御することから、凝縮水の発生量に応じた圧送量で、凝縮水貯留タンク７０の凝縮水を熱交換器９０に向けて圧送し、蒸発させることができるので、凝縮水貯留タンク７０に貯留しておく凝縮水の量を少なくすることができる。この結果、作動ガス循環型エンジン５０１は、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理した上で、凝縮水貯留タンク７０の容量を小さくすることができ、よって、作動ガス循環型エンジン５０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン５０１によれば、圧送量制御部５５１は、燃焼室ＣＣに供給される酸素又は水素、ここでは水素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御する。したがって、作動ガス循環型エンジン５０１は、例えば、上述した流量センサ５４（図５参照）や水位センサ５５（図７参照）などの実際に発生した凝縮水の発生量を直接的に検出するセンサを備えなくても、圧送量制御部５５１が凝縮水の発生量に対応する値として、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することで、結果的に凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン５０１は、この作動ガス循環型エンジン５０１を構成する部品点数を抑制することができ、作動ガス循環型エンジン５０１の製造コストを抑制することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン５０１によれば、圧送量制御部５５１は、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御する。したがって、作動ガス循環型エンジン５０１は、圧送量制御部５５１がエンジン負荷、エンジン回転数に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することで、エンジン回転数に応じた応答遅れ時間の経過後に、エンジン負荷、例えば、水素の供給量に基づいた凝縮水の圧送量となるように圧送部８０の凝縮水ポンプ８２の駆動を制御することができるので、実際のエンジン負荷、例えば、実際に燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に応じて発生する凝縮水の発生量に対して、圧送部８０による凝縮水の圧送量を応答性よく正確に追従させることができるので、結果的に凝縮水貯留タンク７０を小型化することができる。

なお、以上の説明では、圧送量制御部５５１は、例えば、燃料噴射手段（燃料噴射弁）４２の開弁期間や燃料流量計４５が検出する水素の流量に基づいて実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量を取得するものとして説明したがこれに限らない。

図１４は、本発明の変形例３に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。

本変形例に係る作動ガス循環型エンジン５０１Ａは、図１４に示すように、圧力検出手段としての圧力センサ５６Ａを備える。圧力センサ５６Ａは、燃料貯留タンク４１に設けられており、この燃料貯留タンク４１内の圧力を検出するものである。圧力センサ５６Ａは、検出信号を電子制御装置５０に送信する。

そして、圧送量制御部５５１は、この圧力センサ５６Ａが検出する燃料貯留タンク４１内の圧力に基づいて実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量を算出し取得するようにしてもよい。すなわち、圧送量制御部５５１は、圧力センサ５６Ａが検出する燃料貯留タンク４１内の圧力の変動量、さらに言えば、減少量に基づいて、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量を算出することができる。この場合であっても作動ガス循環型エンジン５０１Ａは、例えば、上述した流量センサ５４（図５参照）や水位センサ５５（図７参照）などの実際に発生した凝縮水の発生量を直接的に検出するセンサを備えなくても、圧送量制御部５５１が凝縮水の発生量に対応する値として、実際に燃料噴射手段４２から燃焼室ＣＣに噴射された水素の供給量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することで、結果的に凝縮水の発生量に基づいて圧送部８０による凝縮水の圧送量を制御することができる。

（実施形態６）
図１５は、本発明の実施形態６に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図である。実施形態６に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが廃熱回収手段を備える点で実施形態１に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン６０１は、図１５に示すように、廃熱回収手段としての膨張機６１０を備える。

膨張機６１０は、熱交換器９０により凝縮水を蒸発させることで発生する水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収するものである。

膨張機６１０は、凝縮水経路８１をなす大気開放通路８３に設けられる。膨張機６１０は、大気開放通路８３の熱交換器９０と大気側の開口との間に設けられる。これにより、膨張機６１０は、大気開放通路８３を介して熱交換器９０で発生した水蒸気が導入される。

そして、膨張機６１０は、この水蒸気を膨張させて仕事をさせることで、すなわち、水蒸気の膨張により出力回転部材６１１を回転させることで、水蒸気のエネルギを出力回転部材６１１の回転運動エネルギに変換する。つまり、膨張機６１０は、熱交換器９０で生じた水蒸気のエネルギを回収して機械エネルギへと変換し、出力回転部材６１１の回転出力として出力する。出力回転部材６１１は、例えば、クランクシャフト１９や発電機（不図示）の回転軸に接続され、出力回転部材６１１の回転出力は、このクランクシャフト１９や発電機（不図示）の回転軸に伝達される。

上記のように構成される作動ガス循環型エンジン６０１は、膨張機６１０が熱交換器９０で発生した水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収し、回収した出力回転部材６１１の回転出力をクランクシャフト１９や発電機（不図示）の回転軸に伝達することで、例えば、作動ガス循環型エンジン６０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力を相対的に小さくすることができるので、燃料消費率を抑制することができ、航続距離を伸ばすことができる。そして、作動ガス循環型エンジン６０１は、作動ガス循環型エンジン６０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力を相対的に小さくすることができることで、例えば、作動ガス循環型エンジン６０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力を相対的に小さくすることができるので、水素と酸素との燃焼により発生する水蒸気の発生量を抑制することができ、ひいては、凝縮水の発生量を抑制することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン６０１は、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク７０の容量を相対的に小さくすることができ、作動ガス循環型エンジン６０１の車両への搭載性を向上することができる。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン６０１によれば、作動ガス循環型エンジン６０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン６０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン６０１によれば、熱交換器９０により凝縮水を蒸発させることで発生する水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収する膨張機６１０を備える。したがって、作動ガス循環型エンジン６０１は、膨張機６１０が熱交換器９０で発生した水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収し、回収した出力回転部材６１１の回転出力をクランクシャフト１９や発電機（不図示）の回転軸に伝達することで、例えば、作動ガス循環型エンジン６０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力を相対的に小さくすることができるので、燃料消費率を抑制し航続距離を伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量を抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク７０の容量を相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン６０１の車両への搭載性を向上することができる。

（実施形態７）
図１６は、本発明の実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図１７は、本発明の実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンの凝縮水温度制御を説明するフローチャートである。実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態６に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが熱移動手段を備える点で実施形態６に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン７０１は、図１６に示すように、熱移動手段としての熱移動部７２０を備える。

熱移動部７２０は、所定の条件において、膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水に移動させるものである。

本実施形態の熱移動部７２０は、分岐通路７２１と、熱交換器７２２と、流量調節弁７２３と、熱媒循環路７２４と、熱媒ポンプ７２５と、循環路放熱部７２６とを含んで構成される。

分岐通路７２１は、凝縮水経路８１をなす大気開放通路８３から分岐する水蒸気の通路である。分岐通路７２１は、一端が大気開放通路８３の膨張機６１０と大気側の開口との間に接続されると共に他端が大気に開口する。

熱交換器７２２は、分岐通路７２１を流れる水蒸気と熱媒循環路７２４を流れる熱交換媒体（以下、熱媒という。）とを熱交換させるものである。熱交換器７２２は、分岐通路７２１に設けられる。熱交換器７２２は、熱媒循環路７２４が内部を通るようにして接続されている。

流量調節弁７２３は、分岐通路７２１を流れる水蒸気の流量を調節するものである。流量調節弁７２３は、分岐通路７２１の大気開放通路８３と接続される一端と熱交換器７２２との間に設けられる。流量調節弁７２３は、電子制御装置５０によりその駆動が制御され開度が制御されることで、分岐通路７２１を通って熱交換器７２２に導入される水蒸気の流量を調節することができる。

熱媒循環路７２４は、熱交換器７２２に熱媒を循環させるものであり、熱媒が流動可能である。この熱媒循環路７２４は、閉じられた環状の経路になっており、内部に熱媒が充填されている。熱媒循環路７２４は、熱交換器７２２の内部を通るようにして設けられる。

熱媒ポンプ７２５は、熱媒循環路７２４の経路上に設けられており、熱媒循環路７２４の熱媒は、この熱媒ポンプ７２５が駆動することで熱媒循環路７２４を所定の循環方向で循環することができる。熱媒ポンプ７２５は、電子制御装置５０によりその駆動が制御されることで、熱媒循環路７２４を循環し熱交換器７２２に導入される熱媒の循環量を調節することができる。

循環路放熱部７２６は、熱媒循環路７２４の経路上に設けられる。循環路放熱部７２６は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水と接触するように構成される。循環路放熱部７２６は、凝縮水貯留タンク７０内で熱媒循環路７２４の一部分を蛇行させるようにして形成される。これにより、循環路放熱部７２６は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水との接触面積、すなわち、放熱面積を十分に確保することができ、凝縮水に効率よく熱を放熱することができる。

したがって、熱移動部７２０は、流量調節弁７２３が分岐通路７２１を流れる水蒸気の流量を調節し水蒸気が熱交換器７２２に導入されると共に、熱媒ポンプ７２５が駆動し熱媒循環路７２４の熱媒が熱交換器７２２と循環路放熱部７２６との間を循環することで、熱媒循環路７２４を循環する熱媒を介して膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水に移動させることができる。すなわち、熱移動部７２０は、熱媒循環路７２４を循環する熱媒が熱交換器７２２にて膨張機６１０を介した水蒸気と熱交換し水蒸気から熱を吸収することで、この熱媒の温度が上昇する。そして、熱移動部７２０は、水蒸気の熱を吸収し温度が上昇した熱媒が熱媒循環路７２４を循環し循環路放熱部７２６にて凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水と熱交換し凝縮水に熱を放熱することで、言い換えれば、凝縮水が熱媒の熱を吸収することで、この凝縮水の温度が上昇する。つまり、熱移動部７２０は、膨張機６１０を介した水蒸気から熱を廃熱回収し、この回収した熱により凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の温度を上昇させる。なお、熱交換器７２２にて熱媒循環路７２４を循環する熱媒と熱交換した水蒸気は、分岐通路７２１の他端の開口から大気に放出される。

ここで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン７０１は、温度検出手段としての温度センサ５７を備えると共に、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に熱移動部制御部７５２が設けられている。

温度センサ５７は、凝縮水貯留タンク７０の内部に設けられており、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の温度を検出する。温度センサ５７は、検出信号を電子制御装置５０に送信する。

熱移動部制御部７５２は、熱移動部７２０の駆動を制御するものであり、ここでは、熱移動部７２０の流量調節弁７２３、熱媒ポンプ７２５の駆動を制御するものである。そして、本実施形態の熱移動部制御部７５２は、所定の条件において、熱移動部７２０の流量調節弁７２３、熱媒ポンプ７２５を駆動することで、膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水に移動させる。

具体的には、熱移動部制御部７５２は、温度センサ５７が検出した凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の温度が予め設定される所定温度以下である場合に、熱移動部７２０の流量調節弁７２３、熱媒ポンプ７２５を駆動し、膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水に移動させる。これにより、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水は、予め設定される所定温度以下の低温である場合に、熱移動部７２０により膨張機６１０を介した水蒸気から回収された熱によりその温度が上昇し予熱される。

この結果、作動ガス循環型エンジン７０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水が予め設定される所定温度以下の低温である場合に、凝縮水が熱交換器９０に到達する前に予熱されることで、熱交換器９０において、この予熱された凝縮水を効率的に蒸発させることができる。そしてさらに、この作動ガス循環型エンジン７０１は、膨張機６１０に導入される水蒸気の温度が相対的に上昇することから、膨張機６１０における廃熱回収の効率を向上することができ、すなわち、膨張機６１０の出力を増加することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン７０１は、例えば、作動ガス循環型エンジン７０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力をさらに相対的に小さくすることができるので、燃料消費率をさらに抑制し航続距離をさらに伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量をさらに抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク７０の容量をさらに相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン７０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

また、作動ガス循環型エンジン７０１は、熱移動部制御部７５２が熱移動部７２０の流量調節弁７２３、熱媒ポンプ７２５の駆動を制御し、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の温度を調節し、ひいては、膨張機６１０に導入される水蒸気の温度を調節することで、この熱移動部７２０が膨張機６１０の出力を調節する調節装置、さらには、作動ガス循環型エンジン７０１全体での出力を調節する調節装置としても機能することができる。

次に、図１７のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン７０１の凝縮水温度制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。

まず、電子制御装置５０の熱移動部制御部７５２は、温度センサ５７が検出した凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の温度を取得する（Ｓ４００）。

次に、熱移動部制御部７５２は、Ｓ４００で取得した凝縮水の温度が予め設定された所定温度よりも高いか否かを判定する（Ｓ４０１）。

熱移動部制御部７５２は、Ｓ４００で取得した凝縮水の温度が予め設定された所定温度よりも高いと判定した場合（Ｓ４０１：Ｙｅｓ）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

熱移動部制御部７５２は、Ｓ４００で取得した凝縮水の温度が予め設定された所定温度以下であると判定した場合（Ｓ４０１：Ｎｏ）、熱媒ポンプ７２５を駆動しＯＮに制御すると共に流量調節弁７２３を駆動し凝縮水の温度に応じた所定の開度まで開弁し（Ｓ４０２）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン７０１によれば、作動ガス循環型エンジン７０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン７０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン７０１によれば、作動ガス循環型エンジン７０１は、膨張機６１０が熱交換器９０で発生した水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収し、回収した出力回転部材６１１の回転出力をクランクシャフト１９や発電機（不図示）の回転軸に伝達することで、例えば、作動ガス循環型エンジン７０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力を相対的に小さくすることができるので、燃料消費率を抑制し航続距離を伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量を抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク７０の容量を相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン７０１の車両への搭載性を向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン７０１によれば、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水の温度を検出する温度センサ５７と、温度センサ５７が検出した温度が予め設定された所定温度以下である場合に、膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水に移動させる熱移動部７２０とを備える。したがって、作動ガス循環型エンジン７０１は、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水が予め設定される所定温度以下の低温である場合に、凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水が熱移動部７２０により膨張機６１０を介した水蒸気から回収された熱によりその温度が上昇し予熱されることから、膨張機６１０に導入される水蒸気の温度を相対的に上昇させ膨張機６１０の出力を増加することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン７０１は、燃料消費率をさらに抑制し航続距離をさらに伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量をさらに抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク７０の容量をさらに相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン７０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。また、作動ガス循環型エンジン７０１は、熱移動部７２０により凝縮水貯留タンク７０に貯留されている凝縮水に移動させる水蒸気の熱量を調節することで、膨張機６１０の出力や作動ガス循環型エンジン７０１全体での出力を調節することができる。

（実施形態８）
図１８は、本発明の実施形態８に係る作動ガス循環型エンジンの模式的な概略構成図、図１９は、本発明の実施形態８に係る作動ガス循環型エンジンの凝縮水温度・水位制御を説明するフローチャートである。実施形態８に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンと略同様の構成であるが熱移動手段の構成が実施形態７に係る作動ガス循環型エンジンとは異なる。その他、上述した実施形態と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。

本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン８０１は、図１８に示すように、熱移動手段としての熱移動部８２０を備える。

熱移動部８２０は、所定の条件において、膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に移動させるものである。本実施形態の熱移動部８２０は、膨張機６１０を介した水蒸気を凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入することで、膨張機６１０を介した水蒸気そのものと共に水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に移動させる。

本実施形態の熱移動部８２０は、分岐通路８２１と、流量調節弁８２２とを含んで構成される。

分岐通路８２１は、凝縮水経路８１をなす大気開放通路８３から分岐する水蒸気の通路である。分岐通路８２１は、一端が大気開放通路８３の膨張機６１０と大気側の開口との間に接続されると共に他端が凝縮水貯留手段としての凝縮水貯留タンク８７０の内部で開口する。

流量調節弁８２２は、分岐通路８２１を流れる水蒸気の流量を調節するものである。流量調節弁８２２は、電子制御装置５０によりその駆動が制御され開度が制御されることで、分岐通路８２１を通って凝縮水貯留タンク８７０の内部に導入される水蒸気の流量を調節することができる。

したがって、熱移動部８２０は、流量調節弁８２２が分岐通路８２１を流れる水蒸気の流量を調節し水蒸気を凝縮水貯留タンク８７０の内部に導入することで、膨張機６１０を介した水蒸気が凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入され、水蒸気そのものと共に水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に移動させることができる。すなわち、熱移動部８２０は、分岐通路８２１を介して膨張機６１０を通過した水蒸気が凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入することで、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水と水蒸気とが熱交換し凝縮水が水蒸気の熱を吸収することで、この凝縮水の温度が上昇する。つまり、熱移動部８２０は、膨張機６１０を介した水蒸気を凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入することで、凝縮水貯留タンク８７０内の凝縮水により、膨張機６１０を介した水蒸気から熱を廃熱回収し、この回収した熱により凝縮水の温度を上昇させる。また、熱移動部８２０は、分岐通路８２１を介して膨張機６１０を通過した水蒸気が凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入され、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水と水蒸気とが熱交換し水蒸気が凝縮水に熱を吸収されることで、この水蒸気の温度が下降し一部が液化、凝縮する。これにより、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位は、水蒸気の一部が液化、凝縮することで上昇する。

なお、本実施形態の凝縮水貯留タンク８７０は、分岐通路８２１を介して導入された水蒸気を大気に放出する放出口８７１を有している。分岐通路８２１を介して凝縮水貯留タンク８７０の内部に導入されこの凝縮水貯留タンク８７０にて液化しなかった水蒸気は、放出口８７１を介して大気に放出される。

ここで、本実施形態の作動ガス循環型エンジン８０１は、水位検出手段としての水位センサ５５と、温度検出手段としての温度センサ５７とを備えると共に、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に熱移動部制御部８５２が設けられている。

熱移動部制御部８５２は、熱移動部８２０の駆動を制御するものであり、ここでは、熱移動部８２０の流量調節弁８２２の駆動を制御するものである。そして、本実施形態の熱移動部制御部８５２は、所定の条件において、熱移動部８２０の流量調節弁８２２を駆動することで、膨張機６１０を介した水蒸気を凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に移動させる。

具体的には、熱移動部制御部８５２は、温度センサ５７が検出した凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の温度が予め設定される所定温度以下である場合に、熱移動部８２０の流量調節弁８２２を駆動し、膨張機６１０を介した水蒸気を分岐通路８２１を介して凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入する。これにより、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水は、予め設定される所定温度以下の低温である場合に、熱移動部８２０により膨張機６１０を介した水蒸気が直接導入されることで水蒸気の熱によりその温度が上昇し予熱される。

この結果、作動ガス循環型エンジン８０１は、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水が予め設定される所定温度以下の低温である場合に、凝縮水が熱交換器９０に到達する前に予熱されることで、熱交換器９０において、この予熱された凝縮水を効率的に蒸発させることができる。そしてさらに、この作動ガス循環型エンジン８０１は、膨張機６１０に導入される水蒸気の温度が相対的に上昇することから、膨張機６１０における廃熱回収の効率を向上することができ、すなわち、膨張機６１０の出力を増加することができる。したがって、作動ガス循環型エンジン８０１は、例えば、作動ガス循環型エンジン８０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力をさらに相対的に小さくすることができるので、燃料消費率をさらに抑制し航続距離をさらに伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量をさらに抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク８７０の容量をさらに相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン８０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。

また、作動ガス循環型エンジン８０１は、熱移動部制御部８５２が熱移動部８２０の流量調節弁８２２の駆動を制御し、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の温度を調節し、ひいては、膨張機６１０に導入される水蒸気の温度を調節することで、この熱移動部８２０が膨張機６１０の出力を調節する調節装置、さらには、作動ガス循環型エンジン８０１全体での出力を調節する調節装置としても機能することができる。

そしてさらに、本実施形態の熱移動部制御部８５２は、水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位が予め設定される所定水位以下である場合に、熱移動部８２０の流量調節弁８２２を駆動し、膨張機６１０を介した水蒸気を分岐通路８２１を介して凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入する。これにより、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水は、予め設定される所定水位以下の低水位である場合に、熱移動部８２０により膨張機６１０を介した水蒸気が直接導入されることで水蒸気の一部が液化、凝縮しその水位が上昇する。

この結果、作動ガス循環型エンジン８０１は、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水が予め設定される所定水位以下の低水位である場合に、熱移動部８２０により膨張機６１０を介した水蒸気が直接導入され水蒸気の一部が液化、凝縮しその水位が上昇することで、例えば凝縮水貯留タンク８７０の凝縮水の枯渇を防止することができ、凝縮水ポンプ８２が気体を吸い込んでしまうことを防止することができる。

次に、図１９のフローチャートを参照して本実施形態に係る作動ガス循環型エンジン８０１の凝縮水温度・水位制御を説明する。なお、この制御ルーチンは、数ｍｓないし数十ｍｓ毎の制御周期で繰り返し実行される。

まず、電子制御装置５０の熱移動部制御部８５２は、温度センサ５７が検出した凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の温度及び水位センサ５５が検出した凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位を取得する（Ｓ５００）。

次に、熱移動部制御部８５２は、Ｓ５００で取得した凝縮水の温度が予め設定された所定温度よりも高いか否かを判定する（Ｓ５０１）。

熱移動部制御部８５２は、Ｓ５００で取得した凝縮水の温度が予め設定された所定温度よりも高いと判定した場合（Ｓ５０１：Ｙｅｓ）、Ｓ５００で取得した凝縮水の水位が予め設定された所定水位よりも高いか否かを判定する（Ｓ５０２）。

熱移動部制御部８５２は、Ｓ５００で取得した凝縮水の水位が予め設定された所定水位よりも高いと判定した場合（Ｓ５０２：Ｙｅｓ）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

熱移動部制御部８５２は、Ｓ５００で取得した凝縮水の温度が予め設定された所定温度以下であると判定した場合（Ｓ５０１：Ｎｏ）、流量調節弁８２２を駆動し凝縮水の温度に応じた所定の開度まで開弁し（Ｓ５０３）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

熱移動部制御部８５２は、Ｓ５００で取得した凝縮水の水位が予め設定された所定水位以下であると判定した場合（Ｓ５０２：Ｎｏ）、流量調節弁８２２を駆動し凝縮水の水位に応じた所定の開度まで開弁し（Ｓ５０３）、現在の制御周期を終了し、次の制御周期に移行する。

以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン８０１によれば、作動ガス循環型エンジン８０１は、凝縮水貯留タンク８７０に貯留される凝縮水を圧送部８０により大気圧よりも高い圧力で熱交換器９０に圧送し、熱交換器９０によりこの圧送された凝縮水を排気ガスの排気熱を利用して蒸発させることから、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水を水蒸気として大気に放出することができ、この結果、例えば、作動ガス循環型エンジン８０１の車両への搭載性を向上し、凝縮器６０によって分離された凝縮水を適正に処理することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン８０１によれば、作動ガス循環型エンジン８０１は、膨張機６１０が熱交換器９０で発生した水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収し、回収した出力回転部材６１１の回転出力をクランクシャフト１９や発電機（不図示）の回転軸に伝達することで、例えば、作動ガス循環型エンジン８０１全体に要求される出力を得るためのエンジン本体１０によるエンジン出力を相対的に小さくすることができるので、燃料消費率を抑制し航続距離を伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量を抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク８７０の容量を相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン８０１の車両への搭載性を向上することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン８０１によれば、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の温度を検出する温度センサ５７と、温度センサ５７が検出した温度が予め設定された所定温度以下である場合に、膨張機６１０を介した水蒸気の熱を凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に移動させる熱移動部８２０とを備える。したがって、作動ガス循環型エンジン８０１は、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水が予め設定される所定温度以下の低温である場合に、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水が熱移動部８２０により膨張機６１０を介した水蒸気から回収された熱によりその温度が上昇し予熱されることから、膨張機６１０に導入される水蒸気の温度を相対的に上昇させ膨張機６１０の出力を増加することができる。この結果、作動ガス循環型エンジン８０１は、燃料消費率をさらに抑制し航続距離をさらに伸ばすことができると共に、水蒸気の発生量、凝縮水の発生量をさらに抑制することができ、凝縮器６０、ラジエータ６３、凝縮水貯留タンク８７０の容量をさらに相対的に小さくすることができることから、作動ガス循環型エンジン８０１の車両への搭載性をさらに向上することができる。また、作動ガス循環型エンジン８０１は、熱移動部８２０により凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に移動させる水蒸気の熱量を調節することで、膨張機６１０の出力や作動ガス循環型エンジン８０１全体での出力を調節することができる。

さらに、以上で説明した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジン８０１によれば、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位を検出する水位センサ５５を備え、熱移動部８２０は、水位センサ５５が検出した水位が予め設定された所定水位以下である場合に、膨張機６１０を介した水蒸気を凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水に導入する。したがって、作動ガス循環型エンジン８０１は、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位が予め設定される所定水位以下の低水位である場合に、熱移動部８２０により膨張機６１０を介した水蒸気を凝縮水貯留タンク８７０内に直接導入しこの水蒸気の一部が液化、凝縮することで、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位を上昇させることができる。この結果、作動ガス循環型エンジン８０１は、凝縮水貯留タンク８７０に貯留されている凝縮水の水位が上昇することで、例えば凝縮水貯留タンク８７０の凝縮水の枯渇を防止することができ、凝縮水ポンプ８２が気体を吸い込んでしまうことを防止することができる。

なお、上述した本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、上述した実施形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、以上で説明した実施形態を複数組み合わせることで構成してもよい。例えば、本発明の実施形態に係る作動ガス循環型エンジンは、実施形態５に係る作動ガス循環型エンジン５０１（図１０参照）と、実施形態８に係る作動ガス循環型エンジン８０１（図１８参照）とを組み合わせることで構成してもよい。すなわち、図２０に示す本発明の変形例４に係る作動ガス循環型エンジン８０１Ａは、例えば、熱移動手段としての熱移動部８２０を備えると共に、機能概念的に、電子制御装置（ＥＣＵ）５０に圧送量制御手段としての圧送量制御部５５１と、熱移動部制御部８５２とが設けられていてもよい。

以上の説明では、作動ガス循環型エンジンは、燃料が燃焼室ＣＣ内に直接噴射されるよう燃料噴射手段４２を設けるものとして説明したが、燃料噴射手段４２は、燃料を吸気ポート１１ｂに噴射させるべくシリンダヘッド１１に取り付けられてもよい。つまり、以上で説明した本発明の作動ガス循環型エンジンは、いわゆるポート噴射式の作動ガス循環型エンジンに適用してもよく、この場合であっても、凝縮水を適正に処理することができる。

以上の説明では、作動ガス循環型エンジンは、燃料としての水素（Ｈ_２）を拡散燃焼させるものとして例示したが、燃料に対して図示しない点火プラグで点火して、いわゆる、火花点火燃焼させる形態のものであってもよく、その燃料に対して点火プラグで点火して着火の補助を行い拡散燃焼させる形態のものであってもよい。つまり、以上で説明した本発明の作動ガス循環型エンジンは、燃焼形態の異なる作動ガス循環型エンジンに適用してもよく、この場合であっても、凝縮水を適正に処理することができる。

以上のように、本発明に係る作動ガス循環型エンジンは、凝縮水を適正に処理することができるものであり、排気ガス中に含まれる作動ガスを燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び燃焼室に供給可能な種々の作動ガス循環型エンジンに適用して好適である。

Claims (15)

1. 酸化剤と、当該酸化剤との燃焼により水蒸気を生成する燃料と、空気より比熱比の高い作動ガスとが供給され、前記燃料の燃焼に伴って前記作動ガスが膨張可能であると共に前記燃料の燃焼後の排気ガスとして前記水蒸気と前記作動ガスとを排気可能な燃焼室と、
   前記排気ガス中に含まれる前記作動ガスを前記燃焼室の排気側から吸気側に循環させ再び前記燃焼室に供給可能な循環経路と、
   前記循環経路に設けられ前記排気ガス中に含まれる前記水蒸気を凝縮して凝縮水とする凝縮手段と、
   前記凝縮水を貯留可能な凝縮水貯留手段と、
   前記凝縮水貯留手段に貯留される前記凝縮水を大気圧よりも高い圧力で圧送する圧送手段と、
   前記圧送手段により圧送された前記凝縮水を前記排気ガスの排気熱により蒸発させる蒸発手段とを備えることを特徴とする、
   作動ガス循環型エンジン。
2. 前記酸化剤は、酸素であり、前記燃料は、水素である、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
3. 前記蒸発手段は、前記循環経路を循環する前記作動ガスの循環方向に対して前記凝縮手段より上流側の前記排気ガスの排気熱により前記凝縮水を蒸発させる、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
4. 前記圧送手段は、前記凝縮水貯留手段と前記蒸発手段とを前記凝縮水が流動可能に接続する凝縮水経路と、前記凝縮水経路に設けられ当該凝縮水経路の前記凝縮水を加圧し前記凝縮水貯留手段側から前記蒸発手段側に圧送するポンプとを有する、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
5. 前記圧送手段は、前記凝縮水貯留手段と前記蒸発手段とを前記凝縮水が流動可能に接続すると共に、前記凝縮水を貯留する空間部が密閉状態とされた前記凝縮水貯留手段を介して前記循環経路と連通する凝縮水経路を有し、大気圧よりも高い前記循環経路のガスの圧力により前記凝縮水経路の前記凝縮水を加圧し前記凝縮水貯留手段側から前記蒸発手段側に圧送する、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
6. 前記圧送手段は、前記循環経路から分岐して設けられ相対的に高圧の前記作動ガスを貯留する作動ガス貯留手段と、前記作動ガス貯留手段と前記循環経路との間の前記作動ガスの流出入を調節する調節手段とを有する、
   請求項５に記載の作動ガス循環型エンジン。
7. 前記凝縮水の発生量に基づいて前記圧送手段による前記凝縮水の圧送量を制御する圧送量制御手段を備える、
   請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
8. 前記圧送量制御手段は、前記圧送量が前記発生量と同等になるように圧送量を制御する、
   請求項７に記載の作動ガス循環型エンジン。
9. 前記凝縮水貯留手段への前記凝縮水の流量を検出する流量検出手段を備え、
   前記圧送量制御手段は、前記流量検出手段が検出した前記凝縮水の流量に基づいて前記圧送量を制御する、
   請求項７に記載の作動ガス循環型エンジン。
10. 前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水の水位を検出する水位検出手段を備え、
    前記圧送量制御手段は、前記水位検出手段が検出した前記凝縮水の水位に基づいて前記圧送量を制御する、
    請求項７に記載の作動ガス循環型エンジン。
11. 前記圧送量制御手段は、前記燃焼室に供給される前記酸化剤又は前記燃料の供給量に基づいて前記圧送量を制御する、
    請求項７に記載の作動ガス循環型エンジン。
12. 前記圧送量制御手段は、エンジン負荷及びエンジン回転数に基づいて前記凝縮水の圧送量を制御する、
    請求項７に記載の作動ガス循環型エンジン。
13. 前記蒸発手段により前記凝縮水を蒸発させることで発生する水蒸気のエネルギを運動エネルギとして回収する廃熱回収手段を備える、
    請求項１に記載の作動ガス循環型エンジン。
14. 前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水の温度を検出する温度検出手段と、
    前記温度検出手段が検出した温度が予め設定された所定温度以下である場合に、前記廃熱回収手段を介した水蒸気の熱を前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水に移動させる熱移動手段とを備える、
    請求項１３に記載の作動ガス循環型エンジン。
15. 前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水の水位を検出する水位検出手段を備え、
    前記熱移動手段は、前記水位検出手段が検出した水位が予め設定された所定水位以下である場合に、前記廃熱回収手段を介した水蒸気を前記凝縮水貯留手段に貯留されている前記凝縮水に導入する、
    請求項１４に記載の作動ガス循環型エンジン。

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