[发明专利]工作气体循环型气体发动机的气密异常检测方法以及使用了所述方法的工作气体循环型气体发动机

说明书

技术领域

本发明涉及对工作气体循环型气体发动机的气密性的异常进行检测的方法以及使用了所述方法的工作气体循环型气体发动机。

背景技术

以往，提出有如下所述的工作气体循环型气体发动机：所述工作气体循环型气体发动机向燃烧室供应燃料气体(例如，氢气)、氧化剂气体(例如，氧气)、以及工作气体(例如，惰性气体)从而使所述燃料气体燃烧，并使从所述燃烧室排出的已燃气体中的工作气体通过循环通路在所述燃烧室内循环。优选所述工作气体具有惰性、比热比大、能够提高发动机的热效率。因此，作为所述工作气体，能够举出：例如，作为属于稀有气体类的单原子气体的氦气、氖气、以及氩气等。在现实中，作为所述发动机的工作气体，上述单原子气体中的氩气被广泛使用。

在所述发动机的已燃气体中，包含有由于燃料气体的燃烧产生的燃烧生成物(例如，H₂O(水蒸气)、CO₂(二氧化碳)等)和工作气体(例如，氩气、氦气等)。在所述燃烧生成物中，特别地，水蒸气是三原子分子的气体，其不只相对于氩气、氦气等单原子的惰性气体，即使与空气和氮气相比，比热比也更小(参照图1)。因此，当如上述那样将含有具有低比热比的水蒸气的已燃气体原封不动地再此供应至燃烧室时，工作气体全体的比热比减小，结果，发动机的热效率降低。因此，一般情况下，所述发动机包括用于使从燃烧室排出的已燃气体在燃烧室内循环(再供应)的循环通路、以及介入安装在所述循环通路、并且分离·去除已燃气体中包含的燃烧生成物(例如，H₂O(水蒸气)、CO₂(二氧化碳)等)的燃烧生成物去除装置(例如，冷凝剂、吸附材料等)。

工作气体循环型气体发动机是所谓“闭路式循环发动机(Closed Cycle Engine)”的一种，从而需要保持使从燃烧室排出的已燃气体在燃烧室内循环(再供应)的循环通路的气密性。当所述循环通路发生泄漏时，包含工作气体的循环气体漏出到大气中，或者相反地，大气中的空气流入到循环通路内。如图1所示，作为空气的主要成分的氮气(以及氧气)比作为工作气体使用的具有惰性的单原子气体(例如，氩气)的比热比低，因此当空气流入循环通路内时，存在如下可能：循环气体全体的比热比减小，上死点(TDC，Top Dead Center)附近的燃烧室内的温度和压力降低，发动机的热效率减小，从而发动机不能够进行正常地运转。

因此，在工作气体循环型气体发动机中，需要迅速且高精度地判断已燃气体的循环通路的气密性是否存在异常。在本技术领域中，例如，进行了以下尝试：在混合动力车(HV，Hybrid Vehicle)中，关闭配设在连通贮存气体燃料的燃料罐和发动机侧的燃料供应装置的燃料供应通路的隔断阀，并且利用压力检测装置来检测隔断阀与燃料供应装置之间的压力，由此来对气体燃料的泄露进行检测(例如，参照专利文献1)。

但是，如上所述的现有技术是用来检测气体燃料的供应系统的泄漏的技术，如果在供应系统与外部气体之间存在充分大的压力差，则能够容易地确保气体燃料的泄露的检测性能，但在如上所述的工作气体循环型气体发动机的循环通路中，除非采取特别的对策，难以期待在供应系统与外部气体之间存在充分大的压力差，从而难以检测出循环气体从循环通路泄漏到大气中、或者相反地、大气中的空气侵入到循环通路内的情况。

为了在如上所述的、除非采取特别的对策、否则难以期待在供应系统与外部气体之间存在充分大的压力差的构成中进行气密性的检查，在本技术领域内还进行了其他尝试。例如，进行了以下尝试：利用隔断阀关闭从贮存液体燃料的燃料罐到发动机的进气系统的蒸发燃料供应系统(包含容纳罐)，并通过加压泵对密闭空间加压，并通过压力传感器对所述密闭空间的压力的变化进行检测，由此判断所述密闭空间是否存在泄露(例如，参照专利文献2以及专利文献3)。

但是，在如上所述的现有技术中，为了使供应系统与外部气体之间存在充分大的压力差从而确保检测性能，需要加压泵等加压装置。另外，当在连通容纳罐与外界的通路上配设有加压泵时，存在以下可能性：因为供油时的排气和对蒸发燃料进行净化处理时的进气也经过加压装置而产生通路压损、或者异物(灰尘或水)伴随着供油时的排气或者对蒸发燃料进行净化处理时的进气混入加压装置。例如，在专利文献2中，为了防止上述不良情况，在连通容纳罐与外界的通路和连通容纳罐与燃料罐的通路之间设置旁通管，并在所述旁通管上介入安装加压装置。