JP7399490B2 - 燃料噴射装置 - Google Patents

Description

本発明は、燃料噴射装置に関する。詳しくは、水素内燃機関（水素エンジン）に用いられる燃料噴射装置に関する。

従来、水素内燃機関に用いられる燃料噴射装置には、内燃機関の燃焼室に吸入される空気に水素ガスを噴射する吸気ポート噴射式（予混合燃焼方式、外部混合方式）がある。図９は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。図９に示すように、内燃機関１１０はシリンダブロック１１１及びシリンダヘッド１１２を有する。シリンダブロック１１１の各筒内にピストン１１３が配置されている。シリンダブロック１１１とシリンダヘッド１１２とピストン１１３とにより燃焼室１１４が形成されている。シリンダヘッド１１２には、燃焼室１１４に連通する吸気ポート１１６及び排気ポート１１８が形成されている。

シリンダヘッド１１２には、吸気ポート１１６の下流側開口端を開閉する吸気バルブ１１７、及び、排気ポート１１８の上流側開口端を開閉する排気バルブ１１９が配置されている。シリンダヘッド１１２には、燃焼室１１４の頂部に位置する点火プラグ１２１が配置されている。シリンダヘッド１１２には、吸気ポート１１６の上流側に連通する吸気通路１２４を有する吸気管１２３が接続されている。吸気管１２３には水素ガス噴射用インジェクタ１２６が配置されている。水素ガス噴射用インジェクタ１２６の先端部（水素ガス噴射部）は、吸気管１２３の上壁部において吸気通路１２４に露出するように配置されている。水素ガス噴射用インジェクタ１２６により水素ガスが吸気バルブ１１７に向けて噴射される。

吸気ポート噴射式において、水素ガス噴射用インジェクタ１２６は、水素ガスを吸気ポート１１６内に低い噴射圧力で噴射するため、技術的には簡単ではあるが、次に記載する問題がある。
（１）吸入空気（気体）と水素ガス（気体）とが吸気ポート１１６内で予混合されながら燃焼室１１４内に導入されるため、吸入空気が筒内に入りにくい。そのため、吸入空気の充填効率が低くなり、内燃機関１１０の高出力化が難しい。
（２）最小点火エネルギーが小さく、火炎伝播速度が速いため、プレイグニッション、ノック等の異常燃焼が発生しやすい。そのため、圧縮比を大きくすることが困難で、熱効率が低い。
（３）吸気ポート１１６内に噴射された水素ガスが残留しやすいため、バックファイア（異常燃焼）が発生しやすい。
（４）燃焼速度が速いため、ＮＯｘの発生量が多い。ＮＯｘの発生量を希薄燃焼で低減することができるが、内燃機関１１０の高出力化が難しい。

ちなみに、従来には、吸気ポート噴射式の他、内燃機関の筒内（燃焼室内）に向けて水素ガスを直接噴射する筒内噴射式（内部混合方式）の燃料噴射装置がある。筒内噴射式は、吸気バルブが閉じた後で筒内に水素ガスが噴射されるため、吸気ポート噴射式と比べて、異常燃焼（プレイグニッション、ノッキング、バックファイヤー）の抑制することができる。また、筒内に多量の空気が入るため、吸入空気の充填効率が高く、内燃機関の高出力化が可能である。

本発明が解決しようとする課題は、内燃機関の異常燃焼の発生を抑制しつつ、内燃機関の高出力化を実現することにある。

前記した課題は、次の手段により解決することができる。

第１の手段は、水素ガスを噴射する水素ガス噴射用インジェクタを備える燃料噴射装置であって、前記水素ガス噴射用インジェクタから噴射された前記水素ガスを流す噴流パイプを備えており、前記噴流パイプの噴射口は、内燃機関の吸気ポート内において吸気バルブの傘部に近接する位置で開口されている、燃料噴射装置である。

第１の手段によると、水素ガス噴射用インジェクタから噴射された水素ガスを、噴流パイプを介して、内燃機関の吸気ポート内において吸気バルブの傘部に近接する位置で噴射させることができる。これにより、燃焼室の近くで水素ガスを噴射させることで、高速噴流の効果により吸気行程後半の短期間噴射が可能となり、プレイグニッション、ノック等の異常燃焼の発生を抑制することができる。また、吸気ポート内に水素ガスが残留しにくくなるため、バックファイヤー（異常燃焼）の発生を抑制することができる。また、吸気ポート内での吸入空気（気体）と水素ガス（気体）との予混合を抑制することにより、筒内への吸入空気の充填効率を向上させることができる。また、筒内噴射に準じた水素ガスの噴射（吸気行程後半の短期間噴射）を行えることにより、プレイグ、ノック等の異常燃焼の発生が抑制できるため、高圧縮比化による熱効率向上が期待できる。よって、従来の吸気ポート噴射式の燃料噴射装置の問題を改善し、内燃機関の異常燃焼の発生を抑制しつつ、筒内への吸入空気の充填効率の向上により、内燃機関の高出力化を実現することができる。

第２の手段は、第１の手段において、前記噴流パイプ内に水を噴射する水噴射用インジェクタを備えている、燃料噴射装置である。

第２の手段によると、水噴射用インジェクタから噴射された水が噴流パイプ内で水素ガスと混合される。水は液体で供給されるため慣性力により、噴流パイプ内で流れの乱れを作りながら水素ガスと水との気液混合体を生成することができる。この高速噴流の気液混合体により、水が気化する際の気化潜熱によって、圧縮端温度が低下されることで、筒内に投入される吸入空気の充填効率を向上させることができる。ひいては、ノックの発生を一層抑制することができるため圧縮比を上げることができる。また、水は不活性ガスなので、燃焼速度が緩慢になり、適正な燃焼速度で水素ガスを燃焼させることができるため、ＮＯｘの発生量を低減することができる。

第３の手段は、第２の手段において、前記水素ガスの流れを利用して前記水噴射用インジェクタから噴射された前記水を吸入し、前記水素ガスと前記水とを混合するエジェクタを備えており、前記噴流パイプは、ディフューザを有し、前記エジェクタの外郭を形成するエジェクタ本体として用いられている、燃料噴射装置である。

第３の手段によると、エジェクタにより、水素ガスの流れを利用して水噴射用インジェクタから噴射された水が吸入され、水素ガスと水とが混合される。これにより、水噴射用インジェクタの水噴射圧力を低圧化させると共に、水素ガスと水とのミキシング性を向上することができる。また、噴流パイプをエジェクタ本体として用いることができる。

第４の手段は、第２又は３の手段において、前記水素ガス噴射用インジェクタ及び前記水噴射用インジェクタの作動を制御する制御装置を備えており、前記制御装置は、前記吸気バルブの閉弁直前において前記水素ガスを噴射するように前記水素ガス噴射用インジェクタを作動させると共に、該水素ガス噴射用インジェクタの前記水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において前記水を噴射するように前記水噴射用インジェクタを作動させる、燃料噴射装置である。

第４の手段によると、制御装置により、吸気バルブの閉弁直前において水素ガス噴射用インジェクタが作動されることにより、水素ガス噴射用インジェクタから水素ガスが噴射されると共に、水素ガス噴射用インジェクタの水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水噴射用インジェクタが作動されることにより、水噴射用インジェクタから水が噴射される。これにより、圧縮端温度の低下と成層燃焼とを実現し、プレイグニッション、ノックなどの異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。また、吸気バルブが開いて吸入空気が正の方向に流れているタイミングで、水素ガスと水との気液混合体が噴流パイプから噴射されるため、吸気ポート内に水素ガスが残留しにくく、バックファイヤーの発生を抑制することができる。

第５の手段は、第２～４のいずれか１つの手段において、前記噴流パイプに超音波振動を付与する超音波振動子を備えている、燃料噴射装置である。

第５の手段によると、超音波振動子による超音波振動が噴流パイプに付与される。これにより、噴流パイプ内を通過する水素ガスと水との気液混合体の流速を高め、気液混合体の噴霧速度を高速化することができる。

第６の手段は、内燃機関の筒内に水素ガスを噴射する水素ガス噴射用インジェクタを備える筒内噴射式の燃料噴射装置であって、水を噴射する水噴射用インジェクタと、前記水素ガスの流れを利用して前記水噴射用インジェクタから噴射された前記水を吸入し、前記水素ガスと前記水とを混合するエジェクタと、を備えており、前記エジェクタは、前記水素ガス噴射用インジェクタの上流側に配置されている、燃料噴射装置である。

第６の手段によると、筒内噴射式の燃料噴射装置であるため、内燃機関の異常燃焼の発生を抑制しつつ、筒内への吸入空気の充填効率の向上により内燃機関の高出力化を実現することができる。また、エジェクタにより、水素ガスの流れを利用して水噴射用インジェクタから噴射された水が吸入され、水素ガスと水とが混合される。これにより、水噴射用インジェクタの水噴射圧力を低圧化させると共に、水素ガスと水とのミキシング性を向上することができる。また、水素ガスと水との混合物が水素ガス噴射用インジェクタから筒内に噴射されることにより、水が気化する際の気化潜熱によって、圧縮端温度が低下されることで、高圧縮比化が可能となり、熱効率を向上することができる。また、水は不活性ガスなので、燃焼速度が緩慢になり、適正な燃焼速度で水素ガスを燃焼させることができるため、ＮＯｘの発生量を低減することができる。また、エジェクタが水素ガス噴射用インジェクタの上流側に配置されているため、水噴射用インジェクタに対する燃焼ガス及び凝縮水の接触を回避し、水噴射用インジェクタの耐久性及び信頼性を向上することができる。

第７の手段は、第６の手段において、前記水素ガス噴射用インジェクタ及び前記水噴射用インジェクタの作動を制御する制御装置を備えており、前記制御装置は、前記内燃機関の吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において前記水素ガスを噴射するように前記水素ガス噴射用インジェクタを作動させると共に、該水素ガス噴射用インジェクタの前記水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において前記水を噴射するように前記水噴射用インジェクタを作動させる、燃料噴射装置である。

第７の手段によると、制御装置により、内燃機関の吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において水素ガス噴射用インジェクタが作動される。これにより、水素ガス噴射用インジェクタから水素ガスが筒内に噴射される。このため、水素ガス噴射用インジェクタの噴射圧力を低く設定することが可能となる。また、水素ガス噴射用インジェクタの水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水噴射用インジェクタが作動されることにより水噴射用インジェクタから水が噴射される。

第８の手段は、第６又は７の手段において、前記エジェクタに吸入される潤滑油を噴射する潤滑油噴射用インジェクタを備えている、燃料噴射装置である。

第８の手段によると、潤滑油噴射用インジェクタから噴射された潤滑油が、エジェクタに吸入され、水素ガス噴射用インジェクタ内を通過する。これにより、内燃機関の熱害による水素ガス噴射用インジェクタのバルブ体の摺動不良や焼き付きの発生を抑制することができる。

本発明の燃料噴射装置によると、内燃機関の異常燃焼の発生を抑制しつつ、内燃機関の高出力化を実現することができる。

実施形態１にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 水素ガス噴射用インジェクタを示す断面図である。 水噴射用インジェクタを示す断面図である。 エジェクタを示す断面図である。 燃料供給システムを示す構成図である。 ＥＣＵの噴射制御にかかるタイムチャートである。 実施形態２にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 実施形態３にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 従来例にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 実施形態４にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 実施形態５にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 実施形態６にかかる内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。 燃料噴射装置を示す断面図である。 燃料供給システムを示す構成図である。 燃料供給システムの別例を示す構成図である。

以下、本発明を実施するための形態について図面を用いて説明する。

［実施形態１］
本実施形態に係る燃料噴射装置は、自動車等の車両に搭載される内燃機関（エンジン）に用いられるものである。内燃機関は、水素ガスを燃料とする多気筒（例えば４気筒）のレシプロタイプの火花点火式水素エンジンである。図１は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。

（内燃機関）
図１に示すように、内燃機関１０は、水素内燃機関であり、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１２を有する。シリンダブロック１１の各筒内にピストン１３が配置されている。シリンダブロック１１とシリンダヘッド１２とピストン１３とにより燃焼室１４が形成されている。シリンダヘッド１２には、燃焼室１４に連通する吸気ポート１６及び排気ポート１８が形成されている。

シリンダヘッド１２には、吸気ポート１６の下流側開口端を開閉する吸気バルブ１７、及び、排気ポート１８の上流側開口端を開閉する排気バルブ１９が配置されている。吸気バルブ１７は、ステム１７ａ及び傘部１７ｂを有する。なお、図１において、吸気バルブ１７の閉弁直前の状態が実線１７で示されている。また、吸気バルブ１７の閉弁状態が二点鎖線１７で示されている。

シリンダヘッド１２には、燃焼室１４の頂部に位置する点火プラグ２１が配置されている。シリンダヘッド１２には、吸気ポート１６の上流側に連通する吸気通路２４を有する吸気管２３が接続されている。

（燃料噴射装置）
燃料噴射装置２８は、水素ガス噴射用インジェクタ３０、水噴射用インジェクタ５０及びエジェクタ７０を備えている。なお、燃料噴射装置２８は、シリンダヘッド１２に設置された筐体（不図示）に一体的に保持されている。

（水素ガス噴射用インジェクタ３０）
図２は水素ガス噴射用インジェクタを示す断面図である。図２に示すように、水素ガス噴射用インジェクタ３０は、水素ガスを噴射する電磁弁構造を有する。水素ガス噴射用インジェクタ３０は、コア３１と電磁ソレノイド３２とボデー３３とバルブ体３５とスプリング３７とシート３９とを備えている。コア３１は、水素脆化に強い磁性材料により筒状に形成されている。コア３１の軸方向の中間部には、アジャストパイプ４３が圧入により取り付けられている。コア３１の上流側端部（図２において上端部）にはストレーナ４４が取り付けられている。

電磁ソレノイド３２は、コア３１の下流側端部（図２において下端部）を取り囲むように設けられている。電磁ソレノイド３２は、ボビン３２ａとコイル３２ｂとハウジング３２ｃとを有する。ボビン３２ａはコア３１に固定されている。コイル３２ｂはボビン３２ａに巻装されている。ハウジング３２ｃは、磁性材料によりＣ字筒状に形成されている。ハウジング３２ｃ内にボビン３２ａ及びコイル３２ｂが収容されている。

電磁ソレノイド３２を含むコア３１の周囲は、樹脂製のケース４１により覆われている。ケース４１には、外部コネクタ（不図示）を接続するコネクタ４１ａが形成されている。コネクタ４１ａには、コイル３２ｂに接続された端子ピン４２が配置されている。端子ピン４２は、外部コネクタを介して、制御装置（以下、「ＥＣＵ」と表記する）６０（図１参照）に電気的に接続されている。ＥＣＵ６０によって、水素ガス噴射用インジェクタ３０の作動が制御（噴射制御）すなわち水素ガスを噴射すべきタイミングでコイル３２ｂが通電される。

ボデー３３は、水素脆化に強い磁性材料により筒状に形成されている。ボデー３３は、コア３１の下流側（図２において下側）に同心状に配置されている。ボデー３３は、非磁性材からなるスリーブ４５を介して、コア３１に液密に接続されている。スリーブ４５は、コア３１の外周側に嵌合されかつ溶接により固定される一方、ボデー３３の内周側に嵌合されかつ溶接されている。ボデー３３の上流側端部（図２において上端部）はケース４１により覆われている。

バルブ体３５は、ボデー３３内に対して軸方向（図２において上下方向）に移動可能に配置されている。バルブ体３５は、水素脆化に強い磁性材料により中空筒状に形成されている。バルブ体３５の中空部はコア３１の中空部と連通されている。バルブ体３５の上流側端部（図２において上端部）にはアーマチャ部３５ａが形成されている。

バルブ体３５の下流側端部（図２において下端部）には、バルブ体３５の開口端部を閉鎖するバルブ部３５ｂが形成されている。アーマチャ部３５ａとバルブ部３５ｂとは筒状部３５ｃにより同心状に接続されている。筒状部３５ｃには、バルブ部３５ｂ寄りの位置において径方向に貫通する連通孔３５ｄが形成されている。連通孔３５ｄにより筒状部３５ｃの内外が連通されている。バルブ体３５のバルブ部３５ｂの先端面（図２において下端面）の中央部には円形状の凹部が形成されており、その凹部にゴム製の円形板状のシール部材３６が焼き付けにより接着されている。

スプリング３７は、バルブ体３５とアジャストパイプ４３との対向面間に介在されている。スプリング３７は金属製のコイルスプリングからなる。スプリング３７の弾性により、バルブ体３５が下流側（図２において下方）へ付勢されている。アジャストパイプ４３及びスプリング３７は、水素脆化に強い金属材料で形成されている。

シート３９は、ボデー３３の下流側端部（図２において下端部）内に嵌合されかつ溶接により固定されている。シート３９は、水素脆化に強い金属製で、有底円筒形状に形成されており、底側のシート部３９ａが上流側（図２において上側）に向けて配置されている。シート部３９ａには噴射孔３９ｂが形成されている。バルブ体３５とシート３９とから弁部４７が構成されている。ボデー３３にはゴム製のシール部材４９が設けられている。

水素ガス噴射用インジェクタ３０において、電磁ソレノイド３２のコイル３２ｂの非通電時には、スプリング３７の付勢によりバルブ体３５のシール部材３６がシート３９のシート部３９ａに弾性的に当接すると共にバルブ部３５ｂの外周部がシート３９のシート部３９ａに当接すなわち着座する。これにより、噴射孔３９ｂが密閉状態に閉じられた閉弁状態となる。このため、水素ガスは、シート３９の噴射孔３９ｂから噴射されない。この状態では、水素ガスは、コア３１、アジャストパイプ４３及びバルブ体３５の内部空間、バルブ体３５の連通孔３５ｄを介して、バルブ体３５とボデー３３とにより画定された空間部に流入している。

また、コイル３２ｂの通電時には、スプリング３７の付勢に抗してバルブ体３５が後退されることで、シート３９のシート部３９ａからシール部材３６及びバルブ部３５ｂが離間すなわち離座する。これにより、噴射孔３９ｂが開かれた開弁状態となる。このため、水素ガスが噴射孔３９ｂから噴射される。水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガス噴射圧力は、例えば０．５～１．０ＭＰａである。

水素ガス噴射用インジェクタ３０の電磁ソレノイド３２は、コイル３２ｂに給電する電流のオン・オフにより、基本的に「開」及び「閉」の２位置で用いられる。つまり、水素ガス噴射用インジェクタ３０は、電磁ソレノイド３２での開時間及び開閉タイミングを変えることで、水素ガスの噴射量を制御する。ＥＣＵ６０（図１参照）は、電磁ソレノイド３２のコイル３２ｂに給電するパルス状励磁電流のデューティ比を変化させるデューティ制御を行う。なお、デューティ比とは、パルス状励磁電流のＯＮ時間を、パルス状励磁電流のＯＮ時間とＯＦＦ時間とを加算したスイッチング周期で除したものである。水素ガス噴射用インジェクタ３０は、ＥＣＵ６０からの噴射信号の入力による作動により水素ガスを噴射する。

ＥＣＵ６０（図１参照）は、機関制御に係る各種処理を実施する中央演算処理装置（ＣＰＵ）、制御用のプログラムや機関制御に必要な情報を記憶するメモリ、水素ガス噴射用インジェクタ３０及び水噴射用インジェクタ５０の駆動回路等を備えて構成されている。ＥＣＵ６０には、機関運転状態を検出するクランクセンサ、アクセルセンサ、ノックセンサ、エアフロメータ、冷却水温センサ等が接続されている。ＥＣＵ６０は、各種センサの検出信号によって把握される内燃機関１０の運転状況に応じて、噴射制御や点火時期制御を始めとする各種機関制御を実施する。ＥＣＵ６０による水素ガス噴射用インジェクタ３０及び水噴射用インジェクタ５０の噴射制御については後で説明する。

（水噴射用インジェクタ５０）
図３は水噴射用インジェクタを示す断面図である。水噴射用インジェクタ５０は、水を噴射する電磁弁構造を有する。水噴射用インジェクタ５０の基本的構成は、水素ガス噴射用インジェクタ３０（図２参照）の基本的構成と略共通である。このため、水噴射用インジェクタ５０において、水素ガス噴射用インジェクタ３０と共通する構成要素及び構成部分には、下２桁を共通とする２００番台の符号を付してその説明を省略する。

図３に示すように、水噴射用インジェクタ５０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０の弁部４７（図２参照）とは異なる構成の弁部２４７を有する。弁部２４７は、バルブ体２３５とシート２３９とから構成されている。

バルブ体２３５は、アーマチャ部材２３５ａとバルブ部材２３５ｂと筒状部材２３５ｃとを有する。アーマチャ部材２３５ａは、磁性材料により短筒状に形成されている。アーマチャ部材２３５ａは、ボデー２３３の上流側端部（図３において上端部）内に軸方向に移動可能に配置されている。アーマチャ部材２３５ａの中空部は、コア２３１の中空部と連通されている。

筒状部材２３５ｃは、金属材料によって中空筒状に形成されている。筒状部材２３５ｃの上流側端部（図３において上端部）は、アーマチャ部材２３５ａに溶接等により同心状に接続されている。筒状部材２３５ｃは、アーマチャ部材２３５ａの外径よりも小さい外径を有する。筒状部材２３５ｃの中空部は、アーマチャ部材２３５ａの中空部と連通されている。筒状部材２３５ｃには、径方向に貫通する連通孔２３５ｄが形成されている。

バルブ部材２３５ｂは、金属材料によって球状に形成されている。バルブ部材２３５ｂは、筒状部材２３５ｃの下流側端部（図３において下端部）に対して溶接により接続されている。筒状部材２３５ｃの下流側の開口端部がバルブ部材２３５ｂにより閉鎖されている。

シート２３９は、ボデー２３３の下流側端部（図３において下端部）内に嵌合されかつ溶接により固定されている。シート２３９は、金属製で、有底円筒形状に形成されており、底側のシート部２３９ａが下流側（図３において下側）に向けて配置されている。シート部２３９ａには噴射孔２３９ｂが形成されている。また、水噴射用インジェクタ５０のコア２３１及びボデー２３３は、水素ガス噴射用インジェクタ３０と異なり、水素脆化に関係しない磁性材料で形成してもよい。

水噴射用インジェクタ５０において、電磁ソレノイド２３２のコイル２３２ｂの非通電時には、スプリング２３７の付勢によりバルブ体２３５のバルブ部材２３５ｂがシート２３９のシート部２３９ａに当接すなわち着座する閉弁状態となる。このため、水は、シート２３９の噴射孔２３９ｂから噴射されない。

また、コイル２３２ｂの通電時には、スプリング２３７の付勢に抗してバルブ体２３５が後退されることでシート２３９のシート部２３９ａからバルブ部材２３５ｂが離間すなわち離座する開弁状態となる。このため、水素ガスが噴射孔２３９ｂから噴射される。水噴射用インジェクタ５０の水噴射圧力は、例えば０．１～０．３ＭＰａである。水噴射用インジェクタ５０は、ＥＣＵ６０からの噴射信号の入力による作動により水素ガスを噴射する。

（エジェクタ７０）
図４はエジェクタを示す断面図である。図４に示すように、エジェクタ７０は、水素ガスの流れを利用して水噴射用インジェクタ５０から噴射された水を吸入し、水素ガスと水とを混合するものである。エジェクタ７０は、その外郭を形成するエジェクタ本体７１を有する。エジェクタ本体７１は、水素脆化に強い金属材料により直線状に延びる円管状に形成されている。

エジェクタ本体７１の基端部（図４において上端部）の内部には、ノズル７２が同心状に形成されている。ノズル７２は、下流側（図４において下方）に向かって次第に小径となるテーパ筒状に形成されている。エジェクタ本体７１とノズル７２との間に負圧室７３が形成されている。負圧室７３内にノズル７２の先端部（図４において下端部）が配置されている。

エジェクタ本体７１には、負圧室７３の下流側（図４において下側）に連通するディフューザ７１ａが形成されている。ディフューザ７１ａは、ノズル７２と同心状に形成されている。エジェクタ本体７１の先端部（図４において下端部）には、ディフューザ７１ａの下流端を開口する噴射口７１ｂが形成されている。

エジェクタ本体７１の基端部（図４において上端部）には、ノズル７２の上流側に向けて連続する段付き円筒状の水素ガス流入側接続部７１ｃが同心状に形成されている。水素ガス流入側接続部７１ｃは、水素ガス噴射用インジェクタ３０のボデー３３（図１参照）を同心状に接続可能に形成されている。

エジェクタ本体７１の負圧室７３の側壁７３ａには、その側方（図４において左方）へ向けて連続する段付き円筒状の水流入側接続部７１ｄが形成されている。水流入側接続部７１ｄは、水噴射用インジェクタ５０のボデー２３３（図１参照）を同心状に接続可能に形成されている。水流入側接続部７１ｄの軸線は、水素ガス流入側接続部７１ｃの軸線に対して交差（本実施形態では直交）している。

図１に示すように、エジェクタ７０の水素ガス流入側接続部７１ｃには、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガス噴射部を含むボデー３３が嵌合により接続されている。シール部材４９により水素ガス流入側接続部７１ｃとボデー３３との間がシールされている。

エジェクタ７０の水流入側接続部７１ｄには、水噴射用インジェクタ５０の水噴射部を含むボデー２３３が嵌合により接続されている。シール部材２４９により水素ガス流入側接続部７１ｃとボデー２３３との間がシールされている。

エジェクタ７０のエジェクタ本体７１の細径部分（ディフューザ７１ａを含む下流側部分）は、吸気管２３の下流側端部の上壁部に形成された挿通孔２３ａに挿通されている。これにより、エジェクタ本体７１の上流側部分は、吸気管２３の上方に配置されている。また、挿通孔２３ａには、エジェクタ本体７１の基端部（詳しくは、細径部分（ディフューザ７１ａを含む下流側部分）の基端部）が配置されている。また、エジェクタ本体７１の先端部の噴射口７１ｂは、内燃機関１０の吸気ポート１６内において閉弁状態の吸気バルブ１７の傘部１７ｂ（図１中、二点鎖線１７参照）に近接する位置に配置されている。これにより、噴射口７１ｂが内燃機関１０の吸気ポート１６内において吸気バルブ１７の傘部１７ｂに近接する位置で開口されている。エジェクタ本体７１は本明細書でいう「噴流パイプ」に相当する。すなわち、エジェクタ本体７１として噴流パイプ（エジェクタ本体７１と同一符号を付す）が用いられている。

（燃料供給システム）
図５は燃料供給システムを示す構成図である。図５に示すように、燃料噴射装置２８にかかる燃料供給システム８０は、水素ガス貯蔵タンク８１、水素ガス供給流路８２、水貯蔵タンク９１及び水供給流路９２を備えている。

水素ガス貯蔵タンク８１に水素ガスが高圧状態で貯蔵されている。水素ガス供給流路８２の上流側端部は水素ガス貯蔵タンク８１に接続されている。水素ガス供給流路８２の下流側端部は、水素ガス噴射用インジェクタ３０のコア３１（図１参照）に接続されている。水素ガス供給流路８２は、水素ガス貯蔵タンク８１内の水素ガスを水素ガス噴射用インジェクタ３０に供給する流路である。

水素ガス供給流路８２の途中には、上流側から下流側に向かって遮断弁８３、減圧弁８４及び安全弁８５が設けられている。遮断弁８３は、水素ガス貯蔵タンク８１の元弁として機能する電磁弁である。遮断弁８３が開弁されると、水素ガス貯蔵タンク８１から水素ガス供給流路８２に水素ガスが供給される。また、減圧弁８４は、水素ガスを減圧する調圧弁である。また、安全弁８５は、減圧弁８４で減圧されたた圧力が一定以上の場合に開弁し、水素ガスを大気中に放出する。

水貯蔵タンク９１に水が貯蔵されている。水供給流路９２の上流側端部は水貯蔵タンク９１に接続されている。水供給流路９２の下流側端部は、水噴射用インジェクタ５０のコア２３１（図１参照）に接続されている。水供給流路９２は、水貯蔵タンク９１内の水を水噴射用インジェクタ５０に供給する流路である。水供給流路９２の途中には、電動ポンプからなる水供給ポンプ９３が設けられている。水供給ポンプ９３の駆動により、水貯蔵タンク９１内の水が水供給流路９２を介して水噴射用インジェクタ５０に圧送される。なお、遮断弁８３及び水供給ポンプ９３の作動（開閉）は、ＥＣＵ６０（図１参照）によって制御される。

（ＥＣＵ６０の噴射制御）
図６はＥＣＵの噴射制御にかかるタイムチャートである。図６に示すように、ＥＣＵ６０（図１参照）は、吸気バルブ１７の閉弁直前において水素ガスを噴射するように水素ガス噴射用インジェクタ３０を作動させると共に、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水を噴射するように水噴射用インジェクタ５０を作動させるように設定されている。

詳しくは、機関軽負荷時において、ＥＣＵ６０は、吸気行程の終了直前すなわち吸気バルブ１７の閉弁直前において、水素ガス噴射期間τh1の間、水素ガス噴射用インジェクタ３０を作動させる。また、ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの水噴射期間τw1において、水噴射用インジェクタ５０を作動させる。水素ガス噴射期間τh1と水噴射期間τw1とは、
τh1＞τw1
の関係にある。

また、機関高負荷時において、ＥＣＵ６０は、吸気行程の終了直前すなわち吸気バルブ１７の閉弁直前において、水素ガス噴射期間τh2の間、水素ガス噴射用インジェクタ３０を作動させる。また、ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの水噴射期間τw2において、水噴射用インジェクタ５０を作動させる。水素ガス噴射期間τh2と水噴射期間τw2とは、τh2＞τw2の関係にある。

また、機関軽負荷時の水素ガス噴射期間τh1と機関高負荷時の水素ガス噴射期間τh2とは、τh1＜τh2の関係にある。また、機関軽負荷時の水噴射期間τw1と機関高負荷時の水噴射期間τw2とは、τw1＜τw2の関係にある。なお、機関軽負荷時の水素ガス噴射期間τh1の終了時刻と機関高負荷時の水素ガス噴射期間τh2の終了時刻とは同じである。また、機関軽負荷時の水噴射期間τw1の終了時刻と機関高負荷時の水噴射期間τw2の終了時刻とは同じである。

（燃料噴射装置２８の作用）
燃料噴射装置２８の作用を説明する。内燃機関１０の吸気バルブ１７の閉弁直前において水素ガス噴射用インジェクタ３０が作動されることにより、水素ガス噴射用インジェクタ３０から水素ガスを噴射させると共に、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水噴射用インジェクタ５０が作動される。これにより、水素ガス噴射用インジェクタ３０から噴射された水素ガスがエジェクタ７０のノズル７２に向けて噴射される。一方、水噴射用インジェクタ５０から噴射された水がエジェクタ７０の負圧室７３に向けて噴射される。

すると、ノズル７２からディフューザ７１ａへの水素ガスの流れにより発生する負圧により、負圧室７３の水がディフューザ７１ａに吸入されることにより、水素ガスと水とが混合される。その水素ガスと水との混合物すなわち気液混合体は、内燃機関１０の吸気ポート１６内において閉弁直前の吸気バルブ１７の傘部１７ｂ（図１中、実線１７ｂ参照）に近接する位置すなわち燃焼室１４の近くでディフューザ７１ａの噴射口７１ｂから噴射される。噴射された気液混合体は、吸入空気と共に燃焼室１４内へ吸入される。燃焼室１４内において、水素ガスは、吸入空気と混合しながら、所定タイミングにて点火されて燃焼される。なお、気液混合体は、燃焼室１４で圧縮されると、水は完全に蒸気になり、混合気温度を下げる効果を発揮し、また、燃焼が終われば蒸気として排出される。

（実施形態１の利点）
本実施形態によると、水素ガス噴射用インジェクタ３０から噴射された水素ガスを、エジェクタ本体７１を介して、内燃機関１０の吸気ポート１６内において吸気バルブ１７の傘部１７ｂに近接する位置で噴射させることができる。これにより、燃焼室１４の近くで水素ガスを噴射させることで、高速噴流の効果により吸気行程後半の短期間噴射が可能となり、プレイグニッション、ノック等の異常燃焼の発生を抑制することができる。また、吸気ポート１６内に水素ガスが残留しにくくなるため、バックファイヤー（異常燃焼）の発生を抑制することができる。また、吸気ポート１６内での吸入空気（気体）と水素ガス（気体）との予混合を抑制することにより、筒内への吸入空気の充填効率を向上させることができる。また、筒内噴射に準じた水素ガスの噴射（吸気行程後半の短期間噴射）を行えることにより、プレイグ、ノック等の異常燃焼の発生が抑制できるため、高圧縮比化による熱効率向上が期待できる。よって、従来の吸気ポート噴射式の燃料噴射装置の問題を改善し、内燃機関の異常燃焼の発生を抑制しつつ、筒内への吸入空気の充填効率の向上により、内燃機関の高出力化を実現することができる。

また、エジェクタ本体７１内に水を噴射する水噴射用インジェクタ５０を備えている。したがって、水噴射用インジェクタ５０から噴射された水がエジェクタ本体７１内で水素ガスと混合される。水は液体で供給されるため慣性力により、エジェクタ本体７１内で流れの乱れを作りながら水素ガスと水との気液混合体を生成することができる。この高速噴流の気液混合体により、水が気化する際の気化潜熱によって、圧縮端温度が低下されることで、筒内に投入される吸入空気の充填効率を向上させることができる。ひいては、ノックの発生を一層抑制することができるため圧縮比を上げることができる。また、水は不活性ガスなので、燃焼速度が緩慢になり、適正な燃焼速度で水素ガスを燃焼させることができる、ＮＯｘの発生量を低減することができる。

また、水素ガスの流れを利用して水噴射用インジェクタ５０から噴射された水を吸入し、水素ガスと水とを混合するエジェクタ７０を備えている。したがって、エジェクタ７０により、水素ガスの流れを利用して水噴射用インジェクタ５０から噴射された水が吸入され、水素ガスと水とが混合される。これにより、水噴射用インジェクタ５０の水噴射圧力を低圧化させると共に、水素ガスと水とのミキシング性を向上することができる。

また、ディフューザ７１ａを有する噴流パイプ７１を、エジェクタ７０の外郭を形成するエジェクタ本体７１として用いることができる。

また、水素ガス噴射用インジェクタ３０及び水噴射用インジェクタ５０の作動を制御するＥＣＵ６０を備えており、ＥＣＵ６０は、吸気バルブ１７の閉弁直前において水素ガスを噴射するように水素ガス噴射用インジェクタ３０を作動させると共に、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水を噴射するように水噴射用インジェクタ５０を作動させる。

したがって、ＥＣＵ６０により、吸気バルブ１７の閉弁直前において水素ガス噴射用インジェクタ３０が作動されることにより、水素ガス噴射用インジェクタ３０から水素ガスが噴射されると共に、水素ガス噴射用インジェクタ３０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水噴射用インジェクタ５０が作動されることにより、水噴射用インジェクタ５０から水が噴射される。これにより、圧縮端温度の低下と成層燃焼とを実現し、プレイグニッション、ノックなどの異常燃焼の発生を効果的に抑制することができる。また、吸気バルブ１７が開いて吸入空気が正の方向に流れているタイミングで、水素ガスと水との気液混合体がエジェクタ本体７１から噴射されるため、吸気ポート１６内に水素ガスが残留しにくく、バックファイヤーの発生を抑制することができる。

［実施形態２］
本実施形態は、実施形態１（図１参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位に同一符号を付して重複する説明を省略する。図７は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。図７に示すように、本実施形態は、実施形態１におけるエジェクタ７０のノズル７２（図１参照）が省略されており、負圧室７３が水素ガスと水との合流室７４として構成されている。なお、合流室７４の側壁に符号７４ａを付す。

これにより、エジェクタ７０の機能が省略されている。このため、実施形態２では、エジェクタ本体７１を噴流パイプ７１という。また、噴流パイプ７１のディフューザ７１ａは、開口断面積が一定のストレート状の管状部に形成してもよい。

［実施形態３］
本実施形態は、実施形態２（図７参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位に同一符号を付して重複する説明を省略する。図８は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。図８に示すように、本実施形態は、実施形態２における水噴射用インジェクタ５０（図７参照）が省略されている。これにともない、噴流パイプ７１の水流入側接続部７１ｄ及び合流室７４並びに側壁７４ａが省略されている。本実施形態のＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０のみを制御する。

［実施形態４］
本実施形態は、実施形態１（図１参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位に同一符号を付して重複する説明を省略する。図１０は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。図１０に示すように、本実施形態は、実施形態１における吸気管２３の挿通孔２３ａ（図１参照）が大径化された挿通孔２３ｂとされている。

エジェクタ本体７１の基端部（詳しくは、細径部分（ディフューザ７１ａを含む下流側部分）の基端部）には円環状の超音波振動子９５が嵌合されている。超音波振動子９５は、吸気管２３の挿通孔２３ｂ内に設置されている。超音波振動子９５は、ＥＣＵ６０に電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０及び水噴射用インジェクタ５０の作動中において超音波振動子９５を軸方向に高周波で駆動する制御を行う。これにより、超音波振動子９５は、エジェクタ本体７１の基端部に軸方向の超音波振動を付与し、エジェクタ本体７１を軸方向に高周波で加振する。

本実施形態によると、超音波振動子９５による超音波振動がエジェクタ本体７１の軸方向に付与される。これにより、エジェクタ本体７１の内壁面の流体抵抗が低減される。このため、エジェクタ本体７１内を通過する水素ガスと水との気液混合体の流速を高め、気液混合体の噴霧速度を高速化することができる。

また、吸気行程後半の短期間噴射において、水素ガスと水との気液混合体の高速噴流を内燃機関１０の燃焼室１４内に供給できるため、混合気形成の改善に大きく寄与することができる。よって、内燃機関（水素内燃機関）１０の最大の課題である異常燃焼（プレイグニッション、ノッキング、バックファイヤー）の抑制と混合気形成の改善とにより、熱効率をより一層向上することができる。

また、超音波振動子９５は、円環状に形成されかつエジェクタ本体７１の基端部に嵌合されている。したがって、超音波振動子９５による超音波振動をエジェクタ本体７１に効率良く付与することができる。また、エジェクタ本体７１を挿通する吸気管２３の挿通孔２３ｂを利用して、超音波振動子９５をコンパクトに設置することができる。

［実施形態５］
本実施形態は、実施形態４（図１０参照）に変更を加えたものであるから、その変更部分について説明し、実施形態１と同一部位に同一符号を付して重複する説明を省略する。図１１は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図である。図１１に示すように、本実施形態は、実施形態４の超音波振動子９５（図１０参照）に代えて、軸方向に並ぶ２つの円環状の超音波振動子すなわち第１超音波振動子９７及び第２超音波振動子９８が配置されている。

両超音波振動子９７，９８は、ＥＣＵ６０にそれぞれ電気的に接続されている。ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０及び水噴射用インジェクタ５０の作動中において第１超音波振動子９７を軸方向に高周波で駆動する制御を行う。これにより、第１超音波振動子９７は、実施形態４（図１０参照）の超音波振動子９５と同様、エジェクタ本体７１の基端部に軸方向の超音波振動を付与し、エジェクタ本体７１を軸方向に高周波で加振する。

また、ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３０及び水噴射用インジェクタ５０の作動中において第２超音波振動子９８を径方向に高周波で駆動する制御を行う。これにより、第２超音波振動子９８は、エジェクタ本体７１の基端部に径方向の超音波振動を付与し、エジェクタ本体７１を径方向に高周波で加振する。

本実施形態によると、第１超音波振動子９７による超音波振動がエジェクタ本体７１の軸方向に付与される。これにより、エジェクタ本体７１の内壁面の流体抵抗が低減される。このため、エジェクタ本体７１内を通過する水素ガスと水との気液混合体の流速を高め、気液混合体の噴霧速度を高速化することができる。

さらに、第２超音波振動子９８による超音波振動がエジェクタ本体７１の径方向に付与される。これにより、エジェクタ本体７１内を通過する水素ガスと水との気液混合体にポンプ作用が付与される。このため、エジェクタ本体７１内を通過する水素ガスと水との気液混合体の流速を高め、気液混合体の噴霧速度を高速化することができる。

したがって、エジェクタ本体７１の軸方向の超音波振動によるエジェクタ本体７１の内壁面の流体抵抗の低減と、エジェクタ本体７１の径方向の超音波振動によるポンプ作用と、の協働によって、エジェクタ本体７１内を通過する水素ガスと水との気液混合体の噴霧速度を高速化することができる。

［実施形態６］
本実施形態に係る燃料噴射装置は、実施形態１（図１参照）の燃料噴射装置及びその配置に変更を加えたものである。図１２は内燃機関の燃料噴射装置の周辺部を示す断面図、図１３は燃料噴射装置を示す断面図である。内燃機関１０については実施形態１（図１参照）と同一部位に同一符号を付して重複する説明を省略する。

図１２に示すように、燃料噴射装置３００は、内燃機関１０の筒内に水素ガスを噴射する水素ガス噴射用インジェクタ３１０を備える筒内噴射式の燃料噴射装置である。なお、燃料噴射装置３００は、シリンダヘッド１２に設置された筐体（不図示）に一体的に保持されている。

（燃料噴射装置）
図１３に示すように、燃料噴射装置３００は、水素ガス噴射用インジェクタ３１０、水噴射用インジェクタ３２０、潤滑油噴射用インジェクタ３３０及びエジェクタ３４０を備えている。

（水素ガス噴射用インジェクタ３１０）
水素ガス噴射用インジェクタ３１０は、水素ガスを噴射する電磁弁構造を有する。水素ガス噴射用インジェクタ３１０の基本的構成は、実施形態１の水素ガス噴射用インジェクタ３０（図２参照）の基本的構成と略共通である。このため、水素ガス噴射用インジェクタ３１０において、実施形態１の水素ガス噴射用インジェクタ３０と共通する主な構成要素及び構成部分には、下２桁を共通とする４００番台の符号を付してその説明を省略する。

水素ガス噴射用インジェクタ３１０は、実施形態１の水素ガス噴射用インジェクタ３０の弁部４７（図２参照）とは異なる構成の弁部４４７を有する。弁部４４７は、バルブ体４３５と筒状部材４３８とシート４３９とから構成されている。

筒状部材４３８は、金属製で、中空円筒形状に形成されている。筒状部材４３８の一端部（図１３において上端部）は、ボデー４３３の下流側端部（図１３において下端部）内に嵌合されかつ溶接により固定されている。

シート４３９は、金属製で、略円板状に形成されている。シート４３９は、筒状部材４３８の下流側端部（図１３において下端部）内に嵌合されかつ溶接により固定されている。シート４３９の中心部には噴射孔４３９ｂが形成されている。

バルブ体４３５は、アーマチャ部材４３５ａとバルブ部材４３５ｂとを有する。アーマチャ部材４３５ａは、磁性材料により短筒状に形成されている。アーマチャ部材４３５ａは、筒状部材４３８の上流側端部（図１３において上端部）内に軸方向に移動可能に配置されている。アーマチャ部材４３５ａは、コア４３１の中空部と筒状部材４３８の中空部とを連通する連通孔４３５ｅを有する。

バルブ部材４３５ｂは、金属製で、ニードル状に形成されている。バルブ部材４３５ｂの一端部（図１３において上端部）は、アーマチャ部材４３５ａに同心状に接続されている。バルブ部材４３５ｂの他端部（図１３において下端部）は、シート４３９（詳しくは噴射孔４３９ｂ）を開閉する弁部４３５ｆとなっている。

水素ガス噴射用インジェクタ３１０において、電磁ソレノイド４３２のコイル４３２ｂの非通電時には、スプリング４３７の付勢によりバルブ体４３５のバルブ部材４３５ｂの弁部４３５ｆがシート４３９に当接すなわち着座する閉弁状態となる。このため、水素ガスは、シート４３９の噴射孔４３９ｂから噴射されない。

また、コイル４３２ｂの通電時には、スプリング４３７の付勢に抗してバルブ体４３５が後退されることでシート４３９からバルブ部材４３５ｂの弁部４３５ｆが離間すなわち離座する開弁状態となる。

（水噴射用インジェクタ３２０）
水噴射用インジェクタ３２０は、実施形態１の水噴射用インジェクタ５０（図３参照）と同一構成であるから、主な構成要素及び構成部分に同一符号を付してその説明を省略する。

（潤滑油噴射用インジェクタ３３０）
潤滑油噴射用インジェクタ３３０は、潤滑油を噴射する電磁弁構造を有する。潤滑油噴射用インジェクタ３３０は、水噴射用インジェクタ３２０と同一構成であるから、主な構成要素及び構成部分に同一符号を付してその説明を省略する。

（エジェクタ３４０）
エジェクタ３４０は、水素ガスの流れを利用して水噴射用インジェクタ３２０から噴射された水、及び、潤滑油噴射用インジェクタ３３０から噴射された潤滑油を吸入し、水素ガスと水と潤滑油とを混合するものである。エジェクタ３４０の基本的構成は、実施形態１のエジェクタ７０（図４参照）の基本的構成と略共通である。このため、エジェクタ３４０において、実施形態１のエジェクタ７０と共通する構成要素及び構成部分には、下２桁を共通とする５００番台の符号を付してその説明を省略する。

エジェクタ本体５７１の先端部（図１３において下端部）は、水素ガス噴射用インジェクタ３１０のコア４３１の上流側端部（図１３において上端部）内に嵌合されている。すなわち、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の上流側にエジェクタ３４０が配置されている。

エジェクタ本体５７１の上流側接続部（実施形態１のエジェクタ７０における水素ガス流入側接続部７１ｃ（図４参照）が相当する）は、水素ガス流入口５７１ｃとして開口されている。

エジェクタ本体５７１の水流入側接続部５７１ｄには、水噴射用インジェクタ３２０のボデー２３３の先端部が接続されている。

エジェクタ本体５７１の負圧室５７３の側壁には、円筒状の潤滑油流入側接続部５７１ｅが形成されている。潤滑油流入側接続部５７１ｅは、水流入側接続部５７１ｄと左右対称状をなすように配置されている。潤滑油流入側接続部５７１ｅには、潤滑油噴射用インジェクタ３３０のボデー２３３の先端部が接続されている。

エジェクタ３４０は、略クロス型の配管継手部材３５０の中空部に配置されている。

（配管継手部材３５０）
配管継手部材３５０は、下方に延びる円筒状の第１ソケット部３５１と、左方に延びる円筒状の第２ソケット部３５２と、右方に延びる第３ソケット部３５３と、前方（図１３において紙面表方）に延びる第４ソケット部３５４と、を有する。第４ソケット部３５４は、第２ソケット部３５２と第３ソケット部３５３との間から上方へ膨出する膨出部３５０ａに形成されている。

第１ソケット部３５１内には、水素ガス噴射用インジェクタ３１０のコア４３１の上流側端部（図１３において上端部）が接続されている。第２ソケット部３５２内には、水噴射用インジェクタ３２０のケース２４１が嵌合されている。第３ソケット部３５３内には、潤滑油噴射用インジェクタ３３０のケース２４１が嵌合されている。

（内燃機関１０に対する燃料噴射装置３００の設置）
図１２に示すように、燃料噴射装置３００の水素ガス噴射用インジェクタ３１０の筒状部材４３８は、内燃機関１０のシリンダヘッド１２の吸気ポート１６の下側の壁部に形成された挿通孔１２ａに挿通されている。筒状部材４３８の先端部は、閉弁状態の吸気バルブ１７の傘部１７ｂに近接する位置に配置されている。水素ガス噴射用インジェクタ３１０の噴射孔４３９ｂ（図１３参照）は、内燃機関１０の筒内すなわち燃焼室１４内に水素ガスを噴射可能に配置されている。水素ガス噴射用インジェクタ３１０、水噴射用インジェクタ３２０及び潤滑油噴射用インジェクタ３３０は、ＥＣＵ６０により噴射制御される。

（燃料供給システム）
図１４は燃料供給システムを示す構成図である。図１４に示すように、燃料噴射装置３００にかかる燃料供給システム３８０は、水素ガス貯蔵タンク３８１、水素ガス供給流路３８２、水貯蔵タンク３９１、水供給流路３９２、潤滑油貯蔵タンク３９４及び潤滑油供給流路３９６を備えている。

水素ガス貯蔵タンク３８１に水素ガスが高圧状態で貯蔵されている。水素ガス供給流路３８２の上流側端部は水素ガス貯蔵タンク３８１に接続されている。水素ガス供給流路３８２の下流側端部は、燃料噴射装置３００の配管継手部材３５０の第４ソケット部３５４（図１２参照）に接続されている。水素ガス供給流路３８２は、水素ガス貯蔵タンク３８１内の水素ガスを燃料噴射装置３００に供給する流路である。

水素ガス供給流路３８２の途中には、上流側から下流側に向かって遮断弁３８３及び減圧弁３８４が設けられている。遮断弁３８３は、水素ガス貯蔵タンク３８１の元弁として機能する電磁弁である。遮断弁３８３が開弁されると、水素ガス貯蔵タンク３８１から水素ガス供給流路３８２に水素ガスが供給される。また、減圧弁３８４は、水素ガスを減圧する調圧弁である。

水貯蔵タンク３９１に水が貯蔵されている。水供給流路３９２の上流側端部は水貯蔵タンク３９１に接続されている。水供給流路３９２の下流側端部は、水噴射用インジェクタ３２０のコア２３１（図１２参照）に接続されている。水供給流路３９２は、水貯蔵タンク３９１内の水を水噴射用インジェクタ３２０に供給する流路である。水供給流路３９２の途中には、電動ポンプからなる水供給ポンプ３９３が設けられている。水供給ポンプ３９３の駆動により、水貯蔵タンク３９１内の水が水供給流路３９２を介して水噴射用インジェクタ３２０に圧送される。なお、遮断弁３８３及び水供給ポンプ３９３の作動（開閉）は、ＥＣＵ６０（図１２参照）によって制御される。

潤滑油貯蔵タンク３９４に潤滑油が貯蔵されている。潤滑油は、例えばシリコン系の高耐熱潤滑油である。潤滑油供給流路３９６の上流側端部は潤滑油貯蔵タンク３９４に接続されている。潤滑油供給流路３９６の下流側端部は、潤滑油噴射用インジェクタ３３０のコア２３１（図１２参照）に接続されている。潤滑油供給流路３９６は、潤滑油貯蔵タンク３９４内の潤滑油を潤滑油噴射用インジェクタ３３０に供給する流路である。

なお、図１５に示すように、潤滑油供給流路３９６の途中に、電動ポンプからなる潤滑油供給ポンプ３９９を設けてもよい。ＥＣＵ６０（図１２参照）によって潤滑油供給ポンプ３９９が駆動制御されることにより、潤滑油貯蔵タンク３９４内の潤滑油が潤滑油供給流路３９６を介して潤滑油噴射用インジェクタ３３０に圧送される。

（ＥＣＵ６０の噴射制御）
ＥＣＵ６０（図１２参照）は、内燃機関１０の吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において水素ガスを噴射するように水素ガス噴射用インジェクタ３１０を作動させる。水素ガス噴射用インジェクタ３１０の噴射時間は、吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において要求噴射量に応じて変化する。これは、筒内の圧力が高くならないうちに早期に噴射することで均質燃焼を狙った圧縮行程前期噴射式の燃料噴射装置と同様である。

また、ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水を噴射するように水噴射用インジェクタ３２０を作動させるように設定されている。また、ＥＣＵ６０は、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の開弁時間を積算し、所定の積算時間に達したときで、かつ、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において潤滑油を噴射するように潤滑油噴射用インジェクタ３３０を設定時間作動させるように設定されている。

（燃料噴射装置３００の作用）
燃料噴射装置３００の作用を説明する。内燃機関１０の吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において水素ガス噴射用インジェクタ３１０が作動されることにより、水素ガス噴射用インジェクタ３１０から水素ガスが内燃機関１０の燃焼室１４内に噴射される。これにともない、水素ガスが配管継手部材３５０の第４ソケット部３５４からエジェクタ３４０のノズル５７２に向けて噴射される。

一方、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水噴射用インジェクタ３２０が作動される。これにより、水噴射用インジェクタ３２０から噴射された水がエジェクタ３４０の負圧室５７３に向けて噴射される。すると、ノズル５７２からディフューザ５７１ａへの水素ガスの流れにより発生する負圧により、負圧室５７３の水がディフューザ５７１ａに吸入されることにより、水素ガスと水とが混合される。その水素ガスと水との気液混合体は、水素ガス噴射用インジェクタ３１０を介して内燃機関１０の燃焼室１４内に噴射される。噴射された気液混合体は、吸入空気と共に燃焼室１４内へ吸入される。燃焼室１４内において、水素ガスは燃焼される。なお、気液混合体は、燃焼室１４で圧縮されると、水は完全に蒸気になり、混合気温度を下げる効果を発揮し、また、燃焼が終われば蒸気として排出される。

また、潤滑油噴射用インジェクタ３３０が作動されたときには、潤滑油噴射用インジェクタ３３０から噴射された潤滑油がエジェクタ３４０の負圧室５７３に向けて噴射される。これにより、水素ガスに水と共に潤滑油が混合される。その水素ガスと水と潤滑油との気液混合体は、水素ガス噴射用インジェクタ３１０を介して内燃機関１０の燃焼室１４内に噴射される。

（実施形態６の利点）
本実施形態によると、筒内噴射式の燃料噴射装置３００であるため、内燃機関１０の異常燃焼の発生を抑制しつつ、筒内への吸入空気の充填効率の向上により内燃機関１０の高出力化を実現することができる。また、水素ガス噴射用インジェクタ３１０からの水素ガスの噴射にともない、水噴射用インジェクタ３２０から噴射された水がエジェクタ３４０に吸入されるため、水素ガスと水とを混合させて水素ガス噴射用インジェクタ３１０から筒内に噴射することができる。これにより、水が気化する際の気化潜熱によって、圧縮端温度が低下されることで、高圧縮比化が可能となり、熱効率を向上することができる。また、水は不活性ガスなので、燃焼速度が緩慢になり、適正な燃焼速度で水素ガスを燃焼させることができるため、ＮＯｘの発生量を低減することができる。また、エジェクタ３４０が水素ガス噴射用インジェクタ３１０の上流側に配置されているため、水噴射用インジェクタ３２０に対する燃焼ガス及び凝縮水の接触を回避し、水噴射用インジェクタ３２０の耐久性及び信頼性を向上することができる。

また、ＥＣＵ６０により、内燃機関１０の吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において水素ガス噴射用インジェクタ３１０が作動される。これにより、水素ガス噴射用インジェクタ３１０から水素ガスが筒内に噴射される。このため、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の噴射圧力を低く設定することが可能となる。ひいては、水素ガス貯蔵タンク３８１内の水素を有効に使用することが可能となる。また、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において水噴射用インジェクタ３２０が作動されることにより水噴射用インジェクタ３２０から水が噴射される。

また、潤滑油噴射用インジェクタ３３０から噴射された潤滑油が、エジェクタ３４０に吸入され、水素ガス噴射用インジェクタ３１０内を通過する。これにより、内燃機関１０の熱害による水素ガス噴射用インジェクタ３１０のバルブ体の摺動不良や焼き付きの発生を抑制することができる。ひいては、水素ガス噴射用インジェクタ３１０のバルブ体４３５の摺動性を確保することができ、水素ガス噴射用インジェクタ３１０の耐久性及び信頼性を向上することができる。

［他の実施形態］
本発明は前記した実施形態に限定されるものではなく、本発明を逸脱しない範囲における変更が可能である。例えば、本発明は、自動車等の車両に限らず、航空機、船舶、その他の水素内燃機関の燃料噴射装置として適用してもよい。また、エジェクタ本体（噴流パイプ）７１は、吸気管２３に代えてシリンダヘッド１２に設けてもよい。また、超音波振動子は、エジェクタ本体（噴流パイプ）７１に超音波振動を付与することが可能であればよく、超音波振動子の形状、設置形態、個数等は変更してもよい。また、超音波振動子９５は、エジェクタ本体７１の径方向に超音波振動を付与するものでもよい。また、水素ガス噴射用インジェクタ３１０は、筒内に水素ガスを噴射する位置であれば任意の位置に配置してよい。また、潤滑油噴射用インジェクタ３３０は省略してもよい。

１０ 内燃機関
１６ 吸気ポート
１７ 吸気バルブ
１７ｂ 傘部
２８ 燃料噴射装置
３０ 水素ガス噴射用インジェクタ
５０ 水噴射用インジェクタ
６０ ＥＣＵ（制御装置）
７０ エジェクタ
７１ エジェクタ本体（噴流パイプ）
７１ａ ディフューザ
７１ｂ 噴射口
９５ 超音波振動子
９７ 第１超音波振動子
９８ 第２超音波振動子
３００ 燃料噴射装置
３１０ 水素ガス噴射用インジェクタ
３２０ 水噴射用インジェクタ
３３０ 潤滑油噴射用インジェクタ
３４０ エジェクタ

Claims (7)

1. 水素ガスを噴射する水素ガス噴射用インジェクタを備える燃料噴射装置であって、
   前記水素ガス噴射用インジェクタから噴射された前記水素ガスを流す噴流パイプを備えており、
   前記噴流パイプの噴射口は、内燃機関の吸気ポート内において吸気バルブの傘部に近接する位置で開口されており、
   前記噴流パイプ内に水を噴射する水噴射用インジェクタを備えている、燃料噴射装置。
2. 請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
   前記水素ガスの流れを利用して前記水噴射用インジェクタから噴射された前記水を吸入し、前記水素ガスと前記水とを混合するエジェクタを備えており、
   前記噴流パイプは、ディフューザを有し、前記エジェクタの外郭を形成するエジェクタ本体として用いられている、燃料噴射装置。
3. 請求項１又は２に記載の燃料噴射装置であって、
   前記水素ガス噴射用インジェクタ及び前記水噴射用インジェクタの作動を制御する制御装置を備えており、
   前記制御装置は、前記吸気バルブの閉弁直前において前記水素ガスを噴射するように前記水素ガス噴射用インジェクタを作動させると共に、該水素ガス噴射用インジェクタの前記水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において前記水を噴射するように前記水噴射用インジェクタを作動させる、燃料噴射装置。
4. 請求項１～３のいずれか１つに記載の燃料噴射装置であって、
   前記噴流パイプに超音波振動を付与する超音波振動子を備えている、燃料噴射装置。
5. 内燃機関の筒内に水素ガスを噴射する水素ガス噴射用インジェクタを備える筒内噴射式の燃料噴射装置であって、
   水を噴射する水噴射用インジェクタと、
   前記水素ガスの流れを利用して前記水噴射用インジェクタから噴射された前記水を吸入し、前記水素ガスと前記水とを混合するエジェクタと、を備えており、
   前記エジェクタは、前記水素ガス噴射用インジェクタの上流側に配置されている、燃料噴射装置。
6. 請求項５に記載の燃料噴射装置であって、
   前記水素ガス噴射用インジェクタ及び前記水噴射用インジェクタの作動を制御する制御装置を備えており、
   前記制御装置は、前記内燃機関の吸気行程後半から圧縮行程前半までの間において前記水素ガスを噴射するように前記水素ガス噴射用インジェクタを作動させると共に、該水素ガス噴射用インジェクタの前記水素ガスの噴射開始後から噴射終了前までの期間において前記水を噴射するように前記水噴射用インジェクタを作動させる、燃料噴射装置。
7. 請求項５又は６に記載の燃料噴射装置であって、
   前記エジェクタに吸入される潤滑油を噴射する潤滑油噴射用インジェクタを備えている、燃料噴射装置。
   

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