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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023161284
(43)【公開日】2023-11-07
(54)【発明の名称】水素エンジン
(51)【国際特許分類】
F02D 19/02 20060101AFI20231030BHJP
F02D 19/08 20060101ALI20231030BHJP
F02F 1/24 20060101ALI20231030BHJP
F02F 1/42 20060101ALI20231030BHJP
F02M 21/02 20060101ALI20231030BHJP
【ＦＩ】
F02D19/02 B
F02D19/08 C
F02F1/24 Q
F02F1/42 F
F02M21/02 G
F02M21/02 301H
【審査請求】未請求
【請求項の数】14
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022071572
(22)【出願日】2022-04-25
(71)【出願人】
【識別番号】316015888
【氏名又は名称】三菱重工エンジン＆ターボチャージャ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000785
【氏名又は名称】ＳＳＩＰ弁理士法人
(72)【発明者】
【氏名】遠藤 浩之
(72)【発明者】
【氏名】戸田 正樹
(72)【発明者】
【氏名】渡邉 壮太
(72)【発明者】
【氏名】野口 知宏
【テーマコード（参考）】
3G024
3G092
【Ｆターム（参考）】
3G024AA01
3G024AA09
3G024AA17
3G024AA72
3G024DA06
3G024DA30
3G092AA08
3G092AB09
3G092DA01
3G092DC06
3G092DF01
3G092FA19
3G092FA24
3G092HA13X
3G092HA13Z
(57)【要約】
【課題】逆火の発生を抑制するとともに高いエンジン効率を実現することができる水素エンジンを提供する。
【解決手段】水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、シリンダと、シリンダ内を移動可能なピストンと、ピストンとの間に燃焼室を形成し、燃焼室に接続する吸気ポートと燃焼室に接続する燃料供給ポートを含むシリンダヘッドと、吸気ポートを開閉するための吸気弁と、燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、吸気弁と燃料供給弁とに共通して設けられ、吸気弁と燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、を備え、燃料供給弁の開弁タイミングが吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側となるように構成される。
【選択図】 図４
【解決手段】水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、シリンダと、シリンダ内を移動可能なピストンと、ピストンとの間に燃焼室を形成し、燃焼室に接続する吸気ポートと燃焼室に接続する燃料供給ポートを含むシリンダヘッドと、吸気ポートを開閉するための吸気弁と、燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、吸気弁と燃料供給弁とに共通して設けられ、吸気弁と燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、を備え、燃料供給弁の開弁タイミングが吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側となるように構成される。
【選択図】 図４
【特許請求の範囲】
【請求項1】
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記燃料供給弁の開弁タイミングが前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側となるように構成された、水素エンジン。
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記燃料供給弁の開弁タイミングが前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側となるように構成された、水素エンジン。
【請求項2】
前記動弁機構は、
所定の回転軸線の周りに回動し、前記吸気弁を押圧可能に構成された吸気用ロッカーアームと、
前記吸気用ロッカーアームとともに前記回転軸線の周りに回動し、前記燃料供給弁を押圧可能に構成された燃料供給弁用アームと、
を備え、
前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離の最大値は、前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記吸気用ロッカーアームと前記吸気弁との距離の最大値より大きい、請求項１に記載の水素エンジン。
所定の回転軸線の周りに回動し、前記吸気弁を押圧可能に構成された吸気用ロッカーアームと、
前記吸気用ロッカーアームとともに前記回転軸線の周りに回動し、前記燃料供給弁を押圧可能に構成された燃料供給弁用アームと、
を備え、
前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離の最大値は、前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記吸気用ロッカーアームと前記吸気弁との距離の最大値より大きい、請求項１に記載の水素エンジン。
【請求項3】
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングにおける前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離が０よりも大きい、請求項２に記載の水素エンジン。
【請求項4】
前記燃料供給弁は、
弁棒と、
前記弁棒における一端側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に対して前記弁棒の軸方向に当接可能な弁体部と、
前記弁棒における前記弁体部側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に前記弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置するカラー部と、
を備える、請求項１に記載の水素エンジン。
弁棒と、
前記弁棒における一端側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に対して前記弁棒の軸方向に当接可能な弁体部と、
前記弁棒における前記弁体部側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に前記弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置するカラー部と、
を備える、請求項１に記載の水素エンジン。
【請求項5】
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記カラー部の高さをＨ１とすると、Ｈ１＞０．７Ｌを満たす、請求項４に記載の水素エンジン。
【請求項6】
前記燃料供給ポートは、
前記燃料供給弁の軸方向に沿って設けられた第１流路部と、
前記第１流路部の下流側に設けられた弁座面と、
前記弁座面の下流側に設けられ、前記第１流路部の流路幅よりも大きな流路幅を有する第２流路部と、
を含み、
前記燃料供給弁の弁体部の外周面は、前記第２流路部の流路壁を摺動するように構成された、請求項１に記載の水素エンジン。
前記燃料供給弁の軸方向に沿って設けられた第１流路部と、
前記第１流路部の下流側に設けられた弁座面と、
前記弁座面の下流側に設けられ、前記第１流路部の流路幅よりも大きな流路幅を有する第２流路部と、
を含み、
前記燃料供給弁の弁体部の外周面は、前記第２流路部の流路壁を摺動するように構成された、請求項１に記載の水素エンジン。
【請求項7】
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記燃料供給弁の軸方向における前記第２流路部の長さをＨ２とすると、Ｈ２＞０．７Ｌを満たす、請求項６に記載の水素エンジン。
【請求項8】
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
前記燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において前記燃料供給ポートの出口部のうち前記排気ポート側の少なくとも一部を覆うように構成されたカバー部と、
を備える、水素エンジン。
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
前記燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において前記燃料供給ポートの出口部のうち前記排気ポート側の少なくとも一部を覆うように構成されたカバー部と、
を備える、水素エンジン。
【請求項9】
前記カバー部は、前記燃料供給弁の弁棒における弁体部側に設けられたカラー部であり、
前記カラー部は、円板又は円柱状に形成されており、前記燃料供給ポートの弁座面に前記燃料供給弁の弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置し、前記弁棒の外径よりも大きな外径を有する、請求項８に記載の水素エンジン。
前記カラー部は、円板又は円柱状に形成されており、前記燃料供給ポートの弁座面に前記燃料供給弁の弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置し、前記弁棒の外径よりも大きな外径を有する、請求項８に記載の水素エンジン。
【請求項10】
前記シリンダヘッドは、
シリンダヘッド本体と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材と、
前記シリンダヘッド本体と前記弁座部材とに挟まれたマスクプレートと、
を含み、
前記マスクプレートは、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部を含み、
前記カバー部は前記突出部である、請求項８に記載の水素エンジン。
シリンダヘッド本体と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材と、
前記シリンダヘッド本体と前記弁座部材とに挟まれたマスクプレートと、
を含み、
前記マスクプレートは、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部を含み、
前記カバー部は前記突出部である、請求項８に記載の水素エンジン。
【請求項11】
前記シリンダヘッドは、
シリンダヘッド本体と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材と、
を含み、
前記弁座部材は、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部を含み、
前記カバー部は、前記突出部である、請求項８に記載の水素エンジン。
シリンダヘッド本体と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材と、
を含み、
前記弁座部材は、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部を含み、
前記カバー部は、前記突出部である、請求項８に記載の水素エンジン。
【請求項12】
前記吸気ポートから前記燃焼室に流入した吸気の旋回流が前記エンジンの１回転の間に前記燃焼室を何回回るかを示す無次元数を前記旋回流の強さＳとし、前記エンジンの１燃焼サイクルのうち、前記エンジンの排気弁の開弁期間と前記燃料供給弁の開弁期間とがオーバーラップしている期間に対応するクランク角度の幅を角度幅ＯＬとし、前記旋回流の強さＳと前記角度幅ＯＬとの積を角度θとし、
前記燃料供給弁の軸線の周りの周方向について、前記排気ポート側の範囲をＳ１とし、前記範囲Ｓ１における前記旋回流の回転方向の上流端から前記旋回流の回転方向における上流側への前記角度θの範囲をＳ２とすると、
前記カバー部は、前記周方向における前記範囲Ｓ１と前記範囲Ｓ２とを含む範囲に設けられた、請求項８乃至１１の何れか１項に記載の水素エンジン。
前記燃料供給弁の軸線の周りの周方向について、前記排気ポート側の範囲をＳ１とし、前記範囲Ｓ１における前記旋回流の回転方向の上流端から前記旋回流の回転方向における上流側への前記角度θの範囲をＳ２とすると、
前記カバー部は、前記周方向における前記範囲Ｓ１と前記範囲Ｓ２とを含む範囲に設けられた、請求項８乃至１１の何れか１項に記載の水素エンジン。
【請求項13】
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記シリンダヘッドの下面が平面に沿って形成されており、
前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態において前記燃料供給弁の下面は、前記シリンダヘッドの下面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置する、水素エンジン。
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記シリンダヘッドの下面が平面に沿って形成されており、
前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態において前記燃料供給弁の下面は、前記シリンダヘッドの下面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置する、水素エンジン。
【請求項14】
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態での前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料供給弁の下面と前記シリンダヘッドの下面との距離をＨ３とすると、Ｈ３＞Ｌを満たす、請求項１３に記載の水素エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、水素エンジンに関する。
【背景技術】
【0002】
特許文献１には、水素燃料を用いる水素エンジンが開示されている。この水素エンジンでは、吸気ポート内に水素燃料を噴射するためのインジェクタが設けられており、吸気ポートを流れる吸気とインジェクタから噴射された水素燃料とが混合されて燃焼室に供給される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【特許文献1】特開２０１６－１１８１０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
水素の可燃範囲は広くその燃焼速度が速いため、特許文献１に記載のように吸気ポート内に水素燃料を噴射する場合、吸気ポートに火炎が遡る逆火が発生しやすく、吸気経路が損傷するリスクがある。このような逆火を抑制するために、吸気ポートとは別に燃料供給ポートを設けて吸気ポートを介さずに燃料ガスを燃焼室に供給する方法も考えられるが、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップする期間があるため、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されるとエンジン効率の低下を招いてしまう。
【0005】
上述の事情に鑑みて、本開示の少なくとも一実施形態は、逆火の発生を抑制するとともに高いエンジン効率を実現することができる水素エンジンを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る水素エンジンは、
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記燃料供給弁の開弁タイミングが前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側となるように構成される。
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記燃料供給弁の開弁タイミングが前記吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側となるように構成される。
【0007】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る水素エンジンは、
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
前記燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において前記燃料供給ポートの出口部のうち前記排気ポート側の少なくとも一部を覆うように構成されたカバー部と、
を備える。
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
前記燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において前記燃料供給ポートの出口部のうち前記排気ポート側の少なくとも一部を覆うように構成されたカバー部と、
を備える。
【0008】
上記目的を達成するため、本開示の少なくとも一実施形態に係る水素エンジンは、
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記シリンダヘッドの下面が平面に沿って形成されており、
前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態において前記燃料供給弁の下面は、前記シリンダヘッドの下面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置する。
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジンであって、
シリンダと、
前記シリンダ内を移動可能なピストンと、
前記ピストンとの間に燃焼室を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポートと前記燃焼室に接続する燃料供給ポートと、前記燃焼室に接続する排気ポートとを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構と、
を備え、
前記シリンダヘッドの下面が平面に沿って形成されており、
前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態において前記燃料供給弁の下面は、前記シリンダヘッドの下面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置する。
【発明の効果】
【0009】
本開示の少なくとも一実施形態によれば、逆火の発生を抑制するとともに高いエンジン効率を実現することができる水素エンジンが提供される。
【図面の簡単な説明】
【0010】
【図1】一実施形態に係る水素エンジン２の概略断面図である。
【図2】動弁機構１８の詳細構成の一例を示す側面図である。
【図4】水素エンジン２の１燃焼サイクルにおける吸気弁１０、排気弁１４、燃料供給弁１５の各々の有効開口面積の変化の一例を示す図である。
【図5A】図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。
【図5B】図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。
【図5C】図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座面５４から離間していて燃料供給弁１５のカラー部５０によって燃料供給ポート２６が閉じている状態（図５Ａに示す状態と図５Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【図6】水素エンジン２のクランク角度と排気弁１４及び燃料供給弁１５の各々のリフト量との関係を示す図である。
【図7A】図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。
【図7B】図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。
【図7C】図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座面５４から離間していて燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座部材５６の内周面に接触している状態（図７Ａに示す状態と図７Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【図8A】図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。
【図8B】図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。
【図8C】図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態（図８Ａに示す状態と図８Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【図9A】図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。
【図9B】図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。
【図9C】図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図であり、燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座面５４から離間していて燃料供給ポート２６の出口部７０のうち排気ポート２４側の少なくとも一部が燃料供給弁１５のカラー部７２（カバー部）によって覆われている状態（図９Ａに示す状態と図９Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【図10A】カラー部７２を設ける範囲の一例を説明するための図である。
【図10B】カラー部７２を設ける範囲の他の一例を説明するための図である。
【図12A】マスクプレート７４の突出部７６を設ける範囲の一例を説明するための図である。
【図12B】マスクプレート７４の突出部７６を設ける範囲の他の一例を説明するための図である。
【図14A】弁座部材５６の突出部７７を設ける範囲の一例を説明するための図である。
【図14B】弁座部材５６の突出部７７を設ける範囲の他の一例を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【0011】
以下、添付図面を参照して本開示の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
【0012】
（水素エンジン）
図１は、一実施形態に係る水素エンジン２の概略断面図である。以下では、水素を含む燃料ガスを使用する４ストロークエンジンを例に水素エンジン２の説明を行う。水素エンジン２が使用する燃料ガスの水素濃度は、例えば５０％以上であってもよいし、７５％以上であってもよいし、９９％以上であってもよい。
図１は、一実施形態に係る水素エンジン２の概略断面図である。以下では、水素を含む燃料ガスを使用する４ストロークエンジンを例に水素エンジン２の説明を行う。水素エンジン２が使用する燃料ガスの水素濃度は、例えば５０％以上であってもよいし、７５％以上であってもよいし、９９％以上であってもよい。
【0013】
図１に示すように、水素エンジン２は、シリンダ４、ピストン６、シリンダヘッド８、吸気弁１０、バルブスプリング１２、排気弁１４、燃料供給弁１５、バルブスプリング１６及び動弁機構１８を備える。
【0014】
ピストン６は、シリンダ４内を移動可能に構成されている。ピストン６は、ピストン６の外周面をシリンダ４の内周面に摺動させるようにシリンダ４内を往復運動し、ピストン６に連結された不図示のクランクシャフトがピストン６の往復運動に連動して回転する。
【0015】
シリンダヘッド８は、ピストン６との間に燃焼室２０を形成する。シリンダヘッド８は、燃焼室２０に接続する吸気ポート２２と、燃焼室２０に接続する排気ポート２４と、燃焼室２０に接続する燃料供給ポート２６とを含む。図示する例では、シリンダヘッド８の下面９はピストン６の軸方向と直交する平面に沿って形成されている。
【0016】
吸気弁１０は、吸気ポート２２を開閉可能に構成されている。吸気弁１０は、弁棒２８と、弁棒２８の一端側に設けられる弁体部３０と、弁棒２８の他端側に設けられる力受け部３２とを含む。図示する例では、弁棒２８は上下方向に沿って延在し、弁体部３０は弁棒２８の下端に設けられ、力受け部３２は弁棒２８の上端に設けられる。また、図示する例では、弁体部３０は、吸気の流れの上流側に向かうにつれて弁体部３０の外径が小さくなるように円錐台形状に形成されており、円錐台形状の傾斜面（吸気弁１０の軸方向に対して傾斜した傾斜面）が吸気ポート２２の弁座面に対して吸気弁１０の軸方向（弁棒２８の軸方向）に当接可能に設けられている。また、図示する例では、力受け部３２は、吸気弁１０の軸方向と直交する平面に沿って板状に形成されている。
【0017】
バルブスプリング１２は、シリンダヘッド８の上面と力受け部３２の下面との間に圧縮された状態で挟まれており、吸気弁１０を閉じる方向に付勢するように力受け部３２を上向きに付勢している。
【0018】
排気弁１４は、排気ポート２４を開閉可能に構成されている。排気弁１４は、吸気弁１０と同様の構造を有しており、不図示のバルブスプリングが排気弁１４を閉じる方向に付勢している。
【0019】
燃料供給弁１５は、燃料供給ポート２６を開閉可能に構成されている。燃料供給弁１５は、弁棒３４と、弁棒３４の一端側に設けられる弁体部３６と、弁棒３４の他端側に設けられる力受け部３８とを含む。図示する例では、弁棒３４は上下方向に沿って延在し、弁体部３６は弁棒３４の下端に設けられ、力受け部３８は弁棒３４の上端に設けられる。また、図示する例では、弁体部３６は、燃料ガスの流れの上流側に向かうにつれて弁体部３６の外径が小さくなるように円錐台形状に形成されており、円錐台形状の傾斜面５３（燃料供給弁１５の軸方向に対して傾斜した傾斜面）は燃料供給ポート２６の弁座面５４に対して燃料供給弁１５の軸方向（弁棒３４の軸方向）に当接可能に設けられている。また、図示する例では、力受け部３８は、燃料供給弁１５の軸方向と直交する平面に沿って板状に形成されている。
【0020】
バルブスプリング１６は、シリンダヘッド８の上面と力受け部３８の下面との間に圧縮された状態で挟まれており、燃料供給弁１５を閉じる方向に付勢するように力受け部３８を上向きに付勢している。
【0021】
動弁機構１８は、吸気弁１０と燃料供給弁１５とに共通して設けられており、吸気弁１０と燃料供給弁１５とを連動させて開閉するように構成されている。動弁機構１８の詳細構成の例については後述する。
【0022】
上記水素エンジン２では、燃料供給ポート２６から供給された燃料ガスと吸気ポート２２から供給された空気とが燃焼室２０で混合され、不図示の点火装置により点火されて燃焼ガスが燃焼する。上記構成では、吸気ポート２２とは別に燃料供給ポート２６が設けられており、水素を含む燃料ガスが吸気ポート２２を介さずに燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給される。このため、吸気ポート２２に火炎が遡る逆火の発生を抑制することができる。
【0023】
（動弁機構）
図２は、動弁機構１８の詳細構成の一例を示す側面図である。
図２に示すように、動弁機構１８は、吸気カムシャフト４０、吸気カム４１、プッシュロッド４２、吸気用ロッカーアーム４４、ロッカーアームシャフト４６及び燃料供給弁用アーム４８を含む。
図２は、動弁機構１８の詳細構成の一例を示す側面図である。
図２に示すように、動弁機構１８は、吸気カムシャフト４０、吸気カム４１、プッシュロッド４２、吸気用ロッカーアーム４４、ロッカーアームシャフト４６及び燃料供給弁用アーム４８を含む。
【0024】
吸気カム４１は、吸気カムシャフト４０に吸気カムシャフト４０と一体で形成されている。水素エンジン２の不図示のクランクシャフトの回転に連動して吸気カムシャフト４０が吸気カム４１とともに回転する。プッシュロッド４２はプッシュロッド４２の下端部が吸気カム４１の外周面（カム面）に当接しており、吸気カム４１の回転に伴ってプッシュロッド４２と吸気カム４１の回転軸線Ｃ１との距離ｒが変化することで、プッシュロッド４２がプッシュロッド４２の軸方向に往復運動する。
【0025】
吸気用ロッカーアーム４４はロッカーアームシャフト４６によってロッカーアームシャフト４６の中心軸線Ｃ２（吸気用ロッカーアーム４４の回転軸線）の周りに回動可能に支持されている。吸気用ロッカーアーム４４の一端部４４ａの下面はプッシュロッド４２の上端部に当接している。吸気カム４１の回転に応じてプッシュロッド４２がプッシュロッド４２の軸方向に往復運動することにより、プッシュロッド４２の上端部が吸気用ロッカーアーム４４の一端部４４ａの下面を押圧して吸気用ロッカーアーム４４を上記回転軸線Ｃ２の周りに回動（揺動）させる。
【0026】
吸気用ロッカーアーム４４の他端部４４ｂの下面は、吸気用ロッカーアーム４４の回動時に吸気弁１０を押圧可能となっている。吸気用ロッカーアーム４４の回動によって吸気用ロッカーアーム４４の他端部４４ｂの下面がバルブスプリング１２（図１参照）の付勢力に抗して吸気弁１０を押し下げることにより、吸気弁１０が開方向へ移動する。また、吸気用ロッカーアーム４４の回動によって吸気用ロッカーアーム４４の他端部４４ｂがバルブスプリング１２の付勢力の方向に変位することにより、吸気弁１０が閉方向へ移動する。
【0027】
燃料供給弁用アーム４８は、吸気用ロッカーアーム４４の他端部４４ｂ側に接続しており、吸気用ロッカーアーム４４とともに回転軸線Ｃ２の周りに回動する。燃料供給弁用アーム４８が回転軸線Ｃ２の周りに回動することにより、燃料供給弁用アーム４８の先端部４８ａが燃料供給弁１５を押圧可能となっている。
【0028】
吸気用ロッカーアーム４４の回動によって燃料供給弁用アーム４８の先端部４８ａがバルブスプリング１６（図１参照）の付勢力に抗して燃料供給弁１５を押し下げることにより、燃料供給弁１５が開方向へ移動する。また、吸気用ロッカーアーム４４の回動によって燃料供給弁用アーム４８の先端部４８ａがバルブスプリング１６の付勢力の方向に変位することにより、燃料供給弁１５が閉方向へ移動する。
【0029】
（燃料供給弁及びその周囲の構成）
図３は、図１及び図２に示した吸気用ロッカーアーム４４の他端部４４ｂの近傍の構成の一例を拡大して示す図である。図４は、水素エンジン２の１燃焼サイクルにおける吸気弁１０、排気弁１４、燃料供給弁１５の各々の有効開口面積の変化の一例を示す図である。
図３は、図１及び図２に示した吸気用ロッカーアーム４４の他端部４４ｂの近傍の構成の一例を拡大して示す図である。図４は、水素エンジン２の１燃焼サイクルにおける吸気弁１０、排気弁１４、燃料供給弁１５の各々の有効開口面積の変化の一例を示す図である。
【0030】
幾つかの実施形態では、例えば図３に示すように、燃料供給弁用アーム４８と燃料供給弁１５との距離をｇ１、吸気用ロッカーアーム４４と吸気弁１０との距離をｇ２とすると、水素エンジン２の１燃焼サイクルにおける距離ｇ１の最大値ｇ１ｍａｘは、水素エンジン２の１燃焼サイクルにおける距離ｇ２の最大値ｇ２ｍａｘより大きくなっていてもよい。例えば図２に示す構成の場合、吸気カム４１が１回転する期間において吸気カム４１の回転中心Ｃ１とプッシュロッド４２との距離ｒが最小値をとるときに、燃料供給弁用アーム４８と燃料供給弁１５との距離ｇ１と吸気用ロッカーアーム４４と吸気弁１０との距離ｇ２とがそれぞれ最大値ｇ１ｍａｘと最大値ｇ２ｍａｘをとり（すなわち吸気弁１０及び燃料供給弁１５の各々が閉弁位置となり）、この最大値ｇ１ｍａｘが最大値ｇ２ｍａｘよりも大きくなっている。
【0031】
これにより、図４に示すように、水素エンジン２の吸気行程において、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯが吸気弁１０の開弁タイミングＩＯよりも遅角側となっている。なお、図４において、一点鎖線は排気弁１４の有効開口面積（排気ポート２４における排気弁１４の位置に対応するスロート面積）を示しており、実線は吸気弁１０の有効開口面積（吸気ポート２２における吸気弁１０の位置に対応するスロート面積）を示しており、破線は燃料供給弁１５の有効開口面積（燃料供給ポート２６における燃料供給弁１５の位置に対応するスロート面積）を示している。なお、図４において、ＥＯは排気弁１４の開弁タイミングを示しており、ＥＣは排気弁１４の閉弁タイミングを示しており、ＦＣは燃料供給弁１５の閉弁タイミングを示しており、ＩＣは吸気弁１０の閉弁タイミングを示している。また、本明細書において「開弁タイミング」とは、弁が開き始めるタイミング（有効開口面積が０から増加し始めるタイミング）を意味し、「閉弁タイミング」とは弁が閉じるタイミング（有効開口面積が０となるタイミング）を意味する。
【0032】
【0033】
上記水素エンジン２によれば、吸気ポート２２とは別に燃料供給ポート２６が設けられており、水素を含む燃料ガスが吸気ポート２２を介さずに燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給される。このため、吸気ポート２２に火炎が遡る逆火の発生を抑制することができる。
【0034】
また、水素エンジン２の１燃焼サイクルにおける距離ｇ１の最大値ｇ１ｍａｘを、水素エンジン２の該１燃焼サイクルにおける距離ｇ２の最大値ｇ２ｍａｘより大きくすることにより、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを吸気弁１０の開弁タイミングＩＯよりも遅角側とすることができる。このため、吸気弁１０の開弁期間と排気弁１４の開弁期間とがオーバーラップする期間（図４における吸気弁１０の開弁タイミングＩＯから排気弁１４の閉弁タイミングＥＣまでの期間）があっても、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを抑制することができる。このため、エンジン効率の低下を抑制し、高効率な水素エンジン２を実現することができる。また、排気弁１４の閉弁タイミングＥＣにおける燃料供給弁用アーム４８と燃料供給弁１５との距離ｇ１を０よりも大きくすることにより、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを排気弁１４の閉弁タイミングＥＣよりも遅角側にすることができる。このため、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを効果的に抑制することができる。
【0035】
図５Ａ～図５Ｃの各々は、図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の一例を説明するための図である。図５Ａは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。図５Ｂは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。図５Ｃは燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座面５４から離間していて燃料供給弁１５のカラー部５０によって燃料供給ポート２６が閉じている状態（図５Ａに示す状態と図５Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【0036】
図５Ａ～図５Ｃに示す例では、燃料供給弁１５は、上述した弁棒３４、弁体部３６及び力受け部３８に加えて、カラー部５０を備える。また、シリンダヘッド８は、シリンダヘッド本体５２と、燃料供給ポート２６の環状の弁座面５４を形成し、シリンダヘッド本体５２とは別体で構成された環状の弁座部材５６とを含む。
【0037】
図示する例では、カラー部５０は、弁棒３４における弁体部３６側（弁体部３６の上端）に弁体部３６に隣接して設けられており、円板又は円柱状に形成されている。カラー部５０の外径は弁棒３４の外径よりも大きく、燃料供給ポート２６の流路幅すなわち環状の弁座部材５６の内径に略一致する。カラー部５０の外径は、カラー部５０の外周面が燃料供給ポート２６の流路壁７５（図示する例では弁座部材５６の内周面）を摺動できるような外径に設定されている。また、燃料供給ポート２６の弁座面５４に対して弁体部３６が燃料供給弁１５の軸方向に当接した状態（図５Ａ参照）において、カラー部５０は、弁座面５４よりも燃料供給弁１５の軸方向における燃料ガスの流れの上流側に位置する。
【0038】
ここで、図５Ｃに示すように、燃料供給弁１５の軸方向におけるカラー部５０の高さをＨ１とし、図６に示すように、水素エンジン２の排気工程における排気弁１４の閉弁タイミングＥＣ（図４参照）での燃料供給弁１５のリフト量をＬとすると、カラー部５０は、Ｈ１＞０．７×Ｌを満たすように構成されている。また、より好ましくは、カラー部５０は、Ｈ１＞Ｌを満たすように構成される。なお、図６において、横軸は水素エンジン２のクランク角度を示しており、縦軸は排気弁１４及び燃料供給弁１５の各々のリフト量を意味する。また、図６に示す上記リフト量Ｌは、水素エンジン２の排気工程における排気弁１４の閉弁タイミングＥＣ（図４参照）での燃料供給弁１５の弁体部３６と弁座面５４との距離を意味する。
【0039】
上記カラー部５０を備える構成によれば、図５Ｃに示すように、弁体部３６が弁座面５４から離れても、カラー部５０の外周面が燃料供給ポート２６の流路壁７５と当接している間は燃料供給ポート２６が閉じられた状態又は燃料供給ポート２６の開口面積が小さい状態を維持することができるため、燃料供給弁１５のリフトの初期に燃料ガスが燃焼室２０に供給されなくなる。これにより、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを吸気弁１０の開弁タイミングＩＯよりも遅角側とすることができる。このため、吸気弁１０の開弁期間と排気弁１４の開弁期間とがオーバーラップする期間（図４における吸気弁１０の開弁タイミングＩＯから排気弁１４の閉弁タイミングＥＣまでの期間）があっても、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを抑制することができる。このため、エンジン効率の低下を抑制し、高効率な水素エンジン２を実現することができる。
【0040】
また、上記のように、Ｈ１＞０．７Ｌを満たすカラー部５０を燃料供給弁１５が備えることにより（より好ましくはＨ１＞Ｌを満たすことにより）、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを排気弁１４の閉弁タイミングＥＣよりも遅角側にすることができるため、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを効果的に抑制することができる。
【0041】
図７Ａ～図７Ｃの各々は、図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の一例を説明するための図である。図７Ａは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。図７Ｂは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。図７Ｃは燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座面５４から離間していて燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座部材５６の内周面に接触している状態（図７Ａに示す状態と図７Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【0042】
図７Ａ～図７Ｃに示す例では、燃料供給ポート２６は、燃料供給弁１５の軸方向に沿って設けられた第１流路部６０と、第１流路部６０の下流側に設けられた弁座面５４と、弁座面５４の下流側に設けられ、第１流路部６０の流路幅Ｗ１よりも大きな流路幅Ｗ２を有する第２流路部６２と、を含む。図示する例では、燃料供給ポート２６の出口側の開口端６３と弁座面５４との間に段差６５が形成されている。
【0043】
弁体部３６の外径Ｄは第２流路部６２の流路幅Ｗ２に略一致しており、燃料供給弁１５の弁体部３６の外周面５３（上述の傾斜面５３）の下流側端縁５５（最大外径部）は、第２流路部６２の流路壁６４を摺動するように構成されている。なお、弁体部３６の外径Ｄは、弁体部３６の外径の最大値を意味し、図示する例では弁体部３６の下端における弁体部３６の外径を意味する。
【0044】
ここで、図７Ｃに示すように、燃料供給弁１５の軸方向における第２流路部６２の長さ（上記段差６５の高さ）をＨ２とし、図６に示すように、水素エンジン２の排気工程における排気弁１４の閉弁タイミングＥＣでの燃料供給弁１５のリフト量をＬとすると、第２流路部６２は、Ｈ２＞０．７Ｌを満たすように構成されている。また、より好ましくは、第２流路部６２は、Ｈ２＞Ｌを満たすように構成される。
【0045】
図７Ａ～図７Ｃに示す構成によれば、弁座面５４の下流側に第１流路部６０の流路幅Ｗ１よりも大きな流路幅Ｗ２を有する第２流路部６２が設けられており、弁体部３６の外周面５３が第２流路部６２の流路壁６４を摺動するように構成されている。このため、図７Ｃに示すように、弁体部３６が弁座面５４から離れても、弁体部３６の外周面５３が第２流路部６２の流路壁６４を摺動している間は燃料供給ポート２６を閉じた状態又は燃料供給ポート２６の開口面積が小さい状態を維持することができる。これにより、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを吸気弁１０の開弁タイミングＩＯよりも遅角側とすることができる。このため、吸気弁１０の開弁期間と排気弁１４の開弁期間とがオーバーラップする期間があっても、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを抑制することができる。このため、エンジン効率の低下を抑制し、高効率な水素エンジン２を実現することができる。
【0046】
また、上記のように、Ｈ２＞０．７Ｌを満たすことにより（より好ましくはＨ２＞Ｌを満たすことにより）、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを排気弁１４の閉弁タイミングＥＣよりも遅角側にすることができるため、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを効果的に抑制することができる。
【0047】
図８Ａ～図８Ｃの各々は、図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の他の一例を説明するための図である。図８Ａは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。図８Ｂは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。図８Ｃは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態（図８Ａに示す状態と図８Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【0048】
図８Ａ～図８Ｃに示す構成では、燃料供給ポート２６は、燃料供給弁１５の軸方向に沿って設けられた第１流路部６０と、第１流路部６０の下流側に設けられた弁座面５４と、弁座面５４の下流側に設けられ、第１流路部６０の流路幅Ｗ１よりも大きな流路幅Ｗ２（図８Ａ参照）を有する第２流路部６２と、を含む。図示する例では、燃料供給ポート２６の出口側の開口端６３と弁座面５４との間に段差６５が形成されている。また、第２流路部６２の流路幅Ｗ２は弁体部３６の外径Ｄ（図８Ａ参照）よりも大きい。なお、弁体部３６の外径Ｄは、弁体部３６の外径の最大値を意味し、図示する例では弁体部３６の下端における弁体部３６の外径を意味する。
【0049】
また、図８Ａに示すように、燃料供給ポート２６に設けられた弁座面５４に燃料供給弁１５が当接している状態において、燃料供給弁１５の下面６６は、シリンダヘッド８の下面９よりも燃料供給弁１５の軸方向における燃料ガスの流れの上流側すなわち上側に位置する。
【0050】
また、図８Ａに示すように燃料供給ポート２６に設けられた弁座面５４に燃料供給弁１５が当接している状態での燃料供給弁１５の軸方向における燃料供給弁１５の下面６６とシリンダヘッド８の下面９の距離をＨ３とし、図６に示すように、水素エンジン２の排気工程における排気弁１４の閉弁タイミングＥＣでの燃料供給弁１５のリフト量をＬとすると、Ｈ３＞Ｌを満たすように第２流路部６２が構成されている。
【0051】
図８Ａ～図８Ｃに示す構成によれば、図８Ｃに示すように、弁体部３６が弁座面５４から離れても、燃料ガスは第２流路部６２を流れてから燃焼室２０に供給されるため、燃料ガスが排気弁１４の位置に到達する時間を遅らせることができる。このため、吸気弁１０の開弁期間と排気弁１４の開弁期間とがオーバーラップする期間（図４における吸気弁１０の開弁タイミングＩＯから排気弁１４の閉弁タイミングＥＣまでの期間）があっても、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを抑制することができる。このため、エンジン効率の低下を抑制し、高効率な水素エンジン２を実現することができる。
【0052】
また、上記のようにＨ３＞Ｌを満たすことにより、燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯを排気弁１４の閉弁タイミングＥＣよりも遅角側にすることができる。このため、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを効果的に抑制することができる。
【0053】
図９Ａ～図９Ｃの各々は、図１及び図２に示した燃料供給弁１５の詳細構成の他の一例を説明するための図である。図９Ａは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４に当接して燃料供給ポート２６が閉じている状態を示している。図９Ｂは燃料供給弁１５の弁体部３６が燃料供給ポート２６の弁座面５４から離間して燃料供給ポート２６が開いた状態を示している。図９Ｃは燃料供給弁１５の弁体部３６が弁座面５４から離間していて燃料供給ポート２６の出口部７０のうち排気ポート２４側の少なくとも一部が燃料供給弁１５のカラー部７２（カバー部）によって覆われている状態（図９Ａに示す状態と図９Ｂに示す状態との間の状態）を示している。
【0054】
図９Ａ～図９Ｃに示す構成では、カラー部７２は、弁棒３４における弁体部３６側（弁体部３６の上端）に弁体部３６に隣接して設けられており、燃料供給弁１５の軸方向視において扇形状を有しており、弁棒３４から弁棒３４の径方向に突出するように設けられている。弁棒３４の径方向における弁棒３４からのカラー部７２の突出量（上記扇形状の弦の長さ）は、カラー部７２の外周面が燃料供給ポート２６の流路壁（弁座部材５６の内周面）を摺動できるような突出量に設定されていてもよい。また、燃料供給ポート２６の弁座面５４に対して弁体部３６が燃料供給弁１５の軸方向に当接した状態（図９Ａ参照）において、カラー部７２は、弁座面５４よりも燃料供給弁１５の軸方向における燃料ガスの流れの上流側に位置する。
【0055】
図９Ａ～図９Ｃに示す構成では、カラー部７２は、燃料供給弁１５の開弁期間の少なくとも一部において燃料供給ポート２６の出口部７０のうち排気ポート２４側の少なくとも一部を覆うように構成されている。これにより、燃料供給弁１５のリフト動作の初期において、燃料供給ポート２６から排気ポート２４側への燃料ガスの流れを妨げて、燃料供給ポート２６から吸気ポート２２側へ燃料ガスを導くことができる。これにより、排気弁１４の開弁期間における燃料供給ポート２６から排気ポート２４側への燃料ガスのすり抜けを抑制することができる。なお、上記カラー部７２を含む構成では、燃料供給弁１５を回転させないための回転止めを設けてもよい。回転止めは、例えば燃料供給弁１５の弁棒３４に切り欠きを設け、その切り欠きに係合する係合部をシリンダヘッド８に設けることで実現してもよい。
【0056】
また、例えば図１０Ａに示すように、カラー部７２は、燃料供給弁１５の軸線Ｃ３（弁棒３４の中心軸線）の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１に設けられていてもよい。なお、図１０Ａに示す例では、燃料供給弁１５の軸線Ｃ３を含む平面Ｋに対して２つの吸気ポート２２が配置される側を吸気ポート２２側と定義し、２つの排気ポート２４が配置される側を排気ポート２４側とを定義している。
【0057】
また、例えば図１０Ｂに示すように、カラー部７２は、燃料供給弁１５の軸線Ｃ３の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１を含む１８０°以上の範囲に設けられていてもよい。図１０Ｂに示す例では、カラー部７２は、燃料供給弁１５の軸線の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１と、吸気ポート２２から燃焼室２０に流入した吸気の旋回流の旋回方向における範囲Ｓ１の上流側に隣接する範囲Ｓ２とに亘って設けられている。
【0058】
より詳細には、吸気ポート２２から燃焼室２０に流入した吸気の旋回流が水素エンジン２の１回転の間に燃焼室２０を何回回るかを示す無次元数を旋回流の強さＳとし、水素エンジン２の１燃焼サイクルのうち、排気弁１４の開弁期間と燃料供給弁１５の開弁期間とがオーバーラップしている期間に対応するクランク角度の幅（図６における燃料供給弁１５の開弁タイミングＦＯから排気弁１４の閉弁タイミングＥＣまでのクランク角度の幅）を角度幅ＯＬとし、旋回流の強さＳと角度幅ＯＬとの積を角度θとすると、燃料供給弁１５の軸線Ｃ３の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１と、範囲Ｓ１における旋回流の回転方向の上流端から旋回流の回転方向における上流側への角度θの範囲Ｓ２と、を含む範囲にカラー部７２が構成されていてもよい。これにより、燃焼室２０に流入した吸気の旋回流の強さＳを考慮して、排気弁１４の開弁期間における燃料供給ポート２６から排気ポート２４側への燃料ガスのすり抜けを効果的に抑制することができる。
【0059】
図１１は、図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の更に他の一例を説明するための図である。
図１１に示す構成では、シリンダヘッド８は、シリンダヘッド本体５２と、燃料供給ポート２６の弁座面５４を形成し、シリンダヘッド本体５２とは別体で構成された環状の弁座部材５６と、燃料供給弁１５の軸方向におけるシリンダヘッド本体５２と弁座部材５６との間に位置するマスクプレート７４と、を含む。
図１１に示す構成では、シリンダヘッド８は、シリンダヘッド本体５２と、燃料供給ポート２６の弁座面５４を形成し、シリンダヘッド本体５２とは別体で構成された環状の弁座部材５６と、燃料供給弁１５の軸方向におけるシリンダヘッド本体５２と弁座部材５６との間に位置するマスクプレート７４と、を含む。
【0060】
マスクプレート７４は、燃料供給弁１５の軸方向において弁座部材５６に対して燃料ガスの流れの上流側に位置し、シリンダヘッド本体５２と弁座部材５６とに挟まれている。マスクプレート７４は、燃料供給弁１５の軸方向視において扇形状を有しており、燃料供給ポート２６の流路壁７５から弁棒３４に向けて突出する突出部７６（カバー部）を含む。弁棒３４の径方向における流路壁７５からのマスクプレート７４の突出量（上記扇形状の弦の長さ）は、マスクプレート７４の内周縁が弁棒３４の外周面を摺動できるような突出量に設定されていてもよい。
【0061】
マスクプレート７４の突出部７６は、燃料供給ポート２６の出口部７０のうち排気ポート２４側の少なくとも一部を覆うように構成されている。これにより、燃料供給ポート２６から排気ポート２４側へ燃料ガスが流れにくくなるため、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを抑制することができる。また、図９Ａ～図９Ｃに示した構成と比較して、燃料供給弁１５の軽量化によって燃料供給弁１５の応答性を向上することができるとともに、燃料供給弁１５の製作や品質管理が容易となる。また、燃料供給弁１５のリフト量に関わらず排気ポート２４側へ燃料ガスが供給されにくくなることで、シリンダ４内の燃料分布が、吸気側で燃料濃度が高く排気側で燃料濃度が低い分布となる。このため、吸気側が排気側よりも先に燃焼するため、ノッキングを抑制することができる（仮に燃料濃度が均一の場合は温度が高い排気側が先に燃えて、吸気側が時間をかけて燃えるため、最後に吸気側の低温の壁面に残されたエンドガスが自着火してノッキングが発生する。）。
【0062】
上記マスクプレート７４を有する構成では、例えば図１２Ａに示すように、マスクプレート７４の突出部７６は、燃料供給弁１５の軸線Ｃの周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１に設けられていてもよい。なお、図１２Ａに示す例では、燃料供給弁１５の軸線Ｃを含む平面Ｋに対して２つの吸気ポート２２が配置される側を吸気ポート２２側と定義し、２つの排気ポート２４が配置される側を排気ポート２４側とを定義している。
【0063】
また、例えば図１２Ｂに示すように、マスクプレート７４の突出部７６は、燃料供給弁１５の軸線の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１を含む１８０°以上の範囲に設けられていてもよい。図１２Ｂに示す例では、マスクプレート７４の突出部７６は、燃料供給弁１５の軸線の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１と、吸気ポートから燃焼室に流入した吸気の旋回流の旋回方向における範囲Ｓ１の上流側に隣接する範囲Ｓ２とに亘って設けられている。より詳細には、上述の旋回流の強さＳと角度幅ＯＬとの積を角度θとすると、燃料供給弁１５の軸線Ｃの周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１と、範囲Ｓ１における旋回流の回転方向の上流端から旋回流の回転方向における上流側への角度θの範囲Ｓ２と、を含む範囲にマスクプレート７４の突出部７６が構成されていてもよい。これにより、燃焼室２０に流入した吸気の旋回流の強さＳを考慮して、排気弁の開弁期間における燃料供給ポート２６から排気ポート２４側への燃料ガスのすり抜けを効果的に抑制することができる。
【0064】
図１３は、図１及び図２に示したシリンダヘッド８の詳細構成の更に他の一例を説明するための図である。
図１３に示す構成では、環状の弁座部材５６は、燃料供給ポート２６の流路壁７５から弁棒３４に向けて突出する突出部７７（カバー部）を含む。弁棒３４の径方向における流路壁７５からの弁座部材５６の突出量（上記扇形状の弦の長さ）は、弁座部材５６の突出部７７が弁棒３４の外周面を摺動できるような突出量に設定されていてもよい。
図１３に示す構成では、環状の弁座部材５６は、燃料供給ポート２６の流路壁７５から弁棒３４に向けて突出する突出部７７（カバー部）を含む。弁棒３４の径方向における流路壁７５からの弁座部材５６の突出量（上記扇形状の弦の長さ）は、弁座部材５６の突出部７７が弁棒３４の外周面を摺動できるような突出量に設定されていてもよい。
【0065】
弁座部材５６の突出部７７は、燃料供給ポート２６の出口部７０のうち排気ポート２４側の少なくとも一部を覆うように構成されている。これにより、燃料供給ポート２６から排気ポート２４側へ燃料ガスが流れにくくなるため、燃料供給ポート２６から燃焼室２０に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポート２４から排出されることを抑制することができる。また、図９Ａ～図９Ｃに示した構成と比較して、燃料供給弁１５の軽量化によって燃料供給弁１５の応答性を向上することができるとともに、燃料供給弁１５の製作や品質管理が容易となる。また、燃料供給弁１５のリフト量に関わらず排気ポート２４側へ燃料ガスが供給されにくくなることで、シリンダ４内の燃料分布が、吸気側で燃料濃度が高く排気側で燃料濃度が低い分布となる。このため、吸気側が排気側よりも先に燃焼するため、ノッキングを抑制することができる（仮に燃料濃度が均一の場合は温度が高い排気側が先に燃えて、吸気側が時間をかけて燃えるため、最後に吸気側の低温の壁面に残されたエンドガスが自着火してノッキングが発生する。）。また、図１１に示した構成と比較して部品点数を削減することができる。
【0066】
上記弁座部材５６の突出部７７を設ける場合、例えば図１４Ａに示すように、弁座部材５６の突出部７７は、燃料供給弁１５の軸線Ｃの周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１に設けられていてもよい。なお、図１４Ａに示す例では、燃料供給弁１５の軸線Ｃを含む平面Ｋに対して２つの吸気ポート２２が配置される側を吸気ポート２２側と定義し、２つの排気ポート２４が配置される側を排気ポート２４側とを定義している。
【0067】
また、例えば図１４Ｂに示すように、弁座部材５６の突出部７７は、燃料供給弁１５の軸線の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１を含む１８０°以上の範囲に設けられていてもよい。図１４Ｂに示す例では、弁座部材５６の突出部７７は、燃料供給弁１５の軸線の周りの周方向について、排気ポート２４側の範囲Ｓ１と、吸気ポートから燃焼室に流入した吸気の旋回流の旋回方向における範囲Ｓ１の上流側に隣接する範囲Ｓ２とに亘って設けられている。より詳細には、上述の旋回流の強さＳと角度幅ＯＬとの積を角度θとすると、排気ポート２４側の範囲Ｓ１と、範囲Ｓ１における旋回流の回転方向の上流端から旋回流の回転方向における上流側への角度θの範囲Ｓ２と、を含む範囲に弁座部材５６の突出部７７が構成されていてもよい。これにより、燃焼室２０に流入した吸気の旋回流の強さＳを考慮して、排気弁の開弁期間における燃料供給ポート２６から排気ポート２４側への燃料ガスのすり抜けを効果的に抑制することができる。
【0068】
本開示は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
【0069】
上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。
【0070】
（１）本開示の少なくとも一実施形態に係る水素エンジンは、
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジン（例えば上述の水素エンジン２）であって、
シリンダ（例えば上述のシリンダ４）と、
前記シリンダ内を移動可能なピストン（例えば上述のピストン６）と、
前記ピストンとの間に燃焼室（例えば上述の燃焼室２０）を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポート（例えば上述の吸気ポート２２）と前記燃焼室に接続する燃料供給ポート（例えば上述の燃料供給ポート２６）を含むシリンダヘッド（例えば上述のシリンダヘッド８）と、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁（例えば上述の吸気弁１０）と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁（例えば上述の燃料供給弁１５）と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構（例えば上述の動弁機構１８）と、
を備え、
前記燃料供給弁の開弁タイミング（例えば上述の開弁タイミングＦＯ）が前記吸気弁の開弁タイミング（例えば上述の開弁タイミングＩＯ）よりも遅角側となるように構成される。
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジン（例えば上述の水素エンジン２）であって、
シリンダ（例えば上述のシリンダ４）と、
前記シリンダ内を移動可能なピストン（例えば上述のピストン６）と、
前記ピストンとの間に燃焼室（例えば上述の燃焼室２０）を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポート（例えば上述の吸気ポート２２）と前記燃焼室に接続する燃料供給ポート（例えば上述の燃料供給ポート２６）を含むシリンダヘッド（例えば上述のシリンダヘッド８）と、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁（例えば上述の吸気弁１０）と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁（例えば上述の燃料供給弁１５）と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構（例えば上述の動弁機構１８）と、
を備え、
前記燃料供給弁の開弁タイミング（例えば上述の開弁タイミングＦＯ）が前記吸気弁の開弁タイミング（例えば上述の開弁タイミングＩＯ）よりも遅角側となるように構成される。
【0071】
上記（１）に記載の水素エンジンによれば、吸気ポートとは別に燃料供給ポートが設けられており、燃料ガスが吸気ポートを介さずに燃料供給ポートから燃焼室に供給される。このため、吸気ポートに火炎が遡る逆火の発生を抑制することができる。また、燃料供給弁の開弁タイミングが吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側であるため、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップする期間があっても、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを抑制することができる。このため、エンジン効率の低下を抑制し、高効率な水素エンジンを実現することができる。したがって、逆火の発生を抑制するとともに高いエンジン効率を実現することができる。
【0072】
（２）幾つかの実施形態では、上記（１）に記載の水素エンジンにおいて、
前記動弁機構は、
所定の回転軸線（例えば上述の回転軸線Ｃ２）の周りに回動し、前記吸気弁を押圧可能に構成された吸気用ロッカーアーム（例えば上述の吸気用ロッカーアーム４４）と、
前記吸気用ロッカーアームとともに前記回転軸線の周りに回動し、前記燃料供給弁を押圧可能に構成された燃料供給弁用アーム（例えば上述の燃料供給弁用アーム４８）と、
を備え、
前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離の最大値（例えば上述の最大値ｇ１ｍａｘ）は、前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記吸気用ロッカーアームと前記吸気弁との距離の最大値（例えば上述の最大値ｇ２ｍａｘ）より大きい。
前記動弁機構は、
所定の回転軸線（例えば上述の回転軸線Ｃ２）の周りに回動し、前記吸気弁を押圧可能に構成された吸気用ロッカーアーム（例えば上述の吸気用ロッカーアーム４４）と、
前記吸気用ロッカーアームとともに前記回転軸線の周りに回動し、前記燃料供給弁を押圧可能に構成された燃料供給弁用アーム（例えば上述の燃料供給弁用アーム４８）と、
を備え、
前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離の最大値（例えば上述の最大値ｇ１ｍａｘ）は、前記エンジンの１燃焼サイクルにおける前記吸気用ロッカーアームと前記吸気弁との距離の最大値（例えば上述の最大値ｇ２ｍａｘ）より大きい。
【0073】
上記（２）に記載の水素エンジンによれば、エンジンの１燃焼サイクルにおける燃料供給弁用アームと燃料供給弁との距離の最大値を、エンジンの１燃焼サイクルにおける吸気用ロッカーアームと吸気弁との距離の最大値より大きくすることにより、燃料供給弁の開弁タイミングを吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側とすることができる。このため、簡素な構成で上記（１）に記載の効果を得ることができる。
【0074】
（３）幾つかの実施形態では、上記（２）に記載の水素エンジンにおいて、
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミング（例えば上述の閉弁タイミングＥＣ）における前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離（例えば上述の距離ｇ１）が０よりも大きい。
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミング（例えば上述の閉弁タイミングＥＣ）における前記燃料供給弁用アームと前記燃料供給弁との距離（例えば上述の距離ｇ１）が０よりも大きい。
【0075】
上記（３）に記載の水素エンジンによれば、エンジンの排気弁の閉弁タイミングにおける燃料供給弁用アームと燃料供給弁との距離を０よりも大きくすることにより、燃料供給弁の開弁タイミングを排気弁の閉弁タイミングよりも遅角側にすることができる。このため、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを効果的に抑制することができる。
【0076】
（４）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（３）の何れかに記載の水素エンジンにおいて、
前記燃料供給弁は、
弁棒（例えば上述の弁棒３４）と、
前記弁棒における一端側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に対して前記弁棒の軸方向に当接可能な弁体部（例えば上述の弁体部３６）と、
前記弁棒における前記弁体部側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に前記弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置するカラー部（例えば上述のカラー部５０）と、
を備える。
前記燃料供給弁は、
弁棒（例えば上述の弁棒３４）と、
前記弁棒における一端側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に対して前記弁棒の軸方向に当接可能な弁体部（例えば上述の弁体部３６）と、
前記弁棒における前記弁体部側に設けられ、前記燃料供給ポートの弁座面に前記弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置するカラー部（例えば上述のカラー部５０）と、
を備える。
【0077】
上記（４）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給弁に上記カラー部を設けたことにより、燃料供給弁の開弁タイミングを吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側とすることができる。このため、簡素な構成で上記（１）に記載の効果を得ることができる。
【0078】
（５）幾つかの実施形態では、上記（４）に記載の水素エンジンにおいて、
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記カラー部の高さをＨ１とすると、Ｈ１＞０．７Ｌを満たす。
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記カラー部の高さをＨ１とすると、Ｈ１＞０．７Ｌを満たす。
【0079】
上記（５）に記載の水素エンジンによれば、Ｈ１＞０．７Ｌを満たすカラー部を燃料供給弁が備えることにより、燃料供給弁の開弁タイミングを排気弁の閉弁タイミングよりも遅角側にすることができる。このため、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを効果的に抑制することができる。
【0080】
（６）幾つかの実施形態では、上記（１）乃至（５）の何れかに記載の水素エンジンにおいて、
前記燃料供給ポートは、
前記燃料供給弁の軸方向に沿って設けられた第１流路部（例えば上述の第１流路部６０）と、
前記第１流路部の下流側に設けられた弁座面（例えば上述の弁座面５４）と、
前記弁座面の下流側に設けられ、前記第１流路部の流路幅よりも大きな流路幅を有する第２流路部（例えば上述の第２流路部６２）と、
を含み、
前記燃料供給弁の弁体部の外周面は、前記第２流路部の流路壁（例えば上述の流路壁６４）を摺動するように構成される。
前記燃料供給ポートは、
前記燃料供給弁の軸方向に沿って設けられた第１流路部（例えば上述の第１流路部６０）と、
前記第１流路部の下流側に設けられた弁座面（例えば上述の弁座面５４）と、
前記弁座面の下流側に設けられ、前記第１流路部の流路幅よりも大きな流路幅を有する第２流路部（例えば上述の第２流路部６２）と、
を含み、
前記燃料供給弁の弁体部の外周面は、前記第２流路部の流路壁（例えば上述の流路壁６４）を摺動するように構成される。
【0081】
上記（６）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給弁の弁体部が弁座面から離れても、弁体部の外周面が第２流路部の流路壁を摺動している間は燃料供給ポートが閉鎖された状態を維持することができる。これにより、燃料供給弁の開弁タイミングが吸気弁の開弁タイミングよりも遅角側とすることができる。このため、簡素な構成で（１）に記載の効果を得ることができる。また、（４）に記載の構成よりも燃料供給弁を軽量化することができるため、燃料供給弁の応答性を向上することができる。
【0082】
（７）幾つかの実施形態では、上記（６）に記載の水素エンジンにおいて、
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記燃料供給弁の軸方向における前記第２流路部の長さをＨ２とすると、Ｈ２＞０．７Ｌを満たす。
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記燃料供給弁の軸方向における前記第２流路部の長さをＨ２とすると、Ｈ２＞０．７Ｌを満たす。
【0083】
上記（７）に記載の水素エンジンによれば、Ｈ２＞０．７Ｌを満たすことにより、燃料供給弁の開弁タイミングを排気弁の閉弁タイミングよりも遅角側にすることができる。このため、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを効果的に抑制することができる。
【0084】
（８）本開示の少なくとも一実施形態に係る水素エンジンは、
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジン（例えば上述の水素エンジン２）であって、
シリンダ（例えば上述のシリンダ４）と、
前記シリンダ内を移動可能なピストン（例えば上述のピストン６）と、
前記ピストンとの間に燃焼室（例えば上述の燃焼室２０）を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポート（例えば上述の吸気ポート２２）と前記燃焼室に接続する燃料供給ポート（例えば上述の燃料供給ポート２６）と、前記燃焼室に接続する排気ポート（例えば上述の排気ポート２４）とを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁（例えば上述の吸気弁１０）と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁（例えば上述の燃料供給弁１５）と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構（例えば上述の動弁機構１８）と、
前記燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において前記燃料供給ポートの出口部のうち前記排気ポート側の少なくとも一部を覆うように構成されたカバー部（例えば上述のカラー部７２、突出部７６又は突出部７７）と、
を備える。
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジン（例えば上述の水素エンジン２）であって、
シリンダ（例えば上述のシリンダ４）と、
前記シリンダ内を移動可能なピストン（例えば上述のピストン６）と、
前記ピストンとの間に燃焼室（例えば上述の燃焼室２０）を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポート（例えば上述の吸気ポート２２）と前記燃焼室に接続する燃料供給ポート（例えば上述の燃料供給ポート２６）と、前記燃焼室に接続する排気ポート（例えば上述の排気ポート２４）とを含むシリンダヘッドと、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁（例えば上述の吸気弁１０）と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁（例えば上述の燃料供給弁１５）と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構（例えば上述の動弁機構１８）と、
前記燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において前記燃料供給ポートの出口部のうち前記排気ポート側の少なくとも一部を覆うように構成されたカバー部（例えば上述のカラー部７２、突出部７６又は突出部７７）と、
を備える。
【0085】
上記（８）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給弁の開弁期間の少なくとも一部において燃料供給ポートの出口部のうち排気ポート側の少なくとも一部がカバー部によって覆われるため、燃料供給弁から排気ポート側へ燃料ガスが流れにくくなる。このため、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを抑制することができる。
【0086】
（９）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の水素エンジンにおいて、
前記カバー部は、前記燃料供給弁の弁棒における弁体部側に設けられたカラー部（例えば上述のカラー部７２）であり、
前記カラー部は、円板又は円柱状に形成されており、前記燃料供給ポートの弁座面に前記燃料供給弁の弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置し、前記弁棒の外径よりも大きな外径を有する。
前記カバー部は、前記燃料供給弁の弁棒における弁体部側に設けられたカラー部（例えば上述のカラー部７２）であり、
前記カラー部は、円板又は円柱状に形成されており、前記燃料供給ポートの弁座面に前記燃料供給弁の弁体部が当接した状態において、前記弁座面よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置し、前記弁棒の外径よりも大きな外径を有する。
【0087】
上記（９）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給ポートから排気ポート側への燃料ガスの流れをカラー部によって抑制することができる。このため、簡素な構成で上記（８）に記載の効果を得ることができる。
【0088】
（１０）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の水素エンジンにおいて、
前記シリンダヘッドは、
シリンダヘッド本体（例えば上述のシリンダヘッド本体５２）と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材（例えば上述の弁座部材５６）と、
前記シリンダヘッド本体と前記弁座部材とに挟まれたマスクプレート（例えば上述のマスクプレート７４）と、
を含み、
前記マスクプレートは、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部（例えば上述の突出部７６）を含み、
前記カバー部は前記突出部である。
前記シリンダヘッドは、
シリンダヘッド本体（例えば上述のシリンダヘッド本体５２）と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材（例えば上述の弁座部材５６）と、
前記シリンダヘッド本体と前記弁座部材とに挟まれたマスクプレート（例えば上述のマスクプレート７４）と、
を含み、
前記マスクプレートは、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部（例えば上述の突出部７６）を含み、
前記カバー部は前記突出部である。
【0089】
上記（１０）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給ポートから排気ポート側への燃料ガスの流れをマスクプレートの突出部によって抑制することができる。このため、簡素な構成で上記（８）に記載の効果を得ることができる。また、上記（９）の構成と比較して、燃料供給弁の軽量化によって燃料供給弁の応答性を向上することができるとともに、燃料供給弁の製作や品質管理が容易となる。また、燃料供給弁のリフト量に関わらず排気ポート側へ燃料ガスが供給されにくくなることで、シリンダ内の燃料分布が、吸気側で燃料濃度が高く排気側で燃料濃度が低い分布となる。このため、吸気側が排気側よりも先に燃焼するため、ノッキングを抑制することができる（仮に燃料濃度が均一の場合は温度が高い排気側が先に燃えて、吸気側が時間をかけて燃えるため、最後に吸気側の低温の壁面に残されたエンドガスが自着火してノッキングが発生する。）。
【0090】
（１１）幾つかの実施形態では、上記（８）に記載の水素エンジンにおいて、
前記シリンダヘッドは、
シリンダヘッド本体（例えば上述のシリンダヘッド本体５２）と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材（例えば上述の弁座部材５６）と、
を含み、
前記弁座部材は、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部（例えば上述の突出部７７）を含み、
前記カバー部は、前記突出部である。
前記シリンダヘッドは、
シリンダヘッド本体（例えば上述のシリンダヘッド本体５２）と、
前記燃料供給ポートの弁座面を形成し、前記シリンダヘッド本体とは別体で構成された弁座部材（例えば上述の弁座部材５６）と、
を含み、
前記弁座部材は、前記燃料供給ポートの流路壁から前記燃料供給弁の弁棒に向けて突出する突出部（例えば上述の突出部７７）を含み、
前記カバー部は、前記突出部である。
【0091】
上記（１１）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給ポートから排気ポート側への燃料ガスの流れを弁座部材の突出部によって抑制することができる。このため、簡素な構成で上記（８）に記載の効果を得ることができる。また、上記（９）の構成と比較して、燃料供給弁の軽量化によって燃料供給弁の応答性を向上することができるとともに、燃料供給弁の製作や品質管理が容易となる。また、燃料供給弁のリフト量に関わらず排気ポート側へ燃料ガスが供給されにくくなることで、シリンダ内の燃料分布が、吸気側で燃料濃度が高く排気側で燃料濃度が低い分布となる。このため、吸気側が排気側よりも先に燃焼するため、ノッキングを抑制することができる（仮に燃料濃度が均一の場合は温度が高い排気側が先に燃えて、吸気側が時間をかけて燃えるため、最後に吸気側の低温の壁面に残されたエンドガスが自着火してノッキングが発生する。）。また、上記（１０）の構成と比較して部品点数を削減することができる。
【0092】
（１２）幾つかの実施形態では、上記（８）乃至（１１）の何れかに記載の水素エンジンにおいて、
前記吸気ポートから前記燃焼室に流入した吸気の旋回流が前記エンジンの１回転の間に前記燃焼室を何回回るかを示す無次元数を前記旋回流の強さＳとし、前記エンジンの１燃焼サイクルのうち、前記エンジンの排気弁の開弁期間と前記燃料供給弁の開弁期間とがオーバーラップしている期間に対応するクランク角度の幅を角度幅ＯＬとし、前記旋回流の強さＳと前記角度幅ＯＬとの積を角度θとし、
前記燃料供給弁の軸線の周りの周方向について、前記排気ポート側の範囲をＳ１とし、前記範囲Ｓ１における前記旋回流の回転方向の上流端から前記旋回流の回転方向における上流側への前記角度θの範囲をＳ２とすると、
前記カバー部は、前記周方向における前記範囲Ｓ１と前記範囲Ｓ２とを含む範囲に設けられる。
前記吸気ポートから前記燃焼室に流入した吸気の旋回流が前記エンジンの１回転の間に前記燃焼室を何回回るかを示す無次元数を前記旋回流の強さＳとし、前記エンジンの１燃焼サイクルのうち、前記エンジンの排気弁の開弁期間と前記燃料供給弁の開弁期間とがオーバーラップしている期間に対応するクランク角度の幅を角度幅ＯＬとし、前記旋回流の強さＳと前記角度幅ＯＬとの積を角度θとし、
前記燃料供給弁の軸線の周りの周方向について、前記排気ポート側の範囲をＳ１とし、前記範囲Ｓ１における前記旋回流の回転方向の上流端から前記旋回流の回転方向における上流側への前記角度θの範囲をＳ２とすると、
前記カバー部は、前記周方向における前記範囲Ｓ１と前記範囲Ｓ２とを含む範囲に設けられる。
【0093】
上記（１２）に記載の水素エンジンによれば、燃焼室に流入した吸気の旋回流の強さＳを考慮して、排気弁の開弁期間における燃料供給ポートから排気ポート側への燃料ガスのすり抜けを効果的に抑制することができる。
【0094】
（１３）本開示の少なくとも一実施形態に係る水素エンジンは、
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジン（例えば上述の水素エンジン２）であって、
シリンダ（例えば上述のシリンダ４）と、
前記シリンダ内を移動可能なピストン（例えば上述のピストン６）と、
前記ピストンとの間に燃焼室（例えば上述の燃焼室２０）を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポート（例えば上述の吸気ポート２２）と前記燃焼室に接続する燃料供給ポート（例えば上述の燃料供給ポート２６）と、前記燃焼室に接続する排気ポート（例えば上述の排気ポート２４）とを含むシリンダヘッド（例えば上述のシリンダヘッド８）と、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁（例えば上述の吸気弁１０）と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁（例えば上述の燃料供給弁１５）と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構（例えば上述の動弁機構１８）と、
を備え、
前記シリンダヘッドの下面が平面に沿って形成されており、
前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態において前記燃料供給弁の下面（例えば上述の下面６６）は、前記シリンダヘッドの下面（例えば上述の下面９）よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置する。
水素を含む燃料ガスを使用する水素エンジン（例えば上述の水素エンジン２）であって、
シリンダ（例えば上述のシリンダ４）と、
前記シリンダ内を移動可能なピストン（例えば上述のピストン６）と、
前記ピストンとの間に燃焼室（例えば上述の燃焼室２０）を形成し、前記燃焼室に接続する吸気ポート（例えば上述の吸気ポート２２）と前記燃焼室に接続する燃料供給ポート（例えば上述の燃料供給ポート２６）と、前記燃焼室に接続する排気ポート（例えば上述の排気ポート２４）とを含むシリンダヘッド（例えば上述のシリンダヘッド８）と、
前記吸気ポートを開閉するための吸気弁（例えば上述の吸気弁１０）と、
前記燃料供給ポートを開閉するための燃料供給弁（例えば上述の燃料供給弁１５）と、
前記吸気弁と前記燃料供給弁とに共通して設けられ、前記吸気弁と前記燃料供給弁とを連動させて開閉するように構成された動弁機構（例えば上述の動弁機構１８）と、
を備え、
前記シリンダヘッドの下面が平面に沿って形成されており、
前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態において前記燃料供給弁の下面（例えば上述の下面６６）は、前記シリンダヘッドの下面（例えば上述の下面９）よりも前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料ガスの流れの上流側に位置する。
【0095】
上記（１３）に記載の水素エンジンによれば、燃料供給ポートに設けられた弁座面に燃料供給弁が当接している状態において燃料供給弁の下面がシリンダヘッドの下面よりも燃料ガスの流れの上流側に位置するため、燃料供給弁の下面がシリンダヘッドの下面よりも燃料ガスの流れの下流側に位置する場合よりも、燃料供給弁が開いてから燃料ガスが排気弁の位置に到達するまでの時間を長くすることができる。このため、吸気弁の開弁期間と排気弁の開弁期間とがオーバーラップする期間があっても、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを抑制することができる。このため、エンジン効率の低下を抑制し、高効率な水素エンジンを実現することができる。
【0096】
（１４）幾つかの実施形態では、上記（１３）に記載の水素エンジンにおいて、
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態での前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料供給弁の下面と前記シリンダヘッドの下面との距離をＨ３とすると、Ｈ３＞Ｌを満たす。
前記エンジンの排気弁の閉弁タイミングでの前記燃料供給弁のリフト量をＬ、前記燃料供給ポートに設けられた弁座面に前記燃料供給弁が当接している状態での前記燃料供給弁の軸方向における前記燃料供給弁の下面と前記シリンダヘッドの下面との距離をＨ３とすると、Ｈ３＞Ｌを満たす。
【0097】
上記（１４）に記載の水素エンジンによれば、Ｈ３＞Ｌを満たすことにより、燃料供給弁の開弁タイミングを排気弁の閉弁タイミングよりも遅角側にすることができる。このため、燃料供給ポートから燃焼室に供給された燃料ガスの一部が燃焼されずに排気ポートから排出されることを効果的に抑制することができる。
【符号の説明】
【0098】
２ 水素エンジン
４ シリンダ
６ ピストン
８ シリンダヘッド
９ 下面
１０ 吸気弁
１２，１６ バルブスプリング
１４ 排気弁
１５ 燃料供給弁
１８ 動弁機構
２０ 燃焼室
２２ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２６ 燃料供給ポート
２８，３４ 弁棒
３０，３６ 弁体部
３２，３８ 力受け部
４０ 吸気カムシャフト
４１ 吸気カム
４２ プッシュロッド
４４ 吸気用ロッカーアーム
４４ａ 一端部
４４ｂ 他端部
４６ ロッカーアームシャフト
４８ 燃料供給弁用アーム
４８ａ 先端部
５０，７２ カラー部
５２ シリンダヘッド本体
５３ 傾斜面（外周面）
５４ 弁座面
５６ 弁座部材
６０ 第１流路部
６２ 第２流路部
６３ 開口端
６４，７５ 流路壁
６５ 段差
６６ 下面
７０ 出口部
７４ マスクプレート
７６，７７ 突出部
４ シリンダ
６ ピストン
８ シリンダヘッド
９ 下面
１０ 吸気弁
１２，１６ バルブスプリング
１４ 排気弁
１５ 燃料供給弁
１８ 動弁機構
２０ 燃焼室
２２ 吸気ポート
２４ 排気ポート
２６ 燃料供給ポート
２８，３４ 弁棒
３０，３６ 弁体部
３２，３８ 力受け部
４０ 吸気カムシャフト
４１ 吸気カム
４２ プッシュロッド
４４ 吸気用ロッカーアーム
４４ａ 一端部
４４ｂ 他端部
４６ ロッカーアームシャフト
４８ 燃料供給弁用アーム
４８ａ 先端部
５０，７２ カラー部
５２ シリンダヘッド本体
５３ 傾斜面（外周面）
５４ 弁座面
５６ 弁座部材
６０ 第１流路部
６２ 第２流路部
６３ 開口端
６４，７５ 流路壁
６５ 段差
６６ 下面
７０ 出口部
７４ マスクプレート
７６，７７ 突出部
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図11】
【図12A】
【図12B】
【図13】
【図14A】
【図14B】