特開 2024-101802 水素エンジン

(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】P2024101802

(43)【公開日】2024-07-30

(54)【発明の名称】水素エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/12 20060101AFI20240723BHJP

   F02B 23/10 20060101ALI20240723BHJP

   F02D 19/02 20060101ALI20240723BHJP

   F02M 25/03 20060101ALI20240723BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20240723BHJP

【ＦＩ】

F02D19/12 A

F02B23/10 D

F02B23/10 F

F02B23/10 310E

F02D19/02 B

F02M25/03

F02M21/02 G

【審査請求】未請求

【請求項の数】8

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023005944

(22)【出願日】2023-01-18

【国等の委託研究の成果に係る記載事項】（出願人による申告）２０２１年度、国立研究開発法人新エネルギー・産業技術総合開発機構「グリーンイノベーション基金事業／次世代船舶の開発／水素燃料船の開発」委託研究、産業技術力強化法第１７条の適用を受ける特許出願

(71)【出願人】

【識別番号】303047034

【氏名又は名称】株式会社ジャパンエンジンコーポレーション

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】弁理士法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】上田 哲司

【テーマコード（参考）】

3G023

3G092

【Ｆターム（参考）】

3G023AA06

3G023AB02

3G023AC05

3G023AC07

3G023AD06

3G023AF02

3G092AA01

3G092AA03

3G092AB09

3G092AB17

3G092AC10

3G092DE03

3G092FA15

3G092HE01Z

(57)【要約】

【課題】水噴射可能な水素エンジンにおいて、異常燃焼を従来よりも抑制する。
【解決手段】エンジン１は、シリンダ１６内に吸入される空気によるスワールを生成する掃気ポート１４ａと、燃焼室１７内に水素ガスを噴射するガス噴射弁３０と、燃焼室１７内に水を噴射する水噴射弁５０と、ガス噴射弁３０及び水噴射弁５０を制御するコントローラ１００と、を備える。コントローラ１００は、ガス噴射弁３０に水素ガスを噴射させることで、該水素ガスをスワールに従って流動させるとともに、そのスワールの上流側から水噴射弁５０に水を噴射させることで、該水の噴霧Ｗ２を水素ガスに衝突させる。
【選択図】図８Ｃ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

水素ガスを燃焼させる水素エンジンであって、
燃焼室を区画するシリンダと、
前記燃焼室内に前記水素ガスを噴射するガス噴射弁と、
前記シリンダ内に吸入される空気の流動を整えることで、該空気によるスワールを生成する整流手段と、
前記燃焼室内に、前記スワールの流れ方向に沿って水を噴射する水噴射弁と、
前記ガス噴射弁及び前記水噴射弁を制御するコントローラと、を備え、
前記コントローラは、前記ガス噴射弁に前記水素ガスを噴射させることで、該水素ガスを前記スワールに従って流動させるとともに、該スワールの上流側から前記水噴射弁に前記水を噴射させることで、該水の噴霧を前記水素ガスに衝突させる
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項2】

請求項１に記載された水素エンジンにおいて、
前記水噴射弁は、前記ガス噴射弁に対し、前記スワールの流れ方向の上流側に隣接して配置され、
前記水噴射弁は、前記水を前記スワールの流れ方向の下流側に向けて噴射する
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項3】

請求項２に記載された水素エンジンにおいて、
前記コントローラは、所定の燃焼サイクル中、前記ガス噴射弁から前記水素ガスを噴射させた後に、前記水噴射弁から前記水を噴射させる
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項4】

請求項３に記載された水素エンジンにおいて、
前記コントローラによって制御され、前記水素ガスに点火する点火プラグを備え、
前記コントローラは、前記所定の燃焼サイクル中、前記水噴射弁から前記水を噴射させた後に、前記点火プラグを作動させる
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項5】

請求項４に記載された水素エンジンにおいて、
前記水噴射弁は、前記流れ方向に沿って開口する水噴射口を有し、
前記水噴射口は、前記シリンダの中心軸を横断する断面視において、前記水噴射口の中心線と前記点火プラグとが交わらないように配置される
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項6】

請求項３に記載された水素エンジンにおいて、
前記コントローラによって制御され、前記水素ガスに着火するための油燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、
前記コントローラは、前記所定の燃焼サイクル中、前記水噴射弁から前記水を噴射させた後に、前記燃料噴射弁から前記油燃料を噴射させる
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項7】

請求項６に記載された水素エンジンにおいて、
前記水噴射弁は、前記スワールの流れ方向に沿って開口する水噴射口を有し、
前記水噴射口は、前記シリンダの中心軸を横断する断面視において、前記水噴射口の中心線と前記燃料噴射弁とが交わらないように配置される
ことを特徴とする水素エンジン。

【請求項8】

請求項３から７のいずれか１項に記載された水素エンジンにおいて、
前記コントローラは、前記所定の燃焼サイクル中、
前記シリンダの内壁面に到達させるように、前記水噴射弁に前記水を噴射させる第１の水噴射工程と、
前記ガス噴射弁に前記水素ガスを噴射させるガス噴射工程と、
前記水の噴霧を前記水素ガスに衝突させるように、前記水噴射弁に前記水を噴射させる第２の水噴射工程と、を順番に実行する
ことを特徴とする水素エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、水素ガスを燃焼させる水素エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、水噴射可能な内燃機関の一例が開示されている。具体的に、この特許文献１に開示されたガソリンエンジンは、シリンダ内部に燃料を噴霧する燃料噴射用インジェクタと、この燃料噴射用インジェクタを挟んで両サイド領域のそれぞれに設けられ、該両サイド領域近傍のそれぞれに向けて水を噴射する水噴射用インジェクタと、を具備している。前記特許文献１によると、運転状況に応じて水噴射を行うことで、シリンダ内部を効率的に冷却するとともに、理論空燃比近傍での燃焼を実現することができる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０２１－１４３６２９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、いわゆる水素エンジンでは、水素ガスの燃焼し易さに起因して、ノッキング、過早着火等の異常燃焼を招く可能性がある。そうした異常燃焼を抑制するために、前記特許文献１に開示されているような水噴射装置を用いることが考えられる。

【0005】

本願発明者らは、異常燃焼のさらなる抑制について鋭意検討を進めた結果、水噴射可能な水素エンジンにおいて新たな構成を想到し、本開示を創作するに至った。

【0006】

ここに開示する技術は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水噴射可能な水素エンジンにおいて、異常燃焼を従来よりも抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本開示の第１の態様は、水素ガスを燃焼させる水素エンジンに係る。この水素エンジンは、燃焼室を区画するシリンダと、前記燃焼室内に前記水素ガスを噴射するガス噴射弁と、前記シリンダ内に吸入される空気の流動を整えることで、該空気によるスワールを生成する整流手段と、前記燃焼室内に、前記スワールの流れ方向に沿って水を噴射する水噴射弁と、前記ガス噴射弁及び前記水噴射弁を制御するコントローラと、を備える。

【0008】

そして、前記第１の態様によれば、前記コントローラは、前記ガス噴射弁に前記水素ガスを噴射させることで、該水素ガスを前記スワールに従って流動させるとともに、該スワールの上流側から前記水噴射弁に前記水を噴射させることで、該水の噴霧を前記水素ガスに衝突させる。

【0009】

前記第１の態様によると、コントローラは、スワールの上流側から水を噴射させることで、その水の噴霧を水素ガスに衝突させる。この噴霧はスワールの流れ方向に沿って噴射されるため、その貫徹力によって水素ガスを撹拌することができる。これにより、水素エンジンにおける筒内流動を促進し、燃焼室内における水素ガスの濃度ムラを抑制することができる。その結果、異常燃焼を従来よりも抑制することが可能になる。

【0010】

また、本開示の第２の態様によれば、前記水噴射弁は、前記ガス噴射弁に対し、前記スワールの流れ方向の上流側に隣接して配置され、前記水噴射弁は、前記水を、前記スワールの流れ方向の下流側に向けて噴射する、としてもよい。

【0011】

前記第２の態様によると、水噴射弁をガス噴射弁の上流側に配置することで、スワールの上流側から噴射された水が、水素ガスに衝突し易くなる。また、スワールの流れ方向の下流側に向けて水を噴射するように構成することで、その水を、ガス噴射弁から噴射された直後の水素ガスに衝突させることができる。その結果、より早いタイミングで水素ガスの撹拌を開始することができる。より早いタイミングで撹拌が開始された分、より長時間にわたって水素ガスを撹拌することができる。これにより、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0012】

また、本開示の第３の態様によれば、前記コントローラは、所定の燃焼サイクル中、前記ガス噴射弁から前記水素ガスを噴射させた後に、前記水噴射弁から前記水を噴射させる、としてもよい。

【0013】

前記第３の態様によると、コントローラは、水素ガスの噴射に続いて水を噴射させる。これにより、噴射された水を、より確実に水素ガスに衝突させることができる。その結果、水による水素ガスの撹拌をより確実に行うことができ、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0014】

また、本開示の第４の態様によれば、前記水素エンジンは、前記コントローラによって制御され、前記水素ガスに点火する点火プラグを備え、前記コントローラは、前記所定の燃焼サイクル中、前記水噴射弁から前記水を噴射させた後に、前記点火プラグを作動させる、としてもよい。

【0015】

前記第４の態様によると、コントローラは、水を噴射した後に点火プラグを作動させる。これにより、水によって濃度ムラが抑制された後に水素ガスを燃焼させることができる。その結果、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0016】

また、本開示の第５の態様によれば、前記水噴射弁は、前記流れ方向に沿って開口する水噴射口を有し、前記水噴射口は、前記シリンダの中心軸を横断する断面視において、前記水噴射口の中心線と前記点火プラグとが交わらないように配置される、としてもよい。

【0017】

前記第５の態様によると、水噴射口の中心線は、点火プラグと交わらない。これにより、点火プラグに浴びせられる水の量を抑制することができる。その結果、より確実に水素ガスに点火することができる。また、点火プラグの急激な温度変化を抑制し、信頼性を向上させることができる。

【0018】

また、本開示の第６の態様によれば、前記水素エンジンは、前記コントローラによって制御され、前記水素ガスに着火するための油燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記コントローラは、前記所定の燃焼サイクル中、前記水噴射弁から前記水を噴射させた後に、前記燃料噴射弁から前記油燃料を噴射させる、としてもよい。

【0019】

前記第６の態様によると、コントローラは、水を噴射した後に油燃料を噴射させる。これにより、水によって濃度ムラが抑制された後に水素ガスを燃焼させることができる。その結果、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0020】

また、本開示の第７の態様によれば、前記水噴射弁は、前記スワールの流れ方向に沿って開口する水噴射口を有し、前記水噴射口は、前記シリンダの中心軸を横断する断面視において、前記水噴射口の中心線と前記燃料噴射弁とが交わらないように配置される、としてもよい。

【0021】

前記第７の態様によると、水噴射口の中心線は、燃料噴射弁と交わらない。これにより、燃料噴射弁に浴びせられる水の量を抑制することができる。その結果、より確実に水素ガスに着火することができる。また、燃料噴射弁の急激な温度変化を抑制し、信頼性を向上させることができる。

【0022】

また、本開示の第８の態様によれば、前記コントローラは、前記所定の燃焼サイクル中、前記シリンダの内壁面に到達させるように、前記水噴射弁に前記水を噴射させる第１の水噴射工程と、前記ガス噴射弁に前記水素ガスを噴射させるガス噴射工程と、前記水の噴霧を前記水素ガスに衝突させるように、前記水噴射弁に前記水を噴射させる第２の水噴射工程と、を順番に実行する、としてもよい。

【0023】

前記第８の態様によると、第１の水噴射工程で噴射された水は、ガス噴射工程において噴射される水素ガスがシリンダの内壁面に到達するよりも先に、当該内壁面に到達する。水素ガスよりも先に水を到達させておくことで、前記内壁面近傍のデポジット（例えば、筒内の燃焼残渣、シリンダ油残渣によるデポジット）から吸熱し、そのデポジットの温度を事前に低下させておくことができる。これにより、デポジット等を過早着火源とした異常燃焼を抑制することが可能になる。また、壁面近傍に水蒸気膜を形成し、結果的に壁面への熱損失を抑制することが可能になる。

【発明の効果】

【0024】

以上説明したように、本開示によれば、水噴射可能な水素エンジンにおいて、異常燃焼を従来よりも抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0025】

【図1】図１は、水素エンジンの構成を例示する模式図である。

【図2】図２は、水素エンジンの燃焼室を拡大して示す図である。

【図3】図３は、燃焼室の上部構造を示す図である。

【図4】図４は、シリンダライナの構造を例示する縦断面図である。

【図5】図５は、シリンダライナの構造を例示する横断面図である。

【図6】図６は、水素エンジンのコントローラの構成を例示するブロック図である。

【図7】図７は、エンジン制御の具体例を示すフローチャートである。

【図8A】図８Ａは、１段目の水噴射について説明するための図である。

【図8B】図８Ｂは、水素噴射について説明するための図である。

【図8C】図８Ｃは、２段目の水噴射について説明するための図である。

【図9】図９は、点火手段の変形例を示す図３対応図である。

【図10】図１０は、変形例における水噴射について説明するための図８Ｃ対応図である。

【発明を実施するための形態】

【0026】

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、以下の説明は例示である。図１は、水素エンジン（以下、単に「エンジン」ともいう）１の構成を例示する模式図である。

【0027】

＜全体構成＞
エンジン１は、水素ガスを燃焼させる直列多気筒式の水素エンジンである。このエンジン１は、ユニフロー掃気方式の２ストローク１サイクル機関として構成されており、タンカー、コンテナ船、自動車運搬船等、大型の船舶に搭載される。

【0028】

エンジン１は、ガス燃料に水素ガスを用いるように構成されており、この水素ガスをシリンダ１６内で燃焼させることができる。エンジン１は、水素ガスの単独燃焼と、水素ガスに油燃料を併用した混焼と、の少なくとも一方を実行可能とすればよい。

【0029】

船舶に搭載されたエンジン１は、その船舶を推進させるための主機関として用いられる。主機関としてのエンジン１の出力軸は、プロペラ軸（不図示）を介して船舶のプロペラ（不図示）に連結されている。エンジン１が運転することで、その出力がプロペラに伝達されて、船舶が推進するようになっている。

【0030】

＜主要構成＞
図１に示されるように、エンジン１は、シリンダ１６を有する機関本体１０と、機関本体１０に電気的に接続されたコントローラ１００と、を備えている。シリンダ１６は、ガス燃料を燃焼させるための燃焼室１７を区画している。

【0031】

（１）機関本体１０
図２は、エンジン１の燃焼室１７を拡大して示す図であり、図３は、その燃焼室１７の上部構造（天井面１７ａの周辺構造）を例示する図である。また、図４は、シリンダライナ１４の構造を例示する縦断面図であり、図５は、シリンダライナ１４の構造を例示する横断面図である。

【0032】

機関本体１０は、複数（図１～図３では１つのみ例示）のシリンダ１６を有しており、船舶の機関室に設置されている。

【0033】

本実施形態に係る機関本体１０は、そのロングストローク化を実現するべく、いわゆるクロスヘッド式の内燃機関を構成している。すなわち、この機関本体１０においては、下方からピストン２１を支持するピストン棒２２と、クランクシャフト２３に連接される連接棒２４と、がクロスヘッド２５により連結されている。

【0034】

具体的に、機関本体１０は、下方に位置する台板１１と、台板１１上に設けられる架構１２と、架構１２上に設けられるシリンダジャケット１３と、を備えている。各シリンダ１６は、シリンダジャケット１３内に設けられている。また、機関本体１０は、シリンダ１６内に配置されるピストン２１と、ピストン２１の往復運動に連動して回転する出力軸（例えばクランクシャフト２３）と、を備えている。

【0035】

ここで、台板１１は、エンジン１のクランクケースを構成するものであり、クランクシャフト２３と、クランクシャフト２３を回転自在に支持する軸受２６と、を収容している。クランクシャフト２３には、クランク２７を介して連接棒２４の下端部が連結されている。

【0036】

架構１２は、一対のガイド板２８と、連接棒２４と、クロスヘッド２５とを収容している。一対のガイド板２８は、エンジン１の幅方向（図１の紙面左右方向）に間隔を空けて配置されている。連接棒２４は、その下端部がクランクシャフト２３に連結された状態で、一対のガイド板２８の間に配置されている。連接棒２４の上端部は、クロスヘッド２５を介してピストン棒２２の下端部に連結されている。

【0037】

クロスヘッド２５は、一対のガイド板２８の間に配置されており、各ガイド板２８に沿って上下方向に摺動する。すなわち、一対のガイド板２８は、クロスヘッド２５の摺動を案内する。クロスヘッド２５は、クロスヘッドピン２９を介してピストン棒２２及び連接棒２４と接続されている。クロスヘッドピン２９は、ピストン棒２２に対しては一体的に上下動するよう接続されている一方、連接棒２４に対しては、連接棒２４の上端部を支点として、連接棒２４を回動させるように接続されている。

【0038】

シリンダジャケット１３は、内筒としてのシリンダライナ１４を支持している。シリンダライナ１４の内部には、前述のピストン２１が配置されている。このピストン２１は、シリンダライナ１４の内壁に沿って上下方向に往復運動する。また、シリンダライナ１４の上部にはシリンダカバー１５が固定されている。シリンダカバー１５は、シリンダライナ１４とともにシリンダ１６を構成している。

【0039】

また、シリンダカバー１５には、不図示の動弁装置によって作動される排気弁１８が設けられている。排気弁１８は、シリンダライナ１４及びシリンダカバー１５から構成されるシリンダ１６、並びに、ピストン２１の頂面とともに燃焼室１７を区画している（図２参照）。排気弁１８は、その燃焼室１７と排気管１９との間を開閉するものである。排気管１９は、燃焼室１７に通じる排気口を有しており、排気弁１８は、その排気口を開閉するように構成されている。

【0040】

また、シリンダカバー１５には、燃焼室１７内に水素ガスを噴射する１つ又は複数のガス噴射弁３０が設けられている。特に本実施形態では、図１～図３に例示するように、シリンダ１６毎に２つのガス噴射弁３０が設けられている。以下、２つのガス噴射弁３０のうちの一方を「第１ガス噴射弁３１」と呼称し、他方を「第２ガス噴射弁３２」と呼称する場合がある。

【0041】

各ガス噴射弁３０は、前記天井面１７ａを通じて燃焼室１７の室内に臨んでおり、それぞれ、水素ガスを噴射するための噴射口（不図示）を有している。各ガス噴射弁３０は、例えば、電磁弁（不図示）等を介してコントローラ１００と間接的に接続されている。コントローラ１００から入力された制御信号に従って電磁弁が作動することで、各ガス噴射弁３０が開閉する。

【0042】

さらに、シリンダカバー１５には、燃焼室１７内に供給された水素ガスに点火する１つ又は複数の点火手段が設けられている。本実施形態に係る点火手段は、シリンダ１６毎に２つずつ設けられた点火プラグ４０によって構成されている。以下、２つの点火プラグ４０のうちの一方を「第１点火プラグ４１」と呼称するとともに、他方を「第２点火プラグ４２」と呼称する場合がある。

【0043】

各点火プラグ４０は、前記天井面１７ａを通じて燃焼室１７の室内に臨んでいる。各点火プラグ４０は、コントローラ１００と電気的に接続されている。各点火プラグ４０は、コントローラ１００から入力された制御信号に従って作動することで、燃焼室１７内に火花を発生する。

【0044】

第１点火プラグ４１は、第１ガス噴射弁３１に対し、周方向に所定の第１角度θａずらして配置されている（図３を参照）。同様に、第２点火プラグ４２は、第２ガス噴射弁３２に対し、周方向に所定角度（不図示）ずらして配置されている。

【0045】

第１角度θａは、本実施形態では１０～９０°程度に設定されている。第１角度θａの大きさは、機関本体１０の各部の寸法、第１ガス噴射弁３１の性能、第１ガス噴射弁３１の制御パラメータ（例えば、水素ガスの噴射量を特徴付けるパラメータ）等に応じて設定され得る。

【0046】

また、第２ガス噴射弁３２に対する第２点火プラグ４２の相対角度（前記所定角度）は、本実施形態では第１角度θａと同一の値に設定されているが、そうした設定には限定されない。例えば、第１ガス噴射弁３１及び第２ガス噴射弁３２の間に仕様等の差異が存在する場合、前記所定角度は、第１角度θａと異なる値に設定してもよい。

【0047】

なお、前述の「周方向」とは、シリンダライナ１４、シリンダ１６及びピストン２１の中心軸Ｃを周回する方向を指す（中心軸Ｃについては、図２及び図３を参照）。前記第１角度θａ及び所定角度は、双方とも、この中心軸Ｃを横断する断面視、つまり、図３の断面で視た場合の角度に相当する。

【0048】

ここで、中心軸Ｃに沿って延びる方向を「軸方向」と定義し、この中心軸Ｃから放射状に延びる方向を「径方向」と定義する。この場合、第１ガス噴射弁３１及び第２ガス噴射弁３２の各先端部（噴射口）は、軸方向及び径方向において等距離となるように配置されている。同様に、第１点火プラグ４１及び第２点火プラグ４２の各先端部は、軸方向及び径方向において等距離となるように配置されている。なお、ここでいう「距離」とは、図２及び図３に示すように中心軸Ｃ上に置かれた一点（基準点Ｃ０）から、前記各先端部までの距離を意味する。

【0049】

前述のように、周方向に沿ってガス噴射弁３０及び点火プラグ４０を配置した場合、ガス噴射弁３０から噴射された水素ガスを、点火プラグ４０へとスムースに導くような仕組みを設けることが好ましい。

【0050】

エンジン１は、水素ガスを点火プラグ４０へ導くために、前述の周方向に沿って流れる空気の流動、すなわち、当該空気によるスワールを利用する。このエンジン１は、そうしたスワールを生成するための整流手段を備えている。

【0051】

整流手段は、シリンダ１６内に吸入される空気の流動を整えることで、当該空気によるスワールを生成する手段である。本実施形態に係る整流手段は、前述のシリンダライナ１４、特にシリンダライナ１４に設けられた複数の掃気ポート１４ａによって構成されている。

【0052】

なお、ここでいう「空気」とは、燃焼室１７内に供給される空気であって、特に、機関本体１０の外部から取り込まれたフレッシュエア、及び、不図示のＥＧＲシステムによって環流された排気ガス（いわゆる「ＥＧＲガス」）の少なくとも一方によって構成される空気をいう。

【0053】

具体的に、シリンダライナ１４は、図４及び図５に示すように、該シリンダライナ１４の下部に設けられる複数の掃気ポート１４ａと、シリンダライナ１４の内部空間を区画する内壁部１４ｂと、を備えている。

【0054】

このうち、複数の掃気ポート１４ａは、それぞれ、周方向に沿って並んで配置されている。各掃気ポート１４ａは、シリンダライナ１４の内壁部１４ｂを貫通する掃気孔として形成されている。

【0055】

また、各掃気ポート１４ａは、軸方向においては、シリンダライナ１４のうちシリンダジャケット１３内に挿入された部分（シリンダライナ１４の下部に相当する部分）に配置されている。図示は省略するが、各掃気ポート１４ａは、下死点に位置するピストン２１よりも上方に位置するように配置される。

【0056】

また、図５に示すように、複数の掃気ポート１４ａは、それぞれ、中心軸Ｃに垂直な横断面で視た場合に、シリンダジャケット１３から吸い込んだ空気を、周方向におけるいずれか一方向である所定の流れ方向Ｄ１に渦を巻くように流動させる。図５の紙面上では、流れ方向Ｄ１は、中心軸Ｃを中心とした時計回り方向に等しい。このような流動を実現するために、各掃気ポート１４ａは、径方向において外側から内側に向かうに従って、周方向において時計回り方向に向かうように傾斜している。

【0057】

なお、流れ方向Ｄ１は、図例のような時計回り方向には限定されない。中心軸Ｃを中心とした反時計回り方向を流れ方向Ｄ１とすることもできる。その場合、各掃気ポート１４ａの傾斜方向は、径方向において外側から内側に向かうに従って、周方向において反時計回り方向に向かって傾斜することになる（図例とは反対方向に向かって傾斜することになる）。

【0058】

各掃気ポート１４ａはまた、ピストン２１が下死点付近に位置するときに開状態となり、シリンダジャケット１３およびシリンダライナ１４を介して掃気トランク（不図示）と燃焼室１７とを連通させる。

【0059】

各掃気ポート１４ａが開状態となったときにシリンダライナ１４内に吸い込まれる空気は、図５の矢印Ａ１に示すように、流れ方向Ｄ１に渦を巻くように流動する。そうして渦を巻いた空気は、図４の矢印Ａに示すように、中心軸Ｃまわりの旋回流、すなわちスワールとなって燃焼室１７へ向かって流れることになる。

【0060】

ガス噴射弁３０から噴射される水素ガスは、空気のスワールに従って、流れ方向Ｄ１に渦を巻くように流動する。水素ガスは、その流動によって燃焼室１７内の各部へと拡散する。水素ガスの異常燃焼を抑制するためには、水素ガスを広範囲かつ均一に拡散させることが好ましい。

【0061】

本実施形態に係るエンジン１は、水素ガスの拡散を促すべく、燃焼室１７内に水を噴射する。そのために、このエンジン１は、燃焼室１７内に水を噴射する１つ又は複数の水噴射弁５０を備えている（図３を参照）。水噴射弁５０は、シリンダ１６毎に、ガス噴射弁３０と同数にすることが好ましい。１つ又は複数の水噴射弁５０は、水を噴射するための水噴射口５０ａを有している。この水噴射弁５０は、燃焼室１７内に、スワールの流れ方向Ｄ１に沿って水を噴射する。

【0062】

例えば本実施形態では、シリンダ１６毎に２つの水噴射弁５０が設けられている。以下、２つの水噴射弁５０のうちの一方を「第１水噴射弁５１」と呼称し、他方を「第２水噴射弁５２」と呼称する場合がある。

【0063】

以下、第１水噴射弁５１の構成と、第１水噴射弁５１、第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１の相対的な位置関係と、について詳細に説明する。なお、以下の説明は、第２水噴射弁５２の構成と、第２水噴射弁５２、第２ガス噴射弁３２及び第２点火プラグ４２の相対的な位置関係と、に対しても適用可能である。

【0064】

例えば、以下の説明は、第１水噴射弁５１、第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１を、それぞれ、第２水噴射弁５２、第２ガス噴射弁３２及び第２点火プラグ４２に置き換えることができる。

【0065】

本実施形態に係る第１水噴射弁５１は、燃焼室１７内に配置されている。具体的に、第１水噴射弁５１は、燃焼室１７を区画する天井面１７ａ、又は、燃焼室１７側方の内壁面１７ｂに沿って配置されている。

【0066】

第１水噴射弁５１は、第１ガス噴射弁３１に対し、流れ方向Ｄ１の上流側に隣接して配置されている。詳しくは、本実施形態に係る第１水噴射弁５１は、流れ方向Ｄ１において、第１ガス噴射弁３１よりも上流側かつ第２ガス噴射弁３２よりも下流側に配置されている。周方向における第１水噴射弁５１と第１ガス噴射弁３１との間隔は、周方向における第１水噴射弁５１と第２ガス噴射弁３２との間隔よりも狭い。

【0067】

例えば、第１水噴射弁５１が、第１ガス噴射弁３１に対し、周方向に所定の第２角度θｂずらして配置されているものとする。同様に、第１水噴射弁５１が、第２ガス噴射弁３２に対し、周方向に所定の第３角度θｃずらして配置されているものとする。前述のように間隔が設定されている場合、本実施形態に係る第３角度θｃは、図３に示すように第２角度θｂよりも大きくなる。第２角度θｂ及び第３角度θｃは、双方とも、１８０°未満に設定することが好ましい。このうち、第２角度θｂは、９０°以下に設定することが好ましく、４５°以下に設定することがさらに好ましい。

【0068】

また、前述した第１点火プラグ４１は、図３に示すように、第１ガス噴射弁３１及び第１水噴射弁５１の双方に対し、流れ方向Ｄ１の下流側に配置されている。第１水噴射弁５１及び第１ガス噴射弁３１との位置関係に鑑みると、流れ方向Ｄ１の上流側から下流側に向かって、第１水噴射弁５１、第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１の順番で配置されることになる。

【0069】

詳しくは、本実施形態に係る第１点火プラグ４１は、流れ方向Ｄ１において、第１ガス噴射弁３１よりも下流側かつ第２水噴射弁５２よりも上流側に配置されている。周方向における第１ガス噴射弁３１と第１点火プラグ４１との間隔は、周方向における第１点火プラグ４１と第２水噴射弁５２との間隔よりも狭い。

【0070】

また、第１ガス噴射弁３１は、流れ方向Ｄ１において、図３のように第１点火プラグ４１よりも第１水噴射弁５１に近接して配置してもよいし、それとは反対に、第１水噴射弁５１よりも第１点火プラグ４１に近接して配置してもよい。第１角度θａと第２角度θｂとの大小関係は、第１ガス噴射弁３１の配置に応じて変わり得る。例えば、前者（第１角度θａ＞第２角度θｂ）のように配置することは、水素ガスの噴流の先端から着火させる場合に有効である。一方、後者（第１角度θａ＜第２角度θｂ）のように配置することは、水素ガスの噴流の後端（根元）から着火させる場合に有効である。

【0071】

そして、第１水噴射弁５１は、第１及び第２ガス噴射弁３１，３２のうち、第１水噴射弁５１に隣接する第１ガス噴射弁３１付近のスペースに向けて水を噴射する。詳しくは、第１水噴射弁５１は、水を、流れ方向Ｄ１の下流側（特に、第１水噴射弁５１から見て流れ方向Ｄ１の下流側）に向けて噴射する。第１ガス噴射弁３１付近のスペースに向けて水を噴射するために、本実施形態に係る第１水噴射弁５１の水噴射口５０ａは、スワールの流れ方向Ｄ１に沿って開口している。水噴射口５０ａをこのように開口させることで、第１水噴射弁５１は、スワールの流れ方向Ｄ１に沿って水を噴射することができるようになる。

【0072】

ここで、水噴射口５０ａの中心線Ｃ１は、中心軸Ｃを横断する断面視において、前記内壁面１７ｂの所定部位（図３の被噴射面１７ｃを参照）と交わるように延びている。なお、ここでいう中心線Ｃ１とは、水噴射口５０ａの開口面（特に、開口面の中央部）に対する垂線であって、第１水噴射弁５１と交わることなく該第１水噴射弁５１から離れる方向に延びる仮想線をいう。

【0073】

例えば図３に示すように配置した場合（第１角度θａ＞第２角度θｂ）、中心線Ｃ１は、前記断面視において、第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１のうち、少なくとも第１点火プラグ４１と交わらないように延びる。図３に示す例では、中心線Ｃ１は、第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１の双方と交わらないよう、第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１の間を縫うように延びている。

【0074】

また、中心線Ｃ１は、前記軸方向において、燃焼室１７の上側部分と交わるように延びている。ここでいう上側部分とは、前記内壁面１７ｂの上側部分であって、ピストン２１が上死点に位置するときに、そのピストン２１の頂面に比して天井面１７ａに近接する部分をいう。前述の被噴射面１７ｃは、この上側部分に相当する。

【0075】

被噴射面１７ｃは、流れ方向Ｄ１において、第２ガス噴射弁３２、第２点火プラグ４２及び第２水噴射弁５２と比べて第１ガス噴射弁３１、第１点火プラグ４１及び第１水噴射弁５１と近接するように設定されている。

【0076】

詳しくは、被噴射面１７ｃは、流れ方向Ｄ１において、第１水噴射弁５１と比べて第１ガス噴射弁３１及び第１点火プラグ４１と近接するように設定されている。さらに詳しくは、被噴射面１７ｃは、流れ方向Ｄ１において、第１ガス噴射弁３１と比べて第１点火プラグ４１と近接するように設定してもよい。

【0077】

（２）コントローラ１００
図６は、水素エンジンのコントローラの構成を例示するブロック図である。コントローラ１００は、プロセッサ、揮発性メモリ、不揮発性メモリ及び入出力バスを有している。コントローラ１００には、例えば、水素タンク（不図示）からエンジン１に供給される水素ガスの流量を検出するガス流量センサＳｗ１と、エンジン１に供給される水素ガスの圧力を検出するガス圧センサＳｗ２と、エンジン１の出力回転数を検出する回転数センサＳｗ３と、テレグラフ１０１と、が接続されている。各種センサＳｗ１～Ｓｗ３及びテレグラフ１０１は、図６にのみ示す。

【0078】

コントローラ１００は、それらのセンサ及びデバイスから入力された信号に基づいて制御信号を生成し、その制御信号を、点火プラグ４０に直接入力したり、ガス噴射弁３０及び水噴射弁５０を作動させるための電磁弁等に入力したりする。コントローラ１００は、それらの制御信号を通じて、ガス噴射弁３０、点火プラグ４０及び水噴射弁５０を直接的に又は間接的に制御する。

【0079】

コントローラ１００がエンジン１の各部を制御することで、燃焼室１７内に水素ガスを供給したり、その水素ガスの供給に併せて、燃焼室１７内に水を噴射したりすることができる。

【0080】

ところで、従来知られた水素エンジンでは、水素ガスの燃焼し易さに起因して、ノッキング、過早着火等の異常燃焼を招く可能性がある。そうした異常燃焼を抑制するために、前述のように水を噴射することが考えられる。

【0081】

本願発明者らは、異常燃焼のさらなる抑制について鋭意検討を進めた結果、水噴射弁５０のレイアウトについて前述の如き構成を見出すとともに、その噴射タイミングについて新たな制御態様を創作し、本開示を創作するに至った。

【0082】

以下、本実施形態に係るエンジン制御について、水噴射との関係を中心に説明する。

【0083】

＜エンジン制御の詳細＞
図７は、エンジン制御の具体例を示すフローチャートである。また、図８Ａは、１段目の水噴射について説明するための図であり、図８Ｂは、水素噴射について説明するための図であり、図８Ｃは、２段目の水噴射について説明するための図である。

【0084】

図７に例示するフローは、ｎを１以上の整数とすると、ｎ回目の燃焼サイクルにおける下降行程から、ｎ＋１回目の燃焼サイクルにおける上昇行程及び下降行程までの処理及び動作を表している。なお、このフローは、水素ガスによる運転が継続される限り、エンジン１によって繰り返し実行されるようになっている。

【0085】

まず、図７のステップＳ１では、エンジン１は、横渦状に流れる空気を、燃焼室１７内に導入する。このステップＳ１において、エンジン１は、ｎ回目の燃焼サイクルにおける下降行程を実行するとともに、それに続いて、ｎ＋１回目の燃焼サイクルにおける上昇行程を開始する。

【0086】

具体的に、ステップＳ１の下降行程では、燃焼室１７内で水素ガスが燃焼した結果、ピストン２１が下死点に向かって下降する。そのとき、排気弁１８の開弁によって燃焼室１７が開放されるとともに、ピストン２１の下降によって掃気ポート１４ａが開く。これにより、掃気ポート１４ａから燃焼室１７に空気が導入されて、その空気によって排気ガスが排気管１９に押し出される。その際に導入される空気は、整流手段としての掃気ポート１４ａによって整流される。掃気ポート１４ａによって整流された空気は、中心軸Ｃを横断する断面視においてスワール（横渦）となる。燃焼室１７には、横渦状に流動する空気が流入する。

【0087】

また、ステップＳ１においてピストン２１が下降から上昇に転じると、ｎ＋１回目の燃焼サイクルにおける上昇行程が開始される。この上昇行程の前半では、ピストン２１の上昇に伴って、掃気ポート１４ａ及び排気弁１８が順次閉塞される。一方、上昇行程の後半では、燃焼室１７内に導入された空気が、ピストン２１の上昇によって圧縮される。

【0088】

なお、上昇行程の「前半」及び「後半」とは、上昇行程を２等分したときの前半と後半に相当する。下降行程の「前半」及び「後半」についても、同様に定義されている。

【0089】

図７のステップＳ２～Ｓ５は、前記上昇行程の後半から、ｎ＋１回目の燃焼サイクルにおける下降行程の前半までの所定期間内に実行される。この所定期間は、ＴＤＣの直前から直後にかけての期間に相当する。コントローラ１００は、ステップＳ２～Ｓ５に係る処理の全てをＴＤＣ直後に実行してもよいし、ステップＳ２～Ｓ５に係る処理のうちの一部をＴＤＣ直後に実行してもよい。

【0090】

自動車に用いられるような高速エンジンの場合、２０００ｒｐｍ程度の回転数で運転することになるため、ピストンがＴＤＣに位置する時間（より詳細には、ＴＤＣから１ｄｅｇ．ＣＡ変化するのに要する時間）は、８０～１００μｓ程度の短時間となる。この場合、水素ガスの着火遅れを考慮してＴＤＣよりも早期に水素ガスを噴射し、ＴＤＣ直後に燃焼ピークが到来するように調整する必要がある。

【0091】

それに対し、本実施形態のような低速かつ大型の舶用エンジンの場合、１００ｒｐｍ程度の回転数で運転することになるため、１～２ｍｓ程度の長時間となる。この場合、ＴＤＣよりも早期に水素ガスを噴射する必要はなく、エンジン１の仕様、運転状態等に基づいたタイミングで水素ガスを噴射することが可能になる。水の噴射タイミングについても同様である。水素ガス及び水は、ＴＤＣ後の下降行程中に噴射することもできる。この場合、ＴＤＣからやや遅れたタイミングで燃焼ピークが到来するように調整することが許容される。

【0092】

このように、本実施形態に係るエンジン１は、水素ガス及び水の噴射タイミングの自由度が、高速エンジンと比べて高い。燃焼ピークの到来タイミングを遅らせることが許容されるため、水による水素ガスの撹拌期間を、高速エンジンと比べて長く確保することができる。

【0093】

ステップＳ１から続くステップＳ２において、コントローラ１００は、図８Ａに示すように、前記中心線Ｃ１に沿って水噴射弁５０から水を噴射させる（図中の噴霧Ｗ１を参照）。この水噴射は、ｎ＋１回目の燃焼サイクル中、シリンダ１６、特にシリンダライナ１４の内壁面（被噴射面１７ｃ）に到達させるように水噴射弁５０に水を噴射させるためのものであり、１段目の水噴射（第１の水噴射工程）に相当する。

【0094】

ステップＳ２で噴射された水は、ガス噴射弁３０から噴射される水素ガスが内壁面１７ｂに到達するよりも先に、当該内壁面１７ｂに到達する。水素ガスよりも先に水を到達させておくことで、内壁面１７ｂ近傍のデポジット（例えば、筒内の燃焼残渣、シリンダ油残渣によるデポジット）から吸熱し、そのデポジットの温度を事前に低下させておくことができる。これにより、デポジット等を過早着火源とした異常燃焼を抑制することが可能になる。

【0095】

また、前記１段目の水噴射のように相対的に早いタイミングで水を噴射することで、水素ガスの燃焼によって生じる火炎が内壁面１７ｂに到達するよりも先に、当該内壁面１７ｂに水を到達させることができる。これにより、内壁面１７ｂ近傍に水蒸気膜を張ることができる。水は支燃性を持たないため、水蒸気膜によって消炎距離を長くすることができる。消炎距離を長くすることで、ヒートロスを抑制することができる。これにより、水素ガスを燃焼させることに起因したサイクル効率の低下を抑制することができる。また、これによって排ガスエネルギーも維持することができ、過給機（不図示）の作動点を変更することなくエンジン１を運転することができるため、λを維持する上で有利になる。λを維持することは、ＥＧＲシステム（不図示）の効果を最大限に発揮させる上で有効である。また、更に水の量を多くして水蒸気膜の厚さを厚くすることで、ヒートロスをさらに抑制し、サイクル効率を改善するとともに排ガスエネルギーも増加させ、過給機の作動点を高圧大風量側に移動させることができる。これにより、λを従来よりも大きくすることができ、水素ガスの希薄燃焼が可能になる。希薄燃焼が可能になることで、排ガス中の窒素酸化物の生成を抑制することも可能になる。

【0096】

次に、ステップＳ２から続くステップＳ３において、コントローラ１００は、図８Ｂに示すように、ガス噴射弁３０に水素ガスを噴射させることで、該水素ガスをスワールに従って流動させる（図中の噴霧Ｇ１を参照）。そうして噴射された水素ガスは、流れ方向Ｄ１に沿って渦を巻くように流動し、燃焼室１７内に拡散する。この工程は、ｎ＋１回目の燃焼サイクル中に行われるガス噴射工程に相当する。

【0097】

次に、ステップＳ３から続くステップＳ４において、コントローラ１００は、図８Ｃに示すように、スワールの上流側から水噴射弁５０に水を噴射させることで、該水の噴霧Ｗ２を水素ガス（より詳細には、水素ガスの噴霧Ｇ１）に衝突させる。この水噴射は、ｎ＋１回目の燃焼サイクル中、水の噴霧Ｗ２を水素ガスに衝突させるように水噴射弁５０に水を噴射させるものであり、２段目の水噴射（第２の水噴射工程）に相当する。

【0098】

ステップＳ３とステップＳ４との前後関係に示すように、コントローラ１００は、ｎ＋１回目の燃焼サイクル中、ガス噴射弁３０から水素ガスを噴射させた（ステップＳ３）後に、水噴射弁５０から水を噴射させる（ステップＳ４）。

【0099】

ステップＳ４で噴射された水は、前記中心線Ｃ１に沿って流動する。この水の噴霧Ｗ２は、スワールの上流側から水素ガスの噴霧Ｇ１に衝突する。水素ガスの噴霧Ｇ１に衝突した水は、その貫徹力によって水素ガスを撹拌する。中心線Ｃ１が流れ方向Ｄ１に沿って延びているため、水の貫徹力を、スワールの流動を阻害することなく水素ガスの撹拌に用いることができる。この撹拌によって、水素ガスの拡散が促進される。これにより、水素ガスの濃度ムラを抑制し、異常燃焼を抑制することが可能になる。

【0100】

また、水自体の蒸発熱によって、シリンダ１６内の温度上昇を抑制することもできる。これにより、異常燃焼に要するエネルギー密度の達成を妨げることができ、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0101】

次に、ステップＳ４から続くステップＳ５において、コントローラ１００は、点火手段としての点火プラグ４０を作動させることで、水素ガスに点火する。

【0102】

ステップＳ４とステップＳ５との前後関係に示すように、コントローラ１００は、ｎ＋１回目の燃焼サイクル中、水噴射弁５０から水を噴射させた（ステップＳ４）後に、点火プラグ４０を作動させる（ステップＳ５）。

【0103】

ステップＳ５で点火された水素ガスは、燃焼室１７内で燃焼する。この燃焼によって、ピストン２１を往復運動させるための動力が得られる。ピストン２１の下降が促進され、前述の下降行程が進行する。

【0104】

図示は省略したが、水素ガスの燃焼を継続する場合、ステップＳ１からステップＳ５にかけての工程が、前述のように繰り返し行われることになる。

【0105】

＜本実施形態に係る水噴射の意義＞
以上説明したように、本実施形態に係るコントローラ１００は、図８Ｃを用いて説明したように、スワールの上流側から水を噴射させることで、その水の噴霧Ｗ２を水素ガス（噴霧Ｇ１）に衝突させる。この噴霧Ｗ２はスワールの流れ方向に沿って噴射されるため、その貫徹力によって水素ガスを撹拌することができる。これにより、エンジン１における筒内流動を促進し、燃焼室１７内における水素ガスの濃度ムラを抑制することができる。その結果、異常燃焼を従来よりも抑制することが可能になる。

【0106】

また、水の噴霧Ｗ２によって水素ガスを撹拌することで、燃焼室１７の室温を抑制することができる。これにより、水素ガスの燃焼によって到達し得る最大燃焼温度を抑制し、ＮＯｘ排出量を低減することができる。

【0107】

また、図３等に例示したように、水噴射弁５０をガス噴射弁３０の上流側に配置することで、スワールの上流側から噴射された水が、水素ガスに衝突し易くなる。また、ガス噴射弁３０に向けて水を噴射するように構成することで、その水を、ガス噴射弁３０から噴射された直後の水素ガスに衝突させることができる（図８Ｃを参照）。その結果、より早いタイミングで水素ガスの撹拌を開始することができる。より早いタイミングで撹拌が開始された分、より長時間にわたって水素ガスを撹拌することができる。これにより、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0108】

また、図７のステップＳ３～ステップＳ４に例示したように、コントローラ１００は、水素ガスの噴射に続いて水を噴射させる。これにより、噴射された水を、より確実に水素ガスに衝突させることができる。その結果、水による水素ガスの撹拌をより確実に行うことができ、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0109】

また、図７のステップＳ４～ステップＳ５に例示したように、コントローラ１００は、水を噴射した後に点火プラグ４０を作動させる。これにより、水によって濃度ムラが抑制された後に水素ガスを燃焼させることができる。その結果、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0110】

また、図３に例示したように、水噴射口５０ａの中心線Ｃ１は、点火プラグ４０と交わらない。これにより、点火プラグ４０に浴びせられる水の量を抑制することができる。その結果、より確実に水素ガスに点火することができる。また、点火プラグ４０の急激な温度変化を抑制し、信頼性を向上させることができる。

【0111】

＜点火手段の変形例＞
図９は、点火手段の変形例を示す図３対応図である。図１０は、変形例における水噴射について説明するための図８Ｃ対応図である。図９及び図１０において、図１～図８に例示した構成要素と実質的に同一の構成要素には、同一の参照符号が付されている。

【0112】

前記実施形態に係る点火手段は、シリンダ１６毎に２つずつ設けられた点火プラグ４０によって構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。例えば、水素ガスに着火するためのパイロット油（油燃料）を噴射する１つ又は複数の燃料噴射弁６０によって点火手段を構成してもよい。図例の場合、シリンダ１６毎に２つずつ設けられた燃料噴射弁６０によって、点火手段が構成されている。以下、２つの燃料噴射弁６０のうちの一方を「第１燃料噴射弁６１」と呼称するとともに、他方を「第２燃料噴射弁６２」と呼称する場合がある。

【0113】

各燃料噴射弁６０は、前記天井面１７ａを通じて燃焼室１７の室内に臨んでいる。各燃料噴射弁６０は、電磁弁（不図示）等を介してコントローラ１００と電気的に接続されている。コントローラ１００から入力された制御信号に従って電磁弁が作動することで、各燃料噴射弁６０が開閉する。各燃料噴射弁６０は、コントローラ１００によって間接的に制御される。

【0114】

以下、第１水噴射弁５１、第１ガス噴射弁３１及び第１燃料噴射弁６１の相対的な位置関係、並びに、第１燃料噴射弁６１等の噴射タイミングについて順番に説明する。なお、以下の説明は、第２水噴射弁５２、第２ガス噴射弁３２及び第２燃料噴射弁６２に関しても適用可能である。

【0115】

例えば、以下の説明は、第１水噴射弁５１、第１ガス噴射弁３１及び第１燃料噴射弁６１を、それぞれ、第２水噴射弁５２、第２ガス噴射弁３２及び第２燃料噴射弁６２に置き換えることができる。

【0116】

図９に示すように、第１燃料噴射弁６１は、径方向において、第１ガス噴射弁３１及び第１水噴射弁５１の間に配置されている。言い換えると、この第１燃料噴射弁６１は、前記流れ方向Ｄ１において、第１水噴射弁５１の下流側かつ第１ガス噴射弁３１の上流側に配置されている。

【0117】

また、第１燃料噴射弁６１の燃料噴射口６０ａは、スワールの流れ方向Ｄ１に沿って開口している。燃料噴射口６０ａをこのように開口させることで、第１燃料噴射弁６１は、スワールの流れ方向Ｄ１に沿ってパイロット油を噴射することができる。

【0118】

なお、第１水噴射弁５１の水噴射口５０ａは、シリンダ１６の中心軸を横断する断面視において、その水噴射口５０ａの中心線Ｃ１と、第１燃料噴射弁６１とが交わらないように配置されている。このように配置することで、図３に例示した構成と同様に、第１燃料噴射弁６１に浴びせられる水の量を抑制することができる。その結果、第１燃料噴射弁６１から噴射されるパイロット油（より正確には、パイロット油が着火温度に到達したことで生じる火種）によって、より確実に水素ガスに着火することができる。さらに、第１燃料噴射弁６１の急激な温度変化を抑制し、信頼性を向上させることができる。

【0119】

第１燃料噴射弁６１によるパイロット油の噴射タイミングは、前記実施形態と同様に、図７に示すフローに従って制御される。すなわち、コントローラ１００は、所定の燃焼サイクル中、第１水噴射弁５１から水を噴射させた後に、第１燃料噴射弁６１から油燃料を噴射させる（図１０中の噴霧Ｇ２を参照）。

【0120】

このような噴射タイミングを用いることで、水によって濃度ムラが抑制された後に水素ガスを燃焼させることができる。その結果、異常燃焼を抑制する上で有利になる。

【0121】

＜その他の変形例＞
前記実施形態では、水素ガスを撹拌するための２段目の水噴射を行う前に、内壁面１７ｂ近傍に水を到達させるための１段目の水噴射が行われるように構成されていたが、本開示は、そうした構成には限定されない。例えば、１段目の水噴射を行う代わりに、２段目の水噴射における噴霧範囲を拡大するように構成してもよい。そのように構成する場合、点火プラグ４０又は燃料噴射弁６０と比べて水噴射弁５０に近接した内壁面１７ｂが含まれるように水の噴霧範囲を拡大したり、そうした内壁面１７ｂを指向するように水噴射口５０ａの中心線Ｃ１を設定したりしてもよい。

【0122】

前記実施形態では、所定の燃焼サイクル（ｎ＋１回目の燃焼サイクル）において水を噴射することについて説明したが、全ての燃焼サイクルにおいて水を噴射する必要はない。例えば、コントローラ１００は、エンジン１の運転状態、外部環境等に応じて、水素ガスに併せて水を噴射する制御態様と、水素ガスのみを噴射する制御態様とを使い分けてもよい。

【0123】

また、点火プラグ４０又は燃料噴射弁６０によって構成される点火手段について例示したが、点火手段の構成は、前述の例示には限定されない。点火手段は、グロープラグによって構成してもよいし、いわゆる焼玉によって構成してもよい。

【符号の説明】

【0124】

１ エンジン（水素エンジン）
１４ シリンダライナ
１４ａ 掃気ポート（整流手段）
１６ シリンダ
１７ 燃焼室
３０ ガス噴射弁
３１ 第１ガス噴射弁
３２ 第２ガス噴射弁
４０ 点火プラグ
４１ 第１点火プラグ
４２ 第２点火プラグ
５０ 水噴射弁
５０ａ 水噴射口
５１ 第１水噴射弁
５２ 第２水噴射弁
６０ 燃料噴射弁
６０ａ 燃料噴射口
６１ 第１燃料噴射弁
６２ 第２燃料噴射弁
１００ コントローラ
Ｃ シリンダの中心軸
Ｃ１ 水噴射口の中心線
Ｄ１ スワールの流れ方向
Ｇ１ 水素ガスの噴霧
Ｗ２ 水の噴霧

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8A】

【図8B】

【図8C】

【図9】

【図10】