7804069 水素エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2026-01-13

(45)【発行日】2026-01-21

(54)【発明の名称】水素エンジン

(51)【国際特許分類】

   F01M 13/00 20060101AFI20260114BHJP

   F02B 25/04 20060101ALI20260114BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20260114BHJP

   F02B 37/00 20060101ALI20260114BHJP

【ＦＩ】

F01M13/00 M

F02B25/04

F02M21/02 G

F02B37/00 302G

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2024522951

(86)(22)【出願日】2023-03-30

(86)【国際出願番号】 JP2023013326

(87)【国際公開番号】W WO2023228570

(87)【国際公開日】2023-11-30

【審査請求日】2024-11-14

(31)【優先権主張番号】P 2022084447

(32)【優先日】2022-05-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000010076

【氏名又は名称】ヤマハ発動機株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100101351

【弁理士】

【氏名又は名称】辰巳 忠宏

(72)【発明者】

【氏名】和知 明良

(72)【発明者】

【氏名】岩本 卓也

(72)【発明者】

【氏名】荒牧 耀

【審査官】堀内 亮吾

(56)【参考文献】

【文献】米国特許出願公開第２０１３／０００８４２０（ＵＳ，Ａ１）

【文献】特開２００７－１３２２５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－１６６３８６（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０１Ｍ １３／００

Ｆ０２Ｂ ２５／０４

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ０２Ｂ ３７／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

シリンダと、
前記シリンダ内に往復動可能に設けられるピストンと、
前記シリンダと前記ピストンとによって規定される燃焼室に吸気するために前記シリンダに設けられる吸気ポートと、
前記燃焼室から排気するために前記シリンダに設けられる排気ポートと、
前記シリンダ内に水素燃料を供給するために前記シリンダに設けられる水素供給部と、
前記シリンダに連設されるクランクケースと、
前記クランクケース内のクランク室から排気するために前記クランクケースに設けられる排出口と、
前記燃焼室または前記クランク室へ吸気を過給するために前記吸気ポートの上流に設けられる過給機と、
前記過給機によって過給された吸気を、前記クランク室に供給するか少なくとも前記燃焼室に供給するかを切り替える切替部とを備える、水素エンジン。

【請求項2】

当該水素エンジンは、水素２ストロークエンジンであり、
前記ピストンは、前記シリンダの内周面に対して摺動可能なピストンリングを含み、
前記吸気ポートは、前記シリンダの側面において前記ピストンリングの可動域に設けられ、
前記ピストンリングは、前記過給機によって過給された吸気を、前記吸気ポートを介して前記クランク室へ供給するか前記吸気ポートを介して前記燃焼室へ供給するかを切り替え、前記切替部として機能する、請求項１に記載の水素エンジン。

【請求項3】

前記排気ポートは、前記ピストンの上死点より上方に位置し、
前記排気ポートを開閉するために前記シリンダに設けられる排気弁をさらに含む、請求項１または２に記載の水素エンジン。

【請求項4】

当該水素エンジンは、水素４ストロークエンジンであり、
前記吸気ポートと前記過給機とを連通する吸気路と、
前記吸気路と前記クランク室とを連通するバイパス路と、
前記過給機からの過給された吸気を、前記バイパス路を介して前記クランク室に供給するか少なくとも前記吸気ポートを介して前記燃焼室に供給するかを切り替え、前記切替部として機能する切替弁とをさらに含む、請求項１に記載の水素エンジン。

【請求項5】

前記切替弁は、前記吸気ポートを開閉するために前記シリンダに設けられる吸気弁を含む、請求項４に記載の水素エンジン。

【請求項6】

前記燃焼室に点火するために前記シリンダにおいて前記ピストンの上死点より上方に設けられる点火プラグをさらに含む、請求項１、２、４および５のいずれかに記載の水素エンジン。

【請求項7】

前記点火プラグは、前記燃焼室の上部に位置する、請求項６に記載の水素エンジン。

【請求項8】

前記水素供給部は、前記燃焼室に前記水素燃料を直噴するために前記ピストンの上死点より上方に設けられる水素インジェクタを含む、請求項１、２、４および５のいずれかに記載の水素エンジン。

【請求項9】

輸送機器に用いられる、請求項１、２、４および５のいずれかに記載の水素エンジン。

【請求項10】

前記輸送機器は小型モビリティを含む、請求項９に記載の水素エンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は水素エンジンに関し、より特定的には輸送機器などに用いられる水素エンジンに関する。

【背景技術】

【0002】

水素エンジンでは、燃焼室で水素燃料を燃焼させると、燃焼室内には燃焼によって生成された水蒸気（水）および未燃焼の水素燃料が残存する。このとき生成される水は、ガソリンエンジンでの燃焼により生成される水より多い。燃焼室内の水蒸気および未燃焼の水素燃料の一部はブローバイガスとして、シリンダとピストンとの間を通ってクランク室に移動するが、クランク室内のエンジンオイルの乳化や構成部品の脆化を抑制すべく、クランク室からブローバイガスを排出することが望まれる。

【0003】

クランク室からブローバイガスを排出する従来技術の一例として、特許文献１において４ストロークエンジンが開示されている。このエンジンは、水素ガスを含む燃料での運転が可能な４ストロークエンジンであって、換気口が形成されたクランクケースと、クランクケースの外部と換気口とを連絡する換気流路と、水素ガスを含む気体をクランクケースの内部から外部へ強制的に排出するために換気流路に設けられる換気ファンとを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【文献】特開２０２１－１２７７０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

特許文献１に開示されたエンジンでは、水素ガスを含む気体をクランクケースの内部から外部へ強制的に排出するために換気ファンを外付けする必要があり、構造が複雑である。

【0006】

それゆえにこの発明の主たる目的は、簡単な構造でクランク室からブローバイガスを排出できる、水素エンジンを提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0007】

この発明の或る見地によれば、シリンダと、シリンダ内に往復動可能に設けられるピストンと、シリンダとピストンとによって規定される燃焼室に吸気するためにシリンダに設けられる吸気ポートと、燃焼室から排気するためにシリンダに設けられる排気ポートと、シリンダ内に水素燃料を供給するためにシリンダに設けられる水素供給部と、シリンダに連設されるクランクケースと、クランクケース内のクランク室から排気するためにクランクケースに設けられる排出口と、燃焼室またはクランク室へ吸気を過給するために吸気ポートの上流に設けられる過給機と、過給機によって過給された吸気を、クランク室に供給するか少なくとも燃焼室に供給するかを切り替える切替部とを備える、水素エンジンが提供される。

【0008】

この発明では、過給機によって過給された吸気は、切替部によって、燃焼室およびクランク室のいずれかに供給される。燃焼室では、過給された吸気に含まれる酸素と水素供給部によって供給された水素燃料とを含む混合気体が形成され、水素エンジンの駆動に用いられる。一方、過給された吸気をクランク室に供給することによって、クランク室内のブローバイガス（水蒸気および未燃焼の水素燃料を含む）が排出口から積極的に排出される。このように、過給機によって過給された吸気を、燃焼室に供給するだけではなく、クランク室にも供給することによって、換気ファン等を用いることなく簡単な構成でクランク室からブローバイガスを排出でき、クランク室内のエンジンオイルの乳化や構成部品の脆化を抑制できる。

【0009】

好ましくは、当該水素エンジンは、水素２ストロークエンジンであり、ピストンは、シリンダの内周面に対して摺動可能なピストンリングを含み、吸気ポートは、シリンダの側面においてピストンリングの可動域に設けられ、ピストンリングは、過給機によって過給された吸気を、吸気ポートを介してクランク室へ供給するか吸気ポートを介して燃焼室へ供給するかを切り替え、切替部として機能する。この場合、水素２ストロークエンジンにおいて、切替部として機能するピストンリングがシリンダの内周面に対して摺動するだけで簡単に、過給機によって過給された吸気を、吸気ポートを介して燃焼室へ供給するか、または吸気ポートを介してクランク室へ供給するかが切り替えられる。すなわち、ピストンリングがシリンダの側面に設けられる吸気ポートより下方に位置する状態では、過給機によって過給された吸気は燃焼室へ供給され、一方、ピストンリングがシリンダの側面に設けられる吸気ポートより上方に位置する状態では、過給機によって過給された吸気はクランク室へ供給される。

【0010】

また好ましくは、排気ポートは、ピストンの上死点より上方に位置し、当該水素エンジンは、排気ポートを開閉するためにシリンダに設けられる排気弁をさらに含む。この場合、ピストンの位置にかかわらず、排気弁によって排気ポートを開閉することにより所望のタイミングで燃焼室から排気ポートを介して排気できる。

【0011】

さらに好ましくは、当該水素エンジンは、水素４ストロークエンジンであり、吸気ポートと過給機とを連通する吸気路と、吸気路とクランク室とを連通するバイパス路と、過給機からの過給された吸気を、バイパス路を介してクランク室に供給するか少なくとも吸気ポートを介して燃焼室に供給するかを切り替え、切替部として機能する切替弁とをさらに含む。この場合、水素４ストロークエンジンにおいて、切替部として機能する切替弁によって簡単に、過給機によって過給された吸気を、少なくとも吸気ポートを介して燃焼室へ供給するか（燃焼室およびクランク室のうち少なくとも燃焼室に供給するか）、またはバイパス路を介してクランク室へ供給するかが切り替えられる。

【0012】

好ましくは、切替弁は、吸気ポートを開閉するためにシリンダに設けられる吸気弁を含む。この場合、水素４ストロークエンジンが通常備える吸気弁を、切替弁として用いることによって、切替弁を、別途用意することなく、設けることができる。典型的には、ピストンが上死点から下死点に向かって下降する間に、吸気弁によって吸気ポートが開かれ、過給機によって過給された吸気は、吸気ポートを介して燃焼室へ供給されるとともに、バイパス路を介してクランク室にも供給される。一方、それ以外の時間帯では吸気弁によって吸気ポートが閉じられ、過給機によって過給された吸気は、燃焼室へ供給されることなく、バイパス路を介してクランク室へ供給される。

【0013】

また好ましくは、当該水素エンジンは、燃焼室に点火するためにシリンダにおいて上死点より上方に設けられる点火プラグをさらに含む。この場合、ピストンの位置にかかわらず、所望のタイミングで燃焼室内の混合気体に点火できる。

【0014】

さらに好ましくは、点火プラグは、燃焼室の上部に位置する。この場合、所望のタイミングで燃焼室内の混合気体に確実に点火できる。

【0015】

好ましくは、水素供給部は、燃焼室に水素燃料を直噴するためにピストンの上死点より上方に設けられる水素インジェクタを含む。この場合、ピストンの位置にかかわらず、所望のタイミングで燃焼室に水素燃料を直噴できる。

【0016】

この発明に係る水素エンジンは、排気に二酸化炭素を含まないので、輸送機器のカーボンニュートラルに寄与でき、輸送機器に好適に用いられる。

【0017】

この発明に係る水素エンジンは、排気に二酸化炭素を含まず、かつ小排気であっても出力およびトルクを向上できるので、小型モビリティのカーボンニュートラルならびに出力およびトルクの向上に寄与でき、小型モビリティに好適に用いられる。

【発明の効果】

【0018】

この発明によれば、簡単な構造でクランク室から排気できる、水素エンジンが得られる。

【図面の簡単な説明】

【0019】

【図1】この発明の一実施形態に係る水素エンジンを示す模式図である。

【図2】図１の水素エンジンの動作を説明するための図解図である。

【図3】図１の水素エンジンを搭載した小型モビリティを示す模式図である。

【図4】この発明の他の実施形態に係る水素エンジンを示す模式図である。

【図5】図４の水素エンジンの動作を説明するための図解図である。

【図6】図５の動作の続きを示す図解図である。

【発明を実施するための形態】

【0020】

以下、図面を参照してこの発明の実施の形態について説明する。

【0021】

図１を参照して、この発明の一実施形態に係る水素エンジン１０は、ユニフロー型の水素２ストロークエンジンであり、シリンダ１２を含む。シリンダ１２にはクランクケース１４が連設される。シリンダ１２内にはピストン１６が往復動可能に設けられる。クランクケース１４内には、クランクシャフト１８が収容される。ピストン１６とクランクシャフト１８とは、コネクチングロッド２０によって連結される。ピストン１６は、シリンダ１２の内周面に対して摺動可能なピストンリング２２を含む。ピストンリング２２は、ピストン１６の上端部近傍に設けられる。ここで、ピストン１６の上端部とは、ピストン１６における燃焼室２４側の端部をいう。ピストンリング２２は、過給機３０（後述）によって過給された吸気を、吸気ポート２６（後述）を介してクランク室５０（後述）へ供給するか吸気ポート２６を介して燃焼室２４へ供給するかを切り替え、切替部として機能する。

【0022】

シリンダ１２とピストン１６とによって規定される燃焼室２４に吸気するために、シリンダ１２の側面に吸気ポート２６が設けられる。燃焼室２４から排気するために、シリンダ１２において吸気ポート２６より上方に排気ポート２８が設けられる。

【0023】

吸気ポート２６は、ピストン１６の下死点より上方かつ上死点より下方に位置する（図２（ｂ）および（ｄ）参照）。すなわち、吸気ポート２６は、ピストン１６の上死点と下死点との間、言い換えれば、ピストン１６の上端部の可動域に設けられる。また、吸気ポート２６は、ピストンリング２２の可動域に設けられる。したがって、吸気ポート２６は、ピストン１６が下死点に位置するときピストン１６の上端部より上方に位置し、ピストン１６が上死点に位置するときピストン１６の上端部より下方に位置する。また、排気ポート２８は、ピストン１６の上死点より上方に位置する。

【0024】

吸気ポート２６から燃焼室２４またはクランク室５０への吸気を過給するために、吸気ポート２６の上流に過給機３０が設けられ、吸気ポート２６と過給機３０とは、吸気路となる吸気管３２を介して連通される。過給機３０として、ターボチャージャーおよびスーパーチャージャーのいずれが用いられてもよい。吸気管３２内には、吸気の供給量を調整するためのスロットル弁３４が配置される。この実施形態では、過給機３０によって吸気は常時過給される。

【0025】

燃焼室２４から排気するために、排気ポート２８には排気管３６が取り付けられる。排気を浄化するために、排気管３６内にはフロント触媒３８が設けられる。排気ポート２８を開閉するために、シリンダ１２には排気弁４０が設けられる。この実施形態では、排気弁４０は、ポペットバルブからなる。

【0026】

燃焼室２４に点火するために、シリンダ１２においてピストン１６の上死点より上方に点火プラグ４２が設けられる。点火プラグ４２は、燃焼室２４の上部に位置する。

【0027】

燃焼室２４に水素燃料を直噴するために、シリンダ１２に水素インジェクタ４４が設けられる。水素インジェクタ４４は、シリンダ１２内に水素燃料を供給するための水素供給部として機能する。水素インジェクタ４４は、ピストン１６の上死点より上方に位置する。水素インジェクタ４４には、レギュレータ４６を介して水素タンク４８が接続される。水素インジェクタ４４は、水素タンク４８から供給されかつレギュレータ４６によって噴射圧力が調整された水素燃料を、燃焼室２４に直噴する。

【0028】

クランクケース１４内のクランク室５０から排気するために、クランクケース１４には排出口５２が設けられ、排出口５２には排出管５４が取り付けられる。排出管５４からは、たとえばクランク室５０内に存在するブローバイガスが外部に排出される。

【0029】

このような水素エンジン１０は、たとえば以下のように動作する。

【0030】

まず、図２（ａ）に示すように、ピストン１６が下降し、図２（ｂ）に示すように、ピストン１６が下死点に位置すると、排気弁４０によって排気ポート２８が開けられる。すると、図２（ｂ）において矢印で示すように、過給機３０によって吸気ポート２６から燃焼室２４内に吸気が過給されるとともに、燃焼室２４から掃気される。すなわち、ユニフローによって燃焼室２４から水蒸気を含む排気が排出される。これにより、燃焼室２４内の気体は入れ替えられ、燃焼室２４内には酸素を含む吸気（空気）が導入される。

【0031】

その後、ピストン１６が上昇するとともに、排気弁４０によって排気ポート２８が閉じられていく。図２（ｃ）に示すように、ピストンリング２２が吸気ポート２６より上方まで移動して燃焼室２４に吸気できない状態になると、排気弁４０によって排気ポート２８は完全に閉じられ、閉空間の燃焼室２４が形成される。このとき、ピストンリング２２によって、過給された吸気の供給先が切り替えられ、過給機３０によって過給された吸気は、クランク室５０へ供給される。すると、クランク室５０内のブローバイガスが、排出口５２から排出管５４を介して外部に排出される。

【0032】

このような状態で、ピストン１６がさらに上死点に向かって上昇するにつれて、燃焼室２４が圧縮されていく。そして、所定のタイミングで燃焼室２４内に水素インジェクタ４４によって水素燃料が直噴されると、燃焼室２４内には水素と酸素とが圧縮された混合気体が形成される。さらに図２（ｄ）に示すようにピストン１６が上死点に到達する時点付近で、点火プラグ４２によって燃焼室２４に点火され、燃焼室２４内で燃焼（爆発）が発生する。

【0033】

すると、ピストン１６は下方（下死点側）に押され、水素エンジン１０は、図２（ａ）の状態に戻る。ここで、クランク室５０への吸気の供給は、ピストンリング２２が下降して吸気ポート２６を通過するまで継続され、その後は、燃焼室２４への吸気の供給に切り替えられる。

【0034】

以降、上述の動作が繰り返される。このように水素エンジン１０では、ピストン１６が一往復する間に、吸気・圧縮・燃焼・排気が完了する。水素エンジン１０は、図３に示すような小型モビリティ１に好適に用いられる。

【0035】

このような水素エンジン１０によれば、過給機３０によって過給された吸気は、切替部によって、燃焼室２４およびクランク室５０のいずれかに供給される。燃焼室２４では、過給された吸気に含まれる酸素と水素インジェクタ４４によって供給された水素燃料とを含む混合気体が形成され、水素エンジン１０の駆動に用いられる。一方、過給された吸気をクランク室５０に供給することによって、クランク室５０内のブローバイガス（水蒸気および未燃焼の水素燃料を含む）が排出口５２から積極的に排出される。このように、過給機３０によって過給された吸気を、燃焼室２４に供給するだけではなく、クランク室５０にも供給することによって、換気ファン等を用いることなく簡単な構成でクランク室５０からブローバイガスを排出でき、クランク室５０内のエンジンオイルの乳化や構成部品の脆化を抑制できる。

【0036】

点火プラグ４２はシリンダ１２において上死点より上方に設けられるので、ピストン１６の位置にかかわらず、所望のタイミングで燃焼室２４内の混合気体に点火できる。

【0037】

点火プラグ４２は、燃焼室２４の上部に位置するので、所望のタイミングで燃焼室２４内の混合気体に確実に点火できる。

【0038】

水素インジェクタ４４は、ピストン１６の上死点より上方に設けられるので、ピストン１６の位置にかかわらず、所望のタイミングで燃焼室２４に水素燃料を直噴できる。

【0039】

水素エンジン１０は、排気に二酸化炭素を含まず、かつ小排気であっても出力およびトルクを向上できるので、小型モビリティ１のカーボンニュートラルならびに出力およびトルクの向上に寄与でき、小型モビリティ１に好適に用いられる。

【0040】

上述の作用効果は、後述する水素エンジン１００においても同様に奏することができる。

【0041】

また、水素エンジン１０によれば、切替部として機能するピストンリング２２がシリンダ１２の内周面に対して摺動するだけで簡単に、過給機３０によって過給された吸気を、吸気ポート２６を介して燃焼室２４へ供給するか、または吸気ポート２６を介してクランク室５０へ供給するかが切り替えられる。すなわち、ピストンリング２２がシリンダ１２の側面に設けられる吸気ポート２６より下方に位置する状態では、過給機３０によって過給された吸気は燃焼室２４へ供給され、一方、ピストンリング２２がシリンダ１２の側面に設けられる吸気ポート２６より上方に位置する状態では、過給機３０によって過給された吸気はクランク室５０へ供給される。

【0042】

排気ポート２８は、ピストン１６の上死点より上方に位置するので、ピストン１６の位置にかかわらず、排気弁４０によって排気ポート２８を開閉することにより所望のタイミングで燃焼室２４から排気ポート２８を介して排気できる。

【0043】

ついで、この発明の他の実施形態に係る水素エンジン１００について説明する。

【0044】

図４を参照して、水素エンジン１００は、水素４ストロークエンジンであり、シリンダ１０２を含む。シリンダ１０２にはクランクケース１０４が連設される。シリンダ１０２内にはピストン１０６が往復動可能に設けられる。クランクケース１０４内には、クランクシャフト１０８が収容される。ピストン１０６とクランクシャフト１０８とは、コネクチングロッド１１０によって連結される。ピストン１０６は、シリンダ１０２の内周面に対して摺動可能なピストンリング１１２を含む。ピストンリング１１２は、ピストン１０６の上端部近傍に設けられる。ここで、ピストン１０６の上端部とは、ピストン１０６における燃焼室１１４側の端部をいう。

【0045】

シリンダ１０２とピストン１０６とによって規定される燃焼室１１４に吸気するために、シリンダ１０２の上部に吸気ポート１１６が設けられる。燃焼室１１４から排気するために、シリンダ１０２の上部に排気ポート１１８が設けられる。

【0046】

吸気ポート１１６から燃焼室１１４またはクランク室１４２への吸気を過給するために、吸気ポート１１６の上流に過給機１２０が設けられ、吸気ポート１１６と過給機１２０とは、吸気路となる吸気管１２２を介して連通される。過給機１２０として、ターボチャージャーおよびスーパーチャージャーのいずれが用いられてもよい。吸気管１２２内には、吸気の供給量を調整するためのスロットル弁１２４が配置される。この実施形態では、過給機１２０によって吸気は常時過給される。吸気ポート１１６を開閉するために、シリンダ１０２には吸気弁１２６が設けられる。この実施形態では、吸気弁１２６は、ポペットバルブからなる。吸気弁１２６は、過給機１２０からの過給された吸気を、バイパス路１４４（後述）を介してクランク室１４２（後述）に供給するか、バイパス路１４４を介してクランク室１４２に供給するとともに吸気ポート１１６を介して燃焼室１１４に供給するかを切り替え、切替部（切替弁）として機能する。

【0047】

燃焼室１１４から排気するために、排気ポート１１８には排気管１２８が取り付けられる。排気を浄化するために、排気管１２８内にはフロント触媒１３０が設けられる。排気ポート１１８を開閉するために、シリンダ１０２には排気弁１３２が設けられる。この実施形態では、排気弁１３２は、ポペットバルブからなる。

【0048】

燃焼室１１４に点火するために、シリンダ１０２においてピストン１０６の上死点より上方に点火プラグ１３４が設けられる。点火プラグ１３４は、燃焼室１１４の上部に位置する。

【0049】

燃焼室１１４に水素燃料を直噴するために、シリンダ１０２に水素インジェクタ１３６が設けられる。水素インジェクタ１３６は、シリンダ１０２内に水素燃料を供給するための水素供給部として機能する。水素インジェクタ１３６は、ピストン１０６の上死点より上方に位置する。水素インジェクタ１３６には、レギュレータ１３８を介して水素タンク１４０が接続される。水素インジェクタ１３６は、水素タンク１４０から供給されかつレギュレータ１３８によって噴射圧力が調整された水素燃料を、燃焼室１１４に直噴する。

【0050】

吸気管１２２とクランクケース１０４内のクランク室１４２とは、バイパス路１４４によって連通される。クランクケース１０４内のクランク室１４２から排気するために、クランクケース１０４には排出口１４６が設けられ、排出口１４６には排出管１４８が取り付けられる。排出管１４８からは、たとえばクランク室１４２内に存在するブローバイガスが外部に排出される。

【0051】

このような水素エンジン１００は、たとえば以下のように動作する。

【0052】

まず、図５（ａ）に示すように、ピストン１０６が上死点から下死点に向かう過程で、吸気弁１２６によって吸気ポート１１６が開けられ、矢印で示すように、過給機１２０によって吸気ポート１１６から燃焼室１１４内に吸気される。図５（ｂ）に示すように、ピストン１０６が下死点に達した時点では、吸気弁１２６によって吸気ポート１１６は完全に閉じられ、閉空間の燃焼室１１４が形成され、燃焼室１１４内には酸素を含む吸気（空気）が充填される。このように吸気弁１２６が閉じることによって、過給機１２０によって過給された吸気は、燃焼室１１４へ供給されず、バイパス路１４４を介してクランク室１４２にのみ供給される。

【0053】

このような状態で、図５（ｃ）に示すように、ピストン１０６が上死点に向かって上昇するにつれて、燃焼室１１４が圧縮されていく。そして、所定のタイミングで燃焼室１１４内に水素インジェクタ１３６によって水素燃料が直噴されると、燃焼室１１４内には水素と酸素とが圧縮された混合気体が形成される。さらに図５（ｄ）に示すようにピストン１０６が上死点に到達する時点付近で、点火プラグ１３４によって燃焼室１１４に点火され、燃焼室１１４内で燃焼（爆発）が発生する。

【0054】

すると、ピストン１０６は、下方（下死点側）に押され、図６（ａ）の状態を経て、図６（ｂ）に示すように下死点に達する。

【0055】

その後、図６（ｃ）に示すように、ピストン１０６が下死点から上死点に向かう過程で、排気弁１３２によって排気ポート１１８が開けられ、矢印で示すように、燃焼室１１４から水蒸気を含む排気が排出される。

【0056】

図６（ｄ）に示すように、ピストン１０６が上死点に達した時点では、排気弁１３２によって排気ポート１１８は完全に閉じられ、その後、図５（ａ）の状態に戻る。

【0057】

この実施形態では、過給機１２０によって過給された吸気は、常時、バイパス路１４４を介してクランク室１４２に供給される。すると、クランク室１４２内のブローバイガスは、常時、排出口１４６から排出管１４８を介して外部に排出される。

【0058】

以降、上述の動作が繰り返される。このように水素エンジン１００では、ピストン１０６が２往復する間に、吸気・圧縮・燃焼・排気が完了する。水素エンジン１００についても、図３に示すような小型モビリティ１に好適に用いられる。

【0059】

このような水素エンジン１００によれば、水素４ストロークエンジンが通常備える吸気弁１２６を、切替弁として用いることによって、切替弁を、別途用意することなく、設けることができる。典型的には、ピストン１０６が上死点から下死点に向かって下降する間に、吸気弁１２６によって吸気ポート１１６が開かれ、過給機１２０によって過給された吸気は、吸気ポート１１６を介して燃焼室１１４へ供給されるとともに、バイパス路１４４を介してクランク室１４２にも供給される。一方、それ以外の時間帯では吸気弁１２６によって吸気ポート１１６が閉じられ、過給機１２０によって過給された吸気は、燃焼室１１４へ供給されることなく、バイパス路１４４を介してクランク室１４２へ供給される。

【0060】

なお、水素エンジン１００において、吸気管１２２とバイパス路１４４との分岐箇所に、切替部として機能する切替弁が設けられてもよい。この切替弁を用いることによって、過給機１２０からの過給された吸気を、バイパス路１４４を介してクランク室１４２に供給するか、吸気ポート１１６を介して燃焼室１１４に供給するかを簡単に切り替えることができる。

【0061】

この発明に係る水素エンジン１０および１００は、小型モビリティ１だけではなく、任意の輸送機器に用いることができる。水素エンジン１０および１００は、排気に二酸化炭素を含まないので、輸送機器のカーボンニュートラルに寄与でき、輸送機器に好適に用いられる。

【0062】

以上、この発明の好ましい実施形態について説明されたが、この発明の範囲および精神を逸脱しない限りにおいて種々の変更が可能であることは明らかである。この発明の範囲は、添付された請求の範囲のみによって限定される。

【符号の説明】

【0063】

１ 小型モビリティ
１０，１００ 水素エンジン
１２，１０２ シリンダ
１４，１０４ クランクケース
１６，１０６ ピストン
１８，１０８ クランクシャフト
２０，１１０ コネクチングロッド
２２，１１２ ピストンリング
２４，１１４ 燃焼室
２６，１１６ 吸気ポート
２８，１１８ 排気ポート
３０，１２０ 過給機
３２，１２２ 吸気管
３６，１２８ 排気管
４０，１３２ 排気弁
４２，１３４ 点火プラグ
４４，１３６ 水素インジェクタ
５０，１４２ クランク室
５２，１４６ 排出口
５４，１４８ 排出管
１２６ 吸気弁
１４４ バイパス路

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】