JP2022044553A - Fuel injection device - Google Patents

Abstract

To enable high output from an internal combustion engine while suppressing occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine.SOLUTION: A fuel injection device 28 includes a hydrogen gas injection injector 30 injecting hydrogen gas. The fuel injection device also includes an ejector body 71 for causing the hydrogen gas injected from the hydrogen gas injection injector 30 to flow. An injection port 71b of the ejector body 71 is opened at a position in the vicinity of an umbrella part 17b of an intake valve 17 in an intake port 16 of an internal combustion engine 10. A water injection injector 50 injecting water into the ejector body 71 is provided.SELECTED DRAWING: Figure 1

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。 The present invention relates to a fuel injection device. More specifically, the present invention relates to a fuel injection device used in a hydrogen internal combustion engine (hydrogen engine).

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。 Conventionally, a fuel injection device used in a hydrogen internal combustion engine includes an intake port injection type (premixed combustion method, external mixed method) in which hydrogen gas is injected into air sucked into a combustion chamber of the internal combustion engine. FIG. 9 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine. As shown in FIG. 9, the internal combustion engine 110 has a cylinder block 111 and a cylinder head 112. A piston 113 is arranged in each cylinder of the cylinder block 111. The combustion chamber 114 is formed by the cylinder block 111, the cylinder head 112, and the piston 113. The cylinder head 112 is formed with an intake port 116 and an exhaust port 118 communicating with the combustion chamber 114.

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。 The cylinder head 112 is provided with an intake valve 117 that opens and closes the downstream opening end of the intake port 116, and an exhaust valve 119 that opens and closes the upstream opening end of the exhaust port 118. A spark plug 121 located at the top of the combustion chamber 114 is arranged in the cylinder head 112. An intake pipe 123 having an intake passage 124 communicating with the upstream side of the intake port 116 is connected to the cylinder head 112. A hydrogen gas injection injector 126 is arranged in the intake pipe 123. The tip portion (hydrogen gas injection portion) of the hydrogen gas injection injector 126 is arranged so as to be exposed to the intake passage 124 on the upper wall portion of the intake pipe 123. Hydrogen gas is injected toward the intake valve 117 by the hydrogen gas injection injector 126.

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。 In the intake port injection type, the hydrogen gas injection injector 126 injects hydrogen gas into the intake port 116 at a low injection pressure, which is technically simple, but has the following problems.
(1) Since the intake air (gas) and the hydrogen gas (gas) are introduced into the combustion chamber 114 while being premixed in the intake port 116, it is difficult for the intake air to enter the cylinder. Therefore, the filling efficiency of the intake air becomes low, and it is difficult to increase the output of the internal combustion engine 110.
(2) Since the minimum ignition energy is small and the flame propagation speed is high, abnormal combustion such as pre-ignition and knock is likely to occur. Therefore, it is difficult to increase the compression ratio, and the thermal efficiency is low.
(3) Since the hydrogen gas injected into the intake port 116 tends to remain, backfire (abnormal combustion) is likely to occur.
(4) Since the combustion speed is high, the amount of NOx generated is large. Although the amount of NOx generated can be reduced by lean burn, it is difficult to increase the output of the internal combustion engine 110.

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。 Incidentally, conventionally, in addition to the intake port injection type, there is an in-cylinder injection type (internal mixing type) fuel injection device that directly injects hydrogen gas into the cylinder (combustion chamber) of an internal combustion engine. In the in-cylinder injection type, hydrogen gas is injected into the cylinder after the intake valve is closed, so that abnormal combustion (pre-ignition, knocking, backfire) can be suppressed as compared with the intake port injection type. In addition, since a large amount of air enters the cylinder, the filling efficiency of the intake air is high, and the output of the internal combustion engine can be increased.

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。 An object to be solved by the present invention is to realize high output of an internal combustion engine while suppressing the occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine.

前記した課題は、次の手段により解決することができる。 The above-mentioned problems can be solved by the following means.

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。 The first means is a fuel injection device including a hydrogen gas injection injector for injecting hydrogen gas, and includes a jet pipe for flowing the hydrogen gas injected from the hydrogen gas injection injector. The injection port is a fuel injection device that is opened in the intake port of the internal combustion engine at a position close to the umbrella portion of the intake valve.

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。 According to the first means, the hydrogen gas injected from the hydrogen gas injection injector can be injected at a position close to the umbrella portion of the intake valve in the intake port of the internal combustion engine via the jet pipe. As a result, by injecting hydrogen gas near the combustion chamber, it is possible to inject hydrogen gas for a short period in the latter half of the intake stroke due to the effect of the high-speed jet, and it is possible to suppress the occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition and knocking. In addition, since hydrogen gas is less likely to remain in the intake port, it is possible to suppress the occurrence of backfire (abnormal combustion). Further, by suppressing the premixing of the intake air (gas) and the hydrogen gas (gas) in the intake port, the efficiency of filling the intake air into the cylinder can be improved. In addition, by injecting hydrogen gas (injection for a short period in the latter half of the intake stroke) similar to in-cylinder injection, it is possible to suppress the occurrence of abnormal combustion such as plague and knock, so thermal efficiency can be expected to improve by increasing the compression ratio. .. Therefore, the problem of the conventional intake port injection type fuel injection device is improved, the occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine is suppressed, and the efficiency of filling the intake air into the cylinder is improved to increase the output of the internal combustion engine. It can be realized.

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。 The second means is a fuel injection device including, in the first means, a water injection injector that injects water into the jet pipe.

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。 According to the second means, the water injected from the water injection injector is mixed with the hydrogen gas in the jet pipe. Since water is supplied as a liquid, inertial force can generate a gas-liquid mixture of hydrogen gas and water while creating turbulence in the flow pipe. Due to the gas-liquid mixture of this high-speed jet, the temperature at the compressed end is lowered by the latent heat of vaporization when water is vaporized, so that the filling efficiency of the intake air charged into the cylinder can be improved. As a result, the occurrence of knock can be further suppressed, so that the compression ratio can be increased. Further, since water is an inert gas, the combustion rate becomes slow, and hydrogen gas can be burned at an appropriate combustion rate, so that the amount of NOx generated can be reduced.

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。 The third means includes, in the second means, an ejector that sucks the water injected from the water injection injector by utilizing the flow of the hydrogen gas and mixes the hydrogen gas and the water. The jet pipe is a fuel injection device having a diffuser and used as an ejector main body forming an outer shell of the ejector.

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。 According to the third means, the ejector sucks the water injected from the water injection injector by utilizing the flow of the hydrogen gas, and the hydrogen gas and the water are mixed. As a result, the water injection pressure of the water injection injector can be reduced, and the mixing property between hydrogen gas and water can be improved. Further, the jet pipe can be used as the ejector main body.

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。 The fourth means includes, in the second or third means, a control device for controlling the operation of the hydrogen gas injection injector and the water injection injector, and the control device is immediately before closing the intake valve. The hydrogen gas injection injector is operated so as to inject the hydrogen gas, and the water is injected in the period from the start of the hydrogen gas injection to the end of the injection of the hydrogen gas injection injector. It is a fuel injection device that operates an injector for water injection.

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。 According to the fourth means, the control device operates the hydrogen gas injection injector immediately before the intake valve is closed, so that hydrogen gas is injected from the hydrogen gas injection injector and the hydrogen gas injection injector is operated. By operating the water injection injector during the period from the start of hydrogen gas injection to the end of injection, water is injected from the water injection injector. As a result, the temperature at the compressed end can be lowered and stratified combustion can be realized, and the occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition and knock can be effectively suppressed. In addition, since the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water is injected from the jet pipe at the timing when the intake valve is opened and the intake air is flowing in the positive direction, it is difficult for hydrogen gas to remain in the intake port. It is possible to suppress the occurrence of backfire.

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。 The fifth means is a fuel injection device provided with an ultrasonic vibrator that applies ultrasonic vibration to the jet pipe in any one of the second to fourth means.

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。 According to the fifth means, ultrasonic vibration by the ultrasonic vibrator is applied to the jet pipe. As a result, the flow velocity of the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water passing through the jet pipe can be increased, and the spray speed of the gas-liquid mixture can be increased.

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。 The sixth means is an in-cylinder injection type fuel injection device provided with a hydrogen gas injection injector for injecting hydrogen gas into the cylinder of an internal combustion engine, the water injection injector for injecting water, and the hydrogen gas. The ejector comprises an ejector that sucks the water ejected from the water injection injector by utilizing the flow and mixes the hydrogen gas with the water, and the ejector is upstream of the hydrogen gas injection injector. It is a fuel injection device located on the side.

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。 According to the sixth means, since it is an in-cylinder injection type fuel injection device, it is possible to increase the output of the internal combustion engine by improving the efficiency of filling the intake air into the cylinder while suppressing the occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine. It can be realized. Further, the ejector sucks the water injected from the water injection injector by utilizing the flow of the hydrogen gas, and the hydrogen gas and the water are mixed. As a result, the water injection pressure of the water injection injector can be reduced, and the mixing property between hydrogen gas and water can be improved. In addition, the mixture of hydrogen gas and water is injected into the cylinder from the injector for hydrogen gas injection, and the latent heat of vaporization when water is vaporized lowers the compression end temperature, resulting in a higher compression ratio. It becomes possible and the thermal efficiency can be improved. Further, since water is an inert gas, the combustion rate becomes slow, and hydrogen gas can be burned at an appropriate combustion rate, so that the amount of NOx generated can be reduced. In addition, since the ejector is located on the upstream side of the hydrogen gas injection injector, it is possible to avoid contact between the combustion gas and the condensed water with the water injection injector and improve the durability and reliability of the water injection injector. can.

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。 The seventh means includes, in the sixth means, a control device for controlling the operation of the hydrogen gas injection injector and the water injection injector, and the control device compresses from the latter half of the intake stroke of the internal combustion engine. The hydrogen gas injection injector is operated so as to inject the hydrogen gas until the first half of the process, and the water is injected in the period from the start of the hydrogen gas injection to the end of the injection of the hydrogen gas injection injector. It is a fuel injection device that operates the water injection injector so as to inject.

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。 According to the seventh means, the control device operates the injector for hydrogen gas injection from the latter half of the intake stroke to the first half of the compression stroke of the internal combustion engine. As a result, hydrogen gas is injected into the cylinder from the injector for hydrogen gas injection. Therefore, it is possible to set the injection pressure of the hydrogen gas injection injector to be low. Further, water is injected from the water injection injector by operating the water injection injector during the period from the start of hydrogen gas injection to the end of injection of the hydrogen gas injection injector.

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。 The eighth means is a fuel injection device including a lubricating oil injection injector that injects the lubricating oil sucked into the ejector in the sixth or seventh means.

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。 According to the eighth means, the lubricating oil injected from the lubricating oil injection injector is sucked into the ejector and passes through the hydrogen gas injection injector. As a result, it is possible to suppress the occurrence of sliding failure and seizure of the valve body of the injector for hydrogen gas injection due to heat damage of the internal combustion engine.

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。 According to the fuel injection device of the present invention, it is possible to realize high output of the internal combustion engine while suppressing the occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine.

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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 1. FIG. 水素ガス噴射用インジェクタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the injector for hydrogen gas injection. 水噴射用インジェクタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the injector for water injection. エジェクタを示す断面図である。It is sectional drawing which shows the ejector. 燃料供給システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel supply system. ＥＣＵの噴射制御にかかるタイムチャートである。It is a time chart related to the injection control of the ECU. 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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 2. FIG. 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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 3. FIG. 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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on the prior art. 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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 4. FIG. 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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 5. 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。It is sectional drawing which shows the peripheral part of the fuel injection device of the internal combustion engine which concerns on Embodiment 6. 燃料噴射装置を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the fuel injection apparatus. 燃料供給システムを示す構成図である。It is a block diagram which shows the fuel supply system. 燃料供給システムの別例を示す構成図である。It is a block diagram which shows another example of a fuel supply system.

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。 Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings.

［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。 [Embodiment 1]
The fuel injection device according to the present embodiment is used for an internal combustion engine (engine) mounted on a vehicle such as an automobile. The internal combustion engine is a multi-cylinder (for example, 4-cylinder) reciprocating spark-ignition hydrogen engine that uses hydrogen gas as fuel. FIG. 1 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine.

（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。 (Internal combustion engine)
As shown in FIG. 1, the internal combustion engine 10 is a hydrogen internal combustion engine and has a cylinder block 11 and a cylinder head 12. A piston 13 is arranged in each cylinder of the cylinder block 11. The combustion chamber 14 is formed by the cylinder block 11, the cylinder head 12, and the piston 13. The cylinder head 12 is formed with an intake port 16 and an exhaust port 18 communicating with the combustion chamber 14.

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。 The cylinder head 12 is provided with an intake valve 17 that opens and closes the downstream opening end of the intake port 16 and an exhaust valve 19 that opens and closes the upstream opening end of the exhaust port 18. The intake valve 17 has a stem 17a and an umbrella portion 17b. In FIG. 1, the state immediately before the intake valve 17 is closed is shown by the solid line 17. Further, the closed state of the intake valve 17 is indicated by the alternate long and short dash line 17.

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。 A spark plug 21 located at the top of the combustion chamber 14 is arranged in the cylinder head 12. An intake pipe 23 having an intake passage 24 communicating with the upstream side of the intake port 16 is connected to the cylinder head 12.

（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。 (Fuel injection device)
The fuel injection device 28 includes a hydrogen gas injection injector 30, a water injection injector 50, and an ejector 70. The fuel injection device 28 is integrally held in a housing (not shown) installed in the cylinder head 12.

（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。 (Injector 30 for hydrogen gas injection)
FIG. 2 is a cross-sectional view showing an injector for hydrogen gas injection. As shown in FIG. 2, the hydrogen gas injection injector 30 has a solenoid valve structure for injecting hydrogen gas. The hydrogen gas injection injector 30 includes a core 31, an electromagnetic solenoid 32, a body 33, a valve body 35, a spring 37, and a seat 39. The core 31 is formed in a tubular shape by a magnetic material resistant to hydrogen embrittlement. An adjust pipe 43 is attached to the middle portion in the axial direction of the core 31 by press fitting. A strainer 44 is attached to the upstream end portion (upper end portion in FIG. 2) of the core 31.

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。 The electromagnetic solenoid 32 is provided so as to surround the downstream end portion (lower end portion in FIG. 2) of the core 31. The electromagnetic solenoid 32 has a bobbin 32a, a coil 32b, and a housing 32c. The bobbin 32a is fixed to the core 31. The coil 32b is wound around the bobbin 32a. The housing 32c is formed of a magnetic material into a C-shaped cylinder. The bobbin 32a and the coil 32b are housed in the housing 32c.

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。 The periphery of the core 31 including the electromagnetic solenoid 32 is covered with a resin case 41. The case 41 is formed with a connector 41a for connecting an external connector (not shown). A terminal pin 42 connected to the coil 32b is arranged on the connector 41a. The terminal pin 42 is electrically connected to a control device (hereinafter referred to as “ECU”) 60 (see FIG. 1) via an external connector. The ECU 60 controls the operation of the hydrogen gas injection injector 30 (injection control), that is, the coil 32b is energized at the timing when hydrogen gas should be injected.

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。 The body 33 is formed in a tubular shape by a magnetic material resistant to hydrogen embrittlement. The bodies 33 are concentrically arranged on the downstream side (lower side in FIG. 2) of the core 31. The body 33 is liquidtightly connected to the core 31 via a sleeve 45 made of a non-magnetic material. The sleeve 45 is fitted and welded to the outer peripheral side of the core 31 while being fitted and welded to the inner peripheral side of the body 33. The upstream end (upper end in FIG. 2) of the body 33 is covered by the case 41.

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。 The valve body 35 is arranged so as to be movable in the axial direction (vertical direction in FIG. 2) with respect to the inside of the body 33. The valve body 35 is formed in the shape of a hollow cylinder by a magnetic material resistant to hydrogen embrittlement. The hollow portion of the valve body 35 communicates with the hollow portion of the core 31. An armature portion 35a is formed at the upstream end portion (upper end portion in FIG. 2) of the valve body 35.

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。 A valve portion 35b for closing the open end portion of the valve body 35 is formed at the downstream end portion (lower end portion in FIG. 2) of the valve body 35. The armature portion 35a and the valve portion 35b are concentrically connected by a tubular portion 35c. The tubular portion 35c is formed with a communication hole 35d that penetrates in the radial direction at a position closer to the valve portion 35b. The inside and outside of the tubular portion 35c are communicated by the communication hole 35d. A circular recess is formed in the center of the tip surface (lower end surface in FIG. 2) of the valve portion 35b of the valve body 35, and a rubber circular plate-shaped sealing member 36 is bonded to the recess by baking. ing.

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。 The spring 37 is interposed between the facing surfaces of the valve body 35 and the adjusting pipe 43. The spring 37 is made of a metal coil spring. The elasticity of the spring 37 urges the valve body 35 to the downstream side (downward in FIG. 2). The adjust pipe 43 and the spring 37 are made of a metal material resistant to hydrogen embrittlement.

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。 The sheet 39 is fitted in the downstream end portion (lower end portion in FIG. 2) of the body 33 and fixed by welding. The sheet 39 is made of a metal resistant to hydrogen embrittlement and is formed in a bottomed cylindrical shape, and the bottom sheet portion 39a is arranged toward the upstream side (upper side in FIG. 2). An injection hole 39b is formed in the sheet portion 39a. The valve portion 47 is composed of the valve body 35 and the seat 39. The body 33 is provided with a rubber sealing member 49.

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。 In the hydrogen gas injection injector 30, when the coil 32b of the electromagnetic solenoid 32 is not energized, the sealing member 36 of the valve body 35 elastically contacts the seat portion 39a of the seat 39 due to the urging of the spring 37, and the valve portion 35b. The outer peripheral portion abuts on the seat portion 39a of the seat 39, that is, is seated. As a result, the injection hole 39b is closed in a closed state. Therefore, the hydrogen gas is not injected from the injection holes 39b of the sheet 39. In this state, the hydrogen gas flows into the space defined by the valve body 35 and the body 33 through the core 31, the adjustment pipe 43, the internal space of the valve body 35, and the communication hole 35d of the valve body 35. There is.

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。 Further, when the coil 32b is energized, the valve body 35 is retracted against the urging of the spring 37, so that the seal member 36 and the valve portion 35b are separated from the seat portion 39a of the seat 39, that is, they are separated from each other. As a result, the valve is opened with the injection holes 39b opened. Therefore, hydrogen gas is injected from the injection hole 39b. The hydrogen gas injection pressure of the hydrogen gas injection injector 30 is, for example, 0.5 to 1.0 MPa.

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。 The electromagnetic solenoid 32 of the hydrogen gas injection injector 30 is basically used in two positions, "open" and "closed", depending on whether the current supplied to the coil 32b is turned on or off. That is, the hydrogen gas injection injector 30 controls the hydrogen gas injection amount by changing the opening time and opening / closing timing of the electromagnetic solenoid 32. The ECU 60 (see FIG. 1) performs duty control for changing the duty ratio of the pulsed exciting current supplied to the coil 32b of the electromagnetic solenoid 32. The duty ratio is obtained by dividing the ON time of the pulse-shaped excitation current by the switching cycle obtained by adding the ON time and the OFF time of the pulse-like excitation current. The hydrogen gas injection injector 30 injects hydrogen gas by operating by inputting an injection signal from the ECU 60.

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。 The ECU 60 (see FIG. 1) includes a central processing unit (CPU) that performs various processes related to engine control, a memory that stores control programs and information necessary for engine control, a hydrogen gas injection injector 30, and water injection. It is configured to include a drive circuit for the injector 50 and the like. A crank sensor, an accelerator sensor, a knock sensor, an air flow meter, a cooling water temperature sensor, and the like for detecting the engine operating state are connected to the ECU 60. The ECU 60 performs various engine controls such as injection control and ignition timing control according to the operating condition of the internal combustion engine 10 grasped by the detection signals of various sensors. The injection control of the hydrogen gas injection injector 30 and the water injection injector 50 by the ECU 60 will be described later.

（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。 (Injector 50 for water injection)
FIG. 3 is a cross-sectional view showing an injector for water injection. The water injection injector 50 has a solenoid valve structure for injecting water. The basic configuration of the water injection injector 50 is substantially the same as the basic configuration of the hydrogen gas injection injector 30 (see FIG. 2). Therefore, in the water injection injector 50, the components and components common to the hydrogen gas injection injector 30 are designated by reference numerals in the 200 series having the last two digits in common, and the description thereof will be omitted.

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。 As shown in FIG. 3, the water injection injector 50 has a valve portion 247 having a configuration different from that of the valve portion 47 (see FIG. 2) of the hydrogen gas injection injector 30. The valve portion 247 is composed of a valve body 235 and a seat 239.

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。 The valve body 235 has an armature member 235a, a valve member 235b, and a cylindrical member 235c. The armature member 235a is formed of a magnetic material into a short cylinder. The armature member 235a is arranged so as to be movable in the axial direction in the upstream end portion (upper end portion in FIG. 3) of the body 233. The hollow portion of the armature member 235a communicates with the hollow portion of the core 231.

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。 The tubular member 235c is formed in a hollow cylindrical shape by a metal material. The upstream end (upper end in FIG. 3) of the tubular member 235c is concentrically connected to the armature member 235a by welding or the like. The tubular member 235c has an outer diameter smaller than the outer diameter of the armature member 235a. The hollow portion of the tubular member 235c communicates with the hollow portion of the armature member 235a. The tubular member 235c is formed with a communication hole 235d that penetrates in the radial direction.

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。 The valve member 235b is formed in a spherical shape by a metal material. The valve member 235b is connected to the downstream end portion (lower end portion in FIG. 3) of the tubular member 235c by welding. The downstream opening end of the tubular member 235c is closed by the valve member 235b.

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。 The sheet 239 is fitted and welded into the downstream end (lower end in FIG. 3) of the body 233. The sheet 239 is made of metal and is formed in a bottomed cylindrical shape, and the bottom sheet portion 239a is arranged toward the downstream side (lower side in FIG. 3). An injection hole 239b is formed in the sheet portion 239a. Further, unlike the hydrogen gas injection injector 30, the core 231 and the body 233 of the water injection injector 50 may be formed of a magnetic material that is not related to hydrogen embrittlement.

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。 In the water injection injector 50, when the coil 232b of the electromagnetic solenoid 232 is not energized, the valve member 235b of the valve body 235 comes into contact with the seat portion 239a of the seat 239, that is, the valve is closed due to the urging of the spring 237. Therefore, water is not ejected from the injection hole 239b of the sheet 239.

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。 Further, when the coil 232b is energized, the valve body 235 is retracted against the urging of the spring 237, so that the valve member 235b is separated from the seat portion 239a of the seat 239, that is, the valve is opened. Therefore, hydrogen gas is injected from the injection hole 239b. The water injection pressure of the water injection injector 50 is, for example, 0.1 to 0.3 MPa. The water injection injector 50 injects hydrogen gas by operating by inputting an injection signal from the ECU 60.

（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。 (Ejector 70)
FIG. 4 is a cross-sectional view showing an ejector. As shown in FIG. 4, the ejector 70 sucks water injected from the water injection injector 50 by utilizing the flow of hydrogen gas, and mixes hydrogen gas and water. The ejector 70 has an ejector body 71 that forms an outer shell thereof. The ejector body 71 is formed in a circular tube extending linearly with a metal material resistant to hydrogen embrittlement.

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。 Nozzles 72 are concentrically formed inside the base end portion (upper end portion in FIG. 4) of the ejector main body 71. The nozzle 72 is formed in a tapered cylindrical shape whose diameter gradually decreases toward the downstream side (lower side in FIG. 4). A negative pressure chamber 73 is formed between the ejector main body 71 and the nozzle 72. The tip end portion (lower end portion in FIG. 4) of the nozzle 72 is arranged in the negative pressure chamber 73.

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。 The ejector main body 71 is formed with a diffuser 71a that communicates with the downstream side (lower side in FIG. 4) of the negative pressure chamber 73. The diffuser 71a is formed concentrically with the nozzle 72. An injection port 71b that opens the downstream end of the diffuser 71a is formed at the tip end portion (lower end portion in FIG. 4) of the ejector main body 71.

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。 At the base end portion (upper end portion in FIG. 4) of the ejector main body 71, a stepped cylindrical hydrogen gas inflow side connecting portion 71c that is continuous toward the upstream side of the nozzle 72 is formed concentrically. The hydrogen gas inflow side connection portion 71c is formed so that the body 33 (see FIG. 1) of the hydrogen gas injection injector 30 can be concentrically connected.

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。 On the side wall 73a of the negative pressure chamber 73 of the ejector main body 71, a stepped cylindrical water inflow side connecting portion 71d that is continuous toward the side (left side in FIG. 4) is formed. The water inflow side connecting portion 71d is formed so that the body 233 (see FIG. 1) of the water injection injector 50 can be concentrically connected. The axis of the water inflow side connection portion 71d intersects with the axis of the hydrogen gas inflow side connection portion 71c (orthogonal in this embodiment).

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。 As shown in FIG. 1, a body 33 including a hydrogen gas injection portion of the hydrogen gas injection injector 30 is connected to the hydrogen gas inflow side connection portion 71c of the ejector 70 by fitting. The sealing member 49 seals between the hydrogen gas inflow side connection portion 71c and the body 33.

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。 A body 233 including the water injection portion of the water injection injector 50 is connected to the water inflow side connection portion 71d of the ejector 70 by fitting. The seal member 249 seals between the hydrogen gas inflow side connection portion 71c and the body 233.

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。 The small diameter portion (downstream side portion including the diffuser 71a) of the ejector main body 71 of the ejector 70 is inserted into the insertion hole 23a formed in the upper wall portion of the downstream side end portion of the intake pipe 23. As a result, the upstream portion of the ejector main body 71 is arranged above the intake pipe 23. Further, in the insertion hole 23a, a base end portion of the ejector main body 71 (specifically, a base end portion of a small diameter portion (downstream side portion including the diffuser 71a)) is arranged. Further, the injection port 71b at the tip of the ejector main body 71 is located in the intake port 16 of the internal combustion engine 10 at a position close to the umbrella portion 17b of the intake valve 17 in the closed state (see the two-dot chain line 17 in FIG. 1). Have been placed. As a result, the injection port 71b is opened in the intake port 16 of the internal combustion engine 10 at a position close to the umbrella portion 17b of the intake valve 17. The ejector main body 71 corresponds to the "jet pipe" referred to in the present specification. That is, a jet pipe (with the same reference numeral as the ejector main body 71) is used as the ejector main body 71.

（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。 (Fuel supply system)
FIG. 5 is a block diagram showing a fuel supply system. As shown in FIG. 5, the fuel supply system 80 related to the fuel injection device 28 includes a hydrogen gas storage tank 81, a hydrogen gas supply flow path 82, a water storage tank 91, and a water supply flow path 92.

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。 Hydrogen gas is stored in the hydrogen gas storage tank 81 in a high pressure state. The upstream end of the hydrogen gas supply flow path 82 is connected to the hydrogen gas storage tank 81. The downstream end of the hydrogen gas supply flow path 82 is connected to the core 31 (see FIG. 1) of the hydrogen gas injection injector 30. The hydrogen gas supply flow path 82 is a flow path for supplying the hydrogen gas in the hydrogen gas storage tank 81 to the hydrogen gas injection injector 30.

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。 A isolation valve 83, a pressure reducing valve 84, and a safety valve 85 are provided in the middle of the hydrogen gas supply flow path 82 from the upstream side to the downstream side. The isolation valve 83 is a solenoid valve that functions as a main valve of the hydrogen gas storage tank 81. When the isolation valve 83 is opened, hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas storage tank 81 to the hydrogen gas supply flow path 82. Further, the pressure reducing valve 84 is a pressure regulating valve for reducing the pressure of hydrogen gas. Further, the safety valve 85 opens when the pressure decompressed by the pressure reducing valve 84 exceeds a certain level, and releases hydrogen gas into the atmosphere.

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。 Water is stored in the water storage tank 91. The upstream end of the water supply flow path 92 is connected to the water storage tank 91. The downstream end of the water supply flow path 92 is connected to the core 231 (see FIG. 1) of the water injection injector 50. The water supply flow path 92 is a flow path for supplying the water in the water storage tank 91 to the water injection injector 50. A water supply pump 93 including an electric pump is provided in the middle of the water supply flow path 92. By driving the water supply pump 93, the water in the water storage tank 91 is pressure-fed to the water injection injector 50 via the water supply flow path 92. The operation (opening and closing) of the isolation valve 83 and the water supply pump 93 is controlled by the ECU 60 (see FIG. 1).

（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。 (Injection control of ECU 60)
FIG. 6 is a time chart for injection control of the ECU. As shown in FIG. 6, the ECU 60 (see FIG. 1) operates the hydrogen gas injection injector 30 so as to inject hydrogen gas immediately before the intake valve 17 is closed, and the hydrogen gas of the hydrogen gas injection injector 30. The water injection injector 50 is set to operate so as to inject water in the period from the start of the injection to the end of the injection.

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。 Specifically, when the engine is lightly loaded, the ECU 60 operates the hydrogen gas injection injector 30 for the hydrogen gas injection period τh1 immediately before the end of the intake stroke, that is, immediately before the closing of the intake valve 17. Further, the ECU 60 operates the water injection injector 50 during the water injection period τw1 from the start of hydrogen gas injection to the end of injection of the hydrogen gas injection injector 30. The hydrogen gas injection period τh1 and the water injection period τw1 are
τh1> τw1
There is a relationship.

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。 Further, when the engine load is high, the ECU 60 operates the hydrogen gas injection injector 30 for the hydrogen gas injection period τh2 immediately before the end of the intake stroke, that is, immediately before the closing of the intake valve 17. Further, the ECU 60 operates the water injection injector 50 during the water injection period τw2 from the start of hydrogen gas injection to the end of injection of the hydrogen gas injection injector 30. The hydrogen gas injection period τh2 and the water injection period τw2 have a relationship of τh2> τw2.

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。 Further, the hydrogen gas injection period τh1 when the engine is lightly loaded and the hydrogen gas injection period τh2 when the engine is heavily loaded have a relationship of τh1 <τh2. Further, the water injection period τw1 when the engine is lightly loaded and the water injection period τw2 when the engine is heavily loaded have a relationship of τw1 <τw2. The end time of the hydrogen gas injection period τh1 when the engine is lightly loaded is the same as the end time of the hydrogen gas injection period τh2 when the engine is heavily loaded. Further, the end time of the water injection period τw1 when the engine is lightly loaded and the end time of the water injection period τw2 when the engine is heavily loaded are the same.

（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。 (Action of fuel injection device 28)
The operation of the fuel injection device 28 will be described. Immediately before the intake valve 17 of the internal combustion engine 10 is closed, the hydrogen gas injection injector 30 is operated to inject hydrogen gas from the hydrogen gas injection injector 30 and inject hydrogen gas from the hydrogen gas injection injector 30. The water injection injector 50 is operated during the period from the start to the end of the injection. As a result, the hydrogen gas injected from the hydrogen gas injection injector 30 is injected toward the nozzle 72 of the ejector 70. On the other hand, the water injected from the water injection injector 50 is injected toward the negative pressure chamber 73 of the ejector 70.

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。 Then, the negative pressure generated by the flow of hydrogen gas from the nozzle 72 to the diffuser 71a causes the water in the negative pressure chamber 73 to be sucked into the diffuser 71a, so that the hydrogen gas and water are mixed. The mixture of hydrogen gas and water, that is, a gas-liquid mixture, is located in the intake port 16 of the internal combustion engine 10 at a position close to the umbrella portion 17b (see the solid line 17b in FIG. 1) of the intake valve 17 immediately before closing, that is, combustion. It is injected from the injection port 71b of the diffuser 71a near the chamber 14. The injected gas-liquid mixture is sucked into the combustion chamber 14 together with the suction air. In the combustion chamber 14, the hydrogen gas is ignited and burned at a predetermined timing while being mixed with the intake air. When the gas-liquid mixture is compressed in the combustion chamber 14, water completely becomes steam, which has the effect of lowering the temperature of the mixture, and is discharged as steam when combustion is completed.

（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。 (Advantage of Embodiment 1)
According to the present embodiment, the hydrogen gas injected from the hydrogen gas injection injector 30 is injected via the ejector main body 71 at a position close to the umbrella portion 17b of the intake valve 17 in the intake port 16 of the internal combustion engine 10. be able to. As a result, by injecting hydrogen gas near the combustion chamber 14, short-term injection in the latter half of the intake stroke becomes possible due to the effect of the high-speed jet, and the occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition and knock can be suppressed. Further, since hydrogen gas is less likely to remain in the intake port 16, it is possible to suppress the occurrence of backfire (abnormal combustion). Further, by suppressing the premixing of the intake air (gas) and the hydrogen gas (gas) in the intake port 16, the efficiency of filling the intake air into the cylinder can be improved. In addition, by injecting hydrogen gas (injection for a short period in the latter half of the intake stroke) similar to in-cylinder injection, it is possible to suppress the occurrence of abnormal combustion such as plague and knock, so thermal efficiency can be expected to improve by increasing the compression ratio. .. Therefore, the problem of the conventional intake port injection type fuel injection device is improved, the occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine is suppressed, and the efficiency of filling the intake air into the cylinder is improved to increase the output of the internal combustion engine. It can be realized.

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。 Further, a water injection injector 50 for injecting water is provided in the ejector main body 71. Therefore, the water injected from the water injection injector 50 is mixed with the hydrogen gas in the ejector main body 71. Since water is supplied as a liquid, an inertial force can generate a gas-liquid mixture of hydrogen gas and water while creating a flow turbulence in the ejector body 71. Due to the gas-liquid mixture of this high-speed jet, the temperature at the compressed end is lowered by the latent heat of vaporization when water is vaporized, so that the filling efficiency of the intake air charged into the cylinder can be improved. As a result, the occurrence of knock can be further suppressed, so that the compression ratio can be increased. Further, since water is an inert gas, the combustion rate becomes slow, hydrogen gas can be burned at an appropriate combustion rate, and the amount of NOx generated can be reduced.

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。 Further, the ejector 70 is provided with an ejector 70 that sucks water injected from the water injection injector 50 by utilizing the flow of hydrogen gas and mixes the hydrogen gas and water. Therefore, the ejector 70 sucks the water injected from the water injection injector 50 by utilizing the flow of the hydrogen gas, and the hydrogen gas and the water are mixed. As a result, the water injection pressure of the water injection injector 50 can be reduced, and the mixing property between hydrogen gas and water can be improved.

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。 Further, the jet pipe 71 having the diffuser 71a can be used as the ejector main body 71 forming the outer shell of the ejector 70.

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。 Further, an ECU 60 for controlling the operation of the hydrogen gas injection injector 30 and the water injection injector 50 is provided, and the ECU 60 sets the hydrogen gas injection injector 30 so as to inject hydrogen gas immediately before the intake valve 17 is closed. At the same time, the water injection injector 50 is operated so as to inject water in the period from the start of the hydrogen gas injection to the end of the injection of the hydrogen gas injection injector 30.

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。 Therefore, the ECU 60 operates the hydrogen gas injection injector 30 immediately before the intake valve 17 is closed, so that hydrogen gas is injected from the hydrogen gas injection injector 30 and the hydrogen gas of the hydrogen gas injection injector 30 is injected. By operating the water injection injector 50 during the period from the start of the injection to the end of the injection, water is injected from the water injection injector 50. As a result, the temperature at the compressed end can be lowered and stratified combustion can be realized, and the occurrence of abnormal combustion such as pre-ignition and knock can be effectively suppressed. Further, at the timing when the intake valve 17 is opened and the intake air is flowing in the positive direction, the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water is injected from the ejector main body 71, so that the hydrogen gas remains in the intake port 16. It is difficult to do so, and the occurrence of backfire can be suppressed.

［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。 [Embodiment 2]
Since the present embodiment is a modification of the first embodiment (see FIG. 1), the modified portion will be described, and the same parts as those of the first embodiment will be designated by the same reference numerals and overlapping description will be omitted. FIG. 7 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine. As shown in FIG. 7, in the present embodiment, the nozzle 72 (see FIG. 1) of the ejector 70 in the first embodiment is omitted, and the negative pressure chamber 73 is configured as a confluence chamber 74 of hydrogen gas and water. There is. A reference numeral 74a is attached to the side wall of the merging chamber 74.

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。 As a result, the function of the ejector 70 is omitted. Therefore, in the second embodiment, the ejector main body 71 is referred to as a jet pipe 71. Further, the diffuser 71a of the jet pipe 71 may be formed in a straight tubular portion having a constant opening cross-sectional area.

［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。 [Embodiment 3]
Since this embodiment is a modification of the second embodiment (see FIG. 7), the modified portion will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and overlapping description will be omitted. FIG. 8 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine. As shown in FIG. 8, in the present embodiment, the water injection injector 50 (see FIG. 7) in the second embodiment is omitted. Along with this, the water inflow side connection portion 71d of the jet pipe 71, the merging chamber 74, and the side wall 74a are omitted. The ECU 60 of the present embodiment controls only the hydrogen gas injection injector 30.

［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。 [Embodiment 4]
Since this embodiment is a modification of the first embodiment (see FIG. 1), the modified portion will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and overlapping description will be omitted. FIG. 10 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine. As shown in FIG. 10, in the present embodiment, the insertion hole 23a (see FIG. 1) of the intake pipe 23 in the first embodiment is an insertion hole 23b having a larger diameter.

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。 An annular ultrasonic transducer 95 is fitted to the base end portion of the ejector main body 71 (specifically, the base end portion of the small diameter portion (downstream side portion including the diffuser 71a)). The ultrasonic vibrator 95 is installed in the insertion hole 23b of the intake pipe 23. The ultrasonic transducer 95 is electrically connected to the ECU 60. The ECU 60 controls the ultrasonic vibrator 95 to be driven at a high frequency in the axial direction while the hydrogen gas injection injector 30 and the water injection injector 50 are operating. As a result, the ultrasonic vibrator 95 applies axial ultrasonic vibration to the base end portion of the ejector main body 71, and vibrates the ejector main body 71 at a high frequency in the axial direction.

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。 According to this embodiment, ultrasonic vibration by the ultrasonic vibrator 95 is applied in the axial direction of the ejector main body 71. As a result, the fluid resistance of the inner wall surface of the ejector main body 71 is reduced. Therefore, the flow velocity of the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water passing through the ejector main body 71 can be increased, and the spray speed of the gas-liquid mixture can be increased.

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。 Further, in the short-term injection in the latter half of the intake stroke, a high-speed jet of a gas-liquid mixture of hydrogen gas and water can be supplied into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10, which can greatly contribute to the improvement of the air-fuel mixture formation. .. Therefore, the thermal efficiency can be further improved by suppressing abnormal combustion (pre-ignition, knocking, backfire) and improving the air-fuel mixture formation, which are the biggest problems of the internal combustion engine (hydrogen internal combustion engine) 10.

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。 Further, the ultrasonic vibrator 95 is formed in an annular shape and is fitted to the base end portion of the ejector main body 71. Therefore, the ultrasonic vibration by the ultrasonic vibrator 95 can be efficiently applied to the ejector main body 71. Further, the ultrasonic vibrator 95 can be compactly installed by using the insertion hole 23b of the intake pipe 23 through which the ejector main body 71 is inserted.

［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。 [Embodiment 5]
Since this embodiment is a modification of the fourth embodiment (see FIG. 10), the modified portion will be described, and the same parts as those in the first embodiment will be designated by the same reference numerals and overlapping description will be omitted. FIG. 11 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine. As shown in FIG. 11, in this embodiment, instead of the ultrasonic vibrator 95 (see FIG. 10) of the fourth embodiment, two annular ultrasonic vibrators arranged in the axial direction, that is, a first ultrasonic vibrator, are used. 97 and the second ultrasonic vibrator 98 are arranged.

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。 Both ultrasonic transducers 97 and 98 are electrically connected to the ECU 60, respectively. The ECU 60 controls the first ultrasonic vibrator 97 to be driven at a high frequency in the axial direction while the hydrogen gas injection injector 30 and the water injection injector 50 are in operation. As a result, the first ultrasonic vibrator 97 applies axial ultrasonic vibration to the base end portion of the ejector main body 71, similarly to the ultrasonic vibrator 95 of the fourth embodiment (see FIG. 10), and the ejector main body 71. Is vibrated at a high frequency in the axial direction.

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。 Further, the ECU 60 controls to drive the second ultrasonic vibrator 98 at a high frequency in the radial direction during the operation of the hydrogen gas injection injector 30 and the water injection injector 50. As a result, the second ultrasonic vibrator 98 applies radial ultrasonic vibration to the base end portion of the ejector main body 71, and vibrates the ejector main body 71 at a high frequency in the radial direction.

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。 According to this embodiment, ultrasonic vibration by the first ultrasonic vibrator 97 is applied in the axial direction of the ejector main body 71. As a result, the fluid resistance of the inner wall surface of the ejector main body 71 is reduced. Therefore, the flow velocity of the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water passing through the ejector main body 71 can be increased, and the spray speed of the gas-liquid mixture can be increased.

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。 Further, ultrasonic vibration by the second ultrasonic vibrator 98 is applied in the radial direction of the ejector main body 71. As a result, a pumping action is imparted to the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water passing through the ejector main body 71. Therefore, the flow velocity of the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water passing through the ejector main body 71 can be increased, and the spray speed of the gas-liquid mixture can be increased.

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。 Therefore, by the cooperation of the reduction of the fluid resistance of the inner wall surface of the ejector main body 71 due to the axial ultrasonic vibration of the ejector main body 71 and the pumping action due to the radial ultrasonic vibration of the ejector main body 71, the inside of the ejector main body 71 The spraying speed of the gas-liquid mixture of hydrogen gas and water passing through can be increased.

［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。 [Embodiment 6]
The fuel injection device according to the present embodiment is a modification of the fuel injection device of the first embodiment (see FIG. 1) and its arrangement. FIG. 12 is a cross-sectional view showing a peripheral portion of a fuel injection device of an internal combustion engine, and FIG. 13 is a cross-sectional view showing a fuel injection device. Regarding the internal combustion engine 10, the same parts as those in the first embodiment (see FIG. 1) are designated by the same reference numerals, and duplicate description will be omitted.

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。 As shown in FIG. 12, the fuel injection device 300 is an in-cylinder injection type fuel injection device including a hydrogen gas injection injector 310 that injects hydrogen gas into the cylinder of the internal combustion engine 10. The fuel injection device 300 is integrally held in a housing (not shown) installed in the cylinder head 12.

（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。 (Fuel injection device)
As shown in FIG. 13, the fuel injection device 300 includes a hydrogen gas injection injector 310, a water injection injector 320, a lubricating oil injection injector 330, and an ejector 340.

（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。 (Injector 310 for hydrogen gas injection)
The hydrogen gas injection injector 310 has a solenoid valve structure for injecting hydrogen gas. The basic configuration of the hydrogen gas injection injector 310 is substantially the same as the basic configuration of the hydrogen gas injection injector 30 (see FIG. 2) of the first embodiment. Therefore, in the hydrogen gas injection injector 310, the main components and components common to the hydrogen gas injection injector 30 of the first embodiment are designated by reference numerals in the 400 series having the last two digits in common. The explanation is omitted.

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。 The hydrogen gas injection injector 310 has a valve portion 447 having a configuration different from that of the valve portion 47 (see FIG. 2) of the hydrogen gas injection injector 30 of the first embodiment. The valve portion 447 is composed of a valve body 435, a tubular member 438, and a seat 439.

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。 The tubular member 438 is made of metal and is formed in a hollow cylindrical shape. One end of the tubular member 438 (upper end in FIG. 13) is fitted and welded into the downstream end of the body 433 (lower end in FIG. 13).

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。 The sheet 439 is made of metal and is formed in a substantially disk shape. The sheet 439 is fitted in the downstream end portion (lower end portion in FIG. 13) of the tubular member 438 and fixed by welding. An injection hole 439b is formed in the center of the sheet 439.

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。 The valve body 435 has an armature member 435a and a valve member 435b. The armature member 435a is formed of a magnetic material into a short cylinder. The armature member 435a is arranged so as to be movable in the axial direction in the upstream end portion (upper end portion in FIG. 13) of the tubular member 438. The armature member 435a has a communication hole 435e that communicates the hollow portion of the core 431 and the hollow portion of the tubular member 438.

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。 The valve member 435b is made of metal and is formed in a needle shape. One end (upper end in FIG. 13) of the valve member 435b is concentrically connected to the armature member 435a. The other end (lower end in FIG. 13) of the valve member 435b is a valve portion 435f that opens and closes the seat 439 (specifically, the injection hole 439b).

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。 In the hydrogen gas injection injector 310, when the coil 432b of the electromagnetic solenoid 432 is not energized, the valve portion 435f of the valve member 435b of the valve body 435 is in contact with the seat 439, that is, in a closed state due to the urging of the spring 437. .. Therefore, the hydrogen gas is not injected from the injection hole 439b of the sheet 439.

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。 Further, when the coil 432b is energized, the valve body 435 is retracted against the urging of the spring 437, so that the valve portion 435f of the valve member 435b is separated from the seat 439, that is, the valve is opened.

（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。 (Injector 320 for water injection)
Since the water injection injector 320 has the same configuration as the water injection injector 50 (see FIG. 3) of the first embodiment, the main components and components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

（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。 (Injector 330 for lubricating oil injection)
The lubricating oil injection injector 330 has a solenoid valve structure for injecting lubricating oil. Since the lubricating oil injection injector 330 has the same configuration as the water injection injector 320, the main components and components are designated by the same reference numerals and the description thereof will be omitted.

（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。 (Ejector 340)
The ejector 340 sucks the water injected from the water injection injector 320 and the lubricating oil injected from the lubricating oil injection injector 330 by using the flow of hydrogen gas, and separates the hydrogen gas, water and lubricating oil. It is a mixture. The basic configuration of the ejector 340 is substantially the same as the basic configuration of the ejector 70 (see FIG. 4) of the first embodiment. Therefore, in the ejector 340, the components and the components common to the ejector 70 of the first embodiment are designated by reference numerals in the 500 series having the last two digits in common, and the description thereof will be omitted.

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。 The tip end portion (lower end portion in FIG. 13) of the ejector main body 571 is fitted in the upstream end portion (upper end portion in FIG. 13) of the core 431 of the hydrogen gas injection injector 310. That is, the ejector 340 is arranged on the upstream side of the hydrogen gas injection injector 310.

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。 The upstream side connection portion of the ejector main body 571 (corresponding to the hydrogen gas inflow side connection portion 71c (see FIG. 4) in the ejector 70 of the first embodiment) is opened as a hydrogen gas inflow port 571c.

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。 The tip of the body 233 of the water injection injector 320 is connected to the water inflow side connection portion 571d of the ejector main body 571.

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。 A cylindrical lubricating oil inflow side connecting portion 571e is formed on the side wall of the negative pressure chamber 573 of the ejector main body 571. The lubricating oil inflow side connection portion 571e is arranged so as to be symmetrical with the water inflow side connection portion 571d. The tip of the body 233 of the lubricant injection injector 330 is connected to the lubricating oil inflow side connecting portion 571e.

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。 The ejector 340 is arranged in a hollow portion of a substantially cross-shaped pipe joint member 350.

（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。 (Piping joint member 350)
The pipe joint member 350 has a cylindrical first socket portion 351 extending downward, a cylindrical second socket portion 352 extending to the left, a third socket portion 353 extending to the right, and a front surface (paper surface in FIG. 13). It has a fourth socket portion 354 extending to the front side). The fourth socket portion 354 is formed in a bulging portion 350a that bulges upward from between the second socket portion 352 and the third socket portion 353.

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。 An upstream end portion (upper end portion in FIG. 13) of the core 431 of the hydrogen gas injection injector 310 is connected to the first socket portion 351. The case 241 of the water injection injector 320 is fitted in the second socket portion 352. The case 241 of the injector 330 for lubricating oil injection is fitted in the third socket portion 353.

（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。 (Installation of fuel injection device 300 for internal combustion engine 10)
As shown in FIG. 12, the tubular member 438 of the hydrogen gas injection injector 310 of the fuel injection device 300 is provided in the insertion hole 12a formed in the lower wall portion of the intake port 16 of the cylinder head 12 of the internal combustion engine 10. It has been inserted. The tip of the tubular member 438 is arranged at a position close to the umbrella portion 17b of the intake valve 17 in the closed valve state. The injection hole 439b (see FIG. 13) of the hydrogen gas injection injector 310 is arranged so that hydrogen gas can be injected in the cylinder of the internal combustion engine 10, that is, in the combustion chamber 14. The hydrogen gas injection injector 310, the water injection injector 320, and the lubricating oil injection injector 330 are injection-controlled by the ECU 60.

（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。 (Fuel supply system)
FIG. 14 is a block diagram showing a fuel supply system. As shown in FIG. 14, the fuel supply system 380 of the fuel injection device 300 includes a hydrogen gas storage tank 381, a hydrogen gas supply flow path 382, a water storage tank 391, a water supply flow path 392, a lubricating oil storage tank 394, and lubrication. It is provided with an oil supply flow path 396.

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。 Hydrogen gas is stored in the hydrogen gas storage tank 381 under high pressure. The upstream end of the hydrogen gas supply flow path 382 is connected to the hydrogen gas storage tank 381. The downstream end of the hydrogen gas supply flow path 382 is connected to the fourth socket portion 354 (see FIG. 12) of the pipe joint member 350 of the fuel injection device 300. The hydrogen gas supply flow path 382 is a flow path for supplying the hydrogen gas in the hydrogen gas storage tank 381 to the fuel injection device 300.

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。 A isolation valve 383 and a pressure reducing valve 384 are provided in the middle of the hydrogen gas supply flow path 382 from the upstream side to the downstream side. The isolation valve 383 is a solenoid valve that functions as a main valve for the hydrogen gas storage tank 381. When the isolation valve 383 is opened, hydrogen gas is supplied from the hydrogen gas storage tank 381 to the hydrogen gas supply flow path 382. Further, the pressure reducing valve 384 is a pressure regulating valve for reducing the pressure of hydrogen gas.

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。 Water is stored in the water storage tank 391. The upstream end of the water supply channel 392 is connected to the water storage tank 391. The downstream end of the water supply flow path 392 is connected to the core 231 (see FIG. 12) of the water injection injector 320. The water supply flow path 392 is a flow path for supplying the water in the water storage tank 391 to the water injection injector 320. A water supply pump 393 composed of an electric pump is provided in the middle of the water supply flow path 392. By driving the water supply pump 393, the water in the water storage tank 391 is pressure-fed to the water injection injector 320 via the water supply flow path 392. The operation (opening / closing) of the isolation valve 383 and the water supply pump 393 is controlled by the ECU 60 (see FIG. 12).

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。 Lubricating oil is stored in the lubricating oil storage tank 394. The lubricating oil is, for example, a silicon-based high heat-resistant lubricating oil. The upstream end of the lubricating oil supply flow path 396 is connected to the lubricating oil storage tank 394. The downstream end of the lubricating oil supply flow path 396 is connected to the core 231 (see FIG. 12) of the lubricating oil injection injector 330. The lubricating oil supply flow path 396 is a flow path for supplying the lubricating oil in the lubricating oil storage tank 394 to the lubricating oil injection injector 330.

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。 As shown in FIG. 15, a lubricating oil supply pump 399 including an electric pump may be provided in the middle of the lubricating oil supply flow path 396. By driving and controlling the lubricating oil supply pump 399 by the ECU 60 (see FIG. 12), the lubricating oil in the lubricating oil storage tank 394 is pressure-fed to the lubricating oil injection injector 330 via the lubricating oil supply flow path 396.

（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。 (Injection control of ECU 60)
The ECU 60 (see FIG. 12) operates the hydrogen gas injection injector 310 so as to inject hydrogen gas from the latter half of the intake stroke to the first half of the compression stroke of the internal combustion engine 10. The injection time of the hydrogen gas injection injector 310 changes according to the required injection amount from the latter half of the intake stroke to the first half of the compression stroke. This is the same as the compression stroke early injection type fuel injection device aiming at homogeneous combustion by injecting fuel at an early stage before the pressure in the cylinder becomes high.

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。 Further, the ECU 60 is set to operate the water injection injector 320 so as to inject water in the period from the start of hydrogen gas injection to the end of injection of the hydrogen gas injection injector 310. Further, the ECU 60 integrates the valve opening time of the hydrogen gas injection injector 310, and when the predetermined integrated time is reached, and from the start of the hydrogen gas injection of the hydrogen gas injection injector 310 to the end of the injection. The injector 330 for lubricating oil injection is set to operate for a set time so as to inject lubricating oil during the period.

（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。 (Action of fuel injection device 300)
The operation of the fuel injection device 300 will be described. By operating the hydrogen gas injection injector 310 from the latter half of the intake stroke to the first half of the compression stroke of the internal combustion engine 10, hydrogen gas is injected into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10 from the hydrogen gas injection injector 310. .. Along with this, hydrogen gas is injected from the fourth socket portion 354 of the pipe joint member 350 toward the nozzle 572 of the ejector 340.

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。 On the other hand, the water injection injector 320 is operated during the period from the start of hydrogen gas injection to the end of injection of the hydrogen gas injection injector 310. As a result, the water injected from the water injection injector 320 is injected toward the negative pressure chamber 573 of the ejector 340. Then, the negative pressure generated by the flow of hydrogen gas from the nozzle 57 2 to the diffuser 571a causes the water in the negative pressure chamber 573 to be sucked into the diffuser 571a, so that the hydrogen gas and water are mixed. The gas-liquid mixture of hydrogen gas and water is injected into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10 via the hydrogen gas injection injector 310. The injected gas-liquid mixture is sucked into the combustion chamber 14 together with the suction air. Hydrogen gas is burned in the combustion chamber 14. When the gas-liquid mixture is compressed in the combustion chamber 14, water completely becomes steam, which has the effect of lowering the temperature of the mixture, and is discharged as steam when combustion is completed.

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。 Further, when the lubricating oil injection injector 330 is operated, the lubricating oil injected from the lubricating oil injection injector 330 is injected toward the negative pressure chamber 573 of the ejector 340. As a result, the lubricating oil is mixed with the hydrogen gas together with the water. The gas-liquid mixture of hydrogen gas, water, and lubricating oil is injected into the combustion chamber 14 of the internal combustion engine 10 via the hydrogen gas injection injector 310.

（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。 (Advantage of Embodiment 6)
According to the present embodiment, since the fuel injection device 300 is an in-cylinder injection type, the internal combustion engine 10 has a high output by improving the efficiency of filling the intake air into the cylinder while suppressing the occurrence of abnormal combustion of the internal combustion engine 10. Can be realized. Further, since the water injected from the water injection injector 320 is sucked into the ejector 340 as the hydrogen gas is injected from the hydrogen gas injection injector 310, the hydrogen gas and water are mixed and the hydrogen gas injection injector is used. It can be sprayed into the cylinder from 310. As a result, the latent heat of vaporization when water is vaporized lowers the compression end temperature, which makes it possible to increase the compression ratio and improve the thermal efficiency. Further, since water is an inert gas, the combustion rate becomes slow, and hydrogen gas can be burned at an appropriate combustion rate, so that the amount of NOx generated can be reduced. Further, since the ejector 340 is arranged on the upstream side of the hydrogen gas injection injector 310, contact of combustion gas and condensed water with the water injection injector 320 is avoided, and the durability and reliability of the water injection injector 320 are improved. Can be improved.

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。 Further, the ECU 60 operates the hydrogen gas injection injector 310 from the latter half of the intake stroke to the first half of the compression stroke of the internal combustion engine 10. As a result, hydrogen gas is injected into the cylinder from the hydrogen gas injection injector 310. Therefore, the injection pressure of the hydrogen gas injection injector 310 can be set low. As a result, the hydrogen in the hydrogen gas storage tank 381 can be effectively used. Further, water is injected from the water injection injector 320 by operating the water injection injector 320 during the period from the start of hydrogen gas injection to the end of injection of the hydrogen gas injection injector 310.

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。 Further, the lubricating oil injected from the lubricating oil injection injector 330 is sucked into the ejector 340 and passes through the hydrogen gas injection injector 310. As a result, it is possible to suppress the occurrence of poor sliding and seizure of the valve body of the injector 310 for hydrogen gas injection due to heat damage of the internal combustion engine 10. As a result, the slidability of the valve body 435 of the hydrogen gas injection injector 310 can be ensured, and the durability and reliability of the hydrogen gas injection injector 310 can be improved.

［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。 [Other embodiments]
The present invention is not limited to the above-described embodiment, and changes can be made without departing from the present invention. For example, the present invention is not limited to vehicles such as automobiles, and may be applied as a fuel injection device for aircraft, ships, and other hydrogen internal combustion engines. Further, the ejector main body (jet pipe) 71 may be provided in the cylinder head 12 instead of the intake pipe 23. Further, the ultrasonic vibrator may be used as long as it is possible to apply ultrasonic vibration to the ejector main body (jet pipe) 71, and the shape, installation form, number, etc. of the ultrasonic vibrator may be changed. Further, the ultrasonic vibrator 95 may apply ultrasonic vibration in the radial direction of the ejector main body 71. Further, the hydrogen gas injection injector 310 may be arranged at any position as long as it is a position for injecting hydrogen gas into the cylinder. Further, the injector 330 for injecting lubricating oil may be omitted.

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 10 Internal combustion engine 16 Intake port 17 Intake valve 17b Umbrella 28 Fuel injection device 30 Hydrogen gas injection injector 50 Water injection injector 60 ECU (control device)
70 Ejector 71 Ejector body (jet pipe)
71a Diffuser 71b Injection port 95 Ultrasonic oscillator 97 First ultrasonic oscillator 98 Second ultrasonic oscillator 300 Fuel injection device 310 Hydrogen gas injection injector 320 Water injection injector 330 Lubricating oil injection injector 340 Ejector

Claims (8)

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。 A fuel injection device equipped with a hydrogen gas injection injector that injects hydrogen gas.
It is provided with a jet pipe for flowing the hydrogen gas injected from the hydrogen gas injection injector.
A fuel injection device in which the injection port of the jet pipe is opened in the intake port of an internal combustion engine at a position close to the umbrella portion of the intake valve. 請求項１に記載の燃料噴射装置であって、
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。 The fuel injection device according to claim 1.
A fuel injection device including a water injection injector that injects water into the jet pipe. 請求項２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。 The fuel injection device according to claim 2.
It is provided with an ejector that sucks the water injected from the water injection injector by utilizing the flow of the hydrogen gas and mixes the hydrogen gas and the water.
The jet pipe is a fuel injection device having a diffuser and used as an ejector main body forming an outer shell of the ejector. 請求項２又は３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。 The fuel injection device according to claim 2 or 3.
A control device for controlling the operation of the hydrogen gas injection injector and the water injection injector is provided.
The control device operates the hydrogen gas injection injector so as to inject the hydrogen gas immediately before the intake valve is closed, and after the hydrogen gas injection start of the hydrogen gas injection injector and before the injection end. A fuel injection device that operates the water injection injector so as to inject the water in the period up to. 請求項２～４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。 The fuel injection device according to any one of claims 2 to 4.
A fuel injection device including an ultrasonic vibrator that applies ultrasonic vibration to the jet pipe. 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。 An in-cylinder injection type fuel injection device equipped with a hydrogen gas injection injector that injects hydrogen gas into the cylinder of an internal combustion engine.
A water injection injector that injects water,
It is provided with an ejector that sucks the water injected from the water injection injector by utilizing the flow of the hydrogen gas and mixes the hydrogen gas and the water.
The ejector is a fuel injection device arranged on the upstream side of the hydrogen gas injection injector. 請求項６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。 The fuel injection device according to claim 6.
A control device for controlling the operation of the hydrogen gas injection injector and the water injection injector is provided.
The control device operates the hydrogen gas injection injector so as to inject the hydrogen gas from the latter half of the intake stroke to the first half of the compression stroke of the internal combustion engine, and at the same time, the hydrogen gas of the hydrogen gas injection injector. A fuel injection device that operates the water injection injector so as to inject the water in a period from the start of injection to the end of injection. 請求項６又は７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。 The fuel injection device according to claim 6 or 7.
A fuel injection device including a lubricating oil injection injector that injects lubricating oil to be sucked into the ejector.

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