JP2004060468A - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料と水（不活性材）の混合比を、負荷の大きさに応じて任意に、かつ短時間の間に変化させる制御を行うことが可能で、しかも従来の水エマルジョン燃料と同等に燃焼室内で燃料と水（不活性材）とを均一に混合させることにより従来と同等に窒素酸化物の生成を抑制する。
【解決手段】燃料噴射ノズル８から燃料が、水保持部１６に保持された水（不活性材）に向けて噴射される。ないしは燃料噴射ノズル８から燃料が、水供給路１５から供給される水（不活性材）に向けて噴射される。
【選択図】　図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ディーゼルエンジンに関するものである。
【０００２】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比較して熱効率に優れていて過酷な条件（高負荷連続運転）に耐えるなどの利点を有している。しかし一方で窒素酸化物ＮＯｘやすす（粒子状排出物）が排出されたりするなど排気が清浄ではなく、環境的に好ましくないなどの不利な点もある。したがってＮＯｘの低減、すすの低減がディーゼルエンジンには要求されている。
【０００３】
ディーゼルエンジンでは、ピストンによって圧縮した燃焼室（圧縮室）内に燃料噴射ノズルの噴孔から燃料を噴射して噴霧を生成して燃料を燃焼させる。
【０００４】
通常のディーゼルエンジンでは、燃料噴射ノズルの噴孔から上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）付近の所定の噴射期間中に燃料を燃焼室内（筒内）に噴射させて燃焼エネルギーを発生させるようにしている。
しかし燃焼室が高温となるため窒素酸化物（ＮＯｘ）が多く発生する。また燃焼室内で局所的に混合気が過濃な部分が生じて、すすが発生する。
【０００５】
そこで、従来より、予め燃料と水を混合した水エマルジョン燃料を燃料噴射ノズルから燃焼室内に噴射し、窒素酸化物の生成を抑制する試みがなされている。
【０００６】
すなわち水エマルジョン燃料が燃料噴射ノズルから噴射されると、水の蒸発潜熱、水の持つ大きい比熱の影響によって燃料室内の熱容量が増大する。このため燃焼室の燃焼温度が低下する。
【０００７】
また水エマルジョン燃料を噴射すると、燃焼室内で燃料と水とが均等に分散され、ミクロ的にみれば不活性な水蒸気によって燃料の粒が覆われた状態になるため、燃料の着火遅れが生じ、燃料と吸入空気との混合が促進された状態で燃焼が始まる。このため局所的な燃焼場における高温化を回避できる。
【０００８】
このように燃焼室の燃焼温度が低下するともに局所的な燃焼場における高温化を回避できるため窒素酸化物の生成を抑制することができる。また局所的に混合気が過濃になることを回避できるため、すすの生成を抑制することができる。
【０００９】
水エマルジョン燃料を用いると、窒素酸化物は１／５まで低減されるといわれている。
【００１０】
しかし水エマルジョン燃料は、燃料と水を予め混合した上で噴射しなければならないため、ディーゼルエンジンにかかる負荷の大きさや温度条件などに応じて、混合比を任意に、かつ短時間の間に変化させる制御を行うことが難しく、燃料と水の混合比を一定の比率で使用せざるを得ない。
【００１１】
一定負荷で稼動する発電機などの用途にディーゼルエンジンを用いる場合には、燃料と水の混合比を一定の比率にしたとしても問題はないものの、負荷や温度条件などが絶えず変動する建設機械などの用途にディーゼルエンジンを用いる場合には、負荷の大きさや温度条件などによっては燃焼状態が悪化するという問題が発生する。
【００１２】
たとえば定格点で稼動するなどの高負荷に合わせて水を多めに混合した場合には、ローアイドル時などの低負荷のときに燃焼温度が適温にならず未燃燃料が大量に排出されるという問題がある。逆に低負荷に合わせて水を少なく混合した場合には高負荷のときに燃焼温度が高くなり窒素酸化物が大量に排出されるという問題が発生する。
【００１３】
そこで燃料と水の混合比を、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意に、かつ短時間の間に変化させる方法が以下のように試みられている。
【００１４】
１）燃料と水の噴射ノズルを別々に設け、両噴射ノズルから噴射された水と燃料とを燃焼室内で混合させる。
【００１５】
２）噴射ノズルに、水と燃料を交互に所定量づつ供給して、噴射ノズルから水と燃料を交互に噴射して燃焼室内で混合させる。
【００１６】
上記いずれの方法１）、２）も、燃焼室内で水が噴射されたところに、燃料が噴射されるため、燃焼室内で燃料と水とが均等に分散しにくい。このため、ミクロ的にみて不活性な水蒸気によって燃料の粒が覆われた状態になっていない局所的な燃焼場が生成され、この局所的な燃焼場での高温化が避けられず、窒素酸化物の生成を十分に抑制することができないという問題がある。
【００１７】
本発明はこうした実状に鑑みてなされたものであり、燃料と水（不活性材）の混合比を、負荷の大きさに応じて任意に、かつ短時間の間に変化させる制御を行うことが可能で、しかも従来の水エマルジョン燃料と同等に燃焼室内で燃料と水（不活性材）とを均等に分散させることにより水エマルジョン燃料と同等に窒素酸化物の生成を抑制することを、解決課題とするものである。
【００１８】
【課題を解決するための手段および作用、効果】
第１発明は、
ディーゼルエンジン（１）の燃焼室（２）内に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル（８）と、
前記燃料に対して不活性な不活性材が供給される不活性材供給路（１５）と
を備え、
前記燃料噴射ノズル（８）から燃料を、前記不活性材供給路（１５）から供給される不活性材に向けて噴射させるディーゼルエンジンの燃料噴射装置であることを特徴とする。
【００１９】
第３発明によれば、図４（ａ）に示すように、燃料噴射ノズル８から燃料が、水供給路１５から供給される水（燃料に対して不活性、つまり着火性の悪い不活性材であればよく、水以外に水蒸気、アルコール、水エマルジョン燃料などでもよい）に向けて噴射される。
【００２０】
水供給路１５から供給される水に向けて燃料が噴射されることで、燃焼室２内で燃料と水とが均等に分散され、ミクロ的にみれば不活性な水蒸気によって燃料の粒が覆われた状態になるため、燃料の着火遅れが生じ、燃料と吸入空気との混合が促進された状態で燃焼が始まる。このため局所的な燃焼場における高温化を回避できる。この結果、従来の水エマルジョン燃料を用いた場合と同等に窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【００２１】
また水供給路１５から供給される水の供給量を調整することで、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意に、かつ短時間の間に、燃料と水との混合比率を変化させる制御を行うことが可能である。
【００２２】
なお水供給路１５から供給される水を、水保持部１６で保持してもよい。この場合、水保持部１６で保持されている水に向けて燃料が噴射される。
【００２３】
第２発明は、第１発明において、
前記不活性材供給路（１５）から供給される不活性材の量を制御する制御手段（５）を具えたことを特徴とする。
【００２４】
第２発明によれば、図１に示すようにＥＣＵ（制御手段）５によって、水供給路１５から供給される水の量を変化させることができる。このため負荷の大きさや温度条件などに応じて任意に、かつ短時間の間に、燃料と水との混合比率を変化させることができる。
【００２５】
第３発明は、第１発明において、
前記不活性材供給路（１５）に連通し、前記燃料噴射ノズル（８）から噴射された燃料が通過する燃料通路（１６、１７）を備え、
前記不活性材供給路（１５）は、前記燃料通路（１６、１７）の断面中心からオフセットされた位置で、当該燃料通路（１６、１７）に連通しているディーゼルエンジンの燃料噴射装置であることを特徴とする。
【００２６】
第３発明によれば、水供給路１５から供給される水に向けて燃料が噴射されるので、第１発明と同様の効果が得られる。
【００２７】
更に第３発明によれば、図４（ｂ）に示すように、水供給路１５は、水保持部（燃料通路でもある）１６、燃料通路１７の断面中心からオフセットされた位置で、水保持部１６に連通している。このため図４（ｄ）に示すように、水供給路１５から水保持部１６に水が供給されると、水は遠心力により主に水保持部１６の内周面上に保持される。このため水は、内側を通過する燃料を包み込むようにして混合され外周部に水分を多めに含んだ混合燃料状態で燃料流出口１７ｂから燃焼室２内に噴出する。これにより不活性な水蒸気によって噴霧が覆われた状態になるため、燃料の着火遅れが更に促進され、燃料と吸入空気との混合が更に促進された状態で燃焼が始まる。このため局所的な燃焼場における高温化を更に抑制でき、窒素酸化物の生成の更なる抑制が図られる。
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の各実施形態について説明する。
【００２８】
・第１の実施形態
図１はディーゼルエンジンの燃料噴射装置の第１の実施形態の全体構成を示している。
【００２９】
すなわちディーゼルエンジン１は、大きくは、シリンダ３と、シリンダ３内に摺動自在に配設され、シリンダ３内を上下に往復移動するピストン４と、ピストン４にコネクティングロッド１ｂを介して連結されピストン４の往復運動に応じて回転するクランクシャフト１ａとから構成されている。
【００３０】
ピストン４の図中上部とシリンダ室が燃焼室（圧縮室）２を構成する。燃焼室２はピストン４によって混合気が圧縮される圧縮室でもあり、混合気中の燃料が燃焼する燃焼室でもある。ピストン４に形成されたキャビティは、燃焼室２内で主要な容積を占めている。
【００３１】
燃焼室２における燃焼の結果生成された排気ガスは、図示しない排気弁、排気管を介して外気に排出される。
【００３２】
エンジン１には空気を供給するために図示しない吸気管、吸気弁が設けられている。この吸気管と吸気弁を介して燃焼室２内に空気が供給される。
【００３３】
燃焼室２の図中上部にあってシリンダ３の頭部つまりシリンダヘッド３ａには、燃料用インジェクタつまり燃料噴射ノズル８が設けられている。
【００３４】
実施形態ではコモンレイル式システムを想定している。
【００３５】
すなわち燃料タンク内の燃料は燃料用高圧ポンプ６によって吸い込まれコモンレール７を介して燃料噴射ノズル８に圧送される。燃料用高圧ポンプ６はエンジン１の回転に応じて駆動されるポンプであり一回転当たり一定容積の燃料を吐出する。なおユニットインジェクタシステムやジャーク式列型ポンプを用いてもよい。
【００３６】
燃料噴射ノズル８の先端には、たとえば６つの噴孔１３が形成されている（図２（ａ）参照）。噴孔１３を介してシリンダ３内（気筒内）つまり燃焼室２内に燃料が噴射される。
【００３７】
燃料噴射ノズル８から燃料が噴射される際に、燃料は微粒化され、燃焼室２内に噴霧が生成される。この噴霧が、吸気管を介して供給された空気と混合して、混合気となる。そして燃焼室２が圧縮されて着火温度に達すると混合気が燃焼する。
【００３８】
本実施形態では、後述するように、燃料に対して不活性な、つまり着火性の悪い水を、燃料噴射ノズル８の噴孔１３の出口近傍に供給することで、燃料と水とを所定の混合比率で燃料室２内に噴射するようにしている。
【００３９】
すなわち水タンク９内の水は水圧送ポンプ１０によって吸い込まれ水通路１１を介して燃料噴射ノズル８の噴孔１３の出口近傍に供給される。水通路１１には水注入コントロールバルブ１２が設けられている。水注入コントロールバルブ１２が開弁している時間に比例した量の水が燃料噴射ノズル８の噴孔１３の出口近傍に供給されることになる。
【００４０】
なお燃料噴射ノズル８内の針弁によって噴孔１３が開口している時間（針弁がリフトしている時間）に比例した量の燃料が燃焼室２内に噴射されることになる。
【００４１】
燃焼室２内での燃料と水との混合比率は、エンジン１のクランクシャフト１ａの１回転当たりに燃料噴射ノズル８の噴孔１３から噴射される燃料の量（以下燃料噴射量）と、同じくクランクシャフト１ａの１回転当たりに水通路１１を介して噴孔１３の出口近傍に供給される水の量（以下注水量という）との比率によって定まる。したがって燃焼室２内での燃料と水との混合比率は、クランクシャフト１ａの１回転あたりの噴孔１３の開口時間と、同じくクランクシャフト１ａの１回転当たりの水注入コントロールバルブ１２の開弁時間との比率によって定まる。
【００４２】
ＥＣＵ（エレクトリカル・コントロール・ユニット）５は、上記噴孔１３の開口時間、水注入コントロールバルブ１２の開弁時間を制御する制御手段であり、実施形態では、エンジン１の回転数、クランクシャフト１ａの回転角度（以下クランク角度）、エンジン１の負荷、エンジン１の油温、水温、吸気温度、排気温度等を各種センサの出力信号として取り込み、燃焼室２内における燃料と水との混合比率が最適な値となるように燃料噴射量、注水量を制御する。すなわちＥＣＵ５は、燃料噴射ノズル８に噴孔開口指令を、また水注入コントロールバルブ１２に水通路開弁指令を出力して、燃料噴射量、注水量を制御し、燃料室２内における燃料と水との混合比率を最適な値にする。
【００４３】
またＥＣＵ５は燃料用高圧ポンプ６、水圧送ポンプ１０を制御する。
【００４４】
燃料噴射ノズル８と、この燃料噴射ノズル８の外側に設けられた水供給機構と燃料通路について図２を参照して説明する。
【００４５】
図２（ａ）は燃料噴射ノズル８の縦断面図を示している。シリンダヘッド３ａには、燃焼室２側（図中下側）に突出されるよう突出部３ｂが形成されている。燃料噴射ノズル８は、噴孔１３が、シリンダヘッド突出部３ｂに位置されるように、シリンダヘッド３ａに配設されている。
【００４６】
シリンダヘッド３ａには、水通路１１、水注入路１１ａ、水環路１４が形成されるとともに、シリンダヘッド突出部３ｂには、水供給路１５、水保持部１６、燃料通路１７が形成されている。
【００４７】
水通路１１は水注入路１１ａに連通し、この水注入路１１ａは水環路１４に連通し、この水環路１４は水供給路１５に連通し、この水供給路１５は水保持部１６に連通している。また噴孔１３は僅かな空隙を介して燃料通路１７に連通し、この燃料通路１７は水保持部１６に連通している。水保持部１６の出口である燃料流出口１７ｂは、燃焼室２に向け開口している。
【００４８】
水通路１１と水注入路１１ａとの間には水注入コントロールバルブ１２が介在されている。
【００４９】
図２（ｂ）は図２（ａ）を矢視Ａからみた図で、燃料噴射ノズル８の先端部外周の構成を示している。水環路１４は、燃料噴射ノズル８の先端部の外周を囲むように環状に形成されている。水供給路１５、水保持部１６は、燃料噴射ノズル８の先端部の外周に沿い、図２（ｂ）に示すように６つの噴孔１３に対応する位置に６つ形成されている。燃料通路１７についても同様に、燃料噴射ノズル８の先端部の外周に沿い、６つの噴孔１３に対応する位置に６つ形成されている。
【００５０】
このため水注入コントロールバルブ１２が開弁するのに応じて水通路１１から水注入路１１ａに水が流入し、水注入路１１ａ、水環路１４、水供給路１５を介して水保持部１６に水が供給され水が保持される。水注入コントロールバルブ１２の開弁時間に応じて水供給路１５に供給される水の供給量、水保持部１６で保持される水の保持量が定まる。
【００５１】
また噴孔１３が開口すると、燃料は燃料通路１７、水保持部１６を通過する。このように水保持部１６は水が供給、保持される部位であるとともに燃料が通過する部位でもあり、燃料が水保持部１６に保持されている水に噴射されることで、燃料と水とが混合した混合燃料が燃料流出口１７ｂから燃焼室２内に噴出される。
【００５２】
図２では燃料噴射ノズル８の外側の水供給機構（水通路１１、水注入路１１ａ、水環路１４、水供給路１５、水保持部１６）、燃料通路１７をシリンダヘッド３ａに形成しているが、図３に示すように燃料噴射ノズル８の外側に水供給用ボディ１８を設けて、この水供給用ボディ１８内に、図２と同様な水供給機構（水通路１１、水注入路１１ａ、水環路１４、水供給路１５、水保持部１６）、燃料通路１７を形成してもよい。
【００５３】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、図３に示す水供給用ボディ１８の一部を破断面で示しており、噴孔１３の出口近傍の構成を示している。
【００５４】
図４（ａ）は燃料噴射ノズル８の縦断面図を示し、図４（ｂ）は図４（ａ）を矢視Ｂからみた図つまり噴孔１３を正面からみた図であり、図４（ｃ）は図４（ｂ）を矢視Ｃからみた図である。
【００５５】
図４（ａ）に示すように燃料通路１７、水保持部１６はそれらの通路中心軸が、噴孔１３からの燃料噴射方向と一致するよう水供給用ボディ１８に形成されている。燃料通路１７の入口である燃料流入口１７ａは、噴孔１３に向け開口している。燃料通路１７と水保持部１６はそれらの通路断面が円形若しくは略円形状に形成されており、断面中心（円中心）が一致している。燃料通路１７、水保持部１６はそれぞれ、水保持部１６の径の方が大きい異径の断面を有している。
【００５６】
図４（ｂ）に示すように、水供給路１５は、燃料通路１７、水保持部１６の断面中心からオフセットされた位置で、水保持部１６に連通している。
【００５７】
以下第１の実施形態の動作について説明する。なお以下の説明では実施形態のエンジン１が建設機械など、稼働中に負荷が大きく変動する機械に搭載された場合を想定して説明する。
【００５８】
第１の実施形態のタイミングチャートは図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図５（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示される。図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）はエンジン１がローアイドル点（ローアイドル回転数、無負荷）で稼動している場合など、低負荷時の制御例１、制御例２、制御例３をそれぞれ示し、図５（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）はエンジン１が定格点（定格回転数、最大出力）で稼動している場合など、高負荷時の制御例１、制御例２、制御例３をそれぞれ示している。
【００５９】
図５は横軸にピストン４の往復移動に応じて回転するクランクシャフト１ａのクランク角度をとり、クランク角度に対応して、着火（矢印で示す）、燃料噴射（凸で示す）、注水（ハッチングで示す）のタイミングを示したものである。燃料噴射の凸部の長さは、燃料噴射量に対応し、この燃料噴射量は前述したように噴孔１３の開口時間に対応している。注水のハッチング部の長さは、注水量に対応し、この注水量は前述したように水注入コントロールバルブ１２の開弁時間に対応している。
【００６０】
図５（ａ）、（ｅ）はそれぞれ低負荷時、高負荷時における通常のディーゼルエンジンのタイミングチャートを示しており、上述したように圧縮行程（下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）〜上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ））のうち上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）近傍の所定の時期に燃料が噴射され、着火する。
【００６１】
以下制御例１がＥＣＵ５で実行される場合について説明する。
【００６２】
ＥＣＵ５で現在エンジン１が低負荷であることが判断されると、ＥＣＵ５は、燃料噴射が開始される０〜数ミリｓｅｃ手前から注水が開始され燃料噴射の途中で注水が終了するように、水通路開弁指令を水注入コントロールバルブ１２に出力する。またＥＣＵ５は、通常の燃料噴射時期（図５（ａ））よりも早い時期に燃料噴射が開始されるように噴孔開口指令を燃料噴射ノズル８に出力する（図５（ｂ）参照）。
【００６３】
燃料噴射開始前に注水を始めるようにしたのは、噴孔１３から燃料の噴射が開始される前に予め水保持部１６に水を保持しておくためである。水保持部１６の最大水保持量は、エンジン１が定格点（最大出力）で稼動している場合の燃料量に応じた量に設定されておかれる。
【００６４】
水注入コントロールバルブ１２が開弁すると、水通路１１から水注入路１１ａに水が流入し、水注入路１１ａ、水環路１４、水供給路１５を介して水保持部１６に水が供給され水が保持される。
【００６５】
また噴孔１３が開口すると、燃料噴射ノズル８から燃料が、水供給路１５より供給され水保持部１６に保持されている水に向けて噴射される。
【００６６】
水供給路１５より供給され水保持部１６に保持されている水に向けて燃料が噴射されることで、燃料と水とが混合した混合燃料が燃料流出口１７ｂから燃焼室２内に噴出される。このため燃焼室２内で燃料と水とが均等に分散され、ミクロ的にみれば不活性な水蒸気によって燃料の粒が覆われた状態になるため、燃料の着火遅れが生じ、燃料と吸入空気との混合が促進された状態で燃焼が始まる。このため局所的な燃焼場における高温化を回避できる。この結果、従来の水エマルジョン燃料を用いた場合と同等以上に窒素酸化物の生成を抑制することができる。
【００６７】
更に図４（ｂ）に示す構成によれば、水供給路１５は、燃料通路１７、水保持部１６の断面中心からオフセットされた位置で、水保持部１６に連通している。このため図４（ｄ）に示すように、水供給路１５から水保持部１６に水が供給されると、水は遠心力により主に水保持部１６の内周面上に保持される。このため水は、内側を通過する燃料を包み込むようにして混合され外周部に水分を多めに含んだ混合燃料状態で燃料流出口１７ｂから燃焼室２内に噴出する。これにより不活性な水蒸気によって噴霧が覆われた状態になるため、燃料の着火遅れが更に促進され、燃料と吸入空気との混合が更に促進された状態で燃焼が始まる。このため局所的な燃焼場における高温化を更に抑制でき、窒素酸化物の生成の更なる抑制が図られる。
【００６８】
これを図５（ｂ）でみると、通常のディーゼルエンジン（図５（ａ））よりも早い時期に燃料が噴射されたにもかかわらず、着火時期が通常のディーゼルエンジンよりも遅くなっているのがわかる（図５（ａ）、（ｂ）参照）。
【００６９】
ＥＣＵ５で現在エンジン１が高負荷であることが判断されると、ＥＣＵ５は、同様に水通路開弁指令を水注入コントロールバルブ１２に出力し、噴孔開口指令を燃料噴射ノズル８に出力する（図５（ｆ）参照）。ただしＥＣＵ５は、高負荷に合わせて、低負荷時よりも注水量、噴射量の絶対値を大きくし、両者の比率が異なるように注水量、噴射量を変化させる（図５（ｂ）、（ｆ）参照）。この結果、水供給路１５には、低負荷時と異なる量の水が供給され、水保持部１６で、低負荷時と異なる量の水が保持される。このため水供給路１５より供給され水保持部１６に保持されている水に向けて噴孔１３から燃料が噴射されると、低負荷時と同様にして、燃焼室２内で燃料と水とが均一に混合し、窒素酸化物の生成が抑制される。
【００７０】
また本第１の実施形態によれば、燃料と水の混合比を、負荷の大きさに応じて任意に、かつ短時間の間に変化させることができるので、建設機械の稼動中、エンジン１で常に最適な燃焼が実現される。
【００７１】
なおエンジン１の始動時には、始動性向上のために注水量を零かほぼ零にするように制御することが望ましい。
【００７２】
以上制御例１の場合について説明したが、制御例２の場合には、ＥＣＵ５は、制御例１の場合よりも早い時期に注水が開始され燃料噴射開始前に注水が終了するように、水通路開弁指令を水注入コントロールバルブ１２に出力する（図５（ｃ）、（ｇ）参照）。
【００７３】
また制御例３の場合には、ＥＣＵ５は、制御例１の場合よりも遅い時期に注水が開始され燃料噴射終了後に注水が終了するように、水通路開弁指令を水注入コントロールバルブ１２に出力する（図５（ｄ）、（ｈ）参照）。
【００７４】
制御例２、制御例３の場合も制御例１の場合と同様に、従来の水エマルジョン燃料を用いた場合と同等以上に窒素酸化物の生成を抑制することができ、しかも負荷が変動したとしてもエンジン１で常に最適な燃焼を行わせることができる。
【００７５】
・第２の実施形態
第１の実施形態では、水を不活性材として使用したが水の代わりに水蒸気を不活性材として使用してもよい。
【００７６】
以下第１の実施形態と同一のものには同一符号を付し、同等のものには第１の実施形態のものには符号にダッシュを付与することとし、適宜説明を省略して異なる部分について説明する。
【００７７】
図６は図１に相当する構成を示している。
【００７８】
すなわち水タンク９内の水は水圧送ポンプ１０によって吸い込まれ水噴射ノズル１９に供給される。水噴射ノズル１９から水蒸気発生室２１内に水が噴射され水蒸気発生室２１内で水蒸気が生成される。水蒸気発生室２１は、エンジン１の排気管２０内に設けられている。水蒸気発生室２１で発生した水蒸気は水蒸気通路１１′を介して燃料噴射ノズル８の噴孔１３の出口近傍の水蒸気供給路１５′（図２参照）に供給され、水蒸気保持部１６′（図２参照）で保持される。水蒸気通路１１′には水蒸気注入コントロールバルブ１２′が設けられている。水蒸気注入コントロールバルブ１２′が開弁している時間に比例した量の水蒸気が燃料噴射ノズル８の噴孔１３の出口近傍の水蒸気供給路１５′（図２参照）に供給され、水蒸気保持部１６′（図２参照）で保持されることになる。
【００７９】
図７は水蒸気発生室２１の構成を示している。
【００８０】
水蒸気発生室２１には圧力センサ２３、温度センサ２４が設けられているとともに、排気管２０の排気通路２０ａには排気温度センサ２２が設けられている。
【００８１】
圧力センサ２３で水蒸気発生室２１内の水蒸気の圧力が検出され、温度センサ２４で水蒸気発生室２１内の水蒸気の温度が検出され、排気温度センサ２２で排気通路２０ａ内の排気の温度が検出され、これら各センサの出力信号はＥＣＵ５に取り込まれる。ＥＣＵ５は各センサ２２、２３、２４の出力をフィードバックして、水蒸気発生室２１内の水蒸気が所望の圧力、温度となるように、水噴射ノズル１９から水蒸気発生室２１内に噴射される水の噴射量を制御する。
【００８２】
燃料噴射ノズル８の外側に設けられた水蒸気供給機構と燃料通路についての構成は前述した図２と同様であり、同図２に示すように、水蒸気注入コントロールバルブ１２′が開弁するに応じて水蒸気通路１１′から水蒸気注入路１１′ａに水蒸気が流入し、水蒸気注入路１１′ａ、水蒸気環路１４′、水蒸気供給路１５′を介して水蒸気保持部１６′に水蒸気が供給され水蒸気が保持される。水蒸気注入コントロールバルブ１２′の開弁時間に応じて水蒸気供給路１５′に供給され水蒸気保持部１６′で保持される水蒸気の量（以下注水蒸気量という）が定まる。
【００８３】
図２では燃料噴射ノズル８の外側の水蒸気供給機構（水蒸気通路１１′、水蒸気注入路１１′ａ、水蒸気環路１４′、水蒸気供給路１５′、水蒸気保持部１６′）、燃料通路１７をシリンダヘッド３ａに形成しているが、図８に示すように燃料噴射ノズル８の外側に水蒸気供給用ボディ１８′を設けて、この水蒸気供給用ボディ１８′内に、図２と同様な水蒸気供給機構（水蒸気注入路１１ａ、水蒸気環路１４′、水蒸気供給路１５′、水蒸気保持部１６′）、燃料通路１７を形成してもよい。
【００８４】
図８に示す水蒸気供給用ボディ１８の噴孔１３近傍の構成は、前述した図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）と同様である。
【００８５】
第２の実施形態のタイミングチャートは図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図９（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に示される。図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）は第１の実施形態の図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）に相当し、エンジン１が低負荷時の制御例１、制御例２、制御例３をそれぞれ示している。図９（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は第１の実施形態の図５（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）に相当し、エンジン１が高負荷時の制御例１、制御例２、制御例３をそれぞれ示している。
【００８６】
図９における注水蒸気のハッチング部の長さは、前述した注水蒸気量に対応し、この注水蒸気量は前述したように水蒸気注入コントロールバルブ１２′の開弁時間に対応している。
【００８７】
図９（ａ）、（ｅ）はそれぞれ低負荷時、高負荷時における通常のディーゼルエンジンのタイミングチャートを示している。
【００８８】
図５と比較するとわかるように、水の場合よりも早い時期から噴孔１３の近傍に水蒸気を供給するようにしている。これは水蒸気は、水と比較すると移送速度が遅く、噴孔１３の近傍に到達させるに時間を要するためである。
【００８９】
ＥＣＵ５は、第１の実施形態の場合と同様にして、水蒸気通路開弁指令を水蒸気注入コントロールバルブ１２′に出力し、噴孔開口指令を燃料噴射ノズル８に出力する。ただしＥＣＵ５は、低負荷、高負荷に応じて、注水量、噴射量の絶対値を変化させるとともに、両者の比率が異なるように注水蒸気量、噴射量を変化させる。
【００９０】
この結果、水蒸気供給路１５′には、負荷の大きさに応じた量の水蒸気が供給され、水蒸気保持部１６′で、負荷の大きさに応じた量の水蒸気が保持される。このため水蒸気供給路１５′より供給され水蒸気保持部１６′に保持されている水蒸気に向けて噴孔１３から燃料が噴射されると、第１の実施形態と同様にして、燃焼室２内で燃料と水蒸気とが均一に混合し、着火遅れが生じ窒素酸化物の生成が抑制される。
【００９１】
また本第２の実施形態によれば、燃料と水蒸気の混合比を、負荷の大きさに応じて任意に、かつ短時間の間に変化させることができるので、建設機械の稼動中、エンジン１で常に最適な燃焼が実現される。
【００９２】
更に水蒸気は排気管２０の排気熱によって生成されており、排気エネルギが水蒸気の圧力となって燃焼室２内に取り込まれるので、燃費が向上するという効果が得られる。
【００９３】
なお上述した実施形態によれば、燃焼室２内で着火遅れが生じ燃料が十分に燃焼室２内で分散した状態で燃焼するため局所的に過濃な部分が生じることがなく、すすの生成を、従来の水エマルジョン燃料を用いた場合と同等以上に抑制することができる。
【００９４】
上述した実施形態では、噴孔１３から燃料を水ないしは水蒸気に向けて噴射しているが、噴孔１３から燃料を噴射すべきものとしては、燃料に対して不活性、つまり着火性の悪い不活性材であればよく、水、水蒸気の代わりに、アルコール、水エマルジョン燃料を用いてもよい。
【００９５】
また実施形態では、水保持部１６で水を保持するようにしているが、図１０に示すように、水を保持することなく水供給路１５から供給される水に向けて、燃料通路１７を介して燃料を噴射してもよい。水蒸気についても同様である。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は第１の実施形態の構成を示す図である。
【図２】図２（ａ）、（ｂ）は図１の燃料噴射ノズルおよびその周辺の構成を示す図である。
【図３】図３は、燃料噴射ノズルの周囲に水供給用ボディを設けた構成例を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は図３の水供給用ボディの詳細な構成を示す図で、図４（ｄ）は燃料が水とともに水供給用ボディから噴出される様子を概念的に示した図である。
【図５】図５（ａ）〜（ｈ）はクランク角度に対応して着火時期、燃料噴射時期、注水時期を示したタイミングチャートであり、図５（ａ）、（ｅ）は通常のディーゼルエンジンのタイミングチャートを示した図で、図５（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図５（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は第１の実施形態のディーゼルエンジンのタイミングチャートを示した図である。
【図６】図６は第２の実施形態の構成を示す図である。
【図７】図７は図１に示す水蒸気発生室の構成を示す図である。
【図８】図８は図３に対応する図で燃料噴射ノズルの周囲に水蒸気供給用ボディを設けた構成例を示す図である。
【図９】図９（ａ）〜（ｈ）はクランク角度に対応して着火時期、燃料噴射時期、注水時期を示したタイミングチャートであり、図９（ａ）、（ｅ）は通常のディーゼルエンジンのタイミングチャートを示した図で、図９（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、図９（ｆ）、（ｇ）、（ｈ）は第２の実施形態のディーゼルエンジンのタイミングチャートを示した図である。
【図１０】図１０は実施形態の変形例を示した図である。
【符号の説明】
１　エンジン（ディーゼルエンジン）
２　燃焼室
５　ＥＣＵ
８　燃料噴射ノズル
１３　噴孔
１５　水供給路（１５′　水蒸気供給路）
１６　水保持部（１６′　水保持部）
１７　燃料通路

Claims (3)

1. ディーゼルエンジン（１）の燃焼室（２）内に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル（８）と、
   前記燃料に対して不活性な不活性材が供給される不活性材供給路（１５）と
   を備え、
   前記燃料噴射ノズル（８）から燃料を、前記不活性材供給路（１５）から供給される不活性材に向けて噴射させること
   を特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
2. 前記不活性材供給路（１５）から供給される不活性材の量を制御する制御手段（５）を具えたこと
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
3. 前記不活性材供給路（１５）に連通し、前記燃料噴射ノズル（８）から噴射された燃料が通過する燃料通路（１６、１７）を備え、
   前記不活性材供給路（１５）は、前記燃料通路（１６、１７）の断面中心からオフセットされた位置で、当該燃料通路（１６、１７）に連通していること
   を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。

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