JP5532008B2

JP5532008B2 - Internal combustion engine

Info

Publication number: JP5532008B2
Application number: JP2011092061A
Authority: JP
Inventors: 覚佐々木; 卓政横田
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2011-04-18
Filing date: 2011-04-18
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2031-04-18
Also published as: JP2012225214A; DE102012206307A1

Description

本発明は、内燃機関に関する。 The present invention relates to an internal combustion engine.

燃焼室へ燃料を直接噴射する内燃機関の場合、燃料噴射弁から噴射された燃料は、圧縮によって高温となった空気と触れることにより燃焼する。内燃機関の負荷が大きいとき、噴射された燃料は拡散燃焼を主として燃焼する。しかし、燃料の噴射からの時間の経過とともに燃料の燃焼によって生成した燃焼ガスの温度は上昇する。そのため、噴射された燃料は、空気との混合時間が十分に確保できないまま着火する（特許文献１参照）。その結果、噴射された燃料と空気との混合が不十分になり、スモークなどのＰＭ（Particulate Matter）を生成する原因となる。 In the case of an internal combustion engine that directly injects fuel into the combustion chamber, the fuel injected from the fuel injection valve burns when it comes into contact with air that has become hot due to compression. When the load of the internal combustion engine is large, the injected fuel mainly burns by diffusion combustion. However, the temperature of the combustion gas generated by the combustion of the fuel increases with the passage of time from the fuel injection. Therefore, the injected fuel is ignited without sufficient mixing time with air (see Patent Document 1). As a result, the injected fuel and air are not sufficiently mixed, causing PM (Particulate Matter) such as smoke to be generated.

特許第２８６４８９６号明細書Japanese Patent No. 2864896

そこで、本発明の目的は、燃料噴射弁から噴射された燃料と空気とが混合した混合気の温度を下げ、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することにより、ＰＭの生成を低減する内燃機関を提供することにある。 Accordingly, an object of the present invention is to reduce the generation of PM by lowering the temperature of the air-fuel mixture in which the fuel injected from the fuel injection valve and air are mixed and sufficiently ensuring the ignition delay of the injected fuel. It is to provide an internal combustion engine.

請求項１記載の発明では、燃料噴射弁とは独立して設けられている液体噴射弁を備えている。液体噴射弁は、燃料噴射弁から噴射された燃料が燃焼室に形成した燃料噴霧に向けて非燃焼性液体を噴射する。燃料噴霧に向けて非燃焼性液体を噴射することにより、燃料噴霧は噴射された非燃焼性液体によって冷却される。そのため、燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスの温度の上昇は抑えられる。その結果、燃料噴射弁から噴射された燃料と空気とが混合した混合気の温度は低下する。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the liquid injection valve is provided independently of the fuel injection valve. The liquid injection valve injects non-combustible liquid toward the fuel spray formed in the combustion chamber by the fuel injected from the fuel injection valve. By injecting the non-combustible liquid toward the fuel spray, the fuel spray is cooled by the injected non-combustible liquid. Therefore, an increase in the temperature of the combustion gas caused by the combustion of fuel can be suppressed. As a result, the temperature of the air-fuel mixture in which the fuel and air injected from the fuel injection valve are mixed decreases. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

請求項２記載の発明では、液体噴射弁は、噴霧の混合領域へ向けて非燃焼性液体を噴射する。燃料は、燃料噴射弁から燃焼室へ噴霧状に噴射される。このとき、燃料噴射弁から噴射された燃料によって形成された噴霧は、液領域、混合領域および燃焼領域を含んでいる。液領域は、燃料噴射弁から噴射された燃料が液滴状となっている領域である。混合領域は、この液領域よりも燃料噴射弁から遠い位置、すなわち液領域よりも噴霧の先端側に形成される。混合領域では、気化した燃料は、空気と混合しているものの着火していない。燃焼領域は、混合領域よりもさらに燃料噴射弁から遠い位置、すなわち噴霧の先端に形成される。燃焼領域では、空気と混合した燃料が着火し、火炎を生成している。請求項２記載の発明では、液体噴射弁は、これら三つの領域に区分される燃料噴霧のうち、混合領域に非燃焼性液体を噴射する。これにより、混合領域における混合気の温度を下げるとともに、燃焼領域から混合領域への火炎の伝搬を低減する。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 In the invention according to claim 2, the liquid injection valve injects the non-combustible liquid toward the spray mixing region. The fuel is sprayed from the fuel injection valve into the combustion chamber. At this time, the spray formed by the fuel injected from the fuel injection valve includes a liquid region, a mixing region, and a combustion region. The liquid region is a region where the fuel injected from the fuel injection valve is in the form of droplets. The mixing region is formed at a position farther from the fuel injection valve than the liquid region, that is, at the spraying tip side of the liquid region. In the mixing region, the vaporized fuel is mixed with air but not ignited. The combustion region is formed further away from the fuel injection valve than the mixing region, that is, at the tip of the spray. In the combustion region, fuel mixed with air is ignited to generate a flame. In the invention according to claim 2, the liquid injection valve injects the non-combustible liquid into the mixing region among the fuel sprays divided into these three regions. This lowers the temperature of the air-fuel mixture in the mixing region and reduces the propagation of flame from the combustion region to the mixing region. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

請求項３記載の発明では、液体噴射弁は、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の噴射方向に対し後方から非燃焼性液体を噴射する。燃料噴射弁から噴射される燃料は、燃料噴射弁から遠ざかる方向へ進行する燃料噴霧を形成する。そこで、液体噴射弁は、この燃料噴霧の進行方向において後方から燃料の噴射方向に向かって燃料噴霧を追いかけるように非燃焼性液体を噴射する。これにより、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の形成は、液体噴射弁から噴射された非燃焼性液体によって妨げられない。したがって、燃料噴霧を安定して形成することができる。 In the invention according to claim 3, the liquid injection valve injects the non-combustible liquid from the rear with respect to the injection direction of the fuel spray injected from the fuel injection valve. The fuel injected from the fuel injection valve forms a fuel spray that travels away from the fuel injection valve. Therefore, the liquid injection valve injects the non-combustible liquid so as to follow the fuel spray from the rear toward the fuel injection direction in the traveling direction of the fuel spray. Thereby, formation of the fuel spray injected from the fuel injection valve is not hindered by the non-combustible liquid injected from the liquid injection valve. Therefore, the fuel spray can be stably formed.

請求項４記載の発明では、液体噴射弁は、燃料噴射弁から噴射される燃料噴霧の噴射方向に対し前方から非燃焼性液体を噴射する。燃料噴射弁から噴射される燃料は、燃料噴射弁から遠ざかる方向へ進行する燃料噴霧を形成する。そこで、液体噴射弁は、この燃料噴霧の進行方向において前方から燃料の噴射方向に対向して燃料噴霧に正面から衝突するように非燃焼性液体を噴射する。これにより、燃料噴射弁と液体噴射弁とは近接して配置する必要がない。したがって、空間が限定される燃焼室の近傍において、燃料噴射弁および液体噴射弁の配置を容易にすることができる。また、燃料噴霧の正面から非燃焼性液体を噴射することにより、非燃焼性液体を燃料噴霧の混合領域に向けて容易に噴射することができる。 In the invention according to claim 4, the liquid injection valve injects the non-combustible liquid from the front with respect to the injection direction of the fuel spray injected from the fuel injection valve. The fuel injected from the fuel injection valve forms a fuel spray that travels away from the fuel injection valve. Therefore, the liquid injection valve injects the non-combustible liquid so as to collide with the fuel spray from the front while facing the fuel injection direction from the front in the traveling direction of the fuel spray. Thereby, it is not necessary to arrange | position the fuel injection valve and the liquid injection valve close. Therefore, the fuel injection valve and the liquid injection valve can be easily arranged in the vicinity of the combustion chamber where the space is limited. Further, by injecting the non-combustible liquid from the front of the fuel spray, the non-combustible liquid can be easily injected toward the mixing region of the fuel spray.

また、請求項１記載の発明では、制御手段は、燃料噴射弁から噴射された燃料が着火した後に、液体噴射弁から非燃焼性液体の噴射を開始する。着火遅れを十分に確保するためには、燃焼領域から混合領域への火炎の拡大を低減すればよい。そのため、噴射された燃料が着火した後に非燃焼性液体を噴射することにより、火炎の生成すなわち着火性を確保しつつ生成した火炎領域の拡大が低減される。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the control means starts the injection of the non-combustible liquid from the liquid injection valve after the fuel injected from the fuel injection valve is ignited. In order to ensure a sufficient ignition delay, the expansion of the flame from the combustion region to the mixing region may be reduced. Therefore, by injecting the non-combustible liquid after the injected fuel is ignited, the generation of the flame, that is, the expansion of the generated flame region while reducing the ignitability is reduced. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

請求項１記載の発明では、制御手段は、噴射される燃料の量が増大するにしたがって、非燃焼性液体の噴射率を増大する。ここで、制御手段は、非燃焼性液体の噴射率、すなわち単位時間当たりの噴射量を増大する。噴射される燃料の量が増大する場合、燃焼温度が上昇し、燃焼領域が燃料噴射弁側へ拡大する。そのため、非燃焼性液体の噴射率を増大することにより、短時間で大量の非燃焼性液体が燃料噴霧に向けて噴射される。したがって、燃料噴射期間中において噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 According to the first aspect of the present invention, the control means increases the injection rate of the non-combustible liquid as the amount of fuel injected increases. Here, the control means increases the injection rate of the non-combustible liquid, that is, the injection amount per unit time. When the amount of injected fuel increases, the combustion temperature rises and the combustion region expands to the fuel injection valve side. Therefore, by increasing the injection rate of the non-combustible liquid, a large amount of non-combustible liquid is injected toward the fuel spray in a short time. Therefore, it is possible to sufficiently ensure the ignition delay of the injected fuel during the fuel injection period, and to reduce the generation of PM.

請求項５記載の発明では、非燃焼性液体は水を主成分とする。そのため、非燃焼性液体は安価にすることができる。また、水は、熱容量および気化熱が大きい。そのため、燃料噴霧に向けて噴射された水は、水蒸気へ気化することにより、燃焼室の内部の温度を低下させる。したがって、燃料の燃焼温度を低減させることができ、ＮＯｘの生成を低減することができる。さらに、噴射された水は、気化しながら燃料噴霧に混合する。そのため、水の気化によって生じた水蒸気は、周囲の空気を巻き込みながら燃料噴霧に混合する。その結果、空気を巻き込んで燃料噴霧に混合する水蒸気は、燃料噴霧に空気中の酸素を供給する。したがって、燃料の完全燃焼を促進することができ、ＰＭの生成をより低減することができる。
In the invention according to claim 5 , the non-combustible liquid contains water as a main component. Therefore, non-combustible liquid can be made inexpensive. Moreover, water has a large heat capacity and heat of vaporization. Therefore, the water injected toward the fuel spray is vaporized into water vapor, thereby lowering the temperature inside the combustion chamber. Therefore, the combustion temperature of the fuel can be reduced, and the production of NOx can be reduced. Further, the injected water is mixed with the fuel spray while being vaporized. Therefore, the water vapor generated by the vaporization of water is mixed with the fuel spray while entraining the surrounding air. As a result, water vapor that entrains air and mixes it with the fuel spray supplies oxygen in the air to the fuel spray. Therefore, complete combustion of the fuel can be promoted, and the production of PM can be further reduced.

第１実施形態による内燃機関の構成を示す模式図The schematic diagram which shows the structure of the internal combustion engine by 1st Embodiment. 第１実施形態による内燃機関の燃焼室の近傍の概略を示す断面図Sectional drawing which shows the outline of the vicinity of the combustion chamber of the internal combustion engine by 1st Embodiment 第１実施形態による内燃機関において、燃料噴射弁および液体噴射弁の配置ならびに燃料の噴霧および水の噴霧を示す模式図であり、（Ａ）は図２に相当する図、（Ｂ）は燃焼室をシリンダヘッド側から見た図In the internal combustion engine by 1st Embodiment, it is a schematic diagram which shows arrangement | positioning of a fuel injection valve and a liquid injection valve, spray of a fuel, and spray of water, (A) is a figure equivalent to FIG. 2, (B) is a combustion chamber. Viewed from the cylinder head side 第１実施形態による内燃機関において、燃料噴射弁から噴射される燃料の噴霧および液体噴射弁から噴射される水の噴霧を示す模式図The schematic diagram which shows the spray of the fuel injected from a fuel injection valve, and the spray of the water injected from a liquid injection valve in the internal combustion engine by 1st Embodiment. 第１実施形態による内燃機関の作動の流れを示す概略図Schematic showing the flow of operation of the internal combustion engine according to the first embodiment 第１実施形態による内燃機関において、燃料噴射弁および液体噴射弁の噴射時期、ならびに噴射圧力を示す概略図In the internal combustion engine by 1st Embodiment, the schematic which shows the injection timing of a fuel injection valve and a liquid injection valve, and injection pressure 第２実施形態による内燃機関の図３に相当する図The figure equivalent to FIG. 3 of the internal combustion engine by 2nd Embodiment.

以下、内燃機関の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、複数の実施形態において実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
（第１実施形態）
図１および図２に第１実施形態による内燃機関を示す。第１実施形態の場合、内燃機関は、ディーゼルエンジン（以下、「エンジン」と称する。）１０である。エンジン１０は、内燃機関本体（以下、「エンジン本体」と称する。）１１、燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３を備えている。エンジン本体１１は、図２に示すようにシリンダブロック１４、シリンダヘッド１５およびピストン１６などを有している。シリンダブロック１４は、筒状のシリンダ１７を形成している。ピストン１６は、このシリンダ１７の内側を軸方向へ往復移動する。これら、シリンダブロック１４の内壁と、シリンダヘッド１５の端面と、ピストン１６の端面とは、燃焼室１８を形成している。燃料噴射弁１２は、シリンダヘッド１５を貫いて設けられている。これにより、燃料噴射弁１２の先端は、燃焼室１８に露出している。同様に、液体噴射弁１３は、シリンダヘッド１５を貫いて設けられている。これにより、液体噴射弁１３の先端は、燃焼室１８に露出している。 Hereinafter, a plurality of embodiments of an internal combustion engine will be described based on the drawings. Note that, in a plurality of embodiments, substantially the same components are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted.
(First embodiment)
1 and 2 show an internal combustion engine according to a first embodiment. In the case of the first embodiment, the internal combustion engine is a diesel engine (hereinafter referred to as “engine”) 10. The engine 10 includes an internal combustion engine main body (hereinafter referred to as “engine main body”) 11, a fuel injection valve 12, and a liquid injection valve 13. As shown in FIG. 2, the engine body 11 includes a cylinder block 14, a cylinder head 15, a piston 16, and the like. The cylinder block 14 forms a cylindrical cylinder 17. The piston 16 reciprocates in the axial direction inside the cylinder 17. The inner wall of the cylinder block 14, the end face of the cylinder head 15, and the end face of the piston 16 form a combustion chamber 18. The fuel injection valve 12 is provided through the cylinder head 15. Thereby, the tip of the fuel injection valve 12 is exposed to the combustion chamber 18. Similarly, the liquid injection valve 13 is provided through the cylinder head 15. Thereby, the tip of the liquid injection valve 13 is exposed to the combustion chamber 18.

エンジン１０は、上記に加え、図１に示すように吸気系２１、排気系２２、燃料供給装置２３、液体供給装置２４、ＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置２５、過給装置２６および制御手段としてのＥＣＵ（Electronic Control Unit）２７を備えている。吸気系２１は、吸気管部材３１およびスロットル３２などを有している。吸気管部材３１は、吸気通路３３を形成している。吸気管部材３１が形成する吸気通路３３は、一方の端部が大気に開放され、他方の端部が燃焼室１８に接続している。図２に示すように吸気通路３３と燃焼室１８との間は、吸気バルブ３４によって開閉される。スロットル３２は、吸気通路３３を開閉し、吸気通路３３を流れる吸気の流量を制御する。排気系２２は、図１に示すように排気管部材３５および排気浄化部３６などを有している。排気管部材３５は、排気通路３７を形成している。排気管部材３５が形成する排気通路３７は、一方の端部が燃焼室１８に接続し、他方の端部が大気に開放されている。図２に示すように排気通路３７と燃焼室１８との間は、排気バルブ３８によって開閉される。排気浄化部３６は、排気通路３７に設けられ、排気通路３７を流れる排気を浄化する。排気浄化部３６は、例えば吸着や化学反応によって、排気に含まれるＮＯｘやＰＭなどの各種の排出物を浄化する。 In addition to the above, the engine 10 includes an intake system 21, an exhaust system 22, a fuel supply device 23, a liquid supply device 24, an EGR (Exhaust Gas Recirculation) device 25, a supercharging device 26, and control means as shown in FIG. An ECU (Electronic Control Unit) 27 is provided. The intake system 21 includes an intake pipe member 31 and a throttle 32. The intake pipe member 31 forms an intake passage 33. The intake passage 33 formed by the intake pipe member 31 has one end opened to the atmosphere and the other end connected to the combustion chamber 18. As shown in FIG. 2, the intake passage 33 and the combustion chamber 18 are opened and closed by an intake valve 34. The throttle 32 opens and closes the intake passage 33 and controls the flow rate of intake air flowing through the intake passage 33. As shown in FIG. 1, the exhaust system 22 includes an exhaust pipe member 35, an exhaust purification unit 36, and the like. The exhaust pipe member 35 forms an exhaust passage 37. The exhaust passage 37 formed by the exhaust pipe member 35 has one end connected to the combustion chamber 18 and the other end open to the atmosphere. As shown in FIG. 2, the exhaust passage 37 and the combustion chamber 18 are opened and closed by an exhaust valve 38. The exhaust purification unit 36 is provided in the exhaust passage 37 and purifies the exhaust gas flowing through the exhaust passage 37. The exhaust purification unit 36 purifies various emissions such as NOx and PM contained in the exhaust by, for example, adsorption or chemical reaction.

図１に示すように燃料供給装置２３は、燃料噴射ポンプ４１およびコモンレール４２を有している。燃料噴射ポンプ４１は、エンジン本体１１によって駆動され、図示しない燃料タンクに貯えられている燃料を加圧する。本実施形態のようにディーゼルエンジンの場合、燃料は軽油である。燃料は、軽油に限らず、重油、天然ガス、バイオマス燃料、各種アルコールやエーテル類など、エンジン１０に適用可能であればいずれであってもよい。燃料噴射ポンプ４１で加圧された燃料は、コモンレール４２へ供給される。コモンレール４２は、燃料噴射ポンプ４１で加圧された燃料を、圧力を維持したまま貯える。燃料噴射弁１２は、コモンレール４２に接続している。コモンレール４２に貯えられている燃料は、燃料噴射弁１２を経由して燃焼室１８へ噴射される。 As shown in FIG. 1, the fuel supply device 23 includes a fuel injection pump 41 and a common rail 42. The fuel injection pump 41 is driven by the engine body 11 and pressurizes fuel stored in a fuel tank (not shown). In the case of a diesel engine as in this embodiment, the fuel is light oil. The fuel is not limited to light oil, and any fuel such as heavy oil, natural gas, biomass fuel, various alcohols, and ethers can be used. The fuel pressurized by the fuel injection pump 41 is supplied to the common rail 42. The common rail 42 stores the fuel pressurized by the fuel injection pump 41 while maintaining the pressure. The fuel injection valve 12 is connected to the common rail 42. The fuel stored in the common rail 42 is injected into the combustion chamber 18 via the fuel injection valve 12.

液体供給装置２４は、液体加圧ポンプ４３およびコモンレール４４を有している。液体加圧ポンプ４３は、エンジン本体１１によって駆動され、図示しない液体タンクに貯えられている液体を加圧する。ここで、液体は、燃料とともに燃焼することのない非燃焼性液体である。本実施形態の場合、非燃焼液体は水である。非燃焼性液体は、水に限らず、水に各種のイオンや有機物などの非燃焼性の添加物を加えた水溶液であってもよい。以下、非燃焼性液体として「水」を例に説明する。液体加圧ポンプ４３で加圧された水は、コモンレール４４へ供給される。コモンレール４４は、液体加圧ポンプ４３で加圧された水を、圧力を維持したまま貯える。液体噴射弁１３は、コモンレール４４に接続している。コモンレール４４に貯えられている水は、液体噴射弁１３を経由して燃焼室１８へ噴射される。 The liquid supply device 24 includes a liquid pressurizing pump 43 and a common rail 44. The liquid pressurizing pump 43 is driven by the engine body 11 and pressurizes liquid stored in a liquid tank (not shown). Here, the liquid is a non-combustible liquid that does not burn with fuel. In the present embodiment, the non-combustion liquid is water. The non-combustible liquid is not limited to water, and may be an aqueous solution obtained by adding non-combustible additives such as various ions and organic substances to water. Hereinafter, “water” will be described as an example of the non-combustible liquid. The water pressurized by the liquid pressurizing pump 43 is supplied to the common rail 44. The common rail 44 stores the water pressurized by the liquid pressurizing pump 43 while maintaining the pressure. The liquid injection valve 13 is connected to the common rail 44. The water stored in the common rail 44 is injected into the combustion chamber 18 via the liquid injection valve 13.

ＥＧＲ装置２５は、ＥＧＲ管部４６、ＥＧＲ弁４７および冷却器４８を有している。ＥＧＲ管部４６は、ＥＧＲ通路４９を形成している。ＥＧＲ通路４９は、一方の端部が排気通路３７に接続し、他方の端部が吸気通路３３に接続している。ＥＧＲ弁４７は、ＥＧＲ管部４６が形成するＥＧＲ通路４９を開閉する。これにより、ＥＧＲ弁４７がＥＧＲ通路４９を開放しているとき、排気通路３７を流れる排気の一部は吸気通路３３へ戻される。冷却器４８は、排気通路３７から吸気通路３３へ戻される排気を冷却する。 The EGR device 25 includes an EGR pipe portion 46, an EGR valve 47, and a cooler 48. The EGR pipe portion 46 forms an EGR passage 49. The EGR passage 49 has one end connected to the exhaust passage 37 and the other end connected to the intake passage 33. The EGR valve 47 opens and closes an EGR passage 49 formed by the EGR pipe portion 46. Thereby, when the EGR valve 47 opens the EGR passage 49, part of the exhaust gas flowing through the exhaust passage 37 is returned to the intake passage 33. The cooler 48 cools the exhaust gas that is returned from the exhaust passage 37 to the intake passage 33.

過給装置２６は、タービン５１、コンプレッサ５２およびインタークーラ５３を有している。タービン５１は排気通路３７に設けられ、コンプレッサ５２は吸気通路３３に設けられている。タービン５１とコンプレッサ５２とは、図示しないシャフトによって接続されている。タービン５１は、排気通路３７を流れる排気によって回転駆動される。タービン５１の回転力は、図示しないシャフトを経由してコンプレッサ５２に伝達され、コンプレッサ５２を回転駆動する。吸気通路３３に設けられているコンプレッサ５２は、回転することにより吸気通路３３を流れる空気を加圧する。これにより過給装置２６は、燃焼室１８へ供給する空気を過給する。インタークーラ５３は、吸気通路３３を経由して燃焼室１８へ供給される空気を冷却する。 The supercharger 26 has a turbine 51, a compressor 52, and an intercooler 53. The turbine 51 is provided in the exhaust passage 37, and the compressor 52 is provided in the intake passage 33. The turbine 51 and the compressor 52 are connected by a shaft (not shown). The turbine 51 is rotationally driven by the exhaust flowing through the exhaust passage 37. The rotational force of the turbine 51 is transmitted to the compressor 52 via a shaft (not shown) to drive the compressor 52 to rotate. The compressor 52 provided in the intake passage 33 pressurizes the air flowing through the intake passage 33 by rotating. Thereby, the supercharging device 26 supercharges the air supplied to the combustion chamber 18. The intercooler 53 cools the air supplied to the combustion chamber 18 via the intake passage 33.

ＥＣＵ２７は、図示しないＣＰＵ、ＲＯＭおよびＲＡＭを有するマイクロコンピュータで構成されている。ＥＣＵ２７は、燃料噴射弁１２の開閉および液体噴射弁１３の開閉をはじめとして、エンジン１０の全体を制御する。ＥＣＵ２７は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムにしたがって燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３の駆動を制御する。ＥＣＵ２７は、特許請求の範囲の制御手段に相当する。また、ＥＣＵ２７は、スロットル３２およびＥＧＲ弁４７の駆動を制御する。 The ECU 27 is configured by a microcomputer having a CPU, a ROM, and a RAM (not shown). The ECU 27 controls the entire engine 10 including opening and closing of the fuel injection valve 12 and opening and closing of the liquid injection valve 13. The ECU 27 controls driving of the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 according to a computer program stored in the ROM. The ECU 27 corresponds to control means in the claims. Further, the ECU 27 controls driving of the throttle 32 and the EGR valve 47.

ＥＣＵ２７は、ＲＯＭに記憶されているコンピュータプログラムにしたがって、燃料噴射弁１２から噴射する燃料の量および燃料の噴射時期を設定する。具体的には、ＥＣＵ２７は、アクセル開度センサ５５や回転数センサ５６からエンジン１０の負荷を取得する。そして、ＥＣＵ２７は、取得したエンジン１０の負荷に基づいて、燃料噴射弁１２から噴射する燃料の量および燃料の噴射時期を設定する。あわせて、ＥＣＵ２７は、設定した燃料噴射弁１２からの燃料の噴射量および燃料の噴射時期に基づいて、液体噴射弁１３から噴射する水の噴射量および水の噴射時期についても設定する。ここで、アクセル開度センサ５５はアクセルペダルの開度を検出するセンサであり、回転数センサ５６はエンジン本体１１の回転数を検出するセンサである。 The ECU 27 sets the amount of fuel injected from the fuel injection valve 12 and the fuel injection timing in accordance with a computer program stored in the ROM. Specifically, the ECU 27 acquires the load of the engine 10 from the accelerator opening sensor 55 and the rotation speed sensor 56. Then, the ECU 27 sets the amount of fuel injected from the fuel injection valve 12 and the fuel injection timing based on the acquired load of the engine 10. In addition, the ECU 27 also sets the injection amount of water injected from the liquid injection valve 13 and the injection timing of water based on the set fuel injection amount from the fuel injection valve 12 and the fuel injection timing. Here, the accelerator opening sensor 55 is a sensor that detects the opening of the accelerator pedal, and the rotation speed sensor 56 is a sensor that detects the rotation speed of the engine body 11.

ＥＣＵ２７は、図示しない水温センサや吸気温度センサなどに接続している。ＥＣＵ２７は、図示しない水温センサで検出したエンジン本体１１の冷却水温や吸気温度センサで検出した吸気温度などに基づいて燃料の噴射量を補正する。ＥＣＵ２７は、さらに圧力センサ５７および圧力センサ５８にも接続している。ＥＣＵ２７は、圧力センサ５７からコモンレール４２における燃料の圧力を取得し、圧力センサ５８からコモンレール４４における水の圧力を取得する。ＥＣＵ２７は、圧力センサ５７から取得した燃料の圧力に基づいて、燃料噴射ポンプ４１からコモンレール４２へ供給する燃料の流量を調整する。同様に、ＥＣＵ２７は、圧力センサ５８から取得した水の圧力に基づいて、液体加圧ポンプ４３からコモンレール４４へ供給する水の流量を調整する。 The ECU 27 is connected to a water temperature sensor, an intake air temperature sensor, etc. (not shown). The ECU 27 corrects the fuel injection amount based on the coolant temperature of the engine body 11 detected by a water temperature sensor (not shown), the intake air temperature detected by the intake air temperature sensor, and the like. The ECU 27 is further connected to a pressure sensor 57 and a pressure sensor 58. The ECU 27 acquires the fuel pressure in the common rail 42 from the pressure sensor 57 and acquires the water pressure in the common rail 44 from the pressure sensor 58. The ECU 27 adjusts the flow rate of the fuel supplied from the fuel injection pump 41 to the common rail 42 based on the fuel pressure acquired from the pressure sensor 57. Similarly, the ECU 27 adjusts the flow rate of water supplied from the liquid pressurizing pump 43 to the common rail 44 based on the water pressure acquired from the pressure sensor 58.

次に、上記の構成による燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３について説明する。
燃料噴射弁１２は燃焼室１８側の端部に燃料を噴射する図示しない噴孔を有しており、液体噴射弁１３は燃焼室１８側の端部に水を噴射する図示しない噴孔を有している。コモンレール４２から供給された燃料は、燃料噴射弁１２の噴孔から燃焼室１８に向けて直接噴射される。同様に、コモンレール４４から供給された水は、液体噴射弁１３の噴孔から燃焼室１８に向けて噴射される。燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３は、いずれも図示しない電磁弁を有している。燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３は、ＥＣＵ２７から各電磁弁へ出力された電気信号に基づいて燃料または水の噴射を断続する。燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３は、電磁弁の駆動によって直接的に図示しないニードルを駆動して燃料または水の噴射を断続してもよく、例えば図示しないニードルを閉弁方向へ押し付ける背圧を電磁弁で制御することによって間接的に燃料または水の噴射を断続してもよい。さらに、燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３は、電磁弁に代えて圧電素子によって駆動する構成としてもよい。 Next, the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 configured as described above will be described.
The fuel injection valve 12 has a nozzle hole (not shown) for injecting fuel at the end on the combustion chamber 18 side, and the liquid injection valve 13 has a nozzle hole (not shown) for injecting water at the end on the combustion chamber 18 side. doing. The fuel supplied from the common rail 42 is directly injected from the injection hole of the fuel injection valve 12 toward the combustion chamber 18. Similarly, water supplied from the common rail 44 is injected from the injection hole of the liquid injection valve 13 toward the combustion chamber 18. Each of the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 has an electromagnetic valve (not shown). The fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 intermittently inject fuel or water based on an electrical signal output from the ECU 27 to each electromagnetic valve. The fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 may drive a needle (not shown) directly by driving an electromagnetic valve to intermittently inject fuel or water, for example, back pressure that presses a needle (not shown) in the valve closing direction. The fuel or water injection may be intermittently interrupted by controlling the valve with a solenoid valve. Further, the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 may be driven by a piezoelectric element instead of the electromagnetic valve.

第１実施形態の場合、燃料噴射弁１２は、図１および図３に示すように燃焼室１８の径方向において中心、すなわちピストン１６およびシリンダ１７の中心軸上に設けられている。燃料噴射弁１２は、燃料を放射状に噴射する。これにより、燃料は、燃料噴射弁１２から燃焼室１８の径方向外側へ向けて周方向へ複数の噴霧６０を形成する。一方、液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２と隣り合う位置に設けられている。具体的には、液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２に対し燃焼室１８の径方向外側の近い位置に設けられている。水は、この液体噴射弁１３から放射状に噴射される。これにより、液体噴射弁１３の水は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の進行方向において後方から燃料の噴霧６０を追いかけるように噴射される。 In the case of the first embodiment, the fuel injection valve 12 is provided at the center in the radial direction of the combustion chamber 18, that is, on the central axes of the piston 16 and the cylinder 17 as shown in FIGS. 1 and 3. The fuel injection valve 12 injects fuel radially. Thus, the fuel forms a plurality of sprays 60 in the circumferential direction from the fuel injection valve 12 toward the radially outer side of the combustion chamber 18. On the other hand, the liquid injection valve 13 is provided at a position adjacent to the fuel injection valve 12. Specifically, the liquid injection valve 13 is provided at a position close to the fuel injection valve 12 on the radially outer side of the combustion chamber 18. Water is jetted radially from the liquid jet valve 13. Thereby, the water of the liquid injection valve 13 is injected so as to follow the fuel spray 60 from behind in the traveling direction of the fuel injected from the fuel injection valve 12.

燃料噴射弁１２の噴孔から噴射された燃料は、図４に示すように噴霧６０を形成する。噴霧６０は、液領域６１、混合領域６２および燃焼領域６３の三つの領域に区分される。液領域６１は、燃料噴射弁１２に最も近い位置に形成され、噴孔から噴射された燃料が気化することなく液体の滴状である領域である。混合領域６２は、液領域６１と燃焼領域６３との間に形成され、噴孔から噴射された燃料が気化しているものの、着火していない領域である。燃焼領域６３は、燃料噴射弁１２から最も遠い位置に形成され、噴孔から噴射された燃料が気化して着火している領域である。燃料噴射弁１２から燃料を噴射すると、液滴状の燃料が気化した後、空気と十分に混合された燃焼領域６３において火炎を生じる。燃料は、燃料噴射弁１２から高圧で燃焼室１８へ噴射される。そのため、噴孔から噴射された燃料は、液領域６１および混合領域６２を経て燃焼領域６３へ到達する。これにより、燃料は、燃焼領域６３において燃焼する。このように、燃料噴射弁１２から噴射された燃料が安定して燃焼しているとき、燃焼領域６３から混合領域６２への火炎の領域の拡大がほとんど生じない。 The fuel injected from the injection hole of the fuel injection valve 12 forms a spray 60 as shown in FIG. The spray 60 is divided into three regions: a liquid region 61, a mixing region 62, and a combustion region 63. The liquid region 61 is a region that is formed at a position closest to the fuel injection valve 12 and is in the form of a liquid droplet without vaporizing the fuel injected from the injection hole. The mixing region 62 is formed between the liquid region 61 and the combustion region 63, and is a region where the fuel injected from the injection hole is vaporized but not ignited. The combustion region 63 is a region that is formed at a position farthest from the fuel injection valve 12, and the fuel injected from the injection hole is vaporized and ignited. When fuel is injected from the fuel injection valve 12, after the droplet fuel is vaporized, a flame is generated in the combustion region 63 sufficiently mixed with air. The fuel is injected from the fuel injection valve 12 into the combustion chamber 18 at a high pressure. Therefore, the fuel injected from the injection hole reaches the combustion region 63 through the liquid region 61 and the mixing region 62. As a result, the fuel burns in the combustion region 63. Thus, when the fuel injected from the fuel injection valve 12 is stably combusting, the flame region from the combustion region 63 to the mixing region 62 hardly expands.

一方、例えばエンジン１０が高負荷状態にあるときのように燃料の噴射量が多く燃焼温度が高いとき、混合領域６２において着火する傾向にある。これは、高負荷状態のとき、燃焼領域６３の温度が上昇するためにその手前にある混合気の着火遅れが短くなるために混合領域に火炎が拡大していくからである。このように、高負荷状態のように燃料の燃焼が継続するとき、着火遅れを十分に確保することは難しい。着火遅れが十分に確保されないと、上述のように燃焼領域６３で生じた火炎は混合領域６２または液領域６１へ拡大する。その結果、燃料と空気との混合が不十分となり、この混合が不十分な状態はＰＭの発生原因となる。 On the other hand, when the fuel injection amount is large and the combustion temperature is high, for example, when the engine 10 is in a high load state, the mixture region 62 tends to ignite. This is because, in a high load state, the temperature of the combustion region 63 rises, so that the ignition delay of the air-fuel mixture in front of the combustion region 63 is shortened, so that the flame expands in the mixing region. Thus, when fuel combustion continues as in a high load state, it is difficult to ensure a sufficient ignition delay. If the ignition delay is not sufficiently secured, the flame generated in the combustion region 63 expands to the mixing region 62 or the liquid region 61 as described above. As a result, the mixing of fuel and air becomes insufficient, and this insufficient mixing causes generation of PM.

第１実施形態では、液体噴射弁１３は、この燃料噴射弁１２が形成した噴霧６０の混合領域６２に向けて水を噴射する。液体噴射弁１３から噴射された水は、燃料と同様に噴霧７０を形成する。この噴霧は、水が液滴状の液領域７１、および水が水蒸気へ気化した気化領域７２を形成する。液体噴射弁１３から燃料の噴霧６０の混合領域６２へ向けて燃料を噴射することにより、水蒸気となった水は燃料の噴霧６０の混合領域６２において燃料の噴霧に混合する。すなわち、液体噴射弁１３から噴射された水は、高温の燃焼室１８において速やかに水蒸気へ気化する。そして、水の噴霧７０は、水蒸気となった気化領域７２が燃料の噴霧６０の混合領域６２に混合する。水の気化によって生じた水蒸気は、自身の気化熱によって燃料の噴霧よりも温度が低い。そのため、混合領域６２で燃料の噴霧に混合した水蒸気は、混合領域６２における燃料の噴霧を冷却する。その結果、燃焼領域６３で生じた火炎は、温度が低下した混合領域６２へ伝搬しにくくなる。これにより、火炎の伝搬速度すなわち燃料の燃焼速度は低下し、燃料の噴霧６０は着火遅れが十分に確保される。すなわち、燃焼室１８の温度が高いときでも、燃料の噴霧６０と空気との混合時間は、十分に確保することができる。また、液体噴射弁１３から噴射された水は、水蒸気へ気化することにより、気化した水蒸気が周囲の空気を巻き込んだ状態で燃料の噴霧６０の混合領域６２へ到達する。これにより、燃料の噴霧６０は、水蒸気とともに空気とも混合する。そのため、燃料の空気との混合はより促進される。 In the first embodiment, the liquid injection valve 13 injects water toward the mixing region 62 of the spray 60 formed by the fuel injection valve 12. The water injected from the liquid injection valve 13 forms a spray 70 in the same manner as the fuel. This spraying forms a liquid region 71 in which water is in the form of droplets and a vaporized region 72 in which water is vaporized into water vapor. By injecting fuel from the liquid injection valve 13 toward the mixing region 62 of the fuel spray 60, the water that has become water vapor is mixed with the fuel spray in the mixing region 62 of the fuel spray 60. That is, the water injected from the liquid injection valve 13 is quickly vaporized into water vapor in the high temperature combustion chamber 18. In the water spray 70, the vaporized region 72 that has become water vapor is mixed into the mixing region 62 of the fuel spray 60. Water vapor generated by vaporization of water has a temperature lower than that of fuel spray due to its own heat of vaporization. Therefore, the water vapor mixed with the fuel spray in the mixing region 62 cools the fuel spray in the mixing region 62. As a result, the flame generated in the combustion region 63 is difficult to propagate to the mixing region 62 where the temperature has decreased. As a result, the propagation speed of the flame, that is, the combustion speed of the fuel is decreased, and the fuel spray 60 is sufficiently ensured in the ignition delay. That is, even when the temperature of the combustion chamber 18 is high, the mixing time of the fuel spray 60 and the air can be sufficiently ensured. Further, the water injected from the liquid injection valve 13 is vaporized into water vapor, so that the vaporized water vapor reaches the mixing region 62 of the fuel spray 60 in a state where the surrounding air is entrained. As a result, the fuel spray 60 is mixed with air together with water vapor. Therefore, mixing of fuel with air is further promoted.

次に、上記の構成によるエンジン１０の作動の流れについて図５に基づいて説明する。
エンジン１０は、運転期間中において基本的な制御ルーチンを実行している。ＥＣＵ２７は、この基本的な制御ルーチンにおいて予め設定された時期に、燃料および水の噴射についての噴射制御ルーチンへ移行する。ＥＣＵ２７は、噴射制御ルーチンへ移行すると、アクセルペダルの開度およびエンジン本体１１の回転数を取得する（Ｓ１０１）。具体的には、ＥＣＵ２７は、アクセル開度センサ５５から図示しないアクセルペダルの開度を取得するとともに、回転数センサ５６からエンジン本体１１の回転数を取得する。ＥＣＵ２７は、アクセルの開度およびエンジン本体１１の回転数を取得すると、燃料の噴射量、噴射時期および噴射圧力を設定する（Ｓ１０２）。ＥＣＵ２７は、例えば予め設定されＲＯＭに記憶されているマップなどを参照して、検出したアクセルの開度およびエンジン本体１１の回転数に基づく燃料の噴射量、噴射時期および噴射圧力を設定する。さらに、ＥＣＵ２７は、取得したアクセルの開度およびエンジン本体１１の回転数から、水の噴射量、噴射時期および噴射圧力を設定する（Ｓ１０３）。この場合も、ＥＣＵ２７は、例えば予め設定されＲＯＭに記憶されているマップなどを参照して、検出したアクセルの開度およびエンジン本体１１の回転数に基づく水の噴射量、噴射時期および噴射圧力を設定する。 Next, the flow of operation of the engine 10 having the above configuration will be described with reference to FIG.
The engine 10 executes a basic control routine during the operation period. The ECU 27 shifts to an injection control routine for fuel and water injection at a time set in advance in this basic control routine. When the ECU 27 proceeds to the injection control routine, the ECU 27 acquires the opening degree of the accelerator pedal and the rotational speed of the engine body 11 (S101). Specifically, the ECU 27 acquires the opening degree of an accelerator pedal (not shown) from the accelerator opening degree sensor 55 and the rotation speed of the engine body 11 from the rotation speed sensor 56. When the ECU 27 acquires the accelerator opening and the rotation speed of the engine body 11, the ECU 27 sets the fuel injection amount, the injection timing, and the injection pressure (S102). The ECU 27 refers to, for example, a map that is set in advance and stored in the ROM, and sets the fuel injection amount, the injection timing, and the injection pressure based on the detected accelerator opening and the number of revolutions of the engine body 11. Further, the ECU 27 sets the water injection amount, the injection timing, and the injection pressure from the acquired accelerator opening degree and the rotational speed of the engine body 11 (S103). In this case as well, the ECU 27 refers to, for example, a map that is set in advance and stored in the ROM, and determines the water injection amount, the injection timing, and the injection pressure based on the detected accelerator opening and the rotational speed of the engine body 11. Set.

ＥＣＵ２７は、Ｓ１０２およびＳ１０３において、燃料および水の噴射量、噴射時期および噴射圧力を設定すると、基本的な制御ルーチンにリターンする。ＥＣＵ２７は、基本的な制御ルーチンにおいて燃料の噴射を制御する時期になると、Ｓ１０２で設定した燃料の噴射量および噴射時期に基づいて燃料噴射弁１２を駆動する。同様に、ＥＣＵ２７は、基本的な制御ルーチンにおいて水の噴射を制御する時期になると、Ｓ１０３で設定した水の噴射量および噴射時期に基づいて液体噴射弁１３を駆動する。さらに、ＥＣＵ２７は、基本的な制御ルーチンにおいてコモンレール４２への燃料供給量を制御する時期になると、Ｓ１０２で設定した燃料の噴射圧力に基づいて燃料噴射ポンプ４１を制御する。同様に、ＥＣＵ２７は、基本的な制御ルーチンにおいてコモンレール４４への水供給量を制御する時期になると、Ｓ１０３で設定した水の噴射圧力に基づいて液体加圧ポンプ４３を制御する。 The ECU 27 returns to the basic control routine after setting the fuel and water injection amounts, the injection timing, and the injection pressure in S102 and S103. When it is time to control fuel injection in the basic control routine, the ECU 27 drives the fuel injection valve 12 based on the fuel injection amount and injection timing set in S102. Similarly, when it is time to control water injection in the basic control routine, the ECU 27 drives the liquid injection valve 13 based on the water injection amount and injection time set in S103. Further, the ECU 27 controls the fuel injection pump 41 based on the fuel injection pressure set in S102 when it is time to control the amount of fuel supplied to the common rail 42 in the basic control routine. Similarly, when it is time to control the amount of water supplied to the common rail 44 in the basic control routine, the ECU 27 controls the liquid pressurizing pump 43 based on the water injection pressure set in S103.

Ｓ１０２およびＳ１０３においてＥＣＵ２７は、燃料および水の噴射時期について図６に示すように設定する。ＥＣＵ２７は、水の噴射に先立って燃料を噴射する。すなわち、ＥＣＵ２７は、まず燃料噴射弁１２を駆動して燃料の噴射を開始した後、所定の期間が経過した後に液体噴射弁１３を駆動して水を噴射する。これは、液体噴射弁１３から噴射された水は、燃料噴射弁１２の燃料の噴霧６０の混合領域６２へ噴射されるからである。すなわち、燃料噴射弁１２から噴射した燃料が図４に示すような噴霧６０を形成した後、液体噴射弁１３はこの噴霧６０の混合領域６２へ向けて水を噴射する。そのため、燃料噴射弁１２による燃料の噴射開始から液体噴射弁１３による水の噴射開始までの時間差は、燃料の噴霧６０が形成されるまでの時間差に相当する。この燃料の噴射開始から水の噴射開始までの時間差は、エンジン１０の負荷によって決定する。すなわち、燃料の噴射量が多く燃料の燃焼温度が高くなりやすい高負荷状態になるほど、燃料の噴射開始から水の噴射開始までの時間差は短くなる。そして、ＥＣＵ２７は、燃料噴射弁１２からの燃料の噴射が終了しても、所定の時間、液体噴射弁１３からの水の噴射を継続する。これは、燃料の噴射が完了しても、燃焼室１８における燃料の燃焼は継続しているからである。すなわち、ＥＣＵ２７は、燃焼室１８において燃料の燃焼が継続している間、液体噴射弁１３からの水の噴射を継続する。 In S102 and S103, the ECU 27 sets the fuel and water injection timing as shown in FIG. The ECU 27 injects fuel prior to water injection. That is, the ECU 27 first drives the fuel injection valve 12 to start fuel injection, and then drives the liquid injection valve 13 to inject water after a predetermined period has elapsed. This is because the water injected from the liquid injection valve 13 is injected into the mixing region 62 of the fuel spray 60 of the fuel injection valve 12. That is, after the fuel injected from the fuel injection valve 12 forms a spray 60 as shown in FIG. 4, the liquid injection valve 13 injects water toward the mixing region 62 of the spray 60. Therefore, the time difference from the start of fuel injection by the fuel injection valve 12 to the start of water injection by the liquid injection valve 13 corresponds to the time difference until the fuel spray 60 is formed. The time difference from the start of fuel injection to the start of water injection is determined by the load of the engine 10. That is, the time difference from the start of fuel injection to the start of water injection becomes shorter as the fuel injection amount increases and the combustion temperature of the fuel tends to increase. The ECU 27 continues to inject water from the liquid injection valve 13 for a predetermined time even after the fuel injection from the fuel injection valve 12 is completed. This is because the fuel combustion in the combustion chamber 18 continues even after the fuel injection is completed. That is, the ECU 27 continues to inject water from the liquid injection valve 13 while fuel combustion continues in the combustion chamber 18.

また、ＥＣＵ２７は、図６に示すように液体噴射弁１３から噴射する水の噴射圧力を、燃料噴射弁１２から噴射する燃料の噴射圧力よりも高く設定している。これは、燃料噴射弁１２から噴射された燃料に水から生じた水蒸気を混合させるためには、燃料の噴霧６０よりも高い圧力を付与する必要があるからである。水の圧力を燃料の圧力よりも高くすることにより、液体噴射弁１３から噴射された水は燃料の噴霧６０に容易に混合される。また、第１実施形態の場合、図３に示すように液体噴射弁１３は燃料噴射弁１２が形成した噴霧６０の進行方向後方側から水を噴射する。そのため、液体噴射弁１３から噴射する水の圧力を高めることにより、液体噴射弁１３から噴射される水は進行速度が大きくなる。その結果、燃料の噴霧６０の後方から水を噴射する場合でも、水は燃料の噴霧６０に容易に追いつき、燃料の噴霧６０に混合される。 Further, as shown in FIG. 6, the ECU 27 sets the injection pressure of water injected from the liquid injection valve 13 to be higher than the injection pressure of fuel injected from the fuel injection valve 12. This is because it is necessary to apply a pressure higher than that of the fuel spray 60 in order to mix water vapor generated from water with the fuel injected from the fuel injection valve 12. By making the water pressure higher than the fuel pressure, the water injected from the liquid injection valve 13 is easily mixed into the fuel spray 60. In the case of the first embodiment, as shown in FIG. 3, the liquid injection valve 13 injects water from the rear side in the traveling direction of the spray 60 formed by the fuel injection valve 12. Therefore, by increasing the pressure of the water jetted from the liquid jet valve 13, the water jetted from the liquid jet valve 13 has a higher traveling speed. As a result, even when water is injected from behind the fuel spray 60, the water easily catches up with the fuel spray 60 and is mixed with the fuel spray 60.

さらに、ＥＣＵ２７は、液体噴射弁１３から噴射する水の噴射率、すなわち単位時間当たりの噴射量を、燃料噴射弁１２から噴射する燃料の噴射率よりも大きく設定している。特に、エンジン１０の負荷状態が大きくなるほど、ＥＣＵ２７は液体噴射弁１３から噴射する水の噴射率を増大する。エンジン１０の負荷状態が大きくなるほど、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の量は増大する。そのため、燃焼室１８における燃料の燃焼温度は上昇し、火炎の伝搬速度も増大する。そこで、ＥＣＵ２７は、水の噴射率を増大することにより、短時間で大量の水を燃料の噴霧６０に向けて噴射する。 Further, the ECU 27 sets the injection rate of water injected from the liquid injection valve 13, that is, the injection amount per unit time, to be larger than the injection rate of the fuel injected from the fuel injection valve 12. In particular, as the load state of the engine 10 increases, the ECU 27 increases the injection rate of water injected from the liquid injection valve 13. As the load state of the engine 10 increases, the amount of fuel injected from the fuel injection valve 12 increases. Therefore, the combustion temperature of the fuel in the combustion chamber 18 rises, and the flame propagation speed also increases. Therefore, the ECU 27 injects a large amount of water toward the fuel spray 60 in a short time by increasing the water injection rate.

以上説明した第１実施形態では、エンジン１０は燃料噴射弁１２とは独立して設けられている液体噴射弁１３を備えている。液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２から噴射された燃料が燃焼室１８に形成した燃料の噴霧６０に向けて水を噴射する。燃料の噴霧６０に向けて水を噴射することにより、燃料の噴霧６０は噴射された水によって冷却される。そのため、燃料の燃焼によって生じた燃焼ガスの温度の上昇は抑えられる。その結果、燃料噴射弁１２から噴射された燃料と空気とが混合した混合気の温度は低下し、混合領域６２への火炎の領域の拡大が妨げられる。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 In the first embodiment described above, the engine 10 includes the liquid injection valve 13 provided independently of the fuel injection valve 12. The liquid injection valve 13 injects water toward the fuel spray 60 formed in the combustion chamber 18 by the fuel injected from the fuel injection valve 12. By injecting water toward the fuel spray 60, the fuel spray 60 is cooled by the injected water. Therefore, an increase in the temperature of the combustion gas caused by the combustion of fuel can be suppressed. As a result, the temperature of the air-fuel mixture in which the fuel injected from the fuel injection valve 12 and air are mixed decreases, and the expansion of the flame region to the mixing region 62 is prevented. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

また、第１実施形態では、液体噴射弁１３は、噴霧６０の混合領域６２へ向けて水を噴射する。これにより、混合領域６２における混合気の温度を下げるとともに、燃焼領域６３から混合領域６２への火炎の領域の拡大を低減する。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 In the first embodiment, the liquid injection valve 13 injects water toward the mixing region 62 of the spray 60. This lowers the temperature of the air-fuel mixture in the mixing region 62 and reduces the expansion of the flame region from the combustion region 63 to the mixing region 62. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

第１実施形態では、液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の噴霧６０の噴射方向に対し、噴霧６０の進行方向の後方から水を噴射する。すなわち、液体噴射弁１３は、燃料の噴霧６０の進行方向において後方から燃料の噴射方向に沿って噴霧６０を追いかけるように水を噴射する。これにより、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の噴霧６０は、液体噴射弁１３から噴射された水によって進行が妨げられない。したがって、噴霧６０の貫徹力を維持することができ、燃料の噴霧６０を安定して形成することができる。 In the first embodiment, the liquid injection valve 13 injects water from the rear in the traveling direction of the spray 60 with respect to the injection direction of the fuel spray 60 injected from the fuel injection valve 12. That is, the liquid injection valve 13 injects water so as to follow the spray 60 along the fuel injection direction from the rear in the traveling direction of the fuel spray 60. Accordingly, the fuel spray 60 injected from the fuel injection valve 12 is not prevented from advancing by the water injected from the liquid injection valve 13. Therefore, the penetration force of the spray 60 can be maintained, and the fuel spray 60 can be stably formed.

第１実施形態では、ＥＣＵ２７は、燃料噴射弁１２から噴射された燃料が着火した後に、液体噴射弁１３から水の噴射を開始する。着火遅れを十分に確保するためには、燃焼領域６３から混合領域６２への火炎の伝搬を低減すればよい。そのため、噴射された燃料が着火した後に水を噴射することにより、火炎の生成すなわち着火性を確保しつつ生成した火炎の伝搬が低減される。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 In the first embodiment, the ECU 27 starts water injection from the liquid injection valve 13 after the fuel injected from the fuel injection valve 12 ignites. In order to ensure a sufficient ignition delay, the propagation of flame from the combustion region 63 to the mixing region 62 may be reduced. Therefore, by injecting water after the injected fuel is ignited, propagation of the generated flame is reduced while ensuring the generation of flame, that is, the ignitability. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

第１実施形態では、ＥＣＵ２７は、噴射される燃料の量が増大するにしたがって、水の噴射率を増大する。ここで、ＥＣＵ２７は、水の噴射率、すなわち単位時間当たりの噴射量を増大する。噴射される燃料の量が増大する場合、燃焼温度が上昇し、火炎の領域が拡大する。そのため、水の噴射率を増大することにより、短時間で大量の水が燃料の噴霧６０に向けて噴射される。したがって、噴射された燃料の着火遅れを十分に確保することができ、ＰＭの生成を低減することができる。 In the first embodiment, the ECU 27 increases the water injection rate as the amount of injected fuel increases. Here, the ECU 27 increases the injection rate of water, that is, the injection amount per unit time. When the amount of fuel injected increases, the combustion temperature rises and the flame area expands. Therefore, by increasing the water injection rate, a large amount of water is injected toward the fuel spray 60 in a short time. Therefore, a sufficient ignition delay of the injected fuel can be ensured, and the generation of PM can be reduced.

第１実施形態では、非燃焼性液体として水を主成分としている。そのため、非燃焼性液体は安価である。また、水は、熱容量および気化熱が大きい。そのため、燃料の噴霧６０に向けて噴射された水は、水蒸気へ気化することにより、燃焼室１８の内部の温度を低下させる。したがって、燃料の燃焼温度を低減させることができ、ＮＯｘの生成を低減することができる。さらに、噴射された水は、気化しながら燃料の噴霧６０に混合する。そのため、水の気化によって生じた水蒸気は、周囲の空気を巻き込みながら燃料の噴霧６０に混合する。その結果、空気の噴霧７０は、燃料の噴霧６０に空気中の酸素を供給する。したがって、燃料の完全燃焼を促進することができ、ＰＭの生成をより低減することができる。 In the first embodiment, water is the main component as the non-combustible liquid. Therefore, non-combustible liquid is inexpensive. Moreover, water has a large heat capacity and heat of vaporization. Therefore, the water injected toward the fuel spray 60 is vaporized into water vapor, thereby lowering the temperature inside the combustion chamber 18. Therefore, the combustion temperature of the fuel can be reduced, and the production of NOx can be reduced. Further, the injected water is mixed with the fuel spray 60 while being vaporized. Therefore, the water vapor generated by the vaporization of water is mixed with the fuel spray 60 while entraining the surrounding air. As a result, the air spray 70 supplies oxygen in the air to the fuel spray 60. Therefore, complete combustion of the fuel can be promoted, and the production of PM can be further reduced.

（第２実施形態）
第２実施形態によるエンジンについて説明する。
図７は、第２実施形態によるエンジン１０において燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３の配置を模式的に示した図である。第２実施形態の場合、燃料噴射弁１２と液体噴射弁１３とは、燃焼室１８の径方向において互いに反対の端部側に配置されている。すなわち、燃料噴射弁１２と液体噴射弁１３とは、燃焼室１８の径方向において中心を挟んで対称な位置に配置されている。この場合、燃焼室１８の径方向において一方の端部側に配置されている燃料噴射弁１２は、径方向の他方の端部側に配置されている液体噴射弁１３側へ燃料を噴射する。これに対し、燃焼室１８の径方向において他方の端部側に配置されている液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２側へ水を噴射する。これにより、液体噴射弁１３の水は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の進行方向において前方から燃料の噴霧６０を向かい打つように噴射される。つまり、水の噴霧７０は、燃料の噴霧６０の進行方向前方から衝突する。第２実施形態の場合も、第１実施形態と同様に水は、燃料噴射弁１２から噴射された燃料の噴霧６０の混合領域６２に向けて噴射される。 (Second Embodiment)
An engine according to the second embodiment will be described.
FIG. 7 is a view schematically showing the arrangement of the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 in the engine 10 according to the second embodiment. In the case of the second embodiment, the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 are disposed on opposite end portions in the radial direction of the combustion chamber 18. That is, the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 are arranged at symmetrical positions with the center in the radial direction of the combustion chamber 18. In this case, the fuel injection valve 12 arranged on one end side in the radial direction of the combustion chamber 18 injects fuel to the liquid injection valve 13 side arranged on the other end side in the radial direction. On the other hand, the liquid injection valve 13 arranged on the other end side in the radial direction of the combustion chamber 18 injects water to the fuel injection valve 12 side. Thereby, the water of the liquid injection valve 13 is injected so as to strike the fuel spray 60 from the front in the traveling direction of the fuel injected from the fuel injection valve 12. That is, the water spray 70 collides from the front in the traveling direction of the fuel spray 60. Also in the case of the second embodiment, water is injected toward the mixing region 62 of the fuel spray 60 injected from the fuel injection valve 12 as in the first embodiment.

第２実施形態では、液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の噴霧６０の噴射方向に対し前方から水を噴射する。すなわち、液体噴射弁１３は、燃料噴射弁１２から噴射される燃料の噴霧６０の進行方向において前方から燃料の噴射方向に対向して燃料の噴霧６０に正面から衝突するように水を噴射する。これにより、燃料噴射弁１２と液体噴射弁１３とは近接して配置する必要がない。したがって、空間が限定される燃焼室１８の近傍において、燃料噴射弁１２および液体噴射弁１３の配置を容易にすることができる。また、燃料の噴霧６０の正面から水を噴射することにより、水の噴射位置が定めやすくなり、水を燃料の噴霧６０の混合領域６２に向けて容易に噴射することができる。 In the second embodiment, the liquid injection valve 13 injects water from the front with respect to the injection direction of the fuel spray 60 injected from the fuel injection valve 12. That is, the liquid injection valve 13 injects water so as to collide with the fuel spray 60 from the front in the direction of travel of the fuel spray 60 injected from the fuel injection valve 12, opposite the fuel injection direction from the front. Thereby, it is not necessary to arrange | position the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 closely. Therefore, the fuel injection valve 12 and the liquid injection valve 13 can be easily arranged in the vicinity of the combustion chamber 18 where the space is limited. Also, by injecting water from the front of the fuel spray 60, the water injection position can be easily determined, and water can be easily injected toward the mixing region 62 of the fuel spray 60.

（その他の実施形態）
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。 (Other embodiments)
The present invention described above is not limited to the above-described embodiment, and can be applied to various embodiments without departing from the gist thereof.

例えば上記の複数の実施形態では、内燃機関としてディーゼルエンジンを例に説明した。しかし、内燃機関は、ディーゼルエンジンに限らず、直噴式のガソリンエンジンなどであってもよい。 For example, in the above embodiments, a diesel engine has been described as an example of the internal combustion engine. However, the internal combustion engine is not limited to a diesel engine, and may be a direct injection gasoline engine or the like.

図面中、１０はエンジン（内燃機関）、１１はエンジン本体（内燃機関本体）、１２は燃料噴射弁、１３は液体噴射弁、１８は燃焼室、２７はＥＣＵ（制御手段）を示す。 In the drawings, 10 is an engine (internal combustion engine), 11 is an engine body (internal combustion engine body), 12 is a fuel injection valve, 13 is a liquid injection valve, 18 is a combustion chamber, and 27 is an ECU (control means).

Claims

An internal combustion engine body forming a combustion chamber;
A fuel injection valve for injecting fuel into the combustion chamber;
A liquid injection valve that is provided independently of the fuel injection valve, and injects non-combustible liquid toward the fuel spray formed in the combustion chamber by the fuel injected from the fuel injection valve to the combustion chamber;
Control means for controlling the fuel injection timing from the fuel injection valve and the non-combustible liquid injection timing from the liquid injection valve,
The control means starts injection of the non-combustible liquid from the liquid injection valve after the fuel injected from the fuel injection valve ignites, and increases the amount of fuel injected from the fuel injection valve. And increasing the injection rate of the non-combustible liquid injected from the liquid injection valve .

The liquid injection valve is formed in the combustion chamber and the fuel injected from the fuel injection valve is a liquid region of liquid, and the fuel is vaporized at a position farther from the fuel injection valve than the liquid region, and is not ignited. 2. The internal combustion engine according to claim 1, wherein the non-combustible liquid is injected toward the mixing region among sprays including a combustion region where fuel is ignited at a position farther from the fuel injection valve than the region and the mixing region. organ.

The said liquid injection valve injects the said non-combustible liquid toward the fuel injection direction from the back near the said fuel injection valve of the fuel spray with respect to the injection direction of the fuel injected from the said fuel injection valve. The internal combustion engine according to 1 or 2.

The liquid injection valve injects the non-combustible liquid from the front of the fuel injection valve far from the fuel injection valve in the direction of fuel injection from the fuel injection valve. Item 3. The internal combustion engine according to Item 1 or 2.

The internal combustion engine according to any one of claims 1 to 4, wherein the non-combustible liquid contains water as a main component.