WO2006092887A1

WO2006092887A1 - ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

Info

Publication number: WO2006092887A1
Application number: PCT/JP2005/020298
Authority: WO
Inventors: Kazutaka Hattori; Taisuke Murotani; Etsuro Sato
Original assignee: Komatsu Ltd.
Priority date: 2005-02-24
Filing date: 2005-11-04
Publication date: 2006-09-08
Also published as: JPWO2006092887A1; KR20070087026A; WO2006092887A9

Abstract

　燃料と水（不活性材）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、かつ瞬時に変化させる制御を行うことが可能な燃料噴射装置において、燃料噴霧への空気の取り込みを十分に行いつつ、燃焼室内で燃料と水（不活性材）とが均等に分散できるようにして、窒素酸化物ＮＯxとすすの生成を同時に抑制する。　燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から噴射された燃料を燃焼室２に導く燃料噴射通路２７が設けられ、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７の入口との間に、燃焼室２に連通する隙間２８が形成され、更に、水供給路２６が、水の供給方向が燃料噴射通路２７を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜して設けられる。

Description

明細書

ディーゼルエンジンの燃料噴射装置

技術分野

[0001] 本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関するものである。

背景技術

[0002] 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ぐ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ノレエンジンには要求されて、る。

[0003] すなわち、通常の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）内に向けて、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。この場合、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ィ匕物 (NOx)が多く発生する。また燃焼室内で局部的に混合気が過濃な部分が生じて、すす (スモーク）が発生する。

[0004] そこで、従来より、予め燃料と水を混合した水ェマルジヨ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 NOxとすすの生成を同時に抑制する試みがなされている。

[0005] すなわち、水ェマルジヨン燃料が燃料噴射ノズルから噴射されると、水が付加されることや、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。このことと水の大きな蒸発潜熱によって燃焼室の燃焼温度が低下する。

[0006] また、水ェマルジヨ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、微視的にみれば、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り、局部的な高温燃焼発生を回避できる。

[0007] このように水ェマルジヨン燃料は、燃焼室内全体の燃焼温度を低下させることができるとともに、局部的な高温ィ匕を回避できるため、窒素酸化物 NOxの生成を抑制することができる。また、局部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。

[0008] 水ェマルジヨン燃料を用いると、窒素酸ィ匕物 NOxは 1/5まで低減されるといわれている。

[0009] 窒素酸化物 NOxやすすを低減させるには、ディーゼルエンジンに力かる負荷の大きさや温度条件などに応じて、水ェマルジヨン燃料の混合比を任意に、かつ瞬時に変化させる制御を行わなければならな、。

[0010] しかし、水ェマルジヨン燃料は、燃料と水を予め混合した上で噴射されるため、このような制御は実際には難しぐ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] このため、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、水ェマルジヨン燃料の燃料と水の混合比を一定の比率で使用したとしても問題はないものの、負荷の大きさや温度条件などが絶えず変動する建設機械ゃ自動車の原動機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、燃焼が不安定になることがあるという問題が発生する。たとえば、定格点で稼動する場合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は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発生する。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ィ匕物が大量に排出されるという問題が発生する。

[0012] また、水ェマルジヨン燃料を予め混合しておくと、長期間の放置によって、燃料と水が分離してしま!/、燃焼時に所望の混合比が得られなくなると!、う問題も発生する。

[0013] そこで、燃料と水の供給比率を、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意にかつ瞬時に変化させて燃焼室内に噴射するという方法が、従来より、以下のように試みられている。

[0014] (従来技術 1)

下記特許文献 1、 2、 3には、エンジンに燃料用と水用のインジェクタを別々に設け、両インジェクタから燃焼室内に噴射して水と燃料とを燃焼室内で混合させたり、一体型のインジヱクタの別々の噴射孔カゝら噴射された水と燃料とを燃焼室内で合流させるという発明が記載されている。

[0015] (従来技術 2)

下記特許文献 4には、インジェクタ内の燃料通路に、燃料と水を交互に所定量づっ供給して、噴射ノズルカゝら層状の燃料と水を噴射するという発明が記載されている。

[0016] (従来技術 3)

下記特許文献 5には、インジェクタ内に、水と燃料を合流する場所を設け、合流した液体を噴射ノズルから噴射するとヽぅ発明が記載されてヽる。

[0017] (従来技術 4)

下記特許文献 6には、インジェクタ内に、水と燃料の通路を別々に設け、インジエタタの噴射孔から、燃料噴霧の外周部が水で取り巻まかれるように燃料と水を噴射するという発明が記載されている。

[0018] (従来技術 5)

下記の特許文献 7には、燃焼室内に供給された水 (不活性材）に向けて燃料を噴射させるという発明が記載されている。

特許文献 1：特許 2812655号公報

特許文献 2：特許第 3191581号公報

特許文献 3：実開平 6— 25542号公報

特許文献 4：特許第 2668026号公報

特許文献 5 :特開平 6— 147019号公報

特許文献 6：特開平 11― 30164号公報

特許文献 7：特開 2004 - 60468号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0019] 上記従来技術 1の方法によれば、燃料室内に燃料と水が別個に噴射されるため、燃焼室内で燃料と水とが均等に混じり合いにくい。このため、局部的な高温燃焼場が残り易ぐ NOxの生成を十分に抑制することができな、と、う問題がある。 [0020] また、上記従来技術 2の方法によれば、インジクタ内で燃料と水が層状に配置され、その層状の液体が噴射されるため、燃焼室内で燃料と水とが均等に混じるには至らない。このため、局部的な高温燃焼場が残り易ぐ NOxの生成を十分に抑制することができな、と!/、う問題がある。

[0021] また、上記従来技術 3の方法では、インジェクタ内で燃料と水を合流させて、その合流された液体を噴射させるようにして、るが、このような液体の合流だけで水ェマルジヨン燃料のような均質の混合状態を得るのは困難であり、燃焼室内で燃料と水とが均等に混じるには至らない。このため、局部的な高温燃焼場が残り易ぐ NOxの生成を十分に抑制することができな、と、う問題がある。

[0022] また、上記従来技術 4の方法によれば、燃料噴霧の外周部が水で取り巻かれるように噴孔部から燃料と水が噴射されるため、燃料噴霧が燃焼する際に、 NOxが多く発生する噴霧外周の高温部が冷やされ、 NOxはある程度低減される可能性がある。しかし、燃料は、噴孔部から水によって覆われた状態で、空気を取り込むことなく噴射されるため、燃料噴霧への空気の取り込みが不十分であり、すすの生成を十分に抑制することができな、と!/、う問題がある。

[0023] また、従来技術 5の方法によれば、燃焼室内に供給された水（不活性材）に向けて燃料を噴射させるため、水 (不活性材)の供給条件 (量、圧力、時期、時間など)と燃料の噴射条件 (量、圧力、時期、時間など）との組み合わせによっては、一部の燃料が水 (不活性材）中に液滴状に残り、すすの発生を抑制しきれない場合があるという問題がある。

[0024] 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)の混合比や混合タイミングを、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意に、かつ瞬時に変ィ匕させる制御を行うことが可能な燃料噴射装置において、燃料噴霧への空気の取り込みを十分に行いつつ、燃焼室内で燃料と水 (不活性材)とが均等に分散できるようにして、窒素酸ィ匕物 NOxとすすの生成を同時に抑制することを、解決課題とするものである。

課題を解決するための手段

[0025] 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 ( 21)と、

前記燃料噴射ノズル (21)カゝら噴射された燃料が燃焼室 (2)に導かれる燃料噴射通路（27)と、

前記燃料噴射ノズル (21)と前記燃料噴射通路 (27)との間に形成され、前記燃焼室 (2)に連通する隙間（28)と、

前記燃料に対して不活性な不活性材が前記燃料噴射通路 (27)に供給される不活性材供給路であって、不活性材の供給方向が前記燃料噴射通路（27)を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、前記燃料噴射通路 (27)に対して傾斜して設けられた不活性材供給路 (26)と

を備えたことを特徴とする。

[0026] 第 2発明は、第 1発明において、

前記燃料噴射通路 (27)の周囲に複数の不活性材供給路 (26)が設けられたことを特徴とする。

[0027] 第 3発明は、第 1発明において、

前記不活性材供給路 (26)は、前記燃料噴射通路 (27)の断面中心からオフセットされた位置で、当該燃料噴射通路に（27)連通していること

を特徴とする。

[0028] 第 4発明は、第 1発明において、

前記不活性材供給路 (26)に不活性材を噴射する不活性材噴射ノズル (22)と、前記燃料噴射ノズル (21)および前記不活性材噴射ノズル (22)の開閉を制御するコントローラ（5)とを備え、

前記コントローラ (5)で、前記燃料噴射ノズル (21)から前記燃料噴射通路 (27)に燃料を噴射するタイミングと前記不活性材噴射ノズル (22)から前記不活性材供給路 (26)を介して前記燃料噴射通路 (27)に不活性材を噴射するタイミングとを略同一に制御すること

を特徴とする。

[0029] 第 1発明では、たとえば図 3 (a)、（b)、（c)に示すように、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25から噴射された燃料を燃焼室 2に導く燃料噴射通路 27が設けられ、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25と燃料噴射通路 27の入口 27aとの間に、燃焼室 2に連通する隙間 28が形成され、更に、水供給路 26を、水の供給方向が燃料噴射通路 27を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して傾斜して設けられる。

[0030] 本明細書における「隙間 28」は、燃焼室 2の空気を導入できるように、燃焼室 2に連通する「孔」を含む概念である。

[0031] 第 1発明によれば、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25から燃料が噴射されると、燃料は微粒化され、噴霧が生成される。この燃料噴霧には、隙間 28を介して燃焼室 2 内の空気が取り込まれる。空気が取り込まれた燃料噴霧は、燃料噴射通路 27を通過する。

[0032] 水供給路 26の水吐出（噴射)孔 26bから燃料噴射通路 27には、水が吐出（噴射)される。ここで、水の吐出（噴射)方向は、燃料噴霧方向の成分 (速度成分)を有している。このため、図 4に示すように、吐出（噴射)された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路 27を通過し、燃焼室 2内に供給される。

[0033] こうして燃焼室 2内に供給された燃料と水と空気の混合噴霧は、更に拡散混合される。この拡散混合は、着火時期までの期間に極めて迅速に、かつ十分な混合レベルまで進行する。

[0034] 第 2発明では、図 3 (c)に示すように、水供給路 26が、燃料噴射通路 27の周囲に、複数個設けられる。このため図 4に示すように、水が燃料噴霧の周囲の複数箇所 (水吐出（噴射)孔 26b)から吐出（噴射)され、吐出（噴射)された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。

[0035] 第 3発明では、図 10 (c)に示すように、水供給路 26は、燃料噴射通路 27の断面中心力もオフセットされた位置で、燃料噴射通路 27に連通されている。このため図 10 ( d)に示すように、燃料噴射通路 27の断面中心からオフセットした位置の水吐出（噴射)孔 26bから吐出（噴射)された水は、燃料噴射通路 27の内周面に沿ってスパイラル状 (螺旋状）に旋回して、燃料噴霧を包囲する。

[0036] 第 4発明では、図 1に示す ECU5が、図 10 (a)に示す燃料噴射ノズル 21から燃料噴射通路 27に燃料を噴射するタイミングと、水噴射ノズル 22から燃料噴射通路 27に水を噴射するタイミングとを略同一に制御する。ここで略同一というのは、燃料噴射のタイミングに対する水噴射のタイミングが同一の場合の他に、若干早い場合と若干遅い場合を含む。

発明の効果

[0037] 以上のように、本発明の構成をとることにより、高圧噴射された燃料は、燃料噴霧中に空気を取り込みながら、燃料噴霧を包囲した水噴霧力水を取り込みつつ、燃料噴射通路を通過し燃焼室に供給され、さらに燃焼室内で拡散混合が進行する。

[0038] このような混合気 (混合噴霧）が着火すると、低ヽ温度で緩やかに燃焼が進行する。急激な燃焼に伴う高温燃焼場の生成が抑制されることにより、窒素酸化物 NOxの発生を大幅に低減させることができる。

[0039] また、燃焼速度が緩和されるとともに、水が分解されることにより、燃料への酸素の供給効果が促進されて、すすの生成も抑制される。

[0040] このように本発明によれば、窒素酸化物 NOxとすすとを同時に極めて低!、レベルまで低減させることができる。

発明を実施するための最良の形態

[0041] 以下、図面を参照して本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置の実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態では、エンジンが建設機械、一般自動車など、稼働中に負荷が大きく変動する機械に搭載される場合を想定して説明する。なお、また、以下の実施形態では、燃料に対して不活性な不活性材としては、水を想定している。しかし、以下の実施形態は、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任意のものを使用することが可能であり、水の代わりに、水蒸気、アルコール、水ェマルジヨン燃料を使用してもよい。

[0042] 図 1は、ディーゼルエンジンの全体構成を示している。また、図 2は、図 1におけるィンジェクタを拡大して示している。以下、これら図 1、 2を併せ参照して説明する。 [0043] 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 1 b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 laとから構成されている。

[0044] 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はビストン 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に形成された凹部は、燃焼室 2内で主要な容積を占めている。

[0045] 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、排気弁、排気管を介して外気に排出される。

[0046] 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。

[0047] 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、燃料用と水用の噴射ノズルが一体ィ匕されたインジェクタ 20が設けられている。インジェクタ 20は、その先端部 20aが燃焼室 2内に突き出るように設けられて、る。

[0048] インジヱクタ 20内には、燃料噴射ノズル 21と水噴射ノズル 22が設けられている。

[0049] 実施形態では、燃料噴射と水噴射にコモンレール式システムが適用される場合を想定している。

[0050] すなわち、燃料タンク内の燃料は、燃料用圧送ポンプ 6によって吸い込まれ、燃料用コモンレール 7、燃料通路 11を介して、インジェクタ 20に取り込まれ、インジェクタ 2 0内の燃料通路 23を介して燃料噴射ノズル 21に圧送される。燃料用圧送ポンプ 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、ユニットインジ工クタシステムやジャーク式列型ポンプを用いてもよい。

[0051] 燃料噴射ノズル 21の先端には、たとえば 6つの燃料噴孔 25が形成されている。複数の燃料噴孔 25を介して各方向からシリンダ 3内 (気筒内）、つまり燃焼室 2内に、燃料が噴射される。

[0052] 水タンク 9内には、燃料噴霧に対して噴射すべき水が貯留されている。水タンク 9内の水は、水用圧送ポンプ 10によって吸い込まれ、水用コモンレール 13、水通路 12を介して、インジェクタ 20に取り込まれ、インジェクタ 20内の水通路 24を介して水噴射ノズル 22に圧送される。後述するように水噴射ノズル 22の水噴孔 22aを介して水供給路 26から水が吐出（噴射)される。

[0053] 燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25から燃料が噴射されると、燃料は微粒化され、噴霧が生成される。この燃料噴霧には、後述するように、吸気管を介して燃焼室 2内に供給された空気が取り込まれる。そして、更に水供給路 26から水が吐出され、水が燃料噴霧に対して噴射されることで、燃料噴霧には水の噴霧が取り込まれる。こうして、空気を取り込みつつ、燃料と水とが所定の混合比率で燃料室 2内に供給される。そして、その混合気が着火温度に達すると燃焼する。

[0054] 燃料噴射ノズル 21、水噴射ノズル 22内の針弁がリフトすると、各ノズル 21、 22先端の燃料噴孔 25、水噴孔 22aが開口する。燃料噴孔 25、水噴孔 22a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、水が燃焼室 2内に噴射されることになる。

[0055] 燃焼室 2内での燃料と水との混合比率は、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25から噴射される 1回毎の燃料の量 (以下燃料噴射量）と、水噴射ノズル 22の水噴孔 22aから噴射される 1回毎の水の量 (以下水噴射量）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、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25の 1回毎の開口時間と、水噴射ノズル 22の水噴孔 22aの 1回毎の開口時間とから算出することがでさる。

[0056] ECU (エレクトリカル'コントロール'ユニット） 5は、各ノズル 21、 22の燃料噴孔 25、水噴孔 22aの開閉のタイミングおよび開口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 laの回転角度（以下クランク角度）、ェンジン 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、水噴射量を制御する。すなわち、 ECU5は、燃料噴射ノズル 21、水噴射ノズル 22に開口指令を出力して、燃料噴射量、水噴射量を制御し、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。

[0057] また、 ECU5は、燃料用圧送ポンプ 6、水用圧送ポンプ 10を制御する。すなわち、 ECU5は、前述の開口時間の制御と併せて、燃料と水の圧送圧力の制御を行うことにより、燃料と水との混合形態の制御を行う。

[0058] 燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25、水噴射ノズル 22の水噴孔 22aより先の構造については、更に図 3を併せ参照して説明する。

[0059] (第 1実施例;複数前方吐出包囲方式）

図 3 (a)は、インジェクタ 20の先端部 20aの縦断面図を示している。図 3 (b)は、図 3 (a)に示す燃料噴射通路 27の縦断面図で、図 3 (c)は、図 3 (b)の矢視 Z図、つまり燃料噴射通路 27と燃料噴射通路用水環路 31の横断面図である。

[0060] これら図 3 (a)、 (b)、 (c)に示すように、本実施例では、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25から噴射された燃料を燃焼室 2に導く燃料噴射通路 27を設け、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25と燃料噴射通路 27の入口との間に、燃焼室 2に連通する隙間 2 8を形成し、更に、水供給路 26を、水の供給方向が燃料噴射通路 27を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して傾斜して設けるようにしている。そして、更に水供給路 26を、燃料噴射通路 27の周囲に、複数個設けるようにしている。

[0061] すなわち、インジェクタ 20には、水噴射ノズル 22の水噴孔 22aに連通する水通路 2 9、この水通路 29の出口に連通する水環路 30、水環路 30の出口に連通する燃料噴射通路用水環路 31、燃料噴射通路用水環路 31の出口に連通する水供給路 26が形成されている。上記水通路 29、水環路 30、燃料噴射通路用水環路 31、水供給路 26は、水噴射ノズル 22の水噴孔 22aと燃料噴射通路 27への水吐出（噴射）孔 26bとの間を連通させる手段であるので、その間の任意の区間を通路やパイプで直接連通させてちょい。

[0062] 一方、インジェクタ 20には、燃料噴射通路 27が形成されている。燃料噴射通路 27 の入口 27aは、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25に対応する位置に設けられている。燃料噴射通路 27は、燃料噴孔 25の数 (たとえば 6個）に応じた数 (6個）だけ設けられている。燃料噴射通路 27の入口 27aは、隙間 28を介して燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25に連通している。隙間 28は、燃焼室 2に連通している。燃料噴射通路 27 の出口 27bは、燃焼室 2に連通している。 [0063] 水供給路 26の出口である水吐出（噴射）孔 26bは、燃料噴射通路 27の途中に連通している。

[0064] 水供給路 26は、水の供給方向、つまり水吐出（噴射）孔 26bからの水の噴射方向力燃料噴孔 25から噴射され燃料噴射通路 27を通過する燃料噴霧の方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して傾斜されて、配置されている。

[0065] 水環路 30は、燃料噴射ノズル 21の先端近傍の外周を囲むように環状に形成されている。燃料噴射通路用水環路 31は、燃料噴射通路 27の外周を囲むように環状に形成されている。

[0066] 燃料噴射通路用水環路 31上には、水供給路 26の入口 26aが等間隔に複数 (たとえば 6個）配置されているとともに、燃料噴射通路 27の外周には、水供給路 26の出口（水吐出（噴射)孔) 26bが等間隔に複数 (6個)配置されて、る。

[0067] なお、図 3 (b)、（c)では、燃料噴射通路 27の周囲に、水供給路 26 (水吐出（噴射）孔 26b)が 6個、等間隔に配置される場合を例示しているが、水供給路 26 (水吐出（噴射）孔 26b)の数は複数であればその数は任意であり、また配置間隔についても不等の間隔であってもよい。

[0068] また、図 3 (b)に示すように、燃料噴射通路 27の径 φ D、燃料噴射通路 27の入口 2 7aから水供給路 26の水吐出（噴射)孔 26bまでの距離 L2、燃料噴射通路 27の長さ L3、燃料噴射通路 27に対する水供給路 26の傾斜角度 A°、水供給路 26の径 φ dは、燃焼状態が最良となるように、各通路、各水供給路それぞれに適宜設定される。

[0069] 燃料噴射通路 27に対する水供給路 26の傾斜角度 A°は、鋭角である必要があり、たとえば 30°近辺の値に設定される。また、隙間 28の形状や大きさについても燃焼状態が最良となるように、適宜設定される。

[0070] 図 4 (a)、 (b)、 (c)は、燃料噴射通路 27を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図 4 (a)、（c)は燃料噴射通路 27の通路長手方向における燃料と水の状態をそれぞれ例示した図で、図 4 (b)は燃料噴射通路 27の通路断面における燃料と水の状態を示す図である。

[0071] 以下、図 4を更に併せ参照して本第 1実施例の動作について説明する。

[0072] ECU5は、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25からの燃料の噴射と、水供給路 26の水吐出（噴射）孔 26bからの水の吐出（噴射）とが同時に行われるように、燃料噴射ノズル 21、水噴射ノズル 22に対して開口指令を出力する。ディーゼルエンジン 1では、上死点 (T. D. C)近傍の所定の時期に燃料が噴射されることから、水の吐出（噴射）についても、この燃料噴射時期に行われる。

[0073] なお、燃料噴射と水吐出（噴射）のタイミングは必ずしも同時でなくてもよぐ僅かに水吐出のタイミングが燃料噴射のタイミングよりも先若しくは後であってもよい。

[0074] また、水噴射圧は、潤滑性に乏、水噴射系の耐久性を確保するために、燃料噴射圧よりも小さくなるように、ノズル 21、 22の噴射圧が設定される。たとえば、水噴射圧は、燃料噴射圧の 1/3〜1/7程度になるようにノズル 21、 22噴射圧を設定することが望ましい。ただし、水噴射系の耐久性が十分な場合においては、水の噴射圧を限定する必要はなぐ燃料噴射圧以上の圧力に水の噴射圧力を設定しても力まわない吸入工程では、燃焼室 2内には負圧若しくは過給によって大量の空気が取り入れられる。そして圧縮行程では、燃料室 2内に取り入られた空気が圧縮される。

[0075] 燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25から燃料が噴射されると、燃料は微粒化され、噴霧が生成される。この燃料噴霧は、隙間 28を介して燃焼室 2内の空気を取り込みながら、燃料噴射通路 27を通過する。

[0076] 水供給路 26の水吐出（噴射)孔 26bから燃料噴射通路 27には、水が吐出（噴射)される。ここで、水の吐出（噴射)方向は、燃料噴霧方向の成分 (速度成分)を有しており、水は燃料噴霧の周囲の複数箇所 (水吐出（噴射)孔 26b)から吐出（噴射)される。このため、図 4に示すように、吐出（噴射）された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路 27を通過し、燃焼室 2内に供給される。

[0077] こうして燃焼室 2内に供給された燃料と水と空気の混合噴霧は、更に拡散混合される。この拡散混合は、着火時期までの期間に極めて迅速に、かつ十分な混合レベルまで進行する。 [0078] 上記では、燃料を噴射している最中に着火する場合の燃焼過程で説明を行ったが、燃料と水との噴射条件によっては、燃料噴射終了後に着火させることも可能である。この場合においても、本発明の手段によれば、燃料と水と空気の良好な混合を得ることができるので、局部的な高濃度燃料部の残存によるすすの生成や局部的高温ィ匕による NOxの生成を回避することができる。

[0079] なお、この第 1実施例のように、燃料噴射通路 27の周囲の複数の孔力水を燃料噴霧が進行する前方に向けて燃料噴霧を包囲するように吐出する、燃料と水の噴射方式のことを、この明細書では、「複数前方吐出包囲方式」と称するものとする。

[0080] (第 2実施例;複数前方吐出包囲方式）

上述した第 1実施例の複数前方吐出包囲方式に対しては、適宜、変形した実施が可能である。なお、以下においては、第 1実施例と重複する構成については適宜説明を省略し、構成が異なる部分について説明する。

[0081] 以下、図 5を参照して第 2実施例について説明する。

[0082] 図 5 (a)、 (b)、 (c)は、第 1実施例の図 3 (a)、 (b)、 (c)に対応する図である。

[0083] これら図 5 (a)、（b)、 (c)に示すように、第 2実施例では、第 1実施例の水環路 30、 31の代わりに、水環路 32U、 32Lが設けられる。水環路 32U、水環路 32Lは、水供給路 26に連通している。

[0084] 水供給路 26の出口である水吐出（噴射)孔 26bは、第 1実施例と同様に、燃料噴射通路 27の途中に連通している。また、第 1実施例と同様に、水供給路 26は、水の供給方向、つまり水吐出（噴射)孔 26bからの水の噴射方向が、燃料噴孔 25から噴射され燃料噴射通路 27を通過する燃料噴霧の方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して傾斜されて、配置されている。

[0085] 図 5の図中において、水環路 32Uは、水環路 32Lよりも上側に配置されている。

[0086] 水環路 32U、 32Lは、水通路 29の出口に連通している。水環路 32Uは、図 5の図中にお、て燃料噴射通路 27の上側に配置され、燃料噴射ノズル 21の先端部の外周を囲むように環状に形成されている。水環路 32Lは、図 5の図中において燃料噴射通路 27の下側に配置され、同様に水環路 32Uと同じ周方向に環状に形成されている。 [0087] 水環路 32U上には、水供給路 26の入口 26aが、燃料噴射通路 27の周囲にあって上方に、複数 (たとえば 2個）配置されているともに、燃料噴射通路 27の外周には、水供給路 26の出口 26b (水吐出（噴射)孔 26b)が燃料噴射通路 27の上方に、複数 (2個）配置されている。

[0088] また、水環路 32L上には、水供給路 26の入口 26aが燃料噴射通路 27の周囲にあつて下方に、複数 (たとえば 2個）配置されているとともに、燃料噴射通路 27の外周には、水供給路 26の出口 26b (水吐出（噴射)孔 26b)が燃料噴射通路 27の下方に、複数 (2個）配置されている。

[0089] なお、図 5 (c)では、燃料噴射通路 27の周囲上方に、水供給路 26 (水吐出（噴射）孔 26b)が 2個配置され、燃料噴射通路 27の周囲下方に、水供給路 26 (水吐出（噴射)孔 26b)が 2個配置される場合を例示して、るが、水供給路 26 (水吐出（噴射)孔 26b)の数は、上方、下方ともに任意である。

[0090] なお、図 5 (b)に示す燃料噴射通路 27の径 φ D、燃料噴射通路 27の入口 27aから水供給路 26の水吐出（噴射)孔 26bまでの距離 L2、燃料噴射通路 27の長さ L3、燃料噴射通路 27に対する水供給路 26の傾斜角度 A。、水供給路 26の径 φ (1は、図 3 ( b)と同様に、燃焼状態が最良となるように適宜設定される。

[0091] なお、第 2実施例では、第 1実施例と同様に、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25と燃料噴射通路 27との間に、燃焼室 2に連通する隙間 28が形成されている。

[0092] (第 3実施例;複数前方吐出包囲方式）

上述した第 1実施例、第 2実施例では、燃料噴射通路 27の途中で水供給路 26を連通させているが、必ずしも燃料噴射通路 27の途中で水供給路 26を連通させる構成でなくてもよぐ本発明としては、水供給路 26を、水の供給 (噴射)方向が、燃料噴射通路 27を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して平行にまたは傾斜して設けた構成であればよい。

[0093] すなわち、図 6は、第 3実施例の構成を示す図であり、第 2実施例の図 5 (a)に対応する図である。

[0094] 図 6に示すように、この第 3実施例では、燃料噴射通路 27の出口 27bの周囲に、水供給路 26の出口 26b (水吐出（噴射)孔 26b)が配置されており、燃料噴射通路 27の出口 27bから噴射された燃料に対して水が噴射される。ただし、第 1実施例、第 2実施例と同様に、水供給路 26は、水の供給 (噴射)方向が燃料噴射通路 27を通過する燃料噴霧の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して平行にまたは傾斜して設けられている。また、第 2実施例と同様に、水供給路 26の出口 26b (水吐出（噴射)孔 26b)は、燃料噴射通路 27の周囲に複数設けられている。

[0095] なお、第 1実施例、第 2実施例と同様に、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25と燃料噴射通路 27との間に、燃焼室 2に連通する隙間 28が形成されている。

[0096] (第 4実施例;複数前方吐出包囲方式）

第 1実施例、第 2実施例、第 3実施例では、燃料噴射通路 27の径 φ Dを通路長手方向の各位置で同じとしている力燃料噴射通路 27の径 φ Dを通路長手方向の各位置で異ならせる実施も可能である。たとえば図 7 (a)に例示するように、燃料噴射通路 27を、径が異なる入口側通路 27sと出口側通路 27tとで構成してもよぐ図 7 (b)に例示するように、燃料噴射通路 27を、入口 27aから出口 27bにかけて徐々に径が変化するようにテーパ状に形成してもよ、。

(第 5実施例;複数前方吐出包囲方式）

上述した第 1実施例では、図 3に示すように、燃料噴射通路 27の通路長手方向の 1 箇所に、水吐出（噴射)孔 26bを設けているが、図 8 (a)、（b)に示すように、燃料噴射通路 27の通路長手方向の各箇所に、水吐出（噴射)孔 26bを設ける実施も可能である。図 8 (a)は、第 1実施例の図 3 (a)に対応する図であり、図 8 (b)は図 8 (a)の水供給路 26を拡大して示している。図 8 (c)、（d)は、図 4 (a)、（b)に対応する図であり、燃料噴射通路 27を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図 8 (c)、（d)に示すように、燃料噴射通路 27の通路長手方向の各箇所に設けられた各水吐出（噴射)孔 26bから吐出（噴射)された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路 27を通過し、燃焼室 2内に供給される。

[0097] (第 6実施例;前方広がり包囲方式）第 1実施例〜第 5実施例では、燃料噴射通路 27の周囲の複数の孔カゝら水を燃料噴霧が進行する前方に向けて燃料噴霧を包囲するように吐出する燃料と水の噴射方式 (複数前方吐出包囲方式）について説明したが、本発明としては、水が燃料噴霧を包囲できればよぐ水が吐出（噴射）される孔は 1個であってもよい。

[0098] 上述した第 1実施例では、図 3に示すように、燃料噴射通路 27の周囲に燃料噴射通路用水環路 31を設け、燃料噴射通路 27の周囲の各箇所から水を噴射して、水によって燃料噴霧を包囲するようにしているが、図 9 (a)、（b)、（c)に示すように、燃料噴射通路用水環路 31の配設を省略し、燃料噴射通路 27の上方に、入口 26aから出口 26bに向かうにつれて扇形状に断面積が増大する水供給路 26を設け、この水供給路 26から燃料噴霧の前方に向かうにつれて徐々に拡散するように水を噴射することで、水によって燃料噴霧を包囲する実施も可能である。図 9 (a)は、第 1実施例の図 3 (a)に対応する図であり、同一機能の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。図 9 (b)は図 9 (a)の A— A断面であり、図 9 (c)は水供給路 26を B方向力も透視してみた図である。

[0099] 図 9 (d)は、図 4 (a)に対応する図であり、燃料噴射通路 27を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図 9 (d)に示すように、水供給路 26からは、燃料噴霧の前方に向力うにつれて徐々に拡散するように水が噴射される。このため水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら、水を取り込みつつ、燃料噴射通路 27を通過し、燃焼室 2内に供給される。

[0100] このため本第 6実施例によれば、燃料噴射通路用水環路 31を設けなくてよいため加工が容易で安価に作成できる。

[0101] なお、この第 6実施例のように、燃料噴霧の前方に向かうにつれて徐々に拡散するように水を噴射させて燃料噴霧を包囲する方式を、本明細書では、「前方広がり包囲方式」と称するものとする。

[0102] (第 7実施例;スパイラル前方吐出包囲方式）

以下、図 10を参照して第 7実施例について説明する。 [0103] 図 10 (a)、（b)、（c)は、第 1実施例の図 3 (a)、（b)、（c)に対応する図である。

[0104] これら図 10 (a)、（b)、（c)に示すように、第 7実施例では、第 1実施例の燃料噴射通路用水環路 31が省略され、水環路 30に直接、水供給路 26の入口 26aが連通される。

[0105] 水供給路 26の出口である水吐出（噴射)孔 26bは、第 1実施例と同様に、燃料噴射通路 27の途中に連通している。図 10 (c)に示すように、水供給路 26は、燃料噴射通路 27の断面中心力も距離 L1だけオフセットされた位置で、燃料噴射通路 27に連通している。つまり水吐出（噴射）孔 26bは、燃料噴射通路 27の断面中心力もオフセットされた位置に配置されてヽる。

[0106] また、第 1実施例と同様に、水供給路 26は、水の供給方向、つまり水吐出（噴射)孔 26bからの水の噴射方向が、燃料噴孔 25から噴射され燃料噴射通路 27を通過する燃料噴霧の方向の成分を有するように、燃料噴射通路 27に対して傾斜されて、配置されている。なお、図 10 (b)、（c)に示す燃料噴射通路 27の径 φ ϋ、燃料噴射通路 2 7の入口 27aから水供給路 26の水吐出（噴射）孔 26bまでの距離 L2、燃料噴射通路 27の長さ L3、燃料噴射通路 27に対する水供給路 26の傾斜角度 A°、水供給路 26 の径 φ d、オフセット距離 L1は、図 3 (b)と同様に、燃焼状態が最良となるように適宜設定される。傾斜角度 A°は、鋭角である必要があり、たとえば 70°近辺の角度に設定される。

[0107] なお、第 1実施例と同様に、燃料噴射ノズル 21の燃料噴孔 25と燃料噴射通路 27との間に、燃焼室 2に連通する隙間 28が形成されている。

[0108] 図 10 (d)は、図 4 (a)に対応する図であり、燃料噴射通路 27を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図 10 (d)に示すように、燃料噴射通路 27の断面中心からオフセットした位置に配置された水吐出（噴射）孔 26bから吐出（噴射）された水は、燃料噴射通路 27の内周面に沿ってスパイラル状 (螺旋状）に旋回し、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路 27 を通過し、燃焼室 2内に供給される。 [0109] このため本第 7実施例によれば、燃料噴射通路用水環路 31が不要であり、第 6実施例より水供給路の形状が簡単であるので、加工が容易であり、さらに安価に作成できる。

[0110] なお、図 10 (a)、（b)、（c)では、 1個の水供給路 26を燃料噴射通路 27の断面中心力もオフセットした位置に設けるように構成しているが、水供給路 26の数は複数であつてもよい。

[0111] たとえば、図 10 (e)に示すように、 2個の水供給路 26を、燃料噴射通路 27の図中上下に、かつオフセット方向が図中左右に異なるように配置してもよい。なお、この第 7実施例のように、燃料噴射通路 27の断面中心からオフセットされた孔から水を燃料噴霧が進行する前方に向けてスパイラル状に燃料噴霧を包囲するように吐出する燃料と水の噴射方式のことを、この明細書では、「スパイラル前方吐出包囲方式」と称するちのとする。

[0112] 次に、図 10 (a)、（b)、（c)に示す装置を用いて燃料噴射通路 27に対する水供給通路 26の傾斜角度 A° と ΝΟχ·すす排出量との関係を調べた試験結果について説明する。

[0113] 図 12は、 2パターンの傾斜角度 Α° と ΝΟχ·すす排出量との対応関係を示している。図 12の横軸は ΝΟχの濃度を ppmで示し、縦軸はすすの濃度をボッシュスモークメータの計測結果％で示す。

[0114] 本試験においては、図 10 (a)、（b)、（c)に示す装置を用いて、傾斜角度 A° を 72 . 5° および 90° にした場合に、ディーゼルエンジン力排出される NOxとすすの量がそれぞれどのように変化するかを調べた。

[0115] 図 12に示すように、傾斜角度 A° 力^ 2. 5° の場合には、 NOxの排出量は 200pp mとなり、すすの排出量は 0%となった。また、傾斜角度 A° 力^ 0° の場合には、 NO Xの排出量は 195ppmとなり、すすの排出量は 3%となった。この結果によると、傾斜角度 A° 力 5° と 90° とでは NOxの排出量はほぼ同一である力すすの排出量は 72. 5° の方が少ない。水供給路 26の傾斜角度 A° 力の場合、燃料噴射通路 27に吐出（噴射）された水の一部は、燃料噴射の方向と対向する方向に流れ、燃料の噴射の勢いを削ぐように作用する。その結果、一部に燃料と空気の混合の悪化する部分が生じ、すすの排出が増える。したがって、傾斜角度 A° を鋭角にし、燃料の噴射方向の成分を有するように水供給路 26を配置することが好ま、と、える。

[0116] 次に、図 10 (a)、（b)、（c)に示す装置を用いて燃料噴射タイミングと水噴射タイミングとのずれ量と ΝΟχ·すす排出量との関係を調べた試験結果について説明する。

[0117] 図 13は、燃料噴射と水噴射のタイミングチャートを示している。同図 13においては、横軸にピストン 4の往復運動に応じて回転するクランクシャフト laのクランク角度をとり、クランク角度に対応して、燃料噴射（凸で示す)、水噴射 (ハッチングで示す)のタイミングを示している。図 13においては、ピストン 4による混合気の圧縮行程（下死点 (B. D. C)〜上死点（T. D. C) )のうち、ピストン 4が上死点（T. D. C)近傍に位置する所定の時期に、燃料および水が噴射されている。燃料噴射の凸部の長さは、燃料噴射量に対応し、この燃料噴射量は燃料噴孔 25の開口時間に対応している。水噴射のハッチング部の長さは、水噴射量に対応し、この水噴射量は水噴孔 22aの開口時間に対応している。また、ピストン 4が上死点 (T. D. C)に位置するときのクランク角度を 0° と定義する。

[0118] 以下制御例 3が ECU5で実行される場合について説明する。

[0119] ECU5は、ピストン 4が上死点 (T. D. C)近傍に達したとき、すなわちクランク角度が上死点前 10° 程度になったときに燃料噴射ノズル 21と水噴射ノズル 22に開口指令を同時に出力する。この開口指令に応じて燃料噴射ノズル 21と水噴射ノズル 22の各針弁は同時に上がり、各ノズル 21、 22先端の燃料噴孔 25、水噴孔 22aが開口する。

[0120] 燃料噴孔 25が開口すると、燃料噴射ノズル 21から隙間 28を介して燃料噴射通路 2 7に燃料が噴射される。また、水噴孔 22aが開口すると、水噴射ノズル 22から水通路 29、水環路 30、水供給路 26を介して燃料噴射通路 27に水が吐出（噴射)される。

[0121] ECU5は、エンジンの回転数や負荷などに応じて決められた噴射期間が経過したときに燃料噴射ノズル 21と水噴射ノズル 22に閉口指令を同時に出力する。この閉口指令に応じて燃料噴射ノズル 21と水噴射ノズル 22の各針弁は同時に下がり、各ノズル 21、 22先端の燃料噴孔 25、水噴孔 22aが閉口する。

[0122] なお、図 13 (c)に示す制御例 3においては、燃料噴射ノズル 21と水噴射ノズル 22 に開口指令を同時に出力している力各開口指令の出力タイミングを若干ずらしてもよい。例えば、図 13 (d)に示す制御例 4のように、燃料噴射ノズル 21の開口指令よりも水噴射ノズル 22の開口指令を若干遅らせてもよい。また、図 13 (e)に示す制御例 5 のように、燃料噴射ノズル 21の開口指令よりも水噴射ノズル 22の開口指令を若干先行させてもよい。

[0123] さらに、図 13 (c)に示す制御例 3においては、燃料噴射の時間長さと水噴射の時間長さが同一であるが、各時間長さを変えてもよい。例えば、図 13 (f)に示す制御例 6 のように、燃料噴射の時間長さよりも水噴射の時間長さを長時間にしてもよい。また、図 13 (g)に示す制御例 7のように、燃料噴射の時間長さよりも水噴射の時間長さを短時間にしてもよい。

[0124] また、図 13 (d)、 (e)に示す制御例 4、 5と図 13 (f)、（g)に示す制御例 6、 7とを組み合わせてもよい。

[0125] 図 14は、 3パターンの水噴射タイミングと ΝΟχ·すす排出量との対応関係を示している。図 12と同様に、図 14の横軸は ΝΟχの濃度を ppmで示し、縦軸はすすの濃度をボッシュスモークメータの計測結果％で示す。

[0126] 本試験においては、図 10 (a)、 (b)、 (c)に示す装置を用いて、燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを同時にした場合、早くした場合、遅くした場合に、ディーゼルエンジン力排出される NOxとすすの量がそれぞれどのように変化するかを調ベた。なお、本試験での燃料噴射のタイミングは、クランク角度で上死点前 10° とした。

[0127] 図 14に示すように、水噴射のタイミングをクランク角度で上死点前 10° の時点とした場合（図 13 (c)に相当）、すなわち燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを同時にした場合には、 NOxの排出量は 200ppmとなり、すすの排出量は 0%となつた。また、水噴射のタイミングをクランク角度で上死点前 20° の時点とした場合（図 1 3 (a)に相当）、すなわち燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを早くした場合には、 NOxの排出量は 235ppmとなり、すすの排出量は 4%となった。また、水噴射のタイミングをクランク角度で上死点前 5° の時点とした場合（図 13 (b)に相当）、すなわち燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを遅くした場合には、 NOxの排出量は 500ppmとなり、すすの排出量は 0%となった。

[0128] 図 14の結果から、燃料噴射のタイミングに対して、水噴射のタイミングを早めると N Oxの排出量はあまり変化しないが、すすの排出量が増加することが判る。この現象はクランク角度を 5° 以上早めると顕著に現れる。これは、燃料に先立って水を燃料室に導入しておくと燃料噴射先頭部の燃焼が悪ィ匕し、すすの生成を抑えきれないことによるものと考えられる。また、燃料噴射のタイミングに対して、水噴射のタイミングを遅くするとすすの排出量はあまり変化しな、が、 NOxの排出量が増加することが判る。この現象はクランク角度を 5° 以上遅くすると顕著に現れる。これは、水を伴わない燃料の燃焼が、ある程度の量になると、燃焼温度が NOxを多く生成する温度まで高まることによるものと考えられる。したがって、図 13 (c)、（d)、（e)に示すように、燃料噴射のタイミングと水噴射のタイミングのずれは、クランク角度にして ± 5° 程度以内にすることが望ましい。

[0129] なお、本試験は燃料噴射の期間がクランク角度で 20° 程度の条件で行われたものであるが、噴射期間が 20° より長い場合には、燃料噴射のタイミングと水噴射のタイミングのずれは、噴射期間の ± 1Z4程度以内の期間にすることが望ましい。

[0130] ところで、水タンク 9に水が貯留されていると、水が腐食したり凍結したりするおそれがある。また、水に含まれる金属イオン Ca、 Na等の不純物がエンジン 1内に金属塩（ CaSO 、Na SO 等）となって付着、堆積する等してエンジン 1に悪影響をおよぼ

4 2 4

すおそれがある。

[0131] そこで、こうした水の腐食、凍結、金属塩等のエンジン内部付着などを防止するために、図 11に示す構成の水処理システムを採用することが望ま、。

[0132] 同図 11に示すように、本実施形態の水処理システムは、大きくは、貯留用の水タンク 41と、貯留用水タンク 41内の水を加熱する電気ヒータ 42と、貯留用水タンク 41内の水を吸い込むポンプ 43と、ポンプ 43によって吸い込まれた水を濾過するフィルタ 4 4と、エンジン 1の排気管 53に設けられ、ポンプ 43から吐出された水を蒸留する蒸留装置 45と、蒸留装置 45に水が圧送される管路 46と、蒸留装置 45で蒸留された水が戻される管路 47と、管路 46、 47上に設けられた熱交と、管路 47を通過した水が貯留され、管路 48を介して水用圧送ポンプ 10の吸込口に連通する水タンク 9と、管路 47、 48に設けられたノノレブ 49、 50と、ノノレブ 49、 50を介して管路 47、 48内に空気を供給する空気供給装置 51と、水タンク 41、 9の周囲を覆いタンク 41、 9を外部から断熱してタンク内の水を保温する断熱部材 52とから構成されている。

[0133] この実施形態の構成によれば、温度センサ 55で水タンク 41内の温度が検出され、この検出温度をフィードバック量として、電気ヒータ 42によって、水タンク 41内の水が、たとえば 50° C〜100° C内の所望の目標温度（たとえば 70° C)になるように加熱される。このように適度に加熱された水は、その殺菌作用で腐食を防止できる。また、蒸留を促進し、清浄な水の供給が容易になる。さらに水タンク 41の断熱部材 52の保温効果により、凍結しにくくなる。本実施形態では、水の加熱手段として、電気ヒータ 42を例示している力エンジン冷却水の熱、排気熱を適宜組み合わせて使用して、水の加熱手段を構成することが望まし、。

[0134] 水タンク 41から水が熱交に圧送され、熱交を経て蒸留装置 45に送られる。蒸留装置 45の蒸留室では、水が水蒸気となって金属塩等の不純物が取り除かれ、清浄な水蒸気が熱交に戻される。熱交では、水蒸気が液化され、管路 47を介して水タンク 9に戻される。水タンク 9、 41は、断熱部材 52によって所望の温度に保温されている。このため、清浄かつ所望の温度に保温された水力水タンク 10から管路 48を介して水圧送用ポンプ 10に吸い込まれ、図 1で説明したのと同様にして、エンジン 1の燃焼室 2に供給される。これにより水が腐食したり凍結したりすることが防止される。また、水に含まれる金属イオン Ca、 Na等の不純物がエンジン 1内に金属塩 (CaSO 、 Na SO 等）となって付着、堆積することが防止され、ェン

4 2 4

ジン 1の耐久性を向上させることができる。

[0135] また、ノレブ 49、 50がエンジン 1の停止直前に切り換えられて、空気供給装置 51 から空気が管路 47、 48内に供給される。これにより、管路 47、熱交換器 54、蒸留装置 45、管路 46、ポンプ 43、フィルタ 44内の水が水タンク 41に排出され、また、管路 4 8、水用ポンプ 10、コモンレール 13、水通路 12、インジェクタ 20、図示していない水タンク 9への戻り管路内の水力水タンク 9が排出されて、水の凍結による各管路ゃ各装置の破損が防止される。

図面の簡単な説明 [0136] [図 1]図 1は、ディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。

[図 2]図 2は、図 1におけるインジェクタを拡大して示す図である。

[図 3]図 3 (a)、（b)、（c)は、第 1実施例の構成を示す図である。

[図 4]図 4 (a)、（b)、（c)は、第 1実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。

[図 5]図 5 (a)、（b)、（c)は、第 2実施例の構成を示す図である。

[図 6]図 6は、第 3実施例の構成を示す図である。

[図 7]図 7 (a)、（b)は、第 4実施例の構成例示す図である。

[図 8]図 8 (a)、（b)は、第 5実施例の構成を示す図で、図 8 (c)、（d)は、第 5実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。

[図 9]図 9 (a)、（b)、（c)は、第 6実施例の構成を示す図で、図 9 (d)は、第 6実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。

[図 10]図 10 (a)、（b)、（c)、（e)は、第 7実施例の構成を示す図で、図 10 (d)は、第 7 実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である

[図 11]図 11は、ディーゼルエンジンの水処理システムの構成を示す図である。

[図 12]図 12は、 2パターンの傾斜角度 A° と ΝΟχ·すす排出量との対応関係を示す図である。

[図 13]図 13 (a)、（b)、（c)、（d)、（e)、（f )、（g)は、燃料噴射と水噴射のタイミングチヤートを示す図である。

[図 14]図 14は、 3パターンの水噴射タイミングと ΝΟχ·すす排出量との対応関係を示す図である。

符号の説明

[0137] 1 エンジン（ディーゼルエンジン） 2 燃焼室 21 燃料噴射ノズル

22 水噴射ノズル 25 燃料噴孔 6 水供給路 27 燃料通路

28 隙間

Claims

請求の範囲

[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（ 21)と、

を備えた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] 前記燃料噴射通路 (27)の周囲に複数の不活性材供給路 (26)が設けられ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 (26)は、前記燃料噴射通路 (27)の断面中心からオフセットされた位置で、当該燃料噴射通路に（27)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。

[4] 前記不活性材供給路 (26)に不活性材を噴射する不活性材噴射ノズル (22)と、前記燃料噴射ノズル (21)および前記不活性材噴射ノズル (22)の開閉を制御するコントローラ（5)とを備え、