(57)【要約】【課題】  蒸気等の噴射による仕事量の増加及び熱効率の上昇を保持しつつ、筒内温度を低下せしめてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を低減するとともに、燃焼室構成部材の耐久性を保持し得る流体噴射式内燃機関を提供する。【解決手段】  燃料噴射装置からの燃料をシリンダ内に噴射する燃料噴射弁と、蒸気噴射装置からの蒸気をシリンダ内に噴射する蒸気噴射弁とを併設してなる２流体噴射式内燃機関において、内燃機関の上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、該燃料噴射後の受熱期間終了前及び前記受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、前記蒸気噴射弁から蒸気を噴射することを特徴とする。【選択図】    図１
2006002580.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料噴射装置からの燃料をシリンダ内に噴射する燃料噴射弁と、蒸気噴射装置からの蒸気をシリンダ内に噴射する蒸気噴射弁とを併設してなる２流体噴射式内燃機関において、前記燃料噴射弁からシリンダ内への燃料噴射後の受熱期間終了前及び前記受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、前記蒸気噴射弁から蒸気を噴射するように前記蒸気噴射装置を制御する制御装置を備え、該制御装置の制御により前記蒸気噴射装置を介して蒸気噴射弁からシリンダ内における受熱期間終了前に蒸気を噴射し、さらに前記受熱期間終了後に２回目の蒸気噴射を行うように構成したことを特徴とする２流体噴射式内燃機関。
【請求項２】
前記蒸気噴射弁からの蒸気噴射を、受熱期間終了前から受熱期間終了後まで蒸気を継続して噴射するように構成したことを特徴とする請求項１記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項３】
蒸気噴射弁からの蒸気噴射を、受熱期間終了前に複数回、および前記受熱期間終了から膨張行程にかけてさらに複数回行うことを特徴とする請求項１記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項４】
前記内燃機関（以下エンジンともいう）の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、前記エンジンの筒内温度を検出する筒内温度検出手段とを備え、前記制御装置は、前記筒内圧力検出手段からの筒内圧力検出値及び前記筒内温度検出手段からの筒内温度検出値に基づきシリンダ内における受熱率モードを算出し、該受熱率モードの算出値と予め設定されたシリンダ内における目標受熱率モードとを比較し、その比較結果に従い、前記燃料噴射装置及び蒸気噴射装置を介して、実際の受熱率モードが前記目標受熱率モードになるように、前記燃料噴射弁からの燃料噴射条件及び蒸気噴射弁からの蒸気噴射条件を制御するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項５】
前記制御装置は、前記目標受熱率モードを、前記エンジンの燃料噴射量及び燃料噴射時期の設定値、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の設定値に基づき設定するように構成されてなることを特徴とする請求項４記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項６】
前記制御装置は、前記目標受熱率モードを筒内最高圧力（Ｐmax）の許容値及び筒内最高温度（Ｔmax）を含む燃焼ガス温度の許容値に基づき補正して補正目標受熱率モードを算出し、該補正目標受熱率モードを目標受熱率モードとして設定するように構成されてなることを特徴とする請求項５記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項７】
前記エンジンの負荷あるいは出力を検出するエンジン負荷検出手段を備え、前記制御装置は、前記エンジン負荷検出手段からのエンジン負荷検出値に基づき前記筒内最高圧力の許容値及び燃焼ガス温度の許容値を設定するように構成されてなることを特徴とする請求項６記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項８】
前記燃料噴射装置及び燃料噴射弁、並びに蒸気噴射装置及び蒸気噴射弁は、燃料噴射量あるいは蒸気噴射量が比例的に変化する比例制御弁方式に構成されてなることを特徴とする請求項１記載の２流体噴射式内燃機関。
【請求項９】
燃料噴射装置からの燃料をシリンダ内に噴射する燃料噴射弁と、蒸気噴射装置からの蒸気をシリンダ内に噴射する蒸気噴射弁とを併設してなる２流体噴射式内燃機関の運転方法において、前記内燃機関の上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、該燃料噴射後の受熱期間終了前及び前記受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、前記蒸気噴射弁から蒸気を噴射することを特徴とする２流体噴射式内燃機関の運転方法。
【請求項１０】
前記エンジンの筒内圧力及び筒内温度を検出し、前記筒内圧力検出値及び筒内温度検出値に基づきシリンダ内における受熱率モードを算出し、該受熱率モードの算出値と予め設定された前記シリンダ内における目標受熱率モードとを比較し、その比較結果を用いて、実際の受熱率モードが前記目標受熱率モードになるように、前記燃料噴射弁からの燃料噴射条件及び前記蒸気噴射弁からの蒸気噴射条件を制御することを特徴とする請求項９記載の２流体噴射式内燃機関の運転方法。
【請求項１１】
前記目標受熱率モードを、エンジンの燃料噴射量及び燃料噴射時期の設定値、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の設定値に基づき設定することを特徴とする請求項１０記載の２流体噴射式内燃機関の運転方法。
【請求項１２】
前記目標受熱率モードを筒内最高圧力の許容値及び筒内最高温度を含む燃焼ガス温度の許容値に基づき補正して補正目標受熱率モードを算出し、該補正目標受熱率モードを目標受熱率モードとして設定することを特徴とする請求項１０記載の２流体噴射式内燃機関の運転方法。
【請求項１３】
前記エンジンの負荷あるいはエンジンの出力を検出し、該エンジン負荷検出値に基づき前記筒内最高圧力の許容値及び燃焼ガス温度の許容値を設定することを特徴とする請求項１０記載の２流体噴射式内燃機関の運転方法。
【請求項１４】
前記蒸気に代えて、超臨界水を用いることを特徴とする請求項９ないし１３のいずれかの項に記載の２流体噴射式内燃機関の運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主として２流体噴射内燃機関（例えば、ガスエンジンやディーゼル機関）に適用され、燃料噴射装置からの燃料をシリンダ内に噴射する燃料噴射弁と、蒸気噴射装置からの蒸気をシリンダ内に噴射する蒸気噴射弁等とを併設してなる２流体噴射式内燃機関及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関において、上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、該燃料噴射後の受熱期間中に蒸気を噴射すると、仕事量及び熱効率が上昇することは良く知られており、かかる技術の１つに特許文献１（特開２００２−５４５１０号公報）の技術がある。
かかる技術においては、給気管に接続されて蒸気を給気ポートに吸入可能にする蒸気ラインと、該蒸気ラインに介装されバルブ開度調整信号が入力されることによって蒸気の注入量を可変せしめる流量調整弁と、給気管に供給される空気の湿度が目標絶対湿度になるのに必要な水分量を算出しかつ該必要水分量を注入させるバルブ開度調整信号を前記流量調整弁に出力する制御手段とを設け、燃料消費率の上昇を抑えつつ年間を通してＮＯｘを低レベルに抑制し突き始め等の機関調整を季節ごとに行う必要がないように構成されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−５４５１０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
内燃機関において、上死点前での燃料噴射後の受熱期間中に蒸気を噴射すると、仕事量が増加して熱効率が上昇する一方で、該蒸気噴射を筒内最高圧力が許容値を超えないように行なっても、受熱期間終了後における筒内最高温度は高温側にシフトされ、蒸気噴射を終了すると、膨張行程における筒内圧力・温度の減少曲線は高い側にシフトされて、膨張行程終了時点における筒内温度は高温側にシフトされた状態となる。
このため、受熱期間中における蒸気噴射に伴う筒内温度上昇によって、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量が増加するとともに、燃焼室構成部材の熱応力が上昇して耐久性の保持が困難となる。
【０００５】
然るに前記特許文献１の技術にあっては、給気管に供給される空気の湿度が目標絶対湿度になるのに必要な水分量を算出しかつ該必要水分量を注入させるバルブ開度調整信号を蒸気ラインの流量調整弁に出力するように構成されているにとどまり、前記のような蒸気噴射に伴う筒内温度上昇への対処はなされていない。
【０００６】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、蒸気等の噴射による仕事量の増加及び熱効率の上昇を保持しつつ、筒内温度を低下せしめてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を低減するとともに、燃焼室構成部材の耐久性を保持し得る流体噴射式内燃機関を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明はかかる目的を達成するもので、燃料噴射装置からの燃料をシリンダ内に噴射する燃料噴射弁と、蒸気噴射装置からの蒸気をシリンダ内に噴射する蒸気噴射弁とを併設してなる２流体噴射式内燃機関において、前記燃料噴射弁からシリンダ内への燃料噴射後の受熱期間終了前及び前記受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、前記蒸気噴射弁から蒸気を噴射するように前記蒸気噴射装置を制御する制御装置を備え、該制御装置の制御により前記蒸気噴射装置を介して蒸気噴射弁からシリンダ内における受熱期間終了前に蒸気を噴射し、さらに前記受熱期間終了後に２回目の蒸気噴射を行うように構成したことを特徴とする。
【０００８】
また前記２流体噴射式内燃機関の運転方法として、前記内燃機関（エンジン）の上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、該燃料噴射後の受熱期間終了前及び前記受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、前記蒸気噴射弁から蒸気を噴射することを特徴とする運転方法を提案する。
【０００９】
かかる発明において、具体的には前記制御装置により次のような制御を行って前記エンジンを運転する。
即ち、前記筒内圧力検出手段からの筒内圧力検出値及び前記筒内温度検出手段からの筒内温度検出値に基づきシリンダ内における受熱率モードを算出し、該受熱率モード算出値と予め設定されたシリンダ内における目標受熱率モードとを比較し、その比較結果を用いて、前記燃料噴射装置及び蒸気噴射装置を介して、実際の受熱率モードが前記目標受熱率モードになるように、前記燃料噴射弁からの燃料噴射条件及び蒸気噴射弁からの蒸気噴射条件を制御する。
【００１０】
また、前記目標受熱率モードを、前記エンジンの燃料噴射量及び燃料噴射時期の設定値、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の設定値に基づき設定する。
さらに、前記目標受熱率モードを筒内最高圧力（Ｐmax）の許容値及び筒内最高温度（Ｔmax）を含む燃焼ガス温度の許容値に基づき補正して補正目標受熱率モードを算出し、該補正目標受熱率モードを目標受熱率モードとして設定する。また、前記筒内最高圧力の許容値及び燃焼ガス温度の許容値はエンジン負荷検出値に基づき設定するのがよい。
【００１１】
かかる発明によれば、エンジンの上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、該燃料噴射後の受熱期間終了前好ましくは上死点前に蒸気噴射弁から蒸気を噴射した上で、さらに受熱期間の終了から膨張行程に蒸気噴射弁から蒸気を噴射することにより、膨張行程における仕事量が増加してエンジン出力が増加し、エンジンの熱効率が上昇する。
また、受熱期間の終了から膨張行程での蒸気噴射に伴う蒸気による熱吸収作用によって、かかる膨張行程での蒸気噴射を行わない従来技術よりも筒内温度が低下し、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制できるとともに、燃焼室構成部材の熱応力が低下して耐久性を保持できる。
【００１２】
加えて、前記受熱期間中における受熱率モードの最適値である目標受熱率モードを、予め設定された燃料噴射量及び燃料噴射時期、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の双方で設定し、筒内圧力検出値及び筒内温度検出値に基づき算出した検出受熱率モードと前記目標受熱率モードとの比較結果に基づき、燃料噴射弁からの燃料噴射条件つまり燃料噴射量及び燃料噴射時期と蒸気噴射弁からの蒸気噴射条件つまり蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の双方を関連させて変化させて、実際の受熱率モードを前記目標受熱率モードに一致せしめるように制御するので、エンジンの全運転域において常時最適の受熱率モードでの燃焼を継続できる。
【００１３】
さらにかかる発明によれば、前記のようにして設定した目標受熱率モードを、筒内最高圧力（Ｐmax）が許容値及び筒内最高温度（Ｔmax）あるいは排気温度等の燃焼ガス温度の許容値を取り込んで補正し、前記筒内最高圧力が許容値以下になるように、かつ前記燃焼ガス温度が許容値以下になるように目標受熱率モードを補正し、この目標受熱率モードを前記目標受熱率モードに置きかえるようにしたので、常時筒内最高圧力を許容値以下に保持しかつ燃焼ガス温度を許容値以下に保持し得るような受熱率モードでの燃焼を継続できる。
【００１４】
従って、かかる発明によれば、エンジンの上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、燃料噴射後の受熱期間終了前及び受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、蒸気噴射弁から蒸気を噴射することにより、膨張行程における仕事量が増加してエンジン出力が増加し、エンジンの熱効率を上昇できる。
【００１５】
さらには、受熱期間中における受熱率モードを燃料噴射量及び燃料噴射時期、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の双方で制御するとともに、該受熱率モードを筒内最高圧力が許容値以下になるようにかつ燃焼ガス温度が許容値以下になるように補正するので、実際の受熱率モードを目標受熱率モードに一致せしめるように制御することによりエンジンの全運転域において常時最適の受熱率モードでの燃焼を継続でき、かつ筒内最高圧力及び燃焼ガス温度を常時許容値以下に保持して燃焼室構成部材の耐久性を保持した安定運転を継続できる。
【００１６】
また、かかる発明において、前記蒸気噴射を次の２通りの手段で行うように構成することも可能である。
（１）前記蒸気噴射弁からの蒸気噴射を、受熱期間終了前から受熱期間終了後まで継続して行う。
（２）蒸気噴射弁からの蒸気噴射を、受熱期間終了前に複数回、および前記受熱期間終了から膨張行程にかけてさらに複数回行う。
【００１７】
また、かかる発明において好ましくは、前記燃料噴射装置及び燃料噴射弁、並びに蒸気噴射装置及び蒸気噴射弁は、燃料噴射量あるいは蒸気噴射量が比例的に変化する比例制御弁方式に構成されてなる。
このように構成すれば、燃料噴射弁からの燃料噴射量及び蒸気噴射弁からの蒸気噴射量
を時間変化に比例して連続的に変化せしめることができるので、筒内圧力検出値及び筒内温度検出値を含む燃焼ガス温度の検出値に基づいて燃料噴射量及び燃料噴射時期、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期を連続的に制御することにより、シリンダ内における受熱率モードを高精度で制御できる。
【００１８】
また、かかる発明において、前記蒸気に代えて、超臨界水を用いることもできる。
このようにすれば、超臨界水のシリンダ内での活発な反応性により、ＮＯｘ（窒素酸化物）、煤煙等の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、エンジンの上死点前に燃料噴射弁からシリンダ内に燃料を噴射し、燃料噴射後の受熱期間終了前及び受熱期間の終了から膨張行程にかけての２回、蒸気噴射弁から蒸気を噴射することにより、膨張行程における仕事量が増加してエンジン出力が増加し、エンジンの熱効率を上昇できる。
また、受熱期間の終了から膨張行程での噴射蒸気による熱吸収作用によって、膨張行程での蒸気噴射を行わない従来技術よりも筒内温度が低下し、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制できるとともに、燃焼室構成部材の熱応力が低下して耐久性を保持できる。
【００２０】
さらに、受熱期間中における受熱率モードを燃料噴射量及び燃料噴射時期、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の双方で制御するとともに、該受熱率モードを筒内最高圧力が許容値以下になるようにかつ燃焼ガス温度が許容値以下になるように補正するので、実際の受熱率モードを目標受熱率モードに一致せしめるように制御することによりエンジンの全運転域において常時最適の受熱率モードでの燃焼を継続可能となるとともに、筒内最高圧力及び燃焼ガス温度を常時許容値以下に保持して燃焼室構成部材の耐久性を保持した安定運転を継続できる。
また、前記蒸気に代えて超臨界水を用いれば、該超臨界水のシリンダ内での活発な反応性により、ＮＯｘ（窒素酸化物）、煤煙等の発生を抑制できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２２】
図１は本発明の実施例に係る燃料・蒸気噴射式４サイクルディーゼル機関の全体構成を示す系統図である。図２は前記実施例における制御ブロック図、図３（Ａ）、（Ｂ）は前記実施例における作用説明用の線図である。図４は前記実施例における燃料噴射装置及び燃料噴射弁の構造を示す一部断面図である。
【００２３】
燃料・蒸気噴射式内燃機関の全体構成を示す図１において、１００はエンジン（内燃機関）、１０１は該エンジン１００の複数のシリンダ（この図では１シリンダのみを図示している）、１０２は排気タービン１０２ａ及びコンプレッサ１０２ｂからなる過給機、１０４は給気冷却器、１０３は排気管、１０５は給気管で、前記エンジン１００からの排気ガスが排気管１０３を通って過給機１０２の排気タービン１０２ａを駆動し、該過給機１０２のコンプレッサ１０２ｂで加圧された高圧、高温の空気（給気）が給気冷却器１０４で冷却、降温され給気管１０５を通って前記エンジン１００のシリンダ１０１内に供給されるようになっている。１０６は前記エンジン１００に直結駆動される発電機である。
【００２４】
６は加圧された高圧燃料が導入される燃料噴射装置、４は燃料噴射弁であり（詳細構造は後述）、該燃料噴射装置６において燃料の噴射量及び噴射時期を制御された燃料が燃料噴射弁４から前記シリンダ１０１内に噴射されるようになっている。
１０は水ポンプ、８は該水ポンプ１０により供給された水から蒸気を発生する熱交換器であり、該熱交換器８においては、前記水ポンプ１０により供給された水と排気管１０３から導入される前記過給機１０２の排気タービン１０２ａ駆動後の排気ガスとを熱交換して該水を加熱し、蒸気を発生せしめるようになっている。９は前記熱交換器８出口の排気ガス中の有害固形物を分離除去するセパレータであり、該セパレータ９で浄化処理された排気ガスは大気中に放出される。
【００２５】
７は前記熱交換器８で生成された高圧の蒸気が導入される蒸気噴射装置、５は蒸気噴射弁であり（詳細構造は後述）、該蒸気噴射装置７において蒸気の噴射量及び噴射時期を制御された蒸気が蒸気噴射弁５から前記シリンダ１０１内に噴射されるようになっている。
１は後述する演算、制御を行う制御装置、２は前記シリンダ１０１内におけるガス圧力（筒内圧力）を検出する筒内圧力センサ、３は前記排気管１０３における排気ガスの温度を検出する排気温度センサ、３０は前記エンジン１００の負荷（エンジン出力）を検出する負荷検出器であり、該筒内圧力センサ２からの筒内圧力の検出値、排気温度センサからの排気温度の検出値、及び負荷検出器３０からのエンジン負荷（エンジン出力）の検出値は、前記制御装置１に入力されるようになっている。
【００２６】
前記燃料噴射装置６及び燃料噴射弁４、並びに前記蒸気噴射装置７及び蒸気噴射弁５は、図４に示されるような超磁歪アクチュエータを備えた比例制御噴射装置を用いるのが好適である。
図４は前記燃料噴射装置６及び燃料噴射弁４に適用される超磁歪アクチュエータを備えた比例制御噴射装置を示す。尚、前記蒸気噴射装置７及び蒸気噴射弁５についても、図４と同一構造の装置を適用できる。
【００２７】
図４において、０１４は燃料蓄圧管（燃料コモンレール）、０１５は高圧型の燃料ポンプ、０１６は燃料タンク、０１７は燃料管で、該燃料タンク０１６内の燃料を燃料ポンプ０１５にて高圧に加圧し燃料管０１７を通して燃料蓄圧管０１４に送り込み、該燃料蓄圧管０１４に蓄圧するようになっている。
０２２は共通油管、０２３は作動油ポンプ、０２５は作動油タンク、０２４は作動油管で、該作動油タンク０２５内の作動油を作動油ポンプ０２３により作動油管０２４を通して共通油管０２２に送り込み、該共通油管０２２に収容するようになっている。
【００２８】
４は燃料噴射弁で次のように構成されている。
０５は噴射弁本体、０４は該噴射弁本体０５の先端部に複数個穿孔された噴孔、０６は該噴孔０４に連通される油溜め、０２は該噴射弁本体０５内に往復摺動可能に嵌合された針弁、０９は前記噴射弁本体０５内に該針弁０２の外周面が臨んで形成された針弁室であり、前記燃料蓄圧管０１４からの高圧燃料が燃料入口０８を経て該針弁室０９に導入されるようになっている。
また前記針弁０２の先端部には円錐状のシート部０２ａが形成され、該シート部０２ａが前記噴射弁本体０５に形成された弁座０５ａに着脱することにより、前記針弁室０９と油溜め０６及び噴孔０４とを連通及び遮断するようになっている。
【００２９】
０１３は前記噴射弁本体０５に前記針弁室０９と隔壁００１３を隔てて形成された油室で、前記針弁０２の大径部である本体部０２ｂの外周面が臨み、前記共通油管０２２からの作動油が作動油入口０２７を経て該油室０１３に導入されるようになっている。
０１９は前記噴射弁本体０５に前記油室０１３と隔壁０１１を隔てて形成されたパイロット制御室で、前記針弁０２の前記シート部０２ａとは反対側の端面０１８が臨んで形成されている。
そして、前記針弁０２の前記本体部０２ｂ外周面には一定長さに亘って幅Ｗなる制御用切欠部０１２が形成され、前記油室０１３と針弁室９との差圧による前記針弁０２の軸方向移動により、前記油室０１３とパイロット制御室０１９とが該制御用切欠部０１２を介して連通可能となっている。
【００３０】
０３１はパイロット弁で、前記噴射弁本体０５の端部に穿孔された前記パイロット制御室０１９のパイロット油出口穴０２１を開閉するものである。即ち、該パイロット弁０３１は、平板状の当接面を前記噴射弁本体０５の端部に形成された弁座面０５ｃに着脱することにより、前記パイロット制御室０１９のパイロット油出口穴０２１を開閉するようになっている。
【００３１】
０３０は超磁歪アクチュエータであり、次のように構成されている。
０３３は磁石（電磁石）、０３２は磁気歪により変位する超磁歪材で一旦側を前記パイロット弁０３１の根元の支持部に固着されており、前記磁石０３３への通電によって超磁歪材０３２が軸方向に変位することにより、前記パイロット弁０３１を往復動せしめるようになっている。０３４は前記パイロット弁０３１の支持部とアクチュエータの本体部０３５との間に介装されたばねで、前記パイロット弁０３１を閉弁する方向に付勢されている。
かかる超磁歪アクチュエータ０３０の基本構成自体は公知であり、この実施例においては、該超磁歪アクチュエータ０３０に前記パイロット弁０３１を連結して開閉駆動するように構成している。
【００３２】
次に、図２の制御ブロック図、及び図３（Ａ）、（Ｂ）の作用説明用線図に基づきかかる実施例の動作を説明する。
前記筒内圧力センサ２からの筒内圧力の検出値は制御装置１の筒内温度算出部１１及び受熱率算出部１２に入力される。前記筒内温度算出部１１においては前記筒内圧力の検出値に基づき筒内温度を算出して前記受熱率算出部１２に入力する（前記筒内温度は直接検出してもよい）。
前記受熱率算出部１２においては、前記筒内圧力及び筒内温度の時間変化に基づき受熱率モードを算出し受熱率補正部２２に入力する。
【００３３】
１３は燃料噴射量モード設定部、１４は燃料噴射時期設定部で、該燃料噴射と後述する蒸気噴射後におけるシリンダ内の受熱率モードが後述する目標受熱率モードになるような
燃料噴射量モード及び燃料噴射時期が設定されている。１５は蒸気噴射量設定部、１６は蒸気噴射時期設定部で、前記燃料噴射及びかかる蒸気噴射後におけるシリンダ内の受熱率モードが後述する目標受熱率モードになるような蒸気噴射量モード及び蒸気噴射時期が設定されている。
１７は目標受熱率設定部で、前記燃料噴射量モード設定部１３及び燃料噴射時期設定部１４、並びに蒸気噴射量モード設定部１５及び蒸気噴射時期設定部１６に基づき算出された目標とする受熱率モード、つまり後述するように、膨張行程における仕事量の所要増加量が得られるような受熱率モードが設定されている。
【００３４】
即ち、図３（Ａ）、（Ｂ）に示されるように、かかる実施例においては、エンジン１００の上死点（ＴＤＣ）前のθ１に燃料噴射弁４からシリンダ１０１内に燃料を噴射し、該燃料噴射後において図のＳ１から始まる受熱期間中あるいは受熱期間前のθ２に蒸気噴射弁５からシリンダ内に蒸気をＧｓ１のように噴射し、該受熱期間の終了Ｓ２２（あるいはθ２２）から膨張行程にかけてのθ３に該蒸気噴射弁５から２回目の蒸気噴射Ｇｓ２を行うように、前記燃射量モード設定部１３及び燃料噴射時期設定部１４に燃料噴射量モード及び燃料噴射時期が設定されるとともに、蒸気噴射量設定部１５及び蒸気噴射時期設定部１６に蒸気噴射量モード及び蒸気噴射時期が設定されている。尚、図３（Ａ）において、Ｗ３はブローダウンエネルギー、Ｗ４はタービン仕事である。
該目標受熱率設定部１７での目標受熱率モードの設定値は目標受熱率補正部１８に入力される。
【００３５】
１９は許容Ｐmax設定部で、前記負荷検出器３０から入力されるエンジン負荷に対応する筒内最高圧力（Ｐmax）の許容値で設定されている。２０は許容Ｔmax設定部で、前記負荷検出器３０から入力されるエンジン負荷に対応する筒内最高温度（Ｔmax）の許容値で設定されている。２１は許容排気温度設定部で、前記負荷検出器３０から入力されるエンジン負荷に対応する排気温度の許容値で設定されている。前記許容Ｐmax設定部１９からの筒内最高圧力（Ｐmax）の許容値、前記許容Ｔmax設定部２０からの筒内最高温度（Ｔmax）の許容値、及び前記許容排気温度設定部２０からの排気温度の許容値は、前記目標受熱率補正部１８に入力される。
【００３６】
前記目標受熱率補正部１８においては、前記目標受熱率設定部１７からの目標受熱率モードの設定値を、前記筒内最高圧力（Ｐmax）の許容値、筒内最高温度（Ｔmax）の許容値、及び排気温度の許容値を取り込んで補正し、補正目標受熱率モードつまり受熱率モードの最適値を算出し受熱率補正部２２に入力する。
該受熱率補正部２２においては、前記受熱率算出部１２において筒内圧力及び筒内温度の時間変化に基づき算出した算出受熱率モードと前記補正目標受熱率モードとを比較し、さらに前記排気温度センサからの排気温度の検出値で補正し、その比較結果及び補正結果に基づき、前記補正目標受熱率モードになるような燃料噴射量モード及び燃料噴射時期の調整量、並びに蒸気噴射量モード及び蒸気噴射時期の調整量を算出し（２３、２４）、前記燃料噴射装置６及び蒸気噴射装置７にそれぞれ出力する。
燃料噴射弁４においては、燃料噴射装置６からの前記調整量に従う燃料噴射量モード及び燃料噴射時期により燃料噴射を行う。また蒸気噴射弁５においては、蒸気噴射装置７からの前記調整量に従う蒸気噴射量モード及び蒸気噴射時期により蒸気噴射を行う。
【００３７】
また、前記制御装置１は、蒸気噴射弁５からの蒸気噴射を次の２通りの手段で行うように制御することもできる。
（１）前記蒸気噴射弁５からの蒸気噴射を、受熱期間終了Ｓ２２（あるいはθ２２）の前から受熱期間終了Ｓ２２（あるいはθ２２）の後まで継続して行う。
（２）蒸気噴射弁５からの蒸気噴射を、受熱期間終了Ｓ２２（あるいはθ２２）の前に複数回、および前記受熱期間終了Ｓ２２（あるいはθ２２）から膨張行程にかけてさらに複数回行う。
【００３８】
かかる実施例によれば、エンジン１００の上死点前に燃料噴射弁４からシリンダ１０１内に燃料を噴射し、該燃料噴射後の受熱期間終了時Ｓ２２よりも前、好ましくは上死点前に蒸気噴射弁５から蒸気を噴射した上で、さらに受熱期間終了時Ｓ２２から膨張行程にかけて蒸気噴射弁５から２回目の蒸気噴射を行うことにより、図２（Ａ）のＷ０から（Ｗ０＋Ｗ１）のように、膨張行程における仕事量Ｗが増加してエンジン出力が増加し、エンジンの熱効率が上昇する。
また、受熱期間終了時Ｓ２２から膨張行程での蒸気噴射に伴う蒸気による熱吸収作用によって、かかる膨張行程での蒸気噴射を行わない従来技術よりも膨張行程終了時Ｓ３２における筒内温度が低下し、ＮＯｘ（窒素酸化物）の発生を抑制できるとともに、燃焼室構成部材の熱応力が低下する。
【００３９】
加えて、前記受熱期間中における受熱率モードの最適値である目標受熱率モードを、予め設定された燃料噴射量及び燃料噴射時期、並びに蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の双方で設定し、筒内圧力検出値及び筒内温度検出値に基づき算出した検出受熱率モードと前記目標受熱率モードとの比較結果に基づき、燃料噴射弁４からの燃料噴射条件つまり燃料噴射量及び燃料噴射時期と蒸気噴射弁５からの蒸気噴射条件つまり蒸気噴射量及び蒸気噴射時期の双方を関連させて変化させて、実際の受熱率モードを前記目標受熱率モードに一致せしめるように制御するので、エンジン１００の全運転域において常時最適の受熱率モードでの燃焼を継続できる。
【００４０】
さらにかかる実施例によれば、前記のようにして設定した目標受熱率モードを、筒内最高圧力（Ｐmax）の許容値及び筒内最高温度（Ｔmax）の許容値あるいは排気温度の許容値を取り込んで補正し、前記筒内最高圧力が許容値以下になるように、かつ前記筒内最高温度あるいは排気温度が許容値以下になるように目標受熱率モードを補正し、この目標受熱率モードを前記目標受熱率モードに置きかえるようにしたので、常時筒内最高圧力を許容値以下に保持しかつ筒内最高温度、排気温度等の燃焼ガス温度を許容値以下に保持し得るような受熱率モードでの燃焼を継続できる。
【００４１】
また、前記実施例における蒸気に代えて、超臨界水を用いることもできる。この場合も図４に示される燃料噴射装置及び燃料噴射弁と同様な噴射システムを用いることが可能である。
かかる超臨界水利用のシステムによれば、超臨界水のシリンダ内での活発な反応性により、ＮＯｘ（窒素酸化物）、煤煙等の発生の抑制効果が大きくなる。
尚、前記実施例は、本発明を４サイクルディーゼル機関に適用した場合について示しているが、本発明はこれに限定されることなく２サイクルディーゼル機関やガスエンジン等にも適用できる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、蒸気あるいは超臨界水の噴射による仕事量の増加及び熱効率の上昇を保持しつつ、筒内温度を低下せしめてＮＯｘ（窒素酸化物）の発生量を低減するとともに、燃焼室構成部材の耐久性を保持し得る２流体噴射式内燃機関を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の実施例に係る燃料・蒸気噴射式内燃機関の全体構成を示す系統図である。
【図２】前記実施例における制御ブロック図である。
【図３】（Ａ）、（Ｂ）は前記実施例における作用説明用の線図である。
【図４】前記実施例における燃料噴射装置及び燃料噴射弁の構造を示す一部断面図である。
【符号の説明】
【００４４】
１      制御装置
２      筒内圧力センサ
３      排気温度センサ
４      燃料噴射弁
５      蒸気噴射弁
６      燃料噴射装置
７      蒸気噴射装置
８      熱交換器
３０    負荷検出器
１００  エンジン（内燃機関）
１０１  シリンダ
１０２  過給機
１０３  排気管
１０５  給気管
１０６  発電機
【図１】
2006002580.tif 000003
【図２】
2006002580.tif 000004
【図３】
2006002580.tif 000005
【図４】
2006002580.tif 000006