(57)【要約】【課題】排気ガスの温度が低いときでも、排気ガスの熱回収により、エンジンの熱効率を向上させる。【解決手段】エンジン１の排熱回収装置３は、排気通路４０に設けられ、排気ガス中の水を回収する水回収部（コンデンサー３２）と、水回収部が回収した水を加熱する加熱部（熱交換器３１）と、加熱部において加熱された水が流れる通路部５２と、通路部に連通すると共に燃焼室内に開口するノズル５３と、を有し、ノズルを通じて燃焼室内に水を噴射する水噴射部（水噴射弁５）と、を備える。水噴射部はエンジンに取り付けられ、排気ガスの熱はノズル内を流れる水に供給され、通路部内における水の温度は２８０℃以上でかつ３７４℃未満でかつ、通路部内における水の圧力は１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であり、ノズルの径Ｄは０．１ｍｍ以上でかつ１ｍｍ以下であり、ノズルの長さＬは、Ｌ／Ｄが５以上でかつ５０以下となるように、設定されている。【選択図】図３
2019183793.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するエンジンと、
前記エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路内を流れる排気ガス中の水を回収する水回収部と、
前記水回収部が回収した水を加熱する加熱部と、
前記加熱部において加熱された水が流れる通路部と、前記通路部に連通すると共に前記燃焼室内に開口するノズルと、を有し、前記ノズルを通じて前記燃焼室内に水を噴射する水噴射部と、を備え、
前記水噴射部は前記エンジンに取り付けられ、排気ガスの熱は前記ノズル内を流れる水に供給され、
前記通路部内における水の温度は２８０℃以上でかつ３７４℃未満でかつ、前記通路部内における水の圧力は１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であり、
前記ノズルの径Ｄは０．１ｍｍ以上でかつ１ｍｍ以下であり、
前記ノズルの長さＬは、Ｌ／Ｄが５以上でかつ５０以下となるように、設定されているエンジンの排熱回収装置。
【請求項２】
請求項１に記載のエンジンの排熱回収装置において、
前記水回収部は、排気ガスを冷却することによって排気ガス中の水を凝縮させ、
前記加熱部は、前記排気通路における前記水回収部よりも上流に設けられかつ、前記排気ガスの熱によって前記水を加熱するエンジンの排熱回収装置。
【請求項３】
請求項１又は２に記載のエンジンの排熱回収装置において、
前記水噴射部は、前記ノズルを複数、有しており、
各ノズルの内周面の面積は、０．１６ｍｍ２以上１６０ｍｍ２以下であるエンジンの排熱回収装置。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載のエンジンの排熱回収装置において、
前記水噴射部には、排気ガスの熱を輸送するヒートパイプの放熱部が取り付けられているエンジンの排熱回収装置。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載のエンジンの排熱回収装置において、
前記エンジンの全運転領域中、少なくとも所定負荷よりも負荷が低い低負荷領域において、混合気の燃焼空燃比は理論空燃比よりもリーンであり、
前記水噴射部は、少なくとも前記低負荷領域において、前記燃焼室内に水を噴射するエンジンの排熱回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ここに開示する技術は、エンジンの排熱回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、燃焼室内に亜臨界水又は超臨界水を噴射することによって、効率の向上を図るディーゼルエンジンが記載されている。より詳細に、このディーゼルエンジンは、水と排気ガスとの熱交換を行うことによって亜臨界水又は超臨界水を生成する。生成した亜臨界水又は超臨界水は、水噴射弁により、圧縮行程において混合気が着火する前に、燃焼室内に噴射される。
【０００３】
特許文献２には、ディーゼルエンジンの燃焼室内に水を噴射する噴射制御装置が記載されている。水噴射弁は、燃焼期間中に水を噴射する。水が燃焼火炎から受熱して気化することにより気化膨張力を増大し、ディーゼルエンジンの燃費の向上が図られる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６４８４６６号公報
【特許文献２】特開２０１２−１１２３２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
例えばエンジンが高負荷で運転しているときには、排気ガスの温度が高い。エンジンが高負荷で運転しているときには、特許文献１に記載されているように、水と排気ガスとの熱交換を行うことにより水の温度が臨界温度以上に高まって、超臨界水を生成することが可能である。超臨界水を燃焼室内に噴射すると、燃焼室内の熱を使うことなく過熱蒸気が生成される。超臨界水を、例えば圧縮行程から圧縮上死点付近のタイミングで燃焼室内に噴射することにより、膨張行程における作動ガス量を増やすことができて、エンジンの熱効率が向上する。つまり、この構成の排熱回収装置は、水を媒介として排気ガスの熱を回収することによって、エンジンの熱効率を向上させることができる。
【０００６】
しかしながら、エンジンが低負荷で運転しているとき、及び／又は、エンジンの燃焼空燃比が理論空燃比よりもリーンであるときには、排気ガスの温度が低くなる。そのため、水と排気ガスとの熱交換を行っても、超臨界水を生成することができなくなる。超臨界水を生成することができないと、特許文献２に記載されているように、燃焼室内に噴射した水が燃焼室内の熱を使って気化することになる。この場合は、排気ガスの熱を利用して生成した超臨界水を燃焼室内に噴射する場合よりも、熱効率が低下してしまう。
【０００７】
ここに開示する技術は、排気ガスの温度が低いときでも、排気ガスの熱回収によりエンジンの熱効率を向上させる。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願発明者らは、排気ガスの温度が低いため、排気ガスの熱回収によって超臨界水を生成することができないときには、減圧沸騰現象を利用して、燃焼室内に飽和蒸気を供給する点に着目をした。
【０００９】
しかしながら、排気ガスの熱エネルギが低いことと、水を燃焼室内に噴射するタイミングでの燃焼室内の圧力状態との関係から、減圧沸騰現象のみで、必要量の飽和蒸気を生成することができないことに、本願発明者らは気づいた。
【００１０】
そこで、本願発明者らは、水噴射部のノズル内を水（液体）が流れる間にノズルの壁面を通じて熱を供給することにより、ノズル内において、減圧沸騰と、減圧沸騰に伴い引き起こされる沸騰熱伝達との両方を利用して飽和蒸気を生成することとした。そして、ノズル内において飽和蒸気を生成することが可能となるようなノズルの形状を見いだし、ここに開示する技術を完成するに至った。
【００１１】
具体的に、ここに開示する技術は、エンジンの排熱回収装置に係る。このエンジンの排熱回収装置は、燃焼室を有するエンジンと、前記エンジンの排気通路に設けられ、前記排気通路内を流れる排気ガス中の水を回収する水回収部と、前記水回収部が回収した水を加熱する加熱部と、前記加熱部において加熱された水が流れる通路部と、前記通路部に連通すると共に前記燃焼室内に開口するノズルと、を有し、前記ノズルを通じて前記燃焼室内に水を噴射する水噴射部と、を備える。
【００１２】
そして、前記水噴射部は前記エンジンに取り付けられ、排気ガスの熱は前記ノズル内を流れる水に供給され、前記通路部内における水の温度は２８０℃以上でかつ３７４℃未満でかつ、前記通路部内における水の圧力は１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下であり、前記ノズルの径Ｄは０．１ｍｍ以上でかつ１ｍｍ以下であり、前記ノズルの長さＬは、Ｌ／Ｄが５以上でかつ５０以下となるように、設定されている。
【００１３】
この構成によると、排気ガスから回収された水は、加熱部において加熱された後、水噴射部によって、燃焼室内に噴射される。ここで、水噴射部はエンジンに取り付けられており、排気ガスの熱は、ノズルの内周面からノズル内を流れる水に伝達される。
【００１４】
水噴射部の通路部内において、水の温度は２８０℃以上でかつ３７４℃未満である。つまり、水の温度は臨界温度以下である、この構成の排熱回収装置において、水噴射部は、超臨界水を燃焼室内に噴射しない。
【００１５】
水噴射部の通路部内において、水の圧力は１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である。水噴射部に水を供給する通路に高圧ポンプをおいて配設することによって、水の圧力を高めてもよい。高圧ポンプは、例えばエンジンによって駆動されるように構成してもよい。また、高圧ポンプは、電気エネルギによって駆動されるように構成してもよい。
【００１６】
水噴射部のノズルは、燃焼室内に開口している。ノズル内の圧力は、燃焼室内の圧力に一致、又は、ほぼ一致する。水噴射部が水を噴射するタイミングにおいて、燃焼室（及びノズル）内の圧力は、例えば５ＭＰａ程度である。水噴射部が水を噴射すると、ノズル内において水（液体）の一部が、減圧沸騰現象により飽和蒸気となる。また、ノズルにおいて、壁面熱伝達により排気ガスの熱が水に供給される。さらに、減圧沸騰に伴い、ノズル内においては、沸騰熱伝達により水に熱が供給される。減圧沸騰現象と沸騰熱伝達との両方により、水はノズル内において飽和蒸気となって、燃焼室内に噴射（つまり、供給）される。
【００１７】
このように、前記構成の排熱回収装置は、燃焼室内の熱を利用することなく燃焼室内に飽和蒸気を供給することができる。排気ガスの熱を利用して生成した超臨界水を燃焼室内に噴射する場合と同様に、エンジンの熱効率を向上させることができる。
【００１８】
前記水回収部は、排気ガスを冷却することによって排気ガス中の水を凝縮させ、前記加熱部は、前記排気通路における前記水回収部よりも上流に設けられかつ、前記排気ガスの熱によって前記水を加熱する、としてもよい。
【００１９】
こうすることで、水を媒介として排気ガスの熱を回収することができ、エンジンの熱効率が、さらに向上する。特に本構成は、加熱部において水を臨界温度以上に加熱する必要がないから、排気ガスの温度が低いときに熱回収を行うことができる。
【００２０】
前記水噴射部は、前記ノズルを複数、有しており、各ノズルの内周面の面積は、０．１６ｍｍ２以上１６０ｍｍ２以下である、としてもよい。
【００２１】
こうすることで、複数のノズルのそれぞれにおいて減圧沸騰現象と沸騰熱伝達との両方を利用して生成した飽和蒸気を、燃焼室内に供給することができる。
【００２２】
前記水噴射部には、排気ガスの熱を輸送するヒートパイプの放熱部が取り付けられている、としてもよい。
【００２３】
ヒートパイプを利用することによって、排気ガスの熱を、効率良く、水噴射部のノズルに輸送することができる。ノズル内を流れる水に、熱を十分に供給することができるから、飽和蒸気を生成する上で、有利になる。
【００２４】
前記エンジンの全運転領域中、少なくとも所定負荷よりも負荷が低い低負荷領域において、混合気の燃焼空燃比は理論空燃比よりもリーンであり、前記水噴射部は、少なくとも前記低負荷領域において、前記燃焼室内に水を噴射する、としてもよい。
【００２５】
エンジンの負荷が低いときに混合気の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーンにすると、排気ガスの温度が低くなる。ここに開示する技術は、前述したように、排気ガスの温度が低くても排気ガスの熱回収を行うことができるから、エンジンの燃費性能の向上に有利になる。
【発明の効果】
【００２６】
以上説明したように、前記エンジンの排熱回収装置によると、排気ガスの温度が低いときでも、排気ガスの熱回収によってエンジンの熱効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】図１は、エンジンの排熱回収装置の構成を例示する図である。
【図２】図２は、水噴射弁の先端部の構成を例示する断面図である。
【図３】図３は、ノズル内において、液体の水から飽和蒸気になる過程を模式的に示す説明図である。
【図４】図４は、図２とは異なる構成の水噴射弁の先端部の構成を例示する断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、ここに開示するエンジンの排熱回収装置の構成を、図面を参照しながら説明する。尚、以下の説明は、排熱回収装置の構成の一例である。
【００２９】
図１は、エンジンの排熱回収装置３の構成例を示している。エンジン１は、自動車に搭載されている。エンジン１は、複数の気筒２０を有する多気筒エンジンである。エンジン１は、例えば、直列４気筒エンジンとしてもよい。
【００３０】
エンジン１は、シリンダブロック２１と、シリンダブロック２１の上に置かれたシリンダヘッド２２とを備えている。気筒２０は、シリンダブロック２１に形成されている。
【００３１】
エンジン１は、各気筒２０内に配設されたピストン２４を有している。ピストン２４の上面には、キャビティが形成されている。気筒２０とピストン２４とによって燃焼室２９が形成されている。エンジン１は、少なくともガソリンを含有する混合気を、燃焼室２９内で圧縮自着火させるよう構成されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は、例えば１５以上３０以下に設定されている。燃焼室２９を形成するピストン２４及びシリンダヘッド２２の面に、遮熱層を設けてもよい。
【００３２】
尚、図１に示す構成例では、エンジン１は、点火プラグを備えていないが、エンジン１は、点火プラグを利用して、混合気の圧縮着火をアシストするように構成してもよい。
【００３３】
燃料噴射弁２２０が、シリンダヘッド２２に取り付けられている。燃料噴射弁２２０は、気筒２０毎に設けられている。燃料噴射弁２２０は、燃焼室２９内に、燃料を直接噴射する。
【００３４】
シリンダヘッド２２には、吸気ポート２７が形成されている。吸気ポート２７は、燃焼室２９に連通している。尚、図示は省略するが、吸気ポート２７を開閉する吸気弁が、吸気ポート２７の開口部２６に配設されている。また、図示は省略するが、吸気ポート２７には、吸気管が接続されている。
【００３５】
シリンダヘッド２２にはまた、排気ポート４７が形成されている。排気ポート４７は、燃焼室２９に連通している。尚、図示は省略するが、排気ポート４７を開閉する排気弁が、排気ポート４７の開口部４６に配設されている。図１においては模式的に示すが、排気ポート４７には、排気管４５が接続されている。排気ポート４７と排気管４５とによって、燃焼室２９から排出された排気ガスが流れる排気通路４０が構成されている。
【００３６】
排気管４５には、触媒装置４１と、熱交換器３１と、コンデンサー３２とが、上流から下流に向かって順に配設されている。触媒装置４１は、排気ガスの浄化を行う。触媒装置４１は、例えば三元触媒を含んで構成してもよい。
【００３７】
エンジン１の排熱回収装置３は、熱交換器３１と、コンデンサー３２と、水タンク３３と、高圧ポンプ３４と、水噴射弁５とによって構成されている。
【００３８】
コンデンサー３２は、排気管４５内を流れる排気ガスを冷却することによって、排気ガス中の水を凝縮するよう構成されている。つまり、コンデンサー３２は、冷媒との熱交換によって排気ガスを冷却する熱交換器である。コンデンサー３２は、水回収部の一例である。コンデンサー３２には、第１配管３５を介して水タンク３３が接続されている。
【００３９】
水タンク３３は、コンデンサー３２の鉛直下側に配設されている。コンデンサー３２において凝縮した水は、第１配管３５を通じて、自然流下により水タンク３３に流れる。
【００４０】
熱交換器３１は、前述の通り、排気管４５において、コンデンサー３２よりも上流に配設されている。熱交換器３１は、コンデンサー３２において凝縮した水を、排気ガスの熱を利用して加熱するよう構成されている。熱交換器３１は、加熱部の一例である。熱交換器３１と水タンク３３とは、第２配管３６を介して接続されている。高圧ポンプ３４は、第２配管３６に配設されている。高圧ポンプ３４は、水タンク３３から熱交換器３１に向かって水を圧送する。高圧ポンプ３４は、エンジン１によって駆動されるよう構成してもよい。また、高圧ポンプ３４は、電気モータによって駆動されるよう構成してもよい。
【００４１】
水噴射弁５は、シリンダヘッド２２に取り付けられている。水噴射弁５は、気筒２０毎に設けられている。水噴射弁５は、排気ポート４７の近くに取り付けられている。図１の構成例では、水噴射弁５は、気筒２０の中心軸に対し傾いている。水噴射弁５の取り付け構成は、図１の構成例に限定されるものではない。
【００４２】
熱交換器３１と水噴射弁５とは、第３配管３７を介して接続されている。熱交換器３１において加熱された水は、第３配管３７を通じて、水噴射弁５に送られる。
【００４３】
水噴射弁５は、燃焼室２９内に水を噴射する。水噴射弁５は、水噴射部の一例である。図２は、水噴射弁５の先端部の構成を例示している。水噴射弁５は、筒状の本体部５１を備えている。本体部５１内には、熱交換器３１において加熱された水が流れる通路部５２が形成されている。
【００４４】
本体部５１の先端は閉じている。本体部５１の先端には、複数のノズル５３が形成されている。各ノズル５３の基端は、通路部５２に連通している。各ノズル５３の先端は、燃焼室２９内に開口している。ノズル５３の配置は、適宜設定することができる。
【００４５】
水噴射弁５の通路部５２内には、針弁５４が配設されている。針弁５４は、図示を省略する駆動機構によって、水噴射弁５の軸に沿って往復動するように構成されている。駆動機構は、ソレノイド又はピエゾ素子を有している。
【００４６】
針弁５４の先端は、通路部５２の先端部に設けられた座部５５に当接している。針弁５４が水噴射弁５の基端側に向かって移動をすると、針弁５４の先端が座部５５から離れて、通路部５２内の水が、各ノズル５３を通じて燃焼室２９内に噴射される。
【００４７】
排熱回収装置３は、エンジン１の排気ガスの熱を、水を媒介として回収することによって、エンジン１の熱効率を向上させる。具体的に、排熱回収装置３は、コンデンサー３２において凝縮した水を、熱交換器３１において、排気ガスの熱を用いて臨界温度にまで加熱することにより超臨界水を生成する。そして、水噴射弁５が、圧縮上死点付近のタイミングで、又は、圧縮行程中に、燃焼室２９内に超臨界水を噴射することにより、超臨界水が、燃焼室２９内の熱を使うことなく、燃焼室２９内において過熱蒸気となる。膨張行程の作動ガス量が増加するから、エンジン１の熱効率が向上する。また、水を燃焼室２９内に噴射することにより、燃焼室２９内のガス温度が低下する。これは、圧縮着火による燃焼の制御性を向上する上で有利になると共に、冷却損失の低減や、エミッション性能の向上にも、有利になる場合がある。
【００４８】
ここで、エンジン１は、少なくとも所定負荷よりも低い低負荷領域においては、混合気の燃焼空燃比を理論空燃比よりもリーンにする。エンジン１は、運転領域の全体において、Ａ／Ｆリーン又はＧ／Ｆリーンとしてもよい。エンジン１は、特に低負荷領域において運転しているときには、燃料噴射量が比較的少ないと共に、作動ガス量が多いため、排気ガスの温度が低くなる。そのため、熱交換器３１において、排気ガスの熱を用いて水を臨界温度にまで加熱することができなくなる。
【００４９】
そこで、このエンジン１の排熱回収装置３は、排気ガスの温度が低いときには、水噴射弁５のノズル５３において、減圧沸騰現象と、減圧沸騰現象に伴う沸騰熱伝達との両方を利用することにより、飽和蒸気を生成するようにしている。
【００５０】
つまり、高圧ポンプ３４が水を圧送することにより、水噴射弁５の通路部５２における水の圧力は、１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下に設定される。これに対し、水を燃焼室２９内に噴射するときの燃焼室２９内の圧力は、５ＭＰａ程度である。水噴射弁５のノズル５３は、燃焼室２９内に開口しているため、ノズル５３内の圧力は、燃焼室２９内の圧力に一致、又は、ほぼ一致する。従って、針弁５４が動いて、通路部５２からノズル５３内へと水が流れると、ノズル５３内において水の一部が、減圧沸騰現象により飽和蒸気となる。
【００５１】
しかしながら、熱交換器３１から水噴射弁５へ送られた水のエネルギと、燃焼室２９内の圧力状態における飽和液のエンタルピとの差から、減圧沸騰現象のみでは、必要量の水を全て飽和蒸気にすることができなない。そこで、排熱回収装置３は、ノズル５３の内周面を通じてノズル５３内を流れる水に熱を供給する。こうして、減圧沸騰現象と、ノズル５３の内周面を通じて水に熱を供給することとによって、ノズル５３内において、水を飽和蒸気に変化させる。
【００５２】
以下、排熱回収装置３の構成について、図面を参照しながら説明する。図１に示す排熱回収装置３の構成例において、排気ガスの熱エネルギＱexは、熱交換器３１において水に与える顕熱エネルギＱinjと、水噴射弁５のノズル５３において水に与える潜熱エネルギＱlatと、に分配される。つまり、
【００５３】
【数１】
2019183793.tif 000003
【００５４】
また、顕熱エネルギＱinj、及び、潜熱エネルギＱlatはそれぞれ、次式（２）（３）で表される。
【００５５】
【数２】
2019183793.tif 000004
【００５６】
ここで、ｍ１は、水噴射弁５が噴射する水の噴射量、ｈ１’は、熱交換器３１において水（液体）に与えた比エンタルピ、Ｘは、乾き度、ｒ２は、水を噴射するタイミングにおける燃焼室２９内の圧力での水の潜熱である。つまり、排気ガスの熱エネルギＱexを、顕熱エネルギＱinjと、潜熱エネルギＱlatとに適切に分配することにより、排気ガスの熱エネルギＱexが少ないときに、ノズル５３内において飽和蒸気を生成することができる。潜熱エネルギＱlatは、ノズル５３内において飽和蒸気を生成するための目標の潜熱エネルギということができる。
【００５７】
排熱回収装置３の熱交換器３１によって、水噴射弁５の通路部５２における水の温度が、２８０℃以上でかつ３７４℃未満となるようにする。つまり、排気ガスの温度が低いため、熱交換器３１における熱交換によって、水を臨界温度（３７４℃）に到達させることはできない。
【００５８】
図３は、水噴射弁５のノズル５３における、水の相変化を模式的に示している。前述したように、水噴射弁５の通路部５２内において、水の圧力は１０ＭＰａ以上３０ＭＰａ以下である。また、燃焼室２９内に開口しているノズル５３内の圧力が５ＭＰａ程度であるため、水噴射弁５の針弁５４が動いて水が通路部５２からノズル５３へと流れると、減圧沸騰効果により、水の一部が沸騰を開始する（つまり、核沸騰）。
【００５９】
エンジン１のシリンダヘッド２２に取り付けられた水噴射弁５のノズル５３において、排気ガスの熱の一部は、壁面熱伝達により、ノズル５３内を流れる水に供給される（図３のｑｗ参照））。また、ノズル５３内においては、減圧沸騰に伴い、沸騰熱伝達により水に熱が供給される（つまり、強制対流蒸発）。
【００６０】
ここで、壁面熱伝達によりノズル５３内を流れる水に供給される熱エネルギＱwは、次式（４）で表される。
【００６１】
【数３】
2019183793.tif 000005
【００６２】
ここで、Ａsは、複数のノズル５３の内周面の総面積、Ｔwは、ノズル５３の内周面の温度、Ｔsatは、水を噴射するタイミングにおける燃焼室２９内の圧力での飽和温度、αＴＰは、沸騰熱伝達による熱伝達率である。
【００６３】
従って、壁面熱伝達によりノズル５３内を流れる水に供給される熱エネルギＱwが、燃焼室２９内に噴射する水が全て、ノズル５３内において飽和蒸気となるような目標潜熱エネルギＱlatよりも大きくなれば（Ｑw＞Ｑlat）、水噴射弁５から噴射した水を、乾き度１の飽和蒸気にして、燃焼室２９内に供給することができる。つまり、
【００６４】
【数４】
2019183793.tif 000006
【００６５】
が満足するように、水噴射弁５のノズル５３を構成すればよい。
【００６６】
αＴＰは、公知の様々な相関式を利用して算出することができる。例えばＴwを３７０℃、燃焼室２９内の圧力を５ＭＰａ、αＴＰを、例えば３６４ＭＷ／ｍ２Ｋとした場合、ノズル５３の数を１０、ノズル５３の径Ｄを０．１ｍｍ以上でかつ１ｍｍ以下とし、ノズル５３の長さＬを、Ｌ／Ｄが５以上でかつ５０以下となるようにすれば、式（６）を満足させることができる。各ノズル５３の内周面の面積は、０．１６ｍｍ２以上１６０ｍｍ２以下である。
【００６７】
このような水噴射弁５は、図２に例示的に示すように、ノズル５３の長さが、燃料噴射弁２２０のノズルの長さよりも長くなる傾向にある。つまり、燃料噴射弁２２０のノズルの長さは、１ｍｍ以下程度であるのに対し、水噴射弁５のノズル５３は、１５ｍｍ程度となり得る。
【００６８】
ここで、水噴射弁５のノズル５３が形成されている先端部の質量は、排気ガスの熱を蓄熱する機能を有するために、０．７〜５ｇ程度に設定してもよい。ここでいう、水噴射弁５の先端部は、図２において一点鎖線で囲んだ部分としてもよい。こうすることで、ノズル５３内を流れる水に、十分に熱を供給することができる。
【００６９】
このように、前記構成の排熱回収装置３は、燃焼室２９内の熱を利用することなく燃焼室２９内に飽和蒸気を供給することができる。よって、圧縮上死点付近のタイミングで、又は、圧縮行程中に、燃焼室２９内に水（つまり、飽和蒸気）を供給することにより、膨張行程の作動ガス量が増加するため、エンジン１の熱効率が向上する。排気ガスの温度が低いときに、熱回収を行うことができる。
【００７０】
尚、前記の構成では、シリンダヘッド２２に取り付けた水噴射弁５の先端部に対し、排気ガスの熱がエンジン１を通じて供給されるよう構成されていた。これとは異なり、例えば図４に模式的に示すように、水噴射弁５の先端部に、ヒートパイプ６を取り付けるようにしてもよい。ヒートパイプ６は、図示を省略する受熱部が、排気ポート４７又は排気管４５に配設されると共に、放熱部６１が、水噴射弁５の先端部に取り付けられる。こうすることで、排気ガスの熱を、ヒートパイプ６によって、効率良く、水噴射弁５の先端部に輸送することができる。ノズル５３内を流れる水に、必要な熱を供給することができるようになるから、ノズル５３内において飽和蒸気を生成する上で、有利になる。
【００７１】
尚、図示は省略するが、水噴射弁５の先端部に、ヒートパイプ６の放熱部６１を取り付ける代わりに、電気ヒータを、水噴射弁５の先端部に取り付けてもよい。
【符号の説明】
【００７２】
１  エンジン
２９  燃焼室
３  排熱回収装置
３１  熱交換器（加熱部）
３２  コンデンサー（水回収部）
４０  排気通路
４５  排気管（排気通路）
４７  排気ポート（排気通路）
５  水噴射弁（水噴射部）
５２  通路部
５３  ノズル
６  ヒートパイプ
６１  放熱部
【図１】
2019183793.tif 000007
【図２】
2019183793.tif 000008
【図３】
2019183793.tif 000009
【図４】
2019183793.tif 000010