(57)【要約】【課題】燃焼室内に所定の高温・高圧水を噴射（水噴射）するようにしたエンジンの制御装置において、燃料が着火し難くなるのを防止しかつ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量の低減を防止しながら、燃焼室への水噴射により燃焼時のＮＯｘの発生量を低減する。【解決手段】燃料噴射弁により燃料を噴射させた後において、該燃料噴射弁により噴射された燃料の一部が燃焼した所定のタイミングで、水噴射弁により、燃焼室内における該燃料の既燃部のエリアに向けて水噴射を開始する。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃焼室内に所定の高温・高圧水を噴射する水噴射を行う水噴射弁と、該燃料噴射弁及び該水噴射弁の作動を制御する制御手段とを備えたエンジンの制御装置であって、
上記制御手段は、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させた後において、該燃料噴射弁により噴射された燃料の一部が燃焼した所定のタイミングで、上記水噴射弁により、上記燃焼室内における該燃料の既燃部のエリアに向けて上記水噴射を開始するよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１記載のエンジンの制御装置において、
上記制御手段は、上記燃焼室内の中央部に混合気層が形成されかつ該混合気層の周囲に該混合気層よりも混合気濃度が薄い部分が形成されるように、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させるよう構成されており、
上記所定のタイミングは、上記混合気層の一部が燃焼したタイミングであり、
更に上記制御手段は、上記所定のタイミングで、上記水噴射弁により、上記燃焼室内の中央部における上記混合気層の既燃部のエリアに向けて上記水噴射を開始するよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項２記載のエンジンの制御装置において、
上記混合気層の周囲における該混合気層よりも混合気濃度が薄い部分は、新気を含むガス層であることを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項２又は３記載のエンジンの制御装置において、
上記制御手段は、上記混合気層の空気過剰率が１〜２となるように、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させるよう構成されていることを特徴とするエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内に所定の高温・高圧水を噴射するようにしたエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、例えば特許文献１に示されているように、燃料が燃焼室内で着火される前に、燃焼室内に超臨界水又は亜臨界水を噴射することによって燃焼温度を低下させ、これにより、燃焼時のＮＯｘの発生量を低減するようにすることが知られている。また、特許文献１では、更に燃料の着火後の膨張工程にも燃焼室内に超臨界水又は亜臨界水を噴射することによって、膨張行程で膨張する作動ガス量を増加させて熱効率の向上を図るようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特許第４６４８４６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１のように、燃料が燃焼室内で着火する前に超臨界水又は亜臨界水を噴射したのでは、燃焼室内の温度が低下して燃料が着火し難くなるとともに、燃焼室内のガスの比熱比が低下するため、その分だけ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量が低減して、取り出せる仕事量が低下してしまう。
【０００５】
また、上記特許文献１のエンジンはディーゼルエンジンであり、燃料の着火後における超臨界水又は亜臨界水の噴射は、燃料の全体が燃焼しきった後に行われると考えられ、このため、膨張行程で膨張する作動ガス量を増加させるものの、ＮＯｘ発生量の低減効果は小さい。
【０００６】
本発明は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、燃料が着火し難くなるのを防止しかつ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量の低減を防止しながら、燃焼室への所定の高温・高圧水の噴射により燃焼時のＮＯｘの発生量を低減しようとすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明では、燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、該燃焼室内に所定の高温・高圧水を噴射する水噴射を行う水噴射弁と、該燃料噴射弁及び該水噴射弁の作動を制御する制御手段とを備えたエンジンの制御装置を対象として、上記制御手段は、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させた後において、該燃料噴射弁により噴射された燃料の一部が燃焼した所定のタイミングで、上記水噴射弁により、上記燃焼室内における該燃料の既燃部のエリアに向けて上記水噴射を開始するよう構成されている、という構成とした。
【０００８】
上記の構成により、燃料噴射弁により噴射された燃料の一部が燃焼した所定のタイミングで、燃焼室内における該燃料の既燃部のエリアに向けて水噴射を開始するので、燃料が着火し難くなるのを防止することができるとともに、燃焼室内のガスの比熱比が低下しないため、燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量が低減するのを抑制することができる。また、水噴射により、燃焼室内における燃料の既燃部のエリアの温度が高い状態（２０００Ｋ以上）が長い時間（例えば数ｍｓ）継続するのを抑制して、ＮＯｘの生成を抑制することができる。すなわち、既燃部のエリアの温度が高い状態が長い時間継続すると、その温度が高い状態で単独で存在するＮ原子とＯ原子とが結合し易くなって、ＮＯｘが生成され易くなるが、既燃部のエリアを早期に冷却することで、ＮＯｘの生成を抑制することができる。上記所定のタイミングは、既燃部のエリアを早期に冷却する観点で予め決定する。一方、上記所定のタイミングが早すぎると、水噴射が燃料の着火及び燃焼の妨げになるので、上記所定のタイミングは、水噴射を行っても燃焼に影響がない程度に燃焼が成長したタイミングとする。このように上記所定のタイミングを適切に設定することで、燃料が着火し難くなるのを防止しかつ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量の低減を防止しながら、燃焼室への水噴射によりＮＯｘの発生量を低減することができる。
【０００９】
上記エンジンの制御装置の一実施形態では、上記制御手段は、上記燃焼室内の中央部に混合気層が形成されかつ該混合気層の周囲に該混合気層よりも混合気濃度が薄い部分が形成されるように、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させるよう構成されており、上記所定のタイミングは、上記混合気層の一部が燃焼したタイミングであり、更に上記制御手段は、上記所定のタイミングで、上記水噴射弁により、上記燃焼室内の中央部における上記混合気層の既燃部のエリアに向けて上記水噴射を開始するよう構成されている。
【００１０】
このように燃料分布の成層化が行われる場合、混合気の空燃比は、燃焼室全体としてはリーン空燃比であっても、燃焼室の中央部（混合気層）では比較的リッチな空燃比になり、特にＮＯｘが発生し易い。このようにＮＯｘが発生し易い場合であっても、燃焼室内の中央部における混合気層の既燃部のエリアに向けて水噴射を行うことで、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００１１】
上記のように燃料分布の成層化が行われる場合、上記混合気層の周囲における該混合気層よりも混合気濃度が薄い部分は、新気を含むガス層である、ことが好ましい。
【００１２】
このことで、混合気層と燃焼室の周壁面との間に、新気を含むガス層が設けられ、このガス層により、混合気層の火炎が燃焼室の周壁面に接触することがなく、そのガス層が断熱層となって、燃焼室の周壁面からの熱の放出を抑えることができるようになる。この結果、冷却損失を大幅に低減することができる。
【００１３】
また、上記のように燃料分布の成層化が行われる場合、上記制御手段は、上記混合気層の空気過剰率が１〜２となるように、上記燃料噴射弁により燃料を噴射させるよう構成されている、ことが好ましい。
【００１４】
このことにより、混合気の空燃比を燃焼室全体としてリーン空燃比としながら、エンジン負荷を高めることができる。一方、混合気層の空気過剰率が１〜２であると、ＮＯｘがより一層発生し易くなるが、燃焼室内の中央部における混合気層の既燃部のエリアへの水噴射により、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【発明の効果】
【００１５】
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によると、燃料が着火し難くなるのを防止しかつ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量の低減を防止しながら、燃焼室への水噴射により燃焼時のＮＯｘの発生量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明の実施形態に係る制御装置が適用されたエンジンの概略構成を示す図である。
【図２】エンジンの要部を拡大して示す断面図である。
【図３】エンジンの制御系を示すブロック図である。
【図４】燃料噴射及び水噴射のタイミングを示すタイムチャートである。
【図５】燃焼室内の燃料分布を示す図である。
【図６】水噴射ありの場合と水噴射なしの場合との圧縮上死点前後の筒内圧力の変化を示すグラフである。
【図７】水噴射ありの場合と水噴射なしの場合との圧縮上死点前後のＮＯｘ発生量の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１８】
図１は、本発明の実施形態に係る制御装置が適用されたエンジン１の概略構成を示す。本実施形態では、エンジン１は、燃料を空気と混合しつつ自着火させる圧縮着火式（予混合圧縮着火式）のエンジンであって、４つの気筒２が図１の紙面に垂直な方向に直列に配置された直列４気筒エンジンである。エンジン１は、車両に搭載されて、該車両の駆動源として利用される。本実施形態では、エンジン１は、少なくともガソリンを含有する燃料の供給を受けて駆動される。燃料は、ガソリンに加えて、例えばバイオエタノール等が含有されていてもよい。
【００１９】
エンジン１（エンジン本体）は、４つの気筒２が設けられたシリンダブロック３と、このシリンダブロック３上に配設されたシリンダヘッド４とを有している。各気筒２内には、シリンダヘッド４との間に燃焼室６を区画するピストン５が往復動（上下動）可能にそれぞれ嵌挿されている。各気筒２のピストン５は、コンロッド８を介して、気筒列方向に延びる不図示のクランクシャフトと連結されている。
【００２０】
燃焼室６は、いわゆるペントルーフ型であり、シリンダヘッド４の下面で構成される、燃焼室６の天井面が、吸気側及び排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。ピストン５の冠面には、該冠面の中心部をシリンダヘッド４とは反対側（下側）に凹ませたキャビティ５ａが形成されている。
【００２１】
本実施形態では、エンジン１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が上死点にあるときの燃焼室６の容積に対して、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積の比が、１５以上３５以下（より好ましくは、１８以上３０以下）に設定されている。エンジン１の幾何学的圧縮比は、例えば２５に設定される。
【００２２】
シリンダヘッド４には、吸気通路２０から供給される空気を気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート９と、気筒２内で生成された排気ガスを排気通路３０に導出するための排気ポート１０とが形成されている。本実施形態では、吸気ポート９及び排気ポート１０は、各気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。
【００２３】
また、シリンダヘッド４には、各吸気ポート９の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１１と、各排気ポート１０の燃焼室６側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１２とが設けられている。
【００２４】
さらに、シリンダヘッド４には、各気筒２毎に、上記燃料を燃焼室６内に直接噴射するインジェクタ１４（燃料噴射弁）が設けられている。インジェクタ１４は、気筒２の中心軸に沿って上下方向に延びていて、燃焼室６の天井面の中央を通って、燃焼室６に臨んでいる。インジェクタ１４の、噴射口が形成された先端部は、燃焼室６の天井面に対して僅かに下側に位置している。
【００２５】
本実施形態では、インジェクタ１４は、噴射口を開閉する外開弁を有する、外開弁式のインジェクタである。噴射口は、先端側ほど径が大きくなるテーパ状に形成されている。そして、インジェクタ１４は、噴射口からピストン５の冠面に向かって、気筒２の中心軸を中心としたホローコーン状に燃料を噴射する。そのコーンのテーパ角は、本実施形態では、９０°〜１００°である（内側の中空部のテーパ角は７０°程度である）。インジェクタ１４より噴射された燃料噴霧のペネトレーションは、燃焼室６の外周部にまでは届かないような長さとされている。尚、インジェクタ１４は、外開弁式のインジェクタに限らず、先端部に複数（例えば、１０個）の噴孔を有して該複数の噴孔から放射状に燃料を噴射する多噴孔型のインジェクタであってもよい。
【００２６】
また、シリンダヘッド４には、各気筒２毎に、燃焼室６内の混合気を点火するための点火プラグ１３が設けられている。本実施形態では、エンジン１の全運転領域で圧縮着火燃焼（ＣＩ燃焼）が実施される（燃料が自着火する）ので、基本的に、点火プラグ１３は不要であるが、例えばエンジン１が冷間始動された直後のような自着火が困難な状況下において火花点火燃焼を実行したり、暖機後であっても燃焼の促進のためにいわゆるスパークアシストを実行したりすることがあり、そのような目的のために点火プラグ１３が設けられている。
【００２７】
さらに、図２に拡大して示すように、シリンダヘッド４には、各気筒２毎に、燃焼室６内に所定の高温・高圧水を噴射する水噴射を行う水噴射弁１５が設けられている。水噴射弁１５は、インジェクタ１４に対して略平行に上下方向に延びていて、燃焼室６の天井面の中央近傍を通って、燃焼室６に臨んでいる。水噴射弁１５の、噴射口が形成された先端部は、燃焼室６の天井面に対して僅かに下側に位置している。尚、インジェクタ１４と水噴射弁１５とは、図２の紙面に直交する方向に近接して並んでおり、図２では、水噴射弁１５は、インジェクタ１４よりも紙面の奥側に位置している。
【００２８】
水噴射弁１５は、後述の如く燃焼室６内の中央部に形成された混合気層５１（図５参照）の既燃部のエリアに向けて水噴射を行うものであって、自着火する直前に存在していた混合気層５１の中央部に向けて上記所定の高温・高圧水が噴射されるような広がりでもって、該所定の高温・高圧水を中実コーン状に噴射する（図５の破線参照）。
【００２９】
上記所定の高温・高圧水としては、超臨界水又は亜臨界水が好ましいが、これに限らず、例えば１００℃以上かつ１０ＭＰａ以上の液体水であってもよい。すなわち、上記所定の高温・高圧水の噴射によって、燃焼室６内のガスの温度を低下させないようにしつつ、膨張行程で膨張する作動ガス量を増加させて熱効率の向上を図るようにする。
【００３０】
吸気ポート９には、吸気通路２０が連通接続されている。この吸気通路２０の上流側端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ２１が配設されており、このエアクリーナ２１で濾過した吸入空気が吸気通路２０及び吸気ポート９を介して各気筒２の燃焼室６に供給される。
【００３１】
吸気通路２０におけるエアクリーナ２１の下流側近傍には、吸気通路２０に吸入された吸入空気量を検出するエアフローセンサＳＮ２が配設されている。また、吸気通路２０における下流端の近傍には、サージタンク２５が配設されている。このサージタンク２５よりも下流側の吸気通路２０は、各気筒２毎に分岐する独立通路とされ、これら各独立通路の下流端が各気筒２の吸気ポート９にそれぞれ接続されている。
【００３２】
さらに、吸気通路２０におけるエアフローセンサＳＮ２とサージタンク２５との間には、吸気通路２０を開閉するためのスロットル弁２２が配設されている。本実施形態では、スロットル弁２２は、エンジン１の運転中、基本的に全開又はこれに近い開度に維持され、エンジン１を停止させるとき等の限られた運転条件のときにのみ閉弁されて吸気通路２０を遮断する。
【００３３】
排気ポート１０には、各気筒２の燃焼室６からの排気ガスを排出する排気通路３０が連通接続されている。この排気通路３０の上流側の部分は、各気筒２毎に分岐して排気ポート１０に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。
【００３４】
排気通路３０（排気マニホールドよりも下流側の部分）には、排気を浄化する排気浄化装置３１が設けられている。本実施形態では、排気浄化装置３１は、３元触媒を含む。
【００３５】
排気通路３０における排気浄化装置３１の下流側には、上流側から順に、熱交換器３７及びコンデンサ３２が設けられている。コンデンサ３２は、排気通路３０を通過する排気中の水分（水蒸気）を凝縮するためのものである。熱交換器３７は、コンデンサ３２で生成された凝縮水を昇温させるものである。
【００３６】
コンデンサー３２は、水供給通路３５を介して、水噴射弁１５と接続されている。水供給通路３５には、コンデンサ３２で生成された凝縮水を貯留する水タンク３３と、水タンク３３に貯留された凝縮水を熱交換器３７に向けて圧送する水ポンプ３４とが設けられている。本実施形態では、水ポンプ３４は、エンジン１により駆動される機械式のものである。水タンク３３に貯留された凝縮水が、水ポンプ３４により加圧されかつ熱交換器３７で排気ガスとの熱交換により加熱されて、上記所定の高温・高圧水として水噴射弁１５に供給される。尚、排気通路３０における排気浄化装置３１の上流側にも追加の熱交換器を設けておき、熱交換器３７で加熱された凝縮水を該追加の熱交換器により更に昇温させることも可能である。
【００３７】
エンジン１は、排気ガスの一部を排気通路３０から吸気通路２０にＥＧＲガスとして還流するためのＥＧＲ通路４１を有している。このＥＧＲ通路４１は、排気通路３０における排気浄化装置３１よりも上流側でかつ上記排気マニホールドよりも下流側の部分と、吸気通路２０におけるサージタンク２５の部分とを連通するように、該両部分に接続されている。
【００３８】
ＥＧＲ通路４１には、該ＥＧＲ通路４１を開閉するＥＧＲ弁４２と、該ＥＧＲ通路４１を通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ４３とが設けられている。ＥＧＲガスは、ＥＧＲクーラ４３によって冷却された後に吸気通路２０に還流される。
【００３９】
図３に示すように、エンジン１の制御装置は、エンジン１を運転するためのＥＣＵ（Engine ControlUnit）１００を備えている。ＥＣＵ１００は、周知のマイクロコンピュータをベースとするコントローラーである。ＥＣＵ１００は、ＣＰＵ１０１、メモリ１０２、入出力バス１０３等を備えている。ＣＰＵ１０１は、コンピュータプログラム（ＯＳ等の基本制御プログラム、及び、ＯＳ上で起動されて特定機能を実現するアプリケーションプログラムを含む）を実行する中央演算処理装置である。メモリ１０２は、ＲＡＭ及びＲＯＭにより構成されている。ＲＯＭには、種々のコンピュータプログラム（特にエンジン１を制御するための制御プログラム）や、該コンピュータプログラムの実行時に用いられる後述のマップを含むデータ等が格納されている。ＲＡＭは、ＣＰＵ１０１が一連の処理を行う際に使用される処理領域が設けられるメモリである。入出力バス１０３は、ＥＣＵ１００に対して電気信号の入出力をするものである。
【００４０】
ＥＣＵ１００には、クランク角センサＳＮ１、エアフローセンサＳＮ２、アクセル開度センサＳＮ３等の各種のセンサが電気的に接続されている。クランク角センサＳＮ１は、シリンダブロック３に設けられていて、クランクシャフトの回転角を検出する。アクセル開度センサＳＮ３は、車両のアクセルペダル機構に取り付けられていて、アクセルペダルの操作量に対応したアクセル開度を検出する。これらセンサＳＮ１〜ＳＮ３等は、検知信号をＥＣＵ１００に出力する。
【００４１】
ＥＣＵ１００は、センサＳＮ１〜ＳＮ３等からの入力信号に基づいて、エンジン１の運転状態を判断するとともに、点火プラグ１３、インジェクタ１４、水噴射弁１５、スロットル弁２２、ＥＧＲ弁４２等といった、エンジン１の各デバイスに対して制御信号を出力して、各デバイスを制御する。ＥＣＵ１００は、インジェクタ１４及び水噴射弁１５の作動を制御する制御手段を構成することになる。インジェクタ１４及び水噴射弁１５の作動時期は、マップとして予め決められており、ＥＣＵ１００は、該マップに従って、インジェクタ１４及び水噴射弁１５を制御する。
【００４２】
本実施形態では、図４に示すように、インジェクタ１４から燃料が圧縮行程の後半（圧縮行程を２等分したときの後半）で噴射される。このように圧縮行程の後半でインジェクタ１４から噴射された燃料は、ピストン５のキャビティ５ａ内に向かって飛翔し、その結果、燃料が自着火する直前（圧縮上死点付近）の燃焼室６の燃料分布として、図５に示すような分布が得られる。すなわち、キャビティ５ａに集中的に供給された燃料が空気（新気）及びＥＧＲガスと混じり合うことにより、燃焼室６の中央部に、比較的燃料リッチな混合気層５１が形成される。一方、混合気層５１の周囲（燃焼室６の外周部）には、燃料が殆ど存在せず、空気（新気）を含むガス層となっている。このガス層には、新気に加えてＥＧＲガスを含んでいてもよい。このように、燃料が自着火する直前において、混合気層５１が燃焼室６の中央部にのみ存在する状態が得られ、燃料分布の成層化が達成される。尚、混合気層５１の周囲にも多少の燃料が混じってもよい。この場合でも、中央部の混合気層５１の混合気濃度の方がその周囲の混合気濃度よりも濃い。すなわち、混合気層５１の周囲に、混合気層５１よりも混合気濃度が薄い部分が形成される。
【００４３】
このように燃料分布の成層化が行われた場合、混合気の空燃比は、燃焼室６の全体としては、リーン空燃比である（空気過剰率が１よりも遙かに大きい（例えば３程度））が、燃焼室６の中央部の混合気層５１では、比較的リッチな空燃比になっている。このように本実施形態では、混合気層５１の空気過剰率が１〜２（１又は１に近い値であることが好ましい）となるようになされている。
【００４４】
圧縮上死点付近で、混合気層５１において燃料が自着火する。スパークアシスト等のために点火プラグ１３を作動させる場合には、例えば、クランク角度で圧縮上死点前３０°乃至圧縮上死点後１０°の範囲内で、点火プラグ１３を作動させる。
【００４５】
上記のように混合気層５１では、比較的リッチな空燃比になっているため、混合気層５１の燃焼によりＮＯｘが発生し易い。このＮＯｘを低減させるために、水噴射弁１５による水噴射を行う。但し、燃料が燃焼室６内で自着火する前に水噴射を行ったのでは、燃料が自着火し難くなるとともに、燃焼室６内のガスの比熱比が低下するため、その分だけ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量が低減して、取り出せる仕事量が低下してしまう。
【００４６】
そこで、本実施形態では、ＥＣＵ１００は、インジェクタ１４からの燃料噴射後において（詳細には、燃料の着火（自着火及び点火プラグ１３の作動による着火を含む）後において）、インジェクタ１４により噴射された燃料の一部が燃焼した所定のタイミングで、水噴射弁１５により、燃焼室６内における燃料の既燃部のエリアに向けて水噴射を開始する。
【００４７】
本実施形態では、上記所定のタイミングは、混合気層５１の一部が燃焼したタイミングであり、水噴射弁１５は、該タイミングで、燃焼室６内の中央部における混合気層５１の既燃部のエリアに向けて水噴射を開始する。
【００４８】
本実施形態では、水噴射開始時における上記既燃部のエリアは、自着火する直前に存在していた混合気層５１の中央部とする。そして、膨張行程の進行と共に上記既燃部のエリアは次第に広がるが、水噴射弁１５から広がって噴射される水噴射の継続によって、新たな既燃部にも水噴射が行われることになる。
【００４９】
尚、点火プラグ１３の作動により燃料を着火させる場合には、水噴射開始時における上記既燃部のエリアは、自着火する直前に存在していた混合気層５１における点火プラグ１３の近傍部分とする。
【００５０】
水噴射の開始タイミングは、水噴射を行っても燃焼に影響がない程度に燃焼が成長したタイミングである。但し、水噴射の開始タイミングが遅くなり過ぎると、ＮＯｘが生成され易くなるので、このことも考慮して、水噴射の開始タイミングを予め決定する。水噴射の開始タイミングは、図４に示すように、クランク角度で燃料が自着火する推定タイミング（圧縮上死点付近）又は点火プラグ１３の作動から第１所定期間Ｔ１経過後であって、圧縮上死点又は圧縮上死点後であることが好ましい。第１所定期間Ｔ１は、例えば、クランク角で５°乃至３０°の範囲内である。
【００５１】
尚、自着火又は点火プラグ１３の作動による着火のタイミングはほぼ決まっているので、水噴射の開始タイミングを、自着火又は点火プラグ１３の作動を基準にしないで、圧縮上死点を基準にして予め決定してもよい。例えば、水噴射の開始タイミングを、圧縮上死点又は圧縮上死点後の所定クランク角とする。
【００５２】
水噴射は、その開始から第２所定期間Ｔ２の間、継続して行われる。この第２所定期間Ｔ２は、膨張行程の進行と共に生じる既燃部のエリアの温度の上昇を抑制して、ＮＯｘの発生量を効果的に低減できるような期間であって、例えば、クランク角度で５°乃至３０°の範囲内である。
【００５３】
ここで、本実施形態と同様の構成のエンジンを用いて、水噴射ありの場合と水噴射なしの場合とについて、圧縮上死点（ＴＤＣ）前後の筒内圧力及び燃焼時のＮＯｘの発生量を調べた。ここでは、圧縮上死点前５°で点火プラグ１３を作動した。また、水噴射ありの場合の水噴射は、超臨界水の噴射であり、圧縮上死点から圧縮上死点後１８°まで噴射した（Ｔ１＝５°、Ｔ２＝１８°）。
【００５４】
図６は、水噴射ありの場合と水噴射なしの場合との圧縮上死点前後の筒内圧力の変化を示し、図７は、水噴射ありの場合と水噴射なしの場合との圧縮上死点前後のＮＯｘ発生量の変化を示す。
【００５５】
図６より、水噴射ありの場合には、水噴射なしの場合に比べて、筒内圧力が高く上昇することが分かる。これは、水噴射により、膨張行程で膨張する作動ガス量が増加するからである。水噴射ありの場合、燃料が着火する前に水噴射を行う場合とは異なり、燃焼室６内のガスの比熱比が低下しないので、燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量が低減するのが抑制されている。
【００５６】
図７より、水噴射ありの場合には、水噴射なしの場合に比べて、ＮＯｘ発生量が大幅に少なくなっていることが分かる。これは、水噴射により、既燃部のエリアの温度が高い状態（２０００Ｋ以上）が長い時間（例えば数ｍｓ）継続するのを抑制したからである。すなわち、既燃部のエリアの温度が高い状態が長い時間継続すると、その温度が高い状態で単独で存在するＮ原子とＯ原子とが結合し易くなって、ＮＯｘが生成され易くなるが、既燃部のエリアを早期に冷却することで、ＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００５７】
したがって、本実施形態では、混合気層５１の一部が燃焼したタイミングで、水噴射弁１５により、燃焼室６内の中央部における混合気層５１の既燃部のエリアに向けて水噴射を開始するようにしたので、燃料が着火し難くなるのを防止しかつ燃料の燃焼による筒内圧力の上昇量の低減を防止しながら、燃焼室６への水噴射により燃焼時のＮＯｘの発生量を低減することができる。
【００５８】
本発明は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。
【００５９】
例えば、上記実施形態では、エンジン１が圧縮着火式のエンジンであるが、火花点火式のエンジンであってもよく、圧縮着火燃焼及び火花点火燃焼とを組み合わせた形態の燃焼（ＳＰＣＣＩ（Spark Controlled Compression Ignition）燃焼）を実行するエンジンであってもよい。また、エンジン１は、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるエンジンに限らず、ディーゼルエンジンであってもよい。
【００６０】
上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本発明の範囲を限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
本発明は、燃焼室内に所定の高温・高圧水を噴射するようにしたエンジンの制御装置に有用である。
【符号の説明】
【００６２】
１      エンジン
１４    インジェクタ（燃料噴射弁）
１５    水噴射弁
５１    混合気層
１００  ＥＣＵ（制御手段）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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