(57)【要約】【課題】上死点前における水噴射と上死点後における水噴射との噴射量及び噴射時期を適正に設定することにより、燃焼時におけるＮＯｘ濃度の低減作用と水噴射に伴う機関出力の増大作用とをバランス良く発揮できる二流体噴射内燃機関の運転方法及び該内燃機関用二流体噴射装置を提供する。【解決手段】主燃料と他の噴射流体とを燃焼室内に噴射して燃焼せしめる４サイクル二流体噴射内燃機関において、前記噴射流体を燃焼上死点の前後の２回に分け、かつ第１回噴射と第２回噴射との噴射量比を変化可能にして噴射し、前記第１回噴射時期を前記主燃料の噴射時期と重なるように設定し、特に第２回噴射の噴射量を第１回噴射の噴射量よりも多く設定することを特徴とする。【選択図】　　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料と他の噴射流体とを燃焼室内に噴射して燃焼せしめる４サイクル二流体噴射内燃機関の運転方法において、前記噴射流体を燃焼上死点の前後の２回に分け、かつ第１回噴射と第２回噴射との噴射量比を変化可能にして噴射し、前記第１回噴射時期を前記主燃料の噴射時期と重なるように設定したことを特徴とする二流体噴射内燃機関の運転方法。
【請求項２】
前記第２回噴射の噴射量を、第１回噴射の噴射量よりも多く設定したことを特徴とする請求項１記載の二流体噴射内燃機関の運転方法。
【請求項３】
前記第２回噴射の噴射開始時期を、前記主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは前記主燃料の噴射終期に重なるように設定したことを特徴とする請求項１記載の二流体噴射内燃機関の運転方法。
【請求項４】
前記噴射流体として高温水または水蒸気を用いることを特徴とする請求項１記載の二流体噴射内燃機関の運転方法。
【請求項５】
前記噴射流体として超臨界水を用いることを特徴とする請求項１記載の二流体噴射内燃機関の運転方法。
【請求項６】
主燃料と他の噴射流体とを燃焼室内に噴射して燃焼せしめる４サイクル二流体噴射内燃機関において、前記噴射流体を前記燃焼室内に噴射する噴射弁と、該噴射弁から前記噴射流体を、燃焼上死点の前後の第１回噴射と第２回噴射との２回に分けかつ前記第１回噴射時期が前記主燃料の噴射時期と重なるようにするとともに前記２回の噴射量比を変化可能にして噴射せしめる流体噴射装置とを備えてなることを特徴とする内燃機関の二流体噴射装置。
【請求項７】
前記流体噴射装置は、前記第２回噴射の噴射量を第１回噴射の噴射量よりも多く噴射せしめるように構成したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の二流体噴射装置。
【請求項８】
前記流体噴射装置は、前記第２回噴射の噴射開始時期を前記主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは前記主燃料の噴射終期に重ねて噴射せしめるように構成したことを特徴とする請求項６記載の内燃機関の二流体噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主燃料と高温水等の噴射流体とを燃焼室内に噴射して燃焼せしめる４サイクル二流体噴射内燃機関の運転方法及び該内燃機関用二流体噴射装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ディーゼル機関においては、機関のシリンダ内での燃焼過程で発生するＮＯｘ（窒素酸化物）の量を低減する手段として、燃焼室内へ水を直接噴射する技術が多く提供されている。
水を燃焼室内へ直接に噴射する形式の場合、水噴射は、通常、圧縮行程終期から燃焼行程の初期つまり燃焼過程前および／または燃焼行程中に行われる。かかる水の噴射タイミングを採ることにより、多量の水を燃焼室内へ噴射することができ、それによって、５０〜６０％程度のＮＯｘ削減が可能となっている。
【０００３】
４サイクルディーゼル機関において、前記のように燃焼室内への水噴射を、圧縮行程終期から燃焼行程の初期に行うようにした技術の１つとして、特開２００１−２００７６１号の発明がある。
かかる発明においては、圧力５ＭＰａ以上でかつ温度２５０℃以上の高圧水を機関の上死点の前後好ましくはクランク角で上死点前９０°〜上死点後６０°の範囲に行い、上死点前の燃焼室内に該燃焼室内温度よりも低温の前記高圧水を噴射することにより燃焼に伴い発生するＮＯｘ濃度を低減し、上死点後の燃焼室内に高圧水を噴射することにより排熱回収効果を向上させるようになっている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
前記特開２００１−２００７６１号の発明においては、高圧水を上死点前に噴射することによりシリンダ内温度を低下せしめてＮＯｘ濃度を低減するとともに、該高圧水を上死点後に噴射することにより燃焼室内における作動流体量を増大することにより排熱回収量を増大して熱効率を向上している。
【０００５】
しかしながら、かかる発明においては、単に高圧水を上死点前及び上死点後の２回に分けて噴射するにとどまっており、上死点前における高圧水噴射量と上死点後における高圧水噴射量との割合、あるいは上死点前における高圧水の噴射と主燃料の噴射始め時期との関係及び上死点後における高圧水の噴射と主燃料の噴射終り時期との関係については明示されていない。
【０００６】
このため、かかる発明にあっては、上死点前における高圧水噴射量が過大になるとシリンダ内温度低下によるＮＯｘ濃度の低減効果は大きくなる一方でシリンダ内最高圧力の低下に伴う機関出力の低下を引き起こし、また上死点前における高圧水噴射量が過小になると燃焼室内における作動流体量増大による排熱回収量の増大効果が低下するとともに高圧水噴射による主燃料の燃焼促進作用が抑制され高圧水噴射による機関熱効率の向上を実現できない。
【０００７】
さらにかかる発明にあっては、前記のように、上死点前における高圧水の噴射時期と主燃料の噴射始め時期との関係が明示されていないため、高圧水と主燃料との混合作用による燃焼促進とＮＯｘ濃度の低減作用とをバランス良く発揮できる上死点前での高圧水の噴射時期を把握できず、また上死点後における高圧水の噴射時期と主燃料の噴射終り時期との関係についても明示されていないため、高圧水噴射による主燃料の燃焼促進効果を発揮し得る高圧水の噴射時期を把握できない、
等の問題点を有している。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、上死点前における水噴射と上死点後における水噴射との噴射量及び噴射時期を適正に設定することにより、燃焼時におけるＮＯｘ濃度の低減作用と水噴射に伴う機関出力の増大作用とをバランス良く発揮できる二流体噴射内燃機関の運転方法及び該内燃機関用二流体噴射装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、請求項１の発明として、主燃料と他の噴射流体とを燃焼室内に噴射して燃焼せしめる４サイクル二流体噴射内燃機関の運転方法において、前記噴射流体を燃焼上死点の前後の２回に分け、かつ第１回噴射と第２回噴射との噴射量比を変化可能にして噴射し、前記第１回噴射時期を前記主燃料の噴射時期と重なるように設定したことを特徴とする二流体噴射内燃機関の運転方法を提案する。
【００１０】
請求項２記載の発明は請求項１に加えて、前記第２回噴射の噴射量を、第１回噴射の噴射量よりも多く設定したことを特徴とする。
【００１１】
また請求項３記載の発明は請求項１に加えて、前記第２回噴射の噴射開始時期を、前記主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは前記主燃料の噴射終期に重なるように設定する。
【００１２】
また請求項１において、請求項４のように前記噴射流体として高温水または水蒸気を用いるか、あるいは請求項５のように超臨界水を用いるのがよい。
【００１３】
次に、請求項６ないし８記載の発明は、請求項１ないし５の発明に係る運転方法に用いる装置の発明に係り、請求項６の発明は、主燃料と他の噴射流体とを燃焼室内に噴射して燃焼せしめる４サイクル二流体噴射内燃機関において、前記噴射流体を前記燃焼室内に噴射する噴射弁と、該噴射弁から前記噴射流体を、燃焼上死点の前後の第１回噴射と第２回噴射との２回に分けかつ前記第１回噴射時期が前記主燃料の噴射時期と重なるようにするとともに前記２回の噴射量比を変化可能にして噴射せしめる流体噴射装置とを備えてなることを特徴とする。
【００１４】
請求項７の発明は請求項６に加えて、前記流体噴射装置は、前記第２回噴射の噴射量を第１回噴射の噴射量よりも多く噴射せしめるように構成してなる。
【００１５】
また請求項８の発明は請求項６に加えて、前記流体噴射装置は、前記第２回噴射の噴射開始時期を前記主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは前記主燃料の噴射終期に重ねて噴射せしめるように構成してなる。
【００１６】
かかる発明によれば、流体噴射装置は、燃料噴射弁から燃焼室内に噴射される主燃料とは別の加圧された噴射流体を、噴射弁から燃焼室内に、機関の燃焼上死点の前でかつ前記主燃料の噴射時期好ましくは該主燃料の噴射初期に重なるように第１回噴射をせしめるとともに、前記燃焼上死点後において請求項３のように前記主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは該主燃料の噴射終期に重なるように第２回噴射をせしめる。
【００１７】
前記第１回噴射の噴射量と第２回噴射の噴射量との割合（噴射量比）は、前記流体噴射装置によって機関負荷（機関出力）、機関回転数等の機関運転条件によって予め設定し、具体的には請求項２及び７のように前記第２回噴射の噴射量を第１回噴射の噴射量よりも多く噴射せしめる。
【００１８】
従ってかかる発明によれば、燃焼上死点前における噴射流体の第１回噴射により燃焼温度の上昇を抑制しＮＯｘ発生量を低減しつつ、主燃料噴射初期における加圧噴射流体の噴射により燃焼室内における噴射済み主燃料の拡散燃焼を促進して燃焼性能を維持するとともに、燃焼上死点後における噴射流体の第２回噴射により、噴射流体によって噴射済み主燃料の噴霧を増速せしめることにより燃焼が促進されて筒内最高圧力が上昇し、これによって機関出力を増大し熱効率を上昇せしめることができる。
【００１９】
殊に、請求項２及び７のように構成すれば、第２回噴射の噴射量を第１回噴射の噴射量よりも多く噴射せしめることにより、噴射流体による噴射済み主燃料の噴霧増速作用及びこれに伴う筒内最高圧力の上昇、さらには機関出力の増大に伴う熱効率の上昇が顕著となる。
また請求項３及び８のように構成すれば、主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは該主燃料の噴射終期に重なるように第２回噴射を行うことにより、主燃料の噴射終期近傍における拡散エネルギーが減少しつつある主燃料噴霧を噴射流体により増速せしめることによって、前記拡散エネルギーが復活し燃焼が促進されて筒内最高圧力の上昇に伴う機関出力の増大及び熱効率の上昇効果が顕著となる。
【００２０】
要するにかかる発明によれば、前記流体噴射装置によって噴射流体の第１回噴射と第２回噴射との噴射量比を自在に変化せしめることができるので、燃焼上死点前における噴射流体の第１回噴射によって燃焼性能を維持しつつＮＯｘ発生量を低減することと、燃焼上死点後における噴射流体の第２回噴射によって筒内最高圧力の上昇による機関出力の増大及び熱効率の上昇をなすこととをバランス良く実現し得る噴射量比になるように、噴射流体の噴射制御を行うことができる。
【００２１】
また前記噴射流体としては、請求項４のような高温水または水蒸気あるいは請求項５のような超臨界水が好適であるが、殊に請求項５のような超臨界水を用いれば、該超臨界水による拡散係数の増大によって水と燃料の均一相形成が容易となり局所的な高温燃焼部が少なくなり、さらに該超臨界水においては凝縮冷却が抑制されるため燃焼室内における温度分布の均一化が促進され、ＮＯｘ発生の抑制効果がさらに増大する。
【００２２】
【発明の実施の形態】
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る構成部品の寸法、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過ぎない。
【００２３】
図１は本発明の実施例に係る二流体噴射装置を備えた４サイクルディーゼル機関の噴射タイミング線図である。図２は前記４サイクルディーゼル機関における二流体噴射システムの系統図、図３は前記４サイクルディーゼル機関における燃焼室周りの概略断面図である。図４は前記実施例における上死点前後の噴射量比と熱効率との関係線図である。
【００２４】
全体システムを示す図２において、１はディーゼル機関（以下機関と略称する）、７は該機関１の給気マニホールド、８は排気マニホールド、３は該機関１に直結駆動される発電機である。４は過給機で、前記機関１の排気マニホールド８から排気管１０を経て導入される排ガスによりタービン４ａを駆動し該タービン４ａに直結駆動されるコンプレッサ４ｂにより空気を圧縮し該加圧空気即ち給気を給気管９を通して前記機関１の給気マニホールド７に供給する。２は主燃料を高圧に加圧して前記機関１の燃料噴射弁１６（図３参照）に圧送する燃料噴射ポンプである。
【００２５】
５は排熱ボイラで、前記過給機４のタービン４ａを駆動し排気管１０を経て導入された排ガスと、給水ポンプ６により給水管２４を介して送給された水とを熱交換して該水を加熱し、高温水あるいは水蒸気（あるいは後述するような超臨界水）を生成するものである。該排熱ボイラ５は公知の排熱ボイラを用いるので、その構造説明は省略する。
２６は高温水噴射ポンプで、前記排熱ボイラ５で生成された高温水を加圧し高圧の高温水として、高温水噴射管２５を通して前記機関１側の水噴射弁２２（図３参照）に圧送する。
【００２６】
２８は前記発電機３を駆動するための機関１の負荷（出力）を検出する負荷検出器、２９は機関回転数及び機関のクランク角を検出する回転数検出器である。該回転数検出器２９には必要に応じて機関のクランク角を検出するクランク角検出器を併設する。
２７は高温水噴射制御装置で、前記負荷検出器２８から入力される機関負荷（出力）の検出値及び回転数検出器２９から入力される機関回転数の検出値（必要に応じてクランク角の検出値）に基づき前記高温水噴射ポンプ２５に水噴射弁２２（図３参照）の噴射タイミングの制御操作信号を出力する。
【００２７】
前記機関１の燃焼室周りの概略を示す図３において、前記機関１は、シリンダライナ１９と、シリンダヘッド１２と、ピストンリング１３が介装され前記シリンダライナ１９内で往復運動するピストン１４と、前記ピストン１４の往復動力をクランク軸（図示省略）を介して前記発電機３に伝達する連接棒１５等とからなる。
また前記機関１において、２０は給気ポート、２１は排気ポート、１１は前記シリンダヘッド１２及びピストン１４にて区画形成される燃焼室である。
【００２８】
該燃焼室１１に対面する中央部には燃料噴射弁１６、その左右両側には前記給気ポートを開閉して燃焼室１１内に空気を供給する給気弁１７と、前記排気ポート２１を開閉して燃焼室１１からの排ガスの排出を行う排気弁１８とを具え、機関１の基本動作である吸入、圧縮、燃焼、排気を４サイクルつまりクランク軸の２回転で完了する。
２２は本発明の対象となる水噴射弁で、前記給気弁１７及び排気弁１８の外側の燃焼室１１上部に１個あるいは複数個（この例では２個）設けられている。
【００２９】
かかる構成からなる二流体噴射システムを備えた４サイクルディーゼル機関の運転時において、燃焼室１１内での燃焼が行われた後、ピストン１４の下死点前で排気弁１８が開かれると、排ガス（燃焼ガス）は排気ポート２１から排気管１０を通って過給機４のタービン４ａを駆動し、排気管１０を通って排熱ボイラ５に導かれる。
該排熱ボイラ５においては、前記排ガスと前記給水ポンプ６により給水管２４を通して送給された水とを熱交換することにより該水を加熱して水蒸気を含む高温水（あるいは後述する超臨界水）を生成する。この高温水は高温水噴射ポンプ２６により所定圧力に加圧され、機関１の水噴射弁２２に送給され、該水噴射弁２２から後述する噴射タイミングで以って燃焼室１１内に噴射される。
【００３０】
一方、前記過給機４のタービン４ａに直結駆動されるコンプレッサ４ｂで加圧された空気は給気管９を通って給気ポート２０に導かれ、給気弁１７の開弁により燃焼室１１内に導入される。
そして、吸入行程では前記給気弁１７の開弁とともにピストン１４が下死点まで下降し、該ピストン１４が下死点より一定角度（通常、＋２０°〜８０°程度）上昇した時点で給気弁１７が閉じて圧縮行程に移行する。
圧縮行程においては、ピストン１４の上昇により燃焼室１１内の空気に圧縮作用が始まり、主燃料の自己着火温度以上の高温にする。そして圧縮行程の終期近くで（上死点より−１０°〜−２０°前後）燃料噴射弁１６により燃焼室１１内の空気中に主燃料を噴射すると、主燃料は自己着火により燃焼して温度及び圧力が急上昇し、ピストン１４は上死点を経て下死点に押し下げられ、膨張仕事をなす。
【００３１】
本発明においては、前記水噴射弁２２から燃焼室１１内に噴射される噴射流体高温水（水蒸気を含む、以下同様）（噴射流体）の噴射方法あるいは噴射手段を次のように構成している。
すなわち、図１に示す前記４サイクルディーゼル機関の噴射タイミング線図において、前記水噴射弁２２からの高温水は、機関の燃焼上死点の前におけるθｗ１〜θｗ２の期間の第１回噴射と、前記燃焼上死点の後におけるθｗ３〜θｗ４の期間の第２回噴射との２回に分けて噴射する。
【００３２】
そして、前記燃焼上死点前の第１回噴射においては、その噴射期間θｗ１〜θｗ２が、燃料噴射弁１６から燃焼室１１内に噴射される主燃料の噴射期間θｆ１〜θｆ２の噴射初期に重なるような噴射タイミングで以って噴射する。
また前記燃焼上死点後の第２回噴射においては、その噴射期間θｗ３〜θｗ４が前記主燃料の噴射終り時期θｆ２に近接させるかあるいは該主燃料の噴射終期に重なるようような噴射タイミングで以って噴射する。
【００３３】
また、前記第１回噴射θｗ１〜θｗ２及び第２回噴射θｗ３〜θｗ４の噴射量との割合（噴射量比）は、前記高温水噴射制御装置２７によって制御する。
即ち、前記高温水噴射制御装置２７による高温水の噴射時期及び噴射期間の制御は、該高温水噴射制御装置２７に負荷検出器２８から入力される機関負荷（出力）の検出値及び回転数検出器２９から入力される機関回転数の検出値（必要に応じてクランク角の検出値）に基づき、前記高温水噴射ポンプ２５に図１に示されるような水噴射弁２２の第１回噴射θｗ１〜θｗ２及び第２回噴射θｗ３〜θｗ４の噴射タイミングの制御操作信号を出力して該高温水噴射ポンプ２５を駆動操作することにより行う。
【００３４】
前記高温水噴射制御装置２７においては、前記第１回噴射θｗ１〜θｗ２の噴射量と第２回噴射θｗ３〜θｗ４の噴射量との割合（噴射量比）を自在に変化せしめ、この実施例では、前記第２回噴射θｗ３〜θｗ４の噴射量を第１回噴射θｗ１〜θｗ２の噴射量よりも多く噴射せしめるように、前記高温水噴射ポンプ２５及び水噴射弁２２を制御する。
このように構成すれば、前記高温水の噴射タイミング及び噴射量を機関運転状態に適応して正確に設定することが可能となり、機関出力の増大効果、ＮＯｘ発生の抑制効果、及び排気ガスからの熱回収効率のより高い増大効果が得られる。
また、前記高温水噴射ポンプ２５及び水噴射弁２２の噴射タイミング及び噴射量制御は、前記給気弁１７及び排気弁１８の開閉タイミングとともに、図示しないクランク軸の回転に連動されるタイミングギアにより行ってもよい。
【００３５】
従ってかかる実施例によれば、水噴射弁２２からの燃焼上死点前における高温水（噴射流体）の第１回噴射θｗ１〜θｗ２により燃焼温度の上昇を抑制しＮＯｘ発生量を低減しつつ、燃料噴射弁１６からの主燃料の噴射初期に加圧高温水を噴射することにより、燃焼室１１内における噴射済み主燃料の拡散燃焼を促進して燃焼性能を維持する。
そして、燃焼上死点後における前記加圧高温水の第２回噴射θｗ３〜θｗ４によって、該加圧高温水よって噴射済み主燃料の噴霧を増速せしめることにより燃焼が促進されて筒内最高圧力が上昇し、これによって機関出力が増大し熱効率が上昇する。
【００３６】
殊に、第２回噴射θｗ３〜θｗ４の噴射量を第１回噴射θｗ１〜θｗ２の噴射量よりも多く噴射せしめることにより、高温水による噴射済み主燃料の噴霧増速作用及びこれに伴う筒内最高圧力の上昇、さらには機関出力の増大に伴う熱効率の上昇が顕著となる。
また、前記第２回噴射θｗ３〜θｗ４を、主燃料の噴射終り時期θｆ２に近接させるかあるいは該主燃料の噴射終期に重なるように第２回噴射を行うことにより、主燃料の噴射終期近傍における拡散エネルギーが減少しつつある主燃料噴霧を高温水により増速せしめることによって、前記拡散エネルギーが復活し燃焼が促進されて筒内最高圧力の上昇に伴う機関出力の増大及び熱効率の上昇効果が顕著となる。
【００３７】
図４は、かかる実施例における上死点前後の噴射量比と筒内最高温度及び熱効率とのシミュレーション計算に基づく関係線図である。
図において、ｅ、ｃ、ｄは従来技術で、ｅは高温水の噴射無し、ｃは上死点前でのみ高温水を噴射した場合、ｄは上死点後でのみ高温水を噴射した場合を示す。
Ａ、Ｂは本発明で、Ａは上死点前に１、２５、上死点後に１、２５の２回噴射、Ｂは上死点前に２、５、上死点後に２、５の２回噴射の場合である。
図４に明らかなように、本発明（Ａ、Ｂ）においては、上死点前及び上死点後における高温水の噴射により筒内最高温度の上昇を抑えてＮＯｘ発生量を低減し、かつ熱効率を高く維持することが可能となる。
【００３８】
さらに、前記高温水に代えて３７４℃以上でかつ２２ＭＰａ以上の超臨界水（あるいは２５０℃〜３００℃以上で１０ＭＰａ以上の亜臨界水を含む）を用いることができる。
前記超臨界水は、ディーゼルやガスタービンの場合、排ガスの温度が５５０℃若しくはそれ以上であることから、前記排熱ボイラ５において機関１からの排ガスにより給水ポンプ６から送給される給水を加熱することにより容易に製造できる。
【００３９】
前記超臨界水や２５０℃〜３００℃以上で１０ＭＰａ以上の亜臨界水は、その誘電率が有機溶媒程度なみに低くなり炭化水素系燃料との相互溶解性が向上するため、また拡散係数の増大によって水と燃料の均一相形成が容易となり、局所的な高温燃焼部が少なくなる。よって燃焼中におけるＮＯｘの生成を抑制できる。
また前記超臨界水や亜臨界水は、前記のように液状水に比べて拡散係数が大きく粘度が低くなって燃焼時に拡散し易くなり、燃焼効率の向上につながる。
また前記超臨界水や亜臨界水は、超臨界点近傍では温度・圧力により物性が大きく変化するために、温度・圧力を制御することによりこれらの物性をコントロールすることができる。これにより多種多様な炭化水素系燃料への対応、また負荷・回転数による燃料噴射の形態に応じた超臨界水の噴射が可能である。
【００４０】
また前記のように超臨界水は拡散係数が大きいため、燃料との混合が良好に行われ、さらに水や水蒸気のように燃料粒子と夫々独立して混合されるのではなく、超臨界水が有機溶媒のような特性を持つため、燃料に溶け込み、より均一な燃焼場を形成することができる。
ディーゼル機関は燃料と空気の比が、１：３０前後であることから、さらにこの燃料及び空気に超臨界水を燃料質量比２〜４程度（燃料：空気：臨界水＝１：３０：２〜４）噴射することにより、前記のような均一な燃焼場を得ることができる。
【００４１】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、燃焼上死点前における噴射流体の第１回噴射により燃焼温度の上昇を抑制しＮＯｘ発生量を低減しつつ主燃料噴射初期に加圧された噴射流体の噴射により燃焼室内における噴射済み主燃料の拡散燃焼を促進して燃焼性能を維持するとともに、燃焼上死点後における噴射流体の第２回噴射によって、噴射流体によって噴射済み主燃料の噴霧を増速せしめることにより燃焼が促進されて筒内最高圧力が上昇し、これにより機関出力を増大し熱効率を上昇せしめることができる。
【００４２】
殊に、請求項２及び７のように構成すれば、第２回噴射の噴射量を第１回噴射の噴射量よりも多く噴射せしめることにより、噴射流体による噴射済み主燃料の噴霧増速作用及びこれに伴う筒内最高圧力の上昇、これによる機関出力の増大及び熱効率の上昇が顕著となる。
【００４３】
また請求項３及び８のように構成すれば、主燃料の噴射終り時期に近接させるかあるいは該主燃料の噴射終期に重なるように第２回噴射を行うことにより、主燃料の噴射終期近傍における拡散エネルギーが減少しつつある主燃料噴霧を噴射流体よって増速せしめることによって、前記拡散エネルギーが復活し燃焼が促進されて筒内最高圧力の上昇に伴う機関出力の増大及び熱効率の上昇効果が顕著となる。
【００４４】
要するにかかる発明によれば、前記流体噴射装置によって前記噴射流体の第１回噴射と第２回噴射との噴射量比を自在に変化せしめることができるので、燃焼上死点前における噴射流体の第１回噴射によって燃焼性能を維持しつつＮＯｘ発生量を低減することと、燃焼上死点後における噴射流体の第２回噴射によって筒内最高圧力の上昇による機関出力の増大及び熱効率の上昇をなすこととをバランス良く実現し得る噴射量比になるように、噴射流体の噴射制御を行うことができる。
【００４５】
また前記噴射流体として請求項５のような超臨界水を用いれば、該超臨界水による拡散係数の増大によって水と燃料の均一相形成が容易となり局所的な高温燃焼部が少なくなり、さらに該超臨界水においては凝縮冷却が抑制されるため燃焼室内における温度分布の均一化が促進され、ＮＯｘ発生の抑制効果がさらに増大する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例に係る二流体噴射装置を備えた４サイクルディーゼル機関の噴射タイミング線図である。
【図２】前記４サイクルディーゼル機関における二流体噴射システムの系統図である。
【図３】前記４サイクルディーゼル機関における燃焼室周りの概略断面図である。
【図４】前記実施例における上死点前後の噴射量比と熱効率との関係線図である。
【符号の説明】
１　ディーゼル機関
２　燃料噴射ポンプ
３　発電機
４　過給機
５　排熱ボイラ
６　給水ポンプ
９　給気管
１０　排気管
１１　燃焼室
１２　シリンダヘッド
１４　ピストン
１６　燃料噴射弁
１７　給気弁
１８　排気弁
２２　水噴射弁
２６　高温水噴射ポンプ
２７　高温水噴射制御装置
２８　負荷検出器
２９　回転数検出器
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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