(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストンが往復動可能に嵌装された気筒を含むエンジン本体を有するエンジンの制御装置において、
上記気筒内に形成された燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、
上記燃焼室内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、
上記燃料噴射装置と上記水噴射装置とを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
上記水噴射装置は、上記ピストンの冠面に向かって上記超臨界水または亜臨界水を噴射可能な位置に取り付けられており、
上記制御手段は、
エンジン負荷が予め設定された基準負荷よりも低い低負荷領域では、上記燃焼室全体での空気過剰率が１よりも大きくなり、且つ、上記燃焼室の外周部分に空気層が形成されるように、上記燃料噴射装置によって圧縮行程の後半に上記燃焼室内の中央部分に燃料を噴射させ、
エンジン負荷が上記基準負荷以上の高負荷領域では、上記燃焼室全体での空気過剰率が１となるように上記燃料噴射装置によって上記燃焼室内に燃料を噴射させるとともに、圧縮行程後半から膨張行程前半の間であって上記燃料噴射装置による燃料噴射が終了してから当該燃料と空気の混合気が着火するまでの間に、上記超臨界水または亜臨界水を上記水噴射装置から上記ピストンの冠面に向かって噴射させて、上記ピストンの冠面に超臨界水または亜臨界水を付着させて水の断熱層を形成す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に記載のエンジンの制御装置において、
上記エンジン本体の幾何学的圧縮比は、１８以上３５以下に設定されており、
上記高負荷領域における上記エンジン本体の有効圧縮比は、１５以上に設定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１または２に記載のエンジンの制御装置において、
上記超臨界水または亜臨界水を生成する水加工装置を備え、
当該水加工装置は、
上記エンジン本体から排出された排ガスに含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器と、
当該凝縮器で凝縮された水に上記排ガスの熱エネルギーを供給して当該水を昇温昇圧する昇温昇圧器とを有す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１〜３のいずれかに記載のエンジンの制御装置において、
上記燃焼室の壁面の少なくとも一部に、断熱材が設けら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、ピストンが往復動可能に嵌装された気筒を有するエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、エンジンにおいて、燃費性能を高めるべく、燃焼ガスの熱エネルギーが燃焼室の壁面からエンジン外部に放出されることに伴う損失すなわち冷却損失を抑制することが求められている。
【０００３】
これに対して、例えば、特許文献１には、エンジン負荷が低い領域において、燃焼室の中央部分に燃料を滞留させて燃焼室の外周部分に空気層を形成し、この空気層によって燃焼ガスの熱エネルギーの外部への放出を抑制するエンジンが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１９４６２２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１のエンジンによれば冷却損失を小さく抑えて燃費性能を高めることができる。しかしながら、このエンジンでは、エンジン負荷が低い領域でのみ冷却損失が抑制されるにとどまり燃費性能が十分に高められないという問題がある。
【０００６】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、広範な負荷領域で冷却損失を小さく抑えることのできるエンジンの制御装置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】
上記課題を解決するために、本発明は、ピストンが往復動可能に嵌装された気筒を含むエンジン本体を有するエンジンの制御装置において、上記気筒内に形成された燃焼室内に燃料を噴射する燃料噴射装置と、上記燃焼室内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、上記燃料噴射装置と上記水噴射装置とを含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、上記水噴射装置は、上記ピストンの冠面に向かって上記超臨界水または亜臨界水を噴射可能な位置に取り付けられており、上記制御手段は、エンジン負荷が予め設定された基準負荷よりも低い低負荷領域では、上記燃焼室全体での空気過剰率が１よりも大きくなり、且つ、上記燃焼室の外周部分に空気層が形成されるように、上記燃料噴射装置によって圧縮行程の後半に上記燃焼室内の中央部分に燃料を噴射させ、エンジン負荷が上記基準負荷以上の高負荷領域では、上記燃焼室全体での空気過剰率が１となるように上記燃料噴射装置によって上記燃焼室内に燃料を噴射させるとともに、圧縮行程後半から膨張行程前半の間であって上記燃料噴射装置による燃料噴射が終了してから当該燃料と空気の混合気が着火するまでの間に、上記超臨界水または亜臨界水を上記水噴射装置から上記ピストンの冠面に向かって噴射させて、上記ピストンの冠面に超臨界水または亜臨界水を付着させて水の断熱層を形成することを特徴とするエンジンの制御装置を提供する（請求項１）。
【０００８】
本発明によれば、広範な負荷領域において、適正な燃焼を実現しつつ冷却損失を抑制することができる。具体的には、低負荷領域では、燃焼室に噴射される燃料が少なく、燃焼室内に燃焼に寄与しない余剰の空気が存在する。これに対して、本発明では、低負荷領域において燃焼室の外周部分に空気層が形成されるように燃料が噴射されている。従って、低負荷領域において、燃焼に必要な空気を確保して適正な燃焼を実現しつつ余剰の空気によって空気層を形成して冷却損失を抑制することができる。一方、高負荷領域では余剰の空気が少ないため、上記のように空気層を形成した場合には局所的にリッチ（空気過剰率が小さい）混合気が形成されてしまう。これに対して、本発明では、混合気の着火前にピストンの冠面に向かって水が噴射されていることで、ピストンの冠面にこの水を付着させて水による断熱層を着火前に形成することができる。従って、高負荷領域では、局所的にリッチな混合気が形成されるのを抑制して適正な燃焼を実現しつつ水による断熱層によって冷却損失を抑制することができる。
【０００９】
特に、本発明では、上記水として通常の気体の水よりも密度の高い超臨界水あるいは亜臨界水が用いられるとともに、この超臨界水等が圧縮行程後半から膨張行程前半の高温高圧の気筒内に噴射されるため、上記断熱層における水の密度を高めて高い断熱効果を得ることができ、冷却損失をより確実に小さくして燃費性能を高めることができる。
【００１０】
なお、本発明において、圧縮行程前半とは圧縮上死点前９０°ＣＡ（クランク角）から圧縮上死点までの期間をいう。
【００１１】
本発明において、上記エンジン本体の幾何学的圧縮比は、１８以上３５以下に設定されており、上記高負荷領域における上記エンジン本体の有効圧縮比は、１５以上に設定されているのが好ましい（請求項２）。
【００１２】
このようにすれば、高負荷領域において有効圧縮比を高くしてエンジントルクを高めつつ、スモークの悪化を抑制しながら冷却損失を小さく抑えることができる。具体的には、有効圧縮比が高いと燃焼温度が高くなりやすい。そして、燃焼温度が高い状態で局所的にリッチな混合気が形成するとスモークが増大しやすくなる。これに対して、本発明では、上記のように、空気を用いることなく水によって断熱層を形成することができる。そのため、有効圧縮比を高くしつつ、スモークを増大させることなく冷却損失を小さく抑えることができる。
【００１３】
また、上記構成において、上記超臨界水または亜臨界水を生成する水加工装置を備え、当該水加工装置は、上記エンジン本体から排出された排ガスに含まれる水蒸気を凝縮する凝縮器と、当該凝縮器で凝縮された水に上記排ガスの熱エネルギーを供給して当該水を昇温昇圧する昇温昇圧器とを有するのが好ましい（請求項３）。
【００１４】
この構成によれば、排ガスに含まれる水および排ガスの熱エネルギーを利用して超臨界水または亜臨界水を生成することができ、別途これらを生成するための装置を設ける場合に比べてエネルギー効率を高めることができる。ここで、エンジン負荷が低い低負荷領域では排ガスの温度が低いため、超臨界水または亜臨界水を生成するためには別途エネルギーを供給する必要がある。これに対して、本発明では、上記のように、低負荷領域では空気により断熱層を形成しているため、エネルギー効率を高めつつ広範な負荷領域で冷却損失を小さく抑えることができる。
【００１５】
また、上記構成において、燃焼室の壁面の少なくとも一部に、断熱材が設けられているのが好ましい（請求項４）。
【００１６】
この構成によれば、上記空気および水により形成される断熱層に加えて断熱材が設けられることで、冷却損失をより一層小さく抑えることができる。
【発明の効果】
【００１７】
以上説明したように、本発明のエンジンの制御装置によれば、広範な負荷領域で冷却損失を小さく抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の一実施形態にかかるエンジンシステムの構成を示した図である。
【図２】超臨界水を説明するための水の状態図である。
【図３】亜臨界水を説明するための水の状態図である。
【図４】エンジン本体の一部を拡大して示す概略断面図である。
【図５】燃料噴射装置の概略断面図である。
【図６】（ａ）燃料の噴射間隔が長いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（ｂ）燃料の噴射間隔が短いときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。
【図７】（ａ）インジェクタのリフト量が小さいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図、（ｂ）インジェクタのリフト量が大きいときの燃料噴霧の広がりを示す概念図である。
【図８】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図９】エンジンの制御領域を示した図である。
【図１０】（ａ）低負荷噴射モードの噴射パターンと混合気層の形状とを示す図である。（ｂ）切替領域噴射モードの噴射パターンと混合気層の形状とを示す図である。（ｃ）中負荷噴射モードの噴射パターンと混合気層の形状とを示す図である。
【図１１】高負荷領域での熱発生率、燃料噴射率、水噴射率を示した図である。
【図１２】超臨界水噴射により断熱層が形成される様子を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
（１）エンジンシステムの全体構成
図１は、本発明の第１実施形態にかかるエンジンの制御装置が適用されたエンジンシステムの構成を示す図である。本実施形態のエンジンシステムは、４ストロークのエンジン本体１と、エンジン本体１に燃焼用の空気を導入するための吸気通路３０と、エンジン本体１で生成された排ガスを排出するための排気通路４０とを備える。エンジン本体１は、例えば、４つの気筒２を有する４気筒エンジンである。エンジン本体１に供給する燃料の種類は限定されないが、本実施形態ではガソリンを含む燃料が用いられる。本実施形態のエンジンシステムは車両に搭載され、エンジン本体１は車両の駆動源として利用される。
【００２０】
吸気通路３０には、上流側から順に、エアクリーナ３１と、スロットルバルブ３２とが設けられており、エアクリーナ３１およびスロットルバルブ３２を通過した後の空気がエンジン本体１に導入される。
【００２１】
スロットルバルブ３２は、吸気通路３０を開閉するものである。ただし、本実施形態では、エンジンの運転中、スロットルバルブ３２は基本的に全開もしくはこれに近い開度に維持されており、エンジンの停止時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３０を遮断する。
【００２２】
排気通路４０には、上流側から順に、排ガスを浄化するための三元触媒４１、熱交換器（昇温昇圧器）４２、コンデンサー（凝縮器）４３、排気シャッターバルブ４４が設けられている。熱交換器４２およびコンデンサー４３は、後述する排熱回収装置（水加工装置）６０の一部を構成するものである。
【００２３】
排気シャッターバルブ４４は、ＥＧＲガスの吸気通路３０への還流を促進するためのものである。
【００２４】
すなわち、本実施形態のエンジンシステムでは、吸気通路３０のうちスロットルバルブ３２よりも下流側の部分と、排気通路４０のうち三元触媒４１よりも上流側の部分とを連通するＥＧＲ通路５１が設けられており、排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流されるようになっている。そして、排気シャッターバルブ４４は、排気通路４０を開閉可能なバルブであり、ＥＧＲを実施する場合であって排気通路４０の圧力が低い場合に閉弁側に操作されることでＥＧＲ通路５１の上流側の部分の圧力を高めてＥＧＲガスの還流を促進する。
【００２５】
ＥＧＲ通路５１には、これを開閉するＥＧＲバルブ５２が設けられており、ＥＧＲバルブ５２の開弁量によって吸気通路３０に還流されるＥＧＲガスの量が調整される。また、本実施形態では、ＥＧＲ通路５１に、これを通過するＥＧＲガスを冷却するためのＥＧＲクーラ５３が設けられており、ＥＧＲガスはＥＧＲクーラ５３にて冷却された後吸気通路３０に還流される。
【００２６】
排熱回収装置６０は、排ガスの熱エネルギーを利用して超臨界水を生成するためのものである。すなわち、本実施形態のエンジンシステムでは、後述するように水噴射装置２２から各気筒２内に超臨界水を噴射するように構成されているとともに、排ガスを利用してこの超臨界水を生成するように構成されている。
【００２７】
排熱回収装置６０は、熱交換器４２およびコンデンサー４３に加えて、水噴射装置２２とコンデンサー４３とを接続する排気凝結水通路６１と、水タンク６２と、水噴射用ポンプ６３とを備えている。
【００２８】
コンデンサー４３は、排気通路４０を通過する排ガス中の水（水蒸気）を凝縮するためのものである。水タンク６２は、内側に凝縮水を貯留するものである。コンデンサー４３で生成された凝縮水は、排気凝結水通路６１を介して水タンク６２に導入され水タンク６２内で貯留される。
【００２９】
水噴射用ポンプ６３は、水タンク６２内の凝縮水を熱交換器４２を介して水噴射装置２２に圧送するためのものである。水タンク６２内の凝縮水は、水噴射用ポンプ６３による圧送時に昇温昇圧される。例えば、凝縮水は、水噴射用ポンプ６３によって、３５０Ｋ程度に昇温され２５０ｂａｒ程度に昇圧される。
【００３０】
熱交換器４２は、水噴射用ポンプ６３から圧送された凝縮水と、排気通路４０を通過する排ガスとの間で熱交換を行わせるためのものである。熱交換器４２は、間接式熱交換器であり、凝縮水は熱交換器４２の通過時に排ガスから熱エネルギーを受ける。熱交換器４２を通過することで、凝縮水は、水噴射用ポンプ６３により加圧された状態からさらに昇温昇圧され、超臨界水となる。
【００３１】
超臨界水とは、水の臨界点よりも温度および圧力が高い水であって、気体のように分子が激しく運動しながら液体に近い高い密度を有する。つまり、超臨界水は気体または液体の水に相変化するのに潜熱を必要としない水である。詳細は後述するが、本実施形態では、このような性状の水を気筒２内に噴射することで、気筒２内に形成された燃焼室６の壁面に断熱層を形成する。
【００３２】
図２を用いて具体的に説明する。図２は、横軸をエンタルピーとし、縦軸を圧力としたときの水の状態図を示したものである。この図２において、領域Ｚ２は液体の領域、領域Ｚ３は気体の領域、領域Ｚ４は液体と気体が共存する領域である。実線で示したラインＬＴ３５０、ＬＴ４００・・・ＬＴ１０００は、それぞれ同じ温度となる点をつないだ等温度線であって、それぞれ数字が温度（Ｋ）を示している。例えば、ＬＴ３５０は３５０Ｋの等温度線であり、ＬＴ１０００は１０００Ｋの等温度線である。そして、点Ｘ１が臨界点、領域Ｚ１が臨界点Ｘ１よりも温度および圧力が高い領域であり、超臨界水はこの領域Ｚ１に含まれる水である。具体的には、水の臨界点が、温度：６４７．３Ｋ，圧力：２２．１２ＭＰａの点であるのに対して、超臨界水は温度圧力がこれら以上すなわち温度が６４７．３Ｋ以上かつ圧力が２２．１２ＭＰａ以上の水である。
【００３３】
図２において、破線で示したラインＬＲ０．０１、ＬＲ０．１・・・、ＬＲ５００は、それぞれ同じ密度となる点をつないだ等密度線であって、それぞれ数字が密度（ｋｇ／ｍ３）を示している。例えば、ＬＲ０．０１は密度が０．０１ｋｇ／ｍ３の等密度線であり、ＬＲ１０００は密度が５００ｋｇ／ｍ３の等密度線である。この等密度線ＬＲと領域Ｚ１，Ｚ３との比較から明らかなように、領域Ｚ１に含まれる水すなわち超臨界水の密度は５０ｋｇ／ｍ３から５００ｋｇ／ｍ３程度と液体の水に近い値であって気体の密度よりも非常に高い値となっている。
【００３４】
なお、エンジンシステムにて生成して気筒２内に噴射する超臨界水としては、密度が２５０ｋｇ／ｍ３以上の超臨界水を用いるのが好ましい。
【００３５】
また、図２において矢印Ｙ１で示すように、通常の液体の水は気体に変化するために大きなエンタルピーを必要とする。すなわち、通常の液体の水は気体に変化するのに比較的大きな潜熱を必要とする。これに対して、矢印Ｙ２で示すように、超臨界水では、通常の気体の水に変化するのにほとんどエンタルピーすなわち潜熱を必要としない。
【００３６】
ここで、図２から明らかなように、領域Ｚ１に近い領域に含まれる水は、密度も高く気体に変化するための潜熱も小さく、超臨界水に近い性状を有する。従って、本実施形態では、上記のように排熱回収装置６０によって超臨界水を生成して超臨界水を気筒２内に噴射するが、超臨界水に代えて領域Ｚ１に近い領域に含まれる水である亜臨界水を生成および気筒２内に噴射してもよい。例えば、図３に示す領域Ｚ１０であって、温度が６００Ｋ以上、密度が２５０ｋｇ／ｍ３以上の領域Ｚ１０に含まれる亜臨界水を生成および噴射してもよい。
【００３７】
（２）エンジン本体の構成
（２−１）全体構成
エンジン本体１の構成について次に説明する。
【００３８】
図４は、エンジン本体１の一部を拡大して示した断面図である。図４に示すように、エンジン本体１は、気筒２が内部に形成されたシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に設けられたシリンダヘッド４と、気筒２に往復動（上下動）可能に嵌装されたピストン５とを有している。
【００３９】
ピストン５の上方には燃焼室６が形成されている。燃焼室６はいわゆるペントルーフ型であり、燃焼室６の天井面（シリンダヘッド４の下面）は吸気側および排気側の２つの傾斜面からなる三角屋根状をなしている。
【００４０】
本実施形態では、燃焼室６内の燃焼ガスの熱が燃焼室６の外部に放出されるのを抑制して冷却損失を低減するべく、燃焼室６の壁面（内側面）に、燃焼室６の内側面よりも熱伝導率が低い断熱材７が設けられている。具体的には、燃焼室６の内側面を構成する、気筒２の壁面と、ピストン５の冠面５ａと、シリンダヘッド４の下面と、吸気弁１９および排気弁１９の各バルブヘッドの面とに、それぞれ断熱材７が設けられている。なお、本実施形態では、図４に示すように、気筒２の壁面に設けられた断熱材７は、ピストン５が上死点に位置した状態でピストンリング５ｂよりも上側（シリンダヘッド４側）となる部分に限定されており、ピストンリング５ｂが断熱材７上を摺動しないようになっている。
【００４１】
断熱材７としては、上記のように熱伝導率が低い材料で形成されればよく具体的な材料は限定されない。ただし、断熱材７として、燃焼室６の内側面よりも容積比熱が小さい材料を用いるのが好ましい。すなわち、エンジン本体１が冷却水により冷却される場合、燃焼室６内のガス温度は燃焼サイクルの進行によって変動する一方、燃焼室６の内側面の温度は略一定に維持される。そのため、この温度差に伴って冷却損失が大きくなる。そこで、断熱材７を容積比熱の小さい材料で形成すれば、断熱材７の温度が燃焼室６内のガスの温度の変動に追従して変化するため、冷却損失を小さく抑えることができる。
【００４２】
例えば、断熱材７は、燃焼室６の内側面上にＺｒＯ２等のセラミック材料がプラズマ溶射によりコーティングされることで形成されている。なお、このセラミック材料の中に多数の気孔が含まれるようにし、これにより断熱材７の熱伝導率および容積比熱をさらに小さくしてもよい。
【００４３】
ピストン５の冠面５ａには、その中心部を含む領域をシリンダヘッド４とは反対側（下方）に凹ませたキャビティ１０が形成されている。このキャビティ１０は、ピストン５が上死点まで上昇したときの燃焼室６の大部分を占める容積を有するように形成されている。
【００４４】
本実施形態では、エンジン本体１の幾何学的圧縮比、つまり、ピストン５が下死点にあるときの燃焼室６の容積とピストン５が上死点にあるときの燃焼室６容積との比は、１８以上３５以下（例えば２０程度）に設定されている。
【００４５】
シリンダヘッド４には、吸気通路３０から供給される空気を燃焼室６に導入するための吸気ポート１６と、燃焼室６で生成された排ガスを排気通路４０に導出するための排気ポート１７と、吸気ポート１６の燃焼室６側の開口を開閉する吸気弁１８と、排気ポート１７の燃焼室６側の開口を開閉する排気弁１９とが設けられている。なお、図４に示す例では、吸気ポート１６の内側面にも断熱層１８１が形成されている。
【００４６】
吸気弁１８は、吸気弁開閉機構によって開閉される。吸気弁開閉機構には、吸気弁１８の開閉時期を変更可能な吸気開閉時期変更機構１８ａ（図６参照）が設けられており、運転条件等に応じて吸気弁１８の開閉時期が変更されるようになっている。
【００４７】
また、シリンダヘッド４には、燃焼室６内に燃料を噴射する燃料噴射装置２１と、燃焼室６内に臨界水を噴射する水噴射装置２２とが取り付けられている。図４に示すように、燃料噴射装置２１と水噴射装置２２とは、それぞれ先端（燃焼室６側の端部）が気筒２の中心軸付近に位置してキャビティ１０のほぼ中心部を臨むように隣接して配置されている。
【００４８】
なお、本実施形態では、全運転領域において燃料と空気との混合気を予め混合させて、この混合気を圧縮上死点（ＴＤＣ）付近で自着火させる予混合圧縮自着火燃焼が実施されるよう構成されている。これに伴い、図４に示した例では、燃焼室６内の混合気に点火するための点火プラグがエンジン本体１に設けられていないが、冷間始動時等において混合気の適正な燃焼のために点火が必要な場合等には、適宜エンジン本体１に点火プラグを設けてもよい。
【００４９】
水噴射装置２２は、上記のように、水噴射用ポンプ６３から圧送された超臨界水を燃焼室６内に噴射する。水噴射装置２２は、その先端に噴射口を有し、噴射口の開口期間が変更されることで噴射水量が変更されるようになっている。水噴射装置２２としては、例えば、従来のエンジンに用いられる、燃料を燃焼室６内に噴射するための装置を適用することができ、その詳細な構造の説明は省略する。なお、水噴射装置２２は、例えば、２０ＭＰａ程度で燃焼室６内に超臨界水を噴射する。
【００５０】
上記のように、水噴射装置２２は、先端が気筒２の中心軸付近に位置してキャビティ１０のほぼ中心部を臨むように配置されている。これに伴い、水噴射装置２２の先端からは、ピストン冠面５ａに向かって超臨界水が噴射される。
【００５１】
燃料噴射装置２１は、図外の燃料ポンプにより圧送された燃料を燃焼室６内に噴射する。本実施形態では外開き弁式の燃料噴射装置２１が用いられている。
【００５２】
（２−２）燃料噴射装置の詳細構成
燃料噴射装置２１の詳細について説明する。
【００５３】
図５は、燃料噴射装置２１の概略断面図である。図５に示すように、燃料噴射装置２１は、先端（燃焼室６側の端部）にノズル口２１ｂが形成された燃料管２１ｃと、燃料管２１ｃの内側に配設されてノズル口２１ｂを開閉する外開き弁２１ａとを有する。外開き弁２１ａは、印加された電圧に応じて変形するピエゾ素子２１ｄに接続されている。外開き弁２１ａは、ピエゾ素子２１ｄに電圧が印加されていない状態でノズル口２１ｂと当接してノズル口２１ｂを閉弁し、ピエゾ素子２１ｄが電圧の印加に伴って変形することで、ノズル口２１ｂから先端側に突き出してノズル口２１ｂを開弁する。
【００５４】
ノズル口２１ｂおよび外開き弁２１ａのうちノズル口２１ｂと当接する部分は、先端側ほど径が大きくなるテーパ状を有しており、ノズル口２１ｂからは、ノズル口２１ｂの中心軸すなわち気筒２のほぼ中心軸を中心として、燃料がコーン状（詳しくはホローコーン状）に噴射される。例えば、このコーンのテーパ角は９０°〜１００°（ホローコーンにおける内側の中空部のテーパ角は７０°程度）となっている。
【００５５】
外開き弁２１ａの開弁期間およびリフト量（リフト量は、外開き弁２１ａの閉弁位置からの突出量でありノズル口２１ｂの開口量である）は、ピエゾ素子２１ｄへの電圧の印加期間および電圧の大きさに応じて変化する。そして、外開き弁２１ａのリフト量に応じて、ノズル口２１ｂから噴射される燃料噴霧のペネトレーション、単位時間あたりに噴射される燃料量および燃料噴霧の粒径は変化する。具体的には、リフト量が大きくノズル口２１ｂの開口量が大きくなると、燃料噴霧のペネトレーションは大きくなり、単位時間あたりの噴射燃料量が大きくなるとともに燃料噴霧の粒径が大きくなる。
【００５６】
上記構成に伴い、燃料噴射装置２１は、１〜２ｍｓｅｃの間に２０回程度の多段噴射を行うことができる。また、燃料噴射装置２１は、燃料噴射の間隔と、リフト量とをそれぞれ変更することによって、その軸方向に直交する径方向に対する燃料噴霧の広がりと、軸方向に対する燃料噴霧の広がりとを独立して制御することが可能となっている。
【００５７】
図６および図７を用いて具体的に説明する。
【００５８】
図６は、燃料噴射装置２１の噴射間隔の違いに伴う燃料噴霧の広がりの差を概念的に示した図である。具体的には、図６（ａ）は、燃料の噴射間隔を長くしたときの図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）とリフト量を一定としながら噴射間隔を短くしたときの図である。
【００５９】
これら図６（ａ）、（ｂ）の比較から明らかなように、燃料の噴射間隔が短い方が、燃料噴霧の軸方向の広がりが促進される。
【００６０】
すなわち、燃料噴射装置２１からホローコーン状に噴射された燃料噴霧は、燃焼室６内を高速で流れる。このとき、コアンダ効果によりホローコーンの内側において燃料噴射装置２１の軸に沿うように負圧領域が発生し、この負圧領域に向かって燃料噴霧が引き寄せられる。ここで、図６（ａ）に示すように、燃料噴射間隔が長い場合には、所定の燃料噴射から次の燃料噴射までの間に負圧領域の圧力が回復するため、負圧領域は燃料噴射装置２１の軸に沿ってあまり伸びない。これに対し、燃料噴射間隔が短いときには、負圧領域での圧力回復が抑制され、負圧領域が燃料噴射装置２１の軸方向に沿って延びる。従って、燃料噴射間隔が短い場合には、燃料噴霧が燃料噴射装置２１の軸方向に沿ってより延びるようになる。
【００６１】
図７は、燃料噴射装置２１のリフト量の違いに伴う燃料噴霧の広がりの差を概念的に示した図である。具体的には、図７（ａ）は、リフト量を小さくしたときの図であり、同図（ｂ）は、同図（ａ）と噴射間隔を同じとしながらリフト量を大きくしたときの図である。
【００６２】
これら図７（ａ）、（ｂ）の比較から明らかなように、燃料のリフト量が大きい方が、径方向（燃料噴射装置２１の軸方向と直交する方向）について燃料噴霧の広がりが促進される。
【００６３】
すなわち、リフト量が大きい場合には、上記のように燃料噴霧の粒径が大きくなって燃料噴霧の運動量が大きくなる。そのため、リフト量が大きい場合には、燃料噴霧は負圧領域に引き寄せられにくくなり、径方向の外方へより広がることになる。
【００６４】
（３）制御系統
（３−１）システム構成
図８は、エンジンの制御系統を示すブロック図である。本図に示すように、当実施形態のエンジンシステムは、ＰＣＭ（パワートレイン・コントロール・モジュール、制御手段）１００によって統括的に制御される。ＰＣＭ１００は、周知のとおり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等から構成されるマイクロプロセッサである。
【００６５】
ＰＣＭ１００は、エンジンの運転状態を検出するための各種センサと電気的に接続されている。
【００６６】
例えば、シリンダブロック３には、クランク軸の回転角度および回転速度すなわちエンジン回転数を検出するクランク角センサＳＮ１が設けられている。また、吸気通路３０のうちエアクリーナ３１とスロットルバルブ３２との間の部分には、エアクリーナ３１を通過して各気筒２に吸入される空気量（新気量）を検出するエアフローセンサＳＮ２が設けられている。また、車両には、運転者により操作される図外のアクセルペダルの開度（アクセル開度）を検出するアクセル開度センサＳＮ３が設けられている。
【００６７】
ＰＣＭ１００は、上記各種センサからの入力信号に基づいて種々の判定や演算等を実行しつつエンジンの各部を制御する。すなわち、ＰＣＭ１００は、燃料噴射装置２１、水噴射装置２２、スロットルバルブ３２、排気シャッターバルブ４４、ＥＧＲバルブ５２、水噴射用ポンプ６３等と電気的に接続されており、上記演算の結果等に基づいてこれらの機器にそれぞれ駆動用の制御信号を出力する。
【００６８】
図９は、横軸がエンジン回転数、縦軸がエンジン負荷の制御マップを示している。本実施形態では、制御領域として、エンジン負荷が予め設定された基準負荷Ｔｑ１以下の低負荷領域Ａ１と、エンジン負荷が基準負荷Ｔｑ１よりも高い高負荷領域Ａ２とが設定されている。以下に、各領域Ａ１、Ａ２の制御内容について説明する。
【００６９】
（３−２）低負荷領域
低負荷領域Ａ１では、要求されるエンジントルクが小さいため有効圧縮比を小さくすることができる。そこで、低負荷領域Ａ１では、ポンピングロスを小さく抑えてエネルギー効率を高めるべく有効圧縮比が小さい値とされる。例えば、有効圧縮比は１５よりも小さい値に抑えられる。具体的には、吸気開閉時期変更機構１８ａによって、吸気弁１８が吸気下死点よりも遅角側であって比較的遅い時期に閉弁され、これによって有効圧縮比が小さく抑えられる。
【００７０】
低負荷領域Ａ１では、混合気の発熱量が小さく燃焼温度が比較的低いため、燃焼により生成されるＮＯｘ（いわゆるＲａｗ  ＮＯｘ）が少なく抑えられる。そのため、この領域Ａ１では、三元触媒４１によりＮＯｘを浄化させる必要がなく、空燃比を三元触媒によるＮＯｘ浄化が可能な理論空燃比にする必要がない。そこで、低負荷領域Ａ１では、燃費性能を高めるべく混合気の空燃比がリーンすなわち空気過剰率λ＞１とされる。
【００７１】
低負荷領域Ａ１では、ＥＧＲガスが気筒２内に還流される。すなわち、低負荷領域Ａ１では、ＥＧＲバルブ５２が開弁されて、排気通路４０内の排ガスの一部がＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流される。また、エンジン負荷が非常に低く、排気通路４０内の圧力すなわちＥＧＲ通路５１の上流側の圧力が低い運転領域では、排気シャッターバルブ４４が閉じ側に制御されてＥＧＲガスの還流が促進される。
【００７２】
本実施形態では、低負荷領域Ａ１において、燃料量に対する燃焼室６内の全ガス重量の割合であるＧ／Ｆが３５以上となるようにＥＧＲガスが還流される。また、エンジン負荷が高いほどＥＧＲ率（気筒２内の全ガス重量のうちＥＧＲガスの重量が占める割合）が大きくされる。
【００７３】
低負荷領域Ａ１では、水噴射装置２２による燃焼室６内への超臨界水の噴射は停止される。そして、これに伴い水噴射用ポンプ６３の駆動が停止される。
【００７４】
低負荷領域Ａ１では、圧縮行程後半（圧縮上死点前９０°ＣＡ〜圧縮上死点まで）に、燃料噴射装置２１によって燃焼室６内にすべての燃料が噴射される。例えば、圧縮上死点前３０°ＣＡ付近で全燃料が燃焼室６内に噴射される。
【００７５】
低負荷領域Ａ１の噴射モードは、ピストン５の冠面５ａに燃料が付着せず、燃焼室６の外周部分に空気の層が形成されるようなモードとされる。ここで、燃焼室６の外周部分とは、ピストン５の冠面５ａの表面（冠面５ａ上の断熱材７の表面）、気筒２の内側面（内側面上の断熱材７の表面）およびシリンダヘッド４の下面付近を指す。
【００７６】
具体的には、低負荷領域Ａ１のうちよりエンジン負荷が低い第１領域Ａ１ａと、これよりもエンジン負荷の高い第２領域Ａ１ｂと、第１領域Ａ１ａと第２領域Ａ１ｂとの切替領域Ａ１ｃとにおいて、それぞれ噴射モードが、以下に説明する低負荷噴射モード、中負荷噴射モード、切替領域噴射モードとされる。
【００７７】
図１０は、低負荷噴射モード、中負荷噴射モード及び切替領域噴射モードそれぞれの燃料噴射態様と、それに対応する混合気層の形状とを示した図である。
【００７８】
（低負荷噴射モード）
図１０（ａ）は、第１領域Ａ１ａで実施される低負荷噴射モードである。低負荷噴射モードは、燃料噴射装置２１のリフト量が小さくかつ噴射間隔が短い噴射が複数回連続して行われるモードである。なお、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。
【００７９】
上記のように、噴射間隔が短いと燃料噴霧は軸方向に長くなる。そして、リフト量が小さいと燃料噴霧の径方向の外方への広がりは抑制される。従って、低負荷噴射モードでは、燃料噴霧およびこれと空気との混合気の層は、径方向に対して軸方向の長さが相対的に長い縦長形状となる。
【００８０】
このようにして、第１領域Ａ１ａでは、燃焼室６内に縦長形状の混合気の層が形成されることで、燃焼室６のうち径方向外側の部分に空気の層が形成される。さらに、第１領域Ａ１ａでは燃料噴射量が小さい。そのため、縦長形状であっても混合気層の軸方向の長さは短く、ピストン５の冠面５ａと混合気との接触は回避され、ピストン５の冠面５ａの表面全体に空気層が形成される。
【００８１】
（中負荷噴射モード）
図１０（ｃ）は、第２領域Ａ１ｂで実施される中負荷噴射モードである。中負荷噴射モードは、燃料噴射装置２１のリフト量が低負荷噴射モードのリフト量よりも大きくかつ噴射間隔が低負荷噴射モードよりも長い噴射が複数回連続して行われるモードである。なお、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。
【００８２】
上記のように、噴射間隔が長いと燃料噴霧は軸方向に短くなる。そして、リフト量が大きいと燃料噴霧は径方向の外方へ広がる。従って、中負荷噴射モードでは、燃料噴霧および混合気の層は、軸方向に対して径方向の長さが相対的に長い横長形状となる。
【００８３】
このようにして、第２領域Ａ１ｂであって燃料噴射量が比較的多い領域では、燃焼室６内に横長形状の混合気の層が形成されることで、ピストン５の冠面５ａと混合気との接触が回避され、ピストン５の冠面５ａの表面に空気層が形成される。また、圧縮上死点付近における燃焼室６の寸法は軸方向よりも径方向の方が長く、径方向については空間に余裕がある。従って、第２領域Ａ１ｂにおいて上記のように混合気の層は横長形状となるが、混合気の層は燃焼室６の径方向の外周すなわち気筒２の内側面まで到達せず、燃焼室６の径方向外側部分にも空気層が形成される。
【００８４】
（切替領域噴射モード）
図１０（ｂ）は、第３領域Ａ１ｃで実施される切替領域噴射モードである。切替領域噴射モードは、低負荷噴射モードと中負荷噴射モードとを組み合わせたモードである。例えば、図１０（ｂ）に示すように、中負荷噴射モードの噴射を行った後（リフト量が大きくかつ噴射間隔が長い噴射を複数回連続させた後）、低負荷噴射モードの噴射を行う（リフト量が小さくかつ噴射間隔が短い噴射を複数回連続させる）。なお、これに代えて、低負荷噴射モードの噴射を行った後、中負荷噴射モードの噴射を行ってもよい。また、噴射回数は図の例に限らず適宜変更可能である。
【００８５】
切替領域噴射モードでは、低負荷噴射モードと中負荷噴射モードとの組み合わせにより、混合気層の特に径方向の外方への広がりが調整される。その結果、混合気層は、低負荷噴射モード時の混合気層よりも長くかつ、中負荷噴射モードの混合気層よりも短い形状となる。
【００８６】
このようにして、第３領域Ａ１ｃであって、第１領域Ａ１ａと第２領域Ａ１ｂとの境界領域では、混合気層の形状が適切な形状に調整され、ピストン５の冠面５ａの表面および燃焼室６の径方向外側部分に空気層が形成される。
【００８７】
なお、切替領域噴射モードは省略可能である。
【００８８】
以上のようにして、低負荷領域Ａ１では、燃焼室６の外周部分に空気層すなわち空気からなる断熱層が形成される。そして、この空気層により冷却損失が抑制されて燃費性能が高められる。
【００８９】
ここで、このように燃焼室６の外周部分に空気層が形成されることに伴い、燃焼室６の内周部分すなわち燃焼室６の中央部分の空燃比は外周部分よりも高くなる。しかしながら、上記のように低負荷領域Ａ１では、空気過剰率λが１より大きくされて燃焼に寄与しない余剰の空気が存在する。そのため、燃焼室６の中央部分には燃焼に必要な空気が確保され、この部分の空燃比は適正な範囲におさめられる。
【００９０】
（３−３）高負荷領域
高負荷領域Ａ２では、エンジントルクを確保するために有効圧縮比が低負荷領域Ａ１での有効圧縮比よりも大きくされる。本実施形態では、高負荷領域Ａ２において、有効圧縮比が１５以上とされる。具体的には、吸気開閉時期変更機構１８ａによって、吸気弁１８の閉弁時期が低負荷領域Ａ１における閉弁時期よりも進角側とされ、これによって有効圧縮比が低負荷領域Ａ１よりも高くされる。
【００９１】
高負荷領域Ａ２では、三元触媒によるＮＯｘ浄化が可能となるように、空燃比が理論空燃比とされる。すなわち、空気過剰率λが１とされる。また、高負荷領域Ａ２では、ＥＧＲバルブ５２が閉弁されてＥＧＲガスの還流が停止され、Ｇ／Ｆが３５より小さい値とされる。
【００９２】
ここで、高負荷領域Ａ２では、燃焼室６内に噴射される燃料が多くこの燃料を燃焼させるのに必要な空気量も多くなるため、余剰の空気が不足する。特に、本実施形態では、空気過剰率λが１とされることで、余剰の空気が存在しない状態となる。そのため、低負荷領域Ａ１のように、燃焼室６の外周部分に空気層を形成した場合には、燃焼室６内に空燃比が過剰に高い混合気が生成されてスモークが悪化するおそれがある。また、高負荷領域Ａ２では、噴射される燃料噴射量多く発熱量が多いため燃焼室６内の温度が高くなる。さらに、本実施形態では有効圧縮比が高いことによって燃焼室６内の温度はさらに高くなる。そのため、高負荷領域Ａ２ではスモークが発生しやすく、このような条件下でリッチな領域すなわち空気過剰率が小さな領域が形成されると多量のスモークが発生するおそれがある。
【００９３】
そこで、本実施形態では、高負荷領域Ａ２では、低負荷領域Ａ１のような空気層は形成せず、後述するように、代わりに超臨界水噴射による断熱層を形成する。また、スモークの悪化を抑制するべく、燃焼室６内の混合気がより均質化された状態（空燃比が均一とされた状態）で燃焼が開始するように、燃料を噴射する。
【００９４】
また、高負荷領域Ａ２では、上記のように発熱量が多いことおよび有効圧縮比が高いことから、圧縮上死点よりも前に燃焼が開始すると筒内圧（燃焼室６内の圧力）の絶対値および筒内圧の上昇率が非常に高くなり燃焼騒音が大きくなってしまう。そこで、本実施形態では、圧縮上死点よりも遅角側すなわちピストン５が下降して筒内圧が低下しているときに燃焼が開始するように燃料を噴射する。
【００９５】
具体的には、高負荷領域Ａ２では、図１１に示すような高負荷噴射モードでの燃料噴射が実施される。すなわち、圧縮行程前半（吸気下死点〜圧縮上死点前９０°ＣＡまで）に比較的多量の燃料を噴射する第１噴射Ｑ１が実施され、圧縮行程後半に残りの燃料の一部を噴射する第２噴射Ｑ２が実施され、さらにその後圧縮上死点よりもわずかに進角側の時期に残りの燃料を噴射する第３噴射Ｑ３が実施される。
【００９６】
第１噴射Ｑ１は、混合気を均質化させるための噴射であり、第１噴射Ｑ１が実施されて圧縮行程前半に多量の燃料が噴射されて空気と混合されることで、燃焼開始前の燃焼室６内の混合気が均質化される。第１噴射Ｑ１は、例えば圧縮上死点前１５０°ＣＡ付近で開始される。
【００９７】
第３噴射Ｑ３は、混合気をより遅角側で自着火させるための噴射であり、第３噴射Ｑ３が圧縮行程後半に実施されることで、第１噴射Ｑ１によって生成された均質な混合気が圧縮上死点後に自着火する。第３噴射Ｑ３は、例えば圧縮上死点前１５°ＣＡ付近で開始される。
【００９８】
第２噴射Ｑ２は、燃焼安定性を高めるための噴射である。すなわち、第３噴射Ｑ３によって圧縮上死点付近の比較的遅角側の時期で残りの燃料をすべて噴射した場合には、燃焼が開始するまでにピストン５の下降に伴って燃焼室６内の温度が燃焼可能な温度以下に低下して失火するおそれがある。そこで、本実施形態では、第３噴射Ｑ３の前に第２噴射Ｑ２を実施して、燃焼室６内の温度が圧縮上死点後においても燃焼可能な温度以上に維持されるようにする。第２噴射Ｑ２は、例えば圧縮上死点前３０°ＣＡ付近で実施される。
【００９９】
そして、高負荷領域Ａ２では、燃焼室６の外周部分に超臨界水噴射によって高温・高密度の層５０（図１２参照）が形成されるように、水噴射装置２２によって、燃焼室６内に超臨界水が噴射される。
【０１００】
具体的には、図１１に示すように、圧縮行程後半から膨張行程前半（圧縮上死点〜圧縮上死点後９０°ＣＡ）の間であって第３噴射Ｑ３の終了後、かつ、燃焼室６内で混合気が着火する前に、水噴射Ｗ１が実施される。本実施形態では、図１１に示すように、圧縮上死点前に水噴射Ｗ１が実施される。
【０１０１】
上記のように、水噴射装置２２から噴射された超臨界水はピストン冠面５ａに向かって噴射される。そのため、水噴射Ｗ１が実施されることで、高負荷領域Ａ２では、図１２に示すように、ピストン冠面５ａの表面に超臨界水噴射に伴う高温・高密度の水が付着して超臨界水噴射による断熱層５０が形成される。特に、本実施形態では、水噴射Ｗ１が圧縮上死点前であってピストン５の上昇中に実施されていることで、水噴射Ｗ１をピストン冠面５ａにより確実に付着させることができる。なお、図１２における網掛け部分は、水噴射Ｗ１の噴射の様子を模式的に示したものである。
【０１０２】
ここで、断熱層５０を形成するための物質として、超臨界水（または亜臨界水）噴射によるものではなく通常の液体の水噴射による水を用いることが考えられる。しかしながら、通常の液体の水は、高温の燃焼室６内に噴射されたときに低密度の水蒸気（気体の水）となる。そのため、通常の液体の水を噴射して断熱層を形成しても、断熱層に含まれる水の重量（分子数）は少なく、断熱効果は小さい。また、上記のように、通常の液体の水では水蒸気への変化時に潜熱を必要とする。そのため、通常の液体の水を噴射した場合には、蒸発に伴って混合気の温度が低下してしまい熱効率が悪化する。
【０１０３】
そこで、本実施形態では、上記のように、密度が高く、潜熱を必要としない超臨界水を気筒２内に噴射するとともに、着火前において水が高温・高密度の状態で存在するように、圧縮行程後半から膨張行程前半の高温高圧の燃焼室６内に超臨界水を噴射する。そして、燃焼室６内の混合気を均質としつつこの混合気の着火前に燃焼室６の外周部分に断熱層５０を形成する。
【０１０４】
なお、本明細書において、着火時期すなわち混合気が着火する時期とは、図１１に示すように、熱発生率が急激に上昇する時期をいう。すなわち、図１１に示すように、燃料と空気の混合気は、温度圧力が所定値になると、まず、冷却損失等を上回るわずかな発熱を伴う低温酸化反応（冷炎反応）であって熱発生率が緩やかに上昇する、あるいは、緩やかに上昇した後一旦低下するような反応を起こし、その後、高い発熱量および熱炎を伴う反応（熱炎反応）を起こす。そして、ここでは、この熱炎反応が開始された時期を着火時期という。なお、熱炎反応は、混合気の温度が１５００Ｋ程度以上となると生じることが知られている。そのため、混合気の温度が１５００Ｋ以上となる時期を着火時期としてもよい。
【０１０５】
（４）作用等
以上のように、本実施形態では、低負荷領域Ａ１では、燃焼室６の外周部分に余剰の空気によって空気層を形成することで、適正な燃焼を維持しつつ冷却損失を抑制することができる。そして、高負荷領域Ａ２では、燃焼室６の外周部分に水によって断熱層５０を形成することで、混合気の空燃比を適正な範囲に抑えてスモークの発生を抑制しつつ冷却損失を抑制することができる。特に、これら空気および水による断熱層に加えて燃焼室６の壁面に断熱材７が形成されているため、冷却損失を効果的に小さく抑えることができる。
【０１０６】
しかも、高負荷領域Ａ２の断熱層５０は超臨界水噴射により形成されているとともに、超臨界水が圧縮行程後半から膨張行程前半の高温高圧の燃焼室６内に噴射されて燃焼室６の壁面に水が高温・高密度の状態で存在するように構成されている。そのため、断熱層５０における水の密度を高めて高い断熱効果を得ることができ、冷却損失をより確実に抑制して燃費性能をより確実に高めることができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、排ガスの熱エネルギーを利用して超臨界水が生成されており、排ガスの温度が高い高負荷領域Ａ２では、排ガスの熱エネルギーを有効に利用して超臨界水を生成することができエネルギー効率を高めることができる一方、エンジン負荷が低い低負荷領域Ａ１では排ガスの温度が低いために超臨界水を必要量生成できないおそれがある。また、低負荷領域Ａ１において、不足したエネルギーを別途設けたヒータ等で補うようにした場合には、エネルギー効率が悪化してしまう。これに対して、本実施形態では、低負荷領域Ａ１では、空気により断熱層を形成し、高負荷領域Ａ２でのみ超臨界水噴射により断熱層５０を形成しているため、エネルギー効率を高めつつ広範な負荷領域で冷却損失を抑制することができる。
【０１０８】
（５）変形例
上記実施形態では、高負荷領域Ａ２の有効圧縮比が１５以上に設定された場合について説明したが、高負荷領域Ａ２の有効圧縮比はこれに限らない。ただし、上記のように、エンジン負荷が高く、かつ、有効圧縮比が高い場合には、スモークが悪化しやすい。そのため、この場合に、空気ではなく超臨界水噴射により断熱層を形成すれば、スモークの悪化を抑制しつつ冷却損失を抑制することができる。また、低負荷領域Ａ１の有効圧縮比も上記に限らない。
【０１０９】
また、排熱回収装置６０を省略して、上記のように別途設けたヒータ等を用いて超臨界水を生成してもよい。ただし、上記のように排熱回収装置６０を用いればエネルギー効率を高くすることができる。
【０１１０】
また、断熱材７は省略可能である。ただし、断熱材７を設ければ、より効果的に冷却損失を小さく抑えることができる。また、断熱材７を設ければ排ガスの温度が高まるため、排熱回収装置６０を用いた際に超臨界水または臨界水を容易に生成することができる。
【０１１１】
また、上記実施形態では、燃焼室６内に水として超臨界水が噴射される場合について説明したが、上述したように、亜臨界水であって超臨界水に近い性状を有する水を超臨界水の代わりに燃焼室６内に噴射してもよい。この場合であっても、断熱効果の高い断熱層を形成することができ、冷却損失を抑制することができる。
【０１１２】
また、燃焼形態は自着火燃焼に限らず、点火プラグによって混合気が点火されることで燃焼が開始する形態であってもよい。また、燃料として、ガソリンを含まない燃料が用いられてもよい。
【符号の説明】
【０１１３】
１  エンジン本体
２  気筒
５  ピストン
５ａ  ピストン冠面
７  断熱材
２１  燃料噴射装置
２２  水噴射装置
４２  熱交換器（昇温昇圧器）
４３  コンデンサー（凝縮器）
５０  断熱層
６０  排熱回収装置（水加工装置）
１００  ＰＣＭ（制御手段）
【図１】
0006369410.tif 000002
【図２】
0006369410.tif 000003
【図３】
0006369410.tif 000004
【図４】
0006369410.tif 000005
【図５】
0006369410.tif 000006
【図６】
0006369410.tif 000007
【図７】
0006369410.tif 000008
【図８】
0006369410.tif 000009
【図９】
0006369410.tif 000010
【図１０】
0006369410.tif 000011
【図１１】
0006369410.tif 000012
【図１２】
0006369410.tif 000013