(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒と、前記気筒に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、前記気筒内で燃料と空気との混合気が内側で燃焼するエンジンの制御装置において、
前記気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、
前記水噴射装置に供給される水を前記エンジン本体から排出された排気で昇温する昇温装置と、
前記燃料供給手段および前記水噴射装置を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
エンジン回転数が予め設定された基準回転数以上の高回転数領域において、圧縮上死点を挟んで所定期間、前記水噴射装置による前記超臨界水または亜臨界水の前記気筒内への噴射を実施するとともに、当該超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心が圧縮上死点よりも遅角側になるように前記水噴射装置を制御し、
エンジン回転数が前記基準回転数未満の低回転領域において、前記超臨界水または亜臨界水が前記気筒内に噴射される期間の少なくとも一部が前記気筒内で前記混合気が冷炎反応を起こしている期間と重複するタイミングで、前記水噴射装置による前記超臨界水または亜臨界水の噴射を実施することを特徴とするエンジンの制御装置。
【請求項２】
気筒と、前記気筒に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、前記気筒内で燃料と空気との混合気が内側で燃焼するエンジンの制御装置において、
前記気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、
前記燃料供給手段および前記水噴射装置を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、
前記制御手段は、
エンジン回転数が予め設定された基準回転数以上の高回転数領域のうち、エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷高回転数領域において、圧縮上死点を挟んで所定期間、前記水噴射装置による前記超臨界水または亜臨界水の前記気筒内への噴射を実施するとともに、当該超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心が圧縮上死点よりも遅角側になるように前記水噴射装置を制御し、
前記高回転数領域のうちエンジン負荷が前記基準負荷未満の低負荷高回転数領域において、前記水噴射装置による前記気筒内への前記超臨界水または亜臨界水の噴射を停止させ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、
前記制御手段は、前記高回転数領域において、前記超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心を圧縮上死点から圧縮上死点後１５°ＣＡの間の所定時期に制御す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、気筒と、前記気筒に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、前記気筒内で燃料と空気との混合気が内側で燃焼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、気筒内に水を噴射することでエンジン性能を高めることが検討されている。
【０００３】
例えば、特許文献１には、燃料噴射の前、あるいは、燃料噴射と同時に、気筒に超臨界水を噴射して、これにより気筒内における燃焼温度を低下させてＮＯｘの生成を低減するものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許４３３５５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ここで、エンジンにおいては、排気性能の向上に加えて燃費性能を高めることが求められている。特に、エンジンの回転数が高い高回転数領域では、機械抵抗が高くなること、および、エンジン本体から排気が比較的高温のまま排出されてしまうことから、熱効率が低く、この高回転数領域での熱効率および燃費性能の改善が求められている。
【０００６】
本発明は、前記のような事情に鑑みてなされたものであり、燃費性能をより高め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】
前記課題を解決するために、本発明は、気筒と、前記気筒に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、前記気筒内で燃料と空気との混合気が内側で燃焼するエンジンの制御装置において、前記気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、前記水噴射装置に供給される水を前記エンジン本体から排出された排気で昇温する昇温装置と、前記燃料供給手段および前記水噴射装置を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジン回転数が予め設定された基準回転数以上の高回転数領域において、圧縮上死点を挟んで所定期間、前記水噴射装置による前記超臨界水または亜臨界水の前記気筒内への噴射を実施するとともに、当該超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心が圧縮上死点よりも遅角側になるように前記水噴射装置を制御し、エンジン回転数が前記基準回転数未満の低回転領域において、前記超臨界水または亜臨界水が前記気筒内に噴射される期間の少なくとも一部が前記気筒内で前記混合気が冷炎反応を起こしている期間と重複するタイミングで、前記水噴射装置による前記超臨界水または亜臨界水の噴射を実施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、エンジン回転数が比較的高く熱効率および燃費性能が悪くなりやすい高回転数領域において、超臨界水または亜臨界水が気筒内に噴射されるため、この水に膨張仕事を行わせることができ、気筒内に供給する燃料を少なく抑えて燃費性能を高めることができる。
【０００９】
特に、本発明では、水として超臨界水または亜臨界水が気筒内に噴射されるため、エンジン本体の熱効率および燃費性能をより確実に高くすることができる。具体的には、通常の気体の水（水蒸気）よりも密度の高い超臨界水または亜臨界水を気筒内に噴射していることで、気体の水を噴射する場合に比べて多量の水を効率よく気筒内に導入することができる。そのため、気筒内に存在して仕事を行うガスの量ひいてはエンジン本体の出力を効率よく増大させることができる。また、潜熱を必要としないまたは潜熱が小さい超臨界水または亜臨界水を気筒内に噴射していることで、通常の液体の水を噴射する場合に比べてこの潜熱に伴う気筒内の大幅な温度低下および熱効率の悪化を回避することができる。そのため、熱効率を高くすることができる。
【００１０】
また、高回転数領域のうち特にエンジン負荷の高い領域では、排気の温度が非常に高くなり排気通路等にとって好ましくない。これに対して、本発明では、前記のように水に膨張仕事を行わせることで燃料を少なく抑えることができるため、燃焼温度を低くして排気の温度を低くすることができる。
【００１１】
しかも、本発明では、高回転数領域において、圧縮上死点を挟んで所定期間、超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心が圧縮上死点よりも遅角側になるように、超臨界水または亜臨界水が気筒内に噴射される。そのため、気筒内に噴射される水の総量を多く確保し、かつ、膨張行程で供給される水の量を多くすることができる。従って、この水による膨張仕事をより多く得ることができ、燃費性能をより確実に高めることができる。
【００１２】
一方、低回転領域では、混合気が冷炎反応を起こしている期間と重複するタイミングで超臨界水または亜臨界水が噴射されるので、前記のように高回転数領域において燃費性能を高めつつ、排気の温度が比較的低い低回転数領域において着火遅れ時間を長くして、より遅角側で燃焼を実施させ、これにより排気の温度を高めることができる。従って、低回転数領域においても、昇温装置において排気によって水噴射装置に供給される水を適切に昇温することができ、水噴射装置および気筒に超臨界水または亜臨界水をより確実に供給することができる。
【００１３】
また、本発明は、気筒と、前記気筒に燃料を供給する燃料供給手段とを備え、前記気筒内で燃料と空気との混合気が内側で燃焼するエンジンの制御装置において、前記気筒内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置と、前記燃料供給手段および前記水噴射装置を含むエンジンの各部を制御する制御手段とを備え、前記制御手段は、エンジン回転数が予め設定された基準回転数以上の高回転数領域のうち、エンジン負荷が基準負荷以上の高負荷高回転数領域において、圧縮上死点を挟んで所定期間、前記水噴射装置による前記超臨界水または亜臨界水の前記気筒内への噴射を実施するとともに、当該超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心が圧縮上死点よりも遅角側になるように前記水噴射装置を制御し、前記高回転数領域のうちエンジン負荷が前記基準負荷未満の低負荷高回転数領域において、前記水噴射装置による前記気筒内への前記超臨界水または亜臨界水の噴射を停止させ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２）。
【００１４】
本発明によれば、熱効率が特に悪化しやすくかつ排気の温度が特に高くなりやすい高負荷高回転数領域において、超臨界水または亜臨界水の噴射によって熱効率を効果的に高めかつ排気の温度を効果的に低減することができるとともに、低負荷高回転数領域において、超臨界水または亜臨界水の噴射を停止させることでこの噴射に必要なエネルギーの消費を抑制することができる。すなわち、超臨界水または亜臨界水を生成するのに必要なエネルギーの消費を抑制することができる。
【００１５】
本発明において、前記制御手段は、前記高回転数領域において、前記超臨界水または亜臨界水の噴射率の重心を圧縮上死点から圧縮上死点後１５°ＣＡの間の所定時期に制御するのが好ましい（請求項３）。
【００１６】
このようにすれば、より効果的に水に膨張仕事を行わせることができる。
【発明の効果】
【００１８】
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、燃費性能をより高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１９】
【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】エンジン本体の概略断面図である。
【図３】超臨界水を説明するための水の状態図である。
【図４】亜臨界水を説明するための水の状態図である。
【図５】ヒートパイプの動作を説明するための概略断面図である。
【図６】エンジンの制御系統を示すブロック図である。
【図７】エンジンの制御領域を示した図である。
【図８】低回転数領域における熱発生率と燃料噴射率と水噴射率とを示した図である。
【図９】（ａ）水噴射の噴射タイミングを燃料の噴射タイミングよりも前としたときの混合気の温度を示した図である。（ｂ）水噴射の噴射タイミングを冷炎反応期間と重複させたときの混合気の温度を示した図である。
【図１０】高負荷高回転数領域における熱発生率と燃料噴射率と水噴射率とを示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００２０】
図１は、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で生成された排気を排出するための排気通路４０と、水循環装置６０とを備える。
【００２１】
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。本実施形態では、エンジン本体１は、ガソリンを含む燃料の供給を受けて駆動される。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。
【００２２】
（１）エンジン本体
図２は、エンジン本体１の概略断面図である。
【００２３】
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。
【００２４】
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。
【００２５】
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。
【００２６】
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気筒２（燃焼室６）内に導入するための吸気ポート１６と、気筒２内で生成された排気を排気通路４０に導出するための排気ポート１７とが形成されている。これら吸気ポート１６と排気ポート１７とは、気筒２毎にそれぞれ２つずつ形成されている。また、シリンダヘッド４には、各吸気ポート１６の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する吸気弁１８と、各排気ポート１７の気筒２側の開口をそれぞれ開閉する排気弁１９とが設けられている。
【００２７】
各排気ポート１７には、それぞれヒートパイプ（昇温装置）７０が取り付けられている。本実施形態では、１つの排気ポート１７にそれぞれ１つのヒートパイプ７０が取り付けられており、１つの気筒２に２つのヒートパイプ７０が配置されている。ヒートパイプ７０は、水循環装置６０の一部を構成する部品である。ヒートパイプ７０の詳細については後述する。
【００２８】
シリンダヘッド４には、気筒２内に燃料を噴射する燃料噴射装置（燃料供給手段）２１が設けられている。燃料噴射装置２１は、その先端が気筒２の中心軸付近に位置してピストン５の冠面のほぼ中央を臨むように配置されている。
【００２９】
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気筒２内に噴射する。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２に示した例では、エンジン本体１に気筒２内のガスに点火するための点火プラグが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。
【００３０】
燃料噴射装置２１からは、エンジン本体１の運転状態に応じたタイミングでこの運転状態に応じた量の燃料が気筒２内に噴射される。本実施形態では、混合気を圧縮上死点（ＴＤＣ）付近で自着火させるために、圧縮上死点よりも前に燃料が気筒２内に噴射される。
【００３１】
シリンダヘッド４には、さらに、気筒２内に超臨界水または亜臨界水を噴射する水噴射装置２２が設けられている。図２に示すように、水噴射装置２２は、サイド噴射方式で水を燃焼室６内に噴射するようにシリンダヘッド４に取り付けられており、その先端が燃焼室６の内周面から燃焼室６内を臨むように配置されている。
【００３２】
また、水噴射装置２２は、排気ポート１７に隣接して配置されている。本実施形態では、排気ポート１７のすぐ下方に水噴射装置２２が配置されている。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、燃料を気筒２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程度で気筒２内に超臨界水を噴射する。
【００３３】
超臨界水または亜臨界水を気筒２内に噴射するのは主として燃費性能を高めるためである。
【００３４】
具体的には、気筒２内に水を噴射すれば、この水を作動ガスとして膨張仕事を行わせることができる。従って、水を気筒２内に噴射すれば、仕事量すなわちエンジン出力を同じとしながら気筒２内に供給する燃料の量を少なくすることができ、燃費性能を高めることができる。
【００３５】
そして、水として超臨界水または亜臨界水を気筒２内に噴射するのは、エンジン本体１の熱効率および燃費性能をより確実に高くするためである。すなわち、通常の気体の水（水蒸気）よりも密度の高い超臨界水または亜臨界水を気筒内に噴射していることで、気体の水を噴射する場合に比べて多量の水を効率よく気筒内に導入することができる。そのため、気筒内に存在して仕事を行うガスの量ひいてはエンジン本体の出力を効率よく増大させることができる。また、潜熱を必要としないまたは潜熱が小さい超臨界水または亜臨界水を気筒２内に噴射していることで、通常の液体の水を噴射する場合に比べてこの潜熱に伴う気筒内の大幅な温度低下および熱効率の悪化を回避することができる。そのため、熱効率を高くすることができる。
【００３６】
図３を用いて具体的に説明する。図３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３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。
【００３７】
図３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。
【００３８】
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。
【００３９】
従って、この密度の高い超臨界水を気筒２内に噴射すれば、気体の水を噴射する場合に比べて多量の水を効率よく気筒内に導入することができる。
【００４０】
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。
【００４１】
また、図３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。
【００４２】
従って、潜熱を必要としない超臨界水を気筒２内に噴射すれば、通常の液体の水を噴射する場合に比べてこの潜熱に伴う気筒内の大幅な温度低下および熱効率の悪化を回避することができる。
【００４３】
ここで、図３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、前記のように超臨界水を気筒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４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。
【００４４】
（２）吸気通路
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。
【００４５】
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。
【００４６】
（３）排気通路
排気通路４０には、上流側から順に、排気を浄化するための浄化装置４１、熱交換器４２（昇温装置）、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、水循環装置６０の一部を構成するものである。浄化装置４１は、例えば、三元触媒４１からなる。
【００４７】
本実施形態では、図１等に示すように、浄化装置４１と熱交換器４２とは、これらを保温するための蓄熱用ケース４９の内側に収容されている。蓄熱用ケース４９は、二重管構造を有しており、その外周壁の内側には、空間４９ａが形成されている。この空間４９ａには蓄熱材が充填されており、この蓄熱材により、浄化装置４１および熱交換器４２は保温される。すなわち、蓄熱用ケース４９の内側に位置する浄化装置４１等に高温の排気が流入すると、この排気により空間４９ｃ内の蓄熱材は暖められ、この蓄熱材によって浄化装置４１および熱交換器４２は保温される。蓄熱材としては、例えば、エルスルトール等のように加熱されることで溶融してこれにより熱エネルギーを蓄熱する潜熱蓄熱材や、塩化カルシウム等のように加熱されることで化学反応してこれにより熱エネルギーを蓄熱する化学蓄熱材等が挙げられる。このように蓄熱材により保温されることで、熱交換器４２において後述する熱交換通路６１ａ内の水は効果的に昇温され、浄化装置４１はより適切な温度に維持される。
【００４８】
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。
【００４９】
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のうち触媒装置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、排気の一部がＥＧＲガスとして吸気通路３０に還流される。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。
【００５０】
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。
【００５１】
ＥＧＲバルブ５２は、例えば、エンジン負荷が比較的低い領域において開弁され、この領域においてＥＧＲガスが気筒２内に導入される。
【００５２】
（４）水循環装置
水循環装置６０は、排気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。
【００５３】
水循環装置６０は、ヒートパイプ７０、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とを接続する水供給通路６１と、水タンク６２と、低圧ポンプ６３と、高圧ポンプ６４とを備えている。
【００５４】
コンデンサー４３は、排気通路４０を通過する排気中の水（水蒸気）を凝縮するためのものであり、コンデンサー４３で凝縮した水が水噴射装置２２に供給される。このように、本実施形態では、排気中の水が気筒２内に噴射される水として利用される。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、水供給通路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。
【００５５】
低圧ポンプ６３は、水タンク６２内の凝縮水を熱交換器４２に送り込むためのポンプであり、水供給通路６１のうち水タンク６２と熱交換器４２との間に配置されている。水タンク６２内の凝縮水は、低圧ポンプ６３によって熱交換器４２に送り込まれる。
【００５６】
熱交換器４２は、低圧ポンプ６３から圧送された凝縮水と、排気通路４０を通過する排気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、排気通路４０のうち浄化装置４１の下流側の部分に、浄化装置４１に隣接して配置されている。
【００５７】
本実施形態では、水供給通路６１の一部６１ａが排気通路４０の内側に挿通されて、これらが接触することで熱交換器４２が形成されている。以下では、適宜、水供給通路６１のうち排気通路４０に挿入されている部分を熱交換通路６１ａという。
【００５８】
熱交換通路６１ａは、排気通路４０のうち浄化装置４１のすぐ下流側の部分の内側に挿通されている。詳細には、熱交換通路６１ａは、蓄熱用ケース４９の内側に位置する排気通路４０に挿通されている。そして、前記のように、本実施形態では、蓄熱用ケース４９により浄化装置４１に加えて熱交換器４２および熱交換通路６１ａも保温されている。
【００５９】
熱交換通路６１ａ内の凝縮水は、排気通路４０のうち熱交換通路６１ａが挿通された部分を通過する排気により昇温される。具体的には、この排気通路４０のうち熱交換通路６１ａが挿通された部分を通過する排気の温度が熱交換通路６１ａ内の凝縮水の温度よりも高いと、排気から凝縮水に熱エネルギーが付与されて、凝縮水が昇温される。ただし、エンジン本体１から排出される排気の温度は常に少なくとも１００度以上あり、液体の水である凝縮水の温度よりも排気の温度の方が常に高い。従って、熱交換通路６１ａ内の凝縮水は、常に排気により昇温される。
【００６０】
本実施形態では、前記のように浄化装置４１のすぐ下流側に熱交換通路６１ａが配置されていることで、熱交換通路６１ａ内の凝縮水には、浄化装置４１での反応熱も付与されるため、凝縮水は効果的に昇温される。また、熱交換通路６１ａおよび熱交換通路６１ａが蓄熱用ケース４９により保温されていることによっても凝縮水は効果的に昇温される。
【００６１】
高圧ポンプ６４は、熱交換器４２から水噴射装置２２に向けて凝縮水を圧送するためのポンプである。高圧ポンプ６４は、水供給通路６１のうち熱交換器４２すなわち熱交換通路６１ａとヒートパイプ７０との間に配置されている。この高圧ポンプ６４は、熱交換器４２で昇温された凝縮水を加圧して超臨界水としながら水噴射装置２２に送り込む。
【００６２】
ここで、水供給通路６１のうち高圧ポンプ６４よりも下流側の部分は、高圧ポンプ６４で加圧された後の高圧の超臨界水が流通する。そのため、この部分には、高圧用の配管が用いられる。
【００６３】
このように、本実施形態では、基本的には、熱交換器４２と高圧ポンプ６４とによって凝縮水が昇温昇圧されて超臨界水が生成され、水噴射装置２２に供給される。
【００６４】
ただし、気筒２から排出された排気の温度が比較的高い場合には、ヒートパイプ７０を介してこの高温の排気によって水供給通路６１内の水が昇温されるようになっている。
【００６５】
すなわち、ヒートパイプ７０は、高圧ポンプ６４から圧送された水と、排気通路４０を通過する排気との間で熱交換を行わせるためのものであるが、ヒートパイプ７０は、排気の温度が基準温度以上のときにのみ凝縮水を昇温させる。
【００６６】
本実施形態では、ヒートパイプ７０は、所定の方向に延びる略円柱状の外形を有する。図５は、ヒートパイプ７０の動作を説明するための概略断面図である。この図５および図２に示すように、ヒートパイプ７０は、その長手方向の一方側の端部７１が排気ポート１７の内側に挿入されて排気と接触するように配置され、他方の端部７２が水供給通路６１の内側に挿入されて水供給通路６１内の水と接触するように配置されている。
【００６７】
図１および図２に示すように、また前記のように、本実施形態では、各排気ポート１７にそれぞれヒートパイプ７０が挿通されている。具体的には、水供給通路６１には、その下流側端付近において、気筒２の配列方向に延びる蓄圧部６５が設けられているとともに、この蓄圧部６５から各水噴射装置２２に向けてそれぞれ独立通路６１ｂが延びている。そして、各排気ポート１７にそれぞれ１本ずつヒートパイプ７０が設けられており、ヒートパイプ７０の各端部７１，７２がそれぞれ各排気ポート１７と蓄圧部６５とに挿通されている。
【００６８】
本実施形態では、図２に示すように、蓄圧部６５はシリンダヘッド４に近接して配置されており、ヒートパイプ７０はシリンダヘッド４に内蔵されている。具体的には、蓄圧部６５は、排気ポート１７よりも上方に位置し、ヒートパイプ７０は、排気ポート１７の内側空間から上方に延びて蓄圧部６５に挿入されている。本実施形態では、ヒートパイプ７０の排気ポート１７側の端部７１に、金属製の板状部材が上下方向に重ね合わされることで構成されたスタックフィン７３が設けられており、この端部７１に排気ポート１７内の排気の熱がより多く伝えられるようになっている。
【００６９】
図５に示すように、ヒートパイプ７０は、熱伝導性の高い材料（例えば金属）で形成されたパイプ部材であり、その内側には、真空にされた状態で作動媒体Ｓが液体状態で封入されている。ヒートパイプ７０の内壁には、多孔質部材７０ａ（例えば金属製の網）が設けられており、いわゆるウィックとよばれる毛細管構造が形成されている。
【００７０】
このヒートパイプ７０では、排気ポート１７に挿入された一方の端部（以下、適宜、受熱側端部という）７１が排気により温められ、その温度が所定の温度以上になると、作動媒体Ｓが蒸発し、図５の矢印Ｙ１０に示すように、水供給通路６１に挿入された他方の端部（以下、適宜、放熱側端部という）７２に向かって拡散していく。このとき、排気ポート１７内の排気の温度は、その熱エネルギーをヒートパイプ７０すなわち作動媒体Ｓに付与することで低下する。そして、前記作動媒体Ｓの蒸気は、放熱側端部７２において水供給通路６１に放熱して凝縮し、再び液体に戻る。このとき、水供給通路６１内の水は作動媒体Ｓから熱エネルギーを受けて昇温される。再び液体に戻った作動媒体Ｓは、前記多孔質部材７０ａにおける毛細管現象により、図５の矢印Ｙ２０に示すように、受熱側端部７１に戻り、再度排気から熱エネルギーを奪うことで再び蒸気となり、この熱エネルギーを水供給通路６１内の水に付与する。
【００７１】
本実施形態では、この熱の移動が生じる排気の温度（基準温度）が６５０Ｋ程度に設定されており、これに対応する作動媒体Ｓがヒートパイプ７０に封入されている。例えば、作動媒体Ｓとしてセシウムが用いられる。
【００７２】
このようにして、本実施形態では、ヒートパイプ７０によって、排気の温度が所定温度以上の高温になり作動媒体Ｓの温度が沸点以上になると、排気ポート１７内の排気の熱エネルギーが水供給通路６１に付与されて水供給通路６１内の水が昇温される。従って、熱交換器４２によって水供給通路６１内の水が排気によってほぼ常時昇温されるとともに、排気の温度が基準温度以上の高温の場合には、ヒートパイプ７０によってさらに水供給通路６１内の水が排気によって昇温されるようになっており、排気のエネルギーを効果的に利用して超臨界水を生成することができる。特に、ヒートパイプ７０が気筒２に近い位置に配置されているため、ヒートパイプ７０によって、排気の高い熱エネルギーを利用して水供給通路６１内の水を効果的に昇温させることができる。また、排気の温度が過剰に高い場合にはヒートパイプ７０によって浄化装置４１に流入する排気の温度を低く抑えることができ、かつ、排気の温度が低い場合にはこの排気をそのまま浄化装置４１に流入させて浄化装置４１に温度を高く維持することができ、浄化装置４１の温度を適切な範囲に維持することができる。
【００７３】
（５）制御系統
（５−１）システム構成
図６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。
【００７４】
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。
【００７５】
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。
【００７６】
ＰＣＭ１００は、前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、低圧ポンプ６３、高圧ポンプ６４等と電気的に接続されており、前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。
【００７７】
例えば、前記のように、スロットルバルブ３２は、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するよう構成されており、ＰＣＭ１００はこの運転条件のときにスロットルバルブ３２を閉弁させる。
【００７８】
また、ＰＣＭ１００は、前記のように、燃料噴射装置２１から、圧縮上死点前において気筒２内に燃料を噴射させる。
【００７９】
また、ＰＣＭ１００は、前記のように、エンジン負荷が比較的低い領域においてＥＧＲバルブ５２を開弁するとともに、エンジン負荷が特に低く排気通路４０の圧力が低い場合には、これに加えて、排気シャッターバルブ４４を閉弁側に操作する。また、ＰＣＭ１００は、エンジン負荷が比較的高い領域では、ＥＧＲバルブ５２を閉弁して、ＥＧＲガスの還流を停止する。
【００８０】
また、ＰＣＭ１００は、図７の制御マップに基づいて、水噴射装置２２を制御する。図７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である。この図７に示すように、本実施形態では、制御領域として、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１未満の低回転数領域Ａ１と、エンジン回転数が基準回転数Ｎ１以上の高回転数領域Ａ２とが設定されているとともに、高回転数領域Ａ２に、エンジン負荷が基準負荷Ｔ１以上の高負荷高回転数領域Ａ２＿１と、エンジン負荷が基準負荷Ｔ１未満の低負荷高回転数領域Ａ２＿２とが設定されている。以下に、各領域Ａ１、Ａ２＿１、Ａ２＿２における、水噴射に係る制御について説明する。
【００８１】
（５−２）低回転数領域
低回転数領域Ａ１では、燃費性能を高めるために、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６４を駆動して、水噴射装置２２から気筒２内に超臨界水を噴射する。
【００８２】
ただし、低回転数領域Ａ１では、冷却損失が大きいこと等に伴って高回転数領域Ａ２に比べて排気の温度が低くなりやすく、排気のエネルギーによって超臨界水を適切に生成できないおそれがある。具体的には、低回転数領域Ａ１では、排気の温度が低いために、ヒートパイプ７０が作動せず、かつ、熱交換器４２において排気により凝縮水が適切に昇温されないおそれがある。
【００８３】
そこで、低回転数領域Ａ１では、着火遅れ時間が長くなるように超臨界水を噴射して、超臨界水がより確実に生成されるようにする。すなわち、着火遅れ時間を長くしてより遅角側で燃焼を生じさせることで、排気の温度を高めて熱交換器４２において凝縮水を適切に昇温させるとともに、ヒートパイプ７０の作動機会を多くして、超臨界水がより確実に生成されるようにする。
【００８４】
ここで、着火遅れ時間は、燃料が噴射されてから混合気が着火する時期までの時間であるが、本明細書において、着火時期とは、混合気の冷炎反応が終了して熱炎反応が開始する時期をいう。
【００８５】
図８を用いて具体的に説明する。図８は、低回転数領域Ａ１において、予混合圧縮自着火燃焼を生じさせた際の燃料噴射率と熱発生率と水噴射率の一例を模式的に示した図である。
【００８６】
この図８に示すように、予混合圧縮自着火燃焼では、時期ｔ１１で燃料の噴射が終了した後（噴射Ｑ１の後）、温度圧力が所定値になると混合気が酸化反応を開始し、これに伴い熱発生率は緩やかに上昇する、あるいは、緩やかに上昇した後一旦低下する。そして、その後、時期ｔ１３にて熱発生率は急激に上昇する。本明細書では、前記時期ｔ１１から時期ｔ１３までに生じている反応であって冷却損失等を上回るわずかな発熱を伴う低温酸化反応を冷炎反応といい、この冷炎反応後の主たる燃焼を熱炎反応という。そして、この熱炎反応が開始した時期（図８における時期ｔ１３であって熱発生率が急激に立ち上がる時期）を着火時期といい、燃料が噴射された時期（図８における時期ｔ１１）から前記のように規定された着火時期（図８における時期ｔ１３）までの期間を着火遅れ時間という。
【００８７】
なお、図８は横軸をクランク角で示しているが、着火遅れ時間はクランク角ではなく時間で表されるパラメータである。また、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、この時期までの時間を着火遅れ時間としてもよい。また、図８では、燃料噴射が１回のみ行われる場合を例示したが、エンジン負荷が高い領域において燃料噴射が複数回に分けて実施される場合には、熱炎反応を生じさせる燃料噴射のうち最後の噴射から熱炎反応が開始するまでの期間を着火遅れ時間という。
【００８８】
低回転数領域Ａ１では、前記着火遅れ時間が長くなるように、図８に示すように、燃料噴射Ｑ１が終了してから混合気が着火するまでの間に水噴射装置２２による超臨界水の噴射を開始する。すなわち、混合気が着火するまでの間に燃焼に寄与しない物質（以下、不活性物質という場合がある）である水を気筒２内に存在させることで、気筒２内の全ガス量に対する燃料および空気の割合を小さくするとともに気筒２内のガス温度の上昇を小さく抑え、これにより、燃料と空気の反応速度を小さく抑えて着火遅れ時間を長くする。なお、図８に示した例では、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によって気筒２内に燃焼を開始させるための燃料が噴射され、燃料噴射Ｑ１の終了時期ｔ１１から圧縮上死点までの間の所定期間に気筒２内に超臨界水の噴射Ｗ１が実施される。
【００８９】
さらに、低回転数領域Ａ１では、図８に示すように、冷炎反応期間と水噴射の実施期間とが重複するように超臨界水を噴射する。図８に示した例では、水噴射Ｗ１の開始時期ｔ２１が、冷炎反応の開始時期付近とされる。
【００９０】
ここで、水噴射の噴射開始時期として、燃料の噴射が終了するよりも前に気筒２内に超臨界水を噴射することが考えられる。しかしながら、本発明者らは、鋭意研究の結果、水噴射の噴射タイミングを燃料噴射よりも後にした方が、これよりも前にする場合に比べて着火遅れ時間を長くできることを突き止めた。
【００９１】
図９（ａ）に、水噴射の噴射開始時期ｔｗを燃料の噴射時期ｔＱ詳細には噴射開始時期よりも前としたときの混合気の温度を示し、図９（ｂ）に、水噴射の噴射開始時期ｔｗを燃料の噴射時期ｔＱ詳細には噴射終了時期よりも後としたときの混合気の温度を示す。図９（ａ）において、ＬＷ１、ＬＷ２、ＬＷ３は、燃料量に対する超臨界水の噴射量の割合が約１倍、３倍、４倍のときの混合気温度を示し、図９（ｂ）においてＬＷ１１、ＬＷ１２、ＬＷ１３は、それぞれこの順に燃料量に対する超臨界水の噴射量の割合が約１倍、３倍、４倍のときの混合気温度を示している。
【００９２】
これら図９（ａ）、（ｂ）の比較から明らかなように、燃料の噴射終了時期よりも後に水噴射を開始した方が着火遅れ時間は長くなる。
【００９３】
また、本発明者らは、燃料噴射後であっても、冷炎反応前に超臨界水を噴射するよりは、冷炎反応中に超臨界水を噴射した方が着火遅れ時間を長くできることを突き止めた。
【００９４】
これは、冷炎反応中に水が噴射されて冷炎反応中の混合気と水とが混合すると、冷炎反応中のホルムアルデヒドの生成量が増加し、酸化反応が緩慢になるためと推測される。なお、図９（ｂ）は冷炎反応中に超臨界水が噴射された場合の例である。
【００９５】
さらに、本発明者らは、特に、冷炎反応の初期の段階で水が噴射されれば、酸化反応をより一層緩慢にすることができることを突き止めた。そこで、本実施形態では、前記のように、水噴射Ｗ１を冷炎反応中の特に初期の段階で開始する。
【００９６】
ここで、エンジントルクを適切に得るためには図８に示すように混合気の主たる燃焼である熱炎反応は圧縮上死点後かつ圧縮上死点に比較的近い時期に行われるのが好ましく、これに伴い冷炎反応は圧縮上死点前に開始するのが好ましい。従って、水噴射Ｗ１の噴射時期が前記のように制御されることで、本実施形態では、低回転数領域Ａ１において、水噴射Ｗ１の噴射率の重心αは圧縮上死点前になる。すなわち、気筒２内に噴射された水による仕事量をより効率よく得るためには、膨張行程でより多くの水を供給するのが好ましいが、本実施形態では、前記のように、低回転数領域Ａ１では、着火遅れ時間を長くして超臨界水をより確実に生成、噴射することにより、燃費性能を高める。
【００９７】
また、前記のように着火遅れ時間が長くなれば、より適切な予混合圧縮自着火燃焼を実現して燃焼騒音の悪化およびスモークの悪化を抑制できるという効果も得ることができる。
【００９８】
具体的には、予混合圧縮自着火燃焼において、燃料が気筒２内に噴射されてから着火するまでの時間である着火遅れ時間が短いと、噴射された燃料と空気とが十分に混合していない状態で燃焼が開始して適切な予混合圧縮自着火燃焼が実現されない結果、気筒２内の圧力すなわち筒内圧が急増して燃焼騒音が悪化するという問題、また、スモークが悪化するという問題が生じる。これに対して、前記のように着火遅れ時間が長くなれば、燃料と空気とを十分に混合させた状態で燃焼させることができ、適切な予混合圧縮自着火燃焼を実現して、燃焼騒音の悪化およびスモークの悪化を抑制することができる。
【００９９】
（５−３）低負荷高回転数領域
低負荷高回転数領域Ａ２＿２では、システム全体のエネルギー効率を高くするために、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６４の駆動を停止して、水噴射装置２２から気筒２内への超臨界水の噴射を停止する。
【０１００】
具体的には、エンジン回転数が高い高回転数領域Ａ２では、機械抵抗が大きくなる。しかしながら、高回転数領域Ａ２であってもエンジン負荷が低い低負荷高回転数領域Ａ２＿２では、熱効率が比較的高く燃費性能の悪化は比較的小さい。そのため、低負荷高回転数領域Ａ２＿２では、水噴射装置２２から気筒２内に超臨界水を噴射させることにより得られる燃料消費量の低減効果よりも、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６４を駆動することに伴う電力等のエネルギー消費の方が大きくなるおそれがある。そこで、本実施形態では、前記のように、システム全体のエネルギー効率を高くするために、低負荷高回転数領域Ａ２＿２では、高圧ポンプ６４および低圧ポンプ６３を停止して水噴射装置２２から気筒２内への超臨界水の噴射を停止する。
【０１０１】
（５−４）高負荷高回転数領域
一方、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、機械抵抗の増大に加えて熱効率が低いため、燃費性能の悪化代が大きくなりやすい。また、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、排気の温度が非常に高くなりやすく、排気通路４０および浄化装置４１が熱害を受けるおそれがある。そこで、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、燃費性能を高めるため、および、浄化装置４１等の熱害を抑制するために、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６４を駆動して水噴射装置２２から気筒２内へ超臨界水を噴射する。
【０１０２】
ここで、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、１°ＣＡ（１クランク角度）に対する時間が短く、気筒２内に噴射する水の量を確保するためには、低回転数領域Ａ１よりも水の噴射期間をクランク角度についてより長くする必要がある。そこで、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、図１０に示すように、水噴射Ｗ１０を、圧縮上死点を挟んで所定期間連続して実施する。本実施形態では、燃料噴射Ｑ１０が終了してから所定期間後の時期ｔ３１から圧縮上死点後の時期ｔ３２まで水噴射Ｗ１０を連続して実施する。
【０１０３】
また、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、前記のように排気の温度が十分に高いため、低回転数領域Ａ１のように超臨界水を生成するべく排気の温度を高めるために着火遅れ時間を長くする必要性はない。そこで、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、図１０に示すように、水による仕事量がより多く得られるように、水噴射Ｗ１０の噴射率の重心βを圧縮上死点後とする。本実施形態では、水噴射Ｗ１０の噴射率は一定とし、水噴射の開始時期ｔ３１から圧縮上死点までの第１水噴射期間ｔ＿ｂを、圧縮上死点から水噴射の終了時期ｔ３２までの第２水噴射期間ｔ＿ａよりも長くすることで、水噴射Ｗ１０の噴射率の重心βを圧縮上死点後とする。
【０１０４】
さらに、水噴射Ｗ１０の噴射率の重心βを圧縮上死点から圧縮上死点後１５°ＣＡの間の所定時期とすれば、噴射された水に効果的に仕事を行わせることが分かっている。そこで、本実施形態では、水噴射Ｗ１０の噴射率の重心βが、圧縮上死点から圧縮上死点後１５°ＣＡの間の所定時期、例えば、圧縮上死点後１０°ＣＡ程度になるように超臨界水を気筒２内に噴射する。
【０１０５】
（６）作用等
以上のように、本実施形態では、燃費性能の悪化代が比較的大きくなりやすく、かつ、排気の温度が非常に高くなりやすい高負荷高回転数領域Ａ２＿１において、圧縮上死点を挟んで所定期間、超臨界水を気筒２内に噴射するとともに、この超臨界水の噴射率の重心βを圧縮上死点よりも遅角側としている。
【０１０６】
そのため、この高負荷高回転数領域Ａ２＿１において、気筒２内に噴射される超臨界水の総量を多く確保し、かつ、膨張行程で供給される超臨界水の量を多くすることができ、超臨界水による膨張仕事をより多く確保して燃費性能を高めることができ、かつ、排気の温度を低減して浄化装置４１等の熱害を抑制することができる。特に、高負荷高回転数領域Ａ２＿１では、従来、浄化装置４１等の熱害を抑制するべく排気の温度を低減するために、気筒２内に過剰に燃料を供給するいわゆるエンリッチ化が行われていたが、これを実施することなくあるいは過剰な燃料量を少なくしながら排気の温度を低減することができるため、燃費性能を効果的に高めることができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、密度が通常の水よりも高く潜熱を有しない超臨界水が気筒２内に噴射されているため、前記のように、多量の水を効率よく気筒２内に供給することができるとともに、エンジン本体の熱効率および燃費性能をより確実に高くすることができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、排気通路４０内の排気に含まれる水を利用するとともに、この水を熱交換器４２およびヒートパイプ７０を用いて排気のエネルギーで昇温して超臨界水を生成している。そのため、システム全体のエネルギー効率を高めることができる。
【０１０９】
そして、排気の温度が低くなりやすい低回転数領域Ａ１では、超臨界水の少なくとも一部が冷炎反応の期間中に噴射されて、これにより混合気の着火遅れ時間が長くされてより遅角側で燃焼が実施されるようになっている。そのため、低回転数領域Ａ１においても、排気のエネルギーによって超臨界水を適切に生成することができ、この超臨界水によって燃費性能を高めることができる。
【０１１０】
（７）変形例
前記実施形態では、気筒２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、前述したように、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気筒２内に噴射してもよい。この場合であっても、密度が通常の水よりも高く潜熱が非常に小さいことから多量の水を効率よく気筒２内に供給することができるとともにエンジン本体の熱効率および燃費性能をより確実に高くすることができる。
【０１１１】
また、前記実施形態では、高回転数領域Ａ２のうちエンジン負荷が基準負荷Ｔ１未満の低負荷高回転数領域Ａ２＿２では超臨界水の気筒２内への噴射を停止する場合について説明したが、この低負荷高回転数領域Ａ２＿２でも超臨界水を気筒２内へ噴射してもよい。
【０１１２】
ただし、前記のように、低負荷高回転数領域Ａ２＿２では、水噴射装置２２から気筒２内に超臨界水を噴射させることにより得られる燃料消費量の低減効果よりも、低圧ポンプ６３および高圧ポンプ６４を駆動することに伴う電力等のエネルギー消費の方が大きくなるおそれがある。従って、低負荷高回転数領域Ａ２＿２において高圧ポンプ６４および低圧ポンプ６３を停止して水噴射装置２２から気筒２内への超臨界水の噴射を停止すれば、システム全体のエネルギー効率をより確実に高くすることができる。
【０１１３】
また、水循環装置６０を省略して、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、前記のように水循環装置６０を用いればシステム全体のエネルギー効率を高くすることができる。
【０１１４】
また、前記実施形態では、高負荷高回転数領域Ａ２＿１において、水噴射率を一定として、圧縮上死点から水噴射の終了時期ｔ３２までの第２水噴射期間ｔ＿ｂを、水噴射の開始時期ｔ３１から圧縮上死点までの第１水噴射期間ｔ＿ａをよりも長くすること、すなわち、水噴射のタイミングを調整することによって水噴射Ｗ１０の噴射率の重心βを圧縮上死点後とした場合について説明したが、水噴射Ｗ１０の噴射率を時間（クランク角）に対して変化させることで重心βを圧縮上死点後としてもよい。例えば、水噴射の開始時期から圧縮上死点までの期間と、圧縮上死点から水噴射の終了時期までの期間とを同一としつつ、圧縮上死点後の水噴射率を高くして、圧縮上死点後に気筒２内に噴射された水の総量を圧縮上死点前の量よりも多くすることで、重心βを圧縮上死点後としてもよい。
【符号の説明】
【０１１５】
１  エンジン本体
２  気筒
２１  燃料噴射装置（燃料供給手段）
２２  水噴射装置
４２  熱交換器（昇温装置）
６０  水循環装置
７０  ヒートパイプ（昇温装置）
１００  ＰＣＭ（制御手段）
Ａ１  低回転数領域
Ａ２  高回転数領域
Ａ２＿１  高負荷高回転数領域
Ａ２＿２  低負荷高回転数領域
【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】
0006332240.tif 000008
【図８】
0006332240.tif 000009
【図９】
0006332240.tif 000010
【図１０】
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