(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
火花点火式の内燃機関（１３）において燃焼室（１７）を断熱するための内燃機関の熱制御装置（４０）であって、
前記燃焼室の壁面（２６、２６１、２２１、１８１）に沿って非燃焼流体を噴射する流体噴射弁（４１、４２、４３）と、
前記非燃焼流体による壁面保護ガス層（５１）が前記壁面に沿って形成されている間に、前記燃焼室内の混合気の燃焼による火炎が前記壁面保護ガス層に到達するように、前記内燃機関の運転状態に基づいて前記流体噴射弁の噴射時期を制御する噴射制御部（４５）と、を備え、
前記流体噴射弁により噴射される前記非燃焼流体は液体であり、
前記非燃焼流体は、噴射された後に気化することによって前記壁面保護ガス層を形成し、
前記噴射制御部は、前記内燃機関の運転状態情報及び前記非燃焼流体の必要な流体量（Ｇ）に基づいて、前記火炎が前記壁面保護ガス層に到達する時期（ｔ５）を算出し、前記壁面保護ガス層の形成完了時期（ｔ４）を設定し、前記壁面保護ガス層の形成完了時期（ｔ４）と、前記火炎が前記壁面保護ガス層に到達する時期（ｔ５）とが一致するように、前記流体噴射弁の噴射時期を制御することを特徴とする内燃機関の熱制御装置。
【請求項２】
前記流体噴射弁により噴射される前記非燃焼流体は、液化二酸化炭素、または、前記内燃機関の運転中における前記燃焼室の前記壁面の温度よりも沸点が低い液体であることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の熱制御装置。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記燃焼室の中心部から混合気の燃焼が開始するように構成されており、
前記流体噴射弁は、前記燃焼室を区画するシリンダ壁面（２６１）、ピストン冠面（１１）、及びシリンダヘッド下面（２２１）に沿って前記非燃焼流体を噴射することを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の熱制御装置。
【請求項４】
前記噴射制御部は、前記流体噴射弁が前記非燃焼流体を所定期間ごとに多段噴射するように制御することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関の熱制御装置。
【請求項５】
前記流体噴射弁は、前記燃焼室に関して互いの位置が対称になるように複数配置されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の内燃機関の熱制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式の内燃機関において燃焼室を断熱するための内燃機関の熱制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、内燃機関の冷却損失は、投入燃料のエネルギーの２０〜３０％程度と言われており、燃費を向上させるには冷却損失を低減させることが重要である。そこで、従来、冷却損失を低減させるために燃焼室に断熱手段を形成する技術が提案されている。例えば、特許文献１では、燃焼室内のピストン冠面へ水を噴射して水膜を形成し、水膜の断熱効果によって、既燃ガスの熱が燃焼室から外部へ逃げることを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−１７５０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
火花点火式の内燃機関では、混合気の燃焼反応の連続による火炎伝播が生じており、火炎伝播による火炎が燃焼室壁面に到達する時期に燃焼室壁面の温度が最も高くなる。よって、この時期に壁面を保護するべく断熱手段が形成されることが重要である。
【０００５】
また、特許文献１では断熱手段が水膜に限定されているが、燃焼室壁面の全体を効果的に断熱するためには、混合気の既燃ガスと燃焼室壁面との間に燃焼しないガス（壁面保護ガス）の層を設けることが考えられる。この壁面保護ガス層は、燃焼室内の気流によって混合気との混合が進むため、壁面保護ガス層が形成されている期間は極限られる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、仮に水膜が気化した水蒸気層が壁面保護ガス層に相当すると考えるとしても、火炎伝播の様子と水蒸気層の形成期間との関係については何ら考慮されておらず、その断熱効果を引き出すものになっていない。このため、特許文献１の技術によっては、冷却損失の低減が不十分である。
【０００７】
本発明は、上述の点に鑑みてなされたものであり、その目的は、冷却損失を十分に低減可能な内燃機関の熱制御装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、火花点火式の内燃機関において燃焼室を断熱するための内燃機関の熱制御装置であって、燃焼室の壁面に沿って非燃焼流体を噴射する流体噴射弁と、非燃焼流体による壁面保護ガス層が燃焼室の壁面に沿って形成されている間に、燃焼室における混合気の燃焼による火炎が壁面保護ガス層に到達するように、内燃機関の運転状態に基づいて流体噴射弁の噴射時期を制御する噴射制御部と、を備える。
【０００９】
上記構成において、流体噴射弁に噴射される非燃焼流体が液体である場合、非燃焼流体は、燃焼室の壁面から熱を受けて気化し、燃焼室の壁面に沿って壁面保護ガス層を形成する。また、流体噴射弁に噴射される非燃焼流体が気体である場合、非燃焼流体は、燃焼室の壁面に沿って噴射されることによって壁面保護ガス層を形成する。
【００１０】
また、上記構成において、燃焼室内の火炎伝播の様子、非燃焼流体が壁面保護ガス層を形成するまでに要する時間、及び、壁面保護ガス層が形成されている期間等は、内燃機関の運転状態によって異なる。そこで、噴射制御部は、内燃機関の運転状態に基づいて流体噴射弁の噴射時期を制御することで、壁面保護ガス層が燃焼室壁面に沿って形成されている間に、火炎が壁面保護ガス層に到達するようにしている。すなわち、壁面保護ガス層が形成されてから崩壊するまでの限られた期間を、火炎伝播の様子に合わせて設定することにより、壁面保護ガス層は火炎から燃焼室の壁面を保護可能である。
したがって、本発明によれば、壁面保護ガス層が燃焼室の壁面と火炎との間を断熱することにより、燃焼室の壁面の温度が上昇することを抑制し、冷却損失を十分に低減可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態による熱制御装置が適用されるエンジンシステムを示す概略図である。
【図２】冷却損失を説明するための燃焼室の模式図である。
【図３】本発明の壁面保護ガス層の断熱の原理を説明するための燃焼室の模式図である。
【図４】（ａ）〜（ｃ）は、本発明の第１実施形態による壁面保護ガス層が形成される様子を示す燃焼室の模式的横断面図である。
【図５】燃焼室における非燃焼流体の流れを示す模式図である。
【図６】（ａ）〜（ｃ）は、壁面保護ガス層の崩壊の様子を示す燃焼室の模式的横断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｅ）は、本発明の第１実施形態による壁面保護ガス層の形成タイミング及び火炎伝播の様子を示す燃焼室の模式的横断面図である。
【図８】筒内圧の時間変化及び第１実施形態による非燃焼流体の噴射時期を示すグラフである。
【図９】非燃焼性流体の噴射時期を決定する方法を説明するためのフローチャートである。
【図１０】非燃焼性流体の噴射時期が早い場合を示す燃焼室の模式的横断面図である。
【図１１】非燃焼性流体の噴射時期が遅い場合を示す燃焼室の模式的横断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態による熱制御装置が適用されるエンジンを示す模式図である。
【図１３】（ａ）（ｂ）は、本発明の第２実施形態による壁面保護ガス層が形成される様子を示す燃焼室の模式的縦断面図である。
【図１４】筒内圧の時間変化及び他の実施形態による非燃焼流体の噴射時期を示すグラフである。
【図１５】筒内圧の時間変化及び他の実施形態による非燃焼流体の噴射時期を示すグラフである。
【図１６】本発明の他の実施形態による流体噴射弁を示すための燃焼室の模式的横断面図である。
【図１７】本発明の他の実施形態による流体噴射弁を示すための燃焼室の模式的横断面図である。
【図１８】本発明の他の実施形態による流体噴射弁を示すための燃焼室の模式図である。
【図１９】本発明の他の実施形態による流体噴射弁を示すための燃焼室の模式的横断面図である。
【図２０】本発明の他の実施形態による流体噴射弁を示すための燃焼室の模式的縦断面図である。
【図２１】（ａ）〜（ｂ）は、本発明の他の実施形態による非燃焼性流体が気体の場合を説明するための燃焼室の模式的縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明による内燃機関の熱制御装置を図面に基づいて説明する。以下、複数の実施形態において、実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
【００１３】
（第１実施形態）
［エンジンシステムの構成］
まず、エンジンシステムの概略構成について図１を参照して説明する。図１に示すように、エンジンシステム１０は、火花点火式の内燃機関としてのエンジン１３及び熱制御装置４０を備えている。エンジン１３は、例えば４気筒等の多気筒エンジンであり、図１では１気筒の断面を示す。以下に説明する構成は、図示しない他の気筒にも同様に設けられている。
【００１４】
エンジン１３は、スロットル弁１４を介して吸気マニホールド１５から供給される空気と燃料噴射弁１６から噴射される燃料との混合気を燃焼室１７で燃焼させ、その燃焼時の爆発力によりピストン１８を往復運動させる。ピストン１８の往復運動は、クランクシャフト１９により回転運動に変換されて出力される。燃焼により生じた燃焼ガスは、排気マニホールド２０を経由して大気中に放出される。
【００１５】
燃焼室１７は、筒状のシリンダ２１と、その開口に配置されたピストン１８の冠面１８１及びシリンダヘッド２２の下面２２１とによって隔壁されている。燃焼室１７の入口であるシリンダヘッド２２の吸気ポートには、吸気弁２３が設けられており、燃焼室１７の出口であるシリンダヘッド２２の排気ポートには、排気弁２４が設けられている。吸気弁２３および排気弁２４は、バルブ駆動機構２５により開閉駆動される。
【００１６】
燃焼室１７の混合気への点火は、点火プラグ７の電極間に発生する火花によって行われる。本実施形態では、点火プラグ７の電極が燃焼室１７の径方向中心部に配置されており、そこから混合気が点火されて燃焼を開始する。すなわち、燃焼室１７の径方向中心部を起点として火炎伝播が生じる。なお、燃焼室１７の径方向中心部とは、筒状のシリンダ２１の径方向中心部である。
【００１７】
電子制御ユニット（以下、「ＥＣＵ」という。）３２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭおよび入出力ポート等からなるマイクロコンピュータにより構成され、クランク角センサ３５、カム角センサ３６、水温センサ３７、スロットル開度センサ３８、及び吸気圧センサ３９等の各種センサからの信号が入力される。ＥＣＵ３２は、これらの各種センサからの検出信号に基づき、スロットル弁１４、燃料噴射弁１６、および、点火回路ユニット３１等を制御することで、エンジン１３の運転状態を制御する。
【００１８】
本実施形態のエンジン１３に適用される熱制御装置４０は、燃焼室１７で混合気が燃焼したことによる熱を燃焼室１７の外部に逃がさないように燃焼室１７を断熱するための装置であり、燃焼室１７に非燃焼流体を噴射可能な流体噴射弁４１と、流体噴射弁４１の動作を制御する噴射制御部４５とを備えている。噴射制御部４５は、例えばＥＣＵ３２内に構成されている。流体噴射弁４１が噴射した非燃焼流体は、燃焼室１７内に後述する壁面保護ガス層を形成する。
【００１９】
［壁面保護ガス層］
本実施形態の壁面保護ガス層の詳細について以下に説明する。なお、以下の説明で用いる図面では、燃焼室１７を模式的に円筒形状として示している。
【００２０】
まず、壁面保護ガス層５１による断熱の原理について、図２及び図３を参照して説明する。
図２は、混合気Ｍが吸入された状態の燃焼室１７を示す図である。仮に壁面保護ガス層５１が形成されずに混合気Ｍが燃焼した場合、混合気Ｍが燃焼することにより発生する熱（既燃ガスの熱）は、燃焼室１７の壁面２６を介して外部へ逃げる（図２中の矢印参照）。
【００２１】
そこで、本実施形態では、燃焼室１７の壁面２６に沿って非燃焼流体を噴射することにより、壁面２６に沿って壁面保護ガス層５１を形成する。これにより、混合気Ｍが成層化した混合気層５２が燃焼室１７の中央付近に配置される（図３参照）。壁面保護ガス層５１は燃焼しない不活性ガス層であり、既燃ガスに比べて低温を保つため、既燃ガスの熱を燃焼室１７の内側に留める役割を果たす。
【００２２】
次に、壁面保護ガス層５１の形成から崩壊までの様子について、図４〜図６を参照して説明する。
なお、燃焼室１７の壁面２６は、シリンダ２１の内壁、ピストン１８の冠面１８１、並びに、シリンダヘッド２２の下面（吸気弁２３および排気弁２４の下面を含む）２２１に相当する。以下では、燃焼室１７の壁面２６のうち、シリンダ２１の内壁に相当する部分（側壁面２６１と称する）に沿って、壁面保護ガス層５１を形成する場合を例として説明する。
【００２３】
また、本実施形態の非燃焼流体は、噴射前は液体であり、かつ、燃焼室１７への噴射後には気体となる不活性流体である。非燃焼流体は、燃焼室１７への噴射直後に気化するものであることが好ましく、例えば燃焼室１７の壁温よりも沸点が低い液体（例えば水）や液化ＣＯ2等である。以下、液体状態の非燃焼流体について、非燃焼液体Ｌと称する。
【００２４】
まず、図４（ａ）に示すように、流体噴射弁４１は、混合気Ｍが吸入された状態の燃焼室１７へ液体状の非燃焼液体Ｌを噴射する。例えば、流体噴射弁４１の噴出口４１０は燃焼室１７の一端側に配置されており、非燃焼液体Ｌを側壁面２６１に向けて噴射することにより、非燃焼液体Ｌは側壁面２６１上をらせん状に旋回し（図５中の矢印参照）、側壁面２６１を一周以上伝わる（図４（ｂ）参照）。
噴射された非燃焼液体Ｌは側壁面２６１の熱を受けることにより気化し、側壁面２６１に沿って壁面保護ガス層５１が形成され、その内側には混合気層５２が成層化する（図４（ｃ）参照）。
【００２５】
形成された壁面保護ガス層５１は、燃焼室１７内の気流等によって混合気層５２と混じり合い、時間の経過と共に崩壊する。
図６（ａ）に示すように、非燃焼液体Ｌの気化が完了することにより壁面保護ガス層５１の形成が完了した時点で、壁面保護ガス層５１は最も厚みを有し、その断熱効果は最も大きい。時間の経過と共に、壁面保護ガス層５１と混合気層５２との混合が進み、壁面保護ガス層５１の厚みは減少していく（図６（ｂ）参照）。これにより、壁面保護ガス層５１の断熱効果は小さくなっていく。なお、図中、壁面保護ガス層５１と混合気層５２との混合部分には記号Ｄを付している。最終的に、壁面保護ガス層５１と混合気層５２とが完全に混じり合い、壁面保護ガス層５１は完全に崩壊する（図６（ｃ）参照）。
【００２６】
壁面保護ガス層５１が形成されている期間、すなわち壁面保護ガス層５１が形成完了してから完全に崩壊するまでの期間をガス層形成期間Ｔｇと称する。ガス層形成期間Ｔｇは、極限られた期間であり、本実施形態ではクランク角で２０度の範囲に対応する。このガス層形成期間Ｔｇに火炎が壁面保護ガス層５１に到達することで、壁面保護ガス層５１は断熱効果を発揮する。
【００２７】
［非燃焼液体の噴射時期］
本実施形態では、壁面保護ガス層５１の断熱効果が最も大きいとき、すなわち壁面保護ガス層５１が形成完了したときに火炎が壁面保護ガス層５１に到達するように、非燃焼液体Ｌの噴射時期を制御する。この非燃焼液体Ｌの噴射時期について、図７（ａ）〜（ｅ）及び図８を参照して説明する。図７（ａ）〜（ｅ）は、燃焼室１７における火炎伝播の様子を順に示しており、図８は、エンジン１３の筒内圧の時間変化を示している。
【００２８】
まず、ピストン１８が上死点に達した直後の点火時期ｔ１にて、燃焼室１７の径方向中心部で混合気Ｍが点火される（図７（ａ）参照）。点火後、混合気Ｍの燃焼による火炎Ｆが側壁面２６１に向かって伝播する（図７（ｂ）参照）。
【００２９】
その後、噴射開始時期ｔ２にて、流体噴射弁４１が燃焼室１７へ非燃焼液体Ｌの噴射を開始し（図７（ｃ）参照）、噴射完了時期ｔ３にて必要量の非燃焼液体Ｌの噴射を完了する（図７（ｄ）参照）。燃焼室１７に噴射された非燃焼液体Ｌは気化を開始する。
【００３０】
その後、気化完了時期ｔ４にて、非燃焼液体Ｌの気化が完了することにより、壁面保護ガス層５１が形成されると共に、混合気層５２の配置が完了する。また、火炎到達時期ｔ５にて、火炎Ｆが壁面保護ガス層５１の形成領域に到達する。本実施形態において、気化完了時期ｔ４と火炎到達時期ｔ５とは一致するため、壁面保護ガス層５１が形成されると同時に、火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達する（図７（ｅ）参照）。
なお、混合気層５２を構成するガスは、燃焼によって混合気から既燃ガスに置き換わっているが、本明細書では説明上、そのまま混合気層５２と記している。
【００３１】
ここで、点火時期ｔ１から火炎到達時期ｔ５までの期間を火炎伝播期間Ｔｆｐと称し、噴射開始時期ｔ２から気化完了時期ｔ４までの期間を成層形成期間Ｔｓと称する。成層形成期間Ｔｓは、噴射開始時期ｔ２から噴射完了時期ｔ３までの噴射期間Ｔｉｎｊと、噴射完了時期ｔ３から気化完了時期ｔ４までの気化期間Ｔｅｖとを合わせた期間に相当する。
【００３２】
次に、本実施形態の噴射制御部４５が流体噴射弁４１の噴射時期を決定する方法について、図９に示すフローチャートを参照して制御する。図９は、噴射制御部４５による噴射制御の処理手順を示すフローチャートであり、当該処理は、所定周期（例えば所定のクランク毎又は所定の時間毎）に繰り返し実行される。
【００３３】
まず、Ｓ１にて、エンジン１３の負荷（使用燃料量）、回転数、吸気量、吸気温、及び吸気圧力等を含むエンジン１３の運転状態情報を取得する。運転状態情報は、例えばエンジン１３に設けられた各種センサから入力される検出値や検出値に基づいて推定される推定値を利用する。
次いで、Ｓ２では、Ｓ１にて取得した値に基づいて、点火時期ｔ１及び非燃焼液体Ｌの必要な流体量Ｇを設定する。点火時期ｔ１は、例えばエンジン１３が最大トルクを発生する時期であるＭＢＴ（Minimum spark advance for Best Torque)に設定される。
【００３４】
Ｓ３では、運転状態情報及び流体量Ｇに基づいて、火炎伝播期間Ｔｆｐを算出し、点火時期ｔ１から火炎伝播期間Ｔｆｐを経過した火炎到達時期ｔ５を算出する。この算出された火炎到達時期ｔ５と同時刻に気化完了時期ｔ４を設定する。気化完了時期ｔ４は、「壁面保護ガス層５１が形成完了する時期」に相当する。
【００３５】
Ｓ４では、火炎到達時期ｔ５における燃焼室１７の温度及び圧力の時間履歴、運転状態情報、並びに、非燃焼液体Ｌの流体量Ｇといった各種情報に基づいて、気化期間Ｔｅｖを算出し、気化完了時期ｔ４から気化期間Ｔｅｖを引いた噴射完了時期ｔ３を算出する。
【００３６】
Ｓ５では、噴射完了時期ｔ３における燃焼室１７の温度及び圧力の時間履歴、運転状態情報、非燃焼液体Ｌの流体量Ｇ、並びに、流体噴射弁４１の噴射圧、噴孔総面積、噴孔数といった各種情報に基づいて、噴射期間Ｔｉｎｊを算出し、噴射完了時期ｔ３から噴射期間Ｔｉｎｊを引いた時期を噴射開始時期ｔ２として設定する。
【００３７】
なお、Ｓ４における気化期間Ｔｅｖの算出ならびにＳ５における噴射期間Ｔｉｎｊの算出については、マップ等を利用することができる。例えば、燃焼室１７の温度及び圧力について、予め時間履歴を記録しておく。また、燃焼室１７の温度及び圧力の時間履歴並びに運転状態情報を含む各種情報に対する気化期間Ｔｅｖ及び噴射期間Ｔｉｎｊについて、予め試験により取得しておき、その関係をマップ等に記録しておく。そして、燃焼室１７の温度及び圧力についての時間履歴及びマップ等を参照して気化期間Ｔｅｖ及び噴射期間Ｔｉｎｊをそれぞれ算出することができる。
【００３８】
また、Ｓ４において算出する気化期間Ｔｅｖは、噴射圧の増加による非燃焼液体Ｌの微粒子化や、点火タイミングの変更による混合気温度の上昇などによって、当該期間を短くするよう調整可能である。Ｓ５において算出する噴射期間Ｔｉｎｊは、噴射圧を大きくすることにより、当該期間を短くするように調整可能である。特許請求の範囲に記載の「噴射時期」には、噴射開始時期ｔ２及び噴射完了時期ｔ３が含まれる。
【００３９】
以上により、エンジン１３の運転条件に応じた噴射開始時期ｔ２及び噴射完了時期ｔ３が適切に設定される。この設定に従って流体噴射弁４１が制御されることにより、壁面保護ガス層５１が形成完了する時期と、火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達する時期が一致する。
【００４０】
［効果］
（１）本実施形態の熱制御装置４０は、エンジン１３において燃焼室１７を断熱するためのものであり、燃焼室１７の壁面２６に沿って非燃焼液体Ｌを噴射する流体噴射弁４１と、非燃焼液体Ｌの気化による壁面保護ガス層５１が燃焼室１７の壁面２６に沿って形成されている間に、燃焼室１７における混合気の燃焼による火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達するように、エンジン１３の運転状態に基づいて流体噴射弁４１の噴射時期を制御する噴射制御部４５と、を備える。
【００４１】
上記構成において、燃焼室１７内の火炎伝播の様子、非燃焼液体Ｌが壁面保護ガス層５１を形成するまでに要する時間、及び、壁面保護ガス層５１が形成されている期間は、エンジン１３の運転状態によって異なる。そこで、噴射制御部４５は、エンジン１３の運転状態に基づいて流体噴射弁４１の噴射時期を制御することで、壁面保護ガス層５１が燃焼室１７の壁面２６に沿って形成されている間に、火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達するようにしている。すなわち、壁面保護ガス層５１が形成されてから崩壊するまでの限られた期間を、火炎伝播の様子に合わせて設定することにより、壁面保護ガス層５１は火炎Ｆから壁面２６を保護可能である。
【００４２】
仮に、噴射時期が早すぎる場合、図１０に示すように、火炎Ｆが未だ到達しない時期に壁面保護ガス層５１が形成完了してしまう。このため、壁面保護ガス層５１が崩壊した後に火炎Ｆが側壁面２６１に到達してしまう。一方、噴射時期が遅すぎる場合、図１１に示すように、非燃焼液体Ｌが噴射されたばかりで未だ壁面保護ガス層５１が形成されていないときに火炎Ｆが側壁面２６１に到達してしまう。これらの場合、火炎Ｆから壁面２６を十分に断熱できない。
【００４３】
これに対して、本実施形態では、壁面保護ガス層５１が燃焼室１７の側壁面２６１と火炎Ｆとの間を断熱することにより、燃焼室１７の側壁面２６１の温度が上昇することを抑制し、冷却損失を十分に低減可能である。
【００４４】
（２）本実施形態では、流体噴射弁４１が非燃焼液体Ｌを噴射し、噴射された非燃焼液体Ｌが気化することによって壁面保護ガス層５１が形成される。このような形態によれば、流体噴射弁４１が気体の非燃焼流体を噴射する場合に比べて、ガスを圧縮するための仕事を必要とせず、燃費が向上する。
【００４５】
（３）また、非燃焼液体Ｌは、液化二酸化炭素、または、エンジン１３の運転中における燃焼室１７の壁面２６の温度よりも沸点が低い液体である。このため、非燃焼液体Ｌは噴射直後に気体となり、壁面保護ガス層５１が形成されるまでに要する時間を短くできる。よって、壁面保護ガス層５１の形成完了前に、気化した非燃焼液体Ｌが混合気Ｍと混合することを抑制することができる。
【００４６】
（４）また、本実施形態において、噴射制御部４５は、壁面保護ガス層５１の形成が完了する時期と、火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達する時期とが一致するように、流体噴射弁４１の噴射時期を制御する。
上記構成によれば、壁面保護ガス層５１が最も厚いときに火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達するため、壁面保護ガス層５１が火炎Ｆから側壁面２６１をより効果的に保護することができる。これにより、冷却損失をより低減できる。
【００４７】
［第２実施形態］
本発明の第２実施形態による熱制御装置及び熱制御装置が適用されるエンジン３３について、図１２及び図１３を参照して説明する。第１実施形態では、燃焼室１７の壁面２６のうち、側壁面２６１を保護する場合について説明しているが、第２実施形態では、燃焼室１７の全ての壁面２６を保護する場合について説明する。
【００４８】
まず、図１２に示すように、第２実施形態のエンジン３３には、燃焼室１７に対して副室４７が設けられており、点火プラグ７及び燃料噴射弁１６は副室４７に設けられている。燃料噴射弁１６から噴射される燃料に点火プラグ７が点火することによって、副室４７から燃焼室１７に既燃ガスジェットＪが噴射される。この既燃ガスジェットＪによって、燃焼室１７の中心部から混合気の燃焼が開始する。
【００４９】
また、図１３に示すように、燃焼室１７に対して、流体噴射弁４１の他に、２つの流体噴射弁４２が配置されている。流体噴射弁４１は、燃焼室１７の側壁面２６１に非燃焼液体Ｌを噴射し、２つの流体噴射弁４２は、ピストン冠面１８１及びシリンダヘッド下面２２１にそれぞれ非燃焼液体Ｌを噴射する。これにより、混合気層５２を全体的に覆うように壁面保護ガス層５１が形成される。
【００５０】
なお、燃焼室１７の中心部から壁面保護ガス層５１までの径方向の距離Ａと、径方向に垂直な方向の距離Ｂとが異なる場合、各方向における火炎到達時期ｔ５が異なるため、流体噴射弁４１、４２について、それぞれの最適な噴射時期を制御してもよい。
【００５１】
第２実施形態によれば、壁面保護ガス層５１が火炎Ｆから壁面２６をより効果的に保護することができる。これにより、冷却損失をより低減可能である。
【００５２】
［他の実施形態］
（ア）噴射時期
上記実施形態では、気化完了時期ｔ４と火炎到達時期ｔ５とを一致させているが、本発明はこれに限られず、図１４に例示するように、ガス層形成期間Ｔｇに火炎到達時期ｔ５が重なれば良い。なお、壁面保護ガス層５１が完全に崩壊する時期をｔ６とすると、ｔ４≦ｔ５＜ｔ６、（ｔ６−ｔ４）＝Ｔｇとなる。
この場合、火炎到達時期ｔ５からガス層形成期間Ｔｇを引いた時期よりも後から火炎到達時期ｔ５までの間に気化完了時期ｔ４を設定可能であり、設定した気化完了時期ｔ４に基づいて、噴射完了時期ｔ３及び噴射開始時期ｔ２を求めれば良い。
【００５３】
例えば、ガス層形成期間Ｔｇがクランク角で２０度の範囲に対応する場合、気化完了時期ｔ４からクランクシャフト１９が２０度回転するまでの間に、火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達する。なお、ガス層形成期間Ｔｇはクランク角で２０度の範囲に限定されず、エンジン１３、３３の設定に合わせて適宜求められる。
【００５４】
（イ）多段噴射
噴射制御部４５は、図１５に例示するように、流体噴射弁４１、４２が非燃焼性流体を所定期間ごと（例えば所定のクランク角毎）に多段噴射させてもよい。図１５では、白抜き矢印で示す時期であるｔ２１〜ｔ２５にてそれぞれ噴射が行われている。各噴射開始時期ｔ２１〜ｔ２５に続く気化完了時期ｔ４１〜ｔ４５から壁面保護ガス層崩壊時期ｔ６１〜ｔ６６まで、それぞれガス層形成期間Ｔｇとなる。各ガス層形成期間Ｔｇが連続するように各噴射開始時期ｔ２１〜ｔ２５を設定することにより、壁面保護ガス層５１を継続的に形成することができる。よって、火炎到達時期ｔ５が多少ずれたとしても、壁面保護ガス層５１が形成されている間に火炎Ｆが壁面保護ガス層５１に到達することが可能であり、更なる冷却損失低減の効果を得られる。
【００５５】
（ウ）流体噴射弁
流体噴射弁４１、４２の構成や配置等は、上記実施形態に示したものに限られない。
例えば、図１６に示すように、燃焼室１７の側壁面２６１に対して非燃焼液体Ｌを噴射する流体噴射弁４１が複数配置されていてもよい。ここで、複数の流体噴射弁４１は、燃焼室１７に関して互いの位置が対称になるように配置されていることが好ましい。
また、図１７及び図１８に示すように、流体噴射弁４１に複数の噴射口が形成されており、非燃焼液体Ｌが燃焼室１７の側壁面２６１上で多方向に広がるようにしてもよい。
さらに、図１９に示すように、燃焼室１７に複数配置された流体噴射弁４１が、それぞれ複数の噴射口を有していてもよい。ここで、複数の流体噴射弁４１は、燃焼室１７の中心に対して回転対称に配置されてもよい。
図１６〜図１９に示すような構成により、噴射期間Ｔｉｎｊを短くすることができ、より素早く壁面保護ガス層５１を形成することができる。また、形成される壁面保護ガス層５１の厚みを均一にすることができ、これにより壁面保護ガス層５１の崩壊進行を抑制することができる。
【００５６】
また、図２０に示すように、流体噴射弁４２に複数の噴射口が形成されており、１つの流体噴射弁４２がピストン冠面１８１及びシリンダヘッド下面２２１に対して同時に非燃焼液体Ｌを噴射してもよい。また、側壁面２６１に非燃焼液体Ｌを噴射する流体噴射弁４１が配置されずに、ピストン冠面１８１及びシリンダヘッド下面２２１に非燃焼液体Ｌを噴射する流体噴射弁４２のみが配置されていてもよい。
【００５７】
（エ）非燃焼流体
流体噴射弁により噴射される非燃焼流体は、液体に限られず、気体であってもよい。例えば、図２１に示すように、流体噴射弁４３が非燃焼気体Ｐを、壁面２６の近接領域に直接噴射する。これによれば、目的の領域に壁面保護ガス層５１を形成することが容易である。なお、非燃焼気体Ｐは、空気中で燃焼しない不活性気体であればよい。
【００５８】
本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。
【符号の説明】
【００５９】
１３、３３・・・エンジン（内燃機関）
１７・・・燃焼室
２６、２６１、２２１、１８１・・・壁面
４１、４２、４３・・・流体噴射弁
４５・・・噴射制御部
５１・・・壁面保護ガス層
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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