(57)【要約】【課題】非燃焼液体の気化膨張力を増大させて燃費向上の促進を図った非燃焼液体の噴射制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１０の燃焼室１０ａで燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁２０と、燃焼室へ水（非燃焼液体）を噴射する水噴射弁３０（液体噴射弁）と、を備える内燃機関システムに適用されることを前提とし、燃焼室１０ａで燃料が燃焼している最中に水を噴射するよう、水噴射弁３０の作動を制御する。これによれば、噴射された水は燃焼火炎から直接受熱（熱回収）して気化することとなる。よって、シリンダ壁面から熱回収する従来装置に比べて熱回収量を増大させることができるので、気化膨張力を増大でき、ひいては燃費向上の促進を図ることができる。【選択図】      図１
2012112326.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の燃焼室で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室へ非燃焼液体を噴射する液体噴射弁と、を備える内燃機関システムに適用され、
前記燃焼室で燃料が燃焼している最中に非燃焼液体を噴射するよう、前記液体噴射弁の作動を制御することを特徴とする非燃焼液体の噴射制御装置。
【請求項２】
燃料の噴射開始時期又は筒内圧に基づき燃焼開始時期を推定し、推定した燃焼開始時期に基づき非燃焼液体の噴射開始時期を設定することを特徴とする請求項１に記載の非燃焼液体の噴射制御装置。
【請求項３】
燃料の燃焼期間以外では、非燃焼液体の噴射を禁止することを特徴とする請求項１又は２に記載の非燃焼液体の噴射制御装置。
【請求項４】
非燃焼液体を噴射する期間を、燃料の燃焼期間よりも短くしたことを特徴とする請求項３に記載の非燃焼液体の噴射制御装置。
【請求項５】
前記燃焼室で燃料が燃焼することによる燃焼エネルギのうち、排気の温度上昇に用いられたエネルギ量である排気損失量を推定し、推定した排気損失量に基づき、次回以降の燃焼時に噴射させる非燃焼液体の噴射量を設定することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１つに記載の非燃焼液体の噴射制御装置。
【請求項６】
前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内へ燃料を直接噴射するよう配置されており、
燃料の着火直後における火炎の先端部分に向けて非燃焼液体が噴射されることとなるよう、前記燃料噴射弁及び前記液体噴射弁を配置したことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載の非燃焼液体の噴射制御装置。
【請求項７】
燃料の噴射量が所定量以上であることを条件として、非燃焼液体の噴射を許可することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１つに記載の非燃焼液体の噴射制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の燃焼室へ非燃焼液体を噴射するにあたり、その噴射開始時期や噴射量等の噴射状態を制御する装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１，２等には、内燃機関の燃焼室へ、燃料とは別に水（非燃焼液体）を噴射させる技術が提案されている。これによれば、噴射した水が気化膨張してその膨張力がピストンへ付与されるので、排気の温度上昇に用いられる熱損失の一部が水の膨張エネルギとして利用されることとなり、燃費向上を図ることができる。
【０００３】
しかしながら、この種の内燃機関は、水の気化膨張力が十分に大きいとは言えず、燃費向上効果が小さいことが普及のネックとなっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００８−１７５０７８号公報
【特許文献２】特開２００９−１３８６６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、その目的は、非燃焼液体の気化膨張力を増大させて燃費向上の促進を図った非燃焼液体の噴射制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について記載する。
【０００７】
請求項１記載の発明では、内燃機関の燃焼室で燃焼させる燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記燃焼室へ非燃焼液体を噴射する液体噴射弁と、を備える内燃機関システムに適用され、前記燃焼室で燃料が燃焼している最中に非燃焼液体を噴射するよう、前記液体噴射弁の作動を制御することを特徴とする。
【０００８】
ここで、上述した特許文献１，２等に記載の従来装置では、燃焼を開始するよりも前に水（非燃焼液体）を噴射して、燃焼火炎に水が吹きかけられることを避けている。そのため、燃焼前に噴射された水は、内燃機関のシリンダ壁面から受熱（熱回収）して気化していると言える。
【０００９】
これに対し上記発明では、燃焼している最中に非燃焼液体を燃焼室へ噴射させるので、噴射された非燃焼液体は燃焼火炎から直接受熱（熱回収）して気化することとなる。よって、シリンダ壁面から熱回収する従来装置に比べて熱回収量を増大させることができるので、気化膨張力を増大でき、ひいては燃費向上の促進を図ることができる。
【００１０】
請求項２記載の発明では、燃料の噴射開始時期又は筒内圧に基づき燃焼開始時期を推定し、推定した燃焼開始時期に基づき非燃焼液体の噴射開始時期を設定することを特徴とする。
【００１１】
燃料の噴射開始時期又は筒内圧に基づけば燃焼開始時期を推定できる。例えば、燃料噴射開始時期から所定時間経過した時点を燃焼開始時期と推定したり、膨張行程中に筒内圧が上昇した時期を燃焼開始時期と推定したりできる。このように推定した燃焼開始時期に基づけば、燃焼している最中に非燃焼液体を噴射するように非燃焼液体の噴射開始時期を設定することを、容易に実現できる。
【００１２】
請求項３記載の発明では、燃料の燃焼期間以外では、非燃焼液体の噴射を禁止することを特徴とする。
【００１３】
ここで、非燃焼液体を噴射すると、熱損失の一部を気化膨張力に利用できる一方で、非燃焼液体の潜熱分だけ燃焼室の温度（筒内温度）が低下して筒内圧力が低下する。そのため、潜熱による筒内圧低下分が気化膨張力よりも大きくなってしまっては、燃費向上を図ることはできない。そして、本発明の如く燃焼期間中に非燃焼液体を噴射すれば、潜熱による筒内圧低下分よりも気化膨張力の方が十分に大きくなることが期待できる。しかしながら、非燃焼液体を燃焼期間以外においても噴射すると、その期間に噴射した水はシリンダ壁面から受熱することになるため十分な気化膨張力が得られない。そのため、燃焼期間以外に噴射した水については、潜熱による筒内圧低下分よりも気化膨張力の方が小さくなることが懸念され、燃費向上の妨げとなる。この点を鑑みた上記発明では、燃焼期間以外では非燃焼液体の噴射を禁止するので、上記懸念を解消でき、燃費向上の促進を図ることができる。
【００１４】
請求項４記載の発明では、非燃焼液体を噴射する期間を、燃料の燃焼期間よりも短くしたことを特徴とする。
【００１５】
非燃焼液体を燃焼期間に噴射するにあたり、短時間で噴射するほど、潜熱による筒内圧低下分に対する気化膨張力の割合を大きくでき、ひいては燃費向上の効果を促進できる、といった知見を本発明者らは得た。この点を鑑みた上記発明では、非燃焼液体の噴射期間を燃焼期間よりも短くするので、燃費向上の効果を促進できる。
【００１６】
請求項５記載の発明では、前記燃焼室で燃料が燃焼することによる燃焼エネルギのうち、排気の温度上昇に用いられたエネルギ量である排気損失量を推定し、推定した排気損失量に基づき、次回以降の燃焼時に噴射させる非燃焼液体の噴射量を設定することを特徴とする。
【００１７】
多量の非燃焼液体を短時間で気化させるほど、潜熱による筒内圧低下分に対する気化膨張力の割合を大きくでき、ひいては燃費向上の効果を促進できる、といった知見を本発明者らは得た。換言すれば、非燃焼液体の噴射量が過少であると十分な気化膨張力を得ることができず、その一方で、非燃焼液体の噴射量が過多であると、短時間で気化させることができなくなる。従って、十分な気化膨張力を得ることと短時間で気化させることとが最適なバランスとなる非燃焼液体の噴射量は、排気損失量が多いほど多くなると言える。この点を鑑みた上記発明では、排気損失量に基づき非燃焼液体の噴射量を設定するので、十分な気化膨張力を得ることと短時間で気化させることとが最適なバランスとなるよう噴射量を設定できる。
【００１８】
請求項６記載の発明では、前記燃料噴射弁は、前記燃焼室内へ燃料を直接噴射するよう配置されており、燃料の着火直後における火炎の先端部分に向けて非燃焼液体が噴射されることとなるよう、前記燃料噴射弁及び前記液体噴射弁を配置したことを特徴とする。
【００１９】
燃料の着火直後の火炎の形状は、燃料の噴霧パターン（図１中の符号Ｆ参照）に沿った形状になる。そして、このような形状の火炎の先端部分が最も高温な部分である。この点を鑑みた上記発明では、火炎の先端部分（高温部分）に向けて非燃焼液体を噴射するので、非燃焼液体の受熱量（熱回収量）を増大させることができるので、気化膨張力を増大でき、ひいては燃費向上をより一層促進できる。
【００２０】
請求項７記載の発明では、燃料の噴射量が所定量以上であることを条件として、非燃焼液体の噴射を許可することを特徴とする。
【００２１】
燃料の噴射量が少ない場合には火炎温度が低くなっているので、非燃焼液体の受熱量（熱回収量）が少なくなる。そして、その受熱量が大幅に少なくなると、潜熱による筒内圧低下分に比べて気化膨張力を十分に大きくできなくなり、燃費向上の効果が小さくなることが懸念される。この点を鑑みた上記発明では、燃料噴射量が所定量以上であることを条件として非燃焼液体の噴射を許可するので、上記懸念を解消できる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の一実施形態にかかる、噴射制御装置及びその装置が適用される内燃機関システムの概略を示す図である。
【図２】上記実施形態において水噴射を実施したことによる、筒内圧及び仕事率の上昇効果を示す図である。
【図３】熱量Ｑｐの内訳（正味仕事Ｗｅ、損失仕事Ｌｉ、機械損失Ｌｆ）を示す図である。
【図４】上記実施形態における水噴射制御の処理手順を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明にかかる「非燃焼液体の噴射制御装置」を具体化した一実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２４】
図１は、本実施形態にかかる噴射制御装置及びその装置が適用される内燃機関システムの概略を示す図であり、圧縮自着火式の内燃機関１０（ディーゼルエンジン）に適用されることを想定している。内燃機関１０のシリンダヘッド１１には、燃料噴射弁２０及び水噴射弁３０（液体噴射弁）が取り付けられている。燃料噴射弁２０は、シリンダヘッド１１の上方から挿入配置されており、図示しないコモンレールから供給されてきた高圧燃料を、燃焼室１０ａへ直接噴射する。水噴射弁３０は、シリンダヘッド１１の側方から挿入配置されており、図示しない水タンクから供給されてきた水（非燃焼液体）を、燃焼室１０ａへ直接噴射する。なお、水噴射弁３０へ供給する水は、加熱手段により加熱しておくことが望ましい。加熱手段の具体例としては、排気と熱交換する熱交換器や電気ヒータ等が挙げられる。
【００２５】
ＥＣＵ４０（電子制御装置）は、ＣＰＵやメモリ等から構成されるマイクロコンピュータ、信号入出力回路等を有して構成されており、燃料噴射弁２０及び水噴射弁３０の作動を制御する。具体的には、燃料噴射弁２０の弁体を開弁作動させて噴射を開始させる時期（燃料噴射開始時期）、及び開弁時間を制御する。なお、弁体の開弁時間を制御することで、１回の開弁で噴射される量（燃料噴射量）を制御する。同様にして、水噴射弁３０の開弁時期（水噴射開始時期）、及び開弁時間（水噴射量）を制御する。これらの制御内容については、図４を用いて後に詳述する。
【００２６】
ＥＣＵ４０には、アクセルペダルセンサ４１、クランク角センサ４２、吸気量センサ４３、吸気温センサ４４、排気温センサ４５、筒内圧センサ４６、冷却水温センサ（図示せず）等の各種センサからの検出信号が入力される。ＥＣＵ４０は、これらの検出信号に基づき、燃料噴射弁２０等の作動を制御して内燃機関の運転状態を制御する。
【００２７】
ちなみに、アクセルペダルセンサ４１は運転者によるアクセルペダルの踏込量を検出する。クランク角センサ４２はクランク角を検出することで、エンジン回転速度ＮＥを検出する。吸気量センサ４３、吸気温センサ４４、排気温センサ４５は、吸気量Ｇａ、吸気温度Ｔ１、排気温度Ｔ２をそれぞれ検出する。筒内圧センサ４６は燃焼室１０ａ内の圧力（筒内圧）を検出する。冷却水温センサはエンジン冷却水の温度を検出する。
【００２８】
図２（ａ）は、クランク角変化（時間経過）に伴う筒内圧の変化を示し、図２（ｂ）は燃焼による仕事率の変化を示す。なお、仕事率の積分値（図２（ｂ）中の斜線を付した面積）は、図３に示す正味仕事Ｗｅに相当する。ちなみに、燃焼室１０ａでの燃焼で発生した熱量Ｑｐは、正味仕事Ｗｅ、損失仕事Ｌｉ、機械損失Ｌｆに分けられる。さらに、損失仕事Ｌｉは、エンジン冷却水等で冷却されることによる冷却損失Ｌａ、排気の温度上昇に用いられた排気損失Ｌｂに分けられる。
【００２９】
図２に示されるように、ピストン１２が上死点に達した直後のｔ１時点で、燃焼室１０ａの燃料が自着火して燃焼を開始する。そして、燃焼開始時点ｔ１から筒内圧が上昇し、これに伴い仕事率も上昇し始める。図２の例ではｔ２時点で燃焼が終了しているが、この燃焼期間ｔ１〜ｔ２における燃焼態様は、予混合燃焼、拡散燃焼、後燃えの順に変化していく。予混合燃焼とは、燃料噴射を開始してから着火するまでの着火遅れ期間に噴射された燃料が一度に燃焼する態様である。予混合燃焼とは、燃料が噴射されて直ぐに燃焼していく態様である。後燃えとは、燃料噴射終了後において緩慢に燃焼し続ける態様である。予混合燃焼の態様で燃焼している期間、又は拡散燃焼の態様で燃焼している期間の初期において、燃焼温度が最も高くなり筒内圧及び仕事率がピークとなる。
【００３０】
ＥＣＵ４０は、燃焼期間ｔ１〜ｔ２のうちの特定期間ｔ３〜ｔ４（図２（ａ）参照）に水を噴射するよう、水噴射弁３０の作動を制御する。これによれば、噴射した水が気化膨張してその膨張力がピストン１２へ付与されるので、排気損失Ｌｂの一部（図３中の斜線部分）が水の膨張エネルギとして利用されることとなり、燃費向上を図ることができる。しかも、燃焼している最中に水を噴射するので、水は燃焼火炎から直接受熱（熱回収）して気化することとなる。よって、燃焼前に水を噴射してシリンダヘッド１１の壁面やピストン１２の頂面から熱回収させる場合に比べて熱回収量を増大できる。
【００３１】
図２中の点線は水噴射を実施しなかった場合、図２中の実線は水噴射を実施した場合における、筒内圧及び仕事率を示す。図示されるように、水噴射を実施することにより、筒内圧のピーク値を高めるとともにピーク状態を維持させることができ、筒内圧が下降を開始する時期を遅らせることができる（図２（ａ）中の矢印参照）。そして、このような筒内圧の上昇に伴って、仕事率のピーク値を高めることができ（図２（ｂ）中の矢印参照）、正味仕事Ｗｅに相当する仕事率の積分値（図２（ｂ）中の斜線面積）を増大させることができる。
【００３２】
次に、水噴射開始時期ｔ３及び水噴射量（水噴射期間ｔ３〜ｔ４に相当）をＥＣＵ４０が制御するにあたり、その制御内容について詳細に説明する。
【００３３】
図４は、ＥＣＵ４０が有するマイクロコンピュータによる水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（例えば先述のＣＰＵが行う演算周期又は所定のクランク角度毎）で繰り返し実行される。なお、この処理を実行している時のＥＣＵ４０は「非燃焼液体の噴射制御装置」に相当する。
【００３４】
先ず、図４に示すステップＳ１０において、アクセルペダルセンサ４１及びクランク角センサ４２の検出値に基づき算出された、アクセルペダルの踏込量（要求負荷）及びエンジン回転速度ＮＥを取得する。続くステップＳ１１では、ステップＳ１０で取得した要求負荷及びＮＥに基づき燃料噴射量のベース値（燃料ベース噴射量Ｑ１）を算出する。例えば、要求負荷及びＮＥに対する最適な燃料ベース噴射量Ｑ１を予め試験により取得しておき、要求負荷及びＮＥと最適値Ｑ１との関係をマップ等に記憶させておく。そして、当該マップを参照して燃料ベース噴射量Ｑ１を算出すればよい。また、厳密には、冷却水温センサの検出値に基づき温度補正して燃料ベース噴射量Ｑ１を算出する。
【００３５】
続くステップＳ１２では、ステップＳ１０で取得した要求負荷及びＮＥに基づき燃料噴射開始時期を設定する。燃料噴射開始時期についても燃料ベース噴射量Ｑ１と同様にして、要求負荷及びＮＥと最適な燃料噴射時期との関係を表したマップを参照しつつ、温度補正を施して算出すればよい。
【００３６】
続くステップＳ２０では、ステップＳ１１で算出した燃料ベース噴射量Ｑ１が所定の閾値（所定量）以上であるか否かを判定する。Ｑ１＜閾値と判定された場合（Ｓ２０：ＮＯ）には次のステップＳ４２に進み、燃料ベース噴射量Ｑ１に対して補正を施すことなく、燃料ベース噴射量Ｑ１を最終燃料噴射量Ｑ３に設定する。そして、次のステップＳ５１において、ステップＳ１２で設定した燃料噴射時期、かつ、最終燃料噴射量Ｑ３となるよう燃料噴射弁２０の作動を制御するとともに、水噴射弁３０からの水噴射を禁止する。一方、Ｑ１≧閾値と判定された場合（Ｓ２０：ＹＥＳ）には、水噴射が許可され、以下に説明する処理にしたがって水噴射が実施される。
【００３７】
すなわち、先ずステップＳ３０において排気損失量Ｌｂ（図３参照）を算出する。排気損失量Ｌｂは、燃料消費量Ｇｆ、吸気量Ｇａ、吸気温度Ｔ１及び排気温度Ｔ２を理論式に代入することで算出可能である。したがって、燃料ベース噴射量Ｑ１から燃料消費量Ｇｆを算出し、この算出値Ｇｆと、吸気量センサ４３、吸気温センサ４４及び排気温センサ４５による検出値Ｇａ，Ｔ１，Ｔ２とに基づいて、排気損失量Ｌｂを算出すればよい。
【００３８】
続くステップＳ３１では、ステップＳ３０で算出した排気損失量Ｌｂに基づき、水噴射量を設定する。ここで、水噴射量が過少であると、火炎からの受熱量（熱回収量）が少なくなり気化膨張力が低くなる。しかしながら、排気損失量Ｌｂを超えて熱回収することはできないため、その限度を超えた量の水を噴射してしまうと、冷却損失Ｌａが増大してしまい、正味仕事Ｗｅの低下が懸念されるようになる。つまり、排気損失量Ｌｂから受熱できる範囲内でできるだけ多くの水を噴射することが、正味仕事Ｗｅを最大に引き上げることに繋がる。この点を鑑みて、排気損失量Ｌｂに対する最適な水噴射量を予め試験して取得しておき、排気損失量Ｌｂと最適水噴射量との関係をマップ等に記憶させておく。そして、当該マップを参照して水噴射量を算出すればよい。
【００３９】
なお、水噴射期間ｔ３〜ｔ４を制御すれば水噴射量を制御できるため、上記マップにおいて、最適水噴射量の替わりに水噴射期間ｔ３〜ｔ４としてもよい。但し、水噴射弁３０に供給される水の圧力が変化すれば、同じ水噴射期間ｔ３〜ｔ４であっても実際の水噴射量は異なってくるため、供給水圧に応じて水噴射期間ｔ３〜ｔ４を補正するようにしてもよい。また、供給される水の温度が変化すれば、同じ水噴射量であっても受熱可能量は異なってくるため、供給水温に応じて水噴射量（又は水噴射期間ｔ３〜ｔ４）を補正するようにしてもよい。
【００４０】
続くステップＳ３２では、ステップＳ１２で設定した燃料噴射時期に基づき、燃焼開始時期ｔ１を推定する。例えば、燃料噴射開始時期から所定時間経過した時点を燃焼開始時期と推定する。但し、その時の筒内温度や燃料噴射量等の条件が異なれば、同じ燃料噴射開始時期であっても燃焼開始時期は異なってくる。そこで、前記所定時間を、筒内温度（冷却水温度）や燃料ベース噴射量Ｑ１に応じて補正することが望ましい。
【００４１】
なお、当該ステップＳ３２を、図中の一点鎖線に示すステップＳ３２ａに替えてもよい。すなわち、ステップＳ３２では燃料噴射時期に基づき燃焼開始時期ｔ１を推定するのに対し、ステップＳ３２ａでは、筒内圧センサ４６により検出された筒内圧に基づき燃焼開始時期ｔ１を推定する。例えば、筒内圧変化を表す波形のうち上死点以降において、筒内圧が上昇した時期（或いは前記波形の微分値が閾値以上になった時期）を燃焼開始時期ｔ１として推定すればよい。
【００４２】
続くステップＳ３３では、ステップＳ３２（又はＳ３２ａ）で推定した燃焼開始時期ｔ１に基づき、水噴射開始時期ｔ３を設定する。水噴射開始ｔ３は、燃焼開始時期ｔ１の後となるように設定する。また、水噴射期間ｔ３〜ｔ４に筒内圧ピーク時期が含まれるようにすることが望ましい。例えば、燃焼開始時期ｔ１の所定時間経過後を水噴射開始時期ｔ３として設定すればよい。但し、筒内温度やポスト噴射の有無等の条件が変われば、同じ燃焼開始時期ｔ１であっても筒内圧ピーク時期は異なってくるため、これらの条件に応じて前記所定時間を補正することが望ましい。
【００４３】
水噴射の実施により正味仕事Ｗｅ（出力トルク）を増大できることは先述した通りであるが、このことは、正味仕事Ｗｅを増大できる分だけ、燃料噴射量を減量して燃費向上できることを意味する。そこで、次のステップＳ４０では、水噴射により増大できるトルク分に相当する燃料噴射量Ｑ２を、ステップＳ３３で設定した水噴射量に基づき算出し、続くステップＳ４１では、燃料ベース噴射量Ｑ１から燃料噴射量Ｑ２を減算して補正することで、最終燃料噴射量Ｑ３を算出する（Ｑ３＝Ｑ１−Ｑ２）。
【００４４】
そして、次のステップＳ４２において、ステップＳ１２で設定した燃料噴射時期、及びステップＳ４１で設定した最終燃料噴射量Ｑ３となるよう燃料噴射弁２０の作動を制御する。また、ステップＳ３１で設定した水噴射量、及びステップＳ３３で設定した水噴射開始時期となるよう水噴射弁３０の作動を制御する。
【００４５】
以上により、水噴射の実施可否（Ｓ２０）、水噴射量（Ｓ３１）及び水噴射開始時期（Ｓ３３）が設定され、これらの設定にしたがって水噴射制御がＥＣＵ４０により実施される。なお、ステップＳ３１で設定した水噴射量に相当する水噴射期間ｔ３〜ｔ４が、燃焼期間ｔ１〜ｔ４よりも短くなるように、水噴射弁３０の噴孔面積、及び水噴射弁３０へ供給する水の圧力は設定されている。さらに、燃焼期間ｔ１〜ｔ４のうち予混合燃焼および拡散燃焼が為される期間よりも水噴射期間ｔ３〜ｔ４が短くなるように設定して、後燃えの期間には水噴射させないようにすることが望ましい。
【００４６】
次に、水噴射させる場所について説明する。図１中の符号Ｆは、燃料噴射弁２０から噴射された燃料の噴霧パターンを示し、図１中の符号Ｗは、水噴射弁３０から噴射された水の噴霧パターンを示す。また、予混合燃焼または拡散燃焼の態様で燃焼している時の火炎の形状は、燃料の噴霧パターンＦと概略一致するため、符号Ｆは火炎の形状を示しているとも言える。そして、予混合燃焼または拡散燃焼の態様で燃焼している時の火炎Ｆの先端部分Ｆａ（図１中の斜線部分）が、他の部分に比べて高温になっている。そこで本実施形態では、火炎Ｆの高温部分（先端部分Ｆａ）に向けて水噴射させ、他の部分には水が直接かからないように、燃料噴射弁２０及び水噴射弁３０の両配置を設定するとともに、両噴射弁２０，３０の噴孔（噴霧パターン）を設定している。
【００４７】
以上詳述した本実施形態によれば、以下の効果が得られるようになる。
【００４８】
（１）燃料が燃焼している最中に燃焼室１０ａへ水を噴射させるので、噴射された水は燃焼火炎から直接受熱（熱回収）して気化することとなる。よって、燃焼前に水を噴射させてシリンダヘッド１１の壁面等から熱回収させる場合に比べて熱回収量を増大させることができるので、気化膨張力を増大できる。そのため、燃料ベース噴射量Ｑ１から減量補正する噴射量Ｑ２を増大でき、燃費向上の促進を図ることができる。
【００４９】
（２）さらに本実施形態によれば、噴射した水の気化潜熱により燃焼温度が低下するので、排気中のＮＯｘやスモークの低減も図ることができる。そして、このように水噴射によりＮＯｘ量を低減できるので、その低減分だけＥＧＲ量を減量して燃費向上を図ることもできる。また、上述の如く水噴射によりスモークを低減できるので、その低減分だけ過給圧を低減して、ピストン１２による給排気ロスを低減して燃費向上を図ることもできる。
【００５０】
（３）ここで、水噴射を実施すると、排気損失Ｌｂの一部を気化膨張力に利用できる一方で、水が気化する時の潜熱分だけ筒内温度が低下して筒内圧が低下する。そのため、潜熱による筒内圧低下分が気化膨張力よりも大きくなってしまっては、燃費向上を図ることはできない。そして、燃焼中に水噴射すれば、潜熱による筒内圧低下分よりも気化膨張力の方が十分に大きくなることが期待できる。しかしながら、燃焼前に噴射された水は、火炎に比べて低温のシリンダ壁面等から受熱することになるため十分な気化膨張力が得られない。そのため、燃焼前に噴射した水については、潜熱による筒内圧低下分よりも気化膨張力の方が小さくなることが懸念され、燃費向上の妨げとなる。
【００５１】
この点を鑑みた本実施形態では、ステップＳ３３において、水噴射開始ｔ３が燃焼開始時期ｔ１の後となるように設定し、燃焼開始前に水噴射させることを禁止しているので、上記懸念を解消して燃費向上の効果を促進できる。
【００５２】
（４）ここで、ステップＳ３１で設定した水噴射量を短時間で噴射するほど、潜熱による筒内圧低下分に対する気化膨張力の割合を大きくでき、ひいては燃費向上の効果を促進できる。この点を鑑みた本実施形態では、水噴射期間ｔ３〜ｔ４が燃焼期間ｔ１〜ｔ２よりも短くなるよう水噴射弁３０の噴孔面積及び供給水圧を設定しているので、燃費向上の効果を促進できる。
【００５３】
（５）火炎Ｆの高温部分（先端部分Ｆａ）に向けて水噴射させ、他の部分には水が直接かからないように、燃料噴射弁２０及び水噴射弁３０の両配置を設定するとともに、両噴射弁２０，３０の噴孔（噴霧パターン）を設定している。そのため、低温部分に水噴射させた場合に比べて水の受熱量（熱回収量）を増大させることができるので、気化膨張力を増大でき、ひいては燃費向上をより一層促進できる。また、火炎Ｆの根元部分（燃料噴射弁２０の噴孔近傍部分）に向けて水を噴射すると失火することも懸念されるが、火炎Ｆの根元部分には水がかからないように設定した本実施形態によれば、失火の懸念は解消される。
【００５４】
（６）予混合燃焼および拡散燃焼が為される時の火炎温度は、後燃え時の火炎温度に比べて高温になっている。この点を鑑みた上記実施形態では、予混合燃焼および拡散燃焼の期間中に水噴射期間ｔ３〜ｔ４を設定し、後燃え期間には水を噴射させないように制御する。そのため、後燃え期間に水噴射させた場合に比べて水の受熱量（熱回収量）を増大させることができるので、気化膨張力を増大でき、ひいては燃費向上をより一層促進できる。
【００５５】
（７）燃料噴射量が少ない場合には火炎温度が低くなっているので、水の受熱量（熱回収量）が少なくなる。そして、その受熱量が大幅に少なくなると、潜熱による筒内圧低下分に比べて気化膨張力を十分に大きくできなくなり、燃費向上の効果が小さくなることが懸念される。この点を鑑みた上記実施形態では、燃料ベース噴射量Ｑ１が閾値以上（Ｓ２０：ＹＥＳ）であることを条件として水噴射を許可するので、上記懸念を解消できる。
【００５６】
（他の実施形態）
本発明は上記実施形態の記載内容に限定されず、以下のように変更して実施してもよい。また、各実施形態の特徴的構成をそれぞれ任意に組み合わせるようにしてもよい。
【００５７】
・上記実施形態では、非燃焼液体として「水」を採用しているが、本発明にかかる非燃焼液体は水に限られるものではなく、例えば、ＣＯ２等の炭酸成分を含む水（炭酸水）、臨界点以上となるように高温高圧に管理された超臨界水、空気を含んだ水等を採用してもよい。
【００５８】
なお、炭酸水や超臨界水は水に比べて熱容量が大きいので、「非燃焼液体の潜熱分だけ筒内温度が低下して筒内圧力が低下する」といった懸念を抑制できる。但し、これら炭酸水及び超臨界水は、液体噴射弁へ供給する非燃焼液体を加圧しておく必要があるため、このような加圧手段を要する点ではコスト的に不利である。また、空気を含んだ水は、吸気ポートから燃焼室１０ａへ流入する空気とは別に、液体噴射弁から空気が噴射されることになるので、燃焼促進効果が期待できる。
【００５９】
・図４に示す例では、燃料噴射開始時期又は筒内圧に基づき燃焼開始時期ｔ１を推定し（Ｓ３２，Ｓ３２ａ）、推定した燃焼開始時期ｔ１に基づき水噴射開始時期ｔ３を設定している。これに対し、上記推定の処理Ｓ３２，Ｓ３２ａを廃止して、燃料噴射開始時期又は筒内圧に基づき水噴射開始時期ｔ３を直接設定するようにしてもよい。例えば、燃料噴射開始時期又は筒内圧と、水噴射開始時期ｔ３の最適値との相関を予め試験してマップを作成しておき、そのマップを参照して、燃料噴射開始時期又は筒内圧に基づき水噴射開始時期ｔ３を設定すればよい。
【００６０】
・ここで、ＥＧＲ量が多いほど燃焼温度が低くなるので、噴射水の受熱量（熱回収量）が少なくなる。すると、潜熱による筒内圧低下分よりも気化膨張力の方が小さくなることが懸念されるようになる。そこで、ＥＧＲ量が所定量未満であることを条件として水噴射を許可（ＥＧＲ量≧所定量の場合は水噴射を禁止）するようにして、上記懸念の解消を図るようにしてもよい。
【００６１】
・図２に示す例では、膨張行程中に水噴射させているが、圧縮行程中に着火する場合もあるので、その場合には圧縮行程中に水噴射させてもよい。いずれにしても、燃焼期間に限って水噴射させることが望ましい。
【００６２】
・図１に示す実施形態では、圧縮自着火式の内燃機関に本発明を適用させているが、点火式の内燃機関に本発明を適用させてもよい。但しこの場合には、燃焼室へ直接燃料を噴射する直噴式の内燃機関であることが望ましい。
【００６３】
・圧縮自着火式の内燃機関において、燃焼室につながる予燃焼室に燃料を噴射する構造の内燃機関に本発明を適用させてもよい。但しこの場合には、予燃焼室ではなく、ピストン１２頂面により形成される主燃焼室に水噴射させることが望ましい。
【符号の説明】
【００６４】
１０…内燃機関、１０ａ…燃焼室、２０…燃料噴射弁、４０…ＥＣＵ（非燃焼液体の噴射制御装置）、３０…水噴射弁（液体噴射弁）、ｔ１…燃焼開始時期、ｔ３…水噴射開始時期（非燃焼液体の噴射開始時期）、ｔ３〜ｔ４…水噴射期間（非燃焼液体の噴射量）。
【図１】
2012112326.tif 000003
【図２】
2012112326.tif 000004
【図３】
2012112326.tif 000005
【図４】
2012112326.tif 000006