(57)【要約】  燃料と水（不活性材）の混合比を、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意に、かつ瞬時に変化させる制御を行うことが可能な燃料噴射装置において、燃料噴霧への空気の取り込みを十分に行いつつ、燃焼室内で燃料と水（不活性材）とが均等に分散できるようにして、窒素酸化物ＮＯxとすすの生成を同時に抑制する。  燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から噴射された燃料を燃焼室２に導く燃料噴射通路２７が設けられ、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７の入口との間に、燃焼室２に連通する隙間２８が形成され、更に、水供給路２６が、水の供給方向が燃料噴射通路２７を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜して設けられる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
ディーゼルエンジン（１）の燃焼室（２）内に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル（２１）と、
前記燃料噴射ノズル（２１）から噴射された燃料が燃焼室（２）に導かれる燃料噴射通路（２７）と、
前記燃料噴射ノズル（２１）と前記燃料噴射通路（２７）との間に形成され、前記燃焼室（２）に連通する隙間（２８）と、
前記燃料に対して不活性な不活性材が前記燃料噴射通路（２７）に供給される不活性材供給路であって、不活性材の供給方向が前記燃料噴射通路（２７）を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、前記燃料噴射通路（２７）に対して傾斜して設けられた不活性材供給路（２６）と
を備えたことを特徴とするディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項２】
前記燃料噴射通路（２７）の周囲に複数の不活性材供給路（２６）が設けられたこと
を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項３】
前記不活性材供給路（２６）は、前記燃料噴射通路（２７）の断面中心からオフセットされた位置で、当該燃料噴射通路に（２７）連通していること
を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【請求項４】
前記不活性材供給路（２６）に不活性材を噴射する不活性材噴射ノズル（２２）と、
前記燃料噴射ノズル（２１）および前記不活性材噴射ノズル（２２）の開閉を制御するコントローラ（５）とを備え、
前記コントローラ（５）で、前記燃料噴射ノズル（２１）から前記燃料噴射通路（２７）に燃料を噴射するタイミングと前記不活性材噴射ノズル（２２）から前記不活性材供給路（２６）を介して前記燃料噴射通路（２７）に不活性材を噴射するタイミングとを略同一に制御すること
を特徴とする請求項１記載のディーゼルエンジンの燃料噴射装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ディーゼルエンジンの燃料噴射装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ディーゼルエンジンは、ガソリンエンジンに比較して熱効率に優れていて過酷な条件（高負荷連続運転）に耐えるなどの利点を有している。しかし、一方で窒素酸化物ＮＯxやすす（粒子状排出物）が排出されたりするなど排気が清浄ではなく、環境的に好ましくないなどの不利な点もある。したがってＮＯxの低減、すすの低減がディーゼルエンジンには要求されている。【０００３】
すなわち、通常のディーゼルエンジンでは、ピストンによって圧縮した燃焼室（圧縮室）内に向けて、燃料噴射ノズルの噴孔から燃料を噴射して噴霧を生成して燃料を燃焼させる。この場合、上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）付近の所定の噴射期間中に燃料を燃焼室内（筒内）に噴射させて燃焼エネルギーを発生させるようにしている。  
しかし、燃焼室が高温となるため窒素酸化物（ＮＯx）が多く発生する。また燃焼室内で局部的に混合気が過濃な部分が生じて、すす（スモーク）が発生する。【０００４】
そこで、従来より、予め燃料と水を混合した水エマルジョン燃料を燃料噴射ノズルから燃焼室内に噴射し、窒素酸化物ＮＯxとすすの生成を同時に抑制する試みがなされている。【０００５】
すなわち、水エマルジョン燃料が燃料噴射ノズルから噴射されると、水が付加されることや、水の持つ大きい比熱の影響によって、燃料室内の熱容量が増大する。このことと水の大きな蒸発潜熱によって燃焼室の燃焼温度が低下する。【０００６】
また、水エマルジョン燃料を噴射すると、燃焼室内で燃料と水とが均等に分散され、微視的にみれば、不活性な水蒸気によって燃料の粒が覆われた状態になるため、燃料の着火遅れが生じ、燃料と吸入空気との混合が促進された状態で燃焼が始まり、局部的な高温燃焼発生を回避できる。【０００７】
このように水エマルジョン燃料は、燃焼室内全体の燃焼温度を低下させることができるとともに、局部的な高温化を回避できるため、窒素酸化物ＮＯxの生成を抑制することができる。また、局部的に混合気が過濃になることを回避できるため、すすの生成を抑制することができる。【０００８】
水エマルジョン燃料を用いると、窒素酸化物ＮＯxは１/５まで低減されるといわれている。【０００９】
窒素酸化物ＮＯxやすすを低減させるには、ディーゼルエンジンにかかる負荷の大きさや温度条件などに応じて、水エマルジョン燃料の混合比を任意に、かつ瞬時に変化させる制御を行わなければならない。【００１０】
しかし、水エマルジョン燃料は、燃料と水を予め混合した上で噴射されるため、このような制御は実際には難しく、燃料と水の混合比を一定の比率で使用せざるを得ない。【００１１】
このため、一定負荷で稼動する発電機などの用途にディーゼルエンジンを用いる場合には、水エマルジョン燃料の燃料と水の混合比を一定の比率で使用したとしても問題はないものの、負荷の大きさや温度条件などが絶えず変動する建設機械や自動車の原動機などの用途にディーゼルエンジンを用いる場合には、負荷の大きさや温度条件などによっては、燃焼が不安定になることがあるという問題が発生する。たとえば、定格点で稼動する場合などの高負荷に合わせて水を多めに混合した場合には、ローアイドル時などの低負荷のときには燃焼温度が適温にならず未燃燃料が大量に排出されるという問題が発生する。逆に低負荷に合わせて水を少なく混合した場合には、高負荷のときに燃焼温度が高くなり窒素酸化物が大量に排出されるという問題が発生する。【００１２】
また、水エマルジョン燃料を予め混合しておくと、長期間の放置によって、燃料と水が分離してしまい燃焼時に所望の混合比が得られなくなるという問題も発生する。【００１３】
そこで、燃料と水の供給比率を、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意にかつ瞬時に変化させて燃焼室内に噴射するという方法が、従来より、以下のように試みられている。【００１４】
（従来技術１）
下記特許文献１、２、３には、エンジンに燃料用と水用のインジェクタを別々に設け、両インジェクタから燃焼室内に噴射して水と燃料とを燃焼室内で混合させたり、一体型のインジェクタの別々の噴射孔から噴射された水と燃料とを燃焼室内で合流させるという発明が記載されている。【００１５】
（従来技術２）
下記特許文献４には、インジェクタ内の燃料通路に、燃料と水を交互に所定量づつ供給して、噴射ノズルから層状の燃料と水を噴射するという発明が記載されている。【００１６】
（従来技術３）
下記特許文献５には、インジェクタ内に、水と燃料を合流する場所を設け、合流した液体を噴射ノズルから噴射するという発明が記載されている。【００１７】
（従来技術４）
下記特許文献６には、インジェクタ内に、水と燃料の通路を別々に設け、インジェクタの噴射孔から、燃料噴霧の外周部が水で取り巻まかれるように燃料と水を噴射するという発明が記載されている。【００１８】
（従来技術５）
下記の特許文献７には、燃焼室内に供給された水（不活性材）に向けて燃料を噴射させるという発明が記載されている。
【特許文献１】特許２８１２６５５号公報
【特許文献２】特許第３１９１５８１号公報
【特許文献３】実開平６−２５５４２号公報
【特許文献４】特許第２６６８０２６号公報
【特許文献５】特開平６−１４７０１９号公報
【特許文献６】特開平１１−３０１６４号公報
【特許文献７】特開２００４−６０４６８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１９】
上記従来技術１の方法によれば、燃料室内に燃料と水が別個に噴射されるため、燃焼室内で燃料と水とが均等に混じり合いにくい。このため、局部的な高温燃焼場が残り易く、ＮＯxの生成を十分に抑制することができないという問題がある。【００２０】
また、上記従来技術２の方法によれば、インジェクタ内で燃料と水が層状に配置され、その層状の液体が噴射されるため、燃焼室内で燃料と水とが均等に混じるには至らない。このため、局部的な高温燃焼場が残り易く、ＮＯxの生成を十分に抑制することができないという問題がある。【００２１】
また、上記従来技術３の方法では、インジェクタ内で燃料と水を合流させて、その合流された液体を噴射させるようにしているが、このような液体の合流だけで水エマルジョン燃料のような均質の混合状態を得るのは困難であり、燃焼室内で燃料と水とが均等に混じるには至らない。このため、局部的な高温燃焼場が残り易く、ＮＯxの生成を十分に抑制することができないという問題がある。【００２２】
また、上記従来技術４の方法によれば、燃料噴霧の外周部が水で取り巻かれるように噴孔部から燃料と水が噴射されるため、燃料噴霧が燃焼する際に、ＮＯxが多く発生する噴霧外周の高温部が冷やされ、ＮＯxはある程度低減される可能性がある。しかし、燃料は、噴孔部から水によって覆われた状態で、空気を取り込むことなく噴射されるため、燃料噴霧への空気の取り込みが不十分であり、すすの生成を十分に抑制することができないという問題がある。【００２３】
また、従来技術５の方法によれば、燃焼室内に供給された水（不活性材）に向けて燃料を噴射させるため、水（不活性材）の供給条件（量、圧力、時期、時間など）と燃料の噴射条件（量、圧力、時期、時間など）との組み合わせによっては、一部の燃料が水（不活性材）中に液滴状に残り、すすの発生を抑制しきれない場合があるという問題がある。【００２４】
本発明は、こうした実状に鑑みてなされたものであり、燃料と水（不活性材）の混合比や混合タイミングを、負荷の大きさや温度条件などに応じて任意に、かつ瞬時に変化させる制御を行うことが可能な燃料噴射装置において、燃料噴霧への空気の取り込みを十分に行いつつ、燃焼室内で燃料と水（不活性材）とが均等に分散できるようにして、窒素酸化物ＮＯxとすすの生成を同時に抑制することを、解決課題とするものである。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
第１発明は、
ディーゼルエンジン（１）の燃焼室（２）内に向けて燃料を噴射する燃料噴射ノズル（２１）と、
前記燃料噴射ノズル（２１）から噴射された燃料が燃焼室（２）に導かれる燃料噴射通路（２７）と、
前記燃料噴射ノズル（２１）と前記燃料噴射通路（２７）との間に形成され、前記燃焼室（２）に連通する隙間（２８）と、
前記燃料に対して不活性な不活性材が前記燃料噴射通路（２７）に供給される不活性材供給路であって、不活性材の供給方向が前記燃料噴射通路（２７）を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、前記燃料噴射通路（２７）に対して傾斜して設けられた不活性材供給路（２６）と
を備えたことを特徴とする。【００２６】
第２発明は、第１発明において、
前記燃料噴射通路（２７）の周囲に複数の不活性材供給路（２６）が設けられたこと
を特徴とする。【００２７】
第３発明は、第１発明において、
前記不活性材供給路（２６）は、前記燃料噴射通路（２７）の断面中心からオフセットされた位置で、当該燃料噴射通路に（２７）連通していること
を特徴とする。【００２８】
第４発明は、第１発明において、
前記不活性材供給路（２６）に不活性材を噴射する不活性材噴射ノズル（２２）と、
前記燃料噴射ノズル（２１）および前記不活性材噴射ノズル（２２）の開閉を制御するコントローラ（５）とを備え、
前記コントローラ（５）で、前記燃料噴射ノズル（２１）から前記燃料噴射通路（２７）に燃料を噴射するタイミングと前記不活性材噴射ノズル（２２）から前記不活性材供給路（２６）を介して前記燃料噴射通路（２７）に不活性材を噴射するタイミングとを略同一に制御すること
を特徴とする。【００２９】
第１発明では、たとえば図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から噴射された燃料を燃焼室２に導く燃料噴射通路２７が設けられ、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７の入口２７ａとの間に、燃焼室２に連通する隙間２８が形成され、更に、水供給路２６を、水の供給方向が燃料噴射通路２７を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜して設けられる。【００３０】
本明細書における「隙間２８」は、燃焼室２の空気を導入できるように、燃焼室２に連通する「孔」を含む概念である。【００３１】
第１発明によれば、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から燃料が噴射されると、燃料は微粒化され、噴霧が生成される。この燃料噴霧には、隙間２８を介して燃焼室２内の空気が取り込まれる。空気が取り込まれた燃料噴霧は、燃料噴射通路２７を通過する。【００３２】
水供給路２６の水吐出（噴射）孔２６ｂから燃料噴射通路２７には、水が吐出（噴射）される。ここで、水の吐出（噴射）方向は、燃料噴霧方向の成分（速度成分）を有している。このため、図４に示すように、吐出（噴射）された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路２７を通過し、燃焼室２内に供給される。【００３３】
こうして燃焼室２内に供給された燃料と水と空気の混合噴霧は、更に拡散混合される。この拡散混合は、着火時期までの期間に極めて迅速に、かつ十分な混合レベルまで進行する。【００３４】
第２発明では、図３（ｃ）に示すように、水供給路２６が、燃料噴射通路２７の周囲に、複数個設けられる。このため図４に示すように、水が燃料噴霧の周囲の複数箇所（水吐出（噴射）孔２６ｂ）から吐出（噴射）され、吐出（噴射）された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。【００３５】
第３発明では、図１０（ｃ）に示すように、水供給路２６は、燃料噴射通路２７の断面中心からオフセットされた位置で、燃料噴射通路２７に連通されている。このため図１０（ｄ）に示すように、燃料噴射通路２７の断面中心からオフセットした位置の水吐出（噴射）孔２６ｂから吐出（噴射）された水は、燃料噴射通路２７の内周面に沿ってスパイラル状（螺旋状）に旋回して、燃料噴霧を包囲する。【００３６】
第４発明では、図１に示すＥＣＵ５が、図１０（ａ）に示す燃料噴射ノズル２１から燃料噴射通路２７に燃料を噴射するタイミングと、水噴射ノズル２２から燃料噴射通路２７に水を噴射するタイミングとを略同一に制御する。ここで略同一というのは、燃料噴射のタイミングに対する水噴射のタイミングが同一の場合の他に、若干早い場合と若干遅い場合を含む。
【発明の効果】
【００３７】
以上のように、本発明の構成をとることにより、高圧噴射された燃料は、燃料噴霧中に空気を取り込みながら、燃料噴霧を包囲した水噴霧から水を取り込みつつ、燃料噴射通路を通過し燃焼室に供給され、さらに燃焼室内で拡散混合が進行する。【００３８】
このような混合気（混合噴霧）が着火すると、低い温度で緩やかに燃焼が進行する。急激な燃焼に伴う高温燃焼場の生成が抑制されることにより、窒素酸化物ＮＯxの発生を大幅に低減させることができる。【００３９】
また、燃焼速度が緩和されるとともに、水が分解されることにより、燃料への酸素の供給効果が促進されて、すすの生成も抑制される。【００４０】
このように本発明によれば、窒素酸化物ＮＯxとすすとを同時に極めて低いレベルまで低減させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４１】
以下、図面を参照して本発明に係るディーゼルエンジンの燃料噴射装置の実施の形態について説明する。なお、以下の実施形態では、エンジンが建設機械、一般自動車など、稼働中に負荷が大きく変動する機械に搭載される場合を想定して説明する。なお、また、以下の実施形態では、燃料に対して不活性な不活性材としては、水を想定している。しかし、以下の実施形態は、燃料に対して不活性、つまり着火性の悪い不活性材であれば任意のものを使用することが可能であり、水の代わりに、水蒸気、アルコール、水エマルジョン燃料を使用してもよい。【００４２】
図１は、ディーゼルエンジンの全体構成を示している。また、図２は、図１におけるインジェクタを拡大して示している。以下、これら図１、２を併せ参照して説明する。【００４３】
ディーゼルエンジン１は、大きくは、シリンダ３と、シリンダ３内に摺動自在に配設され、シリンダ３内を上下に往復移動するピストン４と、ピストン４にコネクティングロッド１ｂを介して連結されピストン４の往復運動に応じて回転するクランクシャフト１ａとから構成されている。【００４４】
ピストン４の図中上部とシリンダ室が燃焼室（圧縮室）２を構成する。燃焼室２はピストン４によって混合気が圧縮される圧縮室でもあり、混合気中の燃料が燃焼する燃焼室でもある。ピストン４に形成された凹部は、燃焼室２内で主要な容積を占めている。【００４５】
燃焼室２における燃焼の結果生成された排気ガスは、図示しない排気弁、排気管を介して外気に排出される。【００４６】
エンジン１には空気を供給するために図示しない吸気管、吸気弁が設けられている。この吸気管と吸気弁を介して燃焼室２内に空気が供給される。【００４７】
燃焼室２の図中上部にあってシリンダ３の頭部、つまりシリンダヘッド３ａには、燃料用と水用の噴射ノズルが一体化されたインジェクタ２０が設けられている。インジェクタ２０は、その先端部２０ａが燃焼室２内に突き出るように設けられている。【００４８】
インジェクタ２０内には、燃料噴射ノズル２１と水噴射ノズル２２が設けられている。【００４９】
実施形態では、燃料噴射と水噴射にコモンレール式システムが適用される場合を想定している。【００５０】
すなわち、燃料タンク内の燃料は、燃料用圧送ポンプ６によって吸い込まれ、燃料用コモンレール７、燃料通路１１を介して、インジェクタ２０に取り込まれ、インジェクタ２０内の燃料通路２３を介して燃料噴射ノズル２１に圧送される。燃料用圧送ポンプ６は、エンジン１の回転に応じて駆動されるポンプであり、一回転当たり一定容積の燃料を吐出する。なお、ユニットインジェクタシステムやジャーク式列型ポンプを用いてもよい。【００５１】
燃料噴射ノズル２１の先端には、たとえば６つの燃料噴孔２５が形成されている。複数の燃料噴孔２５を介して各方向からシリンダ３内（気筒内）、つまり燃焼室２内に、燃料が噴射される。【００５２】
水タンク９内には、燃料噴霧に対して噴射すべき水が貯留されている。水タンク９内の水は、水用圧送ポンプ１０によって吸い込まれ、水用コモンレール１３、水通路１２を介して、インジェクタ２０に取り込まれ、インジェクタ２０内の水通路２４を介して水噴射ノズル２２に圧送される。後述するように水噴射ノズル２２の水噴孔２２ａを介して水供給路２６から水が吐出（噴射）される。【００５３】
燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から燃料が噴射されると、燃料は微粒化され、噴霧が生成される。この燃料噴霧には、後述するように、吸気管を介して燃焼室２内に供給された空気が取り込まれる。そして、更に水供給路２６から水が吐出され、水が燃料噴霧に対して噴射されることで、燃料噴霧には水の噴霧が取り込まれる。こうして、空気を取り込みつつ、燃料と水とが所定の混合比率で燃料室２内に供給される。そして、その混合気が着火温度に達すると燃焼する。【００５４】
燃料噴射ノズル２１、水噴射ノズル２２内の針弁がリフトすると、各ノズル２１、２２先端の燃料噴孔２５、水噴孔２２ａが開口する。燃料噴孔２５、水噴孔２２ａが開口している時間（針弁がリフトしている時間）に比例した量の燃料、水が燃焼室２内に噴射されることになる。【００５５】
燃焼室２内での燃料と水との混合比率は、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から噴射される１回毎の燃料の量（以下燃料噴射量）と、水噴射ノズル２２の水噴孔２２ａから噴射される１回毎の水の量（以下水噴射量）との比率によって定まる。したがって、燃焼室２内での燃料と水との混合比率は、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５の１回毎の開口時間と、水噴射ノズル２２の水噴孔２２ａの１回毎の開口時間とから算出することができる。【００５６】
ＥＣＵ（エレクトリカル・コントロール・ユニット）５は、各ノズル２１、２２の燃料噴孔２５、水噴孔２２ａの開閉のタイミングおよび開口時間を制御する制御手段であり、実施形態では、エンジン１の回転数、クランクシャフト１ａの回転角度（以下クランク角度）、エンジン１の負荷、エンジン１の油温、水温、吸気温度、排気温度等を各種センサの出力信号として取り込み、燃焼室２内における燃料と水との混合比率が最適な値となるように燃料噴射量、水噴射量を制御する。すなわち、ＥＣＵ５は、燃料噴射ノズル２１、水噴射ノズル２２に開口指令を出力して、燃料噴射量、水噴射量を制御し、燃料室２内における燃料と水との混合比率を最適な値にする。【００５７】
また、ＥＣＵ５は、燃料用圧送ポンプ６、水用圧送ポンプ１０を制御する。すなわち、ＥＣＵ５は、前述の開口時間の制御と併せて、燃料と水の圧送圧力の制御を行うことにより、燃料と水との混合形態の制御を行う。【００５８】
燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５、水噴射ノズル２２の水噴孔２２ａより先の構造については、更に図３を併せ参照して説明する。【００５９】
（第１実施例；複数前方吐出包囲方式）
図３（ａ）は、インジェクタ２０の先端部２０ａの縦断面図を示している。図３（ｂ）は、図３（ａ）に示す燃料噴射通路２７の縦断面図で、図３（ｃ）は、図３（ｂ）の矢視Ｚ図、つまり燃料噴射通路２７と燃料噴射通路用水環路３１の横断面図である。【００６０】
これら図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、本実施例では、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から噴射された燃料を燃焼室２に導く燃料噴射通路２７を設け、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７の入口との間に、燃焼室２に連通する隙間２８を形成し、更に、水供給路２６を、水の供給方向が燃料噴射通路２７を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜して設けるようにしている。そして、更に水供給路２６を、燃料噴射通路２７の周囲に、複数個設けるようにしている。【００６１】
すなわち、インジェクタ２０には、水噴射ノズル２２の水噴孔２２ａに連通する水通路２９、この水通路２９の出口に連通する水環路３０、水環路３０の出口に連通する燃料噴射通路用水環路３１、燃料噴射通路用水環路３１の出口に連通する水供給路２６が形成されている。上記水通路２９、水環路３０、燃料噴射通路用水環路３１、水供給路２６は、水噴射ノズル２２の水噴孔２２ａと燃料噴射通路２７への水吐出（噴射）孔２６ｂとの間を連通させる手段であるので、その間の任意の区間を通路やパイプで直接連通させてもよい。【００６２】
一方、インジェクタ２０には、燃料噴射通路２７が形成されている。燃料噴射通路２７の入口２７ａは、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５に対応する位置に設けられている。燃料噴射通路２７は、燃料噴孔２５の数（たとえば６個）に応じた数（６個）だけ設けられている。燃料噴射通路２７の入口２７ａは、隙間２８を介して燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５に連通している。隙間２８は、燃焼室２に連通している。燃料噴射通路２７の出口２７ｂは、燃焼室２に連通している。【００６３】
水供給路２６の出口である水吐出（噴射）孔２６ｂは、燃料噴射通路２７の途中に連通している。【００６４】
水供給路２６は、水の供給方向、つまり水吐出（噴射）孔２６ｂからの水の噴射方向が、燃料噴孔２５から噴射され燃料噴射通路２７を通過する燃料噴霧の方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜されて、配置されている。【００６５】
水環路３０は、燃料噴射ノズル２１の先端近傍の外周を囲むように環状に形成されている。燃料噴射通路用水環路３１は、燃料噴射通路２７の外周を囲むように環状に形成されている。【００６６】
燃料噴射通路用水環路３１上には、水供給路２６の入口２６ａが等間隔に複数（たとえば６個）配置されているとともに、燃料噴射通路２７の外周には、水供給路２６の出口（水吐出（噴射）孔）２６ｂが等間隔に複数（６個）配置されている。【００６７】
なお、図３（ｂ）、（ｃ）では、燃料噴射通路２７の周囲に、水供給路２６（水吐出（噴射）孔２６ｂ）が６個、等間隔に配置される場合を例示しているが、水供給路２６（水吐出（噴射）孔２６ｂ）の数は複数であればその数は任意であり、また配置間隔についても不等の間隔であってもよい。【００６８】
また、図３（ｂ）に示すように、燃料噴射通路２７の径φＤ、燃料噴射通路２７の入口２７ａから水供給路２６の水吐出（噴射）孔２６ｂまでの距離Ｌ2、燃料噴射通路２７の長さＬ3、燃料噴射通路２７に対する水供給路２６の傾斜角度Ａ゜、水供給路２６の径φｄは、燃焼状態が最良となるように、各通路、各水供給路それぞれに適宜設定される。【００６９】
燃料噴射通路２７に対する水供給路２６の傾斜角度Ａ゜は、鋭角である必要があり、たとえば３０゜近辺の値に設定される。また、隙間２８の形状や大きさについても燃焼状態が最良となるように、適宜設定される。【００７０】
図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、燃料噴射通路２７を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図４（ａ）、（ｃ）は燃料噴射通路２７の通路長手方向における燃料と水の状態をそれぞれ例示した図で、図４（ｂ）は燃料噴射通路２７の通路断面における燃料と水の状態を示す図である。【００７１】
以下、図４を更に併せ参照して本第１実施例の動作について説明する。【００７２】
ＥＣＵ５は、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５からの燃料の噴射と、水供給路２６の水吐出（噴射）孔２６ｂからの水の吐出（噴射）とが同時に行われるように、燃料噴射ノズル２１、水噴射ノズル２２に対して開口指令を出力する。ディーゼルエンジン１では、上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）近傍の所定の時期に燃料が噴射されることから、水の吐出（噴射）についても、この燃料噴射時期に行われる。【００７３】
なお、燃料噴射と水吐出（噴射）のタイミングは必ずしも同時でなくてもよく、僅かに水吐出のタイミングが燃料噴射のタイミングよりも先若しくは後であってもよい。【００７４】
また、水噴射圧は、潤滑性に乏しい水噴射系の耐久性を確保するために、燃料噴射圧よりも小さくなるように、ノズル２１、２２の噴射圧が設定される。たとえば、水噴射圧は、燃料噴射圧の１/３〜１/７程度になるようにノズル２１、２２噴射圧を設定することが望ましい。ただし、水噴射系の耐久性が十分な場合においては、水の噴射圧を限定する必要はなく、燃料噴射圧以上の圧力に水の噴射圧力を設定してもかまわない。                
吸入工程では、燃焼室２内には負圧若しくは過給によって大量の空気が取り入れられる。そして圧縮行程では、燃料室２内に取り入られた空気が圧縮される。【００７５】
燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５から燃料が噴射されると、燃料は微粒化され、噴霧が生成される。この燃料噴霧は、隙間２８を介して燃焼室２内の空気を取り込みながら、燃料噴射通路２７を通過する。【００７６】
水供給路２６の水吐出（噴射）孔２６ｂから燃料噴射通路２７には、水が吐出（噴射）される。ここで、水の吐出（噴射）方向は、燃料噴霧方向の成分（速度成分）を有しており、水は燃料噴霧の周囲の複数箇所（水吐出（噴射）孔２６ｂ）から吐出（噴射）される。このため、図４に示すように、吐出（噴射）された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路２７を通過し、燃焼室２内に供給される。【００７７】
こうして燃焼室２内に供給された燃料と水と空気の混合噴霧は、更に拡散混合される。この拡散混合は、着火時期までの期間に極めて迅速に、かつ十分な混合レベルまで進行する。【００７８】
上記では、燃料を噴射している最中に着火する場合の燃焼過程で説明を行ったが、燃料と水との噴射条件によっては、燃料噴射終了後に着火させることも可能である。この場合においても、本発明の手段によれば、燃料と水と空気の良好な混合を得ることができるので、局部的な高濃度燃料部の残存によるすすの生成や局部的高温化によるＮＯxの生成を回避することができる。【００７９】
なお、この第１実施例のように、燃料噴射通路２７の周囲の複数の孔から水を燃料噴霧が進行する前方に向けて燃料噴霧を包囲するように吐出する、燃料と水の噴射方式のことを、この明細書では、「複数前方吐出包囲方式」と称するものとする。【００８０】
（第２実施例；複数前方吐出包囲方式）
上述した第１実施例の複数前方吐出包囲方式に対しては、適宜、変形した実施が可能である。なお、以下においては、第１実施例と重複する構成については適宜説明を省略し、構成が異なる部分について説明する。【００８１】
以下、図５を参照して第２実施例について説明する。【００８２】
図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施例の図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図である。【００８３】
これら図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第２実施例では、第１実施例の水環路３０、３１の代わりに、水環路３２Ｕ、３２Ｌが設けられる。水環路３２Ｕ、水環路３２Ｌは、水供給路２６に連通している。【００８４】
水供給路２６の出口である水吐出（噴射）孔２６ｂは、第１実施例と同様に、燃料噴射通路２７の途中に連通している。また、第１実施例と同様に、水供給路２６は、水の供給方向、つまり水吐出（噴射）孔２６ｂからの水の噴射方向が、燃料噴孔２５から噴射され燃料噴射通路２７を通過する燃料噴霧の方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜されて、配置されている。【００８５】
図５の図中において、水環路３２Ｕは、水環路３２Ｌよりも上側に配置されている。【００８６】
水環路３２Ｕ、３２Ｌは、水通路２９の出口に連通している。水環路３２Ｕは、図５の図中において燃料噴射通路２７の上側に配置され、燃料噴射ノズル２１の先端部の外周を囲むように環状に形成されている。水環路３２Ｌは、図５の図中において燃料噴射通路２７の下側に配置され、同様に水環路３２Ｕと同じ周方向に環状に形成されている。【００８７】
水環路３２Ｕ上には、水供給路２６の入口２６ａが、燃料噴射通路２７の周囲にあって上方に、複数（たとえば２個）配置されているともに、燃料噴射通路２７の外周には、水供給路２６の出口２６ｂ（水吐出（噴射）孔２６ｂ）が燃料噴射通路２７の上方に、複数（２個）配置されている。【００８８】
また、水環路３２Ｌ上には、水供給路２６の入口２６ａが燃料噴射通路２７の周囲にあって下方に、複数（たとえば２個）配置されているとともに、燃料噴射通路２７の外周には、水供給路２６の出口２６ｂ（水吐出（噴射）孔２６ｂ）が燃料噴射通路２７の下方に、複数（２個）配置されている。【００８９】
なお、図５（ｃ）では、燃料噴射通路２７の周囲上方に、水供給路２６（水吐出（噴射）孔２６ｂ）が２個配置され、燃料噴射通路２７の周囲下方に、水供給路２６（水吐出（噴射）孔２６ｂ）が２個配置される場合を例示しているが、水供給路２６（水吐出（噴射）孔２６ｂ）の数は、上方、下方ともに任意である。【００９０】
なお、図５（ｂ）に示す燃料噴射通路２７の径φＤ、燃料噴射通路２７の入口２７ａから水供給路２６の水吐出（噴射）孔２６ｂまでの距離Ｌ2、燃料噴射通路２７の長さＬ3、燃料噴射通路２７に対する水供給路２６の傾斜角度Ａ゜、水供給路２６の径φｄは、図３（ｂ）と同様に、燃焼状態が最良となるように適宜設定される。【００９１】
なお、第２実施例では、第１実施例と同様に、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７との間に、燃焼室２に連通する隙間２８が形成されている。【００９２】
（第３実施例；複数前方吐出包囲方式）
上述した第１実施例、第２実施例では、燃料噴射通路２７の途中で水供給路２６を連通させているが、必ずしも燃料噴射通路２７の途中で水供給路２６を連通させる構成でなくてもよく、本発明としては、水供給路２６を、水の供給（噴射）方向が、燃料噴射通路２７を通過する燃料の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して平行にまたは傾斜して設けた構成であればよい。【００９３】
すなわち、図６は、第３実施例の構成を示す図であり、第２実施例の図５（ａ）に対応する図である。【００９４】
図６に示すように、この第３実施例では、燃料噴射通路２７の出口２７ｂの周囲に、水供給路２６の出口２６ｂ（水吐出（噴射）孔２６ｂ）が配置されており、燃料噴射通路２７の出口２７ｂから噴射された燃料に対して水が噴射される。ただし、第１実施例、第２実施例と同様に、水供給路２６は、水の供給（噴射）方向が燃料噴射通路２７を通過する燃料噴霧の噴射方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して平行にまたは傾斜して設けられている。また、第２実施例と同様に、水供給路２６の出口２６ｂ（水吐出（噴射）孔２６ｂ）は、燃料噴射通路２７の周囲に複数設けられている。【００９５】
なお、第１実施例、第２実施例と同様に、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７との間に、燃焼室２に連通する隙間２８が形成されている。【００９６】
（第４実施例；複数前方吐出包囲方式）
第１実施例、第２実施例、第３実施例では、燃料噴射通路２７の径φＤを通路長手方向の各位置で同じとしているが、燃料噴射通路２７の径φＤを通路長手方向の各位置で異ならせる実施も可能である。たとえば図７（ａ）に例示するように、燃料噴射通路２７を、径が異なる入口側通路２７ｓと出口側通路２７ｔとで構成してもよく、図７（ｂ）に例示するように、燃料噴射通路２７を、入口２７ａから出口２７ｂにかけて徐々に径が変化するようにテーパ状に形成してもよい。  
（第５実施例；複数前方吐出包囲方式）
上述した第１実施例では、図３に示すように、燃料噴射通路２７の通路長手方向の１箇所に、水吐出（噴射）孔２６ｂを設けているが、図８（ａ）、（ｂ）に示すように、燃料噴射通路２７の通路長手方向の各箇所に、水吐出（噴射）孔２６ｂを設ける実施も可能である。図８（ａ）は、第１実施例の図３（ａ）に対応する図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）の水供給路２６を拡大して示している。  図８（ｃ）、（ｄ）は、図４（ａ）、（ｂ）に対応する図であり、燃料噴射通路２７を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図８（ｃ）、（ｄ）に示すように、燃料噴射通路２７の通路長手方向の各箇所に設けられた各水吐出（噴射）孔２６ｂから吐出（噴射）された水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路２７を通過し、燃焼室２内に供給される。【００９７】
（第６実施例；前方広がり包囲方式）
第１実施例〜第５実施例では、燃料噴射通路２７の周囲の複数の孔から水を燃料噴霧が進行する前方に向けて燃料噴霧を包囲するように吐出する燃料と水の噴射方式（複数前方吐出包囲方式）について説明したが、本発明としては、水が燃料噴霧を包囲できればよく、水が吐出（噴射）される孔は１個であってもよい。【００９８】
上述した第１実施例では、図３に示すように、燃料噴射通路２７の周囲に燃料噴射通路用水環路３１を設け、燃料噴射通路２７の周囲の各箇所から水を噴射して、水によって燃料噴霧を包囲するようにしているが、図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、燃料噴射通路用水環路３１の配設を省略し、燃料噴射通路２７の上方に、入口２６ａから出口２６ｂに向かうにつれて扇形状に断面積が増大する水供給路２６を設け、この水供給路２６から燃料噴霧の前方に向かうにつれて徐々に拡散するように水を噴射することで、水によって燃料噴霧を包囲する実施も可能である。図９（ａ）は、第１実施例の図３（ａ）に対応する図であり、同一機能の構成要素には同一符号を付して説明を省略する。図９（ｂ）は図９（ａ）のＡ−Ａ断面であり、図９（ｃ）は水供給路２６をＢ方向から透視してみた図である。【００９９】
図９（ｄ）は、図４（ａ）に対応する図であり、燃料噴射通路２７を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図９（ｄ）に示すように、水供給路２６からは、燃料噴霧の前方に向かうにつれて徐々に拡散するように水が噴射される。このため水は、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら、水を取り込みつつ、燃料噴射通路２７を通過し、燃焼室２内に供給される。【０１００】
このため本第６実施例によれば、燃料噴射通路用水環路３１を設けなくてよいため加工が容易で安価に作成できる。【０１０１】
なお、この第６実施例のように、燃料噴霧の前方に向かうにつれて徐々に拡散するように水を噴射させて燃料噴霧を包囲する方式を、本明細書では、「前方広がり包囲方式」と称するものとする。【０１０２】
（第７実施例；スパイラル前方吐出包囲方式）
以下、図１０を参照して第７実施例について説明する。【０１０３】
図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施例の図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に対応する図である。【０１０４】
これら図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように、第７実施例では、第１実施例の燃料噴射通路用水環路３１が省略され、水環路３０に直接、水供給路２６の入口２６ａが連通される。【０１０５】
水供給路２６の出口である水吐出（噴射）孔２６ｂは、第１実施例と同様に、燃料噴射通路２７の途中に連通している。図１０（ｃ）に示すように、水供給路２６は、燃料噴射通路２７の断面中心から距離Ｌ1だけオフセットされた位置で、燃料噴射通路２７に連通している。つまり水吐出（噴射）孔２６ｂは、燃料噴射通路２７の断面中心からオフセットされた位置に配置されている。【０１０６】
また、第１実施例と同様に、水供給路２６は、水の供給方向、つまり水吐出（噴射）孔２６ｂからの水の噴射方向が、燃料噴孔２５から噴射され燃料噴射通路２７を通過する燃料噴霧の方向の成分を有するように、燃料噴射通路２７に対して傾斜されて、配置されている。なお、図１０（ｂ）、（ｃ）に示す燃料噴射通路２７の径φＤ、燃料噴射通路２７の入口２７ａから水供給路２６の水吐出（噴射）孔２６ｂまでの距離Ｌ2、燃料噴射通路２７の長さＬ3、燃料噴射通路２７に対する水供給路２６の傾斜角度Ａ゜、水供給路２６の径φｄ、オフセット距離Ｌ1は、図３（ｂ）と同様に、燃焼状態が最良となるように適宜設定される。傾斜角度Ａ゜は、鋭角である必要があり、たとえば７０゜近辺の角度に設定される。【０１０７】
なお、第１実施例と同様に、燃料噴射ノズル２１の燃料噴孔２５と燃料噴射通路２７との間に、燃焼室２に連通する隙間２８が形成されている。【０１０８】
図１０（ｄ）は、図４（ａ）に対応する図であり、燃料噴射通路２７を通過する燃料と水の状態を概念的に示している。図１０（ｄ）に示すように、燃料噴射通路２７の断面中心からオフセットした位置に配置された水吐出（噴射）孔２６ｂから吐出（噴射）された水は、燃料噴射通路２７の内周面に沿ってスパイラル状（螺旋状）に旋回し、高圧で噴射された燃料を包み込むように取り囲む。そして、高圧噴射燃料の吸引力によって、燃料噴霧中に空気が取り込まれるとともに水が取り込まれる。こうして燃料噴霧は、空気を取り込みつつ、水噴霧によって包囲されながら水を取り込みつつ、燃料噴射通路２７を通過し、燃焼室２内に供給される。【０１０９】
このため本第７実施例によれば、燃料噴射通路用水環路３１が不要であり、第６実施例より水供給路の形状が簡単であるので、加工が容易であり、さらに安価に作成できる。【０１１０】
なお、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）では、１個の水供給路２６を燃料噴射通路２７の断面中心からオフセットした位置に設けるように構成しているが、水供給路２６の数は複数であってもよい。【０１１１】
たとえば、図１０（ｅ）に示すように、２個の水供給路２６を、燃料噴射通路２７の図中上下に、かつオフセット方向が図中左右に異なるように配置してもよい。なお、この第７実施例のように、燃料噴射通路２７の断面中心からオフセットされた孔から水を燃料噴霧が進行する前方に向けてスパイラル状に燃料噴霧を包囲するように吐出する燃料と水の噴射方式のことを、この明細書では、「スパイラル前方吐出包囲方式」と称するものとする。【０１１２】
次に、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す装置を用いて燃料噴射通路２７に対する水供給通路２６の傾斜角度Ａ°とＮＯx・すす排出量との関係を調べた試験結果について説明する。【０１１３】
図１２は、２パターンの傾斜角度Ａ°とＮＯx・すす排出量との対応関係を示している。図１２の横軸はＮＯxの濃度をｐｐｍで示し、縦軸はすすの濃度をボッシュスモークメータの計測結果％で示す。【０１１４】
本試験においては、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す装置を用いて、傾斜角度Ａ°を７２．５°および９０°にした場合に、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯxとすすの量がそれぞれどのように変化するかを調べた。【０１１５】
図１２に示すように、傾斜角度Ａ°が７２．５°の場合には、ＮＯxの排出量は２００ｐｐｍとなり、すすの排出量は０％となった。また、傾斜角度Ａ°が９０°の場合には、ＮＯxの排出量は１９５ｐｐｍとなり、すすの排出量は３％となった。この結果によると、傾斜角度Ａ°が７２．５°と９０°とではＮＯxの排出量はほぼ同一であるが、すすの排出量は７２．５°の方が少ない。水供給路２６の傾斜角度Ａ°が９０°の場合、燃料噴射通路２７に吐出（噴射）された水の一部は、燃料噴射の方向と対向する方向に流れ、燃料の噴射の勢いを削ぐように作用する。その結果、一部に燃料と空気の混合の悪化する部分が生じ、すすの排出が増える。したがって、傾斜角度Ａ°を鋭角にし、燃料の噴射方向の成分を有するように水供給路２６を配置することが好ましいといえる。【０１１６】
次に、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す装置を用いて燃料噴射タイミングと水噴射タイミングとのずれ量とＮＯx・すす排出量との関係を調べた試験結果について説明する。【０１１７】
図１３は、燃料噴射と水噴射のタイミングチャートを示している。同図１３においては、横軸にピストン４の往復運動に応じて回転するクランクシャフト１ａのクランク角度をとり、クランク角度に対応して、燃料噴射（凸で示す）、水噴射（ハッチングで示す）のタイミングを示している。図１３においては、ピストン４による混合気の圧縮行程（下死点（Ｂ．Ｄ．Ｃ）〜上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ））のうち、ピストン４が上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）近傍に位置する所定の時期に、燃料および水が噴射されている。燃料噴射の凸部の長さは、燃料噴射量に対応し、この燃料噴射量は燃料噴孔２５の開口時間に対応している。水噴射のハッチング部の長さは、水噴射量に対応し、この水噴射量は水噴孔２２ａの開口時間に対応している。また、ピストン４が上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）に位置するときのクランク角度を０°と定義する。【０１１８】
以下制御例３がＥＣＵ５で実行される場合について説明する。【０１１９】
ＥＣＵ５は、ピストン４が上死点（Ｔ．Ｄ．Ｃ）近傍に達したとき、すなわちクランク角度が上死点前１０°程度になったときに燃料噴射ノズル２１と水噴射ノズル２２に開口指令を同時に出力する。この開口指令に応じて燃料噴射ノズル２１と水噴射ノズル２２の各針弁は同時に上がり、各ノズル２１、２２先端の燃料噴孔２５、水噴孔２２ａが開口する。【０１２０】
燃料噴孔２５が開口すると、燃料噴射ノズル２１から隙間２８を介して燃料噴射通路２７に燃料が噴射される。また、水噴孔２２ａが開口すると、水噴射ノズル２２から水通路２９、水環路３０、水供給路２６を介して燃料噴射通路２７に水が吐出（噴射）される。【０１２１】
ＥＣＵ５は、エンジンの回転数や負荷などに応じて決められた噴射期間が経過したときに燃料噴射ノズル２１と水噴射ノズル２２に閉口指令を同時に出力する。この閉口指令に応じて燃料噴射ノズル２１と水噴射ノズル２２の各針弁は同時に下がり、各ノズル２１、２２先端の燃料噴孔２５、水噴孔２２ａが閉口する。【０１２２】
なお、図１３（ｃ）に示す制御例３においては、燃料噴射ノズル２１と水噴射ノズル２２に開口指令を同時に出力しているが、各開口指令の出力タイミングを若干ずらしてもよい。例えば、図１３（ｄ）に示す制御例４のように、燃料噴射ノズル２１の開口指令よりも水噴射ノズル２２の開口指令を若干遅らせてもよい。また、図１３（ｅ）に示す制御例５のように、燃料噴射ノズル２１の開口指令よりも水噴射ノズル２２の開口指令を若干先行させてもよい。【０１２３】
さらに、図１３（ｃ）に示す制御例３においては、燃料噴射の時間長さと水噴射の時間長さが同一であるが、各時間長さを変えてもよい。例えば、図１３（ｆ）に示す制御例６のように、燃料噴射の時間長さよりも水噴射の時間長さを長時間にしてもよい。また、図１３（ｇ）に示す制御例７のように、燃料噴射の時間長さよりも水噴射の時間長さを短時間にしてもよい。【０１２４】
また、図１３（ｄ）、（ｅ）に示す制御例４、５と図１３（ｆ）、（ｇ）に示す制御例６、７とを組み合わせてもよい。【０１２５】
図１４は、３パターンの水噴射タイミングとＮＯx・すす排出量との対応関係を示している。図１２と同様に、図１４の横軸はＮＯxの濃度をｐｐｍで示し、縦軸はすすの濃度をボッシュスモークメータの計測結果％で示す。【０１２６】
本試験においては、図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示す装置を用いて、燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを同時にした場合、早くした場合、遅くした場合に、ディーゼルエンジンから排出されるＮＯxとすすの量がそれぞれどのように変化するかを調べた。なお、本試験での燃料噴射のタイミングは、クランク角度で上死点前１０°とした。【０１２７】
図１４に示すように、水噴射のタイミングをクランク角度で上死点前１０°の時点とした場合（図１３（ｃ）に相当）、すなわち燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを同時にした場合には、ＮＯxの排出量は２００ｐｐｍとなり、すすの排出量は０％となった。また、水噴射のタイミングをクランク角度で上死点前２０°の時点とした場合（図１３（ａ）に相当）、すなわち燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを早くした場合には、ＮＯxの排出量は２３５ｐｐｍとなり、すすの排出量は４％となった。また、水噴射のタイミングをクランク角度で上死点前５°の時点とした場合（図１３（ｂ）に相当）、すなわち燃料噴射タイミングに対して水噴射タイミングを遅くした場合には、ＮＯxの排出量は５００ｐｐｍとなり、すすの排出量は０％となった。【０１２８】
図１４の結果から、燃料噴射のタイミングに対して、水噴射のタイミングを早めるとＮＯxの排出量はあまり変化しないが、すすの排出量が増加することが判る。この現象はクランク角度を５°以上早めると顕著に現れる。これは、燃料に先立って水を燃料室に導入しておくと燃料噴射先頭部の燃焼が悪化し、すすの生成を抑えきれないことによるものと考えられる。また、燃料噴射のタイミングに対して、水噴射のタイミングを遅くするとすすの排出量はあまり変化しないが、ＮＯxの排出量が増加することが判る。この現象はクランク角度を５°以上遅くすると顕著に現れる。これは、水を伴わない燃料の燃焼が、ある程度の量になると、燃焼温度がＮＯxを多く生成する温度まで高まることによるものと考えられる。したがって、図１３（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）に示すように、燃料噴射のタイミングと水噴射のタイミングのずれは、クランク角度にして±５°程度以内にすることが望ましい。【０１２９】
なお、本試験は燃料噴射の期間がクランク角度で２０°程度の条件で行われたものであるが、噴射期間が２０°より長い場合には、燃料噴射のタイミングと水噴射のタイミングのずれは、噴射期間の±１／４程度以内の期間にすることが望ましい。【０１３０】
ところで、水タンク９に水が貯留されていると、水が腐食したり凍結したりするおそれがある。また、水に含まれる金属イオンＣa、Ｎa等の不純物がエンジン１内に金属塩（ＣaＳＯ４  、Ｎa２ＳＯ４  等）となって付着、堆積する等してエンジン１に悪影響をおよぼすおそれがある。【０１３１】
そこで、こうした水の腐食、凍結、金属塩等のエンジン内部付着などを防止するために、図１１に示す構成の水処理システムを採用することが望ましい。【０１３２】
同図１１に示すように、本実施形態の水処理システムは、大きくは、貯留用の水タンク４１と、貯留用水タンク４１内の水を加熱する電気ヒータ４２と、貯留用水タンク４１内の水を吸い込むポンプ４３と、ポンプ４３によって吸い込まれた水を濾過するフィルタ４４と、エンジン１の排気管５３に設けられ、ポンプ４３から吐出された水を蒸留する蒸留装置４５と、蒸留装置４５に水が圧送される管路４６と、蒸留装置４５で蒸留された水が戻される管路４７と、管路４６、４７上に設けられた熱交換器５４と、管路４７を通過した水が貯留され、管路４８を介して水用圧送ポンプ１０の吸込口に連通する水タンク９と、管路４７、４８に設けられたバルブ４９、５０と、バルブ４９、５０を介して管路４７、４８内に空気を供給する空気供給装置５１と、水タンク４１、９の周囲を覆いタンク４１、９を外部から断熱してタンク内の水を保温する断熱部材５２とから構成されている。【０１３３】
この実施形態の構成によれば、温度センサ５５で水タンク４１内の温度が検出され、この検出温度をフィードバック量として、電気ヒータ４２によって、水タンク４１内の水が、たとえば５０゜Ｃ〜１００゜Ｃ内の所望の目標温度（たとえば７０゜Ｃ）になるように加熱される。このように適度に加熱された水は、その殺菌作用で腐食を防止できる。また、蒸留を促進し、清浄な水の供給が容易になる。さらに水タンク４１の断熱部材５２の保温効果により、凍結しにくくなる。本実施形態では、水の加熱手段として、電気ヒータ４２を例示しているが、エンジン冷却水の熱、排気熱を適宜組み合わせて使用して、水の加熱手段を構成することが望ましい。【０１３４】
水タンク４１から水が熱交換器５４に圧送され、熱交換器５４を経て蒸留装置４５に送られる。蒸留装置４５の蒸留室では、水が水蒸気となって金属塩等の不純物が取り除かれ、清浄な水蒸気が熱交換器５４に戻される。熱交換器５４では、水蒸気が液化され、管路４７を介して水タンク９に戻される。水タンク９、４１は、断熱部材５２によって所望の温度に保温されている。このため、清浄かつ所望の温度に保温された水が、水タンク１０から管路４８を介して水圧送用ポンプ１０に吸い込まれ、図１で説明したのと同様にして、エンジン１の燃焼室２に供給される。これにより水が腐食したり凍結したりすることが防止される。また、水に含まれる金属イオンＣa、Ｎa等の不純物がエンジン１内に金属塩（ＣaＳＯ４  、Ｎa２ＳＯ４  等）となって付着、堆積することが防止され、エンジン１の耐久性を向上させることができる。【０１３５】
また、バルブ４９、５０がエンジン１の停止直前に切り換えられて、空気供給装置５１から空気が管路４７、４８内に供給される。これにより、管路４７、熱交換器５４、蒸留装置４５、管路４６、ポンプ４３、フィルタ４４内の水が水タンク４１に排出され、また、管路４８、水用ポンプ１０、コモンレール１３、水通路１２、インジェクタ２０、図示していない水タンク９への戻り管路内の水が、水タンク９が排出されて、水の凍結による各管路や各装置の破損が防止される。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】図１は、ディーゼルエンジンの全体構成を示す図である。
【図２】図２は、図１におけるインジェクタを拡大して示す図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施例の構成を示す図である。
【図４】図４（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第１実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。
【図５】図５（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第２実施例の構成を示す図である。
【図６】図６は、第３実施例の構成を示す図である。
【図７】図７（ａ）、（ｂ）は、第４実施例の構成例示す図である。
【図８】図８（ａ）、（ｂ）は、第５実施例の構成を示す図で、図８（ｃ）、（ｄ）は、第５実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。
【図９】図９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）は、第６実施例の構成を示す図で、図９（ｄ）は、第６実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。
【図１０】図１０（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｅ）は、第７実施例の構成を示す図で、図１０（ｄ）は、第７実施例における燃料噴射通路を通過する燃料と水の状態を概念的に示す図である。
【図１１】図１１は、ディーゼルエンジンの水処理システムの構成を示す図である。
【図１２】図１２は、２パターンの傾斜角度Ａ°とＮＯx・すす排出量との対応関係を示す図である。
【図１３】図１３（ａ）、（ｂ）、（ｃ）、（ｄ）、（ｅ）、（ｆ）、（ｇ）は、燃料噴射と水噴射のタイミングチャートを示す図である。
【図１４】図１４は、３パターンの水噴射タイミングとＮＯx・すす排出量との対応関係を示す図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１  エンジン（ディーゼルエンジン）  ２  燃焼室  ２１  燃料噴射ノズル
２２  水噴射ノズル  ２５  燃料噴孔  ６  水供給路  ２７  燃料通路
２８  隙間
【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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【国際調査報告】
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