特許 7063078 エンジン

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-04-25

(45)【発行日】2022-05-09

(54)【発明の名称】エンジン

(51)【国際特許分類】

   F02B 47/02 20060101AFI20220426BHJP

   F02M 25/03 20060101ALI20220426BHJP

【ＦＩ】

F02B47/02

F02M25/03

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2018081870

(22)【出願日】2018-04-20

(65)【公開番号】P2019190322

(43)【公開日】2019-10-31

【審査請求日】2021-04-13

(73)【特許権者】

【識別番号】000003137

【氏名又は名称】マツダ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】乃生 芳尚

(72)【発明者】

【氏名】小池 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】樫本 正章

【審査官】小関 峰夫

(56)【参考文献】

【文献】特開２００５－３１５２３４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－１２０４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００９－１６８０３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１２－１２２４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１７－８９５５６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－３５６８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－４０２６０（ＪＰ，Ａ）

【文献】国際公開第２００６／０９２８８７（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ４７／０２

Ｆ０２Ｄ １９／１２

Ｆ０２Ｍ ２５／０２５

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

燃焼室を構成する気筒と、該燃焼室内に臨むように設けられかつ該燃焼室内に水を噴射するための水噴射弁とを備えるエンジンであって、
上記水噴射弁は、
筒状の第１のケースと、
上記第１のケースの筒軸方向に沿って延びるように形成された水供給路と、
上記水供給路の、上記筒軸方向における上記燃焼室側の端部に形成されかつ上記燃焼室に水を噴射するための噴射部とを有するとともに、
上記筒軸方向における上記噴射部に近い位置ほど下側に位置するか又は上記筒軸方向が水平方向と平行になるように配設されており、
上記水供給路における上記噴射部寄りの部分には、該噴射部寄りの部分における他の部分よりも流路断面積が大きくなるように径方向の外側に拡張されかつ上記水供給路内の水の一部が滞留する滞留部が設けられ、
上記滞留部における、上記筒軸方向の上記噴射部とは反対側の端部には、上記滞留部内の水が該滞留部よりも上流側に向かって流れるのを抑制するための段差部が形成されており、
上記第１のケースにおける、上記筒軸方向の上記滞留部に対応する部分の周囲には、上記噴射部近傍の水を加熱するための加熱装置が設けられていることを特徴とするエンジン。

【請求項2】

請求項１に記載のエンジンにおいて、
上記滞留部は、上記筒軸方向の上記噴射部とは反対側に向かって、上記径方向の外側に傾斜した傾斜部を、少なくとも部分的に有することを特徴とするエンジン。

【請求項3】

請求項１又は２に記載のエンジンにおいて、
上記水噴射弁は、上記筒軸方向に沿って延びるように上記第１のケース内に配設されかつ該筒軸方向に往復動可能な針弁と、
上記針弁における上記筒軸方向の上記噴射部とは反対側の端部に設けられ、該針弁を作動させる電動機器をさらに有し、
上記水供給路は、上記針弁と上記第１のケースの内周面との間の部分に形成されており、
上記加熱装置は、上記第１のケースにおける、上記筒軸方向の上記滞留部に対応する部分を上記径方向の外側から覆うような筒状をなしていることを特徴とするエンジン。

【請求項4】

請求項１～３のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
上記第１のケースと上記加熱装置との間には、該加熱装置により上記滞留部内の水が加熱されるのを抑制するための熱流抑制部材が配設されていることを特徴とするエンジン。

【請求項5】

請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
上記水噴射弁は、上記気筒の中心軸方向から見て、上記第１のケースの筒軸が所定方向の一側から他側にある上記燃焼室に向かって延び、かつ、上記気筒の中心軸方向及び上記所定方向に垂直な方向から見て、上記筒軸方向における上記噴射部に近い位置ほど下側に位置するように傾斜して配設されており、
上記滞留部は、上記筒軸方向から見て上側に形成されていることを特徴とするエンジン。

【請求項6】

請求項５に記載のエンジンにおいて、
上記水供給路における、上記筒軸方向から見て上側の部分でかつ上記段差部よりも上流側の部分には、上記水供給路の上記上側の部分における他の部分よりも流路断面積が小さい絞り部が部分的に形成されていることを特徴とするエンジン。

【請求項7】

請求項６に記載のエンジンにおいて、
上記水供給路における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ上記絞り部に対向する部分には、流路断面積が大きくなるように上記径方向の外側に向かって広がる流路拡大部が形成されていることを特徴とするエンジン。

【請求項8】

請求項５～７のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
上記水供給路における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ上記滞留部に対向する部分には、上記滞留部側に向かって突出した突出部が形成されていることを特徴とするエンジン。

【請求項9】

請求項５～８のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
上記所定方向の一側に形成された排気ポートにおける上記燃焼室側の開口部に設けられた排気バルブシートを更に備え、
上記水噴射弁の上記噴射部又は上記噴射部の近傍部分は、上記排気バルブシートと連結されていることを特徴とするエンジン。

【請求項10】

請求項１～４のいずれか１つに記載のエンジンにおいて、
上記水噴射弁は、上記第１のケースの筒軸が上記気筒の中心軸方向と平行に延びるように配設されており、
上記滞留部及び上記段差部は、上記水供給路の周方向全体に亘って形成されていることを特徴とするエンジン。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

ここに開示された技術はエンジン、特に、燃焼室内に水を噴射するための水噴射弁を備えるエンジンに関する技術分野に属する。

【背景技術】

【0002】

従来より、ＮＯｘの低減を目的として、エンジンの燃焼室内に燃料と水とを噴射することが提案されている。この提案を実現するものとして、燃焼室内に高温の水を噴射するための水噴射弁を備えたエンジンが知られている。

【0003】

例えば、特許文献１には、２５０℃以上かつ１０ＭＰａ以上の亜臨界水を噴射する亜臨界水噴射弁と燃料噴射弁とを各々独立に燃焼室中央部に配置したエンジンが開示されている。

【0004】

また、特許文献２には、針弁を往復動させることで高温流体（高温の水）を燃焼室内に噴射する高温流体噴射弁（水噴射弁）において、針弁が設けられる針弁室が内部に形成されたケースと、噴射弁本体に設けられかつ針弁を往復動させるための針弁開閉手段の装着部との間に、セラミックス材を含む低熱伝導材料からなるスペーサを介装した構成が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【文献】特開２００９－１６８０３９号公報

【文献】特開２００７－１２０４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

ところで、相対的に温度の高い水は、相対的に温度の低い水の方に流れようとするため、水噴射弁の噴射部付近の水を加熱すると、水噴射弁内の水供給路を逆流するように移動する。また、水噴射弁が、噴射部が相対的に下側に位置するように配設される場合には、噴射部付近の水が加熱されて密度が低下すると、加熱された水は上側に移動しようとするため、水噴射弁内の水供給路を逆流するように上流側に向かって移動しやすい。これらのことから、噴射部付近には相対的に温度の低い水が集まりやすくなる。噴射部付近に低温の水が集まると、該低温の水が燃焼室内に供給されるようになり、高温の水を燃焼室に供給することによってピストンを押し下げる力に変換する場合と比較し、エンジンの燃焼効率が低下するおそれがある。

【0007】

噴射部付近の低温の水の温度が所望の温度になるように、水供給路内の水全体の温度を上げることも考えられる。しかしながら、必要以上に温度が高くなった水が、水供給路の上流側の部分に集まってしまうため、水供給路を形成するケースの耐熱性の問題が生じる。また、針弁の往復動により燃焼室への水の噴射を制御する水噴射弁では、針弁の噴射部とは反対側の端部（つまり、水供給路の上流側に位置する端部）には、針弁を往復動させるための電動機器が配置される。このため、必要以上に温度が高くなった水が上流側に集まると、電動機器の周囲の温度が、電動機器の耐熱温度を超えてしまい、電動機器が正常に作動しなくなるおそれもある。

【0008】

ここに開示された技術は、斯かる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、水噴射弁を備えたエンジンにおいて、該水噴射弁内で、相対的に温度の高い水が水供給路の上流側に移動するのを抑制することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するために、ここに開示された技術では、燃焼室を構成する気筒と、該燃焼室内に臨むように設けられかつ該燃焼室内に水を噴射するための水噴射弁とを備えるエンジンを対象として、上記水噴射弁は、筒状の第１のケースと、上記第１のケースの筒軸方向に沿って延びるように形成された水供給路と、上記水供給路の、上記筒軸方向における上記燃焼室側の端部に形成されかつ上記燃焼室に水を噴射するための噴射部とを有するとともに、上記筒軸方向における上記噴射部に近い位置ほど下側に位置するか又は上記筒軸方向が水平方向と平行になるように配設されており、上記水供給路における上記噴射部寄りの部分には、該噴射部寄りの部分における他の部分よりも流路断面積が大きくなるように径方向の外側に拡張されかつ上記水供給路内の水の一部が滞留する滞留部が設けられ、上記滞留部における、上記筒軸方向の上記噴射部とは反対側の端部には、上記滞留部内の水が該滞留部よりも上流側に向かって流れるのを抑制するための段差部が形成されており、上記第１のケースにおける、上記筒軸方向の上記滞留部に対応する部分の周囲には、上記噴射部近傍の水を加熱するための加熱装置が設けられている、という構成とした。

【0010】

この構成によると、噴射部近傍の水を加熱するための加熱装置が設けられているため、噴射部近傍の水は相対的に温度が高くなって、水供給路を逆流するように上流側に向かって移動する。水供給路における噴射部寄りの部分には、流路断面積が拡張されかつ水供給路内の水の一部が滞留する滞留部が設けられているため、温度が高い水（以下、高温水という）が水供給路を逆流するように上流側に向かって移動するときには、上記高温水は一旦滞留部に進入する。滞留部には、滞留部内の水が該滞留部よりも上流側に向かって流れるのを抑制するための段差部が形成されているため、滞留部に進入した上記高温水は、滞留部内に滞留する。これにより、水噴射弁内で上記高温水が上流側に移動するのが抑制される。

【0011】

上記エンジンにおいて、上記滞留部は、上記筒軸方向の上記噴射部とは反対側に向かって、上記径方向の外側に傾斜した傾斜部を、少なくとも部分的に有していてもよい。

【0012】

この構成によると、上記高温水が上流側に移動する際に傾斜部に沿って滞留部内に進入しやすくなる。これにより、水噴射弁内で上記高温水が水供給路の上流側に移動するのがより効果的に抑制される。

【0013】

上記エンジンにおいて、上記水噴射弁は、上記筒軸方向に沿って延びるように上記第１のケース内に配設されかつ該筒軸方向に往復動可能な針弁と、上記針弁における上記筒軸方向の上記噴射部とは反対側の端部に設けられ、該針弁を作動させる電動機器をさらに有し、上記水供給路は、上記針弁と上記第１のケースの内周面との間の部分に形成されており、上記加熱装置は、上記第１のケースにおける、上記筒軸方向の上記滞留部に対応する部分を上記径方向の外側から覆うような筒状をなしていてもよい。

【0014】

この構成では、針弁を作動させる電動機器を有しているため、上記高温水が上流側に移動してしまうと、電動機器の動作に悪影響を及ぼすおそれがある。よって、滞留部と段差部とにより水噴射弁内で上記高温水が上流側に移動するのを抑制することによる効果を適切に発揮することができる。

【0015】

上記エンジンにおいて、上記第１のケースと上記加熱装置との間には、該加熱装置により上記滞留部内の水が加熱されるのを抑制するための熱流抑制部材が配設されていてもよい。

【0016】

この構成によると、第１のケースと加熱装置との間には、熱流抑制部材が設けられているため、滞留部に滞留する上記高温水は温度が低下する。温度が低下した水は、再び噴射部に向かって流れる。これにより、噴射部近傍の水は、温度が高くかつ密度が高い状態に維持される。この結果、高温でかつ密度の高い水を燃焼室内に噴射することができる。

【0017】

上記エンジンの一実施形態では、上記水噴射弁は、上記気筒の中心軸方向から見て、上記第１のケースの筒軸が所定方向の一側から他側にある上記燃焼室に向かって延び、かつ、上記気筒の中心軸方向及び上記所定方向に垂直な方向から見て、上記筒軸方向における上記噴射部に近い位置ほど下側に位置するように傾斜して配設されており、上記滞留部は、上記筒軸方向から見て上側に形成されている。

【0018】

この構成によると、上記高温水が水供給路を逆流するように上流側に移動するときには、水供給路の上側の面に沿って移動するようになる。このため、上記高温水が上流側に移動する際には、上記筒軸方向から見て上側に形成された滞留部に進入するようになる。滞留部に進入した上記高温水は段差部によって上流側への移動が抑制されて、該滞留部内に滞留する。したがって、水噴射弁内で上記高温水が上流側に移動するのが一層効果的に抑制される。

【0019】

上記一実施形態において、上記水供給路における、上記筒軸方向から見て上側の部分でかつ上記段差部よりも上流側の部分には、上記水供給路の上記上側の部分における他の部分よりも流路断面積が小さい絞り部が部分的に形成されていてもよい。

【0020】

この構成によると、上記高温水が滞留部に滞留しやすくなる。この結果、水噴射弁内で上記高温水が上流側に移動するのがより一層効果的に抑制される。

【0021】

上記絞り部が形成された上記一実施形態において、上記水供給路における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ上記絞り部に対向する部分には、流路断面積が大きくなるように上記径方向の外側に向かって広がる流路拡大部が形成されていてもよい。

【0022】

すなわち、水を燃焼室内に噴射する際の水供給路内での水の流れをスムーズにするためには、水供給路における上記筒軸方向から見て上側の部分に絞り部を設けて、該上側の部分の流路断面積を小さくしつつも、水供給路の上側の部分及び下側の部分を含む全体の流路断面積は小さくしないようにすることが望ましい。そこで、水供給路における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ絞り部に対向する部分に、流路拡大部を形成する。これにより、絞り部が設けられた部分において、水供給路の上側の部分の流路断面積は小さくなっているが、水供給路の下側の部分の流路断面積が大きくなっているため、全体の流路断面積は、水供給路における、滞留部が設けられた部分を除く他の部分と略同じにすることができる。したがって、水供給路に絞り部を形成しつつ、水を燃焼室内に噴射する際の水供給路内での水の流れをスムーズにすることができる。

【0023】

上記一実施形態において、上記水供給路における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ上記滞留部に対向する部分には、上記滞留部側に向かって突出した突出部が形成されていることが好ましい。

【0024】

この構成によると、上記高温水が水供給路を逆流するように上流側に移動するときに、該高温水が滞留部に向かって流れやすくなる。この結果、水噴射弁内で上記高温水が水供給路の上流側に移動するのがさらに効果的に抑制される。

【0025】

上記一実施形態において、上記所定方向の一側に形成された排気ポートにおける上記燃焼室側の開口に設けられた排気バルブシートを更に備え、上記水噴射弁の上記噴射部又は上記噴射部の近傍部分は、上記排気バルブシートと連結されていてもよい。

【0026】

この構成によると、排気ポートの燃焼室側の開口から当該排気ポートに排出された直後の排気ガスの熱を、排気バルブシートを介して、水噴射弁の噴射部又は噴射部の近傍部分に伝達することができる。これにより、噴射部又は噴射部の近傍部分にある水を効率的に加熱することができる。この結果、水供給路における噴射部寄りの部分の水を高温状態に維持しやすくなる。

【0027】

上記エンジンの他の実施形態では、上記水噴射弁は、上記第１のケースの筒軸が上記気筒の中心軸方向と平行に延びるように配設されており、上記滞留部及び上記段差部は、上記水供給路の周方向全体に亘って形成されている。

【0028】

この構成では、水噴射弁は略鉛直方向に延びるように配設されるため、上記高温水は水供給路を逆流するように上流側に移動しやすい。このため、滞留部及び段差部により、水噴射弁内で上記高温水が上流側に移動するのを抑制するという効果を、一層適切に発揮することができる。

【発明の効果】

【0029】

以上説明したように、ここに開示された技術によると、水供給路における噴射部寄りの部分に、流路断面積が拡張された滞留部が設けられており、滞留部には、滞留部内の水が該滞留部よりも上流側に向かって流れるのを抑制するための段差部が形成されているため、水供給路を逆流するように上流側に向かって移動しようとする水は、滞留部に進入して、該滞留部内に滞留するようになる。これにより、水噴射弁内で、相対的に温度の高い水が上流側に移動するのが抑制される。

【図面の簡単な説明】

【0030】

【図1】実施形態１に係るエンジンの概略図である。

【図2】エンジン本体の気筒を上側から見た状態を模式的に示す平面図である。

【図3】図２のIII-III線相当の断面図である。

【図4】図２のIV-IV線相当の断面図である。

【図5】水噴射弁の構成を示す部分断面図である。

【図6】水噴射弁の構成を示す部分断面図であって、（ａ）は第１のケースの筒軸を含みかつ鉛直方向に垂直な面で切断した断面図であり、（ｂ）は滞留部を通りかつ第１のケースの筒軸に垂直な面で切断した断面を該筒軸方向に見た断面図である。

【図7】バルブシートに対する熱伝送シートの配設構造を模式的に示す模式図である。

【図8】実施形態２に係る水噴射弁の構成を示す部分断面図であって、（ａ）は第１のケースの筒軸を含みかつ鉛直方向に平行な面で切断した断面図であり、（ｂ）は滞留部を通りかつ第１のケースの筒軸に垂直な面で切断した断面を該筒軸方向に見た断面図である。

【図9】実施形態２に係る水噴射弁の水供給路の位置と当該位置における流路断面積との関係を示す図である。

【図10】実施形態３に係る水噴射弁の構成を示す部分断面図であって、（ａ）は第１のケースの筒軸を含みかつ鉛直方向に平行な面で切断した断面図であり、（ｂ）は滞留部を通りかつ第１のケースの筒軸に垂直な面で切断した断面を該筒軸方向に見た断面図である。

【図11】実施形態４に係る水噴射弁の構成を示す部分断面図であって、（ａ）は第１のケースの筒軸を含みかつ鉛直方向に平行な面で切断した断面図であり、（ｂ）は滞留部を通りかつ第１のケースの筒軸に垂直な面で切断した断面を該筒軸方向に見た断面図である。

【図12】実施形態５に係る水噴射弁のエンジン本体における配置を示す断面図である。

【図13】実施形態５に係る水噴射弁の構成を示す部分断面図であって（ａ）は第１のケースの筒軸を含みかつ鉛直方向に平行な面で切断した断面図であり、（ｂ）は滞留部を通りかつ第１のケースの筒軸に垂直な面で切断した断面を該筒軸方向に見た断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0031】

以下、例示的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0032】

（実施形態１）
図１は、本実施形態１に係るエンジン１を示す。このエンジン１は、車両に搭載されるエンジンである。エンジン１は、エンジン本体２と、吸気システム３と、排気システム４と、ＥＧＲ装置５と、水供給装置６とを備える。

【0033】

エンジン本体２は、気筒２０が並列に並べられた直列４気筒のエンジンである。また、エンジン本体２は、ガソリンを含有する燃料を燃焼室２９（図３参照）内で圧縮着火させる圧縮着火式のガソリンエンジンである。

【0034】

吸気システム３は、吸気通路３０と、吸気マニホールド３１と、エアクリーナ３２と、スロットルバルブ３３とを有する。吸気マニホールド３１は、吸気通路３０における吸気の流れ方向の下流側端部に設けられ、エアクリーナ３２は、吸気通路３０における吸気の流れ方向の上流側端部に設けられている。スロットルバルブ３３は、吸気通路３０における吸気マニホールド３１とエアクリーナ３２との間の部分に設けられている。

【0035】

吸気マニホールド３１は、気筒２０毎に分岐する独立吸気通路と、４つの独立吸気通路が集合されてなる集合吸気通路とで構成されている。独立吸気通路は、後述する吸気ポート３７の燃焼室２９とは反対側の開口部にそれぞれ接続されている。

【0036】

排気システム４は、排気通路４０と、排気マニホールド４１と、排気シャッターバルブ４２と、触媒４３とを有する。排気マニホールド４１は、排気通路４０における排気ガスの流れ方向の上流側端部に設けられ、排気シャッターバルブ４２は、排気通路４０における排気ガスの流れ方向の下流側端部に設けられている。触媒４３は、排気通路４０における排気マニホールド４１と排気シャッター弁４２との間の部分であって、排気通路４０における排気ガスの流れ方向の下流側寄りの部分に設けられている。触媒４３は、後述する熱交換器６５の保温ケース６５０の内方に収納されている。

【0037】

排気マニホールド４１は、気筒２０毎に分岐する独立排気通路と、４つの独立排気通路が集合されてなる集合排気通路とで構成されている。独立排気通路は、後述する排気ポート４７の燃焼室２９とは反対側の開口部にそれぞれ接続されている。

【0038】

ＥＧＲ装置５は、ＥＧＲ通路５０と、ＥＧＲクーラ５１と、ＥＧＲバルブ５２とを有する。ＥＧＲ通路５０は、排気通路４０における排気マニホールド４１と触媒４３との間の部分と、吸気通路３０におけるスロットルバルブ３３と吸気マニホールド３１との間の部分とに接続されている。ＥＧＲクーラ５１はＥＧＲ通路５０の途中に設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０の途中であって、ＥＧＲガスの流れ方向におけるＥＧＲクーラ５１よりも上流側の部分に設けられている。

【0039】

ＥＧＲクーラ５１は、ＥＧＲガスの温度を調整するために設けられている。ＥＧＲクーラ５１は水冷式又は空冷式のいずれか、あるいは水冷式及び空冷式の併用式である。

【0040】

ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０を開閉させるために設けられている。ＥＧＲバルブ５２は、ＥＧＲ通路５０の開閉だけを行うオン－オフ式のものでもよく、ＥＧＲガスの流量を段階的又は連続的に変更可能なものでもよい。

【0041】

水供給装置６は、コンデンサ６０と、第１水配管６１と、第２水配管６３と、第３水配管６６と、水タンク６２と、低圧ポンプ６４と、高圧ポンプ６７と、蓄圧レール６８と、気筒２０毎に設けられた水噴射弁６９とを有する。

【0042】

コンデンサ６０は、排気通路４０における触媒４３と排気シャッター弁４２との間の部分に設けられている。コンデンサ６０は、排気通路４０内を流れる排気ガスに含まれる水分を凝縮させるための熱交換器である。すなわち、コンデンサ６０内では、冷媒との熱交換により排気ガスが冷却され、排気ガス中に含まれる水分が凝縮する。コンデンサ６０で得られた凝縮水は、第１水配管６１を通って水タンク６２へ送られる。詳細には図示していないが、実際には、コンデンサ６０の鉛直下側に水タンク６２が位置するように、コンデンサ６０と水タンク６２とが配設されている。これにより、コンデンサ６０内で生成された凝縮水は、自然流下により水タンク６２に流れるようになっている。

【0043】

低圧ポンプ６４は、第２水配管６３の途中に設けられ、該第２水配管６３の一部を介して水タンク６２と接続されている。低圧ポンプ６４は、水タンク６２に貯留された凝縮水を加圧して、熱交換器６５へ送り込む。尚、低圧ポンプ６４は必ずしも設ける必要はない。

【0044】

熱交換器６５は、排気通路４０における、コンデンサ６０よりも排気ガスの流れ方向の上流側の部分に配設されている。熱交換器６５は、保温ケース６５０と、蓄熱部材６５１と、細管６５２とを有する。

【0045】

保温ケース６５０は、触媒４３及び排気通路４０における触媒４３よりも下流側の一部（触媒下流配管４０ａ）の外側を覆うように形成されている。保温ケース６５０の外周壁は、二重壁構造となっており、二重壁構造を形成する２つの壁部の間に蓄熱部材６５１が充填されている。蓄熱部材６５１は、例えば、エリスリトール等を用いた潜熱蓄熱部材や、塩化カルシウム等を用いた化学蓄熱部材等を採用することができる。

【0046】

細管６５２は、保温ケース６５０の内側において、触媒下流配管４０ａの周囲に螺旋状に巻き付けられている。細管６５２は、一端が第２水配管６３と接続される一方、他端が第３水配管６６に接続されている。細管６５２には、低圧ポンプ６４により圧送された凝縮水が流れる。細管６５２を流れる凝縮水は、保温ケース６５０内で触媒４３及び触媒下流配管４０ａからの熱を受けて昇温される。

【0047】

高圧ポンプ６７は、第３水配管６６の途中に設けられており、熱交換器６５で昇温された凝縮水を加圧して、蓄圧レール６８へと送り込む。高圧ポンプ６７は、低圧ポンプ６４で加圧された凝縮水を加圧するものであり、蓄圧レール６８内の凝縮水の圧力が、例えば２２ＭＰａ以上の圧力となるように凝縮水を加圧する。尚、低圧ポンプ６４が省略される場合には、高圧ポンプ６７は低圧ポンプ６４の位置に配設され、該高圧ポンプ６７よりも下流側の供給路（第３水配管６６や水噴射弁６９の後述する水供給路７２）内の圧力が２２ＭＰａ以上にされる。

【0048】

蓄圧レール６８は、第３水配管６６の下流側端部に接続されている。蓄圧レール６８はエンジン本体２における気筒列方向に延び、気筒２０毎に分岐されている。蓄圧レール６８の下流側端部は、各気筒２０に配設された各水噴射弁６９にそれぞれ接続されている。

【0049】

４つの水噴射弁６９からは、各気筒２０の燃焼室２９（図３参照）内に、高温・高圧化された超臨界状態の凝縮水（以下、超臨界水という）が噴射される。超臨界状態とは、３７４℃（６４７Ｋ）以上の温度と２２ＭＰａ以上の圧力を有し、液体及び気体の両方の性質を併せ持った特殊な状態（液体、気体、固体のいずれにも当てはまらない状態）をいう。

【0050】

水噴射弁６９による水噴射は、例えば、燃焼温度の上昇を抑えて、ＮＯｘの発生を抑制したり、燃焼温度と圧力の上昇に伴い、燃焼ガスと燃焼室２９の壁面との熱伝達率が上昇することによる冷却損失を抑制したりするために実施される。また、水噴射弁６９による燃焼室２９内への超臨界水の噴射は、これらの効果に加えて、非常に大きな熱容量を有する高温の水を燃焼室２９に供給することにより、ピストンを押し下げる力に変換させるために実施される。水噴射弁６９による水噴射は、例えば、圧縮行程の後期から膨張行程の初期にかけての期間、より詳しくは、燃料噴射後から該燃焼の燃焼開始前までの期間内に実行される。

【0051】

次に、エンジン本体２の構成について詳細に説明する。尚、以下の説明では、１つの気筒２０の周辺構造について説明するが、他の気筒も同様の構成となっている。

【0052】

本実施形態１に係るエンジン本体２の気筒２０には、図２に示すように、吸気ポート３７及び排気ポート４７がそれぞれ接続されている。吸気ポート３７は、２つの独立吸気ポート３４と２つの独立吸気ポート３４が集合されてなる集合吸気ポート３５とをそれぞれ有する。排気ポート４７は、２つの独立排気ポート４４と２つの独立排気ポート４４が集合されてなる集合排気ポート４５とをそれぞれ有する。

【0053】

各独立吸気ポート３４は、吸気ポート開口部３６を介して燃焼室２９（図３参照）とそれぞれ連通している。各独立排気ポート４４は、排気ポート開口部４６を介して燃焼室２９（図３参照）とそれぞれ連通している。排気ポート開口部４６は、排気ポート４７における燃焼室２９側の開口部に相当する。

【0054】

図２に示すように、２つの独立吸気ポート３４は、吸気ポート開口部３６から所定方向（気筒２０の中心軸方向及び気筒列方向に垂直な方向）の一側から他側に向かって延びた後、集合吸気ポート３５で連結されている。２つの独立排気ポート４４は、排気ポート開口部４６から上記所定方向の上記他側から上記一側に向かって延びた後、集合排気ポート４５で連結されている。

【0055】

図２に示すように、エンジン本体２の吸気ポート３７と排気ポート４７との間、詳しくは、上記所定方向の中央部には、気筒２０毎に、燃料噴射弁２２０が設けられている。エンジン本体２の燃料噴射弁２２０よりも上記所定方向の上記一側の位置（排気ポート４７寄りの位置）には点火プラグ２２１が設けられている。また、エンジン本体２の排気ポート４７側には、気筒２０毎に、水噴射弁６９が設けられている。

【0056】

図３に示すように、エンジン本体２は、シリンダブロック２１と、シリンダヘッド２２と、シリンダライナ２３と、ピストン２４とを有する。シリンダライナ２３は、シリンダブロック２１に対して、気筒２０のボアを取り囲むように、気筒２０毎に嵌め込まれている。

【0057】

シリンダヘッド２２は、シリンダブロック２１の上に載置されており、シリンダライナ２３の内側にピストン２４が上下動可能に嵌挿されている。シリンダライナ２３の内周面と、ピストン２４の冠面と、シリンダヘッド２２とにより燃焼室２９が画定されている。

【0058】

図３に示すように、シリンダヘッド２２には、上述した吸気ポート３７と排気ポート４７とが形成されている。シリンダヘッド２２には、吸気ポート開口部３６を開閉させる吸気バルブ２７と、排気ポート開口部４６を開閉させる排気バルブ２８とが配設されている。

【0059】

吸気ポート開口部３６には、略リング状の吸気バルブシート２５が燃焼室２９側の周縁に沿って接着固定されている。この吸気バルブシート２５の内周面に位置するシール面に、吸気バルブ２７の傘部２７ａの周縁部近傍に位置するシール面が当接することにより、吸気ポート３７が閉状態になる。また、同様に、各排気ポート開口部４６には、略リング状の排気バルブシート２６が燃焼室２９側の周縁に沿って接着固定されている。この排気バルブシート２６の内周面に位置するシール面に、排気バルブ２８の傘部２８ａの周縁部近傍に位置するシール面が当接することにより、排気ポート４７が閉状態になる。

【0060】

水噴射弁６９は、シリンダヘッド２２に配設されている。水噴射弁６９は、気筒２０の中心軸方向から見て（図３の方向から見て）、当該水噴射弁６９の中心軸（後述する第１のケース７１の筒軸Ｃと一致）が上記所定方向の上記一側から上記他側にある燃焼室２９に向かって延び、かつ、気筒２０の中心軸方向及び上記所定方向に垂直な方向から見て（つまり、気筒列方向から見て（図４で見て））、当該水噴射弁６９の中心軸方向（後述する第１のケース７１の筒軸方向と一致）おけるノズル部（噴射部）７５に近い位置ほど下側に位置するように傾斜して配設されている。

【0061】

次に、水噴射弁６９のノズル部７５の周辺構成について図５～図７を参照して詳細に説明する。ここでは、１つの水噴射弁６９についてのみ説明するが、他の水噴射弁６９のノズル部７５の周辺も同様の構成となっている。尚、図６（ａ）では、後述する加熱装置８１等については省略している。

【0062】

図５及び図６（ａ）に示すように、水噴射弁６９は、ノズル部７５の周辺において、筒状の第１のケース７１と、第１のケース７１の筒軸方向に沿って延びるように形成された水供給路７２とを有している。上記ノズル部７５は、燃焼室２９に超臨界水を噴射するため部分であって、水供給路７２の上記筒軸方向における燃焼室２９側の端部に形成されている。以下の説明では、上記筒軸方向の燃焼室２９側（ノズル部７５側）を一側といい、上記筒軸方向の燃焼室２９とは反対側（ノズル部７５とは反対側）を他側という。また、水供給路７２におけるノズル部７５側を下流側、水供給路７２におけるノズル部７５とは反対側を上流側という。

【0063】

上記第１のケース７１は、図５及び図６（ａ）に示すように、上記筒軸方向の上記他側から上記一側に向かって均一な径で延びる大径部７１ａと、大径部７１ａの上記筒軸方向の上記一側の端部から該一側に向かって縮径するように延びる縮径部７１ｂと、該縮径部７１ｂの最も小さい外径で上記筒軸方向の上記一側に向かって延びる小径部７１ｃと、該小径部７１ｃよりも拡径した後、上記筒軸方向の上記一側に向かって延びる先端部７１ｄとを有している。

【0064】

水噴射弁６９は、上記筒軸方向に沿って延びるように第１のケース７１の筒内に配設されかつ該筒軸方向に往復動可能な針弁７３を有している。水供給路７２は、図５及び図６（ａ）に示すように、針弁７３と第１のケース７１の内周面との間に形成されている。

【0065】

図５に示すように、針弁７３における上記筒軸方向の上記他側の端部には、該針弁７３を作動させる電動機器７４が設けられている。詳細には図示していないが、電動機器７４は、針弁７３を上記筒軸方向の上記一側に向かって付勢するバネ部材と、針弁７３を、上記バネ部材の付勢力に抗して上記筒軸方向の上記他側に向かって移動させる電磁石と、該電磁石への電流のオン－オフを制御するための制御装置とが設けられている。該制御装置は、例えば、半導体素子で構成されている。

【0066】

ノズル部７５は、第１のケース７１の先端部７１ｄに水供給路７２を閉じるように嵌め込まれたヘッド部７５ａを有している。ヘッド部７５ａの上記筒軸方向の上記他側の部分には、上記筒軸方向の上記一側に向かって凹んだ凹部７５ｂが形成されている。図５及び図６（ａ）に示すように、該凹部７５ｂには針弁７３の先端部（上記筒軸方向の上記一側の端部）が挿入されている。凹部７５ｂの底部には、該底部を貫通する噴射口７５ｃが形成されている。該噴射口７５ｃは、針弁７３の先端部により塞がれている。電動機器７４が作動して、針弁７３が上記筒軸方向の上記他側に向かって移動したときには、噴射口７５ｃと水供給路７２とが連通して、噴射口７５ｃから水が燃焼室２９に噴射されるようになっている。

【0067】

図５及び図６（ａ）に示すように、水供給路におけるノズル部７５寄りの部分には、該ノズル部７５寄りの部分における他の部分よりも流路断面積が大きくなるように、第１のケース７１の径方向の外側に拡張された滞留部７６が設けられている。詳しくは、滞留部７６は、水供給路７２における、第１のケース７１の縮径部７１ｂ及び大径部７１ａの上記筒軸方向の上記一側の端部に対応する部分にかけて形成されている。滞留部７６は、図６（ｂ）に示すように、上記筒軸方向の上記一側から見て、上側に形成されている。図５及び図６（ａ）に示すように、滞留部７６における上記縮径部７１ｂに対応する部分は、上記筒軸方向の上記他側（ノズル部７５とは反対側）に向かって上記径方向の外側に傾斜した傾斜部７６ａが形成されている。つまり、滞留部７６は、上記傾斜部７６ａを少なくとも部分的に有している。滞留部７６における傾斜部７６ａよりも上記筒軸方向の上記他側の部分は、一定の拡張された流路断面積となる拡張部７６ｂとなっている。詳しくは後述するが、滞留部７６は、水供給路７２内の水の一部が滞留する部分である。

【0068】

水供給路７２における、滞留部７６の上記筒軸方向の上記他側の端部には、滞留部７６よりも縮径した段差部７７が形成されている。図５及び図６（ａ）に示すように、段差部７７は、上記筒軸方向に対して垂直な方向に、上記径方向に沿って真っ直ぐ伸びている。本実施形態１では、図５及び図６（ａ）に示すように、水供給路７２における段差部７７よりも上記筒軸方向の上記他側の部分は、流路断面積が略一定となっている。詳しくは後述するが、段差部７７は、滞留部７６内の水が該滞留部７６よりも上流側に向かって流れるのを抑制するための部分である。

【0069】

ノズル部７５の上記径方向の外側（厳密には、第１のケース７１の先端部の上記径方向の外側）には、図５に示すように、ノズル部７５を周方向の全体に亘って、上記径方向の外側から囲むように、筒状のノズルホルダー７８が取り付けられている。ノズルホルダー７８は、第１のケース７１の縮径部７１ｂの上記筒軸方向の上記他側の端部の位置まで延びている。ノズルホルダー７８の上記筒軸方向のノズル部７５寄りの部分には、上記筒軸方向の上記一側から上記他側に向かって拡径するように広がるテーパー部７８ａが形成されている。ノズルホルダー７８は、銅等の高熱伝導部材で構成されている。尚、例えば、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する金属材料であれば、ノズルホルダー７８を銅以外の金属材料で構成してもよい。

【0070】

図５に示すように、ノズルホルダー７８における上記テーパー部７８ａから上記筒軸方向の上記他側の端までの部分と、第１のケース７１の外周面との間には、シールリング７９と、バックアップリング８０とが配設されている。シールリング７９は、第１のケース７１の先端部７１ｄにおける上記筒軸方向の上記他側の部分に取り付けられている。シールリング７９は、ノズルホルダー７８のテーパー部７８ａの形状に合わせて傾斜しかつ該テーパー部７８ａに当接する当接部７９ａを有している。バックアップリング８０は、第１のケース７１の縮径部７１ｂ及び小径部７１ｃに上記径方向の外側から嵌め込まれている。バックアップリング８０の上記筒軸方向の上記他側の部分は、上記縮径部７１ｃの形状に合わせて傾斜しかつ該縮径部７１ｃに当接する当接部８０ａとなっている。シールリング７９及びバックアップリング８０は、いずれも銅等の高熱伝導部材で構成されている。尚、例えば、４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上の熱伝導率を有する金属材料であれば、シールリング７９及びバックアップリング８０を銅以外の金属材料で構成してもよい。

【0071】

水噴射弁６９がエンジン本体２の燃焼室２９側に向かって押し付けられたときには、ノズルホルダー７８に上記筒軸方向の上記他側に向かう軸力がかかる。ノズルホルダー７８がテーパー部７８ａを有し、シールリング７９が当接部７９ａを有していることにより、上記軸力がかかったときには、シールリング７９が第１のケース７１に向かって押し付けられる。これにより、シールリング７９と第１のケース７１とが密着状態になる。また、水噴射弁６９がエンジン本体２の燃焼室２９側に向かって押し付けられたときには、シールリング７９を介して、バックアップリング８０にも上記軸力がかかる。バックアップリング８０は、第１のケース７１の縮径部７１ｂに押し付けられる。これにより、バックアップリング８０も第１のケース７１と密着状態になる。

【0072】

図５に示すように、第１のケース７１における、上記筒軸方向の滞留部７６に対応する部分の周囲には、上記ノズル部７５近傍の水を加熱するための加熱装置８１が、熱流抑制シート８２を介して配設されている。加熱装置８１は、アルミナ材等の熱容量蓄熱材内に電熱線等を埋設して構成されている。図５に示すように、加熱装置８１は、第１のケース７１における上記筒軸方向の滞留部７６に対応する部分、特に、滞留部７６の拡張部７６ｂを、上記径方向の外側から覆うような筒状をなしている。図５に示すように、加熱装置８１は、第１のケース７１の大径部７１ａの上記筒軸方向の中央よりも他側まで延びている。図５に示すように、加熱装置８１の上記筒軸方向の上記一側の端は、ノズルホルダー７８の上記筒軸方向の上記他側の端に当接している。

【0073】

尚、加熱装置８１への電力は、上記車両に搭載されたバッテリ（図示省略）から供給される。上記バッテリへの充電は、減速時などの走行シーンで、上記車両に搭載された発電機（図示省略）による回生により行うため、燃費を悪化させることは無い。

【0074】

熱流抑制シート８２は、第１のケース７１の上記筒軸方向の滞留部７６に対応する部分と加熱装置８１との間の部分を含んで、加熱装置８１と第１のケース７１との間全体に設けられている。熱流抑制シート８２は、滞留部７６内の水及び水供給路７２における該滞留部７６よりも上流側の水が、加熱装置８１によって直接的に加熱されないようにするためのものである。本実施形態１では、熱流抑制シート８２は、カーボンシート等の高耐熱材で構成されているが、熱流抑制シート８２を介して大径部７１ａの壁に伝わった熱が、その壁を伝って電動機器７４側に流れ過ぎず、大径部７１ａの壁を伝って水供給路７２の水に伝わり、その水温を下げ過ぎないようにするために、例えば、耐熱性が高く、熱伝導率が９０Ｗ／ｍ・Ｋ未満の材料であれば、熱流抑制シート８２をカーボンシート以外の材料で構成してもよい。

【0075】

また、加熱装置８１の上記径方向の外側の部分には、遮熱コーティング層８３が形成されている。これにより、加熱装置８１からの熱流は、上記径方向の内側及び外側には向かい難くなり、高熱伝導材で構成されたノズルホルダー７８に向かうようになる。ノズルホルダー７８に流れ込んだ熱流は、同じく高熱伝導材で構成されたシールリング７９及びバックアップリング８０に流れ込む。その後熱流は、第１のケース７１を介して、水供給路７２におけるノズル部７５近傍の水が加熱される。上述したように、シールリング７９及びバックアップリング８０は、第１のケース７１に密着されているため、熱流に対する接触抵抗が小さくなっている。このため、効率良くノズル部７５近傍の水を加熱することができる。

【0076】

本実施形態１では、加熱装置８１による熱以外にも、排気ポート開口部４６から当該排気ポート４７に排出された直後の排気ガスの熱を、ノズル部７５近傍の水に伝達するようにしている。具体的には、本実施形態１では、図７に示すように、ノズルホルダー７８を、排気バルブシート２６に対して密接するように配設している。詳しくは、例えば、ノズルホルダー７８の外周面に雄ねじを形成する一方、排気バルブシート２６の周面の一部に雌ねじを形成して、ノズルホルダー７８を排気バルブシート２６に対してねじ込む。これにより、ノズルホルダー７８と排気バルブシート２６とが略密着状態になって、水噴射弁６９のノズル部７５が、ノズルホルダー７８を介して排気バルブシート２６と間接的に連結された状態となる。この結果、水噴射弁６９のノズル部７５には、排気バルブシート２６及びノズルホルダー７８を介して、排気ポート４７に排出された直後の排気ガスの熱が伝達されるようになる。

【0077】

本実施形態１では、加熱装置８１及び排気ガスの熱により、水供給路７２内全体におけるノズル部７５近傍の水のみを超臨界状態にするようにしている。ここで、基本的に、水は加熱されると、相対的に温度の高い水（以下、高温水という）が相対的に温度の低い水（以下、低温水という）の方に向かって流れようとする。また、超臨界状態の水は、加熱されると密度が低くなる。このため、本実施形態１のように、上記筒軸方向におけるノズル部７５に近い位置ほど下側に位置するように傾斜していると、上記高温水は、上側に向かって、すなわち、水供給路７２の上流側に向かって該水供給路７２を逆流するように移動しやすい。

【0078】

上記高温水が、水供給路７２を逆流するように上流側に向かって移動すると、ノズル部７５近傍には上記低温水が集まりやすい。ノズル部７５付近に低温水が集まると、該低温水が燃焼室２９内に供給されるようになり、エンジン１の燃焼効率が低下するおそれがある。また、上述したように、針弁７３の上記筒軸方向の上記他側の端部には、針弁７３を作動させるための電動機器７４がある。上記高温水が、水供給路７２を逆流するように上流側に向かって移動すると、上記高温水が電動機器７４に近づくため、電動機器７４の制御装置等が該高温水の熱により故障して、電動機器７４の動作に悪影響が生じるおそれがある。

【0079】

しかしながら、本実施形態１では、滞留部７６及び段差部７７が設けられているため、上記高温水が水供給路７２を逆流するように上流側に向かって移動するのを抑制することができる。詳しくは、上記高温水が水供給路７２の上流側に向かって移動するときには、該高温水は、水供給路７２の上側の面（すなわち、第１のケース７１の筒内の上側の面）に沿って移動する。このため、ノズル部７５近傍から上記高温水が、水供給路７２の上流側に向かって移動する場合、一旦、滞留部７６に流入する。滞留部７６の上記筒軸方向の上記他側の端部には段差部７７が設けられているため、滞留部７６に流入した上記高温水は、段差部７７によって、水供給路７２の上流側への移動が妨げられる。これにより、滞留部７６内に水供給路７２内の水の一部、特に、上記高温水が滞留して、該高温水が水供給路７２を逆流するように上流側に向かって移動するのを抑制することができる。

【0080】

特に、本実施形態１では、滞留部７６の上記筒軸方向の上記一側、すなわち、ノズル部７５に近い側には、傾斜部７６ａが設けられているため、上記高温水が水供給路７２の上流側に移動する際には、該高温水は傾斜部７６ａに沿って滞留部７６内（厳密には、拡張部７６ｂ内）に進入しやすくなる。これにより、水噴射弁６９内で上記高温水が上流側に移動するのがより効果的に抑制される。

【0081】

また、滞留部７６の拡張部７６ｂ及び段差部７７よりも上流側の部分は、上記径方向の外側が熱流抑制シート８２により覆われている。これにより、拡張部７６ｂに滞留する上記高温水、及び段差部７７を超えて該段差部７７よりも上流側に流れた上記高温水には、加熱装置８１からの熱流が伝達されにくくなっている。このため、拡張部７６ｂに滞留する上記高温水及び段差部７７よりも上流側に流れた上記高温水は、温度が低下する。温度が低下すると密度が高くなるため、温度が低下した水は、再びノズル部７５に向かって流れる。これにより、ノズル部７５部近傍の水を、温度が高くかつ密度が高い状態に維持することができる。尚、段差部７７よりも上流側に流れる上記高温水は、滞留部７６内で温度が低下して、密度が僅かに回復することで、段差部７７よりも下側に沈んだ水である。このため、段差部７７よりも上流側に流れる上記高温水は、電動機器７４に到達する前に十分に密度が回復して、ノズル部７５に向かって移動するようになる。

【0082】

以上のように、本実施形態１の水噴射弁６９では、ノズル部７５から滞留部７６の段差部７６ａまでが水を加熱する加熱域となり、滞留部７６の拡張部７６ｂから上流側は加熱を抑制して水を冷却する加熱抑制域になるとともに、加熱域の一部と加熱抑制域の一部とが含まれるように、滞留部７６の部分に低密度水滞留域が形成される。これにより、加熱域には温度が高くかつ密度が高い水が確保されるようにし、温度上昇により密度が低下した水については、低密度水滞留域（つまり、滞留部７６）に滞留させつつ、加熱抑制域で温度を低下させて、密度を回復させた後、再び加熱域に戻すことができる。この結果、高温でかつ密度の高い水を気筒２０内（燃焼室２９内）に噴射することができ、超臨界水の噴射によるＮＯｘ抑制効果等を向上させることができる。

【0083】

したがって、本実施形態では、水噴射弁６９は、筒状の第１のケース７１と、第１のケース７１の筒軸方向に沿って延びるように形成された水供給路７２と、水供給路７２の、上記筒軸方向における上記燃焼室２９側の端部に形成されかつ上記燃焼室２９に水を噴射するためのノズル部７５と、を有し、上記筒軸方向におけるノズル部７５に近い位置ほど下側に位置するように配設されており、水供給路７２におけるノズル部７５寄りの部分には、該ノズル部７５寄りの部分における他の部分よりも流路断面積が大きくなるように径方向の外側に拡張されかつ水供給路７２内の水の一部が滞留する滞留部７６が設けられ、滞留部７６における、上記筒軸方向のノズル部７５とは反対側の端部には、滞留部７６内の水が該滞留部７６よりも上流側に向かって流れるのを抑制するための段差部７７が形成されており、第１のケース７１における、上記筒軸方向の滞留部７６に対応する部分の周囲には、ノズル部７５近傍の水を加熱するための加熱装置８１が設けられているため、加熱装置８１により加熱されて、水供給路７２のノズル部７５近傍から上流側に向かって逆流するように移動しようとする水は、滞留部７６に進入して、該滞留部７６内に滞留する。これにより、水噴射弁６９内で温度の高い水が水供給路７２の上流側に移動するのが抑制される。

【0084】

（実施形態２）
以下、本発明の実施形態２について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0085】

図８は、実施形態２に係る水噴射弁６９の構成を示す。本実施形態２は、水供給路２７２の構成（すなわち、第１のケース７１の筒内の構成）が異なり、その他の構成（加熱装置８１等）は、上記実施形態１と同じであるため、図８及び図９では、加熱装置８１等は省略している。

【0086】

図８（ａ）及び図８（ｂ）に示すように、本実施形態２は、第１のケース７１の筒軸方向から見て上側の部分でかつ段差部７７よりも上流側の部分に絞り部２８４が部分的に形成されている。具体的には、図８（ａ）に示すように、第１のケース７１の筒軸Ｃを含み鉛直方向に平行な断面において、段差部７７が上記実施形態１と比較して、第１のケース７１の上記筒軸Ｃに近い位置まで、第１のケース７１の径方向の内側に延びている。そして、絞り部２８４は、上記径方向における長さを段差部７７と同じ長さにして、上記筒軸方向に沿って、該筒軸方向の他側（ノズル部７５とは反対側）に向かって延ばすことで形成されている。

【0087】

図９に示すように、絞り部２８４が形成された部分は、水供給路２７２の上記上側の部分における、他の部分よりも流路断面積が小さい。具体的に、本実施形態２の水供給路２７２の流路断面積について説明すると、図９に示すように、ノズル部７５側の端部から一定の流路断面積が続いた後、傾斜部７６ａで流路断面積が増加し、拡張部７６ｂでは傾斜部７６ａにおける最大の流路断面積が維持される。そして、絞り部２８４では、水供給路２７２の上記上側の部分で最小の流路断面積となって、その後、絞り部２８４の上流端で流路断面積が僅かに大きくなる。

【0088】

このように、絞り部２８４が形成されていることにより、上記高温水が滞留部７６に滞留しやすくなる。この結果、水噴射弁６９内で上記高温水が水供給路７２の上流側に移動するのが一層効果的に抑制される。

【0089】

（実施形態３）
以下、本発明の実施形態３について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１及び２と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0090】

図１０は、実施形態３に係る水噴射弁６９の構成を示す。本実施形態３は、水供給路３７２の構成（すなわち、第１のケース７１の筒内の構成）が異なり、その他の構成（加熱装置８１等）は、上記実施形態１と同じであるため、図１０では、加熱装置８１等は省略している。

【0091】

図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、本実施形態３でも、上記実施形態２と同様に、第１のケース７１の筒軸方向から見て上側の部分でかつ段差部７７よりも上流側の部分に絞り部２８４が設けられている。本実施形態３では、図１０（ａ）及び図１０（ｂ）に示すように、水供給路３７２における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ上記絞り部２８４に対向する部分に、流路断面積が大きくなるように、第１のケース７１の径方向の外側に向かって広がる流路拡大部３８５が形成されている点で、実施形態１及び２とは異なる。

【0092】

すなわち、水供給路７２内の水は、燃焼室２９内に噴射される際には、ノズル部７５側に向かって流れる。このため、燃焼室２９内への水噴射時に、水供給路３７２内での水の流れをスムーズにするためには、水供給路３７２に絞り部２８４を設けて、該上側の部分の流路断面積を小さくしつつも、水供給路３７２の上側の部分及び下側の部分を含む全体の流路断面積は小さくしないようにすることが望ましい。上記のように流路拡大部３８５を形成すれば、絞り部２８４が設けられた部分において、水供給路３７２の上側の部分の流路断面積は小さくなっているが、水供給路３７２の下側の部分の流路断面積が大きくなっているため、全体の流路断面積は、水供給路３７２における、滞留部７６が設けられた部分を除く他の部分と略同じ（厳密には、ノズル部７５の近傍よりは僅かに小さい）にすることができる。したがって、水供給路３７２に絞り部２８４を形成しつつ、水を燃焼室２９内に噴射する際の水供給路３７２内での水の流れをスムーズにすることができる。

【0093】

流路拡大部３８５は、図１０（ｂ）に示すように、少なくとも、絞り部２８４により減少する流路断面積に相当する大きさの流路断面積が確保されるように形成されていることが好ましい。

【0094】

（実施形態４）
以下、本発明の実施形態４について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１～３と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0095】

図１１は、実施形態４に係る水噴射弁６９の構成を示す。本実施形態４は、水供給路４７２の構成（すなわち、第１のケース７１の筒内の構成）が異なり、その他の構成（加熱装置８１等）は、上記実施形態１と同じであるため、図１１では、加熱装置８１等は省略している。

【0096】

図１１（ａ）及び図１１（ｂ）に示すように、本実施形態３では、水供給路４７２における、上記筒軸方向から見て下側の部分でかつ滞留部７６に対向する部分に、滞留部７６側に向かって突出した突出部４８６が形成されている点で、実施形態１～３とは異なる。このように、突出部４８６が形成されていることで、密度が低くなった上記高温水が水供給路４７２を逆流するように上流側に移動するときに、滞留部７６に向かって流れやすくなる。この結果、水噴射弁６９内で上記高温水が水供給路４７２の上流側に移動するのがさらに効果的に抑制される。

【0097】

また、本実施形態４では、突出部４８６は、図１１（ａ）に示すように、上記筒軸方向の他側（ノズル部７５とは反対側）に向かって滞留部７６側に傾斜した傾斜部４８６ａを有している。この傾斜部４８６ａによって、上記高温水が水供給路４７２の上流側に移動する際に、一層、滞留部７６に向かって流れやすくなる。このため、水噴射弁６９内で上記高温水が水供給路４７２の上流側に移動するのがより一層効果的に抑制される。

【0098】

尚、本実施形態４では、図１１（ｂ）に示すように、突出部４８６は、水供給路４７２の周方向の下側半周分に亘って連続的に形成されているが、水供給路４７２の周方向の半周分よりも短くても良い。また、突出部４８６は、水供給路４７２の周方向に並ぶように、断続的に複数形成されていてもよい。

【0099】

（実施形態５）
以下、本発明の実施形態５について、図面を参照しながら詳細に説明する。尚、以下の説明において実施形態１～４と共通の部分については、同じ符号を付して、その詳細な説明を省略する。

【0100】

図１２は、実施形態５に係る水噴射弁６９のエンジン本体２における配置を示す。本実施形態５は、図１２に示すように、水噴射弁６９は、第１のケース７１の筒軸Ｃが気筒２０の中心軸方向と平行に延びるように配設されている点で、上記実施形態１～４とは異なる。より詳しくは、水噴射弁６９は、気筒２０の中心軸方向及び上記所定方向に垂直な方向から見て（図１２の方向から見て）、吸気ポート３７と排気ポート４７の間の位置に、ノズル部７５が下側を向くとともに、第１のケース７１の筒軸Ｃが気筒２０の中心軸方向と平行に延びるように配設されている。尚、図１２では、燃料噴射弁２２０は、水噴射弁６９と重なって見えないため省略している。

【0101】

上記のように、水噴射弁６９が配設されていると、水噴射弁６９は略鉛直方向に延びるように配設されるため、ノズル部７５近傍の上記高温水は、水供給路５７２の上流側にかなり移動しやすい。このため、水供給路５７２内の構成を、実施形態１～４とは異なるものにしている。

【0102】

図１３は、本実施形態５に係る水噴射弁６９の構成を示す。本実施形態５は、水供給路５７２の構成（すなわち、第１のケース７１の筒内の構成）が異なり、その他の構成（加熱装置８１等）は、上記実施形態１と同じであるため、図１３では、加熱装置８１等は省略している。

【0103】

図１３（ａ）及び図１３（ｂ）に示すように、本実施形態５では、水供給路７２の周方向全体に亘って、滞留部５７６及び絞り部５８４が形成されている。本実施形態５のように、水噴射弁６９は略鉛直方向に延びるように配設されると、ノズル部７５近傍の加熱域で加熱されて、密度が低下した上記高温水は、ほぼそのまま上側（すなわち、水供給路５７２の上流側）に向かって移動する。このため、滞留部５７６及び絞り部５８４を水供給路５７２の全周に亘って形成して、上側に向かって移動した水が、滞留部５７６に進入するようにしている。

【0104】

また、図１３（ａ）に示すように、本実施形態５では、段差部５７７は、第１のケース７１の径方向の内側に向かって、第１のケース７１の筒軸方向の一側（ノズル部７５側）に傾斜している。これにより、水供給路５７２を逆流するように上側に向かって移動した水が、段差部５７７にぶつかったときに、該水は、段差部５７７に沿って滞留部５７６内に進入する。この結果、密度が低下した上記高温水を滞留部５７６内に滞留させやすくなり、水噴射弁６９内で上記高温水が水供給路５７２の上流側に移動するのを効果的に抑制することができる。

【0105】

特に、本実施形態５のように、水噴射弁６９は略鉛直方向に延びるように配設されると、仮に、段差部５７７が、上記筒軸方向に対して垂直な方向に、上記径方向に沿って真っ直ぐ伸びている場合には、段差部５７７に衝突した水が水供給路５７２の上流側に移動してしまうおそれがある。すなわち、仮に、段差部５７７が、上記筒軸方向に対して垂直な方向に、上記径方向に沿って真っ直ぐ伸びている場合、段差部５７７に衝突した水が、該段差部５７７に沿って上記径方向の内側に向かって移動して、水供給路５７２における絞り部５８４よりも上記径方向の内側の部分に進入する可能性がある。したがって、段差部５７７が、第１のケース７１の径方向の内側に向かって、第１のケース７１の筒軸方向の上記一側に傾斜していることより、水噴射弁６９内で上記高温水が水供給路５７２の上流側に移動するのを一層効果的に抑制することができる。

【0106】

（その他の実施形態）
ここに開示された技術は、上記実施形態に限られるものではなく、請求の範囲の主旨を逸脱しない範囲で代用が可能である。

【0107】

例えば、上記実施形態１～４では、段差部７７は、第１のケース７１の筒軸方向に垂直な方向に、第１のケース７１の径方向に沿って真っ直ぐ伸びているが、これに限らず、実施形態５のように、段差部７７が、第１のケース７１の径方向の内側に向かって、上記筒軸方向の一側（ノズル部７５側）に傾斜していてもよい。

【0108】

また、上記実施形態４では、絞り部２８４及び流路拡大部３８５が設けられているものに対して、突出部４８６を設けていたが、これに限らず、上記実施形態１のように、絞り部２８４及び流路拡大部３８５の両方が設けられていないものに対して突出部４８６を設けてもよいし、上記実施形態２のように、絞り部２８４は設けられる一方、流路拡大部３８５が設けられていないものに対して突出部４８６を設けるようにしてもよい。

【0109】

さらに、上記実施形態１～５では、ノズルホルダー７８は、排気バルブシート２６と直接連結されていたが、必ずしも直接連結されていなくてもよい。例えば、ノズルホルダー７８と排気バルブシート２６とが直接連結していない場合でも、ノズルホルダー７８と排気バルブシート２６との間に高熱伝導材で構成された熱伝送シートを配置するようにすることで、排気ポート４７から排気ガスの熱をノズルホルダー７８に伝達することができる。

【0110】

また、上記実施形態１～５では、滞留部７６（５７６）には、傾斜部７６ａ（５７６ａ）が設けられていたが、傾斜部７６ａ（５７６ａ）は、必ずしも設けられていなくてもよい。逆に、滞留部７６（５７６）の全体を、傾斜部７６ａ（５７６ａ）で構成してもよい。すなわち、段差部７７（５７７）の位置まで、滞留部７６（５７６）が、上記筒軸方向の他側（ノズル部７５とは反対側）に向かって、上記径方向の外側に傾斜していてもよい。

【0111】

上述の実施形態は単なる例示に過ぎず、本開示の範囲を限定的に解釈してはならない。本開示の範囲は請求の範囲によって定義され、請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本開示の範囲内のものである。

【産業上の利用可能性】

【0112】

ここに開示された技術は、燃焼室を構成する気筒と、該燃焼室内に臨むように設けられかつ該燃焼室内に高温水を噴射するための水噴射弁とを備えるエンジンに有用である。

【符号の説明】

【0113】

１ エンジン
２０ 気筒
２６ 排気バルブシート
２９ 燃焼室
４７ 排気ポート
６９ 水噴射弁
７１ 第１のケース
７２ 水供給路
７３ 針弁
７４ 電動機器
７５ ノズル部（噴射部）
７６ 滞留部
７６ａ 傾斜部
７７ 段差部
８１ 加熱装置
８２ 熱流抑制シート
２８４ 絞り部
３８５ 流路拡大部
４８６ 突出部
５７６ 滞留部
５７７ 段差部
５８４ 絞り部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】