| 【発明の名称】 |
筒内噴射エンジンの排ガス還流装置 |
| 【発明者】 |
【氏名】伊藤 繁
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| 【要約】 |
【課題】筒内噴射エンジンの排ガス還流装置に関し、吸気系を分解することなく、燃料噴霧の拡散特性を損ねることや設計自由度の低下を招かないようにしながら、吸気ポート内壁へのデポジットの堆積を確実に防止することができるようにする。
【解決手段】筒内噴射エンジン１の排気の一部を吸気系１３に導く排ガス還流通路５２をそなえ、排ガス還流通路５２に、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤５４ｅを供給する清浄剤供給手段５４をそなえるように構成する。 |
【特許請求の範囲】
【請求項１】 筒内噴射エンジンの排気の一部を吸気系に導く排ガス還流通路をそなえ、該排ガス還流通路に、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤を供給する清浄剤供給手段をそなえたことを特徴とする、筒内噴射エンジンの排ガス還流装置。
【請求項２】 上記清浄剤供給手段は、上記排ガス還流通路に設けられた排ガス還流弁が開いていることを条件に上記清浄剤を供給するように構成されていることを特徴とする、請求項１記載の筒内噴射エンジンの排ガス還流装置。
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【発明の詳細な説明】【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンにおいて排ガスを吸気系に導く、筒内噴射エンジンの排ガス還流装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】エンジン（内燃機関）の排ガス浄化のために、ＥＧＲの導入（排ガス還流）やブローバイガスの導入が行なわれている。ＥＧＲの導入の場合、ＥＧＲ通路を通じて排気通路内の排ガスを吸気通路内に導くことで、燃焼温度を抑えてＮＯｘの発生を低減させており、ブローバイガス、即ち、オイルや炭化水素（ＨＣ）の蒸発成分の導入の場合、吹き抜けガスを吸気通路内に導くことで、未燃燃料等を燃焼させてＨＣの排出を抑えている。
【０００３】しかし、このように吸気通路内に排ガスやブローバイガスが導入されると、図３に示すように、排気ポートに排ガス成分やオイル及び炭化水素（ＨＣ）の蒸発成分の一部がデポジットとして徐々に堆積する。排気ポート内にこのようなデポジットが増えると、吸入量不足による出力低下や、吸気バルブの噛み込みによる筒内圧力の低下等の不具合を招くおそれがある。特に、リーン燃焼を行なうディーゼルエンジンやリーンバーンガソリンエンジンでは、ＥＧＲやブローバイガスの大量導入を行なう場合があるので、デポジットが増加しやすく、かかる不具合を招き易い。
【０００４】デポジットを除去するには、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤が効果的であることが知られており、ガソリンに清浄剤を添加したり予め清浄剤を添加されたガソリンを用いたりして、燃料噴射とともに清浄剤を排気ポート内に供給してデポジットを除去するようにしている。しかしながら、排気ポート内に燃料噴射するエンジンの場合、ガソリンに清浄剤を添加することで排気ポート内のデポジットを除去することができるが、図３に示すように、燃焼室１０１内に燃料を直接噴射する筒内噴射エンジンの場合、ガソリンに清浄剤を添加してインジェクタ１０２から噴射しても、この清浄剤は排気ポート１０３はほとんど到達しないので、排気ポート１０３内のデポジット１０４を除去することはできない。
【０００５】このため、筒内噴射エンジンの場合、吸気系を分解して排気ポート内を洗浄してデポジットを除去することが考えられるが、吸気系の分解には多くの作業工数を必要とし、作業時間がかかり作業コストも大きなものになってしまう。そこで、特開平９−２５６８６７号公報に開示されているように、筒内噴射エンジンにおいて、インジェクタから噴射された清浄剤入りの燃料の一部を開作動中の吸気弁の傘部に衝突させてデポジットの堆積を防止する技術が提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述の公報記載の技術では、以下のような課題がある。吸気弁の傘部に燃料を衝突させるものであるため、燃料噴霧の拡散特性が損なわれてしまうという課題がある。吸気弁の傘部よりも上流側の吸気ポート内壁へは清浄剤入りの燃料はほとんど到達しないので、吸気ポート内壁へのデポジットの堆積を防止する対策としては効果が期待できない。
【０００７】また、インジェクタの取付位置や方向が制限されることから、設計自由度が低下するという課題もある。本発明は、上述の課題に鑑み創案されたもので、吸気系を分解することなく、燃料噴霧の拡散特性を損ねることや設計自由度の低下を招かないようにしながら、吸気ポート内壁へのデポジットの堆積を確実に防止することができるようにした、筒内噴射エンジンの排ガス還流装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】このため、本発明の筒内噴射エンジンの排ガス還流装置は、筒内噴射エンジンの排気の一部を吸気系に導く排ガス還流通路に、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤を供給する清浄剤供給手段をそなえているので、供給される清浄剤によって吸気系の汚れの堆積（デポジット）が抑制される。
【０００９】さらに、上記清浄剤供給手段が、上記排ガス還流通路に設けられた排ガス還流弁が開いていることを条件に上記清浄剤を供給するように構成すると、清浄剤の供給を効率良く行なえ、吸気系の汚れの堆積（デポジット）を効率良く抑制できる。なお、排ガス還流通路内に供給する清浄剤は、加圧して噴射することが好ましい。これにより、清浄剤の霧化，気化が促進されて、清浄剤をより効率良く使用できるようになる。
【００１０】
【発明の実施の形態】以下、図面により、本発明の実施の形態について説明すると、図１，図２は本発明の一実施形態としての筒内噴射エンジンの排ガス還流装置を示すもので、図１はその要部拡大図、図２は本装置をそなえたエンジンの模式的な断面図である。
【００１１】本実施形態にかかる筒内噴射エンジン（以下、直噴ガソリンエンジン又は単にエンジンともいう）は、自動車に搭載され、図２に示すように構成されており、エンジン１のシリンダヘッド２には、各シリンダ３毎に点火プラグ４と燃焼室５内に直接開口する燃料噴射弁６とが設けられ、点火プラグ４は点火コイル４Ａにより燃料噴射弁６はドライバ６Ａによりそれぞれ駆動される。シリンダ３内には、クランクシャフト７に連結されたピストン８が装備され、このピストン８の頂面には半球状に窪んだキャビティ９が形成されている。
【００１２】シリンダヘッド２には、吸気弁１０を介して燃焼室５と連通しうる吸気ポート１１と排気弁１２を介して燃焼室５と連通しうる排気ポート１３とが形成されている。吸気ポート１１は燃焼室５上方に略鉛直に配設され、ピストン８の頂面のキャビティ９と協働して燃焼室５内で吸気による逆タンブル流を形成させる。また、シリンダ３外周のウォータジャケット１５には冷却水温を検出する水温センサ１６が設けられ、クランクシャフト７には所定のクランク角位置で信号を出力するクランク角センサ１７が、吸気弁１０，排気弁１２を駆動するカムシャフト１８，１９にはカムシャフト位置に応じた気筒識別信号を出力する気筒識別センサ（カム角センサ）２０が、それぞれ付設されている。クランク角信号に基づいてエンジン回転速度を算出できるので、クランク角センサ１７はエンジン回転速度検出手段としても機能する。
【００１３】吸気系は、上流側からエアクリーナ２１，吸気管２２，スロットルボディ２３，サージタンク２４，吸気マニホールド２５の順に構成され、吸気マニホールド２５の下流端部に吸気ポート１１が設けられている。スロットルボディ２３には、燃焼室５内へ流入する空気量を調整する空気量調整手段としての電子制御式スロットル弁（ＥＴＶ）３０がそなえられ、このＥＴＶ３０の開度制御は、アクセル開度に応じた制御のみならず、アイドルスピード制御や、後述するリーン運転時の大量吸気導入の制御も行なえるようになっている。
【００１４】さらに、エアクリーナ２１の直ぐ下流部分には吸入空気流量を検出するエアフローセンサ３７が、スロットルボディ２３にはＥＴＶ３０のスロットル開度を検出するスロットルポジションセンサ３８とＥＴＶ３０の全閉を検出してアイドル信号を出力するアイドルスイッチ３９とがそれぞれ設けられている。排気系は、上流側から排気ポート１３を有する排気マニホールド２６，排気管２７の順に構成され、排気管２７には排ガス浄化用の三元触媒２９が介装され、排気マニホールド２６には、Ｏ2センサ４０が設けられている。
【００１５】なお、燃料供給系については図示しないが、圧力が所定の高圧力〔数十気圧（例えば２〜７ＭＰａ）程度〕に調整された燃料が燃料噴射弁６に導かれ、燃料噴射弁６から高圧燃料が噴射されるようになっている。また、アクセルペダルの踏込量（アクセル開度）θapを検出するアクセル開度センサ４２が設けられている。
【００１６】そして、このエンジンには、排気系（ここでは排気ポート１３）から吸気系（ここではサージタンク２４の直上流部）に亘って排ガス還流通路（ＥＧＲ通路）５２と、ＥＧＲ通路５２に介装された排ガス還流弁（ＥＧＲバルブ）５３とからなる排ガス還流装置（ＥＧＲ装置）５１が設けられている。そして、ＥＧＲ通路５２に、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤を吸気系に供給する清浄剤供給機構（清浄剤供給手段）５４が設けられている。本実施形態の清浄剤供給機構５４は、ＥＧＲバルブ５３の動きと連動して作動し、ＥＧＲバルブ５３が開放した時に、清浄剤を吸気系に供給するように構成されている。
【００１７】つまり、図１（ａ）に示すように、ＥＧＲバルブ５３は、内部に排ガス還流用の通路５３ｃが形成されたバルブ本体５３ａと、バルブ本体５３ａに通路５３ｃを開閉するように装備された弁体（ニードル）５３ｂとをそなえ、弁体５３ｂは、電磁コイル５３ｄによって通路５３ｃを閉鎖する閉状態と開放する開状態との間で駆動されるようになっている。
【００１８】そして、バルブ本体５３ａ及び弁体５３ｂには、清浄剤供給通路５４ａ，５４ｂが穿設されており、清浄剤供給通路５４ａは、清浄剤供給配管５４ｃを通じて清浄剤タンク５４ｄと接続されている。清浄剤タンク５４ｄ内には、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤５４ｅが貯蔵されており、清浄剤５４ｅは適当な圧力状態（例えば２ａｔｍ）に加圧されている。また、清浄剤供給通路５４ｂの一端には、弁体５３ｂからＥＧＲ通路５２の下流側へ向けて開口した噴射口５４ｆが形成されている。バルブ本体５３ａの清浄剤供給通路５４ａと弁体５３ｂの清浄剤供給通路５４ｂとは、ＥＧＲバルブ５３の開放時、即ち、弁体５３ｂが所定の開度以上に開放した時、にのみ連通し、ＥＧＲバルブ５３の閉鎖時には連通が遮断されるようになっている。
【００１９】さらに、このエンジンには、シリンダ３，ピストン８間からの吹き抜けガスをシリンダヘッドから吸気系（ここではサージタンク２４）に導くブローバイガス還流通路（ＰＣＶ）５５が設けられている。このブローバイガス還流通路５５には、吸気負圧に応じて開度調整される切換弁（ＰＣＶバルブ）５６が介装されている。
【００２０】そして、点火プラグ４，燃料噴射弁６，ＥＴＶ３０，ＥＧＲバルブ５３といった各エンジン制御要素の作動を制御するために、内燃機関の制御手段としての機能を有する電子制御ユニット（ＥＣＵ）６０がそなえられている。このＥＣＵ６０には、入出力装置，制御プログラムや制御マップ等の記憶を行なう記憶装置，中央処理装置，タイマやカウンタ等がそなえられており、前述の種々のセンサ類からの検出情報やキースイッチの位置情報等に基づいて、このＥＣＵ６０が、上述の各エンジン制御要素の制御を行なうようになっている。
【００２１】特に、本エンジンは、筒内噴射エンジンであり、燃料噴射を自由なタイミングで実施でき、吸気行程を中心とした燃料噴射によって均一混合させ均一燃焼を行なうほか、圧縮行程を中心とした燃料噴射によって前述の逆タンブル流を利用して層状燃焼を行なうことができる。本エンジンの運転モードとしては、Ｏ2センサ４０の検出情報に基づいたフィードバック制御により空燃比を理論空燃比近傍に保持するストイキ運転モードと、空燃比を理論空燃比よりもリッチにするエンリッチ運転モードと、空燃比を理論空燃比よりもリーンにして希薄燃焼させるリーン運転モードとが設けられている。
【００２２】ＥＣＵ６０では、図示しないマップに基づいて、エンジン回転速度（以下、エンジン回転数という）Ｎｅ及びエンジン負荷状態を示す平均有効圧Ｐｅの目標値（目標Ｐｅ）に応じていずれかの運転モードを選択するようになっており、エンジン回転数Ｎｅが小さく目標Ｐｅも小さい状態では層状燃焼による超リーン運転モード（圧縮リーン運転モード）を選択し、エンジン回転数Ｎｅや目標Ｐｅが増加していくにつれて、均一燃焼によるリーン運転モード（吸気リーン運転モード），ストイキ，エンリッチの順に運転モードを選択していく。
【００２３】なお、エンジン回転数Ｎｅはクランク角センサ１７の出力信号から算出され、目標Ｐｅはこのエンジン回転数Ｎｅとアクセル開度センサ４２で検出されたアクセル開度とから算出される。また、ＥＣＵ６０では、ＥＧＲバルブ５３については電磁コイル５３ｄを通じて開閉を制御するが、ＥＧＲバルブ５３は燃焼時にＮＯｘの生成され易い圧縮リーン運転モード時やストイキ運転モード時等の運転モード時に開放され、その開度は、エンジン回転数Ｎｅや目標Ｐｅに応じて設定される。
【００２４】本発明の一実施形態としての筒内噴射エンジンの排ガス還流装置は、上述のように構成されているので、ＥＧＲバルブ５３が閉鎖されていると、図１（ｂ）に示すように、バルブ本体５３ａの清浄剤供給通路５４ａと弁体５３ｂの清浄剤供給通路５４ｂとが連通を遮断されて、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤５４ｅは、噴射されない。
【００２５】そして、エンジンの運転状態に応じて、ＥＧＲバルブ５３が開放されると、図１（ａ）に示すように、バルブ本体５３ａの清浄剤供給通路５４ａと弁体５３ｂの清浄剤供給通路５４ｂとが連通して、清浄剤タンク５４ｄ内の加圧されている吸気系汚れ洗浄用の清浄剤５４ｅが、清浄剤供給配管５４ｃ，清浄剤供給通路５４ａ，５４ｂを経て噴射口５４ｆからＥＧＲ通路５２の下流側へ向けて噴射される。
【００２６】噴射された清浄剤５４ｅは、ＥＧＲガスやブローバイガスとともに吸気系（サージタンク２４の直上流部）に供給されるので、吸気ポート１１の内壁や吸気弁１０の傘部裏側に清浄剤５４ｅが確実に供給され、ＥＧＲガスやブローバイガスの成分による吸気ポート１１の内壁や吸気弁１０の傘部裏側へのデポジット１０４の堆積（図３参照）が確実に防止される。したがって、吸気ポート１１や吸気弁１０へのデポジットの堆積に起因して生じる吸入空気量不足による出力低下や、吸気バルブの噛み込みによる筒内圧力の低下等の不具合を招くおそれを確実に回避することができる。
【００２７】特に、清浄剤５４ｅはＥＧＲガスに混入して吸気ポート１１の内壁や吸気弁１０の傘部裏側に供給されるので、燃料噴射系には何ら影響を与えなることはなく、デポジットの堆積を防止でき、インジェクタの取付位置や方向を制限することもない。もちろん、デポジットを除去するために吸気系を分解する必要もない。また、清浄剤５４ｅの供給は、ＥＧＲバルブ５３の開放と連動して行なわれるので、清浄剤５４ｅが効率良く供給される。つまり、供給された清浄剤５４ｅは、ＥＧＲガス中の未燃のＨＣを分解するため、デポジットの核が生成され難くなって吸入空気とともに燃焼室内に導かれるため、付着したデポジットの分解はもちろんのこと、デポジットの生成自体が抑制されるのである。
【００２８】しかも、清浄剤５４ｅは高温なＥＧＲガスに混ざって供給されるため、清浄剤５４ｅがＥＧＲガスに十分に混合することになり、吸気ポート１１の内壁や吸気弁１０の傘部裏側に満遍なく供給することができるようになる。また、清浄剤５４ｅは、清浄剤タンク５４ｄ内で加圧されＥＧＲガス内に高圧噴射されるので、清浄剤５４ｅがＥＧＲガスに混入する際にその霧化が促進される効果があり、吸気ポート１１の内壁や吸気弁１０の傘部裏側へ清浄剤５４ｅがより満遍なく到達し易くなる。さらに、このＥＧＲガス内に高圧噴射された清浄剤５４ｅは、気化時にＥＧＲガスから気化熱を奪うので、高温のＥＧＲガスを冷却する効果もあり、ＥＧＲガスによる燃焼温度の抑制効果が一層高まり、ＮＯｘ低減効果を高めるため、必要とするＥＧＲ量を低減することが可能になり、デポジットの生成抑制やエンジンの燃焼安定化にも寄与し得る利点もある。
【００２９】ところで、本発明の筒内噴射エンジンの排ガス還流装置は、上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば上記の実施形態では、ＥＧＲバルブ５３を電磁式のもにしているが、吸気負圧を利用したものなどでもよく、ＥＧＲバルブ５３の駆動方式はこれに限定されるものではない。
【００３０】また、上記の実施形態では、ＥＧＲバルブ５３の開放時（例えば所定開度以上の開放時）にこれに連動して、清浄剤５４ｅを供給するようにしているが、清浄剤供給機構（清浄剤供給手段）５４は、これに限定されるものでなく、例えばＥＧＲバルブ５３とは独立してＥＧＲ通路の他の箇所に清浄剤供給機構を設けるなどして、ＥＧＲバルブ５３とは別に清浄剤の供給を制御するようにしても良い。
【００３１】この場合も、清浄剤供給制御には何らかのバルブ等（例えば電磁式や吸気負圧式）を用いることになるが、ＥＧＲバルブ５３の開放時中のさらに特定の条件下に、清浄剤の供給を行なうようにして、清浄剤の霧化やＥＧＲガスの冷却を促進できるようにすることが好ましい。
【００３２】
【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本発明の筒内噴射エンジンの排ガス還流装置によれば、吸気系汚れ洗浄用の清浄剤が還流用排ガス（ＥＧＲガス）とともに吸気系に供給されるので、吸気ポート内壁や吸気弁に清浄剤を確実に供給することができ、この部分に生じやすいデポジットの堆積が確実に防止され、吸入空気量不足による出力低下や、吸気バルブの噛み込みによる筒内圧力の低下等の不具合を招くおそれを確実に回避することができる。また、燃料噴射系には何ら影響を与えなないので、デポジットの堆積を防止でき、インジェクタの取付位置や方向を制限することもない。もちろん、吸気系を分解する必要もない。
【００３３】また、ＥＧＲガス内に清浄剤を供給すると、清浄剤がＥＧＲガスに混入する際にその霧化が促進される効果があり、吸気系の所要部へ清浄剤がより満遍なく到達し易くなる利点もあり、さらに、このＥＧＲガス内に噴射された清浄剤は、気化時にＥＧＲガスから気化熱を奪うので、高温のＥＧＲガスを冷却する効果もある。
【００３４】請求項２記載の本発明の筒内噴射エンジンの排ガス還流装置によれば、排ガス還流弁が開いていることを条件に清浄剤を供給するので、清浄剤が効率良く供給され、吸気系に付着したデポジットの分解はもちろんのこと、デポジットの生成自体が抑制され、効率良くデポジットの堆積を防止することができる。
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| 【出願人】 |
【識別番号】０００００６２８６
【氏名又は名称】三菱自動車工業株式会社
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| 【出願日】 |
平成１２年６月１３日（２０００．６．１３） |
| 【代理人】 |
【識別番号】１０００９２９７８
【弁理士】
【氏名又は名称】真田 有
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| 【公開番号】 |
特開２００１−３５５５２０（Ｐ２００１−３５５５２０Ａ） |
| 【公開日】 |
平成１３年１２月２６日（２００１．１２．２６） |
| 【出願番号】 |
特願２０００−１７６９２２（Ｐ２０００−１７６９２２） |
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