(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの構成部品を洗浄対象部品とするエンジンの洗浄装置であって、
上記洗浄対象部品は、ＥＧＲクーラの排気ガス流路であって、該排気ガス流路へ向かうガスが流れる直上流側通路のガスに過酸化水素を供給する過酸化水素供給手段と、
上記排気ガス流路の直上流側通路における排気ガス通路の近傍で、上記過酸化水素供給手段により供給された過酸化水素を、プラズマによりＯＨラジカルに分解する分解手段とを備えている
ことを特徴とするエンジンの洗浄装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマ等を利用してエンジンの構成部品を洗浄するエンジンの洗浄装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、エンジン堆積物等を除去することによりエンジンを洗浄する洗浄技術が知られている。この種の洗浄技術として、例えば特許文献１に、プラズマを用いたデポジットの除去装置が記載されている。このデポジットの除去装置は、インジェクターの先端部分に生成されたデポジットをプラズマに暴露させる。デポジットは、プラズマ内の高い酸化力の活性種と反応して分解される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−３８０２３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、従来の洗浄技術では、洗浄対象部品がプラズマに暴露される。そのため、洗浄対象部品がプラズマにより損傷するおそれがあった。また、マイクロ波を利用してプラズマを生成するので、マイクロ波が通過できない細孔内を洗浄することができなかった。
【０００５】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、エンジンの構成部品を洗浄するエンジンの洗浄装置において、洗浄対象部品の損傷を抑制又は防止しつつ、ラジカルを洗浄対象部品に供給して洗浄対象部品を洗浄することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
第１の発明は、エンジンの構成部品を洗浄対象部品とするエンジンの洗浄装置を対象とし、上記洗浄対象部品へ向かうガスが流れる上流側通路のガスに過酸化水素を供給する過酸化水素供給手段と、上記上流側通路における洗浄対象部品の近傍で、上記過酸化水素供給手段により供給された過酸化水素をＯＨラジカルに分解する分解手段とを備えている。
【０００７】
第１の発明では、上流側通路における洗浄対象部品の近傍、つまり洗浄対象部品の直上流で、過酸化水素がＯＨラジカルに分解される。そのため、生存期間が短いＯＨラジカルが洗浄対象部品に到達し、洗浄対象部品の堆積物がＯＨラジカルにより酸化されて分解される。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、上記分解手段が、プラズマにより過酸化水素をＯＨラジカルに分解する。
【０００９】
第２の発明では、プラズマにより過酸化水素がＯＨラジカルに分解される。
【００１０】
第３の発明は、噴孔から燃料を噴霧するインジェクターを洗浄するエンジンの洗浄装置を対象とし、上記噴孔の出口近傍にプラズマが供給されるようにプラズマを生成するプラズマ生成手段と、上記インジェクターにおいて噴孔の内側を噴孔の外側よりも低圧に調節する圧力調節手段とを備え、上記インジェクターを洗浄する際に、上記圧力調節手段により噴孔の内側を噴孔の外側よりも低圧に調節すると共に、上記プラズマ生成手段によりプラズマを生成することにより、プラズマにより生成されたラジカルをインジェクターの噴孔の内側へ供給する。
【００１１】
第３の発明では、インジェクターを洗浄する際に、噴孔の内側が噴孔の外側よりも低圧に調節されると共に、噴孔の出口近傍にプラズマが供給される。プラズマにより生成されたラジカルは、噴孔を通じてインジェクターの噴孔の内側へ供給される。その結果、ラジカルにより噴孔の内側の堆積物が分解され、噴孔の内側が洗浄される。
【００１２】
第４の発明は、第３の発明において、上記圧力調節手段が、上記インジェクターにおける噴孔の内側の空間を該空間よりも低圧空間に連通させる。
【００１３】
第４の発明では、インジェクターを洗浄する際に、インジェクターにおける噴孔の内側の空間が該空間よりも低圧空間に連通することで、噴孔の内側が噴孔の外側よりも低圧に調節される。
【００１４】
第５の発明は、第３又は第４の発明において、上記インジェクターを洗浄する際に、上記プラズマ生成手段によりプラズマが供給される領域に過酸化水素を供給する過酸化水素供給手段を備えている。
【００１５】
第５の発明では、プラズマが供給される領域に過酸化水素が供給される。従って、過酸化水素がプラズマにより分解されてＯＨラジカルが生成されるので、大量のＯＨラジカルが噴孔を通じてインジェクターの噴孔の内側へ供給される。
【発明の効果】
【００１６】
第１、第２の各発明では、洗浄対象部品の直上流で過酸化水素を分解し、生存期間が短いＯＨラジカルが洗浄対象部品に到達するようにしている。そのため、洗浄対象部品をプラズマに暴露する場合に比べて洗浄対象部品の損傷を抑制でき、ＯＨラジカルの供給により洗浄対象部品を洗浄することができる。
【００１７】
また、上記第３乃至第５の各発明では、圧力調節手段を設けているので、噴孔の出口近傍で生成されたラジカルをインジェクターの噴孔の内側へ供給して、噴孔の内側を洗浄することができる。従って、インジェクターの噴孔の内側を洗浄可能な洗浄装置を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、実施形態１に係る内燃機関の縦断面図である。
【図２】図２は、実施形態１に係る洗浄装置の概略構成図である。
【図３】図３は、実施形態３に係る内燃機関の縦断面図である。
【図４】図４は、実施形態４に係るインジェクターの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
＜実施形態１＞
【００２０】
本実施形態１は、エンジン２０の構成部品のうちＥＧＲクーラ５０を洗浄対象部品とするエンジンの洗浄装置６０（以下、「洗浄装置」という。）である。洗浄装置６０は本発明の一例である。以下では、洗浄装置６０について説明する前に、まずエンジン２０について説明する。
−エンジンの構成−
【００２１】
本実施形態１のエンジン２０は、ピストン２３が往復動するレシプロタイプのエンジンである。エンジン２０は、図１に示すように、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２３とを備えている。シリンダブロック２１には、横断面が円形のシリンダ２４が複数形成されている。
【００２２】
各シリンダ２４内には、ピストン２３が往復自在に設けられている。ピストン２３は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトに連結されている（図示省略）。クランクシャフトは、シリンダブロック２１に回転自在に支持されている。各シリンダ２４内においてシリンダ２４の軸方向にピストン２３が往復運動すると、コネクティングロッドがピストン２３の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。
【００２３】
シリンダヘッド２２は、ガスケット１８を挟んで、シリンダブロック２１上に載置されている。シリンダヘッド２２は、シリンダ２４及びピストン２３と共に、燃焼室１０を区画する。
【００２４】
シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、スパークプラグ１５が１つずつ設けられている。また、シリンダヘッド２２では、各シリンダ２４に対して、吸気ポート２５及び排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２５には、吸気バルブ２７とインジェクター２９とが設けられている。一方、排気ポート２６には、排気バルブ２８が設けられている。
【００２５】
本実施形態１では、エンジン２０が、排気ガス再循環装置４０を備えている。排気ガス再循環装置４０は、図２に示すように、ＥＧＲ配管路４５とＥＧＲクーラ５０を備えている。なお、図２において、白抜きの矢印は排気ガスの流れを表し、ハッチングされた矢印は冷却水の流れを表す。
【００２６】
ＥＧＲ配管路４５は、排気側配管路４６とＥＧＲバルブ４７と吸気側配管路４８を備えている。排気側配管路４６は、エンジン２０の排気管に接続されている。排気側配管路４６は、排気管を流れる排気ガスを取得する配管路である。ＥＧＲバルブ４７は、排気側配管路４６または吸気側配管路４８に挿入され、ＥＧＲ配管路４５の排ガス流量を調整する。吸気側配管路４８は、エンジン２０の吸気管に接続されている。吸気側配管路４８は、ＥＧＲクーラ５０を通過した排気ガスを吸気管に流入させる配管路である。
【００２７】
ＥＧＲクーラ５０は、排気ガス流路５１と冷媒流路５２を備えている。排気ガス流路５１は、複数の配管路により構成され、各配管路の入口が排気側配管路４６に繋がり、各配管路の出口が吸気側配管路４８に繋がる。排気ガス流路５１は、冷媒流路５２の内部に設けられている。排気ガス流路５１は、ＥＧＲ配管路４５に比べて細い管路であり、内壁に比較的多くのデポジットが付着する。排気ガス流路５１は、洗浄対象部品に相当する。
【００２８】
一方、冷媒流路５２は、冷媒が循環する冷媒回路に接続された配管路である。冷媒流路５２を流れる冷媒は、排気ガス流路５１を流れる排気ガスと熱交換を行う。ＥＧＲクーラ５０は、冷媒と排気ガスの熱交換により、吸気管に戻す排気ガスの温度を制御する。
−洗浄装置の構成−
【００２９】
洗浄装置６０は、プラズマにより過酸化水素を分解して生成されるＯＨラジカルを用いてＥＧＲクーラ５０を洗浄する装置である。洗浄装置６０は、例えば排気ガス再循環装置４０の動作前に洗浄動作を行う。洗浄装置６０は、プラズマ生成器６５と過酸化水素供給器７５を備えている。
【００３０】
プラズマ生成器６５は、過酸化水素供給器７５から供給された過酸化水素をＯＨラジカルに分解する分解手段を構成している。プラズマ生成器６５は、図３に示すように、パルス発生器６６と電磁波用電源６７と電磁波発振器６８と混合器６９と放電器７０と制御装置７１とを備えている。プラズマ生成器６５は、放電器７０の放電ギャップにおいて放電を生じさせると共に電磁波発振器６８から発振されるマイクロ波を放電ギャップへ放射することにより、非平衡のマイクロ波プラズマを生成する。
【００３１】
具体的に、パルス発生器６６は、直流電源（図示省略）に接続されている。パルス発生器６６は、例えばイグニッションコイルであり、制御装置７１から放電信号を受けると、直流電源から印加された電圧を昇圧し、昇圧後の高電圧パルスを混合器６９へ出力する。
【００３２】
放電器７０は、例えばスパークプラグである。放電器７０は、パルス発生器６６に電気的に接続された放電電極と、その放電電極との間に放電ギャップを形成する接地電極とを備えている。放電器７０は、高電圧パルスを受けると、放電ギャップにおいてスパーク放電を生じさせる。放電器７０は、放電器７０の放電ギャップが排気側配管路４６（上流側通路）におけるＥＧＲクーラ５０の近傍（つまり、ＥＧＲクーラ５０の直上流）に位置している。
【００３３】
電磁波用電源６７は、直流電源に接続されている。電磁波用電源６７は、制御装置７１から電磁波発振信号（例えばＴＴＬ信号）を受けると、所定のデューティー比で所定の設定時間に亘って電磁波発振器６８へパルス電流を出力する。
【００３４】
電磁波発振器６８は、例えばマグネトロンや半導体発振器である。電磁波発振器６８は、電磁波用電源６７に電気的に接続されている。電磁波発振器６８は、パルス電流を受けると、混合器６９にマイクロ波パルスを出力する。
【００３５】
混合器６９は、パルス発生器６６から出力された高電圧パルスと、電磁波発振器６８から出力されたマイクロ波パルスを混合して放電器７０に出力する。
【００３６】
プラズマ生成器６５では、高電圧パルスとマイクロ波パルスが放電器７０の放電電極に供給されると、放電ギャップでスパーク放電が生じ、そのスパーク放電により生じた放電プラズマに対して、放電電極からマイクロ波が照射される。放電電極は、電磁波用のアンテナとして機能する。スパーク放電により生じた放電プラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。このようにして、プラズマ生成器６５は、ＥＧＲクーラ５０の排気ガス流路５１の直上流で非平衡のマイクロ波プラズマを生成する。
【００３７】
過酸化水素供給器７５は、ＥＧＲクーラ５０へ向かう排気ガスが流れる排気側配管路４６の排気ガスに過酸化水素を供給する。過酸化水素供給器７５は、過酸化水素タンク７６と過酸化水素噴射器７７と供給ポンプ（図示省略）を備えている。過酸化水素タンク７６には、過酸化水素の水溶液が貯留されている。過酸化水素噴射器７７は、過酸化水素タンク７６に接続されている。過酸化水素噴射器７７は、排気側配管路４６において放電器７０に対向するように設けられている。過酸化水素噴射器７７は、噴口が放電器７０の放電ギャップを向いており、供給ポンプ（図示省略）によって過酸化水素タンク７６から供給された過酸化水素を放電ギャップへ向けて噴射する。
−洗浄装置の動作−
【００３８】
洗浄装置６０は、ＥＧＲクーラ５０の排気ガス流路５１の内部を洗浄するための洗浄動作を行う。
【００３９】
洗浄動作では、まずＥＧＲバルブ４７によりＥＧＲ配管路４５の排気ガス流量が制御される。次に、過酸化水素供給器７５が過酸化水素を放電器７０の放電ギャップへ噴射すると同時に、プラズマ生成器６５がマイクロ波プラズマを生成する。その結果、放電ギャップへ供給された液滴中の過酸化水素がマイクロ波プラズマにより分解されてＯＨラジカルが生成される。生成されたＯＨラジカルは生存時間が短い。しかし、ＥＧＲクーラ５０の排気ガス流路５１の直上流でＯＨラジカルが生成されるため、ＯＨラジカルが排気ガス流路５１に供給される。プラズマ生成器６５は、ＯＨラジカルが排気ガス流路５１に到達するように配置されている。従って、排気ガス流路５１のデポジットがＯＨラジカルにより分解され、排気ガス流路５１が洗浄される。
【００４０】
なお、ＥＧＲクーラ５０内における排気ガス流路５１の上流にプラズマ生成器６５を配置してもよいし、過酸化水素供給器７５もＥＧＲクーラ５０内における排気ガス流路５１の上流に配置してもよい。
−実施形態１の効果−
【００４１】
本実施形態１では、ＥＧＲクーラ５０の排気ガス流路５１の直上流で過酸化水素を分解し、生存期間が短いＯＨラジカルが排気ガス流路５１に到達するようにしている。そのため、排気ガス流路５１をプラズマに暴露する場合に比べて排気ガス流路５１の損傷を抑制でき、ＯＨラジカルの供給により排気ガス流路５１を洗浄することができる。また、ＥＧＲクーラ５０の目詰まりを予防でき、ＥＧＲクーラ５０の汚れ付着による温度制御機能の低下を防止できる。
−実施形態１の変形例−
【００４２】
実施形態１の変形例では、洗浄装置６０が、ＥＧＲクーラ５０以外のエンジン２０の構成部品（例えば、ＥＧＲバルブ４７）を洗浄対象部品としている。洗浄装置６０は、ＥＧＲ配管路４５におけるＥＧＲバルブ４７の直上流に設けられている。この変形例によれば、ＥＧＲバルブ４７に付着した汚れをＯＨラジカルにより分解洗浄できる。また、ＥＧＲバルブ４７のつまりを予防でき、ＥＧＲバルブ４７の動作不良を改善および予防できる。なお、排気管のセンサを洗浄対象部品としてもよい。
＜実施形態２＞
【００４３】
本実施形態２は、インジェクター２９の内部を洗浄するエンジンの洗浄装置６０である。以下では、実施形態１と異なる点について説明する。
−エンジンの構成−
【００４４】
本実施形態２のエンジン２０は、図３に示すように、実施形態１とは異なり、インジェクター２９が燃料を燃焼室１０に直接噴射するタイプのエンジン（例えば、ディーゼルエンジン、直噴のガソリンエンジン）である。
【００４５】
燃料噴射装置３０は、図３及び図４に示すように、燃焼室１０に燃料を噴射するインジェクター２９と、インジェクター２９へ供給する高圧燃料を蓄える蓄圧器３２と、燃料タンク３３の燃料を加圧して蓄圧器３２に供給する供給ポンプ３４とを備えている
【００４６】
インジェクター２９は、シリンダヘッド２２における燃焼室１０の天井面の中心に配置されている。インジェクター２９の先端には、図４に示すように、燃焼室１０に燃料を噴射するための複数の噴孔８２が形成されている。インジェクター２９では、ニードル弁８０を軸方向に移動させることにより噴孔８２が開閉される。インジェクター２９の内側には、噴孔８２の入口が開口する内部空間８３が形成されている。
【００４７】
蓄圧器３２には、燃料供給管８５が接続されている。燃料供給管８５は、蓄圧器３２と内部空間８３とを連通している。燃料供給管８５には開閉弁８６が設けられている。
【００４８】
燃料噴射装置３０は、ニードル弁８０の先端が弁座から離れると開状態になる。そうすると、蓄圧器３２の燃料が、燃料供給管８５を通じてインジェクター２９の内部空間８３（燃料経路）へ流入し、その内部空間８３に流入した燃料が、各噴孔８２を通じて燃焼室１０へ噴射される。燃料噴射装置３０は、使用期間が長くなるにつれて、噴孔８２の内壁や内部空間８３の内壁へデポジットが付着してゆく。
−洗浄装置の構成−
【００４９】
洗浄装置６０は、マイクロ波プラズマにより生成されるＯＨラジカルを用いてインジェクター２９の内部を洗浄する装置である。洗浄装置６０は、例えばエンジン２０の始動前に洗浄動作を行う。
【００５０】
洗浄装置６０は、実施形態１と類似の構造のプラズマ生成器６５（プラズマ生成手段）を備えるが、実施形態１とは異なり過酸化水素供給器７５を備えていない。プラズマ生成器６５は、放電器７０の構造が実施形態１とは異なる。
【００５１】
放電器７０は、シリンダヘッド２２に形成された取付孔に嵌め込まれている。放電器７０の先端は、燃焼室１０に繋がる噴孔９１が開口するプラズマ生成空間９０に露出している。プラズマ生成器６５において、高電圧パルス及びマイクロ波パルスが混合器６９を介して放電器７０へ供給されると、プラズマ生成空間９０でマイクロ波プラズマが生成され、プラズマ生成空間９０の圧力が上昇する。その結果、プラズマが、噴孔９１を通じて燃焼室１０へ噴射される。プラズマは、インジェクター２９の先端へ向けて噴射される。プラズマ生成器６５は、プラズマジェット式に構成され、インジェクター２９の噴孔８２の出口近傍にプラズマを供給する。
【００５２】
また、洗浄装置６０は、インジェクター２９の内部空間８３の内圧を調節する内圧調節部８１（圧力調節手段）を備えている。内圧調節部８１は、インジェクター２９の内部空間８３のガスを排出するための排出通路８７と、該排出通路８７を開閉する排出バルブ８８とを備えている。排出通路８７における内部空間８３とは逆側は、例えばエンジン２０の排気管に接続されている。内圧調節部８１は、排出バルブ８８を開状態に設定することで、インジェクター２９における噴孔８２の内側の内部空間８３を、該内部空間８３よりも低圧の排気管に連通させる。内圧調節部８１は、内部空間８３の圧力を低下させて、インジェクター２９において噴孔８２の内側を噴孔８２の外側よりも低圧に調節する。
−洗浄装置の動作−
【００５３】
洗浄装置６０は、インジェクター２９の内部を洗浄するための洗浄動作を行う。洗浄動作では、内圧調節部８１により噴孔８２の内側を噴孔８２の外側よりも低圧に調節すると共に、プラズマ生成器６５によりマイクロ波プラズマを生成することにより、マイクロ波プラズマにより生成されたラジカルをインジェクター２９の噴孔８２の内側へ供給する。
【００５４】
具体的に、洗浄動作では、クランクシャフトを回転させ、ピストン２３をシリンダ２４内で往復運動させる。そして、制御装置７１は、ピストン２３の位置が下死点にあることを感知すると、吸気バルブ２７と排気バルブ２８を閉じると同時に、排出バルブ８８を開ける。このとき、インジェクター２９では、ニードル弁８０が弁座から離れた開状態になっている。また、燃料供給管８５の開閉弁８６は閉鎖されている。そうすると、ピストン２３が上死点に向かう過程で、燃焼室１０のガスが、噴孔８２を通じてインジェクター２９の内部空間８３へ押し込まれ、その内部空間８３のガスが排出通路８７を通じてエンジン２０の排気管へ排出される。
【００５５】
他方、制御装置７１は、ピストンが上死点へ向かう過程でマイクロ波プラズマが生成されるように洗浄装置６０を制御する。マイクロ波プラズマは、噴孔９１から噴射され、インジェクター２９の噴孔８２の出口近傍に供給される。その結果、マイクロ波プラズマにより生成されたラジカルが、燃焼室１０のガスと共にインジェクター２９の内部空間８３へ流入し、そのラジカルによりインジェクター２９の内部が洗浄される。
−実施形態２の効果−
【００５６】
本実施形態２では、内圧調節部８１を設けているので、噴孔８２の出口近傍で生成されたラジカルをインジェクター２９の噴孔８２の内側へ供給して、噴孔８２の内側を洗浄することができる。従って、インジェクター２９の噴孔８２の内側を洗浄可能な洗浄装置６０を実現することができる。そして、デポジットの蓄積によるインジェクター２９の目詰まり又は動作不良を防止できる。
−実施形態２の変形例１−
【００５７】
実施形態２の変形例１では、洗浄動作の際に、プラズマ生成器６５によりプラズマが供給される領域（つまり、インジェクター２９の噴孔８２の出口近傍）に過酸化水素を供給する過酸化水素供給器７５を備えている。過酸化水素噴射器７７は、シリンダヘッド２２に取り付けられている。
【００５８】
変形例１では、プラズマが供給される領域に過酸化水素が供給されるので、プラズマにより過酸化水素が分解されてＯＨラジカルが大量に生成される。従って、より多くのＯＨラジカルをインジェクター２９の噴孔８２の内側へ供給することができる。
−実施形態２の変形例２−
【００５９】
実施形態２の変形例２では、排出通路８７に排出ポンプが設けられている。排出ポンプは、洗浄動作の際に、インジェクター２９の内部空間８３のガスを強制的にエンジン２０の排気管に排出する。変形例２では、洗浄動作の際に、排気バルブ２８及び吸気バルブ２７を閉じた状態で、クランクシャフトを回転させることなく、噴孔８２を通じて内部空間８３へ燃焼室１０のガスを導入することができる。変形例２によれば、クランクシャフト回転による騒音や振動を抑制できる。
【００６０】
なお、排出ポンプを使用せずに、プラズマ生成によって発生する熱で燃焼室１０の圧力を高めて、燃焼室１０とエンジン２０の排気管とに圧力差を生じさせて、噴孔８２を通じて内部空間８３へ燃焼室１０のガスを導入するようにしてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上説明したように、本発明は、プラズマ等を利用してエンジンの構成部品を洗浄するエンジンの洗浄装置について有用である。
【符号の説明】
【００６２】
２０    エンジン
５０    ＥＧＲクーラ（洗浄対象部品）
６０    洗浄装置
６５    プラズマ生成器（分解手段）
７５    過酸化水素供給器（過酸化水素供給手段）
【図１】
0005842195.tif 000002
【図２】
0005842195.tif 000003
【図３】
0005842195.tif 000004
【図４】
0005842195.tif 000005