(57)【要約】【課題】燃料カット運転時の吸気通路内の凝縮水の筒内へ流入を抑制する。【解決手段】本発明の内燃機関システムは、内燃機関の気筒それぞれに対して複数ずつ形成された複数の吸気ポートと、複数の吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、スワールコントロールバルブと、制御装置とを有する。同一気筒の複数の吸気ポートは、スワールコントロールバルブが配置された吸気ポートである第１吸気ポートと、スワールコントロールバルブが配置されていない吸気ポートである第２吸気ポートとを、少なくとも１つずつ含む。第１吸気ポートの入口の底面は、第２吸気ポートの入口の底面よりも下方に形成されている。制御装置は、内燃機関の燃料カット運転の開始時に吸気マニホールドの凝縮水の滞留量が基準量より多い場合、その燃料カット運転が継続している間、スワールコントロールバルブを閉弁するように構成されている。【選択図】図３
2019100256.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の気筒それぞれに対して複数ずつ形成された複数の吸気ポートと、
前記複数の吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、
スワールコントロールバルブと、
前記スワールコントロールバルブの開閉を制御する制御装置と、
を備え、
同一気筒の前記複数の吸気ポートは、前記スワールコントロールバルブが配置された吸気ポートである第１吸気ポートと、前記スワールコントロールバルブが配置されていない吸気ポートである第２吸気ポートとを、少なくとも１つずつ含み、
前記第１吸気ポートの入口の底面は、前記第２吸気ポートの入口の底面よりも下方に形成され、
前記制御装置は、前記内燃機関の燃料カット運転の開始時に前記吸気マニホールドの凝縮水の滞留量が基準量より多い場合、前記燃料カット運転が継続している間、前記スワールコントロールバルブを閉弁するように構成されている、
ことを特徴とする内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＧＲシステムが採用された内燃機関では、ＥＧＲガス中の水分が凝縮して、酸性の凝縮水が吸気通路内で発生する場合がある。酸性の凝縮水の筒内又は吸気マニホール内での長時間の滞留は、内燃機関の各部品の腐食を招く虞がある。凝縮水滞留による腐食防止対策として、例えば、特許文献１には、内燃機関の運転中に筒内に付着した凝縮水の付着量が所定量以上であって、筒内部品の表面温度が所定の温度域にあるときに、内燃機関が停止された場合には、ディーゼルスロットルを開き、ＥＧＲバルブを閉じる制御を行うことが記載されている。この制御により、内燃機関の停止時に、低温の外気が筒内に吸気、排出されるため、筒内が急速に冷却される。これにより特許文献１では、筒内に付着した酸性の凝縮水による腐食の進行の抑制を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−１１４７７６号公報
【特許文献２】特開２０１５−０３６５２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１に記載の制御は、凝縮水の付着量が所定量を超えた場合に、内燃機関の停止時の急速冷却により筒内の部品の腐食の進行を抑制することを目的とする。つまり、内燃機関の停止中又は燃料カット運転中の筒内への凝縮水の流入は何ら抑制されない。従って、依然として内燃機関の停止中又は燃料カット運転中に筒内に滞留する凝縮水により腐食が起きる虞がある。また、例えば吸気バルブが閉まった状態で、筒内に流入した水がバルブ接続部に付着して停止中に凍った場合には、始動時の氷の噛み込みにより吹き抜け失火を起こす虞がある。
【０００５】
また、将来のＮＯｘ規制に対応するため、触媒が活性しないコールドスタートや高負荷域等、ＥＧＲ使用域は、今後拡大される可能性がある。この場合には、より多くの凝縮水が発生し、吸気マニホールド内への滞留量も多くなるため、腐食や凍結等の度合いも大きくなることが考えられる。
【０００６】
従って、内燃機関の停止中や燃料カット運転中等、筒内で凝縮水をすぐに蒸発させることができない場合に、滞留する凝縮水の筒内への流入を防止することができる技術の開発が望まれる。
【０００７】
本発明は、以上の課題を解決することを目的として、凝縮水の筒内への流入を抑制するため改良された内燃機関システムを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、内燃機関システムであって、複数の吸気ポートと、複数の吸気ポートに接続される吸気マニホールドと、スワールコントロールバルブと、制御装置とを有する。吸気ポートは、内燃機関の気筒それぞれに対して複数ずつ形成されている。同一気筒の複数の吸気ポートは、スワールコントロールバルブが配置された吸気ポートである第１吸気ポートと、スワールコントロールバルブが配置されていない吸気ポートである第２吸気ポートとを、少なくとも１つずつ含む。更に、第１吸気ポートの入口の底面は、第２吸気ポートの入口の底面よりも下方に形成されている。
【０００９】
制御装置は、スワールコントロールバルブの開閉を制御する。また、内燃機関の燃料カット運転の開始時に吸気マニホールドの凝縮水の滞留量が基準量より多い場合、その燃料カット運転が継続している間、スワールコントロールバルブを閉弁するように構成されている。
【発明の効果】
【００１０】
スワールコントロールバルブが配置された第１吸気ポートはスワールコントロールバルブが配置されていない第２吸気ポートよりも、その入口における底面が下方になるように形成されている。従って、吸気マニホールドも、第１吸気ポートとの接続部の底面の方が、第２吸気ポートとの接続部の底面よりも低い位置となるように形成される。これにより滞留した凝縮水は、第１吸気ポートと吸気マニホールドとの接続部付近に流れやすい形状となっている。そして燃料カット運転時の滞留水が基準量より多い場合には、スワールコントロールバルブを閉弁とすることで、第１吸気ポートと吸気マニホールドとの接続部付近に、凝縮水を滞留させておくことができる。これにより燃料カット運転中の筒内への凝縮水の流入を抑制することができる。従って、筒内の各部品への酸性の凝縮水の付着を避けることができ、各部品の腐食等による劣化を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施の形態における吸気ポートと吸気マニホールドとの接続部を模式的に示す図である。
【図２】本発明の実施の形態における吸気ポートと吸気マニホールドとの接続部を模式的に示す断面図である。
【図３】本発明の実施の形態における吸気ポートと吸気マニホールドとの接続部の構成を説明するための図である。
【図４】本発明の実施の形態の制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１３】
本実施の形態の内燃機関は、車両に搭載され動力源として用いられる。ここで車両は、例えば、ＨＶ（Hybrid Vehicle）又はＰＨＶ（Plug-in Hybrid Vehicle）であってもよい。また本実施の形態の内燃機関システムは、排気の一部を吸気系に再循環させるＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation）装置を備えている。本実施の形態において内燃機関は４つの気筒を有しているが、気筒の数と配置に限定はない。内燃機関は、気筒が形成されたシリンダブロックとシリンダヘッドとを有している。気筒内にはその軸方向に往復動するピストンが配置されている。シリンダヘッドの下面には、各筒内の上部空間である燃焼室が形成されている。シリンダヘッドには、燃焼室に連通する排気ポートと吸気ポートとが形成されている。各吸気ポートは、吸気マニホールドを介して吸気通路に連通している。
【００１４】
図１及び図２は、吸気ポートと吸気マニホールドとの接続部を模式的に示す図である。図１は、吸気マニホールド１０と吸気ポート１２及び１４との接続部を同一平面に透視して模式的に示したものである。図２は、吸気マニホールド１０と後述する第１吸気ポート１２との接続部の、クランクシャフトに垂直な断面を示している。
【００１５】
図１に示されるように、吸気マニホールド１０には、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路８が接続しており、ＥＧＲ実行時にはＥＧＲ通路８を介して吸気マニホールド１０内にＥＧＲガスが導入されるように構成されている。内燃機関は、気筒ごとに、第１吸気ポート１２と第２吸気ポート１４とを有している。４つの気筒の第１吸気ポート１２と第２吸気ポート１４とは、全て共通の吸気マニホールド１０に連通している。
【００１６】
各気筒の第１吸気ポート１２には、スワールコントロールバルブ（以下「ＳＣＶ」とも称する）２０が設置されている。ＳＣＶ２０は、気筒内でのスワール速度を可変とするためのバルブである。ＳＣＶ２０には、アクチュエータが連繋されており、このアクチュエータの駆動によりＳＣＶ２０の開度が調整され、第１吸気ポート１２を通過する空気の流量が変更される。ＳＣＶ２０は、閉弁状態において吸気ポート１２の入口部分に隙間無く密着するか又は約１ｍｍ以下の隙間しかない状態で吸気ポート１２の入口を閉じるように設計されている。
【００１７】
なお、本実施の形態では、気筒ごとに第１吸気ポート１２と第２吸気ポート１４とを１つずつ有する場合について説明したが、第１吸気ポート１２及び第２吸気ポート１４のうちいずれか一方又は両方を、気筒ごとに複数ずつ有する構成としてもよい。
【００１８】
図３は、図１の破線Ａ部の鉛直方向断面を吸気マニホールド１０側から見た状態を模式的に示している。図２に示されるように、ＳＣＶ２０が設置された第１吸気ポート１２と、ＳＣＶ２０が設置されていない第２吸気ポート１４との、入口面の底面の鉛直方向の位置を比較すると、第１吸気ポート１２の底面の方が低い位置に形成されている。
【００１９】
また、吸気マニホールド１０の、第１吸気ポート１２及び第２吸気ポート１４との接続部の内壁底面は、第２吸気ポート１４の中央部分Ｂ及びその付近が一番高く、第１吸気ポート１２との接続部底面が一番低くなるように傾斜がつけられている。
【００２０】
内燃機関システムは図示しない制御装置を有する。上述したＳＣＶ２０のアクチュエータを含む内燃機関の各種アクチュエータ及び内燃機関の各種センサは、図示しない制御装置に電気的に接続されている。制御装置は、内燃機関システム全体の制御を行うものであり、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭを含むコンピュータを主体として構成されている。ＲＯＭには、後述するＳＣＶ２０の開閉制御のルーチンを含む各種制御ルーチンが記憶されている。制御装置は、各種センサからの信号に基づいて各種制御ルーチンに従って各種アクチュエータを操作することによって内燃機関システムを制御する。
【００２１】
ところで、本実施の形態において内燃機関システムは、ＥＧＲ装置を有している。ＥＧＲ装置により排気ガスが吸気通路側に取り込まれる際には、排気ガスがＥＧＲクーラやインタークーラで冷却された吸気通路内の空気等によって冷却される結果、凝縮水が発生することがある。内燃機関の各気筒で燃焼が行われている状態であれば、発生した凝縮水は燃焼により蒸発し除去される。しかしながら燃料カット（以下「Ｆ/Ｃ」とも称する）運転中は、各気筒での燃焼が実行されない上、気筒へのガスの流れがあるため、発生した凝縮水が気筒に流入する虞がある。
【００２２】
従って、本実施の形態の内燃機関システムは、燃料カット運転中であって、凝縮水が吸気通路内に滞留した状況下では、図２に示されるように、ＳＣＶ２０が閉弁されるように構成されている。上述したようにこの状態ではＳＣＶ２０は、第１吸気ポート１２をほぼ隙間無く閉じる。また、第１吸気ポート１２は、第２吸気ポート１４よりも底面が低く形成されており、吸気マニホールド１０の内壁底面も、第１吸気ポート１２との接続部の方が、第２吸気ポート１４との接続部よりも低くなるように形成されている。
【００２３】
このため、吸気マニホールド１０内に滞留する凝縮水は、図３の破線矢印Ｃに示されるように、第１吸気ポート１２との接続部の低位置に形成された部分に流れ込みやすくなっている。従って、ＳＣＶ２０が閉弁された状態であれば、吸気マニホールド１０内に滞留する凝縮水は、第１吸気ポート１２との接続部の低位置に形成された部分に貯留され、気筒内への流入が防止されることとなる。
【００２４】
図４は、本実施の形態において制御装置が実行する制御のルーチンについて説明するためのフローチャートである。このルーチンは所定の制御間隔で繰り返し実行される。このルーチンでは、まず、ステップＳ１０２において内燃機関の運転中にＦ/Ｃ運転の指令が出されたか否かが判別される。
【００２５】
ステップＳ１０２において、Ｆ/Ｃ運転の指令が検出された場合、次に、ステップＳ１０４に進み、凝縮水の滞留量が基準量を超えているか否かが判別される。ここでは筒内への凝縮水の流入を抑制すべき程度まで凝縮水が滞留しているか否かが判別できればよく、その判別方法は問わない。例えば、今回のＦ/Ｃ運転開始直前の運転状態が所定の条件を満たし、かつその所定の条件を満たす運転状態での積算運転時間が所定時間を超えた場合に、凝縮水の滞留量が基準量を超えていると判別する構成とすることができる。ここで、所定の条件の例としては、例えば、吸気温又は外気温が、凝縮水の発生が予想される温度より低い状態であって、かつＥＧＲ実行状態であることが挙げられる。あるいは、例えば、第１吸気ポート１２の入口部付近の凝縮水の貯留箇所にセンサを設置して凝縮水の滞留量を直接検出して、検出された滞留量が基準量を超えているか否かを判別する構成としてもよい。また、例えば、Ｆ/Ｃ運転開始直前の運転条件が、ＥＧＲ実行中であって、かつ、吸気温又は外気温が凝縮水の発生が予想される温度より低いことを以って、直ちに凝縮水が滞留していると判別する構成としてもよい。
【００２６】
ステップＳ１０４において、吸気マニホールド１０に滞留する凝縮水の滞留量が基準量を超えていると判別された場合、次に、ステップＳ１０６に進み、ガス流量が基準流量より大きいか否かが判別される。ここでの基準流量は、滞留した凝縮水を筒内に流入させるのに必要な流量に基づいて設定される。つまり、ステップＳ１０６においてガス流量が基準流量より大きいと判別することで、滞留した凝縮水が筒内に流入するか否かが判別される。
【００２７】
ステップＳ１０６において、ガス流量が基準流量より大きいと判別された場合、次に、ステップＳ１０８に進み、ＳＣＶ２０が閉じられる。これにより、第１吸気ポート１２の入口はほぼ隙間なく閉じられる。その結果、凝縮水は、ＳＣＶ２０より上流側の第１吸気ポート１２の入口部付近に貯留され、吸気は第２吸気ポート１４からのみ気筒に流入する。これにより、滞留する凝縮水の気筒への流入が防止される。
【００２８】
次に、ステップＳ１１０に進み、噴射信号が出されたか否かが判別される。即ち、Ｆ/Ｃ運転が解除されたか否かが判別される。ステップＳ１１０において、噴射信号が検出されない場合、処理はステップＳ１０８に戻され、噴射信号の検出が確認されるまで、ＳＣＶ２０の閉弁が維持された状態で、ステップＳ１１０の判別が所定の間隔で繰り返される。
【００２９】
ステップＳ１１０において、噴射信号が検出された場合、次に、ステップＳ１１２に進み、燃焼要求によりＳＣＶ２０を開けるか否かが判別される。即ち、現時点での運転域が、ＳＣＶ２０閉弁状態が要求される運転域ではないか否かが判別される。ステップＳ１１２において、ＳＣＶ２０を開弁しないと判別された場合には、処理はステップＳ１０８に戻される。その後、ステップＳ１１２においてＳＣＶ２０を開弁すると判別されるまで、ＳＣＶ２０の閉弁が維持された状態で、ステップＳ１１０の噴射信号有無の判別とステップＳ１１２のＳＣＶ２０を開弁するかの判別とが所定の間隔で繰り返される。
【００３０】
ステップＳ１１２において、ＳＣＶ２０を開弁すると判別された場合、次にステップＳ１１４に進み、ＳＣＶ２０が開弁される。なおここでの開度は、別の制御ルーチンにより運転条件に応じて設定される開度である。その後、今回の処理は終了する。
【００３１】
また、ステップＳ１０２においてＦ/Ｃ運転が検出されないと判別された場合、あるいは、ステップＳ１０４において吸気マニホールド１０の凝縮水の滞留量が基準量以下と判別された場合、あるいは、ステップＳ１０６において吸気流量が基準流量以下であると判別された場合には、ステップＳ１１４に進み、ＳＣＶ２０が開弁された状態とされ、今回の処理は終了する。
【００３２】
以上説明したように、本実施の形態によれば、Ｆ/Ｃ運転中に凝縮水が滞留して気筒に流入する虞がある場合に、ＳＣＶ２０が閉弁されることにより、一時的に凝縮水の流入・貯留場所を確保することができ、凝縮水の気筒への流入を抑制することができる。また、Ｆ/Ｃ運転中の必要な場合にのみＳＣＶ２０を閉弁する構成とすることで、不必要な場合にはＳＣＶ２０を開弁した状態とすることができる。これにより、第１吸気ポート１２や燃焼室内の掃気による付着水滴の除去を効果的に行うことができる。
【００３３】
また本実施の形態の制御によれば、Ｆ/Ｃ運転中にＳＣＶ２０が閉弁され、かつ、そのまま内燃機関の運転が停止した場合にはＳＣＶ２０は閉弁状態が維持される。従って、Ｅ/Ｆ運転後、内燃機関の停止中にも筒内への凝縮水の流入を防ぐことができる。特に、ＨＶ及びＰＨＶは、Ｆ/Ｃ運転での走行後そのまま運転停止とされることが多く、本実施の形態の内燃機関システムの適用は有効である。
【００３４】
なお、本実施の形態では、Ｆ/Ｃ運転が開始された場合に、吸気マニホールド１０内の凝縮水の滞留量が基準量より多いか、及びその凝縮水が気筒に流入する虞があるかを、ステップＳ１０４及びＳ１０６の処理により判別し、凝縮水の滞留量が基準量より多く、かつ気筒に流入する虞があると判別された場合にのみ、ＳＣＶ２０を閉弁する構成とした。しかし、ステップＳ１０４の判別処理のみを行い、ステップＳ１０６の判別処理を省略した構成としてもよい。
【００３５】
また、ステップＳ１０４及びステップＳ１０６の判別処理を省略してもよい。即ち、Ｆ/Ｃ運転が開始された場合、直ちにＳＣＶ２０を閉弁する構成としてもよい。これにより上述したＦ/Ｃ運転中の第１吸気ポート１２等の掃気のメリットは得られないものの、制御は単純化され、かつ、凝縮水が滞留しているか否か、気筒に流入するか否かの判断における誤判別が回避される。従って、気筒内への凝縮水の流入をより確実に回避することができる。
【００３６】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００３７】
８  ＥＧＲ通路
１０  吸気マニホールド
１２  第１吸気ポート
１４  第２吸気ポート
２０  スワールコントロールバルブ
【図１】
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【図２】
2019100256.tif 000004
【図３】
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【図４】
2019100256.tif 000006