(57)【要約】      （修正有）【課題】燃料を噴射するインジェクタの昇温に起因するデポジットの生成、堆積を抑制する。【解決手段】燃料を噴射するインジェクタ１１を吸気ポート５２に配置したポート噴射式の内燃機関において、インジェクタ１１の先端部近傍の雰囲気を吸引する吸引機構６を設け、吸引機構６により、インジェクタ１１の先端部に形成されている燃料流通路を吸引するものとすれば、デポジットの発生要因となる燃料流通路に残留する燃料を好適に除去することができる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を噴射するインジェクタを吸気ポートに配置したポート噴射式の内燃機関において、
インジェクタの先端部近傍の雰囲気を吸引する吸引機構を設けたことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記吸引機構は、インジェクタの先端部に形成されている燃料流通路を吸引するものである請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料を噴射するインジェクタを吸気ポートに配置したポート噴射式の内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
吸気ポートに向けて燃料を噴射するポート噴射式の内燃機関において、気筒に流入する吸気に燃料を好適に混交せしめるべく、インジェクタをシリンダヘッドに組み付け、インジェクタをより燃焼室に近い位置に配置する試みがなされている。
【０００３】
吸気ポートは燃焼室に隣接している。インジェクタを燃焼室に近づけた場合、これが吸気ポート内の高温の雰囲気に曝される上、燃焼室の天井部を構成するシリンダヘッドからも熱伝導を受けることとなる。結果、インジェクタの（噴孔を有する）先端部の温度が顕著に上昇する。
【０００４】
インジェクタの先端部の温度上昇は、当該インジェクタから噴射された燃料の気化を促進し、その気化潜熱による燃焼室内温度の低下をもたらす。つまり、ノッキングの防止（そして、ノッキングの抑制のための点火タイミングの遅角化の回避）にとって有利である。
【０００５】
反面、インジェクタにデポジットが付着、堆積しやすくなるという副作用を招く。とりわけ、内燃機関の運転停止直後の時期（デッドソーク）に、冷却水の循環及び吸気の流通が停止することで放熱作用が失われ、インジェクタ周辺の温度が上昇する。その昇温が、インジェクタの先端部に残留した燃料の変質ひいてはデポジットの発生を促進する。
【０００６】
インジェクタへのデポジットの堆積その他の不具合を回避するべく、インジェクタの近傍に相変化により冷熱を吸収／放出する潜熱蓄冷材を配設することも考えられている（例えば、下記特許文献を参照）。だが、蓄冷材を配設するスペースの確保が難しい上、コストが増加するきらいもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２０１３−１８５４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、燃料を噴射するインジェクタを吸気ポートに配置したポート噴射式の内燃機関において、インジェクタへのデポジットの堆積を抑制することを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明では、燃料を噴射するインジェクタを吸気ポートに配置したポート噴射式の内燃機関において、インジェクタの先端部近傍の雰囲気を吸引する吸引機構を設けたことを特徴とする内燃機関を構成した。
【００１０】
本発明は、以下に述べる作用のうちの少なくとも一つを営む。第一の作用は、デポジットの発生要因となる、インジェクタの先端部に残留する燃料を吸引して除去する作用である。第二の作用は、特に内燃機関の停止直後の時期において、インジェクタ周辺に熱が溜まることを抑制し、インジェクタの先端部が加熱されることを回避する作用である。
【００１１】
前記吸引機構を、インジェクタの先端部に形成されている燃料流通路を吸引するものとすれば、燃料流通路に残留する燃料を好適に除去することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、ポート噴射式の内燃機関におけるインジェクタへのデポジットの付着、堆積を抑制することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態の内燃機関の燃焼室及び吸気ポートの周辺部を拡大して示す断面図。
【図３】同実施形態におけるインジェクタを拡大して示す断面図。
【図４】本発明の変形例における内燃機関の燃焼室及び吸気ポートの周辺部を拡大して示す断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態の内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（特に、三気筒エンジン。図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。
【００１５】
燃料を噴射して気筒１に供給するインジェクタ１１は、各気筒１の吸気ポート５２近傍に設ける。図２に、気筒１の燃焼室５１及び吸気ポート５２周辺の部位を拡大して示す。本実施形態では、インジェクタ１１をできる限り燃焼室５１に近い位置に配置するべく、インジェクタ１１を吸気マニホルド３４でなくシリンダヘッド５に支持させている。インジェクタ１１は、気筒１の燃焼室５１に連通する吸気ポート５２毎に、吸気ポート５２の数と同数配備する。一つの気筒１に二つの吸気ポート５２を有する態様の内燃機関では、各気筒１毎に二個のインジェクタ１１を設置することになる。
【００１６】
また、各気筒１の燃焼室５１の天井部に、点火プラグ１２を取り付けている。点火プラグ１２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１７】
吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポート５２へと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００１８】
排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させたことで生じる排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００１９】
ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）装置２は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路４における触媒４１の上流側と吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流側とを連通するＥＧＲ通路２１と、ＥＧＲ通路２１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路２１を開閉し当該ＥＧＲ通路２１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ２３とを要素とする。ＥＧＲ通路２１の入口は、排気通路４における排気マニホルド４２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路２１の出口は、吸気通路３におけるスロットルバルブ３２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク３３に接続している。
【００２０】
その上で、本実施形態の内燃機関には、インジェクタ１１の先端部に形成されている燃料流通路１１１内の雰囲気を吸引する吸引機構６を配設している。
【００２１】
図２及び図３に示すように、吸引機構６は、インジェクタ１１の先端部の傍らに形成した雰囲気吸引路６１と、当該雰囲気吸引路６１に負圧を供給する負圧供給手段（図示せず）とを要素とする。本実施形態におけるインジェクタ１１は、その先端部に、噴孔１１３と、噴孔１１３から噴射される高圧燃料が流通する燃料流通路１１１と、当該燃料流通路１１１に連なる分岐路１１２とを有している。燃料流通路１１１は、インジェクタ１１を開閉する弁体（ニードル弁）よりも下流側に位置する。分岐路１１２は、インジェクタ１１の軸心方向に対して直交する径方向に延伸し、インジェクタ１１の先端部の外周面に開口する。
【００２２】
他方、雰囲気吸引路６１は、インジェクタ１１が嵌め込まれるシリンダヘッド５のインジェクタ挿入孔５４に連通するように、シリンダヘッド５内部に形成してある。雰囲気吸引路６１は、インジェクタ１１毎に、インジェクタ１１の数と同数配備することが好ましい。一つの気筒１に二つの吸気ポート５２を有し、各気筒１毎に二個のインジェクタ１１を設けている内燃機関にあっては、各気筒１毎に二個の雰囲気吸引路６１を設けることになる。
【００２３】
負圧供給手段は、例えば、負圧を蓄える負圧タンクである。負圧タンクは、内燃機関の運転中にクランクシャフトから回転トルクの伝達を受けて稼働する機械式のポンプ、または車載のバッテリから電力の供給を受けて稼働する電動ポンプによって内部の雰囲気が吸引され、その内部が負圧化するものである。負圧タンクは、雰囲気吸引路６１に接続し、必要に応じてその蓄えていた負圧を雰囲気吸引路６１に供給することができる。換言すれば、負圧タンクは、雰囲気吸引路６１を介して、これに連通する分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を吸引することが可能である。
【００２４】
負圧タンクが吸引する雰囲気中には、燃料成分が含まれる。これをそのまま大気中に放出することは決して好ましくない。そこで、負圧タンクに吸着器（図示せず）を付設し、この吸着器に燃料成分を吸着、捕捉させる。吸着器は、燃料を吸着する活性炭を充填したチャコールキャニスタを主体とする。吸着した燃料は、内燃機関の運転中に発生する吸気負圧を利用して吸気通路３に送出し、吸気に混交して気筒１にて燃焼処理する。
【００２５】
あるいは、負圧供給手段として、内燃機関の停止中も稼働可能な電動ポンプを雰囲気吸引路６１に接続し、当該電動ポンプにより分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を吸引するようにしてもよい。電動ポンプが吸引して吐出した雰囲気は、別のタンク（図示せず）に蓄えることが考えられる。さらには、電動ポンプの吸引口（上流）側、吐出口（下流）側または当該タンクに吸着器を付設し、電動ポンプが吸引する雰囲気中に含まれる燃料を吸着器に吸着させることが好ましい。
【００２６】
雰囲気吸引路６１と、負圧供給手段たる負圧タンク及び／電動ポンプとの間には、ＥＣＵ０が開閉操作できる電磁ソレノイド等のバルブ（図示せず）を介設しておく。
【００２７】
内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２８】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する吸気温・吸気圧センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｄ、内燃機関の温度を示唆する冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｅ、外気温を検出する外気温センサから出力される外気温信号ｆ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｇ、大気圧を検出する大気圧センサから出力される大気圧信号ｈ等が入力される。
【００２９】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタに対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、ＥＧＲバルブ２３に対して開度操作信号ｌ等を出力する。
【００３０】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、要求ＥＧＲ量（または、ＥＧＲ率）等といった運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌを出力インタフェースを介して印加する。
【００３１】
また、ＥＣＵ０は、本実施形態における負圧供給手段を構成する負圧タンク及び／または電動ポンプと雰囲気吸引路６１との間に介在するバルブに対して、当該バルブを開閉するための制御信号ｍを出力する。負圧供給手段として電動ポンプを用いている場合には、当該電動ポンプを稼働させるための制御信号ｎをも出力する。
【００３２】
しかして、ＥＣＵ０は、内燃機関の運転が停止したとき、負圧供給手段たる負圧タンク及び／または電動ポンプにより、雰囲気吸引路６１を介してインジェクタ１１の分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を吸引する。結果、インジェクタ１１の燃料流通路１１１内に残留する燃料が除去される。加えて、噴孔１１３から燃料流通路１１１、分岐路１１２を経由して雰囲気吸引路６１へと向かう気流（空気の流れ）が、インジェクタ１１の先端部を冷却する。
【００３３】
なお、内燃機関の停止中、スロットルバルブ３２は僅かながら開いている。
【００３４】
内燃機関の停止後における、雰囲気吸引路６１を介した分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気の吸引は、連続して行ってもよいし、断続的（間欠的）に行ってもよい。分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を断続的に吸引するためには、電動ポンプを断続的に稼働させるか、負圧タンクまたは電動ポンプと雰囲気吸引路６１との間に介在するバルブを反復的に開閉すればよい。
【００３５】
内燃機関の停止後における、分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を吸引する期間、即ちインジェクタ１１の先端部に残留する燃料の吸引除去及びインジェクタ１１の先端部の空冷の期間は、内燃機関の停止直後から、インジェクタ１１の先端部及びその周辺の温度が十分に低下してデポジットが生成される可能性がほぼなくなるまでとする。当該期間の長さは、常に一定としてもよいが、内燃機関の状態等に応じて可変としてもよい。典型的には、内燃機関の停止後、冷却水温が所定値に低下するまでの間をインジェクタ１１の残留燃料の除去及び空冷の期間として、分岐路１１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を雰囲気吸引路６１側に引き込む。
【００３６】
内燃機関の停止時の冷却水温が高いほど、内燃機関の停止時の吸気温が高いほど、及び／または、内燃機関の停止時の外気温が高いほど、上記の期間を長くすることも考えられる。
【００３７】
内燃機関の停止前の運転状況に基づき、上記の期間を伸縮させてもよい。例えば、内燃機関の停止前の一定期間におけるアクセル開度、気筒１に充填された吸気量または燃料噴射量の積算値が大きいほど、上記の期間を長くする。
【００３８】
内燃機関（のクランクシャフト及びカムシャフトの回転）が完全に停止した時点で、何れかの気筒１の吸気バルブ５３が開弁している場合には、何れの気筒１の吸気バルブ５３も開弁していない場合と比較して、インジェクタ１１の残留燃料の除去及び空冷の期間をより長く設定することも好ましい。吸気バルブ５３が開弁した状態であると、燃焼室５１内の高熱が吸気ポート５２を介してインジェクタ１１に伝わりやすくなるからである。この場合において、可能であれば、吸気バルブ５３が開弁している気筒１に付随するインジェクタ１１の残留燃料の除去及び空冷の期間を、吸気バルブ５３が開弁していない気筒１に付随するインジェクタ１１についての上記の期間よりも長くする。内燃機関の停止時点での各気筒１の吸気バルブ５３の状態、即ちクランクシャフト及び吸気カムシャフトの停止姿勢（絶対的な回転角度）は、内燃機関が停止する際のクランクシャフトの回転速度の低下の推移を基に推定することができる。
【００３９】
内燃機関の停止前にアイドリングのみが行われていたような場合には、上記の期間を０とする、即ち内燃機関の停止後に分岐路１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気を吸引しないこともあり得る。
【００４０】
因みに、分岐路１２及び燃料流通路１１１内の雰囲気の吸引を、内燃機関の運転中に実行することも可能である。その場合、インジェクタ１１から燃料を噴射していない時期、即ちインジェクタ１１が開弁していない時期に、負圧供給手段たる負圧タンクまたは電動ポンプと雰囲気吸引路６１との間に介在するバルブを開弁し、及び／または、負圧タンクたる電動ポンプを稼働させる。これにより、インジェクタ１１から吸気ポート５２に向けて燃料を噴射する都度、インジェクタ１１の先端部の燃料流通路１１１内に残留する燃料を吸引除去でき、燃料噴射の機会毎の（残留燃料に起因した）燃料噴射量のばらつきが小さくなって、混合気の空燃比の制御の精度が向上する。
【００４１】
本実施形態では、燃料を噴射するインジェクタ１１を吸気ポート５２に配置したポート噴射式の内燃機関において、インジェクタ１１の先端部近傍の雰囲気を吸引する吸引機構６を設けたことを特徴とする内燃機関を構成した。
【００４２】
本実施形態によれば、内燃機関の停止直後の時期（デッドソーク）にインジェクタ１１の周辺に熱が溜まることを緩和しつつ、インジェクタ１１の先端部を空冷することができる。並びに、デポジットの発生要因となる、インジェクタ１１の先端部の燃料流通路１１１に残留する燃料を吸引して除去することができる。従って、デポジットの生成及び堆積を抑制することができるので、インジェクタ１１の燃料噴射性能を長期に亘り維持することが可能となり、停止した内燃機関の再始動の安定化や、内燃機関の運転中の空燃比制御の精度の向上による燃費効率の良化、排気ガスに含まれる有害物質の排出量の削減に寄与する。
【００４３】
加えて、吸引機構６が、インジェクタ１１の先端部に形成されている燃料流通路１１１を吸引するものであることから、燃料流通路１１１に残留する燃料を確実に除去してデポジットの生成を予防することができる。
【００４４】
なお、本発明は以上に詳述した実施形態には限られない。上記実施形態では、インジェクタ１１の傍らに雰囲気吸引路６１を形成し、インジェクタ１１の燃料流通路１１１から噴孔１１３を経由せずに燃料を含む雰囲気を吸引するよにしていたが、これとともに、またはこれに代えて、図４に示すように、吸気通路３上に雰囲気吸引ノズル６２を設置し、この雰囲気吸引ノズル６２により吸気通路３内の雰囲気を吸引することで燃料流通路１１１に残留する燃料を噴孔１１３から吸い出す態様の吸引機構６を構成してもよい。
【００４５】
図４に示している変形例の雰囲気吸引ノズル６２は、吸気通路３におけるインジェクタ１１の先端部付近に配置する。詳細には、吸気通路３における燃焼室５１に近い側の壁面、即ち図２における下方の壁面に雰囲気吸引ノズル６２の先端部を位置付けている。これに対し、インジェクタ１１の先端部は、吸気通路３における燃焼室５１から離反する側の壁、即ち図２における上方の壁面に位置している。換言すれば、雰囲気吸引ノズル６２（の先端部）とインジェクタ１１（の先端部）とが、吸気通路３を挟んで上下に離間している。
【００４６】
雰囲気吸引ノズル６２は、インジェクタ１１毎に、インジェクタ１１の数と同数配備することが好ましい。一つの気筒１に二つの吸気ポート５２を有し、各気筒１毎に二個のインジェクタ１１を設けている内燃機関にあっては、各気筒１毎に二個の雰囲気吸引ノズル６２を設置することになる。
【００４７】
雰囲気吸引ノズル６２に接続して当該雰囲気吸引ノズル６２に負圧を供給する負圧供給手段（図示せず）は、上記実施形態と同様の負圧タンク及び／または電動ポンプとする。負圧タンクまたは電動ポンプの吸引口側、吐出口側には、吸引される雰囲気中に含まれる燃料成分を吸着する吸着器（図示せず）を付設することが好ましい。
【００４８】
また、雰囲気吸引ノズル６２と、負圧供給手段たる負圧タンク及び／電動ポンプとの間には、ＥＣＵ０が開閉操作できる電磁ソレノイド等のバルブ（図示せず）を介設しておく。
【００４９】
ＥＣＵ０は、内燃機関の運転が停止したとき、負圧供給手段たる負圧タンク及び／または電動ポンプにより、雰囲気吸引ノズル６２を介して吸気通路３内のインジェクタ１１の先端部近傍の雰囲気を吸引する。結果、インジェクタ１１の燃料流通路１１１内に残留する燃料が噴孔１１３から吸い出され、吸気通路３内の雰囲気とともに吸引される。加えて、吸気通路３内で雰囲気吸引ノズル６２へと向かう気流（空気の流れ）が、インジェクタ１１の先端部を冷却する。この気流は、内燃機関の停止直後の時期にインジェクタ１１周辺に熱が溜まることを緩和ないし解消するためにも働く。
【００５０】
内燃機関の停止後における、雰囲気吸引ノズル６２を介した吸気通路３及び燃料流通路１１１内の雰囲気の吸引は、連続して行ってもよいし、断続的（間欠的）に行ってもよい。吸気通路３及び燃料流通路１１１内の雰囲気を断続的に吸引するためには、電動ポンプを断続的に稼働させるか、負圧タンクまたは電動ポンプと雰囲気吸引ノズル６２との間に介在するバルブを反復的に開閉すればよい。
【００５１】
内燃機関の停止後のインジェクタ１１の残留燃料の除去及び空冷の期間を、上記実施形態と同様に可変としてよいことは言うまでもない。
【００５２】
その他各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５３】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関に適用することができる。
【符号の説明】
【００５４】
１…気筒
１１…インジェクタ
１１１…燃料流通路
３…吸気通路
５２…吸気ポート
６…吸引機構
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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