(57)【要約】【課題】筒内直噴式内燃機関で採用したインジェクタを効率良く冷却する構造を備えてデポジットの発生を抑制できる内燃機関システムを提供する。【解決手段】筒内直噴式内燃機関１０に排気ガス再循環装置５０が適用されている内燃機関システム１であって、前記排気ガス再循環装置５０が前記内燃機関１０の冷却系統３５とは独立した専用クーラ５３及び専用ラジエータ５５を含む冷却系統を備えており、前記専用クーラを出た冷媒の帰還通路５６ＲＥが、筒内に燃料を噴射するインジェクタ４１の近傍を通過した後で前記専用ラジエータ５５に接続されている。ＥＧＲ装置５０がＯＮ及びＯＦＦいずれのときにもインジェクタを効果的に冷却してデポジット発生を抑制できる。【選択図】  図１
2008121529.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒内直噴式内燃機関に排気ガス再循環装置が適用されている内燃機関システムであって、
前記排気ガス再循環装置が前記内燃機関の冷却系統とは独立した専用クーラ及び専用ラジエータを含む冷却系統を備えており、
前記専用クーラを出た冷媒の帰還通路が、筒内に燃料を噴射するインジェクタの近傍を通過した後で前記専用ラジエータに接続されている、ことを特徴とする内燃機関システム。
【請求項２】
前記内燃機関が予め定めた所定の運転領域となったときに、吸気行程の下死点近傍で前記インジェクタから燃料を噴射してタンブル流を強化する燃料噴射制御手段を更に備える、ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、筒内直噴式の内燃機関を採用している内燃機関システムに関する。より詳細には、排気ガスの一部を吸気側に戻して再循環させる技術（Exhaust  Gas  Recirculation  技術）を採用している内燃機関システムに関する。なお、以下においては、排気ガス再循環させることをＥＧＲ処理、また、排気ガス再循環装置をＥＧＲ装置と称して説明で用いる。
【背景技術】
【０００２】
燃料を気筒内に直接に噴射する筒内直噴式の内燃機関は、従来から検討され、また実用化されている。筒内直噴式内燃機関は、吸気管などに燃料を噴射して混合気を気筒内に導く一般的な内燃機関と比較して、燃費の改善や出力の向上などを図ることができる。ところが、筒内直噴式の内燃機関の場合には、燃料を噴射するインジェクタの噴射孔が気筒内（燃焼室）に臨むように配置されるため高温に晒されることになる。燃料の出口である噴射孔が高温に晒されると、燃料の一部が固化した堆積物（デポジット）が発生し易くなる、その結果、燃料噴射量の低下や噴霧形状の変化などが問題となる場合があるので、筒内直噴式内燃機関ではデポジットの発生を抑制することに配慮することが必要である。
【０００３】
そこで、例えば特許文献１は冷却水の通路を取りまわして噴射孔を冷却できる冷却機構を設けた燃料噴射弁の構造について提案している。このように噴射孔を強制的に冷却できればデポジットの発生を抑制して、噴射量や噴霧形状が変化するのを予防できる。さらに、この特許文献１では内燃機関（エンジン）の冷却経路を分流してインジェクタの冷却に利用することを奨励しており、分流した経路をインジェクタの外周に追加的に設けることで構造の簡素化を図っている。
【０００４】
【特許文献１】特開２００４−２８０２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、エンジン用の冷却水は、エンジンの運転状況によっては高温となる。エンジン冷却水が高温となった場合には、特許文献１で提案する構造ではインジェクタを期待の通りに冷却できなくなってしまう。その結果、インジェクタに前述したデポジットが発生して、燃料噴射量の低下や噴霧形状の変化が問題となってしまう。なお、インジェクタを冷却するために独自の冷却構造を設けることも考えられる。しかし、インジェクタ冷却だけのために冷却構造を設けたのでは内燃機関システムのコストが上昇してしまう。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、筒内直噴式内燃機関で採用したインジェクタを効率良く冷却する構造を備えてデポジットの発生を抑制できる内燃機関システムを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的は、筒内直噴式内燃機関に排気ガス再循環装置が適用されている内燃機関システムであって、前記排気ガス再循環装置が前記内燃機関の冷却系統とは独立した専用クーラ及び専用ラジエータを含む冷却系統を備えており、前記専用クーラを出た冷媒の帰還通路が、筒内に燃料を噴射するインジェクタの近傍を通過した後で前記専用ラジエータに接続されている、ことを特徴とする内燃機関システムによって達成できる。
【０００８】
本発明によると、排気ガス再循環装置（ＥＧＲ装置）に配備されている専用クーラを冷却した後の冷媒がインジェクタ近傍を通過してから専用ラジエータに戻るように帰還の冷却水通路を取り回す変更を加えてインジェクタを効率良く冷却する。既存の構造に簡単な変更を加えるだけであるから、構造コストを抑制して本発明を実現できる。特に、このようにＥＧＲ装置が内燃機関の冷却系とは独立している冷却系統を備える場合に、ＥＧＲ専用クーラを出た帰還の冷却水通路をインジェクタの近傍に取り回して冷却する構造を採用すると、ＥＧＲ装置がＯＮ及びＯＦＦいずれのときにもインジェクタを効果的に冷却してデポジット発生を抑制できる。
【０００９】
そして、前記内燃機関が予め定めた所定の運転領域となったときに、吸気行程の下死点近傍で前記インジェクタから燃料を噴射してタンブル流を強化する燃料噴射制御手段を更に備える内燃機関システムとしてもよい。この場合には、タンブル流を強化することにより筒内温度が上昇してもインジェクタのデポジット発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、筒内直噴式内燃機関で採用したインジェクタを効率良く冷却する構造を備えてデポジットの発生を抑制できる内燃機関システムを提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明に係る好ましい形態を図面を参照して詳細に説明する。
【００１２】
図１は、実施例に係る内燃機関システムの構成を模式的に示した図である。内燃機関システム１は、筒内直噴式内燃機関（以下、単にエンジン１０と称する）を中心して構成されている。内燃機関システム１は、エンジン１０に吸気を供給する吸気系２０、エンジン１０内で発生した排気ガスを排出する排気系３０、及びエンジン１０に燃料を供給する燃料系４０などを含んで構成されている。
【００１３】
吸気系２０はエンジン１０の吸気側に配置したインテークマニホールド２１に吸気（空気）ＡＲを供給する吸気管２２を含み、この吸気管２２には上流側から吸気ＡＲを濾過するためのエアクリーナ２３、吸気量を計測するエアフロメータ２４、吸気の流量を調節するスロットル弁２５、吸気を一時的に貯蔵するサージタンク２６などが配置されている。
【００１４】
排気系３０は、エンジン１０の排気側に配置したエキゾーストマニホールド３１で集合された排気ガスＥＧを送り出す排気管３２を含み、この排気管３２の下流には三元触媒３３、図示しない消音器などが適宜に配設されている。エキゾーストマニホールド３１は、各気筒からの排気を合流させるための構成であり、各気筒に対応させて分岐させた排気通路を下流側で一つの排気管３２に集合させている。三元触媒３３は排気を浄化するための浄化装置である。三元触媒３３は炭化水素ＨＣ及び一酸化炭素ＣＯの酸化と窒素酸化物ＮＯｘの還元を行う。なお、排気系３０には、三元触媒３３の上流に排気ガスＥＧ中の酸素濃度に基づき空燃比をリニアに検出するためのＡ／Ｆセンサ３４Ａ、また三元触媒３３の下流に排気ガスＥＧ中の酸素濃度に基づき空燃比が理論空燃比よりもリッチかリーンかを検出するため酸素センサ３４Ｂが夫々配設されている。
【００１５】
エンジン１０は、例えば図示のように気筒１１を６個備え、各気筒（燃料室）内に燃料を直に噴射する直噴式の内燃機関である。燃料系４０は各気筒１１へ燃料ＦＥを供給して噴射させるための構成であり、各気筒に配備したインジェクタ（燃料噴射弁）４１及び、燃料噴射ポンプ４２や燃料タンク４３などにより構成されている。
【００１６】
エンジン１０は、一般的な内燃機関と同様に冷却構造を備えている。具体的には、シリンダブロック１２に形成したウォータージャケット（図示せず）へ供給する冷却水（冷媒）を冷すためのラジエータ３５、冷却水を圧送するラジエータポンプ３６及びこれらを接続する配管３７などを含んで冷却構造が形成されている。
【００１７】
そして、この内燃機関システム１には、排気ガスを再循環させる排気ガス再循環装置５０（以下、ＥＧＲ装置５０と称する）が採用されている。ＥＧＲ装置５０は、排気ガスの一部を吸気側に還流する装置である。ＥＧＲ装置５０は、燃費向上及びＮＯｘやＨＣの低減による排気改善、また筒内温度が過度に上昇するのを抑えることにより冷却損失を抑制する、などを意図して採用されている。ＥＧＲ装置５０は、一部の排気ガスを吸気バルブの上流に戻すＥＧＲ通路５１、このＥＧＲ通路５１を必要に応じて開閉するＥＧＲバルブ５２及びＥＧＲガス（還流される排気ガス）を冷却するＥＧＲクーラ５３を含んで構成されている。
【００１８】
ここで、本内燃機関システム１に適用されている特徴的な構造について説明する。一般に、ＥＧＲクーラはラジエータで冷却した冷却水などの冷媒を通すことによりＥＧＲガスを冷却するものである。ここで従来にあっては、エンジン側のラジエータの冷却水をＥＧＲクーラにも流して兼用するようにした構成が一般的であった。これに対して、本内燃機関システム１ではＥＧＲ専用のラジエータ５５が配設されている。このラジエータ５５には、ＥＧＲクーラ５３へ冷却水を流すための冷却水通路５６が接続され、この冷却水通路５６には冷却水ポンプ５７が配備されている。以上のように、先ず、本実施例の内燃機関システム１では、エンジン１０の冷却系統とは独立してＥＧＲ装置５０が冷却系統を備えている。よって、エンジン１０の運転状態（温度変化）の影響を受けることなくＥＧＲガスを必要に応じて冷却できる。よって、ＥＧＲ装置５０を起動させたときには、ＥＧＲガスを十分に冷却して、吸気側に還流できる。これによりインジェクタ４１に発生するデポジット抑制の効果も期待できる。
【００１９】
そして、特にこの内燃機関システム１ではＥＧＲクーラ５３を出た冷媒水をラジエータ５５へ戻す帰還の冷却水通路５６ＲＥが、従来にはない新規な経路に設定されている。すなわち、ＥＧＲクーラ５３を出た帰還の冷却水通路５６ＲＥは、エンジン１０の各気筒に配備されているインジェクタ４１の近傍を通過してからラジエータ５５へ戻るように設定してある。なお、図１では、冷却水通路５６ＲＥが各インジェクタ４１の上方に配管されたように単純化して図示してあるが、冷却水通路５６ＲＥは各インジェクタ４１の外周を回るように取り回した経路を設定してもよい。
【００２０】
上記のように帰還の冷却水通路５６ＲＥを設定すると、ＥＧＲバルブ５２を閉じてＥＧＲ処理をＯＦＦ（排気ガスの再循環をオフ）としたときには、ＥＧＲクーラ５３の出口の冷媒温度が入口側温度とほぼ同じとなる。この場合にはインジェクタ４１を十分に冷却できる。よって、インジェクタ４１に堆積するデポジットを抑制できる。
【００２１】
また、上記の場合とは逆に、ＥＧＲバルブ５２を開いてＥＧＲ処理をＯＮ（排気ガスの再循環をオン）としているときには、ＥＧＲガスを冷却するのでＥＧＲクーラ出口の冷媒温度は上昇する。この場合にはインジェクタ４１側へ回る帰還の冷却水は、ＥＧＲがＯＦＦの場合と比較して温度が上昇することになる。しかし、ＥＧＲ処理がオンされていることによりエンジン１０の筒内の燃焼温度が低下するので、インジェクタ４１の受熱が減少する。しかも、ＥＧＲ処理がオンされたときには筒内のＮＯｘやＨＣが低減される。よって、ＥＧＲ処理オンの場合も結果としてインジェクタ４１のデポジット発生を抑制できる。
【００２２】
上記のように、ＥＧＲ装置５０がエンジンの冷却系統とは独立している冷却系統を備える場合に、ＥＧＲクーラ５３を出た帰還の冷却水通路をインジェクタ４１の近傍に取り回して冷却する構造を採用するだけで、ＥＧＲ処理がＯＮ及びＯＦＦいずれの状況でもデポジット発生を抑制できる。そして、インジェクタ４１を冷却するために近傍を通過させる冷却水通路は、ＥＧＲを冷却した後の冷却水をラジエータへ戻す冷却水通路を取り回す変更を加えるだけである。すなわち、既存の構造に簡単な変更を加えるだけである。よって、ＥＧＲ装置用に独自の冷却系統を備えていた内燃機関システムの場合、コスト上昇をさせることなく本発明を実現できることになる。
【００２３】
（具体例）
更に、以下においては図２、図３を参照して、上記で説明した実施例１の内燃機関システム１を好適に適用できる内燃機関システム２について説明する。このシステム２に含まれているエンジンもインジェクタの先端（噴射孔）が筒内に挿し込まれた直噴型である。そして、内燃機関システム２は、所定の運転領域となったときにインジェクタから噴射した燃料でタンブル形成を強化するように構成してあるエンジンを含むものである。
【００２４】
タンブル流を強化すると均質燃焼速度が速くなり燃焼温度が上昇するので、インジェクタの噴射孔にデポジットが堆積し易くなることが一般に知られている。また、燃焼温度が上昇すると冷却損失が増大して、燃費が悪化することなども確認されている。このような問題に対しては、（１）インジェクタの温度を下げる構造を採用すること、また、（２）ＥＧＲ装置を採用して筒内温度を下げること、などが考えられる。ただし、上記（１）、（２）を個々に実現しようとすると、部品点数が増加すると共に構造が複雑化して、コストが上昇する。
【００２５】
ところが、ここで指摘したような課題は、前述した実施例１の構造を適用することで解消できる。すなわち、タンブルを強化させる構造を採用する内燃機関システムに、実施例１の構造を採用すればインジェクタのデポジット発生を抑制できる。このような観点に基づくのが以下で説明する具体例の内燃機関システム２である。
【００２６】
図２は具体例の内燃機関システム２について示した図であり、特にこの図は配備してある冷却系統を確認できるように模式的に示している。図２で示す内燃機関システム２の場合も、図１で示した内燃機関システム１の場合と同様に周辺構造を備えるものであるが、ここでの図示は省略している。また、先の図１で示した部位と対応する部分には同じ符号を用いることで、重複する説明を省略する。第１の冷却系統として、エンジン６０を冷却するためのラジエータ３５が配置されている。ラジエータ３５は、シリンダブロック６１、シリンダヘッド６２に形成したウォータジャケット１７と配管３７を介して接続されている。
【００２７】
また、ＥＧＲ装置５０にはＥＧＲクーラ５３を冷却するＥＧＲ専用のラジエータ５５が配備され、エンジン６０の冷却系統とは独立した冷却系統が配設してある。ＥＧＲクーラ５３を出た帰還の冷却水通路５６ＲＥはシリンダヘッド６２に形成したインジェクタ１６の近傍を通過する冷却水通路１８を介してからラジエータ５５に戻るように配管してある。ここまでの構造は実施例１とほぼ同様である。エンジン６０は燃料を噴射してタンブル流を強化する構造を備えている。さらに、図３を参照して、この点について説明する。
【００２８】
図３は、エンジン６０の気筒周辺の構成を拡大して示した模式図である。エンジン６０は、シリンダブロック６１と、シリンダヘッド６２と、ピストン６３と、点火プラグ６４と、吸気弁６５と、排気弁６６とを有している。この例で示すエンジン６０は直列４気筒の筒内噴射式の火花点火内燃機関である。但し、エンジン６０は筒内直噴式であれば、他に適宜の気筒配列構造及び気筒数を有していてもよい。
【００２９】
図３ではエンジン６０に関し、各気筒の代表としてシリンダ６１ａについて要部を示しているが他の気筒についても同様の構造となっている。シリンダブロック６１には、略円筒状のシリンダ６１ａが形成されている。シリンダ６１ａ内には、ピストン６３が収容されている。ピストン６３の頂面にはタンブル流Ｔを案内するためのキャビティ６３ａが形成されている。シリンダブロック６１の上面にはシリンダヘッド６２が固定されている。燃焼室６７は、シリンダブロック６１、シリンダヘッド６２及びピストン６３に囲まれた空間として形成されている。シリンダヘッド６２には燃焼室６７に吸気を導くための吸気ポート６２ａのほか、燃焼したガスを燃焼室６７から排気するための排気ポート６２ｂが形成され、さらにこれら吸排気ポート６２ａ及び６２ｂを開閉するための吸排気弁６５及び６６が配設されている。なお、エンジン６０は１気筒あたりに適宜の数量の吸気弁６５及び排気弁６６を備えた吸排気弁構造であってよい。
【００３０】
点火プラグ６４は、燃焼室６７の上方略中央に電極を突出させた状態でシリンダヘッド６２に配設されている。インジェクタ１６も燃焼室６７の上方で点火プラグ６４と隣り合う位置から燃焼室６７内に燃料噴射孔を突出させた状態でシリンダヘッド６２に配設されている。インジェクタ１６の噴射孔１６ＨＬは、噴射された燃料ＦＥがタンブル流Ｔの生成を補強する向き設定してある。なお、インジェクタ１６は１気筒あたりに複数備えられていてもよい。
【００３１】
吸気ポート６２ａには、燃焼室６７内にタンブル流Ｔを生成するための気流制御弁６８が配設されている。気流制御弁６８は、後述するＥＣＵ６９の制御のもと吸気ポート６２ａ内で吸気を偏流させて燃焼室６７内にタンブル流Ｔを生成させることができる。但し、燃焼室６７内にタンブル流Ｔを生成するためのタンブル流を生成させるための手段は気流制御弁６８に限るものではない。例えばタンブル流Ｔを筒内に生成できるように形成された吸気ポート６２ａの形状そのものなどでもよい。特に、この内燃機関システム２ではＥＣＵ６９が燃料噴射制御手段として機能して、予め定めた所定の運転領域となったときに吸気行程の下死点近傍でインジェクタ１６から燃料を噴射させてタンブル流Ｔを適度に強化する。      
【００３２】
ＥＣＵ６９は、図示しないＣＰＵ（Central Processing Unit：中央演算処理装置）と、ＲＯＭ（Read Only Memory）と、ＲＡＭ（Random Access Memory）と、入出力回路などを有して構成されている。ＥＣＵ６９は主としてエンジン６０を制御するための構成である。本具体例では給排気弁６５、６６、インジェクタ１６や燃料噴射ポンプのほか、点火プラグ６４や、気流制御弁６８なども制御している。ＥＣＵ６９にはこれらインジェクタ１６などのほか、各種の制御対象が駆動回路（図示省略）を介して接続されている。また、ＥＣＵ６９にはクランク角センサや水温センサアクセルセンサなどの各種のセンサが接続され、エンジン６０の状態を確認できるようになっている。
【００３３】
ＲＯＭはＣＰＵが実行する種々の処理が記述されたプログラムを格納するための構成であり、本具体例ではエンジン６０制御用プログラムのほか、インジェクタ１６を制御するための燃料噴射弁制御用プログラムなども格納している。よって、上述したようにＥＣＵ６９は燃料噴射制御手段として機能して、エンジン６０が予め定めた所定の運転領域となったときに吸気行程の下死点近傍でインジェクタ１６から燃料を噴射させる。噴射された燃料はタンブル流Ｔを適度に強化し、強化されたタンブル流Ｔは点火時期まで維持される。その結果、点火時期に混合気の乱れが増大し、燃焼速度が適度に向上するため良好な均質燃焼が得られる。
【００３４】
ここで上記のようにタンブル流が強化されるとインジェクタ１６にデポジットが堆積し易くなる。しかし、内燃機関システム２は図２で示すようにＥＧＲ装置５０を備えると共に、ＥＧＲクーラ５３から出た帰還の冷却水通路がシリンダヘッド６２内に設けたインジェクタ回りを通過する冷却水通路１８を通過してから、ＥＧＲ専用のラジエータ５５に戻るように設定してある。よって、実施例１で説明したのと同様にインジェクタ１６を効果的に冷却できるのでデポジットを抑制できる。
【００３５】
以上本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】実施例に係る内燃機関システムの構成を模式的に示した図である。
【図２】具体例の内燃機関システムについて示した図である。
【図３】具体例でのエンジンの気筒周辺の構成を拡大して示した模式図である。
【符号の説明】
【００３７】
１、２              内燃機関システム
１０、６０          エンジン（筒内直噴式内燃機関）
１６、４１          インジェクタ
２０                燃料噴射系
３０                排気系
４０                燃料系
５０                ＥＧＲ装置（排気ガス再循環装置）
５３                ＥＧＲクーラ（専用クーラ）
５５                ＥＧＲ専用のラジエータ（専用ラジエータ）
６９                ＥＣＵ（燃料噴射制御手段）
５６ＲＥ            冷媒の帰還通路
【図１】
2008121529.tif 000003
【図２】
2008121529.tif 000004
【図３】
2008121529.tif 000005