(57)【要約】【課題】排気経路に供給される液体の気化を促進することが可能な内燃機関の排気温度低減装置を提供する。【解決手段】内燃機関１の排気経路２１を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置１５を備え、前記液体は、前記排気経路のうち下向きである部分２１ａに噴射される。前記液体の噴射方向は、前記排気経路を流れる排気ガスの流れに対して逆らう方向である。前記内燃機関に設けられた排気バルブのバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記バルブタイミング検出手段により検出された前記排気バルブのバルブタイミングに基づいて行われる。【選択図】        図１
2007332832.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置を備え、
前記液体は、前記排気経路のうち下向きである部分に噴射される
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項２】
内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置を備え、
前記液体の噴射方向は、前記排気経路を流れる排気ガスの流れに対して逆らう方向である
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項３】
請求項１または２に記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記内燃機関に設けられた排気バルブのバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記バルブタイミング検出手段により検出された前記排気バルブのバルブタイミングに基づいて行われる
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項４】
請求項３記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記制御部は、前記液体の噴射が前記排気バルブが開いた直後に行われるように前記液体噴射装置を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項５】
内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置を備え、
前記液体噴射装置は、前記液体が前記排気経路において排気ガスの流れ方向における上流端近傍に噴射されるように設けられている
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項６】
請求項５記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記排気経路の前記上流端近傍は、前記内燃機関の排気ポートである
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項７】
請求項５記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記排気経路の前記上流端近傍は、前記内燃機関の排気バルブである
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項８】
請求項５から７のいずれか１項に記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記内燃機関に設けられた排気バルブのバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、
前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記バルブタイミング検出手段により検出された前記排気バルブのバルブタイミングに基づいて行われる
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項９】
請求項８記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記制御部は、前記液体の噴射が前記排気バルブが閉じた直後に行われるように前記液体噴射装置を制御する
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
排気ガスの温度を検出または推定する排気温度検出推定手段と、
前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記排気温度検出推定手段により検出または推定された前記排気ガスの温度に基づいて行われる
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項１１】
請求項１から１０のいずれか１項に記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記液体は、前記排気経路における排気ガスを浄化する触媒よりも排気ガスの流れ方向における上流側に位置する部分に噴射される
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項１２】
請求項１１記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段と、
前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、
前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度に基づいて行われる
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【請求項１３】
請求項１から１２のいずれか１項に記載の内燃機関の排気温度低減装置であって、
前記液体は、水、前記内燃機関を冷却する不凍液、及び前記内燃機関の燃料のいずれかである
ことを特徴とする内燃機関の排気温度低減装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置に関し、特に排気経路に液体を供給して排気ガスの冷却を行う内燃機関の排気温度低減装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関から排気経路に排出される排気ガスを冷却して排気温度が高くなることを抑制することは、排気バルブ、排気マニホルド、排気浄化装置の触媒などの排気経路に設けられた装置の耐久性を向上させるのに大きな効果がある。
【０００３】
排気温度が高くなると、例えば、触媒に担持されている貴金属のシンタリングが進み、貴金属と排気ガスの接触面積が減少して触媒が劣化する。
【０００４】
排気ガスの温度を低減させるために、排気経路に液体を供給して、この液体の蒸発に伴う気化潜熱により排気ガスを冷却する場合、供給された液体が蒸発しきれずに液体のままで直接触媒に付着することが考えられる。この場合には、触媒担体の上流側が液体の気化潜熱により急激に冷却されるため、触媒担体の温度勾配が大きくなり、歪みが生じる虞がある。
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−２９３７３６号公報
【特許文献２】特開２００２−２４２６６２号公報
【特許文献３】特開２００３−３２８７２４号公報
【特許文献４】特開２００５−２４８９２８号公報
【特許文献５】特開昭６３−２２７９１６号公報
【特許文献６】特開昭６３−２３０９２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
排気ガスが排出される排気経路に液体を供給して排気ガスの冷却を行う内燃機関の排気温度低減装置において、供給される液体の気化を促進することが望まれる。
【０００７】
本発明の目的は、排気経路に供給される液体の気化を促進することが可能な内燃機関の排気温度低減装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置を備え、前記液体は、前記排気経路のうち下向きである部分に噴射されることを特徴としている。
【０００９】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置を備え、前記液体の噴射方向は、前記排気経路を流れる排気ガスの流れに対して逆らう方向であることを特徴としている。
【００１０】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記内燃機関に設けられた排気バルブのバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記バルブタイミング検出手段により検出された前記排気バルブのバルブタイミングに基づいて行われることを特徴としている。
【００１１】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記制御部は、前記液体の噴射が前記排気バルブが開いた直後に行われるように前記液体噴射装置を制御することを特徴としている。
【００１２】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置は、内燃機関の排気経路を流れる排気ガスを冷却する内燃機関の排気温度低減装置であって、前記排気経路に液体を噴射する液体噴射装置を備え、前記液体噴射装置は、前記液体が前記排気経路において排気ガスの流れ方向における上流端近傍に噴射されるように設けられていることを特徴としている。
【００１３】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記排気経路の前記上流端近傍は、前記内燃機関の排気ポートであることを特徴としている。
【００１４】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記排気経路の前記上流端近傍は、前記内燃機関の排気バルブであることを特徴としている。
【００１５】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記内燃機関に設けられた排気バルブのバルブタイミングを検出するバルブタイミング検出手段と、前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記バルブタイミング検出手段により検出された前記排気バルブのバルブタイミングに基づいて行われることを特徴としている。
【００１６】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記制御部は、前記液体の噴射が前記排気バルブが閉じた直後に行われるように前記液体噴射装置を制御することを特徴としている。
【００１７】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、排気ガスの温度を検出または推定する排気温度検出推定手段と、前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記排気温度検出推定手段により検出または推定された前記排気ガスの温度に基づいて行われることを特徴としている。
【００１８】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記液体は、前記排気経路における排気ガスを浄化する触媒よりも排気ガスの流れ方向における上流側に位置する部分に噴射されることを特徴としている。
【００１９】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記触媒の温度を検出または推定する触媒温度検出推定手段と、前記液体噴射装置による前記液体の噴射動作を制御する制御部とを備え、前記制御部による前記液体噴射装置の制御は、前記触媒温度検出推定手段により検出または推定された前記触媒の温度に基づいて行われることを特徴としている。
【００２０】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置であって、前記液体は、水、前記内燃機関を冷却する不凍液、及び前記内燃機関の燃料のいずれかであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００２１】
本発明の内燃機関の排気温度低減装置によれば、排気経路に供給される液体の気化が促進される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の内燃機関の排気温度低減装置の一実施形態につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２３】
（第１実施形態）
図１から図３を参照して、第１実施形態について説明する。
【００２４】
第１実施形態に係る内燃機関の排気温度低減装置は、排気温度が上昇するような運転条件の下で、排気管（排気経路）内に水（液体）を噴射し気化潜熱で排気ガス温度を低下させる。この場合、水の噴射は、触媒よりも排気ガスの流れ方向における上流側において行われる。
【００２５】
排気温度を低下させることで排気ガスを浄化する触媒の劣化を抑制することができ、貴金属の担持量を減少させることができる。貴金属の担持量を減少させることは、コスト上のメリットだけでなく、限りある地球資源の枯渇問題に対しても貢献できる。一方、低温始動時などで触媒温度が低い場合は触媒の能力が低く、できる限り早く温度を上げればエミッションを低減できるため、排気ガス温度は高い方が有効である。また、水が早くなくなると補給に手間とコストがかかるため、必要でないときにはできる限り使わないようにすることが望ましい。
【００２６】
本実施形態では、上記において、水が噴射される位置が、上記排気管内のうち排気管（排気流れ）が下向きになるところとされる。その理由は、排気管が上向きのところに水を噴射すると、平常時は排気ガスの流れで水を全て下流側へ流すことができるが、異常発生時に連続して失火が起こった場合など、排気ガスの流れが想定外に弱くなったときに、重力により水が筒内に流入する虞があるためである。
【００２７】
本実施形態では、上記のように、水の噴射位置が排気管が下向きになるところとされることにより、排気ガスの流量が小さく（流れが弱く）なっても、噴射された水は重力に従って排気管内を排気ガスの流れの下流方向に流れるので、筒内に水が流入することが防止される。
【００２８】
また、本実施形態では、排気管内に水が噴射される際の水の噴射方向が排気ガス流れと逆らう方向とされる。その理由は、水の噴射方向が排気ガス流れと同じ方向とされると、水が十分に気化しない状態で触媒に到達してしまう可能性があるためである。触媒に水が直接かかると、触媒の前端部のみが気化潜熱により冷却され、触媒担体に歪みが生じる虞がある。
【００２９】
本実施形態では、上記のように、水の噴射方向が排気ガス流れと逆らう方向とされることにより、水が噴射されてから触媒に到達するまでの時間（排気ガス中の滞空時間）が長くなるので、水の気化が促進され、水が液体のままで触媒に到達することが抑制される。
【００３０】
また、本実施形態では、水の噴射タイミングと排気バルブ開タイミングとが同期するように制御される。これにより、排気ガスの流れの速い（強い）タイミングで水の噴射が行われる。これに対して、排気ガスの流れが弱いタイミングで水を噴射すると、水の大部分が排気管壁面に付着してしまう。これにより、いつも水の当たる部分の温度が低くなり、排気管の温度分布が大きくなるため、排気管に歪みが生じやすくなるという問題がある。また、排気ガスは排気管の中心に行くほど温度が高いので、本当に冷却したい中心部ではなく、表面付近が重点的に冷却されてしまうという問題がある。本実施形態では、上記のように、排気バルブ開のタイミングで水の噴射を開始し、排気ガスの流れの早いタイミングで水の噴射を行うことで、上記の問題を解決している。
【００３１】
図１は、本実施形態に係る装置の概略構成図である。符号１は、エンジンを示す。エンジン１は、シリンダヘッド２及びシリンダブロック３を有する。シリンダブロック３内には、シリンダブロック３内を往復動可能なピストン４が設けられている。また、シリンダヘッド２、シリンダブロック３及びピストン４の上面に囲まれて燃焼室５が形成されている。
【００３２】
シリンダヘッド２には、吸気ポート６及び排気ポート７が設けられている。吸気ポート６と燃焼室５との接続部には、吸気バルブ８が設けられている。吸気ポート６の上流側の端部は、吸気管１１に接続されている。吸気管１１内には、吸気量をコントロールするスロットルバルブ１２が設けられている。スロットルバルブ１２よりも上流側には、吸気量を検出するエアフローメータ１３が設けられている。吸気ポート６には、燃料噴射弁１４が設けられている。燃料噴射弁１４により吸気に燃料が噴射されて、混合気が燃焼室５に供給される。シリンダヘッド２には、燃焼室５内で圧縮された混合気に点火を行う点火プラグ１０が設けられている。
【００３３】
排気ポート７と燃焼室５との接続部には、排気バルブ９が設けられている。排気ポート７の下流側の端部は、排気管２１に接続されている。排気管２１には、排気ガスを浄化する浄化手段として、触媒２２が設けられている。この触媒２２は、炭化水素（ＨＣ）と、一酸化炭素（ＣＯ）と、窒素酸化物（ＮＯｘ）との３物質を酸化・還元反応によって同時に除去する、いわゆる三元触媒であることができる。また、排気管２１における触媒２２よりも下流側には、排気音を消音する消音器２３が設けられている。
【００３４】
燃焼室５から排出された排気ガスは、排気ポート７から排気管２１に流れ、触媒２２にて浄化された後に消音器２３にて消音されて、最終的に大気へと排出される。
【００３５】
吸気バルブ８の上方には、吸気バルブ８を開閉駆動させるための吸気カムシャフト（図示省略）が配置されている。排気バルブ９の上方には、排気バルブ９を開閉駆動させるための排気カムシャフト（図示省略）が配置されている。エンジン１の稼動時には、エンジン１の回転により、図示しないベルトを介して吸気カムシャフト及び排気カムシャフトが回転され、吸気バルブ８及び排気バルブ９が開閉駆動される。排気カムシャフトの近傍には、排気バルブ９のバルブタイミングを検出するためのカムポジションセンサ１８が設けられている。
【００３６】
排気管２１において排気ガスの流れ方向における触媒２２よりも上流側の部分には、排気管２１内に水を噴射する液体噴射装置１５が設けられている。液体噴射装置１５は、例えば燃料噴射弁１４と同様の構成の装置であり、弁を開閉させて噴射孔から水を噴射する装置であることができる。
【００３７】
排気管２１は、触媒２２よりも上流側の部分に、排気流れ（排気管２１）が下向きになる部分２１ａを有している。液体噴射装置１５は、排気管２１の内部において排気流れが下向きになる部分２１ａに、水が噴射されるように設置されている。さらに、液体噴射装置１５は、水の噴射方向が排気ガス流れと逆らう方向となるように設置されている。
【００３８】
液体噴射装置１５には、液体噴射装置１５に供給される水を貯蔵する貯蔵タンク２４が接続されている。貯蔵タンク２４内に貯蔵された水は、図示しないポンプにより圧送されて、液体噴射装置１５に供給される。
【００３９】
エンジン１を搭載する車両（図示省略）には、車両各部を制御するＥＣＵ（Electronic  Control  Unit）を有する車両制御部２０が設けられている。また、車両には、エンジン回転数を検出するエンジン回転数センサ１７が設けられている。エアフローメータ１３、エンジン回転数センサ１７及びカムポジションセンサ１８は、車両制御部２０に接続されており、それぞれの計測結果が車両制御部２０に伝えられる。車両制御部２０は、各計測結果に基づいて、液体噴射装置１５の動作を制御する。
【００４０】
図２は、第１実施形態の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１０において、車両制御部２０は、排気ガスの温度が予め定められた所定値を超えているか否かを判定する。この判定は、例えば、図３に示すマップが参照されて、エンジン回転数センサ１７により検出されるエンジン回転数Ｎｅ及びエアフローメータ１３により検出される吸気量ｋｅに基づいて、行われる。
【００４１】
図３は、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気量ｋｅと、排気ガスの温度との関係を示している。エンジン回転数Ｎｅが高くなるほど、また吸気量ｋｅが高くなるほど排気ガスの温度は高くなる。エンジン回転数Ｎｅ及び吸気量ｋｅが、図３の領域Ｈの条件を満たす場合には、排気ガスの温度は、所定値を超えると判定される。
【００４２】
図２のステップＳ１０における所定値は、排気バルブ９及び触媒２２等の過昇温による劣化を抑制し耐久性を向上させる観点から定められる。
【００４３】
ステップＳ１０の判定の結果、排気ガスの温度が所定値を超えていると判定された（ステップＳ１０肯定）場合には、車両制御部２０は、液体噴射装置１５による水の噴射時期（タイミング）を排気バルブ９の開弁タイミングの直後に設定する（ステップＳ２０）。水の噴射タイミングは、エンジン回転数センサ１７及びカムポジションセンサ１８から伝えられる情報に基づいて、排気バルブ９が開かれるクランク角の直後となるように決定される。ステップＳ３０では、液体噴射装置１５により、設定された噴射タイミングに水の噴射が開始される。
【００４４】
一方、ステップＳ１０において排気ガスの温度が予め定められた所定値以下であると判定された（ステップＳ１０否定）場合には、本制御フローはリセットされる。
【００４５】
上記ステップＳ１０では、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気量ｋｅに基づいて排気ガスの温度を推定したが、これに代えて、排気ガスの温度を温度センサにより直接検出することができる。また、上記では、排気ガスの温度に基づいて水の噴射を行うか否かの判定を行ったが、これに代えて、触媒２２の温度に基づいて水の噴射を行うか否かの判定を行うことができる。この場合、触媒２２の温度が予め定められた所定値を超える場合に水の噴射が行われるようにすることができる。
【００４６】
触媒２２の温度は、温度センサにより直接検出することができる。あるいは、直接温度を検出する方法に代えて、エンジン回転数Ｎｅ及び吸気量ｋｅに基づいて触媒２２の温度を推定する方法とすることもできる。
【００４７】
上記ステップＳ３０における水の噴射は、例えばエンジン１のサイクルにおける排気バルブ９の毎回の開弁に合わせて行うことができる。また、排気ガスの温度が上がりすぎた場合には噴射する水の量を増やして排気ガスの温度上昇を抑制することができる。
【００４８】
本実施形態によれば、排気管２１の内部に水が噴射されて気化潜熱で排気ガスの温度が低下させられる。これにより、排気バルブ９及び触媒２２等の耐久性の向上が効果的に行われる。なお、排気ガスの温度が低減されることで耐久性が向上される装置としては、本実施形態における排気バルブ９及び触媒２２等には限定されず、例えば、排気マニホルド、ターボチャージャー等の様々な装置が含まれる。
【００４９】
また、本実施形態によれば、排気ガスの温度が予め定められた所定値を超える場合に水の噴射が行われる。これにより、低温始動時などで触媒２２の温度が低く触媒２２の能力が低い場合には水の噴射による排気ガスの温度低下が行われないので、触媒２２の温度が早く上げられることでエミッションが低減される。また、水が早くなくなると補給に手間とコストがかかるため、必要ないときはできる限り使わないようにするのが望ましいが、本実施形態によれば排気ガスの温度が低い場合には水の噴射が行われず、水の補給にかかる手間とコストが低減される。
【００５０】
本実施形態によれば、水の噴射は排気管２１が下向きになるところに行われる。これにより、異常発生時に連続して失火が起こった場合など、排気ガスの流れが想定外に弱くなった時であっても筒内に水が流入することが抑制される。また、水の噴射は、排気ガス流れと逆らう方向に行われる。このため、排気ガスの流れ方向においてより上流側の排気ガス中における水の滞空時間が長くなる。これにより、水の気化が促進されることで水が液体のままで触媒２２に付着することが抑制される。なお、水の気化がより促進されるためには、水の噴射は排気管２１が下向きになるところにおいて、より上流側に行われることが好ましい。また、水の気化がより効果的に促進されるためには、水の噴射は霧状に行われることが好ましい。
【００５１】
また、本実施形態によれば、排気バルブ９の開弁タイミングと水の噴射を開始するタイミングとが同期するように制御される。即ち、排気管２１の排気ガスの流れの速い（強い）タイミングで水の噴射が行われる。これにより、水が排気管２１の内周面（壁面）に直接付かずに排気ガスの流れに乗せられる。このため、排気管２１の内周面の特定の部分にいつも水が当たることにより生じる排気管２１の部分的な温度低下が抑制される。従って、排気管２１の温度分布が大きくなることによる排気管２１の歪みの発生が抑制される。また、排気ガスの表面付近（排気管２１の内周面の近くを流れる排気ガス）が重点的に冷却されることも抑制される。
【００５２】
なお、液体噴射装置１５を、本実施形態の上記設置条件から逸脱しない範囲において、水の噴射が排気管２１の中心軸付近を流れる排気ガスに向けて行われるように設けることができる。即ち、液体噴射装置１５は、排気流れが下向きとなるところに水が噴射され、且つ水の噴射が排気ガス流れと逆らう方向に行われるという条件を満たす範囲内で、排気管２１の中心軸付近を流れる排気ガスに水が噴射されるように設置されることができる。これにより、排気管２１の中心軸付近を流れている高温の排気ガスが効果的に冷却される。
【００５３】
また、本実施形態においては液体噴射装置１５から噴射する液体を水としたが、水には限定されない。噴射される液体として適しているのは、常温で液体であり排気ガス温度（約３００℃から約１，０００℃）で気化すること、豊富に入手可能で車両への貯蔵が容易であること、気化潜熱が大きいこと、という条件を満たす液体である。噴射される液体としては、水に代えて、例えば不凍液（エンジン１の冷却水）、あるいはエンジン１の燃料（ガソリン等）を用いることができる。液体噴射装置１５から噴射する液体として不凍液を用いる場合には、不凍液循環用のウォーターポンプを不凍液の圧送装置として共用可能である。また、噴射される液体を燃料とした場合には、燃料の圧送装置として燃料ポンプを、貯蔵タンク２４として燃料タンクを利用できる。また、燃料の補給も手間がかからず容易に行うことが可能である。
【００５４】
（第２実施形態）
図４及び図５を参照して、第２実施形態について説明する。
第２実施形態については、第１実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００５５】
図４は、第２実施形態に係る装置の概略構成図である。本実施形態では、第１実施形態（図１）の液体噴射装置１５に代わって液体噴射装置３０が設けられている。液体噴射装置３０の取り付け位置は、各気筒の排気ポート７の内部（排気経路）であり、各気筒にそれぞれ水が噴射される。
【００５６】
触媒２２に水が直接かかると、触媒２２の前端部のみが気化潜熱により冷却され、触媒２２の担体に歪みが生じる虞がある。そこで、噴射された水が触媒２２に到達する前に全て気化することが望ましい。そのため、水が気化する時間を長く取るために可能な限り上流側に水噴射装置を配置することが望ましい。そこで、本実施形態では、液体噴射装置３０が排気ポート７の内部に設けられ、液体噴射装置３０は、排気ポート７の内部の壁面に水を噴射するように設置されている。それ以外の構成については、第１実施形態と同様である。
【００５７】
図５は、第２実施形態の動作を示すフローチャートである。ステップＳ１１０において、排気ガスの温度が予め定められた所定値を超えていると判定された（ステップＳ１１０肯定）場合には、液体噴射装置３０による水の噴射が開始される。（ステップＳ１２０）。一方、ステップＳ１１０において、排気ガスの温度が所定値以下であると判定された（ステップＳ１１０否定）場合には、本制御フローはリセットされる。
【００５８】
上記第１実施形態（図２のステップＳ２０）では、水の噴射が開始されるタイミングが排気バルブ９の開弁タイミングの直後に設定されたが、本実施形態のステップＳ１２０では水の噴射は適宜行われる。
【００５９】
液体噴射装置３０により噴射された水が排気ポート７の内部に溜まった場合、この水は燃焼室５から排出される排気ガスの流れによって排気ガスの流れ方向における下流側に流されて気化される。
【００６０】
第２実施形態によれば、液体噴射装置３０により排気ポート７の内部に水が噴射されて排気ガスの温度が低減される。触媒２２の担体に水が液体のまま付着すると、担体の上流側が気化潜熱により急激に冷やされるため、担体の温度勾配が大きくなり、歪みが生じる虞があるが、本実施形態では排気ポート７の内部に水が噴射される。これにより、水の噴射位置から触媒２２までの距離が可能な限り長くされる。このため、水は排気ガスの流れ方向においてより上流側で気化されるので、液体のままで水が触媒２２に付着することによる触媒２２の劣化が好適に抑制される。
【００６１】
（第３実施形態）
図６を参照して、第３実施形態について説明する。
第３実施形態については、上記実施形態と異なる点についてのみ説明する。
【００６２】
第３実施形態の装置の構成は、第２実施形態（図４）の構成に対して、液体噴射装置３０による噴射の方向が異なる。本実施形態における液体噴射装置３０は、水の噴射方向が排気バルブ９に水が直接当たる方向となるように設置されている。また、水の噴射タイミングは、排気バルブ９が閉じた直後に設定される。
【００６３】
排気バルブ９は周囲への熱伝達量が少なく、高温になりやすいためノッキングの発生源となりやすい。そこで、本実施形態の水の噴射は、液状の水が排気バルブ９に直接当たるように行われる。水を直接排気バルブ９にかけることで、排気ガスだけでなく排気バルブ９の温度を下げる。
【００６４】
また、排気バルブ９に水が十分長い間接していないと、排気バルブ９の冷却効果を十分に得られない。そこで、本実施形態では、排気バルブ９が閉じてすぐに水が噴射される。これにより、排気バルブ９に水が接している時間が長くされ、より多くの熱が排気バルブ９から奪われる。
【００６５】
図６は、第３実施形態の動作を示すフローチャートである。ステップＳ２１０において、排気ガスの温度が予め定められた所定値を超えていると判定された（ステップＳ２１０肯定）場合には、車両制御部２０は、液体噴射装置３０による水の噴射時期（タイミング）を排気バルブ９の閉弁タイミングの直後に設定する（ステップＳ２２０）。水の噴射タイミングは、エンジン回転数センサ１７及びカムポジションセンサ１８から伝えられる情報に基づいて、排気バルブ９が閉じられるクランク角の直後となるように決定される。ステップＳ２３０では、液体噴射装置３０により、設定された噴射タイミングに水の噴射が開始される。
【００６６】
一方、ステップＳ２１０において、排気ガスの温度が所定値以下であると判定された（ステップＳ２１０否定）場合には、本制御フローはリセットされる。
【００６７】
上記第１実施形態（図２のステップＳ２０）では、水の噴射が開始されるタイミングは排気バルブ９の開弁タイミングの直後に設定されていた。また、上記第２実施形態（図５のステップＳ１２０）では随時水の噴射が行われた。これに対し、本実施形態のステップＳ２２０では、水の噴射が開始されるタイミングは、排気バルブ９の閉弁タイミングの直後に設定されている。
【００６８】
第３実施形態によれば、排気バルブ９に水が直接当たるように水の噴射が行われることで、排気ガスに加えて排気バルブ９が冷却される。また、排気バルブ９の閉弁タイミングの直後に水の噴射が開始されるので、水が排気バルブ９に接触している時間が長くなる。したがって、より多くの熱が排気バルブ９から奪われる。燃焼室５の中で、排気バルブ９の冷却が一番厳しく、排気バルブ９の温度が高いとそこからノッキングが起こりやすくなるが、本実施形態では排気バルブ９が効率よく冷却される。排気バルブ９が冷却されることによりノッキングが起こりにくくなり、点火時期を進めることができるようになると、排気損失が減少し、更に排気ガスの温度を低減することが可能となる。
【００６９】
上記各実施形態で、水の噴射により排気ガスを冷却して排気ガスの圧力を低下させることで、排気の抜けを良くして運転性能を向上させることができる。この場合、排気ガスの温度が低下しすぎないように水の噴射量を制御することが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００７０】
【図１】本発明の内燃機関の排気温度低減装置の第１実施形態の概略構成図である。
【図２】本発明の内燃機関の排気温度低減装置の第１実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図３】本発明の内燃機関の排気温度低減装置の第１実施形態においてエンジン回転数及び吸気量と排気温度との関係を示す図である。
【図４】本発明の内燃機関の排気温度低減装置の第２実施形態の概略構成図である。
【図５】本発明の内燃機関の排気温度低減装置の第２実施形態における動作を示すフローチャートである。
【図６】本発明の内燃機関の排気温度低減装置の第３実施形態における動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
【００７１】
１  エンジン
２  シリンダヘッド
３  シリンダブロック
４  ピストン
５  燃焼室
６  吸気ポート
７  排気ポート
８  吸気バルブ
９  排気バルブ
１０  点火プラグ
１１  吸気管
１２  スロットルバルブ
１３  エアフローメータ
１４  燃料噴射弁
１５  液体噴射装置
１７  エンジン回転数センサ
１８  カムポジションセンサ
２０  車両制御部
２１  排気管
２２  触媒
２３  消音器
２４  貯蔵タンク
３０  液体噴射装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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