(57)【要約】【課題】  燃焼後に発生する高温のガスが燃焼室内に残留することを掃気により抑制することで燃焼室内の温度上昇を抑制するとともに、掃気を水の噴射により行うことでさらに燃焼室内の温度を低下させてノッキングの発生を抑制可能な、また、水の噴射による掃気を行う場合に限りある量の水の消費を低く抑制可能な内燃機関の掃気装置を提供する。【解決手段】  燃焼室５４から第１及び第２の排気ポート６３、６４へガスを掃気する内燃機関の掃気装置１００Ａであって、燃焼室５４内に水を噴射し、且つその噴射方向が第１及び第２の排気弁７３、７４近傍になるように内燃機関５０Ａに配設された水噴射用インジェクタ１Ａを備える。また、水噴射用インジェクタ１Ａは、噴射した水が形成する噴霧Ｆ１に第１及び第２の排気弁７３、７４が部分的に含まれるように配設されている。【選択図】  図１
2007162665.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室から排気ポートへガスを掃気する内燃機関の掃気装置であって、
燃焼室内に水を噴射し、且つその噴射方向が排気弁近傍になるように内燃機関に配設された水噴射手段を備えることを特徴とする内燃機関の掃気装置。
【請求項２】
燃焼室から排気ポートへガスを掃気する内燃機関の掃気装置であって、
吸気ポート内から燃焼室内に水を噴射し、且つその噴射方向が排気弁近傍になるように内燃機関に配設された水噴射手段を備えることを特徴とする内燃機関の掃気装置。
【請求項３】
前記水噴射手段が、前記噴射方向を２方向有するとともに前記燃焼室に連通する２つの吸気ポート内に分岐して噴射するように、前記内燃機関のシリンダヘッドに配設されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の掃気装置。
【請求項４】
前記水噴射手段が、前記燃焼室に連通するいずれかの吸気ポート内に噴射するように、前記内燃機関のシリンダヘッドに配設されていることを特徴とする請求項２記載の内燃機関の掃気装置。
【請求項５】
前記噴射方向は、前記水噴射手段によって噴射される水が形成する噴霧に前記排気弁が少なくとも部分的に含まれる噴射方向であることを特徴とする請求項１から４いずれか１項記載の内燃機関の掃気装置。
【請求項６】
前記内燃機関の運転状態に基づいて、所定の噴射タイミング及び所定の噴射時間で水を噴射させるための処理を実行する制御手段をさらに備えることを特徴とする請求項１から５いずれか１項記載の内燃機関の掃気装置。
【請求項７】
前記制御手段が、前記内燃機関が備えるノッキング検知手段の出力信号に基づき、ノッキングが発生している、と判定した場合に、水を噴射させるための前記処理を実行するとともに、
前記所定の噴射時間経過前に、前記ノッキング検知手段の出力信号に基づき、ノッキングが発生している、と判定した場合に、水の噴射を終了させるための処理を実行することを特徴とする請求項６記載の内燃機関の掃気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の掃気装置に関し、特に燃焼後に発生する高温のガスを水の噴射により掃気する内燃機関の掃気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関に関し、燃焼室内に水或いは水蒸気を供給して温度低下を図る技術が公知になっている。係る技術に関し、例えば特許文献１では以下に示す２ストロークディーゼル機関の窒素酸化物低減方法（以下、単に特許文献１の方法と称す）が提案されている。
【０００３】
特許文献１の方法は、シリンダ下部に掃気ポートを有する２ストロークディーゼル機関に適用され、ピストン上部に存在する高温の排気ガスまたはピストン上面に向けてシリンダ側面から水を噴射し、ピストン上部に近い領域の排気ガスを冷却するものである。これにより、例えばピストン上部の冷却した排気ガスとシリンダ下部の掃気ポートから供給される空気とによって、シリンダ上部の排気弁側に存在する排気ガスを押し出し、掃気終了時に冷却した排気ガスをシリンダ内に部分的に残すことが可能になる。さらに、この残留した排気ガスは新たに供給された空気と混合されることで、新たな空気のみの場合と比較して酸素の含有量が少なく、且つ比較的温度が低いガスに生成される。特許文献１の方法によれば、このガスにより後の燃焼行程で発生する窒素酸化物を大幅に低減可能である。
【０００４】
また、特許文献２では以下に示すエンジンのノッキング抑制装置（以下、単に特許文献２の装置と称す）が提案されている。特許文献２の装置は、各独立吸気通路に、夫々ノッキング抑制用の水噴射手段が設けられたエンジンに適用されており、この装置では水噴射時期が吸気弁と排気弁との開弁オーバーラップ期間中に設定されている。この設定により、噴射された水は掃気中に気筒内に供給されるとともに、掃気流にのって高温の点火プラグや排気弁に接触し気化する。特許文献２の装置によれば、これにより点火プラグや排気弁が冷却され、圧縮上死点における混合気の温度が下げられるため、ノッキングが抑制されエンジンの信頼性が高まるとともに、吸気充填効率が向上しエンジン出力が高められる。
【０００５】
また、特許文献３では以下に示すノッキング回避方法（以下、単に特許文献３の方法と称す）が提案されている。特許文献３の方法は、ノッキングの発生を予測してノッキング回避手段を制御し以てノッキングを回避するノッキング回避行程を含むものである。さらに特許文献３では、このノッキング回避行程が、吸気系に水蒸気を添加することにより行われる方法を開示している。
【０００６】
【特許文献１】特開２００４−３５３５１４号公報
【特許文献２】特開平５−１０１６４号公報
【特許文献３】特開平１０−２２４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ここで、上述の各特許文献が提案する技術は水（特許文献３においては水蒸気）を最終的に燃焼室内に供給する点で共通している。そのうち特許文献２が提案する技術は、燃焼室内の温度を低下させることでノッキングの発生を抑制しようとするものである。しかしながら、係る技術によればその技術相応の効果が得られる一方で、係る技術のみでは掃気に関しては特に配慮がなされていないため、排気行程で高温ガスが燃焼室内に残留することで燃焼室の高温化が助長され、その結果ノッキングが発生する虞がある。これに対し、特許文献１が提案する技術は窒素酸化物低減の効果だけでなく、その効果を得る段階で高温ガスを燃焼室内から掃気した分、温度が低下するという副次的な効果も有している。しかしながら、このような副次的な効果は、特許文献１が提案する技術が空気を供給するための掃気ポート（吸気ポート）をシリンダ下部に有し、且つ吸気と排気が同一行程で行われる２ストロークディーゼル機関に適用されることで特に発揮されるものである。したがって、吸気ポートがシリンダヘッドに形成される内燃機関に例えば特許文献１と同様の技術を適用しても、燃焼室内に流入する吸気の態様が異なるために高温ガスが必ずしも同様には掃気されないことから上述の副次的な効果を十分に得ることができず、ノッキングの発生を抑制するという課題に対しては効果が不十分である。また、特許文献３が提案する技術によればノッキングを回避することが可能であるが、特許文献３が提案する技術は定置式で且つ定負荷出力が要求されるタイプのエンジンに適用が限られたものであり、係る特徴を備えるエンジン以外ではその効果を発揮することができない。また、定置式のエンジンを適用対象とする特許文献３の方法以外では、噴射する水を予め貯蔵しておく必要があるために必然的に水量が貯蔵量に限られてしまうが、係る点に配慮した技術に関しては特許文献１及び２では特に言及されていない。
【０００８】
そこで本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、燃焼後に発生する高温のガスが燃焼室内に残留することを掃気により抑制することで燃焼室内の温度上昇を抑制するとともに、掃気を水の噴射により行うことでさらに燃焼室内の温度を低下させてノッキングの発生を好適に抑制することが可能な、また、水の噴射による掃気を行う場合に、限りある量の水の消費を低く抑制可能な内燃機関の掃気装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明は、燃焼室内から排気ポートへガスを掃気する内燃機関の掃気装置であって、燃焼室内に水を噴射し、且つその噴射方向が排気弁近傍になるように内燃機関に配設された水噴射手段を備えることを特徴とする。本発明によれば、排気弁近傍をめがけて燃焼室内に噴射した水の噴霧により、燃焼室内から排気ポートへ燃焼後の高温ガスを押し出すようにして掃気でき、その結果、燃焼室内の温度が上昇することを抑制可能である。さらに、本発明によれば、掃気を水の噴射により行うことで水の気化による燃焼室内の温度低下を図ることも可能であり、これによりノッキングの発生を好適に抑制することが可能である。
【００１０】
また、本発明は、燃焼室から排気ポートへガスを掃気する内燃機関の掃気装置であって、吸気ポート内から燃焼室内に水を噴射し、且つその噴射方向が排気弁近傍になるように内燃機関に配設された水噴射手段を備えることを特徴とする。本発明のように吸気ポート内から燃焼室内に水を噴射することでも、上述の発明と同様にノッキングの発生を抑制可能である。また、適用する内燃機関が筒内燃料直噴式の場合、燃焼室内に水を噴射する上述の発明では燃料噴射用インジェクタとの兼ね合いで水噴射手段の配設が困難になるところ、本発明によれば、燃料噴射用インジェクタと水噴射手段とを比較的容易に両立させて配設することができるため、より容易に水の噴射による掃気を実現可能である。さらに、本発明によれば、水噴射手段が燃焼室内に発生する高温、高圧のガスに曝されることがないため、水噴射手段の信頼性を向上させることができ、また、水噴射手段に用いられるシール部材等に要する耐温度性、耐圧性を低く設定することでコスト低減を図ることが可能である。
【００１１】
また、本発明は、前記水噴射手段が、前記噴射方向を２方向有するとともに前記燃焼室に連通する２つの吸気ポート内に分岐して噴射するように、シリンダヘッドに配設されていてもよい。より具体的には、例えば本発明のように配設された水噴射手段により高温ガスを掃気し、ノッキングの発生を抑制することが可能である。本発明によれば、１つの水噴射手段で広範囲に亘って燃焼室内の高温ガスを掃気することが可能であり、さらに水噴射手段を吸気ポート毎に備える場合と比較してコストの低減を図ることが可能である。
【００１２】
また、本発明は、前記水噴射手段が、前記燃焼室に連通するいずれかの吸気ポート内に噴射するように、シリンダヘッドに配設されていてもよい。例えば本発明のように配設された水噴射手段により高温ガスを掃気し、ノッキングの発生を抑制することも可能である。本発明によれば、筒内燃料直噴式の内燃機関に適用する場合、さらに容易に燃料噴射用インジェクタと水噴射手段と両立させて配設することが可能であるため、水の噴射による掃気をさらに容易に実現可能である。
【００１３】
また、本発明は、前記噴射方向は、前記水噴射手段によって噴射される水が形成する噴霧に前記排気弁が少なくとも部分的に含まれる噴射方向であってもよい。より具体的には、例えば上述のように噴射方向を定めた水噴射手段であれば、より確実に燃焼室内の高温ガスを掃気することが可能である。
【００１４】
また、本発明は、内燃機関の運転状態に基づいて、所定の噴射タイミング及び所定の噴射時間で水を噴射させるための処理を実行する制御手段をさらに備えてもよい。本発明によれば、内燃機関の運転状態に適した噴射タイミング及び噴射時間で水を噴射して高温ガスを掃気することで、ノッキングの発生を好適に抑制可能である。また、本発明によれば必要に応じた噴射タイミング及び噴射時間で水を噴射させることで、限りある量の水の消費を低く抑制可能である。
【００１５】
また、本発明は、前記制御手段が、前記内燃機関が備えるノッキング検知手段の出力信号に基づき、ノッキングが発生している、と判定した場合に、水を噴射させるための前記処理を実行するとともに、前記所定の噴射時間経過前に、前記ノッキング検知手段の出力信号に基づき、ノッキングが発生している、と判定した場合に、水の噴射を終了させるための処理を実行してもよい。本発明によれば、ノッキングが発生していると判定した場合にのみ水を噴射することで、さらには、発生したノッキングを抑制できないと判定した場合には水の噴射を終了することで、限りある量の水の消費をさらに低く抑制可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、燃焼後に発生する高温のガスが燃焼室内に残留することを掃気により抑制することで燃焼室内の温度上昇を抑制するとともに、掃気を水の噴射により行うことでさらに燃焼室内の温度を低下させてノッキングの発生を抑制可能な、また、水の噴射による掃気を行う場合に限りある量の水の消費を低く抑制可能な内燃機関の掃気装置を提供できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。
【実施例１】
【００１８】
図１は、本実施例に係る内燃機関の掃気装置（以下、単に掃気装置と称す）１００Ａの構成を、該掃気装置１００Ａが適用される内燃機関５０Ａの要部とともに示す図である。より具体的には、図１（ａ）では鉛直断面視で、図１（ｂ）では上面視で、掃気装置１００Ａの構成をシリンダ５１ａに関連する要部とともにそれぞれ模式的に示している。本実施例に示す内燃機関５０Ａは直噴ガソリン機関である。但し、内燃機関５０Ａは例えば所謂リーンバーンエンジンであってもよく、また、掃気装置１００Ａを適用することで燃焼後に発生する高温ガスを掃気しノッキングの発生を抑制する効果が得られる内燃機関であれば、その他のガソリンエンジンやディーゼルエンジン等であってもよい。また、内燃機関５０Ａは直列４気筒の内燃機関であるが、これに限られず適宜の気筒配列及び気筒数であってよい。なお、本実施例では内燃機関５０Ａに関し、各気筒の代表としてシリンダ５１ａについて示しているが他の気筒についても同様である。
【００１９】
図１（ａ）または（ｂ）に示すように、内燃機関５０Ａは、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２Ａ等を有して構成されている。シリンダブロック５１には、略円筒状のシリンダ５１ａが形成されており、このシリンダ５１ａ内にはピストン５３が収容されている。ピストン５３がシリンダ５１ａ内で往復運動すると、コネクティングロッド（図示省略）を介してクランクシャフト（図示省略）に動力が伝達され、さらにクランクシャフトによって往復運動が回転運動に変換される。なお、クランクシャフトは、その軸線（クランク軸線）が図１（ｂ）に示す中心線Ｐと略平行になるように内燃機関５０Ａに配設されている。
【００２０】
シリンダブロック５１の上面にはシリンダヘッド５２Ａが固定されており、燃焼室５４は、シリンダブロック５１、シリンダヘッド５２Ａ及びピストン５３によって囲われた空間として形成されている。シリンダヘッド５２Ａには、吸気を燃焼室５４に導くための構成である第１及び第２の吸気ポート６１、６２が形成されている。さらに、シリンダヘッド５２Ａには、第１の吸気ポート６１に対応させて第１の吸気弁７１が、同様に第２の吸気ポート６２に対応させて第２の吸気弁７２がそれぞれ配設されている。これら吸気弁７１、７２は、第１及び第２の吸気ポート６１、６２の流路をそれぞれ開閉するための構成である。これら吸気ポート６１、６２のほか、シリンダヘッド５２Ａには燃焼後に発生する高温ガスを燃焼室５４から排気するための第１及び第２の排気ポート６３、６４が形成され、さらにこれら排気ポート６３、６４の流路を開閉するための第１及び第２の排気弁７３、７４が配設されている。
【００２１】
また、シリンダヘッド５２Ａには、水噴射用インジェクタ（水噴射手段）１Ａが燃焼室５４内に噴射部を突出させた状態で配設されている。より具体的には、水噴射用インジェクタ１Ａは図１（ｂ）に示すように上面視では、クランク軸線に略直交し、且つ燃焼室５４を略二分割する平面に水噴射用インジェクタ１Ａの噴射部が含まれるように、さらに中心線Ｐとシリンダ５１ａの中心軸線とを含む平面よりも第１及び第２の吸気弁７１、７２側に配設されている。これによって、燃焼室５４内の高温ガスを広範囲に亘って好適に掃気することが可能である。また、水噴射用インジェクタ１Ａは図１（ａ）に示すように鉛直断面視では、第１及び第２の吸気ポート６１、６２よりもシリンダブロック５１側に配設されている。さらに、水噴射用インジェクタ１Ａは、その噴射方向が第１及び第２の排気弁７３、７４近傍に向けられた状態で配設されており、この状態で水噴射用インジェクタ１Ａが噴射した水により形成される噴霧Ｆ１には、図１（ａ）及び（ｂ）に示すように第１及び第２の排気弁７３、７４の少なくとも一部分が含まれるようになっている。
【００２２】
水噴射用インジェクタ１Ａにはポンプ２が接続されており、このポンプ２はさらにタンク３に接続されている。タンク３は水噴射用インジェクタ１Ａで噴射するための水を貯蔵するための構成であり、ポンプ２はＥＣＵ（electronic control unit：電子制御装置）４の制御の基、タンク３から水を吸引するとともに水噴射用インジェクタ１Ａに水を圧送するための構成である。ポンプ２が水を圧送することで水噴射用インジェクタ１Ａから水が噴射される。
【００２３】
ＥＣＵ４は種々の制御用プログラムを内蔵し、主として内燃機関５０Ａを制御するための構成である。また、ＥＣＵ４は種々の制御用プログラムとして例えばポンプ２制御用のプログラムを内蔵し、ポンプ２を駆動、停止制御することで水噴射用インジェクタ１Ａに所定の噴射タイミング及び所定の噴射時間で水を噴射させる。本実施例では、水噴射用インジェクタ１Ａと、ポンプ２と、タンク３と、ＥＣＵ４とで掃気装置１００Ａを実現している。なお、ＥＣＵ４が行う水の噴射制御については実施例４で詳述する。また、本実施例で示す水噴射用インジェクタ１Ａは噴射を断続するための弁を備えていないが、係る弁を備えたインジェクタを水噴射用インジェクタ１Ａの代わりに備えてもよい。この場合、ＥＣＵ４はさらにこのインジェクタの弁を開閉制御するためのプログラムを内蔵し、弁を開閉制御することで水の噴射を断続する。
【００２４】
上述の構成で、次にＥＣＵ４の制御の基、水噴射用インジェクタ１Ａが水を噴射した場合について詳述する。排気行程では、第１及び第２の排気弁７３、７４が開き、ピストン５３が下死点から上死点に向かって上昇するとともに、燃焼、膨張行程で発生した高温ガスを燃焼室５４内から第１及び第２の排気ポート６３、６４へ押し出すようにして排気する。そして排気行程後半で第１及び第２の吸気弁６１、６２が開いた際には、ピストン５３の上昇により縮小された燃焼室５４内に吸気が流入し、燃焼室５４内の高温ガスの排気が促進される。この際に水噴射用インジェクタ１Ａが水を噴射した場合、さらに噴霧Ｆ１で燃焼室５４内の高温ガスを第１、第２の排気弁７３、７４側へ押し出すようにして掃気することが可能であり、これにより燃焼室５４内に高温ガスが残留することを抑制し、燃焼室５４内の温度が上昇することを抑制可能である。また、上述のようにして水の噴射により掃気を行うことで、水の気化により燃焼室５４内の温度をさらに低下させることが可能であり、その結果、ノッキングの発生を好適に抑制可能である。以上により、燃焼後に発生する高温ガスが燃焼室５４内に残留することを掃気により抑制することで燃焼室５４内の温度上昇を抑制するとともに、水の噴射により掃気を行うことで、燃焼室５４内の温度をさらに低下させて、ノッキングの発生を好適に抑制可能な掃気装置１００Ａを実現可能である。
【実施例２】
【００２５】
図２は、本実施例に係る掃気装置１００Ｂの構成を、該掃気装置１００Ｂを適用する内燃機関５０Ｂの要部とともに示す図である。より具体的には、図２（ａ）では鉛直断面視で、図２（ｂ）では上面視で、掃気装置１００Ｂの構成をシリンダ５１ａに関連する要部とともにそれぞれ模式的に示している。本実施例に示す水噴射用インジェクタ１Ｂは水を噴射するための噴射方向を２つ有する以外、実施例１に示す水噴射用インジェクタ１Ａと同一である。また、本実施例に係る掃気装置１００Ｂは、水噴射用インジェクタ１Ａの代わりに水噴射用インジェクタ１Ｂを備える以外、実施例１に係る掃気装置１００Ａと同一である。
【００２６】
また、本実施例に示す内燃機関５０Ｂは、水噴射用インジェクタ１Ａの代わりに水噴射用インジェクタ１Ｂが、第１及び第２の吸気ポート６１、６２内から燃焼室５４内に水を噴射し、且つその噴射方向が第１及び第２の排気弁７３、７４近傍になるようにシリンダヘッド５２Ｂに配設され、また水噴射用インジェクタ１Ｂで第１及び第２の吸気ポート６１、６２内に水を噴射できるように連通路Ｈ１、Ｈ２がシリンダヘッド５２Ｂに形成され、さらに燃料噴射用インジェクタ８０のシリンダヘッド５２Ｂにおける配設位置を明示している以外、実施例１に示す内燃機関５０Ａと同一である。なお、水噴射用インジェクタ１Ｂは、噴射した水が形成する噴霧Ｆ２及びＦ３に、第１及び第２の排気弁７３、７４が図２（ｂ）に示すように部分的に含まれるようにシリンダヘッド５２Ｂに配設されている。
【００２７】
上述のようにして配設された水噴射用インジェクタ１Ｂを備えることで、掃気装置１００Ｂでは、水噴射用インジェクタ１Ｂが燃焼室５４内で発生する高温、高圧のガスに曝されることがないため、実施例１で示す水噴射用インジェクタ１Ａと比較して信頼性が高まり、さらに水噴射用インジェクタ１Ｂに要するシール部材等の耐温度性、耐圧性を低く設定してコスト低減を図ることが可能である。また、掃気装置１００Ｂでは、水噴射用インジェクタ１Ｂを１気筒あたりに１つ備えるだけで、噴霧Ｆ２及びＦ３により広範囲に亘って均等に燃焼室５４内の高温ガスを掃気することが可能であり、これにより第１及び第２の吸気ポート６１、６２それぞれにインジェクタを備える場合と比較してコストの低減を図ることが可能である。
【００２８】
また、掃気装置１００Ｂによれば、図２（ｂ）に示すように実施例１では明示しなかった燃料噴射用インジェクタ８０を、実施例１で示した水噴射用インジェクタ１Ａと略同一の位置に比較的容易に配設することが可能である。また、掃気装置１００Ｂによれば、実施例１に係る掃気装置１００Ａと同様に排気行程で水噴射用インジェクタ１Ｂが水を噴射した場合に、高温ガスの残留の抑制とともに水の気化による燃焼室５４内の温度低下が図られ、その結果、ノッキングの発生を好適に抑制可能である。以上により、燃焼後に発生する高温ガスが燃焼室５４内に残留することを掃気により抑制することで燃焼室５４内の温度上昇を抑制するとともに、掃気を水の噴射により行うことで燃焼室５４内の温度をさらに低下させて、ノッキングの発生を好適に抑制可能な掃気装置１００Ｂを実現可能である。
【実施例３】
【００２９】
図３は、本実施例に係る掃気装置１００Ｃの構成を、該掃気装置１００Ｃを適用する内燃機関５０Ｃの要部とともに模式的に示す図である。より具体的には、図３（ａ）では鉛直断面視で、図３（ｂ）では上面視で、掃気装置１００Ｃの構成をシリンダ５１ａに関連する要部とともにそれぞれ模式的に示す図である。本実施例に示す水噴射用インジェクタ１Ｃは、単体での噴射方向が異なる以外、実施例１に示す水噴射用インジェクタ１Ａと同一である。また、本実施例に係る掃気装置１００Ｃは、水噴射用インジェクタ１Ａの代わりに水噴射用インジェクタ１Ｃを備える以外、実施例１に係る掃気装置１００Ａと同一である。
【００３０】
また、本実施例に示す内燃機関５０Ｃは、水噴射用インジェクタ１Ａの代わりに水噴射用インジェクタ１Ｃが、第２の吸気ポート６２内から燃焼室５４内に水を噴射し、且つその噴射方向が第１及び第２の排気弁７３、７４近傍になるように、シリンダヘッド５２Ｃに配設され、また水噴射用インジェクタ１Ｃで第２の吸気ポート６２内に水を噴射できるように連通路Ｈ３がシリンダヘッド５２Ｃに形成され、さらに燃料噴射用インジェクタ８０のシリンダヘッド５２Ｃにおける配設位置を明示している以外、実施例１に示す内燃機関５０Ａと同一である。なお、水噴射用インジェクタ１Ｃは、噴射した水が形成する噴霧Ｆ４に、第１及び第２の排気弁７３、７４が部分的に含まれるようにシリンダヘッド５２Ｃに配設されている。
【００３１】
上述のようにして配設された水噴射用インジェクタ１Ｃを備えることにより、掃気装置１００Ｃでは、実施例２に係る掃気装置１００Ｂと同様、水噴射用インジェクタ１Ｃに要するシール部材等の耐温度性、耐圧性などを低く設定してコスト低減を図ることが可能である。また、掃気装置１００Ｃによれば、上下に水噴射用インジェクタ１Ｂと燃料噴射用インジェクタ８０とが並んで配設される実施例２に係る掃気装置１００Ｂと比較しても、図３（ｂ）に示すように燃料噴射用インジェクタ８０をシリンダヘッド５２Ｃにさらに容易に配設することが可能である。また、掃気装置１００Ｃによれば、実施例１に係る掃気装置１００Ａと同様に排気行程で水噴射用インジェクタ１Ｃが水を噴射した場合に、高温ガスの残留の抑制とともに水の気化による燃焼室５４内の温度低下が図られ、その結果、ノッキングの発生を好適に抑制可能である。以上により、燃焼後に発生する高温ガスが燃焼室５４内に残留することを掃気により抑制することで燃焼室５４内の温度上昇を抑制するとともに、掃気を水の噴射により行うことで燃焼室５４内の温度をさらに低下させて、ノッキングの発生を抑制可能な掃気装置１００Ｃを実現可能である。
【実施例４】
【００３２】
本実施例では、ＥＣＵ４が行う水の噴射制御、より具体的には水の噴射タイミング及び噴射時間の制御について詳述する。なお、ＥＣＵ４は実施例１から３までのいずれの掃気装置１００Ａ、１００Ｂ、または１００Ｃが備えるものであってもよいため、本実施例ではこれら掃気装置１００Ａ、１００Ｂまたは１００Ｃを総称して掃気装置１００と称す。また、本実施例では総称した掃気装置１００に対応する内燃機関５０Ａ、５０Ｂまたは５０Ｃを総称して内燃機関５０と称す。同様に、本実施例では総称した掃気装置１００に対応する水噴射用インジェクタ１Ａ、１Ｂまたは１Ｃを総称して水噴射用インジェクタ１と称す。
【００３３】
ＥＣＵ４は、より具体的にはポンプ２制御用のプログラムを含む種々のプログラムを格納するための図示しないＲＯＭ（read only memory）と、ＲＯＭが格納するこれらプログラムに基づき種々の処理を実行するための図示しないＣＰＵ（central processing unit：中央演算処理装置）とを有して構成されている。ＣＰＵはポンプ２制御用のプログラムに基づき、水噴射用インジェクタ１に水を噴射させるための処理として、ポンプ２に作動信号を出力するための処理を実行する。すなわち、本実施例ではＣＰＵで制御手段を実現している。また、ＣＰＵは上述の作動信号を出力するための処理を、内燃機関５０の運転状態に基づき、水の噴射タイミングを内燃機関５０の回転数と負荷との関係で示すマップデータ（以下、単に噴射タイミング用マップデータと称す）９１に基づく所定のタイミングで実行する。ＣＰＵは、同様に内燃機関５０の運転状態に基づき、水の噴射時間を内燃機関５０の回転数と負荷との関係で示すマップデータ（以下、単に噴射時間用マップデータと称す）９２に基づく所定の噴射時間経過後に、ポンプ２を停止させるための停止信号を出力するための処理を実行する。
【００３４】
噴射タイミングに関しては、排気行程後半で第１及び第２の吸気弁７１、７２と第１及び第２の排気弁７３、７４とがオーバーラップして開弁する期間中が、最も掃気効果が高いために好ましいタイミングである。また、噴射時間に関しては、第１及び第２の排気弁７３、７４が閉じることにより上述の期間が終了するときを含むことが高温ガスの残留を抑制するという観点から好ましく、また内燃機関５０の運転状態が高回転または高負荷であるほど燃焼で発生する発熱量が大きくなることからオーバーラップ期間に占める噴射時間の割合が大きくなるほうが好ましい。なお、実施例１及び３に係る掃気装置１００Ａ及び１００Ｃの場合には、さらに噴射タイミングがオーバーラップ期間前であってもよい。上述のマップデータ９１、９２それぞれは、係る条件に基づいた上で、さらに噴射する際に求められる効果の度合いや水の消費量等を考慮して、実際に台上試験等で内燃機関５０の負荷及び回転数に対する最適な水の噴射タイミング及び噴射時間を求めることで予め作成されるものであり、ＲＯＭがこれらマップデータ９１、９２を格納している。これによって、内燃機関５０の運転状態に適した噴射タイミング及び噴射時間で水噴射用インジェクタ１に水を噴射させることが可能になり、ノッキングの発生及びタンク３に貯蔵された限りある量の水の消費を好適に抑制可能である。なお、本実施例ではＥＣＵ４は噴射タイミング用マップデータ９１と、噴射時間用マップデータ９２とを内蔵しているが、内燃機関５０の運転状態に応じて単位時間当たりの噴射量を変更するための噴射量用マップデータをさらに内蔵していてもよい。この場合には、例えばＣＰＵにポンプ２の噴射圧を変更するための処理を実行させることで噴射量を変更することが可能である。
【００３５】
ここで、上述した制御でも水の消費をある程度効果的に抑制可能であるが、本実施例では更なる水の消費量の抑制を図ることをより重視するという観点から、ＣＰＵが以下に示す処理を実行する。ＣＰＵは水を噴射させるための処理として、ポンプ２に作動信号を出力するための上述の処理を内燃機関５０に配設された図示しないノックセンサ（ノッキング検知手段）からノッキングの発生を示す出力信号を検出した場合に実行する。また、この場合、ＣＰＵは噴射時間が経過する前に再度ノックセンサの出力信号を検出し、発生したノッキングを抑制できないと判定した場合には、水の噴射を終了させるための処理として、ポンプ２に停止信号を出力するための処理を実行する。なお、ノックセンサとしては例えばノッキングの際に発生する異常振動や筒内異常圧を検出するセンサを適用可能であり、これに限られずノックセンサは公知のものであってよい。
【００３６】
図４は、更なる水の消費量の抑制を図るためにＣＰＵが実行する処理をフローチャートで示す図である。まずＣＰＵはノックセンサの出力信号を検出する処理を実行する（ステップ１１）。次にＣＰＵは検出した出力信号に基づいて、ノッキングが発生しているかどうかを判定する処理を実行する（ステップ１２）。ステップ１２においてノッキングが発生していない、と判定した場合にはＣＰＵは引き続きステップ１１に示す処理を実行する。ステップ１２においてノッキングが発生している、と判定した場合にはＣＰＵは噴射タイミング用マップデータ８１から、内燃機関５０の運転状態に応じた噴射タイミングを読み込む処理を実行する（ステップ１３）。同時にＣＰＵは噴射時間用マップデータ８２から、内燃機関５０の運転状態に応じた噴射時間を読み込む処理を実行する（ステップ１４）。続いて、ＣＰＵはポンプ２に作動信号を出力する処理を実行し、これにより水噴射用インジェクタ１から水が噴射される（ステップ１５）。
【００３７】
ＣＰＵは噴射時間が終了する前の所定の時間経過後に再びノックセンサの出力信号を検出する処理を実行し（ステップ１６）、ノッキングが発生しているかどうかを判定する処理を実行する（ステップ１７）。ステップ１７においてノッキングが発生している、と判定した場合には、ＣＰＵは噴射時間が終了する前に、ポンプ２に停止信号を出力する処理を実行し、これにより水の噴射が終了する（ステップ１８）。なお、この場合には例えば点火時期を遅角させる等の制御を実行することで発生したノッキングを抑制する。ステップ１７においてノッキングが発生していない、と判定した場合には、ＣＰＵはステップ１４で読み込んだ噴射時間通りにポンプ２に停止信号を出力する処理を実行することで燃焼室５４内の温度の低下を図り、水の噴射を終了させる。これにより、ノックセンサで検出可能な程度のノッキングの発生を許容する代わりに、タンク３に貯蔵された限りある量の水の消費をさらに低く抑制可能である。以上により、水の噴射による掃気を行う場合に、限りある量の水の消費を低く抑制可能な掃気装置１００を実現可能である。
【００３８】
上述した実施例は本発明の好適な実施の例である。但し、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変形実施可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１】実施例１に係る掃気装置１００Ａの構成を、該掃気装置１００Ａが適用される内燃機関５０Ａの要部とともに示す図である。
【図２】実施例２に係る掃気装置１００Ｂの構成を、該掃気装置１００Ｂが適用される内燃機関５０Ｂの要部とともに示す図である。
【図３】実施例３に係る掃気装置１００Ｃの構成を、該掃気装置１００Ｃが適用される内燃機関５０Ｃの要部とともに示す図である。
【図４】更なる水の消費量の抑制を図るためにＣＰＵが実行する処理をフローチャートで示す図である。
【符号の説明】
【００４０】
１  水噴射用インジェクタ
２  ポンプ
３  タンク
４  ＥＣＵ
５０  内燃機関
１００  内燃機関の掃気装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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