(57)【要約】【課題】インジェクタの噴孔周りに凝縮水が付着することを抑制できる内燃機関の吸気制御装置を提供する。【解決手段】内燃機関１のインジェクタ５は、弁体の開弁動作を通じてサックから噴孔を介して同燃焼室２に燃料を噴射する。内燃機関１の吸気系における凝縮水の蓄積量Ａが定められた閾値（保持量Ｍ）よりも多いときには、燃焼室２内にインジェクタ５から吸気バルブ９に向って流れる逆タンブル流が発生するようタンブルコントロールバルブ１８が制御される。従って、吸気系に蓄積した凝縮水が、内燃機関１の吸気行程で燃焼室２に流れ込み、吸気バルブ９の開弁状態からの閉弁過程で上記凝縮水がバルブ裏面に当たって飛散したとき、その飛散した凝縮水が上記逆タンブル流によって吸気バルブ９側に押し戻されるため、インジェクタ５の噴孔周りに上記凝縮水が付着することは抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気の一部を吸気系に流すＥＧＲ装置と燃焼室に燃料を噴射するインジェクタとが設けられた内燃機関に適用され、燃焼室内に吸入される空気の流れを制御するタンブルコントロールバルブと、そのタンブルコントロールバルブを制御する制御部と、を備える内燃機関の吸気制御装置において、
内燃機関の吸気系における凝縮水の蓄積量を算出する算出部を備え、
前記制御部は、前記算出部によって算出された凝縮水の蓄積量が定められた閾値よりも多いときには、燃焼室内に前記インジェクタから吸気バルブに向って流れる逆タンブル流が発生するよう前記タンブルコントロールバルブを制御する
ことを特徴とする内燃機関の吸気制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１に示されるように、排気の一部を吸気系に流す（還流させる）ＥＧＲ装置を設けた内燃機関が知られている。また、筒内噴射式の内燃機関として、燃焼室に燃料を噴射するインジェクタが設けられたものも知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−２２９６７９公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、ＥＧＲ装置が設けられた内燃機関では、同装置により吸気系に流された排気の一部に含まれる水分が吸気系の新気により冷やされて凝縮水となるため、その凝縮水が吸気系に蓄積しやすくなる。このように吸気系に蓄積した凝縮水が吸気行程で燃焼室に流れ込むとき、吸気バルブが開弁状態からの閉弁過程にある場合には、上記凝縮水が吸気バルブのバルブ裏面に当たって飛散することによりインジェクタの噴孔周りに付着する。そして、インジェクタの噴孔周りに付着した凝縮水が、同インジェクタの噴孔周りを腐食させる原因となる。
【０００５】
なお、特許文献１には、閾値以上の凝縮水が発生したときにはＥＧＲ装置による吸気系への排気の還流を制限することが記載されている。ただし、このようにＥＧＲ装置による排気の還流を制限しても、既に吸気系に蓄積している凝縮水が吸気行程で燃焼室に流れ込むことは避けられない。このため、燃焼室に流れ込んだ凝縮水が開弁状態からの閉弁過程にある吸気バルブのバルブ裏面に当たって飛散することによりインジェクタの噴孔周りに付着すると、その凝縮水がインジェクタの噴孔周りを腐食させる原因となる。
【０００６】
本発明の目的は、インジェクタの噴孔周りに凝縮水が付着することを抑制できる内燃機関の吸気制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
以下、上記課題を解決するための手段及びその作用効果について記載する。
上記課題を解決する吸気制御装置は、排気の一部を吸気系に流すＥＧＲ装置と燃焼室に燃料を噴射するインジェクタとが設けられた内燃機関に適用される。同装置は、燃焼室に吸入される空気の流れを制御するタンブルコントロールバルブと、そのタンブルコントロールバルブを制御する制御部と、内燃機関の吸気系における凝縮水の蓄積量を算出する算出部と、を備える。そして、上記制御部は、算出部によって算出された凝縮水の蓄積量が定められた閾値よりも多いときには、内燃機関の吸気バルブが閉弁するタイミングで、燃焼室内にインジェクタから吸気バルブに向って流れる逆タンブル流が発生するようタンブルコントロールバルブを制御する。
【０００８】
上記構成によれば、内燃機関の吸気系に蓄積した凝縮水が吸気行程で燃焼室に流れ込み、その凝縮水が開弁状態からの閉弁過程にある吸気バルブのバルブ裏面に当たってインジェクタの噴孔周りに向けて飛散するとき、燃焼室にインジェクタから吸気バルブに向って流れる逆タンブル流を発生させることができる。この逆タンブル流により、吸気バルブのバルブ裏面に当たって凝縮水がインジェクタの噴孔周りに向って飛散したとしても、その飛散した凝縮水が吸気バルブ側に押し戻されてインジェクタの噴孔周りに付着することは抑制される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】気流制御装置及び同装置が適用される内燃機関の構成を示す略図。
【図２】インジェクタの先端部分を拡大して示す断面図。
【図３】インジェクタの先端部分を拡大して示す断面図。
【図４】内燃機関の燃焼室におけるインジェクタ及び吸気バルブ周りを示す略図。
【図５】燃焼室内に逆タンブル流を生じさせる手順を示すフローチャート。
【図６】スワールコントロールバルブを示す略図。
【図７】燃焼室内に逆タンブル流及びスワール流を生じさせる手順を示すフローチャート。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
［第1実施形態］
以下、内燃機関の気流制御装置の第１実施形態について、図１〜図５を参照して説明する。
【００１１】
図１に示すように、内燃機関１の燃焼室２に繋がる吸気通路３には吸気絞り弁４が設けられており、その吸気通路３を流れる空気が燃焼室２に吸入される。また、内燃機関１には燃焼室２に燃料を噴射するインジェクタ５が設けられている。このインジェクタ５から噴射された燃料を燃焼室２で燃焼させることにより、ピストン６が往復移動してクランクシャフト７が回転する。そして、燃焼室２で燃料が燃焼した後のガスは排気として排気通路８に送り出される。
【００１２】
内燃機関１における燃焼室２と吸気通路３との間は、クランクシャフト７からの回転伝達を受ける吸気カムシャフトの回転に伴う吸気バルブ９の開閉動作を通じて連通したり遮断されたりする。また、内燃機関１における燃焼室２と排気通路８との間は、クランクシャフト７からの回転伝達を受ける排気カムシャフトの回転に伴う排気バルブ１０の開閉動作を通じて連通したり遮断されたりする。
【００１３】
なお、吸気通路３における燃焼室２寄りの部分は、吸気ポート３ａと吸気ポート３ｂとに分岐した状態で燃焼室２に接続されている。吸気バルブ９は、吸気ポート３ａと吸気ポート３ｂとにそれぞれ対応して設けられている（図１には一つのみ図示）。また、吸気通路３における吸気ポート３ａ，３ｂよりも上流側の部分には、吸気通路３（３ａ、３ｂ）から燃焼室２内に吸入される空気の流れを制御するタンブルコントロールバルブ１８が設けられている。
【００１４】
内燃機関１には、排気の一部を吸気系に流す（還流させる）ＥＧＲ装置が設けられている。このＥＧＲ装置は、排気通路８に接続されるとともに吸気通路３における吸気絞り弁４よりも下流側の部分に接続されるＥＧＲ通路１１、そのＥＧＲ通路１１の途中に設けられたＥＧＲクーラ１２、及び、ＥＧＲ通路１１におけるＥＧＲクーラ１２よりも吸気通路３寄りの部分に設けられたＥＧＲバルブ１３を備えている。
【００１５】
そして、排気通路８を流れる排気の一部は、ＥＧＲ通路１１に流れてＥＧＲクーラ１２で冷却された後に吸気通路３に流れる。このように吸気通路３に還流される排気（ＥＧＲガス）の流量は、ＥＧＲバルブ１３の開度を変更することによって調整される。なお、ＥＧＲ装置のＥＧＲ通路１１は、同通路１１が接続される吸気通路３とともに内燃機関１の吸気系を構成している。
【００１６】
図２及び図３は、インジェクタ５における燃焼室２に露出した部分（先端部分）を拡大して示している。インジェクタ５の内部には、図中の上下方向に移動することにより開閉動作する弁体１４が設けられている。インジェクタ５の先端部分の内側には、インジェクタ５の噴孔１５と連通するサック１６が形成されている。そして、図３に示すように、弁体１４が上方に移動（開弁動作）してインジェクタ５の内側のシート部１７から離れると、燃料がサック１６に流れ込んで同サック１６から噴孔１５を介して上記燃料が燃焼室２に噴射される。
【００１７】
また、開弁状態にある弁体１４が図２に示すように下方に移動（閉弁動作）してシート部１７に接すると、サック１６への燃料の流入が停止するとともに、サック１６内の燃料が慣性によって噴孔１５から燃焼室２に噴射される。従って、その燃料の噴射が終わったときには燃焼室２のガスが噴孔１５を介してサック１６内に入り込んだ状態となる。ちなみに、このようにサック１６内にガスが入り込んだ状態のもと、内燃機関１が圧縮行程に移行して燃焼室２内の圧力が上昇すると、インジェクタ５（弁体１４）が閉弁されていても、高圧となる燃焼室２内のガスが噴孔１５を介してサック１６内に浸入する。
【００１８】
次に、内燃機関１の気流制御装置の電気的構成について説明する。
図１に示す内燃機関１の各種制御を実行するための電子制御装置２１には、そうした各種運転制御に係る各種演算処理を実行するＣＰＵ、その制御に必要なプログラムやデータの記憶されたＲＯＭ、ＣＰＵの演算結果等が一時記憶されるＲＡＭ、外部との間で信号を入・出力するための入・出力ポート等が設けられている。
【００１９】
電子制御装置２１の入力ポートには、以下に示す各種センサ等が接続されている。
・クランクシャフト７の回転位置に応じたパルス状の信号を出力するクランク角センサ２２。
【００２０】
・内燃機関１の冷却水温を検出する水温センサ２３。
・吸気通路３を流れる空気の温度を検出する吸気温センサ２４。
・吸気通路３を流れる空気の流量を検出するエアフローメータ２５。
【００２１】
・排気通路８を流れる排気の温度を検出する排気温センサ２６。
・アクセルペダル２８の操作量であるアクセル操作量を検出するアクセルポジションセンサ２７。
【００２２】
また、電子制御装置２１の出力ポートには、インジェクタ５、ＥＧＲバルブ１３、及びタンブルコントロールバルブ１８などの各週機器の駆動回路等が接続されている。
電子制御装置２１は、上記各種センサ等から入力した信号に基づき内燃機関１の運転状態を把握し、それに基づいてインジェクタ５、ＥＧＲバルブ１３、及びタンブルコントロールバルブ１８などの各種機器の駆動回路に対し指令信号を出力する。こうして燃料噴射制御、ＥＧＲバルブ１３の開度制御、及びタンブルコントロールバルブ１８の駆動制御など、内燃機関１の各種制御が電子制御装置２１を通じて実施される。従って、電子制御装置２１は、タンブルコントロールバルブ１８を制御する制御部としての役割を担う。
【００２３】
図４は、内燃機関１の燃焼室２におけるインジェクタ５及び吸気バルブ９周りを概略的に示している。ＥＧＲ装置が設けられた内燃機関１では、同装置により吸気系に流された排気に含まれる水分が吸気通路３の空気（新気）により冷やされて凝縮水となるため、その凝縮水が吸気系に蓄積しやすくなる。このように吸気系に蓄積した凝縮水が内燃機関１の吸気行程で燃焼室２に流れ込むとき、吸気バルブ９が開弁状態からの閉弁過程にある場合には、上記凝縮水が図中に矢印Ｙ２で示すように吸気バルブ９のバルブ裏面に当たって飛散することによりインジェクタ５の噴孔１５周りに付着する。そして、インジェクタ５の噴孔１５周りに凝縮水が付着した状態のもとでは、圧縮行程で燃焼室２内のガスが噴孔１５を介してサック１６（図２）内に浸入するとき、そのガスの流れに伴って上記凝縮水が噴孔１５内に浸入する。このように噴孔１５内に浸入した凝縮水は、インジェクタ５の噴孔１５周りを腐食させる原因となる。
【００２４】
こうしたことに対処するため、電子制御装置２１は、内燃機関１の吸気系における凝縮水の蓄積量Ａを算出し、その蓄積量Ａが定められた閾値（以下、保持量Ｍという）よりも多いときには、燃焼室２内にインジェクタ５から吸気バルブ９に向って流れる逆タンブル流が発生するようタンブルコントロールバルブ１８（図１）を制御する。なお、図１及び図４の矢印Ｙ１は燃焼室２内に生じる上記逆タンブル流を示している。この逆タンブル流により、吸気バルブ９のバルブ裏面に当たって凝縮水がインジェクタ５の噴孔１５周りに向って飛散したとしても、その飛散した凝縮水が吸気バルブ９側に押し戻されてインジェクタ５の噴孔１５周りに付着することは抑制される。
【００２５】
次に、内燃機関１の気流制御装置の動作について説明する。
図５は、燃焼室２内に上記逆タンブル流を生じさせるための気流制御ルーチンを示すフローチャートである。この気流制御ルーチンは、電子制御装置２１を通じて、例えば所定時間毎（この例では時間Δｔ毎）の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００２６】
電子制御装置２１は、同ルーチンのステップ１０１（Ｓ１０１）の処理として、内燃機関１の吸気系における凝縮水の蓄積量Ａを、凝縮水の発生量Ｆ及び揮発量Ｅ、並びに上記時間Δｔに基づき、次の式「（今回の蓄積量Ａ）＝（前回の蓄積量Ａ）＋Ｆ・Δｔ−Ｅ・Δｔ      …（１）」を用いて算出する。
【００２７】
なお、上記発生量Ｆは単位時間当たりに吸気系で発生する凝縮水の量を表しており、吸気通路３を流れる空気の温度、排気通路８を流れる排気の温度、ＥＧＲバルブ１３の開度指令値、クランク角センサ２２からのパルス信号に基づいて求められる内燃機関１の回転速度、及び、同機関１における１サイクル当たりの燃料噴射量などに基づいて求められる。また、上記揮発量Ｅは単位時間当たりに吸気系から揮発する凝縮水の量を表しており、ＥＧＲバルブ１３の開度指令値、内燃機関１の回転速度、及び、同機関１における１サイクル当たりの燃料噴射量などに基づいて求められる。
【００２８】
電子制御装置２１は、Ｓ１０２の処理として、ＥＧＲ通路１１内のガス流速Ｓegr に基づき、吸気系に蓄積した凝縮水を同吸気系に保持することが可能な凝縮水の量として保持量Ｍを算出する。なお、上記ガス流速Ｓegr は、ＥＧＲ通路１１を通過する排気の流速であって、吸気通路３を流れる空気の流量、及びＥＧＲバルブ１３の開度指令値などに基づいて求められる。そして、ガス流速Ｓegrが速くなるほど、そのガス流速Ｓegrに基づいて算出される保持量Ｍが少なくなる。
【００２９】
電子制御装置２１は、Ｓ１０３の処理として、蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きいか否かを判断する。そして、蓄積量Ａが保持量Ｍ以下であるとき、すなわち吸気系に蓄積された凝縮水が吸気行程で燃焼室２に流れ込むことなく保持される状況のもとでは、Ｓ１０３で否定判断がなされる。この場合にはＳ１０５に進む。電子制御装置２１は、Ｓ１０５の処理として、タンブルコントロールバルブ１８の開度を同バルブ１８による吸気抵抗が最も小さくなる開度（以下、通常開度ＡＴ１という）に調整し、その後に気流制御ルーチンを一旦終了する。
【００３０】
一方、蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きくなり、Ｓ１０３で肯定判断がなされた場合、すなわち吸気系に蓄積された凝縮水が吸気行程で燃焼室２に流れ込む状況である場合には、Ｓ１０４に進む。電子制御装置２１は、Ｓ１０４の処理として、タンブルコントロールバルブ１８の開度を燃焼室２内に上記逆タンブル流を生じさせる開度（以下、逆タンブル発生開度ＡＴ２という）に調整し、その後に気流制御ルーチンを一旦終了する。
【００３１】
以上詳述した本実施形態によれば、以下に示す効果が得られるようになる。
（１）蓄積量Ａが保持量Ｍよりも多いときに燃焼室２内に上記逆タンブル流を生じさせることにより、吸気通路３から燃焼室２内に流れ込んだ凝縮水が吸気バルブ９のバルブ裏面に当たってインジェクタ５の噴孔１５周りに向って飛散したとしても、その飛散した凝縮水が上記逆タンブル流により吸気バルブ９側に押し戻される。従って、飛散した凝縮水がインジェクタ５の噴孔１５周りに付着することを抑制でき、その付着した凝縮水が圧縮行程で噴孔１５内に浸入することを抑制できる。更に、噴孔１５内に上記凝縮水が浸入してインジェクタ５における噴孔１５周りが腐食することを抑制できる。
【００３２】
（２）燃焼室２内に逆タンブル流を生じさせるためのタンブルコントロールバルブ１８の制御は蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きいときに行われるが、その保持量ＭはＥＧＲ通路１１を流れる排気の流速（ガス流速Ｓegr）によって変わる。すなわち、ガス流速Ｓegrが速くなるほど、吸気系に保持される凝縮水の量が少なくなる傾向がある。こうした傾向に対応してガス流速Ｓegrが速くなるほど保持量Ｍが小さくなるよう同保持量Ｍが算出されるため、上記逆タンブル流を生じさせるためのタンブルコントロールバルブ１８の制御を必要なときに実行しつつ、無駄に実行しないようにすることができる。
【００３３】
［第２実施形態］
次に、内燃機関１の気流制御装置の第２実施形態について図６及び図７を参照して説明する。なお、この実施形態では、蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きくなったとき、燃焼室２内に逆タンブル流を生じさせるだけでなくスワール流も生じさせ、それによってインジェクタ５の噴孔１５周りに凝縮水が付着することを、より一層効果的に抑制するようにしている。
【００３４】
図６は、燃焼室２内に上記スワール流を生じさせるためのスワールコントロールバルブ１９を示している。スワールコントロールバルブ１９は、吸気通路３における吸気ポート３ｂに設けられており、電子制御装置２１を通じて制御される。このスワールコントロールバルブ１９の制御を通じて、燃焼室２内には矢印Ｙ３で示されるようにスワール流を生じさせることが可能である。
【００３５】
図７は、燃焼室２内に逆タンブル流及びスワール流を生じさせるための気流制御ルーチンを示すフローチャートである。この実施形態の気流制御ルーチンでは、第１実施形態の気流制御ルーチンのＳ１０１〜Ｓ１０５に相当する処理（Ｓ２０１〜Ｓ２０４、Ｓ２０６）に対し、Ｓ２０５及びＳ２０７の処理が追加されている。第２実施形態の気流制御ルーチンも、電子制御装置２１を通じて、所定の時間Δｔ毎の時間割り込みにて周期的に実行される。
【００３６】
電子制御装置２１は、Ｓ２０１の処理を通じて蓄積量Ａを算出し、Ｓ２０２の処理を通じて保持量Ｍを算出する。その後にＳ２０３に進む。電子制御装置２１は、Ｓ２０３の処理として蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きいか否かを判断し、ここで否定判断であればＳ２０６の処理としてタンブルコントロールバルブ１８の開度を通常開度ＡＴ１に調整する。更に、電子制御装置２１は、Ｓ２０７の処理として、スワールコントロールバルブ１９の開度を同バルブ１９の通常時の制御に基づく開度（以下、通常開度ＡＳ１という）に調整し、その後に気流制御ルーチンを一旦終了する。
【００３７】
一方、Ｓ２０３で蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きいと判断された場合にはＳ２０４に進む。電子制御装置２１は、Ｓ２０４の処理として、タンブルコントロールバルブ１８の開度を逆タンブル発生開度ＡＴ２に調整する。更に、電子制御装置２１は、Ｓ２０５の処理として、スワールコントロールバルブ１９の開度を燃焼室２内に上記スワール流を生じさせる開度（以下、スワール発生開度ＡＳ２という）に調整し、その後に気流制御ルーチンを一旦終了する。
【００３８】
この実施形態によれば、第１実施形態の（１）及び（２）の効果に加え、以下に示す効果が得られるようになる。
（３）蓄積量Ａが保持量Ｍよりも大きくなったとき、燃焼室２内に逆タンブル流を生じさせるだけでなくスワール流も生じさせることができるため、インジェクタ５の噴孔１５周りに凝縮水が付着することを更に効果的に抑制することができる。
【００３９】
［その他の実施形態］
なお、上記各実施形態は、例えば以下のように変更することもできる。
・保持量Ｍについては、必ずしも可変値とする必要はない。
【００４０】
・第１実施形態において、タンブルコントロールバルブ１８に代えて、吸気ポート３ａ，３ｂにそれぞれ同時に動作するタンブルコントロールバルブを設けるようにしてもよい。
【００４１】
・第２実施形態において、タンブルコントロールバルブ１８に代えて、吸気ポート３ａにタンブルコントロールバルブを設けるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００４２】
１…内燃機関、２…燃焼室、３…吸気通路、３ａ，３ｂ…吸気ポート、４…吸気絞り弁、５…インジェクタ、６…ピストン、７…クランクシャフト、８…排気通路、９…吸気バルブ、１０…排気バルブ、１１…ＥＧＲ通路、１２…ＥＧＲクーラ、１３…ＥＧＲバルブ、１４…弁体、１５…噴孔、１６…サック、１７…シート部、１８…タンブルコントロールバルブ、１９…スワールコントロールバルブ、２１…電子制御装置、２２…クランク角センサ、２３…水温センサ、２４…吸気温センサ、２５…エアフローメータ、２６…排気温センサ、２７…アクセルポジションセンサ、２８…アクセルペダル。
【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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【図７】
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