(57)【要約】【課題】未蒸発の水が吸入空気と共に移動して内燃機関に吸い込まれるのを抑制することが可能な内燃機関の吸気装置を提供する。【解決手段】この内燃機関の吸気装置１００は、吸気装置本体１００ａの内部を流通する吸入空気に水を噴射する水噴射部６と、水噴射部６の水噴射位置Ｅよりも上流において、吸入空気の湿度を検出する湿度センサ７１と、湿度センサ７１により検出される水噴射前の吸入空気の湿度に基づいて、水噴射部６から噴射する水の噴射量を制御するＥＣＵ７４と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流吸気管とスロットルとインテークマニホールドとがこの順に連通し、前記インテークマニホールドでは、上流ポートとサージタンクと下流ポートとがこの順に連通する吸気装置本体と、
前記吸気装置本体の内部を流通する吸入空気に水を噴射する水噴射部と、
前記水噴射部の水噴射位置よりも上流において、吸入空気の湿度を検出する湿度検出部と、
前記湿度検出部により検出される水噴射前の吸入空気の湿度に基づいて、前記水噴射部から噴射する水の噴射量を制御する制御部と、を備える、内燃機関の吸気装置。
【請求項２】
前記制御部は、水噴射後の吸入空気における水分量が飽和水蒸気量以下になるように前記水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように構成されている、請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項３】
吸入空気の温度を検出する温度検出部と、
吸入空気の流量を検出する流量検出部と、をさらに備え、
前記制御部は、前記湿度検出部により検出される水噴射前の吸入空気の湿度に加えて、前記温度検出部により検出される吸入空気の温度および前記流量検出部により検出される吸入空気の流量にも基づいて、前記水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように構成されている、請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項４】
吸入空気の圧力を検出する圧力検出部をさらに備え、
前記制御部は、水噴射前の吸入空気の湿度、吸入空気の温度、および、吸入空気の流量に加えて、吸入空気の圧力にも基づいて、前記水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように構成されている、請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項５】
前記水噴射部の水噴射位置は、前記インテークマニホールドの前記上流ポートに位置しており、
前記水噴射部は、前記インテークマニホールドの前記サージタンクに向かって水を噴射するように構成されている、請求項１〜４のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【請求項６】
前記水噴射部の水噴射位置よりも下流に配置され、吸入空気の流れに乱流を発生させる乱流発生部をさらに備える、請求項１〜５のいずれか１項に記載の内燃機関の吸気装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸入空気を冷却するために吸入空気に水を噴射する水噴射部を備える内燃機関の吸気装置が知られている（たとえば、特許文献１参照）。
【０００３】
上記特許文献１には、給気（吸入空気）に水を噴射する水噴射ノズルと、水噴射ノズルの下流に設けられ、噴射された水のうち未蒸発の水を回収する気水分離装置と、気水分離装置の下流に配置され、給気の相対湿度を検出する結露センサとを備える、車両用のエンジンの吸気装置が開示されている。この吸気装置では、相対湿度が９４％以上である場合に水噴射ノズルからの水噴射を停止させるように構成されている。ここで、一般的に湿度を検出する結露センサなどの湿度検出部では、正確な湿度を検出するまでに少なくとも数秒以上の検出遅れが発生してしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】実開平３−４３４０３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記特許文献１の吸気装置では、結露センサが水噴射ノズルの下流に配置されているため、結露センサは、水が噴射された後の湿度の変動の大きな給気の湿度を検出する必要がある。このため、結露センサが湿度の変動に追随できない場合があり、この場合には、検出される湿度と実際の湿度との間の乖離が大きくなりやすいという不都合がある。したがって、上記特許文献１の吸気装置では、実際の湿度が９４％以上の高い場合に、結露センサより湿度が９４％未満の低い値として検出される場合があり、この場合、水噴射ノズルからの水噴射が停止されないと考えられる。この結果、上記特許文献１の吸気装置では、気水分離装置を設けたとしても、未蒸発の水が給気と共に移動してエンジンに吸い込まれる虞があるという問題点があると考えられる。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、この発明の１つの目的は、未蒸発の水が吸入空気と共に移動して内燃機関に吸い込まれるのを抑制することが可能な内燃機関の吸気装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、この発明の一の局面における内燃機関の吸気装置は、上流吸気管とスロットルとインテークマニホールドとがこの順に連通し、インテークマニホールドでは、上流ポートとサージタンクと下流ポートとがこの順に連通する吸気装置本体と、吸気装置本体の内部を流通する吸入空気に水を噴射する水噴射部と、水噴射部の水噴射位置よりも上流において、吸入空気の湿度を検出する湿度検出部と、湿度検出部により検出される水噴射前の吸入空気の湿度に基づいて、水噴射部から噴射する水の噴射量を制御する制御部と、を備える。なお、「上流」および「下流」は、吸入空気の流れる向きにおける上流および下流をそれぞれ意味している。
【０００８】
この発明の一の局面による内燃機関の吸気装置では、上記のように、水噴射部の水噴射位置よりも上流に、吸入空気の湿度を検出する湿度検出部を設けるとともに、制御部により、湿度検出部により検出される水噴射前の吸入空気の湿度に基づいて、水噴射部から噴射する水の噴射量を制御する。これにより、水が噴射される前の湿度の変動の小さな吸入空気の湿度に基づいて水の噴射量が制御されるので、水が噴射された後の湿度の変動の大きな吸入空気の湿度に基づいて水の噴射量が制御される場合と比べて、湿度検出部が湿度の変動に追随できなくなるのを抑制することができる。この結果、検出される湿度と実際の湿度との間の乖離が大きくなるのを抑制することができるので、吸入空気の実際の湿度に即して水の噴射量を制御することができる。したがって、未蒸発の水が吸入空気と共に移動して内燃機関に吸い込まれるのを抑制することができるので、内燃機関に不具合が生じるのを抑制することができる。また、噴射される水により吸入空気を冷却することができるので、熱により吸入空気が膨張することに起因して内燃機関内に取り込まれる吸入空気の量（密度）が減少するのを抑制することができる。
【０００９】
上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、制御部は、水噴射後の吸入空気における水分量が飽和水蒸気量以下になるように水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように構成されている。このように構成すれば、水が未蒸発の状態で吸入空気中に残存するのを抑制することができるので、未蒸発の水が吸入空気と共に移動して内燃機関に吸い込まれるのを確実に抑制することができる。
【００１０】
上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、吸入空気の温度を検出する温度検出部と、吸入空気の流量を検出する流量検出部と、をさらに備え、制御部は、湿度検出部により検出される水噴射前の吸入空気の湿度に加えて、温度検出部により検出される吸入空気の温度および流量検出部により検出される吸入空気の流量にも基づいて、水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように構成されている。このように構成すれば、制御部は、検出した吸入空気の温度および流量に基づいて、それぞれ、飽和水蒸気量および単位時間あたりの吸入空気の体積を取得することができる。これにより、飽和水蒸気量および単位時間あたりの吸入空気の体積と、水噴射前の吸入空気の湿度とから、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量を取得することができる。この結果、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量（気化させることが可能な水の量）に応じて水の噴射量を制御することができるので、未蒸発の水が吸入空気と共に移動して内燃機関に吸い込まれるのを確実に抑制することができる。
【００１１】
この場合、好ましくは、吸入空気の圧力を検出する圧力検出部をさらに備え、制御部は、水噴射前の吸入空気の湿度、吸入空気の温度、および、吸入空気の流量に加えて、吸入空気の圧力にも基づいて、水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように構成されている。このように構成すれば、検出した吸入空気の圧力に基づいて、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量をより正確に取得することができる。
【００１２】
上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、水噴射部の水噴射位置は、インテークマニホールドの上流ポートに位置しており、水噴射部は、インテークマニホールドのサージタンクに向かって水を噴射するように構成されている。ここで、一般的にサージタンクは上流ポートよりも通路断面積が大きいので、上流ポートからサージタンク内に移動することにより吸入空気が減圧され、その結果、サージタンクに吸入される空気に含まれる水（水蒸気）の分圧も小さくなる。この結果、サージタンクにおいて吸入空気に含めることが可能な水分量が大きくなる。この点に着目して、本発明では、水噴射部がサージタンクに向かって水を噴射するように構成することによって、気化させることが可能な水の噴射量を増やすことができるとともに、未蒸発の水が吸入空気内に残存するのを効果的に抑制することができる。
【００１３】
上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、水噴射部の水噴射位置よりも下流に配置され、吸入空気の流れに乱流を発生させる乱流発生部をさらに備える。このように構成すれば、発生した乱流により、未蒸発の水を効率的に気化させることができる。
【００１４】
なお、本出願では、以下のような他の構成も考えられる。
【００１５】
（付記項１）
すなわち、上記水噴射部がサージタンクに向かって水を噴射する構成において、好ましくは、水噴射部の水噴射位置は、サージタンクの長手方向に延びる中心線上の上流ポートに位置しており、水噴射部は、サージタンクに向かってサージタンクの長手方向に水を噴射するように構成されている。
【００１６】
（付記項２）
また、乱流発生部をさらに備える構成において、好ましくは、乱流発生部は、前記インテークマニホールドの内部に設けられ、吸入空気の流れ方向に向かって延びるとともに螺旋状にねじれた部分を有するフィンを含む。
【００１７】
（付記項３）
この場合、好ましくは、フィンは、上流ポートの内部の中心領域を空けるように、上流ポートの内壁面に複数取り付けられており、水噴射部は、中心領域に向かって水を噴射するように構成されている。
【００１８】
（付記項４）
上記一の局面による内燃機関の吸気装置において、好ましくは、下流ポートは、サージタンクから分岐するように複数設けられており、水噴射部は、複数の下流ポートに向かってそれぞれ水を噴射する複数の下流ポート用水噴射部を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、上記のように、未蒸発の水が吸入空気と共に移動して内燃機関に吸い込まれるのを抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の第１および第３実施形態において、エンジン周辺を示した模式図である。
【図２】本発明の第１実施形態による吸気装置において、インマニの上流ポートおよびサージタンク周辺を示した拡大断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態において、エンジン周辺を示した模式図である。
【図４】本発明の第３実施形態による吸気装置において、インマニの上流ポートおよびサージタンク周辺を示した拡大断面図である。
【図５】本発明の第３実施形態による吸気装置において、フィンを上流ポート側から示した図である。
【図６】本発明の第４実施形態において、エンジン周辺を示した模式図である。
【図７】本発明の第３実施形態の第１変形例による吸気装置において、インマニの上流ポートおよびサージタンク周辺を示した拡大断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態の第１変形例による吸気装置において、フィンを上流ポート側から示した図である。
【図９】本発明の第３実施形態の第２変形例による吸気装置において、インマニの上流ポートおよびサージタンク周辺を示した拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２２】
［第１実施形態］
図１および図２を参照して、本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置１００の構成について説明する。
【００２３】
＜吸気装置の構造等＞
本発明の第１実施形態による内燃機関の吸気装置（以降、吸気装置と称する）１００は、自動車用の多気筒型のエンジン１０（図１では４気筒型のエンジン）の吸気装置である。また、吸気装置１００は、エンジン１０の上流に設けられており、吸入空気（吸気）をエンジン１０の各気筒に導くように構成されている。また、エンジン１０の下流には、エンジン１０からの排出空気（排気）が流通する排気装置２０が設けられている。排気装置２０は、エキゾーストマニホールド２１と、排気管２２とを含んでいる。なお、エンジン１０は、特許請求の範囲の「内燃機関」の一例である。
【００２４】
エンジン１０では、図１に示すように、各々の気筒がＸ方向に並んで形成されているとともに、エンジン１０の各気筒にそれぞれ設けられたエンジン側吸気ポート（図示せず）を介して、各気筒が吸気装置１００の後述する複数の下流ポート５３にそれぞれ接続されている。これにより、吸気装置１００を流通した吸気が、エンジン１０の各々の気筒に設けられた燃焼室１０ａに供給される。なお、エンジン１０は、ＥＣＵ７４により駆動制御される。
【００２５】
吸気装置１００では、エアダクト１と、エアクリーナ２と、エアホース３と、スロットル４と、インテークマニホールド（以降、インマニと称する）５とがこの順に連通するように接続されることによって、吸気装置本体１００ａが形成されている。また、吸気装置本体１００ａの内部には、吸気が流通する吸気通路Ｉが形成されている。なお、エアホース３は、特許請求の範囲の「上流吸気管」の一例である。
【００２６】
エアダクト１は、外気を吸気装置本体１００ａの吸気通路Ｉに吸気として取り込むために設けられている。エアクリーナ２は、エアフィルタ２ａを有しており、エアダクト１から吸気通路Ｉに吸い込まれた吸気に含まれる異物を除去して吸気を清浄にする機能を有している。
【００２７】
スロットル４の内部には、スロットルバルブ４ａが配置されている。スロットルバルブ４ａは、後述するＥＣＵ７４により回動状態が制御されることによって、吸気通路Ｉを流通する吸気の流量を調整する（絞る）機能を有している。
【００２８】
インマニ５では、上流ポート５１と、サージタンク５２と、複数（図１では４つ）の下流ポート５３とがこの順に連通するように接続されている。上流ポート５１は、スロットル４と連通している。また、上流ポート５１は、湾曲していることによって、サージタンク５２の長手方向（Ｘ方向）に延び、Ｘ方向と直交する面内の中心を通る中心線Ｏと、上流ポート５１とが交差している。
【００２９】
サージタンク５２は、吸気を蓄えるとともに、複数の下流ポート５３の各々に吸気を分配する機能を有している。また、サージタンク５２は、気筒の並ぶＸ方向に沿って延びるように形成されている。また、サージタンク５２は、上流ポート５１から拡管するように形成されている。その結果、サージタンク５２における吸気通路Ｉは、上流ポート５１における吸気通路Ｉよりも、通路断面積が大きい。複数の下流ポート５３は、エンジン１０の気筒と同数設けられているとともに、各々サージタンク５２から分岐して設けられている。
【００３０】
また、吸気装置１００は、水噴射部６と、湿度センサ７１、温度センサ７２、流量センサ７３、および、エンジン１０の駆動制御も行うＥＣＵ７４とを備えている。なお、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、それぞれ、特許請求の範囲の「湿度検出部」、「温度検出部」および「流量検出部」の一例である。また、ＥＣＵ７４は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。
【００３１】
水噴射部６は、水を吸気通路Ｉ内の吸気に向かって噴射する水噴射ノズル６１と、噴射される水が貯留される水タンク６２と、水タンク６２に貯留された水を吸いあげて、水噴射ノズル６１から噴射するための圧力を印加するポンプ（Ｐ）６３とを含んでいる。
【００３２】
水噴射ノズル６１は、図２に示すように、インマニ５の上流ポート５１において、サージタンク５２の中心線Ｏと略交わる位置に取り付けられている。そして、水噴射ノズル６１は、中心線Ｏと略交わる位置（水噴射位置Ｅ）から、インマニ５のサージタンク５２に向かって中心線Ｏの延びるＸ方向に水を噴射するように構成されている。なお、「Ｘ方向に水を噴射する」とは、中心線Ｏから広がらないようにＸ方向に水を噴射する場合のみならず、中心線Ｏを中心として広がるようにＸ方向に水を噴射する場合も含む広い概念である。
【００３３】
これにより、噴射された水が気化する際に吸気の熱を気化熱として奪うことによって、水噴射後の吸気が冷却されて吸気の温度が低下する。これにより、吸気に含まれる空気の量（密度）を増加させることができるので、エンジン１０の燃焼室１０ａに送り込まれる空気の量を増加させることができ、その結果、エンジン１０の出力が向上する。さらに、吸気の温度が低下することにより、エンジン１０においてノッキングが発生するのを抑制することができるので、エンジン１０の点火時期を最適化することができる。これにより、エンジン１０の熱効率が向上するので、エンジン１０の燃費が向上する。
【００３４】
また、サージタンク５２における吸気通路Ｉが上流ポート５１における吸気通路Ｉよりも通路断面積が大きいことによって、上流ポート５１を流れる吸気は、サージタンク５２において減圧される。この結果、サージタンク５２内の吸気中に含有することが可能な水分量（気体の水の量）が増加するので、未蒸発の水が吸気中に残存するのが抑制される。さらに、サージタンク５２では、上流ポート５１との接続部分に設けられた段差部５２ａにおいて発生する空気の流れにより、吸気の流れが乱されて乱流が発生する。これにより、吸気がかきまぜられることにより、未蒸発の水の気化がより促進される。
【００３５】
なお、水噴射ノズル６１は、１つのノズルから構成されていてもよいし、中心線Ｏを中心とする同心円上に配置される複数のノズルから構成されていてもよい。
【００３６】
ポンプ６３では、ＥＣＵ７４により駆動が制御されることによって、水噴射ノズル６１に供給される単位時間あたりの水の噴射量や、噴射する水の圧力（水圧）などが調整される。
【００３７】
また、図１に示すように、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、共に、エアクリーナ２の下流で、かつ、スロットル４の上流のエアホース３に配置されている。つまり、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、共に、水噴射ノズル６１の水噴射位置Ｅよりも上流に配置されている。これら湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、吸気通路Ｉを流通する水噴射前の吸気の湿度、温度および流量をそれぞれ検出する機能を有している。なお、湿度センサ７１は、相対湿度を検出してもよいし、絶対湿度を検出してもよい。
【００３８】
また、湿度センサ７１、温度センサ７２および流量センサ７３は、エアクリーナ２を通過した清浄な吸気が流通する位置に配置されている。これにより、湿度センサ７１、温度センサ７２および流量センサ７３を用いて、吸気の湿度、温度および流量をそれぞれ正確に検出することが可能である。さらに、異物による破損を抑制することができるので、湿度センサ７１、温度センサ７２および流量センサ７３の寿命を延ばすことが可能である。
【００３９】
（水噴射の制御）
ここで、第１実施形態では、ＥＣＵ７４は、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３によりそれぞれ検出される水噴射前の吸気の湿度、温度および流量に基づいて、水噴射部６の水噴射ノズル６１から噴射される水の噴射量を制御するように構成されている。この際、湿度センサ７１により検出される水噴射前の吸気の湿度は、気象条件やエンジン１０および吸気装置１００が収納される図示しないエンジンルームの温度により変動するものの、吸気中に含有することが可能な水分量自体はほとんど変化しない。このため、水噴射前の吸気の湿度は、吸気中に含有される水分量が大きく変化する水噴射後の吸気の湿度と比べて、湿度の変動が小さく。この結果、湿度センサ７１により吸気の湿度をより正確に取得することが可能である。
【００４０】
ＥＣＵ７４は、温度センサ７２により検出される水噴射前の吸気の温度から水噴射後の吸気の飽和水蒸気量を取得するように構成されている。詳細には、ＥＣＵ７４の図示しない記憶部には、単位時間あたりに水噴射部６により噴射される水の噴射量に対応する吸気の温度低下度合に関する温度マップが記憶されている。そして、ＥＣＵ７４は、温度マップに基づいて取得された現在の水噴射量に対応する温度減少度合と、温度センサ７２により検出された温度とから水噴射後の吸気の温度を推定するように構成されている。これにより、ＥＣＵ７４は、推定した水噴射後の吸気の温度と、記憶部に記憶された飽和水蒸気量曲線とに基づいて、水噴射後の吸気の飽和水蒸気量を取得するように構成されている。なお、ＥＣＵ７４は、温度マップを用いずに、温度センサ７２により検出される水噴射前の吸気の温度から水噴射後の吸気の温度の推定値を算出してもよい。また、ＥＣＵ７４は、流量センサ７３により検出される吸気の流量から単位時間あたりの吸気の体積を取得するように構成されている。
【００４１】
そして、ＥＣＵ７４は、取得した水噴射後の吸気の飽和水蒸気量と、単位時間あたりの吸気の体積と、水噴射前の吸気の湿度とから、単位時間あたりに水噴射部６から噴射することが可能な水の噴射量を取得するように構成されている。具体的には、ＥＣＵ７４は、水噴射後の吸気の飽和水蒸気量と水噴射前の吸気の湿度とから、単位体積あたりに噴射することが可能な水の噴射量を取得する。この際、水噴射前の吸気の湿度が相対湿度（ＲＨ％）である場合には、単位体積あたりに噴射することが可能な水の噴射量は、（飽和水蒸気量×（１−相対湿度／１００））で取得され、水噴射前の吸気の湿度が絶対湿度である場合には、単位体積あたりに噴射することが可能な水の噴射量は、（飽和水蒸気量−絶対湿度）で取得される。そして、ＥＣＵ７４は、単位体積あたりに噴射することが可能な水の噴射量に単位時間あたりの吸気の体積を乗算することによって、単位時間あたりに水噴射部６から噴射することが可能な水の噴射量（噴射許容量）を取得する。
【００４２】
そして、ＥＣＵ７４は、取得した噴射許容量に基づいて、噴射許容量以下の噴射量の水を単位時間あたりに噴射するように水噴射部６のポンプ６３を駆動させるように構成されている。たとえば、ＥＣＵ７４は、噴射許容量の約１／５の水を単位時間あたりに噴射するように、水噴射部６のポンプ６３を駆動させる。この結果、ＥＣＵ７４により、水噴射後の吸気における水分量が飽和水蒸気量以下（未満）になるように水噴射部６から噴射する水の噴射量が制御される。
【００４３】
（第１実施形態の効果）
上記第１実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００４４】
第１実施形態では、上記のように、水噴射部６の水噴射位置Ｅよりも上流に、吸入空気（吸気）の湿度を検出する湿度センサ７１を設け、ＥＣＵ７４により、湿度センサ７１により検出される水噴射前の吸気の湿度に基づいて、水噴射部６から噴射する水の噴射量を制御する。これにより、水が噴射される前の湿度の変動の小さな吸気の湿度に基づいて水の噴射量が制御されるので、水が噴射された後の湿度の変動の大きな吸気の湿度に基づいて水の噴射量が制御される場合と比べて、湿度センサ７１が湿度の変動に追随できなくなるのを抑制することができる。この結果、検出される湿度と実際の湿度との間の乖離が大きくなるのを抑制することができるので、吸気の実際の湿度に即して水の噴射量を制御することができる。したがって、未蒸発の水が吸気と共に移動してエンジン１０に吸い込まれるのを抑制することができるので、エンジン１０にウォーターハンマーなどの現象が発生するのを抑制することができる。この結果、エンジン１０に不具合が生じるのを抑制することができる。
【００４５】
また、第１実施形態では、上記のように、噴射される水により吸気を冷却することができるので、熱により吸気が膨張することに起因してエンジン１０内に取り込まれる吸気の量（密度）が減少するのを抑制することができる。
【００４６】
また、第１実施形態では、上記のように、ＥＣＵ７４は、水噴射後の吸気における水分量が飽和水蒸気量以下（未満）になるように水噴射部６から噴射する水の噴射量を制御する。これにより、水が未蒸発の状態で吸気中に残存するのを抑制することができるので、未蒸発の水が吸気と共に移動してエンジン１０に吸い込まれるのを確実に抑制することができる。
【００４７】
また、第１実施形態では、上記のように、ＥＣＵ７４は、湿度センサ７１により検出される水噴射前の吸気の湿度に加えて、温度センサ７２により検出される水噴射前の吸気の温度および流量センサ７３により検出される水噴射前の吸気の流量にも基づいて、水噴射部６から噴射する水の噴射量を制御する。これにより、ＥＣＵ７４は、検出した吸気の温度および流量に基づいて、それぞれ、飽和水蒸気量および単位時間あたりの吸気の体積を取得することができる。この結果、飽和水蒸気量および単位時間あたりの吸気の体積と、水噴射前の吸気の湿度とから、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量を取得することができる。したがって、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量（気化させることが可能な水の量）に応じて水の噴射量を制御することができるので、未蒸発の水が吸気と共に移動してエンジン１０に吸い込まれるのを確実に抑制することができる。
【００４８】
また、第１実施形態では、上記のように、水噴射部６の水噴射位置Ｅを、インマニ５の上流ポート５１に位置させるとともに、水噴射部６を、インマニ５のサージタンク５２に向かって水を噴射するように構成する。これにより、気化させることが可能な水の噴射量を増やすことができるとともに、未蒸発の水が吸気内に残存するのを効果的に抑制することができる。
【００４９】
また、第１実施形態では、上記のように、水噴射部６の水噴射位置Ｅを、サージタンク５２の長手方向に延びる中心線Ｏ上の上流ポート５１に位置させるとともに、水噴射部６を、サージタンク５２に向かってサージタンク５２の長手方向（Ｘ方向）に水を噴射するように構成する。これにより、サージタンク５２の内壁面から最も離れた位置に水を噴射することができるので、サージタンク５２の内壁面に未蒸発の水が付着するのを効果的に抑制することができる。この結果、未蒸発の水が吸気と共に移動してエンジン１０に吸い込まれるのを確実に抑制することができる。
【００５０】
［第２実施形態］
図３を参照して、第２実施形態について説明する。この第２実施形態では、上記第１実施形態の構成に過給機１３０が加えられた例について説明する。また、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。
【００５１】
本発明の第２実施形態の構成では、エンジン１０、吸気装置２００および排気装置１２０に加えて、過給機１３０が設けられている。また、吸気装置本体２００ａのエアホース１０３は、第１エアホース１０３ａと、第２エアホース１０３ｂとに分割されている。なお、エアホース１０３は、特許請求の範囲の「上流吸気管」の一例である。
【００５２】
過給機１３０は、第１エアホース１０３ａと第２エアホース１０３ｂとの間に配置された吸気流通部１３１と、排気装置１２０のエキゾーストマニホールド１２１と排気管１２２との間に配置された排気流通部１３２とを含んでいる。排気流通部１３２では、内部を流通する排気により図示しない排気タービンが回転される。そして、吸気流通部１３１では、排気タービンの回転により回転する図示しない吸気タービンによって、第１エアホース１０３ａからの吸気が圧縮されて第２エアホース１０３ｂに送り出される。これにより、吸気流通部１３１よりも下流の吸気通路Ｉでは、吸気流通部１３１よりも上流の吸気通路Ｉと比べて、吸気の圧力および温度が上昇する。
【００５３】
また、第２実施形態では、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、共に、エアクリーナ２の下流で、かつ、スロットル４の上流の第２エアホース１０３ｂに配置されている。より厳密には、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、共に、過給機１３０の吸気流通部１３１の下流で、かつ、スロットル４の上流の第２エアホース１０３ｂに配置されている。つまり、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３は、共に、水噴射部６の水噴射位置Ｅよりも上流に配置されている。さらに、インマニ５のサージタンク５２には、水噴射後の吸気の圧力を検出する圧力センサ１７５が配置されている。なお、圧力センサ１７５は、特許請求の範囲の「圧力検出部」の一例である。
【００５４】
また、第２実施形態では、ＥＣＵ１７４は、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３によりそれぞれ検出される水噴射前の吸気の湿度、温度および流量に加えて、圧力センサ１７５により検出される水噴射後の吸気の圧力にも基づいて、水噴射部６の水噴射ノズル６１から噴射される水の噴射量を制御するように構成されている。ここで、第２実施形態では、過給機１３０により吸気が圧縮されていることに起因して、吸気に含むことが可能な水分量は、圧縮されていない吸気（大気圧近傍や負圧の吸気の場合）と比べて、少ない。このため、圧力センサ１７５により検出される水噴射後の吸気の圧力を考慮することにより、ＥＣＵ１７４により、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量が実際よりも大きく取得されてしまうのを効果的に抑制することができる。この結果、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量をより正確に求めることが可能である。なお、ＥＣＵ１７４は、特許請求の範囲の「制御部」の一例である。
【００５５】
なお、第２実施形態による吸気装置２００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００５６】
（第２実施形態の効果）
上記第２実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００５７】
第２実施形態では、上記のように、水噴射部６の水噴射位置Ｅよりも上流に、吸入空気（吸気）の湿度を検出する湿度センサ７１を設け、ＥＣＵ１７４により、湿度センサ７１により検出される水噴射前の吸気の湿度に基づいて、水噴射部６から噴射する水の噴射量を制御する。これにより、上記第１実施形態と同様に、未蒸発の水が吸気と共に移動してエンジン１０に吸い込まれるのを抑制することができる。
【００５８】
また、第２実施形態では、上記のように、ＥＣＵ１７４を、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３によりそれぞれ検出される水噴射前の吸気の湿度、温度および流量に加えて、圧力センサ１７５により検出される水噴射後の吸気の圧力にも基づいて、水噴射部６の水噴射ノズル６１から噴射される水の噴射量を制御するように構成する。これにより、検出した吸気の圧力に基づいて、単位時間あたりに噴射することが可能な水の量をより正確に取得することができる。なお、第２実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００５９】
［第３実施形態］
図１、図４および図５を参照して、第３実施形態について説明する。この第３実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、吸気に乱流を発生させるフィン２５５を設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。また、フィン２５５は、特許請求の範囲の「乱流発生部」の一例である。
【００６０】
本発明の第３実施形態による吸気装置３００では、図１に示すように、吸気装置本体３００ａのインマニ２０５の内部に、フィン部材２５４（図４参照）が配置されている。このフィン部材２５４は、図４に示すように、インマニ２０５の上流ポート２５１において、水噴射部６の水噴射位置Ｅよりも下流に配置されている。具体的には、フィン部材２５４は、上流ポート２５１とサージタンク５２との境界近傍の上流ポート２５１側（Ｘ１側）に配置されている。
【００６１】
フィン部材２５４は、図５に示すように、複数（４個）のフィン２５５と、フィン２５５のＸ１側に設けられた筒状部２５４ａとを含んでいる。筒状部２５４ａは、上流ポート２５１の内壁面に設けられた周状の溝部２５１ａに嵌め込まれている。これにより、フィン部材２５４は、インマニ２０５の上流ポート２５１の内部に固定されている。
【００６２】
複数のフィン２５５は、図４に示すように、上流ポート２５１の内壁面に筒状部２５４ａを介して略等角度間隔で取り付けられているとともに、吸気の流れ方向に向かって延びるように形成されている。また、複数のフィン２５５の各々は、螺旋状にねじれた螺旋部分２５５ａを有している。この螺旋部分２５５ａは、Ｘ方向に延びる軸線を中心として、下流側（サージタンク５２側、Ｘ２側）に向かって旋回しながら延びるように形成されている。
【００６３】
また、複数のフィン２５５は、図５に示すように、上流ポート２５１の内部の中心領域Ｃを空けるように、上流ポート２５１の内壁面に取り付けられている。なお、中心領域Ｃは、フィン２５５が設けられたＸ方向の位置において、中心線Ｏの周囲の領域である。この結果、図４に示すように、複数のフィン２５５により、Ｘ方向に延びる中心線Ｏを中心として、下流側に向かって旋回する旋回流（乱流）が吸気に発生する。
【００６４】
ここで、第３実施形態では、サージタンク５２の中心線Ｏと略交わる位置に取り付けられた水噴射ノズル６１は、水噴射位置Ｅから中心領域Ｃに向かって中心線Ｏの延びるＸ方向に水を噴射するように構成されている。これにより、水噴射部６から噴射された水は、旋回流によって気化がより促進される。なお、第３実施形態による吸気装置３００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００６５】
（第３実施形態の効果）
上記第３実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００６６】
第３実施形態では、上記のように、吸気装置３００において、水噴射部６の水噴射位置Ｅよりも下流に、吸気の流れに乱流を発生させる複数のフィン２５５を設ける。これにより、発生した乱流により、未蒸発の水を効率的に気化させることができる。
【００６７】
また、第３実施形態では、上記のように、インマニ２０５の内部に設けられた複数のフィン２５５に、吸気の流れ方向（Ｘ方向）に向かって延びるとともに螺旋状にねじれた螺旋部分２５５ａを形成する。これにより、下流側に向かって旋回する旋回流を吸気に発生させることができるので、噴射された水の気化を促進することができる。
【００６８】
また、第３実施形態では、上記のように、複数のフィン２５５を、上流ポート２５１の内部の中心領域Ｃを空けるように、上流ポート２５１の内壁面に取り付けるとともに、水噴射部６を中心領域Ｃに向かって水を噴射するように構成する。これにより、Ｘ方向に延びる中心線Ｏを中心として下流側に向かって旋回する旋回流を吸気に発生させることができるので、噴射された水が未蒸発の状態でフィン２５５に付着するのを抑制しつつ、噴射された水の気化を促進することができる。なお、第３実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００６９】
［第４実施形態］
図６を参照して、第４実施形態について説明する。この第４実施形態では、上記第１実施形態の構成に加えて、下流ポート５３に向けて水を噴射する下流ポート用水噴射ノズル３６４を設けた例について説明する。なお、図中において、上記第１実施形態と同様の構成には、第１実施形態と同じ符号を付して説明を省略する。また、下流ポート用水噴射ノズル３６４は、特許請求の範囲の「下流ポート用水噴射部」の一例である。
【００７０】
本発明の第４実施形態による内燃機関の吸気装置４００では、図６に示すように、吸気装置本体４００ａの水噴射部３０６は、複数（４個）の下流ポート用水噴射ノズル３６４をさらに有している。この複数の下流ポート用水噴射ノズル３６４は、インマニ３０５のサージタンク３５２に取り付けられている。また、複数の下流ポート用水噴射ノズル３６４は、サージタンク３５２から分岐する複数の下流ポート５３の各々に対応するように配置されている。
【００７１】
これらの下流ポート用水噴射ノズル３６４は、対応する下流ポート５３の中心で、かつ、下流ポート５３の延びるＹ方向に向かって水を噴射するように構成されている。つまり、下流ポート用水噴射ノズル３６４は、湿度センサ７１、温度センサ７２および流量センサ７３よりも下流の水噴射位置Ｅ１から、対応する下流ポート５３に向かってそれぞれ水を噴射するように構成されている。そして、ＥＣＵ３７４は、湿度センサ７１、温度センサ７２、および、流量センサ７３によりそれぞれ検出される水噴射前の吸気の湿度、温度および流量に基づいて、水噴射部３０６の水噴射ノズル６１および複数の下流ポート用水噴射ノズル３６４から噴射される水の噴射量を各々制御するように構成されている。
【００７２】
ここで、噴射する水を微細化して気化しやすくするためには、水噴射ノズル６１のノズル穴径を小さくする必要がある。この際、ノズル穴径を小さくしたことに起因して水噴射ノズル６１から噴射される水の噴射量が減少してしまう。そこで、第４実施形態の吸気装置４００では、水噴射ノズル６１に加えて、複数の下流ポート用水噴射ノズル３６４を設けることによって、ノズル穴径を小さくした場合であっても、吸気を冷却するために噴射する水の噴射量を十分に確保して、吸気を十分に冷却することが可能である。なお、第４実施形態による吸気装置４００のその他の構成は、上記第１実施形態と同様である。
【００７３】
（第４実施形態の効果）
上記第４実施形態では、以下のような効果を得ることができる。
【００７４】
第４実施形態では、上記のように、水噴射部３０６の水噴射位置ＥおよびＥ１よりも上流に、吸入空気（吸気）の湿度を検出する湿度センサ７１を設け、ＥＣＵ３７４により、湿度センサ７１により検出される水噴射前の吸気の湿度に基づいて、水噴射部３０６の水噴射ノズル６１および複数の下流ポート用水噴射ノズル３６４から噴射する水の噴射量を各々制御する。これにより、上記第１実施形態と同様に、未蒸発の水が吸気と共に移動してエンジン１０に吸い込まれるのを抑制することができる。
【００７５】
また、第４実施形態では、上記のように、水噴射部３０６が複数の下流ポート５３に向かってそれぞれ水を噴射する複数の下流ポート用水噴射ノズル３６４を含む。これにより、下流ポート用水噴射ノズル３６４から噴射する水により各々の下流ポート５３内を流通する吸気を確実に冷却することができるので、熱により吸気が膨張することに起因してエンジン１０内に取り込まれる吸入空気の量（密度）が減少するのを確実に抑制することができる。なお、第４実施形態のその他の効果は、上記第１実施形態と同様である。
【００７６】
［変形例］
なお、今回開示された実施形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施形態の説明ではなく特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更（変形例）が含まれる。
【００７７】
たとえば、上記第１〜第４実施形態では、本発明の内燃機関の吸気装置を自動車用の多気筒型のエンジンに適用する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明の内燃機関の吸気装置を、自動車用のエンジン以外のエンジンに適用してもよいし、単気筒型のエンジンに適用してもよい。
【００７８】
また、上記第１、第２および第４実施形態では、温度センサ（温度検出部）および流量センサ（流量検出部）を水噴射位置よりも上流に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、温度検出部および流量検出部を水噴射位置よりも下流に配置してもよい。また、内燃機関の吸気装置に湿度検出部を設ける一方、温度検出部および流量検出部を設けなくてもよい。たとえば、予め内燃機関の駆動状況に対する温度および流量の推定値を記憶部などに記憶しておき、水噴射位置よりも上流において検出された吸入空気の湿度と、吸入空気の温度および流量の推定値とに基づいて、制御部が水噴射部から噴射する水の噴射量を制御するように内燃機関の吸気装置を構成してもよい。
【００７９】
また、上記第２実施形態では、圧力センサ（圧力検出部）を水噴射位置よりも下流に配置した例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、圧力検出部を水噴射ノズルの水噴射位置よりも上流に配置してもよい。さらに、第２実施形態の過給機が設けられた構成において、圧力検出部を配置しなくてもよい。その際、過給機により吸入空気の圧力および温度が上昇しているので、吸入空気における水分量が飽和水蒸気量以下になるように、予め水の噴射量を単位時間あたりに噴射することが可能な水の量よりも十分に小さく設定しておくのが好ましい。さらに、第１および第４実施形態の過給機が設けられていない内燃機関の吸気装置において、圧力検出部を配置してもよい。
【００８０】
また、上記第３実施形態では、本発明の乱流発生部として、螺旋部分を有するフィンを用いた例を示したが、本発明はこれに限られない。たとえば、図７および図８に示す第３実施形態の第１変形例のように、インマニ４０５に複数（４個）のリブ４５６を設けてもよい。なお、リブ４５６は、特許請求の範囲の「乱流発生部」の一例である。
【００８１】
これらのリブ４５６は、図７に示すように、インマニ４０５の上流ポート４５１とサージタンク４５２とを跨るように形成されている。また、リブ４５６は、Ｘ方向に延びるようにインマニ４０５の内壁面に一体的に設けられている。また、図８に示すように、複数のリブ４５６は、それぞれ、略等角度間隔でインマニ４０５の内壁面に設けられている。また、複数のリブ４５６は、インマニ４０５の内部の中心領域Ｃ１を空けるように設けられている。これにより、リブ４５６によって、吸気の流れに乱流を発生させることが可能である。
【００８２】
また、図９に示す第３実施形態の第２変形例のように、インマニ５０５に複数（３段）の段差部５５６を設けてもよい。なお、段差部５５６は、特許請求の範囲の「乱流発生部」の一例である。これらの段差部５５６は、上流ポート５５１とサージタンク５５２との境界に設けられている。また、複数の段差部５５６は、インマニ５０５の内壁面に周状に設けられている。これにより、複数の段差部５５６によって、吸気の流れに乱流を発生させることが可能である。
【００８３】
また、上記第４実施形態では、水噴射位置を上流ポートとサージタンクとの両方に設ける例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、水噴射位置を上流ポートに設けずにサージタンクにのみ設けてもよい。
【００８４】
また、上記第１、第２および第４実施形態では、水噴射位置をインマニの上流ポートに設け、湿度センサ（湿度検出部）をインマニよりも上流のエアホース（上流吸気管）に設けた例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、湿度検出部が水噴射位置よりも上流に配置されていれば、水噴射位置および湿度検出部を配置する位置は特に限定されない。たとえば、水噴射位置および湿度検出部を共にインマニの上流ポートに設けてもよい。
【００８５】
また、上記第１、第２および第４実施形態では、エンジン（内燃機関）の駆動制御を行うＥＣＵ（制御部）により水噴射部から噴射する水の噴射量を制御する例を示したが、本発明はこれに限られない。本発明では、内燃機関の制御を行うＥＣＵとは別個に、水噴射部から噴射する水の噴射量を制御する制御部を設けてもよい。
【００８６】
また、上記第１、第２および第４実施形態の構成において、より吸気の冷却を促進するために、吸気装置本体にインタークーラを設けてもよい。これにより、より吸気を冷却することが可能である。特に、過給により吸気の温度が上昇している第２実施形態の構成において、吸気装置本体にインタークーラを設けるのが好ましい。
【符号の説明】
【００８７】
３、１０３  エアホース（上流吸気管）
４  スロットル
５、２０５、３０５、４０５、５０５  インテークマニホールド
６、３０６  水噴射部
１０  エンジン（内燃機関）
５１、２５１、４５１、５５１  上流ポート
５２、３５２、４５２、５５２  サージタンク
５３  下流ポート
７１  湿度センサ（湿度検出部）
７２  温度センサ（温度検出部）
７３  流量センサ（流量検出部）
７４、１７４、３７４  ＥＣＵ（制御部）
１００、２００、３００、４００  内燃機関の吸気装置
１００ａ、２００ａ、３００ａ、４００ａ  吸気装置本体
１７５  圧力センサ（圧力検出部）
２５５  フィン（乱流発生部）
３６４  下流ポート用水噴射ノズル（下流ポート用水噴射部）
４５６  リブ（乱流発生部）
５５６  段差部（乱流発生部）
Ｃ、Ｃ１  中心領域
Ｅ  水噴射位置
Ｏ  中心線
【図１】
2017089587.tif 000003
【図２】
2017089587.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2017089587.tif 000008
【図７】
2017089587.tif 000009
【図８】
2017089587.tif 000010
【図９】
2017089587.tif 000011