JP2007247425A - 内燃機関のデポジット洗浄装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 直噴エンジンにおいて、吸気バルブ６の傘裏へのデポジットの堆積を防止する。
【解決手段】 吸気バルブ６の傘裏に付着したデポジットを洗浄すべきときに、直噴インジェクタ１０による燃料噴射から、ポートインジェクタ１２による燃料噴射に切換える。ポートインジェクタ１２は、吸気バルブ６の傘裏上方の軸部を指向させておき、その噴射時期は、吸気バルブ６閉弁後の圧縮行程中に設定する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、内燃機関において吸気バルブ傘裏へのデポジットの堆積を防止するためのデポジット洗浄装置に関する。

特許文献１は、燃焼室内（筒内）に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタとを備える内燃機関において、直噴インジェクタへの付着デポジットを焼失させるべきときには、ポートインジェクタで燃料噴射を行わせると共に、減筒運転、又は、燃料噴射量増大と排気バルブ開タイミング早期化などにより、燃焼温度を高め、直噴インジェクタへの付着デポジットを確実に焼失させている。
特開２００５−０９０４５７号公報

しかしながら、直噴インジェクタでの運転中に、吸気バルブとの噴霧の干渉や、排気の吹き返しにより、吸気バルブの傘裏にデポジットが付着・堆積した場合、通気抵抗による出力ダウン等を生じ、このデポジットは燃焼温度を高めても焼失させることはできない。
本発明は、このような実状に鑑み、吸気バルブの傘裏に付着したデポジットを洗浄により確実に除去できるようにすることを目的とする。

このため、本発明では、ポートインジェクタを吸気バルブに向けて燃料を噴射するように設定し、吸気バルブの傘裏に付着したデポジットを洗浄すべきときに、直噴インジェクタによる燃料噴射から、ポートインジェクタによる燃料噴射に切換え、このときのポートインジェクタの噴射時期を、吸気バルブ閉弁後の圧縮行程中に設定する構成とする。

本発明によれば、吸気バルブの傘裏に付着したデポジットを洗浄すべきときに、ポートインジェクタにより吸気バルブに向けて燃料を噴射することで、デポジットを燃料によって洗浄・除去することができる。特に、このときのポートインジェクタの噴射時期を、吸気バルブ閉弁後の圧縮行程中に設定することにより、デポジットへの燃料の浸透時間を十分に確保でき、吸気弁が開弁して筒内への吸入空気の流入が開始されたときに、デポジットが比較的容易に除去されるようになる。

以下に本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は内燃機関（直噴ガソリンエンジン）の燃焼室周りの構成図である。
シリンダブロック１とシリンダヘッド２とピストン３とにより燃焼室４が画成されている。燃焼室４には、上部中央に点火プラグ５が配置され、点火プラグ５を挟む形で吸気バルブ６及び排気バルブ７が設けられている。燃焼室４は、吸気バルブ６を介して吸気ポート８と接続され、また、排気バルブ７を介して排気ポート９と接続されている。

ここにおいて、燃焼室４内に臨む形で、燃焼室４内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタ１０が設けられている。
直噴インジェクタ１０は、吸気行程にて噴射させることで、燃焼室４内の全域に均質な混合気を形成でき、点火プラグ５により、この均質混合気に点火して燃焼させることで、均質燃焼が可能である。また、圧縮行程にて噴射させることで、燃焼室４内の点火プラグ５周りに混合気を集中させることができ、点火プラグ５により、この成層混合気に点火して燃焼させることで、成層燃焼が可能である。

また、吸気マニホールド（図２の１１）に取付けられて、吸気ポート８内に燃料を噴射するポートインジェクタ１２が設けられている。
図２はポートインジェクタ１２の詳細図である。
ポートインジェクタ１２は、通常、排気行程にて噴射させることで、吸気ポート８内に混合気を形成し、吸気バルブ６の開弁と共に燃焼室４内に吸入させて、燃焼室４内に均質な混合気を形成するために用いることができる。

また、本発明では、ポートインジェクタ１２を吸気バルブ６の傘裏に付着したデポジットの洗浄に用いる。
このため、ポートインジェクタ１２（噴霧中心線Ｃ）は、図２に示すように、吸気バルブ６の傘裏上方（傘裏近傍）の軸部（ステム部）を指向させる。これは、図３に示すように、吸気バルブ６の傘裏６ａと軸部６ｂとのつながり部が凹部となり、ここにデポジットが溜まりやすいので、その上からデポジットの下に入り込むように狙うためである。

次に作用を説明する。
図１（Ａ）に示すように、直噴インジェクタ１０での運転中、吸気バルブ６への噴霧の干渉や、排気の吹き返しにより、図１（Ｂ）に示すように、吸気バルブ６の傘裏にデポジットが付着・堆積する。
そこで、定期的に、吸気バルブ６の傘裏に付着したデポジットを洗浄すべく、図１（Ｃ）に示すように、直噴インジェクタ１０による燃料噴射から、ポートインジェクタ１２による燃料噴射に切換え、ポートインジェクタ１２により吸気バルブ６の傘裏上方（傘裏近傍）の軸部に向けて噴射することにより、吸気バルブ６の傘裏に付着したデポジットを洗浄・除去する。これにより、通気抵抗による出力ダウン等を防止できる一方、燃料噴射量増量等の必要はないので燃費の悪化を防止できる。

図４は、洗浄用の噴射時期とバルブタイミングとの関係を示したもので、噴射時期は、吸気バルブ閉弁後の圧縮行程中に設定している。詳しくは、噴射開始時期を吸気バルブ閉弁直後（閉弁とほぼ同時）に設定している。
これによれば、燃料噴射後、吸気バルブ６が開弁するまでに、デポジットへの燃料の浸透時間を十分に確保でき、浸透によってデポジットの付着力を弱めることができる。従って、吸気弁６が開弁して筒内への吸入空気の流入が開始されたときに、吸入空気の流れによって、デポジットを比較的容易に除去することができる。

また、ポートインジェクタ１２の噴霧の狙い位置については、噴霧中心線Ｃを吸気バルブ６の傘裏上方の軸部に設定する。これにより、燃料の多くが最も堆積しやすい場所より上に噴射され、デポジットの下へ入り込むようになるので、十分な洗浄効果が得られる。
また、ポートインジェクタ１２の噴霧角については、通常の燃料噴射時よりも狭角の設定とする。これにより、より多くの燃料を吸気バルブ６に当てて、デポジット洗浄に使えるようになり、短期間でのデポジットの洗浄・除去が可能となる。

従って、通常の燃料噴射と、洗浄用の燃料噴射とを併用する場合は、ポートインジェクタ１２の噴霧角を可変にする手段を備え、デポジット洗浄時は、噴霧角を小さくするとよい。噴霧角を可変にする手段としては、インジェクタ１２へ供給する燃料の圧力（燃圧）を変更できるもの（プレッシャレギュレータ）を用いれば、比較的容易に実施できる。例えば、燃圧を上昇させると噴射燃料の微粒化が進んで噴霧角が広がる場合は、燃圧を低下させることで、液状の噴射燃料として、噴霧角を狭くすることができる。

また、定期的に、直噴インジェクタ１０による燃料噴射から、ポートインジェクタ１２による燃料噴射に切換えて、吸気バルブ６の傘裏のデポジット洗浄を行う場合、デポジット洗浄の開始判定（デポジット洗浄時期の判定）は、次のように行うことができる。
デポジット洗浄時期の判定は、走行距離、運転時間、エンジン回転履歴などより、デポジット堆積に相当する期間が経過したか否かに基づいて、行う。

また、運転状態については、中回転、中負荷（例えば６０〜１００ｋｍ／ｈ）において吸気ポート噴射に切換えて洗浄を行うとよい。中回転、中負荷であれば、直噴との燃費、出力のデメリットが出難く、なおかつ燃料量も比較的多いので短時間にて洗浄可能だからである。これに対し、アイドルは燃料量が少ないので洗浄効果に乏しく、また急加速時など出力が要求されるときは直噴の方がよいことから、これらの条件を脱してから、洗浄を行うのが望ましい。

洗浄開始後の終了判定は、予め洗浄・除去に要する時間を設定しておき、その時間が経過した否かにより行えばよい。
尚、洗浄時の燃料噴射を、吸気弁が閉じている間に、複数回に分割して行うようにしてもよい。

エンジンの燃焼室周りの構成図 ポートインジェクタの詳細図 デポジット洗浄時の狙い位置の説明図 洗浄用の噴射時期とバルブタイミングとの関係を示す図

符号の説明

４ 燃焼室
５ 点火プラグ
６ 吸気バルブ
８ 吸気ポート
１０ 直噴インジェクタ
１２ ポートインジェクタ

Claims (3)

1. 燃焼室内に直接燃料を噴射する直噴インジェクタと、吸気ポート内に燃料を噴射するポートインジェクタとを備える内燃機関において、
   前記ポートインジェクタは、吸気バルブに向けて燃料を噴射するように設定し、
   吸気バルブの傘裏に付着したデポジットを洗浄すべきときに、直噴インジェクタによる燃料噴射から、ポートインジェクタによる燃料噴射に切換え、このときのポートインジェクタの噴射時期は、吸気バルブ閉弁後の圧縮行程中に設定することを特徴とする内燃機関のデポジット洗浄装置。
2. 前記ポートインジェクタは、吸気バルブの傘裏上方の軸部を指向させることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のデポジット洗浄装置。
3. 前記ポートインジェクタの噴霧角を可変にする手段を備え、デポジット洗浄時は、噴霧角を小さくすることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の内燃機関のデポジット洗浄装置。

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