JP2014040782A - 内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】可変バルブ機構制御部55は、可変バルブ機構部42によって排気弁13を排気行程だけでなく吸気行程においても開く。これにより、燃焼室16から排出された排気は、吸気行程においてその一部が吸気通路28から吸入される吸気とともに燃焼室16へ戻される。流体インジェクタ41は、燃焼室16から排出された排気に水を含む非燃焼流体を噴射する。そのため、吸気行程にあるとき、排気通路23から燃焼室16へ吸入される排気は、非燃焼流体の水が気化した水蒸気を含んでいる。その結果、排気行程で燃焼室16から排出された排気は、流体インジェクタ41から非燃焼流体が添加され、次の吸気行程で燃焼室16へ戻される。
【選択図】図1
Description
(第1実施形態)
図1に示すように第1実施形態による内燃機関10は、機関本体11、排気系12、排気弁13、吸気系14および過給器15を備えている。機関本体11は、複数の燃焼室16を形成している。第1実施形態の場合、内燃機関10は、ディーゼルサイクルを適用した四気筒のディーゼルエンジンである。機関本体11は、図示しないシリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンを形成している。ピストンは、シリンダブロックが形成するシリンダを往復移動する。燃焼室16は、これらシリンダブロック、シリンダヘッドおよびピストンの間に形成される。
内燃機関10が運転されているとき、運転状態検出部52は機関本体11の運転状態を検出する(S101)。具体的には、運転状態検出部52は、回転数センサ56で機関本体11の回転数を検出するとともに、アクセル開度センサ57でアクセルペダルの開度を検出する。これにより、運転状態検出部52は、機関本体11の運転状態すなわち負荷状態を取得する。
燃料噴射量算出部53は、S101で検出した機関本体11の運転状態に基づいて、燃料の噴射量を算出する(S102)。このとき、燃料噴射量算出部53は、冷却水の温度や吸気の温度などに基づいて算出した燃料の噴射量を補正する。また、燃料噴射量算出部53は、燃料を機関本体11の各燃焼室16へ噴射する時期を設定する(S103)。
図4に示すように機関本体11の第一気筒が排気行程にあるとき、排気弁13は燃焼室16と排気通路23との間を開放する。すなわち、排気弁13は「開」となる。一方、吸気弁27は、吸気通路28と燃焼室16との間を閉じた「閉」となる。排気行程にあるとき、図示しないピストンは、下死点から上死点へ上昇する。このピストンの上昇によって、燃焼室16の排気は排気通路23へ排出される。そして、流体添加制御部51は、この排気行程の末期に、流体インジェクタ41へ水を添加するための指令信号を出力する。これにより、流体インジェクタ41の水は、排気行程の末期において、排気通路23を流れる排気に添加される。添加された水は、高温の排気によって気化し、水蒸気となって排気に含まれる。水を含む非燃焼性流体を添加する場合、添加された非燃焼性流体に含まれる水は、高温の排気によって水蒸気となって排気に含まれる。排気行程の末期は、排気行程の初期に比較して燃焼室16から排出される排気の圧力が低下している。そのため、流体インジェクタ41の水の噴射圧力は、比較的小さくなる。したがって、排気に水を添加する流体インジェクタ41をはじめとする水供給部は、高圧化が必要なく、構造を簡略化することができる。
このように、第1実施形態では、流体インジェクタ41から添加された水は水蒸気となって排気とともに燃焼室16へ戻される。そのため、燃焼行程における燃焼温度は、熱容量の大きな十分な量の水蒸気によって低下する。したがって、排気に含まれるNOxを低減することができる。
第2実施形態による内燃機関を図8に示す。
第2実施形態の場合、水インジェクタ61は、排気管部材の集合管部22に設けられている。これにより、機関本体11の複数の燃焼室16には、流体インジェクタ41から噴射された水を含む排気が戻される。第2実施形態の場合でも、流体インジェクタ41は、燃焼室16から排出された高温の排気に水を噴射する。そのため、流体インジェクタ41から噴射された水は、高温の排気によって気化が促進される。
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
上述の複数の実施形態では、排気は、吸気行程における排気弁13の開放によって排気通路23から燃焼室16へ戻されることを説明した。しかし、内燃機関10は、この構成を前提として、図9に示すように外部のEGR装置70を備えていてもよい。すなわち、内燃機関10は、複数の実施形態の構成に加え、外部のEGR装置70を別途備えていてもよい。EGR装置70は、例えばEGR通路部材71、EGR弁72およびEGRクーラ73などを有している。EGR通路部材71は、内部にEGR通路を形成する。EGR通路は、一方の端部が排気通路23に接続し、他方の端部が吸気通路28に接続している。EGR弁72は、EGR通路に設けられ、EGR通路を経由して吸気通路28へ戻される吸気の量を調整する。EGRクーラ73は、吸気通路28へ戻される排気を冷却する。このようにEGR装置70を備えることにより、水の添加による燃焼温度の低下に加え、EGR装置70を経由して戻された排気による燃焼温度の低下もあわせて図ることができる。
Claims (9)
- 複数の燃焼室(16)を有する機関本体(11)と、
前記燃焼室(16)からの排出される排気が流れる排気通路(23)を形成し、前記機関本体(11)に接続する排気系(12)と、
前記燃焼室(16)と前記排気通路(23)との間を開閉する排気弁(13)と、
排気の流れ方向において前記排気弁(13)よりも下流側に設けられ、前記排気通路(23)を流れる排気に水を含む非燃焼流体を添加する流体添加手段(41、61)と、
前記排気弁(13)の開閉時期を制御して、前記燃焼室(16)が排気行程にあるとき、前記排気弁(13)を開いて前記燃焼室(16)と前記排気通路(23)との間を接続するとともに、前記燃焼室(16)が吸気行程にあるとき、前記排気弁(13)を開いて前記燃焼室(16)と前記排気通路(23)との間を接続して前記流体添加手段(41、61)から添加された非燃焼流体を含む排気を前記燃焼室(16)へ戻す排気弁制御手段(42、55)と、
前記流体添加手段(41、61)から前記排気通路(23)を流れる排気への非燃焼流体の添加を制御する流体添加制御手段(51)と、
を備える内燃機関。 - 前記機関本体(11)の運転状態を検出する運転状態検出手段(52)と、
前記運転状態検出手段(52)で検出した前記機関本体(11)の運転状態に基づいて前記機関本体(11)への燃料の噴射量を算出する燃料噴射量算出手段(53)とをさらに備え、
前記流体添加制御手段(51)は、前記燃料噴射量算出手段(53)で算出された燃料の噴射量に基づいて、前記流体添加手段(41、61)から排気へ添加する非燃焼流体の量を設定する請求項1記載の内燃機関。 - 前記排気通路(23)を流れる排気の温度を検出する排気温度検出手段(58)をさらに備え、
前記流体添加制御手段(51)は、前記排気温度検出手段(58)で検出された排気の温度に基づいて、前記流体添加手段(41、61)から排気へ添加する非燃焼流体の量を設定する請求項1または2記載の内燃機関。 - 前記排気弁制御手段(42、55)は、前記運転状態検出手段(52)で検出した前記機関本体(11)の運転状態に基づいて、前記排気弁(13)の開閉位相、作用角度およびリフト量の少なくともいずれか一つを設定する請求項1、2または3記載の内燃機関。
- 前記排気通路(23)を流れる排気によって前記燃焼室(16)へ吸入される吸気を過給する過給器(15)をさらに備え、
前記流体添加手段(41、61)は、前記機関本体(11)から前記過給器(15)までの間に設けられている請求項1から4のいずれか一項記載の内燃機関。 - 前記排気系(12)は、前記燃焼室(16)のそれぞれ接続する分岐管部(21)、および排気の流れ方向において下流側で前記分岐管部(21)を束ねる集合管部(22)を有し、
前記流体添加手段(41)は、前記分岐管部(21)にそれぞれ設けられている請求項5記載の内燃機関。 - 前記流体添加制御手段(51)は、排気行程の末期において前記排気弁(13)が前記燃焼室(16)と前記排気通路(23)とを遮断する前に前記流体添加手段(41)から非燃焼流体を噴射する請求項6記載の内燃機関。
- 前記排気系(12)は、前記燃焼室(16)のそれぞれ接続する分岐管部(21)、および排気の流れ方向において下流側で前記分岐管部(21)を束ねる集合管部(22)を有し、
前記流体添加手段(61)は、前記集合管部(22)に設けられている請求項5記載の内燃機関。 - 前記流体添加制御手段(51)は、排気行程の初期において前記排気弁(13)が前記燃焼室(16)と前記排気通路(23)とを開放した後に前記流体添加手段(61)から非燃焼流体を噴射する請求項8記載の内燃機関。
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