JP2017166371A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】各気筒に供給される水の過不足が生じることを抑制しつつ、吸気通路に噴射される水の微粒化を促進する。
【解決手段】複数の気筒と、隔壁によって隔てられ各気筒に夫々接続される複数の分岐通路２０を備える吸気通路２であって隔壁の上流側端部２Ａよりもさらに上流側では各気筒で共有される共有通路２６を備える吸気通路２と、各気筒に夫々接続される吸気通路２０に夫々設けられ吸気通路２０に水を噴射する水噴射弁５と、を備える内燃機関において、水噴射弁５の夫々において、該水噴射弁５からの水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂが吸気通路２０の上流側に向い、且つ、該水噴射弁５からの水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと吸気通路２０の内壁面との交点５Ｃが隔壁の上流側端部２Ａよりも下流側になるように水噴射弁５を構成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関に関する。

内燃機関の吸気通路内に水を噴射する水噴射弁を配置することが知られている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００６−１２５４０７号公報 特開２０１４−０６２５４８号公報

水噴射弁から水を噴射したとしても、微粒化が促進されなければ水の気化潜熱を有効に活用ことが困難になる。また、水が蒸発せずに気筒壁面に付着して潤滑油中に水が混入すると、潤滑油の潤滑性能が低下する虞がある。したがって、水噴射弁から噴射する水の微粒化が望まれる。

本発明は、上記したような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、各気筒に供給される水の過不足が生じることを抑制しつつ、吸気通路に噴射される水の微粒化を促進することにある。

上記課題を解決するために、複数の気筒と、隔壁によって隔てられ各気筒に夫々接続される複数の分岐通路を備える吸気通路であって前記隔壁の上流側端部よりもさらに上流側では各気筒で共有される共有通路を備える吸気通路と、前記各気筒に夫々接続される吸気通路に夫々設けられ前記吸気通路に水を噴射する水噴射弁と、を備える内燃機関において、前記水噴射弁の夫々において、該水噴射弁からの水の噴霧の中心軸が前記吸気通路の上流側に向い、且つ、該水噴射弁からの水の噴霧の中心軸と前記吸気通路の内壁面との交点が前記隔壁の上流側端部よりも下流側になるように前記水噴射弁を構成する。

本発明によれば、各気筒に供給される水の過不足が生じることを抑制しつつ、吸気通路に噴射される水の微粒化を促進することができる。

実施例に係る内燃機関の吸気マニホールドの概略構成を示す縦断面図である。 実施例に係る内燃機関の吸気マニホールドの概略構成を示す横断面図である。 衝突角度ＡＮ（ｄｅｇ）と、ウェーバー数ＷＥとの関係を示した図である。

以下に図面を参照して、この発明を実施するための形態を、実施例に基づいて例示的に詳しく説明する。ただし、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは、特に記載がない限りは、この発明の範囲をそれらのみに限定する趣旨
のものではない。

＜実施例＞
図１は、本実施例に係る内燃機関１の吸気マニホールド２の概略構成を示す縦断面図である。また、図２は、本実施例に係る内燃機関１の吸気マニホールド２の概略構成を示す横断面図である。内燃機関１は車両に搭載される。本実施例に係る内燃機関１は、ガソリンエンジン及びディーゼルエンジンの何れであってもよい。本実施例では３つの気筒を有する内燃機関を例に説明するが、気筒の数は３つに限らず、２つ以上の気筒を有する内燃機関であれば良い。図１及び図２における矢印は、吸気の流れる方向を示している。

吸気マニホールド２の上流側は吸気管３に接続され、吸気マニホールド２の下流側は分岐部２Ａにおいて３つの通路に分岐して内燃機関１に接続されている。なお、分岐部２Ａから分岐後の夫々の通路を、第一分岐通路２１、第二分岐通路２２、第三分岐通路２３と称する。第一分岐通路２１は図示しない１番気筒に接続される通路であり、第二分岐通路２２は図示しない２番気筒に接続される通路であり、第三分岐通路２３は図示しない３番気筒に接続される通路である。第一分岐通路２１と第二分岐通路２２とは第一隔壁２４で隔てられている。また、第二分岐通路２２と第三分岐通路２３とは第二隔壁２５で隔てられている。したがって、第一隔壁２４及び第二隔壁２５の上流側端部に分岐部２Ａが形成されているといえる。第一隔壁２４及び第二隔壁２５の上流側端部（すなわち、分岐部２Ａ）よりもさらに上流側には、各気筒で共有される共有通路２６が形成されている。吸気マニホールド２と吸気管３との接続部には吸気管３の通路断面積を調整するスロットル４が設けられている。なお、第一分岐通路２１、第二分岐通路２２、第三分岐通路２３を区別しない場合には単に分岐通路２０という。

第一分岐通路２１には、該第一分岐通路２１内に水を噴射する第一水噴射弁５１が設けられ、第二分岐通路２２には、該第二分岐通路２２内に水を噴射する第二水噴射弁５２が設けられ、第三分岐通路２３には、該第三分岐通路２３内に水を噴射する第三水噴射弁５３が設けられている。なお、第一水噴射弁５１、第二水噴射弁５２、第三水噴射弁５３を区別しない場合には単に水噴射弁５という。水噴射弁５は図示しないＥＣＵにより制御される。なお、本実施例においては吸気マニホールド２に形成されている分岐通路２０及び共有通路２６が、本発明における吸気通路に相当する。

水噴射弁５は、吸気マニホールド２における吸気の流れの上流側、すなわち、吸気マニホールド２の内燃機関１側ではなく吸気管３側に向けて水が噴射されるように設置する。このため、水噴射弁５からの水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂが分岐通路２０の上流側に向かっている。この場合、噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、分岐通路２０の中心軸２０Ａとのなす角（以下、衝突角度ＡＮともいう。）が、０度よりも大きく９０度よりも小さな角度となるように、水噴射弁５が構成される。

さらに、水噴射弁５から噴射される水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、分岐通路２０の内壁面との交点５Ｃが、分岐部２Ａよりも下流側（すなわち、吸気マニホールド２における内燃機関１側）に位置するように、水噴射弁５を構成する。すなわち、第一水噴射弁５１から噴射される水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、第一分岐通路２１の内壁面との交点５Ｃが、第一隔壁２４の上流側端部よりも下流側に位置し、第二水噴射弁５２から噴射される水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、第二分岐通路２２の内壁面との交点５Ｃが、第一隔壁２４の上流側端部及び第二隔壁２５の上流側端部よりも下流側に位置し、第三水噴射弁５３から噴射される水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、第三分岐通路２３の内壁面との交点５Ｃが、第二隔壁２５の上流側端部よりも下流側に位置するように、第一水噴射弁５１、第二水噴射弁５２、第三水噴射弁５３を構成している。

このように吸気の流れの上流側に向かって水が噴射されるように水噴射弁５を構成することにより、水噴射弁５から噴射される水と吸気との相対速度を大きくすることができる。これにより、水の微粒化を促進させることができる。また、水噴射弁５から噴射される水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、分岐通路２０の内壁面との交点５Ｃが、分岐部２Ａよりも下流側に位置することにより、各水噴射弁５から噴射された水が、他の水噴射弁５が備わる分岐通路２０に流入することを抑制できる。これにより、各気筒において水の過不足が生じることを抑制できる。

ここで、図３は、衝突角度ＡＮ（ｄｅｇ）と、ウェーバー数ＷＥとの関係を示した図である。ウェーバー数ＷＥは、慣性力を表面張力で除算した値であって、以下の式で示される。
ＷＥ＝慣性力／表面張力＝ＤＥ×ＬＥ×ＶＥ／ＴＥ
ただし、ＷＥはウェーバー数、ＤＥは液滴密度、ＬＥは代表長さ、ＶＥは代表速度、ＴＥは表面張力である。

衝突角度ＡＮが小さいほど、ウェーバー数ＷＥが大きくなり、水の微粒化の効果が高い。したがって、本実施例では、水噴射弁５から噴射される水の噴霧５Ａの中心軸５Ｂと、分岐通路２０の内壁面との交点５Ｃが、分岐部２Ａよりも下流側となる範囲で、衝突角度ＡＮをより小さくすることが好ましい。

以上説明したように本実施例によれば、水噴射弁５から噴射された水の微粒化を促進させることにより、吸気温度及び気筒内温度を低下させることができる。これにより、ノッキングの発生を抑制できる。また、潤滑油に水が混入することを抑制できるため、潤滑性能が低下することを抑制できる。さらに、排気の温度を低減させることができるため、排気系部材の過熱を抑制できる。また、夫々の気筒に対応する水噴射弁５から噴射される水が、異なる気筒に供給されることが抑制されるため、各気筒において水の過不足が生じることを抑制できる。したがって、水噴射の効果が低下することを抑制できる。

なお、水噴射弁５が複数の噴孔を有する場合には、夫々の噴霧５Ａにおいて上述の条件が夫々成立するように水噴射弁５を構成してもよく、全噴霧の中心となり得る１つの軸を噴霧の中心軸５Ｂと考えて該１つの軸において上述の条件が成立するように水噴射弁５を構成してもよい。

１ 内燃機関
２ 吸気マニホールド
２Ａ 分岐部
３ 吸気管
４ スロットル
５ 水噴射弁
５Ａ 噴霧
５Ｂ 中心軸
５Ｃ 交点
２０ 分岐通路
２０Ａ 中心軸
２１ 第一分岐通路
２２ 第二分岐通路
２３ 第三分岐通路
２４ 第一隔壁
２５ 第二隔壁
２６ 共有通路
５１ 第一水噴射弁
５２ 第二水噴射弁
５３ 第三水噴射弁

Claims (1)

1. 複数の気筒と、
   隔壁によって隔てられ各気筒に夫々接続される複数の分岐通路を備える吸気通路であって前記隔壁の上流側端部よりもさらに上流側では各気筒で共有される共有通路を備える吸気通路と、
   前記各気筒に夫々接続される吸気通路に夫々設けられ前記吸気通路に水を噴射する水噴射弁と、
   を備える内燃機関において、
   前記水噴射弁の夫々において、該水噴射弁からの水の噴霧の中心軸が前記吸気通路の上流側に向い、且つ、該水噴射弁からの水の噴霧の中心軸と前記吸気通路の内壁面との交点が前記隔壁の上流側端部よりも下流側になるように前記水噴射弁を構成する内燃機関。

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