特許 7137410 内燃機関の吸気装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-09-06

(45)【発行日】2022-09-14

(54)【発明の名称】内燃機関の吸気装置

(51)【国際特許分類】

   F02B 23/10 20060101AFI20220907BHJP

   F01L 3/24 20060101ALI20220907BHJP

   F02M 61/18 20060101ALI20220907BHJP

【ＦＩ】

F02B23/10 K

F01L3/24 Z

F02M61/18 320Z

【請求項の数】 3

(21)【出願番号】P 2018167742

(22)【出願日】2018-09-07

(65)【公開番号】P2020041446

(43)【公開日】2020-03-19

【審査請求日】2021-08-02

(73)【特許権者】

【識別番号】000005348

【氏名又は名称】株式会社ＳＵＢＡＲＵ

(74)【代理人】

【識別番号】110000936

【氏名又は名称】特許業務法人青海特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】若本 進児

【審査官】楠永 吉孝

(56)【参考文献】

【文献】特開２００４－３１６５３８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平０５－２２３０４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００２－０８９２７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５７３５２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｂ ２３／１０

Ｆ０１Ｌ ３／２４

Ｆ０２Ｍ ６１／１８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

吸気ポートの開口部を開閉する吸気バルブと、
前記吸気バルブを移動させるバルブ開閉機構と、
前記吸気バルブの移動量であるバルブリフト量が所定の閾値未満である場合に、燃焼室に噴射する燃料が前記吸気バルブに干渉せず、前記バルブリフト量が前記閾値以上である場合に、前記燃焼室に噴射する燃料の一部が前記吸気バルブに干渉する位置に配されるインジェクタと、
前記吸気バルブに圧縮された空気を噴射する空気噴射部と、
前記バルブリフト量が前記閾値以上である期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記空気噴射部に空気を噴射させる空気噴射制御部と、
を備え、
前記空気噴射制御部は、前記インジェクタによる燃料の噴射開始時期となった場合に、前記空気噴射部に空気の噴射を開始させ、前記バルブリフト量が前記閾値を下回った場合に、前記空気噴射部に空気の噴射を終了させる内燃機関の吸気装置。

【請求項2】

前記空気噴射制御部は、前記インジェクタに供給される燃料の圧力に基づいて、前記空気噴射部から噴射される空気の圧力を変化させる請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。

【請求項3】

吸気ポートの開口部を開閉する吸気バルブと、
前記吸気バルブを移動させるバルブ開閉機構と、
前記吸気バルブの移動量であるバルブリフト量が所定の閾値未満である場合に、燃焼室に噴射する燃料が前記吸気バルブに干渉せず、前記バルブリフト量が前記閾値以上である場合に、前記燃焼室に噴射する燃料の一部が前記吸気バルブに干渉する位置に配されるインジェクタと、
前記吸気バルブに圧縮された空気を噴射する空気噴射部と、
前記バルブリフト量が前記閾値以上である期間のうちの少なくとも一部の期間において、前記空気噴射部に空気を噴射させる空気噴射制御部と、
を備え、
前記空気噴射制御部は、前記インジェクタに供給される燃料の圧力に基づいて、前記空気噴射部から噴射される空気の圧力を変化させる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】

特許文献１には、吸気ポート内に燃料を噴射（所謂、ポート噴射）するとともに、吸気バルブの傘部の裏面に空気を噴射する技術が開示されている。かかる技術によれば、燃料が吸気ポート内を通じて吸気バルブの傘部の裏面に直撃することで生じる壁膜流を、傘部から浮遊させることができ、燃料を微粒化することが可能となる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開平５－２２３０４１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

内燃機関には、上述のポート噴射の他、燃料をシリンダ内に直接噴射する構成のもの（所謂、直噴エンジン）がある。直噴エンジンでは、吸気バルブの開閉状態によっては、噴射された燃料が吸気バルブに付着することがある。吸気バルブに燃料が付着すると、付着した燃料が不完全燃焼を起こし、吸気バルブに煤などのデポジットが堆積する。

【0005】

そこで、本発明は、吸気バルブに燃料が付着す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を目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の吸気装置は、吸気ポートの開口部を開閉する吸気バルブと、吸気バルブを移動させるバルブ開閉機構と、吸気バルブの移動量であるバルブリフト量が所定の閾値未満である場合に、燃焼室に噴射する燃料が吸気バルブに干渉せず、バルブリフト量が閾値以上である場合に、燃焼室に噴射する燃料の一部が吸気バルブに干渉する位置に配されるインジェクタと、吸気バルブに圧縮された空気を噴射する空気噴射部と、バルブリフト量が閾値以上である期間のうちの少なくとも一部の期間において、空気噴射部に空気を噴射させる空気噴射制御部と、を備え、空気噴射制御部は、インジェクタによる燃料の噴射開始時期となった場合に、空気噴射部に空気の噴射を開始させ、バルブリフト量が閾値を下回った場合に、空気噴射部に空気の噴射を終了させる。
また、上記課題を解決するために、本発明の内燃機関の吸気装置は、吸気ポートの開口部を開閉する吸気バルブと、吸気バルブを移動させるバルブ開閉機構と、吸気バルブの移動量であるバルブリフト量が所定の閾値未満である場合に、燃焼室に噴射する燃料が吸気バルブに干渉せず、バルブリフト量が閾値以上である場合に、燃焼室に噴射する燃料の一部が吸気バルブに干渉する位置に配されるインジェクタと、吸気バルブに圧縮された空気を噴射する空気噴射部と、バルブリフト量が閾値以上である期間のうちの少なくとも一部の期間において、空気噴射部に空気を噴射させる空気噴射制御部と、を備え、空気噴射制御部は、インジェクタに供給される燃料の圧力に基づいて、空気噴射部から噴射される空気の圧力を変化させる。

【0008】

また、空気噴射制御部は、インジェクタに供給される燃料の圧力に基づいて、空気噴射部から噴射される空気の圧力を変化させてもよい。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、吸気バルブに燃料が付着するのを抑制することが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】内燃機関システムの構成を示す概略図である。

【図2】空気噴射部の構成を示す概略図である。

【図3】吸気ポートを上方から見た平面部分拡大図である。

【図4】吸気ポートを側面から見た側面部分拡大図である。

【図5】吸気バルブのバルブリフト量とインジェクタから噴射された燃料との関係を説明する説明図である。

【図6】吸気バルブのバルブリフト量とインジェクタから噴射された燃料との関係を説明する説明図である。

【図7】吸気バルブのバルブリフト量とインジェクタから噴射された燃料との関係を説明する説明図である。

【図8】クランク角と、吸気バルブのバルブリフト量と、燃料の噴射タイミングとの関係を説明する説明図である。

【図9】クランク角と、吸気バルブのバルブリフト量と、燃料の噴射タイミングとの関係を説明する説明図である。

【図10】インジェクタから噴射される燃料の圧力と、空気圧縮部における空気の圧縮量との関係を説明する説明図である。

【図11】空気噴射制御部における圧縮空気の噴射制御動作を説明するフローチャートである。

【図12】空気噴射制御部における空気の圧縮量制御動作を説明するフローチャートである。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の実施形態の一態様について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0012】

図１は、内燃機関システム１の構成を示す概略図である。図１では、信号の流れを破線の矢印で示している。以下では、本実施形態に関係する構成や処理について詳細に説明し、本実施形態と無関係の構成や処理については説明を省略する。

【0013】

内燃機関システム１は、内燃機関２、吸気装置３および制御装置４を含んで構成される。内燃機関２は、例えば、レシプロエンジンである。また、内燃機関２は、例えば、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程が繰り返し行われる４ストロークエンジンである。内燃機関２は、シリンダブロック１０、シリンダヘッド１１およびピストン１２を含んで構成される。

【0014】

シリンダブロック１０には、円筒形状のシリンダ１３が形成されている。シリンダ１３には、ピストン１２が摺動可能に収容されている。クランクケース１４は、シリンダブロック１０と一体成形される。クランクケース１４には、シリンダ１３に連通するクランク室１５が形成されている。クランク室１５には、クランクシャフト１６が収容されている。ピストン１２は、コネクティングロッド１７を介してクランクシャフト１６に連結されている。

【0015】

シリンダブロック１０には、シリンダ１３の開口を覆うようにシリンダヘッド１１が接合されている。シリンダ１３、シリンダヘッド１１およびピストン１２に囲まれた空間は、燃焼室１８となる。

【0016】

シリンダヘッド１１には、燃焼室１８に開口する吸気ポート２０および排気ポート２１が形成されている。また、シリンダヘッド１１には、吸気バルブ２２、吸気カム２３、排気バルブ２４および排気カム２５が設けられている。

【0017】

吸気カム２３は、クランクシャフト１６の回転に基づいて吸気バルブ２２を往復移動させる。吸気バルブ２２は、吸気カム２３にしたがって、吸気ポート２０における燃焼室１８に臨む開口部２６を開閉する。つまり、吸気カム２３は、開口部２６における開口面の法線方向に吸気バルブ２２を移動させるバルブ開閉機構である。吸気バルブ２２および吸気カム２３は、開口部２６ごとに設けられている。吸気バルブ２２については、後に詳述する。

【0018】

排気カム２５は、クランクシャフト１６の回転に基づいて排気バルブ２４を往復移動させる。排気バルブ２４は、排気カム２５にしたがって、排気ポート２１における燃焼室１８に臨む開口部２７を開閉する。排気バルブ２４および排気カム２５は、開口部２７ごとに設けられている。

【0019】

燃料を貯留する燃料タンク３０は、燃料ポンプ３１に接続される。燃料ポンプ３１は、燃料配管３２（デリバリパイプ）に接続される。燃料配管３２は、インジェクタ３３に接続される。燃料ポンプ３１は、燃料タンク３０内の燃料を汲み上げ、汲み上げた燃料の圧力を上げる。以降、燃料の圧力のことを燃圧と呼ぶことがある。燃料ポンプ３１は、燃圧を上げた燃料を、燃料配管３２を通じてインジェクタ３３に供給する。燃圧は、エンジン回転数やエンジン負荷によって変動する。

【0020】

シリンダヘッド１１には、インジェクタ３３が設けられている。インジェクタ３３には、燃料配管３２を通じて供給される燃料を噴射する燃料噴射口３４が設けられている。インジェクタ３３は、燃料噴射口３４が燃焼室１８に臨むように設置される。インジェクタ３３は、制御装置４の制御の下、燃料を燃焼室１８に直接噴射する。つまり、内燃機関２は、所謂、直噴エンジンである。

【0021】

また、シリンダヘッド１１には、点火プラグ３５が設けられている。点火プラグ３５は、燃焼室１８において生成される空気と燃料との混合気に点火する。ピストン１２は、混合気の燃焼によりシリンダ１３内で往復運動をする。ピストン１２の往復運動は、コネクティングロッド１７を通じて、クランクシャフト１６の回転運動に変換される。

【0022】

吸気装置３は、吸気ポート２０を含む吸気流路４２、吸気バルブ２２、空気圧縮部５１、空気噴射部５３、圧縮空気流路５４を含んで構成される。

【0023】

吸気ポート２０には、インテークマニホールド４０が接続されている。インテークマニホールド４０は、集合部で複数の分岐路に分岐している。インテークマニホールド４０の各分岐路は、複数の吸気ポート２０にそれぞれ接続される。インテークマニホールド４０の集合部は、吸気管４１に接続される。吸気ポート２０、インテークマニホールド４０および吸気管４１は、シリンダ１３（燃焼室１８）に吸気（空気）を導入する吸気流路４２を形成する。以下では、吸気流路４２を通る吸気の流れに沿って、内燃機関２から遠い方を上流と呼び、内燃機関２に近い方を下流と呼ぶ。

【0024】

吸気管４１には、上流側から順に、エアクリーナ４３、スロットルバルブ４４が設けられる。エアクリーナ４３は、外部から吸入された空気に混合されている異物を除去する。スロットルバルブ４４は、アクセル開度に応じてアクチュエータ４５によって開閉される。燃焼室１８に送られる吸気量は、スロットルバルブ４４の開閉に応じて調整される。

【0025】

吸気管４１におけるエアクリーナ４３とスロットルバルブ４４との間には、流通管５０が接続されている。流通管５０は、空気圧縮部５１を介して空気噴射部５３に接続されている。流通管５０は、吸気流路４２から分岐される圧縮空気流路５４を形成する。以下では、圧縮空気流路５４において、空気噴射部５３から遠い方を上流と呼び、空気噴射部５３に近い方を下流と呼ぶ。

【0026】

空気圧縮部５１は、例えば、高圧ポンプである。空気圧縮部５１は、空気圧縮部５１よりも上流側の圧縮空気流路５４を通じて吸気流路４２内の空気を吸入して圧縮する。空気圧縮部５１は、吸入して圧縮した空気を、空気圧縮部５１よりも下流側の圧縮空気流路５４を通じて空気噴射部５３に供給する。以後、空気圧縮部５１によって圧縮された空気を圧縮空気と呼ぶことがある。

【0027】

空気噴射部５３は、吸気ポート２０に設けられる。空気噴射部５３は、圧縮空気を吸気ポート２０の開口部２６に向けて噴射する。空気噴射部５３については、後に詳述する。

【0028】

排気ポート２１には、エキゾーストマニホールド７０が接続されている。エキゾーストマニホールド７０は、複数の分岐路が集合部で１つにまとめられる。エキゾーストマニホールド７０の各分岐路は、複数の排気ポート２１にそれぞれ接続される。エキゾーストマニホールド７０の集合部は、排気管７１に接続される。排気ポート２１、エキゾーストマニホールド７０、排気管７１は、シリンダ１３（燃焼室１８）から排出される排気が通る排気流路７２を形成する。排気管７１には、触媒７３が設けられる。触媒７３は、例えば、三元触媒などであり、排気に含まれる炭化水素（ＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、窒素酸化物（ＮＯｘ）を除去する。

【0029】

また、内燃機関システム１には、アクセル開度センサ８０、クランク角センサ８１、フローメータ８２、燃圧センサ８３が設けられている。アクセル開度センサ８０は、アクセルペダルの踏込み量に応じたアクセル開度を検出する。クランク角センサ８１は、クランクシャフト１６の回転角度であるクランク角を検出する。フローメータ８２は、吸気管４１におけるスロットルバルブ４４の下流側に設けられており、燃焼室１８へ供給される吸気量を検出する。燃圧センサ８３は、インジェクタ３３に供給される燃料の燃圧を検出する。

【0030】

制御装置４は、例えば、ＥＣＵ（Engine Control Unit）である。制御装置４は、中央処理装置（ＣＰＵ）、プログラム等が格納されたＲＯＭ、ワークエリアとしてのＲＡＭ等を含む半導体集積回路から構成され、内燃機関システム１を統括制御する。制御装置４は、プログラムを実行することで、駆動制御部９０および空気噴射制御部９１として機能する。

【0031】

駆動制御部９０は、クランク角センサ８１によって検出されたクランク角に基づいて現時点のエンジン回転数を導出する。駆動制御部９０は、現時点のエンジン回転数およびアクセル開度センサによって検出されたアクセル開度に基づいて、目標トルクおよび目標エンジン回転数を導出する。駆動制御部９０は、目標トルクおよび目標エンジン回転数に基づいて目標空気量を決定し、目標空気量に基づいて目標スロットル開度を決定する。そして、駆動制御部９０は、目標スロットル開度でスロットルバルブ４４が開閉されるようにアクチュエータ４５を駆動させる。

【0032】

また、駆動制御部９０は、目標空気量に基づいて燃料の目標噴射量を決定し、目標噴射量に基づいて目標噴射時期および目標噴射期間を決定する。駆動制御部９０は、インジェクタ３３を目標噴射時期および目標噴射期間で駆動させ、目標噴射量の燃料を噴射させる。また、駆動制御部９０は、目標エンジン回転数およびクランク角に基づいて目標点火時期を決定し、点火プラグ３５を目標点火時期で駆動させて点火させる。

【0033】

空気噴射制御部９１は、クランク角センサ８１によって検出されたクランク角にしたがって、空気噴射部５３を制御する。より詳細には、空気噴射制御部９１は、インジェクタ３３が燃料の噴射を開始した場合に、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を開始させる。また、空気噴射制御部９１は、吸気バルブ２２のバルブリフト量が所定の閾値を下回った場合に、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を終了させる。バルブリフト量は、開口部２６の位置に対する吸気バルブ２２の位置を示し、開口部２６の開口面の法線方向についての吸気バルブ２２の移動量を示す。

【0034】

また、空気噴射制御部９１は、内燃機関２の始動時に空気圧縮部５１の運転を開始させ、内燃機関２の停止時に空気圧縮部５１の運転を停止させる。また、空気噴射制御部９１は、燃圧センサ８３によって検出された燃圧に基づいて、空気噴射部５３から噴射される圧縮空気の圧力を変化させる。例えば、空気噴射制御部９１は、空気圧縮部５１の回転速度を変化させて、圧縮空気の圧力を変化させる。空気噴射制御部９１については、後に詳述する。

【0035】

図２は、空気噴射部５３の構成を示す概略図である。空気噴射部５３は、本体部１０１、空気噴射口１０２、プランジャロッド１０３、スプリング１０４、ソレノイド１０５を含んで構成される。

【0036】

本体部１０１は、内部に空間を有する略筒状に形成されている。本体部１０１の先端には、本体部１０１の内外の空間を連通させる空気噴射口１０２が設けられている。空気噴射部５３は、空気噴射口１０２を開口部２６に向けて配置される。

【0037】

プランジャロッド１０３は、棒状に形成されており、本体部１０１内に収容される。スプリング１０４は、プランジャロッド１０３の後端に設けられる。本体部１０１の後端側は、流通管５０に接続され、本体部１０１内には、流通管５０から圧縮空気が供給される。プランジャロッド１０３の先端は、スプリング１０４の付勢力および圧縮空気の圧力によって空気噴射口１０２に押し付けられ、空気噴射口１０２を本体部１０１の内側から塞ぐ。

【0038】

ソレノイド１０５は、プランジャロッド１０３の後端付近に設けられている。ソレノイド１０５には、制御装置４から駆動電圧が与えられる。ソレノイド１０５は、駆動電圧にしたがって電流が流れると磁力を発生し、プランジャロッド１０３を吸引する。プランジャロッド１０３は、ソレノイド１０５の吸引力により、スプリング１０４の付勢力および圧縮空気の圧力に抗してリフトされる。これにより、プランジャロッド１０３の先端が空気噴射口１０２から離れ、空気噴射口１０２が開弁される。その結果、空気噴射口１０２から圧縮空気が噴射される。

【0039】

図３は、吸気ポート２０を上方から見た平面部分拡大図である。図４は、吸気ポート２０を側面から見た側面部分拡大図である。図３および図４では、圧縮空気の噴射方向を、ハッチングした領域Ａ１で概念的に示し、燃料の噴射方向を、ハッチングした領域Ａ２で概念的に示している。なお、領域Ａ１および領域Ａ２では、ハッチングの斜線の方向を異ならせている。

【0040】

吸気ポート２０は、インテークマニホールド４０側から燃焼室１８側に進む途中で二分岐されている。つまり、吸気ポート２０のインテークマニホールド４０側端には、インテークマニホールド４０に接続される１個の開口部があり、吸気ポート２０の燃焼室１８側端には、２個の開口部２６がある。換言すると、開口部２６および吸気バルブ２２は、１個のシリンダ１３に対して２個設けられる。以後、吸気ポート２０における分岐前（インテークマニホールド４０側）の部分を集合部１１１と呼び、吸気ポート２０における分岐後（燃焼室１８側）の部分を分岐部１１２と呼ぶことがある。

【0041】

インジェクタ３３は、２個の開口部２６の間（例えば、２個の開口部２６を結ぶ線分を二分する中央部）に設けられる。また、インジェクタ３３は、シリンダ１３に対する燃料噴射口３４の高さ位置が、シリンダ１３に対する開口部２６の高さ位置よりも少し高く（ピストンのストローク方向上死点側）になるように設けられる。

【0042】

燃料噴射口３４は、所定の燃料噴射角で燃料を噴射するような開口面を形成する。インジェクタ３３は、例えば、燃料噴射口３４の開口面の法線方向が、開口部２６の開口面の法線方向に大凡一致するように配置される。

【0043】

吸気バルブ２２は、軸部１２１および傘部１２２から構成される。軸部１２１は、棒状に形成されている。傘部１２２は、略円盤状に形成されている。軸部１２１の先端は、傘部１２２の中央に連続している。換言すると、傘部１２２は、軸部１２１の先端において軸部１２１の長手に交差する方向に突出している。

【0044】

吸気バルブ２２は、軸部１２１が吸気ポート２０側に位置し、傘部１２２が燃焼室１８側に位置するように配置される。また、吸気バルブ２２は、軸部１２１の長手方向が開口部２６における開口面の法線方向に一致するように配置される。

【0045】

空気噴射部５３は、吸気ポート２０における集合部１１１に設けられる。空気噴射部５３は、集合部１１１における分岐部１１２に比較的近い位置に設けられる。空気噴射部５３は、分岐方向の中央に設けられる。また、空気噴射部５３は、集合部１１１において、シリンダ１３に対して遠い面である上面側に設けられる。

【0046】

空気噴射口１０２は、所定の空気噴射角で圧縮空気を噴射するような開口面を形成する。また、空気噴射部５３は、空気噴射口１０２の開口面の法線方向が、吸気ポート２０の長手方向に大凡一致するように配置される。

【0047】

空気噴射部５３が集合部１１１の分岐部１１２付近に設けられているため、空気噴射部５３から噴射された圧縮空気は、２個の分岐部１１２のそれぞれに同時に送出される。例えば、空気噴射口１０２から噴射された圧縮空気の半分が一方の分岐部１１２に送出され、圧縮空気の残り半分が他方の分岐部１１２に送出される。

【0048】

また、分岐部１１２に送出された圧縮空気は、分岐部１１２および開口部２６を通じて吸気バルブ２２の傘部１２２に到達する。例えば、図３の左側の吸気バルブ２２では、傘部１２２における右側に圧縮空気が当たり、図３の右側の吸気バルブ２２では、傘部１２２における左側に圧縮空気が当たる。

【0049】

図５～図７は、吸気バルブ２２のバルブリフト量とインジェクタ３３から噴射された燃料との関係を説明する説明図である。図５～図７では、吸気ポート２０内を透視して示している。また、図５～図７では、燃料の噴射方向を、ハッチングした領域Ａ２で概念的に示している。

【0050】

図５は、吸気バルブ２２の傘部１２２が吸気ポート２０の開口部２６に接触しているとき、つまり、吸気バルブ２２のバルブリフト量がゼロのときを示している。このとき、インジェクタ３３から噴射された燃料は、吸気バルブ２２に当たらない。

【0051】

図６は、吸気バルブ２２の傘部１２２が吸気ポート２０の開口部２６から離れ、吸気バルブ２２のバルブリフト量が比較的少ないときを示している。このとき、インジェクタ３３から噴射された燃料は、吸気バルブ２２に当たらない。

【0052】

これらに対し、図７は、吸気バルブ２２の傘部１２２が吸気ポート２０から離れ、吸気バルブ２２のバルブリフト量が比較的多いときを示している。このとき、インジェクタ３３から噴射された燃料の一部は、各吸気バルブ２２の傘部１２２に当たる。例えば、図７において、左側の吸気バルブ２２では、傘部１２２における右側に燃料が当たり、右側の吸気バルブ２２では、傘部１２２における左側に燃料が当たる。また、燃料は、傘部１２２における軸部１２１側の面（裏面）である傘裏部１２３や傘部１２２における側面である周縁部１２４に当たる。

【0053】

このように、吸気バルブ２２は、バルブリフト量が多くなるほど、燃料に当たり易くなる。つまり、インジェクタ３３は、バルブリフト量が所定の閾値未満である場合に、燃焼室１８に噴射する燃料が吸気バルブ２２に干渉せず、バルブリフト量が所定の閾値以上である場合に、燃焼室１８に噴射する燃料の一部が吸気バルブ２２に干渉する位置に配置される。

【0054】

所定の閾値は、噴射された燃料と吸気バルブ２２とが干渉するか否かの境界におけるバルブリフト量に相当する。所定の閾値は、インジェクタ３３と吸気バルブ２２との位置関係で決まるため、内燃機関２の設計時に予め知ることができる。所定の閾値は、例えば、約６ｍｍに設定される。

【0055】

図８および図９は、クランク角と、吸気バルブ２２のバルブリフト量と、燃料の噴射タイミングとの関係を説明する説明図である。また、図８および図９において、実線Ｂ１は、吸気バルブ２２のバルブリフト量を示しており、一点鎖線Ｂ２は、所定の閾値を示しており、二点鎖線Ｂ３は、燃料の噴射量を示している。また、図８および図９では、吸気行程の開始時点のクランク角を０度としており、吸気行程の終了時点（圧縮行程の開始時点）のクランク角を１８０度としている。また、図８および図９では、空気噴射部５３が圧縮空気を噴射する期間をハッチングの領域Ｂ４で示している。

【0056】

図８は、例えば、内燃機関２が高回転で運転するときを示している。図８の例において、吸気バルブ２２は、排気行程から吸気行程へ移る少し前に開き始める。吸気バルブ２２のバルブリフト量は、クランク角が約９０度に向けて進むにしたがって漸増していく。吸気バルブ２２のバルブリフト量は、クランク角がクランク角ＣＡ１１を超えると、一点鎖線Ｂ２で示す所定の閾値であるバルブリフト量ＶＬ１０を超える。クランク角ＣＡ１１は、例えば、約５０度である。

【0057】

また、吸気バルブ２２のバルブリフト量は、クランク角が約９０度を超えて１８０度に向けて進むにしたがって漸減していく。吸気バルブ２２のバルブリフト量は、クランク角がクランク角ＣＡ１２を超えると、一点鎖線Ｂ２で示す所定の閾値であるバルブリフト量ＶＬ１０を下回る。クランク角ＣＡ１２は、例えば、約１４０度である。つまり、クランク角ＣＡ１１からクランク角ＣＡ１２までの期間では、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上となり、その他の期間では、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０よりも少なくなる。

【0058】

また、吸気バルブ２２は、クランク角が１８０度と２７０度との間の所定のクランク角において開口部２６を完全に閉じる。

【0059】

なお、内燃機関２では、クランク角からカムシャフトの回転角度が導出可能であり、カムシャフトの回転角度から吸気カムの角度が導出可能であり、吸気カムの角度からバルブリフト量が導出可能である。このため、内燃機関２では、クランク角に基づいてバルブリフト量を導出することができる。

【0060】

また、図８の例において、インジェクタ３３は、クランク角がクランク角ＣＡ２１になると、燃料の噴射を開始する。クランク角ＣＡ２１は、例えば、クランク角ＣＡ１１と９０度との間（例えば、約６０度など）に設定される。また、インジェクタ３３は、クランク角がクランク角ＣＡ２２になると、燃料の噴射を停止する。クランク角ＣＡ２２は、例えば、クランク角ＣＡ１２と１８０度との間（例えば、約１６０度など）に設定される。つまり、クランク角ＣＡ２１からクランク角ＣＡ２２までの期間において、燃料が噴射され、その他の期間において、燃料が噴射されない。

【0061】

また、インジェクタ３３は、二点鎖線Ｂ３で示すように、クランク角に対する燃料の噴射量を示す波形がパルス状になるように、燃料を噴射する。

【0062】

また、図８の例において、クランク角ＣＡ２１からクランク角ＣＡ１２までの期間は、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上であり、かつ、燃料が噴射されている期間である。この期間は、噴射された燃料と吸気バルブ２２とが干渉する期間である。以後、噴射された燃料と吸気バルブ２２とが干渉する期間を、干渉期間と呼ぶことがある。

【0063】

空気噴射制御部９１は、吸気行程中の燃料が噴射されていないとき、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させる。具体的には、空気噴射制御部９１は、ソレノイド１０５への駆動電圧の印加を行わない。これにより、空気噴射部５３は、空気噴射口１０２が閉状態となり、圧縮空気を噴射しない。

【0064】

空気噴射制御部９１は、燃料の噴射の開始に合わせて（クランク角がクランク角ＣＡ２１になると）、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を開始させる。例えば、空気噴射制御部９１は、ソレノイド１０５に駆動電圧を印加する。これにより、空気噴射部５３は、空気噴射口１０２が開状態となり、圧縮空気を噴射する。

【0065】

空気噴射制御部９１は、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０を下回るまで（クランク角がクランク角ＣＡ１２よりも大きくなるまで）、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を維持させる。具体的には、空気噴射制御部９１は、ソレノイド１０５への駆動電圧の印加を継続する。

【0066】

空気噴射制御部９１は、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０を下回ると（クランク角がクランク角ＣＡ１２よりも大きくなると）、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させる。具体的には、空気噴射制御部９１は、ソレノイド１０５への駆動電圧の印加を行わない。

【0067】

図９は、例えば、内燃機関２が低回転で運転するときを示している。図９では、バルブリフト量を示す実線Ｂ１および所定の閾値を示す一点鎖線Ｂ２については、図８と同様となっている。

【0068】

図９の例において、燃料の噴射開始時期を示すクランク角ＣＡ２１は、例えば、９０度以上（例えば、約１１０度など）に設定される。つまり、図９の例では、燃料の噴射開始時期が図８に比べて遅れており、干渉期間が図８に比べて短くなっている。

【0069】

また、空気噴射制御部９１は、図８の例と同様に、燃料の噴射の開始に合わせて空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を開始させ、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０を下回ると空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させる。図９の例では、干渉期間が短くなることに合わせて、圧縮空気の噴射期間も短くなっている。

【0070】

このように、空気噴射制御部９１は、干渉期間に、空気噴射部５３に圧縮空気を噴射させる。噴射された圧縮空気は、分岐部１１２および開口部２６を通じて、吸気バルブ２２の傘部１２２に到達する。これにより、吸気バルブ２２の傘部１２２の周囲が、圧縮空気の層（換言すると、エアカーテン）によって保護される。特に、２個の吸気バルブ２２の一方の傘部１２２における他方の傘部１２２側の傘裏部１２３および周縁部１２４が、圧縮空気の層によって保護される。このため、本実施形態の吸気装置３は、噴射された燃料が吸気バルブ２２に接触することを、圧縮空気の層によって防止することができる。

【0071】

図１０は、インジェクタ３３から噴射される燃料の圧力と、空気圧縮部５１における空気の圧縮量との関係を説明する説明図である。

【0072】

上述のように、燃圧はエンジン回転数などによって変動する。燃圧が高くなると、圧縮空気の圧力によっては、圧縮空気の層を突き抜けて燃料が吸気バルブに付着するおそれがある。

【0073】

そこで、図１０に示すように、空気噴射制御部９１は、燃圧が増加するにしたがって空気圧縮部５１における空気の圧縮量を増加させる。例えば、空気噴射制御部９１は、燃圧の増加にしたがって空気圧縮部５１である高圧ポンプの回転速度を増加させて、空気の圧縮量を増加させる。これにより、本実施形態の吸気装置３は、燃圧が高くなったとしても、燃料が圧縮空気の層を突き抜けて傘裏部１２３および周縁部１２４に付着するのを抑制することができる。

【0074】

なお、図１０では、燃圧が増加するにしたがって空気の圧縮量を線形的に増加させる例を示した。しかし、空気噴射制御部９１は、燃圧が増加するにしたがって空気の圧縮量を非線形的に増加させてもよい。例えば、空気噴射制御部９１は、燃圧が増加するほど空気の圧縮量の増加量を増加させてもよい。

【0075】

図１１は、空気噴射制御部９１における圧縮空気の噴射制御動作を説明するフローチャートである。空気噴射制御部９１は、所定時間間隔ごとにクランク角センサ８１から現在のクランク角を取得する（Ｓ１００）。また、空気噴射制御部９１は、現在の吸気行程における燃料の噴射開始時期に対応するクランク角ＣＡ２１を駆動制御部９０から取得する（Ｓ１１０）。

【0076】

次に、空気噴射制御部９１は、クランク角が、クランク角ＣＡ２１よりも小さいか否かを判定する（Ｓ１２０）。つまり、ステップＳ１２０では、インジェクタ３３による燃料の噴射開始時期となったか否かを判定している。

【0077】

現在のクランク角がクランク角ＣＡ２１よりも小さい場合（Ｓ１２０におけるＹＥＳ）、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させる（Ｓ１３０）。具体的には、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３のソレノイド１０５に駆動電圧を印加しない。この場合、ソレノイド１０５に磁力が発生しないため、空気噴射部５３は、プランジャロッド１０３の先端が空気噴射口１０２を塞ぎ、圧縮空気を噴射しない。直前の一連の処理において、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させていた場合、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射の停止を維持させる。

【0078】

一方、現在のクランク角がクランク角ＣＡ２１よりも小さくない（クランク角ＣＡ２１以上の）場合（Ｓ１２０におけるＮＯ）、空気噴射制御部９１は、現在のクランク角が、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０を下回るときのクランク角ＣＡ１２よりも大きいか否かを判定する（Ｓ１４０）。つまり、ステップＳ１４０では、バルブリフト量が閾値を下回ったか否かを判定している。

【0079】

現在のクランク角がクランク角ＣＡ１２よりも大きくない（クランク角ＣＡ１２以下の）場合（Ｓ１４０におけるＮＯ）、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３に圧縮空気を噴射させる（Ｓ１５０）。具体的には、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３のソレノイド１０５に駆動電圧を印加する。この場合、ソレノイド１０５に磁力が発生し、空気噴射部５３は、プランジャロッド１０３の先端が空気噴射口１０２からリフトされて、圧縮空気を噴射する。なお、直前の一連の処理において、空気噴射部５３に圧縮空気を噴射させていた場合、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を維持させる。

【0080】

一方、現在のクランク角がクランク角ＣＡ１２よりも大きい場合（Ｓ１４０におけるＹＥＳ）、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させる（Ｓ１３０）。なお、直前の一連の処理において、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射を停止させていた場合、空気噴射制御部９１は、空気噴射部５３に圧縮空気の噴射の停止を維持させる。

【0081】

図１２は、空気噴射制御部９１における空気の圧縮量制御動作を説明するフローチャートである。空気噴射制御部９１は、所定時間間隔ごとに燃圧センサから燃圧を取得する（Ｓ２００）。なお、燃圧の取得間隔である所定時間間隔は、現在のクランク角の取得間隔と同じであってもよいし、異なっていてもよい。また、空気の圧縮量制御は、圧縮空気の噴射制御と同期していてもよいし、非同期であってもよい。

【0082】

次に、空気噴射制御部９１は、取得した燃圧に基づいて空気の圧縮量を導出する（Ｓ２１０）。例えば、空気噴射制御部９１は、図１０で示すような、燃圧と空気の圧縮量との関係を示す予め記憶されたテーブルを用いて、空気の圧縮量を導出する。

【0083】

次に、空気噴射制御部９１は、導出された圧縮量を示す圧縮制御信号を、空気圧縮部５１に送信する（Ｓ２２０）。これにより、空気圧縮部５１では、受信した圧縮制御信号にしたがった圧縮量となるように回転速度などが変わる。

【0084】

以上のように、本実施形態の吸気装置３では、吸気バルブ２２の開閉に応じて、噴射される燃料が吸気バルブ２２に干渉しないときと、噴射される燃料の一部が吸気バルブ２２に干渉するときとがあるように、インジェクタ３３が配置されている。そして、本実施形態の吸気装置３は、噴射される燃料の一部が吸気バルブ２２に干渉するときに、吸気バルブ２２に圧縮空気を噴射する。

【0085】

これにより、本実施形態の吸気装置３は、燃料が吸気バルブ２２に干渉するときに、吸気バルブ２２の周囲が圧縮空気の層（換言すると、エアカーテン）によって覆われる。したがって、本実施形態の吸気装置３によれば、燃料が吸気バルブ２２に付着するのを抑制することができる。その結果、本実施形態の吸気装置３は、吸気バルブ２２へのデポジットの堆積を抑制することができる。

【0086】

また、本実施形態の吸気装置３は、クランク角がインジェクタ３３による燃料の噴射開始時期に対応するクランク角ＣＡ２１以上となった場合に、圧縮空気の噴射を開始し、クランク角が、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０を下回るときのクランク角ＣＡ１２を超えた場合に、圧縮空気の噴射を終了する。このため、本実施形態の吸気装置３は、燃料が吸気バルブ２２に付着するのを効率的に防止することができる。また、本実施形態の吸気装置３は、圧縮空気を常に噴射する態様に比べ、圧縮空気の噴射にかかる消費エネルギ（例えば、空気噴射部５３のソレノイド１０５に印加する駆動電圧）を抑制することができる。

【0087】

また、本実施形態の吸気装置３は、燃圧に基づいて、空気噴射部５３から噴射する圧縮空気の圧力を変化させる。このため、本実施形態の吸気装置３は、圧縮空気の圧力を変化させない態様に比べ、燃料が吸気バルブ２２に付着するのを、より確実に抑制することができる。

【0088】

また、インジェクタ３３の燃料の噴射方向を制限することで、吸気バルブ２２への燃料の付着を抑制する比較例が挙げられる。この比較例では、燃焼室１８における混合気の分布に偏りが生じ、ノッキングが発生したり、エミッション（排気ガス成分）が悪化するおそれがある。これに対し、本実施形態の吸気装置３は、インジェクタ３３の燃料の噴射方向を制限することなく吸気バルブ２２への燃料の付着を抑制することができる。このため、本実施形態の吸気装置３は、ノッキングの発生やエミッションの悪化を回避することができる。

【0089】

以上、添付図面を参照しながら本発明の実施形態について説明したが、本発明はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【0090】

例えば、上記実施形態では、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上であり、かつ、燃料が噴射されている期間（干渉期間）に、圧縮空気が噴射されていた。しかし、空気噴射部５３は、少なくとも吸気バルブ２２のバルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上であるときに、圧縮空気を噴射すればよい。バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上であるときは、燃料が噴射されれば燃料が吸気バルブ２２に干渉することとなり、燃料が吸気バルブ２２に付着するおそれがある状況である。このため、少なくともバルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上であるときに圧縮空気を噴射すれば、燃料が吸気バルブ２２に付着するのを抑制することができる。

【0091】

また、空気噴射部５３は、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上である全期間に亘って圧縮空気を噴射してもよいし、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０以上である期間のうちの一部の期間において圧縮空気を噴射してもよい。上述の干渉期間は、一部の期間の具体例である。

【0092】

また、上記実施形態の空気噴射部５３は、干渉期間の全期間に亘って圧縮空気を噴射していた。しかし、空気噴射部５３は、干渉期間のうちの一部の期間において圧縮空気を噴射してもよい。この態様においても、圧縮空気を噴射している間は、燃料が吸気バルブ２２に付着するのを抑制することができる。ただし、干渉期間の全期間に亘って圧縮空気を噴射する態様の方が、燃料の付着の抑制効果が高いため、より好ましい。

【0093】

なお、上記実施形態において、燃料の噴射開始時期に対応するクランク角ＣＡ２１が、本発明の第１クランク角に相当し、バルブリフト量がバルブリフト量ＶＬ１０を下回るときのクランク角ＣＡ１２が、本発明の第２クランク角に相当する。

【産業上の利用可能性】

【0094】

本発明は、内燃機関の吸気装置に利用できる。

【符号の説明】

【0095】

２ 内燃機関
３ 吸気装置
２０ 吸気ポート
２２ 吸気バルブ
２３ 吸気カム
３３ インジェクタ
５３ 空気噴射部
９１ 空気噴射制御部
ＣＡ１２、ＣＡ２１ クランク角
ＶＬ１０ バルブリフト量

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】