JP6560317B2 - 内燃機関の水噴射装置の取付構造 - Google Patents

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関の吸気ポートに取り付けられ、内燃機関の運転中に吸気ポート内に水を噴射する水噴射装置の取付構造に関する。

従来、内燃機関の吸気ポートに取り付けられ、内燃機関の運転中に水を噴射する水噴射装置を備えた内燃機関として、例えば特許文献１に記載されたものが知られている。この内燃機関には、複数の気筒の各々の燃焼室又はこれに連通する吸気ポートに、第１水噴射用インジェクタが取り付けられるとともに、インテークマニホールドを介して複数の吸気ポートに接続された吸気通路の最下流位置に、第２水噴射用インジェクタが取り付けられている。また、上記の内燃機関では、インテークマニホールド内の圧力や温度、各気筒の筒内圧などに基づき、各気筒の吸気経路（燃焼室及び吸気ポート）内においてバックファイアーの発生の有無を判別するようになっている。

上記の内燃機関では、運転中にバックファイアーの発生が判別された場合、第１水噴射用インジェクタから所定量の水を燃焼室側に噴射し、それにより、バックファイアーを消したり、吸気経路の温度を下げることで、バックファイアーを発生しにくくしたりしている。また、バックファイアーの発生に伴い、インテークマニホールドの温度が高くなったときには、第２水噴射用インジェクタからも所定量の水をインテークマニホールド内に噴射し、それにより、インテークマニホールドまで達したバックファイアーを消したり、インテークマニホールドの温度を下げたりしている。以上のように、上記の内燃機関では、第１及び第２水噴射用インジェクタから水を噴射することにより、バックファイアーの発生を抑制するとともに、各気筒の吸気経路及びインテークマニホールドの過度な昇温を抑制している。

特開２０１６−１１８１０９号公報

上記の内燃機関では、第１水噴射用インジェクタ（以下、本欄において単に「水噴射用インジェクタ」という）が、各気筒の燃焼室や、それに非常に近い吸気ポートに取り付けられている。このため、例えば、内燃機関の運転停止時に、水噴射用インジェクタの故障などにより、その水噴射用インジェクタから水が漏れ出ると、その水が、燃焼室に直接、又は吸気ポートを介して燃焼室に浸入することがある。これにより、燃焼室に水が溜まり、その状態で内燃機関が始動されると、いわゆるウォーターハンマーが発生し、内燃機関に不具合が生じるおそれがある。

本発明は、以上のような課題を解決するためになされたものであり、水噴射装置による吸気ポートへの水の噴射を確保しながら、水噴射装置の故障などによる漏水が燃焼室に浸入するのを防止することができる内燃機関の水噴射装置の取付構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、請求項１に係る発明は、車両に搭載される内燃機関１の吸気ポート６に取り付けられ、内燃機関の運転中に吸気ポート内に水Ｗを噴射する水噴射装置（実施形態における（以下、本項において同じ）水インジェクタ１１）の取付構造であって、水噴射装置は、吸気ポートに取り付けられる本体部１２と、この本体部の先端において吸気ポート内に臨んだ状態に設けられ、水を噴射する噴射口１３ａとを有しており、吸気ポートは、噴射口から水が漏れ出たときに、水が吸気ポートの下流側に流れるのを阻止するための漏水阻止部（傾斜壁２１）を有していることを特徴とする。

この構成によれば、水噴射装置の本体部が吸気ポートに取り付けられ、その本体部の先端に設けられた噴射口が、吸気ポート内に臨んでいる。車両に搭載される内燃機関の運転中に、水噴射装置の噴射口から水を噴射することにより、その水の気化熱によって、吸気ポート自体を冷却したり、吸気ポートに吸入された空気を冷却したりすることなどができる。また、水噴射装置が取り付けられた吸気ポートには、水噴射装置の噴射口から水が漏れ出たときに、その水が吸気ポートの下流側に流れるのを阻止する漏水阻止部が設けられている。これにより、例えば、内燃機関の運転停止時に、水噴射装置の故障などにより、噴射口から水が漏れ出ても、その水が吸気ポートの下流側に流れたり、吸気ポートの下流に連通する燃焼室に浸入したりすることを防止することができる。その結果、水が燃焼室に溜まることに起因する始動時のウォーターハンマーの発生を防止でき、内燃機関の不具合を回避することができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の内燃機関の水噴射装置の取付構造において、本体部は、吸気ポートの上部に取り付けられており、漏水阻止部は、吸気ポートの内壁６ａにおける噴射口の下方に設けられ、噴射口付近から吸気ポートの上流側に向かって前下がりに傾斜するように形成された傾斜壁２１を有していることを特徴とする。

この構成によれば、水噴射装置の本体部が吸気ポートの上部に取り付けられる一方、漏水阻止部としての傾斜壁が、吸気ポートの内壁において、噴射口の下方に設けられている。上記の傾斜壁は、噴射口付近から吸気ポートの上流に向かって前下がりに傾斜するように形成されているので、噴射口から漏れ出て、傾斜壁上に落下した水（漏水）は、その自重により、傾斜壁に沿って吸気ポートの上流側に流れる。このように、比較的簡単な構成の傾斜壁により、漏水阻止部を容易に構成することができ、噴射口からの漏水を吸気ポートの上流側に流すことで、その漏水が吸気ポートの下流側に流れるのを阻止することができる。

請求項３に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の水噴射装置の取付構造において、吸気ポートの内壁と噴射口を通る鉛直線Ｖ１との交点Ｐが、傾斜壁上に位置するように、本体部が吸気ポートに取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、水噴射装置が吸気ポートに取り付けられた状態において、吸気ポートの内壁と噴射口を通る鉛直線との交点が、傾斜壁上に位置している。これにより、噴射口から自然落下する漏水は、傾斜壁上に落ち、その傾斜壁に沿って、吸気ポートの上流側に流れる。したがって、水噴射装置の噴射口と吸気ポートの傾斜壁が、上記の位置関係になるよう、水噴射装置が取り付けられることにより、その噴射口からの漏水が吸気ポートの下流側に流れるのを確実に阻止することができる。

請求項４に係る発明は、請求項２に記載の内燃機関の水噴射装置の取付構造において、傾斜壁において、噴射口を通る鉛直線との交点を含む接平面Ｔが、吸気ポートの上流側に向かって前下がりに傾斜するように、本体部が吸気ポートに取り付けられていることを特徴とする。

この構成によれば、水噴射装置が吸気ポートに取り付けられた状態では、傾斜壁において、噴射口を通る鉛直線との交点を含む接平面が、吸気ポートの上流に向かって前下がりに傾斜している。これにより、上記の請求項３と同様、噴射口から自然落下し、傾斜壁上に落ちた漏水は、吸気ポートの上流側に流れるので、吸気ポートの下流側に漏水が流れるのを確実に阻止することができる。

（ａ）は、本発明の一実施形態による水噴射装置の取付構造を適用した内燃機関を部分的に示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の内燃機関において、水インジェクタ及び吸気ポートを拡大して示している。 （ａ）は、図１（ａ）の内燃機関を車両に搭載した際に、気筒及び吸気ポートなどが傾斜した状態を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の内燃機関において、水インジェクタ及び吸気ポートを拡大して示している。

以下、図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。図１（ａ）は、本発明の一実施形態による水噴射装置の取付構造を適用した内燃機関を部分的に示している。同図に示すように、この内燃機関（以下「エンジン」という）１は、例えばガソリンエンジンであり、複数の気筒２及びピストン３（いずれも１つのみ図示）を備えている。各気筒２の上方のシリンダヘッド４とピストン３との間に、燃焼室５が画成されている。また、シリンダヘッド４には、各燃焼室５に連通する吸気ポート６及び排気ポート７が設けられ、それらをそれぞれ開閉する吸気バルブ８及び排気バルブ９が設けられている。

なお、図示は省略するが、シリンダヘッド４又は吸気ポート６には、燃料を噴射する燃料インジェクタが取り付けられ、また、シリンダヘッド４には、燃焼室５内の燃料と吸気の混合気に点火する点火プラグが取り付けられている。

また、吸気ポート６の上部には、エンジン１の運転中に、水を吸気ポート６内に噴射する水インジェクタ１１（水噴射装置）が取り付けられている。この水インジェクタ１１は、外形がほぼ円筒状に形成され、吸気ポート６に固定した状態で取り付けられる本体部１２と、この本体部１２の先端部に突出するように設けられたノズル部１３などを有している。

本体部１２の後端部には、図示しない水タンクから水インジェクタ１１に水を供給するための水供給ホース１６が接続されている。また、本体部１２の後部には、図示しないＥＣＵからの制御信号を伝達するための電線１７が接続されるコネクタ部１４が設けられている。

一方、ノズル部１３は、その先端に、吸気ポート６の下流側（燃焼室５側）に向いた状態で開口する噴射口１３ａを有している。なお、この噴射口１３ａは、単一又は複数の開口で構成されており、噴射口１３ａから噴射される水は、霧状にかつ噴射方向に向かって広がるように噴射される。

上記のように構成された水インジェクタ１１では、ＥＣＵからの制御信号により、本体部１２内に設けられた図示しない噴射機構が駆動され、噴射口１３ａを介して、水が吸気ポート６内に噴射される。より具体的には、エンジン１の運転中において、所定のタイミングで、所定量の水が、吸気ポート６の下流に向かって噴射される。なお、水インジェクタ１１による水の噴射タイミング及び噴射量は、エンジン１の運転状態や温度などの複数のパラメータに応じて適宜、決定されるようになっている。

また、吸気ポート６の内壁６ａには、水インジェクタ１１の噴射口１３ａの下方に、吸気ポート６の上流側（図１の右下側）に向かって前下がりに傾斜する傾斜壁２１（漏水阻止部、斜線で示す部分）が設けられている。この傾斜壁２１は、水インジェクタ１１が故障することなどによって、噴射口１３ａから水が漏れ出た場合に、その水が吸気ポート６の下流側に流れるのを阻止するためのものである。

図１（ｂ）は、同図（ａ）のエンジン１において、水インジェクタ１１及び吸気ポート６を拡大して示している。同図（ｂ）において、△は、吸気ポート６の内壁６ａにおける下面の頂点を示すとともに、傾斜壁２１の最上位を示している。

また、水インジェクタ１１の噴射口１３ａと吸気ポート６の傾斜壁２１は、以下のような位置関係になるように、水インジェクタ１１が吸気ポート６の上部に取り付けられている。すなわち、吸気ポート６の内壁６ａと噴射口１３ａを通る鉛直線Ｖ１との交点（以下、適宜「位置Ｐ」という）が、傾斜壁２１上に位置している。具体的には、位置Ｐが、吸気ポート６の内壁６ａにおける下面の頂点よりも下位で、傾斜壁２１の最上位を通る鉛直線Ｖ２よりも、吸気ポート６の上流側に位置している。また、傾斜壁２１において、上記の位置Ｐを含む接平面Ｔが、吸気ポート６の上流側に向かって前下がりに傾斜している。

上記の水インジェクタ１１において、故障などにより、噴射口１３ａから水が漏れ出た場合、その水（漏水）は、自然落下して、傾斜壁２１上の位置Ｐに落ち、その傾斜壁２１に沿って、吸気ポート６の上流側に流れる。このように、傾斜壁２１上に落ちた漏水は、吸気ポート６の上流側に流れるので、吸気ポート６の下流側に流れるのを阻止することができる。

図２（ａ）は、図１のエンジン１を図示しない車両に搭載した際に、気筒２及び吸気ポート６などが、図１に示すエンジン１に対し、左方に所定角度（例えば１０〜１５ｄｅｇ）、傾斜した状態を示している。図２（ｂ）に示すように、エンジン１が傾斜した状態で車両に搭載された場合も、水インジェクタ１１の噴射口１３ａと吸気ポート６の傾斜壁２１との前述した位置関係が保たれている。したがって、上記のように、エンジン１が傾斜した状態で車両に搭載された場合も、水インジェクタ１１の故障などによって、噴射口１３ａから水が漏れ出ても、その漏水が吸気ポート６の下流に流れるのを阻止することができる。

以上詳述したように、本実施形態によれば、エンジン１の運転中に、水インジェクタ１１の噴射口１３ａから水を噴射することにより、その水の気化熱によって、吸気ポート６自体を冷却したり、吸気ポート６に吸入された空気を冷却したりすることなどができる。また、エンジン１の運転停止時に、水インジェクタ１１の故障などによって、噴射口１３ａから水が漏れ出ても、その漏水を、吸気ポート６の傾斜壁２１を介して、吸気ポート６の上流側に流すことができる。これにより、水インジェクタ１１による漏水が、吸気ポート６の下流側に流れたり、燃焼室５に浸入したりすることを防止することができる。その結果、水が燃焼室５に溜まることに起因する始動時のウォーターハンマーの発生を防止でき、エンジン１の不具合を回避することができる。

なお、本発明は、説明した上記実施形態に限定されることなく、種々の態様で実施することができる。例えば、実施形態では、本発明の漏水阻止部として、吸気ポート６の内壁６ａに傾斜壁２１を設けたが、本発明はこれに限定されるものではなく、水インジェクタ１１からの漏水が吸気ポート６の下流側に流れるのを阻止可能であれば、漏水阻止部として種々の構成を採用することができる。例えば、水インジェクタ１１からの漏水を、吸気ポート６内において堰き止めたり、一時的に貯留したり、さらには外部に排出したりするように、漏水阻止部を構成することも可能である。

また、実施形態で示した水インジェクタ１１及び吸気ポート６の細部の構成などは、あくまで例示であり、本発明の趣旨の範囲内で適宜、変更することができる。

１ 内燃機関
２ 気筒
３ ピストン
４ シリンダヘッド
５ 燃焼室
６ 吸気ポート
６ａ 吸気ポートの内壁
１１ 水インジェクタ（水噴射装置）
１２ 水インジェクタの本体部
１３ 水インジェクタのノズル部
１３ａ 噴射口
２１ 傾斜壁（漏水阻止部）
Ｗ 水インジェクタから噴射された水
Ｐ 吸気ポートの内壁と噴射口を通る鉛直線との交点
Ｖ１ 噴射口を通る鉛直線
Ｖ２ 傾斜壁の最上位を通る鉛直線
Ｔ 接平面

Claims (4)

1. 車両に搭載される内燃機関の吸気ポートに取り付けられ、当該内燃機関の運転中に当該吸気ポート内に水を噴射する水噴射装置の取付構造であって、
   前記水噴射装置は、前記吸気ポートに取り付けられる本体部と、この本体部の先端において前記吸気ポート内に臨んだ状態に設けられ、水を噴射する噴射口とを有しており、
   前記吸気ポートは、前記噴射口から水が漏れ出たときに、当該水が吸気ポートの下流側に流れるのを阻止するための漏水阻止部を有していることを特徴とする内燃機関の水噴射装置の取付構造。
2. 前記本体部は、前記吸気ポートの上部に取り付けられており、
   前記漏水阻止部は、前記吸気ポートの内壁における前記噴射口の下方に設けられ、当該噴射口付近から当該吸気ポートの上流側に向かって前下がりに傾斜するように形成された傾斜壁を有していることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の水噴射装置の取付構造。
3. 前記吸気ポートの内壁と前記噴射口を通る鉛直線との交点が、前記傾斜壁上に位置するように、前記本体部が前記吸気ポートに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の水噴射装置の取付構造。
4. 前記傾斜壁において、前記噴射口を通る鉛直線との交点を含む接平面が、前記吸気ポートの上流側に向かって前下がりに傾斜するように、前記本体部が前記吸気ポートに取り付けられていることを特徴とする請求項２に記載の内燃機関の水噴射装置の取付構造。

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