(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
往復移動可能なピストン（３０）と、
前記ピストンを収容し、前記ピストンの往復移動により容積が可変する燃焼室（２２）を有するシリンダ（２０）と、
前記シリンダのシリンダヘッド部（２４）の中央に設けられ、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段（２５、２５２）と、
前記燃料供給手段が前記燃焼室に噴射する燃料の着火点近傍の前記シリンダヘッド部に設けられ、前記燃焼室を形成する内壁（１８１、２４１、２４３、２６１、２６２、３１、３１１、４８１）と異なる電位が与えられ、前記燃焼室の燃料が燃焼すると生成する火炎の流れ方向に対向しないよう前記内壁に対する火炎の位置を調整する電界を前記内壁との間に形成する電位差形成手段（２４２、３５、３６）と、
前記内壁上の前記電位差形成手段の径内方向であり、かつ、隣り合う前記電位差形成手段の間に設けられ、前記電位差形成手段と電界を形成する第１突起（２４３）と、
を備えることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記電位差形成手段及び前記第１突起は、前記燃料供給手段が有する噴孔（２５３）の数に応じた数設けられることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記電位差形成手段（３６）は、前記ピストンとの間に電界を形成することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記ピストンは、前記燃焼室を形成するピストン面（３０１）上に前記電位差形成手段と電界を形成する第２突起（３１１）を有することを特徴とする請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記燃焼室に供給する燃料を帯電させる帯電手段（２５１）を備え、
前記燃料供給手段は、帯電した燃料を前記燃焼室に供給することを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記電位差形成手段と前記内壁との間に形成される電界の強さおよび電界を形成する時間を制御する制御部（５０）を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の内燃機関。
【請求項７】
往復移動可能なピストン（３０）と、
前記ピストンを収容し、前記ピストンの往復移動により容積が可変する燃焼室（２２）を有するシリンダ（２０）と、
前記シリンダのシリンダヘッド部（２４）の中央に設けられ、前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段（２５、２５２）と、
前記燃料供給手段が前記燃焼室に噴射する燃料の着火点近傍の前記シリンダヘッド部に設けられ、前記燃焼室を形成する内壁（１８１、２４１、２４３、２６１、２６２、３１、３１１、４８１）と異なる電位が与えられ、前記燃焼室の燃料が燃焼すると生成する火炎の流れ方向に対向しないよう前記内壁に対する火炎の位置を調整する電界を前記内壁との間に形成する電位差形成手段（２４２、３５、３６）と、
前記内壁上の前記電位差形成手段の径内方向であり、かつ、隣り合う前記電位差形成手段の間に設けられ、前記電位差形成手段と電界を形成する第１突起（２４３）と、
前記電位差形成手段と前記内壁との間に形成される電界の強さおよび電界を形成する時間を制御する制御部（５０）と、
を備える内燃機関の制御方法であって、
前記制御部は、圧縮行程または燃焼行程の少なくとも一つ以上の行程において前記燃焼室に電界を形成し、前記燃焼室に燃料を噴射するプレ噴射行程のとき、前記燃焼室の中心から前記内壁に向かう電界を形成し、前記プレ噴射行程の後前記燃焼室に前記プレ噴射行程に比べ多くの燃料を噴射するメイン噴射行程のとき、前記内壁から前記燃焼室の中心に向かう電界を形成することを特徴とする内燃機関の制御方法。
【請求項８】
前記制御部は、前記内燃機関の始動から一定の時間、前記燃焼室の中心から前記内壁に向かう電界を形成することを特徴とする請求項７に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項９】
前記制御部は、前記内燃機関の始動から一定の時間経過した後、前記内壁から前記燃焼室の中心に向かう電界を形成することを特徴とする請求項７または８に記載の内燃機関の制御方法。
【請求項１０】
前記制御部は、圧縮行程において前記燃焼室の圧力が大きくなるに従って前記電位差形成手段に印加する電圧を大きくすることを特徴とする請求項７から９のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関及びその制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、電界によって燃焼室の燃焼を促進させる内燃機関が知られている。例えば、非特許文献１には、密閉用器内の火炎に対して中央に設けられた電極の極性によって火炎の形状が変化する実験結果が記載されている。また、特許文献１には、燃焼行程中にシリンダのガスケットとピストンとの間に電界を形成する内燃機関が記載されている。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００３】
【非特許文献１】和田佳之、他４名、「電界による可燃混合気の燃焼制御に関する研究」、第９回内燃機関合同シンポジウム講演論文集、日本機械学会、平成３年７月、ｐ．４５−５０
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平０１−０３６９１６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１に記載の内燃機関では、燃料の燃焼により発生する火炎は正に帯電しているため、負極となっているガスケットの方向に移動する。一般に、火炎が有する燃焼熱に対して燃焼室を形成する壁面を通って外部に放出される燃焼熱、いわゆる、冷却損失では、ピストンやシリンダヘッド部を介して外部に放出される熱量の割合が比較的高い。特許文献１に記載の内燃機関では、ピストンの端面とガスケットとを結ぶ限られた領域にのみ電界が形成されるため、火炎がシリンダヘッド部の内壁やシリンダライナ部の内壁に接触し、冷却損失を小さくすることができないおそれがある。
【０００６】
本発明の目的は、熱効率を向上する内燃機関を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、内燃機関であって、往復移動可能なピストンと、収容するピストンの往復移動により容積が可変する燃焼室を有するシリンダと、シリンダのシリンダヘッド部の中央に設けられ燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段と、燃料供給手段が燃焼室に噴射する燃料の着火点近傍のシリンダヘッド部に設けられ燃焼室を形成する内壁と異なる電位が与えられ燃焼室における燃料が燃焼すると生成する火炎の流れに対向しないよう内壁に対する火炎の位置を調整する電界を内壁との間に形成する電位差形成手段と、内壁上の電位差形成手段の径内方向でありかつ隣り合う電位差形成手段の間に位置し電位差形成手段と電界を形成する第１突起と、を備えることを特徴とする。
【０００８】
燃焼室の燃料は、例えば、スワール流やタンブル流などのシリンダ内の気体の流動によって所定の方向に流れている。このため、燃焼行程において燃料の燃焼により生成する火炎は、シリンダ内の気体の流動方向に流れる。本発明の内燃機関では、内燃機関の燃焼行程において生成される火炎が正極の性質を有し電界中において正極と反発し負極に近づくよう振る舞う現象を利用し、電位差形成手段と燃焼室を形成する内壁との間に形成される電界が火炎の流れに対向しないよう、かつ、内壁に対する火炎の位置を調整する。例えば、電界が電位差形成手段から内壁に向かうよう形成されると、火炎は燃焼室の内壁に近づく。これにより、内壁に伝わる火炎の燃焼熱が多くなり、内燃機関の暖機運転を短くすることができる。また、電界が内壁から電位差形成手段に向かうよう形成されると、火炎が燃焼室の内壁から離れる。これにより、火炎と内壁との間に空気などの気体の層が形成されるため、内壁を介して外部に放出される火炎の燃焼熱が少なくなり、冷却損失を低減することができる。したがって、本発明の内燃機関は、効率的に運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の第１実施形態による内燃機関の模式図である。
【図２】図１のＩＩ部拡大図である。
【図３】本発明の第１実施形態による内燃機関の燃焼室の断面の模式図である。
【図４】本発明の第２実施形態による内燃機関の要部拡大図である。
【図５】本発明の第２実施形態による内燃機関の燃焼室の断面の模式図である。
【図６】本発明の第３実施形態による内燃機関の模式図である。
【図７】図６のＶＩＩ部拡大図である。
【図８】本発明の第４実施形態による内燃機関の要部拡大図である。
【図９】本発明の第５実施形態による内燃機関の要部拡大図である。
【図１０】本発明の第５実施形態による内燃機関の作用を説明する拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００１１】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態による内燃機関について、図１から図３に基づいて説明する。
【００１２】
第１実施形態によるエンジン１は、例えば、軽油を直接燃焼室２２に噴射する直噴式の４ストロークエンジンである。エンジン１は、吸気系１０、シリンダ２０、ピストン３０、中央電極３５、排気系４０、制御部５０などから構成されている。なお、図１には、吸気系１０に導入される空気の流れを矢印Ｓ１、排気系４０から大気に排出される排気の流れを矢印Ｓ２で示す。
【００１３】
吸気系１０は、大気中の空気を燃焼室２２に供給する。吸気系１０は、吸気管１２、スロットルバルブ１４、及び、吸気弁１８などから構成されている。
【００１４】
吸気管１２は、吸気管１２が形成する吸気通路１２１がシリンダ２０内に形成される燃焼室２２と大気とを連通するよう設けられる。吸気管１２は、大気に含まれる異物を除去するエアクリーナ１３を備える。
【００１５】
スロットルバルブ１４は、エアクリーナ１３からみて燃焼室２２側、すなわち、吸気管１２の下流側に設けられる。スロットルバルブ１４は、運転者による図示しないアクセル装置の開度に応じて吸気管１２を流れる空気の量を調整する。
【００１６】
吸気弁１８は、吸気管１２とシリンダ２０とが接続される位置に設けられる。吸気弁１８は、シリンダ２０に対するピストン３０の往復移動の位置に応じて開弁または閉弁し、開弁時、吸気通路１２１を流れる空気を燃焼室２２に供給する。
【００１７】
排気系４０は、燃焼室２２の燃焼後の気体である排気を大気に放出する。排気系４０は、排気管４２、排気温センサ４４、及び、排気弁４８などから構成されている。
【００１８】
排気管４２は、排気管４２が形成する排気通路４２１が燃焼室２２と大気とを連通するよう設けられる。排気管４２の外壁には、排気温センサ４４が設けられる。排気温センサ４４は、排気通路４２１を流れる排気の温度を検出する。
【００１９】
排気弁４８は、排気管４２とシリンダ２０とが接続される位置に設けられる。排気弁４８は、シリンダ２０に対するピストン３０の往復移動の位置に応じて開弁または閉弁し、開弁時、燃焼室２２の排気を排気管４２に流通させる。
【００２０】
シリンダ２０は、シリンダヘッド部２４、シリンダライナ部２６、及び、クランクケース部２８を有する。
【００２１】
シリンダヘッド部２４には、吸気通路１２１と連通する吸気ポート２４４、及び、排気通路４２１と連通する排気ポート２４５が形成されている。また、シリンダヘッド部２４の略中央には、燃料噴射弁２５が設けられる。
【００２２】
燃料噴射弁２５は、燃焼室２２に燃料を直接噴射する。「燃料供給手段」としての燃料噴射弁２５には図示しない燃料タンクが貯留する燃料が供給される。燃料噴射弁２５は、特許請求の範囲に記載の「燃料供給手段」に相当する。
【００２３】
中央電極３５は、燃料噴射弁２５の燃焼室２２側の端部に設けられる。中央電極３５は、図３に示すように、燃料噴射弁２５の径外方向であって周方向に等間隔に４個設けられている。中央電極３５は、正または負のいずれかの電圧を印加可能であって、シリンダヘッド部２４やシリンダライナ部２６、ピストン３０とは異なる電位が与えられる。中央電極３５は、先端に突起３５１が設けられている。中央電極３５は、特許請求の範囲に記載の「電位差形成手段」に相当する。
【００２４】
シリンダライナ部２６は、略筒状に形成され、シリンダヘッド部２４及びピストン３０と燃焼室２２を形成する。燃焼室２２を形成するシリンダライナ部２６の内壁面２６１には、壁面電極２６２が設けられている。壁面電極２６２は、シリンダライナ部２６と同じ電位を有しており、４個設けられる中央電極３５に対応して４個設けられる。内壁面２６１及び壁面電極２６２は、特許請求の範囲に記載の「燃焼室を形成する内壁」に相当する。
シリンダライナ部２６の側壁の内部にシリンダ２０を冷却する冷却水が流れる流路２６５が形成されている。流路２６５を流れる冷却水の温度は、シリンダライナ部２６の側壁に設けられている水温センサ２７によって検出される。
【００２５】
クランクケース部２８は、シリンダライナ部２６のシリンダヘッド部２４と接続する側とは反対側の端部に接続するよう設けられている。クランクケース部２８は、内部にクランク２８１を収容する。
【００２６】
ピストン３０は、シリンダライナ部２６の径内方向に往復移動可能に収容されている。
【００２７】
制御部５０は、種々の情報に基づいて算出される中央電極３５及び壁面電極２６２が形成する電界の強さ、及び、電界を形成するタイミングにあわせて、中央電極３５及び壁面電極２６２に電圧を印加する。制御部５０は、演算部５２、電源５４、昇圧部５６などから構成されている。
【００２８】
演算部５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ｉ／Ｏ、及びこれらを接続するバスラインを有する周知の小型のコンピュータである。演算部５２には、スロットルバルブ１４、燃料噴射弁２５、水温センサ２７、排気温センサ４４などと電気的に接続している。演算部５２は、スロットルバルブ１４が出力するスロットルバルブ１４の開度を示す電気信号、燃料噴射弁２５が出力する燃料噴射量を示す電気信号、水温センサ２７が出力するシリンダライナ部２６の冷却水の温度を示す電気信号、図示しないクランク角センサが出力するクランク角を示す電気信号、排気温センサ４４が出力する排気温を示す電気信号などが入力される。演算部５２では、スロットルバルブ１４の開度を示す電気信号に基づいて燃焼室２２の圧力を算出し、スロットルバルブ１４の開度を示す電気信号及び排気温を示す電気信号に基づいて燃焼室２２の温度を算出し、クランク角を示す電気信号に基づいてピストン位置を算出する。演算部５２では、これら算出した値に基づいて燃焼室２２に電界を形成するための最適な電圧値及び電流値を算出する。また、演算部５２は、シリンダライナ部２６の冷却水の温度を示す電気信号に基づいてエンジン１の運転状態にあわせた極性の電圧を中央電極３５または壁面電極２６２に印加する。演算部５２は、算出された電圧値及び電流値を昇圧部５６に出力する。
【００２９】
昇圧部５６は、演算部５２が出力する電圧値、電流値及び極性に基づき電源５４が供給する電力を昇圧する。昇圧された電力は、中央電極３５及び壁面電極２６２に印加される。これにより、燃焼室２２に所望の電界が形成される。
【００３０】
次に、エンジン１の作用をエンジン１の行程にしたがって説明する。
【００３１】
上死点にあるピストン３０が下死点に移動するとき、吸気弁１８が開弁する。吸気通路１２１を流れる空気が吸気ポート２４４を介して燃焼室２２に供給される（吸気行程）。
次に、下死点まで移動したピストン３０が上死点に向かって移動するとき、吸気弁１８が閉弁する。ピストン３０の上死点への移動によって燃焼室２２の容積が小さくなり、燃焼室２２の空気が圧縮される（圧縮行程）。
【００３２】
次に、ピストン３０が上死点近くまで移動すると、燃料噴射弁２５によって複数回に分けて燃焼室２２に燃料が噴射される。噴射された燃料は所定の温度以上になると燃焼する（燃焼行程）。このとき、制御部５０は、中央電極３５を負極または正極のいずれか一方の極性にし、壁面電極２６２を正極または負極のいずれか一方の極性にする。これにより、燃焼室２２において、４個の中央電極３５と４個の壁面電極２６２との間に電界が形成される。
また、制御部５０は、エンジン１の運転状態にあわせて中央電極３５及び壁面電極２６２の極性を変更する。具体的には、エンジン１が始動した直後は、中央電極３５を正極にし、壁面電極２６２を負極にする。これにより、燃焼室２２には、中央電極３５から壁面電極２６２に向かう電界が形成される。また、エンジン１が始動から一定時間経過すると、中央電極３５を負極にし、壁面電極２６２を正極にする。これにより、燃焼室２２には、壁面電極２６２から中央電極３５に向かう電界が形成される。
【００３３】
ここで、燃焼室２２に形成される電界の方向について、図３に基づいて詳細に説明する。図３は、燃焼室２２を燃料噴射弁２５側から見た模式図を示す。なお、図３では、壁面電極２６２を正極にし、中央電極３５を負極にした場合の電界の方向を示す。
【００３４】
燃焼室２２では、燃料の燃焼を促進するためスワール流が形成されている。具体的には、図３の一点鎖線矢印Ｆ１に示すように、シリンダ２０の中心φを中心として燃料及び空気が周方向に流れている。このときの壁面電極２６２の先端２６３における一点鎖線矢印Ｆ１の方向を白抜き矢印Ａ１で示す。なお、白抜き矢印Ａ１の大きさは、燃料のスワール流の速度を表す。
【００３５】
燃焼行程において、燃料が燃焼すると一点鎖線矢印Ｆ１の方向に火炎が流れる。このとき、正極の壁面電極２６２と負極の中央電極３５との間に二点鎖線矢印Ｆ２で表される電界が形成されている。このときの壁面電極２６２の先端２６３における二点鎖線矢印Ｆ２の方向を白抜き矢印Ａ２で示す。すなわち、壁面電極２６２と中央電極３５との間に形成される電界は、スワール流の径内方向に向かって形成される。なお、白抜き矢印Ａ２の大きさは、電界の強さを表す。
【００３６】
壁面電極２６２と中央電極３５との間に形成される電界は、火炎を径内方向に曲げるよう形成されている。これを、図３の白抜き矢印Ａ１、Ａ２、及び、白抜き矢印Ａ１、Ａ２の合成である白抜き矢印Ａ３を用いて説明すると、電界が形成されていない状態での火炎の流れ（白抜き矢印Ａ１）に対して電界（白抜き矢印Ａ２）が作用すると、火炎は白抜き矢印Ａ３の方向に曲げられる。これにより、燃焼行程における火炎の流れは、電界が形成されていない状態での火炎の流れ（一点鎖線矢印Ｆ１）に対向しない方向であって、燃焼室２２を形成する内壁面２６１から離れる方向に流れる（点線矢印Ｆ３）。
【００３７】
また、エンジン１では、燃料噴射弁２５の燃料噴射が複数回行われる。燃料噴射の段階は、具体的には、最も大量に燃料が噴射されるメイン噴射行程と、メイン噴射行程の前に比較的少量の燃料を噴射するパイロット噴射行程及びプレ噴射行程と、メイン噴射行程の後に比較的少量の燃料を噴射するアフター噴射行程及びポスト噴射行程と、に分けられる。エンジン１では、パイロット噴射行程及びプレ噴射行程のとき、中央電極を正極とし壁面電極を負極とすることで燃焼室の中央からシリンダライナ部の内壁面に向かう電界を形成する。また、メイン噴射行程のとき、中央電極を負極とし壁面電極を正極とすることでシリンダライナ部の内壁面から燃焼室の中央に向かう電界を形成する。
【００３８】
燃焼行程において燃焼室２２の燃料が燃焼し下死点まで移動したピストン３０は、上死点に向かって移動する。このとき、排気弁４８が開弁し、上死点に向かうピストン３０によって燃焼室２２の排気が排気通路４２１に排出される（排気行程）。
【００３９】
一般に、内燃機関の燃焼行程において生成される火炎は正極の性質を有し、電界中において正極と反発し負極に近づくよう振る舞うことが知られている。そこで、第１実施形態によるエンジン１では、燃焼行程において燃料噴射弁２５の端部に設けられている４個の中央電極３５とシリンダライナ部２６の内壁面２６１に設けられている４個の壁面電極２６２との間に電界を形成する。この電界は、燃焼室２２における燃料のスワール流の流れを起因とする火炎の流れに対向することなく、火炎の流れを変更する。具体的には、４個の壁面電極２６２を正極とし４個の中央電極３５を負極とすると、火炎はシリンダライナ部２６の内壁面２６１から離れる。火炎が内壁面２６１から離れると、シリンダライナ部２６と火炎との間に空気などの気体の層が形成され、火炎の燃焼熱がシリンダライナ部２６に伝わりにくくなる。これにより、火炎の燃焼熱がシリンダ２０の外部に放出される量が少なくなり、火炎の燃焼熱に対して燃焼室２２の内壁を通って外部に放出される燃焼熱、すなわち、冷却損失を小さくすることができる。したがって、エンジン１の熱効率を向上することができる。
【００４０】
また、制御部５０は、エンジン１が始動した直後、中央電極３５を正極にし、壁面電極２６２を負極にする。これにより、正極の性質を有する火炎がシリンダライナ部２６の内壁面２６１に近づき火炎の熱が内壁面２６１に伝わりやすくなるため、シリンダ２０の温度が迅速に上昇する。ピストン３０やシリンダ２０の温度が上昇すると、エンジン冷却水、エンジンオイルが迅速に既定温度に上昇する。これにより、エンジン１の始動性を向上させることができる。具体的には、排気中のＣＯ、ＨＣ、ＰＭの量が低減され、始動後の燃料消費量を低減することができる。
また、火炎の燃焼熱がピストン３０やシリンダ２０に早く伝わることによってエンジン１が十分に暖められエンジン１の運転状態が安定すると、制御部５０は、中央電極３５を負極にし、壁面電極２６２を正極にする。これにより、火炎が内壁面２６１から離れ火炎の熱が内壁面２６１に伝わりにくくなるため、冷却損失が小さくなる。したがって、第１実施形態によるエンジン１では、中央電極３５及び壁面電極２６２の極性を変更することでエンジン１の運転状態を迅速に安定させることができる。
【００４１】
また、燃料噴射弁２５による燃料噴射において、パイロット噴射行程及びプレ噴射行程のとき、燃焼室の中央からシリンダライナ部の内壁面に向かう電界を形成し、パイロット噴射行程及びプレ噴射行程における燃焼により生成される小さな火炎を拡散する。また、メイン噴射行程のとき、シリンダライナ部の内壁面から燃焼室の中央に向かう電界を形成し、メイン噴射行程における燃焼により生成する大きな火炎を内壁面２６１から離す。これにより、燃焼室２２における燃焼を効率的に行いつつ、冷却損失を低減することができる。
【００４２】
燃焼行程において生成される微粒子状物質は、正または負の電荷を有している。中央電極３５及び壁面電極２６２との間に電界を形成すると、正または負の電荷を有している微粒子状物質は、中央電極３５または壁面電極２６２に引き寄せられ、燃焼室２２に閉じ込められる。これにより、排気に含まれる微粒子状物質の量を低減することができる。
【００４３】
また、中央電極３５や壁面電極２６２に付着した煤などの未燃物質を中央電極３５と壁面電極２６２との間に印加される高電圧により燃焼させることができる。また、付着物の性状を電流値により検出することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態による内燃機関を図４、５に基づいて説明する。第２実施形態は、シリンダヘッド部に２つの電極が設けられている点が第１実施形態と異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００４５】
第２実施形態によるエンジン２は、例えば、軽油を燃料とする拡散燃焼を行うエンジンである。エンジン２は、燃焼室２２周辺の要部断面図である図４に示すように、シリンダヘッド部２４の略中央に燃料噴射弁２５２が設けられている。
【００４６】
燃料噴射弁２５２は、燃焼室２２に軽油を噴射する噴孔２５３を周方向に４個等間隔に有している（図５参照）。燃料噴射弁２５２は、燃料を正または負に帯電させる帯電部２５１を有する。「燃料供給手段」としての燃料噴射弁２５２は、「帯電手段」としての帯電部２５１により帯電した燃料を燃焼室２２に噴射する。
【００４７】
エンジン２のシリンダヘッド部２４の内壁面２４１には、第１ヘッド部電極２４２及び第２ヘッド部電極２４３が設けられている。第２実施形態によるエンジン１では、ピストン３０側から見た燃焼室２２の模式図である図５に示すように、４個の第１ヘッド部電極２４２、及び、４個の第２ヘッド部電極２４３が設けられている。内壁面２４１は、特許請求の範囲に記載の「燃焼室を形成する内壁」に相当する。
【００４８】
第１ヘッド部電極２４２は、噴孔２５３から噴射される燃料の広がりを示す一点鎖線Ｃによって囲まれた領域の略中央に設けられる。具体的には、第１ヘッド部電極２４２は、燃料の着火点近傍に設けられている。第１ヘッド部電極２４２は、シリンダヘッド部２４と絶縁されており、内壁面２４１及び第２ヘッド部電極２４３とは異なる電位を有することが可能である。第１ヘッド部電極２４２は、シリンダヘッド部２４の内壁面２４１からピストン３０の方向に突出するよう設けられる。第１ヘッド部電極２４２は、噴孔２５３から燃料が噴射されるとき、正極または負極のいずれか一方の極性を有する。第１ヘッド部電極２４２は、特許請求の範囲に記載の「電位差形成手段」に相当する。
【００４９】
第２ヘッド部電極２４３は、第１ヘッド部電極２４２より径内方向の位置であって、隣り合う第１ヘッド部電極２４２の間に位置するよう設けられる。第２ヘッド部電極２４３は、シリンダヘッド部２４と同じ電位となるよう設けられる。第２ヘッド部電極２４３は、シリンダヘッド部２４の内壁面２４１からピストン３０の方向に突出するよう設けられ、内壁面２４１から突出する長さが第１ヘッド部電極２４２より長くなるよう形成されている（図４）。第２ヘッド部電極２４３は、噴孔２５３から燃料が噴射されるとき、正極または負極のいずれか一方の極性を有する。第２ヘッド部電極２４３は、特許請求の範囲に記載の「燃焼室を形成する内壁」及び「第１突起」に相当する。
【００５０】
エンジン２の燃焼行程において、燃料噴射弁２５２が燃焼室２２に燃料を噴射すると、一点鎖線Ｃによって囲まれた領域に燃料が広がる。第１ヘッド部電極２４２が位置する付近において燃焼が開始すると、火炎は第１ヘッド部電極２４２が位置する付近を中心として一点鎖線Ｃによって囲まれた領域の全ての方向に流れるが、特に、噴孔２５３から噴射された方向、すなわち、実線矢印Ｆ４の方向に広がる燃料に沿って火炎は流れる。
【００５１】
第２実施形態によるエンジン２では、正極となる第１ヘッド部電極２４２と負極となる第２ヘッド部電極２４３とにより、第１ヘッド部電極２４２から第２ヘッド部電極２４３の方向に電界を形成する。これにより、第１ヘッド部電極２４２付近から径内方向に流れる火炎は、電界によって点線矢印Ｆ５の方向にさらに流れる。また、火炎はシリンダライナ部２６の内壁面２６１から離れる方向に延びるため、火炎が有する燃焼熱がシリンダ２０の外部に放出される量が少なくなり、冷却損失を小さくすることができる。したがって、第２実施形態によるエンジン２は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００５２】
また、エンジン２では、燃料の噴射方向とは反対側の方向に火炎を広げる作用を有する。このため、燃焼時に比較的利用されにくい噴孔２５３近傍の空気を火炎の生成に利用することができる。したがって、エンジン２の燃焼効率を向上することができる。
【００５３】
また、燃料噴射弁２５２は、帯電した燃料を燃焼室２２に直接噴射する、いわゆる、「静電噴霧」を行うことができる。帯電した燃料は、第１ヘッド部電極２４２及び第２ヘッド部電極２４３によって形成される電界の方向に応じてシリンダヘッド部２４の内壁面２４１に対する位置を変更する。例えば、正に帯電した燃料は、正に帯電した第２ヘッド部電極２４３を有する内壁面２４１と反発し、内壁面２４１から離れる方向に移動する。また、負に帯電した燃料は、正に帯電した第２ヘッド部電極２４３を有する内壁面２４１に近づく方向に移動する。このように、燃料を帯電させることにより、シリンダヘッド部２４に対する位置を制御することができ、火炎の位置を制御することができる。
【００５４】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態による内燃機関を図６、７に基づいて説明する。第３実施形態は、電位差形成手段と吸気弁及び排気弁との間に電界が形成される点が第１実施形態と異なる。なお、第１実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５５】
第３実施形態によるエンジン３では、図６に示すように、吸気弁１８及び排気弁４８が制御部５０の昇圧部５６と電気的に接続している。
【００５６】
シリンダヘッド部２４には、中央電極３６が設けられている。中央電極３６は、先端に突起を有しない電極部３６１を有している。電極部３６１の断面形状は、例えば、楕円形状である。電極部３６１は、燃焼室２２を形成する内壁面のうち電極部３６１に最も近い内壁面が吸気弁１８の吸気弁端面１８１及び排気弁４８の排気弁端面４８１となるよう形成されている。なお、図６、７では、説明の便宜上、シリンダヘッド部２４に設けられる燃料噴射弁を省略する。中央電極３６は、特許請求の範囲に記載の「電位差形成手段」に相当する。吸気弁端面１８１及び排気弁端面４８１は、特許請求の範囲に記載の「燃焼室を形成する内壁」に相当する。
【００５７】
制御部５０は、吸気弁１８及び排気弁４８を正極とするとき、中央電極３６を負極とする。また、吸気弁１８及び排気弁４８を負極とするとき、中央電極３６を正極とする。
【００５８】
エンジン３は、燃焼行程において吸気弁１８及び排気弁４８と中央電極３６との間に電界を形成する。特に、吸気弁１８及び排気弁４８を正極とし、中央電極３６を負極とするとき、図７に示すように、点線矢印Ｆ６の方向の電界が形成される。この電界によって燃焼室２２の火炎はシリンダヘッド部２４の内壁面２４１から離れ、燃焼室２２の中心付近に留まる。これにより、シリンダヘッド部２４を介して外部に放出される火炎の燃焼熱を少なくすることができる。したがって、第３実施形態によるエンジン３は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００５９】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態による内燃機関を図８に基づいて説明する。第４実施形態は、電位差形成手段とピストンとの間に電界が形成される点が第３実施形態と異なる。なお、第３実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６０】
第４実施形態によるエンジン４では、ピストン３０のピストン面３０１上に略平板状の平板状電極３１が設けられている。平板状電極３１は、ピストン３０と一体に設けられ、ピストン３０を介して制御部５０の昇圧部５６と電気的に接続している。平板状電極３１は、特許請求の範囲に記載の「燃焼室を形成する内壁」に相当する。
【００６１】
制御部５０は、平板状電極３１を正極とするとき、中央電極３６を負極とする。また、平板状電極３１を負極とするとき、中央電極３６を正極とする。
【００６２】
エンジン４では、燃焼行程において中央電極３６と平板状電極３１との間に電界を形成する。特に、中央電極３６を負極とし、ピストン３０及び平板状電極３１を正極とするとき、図８に示すように、点線矢印Ｆ７の方向の電界を形成する。この電界によって燃焼室２２の火炎はピストン３０のピストン面３０１から離れ、燃焼室２２の中心付近に留まる。これにより、ピストン３０を介して外部に放出される火炎の燃焼熱を少なくすることができる。したがって、第４実施形態によるエンジン４は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００６３】
（第５実施形態）
次に、本発明の第５実施形態による内燃機関を図９、１０に基づいて説明する。第５実施形態は、ピストン面に突起状電極が設けられている点が第４実施形態と異なる。なお、第４実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
【００６４】
第５実施形態によるエンジン５では、ピストン３０の燃焼室２２を形成するピストン面３０１は、図１０に示すように、凹状に形成されている。エンジン５の燃焼室２２では、凹状のピストン面３０１によって燃料噴射弁が噴射する燃料が巻き込まれるタンブル流が形成される。ピストン面３０１には、突起状の突起状電極３１１が複数設けられている。エンジン５では、突起状電極３１１は４個設けられている。突起状電極３１１は、シリンダヘッド部２４の方向に延びるよう形成されている。突起状電極３１１は、ピストン３０を介して制御部５０の昇圧部５６と電気的に接続している。突起状電極３１１は、特許請求の範囲に記載の「燃焼室を形成する内壁」及び「第２突起」に相当する。
【００６５】
シリンダヘッド部２４に設けられる中央電極３６の先端には、複数の突起３６３を有する電極部３６２が設けられている。突起３６３は、ピストン面３０１に比べ突起状電極３１１との距離が最も短くなるよう形成されている。なお、図９では、説明の便宜上、シリンダヘッド部２４に設けられる燃料噴射弁を省略する。
【００６６】
制御部５０は、突起状電極３１１を正極とするとき、中央電極３６を負極とする。また、突起状電極３１１を負極とするとき、中央電極３６を正極とする。
【００６７】
エンジン５では、燃焼行程において中央電極３６と突起状電極３１１との間に電界を形成する。特に、突起状電極３１１を正極とし、中央電極３６を負極とするとき、図９に示すように、点線矢印Ｆ８の方向の電界を形成する。この電界によって、図１０に示すように、電界が形成されていない状態での燃料の流れを示す二点差線矢印Ｆ０に対して電界が形成されている状態での燃料の流れを示す一点鎖線矢印Ｆ９のように、ピストン面３０１から離れる。これにより、燃焼行程において燃料が燃焼すると、火炎は流れＦ９のようにピストン面３０１から離れて流れることとなる。したがって、ピストン３０を介して外部に放出される火炎の燃焼熱を少なくすることができ、第５実施形態によるエンジン５は、第１実施形態と同じ効果を奏する。
【００６８】
（他の実施形態）
（ア）上述の実施形態では、エンジンは、軽油を燃料とする直噴式の４ストロークエンジンであるとした。しかしながら、燃料の種類及びエンジンの種類はこれに限定されない。ディーゼルエンジンの場合、圧着着火式エンジンであってもよいし、グロープラグを備えるエンジンであってもよい。また、ガソリンを燃料とするエンジンであってもよい。ガソリンエンジンの場合、燃焼室に直接ガソリンを噴射する直噴式のガソリンエンジンであってもよいし、吸気通路にガソリンを噴射するＰＦＩ式であってもよい、また、天然ガスを燃料とするガスエンジンであってもよいし、例えばアルコールとガソリンとの混合燃料を燃料とするエンジンであってもよい。また、２ストロークエンジンであってもよい。
【００６９】
（イ）第１実施形態では、シリンダライナ部の内壁上に突起状の壁面電極を設けるとした。しかしながら、壁面電極を設ける構成はこれに限定されない。シリンダライナ部の内壁に絶縁膜を形成し、電界を形成する部位の絶縁膜の厚みを他の部位の絶縁膜の部位の厚みより薄くすることにより電気抵抗を部分的に変化させ、中央電極とシリンダライナ部の内壁上の電気抵抗が小さい部位との間に電界を形成するようにしてもよい。
【００７０】
（ウ）上述の実施形態では、制御部は、スロットルバルブの開度、クランク角、排気の温度に基づいて燃焼室に電界を形成するために最適な電圧値及び電流値を算出するとした。しかしながら、制御部が最適な電圧値及び電流値を算出するときに基づくパラメータはこれに限定されない。例えば、最適な電圧値及び電流値を算出するときに用いられる燃焼室の圧力は、アクセル装置のアクセル開度やマップに基づくＥＧＲ量、圧縮比などに基づいて算出してもよい。また、最適な電圧値及び電流値を算出するときに用いられる燃焼室の温度は、マップに基づくＥＧＲ量に基づいて算出してもよい。
【００７１】
（エ）第２実施形態では、燃料噴射弁が噴射する燃料は帯電しているとした。しかしながら、燃料は帯電していなくてもよい。また、第１実施形態、第３、４、５実施形態では、燃料は帯電してもよい。
【００７２】
以上、本発明はこのような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形態により実施可能である。
【符号の説明】
【００７３】
１、２、３、４、５・・・エンジン（内燃機関）、
１８１            ・・・吸気弁端面（燃焼室を形成する内壁）、
２０              ・・・シリンダ、
２２              ・・・燃焼室、
２４１            ・・・内壁面（燃焼室を形成する内壁）、
２４２            ・・・第１ヘッド部電極（電位差形成手段）、
２４３            ・・・第２ヘッド部電極（燃焼室を形成する内壁）、
２５、２５２      ・・・燃料噴射弁（燃料供給手段）、
２６１            ・・・内壁面（燃焼室を形成する内壁）、
２６２            ・・・壁面電極（燃焼室を形成する内壁）、
３０              ・・・ピストン、
３１              ・・・平板状電極（燃焼室を形成する内壁）、
３１１            ・・・突起状電極（燃焼室を形成する内壁）、
３５、３６        ・・・中央電極（電位差形成手段）、
４８１            ・・・排気弁端面（燃焼室を形成する内壁）。
【図１】
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【図２】
0006036586.tif 000003
【図３】
0006036586.tif 000004
【図４】
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【図５】
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【図６】
0006036586.tif 000007
【図７】
0006036586.tif 000008
【図８】
0006036586.tif 000009
【図９】
0006036586.tif 000010
【図１０】
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