(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
誘電体を挟んで対をなす電極を配置し、電極間に交流電圧またはパルス電圧を印加することで、誘電体の表面側の電極近傍にプラズマ及び気体の流れを生じさせるプラズマアクチュエータを吸気ポートの内壁面に設け、吸気バルブが開弁している期間に前記プラズマアクチュエータを作動させ、当該プラズマアクチュエータが発生させる気体の流れを利用して筒内流を強化するものであって、
前記プラズマアクチュエータは、上側電極及び下側電極の対とこれら電極間に挟まれる誘電体とを要素とするユニットを複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなるものであり、
そのような複数個のユニットを含むプラズマアクチュエータを、吸気ポートにおける、気筒内において正タンブル流となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波を発生させるようにユニットを並べ、
または、そのような複数個のユニットを含むプラズマアクチュエータを、吸気ポートにおける、気筒内においてスワール流となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波を発生させるようにユニットを並べており、
吸気バルブが開弁する少し前に前記プラズマアクチュエータの作動を開始し、吸気バルブが閉弁する少し前にプラズマアクチュエータの作動を停止することを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関する。特に、筒内流（タンブル及び／またはスワール）を強化して気筒内での燃料の燃焼を促進する内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の気筒内では、吸気行程により、気筒の中心軸（ピストンの進退方向に沿った）に対して平行な面に沿った縦の旋回流であるタンブルや、気筒の中心軸を取り巻くような旋回流であるスワールが発生する。これらの筒内流を強化すれば、吸気と燃料とを十分に混合することが可能となり、気筒内での燃焼を促進することができる。
【０００３】
下記特許文献１には、吸気通路のスロットルバルブ付近の箇所から分流して吸気ポートに連通するアシストエア流路を設け、この流路経由で吸気ポート内にアシストエアを噴出させ、正タンブルを増強する技術が開示されている。
【０００４】
しかしながら、このものにおいては、吸気の本流に対向する方向に沿ってアシストエアを噴出させることから、吸気の本流の勢いを弱めてしまうことがある点に弱みがある。加えて、スタータモータ（セルモータ）でクランキングする内燃機関の始動時には、エンジン回転数が低速かつスロットルバルブの開度が小さいことから、必ずしも十分な筒内流を作り出すことができないと思われる。内燃機関の始動時に筒内流を強めるには、何らかの方法でアシストエアをより増やして偏流を大きくする必要があるが、そうすると気筒に充填される吸気の量（吸気の本流にアシストエアが足し合わされる）が過剰となってしまい、これに見合った量の燃料を噴射することでエンジン回転数が吹き上がるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】実開平０６−０５３７２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、内燃機関の始動時その他において、所要の筒内流を増強させることができるようにすることを所期の目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明では、誘電体を挟んで対をなす電極を配置し、電極間に交流電圧またはパルス電圧を印加することで、誘電体の表面側の電極近傍にプラズマ及び気体の流れを生じさせるプラズマアクチュエータを吸気ポートの内壁面に設け、吸気バルブが開弁している期間に前記プラズマアクチュエータを作動させ、当該プラズマアクチュエータが発生させる気体の流れを利用して筒内流を強化する内燃機関を構成した。前記プラズマアクチュエータは、上側電極及び下側電極の対とこれら電極間に挟まれる誘電体とを要素とするユニットを複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなるものとする。その上で、そのような複数個のユニットを含むプラズマアクチュエータを、吸気ポートにおける、気筒内において正タンブル流となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波を発生させるようにユニットを並べる。または、そのような複数個のユニットを含むプラズマアクチュエータを、吸気ポートにおける、気筒内においてスワール流となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波を発生させるようにユニットを並べる。そして、吸気バルブが開弁する少し前に前記プラズマアクチュエータの作動を開始し、吸気バルブが閉弁する少し前にプラズマアクチュエータの作動を停止する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、内燃機関の始動時その他において、所要の筒内流を増強させることができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明に係る内燃機関に適用されるプラズマアクチュエータの一例を示す側断面図。
【図２】本発明に係る内燃機関に適用されるプラズマアクチュエータの一例を示す側断面図。
【図３】本発明に係る内燃機関に適用されるプラズマアクチュエータの一例を示す側断面図。
【図４】本発明に係る内燃機関に適用されるプラズマアクチュエータの一例を示す側断面図。
【図５】本発明の一実施形態の内燃機関の要部を示す断面図。
【図６】本発明の一実施形態の内燃機関の要部を模式的に示す図。
【図７】本発明の一実施形態の内燃機関の要部を模式的に示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
本発明の実施の形態を、図面を参照して説明する。まず、図１ないし図４に、本実施形態の内燃機関に適用されるプラズマアクチュエータ１の例を示す。プラズマアクチュエータ１は、上側電極２１及び下側電極２２の対と、これら電極間に挟まれる誘電体２３とを要素とするユニット２を複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなる。
【００１１】
上側電極２１は、前後方向（ユニット２の配列方向。図中横方向）に沿った幅寸法が下側電極２２のそれよりも小さい。また、上下方向（電極２１、２２が誘電体２３を挟む方向、または誘電体２３の表面の法線方向。図中縦方向）の厚みも小さく薄い。各ユニット２の上側電極２１は、誘電体２３の表面に露出させる、または、下側電極２２と比べてより誘電体２３の表面に近い位置に配置する。後者の場合、上側電極２１にプラズマ生成を妨げないコーティングを施すか、若しくは図４に示しているように、上側電極２１を誘電体２３の（プラズマ０が生成される）表面下に埋設するようにして、上側電極２１を直接気流に触れさせないようにすることができる。
【００１２】
下側電極２２は、上側電極２１と比較して前後方向に大きく拡張する。各ユニット２の下側電極２２は、図１、図３に示しているように誘電体２３の裏面に露出させてもよく、図２、図４に示しているように誘電体２３内に埋設してもよい。下側電極２２は、同じユニット２を構成する上側電極２１に対して前方に偏倚した位置にある。即ち、下側電極２２の直上に上側電極２１は存在していない。
【００１３】
誘電体２３は、典型的には樹脂やセラミックである。誘電体材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等のポリマー系絶縁体や、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等のセラミック系絶縁体を採用することが好適である。
【００１４】
各ユニット２の上側電極２１と、当該ユニット２と隣り合う他のユニット２の下側電極２２との間には、遮蔽部３を設ける。遮蔽部３は、一のユニット２の上側電極２１と、他のユニット２の下側電極２２との間でプラズマが生成されるのを阻害する役割を担う。遮蔽部３は、誘電体材料を主体とし、各ユニット２の上側電極２１の後背にあって、電極２１、２２が挟んでいる誘電体２３の表面から、少なくとも上側電極２１の上面と略同じ高さまで迫り出している。図１、図２、図４に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極２１の上面を越えており、また、遮蔽部３が上側電極２１の上面の一部に覆い被さっている。図３に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極２１の上面と略面一となっており、下側電極２２の直上にある誘電体２３の表面とがなだらかに連続している。
【００１５】
本プラズマアクチュエータ１を用いるに際しては、各ユニット２の上側電極２１及び下側電極２２間に、例えば１ｋＶないし１０ｋＶ程度の高圧、１ｋＨｚないし２０ｋＨｚ程度の周波数の、脈流電圧（直流パルス電圧）または交流電圧を印加する。印加電圧及び周波数は、電極２１、２２の寸法や電極２１、２２間の距離、誘電体２３の誘電率等に応じて定める。
【００１６】
両電極２１、２２間に電圧を印加すると、下側電極２２の直上にある誘電体２３の表面にプラズマ０が生成され、このプラズマ０に起因して、誘電体２３の表面上に気流、即ち気体の衝撃波４１が発生する。衝撃波４１は、同一のユニット２を構成する上側電極２１から下側電極２２に向かう方向に、換言すれば後方から前方に向かって流れる。プラズマ０を生成するユニット２が前後方向に並んでいることから、誘電体２３の表面上を流れる衝撃波４１は、あるユニット２から別のユニット２へと伝搬してゆくにつれて加速され、強化される。
【００１７】
以降、プラズマアクチュエータ１を吸気ポート６に設けた内燃機関の例を列挙する。図５は、吸気ポート６の内壁面にプラズマアクチュエータ１を設け、このプラズマアクチュエータ１により正タンブル流９１を増強することを目論んだ例である。図中、符号５は気筒、符号６は吸気ポート、符号６１は吸気バルブ、符号７は排気ポート、符号７１は排気バルブ、符号８はピストンである。内燃機関におけるインジェクタ（燃料噴射弁。図示せず）は、吸気ポート６内に燃料を噴射するポート噴射式のものであってもよいし、気筒５の燃焼室内に直接燃料を噴射する筒内噴射式のものであってもよい。ポート噴射式の内燃機関では、インジェクタよりも下流側にプラズマアクチュエータ１を設置する。
【００１８】
図５に示す例では、プラズマアクチュエータ１を、吸気ポート６における、気筒５内において正タンブル流９１となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面（図中、上側の壁面）に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波４１を発生させるようにユニット２を並べるようにしている。
【００１９】
プラズマアクチュエータ１が生成したプラズマ０は、吸気ポート６を流通する吸気に効率よく作用する。即ち、プラズマアクチュエータ１を設けている部位で、衝撃波４１に起因した誘導気流４が生じる。そして、この誘導気流４が、プラズマアクチュエータ１を設けている吸気ポート６の内壁面や、傘型のポペットバルブである吸気バルブ６１の当該内壁面に臨む側面に沿って流れる吸気を後押しする。この吸気の流れは、気筒５に流入したときに、気筒５における吸気ポート６から遠い側のボア壁面に向かい、当該ボア壁面に沿うようにピストン８に向かって流下する正タンブル流９１となる。図中、正タンブル流９１を、太い矢印にて示している。
【００２０】
プラズマアクチュエータ１により、筒内流９１、９２、９３を補強することができるとともに、吸気が気筒５に円滑に流れ込むようになるために吸気充填効率が向上する。さらに、プラズマアクチュエータ１は、吸気ポート６を流れる吸気の中にオゾンを発生させるという副効用をももたらす。発生したオゾンは気筒５１に充填されて、混合気の燃焼を一層促進する結果、燃費が向上する。
【００２１】
プラズマアクチュエータ１は、吸気バルブ６１が開弁している期間に作動させる（即ち、電極２１、２２間に交流電圧またはパルス電圧を印加する）。より詳しくは、吸気バルブ６１が開弁する少し前にプラズマアクチュエータ１の作動を開始し、吸気バルブ６１が閉弁する少し前にプラズマアクチュエータ１の作動（電極２１、２２への交流電圧またはパルス電圧の印加）を停止する。これにより、発生したオゾンを略全て気筒５に導入し、気筒５内で消費させることができる。吸気ポート６内にオゾンが残存すると、吸気ポート６の内壁面や、ポート噴射式内燃機関のインジェクタの噴孔等を酸化させるおそれがあるが、上述の如くプラズマアクチュエータ１を使用することでこれを回避できる。
【００２２】
図６に模式的に示す例では、吸気ポート６の内壁面に設けたプラズマアクチュエータ１により、逆タンブル流９２を増強することを目論んでいる。
【００２３】
逆タンブル流９２を補強するためには、吸気ポート６から、気筒５における吸気ポート６に近い側のボア壁面に向かうような吸気の流れを後押しする必要がある。そのために、図６に示しているように、プラズマアクチュエータ１を、吸気ポート６における、気筒５内において逆タンブル流９２となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波４１を発生させるようにユニット２を並べるようにしている。因みに、図６に示している例では、吸気ポート６と排気ポート７とが気筒５の中心軸から見て同じ側に存在している（図５のように、気筒５の中心軸に対称的に位置していない）。
【００２４】
プラズマアクチュエータ１を設けている部位では、衝撃波４１に起因した誘導気流４が生じる。そして、この誘導気流４が、プラズマアクチュエータ１を設けている吸気ポート６の内壁面や、吸気バルブ６１の当該内壁面に臨む側面に沿って流れる吸気を後押しする。この吸気の流れは、気筒５に流入したときに、気筒５における吸気ポート６に近い側のボア壁面に向かい、当該ボア壁面に沿うようにピストン８に向かって流下する逆タンブル流９２となる。図中、逆タンブル流９２を、太い矢印にて示している。
【００２５】
図７に模式的に示す例では、吸気ポート６の内壁面に設けたプラズマアクチュエータ１により、スワール流９３を増強することを目論んでいる。
【００２６】
スワール流９３を補強するためには、吸気ポート６から、気筒５のボア壁面に沿って気筒５の中心軸回りに旋回するような吸気の流れを後押しする必要がある。そのために、図７に示しているように、プラズマアクチュエータ１を、吸気ポート６における、気筒５内においてスワール流９３となる吸気の流れが通る流通経路に面している側の壁面に配し、かつ当該流れと同方向または当該流れに近い方向の衝撃波４１を発生させるようにユニット２を並べるようにしている。
【００２７】
プラズマアクチュエータ１を設けている部位では、衝撃波４１に起因した誘導気流４が生じる。そして、この誘導気流４が、プラズマアクチュエータ１を設けている吸気ポート６の内壁面や、吸気バルブ６１の当該内壁面に臨む側面に沿って流れる吸気を後押しする。この吸気の流れは、気筒５に流入したときに、気筒５のボア壁面に沿うように水平的に旋回するスワール流９３となる。図中、スワール流９３を、太い矢印にて示している。
【００２８】
本実施形態では、誘電体２３を挟んで対をなす電極２１、２２を配置し、電極２１、２２間に交流電圧またはパルス電圧を印加することで、誘電体２３の表面側の電極２１近傍にプラズマ０及び気体の流れ４を生じさせるプラズマアクチュエータ１を吸気ポート６の内壁面に設け、吸気バルブ６１が開弁している期間に前記プラズマアクチュエータ１を作動させ、当該プラズマアクチュエータ１が発生させる気体の流れ４を利用して筒内流９１、９２、９３を強化することを特徴とする内燃機関を構成した。
【００２９】
本実施形態によれば、内燃機関の始動時その他の、エンジン回転数が低く、スロットルバルブの開度が小さいような状況下であったとしても、気筒５内に強い筒内流９１、９２、９３を作り出して吸気と燃料とを十分に混合させることが可能となる。内燃機関のクランキング中であっても、気筒５での燃焼を促進できることから、内燃機関の始動性が良化される。
【００３０】
本発明は、以上に詳述した実施形態に限られるものではない。各部の具体的構成は、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明は、車両等に搭載される内燃機関の吸気系に適用することができる。
【符号の説明】
【００３２】
０…プラズマ
１…プラズマアクチュエータ
２１、２２…電極
２３…誘電体
４…気体の流れ
６…吸気ポート
６１…吸気バルブ
９１、９２、９３…筒内流
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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