(57)【要約】【課題】リーン限界の向上を図ることのできる内燃機関を提供すること。【解決手段】吸気バルブ１１と排気バルブ１２とに導電部２１を接触させる。この導電部２１は、高圧電源部２０に接続し、また、高圧電源部２０はコネクティングロッド５に接続する。このコネクティングロッド５は、連結ピン６を介してピストン４に電気的に接続されている。このため、高圧電源部２０で導電部２１とコネクティングロッド５とにそれぞれ極性の異なる高電圧の電位を与えると、バルブ面１４とピストン４とに間に電位差が生じ、電場が作り出される。このため、燃焼室１０内で燃料が燃焼すると、電場に位置する燃料が燃焼した際にコロナ放電が発生する。燃焼時の燃焼は、このコロナ放電によって火炎伝播速度が向上し、燃焼が促進される。この結果、リーン限界の向上を図ることができる。【選択図】        図１
2006200388.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の燃料を点火プラグで点火することにより燃焼させる内燃機関において、
前記燃焼室内で燃料が燃焼した際に前記燃料の燃焼による火炎が伝播する位置に電場を作り出し、且つ、少なくとも前記電場内に前記火炎が伝播した際にはコロナ放電を発生させる電場発生手段が設けられていることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
前記燃焼室は、吸排気バルブが設けられたシリンダヘッドにより構成され、
前記燃焼室には、ピストンが対面しており、
前記電場発生手段は、前記吸排気バルブと前記ピストンとに接続されると共に、前記吸排気バルブと前記ピストンとの間に電位差を生じさせて前記電場を作り出すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記燃焼室は、電気的にそれぞれ独立した二分割構造で形成されると共に前記点火プラグが設けられる副燃焼室を有しており、
前記電場発生手段は前記副燃焼室に接続され、且つ、前記二分割構造となる部分間に電位差を生じさせて前記副燃焼室内に前記電場を作り出すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記燃焼室内には燃料噴射手段によって直接燃料が噴射され、
前記燃料噴射手段で噴射した燃料は、前記副燃焼室内に集められ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】
前記燃焼室は、シリンダヘッドにより構成され、
前記燃焼室には、ピストンが対面しており、
前記電場発生手段は、前記シリンダヘッドと前記ピストンとに接続されると共に、前記シリンダヘッドと前記ピストンとの間に電位差を生じさせて前記電場を作り出すことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記電場発生手段は、前記シリンダヘッドのうち前記燃焼室を形成する部分である燃焼室形成部の外周部近傍と前記ピストンとの間に電位差を生じさせて前記電場を作り出すことを特徴とする請求項５に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記点火プラグは、前記シリンダヘッドにおける前記電場発生手段が設けられている部分の近傍に位置していることを特徴とする請求項６に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関するものである。特に、この発明は、燃焼の安定化を図ることのできる内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の内燃機関では、燃焼後の排出ガスが大気汚染に影響を及ぼす虞があるため、排出ガスの浄化のために様々な手段が用いられている。例えば、特許文献１では、シリンダブロック内に放電場を形成することにより、脱硝を燃焼室内で行っている。このため、高圧化で脱硝を行うことができるため、脱硝に関わる装置をコンパクトなものにすることができる。
【０００３】
【特許文献１】特開平５−３２１６４１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、近年の内燃機関では、排出ガスのさらなる浄化や燃費向上のため、燃焼時の空気に対する燃料の量を低減する、いわゆるリーン燃焼を行う内燃機関が徐々に増加し始めている。内燃機関で、このようにリーン燃焼を行うことにより、燃焼時の燃料の量が低減するため燃費の向上を図ることができ、また、燃料の燃焼不良を低減できるため、排出ガスの浄化が行い易くなる。しかし、リーン燃焼では、燃焼室に取り込まれた混合気中の燃料の密度が小さいため、燃焼時の火炎伝播速度が低下する傾向にある。このようにリーン燃焼では火炎伝播速度が低下するため、所定の混合比以上に燃料を薄くすることができず、即ちリーンにすることができず、火炎伝播速度の低下がリーン限界を決めている。このように、従来の内燃機関では、リーン燃焼を行った場合に、火炎伝播速度が低下するため、燃費の向上などを図りたい場合でも、よりリーン方向になる混合比に設定できない、という問題点があった。
【０００５】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、リーン限界の向上を図ることのできる内燃機関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】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、この発明に係る内燃機関は、燃焼室内の燃料を点火プラグで点火することにより燃焼させる内燃機関において、前記燃焼室内で燃料が燃焼した際に前記燃料の燃焼による火炎が伝播する位置に電場を作り出し、且つ、少なくとも前記電場内に前記火炎が伝播した際にはコロナ放電を発生させる電場発生手段が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
この発明では、燃焼室内に電場を作り出す電場発生手段を設けている。電場発生手段で作りだすこの電場は、燃焼室内で燃料が燃焼した際に、その燃焼による火炎が伝播する位置に作り出されており、少なくとも燃料の燃焼による火炎が当該電場内に伝播した際には、コロナ放電が発生する。このため、火炎が乱れて燃焼が促進するので、火炎伝播速度が向上する。これにより、空気に対する燃料の割合を少なくし、混合比をリーン方向にした場合でも、燃焼室内の燃料全体を燃焼させることができる。この結果、リーン限界の向上を図ることができる。
【０００８】
また、この発明に係る内燃機関は、前記燃焼室は、吸排気バルブが設けられたシリンダヘッドにより構成され、前記燃焼室には、ピストンが対面しており、前記電場発生手段は、前記吸排気バルブと前記ピストンとに接続されると共に、前記吸排気バルブと前記ピストンとの間に電位差を生じさせて前記電場を作り出すことを特徴とする。
【０００９】
この発明では、吸排気バルブとピストンとに電場発生手段を接続して、これらの間に電位差を生じさせることにより電場を作り出している。このため、燃焼室内の大部分に電場を作り出すことができる。これにより、燃料が燃焼する際の火炎は、より確実に電場内に伝播するため、コロナ放電によってより確実に火炎が乱れ、火炎伝播速度を向上させることができる。この結果、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００１０】
また、この発明に係る内燃機関は、前記燃焼室は、電気的にそれぞれ独立した二分割構造で形成されると共に前記点火プラグが設けられる副燃焼室を有しており、前記電場発生手段は前記副燃焼室に接続され、且つ、前記二分割構造となる部分間に電位差を生じさせて前記副燃焼室内に前記電場を作り出すことを特徴とする。
【００１１】
この発明では、点火プラグが設けられた副燃焼室内に電場を作り出すことにより、点火プラグ周辺に電場を作り出すことができる。このため、点火プラグで燃料と空気との混合気に点火した際に、点火直後の火炎伝播速度を向上させて燃焼し易くできるので、点火直後の失火を抑制できる。この結果、より確実に燃料を燃焼させることができる。
【００１２】
また、この発明に係る内燃機関は、前記燃焼室内には燃料噴射手段によって直接燃料が噴射され、前記燃料噴射手段で噴射した燃料は、前記副燃焼室内に集められることを特徴とする。
【００１３】
この発明では、点火プラグが設けられた副燃焼室内に電場は作り出され、さらに、燃料噴射手段で噴射した燃料は副燃焼室に集められる。このため、燃焼室内に噴射された燃料の多くは副燃焼室の電場内に位置することになるため、点火プラグの点火部によって燃料が点火した場合に、燃料の大部分の火炎伝播速度を向上させることができる。これにより、燃料の点火直後の失火を、より確実に抑制できる。この結果、より確実に燃料を燃焼させることができる。
【００１４】
また、この発明に係る内燃機関は、前記燃焼室は、シリンダヘッドにより構成され、前記燃焼室には、ピストンが対面しており、前記電場発生手段は、前記シリンダヘッドと前記ピストンとに接続されると共に、前記シリンダヘッドと前記ピストンとの間に電位差を生じさせて前記電場を作り出すことを特徴とする。
【００１５】
この発明では、電場発生手段がシリンダヘッドとピストンとに接続されている。このうち、シリンダヘッドは静止部品であるため、容易に電場発生手段を接続することができる。また、シリンダヘッドは、燃焼室を構成しているため、このシリンダヘッドに電場発生手段を接続することにより、燃焼室内の大部分に電場を作り出すことができる。これにより、燃料が燃焼する際の火炎は、より確実に電場内を伝播するため、より確実に火炎伝播速度を向上させることができる。この結果、容易に、且つ、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００１６】
また、この発明に係る内燃機関は、前記電場発生手段は、前記シリンダヘッドのうち前記燃焼室を形成する部分である燃焼室形成部の外周部近傍と前記ピストンとの間に電位差を生じさせて前記電場を作り出すことを特徴とする。
【００１７】
この発明では、電場発生手段で、燃焼室形成部の外周部近傍とピストンとの間に電位差を生じさせることにより、温度が低下し易い部分の火炎伝播速度を向上させることができる。つまり、ピストンには複数のピストンリングが設けられているが、最もシリンダヘッド寄りのピストンリングと、ピストンを内設するシリンダブロック、及びピストンの、それぞれの対向する面で囲まれた空間に位置した燃料と空気との混合気は、ピストンやシリンダブロックに接し易く温度が低下し易い。このため、この部分の燃料は燃焼し難くなっているが、燃焼室形成部の外周部とピストンとの間に電位差を生じさせることにより、この部分に電場を設け、コロナ放電を発生し易くすることができる。これにより、この空間の火炎伝播速度を向上させることができ、燃焼状態が悪い部分を低減することができる。この結果、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００１８】
また、この発明に係る内燃機関は、前記点火プラグは、前記シリンダヘッドにおける前記電場発生手段が設けられている部分の近傍に位置していることを特徴とする。
【００１９】
この発明では、点火プラグを前記電場発生手段の近傍に位置させることにより、点火プラグで燃料に点火し、点火直後の火炎を電場内に伝播させることができる。これにより、点火直後の火炎伝播速度を向上させて燃焼し易くできるので、点火直後の失火を抑制できる。この結果、より確実に燃料を燃焼させることができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明にかかる内燃機関は、リーン限界の向上を図ることができる、という効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下に、本発明にかかる内燃機関の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。また、以下の説明では、複数の気筒を有する内燃機関を説明しているが、内燃機関が有する気筒数は単数でもよい。
【実施例１】
【００２２】
図１は、本発明の実施例１に係る内燃機関の構成を示す概略図である。同図に示す内燃機関１は、複数の気筒を有しており、各気筒は、内部に燃焼室１０が形成されたシリンダブロック２及びシリンダヘッド３を有している。また、シリンダブロック２の内部にはピストン４が配設されており、前記シリンダヘッド３は、シリンダブロック２におけるピストン４が上死点に向かう方向側の端部にガスケット７を介して固定されている。このガスケット７は、電気の流れを遮断する絶縁体となっている。
【００２３】
また、ピストン４のシリンダヘッド３側の部分は燃焼室１０に対面しており、当該ピストン４の、燃焼室１０側に面している側の反対側には、コネクティングロッド５が配設されている。このコネクティングロッド５は、ピストン４側の端部が連結ピン６によってピストン４と回動可能に支持されている。また、コネクティングロッド５の他方の端部は、クランクシャフト（図示省略）に回動自在に支持されている。
【００２４】
また、前記シリンダヘッド３には、点火プラグ１５と吸排気バルブとが設けられている。このうち、吸排気バルブは、吸気バルブ１１と排気バルブ１２とからなり、吸気バルブ１１は、燃焼室１０に連通している吸気通路（図示省略）を開閉するように設けられている。また、排気バルブ１２は、燃焼室１０に連通している排気通路を開閉するように設けられている。また、前記点火プラグ１５は、吸気バルブ１１と排気バルブ１２との間に設けられており、さらに、高電圧をかけた際にアーク放電をする点火部１６を有している。また、当該点火プラグ１５は、点火部１６が前記燃焼室１０内に位置するように設けられている。
【００２５】
前記吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は共にバルブステム１３を有している。この双方のバルブステム１３の周囲には、シリンダヘッド３に固定され、バルブステム１３が摺動可能に接した導電部２１が設けられている。この導電部２１はステムガイドが兼ねており、電場発生手段の一部として形成されている。また、導電部２１は、当該導電部２１と同様に電場発生手段の一部として設けられ、高圧電源を発生する高圧電源部２０に接続されている。また、高圧電源部２０は、前記コネクティングロッド５にも接続されている。また、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は全体が金属によって形成されており、コネクティングロッド５、連結ピン６及びピストン４は、全て金属により形成されている。
【００２６】
これらのため、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２の燃焼室１０側の面であるバルブ面１４は電気的に導電部２１に接続されており、ピストン４は電気的にコネクティングロッド５に接続されているので、高圧電源部２０から供給される高電圧により、バルブ面１４とピストン４との間に高い電位差を生じさせることができるように設けられている。なお、導電部２１が設けられるシリンダヘッド３と、ピストン４やコネクティングロッド５が内設されるシリンダブロック２との間には、前記ガスケット７が介在しており、ガスケット７は、絶縁体となっているため、シリンダヘッド３とシリンダブロック２とは、直接電気的には接続されていない。
【００２７】
この実施例１に係る内燃機関１は、以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記内燃機関１の運転は、前記ピストン４が前記シリンダブロック２内で往復運動を繰り返すことにより、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程、排気行程を繰り返して運転する。各行程の概略は、吸気行程では、排気バルブ１２は閉じ、吸気バルブ１１を開いて吸気通路から燃焼室１０内に燃料と空気との混合気を取り入れ、圧縮行程では吸気バルブ１１も閉じて燃焼室１０内に取り入れた混合気を圧縮する。燃焼行程では、点火プラグ１５に高電圧の電流を印加し、点火プラグ１５の点火部１６にアーク放電を発生させることにより、圧縮した混合気が点火し、混合気中の燃料は燃焼する。排気行程では排気バルブ１２を開いて、燃焼後の排気ガスを排気通路の方向に排出する。なお、当該内燃機関１は、吸気行程で燃焼室１０内に取り入れる混合気は運転状態に応じて、空気に対する燃料の割合が、理論空燃比の燃料の割合より低い混合気である希薄混合気を取り入れる場合があり、燃焼行程ではいわゆるリーン燃焼を行う場合がある。
【００２８】
これらの行程中、前記高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における−６０°〜＋６０°の範囲で前記導電部２１及びコネクティングロッド５に極性の異なる電位を与え続ける。このため、導電部２１と接するバルブステム１３、及びコネクティングロッド５とピストン４とを連結する連結ピン６を介して、バルブ面１４とピストン４とは、高圧電源部２０によって極性の異なる高電圧の電位が与え続けられる。即ち、バルブ面１４とピストン４とのうち、一方には＋（プラス）の高電圧の電位が与えられ、他方には−（マイナス）の高電圧の電位が与えられる。これにより、バルブ面１４とピストン４との間には、電位差が生じ、電場が作り出される。なお、高圧電源部２０によってバルブ面１４とピストン４とに与えられる電圧は、数１０ｋＶ以下となっている。
【００２９】
このように、高圧電源部２０によってバルブ面１４とピストン４との間に電場が作り出されている状態で、前記点火プラグ１５によって混合気に点火すると、混合気中の燃料は燃焼し、この燃焼による火炎は、電場内を伝播する。このため、燃焼時の燃料は、火炎が電場内を伝播しながら燃焼する。この電場は、バルブ面１４とピストン４との間に高い電位差が生じていることにより作り出されているため、火炎が電場内を伝播すると、バルブ面１４とピストン４との間でコロナ放電が発生する。このようにコロナ放電が発生すると、コロナ放電によって電場中の混合気、または火炎に電流が流れるため、混合気に流動が発生して火炎が乱れる。このように火炎が乱れると、混合気の流れが無い場合と比較して燃焼が促進され、燃焼速度、つまり、火炎伝播速度が向上する。このため、燃料の割合が小さい希薄混合気を燃焼室１０に取り込み、リーン燃焼を行った場合でも、混合気中の燃料は燃焼し易くなる。
【００３０】
なお、ここでいうコロナ放電とは、高電圧（数１０ｋＶ以下）を印加した導体から数ｍＡ以下の電流が放電する現象をいう。換言すると、コロナ放電とは、火花が飛ばないように電圧を制御し、空気中に数ｍＡ程度の電流を流すことをいう。このため、上記のようにバルブ面１４とピストン４とに数１０ｋＶ以下の高電圧を与えることによって電場を作り出し、この電場に発生するコロナ放電によって当該電場内を流れる電流は、数μＡ程度となっている。
【００３１】
以上の内燃機関１は、燃焼室１０内に電場を作り出す電場発生手段として、高圧電源部２０と導電部２１とを設けている。これらの高圧電源部２０と導電部２１とによって燃焼室１０内に作り出す電場は、当該燃焼室１０内で燃料が燃焼した際に燃焼による火炎が伝播する位置に作り出されている。このため、燃料が燃焼すると燃焼時の火炎は電場内を伝播することになり、電場内では、この火炎によってコロナ放電が発生する。このように、電場内でコロナ放電が発生することにより、混合気に流動が発生するため火炎が乱れて燃焼が促進され、火炎伝播速度が向上する。従って、空気に対する燃料の割合を少なくし、混合比をリーン方向にした場合でも、コロナ放電を発生させることにより火炎伝播速度を向上させることができるので、燃焼室１０内の燃料全体を燃焼させることができる。この結果、リーン限界の向上を図ることができる。なお、このリーン限界とは、燃料と空気とを混合させた混合気を燃焼させる際に、空気の量に対して燃料の量を減少させていった場合に、失火することなく正常に燃焼させることのできる空燃比の限界をいう。
【００３２】
また、吸気バルブ１１及び排気バルブ１２は高圧電源部２０に接続された導電部２１に接触させ、ピストン４は連結ピン６とコネクティングロッド５とを介して高圧電源部２０に接続し、これらの間に電位差を生じさせることにより、ピストン４とバルブ面１４との間に電場を作り出している。ピストン４はシリンダブロック２の内径と同程度の径で形成されており、吸気バルブ１１のバルブ面１４は、燃焼室１０により多くの混合気を取り込めるように大きく形成され、排気バルブ１２のバルブ面１４は、燃料の燃焼後の排出ガスをより早く排気通路の方向に排出できるように大きく形成されている。これらのように、ピストン４やバルブ面１４は、燃焼室１０の面積のうち大部分を占めているので、ピストン４とバルブ面１４との間に電場を作り出すことにより、燃焼室１０内の大部分に電場を作り出すことができる。これにより、燃料の燃焼時の火炎は、より確実に電場内を伝播し、コロナ放電によってより確実に火炎伝播速度を向上させることができる。この結果、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００３３】
また、高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における±６０°の範囲で導電部２１やコネクティングロッド５を介してバルブ面１４やピストン４に電位差を生じさせている。前記点火プラグ１５の点火部１６は、圧縮行程でのピストン４の上死点前後でアーク放電をするので、これに伴って燃焼室１０内の燃料は点火される。また、点火された燃料は、燃焼室１０内の圧力が高い間に燃焼が終了するため、点火後早期に燃焼が終了する。これらのため、上記の範囲でバルブ面１４とピストン４とに電位差を生じさせて電場を作り出すことにより、より確実に燃料の燃焼時の火炎を電場内に伝播させることができ、より確実にコロナ放電による火炎伝播速度の向上を図ることができる。また、バルブ面１４とピストン４とに電位差を生じさせる時期が限定されているので、電場を作り出すためのエネルギーを最小限に抑えることができる。これらの結果、消費エネルギーを抑制しつつ、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００３４】
また、上述したように燃料の燃焼時に火炎が伝播する位置にコロナ放電を発生させることによりリーン限界を向上させることができるので、燃焼室１０内に取り込む混合比を、よりリーンの方向にする、つまり、空気に対する燃料の割合を少なくすることができる。この結果、燃費を向上させることができ、また、ＮＯｘなど大気汚染に影響のある物質の生成を低減することができる。
【実施例２】
【００３５】
この内燃機関は、実施例１に係る内燃機関と略同様の構成であるが、副燃焼室を有し、導電部は副燃焼室に接続されている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図２は、本発明の実施例２に係る内燃機関の構成を示す概略図である。同図に示す内燃機関３０は、前記燃焼室１０と連続して形成された副燃焼室３１が設けられている。この副燃焼室３１はシリンダヘッド３に設けられており、燃焼室１０に対して、当該燃焼室１０におけるピストン４側の方向の反対側の方向に位置している。また、点火プラグ１５は、この副燃焼室３１に位置しており、点火プラグ１５の点火部１６は、副燃焼室３１内に位置している。また、副燃焼室３１は、ピストン４の径方向に分割された二分割構造で形成されており、２つの副燃焼室壁３２が一体となって副燃焼室３１は形成されている。この分割された副燃焼室壁３２は、電気的にそれぞれ独立しており、電気的にそれぞれ独立した状態で一体となって形成されている。
【００３６】
実施例２の内燃機関３０に設けられる導電部３３は、実施例１の内燃機関１に設けられる導電部２１と同様に高圧電源部２０に接続されているが、当該導電部３３は、実施例１の内燃機関１に設けられる導電部２１とは異なり、それぞれ電位の異なる導電部３３が２つ設けられている。この２つの導電部３３は、２つの副燃焼室壁３２のうち、１つの副燃焼室壁３２に１つの導電部３３が接続されている。このため、２つの副燃焼室壁３２は、導電部３３によってそれぞれ極性の異なる電位が与えられるように設けられている。
【００３７】
前記シリンダヘッド３には、燃焼室内に燃料を直接噴射する燃料噴射手段となるインジェクタ３４が設けられており、このインジェクタ３４は、燃焼室１０内に燃料を噴射できるように配設されている。さらに、このインジェクタ３４は、燃料を燃焼室１０内に噴射する際に、ピストン４の方向に燃料を噴射するように形成されている。また、前記ピストン４には、燃焼室１０に面する側に変流部３５が形成されており、前記インジェクタ３４は、この変流部３５の方向に燃料を噴射するように形成されている。この変流部３５は、ピストン４の燃焼室１０に面する側の面から、クランクシャフトの方向に凹んだ曲面の形状で形成されている。さらに、変流部３５の曲面は、前記インジェクタ３４が設けられている方向から前記副燃焼室３１が形成されている方向に向かって湾曲した形状で形成されている。
【００３８】
この実施例２に係る内燃機関３０は以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記副燃焼室３１は２つの副燃焼室壁３２からなる二分割構造となっており、２つの副燃焼室壁３２には、それぞれ導電部３３が接続されている。この２つの副燃焼室壁３２は、それぞれ電気的に独立しており、また、２つ導電部３３によって、それぞれ極性の異なる電位が与えられるように形成されている。このため、高圧電源部２０によって導電部３３に電位を与えると、２つの副燃焼室壁３２間に電位差が生じ、これらの副燃焼室壁３２によって形成される副燃焼室３１内に電場が作り出される。
【００３９】
また、高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における−１０°〜＋１０°の範囲で２つの導電部３３に極性の異なる電位を与え続け、２つの副燃焼室壁３２間に電位差が生じさせ続けている。このため、副燃焼室３１の電場は、クランクシャフトの回転時のクランク角における−１０°〜＋１０°の範囲で作り出されている。
【００４０】
また、前記インジェクタ３４は燃焼室１０内に燃料を噴射し、噴射された燃料はピストン４の変流部３５の方向に向かう。この変流部３５は、インジェクタ３４が設けられている方向から副燃焼室３１が形成されている方向に向かって湾曲した形状で形成されているため、インジェクタ３４で噴射された燃料は変流部３５で進行方向を変えられ、主に副燃焼室３１の方向に向かい、副燃焼室３１内に集められる。
【００４１】
前記点火プラグ１５の点火部１６は、この副燃焼室３１内に位置しているため、点火部１６がアーク放電をした際には、まず副燃焼室３１内に集められた燃料に点火され、副燃焼室３１内から火炎は伝播する。また、このように点火部１６によって燃料に点火され、火炎が伝播する副燃焼室３１には、前記導電部３３によって電場が作り出されている。このため、副燃焼室３１内では、点火直後の火炎によってコロナ放電が発生し、コロナ放電によって副燃焼室３１内の火炎伝播速度が向上する。
【００４２】
以上の内燃機関３０は、点火プラグ１５が配設された副燃焼室３１を、電気的に独立した２つの副燃焼室壁３２によって形成し、さらに、２つの副燃焼室壁３２にそれぞれ導電部３３を接続することにより、副燃焼室３１内に電場を作り出している。このため、燃料の点火直後の火炎伝播速度を向上させることができ、燃焼の促進を図ることができ、燃料の点火直後の失火を抑制できる。この結果、より確実に燃料を燃焼させることができる。
【００４３】
また、ピストン４に変流部３５が形成されているので、インジェクタ３４で噴射した燃料を、電場が作り出された副燃焼室３１に集めることができる。このため、インジェクタ３４で噴射した燃料の多くは副燃焼室３１内に位置することになるため、点火プラグ１５で燃料に点火した場合に、燃料の大部分の火炎伝播速度を向上させることができ、燃焼の促進を図ることができる。これにより、燃料の点火直後の失火を、より確実に抑制でき、より確実に火炎伝播失敗を抑制できる。この結果、より確実に燃料を燃焼させることができる。
【００４４】
また、高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における±１０°の範囲で２つの導電部３３に極性の異なる電位を与え続けることにより、２つの副燃焼室壁３２間に電位差が生じさせ続けているので、副燃焼室３１には、この範囲で電場が作り出される。また、副燃焼室３１には燃料の大部分が集められ、この燃料が点火された際には、副燃焼室３１内に発生するコロナ放電で燃焼が促進されるので、副燃焼室３１内の燃料は短時間で燃焼する。これらのため、副燃焼室３１に作り出す電場を上記の範囲にした場合でも、燃料の大部分の火炎伝播速度の向上を図ることができる。さらに、副燃焼室３１に接続される導電部３３に電位差を生じさせる時期が限定されているので、電場を作り出すためのエネルギーを最小限に抑えることができる。これらの結果、消費エネルギーを抑制しつつ、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【実施例３】
【００４５】
この内燃機関は、実施例１に係る内燃機関と略同様の構成であるが、燃焼室の外周部付近に導電部が接続されている点に特徴がある。他の構成は実施例１と同様なので、その説明を省略するとともに、同一の符号を付す。図３は、本発明の実施例３に係る内燃機関の構成を示す概略図である。同図に示す内燃機関５０は、高圧電源部２０がコネクティングロッド５と導電部５３とに接続されており、導電部５３はシリンダヘッド３に設けられている。また、この導電部５３は、シリンダヘッド３のうち、燃焼室１０を形成する部分である燃焼室形成部５１に接続されている。さらにその位置は、燃焼室形成部５１のうち最もシリンダブロック２側に位置する部分、或いは、燃焼室形成部５１のうち、ピストン４の径方向における外方側の部分である外周部５２付近に接続されている。
【００４６】
また、ピストン４の側面であると共に、ピストン４のうちシリンダブロック２に近接して対面している部分であるピストン側面５４には、ピストンリング５５が配設されている。このピストンリング５５は、ピストン側面５４に１周に渡って形成された細溝に係合されて設けられており、ピストン側面５４からシリンダブロック２の方向に突出してピストン側面５４にほぼ１周に渡って配設されている。このように形成されるピストンリング５５は、ピストン側面５４よりも、さらにシリンダブロック２に近接しており、複数のピストンリング５５がピストン側面５４に並んで配設されている。
【００４７】
このように、ピストン側面５４に複数設けられるピストンリング５５のうち、最も燃焼室１０側に位置するピストンリング５５と、ピストン側面５４と、シリンダブロック２とで形成される空間は、クレビスボリューム５６として形成されている。このクレビスボリューム５６は、ピストン４が上死点付近に位置した場合には、シリンダヘッド３が有する前記燃焼室形成部５１の外周部５２付近に位置することになる。このため、ピストン４が上死点付近に位置した場合には、クレビスボリューム５６は、燃焼室形成部５１のうち前記導電部５３が接続されている部分付近に位置することになる。
【００４８】
この実施例３に係る内燃機関５０は以上のごとき構成からなり、以下、その作用について説明する。前記内燃機関５０に設けられる導電部５３はシリンダヘッド３に設けられ、燃焼室形成部５１に接続されている。さらに、その接続される位置は、燃焼室形成部５１の外周部５２近傍となっている。また、当該導電部５３は、実施例１の内燃機関１が有する導電部２１と同様に高圧電源部２０に接続されており、高圧電源部２０は、さらに、連結ピン６によってピストン４が連結されたコネクティングロッド５に接続されている。このため、高圧電源部２０によって導電部５３とコネクティングロッド５とに極性の異なる電位を与えると、前記燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間で電位差が生じ、双方の間に電場が作り出される。
【００４９】
また、高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における０°〜＋２０°の範囲で導電部５３とコネクティングロッド５とに極性の異なる電位を与え続けることにより、燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間に電位差を生じさせ続けている。このため、燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間の電場は、クランクシャフトの回転時のクランク角における０°〜＋２０°の範囲で作り出されている。
【００５０】
一方、前記ピストン４にはピストンリング５５が設けられているので、このピストンリング５５とピストン側面５４とシリンダブロック２との間にはクレビスボリューム５６が形成されているが、ピストン４が、クランクシャフトの回転時のクランク角における０°〜＋２０°の範囲に位置している場合には、燃焼室形成部５１の外周部５２の近傍にはクレビスボリューム５６が位置することになる。このため、高圧電源部２０が、燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間に電位差を生じさせることにより作り出される電場は、クレビスボリューム５６内に作り出される。
【００５１】
また、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における０°〜＋２０°の範囲は、燃焼室１０内の燃料が燃焼する範囲なので、この範囲で電場を作り出すことにより、クレビスボリューム５６内に位置する燃料が燃焼した際に、クレビスボリューム５６内にコロナ放電を発生させることができる。このため、クレビスボリューム５６内の火炎伝播速度が向上する。
【００５２】
以上の内燃機関５０は、導電部５３がシリンダヘッド３に設けられている。このシリンダヘッド３は、内燃機関５０の運転時においても作動する部分ではないので、容易に導電部５３を設けることができる。また、導電部５３は、燃焼室１０を形成する燃焼室形成部５１に接続されているため、この導電部５３が接続された燃焼室形成部５１と、連結ピン６を介してコネクティングロッド５に連結されたピストン４との間に高圧電源部２０によって電位差を生じさせることにより、燃焼室１０内の大部分に電場を作り出すことができる。これにより、燃料が燃焼する際の火炎は、より確実に電場内を伝播するため、燃焼室１０内の燃料の火炎伝播速度を、より確実に向上させることができる。この結果、容易に、且つ、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００５３】
また、クレビスボリューム５６内に位置する燃料は、ピストン側面５４とピストンリング５５、及びシリンダブロック２に接しやすいため、燃料の燃焼時の温度が低下し易くなっている。燃料の燃焼時の温度が低下すると燃焼状態が悪化し、大気汚染に影響を及ぼす虞のある物質であるＨＣ（炭化水素）が発生し易くなるが、クレビスボリューム５６内に電場を作り出してコロナ放電を発生させることにより、この部分の火炎伝播速度を向上させることができる。これにより、クレビスボリューム５６内に位置する燃料の燃焼を促進させることができ、燃焼状態が悪い部分を低減することができる。この結果、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００５４】
また、高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における０°〜＋２０°の範囲で導電部５３とコネクティングロッド５とに極性の異なる電位を与え続けて燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間に電位差を生じさせ続けることにより、この範囲でクレビスボリューム５６内に電場を作り出すことができる。クレビスボリューム５６は、点火プラグ１５から離れた位置に形成されているため、クレビスボリューム５６内の点火プラグ１５によって点火された燃料の火炎は、所定の時間を経過後にクレビスボリューム５６内に伝播される。このため、燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間に電位差を生じさせ続ける範囲を上記の範囲とすることにより、燃料の燃焼の後半にクレビスボリューム５６内に電場を作り出すことができ、燃焼時の後半に燃焼するクレビスボリューム５６内の燃料が燃焼する際にコロナ放電を発生させることができる。このため、クレビスボリューム５６内の燃料が燃焼する際の燃焼の促進を図ることができる。また、クレビスボリューム５６内に電場を作り出す時期が限定されているので、電場を作り出すためのエネルギーを最小限に抑えることができる。これらの結果、消費エネルギーを抑制しつつ、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００５５】
なお、実施例１及び実施例３では、高圧電源部２０はコネクティングロッド５に接続されており、連結ピン６を介してピストン４に電位を与えているが、高圧電源部２０はコネクティングロッド５以外の部分に接続されていてもよい。高圧電源部２０が接続される位置は、内燃機関１、５０の運転時に確実にピストン４に電位を与える事のできる位置であれば、その位置は問わない。
【００５６】
また、燃焼室１０内に電場を作り出す時期は、実施例１では圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における±６０°の範囲となっており、実施例２では、同位置を基準として±１０°、実施例３では、同位置を基準として０°〜＋２０°の範囲となっているが、燃焼室１０内に電場を作り出す時期は、これら以外でもよい。例えば、実施例２に係る内燃機関において燃焼室１０内に電場を作り出す時期を、実施例３と同様に上記の位置を基準として０°〜２０°の範囲で電場を作り続けることにより、燃料の燃焼時の後半における燃焼の促進を図ることができるので燃焼状態を向上させることができ、燃焼後半のＨＣ排出を低減できる。
【００５７】
また、実施例２に係る内燃機関３０において副燃焼室３１内に電場を作り出す時期を、上記の位置を基準として±３０°の範囲で電場を作り続けることにより、より確実に燃料の燃焼時にコロナ放電を発生させることができる。これにより、より確実に火炎伝播速度を向上させることができ、リーン限界を向上させることができるので、よりリーンでの運転が可能となり、燃費の向上やＮＯｘの低減を図ることができる。また、点火プラグ１５での点火時には既に電場を作り出しているので、燃料の点火直後の失火を抑えることができる。さらに、燃焼時の後半に生成され易いＨＣの生成を抑えることができ、ＨＣの大気への放出を低減することができる。
【００５８】
図４は、実施例３の変形例を示す図である。また、実施例３では、点火プラグ１５は実施例１に係る内燃機関１に設けられる点火プラグ１５と同様に吸気バルブ１１と排気バルブ１２とに間に設けられているが、点火プラグ１５は、それ以外の部分に設けてもよい。例えば、図４に示すように、点火プラグ１５は吸気バルブ１１や排気バルブ１２よりも燃焼室形成部５１の外周部５２方向に設けてもよい。即ち、点火プラグ１５は導電部５３の近傍に設けてもよい。このように、点火プラグ１５を導電部５３が設けられている部分の近傍に位置させることにより、点火プラグ１５で燃料に点火した際の点火直後の火炎を電場内に位置させることができる。これにより、点火直後の火炎伝播速度を向上させることができ、燃焼をし易くすることができるので、点火直後の失火を抑制できる。この結果、より確実に燃料を燃焼させることができる。
【００５９】
さらに、点火プラグ１５を上記の位置に配置することにより、点火部１６をクレビスボリューム５６に近づけることができるので、クレビスボリューム５６内の燃料を点火させ易くなる。これにより、より確実にクレビスボリューム５６内の燃料の燃焼を促進させ、この部分の燃料を燃焼させ易くすることができるので、燃焼状態が悪い部分を低減することができる。この結果、ＨＣの排出を低減することができると共に、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。また、リーン限界の向上を図ることにより、燃費を向上させることができる。
【００６０】
なお、このように導電部５３の近傍に点火プラグ１５を位置させる場合には、高圧電源部２０は、圧縮行程でのピストン４の上死点の位置を基準としてクランクシャフトの回転時のクランク角における−３０°〜＋３０°の範囲で燃焼室形成部５１の外周部５２とピストン４との間に電位差を生じさせ続け、燃焼室１０に電場を作り出すのが好ましい。点火プラグ１５が導電部５３の近傍に位置している場合には、点火プラグ１５によって点火された火炎は、点火直後に電場に伝播されるので、上記の範囲で電場を作り続けることにより、より確実に燃料の燃焼時にコロナ放電を発生させることができる。これにより、より確実に火炎伝播速度を向上させ、燃料の燃焼を促進させることができる。この結果、より確実にリーン限界の向上を図ることができる。
【００６１】
また、上述した各実施例では、電場内に燃料の燃焼による火炎が伝播した際にコロナ放電が発生しているが、コロナ放電は、電場内に火炎が伝播していない状態においても、高圧電源部２０によって燃焼室１０に面する各部に電位差を生じさせることにより発生するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００６２】
以上のように、本発明にかかる内燃機関は、リーン燃焼をさせる内燃機関に有用であり、特に、リーン限界の向上を図る場合に適している。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】本発明の実施例１に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図２】本発明の実施例２に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の実施例３に係る内燃機関の構成を示す概略図である。
【図４】実施例３の変形例を示す図である。
【符号の説明】
【００６４】
１  内燃機関
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
４  ピストン
５  コネクティングロッド
６  連結ピン
７  ガスケット
１０  燃焼室
１１  吸気バルブ
１２  排気バルブ
１３  バルブステム
１４  バルブ面
１５  点火プラグ
１６  点火部
２０  高圧電源部
２１  導電部
３０  内燃機関
３１  副燃焼室
３２  副燃焼室壁
３３  導電部
３４  インジェクタ
３５  変流部
５０  内燃機関
５１  燃焼室形成部
５２  外周部
５３  導電部
５４  ピストン側面
５５  ピストンリング
５６  クレビスボリューム
【図１】
2006200388.tif 000003
【図２】
2006200388.tif 000004
【図３】
2006200388.tif 000005
【図４】
2006200388.tif 000006