(57)【要約】      （修正有）【課題】ＥＧＲガスの層状化が促進される内燃機関を提供する。【解決手段】吸気通路５の上面に、ＥＧＲガス吐出口１０が開口している。吸気通路４の上面のうちＥＧＲガス吐出口１０よりも下流側の部位に、ＥＧＲガスを加速するプラズマアクチュエータ１４が固定されている。ＥＧＲガスがプラズマアクチュエータ１４で加速されるため、ＥＧＲガスと新気との間に境界がクリアーにできて、ＥＧＲガスは、新気と混ざり合うことなく気筒の内面及びピストン４の頂面に沿って流れてスワール流になる。従って、燃料の過剰リーン化を防止しつつ新気の取り込み量を抑制できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
上流側の一端はシリンダヘッドの吸気側面に開口させて下流側の他端は吸気バルブで開閉される吸気ポートになっている吸気通路に、ＥＧＲガス吐出口を開口させており、前記吸気通路のうち前記ＥＧＲガス吐出口よりも下流側の部位の内面に、前記ＥＧＲガス吐出口から噴出したＥＧＲガスを加速させて気筒に導くプラズマアクチュエータが設けられている、
内燃機関。
【請求項２】
前記ＥＧＲガスの吐出量を制御するＥＧＲバルブを備えており、前記ＥＧＲバルブの開き開始に連動して前記プラズマアクチュエータがＯＮになり、前記ＥＧＲバルブの閉じ動作に連動して前記プラズマアクチュエータがＯＦＦになるように制御される、
請求項１に記載した内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願発明は、排気ガス還流装置（ＥＧＲ装置）を備えた内燃機関に関するものである。
【０００２】
車両用等の内燃機関において、排気ガスの一部（ＥＧＲガス）を吸気系に還流させることは広く行われている。ＥＧＲガスを還流させることの目的の一つに、新気の量を抑制しつつ気筒内でのガス量を確保してポンピングロスを低減することがあり、この場合は、ＥＧＲガスは燃料及び新気とできるだけ混合せずに燃料の過剰リーン化を防止することが好ましい。そこで、気筒内でＥＧＲガスを層状化して、新気との混合性を抑制する技術が多々提案されている。
【０００３】
他方、気体の流れ制御技術としてプラズマアクチュエータがあり、内燃機関への応用も研究されている。その例として、本願出願人は、特許文献１において、ＥＧＲガスを各吸気通路に分配するＥＧＲスペーサにプラズマアクチュエータを設けて、プラズマアクチュエータによってＥＧＲガスの流れを制御することにより、各吸気通路へのＥＧＲガスの分配を均等化する技術を開示した。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１８７４１４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１は、各気筒に流入するＥＧＲガスの量を均等化することには貢献できるが、ＥＧＲガスの層状化は目的としておらず、このため、スロットルバルブを絞り気味にして新気の量を抑制しつつ安定した燃焼を確保するという課題に直接応え得るものではなかった。
【０００６】
本願発明はこのような現状に鑑み成されたものであり、プラズマアクチュエータを利用してＥＧＲガスの層状化を促進しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明は、請求項１のとおり、
上流側の一端はシリンダヘッドの吸気側面に開口させて下流側の他端は吸気バルブで開閉される吸気ポートになっている吸気通路に、ＥＧＲガス吐出口を開口させており、前記吸気通路のうち前記ＥＧＲガス吐出口よりも下流側の部位の内面に、前記ＥＧＲガス吐出口から噴出したＥＧＲガスを加速させて気筒に導くプラズマアクチュエータが設けられている、という構成である。
【０００８】
本願発明は、様々に展開することができる。その例として請求項２では、
前記ＥＧＲガスの吐出量を制御するＥＧＲバルブを備えており、前記ＥＧＲバルブの開き開始に連動して前記プラズマアクチュエータがＯＮになり、前記ＥＧＲバルブの閉じ動作に連動して前記プラズマアクチュエータがＯＦＦになるように制御される。
【０００９】
この場合、ＥＧＲバルブの開閉信号によってプラズマアクチュエータをＯＮ・ＯＦＦすることも可能であるし、ＥＧＲバルブの開閉に僅かに先立って又は僅かに遅れてプラズマアクチュエータをＯＮ・ＯＦＦすることも可能である。すなわち、ＥＧＲバルブの開閉タイミングとプラズマアクチュエータのＯＮ・ＯＦＦタイミングとを僅かにずらすことも可能である。更に、請求項１，２のいずれにおいても、ＥＧＲバルブの開度に比例してプラズマアクチュエータの出力を調節することが可能である。
【発明の効果】
【００１０】
本願発明では、排気ガス吐出口から噴出したＥＧＲガスがプラズマアクチュエータによって加速されることにより、ＥＧＲガスの流れと新気（混合気）との流れに境界が生じて、吸気行程で両者が混ざり合うことが抑制される。その結果、ＥＧＲガスを導入しつつ混合気燃料が過剰にリーン化することを防止して、安定した燃焼を実現できる。その結果、燃費の向上に貢献できる。
【００１１】
さて、ＥＧＲガスと新気との流れに速度差をつける方法として、プラズマアクチュエータで新気を加速させることが考えられる。しかし、この場合は、新気の量はＥＧＲガスに比べて多いため、新気全体をプラズマアクチュエータで加速できるか否か疑問であり、また、新気の一部だけが加速されると、新気と燃料との混合性が悪化するおそれがある。更に、新気は負圧で吸引されるのに対してＥＧＲガスは正圧で噴出しており、ＥＧＲガスの流速は新気の流速よりも速いことが多いといえるため、新気を加速させると、却ってＥＧＲガスとの速度差を無くしてしまうおそれも懸念される。
【００１２】
これに対して本願発明のようにＥＧＲガスをプラズマアクチュエータで加速すると、i
）ＥＧＲガスの量は新気に比べて少なくて、加速性能を確実化できる、ii）正圧で噴出す
るＥＧＲガスを更に加速させて、新気との速度差を大きくすることができる、iii）ＥＧＲガスは温度が高いため、プラズマアクチュエータによる加速効果が高い、という点が相乗的に作用して、新気（混合気）との速度差を高くしてＥＧＲガスの層状化向上に大きく貢献できる。
【００１３】
ＥＧＲガスの還流量はＥＧＲバルブで制御されているが、ＥＧＲバルブの開度が小さいと、流れ抵抗等の問題によって流れが安定せずに、ＥＧＲバルブの開度に応じた量のＥＧＲガスが気筒に供給されない場合がある。
【００１４】
この点、請求項２の構成を採用すると、ＥＧＲバルブの開き動作に連動してプラズマアクチュエータを作動させることにより、ＥＧＲバルブの開度が小さくてもＥＧＲガスを引き込んで気筒内に取り込むことができるため、ＥＧＲバルブの開度に応じた量のＥＧＲガスを的確に取り込むことができる。従って、ＥＧＲガスの還流量の制御の応答性を向上できる。
【００１５】
他方、吸気行程では、気筒への新気の流入が停止しても吸気バルブが開いた状態があるため、ＥＧＲバルブが閉じても、ＥＧＲ通路に溜まっていたＥＧＲガスが流入して、ＥＧＲガスが気筒内に過剰に流入するおそれがあり、この場は、燃焼が不安定化して失火に至るおそれもある。
【００１６】
この点、請求項２では、ＥＧＲバルブへの閉じ指令と共にプラズマアクチュエータの作動が停止するため、ＥＧＲガスが惰性によって気筒内に過剰に流入することを防止できる。すなわち、ＥＧＲガスの流れ停止の応答性も向上できるのであり、これにより、燃焼の安定化に貢献できる。
【００１７】
なお、加速方向を可変できるプラズマアクチュエータを使用した場合は、ＥＧＲバルブの閉じ信号によってＥＧＲガスの流れを減速させて、気筒内へのＥＧＲガスを流入を抑制することも可能である。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】非吸気状態での実施形態の縦断正面図である。
【図２】吸気行程での実施形態の縦断正面図である。
【図３】圧縮行程での実施形態の縦断正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
(1).構造の説明
次に、本願発明の実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態の内燃機関は、基本的に従来から知られた構造であり、複数の気筒（シリンダボア）１が形成されたシリンダブロック２と、その上面に固定されたシリンダヘッド３とを備えている。当然ながら、各気筒１にはピストン４が摺動自在に嵌まっている。
【００２０】
シリンダヘッド３には、各気筒１に対応して一対ずつの吸気通路５と排気通路６とが形成されている。２つの吸気通路５の下流側の端部（他端）は、気筒１に向けて開口した吸気ポート５ａになっており、吸気ポート５ａは吸気バルブ７で開閉される。２つの吸気通路５の上流側の端部（一端）５ｂは、シリンダヘッド３の吸気側面３ａに開口しているが、２つの吸気通路５が独立して吸気側面３ａに開口している場合と、１つに集合して吸気側面３ａに開口している場合とがある。
【００２１】
排気通路６の上流側の端部は気筒１に開口した排気ポート６ａになっており、排気ポート６ａは排気バルブ８で開閉される。２つの排気通路６は１つに集合しており、排気マニホールドが外付けされる場合は、一対の排気通路６の集合部はそれぞれシリンダヘッド３の排気側面（図示せず）に開口しており、排気マニホールド内蔵式の場合は、一対の排気通路６の集合部は、シリンダヘッド３に形成された集合通路に連通している。
【００２２】
各吸気通路５は、上流側の一端（入口）５ｂと下流側の他端（吸気ポート５ａ）との向きが異なるという性質上、クランク軸線方向から見て上向き凸状に湾曲しており、各吸気通路５の上面のうち一端寄りの部位に、ＥＧＲガス吐出口１０が開口している。すなわち、シリンダヘッド３に、傾斜姿勢のＥＧＲガス吐出通路１１を形成して、このＥＧＲガス吐出通路１１の終端をＥＧＲガス吐出口１０と成して、これを、吸気通路５に向けて斜め向きに開口させている。なお、図では、ＥＧＲガス吐出通路１１は単なる穴として表示しているが、嵌め込み式のノズルを採用することも可能である。
【００２３】
ＥＧＲガス吐出通路１１にはＥＧＲ通路１２が接続されており、ＥＧＲ通路１２の中途部に、ＥＧＲガスの還流量を制御するＥＧＲバルブ１３が介挿されている。敢えて述べるまでもないが、ＥＧＲ通路１２の始端は排気系に接続されている。
【００２４】
吸気通路５の上面のうち、ＥＧＲガス吐出口１０の下流側の部位に、シート状又は板状のプラズマアクチュエータ１４が固定されている。プラズマアクチュエータ１４は、絶縁体の表面側と裏面側とに電極を接合した構造であり、吸気ポート５ａの近くまで長く延びている。従って、プラズマアクチュエータ１４は帯状の形態を成している。プラズマアクチュエータ１４は一連に延びているが、吸気バルブ７の弁軸７ａの箇所では分断していてもよいし、プラズマアクチュエータ１４に空けた穴に弁軸７ａを貫通させてもよい。
【００２５】
吸気通路５には、サージタンク１５を備えた吸気マニホールド１６が接続されており、サージタンク１５には、電子制御方式のスロットルバルブ１７が固定されている。スロットルバルブ１７には、エアクリーナ（図示せず）で浄化された空気（新気）を送る送気管１８が接続されている。
【００２６】
内燃機関は、制御装置としてＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニット）を備えており、スロットルバルブ１７やＥＧＲバルブ１３は、ＥＣＵからの信号によって作動が制御されている。また、ＥＣＵには、カムシャフト（図示ぜず）の回転角度を検出するカム角度センサ１９が接続されており、カム角度センサ１９により、吸気バルブ７の開度を検知できる。
【００２７】
プラズマアクチュエータ１４は、電圧や周波数等を調節できる調節ユニット２０を備えており、調節ユニット２０と一方の電極とがケーブル２１で接続されている。調節ユニット２０はＥＣＵに接続されており、ＥＣＵの指示信号により、プラズマアクチュエータ１４のＯＮ・ＯＦＦや出力調節が行われる。
【００２８】
図示していないが、内燃機関は燃料を噴射するインジェクタを備えている。インジェクタは、ＥＧＲガス吐出口１０よりも上流側に設けている。具体的には、吸気通路５のうちＥＧＲガス吐出口１０よりも上流側の部位にノズルを臨ませてもよいし、吸気マニホールド１６の各枝管にノズルを臨ませてもよい。
【００２９】
(2).作用の説明
図２に示すように、吸気行程で吸気バルブ７が開くと、スロットルバルブ１７も開いて、新気に燃料が混合した混合気が気筒１に流入する。かつ、ＥＧＲガスを必要とする運転域では、吸気バルブ７の開とスロットルバルブ１７の開とを条件にしてＥＧＲバルブ１３が開くと共に、プラズマアクチュエータ１４に電圧が印加される。
【００３０】
図では、新気（混合気）の流れは白抜き矢印で表示して、ＥＧＲガスの流れは点線で表示しているが、ＥＧＲガスは正圧であってしかもプラズマアクチュエータ１４で加速されるため、新気の流れとＥＧＲガスの流れとの間に境界がクリアーに現れて、ＥＧＲガスの層状化が促進されている。
【００３１】
また、ＥＧＲガス吐出口１０は吸気通路５の上面に開口しているため、ＥＧＲガスはプラズマアクチュエータ１４でのガイド作用を強く受けて、吸気通路５の内面に沿って流れており（スワール流を形成しており）、このため、気筒１に流入した後も、シリンダヘッド３の下面と気筒１の内面に沿って流れる傾向が強くなっている。
【００３２】
このように、ＥＧＲガスと新気との間に境界が生じていることと、ＥＧＲガスが気筒１の内面に沿って流れることとの相乗作用により、吸気行程で新気とＥＧＲガスとが混ざり合うことが抑制されており、図３に模式的に示すように、新気と燃料とが混ざり合った混合気の固まりが、スワール流化したＥＧＲガスの層で外側から包まれたような状態を形成しやすい。従って、混合気の燃料が過度にリーン化することを防止しつつ、燃料の量を低減することができるのであり、その結果、安定した燃焼を確保しつつ燃費を低減できる。
【００３３】
ＥＧＲガスは高温であってイオン化しやすいため、新気をプラズマアクチュエータ１４で加速する場合に比べて、高い加速効果を得ることができる（逆に見ると、低い出力で加速できる。）。このため、圧縮行程の終期までＥＧＲガスに速い流れを保持させることができて、ＥＧＲガスの層状化を確実化することができるのである。
【００３４】
プラズマアクチュエータ１４の長さや幅は、ＥＧＲガスに必要な加速を付与できる条件が満たされるように、適宜設定したらよい。プラズマアクチュエータ１４に印加する電圧や周波数も、必要な効果を得るように設定したよらい。ＥＧＲガス吐出口１０及びプラズマアクチュエータ１４を吸気通路５の下面に設けることも可能であるが、実施形態のように吸気通路５の上面に設けた方が、ＥＧＲガスをスワール流化して層状化の形成も確実かできるといえる。
【００３５】
ＥＧＲガスは温度が高いため電離しやすくてプラズマアクチュエータ１４で加速しやすいが、プラズマアクチュエータ１４の電圧・周波数（出力）を、ＥＧＲガスのみを加速できるような状態に設定しておくことも可能である。この場合は、プラズマアクチュエータ１４でＥＧＲガスのみが制御されるため、新気の一部が加速されて燃料との混合性が悪化するような不具合を防止できる。従って、ＥＧＲバルブ１３が閉じている状態では、プラズマアクチュエータ１４はＯＦＦにしておくのが好ましい。
【００３６】
ＥＧＲバルブ１３の開度が小さいと、流れ抵抗等により、ＥＧＲガスの吐出量が不安定化することが有り得るが、本実施形態では、ＥＧＲガスが加速されることにより、一種のオリフィス効果が発生して、ＥＧＲガス吐出通路１１からＥＧＲガスが引き出される傾向を呈するため、ＥＧＲバルブ１３の開度に応じた量のＥＧＲガスを的確に流すことができる。従って、ＥＧＲガス量の制御の応答性を向上できる。
【００３７】
プラズマアクチュエータ１４は、複数に分断して列状に並べて配置することも可能であるが、実施形態のように一連に延びる形態（１つの外観を成した形態）を採用すると、ケーブル２１は１本でよいため、構造と制御態様とが簡単になる利点がある。プラズマアクチュエータ１４はＥＧＲ通路１２の内部から吸気ポートに至るように連続して設けてもよい。これにより、ＥＧＲガスの加速をより確実に実施できる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本願発明は、実際に内燃機関に具体化できる。従って、産業上利用できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  気筒
２  シリンダブロック
３  シリンダヘッド
４  ピストン
５  吸気通路
５ａ  吸気ポート
７  吸気バルブ
１０  ＥＧＲガス吐出口
１１  ＥＧＲガス吐出通路
１２  ＥＧＲ通路
１３  ＥＧＲバルブ
１４  プラズマアクチュエータ
１６  吸気マニホールド
１７  スロットルバルブ
２０  プラズマアクチュエータの調節ユニット
【図１】
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【図２】
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【図３】
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