(57)【要約】【課題】吸気ポートとＥＧＲ通路の接続構造を変えることなく燃焼室にＥＧＲガス層を形成できる内燃機関を提供する。【解決手段】燃焼室１０と、燃焼室１０に露出する点火プラグ２と、燃焼室１０から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガス５ｇとして吸気系に戻すＥＧＲ通路５０を有する排気ガス再循環機構５と、を備える内燃機関１であって、ＥＧＲ通路５０に設けられ、ＥＧＲガス５ｇを帯電させる帯電機構６と、燃焼室１０の内壁面にＥＧＲガス５ｇと異なる極性の電場を発生させる電場発生機構７と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室と、前記燃焼室に露出する点火プラグと、前記燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すＥＧＲ通路を有する排気ガス再循環機構と、を備える内燃機関であって、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを帯電させる帯電機構と、
前記燃焼室の内壁面に前記ＥＧＲガスと異なる極性の電場を発生させる電場発生機構と、を備える内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気ガス再循環機構を備える内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、ＮＯｘ生成量を低減する技術として、排気ガス再循環機構（Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ：ＥＧＲ）が注目されている。排気ガス再循環機構は、燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すＥＧＲ通路を備える。燃焼室にＥＧＲガスを導入することで、燃焼室の酸素量が減り、燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの生成量が低減される。
【０００３】
しかし、ＥＧＲガスには殆ど酸素が含まれていないため、点火プラグの近傍にＥＧＲガスが多く分布すると、失火する恐れがある。このような問題点に鑑み、例えば特許文献１では、二つの吸気ポートのうち、一方の吸気ポートにのみＥＧＲ通路を繋げ、ＥＧＲガスが点火プラグから離れた位置に導入されるようにし、燃焼室内における点火プラグから離隔した領域にＥＧＲガス層を形成している。ＥＧＲガス層が点火プラグから離隔しているため、失火が抑制される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−２２６３３５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、特許文献１の構成は、吸気ポートの構造によってＥＧＲガス層を形成しており、内燃機関の設計の自由度が低くなる欠点がある。そのため、車両の構造によっては、特許文献１の構成を採用できない場合がある。
【０００６】
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的の一つは、吸気ポートとＥＧＲ通路の接続構造を変えることなく燃焼室にＥＧＲガス層を形成でき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】
本発明の一形態に係る内燃機関は、
燃焼室と、前記燃焼室に露出する点火プラグと、前記燃焼室から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系に戻すＥＧＲ通路を有する排気ガス再循環機構と、を備える内燃機関であって、
前記ＥＧＲ通路に設けられ、前記ＥＧＲガスを帯電させる帯電機構と、
前記燃焼室の内壁面に前記ＥＧＲガスと異なる極性の電場を発生させる電場発生機構と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
上記構成によれば、ＥＧＲガスを帯電させ、かつ燃焼室の内壁面にＥＧＲガスと異なる極性の電場を発生させることで、ＥＧＲガスを燃焼室の内壁面に引き寄せ、点火プラグから離隔させることができる。そのため、点火プラグから離隔した位置にＥＧＲガス層を形成することができるので、失火を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】実施形態１に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】帯電機構の概略構成図である。
【図３】燃焼室にＥＧＲガス層が形成される様子を示す概略説明図である。
【図４】実施形態２に係る内燃機関の概略説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、本発明の内燃機関の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本発明は、これらの例示に限定されず、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００１１】
＜実施形態１＞
図１の概略構成図に示すように、内燃機関１は、シリンダブロック１１とピストン１２の頂面とシリンダヘッド１３とで構成される燃焼室１０で燃料を燃焼させることで、ピストン１２を往復させ、そのピストン１２の往復運動を図示しないクランクシャフトで回転運動に変換する熱機関である。この内燃機関１は、燃焼室１０の内部に吸気ガスを導入する吸気ポート３と、燃料を含む吸気ガス（混合気）に点火する点火プラグ２と、燃焼室１０から排気ガスを排出する排気ポート４と、を備える。点火プラグ２による点火のタイミングは、点火プラグ２に電圧を印加する点火制御機構２０によって制御される。吸気ポート３と排気ポート４にはそれぞれ、吸気バルブ３０と排気バルブ４０が設けられており、さらに吸気ポート３には、燃料を噴射するインジェクタ３１が設けられている。インジェクタ３１は、燃焼室１０に設けられていても良い。本例の内燃機関１はさらに、排気ガスの一部を吸気系に戻す排気ガス再循環機構（ＥＧＲ）５を備える。
【００１２】
排気ガス再循環機構５は、ＥＧＲ通路５０とＥＧＲバルブ５１とを備える。ＥＧＲ通路５０は、排気ポート４と吸気ポート３とに連通され、燃焼室１０から排出された排気ガスの一部をＥＧＲガス５ｇとして吸気系に戻す。ＥＧＲバルブ５１は、吸気系に導入するＥＧＲガス５ｇの量を調整する。ここで、ＥＧＲガス５ｇには酸素が殆ど含まれていないため、燃焼室１０内の点火プラグ２近傍におけるＥＧＲガス５ｇの濃度が高いと失火の恐れがある。本例の内燃機関１は、そのような問題を解決するために、点火プラグ２近傍からＥＧＲガス５ｇを遠ざけ、点火プラグ２から離隔した位置にＥＧＲガス５ｇの層（以下、ＥＧＲガス層）を形成する構成を備える。以下、ＥＧＲガス層を形成するための構成を中心に説明を行なう。
【００１３】
≪帯電機構≫
ＥＧＲガス層を形成する一つ目の構成として、本例の内燃機関１は帯電機構６を備える。帯電機構６は、ＥＧＲ通路５０に設けられ、ＥＧＲガス５ｇを正または負に帯電させる。帯電機構６は、図２に示すように、電極６０と絶縁体６１と外筒６２とを備える。電極６０は、その一端がＥＧＲ通路５０内に露出し、他端が後述する印加機構８（図１）に繋がっている。外筒６２は、帯電機構６をＥＧＲ通路５０に固定する支持体であり、絶縁体６１は、電極６０とＥＧＲ通路５０とを絶縁する。
【００１４】
図１に示すように、帯電機構６には印加機構８が繋がっている。印加機構８は、電源８０と、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１と、Ｈブリッジ８２と、昇圧トランス８３とを備える。本例の電源８０は、車両に搭載されるバッテリである。ＤＣ−ＤＣコンバータ８１は、電源８０が提供する直流電圧を昇圧し、Ｈブリッジ８２は、ＤＣ−ＤＣコンバータ８１が出力する直流を交流に変換する。昇圧トランス８３は、Ｈブリッジ８２が出力する交流を昇圧する。
【００１５】
昇圧トランス８３から延びる配線の一つは、上述した帯電機構６に繋がっている。当該配線にはダイオード８４が設けられており、図２に示すように、帯電機構６によってＥＧＲ通路５０を通過するＥＧＲガス５ｇに正または負の電荷を帯電させることができる。本例では、ＥＧＲガス５ｇに負の電荷を帯電させている。一方、昇圧トランス８３から延びるもう一つの配線は、スイッチ８５とダイオード８６を介して、電場発生機構７の制御電極７０に繋がっている。
【００１６】
≪電場発生機構≫
電場発生機構７は、制御電極７０と電場制御部７１とを備える。制御電極７０は、シリンダブロック１１の周方向に延びる円環状で、シリンダブロック１１の外周部に凹部を設けるなどし、その凹部に埋め込むことでシリンダブロック１１の内部に配置されている。シリンダブロック１１は接地電位に保持されており、制御電極７０の外周には絶縁層（セラミックスコーティングなど）が設けられている。そのため、制御電極７０に電圧を印加すれば、燃焼室１０の内壁面に電場を発生させることができる。制御電極７０に繋がる配線のダイオード８６は、帯電機構６に繋がる配線のダイオード８４と反対向きに設けられており、従って制御電極７０によって燃焼室１０の内壁面には、ＥＧＲガス５ｇと異なる極性の電場が形成される。
【００１７】
電場制御部７１は、制御電極７０に繋がる配線のスイッチ８５のＯＮ／ＯＦＦを制御して、制御電極７０への電圧の印加のタイミングを制御する。電場制御部７１は、例えば車両に搭載されるＥＣＵ（ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｃｏｎｔｒｏｌ  ｕｎｉｔ）などを利用することができる。
【００１８】
≪動作手順≫
以上説明した構成を備える内燃機関１を用いて燃焼室１０にＥＧＲガス５ｇを導入する場合、図１のＥＧＲバルブ５１を空けると共に、図２に示すように帯電機構６によってＥＧＲガス５ｇに負の電荷を帯電させる。図１の吸気バルブ３０が開き、混合気と共にＥＧＲガス５ｇが燃焼室１０に導入されるタイミングで、電場制御部７１がスイッチ８５をＯＮにして、燃焼室１０の内壁面（本例では、シリンダブロック１１の内壁面）に正の電場を発生させる。スイッチ８５をＯＮにするタイミングは、吸気行程の直前から吸気行程の前半であれば特に限定されず、吸気バルブ３０が開く少し前でも良いし、開くと同時でも良いし、開いてから少し後でも良い。スイッチ８５をＯＮにするタイミングは、図示しないクランクシャフトの回転角度などを参照して制御すると良い。
【００１９】
燃焼室１０の内壁面に正の電場が形成されると、図３に示すように、負に帯電したＥＧＲガス５ｇが引力によってシリンダブロック１１の内壁面に引き寄せられ、点火プラグ２から離隔した位置に移動する。ここで、ＥＧＲガス５ｇと共に燃焼室１０に導入された新気と燃料の混合気は帯電していないため、混合気には引力が作用しない。そのため、燃焼室１０において、点火プラグ２を中心に、点火プラグ２から近い位置には混合気が、遠い位置にはＥＧＲガス５ｇの層が形成される。この状態で点火プラグ２を点火すれば、酸素を殆ど含まないＥＧＲガス５ｇによって生じる失火を抑制することができる。なお、電場発生機構７による電場の発生は、点火の直前まで行なうことが好ましい。
【００２０】
以上説明したように、実施形態１の内燃機関１によれば、吸気ポート３の向きなどの構造要件を大きく変更することなく、ＥＧＲガス層を形成することができる。そのため、既存の内燃機関に本例の構成を適用することもできる。
【００２１】
＜実施形態２＞
実施形態２では、シリンダブロック１１にシリンダライナ９を設け、そのシリンダライナ９に電場を発生させる構成を図４に基づいて説明する。図４は、内燃機関１の燃焼室１０近傍の図面であって、実施形態１と同様の構成については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。また、図４では、印加機構８（図１参照）のうち、昇圧トランス８３から先の部分のみを図示している。
【００２２】
図４に示すように、本例の内燃機関１では、シリンダブロック１１の内部に、ピストン１２と摺接するシリンダライナ９を配置している。本例のシリンダライナ９は、その外周側に周方向絶縁体９ｒを備え、接地電位となるシリンダブロック１１と絶縁されている。また、本例のシリンダライナ９は、その軸方向に並ぶ複数のライナ本体部９０，９１，９２，９３と、複数の軸方向絶縁体９ｓとを備える。ライナ本体部９０，９１，９２，９３は合金製の円筒状部材である。軸方向絶縁体９ｓは、接地電位となるシリンダヘッド１３と、燃焼室１０側の端部にあるライナ本体部９０との間、および隣接するライナ本体部９０，９１（９１，９２）（９２，９３）の間に配置された円環状部材である。このような構成を備えるシリンダライナ９であれば、ライナ本体部９０，９１，９２に個別に電圧を印加できる。
【００２３】
ライナ本体部９０，９１，９２にはそれぞれ、昇圧トランス８３から延びる配線から分岐する分岐線が繋がっている。各分岐線にはそれぞれスイッチ８７，８８，８９が設けられ、各スイッチ８７，８８，８９のＯＮ／ＯＦＦは、電場制御部７１によって制御されており、ライナ本体部９０，９１，９２に個別に電圧を印加できるようになっている。つまり、本例の構成では、ライナ本体部９２，９１，９０が制御電極７０として機能する、即ち燃焼室１０の内壁面を構成するシリンダライナ９自身が電場の発生源として機能する。
【００２４】
≪動作手順≫
上記構成でＥＧＲガス層を形成するには、例えば以下のようにシリンダライナ９に電圧を印加し、シリンダライナ９に電場を発生させる。
【００２５】
まず、実施形態１と同様に、帯電機構６によってＥＧＲガス５ｇ（図２参照）に負の電荷を帯電させる。次いで、吸気過程でピストン１２が下降する際に吸気バルブ３０を開いて燃焼室１０に吸気ガスを吸い込む。ピストン１２は接地電位となっているため、ピストン１２に触れるライナ本体部９０，９１，９２に電圧を印加しても、ピストン１２を介して電荷が逃げてしまい、ライナ本体部９０，９１，９２で電場を発生させることはできない。電場制御部７１は、クランクシャフトの回転角度などを参照してシリンダライナ９内のピストン１２の位置を推定し、スイッチ８７，８８，８９を順次ＯＮにする。具体的には、ピストン１２がライナ本体部９０の紙面下側の軸方向絶縁体９ｓよりも下降したタイミングでスイッチ８７をＯＮにし、次いでピストン１２がライナ本体部９１の紙面下側の軸方向絶縁体９ｓよりも下降したタイミングでスイッチ８８をＯＮにし、さらにピストン１２がライナ本体部９２の紙面下側の軸方向絶縁体９ｓよりも下降したタイミングでスイッチ８９をＯＮにする。一旦ＯＮになったスイッチ８７，８８，８９は、ピストン１２の下降中ＯＮのままにしておき、ピストン１２が上昇に転じたとき、ピストン１２に触れるライナ本体部９２，９１，９０に繋がる配線のスイッチ８９，８８，８７を順次ＯＦＦにする。
【００２６】
上述したように、ライナ本体部９０，９１，９２に順次、正の電場を発生させることで、吸気ガスのうち、負に帯電したＥＧＲガスをシリンダライナ９に引き寄せ、点火プラグ２から離隔させることができる。圧縮過程でピストン１２が上昇すると、ライナ本体部９２，９１，９０の順に電場は消失するが、この時点で既にＥＧＲガスが点火プラグ２から離隔された位置に層をなしている。そのため、実施形態１の構成と同様に、点火プラグ２で点火をする際にＥＧＲガス５ｇによる失火を抑制することができる。
【符号の説明】
【００２７】
１  内燃機関  １０  燃焼室  １１  シリンダブロック  １２  ピストン  １３  シリンダヘッド
２  点火プラグ  ２０  点火制御機構
３  吸気ポート  ３０  吸気バルブ  ３１  インジェクタ
４  排気ポート  ４０  排気バルブ
５  排気ガス再循環機構  ５０  ＥＧＲ通路  ５１  ＥＧＲバルブ  ５ｇ  ＥＧＲガス
６  帯電機構  ６０  電極  ６１  絶縁体  ６２  外筒
７  電場発生機構  ７０  制御電極  ７１  電場制御部
８  印加機構
８０  電源  ８１  ＤＣ−ＤＣコンバータ  ８２  Ｈブリッジ  ８３  昇圧トランス
８４，８６  ダイオード  ８５，８７，８８，８９  スイッチ
９  シリンダライナ
９０，９１，９２，９３  ライナ本体部  ９ｓ  軸方向絶縁体  ９ｒ  周方向絶縁体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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