(57)【要約】【課題】内燃機関の構造要件を変更す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、点火プラグ２をＥＧＲガス５ｇと同じ極性に帯電させてから点火を行う点火制御機構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、
前記点火プラグを前記ＥＧＲガスと同じ極性に帯電させてから点火を行う点火制御機構と、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、内燃機関の構造要件を変更す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、
前記点火プラグを前記ＥＧＲガスと同じ極性に帯電させてから点火を行う点火制御機構と、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、点火プラグをＥＧＲガスと同じ極性に帯電させることで、点火プラグからＥＧＲガスを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。
【０００９】
上記構成では、吸気ポートなどの構造要件を変更することなく、既存の内燃機関に帯電機構と点火制御機構を追加するだけで構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【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】
【００１１】
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。
【００１２】
＜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、燃焼室１０で混合気を燃焼させることで、シリンダブロック９内でピストン９０を往復させ、そのピストン９０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。この内燃機関１は、燃焼室１０の内部に混合気を導入する吸気ポート３と、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。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が設けられている。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。
【００１３】
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。
【００１４】
≪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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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、点火プラグ２の電極に繋がっている。ダイオード８６の向きは、帯電機構６に繋がるダイオード８４の向きと同じである。そのため、ＥＧＲガス５ｇと同じ極性に点火プラグ２を帯電させることができる。
【００１８】
≪点火制御機構≫
ＥＧＲガス層を形成する二つ目の構成として、本例の内燃機関１は点火制御機構７を備える。点火制御機構７は、従来同様、点火プラグ２に電圧を印加し、燃焼室１０内に放電火花を発生させる構成である。本例における点火制御機構７はさらに、従来とは異なり、上述したスイッチ８５のＯＮ／ＯＦＦを制御するように構成されている。そのため、点火制御機構７からの指令によってスイッチ８５をＯＮにすることで、点火プラグ２の電極をＥＧＲガス５ｇと同じ極性に帯電させることができる。
【００１９】
≪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、点火制御機構７がスイッチ８５をＯＮにして、点火プラグ２を負に帯電させる。スイッチ８５をＯＮにするタイミングは、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。
【００２０】
点火プラグ２が負に帯電すると、図３に示すように、負に帯電したＥＧＲガス５ｇが斥力によって点火プラグ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に導入された混合気は帯電していないため、混合気には斥力が作用しない。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、印加機構８による点火プラグ２への電圧の印加は、点火の直前まで行なうことが好ましい。
【００２１】
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。
【００２２】
＜実施形態２＞
点火プラグ２は、その先端に中心電極（図３のＬ字型の部分に囲まれる部分）と接地電極（図３のＬ字型の部分）とが設けられている。中心電極と接地電極との間は離隔しており、両電極間の電位差が大きくなり、当該電位差が放電電圧に達した時点で放電火花が生じる。この点火プラグにおける電位差が増大する過程を利用して、ＥＧＲガス層を形成する内燃機関１を図４に基づいて説明する。なお、実施形態２における実施形態１と同様の構成には図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。
【００２３】
図４に示すように、実施形態２の内燃機関１では、昇圧トランス８３から延びる配線の内、一方がＥＧＲ通路５０に設けられる帯電機構６に繋がり、他方が接地されている。本例の構成でも、実施形態１と同様に、ＥＧＲガス５ｇは負に帯電される。
【００２４】
この構成では、点火プラグ２を負電圧で放電するように構成する。そうすることで、燃焼室１０に流入した負電荷のＥＧＲガス５ｇが、点火プラグ２の電位差が増大する過程で、図３と同様に点火プラグ２から離隔した位置に移動される。その結果、点火プラグ２が放電電圧に達したときに、点火プラグ２から離隔した位置にＥＧＲガス層が形成され、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】
【００２５】
１  内燃機関  １０  燃焼室
２  点火プラグ
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  点火制御機構
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  スイッチ
９  シリンダブロック  ９０  ピストン
【図１】
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【図２】
2018132050.tif 000004
【図３】
2018132050.tif 000005
【図４】
2018132050.tif 000006