(57)【要約】【課題】吸気通路を流れる吸気の流動を制御することにより、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて燃焼安定性を改善することができる、吸気通路の流動制御装置を提供する。【解決手段】吸気通路の流動制御装置は、エンジン(1)の運転領域に応じて、吸気行程中及び／又は圧縮行程中に燃焼室(16)内に燃料を噴射するエンジンにおいて、湾曲部(18b)を有する吸気通路を流れる吸気の流動を制御する吸気通路の流動制御装置であって、吸気通路内において、湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させるプラズマアクチュエータ(30)と、エンジンの運転領域が、圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合、プラズマアクチュエータを動作させるＰＣＭ(46)とを有する。【選択図】図７
2018003788.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転領域に応じて、吸気行程中及び／又は圧縮行程中に燃焼室内に燃料を噴射するエンジンにおいて、湾曲部を有する吸気通路を流れる吸気の流動を制御する吸気通路の流動制御装置であって、
上記吸気通路内において、上記湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と上記湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させる気流発生手段と、
上記エンジンの運転領域が、圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合、上記気流発生手段を動作させる制御手段と、
を有することを特徴とする吸気通路の流動制御装置。
【請求項２】
上記気流発生手段は、上記湾曲部の内側の壁面に沿って上記エンジンの燃焼室に向かう方向に気流を発生させる、請求項１に記載の吸気通路の流動制御装置。
【請求項３】
上記気流発生手段は、上記吸気通路内に配置されたプラズマアクチュエータを含み、
上記プラズマアクチュエータは、上記吸気通路の壁面に沿って配置される誘電体と、上記誘電体の上記吸気通路側に配置される露出電極と、上記誘電体を挟んで上記露出電極の反対側に配置される埋め込み電極とを備え、
上記埋め込み電極は、上記気流発生手段が発生させる気流の方向において上記露出電極よりも下流側に配置される、請求項１又は２に記載の吸気通路の流動制御装置。
【請求項４】
上記気流発生手段は、上記吸気通路内において、上記湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と上記湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入手段を含む、請求項１乃至３の何れか１項に記載の吸気通路の流動制御装置。
【請求項５】
上記制御手段は、上記エンジンの回転数が高いほど発生する気流が強くなるように上記気流発生手段を制御する、請求項１乃至４の何れか１項に記載の吸気通路の流動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸気通路の流動制御装置に係わり、特に、エンジンの運転領域に応じて、吸気行程中及び／又は圧縮行程中に燃焼室内に燃料を噴射するエンジンにおいて、湾曲部を有する吸気通路を流れる吸気の流動を制御する吸気通路の流動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、吸気通路から燃焼室に流入する吸気にタンブル流やスワール流などの旋回流を付与することによりエンジンの燃焼改善を図ることが行われている。例えば、火花点火式直噴エンジンにおいて、タンブル流により混合気をキャビティ内に集めたり、点火プラグの電極付近に輸送したりするようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３４２８３６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、圧縮行程中に燃焼室内に燃料噴射を行うエンジンにおいて、タンブル流による渦が圧縮行程まで残ると、筒内ガスと気筒壁面との対流熱伝達により、圧力上昇に伴う筒内ガスの温度上昇が抑制されるので、圧縮行程中に噴射した燃料の気化が十分に促進されず、燃焼安定性を改善することができない。
【０００５】
また、予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）による圧縮着火燃焼を行うエンジンにおいては、空燃比リーンの混合気を確実に自己着火させるために、圧縮行程において筒内ガスの温度を十分に高い状態にする必要がある。しかしながら、上述したようにタンブル流による渦が圧縮行程まで残ると、筒内ガスと気筒壁面との対流熱伝達により、圧力上昇に伴う筒内ガスの温度上昇が抑制されるので、混合気の自己着火の安定性を改善することができない。
【０００６】
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、吸気通路を流れる吸気の流動を制御することにより、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて燃焼安定性を改善することができる、吸気通路の流動制御装置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】
【０００７】
上記の目的を達成するために、本発明による吸気通路の流動制御装置は、エンジンの運転領域に応じて、吸気行程中及び／又は圧縮行程中に燃焼室内に燃料を噴射するエンジンにおいて、湾曲部を有する吸気通路を流れる吸気の流動を制御する吸気通路の流動制御装置であって、吸気通路内において、湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させる気流発生手段と、エンジンの運転領域が、圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合、気流発生手段を動作させる制御手段と、を有することを特徴とする。
このように構成された本発明においては、吸気通路の湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させる気流発生手段を設けたので、エンジンの運転領域が圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合に、制御手段が気流発生手段を動作させることにより、湾曲部の下流側において湾曲部の外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速をほぼ等しくすることができる。これにより、タンブル流を、燃焼室内においてタンブル流に対向する方向へ向かう流れによって打ち消すことができ、圧縮行程においてタンブル流による渦が抑制される。したがって、圧縮行程中の気筒の内壁面近傍におけるガスの流速が抑えられるので、筒内ガスと気筒の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて、燃焼安定性を改善することができる。
【０００８】
また、本発明において、好ましくは、気流発生手段は、湾曲部の内側の壁面に沿ってエンジンの燃焼室に向かう方向に気流を発生させる。
このように構成された本発明においては、気流発生手段が発生させる気流の方向を、吸気が燃焼室に向かう方向と一致させることができ、これにより、エンジンの吸気の充填効率を低下させることなく、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【０００９】
また、本発明において、好ましくは、気流発生手段は、吸気通路内に配置されたプラズマアクチュエータを含み、プラズマアクチュエータは、吸気通路の壁面に沿って配置される誘電体と、誘電体の吸気通路側に配置される露出電極と、誘電体を挟んで露出電極の反対側に配置される埋め込み電極とを備え、埋め込み電極は、気流発生手段が発生させる気流の方向において露出電極よりも下流側に配置される。
このように構成された本発明においては、エンジンの運転領域が圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合に、制御手段が吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極及び埋め込み電極に印加することにより、吸気通路の湾曲部の内側の壁面に沿って露出電極から埋め込み電極へ向かう流動を誘起し、湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくすることができる。これにより、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【００１０】
また、本発明において、好ましくは、気流発生手段は、吸気通路内において、湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入手段を含む。
このように構成された本発明においては、吸気通路の湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入手段を設けたので、エンジンの運転領域が圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合に、吸気行程中にＥＧＲガス流入手段からＥＧＲガスを吸気通路に流入させることにより、湾曲部の下流側において湾曲部の外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速をほぼ等しくすることができる。これにより、タンブル流を、燃焼室内においてタンブル流に対向する方向へ向かう流れによって打ち消すことができ、圧縮行程においてタンブル流による渦が抑制される。したがって、圧縮行程中の気筒の内壁面近傍におけるガスの流速が抑えられるので、筒内ガスと気筒の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて、燃焼安定性を改善することができる。
【００１１】
また、本発明において、好ましくは、制御手段は、エンジンの回転数が高いほど発生する気流が強くなるように気流発生手段を制御する。
このように構成された本発明においては、エンジンの回転数の上昇に応じて吸気の流速が高くなりタンブル流が強くなるほど、気流発生手段が発生する気流を強くしてタンブル流を確実に抑制することができる。これにより、エンジン回転数の変化に関わらず、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、筒内ガスと気筒の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明による吸気通路の流動制御装置によれば、吸気通路を流れる吸気の流動を制御することにより、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて燃焼安定性を改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の実施形態による吸気通路の流動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。
【図２】本発明の実施形態による吸気通路の流動制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。
【図３】本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの基本構成を示す概念図である。
【図４】本発明の実施形態による吸気通路におけるプラズマアクチュエータの配置を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるエンジンの運転制御マップである。
【図６】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域が、圧縮行程中に燃料噴射が行われない運転領域である場合における、エンジンの筒内流動を示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態によるエンジンの運転領域が、圧縮行程中に燃料噴射が行われる運転領域である場合における、プラズマアクチュエータの吸気行程中の動作を示す断面図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例によるＥＧＲガス流入手段の配置を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による吸気通路の流動制御装置を説明する。
【００１５】
まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの装置構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による吸気通路の流動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態による吸気通路の流動制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。
【００１６】
図１において、符号１はエンジンを示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の円筒状の気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能且つ気筒２の内周面に対して摺動自在に嵌挿されている。シリンダヘッド６と、気筒２と、ピストン１４とは、燃焼室１６を画定する。なお、燃焼室１６の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１６の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。
【００１７】
このエンジン１は、理論熱効率の向上や、後述する圧縮着火燃焼の安定化等を目的として、１５以上の比較的高い幾何学的圧縮比に設定されている。なお、幾何学的圧縮比は１５以上２０以下程度の範囲で、適宜設定すればよい。
【００１８】
シリンダヘッド６には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が形成されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側に形成された吸気口及び排気口を開閉する吸気弁２２及び排気弁２４がそれぞれ配設されている。
【００１９】
シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射するインジェクタ２６（燃料噴射弁）が取り付けられている。このインジェクタ２６は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。
【００２０】
シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ２８が取り付けられている。点火プラグ２８は、燃焼室１６の天井面の中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド６内を貫通して配置されている。
【００２１】
また、ピストン１４の頂面の中央部には、下方に凹んだキャビティ１４ａが形成されている。キャビティ１４ａは、気筒２の軸線方向から見たときの平面形状がほぼ円形となるように形成されている。キャビティ１４ａの中央部の真上にはインジェクタ２６が配置されており、キャビティ１４ａの凹部内に点火プラグ２８が配置されている。
【００２２】
また、吸気ポート１８には、プラズマアクチュエータ３０が配置されている。プラズマアクチュエータ３０の詳細は後述する。
【００２３】
エンジン１の一側面には、図１に示すように、各気筒２の吸気ポート１８に連通するように吸気系統３２が接続されている。一方、エンジン１の他側面には、各気筒２の燃焼室１６からの既燃ガス（排気ガス）を排出する排気系統３４が接続されている。
【００２４】
吸気系統３２の上流端部には、吸入空気を濾過するエアクリーナ３６が配設され、その下流側には、各気筒２への吸入空気量を調節するスロットル弁３８が配設されている。また、吸気系統３２における下流端近傍には、サージタンク４０が配設されている。このサージタンク４０よりも下流側の吸気系統３２は、気筒２毎に分岐するインテークマニホールド４８とされ、インテークマニホールド４８の各分岐の下流端が各気筒２の吸気ポート１８にそれぞれ接続されている。サージタンク４０の出口から吸気口に至る吸気の流路（即ちインテークマニホールド４８と吸気ポート１８）は、本発明における吸気通路に相当する。
【００２５】
排気系統３４の上流側の部分は、気筒２毎に分岐して排気ポート２０の外側端に接続された独立通路と該各独立通路が集合する集合部とを有する排気マニホールドによって構成されている。この排気系統３４における排気マニホールドよりも下流側には、排気ガス中の有害成分を浄化する排気浄化装置として、直キャタリスト４２とアンダーフットキャタリスト４４とがそれぞれ接続されている。直キャタリスト４２及びアンダーフットキャタリスト４４はそれぞれ、筒状ケースと、そのケース内の流路に配置した、例えば三元触媒とを備えて構成されている。
【００２６】
吸気系統３２におけるサージタンク４０と、排気系統３４における直キャタリスト４２よりも上流側の部分とは、排気ガスの一部を吸気系統３２に還流するためのＥＧＲ通路５０を介して接続されている。このＥＧＲ通路５０は、排気ガスをエンジン冷却水によって冷却するためのＥＧＲクーラ５２が配設された主通路５１を含んで構成されている。主通路５１には、排気ガスの吸気系統３２への還流量を調整するためのＥＧＲ弁５１１が配設されている。
【００２７】
エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）３２によって制御される。ＰＣＭ４６は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ４６が制御器を構成する。
【００２８】
ＰＣＭ４６には、図１、２に示すように、各種のセンサＳＷ１、ＳＷ２、ＳＷ４〜ＳＷ１８の検出信号が入力される。具体的には、ＰＣＭ４６には、エアクリーナ３６の下流側で、新気の流量を検出するエアフローセンサＳＷ１の検出信号と、新気の温度を検出する吸気温度センサＳＷ２の検出信号と、ＥＧＲ通路５０における吸気系統３２との接続部近傍に配置されかつ、外部ＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲガス温センサＳＷ４の検出信号と、吸気ポート１８に取り付けられかつ、気筒２内に流入する直前の吸気の温度を検出する吸気ポート温度センサＳＷ５の検出信号と、シリンダヘッド６に取り付けられかつ、気筒２内の圧力を検出する筒内圧センサＳＷ６の検出信号と、排気系統３４におけるＥＧＲ通路５０の接続部近傍に配置されかつ、それぞれ排気温度及び排気圧力を検出する排気温センサＳＷ７及び排気圧センサＳＷ８の検出信号と、直キャタリスト４２の上流側に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するリニアＯ2センサＳＷ９の検出信号と、直キャタリスト４２とアンダーフットキャタリスト４４との間に配置されかつ、排気中の酸素濃度を検出するラムダＯ2センサＳＷ１０の検出信号と、エンジン冷却水の温度を検出する水温センサＳＷ１１の検出信号と、クランクシャフト１２の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号と、車両のアクセルペダル（図示省略）の操作量に対応したアクセル開度を検出するアクセル開度センサＳＷ１３の検出信号と、吸気側及び排気側のカム角センサＳＷ１４、ＳＷ１５の検出信号と、燃料供給システムのコモンレールに取り付けられかつ、インジェクタ２６に供給する燃料圧力を検出する燃圧センサＳＷ１６の検出信号と、エンジン１の油圧を検出する油圧センサＳＷ１７の検出信号と、エンジン１の油温を検出する油温センサＳＷ１８の検出信号と、が入力される。
【００２９】
ＰＣＭ４６は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ２６、点火プラグ２８、プラズマアクチュエータ３０、各種の弁（スロットル弁やＥＧＲ弁等）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ４６は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、プラズマアクチュエータ３０及びＰＣＭ４６は、本発明における吸気通路の流動制御装置に相当し、ＰＣＭ４６はプラズマアクチュエータ３０を制御する制御手段として機能する。
【００３０】
次に、図３を参照して、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ３０の基本構成を説明する。図３は、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ３０の基本構成を示す概念図である。
図３に示すように、プラズマアクチュエータ３０は、薄膜状の誘電体６０と、この誘電体を挟んで配置された露出電極６２及び埋め込み電極６４とを備えている。露出電極６２と埋め込み電極６４とは、誘電体６０の平面方向に沿って位置をずらして配置されている。なお、図３においては、露出電極６２と埋め込み電極６４とが誘電体６０の法線方向において重ならないように配置されているが、露出電極６２及び埋め込み電極６４が部分的に重なるように配置されてもよい。これらの露出電極６２及び埋め込み電極６４には、交流電源６６が接続されている。
【００３１】
交流電源６６により高周波及び高電圧（例えば数ｋＨｚ、数十ｋＶ程度）の交流電圧を露出電極６２及び埋め込み電極６４に印加すると、図３に示すように、露出電極６２の端面と誘電体６０との間の放電空間においてプラズマＰが発生する。プラズマＰは、露出電極６２から埋め込み電極６４に向かう体積力を生じさせ、その体積力により、誘電体６０の表面に沿った気体の流動（図３において矢印により示す）が誘起される。
プラズマＰにより生じる体積力の大きさは、露出電極６２及び埋め込み電極６４に印加される電圧及び周波数によって制御することができる。
【００３２】
次に、図４を参照して、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ３０の配置を説明する。図４は、吸気通路におけるプラズマアクチュエータ３０の配置を示す断面図である。
【００３３】
図４に示すように、サージタンク４０の出口から吸気口１８ａに至る吸気通路は、インテークマニホールド４８と吸気ポート１８とを含む。インテークマニホールド４８は、図４において上向きに開口したサージタンク４０の出口に接続され、吸気ポート１８の入口に向かって下方に湾曲して吸気ポート１８の入口に接続されている。
【００３４】
吸気ポート１８は、インテークマニホールド４８との接続部から、気筒２の軸線方向から傾斜した方向に延び、気筒２の燃焼室１６の天井面において上向きに開口した吸気口１８ａに向かって下方に湾曲して吸気口１８ａに接続されている。
【００３５】
プラズマアクチュエータ３０は、吸気通路の湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させる気流発生手段として、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って設けられている。
具体的には、図４に示すように、プラズマアクチュエータ３０の誘電体６０が、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの上流側において、湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って配置されている。そして、誘電体６０の吸気通路側（図４における上側）に露出電極６２が配置され、誘電体６０を挟んで露出電極６２の反対側（すなわち吸気通路の外側、図４における下側）に埋め込み電極６４が埋め込まれている。また、埋め込み電極６４は、露出電極６２よりも吸気口１８ａ側に位置するように配置されている。
【００３６】
次に、図５乃至図７を参照して、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ３０の動作を説明する。図５は、本発明の実施形態によるエンジンの運転制御マップであり、図６及び図７は、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ３０の吸気行程中の動作を示す断面図である。
【００３７】
図５は、エンジン１の運転制御マップの一例を示している。このエンジン１は、燃費の向上や排気エミッション性能の向上を目的として、エンジン負荷が相対的に低い低負荷域では、点火プラグ２８による点火を行わずに、予混合圧縮自己着火（Homogeneous-Charge Compression Ignition：ＨＣＣＩ）による圧縮着火燃焼を行う。しかしながら、エンジン１の負荷が高くなるに従って、圧縮着火燃焼では、燃焼が急峻になりすぎてしまい、例えば燃焼騒音等の問題を引き起こすことになる。そこで、このエンジン１では、エンジン負荷が相対的に高い高負荷域では、圧縮着火燃焼を止めて、点火プラグ２８を利用した強制点火燃焼（ここでは火花点火燃焼（Spark Ignition：ＳＩ））に切り替える。このように、エンジン１は、エンジン１の運転状態、特にエンジン１の負荷に応じて、予混合圧縮自己着火燃焼を行うＨＣＣＩモードと、火花点火燃焼を行うＳＩモードとを切り替えるように構成されている。但し、モード切り替えの境界線は、図例に限定されるものではない。
【００３８】
また、図５に示すように、ＨＣＣＩモードでエンジン１の運転が行われるＨＣＣＩ領域は、低負荷側ＣＩ運転領域と高負荷側ＣＩ運転領域とに区分されている。
これらの内、低負荷側ＣＩ運転領域においては、ＰＣＭ４６は、吸気行程中にインジェクタ２６から燃焼室１６内に燃料を噴射させる。このように、吸気行程中に燃料噴射を行うことにより、燃焼室内において燃料が十分に混合される時間を確保し、均質な混合気を得ることができ、高い燃費及びエミッション性能を得ることができる。
【００３９】
一方、高負荷側ＣＩ運転領域においては、要求される負荷の増大に応じて燃料噴射量が増加する。この場合、低負荷側ＣＩ運転領域と同様に吸気行程中に燃料を噴射すると、圧縮行程中に一部の燃料が過早着火し、異常燃焼を引き起こすことがある。そこで、高負荷側ＣＩ運転領域において、ＰＣＭ４６は、圧縮行程中にインジェクタ２６から燃焼室１６内に燃料を噴射させることにより、過早着火を防止することができる。
【００４０】
また、ＰＣＭ４６は、圧縮行程中に燃料噴射を行わない低負荷側ＣＩ運転領域においては、プラズマアクチュエータ３０を動作させない。一方、圧縮行程中に燃料噴射を行う高負荷側ＣＩ運転領域においては、プラズマアクチュエータ３０を動作させ、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って燃焼室１６に向かう方向に気流を発生させる。
【００４１】
図６は、エンジン１の運転領域が低負荷側ＣＩ運転領域である場合における、吸気行程の下死点近傍での燃焼室１６及び吸気ポート１８内の流動状態を示している。
上述したように、エンジン１の運転領域が低負荷側ＣＩ運転領域である場合には、ＰＣＭ４６はプラズマアクチュエータ３０を動作させない。この場合、吸気ポート１８を流れる吸気の流速分布は吸気通路の形状によって定まる。具体的には、図６に矢印の大きさによって示すように、湾曲部１８ｂの下流側において、湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気の流速は、湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気の流速よりも速い。
【００４２】
この場合、吸気口１８ａと吸気弁２２との間隙を通って燃焼室１６内に流入した吸気は、気筒２の排気口２０ａ側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進み、ピストン頂面に沿ってピストン頂面の吸気口側端部に向かうように向きを変え、さらに吸気口１８ａに向かって上昇することにより、タンブル流Ｔを形成する。一方、吸気口１８ａから排気口２０ａとは反対側に向かって燃焼室１６内に流入した吸気は、そのまま気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ直線的に進む。
上述したように、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って吸気口１８ａから燃焼室１６内に流入する吸気の方が、湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って吸気口１８ａから燃焼室１６に流入する吸気よりも流速が早いので、タンブル流Ｔの方が、気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進む流れよりも強い。したがって、吸気行程中に燃焼室内に噴射された燃料がタンブル流Ｔによって十分に混合され、均質な混合気が得られる。
【００４３】
図７は、エンジン１の運転領域が高負荷側ＣＩ運転領域である場合における、吸気行程の下死点近傍での燃焼室１６及び吸気ポート１８内の流動状態を示している。
上述したように、エンジン１の運転領域が高負荷側ＣＩ運転領域である場合には、ＰＣＭ４６は吸気行程中（すなわち吸気弁２２の開弁時期から閉弁時期まで）にプラズマアクチュエータ３０を動作させる。この場合、吸気ポート１８を流れる吸気の流速分布は、吸気通路の形状に加えて、プラズマアクチュエータ３０が発生させる気流の影響も受ける。具体的には、エンジン１の運転領域が高負荷側ＣＩ運転領域である場合、ＰＣＭ４６は、高周波及び高電圧の交流電圧を、露出電極６２及び埋め込み電極６４に交流電源６６により印加させる。これにより、露出電極６２の端面と誘電体６０との間の放電空間においてプラズマが発生し、このプラズマが生じさせた体積力により吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って露出電極６２から吸気口１８ａに向かう流動が誘起される。すなわち、湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気を加速し、湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に流動が発生する。その結果、湾曲部１８ｂの下流側において、湾曲部１８ｂの外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速はほぼ等しくなる。
【００４４】
この場合、タンブル流Ｔは、気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進む流れとほぼ同程度の強さとなるので、図７に示すように、これらの２つの流れが打ち消し合ってタンブル流Ｔが抑制され、圧縮行程において渦が消える。
これにより、圧縮行程中の気筒２の内壁面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【００４５】
また、ＰＣＭ４６は、高負荷側ＣＩ運転領域の吸気行程中にプラズマアクチュエータ３０を動作させる場合において、エンジン１の回転数が高いほど発生する気流が強くなるようにプラズマアクチュエータ３０を制御する。例えば、ＰＣＭ４６は、エンジン１の回転数が高いほど、露出電極６２及び埋め込み電極６４に印加される電圧が高くなるように交流電源６６を制御する。これにより、エンジン１の回転数の増大に伴って吸気ポート１８を流れる吸気の流速が増大し、湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差が増大した場合には、それに応じてプラズマアクチュエータ３０が発生させる気流が強くなり、湾曲部１８ｂの下流側において湾曲部１８ｂの外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速はほぼ等しくなる。したがって、エンジン回転数に関わらず、タンブル流Ｔは、気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進む流れとほぼ同程度の強さとなるので、これらの２つの流れが打ち消し合ってタンブル流Ｔが抑制され、圧縮行程において渦が消える。
【００４６】
次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上述した実施形態においては、吸気通路内において、吸気通路の湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させる気流発生手段として、プラズマアクチュエータ３０が設けられていると説明したが、プラズマアクチュエータとは異なる気流発生手段を用いてもよい。
【００４７】
例えば、気流発生手段として、吸気通路の湾曲部の外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部の内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入手段を設けてもよい。
図８は、本発明の実施形態の変形例によるＥＧＲガス流入手段の配置を示す断面図である。具体的には、ＥＧＲ通路５０の吸気系統３２側の端部を、サージタンク４０だけではなく吸気通路にも接続する。この吸気通路に接続される端部（以下、ＥＧＲガス流入部５３）は、図８に示すように、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの上流側において、湾曲部１８ｂの内側の壁面に設けられる。この場合、ＥＧＲガス流入部５３の開口５３ａは、吸気口１８ａ側に向けられる。
また、ＥＧＲガス流入部５３には、ＥＧＲガス流入部５３から吸気通路へのＥＧＲガスの流入量を調整するための調整弁（図示せず）が設けられている。
【００４８】
エンジン１の運転領域が高負荷側ＣＩ運転領域である場合、ＰＣＭ４６は調整弁を開弁させ、ＥＧＲガス流入部５３からＥＧＲガスを吸気通路に流入させる。この場合、吸気ポート１８を流れる吸気の流速分布は、吸気通路の形状に加えて、ＥＧＲガス流入部５３から流入するＥＧＲガスの流れの影響も受ける。具体的には、エンジン１の運転領域が高負荷側ＣＩ運転領域である場合、ＰＣＭ４６が調整弁を開弁させると、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿ってＥＧＲガス流入部５３の開口５３ａから吸気口１８ａに向かうＥＧＲガスの流動が生じる。すなわち、湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気を加速し、湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に流動が発生する。その結果、湾曲部１８ｂの下流側において、湾曲部１８ｂの外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速はほぼ等しくなる。
【００４９】
この場合、タンブル流Ｔは、気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進む流れとほぼ同程度の強さとなるので、これらの２つの流れが打ち消し合ってタンブル流Ｔが抑制され、圧縮行程において渦が消える。
これにより、圧縮行程中の気筒２の内壁面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【００５０】
なお、気流発生手段として、プラズマアクチュエータ３０又はＥＧＲガス流入部５３の何れか一方を設けてもよく、両方を設けてもよい。
【００５１】
また、上述した実施形態において、ＰＣＭ４６は、圧縮行程中に燃料噴射を行わない低負荷側ＣＩ運転領域においては、プラズマアクチュエータ３０を動作させず、圧縮行程中に燃料噴射を行う高負荷側ＣＩ運転領域においては、プラズマアクチュエータ３０を動作させると説明したが、さらに詳細な条件に基づいてプラズマアクチュエータ３０を制御するようにしてもよい。
例えば、エンジン１の運転領域が、圧縮行程中に燃料噴射を行わない第１の運転領域、吸気行程と圧縮行程のそれぞれに分割して燃料噴射を行う第２の運転領域、及び、圧縮行程のみにおいて燃料噴射を行う第３の運転領域に区分されている場合、ＰＣＭ４６は、第１の運転領域においてはプラズマアクチュエータ３０を動作させず、第２の運転領域においてはプラズマアクチュエータ３０を動作させ、第３の運転領域においては第２の運転領域よりも強い気流を発生させるようにプラズマアクチュエータ３０を動作させるようにしてもよい。
【００５２】
次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例による吸気通路の流動制御装置の効果を説明する。
【００５３】
まず、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向に気流を発生させる気流発生手段としてプラズマアクチュエータ３０を設けたので、エンジン１の運転領域が圧縮行程中に燃料噴射が行われる高負荷側ＣＩ運転領域である場合に、ＰＣＭ４６が吸気行程中にプラズマアクチュエータ３０を動作させることにより、湾曲部１８ｂの下流側において湾曲部１８ｂの外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速をほぼ等しくすることができ、タンブル流Ｔと、タンブル流Ｔに対向する方向へ向かう流れとが打ち消し合ってタンブル流Ｔが抑制され、圧縮行程において渦が消えるようにすることができる。これにより、圧縮行程中の気筒２の内壁面近傍におけるガスの流速を抑えることができるので、筒内ガスと気筒２の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて、燃焼安定性を改善することができる。
【００５４】
また、プラズマアクチュエータ３０は、湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿ってエンジン１の燃焼室１６に向かう方向に気流を発生させるので、プラズマアクチュエータ３０が発生させる気流の方向を、吸気が燃焼室１６に向かう方向と一致させることができ、これにより、エンジン１の充填効率を低下させることなく、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【００５５】
また、プラズマアクチュエータ３０の誘電体６０は吸気ポート１８の壁面に沿って配置され、露出電極６２は誘電体６０の吸気ポート１８側に配置され、埋め込み電極６４は、誘電体６０を挟んで露出電極６２の反対側に配置され、且つ、湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくするように気流を発生させる方向において露出電極６２よりも下流側に配置されるので、エンジン１の運転領域が高負荷側ＣＩ運転領域である場合に、ＰＣＭ４６が吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極６２及び埋め込み電極６４に印加することにより、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って露出電極６２から埋め込み電極６４へ向かう流動を誘起し、湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくすることができる。これにより、圧縮行程中のタンブル流による渦を抑制し、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【００５６】
また、吸気ポート１８の湾曲部１８ｂの外側の壁面に沿って流れる吸気と湾曲部１８ｂの内側の壁面に沿って流れる吸気との流速差を小さくする方向にＥＧＲガスを流入させるＥＧＲガス流入部５３を設けたので、エンジン１の運転領域が圧縮行程中に燃料噴射が行われる高負荷側ＣＩ運転領域である場合に、吸気行程中にＥＧＲガス流入部５３からＥＧＲガスを吸気通路に流入させることにより、湾曲部１８ｂの下流側において湾曲部１８ｂの外側の壁面及び内側の壁面のそれぞれに沿って流れる吸気の流速をほぼ等しくすることができ、タンブル流Ｔと、タンブル流Ｔに対向する方向へ向かう流れとが打ち消し合ってタンブル流Ｔが抑制され、圧縮行程において渦が消えるようにすることができる。これにより、圧縮行程中の気筒２の内壁面近傍におけるガスの流速を抑えることができるので、筒内ガスと気筒２の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができ、圧縮行程中に噴射した燃料を十分に気化させて、燃焼安定性を改善することができる。
【００５７】
また、ＰＣＭ４６は、エンジン１の回転数が高いほど発生する気流が強くなるようにプラズマアクチュエータ３０を制御するので、エンジン１の回転数の上昇に応じて吸気の流速が高くなりタンブル流Ｔが強くなるほど、プラズマアクチュエータ３０が発生する気流を強くしてタンブル流Ｔを確実に抑制することができる。これにより、エンジン回転数の変化に関わらず、圧縮行程中のタンブル流Ｔによる渦を抑制し、筒内ガスと気筒２の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１  エンジン（エンジン本体）
１４  ピストン
１４ａ  キャビティ
１６  燃焼室
１８  吸気ポート
１８ａ  吸気口
１８ｂ  湾曲部
２０  排気ポート
２０ａ  排気口
３０  プラズマアクチュエータ
４０  サージタンク
４６  ＰＣＭ
４８  インテークマニホールド
５０  ＥＧＲ通路
５３  ＥＧＲガス流入部
６０  誘電体
６２  露出電極
６４  埋め込み電極
Ｐ  プラズマ
Ｔ  タンブル流
【図１】
2018003788.tif 000003
【図２】
2018003788.tif 000004
【図３】
2018003788.tif 000005
【図４】
2018003788.tif 000006
【図５】
2018003788.tif 000007
【図６】
2018003788.tif 000008
【図７】
2018003788.tif 000009
【図８】
2018003788.tif 000010