(57)【要約】【課題】ディーゼルエンジンにおいて、ＮＯｘの排出量を抑制しつつ、ＰＭの排出量を低減させる。【解決手段】燃料を燃焼する燃焼室１０ａが形成されるとともに、燃焼室１０ａで発生した排気を排出する排気ポート１２ｂが形成されるエンジン本体１０と、排気ポート１２ｂに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールド３０と、排気マニホールド３０の出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管４０と、燃焼室１０ａの中央の空間Ｃに向けて振動を発生させる超音波発生装置５０と、燃焼室１０ａ内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、超音波発生装置５０を作動させる電子制御ユニット６０と、をエンジン１００に具備した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料を燃焼する燃焼室が形成されるとともに、該燃焼室で発生した排気を排出する排気ポートが形成されるエンジン本体と、
前記排気ポートに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管と、
前記燃焼室の中央に向けて振動を発生させる超音波発生装置と、
前記燃焼室内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、前記超音波発生装置を作動させる制御装置と、を具備するディーゼルエンジン。
【請求項２】
燃料を燃焼する燃焼室が形成されるとともに、該燃焼室で発生した排気を排出する排気ポートが形成されるエンジン本体と、
前記排気ポートに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管と、
前記排気マニホールドに設けられるとともに、前記排気ポートに向けて振動を発生させる超音波発生装置と、
前記燃焼室内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、前記超音波発生装置を作動させる制御装置と、を具備するディーゼルエンジン。
【請求項３】
請求項２に記載のディーゼルエンジンであって、
前記超音波発生装置は板状の振動部を有する、ディーゼルエンジン。
【請求項４】
燃料を燃焼する渦流室及び主燃焼室が形成されるとともに、該渦流室及び主燃焼室で発生した排気を排出する排気ポートが形成されるエンジン本体と、
前記排気ポートに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管と、
前記渦流室に向けて振動を発生させる超音波発生装置と、
前記渦流室内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、前記超音波発生装置を作動させる制御装置と、を具備するディーゼルエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はディーゼルエンジンに関し、より詳細にはディーゼルエンジンの排気に含まれる粒子状物質（Ｐａｒｔｉｃｕｌａｔｅ  Ｍａｔｔｅｒ，以下「ＰＭ」と記載する。）の量を低減させるための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ディーゼルエンジンは熱効率が高く、二酸化炭素（以下「ＣＯ２」と記載する。）の排出量がガソリンエンジンよりも少ないという利点を有することが広く知られている。このような観点から、近年の地球温暖化問題や大気環境基準への対応策として、ディーゼルエンジンの活用が有効と考えられている。
【０００３】
しかしながら、ディーゼルエンジンは熱効率が高くＣＯ２の排出量が少ない反面、窒素酸化物（以下「ＮＯｘ」と記載する。）の排出量が多いという点で不利である。ＮＯｘは大気環境基準における規制の対象物質であるとともに、人体への悪影響が懸念される物質でもある。したがって、ディーゼルエンジンを農業分野に限らず広範な産業分野における動力源として採用するに際しては、ＮＯｘの排出量を低減することが必要となる。
【０００４】
そこで、現状のディーゼルエンジンにおいては、燃料の噴射時期を遅延させる措置が取られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。
このような措置を取ることにより、燃料が高温で急速に燃焼することを抑制し、ひいてはＮＯｘの排出量を低減することが可能である。しかしながら、燃料の噴射時期を遅延させると、ＮＯｘの排出量とはトレードオフの関係にあるＰＭの排出量が増大する、という問題が生じる。
【０００５】
ＰＭの排出量を低減させるための措置としては、ディーゼルエンジンの排気管の中途部にＰＭを捕集するためのフィルタを取り付ける等の措置を取り得る。例えば、特許文献２に記載の如くである。しかしながら、問題の根本的な解決のためには、排気に残存する未燃焼のＰＭ（不完全燃焼により生じたＰＭ）の量自体を低減させることが必要である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−２７４２８６号公報
【特許文献２】特開２００８−２２３７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、ＮＯｘの排出量を抑制しつつ、ＰＭの排出量を低減させることが可能なディーゼルエンジンを提案する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の一つの局面に従ったディーゼルエンジンは、
燃料を燃焼する燃焼室が形成されるとともに、該燃焼室で発生した排気を排出する排気ポートが形成されるエンジン本体と、
前記排気ポートに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールドと、
前記排気マニホールドの出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管と、
前記燃焼室の中央に向けて振動を発生させる超音波発生装置と、
前記燃焼室内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、前記超音波発生装置を作動させる制御装置と、を具備するものである。
【０００９】
したがって、燃焼室内で発生した排気に振動が付与されることにより、排気に含まれるＰＭの微粒化が促進される。また、排気への振動の付与は、燃焼室内の圧力が最大となる時期を避けて実行される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、ＮＯｘの排出量を抑制しつつ、ＰＭの排出量を低減させることが可能である、という効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第一実施形態に係るエンジンの構成を示す模式図である。
【図２】本発明の第一実施形態に係るエンジンの制御機構を示すブロック図である。
【図３】電子制御ユニットによる超音波発生装置の制御態様を示すフロー図である。
【図４】排気に振動を付与したことに起因する熱発生率（燃えかた）の変化を示す図であり、（ａ）は筒内圧及び超音波の振動数と、クランク角と、の対応関係を示すグラフ、（ｂ）は振動を付与したことに起因する燃焼の改善を示すグラフである。
【図５】本発明の第二実施形態に係るエンジンの構成を示す模式図である。
【図６】本発明の第三実施形態に係るエンジンの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下では、本発明の好適な実施形態について、添付図面に基づいて説明する。
【００１３】
＜第一実施形態＞
以下では、本発明の第一実施形態に係るエンジン１００について、図１〜図３を参照して説明する。ここでエンジン１００は、本発明に係るディーゼルエンジンの実施の一形態である。
本実施形態のエンジン１００は、直噴式のディーゼルエンジンである。エンジン１００は、圧縮した空気に燃料を供給することで燃料を燃焼させて、燃焼により生じた膨張エネルギーから回転動力を取り出すものである。
図１に示すエンジン１００は、エンジン本体１０、吸気マニホールド（不図示）、排気マニホールド３０、排気管４０、超音波発生装置５０、及び電子制御ユニット６０（図２参照）等を具備する。
【００１４】
エンジン本体１０は、エンジン１００の主たる構造体である。エンジン本体１０は、下部を成すシリンダブロック１１と、上部を成すシリンダヘッド１２と、を上下に接合したものである。
【００１５】
シリンダブロック１１には、複数の気筒１１ａ・１１ａ・・・が形成される。図１に示す気筒１１ａは、複数の気筒１１ａ・１１ａ・・・の一つを模式的に示したものである。各気筒１１ａにはピストン１３が収容される。
ピストン１３は、気筒１１ａの内周面に沿って往復運動可能である。ピストン１３はコネクティングロッドを介してクランク軸に連結される。このような構成により、ピストン１３が往復運動すると、これに連動して前記クランク軸が回転する。
【００１６】
エンジン本体１０の各気筒１１ａには、燃焼室１０ａが形成される。燃焼室１０ａは燃料を燃焼するための空間である。燃焼室１０ａは、ピストン１３の上面と、気筒１１ａの内周面と、シリンダヘッド１２の内壁と、で取り囲まれた空間として構成される。
【００１７】
シリンダヘッド１２の各気筒１１ａには、吸気ポート（不図示）及び排気ポート１２ｂが形成される。また、シリンダヘッド１２の各気筒１１ａには、燃料噴射ノズル１６及び超音波発生装置５０が備えられる。
【００１８】
吸気ポートは、燃焼室１０ａに供給される空気（吸気）が通過する通路である。吸気ポートは吸気マニホールドに接続され、吸気マニホールドはエアクリーナに接続される。
各吸気ポートには、吸気ポートを燃焼室１０ａに対して開閉するための吸気弁が備えられる。各吸気弁は前記クランク軸の回動に連動して開閉される。
【００１９】
排気ポート１２ｂは、燃焼室１０ａで発生した排気が通過する通路である。排気ポート１２ｂ・１２ｂ・・・は排気マニホールド３０の入口に接続され、排気マニホールド３０の出口は排気管４０に接続される。ここで排気マニホールド３０は、排気が通過する通路の一部を成している。
各排気ポート１２ｂには、排気ポート１２ｂを燃焼室１０ａに対して開閉するための排気弁１５が備えられる。各排気弁１５は前記クランク軸の回動に連動して開閉される。
【００２０】
排気管４０は、排気をエンジン１００の外（外部の空間）へ排出する通路を成すものである。排気管４０の入口は排気マニホールド３０に接続され、排気管４０の出口はエンジン１００の外部の空間に開口している。
なお、排気マニホールド３０と吸気マニホールドとは、過給機を介して相互に接続する構成とすることも可能である。
【００２１】
燃料噴射ノズル１６は、燃焼室１０ａ内に燃料を噴射するものである。燃料噴射ノズル１６はシリンダヘッド１２に取り付けられる。
【００２２】
超音波発生装置５０は超音波振動を発生させる（発振する）装置である。超音波発生装置５０によりエンジン１００の排気に振動を付与することにより、排気に含まれるＰＭの微粒化を促進することが可能である。後に詳述するように、ＰＭの微粒化を促進することは、排気に含まれるＰＭの量の低減に寄与する。
超音波発生装置５０は後述の電子制御ユニット６０によりその作動状態が制御される。超音波発生装置５０については後に詳述する。
【００２３】
以上の如く構成されるエンジン１００においては、エアクリーナに吸い込まれた空気（吸気）は吸気マニホールドに集められた後、各吸気ポートに分配される。
各吸気ポートから各気筒１１ａの燃焼室１０ａ内に供給された空気は、ピストン１３がシリンダヘッド１２側にスライドすることにより圧縮される。圧縮されて高温かつ高圧となった空気に向けて燃料噴射ノズル１６から燃料が噴射されることにより、燃料が燃焼室１０ａ内で燃焼される。燃焼により発生した膨張エネルギーが、ピストン１３をシリンダヘッド１２とは反対側にスライドさせることで、前記クランク軸が回転される。前記クランク軸の回転力は、エンジン１００が発生させた動力として、エンジン１００の外部に取り出される。
また、燃焼室１０ａ内における燃料の燃焼に伴って、ＮＯｘ及びＰＭを含む排気が発生する。この排気は各排気ポート１２ｂから排出されて排気マニホールド３０に集められた後、排気管４０を通過してエンジン１００の外部の空間に排出される。
【００２４】
以下では、超音波発生装置５０の構成について、図１を参照して詳細に説明する。
超音波発生装置５０は、電気音響変換素子５１及び振動部５２を備える。
電気音響変換素子５１は、電子制御ユニット６０からの入力信号により超音波発生装置５０に伝達された電気エネルギーを超音波振動に変換するものである。
振動部５２は電気音響変換素子５１に接続されており、電気音響変換素子５１が発生させた超音波振動を増幅するものである。本実施形態の振動部５２はセラミック製の棒形状の部材であり、充分な耐熱性及び耐腐食性を有する。
振動部５２は燃焼室１０ａ内の中央の空間Ｃに向けて振動を発生（発振）できる位置に配置される。本実施形態の超音波発生装置５０はシリンダヘッド１２に取り付けられる。
【００２５】
以下では、電子制御ユニット６０について図２を参照して説明する。ここで電子制御ユニット６０は、本発明に係る制御装置の実施の一形態である。
電子制御ユニット６０は、エンジン１００が最適な運転状態となるように制御するものである。電子制御ユニット６０はデジタルコンピュータから成り、双方向性バス６１により相互に接続されたＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）６２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）６３、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）６４、入力ポート６５及び出力ポート６６等を具備する。
【００２６】
エンジン１００の運転状態を検知するための各種センサの出力信号は、対応するＡＤ変換器６７を介して入力ポート６５に入力される。
本実施形態のエンジン１００には、「各種センサ」として、前記クランク軸の角度を検知する角度センサ７１、排気マニホールド３０内に集められた排気の温度を検知する排気温度センサ７２、及びエンジン本体１０の各部を循環する冷却水の温度を検知する水温センサ７３等が具備される。
なお、角度センサ７１に代えて、前記クランク軸の回転数を検知する回転数センサを具備する構成とすることも可能である。
【００２７】
一方、出力ポート６６は、対応する駆動回路６８を介して燃料噴射ノズル１６及び超音波発生装置５０等に接続される。
【００２８】
以下では、電子制御ユニット６０による燃料噴射ノズル１６及び超音波発生装置５０の制御態様の一例について、図３及び図４を参照して説明する。なお、以下の説明においては一つの気筒１１ａについてのみ説明するが、他の気筒１１ａ・１１ａ・・・についても同様に制御される。
【００２９】
電子制御ユニット６０は、排気温度センサ７２や水温センサ７３等の各種センサの出力信号に基づいて、前記クランク軸の回転数に応じた最適な燃料の噴射時期・噴射量を演算するとともに、演算した結果に基づいて燃料噴射ノズル１６の作動状態を制御している。そして、角度センサ７１により検知したクランク角がαに到達したときから演算により決定した時間の間、燃料噴射ノズル１６から燃料を噴射する（図４（ａ）参照）。
【００３０】
図３に示すステップＳ１において、電子制御ユニット６０は、燃焼室１０ａ内の圧力（筒内圧）が最大値よりも低下した状態であるか否かを判定する。「最大値よりも低下した状態であるか」は、その時点において角度センサ７１が検知した値（ｍ）があらかじめ演算により決定した角度の値β以上であるか否かで判断される。換言すれば、電子制御ユニット６０は、角度センサ７１が検知したクランク角の値に基づいて、燃焼室１０ａ内の圧力（筒内圧）が最大値よりも低下した状態であるか否かを間接的に判断する。
ｍ＞βであると判定された場合、振動によるＰＭの微粒化を実行すべき状況であると判断し、続いてステップＳ２に移行する。
一方、ｍ≦βであると判定された場合、振動によるＰＭの微粒化を実行すべき状況ではないと判断し、処理は終了される。
【００３１】
ステップＳ２において、電子制御ユニット６０は、振動によるＰＭの微粒化を実行するために、超音波発生装置５０に入力信号を送信する。係る入力信号が入力されることにより、超音波発生装置５０は電子制御ユニット６０による演算に基づいて決定した所定時間の間、燃焼室１０ａの中央の空間Ｃに向けて振動を発生する。
【００３２】
このように電子制御ユニット６０は、燃焼室１０ａ内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間に限り振動を発生させるように、超音波発生装置５０を制御している（図４（ａ）参照）。換言すれば、排気への振動の付与は、燃焼室１０ａ内の圧力が最大となる時期を避けて実行される。
【００３３】
以上の如き態様で超音波発生装置５０・５０・・・から燃焼室１０ａの中央の空間Ｃに向けて振動を発生させることにより、本実施形態のエンジン１００は次の（１）〜（４）に示す効果及び利点を奏する。
【００３４】
（１）燃焼室１０ａ内においては、主にカーボン（Ｃａｒｂｏｎ）から成る微粒子が生成される。すなわち、燃料が燃焼したときに酸化せずに残ったカーボン（不完全燃焼により生じたカーボン）が、排気に含まれるＰＭの主成分を成している。
ここで、超音波発生装置５０から燃料室１０ａ内に振動を発生させると、排気に含まれるＰＭに振動が付与される。ＰＭの液滴は振動エネルギーによって分裂し、微粒化される。微粒化によりＰＭの液滴の表面積が増大すると、ＰＭは酸素（以下「Ｏ２」と記載する。）と反応しやすくなる。
したがってＰＭに含まれるカーボンは、燃焼室１０ａ内並びにその下流の排気マニホールド３０内及び排気管４０内で緩やかに燃焼される。つまり、燃焼室１０ａ内における燃焼で酸化せずに残ったカーボンが、下流側の排気の通路内において比較的低温で穏やかに燃焼される。よって、ＮＯｘの増大を抑制しつつ、排気に含まれるＰＭの量を低減させることができる。なお、図４（ｂ）中の「ｙ」は、従前（本発明が成される前の従来例）と比べて低減することができたＰＭの量を反映している。
【００３５】
（２）超音波発生装置５０は、カーボンが大量に発生する燃焼室１０ａの中央の空間Ｃに向けて振動を発生させる。したがって、大量のＰＭに振動を付与することができ、ＰＭの微粒化を効果的に行うことが可能である。
【００３６】
（３）一般的に、燃焼室１０ａ内の圧力（筒内圧）が最大値に近いときは、燃焼室１０ａ内の空気が充分に圧縮されて高温かつ高圧となっている。係る場合に燃焼室１０ａ内において燃料を燃焼すると、ＮＯｘの排出量が増大することとなる。
この点、本実施形態においては、ＮＯｘが発生しやすい時期には超音波発生装置５０から発生させる振動を停止し、ＰＭの微粒化を抑制している。したがって、ＰＭ（燃料）が高温かつ高圧で急速に燃焼することを抑制し、ひいてはＮＯｘの増大を抑制することが可能である。
【００３７】
（４）以上に説明したように、本実施形態に係るエンジン１００によれば、ＰＭの排出量を低減させることができる。換言すれば、燃焼が改善される（図４（ｂ）参照）。したがって、例えば、エンジン１００の低温時における始動性が改善される、低温時に発生する青白煙の量を低減できる、あるいはエンジン回転数を急速に上昇させたときに発生する黒煙の量を低減できる、等の付随的な効果及び利点も期待できる。
【００３８】
以上の如く、本発明の第一実施形態に係るエンジン１００は、
燃料を燃焼する燃焼室１０ａが形成されるとともに、燃焼室１０ａで発生した排気を排出する排気ポート１２ｂが形成されるエンジン本体１０と、
排気ポート１２ｂに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールド３０と、
排気マニホールド３０の出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管４０と、
燃焼室１０ａの中央の空間Ｃに向けて振動を発生させる超音波発生装置５０と、
燃焼室１０ａ内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、超音波発生装置５０を作動させる電子制御ユニット６０と、を具備するものである。
したがって、燃焼室１０ａ内で発生した排気に振動が付与されることにより、排気に含まれるＰＭの微粒化が促進される。また、排気への振動の付与は、燃焼室１０ａ内の圧力が最大となる時期を避けて実行される。
よって、排気管４０からのＮＯｘの排出量を抑制しつつ、排気管４０からのＰＭの排出量を低減させることが可能である。
【００３９】
＜第二実施形態＞
以下では、本発明の第二実施形態に係るエンジン２００について、図５を参照して説明する。
本実施形態のエンジン２００は、超音波発生装置５０・５０・・・に代えて超音波発生装置２５０・２５０・・・を具備する点で、第一実施形態に係るエンジン１００と主として相違する。なお、以下の説明においては、エンジン２００の構成のうち、エンジン１００に具備される部材と略同様の構成及び機能を有する部材については、第一実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００４０】
排気マニホールド３０には超音波発生装置２５０・２５０・・・が備えられる。各超音波発生装置２５０は超音波振動を発生させる（発振する）装置である。各超音波発生装置２５０は、各気筒１１ａに対応して備えられる。各超音波発生装置２５０は電子制御ユニット６０によりその作動状態が制御される。
【００４１】
超音波発生装置２５０は、電気音響変換素子２５１及び振動部２５２を備える。
電気音響変換素子２５１は、電子制御ユニット６０からの入力信号により超音波発生装置２５０に伝達された電気エネルギーを超音波振動に変換するものである。
振動部２５２は電気音響変換素子２５１に接続されており、電気音響変換素子２５１が発生させた超音波振動を増幅するものである。本実施形態の振動部２５２は、ある程度の面積を有する板形状の部材であり、充分な耐熱性及び耐腐食性を有する。
振動部２５２は、排気ポート１２ｂに向けて振動を発生（発振）できる位置に配置される。本実施形態の振動部２５２は、排気マニホールド３０の入口（上流側の開口）の近傍に配置される。超音波発生装置２５０は、台座３５を介して排気マニホールド３０に取り付けられる。
【００４２】
なお、本実施形態の電子制御ユニット６０は、排気弁１５が開いている間に限り超音波発生装置２５０を作動させる。すなわち、角度センサ７１により検知したクランク角の値ｍから、燃焼室１０ａ内における燃焼が終了した後の「排気の工程」である、と判断された場合に限り、超音波発生装置２５０を作動させる。
【００４３】
以上の如き態様で超音波発生装置２５０・２５０・・・から排気ポート１２ｂ・１２ｂ・・・に向けて振動を発生させることにより、本実施形態のエンジン２００は次の（５）〜（９）に示す効果及び利点を奏する。
【００４４】
（５）超音波発生装置２５０から排気ポート１２ｂ・１２ｂ・・・に向けて振動を発生させると、排気に含まれるＰＭに振動が付与される。ＰＭの液滴は振動エネルギーによって微粒化されて、Ｏ２と反応しやすくなる。
したがってＰＭに含まれるカーボンは、排気ポート１２ｂ・１２ｂ・・・並びにその下流の排気マニホールド３０内及び排気管４０内で緩やかに燃焼される。よって、ＮＯｘの増大を抑制しつつ、排気に含まれるＰＭの量を低減させることができる。
【００４５】
（６）超音波発生装置２５０は、燃焼室１０ａから排気マニホールド３０へ流入しようとする高温の排気が密集して通過する排気ポート１２ｂ・１２ｂ・・・に向けて振動を発生させる。したがって、大量の高温のＰＭに振動を付与することができ、ＰＭの微粒化を効果的に行うことが可能である。
【００４６】
（７）超音波発生装置２５０は、ＮＯｘが発生しやすい時期には振動を停止し、ＰＭの微粒化を抑制している。したがって、ＰＭ（燃料）が高温かつ高圧で急速に燃焼することを抑制し、ひいてはＮＯｘの増大を抑制することが可能である。
【００４７】
（８）超音波発生装置２５０の振動部２５２は、ある程度の面積を有する板形状の部材である。したがって、排気ポート１２ｂ・１２ｂ・・・を通過するＰＭに向けて、広範囲に振動を発生させることができる。よって、ＰＭの微粒化を効果的に行うことができる。
【００４８】
（９）ＰＭの排出量が低減することに伴って、エンジン２００の低温時における始動性が改善される、低温時に発生する青白煙の量を低減できる、あるいはエンジン回転数を急速に上昇させたときに発生する黒煙の量を低減できる、等の付随的な効果及び利点も期待できる。
【００４９】
以上の如く、本発明の第二実施形態に係るエンジン２００は、
燃料を燃焼する燃焼室１０ａが形成されるとともに、燃焼室１０ａで発生した排気を排出する排気ポート１２ｂが形成されるエンジン本体１０と、
排気ポート１２ｂに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールド３０と、
排気マニホールド３０の出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管４０と、
排気マニホールド３０に設けられるとともに、排気ポート１２ｂに向けて振動を発生させる超音波発生装置２５０と、
燃焼室内１０ａの圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、超音波発生装置２５０を作動させる電子制御ユニット６０と、を具備するものである。
したがって、排気ポート１２ｂを通過する排気に振動が付与されることにより、排気に含まれるＰＭの微粒化が促進される。また、排気への振動の付与は、燃焼室１０ａ内の圧力が最大となる時期を避けて実行される。
よって、排気管４０からのＮＯｘの排出量を抑制しつつ、排気管４０からのＰＭの排出量を低減させることが可能である。
【００５０】
また、本発明の第二実施形態に係るエンジン２００は、
超音波発生装置２５０は板状の振動部２５２を有するものである。
したがって、排気ポート１２ｂを通過する排気に、広範囲にわたって効率よく振動を付与することができる。
よって、排気管４０からのＰＭの排出量を効果的に低減させることが可能である。
【００５１】
＜第三実施形態＞
以下では、本発明の第三実施形態に係るエンジン３００について、図６を参照して説明する。
本実施形態のエンジン３００は、渦流室式のディーゼルエンジンである。
なお、以下の説明においては、エンジン３００の構成うち、エンジン１００とは大きく異なる部分について主として説明する。また、エンジン１００に具備される部材と略同様の構成及び機能を有する部材については、第一実施形態と同一の符号を付し、その説明を省略する。
【００５２】
渦流式であるエンジン３００においては、第一実施形態に係るエンジン１００における燃焼室１０ａに相当する空間（部屋）が、渦流室３１０と、主燃焼室３２０と、の二つに分割して構成される。渦流室３１０はエンジン３００のシリンダヘッド３１２に形成される。主燃焼室３２０は、ピストン３１３の上面と、シリンダヘッド３１２の下面と、で取り囲まれた空間として形成される。渦流室３１０と、主燃焼室３２０と、は連結ポート３１５により接続される。
【００５３】
シリンダヘッド３１２の各気筒１１ａの渦流室３１０には、超音波発生装置３５０及び燃料噴射ノズル１６が備えられる。各超音波発生装置３５０は超音波振動を発生させる（発振する）装置である。各超音波発生装置３５０は電子制御ユニット６０によりその作動状態が制御される。
【００５４】
超音波発生装置３５０は、電気音響変換素子３５１及び振動部３５２を有する。振動部３５２は、渦流室３１０内に向けて振動を発生（発振）できる位置に配置される。
本実施形態の超音波発生装置３５０は、シリンダヘッド３１２に取り付けられる。
【００５５】
超音波発生装置３５０から渦流室３１０内に向けて振動を発生させることにより、本実施形態のエンジン３００は次の（１０）〜（１３）に示す効果及び利点を奏する。
【００５６】
（１０）超音波発生装置３５０から渦流室３１０内に向けて振動を発生させると、排気に含まれるＰＭに振動が付与される。ＰＭの液滴は振動エネルギーによって微粒化されてＯ２と反応しやすくなる。
【００５７】
（１１）渦流式のエンジン３００においては、燃料の燃焼が、渦流室３１０における燃焼（第一段階）と、主燃焼室３２０における燃焼（第二段階）と、の二段階に分けて行われる。より詳細には、第一段階においては圧縮された空気（吸気）が渦流室３１０内に、強いスワール（Ｓｗｉｒｌ）を生成しながら流入する。そして渦流室３１０内に燃料噴射ノズル１６から燃料が噴射される。空気（吸気）と燃料とがスワールにより混合されながら、燃料が燃焼し、これにより発生した炎や排気が連結ポート３１５を介して主燃焼室３２０内に噴出する。第二段階においては、第一段階において酸化せずに残ったカーボン（不完全燃焼により生じたカーボン）が、主燃焼室３２０内で燃焼される。
一般的に、このような渦流式のエンジンの場合、第一実施形態の如き直噴式のエンジンと比べてＰＭの量を低減することが一層困難である。これは、強いスワールの生成により燃料と渦流室の壁面との激しい衝突が生じ、燃料が液滴となって渦流室の壁面に付着しやすい（未燃焼のＰＭが残存しやすい）ことに起因する。
この点、本実施形態においては、渦流室３１０内に向けて振動を発生させることにより、渦流室３１０内の燃料の微粒化を促進している。したがって、燃料の渦流室３１０内における噴霧のペネトレーション（貫徹力）を低減することができ、ひいては燃料の液滴が渦流室３１０の壁面に付着することを抑制できる。結果として、排気に残存する未燃焼のＰＭの量を低減することが可能である。
【００５８】
（１２）超音波発生装置３５０は、渦流室３１０内の圧力が最大となる時期（ＮＯｘが発生しやすい時期）には振動を停止し、ＰＭの微粒化を抑制している。したがって、ＰＭ（燃料）が高温かつ高圧で急速に燃焼することを抑制し、ひいてはＮＯｘの増大を抑制することが可能である。
【００５９】
（１３）ＰＭの排出量が低減することに伴って、エンジン３００の低温時における始動性が改善される、低温時に発生する青白煙の量を低減できる、あるいはエンジン回転数を急速に上昇させたときに発生する黒煙の量を低減できる、等の付随的な効果及び利点も期待できる。
【００６０】
以上の如く、本発明の第三実施形態に係るエンジン３００は、
燃料を燃焼する渦流室３１０及び主燃焼室３２０が形成されるとともに、渦流室３１０及び主燃焼室３２０で発生した排気を排出する排気ポート１２ｂが形成されるエンジン本体１０と、
排気ポート１２ｂに接続されるとともに、排気が通過する通路を成す排気マニホールド３０と、
排気マニホールド３０の出口に接続されるとともに、排気を外部の空間へ排出する通路を成す排気管４０と、
渦流室３１０に向けて振動を発生させる超音波発生装置３５０と、
渦流室３１０内の圧力が最大値よりも低下した時点から所定時間の間、超音波発生装置３５０を作動させる電子制御ユニット６０と、を具備するものである。
したがって、渦流室３１０内で発生した排気に振動が付与されることにより、排気に含まれるＰＭの微粒化が促進される。また、排気への振動の付与は、渦流室３１０内の圧力が最大となる時期を避けて実行される。
よって、排気管４０からのＮＯｘの排出量を抑制しつつ、排気管４０からのＰＭの排出量を低減させることが可能である。
【００６１】
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、上記の実施形態に代えて以下の構成とすることも可能である。
【００６２】
第一実施形態及び第二実施形態においては、電子制御ユニット６０は、燃焼室１０ａ内の圧力（筒内圧）が「最大値よりも低下した状態であるか」は、その時点において角度センサ７１が検知したクランク角の値ｍと、あらかじめ演算により決定した角度の値βとに基づいて判断される。しかしながら、この構成に代えて、「最大値よりも低下した状態であるか」を、各気筒内の圧力を検知する筒内圧センサにより検知した値に基づいて判断するものとしてもよいし、あるいは、燃焼室内の温度等から判断するものとしてもよい。すなわち、角度センサ７１が検知した値以外の、他のファクターから判断する構成とすることも可能である。
【符号の説明】
【００６３】
１０・・・エンジン本体
１０ａ・・燃焼室
１１・・・シリンダブロック
１２・・・シリンダヘッド
１２ｂ・・排気ポート
３０・・・排気マニホールド
４０・・・排気管
５０・・・超音波発生装置
５１・・・電気音響変換素子
５２・・・振動部
６０・・・制御装置（電子制御ユニット）
７１・・・角度センサ
１００・・エンジン（ディーゼルエンジン）
Ｃ・・・・燃焼室の中央の空間
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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