(57)【要約】【課題】燃焼室に残留する燃焼ガスを簡便な構造で積極的に排出すること。【解決手段】シリンダ１２は、燃焼室ＥＸＰを有する。吸気管１４は、シリンダ１２に結合されて燃焼室ＥＸＰに混合気を供給する。排気管１６は、シリンダ１２に結合されて燃料室ＥＸＰに残留する燃焼ガスを排出する。プラズマアクチュエータ２４は、燃焼ガスの排出方向に気流を発生させるように、排気管１６の内壁に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室を有するシリンダ、
前記シリンダに結合されて前記燃焼室に混合気を供給する吸気管、および
前記シリンダに結合されて前記燃料室に残留する燃焼ガスを排出する排気管を備える内燃機関であって、
前記燃焼ガスの排出方向に気流を発生させるように前記排気管の内壁に設けられたプラズマアクチュエータをさらに備える、内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関に関し、特に、燃焼室を有するシリンダと、シリンダに結合されて燃焼室に混合気を供給する吸気管と、シリンダに結合されて燃料室に残留する燃焼ガスを排出する排気管とを備える、内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
この種の内燃機関の一例が、特許文献１に開示されている。この文献によれば、突出部材は、燃焼室の内壁から内側に向かって突出することにより、燃焼室の容積を変更可能とされる。ＥＣＵは、排気上死点における燃焼室の容積が圧縮上死点に比べて小さくなるように、突出部材の突出量および突出タイミングを制御する。これよって、燃焼室内の残留ガスを低減することができ、ひいてはノッキングの発生を防止することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１１２３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、特許文献１では、突出部材を駆動するための複雑な駆動機構が必要になるという問題がある。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、燃焼室に残留する燃焼ガスを簡便な構造で積極的に排出することができる、内燃機関を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る内燃機関は、燃焼室を有するシリンダ、シリンダに結合されて燃焼室に混合気を供給する吸気管、およびシリンダに結合されて燃料室に残留する燃焼ガスを排出する排気管を備える内燃機関であって、燃焼ガスの排出方向に気流を発生させるように排気管の内壁に設けられたプラズマアクチュエータをさらに備える。
【発明の効果】
【０００７】
混合気は吸気管を通して燃焼室に供給され、燃焼室に残留する燃料ガスは排気管を通して排出されるところ、排気管の内壁には、燃焼ガスの排出方向に気流を発生させるようにプラズマアクチュエータが設けられる。これによって、燃焼室に残留する燃焼ガスを簡便な構造で積極的に排出することができる。
【０００８】
この発明の上述の目的，その他の目的，特徴および利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】内燃機関の構造の一例を示す図解図である。
【図２】排気管に設けられるプラズマアクチュエータの構造の一例を示す図解図である。
【図３】内燃機関の動作の一部を示す図解図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
図１を参照して、この実施例の内燃機関１０は、燃焼室ＥＸＰが形成されたシリンダ１２を備える。吸気管１４は、燃料と空気とを混合した混合気を燃焼室ＥＸＰに供給するべく、シリンダ１２と結合される。また、排気管１６は、燃焼室ＥＸＰに残留する燃焼ガスを排出するべく、シリンダ１２と結合される。シリンダ１２と吸気管１４との結合部には吸気バルブ１８が配され、シリンダ１２と排気管１６との結合部には排気バルブ２０が配される。ピストン２２はシリンダ１２内で上下動し、吸気バルブ１８および排気バルブ２０の各々はシリンダ１２の上下動に伴って開閉する。
【００１１】
具体的には、内燃機関１０は、４サイクル型の内燃機関であり、吸気工程→圧縮工程→燃焼・膨張工程→排気工程→吸気工程→…の順で各工程を繰り返す。
【００１２】
吸気工程では、吸気バルブ１８が開かれ、ピストン２２が下降する。これによって、混合気が燃焼室ＥＸＰに供給される。圧縮工程では、吸気バルブ１８が閉じられ、ピストン２２が上昇する。燃焼室ＥＸＰに供給された混合気は、ピストン２２によって圧縮される。
【００１３】
燃焼・膨張工程では、点火プラグ（図示せず）が点火される。これによって、混合気が燃焼・膨張し、ピストン２２が下降する。排気工程では、排気バルブ２０が開かれ、ピストン２２が上昇する。燃焼室ＥＸＰに残留する燃焼ガスは、ビストン２２の上昇に伴って排気管１６に排出される。
【００１４】
ただし、この実施例では、可変バルブタイミング機構（図示せず）を制御して吸入空気量を増やすべく、排気工程が終了する寸前に吸気バルブ１８が開かれる。つまり、吸気バルブ１８および排気バルブ２０のいずれもが開かれる状態が、排気工程が終了する寸前の一時期に発生する。このようなバルブオーバーラップによって、排気ガスの一部が吸気管１４に戻される。吸気管１４に戻された排気ガスは、その後の吸気工程において燃焼室ＥＸＰに再度供給され、残留ガスとなる。
【００１５】
残留ガスによる、内部ＥＧＲの増加は、ＷＯＴ(Wide Open Throttle)状態つまりアクセルペダル（図示せず）を大きく踏み込んだ状態でのトルク不足を引き起こす。そこで、この実施例では、図２に示すプラズマアクチュエータ２４を排気管２４の内側に設けるようにしている。
【００１６】
図２を参照して、プラズマアクチュエータ２４は、一対の電極２６ａおよび２６ｂとその間に挟まれる誘電体２８とによって各々が構成される複数のユニット３０，３０，…を所定方向に配列してなる。
【００１７】
誘電体２８は、典型的には樹脂やセラミックである。誘電体材料としては、好ましくは、ポリテトラフルオロエチレン，ポリイミド等のポリマー系絶縁体や、アルミナ，ジルコニア，窒化ケイ素等のセラミック系絶縁体が採用される。
【００１８】
電極２６ａおよび２６ｂの間には、たとえば１ｋＶないし１０ｋＶ程度の高圧と１ｋＨｚないし２０ｋＨｚ程度の周波数とを有する脈流電圧（直流パルス電圧）または交流電圧が印加される。印加電圧および周波数は、電極２６ａおよび２６ｂの寸法，電極２６ａおよび２６ｂの間の距離，誘電体２８の誘電率等に応じて定められる。
【００１９】
電極２６ａおよび２６ｂの間に電圧が印加されると、電極２６ａの直下にある誘電体２８の表面にプラズマが生成され、これに起因して、矢印で示す気流つまり気体の衝撃波が誘電体２８の表面に発生する。プラズマを生成するユニット３０，３０，…が所定方向に並んでいることから、誘電体２８の表面上を流れる衝撃波は、或るユニット３０から別のユニット３０へと伝搬してゆくにつれて加速され、強化される。
【００２０】
プラズマアクチュエータ２４は、電極２６ａ，２６ａ，…の表面が排気管１６の内壁に対向し、かつ衝撃波が排気管１６の上流から下流に向かう姿勢で、排気管１６の内壁に装着される。また、上述した脈流電圧または交流電圧は、排気工程からバルブオーバーラップが生じる期間に電極２６ａおよび２６ｂの間に印加される。つまり、プラズマアクチュエータ２４は、排気工程からバルブオーバーラップ期間に動作する。
【００２１】
これによって、排気管１６の吸引力が増大し（図３参照）、排気工程においてピストン２２の上昇が促される。これは、排気工程におけるポンピングロスの低減ひいては燃費の向上をもたらす。
【００２２】
また、プラズマアクチュエータ２４をバルブオーバーラップ期間に動作させることで、燃焼室ＥＸＰに残留する燃焼ガスは、吸気管１４よりもむしろ排気管１６に流入する。つまり、吸気管１４への燃焼ガスの逆流が抑制される。吸気工程において燃焼室ＥＸＰに供給される混合気の割合は、燃焼ガスの逆流が抑制されることで増大する。この結果、内部ＥＧＲの増加が抑制され、ＷＯＴ状態におけるトルクの増大がもたらされる。
【００２３】
さらに、プラズマアクチュエータ２４を排気管１６の内壁に設けるだけでよいため、燃焼室ＥＸＰに残留する燃焼ガスを簡便な構造で積極的に排出することができる。
【００２４】
なお、この実施例では、排気工程においてプラズマアクチュエータ２４を動作させるようにしている。しかし、バルブアクチュエータ２４は、バルブオーバーラップが大きくなる高速ＷＯＴ時に限定して動作させるようにしてもよい。
【符号の説明】
【００２５】
１０  …エンジン
１２  …シリンダ
１４  …吸気管
１６  …排気管
１８  …吸気バルブ
２０  …排気バルブ
２２  …ピストン
２４  …プラズマアクチュエータ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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