(57)【要約】      （修正有）【課題】火花点火のための所要の放電を継続的に安定して行い得る内燃機関を提供する。【解決手段】気筒の燃焼室１００内に臨むアンテナを介して燃焼室内に生成される電界と、点火プラグの中心電極１２ａと接地電極１２ｂとの間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火する火花点火式の内燃機関であって、火花放電のために点火コイルから電圧を印加するための印加装置と、中心電極と接地電極との間に介在する絶縁体１２ｃに向けて風を吹き付ける風発生装置たるプラズマアクチュエータ５とを有する。【選択図】図７
2015187415.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒の燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に生成される電界と、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火する火花点火式の内燃機関であって、
火花放電のために点火コイルから電圧を印加するための印加装置と、中心電極と接地電極との間に介在する絶縁体に向けて風を吹き付ける風発生装置とを有する内燃機関。
【請求項２】
風発生装置が、燃焼室内にプラズマが生成される前に絶縁体に向けてプラスに帯電したイオン風を吹き付ける請求項１記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、火花点火式の内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
火花点火式内燃機関に実装されている点火装置では、イグナイタが消弧した際に点火コイルに発生する高電圧を点火プラグの中心電極に印加することで、点火プラグの中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起し、点火する。
【０００３】
近時では、気筒の燃焼室内にある混合気に確実に着火させ、安定した火炎を得ることができるようにするために、高周波発振器が出力する高周波若しくはマグネトロンが出力するマイクロ波を燃焼室内に放射する「アクティブ着火」法が試みられている（例えば、下記特許文献を参照）。アクティブ着火法によれば、中心電極と接地電極との間の空間に高周波電界若しくはマイクロ波電界が形成され、この電界中で発生したプラズマが成長して、火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きな火炎核を生成することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１１−６４１６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
内燃機関の点火プラグの電極は、その使用期間が長くなるにつれて徐々に損耗してゆく。とりわけ、上記のアクティブ着火法を用いる場合には、その損耗が顕著となる。中心電極と接地電極との間の空間に高周波電界若しくはマイクロ波電界が形成されるとき、中心電極又は接地電極のみならず燃焼室内における点火プラグ近傍の金属も激しく削られてゆき、削られた金属がイオンの状態となり燃焼室内を漂うことになる。その結果、中心電極と接地電極とを絶縁するために設けられた碍子たる絶縁体に上記の金属イオンが付着してしまうことにより絶縁破壊が起こってしまい、点火のための所要の放電ではなく、想定外の放電を起こしてしまう可能性を招来する。そして上記の金属イオンの発生は、特に電界中で発生したプラズマの領域内で多く発生し、発生した金属イオンはプラズマの領域内の位置で付着してしまう傾向にある。
【０００６】
本発明は、上述の問題に初めて着目してなされたものであり、火花点火のための所要の放電を継続的に安定して行い得る内燃機関を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。
【０００８】
すなわち本発明に係る内燃機関は、気筒の燃焼室内に臨むアンテナを介して燃焼室内に生成される電界と、点火プラグの中心電極と接地電極との間に発生する火花放電とを相互作用させて燃焼室内にプラズマを生成し、混合気に着火する火花点火式の内燃機関であって、火花放電のために点火コイルから電圧を印加するための印加装置と、中心電極と接地電極との間に介在する絶縁体に向けて風を吹き付ける風発生装置とを有することを特徴とする。
【０００９】
このようなものであれば、絶縁体を配した位置に風が吹き付けられることにより金属イオンは風により流される。その結果金属イオンが絶縁体に付着する可能性が低いこととなる。そのため、金属イオンを絶縁体に付着させてしまうことを抑制し、絶縁体への金属の堆積を低減することができる。すなわち本発明によれば、火花点火のための所要の放電を継続的に安定して行い得る内燃機関を提供することができる。
【００１０】
そして、絶縁体への金属イオンの付着をより抑制し得る具体的な構成として、風発生装置が、燃焼室内にプラズマが生成される前に絶縁体に向けてプラスに帯電したイオン風を吹き付けるイオン風発生装置であることが望ましい。これにより、プラスイオンである金属イオンがプラスに帯電したイオン風に対し反発するので、さらなる金属イオンの付着の抑制に資する。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、火花点火のための所要の放電を継続的に安定して行い得る内燃機関を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態における内燃機関の概略構成を示す図。
【図２】同実施形態における点火装置の回路図。
【図３】同実施形態における電界発生装置の構成を説明する図。
【図４】同実施形態における電界発生装置の要素であるＨブリッジの回路図。
【図５】同実施形態における燃焼室の底面側を模式的に示す図。
【図６】同実施形態におけるプラズマアクチュエータの構成説明図。
【図７】同実施形態における作用説明図。
【図８】同実施形態の変形例における点火装置の回路図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。図１に、本実施形態における車両用内燃機関の概要を示す。本実施形態における内燃機関は、火花点火式の４ストロークガソリンエンジンであり、複数の気筒１（図１には、そのうち一つを図示している）を具備している。各気筒１の吸気ポート近傍には、燃料を噴射するインジェクタ１１を設けている。また、各気筒１の燃焼室１００（図５、図７）の天井部に、点火プラグ１２、吸気バルブ１８及び排気バルブ１９を取り付けてある。
【００１４】
図２に、火花点火用の電気回路を示している。点火プラグ１２は、点火コイル１４にて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極１２ａと接地電極１２ｂ（図５）との間で火花放電を惹起するものである。点火コイル１４は、半導体スイッチング素子であるイグナイタ１３とともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１５】
本実施形態では図２に示すように、点火コイル１４は、中心電極１２ａに対して負の電圧を印加するための負側一次コイル１４ａと、中心電極１２ａに対して正の電圧を印加する正側一次コイル１４ｂとを有している。そしてイグナイタ１３は、負側一次コイル１４ａへの通電を制御するための負側イグナイタ１３ａ及び正側一次コイル１４ｂへの通電を制御するための正側イグナイタ１３ｂを有している。すなわち本実施形態では、負側一次コイル１４ａ及び正側一次コイル１４ｂへの通電により互いに逆方向の磁束が発生する。これにより二次コイル１４ｃにて発生する電圧の正負が切り替わるようになっている。
【００１６】
本実施形態の内燃機関には、気筒１の燃焼室１００内に電界を発生させる電界発生装置６Ａ、６Ｂが付帯している。電界発生装置６Ａ、６Ｂは、気筒１の燃焼室１００内に高周波電界を放射し、その燃焼室１００内で着火用プラズマを生成する目的のものである。また本明細書に記載する「プラズマ」とは、斯かる電界発生装置６Ａ、６Ｂにより生成されるもののみを指す。すなわち燃焼による炎も狭義のプラズマであるが本明細書では炎としてのプラズマを度外視して記す。
【００１７】
図３及び図４に、電界発生装置６Ａ、６Ｂの一例を示している。電界発生装置６Ａ、６Ｂは、車載バッテリを電源とし、低圧直流を高圧交流に変換する回路を含む。具体的には、バッテリが提供する約１２Ｖの直流電圧を１００Ｖ〜５００Ｖに昇圧するＤＣ−ＤＣコンバータ６１と、ＤＣ−ＤＣコンバータ６１が出力する直流を高周波の交流に変換するＨブリッジ回路６２と、Ｈブリッジ回路６２が出力する交流をさらに高い電圧に昇圧する昇圧トランス６３とを構成要素とする。
【００１８】
本実施形態では、気筒１の点火プラグ１２の中心電極１２ａに負の高周波電界を印加する負電圧発生部たる第一電界発生装置６Ａと、同点火プラグ１２の中心電極１２ａに正の高周波電界を印加する正電圧発生部たる第二電界発生装置６Ｂとが並存しており、点火プラグ１２の中心電極１２ａに、第一電界発生装置６Ａが発生させる負の電界、または第二電界発生装置６Ｂが発生させる正の電界の何れかを選択的に印加することが可能となっている。
【００１９】
各電界発生装置６Ａ、６Ｂの出力端には、第一ダイオード６４Ａ、６４Ｂ及び第二ダイオード６５Ａ、６５Ｂを設けている。第一ダイオード６４Ａ、６４Ｂは、カソードが昇圧トランス６３の二次側巻線の信号ラインに接続し、アノードが点火コイル１４との結節点であるミキサ６６に接続する。第二ダイオード６５Ａ、６５Ｂは、アノードが昇圧トランス６３の二次側巻線のグランドラインに接続し、カソードが接地する。
【００２０】
第一ダイオード６４Ａ、６４Ｂ及び第二ダイオード６５Ａ、６５Ｂの極性（向き）は、第一電界発生装置６Ａと第二電界発生装置６Ｂとで異なっている。第一電界発生装置６Ａにおける第一ダイオード６４Ａ及び第二ダイオード６５Ａは、Ｈブリッジ回路６２が発生させる交流電圧を負の電圧に半波整流する役割を担う。同様に、第二電界発生装置６Ｂにおける第一ダイオード６４Ｂ及び第二ダイオード６５Ｂは、Ｈブリッジ回路６２が発生させる交流電圧を正の電圧に半波整流する役割を担う。
【００２１】
電界発生装置６Ａ、６Ｂと点火プラグ１２の中心電極１２ａに連なるミキサ６６との間には、スイッチング部７を介設している。スイッチング部７は、第一電界発生装置６Ａとミキサ６６との間を断接切換するスイッチ７Ａと、第二電界発生装置６Ｂとミキサ６６との間を断接切換するスイッチ７Ｂとを要素とする。各スイッチ７Ａ、７Ｂには、トランジスタやＭＯＳＦＥＴ等のような半導体スイッチング素子を用いてもよく、リレーのような機械的なスイッチを用いてもよい。
【００２２】
ミキサ６６には、点火コイル１４の二次側に誘導される火花放電用の高圧パルス電流が電界発生装置６Ａ、６Ｂに向けて流れることを遮る機能を備えることが好ましい。だが、スイッチ７Ａ、７Ｂのスイッチング等により火花放電用の高圧パルスの電界発生装置６Ａ、６Ｂへの流入を遮断できるのであれば、当該機能は不要である。
【００２３】
電界発生装置６Ａ、６Ｂが出力する高周波電圧は、通常、火花放電開始と略同時、火花放電開始直前または火花放電開始直後に、点火プラグ１２の中心電極１２ａに印加する。つまりは、気筒１の燃焼室１００内に臨む点火プラグ１２の中心電極１２ａを、電界を放射するアンテナとする。これにより、燃焼室１００内における、点火プラグ１２の中心電極１２ａと接地電極１２ｂとの間の空間に、高周波電界が形成される。そして、高周波電界中で火花放電が生起することにより着火用プラズマが発生し、この着火用プラズマが火炎伝搬燃焼の始まりとなる大きなラジカルプラズマ火炎核を生成する。
【００２４】
上記は、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになるとともに、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体も電離した状態、即ちプラズマ状態となることで、飛躍的に混合気への着火領域が大きくなり、火炎核も大きくなるのである。この結果、火花放電のみによる二次元的な着火から三次元的な着火に増幅され、燃焼が燃焼室１００内に急速に伝播、高い燃焼速度で拡大することとなる。
【００２５】
因みに、交流電圧発生回路であるＨブリッジ回路６２に替えて、脈流電圧発生回路を採用することもできる。この場合、当該脈流電圧発生回路は周期的に電圧が変化する直流電圧を発生させるものであればよく、その波形も任意であってよい。脈流電圧は、基準電圧（０Ｖであることがある）から一定周期で一定電圧まで変動するパルス電圧、交流電圧を半波整流した電圧、交流電圧に直流バイアスを加味した電圧等をおしなべて含む。電界発生装置６Ａ、６Ｂが発振する高周波電圧は、周波数が２００ｋＨｚ〜３０００ｋＨｚ程度、振幅が３ｋＶｐ−ｐ〜１０ｋＶｐ−ｐ程度であることが好ましい。
【００２６】
内燃機関の気筒１に吸気を供給するための吸気通路３は、外部から空気を取り入れて各気筒１の吸気ポートへと導く。吸気通路３上には、エアクリーナ３１、電子スロットルバルブ３２、サージタンク３３、吸気マニホルド３４を、上流からこの順序に配置している。
【００２７】
気筒１から排気を排出するための排気通路４は、気筒１内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒１の排気ポートから外部へと導く。この排気通路４上には、排気マニホルド４２及び排気浄化用の三元触媒４１を配置している。
【００２８】
本実施形態の内燃機関の運転制御を司るＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）０は、プロセッサ、メモリ、入力インタフェース、出力インタフェース等を有したマイクロコンピュータシステムである。
【００２９】
入力インタフェースには、車両の実車速を検出する車速センサから出力される車速信号ａ、クランクシャフトの回転角度及びエンジン回転数を検出するエンジン回転センサから出力されるクランク角信号ｂ、アクセルペダルの踏込量またはスロットルバルブ３２の開度をアクセル開度（いわば、要求負荷）として検出するセンサから出力されるアクセル開度信号ｃ、ブレーキペダルの踏込量を検出するセンサから出力されるブレーキ踏量信号ｄ、吸気通路３（特に、サージタンク３３）内の吸気温及び吸気圧を検出する温度・圧力センサから出力される吸気温・吸気圧信号ｅ、内燃機関の冷却水温を検出する水温センサから出力される冷却水温信号ｆ、シフトレバーのレンジを知得するためのセンサ（または、シフトポジションスイッチ）から出力されるシフトレンジ信号ｇ、吸気カムシャフトまたは排気カムシャフトの複数のカム角にてカム角センサから出力されるカム角信号ｈ等が入力される。
【００３０】
出力インタフェースからは、点火プラグ１２のイグナイタ１３に対して点火信号ｉ、インジェクタ１１に対して燃料噴射信号ｊ、スロットルバルブ３２に対して開度操作信号ｋ、第一電界発生装置６Ａに対して電界（即ち、高周波）印加指令信号ｌ、第二電界発生装置６Ｂに対して電界印加指令信号ｍ等を出力する。
【００３１】
ＥＣＵ０のプロセッサは、予めメモリに格納されているプログラムを解釈、実行し、運転パラメータを演算して内燃機関の運転を制御する。ＥＣＵ０は、内燃機関の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄ、ｅ、ｆ、ｇ、ｈを入力インタフェースを介して取得し、エンジン回転数を知得するとともに気筒１に充填される吸気量を推算する。そして、それらエンジン回転数及び吸気量等に基づき、要求される燃料噴射量、燃料噴射タイミング（一度の燃焼に対する燃料噴射の回数を含む）、燃料噴射圧、点火タイミング、燃焼室１００内に電界を発生させるか否かやその電界発生のタイミングといった各種運転パラメータを決定する。ＥＣＵ０は、運転パラメータに対応した各種制御信号ｉ、ｊ、ｋ、ｌ、ｍを出力インタフェースを介して印加する。
【００３２】
点火プラグ１２の中心電極１２ａをアンテナとして燃焼室１００内に放射される高周波電界と、点火プラグ１２の中心電極１２ａと接地電極１２ｂとの間に発生する火花放電とを相互作用させて着火用プラズマを生成し混合気に着火するアクティブ着火を行う際には、第一電界発生装置６Ａまたは第二電界発生装置６Ｂの何れか一方を選択してミキサ６６に接続し、その接続した電界発生装置６Ａ、６Ｂが出力する負のまたは正の高周波電界を中心電極１２ａに印加して、中心電極１２ａから燃焼室１００内に放射させる。
【００３３】
即ち、気筒１における一度の混合気の燃焼（換言すれば、一度のサイクル（吸気行程−圧縮行程−膨張行程−排気行程の一連を一サイクルとする））において、点火プラグ１２の中心電極１２ａから、負の高周波電界または正の高周波電界の何れかを放射する。気筒１における一度の混合気の燃焼において、ＥＣＵ０は、燃焼室１００内に高周波電界を放射するタイミング（火花放電開始と略同時、火花放電開始直前または火花放電開始直後のタイミング）に合わせて、スイッチ７Ａを接続しつつスイッチ７Ｂを切断して第一電界発生装置６Ａのみをミキサ６６に接続するか、あるいは、スイッチ７Ｂを接続しつつスイッチ７Ａを切断して第二電界発生装置６Ｂのみをミキサ６６に接続する。そして、ミキサ６６に接続している側の電界発生装置６Ａ、６Ｂから高周波を出力させる。
【００３４】
その上で、本実施形態では、点火プラグ１２の中心電極１２ａまたは接地電極１２ｂの一方的な損耗を抑制して点火プラグ１２を延命するべく、アクティブ着火においてミキサ６６に接続する電界発生装置６Ａ、６Ｂ、即ち中心電極１２ａに印加するべき高周波電界を適宜切り換えることとしている。
【００３５】
点火プラグ１２の中心電極１２ａに負の高周波電界を印加するアクティブ着火を実行すると、中心電極１２ａから接地電極１２ｂに向けて電子が放出される。このとき、中心電極１２ａの構成材料（金属）が電子とともに飛散するものと推測され、中心電極１２ａが激しく削られてゆく。だが、接地電極１２ｂは、中心電極１２ａと比較してその損耗が軽微である。
【００３６】
翻って、点火プラグ１２の中心電極１２ａに正の高周波電界を印加してアクティブ着火を実行すると、相対的に低電位となる接地電極１２ｂから中心電極１２ａに向けて電子が放出される。このときにも、接地電極１２ｂの構成材料が電子とともに飛散するものと推測され、接地電極１２ｂが激しく削られてゆく。だが、中心電極１２ａは、接地電極１２ｂと比較してその損耗が軽微である。
【００３７】
他方、点火コイルにおける負側一次コイル１４ａを介して負の電圧を印加し火花点火を実行すると、中心電極１２ａから接地電極１２ｂに向けて電子が放出される。このとき、中心電極１２ａの構成材料（金属）が電子とともに飛散するものと推測され、中心電極１２ａが激しく削られてゆく。だが、接地電極１２ｂは、中心電極１２ａと比較してその損耗が軽微である。
【００３８】
そして、相対的に低電位となる接地電極１２ｂから中心電極１２ａに向けて電子が放出される。このときにも、接地電極１２ｂの構成材料が電子とともに飛散するものと推測され、接地電極１２ｂが激しく削られてゆく。だが、中心電極１２ａは、接地電極１２ｂと比較してその損耗が軽微である。
【００３９】
なお、イグナイタ１３、すなわち負側イグナイタ１３ａ及び正側イグナイタ１３ｂ作動は点火信号ｉにより制御される。
【００４０】
また本実施形態では、運転状態に応じて電界発生装置６Ａ、６Ｂを用いたアクティブ着火を適宜行うようにしている。このとき、図示しないＥＧＲ回路を用いて排気を高い割合で吸気に還流、混合させるといった所謂大量ＥＧＲ運転時や、空燃比をリーンにするリーン運転時のようにすなわち失火を起こし易い運転状態にあるときに、電界強度を所定値以上にするなど、回転、負荷領域やＥＧＲ量といった運転状態に応じて電界強度を適宜設定している。
【００４１】
そしてこのとき、電界を生成するタイミングは一例として、火花点火を行うタイミングを避けた前後それぞれの一定期間に設定している。これにより、何れの電界発生装置６Ａ、６Ｂによる電界を生成した場合であっても正常な火花点火を行うことができる。また本実施形態では、電界発生装置６Ａ、６Ｂから生成される何れの電界であっても点火コイル１４を用いた火花点火は同様に行うようにしている。ここで、電界発生装置６Ｂによる正の脈流による電界であれば、電界の発生に伴って燃焼室１００内に発生する金属イオンは接地電極１２ｂ側に多く存在するものの、燃焼室１００内の金属イオンは負の脈流による電界同様に発生するためである。
【００４２】
ここで、本実施形態における燃焼室１００に取り付けられた点火プラグを図５及び図７に記して説明する。
【００４３】
点火プラグ１２は、気筒１においてプラグハウジング１２０が燃焼室１００の壁内に埋まるように取り付けられる事により、燃焼室１００内に中心電極１２ａの一部及び接地電極１２ｂが入り込んだ状態で露出するとともに、燃焼室１００の外側の部分では絶縁体１２ｃ全体及び接地電極１２ｂの一部が、燃焼室１００内に臨むように表出する。
【００４４】
しかして本実施形態に係る内燃機関は図５〜図７に示すように、燃焼室１００に生成される金属イオンが、中心電極１２ａと接地電極１２ｂとの間に介在する絶縁体１２ｃに到達しないように絶縁体１２ｃへ風すなわち誘導気流５４を吹き付けるためのプラズマアクチュエータ５を有している。ここで、本実施形態における印加装置とは、点火コイル１４及びイグナイタ１３であり、風発生装置とは、プラズマアクチュエータ５である。このプラズマアクチュエータ５は図５に示すように、対をなして配置された吸気バルブ１８間で且つ点火プラグ１２近傍の位置に動作不能に固定される。またプラズマアクチュエータ５は例えば、燃焼室１００の壁面と略面一となるように埋め込まれている。
【００４５】
また本実施形態では、点火コイル１４における負側一次コイル１４ａを介して負の電圧を印加し火花点火を実行するとき、予めアクティブ着火のための着火用プラズマが生成される前にプラズマアクチュエータ５によるイオン風である誘導気流５４を発生させておくことで、金属イオンが絶縁体１３ｃに到達しないようにしている。換言すれば、点火コイル１４による点火及び電界発生装置６Ａ（６Ｂ）による着火用プラズマの発生に先だって電圧が印可されるようにしている。
【００４６】
続いて図６を用いてプラズマアクチュエータ５の具体的な構成について説明する。プラズマアクチュエータ５が生成した風発生用プラズマ５０により、プラズマアクチュエータ５を設けている部位でイオン風である誘導気流５４が生じる。
【００４７】
このプラズマアクチュエータ５は、上側電極５２１及び下側電極５２２の対と、これら電極間に挟まれる誘電体５２３とを要素とするユニット５２を複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなる。すなわちプラズマアクチュエータ５は電圧の印可のみにより何らの動作をすることなくイオン風である誘導気流５４を発生させ得る。
【００４８】
上側電極５２１は、前後方向（ユニット５２の配列方向。図中横方向）に沿った幅寸法が下側電極５２２のそれよりも小さい。また、上下方向（電極５２１、５２２が誘電体５２３を挟む方向、または誘電体５２３の表面の法線方向。図中縦方向）の厚みも小さく薄い。各ユニット５２の上側電極５２１は、誘電体５２３の表面に露出させる、または、下側電極５２２と比べてより誘電体５２３の表面に近い位置に配置する。後者の場合、上側電極５２１にプラズマ生成を妨げないコーティングを施すか若しくは図示しないが上側電極５２１を誘電体５２３の（風発生用プラズマ５０が生成される）表面下に埋設するようにして、上側電極５２１を直接気流に触れさせないようにすることができる。
【００４９】
下側電極５２２は、上側電極５２１と比較して前後方向に大きく拡張する。各ユニット５２の下側電極５２２は、同図に示しているように誘電体５２３の裏面に露出させてもよく、図示しないが誘電体５２３内に埋設してもよい。下側電極５２２は、同じユニット５２を構成する上側電極５２１に対して前方に偏倚した位置にある。即ち、下側電極５２２の直上に上側電極５２１は存在していない。
【００５０】
誘電体５２３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、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を採用することが好適である。
【００５１】
各ユニット５２の上側電極５２１と、当該ユニット５２と隣り合う他のユニット５２の下側電極５２２との間には、遮蔽部３を設ける。遮蔽部３は、一のユニット５２の上側電極５２１と、他のユニット５２の下側電極５２２との間でプラズマが生成されるのを阻害する役割を担う。遮蔽部３は、誘電体材料を主体とし、各ユニット５２の上側電極５２１の後背にあって、電極５２１、５２２が挟んでいる誘電体５２３の表面から、少なくとも上側電極５２１の上面と略同じ高さまで迫り出している。同図に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極５２１の上面を越えており、また、遮蔽部３が上側電極５２１の上面の一部に覆い被さっている。
【００５２】
本プラズマアクチュエータ５を用いるに際しては、各ユニット５２の上側電極５２１及び下側電極５２２間に、例えば１ｋＶないし１０ｋＶ程度の高圧、１ｋＨｚないし２０ｋＨｚ程度の周波数の、脈流電圧（直流パルス電圧）または交流電圧を印加する。印加電圧及び周波数は、電極５２１、５２２の寸法や電極５２１、５２２間の距離、誘電体５２３の誘電率等に応じて定める。
【００５３】
両電極５２１、５２２間に電圧を印加すると、下側電極５２２の直上にある誘電体５２３の表面に風発生用プラズマ５０が生成され、この風発生用プラズマ５０に起因して、誘電体５２３の表面上に気体の衝撃波５４１が発生する。衝撃波５４１は、同一のユニット５２を構成する上側電極５２１から下側電極５２２に向かう方向に、換言すれば後方から前方に向かって流れる。風発生用プラズマ５０を生成するユニット５２が前後方向に並んでいることから、誘電体５２３の表面上を流れる衝撃波５４１は、あるユニット５２から別のユニット５２へと伝搬してゆくにつれて加速され、強化される。その結果、イオン風である誘導気流５４が生じる。
【００５４】
しかして本実施形態では、回転、負荷領域やＥＧＲ量といった運転状態に応じて燃焼室１００内のタンブル流Ｔを始めとする気流の方向や強弱が変わる。それ故、運転状態と燃焼室１００内の気流の挙動とを予め試験にて適合し、例えばマップとしてＥＣＵ０に記憶させるようにし、これら運転状態を鑑みながらプラズマアクチュエータ５による誘導気流５４の有無並びに強弱を適宜制御するようにしている。
【００５５】
図７に、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ５の、作動の一例を示す。同図では、例えば内燃機関が低回転域にあるときの燃焼室１００内の態様を示している。この燃焼室１００内において点火に際し電界発生装置６Ａ（６Ｂ）及び点火プラグ１４が作動する直前にプラズマアクチュエータ５へ電圧が印可され、絶縁体１２ｃへイオン風である誘導気流５４が吹き付けられる。そして、燃焼室１００内の金属イオンはプラスイオンを帯びた、すなわち正に帯電した誘導気流５４によって、確実に絶縁体１２ｃから遠くへ拡散し得る。
【００５６】
このようにすることで、電界発生装置６Ａ（６Ｂ）及び点火プラグ１４の作動によって発生する着火用プラズマが発生しているときにイオン風である誘導気流５４が発生するようにしている。これにより着火用プラズマの発生により燃焼室１００内に生じた金属イオンは絶縁体１２ｃから遠ざかる方向に追い払われる。換言すれば、プラズマアクチュエータ５がプラスイオンである金属イオンを追い払うタイミング及び期間でプラスに帯電したイオン風である誘導気流５４を吹き付けるようにする。そしてこの誘導気流５４は、本実施形態では燃焼室１００内で起こるタンブル流Ｔの方向に沿う方向となるよう、プラズマアクチュエータ５が配されているので、誘導気流５４は金属イオンを絶縁体１２ｃから追い払うのみならず、タンブル流Ｔを増強させる。これにより、さらなる良好な燃焼をも担保される。
【００５７】
以上のように本実施形態によれば、絶縁体を配した位置に風が吹き付けられることにより金属イオンは風である誘導気流５４により絶縁体１２ｃから遠ざかる方向に追い払われる。よって金属イオンが絶縁体１２ｃに付着する可能性を低くすることができる。その結果、金属イオンを絶縁体１２ｃに付着させてしまうことを抑制し、絶縁体１２ｃへの金属の堆積を低減せしめている。すなわち本実施形態によれば、点火プラグ１２への金属イオンの堆積による想定外の放電の発生を回避し、火花点火のための所要の放電を継続的に安定して行い得る内燃機関が実現されている。
【００５８】
また本実施形態では、プラズマアクチュエータ５が、燃焼室１００内にプラズマが生成される前に、具体的には直前に絶縁体１２ｃに向けてプラスに帯電したイオン風を吹き付けるので、プラスイオンである金属イオンが発生するタイミングで効率良く金属イオン気温風に対して反発させてを絶縁体１２ｃから遠ざけることができる。
【００５９】
特に本実施形態では運転状態に応じたプラズマアクチュエータ５の出力制御を実施する事で、点火毎に毎回所定の電圧がプラズマアクチュエータ５に印加されるような制御に比べて、本実施形態では無駄な電力消費を有効に抑え、燃費の向上にも寄与している。
【００６０】
＜変形例＞
以下に本実施形態の各変形例について説明する。これら変形例について、上記実施形態における構成要素に相当するものに対しては同じ符号を付するとともに、その詳細な説明を省略する。
【００６１】
例えば、上記実施形態では気筒１の燃焼室内に臨む点火プラグ１２の中心電極を、電界を放射するアンテナとする態様を開示したが勿論、図６に示すように点火プラグ１２をアンテナとして利用せず、点火プラグ１２とは別個独立したアンテナ１７を設けたものであってもよい。以下、図６に示す本実施形態の変形例については上記実施形態の構成要素に相当するものに対し同じ符号を付すとともに、その詳細な説明を省略するものとする。
【００６２】
同図に示すように、同変形例は、二次コイル１４ｃを、ミキサを介さずに直接点火プラグ１２に接続するようにしている。そして、電界発生装置６Ａ、６Ｂは、スイッチ７Ａ、スイッチ７Ｂを介して点火プラグ１２とは別体に構成され燃焼室１００内の所要の位置に露出させて設けられたアンテナ１７に接続するようにしている。このようなものであれば、電界生成のための放電のプラスマイナス及び火花点火の為の電圧印加の正負に拘わらず所要のタイミングでの電界の生成及び火花点火を行い得る。
【００６３】
以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【００６４】
例えば、上記実施形態ではプラズマアクチュエータを１つのみ配した態様を開示したが、勿論、点火プラグ近傍に複数のプラズマアクチュエータを配したものであってもよい。また電極や誘電体、さらには風を発生させるときの運転状態や具体的なタイミングといった具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。
【００６５】
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００６６】
本発明は本発明は火花点火式の内燃機関として利用することができる。
【符号の説明】
【００６７】
６Ａ、６Ｂ…電界発生装置
１２…点火プラグ
１３…印加装置（イグナイタ）
１４…印加装置（点火コイル）
１２ａ…中心電極
１２ｂ…接地電極
１２ｃ…絶縁体
５…プラズマアクチュエータ
５４…イオン風（誘導気流）
【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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【図７】
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【図８】
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