(57)【要約】      （修正有）【課題】気筒へ所望量のＥＧＲガスを導入し得る内燃機関を提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関は、排気ガス再循環装置を有する内燃機関であって、特定の気筒に向かって流れるＥＧＲガスの流通経路上にプラズマアクチュエータ１を設け、プラズマアクチュエータの電極に電圧を印加することでプラズマを発生させることにより特定の気筒に流れ込むＥＧＲガス量を増強する。これにより、プラズマアクチュエータの電極に電圧を印加しなかったときにＥＧＲガスｇが導入され難い特定の気筒へのＥＧＲガスの導入が促され、各気筒に偏り無くＥＧＲガスを導入し得る。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気ガス再循環装置を有する内燃機関であって、
特定の気筒に向かって流れるＥＧＲガスの流通経路上にプラズマアクチュエータを設け、プラズマアクチュエータの電極に電圧を印加することでプラズマを発生させることにより特定の気筒に流れ込むＥＧＲガス量を増強する内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、気筒に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置を備える内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、各気筒に個別に排気ガスの一部を吸気経路に還流させ気筒へ導入する排気ガス再循環装置を備える内燃機関が提案されている。なかでも近年、多気筒の内燃機関にあっては、還流する排気ガスであるＥＧＲガスを各気筒にほぼ均等に供給するように、例えば吸気マニホルドの各気筒に対応する部分に分配通路を接続し、ＥＧＲガスを分配して導入するように構成したものがある（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２０１１−２０８５８９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１のような構成を有したものであっても実際に各気筒へ還流されるＥＧＲガス量或いはＥＧＲ率を調べると、気筒毎にばらつきがみられるのが現状である。すなわち、例えばＥＧＲ管路自体の形状や、吸気通路内での吸気の挙動によって上記のばらつきが生ずるものと考えられる。また上記特許文献１のような構成のものにおいてもＥＧＲガス量或いはＥＧＲ率のばらつきがみられるということは、上記のような分配通路の有無に拘わらず複数の気筒に均等にＥＧＲガスを導入しようとしても、どうしてもＥＧＲガスが導入され難いといった特定の気筒が生じてしまう現状があるということができる。
【０００５】
換言すれば、上記の現状にあっては、このようなＥＧＲガス量のばらつきを勘案したＥＧＲガス量の制御をおこなわなければならず、ＥＧＲガス量の制御の精度を十分に向上し切れてないという問題も包含していることになる。
【０００６】
本発明は、このような不具合に着目したものであり、気筒へ所望量のＥＧＲガスを導入することでＥＧＲガス量の制御の精度を有効に向上させ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、排気ガス再循環装置を有する内燃機関であって、特定の気筒に向かって流れるＥＧＲガスの流通経路上にプラズマアクチュエータを設け、プラズマアクチュエータの電極に電圧を印加することでプラズマを発生させることにより特定の気筒に流れ込むＥＧＲガス量を増強することを特徴とする。
ここで、「特定の気筒に向かって流れるＥＧＲガスの流通経路上」とは、排気ガス再循環装置内にである必要はなく、ＥＧＲガスが流れる吸気通路内であっても良い。
【０００９】
このようなものであれば、特定の気筒へのＥＧＲガスの導入量を増強することにより、各気筒へ導入するＥＧＲガス量をそれぞれ所望の量とすることができる。その結果、ＥＧＲガス量の制御の精度を有効に向上させることができる。その結果、運転状態に応じた最適なＥＧＲ量を実現し、燃費の向上にも資するものとすることができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、気筒へ所望量のＥＧＲガスを導入することでＥＧＲガス量の制御の精度を有効に向上させ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】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態に係る概略構成図。
【図２】本発明の一実施形態の要部を示す模式的な説明図。
【図３】本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。
【図４】本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。
【図５】本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。
【図６】本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。
【図７】同実施形態の変形例に係る模式的な説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
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。
【００１３】
本実施形態における内燃機関は、火花点火式ガソリンエンジンであり、複数の、例えば三つの気筒５（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５の吸気ポート５３近傍には、燃料を噴射するインジェクタ５１を設けている。また、各気筒５の燃焼室の天井部に、点火プラグ５２を取り付けてある。点火プラグ５２は、点火コイルにて発生した誘導電圧の印加を受けて、中心電極と接地電極との間で火花放電を惹起するものである。点火コイルは、半導体スイッチング素子であるイグナイタとともに、コイルケースに一体的に内蔵される。
【００１４】
吸気を供給するための吸気通路７は、外部から空気を取り入れて各気筒５の吸気ポート５３へと導く。吸気通路７上には、エアクリーナ７１、電子スロットルバルブ７２、サージタンク７３、吸気マニホルド７４を、上流からこの順序に配置している。
【００１５】
排気を排出するための排気通路８は、気筒５内で燃料を燃焼させた結果発生した排気を各気筒５の排気ポート５４から外部へと導く。この排気通路８上には、排気マニホルド８２及び排気浄化用の三元触媒８１を配置している。
【００１６】
本実施形態の内燃機関には、外部ＥＧＲ装置６が付帯している。外部ＥＧＲ装置６は、いわゆる高圧ループＥＧＲを実現するものであり、排気通路８における三元触媒８１の上流側と吸気通路７における電子スロットルバルブ７２の下流側とを連通するＥＧＲ通路６１と、ＥＧＲ通路６１上に設けたＥＧＲクーラ２２と、ＥＧＲ通路６１を開閉し当該ＥＧＲ通路６１を流れるＥＧＲガスの流量を制御するＥＧＲバルブ６３と、吸気ポート５３と吸気マニホルド７４との間に介在し各気筒５にＥＧＲガスｇを分配導入するＥＧＲスペーサ６４とを要素とする。ＥＧＲ通路６１の入口は、排気通路８における排気マニホルド８２またはその下流の所定箇所に接続している。ＥＧＲ通路６１の出口は、吸気通路７における電子スロットルバルブ７２の下流の所定箇所、具体的にはサージタンク７３に接続している。
【００１７】
図２に示すようにＥＧＲスペーサ６４は、各気筒に対応する気筒と同数の吸入空気用開口６４ａを備えるとともに、この、吸気マニホルド８２及び吸気ポート５３に介在し且つこれらを連通させるそれぞれの吸入空気用開口６４ａに連通する枝分かれしたＥＧＲガス分配通路６４ｂを備える。各ＥＧＲガス分配通路６４ｂは、上流側で一つに合流して単一のＥＧＲ通路６１に連通し、ＥＧＲ通路６１を通じて還流されるＥＧＲガスｇをそれぞれの吸入空気用開口６４ａに分配する。そして同図に示すように、本実施形態ではこのＥＧＲスペーサ６４には、図３〜図６に示すプラズマアクチュエータ１を配している。
【００１８】
ここで、本実施形態に係る内燃機関は、三つある気筒５のうち、ＥＧＲ通路６１からＥＧＲガスｇが最も導入され難い特定の気筒５に向かって流れるＥＧＲガスｇの流通経路上にプラズマアクチュエータ１を設けている。
【００１９】
続いて図３〜図６を用いてプラズマアクチュエータ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１が生成したプラズマ０は、流入する吸気ａに効率よく作用する。即ち、プラズマアクチュエータ１を設けている部位で誘導気流が生じる。
【００２０】
このプラズマアクチュエータ１は、上側電極２１及び下側電極２２の対と、これら電極間に挟まれる誘電体２３とを要素とするユニット２を複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなる。
【００２１】
上側電極２１は、前後方向（ユニット２の配列方向。図中横方向）に沿った幅寸法が下側電極２２のそれよりも小さい。また、上下方向（電極２１、２２が誘電体２３を挟む方向、または誘電体２３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２の上側電極２１は、誘電体２３の表面に露出させる、または、下側電極２２と比べてより誘電体２３の表面に近い位置に配置する。後者の場合、上側電極２１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６に示しているように、上側電極２１を誘電体２３の（プラズマ０が生成される）表面下に埋設するようにして、上側電極２１を直接気流に触れさせないようにすることができる。
【００２２】
下側電極２２は、上側電極２１と比較して前後方向に大きく拡張する。各ユニット２の下側電極２２は、図３、図５に示しているように誘電体２３の裏面に露出させてもよく、図４、図６に示しているように誘電体２３内に埋設してもよい。下側電極２２は、同じユニット２を構成する上側電極２１に対して前方に偏倚した位置にある。即ち、下側電極２２の直上に上側電極２１は存在していない。
【００２３】
誘電体２３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。
【００２４】
各ユニット２の上側電極２１と、当該ユニット２と隣り合う他のユニット２の下側電極２２との間には、遮蔽部３を設ける。遮蔽部３は、一のユニット２の上側電極２１と、他のユニット２の下側電極２２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２の上側電極２１の後背にあって、電極２１、２２が挟んでいる誘電体２３の表面から、少なくとも上側電極２１の上面と略同じ高さまで迫り出している。図３、図４、図６に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極２１の上面を越えており、また、遮蔽部３が上側電極２１の上面の一部に覆い被さっている。図５に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極２１の上面と略面一となっており、下側電極２２の直上にある誘電体２３の表面とがなだらかに連続している。
【００２５】
本プラズマアクチュエータ１を用いるに際しては、各ユニット２の上側電極２１及び下側電極２２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２１、２２の寸法や電極２１、２２間の距離、誘電体２３の誘電率等に応じて定める。
【００２６】
両電極２１、２２間に電圧を印加すると、下側電極２２の直上にある誘電体２３の表面にプラズマ０が生成され、このプラズマ０に起因して、誘電体２３の表面上に気体の衝撃波４１が発生する。衝撃波４１は、同一のユニット２を構成する上側電極２１から下側電極２２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。プラズマ０を生成するユニット２が前後方向に並んでいることから、誘電体２３の表面上を流れる衝撃波４１は、あるユニット２から別のユニット２へと伝搬してゆくにつれて加速され、強化される。
【００２７】
しかして本実施形態では図２に示すように、プラズマアクチュエータ１の電極２１、２２に電圧を印加することでプラズマを発生させることにより特定の気筒５に流れ込むＥＧＲガスｇ量を増強するものである。
【００２８】
また本実施形態では「ＥＧＲガスｇが最も導入され難い特定の気筒５」をその一例として便宜上、同図においてＥＧＲ通路６１から最も遠い位置にある気筒５を指しているが、斯かる「特定の気筒５」は、設計、製造時や出荷前の適合等の試験、実験により特定されても良いことは言うまでもない。
【００２９】
図２に示すように、ＥＧＲ通路６１からＥＧＲスペーサ６２へＥＧＲガスｇが導入されると、通常であれば当該ＥＧＲガスｇは吸気の流れに押されて図示右側の気筒５へ優先的に流れるところ、プラズマアクチュエータ１を配した箇所に沿って一定量のＥＧＲガスｇが流れるようになる。その結果、各吸入空気用開口６４ａへばらつき無くＥＧＲガスｇを分配することができる。
【００３０】
以上のような構成とすることにより、本実施形態によれば、特定の気筒５へのＥＧＲガスｇの導入量を増強することにより、各気筒５へ導入するＥＧＲガスｇの量をそれぞればらつきの無いようにすることができる。その結果、ＥＧＲガスｇ量の制御の精度はばらつきを勘案した望ましくない値に設定することを回避し、運転状態に応じた最適なＥＧＲガスｇの量を実現し、ひいては燃費の向上にも資するものとなる。
【００３１】
＜変形例＞
以下、本実施形態の変形例について詳述する。斯かる変形例において上記実施形態の構成要素に相当するものに対しては同じ符号を付すとともに、その詳細な説明を省略する。
【００３２】
上記実施形態ではプラズマアクチュエータ１を外部ＥＧＲ装置６側に設けた態様を開示したが勿論、図７に示す同変形例のように、プラズマアクチュエータ１を吸気通路７側に配しても良い。具体的には同図では、上記実施形態とは異なりＥＧＲスペーサ６４を設けない代わりにＥＧＲ通路６１がサージタンク７３に接続し、このサージタンク７３内にプラズマアクチュエータ１を配することにより、特定の気筒５に接続する吸気マニホルド７４へのＥＧＲガスｇ量を増強するものである。
【００３３】
具体的に説明すると、図７に示すようにサージタンク７３は上流側ではエアクリーナ７１から電子スロットルバルブ７２を経た単一の通路に接続する一方、内部において、各気筒５に対応する同数すなわち３つの吸気マニホルド７４に吸気を分配する。そして本変形例では、図示右端からＥＧＲ通路６１がサージタンクし７３に連通し、ＥＧＲガスを導入するようにしている。そして上記実施形態同様のプラズマアクチュエータ１は、ＥＧＲ通路６１からＥＧＲガスｇが最も導入され難い特定の気筒５と設定するＥＧＲ通路６１から最も遠い気筒５に向かって流れる吸気マニホルド７４の流通経路上に配されている。
【００３４】
このようなものであっても上記実施形態同様、ＥＧＲ通路６１からサージタンクし７３へＥＧＲガスｇが導入されると、通常であれば当該ＥＧＲガスｇは吸気の流れに押されて図示右側の吸気マニホルド７４へ優先的に流れるところ、プラズマアクチュエータ１を配した箇所に沿って一定量のＥＧＲガスｇが流れるようになる。その結果、各吸気マニホルド７４へばらつき無くＥＧＲガスｇを分配することができる。すなわち本変形例の構成であっても、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。
【００３５】
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。
【００３６】
例えば、上記実施形態では特定の気筒をＥＧＲ通路から最も遠い気筒に設定した場合について説明したが勿論、吸気管内圧力をはじめとする各運転状態や供給するＥＧＲガスｇ量に応じて特定の気筒５が変り得る可能性がある点も否定するものではない。斯かる場合には複数のプラズマアクチュエータへ印加する電圧量を変化させるようにしても良い。さらには、特定の気筒とは、単一の気筒を指すものとは限らず複数の気筒を指すものであっても良い。このような場合は適宜プラズマアクチュエータの配置を変更しても良い。また電極や誘電体の具体的な態様等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。
【００３７】
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】
【００３８】
本発明は気筒に排気ガスの一部を還流させる排気ガス再循環装置を備える内燃機関として利用することができる。
【符号の説明】
【００３９】
１…プラズマアクチュエータ
５…気筒
６…外部ＥＧＲ装置
【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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