(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、上記燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
上記燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータを有し、
上記プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、第１の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、上記誘電体は、上記燃焼室の天井面及び／又は上記エンジンのピストン頂面に沿って配置され、上記第１の露出電極は、上記誘電体の上記燃焼室側に配置され、上記埋め込み電極は、上記誘電体を挟んで上記第１の露出電極の反対側に配置され、
上記埋め込み電極は、上記スキッシュエリアの範囲内に配置され、
上記プラズマアクチュエータの第１の露出電極及び埋め込み電極は、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、
上記円環状の第１の露出電極は、上記円環状の埋め込み電極よりも上記燃焼室の径方向外側に配置される、ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
【請求項２】
ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、上記燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
上記燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータと、
上記プラズマアクチュエータを制御する制御手段と、を有し、
上記プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第１の露出電極、及び、この円環状の第１の露出電極よりも上記燃焼室の径方向内側に配置された上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、
上記プラズマアクチュエータは、上記燃焼室の天井面及び／又は上記エンジンのピストン頂面において上記スキッシュエリアの範囲内に配置され、
上記制御手段は、上記エンジンの膨張行程中に上記燃焼室の径方向内側に向かう流動を発生させるように上記プラズマアクチュエータを制御する、ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
【請求項３】
ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、上記燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
上記燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータを有し、
上記プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、第２の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、上記誘電体は、上記燃焼室の天井面及び／又は上記エンジンのピストン頂面に沿って配置され、上記第２の露出電極は、上記誘電体の上記燃焼室側に配置され、上記埋め込み電極は、上記誘電体を挟んで上記第２の露出電極の反対側に配置され、
上記埋め込み電極は、上記スキッシュエリアの範囲内に配置され、
上記プラズマアクチュエータの第２の露出電極及び埋め込み電極は、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、
上記円環状の第２の露出電極は、上記円環状の埋め込み電極よりも上記燃焼室の径方向内側に配置される、ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
【請求項４】
ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、上記燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
上記燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータと、
上記プラズマアクチュエータを制御する制御手段と、を有し、
上記プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第２の露出電極、及び、この円環状の第２の露出電極よりも上記燃焼室の径方向外側に配置された上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、
上記プラズマアクチュエータは、上記燃焼室の天井面及び／又は上記エンジンのピストン頂面において上記スキッシュエリアの範囲内に配置され、
上記制御手段は、上記エンジンの膨張行程中に上記燃焼室の径方向外側に向かう流動を発生させるように上記プラズマアクチュエータを制御する、ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内の流動制御装置に係わり、特に、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、上記燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、燃焼室内における気体の流動を制御してエンジンの燃焼改善を図ることが行われている。例えば、火花点火式エンジンにおいて、圧縮行程終期に吸気側及び排気側のスキッシュエリアからそれぞれ燃焼室天井面及びピストン冠面に沿って流れるスキッシュ流を発生させ、混合気を燃焼室中央部に集合させることで、燃料の着火性を改善する技術が知られている（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２０１３−１９４５６１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、エンジンの効率を向上させるためには、冷却損失を低減することが必要である。しかしながら、上記の特許文献１に記載されたエンジンのように、燃焼室天井面及びピストン冠面に沿って流れるスキッシュ流や逆スキッシュ流を発生させると、それらの流動により燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン冠面との間の対流熱伝達が促進され、冷却損失が増大してしまう。
【０００５】
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、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、スキッシュ流や逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる、燃焼室内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】
【０００６】
上記の目的を達成するために、本発明の第１発明による燃焼室内の流動制御装置は、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータを有し、プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、第１の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、誘電体は、燃焼室の天井面及び／又はエンジンのピストン頂面に沿って配置され、第１の露出電極は、誘電体の燃焼室側に配置され、埋め込み電極は、誘電体を挟んで露出電極の反対側に配置され、埋め込み電極は、スキッシュエリアの範囲内に配置され、プラズマアクチュエータの第１の露出電極及び埋め込み電極は、それぞれ、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、円環状の第１の露出電極は、円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向外側に配置される、ことを特徴とする。
このように構成された本発明の第１発明においては、プラズマアクチュエータの埋め込み電極は、燃焼室の天井面及び／又はピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、円環状の第１の露出電極及び円環状の埋め込み電極は同心円状に配置され、円環状の第１の露出電極は、燃焼室の天井面及び／又はピストン頂面において円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向外側に配置されるので、逆スキッシュ流が発生する時期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、露出電極の端面と誘電体との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、スキッシュエリアの範囲内において燃焼室天井面及び／又はピストン頂面に沿って燃焼室の径方向内側に向かう流動を誘起することができる。このように、逆スキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることにより、燃焼室天井面及びピストン頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
【０００８】
また、本発明の第２発明による燃焼室内の流動制御装置は、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータと、プラズマアクチュエータを制御する制御手段と、を有し、プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第１の露出電極、及び、この円環状の第１の露出電極よりも燃焼室の径方向内側に配置された燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、プラズマアクチュエータは、燃焼室の天井面及び／又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、制御手段は、エンジンの膨張行程中に燃焼室の径方向内側に向かう流動を発生させるようにプラズマアクチュエータを制御する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明の第２発明においては、制御手段は、燃焼室の天井面及び／又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータを、逆スキッシュ流が発生する膨張行程中に燃焼室の径方向内側に向かう流動を発生させるように制御するので、逆スキッシュ流が発生する時期において逆スキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることができ、これにより、燃焼室天井面及びピストン頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
また、本発明の第３発明による燃焼室内の流動制御装置は、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータを有し、プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、第２の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、誘電体は、燃焼室の天井面及び／又はエンジンのピストン頂面に沿って配置され、第２の露出電極は、誘電体の燃焼室側に配置され、埋め込み電極は、誘電体を挟んで露出電極の反対側に配置され、埋め込み電極は、スキッシュエリアの範囲内に配置され、プラズマアクチュエータの第２の露出電極及び埋め込み電極は、それぞれ、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、円環状の第２の露出電極は、円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向内側に配置される、ことを特徴とする。
このように構成された本発明の第３発明においては、プラズマアクチュエータの埋め込み電極は、燃焼室の天井面及び／又はピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、円環状の第２の露出電極及び円環状の埋め込み電極は同心円状に配置され、円環状の第２の露出電極は、燃焼室の天井面及び／又はピストン頂面において円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向内側に配置されるので、スキッシュ流が発生する時期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、露出電極の端面と誘電体との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、スキッシュエリアの範囲内において燃焼室天井面及び／又はピストン頂面に沿って燃焼室の径方向外側に向かう流動を誘起することができる。このように、スキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることにより、燃焼室天井面及びピストン頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
また、本発明の第４発明による燃焼室内の流動制御装置は、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室内に配置されたプラズマアクチュエータと、プラズマアクチュエータを制御する制御手段と、を有し、プラズマアクチュエータは、少なくとも１組の誘電体、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第２の露出電極、及び、この円環状の第２の露出電極よりも燃焼室の径方向外側に配置された燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、プラズマアクチュエータは、燃焼室の天井面及び／又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、制御手段は、エンジンの圧縮行程中に燃焼室の径方向外側に向かう流動を発生させるようにプラズマアクチュエータを制御する、ことを特徴とする。
このように構成された本発明の第４発明においては、制御手段は、燃焼室の天井面及び／又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータを、スキッシュ流が発生する圧縮行程中に燃焼室の径方向内側に向かう流動を発生させるように制御するので、スキッシュ流が発生する時期においてスキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることができ、これにより、燃焼室天井面及びピストン頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明による燃焼室内の流動制御装置によれば、ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、スキッシュ流や逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態による燃焼室内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燃焼室内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エンジンのピストン及びシリンダヘッドなどの部分断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるエンジンのスキッシュエリア近傍の部分拡大断面図である。
【図６】本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの平面図であり、（ａ）はピストン頂面に配置されたプラズマアクチュエータをピストンの上方から見た平面図、（ｂ）は燃焼室の天井面に配置されたプラズマアクチュエータを天井面の下方から見た平面図である。
【図７】本発明の実施形態によるエンジンのスキッシュエリア近傍の部分拡大断面図であり、（ａ）は圧縮行程中のプラズマアクチュエータの動作を示す図、（ｂ）は膨張行程中のプラズマアクチュエータの動作を示す図である。
【図８】本発明の実施形態の変形例によるプラズマアクチュエータの平面図であり、（ａ）はピストン頂面に配置されたプラズマアクチュエータをピストン頂面の上方から見た平面図、（ｂ）は燃焼室の天井面に配置されたプラズマアクチュエータを天井面の下方から見た平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による燃焼室内の流動制御装置を説明する。
【００１２】
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燃焼室内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燃焼室内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。
【００１３】
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。
【００１４】
シリンダヘッド６には、気筒２毎に、吸気ポート１８及び排気ポート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側の開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。
【００１５】
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。インジェクタ２６は、その噴口が燃焼室１６の天井面１６ａの中央部分から、その燃焼室１６内に臨むように配設されている。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。
【００１６】
シリンダヘッド６にはまた、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３０が取り付けられている。本実施形態においては、吸気弁２２と排気弁２４との間に、２つの点火プラグ３０が配置されている。
【００１７】
また、ピストン１４の頂面及びシリンダヘッド６には、プラズマアクチュエータ２８が配置されている。プラズマアクチュエータ２８の詳細は後述する。
【００１８】
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。ＰＣＭ３２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ＰＣＭ３２が制御器を構成する。
【００１９】
ＰＣＭ３２には、図１、２に示すように、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の検出信号を含む各種の信号が入力される。
【００２０】
ＰＣＭ３２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３０、プラズマアクチュエータ２８、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ＰＣＭ３２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２８及びＰＣＭ３２は、本発明における燃焼室内の流動制御装置に相当し、ＰＣＭ３２はプラズマアクチュエータ２８を制御する制御手段として機能する。
【００２１】
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２８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２８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２８は、薄膜状の誘電体３８と、この誘電体を挟んで配置された露出電極４０及び埋め込み電極４２とを備えている。露出電極４０と埋め込み電極４２とは、誘電体３８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４０と埋め込み電極４２とが誘電体３８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４０及び埋め込み電極４２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４０及び埋め込み電極４２には、交流電源４４が接続されている。
【００２２】
交流電源４４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４０及び埋め込み電極４２に印加すると、図３に示すように、露出電極４０の端面と誘電体３８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４０から埋め込み電極４２に向かう体積力を生じさせ、その体積力により、誘電体３８の表面に沿った気体の流動が誘起される。
プラズマＰにより生じる体積力の大きさは、露出電極４０及び埋め込み電極４２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。
【００２３】
次に、図４乃至図６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２８について詳細に説明する。図４は、本発明の実施形態によるピストン１４及びシリンダヘッド６などの部分断面図であり、図５は、本発明の実施形態によるエンジン１のスキッシュエリア近傍の部分拡大断面図である。また、図６は、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８の平面図であり、図６（ａ）はピストン１４の頂面に配置されたプラズマアクチュエータ２８をピストン１４の上方から見た平面図、図６（ｂ）は燃焼室天井面１６ａに配置されたプラズマアクチュエータ２８を燃焼室天井面１６ａの下方から見た平面図である。なお、図４は、ピストン１４が圧縮上死点前１０°に位置するときの図を示している。
【００２４】
本実施形態によるエンジン１では、シリンダヘッド６側の燃焼室天井面１６ａが切妻型の屋根状（ペントルーフ形状）に形成された燃焼室１６が適用されている。図４は、このような燃焼室１６を構成するペントルーフ形状の稜線に直交する線分に沿った面で切断した、ピストン１４及びシリンダヘッド６などの一部分の断面図である。
【００２５】
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３４が形成されている。キャビティ３４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３４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３４の凹部内に２つの点火プラグ３０が配置されている。
【００２６】
また、ピストン１４の頂面には、キャビティ３４の外縁からピストン１４の上面の外縁まで延び、キャビティ３４の径方向外側を取り囲む周縁部３６が設けられている。ピストン１４の頂面の周縁部３６と燃焼室天井面１６ａとの間には、スキッシュエリアＳＡが形成される。
【００２７】
プラズマアクチュエータ２８は、ピストン頂面周縁部３６と、燃焼室天井面１６ａにおいて周縁部３６に対向する部分とに配置されている。
具体的には、図５に示すように、ピストン頂面周縁部３６に配置されたプラズマアクチュエータ２８については、誘電体３８がピストン１４の頂面に沿って配置されており、この誘電体３８の上面（すなわち燃焼室１６側）に露出電極４０が配置され、誘電体３８を挟んで露出電極４０の反対側（すなわちピストン１４側）に埋め込み電極４２が埋め込まれている。
本実施形態においては、ピストン頂面周縁部３６に３つの埋め込み電極４２が埋め込まれており、それぞれの埋め込み電極４２について、埋め込み電極４２よりも燃焼室１６の径方向内側に配置された内側露出電極４０ａと、埋め込み電極４２よりも燃焼室１６の径方向外側に配置された外側露出電極４０ｂとが設けられている。
【００２８】
また、燃焼室天井面１６ａに配置されたプラズマアクチュエータ２８については、誘電体３８が燃焼室天井面１６ａにおいて周縁部３６に対向する部分に沿って配置されており、この誘電体３８の下面（すなわち燃焼室１６側）に露出電極４０が配置され、誘電体３８を挟んで露出電極４０の反対側（すなわちシリンダヘッド６側）に埋め込み電極４２が埋め込まれている。
本実施形態においては、燃焼室天井面１６ａに２つの埋め込み電極４２が埋め込まれており、それぞれの埋め込み電極４２について、埋め込み電極４２よりも燃焼室１６の径方向内側に配置された内側露出電極４０ａと、埋め込み電極４２よりも燃焼室１６の径方向外側に配置された外側露出電極４０ｂとが設けられている。
【００２９】
また、図６に示すように、露出電極４０及び埋め込み電極４２は、平面視において環状に配置される。
具体的には、ピストン頂面周縁部３６に配置されたプラズマアクチュエータ２８については、図６（ａ）に示すように、それぞれ円環状に形成された３組の内側露出電極４０ａ、外側露出電極４０ｂ及び埋め込み電極４２が、ピストン頂面周縁部３６に同心円状に配置されている。
また、燃焼室天井面１６ａに配置されたプラズマアクチュエータ２８については、図６（ｂ）に示すように、それぞれ円環状に形成された２組の内側露出電極４０ａ、外側露出電極４０ｂ及び埋め込み電極４２が、燃焼室天井面１６ａの周縁部に同心円状に配置されている。
【００３０】
次に、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２８の動作を説明する。図７は、本発明の実施形態によるエンジン１のスキッシュエリアＳＡ近傍の部分拡大断面図であり、図７（ａ）は圧縮行程中のプラズマアクチュエータ２８の動作を示す図、（ｂ）は膨張行程中のプラズマアクチュエータ２８の動作を示す図である。
【００３１】
図７（ａ）に示すように、圧縮行程においては、ピストン１４が上昇し燃焼室天井面１６ａにピストン１４が接近するにしたがってスキッシュエリアＳＡの容積が減少すると、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６に沿ってスキッシュエリアＳＡからキャビティ３４に向かうスキッシュ流Ｓ（図７（ａ）において点線矢印により示す）が発生する。
このスキッシュ流Ｓが最も強くなる時期（例えば圧縮上死点前１０°前後）において、ＰＣＭ３２は、交流電源４４により高周波及び高電圧の交流電圧を内側露出電極４０ａ及び埋め込み電極４２に印加させる。これにより、内側露出電極４０ａの端面と誘電体３８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、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６に沿って燃焼室１６の径方向外側に向かう流動が誘起される。すなわち、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６の表面近傍において、スキッシュ流Ｓを打ち消す方向に流動が発生する。これにより、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室１６内の高温ガスと燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面との間の対流熱伝達を抑制して冷却損失を低減することができる。
【００３２】
また、図７（ｂ）に示すように、膨張行程においては、ピストン１４が下降し燃焼室天井面１６ａからピストン１４が離れるにしたがってスキッシュエリアＳＡの容積が増大すると、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６に沿ってキャビティ３４からスキッシュエリアＳＡに向かう逆スキッシュ流ＲＳ（図７（ｂ）において点線矢印により示す）が発生する。
この逆スキッシュ流ＲＳが最も強くなる時期（例えば圧縮上死点後１０°前後）において、ＰＣＭ３２は、交流電源４４により高周波及び高電圧の交流電圧を外側露出電極４０ｂ及び埋め込み電極４２に印加させる。これにより、外側露出電極４０ｂの端面と誘電体３８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、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６に沿って燃焼室１６の径方向内側に向かう流動が誘起される。すなわち、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６の表面近傍において、逆スキッシュ流ＲＳを打ち消す方向に流動が発生する。これにより、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面近傍におけるガスの流速を弱めることができ、燃焼室１６内の高温ガスと燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面との間の対流熱伝達を抑制して冷却損失を低減することができる。
【００３３】
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、露出電極４０及び埋め込み電極４２は平面視において円環状に形成されていると説明したが、これとは異なる形状であってもよい。
例えば、図８に示すように、直線状に形成された複数の露出電極４０及び埋め込み電極４２を、平面視において環状に配置してもよい。図８は、本発明の実施形態の変形例によるプラズマアクチュエータ２８の平面図であり、図８（ａ）はピストン１４の頂面に配置されたプラズマアクチュエータ２８をピストン１４の上方から見た平面図、図８（ｂ）は燃焼室天井面１６ａに配置されたプラズマアクチュエータ２８を天井面１６ａの下方から見た平面図である。
【００３４】
具体的には、ピストン頂面周縁部３６に配置されたプラズマアクチュエータ２８については、図８（ａ）に示すように、それぞれ直線状に形成された３組の内側露出電極４０ａ、外側露出電極４０ｂ及び埋め込み電極４２が、燃焼室１６の周方向に平行に配列されて１つのブロックを形成し、同様に形成された８つのブロックが、キャビティ３４を取り囲むように、ピストン頂面周縁部３６に全体として環状に配置されるようにしてもよい。
【００３５】
また、燃焼室天井面１６ａに配置されたプラズマアクチュエータ２８については、図８（ｂ）に示すように、それぞれ直線状に形成された２組の内側露出電極４０ａ、外側露出電極４０ｂ及び埋め込み電極４２が、燃焼室１６の周方向に平行に配列されて１つのブロックを形成し、同様に形成された８つのブロックが、燃焼室天井面１６ａの周縁部に全体として環状に配置されるようにしてもよい。
【００３６】
また、上述した実施形態においては、プラズマアクチュエータ２８が燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面周縁部３６に配置された場合を説明したが、プラズマアクチュエータ２８が燃焼室天井面１６ａ又はピストン頂面周縁部３６の一方に配置されるようにしてもよい。
【００３７】
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燃焼室内の流動制御装置の効果を説明する。
【００３８】
まず、プラズマアクチュエータ２８の埋め込み電極４２は、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面においてスキッシュエリアＳＡの範囲内に配置され、内側露出電極４０ａは、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面において埋め込み電極４２よりも燃焼室１６の径方向内側に配置されるので、スキッシュ流Ｓが発生する時期に高周波及び高電圧の交流電圧を内側露出電極４０ａ及び埋め込み電極４２に印加することにより、内側露出電極４０ａの端面と誘電体３８との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、スキッシュエリアＳＡの範囲内において燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面に沿って燃焼室１６の径方向外側に向かう流動を誘起することができる。このように、スキッシュ流Ｓを打ち消す方向に流動を発生させることにより、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室１６内の高温ガスと燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面との間の対流熱伝達を抑制して、スキッシュ流Ｓによる冷却損失を低減することができる。
【００３９】
また、露出電極４０及び埋め込み電極４２が、ピストン頂面周縁部３６と燃焼室天井面１６ａとの間に形成されるスキッシュエリアＳＡ全体に対応するように配置されるので、スキッシュ流Ｓが発生する時期に高周波及び高電圧の交流電圧を内側露出電極４０ａ及び埋め込み電極４２に印加することにより、スキッシュエリアＳＡ全体においてスキッシュ流Ｓを抑制することができ、スキッシュ流Ｓによる冷却損失を一層効果的に低減することができる。
【００４０】
また、外側露出電極４０ｂは、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面において埋め込み電極４２よりも燃焼室１６の径方向外側に配置されるので、逆スキッシュ流ＲＳが発生する時期に高周波及び高電圧の交流電圧を外側露出電極４０ｂ及び埋め込み電極４２に印加することにより、外側露出電極４０ｂの端面と誘電体３８との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、スキッシュエリアＳＡの範囲内において燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面に沿って燃焼室１６の径方向内側に向かう流動を誘起することができる。このように、逆スキッシュ流ＲＳを打ち消す方向に流動を発生させることにより、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室１６内の高温ガスと燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面との間の対流熱伝達を抑制して、逆スキッシュ流ＲＳによる冷却損失を低減することができる。
【００４１】
また、ＰＣＭ３２は、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面においてスキッシュエリアＳＡの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータ２８を、スキッシュ流Ｓが発生する圧縮行程中に燃焼室１６の径方向外側に向かう流動を発生させるように制御するので、スキッシュ流Ｓが発生する時期においてスキッシュ流Ｓを打ち消す方向に流動を発生させることができ、これにより、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室１６内の高温ガスと燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面との間の対流熱伝達を抑制して、スキッシュ流Ｓによる冷却損失を低減することができる。
【００４２】
また、ＰＣＭ３２は、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面においてスキッシュエリアＳＡの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータ２８を、逆スキッシュ流ＲＳが発生する膨張行程中に燃焼室１６の径方向内側に向かう流動を発生させるように制御するので、逆スキッシュ流ＲＳが発生する時期において逆スキッシュ流ＲＳを打ち消す方向に流動を発生させることができ、これにより、燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室１６内の高温ガスと燃焼室天井面１６ａ及びピストン１４の頂面との間の対流熱伝達を抑制して、逆スキッシュ流ＲＳによる冷却損失を低減することができる。
【符号の説明】
【００４３】
１  エンジン（エンジン本体）
１４  ピストン
１６  燃焼室
１６ａ  燃焼室天井面
２８  プラズマアクチュエータ
３２  ＰＣＭ
３４  キャビティ
３６  周縁部
３８  誘電体
４０  露出電極
４０ａ  内側露出電極
４０ｂ  外側露出電極
４２  埋め込み電極
ＳＡ  スキッシュエリア
【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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