(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダヘッドに取り付けられる導電体の第１電極と、
前記第１電極と対向する導電体の第２電極と、
前記第１電極又は前記第２電極の一方の電極のバリア放電する領域に形成される誘電体と、
を含み、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されると、前記誘電体と他方の電極との間のバリア放電によって混合気の自着火前の筒内にラジカルを生成可能なバリア放電部を有し、
前記第１電極は、線状の中心電極であり、
前記第２電極は、前記中心電極の周囲に形成され、シリンダヘッドに取り付けられる管状電極であり、
前記中心電極は、前記管状電極の中心である、
内燃機関の運転状態を制御する運転制御装置において、
前記バリア放電部を機関負荷に応じて制御するバリア放電制御手段を備え、
前記バリア放電制御手段は、機関負荷が比較的低いときには、バリア放電の放電開始時期を吸気行程に設定する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、少なくとも吸気弁の開弁後に前記バリア放電部の放電開始時期を設定する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項３】
請求項１又は請求項２に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、さらに排気弁の閉弁後に前記バリア放電部の放電開始時期を設定する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、吸気弁の閉弁前に前記バリア放電部の放電終了時期を設定する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項５】
請求項２から請求項４までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、機関負荷が比較的低いときには、機関負荷が低いほどバリア放電の放電開始時期を進角する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、機関負荷が比較的高いときには、バリア放電の放電開始時期を圧縮行程に設定する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、機関負荷が比較的高いときには、機関負荷が高いほどバリア放電の放電開始時期を遅角する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項８】
請求項１から請求項７までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、機関負荷が比較的低いときには、機関負荷が小さいほどバリア放電の放電エネルギを大きくする、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項９】
請求項８に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、電極間に印加する交流電圧の電圧値を増加させることでバリア放電の放電エネルギを大きくする、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１０】
請求項８又は請求項９に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、電極間に印加する交流電圧の周波数を増加させることでバリア放電の放電エネルギを大きくする、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１１】
請求項８から請求項１０までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記バリア放電制御手段は、電極間に印加する交流電圧の印加時間を長くすることでバリア放電の放電エネルギを大きくする、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１２】
請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記内燃機関は、吸気弁の開閉時期を調整可能な可変動弁機構を有する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の内燃機関の運転制御装置において、
機関負荷が低いほど吸気弁の閉弁時期を進角する吸気閉弁時期制御手段を有する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１４】
請求項１から請求項１３までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記内燃機関は、機械圧縮比を調整可能な可変圧縮比機構を有する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記可変圧縮比機構は、
ピストンに連結される第１リンクと、
クランクシャフトのクランクピンに装着され、前記第１リンクに連結する第２リンクと、
前記第２リンクに連結され、第２リンクの動作を規制して機械圧縮比を調整する第３リンクと、
を有することを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１６】
請求項１４又は請求項１５に記載の内燃機関の運転制御装置において、
機関負荷が比較的高いときには、混合気が圧縮着火しないように機械圧縮比を低くする圧縮比制御手段と、
前記バリア放電部によって体積的な点火を行うように制御する点火制御手段と、
を有することを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１７】
請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記内燃機関は、吸気ポートに設けられた燃料噴射弁を有する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１８】
請求項１から請求項１６までのいずれか１項に記載の内燃機関の運転制御装置において、
前記内燃機関は、筒内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁を有する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項１９】
請求項１８に記載の内燃機関の運転制御装置において、
機関負荷が比較的低いときには、筒内に成層混合気を形成するように前記燃料噴射弁を制御する燃料噴射制御手段を有する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御装置。
【請求項２０】
シリンダヘッドに取り付けられる導電体の第１電極と、
前記第１電極と対向する導電体の第２電極と、
前記第１電極又は前記第２電極の一方の電極のバリア放電する領域に形成される誘電体と、
を含み、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧が印加されると、前記誘電体と他方の電極との間のバリア放電によって混合気の自着火前の筒内にラジカルを生成可能なバリア放電部を有し、
前記第１電極は、線状の中心電極であり、
前記第２電極は、前記中心電極の周囲に形成され、シリンダヘッドに取り付けられる管状電極であり、
前記中心電極は、前記管状電極の中心である、
内燃機関の運転状態を制御する運転制御方法において、
前記バリア放電部を機関負荷に応じて制御するバリア放電制御工程を備え、
前記バリア放電制御工程は、機関負荷が比較的低いときには、バリア放電の放電開始時期を吸気行程に設定する、
ことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、内燃機関の運転を制御する装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮行程中に、スパークプラグによってアシスト的にスパーク点火することで、筒内にラジカルを発生させて混合気の自着火性を向上させる装置が提案されている(特許文献１参照)。ラジカルは酸化反応(すなわち燃焼)を誘発しやすくまたその酸化反応(燃焼)が連鎖しやすい。そのため筒内にラジカルが発生していると混合気の自着火性が向上するのである。
【特許文献１】特開２００１−２０８４２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、スパーク点火は熱プラズマ放電であるので、前述した従来装置のようにスパークプラグによってスパーク点火してもラジカル生成効率が低く、また、ラジカル生成量も限られていた。そのため自着火性向上効果が少ないことが本件発明者らによって知見された。
【０００４】
本発明は、このような従来の問題点に着目してなされたものであり、混合気の自着火性を従来以上に向上可能な内燃機関並びにその内燃機関の運転を制御する装置及び方法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】
【０００５】
本発明は以下のような解決手段によって前記課題を解決する。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。
【０００６】
本発明は、シリンダヘッドに取り付けられる導電体の第１電極(７１)と、前記第１電極(７１)と対向する導電体の第２電極(７２)と、前記第１電極(７１)又は前記第２電極(７２)の一方の電極のバリア放電する領域に形成される誘電体(７３)と、を含み、前記第１電極(７１)と前記第２電極(７２)との間に電圧が印加されると、前記誘電体(７３)と他方の電極との間のバリア放電によって混合気の自着火前の筒内にラジカルを生成可能なバリア放電部(７０)を有し、前記第１電極は、線状の中心電極であり、前記第２電極は、前記中心電極の周囲に形成され、シリンダヘッドに取り付けられる管状電極であり、前記中心電極は、前記管状電極の中心である、内燃機関の運転状態を制御する運転制御装置において、前記バリア放電部を機関負荷に応じて制御するバリア放電制御手段を備え、前記バリア放電制御手段は、機関負荷が比較的低いときには、バリア放電の放電開始時期を吸気行程に設定する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、ラジカルを筒内に生成可能なバリア放電部を有するので、圧縮行程における混合気の自着火性が向上し、ひいては負荷にかかわらず燃料消費率を小さくでき、燃費を向上できたのである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
以下では図面等を参照して本発明を実施するための最良の形態について説明する。
（第１実施形態）
はじめに本発明の基本的な技術思想について説明する。
【０００９】
上述のように、スパーク点火することで、筒内にラジカル(高エネルギ電子が燃料又は空気の分子に衝突することで分子解離が誘発されている状態であり、混合気の着火を促進する化学活性種である)を発生させて混合気の自着火性(圧縮着火性)を向上させるエンジンが提案されている。しかしながら、このようなエンジンでは着火性向上効果が少なかった。この理由は以下のように考えられる。
【００１０】
すなわちスパーク点火では熱プラズマ放電となる。熱プラズマ放電では、電子，イオン，分子の間で運動エネルギが十分に交換される。そのため電子エネルギとイオンエネルギと中性粒子エネルギとが平衡な熱平衡状態となる。ラジカルは、高エネルギ電子が燃料又は空気の分子に衝突することで分子解離が誘発されている状態であり、混合気の着火を促進する化学活性種である。スパーク点火では、ラジカル生成に寄与しないイオンや分子にもエネルギを与えてしまい、投入エネルギの電子エネルギヘの変換効率が低い。ラジカル量を増やすために投入エネルギを大きくすると、電極が溶損する可能性もある。そのためラジカル量を増やすことが困難である。
【００１１】
そこで本件発明者らは、非平衡プラズマ放電に着目した。非平衡プラズマ放電では、電子温度(電子エネルギ)のみが非常に高い熱的に非平衡な状態(すなわち電子エネルギ＞＞イオンエネルギ＝中性粒子エネルギ)となり、投入エネルギに対する電子エネルギヘの変換効率が高い。また非平衡プラズマ放電では、ガス温度を高めないので熱損失が少ない。電極溶損のおそれも小さい。
【００１２】
このような理由により、非平衡プラズマ放電を利用すれば比較的容易にラジカルを生成可能である。そこで本件発明者らは、非平衡プラズマ放電機構をエンジンに組み入れる研究を鋭意進めた。また非平衡プラズマ放電するには、バリア放電による方法や短パルス印加による方法がある。このうち特にバリア放電が好適であることが本件発明者らの研究によって知見され、本件発明を完成するに至ったのである。
【００１３】
このような技術思想に基づいて自着火性を向上したバリア放電機能付きエンジンについて以下に説明する。
【００１４】
図１は、バリア放電機能付きエンジンの第１実施形態の構成を示す図である。
【００１５】
バリア放電機能付きエンジン１は、バリア放電部７０を備える。バリア放電部７０は、吸気ポート６０ａと排気ポート６０ｂとの間であって、シリンダヘッドのほぼ燃焼室中心に設けられる。バリア放電部７０は、非平衡プラズマ放電の一種であるバリア放電によってラジカルを生成する。またバリア放電部７０は、比較的高負荷時(混合気の空燃比が比較的リッチなとき)には、バリア放電によって混合気に着火することも可能である。このバリア放電部７０の詳細構造については、拡大図(図２)を参照して後述する。
【００１６】
本実施形態のバリア放電機能付きエンジン１は、ピストン３２とクランクシャフト３３とを２つのリンクで連結する複リンク機構による可変圧縮比機構(以下「複リンク式可変圧縮比機構」という)を有する。
【００１７】
複リンク式可変圧縮比機構は、ピストン３２とクランクシャフト３３とを２つのリンク(アッパリンク(第１リンク)１１、ロアリンク(第２リンク)１２)で連結するとともに、コントロールリンク(第３リンク)１３でロアリンク１２を制御して機械圧縮比を変更する。
【００１８】
アッパリンク１１は、上端をピストンピン２１を介してピストン３２に連結し、下端を連結ピン２２を介してロアリンク１２の一端に連結する。ピストン３２は、燃焼圧力を受け、シリンダブロック３１のシリンダ３１ａを往復動する。
【００１９】
ロアリンク１２は、一端を連結ピン２２を介してアッパリンク１１に連結し、他端を連結ピン２３を介してコントロールリンク１３に連結する。また、ロアリンク１２は、ほぼ中央の連結孔に、クランクシャフト３３のクランクピン３３ｂを挿入し、クランクピン３３ｂを中心軸として揺動する。ロアリンク１２は左右の２部材に分割である。クランクシャフト３３は、複数のジャーナル３３ａとクランクピン３３ｂとを備える。ジャーナル３３ａは、シリンダブロック３１及びラダーフレーム３４によって回転自在に支持される。クランクピン３３ｂは、ジャーナル３３ａから所定量偏心しており、ここにロアリンク１２が揺動自在に連結する。
【００２０】
コントロールリンク１３は、連結ピン２３を介してロアリンク１２に連結する。またコントロールリンク１３は、他端を連結ピン２４を介してコントロールシャフト２５に連結する。コントロールリンク１３は、この連結ピン２４を中心として揺動する。またコントロールシャフト２５にはギアが形成されており、そのギヤがアクチュエータ５１の回転軸５２に設けられたピニオン５３に噛合する。アクチュエータ５１によってコントロールシャフト２５が回転させられ、連結ピン２４が移動する。
【００２１】
コントローラ９０には、エンジン回転速度やエンジン負荷といったエンジン運転状態を検出する各種センサの信号を入力する。コントローラ９０はアクチュエータ５１を制御してコントロールシャフト２５を回転させて圧縮比を変更する。またコントローラ９０は、エンジン運転状態に応じた交流電圧の電圧値、印加時間、交流周波数、印加時期などをバリア放電部７０に印加するように、高電圧高周波発生器８０を制御する。さらにコントローラ９０は吸気ポート６０ａに設けられた燃料噴射弁６５の燃料噴射を制御する。吸気弁８１は後述のようにその開閉時期を変更可能である。コントローラ９０はエンジンの負荷を判定し、その負荷に応じた制御を行う。コントローラ９０は中央演算装置(ＣＰＵ)、読み出し専用メモリ(ＲＯＭ)、ランダムアクセスメモリ(ＲＡＭ)及び入出力インタフェース(Ｉ／Ｏインタフェース)を備えたマイクロコンピュータで構成される。コントローラ９０を複数のマイクロコンピュータで構成してもよい。
【００２２】
図２はバリア放電部の拡大図であり、図２(Ａ)は縦断面図であり、図２(Ｂ)は下面図である。
【００２３】
本実施形態のバリア放電部７０は、バリア放電によって非平衡プラズマを放電する。非平衡プラズマは、バリア放電以外にも短パルス印加によっても実現可能であるが、本実施形態ではバリア放電が好適である。この理由については後述する。
【００２４】
バリア放電部７０は、中心電極７１と管状電極７２とを備える。
【００２５】
中心電極７１は、棒状の導電体である。中心電極７１は、全周が誘電体(絶縁体)７３で覆われる。中心電極７１は、端子７１ａを介して高電圧高周波発生器８０に接続される。この中心電極７１に、エンジン運転状態に応じて電圧値、印加時間、交流周波数、印加時期などが制御(設定)された交流電圧が、高電圧高周波発生器８０で発生させられた上で印加される。
【００２６】
管状電極７２は、管状の導電体である。管状電極７２は、シリンダヘッドに取り付けられる。管状電極７２の内周側が放電室７２ａである。この放電室７２ａに中心電極７１は突出する。
【００２７】
中心電極７１に、高電圧高周波発生器８０から交流電圧が印加されると、図２(Ａ)に示すように、管状電極７２と誘電体７３との間で、ストリーマＳが発生する。このストリーマＳは、図２(Ａ)に示すように上下方向に複数発生する。図２(Ａ)では、誘電体７３の右側及び左側に、それぞれ６本ずつ発生した様子を示した。また図２(Ｂ)に示すように誘電体７３を中心として放射状に形成される。図２(Ｂ)では、誘電体７３を中心として１２本が放射状に形成される様子を示した。バリア放電部７０は複数のストリーマＳを形成することで放電室７２ａに多量のラジカルを生成することができる。また放電室内において多点同時点火、つまり体積的な点火(以下「体積点火」という。)をすることも可能である。
【００２８】
またバリア放電部７０は、所定時間内で多数回放電でき、このことでも放電室７２ａに多量のラジカルを生成することができる。これについて図３を参照して説明する。なお図３は、交流電圧(電界)を印加したときの放電の様子を説明する図であり、図３(Ａ)はスパーク点火放電機構の場合であり、図３(Ｂ)はバリア放電部の場合である。
【００２９】
はじめに比較として、従来のスパークプラグのスパーク点火放電機構に交流電圧を印加する場合について説明する。スパークプラグに交流電圧を印加する場合は、図３(Ａ)に示すように、印加電圧によって電極間に形成される電界Ｖ0の絶対値が、放電電圧(絶縁破壊電界)Ｖaに達したときに、電極間でアーク放電する。極性が反転した場合でも同様にアーク放電する。スパークプラグでは、図３(Ａ)に示すように放電時間ｔの間に４回のアーク放電が発生する。また放電箇所は１箇所であり、放電形態は点状又は線状である。
【００３０】
一方、バリア放電部７０では、誘電体(絶縁体)７３が中心電極７１を覆う。誘電体７３は一種のコンデンサとして作用する。バリア放電(非平衡プラズマ放電)した後に、誘電体７３の表面には電荷が蓄えられる。そして図３(Ｂ)に示すように、印加電圧による電界Ｖ0と、誘電体７３の表面電荷による電界Ｖwと、の差の絶対値が、放電電圧Ｖdに達すると、誘電体７３と管状電極７２との間でバリア放電(非平衡プラズマ放電)が発生する。したがって、バリア放電部７０では放電室７２ａの複数個所でストリーマＳが形成され、図３(Ｂ)に示すように放電時間ｔの間に８回のバリア放電(非平衡プラズマ放電)が発生する。
【００３１】
このように、バリア放電部７０は、従来手法におけるスパークプラグよりも同一時間(放電時間ｔ)における放電回数を増加させることができる。
【００３２】
なお、図示はしないが、バリア放電部７０では、交流電圧の電圧値を大きくすることによっても、印加電圧による電界Ｖ0と、誘電体７３の表面電荷による電界Ｖwと、の差の絶対値が、放電電圧Ｖdに達する機会を増やすことができ、放電回数を増加させることができる。
【００３３】
図４は、バリア放電部の放電エネルギを増大する方法を説明する図である。
【００３４】
バリア放電部７０の放電エネルギは、高電圧高周波発生器８０からの交流電圧の電圧値、印加時間、交流周波数によって制御される。
【００３５】
バリア放電部７０の放電エネルギーを増大するには、基準交流印加電圧の波形(図４(Ａ))に対して、図４(Ｂ−１)のように交流電圧の電圧値を増大する方法がある。
【００３６】
また図４(Ｂ−２)のように印加時間を長くしたり、図４(Ｂ−３)のように交流周波数を増大することによって、交流電圧の波数を増やすことでも、バリア放電部の放電エネルギを増大可能である。
【００３７】
上述のように、非平衡プラズマを形成する手法としては、バリア放電以外にも、電極間に短パルスを印加してアーク放電に遷移する前に電界を遮断することで非平衡プラズマを形成させる手法がある。しかしながら、本実施形態ではバリア放電が好適である。この理由について図５を参照して説明する。
【００３８】
短パルス印加で非平衡プラズマを形成するには、放電場(密度、混合気組成等)に応じた要求電圧(電界)を印加する必要がある。図５に示すように、圧力Ｐ0のときに電圧Ｖ1を印加すれば非平衡プラズマが生成されるが、電圧Ｖ2を印加してしまうと熱プラズマが生成されてしまう。このように印加電圧が多少上下するだけで非平衡プラズマが生成されたり、熱プラズマが生成されたりし、短パルス印加では放電ロバスト性が悪い。
【００３９】
これに対して、バリア放電は、そもそも電極の片側が誘電体で覆われており、基本的には、放電開始電圧(電圧の下限値)から、誘電体の耐電圧性を確保できる電圧(電圧の上限値)の範囲であれば、電圧によらず常に非平衡プラズマとなる。電極が誘電体で覆われているのでアーク遷移しない。このように放電ロバスト性が高いのである。内燃機関では放電要求場は変化に富み、短パルス印加によって非平衡プラズマを形成するのは難しい。したがって内燃機関への適用するには、バリア放電による非平衡プラズマが好適である、というのが本件発明者らの知見である。
【００４０】
図６は複リンク式可変圧縮比機構による圧縮比変更方法を説明する図である。
【００４１】
複リンク式可変圧縮比機構は、コントロールシャフト２５を回転して連結ピン２４の位置を変更することで、機械圧縮比を変更できる。たとえば図６(Ａ)、図６(Ｃ)に示すように連結ピン２４を位置Ａにすれば、上死点位置(ＴＤＣ)が高くなり高圧縮比になる。
【００４２】
そして図６(Ｂ)、図６(Ｃ)に示すように、連結ピン２４を位置Ｂにすれば、コントロールリンク１３が上方へ押し上げられ、連結ピン２３の位置が上がる。これによりロアリンク１２はクランクピン３３ｂを中心として反時計方向に回転し、連結ピン２２が下がり、ピストン上死点(ＴＤＣ)におけるピストン３２の位置が下降する。したがって圧縮比が低圧縮比になる。
【００４３】
図７は動弁の開閉時期を調整する可変動弁機構を説明する図である。
【００４４】
バリア放電機能付きエンジン１は、可変動弁機構２００を備える。可変動弁機構２００は、例えば特開平１１−１０７７２５号に開示された機構を用いることができる。これについて図面を参照して説明する。
【００４５】
可変動弁機構２００は、カムシャフト２１０と、リンクアーム２２０と、バルブリフト制御シャフト２３０と、ロッカアーム２４０と、リンク部材２５０と、揺動カム２６０とを備え、揺動カム２６０の揺動によってカムフォロア６３を押圧し動弁(吸気弁)６１を開閉する。
【００４６】
カムシャフト２１０は、エンジン前後方向に沿ってシリンダヘッド上部に回転自在に支持される。カムシャフト２１０の一端は、カムスプロケット２７０に挿入される。カムスプロケット２７０は、エンジンのクランク軸からトルクが伝達されて回転する。カムシャフト２１０は、カムスプロケット２７０とともに回転する。カムシャフト２１０は、油圧によってカムスプロケット２７０に対して相対回転し、カムスプロケット２７０に対する位相を変更できる。このような構造によって、クランク軸に対するカムシャフト２１０の回転位相を変更できる。カムシャフト２１０にはカム２１１が固定される。カム２１１はカムシャフト２１０と一体回転する。またカムシャフト２１０にはパイプで連結された一対の揺動カム２６０が挿通される。揺動カム２６０はカムシャフト２１０を回転中心として揺動し、カムフォロア６３をストロークさせる。
【００４７】
リンクアーム２２０はカム２１１を挿通して支持される。
【００４８】
バルブリフト制御シャフト２３０は、カムシャフト２１０と平行に配置される。バルブリフト制御シャフト２３０にはカム２３１が一体形成される。バルブリフト制御シャフト２３０はアクチュエータ２８０によって所定回転角度範囲内で回転するように制御される。
【００４９】
ロッカアーム２４０はカム２３１を挿通して支持され、リンクアーム２２０に連結される。
【００５０】
リンク部材２５０は、ロッカアーム２４０に連結される。
【００５１】
揺動カム２６０は、カムシャフト２１０を挿通し、カムシャフト２１０を中心として揺動自在である。揺動カム２６０は、リンク部材２５０に連結される。揺動カム２６０は上下動して、カムフォロア６３を押し下げ、動弁６１を開閉する。
【００５２】
続いて図８を参照して可変動弁機構２００の動作を説明する。
【００５３】
図８(Ａ−１)(Ａ−２)はカムフォロア６３のストローク量を最大にして動弁６１のリフト量を最大にするときの様子を示す図である。図８(Ａ−１)はカムノーズ２６２が最高位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。このときカムフォロア６３は上端位置にあり動弁６１は閉弁状態である。図８(Ａ−２)はカムノーズ２６２が最低位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。このときカムフォロア６３は下端位置にあり動弁６１は最大リフト状態である。
【００５４】
図８(Ｂ−１)(Ｂ−２)はカムフォロア６３のストローク量を最小にするときの様子を示す図である。図８(Ｂ−１)はカムノーズ２６２が最高位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。図８(Ｂ−２)はカムノーズ２６２が最低位置にあって揺動カム２６０の揺動方向が反転するときの様子を示す。本実施形態ではカムフォロア６３のストローク量がゼロであり動弁６１のリフト量もゼロである。そのため、図８(Ｂ−１)(Ｂ−２)では揺動カム２６０の作動にかかわらず、動弁６１は常に閉弁状態である。
【００５５】
カムフォロア６３のストローク量を大きくして動弁６１のリフト量を大きくするには、図８(Ａ−１)(Ａ−２)に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を下げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の下方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が下方に移動する。
【００５６】
この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。
【００５７】
図８(Ａ−１)のようにカム２１１がカムシャフト２１０の左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６１がカムフォロア６３に当接しており、このときカムフォロア６３は上端位置にあり動弁６１は最大リフト状態である。
【００５８】
図８(Ａ−２)のように、カム２１１がカムシャフト２１０の右側にあるときは揺動カム２６０のカムノーズ２６２がカムフォロア６３に当接しており、このときカムフォロア６３は下端位置にあり動弁６１は閉弁状態である。
【００５９】
カムフォロア６３のストローク量を小さくして動弁６１のリフト量を小さくするには、図８(Ｂ−１)(Ｂ−２)に示すように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットする。これによりロッカアーム２４０は、全体が上方に移動する。
【００６０】
この状態でカムシャフト２１０を回転駆動すると、その駆動力が、リンクアーム２２０→ロッカアーム２４０→リンク部材２５０→揺動カム２６０と伝達する。
【００６１】
図８(Ｂ−１)のように、カム２１１がカムシャフト２１０の左側にあるときは揺動カム２６０の基円部２６１がカムフォロア６３に当接する。
【００６２】
図８(Ｂ−２)のように、カム２１１がカムシャフト２１０の右側にあるときであっても揺動カム２６０の基円部２６１がカムフォロア６３に当接する。
【００６３】
このように、バルブリフト制御シャフト２３０を回転してカム２３１の位置を上げ、軸心Ｐ１を軸心Ｐ２の右斜上方にセットした場合には、カムシャフト２１０が回転して揺動カムが揺動しても、カムフォロア６３はストロークせず、動弁６１は閉弁したままである。
【００６４】
図９は、可変動弁機構２００による動弁のリフト量及び開閉時期を示す図である。実線はバルブリフト制御シャフト２３０を回転したときの動弁６１のリフト量及び開閉時期を示す図である。破線はカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更したときの動弁６１の開閉時期を示す図である。
【００６５】
上述した可変動弁機構２００の構造によれば、動弁６１のリフト量及び作動角を連続的に変更することができる。このようにバルブリフト制御シャフト２３０の角度及びカムシャフト２１０のカムスプロケット２７０に対する位相を変更することで、動弁６１のリフト量及び作動角を連続的に自在に変更することができる。
【００６６】
図１０は、バリア放電機能付きエンジンの運転マップの一例を示す図である。
(極低負荷域)
負荷が非常に低い極低負荷域においては、空燃比Ａ／Ｆは一定値に設定する(図１０(Ａ))。バリア放電開始時期は吸気行程の一定時期に設定する(図１０(Ｂ))。この一定時期は後述の低負荷域での最進角側設定時期である。放電エネルギは、負荷が低いほど大きく設定する(図１０(Ｃ))。吸気弁閉弁時期(ＩＶＣ)は、下死点(ＢＤＣ)よりも進角側に設定し、ミラーサイクル運転する。なお負荷が低いほど進角側に設定する(図１０(Ｄ))。機械圧縮比は高圧縮比に設定する(図１０(Ｅ))。
(低負荷域)
極低負荷域よりも負荷が大きな低負荷域においては、空燃比Ａ／Ｆは、負荷が高いほど小さく(すなわちリッチ側)に設定する(図１０(Ａ))。バリア放電開始時期は、負荷が低いときは吸気行程に設定し、負荷が高いほど遅角側に設定し、負荷が高いときは圧縮行程に設定する(図１０(Ｂ))。このように設定する理由は後述する。放電エネルギは一定値に設定する(図１０(Ｃ))。吸気弁閉弁時期(ＩＶＣ)は下死点(ＢＤＣ)よりも遅角側の一定値に設定する(図１０(Ｄ))。機械圧縮比は高圧縮比に設定する(図１０(Ｅ))。
(低中負荷域)
低負荷域よりも負荷が大きな低中負荷域においては、空燃比Ａ／Ｆは、負荷が高いほど小さく(すなわちリッチ側)に設定する(図１０(Ａ))。バリア放電開始時期は、低負荷域よりも大幅に遅角するとともに、負荷が高いほど遅角側に設定する(図１０(Ｂ))。放電エネルギは一定値に設定する(図１０(Ｃ))。吸気弁閉弁時期(ＩＶＣ)は下死点(ＢＤＣ)よりも遅角側の一定値に設定する(図１０(Ｄ))。機械圧縮比は、極低負荷〜低負荷域よりも大幅に低く、そして負荷が高いほど低圧縮比に設定する(図１０(Ｅ))。
(中高負荷域)
低中負荷域よりも負荷が大きな中高負荷域においては、空燃比Ａ／Ｆは、負荷が高いほど小さく(すなわちリッチ側)に設定する(図１０(Ａ))。バリア放電開始時期は、負荷が高いほど遅角側に設定する(図１０(Ｂ))。放電エネルギは一定値に設定する(図１０(Ｃ))。吸気弁閉弁時期(ＩＶＣ)は下死点(ＢＤＣ)よりも遅角側の一定値に設定する(図１０(Ｄ))。機械圧縮比は、低中負荷域よりもさらに低めに、負荷が高いほど低圧縮比に設定する(図１０(Ｅ))。
【００６７】
ここで上述のように制御マップを設定する理由について説明する。理解を容易にするために、まず低負荷域での設定理由について説明する。
【００６８】
低負荷域では、バリア放電開始時期は、負荷が低いときは吸気行程に設定し、負荷が高いほど遅角側に設定し、負荷が高いときは圧縮行程に設定している(図１０(Ｂ))。このように設定する理由について説明する。
【００６９】
図１１は、バリア放電の開始時期別に、熱発生率の変化を示した図である。
【００７０】
図中のラインＡは、比較例として示したものであり、バリア放電しなかった(すなわちラジカルを生成しなかった)ときの熱発生率の変化を示す線である。ラインＡから、熱発生率はクランク角θaでピークを迎えていることが分かる。なお熱発生率変化はこのピークの前後で略対称であり、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%はθaとほぼ一致する。
【００７１】
図中のラインＢは圧縮行程(たとえば135degBTDC)でバリア放電を開始したときの熱発生率の変化を示す線である。ラインＢから、熱発生率は、バリア放電しなかった場合(ラインＡ)よりも進角側のクランク角θbでピークを迎え、バリア放電しなかった場合(ラインＡ)と比較して早く立ち上がることが分かる。なお熱発生率変化はこのピークの前後で略対称であり、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%はθbとほぼ一致する。
【００７２】
図中のラインＣは吸気行程(たとえば270degBTDC)でバリア放電を開始したときの熱発生率の変化を示す線である。ラインＣから、熱発生率は、圧縮行程でバリア放電を開始した場合(ラインＢ)よりもさらに進角側のクランク角θcでピークを迎え、変化が急峻であることが分かる。なお熱発生率変化はこのピークの前後で略対称であり、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%はθcとほぼ一致する。
【００７３】
図１２は図１１のようになる理由の解析結果であり、筒内のラジカルの分布状態を模式的に示した図である。図中のドットでラジカルを模式的に表した。
【００７４】
図１１のように、バリア放電の開始時期によって熱発生率変化が相違するのは、筒内のラジカルの分布状態に起因する、というのが本件発明者らの知見である。
【００７５】
バリア放電しなかった(すなわちラジカルを生成しない)ときは、当然のことながらシリンダ３１ａにはラジカルの分布はない(図１２(Ａ))。このようにラジカル分布が無い状態で混合気が圧縮着火すると、熱発生率は図１１のラインＡのように比較的緩やかに変化するのである。
【００７６】
一方、吸気行程でバリア放電を開始した場合は、図１２(Ｃ)に図示したように着火直前のシリンダ３１ａには、ほぼ全体にラジカルが分布していることが分かった。これはバリア放電部７０がバリア放電してラジカルが生成されてから着火するまでの期間が長いので、ラジカルが吸気流に乗ってシリンダ３１ａに広く分散するためである。そしてこのようにラジカルが広く分布した状態で圧縮着火すると、混合気はシリンダ３１ａの全体でほぼ同時に燃焼する。ラジカルは高エネルギ電子が燃料又は空気の分子に衝突することで分子解離が誘発されている状態である。このようなラジカルは酸化反応(すなわち燃焼)を誘発しやすくまたその酸化反応が連鎖しやすいという特性がある。このような特性のラジカルがシリンダ３１ａの全体に分布した状態で、筒内圧が高まるとシリンダ３１ａの全体でラジカルがほぼ同時に燃焼するのである。シリンダ３１ａの全体でこのように燃焼反応が生じるので、熱発生率も急激に立ち上がる、というのが本件発明者らが得た知見である。
【００７７】
圧縮行程でバリア放電を開始した場合は、着火直前のシリンダ３１ａには、バリア放電しなかった場合と(図１２(Ａ))、吸気行程でバリア放電を開始した場合と(図１２(Ｃ))、の中間のような状態になり、バリア放電部７０の近傍にラジカルが分布している(図１２(Ｂ))。これはバリア放電部７０がバリア放電してラジカルが生成されてから着火するまでの期間が短いので、ラジカルが広くは分散できないためである。そしてこのようにラジカルがバリア放電部７０の近傍に分布した状態で圧縮着火すると、まずラジカルが燃焼し、続いてその周辺のラジカルでない混合気が燃焼する。このようなメカニズムであるので、ラインＢはラインＡとラインＣとの中間的なラインになっているのである。
【００７８】
図１３は、バリア放電の開始時期と、質量燃焼割合５０％となるクランク角と、の関係を示した図である。
【００７９】
上述のように、バリア放電の開始時期を変更することで、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%が変わる。すなわち自着火性が変わるのである。この関係をプロットしたのが図１３である。バリア放電の開始時期が270degBTDCくらいまでは、バリア放電の開始時期を進角するにつれて、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%も進角する。すなわち自着火性が良くなっているのである。またバリア放電の開始時期を270degBTDC以上進角すると、バリア放電の開始時期を進角するにつれて、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%は遅角する。
【００８０】
このようにバリア放電の開始時期が270degBTDCくらいが質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%が最も進角している(すなわち最も自着火性がよい)理由は、以下のように考えられる。すなわちエンジンの吸気弁及び排気弁は、通常開閉時期がオーバラップする。排気弁がまだ閉弁していない時期にバリア放電を開始するよりも、排気弁が閉弁してからバリア放電を開始したほうが、吸気弁から吸入される混合気が拡散しやすく自着火性が向上すると考えられる。またピストンの下降前半よりも後半のほうが吸気の流速が速く、この点からも混合気が拡散しやすく自着火性が向上すると考えられる。またバリア放電部は放電開始後所定時間(所定クランク角期間)連続してバリア放電する。吸気弁の閉弁後は気流の流速が遅くなる。気流の流速が遅くなっているときに非平衡プラズマ放電すると、気流が速いときに比較して、ラジカルの分散作用が低下している。したがって効率よくラジカルをシリンダ内に分散するには、非平衡プラズマ放電終了時期は吸気弁の閉弁前であることが望ましい。
【００８１】
図１３から分かるように、バリア放電の開始時期を調整することで、熱発生タイミング(質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%)を制御できる。すなわちバリア放電の開始時期を調整することで混合気の自着火性を制御できる。自着火性が向上するほどリーン空燃比での運転性が向上する。しかしながら、空燃比がそれほどリーンではない場合に自着火性が良くなりすぎると、かえってノッキングを生じるおそれがある。そこで空燃比(負荷)に応じてバリア放電の開始時期を調整することが望ましい。
【００８２】
なお図１３には、スパークプラグによってラジカル生成する場合も比較例として挙げてある。スパークプラグによってラジカルを生成しても、ラジカルを生成しない場合との相違が少ないことが分かる。
【００８３】
以上の知見に基づき、本件発明者らは、空燃比が非常に希薄(リーン)であるときは、ラジカルが筒内に広く分布するように吸気行程でバリア放電を開始するようにした。
【００８４】
一方、運転状態によっては、筒内のラジカル生成量が多すぎたり、広く分布しすぎていると、かえって自着火性が良くなりすぎてノッキングが生じるおそれがある。そこで負荷が上がるにつれて(燃料量が増えて空燃比がリッチ側に移行するにつれて)、バリア放電の開始時期を遅角することで、自着火性を調整するようにしたのである。以上が  低負荷域では、バリア放電開始時期は、負荷が低いときは吸気行程に設定し、負荷が高いほど遅角側に設定し、負荷が高いときは圧縮行程に設定した(図１０(Ｂ))、ということの理由である。
【００８５】
また低負荷以下の負荷域では、機械圧縮比を高圧縮比に設定している(図１０(Ｅ))。このように設定する理由について説明する。
【００８６】
複リンク式可変圧縮比機構を有するエンジンは、圧縮比が一定である通常のエンジン(以下「ノーマルエンジン」という)に比べて、ピストンが上死点付近に滞在する期間が長いという特性がある。そしてこの特性によって、複リンク式可変圧縮比機構を有するエンジンは、通常のエンジンよりも高圧縮比にしてもノッキングを生じにくくなり、また超希薄燃焼であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができ、燃焼性が安定する。
【００８７】
この点を図１４を参照して説明する。図１４は、複リンク式可変圧縮比機構のピストン挙動を示す図であり、図１４(Ａ)は図１４(Ｂ)の点線部の拡大図である。図１４には、ノーマルエンジンと同じ圧縮比にした複リンク式可変圧縮比機構のエンジンのピストン挙動が細実線で示されている。
【００８８】
ピストンが上死点から所定の距離内にあるときを、ピストン上死点付近滞在期間と定義すると、図１４から明らかなように複リンク式可変圧縮比機構のエンジンは、同じ圧縮比であるノーマルエンジンに比べて、ピストン上死点付近滞在期間が長い。
【００８９】
また複リンク式可変圧縮比機構のエンジンにおいて、高圧縮比でのピストン上死点付近滞在期間Ｌ1は、低圧縮比でのピストン上死点付近滞在期間Ｌ2よりも長い。すなわち図１４(Ｂ)において、Ｌ1＞Ｌ2である。
【００９０】
このように複リンク式可変圧縮比機構のエンジンは、ノーマルエンジンに比べてピストン上死点付近滞在期間が長い。さらに圧縮比が高い方がピストン上死点付近滞在期間が長い。ピストンが上死点付近に長く滞在するということは、燃焼中に高圧縮状態が長く維持されるということである。高圧縮状態が長く維持されると、ノッキングを生じにくくなり、超希薄燃焼であっても比較的大きな燃焼エネルギを得ることができるので燃焼性が安定するのである。
【００９１】
複リンク式可変圧縮比機構のエンジンはこのような特性を有することから、図１５の特性を有する。図１５は、空燃比と燃焼安定度との関係を示す図である。図中の細線はノーマルエンジン、太線は複リンク式可変圧縮比機構のエンジンである。
【００９２】
図１５を見て分かるように、ノーマルエンジン(圧縮比８〜１２程度)において燃焼安定性を確保できる空燃比は２２程度である。
【００９３】
一方、複リンク式可変圧縮比機構のエンジンによれば、ピストンの上死点付近滞在時間が長いので、燃焼安定限界が損なわれにくい。そして圧縮比を高くすることで(例えば圧縮比１８程度)、空燃比A/Fが３０程度であっても安定した燃焼性を得ることができる。
【００９４】
以上が、低負荷以下の負荷域では、機械圧縮比を高圧縮比に設定している(図１０(Ｅ))、という理由である。
【００９５】
これらの知見に基づいて図１０の低負荷域のマップを設定したのである。
【００９６】
次に制御マップの極低負荷域での設定理由について説明する。
【００９７】
極低負荷域では、上述のように、吸気弁閉弁時期(ＩＶＣ)は、下死点(ＢＤＣ)よりも進角側に設定し、ミラーサイクル運転する。そして負荷が低いほど進角側に設定する(図１０(Ｄ))。このようにすることで吸気の充填効率が低くなり実質的な圧縮比が小さくなりポンプロスが低減する。そして負荷が低いほど燃料量が減少するので(吸気量も減るので空燃比は略一定)、混合気の自着火性が悪くなってしまう。そこで負荷が低いほど大きく放電エネルギを上げる(図１０(Ｃ))。
【００９８】
以上の知見に基づいて図１０の極低負荷域のマップを設定した。このようにすることで極低負荷域でも運転可能である。
【００９９】
次に制御マップの低中負荷域での設定理由について説明する。
【０１００】
低中負荷域では、上述のように、バリア放電開始時期は、低負荷域よりも大幅に遅角する(図１０(Ｂ))。機械圧縮比は、極低負荷〜低負荷域よりも大幅に低く設定する(図１０(Ｅ))。このように設定する理由について説明する。
【０１０１】
ラジカル生成して圧縮着火燃焼する場合は、混合気の自着火性が良くなっているので、負荷が高くなってきて燃料量が増えてくると、図１６のラインＡのように熱発生率が急激に高まりすぎる可能性がある。このように熱発生率が急激に高まりすぎては、ノッキングを生じるおそれがある。
【０１０２】
そこで本実施形態では負荷が高くなってきて低中負荷域になったら、圧縮比を低下させ、混合気が圧縮着火しないようにした。そして圧縮行程中にバリア放電部によって体積的な点火を行うようにした。このようにすることで、バリア放電部の近傍の燃料が火炎伝播する。そして、その既燃混合気により残りの未燃混合気が断熱圧縮されて自着火燃焼するのである。
【０１０３】
その結果、熱発生率は図１６のラインＢのように変化し、急激に高まりすぎることが無く、ノッキングを生じないのである。
【０１０４】
以上に基づいて図１０の低中負荷域のマップを設定した。このようにすることで低中負荷域でも運転可能である。
【０１０５】
そして中高負荷以上の負荷では、バリア放電部によって火花点火するようにすることで中高負荷域でも運転可能である。
【０１０６】
図１７は本実施形態の効果を説明する図である。
【０１０７】
本実施形態では、上述のように運転状態に応じてバリア放電開始時期を適切に制御するようにしたので、希薄燃焼限界を大幅に拡大することができた。
【０１０８】
これについて図１７を参照して説明する。
【０１０９】
空燃比Ａ／Ｆ(横軸)と図示平均有効圧力の変動率ＣＰｉ(縦軸)との相関をプロットすると、通常の圧縮着火燃焼では、ラインＡのようになる。希薄燃焼限界は空燃比AFaである。
【０１１０】
スパークプラグによってラジカル生成して圧縮着火燃焼する場合は、ラインＢのようになる。希薄燃焼限界は空燃比はAFbであり、通常の場合の希薄燃焼限界空燃比AFaよりもややリーンである。
【０１１１】
バリア放電部によってラジカル生成して圧縮着火燃焼する場合は、ラインＣのようになる。希薄燃焼限界は空燃比はAFcであり、通常の場合の希薄燃焼限界空燃比AFaやスパークプラグでのラジカル生成圧縮着火燃焼の希薄燃焼限界空燃比AFbに比べて、大幅に希薄燃焼限界を拡大できる。なお上述の通り、バリア放電の開始時期を調整することで、質量燃焼割合５０％となるクランク角ＭＢθ50%を制御可能であるので、破線の運転を任意に選択できるのである。
【０１１２】
そして希薄燃焼限界を拡大できれば、図１７(Ｂ)に示すように、燃料消費率ISFCを低減できるのである。
【０１１３】
本実施形態のようにすることで、負荷にかかわらず燃料消費率を小さくでき、燃費を向上できたのである。
【０１１４】
（第２実施形態）
図１８は、本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第２実施形態を示す図である。
【０１１５】
なお以下では前述と同様の機能を果たす部分には同一の符号を付して重複する説明を適宜省略する。
【０１１６】
第１実施形態のバリア放電機能付きエンジン１は、燃料噴射弁６５が吸気ポートに設けられた、いわゆるポート噴射タイプであったが、図１８のような燃料を筒内に直接噴射する直噴エンジンについても、本発明を適用可能である。
【０１１７】
このような直噴エンジンでは、図１９のようにバリア放電部７０の近傍にのみ混合気を成層化してリーン空燃比でも運転が可能であり、このようなリーン混合気にラジカルを生成すれば希薄燃焼限界を拡大でき、燃料消費率を小さくでき、燃費を向上できる。
【０１１８】
なおこのときのバリア放電機能付きエンジンの運転マップの一例を図２０に示す。
【０１１９】
低負荷域中の比較的高負荷付近では、バリア放電しない区間を設けた(図２０(Ａ)(Ｂ))。低負荷域では、圧縮比可変機構によって高圧縮比に設定してあり、ノッキングを生じにくくなっている。そのためバリア放電しなくても希薄燃焼可能な運転域がある。そしてそのような運転域でバリア放電しては、自着火性が良くなりすぎてかえってノッキングを生じるおそれがある。そこで低負荷域中の比較的高負荷付近では、バリア放電しないようにしたのである。
【０１２０】
低負荷域よりも負荷の低い極低負荷域では、成層運転するとともに(図２０(Ｄ))、負荷に応じて空燃比Ａ／Ｆをリーン化(希薄化)する(図２０(Ａ))。そして希薄化にともなって自着火性を向上する必要があるのでバリア放電する。バリア放電開始時期は、自着火性向上効果が高い吸気行程中に設定してある(図２０(Ｂ))。そして希薄化にともなって放電エネルギを大きくすることで(図２０(Ｃ))、自着火性を向上するようにした。
【０１２１】
本実施形態のようにすることで、直噴タイプのエンジンであっても、発明を実現可能であり、負荷にかかわらず燃料消費率を小さくでき、燃費を向上できるのである。
【０１２２】
（第３実施形態）
図２１は、本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第３実施形態を示す図である。
【０１２３】
本実施形態のバリア放電部７０は、管状電極７２の内周に誘電層(絶縁層)７３が形成されており、中心電極７１は露出する。なお、誘電層(絶縁層)７３の先端は、管状電極７２の先端や中心電極７１の先端よりも燃焼室側に突出することが望ましい。このように構成することで、非平衡プラズマ放電の放電エネルギを大きくした場合においても、管状電極７２の先端と中心電極７１の先端との間での熱プラズマ放電の発生を抑制できるからである。
【０１２４】
本実施形態の構成であっても、誘電層７３は一種のコンデンサとして作用し、第１実施形態と同様の効果が得られるのである。
【０１２５】
（第４実施形態）
図２２は、本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第４実施形態を示す図である。
【０１２６】
本実施形態のバリア放電部７０は、第１実施形態に比較して中心電極７１が燃焼室まで延設されている。
【０１２７】
このようにすればバリア放電部７０は、図２２(Ａ)に示すよう燃焼室内でバリア放電する。本実施形態では、ピストン３２の冠面やシリンダヘッド内壁面が電極として作用する。すなわち実施形態では、ピストン３２の冠面と中心電極７１の誘電体(絶縁体)７３との間の領域Ａや、シリンダヘッド内壁面と誘電体(絶縁体)７３との間の領域Ｂにおいて、バリア放電しラジカルが生成される。領域Ａにおいてバリア放電させるか、領域Ｂにおいてバリア放電させるかは、バリア放電部７０に交流電圧を印加したときのピストン３２の位置によって決まる。そこで、バリア放電部７０に印加する交流電圧の印加時期を制御することでバリア放電の放電領域を選択できる。
【０１２８】
なお図２２(Ｂ)に示すようにピストン３２の冠面に凹部を形成し、その凹部と中心電極７１の誘電体(絶縁体)７３の先端との間でバリア放電するように構成してもよい。
【０１２９】
（第５実施形態）
図２３は、本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第５実施形態を示す図である。
【０１３０】
本実施形態のバリア放電部７０は、第４実施形態に比較して誘電体(絶縁体)７３が短縮化されており、中心電極７１が燃焼室内で露出している。またピストン３２の冠面には誘電層(絶縁層)３２ａが形成されている。
【０１３１】
このようにすればバリア放電部７０は、図２３(Ａ)に示すよう燃焼室内でバリア放電する。すなわち中心電極７１の先端とピストン３２の冠面には誘電層(絶縁層)３２ａとの間の領域Ａにおいて、バリア放電しラジカルが生成される。
【０１３２】
なお図２３(Ｂ)に示すようにピストン３２の冠面に凹部を形成し、その内周に誘電層(絶縁層)３２ａを形成すれば、その誘電層(絶縁層)３２ａと中心電極７１の先端との間でバリア放電する。
【０１３３】
以上説明した実施形態に限定されることなく、その技術的思想の範囲内において種々の変形や変更が可能であり、それらも本発明の技術的範囲に含まれることが明白である。
【０１３４】
たとえば、バリア放電部７０には、エンジン運転状態に応じた交流が印加されるが、この交流は、サイン波(図２４(Ａ))に限定されない。図２４(Ｂ)に示すような両極性の多重パルス電源でもよい。
【０１３５】
また上記では、可変圧縮比機構として複リンク機構によるタイプを例示したが、たとえば、ピストン自身に油圧装置を組み込んでピストン冠面の高さを調整するタイプや、シリンダヘッドとシリンダブロックとの距離を調整するタイプのものや、クランク軸の中心をオフセットすることでピストン高さを調整するタイプのものであってもよい。
【０１３６】
さらに、吸気弁のバルブタイミングを調整する機構としては、たとえば、リンクを用いた揺動カム(特開2000-213314号公報)や、ベーン型可変バルブタイミングシステムのようにカムをひねる機構(特開平9-60508号公報)や、ダイレクト可変バルブタイミングシステムのようにタイミングの異なる２種類のカムを切り替える方式(特開平4-17706号公報)などであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３７】
【図１】バリア放電機能付きエンジンの第１実施形態の構成を示す図である。
【図２】バリア放電部の拡大図である。
【図３】交流電圧(電界)を印加したときの放電の様子を説明する図である。
【図４】バリア放電部の放電エネルギを増大する方法を説明する図である。
【図５】短パルス印加で非平衡プラズマを形成する場合の問題点を説明する図である。
【図６】複リンク式可変圧縮比機構による圧縮比変更方法を説明する図である。
【図７】動弁の開閉時期を調整する可変動弁機構を説明する図である。
【図８】可変動弁機構の動作を説明する図である。
【図９】可変動弁機構による動弁のリフト量及び開閉時期を示す図である。
【図１０】バリア放電機能付きエンジンの運転マップの一例を示す図である。
【図１１】バリア放電の開始時期別に、熱発生率の変化を示した図である。
【図１２】筒内のラジカルの分布状態を模式的に示した図である。
【図１３】バリア放電の開始時期と、質量燃焼割合５０％となるクランク角と、の関係を示した図である。
【図１４】複リンク式可変圧縮比機構のピストン挙動を示す図である。
【図１５】空燃比と燃焼安定度との関係を示す図である。
【図１６】熱発生率が急激に高まりすぎることによる問題点及び本発明の効果を説明する図である。
【図１７】第１実施形態の効果を説明する図である。
【図１８】本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第２実施形態を示す図である。
【図１９】第２実施形態のエンジンによる燃料噴射の様子を示す図である。
【図２０】バリア放電機能付きエンジンの運転マップの一例を示す図である。
【図２１】本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第３実施形態を示す図である。
【図２２】本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第４実施形態を示す図である。
【図２３】本発明によるバリア放電機能付きエンジンの第５実施形態を示す図である。
【図２４】バリア放電部で印加する交流の波形を示す図である。
【符号の説明】
【０１３８】
１  バリア放電機能付きエンジン
１１  アッパリンク(第１リンク)
１２  ロアリンク(第２リンク)
１３  コントロールリンク(第３リンク)
７０  バリア放電部
７１  中心電極(第１電極)
７２  管状電極(第２電極)
７３  誘電体(絶縁体)
２００  可変動弁機構
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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