(57)【要約】      （修正有）【課題】気体通路内にバルブ等の可動部を設けることなく、気体通路内の流れを制御可能とする。【解決手段】気体が通流する内燃機関の気体通路１１内にプラズマアクチュエータ１を設け、その電気的作用によって気体通路１１内の気体の流れを変化させる。このプラズマアクチュエータ１は、気体通路１１内に露出して配置される表面電極２と、この表面電極２と誘電体４を挟んで配置される裏面電極３と、を有し、これら表面電極２と裏面電極３との間に交流電圧を印加することによって、誘電体４のバリア放電により、表面電極２から裏面電極３へ向かうブローイング力９を発生させて、気体通路１１内の気体の流れを変化させる。【選択図】図２８
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
気体が通流する内燃機関の管状をなす気体通路内に設けられ、上記気体通路内の気体の流れを変化させるプラズマアクチュエータを有することを特徴とする内燃機関の気流制御装置。
【請求項２】
上記プラズマアクチュエータは、上記気体通路内に露出して配置される表面電極と、この表面電極と誘電体を挟んで配置される裏面電極と、を有し、これら表面電極と裏面電極との間に交流電圧を印加することによって、上記誘電体のバリア放電により、上記表面電極から裏面電極へ向かうブローイング力を発生させて、上記気体通路内の気体の流れを変化させることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の気流制御装置。
【請求項３】
上記プラズマアクチュエータは、内燃機関の吸気通路に設けられ、この吸気通路の一部分を流れる吸気の流速を増加させることによって、燃焼室内に供給される吸気の流動成分を強化するように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気流制御装置。
【請求項４】
上記プラズマアクチュエータは、上記気体通路が湾曲又は折曲する曲がり部の内周側の部分の流れを強化するように、この内周側の部分に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気流制御装置。
【請求項５】
上記気体通路が、主流路の途中から副流路へと分岐しており、
上記プラズマアクチュエータは、上記主流路から副流路へ分岐する流れを強化するように、この副流路の主流路側の入口部分に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気流制御装置。
【請求項６】
上記気体通路が、主流路の途中に副流路が合流しており、
上記プラズマアクチュエータは、上記副流路から主流路へ合流する流れを強化するように、上記副流路の主流路側の出口部分に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気流制御装置。
【請求項７】
上記プラズマアクチュエータは、上記気体通路における通路断面積の大きい大径部から通路断面積の小さい小径部への流れを強化するように、上記大径部と小径部とを繋ぐ段差部分に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の気流制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の吸気通路，排気通路や外部ＥＧＲ通路などの気体が通流する管状の気体通路に設けられて、この気体通路内の気体の流れを変化させる内燃機関の気流制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における吸気通路や排気通路などの気体通路内を流れる気体の流れ（典型的には速度及び方向）を制御する場合、一般的には特許文献１に記載されているように、タンブル制御弁などのバルブが使用される。あるいは、過給機を備える内燃機関の場合には、過給により吸気流れを速くすることが可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２３２０９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
このように内燃機関の気体通路内の気体の流れを制御するために、タンブル制御弁などのバルブを使用して通路断面積を変化させる場合、圧力損失が増大するという問題がある。また、気体通路内にバルブ等の可動部を設けると、通気抵抗が増大することに加え、可動部にデポジットが噛み込んだり、可動部が固着して動作不良を生じるおそれがある。
【０００５】
また、上述したように過給により吸気流れを速くすることはできるものの、この場合には過給機が必要となり、コストが高い，重量が増加する，サイズが大きいために車両搭載性に制約を受ける，などの問題がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、バルブ等の可動部や過給機を敢えて用いることなく、内燃機関の気体通路内の気体の流れ（速度及び方向）を変更可能な新規な内燃機関の気流制御装置を提供することを目的としている。そこで本発明では、気体が通流する内燃機関の気体通路内にプラズマアクチュエータを設け、気体通路内の気体の流れを変化させるように構成している。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、プラズマアクチュエータを用い、その電気的作用により内燃機関の気体通路内の気体の流れを変化させることにより、気体の流れ制御することができる。このため、気体の流れを制御するために、気体通路内にバルブ等の可動部を敢えて設ける必要がなく、気体通路を絞ることによる圧力損失を生じることがない。また、バルブ等の可動部を気体通路内に設ける必要がないので、可動部への異物の噛み込みや可動部の固着による動作不良を招くおそれがない。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の第１実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２】本発明の第２実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図３】本発明の第３実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図４】本発明の第４実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図５】本発明の第５実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図６】本発明の第６実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図７】本発明の第７実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図８】本発明の第８実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図９】本発明の第９実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１０】本発明の第１０実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１１】本発明の第１１実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１２】本発明の第１２実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１３】本発明の第１３実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１４】本発明の第１４実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１５】本発明の第１５実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１６】本発明の第１６実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１７】本発明の第１７実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１８】本発明の第１８実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図１９】本発明の第１９実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２０】本発明の第２０実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２１】本発明の第２１実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２２】本発明の第２２実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２３】本発明の第２３実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２４】本発明の第２４実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２５】本発明の第２５実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２６】本発明の第２６実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２７】本発明の第２７実施例に係るプラズマアクチュエータを適用した内燃機関の気流制御装置を示す構成図。
【図２８】本発明に係るプラズマアクチュエータの作動原理を示す説明図。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図示実施例により本発明を説明する。後述する実施例に共通する構成として、気体が通流する内燃機関の管状をなす気体通路内に、電気的作用によって気体通路内の気体の流れを変化させるプラズマアクチュエータ１が設けられる。このプラズマアクチュエータ自体は公知のものであるので、図２８を参照して、その作動原理について簡単に説明する。
【００１０】
プラズマアクチュエータ１は、気体通路１１内に露出して配置される表面電極２と、この表面電極２と誘電体４を挟んで配置される裏面電極３と、を有している。そして、接地部７を有する電気回路５内の交流電源６により、これら表面電極２と裏面電極３との間に交流電圧を印加することによって、誘電体４のバリア放電によって、誘電体４の付近の放電領域８でプラズマが発生し、電場から力を受けることで表面電極２から裏面電極３へ向かうブローイング力９が発生する。このブローイング力９は交流電源６から印加される交流電圧に応じて変化するので、制御部（気流制御部）１２により交流電源６の動作を制御することで、気体通路１１内の表面電極２付近の気体の流れ、つまり流速及び方向を適宜に制御することが可能となる。
【００１１】
このようなプラズマアクチュエータ１の特性として、以下が挙げられる。
・完全に電気的に駆動され、可動部分を必要としない。また非常に軽量である。
・利用電力が低い。
・非常に薄いため、空力的な影響が小さい。
・駆動が高速であり、入力に対する追従性が優れている。
【００１２】
このようなプラズマアクチュエータの利用方法として、例えば車両や航空機の車体・機体表面にプラズマアクチュエータを設置し、剥離を抑制するものが従来より知られているが、本発明では、このようなプラズマアクチュエータを内燃機関における管状の気体通路内に設置して、この気体通路内の流れを変化させるものであり、この気体通路内の一部分の流動を強化することで、後述するように、例えばスワール流やタンブル流を強化し、あるいはＥＧＲガスの流量を運転条件に応じて増加・減少し、あるいは剥離を生じ易い気体通路内における曲がり部分や段差部分での流れを促進するものである。
【００１３】
以下、このようなプラズマアクチュエータ１を用いた具体的な図示実施例について説明する。なお、本明細書における「上下」は、基本的に、シリンダ軸線方向で燃焼室側を上、クランクシャフト側を下とした場合のものである。
【００１４】
［第１実施例］
図１を参照して、内燃機関のシリンダブロック２１に形成されたシリンダ２２には、ピストン２３が摺動可能に配置されている。このシリンダブロック２１の上面に固定されるシリンダヘッド２４の下面には、ペントルーフ型の燃焼室２５が凹設されているとともに、この燃焼室２５に開口する吸気ポート２６を開閉する吸気弁２７と、同じく燃焼室２５に開口する排気ポート２８を開閉する排気弁２９とが設けられている。なお、一つの気筒に対して一対の吸気弁２７と一対の排気弁２９とが設けられている（図９参照）。内燃機関の吸気通路（気体通路）の一部である吸気ポート２６内には、この吸気ポート２６を上下２つの流路２６Ａ，２６Ｂに区画する仕切プレート３０が設けられている。
【００１５】
そして、この第１実施例においては、運転状態に応じて燃焼室２５内のタンブル流３１を強化するように、上記の仕切プレート３０の上面側にプラズマアクチュエータ１Ａを設置している。ここで、上側の流路２６Ａに露出する表面電極２を、誘電体４を挟んで埋設される裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側（図１の右側）に配置している。これにより、上側の流路２６Ａに対し、燃焼室２５へ向かう吸気の順方向の流れ（ブローイング力）９Ａを発生させることができ、上側の流路２６Ａの流れを加速し、その流速を増加することで、縦方向に旋回するタンブル流３１を運転条件に応じて適切に強化することができる。なお、ここでのタンブル流３１は、燃焼室２５内を図１の時計回り方向に旋回するもので、排気弁側を下方へ向けて流れた後、吸気弁側を上方向へ向けて流れる。
【００１６】
なお、後述する実施例を含めて、誘電体４は、仕切プレート３０や吸気ポート２６などの壁面に凹部を設けてその凹部内に埋設しており、その表面が壁面と面一としてして通気抵抗を抑制するように構成している。但し、上述したように誘電体４は非常に薄いものであるために、より簡易的に、気体通路の壁面に埋設させることなく壁面上に固定するようにしても良い。
【００１７】
また、図１〜図２７の実施例においては、簡素化のために、図２８に示す電気回路５や制御部１２などを図示省略しているが、実際にはこれらの構成要素が設けられている。
【００１８】
以下に説明する実施例では、既述した実施例と同じ構成要素には同じ参照符号を付し、重複する説明を適宜省略する。
【００１９】
［第２実施例］
図２を参照して、この第２実施例においては、仕切プレート３０の下面側にプラズマアクチュエータ１を設置している点で第１実施例と異なる。この場合、下側の流路２６Ｂに露出する表面電極２が、裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に配置されている。従って、下側の流路２６Ｂに対し、下流側・燃焼室側から上流側へ向かう逆方向の流れ９Ｂを発生させることで、下側の流路２６Ｂの流れを減速し、相対的に上側の流路２６Ａの流速を増加させることで、タンブル流３１を強化することができる。
【００２０】
［第３実施例］
図３を参照して、この第３実施例では、上記の実施例１と実施例２を組み合わせており、仕切プレート３０の上下にそれぞれプラズマアクチュエータ１Ａ，１Ｂを設置している。そして、上側のプラズマアクチュエータ１Ａにより第１実施例と同様に順方向の流れ９Ａを発生させ、下側のプラズマアクチュエータ１Ｂにより第２実施例と同様に逆方向の流れ９Ｂを発生させることで、下側の流路２６Ｂの流速に対して上側の流路２６Ａの流速を増大して、タンブル流３１を大幅に強化することができる。
【００２１】
［第４実施例］
ここまでの第１〜第３実施例では、上側の流路２６Ａの流速を増大することでタンブル流３１を強化する形式の内燃機関について説明してきたが、下側の流路２６Ｂの流速を増加させることによりタンブル流３１を強化する形式の内燃機関の場合、図４に示す第４実施例のように、上側の流路２６Ａのプラズマアクチュエータ１Ｃでは、表面電極２を裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に設置して逆方向の流れ９Ｃを発生させるとともに、下側の流路２６Ｂのプラズマアクチュエータ１では、表面電極２を裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に設置して順方向の流れ９Ｄを発生させれば良い。
【００２２】
［第５実施例］
図５を参照して、この第５実施例においては、第１〜第４実施例のような仕切プレート３０を用いることのない簡素な構成で、プラズマアクチュエータ１Ｅによりタンブル流３１の強化を実現している。すなわち、プラズマアクチュエータ１Ｅを、吸気ポート２６のポート壁面における上側の上面に設置している。ここで、吸気ポート２６の上面に露出する表面電極２を、裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置している。従って、吸気ポート２６の上面付近に順方向の流れ９Ｅを発生させることができ、これによって吸気ポート２６のうちで上側部分の流れを加速して、吸気弁の上側部分を通過する流れを局所的に強化することで、燃焼室内のタンブル流３１を強化することができる。
【００２３】
［第６実施例］
図６を参照して、この第６実施例においては、吸気ポート２６のポート壁面における上面側及び下面側の双方にそれぞれプラズマアクチュエータ１Ｅ，１Ｆを設置している。ポート上面側に設置されるプラズマアクチュエータ１Ｅについては、図５の第５実施例と同様、吸気ポート２６の上面に露出する表面電極２を、裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置し、吸気ポート２６の上面付近に順方向の流れ９Ｅを発生させている。一方、下面側に設置されるプラズマアクチュエータ１Ｆについては、表面電極２を裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に配置し、吸気ポート２６の下面付近に逆方向の流れ９Ｆを発生させることで、吸気ポート２６の下側部分の流れを減速している。これによって、吸気ポート２６のうちで上側部分の流れを下側部分の流れに対して更に加速して、タンブル流３１を更に強化することができる。
【００２４】
［第７実施例］
上述した図５，図６に示す第５，第６実施例では、吸気ポート２６のうちで上側部分の流速を増大することでタンブル流３１を強化する形式の内燃機関について説明してきたが、吸気ポート２６の下側部分の流速を増加させることによりタンブル流３１を強化する形式の内燃機関の場合、図７に示す第７実施例のように、吸気ポート２６の上面側に設置されるプラズマアクチュエータ１Ｇでは、表面電極２を裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に設置して逆方向の流れ９Ｇを発生させ、下面側に設置されるプラズマアクチュエータ１Ｈでは、表面電極２を裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に設置して順方向の流れ９Ｈを発生させれば良い。
【００２５】
［第８実施例］
図８に示す第８実施例では、プラズマアクチュエータ１Ａをタンブル制御弁３２と併用している。タンブル制御弁３２は、仕切プレート３０の上流端で下側の流路２６Ｂを開閉するもので、このタンブル制御弁３２によって下側の流路２６Ｂを閉塞した状態では、上側の流路２６Ａの流速が増大してタンブル流３１が強化され、下側の流路２６Ｂを開いた状態ではタンブル流３１が弱まる。プラズマアクチュエータ１Ａは、上記の第１実施例と同様、上側の流路２６Ａに対して設置され、上側の流路２６Ａに露出する表面電極２を、裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置している。これにより、上側の流路２６Ａにおける順方向の流れ（ブローイング力）９Ａを発生させることができ、上側の流路２６Ａの流れを加速し、その流速を増加することで、上記タンブル制御弁３２とあわせてタンブル流３１を大幅に強化することができる。
【００２６】
［第９実施例］
図９を参照して、この第９実施例では、プラズマアクチュエータ１Ｊを利用して、燃焼室２５内を周方向に旋回するスワール流３３の強化を実現している。ここで、この実施例の吸気ポート２６は、一本の集合流路３４から一対の第１，第２ブランチ流路３５Ａ，３５Ｂへ分岐しており、各ブランチ流路３５Ａ，３５Ｂがそれぞれ吸気弁を介して燃焼室２５へ連通している。そして、この吸気ポート２６の上流側の集合通路２６Ｃにおける、一方（図で上側）の第１ブランチ流路３５Ａ寄りの側面にプラズマアクチュエータ１Ｊが設置されている。このプラズマアクチュエータ１Ｊは、ポート側面に露出する表面電極２が、裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置されている。従って、このプラズマアクチュエータ１により順方向の流れ９Ｊを発生することで、吸気ポート２６における一方の第１ブランチ流路３５Ａの流れを他方の第２ブランチ流路３５Ｂの流れに対して加速・増速して、吸気通路２５内を図９の時計回りの方向に周方向に旋回スワール流３３を強化することができる。
【００２７】
［第１０実施例］
図１０に示す第１０実施例では、吸気ポート２６における上流側の集合流路３４における両側面に、プラズマアクチュエータ１Ｊ，１Ｋを設置している。第１ブランチ流路３５Ａ寄りのプラズマアクチュエータ１Ｊは、第９実施例と同様、表面電極２が裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置されており、順方向の流れ９Ｊを発生することで、第１ブランチ流路３５Ａの流れを加速して、スワール流３３を強化することができる。また、第２ブランチ流路３５Ｂ寄りのプラズマアクチュエータ１Ｋは、表面電極２が裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に配置されており、逆方向の流れ９Ｋを発生することで、第２ブランチ流路３５Ｂの流れを減速して、相対的に第１ブランチ流路３５Ａの流れを強化して、上記のスワール流３３を更に強化することができる。
【００２８】
なお、この第１０実施例では一対のプラズマアクチュエータ１Ｊ，１Ｋを設けているが、一方を省略し、第１ブランチ流路３５Ａ寄りのプラズマアクチュエータ１Ｊのみ、あるいは第２ブランチ流路３５Ｂ寄りのプラズマアクチュエータ１Ｋのみを設けるようにしても良い。
【００２９】
［図１１実施例］
図１１に示す第１１実施例のように、スワール流３３を更に強化するために、プラズマアクチュエータ１Ｊをスワール制御弁３６と併用するようにしても良い。このプラズマアクチュエータ１Ｊは、第９実施例のものと同様、吸気ポート２６の集合流路３４における一方の第１ブランチ流路３５Ａ寄りの側面に設置され、この側面に露出する表面電極２を裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置することで、順方向の流れ９Ｊを発生して、スワール流９Ｊを強化することができる。スワール制御弁３６は、集合流路３４における第２ブランチ流路３５Ｂ寄りの部分を開閉することで、第２ブランチ流路３５Ｂへの流れを絞り、相対的に第１ブランチ流路３５Ａの流れを強化することで、上記のスワール流３６を強化するものである。このように、アクチュエータ１Ｊをスワール制御弁３６と併用することで、より一層スワール流３３を強化することができる。
【００３０】
［第１２実施例］
図１２〜図１４に示すように、燃焼室２５に開口する一対のブランチ流路が独立して延在する形式の吸気ポート２６を備える内燃機関にプラズマアクチュエータを適用することもできる。図１２に示す第１２実施例では、吸気ポート２６の一方の第１ブランチ流路３５Ａにおける、第２ブランチ流路３５Ｂから遠い側の側面に、プラズマアクチュエータ１Ｊを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｊは、上記第９実施例のものと同様、表面電極２を裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置することで、順方向の流れ９Ｊを発生して、吸気ポート２６における第１ブランチ流路３５Ａ側の流れを加速して、スワール流３３を強化することができる。
【００３１】
［第１３実施例］
図１３に示す第１３実施例では、上記第１２実施例とは逆に、他方の第２ブランチ流路３５Ｂにおける、第１ブランチ流路３５Ａから遠い側の側面に、プラズマアクチュエータ１Ｋを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｋは、第１０実施例のプラズマアクチュエータ１Ｋと同様、表面電極２を裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に配置することで、逆方向の流れ９Ｋを発生して、この第２ブランチ流路３５Ｂの流れを減速することで、相対的に第１ブランチ流路３５Ａの流れを強化して、燃焼室２５内のスワール流３３を強化するものである。
【００３２】
［第１４実施例］
図１４に示す第１４実施例では、吸気ポート２６における一対のブランチ流路３５Ａ，３５Ｂの双方に、それぞれプラズマアクチュエータ１Ｊ，１Ｋを設置している。第１ブランチ流路３５Ａに設置されるプラズマアクチュエータ１Ｊは、図１２に示す第１２実施例と同様、表面電極２を裏面電極３よりも上流側・反燃焼室側に配置することで、順方向の流れ９Ｊを発生して、この第１ブランチ流路３５Ａの流れを加速して、スワール流３３を強化することができる。他方の第２吸気ポート２６に設置されるプラズマアクチュエータ１Ｋは、図１３に示す第１３実施例と同様、表面電極２を裏面電極３よりも下流側・燃焼室側に配置することで、逆方向の流れ９Ｋを発生して、この第２ブランチ流路３５Ｂの流れを減速することで、相対的に第１ブランチ流路３５Ａ流れを加速・増速して、スワール流３３を更に強化することができる。
【００３３】
上述した第１〜第１４実施例に関し、プラズマアクチュエータ１に代えて、従来のタンブル制御弁やスワール制御弁等のバルブを用いた場合、流動強化のためにバルブを絞ると圧力損失（ポンプロス）が増大し、また、バルブを駆動させるアクチュエータにも電力を消費するために、そのエネルギー損失は大きなものとなる。これに対し、上記第１〜第１４実施例のように、プラズマアクチュエータ１を用いてバルブと同等の流動を生成する方式では、従来のバルブ方式と異なり、流動強化に伴う圧力損失（ポンプ損失）の悪化がない。また、プラズマアクチュエータ１の駆動のために電力が消費されるが、これは圧力損失の改善代と比較して十分に小さい。そのため、プラズマアクチュエータを用いることで、バルブを用いた場合に比して、消費エネルギーを大幅に軽減し、燃費向上を図ることができる。
【００３４】
［第１５実施例］
図１５に示すように、内燃機関における吸気通路や排気通路などの気体通路１１には、レイアウトの制約上、湾曲・折曲する曲がり部３７が存在する。この第１５実施例では、この気体通路１１の曲がり部３７における内周側の部分３７Ａ、つまり、曲率が大きく（曲率半径が小さく）流れの剥離を生じ易い内周側の部分３７Ａに、プラズマアクチュエータ１Ｌを設置している。具体的には、裏面電極３に対して表面電極２を、流れ方向で上流側に配置し、流れ方向に対して順方向の流れ９Ｌを発生させることで、流速を増大し、剥離による圧力損失を低減・解消することができる。これによって、吸気通路における曲がり部に設置した場合には、特に高負荷域での圧力損失を抑制して充填効率を向上し、機関出力・トルクを向上することができる。また、排気通路における曲がり部に設置した場合には、曲がり部の圧力損失の低下及び流速の増加により排気圧力が低下するために、掃気性能が向上し、これにより筒内の残留ガス量が減少するために、充填効率が向上するとともに、ノッキングの発生が抑制されることで、機関出力・トルクを向上することができる。
【００３５】
［第１６実施例］
レイアウトの制約上、気体通路１１内に段差部３８が生じることがある。例えば図１６に示す第１６実施例では、気体通路１１における流れ方向で上流側の流路３９が下流側の流路４０よりも流路断面積が大きく、このため、両流路３９，４０のつなぎ目部分に、階段状に折曲（湾曲）する段差部３８が存在する。そこで本実施例では、この段差部３８の近傍の下流側の流路４０の内周面に、一つ以上（この実施例では２つ）のプラズマアクチュエータ１Ｍを設置している。そして、表面電極２を裏面電極３よりも上流側に配置することで、流れ方向に対して順方向の流れ９Ｍを発生させて、段差部３８での剥離による圧力損失を低減・解消し、つまり流速増加分により圧力損失分を補うことができる。これによって、吸気通路における段差部に設置した場合には、特に高負荷域での圧力損失を抑制して充填効率を向上し、機関出力・トルクを向上することができる。また、排気通路における段差部に設置した場合には、曲がり部の圧力損失の低下及び流速の増加により排気圧力が低下するために、掃気性能が向上し、これにより筒内の残留ガス量が減少するために、充填効率が向上するとともに、ノッキングの発生が抑制されることで、機関出力・トルクを向上することができる。
【００３６】
［第１７実施例］
内燃機関における気体通路では、レイアウト上や性能上の要求などから、主流路の途中に副流路が合流するもの、あるいは主流路の途中から副流路が分岐するものがある。前者の例として、図１７に示す第１７実施例及び図１８に示す第１８実施例では、排気の一部を吸気へ還流するための外部ＥＧＲ通路４１が、所定の角度（本実施例では約９０度）で排気通路４２の途中から分岐している。そして、排気通路４２から外部ＥＧＲ通路４１へ分岐するＥＧＲ入口部分・継ぎ目部分４３の近傍における、外部ＥＧＲ通路４１の内側面の片側（図１７）あるいは数カ所（図１８）にプラズマアクチュエータ１Ｎを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｎにおいては、表面電極２を裏面電極３よりも流れの上流側に設置し、ＥＧＲ導入方向の流れ９Ｎを発生させることで、外部ＥＧＲ通路４１へ分岐する流速・流量を増大し、負圧の低い高負荷時にもＥＧＲガスをより多く導入することができる。
【００３７】
［第１９，２０実施例］
後者の例として、図１９に示す第１９実施例及び図２０に示す第２０実施例では、吸気通路４４の途中に所定の角度（本実施例では略９０度）で外部ＥＧＲ通路４１が合流している。そして、吸気通路４４に合流する外部ＥＧＲ通路４１の出口部分・継ぎ目部分４５近傍の、ＥＧＲ通路４１の内側面の片側（図１９）もしくは数ヶ所（図２０）に、プラズマアクチュエータ１Ｐを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｐは、表面電極２を裏面電極３よりも流れの上流側に設置し、ＥＧＲ導入方向の流れ９Ｐを発生させることで、ＥＧＲガスの流速・流量を増大しており、これによって、負圧の低い高負荷時にもＥＧＲガスをより多く導入することができる。
【００３８】
なお、これらの第１７，１８実施例と第１９，２０実施例とを組み合わせて、ＥＧＲ通路４１の入口部４３と出口部４５の双方にプラズマアクチュエータを設置するようにしても良い。
【００３９】
［第２１，２２実施例］
図２１に示す第２１実施例及び図２２に示す第２２実施例では、吸気通路４４の途中に合流する外部ＥＧＲ通路４１の継ぎ目部分（ＥＧＲ出口部）４５近傍の、ＥＧＲ通路４１の内側面の片側（図２１）もしくは数ヶ所（図２２）にプラズマアクチュエータ１Ｑを設置している。但し、これらの第２１，２２実施例では、第１９，２０実施例とは逆に、表面電極２を裏面電極３よりも流れの下流側・吸気通路側に設置し、ＥＧＲ導入方向の逆方向の流れ９Ｑを発生させることで、ＥＧＲガスの流速・流量を減少させている。これによって、例えば急激に吸気ガス量が低下する過渡期に、ＥＧＲガス量を速やかに減少させ、ＥＧＲガス量が過大となって筒内ＥＧＲ率がオーバーシュートすることを抑制することができる。
【００４０】
［第２３，２４実施例］
図２３に示す第２３実施例及び図２４に示す第２４実施例では、排気ポートの内側面の片側（図２３）もしくは数ヶ所（図２４）に、プラズマアクチュエータ１Ｒを設置している。ここで、表面電極２を裏面電極３よりも燃焼室２５に近い上流側に配置して、排気流れの順方向に流れ９Ｒを発生させることで、排気の流速・流量を増大させている。これによって、例えば高負荷時に排気の流量を増大することで、排気圧力の増加を抑制して掃気性能を向上し、筒内の残ガス量を減少して充填効率を向上するとともに、ノッキングの発生を抑制して機関出力・トルクを向上することができる。
【００４１】
［第２５実施例］
図２５に示す第２５実施例では、流れの剥離を生じ易い気体通路の湾曲又は折曲する曲がり部の内周側の部分として、吸気ポート２６の燃焼室２２側に接続する曲がり部４６の内周側の部分４６Ａに、プラズマアクチュエータ１Ｓを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｓでは、表面電極２を裏面電極３よりも流れに対して上流側・反燃焼室側に配置して、吸気流れの順方向に流れ９Ｓを発生させることで、流量係数Ｃｖを向上させて充填効率の向上によりトルクを向上することができる。
【００４２】
［第２６実施例］
流れの剥離を生じ易い気体通路の一端が開口する気体室の壁面の開口周縁部として、図２６に示す第２６実施例では、吸気コレクタ４７の壁面４７Ａに、吸気通路４４の一端が接続・開口しており、この吸気通路４４の開口周縁部に、プラズマアクチュエータ１Ｔを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｔは、表面電極２を裏面電極３に対して吸気通路４４から遠い外周側に設置し、吸気通路４４へ向かう流れ９Ｔを生成することで、吸気コレクタ４７から吸気通路４４への吸気の流れを促進し、剥離による流量低下を抑制することができる。
【００４３】
［第２７実施例］
流れの剥離を生じ易い気体通路の一端が開口する気体室の壁面の開口周縁部として、図２７に示す第２７実施例では、エアクリーナ４８の壁面４８Ａに、吸気通路４４の一端が接続・開口しており、この吸気通路４４の開口周縁部に、プラズマアクチュエータ１Ｕを設置している。このプラズマアクチュエータ１Ｕは、表面電極２を裏面電極３に対して吸気通路４４から遠い外周側に設置し、吸気通路４４へ向かう流れ９Ｕを生成することで、エアクリーナ４８から吸気通路４４への吸気の流れを促進し、剥離による流量低下を抑制することができる。
【００４４】
以上のように本発明を具体的な実施例に基づいて説明してきたが、本発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々の変形・変更を含むものである。例えば、吸気マニホールドや排気マニホールドの分岐部分や集合部分など、内燃機関の気体通路内の流れの剥離を生じ易い様々な部位にプラズマアクチュエータを適用しても良い。
【符号の説明】
【００４５】
１（１Ａ〜１Ｕ）…プラズマアクチュエータ
２…表面電極
３…裏面電極
４…誘電体
９（９Ａ〜９Ｕ）…ブローイング力
【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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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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