(57)【要約】【課題】ポート壁面や吸気弁への燃料の付着を抑制し、または一旦付着した燃料の気化を促進する。【解決手段】内燃機関１が、燃焼室６に開口した吸気ポート７と、吸気ポート７を開閉する吸気弁８と、吸気弁８が閉じている期間に吸気ポート７内に燃料を噴射する燃料噴射弁２７と、を備えている。また、内燃機関１は、吸気ポート７のポート壁面に沿った気流を生成するように、吸気ポート７内に配置されたプラズマアクチュエータ（気流生成装置）１６Ａ，１６Ｂを備えている。プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂは、吸気弁８が閉じているときに作動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室に開口した吸気ポートと、
吸気ポートを開閉する吸気弁と、
吸気弁が閉じている期間に吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
吸気ポートのポート壁面に沿った気流を生成するように、吸気ポート内に配置された気流生成装置と、
を備え、
上記気流生成装置は、上記吸気弁が閉じている間に作動することを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
上記気流生成装置は、内燃機関の冷却水温が水温閾値以下の場合に作動することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関。
【請求項３】
上記気流生成装置の作動は、上記燃料噴射弁による燃料噴射開始前に開始されることを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関。
【請求項４】
上記気流生成装置は、プラズマアクチュエータであることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の内燃機関。
【請求項５】
上記気流生成装置は、ポート壁面の下面部および上面部に配置された第１のプラズマアクチュエータおよび第２のプラズマアクチュエータからなり、これらのプラズマアクチュエータは、互いに逆向きの気流を生成することを特徴とする請求項４に記載の内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関に関し、特に、吸気系に気流生成装置を有した内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、吸気ポートの内壁面にプラズマアクチュエータを配置してなるポート噴射式の内燃機関が開示されている。この内燃機関では、プラズマアクチュエータは、吸気ポート内の燃料噴射弁よりも下流側に配置されている。プラズマアクチュエータは、吸気弁が開いているときに作動し、この作動により生じた誘導気流が、吸気ポート内の燃料噴霧を含む吸気流を加速し、吸気ポートの内壁面や吸気ポートに向かって露出した吸気弁頭部の傾斜面に沿ってシリンダ内へと流れ、タンブル流を強化している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１５５６７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ポート噴射式の燃料噴射装置においては、吸気弁が閉じている間に噴射された燃料噴霧が吸気ポートの内壁面や吸気弁の傾斜面に付着しやすい。このように付着した燃料噴霧が液膜となってシリンダ内に流入すると、ＨＣを排出させてしまう要因となり得る。特に、冷間始動時に比較的低温である吸気ポートの内壁面に液膜が付着した場合には、この液膜を気化させることが難しい。特許文献１のような吸気弁が開いている状態での吸気ポート内のプラズマアクチュエータの作動によっては、シリンダ内のタンブル流を強化することはできても、吸気ポートの内壁面や吸気弁の傾斜面への燃料噴霧の付着を抑制することはできない。さらに、このようなプラズマアクチュエータの作動は、吸気ポートの内壁面や吸気弁の傾斜面へ付着した液膜を気化させることには寄与しない。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明は、燃焼室に開口した吸気ポートと、吸気ポートを開閉する吸気弁と、吸気弁が閉じている期間に吸気ポート内に燃料を噴射する燃料噴射弁と、吸気ポートのポート壁面に沿った気流を生成するように、吸気ポート内に配置された気流生成装置と、を備えてなる内燃機関であって、気流生成装置は、吸気弁が閉じている間に作動する。
【０００６】
従って、吸気弁が閉じている間に、吸気ポート内に気流が生成され、吸気ポート内に噴射される燃料の霧化ならびに気化が促進される。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、吸気弁が閉じている間に、気流生成装置により、吸気ポート内で気流を生成することにより、ポート壁面や吸気弁への燃料の付着を抑制することができるとともに、ポート壁面や吸気弁に一旦付着してしまった燃料の気化を促進することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施例のプラズマアクチュエータを備えた内燃機関を示した説明図である。
【図２】プラズマアクチュエータの作動原理を示す説明図である。
【図３】プラズマアクチュエータの作動時期を示す説明図である。
【図４】他の実施例でのプラズマアクチュエータの作動時期を示す説明図である。
【図５】水温に応じたプラズマアクチュエータの作動を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して、本発明の一実施例を説明する。
【００１０】
図１には、本発明の実施例のプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂ（気流生成装置）を備えた内燃機関１が示されている。内燃機関１は、シリンダ２を形成するシリンダブロック３と、シリンダブロック３の上面に固定されたシリンダヘッド４と、を備えている。シリンダ２には、ピストン５が摺動可能に配置されている。シリンダヘッド４の下面には、例えばペントルーフ型の燃焼室６が凹設されているとともに、燃焼室６に開口した吸気ポート７と、同じく燃焼室６に開口した排気ポート９と、が形成されている。吸気ポート７の先端は吸気弁８によって開閉され、排気ポート９の先端は排気弁１０によって開閉される。図１には、吸気弁８が閉じた状態で、排気弁１０が開いた状態で、それぞれ示されている。点火プラグ１１が、燃焼室６の中央に配置されている。また、燃焼室６や高温の排気が通流する排気ポート９を有したシリンダヘッド４を冷却するために、シリンダブロック３およびシリンダヘッド４には、ウォータジャケット１２が設けられている。シリンダブロック３側のウォータジャケット１２には、ウォータジャケット１２内の水温を検出する水温センサ１３が取り付けられている。水温センサ１３は、エンジンコントローラ１４に接続されている。
【００１１】
ここで、以下の説明の便宜のために、本明細書における「上下」は、シリンダ軸線方向で燃焼室６側を「上」とし、クランクシャフト（図示せず）側を「下」とする。
【００１２】
吸気ポート７のポート壁面における下側の下面部７Ａには、吸気弁８へ向かう順方向の気流１５Ａ（ブローイング力）を発生させる方向に第１のプラズマアクチュエータ１６Ａが設けられており、一方、吸気ポート７のポート壁面における上側の上面部７Ｂには、逆方向の気流１５Ｂ（ブローイング力）を発生させる方向に第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂが設けられている。
【００１３】
ここで、図２を参照して、プラズマアクチュエータ１６の作動原理について簡単に説明する。プラズマアクチュエータ１６は、気体通路１７内に露出するように誘電体１８上に配置された表面電極１９と、該表面電極１９とは反対側で誘電体１８上に配置された裏面電極２０と、を備えている。これらの電極１９，２０は、誘電体１８の面に沿って互いに離れた位置に配置されている。そして、接地部２１を有した電気回路２２内の交流電源２３により、これらの表面電極１９と裏面電極２０との間に交流電圧を印加することによって、誘電体１８のバリア放電により、誘電体１８の付近の放電領域２４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１９から裏面電極２０へ向かうブローイング力１５が発生する。このブローイング力１５は、交流電源２３から印加される交流電圧に応じて変化するので、気流制御部２５により交流電源２３の動作を制御することで、気体通路１７内の表面電極１９の付近の気流、つまり流速を適宜制御することが可能となる。
【００１４】
再び図１を参照すると、吸気ポート７のポート壁面における下面部７Ａ側において、第１のプラズマアクチュエータ１６Ａは、流路２６に向かって露出する表面電極１９Ａと、表面電極１９Ａとは反対側で誘電体１８Ａ上に配置された裏面電極２０Ａと、を有し、表面電極１９Ａが裏面電極２０Ａよりも上流側（反燃焼室側）に配置されている。また、吸気ポート７のポート壁面における上面部７Ｂ側において、第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂは、流路２６に向かって露出する表面電極１９Ｂと、該表面電極１９Ｂとは反対側で誘電体１８Ｂ上に配置された裏面電極２０Ｂと、を有し、表面電極１９Ｂが裏面電極２０Ｂよりも下流側（燃焼室側）に配置されている。つまり、第１のプラズマアクチュエータ１６Ａと第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂとは、流路２６に沿って互いに逆向きに配置されている。また、裏面電極２０Ａと表面電極１９Ｂとが概ね対向する位置にあり、表面電極１９Ａと裏面電極２０Ｂとが概ね対向する位置にある。なお、誘電体１８Ａ，１８Ｂは、吸気ポート７のポート壁面の下面部７Ａ側および上面部７Ｂ側の凹部に埋設されており、誘電体１８Ａ，１８Ｂの表面がポート壁面と同一の面となっている。これにより、吸気ポート７のポート壁面の下面部７Ａおよび上面部７Ｂの付近を流れる気体の通気抵抗が抑制される。
【００１５】
第１のプラズマアクチュエータ１６Ａの作動時には、誘電体１８Ａのバリア放電により、誘電体１８Ａの付近の放電領域２４Ａでプラズマが発生し、吸気ポート７の流路２６内において、吸気弁８へ向かう順方向のブローイング力１５Ａが発生する。一方、第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂの作動時には、誘電体１８Ｂのバリア放電により、誘電体１８Ｂの付近の放電領域２４Ｂでプラズマが発生し、吸気ポート７の流路２６内において、逆方向のブローイング力１５Ｂが発生する。従って、吸気弁８が閉じた状態で、第１のプラズマアクチュエータ１６Ａおよび第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂの双方を同時に作動させたときには、吸気ポート７内では、第１のプラズマアクチュエータ１６Ａの表面電極１９Ａ付近で、順方向のブローイング力１５Ａにより、吸気ポート７のポート壁面の下面部７Ａに沿って下流へ向かう気流が生じ、第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂの表面電極１９Ｂ付近で、逆方向のブローイング力１５Ｂにより、吸気ポート７のポート壁面の上面部７Ｂに沿って上流へ向かう気流が生じる。これにより、吸気弁８が閉じた状態の吸気ポート７内で、下面部７Ａに沿って下流へ向かい、かつ吸気弁８に衝突してＵターンした後に、上面部７Ｂに沿って上流へと向かうように、図１で時計回りに循環する流れが得られる。
【００１６】
また、吸気ポート７内に燃料を噴射する燃料噴射弁２７が、第２のプラズマアクチュエータ１６Ｂの上流側で吸気ポート７の上面部７Ｂに取り付けられている。燃料噴射弁２７は、エンジンコントローラ１４に接続されている。なお、図１には、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの構成を強調するために、燃焼室６からかなり離れた位置に燃料噴射弁２７が図示されているが、実際には、燃焼室６に近い位置でポート壁面の上面部７Ｂに取り付けられており、吸気弁８へ向かって燃料を噴射している。
【００１７】
図３を参照して、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動時期について説明する。図３には、横軸にクランク角（時間）が示され、縦軸に、下から順にプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動／停止、燃料噴射弁２７の作動／停止、吸気弁８の開閉が示されている。
【００１８】
図の初期（例えば膨張行程中）には、吸気弁８を閉じた状態で、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂおよび燃料噴射弁２７の双方が停止している。次に、吸気行程前に、吸気弁８を閉じた状態のまま、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂが作動する（時間Ｔ1）。そして、同じく吸気弁８を閉じた状態のまま、燃料噴射弁２７が作動する（時間Ｔ2）。つまり、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動は、燃料噴射弁２７の燃料噴射前に開始される。そして、同じく吸気弁８の閉期間中に、燃料噴射弁２７の燃料噴射が終了し（時間Ｔ3）、その後、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂが停止される（時間Ｔ4）。このプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの停止と同時に、吸気弁８が開く（時間Ｔ4）。
【００１９】
従って、吸気弁８が閉じている間に、ポート壁面に沿った気流が、吸気ポート７内で下面部７Ａに沿って下流へ向かい、かつ吸気弁８に衝突してＵターンした後に、上面部７Ｂに沿って上流へと向かうように図１で時計回りに循環する。そして、このように循環する気流の中に燃料が、噴射される。
【００２０】
なお、図４に示すように、吸気弁８が開いている間も、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動を継続するようにしても良い。
【００２１】
次に、図５のフローチャートを参照して、ウォータジャケット１２内の水温ＴW1に応じたプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動の禁止または許可について説明する。このフローチャートに示すルーチンは、機関の運転中に繰り返し実行される。ステップＳ１では、水温センサ１３（図１）により、シリンダブロック３に設けられたウォータジャケット１２内の水温ＴW1を検出し、この検出された水温ＴW1をエンジンコントローラ１４内に格納された水温閾値ＴWと比較する。ここで、水温閾値ＴWは、例えば、内燃機関１の暖機が完了したとみなし得る温度である。そして、水温ＴW1が水温閾値ＴWよりも高い場合には、ステップＳ２に進み、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動を禁止する。また、ステップＳ１において、水温ＴW1が水温閾値ＴW以下の場合には、ステップＳ３に進み、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動を許可する。従って、この実施例では、冷間始動後の暖機運転中にのみプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂが作動する。
【００２２】
上述したように、吸気弁８を閉じた状態で、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂを作動して吸気ポート７内で気流を循環することで、吸気ポート７内に噴射された燃料が、拡散・霧化し、その気化が促進されるので、ポート壁面や吸気ポート７に向かって露出した吸気弁８頭部の傾斜面８ａへの燃料噴霧の付着を抑制することができる。また、燃料噴霧がポート壁面や吸気弁８頭部の傾斜面８ａに付着し液膜となった場合にも、上記ポート壁面の下面部７Ａおよび上面部７Ｂに沿って循環する気流により、液膜の気化を促進することができる。これにより、液膜となって燃焼室６内に流入する燃料が少なくなり、ＨＣの生成を抑制することができる。
【００２３】
また、吸気ポート７のポート壁面への燃料噴霧の付着は、吸気ポート７のポート壁の温度が低いときに多い。従って、上述したように、ウォータジャケット１２内の水温ＴW1が水温閾値ＴW以下の場合にプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂを作動することで、燃料噴霧の付着をより確実に抑制できる。そして、水温ＴW1よりも水温閾値ＴWが低いときには、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動を禁止することで、不必要なエネルギの消費を回避できる。
【００２４】
さらに、上述したように、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの作動は、燃料噴射弁２７の作動前に開始されるので、噴射始めの燃料から燃料の付着を抑制することができる。
【００２５】
上記各実施例では、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂの双方を同時に作動する例を開示したが、これらのプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂを交互に作動するようにしても良い。
【００２６】
上記各実施例では、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂを作動することにより、気流が時計回りに循環する例を開示したが、プラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂをそれぞれ逆向きに配置して、気流が反時計回りに循環するようにしても良い。
【００２７】
上記各実施例では、吸気ポート７内に２つのプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂを配置した例を開示したが、２つのプラズマアクチュエータ１６Ａ，１６Ｂのうちの一方のみを配置するようにしても良い。
【符号の説明】
【００２８】
１・・・内燃機関
６・・・燃焼室
７・・・吸気ポート
８・・・吸気弁
１２・・・ウォータジャケット
１３・・・水温センサ
１４・・・エンジンコントローラ
１５Ａ・・・ブローイング力
１５Ｂ・・・ブローイング力
１６Ａ・・・第１のプラズマアクチュエータ
１６Ｂ・・・第２のプラズマアクチュエータ
２７・・・燃料噴射弁
【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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