(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料が導入される燃焼室に延設して配置される第１電極と、
前記第１電極と対向する位置に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極のうち一方の電極を覆う誘電体と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して、前記誘電体と他方の電極との間の非平衡プラズマ放電によって前記燃焼室内の燃料に体積点火する体積点火手段と、を備え、
前記第２電極は、ピストン冠面であって、
前記ピストン冠面は、略中央部に凹部を有し、
前記誘電体は、前記凹部を覆うように配置され、
前記凹部に配置された前記誘電体と前記第１電極との間で非平衡プラズマ放電する点火装置。
【請求項２】
燃料が導入される燃焼室に延設して配置される第１電極と、
前記第１電極と対向する位置に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極のうち一方の電極を覆う誘電体と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して、前記誘電体と他方の電極との間の非平衡プラズマ放電によって前記燃焼室内の燃料に体積点火する体積点火手段と、
体積点火前に、前記誘電体と前記他方の電極との間で非平衡プラズマ放電して、ラジカルを生成するラジカル生成手段と、を備える点火装置。
【請求項３】
燃料が導入される燃焼室に延設して配置される第１電極と、
前記第１電極と対向する位置に配置される第２電極と、
前記第１電極と前記第２電極のうち一方の電極を覆う誘電体と、
前記第１電極と前記第２電極との間に電圧を印加して、前記誘電体と他方の電極との間の非平衡プラズマ放電によって前記燃焼室内の燃料に体積点火する体積点火手段と、
体積点火時に、エンジン運転状態に応じて電極間に印加する交流電圧の電圧値及び波数のうち少なくとも一方を制御して、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを調整する放電エネルギー調整手段と、備える点火装置。
【請求項４】
前記第２電極は、略円環形状の円環状電極であり、
前記第１電極は、前記円環状電極の軸を通る棒形状の中心電極であることを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
【請求項５】
前記中心電極は、前記誘電体によって覆われており、
前記誘電体と前記円環状電極との間隔が等間隔となる放電部を複数設けることを特徴とする請求項４に記載の点火装置。
【請求項６】
前記円環状電極は、前記誘電体によって覆われており、
前記誘電体と前記中心電極との間隔が等間隔となる放電部を複数設けることを特徴とする請求項４に記載の点火装置。
【請求項７】
前記第１電極及び前記第２電極は、前記燃焼室と連通する副燃焼室内に設けられることを特徴とする請求項３又は請求項４に記載の点火装置。
【請求項８】
前記第２電極は、前記副燃焼室の壁部を構成することを特徴とする請求項７に記載の点火装置。
【請求項９】
前記第１電極は、前記誘電体によって覆われており、
前記第２電極は、前記燃焼室内に配置される導電体であり、
前記誘電体と前記導電体との間で非平衡プラズマ放電することを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
【請求項１０】
前記導電体は、前記燃焼室内のシリンダヘッド壁とピストン冠面とであり、
前記誘電体と前記シリンダヘッド壁との間及び前記誘電体と前記ピストン冠面との間のうち、少なくとも一方で非平衡プラズマ放電することを特徴とする請求項９に記載の点火装置。
【請求項１１】
前記ピストンは、略中央部に凹部を有し、
前記誘電体と前記ピストンの凹部との間で非平衡プラズマ放電することを特徴とする請求項１０に記載の点火装置。
【請求項１２】
前記第２電極は、ピストン冠面であって、
前記誘電体は、前記第１電極と対向する位置周辺の前記ピストン冠面に配置され、
前記第１電極と前記誘電体との間で非平衡プラズマ放電することを特徴とする請求項３に記載の点火装置。
【請求項１３】
ラジカル生成時に、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを体積点火時よりも小さくするとともに、エンジン運転状態に応じて電極間に印加する交流電圧の電圧値及び波数のうち少なくとも一方を制御して、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを調整する放電エネルギー調整手段をさらに備えることを特徴とする請求項２に記載の点火装置。
【請求項１４】
前記放電エネルギー調整手段は、ラジカル生成時の放電時期と体積点火時の放電時期との放電間隔を制御することで、前記燃焼室内に生成されるラジカルの分布を調整することを特徴とする請求項１３に記載の点火装置。
【請求項１５】
前記放電エネルギー調整手段は、ノッキングが発生しやすい運転領域において、前記放電間隔を大きくして、前記ラジカルを前記燃焼室内に広く分布させることを特徴とする請求項１４に記載の点火装置。
【請求項１６】
前記放電エネルギー調整手段は、低エンジン回転速度かつ高エンジン負荷の運転領域を前記ノッキングが発生しやすい運転領域とすることを特徴とする請求項１５に記載の点火装置。
【請求項１７】
前記放電エネルギー調整手段は、エンジン負荷が小さくなるにしたがって非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項１６のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項１８】
前記放電エネルギー調整手段は、エンジン回転速度が大きくなるにしたがって非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項１７のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項１９】
前記放電エネルギー調整手段は、リーン燃焼する運転領域において、空燃比がリーンになるにしたがって非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項１８のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項２０】
前記放電エネルギー調整手段は、ＥＧＲガスを吸気系に再循環して希釈燃焼する運転領域において、ＥＧＲ率が大きくなるにしたがって非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項１８のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項２１】
エンジン運転状態に応じて吸気弁の閉弁時期を可変にする可変動弁装置をさらに備え、
前記放電エネルギー調整手段は、ピストン下死点から離れるように前記吸気弁の閉弁時期を進角または遅角させる運転領域において、前記吸気弁の閉弁時期の進角量または遅角量が大きくなるにしたがって平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項２０のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項２２】
前記放電エネルギー調整手段は、印加する交流電圧の電圧値を増加することで、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項２１のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項２３】
前記放電エネルギー調整手段は、印加する交流電圧の周波数を高くすることで、交流電圧の波数を増加させて、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項２２のいずれか一つに記載の点火装置。
【請求項２４】
前記放電エネルギー調整手段は、印加する交流電圧の印加時間を長くすることで、交流電圧の波数を増加させて、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくすることを特徴とする請求項３から請求項２３のいずれか一つに記載の点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、非平衡プラズマ放電によって点火する点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、非平衡プラズマ放電（低温プラズマ放電又はコロナ放電ともいう。）を適用して燃焼室内の混合気に着火するエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
特許文献１に記載の非平衡プラズマ放電式エンジンは、燃焼室内において高電圧放電する電極と、その電極間に短パルス幅の高電圧を印加させるパルスパワー電源部とを備える。そして、短パルス幅の高電圧を印加して、電極間に非平衡プラズマ放電を発生させた後、熱化プラズマによる平衡プラズマ放電（高温プラズマ放電又はアーク放電ともいう。）を発生させて、燃焼室内の混合気に着火する。
【特許文献１】特開平１０−１４１１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、特許文献１に記載の非平衡プラズマ放電式エンジンでは、放電形態が非平衡プラズマ放電から平衡プラズマ放電へ遷移する。そのため、非平衡プラズマ放電時では、電極間において流れる電流値が低く低消費エネルギーにて燃焼反応を促進する高エネルギー電子を形成することができるが、その後の平衡プラズマ放電時では、平衡プラズマ放電において橋絡した部位から多量の電流が流れてしまい、着火性能は向上するものの放電に伴う電力消費が大きくなるという問題がある。
【０００５】
そこで、本発明は、非平衡プラズマ放電によってより低消費エネルギーで点火することができ、さらに希薄燃焼限界を拡大することのできる非平衡プラズマ放電式エンジン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】
【０００６】
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。
【０００７】
本発明の点火装置は、燃料が導入される燃焼室に延設して配置される第１電極と、第１電極と対向する位置に配置される第２電極と、第１電極と第２電極のうち一方の電極を覆う誘電体と、第１電極と第２電極との間に電圧を印加して、誘電体と他方の電極との間の非平衡プラズマ放電によって燃焼室内の燃料に体積点火する体積点火手段と、を備え、第２電極はピストン冠面であって、ピストン冠面は略中央部に凹部を有し、記誘電体は凹部を覆うように配置され、凹部に配置された誘電体と第１電極との間で非平衡プラズマ放電させる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、非平衡プラズマ放電のストリーマが、一方の電極を覆う誘電体と他方の電極との間で複数形成される。これにより、燃焼室の内部の燃料に体積点火することができる。そのため、リーン燃焼や希釈燃焼など、燃焼が不安定になりやすい条件においても、着火性能が向上するとともに燃焼期間を短くすることができるので、希薄燃焼限界を大幅に拡大できる。
【０００９】
また、一方の電極は誘電体によって覆われているので、放電エネルギーが大きくなっても、非平衡プラズマ放電から平衡プラズマ放電に遷移することが抑制される。このように平衡プラズマ放電に遷移させることなく、非平衡プラズマ放電のみによって着火することができるので、着火時に消費されるエネルギーを抑制することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
（第１実施形態）
以下、図面を参照して本発明の第１実施形態について説明する。
【００１１】
図１は、第１実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジンの構成を示す図である。
【００１２】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００は、シリンダブロック１０と、シリンダブロック１０の上側に配置されるシリンダヘッド２０とを備える。
【００１３】
シリンダブロック１０には、ピストン１１を収装するシリンダ１２が形成される。そして、ピストン１１の冠面と、シリンダ１２の壁面と、シリンダヘッド２０の下面とによって燃焼室１３を形成する。この燃焼室１３で混合気が燃焼すると、ピストン１１は燃焼による燃焼圧力を受けてシリンダ１２を往復動する。
【００１４】
また、シリンダヘッド２０には、燃焼室１３に混合気を流す吸気ポート３０と、燃焼室１３からの排気を流す排気ポート４０とが形成される。
【００１５】
吸気ポート３０には、吸気弁３１が設けられる。吸気弁３１は、吸気側カムシャフト３２に一体形成されるカム３３によって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて吸気ポート３０を開閉する。また、吸気ポート３０には燃料噴射弁３４が設置されている。この燃料噴射弁３４は、吸気ポート３０の燃焼室１３への開口部に向けて燃料を噴射する。
【００１６】
一方、排気ポート４０には、排気弁４１が設けられる。排気弁４１は、排気側カムシャフト４２に一体形成されるカム４３によって駆動され、ピストン１１の上下動に応じて排気ポート４０を開閉する。なお、排気ポート４０には、排気を外部に流す図示しない排気通路が接続しており、この排気通路に設置されたＥＧＲ装置が排気通路を流れる排気の一部を吸気系に再循環させる。
【００１７】
上記した吸気ポート３０と排気ポート４０との間であって、シリンダヘッド２０の燃焼室中心部には、非平衡プラズマ放電によって混合気に着火する点火プラグ５０が設置される。点火プラグ５０は、中心電極５１と、円環状電極５２と、絶縁部５３と、主体金具５４とを備える。
【００１８】
点火プラグ５０は、絶縁部５３の軸方向中央に設けられた主体金具５４によってシリンダヘッド２０に設置される。そして、点火プラグ５０の絶縁部５３と円環状電極５２との間には、燃焼室１３と連通する点火室５５が形成される。
【００１９】
中心電極５１は棒状の導電体からなり、点火室５５に突出するように、燃焼室に延設して配置、形成される。中心電極５１は、誘電体からなる絶縁部５３によって覆われている。そして、この絶縁部５３を取り囲むように、かつ、中心電極５１に対向して、導電体からなる円環状電極５２が配置される。
【００２０】
また、中心電極５１の後端には、後端側端子５１ａが設置されている。この後端側端子５１ａには、エンジン運転状態に応じた交流電圧を印加する高電圧高周波発生器６０が接続される。
【００２１】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００は、高電圧高周波発生器６０を制御するため、コントローラ７０を備える。コントローラ７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを有する。このコントローラ７０には、エンジン回転速度、エンジン負荷など、エンジン運転状態を検出する各種センサの出力が入力する。コントローラ７０は、これら出力に基づいて高電圧高周波発生器６０の交流電圧の電圧値、印加時間、交流周波数、印加時期を制御して、点火プラグ５０の点火時期や非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを調整する。
【００２２】
上記のように構成される非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、燃料噴射弁３４が吸気ポート内に燃料を噴射する。ピストン１１が下方に移動するとき、燃焼室１３の圧力が吸気ポート内の圧力よりも低下するので、このとき吸気弁３１が開かれると、吸気ポート３０と燃焼室１３との圧力差によって吸気ポート内の混合気が燃焼室１３に流入する。そして、吸気弁３１が閉じた後に、ピストン１１の上昇により混合気が圧縮されると、その混合気の一部が点火室５５に流れ込む。点火室５５に流入した混合気は、ピストン１１が圧縮上死点に達する直前に、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電によって着火される。このように点火室５５で燃焼した燃焼ガスが、燃焼室１３の内部の混合気を燃焼させる。
【００２３】
点火プラグ５０における非平衡プラズマ放電について、図２〜図４を参照して説明する。
【００２４】
図２（Ａ）は、点火プラグ５０の近傍の拡大図である。また、図２（Ｂ）は、図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。
【００２５】
点火プラグ５０は、高電圧高周波発生器６０から交流電圧が印加されると、図２（Ａ）に示すように、絶縁部５３と円環状電極５２との間で、ストリーマ５６と呼ばれる平衡プラズマ放電する以前の過渡的な非平衡プラズマ放電（いわゆる誘電体バリア放電）する。このストリーマ５６は、図２（Ａ）に示すように絶縁部５３の軸方向において複数発生するとともに、図２（Ｂ）に示すように絶縁部５３を中心として放射状に形成される。このように、点火プラグ５０は複数のストリーマ５６を形成することで点火室内の電子温度を高めて分子活性度を高くでき、広い体積を占める多点同時点火、つまり体積的な点火（以下「体積点火」という。）をすることができる。
【００２６】
本実施形態の点火プラグ５０では、中心電極５１は誘電体からなる絶縁部５３によって覆われているので、放電エネルギーが大きくなっても非平衡プラズマ放電から平衡プラズマ放電に遷移することが抑制される。
【００２７】
この点火プラグ５０において生じる非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、図３（Ａ）〜図３（Ｄ）に示すように、高電圧高周波発生器６０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。例えば、点火プラグ５０の放電エネルギーを増大する場合には、図３（Ａ）に示す基準となる交流印加電圧の波形に対して、交流電圧の電圧値を増加する（図３（Ｂ））。また、図３（Ａ）に示す基準となる交流印加電圧の波形に対して、印加時間を長くしたり（図３（Ｃ））、交流周波数を増大したりして（図３（Ｄ））、交流電圧の波数を増やすことによっても点火プラグ５０の放電エネルギーを増大させることができる。
【００２８】
上記のように体積点火する点火プラグ５０では、図４に示すように、点火室内での放電を時間的に複数回行えるため、従来手法のように電極間で平衡プラズマ放電していわゆる点点火するスパークプラグよりも着火性能が強化される。
【００２９】
図４（Ａ）は、従来手法におけるスパークプラグに交流電圧（電界）を印加した場合の放電模式図を示す。また、図４（Ｂ）は、本実施形態の点火プラグ５０に交流電圧（電界）を印加した場合の放電模式図を示す。
【００３０】
従来手法のスパークプラグに交流電圧を印加する場合には、図４（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、絶縁破壊電界Ｖaになったときに、電極間で平衡プラズマ放電する。したがって、従来手法におけるスパークプラグでは、放電期間ｔの間に４回の平衡プラズマ放電が発生する。
【００３１】
これに対して、本実施形態の点火プラグ５０では、中心電極５１を誘電体からなる絶縁部５３で覆っており、この絶縁部５３が一種のコンデンサとして作用するため、非平衡プラズマ放電した後に絶縁部５３の表面に電荷を蓄えておくことができる。そのため、図４（Ｂ）に示すように、印加電圧による電界Ｖ0と絶縁部５３の誘電体表面電荷による電界Ｖwの差の絶対値が、非平衡プラズマ放電開始電界Ｖdになったときに、絶縁部５３と円環状電極５２との間で非平衡プラズマ放電が形成される。したがって、点火プラグ５０では点火室内の複数個所でストリーマが形成され、放電期間ｔの間に８回の非平衡プラズマ放電が発生する。
【００３２】
このように、点火プラグ５０は、点火室５５において体積点火できるだけでなく、従来手法におけるスパークプラグよりも同一時間（放電期間ｔ）における放電回数を増加させることができ、着火性能を強化できるのである。
【００３３】
なお、図示はしないが、点火プラグ５０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と絶縁部５３の誘電体表面電荷による電界Ｖwの差の絶対値が非平衡プラズマ放電開始電界Ｖdとな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。
【００３４】
上記の通り、点火プラグ５０によって非平衡プラズマ放電する非平衡プラズマ放電式エンジン１００は、図５に示す運転マップに基づいて運転される。
【００３５】
図５（Ａ）は、エンジン回転速度と負荷とによって表される運転マップである。また、図５（Ｂ）は高回転速度・高負荷側運転の詳細を示し、図５（Ｃ）は低回転速度・低負荷側運転の詳細を示す。
【００３６】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００は、図５（Ａ）の領域Ｐでは高回転速度・高負荷側運転を実施し、領域Ｑでは低回転速度・低負荷側運転を実施する。
【００３７】
高回転速度・高負荷側運転においては、図５（Ｂ）に示すように、空気過剰率λが１（空燃比がストイキ）になるように燃料噴射量などを制御して運転する。この運転領域では、エンジン運転状態によらず空気過剰率λ＝１で制御されているので、点火室内の混合気は着火しやすい。そのため、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、後述する低回転速度・低負荷側運転時よりも小さく設定される。
【００３８】
なお、図５（Ａ）の領域Ｐに示す高回転速度・高負荷側運転では、エンジン運転状態によらず放電エネルギーが一定となるように設定するが、低負荷で高エンジン回転速度になるほど非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように、印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整してもよい。
【００３９】
これに対して、低回転速度・低負荷側運転においては、図５（Ｃ）に示すように負荷に応じて空気過剰率λを制御してリーン燃焼させる。つまり、低回転速度・低負荷側運転時においては、負荷が所定値Ｔ1よりも小さい場合、負荷が小さくなるほど空気過剰率λが大きくなるように燃料噴射量などを制御する。ここで所定値Ｔ1は、図５（Ａ）に示すように、低回転速度・低負荷側運転時における最高負荷から決定する。低回転速度・低負荷側運転時のリーン燃焼では、高回転速度・高負荷側運転時と同じ放電エネルギーで体積点火したのでは着火性能が悪化する。そのため、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーを高回転速度・高負荷側運転制御時よりも大きく設定する。そして、図５（Ａ）に示すように低負荷で高エンジン回転速度になるほど、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整して、着火性能の安定化を図る。
【００４０】
なお、本実施形態では、低回転速度・低負荷側においてリーン燃焼するように設定しているが、ＥＧＲガスを吸気系に再循環して希釈燃焼するようにしてもよい。この場合には、図５（Ｄ）に示すように、負荷が所定値Ｔ1よりも低い場合に、負荷に応じてＥＧＲ率を制御して希釈燃焼させる。このような希釈燃焼においても、点火プラグ５０の非平衡プラズマの放電エネルギーを高回転速度・高負荷側運転制御時よりも大きく設定するとともに、低負荷で高エンジン回転速度になるほど、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整する。
【００４１】
以上により、第１実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００は下記の効果を得ることができる。
【００４２】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、ストリーマ５６が絶縁部５３から円環状電極５２に向かって複数形成される。このように、点火室５５の内部において体積点火するので、リーン燃焼や希釈燃焼など、燃焼が不安定になりやすい条件においても、十分大きな熱発生を得ることができる。そのため、着火性能が向上するとともに燃焼期間を短くすることができ、希薄燃焼限界を大幅に拡大できる。
【００４３】
また、点火プラグ５０では、中心電極５１が誘電体からなる絶縁部５３によって覆われているので、放電エネルギーが大きくなっても、非平衡プラズマ放電から平衡プラズマ放電に遷移することが抑制される。このように平衡プラズマ放電に遷移させることなく、非平衡プラズマ放電のみによって着火するので、点火プラグ５０で消費されるエネルギーを抑制することができる。
【００４４】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、エンジン運転状態に応じて、以下のように点火プラグ５０での放電エネルギーを制御する。
【００４５】
つまり、負荷が小さくなるにしたがって、点火プラグ５０の放電エネルギーを大きくするように印加する交流電圧の電圧値や波数などを制御するので、燃焼性能が不安定になる低負荷時においても燃焼性能の変動を抑制できる。
【００４６】
また、高エンジン回転速度になるにしたがって、点火プラグ５０の放電エネルギーを大きくするように印加する交流電圧の電圧値や波数などを制御するので、クランク角度あたりの実時間が短くなる高エンジン回転速度においても燃焼速度を向上することができる。
【００４７】
さらに、空燃比がリーンになるにしたがって、又はＥＧＲ率が大きくなるにしたがって、点火プラグ５０の放電エネルギーを大きくするように印加する交流電圧の電圧値や波数などを制御するので、燃焼性能が不安定になる運転時においても着火性能を向上させることができる。
【００４８】
ここで、交流電圧の周波数を高くして波数を増やす場合には、放電期間内における放電回数が増えて放電エネルギーが大きくなるので、放電期間を変化させることなく放電エネルギーを増大でき、例えばクランク角度あたりの実時間が短くなる高エンジン回転速度時に有効である。また、交流電圧の印加時間を長くして波数を増やす場合には、非平衡プラズマ放電時間が長くなって放電エネルギーが大きくなるので、燃焼室内の混合気濃度が不均一となる希釈燃焼時のように点火室内の混合気濃度が時間的に変化して着火変動が生じやすいときであっても着火性能を確保できる。
【００４９】
（第２実施形態）
図６は、第２実施形態の点火プラグ５０を示す図である。
【００５０】
第２実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、点火プラグ５０の構成において一部相違する。つまり、円環状電極５２に突起５２ａを設けるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００５１】
点火プラグ５０では、図６に示すように、円環状電極５２に点火プラグ５０の軸方向に沿って、点火室５５に突出する複数の突起５２ａを設ける。突起５２ａは、円環状電極５２の周方向においても、点火室内に突出するように複数設けられている。これら複数の突起５２ａは導電体からなり、突起５２ａの先端と誘電体からなる絶縁部５３との間がそれぞれ等距離となるように設定されている。
【００５２】
このように構成される点火プラグ５０では、円環状電極５２の突起５２ａと絶縁部５３との間で非平衡プラズマ放電するので、突起５２ａと同数のストリーマ５６が点火室内に形成される。
【００５３】
以上により、第２実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、第１実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、点火プラグ５０の点火室５５の任意位置において平衡プラズマ放電を発生させることができ、着火性能を確実に向上させることができる。
【００５４】
また、非平衡プラズマ放電するための要求ギャップが狭い場合であっても、突起５２ａと絶縁部５３との距離を調整すればよく、円環状電極５２と絶縁部５３の表面との間隔は広く設定することができるので、初期火炎の熱損失の悪化を抑制することができる。
【００５５】
なお、図６に示したように、円環状電極５２に突起５２ａを設けるのではなく、中心電極５１を覆う絶縁部５３に、誘電体からなる複数の突起を設けるようにしてもよい。
【００５６】
（第３実施形態）
図７は、第３実施形態の点火プラグ５０を示す図である。
【００５７】
第３実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、点火プラグ５０の構成において一部相違する。つまり、円環状電極５２の点火室側を覆うように絶縁部５３を設けるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００５８】
点火プラグ５０では、図７に示すように、円環状電極５２の点火室側を覆うように、誘電体からなる絶縁部５３が設けられる。そのため、点火プラグ５０では、棒状の中心電極５１が点火室５５に突出する。
【００５９】
このように構成される点火プラグ５０では、中心電極５１と絶縁部５３との間で非平衡プラズマ放電して、複数のストリーマ５６を形成するので、点火室内の混合気に体積点火することができる。
【００６０】
なお、第３実施形態の点火プラグ５０では、絶縁部５３の先端が、中心電極５１の先端や円環状電極５２の先端よりも燃焼室側に突き出すように設定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ーを大きくした場合においても、中心電極５１の先端と円環状電極５２の先端との間での平衡プラズマ放電の発生を抑制できる。
【００６１】
以上により、第３実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、第１実施形態と同様の効果を得ることができる。
【００６２】
（第４実施形態）
図８は、第４実施形態の点火プラグ５０を示す図である。
【００６３】
第４実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、点火プラグ５０の構成において一部相違する。つまり、円環状電極５２の点火室側を覆うように絶縁部５３を設け、その絶縁部５３に凸部５３ａを設置するようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００６４】
点火プラグ５０では、図８に示すように、円環状電極５２の点火室側を覆うように、誘電体からなる絶縁部５３が設けられる。そして、この絶縁部５３には、点火プラグ５０の軸方向に沿って、点火室５５に突出する複数の凸部５３ａを設ける。凸部５３ａは、絶縁部５３の周方向においても、点火室内に突出するように複数設けられている。これら複数の凸部５３ａは誘電体からなり、凸部５３ａの先端と中心電極５１との距離がそれぞれ同一となるように設定されている。
【００６５】
このように構成される点火プラグ５０では、絶縁部５３の凸部５３ａと中心電極５１との間で非平衡プラズマ放電するので、凸部５３ａと同数のストリーマ５６が点火室内に形成される。
【００６６】
なお、第４実施形態の点火プラグ５０では、絶縁部５３の先端が、中心電極５１の先端や円環状電極５２の先端よりも燃焼室側に突き出すように設定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ーを大きくした場合においても、中心電極５１の先端と円環状電極５２の先端との間での平衡プラズマ放電の発生を抑制できる。
【００６７】
以上により、第４実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、第１実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、点火プラグ５０の点火室５５の任意位置において平衡プラズマ放電を発生させることができ、着火性能を確実に向上させることができる。
【００６８】
また、非平衡プラズマ放電するための要求ギャップが狭い場合であっても、凸部５３ａと中心電極５１との距離を調整すればよく、絶縁部５３の点火室側表面と中心電極５１との間隔は広く設定することができるので、初期火炎の熱損失の悪化を抑制することができる。
【００６９】
なお、図８に示したように、絶縁部５３に凸部５３ａを設けるのではなく、中心電極５１の軸方向及び周方向に、導電体からなる複数の凸部を設けるようにしてもよい。
【００７０】
（第５実施形態）
図９は、第５実施形態の点火プラグ５０を示す図である。
【００７１】
第５実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、点火プラグ５０の構成において一部相違する。つまり、点火プラグ５０に副燃焼室５７を設けるようにしたもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００７２】
点火プラグ５０では、図９に示すように、中心電極５１を覆う絶縁部５３を取り囲むように円筒状電極５２が配置される。そのため、絶縁部５３と円筒状電極５２との間には副燃焼室５７が形成される。円筒状電極５２は、その先端に複数の連通孔５２ｂが設けられており、この連通孔５２ｂによって燃焼室１３と副燃焼室５７とが連通する。
【００７３】
上記のように構成される非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、燃焼室１３に導入された混合気の一部が連通孔５２ｂを介して副燃焼室５７に流れ込む。副燃焼室５７に流入した混合気は、ピストン１１が圧縮上死点に達する直前に、点火プラグ５０の円筒状電極５２と絶縁部５３との間で発生した非平衡プラズマ放電によって体積点火される。このように副燃焼室５７で燃焼した燃焼ガスは、連通孔５２ｂを介して燃焼室１３の内部にトーチ状に放射され、燃焼室内の混合気を燃焼（以下「トーチ点火」という。）させる。
【００７４】
以上により、第５実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、下記の効果を得ることができる。
【００７５】
第５実施形態では、副燃焼室５７の内部の混合気に体積点火するので、第１実施形態と同様の効果を得ることができるだけでなく、副燃焼室５７で燃焼した燃焼ガスを燃焼室１３にトーチ状に放射して燃焼室内の混合気の燃焼を促進させることができ、第１実施形態よりも希薄燃焼限界を拡大することができる。
【００７６】
（第６実施形態）
図１０は、第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成を示す図である。
【００７７】
第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、点火プラグ５０の構成において一部相違する。つまり、点火プラグ５０が燃焼室内のシリンダヘッド２０やピストン１１の冠面１１ａに非平衡プラズマ放電するように構成したもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【００７８】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、図１０に示すように、吸気ポート３０と排気ポート４０との間であって、シリンダヘッド２０の燃焼室中心部に、非平衡プラズマ放電によって混合気に点火する点火プラグ５０を備える。
【００７９】
点火プラグ５０は、軸方向中央に設けられた主体金具５４によってシリンダヘッド２０に設置される。この点火プラグ５０では、導電体からなる棒状の中心電極５１が燃焼室１３の内部に突き出すように形成されている。中心電極５１は、誘電体からなる絶縁部５３によって覆われている。
【００８０】
このように構成される点火プラグ５０は、図１１（Ａ）に示すよう燃焼室内で非平衡プラズマ放電して、燃焼室内の混合気に体積点火する。つまり、点火プラグ５０の絶縁部５３とピストン１１の冠面１１ａとの間（領域Ａ）や絶縁部５３と燃燃焼室側のシリンダヘッド壁面２１との間（領域Ｂ）において、非平衡プラズマ放電が発生する。このように第６実施形態の点火プラグ５０は、中心電極５１を覆う絶縁部５３と燃焼室内にある導電体との間で非平衡プラズマ放電して、燃焼室内の混合気に体積点火するのである。
【００８１】
領域Ａにおいて非平衡プラズマ放電させるか、領域Ｂにおいて非平衡プラズマ放電させるかは、点火プラグ５０に交流電圧を印加したときのピストン位置によって決まるので、点火プラグ５０に印加する交流電圧の印加時期を制御することで非平衡プラズマ放電の放電領域を選択できる。
【００８２】
なお、第６実施形態では、図１１（Ｂ）に示すようにピストン１１に凹部１１ｂを設け、点火プラグ５０の絶縁部５３の先端と凹部１１ｂとの間で非平衡プラズマ放電するように構成してもよい。
【００８３】
一方、第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、エンジン運転状態に応じてミラーサイクル運転を実施するため、図１０に示すように吸気弁３１のリフト量や作動角などのバルブ特性を可変にする可変動弁装置２００を備える。この可変動弁装置２００について、図１２及び図１３を参照して説明する。
【００８４】
図１２は、吸気弁３１のバルブ特性を可変にする可変動弁装置２００の構成を示す図である。
【００８５】
可変動弁装置２００は、図１２に示すように、揺動カム２１０と、その揺動カム２１０を揺動させる揺動カム駆動機構２２０と、吸気弁３１のリフト量を連続的に変化させ得るリフト量可変機構２３０とを備える。
【００８６】
揺動カム２１０は、シリンダ列方向に延びる駆動軸２２１の外周に回転自在に嵌合している。非平衡プラズマ放電式エンジン１００は一つの気筒に対して２つの吸気弁３１を備えるので、一つの気筒に２つの揺動カム２１０とバルブリフタ２１１とが設けられる。この２つの揺動カム２１０は、駆動軸２２１に対して回動自在に挿通された連結筒２２１ａによって同一位相状態で結合され、互いに同期して同一に作動する。そのため、揺動カム駆動機構２２０は、１つの揺動カム２１０に対してのみ備えられる。
【００８７】
揺動カム駆動機構２２０の駆動軸２２１には、偏心カム２２２が圧入等によって固定されている。円形外周面を有する偏心カム２２２は、その外周面の中心が駆動軸２２１の軸心から所定量だけオフセットする。駆動軸２２１は、クランクシャフトの回転に連動して回転するため、偏心カム２２２は駆動軸２２１の軸心回りに偏心回転する。
【００８８】
偏心カム２２２の外周面には、第１リンク２２３の基端側の環状部２２４が回転可能に嵌合している。第１リンク２２３の先端は、連結ピン２２５を介してロッカアーム２２６の一端と連結する。また、ロッカアーム２２６の他端は、連結ピン２２７を介して第２リンク２２８の上端と連結する。第２リンク２２８の下端は、連結ピン２２９を介して、吸気弁３１を駆動する揺動カム２１０と連結する。なお、ロッカアーム２２６の略中央部は、リフト量可変機構２３０の制御軸２３１の偏心カム部２３２に揺動自在に支持される。
【００８９】
駆動軸２２１がエンジン回転に同期して回転すると、偏心カム２２２が偏心回転し、これにより第１リンク２２３が上下方向に揺動する。第１リンク２２３の揺動によりロッカアーム２２６が偏心カム部２３２の軸周りに揺動し、第２リンク２２８が上下に揺動して、揺動カム２１０を駆動軸２２１の軸回りに所定の回転角度範囲で揺動運動させる。このように揺動カム２１０は互いに同期して同一に揺動することで、吸気弁３１が吸気ポート３０（図１２において図示せず）を開閉する。
【００９０】
上記した可変動弁装置２００では、駆動軸２２１の一端が図示しないカムスプロケットに挿入されており、駆動軸２２１はカムスプロケットに対して相対回転するように構成されている。そのため、駆動軸２２１はカムスプロケットに対する位相を変更でき、クランクシャフトに対する駆動軸２２１の回転位相を変更できる。
【００９１】
また、リフト量可変機構２３０の制御軸２３１の一端には、ギア等を介して図示しないアクチュエータが設けられている。このアクチュエータによって制御軸２３１の回転位置を変化させることで、ロッカアーム２２６の揺動中心となる偏心カム部２３２の軸心が制御軸２３１の回転中心周りを旋回し、これに伴いロッカアーム２２６の支点が変位する。これにより、第１リンク２２３及び第２リンク２２８の姿勢が変化して、揺動カム２１０の揺動中心とロッカアーム２２６の回転中心との距離が変化し、揺動カム２１０の揺動特性が変化する。
【００９２】
図１３は、可変動弁装置２００によって駆動される吸気弁３１のリフト量及び作動角（バルブ特性）の一例を示す図である。実線は制御軸２３１を回転したときの吸気弁３１のバルブ特性を示し、破線は駆動軸２２１のカムスプロケットに対する位相を変更したときの吸気弁３１のバルブ特性を示す。可変動弁装置２００では、制御軸２３１の角度及び駆動軸２２１のカムスプロケットに対する位相を変更することで、図１３に示すように吸気弁３１のリフト量や作動角などのバルブ特性を連続的に変更することが可能となる。
【００９３】
第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、上記のように構成される可変動弁装置２００によって吸気弁３１を駆動し、低回転速度・低負荷運転時においてバルブ特性を変更してミラーサイクル運転を実施する。この非平衡プラズマ放電式エンジン１００の運転状態について、図１４〜図１６を参照して説明する。
【００９４】
図１４は、第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の運転マップを示す図である。また、図１５は高回転速度・高負荷側運転の詳細を示し、図１６は低回転速度・低負荷側運転の詳細を示す。
【００９５】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００は、図１４に示すように、領域Ｐにおいて高回転速度・高負荷側運転を実施し、領域Ｑにおいて低回転速度・低負荷側運転を実施する。
【００９６】
高回転速度・高負荷側運転においては、図１５（Ａ）に示すようにエンジン運転状態によらず空気過剰率λが１（空燃比がストイキ）になるように運転するとともに、図１５（Ｂ）に示すように負荷に応じてＥＧＲ率を制御して希釈燃焼させる。希釈燃焼におけるＥＧＲ率は、図１５（Ｂ）のように、負荷が大きくなるにしたがって小さくなるように制御される。また、高回転速度・高負荷側運転ではミラーサイクル運転せずに、図１５（Ｃ）に示すように、ピストン下死点後に吸気弁３１の閉弁時期（以下「ＩＶＣ」という。）を設定する。
【００９７】
高回転速度・高負荷側運転において希釈燃焼すると、混合気への着火性能が低下するため、図１４に示すように低負荷で高エンジン回転速度になるほど非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整して、着火性能の安定化を図る。なお、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、後述する低回転速度・低負荷側運転制御より小さく設定する。
【００９８】
これに対して、低回転速度・低負荷側運転においては、図１６（Ａ）に示すようにエンジン運転状態によらず空気過剰率λが１（空燃比がストイキ）になるように運転し、図１６（Ｂ）に示すようにＥＧＲ率を一定に維持したまま希釈燃焼させ、さらに図１６（Ｃ）に示すようにミラーサイクル運転を実施する。
【００９９】
ミラーサイクル運転は、図１６（Ｃ）に示すように、ＩＶＣをピストン下死点よりも進角させて、吸気行程の途中で混合気の吸入を停止することで実施する。吸気弁の進角量は負荷が小さくなるほど大きくして、吸気弁３１が早期に閉弁するように制御する。このミラーサイクル運転によって、低負荷においてもポンプロスが低減可能となり、燃費性能を改善することができる。
【０１００】
上記のようにミラーサイクル運転をするとともに希釈燃焼すると、混合気への着火性能が悪化するので、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、低回転速度・低負荷側運転制御時よりも大きく設定される。そして、高回転速度・高負荷側運転時においては、図１４に示すように低負荷で高エンジン回転速度になるほど、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整する。このように、燃焼室内で体積点火する点火プラグ５０の放電エネルギーを大きくすることで、着火性能の安定化を図る。
【０１０１】
以上により、第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００は下記の効果を得ることができる。
【０１０２】
第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、点火プラグ５０の絶縁部５３と燃焼室内にある導電体との間で非平衡プラズマ放電して、燃焼室内の混合気に体積点火する。このように燃焼室内の広い空間にて非平衡プラズマ放電するので、放電体積を第１実施形態よりも拡大することができる。そのため、リーン燃焼や希釈燃焼など、燃焼が不安定になりやすい条件においても、着火性能が向上するとともに燃焼期間を短くすることができ、希薄燃焼限界を大幅に拡大できる。
【０１０３】
また、ミラーサイクル運転時に、吸気弁３１の閉弁時期の進角量が大きくなるにしたがって平衡プラズマ放電の放電エネルギーを大きくするように印加する交流電圧の電圧値や波数などを制御するので、着火性能の安定化を図ることができる。
【０１０４】
（第７実施形態）
図１７は、第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成を示す図である。
【０１０５】
第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の構成は、第１実施形態とほぼ同様であるが、点火プラグ５０の構成において一部相違する。つまり、点火プラグ５０の中心電極５１とピストン１１の冠面１１ａとの間で非平衡プラズマ放電するように構成したもので、以下にその相違点を中心に説明する。
【０１０６】
第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、図１７に示すように、吸気ポート３０と排気ポート４０との間であって、シリンダヘッド２０の燃焼室中心部に、非平衡プラズマ放電によって混合気に点火する点火プラグ５０を備える。
【０１０７】
点火プラグ５０は、軸方向中央に設けられた主体金具５４によってシリンダヘッド２０に設置される。この点火プラグ５０では、絶縁部５３から棒状の中心電極５１が燃焼室１３の内部に突出するように形成されている。
【０１０８】
また、第７実施形態では、ピストン１１の冠面１１ａに誘電体からなるピストン絶縁部１１ｃが配置される。このピストン１１のピストン絶縁部１１ｃは、中心電極５１の先端と対向する位置に設けられる。
【０１０９】
このように構成される非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、図１８（Ａ）に示すように中心電極５１の先端とピストン絶縁部１１ｃとの間で非平衡プラズマ放電する。このように点火プラグ５０は、略円錐状の領域Ａで非平衡プラズマ放電するので、燃焼室内の混合気に体積点火することができる。
【０１１０】
なお、第７実施形態では、図１８（Ｂ）に示すようにピストン１１に凹部１１ｂを備え、この凹部表面にピストン絶縁部１１ｃを設けるようにしてもよい。この場合には、図１８（Ｂ）の領域Ａに示すように、点火プラグ５０の中心電極５１とピストン１１の凹部１１ｂのピストン絶縁部１１ｃとの間で非平衡プラズマ放電する。
【０１１１】
上記した非平衡プラズマ放電式エンジン１００の運転状態について、図１９〜図２１を参照して説明する。
【０１１２】
図１９は、第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００の運転マップを示す。また、図２０は高回転速度・高負荷側運転の詳細を示し、図２１は低回転速度・低負荷側運転の詳細を示す。
【０１１３】
非平衡プラズマ放電式エンジン１００は、図１９に示すように、領域Ｐにおいて高回転速度・高負荷側運転を実施し、領域Ｑにおいて低回転速度・低負荷側運転を実施する。
【０１１４】
高回転速度・高負荷側運転においては、図２０（Ａ）に示すようにエンジン運転状態によらず空気過剰率λが１（空燃比がストイキ）になるように運転するとともに、図２０（Ｂ）に示すように負荷に応じてＥＧＲ率を制御して希釈燃焼させる。希釈燃焼におけるＥＧＲ率は、図２０（Ｂ）のように、負荷が大きくなるにしたがって小さくなるように制御される。
【０１１５】
なお、高回転速度・高負荷側運転ではミラーサイクル運転せずに、図２０（Ｃ）に示すようにピストン下死点後に吸気弁３１のＩＶＣを設定する。
【０１１６】
高回転速度・高負荷側運転において希釈燃焼すると、混合気への着火性能が低下するため、図１９に示すように低負荷で高エンジン回転速度になるほど非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整して、着火性能の安定化を図る。ここで、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、後述する低回転速度・低負荷側運転制御より小さく設定する。
【０１１７】
これに対して、低回転速度・低負荷側運転においては、図２１（Ａ）に示すように空気過剰率λが２になるように燃料噴射などを制御してリーン燃焼させるとともに、図２１（Ｃ）に示すようにミラーサイクル運転を実施する。ミラーサイクル運転では、図２１（Ｃ）のように、負荷が小さくなるほどＩＶＣが進角するように進角量を制御して、吸気行程の途中で混合気の吸入を停止する。
【０１１８】
なお、低回転速度・低負荷側運転では、図２１（Ｂ）に示すようにＥＧＲガスの再循環による希釈燃焼はしないので、ＥＧＲ率はゼロとなる。
【０１１９】
上記のようにリーン燃焼しながらミラーサイクル運転すると、高負荷・高回転速度運転時よりも混合気への着火性能が低下するので、点火プラグ５０の非平衡プラズマ放電の放電エネルギーは、高負荷・高回転速度運転時よりも大きく設定される。そして、図１９に示すように低負荷で高エンジン回転速度になるほど、非平衡プラズマ放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整する。このように体積的な点火を実行する点火プラグ５０の放電エネルギーを大きくすることで、着火性能の向上を図る。
【０１２０】
さらに、第７実施形態では、点火プラグ５０によって混合気に着火する前に、燃焼室内に反応性の大きいラジカルを生成することで、着火性能をより向上させる。燃焼室内に生成されるラジカルについて図２２及び図２３を参照して説明する。
【０１２１】
図２２は、ラジカル生成時放電について説明する図である。
【０１２２】
図２２に示す通り、点火プラグ５０は、体積点火する前に、中心電極５１とピストン１１のピストン絶縁部１１ｃなどとの間でラジカル生成時放電を実施して、燃焼室１３の内部にラジカルを生成する。このように生成されたラジカルは反応性が大きい化学種であり、体積点火時の燃焼室内での燃焼を促進する。このラジカルの生成量はラジカル生成時放電の放電エネルギーが大きくなるほど多くなるが、放電エネルギーを大きくしすぎると早期に体積点火してしまうので、ラジカル生成時放電の放電エネルギーは体積点火時放電よりも放電エネルギーが小さくなるように点火プラグ５０に印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整する。
【０１２３】
上記の通り生成されるラジカルは、ラジカル生成時放電の放電時期と体積点火時放電の放電時期との間隔（以下「放電間隔」という。）Δｔを調整することで燃焼室内での分布範囲を変化させることができる。つまり、放電間隔Δｔを小さくすると、ラジカル生成時放電した後すぐに体積点火時放電を行うので中心電極５１の近傍にラジカルが分布し、逆に放電間隔Δｔを大きくすると、生成したラジカルが拡散して燃焼室内に広く分布する。
【０１２４】
そして、第７実施形態では、図２３の運転マップに基づいてラジカル生成時放電を実施する。図２３は、ラジカル生成時放電を実施するために使用するマップを示す図である。
【０１２５】
図２３に示すように、領域Ｑの低回転速度・低負荷側運転時には、点火プラグ５０によってラジカル生成時放電を実施して、燃焼室内にラジカルを生成する。リーン燃焼しながらミラーサイクル運転する低回転速度・低負荷側運転時は、高負荷・高回転速度運転時よりも混合気への着火性能が低下するので、低負荷で高エンジン回転速度になるほどラジカル生成時放電の放電エネルギーが大きくなるように印加する交流電圧の電圧値や波数などを調整して、着火性能の安定化を図る。
【０１２６】
これに対して、低回転速度・低負荷側運転時よりも着火性能が低下しない領域Ｐの高回転速度・高負荷側運転時はラジカル生成時放電を実施しない。しかしながら、ノッキングが発生しやすい低回転速度・高負荷の領域Ｒにおいては、点火プラグ５０によるラジカル生成時放電によって燃焼室内にラジカルを生成する。この領域Ｒでは、放電間隔Δｔを大きく設定して、燃焼室内に広くラジカルを分布させることで、燃焼時の火炎伝播速度を速くしてノッキングの発生を抑制する。
【０１２７】
以上により、第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００は下記の効果を得ることができる。
【０１２８】
第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジン１００では、点火プラグ５０の中心電極５１とピストン１１のピストン絶縁部１１ｃとの間で非平衡プラズマ放電して、燃焼室内の混合気に体積点火する。そのため、リーン燃焼や希釈燃焼など、燃焼が不安定になりやすい条件においても、十分大きな熱発生を得ることができ、着火性能が向上するとともに燃焼期間を短くすることができるので、第１実施形態と同様の効果をえることができる。
【０１２９】
また、第７実施形態では、低回転速度・低負荷側運転時において、点火プラグ５０による体積点火前に、燃焼室内に着火しやすいラジカルを生成するので、着火性能を向上させることができ、第１実施形態よりも希薄燃焼限界を拡大することが可能となる。
【０１３０】
さらに、ノッキングが発生しやすい運転領域では、放電間隔Δｔを大きく設定して、ラジカル生成時放電を実施するので、燃焼室内に広くラジカルを分布させることができ、燃焼時の火炎伝播速度を向上させるので、ノッキングの発生が抑制できる。
【０１３１】
本発明は上記した実施形態に限定されずに、その技術的な思想の範囲内において種々の変更がなし得ることは明白である。
【０１３２】
例えば、第１実施形態から第７実施形態では、４ストロークレシプロエンジンに適用した場合で説明したが、このような４ストロークエンジンに限定されるものでなく、２ストロークエンジンにも適用することができる。
【０１３３】
また、第１実施形態から第７実施形態では、燃料噴射弁３４を吸気ポート３０に設置するポート噴射のエンジンに適用した場合で説明したが、燃焼室内に直接燃焼を噴射する筒内直接噴射式エンジンにも適用することができる。
【０１３４】
さらに、第１実施形態から第７実施形態では、図５、図１４、図１９に示したいずれかの運転マップに基づいて運転するようにしてもよい。
【０１３５】
第６実施形態では、ＩＶＣをピストン下死点よりも進角させて、吸気行程の途中で混合気の吸入を停止することによって、混合気の吸入量を変化させたが、ＩＶＣをピストン下死点よりも遅角させることで混合気の吸入量を変化させてもよい。
【図面の簡単な説明】
【０１３６】
【図１】第１実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジンの構成を示す図である。
【図２】点火プラグ近傍の拡大図である。
【図３】非平衡プラズマ放電の放電エネルギーについて示す図である。
【図４】非平衡プラズマ放電の放電回数を示す図である。
【図５】第１実施形態の運転マップを示す図である。
【図６】第２実施形態の点火プラグの構成を示す図である。
【図７】第３実施形態の点火プラグの構成を示す図である。
【図８】第４実施形態の点火プラグの構成を示す図である。
【図９】第５実施形態の点火プラグの構成を示す図である。
【図１０】第６実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジンの構成を示す図である。
【図１１】非平衡プラズマ放電を示す図である。
【図１２】吸気弁を駆動する可変動弁装置の構成を示す図である。
【図１３】可変動弁装置によって駆動される吸気弁のバルブ特性を示す図である。
【図１４】第６実施形態の運転マップを示す図である。
【図１５】高回転速度・高負荷側運転の詳細を示す図である。
【図１６】低回転速度・低負荷側運転の詳細を示す図である。
【図１７】第７実施形態の非平衡プラズマ放電式エンジンの構成を示す図である。
【図１８】非平衡プラズマ放電を示す図である。
【図１９】第７実施形態の運転マップを示す図である。
【図２０】高回転速度・高負荷側運転の詳細を示す図である。
【図２１】低回転速度・低負荷側運転の詳細を示す図である。
【図２２】ラジカル生成時放電について説明する図である。
【図２３】ラジカル生成時放電を実施するために使用するマップを示す図である。
【符号の説明】
【０１３７】
１００  非平衡プラズマ放電式エンジン
２００  可変動弁装置
１０  シリンダブロック
１１  ピストン
１１ａ  冠面
１１ｂ  凹部
１１ｃ  ピストン絶縁部
１２  シリンダ
１３  燃焼室
２０  シリンダヘッド
２１  シリンダヘッド壁面
３０  吸気ポート
３１  吸気弁
３４  燃料噴射弁
４０  排気ポート
４１  排気弁
５０  点火プラグ
５１  中心電極（第１電極）
５１ａ  後端側端子
５２  円環状電極、円筒状電極（第２電極）
５２ａ  突起（放電部）
５２ｂ  連通孔
５３  絶縁部
５３ａ  凸部（放電部）
５５  点火室
５６  ストリーマ
５７  副燃焼室
６０  高電圧高周波発生器（体積点火手段、ラジカル生成手段）
７０  コントローラ（放電エネルギー調整手段）
【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１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図１１】
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【図１８】
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【図２３】
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