(57)【要約】【課題】プラズマジェット点火内燃機関において、プラズマジェットの飛行距離をさらに延長して混合気の着火性を十分に向上させる。【解決手段】気筒上部周囲に配置された点火装置１を具備し、点火装置は、気筒内の点火装置が位置していない側へ向けてプラズマ１ａを噴射する。【選択図】図１
2009191732.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
気筒上部周囲に配置された点火装置を具備し、前記点火装置は、気筒内の前記点火装置が位置していない側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とするプラズマジェット点火内燃機関。
【請求項２】
前記点火装置は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関。
【請求項３】
吸気ポートから供給される吸気によって気筒内に吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流を形成し、前記縦旋回流によって前記点火装置を冷却することを特徴とする請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関。
【請求項４】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記成層混合気を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気を自着火燃焼させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関。
【請求項５】
気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記均質混合気の一部を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記均質混合気の一部の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記成層混合気を自着火燃焼させ、前記均質混合気の一部及び前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気の残りを自着火燃焼させることを特徴とする請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プラズマジェット点火内燃機関に関する。
【背景技術】
【０００２】
点火プラグは、気筒内の混合気を一点で着火させるものであるために、それほど高い着火性を有していない。これに対して、プラズマを噴射する点火装置は、プラズマジェットにより気筒内の混合気を多点で着火させることができるために、点火プラグに比較して高い着火性を有している。
【０００３】
このような点火装置を備えるプラズマジェット点火内燃機関において、点火装置を気筒上部略中心に配置し、混合気の点火に際して斜め下方向にシリンダボアへ向けてプラズマを噴射することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−３３７１０９
【特許文献２】特開平６−６６２３６
【特許文献３】特開平６−６８９５２
【特許文献４】特開２００７−１４１７８５
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
プラズマジェットは、気筒内を飛行中に接触する混合気を良好に着火させることができるが、ピストン又はシリンダボアのような接地部位に衝突すると、プラズマ中の電子が吸収されると共にプラズマ自身が冷却されるために、混合気の着火性が著しく低下する。
【０００６】
前述のプラズマジェット点火内燃機関は、圧縮行程末期の点火時期における接地部位までのプラズマジェットの飛行距離を、気筒上部略中心の点火装置からシリンダボアまでとしているために、点火装置から略真下にピストン頂面に向けてプラズマを噴射する場合に比較して長くすることができ、その分、混合気の着火性を向上させることができる。しかしながら、プラズマジェットの飛行距離は、それほど長くはなっておらず、混合気の着火性を十分に向上させることはできない。
【０００７】
従って、本発明の目的は、プラズマジェット点火内燃機関において、プラズマジェットの飛行距離をさらに延長して混合気の着火性を十分に向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明による請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、気筒上部周囲に配置された点火装置を具備し、前記点火装置は、気筒内の前記点火装置が位置していない側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とする。
【０００９】
本発明による請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、前記点火装置は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射することを特徴とする。
【００１０】
本発明による請求項３に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、吸気ポートから供給される吸気によって気筒内に吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流を形成し、前記縦旋回流によって前記点火装置を冷却することを特徴とする。
【００１１】
本発明による請求項４に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記成層混合気を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気を自着火燃焼させることを特徴とする。
【００１２】
本発明による請求項５に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において前記燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、前記均質混合気の一部を前記点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、前記均質混合気の一部の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記成層混合気を自着火燃焼させ、前記均質混合気の一部及び前記成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて前記均質混合気の残りを自着火燃焼させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明による請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、気筒上部周囲に配置された点火装置を具備し、点火装置は、気筒内の点火装置が位置していない側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、気筒上部周囲の点火装置からピストン頂面又はシリンダボアまでのプラズマジェットの飛行距離は十分に長くなり、混合気の着火性を十分に向上させることができる。
【００１４】
本発明による請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、点火装置は、気筒上部周囲の吸気弁側に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、比較的高温度の着火し易い気筒内排気弁側の混合気をプラズマジェットにより着火させることができ、混合気の着火性をさらに向上させることができる。
【００１５】
本発明による請求項３に記載のプラズマジェット点火内燃機関は、請求項２に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、吸気ポートから供給される吸気によって気筒内に吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流を形成し、この縦旋回流によって気筒内周囲の吸気弁側に配置された点火装置を冷却するようになっている。それにより、点火装置は、吸気ポートから気筒内へ供給された直後の低温の吸気により良好に冷却されるために、プレイグニッションを確実に防止することができると共に点火装置の電極の消耗を抑制することができる。
【００１６】
本発明による請求項４に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、成層混合気を点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて均質混合気を自着火燃焼させるようになっている。このように、プラズマジェットの飛行経路上の均質混合気に加えて、均質混合気よりリッチ側の空燃比となる成層混合気をプラズマジェットにより良好に着火燃焼させることができるために、残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができ、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼を、燃焼時期を制御して効率的に実現することができる。
【００１７】
本発明による請求項５に記載のプラズマジェット点火内燃機関によれば、請求項１に記載のプラズマジェット点火内燃機関において、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁を具備し、気筒内に形成されている均質混合気内へ圧縮行程後半において燃料噴射弁により燃料を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、均質混合気の一部を点火装置により噴射するプラズマによって着火させ、均質混合気の一部の燃焼により圧力及び温度を上昇させて成層混合気を自着火燃焼させ、均質混合気の一部及び成層混合気の燃焼により圧力及び温度を上昇させて均質混合気の残りを自着火燃焼させるようになっている。このように、プラズマジェットの飛行経路上の均質混合気を良好に着火燃焼させることができ、それにより、均質混合気よりリッチ側の空燃比となる成層混合気の温度及び圧力を上昇させて自着火燃焼させ、残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができ、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼を、燃焼時期を制御して効率的に実現することができる。また、成層混合気の空燃比によっては成層混合気をプラズマジェットにより着火燃焼させると、比較的多くのＮＯXが生成されることがあるが、成層混合気を自着火させることにより燃焼温度が低くなってＮＯXの生成量を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
図１は本発明によるプラズマジェット点火内燃機関の実施形態を示す縦断面図である。同図において、１は高温のプラズマ１ａを噴射する点火装置である。２は一対の吸気弁３を介して気筒内へ通じる一対の吸気ポートであり、４は一対の排気弁５を介して気筒内へ通じる一対の排気ポートである。６は一方の吸気ポート２へ燃料を噴射する燃料噴射弁であり、７はピストンである。
【００１９】
本内燃機関は、燃料噴射弁６により吸気同期又は吸気非同期として噴射された燃料を吸気行程において気筒内へ供給して気筒内に理論空燃比又はリーン空燃比（例えば２５）の均質混合気を形成し、圧縮行程末期の点火時期において点火装置１により高温のプラズマ１ａを噴射することにより均質混合気を多点位置で着火し、燃焼速度の速い良好な均質燃焼を実現することが意図されている。
【００２０】
プラズマジェット１ａは、ピストン頂面又はシリンダボア等の接地部位に衝突すると、プラズマ中の電子が吸収されると共にプラズマ自身が冷却されるために、混合気の着火性が著しく低下する。それにより、点火時期におけるプラズマジェットの接地部位までの飛行距離を長くすれば、その分、混合気の着火性を向上することができる。本実施形態においては、点火装置１を気筒上部周囲に配置し、点火装置１は、気筒内の点火装置１が位置していない側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、気筒上部周囲の点火装置１からピストン頂面又はシリンダボアまでのプラズマジェット１ａの飛行距離は、平面視において少なくともシリンダボアの半径より長くなり、混合気の着火性を十分に向上させることができる。
【００２１】
特に、本実施形態において、点火装置１は、気筒上部周囲の吸気弁側（例えば、一対の吸気弁３の間）に配置され、気筒内の排気弁側へ向けてプラズマを噴射するようになっている。それにより、比較的高温度の着火し易い気筒内排気弁側の混合気をプラズマジェット１ａにより着火させることができ、混合気の着火性をさらに向上させることができる。
【００２２】
図２は本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のもう一つの実施形態を示す縦断面図である。図１に示す実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、一対の吸気ポート２’は、シリンダボアの吸気弁側に沿って下降する吸気Ａを主流として気筒内へ供給するように形成され、それにより、吸気行程において、吸気弁側を下降して排気弁側を上昇する縦旋回流Ｔが気筒内に形成される。
【００２３】
このような縦旋回流Ｔが圧縮行程後半においてピストン７により押し潰されると、気筒内には乱れが発生して均質燃焼の燃焼速度を速めることができる。また、このような構成によって、点火装置１は、吸気ポート２’から気筒内へ供給された直後の低温の吸気により良好に冷却されるために、プレイグニッションを確実に防止することができると共に点火装置１の電極の消耗を抑制することができる。
【００２４】
図３は本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のもう一つの実施形態を示す縦断面図である。図１に示す実施形態との違いについてのみ以下に説明する。本実施形態において、プラズマを噴射する点火装置１’は、気筒上部周囲の排気弁側（例えば、一対の排気弁５の間）に配置されている。気筒上部周囲の吸気弁側（例えば、一対の吸気弁３の間）には、気筒内へ直接的に燃料を噴射するためのもう一つの燃料噴射弁８が配置されている。このように、燃料噴射弁８を気筒内の比較的低温度の吸気弁側に配置することにより、燃料噴射弁８内での燃料ベーパの発生を抑制することができる。
【００２５】
本実施形態のプラズマジェット点火内燃機関は、吸気ポート２の燃料噴射弁６により吸気同期又は吸気非同期として噴射された燃料（例えば必要燃料量の９０％）を吸気行程において気筒内へ供給し、気筒内に例えば３０から３５のリーン空燃比の均質混合気を形成する。次いで、圧縮行程後半において、気筒内に形成されている均質混合気内へもう一つの燃料噴射弁８により燃料（例えば必要燃料量の１０％）を噴射して気筒内の一部に成層混合気を形成し、この成層混合気を点火装置１’により噴射するプラズマによって着火させるようになっている。
【００２６】
本実施形態において、気筒内へ燃料を噴射する燃料噴射弁８の燃料噴射時期は、点火時期と同時期とされ、又は、点火時期直前とされ、気筒内の平面図である図４に示すように、燃料噴射弁８から噴射される燃料と点火装置１’により噴射されるプラズマジェット１ａ’とがほぼ気筒中央部おいて衝突するようになっている。燃料噴射弁８から圧縮行程末期に噴射される液状燃料Ｆは、高温高圧の吸気との摩擦によって気筒中央部へ到達する時にはほぼ気化し、気筒中央部に着火性の良好な例えば１８から２０のリーン空燃比の成層混合気Ｍを形成する。
【００２７】
点火装置１’から噴射されるプラズマジェット１ａ’は、その飛行経路上の均質混合気に加えて、均質混合気よりリッチ側の空燃比となる成層混合気Ｍを良好に着火燃焼させるために、これらの燃焼によって残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができ、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比（例えば３０から３５）としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼をさせることができる。また、自着火燃焼は、燃焼時期の制御が困難であるが、このように、成層混合気をプラズマジェットにより所望時期に確実に着火燃焼させることにより、均質混合気の自着火時期を確実に制御して熱効率の高い燃焼を実現することができる。
【００２８】
本実施形態の内燃機関は、一般的な内燃機関と同様に、気筒上壁がペントルーフ型となっており、それにより、ピストン頂面から気筒上壁までの高さは、気筒中央部において気筒周辺部吸気弁側及び排気弁側より高いために、気筒中央部における成層混合気Ｍの燃焼火炎は、気筒上壁に接触して冷却され難いために、良好に均質混合気の圧力及び温度を高めることができる。
【００２９】
また、燃料噴射弁８に換えて、図１に一点鎖線で示すように、気筒内へ直接的に燃料を噴射する燃料噴射弁８’を気筒上部略中心に配置すると共にピストン頂面にキャビティ７ａを形成し、圧縮行程後半に燃料噴射弁８’からキャビティ７ａ内に燃料を噴射して、キャビティ７ａ内に着火性の良好な例えば１８から２０のリーン空燃比の成層混合気を形成するようにしても良い。
【００３０】
キャビティ７ａの位置は、点火装置１が位置していない側となるように、気筒上部周囲の吸気弁側に位置する点火装置１に対してはピストン頂面の排気弁側とされる。それにより、点火時期において、点火装置１は、キャビティ７ａへ向けてプラズマを噴射することにより、プラズマジェットの飛行距離は、平面視において少なくともシリンダボアの半径より長くなり、飛行経路上の均質混合気を良好に着火燃焼させると共に、キャビティ７ａ内の混合気も良好に着火燃焼させ、これらの燃焼によって残りの均質混合気の圧力及び温度を十分に上昇させることができる。こうして、比較的大きなリーン空燃比（例えば３０から３５）の均質混合気であっても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼をさせることができる。
【００３１】
このようにプラズマジェットにより着火燃焼させる成層混合気をキャビティ７ａ内に形成することにより、成層混合気の分散が抑制され、燃料噴射弁８’によって必要以上の燃料を噴射することなくキャビティ７ａ内の成層混合気を所望空燃比とすることができる。
【００３２】
また、図３に示す実施形態の変形例として、気筒内の平面図である図５に示すように、燃料噴射弁８から噴射される燃料と点火装置１’により噴射されるプラズマジェット１ａ’とが衝突しないように、気筒内を互いに略平行に進行するようにする。本変形例において、燃料噴射弁８から点火時期又は点火時期直前に噴射される液状燃料Ｆは、平面視においてシリンダボアの半径より長く気筒内を飛行する間に高温高圧の吸気との摩擦によってほぼ気化し、気筒内の一部に例えば１８から２０のリーン空燃比の成層混合気Ｍを形成する。
【００３３】
点火時期において点火装置１’により噴射されるプラズマジェット１ａ’は、飛行経路上の気筒内の均質混合気の一部を良好に燃焼させ、この燃焼により成層混合気Ｍの圧力及び温度が上昇し、成層混合気Ｍは自着火燃焼する。次いで、均質混合気の一部及び成層混合気Ｍの燃焼により圧力及び温度を上昇させて均質混合気の残りを自着火燃焼させる。このように、均質混合気をＮＯX生成量の少ない比較的大きなリーン空燃比としても、多点着火により燃焼速度の速い自着火燃焼を、燃焼時期を制御して効率的に実現することができる。
【００３４】
成層混合気Ｍは、燃焼によって均質混合気の温度及び圧力を自着火するまで確実に上昇させなければならず、比較的多くの燃焼熱を発生するように、あまりリーン空燃比とすることはできない。それにより、プラズマジェットにより着火燃焼させると、比較的多くのＮＯXが生成されることがある。ＮＯXの生成を抑制するために、成層混合気Ｍを理論空燃比又はリッチ空燃比としても良いが、これでは、比較的多くのＨＣ及びＣＯが生成されてしまう。本変形例においては、成層混合気Ｍを自着火燃焼させるようになっているために、プラズマジェットにより着火燃焼させる場合に比較して燃焼温度が低くなり、ＮＯXの生成を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるプラズマジェット点火内燃機関の実施形態を示す縦断面図である。
【図２】本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のもう一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図３】本発明によるプラズマジェット点火内燃機関のさらにもう一つの実施形態を示す縦断面図である。
【図４】図３のプラズマジェット点火内燃機関の気筒内平面図である。
【図５】図３のプラズマジェット点火内燃機関の変形例を示す気筒内平面図である。
【符号の説明】
【００３６】
１    点火装置
３    吸気弁
５    排気弁
７    ピストン
【図１】
2009191732.tif 000003
【図２】
2009191732.tif 000004
【図３】
2009191732.tif 000005
【図４】
2009191732.tif 000006
【図５】
2009191732.tif 000007