JP2010038023A - デポジットの除去装置及び燃焼機関 - Google Patents

Abstract

【課題】プラズマを用いた適切かつ効率的なデポジットの除去装置を提供する。
【解決手段】デポジットの除去装置は、デポジットの堆積するインジェクタ１３０の先端部分１３１に面する空間に連通する空間内で放電により荷電粒子を供給する荷電粒子の供給器１５０と、電磁波を照射し放電の生じる空間の電場強度を高めることにより荷電粒子にエネルギを与えプラズマを形成させる電磁波放射器１５１と、放電の生じる空間内のプラズマ中の荷電粒子の加速器３００とを備える。加速器３００は、デポジットをプラズマに曝露させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼機関に付着するデポジットの除去装置に関し、特に、プラズマを用いたデポジットの除去装置及び燃焼機関に関する。

内燃機関をはじめとする燃焼機関の内部には、燃料や潤滑油、それらに混入する添加物や不純物等の混入物、または、それら燃料、潤滑油、混入物の不完全燃焼生成物等が付着し堆積することがある。この堆積物はデポジットと呼ばれる。デポジットの過度の堆積は、燃焼機関の部品の性能や排出物性状に悪影響を及ぼす。その結果、想定通りの運転ができなくなり、排気中の炭化水素量の増加、燃焼機関の振動増大、燃費の低下などの問題を誘引する。特にインジェクタ、点火プラグ等に付着するデポジットは、燃焼機関の運転に深刻な影響を及ぼす。デポジットは、分解洗浄により除去することは可能であるが、燃焼機関を分解することなく、さらには、運転中も随時除去することが望ましい。

デポジットの除去技術として、洗浄液による洗浄、触媒等のコーティング、強制的なノッキング、光触媒の利用等の従来の一般的な技術の他に、プラズマを用いてデポジットを除去する技術がある。例えば、特許文献１に記載の燃料噴射装置は、燃料噴射装置の弁体の先端に放電電極を設け、放電電極と噴孔周縁との間に非熱平衡のプラズマを生じさせるデポジット除去機構を備えている。

特開２００６−１６１７３１号公報

特許文献１に記載のデポジット除去機構は、放電電極と噴孔周縁との間でコロナ放電、または、ストリーマ放電を行うよう構成されている。一般に、燃焼機関の作動流体の流路内は大気圧以上の高圧となる。雰囲気が高圧になるほど電子及びイオンの平均自由工程が短くなるため、高圧雰囲気下でコロナ放電、または、ストリーマ放電を成立させるためには、電極間距離を接近させる必要がある。したがって、このデポジット除去機構の構成部材のうち少なくとも放電電極は、デポジットの生じる領域に接近させなければならない。

デポジットの生じる領域は、燃料、潤滑油、またはそれらの不完全燃焼生成物が飛来し付着する領域である。その近傍の部材もまた、それらの飛来及び付着を免れない。さらに、このような部材自体が燃料等の流れを停留させ、燃料、潤滑油、またはそれらの不完全燃焼生成物の蓄積を促す虞がある。それ故に特許文献１に記載のデポジット除去機構は、デポジットの生成を促進しつつそれを除去するという非効率的な機構となる。

本発明は、上述の実情に鑑みて提案されるものであって、プラズマを用いた適切かつ効率的なデポジットの除去装置及び燃焼機関を提供しようとするものである。

前述の課題を解決し、その目的を達成するために、本発明に係るデポジットの除去装置は、以下のいずれか一の構成を有するものである。

〔構成１〕
燃焼機関内のデポジットの除去装置であって、デポジットの堆積する第１空間に連通する第２空間内への荷電粒子の供給手段と、電磁波を照射し第２空間の電場強度を高めることにより荷電粒子にエネルギを与えプラズマを形成させる電磁波放射手段と、第２空間内のプラズマ中の荷電粒子の加速手段とを備え、加速手段は、第２空間内のプラズマを第１空間へ導入しデポジットをプラズマに曝露させることを特徴とするものである。

荷電粒子の供給手段が供給する荷電粒子は、電磁波照射手段が照射する電磁波の曝露を受け、第２空間内でいわゆる電子雪崩を誘起する。すなわち、荷電粒子が電磁波のエネルギを受けて加速し第２空間内の物質と衝突する。衝突を受けた物質は電離し荷電粒子となる。この連鎖により、第２空間にプラズマが生成する。このような荷電粒子の供給と電磁波照射との組合せにより、容易にプラズマが始動し、拡大成長する。その結果、デポジット除去に十分な量の荷電粒子を準備される。加速手段は、プラズマを第１空間に導入する。第１空間に堆積したデポジットは、導入されたプラズマの曝露を受ける。これにより、デポジットはエッチングされる。または、デポジットはプラズマ内の高い酸化力の化学種と反応し分解する。

〔構成２〕
構成１を有するデポジットの除去装置であって、荷電粒子の供給手段は、燃焼機関の着火手段を用いて荷電粒子を供給することを特徴とするものである。

燃焼機関においては、着火方式に違いこそあれ、燃焼を始動するために着火手段を備える。この着火手段は、燃料を着火させるための諸動作により、またはその結果として行われる燃焼により、荷電粒子を発生させる。この荷電粒子を第２空間に供給することにより、デポジット除去のための一連の動作が始動する。

〔構成３〕
構成１または構成２を有するデポジットの除去装置であって、加速手段は、電場、磁場、及び、圧力場のいずれかの制御により、プラズマ中の荷電粒子を加速させることを特徴とするものである。

電場、磁場、圧力場の制御によってプラズマをデポジットの付着する部分に導入することにより、デポジットの付着する部分からデポジットの除去装置の各構成要素を遠ざけることができる。

〔構成４〕
構成１乃至構成３のいずれか一を有するデポジットの除去装置を搭載した燃焼機関であって、第１空間に隣接する面が誘電体によりその周囲の部材から電気的に絶縁されることを特徴とするものである。

第１空間に隣接する部材が誘電体からなるものであると、第１空間に接する部材壁面での電場の拘束条件が緩和する。そのため、第１空間の近くまで強い電場強度の領域を形成される。すなわち、第２空間が第１空間に接近する。第２空間が第１空間に接近する分、加速手段による荷電粒子の加速に要するエネルギが低減する。

〔構成５〕
請求項１乃至請求項３のいずれか一を有するデポジットの除去装置を搭載した燃焼機関であって、少なくともデポジットの除去装置の稼働時に、電磁波放射手段により放射される電磁波の定在波を形成しかつその腹となる空間が第２空間と重複するよう選ばれた形状の共振室を形成することを特徴とするものである。

共振構造を利用することにより、第２空間における強電場の領域を形成が容易になる。

構成１によれば、デポジットの堆積する第１空間とは別の第２空間でプラズマを形成し、そのプラズマを第１空間に導入することにより、プラズマを用いてデポジットを除去できる。第１空間内にプラズマを形成するための部材を配置することを要しないため、デポジットの生成を促進しつつそれを除去するというような非効率的な機構を採ることなくプラズマによるデポジット除去を実現できる。

構成２によれば、デポジット除去のための機能を燃焼機関が予め備える着火手段によって実現するため、部品点数を削減できる。または、デポジット除去のための機構を用いて着火または燃焼促進を行うことが可能になる。

以下、本発明を実施するための最良の形態について図面を参照しながら説明する。なお、以下の説明においては、同一の部品には同一の符号を付してある。同一の符号を付した部品の構造、機能及び動作はいずれも同一である。したがって、同一の符号を付した部品についてはその説明を繰返さない。

〔第１の実施形態〕
図１は、第１の実施形態の概略構成及びその燃焼機関への適用例におけるインジェクタのデポジット除去への適用例を示す図である。図１に示すように、燃焼機関１００は筒内直噴型のディーゼルエンジンであって、所定方向（図１上では上下方向、以下、この方向を「縦方向」と呼ぶ）に伸びる直線を法線とする各断面（以下、この断面を「横断面」と呼ぶ）形状が概ね一様にその直線とその断面との交点を中心とする円形をなす壁面を有するシリンダブロック１０１を備える。シリンダブロック１０１は、この壁面によりシリンダＣを規定する。ディーゼルエンジン１００はさらに、ガスケット１０４を介してシリンダＣの一方の端部を覆うようにシリンダブロック１０１に組み付けられシリンダＣにそれぞれ導通する複数の貫通孔が設けられたシリンダヘッド１０２と、横断面形状がシリンダＣの横断面形状に対応する概ね円形の部分を有しその部分でシリンダヘッド１０１のシリンダＣを形成する壁面（以下、この壁面を「シリンダ内壁」と呼ぶ）と摺接するようにシリンダＣ内に往復自在に挿入されたピストン１０３とを備えており、シリンダブロック１０１、シリンダヘッド１０２及びピストン１０３が燃焼室ＣＣを形成している。なお、シリンダブロック１０１及びシリンダ１０２は、電気的には筐体接地される。

ピストン１０３のシリンダヘッド１０２側には、ピストンチャンバと称する窪みが設けられており、その反対側は、コネクティングロッドを介してこのディーゼルエンジン１００の出力軸であるクランクシャフトに連結される。コネクティングロッド及びクランクシャフト、並びにそれらの連結機構については周知であり、ここでは説明を行わない。

シリンダヘッド１０２の貫通孔のうち少なくとも１つは、図示しない排気管に連通するよう設けられており、この貫通孔が吸気ポートＩＮを形成している。シリンダヘッド１０２にはさらに、吸気ポートＩＮからこのシリンダヘッド１０２の外壁まで貫通するガイド孔が設けられている。このガイド孔には棒状のバルブステム１２１が往復自在に嵌められ、バルブステム１２１の吸気ポートＩＮ側には傘型のバルブヘッド１２２が設けられている。バルブステム１２１とバルブヘッド１２２は、吸気ポートＩＮの燃焼室側端部を開閉する吸気バルブ１２０を構成している。

シリンダヘッド１０２の貫通孔のうち別の少なくとも１つは、図示しない排気管に連通するよう設けられており、この貫通孔が排気ポートＥＸを形成している。シリンダヘッド１０２にはさらに、排気ポートＥＸからこのシリンダヘッド１０２の外壁まで貫通するガイド孔が設けられている。このガイド孔には棒状のバルブステム１２６が往復自在に嵌められ、バルブステム１２６の排気ポートＥＸ側には傘型のバルブヘッド１２７が設けられている。バルブステム１２６とバルブヘッド１２７は、排気ポートＥＸの燃焼室側端部を開閉する排気バルブ１２５を構成している。吸気バルブ１２０と排気バルブ１２５とはそれぞれ、カムまたはソレノイド等を有する図示しない動弁機構により駆動する。

シリンダヘッド１０２の貫通孔のうちさらに別の１つには、インジェクタ１３０が設置されている。インジェクタ１３０の燃焼室ＣＣを臨む先端部分１３１にはノズルが設けられており、内部に図示しない電磁弁が組み込まれている。インジェクタ１３０は、図示しない油送管、蓄圧容器及びサプライポンプを介して燃料タンクから燃料の導入を受けるよう接続されており、油送管、蓄圧容器及びサプライポンプ、並びにこれらを制御するＥＣＵ（エンジン制御ユニット）、ＥＤＵ（駆動ユニット）とともに、燃料噴射システムを構成している。燃料噴射システム自体の詳細の動作については周知であり、ここでは説明しないが、この燃料噴射システムが駆動すると、先端部分１３１のノズルから燃料を噴射する。なお、本実施形態においては、インジェクタ１３０の少なくとも先端部分１３１は金属等の導電体からなるものである。

ノズルから燃料が噴射されると、燃料が飛散し先端部分１３１に付着する。または燃料噴射後、燃料がノズルに残留する。このようにして付着または残留した燃料が最終的にはデポジットとなる。このデポジットを除去するために、このディーゼルエンジン１００は、以下に説明する構成を有する。

シリンダヘッド１０２の別の貫通孔に、高圧導体及び接地導体を誘電体で被覆してなる放電用線路１４０を挿入しシリンダヘッド１０２に接合する。放電用線路１４０の燃焼室ＣＣ側の端部には、高圧電極及び接地電極からなる電極対１５０を設け、他方側の端部は、高圧電極と接地電極との間の作動流体を絶縁破壊させるのに十分な電圧を発生する放電用電圧発生装置１６０を接続する。

放電用線路１４０及び電極対１５０は、燃焼室ＣＣ内の環境に耐えうるだけの熱的耐久性及び機械的耐久性を備えていることが望ましい。そのため、放電用線路１４０及び電極対１５０は、具体的には内燃機関用のスパークプラグであってもよい。この場合プラグボディ及びプラグボディが螺入されるシリンダヘッド１０２が放電用線路１４０の接地導体となる。放電用線路１４０及び電極対１５０として点火プラグを用いる場合、その形式は、一般的な単極ギャップ型のものであってもいわゆる多極プラグであってもよい。また、沿面放電タイプやセミ沿面放電タイプと称されるものであってもよい。放電用電圧発生装置１６０としては、具体的には自動車用の１２Ｖ電源に接続された点火コイルを用いてもよく、その他の種々の形式の電圧発生装置を適宜選択して用いてもよい。放電用電圧装置１６０が発生する電圧は、直流電圧、交流電圧のいずれであってもよい。

そして、シリンダヘッド１０２の別の貫通孔に、電磁波伝送線路１４１を挿入しシリンダヘッド１０２に接合する。電磁波伝送線路１４１の燃焼室ＣＣ側の端部にはアンテナ１５１を設け、他方側の端部は、所定周波数の電磁波を発生する電磁波発生装置１６１を接続する。

電磁波発生装置１６１は、電力の供給を受けて発振し所定周波数の電磁波を発生する発振器とその電源とを備える。発振器は、帰還型、弛緩型のいずれであってもよい。また、いわゆる高周波発電機であってもよい。なお、２．４５ＧＨｚ発振のマグネトロンは、安価でかつ高出力であり発振器として好適である。電源は、使用する発振器に合わせて適宜選択すればよい。例えばインバータ方式のパルス電源装置を用いてもよい。電磁波伝送線路１４１は、同軸線路、平行線路、導波管のいずれの形式のものであってよい。図１においては、アンテナ１５１としてモノポールアンテナを例示しているが、電磁波伝送線路１４１及びアンテナ１５１は、電磁波発生装置１６１が発生する電磁波を良好に伝送し放射するものであればよく、その形状・形式等については適宜選択すればよい。具体的にはアンテナ１５１は、線状アンテナ、面状アンテナ、立体アンテナ、進行波アンテナ、ＥＨアンテナ、磁界アンテナ、誘電体アンテナのいずれであってもよく、アンテナアレイを構成するものであっても、ダイバーシチ方式のアンテナを構成するものであってもよい。また、アンテナ１５１への給電方式は電流給電であっても、電圧給電であってもよい。

さらに、シリンダヘッド１０２は、先端部分１３１が燃焼室ＣＣ内に所定の長さＬだけ突出するようにこのインジェクタ１３０を支持・接合する。インジェクタ１３０の先端部分１３１先端からシリンダヘッド１０２までの距離Ｌは、先端部分１３１の部材が電磁波発生装置１６１の発生する電磁波と同じ周波数の電磁波を受けて励振するのに十分な長さになるよう選ばれる。先端部分１３１は、シリンダヘッド１０２を介して接地されていてもよい。なお、電極対１５０及びアンテナ１５１はいずれも、インジェクタ１３０からの噴霧が直撃しない位置に配置されることが望ましい。

放電用電圧発生装置１６０及び電磁波発生装置１６１は、所定の入力信号１７０を受ける制御装置１７１に接続する。制御装置１７１は、具体的にはＣＰＵ（中央演算ユニット）、並びに、メモリ及び不揮発性記憶装置等、並びに、信号の入出力インタフェースを備えたコンピュータであり、メモリ及び不揮発性記憶装置等に記憶されたコンピュータプログラムに従い動作し、入力信号１７０を演算処理して放電用電圧発生装置１６０に対する制御信号と、電磁波発生装置１６１に対する制御信号とを発生し出力する機能を備える。入力信号１７０は、手動操作に対応する操作信号であってもよく、ＥＣＵからの指令信号であってもよい。または、ディーゼルエンジン１００若しくはそれを搭載したシステムに設置された各種センサの出力信号であってもよい。センサは、例えば圧力センサ、空燃比センサ、温度センサ、クランク角センサ等であってもよく、光学式のセンサであってもよい。これらは直接的にデポジットの付着を検知するものであってもよく、また、種々の検知結果に基づきデポジットの付着を間接的に検知し、または、推定するものであってもよい。

以上の構成において、放電用線路１４０、電極対１５０及び放電用電圧発生装置１６０からなる電気系統（以下、この系統を「放電系」と呼ぶことがある）は、制御装置１７１による制御に従い動作し電極対１５０の高圧電極−接地電極間で放電により電子、イオン等の荷電粒子を生じさせる荷電粒子の供給器を構成する。電磁波伝送線路１４１、アンテナ１５１及び電磁波発生装置１６１からなる電気系統（以下、この系統を「電磁波放射系」と呼ぶことがある）は、制御装置１７１による制御に従い動作しアンテナ１５１から電磁波を放射することにより少なくとも放電の生じる部分を包含する空間に所定値以上の強度の電場を形成し荷電粒子にエネルギを与えプラズマを形成させる電磁波照射器を構成する。電磁波放射系とインジェクタ１３０の先端部分１３１とは、電磁波放射系による電磁波の放射を受けて先端部分１３１が励振することにより、プラズマの形成される空間内の荷電粒子にエネルギを与えプラズマを先端部分１３１まで導入する加速器を構成する。

制御装置１７１が入力信号１７０を受けると、制御装置１７１は、放電系が稼働した状態に対応する制御信号を放電用電圧発生装置１６０に与える。制御信号を与えるタイミングは、燃料噴射開始前が望ましい。なお、ディーゼルエンジン１００の燃焼室ＣＣは、ピストンの往復によって容積、形状が変化する。燃焼室ＣＣがアンテナ１５１から放射される電磁波の定在波を形成しかつその腹となる空間が第２空間と重複するような共振室を形成するタイミングで制御信号を与えるようにすると、強電場の領域を形成が容易になる。

放電用電圧発生装置１６０はこの制御信号に応答して、放電用線路１４０を介して電極対１５０に対し電圧印加を開始する。この電圧印加により電極対１５０では放電が開始し、荷電粒子が発生する。

制御装置１７１はさらに、放電により荷電粒子が存在している期間中に電磁波放射系が電磁波の放射を開始するよう、電磁波放射系が稼働した状態に対応する制御信号を電磁波発生装置１６１に与える。この際、制御装置１７１は、放電系及び電磁波放射系の動作時間遅れを考慮したタイミングで、制御信号を電磁波発生装置１６１に与えることが望ましい。電磁波発生装置１６１は、この制御信号に応答して発振を開始し、電磁波伝送路１４１に電磁波を印加する。印加された電磁波は、電磁波伝送路１４１内を進行し、アンテナ１５１より放射する。

放電により生じた荷電粒子は、アンテナより放射された電磁波の照射を受け、いわゆる電子雪崩を誘起する。すなわち、荷電粒子が電磁波のエネルギを受けて加速し第２空間内の物質と衝突する。衝突を受けた物質は電離し荷電粒子となる。この連鎖により、第２空間にプラズマが生成する。このような荷電粒子の供給と電磁波照射との組合せにより、容易にプラズマが始動し、拡大成長する。その結果、デポジット除去に十分な量の荷電粒子を準備される。

ただし、燃焼室Ｃ内のシリンダボディ１０１及びシリンダヘッド１０２付近の領域は、シリンダボディ１０１及びシリンダヘッド１０２が接地されているために電場が拘束される。そのためこの領域では電場強度が弱く、電子雪崩が生起する可能性は低い。インジェクタ１３０の表面は、直流的な観点で言えば接地されている。しかし、先端部分１３１が突出しているため、上述のとおりこの部分は電磁波を受けて励振する。そのため先端部分１３１付近の空間及び先端部分１３１の部材表面においては、強い強度の電場が形成される。

電磁波照射により生じたプラズマ内の荷電粒子、特に電子がこの強い電場の領域に到達すると、その荷電粒子はエネルギを受けて加速し、電子雪崩が生起する。結果として、先端部分１３１のデポジットの付着した部分までプラズマが形成される。デポジットは、このプラズマの曝露を受ける。これにより、デポジットはエッチングされる。または、デポジットはプラズマ内の高い酸化力の化学種と反応し分解する。

なお、本実施形態では、インジェクタ１３０の先端部分１３１を励振させるために、先端部分１３１を突出させたが、励振させるための構造はこのようなものには限定されない。使用される電磁波の周波数に応じて、この部分が励振するよう、その形状、構造、材質及び他の部材との接合形態等を適宜選択すればよい。

〔第２の実施形態〕
第１の実施形態では、インジェクタ１３０の先端部分１３１の部材は、アンテナ１５１から放射される電磁波により励振したが、インジェクタ１３０の先端部分１３１にも別途電磁波給電を行い、先端部分１３１の部材を励振させてもよい。この場合、インジェクタ１３０の先端部分１３１の部材は、電磁波発生装置１６１から給電を受けてもよい。また、電磁波発生装置１６１とは別に電磁波の発生源と伝送路とを設け、これらから給電を受けるようにしてもよい。

〔第３の実施形態〕
さらに、インジェクタ１３０の先端部分１３１の部材に給電を行う場合、この部材がアンテナ１５１の機能を兼ねるようにしてもよい。また、放電用線路１４０の高圧側の線路に電磁波を重畳させ、電極対１５０の高圧側の電極をアンテナ１５１として用いてもよい。

〔第４の実施形態〕
上述の第１の実施形態〜第３の実施形態では、デポジットの付着する部分の部材を励振させて荷電粒子を加速することにより、デポジットの付着部分までプラズマを導入したが、本発明はこのような実施形態には限定されない。本実施形態においては、デポジットの付着する部分とプラズマの形成領域の少なくとも一部との間に電位差が生じるよう電場を形成することにより、プラズマをデポジットの付着する部分まで導入する。

図２は、本実施形態の概略構成及びその筒内直噴型のディーゼルエンジンにおけるインジェクタのデポジット除去への適用例を示す図である。図２に示すように、本実施形態においては、電磁波伝送線路１４１と電磁波発生装置１６１との間に、この両者を電界結合するコンデンサ２００を設け、コンデンサ２００の電磁波伝送線路１４１側の極板よりアンテナ１５１側に直流電源２０１を接続する。そして、インジェクタ１３０の先端部分１３１はシリンダヘッド１０２を介して接地する。なお、本実施形態においては、インジェクタ１３０の先端部分１３１が第１の実施形態のようにシリンダヘッド１０２からＬだけ突出していることを必要としない。

本実施形態において、放電による荷電粒子の供給と電磁波放射によるプラズマの形成及び拡大とは、いずれも第１の実施形態と同様に行われる。この状態で直流電源２０１が直流電圧を印加すると、インジェクタ１３０の先端部分１３１とアンテナ１５１との間に、定常的に電位差が生じる。この電位差により、プラズマ中の荷電粒子は分極するよう加速される。電子など負に帯電した荷電粒子はインジェクタ１３０の先端部分１３１をはじめとする接地された部材に向けて加速される。正に帯電した荷電粒子はアンテナに向かって加速される。その結果、プラズマはインジェクタ１３０の先端部分１３１まで到達し、この部分に付着するデポジットは、プラズマ中の荷電粒子に曝露される。このように本実施形態では、デポジットの付着する部分と電極との間で直接的に放電を生じさせるのではなく、予め生成しておいたプラズマに対し電圧を印加する。そのため、直流電源２０１は、アンテナ１５１とデポジットの付着部分との間の作動流体が直接に絶縁破壊するほど強い直流電場を形成することを要しない。その分、プラズマを形成するための構成要素とデポジットの付着部分との距離を長くとっても、印加電圧を低く抑えることができる。

なお、本実施形態においては、インジェクタ１３０の先端部分１３１とアンテナ１５１との極性が逆であっても良い。また、本実施形態では、電位差を形成するために直流電源２０１を用いて直流電圧を印加したが、交番電圧、または、交流電圧を印加するようにしてもよい。

〔第５の実施形態〕
上述した各実施形態では、電場形成によりプラズマをデポジットの付着部分まで導入した。しかし、本発明はこのようなものには限定されない。本実施形態においては、インジェクタ１３０付近の作動流体の流れによってプラズマをデポジットの付着部分に吹き付けて導入する。

図３は、本実施形態の概略構成図である。図３に示すように、本実施形態では、電極対１５０とアンテナ１５１とを囲うように小容量のキャビティ３００を設ける。キャビティ３００を形成する壁面には、インジェクタ１３０の先端部分１３１を臨む位置に、燃焼室ＣＣとキャビティ３００内部の空間とを連通するよう開口３０２を設ける。なお、本実施形態においても第４の実施形態と同様、インジェクタ１３０の先端部分１３１が第１の実施形態のようにシリンダヘッド１０２からＬだけ突出していることを必要としない。

本実施形態では、キャビティ３００とプラズマの形成までの期間にキャビティ３００内に流入する作動流体とが、以下のようにプラズマの加速器として作用する。

本実施形態において、放電による荷電粒子の供給と電磁波放射によるプラズマの形成及び拡大とは、いずれも第１の実施形態と同様に行われる。この動作において投入されるエネルギの一部はキャビティ３００内の作動流体の加熱に供される。キャビティ３００内の作動流体が加熱されると、キャビティ３００の内部の圧力が上昇し、キャビティ３００の内外で圧力差が生じる。キャビティ３００の内部と外部とは開口３０２により連通しているため、キャビティ３００内からキャビティ外への流れが生じ、この流れによりキャビティ３００内に発生したプラズマは、開口３０２から噴出する。開口３０２はインジェクタ１３０の先端部分１３１に向けて設けられているため、噴出したプラズマはインジェクタ１３１の先端部分に向けて流れる。その結果、プラズマは先端部分１３１のデポジットの付着する部分に導入され、この部分に付着するデポジットは、プラズマ中の荷電粒子に曝露される。

以上のように本実施形態では、プラズマ発生時に作動流体にエネルギを熱エネルギとして利用し、プラズマの加速を行う。そのため、エネルギ効率が高い。

なお、本実施形態では、小容量のキャビティを用いて圧力差を発生させることによりプラズマを加速し輸送した。しかし、本発明はこのようなものには限定されない。燃焼室ＣＣ内に生じるスキッシュ流若しくはスワール若しくはタンブル等の流れ、圧力振動、衝撃波等、ディーゼルエンジン１００の動作中に生じる作動流体の流れや乱れをプラズマの加速・輸送に利用してもよい。

〔第６の実施形態〕
上述した第１の実施形態から第４の実施形態では、電場形成によりプラズマをデポジットの付着部分まで導入した。しかし、本発明はこのようなものには限定されない。例えば、インジェクタ１３０のノズルよりシリンダヘッド１０２側を囲むようにコイルを設置し、このコイルに磁場を発生させることにより磁気共振型加速器を構成するようにしてもよい。その他、磁場を用いた種々のプラズマの閉じ込め手法または加速手法を用いてプラズマをデポジットの付着する部分に導入してもよい。

〔第７の実施形態〕
第１の実施形態では、アンテナ１５１から放射する電磁波を用いてインジェクタ１３０の先端部分１３１を励振させ、デポジットの付着する部分の電場強度を高めることにより、プラズマをこの部分に導入したが、デポジットが付着する部分から接地された部材までの絶縁距離を長くとることによって、この部分の電場強度を維持させることもできる。例えば、インジェクタ１３０の先端部分１３１をセラミックス等の誘電体で形成するようにしてもよく、また、先端部分１３１の表面を誘電体で被覆してもよい。また例えば、インジェクタ１３０自体、または、その先端部分１３１の部材をシリンダヘッド１０２から電気的に絶縁してもよい。

〔その他変形例等〕
上述の各実施形態では、放電によりプラズマ形成の契機となる荷電粒子を準備し供給したが、荷電粒子の供給はこのようなものには限定されない。例えば、フィラメントやセラミックヒータ、グロープラグのようなヒータによる加熱で熱電子を放出させてもよい。火打石やマッチなど衝撃や摩擦により熱または荷電粒子を放出させてもよい。ガスタービン機関等の再着火及び保炎に用いられるパイロットバーナや、火薬、導火線等を用いて火炎を形成するようにしてもよい。レーザ光等を用いた着火装置も荷電粒子の供給に利用できる。ディーゼルエンジン１００での圧縮着火により燃焼室ＣＣ内に形成される火炎もまた、荷電粒子の供給源として利用できる。このように、燃焼機関における着火、燃焼に伴う動作により、荷電粒子が発生する。この荷電粒子を契機としてプラズマを形成するようにしてもよい。また逆に、上述した荷電粒子の供給器または電磁波放射器を、着火、または、着火若しくは燃焼の支援に用いてもよい。またこのような荷電粒子の供給器をデポジットの付着する位置のごく近傍に設置してもよい。例えばインジェクタのノズル間の部材表面にヒータ等を設置してもよい。ただし、この場合は、荷電粒子の供給器はインジェクタからの燃料の飛沫を浴びないよう選ばれた適切な位置に配置することが望ましい。

上述した荷電粒子の供給器、電磁波放射器、及び、加速器はいずれも必ずしもシリンダヘッド１０２に設置することを要しない。シリンダボディ１０１、ピストン１０３、ガスケット１０４、吸気バルブ１２０、排気バルブ１２５などに設置してもよく、また、ディーゼルエンジン１００のその他の部材に設置してもよい。

上述した各実施形態では、直噴方式のエンジンのインジェクタ１３０の先端部分１３１に付着したデポジットを除去した。しかし、本発明はこのようなものには限定されない。インジェクタは、ＰＦＩ（Port Fuel Injection）方式や副室燃焼方式のエンジンに適用してもよい。

上述の各実施形態では、燃焼機関としてディーゼルエンジンを例示したが、本発明はこのようなものには限定されない。ガソリンエンジンをはじめとする火花点火式の内燃機関、ＨＣＣＩ（予混合圧縮自着火）エンジン、ＳＣＣＩ（成層圧縮自着火）エンジン等の自着火エンジンであってもよい。また、ピストン式の内燃機関に限らずロータリエンジン、ガスタービン機関、ラム機関等の内燃機関であってもよい。また、内燃機関に限らす外燃機関の燃焼器や炉などにも適用可能である。また、除去対象のデポジットは、インジェクタのノズルに付着するものには限定されない。点火プラグ、ピストンヘッドとシリンダとの境界部、本発明の適用対象となる燃焼機関において作動流体が流通するいずれの部分においても、本発明は適用可能である。これらの場合、荷電粒子の供給器、電磁波放射器及び加速器の配置及び構成は、適用対象となる燃焼機関及び除去対象のデポジットの付着位置に応じて適宜選択すればよい。

なお、今回開示した実施形態は単なる例示であって、本発明の範囲が前述の各実施形態のみに制限されるわけではない。本発明の範囲は、明細書及び図面の記載を参酌した上で、特許請求の範囲の各請求項によって示され、そこに記載された文言と均等の意味及び範囲内でのすべての変更を含むものである。

本発明は、燃焼機関のデポジット除去に限らず、プラズマ洗浄一般、特に常時汚れが付着する分解洗浄が困難な部材のプラズマ洗浄に適用可能である。

第１の実施形態の概略構成及びその筒内直噴型のディーゼルエンジンにおけるインジェクタのデポジット除去への適用例を示す図である。 第４の実施形態の概略構成及びその筒内直噴型のディーゼルエンジンにおけるインジェクタのデポジット除去への適用例を示す図である。 第５の本実施形態の概略構成図である。

符号の説明

１００ 燃焼機関（ディーゼルエンジン）
１０１ シリンダブロック
１０２ シリンダヘッド
１０３ ピストン
１０４ ガスケット
１２０ 吸気バルブ
１２５ 排気バルブ
１４０ 放電用線路
１４１ 電磁波伝送線路
１５０ 電極対
１５１ アンテナ
１６０ 放電用電圧発生装置
１６１ 電磁波発生装置
１７１ 制御装置
２００ コンデンサ
２０１ 直流電源
３００ キャビティ

Claims (5)

1. 燃焼機関内のデポジットの除去装置であって、
   デポジットの堆積する第１空間に連通する第２空間内への荷電粒子の供給手段と、
   電磁波を照射し前記第２空間の電場強度を高めることによりこの空間に存在する荷電粒子にエネルギを与えプラズマを形成させる電磁波放射手段と、
   前記第２空間内のプラズマ中の荷電粒子の加速手段と
   を備え、
   加速器は、前記第２空間内のプラズマを前記第１空間へ導入しデポジットをプラズマに曝露させる
   ことを特徴とするデポジットの除去装置。
2. 荷電粒子の供給手段は、燃焼機関の着火手段を用いて荷電粒子を供給する
   ことを特徴とする請求項１記載のデポジットの除去装置。
3. 前記加速手段は、電場、磁場、及び、圧力場のいずれかの制御により、前記プラズマ中の荷電粒子を加速させる
   ことを特徴とする請求項１、または、請求項２記載のデポジットの除去装置。
4. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のデポジットの除去装置を搭載した燃焼機関であって、
   前記第１空間に隣接する面が誘電体によりその周囲の部材から電気的に絶縁される
   ことを特徴とする燃焼機関。
5. 請求項１乃至請求項３のいずれか一に記載のデポジットの除去装置を搭載した燃焼機関であって、
   少なくとも前記デポジットの除去装置の稼働時に、前記電磁波放射手段により放射される電磁波の定在波を形成しかつその腹となる空間が第２空間と重複するよう選ばれた形状の共振室を形成する
   ことを特徴とする燃焼機関。

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