JP2013148098A - エンジンの着火制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】種々のラジカルを生成することによって混合気の着火性を向上させることができるエンジンの着火制御装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ラジカルを供給することで混合気の着火を促進させるエンジン１００の着火制御装置において、燃焼室１３内又は吸気通路３０内に臨むように設けられた放電室５５において非平衡プラズマ放電を発生させてラジカルを供給する供給装置５０と、噴射された燃料の一部が放電室５５に供給されるように燃料を噴射する燃料噴射弁３２と、吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように供給装置５０を制御し、非平衡プラズマ放電中に放電室５５内に燃料が供給されるように燃料噴射弁３２を制御する制御手段７０と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンに供給される混合気の着火性を向上させる着火制御装置に関する。

特許文献１には、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。）によってラジカルを生成することで、混合気の着火を促進させる非平衡プラズマ放電式エンジンの着火制御装置が開示されている。ラジカルは、反応性の高い活性化学種である。

特開２００９−３６１２５号公報

ところで、上記した非平衡プラズマ放電式エンジンの着火制御装置では、吸気行程等において空気中に非平衡プラズマ放電を行う場合、非平衡プラズマ放電により発生した高エネルギ電子が酸素分子へ衝突することで酸素ラジカルが生成される。この酸素ラジカルが混合気の酸化連鎖反応を促進して、混合気の着火性を向上させる。

しかしながら、混合気の着火促進に寄与するラジカルは、酸素ラジカル以外にも存在し、エンジンに供給される燃料の燃料分子の解離反応によって生成される水素ラジカル及び炭化水素ラジカルも混合気の着火促進に寄与する。したがって、酸素ラジカルに加えて、水素ラジカルや炭化水素ラジカルを生成させることが、混合気の着火促進を効率的に行う上で望ましい。

そこで、本発明は、種々のラジカルを生成することによって混合気の着火性を向上させることができるエンジンの着火制御装置を提供することを目的とする。

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。なお、理解を容易にするために本発明の実施形態に対応する符号を付するが、これに限定されるものではない。

本発明は、ラジカルを供給することで混合気の着火を促進させるエンジン（１００）の着火制御装置において、燃焼室（１３）内又は吸気通路（３０）内に臨むように設けられた放電室（５５）において非平衡プラズマ放電を発生させてラジカルを供給する供給装置（５０）と、噴射された燃料の一部が放電室（５５）に供給されるように燃料を噴射する燃料噴射弁（３２）と、吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように供給装置（５０）を制御し、非平衡プラズマ放電中に放電室（５５）内に燃料が供給されるように燃料噴射弁（３２）を制御する制御手段（７０）と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、供給装置の放電室に空気と燃料とからなる混合気を導入するので、酸素ラジカルに加えて、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより混合気の着火性を効率的に向上させることができる。

第１実施形態における車両用のエンジンの概略構成図である。 放電装置の概略構成図である。 第２実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 第３実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 第４実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 第５実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 放電装置による非平衡プラズマ放電と燃料噴射弁による燃料噴射について説明する図である。 第６実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 第７実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 第８実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 放電装置において生成されるラジカルについて説明する図である。

以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。

（第１実施形態）
図１は、車両用のエンジン１００の概略構成図である。

図１に示すエンジン１００は、非平衡プラズマ放電式の４ストロークレシプロエンジンである。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。

シリンダブロック１０には、シリンダ１１が形成される。シリンダ１１には、ピストン１２が摺動自在に嵌合する。シリンダ１１の壁面と、ピストン１２の冠面と、シリンダヘッド２０の下面とによって燃焼室１３が形成される。

シリンダヘッド２０には、燃焼室１３に吸気を流す吸気通路３０と、燃焼室１３からの排気を流す排気通路４０とが形成される。

吸気通路３０には、吸気弁３１が設けられる。吸気弁３１は、吸気カムシャフトに一体形成されるカムによって駆動される。吸気弁３１は、ピストン１２の上下動に応じて吸気通路３０を開閉する。吸気弁３１のバルブタイミングは、吸気側可変動弁装置によって調整される。

また、吸気通路３０には、燃料噴射弁３２と放電装置５０とが上流から順に設置される。

放電装置５０は、放電室５５内に非平衡プラズマ放電を発生させ、この非平衡プラズマ放電を用いてラジカルを生成する。放電装置５０は、高電圧高周波発生器６０に接続される。高電圧高周波発生器６０は、エンジン運転状態に応じた交流電圧を放電装置５０に印加する。

なお、放電装置５０の電源としては、高電圧高周波発生器６０以外にも、直流電圧電源や多重パルス電圧電源を適用できる。

燃料噴射弁３２は、エンジン運転状態に応じて吸気通路３０内に燃料を噴射して混合気を形成する。燃料噴射弁３２は、噴射された燃料の一部が放電装置５０の放電室５５を指向するように構成される。

一方、排気通路４０には、排気弁４１が設けられる。排気弁４１は、排気カムシャフトに一体形成されるカムによって駆動される。排気弁４１は、ピストン１２の上下動に応じて排気通路４０を開閉する。排気弁４１のバルブタイミングは、排気側可変動弁装置によって調整される。

吸気通路３０と排気通路４０との間であって、シリンダ軸心上のシリンダヘッド２０には、スパークプラグ３３が設けられる。スパークプラグ３３は、着火部分が燃焼室１３内に臨むように配置される。スパークプラグ３３は、エンジン運転状態に応じて燃焼室１３内の混合気を着火して火炎伝播燃焼させる。

燃料噴射弁３２、スパークプラグ３３及び高電圧高周波発生器６０は、コントローラ７０によって制御される。コントローラ７０はＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及びＩ／Ｏインタフェースを備える。コントローラ７０には、エンジン回転速度を検出するクランク角センサ７１と、アクセルペダルの踏込み量を検出するアクセルペダルセンサ７２とからの検出データがそれぞれ信号として入力する。コントローラ７０は、これら信号に基づいて燃料噴射弁３２の燃料噴射時期やスパークプラグ３３の着火時期、高電圧高周波発生器６０の交流電圧の電圧値、交流周波数、印加時期を調整する。

また、コントローラ７０は、エンジン運転状態に応じて自着火燃焼モードと火炎伝播燃焼モードとを切り換える。自着火燃焼モードでは、スパークプラグ３３を使用せずに、ピストン１２の圧縮作用を利用して混合気を自着火させて燃焼させる。火炎伝播燃焼モードでは、スパークプラグ３３によって混合気を着火させ火炎伝播燃焼させる。

図２（Ａ）は放電装置５０の側面図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように、放電装置５０は、中心電極５１と、円筒電極５２と、絶縁部５３と、主体金具５４とを備える。

放電装置５０は、絶縁部５３の軸方向中央に設けられた主体金具５４によって吸気通路３０に設置される。

中心電極５１は、棒状の導電体からなり、先端が主体金具５４から吸気通路３０側に突出するように形成される。中心電極５１は、誘電体からなる絶縁部５３によって覆われる。中心電極５１の後端には、後端側端子５１Ａが設けられる。この後端側端子５１Ａには、高電圧高周波発生器６０が接続される。

円筒電極５２は、円筒形状の導電体であって、絶縁部５３を取り囲みかつ中心電極５１に対向するように形成される。円筒電極５２と絶縁部５３との間には、吸気通路３０に臨む放電室５５が設けられる。円筒電極５２の先端部は開口端として形成され、円筒電極５２の側壁部には吸気通路３０と放電室５５とを連通する複数のスリット５２Ａが形成される。

円筒電極５２にスリット５２Ａを形成することで、吸気通路３０を流れる吸気の一部が放電室５５を通過するようになり、放電室５５におけるガス交換量が多くなる。その結果ラジカル生成量を増加させることが可能となり、着火性をより向上させることができる。

放電装置５０に交流電圧を印加すると、中心電極５１と円筒電極５２との間に絶縁部５３があることによりアーク放電に遷移することが抑制され、放電室５５内に複数のストリーマ（非平衡プラズマ）が形成される。このような非平衡プラズマ放電で生成される高エネルギ電子が吸気中の酸素分子等と衝突して分子解離を誘発し、高反応性のラジカルが生成される。

ところで、吸気通路３０内の空気中において放電装置５０によって非平衡プラズマ放電を行うと、酸素ラジカルが生成される。この酸素ラジカルを燃焼室１３に供給すれば、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、混合気の着火促進に寄与するラジカルは、酸素ラジカル以外にも存在し、エンジンに供給される燃料に起因して生成される水素ラジカル及び炭化水素ラジカルも混合気への着火促進に寄与する。混合気の着火促進を効率的に行うためには、酸素ラジカルに加えて、水素ラジカルや炭化水素ラジカル等の種々のラジカルを生成させることが望ましい。

そこで、本実施形態では、放電装置５０及び燃料噴射弁３２が以下のように制御される。

放電装置５０は、吸気弁３１の開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように制御される。

燃料噴射弁３２は、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始し、少なくとも非平衡プラズマ放電中に燃料が放電装置５０の放電室５５内に到達するように燃料を噴射する。

上記のように燃料噴射弁３２及び放電装置５０を制御するので、空気と燃料からなる混合気を放電装置５０の放電室５５内に導入することができ、放電室５５内での非平衡プラズマ放電によって酸素ラジカルや水素ラジカル、炭化水素ラジカルを生成することができる。

エンジン１００では、自着火燃焼モードを実行する運転領域の少なくとも一部において、放電装置５０によって酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成し、混合気の着火性を高める。また、自着火燃焼モードを実行する運転領域より高負荷側において火炎伝播燃焼モードを実行し、火炎伝播燃焼モードを実行する領域の少なくとも一部においても、放電装置５０によって上記した３つのラジカルを生成し、混合気の着火性を高める。

以上により、第１実施形態のエンジン１００の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。

吸気弁開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように放電装置５０を制御し、非平衡プラズマ放電中に燃料が放電室５５内に到達するように燃料噴射弁３２を制御して、放電室５５内に混合気を導入するので、放電装置５０において酸素ラジカルに加えて、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室５５内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより混合気の着火性を効率的に向上させることができる。

放電装置５０を吸気通路３０に設け、吸気弁開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように放電装置５０を制御するので、放電装置５０の放電室５５におけるガス交換量をさらに多くすることができ、ラジカル生成量をより増加させることが可能となる。

燃料噴射弁３２の下流側の吸気通路３０に放電装置５０を設置するので、放電室５５内に混合気が導入されやすく、放電装置５０での酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルの生成効率が高くなる。

（第２実施形態）
図３は、第２実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。

第２実施形態におけるエンジン１００は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置５０の設置位置及び燃料噴射弁３２の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

図３に示すように、放電装置５０は、燃料噴射弁３２よりも上流側の吸気通路３０に設置される。放電装置５０は、吸気通路３０の下側に設けられる。

燃料噴射弁３２は、噴射された燃料の一部が上流側に配置された放電装置５０の放電室５５を指向するように構成される。

上記のように構成したエンジン１００の着火制御装置においても、放電装置５０の放電室５５に混合気が導入されるので、酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができ、第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第３実施形態）
図４（Ａ）は、第３実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。図４（Ｂ）は吸気通路長手方向の放電装置５０の断面図であり、図４（Ｃ）は吸気通路径方向の放電装置５０の断面図である。

第３実施形態におけるエンジン１００は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置５０の構成において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

図４（Ａ）に示すように、放電装置５０は、燃料噴射弁３２よりも下流側の吸気通路３０に設けられる。放電装置５０は、高電圧短パルス電源６１に接続される。高電圧短パルス電源６１は、エンジン運転状態に応じた直流電圧を放電装置５０に印加する。

コントローラ７０は、高電圧短パルス電源６１の直流電圧の電圧値、パルス幅、パルス繰り返し周波数、印加時期を調整する。

図４（Ｂ）及び図４（Ｃ）に示すように、放電装置５０は、中心電極５１と、管状電極５６と、絶縁部５３と、主体金具５４とを備える。

管状電極５６は、パイプ状の導電体であって、吸気を流すように吸気通路３０の途中に設けられる。管状電極５６の内側が放電室５５となる。管状電極５６の軸方向中央の上側には、棒状の絶縁部５３が主体金具５４を介して設置される。

中心電極５１は、棒状の導電体であって、絶縁部５３を軸方向に貫通するように形成される。中心電極５１の先端は、絶縁部５３の先端部から放電室５５側に突出する。中心電極５１の後端は絶縁部５３の後端部から突出し、中心電極５１の後端には後端側端子５１Ａが設けられる。この後端側端子５１Ａには、高電圧短パルス電源６１が接続される。

上記した放電装置５０に直流電圧を印加すると、中心電極５１の先端と管状電極５６の下側内壁との間で非平衡プラズマ放電して、放電室５５内にラジカルが生成される。

ところで、放電装置５０の管状電極５６を通過するガスの流速は、吸気行程中における吸気弁３１の中間リフト量から最大リフト量までの間に最大となる。

そこで、本実施形態では、放電装置５０の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁３１のリフト量が中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定する。管状電極５６を通過するガスの流速が増大すると放電室５５におけるガス交換量が多くなり、ラジカル生成量を増加させることができるからである。

なお、燃料噴射弁３２は、噴射した燃料の一部が管状電極５６の内側の放電室５５を指向するように構成されている。燃料噴射弁３２は、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始し、少なくとも非平衡プラズマ放電中に燃料が放電装置５０の放電室５５内に到達するように燃料を噴射する。

以上により、第３実施形態のエンジン１００の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。

吸気弁開弁後の吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように放電装置５０を制御し、非平衡プラズマ放電中に燃料が放電室５５内に到達するように燃料噴射弁３２を制御して、管状電極５６内の放電室５５に混合気を導入するので、放電装置５０において酸素ラジカルに加えて、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室５５内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

放電装置５０の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁３１のリフト量が中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定するので、酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルの生成量を増加させることができ、第１実施形態よりも混合気の着火性を向上させることが可能となる。

（第４実施形態）
図５は、第４実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。

第４実施形態におけるエンジン１００は、第３実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置５０の設置位置及び燃料噴射弁３２の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

図４に示すように、放電装置５０は、燃料噴射弁３２よりも上流側の吸気通路３０に設置される。

燃料噴射弁３２は、噴射された燃料の一部が上流側に配置された放電装置５０の管状電極５６内の放電室５５に指向するように構成される。

上記のように構成したエンジン１００の着火制御装置においても、第３実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第５実施形態）
図６は、第５実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。

第５実施形態におけるエンジン１００は、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、放電装置５０の設置位置等において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

図６に示すように、放電装置５０は、吸気通路３０と排気通路４０との間であって、シリンダ軸心上のシリンダヘッド２０に設置される。放電装置５０は、シリンダヘッド２０に形成した孔部に収装される。放電装置５０は主体金具５４を介してシリンダヘッド２０に固定され、放電室５５が燃焼室１３に臨むように配置される。第１実施形態では円筒電極５２は側壁部にスリット５２Ａを備えるが、本実施形態では放電装置５０をシリンダヘッド２０の孔部に収装するため、円筒電極５２はスリット５２Ａを備えていない。

燃料噴射弁２１は、燃焼室１３に向かって燃料を噴射するように、吸気通路３０に設けられる。

上記のように構成されるエンジン１００は、スパークプラグ３３を備えておらず、火炎伝播燃焼モードでは、圧縮行程後半から膨張行程前半の所定時期に放電装置５０によって非平衡プラズマ放電を行って、混合気を着火させ火炎伝播燃焼させる。

図７（Ａ）及び図７（Ｂ）を参照して、放電装置５０による非平衡プラズマ放電と燃料噴射弁３２による燃料噴射について説明する。

図７（Ａ）は、放電装置５０の放電室５５内のガス流れを示す。また、図７（Ｂ）は、放電装置５０での非平衡プラズマ放電タイミング及び燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングを示す。

図７（Ａ）に示すように、吸気弁３１が開弁する吸気行程では、吸気通路３０内の吸気が、破線矢印に示すように燃焼室１３に流れ込む。この吸気の一部は、実線に示すように、放電装置５０の放電室５５内に排気通路４０側から流れ込む。放電室５５内に流入した吸気は、循環流れを形成し、吸気通路３０側から燃焼室１３に流出する。

図７（Ｂ）に示すように、放電室５５内に流入する吸気の速度は、吸気弁３１の中間リフトから最大リフトの間に最大となる。

本実施形態では、放電装置５０の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁３１の中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定する。また、燃料噴射弁３２は、噴射した燃料を吸気に乗せて非平衡プラズマ放電中の放電室５５内に到達させるため、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始するように制御される。

したがって、放電装置５０は、混合気が放電室５５内に導入された状態で非平衡プラズマ放電を発生させるので、放電室５５内に酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルが生成される。

以上により、第５実施形態のエンジン１００の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。

放電装置５０は、放電室５５が燃焼室１３を臨むようにシリンダヘッド２０の中心に設けられる。そして、吸気弁３１のリフト量が中間リフト量から最大リフト量である間に非平衡プラズマ放電するように放電装置５０を制御し、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始するように燃料噴射弁３２を制御する。これにより放電室５５内に混合気が導入され、放電装置５０において酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができる。また、放電室５５内のガス交換量が増加する吸気行程中に非平衡プラズマ放電するので、ラジカルの生成効率を高めることができる。これにより第１実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

また、放電装置５０の非平衡プラズマ放電期間を、吸気弁３１の中間リフトから最大リフトである間であって、ガス流速が最大となる時を含むように設定するので、放電室５５におけるガス交換量を多くすることができ、酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルの生成量を増加させることができ、より効率的に混合気の着火性を向上させることが可能となる。

（第６実施形態）
図８は、第６実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。

第６実施形態におけるエンジン１００は、第５実施形態とほぼ同様の構成であるが、燃料噴射弁３２の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

図８に示すように、燃料噴射弁３２は、燃焼室１３内に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッド２０の側部に設けられる。燃料噴射弁３２は、噴射された燃料の一部が放電装置５０の放電室５５を指向するように構成される。

上記のように構成したエンジン１００の着火制御装置では、放電装置５０の放電室５５内に燃料を確実に導くことができる。これにより放電装置５０によって酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができ、第５実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第７実施形態）
図９は、第７実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。

第７実施形態におけるエンジン１００は、第５実施形態とほぼ同様の構成であるが、ピストン１２の構成及び燃料噴射弁３２の設置位置において相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

図９に示すように、燃料噴射弁３２は、燃焼室１３内に直接燃料を噴射するように、シリンダヘッド２０の側部に設けられる。燃料噴射弁３２は、ピストン１２のピストン冠面に向かって燃料を噴射する。

ピストン１２は、ピストン冠面の一部を窪ませて形成したキャビティ１２Ａを備える。キャビティ１２Ａは、燃料噴射弁３２から噴射された燃料を放電装置５０の放電室５５に向けて偏向する。

燃料噴射は吸気行程中に設定されるが、吸気行程中は筒内圧力が圧縮行程中と比較して低いので、燃料噴射弁３２から噴射された燃料を、キャビティ１２Ａを介して放電室５５内に導入することができる。

上記のように構成したエンジン１００の着火制御装置では、放電装置５０の放電室５５内に燃料を確実に導くことができる。これにより放電装置５０によって酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを生成することができ、第５実施形態と同様の効果を得ることが可能となる。

（第８実施形態）
図１０は、第８実施形態におけるエンジン１００の概略構成図である。

第８実施形態におけるエンジン１００は、第６実施形態とほぼ同様の構成であるが、排気弁４１及び吸気弁３１のバルブタイミングや放電装置５０の非平衡プラズマ放電タイミング、燃料噴射弁３２の燃料噴射タイミングにおいて相違する。以下に、その相違点を中心に説明する。

本実施形態では、混合気の着火性を向上させる必要があるエンジン運転状態の場合に、排気弁４１及び吸気弁３１は、図１０に示すようなバルブタイミングに設定される。

排気弁４１は、膨張下死点前に開弁して、排気上死点前に閉弁するようにバルブタイミングが設定される。一方、吸気弁３１は、排気上死点後に開弁して、吸気下死点後に閉弁するようにバルブタイミングが設定される。

このように排気弁４１及び吸気弁３１のバルブタイミングは、排気弁４１の開弁時期と吸気弁３１の開弁時期とがオーバラップしない、いわゆるマイナスオーバラップとなるように設定される。

放電装置５０はマイナスオーバラップ期間中に非平衡プラズマ放電するように制御され、非平衡プラズマ放電期間は排気上死点を跨ぐように設定される。

燃料噴射弁３２は、排気弁４１の閉弁後であって、非平衡プラズマ放電開始前に燃料噴射を開始するように制御される。

次に、図１１（Ａ）及び図１１（Ｂ）を参照して、放電装置５０によって生成されるラジカルについて説明する。図１１（Ａ）はピストン１２が排気上死点に向かって上昇している場合を示し、図１１（Ｂ）はピストン１２が排気上死点から下降している場合を示す。

図１１（Ａ）に示すように、燃料噴射弁３２は、排気弁４１の閉弁後に燃焼室１３内に燃料を噴射する。また、排気弁４１及び吸気弁３１のバルブタイミングは図１０のように設定されているので、排気弁４１の閉弁後には燃焼室１３内に前サイクルの排気の一部が内部ＥＧＲガスとして残留する。

マイナスオーバラップ中においてピストン１２が排気上死点に向かって上昇すると、噴射された燃料からなる混合気と、内部ＥＧＲガスとがピストン１２の圧縮作用によって放電装置５０の放電室５５内に導入される。その後放電装置５０における非平衡プラズマ放電によって、混合気と内部ＥＧＲガスから酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルが生成される。非平衡プラズマ放電期間は、放電室５５内に導入されるガスの流入速度が最大となる排気上死点を跨ぐように設定されているので、効率的にラジカルを生成することができる。

図１１（Ｂ）に示すように、ピストン１２が排気上死点を過ぎて下降し始めると、吸気弁３１が閉弁している間はピストン１２の下降するほど筒内圧力が低下する。そのためピストン１２の下降によって、放電装置５０の放電室５５内に生成した酸素ラジカル、水素ラジカル及び炭化水素ラジカルを燃焼室１３側に流出し、燃焼室１３内に拡散する。

以上により、第８実施形態のエンジン１００の着火制御装置では、下記の効果を得ることができる。

マイナスオーバラップするように排気弁４１及び吸気弁３１のバルブタイミングを設定し、マイナスオーバラップ期間中に非平衡プラズマ放電するように放電装置５０を制御し、非平衡プラズマ放電中に燃料が放電室５５内に到達するように燃料噴射弁３２を制御して、放電装置５０の放電室５５内に混合気と内部ＥＧＲガスを導入するので、酸素ラジカルや水素ラジカル、炭化水素ラジカルを生成することができ、混合気の着火性を向上させることができる。

放電装置５０のラジカル放電期間は、マイナスオーバラップ中であって、放電室５５内に流入するガスの速度が最大となる排気上死点を跨ぐように設定されるので、ラジカル生成量を増加させることができ、混合気の着火性を効率的に向上させることができる。

また、放電室５５内に生成されたラジカルは、ピストン１２が排気上死点から下降する時に燃焼室１３側に流出して燃焼室１３内に均一に拡散するので、混合気の着火性を効率的に向上させることができる。

なお、本発明は上記の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うることは明白である。

上記した各実施形態では、４ストロークレシプロエンジンに適用する例について説明したが、これに限られるものではなく、例えば２ストロークエンジンについて適用することもできる。

また、上記した各実施形態では、放電装置５０をマイクロ波やラジオ波等を利用して放電室内に非平衡プラズマ放電するように構成してもよい。

１００ エンジン
１０ シリンダブロック
１２ ピストン
１２Ａ キャビティ
１３ 燃焼室
２０ シリンダヘッド
２１ 燃料噴射弁
３０ 吸気通路
３１ 吸気弁
３２ 燃料噴射弁
３３ スパークプラグ
４０ 排気通路
４１ 排気弁
５０ 放電装置（供給装置）
５１ 中心電極
５２ 円筒電極
５３ 絶縁部
５５ 放電室
５６ 管状電極
７０ コントローラ（制御手段）

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。

本発明は、ラジカルを供給することで混合気の着火を促進させるエンジンの着火制御装置において、吸気弁のバルブタイミングを制御する吸気動弁装置と、排気弁のバルブタイミングを制御する排気動弁装置と、燃焼室内に臨むように設けられた放電室において非平衡プラズマ放電を発生させラジカルを供給する供給装置と、燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、前記排気弁が排気上死点前に閉弁され、前記吸気弁が排気上死点後に開弁される場合に、排気弁閉弁後から吸気弁開弁までの所定期間に非平衡プラズマ放電するように前記供給装置を制御し、非平衡プラズマ放電中に前記放電室内に燃料が供給されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と、を備えることを特徴とする。

Claims (11)

1. ラジカルを供給することで混合気の着火を促進させるエンジンの着火制御装置において、
   燃焼室内又は吸気通路内に臨むように設けられた放電室において非平衡プラズマ放電を発生させてラジカルを供給する供給装置と、
   噴射された燃料の一部が前記放電室に供給されるように燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   吸気行程中に非平衡プラズマ放電するように前記供給装置を制御し、非平衡プラズマ放電中に前記放電室内に燃料が供給されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの着火制御装置。
2. 前記供給装置は、前記放電室が吸気通路内に臨むように吸気通路に設けられ、
   前記燃料噴射弁は、前記供給装置よりも上流側の吸気通路に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの着火制御装置。
3. 前記供給装置は、前記放電室が燃焼室内に臨むようにシリンダヘッドに設けられ、
   前記燃料噴射弁は、吸気通路に設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの着火制御装置。
4. 前記供給装置は、前記放電室が燃焼室内に臨むようにシリンダヘッドに設けられ、
   前記燃料噴射弁は、燃焼室内に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッドに設けられ、噴射された燃料の一部が前記放電室を指向するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの着火制御装置。
5. 噴射された燃料を前記放電室に向けて偏向するキャビティをピストン冠面に有するピストンをさらに備え、
   前記供給装置は、前記放電室が燃焼室内に臨むようにシリンダヘッドに設けられ、
   前記燃料噴射弁は、燃焼室内に直接燃料を噴射するようにシリンダヘッドに設けられ、噴射された燃料の一部が前記キャビティを指向するように構成される、
   ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの着火制御装置。
6. 前記制御手段は、吸気弁開弁後であって前記放電室内に流入するガスの速度が最大となる時を含むように、前記供給装置の非平衡プラズマ放電期間を設定する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載のエンジンの着火制御装置。
7. 前記制御手段は、吸気弁のリフト量が中間リフトから最大リフトとなる間に前記供給装置の非平衡プラズマ放電期間を設定する、
   ことを特徴とする請求項６に記載のエンジンの着火制御装置。
8. 前記制御手段は、非平衡プラズマ放電開始時よりも前に燃料噴射を開始するように前記燃料噴射弁を制御する、
   ことを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか１つに記載のエンジンの着火制御装置。
9. ラジカルを供給することで混合気の着火を促進させるエンジンの着火制御装置において、
   吸気弁のバルブタイミングを制御する吸気動弁装置と、
   排気弁のバルブタイミングを制御する排気動弁装置と、
   燃焼室内に臨むように設けられた放電室において非平衡プラズマ放電を発生させラジカルを供給する供給装置と、
   燃焼室内に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と、
   前記排気弁が排気上死点前に閉弁され、前記吸気弁が排気上死点後に開弁される場合に、排気弁閉弁後から吸気弁開弁までの所定期間に非平衡プラズマ放電するように前記供給装置を制御し、非平衡プラズマ放電中に前記放電室内に燃料が供給されるように前記燃料噴射弁を制御する制御手段と、
   を備えることを特徴とするエンジンの着火制御装置。
10. 前記制御手段は、排気弁閉弁後であって、非平衡プラズマ放電開始時よりも前に燃料噴射を開始するように前記燃料噴射弁を制御する、
    ことを特徴とする請求項９に記載のエンジンの着火制御装置。
11. 前記制御手段は、排気上死点を跨ぐように前記供給装置の非平衡プラズマ放電期間を設定する、
    ことを特徴とする請求項９又は請求項１０に記載のエンジンの着火制御装置。

Images