JP2015187416A - 内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】燃費を担保しつつ有効にドライバビリティを向上させ得る内燃機関を提供する。【解決手段】本発明に係る内燃機関は、吸気が流通する通路上にプラズマアクチュエータを配している内燃機関であって、スロットルバルブの開度が所定以上となるときにプラズマアクチュエータの電極に電圧を印加することでプラズマを発生させ、吸入空気量を増大させる。これにより、吸気通路を通る吸気の乱れを抑制し、スムーズな気筒への吸気の導入を実現する。【選択図】図６

Description

本発明は、車両に搭載される内燃機関に関するものである。

従来、車両のドライバビリティの向上のために、車体の表面や内燃機関の一部分にプラズマアクチュエータを配した内燃機関が提案されている(例えば、特許文献１参照)。斯かる特許文献１では、プラズマアクチュエータを配することによって、近傍の気流の剥離を抑制し、気流を所望の方向に導く事によって、車体の空気抵抗を低減したり、内燃機関の吸気の流れを促したりするという技術が開示されている。

特開２０１１−０４７３２０号公報

ここで、内燃機関においてドライバビリティの向上に対する課題の一つとして、スロットル開度を増大させている運転領域において、スロットル開度の増大に実際の吸入空気量の増大が伴わないといった課題が挙げられる。このような課題は特に自然吸気式の内燃機関に対しては顕著である。またプラズマアクチュエータを作動させるということは電極に電圧を印加することを意味する。すなわち、プラズマアクチュエータの作動に掛かる電力を無駄に増大してしまうと、かえって燃費の悪化を招来するとも考えられる。

本発明は、このような不具合に着目したものであり、燃費を担保しつつ有効にドライバビリティを向上させ得る内燃機関を提供することを目的としている。

本発明は、このような目的を達成するために、次のような手段を講じたものである。すなわち本発明に係る内燃機関は、吸気が流通する通路上にプラズマアクチュエータを配している内燃機関であって、
スロットルバルブの開度が所定以上となるときにプラズマアクチュエータの電極に電圧を印加することでプラズマを発生させ、吸入空気量を増大させることを特徴とする。

このようなものであれば、所要のときにプラズマアクチュエータにより吸入空気量を増大させることで、ドライバの要求に応じたタイミングで所望のトルクを得ることができる。その結果、燃費を担保しつつ有効にドライバビリティを向上させ得る内燃機関を提供することができる。

本発明によれば、燃費を担保しつつ有効にドライバビリティを向上させ得る内燃機関を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る概略構成図。 本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。 本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。 本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。 本発明の一実施形態のプラズマアクチュエータを示す側断面図。 同実施形態に係るフローチャート。 同実施形態に係る作用説明図。

以下、本発明の一実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、プラズマアクチュエータ１を内部に設置した本実施形態に係る内燃機関の一例である。この内燃機関は、吸気マニホルドを経由して流入する吸気ａを吸気ポート８から気筒９４内に取り入れる、例えばターボチャージャを配していない、所謂自然吸気式エンジンと称されるものである。同図には、複数気筒のうちの一気筒の要部を拡大して示している。各気筒９４の吸気ポート８の内部は、吸気マニホルド側から気筒９４内の燃焼室に向けて下方に湾曲した形状をなす。しかして、その吸気ポート８の内周の曲面８ａの表層部、すなわち曲率的に吸気ａの流れの剥離が生じやすいと思しき箇所に、プラズマアクチュエータ１を設ける。因みに、符号９１は吸気弁、符号９２は排気ポート、符号９３は排気弁、符号９５はピストンである。

続いて図２〜図５を用いてプラズマアクチュエータの具体的な構成について説明する。プラズマアクチュエータ１が生成したプラズマ０は、流入する吸気ａに効率よく作用する。即ち、プラズマアクチュエータ１を設けている部位で誘導気流が生じる。

このプラズマアクチュエータ１は、上側電極２１及び下側電極２２の対と、これら電極間に挟まれる誘電体２３とを要素とするユニット２を複数個、一定方向に沿って間欠的に配列してなる。

上側電極２１は、前後方向（ユニット２の配列方向。図中横方向）に沿った幅寸法が下側電極２２のそれよりも小さい。また、上下方向（電極２１、２２が誘電体２３を挟む方向、または誘電体２３の表面の法線方向。図中縦方向）の厚みも小さく薄い。各ユニット２の上側電極２１は、誘電体２３の表面に露出させる、または、下側電極２２と比べてより誘電体２３の表面に近い位置に配置する。後者の場合、上側電極２１にプラズマ生成を妨げないコーティングを施すか、若しくは図５に示しているように、上側電極２１を誘電体２３の（プラズマ０が生成される）表面下に埋設するようにして、上側電極２１を直接気流に触れさせないようにすることができる。

下側電極２２は、上側電極２１と比較して前後方向に大きく拡張する。各ユニット２の下側電極２２は、図２、図４に示しているように誘電体２３の裏面に露出させてもよく、図３、図５に示しているように誘電体２３内に埋設してもよい。下側電極２２は、同じユニット２を構成する上側電極２１に対して前方に偏倚した位置にある。即ち、下側電極２２の直上に上側電極２１は存在していない。

誘電体２３は、典型的には樹脂やセラミックである。誘電体材料としては、ポリテトラフルオロエチレン、ポリイミド等のポリマー系絶縁体や、アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素等のセラミック系絶縁体を採用することが好適である。

各ユニット２の上側電極２１と、当該ユニット２と隣り合う他のユニット２の下側電極２２との間には、遮蔽部３を設ける。遮蔽部３は、一のユニット２の上側電極２１と、他のユニット２の下側電極２２との間でプラズマが生成されるのを阻害する役割を担う。遮蔽部３は、誘電体材料を主体とし、各ユニット２の上側電極２１の後背にあって、電極２１、２２が挟んでいる誘電体２３の表面から、少なくとも上側電極２１の上面と略同じ高さまで迫り出している。図２、図３、図５に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極２１の上面を越えており、また、遮蔽部３が上側電極２１の上面の一部に覆い被さっている。図４に示しているものでは、遮蔽部３の高さが上側電極２１の上面と略面一となっており、下側電極２２の直上にある誘電体２３の表面とがなだらかに連続している。

本プラズマアクチュエータ１を用いるに際しては、各ユニット２の上側電極２１及び下側電極２２間に、例えば１ｋＶないし１０ｋＶ程度の高圧、１ｋＨｚないし２０ｋＨｚ程度の周波数の、脈流電圧（直流パルス電圧）または交流電圧を印加する。印加電圧及び周波数は、電極２１、２２の寸法や電極２１、２２間の距離、誘電体２３の誘電率等に応じて定める。

両電極２１、２２間に電圧を印加すると、下側電極２２の直上にある誘電体２３の表面にプラズマ０が生成され、このプラズマ０に起因して、誘電体２３の表面上に気体の衝撃波４１が発生する。衝撃波４１は、同一のユニット２を構成する上側電極２１から下側電極２２に向かう方向に、換言すれば後方から前方に向かって流れる。プラズマ０を生成するユニット２が前後方向に並んでいることから、誘電体２３の表面上を流れる衝撃波４１は、あるユニット２から別のユニット２へと伝搬してゆくにつれて加速され、強化される。

しかして本実施形態では、スロットルバルブの開度が所定以上となるときにプラズマアクチュエータ１の電極２１、２２に電圧を印加することでプラズマを発生させ、吸入空気量を増大させることを特徴としている。ここで、本実施形態に係る制御について図６のフローチャートに基づいて説明する。

内燃機関の運転中、ドライバが急にアクセルペダルを踏み込む等によりスロットルバルブを全開か、或いはそれに近い開度である所定値にまで開くような運転を要求されたとき（ステップＳ１）、電極２１、２２に電圧を印可し（ステップＳ２）、プラズマアクチュエータ１からプラズマ０を発生させる。また、殆どの運転状態においてそうであるが、スロットルバルブを所定値にまで開くような運転を要求されていないとき（ステップＳ１）では、電極２１、２２に電圧を印加せず（ステップＳ３）電力の消費を抑えるようにする。

すなわち上記ステップＳ２となるとき、図７に示すように、プラズマアクチュエータ１を設けている部位では上述した通りプラズマ０が生じ、それに伴い衝撃波４１が発生することに起因して誘導気流が生まれ、吸気ポート８の内周の曲面８ａから近い箇所を流れる内側吸気ａ１の剥離が抑制されて曲面８ａから遠い箇所を流れる外側吸気ａ２と内側吸気ａ１との干渉が抑制され、スムーズな吸気ａの流れが実現される。結果として吸気ａが円滑に気筒９４に流れ込む。これにより、吸気充填効率の向上、燃費の向上を見込める。

以上のような構成とすることにより、本実施形態に係る内燃機関は、ことが可能となる。所要のときにのみプラズマアクチュエータ１の電極２１、２２に電圧を印加することにより一時的に吸入空気量を増大させることで、ドライバの要求に応じたタイミングで所望のトルクを得ることができる。その結果、燃費を担保しつつ有効にドライバビリティを向上させ得る内燃機関を実現している。

また、スロットル開度が所定未満であればプラズマアクチュエータ１は作動させないことから、吸入空気量を多量に要求しない運転領域では電極２１、２２に電圧を印加するための電力を節約することができ、燃費の向上に資する。

以上、本発明の実施形態について説明したが、各部の具体的な構成は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

例えば、上記実施形態では吸気が流通する通路上のうち、気筒に近接している箇所にプラズマアクチュエータを設けた態様を開示したが勿論、プラズマアクチュエータを設ける箇所は斯かる箇所に限定されない。また電極や誘電体の具体的な態様は上記実施形態のものに限定されることはなく、既存のものを含め、種々の態様のものを適用することができる。

その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。

本発明は車両に搭載される内燃機関として利用することができる。

１…プラズマアクチュエータ
８…吸気ポート
０…プラズマ
ａ…吸気

Claims (1)

1. 吸気が流通する通路上にプラズマアクチュエータを配している内燃機関であって、
   スロットルバルブの開度が所定以上となるときにプラズマアクチュエータの電極に電圧を印加することでプラズマを発生させ、吸入空気量を増大させる内燃機関。

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