JP5251715B2 - 内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は金属製のシリンダブロック及びシリンダヘッドを有する内燃機関に関する。

内燃機関は、大きくはシリンダブロックと、このシリンダブロックの上方に組み付けられるシリンダヘッドとによって構成されている。そして、このシリンダブロック及びシリンダヘッドは、その軽量化等を目的として、アルミニウムなどの金属にて形成されている（例えば、特許文献１参照）。こうした内燃機関においては、シリンダブロックのシリンダに収容されるピストンが混合気の燃焼に伴って往復動し、この往復動がコネクティングロッド等を通じて機関出力に変換される。

特開２００８−６３９９８号公報

ところで、４サイクル内燃機関の燃焼行程は、吸気行程・圧縮行程・爆発行程・排気行程に分けられる。ここで、吸気行程及び排気行程においては、内燃機関を区画形成するシリンダヘッド及びシリンダブロックの熱伝導率を高めることにより、燃焼室の燃焼熱が速やかに放熱されるようにして吸気効率を高くする必要がある。一方、爆発行程及び圧縮行程においては、燃焼室の熱伝導率を低下させて、燃焼熱の燃焼室外部への放熱を抑制することにより、燃焼熱の機関出力への変換効率を高くする必要がある。このように、燃焼室を形成するシリンダブロック及びシリンダヘッドは、燃料を効率よく燃焼するために、所定の熱伝導率を有するものとすることが望まれる。

しかしながら、燃焼室を形成するシリンダブロックやシリンダヘッドの材料や構造を変更することによって、これを所望の熱伝導率を有するものにしようとすると、従来の構造を大きく変更せざるをえない。

本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、従来の構造を変更することなく所望の熱伝導率を有する金属製シリンダブロック及びシリンダヘッドにより構成される内燃機関を提供することを目的とする。

以下、上記目的を達成するための手段及びその作用効果について記載する。
請求項１に記載の発明は、ピストンを往復動可能に収容するシリンダが内部に形成される金属製のシリンダブロックと、同シリンダブロックの上端に組みつけられて前記ピストンの頂面とともに燃焼室を区画形成する金属製のシリンダヘッドと、同シリンダヘッド及び前記シリンダブロックが組みつけられるエンジンブロックにより構成される内燃機関において、前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間、及び前記シリンダブロックと前記エンジンブロックとの間は、それぞれ絶縁体が介在されることにより電気的に絶縁されており、前記シリンダブロックに近接して同シリンダブロックの自由電子を上下方向に移動させることにより前記燃焼室を形成する前記シリンダブロック上方の電子密度を制御する電子密度制御手段とを備えることを要旨とする。

同構成によれば、燃焼室を形成するシリンダブロック上方の電子密度を高くすることにより同燃焼室の熱伝導率を高くすることができる一方、同シリンダブロック上方の電子密度を低下させることにより同燃焼室の熱伝導率を低下させることができる。このようにシリンダブロックの電子密度を制御することによって、燃焼室の熱伝導率を制御することができるようになる。したがって、シリンダブロックについて従来の構造を変更することなく、所望の熱伝導率を得ることができるようになる。

請求項２に記載の発明は、ピストンを往復動可能に収容するシリンダが内部に形成される金属製のシリンダブロックと、同シリンダブロックの上端に組みつけられて前記ピストンの頂面とともに燃焼室を区画形成する金属製のシリンダヘッドと、同シリンダヘッド及び前記シリンダブロックが組みつけられるエンジンブロックにより構成される内燃機関において、前記シリンダヘッドは前記シリンダブロックと電気的に接続され、前記シリンダブロックと前記エンジンブロックとの間、及び前記シリンダヘッドと前記エンジンブロックとの間は、それぞれ絶縁体が介在されることにより電気的に絶縁されており、前記シリンダブロックに近接して同シリンダブロックの自由電子を上下方向に移動させることにより前記燃焼室を形成する前記シリンダブロック上方及び前記シリンダヘッドの電子密度を制御する電子密度制御手段とを備えることを要旨とする。

同構成によれば、燃焼室を形成するシリンダブロック上方及びシリンダヘッドの電子密度を高くすることにより同燃焼室の熱伝導率を高くすることができる一方、同シリンダブロック上方及びシリンダヘッドの電子密度を低下させることにより同燃焼室の熱伝導率を低下させることができる。このようにシリンダブロック及びシリンダヘッドの電子密度を制御することによって、燃焼室の熱伝導率を制御することができるようになる。したがって、シリンダブロック及びシリンダヘッドについて従来の構造を変更することなく、所望の熱伝導率を得ることができるようになる。

請求項３に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、前記電子密度制御手段は、吸気行程及び排気行程において前記シリンダブロック上方の電子密度を高くすることを要旨とする。

吸気行程及び排気行程においては、吸気効率を高くするために、燃焼熱によって上昇した燃焼室の温度を速やかに低下させることが望ましい。この点、同構成によれば、吸気行程及び排気行程においては、シリンダブロック上方の電子密度を高くすることにより、燃焼室の熱伝導率を高くすることができるようになる。したがって、燃焼熱の放熱を促進することによって速やかに燃焼室の温度を低下させ、吸気効率を高くすることができるようになる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関において前記電子密度制御手段は、圧縮行程及び爆発行程において前記シリンダブロック上方の電子密度を低下させることを要旨とする。

圧縮行程及び爆発行程においては、燃焼熱の機関出力への変換効率を高くすることができるよう、燃焼室の熱伝導率を低下させることが望ましい。この点、同構成によれば、圧縮行程及び爆発行程においてはシリンダブロック上方の電子密度を低下させることによって燃焼室の熱伝導率を低下させることができるようになる。したがって、燃焼熱の燃焼室外部への放熱を抑制することができるようになるため、燃焼熱の機関出力への変換効率を高くすることができるようになる。

請求項５に記載の発明は、請求項４に記載の内燃機関において、前記電子密度制御手段は、点火プラグによる点火開始から所定期間が経過するまでは前記シリンダブロック上方の電子密度を高くすることを要旨とする。

燃焼室の温度が高くなるなどして、ノッキングが発生することがある。この点、同構成によれば、点火プラグにより燃料に点火されて、火炎がシリンダブロックに伝播する所定期間は、シリンダブロック上方の電子密度を高くすることによって、燃焼室の熱伝導率を高くすることができる。したがって、火炎がシリンダブロックに伝播する期間は燃焼室の熱伝導率を高くすることにより、燃焼熱の燃焼室外部への放熱を促進し、燃焼室の温度を低下させることができるようになる。このため、ノッキングの発生を抑制することができるようになる。

請求項６に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出手段を有し、同機関温度が第１の機関温度未満であるときには、前記電子密度制御手段は前記シリンダブロック上方の電子密度を低下させることを要旨とする。

機関温度が第１の機関温度未満であるときには、燃焼室から排出される排気を浄化する排気浄化触媒の温度も低く、その排気浄化機能が低下してしまうおそれがある。また、燃焼室の温度が低いときには、燃焼室に導入された燃料の霧化が促進されず、排気性状が悪化するおそれがある。この点、同構成によれば、機関温度が第１の機関温度未満であるときには、吸気行程、爆発行程、圧縮行程及び排気行程のいずれにおいてもシリンダブロック上方の電子密度を低下させることによって、燃焼室の熱伝導率を低下させることができるようになる。したがって、燃焼熱の放熱を抑制して排気温度を上昇させることができる。このため、排気浄化触媒の機能の低下を抑制することができるようになる。また、燃焼室の早期暖機を図ることができるようになる。

請求項７に記載の発明は、請求項６に記載の内燃機関において、前記機関温度が、前記第１の機関温度より高い温度に設定された第２の機関温度未満であり、且つ前記第１の機関温度以上であるときには、前記電子密度制御手段は前記シリンダブロック上方の電子密度を高くすることを要旨とする。

同構成によれば、機関温度が第２の機関温度未満であるときには、シリンダブロック上部の電子密度を高くして、その熱伝導率を高くすることにより冷却水の温度を早期に上昇させることができる。このため、内燃機関の早期暖機を図ることができるようになる。

請求項８に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出手段を有し、同機関温度が所定温度より高いときには、前記電子密度制御手段は前記シリンダブロック上方の電子密度を高くすることを要旨とする。

機関温度が所定温度よりも高いときには、排気温度が上昇することにより、排気浄化触媒の劣化が促進されるおそれがある。この点、同構成によれば、機関温度が所定温度以上であるときにはシリンダブロック上部の電子密度を高くして、燃焼室の熱伝導率を高くするようにしている。このため、燃焼室にて発生した熱は、主に冷却水に伝導されることによってその放熱が促進されるため、燃焼室の排気温度が好適に低下するようになる。この結果、排気浄化触媒の温度を低下させて、排気浄化触媒の劣化を抑制することができるようになる。また、燃料噴射量を増量のみによって触媒温度の過度の上昇を抑制する構成と比較して、燃料噴射量の増量の必要がなりもしくはこの増量程度が小さくなるため、燃料消費量の増加を抑制することができるようになる。

請求項９に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、燃焼室に導入される燃料を正・負に帯電させる燃料帯電手段を有し、同燃料帯電手段は、前記シリンダブロック上方が正に帯電しているときには、燃料を正に帯電させ、前記シリンダブロック上方が負に帯電しているときには燃料を負に帯電させることを要旨とする。

同構成によれば、燃焼室と燃料はほぼ等しい電荷に帯電するため、燃焼室に導入された燃料は燃焼室中央に集まるようになる。このため、点火プラグの近傍に可燃な濃い混合気を偏在させた状態での燃焼、いわゆる成層燃焼を実行することができるようになる。

請求項１０に記載の発明は、請求項１または２に記載の内燃機関において、前記電子密度制御手段は、機関負荷が所定値未満であるときには、前記シリンダブロック上方の電子密度を低下させることを要旨とする。

機関負荷が所定値未満であるときには、必要以上の吸気が燃焼室に導入されることを抑制することを目的としてスロットルバルブの開度が絞られるようになるため、ポンピングロスに起因して、燃料消費量が増大する傾向がある。この点、同構成によれば、機関負荷が所定値未満であるときには、燃焼室の熱伝導率を低下させることによって、燃焼室の温度を上昇させ、吸気効率を低下させることができるようになる。このように、吸気効率を低下させると、燃焼室に吸気が導入され難くなる。したがって、機関負荷が所定値未満であるときであってもスロットルバルブの開度を大きくすることができるため、ポンピングロスを低下させて燃料消費量の増大を抑制することができるようになる。

本実施の形態にかかる内燃機関の模式図。 第１の実施の形態にかかる内燃機関の模式図。 燃焼室の温度と圧力の関係を示すグラフ及び各行程と吸気バルブ及び排気バルブの駆動態様との関係をしめすグラフ。 他の実施の形態にかかる誘電分極のモード設定の手順を示すフローチャート。 他の実施の形態にかかる内燃機関の模式図。

（第１の実施の形態）
以下、この発明にかかる内燃機関の制御装置を具体化した一実施の形態について図１〜図３を参照して説明する。

まず、図１及び図２を参照して、本実施の形態にかかる内燃機関の全体構成について説明する。
同図１及び図２に示されるように本実施の形態にかかる内燃機関では、ピストン１２が往復動可能に収容されるシリンダブロック１１の上端にシリンダヘッド１３が組みつけられている。そして、このシリンダブロック１１及びシリンダヘッド１３は、エンジンブロック１０に組みつけられている。エンジンブロック１０、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１３は、アルミニウム合金により形成されているとともに、金属製ボルトで組みつけられることによって電気的に接続されている。そして、これらシリンダブロック１１上方、シリンダヘッド１３及びピストン１２の頂面によって燃焼室１６が形成されている。

また、シリンダブロック１１とエンジンブロック１０との間には、ウォータジャケット９が形成されている。このウォータジャケット９の内部には、機関冷却を目的とした冷却水が循環されている。

さらに、シリンダブロック１１には、この冷却水の水温ＴｈＷを測定する水温センサ７３、及び異常燃焼により生じるノッキングの発生を検出するノックセンサ７５が取り付けられている。

一方、シリンダヘッド１３には、この燃焼室１６の内部にむけて、具体的にはピストン１２の頂面近傍に向けて直接燃料を噴射する燃料噴射弁１４が設けられるとともに、燃焼室１６に存在する混合気の点火を行う点火プラグ１５が設けられている。また、シリンダヘッド１３には、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０が取り付けられている。この吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は、吸気通路１７及び排気通路１８と燃焼室１６とをそれぞれ連通・遮断する。そして、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０にはそれらの駆動態様を変更する可変動弁機構５０，５１がそれぞれ設けられている。なお、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は、これら可変動弁機構５０，５１によってその駆動態様が、所定のリフトプロフィールをもって開閉駆動される。

また、吸気通路１７には、スロットルバルブ２３が設けられている。このスロットルバルブ２３は、モータ２３ａによってその開度が調節されることにより、燃焼室１６に導入される吸入空気量を調量する。この調量された吸入空気は、吸気バルブ１９の開弁によって燃焼室１６に供給されて燃料噴射弁１４から噴射供給された燃料と混合される。この混合気は、点火プラグ１５によって点火されることにより燃焼される。このような燃焼によってピストン１２が押し下げられることにより、クランクシャフト２１が回転する。このクランクシャフト２１の回転角であるクランク角及びクランクシャフトの回転速度である機関回転速度は回転速度センサ７２により検出される。

そして燃焼により発生した排気は、排気バルブ２０が開弁されると排気通路１８に排出される。この排気は、排気通路１８に設けられた排気浄化触媒２４を通じて浄化された後、外部に排出される。なお、この排気浄化触媒２４は、理論空燃比近傍での燃焼が行われる状態において、排気中の炭化水素（ＨＣ）や一酸化炭素（ＣＯ）を酸化するとともに同排気中の窒素酸化物（ＮＯｘ）を還元して排気を浄化する作用を有している。また、この排気浄化触媒２４にはその温度を検出する触媒温度センサ７４が取り付けられている。

これら可変動弁機構５０，５１、燃料噴射弁１４、点火プラグ１５、スロットルバルブ２３のモータ２３ａの駆動状態は、いずれも電子制御装置６０によって制御される。また、この電子制御装置６０には回転速度センサ７２、水温センサ７３及び触媒温度センサ７４等の各種センサが接続されるとともに、これらセンサの検出値が同電子制御装置６０に取り込まれる。

次に、このエンジンブロック１０、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１３について図２を参照して詳細に説明する。同図２に示されるように、本実施の形態における内燃機関では、エンジンブロック１０とシリンダヘッド１３との間、及びエンジンブロック１０とシリンダブロック１１との間には、絶縁体３０が介在されている。この絶縁体３０は、エンジンブロック１０とシリンダヘッド１３、及びエンジンブロック１０とシリンダブロック１１を電気的に絶縁している。さらに、この絶縁体３０は、シリンダブロック１１の周囲を覆うように形成されており、シリンダブロック１１とウォータジャケット９の冷却水とを電気的に絶縁している。そして、シリンダブロック１１の下端に近接して誘電分極３１が取り付けられている。なお、この誘電分極３１の具体例としては、例えばアルミニウムなどの電気伝導率の高い材料が挙げられる。

誘電分極３１は、電子制御装置６０にて印加される電圧を制御する図示しない電源回路に接続されている。この電源回路に印加される電圧を変更することによって、誘電分極３１の電荷が制御される。

電子制御装置６０は、このように誘電分極３１の電荷を制御することによって、シリンダブロック１１上方及びシリンダヘッド１３（以下、燃焼室１６とする）の自由電子の電子密度（以下、電子密度とする）を制御する。なお、この電源回路に通電させるための電源として、例えば車両の各部に電力を供給する図示しない蓄電池（バッテリ）を用いることができる。

次に、誘電分極３１の電荷と燃焼室１６の電子密度の制御方法について説明する。同図２に示されるように、誘電分極３１がモード１にあるときは、誘電分極３１は正に帯電される。このときは、静電誘導によりシリンダブロック１１の自由電子はシリンダブロック１１下方に移動するため、燃焼室１６の電子密度は低下するようになる。したがって、燃焼室１６の熱伝導率は低下する。

一方、誘電分極３１がモード２にあるときは、誘電分極３１は負に帯電される。このときは、静電誘導によりシリンダブロック１１の自由電子はシリンダブロック１１上方に移動するようになるため、燃焼室１６の電子密度は高くなる。したがって、燃焼室１６の熱伝導率は高くなる。

次に、内燃機関の運転時における誘電分極３１の具体的な制御方法について図３を参照して説明する。
同図３に示されるように、排気行程では排気バルブ２０が開弁されるとともに吸気バルブ１９が閉弁されて、排気は排気通路１８に排出される。次の吸気行程では、吸気バルブ１９が開弁されるとともに排気バルブ２０が閉弁される。そして、これら排気行程及び吸気行程においては、誘電分極３１はモード２に移行して負に帯電する。その結果、シリンダブロック１１の自由電子はシリンダブロック１１上方に移動して燃焼室１６の電子密度及び熱伝導率は高くなる。このため爆発行程にて発生した熱の放熱は促進されて燃焼室１６の吸入空気の温度は低下する。従って、吸気効率を高くすることができるとともに、図３のＰ−Ｖ線図に示されるように、負の仕事量、すなわちポンピングロスを減少させることができるようになる。

次に、行程が圧縮行程に移行すると、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０は閉弁される。そして、この圧縮行程後半に燃料噴射が行われ、その後混合気の点火が行われることにより、行程は爆発行程に移行する。これら圧縮行程及び爆発行程においては、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のいずれも閉弁されるとともに、誘電分極３１はモード１に移行して正に帯電する。すなわち、シリンダブロック１１の自由電子はシリンダブロック１１下方に移動する。このため、燃焼室１６の電子密度及び熱伝導率は低下する。したがって、燃焼室１６にて発生した熱の放熱は抑制されて燃焼室１６の温度上昇が促進されるため、図３のＰ−Ｖ線図に示されるように、正の仕事量を増大させることができ、燃焼熱の機関出力への変換効率を高くすることができるようになる。

このように、吸気行程及び排気行程においては吸気効率を向上させる一方、圧縮行程及び爆発行程においては燃焼室１６の温度を上昇させるためには、燃焼室１６の吸気行程及び排気行程おける熱伝導率と、圧縮行程及び爆発行程における熱伝導率とを異ならせる必要がある。そこで、本実施の形態においては、上述のように誘電分極３１を制御することによって、燃焼室１６の熱伝導率を所望のものとすることができるようになる。

以上説明した第１の実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができる。
（１）本実施の形態によれば、燃焼室１６を形成するシリンダブロック１１上方の電子密度を高くすることにより燃焼室１６の熱伝導率を高くすることができる一方、シリンダブロック１１上方の電子密度を低下させることにより燃焼室１６の熱伝導率を低下させることができる。このようにシリンダブロック１１の電子密度を制御することによって、燃焼室１６の熱伝導率を制御することができるようになる。したがって、シリンダブロック１１及びシリンダヘッド１３について従来の構造を変更することなく、所望の熱伝導率を得ることができるようになる。

（２）本実施の形態によれば、吸気行程及び排気行程においては、燃焼室１６の電子密度を高くすることにより、その熱伝導率を高くすることができるようになる。したがって、燃焼熱の放熱を促進することによって速やかに燃焼室１６の温度を低下させ、吸気効率を高くすることができるようになる。

（３）本実施の形態によれば、圧縮行程及び爆発行程においては、燃焼室１６の電子密度を低下させることによって、この熱伝導率を低下させることができるようになる。したがって、燃焼熱の燃焼室１６外部への放熱を抑制することができるようになるため、燃焼熱の機関出力への変換効率を高くすることができるようになる。
（第２の実施の形態）
この発明にかかる第２の実施の形態について第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成には同一の符号を付すことにより詳細な説明を省略する。

冷間始動時など、燃焼室１６の温度が低いときには、排気浄化触媒２４の温度がその機能を発揮することのできる温度以下となり、排気性状が悪化するおそれがある。また、燃焼室１６に導入された燃料の霧化が促進されず、排気性状が悪化するおそれがある。このときは、燃焼室１６の早期暖機を図るとともに、排気浄化触媒２４の早期暖機を図る必要がある。そして、燃焼室１６及び排気浄化触媒２４の温度が上昇して排気性状が悪化するおそれがなくなった後は、内燃機関全体の早期暖機を図る必要が生じる。

そこで、本実施の形態においては、水温センサ７３により検出される水温ＴｈＷに応じて誘電分極３１のモードを変更するようにしている。以下、このように水温ＴｈＷに応じて設定される誘電分極３１のモードの設定処理手順について図４を参照して説明する。

図４の処理が開始されると、まず水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１未満であるか否かが判断される（ステップＳ１００）。水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１未満であると判断されたとき（ステップＳ１００：ＮＯ）は、誘電分極３１はモード１に移行する（ステップＳ１０４）。その結果、誘電分極３１が正に帯電して、燃焼室１６の電子密度及び熱伝導率は低下するため、燃焼室１６にて発生した熱の放熱は抑制されるようになる。したがって燃焼室１６にて発生した熱によって燃焼室１６の早期暖機を図ることができる。また燃焼室１６が暖機されることによって排気温度を上昇させることができるようになる結果、排気浄化触媒２４の触媒温度の早期暖機を図ることができるようになる。

一方、水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１以上であると判断されたとき（ステップＳ１００：ＹＥＳ）は、次に水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１より高い温度に設定された所定温度Ｔ２未満であるか否かが判断される（ステップＳ１０１）。水温ＴｈＷが所定温度Ｔ２以上であると判断されたとき（ステップＳ１０１：ＮＯ）は、内燃機関の暖機は完了したと考えられるため、行程に応じて誘電分極３１のモードが設定される（ステップＳ１０２）。この場合における誘電分極３１のモードの設定態様は、第１の実施の形態と同様である。

一方、水温ＴｈＷが所定温度Ｔ２未満であると判断されたとき（ステップＳ１０１：ＹＥＳ）、すなわち水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１以上であり、且つ所定温度Ｔ２未満であるときは、誘電分極３１はモード２に移行する（ステップＳ１０３）。このときは、誘電分極３１が負に帯電されることにより、燃焼室１６の電子密度及び熱伝導率は高くなるため、燃焼室１６にて発生した熱の放熱が促進される。このため、燃焼室１６にて発生した熱が冷却水に伝導されて、内燃機関の早期暖機を図ることができるようになる。

以上説明した第２の実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができるようになる。
（４）本実施の形態によれば、水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１未満であるときには、燃焼室１６の熱伝導率を低下させることによって、燃焼熱の放熱を抑制して排気温度を上昇させることができるようになる。このため、排気浄化触媒２４を早期に暖機させることができるようになり、排気浄化触媒２４の機能の低下を抑制することができるようになる。また、燃焼室１６の早期暖機を図ることができるようになる。

（５）本実施の形態によれば、水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１以上であり、且つ所定温度Ｔ２未満であるときには、燃焼室１６の熱伝導率を高くすることにより冷却水の水温ＴｈＷを早期に上昇させることができる。このため、内燃機関の早期暖機を図ることができるようになる。
（第３の実施の形態）
この発明にかかる第３の実施の形態について第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成には同一の符号を付すことにより詳細な説明を省略する。

燃料噴射弁１４には、この燃料噴射弁１４の燃料に図示しない絶縁体を介在して電圧を印加する荷電電極３２が取り付けられている。この荷電電極３２から印加される電圧が制御されることにより、燃料噴射弁１４の燃料の電荷は正もしくは負に制御される。なお、荷電電極３２に印加される電圧は、図示しない電源回路を通じて電子制御装置６０により制御される。

ところで、燃焼室１６に噴射された燃料は、その一部が燃焼室１６に付着して燃焼に供されない場合がある。そして、このように燃焼室１６に付着した燃料が排出されると、排気性状が悪化するおそれがある。そこで、本実施の形態においては、燃焼室１６に噴射される燃料と燃焼室１６の電荷がほぼ等しくなるよう、荷電電極３２を通じて燃料噴射弁１４の燃料を帯電させることによって、噴射燃料の燃焼室１６への付着を抑制するようにしている。

次に、図５を参照して荷電電極３２の制御態様について説明する。誘電分極３１がモード１にあるときは、燃焼室１６の電子密度は低下するため、燃焼室１６は正に帯電する。このときは、電子制御装置６０は、荷電電極３２を通じて燃料噴射弁１４の燃料を正に帯電させる。

一方、誘電分極３１がモード２にあるときは燃焼室１６の電子密度は高くなるため、燃焼室１６は負に帯電する。このときは、電子制御装置６０は、荷電電極３２を通じて燃料噴射弁１４の燃料を負に帯電させる。

以上説明した第３の実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができるようになる。
（６）本実施の形態によれば、燃焼室１６と燃料はほぼ等しい電荷に帯電するため、燃焼室１６に導入された燃料は、燃焼室１６の壁面等に付着することなく燃焼室１６の中央に集まるようになる。このため、点火プラグ１５の近傍に可燃な濃い混合気を偏在させた状態での燃焼、いわゆる成層燃焼を実行することができるようになる。
（第４の実施の形態）
この発明にかかる第４の実施の形態について第１の実施形態との相違点を中心に説明する。なお、第１の実施の形態と同様の構成には同一の符号を付すことにより詳細な説明を省略する。

機関回転速度が高くなる機関高負荷時など、燃焼室１６の温度が過度に上昇することがある。このように燃焼室１６の温度が上昇すると、排気温度が過度に上昇して排気浄化触媒２４の劣化が促進されるおそれがある。そこで、電子制御装置６０は、水温センサ７３により検出される水温ＴｈＷが所定温度Ｔ３以上になると、燃料噴射量を増量するようにしている。このように増量された燃料は、燃焼に供されることなく排出されて、燃焼室１６、排気通路１８及び排気浄化触媒２４において気化するようになる。電子制御装置６０は、このような燃料の気化熱によって燃焼室１６や排気浄化触媒２４の温度を低下させるようにしている。

しかし、このように燃料噴射量を増量すると、空燃比がリッチとなり、排気性状の悪化を招くおそれがある。そこで、本実施の形態においては、電子制御装置６０は、水温ＴｈＷが所定水温Ｔ３以上であるときには、誘電分極３１をモード１に移行するとともに、このような燃料噴射量の増量を禁止するようにしている。すなわち、誘電分極３１がモード１に移行すると、燃焼室１６の熱伝導率が高くなり、燃焼室１６の放熱が促進される。この結果、燃焼室１６の温度は速やかに低下するようになるため、排気温度も低下するようになる。このため、燃料噴射量を増量しなくても排気温度の過度の上昇を抑制することができるようになる。

以上説明した第４の実施の形態によれば、以下の作用効果を奏することができるようになる。
（７）本実施の形態によれば、水温ＴｈＷが所定温度Ｔ３以上であるときには燃焼室１６の熱伝導率を高くするようにしているため、燃焼室１６にて発生した熱の放熱を促進して、燃焼室１６の温度を低下させることができるようになる。したがって、排気浄化触媒２４の劣化を抑制することができるようになる。

なお、以上説明した実施の形態は次のようにその形態を適宜変更した態様にて実施することができる。
・スロットルバルブ２３の開度が所定開度以下であることを条件として、誘電分極３１がモード１に移行するようにしてもよい。すなわち、アイドル運転時などにおいては、燃焼室１６に必要以上の吸気が導入されることを抑制すべく、スロットルバルブ２３の開度が絞られるため、ポンピングロスが発生し、燃料消費量が増大する傾向にある。この点、本実施の形態によれば、スロットルバルブ２３の開度が所定開度以下であるとき、換言すれば機関負荷が所定値以下のときには、誘電分極３１がモード１に移行することによって燃焼室１６の熱伝導率が低下するため、燃焼室１６に発生した熱の放熱が抑制される。したがって、吸入空気温度が上昇するため、吸気効率が低下する。この結果、スロットルバルブ２３の開度を絞ることなく燃焼室１６に導入される吸気量を減少させることができるようになり、燃料消費量の増大を抑制することができるようになる。

・第１の実施の形態においては、誘電分極３１のモードを適宜変更するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、誘電分極３１をモード２に固定することもできる。本実施の形態においても、上記（１）及び（２）に準じた作用効果を奏することができるようになる。この場合において、誘電分極３１をモード１に固定するようにしてもよい。本実施の形態によれば、上記（１）及び（３）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・第１の実施の形態においては、全ての行程において、誘電分極３１のモードを制御するようにしたが、本発明はこれに限られるものではない。例えば、圧縮行程及び爆発行程において、誘電分極３１の制御を停止するようにしてもよい。本実施の形態においても、上記（１）及び（２）に準じた作用効果を奏することができるようになる。また、吸気行程及び排気行程において誘電分極３１の制御を停止するようにしてもよい。この場合は、上記（１）及び（３）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・第１の実施の形態においては、吸気行程中に吸気バルブ１９が開弁するとともに、排気行程中に排気バルブ２０が開弁するようにしたが、本発明はこれに限られるものではなく、可変動弁機構５０，５１により、吸排気バルブの開弁時期を各行程と非同期となるようにしてもよい。この場合は、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０の少なくとも一方が開弁される期間には誘電分極３１をモード２に設定するとともに、これ以外の期間には誘電分極３１をモード１となるように設定する。例えば、可変動弁機構５０，５１によって、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のいずれか一方、又はそれらの双方のバルブタイミングを可変とするようにして吸排気バルブのバルブオーバーラップ量を拡大するようにバルブタイミングを制御するようにすることができる。すなわち、吸気バルブ１９のバルブタイミングの進角、排気バルブ２０のバルブタイミングの遅角、或いはその双方を行うようにすることができる。そして、吸気バルブ１９及び排気バルブ２０のいずれかが開弁される期間、及び吸気バルブ１９と排気バルブ２０の双方が開弁される期間において、誘電分極３１がモード２に移行するようにして、燃焼室１６の電子密度が高くなるようにすることができる。本実施の形態によれば、吸排気バルブのバルブオーバーラップが増大するため、より多くの排気が吸気系に吹き戻されるようになり、内部ＥＧＲ量を増大させることでＮＯｘ排出量の低減を図ることができるようになる。これに加えて、誘電分極３１がモード２に移行することによって、燃焼室１６の温度低下が促進されるため、吸気効率を高くすることができるようになる。

・第１の実施の形態においては、吸気行程及び排気行程において誘電分極３１はモード２に移行するようにしたが、本発明はこれに限られない。例えば、爆発行程においてノックセンサ７５によりノッキングの発生を検出したときには、点火プラグ１５による点火が実行されてから火炎がシリンダブロックに伝播するまでの所定期間は、モード１に移行するようにしてもよい。本実施の形態によれば、点火プラグ１５により点火が実行されてから火炎がシリンダブロック１１に伝播するまでの期間は、誘電分極３１がモード１に移行することにより燃焼室１６の温度を低下させることができるようになる。したがって、ノッキングの発生を抑制することができるようになる。

・第２の実施の形態においては、水温ＴｈＷに応じて誘電分極３１のモードを変更するようにしたが、本発明はこれに限られない。例えば、排気浄化触媒２４の触媒温度を触媒温度センサ７４により直接検出するようにして、排気浄化触媒２４の触媒温度が所定の触媒温度以上であるときに誘電分極３１がモード１に移行するようにしてもよい。本実施の形態によれば、燃焼室１６の放熱が促進されることによって排気温度が低下するため、触媒温度を低下させることができるようになる。したがって、排気浄化触媒２４の劣化を抑制することができるようになる。

・第２の実施の形態においては、水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１未満であるときには誘電分極３１はモード１に移行するようにしたが、本発明はこれに限られない。すなわち水温ＴｈＷが所定温度Ｔ１未満であると判断されたときに、誘電分極３１をモード２に移行するようにしてもよい。また、モードの変更を停止するようにしてもよい。本実施の形態においても、上記（４）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・第３の実施の形態では、燃焼室１６の電荷に応じて燃料の電荷を変更するようにしたが、本発明はこれに限られない。例えば、燃料噴射弁１４の燃料を正に帯電させるよう予め設定してもよい。燃料噴射が実行される圧縮行程後期は、燃焼室１６は正に帯電している。このため、本実施の形態においても、上記（６）に準じた作用効果を奏することができるようになる。

・上記実施の形態においては、エンジンブロック１０とシリンダヘッド１３との間、及びエンジンブロック１０とシリンダブロック１１との間に絶縁体３０を介在させるようにしたが、本発明はこれに限られない。例えば、これに加えて、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１３との間に絶縁体３０を介在させて、これらを電気的に絶縁するようにしてもよい。本実施の形態においても、シリンダブロック１１の自由電子の移動を制御することによって、燃焼室１６の熱伝導率を制御することができるようになる。また、この場合において、シリンダブロック１１とシリンダヘッド１３との間に介在させた絶縁体３０に近接して誘電分極３１を取り付けるようにしてもよい。本実施の形態によれば、燃焼室１６を形成するシリンダブロック１１上方の電子密度を高くすることにより燃焼室１６の熱伝導率を高くすることができる一方、シリンダブロック１１上方の電子密度を低下させることにより燃焼室１６の熱伝導率を低下させることができる。このようにシリンダブロック１１の電子密度を制御することによって、燃焼室１６の熱伝導率を制御することができるようになる。したがって、シリンダブロック１１について従来の構造を変更することなく、所望の熱伝導率を得ることができるようになる。

・上記実施の形態においては、燃焼室１６部の温度と相関のあるパラメータとして水温ＴｈＷを用いるようにしたが、本発明はこれに限られるものでなく、潤滑油温度等、燃焼室１６の温度と相関のある他のパラメータを用いることもできる。

・上記実施の形態においては、燃料噴射弁１４から燃焼室１６に直接燃料を噴射する内燃機関を例示したが、この発明は燃料噴射弁１４から吸気通路１７に燃料を噴射する内燃機関、または燃焼室１６に直接燃料を噴射する燃料噴射弁と吸気通路１７に燃料を噴射する燃料噴射弁とを備えた内燃機関に具体化することもできる。

９…ウォータジャケット、１０…エンジンブロック、１１…シリンダブロック、１２…ピストン、１３…シリンダヘッド、１４…燃料噴射弁、１５…点火プラグ、１６…燃焼室、１７…吸気通路、１８…排気通路、１９…吸気バルブ、２０…排気バルブ、２１…クランクシャフト、２３…スロットルバルブ、２３ａ…モータ、２４…排気浄化触媒、３０…絶縁体、３１…誘電分極（電子密度制御手段）、３２…荷電電極（燃料帯電手段）、５０…可変動弁機構、５１…可変動弁機構、６０…電子制御装置（電子密度制御手段、燃料帯電手段）、７２…回転速度センサ、７３…水温センサ（機関温度検出手段）、７４…触媒温度センサ、７５…ノックセンサ。

Claims (10)

1. ピストンを往復動可能に収容するシリンダが内部に形成される金属製のシリンダブロックと、同シリンダブロックの上端に組みつけられて前記ピストンの頂面とともに燃焼室を区画形成する金属製のシリンダヘッドと、同シリンダヘッド及び前記シリンダブロックが組みつけられるエンジンブロックにより構成される内燃機関において、
   前記シリンダブロックと前記シリンダヘッドとの間、及び前記シリンダブロックと前記エンジンブロックとの間は、それぞれ絶縁体が介在されることにより電気的に絶縁されており、
   前記シリンダブロックに近接して同シリンダブロックの自由電子を上下方向に移動させることにより前記燃焼室を形成する前記シリンダブロック上方の電子密度を制御する電子密度制御手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関。
2. ピストンを往復動可能に収容するシリンダが内部に形成される金属製のシリンダブロックと、同シリンダブロックの上端に組みつけられて前記ピストンの頂面とともに燃焼室を区画形成する金属製のシリンダヘッドと、同シリンダヘッド及び前記シリンダブロックが組みつけられるエンジンブロックにより構成される内燃機関において、
   前記シリンダヘッドは前記シリンダブロックと電気的に接続され、
   前記シリンダブロックと前記エンジンブロックとの間、及び前記シリンダヘッドと前記エンジンブロックとの間は、それぞれ絶縁体が介在されることにより電気的に絶縁されており、
   前記シリンダブロックに近接して同シリンダブロックの自由電子を上下方向に移動させることにより前記燃焼室を形成する前記シリンダブロック上方及び前記シリンダヘッドの電子密度を制御する電子密度制御手段とを備える
   ことを特徴とする内燃機関。
3. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
   前記電子密度制御手段は、吸気行程及び排気行程において前記シリンダブロック上方の電子密度を高くする
   ことを特徴とする内燃機関。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の内燃機関において
   前記電子密度制御手段は、圧縮行程及び爆発行程において前記シリンダブロック上方の電子密度を低下させる
   ことを特徴とする内燃機関。
5. 請求項４に記載の内燃機関において、
   前記電子密度制御手段は、点火プラグによる点火開始から所定期間が経過するまでは前記シリンダブロック上方の電子密度を高くする
   ことを特徴とする内燃機関。
6. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
   内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出手段を有し、同機関温度が第１の機関温度未満であるときには、前記電子密度制御手段は前記シリンダブロック上方の電子密度を低下させる
   ことを特徴とする内燃機関。
7. 請求項６に記載の内燃機関において、
   前記機関温度が、前記第１の機関温度より高い温度に設定された第２の機関温度未満であり、且つ前記第１の機関温度以上であるときには、前記電子密度制御手段は前記シリンダブロック上方の電子密度を高くする
   ことを特徴とする内燃機関。
8. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
   内燃機関の機関温度を検出する機関温度検出手段を有し、同機関温度が所定温度より高いときには、前記電子密度制御手段は前記シリンダブロック上方の電子密度を高くする
   ことを特徴とする内燃機関。
9. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
   燃焼室に導入される燃料を正・負に帯電させる燃料帯電手段を有し、同燃料帯電手段は、前記シリンダブロック上方が正に帯電しているときには、燃料を正に帯電させ、前記シリンダブロック上方が負に帯電しているときには燃料を負に帯電させる
   ことを特徴とする内燃機関。
10. 請求項１または２に記載の内燃機関において、
    前記電子密度制御手段は、機関負荷が所定値未満であるときには、前記シリンダブロック上方の電子密度を低下させる
    ことを特徴とする内燃機関。

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