JP6036584B2 - 内燃機関およびその制御方法 - Google Patents
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Description
本発明の第1実施形態による内燃機関について、図1から図5に基づいて説明する。
突起351に比較的高い正電圧V11が印加されると、突起351に対向する位置に設けられている絶縁膜32から電子などの負の電荷が引き抜かれる。絶縁膜32は本来電位0の状態であるため、負の電荷が突起351によって引き抜かれると絶縁膜32は正の電荷が多く残るため、絶縁膜32全体は正に帯電した状態となる。なお、ここでは、電界形成電極35の突起351に正電圧V11が印加される場合を説明したが、電界形成電極35の突起351に負電圧が印加されると絶縁膜32が負に帯電する現象は同じ原理である。
また、火炎の燃焼熱がピストン30やシリンダ20に早く伝わることによってエンジン1が十分に暖められエンジン1の運転状態が安定すると、制御部50は電界形成電極35を正極にし、絶縁膜32を正に帯電させる。これにより、火炎がピストン30から離れ火炎の熱が伝わりにくくなるため、冷却損失を小さくする。したがって、第1実施形態によるエンジン1では、電界形成電極35の極性を変更することでエンジン1の運転状態を迅速に安定させることができる。
一般に、平行な電極間に印加可能な電圧Vs、平行な電極により形成される空間の圧力P、及び、電極の間の距離dには、パッシェンの法則として以下の関係が成立する。
Vs=P×d ・・・・・(1)
パッシェンの法則をエンジン1の電界形成電極35と絶縁膜32との関係に適用すると、電界形成電極35に印加可能な電圧Vsは、燃焼室22の圧力P及び電界形成電極35と絶縁膜32との距離dによって決定される。圧縮行程において、ピストン30のTDCへの移動によって燃焼室22の圧力Pが大きくなるため、電界形成電極35に印加可能な電圧Vsを大きくとることができる。これにより、絶縁膜32の帯電量はさらに多くなり、燃焼室22に比較的強い電界を形成することができる。したがって、エンジン1の熱効率をさらに向上することができる。
次に、本発明の第2実施形態による内燃機関を図6、7に基づいて説明する。第2実施形態は、絶縁膜上に帯電膜が形成されている点が第1実施形態と異なる。なお、第1実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態による内燃機関を図8に基づいて説明する。第3実施形態は、絶縁膜及び帯電膜が形成されている位置が第2実施形態と異なる。なお、第2実施形態と実質的に同一の部位には同一の符号を付し、説明を省略する。
(ア)上述の実施形態では、エンジンは、軽油を燃料とする直噴式の4ストロークエンジンであるとした。しかしながら、燃料の種類及びエンジンの種類はこれに限定されない。ディーゼルエンジンの場合、圧着着火式エンジンであってもよいし、グロープラグを備えるエンジンであってもよい。また、ガソリンを燃料とするエンジンであってもよい。ガソリンエンジンの場合、燃焼室に直接ガソリンを噴射する直噴式のエンジンであってもよいし、吸気通路にガソリンを噴射するPFI式であってもよい、また、天然ガスを燃料とするガスエンジンであってもよいし、例えばアルコールとガソリンとの混合燃料を燃料とするエンジンであってもよい。また、2ストロークエンジンであってもよい。
18 ・・・吸気弁、
181 ・・・吸気弁端面、
20 ・・・シリンダ、
22 ・・・燃焼室、
25 ・・・燃料噴射弁(燃料供給手段)、
30 ・・・ピストン、
31 ・・・ピストン面、
32 ・・・絶縁膜(ピストン絶縁膜)、
35 ・・・電界形成電極(電界形成手段)、
48 ・・・排気弁、
481 ・・・排気弁端面。
Claims (15)
- 往復移動可能なピストン(30)と、
前記ピストンを収容し、前記ピストンの往復移動により容積が可変する燃焼室(22)を形成するシリンダ(20)と、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段(25)と、
前記シリンダに設けられ前記燃焼室に電界を形成する電界形成手段(35)と、
前記電界形成手段が形成する電界の強さおよび電界を形成する時間を制御する制御部(50)と、
を備え、
前記ピストンは、前記燃焼室を形成するピストン面(31)に帯電可能なピストン絶縁膜(32)が形成され、
前記制御部は、前記ピストンの往復移動に合わせて内燃機関の燃焼行程前に前記電界形成手段によって前記ピストン絶縁膜を帯電させることが可能であって、前記燃焼室の圧力の大きさに応じて前記燃焼室に形成する電界の強さを制御することを特徴とする内燃機関。 - 前記シリンダは、前記燃焼室を形成する内壁面(241、261)に帯電可能なシリンダ絶縁膜(242、262)が形成されることを特徴とする請求項1に記載の内燃機関。
- 前記燃焼室に少なくとも大気を供給する吸気弁(18)を備え、
前記吸気弁は、前記燃焼室を形成する吸気弁端面(181)に帯電可能な吸気弁絶縁膜(182)が形成されることを特徴とする請求項1または2に記載の内燃機関。 - 前記燃焼室の排気を排出する排気弁(48)を備え、
前記排気弁は、前記燃焼室を形成する排気弁端面(481)に帯電可能な排気弁絶縁膜(482)が形成されることを特徴とする請求項1から3のいずれか一項に記載の内燃機関。 - 前記ピストン絶縁膜は、酸化アルミ、または、酸化珪素を主成分とする絶縁材料または半導体材料から形成されることを特徴とする請求項1から4のいずれか一項に記載の内燃機関。
- 前記ピストン絶縁膜は、凹凸状に形成されていることを特徴とする請求項1から5のいずれか一項に記載の内燃機関。
- 前記ピストン絶縁膜上には、前記ピストン絶縁膜に比べ帯電しやすい帯電膜(33、243、263、183、483)が形成されることを特徴とする請求項1から6のいずれか一項に記載の内燃機関。
- 前記電界形成手段は、高電圧が印加されると前記燃焼室に電界を形成することを特徴とする請求項1から7のいずれか一項に記載の内燃機関。
- 前記燃焼室に供給する燃料を帯電させる帯電手段(251)を備え、
前記燃料供給手段は、帯電した燃料を前記燃焼室に供給することを特徴とする請求項1から8のいずれか一項に記載の内燃機関。 - 往復移動可能なピストン(30)と、
前記ピストンを収容し、前記ピストンの往復移動により容積が可変する燃焼室(22)を形成するシリンダ(20)と、
前記燃焼室に燃料を供給する燃料供給手段(25)と、
前記シリンダに設けられ前記燃焼室に電界を形成する電界形成手段(35)と、
前記電界形成手段が形成する電界の強さおよび電界を形成する時間を制御する制御部(50)と、
を備え、
前記ピストンは、前記燃焼室を形成するピストン面(31)に帯電可能なピストン絶縁膜(32)が形成され、
前記制御部は、前記ピストンの往復移動に合わせて内燃機関の燃焼工程前に前記電界形成手段によって前記ピストン絶縁膜を帯電させることが可能であって、前記燃焼室の圧力の大きさに応じて前記燃焼室に形成する電界の強さを制御する内燃機関の制御方法であって、
前記電界形成手段は、排気行程、吸気行程、及び、圧縮行程の少なくとも一つ以上の行程において前記燃焼室に電界を形成することを特徴とする内燃機関の制御方法。 - 前記電界形成手段は、排気行程と吸気行程との間であって前記ピストンが上死点にあるとき、前記燃焼室に電界を形成することを特徴とする請求項10に記載の内燃機関の制御方法。
- 前記電界形成手段は、圧縮行程中に前記燃焼室に電界を形成することを特徴とする請求項10または11に記載の内燃機関の制御方法。
- 前記電界形成手段は、前記内燃機関の始動から一定の時間、前記ピストン絶縁膜または前記ピストン絶縁膜上に形成され前記ピストン絶縁膜に比べ帯電しやすい帯電膜を負に帯電させることを特徴とする請求項10から12のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
- 前記電界形成手段は、前記内燃機関の始動から一定の時間経過した後、前記ピストン絶縁膜または前記ピストン絶縁膜上に形成され前記ピストン絶縁膜に比べ帯電しやすい帯電膜を正に帯電させることを特徴とする請求項10から13のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
- 前記電界形成手段は、燃焼行程において前記燃焼室の電界を形成することを特徴とする請求項10から14のいずれか一項に記載の内燃機関の制御方法。
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