JP6036771B2

JP6036771B2 - 内燃機関の吸気装置

Info

Publication number: JP6036771B2
Application number: JP2014183166A
Authority: JP
Inventors: 伊藤　弘和; 弘和伊藤
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-09-09
Filing date: 2014-09-09
Publication date: 2016-11-30
Anticipated expiration: 2034-09-09
Also published as: US9624880B2; US20160069305A1; JP2016056726A

Description

本発明は内燃機関の吸気装置に係り、特に、吸気通路に設けられたプラズマアクチュエータを備える内燃機関の吸気装置に関する。

例えば車両用の内燃機関において、吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁を備えたものが公知である。この場合、燃料噴射弁から噴射された燃料は、吸気通路の内壁面に付着される。

特許文献１においては、噴射燃料が吸気通路の内壁面に付着するのを抑制し、燃料の気化を促進するため、吸気通路の内壁面のうち噴射燃料が付着する部位に向けて、ガス供給機構からガス（空気）を供給することが開示されている。

特開２０１４−１６９１号公報特開２０１３−１０８４６９号公報特開２０１３−１５５６７３号公報特開２０１２−１８０７９９号公報特開２０１１−４７３２０号公報国際公開第２０１１／０２４７３６号

ところで通常、燃料噴射弁からの燃料噴射は、吸気弁の開弁前すなわち閉弁中に開始される。すると、燃料噴射弁から噴射され吸気通路の内壁面に付着した燃料が、吸気通路の内壁面に沿って流れ落ち、吸気通路の内壁面と吸気弁との間に挟まれた凹部に溜まる傾向にある。この溜まった燃料は、吸気弁の開弁時に一気に筒内の燃焼室内に流入する。従って、比較的大きな液滴となった燃料が燃焼室内で気化することとなり、燃料の気化が遅れ、その結果、未燃燃料としてのＨＣが多く排出されてしまう問題がある。

このことは特に、内燃機関の冷間運転時において顕著である。冷間運転時には、吸気通路内壁面の温度が低く、吸気通路内壁面からの受熱による付着燃料の気化が不十分となりがちだからである。

なお、特許文献１に記載されているガス供給機構は、噴射燃料が付着する部位に対し、その上流側から高圧ガスを供給するものであるため、供給された高圧ガスが付着燃料を下流側に押し流し、上記問題を助長する可能性がある。

そこで本発明は、上記事情に鑑みて創案され、その目的は、燃料噴射弁から噴射され、吸気通路の内壁面に付着した燃料が、吸気通路下流側に向かうのを抑制することができる、内燃機関の吸気装置を提供することにある。

本発明の一の態様によれば、
吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気通路の内壁面上の領域であって、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が付着される領域に設けられたプラズマアクチュエータと、
前記プラズマアクチュエータを制御するための制御ユニットと、
を備え、
前記プラズマアクチュエータは、その作動時に、前記吸気通路の下流側に向かう方向の成分を含まない所定方向の気流を発生するよう、配置され、
前記制御ユニットは、前記燃料噴射弁による燃料噴射開始から吸気弁の開弁開始までの期間のうちの少なくとも一部の期間に、前記プラズマアクチュエータを作動させるよう、前記プラズマアクチュエータを制御するように構成された
ことを特徴とする内燃機関の吸気装置が提供される。

好ましくは、前記制御ユニットは、前記燃料噴射弁による燃料噴射開始から前記吸気弁の開弁開始までの期間の全期間に亘って、前記プラズマアクチュエータを作動させるよう、前記プラズマアクチュエータを制御する。

好ましくは、前記内燃機関の吸気装置は、前記領域に、作動時に前記所定方向の気流を発生するよう設けられた第１のプラズマアクチュエータに加えて、第２のプラズマアクチュエータをさらに備え、
前記第２のプラズマアクチュエータは、その作動時に、前記吸気通路の下流側に向かう方向の第２の気流を発生するよう、配置され、
前記制御ユニットは、前記吸気弁の開弁開始時以降であって開弁終了時よりも前に、前記第１のプラズマアクチュエータの作動を停止させ、前記第２のプラズマアクチュエータの作動を開始させるよう、前記第１および第２のプラズマアクチュエータを制御する。

好ましくは、前記内燃機関の吸気装置は、
前記第１および第２のプラズマアクチュエータに電圧を印加するための共通の電源と、
前記第１および第２のプラズマアクチュエータと前記電源との間に介設されたスイッチと、
をさらに備え、
前記制御ユニットは、前記スイッチを切り替えることにより前記第１および第２のプラズマアクチュエータの作動状態を切り替える。

好ましくは、前記第１のプラズマアクチュエータは、表面電極と、前記表面電極に対し第１の方向にオフセットされた裏面電極と、前記表面電極および裏面電極の間に配置された誘電体とを含む電極ユニットを、前記第１の方向に複数整列させて構成され、
前記第１のプラズマアクチュエータは、前記第１の方向が前記所定方向に一致するよう配置されている。
好ましくは、前記内燃機関の吸気装置は、前記領域に第１のプラズマアクチュエータおよび第２のプラズマアクチュエータを備え、該第１のプラズマアクチュエータおよび該第２のプラズマアクチュエータは、それら両方の作動で互いに向かい合う気流を発生させて衝突させるよう、配置される。

本発明によれば、燃料噴射弁から噴射され、吸気通路の内壁面に付着した燃料が、吸気通路下流側に向かうのを抑制することができるという、優れた効果が発揮される。

本発明の第１実施形態の構成を示す概略断面図である。プラズマアクチュエータの断面図である。燃料付着領域の下側部分を描いた概略展開図である。凹部に溜まった燃料を示す概略断面図である。第１のプラズマアクチュエータの作動時の様子を示す概略断面図である。第２のプラズマアクチュエータの作動時の様子を示す概略断面図である。本実施形態の制御の内容を示すタイムチャートである。第２実施形態の構成を示す概略展開図である。第３実施形態において発生される気流の方向を示す概略断面図である。

以下、本発明の実施形態を添付図面に基づき説明する。

［第１実施形態］
図１に、本実施形態の構成を概略的に示す。内燃機関（エンジン）１は車両に搭載され、多気筒（１気筒のみ図示）の火花点火式内燃機関（ガソリンエンジン）として構成されている。但しエンジンの種類、気筒数、シリンダ配置形式（直列、Ｖ型、水平対向等）、着火方式等は特に限定されず、例えばエンジンは圧縮着火式内燃機関（ディーゼルエンジン）であってもよい。車両の種類、用途等も特に限定されず、例えば車両はエンジン１を唯一の動力源とする通常の車両であってもよいし、エンジン１と電気モータとの２つの動力源を備えるハイブリッド車両であってもよい。本実施形態においては、車両およびエンジンを制御するように構成された制御ユニットとしての電子制御ユニット（以下ＥＣＵと称す）１００が設けられる。

エンジン１のシリンダブロック２に形成されたシリンダ２ａ内にはピストン３が往復動可能に収容され、ピストン３はコンロッド４を介してクランクシャフト（図示せず）に連結されている。エンジン１のシリンダヘッド５には、吸気通路の一部をなす吸気ポート６と、排気通路の一部をなす排気ポート８とがそれぞれ画成されている。吸気ポート６の出口６Ｂ（図６参照）が吸気弁７により、排気ポート８の入口が排気弁９により、それぞれ開閉される。吸気弁７および排気弁９は、吸気バルブスプリング１２および排気バルブスプリング１３によってそれぞれ常時閉弁方向に付勢されると共に、吸気カムシャフト１０および排気カムシャフト１１によってそれぞれ開弁方向に駆動される。カムシャフト１０，１１は動力伝達機構を介してクランクシャフトに連結される。シリンダヘッド５の頂部には、シリンダ２ａ内の燃焼室１４に存在する混合気に点火するための点火プラグ１５が取り付けられている。なお、吸気弁７および排気弁９の少なくとも一方の開弁特性を変更するための可変バルブ機構（例えば可変バルブタイミング機構）が設けられてもよい。

吸気ポート６の上流側には、吸気通路の一部をなす吸気マニフォールドもしくは枝管（図示せず）が接続される。この枝管の上流側には吸気集合室であるサージタンク（図示せず）が接続され、これも吸気通路の一部をなす。「吸気通路」とは、吸気が流れる通路を総称した用語である。同様に「排気通路」とは、排気が流れる通路を総称した用語である。

吸気通路、特に吸気ポート６に燃料を噴射する燃料噴射弁（インジェクタ）１９が、シリンダヘッド５に取り付けられている。図示されるように、燃料噴射弁１９は、吸気ポート６の上側かつ上流側から下側かつ下流側に向けて、かつ吸気ポート６の出口６Ｂ（図６参照）に向けて、燃料Ｈをスプレー状に噴射するよう、配置されている。また燃料噴射弁１９は、吸気ポート６の内壁面６Ａのうち、吸気ポート６の出口直前に位置する下側の内壁面６Ａに燃料Ｈを直接的に衝突させるよう、配置されている。ここで下側の内壁面６Ａに衝突された燃料Ｈは、その位置に付着すると共に、跳ね返って、側方および上側の内壁面６Ａにも付着する。また燃料噴射が吸気弁７の閉弁中に行われることから、噴射燃料Ｈは、吸気弁７に衝突して付着すると共に、跳ね返って、吸気ポート出口直前の内壁面６Ａの全周に付着する。

このような、燃料噴射弁１９からの噴射燃料Ｈが衝突または付着される、吸気ポート６の内壁面６Ａ上の領域を、便宜上、「燃料付着領域」といい、符号Ｒで表す。図示されるように、吸気ポート６の出口手前の部分は、吸気ポート出口６Ｂに向かって斜め下に傾斜され、上流側から下流側に向かうにつれ下方に向かって湾曲され、その断面形状は概ね円形である。従って、燃料付着領域Ｒも、吸気ポート出口６Ｂに向かって斜め下に傾斜され、上流側から下流側に向かうにつれ下方に湾曲された円筒形の領域として形成される。特に燃料付着領域Ｒにおいて、吸気ポート６の下側の内壁面６Ａは斜め下に傾斜されている。

点火プラグ１５および燃料噴射弁１９はＥＣＵ１００に電気的に接続され、ＥＣＵ１００によって制御される。またエンジン１のクランク角を検出するためのクランク角センサ４１と、エンジン１の冷却水温度を検出するための水温センサ４２とがＥＣＵ１００に電気的に接続されている。

特に本実施形態では、燃料付着領域Ｒに第１のプラズマアクチュエータ２０Ａと第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂが設けられ、これらプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに電気的エネルギを供給するための電源装置３０が設けられる。この電源装置３０もＥＣＵ１００に電気的に接続される。ＥＣＵ１００は、電源装置３０を制御することにより、電源装置３０からプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに供給される電気的エネルギの大きさを変化させ、またプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂの作動状態を切り替える。

ここで、本実施形態のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂについて説明する。なおプラズマアクチュエータ自体は公知であるので、ここではその作動原理等、基本的事項の説明は概ね割愛する。第１のプラズマアクチュエータ２０Ａと第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの構成はほぼ同様であるので、まず第１のプラズマアクチュエータ２０Ａについて詳細に説明し、次いで第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂについて相違点を中心に説明する。

図２に示すように、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは、表面電極２１および第１の裏面電極２２Ａからなる一対の電極と、これら一対の電極の間に配置された薄板状の誘電体２３とを含む第１の電極ユニット２４Ａを複数有して構成される。表面電極２１および誘電体２３は、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに共通である。

第１の裏面電極２２Ａは表面電極２１に対し図示されるようなＡ方向（図中左側に向かう方向）にオフセットして整列され、両電極の対向側エッジ２１Ｅ，２２ＡＥ間にＡ方向の隙間ｇＡが形成されている。そして第１の電極ユニット２４Ａが、Ａ方向に所定ピッチＰで等間隔に複数整列されている。表面電極２１および第１の裏面電極２２Ａの整列方向、ならびに第１の電極ユニット２４Ａの整列方向であるＡ方向を「第１の整列方向」ともいう。

いま仮に、表面電極２１と第１の裏面電極２２Ａ間に電気的エネルギ、具体的には高圧交流電圧を印加したとする。すると、表面電極２１の対向側エッジ２１Ｅ付近で且つ誘電体２３の表面２３Ａ付近にプラズマが発生し、このプラズマに起因して、表面電極２１側から第１の裏面電極２２Ａ側に向かうＡ方向に空気を流す駆動力（ブローイング力）が発生し、誘電体２３の表面２３Ａ上にＦＡで示されるようなＡ方向の気流が発生する。この気流ＦＡは、誘電体２３の表面２３Ａから極近い（１〜２ｍｍ程度）領域で発生する。かかる気流を便宜上、「アクチュエータ気流」と称す。

なお、このような気流が発生する原理については諸説があるが、一説によれば、例えば表面電極２１が正の電位を有するとき、誘電体２３の表面２３Ａ付近で空気の絶縁破壊が起こり、これにより電離が生じ、弱電離プラズマが発生する。電子は移動度が高いためごく短時間で表面電極２１に移動する。すると正のイオンが過剰になり、印加した電解によって静電力が発生する。イオンが受けた静電力は、衝突によって中性粒子に伝達される。これを連続流体の視点から見ると、その空間に体積力（ブローイング力）が発生することとなる。表面電極２１が負の電位を持つ場合も同じ向きにブローイング力が発生するが、これには酸素の負イオンが大きな役割を果たしているとの説がある。

第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは、表面電極２１が設置される表面部が、気流の発生が望まれるガス通路内、すなわち吸気ポート６内に臨むよう設置される。他方、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの裏面部は気流を発生させる必要が無く、むしろ吸気ポート内壁面６Ａへの付着面をなすので、第１の裏面電極２２Ａを電気的に絶縁するため、第１の裏面電極２２Ａは誘電体２３の裏面２３Ｂ上に形成された絶縁層２５内に埋設されている。絶縁層２５も第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに共通である。なお誘電体２３が、樹脂系やセラミック系の絶縁性材料で形成されているため、第１の裏面電極２２Ａを誘電体２３の中に埋設してもよい。

各第１の電極ユニット２４Ａが上述のようなＡ方向の気流ＦＡを発生させることから、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは全体として、その表面上に広範囲に亘るＡ方向の気流、すなわち第１のアクチュエータ気流を発生させる。

図２に示すように、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂは、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａと逆の構成がなされている。第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂは、表面電極２１および第２の裏面電極２２Ｂからなる一対の電極と、これら一対の電極の間に配置された誘電体２３とを含む第２の電極ユニット２４Ｂを複数有して構成される。

第２の裏面電極２２Ｂは表面電極２１に対し、Ａ方向と逆向きのＢ方向（図中右側に向かう方向）にオフセットして整列され、両電極の対向側エッジ間にＢ方向の隙間ｇＢが形成されている。そして第２の電極ユニット２４Ｂが、Ｂ方向に所定ピッチＰで等間隔に複数整列されている。表面電極２１および第２の裏面電極２２Ｂの整列方向、ならびに第２の電極ユニット２４Ｂの整列方向であるＢ方向を「第２の整列方向」ともいう。

表面電極２１と第２の裏面電極２２Ｂ間に交流電圧を印加すると、誘電体２３の表面２３Ａ上にＦＢで示されるようなＢ方向の気流が発生する。従って第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂは全体として、その表面上に広範囲に亘るＢ方向の気流、すなわち第２のアクチュエータ気流を発生させる。

第１のプラズマアクチュエータ２０Ａと第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂは、表面電極２１の幅ｗの中心に対し対称の構成とされ、共通の誘電体２３に表面電極２１と第１および第２の裏面電極２２Ａ，２２Ｂとを配設した一体の構成とされる。いずれかのプラズマアクチュエータを作動させることにより、Ａ方向の気流ＦＡとＢ方向の気流ＦＢとのいずれか一方を選択的に発生させることができる。

電源装置３０は、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに交流電圧を印加するための共通の電源３１と、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂと電源３１との間に介設されたスイッチ３２とを備える。ここで複数の表面電極２１は、互いに接続されると共に、電源３１に接続されている。複数の第１の裏面電極２２Ａも互いに接続され、複数の第２の裏面電極２２Ｂも互いに接続されている。

電源３１は、ＥＣＵ１００からの指令信号に基づき出力電圧を変化させる。電源３１から出力される交流電圧は、例えば１〜１０ｋＶ程度の高電圧であり、１〜１０ｋＨｚ程度の周波数を有する。なお交流電圧の代わりに直流パルス電圧を出力してもよい。電源３１から出力される電圧値を変化させることにより、すなわちプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに印加する電圧の大きさを変化させることにより、プラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂが発生する駆動力の大きさ、ひいては気流の強度を変化させることができる。より高い値の電圧を印加するほど、プラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂが発生する気流の強度は大きくなる。なお気流強度を変化させるため、電圧の大きさに加えもしくはその代わりに、電圧の周波数を変化させることも考えられるが、ここでは便宜上電圧の大きさのみを変化させるものとする。

両プラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに共通の電源３１を用いることにより、電源の数を最小限とし、コストを削減できる。

スイッチ３２は、ＥＣＵ１００からの指令信号に基づき切り替えられ、これにより各プラズマアクチュエータの作動状態が切り替えられ、第１および第２の気流の発生状態が切り替えられる。

スイッチ３２は、第１スイッチ３２Ａと第２スイッチ３２Ｂを有する。第１スイッチ３２Ａは可動接点３３と２つの固定接点３４，３５を有し、第２スイッチ３２Ｂは可動接点３６と１つの固定接点３７を有する。可動接点３３は電源３１に接続される。固定接点３４は複数の第１の裏面電極２２Ａに接続される。固定接点３７は複数の第２の裏面電極２２Ｂに接続される。固定接点３５は可動接点３６に接続される。

可動接点３３が固定接点３４に接続されたとき（図示の状態）、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａのみが作動状態（オン）とされ、Ａ方向の気流が発生される。可動接点３３が固定接点３５に接続され、且つ可動接点３６が固定接点３７に接続されたとき、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂのみが作動状態とされ、Ｂ方向の気流が発生する。可動接点３３が固定接点３５に接続され、且つ可動接点３６が固定接点３７から離されたとき、いずれのプラズマアクチュエータも非作動状態とされ、すなわちオフとされる。

なお、スイッチ３２の構成は任意であり、機械的接点を有するものでもよいし、電気的なスイッチング回路により構成されているものでもよい。

プラズマアクチュエータの厚さＴは非常に薄く、数μｍ〜数百μｍのオーダーである（図中の電極等は誇張して描かれている）。従ってプラズマアクチュエータを吸気ポート６の内壁面６Ａ上に設置した場合でも、プラズマアクチュエータは吸気の流れを実質的に妨げない。

第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０ＢはＡ方向またはＢ方向に延びており、各電極２１，２２Ａ，２２ＢはＡ方向またはＢ方向に直角な方向（図２の紙面厚さ方向）に延びている。各電極の長手方向の一端には、同一種類の電極同士を接続するリード電極が設けられている。

図１に戻って、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂは、第１の整列方向Ａが吸気ポート６の上流側に向かい、第２の整列方向Ｂが吸気ポート６の下流側に向かうよう、燃料付着領域Ｒに配置されている。この様子を図３に模式的に示す。図３は、燃料付着領域Ｒの下側部分を描いた概略展開図であり、図中、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂは実線で示す表面電極２１のみに略示されている。６Ｂは吸気ポート６の出口を示す。Ｃｐは吸気ポート６の長手軸もしくは長手方向を示し、吸気ＦＭはこの長手軸Ｃｐに平行に図の左側から右側へ、すなわち吸気ポート出口６Ｂに向かう方向に流れる。

図３から明らかなように、第１の整列方向Ａは、長手軸Ｃｐに平行に、吸気ポート６の上流側に向かう方向に一致され、第２の整列方向Ｂは、長手軸Ｃｐに平行に、吸気ポート６の下流側に向かう方向に一致される。従って、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは、その作動時に任意の点Ｐにおいて、第１の整列方向Ａ（所定方向）の第１のアクチュエータ気流を発生させる。同様に、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂは、その作動時に任意の点Ｐにおいて、第２の整列方向Ｂの第２のアクチュエータ気流を発生させる。

図１に戻って、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂは、湾曲円筒形状を有する燃料付着領域Ｒのほぼ全体に亘って敷設されている。従って第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂも、吸気ポート６の内壁面６Ａの全周に亘る湾曲円筒形状を有する。

さて、前述したように、燃料噴射弁１９からの燃料噴射は通常、噴射燃料の気化を促進するため、吸気弁７の開弁前の閉弁中に開始される。すると、燃料噴射弁１９から噴射され吸気ポート内壁面６Ａに衝突または付着した燃料Ｈが、吸気ポート内壁面６Ａに沿って流れ落ち、図４に示すように、吸気ポート内壁面６Ａと吸気弁７との間に挟まれて形成された凹部６０に最終的に溜まる傾向にある。なお図４は、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂがない一般的な構成を示す。

この溜まった燃料Ｈは、吸気弁７の開弁時に一気に筒内の燃焼室１４内に流れ落ち、流入する。従って、比較的大きな液滴となった燃料が燃焼室１４内で気化することとなり、燃料の気化が遅れ、その結果、未燃燃料としてのＨＣが多く排出されてしまう問題がある。

このことは特に、エンジンの冷間運転時において顕著である。冷間運転時には、吸気ポート内壁面６Ａおよび吸気弁７の温度が低く、吸気ポート内壁面６Ａおよび吸気弁７からの受熱による付着燃料の気化が不十分となりがちだからである。なお冷間運転時には温間運転時に比べ燃料噴射量が増量されるため、これも燃料気化の遅れの原因となる。

しかし、本実施形態によればこの問題を解決可能である。すなわち、図５に示すように、本実施形態においてＥＣＵ１００は、燃料噴射弁１９による燃料噴射開始から吸気弁７の開弁開始までの間、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａを作動させるよう、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａを制御する。すると、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面上に、吸気ポート６の上流側に向かう第１の整列方向Ａの第１のアクチュエータ気流ＦＡが発生される。燃料噴射弁１９から噴射され、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面上に衝突または付着した燃料Ｈは、第１のアクチュエータ気流ＦＡによって、吸気ポート６の上流側に向かって逆流され、もしくはその付着位置に保持され、もしくは吸気ポート６の下流側に向かって流れ落ちるのを抑制される。結局、付着燃料Ｈが吸気ポート下流側に向かうことが抑制される。これにより、凹部６０における燃料溜まりが抑制され、その後の吸気弁７の開弁時においても、比較的大きな液滴となった燃料が燃焼室１４内に流入すること、これに起因する燃料気化の遅れ、ひいてはＨＣの排出が抑制される。

また付着燃料Ｈが、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面上に小滴状態で広がった状態に維持される。従って、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａを介した吸気ポート内壁面６Ａからの受熱による、付着燃料Ｈの気化が促進される。

また、第１のアクチュエータ気流ＦＡがプラズマもしくはイオンを含むため、このプラズマもしくはイオンにより、第１のアクチュエータ気流ＦＡによって付着燃料を保持等している間、付着燃料がより燃焼し易い状態に改質される。従って、付着燃料がその後の吸気弁開弁時に燃焼室１４内に流入した場合でも、付着燃料の燃焼が促進され、ＨＣの排出が抑制される。

こうした第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動ないし制御は、エンジンの冷間運転時に行うのが好ましい。こうすることにより、エンジンの冷間運転時に多くなりがちなＨＣ排出量を抑制することができる。

第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動開始後、吸気弁７の開弁が開始された時に、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは作動停止される。これだけでも、保持等されていた付着燃料を吸気の流れに乗せて燃焼室１４内に流入させることができる。しかしながら本実施形態では、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂを使って、より積極的に付着燃料を燃焼室１４内に流入させる。

すなわち、ＥＣＵ１００は、吸気弁７の開弁開始時に、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動を停止させ、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動を開始させるよう、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂを制御する。すると、図６に示すように、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの表面上に、吸気ポート６の下流側に向かう第２の整列方向Ｂの第２のアクチュエータ気流ＦＢが発生される。プラズマアクチュエータの表面上の付着燃料Ｈは、こんどは、第２のアクチュエータ気流ＦＢによって、吸気ポート６の下流側に向かって流される。これにより、付着燃料Ｈを下流側により積極的に送ることができ、付着燃料Ｈの吸気ポート６内への残留を抑制し、付着燃料Ｈを効果的に燃焼室１４に排出することができる。

しかも、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａに第２の裏面電極２２Ｂを追加し、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂを第１のプラズマアクチュエータ２０Ａと一体の構成としたので、簡単な構造変更で上記作用効果を得られるという利点がある。

図７を参照して、本実施形態の制御の具体的内容を説明する。ＥＣＵ１００は、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角が所定の噴射開始時期になったとき（ｔ１）、燃料噴射弁１９に噴射指令信号を送信し、燃料噴射弁１９による燃料噴射を開始させる。

これと同時に、ＥＣＵ１００は、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動を開始させる。具体的にはＥＣＵ１００は、図２に示したスイッチ３２を、オフの状態から、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａのみを作動させる状態に切り替える。これにより上述したように、付着燃料が下流側に向かうのを抑制することができる。ＥＣＵ１００はこの状態を、吸気弁７の開弁開始時期ｔ２まで継続する。

ＥＣＵ１００は、クランク角センサ４１によって検出されたクランク角が所定の吸気弁開弁開始時期になったと同時に（ｔ２）、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動を停止させ、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動を開始させる。具体的にはＥＣＵ１００は、図２に示したスイッチ３２を、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａのみを作動させる状態から、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂのみを作動させる状態に切り替える。これにより上述したように、付着燃料を下流側に向けて積極的に送ることができる。

図示例では、吸気弁７の開弁開始後も燃料噴射が継続して実行され、所謂同期噴射が実行されている。また吸気弁７の開弁終了時期（閉弁時期）ｔ５よりも前の時期ｔ３で、燃料噴射が終了されている。

ＥＣＵ１００は、所定の噴射終了時期に達したと同時に（ｔ３）、燃料噴射弁１９への噴射指令信号の送信を停止し、燃料噴射弁１９による燃料噴射を停止させる。そしてＥＣＵ１００は、燃料噴射停止時期ｔ３から所定の遅れ時間を経過した時期ｔ４において、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動を停止させる。具体的にはＥＣＵ１００は、図２に示したスイッチ３２を、いずれのプラズマアクチュエータも作動させないオフの状態に切り替える。図示例では、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動停止後に吸気弁７が閉弁されている（ｔ５）。

ここで、エンジンの冷間運転時に限って上述の作動ないし制御を実行するのも好ましい。この場合、冷間運転時か否かの判断は、例えば水温センサ４２によって検出された水温に基づき、ＥＣＵ１００によって実行することができる。具体的には、ＥＣＵ１００は、水温センサ４２によって検出された水温が所定水温未満であることをもって、冷間運転時であると判断することができる。

なお、吸気弁７の開弁開始前（閉弁時）に燃料噴射が終了する場合も考えられる（破線ａ参照）。この場合も前記同様、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは吸気弁７の開弁開始まで作動させておき、吸気弁７の開弁開始と同時に、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動を停止させ、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動を開始させる。

以上、本実施形態の基本実施例を説明したが、本実施形態は次のような変形例も可能である。

上記基本実施例においては、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂを燃料付着領域Ｒの全体かつ全周に設けるようにしたが、燃料付着領域Ｒに部分的に設けることも可能である。特に噴射燃料が、主に吸気ポート６の下側の内壁面６Ａに直接衝突されることから、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂを、燃料付着領域Ｒの下側部分もしくは下半部のみに設けることが可能である。下半部のみに設けた場合、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂはハーフパイプ状に形成されることになる。

第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂを一体とせず、分割して構成してもよい。

第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂを省略し、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａのみを設けてもよい。

第１および第２の電極ユニット２４Ａ，２４Ｂは、それぞれ不等間隔で整列されていてもよい。

上記基本実施例においては、図７に示したように、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａが、燃料噴射弁１９による燃料噴射開始から吸気弁７の開弁開始までの期間の全期間に亘り、作動させられた。このように作動させることにより、上述の付着燃料保持等の効果を最大限に得られると考えられるからである。しかしながら、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは、燃料噴射弁１９による燃料噴射開始から吸気弁７の開弁開始までの期間のうちの少なくとも一部の期間に作動されればよい。この少なくとも一部の期間において上述の付着燃料保持等の効果を得られるからである。従って、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動開始時期は、必ずしも燃料噴射開始時期と同じである必要はなく、燃料噴射開始時期より前の時期であってもよいし、燃料噴射開始時期より後で且つ吸気弁開弁開始時期より前の時期であってもよい。但し、前者の場合には無駄に電力を消費する可能性があり、後者の場合には第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動開始前に噴射された付着燃料が十分に保持等されない可能性がある点に留意する必要がある。

同様に、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動停止時期も、必ずしも吸気弁７の開弁開始時期と同じである必要はなく、吸気弁開弁開始時期より前の時期であってもよいし、吸気弁開弁開始時期より後で且つ吸気弁開弁終了時期より前の時期であってもよい。但し、前者の場合には、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動停止時から吸気弁開弁開始時までの間で付着燃料の保持等を十分に行えない可能性があり、後者の場合には、付着燃料の燃焼室内への吸入を妨げる可能性がある点に留意する必要がある。もっとも後者の場合、吸気の流れにより付着燃料を強制的に吸入できるため、上記のデメリットは少ないとも考えられる。

第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動開始時期も変更可能であり、好ましくは第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動停止時期に合わせて変更することができる。第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動開始時期は、吸気弁開弁開始時期より前の時期であってもよいし、吸気弁開弁開始時期より後で且つ吸気弁開弁終了時期より前の時期とすることができる。第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの作動開始時期は、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動停止時期と一致させるのが好ましいが、必ずしも一致させなくてもよく、例えば第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの作動停止時期より遅れた時期とすることもできる。

次に、本発明の他の実施形態を説明する。なお第１実施形態と同様の部分については図中同一符号を付して説明を省略し、以下相違点を中心に説明する。

［第２実施形態］
図８は、第２実施形態に係る構成を示す概略展開図であり、図３に類似した図である。図示するように、本実施形態は、共通の誘電体に各電極を配置した点、および第２の整列方向Ｂが吸気ポート６の下流側に向かう方向である点が、第１実施形態と同様である。しかしながら本実施形態は、第１の整列方向Ａが、吸気ポート６の長手方向（長手軸Ｃｐ）に垂直で、且つ吸気ポート６の内壁面６Ａの周方向に沿うような方向である点が、第１実施形態と相違する。

具体的には、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂが第１実施形態と同様に構成される。他方、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面電極２１は、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの表面電極２１と別体とされ、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの表面電極２１間に、第１実施形態とは向きを９０°変えて、複数配置されている。従って第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面電極２１，２１は、全体として見た場合、図示するような略格子状に配置されている。第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面電極２１は、より短くされ、第２のプラズマアクチュエータ２０Ｂの各表面電極２１間に、第１の整列方向Ａに沿って複数整列されている。なお図示しないが、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａにおいて、第１の裏面電極２２Ａも、表面電極２１から第１の整列方向Ａにオフセットされた関係を保って複数整列されている。

本実施形態では、これら第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂが燃料付着領域Ｒの下半部のみに設けられ、従って第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂはハーフパイプ状に形成されている。

このように第１のプラズマアクチュエータ２０Ａを構成および配置すると、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａが作動されたとき、その表面上の任意の点Ｐにおいて、第１の整列方向Ａの第１のアクチュエータ気流が発生される。この第１のアクチュエータ気流によって付着燃料は、吸気ポート内壁面６Ａの周方向に向かう駆動力を与えられ、特に吸気ポート内壁面６Ａを伝って周方向に上昇するような駆動力を受ける。これによっても、付着燃料が吸気ポート下流側に向かうことが抑制され、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

なお、第１の整列方向を、Ａ方向（実線で示す）と逆のＡ’方向（破線で示す）にしてもよい。また、第１の整列方向を、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの最低位置を境にＡ方向とＡ’方向に分けてもよい。

図示例とは逆に、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面電極２１（および第１の裏面電極２２Ａ）を長手軸Ｃｐの方向に長く延ばす一方、第２のプラズマアクチュエータ２０Ａの表面電極２１（および第２の裏面電極２２Ｂ）を短くして第１のプラズマアクチュエータ２０Ａの各表面電極２１間（および第１の裏面電極２２Ａ間）に配置し、全体として略格子状をなすようにしてもよい。

本実施形態の制御方法は第１実施形態と同様である。

［第３実施形態］
図９は、第３実施形態に係る構成を示す概略断面図である。本実施形態では、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂが燃料付着領域Ｒの下側部分、もしくは最低位置付近のみに設けられている。そして第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂの構成は第１実施形態と同様である。

しかしながら、本実施形態では、燃料噴射開始から吸気弁開弁開始までの間に発生されるアクチュエータ気流の方向が、第１の整列方向Ａでなく、図中実線で示されるような鉛直上向き方向Ｃである点が、第１実施形態と異なる。

こうした方向Ｃの気流は、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂを両方とも作動させ、かつそれぞれに印加する電圧の大きさ、すなわちそれぞれで発生するアクチュエータ気流ＦＡ，ＦＢの強度を制御することにより、生成可能である。図２に示すように、例えば第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに同一の電圧を印加したとする。すると、図中破線で示されるように、互いに向かい合い且つ同一強度を有するアクチュエータ気流ＦＡ，ＦＢが互いに衝突し、上方に曲げられるようになる。これにより、アクチュエータ表面から垂直に離れる上昇気流ＦＣが発生する。それぞれのプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂに印加する電圧の大きさを変え、各アクチュエータ気流ＦＡ，ＦＢの強度を制御することにより、上昇気流ＦＣの向きを変えることができる。

このようにして、図９に示されるような、鉛直上向き方向Ｃの上昇気流が発生するよう、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂが制御される。なおこのときには、電源装置３０において、各プラズマアクチュエータ毎に設けられた異なる電源から異なる大きさの電圧を出力するか、もしくは、共通の電源から各プラズマアクチュエータに異なる電圧を出力できるよう、電源３１を改変することが望ましい。また両プラズマアクチュエータに同時に電圧を印加できるよう、スイッチ３２を改変することが望ましい。

かかる上昇気流により、付着燃料Ｈを、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂ上で浮上した状態に保持することができる。これによっても付着燃料Ｈが吸気ポート下流側に向かうことが抑制され、第１実施形態と同様の作用効果が得られる。

なお、図９に破線で示されるように、上昇気流の方向を、鉛直上向き方向Ｃに対し吸気ポート６の上流側に向かって傾斜した方向Ｃ’としてもよい。こうすると、浮上した付着燃料Ｈを吸気ポート６の上流側に向かって付勢することができ、付着燃料Ｈが吸気ポート下流側に向かうことをより一層抑制できる。

本実施形態の制御方法は、上記のような気流制御を行う点を除き、第１実施形態と同様である。

［総括］
以上の説明で分かるように、第１のプラズマアクチュエータ２０Ａは、その作動時に、吸気ポート６の下流側に向かう方向の成分を含まない所定方向の第１のアクチュエータ気流を発生するよう、配置されたものである。これを図３を用いてより詳細に説明する。第１のプラズマアクチュエータ２０Ａ上の任意の点Ｐで発生する第１のアクチュエータ気流は、長手軸Ｃｐに平行な方向の成分と、長手軸Ｃｐに垂直な方向の成分とに分解することができる。「吸気ポート６の下流側に向かう方向の成分」とは、点Ｐから長手軸Ｃｐに平行に吸気ポート下流側に向かう成分のことをいう。従って、「吸気ポート６の下流側に向かう方向の成分を含まない所定方向の第１のアクチュエータ気流」とは、第１のアクチュエータ気流がそのような成分を含まないことを意味する。図３に示されるようなＡ方向の気流は勿論のこと、図８に示されるようなＡまたはＡ’方向の気流も、「所定方向の第１のアクチュエータ気流」に含まれる。従って、「所定方向の第１のアクチュエータ気流」は、図３のＡ方向と、図８のＡまたはＡ’方向との間の斜めの方向の気流であってもよい。逆に、図３に示されるＢ方向の気流は、明らかに、「吸気ポート６の下流側に向かう方向の成分」を含み、「所定方向の第１のアクチュエータ気流」に該当しない。これらの気流と同様に、図９に示されるような、第１および第２のプラズマアクチュエータ２０Ａ，２０Ｂの両方の作動により発生するＣ方向またはＣ´方向の上昇気流も、付着燃料が吸気ポート下流側に向かうことを抑制することができる気流である。

以上、本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明はさらなる他の実施形態も可能である。

上記の各実施形態、各実施例および各構成は、矛盾が生じない限り任意に組み合わせることが可能である。本発明の実施形態には、特許請求の範囲によって規定される本発明の思想に包含されるあらゆる変形例や応用例、均等物が含まれる。従って本発明は、限定的に解釈されるべきではなく、本発明の思想の範囲内に帰属する他の任意の技術にも適用することが可能である。

１内燃機関（エンジン）
６吸気ポート
６Ａ内壁面
７吸気弁
１９燃料噴射弁
２０Ａ第１のプラズマアクチュエータ
２０Ｂ第２のプラズマアクチュエータ
２１表面電極
２２Ａ第１の裏面電極
２３誘電体
２４Ａ電極ユニット
３１電源
３２スイッチ
１００電子制御ユニット（ＥＣＵ）
Ｈ燃料
Ｒ燃料付着領域

Claims

吸気通路に燃料を噴射する燃料噴射弁と、
前記吸気通路の内壁面上の領域であって、前記燃料噴射弁から噴射された燃料が付着される領域に設けられたプラズマアクチュエータと、
前記プラズマアクチュエータを制御するための制御ユニットと、
を備え、
前記プラズマアクチュエータは、その作動時に、前記吸気通路の下流側に向かう方向の成分を含まない所定方向の気流を発生するよう、配置され、
前記制御ユニットは、前記燃料噴射弁による燃料噴射開始から吸気弁の開弁開始までの期間のうちの少なくとも一部の期間に、前記プラズマアクチュエータを作動させるよう、前記プラズマアクチュエータを制御するように構成された
ことを特徴とする内燃機関の吸気装置。
前記制御ユニットは、前記燃料噴射弁による燃料噴射開始から前記吸気弁の開弁開始までの期間の全期間に亘って、前記プラズマアクチュエータを作動させるよう、前記プラズマアクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の吸気装置。
前記領域に、作動時に前記所定方向の気流を発生するよう設けられた第１のプラズマアクチュエータに加えて、第２のプラズマアクチュエータをさらに備え、
前記第２のプラズマアクチュエータは、その作動時に、前記吸気通路の下流側に向かう方向の第２の気流を発生するよう、配置され、
前記制御ユニットは、前記吸気弁の開弁開始時以降であって開弁終了時よりも前に、前記第１のプラズマアクチュエータの作動を停止させ、前記第２のプラズマアクチュエータの作動を開始させるよう、前記第１および第２のプラズマアクチュエータを制御する
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。
前記第１および第２のプラズマアクチュエータに電圧を印加するための共通の電源と、
前記第１および第２のプラズマアクチュエータと前記電源との間に介設されたスイッチと、
をさらに備え、
前記制御ユニットは、前記スイッチを切り替えることにより前記第１および第２のプラズマアクチュエータの作動状態を切り替える
ことを特徴とする請求項３に記載の内燃機関の吸気装置。
前記第１のプラズマアクチュエータは、表面電極と、前記表面電極に対し第１の方向にオフセットされた裏面電極と、前記表面電極および裏面電極の間に配置された誘電体とを含む電極ユニットを、前記第１の方向に複数整列させて構成され、
前記第１のプラズマアクチュエータは、前記第１の方向が前記所定方向に一致するよう配置されている
ことを特徴とする請求項３または４に記載の内燃機関の吸気装置。
前記領域に第１のプラズマアクチュエータおよび第２のプラズマアクチュエータを備え、
該第１のプラズマアクチュエータおよび該第２のプラズマアクチュエータは、それら両方の作動で互いに向かい合う気流を発生させて衝突させるよう、配置される、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の内燃機関の吸気装置。