JP6340752B2 - 燃焼室内の流動制御装置 - Google Patents

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Description

本発明は、燃焼室内の流動制御装置に係わり、特に、燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路を備えたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置に関する。
従来、燃焼室内におけるタンブル流やスワール流などの気体の流動を制御してエンジンの燃焼改善を図ることが行われている。例えば、火花点火式直噴エンジンにおいて、混合気をキャビティ内に集めたり、点火プラグの電極付近に輸送したりするようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
特開２００１−３４２８３６号公報
ところで、エンジンの効率を向上させるためには、冷却損失を低減することが必要である。しかしながら、上記の特許文献１に記載されたエンジンのように吸気行程においてタンブル流を発生させると、圧縮行程においてタンブル流による渦が残り、その渦の影響により圧縮上死点近傍において混合気がキャビティ中央よりも排気口側に偏ってしまう。その結果、高温ガスがキャビティ壁面に接近し、冷却損失が増大してしまう。
また、圧縮行程中に燃焼室内に燃料噴射を行うエンジンにおいて、上述したようにタンブル流による渦が圧縮行程まで残ると、筒内ガスと気筒壁面との対流熱伝達により、圧力上昇に伴う筒内ガスの温度上昇が抑制されるので、圧縮行程中に噴射した燃料の気化が十分に促進されず、燃焼安定性を改善することができない。
本発明は、上述した従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路を備えたエンジンにおいて、タンブル流による冷却損失を低減すると共に、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる、燃焼室内の流動制御装置を提供することを目的とする。
上記の目的を達成するために、本発明の第１発明による燃焼室内の流動制御装置は、円筒状の気筒と、気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、シリンダヘッドと気筒とピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路がシリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室内に配置され、吸気口から燃焼室の排気口側に向かって燃焼室に流入した吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータを有し、プラズマアクチュエータは、吸気口よりも天井面の中央側において天井面に沿って配置される誘電体と、誘電体の燃焼室側に配置される露出電極と、誘電体を挟んで露出電極の反対側に配置される埋め込み電極とを備え、埋め込み電極は、露出電極よりも吸気口側に配置されることを特徴とする。
このように構成された本発明の第１発明においては、プラズマアクチュエータの露出電極は、燃焼室の天井面に沿って配置された誘電体の燃焼室側に配置され、埋め込み電極は、誘電体を挟んで露出電極の反対側において露出電極よりも吸気口側に配置されるので、タンブル流が発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極及び埋め込み電極に印加することにより、露出電極の端面と誘電体との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、燃焼室天井面に沿って露出電極から吸気口に向かう流動を誘起することができる。すなわち、吸気口から排気口側に向かって燃焼室内に流入した吸気によって形成されるタンブル流を打ち消す方向に流動を発生させることができるので、圧縮工程においてタンブル流による渦を抑制して気筒の内壁面やピストン頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒の内壁面やピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室壁面やピストン頂面へのタンブル流による冷却損失を低減することができる。
また、本発明の第１発明において、好ましくは、露出電極及び埋め込み電極は、吸気口と燃焼室の天井面に形成された排気口との間を燃焼室の径方向に沿って延びるように配置される。
このように構成された本発明の第１発明においては、露出電極及び埋め込み電極が、吸気口と排気口との間を燃焼室の径方向に沿って延びるように配置されているので、タンブル流が発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極及び埋め込み電極に印加することにより、吸気口から排気口側に向かって燃焼室内に流入する吸気の流動を燃焼室の天井面全体で抑制することができ、タンブル流による渦を一層効果的に抑制することができる。
また、本発明の第２発明による燃焼室内の流動制御装置は、円筒状の気筒と、気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、シリンダヘッドと気筒とピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路がシリンダヘッド内部に形成されえたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室内に配置され、エンジンのピストン頂面に沿ってピストン頂面の排気口側端部から吸気口側端部に向かって流れる吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータを有し、プラズマアクチュエータは、エンジンのピストン頂面に沿って配置される誘電体と、誘電体の燃焼室側に配置される露出電極と、誘電体を挟んで露出電極の反対側に配置される埋め込み電極とを備え、埋め込み電極は、露出電極よりもピストン頂面の排気口側端部に近い位置に配置されることを特徴とする。
このように構成された本発明の第２発明においては、プラズマアクチュエータの露出電極は、ピストン頂面に沿って配置された誘電体の燃焼室側に配置され、埋め込み電極は、誘電体を挟んで露出電極の反対側において露出電極よりもピストン頂面の排気口側端部に近い位置に配置されるので、タンブル流が発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極及び埋め込み電極に印加することにより、露出電極の端面と誘電体との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、ピストン頂面に沿って露出電極からピストン頂面の排気口側端部に向かう流動を誘起することができる。すなわち、ピストン頂面に沿ってピストン頂面の排気口側端部から吸気口側端部に向かって流れるタンブル流を打ち消す方向に流動を発生させることができるので、圧縮工程においてタンブル流による渦を抑制して気筒の内壁面やピストン頂面の近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒の内壁面やピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室壁面やピストン頂面へのタンブル流による冷却損失を低減することができる。
また、本発明の第２発明において、好ましくは、露出電極及び埋め込み電極は、ピストン頂面の中央よりもピストン頂面の排気口側端部に近い位置に配置される。
このように構成された本発明第２発明においては、露出電極及び埋め込み電極が、ピストン頂面の中央よりもピストン頂面の排気口側端部に近い位置に配置されているので、タンブル流が発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極及び埋め込み電極に印加することにより、気筒の排気口側の内壁面からピストン頂面に沿って向きを変えてピストン頂面の吸気口側端部に向かうタンブル流の流動を、流速が高い位置で抑制することができ、タンブル流による渦を一層効果的に抑制することができる。
また、本発明の第３発明による燃焼室内の流動制御装置は、円筒状の気筒と、気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、シリンダヘッドと気筒とピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路がシリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、燃焼室の天井面における吸気口よりも天井面の中央側に沿って配置され、吸気口から燃焼室の排気口側に向かって燃焼室に流入した吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータと、プラズマアクチュエータを制御する制御手段とを有し、制御手段は、エンジンの吸気行程中に天井面に沿ってプラズマアクチュエータから吸気口に向かう流動を発生させるようにプラズマアクチュエータを制御することを特徴とする。
このように構成された本発明の第３発明においては、制御手段は、燃焼室の天井面における吸気口よりも天井面の中央側に沿って配置されたプラズマアクチュエータを、タンブル流が発生する吸気行程中に燃焼室天井面に沿ってプラズマアクチュエータから吸気口に向かう流動を発生させるように制御するので、吸気口から排気口側に向かって燃焼室内に流入した吸気によって形成されるタンブル流を打ち消す方向に流動を発生させ、圧縮工程においてタンブル流による渦を抑制して気筒の内壁面やピストン頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒の内壁面やピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室壁面やピストン頂面へのタンブル流による冷却損失を低減することができる。
また、本発明の第４発明による燃焼室内の流動制御装置は、円筒状の気筒と、気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、シリンダヘッドと気筒とピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路がシリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、エンジンのピストン頂面に沿って配置され、エンジンのピストン頂面に沿ってピストン頂面の排気口側端部から吸気口側端部に向かって流れる吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータと、プラズマアクチュエータを制御する制御手段とを有し、制御手段は、エンジンの吸気行程中にピストン頂面に沿ってプラズマアクチュエータからピストン頂面の排気口側端部に向かう流動を発生させるようにプラズマアクチュエータを制御することを特徴とする。
このように構成された本発明の第４発明においては、制御手段は、ピストン頂面に沿って配置されたプラズマアクチュエータを、タンブル流が発生する吸気行程中にピストン頂面に沿ってプラズマアクチュエータからピストン頂面の排気口側端部に向かう流動を発生させるように制御するので、ピストン頂面に沿ってピストン頂面の排気口側端部から吸気口側端部に向かって流れるタンブル流を打ち消す方向に流動を発生させ、圧縮工程においてタンブル流による渦を抑制して気筒の内壁面やピストン頂面の近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒の内壁面やピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室壁面やピストン頂面へのタンブル流による冷却損失を低減することができる。
また、本発明において、好ましくは、燃焼室内の流動制御装置は、気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、ピストンの頂面において下方に窪むように形成されたキャビティの中央に向かって燃料を噴射するように燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御装置とを備えたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する。
このように構成された本発明においては、燃料がキャビティの中央に向かって噴射されるエンジンにおいて、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気をキャビティの中央に位置させることができ、これにより、高温ガスからキャビティ壁面へのタンブル流による冷却損失を一層確実に低減することができる。
また、本発明において、好ましくは、燃料噴射弁から噴射された燃料の到達距離は、燃料噴射弁とキャビティの壁面との距離よりも小さい。
このように構成された本発明においては、噴射された燃料がキャビティの壁面から所定距離離間した位置に配置されるので、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気をキャビティの中央に位置させることができ、これにより、高温ガスからキャビティ壁面へのタンブル流による冷却損失を一層確実に低減することができる。
本発明による燃焼室内の流動制御装置によれば、燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路を備えたエンジンにおいて、タンブル流による冷却損失を低減すると共に、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
本発明の実施形態による燃焼室内の流動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図である。 本発明の実施形態による燃焼室内の流動制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの基本構成を示す概念図である。 本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの配置を示す斜視図である。 図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図であり、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの配置を示す図である。 本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの吸気行程中の動作を示す断面図である。 本発明の実施形態によるエンジンの筒内流動を示す断面図であり、（ａ）は圧縮行程初期における筒内流動を示す断面図、（ｂ）は圧縮行程の上死点近傍における筒内流動を示す図である。
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態による燃焼室内の流動制御装置を説明する。
まず、図１及び図２により、本発明の実施形態によるエンジンの装置構成を説明する。図１は、本発明の実施形態による燃焼室内の流動制御装置が適用されたエンジンの概略構成図であり、図２は、本発明の実施形態による燃焼室内の流動制御装置に関する電気的構成を示すブロック図である。
図１において、符号１はエンジンを示す。このエンジン１は、車両に搭載されると共に、少なくともガソリンを含有する燃料が供給されるガソリンエンジンである。エンジン１は、複数の円筒状の気筒２が設けられたシリンダブロック４（なお、図１では、１つの気筒２のみを図示するが、例えば４つの気筒２が直列に設けられる）と、このシリンダブロック４上に配設されたシリンダヘッド６と、シリンダブロック４の下側に配設され、潤滑油が貯留されたオイルパン８とを有している。各気筒２内には、コンロッド１０を介してクランクシャフト１２と連結されているピストン１４が往復動可能且つ気筒２の内周面に対して摺動自在に嵌挿されている。シリンダヘッド６と、気筒２と、ピストン１４とは、燃焼室１６を画定する。なお、燃焼室１６の形状は、図示する形状に限定されるものではない。例えばピストン１４の頂面形状、及び、燃焼室１６の天井面の形状等は、適宜変更することが可能である。
シリンダヘッド６には、気筒２毎に、各々独立した２つの吸気ポート１８及び２つの排気ポート２０が形成されていると共に、これら吸気ポート１８及び排気ポート２０には、燃焼室１６側に形成された吸気口１８ａ及び排気口２０ａを開閉する吸気弁２２及び排気弁２４がそれぞれ配設されている。また、吸気ポート１８は、吸気口１８ａに対して気筒２の軸線方向から傾斜した角度で接続されている。
また、シリンダヘッド６の下面は、燃焼室１６の天井面１６ａを形成している。この天井面１６ａは、中央部から吸気口１８ａ側及び排気口２０ａ側のそれぞれの方向に向かってシリンダヘッド６下端まで延びる２つの傾斜面を有する、いわゆるペントルーフ型となっている。
シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、気筒２内に燃料を直接噴射するインジェクタ２６（燃料噴射弁）が取り付けられている。インジェクタ２６は、その噴口が燃焼室１６の天井面１６ａの周縁部において２つの吸気ポート１８の間から斜め下方に向かって燃焼室１６内に臨むように配設されている。このインジェクタ２６は、エンジン１の運転状態に応じて設定された噴射タイミングでかつ、エンジン１の運転状態に応じた量の燃料を、燃焼室１６内に直接噴射する。
シリンダヘッド６にはまた、気筒２毎に、燃焼室１６内の混合気に強制点火する点火プラグ３０が取り付けられている。点火プラグ３０は、燃焼室１６の天井面１６ａの中央部から下方へ延びるように、シリンダヘッド６内を貫通して配置されている。
また、ピストン頂面１４ａの中央には、平面視でほぼ円形に窪んだキャビティ３４が形成されている。ピストン１４が上死点に位置した場合、点火プラグ３０の先端がキャビティ３４内に臨んで配置され、これにより、点火プラグ３０の先端を中心とした略球状の燃焼空間が構成される。
また、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面１４ａには、プラズマアクチュエータ２８が配置されている。プラズマアクチュエータ２８の詳細は後述する。
エンジン１は、パワートレイン・コントロール・モジュール（以下、ＰＣＭという）３２によって制御される。ＰＣＭ３２は、ＣＰＵ、メモリ、カウンタタイマ群、インターフェース及びこれらのユニットを接続するパスを有するマイクロプロセッサで構成されている。このＰＣＭ３２が制御器を構成する。
ＰＣＭ３２には、図２に示すように、クランクシャフト１２の回転角を検出するクランク角センサＳＷ１２の検出信号を含む各種の信号が入力される。
ＰＣＭ３２は、これらの検出信号に基づいて種々の演算を行うことによってエンジン１や車両の状態を判定し、これに応じてインジェクタ２６、点火プラグ３０、プラズマアクチュエータ２８、各種の弁（スロットル弁やＥＧＲ弁等）のアクチュエータへ制御信号を出力する。こうしてＰＣＭ３２は、エンジン１を運転する。詳細は後述するが、プラズマアクチュエータ２８及びＰＣＭ３２は、本発明における燃焼室内の流動制御装置に相当し、ＰＣＭ３２はプラズマアクチュエータ２８を制御する制御手段及びインジェクタ２６を制御する燃料噴射弁制御装置として機能する。
次に、図３を参照して、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８の基本構成を説明する。図３は、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８の基本構成を示す概念図である。
図３に示すように、プラズマアクチュエータ２８は、薄膜状の誘電体３８と、この誘電体を挟んで配置された露出電極４０及び埋め込み電極４２とを備えている。露出電極４０と埋め込み電極４２とは、誘電体３８の平面方向に沿って位置をずらして配置されている。なお、図３においては、露出電極４０と埋め込み電極４２とが誘電体３８の法線方向において重ならないように配置されているが、露出電極４０及び埋め込み電極４２が部分的に重なるように配置されてもよい。これらの露出電極４０及び埋め込み電極４２には、交流電源４４が接続されている。
交流電源４４により高周波及び高電圧（例えば数ｋＨｚ、数十ｋＶ程度）の交流電圧を露出電極４０及び埋め込み電極４２に印加すると、図３に示すように、露出電極４０の端面と誘電体３８との間の放電空間においてプラズマＰが発生する。プラズマＰは、露出電極４０から埋め込み電極４２に向かう体積力を生じさせ、その体積力により、誘電体３８の表面に沿った気体の流動（図３において矢印により示す）が誘起される。
プラズマＰにより生じる体積力の大きさは、露出電極４０及び埋め込み電極４２に印加される電圧及び周波数によって制御することができる。
次に、図４及び図５を参照して、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８について詳細に説明する。図４は、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８の配置を示す斜視図であり、図５は、図４におけるＶ−Ｖ矢視断面図である。
図４及び図５に示すように、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面１４ａに、それぞれプラズマアクチュエータ２８が設けられている。
図４に示すように、燃焼室天井面１６ａにおいては、２つの吸気口１８ａ及び２つの排気口２０ａのそれぞれの間に、２つの直線状のプラズマアクチュエータ２８が燃焼室１６ａの径方向に延びるように配置されている。
具体的には、図５に示すように、プラズマアクチュエータ２８の誘電体３８が、吸気口１８ａと排気口２０ａとの間（即ち吸気口１８ａよりも天井面１６ａの中央側）において天井面１６ａに沿って配置されている。そして、誘電体３８の燃焼室１６側（図５における下側）に露出電極４０が配置され、誘電体３８を挟んで露出電極４０の反対側（すなわちシリンダヘッド６側であり図５における上側）に埋め込み電極４２が埋め込まれている。埋め込み電極４２は、露出電極４０よりも吸気口１８ａ側に位置するように配置されている。
また、ピストン頂面１４ａにおいては、図４に示すように、ピストン頂面１４ａの排気口２０ａ側の端部１４ｃとキャビティ３４の周縁との間に、円弧形状のプラズマアクチュエータ２８がピストン１４の周方向に延びるように配置されている。
具体的には、図５に示すように、プラズマアクチュエータ２８の誘電体３８がピストン頂面１４ａに沿って配置されている。そして、誘電体３８の燃焼室１６側（図５における上側）に露出電極４０が配置され、誘電体３８を挟んで露出電極４０の反対側（すなわちピストン１４側であり図５における下側）に埋め込み電極４２が埋め込まれている。埋め込み電極４２は、露出電極４０よりもピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃに近い位置に配置される。
次に、図６及び図７を参照して、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８の動作を説明する。図６は、本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータ２８の吸気行程中の動作を示す断面図である。また、図７は、本発明の実施形態によるエンジンの筒内流動を示す断面図であり、図７（ａ）は圧縮行程初期における筒内流動を示し、図７（ｂ）は圧縮行程の上死点近傍における筒内流動を示している。なお、図７（ａ）は、圧縮行程に入った後に吸気弁２２が閉弁するようにエンジン１の運転が行われている場合を例示している。
図６は、吸気行程の下死点近傍における筒内状態を示している。この図６に示すように、吸気行程では、吸気ポート１８から吸気口１８ａと吸気弁２２との間隙を通って吸気が燃焼室１６内に流入する。このとき、気筒２の軸線方向から傾斜した角度に延びる吸気ポート１８に沿って吸気口１８ａから排気口２０ａ側に向かって燃焼室１６内に流入した吸気は、気筒２の排気口２０ａ側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進み、ピストン頂面１４ａに沿ってピストン頂面１４ａの吸気口側端部１４ｂに向かうように向きを変え、さらに吸気口１８ａに向かって上昇することにより、タンブル流Ｔを形成する。一方、吸気口１８ａから排気口２０ａとは反対側に向かって燃焼室１６内に流入した吸気は、そのまま気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ直線的に進む。
吸気口１８ａから排気口２０ａ側に向かって燃焼室１６内に流入する吸気の方が、吸気口１８ａから排気口２０ａとは反対側に向かって流入する吸気よりも流速が早いので、タンブル流Ｔの方が、気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進む流れよりも強い。したがって、従来のエンジンにおいては、タンブル流Ｔによる渦が圧縮行程まで残り、混合気の偏りの原因となっている。
本実施形態では、上記のようにタンブル流Ｔが形成される時期（例えば吸気行程の全期間）において、ＰＣＭ３２は、高周波及び高電圧の交流電圧を、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面１４ａのそれぞれの露出電極４０及び埋め込み電極４２に交流電源４４により印加させる。これにより、露出電極４０の端面と誘電体３８との間の放電空間においてプラズマが発生し、このプラズマが生じさせた体積力により、燃焼室天井面１６ａに沿って露出電極４０から吸気口１８ａに向かう流動が誘起されると共に、ピストン頂面１４ａに沿って露出電極４０からピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃに向かう流動が誘起される。すなわち、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面１４ａのそれぞれの近傍において、タンブル流Ｔを打ち消す方向に流動が発生する。
その結果、タンブル流Ｔが抑制され、気筒２の排気口２０ａとは反対側の内壁面に沿ってピストン１４の方向へ進む流れとほぼ同程度の強さとなるので、図７（ａ）に示すように、圧縮行程の初期においてこれらの２つの流れが打ち消し合って渦が消える。
これにより、気筒２の内壁面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面との間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、ＰＣＭ３２は、圧縮行程後半においてピストン頂面１４ａのキャビティ３４の中央に向かって燃料を噴射するようにインジェクタ２６を制御する。なお、インジェクタ２６から噴射された燃料の到達距離がインジェクタ２６とキャビティ３４の壁面との距離よりも小さくなるように（すなわち噴射された燃料がキャビティ３４の壁面から所定距離離間した位置に配置されるように）、インジェクタ２６の噴口径、燃料の噴射圧、噴射タイミング等が設定されている。このとき、渦が消えた状態で圧縮行程が進むので、図７（ｂ）に示すように、圧縮上死点近傍において混合気をキャビティ３４の中央に位置させることができる。したがって、高温ガスからキャビティ３４の壁面への冷却損失を低減することができる。
次に、本発明の実施形態のさらなる変形例を説明する。
上述した実施形態においては、プラズマアクチュエータ２８が、燃焼室天井面１６ａ及びピストン頂面１４ａに配置されていると説明したが、燃焼室天井面１６ａ又はピストン頂面１４ａの何れか一方に配置されるようにしてもよい。
次に、上述した本発明の実施形態及び本発明の実施形態の変形例による燃焼室内の流動制御装置の効果を説明する。
まず、プラズマアクチュエータ２８の露出電極４０は、燃焼室天井面１６ａに沿って配置された誘電体３８の燃焼室１６側に配置され、埋め込み電極４２は、誘電体３８を挟んで露出電極４０の反対側において露出電極４０よりも吸気口１８ａ側に配置されるので、タンブル流Ｔが発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極４０及び埋め込み電極４２に印加することにより、露出電極４０の端面と誘電体３８との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、燃焼室天井面１６ａに沿って露出電極４０から吸気口１８ａに向かう流動を誘起することができる。すなわち、吸気口１８ａから排気口２０ａ側に向かって燃焼室１６内に流入した吸気によって形成されるタンブル流Ｔを打ち消す方向に流動を発生させることができるので、圧縮工程においてタンブル流Ｔによる渦を抑制して気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａ近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａとの間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流Ｔによる渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室１６の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室１６の壁面やピストン頂面３４へのタンブル流Ｔによる冷却損失を低減することができる。
また、露出電極４０及び埋め込み電極４２が、吸気口１８ａと排気口２０ａとの間を燃焼室１６の径方向に沿って延びるように配置されているので、タンブル流Ｔが発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極４０及び埋め込み電極４２に印加することにより、吸気口１８ａから排気口２０ａ側に向かって燃焼室１６内に流入する吸気の流動を燃焼室天井面１６ａ全体で抑制することができ、タンブル流Ｔによる渦を一層効果的に抑制することができる。
また、プラズマアクチュエータ２８の露出電極４０は、ピストン頂面１４ａに沿って配置された誘電体３８の燃焼室１６側に配置され、埋め込み電極４２は、誘電体３８を挟んで露出電極４０の反対側において露出電極４０よりもピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃに近い位置に配置されるので、タンブル流Ｔが発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極４０及び埋め込み電極４２に印加することにより、露出電極４０の端面と誘電体３８との間の放電空間にプラズマを発生させ、そのプラズマが生じさせる体積力により、ピストン頂面１４ａに沿って露出電極４０からピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃに向かう流動を誘起することができる。すなわち、ピストン頂面１４ａに沿ってピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃから吸気口側端部１４ｂに向かって流れるタンブル流Ｔを打ち消す方向に流動を発生させることができるので、圧縮工程においてタンブル流Ｔによる渦を抑制して気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａの近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａとの間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流Ｔによる渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室１６の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室１６の壁面やピストン頂面３４へのタンブル流Ｔによる冷却損失を低減することができる。
また、露出電極４０及び埋め込み電極４２が、ピストン頂面１４ａの中央よりもピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃに近い位置に配置されているので、タンブル流Ｔが発生する吸気行程中に高周波及び高電圧の交流電圧を露出電極４０及び埋め込み電極４２に印加することにより、気筒２の排気口２０ａ側の内壁面からピストン頂面１４ａに沿って向きを変えてピストン頂面１４ａの吸気口側端部１４ｂに向かうタンブル流Ｔの流動を、流速が高い位置で抑制することができ、タンブル流Ｔによる渦を一層効果的に抑制することができる。
また、ＰＣＭ３２は、燃焼室天井面１６ａにおける吸気口１８ａよりも天井面１６ａの中央側に沿って配置されたプラズマアクチュエータ２８を、タンブル流Ｔが発生する吸気行程中に燃焼室天井面１６ａに沿ってプラズマアクチュエータ２８から吸気口１８ａに向かう流動を発生させるように制御するので、吸気口１８ａから排気口２０ａ側に向かって燃焼室１６内に流入した吸気によって形成されるタンブル流Ｔを打ち消す方向に流動を発生させ、圧縮工程においてタンブル流Ｔによる渦を抑制して気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａ近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａとの間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流Ｔによる渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室１６の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室１６壁面やピストン頂面１４ａへのタンブル流Ｔによる冷却損失を低減することができる。
また、ＰＣＭ３２は、ピストン頂面１４ａに沿って配置されたプラズマアクチュエータ２８を、タンブル流Ｔが発生する吸気行程中にピストン頂面１４ａに沿ってプラズマアクチュエータ２８からピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃに向かう流動を発生させるように制御するので、ピストン頂面１４ａに沿ってピストン頂面１４ａの排気口側端部１４ｃから吸気口側端部１４ｂに向かって流れるタンブル流Ｔを打ち消す方向に流動を発生させ、圧縮工程においてタンブル流Ｔによる渦を抑制して気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａ近傍におけるガスの流速を抑えることができ、筒内ガスと気筒２の内壁面やピストン頂面１４ａとの間の対流熱伝達を抑制して、圧縮行程中の筒内ガスの温度上昇を促進することができる。
また、タンブル流Ｔによる渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気を燃焼室１６の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスから燃焼室１６壁面やピストン頂面１４ａへのタンブル流Ｔによる冷却損失を低減することができる。
また、燃料がキャビティ３４の中央に向かって噴射されるエンジン１において、タンブル流による渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気をキャビティ３４の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスからキャビティ３４の壁面へのタンブル流Ｔによる冷却損失を一層確実に低減することができる。
また、噴射された燃料がキャビティ３４の壁面から所定距離離間した位置に配置されるので、タンブル流Ｔによる渦を抑制した状態で圧縮行程が進むことにより、圧縮上死点近傍において混合気をキャビティ３４の中央に位置させることができ、これにより、高温ガスからキャビティ３４の壁面へのタンブル流Ｔによる冷却損失を一層確実に低減することができる。
１ エンジン（エンジン本体）
１４ ピストン
１４ａ ピストン頂面
１４ｂ 吸気口側端部
１４ｃ 排気口側端部
１６ 燃焼室
１６ａ 燃焼室天井面
１８ａ 吸気口
２０ａ 排気口
２８ プラズマアクチュエータ
３２ ＰＣＭ
３４ キャビティ
３８ 誘電体
４０ 露出電極
４２ 埋め込み電極

Claims (8)

  1. 円筒状の気筒と、上記気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、上記シリンダヘッドと上記気筒と上記ピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して上記気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路が上記シリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
    上記燃焼室内に配置され、上記吸気口から上記燃焼室の排気口側に向かって上記燃焼室に流入した吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータを有し、
    上記プラズマアクチュエータは、上記吸気口よりも上記天井面の中央側において上記天井面に沿って配置される誘電体と、上記誘電体の上記燃焼室側に配置される露出電極と、上記誘電体を挟んで上記露出電極の反対側に配置される埋め込み電極とを備え、
    上記埋め込み電極は、上記露出電極よりも上記吸気口側に配置される
    ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
  2. 上記露出電極及び上記埋め込み電極は、上記吸気口と上記燃焼室の天井面に形成された排気口との間を上記燃焼室の径方向に沿って延びるように配置される請求項１に記載の燃焼室内の流動制御装置。
  3. 円筒状の気筒と、上記気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、上記シリンダヘッドと上記気筒と上記ピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して上記気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路が上記シリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
    上記燃焼室内に配置され、上記エンジンのピストン頂面に沿って上記ピストン頂面の排気口側端部から吸気口側端部に向かって流れる吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータを有し、
    上記プラズマアクチュエータは、上記エンジンの上記ピストン頂面に沿って配置される誘電体と、上記誘電体の上記燃焼室側に配置される露出電極と、上記誘電体を挟んで上記露出電極の反対側に配置される埋め込み電極とを備え、
    上記埋め込み電極は、上記露出電極よりも上記ピストン頂面の上記排気口側端部に近い位置に配置される
    ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
  4. 上記露出電極及び上記埋め込み電極は、上記ピストン頂面の中央よりも上記ピストン頂面の排気口側端部に近い位置に配置される請求項３に記載の燃焼室内の流動制御装置。
  5. 円筒状の気筒と、上記気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、上記シリンダヘッドと上記気筒と上記ピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して上記気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路が上記シリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
    上記燃焼室の天井面における上記吸気口よりも上記天井面の中央側に沿って配置され、上記吸気口から上記燃焼室の排気口側に向かって上記燃焼室に流入した吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータと、
    上記プラズマアクチュエータを制御する制御手段とを有し、
    上記制御手段は、上記エンジンの吸気行程中に上記天井面に沿って上記プラズマアクチュエータから上記吸気口に向かう流動を発生させるように上記プラズマアクチュエータを制御する
    ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
  6. 円筒状の気筒と、上記気筒の内周面に対して摺動自在に収容されたピストンと、シリンダヘッドとを備え、上記シリンダヘッドと上記気筒と上記ピストンとにより画定される燃焼室の天井面に形成された吸気口に対して上記気筒の軸線方向から傾斜した角度で接続される吸気通路が上記シリンダヘッド内部に形成されたエンジンにおいて、燃焼室内における気体の流動を制御する燃焼室内の流動制御装置であって、
    上記エンジンのピストン頂面に沿って配置され、上記エンジンのピストン頂面に沿って上記ピストン頂面の排気口側端部から吸気口側端部に向かって流れる吸気の流速を低減するように設けられたプラズマアクチュエータと、
    上記プラズマアクチュエータを制御する制御手段とを有し、
    上記制御手段は、上記エンジンの吸気行程中に上記ピストン頂面に沿って上記プラズマアクチュエータから上記ピストン頂面の上記排気口側端部に向かう流動を発生させるように上記プラズマアクチュエータを制御する
    ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
  7. 上記燃焼室内の流動制御装置は、上記気筒内に燃料を直接噴射する燃料噴射弁と、上記ピストンの頂面において下方に窪むように形成されたキャビティの中央に向かって燃料を噴射するように上記燃料噴射弁を制御する燃料噴射弁制御装置とを備えた上記エンジンにおいて、上記燃焼室内における気体の流動を制御する、請求項１乃至６の何れか１項に記載の燃焼室内の流動制御装置。
  8. 上記燃料噴射弁から噴射された燃料の到達距離は、上記燃料噴射弁と上記キャビティの壁面との距離よりも小さい、請求項７に記載の燃焼室内の流動制御装置。
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