WO2017094303A1

WO2017094303A1 - オゾン発生装置及びオゾン発生装置付き内燃機関

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Publication number: WO2017094303A1
Application number: PCT/JP2016/075458
Authority: WO
Inventors: 昇和田; 貴裕井上; 民田　太一郎; 稲永　康隆; 橋本　隆; 浩司和田; 本田　哲也
Original assignee: 三菱電機株式会社
Priority date: 2015-12-04
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2017-06-08
Also published as: CN108291503A; US20180283323A1; JP6165370B1; US10302046B2; DE112016005519T5; DE112016005519B4; JPWO2017094303A1; CN108291503B

Abstract

吸気管の圧力損失の増加を抑制しつつ、吸入空気全体のオゾン添加率を向上できるオゾン発生装置及びオゾン発生装置付き内燃機関を提供する。空気が内側領域を流れる筒状の吸気管（２）と、オゾンを発生させる電極板（８２）を有し、電極板（８２）が内側領域又は吸気管（２）に配置されたオゾン発生装置と、吸気管（２）の内側領域の空気の流れを制限する制限体（８５）と、を備え、電極板（８２）は、板状の誘電体と、誘電体に密着固定された高電圧側電極および低電圧側電極と、を有し、空気が流れる方向（Ｆ）に延びる板状に形成されているオゾン発生装置付き内燃機関。

Description

オゾン発生装置及びオゾン発生装置付き内燃機関

　本発明は、吸入空気をオゾン化させるオゾン発生装置、及びオゾン発生装置を備えた内燃機関に関するものである。

　内燃機関の燃焼形式は、一般に、予混合燃焼と拡散燃焼の２種類に区分されている。予混合燃焼とは、ガソリンエンジンに代表されるように、燃料と空気とを予め混合して得た混合気を火花点火により燃焼させる形式である。一方、拡散燃焼とは、ディーゼルエンジンに代表されるように、圧縮された高温・高圧の空気に燃料を供給し、燃料と空気とを拡散し、混合しながら燃焼させる形式である。さらに、近年においては、新しい燃焼形式として、予混合圧縮着火燃焼が注目されており、実用化への開発が進められている。予混合圧縮着火燃焼とは、燃料と空気とを予め混合して得た混合気を火花点火ではなく圧縮によって自着火させる形式であり、HCCI燃焼（Homogeneous-Charge　Compression　Ignition　Combustion）と称され、次世代燃焼形式として期待されている。

　上記の各種燃焼形式において、内燃機関の燃焼促進にオゾンガスなどの活性種の利用が検討されている。オゾンの強い酸化作用を利用し、内燃機関のシリンダ内における着火性の向上、燃焼の促進、さらには内燃機関の燃費改善が実現できるとされている。例えば、下記の特許文献１においては、内燃機関の吸気管(吸気マニホールド)内に設置されたオゾン発生器を用い、吸入空気の一部を無声放電によりオゾン化し、オゾンが含有された吸入空気をシリンダ内へ供給する内燃機関が開示されている。特許文献１のオゾン発生器は、対向して配置される接地電極と高電圧電極との間に、吸入空気が流れる放電空間を備え、放電空間において発生する無声(空間)放電により吸入空気をオゾン化している。

　また、下記の特許文献２においては、特許文献１と同様に、エアクリーナの吸入口にオゾン発生器を設置する内燃機関が開示されている。特許文献２のオゾン発生装置は、誘導体表面に設けた線状の放電電極と、誘導体を挟んで対向配置された誘導電極を備えた電極板により構成されている。そして、放電電極の周辺で発生する沿面放電により吸入空気の一部をオゾン化し、オゾンが含有された吸入空気をシリンダ内へ供給している。

特開２０１３－１９４７１２号公報（段落００６５～００６６、図３）特開２００１－２９５７０６号公報（段落０００４～０００８）

　しかしながら、特許文献１に開示されているような空間放電式のオゾン発生装置では、一対の電極間に設けられた放電空間内を流れる空気を絶縁破壊して放電を発生させるため、一対の電極間の間隔が狭くなるのが一般的である（例えば１ｍｍ以下）。そのため、空間放電式のオゾン発生装置を吸気管に設置すると、電極間の狭い隙間に吸入空気を流す必要があり、オゾン発生装置により、吸気管内の圧力損失が大きくなり、内燃機関の出力低下を招くという問題があった。

　特許文献２には、沿面放電式のオゾン発生装置が開示されているが、具体的な吸気管内の配置構成については、全く開示されていない。沿面放電式のオゾン発生装置では、放電電極の近傍のみでオゾンが発生する。よって、単に、電極板を吸気管内に配置するだけでは、吸入空気の大部分は、放電電極の近傍を流れず、オゾン化されないため、吸入空気に対して十分なオゾン添加率が得難い。一方、オゾン添加率を増加させるために、オゾン発生装置に印加する電力を増加させると、電極板が高温となり耐久性が悪化したり、発生したオゾンが熱分解したりする虞があり、単に印加電力を増加させるだけでは、十分な効果が得られない。

　そこで、吸気管の圧力損失の増加を抑制しつつ、吸入空気全体のオゾン添加率を向上できるオゾン発生装置、及びオゾン発生装置付き内燃機関が望まれる。

　本発明に係るオゾン発生装置付き内燃機関は、シリンダに吸入される空気が内側領域を流れる筒状の吸気管と、オゾンを発生させる電極板を有し、前記電極板が前記内側領域又は前記吸気管に配置されているオゾン発生装置と、前記内側領域における前記空気の流れを制限する制限体と、を備え、前記電極板は、板状の誘電体と、前記誘電体に密着固定された高電圧側電極および低電圧側電極と、を有すると共に、前記空気が流れる方向に延びる板状に形成されているものである。

　また、本発明に係るオゾン発生装置は、空気が内側領域を流れる筒状の吸気管又は前記内側領域に配置され、オゾンを発生させる電極板と、前記内側領域における前記空気の流れを制限する制限体と、を備え、前記電極板は、前記空気が流れる方向に延在する板状の誘電体と、前記誘電体に密着固定された高電圧側電極および低電圧側電極と、を備えているものである。

　本発明に係るオゾン発生装置及びオゾン発生装置付き内燃機関によれば、電極板は、吸気管の内側領域又は吸気管に配置されているので、吸気管の内側領域を流れる空気をオゾン化させることができる。また、制限体により吸入空気の流速が増加するため、吸入空気による電極板の冷却効果を高めることができる。よって、発熱に対する電極板の耐久性を向上させることができ、また、電極板への供給電力を増加させて、オゾンの発生量を増加させることができる。電極板は、吸気管内の空気が流れる方向に延びる板状に形成されているので、電極板による圧力損失の発生を抑制することができる。制限体により吸気管の流路を制限することによって、吸気管内を流れる空気を、電極板付近に集めることができ、オゾンの発生対象となる吸入空気の割合を増加させることができる。よって、吸入空気全体のオゾン添加率を向上させることができる。

本発明の実施の形態１に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態１に係る、流れ方向に平行な平面で切断した、吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態１に係る、電極板のおもて面側の構造を示す平面図である。本発明の実施の形態１に係る、電極板の裏面側の構造を示す平面図である。本発明の実施の形態１に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した電極板の断面図である。図６の部分拡大図である。本発明の比較例に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した電極板の断面である。本発明の実施の形態２に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態３に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態４に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態５に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態５に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した電極板の断面図である。本発明の実施の形態６に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態６に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した電極板の断面図である。本発明の実施の形態７に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態８に係る、流れ方向に平行な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態８に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態９に係る、流れ方向に平行な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態９に係る、流れ方向に平行な平面で切断した吸気管、電極板、及び制限体の断面図である。本発明の実施の形態１０に係る、電極板のおもて面側の構造を示す平面図である。本発明の実施の形態１０に係る、流れ方向に垂直な平面で切断した電極板の断面図である。図２２の部分拡大図である。本発明の実施の形態１１に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１２に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１３に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１４に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１５に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１６に係る、内燃機関の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。本発明の実施の形態１６に係る、エジェクタの構造を示す断面図である。

実施の形態１
　実施の形態１に係るオゾン発生装置８付き内燃機関１（以下、単に、内燃機関１と称す）について図面を参照して説明する。図１は、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。図２は、吸気管２内の空気の流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。図３は、図２のＡ－Ａ断面位置において、流れ方向Ｆに平行な平面で切断した、吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。図４は、電極板８２のおもて面３０側の構造を示す平面図である。図５は、電極板８２の裏面３１側の構造を示す平面図である。なお、図４及び図５において、保護層８９、９０を透視させ、破線で示している。図６は、図５のＢ－Ｂ断面位置において、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した電極板８２の断面図である。図７は、図６のＣ部を拡大したものである。

　ここで、流れ方向Ｆは、オゾン発生装置８（電極板８２）及び制限体８５が配置された吸気管２の部分の内側を流れる空気の流れ方向であり、当該吸気管２の部分の延出方向に平行となる。

　本実施の形態に係る内燃機関１の構成について説明する。内燃機関１は、予混合圧縮自着火式エンジン（HCCIエンジン:Homogeneous-Charge　Compression　Ignition　Combustion）とされている。内燃機関１は、シリンダ（燃焼室）６に吸入される空気が内側を流れる筒状の吸気管２を備えている。本実施の形態では、大気からエアクリーナ２２を通って吸気管２に吸引された空気(吸入空気)は、スロットルバルブ３、インテークマニホールド４を通って、シリンダ（燃焼室）６に吸入される。この際、空気は、いわゆるポート噴射式のインジェクタ５から噴射された燃料と混合された予混合気としてシリンダ(燃焼室)６に吸入される。シリンダ６内で燃焼した燃焼ガス（排気ガス）は、排気管７を流れて外部に排出される。

　内燃機関１は、オゾン発生装置８を備えている。オゾン発生装置８は、オゾンを表面近傍に発生させる電極板８２と、電極板８２に交流電力を供給する駆動電源８０と、を備えている。本実施の形態では、駆動電源８０は、電極板８２に供給する交流電圧（電圧振幅）及び交流周波数の一方又は双方を変化させることが可能とされている。電極板８２は、エアクリーナ２２とスロットルバルブ３との間の吸気管２に設けられている。オゾン発生装置８は、吸入空気をオゾン化し、シリンダ６にオゾンが含有された予混合気を供給する。

　エアクリーナ２２とオゾン発生装置８との間の吸気管２にはエアフローセンサ９が設けられ、吸気管２を流れる吸入空気流量が計測される。また、内燃機関１は、クランク角センサ及びカム角センサ等の各種の運転状態検出センサ１０を備えている。内燃機関１は、内燃機関１の運転制御を行う制御装置１１を備えている。図１において、制御装置１１を介する代表的な制御信号線を破線で示す。エアフローセンサ９及び運転状態検出センサ１０の出力信号は、制御装置１１に入力される。制御装置１１は、エアフローセンサ９及び運転状態検出センサ１０の出力信号に基づいて、インジェクタ５及びスロットルバルブ３等の各種のアクチュエータを制御して、内燃機関１の運転制御を行う。制御装置１１は、運転制御の１つとして、駆動電源８０を制御するように構成されている。具体的には、制御装置１１は、内燃機関１の運転状態に応じて、駆動電源８０が供給する交流電圧及び交流周波数の一方又は双方を変化させる。これにより、内燃機関１の吸入空気に対して適切なオゾン量を添加させることができる。例えば、制御装置１１は、吸入空気のオゾン濃度を維持するため、吸入空気流量が増加するに従って、駆動電源８０が供給する交流電力を増加させる。

　吸気管２は、吸気に伴う圧力損失を極力低減することが望まれる。圧力損失が増加すると、シリンダ６に吸入される空気量が低下するため、内燃機関１の出力の低下を招く。そのため、吸気管２に設置するオゾン発生装置８により圧力損失が増加することを抑制する必要がある。例えば、吸気口からインテークマニホールド４間における圧力損失を、１ｋＰａ以下にすることが望まれる。しかし、本実施の形態とは異なり、隙間を空けて対向した電極間に導入された吸入空気に放電し、オゾンを発生させる空間放電式のオゾン発生装置を用いる場合には、電極間の隙間を狭く（例えば１ｍｍ程度）する必要がある。そのため、オゾン発生装置により圧力損失が大幅に増加し、求められる性能を達成することが困難であった。

　そこで、本実施の形態では、後述するように、オゾン発生装置８は、空間放電式ではなく、高電圧側電極８７が設けられた電極板８２のおもて面３０に沿って放電させる方式（本例では沿面放電式）とされている。

　空間放電式のオゾン発生装置では、放電空間に導入された吸入空気の全てが放電に曝されてオゾン化の対象になる。一方、沿面放電式のオゾン発生装置においては、放電の発生領域は、後述するように、電極板８２のおもて面３０近傍の領域に限られるため、おもて面３０から離れた領域を流れる空気は、オゾン化の対象にならない。そのため、単純に、電極板８２のおもて面３０を吸気管２の内側に設置するだけでは、吸入空気全体のオゾン濃度を増加させることは容易でない。

　電極板８２のオゾン発生量を増加させるために、電極板８２に供給する交流電圧を増加させ、電極板８２の電力密度を増大させることが考えられる。しかし、電極板８２付近を流れる空気のオゾン濃度を上限まで増加させることは可能であるが、吸入空気全体のオゾン濃度を増加させるには限界がある。また、電力密度の過度な増加は、電極板８２の温度上昇を招くため、電極板８２の耐久性の悪化、生成したオゾンの熱分解を引き起こすおそれがある。そのため、電力密度の増大による、吸入空気全体のオゾン濃度の増加には限界がある。よって、電力密度の増大以外の方法によっても、吸入空気全体のオゾン濃度を増加させることが求められる。

　そこで、内燃機関１は、図２及び図３に示すように、電極板８２が配置された吸気管２の部分の流路を部分的に制限する制限体８５を備えている。また、図４から図７に示すように、電極板８２は、板状の誘電体８６と、誘電体８６のおもて面３２に密着固定された高電圧側電極８７と、誘電体８６の裏面３３に密着固定された低電圧側電極８８と、を有している。電極板８２は、吸気管２内の空気の流れ方向Ｆに延びる板状に形成されている。そして、少なくとも、高電圧側電極８７が密着固定された側の面である電極板８２のおもて面３０（高電圧側電極８７）は、吸気管２の内側領域に露出しており、吸気管２の内側領域を流れる空気に接している。

　この構成によれば、高電圧側電極８７が設けられた電極板８２のおもて面３０で放電が生じ、おもて面３０の近傍の空気中の酸素をオゾン化させることができる。電極板８２のおもて面３０は、吸気管２の内側に露出しているので、吸気管２内を流れる空気をオゾン化させることができる。電極板８２のおもて面３０は、放電により発熱するが、電極板８２の裏面３１は、非放電面であるため、放電により発熱しない。そのため、電極板８２の裏面３１から効率的に放熱することができ、電極板８２を効果的に冷却することができる。また、制限体８５により吸入空気の流速が増加するため、吸入空気による電極板８２の冷却効果を高めることができる。よって、発熱に対する電極板８２の耐久性を向上させることができ、また、電極板８２への供給電力を増加させて、オゾンの発生量を増加させることができる。

　図８に、本実施の形態とは異なる、比較例に係る電極板８２ｂの断面図を示す。比較例の電極板８２ｂでは、板状の低電圧側電極８８ｂが中心部に設けられ、低電圧側電極８８ｂの両側に、それぞれ板状の誘電体８６ｂが密着固定されている。そして、両側の誘電体８６ｂに、それぞれ高電圧側電極８７ｂが密着固定され、両側の高電圧側電極８７ｂが、それぞれ保護層８９ｂにより被覆されている。よって、比較例の電極板８２ｂでは、両側の面が、高電圧側電極８７ｂが設けられた放電面とされている。比較例の電極板８２ｂでは、放電面積が増加するため、オゾンの発生量の増加が期待できる。しかし、実際には、供給電力を大きくすると、電極板８２ｂの両側の面で、発熱量が放熱量を上回るため、耐久性及びオゾンの熱分解を考慮すると、結果として供給電力を小さくせざるを得ず、オゾンの発生量が低くなる。

　また、上記の構成によれば、電極板８２は、吸気管２内の空気の流れ方向Ｆに延びる板状に形成されているので、電極板８２による圧力損失の発生を抑制することができる。電極板８２のおもて面３０の近傍でオゾンが発生する。制限体８５により吸気管２の流路を制限することによって、吸気管２内を流れる空気を、電極板８２付近に集めることができ、オゾンの発生対象となる吸入空気の割合を増加させることができる。よって、吸入空気全体のオゾン濃度を増加させることができる。

　なお、「おもて面」及び「裏面」は、板状の電極板８２及び誘電体８６の一方側の面及び他方側の面を、区別するために便宜的に用いている名称であり、放電によりオゾンを発生させる側を「おもて」として、オゾンを発生させない側を「裏」としている。又は、電極板８２における高電圧側電極８７ｂが設けられた側を「おもて」として、電極板８２における高電圧側電極８７ｂが設けられた側とは反対側を「裏」としている。また、便宜的に用いる名称であるため、「おもて面」を「第１面」と称し、「裏面」を「第２面」と称することもできる。

　本実施の形態では、図２及び図３に示すように、電極板８２の裏面３１も、吸気管２の内側領域に露出しており、内側領域を流れる空気に接している。この構成によれば、吸気管２内を流れる空気により、電極板８２の裏面３１を効率的に冷却することができる。例えば、上記のように、吸入空気流量の増加に従って、電極板８２に供給される交流電力が増加されると、電極板８２の発熱量が増加する。しかし、増加した吸入空気流量により電極板８２の裏面３１及びおもて面３０の放熱量も増加するため、電極板８２の温度上昇を効果的に抑制できる。よって、電極板８２の温度上昇による耐久性の悪化、生成したオゾンの熱分解を抑制することができる。また、空間放電式のオゾン発生装置によく採用される水冷式とすることなしに、空冷式とすることができ、装置の簡素化及び小型化を図ることができる。

　制限体８５は、電極板８２のおもて面３０と間隔を空けて対向している。この構成によれば、電極板８２のおもて面３０と制限体８５との間隔を調節する等、電極板８２と制限体８５との相対的な配置構成を調節することで、電極板８２のおもて面３０の近傍に空気を適切に集めることができ、オゾンの発生効率を向上させることができる。

　制限体８５は、空気の流れ方向Ｆ（吸気管２の延出方向）に延びる柱状に形成され、吸気管２の中心部に配置されている。そして、電極板８２は、電極板８２のおもて面３０が制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられている。すなわち、電極板８２のおもて面３０は、吸気管２の中心側に向いている。この構成によれば、中心部に配置された１つの制限体８５により、周囲に設けた電極板８２のおもて面３０との間隔を効率的に調節することができる。また、電極板８２が、中心部に設けられた制限体８５の周囲を囲むように設けられているので、電極板８２のおもて面３０の表面積を広くすることができ、オゾンの発生量を増加させることができると共に、おもて面３０の冷却効果を高めることができる。

　電極板８２は、電極板８２の裏面３１が吸気管２の内周面に対向する向きで、吸気管２を内側から間隔を空けて囲むように設けられている。この構成によれば、吸気管２と電極板８２との間の空間８３を流れる空気により、電極板８２の裏面３１を冷却することができる。また、吸気管２と電極板８２との間隔を調節することで、裏面３１の冷却に用いられる空気量を調節することができる。また、電極板８２の裏面３１の表面積を広くすることができ、電極板８２の冷却効果を高めることができる。

　本実施の形態では、吸気管２は、円筒状に形成されており、制限体８５は、吸気管２の中心に設けられた円柱状に形成されている。電極板８２は、吸気管２と制限体８５との間の円筒状の空間に配置されている。制限体８５の断面積の大きさは、吸気管２の圧力損失の許容値（例えば、１ｋＰａ）を超えないように調整されている。制限体８５は、電極板８２と対向している部分よりも流れ方向Ｆの上流側において、上流側に向かうに従ってすぼむテーパ部を有してもよく、電極板８２と対向している部分よりも流れ方向Ｆの下流側において、下流側に向かうに従ってすぼむテーパ部を有してもよい。テーパ部により、制限体８５による圧力損失の発生を抑制することができる。このように、制限体８５は、吸気管２の中心に設けられた円柱状に形成されているので、制限体８５の断面積の増加に対する圧力損失の増加率を低減することができる。

　電極板８２は、矩形の平板状に形成され、複数（本例では６枚）設けられている。そして、複数の電極板８２が、制限体８５の周囲を囲むように、周方向に互いに間隔を詰めて全周に亘って並べられている。６枚の電極板８２は、流れ方向Ｆに見て、吸気管２の中心を中心とした六角形状に配置されている。各電極板８２のおもて面３０及び裏面３１は、流れ方向Ｆに平行にされ、各電極板８２の辺は、流れ方向Ｆに平行にされている。

　このように、複数の電極板８２により、吸気管２内の流路が、電極板８２の内側の筒状の空間８４と電極板８２の外側の筒状の空間８３とに区切られている。そして、電極板８２の内側の空間８４が、オゾン化された空気が流れる空間となり、電極板８２の外側の空間８３が、オゾン化されていない空気が流れる空間となる。電極板８２の内側の空間８４の中心部に、制限体８５が設けられている。

　複数の電極板８２及び制限体８５は、固定部材（不図示）により互いに接続され、モジュール化された電極モジュール８１とされている。例えば、複数の電極板８２及び制限体８５は、上流側及び下流側に設けられた絶縁性の固定部材により、両側から挟まれて吸気管２に固定されており、周囲との電気的絶縁性が確保され、内燃機関１の振動に耐え得るようになっている。固定部材は、空気の流れの妨げを抑制できる棒状又は板状等の部材により構成される。

　電極板８２は、電極板８２のおもて面３０の沿面放電によりオゾンを発生させる。沿面放電式では、原理的に空間放電式よりも印加電圧を低くできるため、駆動電源８０の電源回路を簡素化及び小型化を図ることができる。

　本実施の形態では、図４から図７に示すように、電極板８２は、流れ方向Ｆに延びる矩形の平板状に形成されている。矩形の長辺が流れ方向Ｆに平行となり、矩形の短辺が流れ方向Ｆに直交する。また、誘電体８６は、流れ方向Ｆに延びる矩形の平板状に形成されている。矩形の長辺が流れ方向Ｆに平行となり、矩形の短辺が流れ方向Ｆに直交する。

　図４及び図６に示すように、高電圧側電極８７は、概略的に誘電体８６のおもて面３２に沿って流れ方向Ｆに延びる矩形の平板状に形成されている。詳細には、高電圧側電極８７は、流れ方向Ｆに直交する直交方向Ｒに互いに間隔を空けて並べられた、流れ方向Ｆに延びる複数（本例では９本）の棒状（本例では角棒状）の電極部３４を有している。高電圧側電極８７は、複数の棒状の電極部３４の上流側端部を互いに接続する、流れ方向Ｆの直交方向Ｒに延びる平板状の第一電極接続部３５を有している。また、高電圧側電極８７は、複数の棒状の電極部３４の下流側端部を互いに接続する、流れ方向Ｆの直交方向Ｒに延びる平板状の第二電極接続部３６を有している。別の表現では、高電圧側電極８７は、矩形の平板に、流れ方向Ｆに延びるスリットが、流れ方向Ｆの直交方向Ｒに複数形成された形状とされている。図７に示すように、棒状の電極部３４のエッジ部から電極部３４間の間隔（スリット）に向かう、電極板８２のおもて面３０に沿った領域Ｘにおいて沿面放電が生じる。そのため、棒状の電極部３４間の間隔（スリット）に沿って沿面放電が生じる。よって、電極板８２のおもて面３０の近傍を流れる空気が、沿面放電によりオゾン化される。

　図４に示すように、高電圧側電極８７は、駆動電源８０の高圧電源端子に接続される、第一電極接続部３５から上流側に延びる平板状の高圧接続端子３７を有している。駆動電源８０の高圧電源端子は、交流電圧を出力する。高圧接続端子３７は、オゾンを発生する棒状の電極部３４よりも上流側に配置されるため、接続部がオゾンによる腐食を受け難くなる。なお、接続部の腐食を防止できれば、高圧接続端子３７が棒状の電極部３４よりも下流側に設けられてもよい。

　図５に示すように、低電圧側電極８８は、概略的に誘電体８６の裏面３３に沿って流れ方向Ｆに延びる矩形の平板状に形成されている。詳細には、低電圧側電極８８は、流れ方向Ｆに延びる角丸矩形の平板状の電極部３８を有している。低電圧側電極８８の電極部３８は、誘電体８６を挟んで高電圧側電極８７の電極部３４の反対側に配置されている。言い換えると、高電圧側電極８７の電極部３４と低電圧側電極８８の電極部３８とは、電極板８２のおもて面３０又は裏面３１に直交する方向に見て、互いに重複する位置に配置されている。

　低電圧側電極８８は、駆動電源８０の低圧電源端子に接続される、電極部３８から下流側に延びる平板状の低圧接続端子３９を有している。駆動電源８０の低圧電源端子は、グランド端子とされている。低圧接続端子３９は、誘電体８６を挟んで、上流側に配置された高圧接続端子３７とは反対側の下流側に配置されているため、高圧接続端子３７と低圧接続端子３９との短絡を生じ難くできる。なお、短絡を防止できれば、低圧接続端子３９は、高圧接続端子３７と同じ側に配置されてもよい。

　図４及び図６に示すように、高電圧側電極８７の電極部３４、及び当該電極部３４が配置された誘電体８６のおもて面３２の領域は、保護層８９により被覆されている。保護層８９により電極部３４を保護することができ、オゾンによる電極部３４の腐食、および放電による電極部３４の劣化を防止できる。保護層８９の表面は、電極板８２のおもて面３０を構成している。また、図５及び図６に示すように、低電圧側電極８８の電極部３８、及び当該電極部３８が配置された誘電体８６の裏面３３の領域は、保護層９０により被覆されている。保護層９０により電極部３８を保護することができ、オゾンによる電極部３８の腐食、および放電による電極部３４の劣化を防止できる。

　誘電体８６には、ホウケイ酸ガラス、パイレックス(登録商標）及び石英等のガラス板、又はアルミナ、酸化チタン、窒化アルミ及びチタン酸バリウム等のセラミクス板等が用いられる。高電圧側電極８７及び低電圧側電極８８の材料には、ステンレス、アルミ、金、銀、銅、タングステン、チタン、リン青銅、ベリリウム銅等の金属、又はこれら金属の化合物が用いられる。保護層８９、９０の材料には、ガラス、二酸化ケイ素、アルミナ、酸化チタン、三酸化タングステン又は貴金属含有触媒等の無機系材料、或いはＰＴＦＥ、ＰＦＡ等のフッ素樹脂等が用いられる。保護層８９、９０の材料は、好ましくは撥水性を有しているとよい。これは、吸入空気中の水分が電極板８２の表面に滞在し難くなるためである。

　内燃機関１の仕様によって変化するが、本実施の形態では、吸気管２は、外径φ６０ｍｍ程度であり、オゾン発生装置８を設置可能な吸気管２の長さは１５０ｍｍ程度である。この吸気管２の部分の内側に、上述の通り、制限体８５の周りに複数の電極板８２が六角形状に組み合わされた電極モジュール８１が収納されている。１つの電極板８２は、幅２５ｍｍ、長さ１００ｍｍ、厚さ１ｍｍ程度である。

　本実施の形態では、高電圧側電極８７は、９本の棒状の電極部３４を有している。図７を用いて説明したように、棒状の電極部３４のエッジ部から放電するため、電極部３４の本数が増加すると放電部分が増加する。一方、電極部３４の本数が少な過ぎると、１つの電極板８２当たりのオゾン発生量を十分確保できない。そのため、本実施の形態のようなサイズの電極板８２の場合、１つの電極板８２当たりの電極部３４の本数は、５本以上が好ましい。しかし、電極部３４の本数を多くし過ぎると、電極部３４により誘電体８６のおもて面３２に形成される凹凸のピッチが狭くなり過ぎ、誘電体８６及び高電圧側電極８７に対する保護層８９の密着度が低下し、保護層８９の形成が不十分になる。よって、１つの電極板８２に対して、電極部３４の本数は、最大１０本程度が好ましい。なお、電極板８２のサイズに応じて、好ましい電極部３４の本数は変化する。高電圧側電極８７の電極部３４及び低電圧側電極８８の電極部３８のエッジ部には、電界集中を低減するため、丸く面取り加工が施されてもよい。

　なお、吸気管２のサイズ及び定格の吸入空気流量は、内燃機関１の仕様により決定される。制限体８５及び電極板８２のサイズ及び配置を調節することにより、吸気管２内を流れる吸入空気を、乱流状態とすることが好ましい。乱流状態とすることにより、層流状態の場合よりも、電極板８２の表面の熱伝達率を大幅に向上させることができ、電極板８２の冷却効果を高めることができる。

　以上のように、本実施の形態による内燃機関１によれば、吸気管２の内側に、沿面放電式の電極板８２及び制限体８５を設置したため、吸気管２の圧力損失の増加を抑制しつつ、オゾンの発生対象となる吸入空気の割合を増加させ、且つ、吸入空気による電極板８２の冷却効果を高めることができる。そのため、吸入空気のオゾン発生量を大幅に増加させることができ、シリンダ６内の混合気の燃焼性・着火性を改善し、内燃機関１の燃費を向上させることができる。

実施の形態２
　次に、実施の形態２に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。本実施の形態に係る内燃機関１の基本的な構成及び動作は実施の形態１と同様であるが、吸気管２内に設置する電極板８２及び制限体８５の形状と配置が異なる。図９は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。

　実施の形態１と同様に、制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる柱状に形成され、吸気管２の中心部に配置されている。そして、電極板８２は、電極板８２のおもて面３０が制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられている。また、吸気管２は、円筒状に形成されており、制限体８５は、吸気管２の中心に設けられた円柱状に形成されている。矩形平板状の複数の電極板８２が、制限体８５の周囲を囲むように、周方向に並べられている。

　しかし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、制限体８５の外周面の周方向の一部分が、電極板８２により囲まれていない。詳細には、５枚の電極板８２が、実施の形態１において六角形状に組み合わされた６枚の電極板８２から１枚を取り除き、開口部を設けた形状に配置されている。言い換えると、５枚の電極板８２が、周方向の一か所に開口を設けた状態で、制限体８５の周囲を囲むように、周方向に互いに間隔を詰めて並べられている。

　なお、吸気管２が透明にされる、又は電極板８２の開口部の外側の吸気管２の部分に透明窓が設けられ、吸気管２の透明部分の外側に放電発光検知センサが設けられてもよい。放電発光検知センサは、吸気管２の透明部分及び電極板８２の開口部を介して電極板８２の内側の放電光の発生有無又は強弱を検出する。放電発光検知センサの出力信号は、制御装置１１に入力され、制御装置１１は、放電光の発生有無又は強弱に応じて、電極板８２に供給する交流電圧及び交流周波数の一方又は双方を変化させるように構成されてもよい。この構成によれば、オゾンの発生状態をフィードバック制御することができる。

実施の形態３
　次に、実施の形態３に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１０は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。

　実施の形態１と同様に、制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる柱状に形成され、吸気管２の中心部に配置されている。そして、電極板８２は、電極板８２のおもて面３０が制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられている。また、吸気管２は、円筒状に形成されている。

　しかし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、制限体８５は、吸気管２の中心に設けられた三角柱状に形成されている。また、矩形の平板状に形成された３枚の電極板８２は、流れ方向Ｆに見て、吸気管２の中心を中心とした三角形状に配置されている。各電極板８２のおもて面３０は、三角柱状の制限体８５の各側面と、一定の間隔を空けて平行に配置されている。

実施の形態４
　次に、実施の形態４に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１１は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。

　しかし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、制限体８５は、吸気管２の中心に設けられた四角柱状に形成されている。また、矩形の平板状に形成された４枚の電極板８２は、流れ方向Ｆに見て、吸気管２の中心を中心とした四角形状に配置されている。各電極板８２のおもて面３０は、四角柱状の制限体８５の各側面と、一定の間隔を空けて平行に配置されている。

実施の形態５
　次に、実施の形態５に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１２は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。図１３は、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した電極板８２の断面図である。

　図１３に示すように、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、電極板８２の裏面３１に、放熱フィン１２が設けられている。放熱フィン１２によって、電極板８２の裏面３１からの放熱量を増加させることができる。よって、発熱に対する電極板８２の耐久性を更に向上させることができ、また、電極板８２への供給電圧を更に増加させて、オゾンの発生量を更に増加させることができる。

　本実施の形態では、放熱フィン１２は、低電圧側電極８８と一体的に構成されている。すなわち、放熱フィン１２は、誘電体８６の裏面３３に密着固定される矩形平板状の基礎部４０と、基礎部４０から突出する複数の突出部４１と、を有している。基礎部４０は、実施の形態１と同様の低電圧側電極８８を構成し、突出部４１は、放熱用のフィンを構成する。突出部４１は、流れ方向Ｆ及び誘電体８６の裏面３３の法線方向に延びる矩形平板状に形成され、直交方向Ｒに互いに間隔を空けて並べられている。突出部４１は、流れ方向Ｆに延びているので、吸入空気により効率的に冷却できると共に、圧力損失を抑制できる。或いは、突出部４１は、誘電体８６の裏面３３の法線方向に突出する柱状（例えば四角柱）に形成され、直交方向Ｒ及び流れ方向Ｆに互いに間隔を空けて並べられてもよい。

　なお、放熱フィン１２は、低電圧側電極８８と別体構成とされてもよい。例えば、実施の形態１と同様の板状の低電圧側電極８８を介して、放熱フィン１２と誘電体８６とを接合してもよい。この方が、誘電体８６に低電圧側電極８８を密着させ易く、無効な放電の発生を抑止し易い。

　図１２に示すように、実施の形態１と同様に、制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる柱状に形成され、吸気管２の中心部に配置されている。そして、電極板８２は、電極板８２のおもて面３０が制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられている。また、吸気管２は、円筒状に形成されており、制限体８５は、吸気管２の中心に設けられた円柱状に形成されている。６枚の電極板８２が、吸気管２の中心を中心とした六角形状に配置されている。

　電極板８２は、放熱フィン１２が吸気管２の内周面に対向する向きで、吸気管２の内周面と放熱フィン１２との間に間隔を空けて、吸気管２を内側から囲むように設けられている。吸気管２と電極板８２との間の空間８３を流れる空気により、放熱フィン１２を冷却することができる。

実施の形態６
　次に、実施の形態６に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１４は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。図１５は、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した一対の電極板８２の断面図である。

　図１５に示すように、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、一対の電極板８２が、それぞれの裏面３１が互いに対向する向きで、互いに間隔を空けて並べられている。この構成によれば、図８に示した比較例のように、一対の電極板８２の両側の２つの面が、放電を行うおもて面３０となり、放電面積を増加させることができる。一方、図８の比較例とは異なり、一対の電極板８２の間の空間に吸入空気を導入し、２つの電極板８２の裏面３１を同時に冷却することができる。そのため、一対の電極板８２を効果的に冷却することができ、供給電力を大きくし、オゾンの発生量を増加させることができる。一対の電極板８２のそれぞれは、同等サイズの矩形の平板状に形成され、互いに平行に配置されている。

　本実施の形態では、放熱フィン１２が、一対の電極板８２の裏面３１に設けられている。放熱フィン１２は、一対の電極板８２の裏面３１の間に架け渡されている。放熱フィン１２によって、一対の電極板８２の間の空間に導入された空気による放熱量を向上させることができる。また、放熱フィン１２により一対の電極板８２を互いに接続し、モジュール化することができる。放熱フィン１２により一対の電極板８２の間の温度のムラを低減することができる。

　本実施の形態では、放熱フィン１２は、低電圧側電極８８と一体的に構成されている。すなわち、放熱フィン１２は、一対の誘電体８６の裏面３３のそれぞれに密着固定される２つの矩形平板状の基礎部４０と、２つの基礎部４０のそれぞれから突出して、２つの基礎部４０の間を接続する複数の突出部４１と、を有している。基礎部４０は、実施の形態１と同様の低電圧側電極８８を構成し、突出部４１は、放熱用のフィンを構成する。突出部４１は、流れ方向Ｆ及び誘電体８６の裏面３３の法線方向に延びる矩形平板状に形成され、直交方向Ｒに互いに間隔を空けて並べられている。或いは、突出部４１は、誘電体８６の裏面３３の法線方向に延びる柱状（例えば四角柱）に形成され、直交方向Ｒ及び流れ方向Ｆに互いに間隔を空けて並べられてもよい。

　なお、放熱フィン１２は、低電圧側電極８８と別体構成とされてもよい。例えば、実施の形態１と同様の板状の低電圧側電極８８を介して放熱フィン１２と誘電体８６とを接合してもよい。この方が、誘電体８６に低電圧側電極８８を密着させ易く、無効な放電の発生を抑止し易い。

　図１４に示すように、本実施の形態では、複数（本例では３つ）の一対の電極板８２が、流れ方向Ｆに見て、吸気管２の中心部を中心とした放射状に配置されている。各電極板８２は、吸気管２の中心部を中心とした放射方向に延びると共に、流れ方向Ｆに延びるように配置されている。複数の一対の電極板８２により周方向に区切られた吸気管２内の複数（本例では３つ）の空間４２のそれぞれに、制限体８５が設けられている。複数（本例では３つ）の制限体８５のぞれぞれは、隣接する２つの電極板８２のおもて面３０と間隔を空けて対向している。この構成によれば、各周方向空間４２に設けられた制限体８５により、周囲に設けた電極板８２のおもて面３０との間隔を個別に調節することができる。各制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる半円柱状に形成されており、円弧面が吸気管２の中心部を向く向きで、吸気管２の内周面に近接して配置されている。

実施の形態７
　次に、実施の形態７に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１６は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。本実施の形態では、実施の形態５と同様の一対の誘電体８６が設けられている。

　本実施の形態では、複数（本例では３つ）の一対の電極板８２が、おもて面３０が互いに対向する向きで、互いに間隔を空けて一列に並べられている。制限体８５は、複数の一対の電極板８２が並べられた領域の両横側に一つずつ設けられている。詳細には、制限体８５は、複数の一対の電極板８２に対して、複数の一対の電極板８２の配列方向に直交する方向の両側に、間隔を空けて配置されている。各制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる半円柱状に形成されており、円弧面が吸気管２の中心部（電極板８２）を向く向きで、吸気管２の内周面に近接して配置されている。制限体８５により吸気管２の流路を制限することにより、吸気管２内を流れる空気を、電極板８２付近に集めることができ、オゾンの発生対象となる吸入空気の割合を増加させると共に吸入空気による冷却効果を高めることができる。

実施の形態８
　次に、実施の形態８に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１７は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに平行な平面で切断した、吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。図１８は、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。

　本実施の形態では、上記の実施の形態１とは異なり、電極板８２は、筒状に形成され、吸気管２を構成している。そして、電極板８２のおもて面３０は、吸気管２の内周面を構成し、電極板８２の裏面３１は、吸気管２の外周面を構成している。制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる柱状（本例では円筒状）に形成され、吸気管２の中心部に配置されている。この構成によれば、電極板８２のおもて面３０は、制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられる。よって、上記の実施の形態１と同様に、中心部に配置された１つの制限体８５により、周囲に配置された電極板８２のおもて面３０との間隔を効果的に調節することができる。また、吸気管２の内周面が、電極板８２のおもて面３０とされるので、おもて面３０の表面積を広くすることができ、オゾンの発生量を増加させることができると共に、おもて面３０の冷却効果を高めることができる。電極板８２の裏面３１は、吸気管２の外側に露出するが、内燃機関１に設けられたクーリングファンによる冷却風、及び車両の走行による走行風により効率的に冷却される。また、吸気管２の外周面が、電極板８２の裏面３１とされるので、裏面３１の表面積を広くすることができ、電極板８２の冷却効果を高めることができる。

　誘電体８６は、筒状に形成され、吸気管２の一部分を構成している。誘電体８６の内周面に高電圧側電極８７が密着固定され、誘電体８６の外周面に低電圧側電極８８が密着固定されている。詳細には、誘電体８６は、円筒状に形成され、上流側及び下流側の両端部に、吸気管２の他の部分と連結されるフランジが設けられている。高電圧側電極８７は、流れ方向Ｆに延びる複数（本例では１６本）の棒状（本例では角棒状）の電極部３４を有しており、棒状の電極部３４が、周方向に互いに間隔（本例では等間隔）を空けて並べられている。高電圧側電極８７は、複数の棒状の電極部３４を互いに接続する電極接続部（不図示）を有しており、駆動電源８０に接続される。低電圧側電極８８は、円筒状に形成されており、誘電体８６を挟んで高電圧側電極８７の電極部３４の反対側に配置されている。

　高電圧側電極８７の電極部３４が配置された誘電体８６の内周面の円筒状の領域は、保護層８９により被覆されている。保護層８９の内周面は、電極板８２の内周面（おもて面３０）を構成している。また、低電圧側電極８８が配置された誘電体８６の外周面の円筒状の領域は、保護層９０により被覆されている。誘電体８６には、ガラス管、セラミクス管、樹脂管、又はゴム管等が用いられる。

　なお、吸気管２の外周面を構成する電極板８２の裏面３１に、実施の形態５と同様の放熱フィンを設けてもよい。また、本実施の形態のように筒状に形成した電極板８２を、実施の形態１のように吸気管２と制限体８５との間の筒状の空間に配置して、電極板８２のおもて面３０及び裏面３１が、吸気管２の内側に露出するように構成されてもよい。

実施の形態９
　次に、実施の形態９に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図１９及び図２０は、本実施の形態に係る、流れ方向Ｆに平行な平面で切断した吸気管２、電極板８２、及び制限体８５の断面図である。

　実施の形態１と同様に、制限体８５は、流れ方向Ｆに延びる柱状に形成され、吸気管２の中心部に配置されている。そして、電極板８２は、電極板８２のおもて面３０が制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられている。

　しかし、本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、制限体８５は、流れ方向Ｆの下流側に向かうに従って断面積が大きくなり、電極板８２との間隔が狭くなるように構成されている。図１９に示す例では、制限体８５は、下流側に向かうに従って連続的に断面積が大きくなるように構成されている。図２０に示す例では、制限体８５は、下流側に向かうに従って段階的に断面積が大きくなるように構成されている。下流側に向かうに従って、空気中のオゾン濃度が高くなっていき、空気の温度が上昇していくため、電極板８２の温度が上昇し易くなる。下流側において、電極板８２の温度上昇を低減することは、オゾンの発生効率の向上に効果的である。上記の構成によれば、下流側の吸入空気の流速が増加するため、吸入空気による電極板８２のおもて面３０の冷却効果を高めることができる。よって、下流側の電極板８２の温度上昇を抑制し、オゾンの発生効率を向上させることができる。

実施の形態１０
　次に、実施の形態１０に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２１は、本実施の形態に係る、電極板８２のおもて面３０側の構造を示す平面図である。なお、図２１において、保護層８９は透視させ、破線で示している。図２２は、図２１のＥ－Ｅ断面位置において、流れ方向Ｆに垂直な平面で切断した電極板８２の断面図である。図２３は、図２２のＧ部を拡大したものである。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、誘電体８６のおもて面３２に、高電圧側電極８７及び低電圧側電極８８が密着固定されている。電極板８２は、電極板８２のおもて面３０の面放電によりオゾンを発生させるように構成されている。

　高電圧側電極８７は、流れ方向Ｆに直交する直交方向Ｒに互いに間隔を空けて並べられた、流れ方向Ｆに延びる複数の棒状の電極部４３を有している。低電圧側電極８８は、流れ方向Ｆに直交する直交方向Ｒに互いに間隔を空けて並べられた、流れ方向Ｆに延びる複数の棒状の電極部４４を有している。そして、高電圧側電極８７の棒状の電極部４３と低電圧側電極８８の棒状の電極部４４とは、互いに間隔を空け、互い違いに配置されている。

　高電圧側電極８７は、複数の棒状の電極部４３の上流側端部を互いに接続する、流れ方向Ｆの直交方向Ｒに延びる平板状の高圧側電極接続部４５を有している。高電圧側電極８７は、高圧側電極接続部４５から上流側に延びる平板状の高圧接続端子３７を有している。高圧接続端子３７は、接続線を介して駆動電源８０の高圧電源端子に接続される。

　低電圧側電極８８は、複数の棒状の電極部４４の下流側端部を互いに接続する、流れ方向Ｆの直交方向Ｒに延びる平板状の低圧側電極接続部４６を有している。低電圧側電極８８は、低圧側電極接続部４６から下流側に延びる平板状の低圧接続端子３９を有している。低圧接続端子３９は、接続線を介して駆動電源８０の低圧電源端子に接続される。

　高電圧側電極８７の電極部４３及び低電圧側電極８８の電極部４４が配置された誘電体８６のおもて面３２の領域は、保護層８９により被覆されている。保護層８９により電極部３４を保護することができ、オゾンによる電極部３４の腐食、および放電による電極部３４の劣化を防止できる。保護層８９の表面は、電極板８２のおもて面３０を構成している。一方、誘電体８６の裏面３３には、電極が設けられていないため、保護層により被覆されていない。誘電体８６の裏面３３は、電極板８２の裏面３１を構成している。電極板８２の製造において、誘電体８６のおもて面３２のみに電極を形成するため、高電圧側電極８７及び低電圧側電極８８を同時に形成することができ、製造工程の簡素化による低コスト化を期待できる。

　図２３に示すように、高電圧側電極８７の電極部４３と、低電圧側電極８８の電極部４４との間の間隔に対応する電極板８２のおもて面３０に沿った領域Ｙにおいて面放電が生じる。図７に示した沿面放電式に比べて、放電領域を広げることが可能であるため、電極板８２の単位面積当たりの放電面積を増加させることができ、オゾン発生量の増加又は電極板８２の小型化を図ることができる。

　本実施の形態のような電極構造を有する電極板８２は、上記の実施の形態１から７、９のように配置構成されてもよいし、実施の形態８のように、円筒状に形成されて配置構成されてもよい。

実施の形態１１
　次に、実施の形態１１に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２４は、本実施の形態に係る、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。図中の矢印は吸入空気の流れ方向を示す。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、吸気管２は、筒状（本例では円筒状）の外管４７と、外管４７の内側に間隔を空けて配置された筒状（本例では円筒状）の内管１３と、を有する二重管構造の部分を有している。電極板８２のおもて面３０は、内管１３の内側に露出しており、制限体８５は、内管１３の内側に配置されている。流れ方向Ｆは、内管１３の内側を流れる空気の流れ方向であり、当該内管１３の延出方向に平行となる。

　外管４７の一方側の開口は、上流側の一重の吸気管２に接続されており、外管４７の他方側の開口は、内管１３の他方側の開口と接続されており、内管１３の一方側の開口は、下流側の一重の吸気管２に接続されている。エアクリーナ２２を通って上流側の吸気管２に吸引された吸入空気は、上流側の吸気管２から、外管４７の一方側の開口に導かれ、外管４７と内管１３との間の筒状の空間を他方側に流れる。その後、吸入空気は、内管１３の他方側の開口に導かれ、内管１３の内側の空間を一方側に流れる。この際、吸入空気は、電極板８２のおもて面３０によりオゾン化される。その後、オゾン化された吸入空気は、内管１３の一方側の開口から、下流側の吸気管２に導かれ、下流側の吸気管２をシリンダ６に向かって流れる。

　外管４７と内管１３との間の空間を流れる吸入空気により、内管１３の外周面を冷却することができるため、内管１３の内側を流れるオゾン化された吸入空気、及び吸入空気に接する電極板８２を冷却することができる。よって、オゾンの発生効率を向上させることができる。

　内管１３に配置される電極板８２及び制限体８５の構成は、上記の実施の形態１から７、９、１０と同様に構成されてもよいし、上記の実施の形態８と同様に構成されてもよい。実施の形態８と同様に構成される場合は、電極板８２の裏面３１は、内管１３の外周面を構成するので、外管４７と内管１３との間の空間を流れる吸入空気により効率的に冷却される。

実施の形態１２
　次に、実施の形態１２に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２５は、本実施の形態に係る、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、内燃機関１は、電極板８２よりも上流側の吸気管２に、湿度調節部１５及び温度調節部１４を設けている。温度調節部１４は、湿度調節部１５よりも上流側に設けられている。エアクリーナ２２を通って吸気管２に吸引された吸入空気は、温度調節部１４に導入され、温度が低下される。温度が低下した吸入空気は、湿度調節部１５に導入され、湿度が低減される。そして、温度及び湿度が低減した吸入空気が、電極板８２に供給される。オゾンの発生効率を向上させるためには、吸入空気が低温及び低湿度である方が好ましい。低温度化により、生成したオゾンの熱分解を低減することができる。低湿度化により、水分に消費される無効な放電エネルギーを低減することができる。

　温度調節部１４には、クーリングファンによる冷却風、車両の走行による走行風を用いた空冷式の冷却機構、内燃機関１の冷却液を用いた水冷式の冷却機構、又はペルチエ素子等の熱電変換素子を用いた冷却機構等が用いられる。湿度調節部１５には、シリカゲル、ゼオライト又は多孔質アルミナ等の吸着剤を用い、吸気中から水分を除去する除湿機構等が用いられる。

　なお、温度調節部１４及び湿度調節部１５の双方が設けられているが、いずれか一方のみが設けられてもよい。内燃機関１の設置場所の大気の温度及び湿度の環境条件によっては、いずれか一方のみでも効果を得ることができる。エアクリーナ２２のエレメントをシリカゲル、ゼオライト又は多孔質アルミナにより構成し、エアクリーナ２２に湿度調節部１５を設けてもよい。これにより、省スペース化を図ることができる。

実施の形態１３
　次に、実施の形態１３に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２６は、本実施の形態に係る、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、内燃機関１は、電極板８２よりも上流側の吸気管２に、ガス分離部１６を設けている。ガス分離部１６は、酸素濃度を増加させた吸入空気と、窒素濃度を増加させた吸入空気と、に分離する。ガス分離部１６は、酸素濃度が増加した吸入空気が、電極板８２が設けられた吸気管２に流れ、窒素濃度が増加した吸入空気が、電極板８２が設けられた吸気管２の部分を迂回するバイパス配管１７に流れるように、接続されている。バイパス配管１７は、スロットルバルブ３の下流側で吸気管２に合流する。

　エアクリーナ２２を通って吸気管２に吸引された吸入空気は、ガス分離部１６に導入され、酸素濃度が増加した吸入空気と、窒素濃度が増加した吸入空気とに分離される。電極板８２には、酸素濃度が増加した吸入空気が供給されるため、オゾンが高効率で発生し、オゾンの発生量が増加する。また、酸素濃度が増加した吸入空気は、窒素濃度が減少しているため、電極板８２による窒素酸化物の発生量が減少する。一方、窒素濃度が増加した吸入空気は、バイパス配管１７により、電極板８２を迂回し、電極板８２の下流側の吸気管２に導入される。よって、ガス分離部１６により吸入空気を分離しても、シリンダ６に吸入される吸入空気量は変化せず、吸気性能に影響しない。

実施の形態１４
　次に、実施の形態１４に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２７は、本実施の形態に係る、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、内燃機関１は、排気ガスを吸気側に再循環する外部式の排気再循環装置２３を設けている。排気管７とインテークマニホールド４とを接続する再循環路２４が設けられており、シリンダ６から排気管７に排出された排気ガスの一部が、再循環路２４を通ってインテークマニホールド４に還流される。再循環路２４には、再循環バルブ１９が設けられており、還流ガスの流量が調整可能にされている。また、再循環路２４には、再循環クーラー１８が設けられており、還流ガスの温度が低下される。よって、電極板８２によりオゾン化された吸入空気は、還流された排気ガスと混合され、シリンダ６に導入される。

　排気ガスに含まれる二酸化炭素と水は、吸入空気の主成分である窒素に比して比熱が大きいため、排気ガスを吸入空気に混合することにより、シリンダ６における燃焼温度を低下させることができる。燃焼温度の低減は、燃焼に伴う窒素酸化物の生成を抑制することができる。また、排ガスを再循環すると、シリンダ６に導入される混合気の酸素濃度が低下する。必要な酸素量を確保するため、スロットルバルブ３の開度が増加され、吸気管２内の負圧が小さくなるため、ポンピングロスの低減が期待できる。

実施の形態１５
　次に、実施の形態１５に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２８は、本実施の形態に係る、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図である。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、内燃機関１は、ターボチャージャ２０を設けている。ターボチャージャ２０は、排気管７に設けられ、排気ガスにより駆動されるタービン２５と、吸気管２に設けられ、タービン２５と一体回転する圧縮機２６と、を有している。内燃機関１の排気エネルギーにより、タービン２５を回転させ、圧縮機２６を回転させることで、吸入空気が圧縮(過給)される。圧縮された吸入空気は、インタークーラー２１により冷却され、更に密度が増加する。電極板８２は、圧縮機２６及びインタークーラー２１とスロットルバルブ３との間の吸気管２に設けられており、過給により高圧、高密度となった吸入空気がオゾン化される。よって、吸入空気のオゾンの発生量を増加させることができる。

　また、内燃機関１は、タービン２５の上流側の排気ガスを吸気側に再循環する排気再循環装置２３を設けている。排気再循環装置２３は、上記の実施の形態１４と同様に、再循環路２４、再循環バルブ１９、及び再循環クーラー１８を設けている。なお、排気再循環装置２３は、タービン２５の通過後の排気ガスを吸気側に再循環させるように構成されてもよい。また、ターボチャージャの代わりに、内燃機関１の出力軸からベルト等を介して取り出した動力によって、吸気管に設けられた圧縮機を駆動するメカニカルスーパーチャージャが設けられてもよい。また、ターボチャージャとメカニカルチャージャを併用したツインチャージャが設けられてもよい。

実施の形態１６
　次に、実施の形態１６に係る内燃機関１について説明する。上記の実施の形態１と同様の構成部分は説明を省略する。図２９は、本実施の形態に係る、内燃機関１の機器構成、制御系統、及びフロー系統等を示す概略構成図であり、図３０は本実施の形態に係る、エジェクタ２７の構造を示す断面図である。

　本実施の形態では、実施の形態１とは異なり、吸気管２は、第１吸気管５０と、第１吸気管５０に接続される第２吸気管２８とを有している。第１吸気管５０と第２吸気管２８との接続部にエジェクタ２７が設けられている。電極板８２は、第２吸気管２８の内側領域又は第２吸気管２８に配置されている。制限体８５は、第２吸気管２８の内側領域における空気の流れを制限する。電極板８２は、第２吸気管２８の内側領域を空気が流れる方向Ｆ２（第２流れ方向Ｆ２）に延びる板状に形成されている。

　本実施の形態では、第１吸気管５０のエアクリーナ２２とスロットルバルブ３の間の吸気管２にエジェクタ２７が備えられている。エジェクタ２７は、第１吸気管５０の上流側に接続される吸気入口２７０と、第１吸気管５０の下流側に接続される吸気出口２７１と、第２吸気管２８に接続される吸引口２７２と、を備えている。エジェクタ２７は、第１吸気管５０を流れるガスに対して、第２吸気管２８を流れるガスを吸引して混合するガス吸引混合部の一例である。エジェクタ２７においては、スロットルバルブ３の開度により、第１吸気管５０のエアクリーナ２２を介して第１吸気管５０に導入された大気が、吸気入口２７０から吸気出口２７１を経てシリンダ６へ向かう吸気として流れ(第１流れ方向Ｆ１)、その流れの発生に応じて、吸引口２７２に吸引力が発生する。前記吸引力により、第２吸気管２８のエアクリーナ２９を介して第２吸気管２８に導入された大気が、電極板８２により、その一部がオゾン化された後、エジェクタ２７へ吸引され(第２流れ方向Ｆ２)、吸気管２を流れる吸気に均質に混合される。オゾン発生装置８においては、第２吸気管２８内に大気が流れるタイミングにあわせ、放電が発生するように制御されている。

　エジェクタ２７においては、シリンダ６が吸気動作を行うと、スロットルバルブ３の開度に応じて、大気はシリンダ６への吸気として吸気入口２７０に供給され、吸気出口２７１に向かってエジェクタ２７内に流体の流れが形成される。吸気入口２７０に供給された吸気は、ノズル２７３に導入され、さらに、ノズル２７３において、その流路断面積が絞られることにより流速が増加し、ディフューザー２７４に流入される。ディフューザー２７４においては、ベルヌーイの定理に基づき、流速の増加に伴い圧力が低下、すなわち真空状態が形成され、吸引口２７２からオゾン発生装置８で生成されたオゾン化ガスが引き込まれる。エジェクタ２７内においては、吸気と吸引されたオゾン化ガスとの攪拌が促進され、吸気出口２７１からは、極めて均質なオゾン含有ガスが吸気として取り出され、インテークマニホールド４に供給されることになる。

　以上のように、エジェクタ２７は、第１吸気管５０の吸気流れにより発生する吸引力を利用することにより、オゾン発生装置８からオゾン化ガスをスロットルバルブ３の開度に応じて吸引し、吸気と均質に混合することができる。さらに、前記均質な混合流体に燃料を噴射することにより生成される極めて均質な予混合気の生成を促進する。また、第２吸気管２８からオゾンを供給するため、第１吸気管５０の圧損を増加させることがないため、エンジンの吸気性能を損なうことなく、シリンダ６へオゾンを含んだ均質な予混合気を供給することができる。

〔その他の実施の形態〕
　最後に、本発明のその他の実施の形態について説明する。なお、以下に説明する各実施の形態の構成は、それぞれ単独で適用されるものに限られず、矛盾が生じない限り、他の実施の形態の構成と組み合わせて適用することも可能である。

（１）上記の各実施の形態においては、内燃機関１は、ポート噴射式のHCCIエンジンとされている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、内燃機関１は、ディーゼルエンジン、又はガソリンエンジンとされてもよく、燃焼噴射方式は、筒内噴射式とされてもよい。

（２）上記の各実施の形態においては、電極板８２は流れ方向Ｆに平行に配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電極板８２は、流れ方向Ｆに延びる板状に形成されていればよく、流れ方向Ｆに対して傾いて配置されてもよい。この場合であっても、圧力損失が許容値を超えない程度に電極板８２が傾けられるのが望ましい。

（３）上記の各実施の形態においては、電極板８２及び制限体８５が配置された吸気管２の部分は、円筒状に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電極板８２及び制限体８５が配置された吸気管２の部分は、筒状に形成されていればよく、例えば、楕円筒状にされてもよく、曲がった円筒状にされてもよい。

（４）上記の各実施の形態においては、電極板８２及び制限体８５は、スロットルバルブ３よりも上流側の吸気管２に設けられている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電極板８２及び制限体８５は、スロットルバルブ３よりも下流側の吸気管２（インテークマニホールド４）に設けられていてもよい。　

（５）実施の形態７を除く上記の各実施の形態においては、電極板８２のおもて面３０は、制限体８５と間隔を空けて対向している場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電極板８２のおもて面３０は、制限体８５と対向しておらず、電極板８２の裏面３１が、制限体８５と間隔を空けて対向してもよい。例えば、実施の形態１等において、電極板８２のおもて面３０と裏面３１とが、裏おもて反対に配置されてもよい。具体的には、電極板８２は、電極板８２の裏面３１が制限体８５の外周面に対向する向きで、制限体８５の周囲を間隔を空けて囲むように設けられ、電極板８２のおもて面３０が吸気管２の内周面に対向する向きで、吸気管２を内側から間隔を空けて囲むように設けられてもよい。

（６）実施の形態１０を除く上記の各実施の形態においては、高電圧側電極８７が有する複数の棒状の電極部３４は、流れ方向Ｆに延びている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、複数の棒状の電極部３４は、流れ方向Ｆに交差する方向に延びていてもよい。また、上記の実施の形態１０では、高電圧側電極８７が有する複数の棒状の電極部４３、及び低電圧側電極８８が有する複数の棒状の電極部４４は、流れ方向Ｆに延びている場合を例として説明した。しかし、高電圧側電極８７が有する複数の棒状の電極部４３、及び低電圧側電極８８が有する複数の棒状の電極部４４は、流れ方向Ｆに交差する方向に延びていてもよい。

（７）上記の各実施の形態においては、電極板８２が、流れ方向Ｆに見て、制限体８５を囲む六角形状、三角形状、四角形状、円筒状等に配置されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電極板８２は、流れ方向Ｆに見て、制限体８５を囲む任意の形状、例えば、任意の数の多角形、Ｃ字状、楕円状等にされてもよい。

（８）実施の形態８を除く上記の各実施の形態においては、電極板８２が、平板状に形成されている場合を例として説明した。しかし、本発明の実施の形態はこれに限定されない。すなわち、電極板８２は、実施の形態８のような、曲がった板状に形成されていてもよい。例えば、電極板８２は、流れ方向Ｆに直交する断面が円弧状に曲がった、流れ方向Ｆに延びる矩形の板状に形成されてもよい。

　なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

　この発明は、吸入空気をオゾン化させるオゾン発生装置を備えた内燃機関に好適に利用することができる。

１　内燃機関、２　吸気管、８　オゾン発生装置、１２　放熱フィン、２７　エジェクタ（ガス混合吸引部）、２８　第２吸気管、３０　電極板のおもて面、３１　電極板の裏面、３２　誘電体のおもて面、３３　誘電体の裏面、３４　高電圧側電極の棒状の電極部、３８　低電圧側電極の電極部、４３　高電圧側電極の棒状の電極部、４４　低電圧側電極の棒状の電極部、５０　第１吸気管、８２　電極板、８５　制限体、８６　誘電体、８７　高電圧側電極、８８　低電圧側電極、Ｆ　流れ方向、Ｒ　直交方向

Claims

　シリンダに吸入される空気が内側領域を流れる筒状の吸気管と、
　オゾンを発生させる電極板を有し、前記電極板が前記内側領域又は前記吸気管に配置されているオゾン発生装置と、
　前記内側領域における前記空気の流れを制限する制限体と、を備え、
　前記電極板は、板状の誘電体と、前記誘電体に密着固定された高電圧側電極および低電圧側電極と、を有すると共に、前記空気が流れる方向に延びる板状に形成されるオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記制限体は、前記電極板と間隔を空けて対向し、
　前記高電圧側電極は、前記制限体と前記誘電体との間に位置する請求項１に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記誘電体は、前記高電圧側電極と前記低電圧側電極との間に位置し、
　前記電極板は、前記高電圧側電極側の沿面放電によりオゾンを発生させる請求項１又は２に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記高電圧側電極は、前記空気が流れる方向に直交する方向に互いに間隔を空けて並べられた、前記空気が流れる方向に延びる複数の棒状の電極部を有している請求項３に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記誘電体は、前記高電圧側電極と前記低電圧側電極との間に位置し、
　前記電極板は、前記高電圧側電極側の面放電によりオゾンを発生させる請求項１又は２に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記高電圧側電極は、前記空気が流れる方向に直交する方向に互いに間隔を空けて並べられた、前記空気が流れる方向に延びる複数の棒状の電極部を有し、
　前記低電圧側電極は、前記空気が流れる方向に直交する方向に互いに間隔を空けて並べられた、前記空気が流れる方向に延びる複数の棒状の電極部を有し、
　前記高電圧側電極の複数の電極部と前記低電圧側電極の複数の電極部とは、互いに間隔を空け、互い違いに配置されている請求項５に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記電極板は、前記高電圧側電極とは反対側が非放電面である請求項１から６のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記電極板は、前記高電圧側電極とは反対側に前記空気が接触する請求項１から７のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記電極板は、筒状に形成され、前記吸気管の一部を構成し、
　前記電極板は、前記高電圧側電極側が前記吸気管の内周面を構成し、前記高電圧側電極とは反対側が、前記吸気管の外周面を構成し、
　前記制限体は、前記吸気管の径方向の中央部を、前記空気が流れる方向に延びる柱状に形成されている請求項１から７のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記誘電体は、筒状に形成され、前記吸気管の一部であり、
　前記誘電体の内周面に前記高電圧側電極が密着固定され、前記誘電体の外周面に前記低電圧側電極が密着固定されている請求項９に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記制限体は、前記吸気管の径方向の中央部を、前記空気が流れる方向に延びる柱状に形成され、
　前記電極板は、前記制限体の周囲を間隔を空けて囲むように設けられ、
　前記高電圧側電極は、前記誘電体と前記制限体との間に位置する請求項１から１０のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記電極板における前記高電圧側電極とは反対側に放熱フィンが設けられている請求項１から１１のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記電極板は、一対設けられ、
　一方の前記電極板における前記高電圧側電極とは反対側と、他方の前記電極板における高電圧側電極側とは反対側とは、互いに間隔を空けて対向している請求項１から１２のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記制限体は、前記空気が流れる方向の下流側に向かうに従って断面積が大きくなり、前記電極板との間隔が狭くなる請求項１から１３のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　前記吸気管は、第１吸気管と、前記第１吸気管に接続される第２吸気管とを有し、
　前記第１吸気管と前記第２吸気管の接続部にガス混合吸引部が設けられ、
　前記電極板は、前記第２吸気管の前記内側領域又は前記第２吸気管に配置され、
　前記制限体は、前記第２吸気管の前記内側領域における前記空気の流れを制限する請求項１から１４のいずれか一項に記載のオゾン発生装置付き内燃機関。
　空気が内側領域を流れる筒状の吸気管又は前記内側領域に配置され、オゾンを発生させる電極板と、
　前記内側領域における前記空気の流れを制限する制限体と、を備え、
　前記電極板は、
　　前記空気が流れる方向に延在する板状の誘電体と、
　　前記誘電体に密着固定された高電圧側電極および低電圧側電極と、を備えるオゾン発生装置。