JP2013108469A

JP2013108469A - 気筒内気流発生装置

Info

Publication number: JP2013108469A
Application number: JP2011255787A
Authority: JP
Inventors: Yuta Shima; 祐太島; Hiroo Oi; 宏朗尾井
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2011-11-24
Filing date: 2011-11-24
Publication date: 2013-06-06

Abstract

【課題】運転状態に関わらず、また応答性よく気筒内において混合気を均質に攪拌すべく気流の渦を発生させる。
【解決手段】気筒の吸気弁１１側の部位の内壁に露出し直流高電圧の印加を受けて気筒内部でコロナ放電を発生させるための放電電極１６と、内燃機関の吸気行程において前記放電電極１６に直流高電圧を印加させる制御を行う制御装置２０とを備えた気筒内気流発生装置を設ける。このコロナ放電に伴うコロナ風を利用して気筒内に混合気の流れの渦を発生させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内燃機関の気筒内において混合気を攪拌すべく気流を発生させる気筒内気流発生装置に関する。

従来より、内燃機関の気筒内において混合気がより均質に攪拌されるようにすべく、種々の構成が考えられてきている。例えば、吸気行程において気筒内で混合気の気流の渦が発生するようにすべく吸気ポートの構造や形状を設定している構成や、吸気通路内にバタフライ弁を設けこのバタフライ弁をモータに接続してこのモータから供給される動力によりバタフライ弁の開度を変更する構成等が考えられてきている（例えば、特許文献１及び２を参照）。

しかし、前者の構成においては、特定の運転条件下では気筒内で混合気の渦を好適に発生させることができるものの、他の運転条件下では必ずしも気筒内で混合気の渦を好適に発生させることができるとは限らないという問題が存在する。また、後者の構成においては、バタフライ弁の開度を絞った場合にこのバタフライ弁が吸気抵抗となり燃費が低下するという問題や、モータから供給される動力によりバタフライ弁の開度を変更するので応答性がよくないという別の問題が存在する。

特開２００９−３０５１６号公報特開２００７−１００６４２号公報

本発明は以上の点に着目し、運転状態に関わらず、また応答性よく気筒内において混合気を均質に攪拌すべく気流の渦を発生させることを目的とする。

すなわち本発明に係る気筒内気流発生装置は、気筒の吸気弁側の部位の内壁に露出し直流高電圧の印加を受けて気筒内部でコロナ放電を発生させるための放電電極と、内燃機関の吸気行程において前記放電電極に直流高電圧を印加させる制御を行う制御部とを備えていることを特徴とする。

このようなものであれば、内燃機関の吸気行程においてコロナ放電を発生させることにより、このコロナ放電に伴うコロナ風を利用して気筒内に混合気の流れの渦を発生させることができる。また、このコロナ風は気筒内において発生する。さらに、このコロナ風の強さは放電電極に印加される電圧を介して調節することができる。従って、運転状態に関わらず、また応答性よく気筒内に混合気の流れの渦を発生させて混合気を均一に攪拌することができる。

さらに、気筒の内壁において前記放電電極と対向する位置に被帯電物を備えているものであれば、放電電極からの放電による電流は該放電電極から前記被帯電物に向かうので、コロナ風の向きにもまた該放電電極から前記被帯電物に向かう指向性を備えさせることができ、混合気の流れの渦をさらに強くすることができる。

本発明によれば、運転状態に関わらず、また応答性よく気筒内において混合気を均質に攪拌すべく気流の渦を発生させることができる。

本発明の一実施形態に係る内燃機関を概略的に示す縦断面図。同実施形態に係る内燃機関を概略的に示す横断面図。本発明の他の実施形態に係る内燃機関を概略的に示す縦断面図。

以下、本発明の一実施形態を図１及び図２を参照しつつ説明する。

図１に吸気弁１１及び排気弁１２の取付部分、図２に前記図１の要部におけるＸ−Ｘ断面をそれぞれ示す火花点火式の内燃機関１は、ダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のもので、吸気ポート２の開口３及び排気ポート４の開口５が、燃焼室６の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ１を中心として対向配置されて、１気筒当たりそれぞれ２ヶ所に開口するものである。すなわち、このエンジン１００は、シリンダブロック７と、このシリンダブロック７の上方に取り付けられ燃焼室６の天井部分を形成しているシリンダヘッド８とを備えている。また、このシリンダヘッド８には、吸気側と排気側とにそれぞれカムシャフト９、１０が取り付けてある。シリンダヘッド８の吸気ポート２は、カムシャフト９が回転することにより往復作動する吸気弁１１により、また排気ポート４は、カムシャフト１０が回転することにより往復作動する排気弁１２によりそれぞれ開閉されるものである。そして、吸気ポート２には燃料噴射弁１３が取り付けられているとともに、燃焼室６の天井部分には、点火プラグ１４が取り付けられている。

しかして本実施形態では、気筒の内壁１５、より具体的には燃焼室６の内壁において、その吸気弁１１側の部位に放電電極１６を設けている。この放電電極１６は、先端１６ａが略錐状をなして気筒内、すなわち燃焼室６内に突出した状態で露出しているとともに、その他の部位は図示は省略するが絶縁体により被覆されている。この放電電極１６の先端１６ａは、ほぼ前記排気弁１２に向いているが、わずかに周方向に傾いている。また、この放電電極１６は、直流高電圧を供給するための高圧直流電源１７に接続されているとともに、この高圧直流電源１７と前記放電電極１６との間にはＰＷＭ回路１８に接続したトランジスタ１９を介在させている。そして、前記ＰＷＭ回路１８からのＰＷＭ信号を利用して放電電極１６に印加される電圧が制御される。このＰＷＭ回路１８に対する制御は、制御装置２０により行う。なお、前記放電電極１６に印加される直流電圧は、具体的には数ｋＶ〜数十ｋＶの直流電圧である。

一方、制御装置２０は、中央演算処理装置２１と、記憶装置２２と、入力インターフェース２３と、出力インターフェース２４とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置２１は、記憶装置２２に格納された後述のプログラムを実行して、内燃機関１の運転制御を行うものである。そして内燃機関１の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース２３を介して中央演算処理装置２１に入力されるとともに、中央演算処理装置２１は出力インターフェース２４を介して制御のための信号を燃料噴射弁１３、点火プラグ１４、ＰＷＭ回路１８等に出力する。具体的には、入力インターフェース４３には、吸気ポート２に流入する空気流量を検出するためのエアフローメータ９１から出力させる空気流量信号ａ、エンジン回転数を検出するための回転数センサ９２から出力される回転数信号ｂ、内燃機関１の冷却水温を検出するための水温センサ９３から出力される水温信号ｃ、Ｏ₂センサ９４から出力される電圧信号ｄなどが入力される。一方、出力インターフェース２４からは、燃料噴射弁１３に対して燃料噴射信号ｍ、点火プラグ１４に対して点火信号ｎ、ＰＷＭ回路１８に対して電圧信号ｐ等が出力されるようになっている。

すなわち、制御装置２０は、内燃機関１の運転制御に必要な各種情報ａ、ｂ、ｃ、ｄを入力インタフェース２３を介して取得し、それらに基づいて吸気量や要求燃料噴射量、点火時期等を演算する。そして、演算結果に対応した各種制御信号ｍ、ｎ、ｐを出力インタフェース２４を介して印加する。

ここで、前記記憶装置２２には、空気流量及びエンジン回転数をパラメータとして放電電極に印加する直流高電圧の電圧を決定する放電制御プログラムを内蔵している。より具体的には、この放電制御プログラムでは、前記空気流量信号ａが示す空気流量を取得する処理、前記回転数信号ｂが示す回転数を取得する処理、これら空気流量及び回転数をパラメータとして印加電圧マップを参照することにより放電電極１６に印加する電圧を決定する処理、及び前記処理により決定した印加電圧を放電電極１６に印加すべくＰＷＭ回路に対応する電圧信号ｐを出力する処理を順次行う。ここで、前記印加電圧マップは、代表的な空気流量及び回転数をパラメータとし、予め実験により決定した放電電極１６に対する印加電圧を記憶装置２２の所定領域に記憶したものである。そして、実際の印加電圧の決定は、補間計算により行う。

ここで、前記放電電極１６から吸気行程中にコロナ放電が行われると、この放電電極１６近傍からコロナ風が発生し、このコロナ風により吸気弁１１から燃焼室６を含む気筒内に導入される混合気の流れが促進され、気筒内に混合気の流れの渦が発生して混合気が攪拌される。より具体的には、前記放電電極１６の先端１６ａはほぼ前記排気弁１２に向かう方向を向いているので、前記コロナ風により気筒内における吸気弁１１側から排気弁１２側に向かう混合気の流れを後押しされて、タンブル方向の混合気の渦が発生する。また、前記放電電極１６の先端１６ａの向きはわずかに周方向に傾いているので、吸気弁１１から気筒内に導入される混合気の流れも前記コロナ風に後押しされることにより周方向に傾き、スワール方向の混合気の渦が発生する。さらに、このコロナ風により、吸気弁１１の表面に付着した未燃燃料であるポートウェットは吹き飛ばされて気化する。

すなわち、放電電極１６、高圧直流電源１７、ＰＷＭ回路１８、トランジスタ１９、及び制御装置２０が協働して請求項中の気筒内気流発生装置として機能する。

以上に述べたように、本実施形態の構成によれば、内燃機関の吸気行程においてコロナ放電を発生させることにより、このコロナ放電に伴うコロナ風を利用して気筒内に混合気の流れの渦を発生させることができる。また、このコロナ風は気筒内においてコロナ放電の直後に発生する。すなわち、応答性よく気筒内に混合気の流れの渦を発生させることができる。さらに、このコロナ風の強さは放電電極に印加される電圧を介して運転状態に対して適切に調節することができる。従って、運転状態に関わらずコロナ風を適切な強さで発生させ、混合気をより均一に攪拌することができる。

また、本実施形態の構成によれば、吸気弁１１の表面に付着した未燃燃料であるポートウェットをコロナ風を利用して吹き飛ばして気化させることにより、吸気行程における吸引力が高くなり、ポンピングロスを抑制することができる。従って、燃費の向上を図ることもできる。加えて、コロナ風を利用して点火プラグに付着した未燃燃料等を吹き飛ばすことにより、失火の発生を防ぐこともできる。

さらに、コロナ放電に伴い発生するオゾンやイオン等の活性物質を利用してよりよい燃焼状態を得ることもできる。

なお、本発明は以上に述べた実施形態に限らない。

例えば、図３を参照しつつ以下に述べるような態様のものが挙げられる。この態様のものは、以下に述べる相違点以外は図１及び図２を参照しつつ前述した実施形態におけるものと同等であるので、前述した実施形態におけるものに対応する各部位には同一の名称及び符号を付し、詳細な説明は省略する。この態様のものは、気筒の内壁１５、より具体的には燃焼室６の内壁において放電電極１６と対向する位置に、接地体２６に接続された被帯電物２５を備える。このような構成を採用すれば、放電電極１６からのコロナ放電は被帯電物２５に向かって行われ、コロナ放電に伴い発生するコロナ風の方向も放電電極１６から被帯電物２５に向かう方向となるので、より効果的に吸気弁からの混合気の流れを加速することにより気筒内に混合気の流れの強い渦を発生させ、混合気をさらに効果的に攪拌することができる。

また、吸気弁の開弁期間の一部と排気弁の閉弁期間の一部とを重複させることが可能な連続可変バルブタイミング機構を備える内燃機関においては、排気ガスを気筒内部において還流するあるいは吸入空気に混合する、いわゆる内部ＥＧＲを妨げないように、吸気弁及び排気弁の双方が開弁している期間に放電電極に対する高圧直流電圧の印加は行わないようにすることが望ましい。

さらに、気筒内に直接燃料を噴射する構成の内燃機関に本発明を適用してもよい。この場合、コロナ風を利用して気筒内に混合気の流れの渦を発生させることにより、気筒内に噴射された燃料をより効率的に気筒内に均等に分布させることができる。

加えて、各気筒に放電電極を複数設けるようにしてもよい。例えば、気筒ごとに吸気弁を２つずつ設ける態様において、各吸気弁の近傍に放電電極を設けてもよい。この場合、各放電電極にそれぞれ対向する位置に被帯電物を１つずつ設けるようにするとよい。さらに、放電電極１つに対して被帯電物をそれぞれ複数設けるようにしてもよい。

また、放電電極の先端部の形状は上述した実施形態に係るもののような錐状のものに限らず、例えば先端面が気筒の内面と面一であるものを採用してもよい。この場合、放電電極の先端を燃焼室内に突出させる必要はなく、上死点近傍に達したピストンに対向する位置に放電電極を設けてもよい。

その他、本発明の趣旨を損ねない範囲で種々に変形してよい。

１…内燃機関
１１…吸気弁
１５…気筒の内壁
１６…放電電極
２０…制御装置

Claims

気筒の吸気弁側の部位の内壁に露出し直流高電圧の印加を受けて気筒内部でコロナ放電を発生させるための放電電極と、
内燃機関の吸気行程において前記放電電極に直流高電圧を印加させる制御を行う制御装置とを備えていることを特徴とする気筒内気流発生装置。
気筒の内壁において前記放電電極と対向する位置に被帯電物を備えている請求項１記載の気筒内気流発生装置。