JP6399473B2 - 燃焼室内の流動制御装置 - Google Patents
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Description
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。
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。
具体的には、図5に示すように、ピストン頂面周縁部36に配置されたプラズマアクチュエータ28については、誘電体38がピストン14の頂面に沿って配置されており、この誘電体38の上面(すなわち燃焼室16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)に埋め込み電極42が埋め込まれている。
本実施形態においては、ピストン頂面周縁部36に3つの埋め込み電極42が埋め込まれており、それぞれの埋め込み電極42について、埋め込み電極42よりも燃焼室16の径方向内側に配置された内側露出電極40aと、埋め込み電極42よりも燃焼室16の径方向外側に配置された外側露出電極40bとが設けられている。
本実施形態においては、燃焼室天井面16aに2つの埋め込み電極42が埋め込まれており、それぞれの埋め込み電極42について、埋め込み電極42よりも燃焼室16の径方向内側に配置された内側露出電極40aと、埋め込み電極42よりも燃焼室16の径方向外側に配置された外側露出電極40bとが設けられている。
具体的には、ピストン頂面周縁部36に配置されたプラズマアクチュエータ28については、図6(a)に示すように、それぞれ円環状に形成された3組の内側露出電極40a、外側露出電極40b及び埋め込み電極42が、ピストン頂面周縁部36に同心円状に配置されている。
また、燃焼室天井面16aに配置されたプラズマアクチュエータ28については、図6(b)に示すように、それぞれ円環状に形成された2組の内側露出電極40a、外側露出電極40b及び埋め込み電極42が、燃焼室天井面16aの周縁部に同心円状に配置されている。
このスキッシュ流Sが最も強くなる時期(例えば圧縮上死点前10°前後)において、PCM32は、交流電源44により高周波及び高電圧の交流電圧を内側露出電極40a及び埋め込み電極42に印加させる。これにより、内側露出電極40a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及びピストン頂面周縁部36に沿って燃焼室16の径方向外側に向かう流動が誘起される。すなわち、燃焼室天井面16a及びピストン頂面周縁部36の表面近傍において、スキッシュ流Sを打ち消す方向に流動が発生する。これにより、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面近傍におけるガスの流速を抑えることができ、燃焼室16内の高温ガスと燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面との間の対流熱伝達を抑制して冷却損失を低減することができる。
この逆スキッシュ流RSが最も強くなる時期(例えば圧縮上死点後10°前後)において、PCM32は、交流電源44により高周波及び高電圧の交流電圧を外側露出電極40b及び埋め込み電極42に印加させる。これにより、外側露出電極40b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及びピストン頂面周縁部36に沿って燃焼室16の径方向内側に向かう流動が誘起される。すなわち、燃焼室天井面16a及びピストン頂面周縁部36の表面近傍において、逆スキッシュ流RSを打ち消す方向に流動が発生する。これにより、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面近傍におけるガスの流速を弱めることができ、燃焼室16内の高温ガスと燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面との間の対流熱伝達を抑制して冷却損失を低減することができる。
上述した実施形態においては、露出電極40及び埋め込み電極42は平面視において円環状に形成されていると説明したが、これとは異なる形状であってもよい。
例えば、図8に示すように、直線状に形成された複数の露出電極40及び埋め込み電極42を、平面視において環状に配置してもよい。図8は、本発明の実施形態の変形例によるプラズマアクチュエータ28の平面図であり、図8(a)はピストン14の頂面に配置されたプラズマアクチュエータ28をピストン14の上方から見た平面図、図8(b)は燃焼室天井面16aに配置されたプラズマアクチュエータ28を天井面16aの下方から見た平面図である。
14 ピストン
16 燃焼室
16a 燃焼室天井面
28 プラズマアクチュエータ
32 PCM
34 キャビティ
36 周縁部
38 誘電体
40 露出電極
40a 内側露出電極
40b 外側露出電極
42 埋め込み電極
SA スキッシュエリア
Claims (5)
- ピストン頂面の周縁部と燃焼室の天井面との間にスキッシュエリアが形成されるエンジンにおいて、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、
上記プラズマアクチュエータは、上記燃焼室の天井面及び/又は上記エンジンのピストン頂面において上記スキッシュエリアの範囲内に配置され、
上記制御手段は、上記エンジンの圧縮行程中に上記燃焼室の径方向外側に向かいスキッシュ流を抑制する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。 - 上記制御手段は、上記エンジンの膨張行程中に上記燃焼室の径方向内側に向かい逆スキッシュ流を抑制する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、請求項1に記載の燃焼室内の流動制御装置。
- 上記プラズマアクチュエータは、上記燃焼室の天井面及び/又は上記エンジンの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、上記スキッシュエリアの範囲内に配置され、
上記露出電極は、上記埋め込み電極よりも上記燃焼室の径方向内側に配置される
ことを特徴とする請求項1又は2に燃焼室内の流動制御装置。 - 上記露出電極及び上記埋め込み電極は、平面視において上記燃焼室の周方向に沿って環状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。
- 上記埋め込み電極よりも上記燃焼室の径方向外側に配置される第2の露出電極を有する、請求項3又は4に記載の燃焼室内の流動制御装置。
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