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JP6436359B2 - Flow control device in combustion chamber - 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、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に関する。   The present invention relates to a flow control device in a combustion chamber, and particularly controls the flow of gas in the combustion chamber in an engine in which a squish area is formed between a peripheral portion of a piston top surface and a ceiling surface of the combustion chamber. The present invention relates to a flow control device in a combustion chamber.

従来、燃焼室内における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、火花点火式エンジンにおいて、圧縮行程終期に吸気側及び排気側のスキッシュエリアからそれぞれ燃焼室天井面及びピストン冠面に沿って流れるスキッシュ流を発生させ、混合気を燃焼室中央部に集合させることで、燃料の着火性を改善する技術が知られている(例えば、特許文献1参照)。   Conventionally, improvement of engine combustion is performed by controlling the flow of gas in a combustion chamber. For example, in a spark ignition engine, a squish flow that flows along the combustion chamber ceiling surface and the piston crown surface is generated from the intake side and exhaust side squish areas at the end of the compression stroke, and the air-fuel mixture is collected in the center of the combustion chamber. Thus, a technique for improving the ignitability of fuel is known (for example, see Patent Document 1).

特開2013−194561号公報JP 2013-194561 A

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、燃焼室天井面及びピストン冠面に沿って流れるスキッシュ流や逆スキッシュ流を発生させると、それらの流動により燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン冠面との間の対流熱伝達が促進され、冷却損失が増大してしまう。   By the way, in order to improve the efficiency of the engine, it is necessary to reduce the cooling loss. However, when a squish flow or a reverse squish flow that flows along the ceiling surface of the combustion chamber and the piston crown surface is generated as in the engine described in Patent Document 1, the hot gas in the combustion chamber and the combustion are generated by these flows. Convective heat transfer between the chamber ceiling surface and the piston crown surface is promoted, resulting in an increase in cooling loss.

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、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、スキッシュ流や逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる、燃焼室内の流動制御装置を提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems of the prior art, and in an engine in which a squish area is formed between the peripheral edge of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber, An object of the present invention is to provide a flow control device in a combustion chamber that can reduce a cooling loss due to a reverse squish flow.

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、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、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、少なくとも1組の誘電体、第1の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、誘電体は、燃焼室の天井面及び/又はエンジンのピストン頂面に沿って配置され、第1の露出電極は、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配置され、埋め込み電極は、スキッシュエリアの範囲内に配置され、プラズマアクチュエータの第1の露出電極及び埋め込み電極は、それぞれ、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、円環状の第1の露出電極は、円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向外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埋め込み電極は、燃焼室の天井面及び/又はピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、円環状の第1の露出電極及び円環状の埋め込み電極は同心円状に配置され、円環状の第1の露出電極は、燃焼室の天井面及び/又はピストン頂面において円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向外側に配置されるので、逆スキッシュ流が発生する時期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、スキッシュエリアの範囲内において燃焼室天井面及び/又はピストン頂面に沿って燃焼室の径方向内側に向かう流動を誘起することができる。このように、逆スキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることにより、燃焼室天井面及び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、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
In order to achieve the above object, a flow control device in a combustion chamber according to a first aspect of the present invention provides a combustion chamber in an engine in which a squish area is formed between a peripheral portion of a piston top surface and a ceiling surface of the combustion chamber. A flow control device in a combustion chamber for controlling a flow of gas in a chamber, the plasma control device having a plasma actuator disposed in the combustion chamber, wherein the plasma actuator includes at least one set of dielectrics, a first exposed electrode, and an embedded And the dielectric is disposed along the ceiling surface of the combustion chamber and / or the top surface of the piston of the engine, the first exposed electrode is disposed on the combustion chamber side of the dielectric, and the embedded electrode is the dielectric disposed on the opposite side of the sandwich is exposed electrodes, the embedded electrode is disposed within the squish area, the first exposed electrode and the buried electrode of the plasma actuator is its They are respectively, disposed in the combustion chamber of an annular shape along the circumferential direction and concentrically, the first exposed electrode of annular shape, are arranged radially outside the combustion chamber than the annular embedded electrode , and characterized in that.
In the first invention of the present invention thus configured, the embedded electrode of the plasma actuator is disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the top surface of the piston , and the first exposure of the annular shape. The electrode and the annular embedded electrode are arranged concentrically, and the annular first exposed electrode is arranged on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the piston top surface on the radially outer side of the combustion chamber than the annular embedded electrode. As a result, plasma is generated in the discharge space between the end face of the exposed electrode and the dielectric by applying a high-frequency and high-voltage AC voltage to the exposed electrode and the buried electrode when the reverse squish flow occurs. Due to the volume force generated by the plasma, the inside of the squish area is directed radially inward of the combustion chamber along the combustion chamber ceiling and / or piston top surface. They are possible to induce a cormorant flow. In this way, by generating the flow in a direction that cancels the reverse squish flow, the flow velocity of the gas in the vicinity of the combustion chamber ceiling surface and the piston top surface can be suppressed, and the hot gas in the combustion chamber and the combustion chamber ceiling surface and the piston top surface can be suppressed. Convection heat transfer between the surfaces can be suppressed, and cooling loss due to the reverse squish flow can be reduced.

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、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、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、プラズマアクチュエータは、少なくとも1組の誘電体、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第1の露出電極、及び、この円環状の第1の露出電極よりも燃焼室の径方向内側に配置された燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、プラズマアクチュエータは、燃焼室の天井面及び/又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、制御手段は、エンジンの膨張行程中に燃焼室の径方向内側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2発明においては、制御手段は、燃焼室の天井面及び/又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータを、逆スキッシュ流が発生する膨張行程中に燃焼室の径方向内側に向かう流動を発生させるように制御するので、逆スキッシュ流が発生する時期において逆スキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることができ、これにより、燃焼室天井面及び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、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、逆スキッシュ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3発明による燃焼室内の流動制御装置は、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、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、少なくとも1組の誘電体、第2の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、誘電体は、燃焼室の天井面及び/又はエンジンのピストン頂面に沿って配置され、第2の露出電極は、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配置され、埋め込み電極は、スキッシュエリアの範囲内に配置され、プラズマアクチュエータの第2の露出電極及び埋め込み電極は、それぞれ、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、円環状の第2の露出電極は、円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向内側に配置される、ことを特徴とする。
このように構成された本発明の第3発明においては、プラズマアクチュエータの埋め込み電極は、燃焼室の天井面及び/又はピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、円環状の第2の露出電極及び円環状の埋め込み電極は同心円状に配置され、円環状の第2の露出電極は、燃焼室の天井面及び/又はピストン頂面において円環状の埋め込み電極よりも燃焼室の径方向内側に配置されるので、スキッシュ流が発生する時期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、スキッシュエリアの範囲内において燃焼室天井面及び/又はピストン頂面に沿って燃焼室の径方向外側に向かう流動を誘起することができる。このように、スキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることにより、燃焼室天井面及び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、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、スキッシュ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、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、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、プラズマアクチュエータは、少なくとも1組の誘電体、燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第2の露出電極、及び、この円環状の第2の露出電極よりも燃焼室の径方向外側に配置された燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、プラズマアクチュエータは、燃焼室の天井面及び/又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置され、制御手段は、エンジンの圧縮行程中に燃焼室の径方向外側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、燃焼室の天井面及び/又はエンジンのピストン頂面においてスキッシュエリアの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータを、スキッシュ流が発生する圧縮行程中に燃焼室の径方向内側に向かう流動を発生させるように制御するので、スキッシュ流が発生する時期においてスキッシュ流を打ち消す方向に流動を発生させることができ、これにより、燃焼室天井面及び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、燃焼室内の高温ガスと燃焼室天井面及びピストン頂面との間の対流熱伝達を抑制して、スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。
The flow control device in the combustion chamber according to the second invention of the present invention controls the flow of gas in the combustion chamber in an engine in which a squish area is formed between the peripheral portion of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber. A flow control device in a combustion chamber, comprising: a plasma actuator disposed in the combustion chamber; and a control means for controlling the plasma actuator, the plasma actuator comprising at least one set of dielectrics and a circumferential direction of the combustion chamber Formed in an annular shape along the circumferential direction of the combustion chamber disposed radially inward of the combustion chamber from the first exposed electrode in the annular shape. The plasma actuator is disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the top surface of the piston of the engine. Controls the plasma actuator to generate a flow toward the radially inner side of the combustion chamber during the expansion stroke of the engine, characterized in that.
In the second invention of the present invention configured as described above, the control means applies a reverse squish flow to the plasma actuator disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the piston top surface of the engine. Since control is performed so as to generate a flow toward the radially inner side of the combustion chamber during the expansion stroke that occurs, it is possible to generate a flow in a direction that cancels the reverse squish flow when the reverse squish flow occurs, The gas flow velocity in the vicinity of the combustion chamber ceiling and piston top surface can be suppressed, and convection heat transfer between the high temperature gas in the combustion chamber and the combustion chamber ceiling surface and piston top surface is suppressed, and cooling by reverse squish flow is performed. Loss can be reduced.
The flow control device in the combustion chamber according to the third aspect of the present invention controls the flow of gas in the combustion chamber in an engine in which a squish area is formed between the peripheral portion of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber. And a plasma actuator disposed in the combustion chamber, the plasma actuator comprising at least one set of dielectric, a second exposed electrode, and a buried electrode, The second exposed electrode is disposed on the combustion chamber side of the dielectric, and the embedded electrode is opposite to the exposed electrode across the dielectric. The embedded electrode is disposed in the range of the squish area, and the second exposed electrode and the embedded electrode of the plasma actuator are each in the circumferential direction of the combustion chamber. Arranged in a circular formed annularly and concentrically along the second exposed electrode of annular shape, than annular embedded electrode is disposed radially inwardly of the combustion chamber, characterized in that.
In the third invention of the present invention configured as described above, the embedded electrode of the plasma actuator is disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the top surface of the piston, and has a second annular exposure. The electrode and the annular embedded electrode are arranged concentrically, and the annular second exposed electrode is located on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the piston top surface on the radially inner side of the combustion chamber with respect to the annular embedded electrode. Since it is arranged, by applying high-frequency and high-voltage AC voltage to the exposed electrode and the buried electrode when the squish flow is generated, plasma is generated in the discharge space between the end face of the exposed electrode and the dielectric, Due to the volume force generated by the plasma, it is directed radially outward of the combustion chamber along the combustion chamber ceiling and / or piston top surface within the squish area. It is possible to induce a flow. In this way, by generating the flow in the direction to cancel the squish flow, the flow velocity of the gas in the vicinity of the combustion chamber ceiling surface and the piston top surface can be suppressed, and the high temperature gas in the combustion chamber and the combustion chamber ceiling surface and the piston top surface can be suppressed. The convective heat transfer between the squish flow and the squish flow can be reduced.
The flow control device in the combustion chamber according to the fourth aspect of the present invention controls the flow of gas in the combustion chamber in an engine in which a squish area is formed between the peripheral portion of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber. A flow control device in a combustion chamber, comprising: a plasma actuator disposed in the combustion chamber; and a control means for controlling the plasma actuator, the plasma actuator comprising at least one set of dielectrics and a circumferential direction of the combustion chamber A second exposed electrode formed in an annular shape along the annular shape, and an annular shape formed along the circumferential direction of the combustion chamber disposed radially outside the combustion chamber with respect to the annular second exposed electrode The plasma actuator is disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the top surface of the piston of the engine. Controls the plasma actuator to generate a flow towards the radially outer side of the combustion chamber during the compression stroke of the engine, characterized in that.
In the fourth aspect of the present invention configured as described above, the control means generates a squish flow in the plasma actuator disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the piston top surface of the engine. During the compression stroke, the flow is controlled so as to generate a flow toward the inner side in the radial direction of the combustion chamber, so that the flow can be generated in a direction to cancel the squish flow at the time when the squish flow is generated. The flow velocity of the gas in the vicinity of the surface and the piston top surface can be suppressed, and the convective heat transfer between the high temperature gas in the combustion chamber and the combustion chamber ceiling surface and the piston top surface is suppressed, thereby reducing the cooling loss due to the squish flow. be able to.

本発明による燃焼室内の流動制御装置によれば、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、スキッシュ流や逆スキッシュ流による冷却損失を低減することができる。   According to the flow control device for a combustion chamber according to the present invention, in an engine in which a squish area is formed between the peripheral portion of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber, the cooling loss due to the squish flow or the reverse squish flow is reduced. be able to.

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。1 is a schematic configuration diagram of an engine to which a flow control device in a combustion chamber according to an embodiment of the present invention is applied. 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。It is a block diagram which shows the electrical structure regarding the flow control apparatus in the combustion chamber by embodiment of this invention. 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。It is a conceptual diagram which shows the basic composition of the plasma actuator by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるエンジンのピストン及びシリンダヘッドなどの部分断面図である。1 is a partial cross-sectional view of a piston and a cylinder head of an engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の実施形態によるエンジンのスキッシュエリア近傍の部分拡大断面図である。It is a partial expanded sectional view of the squish area vicinity of the engine by embodiment of this invention. 本発明の実施形態によるプラズマアクチュエータの平面図であり、(a)はピストン頂面に配置されたプラズマアクチュエータをピストンの上方から見た平面図、(b)は燃焼室の天井面に配置されたプラズマアクチュエータを天井面の下方から見た平面図である。It is the top view of the plasma actuator by embodiment of this invention, (a) is the top view which looked at the plasma actuator arrange | positioned on the piston top surface from the upper direction of a piston, (b) was arrange | positioned on the ceiling surface of the combustion chamber. It is the top view which looked at the plasma actuator from the lower part of the ceiling surface. 本発明の実施形態によるエンジンのスキッシュエリア近傍の部分拡大断面図であり、(a)は圧縮行程中のプラズマアクチュエータの動作を示す図、(b)は膨張行程中のプラズマアクチュエータの動作を示す図である。It is a partial expanded sectional view of the squish area vicinity of the engine by embodiment of this invention, (a) is a figure which shows operation | movement of the plasma actuator in a compression stroke, (b) is a figure which shows operation | movement of the plasma actuator in an expansion stroke. It is. 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の平面図であり、(a)はピストン頂面に配置されたプラズマアクチュエータをピストン頂面の上方から見た平面図、(b)は燃焼室の天井面に配置されたプラズマアクチュエータを天井面の下方から見た平面図である。It is the top view of the plasma actuator by the modification of embodiment of this invention, (a) is the top view which looked at the plasma actuator arrange | positioned at the piston top surface from the upper direction of a piston top, (b) is the ceiling of a combustion chamber It is the top view which looked at the plasma actuator arrange | positioned in the surface from the downward direction of the ceiling surface.

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。   Hereinafter, a flow control device in a combustion chamber according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.

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。   First, an apparatus configuration of an engine according to an embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine to which a flow control device in a combustion chamber according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 2 shows an electrical configuration related to the flow control device in the combustion chamber according to an embodiment of the present invention. It is a block diagram.

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。   In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine. The engine 1 is a gasoline engine that is mounted on a vehicle and supplied with a fuel containing at least gasoline. The engine 1 includes a cylinder block 4 provided with a plurality of cylinders 2 (only one cylinder 2 is shown in FIG. 1, but four cylinders 2 are provided in series, for example), and the cylinder block 4 And an oil pan 8 disposed below the cylinder block 4 and storing lubricating oil. A piston 14 connected to the crankshaft 12 via a connecting rod 10 is fitted in each cylinder 2 so as to be able to reciprocate. The cylinder head 6, the cylinder 2, and the piston 14 define a combustion chamber 16. The shape of the combustion chamber 16 is not limited to the shape illustrated. For example, the shape of the top surface of the piston 14 and the shape of the ceiling surface of the combustion chamber 16 can be appropriately changed.

シリンダヘッド6には、気筒2毎に、吸気ポート18及び排気ポート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側の開口を開閉する吸気弁22及び排気弁24がそれぞれ配設されている。   In the cylinder head 6, an intake port 18 and an exhaust port 20 are formed for each cylinder 2. The intake port 18 and the exhaust port 20 have an intake valve 22 and an exhaust for opening and closing the opening on the combustion chamber 16 side. Each valve 24 is disposed.

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の中央部分から、その燃焼室16内に臨むように配設されている。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。   The cylinder head 6 is also provided with an injector 26 (fuel injection valve) for directly injecting fuel into the cylinder 2 for each cylinder 2. The injector 26 is disposed so that the nozzle hole faces the inside of the combustion chamber 16 from the central portion of the ceiling surface 16 a of the combustion chamber 16. The injector 26 directly injects an amount of fuel into the combustion chamber 16 at an injection timing set according to the operating state of the engine 1 and according to the operating state of the engine 1.

シリンダヘッド6にはまた、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。本実施形態においては、吸気弁22と排気弁24との間に、2つの点火プラグ30が配置されている。   A spark plug 30 for forcibly igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 16 is also attached to the cylinder head 6. In the present embodiment, two spark plugs 30 are disposed between the intake valve 22 and the exhaust valve 24.

また、ピストン14の頂面及びシリンダヘッド6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。   A plasma actuator 28 is disposed on the top surface of the piston 14 and the cylinder head 6. Details of the plasma actuator 28 will be described later.

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。   The engine 1 is controlled by a powertrain control module (hereinafter referred to as PCM) 32. The PCM 32 includes a microprocessor having a CPU, a memory, a counter timer group, an interface, and a path connecting these units. The PCM 32 constitutes a controller.

PCM32には、図1、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。   As shown in FIGS. 1 and 2, various signals including a detection signal of a crank angle sensor SW 12 that detects a rotation angle of the crankshaft 12 are input to the PCM 32.

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として機能する。   The PCM 32 determines the state of the engine 1 and the vehicle by performing various calculations based on these detection signals, and in response thereto, the injector 26, the spark plug 30, the plasma actuator 28, and various valves (throttle valve and EGR). A control signal is output to the actuator of the valve. Thus, the PCM 32 operates the engine 1. Although details will be described later, the plasma actuator 28 and the PCM 32 correspond to the flow control device in the combustion chamber in the present invention, and the PCM 32 functions as a control means for controlling the plasma actuator 28.

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。
Next, a basic configuration of the plasma actuator 28 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 3 is a conceptual diagram showing a basic configuration of the plasma actuator 28 according to the embodiment of the present invention.
As shown in FIG. 3, the plasma actuator 28 includes a thin film-like dielectric 38, and an exposed electrode 40 and a buried electrode 42 arranged with the dielectric interposed therebetween. The exposed electrode 40 and the buried electrode 42 are arranged with their positions shifted along the planar direction of the dielectric 38. In FIG. 3, the exposed electrode 40 and the buried electrode 42 are arranged so as not to overlap in the normal direction of the dielectric 38, but the exposed electrode 40 and the buried electrode 42 are arranged so as to partially overlap. May be. An AC power supply 44 is connected to the exposed electrode 40 and the embedded electrode 42.

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。
When an AC voltage of high frequency and high voltage (for example, several kHz, several tens of kV) is applied to the exposed electrode 40 and the embedded electrode 42 by the AC power supply 44, as shown in FIG. Plasma P is generated in the discharge space between. The plasma P generates a volume force from the exposed electrode 40 toward the embedded electrode 42, and the volume force induces a gas flow along the surface of the dielectric 38.
The magnitude of the volume force generated by the plasma P can be controlled by the voltage and frequency applied to the exposed electrode 40 and the embedded electrode 42.

次に、図4乃至図6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ピストン14及びシリンダヘッド6などの部分断面図であり、図5は、本発明の実施形態によるエンジン1のスキッシュエリア近傍の部分拡大断面図である。また、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の平面図であり、図6(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6(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を燃焼室天井面16aの下方から見た平面図である。なお、図4は、ピストン14が圧縮上死点前10°に位置するときの図を示している。   Next, the plasma actuator 28 according to the embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 4 is a partial cross-sectional view of the piston 14 and the cylinder head 6 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a partially enlarged cross-sectional view of the vicinity of the squish area of the engine 1 according to the embodiment of the present invention. 6 is a plan view of the plasma actuator 28 according to the embodiment of the present invention, and FIG. 6A is a plan view of the plasma actuator 28 arranged on the top surface of the piston 14 as viewed from above the piston 14. FIG. 6B is a plan view of the plasma actuator 28 disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a as viewed from below the combustion chamber ceiling surface 16a. FIG. 4 shows a view when the piston 14 is positioned at 10 ° before the compression top dead center.

本実施形態によるエンジン1では、シリンダヘッド6側の燃焼室天井面16aが切妻型の屋根状(ペントルーフ形状)に形成された燃焼室16が適用されている。図4は、このような燃焼室16を構成するペントルーフ形状の稜線に直交する線分に沿った面で切断した、ピストン14及びシリンダヘッド6などの一部分の断面図である。   In the engine 1 according to the present embodiment, the combustion chamber 16 in which the combustion chamber ceiling surface 16a on the cylinder head 6 side is formed in a gable roof shape (pent roof shape) is applied. FIG. 4 is a cross-sectional view of a part of the piston 14 and the cylinder head 6 and the like cut along a plane along a line perpendicular to the pent roof-shaped ridge line constituting the combustion chamber 16.

ピストン14の頂面の中央部には、下方に凹んだキャビティ34が形成されている。キャビティ34は、気筒2の軸線方向から見たときの平面形状がほぼ円形となるように形成されている。キャビティ34の中央部の真上にはインジェクタ26が配置されており、キャビティ34の凹部内に2つの点火プラグ30が配置されている。   A cavity 34 recessed downward is formed at the center of the top surface of the piston 14. The cavity 34 is formed so that the planar shape when viewed from the axial direction of the cylinder 2 is substantially circular. An injector 26 is disposed immediately above the center of the cavity 34, and two spark plugs 30 are disposed in the recess of the cavity 34.

また、ピストン14の頂面には、キャビティ34の外縁からピストン14の上面の外縁まで延び、キャビティ34の径方向外側を取り囲む周縁部36が設けられている。ピストン14の頂面の周縁部36と燃焼室天井面16aとの間には、スキッシュエリアSAが形成される。   Further, on the top surface of the piston 14, a peripheral edge portion 36 that extends from the outer edge of the cavity 34 to the outer edge of the upper surface of the piston 14 and surrounds the radially outer side of the cavity 34 is provided. A squish area SA is formed between the peripheral edge 36 of the top surface of the piston 14 and the combustion chamber ceiling surface 16a.

プラズマアクチュエータ28は、ピストン頂面周縁部36と、燃焼室天井面16aにおいて周縁部36に対向する部分とに配置されている。
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。
The plasma actuator 28 is disposed on the piston top surface peripheral portion 36 and the portion facing the peripheral portion 36 on the combustion chamber ceiling surface 16a.
Specifically, as shown in FIG. 5, with respect to the plasma actuator 28 disposed at the piston top surface peripheral portion 36, a dielectric 38 is disposed along the top surface of the piston 14. The exposed electrode 40 is disposed on the upper surface (that is, the combustion chamber 16 side), and the embedded electrode 42 is embedded on the opposite side of the exposed electrode 40 (that is, the piston 14 side) with the dielectric 38 interposed therebetween.
In the present embodiment, three embedded electrodes 42 are embedded in the piston top surface peripheral portion 36, and each of the embedded electrodes 42 is an inner exposed electrode disposed on the radially inner side of the combustion chamber 16 with respect to the embedded electrode 42. 40a and an outer exposed electrode 40b disposed on the radially outer side of the combustion chamber 16 with respect to the embedded electrode 42 are provided.

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、誘電体38が燃焼室天井面16aにおいて周縁部36に対向する部分に沿って配置されており、この誘電体38の下面(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(すなわちシリンダヘッド6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、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。
Further, with respect to the plasma actuator 28 disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a, the dielectric 38 is disposed along the portion of the combustion chamber ceiling surface 16a facing the peripheral portion 36, and the lower surface of the dielectric 38 (that is, An exposed electrode 40 is disposed on the combustion chamber 16 side, and an embedded electrode 42 is embedded on the opposite side of the exposed electrode 40 (that is, the cylinder head 6 side) with the dielectric 38 interposed therebetween.
In the present embodiment, two embedded electrodes 42 are embedded in the combustion chamber ceiling surface 16a. For each embedded electrode 42, an inner exposed electrode 40a disposed radially inward of the combustion chamber 16 with respect to the embedded electrode 42. And an outer exposed electrode 40 b disposed on the radially outer side of the combustion chamber 16 with respect to the embedded electrode 42.

また、図6に示すように、露出電極40及び埋め込み電極42は、平面視において環状に配置される。
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。
Further, as shown in FIG. 6, the exposed electrode 40 and the embedded electrode 42 are annularly arranged in a plan view.
Specifically, with respect to the plasma actuator 28 disposed on the piston top surface peripheral portion 36, as shown in FIG. 6A, three sets of inner exposed electrode 40a and outer exposed electrode 40b each formed in an annular shape. The embedded electrode 42 is disposed concentrically on the piston top surface peripheral edge 36.
As for the plasma actuator 28 disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a, as shown in FIG. 6B, two sets of inner exposed electrode 40a, outer exposed electrode 40b and embedded electrode 42 formed in an annular shape, respectively. However, it is arrange | positioned concentrically at the peripheral part of the combustion chamber ceiling surface 16a.

次に、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7は、本発明の実施形態によるエンジン1のスキッシュエリアSA近傍の部分拡大断面図であり、図7(a)は圧縮行程中のプラズマアクチュエータ28の動作を示す図、(b)は膨張行程中のプラズマアクチュエータ28の動作を示す図である。   Next, the operation of the plasma actuator 28 according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIG. FIG. 7 is a partially enlarged cross-sectional view in the vicinity of the squish area SA of the engine 1 according to the embodiment of the present invention. FIG. 7A is a diagram showing the operation of the plasma actuator 28 during the compression stroke, and FIG. 7B is the expansion stroke. It is a figure which shows operation | movement of the plasma actuator 28 in it.

図7(a)に示すように、圧縮行程においては、ピストン14が上昇し燃焼室天井面16aにピストン14が接近するにしたがってスキッシュエリアSAの容積が減少すると、燃焼室天井面16a及びピストン頂面周縁部36に沿ってスキッシュエリアSAからキャビティ34に向かうスキッシュ流S(図7(a)において点線矢印により示す)が発生する。
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。
As shown in FIG. 7A, in the compression stroke, when the piston 14 moves up and the volume of the squish area SA decreases as the piston 14 approaches the combustion chamber ceiling surface 16a, the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston top surface are reduced. A squish flow S (indicated by a dotted arrow in FIG. 7A) is generated from the squish area SA toward the cavity 34 along the surface peripheral edge 36.
At the time when the squish flow S is strongest (for example, around 10 ° before compression top dead center), the PCM 32 applies high-frequency and high-voltage AC voltages to the inner exposed electrode 40 a and the embedded electrode 42 by the AC power supply 44. As a result, plasma is generated in the discharge space between the end face of the inner exposed electrode 40a and the dielectric 38, and along the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston top surface peripheral portion 36 by the volume force generated by the plasma. A flow toward the radially outer side of the combustion chamber 16 is induced. That is, in the vicinity of the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston top surface peripheral portion 36, a flow is generated in a direction that cancels the squish flow S. Thereby, the flow velocity of the gas in the combustion chamber ceiling surface 16a and the vicinity of the top surface of the piston 14 can be suppressed, and the convection heat between the high temperature gas in the combustion chamber 16 and the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 is achieved. Transmission can be suppressed and cooling loss can be reduced.

また、図7(b)に示すように、膨張行程においては、ピストン14が下降し燃焼室天井面16aからピストン14が離れるにしたがってスキッシュエリアSAの容積が増大すると、燃焼室天井面16a及びピストン頂面周縁部36に沿ってキャビティ34からスキッシュエリアSAに向かう逆スキッシュ流RS(図7(b)において点線矢印により示す)が発生する。
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。
Further, as shown in FIG. 7B, in the expansion stroke, when the volume of the squish area SA increases as the piston 14 descends and the piston 14 moves away from the combustion chamber ceiling surface 16a, the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston A reverse squish flow RS (indicated by a dotted arrow in FIG. 7B) is generated from the cavity 34 toward the squish area SA along the top peripheral edge 36.
At the time when the reverse squish flow RS becomes strongest (for example, around 10 ° after compression top dead center), the PCM 32 applies an AC voltage of high frequency and high voltage to the outer exposed electrode 40 b and the embedded electrode 42 by the AC power supply 44. As a result, plasma is generated in the discharge space between the end face of the outer exposed electrode 40b and the dielectric 38, and along the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston top surface peripheral portion 36 by the volume force generated by the plasma. A flow toward the radially inner side of the combustion chamber 16 is induced. That is, in the vicinity of the surfaces of the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston top surface peripheral portion 36, a flow is generated in a direction that cancels the reverse squish flow RS. Thereby, the flow velocity of the gas in the combustion chamber ceiling surface 16a and the vicinity of the top surface of the piston 14 can be weakened, and the convection heat between the high temperature gas in the combustion chamber 16 and the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 is obtained. Transmission can be suppressed and cooling loss can be reduced.

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、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。
Next, further modifications of the embodiment of the present invention will be described.
In the above-described embodiment, it has been described that the exposed electrode 40 and the embedded electrode 42 are formed in an annular shape in plan view, but may have different shapes.
For example, as shown in FIG. 8, a plurality of exposed electrodes 40 and embedded electrodes 42 formed in a straight line may be arranged in an annular shape in plan view. FIG. 8 is a plan view of a plasma actuator 28 according to a modification of the embodiment of the present invention. FIG. 8A is a plan view of the plasma actuator 28 disposed on the top surface of the piston 14 as viewed from above the piston 14. FIG. 8B is a plan view of the plasma actuator 28 disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a as viewed from below the ceiling surface 16a.

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8(a)に示すように、それぞれ直線状に形成された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、燃焼室16の周方向に平行に配列されて1つのブロックを形成し、同様に形成された8つのブロックが、キャビティ34を取り囲むように、ピストン頂面周縁部36に全体として環状に配置されるようにしてもよい。   Specifically, with respect to the plasma actuator 28 disposed on the piston top surface peripheral portion 36, as shown in FIG. 8A, three sets of the inner exposed electrode 40a and the outer exposed electrode 40b, which are each formed in a straight line, are formed. And the embedded electrodes 42 are arranged in parallel to the circumferential direction of the combustion chamber 16 to form one block, and the eight blocks formed in the same manner surround the cavity 34 as a whole on the piston top surface peripheral portion 36. It may be arranged in a ring shape.

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8(b)に示すように、それぞれ直線状に形成された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16の周方向に平行に配列されて1つのブロックを形成し、同様に形成された8つのブロックが、燃焼室天井面16aの周縁部に全体として環状に配置されるようにしてもよい。   As for the plasma actuator 28 disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a, as shown in FIG. 8B, two sets of the inner exposed electrode 40a, the outer exposed electrode 40b, and the embedded electrode 42, which are each formed in a straight line, are formed. Are arranged in parallel to the circumferential direction of the combustion chamber 16 to form one block, and eight blocks formed in the same manner are arranged annularly on the peripheral edge of the combustion chamber ceiling surface 16a as a whole. Also good.

また、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及びピストン頂面周縁部36に配置された場合を説明したが、プラズマアクチュエータ28が燃焼室天井面16a又はピストン頂面周縁部36の一方に配置されるようにしてもよい。   In the above-described embodiment, the case where the plasma actuator 28 is disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston top surface peripheral portion 36 has been described. However, the plasma actuator 28 is disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a or the piston top surface peripheral portion. It may be arranged on one side of 36.

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。   Next, effects of the flow control device in the combustion chamber according to the above-described embodiment of the present invention and the modification of the embodiment of the present invention will be described.

まず、プラズマアクチュエータ28の埋め込み電極42は、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面においてスキッシュエリアSAの範囲内に配置され、内側露出電極40aは、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面において埋め込み電極42よりも燃焼室16の径方向内側に配置されるので、スキッシュ流Sが発生する時期に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に印加することにより、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、スキッシュエリアSAの範囲内において燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面に沿って燃焼室16の径方向外側に向かう流動を誘起することができる。このように、スキッシュ流Sを打ち消す方向に流動を発生させることにより、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、スキッシュ流Sによる冷却損失を低減することができる。   First, the embedded electrode 42 of the plasma actuator 28 is disposed within the squish area SA on the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14, and the inner exposed electrode 40a is disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14. In FIG. 1, the high-frequency and high-voltage AC voltages are applied to the inner exposed electrode 40a and the embedded electrode 42 when the squish flow S is generated. Plasma is generated in the discharge space between the end face of the exposed electrode 40a and the dielectric 38, and by the volume force generated by the plasma, the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 are aligned within the squish area SA. Thus, the flow toward the radially outer side of the combustion chamber 16 can be induced. Thus, by generating a flow in a direction that cancels the squish flow S, the flow velocity of the gas in the vicinity of the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 can be suppressed, and the high-temperature gas in the combustion chamber 16 and the combustion chamber can be suppressed. The convective heat transfer between the ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 can be suppressed, and the cooling loss due to the squish flow S can be reduced.

また、露出電極40及び埋め込み電極42が、ピストン頂面周縁部36と燃焼室天井面16aとの間に形成されるスキッシュエリアSA全体に対応するように配置されるので、スキッシュ流Sが発生する時期に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に印加することにより、スキッシュエリアSA全体においてスキッシュ流Sを抑制することができ、スキッシュ流Sによる冷却損失を一層効果的に低減することができる。   Further, since the exposed electrode 40 and the embedded electrode 42 are arranged so as to correspond to the entire squish area SA formed between the piston top surface peripheral portion 36 and the combustion chamber ceiling surface 16a, a squish flow S is generated. By applying high-frequency and high-voltage AC voltage to the inner exposed electrode 40a and the embedded electrode 42 at the time, the squish flow S can be suppressed in the entire squish area SA, and the cooling loss due to the squish flow S can be more effectively reduced. Can be reduced.

また、外側露出電極40bは、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面において埋め込み電極42よりも燃焼室16の径方向外側に配置されるので、逆スキッシュ流RSが発生する時期に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に印加することにより、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、スキッシュエリアSAの範囲内において燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面に沿って燃焼室16の径方向内側に向かう流動を誘起することができる。このように、逆スキッシュ流RSを打ち消す方向に流動を発生させることにより、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、逆スキッシュ流RSによる冷却損失を低減することができる。   Further, since the outer exposed electrode 40b is disposed on the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 on the radially outer side of the combustion chamber 16 with respect to the embedded electrode 42, the high frequency and high frequency are generated when the reverse squish flow RS is generated. By applying an alternating voltage of the voltage to the outer exposed electrode 40b and the buried electrode 42, plasma is generated in the discharge space between the end face of the outer exposed electrode 40b and the dielectric 38, and the volume force generated by the plasma causes Within the squish area SA, it is possible to induce a flow toward the radially inner side of the combustion chamber 16 along the combustion chamber ceiling surface 16 a and the top surface of the piston 14. Thus, by generating a flow in a direction that cancels the reverse squish flow RS, the flow velocity of the gas in the vicinity of the combustion chamber ceiling 16a and the top surface of the piston 14 can be suppressed, and the high-temperature gas and combustion in the combustion chamber 16 can be suppressed. Convective heat transfer between the chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 can be suppressed, and cooling loss due to the reverse squish flow RS can be reduced.

また、PCM32は、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面においてスキッシュエリアSAの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータ28を、スキッシュ流Sが発生する圧縮行程中に燃焼室16の径方向外側に向かう流動を発生させるように制御するので、スキッシュ流Sが発生する時期においてスキッシュ流Sを打ち消す方向に流動を発生させることができ、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、スキッシュ流Sによる冷却損失を低減することができる。   Further, the PCM 32 moves the plasma actuator 28 arranged in the range of the squish area SA on the combustion chamber ceiling 16a and the top surface of the piston 14 to the outside in the radial direction of the combustion chamber 16 during the compression stroke in which the squish flow S is generated. Since the flow is controlled so as to generate the flowing flow, the flow can be generated in the direction in which the squish flow S is canceled at the time when the squish flow S is generated, and thus, in the vicinity of the top surface of the combustion chamber ceiling surface 16a and the piston 14. The gas flow rate can be suppressed, and the convective heat transfer between the high-temperature gas in the combustion chamber 16 and the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 is suppressed, thereby reducing the cooling loss due to the squish flow S. Can do.

また、PCM32は、燃焼室天井面16a及びピストン14の頂面においてスキッシュエリアSAの範囲内に配置されたプラズマアクチュエータ28を、逆スキッシュ流RSが発生する膨張行程中に燃焼室16の径方向内側に向かう流動を発生させるように制御するので、逆スキッシュ流RSが発生する時期において逆スキッシュ流RSを打ち消す方向に流動を発生させることができ、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、逆スキッシュ流RSによる冷却損失を低減することができる。   Further, the PCM 32 causes the plasma actuator 28 disposed in the range of the squish area SA on the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 to move radially inward of the combustion chamber 16 during the expansion stroke in which the reverse squish flow RS is generated. Therefore, the flow can be generated in a direction that cancels the reverse squish flow RS at the time when the reverse squish flow RS is generated. As a result, the top of the combustion chamber ceiling 16a and the piston 14 can be generated. The flow velocity of the gas in the vicinity of the surface can be suppressed, the convective heat transfer between the high temperature gas in the combustion chamber 16 and the combustion chamber ceiling surface 16a and the top surface of the piston 14 is suppressed, and the cooling loss due to the reverse squish flow RS. Can be reduced.

1 エンジン(エンジン本体)
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
1 Engine (Engine body)
14 Piston 16 Combustion chamber 16a Combustion chamber ceiling 28 Plasma actuator 32 PCM
34 Cavity 36 Peripheral part 38 Dielectric 40 Exposed electrode 40a Inner exposed electrode 40b Outer exposed electrode 42 Embedded electrode SA Squish area

Claims (4)

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を有し、
上記プラズマアクチュエータは、少なくとも1組の誘電体、第1の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、上記誘電体は、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、上記第1の露出電極は、上記誘電体の上記燃焼室側に配置され、上記埋め込み電極は、上記誘電体を挟んで上記第1の露出電極の反対側に配置され、
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、
上記プラズマアクチュエータの第1の露出電極及び埋め込み電極は、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、
上記円環状の第1の露出電極は、上記円環状の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、ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
In an engine in which a squish area is formed between the peripheral edge of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber, the flow control device in the combustion chamber controls the flow of gas in the combustion chamber,
A plasma actuator disposed in the combustion chamber;
The plasma actuator includes at least one set of dielectric, a first exposed electrode, and an embedded electrode, and the dielectric is disposed along a ceiling surface of the combustion chamber and / or a piston top surface of the engine. The first exposed electrode is disposed on the combustion chamber side of the dielectric, and the embedded electrode is disposed on the opposite side of the first exposed electrode across the dielectric,
The embedded electrode is disposed within the squish area;
The first exposed electrode and the buried electrode of the plasma actuator are formed in an annular shape along the circumferential direction of the combustion chamber and arranged concentrically,
The flow control device in a combustion chamber, wherein the annular first exposed electrode is disposed radially outside the combustion chamber with respect to the annular embedded electrode.
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、少なくとも1組の誘電体、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第1の露出電極、及び、この円環状の第1の露出電極よりも上記燃焼室の径方向内側に配置された上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、
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、上記エンジンの膨張行程中に上記燃焼室の径方向内側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。
In an engine in which a squish area is formed between the peripheral edge of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber, the flow control device in the combustion chamber controls the flow of gas in the combustion chamber,
A plasma actuator disposed in the combustion chamber;
Control means for controlling the plasma actuator,
The plasma actuator includes at least one set of dielectrics, a first exposed electrode formed in an annular shape along a circumferential direction of the combustion chamber, and the combustion chamber more than the first exposed electrode in the annular shape. An embedded electrode formed in an annular shape along the circumferential direction of the combustion chamber disposed radially inside ;
The plasma actuator is disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the piston top surface of the engine,
The flow control device in a combustion chamber, wherein the control means controls the plasma actuator so as to generate a flow toward a radially inner side of the combustion chamber during an expansion stroke of the engine.
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を有し、
上記プラズマアクチュエータは、少なくとも1組の誘電体、第2の露出電極、及び、埋め込み電極を備え、上記誘電体は、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、上記第2の露出電極は、上記誘電体の上記燃焼室側に配置され、上記埋め込み電極は、上記誘電体を挟んで上記第2の露出電極の反対側に配置され、
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、
上記プラズマアクチュエータの第2の露出電極及び埋め込み電極は、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成され且つ同心円状に配置され、
上記円環状の第2の露出電極は、上記円環状の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、ことを特徴とする燃焼室内の流動制御装置。
In an engine in which a squish area is formed between the peripheral edge of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber, the flow control device in the combustion chamber controls the flow of gas in the combustion chamber,
A plasma actuator disposed in the combustion chamber;
The plasma actuator includes at least one set of dielectric, a second exposed electrode, and an embedded electrode, and the dielectric is disposed along a ceiling surface of the combustion chamber and / or a piston top surface of the engine. The second exposed electrode is disposed on the combustion chamber side of the dielectric, and the embedded electrode is disposed on the opposite side of the second exposed electrode across the dielectric,
The embedded electrode is disposed within the squish area;
The second exposed electrode and the buried electrode of the plasma actuator are formed in an annular shape along the circumferential direction of the combustion chamber and arranged concentrically,
The flow control device in a combustion chamber, wherein the annular second exposed electrode is disposed radially inward of the combustion chamber with respect to the annular embedded electrode.
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、少なくとも1組の誘電体、上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された第2の露出電極、及び、この円環状の第2の露出電極よりも上記燃焼室の径方向外側に配置された上記燃焼室の周方向に沿って円環状に形成された埋め込み電極を備え、
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、上記エンジンの膨張行程中に上記燃焼室の径方向外側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。
In an engine in which a squish area is formed between the peripheral edge of the piston top surface and the ceiling surface of the combustion chamber, the flow control device in the combustion chamber controls the flow of gas in the combustion chamber,
A plasma actuator disposed in the combustion chamber;
Control means for controlling the plasma actuator,
The plasma actuator includes at least one pair of dielectrics, a second exposed electrode formed in an annular shape along the circumferential direction of the combustion chamber, and the combustion chamber more than the second exposed electrode in the annular shape. An embedded electrode formed in an annular shape along the circumferential direction of the combustion chamber disposed radially outside ,
The plasma actuator is disposed within the squish area on the ceiling surface of the combustion chamber and / or the piston top surface of the engine,
The flow control device in a combustion chamber, wherein the control means controls the plasma actuator so as to generate a flow toward a radially outer side of the combustion chamber during an expansion stroke of the engine.
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