(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2021-12-14
(45)【発行日】2022-02-15
(54)【発明の名称】プラズマアクチュエータ
(51)【国際特許分類】
F02M 35/10 20060101AFI20220105BHJP
F02B 31/00 20060101ALI20220105BHJP
H05H 1/24 20060101ALI20220105BHJP
【ＦＩ】
F02M35/10 311Z
F02B31/00 540Z
H05H1/24
【請求項の数】
3
(21)【出願番号】P 2017122893
(22)【出願日】2017-06-23
(65)【公開番号】P2019007397
(43)【公開日】2019-01-17
【審査請求日】2020-06-08
(73)【特許権者】
【識別番号】899000057
【氏名又は名称】学校法人日本大学
(74)【代理人】
【識別番号】100161207
【弁理士】
【氏名又は名称】西澤 和純
(74)【代理人】
【識別番号】100175824
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 淳一
(74)【代理人】
【識別番号】100126882
【弁理士】
【氏名又は名称】五十嵐 光永
(74)【代理人】
【識別番号】100064908
【氏名又は名称】志賀 正武
(72)【発明者】
【氏名】秋元 雅翔
(72)【発明者】
【氏名】木村 元昭
【審査官】小関 峰夫
(56)【参考文献】
【文献】特開２００８－２９３９２５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１２－１８０７９９（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１３－１３１４８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－０７６３５０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１６－１３８４６８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特表２００９－５１１３６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】国際公開第２０１４／１１５７０７（ＷＯ，Ａ１）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ０２Ｂ ２７／００ － ３１／０８
Ｆ０２Ｍ ３５／１０
Ｈ０５Ｈ １／２４
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
一対の電極と、前記電極の間に配置される誘電体と、
前記電極に電圧を印加する電圧印加装置と、
前記電圧印加装置による前記電極への電圧の印加を制御する電圧制御部と、
を備え、
前記電圧制御部は、
前記電極に電圧を印加する第１状態と、前記電極に電圧を印加しない、又は前記第１状態において前記電極に印加する電圧より低い電圧を前記電極に印加する第２状態とを所定の印加周期によって繰り返して前記電極への電圧の印加を制御するものであって、
１つの前記印加周期において、前記第１状態の制御を行うことにより誘起流を生じさせる第１印加期間と、前記第１印加期間の後に前記第１印加期間において発生される気流に当該気流どうしの速度差が比較的大きい場合において気流に加わるせん断力によって生じる、当該気流が互いに分離した状態であるせん断が生じない時間だけ前記第２状態の制御を行う第１非印加期間と、前記第１印加期間より短い時間だけ前記第１状態の制御を行う第２印加期間と、前記第２状態の制御を行う第２非印加期間とを繰り返す、
プラズマアクチュエータ。
【請求項2】
前記電圧制御部は、１つの前記印加周期において、前記第１印加期間と、前記第１非印加期間と、前記第２印加期間と、前記第２非印加期間とに加え、前記第２印加期間以下の時間だけ前記第１状態の制御を行う第３印加期間と、前記第２状態の制御を行う第３非印加期間との繰り返しにより、前記電極への電圧の印加を制御する、
請求項１に記載のプラズマアクチュエータ。
【請求項3】
前記第１状態の制御を行う期間と、前記第２状態の制御を行う期間とは、前記気流のレイノルズ数が低い場合、前記気流のレイノルズ数が高い場合と比較して、低い周波数によって繰り返される請求項１または請求項２のいずれか一項に記載のプラズマアクチュエータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、プラズマアクチュエータに関する。
【背景技術】
【0002】
従来、気体が流通する内燃機関の吸気通路内にプラズマアクチュエータを配置し、吸気通路の気体の流れを加速または増速させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２０１２－１８０７９９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、内燃機関において燃焼室の燃焼効率を上げるには、混合気が燃焼室内に適切に拡散することが好ましい。
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、噴流を適切に拡散するプラズマアクチュエータを提供することを目的とする。
本発明は、上記問題に鑑みて為されたものであり、噴流を適切に拡散するプラズマアクチュエータを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0005】
本発明の一態様は、一対の電極と、前記電極の間に配置される誘電体と、前記電極に電圧を印加する電圧印加装置と、前記電圧印加装置による前記電極への電圧の印加を制御する電圧制御部と、を備え、前記電圧制御部は、前記電極に電圧を印加する第１状態と、前記電極に電圧を印加しない、又は前記第１状態において前記電極に印加する電圧より低い電圧を前記電極に印加する第２状態とを所定の印加周期によって繰り返して前記電極への電圧の印加を制御するものであって、１つの前記印加周期において、前記第１状態の制御を行うことにより誘起流を生じさせる第１印加期間と、前記第１印加期間の後に前記第１印加期間において発生される気流に当該気流どうしの速度差が比較的大きい場合において気流に加わるせん断力によって生じる、当該気流が互いに分離した状態であるせん断が生じない時間だけ前記第２状態の制御を行う第１非印加期間と、前記第１印加期間より短い時間だけ前記第１状態の制御を行う第２印加期間と、前記第２状態の制御を行う第２非印加期間とを繰り返す、プラズマアクチュエータである。
【0007】
また、本発明の一態様のプラズマアクチュエータにおいて、前記電圧制御部は、１つの前記印加周期において、前記第１印加期間と、前記第１非印加期間と、前記第２印加期間と、前記第２非印加期間と、前記第２印加期間以下の時間だけ前記第１状態の制御を行う第３印加期間と、前記第２状態の制御を行う第３非印加期間との繰り返しにより、前記電極への電圧の印加を制御する。
【0009】
また、本発明の一態様のプラズマアクチュエータにおいて、前記第１状態の制御を行う期間と、前記第２状態の制御を行う期間とは、前記気流のレイノルズ数が低い場合、前記気流のレイノルズ数が高い場合と比較して、低い周波数によって繰り返される。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、噴流を効率よく拡散するプラズマアクチュエータを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【図1】プラズマアクチュエータの動作原理示す図である。
【図2】本実施形態に係るノズルの形状の一例を示す図である。
【図4】本実施形態に係るノズルのプラズマ領域の一例を示す図である。
【図5】本実施形態に係るプラズマアクチュエータの構成の一例を示す図である。
【図6】本実施形態に係る電圧の印加周期を示す図である。
【図7】本実施形態に係る電圧印加装置の動作の一例を示す流れ図である。
【図8】本実施形態に係るプラズマアクチュエータの制御結果取得環境の一例を示す図である。
【図9】本実施形態のプラズマアクチュエータによって制御された噴流の流速と、ノズルからの距離との関係を示すグラフである。
【図10】本実施形態に係る条件１の噴流の画像である。
【図11】本実施形態に係る条件２の噴流の画像である。
【図12】本実施形態に係る条件３の噴流の画像である。
【図13】本実施形態に係る条件４の噴流の画像である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
［実施形態］
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
以下、図を参照して本発明の実施形態について説明する。
【0013】
［プラズマアクチュエータの原理］
まず、図を参照してプラズマアクチュエータの動作原理について説明する。
図１は、プラズマアクチュエータの動作原理示す図である。
プラズマアクチュエータは、一対の電極１１（内側電極１１－１と、外側電極１１－２）と、誘電体１２と、電圧印加装置２０とを備える。内側電極１１－１と、外側電極１１－２との間には、誘電体１２が配置される。換言すると、誘電体１２は、内側電極１１－１と、外側電極１１－２とに挟まれる位置に配置される。
まず、図を参照してプラズマアクチュエータの動作原理について説明する。
図１は、プラズマアクチュエータの動作原理示す図である。
プラズマアクチュエータは、一対の電極１１（内側電極１１－１と、外側電極１１－２）と、誘電体１２と、電圧印加装置２０とを備える。内側電極１１－１と、外側電極１１－２との間には、誘電体１２が配置される。換言すると、誘電体１２は、内側電極１１－１と、外側電極１１－２とに挟まれる位置に配置される。
【0014】
また、以降の説明において、プラズマアクチュエータの各部構成を説明する際、ＸＹＺ直交座標系を用いることがある。このＸＹＺ直交座標系のうち、Ｙ軸は、各部構成の縦方向を示し、Ｘ軸は、各部構成の横方向を示し、Ｚ軸は、各部構成の奥行方向を示す。また、以降の説明において、Ｙ軸の正の方向を上、又は上方向と記載し、Ｙ軸の負の方向を下、又は下方向と記載し、Ｘ軸の正の方向を右、又は右方向と記載し、Ｘ軸の負の方向を左、又は左方向と記載する。
【0015】
電極１１には、電圧印加装置２０から電圧が印加される。電圧印加装置２０とは、例えば、印加する電圧の強度、交流周波数、電圧印加時間、及び電圧印加周期等を設定可能な安定化電源である。ここで、電圧印加装置２０によって電極１１に交流高電圧を印加することにより、内側電極１１－１と、外側電極１１－２との間に誘電体バリア放電（プラズマ）が発生する（図示するプラズマ領域２００）。電圧印加装置２０が印加する交流高電圧とは、交流周波数が７ｋＨｚ程度であって、０Ｖを中心とした＋８ｋＶと、－８ｋＶとの１６ｋＶのピーク・トゥ・ピーク電圧（図示する電圧Ｖｐｐ）を印加する。プラズマ領域２００では、プラズマによって気体の電離が生じ、正イオンと、負イオンとが発生する。
【0016】
電圧印加装置２０によって印加される交流高電圧の１周期のうち、電圧の負勾配変化時は、内側電極１１－１から外側電極１１－２に向けて電子が放出され、外側電極１１－２の上部、つまり誘電体１２表面に電子が帯電される。また、電圧の負勾配変化時において負イオンは、電子と同様に外側電極１１－２に移動する。また、電圧印加装置２０によって印加される交流高電圧の１周期のうち、電圧の正勾配変化時において、電圧の負勾配変化時に誘電体１２表面に帯電された電子は、内側電極１１－１に移動する。また、電圧の正勾配変化時において、正イオンは、外側電極１１－２側に移動する。上述した、電圧の負勾配変化時、及び電圧の正勾配変化時において、正イオン、及び負イオンは、電離されない中性粒子と衝突することにより運動量が移送され、体積力（以下、誘起流２５０）が生じる。この誘起流２５０によって、誘電体１２の周囲に存在する気流に速度変化が生じる。
【0017】
本実施形態のプラズマアクチュエータ１は、電極１１が配置される噴流の吹き出し口（以下、ノズル１０）と、電圧印加装置２０とを備える。プラズマアクチュエータ１は、電圧印加装置２０が電極１１に印加する電圧を制御することに伴って噴流の流速を制御し、噴流を効率よく拡散する。以下、プラズマアクチュエータ１の具体的な構成について説明する。まず、ノズル１０の詳細について説明し、次に電圧印加装置２０の詳細について説明する。
【0018】
［ノズルについて］
以下、図を参照してノズル１０の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係るノズル１０の形状の一例を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、ノズル１０を上方から示した図である。また、図２（ｂ）は、ノズル１０を下方から示した図である。本実施形態において、ノズル１０は、内側電極１１－１と、外側電極１１－２と、誘電体１２とを備える。図２に示す通り、本実施形態の一例では、誘電体１２は、円筒部と、当該円筒部の底面に円径外側方向に向かって延在されたつば部とを有する形状である。外側電極１１－２は、誘電体１２の円筒部の側面に配置される。また、内側電極１１－１は、誘電体１２のつば部の底面に、円状に配置される。
以下、図を参照してノズル１０の構成について説明する。
図２は、本実施形態に係るノズル１０の形状の一例を示す図である。具体的には、図２（ａ）は、ノズル１０を上方から示した図である。また、図２（ｂ）は、ノズル１０を下方から示した図である。本実施形態において、ノズル１０は、内側電極１１－１と、外側電極１１－２と、誘電体１２とを備える。図２に示す通り、本実施形態の一例では、誘電体１２は、円筒部と、当該円筒部の底面に円径外側方向に向かって延在されたつば部とを有する形状である。外側電極１１－２は、誘電体１２の円筒部の側面に配置される。また、内側電極１１－１は、誘電体１２のつば部の底面に、円状に配置される。
【0019】
図３は、図２に示すノズル１０のＣ－Ｃ方向の断面図である。Ｃ－Ｃ方向の断面は、誘電体１２の円筒部の円中心を通り、Ｙ軸と平行な軸（図示する中心軸ＡＸ）を有する面であって、ＸＹ平面と平行な面である。
図３に示す通り、誘電体１２は、内側電極１１－１、及び外側電極１１－２に挟まれる位置に配置される。本実施形態の一例では、ノズル１０は、つば部を底面として水平面に配置される。
図３に示す通り、誘電体１２は、内側電極１１－１、及び外側電極１１－２に挟まれる位置に配置される。本実施形態の一例では、ノズル１０は、つば部を底面として水平面に配置される。
【0020】
図４は、本実施形態に係るノズル１０のプラズマ領域２００の一例を示す図である。ノズル１０には、噴流を供給するコンパレータ（不図示）が当該ノズル１０の底面に接続される。ノズル１０は、コンパレータから供給される噴流（以下、噴流９００）を、ノズル１０を介して鉛直方向上方に噴出する。また、電圧印加装置２０が電極１１に電圧を印加した場合、鉛直方向上方（Ｙ軸の正の方向）に誘起流２５０が生じる。
【0021】
［電圧印加装置について］
以下、図を参照して電圧印加装置２０の構成について説明する。
図５は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成の一例を示す図である。
図５に示す通り、ノズル１０（電極１１）と、電圧印加装置２０とは接続される。電圧印加装置２０は、電源供給部２１と、操作部２２と、制御部２３と、記憶部２５とをその機能部として備える。記憶部２５には、印加期間情報２５－１が記憶される。印加期間情報２５－１とは、電極１１に電圧を印加する期間（以下、印加期間）、及び電極１１への電圧の印加を停止する期間（以下、非印加期間）を示す情報である。本実施形態の一例では、印加期間情報２５－１は、印加期間、及び非印加期間を示す情報と、噴流９００の特性やノズル１０の口径等を示す環境情報とが対応付けられた情報である。
以下、図を参照して電圧印加装置２０の構成について説明する。
図５は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の構成の一例を示す図である。
図５に示す通り、ノズル１０（電極１１）と、電圧印加装置２０とは接続される。電圧印加装置２０は、電源供給部２１と、操作部２２と、制御部２３と、記憶部２５とをその機能部として備える。記憶部２５には、印加期間情報２５－１が記憶される。印加期間情報２５－１とは、電極１１に電圧を印加する期間（以下、印加期間）、及び電極１１への電圧の印加を停止する期間（以下、非印加期間）を示す情報である。本実施形態の一例では、印加期間情報２５－１は、印加期間、及び非印加期間を示す情報と、噴流９００の特性やノズル１０の口径等を示す環境情報とが対応付けられた情報である。
【0022】
電源供給部２１は、制御部２３の制御に基づいて、電極１１に交流高電圧を印加する。操作部２２には、プラズマアクチュエータ１のユーザ等によって、環境情報が入力される。制御部２３は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサが記憶部２５に記憶されたプログラムを実行し、電源供給部２１を制御する機能部を実現する。制御部２３は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）、ＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）、ＦＰＧＡ（Field-Programmable Gate Array）等のハードウェアによって実現されてもよいし、ソフトウェアとハードウェアの協働によって実現されてもよい。制御部２３は、操作部２２から環境情報を取得する。制御部２３は、操作部２２から取得した環境情報に基づいて、当該環境情報が対応付けられた印加期間情報２５－１を記憶部２５から読み出す。制御部２３は、読み出した印加期間情報２５－１に基づいて、電源供給部２１を制御する。
【0023】
［電圧印加周期について］
以下、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１に印加する電圧の詳細について説明する。
図６は、本実施形態に係る電圧の印加周期を示す図である。
図６の縦軸には、電源供給部２１が印加する電圧が示され、横軸には、時間が示される。制御部２３は、電源供給部２１を制御し、印加期間と、非印加期間とを繰り返し、誘起流２５０を生じさせる。以降の説明において、制御部２３の制御に伴い、電源供給部２１が印加期間と、非印加期間とを繰り返す周期を、印加周期と記載する。また、印加周期の逆数を印加周波数と記載する。
以下、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１に印加する電圧の詳細について説明する。
図６は、本実施形態に係る電圧の印加周期を示す図である。
図６の縦軸には、電源供給部２１が印加する電圧が示され、横軸には、時間が示される。制御部２３は、電源供給部２１を制御し、印加期間と、非印加期間とを繰り返し、誘起流２５０を生じさせる。以降の説明において、制御部２３の制御に伴い、電源供給部２１が印加期間と、非印加期間とを繰り返す周期を、印加周期と記載する。また、印加周期の逆数を印加周波数と記載する。
【0024】
本実施形態の一例では、印加期間情報２５－１が示す印加周期には、第１印加期間（図示する期間Δｔ１１）、第１非印加期間（図示する期間Δｔ１２）、第２印加期間（図示する期間Δｔ１３）、第２非印加期間（図示する期間Δｔ１４）、第３印加期間（図示する期間Δｔ１５）、及び第３非印加期間（図示する期間Δｔ１６）が、記載の順に含まれる。第１印加期間、第２印加期間、及び第３印加期間は、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１に電圧を印加する期間である。第１非印加期間、第２非印加期間、及び第３非印加期間は、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１への電圧の印加を停止する期間である。
【0025】
ここで、第１印加期間と、第２印加期間、及び第３印加期間とは、電源供給部２１が電極１１に電圧を印加する期間の長さが異なる。具体的には、第１印加期間と、第２印加期間、及び第３印加期間とでは、第２印加期間、及び第３印加期間の方が短い時間である。
また、第３印加期間は、第２印加期間以下の時間である。
また、第３印加期間は、第２印加期間以下の時間である。
【0026】
第１非印加期間は、第１印加期間において発生された誘起流２５０によって流速が変化した噴流９００にせん断が生じない時間だけ、電極１１への電圧の印加が停止される期間である。第２非印加期間は、第２印加期間において発生された誘起流２５０によって流速が変化した噴流９００にせん断が生じない時間だけ、電極１１への電圧の印加が停止される期間である。第３非印加期間は、第３印加期間において発生された誘起流２５０によって流速が変化した噴流９００にせん断が生じない時間だけ、電極１１への電圧の印加が停止される期間である。また、第２印加期間、及び第３印加期間は、第１非印加期間より短い時間である。
【0027】
電源供給部２１は、制御部２３の制御に基づいて、０Ｖを中心としたピーク・トゥ・ピーク電圧（図示する電圧Ｖｐｐ）の交流高電圧を印加する。本実施形態の一例において、電源供給部２１は、例えば、制御部２３の制御に基づいて、交流周波数が７ｋＨｚであって、０Ｖを中心とした＋８ｋＶと、－８ｋＶとの１６ｋＶのピーク・トゥ・ピーク電圧を電極１１に印加する。
【0028】
上述したように、期間Δｔ１１～期間Δｔ１６は、印加期間情報２５－１によって定められる。噴流９００のレイノルズ数が２０００である場合、印加周期は、例えば、１４ｍｓｅｃ（つまり、印加周波数が、おおよそ周波数７０Ｈｚ）程度である。また、噴流９００のレイノルズ数が２０００である場合、期間Δｔ１１は印加周期の３９％程度の期間、期間Δｔ１２は印加周期の１０％程度の期間、期間Δｔ１３は印加周期の１３％程度の期間、期間Δｔ１４は印加周期の６％程度の期間、期間Δｔ１５は印加周期の９％程度の期間、期間Δｔ１６は、印加周期の２３％程度の期間である。
また、噴流９００のレイノルズ数が５０００である場合、印加周期は、例えば、５ｍｓｅｃ（つまり、印加周波数が、周波数２００Ｈｚ）程度である。また、噴流９００のレイノルズ数が５０００である場合、期間Δｔ１１は印加周期の３５％程度の期間、期間Δｔ１２は印加周期の１１％程度の期間、期間Δｔ１３は印加周期の９％程度の期間、期間Δｔ１４は印加周期の１４％程度の期間、期間Δｔ１５は印加周期の９％程度の期間、期間Δｔ１６は印加周期の２２％程度の期間である。
また、噴流９００のレイノルズ数が５０００である場合、印加周期は、例えば、５ｍｓｅｃ（つまり、印加周波数が、周波数２００Ｈｚ）程度である。また、噴流９００のレイノルズ数が５０００である場合、期間Δｔ１１は印加周期の３５％程度の期間、期間Δｔ１２は印加周期の１１％程度の期間、期間Δｔ１３は印加周期の９％程度の期間、期間Δｔ１４は印加周期の１４％程度の期間、期間Δｔ１５は印加周期の９％程度の期間、期間Δｔ１６は印加周期の２２％程度の期間である。
【0029】
［レイノルズ数と印加周期の相関について］
ここで、噴流９００は、レイノルズ数が上がると流速が速くなる。これに伴い、レイノルズ数が上がると、制御部２３が制御する印加周期が短く（周波数が高く）なる。また、レイノルズ数が上がると、制御部２３が制御する印加周期のうち、非印加期間（この一例では、第１非印加期間、第２非印加期間、及び第３非印加期間）の割合は、長くなる。
ここで、噴流９００は、レイノルズ数が上がると流速が速くなる。これに伴い、レイノルズ数が上がると、制御部２３が制御する印加周期が短く（周波数が高く）なる。また、レイノルズ数が上がると、制御部２３が制御する印加周期のうち、非印加期間（この一例では、第１非印加期間、第２非印加期間、及び第３非印加期間）の割合は、長くなる。
【0030】
なお、上述では、電源供給部２１が電極１１に印加する交流高電圧の交流周波数が７ｋＨｚである場合について説明したが、これに限られない。電源供給部２１が電極１１に供給する交流高電圧の交流周波数は、７ｋＨｚ以外の値であってもよい。ここで、交流周波数は、高い周波数である場合、上述した構成により、正イオン、及び負イオンの移動が活発に生じる。つまり、交流周波数は、高い周波数である場合、誘起流２５０が生じやすい。したがって、電源供給部２１が電極１１に印加する交流高電圧の交流周波数は、高い周波数であることが好ましい。
【0031】
［電圧印加装置の動作について］
以下、図を参照し、電圧印加装置２０の動作の詳細について説明する。
図７は、本実施形態に係る電圧印加装置２０の動作の一例を示す流れ図である。
制御部２３は、操作部２２に入力される環境情報を取得する（ステップＳ１１０）。制御部２３は、取得した環境情報に基づいて、記憶部２５から当該環境情報が対応付けられた印加期間情報２５－１を読み出す（ステップＳ１２０）。制御部２３は、読み出した印加期間情報２５－１に基づいて、電源供給部２１の動作を制御する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御部２３は、読み出した印加期間情報２５－１が示す印加期間、非印加期間、及び印加周期に基づいて、電源供給部２１の動作を制御する。
以下、図を参照し、電圧印加装置２０の動作の詳細について説明する。
図７は、本実施形態に係る電圧印加装置２０の動作の一例を示す流れ図である。
制御部２３は、操作部２２に入力される環境情報を取得する（ステップＳ１１０）。制御部２３は、取得した環境情報に基づいて、記憶部２５から当該環境情報が対応付けられた印加期間情報２５－１を読み出す（ステップＳ１２０）。制御部２３は、読み出した印加期間情報２５－１に基づいて、電源供給部２１の動作を制御する（ステップＳ１３０）。具体的には、制御部２３は、読み出した印加期間情報２５－１が示す印加期間、非印加期間、及び印加周期に基づいて、電源供給部２１の動作を制御する。
【0032】
［印加周期が開始期間について］
なお、上述では、印加周期が第１印加期間から始まる場合について説明したが、これに限られない。印加周期は、第１印加期間、第１非印加期間、第２印加期間、第２非印加期間、第３印加期間、及び第３非印加期間の繰り返しの一部を１周期とすれば、いずれの期間から開始されてもよい。例えば、印加周期は、第１非印加期間から開始されてもよく、第２印加期間から開始されてもよく、第２非印加期間から開始されてもよく、第３印加期間から開始されてもよく、第３非印加期間から開始されてもよい。
なお、上述では、印加周期が第１印加期間から始まる場合について説明したが、これに限られない。印加周期は、第１印加期間、第１非印加期間、第２印加期間、第２非印加期間、第３印加期間、及び第３非印加期間の繰り返しの一部を１周期とすれば、いずれの期間から開始されてもよい。例えば、印加周期は、第１非印加期間から開始されてもよく、第２印加期間から開始されてもよく、第２非印加期間から開始されてもよく、第３印加期間から開始されてもよく、第３非印加期間から開始されてもよい。
【0033】
［印加周期の特徴について］
また、上述では、印加周期には、第３印加期間、及び第３非印加期間が含まれる場合について説明したが、これに限られない。印加周期には、電源供給部２１が電極１１に電圧を印加する期間であって、長さが異なる期間が少なくとも２つ含まれていればよい。印加周期は、例えば、第１印加期間と、第２印加期間とが含まれていればよく、それに伴い第１非印加期間と、第２非印加期間とが含まれていればよい。また、印加周期には、３つ以上の印加期間が含まれ、かつ印加期間の数に応じた非印加期間が含まれていてもよい。
また、上述では、印加周期には、第３印加期間、及び第３非印加期間が含まれる場合について説明したが、これに限られない。印加周期には、電源供給部２１が電極１１に電圧を印加する期間であって、長さが異なる期間が少なくとも２つ含まれていればよい。印加周期は、例えば、第１印加期間と、第２印加期間とが含まれていればよく、それに伴い第１非印加期間と、第２非印加期間とが含まれていればよい。また、印加周期には、３つ以上の印加期間が含まれ、かつ印加期間の数に応じた非印加期間が含まれていてもよい。
【0034】
［プラズマアクチュエータの制御結果について］
以下、プラズマアクチュエータ１によって制御された誘起流２５０（噴流９００）の制御結果について説明する。
図８は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の制御結果取得環境の一例を示す図である。
図８に示す通り、プラズマアクチュエータ１（ノズル１０、及び電圧印加装置２０）によって制御された噴流９００を確認する際、測定装置４０と、撮像装置４１と、レーザ装置５０と、コンパレータ（以下、コンパレータ９０）とが用いられる。本実施形態の一例において、コンパレータ９０から供給される噴流９００には、トレーサが含まれる。トレーサとは、例えば、直径１マイクロメートル程度のシード粒子（例えば、オンジナオイル）である。レーザ装置５０は、ノズル１０を介して噴出される噴流９００に対してレーザ光を照射する。撮像装置４１は、レーザ装置５０によってレーザ光が照射された噴流９００（トレーサ）を撮像する。測定装置４０は、撮像装置４１が撮像した噴流９００を示す画像に基づいて、当該噴流９００の速度を測定する。
以下、プラズマアクチュエータ１によって制御された誘起流２５０（噴流９００）の制御結果について説明する。
図８は、本実施形態に係るプラズマアクチュエータ１の制御結果取得環境の一例を示す図である。
図８に示す通り、プラズマアクチュエータ１（ノズル１０、及び電圧印加装置２０）によって制御された噴流９００を確認する際、測定装置４０と、撮像装置４１と、レーザ装置５０と、コンパレータ（以下、コンパレータ９０）とが用いられる。本実施形態の一例において、コンパレータ９０から供給される噴流９００には、トレーサが含まれる。トレーサとは、例えば、直径１マイクロメートル程度のシード粒子（例えば、オンジナオイル）である。レーザ装置５０は、ノズル１０を介して噴出される噴流９００に対してレーザ光を照射する。撮像装置４１は、レーザ装置５０によってレーザ光が照射された噴流９００（トレーサ）を撮像する。測定装置４０は、撮像装置４１が撮像した噴流９００を示す画像に基づいて、当該噴流９００の速度を測定する。
【0035】
図９は、本実施形態のプラズマアクチュエータ１によって制御された噴流９００の流速と、ノズル１０からの距離との関係を示すグラフである。図９の横軸は、ノズル１０の噴出口（ノズル１０の上部）からの距離（以下、距離ｘ）と、誘電体１２の円筒部の円直径（以下、直径ｄ）との比を示す。具体的には、横軸は、距離ｘを直径ｄによって除した値（以下、口径距離比）を示す。本実施形態の一例では、ノズル１０の直径ｄが、１０ｍｍである。したがって、横軸の目盛りは、ノズル１０の噴出口から５ｍｍ～４０ｍｍまでを示す。また、図９の縦軸は、距離ｘを直径ｄによって除した値が０．５、つまり、ノズル１０の噴出口から５ｍｍ離れた位置における噴流９００の速度（以下、基準速度Ｕ０）と、各位置における噴流９００の速度（以下、噴流速度Ｕ）との比を示す。具体的には、縦軸は、噴流速度Ｕを基準速度Ｕ０で除した値（以下、噴流速度比）を示す。
【0036】
また、図９には、波形Ｗ１～Ｗ４が示される。第１波形Ｗ１は、上述した印加周期によって制御部２３が電源供給部２１を制御した場合（以下、条件１）の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。第２波形Ｗ２は、電圧印加装置２０が電極１１に電圧を印加しなかった場合（以下、条件２）の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。第３波形Ｗ３は、電圧印加装置２０によって電極１１に電圧を印加し続けた場合（以下、条件３）の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。第４波形Ｗ４は、印加周期と同じ長さの周期であって、当該周期の５０％の期間だけ電極１１に電圧を印加し、他の５０％の期間だけ電極１１に電圧を印加しない場合（以下、条件４）の噴流速度比と、口径距離比との関係を示す波形である。
【0037】
図９に示す通り、第１波形Ｗ１は、ノズル１０の噴出口からの距離が４０ｍｍ（口径距離比が「４」）の位置における噴流速度比が、他の場合より小さい値を示す。換言すると、印加周期によって誘起流２５０を生じさせた場合（条件１）、ノズル１０の噴出口から遠い位置における噴流速度Ｕが最も遅くなる。また、第２波形Ｗ２は、ノズル１０の噴出口からの距離が４０ｍｍの位置における噴流速度比が、他の場合より大きい値を示す。換言すると、電極１１に電圧を印加しなかった場合（条件２）、ノズル１０の噴出口から遠い位置における噴流速度Ｕが最も速くなる。
【0038】
また、第３波形Ｗ３、及び第４波形Ｗ４は、ノズル１０の噴出口からの距離が４０ｍｍの位置における噴流速度比が、第１波形Ｗ１より大きい値を示し、第２波形Ｗ２より小さい値を示す。換言すると、条件３、又は条件４の場合、ノズル１０の噴出口から遠い位置における噴流速度Ｕが、印加周期によって制御した場合よりも速くなり、電圧を印加しなかった場合よりも遅くなる。
【0039】
図１０は、本実施形態に係る条件１の噴流９００の画像である。具体的には、電圧印加装置２０が印加周期において電極１１に電圧を印加、及び停止した際に、撮像装置４１が噴流９００を撮像した画像である。この場合、図１０に示す通り、噴流９００には、定期的に渦が生じている。また、ノズル１０の噴出口から遠い位置（口径距離比が「４」）において、噴流９００が拡散されている。
【0040】
図１１は、本実施形態に係る条件２の噴流９００の画像である。具体的には、電圧印加装置２０が電極１１に電圧を印加しなかった際に、撮像装置４１が噴流９００を撮像した画像である。この場合、図１１に示す通り、噴流９００には、定期的に渦が生じているが、ノズル１０の噴出口から遠い位置（口径距離比が「４」）においても、噴流９００が拡散していない。
【0041】
図１２は、本実施形態に係る条件３の噴流９００の画像である。具体的には、電圧印加装置２０が電極１１に電圧を印加し続けた際に、撮像装置４１が噴流９００を撮像した画像である。この場合、図１２が示す噴流９００は、図１１が示す噴流９００よりも拡散しているが、図１０が示す噴流９００のように渦が生じていない。このため、図１０が示す噴流９００よりも、ノズル１０の噴出口から遠い位置（口径距離比が「４」）において、噴流９００が拡散されていない。
【0042】
図１３は、本実施形態に係る条件４の噴流９００の画像である。具体的には、印加周期と同じ長さの周期であって当該周期の５０％の期間だけ電極１１に電圧を印加し、当該周期の５０％の期間、電極１１に電圧を印加しない制御をした際に、撮像装置４１が噴流９００を撮像した画像である。この場合、図１３が示す噴流９００は、図１１が示す噴流９００よりも拡散し、かつ図１０が示す噴流９００のように渦が生じている。しかし、図１０が示す噴流９００よりも、ノズル１０の噴出口から遠い位置（口径距離比が「４」）において、噴流９００が拡散されていない。
【0043】
なお、本実施形態の一例において、制御部２３とは、電圧制御部の一例である。
また、本実施形態の一例において、第１印加期間とは、印加期間の一例である。また、第１非印加期間とは、限定非印加期間の一例である。また、第２印加期間、及び第３印加期間とは、短印加期間の一例である。また、第２非印加期間と、第３非印加期間とは、非印加期間の一例である。
また、本実施形態の一例において、第１印加期間とは、印加期間の一例である。また、第１非印加期間とは、限定非印加期間の一例である。また、第２印加期間、及び第３印加期間とは、短印加期間の一例である。また、第２非印加期間と、第３非印加期間とは、非印加期間の一例である。
【0044】
また、本実施形態の一例において、制御部２３は、第１印加期間、第２印加期間、及び第３印加期間において、第１状態の制御を行う。また、制御部２３は、第１非印加期間、第２非印加期間、及び第３非印加期間において、第２状態の制御を行う。ここで、各印加期間において、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１に印加する電圧の電圧値は、それぞれ異なる電圧値であってもよい。
【0045】
本実施形態の一例では、印加周期に複数の短印加期間（この一例では、第２印加期間、及び第３印加期間）と、印加期間の数に対応する数の非印加期間（この一例では、第２非印加期間、及び第３非印加期間）が含まれる場合について説明したが、これに限られない。印加周期には、少なくとも１つの短印加期間（例えば、第２印加期間）が含まれる構成であってもよい。また、印加周期には、印加周期に対応する数（この場合、１つ）の非印加期間（例えば、第２非印加期間）が含まれる。
【0046】
［実施形態のまとめ］
以上説明したように、プラズマアクチュエータ１は、ノズル１０と、電圧印加装置２０とを備える。電圧印加装置２０は、ノズル１０に配置される電極１１に対して印加周期によって電圧を印加、及び停止することにより、誘起流２５０を生じさせる。
ここで、ノズル１０の噴出口から遠い位置において噴流速度比の値が小さい（例えば、第１波形Ｗ１）とは、噴流９００の速度が遅くなっていることを示す。噴流９００の速度が遅くなる場合、噴流９００が拡散していくことを示す。本実施形態のプラズマアクチュエータ１は、電圧印加装置２０が印加周期によって誘起流２５０を生じさせることにより、噴流９００を効率的に拡散することができる。
以上説明したように、プラズマアクチュエータ１は、ノズル１０と、電圧印加装置２０とを備える。電圧印加装置２０は、ノズル１０に配置される電極１１に対して印加周期によって電圧を印加、及び停止することにより、誘起流２５０を生じさせる。
ここで、ノズル１０の噴出口から遠い位置において噴流速度比の値が小さい（例えば、第１波形Ｗ１）とは、噴流９００の速度が遅くなっていることを示す。噴流９００の速度が遅くなる場合、噴流９００が拡散していくことを示す。本実施形態のプラズマアクチュエータ１は、電圧印加装置２０が印加周期によって誘起流２５０を生じさせることにより、噴流９００を効率的に拡散することができる。
【0047】
また、本実施形態のプラズマアクチュエータ１は、印加周期に応じて誘起流２５０を生じさせ、第１印加期間によって生じた誘起流２５０と、第２印加期間によって生じた誘起流２５０と、第３印加期間によって生じた誘起流２５０とによって、それぞれ噴流９００に渦を生じさせる。また、この渦は、ノズル１０の噴出口から遠い位置（例えば、口径距離比が「４」の位置）においてペアリングされる。これにより、本実施形態のプラズマアクチュエータ１は、渦同士がペアリングすることにより、より大きな渦が生成され、効率的に噴流９００を拡散することができる。
例えば、本実施形態のプラズマアクチュエータ１を、内燃機関の燃焼室に混合気を拡散させる仕組みに用いることにより、燃焼室内に効率的に混合気を拡散させることができる。
例えば、本実施形態のプラズマアクチュエータ１を、内燃機関の燃焼室に混合気を拡散させる仕組みに用いることにより、燃焼室内に効率的に混合気を拡散させることができる。
【0048】
なお、本実施形態のプラズマアクチュエータ１の制御対象の噴流９００が、特定の特徴を有する噴流９００である場合、記憶部２５には、当該特定の特徴に対応する印加期間情報２５－１が記憶される構成であってもよい。また、この場合、電圧印加装置２０は、操作部２２を備えていなくてもよい。
【0049】
また、上述では、誘電体１２が円筒部と、当該円筒部の底面に円径外側方向に向かって延在されたつば部とを有する形状である場合について説明したが、これに限られない。プラズマアクチュエータ１は、誘電体１２を挟んだ電極１１に電圧を印加し、誘起流２５０を発生させることができれば、いずれの形であってもよい。プラズマアクチュエータ１は、例えば、図１に示す板状の形状であってもよい。
【0050】
［非印加期間の他の例について］
また、上述では、非印加期間は、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１への電圧の印加を停止する期間である場合について説明したが、これに限られない。非印加期間は、例えば、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が印加期間よりも低い電圧を電極１１に印加する期間であってもよい。ここで、電源供給部２１が非印加期間に印加する電圧は、プラズマが発生させない、又は誘起流２５０を生じさせるまでのプラズマが発生しない程度の低電圧である。電源供給部２１が非印加期間に印加する低電圧の電圧値は、誘電体１２の形状、及び材質に基づく電圧値である。また、電源供給部２１が、非印加期間において電極１１に電圧を印加する場合、当該電圧の電圧値は、いずれの非印加期間において合致する電圧値であってもよく、非印加期間毎に異なる電圧値であってもよい。
また、上述では、非印加期間は、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が電極１１への電圧の印加を停止する期間である場合について説明したが、これに限られない。非印加期間は、例えば、制御部２３の制御に基づいて、電源供給部２１が印加期間よりも低い電圧を電極１１に印加する期間であってもよい。ここで、電源供給部２１が非印加期間に印加する電圧は、プラズマが発生させない、又は誘起流２５０を生じさせるまでのプラズマが発生しない程度の低電圧である。電源供給部２１が非印加期間に印加する低電圧の電圧値は、誘電体１２の形状、及び材質に基づく電圧値である。また、電源供給部２１が、非印加期間において電極１１に電圧を印加する場合、当該電圧の電圧値は、いずれの非印加期間において合致する電圧値であってもよく、非印加期間毎に異なる電圧値であってもよい。
【0051】
なお、上記の各実施形態における電圧印加装置２０が備える各部は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、また、メモリおよびマイクロプロセッサにより実現させるものであってもよい。
【0052】
なお、電圧印加装置２０が備える各部は、メモリおよびＣＰＵ（中央演算装置）により構成され、電圧印加装置２０が備える各部の機能を実現するためのプログラムをメモリにロードして実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【0053】
また、電圧印加装置２０が備える各部の機能を実現するためのプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行することにより処理を行ってもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものとする。
【0054】
また、「コンピュータシステム」は、ＷＷＷシステムを利用している場合であれば、ホームページ提供環境（あるいは表示環境）も含むものとする。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、ＣＤ－ＲＯＭ等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムを送信する場合の通信線のように、短時間の間、動的にプログラムを保持するもの、その場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリのように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。また上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであってもよく、さらに前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるものであってもよい。
【0055】
以上、本発明の実施形態を、図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更を加えることができる。上述した各実施形態に記載の構成を組み合わせてもよい。
【符号の説明】
【0056】
１…プラズマアクチュエータ、１０…ノズル、１１…電極、１１－１…内側電極、１１－２…外側電極、１２…誘電体、２０…電圧印加装置、２１…電源供給部、２２…操作部、２３…制御部、２５…記憶部、２５－１…印加期間情報、４０…測定装置、４１…撮像装置、５０…レーザ装置、９０…コンパレータ、２００…プラズマ領域、２５０…誘起流、９００…噴流
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
