(57)【要約】燃焼室２０においてスパーク放電よりも強力に混合気に点火する点火装置１２を有する内燃機関１０において、未燃のまま排出される燃料を減らし、内燃機関１０の燃費をさらに向上させる。内燃機関１０は、燃焼室２０が形成された内燃機関本体１１と、燃焼室２０においてスパーク放電よりも強力に混合気に点火する点火装置１２とに加えて、電磁波発振器３２から供給された電磁波をアンテナ４１から放射する電磁波放射装置１３を備えている。電磁波放射装置１３は、アンテナ４１から電磁波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する。
2012124671.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室が形成された内燃機関本体と、
前記燃焼室において、スパーク放電よりも強力に混合気に点火する点火装置とを備え、
前記点火装置により混合気に点火して該混合気を燃焼させる燃焼サイクルが繰り返し行われる内燃機関であって、
電磁波を発振する電磁波発振器と、該電磁波発振器から供給された電磁波を前記燃焼室へ放射するためのアンテナとを有する電磁波放射装置を備え、
前記電磁波放射装置は、前記アンテナから電磁波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
請求項１において、
前記点火装置は、前記燃焼室へ高周波を供給して、スパーク放電よりも強力な強力プラズマを生成し、
前記電磁波発振器は、前記点火装置が供給する高周波よりも高い周波数の電磁波を出力する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２において、
前記点火装置が出力する高周波は、前記燃焼室に誘導電界が形成される周波数に設定され、
前記電磁波発振器が出力する電磁波は、前記燃焼室に放射電界が形成される周波数に設定されている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項４】
請求項１において、
前記点火装置は、前記燃焼室に露出する点火側電極を有する点火プラグと、前記点火側電極に電気エネルギーを供給して、スパーク放電よりも強力な強力プラズマを生成するプラズマ生成部とを備えている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項５】
請求項４において、
前記点火装置は、前記点火側電極へ高電圧パルスを印加してスパーク放電を生じさせる高電圧パルス印加部を備え、前記プラズマ生成部が出力する電気エネルギーにより、前記スパーク放電に伴い生成される放電プラズマを拡大して前記強力プラズマを生成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項６】
請求項４又は５において、
前記プラズマ生成部から出力された電気エネルギーを前記点火側電極へ供給するための第１伝送ラインと、前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記アンテナへ供給するための第２伝送ラインとが別系統である
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項７】
請求項６において、
前記電磁波放射装置は、前記強力プラズマが存在している期間に前記アンテナから電磁波を放射して、前記強力プラズマに電磁波のエネルギーを供給する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項８】
請求項７において、
前記燃焼室では、前記点火装置により生成された強力プラズマがガス流動により流され、
前記電磁波放射装置は、前記ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置に、前記燃焼室において相対的に電界強度が強い強電界領域を形成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項９】
請求項７において、
前記燃焼室では、前記点火装置により生成された強力プラズマがガス流動により流され、
前記電磁波放射装置は、前記ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置の近傍に、前記燃焼室において相対的に電界強度が強い強電界領域を形成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１０】
請求項９において、
前記電磁波放射装置は、前記強力プラズマが流される方向の下流側に前記強電界領域を形成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１１】
請求項４乃至６の何れか１つにおいて、
前記電磁波放射装置は、前記混合気の着火後に前記アンテナから電磁波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１２】
請求項１１において、
前記電磁波放射装置は、前記混合気の着火後に前記アンテナから電磁波を放射して、前記火炎の伝播方向へ該火炎を誘引する電界を形成する
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１３】
請求項１２において、
前記内燃機関本体では、前記燃焼室が円筒状のシリンダにより区画され、前記燃焼室の中心部で前記点火装置により混合気が着火される一方、
前記アンテナは、前記燃焼室の外周側に配置されている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１４】
請求項１１において、
前記アンテナから電磁波が放射されている期間に、該アンテナに正電圧又は交流電圧を印加する電圧印加部を備えている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１５】
請求項４乃至１４の何れか１つにおいて、
前記アンテナは、前記点火プラグの近傍に配置されている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１６】
請求項１５において、
前記アンテナは、前記点火プラグの先端部の外周の外側を該外周に沿って延びている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１７】
請求項１６において、
前記アンテナは、環状またはＣ字状に形成されている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１８】
請求項１５乃至１７の何れか１つにおいて、
前記アンテナに対して前記点火プラグの逆側に配置され、前記アンテナから放射される電磁波により形成される電界を前記点火プラグの逆側へ誘引する誘引電極を備えている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項１９】
請求項６において、
前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記点火側電極へ供給するための切替用伝送ラインと、
前記第２伝送ラインを通じて前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記アンテナへ供給する通常状態と、前記切替用伝送ラインを通じて前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記点火側電極へ供給する切替状態とに切り替えられる切替手段とを備えている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２０】
請求項１９において、
前記プラズマ生成部が前記強力プラズマを生成する生成動作の異常を検出する異常検出手段と、
前記異常検出手段が前記生成動作の異常を検出した場合に、前記混合気に点火する点火タイミングに前記電磁波発振器に電磁波を出力させると共に、前記点火タイミングに前記切替手段を前記切替状態に設定する制御手段とを備えている
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２１】
請求項１９において、
前記電磁波放射装置は、前記燃焼室における１回の燃焼サイクル中に、前記混合気に点火する点火タイミングと前記火炎の伝播期間とに、前記電磁波発振器が電磁波を出力し、
前記切替手段は、前記燃焼室における１回の燃焼サイクル中に、前記点火タイミングに前記切替状態に設定され、前記火炎の伝播期間に前記通常状態に設定される
ことを特徴とする内燃機関。
【請求項２２】
請求項５において、
前記点火装置が出力する高周波は、前記燃焼室に誘導電界が形成される周波数に設定され、
前記電磁波発振器が出力する電磁波は、前記燃焼室に放射電界が形成される周波数に設定され、
前記点火装置では、前記プラズマ生成部から出力された電気エネルギーが前記点火側電極へ供給される一方、
前記燃焼室に接続する吸入ポートのガス流量が所定流量を上回ると、前記点火装置が混合気に点火する際に、前記電磁波放射装置に前記アンテナから電磁波を放射させる制御手段を備えている
ことを特徴とする内燃機関。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スパーク放電よりも強力に混合気に点火する内燃機関に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、瞬間的な高電圧パルスの印加により生じるスパーク放電よりも強力に混合気に点火する内燃機関が知られている。この種の内燃機関は、スパーク放電により混合気に点火する場合に比べて、希薄な混合気に安定的に着火することができる。例えば、特許文献１及び特許文献２には、強力なプラズマにより混合気に着火する内燃機関が記載されている。【０００３】
特許文献１には、点火コイルから高電圧が印加された直後に、コンデンサに蓄えられた大電流が点火プラグに供給されるプラズマ式点火装置が記載されている。また、特許文献２には、昇圧された交流電圧が点火プラグに供給される火花点火式内燃機関が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１０−９６１１２号公報
【特許文献２】特開２０１１−７１５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、従来の内燃機関では、混合気の空燃比を大きな値に設定することで、ポンピングロスを減少させて、燃費を向上させることが可能である。しかし、混合気を希薄にするほど火炎の伝播速度が低下するので、未燃のまま排出される燃料が増加する。ポンピングロスの減少により燃費は向上するものの、未燃の燃料が増加する分だけ、内燃機関の燃費の向上度合いが低下する。【０００６】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、燃焼室においてスパーク放電よりも強力に混合気に点火する点火装置を有する内燃機関において、未燃のまま排出される燃料を減らし、内燃機関の燃費をさらに向上させることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
第１の発明は、燃焼室が形成された内燃機関本体と、前記燃焼室において、スパーク放電よりも強力に混合気に点火する点火装置とを備え、前記点火装置により混合気に点火して該混合気を燃焼させる燃焼サイクルが繰り返し行われる内燃機関を対象とし、電磁波を発振する電磁波発振器と、該電磁波発振器から供給された電磁波を前記燃焼室へ放射するためのアンテナとを有する電磁波放射装置を備え、前記電磁波放射装置は、前記アンテナから電磁波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する。【０００８】
第１の発明では、スパーク放電によりも強力に混合気に点火する動作（以下、「点火動作（着火動作）」という。）が行われる。点火動作によれば、希薄な混合気であっても安定的に着火される。さらに、第１の発明では、アンテナから放射された電磁波により形成された電界により、着火後の火炎の伝播速度が増大する。【０００９】
第２の発明は、第１の発明において、前記点火装置が、前記燃焼室へ高周波を供給して、スパーク放電よりも強力な強力プラズマを生成し、前記電磁波発振器は、前記点火装置が供給する高周波よりも高い周波数の電磁波を出力する。【００１０】
第２の発明では、火炎の伝播速度を増大させるための電磁波の周波数が、点火装置から出力される高周波よりも高い。ここで、燃焼室において火炎の伝播速度を増大させるためには、周波数が高い電波を用いる方が、電波の放射点から離れた領域の電界を強めることできるという点で有利である。一方、着火性を向上させるためには、周波数が低い電波を用いる方が、電波の発振器をコンパクト化にできる点で有利である。第２の発明では、そのような点に着目して、点火装置から出力される高周波よりも電磁波の周波数を高くしている。【００１１】
第３の発明は、第２の発明において、前記点火装置が出力する高周波が、前記燃焼室に誘導電界が形成される周波数に設定され、前記電磁波発振器が出力する電磁波が、前記燃焼室に放射電界が形成される周波数に設定されている。【００１２】
第３の発明では、点火装置が出力する高周波により燃焼室に誘導電界が形成され、電磁波発振器が出力する電磁波により燃焼室に放射電界が形成される。【００１３】
第４の発明は、第１の発明において、前記点火装置が、前記燃焼室に露出する点火側電極を有する点火プラグと、前記点火側電極に電気エネルギーを供給して、スパーク放電よりも強力な強力プラズマを生成するプラズマ生成部とを備えている。【００１４】
第４の発明では、点火動作の際に、点火プラグの点火側電極に供給された電気エネルギーにより、強力プラズマが生成される。【００１５】
第５の発明は、第４の発明において、前記点火装置が、前記点火側電極へ高電圧パルスを印加してスパーク放電を生じさせる高電圧パルス印加部を備え、前記プラズマ生成部が出力する電気エネルギーにより、前記スパーク放電に伴い生成される放電プラズマを拡大して前記強力プラズマを生成する。【００１６】
第５の発明では、点火動作の際に、高電圧パルス印加部から供給される高電圧パルスにより生成される放電プラズマに、プラズマ生成部から電気エネルギーを供給することで、強力プラズマが生成される。【００１７】
第６の発明は、第４又は第５の発明において、前記プラズマ生成部から出力された電気エネルギーを前記点火側電極へ供給するための第１伝送ラインと、前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記アンテナへ供給するための第２伝送ラインとが別系統である。【００１８】
第６の発明では、電磁波用の第２伝送ラインが、強力プラズマ生成用の第１伝送ラインとは別系統である。ここで、点火装置により生成された強力プラズマに電磁波のエネルギーを供給するのであれば、強力プラズマが生成される位置（以下、「プラズマ生成位置」という。）の電界を効果的に強くするために、点火プラグの点火側電極から燃焼室へ電磁波を放射することが考えられる。この場合、第１伝送ラインの一部が電磁波の伝送ラインとして利用され、点火側電極が電磁波用のアンテナを兼ねる。【００１９】
しかし、点火側電極から電磁波を放射すると、点火プラグの先端部にエネルギーが集中しすぎて、点火プラグの先端部が損傷しやすくなる。また、点火側電極から電磁波を放射する場合は、混合気が着火される領域にエネルギーが集中することで着火特性は向上するが、火炎の伝播特性はほとんど変化しない。それに対して、第６の発明では、第１伝送ラインと第２伝送ラインが別系統であるため、点火側電極の位置とは関係なく、電磁波を放射する位置を設定することが可能である。【００２０】
第７の発明は、第６の発明において、前記電磁波放射装置が、前記強力プラズマが存在している期間に前記アンテナから電磁波を放射して、前記強力プラズマに電磁波のエネルギーを供給する。【００２１】
第７の発明では、点火装置により生成された強力プラズマが、電磁波のエネルギーを受けて拡大する。電磁波により拡大したプラズマは、拡大前に比べて全体的に温度が低くなる。そのため、拡大前に比べて、ＯＨラジカル等の活性種の生存期間が長くなる。第７の発明では、点火装置により生成された強力プラズマを電磁波により拡大させて、プラズマ領域で生成される活性種が消滅しにくくしている。【００２２】
第８の発明は、第７の発明において、前記点火装置により生成された強力プラズマがガス流動により流され、前記電磁波放射装置は、前記ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置に、前記燃焼室において相対的に電界強度が強い強電界領域を形成する。【００２３】
第８の発明では、ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置に強電界領域が形成される。そのため、点火装置により生成された強力プラズマに、電磁波のエネルギーが効果的に吸収される。【００２４】
第９の発明は、第７の発明において、前記燃焼室では、前記点火装置により生成された強力プラズマがガス流動により流され、前記電磁波放射装置は、前記ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置の近傍に、前記燃焼室において相対的に電界強度が強い強電界領域を形成する。【００２５】
第９の発明では、ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置の近傍に強電界領域が形成される。強力プラズマは、近傍の強電界領域の電界と反応し、電磁波のエネルギーを吸収する。【００２６】
第１０の発明は、第９の発明において、前記電磁波放射装置が、前記強力プラズマが流される方向の下流側に前記強電界領域を形成する。【００２７】
第１０の発明では、強力プラズマが流される方向の下流側において、強力プラズマの近傍に強電界領域が形成される。強力プラズマは、点火プラグとは逆側の強電界領域の電界と反応する。【００２８】
第１１の発明は、第４乃至第６の何れか１つの発明において、前記電磁波放射装置が、前記混合気の着火後に前記アンテナから電磁波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する。【００２９】
第１１の発明では、混合気の着火後にアンテナから電磁波が放射されて、火炎の伝播速度を増大させる電界が形成される。【００３０】
第１２の発明は、第１１の発明において、前記電磁波放射装置が、前記混合気の着火後に前記アンテナから電磁波を放射して、前記火炎の伝播方向へ該火炎を誘引する電界を形成する。【００３１】
第１２の発明では、アンテナから放射された電磁波により、火炎の伝播方向へ該火炎を誘引する電界が形成される。電磁波による電界により、火炎が伝播方向に誘引される。【００３２】
第１３の発明は、第１２の発明において、前記内燃機関本体では、前記燃焼室が円筒状のシリンダにより区画され、前記燃焼室の中心部で前記点火装置により混合気が着火される一方、前記アンテナは、前記燃焼室の外周側に配置されている。【００３３】
第１３の発明では、火炎の伝播方向へ該火炎を誘引する電界が形成されるように、アンテナが燃焼室の外周側に配置されている。【００３４】
第１４の発明は、第１１の発明において、前記アンテナから電磁波が放射されている期間に、前記アンテナに正電圧又は交流電圧を印加する電圧印加部を備えている。【００３５】
第１４の発明では、アンテナから電磁波が放射されている期間に、アンテナに正電圧又は交流電圧が印加される。従って、火炎中の電子等がアンテナ側へ誘引される。【００３６】
第１５の発明は、第４乃至第１４の何れか１つの発明において、前記アンテナが、前記点火プラグの近傍に配置されている。【００３７】
第１５の発明では、点火プラグの近傍のアンテナから電磁波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する。【００３８】
第１６の発明は、第１５の発明において、前記アンテナが、前記点火プラグの先端部の外周の外側を該外周に沿って延びている。【００３９】
第１６の発明では、点火プラグの近傍のアンテナが、点火プラグの先端部の外周の外側を該外周に沿って延びている。【００４０】
第１７の発明は、第１６の発明において、前記アンテナが、環状またはＣ字状に形成されている。
第１７の発明では、点火プラグの近傍のアンテナが、環状またはＣ字状に形成されている。【００４１】
第１８の発明は、第１５乃至第１７の何れか１つの発明において、前記アンテナに対して前記点火プラグの逆側に配置され、前記アンテナから放射される電磁波により形成される電界を前記点火プラグの逆側へ誘引する誘引電極を備えている。【００４２】
第１８の発明では、アンテナから放射される電磁波により形成される電界が、誘引電極により点火プラグの逆側へ誘引される。従って、強力プラズマを生成する点火プラグの先端部にエネルギーが集中することが回避される。【００４３】
第１９の発明は、第６の発明において、前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記点火側電極へ供給するための切替用伝送ラインと、前記第２伝送ラインを通じて前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記アンテナへ供給する通常状態と、前記切替用伝送ラインを通じて前記電磁波発振器から出力された電磁波を前記点火側電極へ供給する切替状態とに切り替えられる切替手段とを備えている。【００４４】
第１９の発明では、切替手段が通常状態に設定されると、電磁波がアンテナから燃焼室へ放射され、火炎の伝播速度が増大する。切替手段が切替状態に設定されると、電磁波が点火側電極から燃焼室へ放射され、着火性が向上する。第１９の発明では、電磁波発振器から出力された電磁波の放射先が切替可能である。【００４５】
第２０の発明は、第１９の発明において、前記プラズマ生成部が前記強力プラズマを生成する生成動作の異常を検出する異常検出手段と、前記異常検出手段が前記生成動作の異常を検出した場合に、前記混合気に点火する点火タイミングに前記電磁波発振器に電磁波を出力させると共に、前記点火タイミングに前記切替手段を前記切替状態に設定する制御手段とを備えている。【００４６】
第２０の発明では、プラズマ生成部が強力プラズマを生成する生成動作に異常がある場合に、点火タイミングに、電磁波発振器から出力された電磁波が、点火側電極から燃焼室へ放射される。プラズマ生成部に代わって、電磁波発振器から出力された電気エネルギーが点火側電極に供給される。【００４７】
第２１の発明は、第１９の発明において、前記電磁波放射装置が、前記燃焼室における１回の燃焼サイクル中に、前記混合気に点火する点火タイミングと前記火炎の伝播期間とに、前記電磁波発振器が電磁波を出力し、前記切替手段は、前記燃焼室における１回の燃焼サイクル中に、前記点火タイミングに前記切替状態に設定され、前記火炎の伝播期間に前記通常状態に設定される。【００４８】
第２１の発明では、燃焼室における１回の燃焼サイクル中において、点火タイミングに電磁波が点火側電極へ供給され、点火タイミング後の火炎の伝播期間に、電磁波がアンテナへ供給される。【００４９】
第２２の発明は、第５の発明において、前記点火装置が出力する高周波は、前記燃焼室に誘導電界が形成される周波数に設定され、前記電磁波発振器が出力する電磁波は、前記燃焼室に放射電界が形成される周波数に設定され、前記点火装置では、前記プラズマ生成部から出力された電気エネルギーが前記点火側電極へ供給される一方、前記燃焼室に接続する吸入ポートのガス流量が所定流量を上回ると、前記点火装置が混合気に点火する際に、前記電磁波放射装置に前記アンテナから電磁波を放射させる制御手段を備えている。【００５０】
第２２の発明では、吸入ポートのガス流量が所定流量を上回ると、混合気に点火する際に、アンテナから燃焼室へ電磁波が放射される。ここで、吸入ポートのガス流量が多くなるほど、燃焼室のガス流動の流速が大きくなり、スパーク放電により形成される放電プラズマ（火炎核）は大きく流される。放電プラズマは、高電圧パルスが供給される点火側電極から離れる。他方、誘導電界を形成する周波数の高周波は、点火側電極の近傍にしかエネルギーを供給することができない。そのため、放電プラズマが点火側電極から離れると、放電プラズマへエネルギーを供給することが困難となる。それに対して、第２２の発明では、放電プラズマに対して、放射電界を形成する電磁波が放射される。放電プラズマは、電磁波により拡大される。
【発明の効果】
【００５１】
本発明では、希薄な混合気の安定着火が可能である上に、アンテナから放射された電磁波により火炎の伝播速度が増大する。従って、燃焼室で希薄な混合気を燃焼させる場合において、未燃のまま排出される燃料が減少するので、内燃機関の燃費を向上させることができる。【００５２】
また、第２の発明では、火炎の伝播速度を増大させるためには、周波数が高い電波を用いる方が電界形成上有利であるため、点火装置から出力される高周波の周波数よりも、電磁波発振器が発振する電磁波の周波数を高くしている。従って、火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。【００５３】
また、第６の発明では、第１伝送ラインと第２伝送ラインが別系統であるため、点火側電極の位置とは関係なく、電磁波を放射する位置を設定することが可能である。そのため、アンテナの位置を適宜設定することにより、点火プラグの先端部にエネルギーが集中することを回避でき、さらに、火炎の伝播速度の増大に効果的な電界を形成することができる。従って、点火プラグの損傷を抑制しつつ、火炎の伝播速度を増大させることができる。【００５４】
また、第７の発明では、点火装置により生成された強力プラズマを電磁波により拡大させて、プラズマにより生成された活性種が消滅しにくくしている。燃焼室では、電磁波を放射しない場合に比べて、多くの活性種が存在する状態となる。その結果、混合気の化学反応（酸化反応）が促進される。第７の発明によれば、活性種により火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。【００５５】
また、第８乃至第１０の各発明では、ガス流動により流された強力プラズマが存在する位置、又はその近傍に強電界領域が形成されるので、強力プラズマに電磁波のエネルギーが効果的に吸収される。従って、強力プラズマが流されることを想定していない従来の内燃機関に比べて、強力プラズマに吸収される電磁波のエネルギーを増大させることができる。【００５６】
また、第１２の発明では、電磁波により形成される電界により、火炎が伝播方向に誘引されるので、火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。【００５７】
また、第１４の発明では、アンテナから電磁波が放射されている期間にアンテナに正電圧又は交流電圧が印加されるので、火炎中の電子等がアンテナ側へ誘引される。従って、火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。【００５８】
また、第１８の発明では、アンテナから放射される電磁波により形成される電界が、誘引電極により点火プラグの逆側へ誘引されるので、強力プラズマを生成する点火プラグの先端部にエネルギーが集中することが回避される。従って、点火プラグの損傷を抑制することができる。【００５９】
また、第１９の発明では、電磁波発振器から出力された電磁波の放射先が切替可能であるため、例えば内燃機関の動作状況に応じて、電磁波の放射先を切り替えることができる。【００６０】
また、第２０の発明では、プラズマ生成部が強力プラズマを生成する生成動作に異常がある場合に、プラズマ生成部に代わって、電磁波発振器から出力された電気エネルギーにより強力プラズマを生成することができる。従って、プラズマ生成部の異常により着火特性が低下することを回避できる。【００６１】
また、第２１の発明では、燃焼室における１回の燃焼サイクル中において、点火タイミングに電磁波が点火側電極へ供給され、点火タイミング後の火炎の伝播期間に、電磁波がアンテナへ供給される。第２１の発明によれば、電磁波により火炎伝播を促進しつつ、混合気の着火特性をさらに向上させることができる。【００６２】
また、第２２の発明では、ガス流動が強い運転条件において放電プラズマが点火側電極から離れる場合に、放電プラズマを拡大するために電磁波が放射される。そのため、ガス流動が強い運転条件でも強力なプラズマにより混合気に点火することができる。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２】実施形態に係る点火装置および電磁波放射装置のブロック図である。
【図３】実施形態に係る内燃機関の要部の概略構成図であり、（ａ）は第１アンテナからマイクロ波を放射中の図であり、（ｂ）は第２アンテナからマイクロ波を放射中の図であり、（ｃ）は第３アンテナからマイクロ波を放射中の図である。
【図４】実施形態に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図５】実施形態において強力プラズマ生成期間とマイクロ波放射期間との関係を表すタイムチャートである。
【図６】実施形態の変形例１に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図７】実施形態の変形例２に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図８】実施形態の変形例３に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図９】実施形態の変形例３に係る内燃機関の要部の概略構成図である。
【図１０】実施形態の変形例４に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図１１】実施形態の変形例５に係る内燃機関の要部の概略構成図であり、（ａ）は第１アンテナからマイクロ波を放射しない場合の図であり、（ｂ）は第１アンテナからマイクロ波を放射する場合の図である。
【図１２】実施形態の変形例６に係る内燃機関の要部の概略構成図である。
【図１３】実施形態の変形例７に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図１４】実施形態の変形例８に係る点火装置および電磁波放射装置のブロック図である。
【図１５】実施形態の変形例８に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図１６】実施形態の変形例８において放電タイミングとマイクロ波放射期間との関係を表すタイムチャートである。
【図１７】実施形態の変形例１０に係るアンテナの電圧値の時系列変化を表す図表である。
【図１８】実施形態の変形例１０に係る電圧印加部が接続された電磁波放射装置等のブロック図である。
【図１９】実施形態の変形例１０に係る昇圧回路が接続された電磁波放射装置の要部ブロック図である。
【図２０】実施形態の変形例１０に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図２１】実施形態の変形例１１に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図２２】実施形態の変形例１２に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図２３】実施形態の変形例１３に係る分配器の概略構成図である。
【図２４】実施形態の変形例１３に係る内燃機関の要部の概略構成図である。
【図２５】実施形態の変形例１４に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図２６】実施形態の変形例１５に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。
【図２７】実施形態の変形例１６に係る内燃機関の概略構成図である。
【図２８】実施形態の変形例１６に係るピストンの頂面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００６４】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《実施形態》
【００６５】
本実施形態は、本発明に係る内燃機関１０の一例である。内燃機関１０は、ピストン２３が往復動するレシプロタイプの内燃機関である。内燃機関１０は、内燃機関本体１１と、点火装置１２（着火装置）と、電磁波放射装置１３とを備えている。内燃機関１０では、点火装置１２により混合気に点火して混合気を燃焼させる燃焼サイクルが繰り返し行われる。
【００６６】
内燃機関本体１１には、燃焼室２０が形成されている。点火装置１２は、スパーク放電（極細の非体積プラズマ）よりも強力な強力プラズマ３６（体積プラズマ）を生成して混合気に点火する点火動作を行う。電磁波放射装置１３は、ギガヘルツ帯のマイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を発振する電磁波発振器３２と、その電磁波発振器３２から供給されたマイクロ波を燃焼室２０へ放射するためのアンテナ４１〜４３とを備えている。電磁波放射装置１３は、アンテナ４１〜４３からマイクロ波を放射して、火炎の伝播速度を増大させる電界を形成する。内燃機関１０では、点火動作の際に、電磁波発振器３２を駆動してアンテナ４１からマイクロ波を放射して、点火装置１２により生成された強力プラズマ３６にマイクロ波のエネルギーを供給する。なお、内燃機関１０は、電子制御装置３０（ＥＣＵ）により制御される。
−内燃機関本体−
【００６７】
内燃機関本体１１は、図１に示すように、シリンダブロック２１とシリンダヘッド２２とピストン２３とを備えている。シリンダブロック２１には、横断面が円形のシリンダ２４が複数形成されている。各シリンダ２４内には、ピストン２３が往復自在に設けられている。ピストン２３は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトに連結されている（図示省略）。クランクシャフトは、シリンダブロック２１に回転自在に支持されている。各シリンダ２４内においてシリンダ２４の軸方向にピストン２３が往復運動すると、コネクティングロッドがピストン２３の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。
【００６８】
シリンダヘッド２２は、ガスケット１８を挟んで、シリンダブロック２１上に載置されている。シリンダヘッド２２は、シリンダ２４及びピストン２３と共に、円形断面の燃焼室２０を形成している。燃焼室２０の直径は、例えば電磁波放射装置１３が放射するマイクロ波の波長の半分程度である。
【００６９】
シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、点火装置１２の一部を構成する点火プラグ１５（着火プラグ）が１つずつ設けられている。点火プラグ１５では、燃焼室２０に露出する先端部１５ｃが、燃焼室２０の天井面（シリンダヘッド２２における燃焼室２０に露出する面）の中心部に位置している。点火プラグ１５の先端部１５ｃの外周は、その軸方向から見て円形である。点火プラグ１５の先端部１５ｃには、中心電極１５ａ（点火側電極）及び接地電極１５ｂが設けられている。接地電極１５ｂは、板状に形成されている。接地電極１５ｂは、点火プラグ１５の先端から点火プラグ１５の軸方向へ突出し、点火プラグ１５の内側へ折れ曲がって、中心電極１５ａの先端と対面している。接地電極１５ｂでは、折れ曲がり箇所よりも基端側が基端部を構成し、折れ曲がり箇所よりも先端側が先端部を構成している。接地電極１５ｂの先端部と中心電極１５ａの先端との間には、放電ギャップが形成されている。
【００７０】
シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、吸気ポート２５及び排気ポート２６が形成されている。吸気ポート２５には、吸気ポート２５を開閉する吸気バルブ２７と、燃料を噴射するインジェクター２９とが設けられている。一方、排気ポート２６には、排気ポート２６を開閉する排気バルブ２８が設けられている。
【００７１】
内燃機関１０は、燃焼室２０において強いタンブル流３５が形成されるように吸気ポート２５が設計されている。内燃機関１０において生じるガス流動３５は、タンブル流３５である。燃焼室２０では、吸気ポート２５から流入した混合気が、燃焼室２０の天井面に沿って排気ポート２６側へ流れ、その流れがシリンダ２４の壁面およびピストン２３の上面に当たって縦方向に旋回する渦になる。タンブル流３５は、吸気行程から圧縮行程に亘って形成される。
−点火装置−
【００７２】
点火装置１２は、各燃焼室２０に対応して設けられている。点火装置１２は、高周波を燃焼室２０へ供給して、スパーク放電よりも強力な強力プラズマ３６を生成する。図２に示すように、点火装置１２は、高電圧パルスを出力する点火コイル８と、キロヘルツ帯からメガヘルツ帯の周波数の交流（例えば、１００ＭＨｚの高周波）を出力する交流電圧発生器１４と、点火コイル８から出力された高電圧パルスと交流電圧発生器１４から出力された交流とを混合する混合ユニット９と、混合ユニット９から出力された高電圧パルス及び交流が供給される上述の点火プラグ１５とを備えている。点火装置１２は、電子制御装置３０から点火信号を受けると前記点火動作を行う。
【００７３】
点火コイル８は、中心電極１５ａへ高電圧パルスを印加して、中心電極１５ａと接地電極１５ｂとの間の放電ギャップにおいてスパーク放電を生じさせる高電圧パルス印加部を構成している。交流電圧発生器１４は、中心電極１５ａに電気エネルギーを供給することで、スパーク放電に伴い生成された放電プラズマを拡大して強力プラズマ３６を生成するプラズマ生成部を構成している。
【００７４】
なお、点火装置１２は、点火コイル８と混合ユニット９を省略してもよい。その場合は、スパーク放電より強力な強力プラズマ３６が形成されるように、交流電圧発生器１４における交流の出力電圧及び出力時間が設定される。
【００７５】
なお、交流電圧発生器１４が出力する交流電圧の周波数は、燃焼室２０に誘導電界が形成されるように設定される。一方、電磁波発振器３２が発振するマイクロ波の周波数は、燃焼室２０に放射電界（輻射電界）が形成されるように設定される。交流電圧の周波数は、電磁波発振器３２が出力するマイクロ波の周波数よりも低い。
【００７６】
点火コイル８及び交流電圧発生器１４は、直流電源（例えば自動車用のバッテリー）に接続されている（図示省略）。点火コイル８は、電子制御装置３０から点火信号（着火信号）を受けると、直流電源から印加された電圧を昇圧し、昇圧後の高電圧パルスを混合ユニット９へ出力する。交流電圧発生器１４は、電子制御装置３０から点火信号（着火信号）を受けると、直流電源から印加された電圧を昇圧すると共に交流に変換して、高電圧の交流を混合ユニット９へ出力する。交流電圧発生器１４は、点火コイル８が高電圧パルスを出力するのと同時期に、高電圧の交流を出力する。混合ユニット９は、別々の入力端子で受けた高電圧パルス及び交流を、同じ出力端子から点火プラグ１５の中心電極３１へ出力する。点火プラグ１５では、中心電極１５ａに高電圧パルス及び高電圧の交流が印加されると、高電圧パルスにより放電ギャップでスパーク放電が生じると共に、高電圧の交流により放電ギャップに電界が形成される。スパーク放電により生じた放電プラズマは、交流の電気エネルギーを受けて拡大して強力プラズマ３６になる。つまり、スパーク放電が生成された領域では、スパーク放電と電界とが反応して、強力プラズマ３６が生成される。強力プラズマ３６は熱プラズマである。
【００７７】
なお、本実施形態では、点火プラグ１５の中心電極１５ａに交流電圧を印加しているが、点火プラグ１５の中心電極１５ａに所定の期間に亘って連続的に電圧（ＣＷ電圧）を印加して、強力プラズマ３６を生成してもよい。何れの場合であっても、強いタンブル流３５に対して強力プラズマ３６が消滅しないように、１回の点火動作において、点火プラグ１５へ供給される電気エネルギーの大きさが設定される。
【００７８】
ここで、上述したように、燃焼室２０では、図３に示すように、吸気行程から圧縮行程に亘って強いタンブル流３５が形成される。ピストン２３が圧縮上死点の手前に位置する点火タイミングでは、放電ギャップにおける混合気のバルク流が、タンブル流３５の影響により吸気ポート２５側から排気ポート２６側へ向かって流れている。このため、強力プラズマ３６は、排気ポート２６側へ流される。強力プラズマ３６は、ガス流動３５により引き伸ばされる。
【００７９】
なお、本実施形態では、図４に示すように、接地電極１５ｂの基端部が、吸気ポート２５の開口２５ａと排気ポート２６の開口２６ａとの間の領域側に位置している。このため、放電ギャップにおけるガス流動３５が、前記基端部により阻害されない。従って、強力プラズマ３６が、２つの排気ポート２６の開口２６ａの間の領域側へ流されやすい。強力プラズマ３６は、タンブル流３５により、後述する第１アンテナ４１側へ流されやすい。
−電磁波放射装置−
【００８０】
電磁波放射装置１３は、図２に示すように、電磁波用電源３１と電磁波発振器３２と分配器３３と複数のアンテナ４１〜４３とを備えている。本実施形態では、各燃焼室２０に対して、３つのアンテナ４１〜４３が設けられている。電磁波放射装置１３では、交流電圧発生器１４から点火プラグ１５の中心電極１５ａへ交流電圧を印加するための第１伝送ライン１０１に対して、電磁波発振器３２から発振されたマイクロ波をアンテナ４１〜４３へ供給するための第２伝送ライン１０２が別系統である。なお、図２では、１つの燃焼室２０に対応するアンテナ４１〜４３だけを記載している。
【００８１】
電磁波用電源３１は、電子制御装置３０から電磁波駆動信号を受けると、電磁波発振器３２にパルス電流を供給する。電磁波駆動信号はパルス信号である。電磁波用電源３１は、電磁波駆動信号の立ち上がり時点から立ち下がり時点に亘って、所定のデューティー比で繰り返しパルス電流を出力する。パルス電流は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘って繰り返し出力される。
【００８２】
電磁波発振器３２は、例えば半導体発振器である。電磁波発振器３２は、パルス電流を受けるとマイクロ波パルスを出力する。電磁波発振器３２は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘って、マイクロ波パルスを繰り返し出力する。なお、電磁波発振器３２として、半導体発振器の代わりに、マグネトロン等の他の発振器を使用してもよい。
【００８３】
分配器３３は、３つのアンテナ４１〜４３の間で、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波を供給するアンテナを切り替える。分配器３３は、電子制御装置３０から分配信号を受けると、３つのアンテナ４１〜４３に対して順番にマイクロ波を供給する。
【００８４】
図３に示すように、３つのアンテナ４１〜４３は、点火プラグ１５側から、第１アンテナ４１、第２アンテナ４２、及び第３アンテナ４３となっている。各アンテナ４１〜４３は、棒状に形成されている。各アンテナ４１〜４３では、その先端がマイクロ波の放射位置（輻射位置）となる。
【００８５】
第１アンテナ４１および第２アンテナ４２は、シリンダヘッド２２に埋設されている。第１アンテナ４１および第２アンテナ４２は、絶縁部材（図示省略）によりシリンダヘッド２２から電気的に絶縁されている。第１アンテナ４１および第２アンテナ４２では、マイクロ波の放射端（先端）が燃焼室２０の天井面から僅かに突出している。図４に示すように、第１アンテナ４１および第２アンテナ４２は、２つの排気ポート２６の開口２６ａの間の領域を、燃焼室２０の径方向に並んでいる。第１アンテナ４１は、点火プラグ１５の近傍に配置されている。第２アンテナ４２は、点火プラグ１５とシリンダ２４の壁面との中間近傍に配置されている。
【００８６】
第３アンテナ４３は、ガスケット１８に埋設され、マイクロ波の放射端がガスケット１８の内周面とほぼ面一になっている。第３アンテナ４３は、ガスケット１８により、シリンダヘッド２２から電気的に絶縁されている。
【００８７】
各アンテナ４１〜４３の入力端（基端）は、分配器３３に接続されている。各アンテナ４１〜４３では、分配器３３から供給されたマイクロ波が、その放射端から燃焼室２０へ放射される。
【００８８】
本実施形態では、点火動作の際に、第１アンテナ４１からマイクロ波が放射される。第１アンテナ４１は、点火プラグ１５の中心電極１５ａの近傍のプラズマ生成位置とは異なる位置に、燃焼室２０において相対的に電界強度が強い強電界領域５１を形成するように配置されている。第１アンテナ４１は、タンブル流３５により流された強力プラズマ３６が存在する位置に強電界領域５１を形成するように配置されている。
【００８９】
具体的に、第１アンテナ４１の放射端は、点火動作の際に、タンブル流３５により流された強力プラズマ３６にマイクロ波が照射されるように、放電ギャップにおけるガス流動の方向に対して放電ギャップの下流側に位置している。第１アンテナ４１の放射端は、燃焼室２０の天井面において点火プラグ１５に近接している。第１アンテナ４１の放射端は、強力プラズマ３６のうち、放電ギャップから最も離れた屈曲部分（タンブル流３５により最も流された部分）に対面する。第１アンテナ４１の放射端は、点火動作においてマイクロ波を放射する全運転領域において、強力プラズマ３６に対面する。
【００９０】
なお、本実施形態では、第２アンテナ４２および第３アンテナを点火プラグ１５に対して第１アンテナ４１と同じ側に設けているが、第２アンテナ４２および第３アンテナを点火プラグ１５に対して第１アンテナ４１と反対側（図４において点火プラグ１５の左側）に設けてもよい。
−点火動作−
【００９１】
点火装置１２による混合気の点火動作、及びその点火動作の際の電磁波放射装置１３による放射動作について説明する。
【００９２】
内燃機関１０では、ピストン２３が圧縮上死点の手前に位置する点火タイミングを放電タイミングとして、点火装置１２が強力プラズマ３６を生成して混合気に点火する点火動作を行うと共に、強力プラズマ３６が存在している期間に電磁波放射装置１３がマイクロ波を放射して、強力プラズマ３６にマイクロ波のエネルギーを供給する放射動作を行う。
【００９３】
これらの一連の動作では、電子制御装置３０が点火信号および電磁波駆動信号を出力する。そうすると、点火装置１２では、点火信号を受けた点火コイル８が高圧パルスを出力すると共に、点火信号を受けた交流電圧発生器１４が交流電圧を出力する。そうすると、上述したように、点火プラグ１５には、高電圧パルス及び交流電圧が印加され、点火プラグ１５の放電ギャップにおいて強力プラズマ３６が生成される。プラズマ生成位置は、放電ギャップに位置する。強力プラズマ３６は、交流電圧が印加されている期間に亘って維持される。燃焼室２０の希薄な混合気は、強力プラズマ３６により強力着火される。
【００９４】
一方、電磁波放射装置１３では、電磁波駆動信号を受けた電磁波用電源３１が、電磁波駆動信号のパルス幅の期間に亘って、所定のデューティーでパルス電流を繰り返し出力する。そして、電磁波発振器３２が、パルス電流を受けてマイクロ波パルスを分配器３３へ繰り返し発振する。
【００９５】
点火動作では、図５に示すように、強力プラズマ３６の存在期間に、第１アンテナ４１からマイクロ波が放射されるように、分配器３３がマイクロ波パルスの供給先を第１アンテナ４１へ設定している。マイクロ波は、第１アンテナ４１から燃焼室２０へ放射される。強力プラズマ３６の存在期間中は、第１アンテナ４１の放射端の近傍に、燃焼室２０において電界強度が相対的に強い強電界領域５１が形成される。図３（ａ）に示すように、強力プラズマ３６は、強いタンブル流により排気ポート２６側へ流され、その屈曲部分が強電界領域５１に入る。マイクロ波は、強力プラズマ３６の屈曲部分へ照射される。強力プラズマ３６は、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。
【００９６】
拡大したマイクロ波プラズマは、拡大前の強力プラズマ３６に比べて全体的に温度が低くなる。そのため、マイクロ波プラズマでは、強力プラズマ３６に比べて活性種の生存期間が長くなる。そのため、比較的多くの活性種が存在する状態となる。その結果、混合気の化学反応が促進され、着火後の火炎の伝播速度が増大する。火炎面は、着火位置からシリンダ２４の壁面へ向かって外側へ広がる。
−火炎伝播促進動作−
【００９７】
１回の燃焼サイクルでは、点火動作後の火炎伝播中に、火炎伝播速度を増大させるための火炎伝播促進動作が行われる。
【００９８】
本実施形態では、火炎伝播促進動作として、第１動作および第２動作が行われる。一連の第１動作および第２動作では、図５に示すように、マイクロ波の供給先が、第１アンテナ４１から、第２アンテナ４２、第３アンテナ４３の順番で切り替えられる。なお、電磁波駆動信号のパルス幅は、火炎面がシリンダ２４の壁面に到達した直後までマイクロ波パルスの出力が継続されるように設定されている。
【００９９】
第１動作では、電子制御装置３０が、第２アンテナ４２の放射端に火炎面が到達する直前に、第１の分配信号を出力する。例えば、第１の分配信号は、火炎面が第１アンテナ４１と第２アンテナ４２との真ん中付近を通過するタイミングで出力される。分配器３３は、第１の分配信号を受けると、マイクロ波の供給先を第２アンテナ４２に切り替える。そうすると、図３（ｂ）に示すように、第２アンテナ４２から燃焼室２０へマイクロ波が放射され、第２アンテナ４２の放射端の近傍に強電界領域５２が形成される。第２アンテナ４２からは、火炎面が強電界領域５２を通過した直後までマイクロ波が放射される。
【０１００】
強電界領域５２では、例えば、火炎から飛び出した自由電子が加速される。加速された自由電子は、周囲のガス分子に衝突する。衝突されたガス分子は電離する。ガス分子の電離に伴い放出された自由電子も、強電界領域５２において加速され、周囲のガス分子を電離させる。このように、強電界領域５２では、雪崩式にガス分子の電離が生じ、マイクロ波プラズマが生成される。
【０１０１】
また、火炎は弱電離プラズマであるため、火炎は強電界領域５２の電界と反応して誘引される。つまり、電磁波放射装置１３、混合気の着火後にアンテナ４２からマイクロ波を放射して、火炎の伝播方向へ該火炎を誘引する電界を形成している。
【０１０２】
強電界領域５２では、マイクロ波プラズマにより、酸化力の強い活性種（例えばＯＨラジカル）が生成される。本実施形態では、火炎伝播中に火炎面が到達する前の領域に活性種が生成される。火炎面は、活性種が生成された領域を通過する。従って、火炎面における化学反応が活性種により促進され、火炎の伝播速度が増大する。
【０１０３】
続いて、第２動作では、電子制御装置３０が、第３アンテナ４３の放射端に火炎面が到達する直前に、第２の分配信号を出力する。例えば、第２の分配信号は、火炎面が第２アンテナ４２と第３アンテナ４３との真ん中付近を通過するタイミングで出力される。分配器３３は、第２の分配信号を受けると、マイクロ波の供給先を第３アンテナ４３に切り替える。そうすると、図３（ｃ）に示すように、第３アンテナ４３の放射端の近傍に強電界領域５３が形成される。強電界領域５３では、マイクロ波プラズマが生成される。第２動作では、第１動作と同様に、火炎面の到達前の領域にマイクロ波プラズマが生成され、さらに火炎が強電界領域５３に誘引されるので、マイクロ波プラズマにより火炎の伝播速度が増大する。
−実施形態の効果−
【０１０４】
本実施形態では、希薄な混合気の安定着火が可能である上に、アンテナ４１から放射されたマイクロ波により火炎の伝播速度が増大する。従って、燃焼室２０で希薄な混合気を燃焼させる場合において、未燃のまま排出される燃料が減少するので、内燃機関１０の燃費を向上させることができる。
【０１０５】
また、本実施形態では、交流電圧発生器１４により拡大したプラズマ３６を、マイクロ波によりさらに拡大させて、プラズマにより生成された活性種が消滅しにくくしている。マイクロ波を放射しない場合に比べて、燃焼室２０に多くの活性種が存在する状態となる。その結果、活性種により混合気の化学反応が促進される。本実施形態によれば、活性種により火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。
【０１０６】
また、本実施形態では、火炎の伝播速度を増大させるためには、周波数が高い電波を用いる方が電界形成上有利であるため、点火装置１２から出力される電波の周波数よりも、電磁波発振器３２が発振するマイクロ波の周波数を高くしている。また、点火装置１２の構成は、電波の周波数が低い方が簡素になる。従って、点火装置１２を簡素な構成にしつつ、火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。
【０１０７】
また、本実施形態では、第１伝送ライン１０１と第２伝送ライン１０２が別系統であるため、強力プラズマ３６の生成位置とは関係なく、マイクロ波を放射するアンテナ４１の位置を設定することが可能である。そのため、アンテナ４１の位置を適宜設定することにより、点火プラグ１５の先端部１５ｃにエネルギーが集中することを回避でき、さらに、火炎の伝播速度の増大に効果的な電界を形成することができる。従って、点火プラグ１５の損傷を抑制しつつ、火炎の伝播速度を増大させることができる。
【０１０８】
また、本実施形態では、ガス流動により流された強力プラズマ３６が存在する位置に強電界領域５１が形成されるので、点火装置１２により生成された強力プラズマ３６にマイクロ波のエネルギーが効果的に吸収される。従って、強力プラズマ３６が流されることを想定していない従来の内燃機関に比べて、強力プラズマ３６に吸収されるマイクロ波のエネルギーを増大させることができる。
【０１０９】
また、本実施形態では、火炎面の到達前の領域に活性種を生成し、活性種が生成された領域を火炎面が通過するようにしている。従って、火炎面における化学反応が活性種により促進され、火炎面の伝播速度をさらに向上させることができる。
−実施形態の変形例１−
【０１１０】
変形例１では、図６に示すように、吸気および排気ポート２５，２６の開口２５ａ，２６ａの間の領域の数に合わせて、４つのアンテナ群が設けられている。
【０１１１】
第１のアンテナ群（図６において点火プラグ１５の右側のアンテナ群）は、前記実施形態における第１アンテナ４１、第２アンテナ４２および第３アンテナ４３により構成されている。残りの第２、第３および第４のアンテナ群は、前記実施形態における第２アンテナ４２および第３アンテナ４３により構成されている。電磁波放射装置１３では、各アンテナ群に対応して、電磁波用電源３１、電磁波発振器３２および分配器３３を有する電磁波ユニットが設けられている。
【０１１２】
第１アンテナ４１は、前記実施形態の第１アンテナ４１と同じタイミングでマイクロ波が供給される。また、各第２アンテナ４２は、前記実施形態の第２アンテナ４２と同じタイミングでマイクロ波が供給される。また、各第３アンテナ４３は、前記実施形態の第３アンテナ４３と同じタイミングでマイクロ波が供給される。
【０１１３】
変形例１では、着火位置に対して４方向で、各第２アンテナ４２から放射されたマイクロ波により生成されたマイクロ波プラズマ、及び各第３アンテナ４３から放射されたマイクロ波により生成されたマイクロ波プラズマにより、火炎の伝播速度が増大する。従って、火炎の伝播を均等化することができる。
【０１１４】
なお、タンブル流により強力プラズマ３６は排気ポート２６側へ流され、燃焼室２０の中心よりも排気ポート２６側で混合気が着火されるので、吸気ポート２５側（図６において左側）の第２アンテナ４２及び第３アンテナ４３が放射するマイクロ波のエネルギーを相対的に強くしてもよい。
−実施形態の変形例２−
【０１１５】
変形例２では、図７に示すように、第２アンテナ４２および第３アンテナ４３のように火炎面が到達する前の領域にマイクロ波を供給するためのアンテナとして、吸気および排気バルブ２７，２８のバルブヘッドにアンテナ２７ａ，２８ａが設けられている。アンテナ２７ａ，２８ａは、バルブヘッドにおける燃焼室２０側の面に露出している。各アンテナ２７ａ，２８ａに接続する伝送線路は、バルブシャフトに設けられている。電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波は、非接触給電により伝送線路へ供給され、その伝送線路を通ってアンテナ２７ａ，２８ａに到達する。
−実施形態の変形例３−
【０１１６】
変形例３では、図８に示すように、点火プラグ１５の近傍のアンテナ４１が、燃焼室２０の天井面において、点火プラグ１５の先端部１５ｃの外周の外側を該外周に沿って延びている。アンテナ４７は、燃焼室２０の天井面の正面視において、Ｃ字状に形成され、点火プラグ１５の先端部１５ｃを囲っている。なお、アンテナ４７は、燃焼室２０の天井面の正面視において、円環状に形成されていてもよい。
【０１１７】
図９に示すように、アンテナ４７は、板状に形成され、点火プラグ１５の取付孔９０の燃焼室２０側の外周に沿って形成された環状の絶縁部材９５の上に設けられている。絶縁部材９５は、例えば溶射により絶縁体を吹き付けることにより形成されている。アンテナ４７は、絶縁部材９５によりシリンダヘッド２２から電気的に絶縁されている。アンテナ４７の周方向の長さ（外周と内周の真ん中の中心線の長さ）は、電磁波発振器３２が発振するマイクロ波の波長の４分の１に設定されている。
【０１１８】
シリンダヘッド２２には、同軸線路９２を取り付けるための取付溝８９が、点火プラグ１５の取付孔９０に連続して形成されている。同軸線路９２は、絶縁部材９４の内側の中心導体９３が、アンテナ４７のＣ字の一端に接続されている。なお、点火プラグ１５に同軸線路９２を埋設させ、同軸線路９２の出力端を点火プラグ１５の外周面に露出させて、その露出部分からアンテナ４７まで伝送線路を設けてもよい。
【０１１９】
変形例３では、点火動作の際に、アンテナ４７からマイクロ波が放射される。アンテナ４７は、点火プラグ１５の放電ギャップを囲うように強電界領域を形成する。アンテナ４７は、タンブル流３５により流された強力プラズマ３６が存在する位置に強電界領域を形成する。アンテナ４７は、強力プラズマ３６において放電ギャップから最も離れた屈曲部分に対面する。
【０１２０】
点火動作では、強力プラズマ３６の存在期間に、アンテナ４７からマイクロ波が放射される。強力プラズマ３６の存在期間中は、アンテナ４７の近傍に強電界領域が形成される。強力プラズマ３６は、強いタンブル流により排気ポート２６側へ流され、その屈曲部分が強電界領域に入る。マイクロ波は、強力プラズマ３６の屈曲部分へ照射される。強力プラズマ３６は、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。
【０１２１】
なお、燃焼室２０の天井面において、アンテナ４７に隣接してアンテナ４７の外側に位置する領域に、電磁波による電界を誘導するための誘引電極を設けてもよい。誘引電極は、アンテナ４７に対して点火プラグ１５の逆側に位置し、アンテナ４７の近傍に配置されている。これにより、中心電極１５ａに電界が誘導されにくくなり、中心電極１５ａの損傷を抑制することができる。
−実施形態の変形例４−
【０１２２】
変形例４では、図１０に示すように、前記変形例１のアンテナ群の代わりに、棒状のアンテナ４６が設けられている。アンテナ４６は、絶縁部材（図示省略）によりシリンダヘッド２２から電気的に絶縁されている。各アンテナ４６は、吸気および排気ポート２５，２６の開口２５a，２６ａの間の領域において、燃焼室２０の天井面の径方向に延びている。各アンテナ４６は、点火プラグ１５の少し外側からシリンダ２４の壁面の近傍まで真っ直ぐ延びている。なお、少なくとも排気ポート２６の開口２６ａの間のアンテナ４６（図１０において点火プラグ１５の右側のアンテナ）は、その内端が強力プラズマ３６の屈曲部分に対面する。
【０１２３】
電磁波放射装置１３では、各アンテナ４６に対応して、電磁波用電源３１および電磁波発振器３２を有する電磁波ユニットが設けられている。各電磁波ユニットは、前記変形例１とは異なり分配器３３を有しておらず、その代わりに、アンテナ４６の表面において相対的に電界強度が強い強電界領域の位置を変化させる電界調節器を有している。電界調節器は、例えば、マイクロ波の伝送線路におけるインピーダンスを調節可能なスタブチューナである。スタブチューナは、例えばスタブにおいてグランドに短絡させる位置を調節することにより、スタブとして動作する長さを可変に構成されている。
【０１２４】
各電磁波ユニットでは、点火動作の際に、アンテナ４６から放射されるマイクロ波により形成される強電界領域が、アンテナ４６の内端に位置するように電界調節器を動作させる。排気ポート２６の開口２６ａの間のアンテナ４６の放射位置は、タンブル流３５により流された強力プラズマ３６に対面する。そのため、マイクロ波のエネルギーが、強力プラズマ３６に効果的に吸収される。
【０１２５】
混合気の着火後の火炎伝播中も、各アンテナ４６からのマイクロ波の放射が継続される。各アンテナ４６からのマイクロ波の放射位置は、電界調節器により、火炎面に先んじて外側へ移動させる。火炎面の到達前の領域は、強電界領域になる。強電界領域は外側へ移動してゆき、強電界領域で生成されるマイクロ波プラズマも、強電界領域の移動に伴って外側へ移動してゆく。その結果、活性種が生成された領域を火炎面が通過することになり、火炎面における化学反応が活性種により促進され、火炎の伝播速度が向上する。
【０１２６】
なお、変形例３のＣ字状アンテナ４７を使用する場合にも、電界調節器を使用して強電界の位置を調節してもよい。また、変形例４に、変形例３のＣ字状アンテナ４７を併せて適用してもよい。
−実施形態の変形例５−
【０１２７】
変形例５では、図１１に示すように、前記実施形態に比べて、第１アンテナ４１と点火プラグ１５との距離が大きくなっている。点火動作の際の第１アンテナ４１のマイクロ波の放射位置は、放電ギャップにおけるガス流動の方向に対して放電ギャップの下流に位置している。第１アンテナ４１は、タンブル流３５により流された強力プラズマ３６が存在する位置の近傍に強電界領域５１が形成されるように配置されている。第１アンテナ４１は、プラズマ生成位置に対して、強力プラズマ３６が流される方向の下流側に強電界領域を形成するように配置されている。点火動作の際は、第１アンテナ４１から放射したマイクロ波により、タンブル流３５により流された強力プラズマ３６に隣接する領域に強電界領域５１が形成される。
【０１２８】
点火動作では、前記実施形態と同じ期間に、第１アンテナ４１から燃焼室２０へマイクロ波が放射される。強力プラズマ３６の存在期間に、第１アンテナ４１からマイクロ波が放射される。ここで、強電界領域５１が形成されない場合は、図１１（ａ）に示す位置までしか強力プラズマ３６は引き伸ばされない。一方、強電界領域５１が形成される場合は、強力プラズマ３６が、強電界領域５１の電界と反応し、図１１（ｂ）に示すように、さらに引き伸ばされて強電界領域５１に侵入する。マイクロ波のエネルギーは効果的に吸収され、強力プラズマ３６はマイクロ波プラズマになる。
−実施形態の変形例６−
【０１２９】
変形例６では、図１２に示すように、実施形態の３つのアンテナ４１−４３に加えて、前記変形例５の第１アンテナの位置に第４アンテナ４４が設けられている。点火動作の際に、第４アンテナ４４から放射したマイクロ波により、ガス流動により流された強力プラズマ３６に隣接する領域に強電界領域が形成される。
【０１３０】
具体的に、点火動作では、まず第１アンテナ４１からマイクロ波の放射が開始される。タンブル流３５により引き伸ばされた強力プラズマ３６は、第１アンテナ４１から放射されたマイクロ波のエネルギーを吸収する。続いて、分配器３３によりマイクロ波の供給先が第４アンテナ４４へ切り替えられる。第４アンテナ４４の放射端の近傍には、強電界領域が形成される。拡大した強力プラズマ３６は、第４アンテナ４４の放射端近傍の強電界領域の電界と反応する。強力プラズマ３６には、第４アンテナ４４からもマイクロ波のエネルギーが供給される。
【０１３１】
なお、第１アンテナ４１からのマイクロ波の放射期間と第４アンテナ４４からのマイクロ波の放射期間とを重複させてもよい。その場合は、例えば、第１アンテナ４１にマイクロ波を供給する第１電磁波発振器と、第４アンテナ４４にマイクロ波を供給する第２電磁波発振器とを設ける。各電磁波発振器のマイクロ波の発振期間は同じにしてもよいし、放射開始および終了を第２電磁波発振器の方が遅くしてもよい。
−実施形態の変形例７−
【０１３２】
変形例７では、図１３に示すように、強力プラズマ３６が流される方向を一定化させるために浮遊電極５０が、シリンダヘッド２２における燃焼室２０の露出面に設けられている。浮遊電極５０は、放電ギャップにおけるガス流動の方向（点火プラグ１５と第１アンテナ４１を結ぶ線分）を挟むように一対設けられる。浮遊電極５０は、絶縁部材６０によりシリンダヘッド２２から絶縁されている。
−実施形態の変形例８−
【０１３３】
変形例８では、図１４に示すように、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波を中心電極１５ａへ供給するための切替用伝送ライン１０３が設けられている。切替用伝送ライン１０３は、入力側が分配器３３に接続され、出力側が混合ユニット９に接続されている。
【０１３４】
ここで、変形例８では、図１５に示すように、点火プラグ１５の近傍に、アンテナ４１が設けられておらず、点火動作の際に、強力プラズマ３６を拡大するためにマイクロ波は放射されない。交流電圧発生器１４から出力された交流が中心電極１５ａに印加される交流印加期間の後に、図１６（Ａ）に示すように、点火プラグ１５とシリンダ２４の壁面との中間付近の第１アンテナ９１と、ガスケット１８に埋設された第２アンテナ９２とから、火炎の伝播速度を増大させるために順次マイクロ波が放射される。その際、分配器３３は、第１及び第２アンテナ９１，９２の各出力端子（以下、「アンテナ側出力端子」という。）の間で、マイクロ波の出力先を切り替える。
【０１３５】
変形例８の分配器３３には、２つのアンテナ側出力端子に加えて、切替用伝送ライン１０３が接続する出力端子（以下、「切替側出力端子」という。）が設けられている。分配器３３は、３つの出力端子の間で、マイクロ波の出力先を切替可能に構成されている。分配器３３は、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波を第２伝送ライン１０２を通じてアンテナ４１へ供給する通常状態と、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波を切替用伝送ライン１０３を通じて中心電極１５ａへ供給する切替状態とに切り替えられる切替手段を構成している。
【０１３６】
電子制御装置３０は、例えば、交流電圧発生器１４から出力された交流の電流値を計測する電流計７２の計測値に基づいて、交流電圧発生器１４の動作状態を把握している。電子制御装置３０は、点火動作の際に、電流計７２の出力値が所定の閾値を下回る場合に、交流電圧発生器１４に異常が発生していると判断する。電子制御装置３０及び電流計７２は、交流電圧発生器１４が強力プラズマ３６を生成する生成動作の異常を検出する異常検出手段を構成している。
【０１３７】
ここで、交流電圧発生器１４に異常が発生すると、点火動作の際に交流電圧発生器１４から燃焼室２０へ供給される電気エネルギーが低下し、放電プラズマがほとんど拡大しなくなる。その結果、混合気の着火性が低下し、混合気が安定的に着火されなくなる。
【０１３８】
それに対して、変形例８では、電子制御装置３０が、生成動作の異常を検出した場合に、点火プラグ１５で放電が生じる放電タイミング（点火タイミング）に電磁波発振器３２にマイクロ波を出力させると共に、放電タイミングに分配器３３（切替手段）を切替状態に設定する制御手段を構成している。分配器３３は、放電タイミングに切替側出力端子からマイクロ波を出力する。切替側出力端子から出力されたマイクロ波は、切替用伝送ライン１０３を通じて混合ユニット９に入力され、点火コイル８から出力された高電圧パルスに混合される。点火プラグ１５には、高電圧パルス及びマイクロ波が供給される。そして、図１６（Ｂ）に示すように、放電タイミングにおいて、中心電極１５ａからマイクロ波が放射される。その結果、点火プラグ１５では、スパーク放電により生成された放電プラズマがマイクロ波のエネルギーを受けて拡大し、強力プラズマ３６が生成される。
【０１３９】
変形例８では、アンテナ９２，９３と中心電極１５ａとの間で、マイクロ波の放射先が切替可能であるため、例えば内燃機関１０の動作状況に応じて、マイクロ波の放射先を切り替えることができる。
【０１４０】
また、変形例８によれば、交流電圧発生器１４が強力プラズマ３６を生成する生成動作に異常がある場合に、交流電圧発生器１４に代わって、電磁波発振器３２から出力された電気エネルギーにより放電プラズマを拡大することができる。従って、交流電圧発生器１４の異常により、着火特性が低下することを回避できる。
【０１４１】
なお、電子制御装置３０は、吸入ポート２５のガス流量が所定流量を上回る場合に、点火プラグ１５で放電が生じる放電タイミング（点火タイミング）に、電磁波発振器３２にマイクロ波を出力させると共に、放電タイミングに分配器３３（切替手段）を切替状態に設定してもよい。この場合、ガス流動が強い運転条件において放電プラズマが中心電極１５ａから離れる場合に、放電プラズマを拡大するためにマイクロ波が放射される。そのため、ガス流動が強い運転条件でも強力なプラズマにより混合気に点火することができる。
−実施形態の変形例９−
【０１４２】
変形例９では、前記変形例８において、交流電圧発生器１４に異常がない場合であっても、特定の運転領域（例えば、高負荷・高回転領域）だけ、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波が中心電極１５ａに供給されるようにしている。
【０１４３】
前記特定の運転領域では、燃焼室２０における１回の燃焼サイクル中に、点火プラグ１５で放電が生じる放電タイミングと、火炎の伝播期間とに、電磁波発振器３２がマイクロ波を出力する。そして、分配器３３は、燃焼室２０における１回の燃焼サイクル中に、放電タイミングに切替状態に設定された後に、火炎の伝播期間に通常状態に切り替えられる。
【０１４４】
放電タイミングでは、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波が、切替用伝送ライン１０３を通じて点火プラグ１５の中心電極１５ａに供給される。一方、火炎の伝播期間では、電磁波発振器３２から出力されたマイクロ波が、第２伝送ライン１０２を通じて、第１及び第２アンテナ９１，９２に順番に供給される。
【０１４５】
変形例９では、放電タイミングにおいて、点火プラグ１５の中心電極１５ａに、高電圧パルス及び交流に加えて、マイクロ波が供給される。従って、前記特定の運転領域における着火性を向上させることができる。
−実施形態の変形例１０−
【０１４６】
変形例１０では、混合気の着火後においてアンテナ４３からマイクロ波が放射されている期間に、ガスケット１８に埋設されたアンテナ４３の電圧値の時系列変化が図１７に示す波形になるように、アンテナ４３に正の高電圧を印加してもよい。図１８に示すように、電圧印加部９５（直流電源）が、アンテナ４３に接続されている。アンテナ４３に印加する正電圧の値（Vd）は、伝播中の火炎を誘引できる値（例えば、数キロボルト）に設定されている。
【０１４７】
電圧印加部９５は、アンテナ４３からマイクロ波が放射されている期間に、アンテナ４３に正の高電圧を印加する。燃焼室２０では、正電圧の印加により正電界が形成され、その正電界により、着火後の火炎中の電子等がアンテナ４３側へ誘引される。その結果、火炎の伝播速度が増大する。
【０１４８】
なお、電圧印加部９５は、電磁波発振器３３が発振したマイクロ波のエネルギーをコンデンサ９８（電解コンデンサ）に蓄えて、そのコンデンサ９８に蓄えたエネルギーによりアンテナ４３に正電圧を印加するように構成してもよい。電圧印加部９５は、図１９に示すように、第２伝送ライン１０２から延びる接続ラインにインダクタ１１１が設けられ、その接続ラインが３つに分岐ラインに分岐している。各分岐ラインは接地されている。３つの分岐ラインは、ダイオード９７が設けられた第１ラインと、電解コンデンサ９８及びインダクタ１１２が直列に接続された第２ラインと、電解コンデンサ９８より小容量のコンデンサ９９及びインダクタ１１３が直列に接続された第３ラインとにより構成されている。第２ラインは、ハイパスフィルタ及び直流充電回路として機能する。前記接続ラインの接続端から第３ラインの接地端までの回路（インダクタ１１１，１１３及びコンデンサ９９が設けられた回路）は、第２伝送ライン１０２におけるマイクロ波に影響を与えないように長さが設定されている。
【０１４９】
また、アンテナ４３は、図４や図６に示すように棒状アンテナであってもよいし、図２０に示すようにＣ字状アンテナ４３ａであってもよい。また、図２０に示すように、アンテナ４３ｂは、伝播火炎が通過する位置に設ければよく、ガスケット１８ではなく、シリンダヘッド２２設けてもよい。
【０１５０】
また、電圧印加部９５は、火炎の伝播中に亘って、アンテナ４３に正の高電圧を印加してもよい。また、電圧印加部９５は、アンテナ４３からマイクロ波が放射されている期間に、アンテナ４３に高電圧の交流を印加してもよい。その場合、電圧印加部９５は交流電源により構成される。
−実施形態の変形例１１−
【０１５１】
変形例１１では、図２１に示すように、シリンダヘッド２２における吸気ポート２５の開口２５ａの周囲と排気ポート２６の開口２６ａとに、リング状の放射アンテナ１１６が設けられている。なお、吸気ポート２５の開口２５ａの周囲だけに放射アンテナ１１６を設けてもよい。
−実施形態の変形例１２−
【０１５２】
変形例１２では、図２２に示すように、シリンダヘッド２２に、１／２波長ダイポール放射アンテナ１１６が設けられている。
【０１５３】
放射アンテナ１１６は、２つの排気ポート２６の開口２６ａの間の領域における点火プラグ１５の近傍で折れ曲がっている。放射アンテナ１１６では、折れ点から直線部が２方向に延びている。各直線部は、吸気ポート２５の開口２５ａと排気ポート２６の開口２６ａとの間の領域を通っている。
【０１５４】
変形例１２では、放射アンテナ１１６からマイクロ波が放射されると、放射アンテナ１１６の直線部に挟まれる吸気側の電界を強めることができる。従って、火炎伝播の遅い吸気側において火炎の伝播速度を向上させることができる。
【０１５５】
なお、図２２の１／２波長ダイポール放射アンテナ１１６の代わりに、シリンダヘッド２２の吸気ポート２５及び排気ポート２６の開口２５ａ，２６ａの間の領域に、１／２波長放射アンテナ１１６を設けてもよい。
−実施形態の変形例１３−
【０１５６】
変形例１３では、図２３に示す分配器３３が用いられている。電磁波放射装置１３では、電磁波発振器３２から延びる伝送線路が、放射アンテナ４１，４２，４３に対応して枝分かれしている。分配器３３では、放射アンテナ４１，４２，４３間に対応するマイクロ波の伝送線路の複数の枝部１０１に対して、スイッチ素子１０２を制御して、１つの枝部１０１以外に電圧印加されると、電圧を印加されない枝部１０１に接続する放射アンテナ４１にマイクロ波が供給される。なお、図２３において、１０３はダイオード、１０４はコイル、１０５は直流電源を表す。
【０１５７】
変形例１３では、各燃焼室２０に放射アンテナ４１，４２，４３が１つずつ設けられる。各放射アンテナ４１，４２，４３は、セラミック等の絶縁体により構成されたガスケット１８に設けられる。この場合に、ガスケット１８に、マイクロ波の伝送線路の一部と共に、分配器３３が設けられる。
【０１５８】
なお、ガスケット１８に放射アンテナ１１６を設ける場合に、マイクロ波の伝送線路１１０は、図２４に示すように、内燃機関本体１１の外表面からピストン２３の軸方向に沿って延びて、ガスケット１８における放射アンテナ１１６の入力端子１１１に接続される。なお、放射アンテナ１１６は、ガスケット１８の内周に沿って延びる円環状又はＣ字状に形成されている。
【０１５９】
例えば、シリンダヘッド２２とシリンダブロック２１とを締結するための締結穴が形成されている場合に、締結穴に螺合される締結部材を利用して、マイクロ波の伝送線路１１０を設けてもよい。締結部材をセラミックで構成し、内部にストリップラインを埋設する。
−実施形態の変形例１４−
【０１６０】
変形例１４では、図２５に示すように、燃焼室２０の天井面に設けられた放射アンテナ１１６が楕円状に形成されている。放射アンテナ１１６は、２つの吸気ポート２５の開口２５ａの間の領域から、２つの排気ポート２６の開口２６ａの間の領域に亘って設けられ、点火プラグ１５の先端部１５ｃを囲っている。なお、放射アンテナ１１６における楕円の中心を吸気側へずらしてもよい。
−実施形態の変形例１５−
【０１６１】
変形例１５では、図２６に示すように、変形例３において、燃焼室２０の天井面に、放射アンテナ１１６から放射されたマイクロ波が共振する受信アンテナ１５２が設けられている。受信アンテナ１５２は、放射アンテナ１１６よりも一回り大きいＣ字状に形成されている。なお、受信アンテナ１５２は、円環状に形成されていてもよい。
【０１６２】
変形例１５では、混合気の着火直後に放射アンテナ１１６から燃焼室２０へマイクロ波が放射される。燃焼室２０では、放射アンテナ１１６の近傍および受信アンテナ１５２の近傍に強電界領域が形成される。放射アンテナ１１６および受信アンテナ１５２の設置箇所を通過する火炎の伝播速度は、強電界領域から電界のエネルギーを受けて増大する。
【０１６３】
なお、マイクロ波のエネルギーが大きい場合には、強電界領域においてマイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマの生成領域では活性種（例えば、ＯＨラジカル）が生成される。強電界領域を通過する火炎の伝播速度は、活性種により増大する。マイクロ波プラズマが生成される場合は、
−実施形態の変形例１６−
【０１６４】
変形例１６では、図２７に示すように、実施形態とは異なり、各燃焼室２０に放射アンテナ１１６が１つだけ設けられている。放射アンテナ１１６は、燃焼室２０の外周寄りの位置に設けられている。放射アンテナ１１６は、燃焼室２０の天井面において２つの吸気側開口２５ａの間の領域に設けられている。放射アンテナ１１６には、伝送線路１３３を介して、分配器３３の出力端子に接続されている。
【０１６５】
また、ピストン２３の頂部に、放射アンテナ１１６から放射されたマイクロ波が共振する受信アンテナ１５２が設けられている。受信アンテナ１５２は、ピストン２３の頂部における中心寄りの位置に設けられている。なお、受信アンテナ１５２は、１つ設けられているが、複数であってもよい。受信アンテナ１５２は、リング状に形成されている。
【０１６６】
変形例１６では、点火動作の際に、放射アンテナ１１６からマイクロ波が放射される。そうすると、交流電圧発生器１４が中心電極１５ａに電気エネルギーを供給することで放電ギャップに形成される電界が、マイクロ波により強められる。従って、希薄な混合気をさらに安定的に着火することができる。
【０１６７】
なお、ピストン２３の頂部に、図２８に示すように、受信アンテナ１５２の外周から放射アンテナ１１６側へ延びる導体１２０を接続してもよい。なお、受信アンテナ１５２が、放射アンテナ１１６側から点火プラグ１５の下方へ延びる形状（例えば、水滴形状）であってもよい。
《その他の実施形態》
【０１６８】
前記実施形態は、以下のように構成してもよい。
【０１６９】
前記実施形態において、内燃機関１０が直噴式のエンジンであってもよい。例えば、インジェクター２９は、ピストン２３が圧縮上死点の手前の位置において、点火プラグ１５の先端部に燃料の濃度が濃い領域を形成する。また、前記実施形態において、内燃機関１０がロータリエンジンであってもよい。その場合は、ローターハウジングにアンテナが埋設される。
【０１７０】
また、前記実施形態において、点火プラグ１５がプラズマジェット式であってもよい。点火プラグ１５の先端部１５ｃには、燃焼室２０の一部を構成する小空間が形成される。点火プラグ１５は、連続的な電圧、又は繰り返しの電圧パルスが印加されて、前記小空間で生成された強力プラズマが、該小空間の外側の燃焼室２０へプラズマを噴射する。
【０１７１】
また、前記実施形態において、点火コイルから点火プラグ１５に瞬間的に高電圧パルスを印加した直後に、コンデンサに蓄えられた大電流を点火プラグ１５に供給することにより、強力プラズマ３６を生成してもよい。点火プラグ１５には、連続的に電圧が印加される。
【０１７２】
また、前記実施形態において、火炎面が通過した後の領域にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成することにより、火炎面の後方から火炎面の伝播を促進してもよい。例えば、第２アンテナ４２と第３アンテナ４３の間を火炎面が通過した後も、第２アンテナ４２からのマイクロ波の放射を継続して、第２アンテナ４２の放射端近傍のマイクロ波プラズマを維持してもよい。その場合、火炎通過後の領域はマイクロ波により温度が上昇し、混合気の酸化反応が促進される。そして、火炎面の後方の圧力上昇により、火炎の伝播が促進される。
【０１７３】
また、前記実施形態において、強力プラズマ３６にマイクロ波を放射するためのアンテナ４１を点火プラグ１５に埋設してもよい。その場合、点火プラグ１５では、内側に碍子が嵌め込め込まれた筒状の金属ハウジングに同軸線路が設けられる。点火プラグ１５の先端面では、同軸線路の終端に接続されたアンテナ４１が突出し、アンテナ４１の先端側が、放電ギャップを囲むように円弧状に曲がっている。
【０１７４】
また、前記実施形態において、点火装置１２が、レーザーを燃焼室２０へ放射して、スパーク放電より強力に混合気に着火してもよい。
【０１７５】
また、前記実施形態において、点火装置１２が、交流電圧発生器１４を有しておらず、常に電磁波発振器３２を用いて、放電プラズマをマイクロ波により拡大して強力プラズマを生成するようにしてもよい。その場合、分配器３３により、中心電極１５ａとアンテナ４１〜４３との間で、マイクロ波の供給先が切り替えられる。
【０１７６】
また、前記実施形態において、各アンテナ４１−４３のマイクロ波の放射位置が絶縁体または誘電体により覆われていてもよい。
【産業上の利用可能性】
【０１７７】
以上説明したように、本発明は、スパーク放電よりも強力に混合気に点火する内燃機関について有用である。
【符号の説明】
【０１７８】
１０       内燃機関
１１       内燃機関本体
１２       点火装置
１３       電磁波放射装置
２０       燃焼室
３２       電磁波発振器
４１       第１アンテナ
４２       第２アンテナ
４３       第３アンテナ
【図１】
2012124671.tif 000003
【図２】
2012124671.tif 000004
【図３】
2012124671.tif 000005
【図４】
2012124671.tif 000006
【図５】
2012124671.tif 000007
【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【国際調査報告】
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