(57)【要約】  【課題】燃焼機の多点点火装置において、複数の点火プラグを用いることなく、複数の放電ギャップを確保でき、かつ、所望の位置に簡単に設置できるようにする。  【解決手段】燃焼容器(2)の底壁(3)より上方位置の円周上に、一つの放電極(31)の先端(31a)と、一つの接地電極(32)の先端(32a)と、複数の導電体(33)を配置することにより、導電体(33,33)間、放電極(31)と導電体(33)の先端(31a)との間、及び接地電極(32)の先端(32a)と導電体(33) と間に、複数の放電ギャップ(d1,d2,d3,d4,d5,d6,d7)を形成し、かつ、放電極(31)、接地電極(32)及び複数の導電体(33)を、燃焼容器(2)の底壁(3)に、それぞれの支持手段を介している。【選択図】図４
2020165591.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼機の燃焼室内の混合気に点火する多点点火装置であって、
前記燃焼室の底壁から所定の高さの円周上に配置された一対の放電極及び接地電極と、
前記一対の電極間の前記円周上に配置され、前記底壁と第１絶縁体を介してそれぞれ支持された複数の導電体とを備え、
前記放電極は、前記底壁に第２絶縁体を介して支持され、前記接地電極は、前記底壁に電気的に接続支持される多点点火装置。
【請求項２】
前記放電極と前記接地電極とは、非放電間隙を隔てて配置され、
前記導電体は、前記円周上の前記非放電間隙側とは反対側に配置され、隣り合う前記導電体の間、前記放電極の先端とこれに隣り合う前記導電体との間、及び前記接地電極の先端とこれに隣り合う前記導電体との間に、それぞれ放電ギャップが形成される請求項１記載の多点点火装置。
【請求項３】
前記非放電間隙は、すべての前記放電ギャップの大きさを加算した値よりも大きい請求項１又は２記載の多点点火装置。
【請求項４】
複数の前記導電体は、前記底壁から立ち上がる絶縁柱によりそれぞれ支持された請求項１〜３のうちのいずれか１つに記載の多点点火装置。
【請求項５】
前記底壁は円盤状に形成され、その中心部に、流体燃料を円錐状に噴出する燃料噴出部を備えた請求項１〜４のうちのいずれか１つに記載の多点点火装置。
【請求項６】
前記導電体は、前記燃料噴出部から噴出される燃料の円錐域の内側に配置された請求項５記載の多点点火装置。
【請求項７】
前記導電体は、前記燃料噴出部から噴出される燃料の円錐域の外側に配置された請求項５記載の多点点火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内の複数個所で着火する多点点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、エンジンのシリンダ周壁に、複数の点火プラグを、周方向に間隔を置いて取り付けた多点点火装置が記載されている。特許文献２には、複数の点火プラグを用いる代わりに、複数の導電部を、放電ギャップを隔てて環状に配置した多点点火装置が記載されている。図６及び図７は特許文献２の多点点火装置であり、シリンダヘッド１０８とシリンダブロック１０６との間に、絶縁材製の環状本体部１１２を挟持し、環状本体部１１２の内周面に、中心電極１１３、複数の導電部１１４及びアース１１５を配置してある。アース１１５と中心電極１１３とは、非放電用のギャップ１２３を隔てて配置され、中心電極１１３とこれに隣り合う導電部１１４間には第１放電ギャップ１２１が形成され、隣り合う導電部１１４間には第２放電ギャップ１２２が形成され、アース１１５とこれに隣り合う導電部１１４とは接続されている。また、燃焼室１０５の上端には、既存の点火プラグ１１０が配置されている。
【０００３】
図６の多点点火装置において、中心電極１１３に高電圧を印加することにより、まず、第１放電ギャップ１２１で放電し、これに続き、矢印Ａ1方向に、第２放電ギャップ１２２が順次放電する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７−６４０７０号公報
【特許文献２】特開２００９−４７０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、特許文献１の多点点火装置では、複数の点火プラグが必要になることにより、部品コストが高くなると共に点火制御も複雑化し、また、全点火プラグがシリンダから外方に放射状に突出しているので、シリンダ周囲が大型化する。また、特許文献２の多点点火装置では、シリンダヘッドとシリンダブロックの間に、環状本体部を挟持しているので、放電位置(点火位置)が燃焼室の上端周囲に制約される。即ち、放電位置の設計自由度が大きく制限される。また、中心電極１１３とアース１１５の間の非放電用のギャップ１２３が小さく、たとえば、すべての放電ギャップ１２１，１２２を合計した量の数分の１程度であるので、中心電極１１３とアース１１５との間で短絡する可能性があり、その場合、第１、第２放電ギャップ１２１、１２２で放電できなくなる。
【０００６】
また、環状本体部１１２の内周面に沿って放電するので、混合気が放電に触れる体積が狭く、着火性能の向上は期待できない。さらに、環状本体部１１２が冷えると、直接的に導電体１１４も冷やされ、消炎（クエンチ）作用が起きてしまう。
【０００７】
本発明の目的は上記の問題点を解決し、部品コストの低減及び燃焼容器の小型化を図ると共に、着火性能を向上できる燃焼機の多点点火装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した問題点を解決するために、本発明に係る燃焼機の多点点火装置は、燃焼容器の底壁から所定高さの円周上に、放電極の先端と、接地電極の先端と、複数の導電体とが配置されており、前記放電極と前記接地電極とは、非放電間隙を隔てて配置され、前記導電体は、前記円周上の前記非放電間隙側とは反対側に配置され、隣り合う前記導電体の間、前記放電極の先端とこれに隣り合う前記導電体との間、及び前記接地電極の先端とこれに隣り合う前記導電体との間に、それぞれ放電ギャップが形成され、前記放電極は、前記底壁に絶縁体を介して支持され、前記導電体は、前記底壁から立ち上がる絶縁柱により支持され、前記接地電極は、前記底壁に電気的に接続支持されている。
【０００９】
本発明は、前記構成に加え、好ましくは次の構成要件を備える。
【００１０】
（ａ）前記非放電間隙は、すべての前記放電ギャップの大きさを加算した値よりも大きくなるように設定されている。
【００１１】
（ｂ）複数の前記導電体は、個々に前記絶縁柱により、底壁に支持されている。
【００１２】
（ｃ）前記底壁は円盤状に形成され、その中心部に、流体燃料を円錐状に噴出する燃料噴出部を備えている。
【００１３】
（ｄ）前記導電体は、前記燃料噴出部から噴出される燃料の円錐域の内側又は外側に配置されている。
【発明の効果】
【００１４】
本発明に係る多点点火装置によると、次のような効果を奏する。
【００１５】
（１）複数の着火箇所を確保するために、複数の点火プラグを必要とすることがないので、部品コストを低減できると共に、燃焼容器周囲の構造を単純化かつ小型化できる。
【００１６】
（２）複数の放電ギャップを構成する放電極、複数の導電体及び接地電極を底壁に支持しているので、複数の放電ギャップの位置を、燃焼容器内の所望の位置に簡単に設定できる。すなわち、放電ギャップの位置を、効率良く燃料に着火できる位置に簡単に設定でき、着火性能を向上させることができる。
【００１７】
（３）構成要件（ａ）のように、前記非放電間隙を、すべての前記放電ギャップの大きさを加算した値よりも大きくなるように設定されていると、放電極と接地電極との間の非放電間隙での放電を阻止でき、常に複数の放電ギャップにおける点火を維持できる。
【００１８】
（４）構成要件（ｂ）のように、複数の前記導電体を、個々に前記絶縁柱で支持することにより、各導電体の周方向の位置を、簡単に調節できる。
【００１９】
（５）円周上に複数の放電ギャップを配置する多点点火装置と、構成要件（ｃ）のように、流体燃料を円錐状に噴出する燃料噴出部を底壁に備える構造とを、組み合わせると、燃焼容器内の燃料及び空気の流れに対して、効果的に着火できる位置に各放電ギャップを配置できる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施形態に係る多点点火装置を備えた燃焼器の一部切り欠き側面図及びその周辺の構成要素を示すブロック図である。
【図２】図１の燃焼容器のII-II線断面拡大図である。
【図３】図２の燃料噴出部のIII-III線断面拡大図である。
【図４】図１の燃焼容器の内部を示す一部切り欠き斜視拡大図である。
【図５】本発明の別の実施形態を示し、図２と同様の水平断面拡大図である。
【図６】従来例の多点点火装置の斜視図である。
【図７】図６の多点点火装置を備えたエンジンの縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
実施形態
本発明に係る多点点火装置を有する燃焼機の実施形態を、図１〜図４に基づいて説明する。
【００２２】
図１は、本発明の実施形態に係る多点点火装置６を備えた燃焼器の一部切り欠き側面図及びその周辺の構成要素を示すブロック図である。図１の燃焼機は、有底筒状の燃焼容器２と、燃焼容器２の底壁３上に配置された多点点火装置６と、底壁３の下面中央に取り付けられた円筒状の燃料噴出部７と、アンモニアガス等の流体燃料が充填された燃料タンク８と、酸化剤である空気供給をするエアコンプレッサ９と、アンモニア及び空気の供給量をそれぞれ調節するバルブ１１、１２とを備えて構成される。ここで、多点点火装置６は、燃焼機の燃焼室内の混合気に点火する点火装置である。
【００２３】
図１に示すように、燃焼容器２は、耐熱ガラス又はスチール製の筒状の周壁４と、開口１３を有する上壁５と、投入口１４を有する前述の底壁３とを備えて構成される。底壁３は導電性を有するスチール材等の材料でできており、アース線３ａ等を介して接地されている。燃焼容器２は、その筒心線Ｃ１が上下方向に沿うように配置され、円形の投入口１４、円筒状の燃料噴出部７及び円形の開口１３は、筒心線Ｃ１と同心に配置されている。したがって、円筒状の燃料噴出部７は、投入口１４に下側から望むように配置される。
【００２４】
図２は図１の燃焼容器２のII-II線断面拡大図である。図２において、一対の放電極３１及び接地電極３２は、非放電間隙Ｌ1を隔てて、同一円周上で隣り合うように配置されている。複数の円弧状の導電体３３は、放電極３１及び接地電極３２に対し、前記非放電間隙Ｌ1と反対側の同一円周上に配置されており、隣り合う導電体３３，３３の間、放電極３１の先端３１ａとこれに隣り合う導電体３３との間、及び接地電極３２の先端３２ａとこれに隣り合う導電体３３との間には、それぞれ放電ギャップｄ１〜ｄ７が形成されている。すなわち、同一円周上に７つの着火用の放電ギャップｄ１〜ｄ７が、周方向に略同間隔を隔てて配置されるように構成される。各放電ギャップｄ１〜ｄ７の大きさは、５ｍｍ程度の大きさとなるように構成される。一方、放電極３１と接地電極３２との非放電間隙Ｌ1は、すべての放電ギャップｄ１〜ｄ７を加算した値よりも大きく、Ｌ＞ｄ１＋ｄ２＋ｄ３＋ｄ４＋ｄ５＋ｄ６＋ｄ７となるように構成されている。
【００２５】
図３は図２の燃料噴出部７のIII-III線断面拡大図であり、燃料噴出部７の詳細を示している。図３の燃料噴出部７は、円筒状の燃料管２２の上端に円筒状のノズル２３が配置され、このノズル２３の外周には、傾斜状の複数のガイド羽根２４が一体に形成されている。燃料管２２内の通路２２ａを上方に圧送される燃料及び空気の混合気を、ガイド羽根２４より旋回させ、燃焼室Ｚ1内へ、円錐状に広がる燃料噴流Ｓ１として噴射する。
【００２６】
図４は図１の燃焼容器２の内部を示す一部切り欠き斜視拡大図である。図４の多点点火装置６は、先端３１ａがＬ字状の一つの放電極３１と、先端３２ａがＬ字状の一つの接地電極３２と、複数個、例えば６個の円弧状の導電体３３とを備えて構成される。放電極３１、接地電極３２及び導電体３３は、たとえば白金あるいはイリジウム等の耐熱性及び導電性に優れた材料から形成される。放電極３１の先端３１ａと、接地電極３２の先端３２ａと、複数の円弧状の導電体３３は、底壁３から所定高さ上方位置において、筒心線Ｃ１を中心とする一つの仮想円周上に、円を形成するように配置されている。
【００２７】
図４に示すように、一対の放電極３１及び接地電極３２の本体部分は、それらの先端３１ａ、３２ａから、筒心線Ｃ１と平行に下方へ延びている。放電極３１の下端部は、セラミック等の絶縁材料からなる円盤状の絶縁体３４を介して底壁３に支持されると共に、底壁３から燃焼容器２の外側に延出し、イグナイタ３６を介して点火コイル３７内の二次コイル側に接続されている。点火コイル３７内の一次コイルはバッテリ３８の正極側に接続され、バッテリ３８の負極側はアース線３ａ等を介して接地されている。イグナイタ３６には、点火時期を制御するためにコントローラ３９が接続されている。接地電極３２の下端部は、導電性を有する底壁３に電気的に接続支持され、底壁３を介して接地されている。
【００２８】
各導電体３３は、セラミック等の絶縁材でできた絶縁体である絶縁柱４１の上端にそれぞれ固定されており、各絶縁柱４１は下方に延び、それらの下端が支持ベース４３を介して底壁３の上に固定されている。
【００２９】
図４に示すように、燃焼中、燃焼室Ｚ1内は、燃料噴出部７から上方に向けて円錐状に広がる燃料噴流Ｓ１により、内側領域Ｚ２と、外側領域Ｚ３とに区画される。内側領域Ｚ２では、符号Ｓ２で示すような既存混合気による内側再循環流が生じ、外側領域Ｚ３では、符号Ｓ３で示すような既存混合気による外側再循環流が生じる。本実施形態に係る多点点火装置６は、すべての放電ギャップｄ１〜ｄ７が、内側領域Ｚ２に位置するように、放電極３１、接地電極３２及び導電体３３の底壁３に対する高さ、及び水平方向の位置が設定されている。
【００３０】
次に、本実施形態における作用を説明する。図１において、燃料タンク８からのアンモニア及びエアコンプレッサ９からの圧縮空気は、供給管５０を通って燃料噴出部７に圧送され、円錐状の燃料噴流Ｓ１として燃焼室Ｚ1内に噴射される。燃料噴流Ｓ１の流動に伴い、前述のように、内側領域Ｚ２には内側再循環流Ｓ２が発生し、外側領域Ｚ３には、外側再循環流Ｓ３が発生する。
【００３１】
一方、図４において、点火コイル３７により発生する高電圧は、コントローラ３９及びイグナイタ３６で時期制御されて放電極３１に印加され、先ず、放電極３１の先端３１ａとこれに隣り合う導電体３３との間の放電ギャップｄ１で火花を形成すると共に、前記導電体３３を帯電させる。この最初の放電ギャップｄ１での放電に続き、図２の時計回り(矢印Ａ2方向)に、放電ギャップｄ２、ｄ３、ｄ４、ｄ５、ｄ６、及びｄ７が順次放電し、火花を発生させ、内側領域Ｚ２における内側再循環流Ｓ２を着火する。その後、内側再循環流Ｓ２における火炎は、燃料噴流Ｓ１及び外側再循環流Ｓ３にも伝播する。
【００３２】
実施形態の効果
（１）本実施形態の多点点火装置６は、複数の点火プラグを用いず、一つの放電極３１、一つの接地電極３２及び複数の導電体３３の組み合わせにより、複数の放電ギャップｄ１〜ｄ７を同一円周上に形成して、複数個所の着火を達成しているので、点火プラグ等の部品点数の削減、部品コストの低減を実現できると共に、燃焼容器２の周囲を単純化し、燃焼機を小型化できる。
【００３３】
（２）複数の放電ギャップｄ１〜ｄ７を構成している放電極３１、接地電極３２及び複数の導電体３３を、燃焼容器２の底壁３から所定高さに配置し、かつ底壁３に支持しているので、燃焼容器の周壁に点火装置を支持する従来例に比べ、複数の放電ギャップｄ１〜ｄ７の位置を、所望の高さ及び位置に簡単に設定できる。すなわち、効率良く混合気に着火できる位置に放電ギャップｄ１〜ｄ７を簡単に設定でき、着火性能を向上させることができる。また、図６の従来例のように、環状本体部の内周面に沿って放電する構造に比べ、混合気が放電に触れる体積が大きく、この点でも着火性能は向上する。さらに、図６のように、環状本体部の内周面に導電体を貼付している構造に比べ、導電体３３の表面の大部分が燃焼室空間に露出しているので、導電体１１４が冷やされることがなく、消炎（クエンチ）作用が起きるのを阻止できる。
【００３４】
（３）放電極３１と接地電極３２との間の非放電間隙Ｌ1を、放電ギャップｄ１〜ｄ７の大きさ（距離）をすべて加算した値よりも大きくなるように設定しているので、燃焼中、複数箇所の放電ギャップｄ１〜ｄ７での失火を防止できる。すなわち、放電極３１と接地電極３２との間の非放電間隙Ｌ1での放電を阻止できることにより、常に複数の放電ギャップｄ１〜ｄ７における失火を阻止でき、良好な点火を維持することが可能となる。
【００３５】
（４）複数の放電ギャップｄ１〜ｄ７の位置を、燃料噴出部７からの円錐状の燃料噴流Ｓ１の内側領域Ｚ２に配置し、内側再循環流Ｓ２に着火するようにしているので、着火に適したリーン状態の燃料(混合気)に着火でき、着火性能を向上させることが可能となる。
【００３６】
変形例
図５は、上述した実施形態における多点点火装置６の変形例であり、複数の導電体３３の形状、放電極３１の先端３１ａの形状及び接地電極３２の先端３２ａの形状を、直線状に形成してある。すなわち、複数の導電体３３、放電極３１の先端３１ａ及び接地電極３２の先端３２ａを直線形状とすることにより、多点点火装置６の平面形状を、略多角形状の構成してある。なお、この変形例においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３７】
上述した実施形態及び変形例では、放電ギャップの数は７箇所として構成されたが、本発明はこれに限定されない。例えば、放電ギャップの数を２〜６箇所、あるいは８箇所以上として構成されてもよい。この場合においても、本実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
【００３８】
本発明の実施形態及び変形例を説明したが、上記実施形態及び変形例は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施しうるものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３９】
２            燃焼容器
３            底壁
６            多点点火装置
７            燃料噴出部
３１          放電極
３１ａ        先端
３２          接地電極
３２ａ        先端
３３          導電体
３４          絶縁体
４１          絶縁柱
ｄ１〜ｄ７    放電ギャップ
Ｌ１          非放電間隙
【図１】
2020165591.tif 000003
【図２】
2020165591.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020165591.tif 000009