(57)【要約】【課題】マグネトロンを用いて燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグの火花放電とを反応させる場合に、マグネトロンが出力するマイクロ波は導波管と同軸ケーブルとを用いて点火プラグの中心電極に供給されるが、同軸ケーブルが点火プラグに接続されているので、点火時期毎に導波管内部のアンテナに対して放電電圧が印加されることになり、アンテナと導波管壁との間で放電する可能性が生じた。【解決手段】電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関に組み付けられて高周波発生装置が出力する電磁波を燃焼室内まで導く導波管であって、一方の端部に高周波発生装置を接続し、他方の端部近傍の内部に同軸ケーブルを接続するアンテナを絶縁して設けてなり、その管内圧力を燃焼室内の圧力より高圧に維持する。【選択図】図２
2010096145.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関に組み付けられて高周波発生装置が出力する電磁波を燃焼室内まで導く導波管であって、
一方の端部に高周波発生装置を接続し、他方の端部近傍の内部に同軸ケーブルを接続するアンテナを絶縁して設けてなり、その管内圧力を燃焼室内の圧力より高圧に維持する導波管。
【請求項２】
点火プラグが中心電極と中心電極に対して放電ギャップを介して対向配置される接地電極とを備えてなり、アンテナが内壁との間を所定厚みの絶縁体を介して設けてあり、管内圧力を、火花点火式内燃機関をモータリングした際の筒内圧力と放電ギャップと所定厚みとの比率に基づいて設定する請求項１記載の導波管。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃焼室内にプラズマを生成させ、プラズマと点火プラグによる火花放電とにより混合気に着火する火花点火式内燃機関に用いられる導波管に関するものである
【背景技術】
【０００２】
従来、車両、特には自動車に搭載される火花点火式内燃機関においては、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電により、点火時期毎に燃焼室内の混合気に着火している。このような点火プラグによる着火にあって、例えば燃料を直接気筒内に噴射する型式の内燃機関において、噴射した燃料を点火プラグの火花放電の位置に分布させないと、着火しないことが希に生じる。
【０００３】
このため、このような内燃機関では、点火プラグの火花放電を補うために、例えば特許文献１に記載のもののように、点火プラグの放電領域にプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うことにより、従来に比べて高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に確実に着火し、安定した火炎を得ることができるように構成したものが知られている。
【特許文献１】特開２００７‐３２３４９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、大気圧下でプラズマを生成する方法として、マグネトロンを用いるものが考えられている。マグネトロンを用いる場合、出力されるマイクロ波は、アンテナとなる導体を介して燃焼室内に放射される。この場合、燃焼室内に位置する導体として、点火プラグがあるので、点火プラグの中心電極をアンテナとすることがある。このように、点火プラグをマイクロ波のためのアンテナとする場合、マイクロ波は導波管と同軸ケーブルとを用いて点火プラグの中心電極に供給される。
【０００５】
マグネトロンに直接に接続される導波管は、点火プラグに直接接続できないので、点火プラグに接続可能な同軸ケーブルによりマイクロ波を取り出す構成としている。同軸ケーブルは、導波管壁に絶縁体を介して取り付けるアンテナに接続される。
【０００６】
このような構成にあっては、同軸ケーブルが点火プラグに接続されているので、点火時期毎にアンテナに対して放電電圧が印加されることになる。このため、アンテナと導波管壁との間で放電する可能性が生じた。
【０００７】
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
すなわち、本発明の導波管は、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関に組み付けられて高周波発生装置が出力する電磁波を燃焼室内まで導く導波管であって、一方の端部に高周波発生装置を接続し、他方の端部近傍の内部に同軸ケーブルを接続するアンテナを絶縁して設けてなり、その管内圧力を燃焼室内の圧力より高圧に維持することを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、点火プラグを、電磁波の供給導体として利用した場合であっても、管内圧力を高圧に維持することにより、アンテナと管内壁との間での放電が抑制される。したがって、点火時期において、確実に点火プラグにおいて火花放電を起こすことが可能になる。
【００１０】
具体的には、点火プラグが中心電極と中心電極に対して放電ギャップを介して対向配置される接地電極とを備えてなり、アンテナが内壁との間を所定厚みの絶縁体を介して設けてあり、管内圧力を、火花点火式内燃機関をモータリングした際の筒内圧力と放電ギャップと所定厚みとの比率に基づいて設定するものが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であり、点火プラグを、電磁波の供給導体として利用した場合であっても、管内圧力を高圧に維持しているので、アンテナと管内壁との間での放電を抑制することができ、点火時期において、確実に点火プラグにおいて火花放電を起こすことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１３】
図１に、１気筒における点火プラグ１の取付部分を拡大して示す火花点火式内燃機関であるエンジン１００は、例えば３気筒のダブルオーバーヘッドカムシャフト（ＤＯＨＣ）形式のもので、吸気ポート２の開口３及び排気ポート４の開口５が、燃焼室６の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ１を中心として対向配置されて、１気筒当たりそれぞれ２ヶ所に開口するものである。すなわち、このエンジン１００は、シリンダブロック７に取り付けられ、燃焼室６の天井部分を形成しているシリンダヘッド８には、吸気側と排気側とにそれぞれカムシャフト９、１０が取り付けてある。シリンダヘッド８の吸気ポート２は、カムシャフト９が回転することにより往復作動する吸気弁１１により、また排気ポート４は、カムシャフト１０が回転することにより往復作動する排気弁１２によりそれぞれ開閉されるものである。
【００１４】
点火プラグ１は、導電材料からなるハウジング１３と、ハウジング１３内に絶縁されて取り付けられる中心電極１４と、中心電極１４から離れてハウジング１３の下端に設けられる接地電極１５とを備える。すなわち、点火プラグ１は、ハウジング１３がほぼ円柱形状の絶縁碍子１６を支持し、絶縁碍子１６の上端に取り付けられる接続端子１７が、絶縁碍子１６の下端から突出する中心電極１４と図示しない中軸により電気的に接続され、ハウジング１３下端から中心電極１４下端に対向する位置まで延びる位置に接地電極１５がハウジング１３に一体的に設けてある構造である。中心電極１４と接地電極１５との間には、火花放電のための放電ギャップが形成してある。絶縁碍子１６は、中心電極１４とエンジン１００への取付部であるハウジング１３とを絶縁するとともに、中心電極１４と接続端子１７との接続部材である中軸も絶縁するもので、ほぼ円筒形状をしている。
【００１５】
このようなエンジン１００に対して、点火プラグ１には例えばイグナイタを一体的に備える点火コイル（図示しない）がその接続端子１７に取り付けられるとともに、点火プラグ１の中心電極１４に対して電磁波であるマイクロ波を供給し得るように、同軸ケーブル１８が電気的に接続される。同軸ケーブル１８はまた、導波管１９に電気的に接続される。すなわち、この実施形態にあっては、マイクロ波を燃焼室６に供給するアンテナを単体では備えておらず、点火プラグ１の中心電極１４をアンテナとしてマイクロ波を燃焼室６に供給するものである。
【００１６】
導波管１９は、図２に示すように、その一方の端部に高周波発生装置であるマグネトロン２０が取り付けられ、他方の端部近傍の内部に、管壁２１から絶縁されて設けられる管内アンテナ２２を備える構成である。この構成においてさらに、導波管１９は、その管内の圧力を、後述する管内圧力Ｐｉｎにまでヘリウムあるいはアルゴンなどの不活性ガス又は窒素ガスを充填した状態で密閉して昇圧してある。導波管１９は、例えばアルミニウムダイキャスト製の中空の断面形状が矩形のもので、接地電極１５と同様に接地電位に固定してある。
【００１７】
管内アンテナ２２は、図３に示すように、管壁２１にあけられた貫通孔２３に、例えばポリ四フッ化エチレンなどの絶縁体２４を介して取り付けられるもので、管壁２１外面に固定される同軸ケーブル接続用のコネクタ２５に電気的に接続される。管内アンテナ２２は、導波管１９の端壁２６から１／４波長だけマグネトロン２０寄りの位置に設けられる。この管内アンテナ２２は、いわゆるモノポール型アンテナで、受信するマイクロ波の波長の約１／４の長さの導体で構成される。管壁２１内表面と管内アンテナ２２との間隙は、導波管１９の管内圧力を左右するので、所望の管内圧力Ｐｉｎに基づいて決定するものである。
【００１８】
所望の管内圧力Ｐｉｎは、管壁２１内表面と管内アンテナ２２との間隙のアンテナギャップ寸法Ｇａｔと、ピストン２７が上死点に位置するエンジン１００のモータリングの際の最大圧縮圧力値Ｐｍａｘと、点火プラグ１の放電ギャップの放電ギャップ寸法Ｇｓｐとに基づいて、以下に示す式にて設定する。
Ｐｉｎ＝Ｐｍａｘ・Ｇｓｐ／Ｇａｔ
【００１９】
以上において、エンジン１００の圧縮比などにより最大圧縮圧力値Ｐｍａｘは決定され、又、放電ギャップ寸法Ｇｓｐも使用する点火プラグにより決定される。この場合、アンテナギャップ寸法Ｇａｔは、放電ギャップ寸法Ｇｓｐに比較して約３倍程度の寸法にすることができるので、所望の管内圧力Ｐｉｎは最大圧縮圧力値Ｐｍａｘの約１／３程度にすることができる。このようにして、所望の管内圧力Ｐｉｎを決定した後、不活性ガスを決定した所望の管内圧力Ｐｉｎもしくはそれ以上の圧力まで加圧して封入する。これにより、導波管１９の管内圧力を所望の管内圧力Ｐｉｎに維持するものである。
【００２０】
このように管内圧力Ｐｉｎを大気圧よりも高くすることにより、点火時期毎に放電電圧が管内アンテナ２２に印加されたとしても、管内アンテナ２２と管壁２４との間で放電が生じることを抑制することができる。したがって、マイクロ波の周波数を上げて導波管１９を小型化することでアンテナギャップＧａｔが小さくなる場合であっても、放電を防止することができる。さらに、点火コイルからの放電電圧が、マグネトロン２０に浸入することを防止することができる。
【００２１】
なお、このエンジン１００は、燃焼室６内の混合気に点火プラグ１を用いて着火する場合に、点火プラグ１の火花放電を燃焼室６内に生成するプラズマと反応させることにより、点火プラグ１の火花放電をプラズマと反応させない場合の火花放電に比較して、大きくしている。
【００２２】
点火に際しては、点火プラグ１に点火コイル（図示しない）により火花放電を発生させて、火花放電とほぼ同時あるいはその直後にマイクロ波により高周波電界を発生させてプラズマを生成させることにより、燃焼室６内の混合気を急速に燃焼させる構成である。
【００２３】
具体的には、点火プラグ１による火花放電が高周波電界中でプラズマになり、火炎が大きくなる。
【００２４】
これは、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、高周波電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、ＯＨラジカルやＮラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。
【００２５】
この結果、高周波電界と反応することにより増大した火花放電により混合気に着火するため、着火領域が拡大し、点火プラグ１のみの二次元的な着火から三次元的な着火になる。したがって、初期燃焼が安定し、上述したラジカルの増加に伴って燃焼が燃焼室６内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
【００２６】
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。
【００２７】
上述の実施形態においては、高周波発生装置であるマグネトロンを説明したが、マグネトロン以外に、進行波管などであってよく、さらには高周波発生装置が半導体によるマイクロ波発振回路を備えるものであってもよい。
【００２８】
その他、各部の具体的構成についても上記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種々変形が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００２９】
本発明の活用例として、ガソリンや液化天然ガスを燃料として点火プラグによる火花放電を着火に必要とする火花点火式内燃機関に活用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の一実施形態を適用するエンジンの要部を拡大して示す断面図。
【図２】同実施形態の、同軸ケーブルを接続した状態での斜視図。
【図３】同実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【符号の説明】
【００３１】
１…点火プラグ
１４…中心電極
１５…接地電極
１８…同軸ケーブル
１９…導波管
２０…マグネトロン
２２…管内アンテナ
【図１】
2010096145.tif 000003
【図２】
2010096145.tif 000004
【図３】
2010096145.tif 000005