(57)【要約】【課題】マグネトロンからマイクロ波によりプラズマを燃焼室内に生成する場合、吸気弁と排気弁とのいずれかが開いている間に、開いた弁を介してマイクロ波が燃焼室外に漏洩し、内燃機関の運転を制御する電子制御装置や自動車に搭載されているその他の電子機器などに影響を与える場合があった。【解決手段】吸気ポートに連通する吸気マニホールドを備える吸気系と排気ポートに連通する排気マニホールドを備える排気系とを備え、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であって、少なくとも吸気系に燃焼室内から漏洩する電磁波を遮断する遮断手段を設けてなる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気ポートに連通する吸気マニホールドを備える吸気系と排気ポートに連通する排気マニホールドを備える排気系とを備え、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であって、
少なくとも吸気系に燃焼室内から漏洩する電磁波を遮断する遮断手段を設けてなる火花点火式内燃機関。
【請求項２】
遮断手段が、吸気系の吸気ポートと吸気マニホールドとの間に設けられる網状部材からなる請求項１記載の火花点火式内燃機関。
【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、例えば大気圧下など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。このような、マグネトロンを用いる場合、通電後、マグネトロンが作動するまでに時間遅れがある。これは、マグネトロンが、陰極部を加熱した後にしか作動しないことに起因している。
【０００５】
内燃機関の燃焼室に対しては、吸気弁と排気弁とが設けてある。上述したように、マグネトロンからマイクロ波によりプラズマを燃焼室内に生成する場合、吸気弁と排気弁とのいずれかが開いている間に、開いた弁を介してマイクロ波が燃焼室外に漏洩することがある。このため、内燃機関の運転を制御する電子制御装置や自動車に搭載されているその他の電子機器などに影響を与える場合があった。
【０００６】
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】
【０００７】
すなわち、本発明の火花点火式内燃機関は、吸気ポートに連通する吸気マニホールドを備える吸気系と排気ポートに連通する排気マニホールドを備える排気系とを備え、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であって、少なくとも吸気系に燃焼室内から漏洩する電磁波を遮断する遮断手段を設けてなることを特徴とする。
【０００８】
このような構成によれば、吸気行程毎に燃焼室と吸気系の吸気ポートとが連通状態になった場合であっても、燃焼室内から漏洩する電磁波は、遮断手段により吸気系において遮断される。したがって、吸気ポートを介して燃焼室外に漏洩する電磁波が抑制されることにより、内燃機関の外部に存在する電子機器に対する電磁波の影響を最小限に抑えることが可能になる。
【０００９】
取付作業やメンテナンスを容易にするためには、遮断手段が、吸気系の吸気ポートと吸気マニホールドとの間に設けられる網状部材からなるものが好ましい。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上説明したような構成であり、吸気系の吸気ポートを介して燃焼室外に漏洩する電磁波を遮断するので、内燃機関の外部に存在する電子機器に対する電磁波の影響を最小限に抑えることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。
【００１２】
図１に１気筒の構成を概略的に示したエンジン１００は、自動車用の３気筒のものである。エンジン１００の吸気系１は、エアクリーナ２と、吸入空気量を制御するスロットルバルブ３を有するスロットルボディ４と、吸入空気の脈動を抑えるためのサージタンク５を備える吸気マニホールド６と、シリンダヘッド７に形成される吸気ポート８と、吸気ポート８を開閉する吸気弁９と、吸気ポート８と吸気マニホールド６との間に設けられる遮断手段である網状部材１０とを備えてなる。
【００１３】
吸気マニホールド６は、耐熱性を有する合成樹脂製で、シリンダヘッド７にガスケットを介して取り付けられている。この場合に、網状部材１０は、ガスケットに設けられた貫通孔に取り付けられる。すなわち、ガスケットは、吸気マニホールド６とシリンダヘッド７との間に両者に挟み込まれてシール材として取り付けられ、吸気マニホールド６のそれぞれの枝管の開口に対応して貫通孔を備えている。言い換えれば、貫通孔は、シリンダヘッド７の吸気ポート８の吸気側の開口に対応している。したがって、この貫通孔に網状部材１０を吸気マニホールド６とシリンダヘッド７とで挟み込むようにして取り付ければ、吸気マニホールド６の取付、取り外しの際に、網状部材１０を容易に取り付けることができる。
【００１４】
網状部材１０は、高導電性を有する縦線材と横線材とを編んで作成するものである。線材自体は、可能な限り細いものが好ましい。この場合に、網目形状は特に限定するものではない。又、網目の大きさ（メッシュ）は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定する。例えば、マイクロ波の周波数が２，４５ＧＨｚである場合、その波長は約１２ｃｍであるので、この波長より十分に小さい寸法、例えば波長の１／４以下である３０ｍｍ以下に設定する。このように網目の大きさを設定することにより、吸入空気の流入に対して抵抗になることはない。
【００１５】
網目の大きさは、マイクロ波の周波数に応じて設定するものであるが、吸気系１に設ける場合は、空気の吸入に対して抵抗とならない大きさをも考慮するものである。つまり、基本的には、マイクロ波の周波数言い換えれば波長に基づいて設定し、その中で、マイクロ波が網目を通過しない大きさの最大のものを選択することにより、吸気特性を低下させることなく網目の大きさを設定するものである。
【００１６】
さらにこのエンジン１００は、吸気ポート８に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁１１を備えている。燃料噴射弁１１は、網状部材１０に噴射された燃料が付着しないように、シリンダヘッド７に取り付けてある。又、シリンダヘッド７に形成される燃焼室１２の天井部分には、点火プラグ１３及び電磁波を燃焼室１２内に放射するアンテナ１４が取り付けてある。加えて、排気ポート１５、排気弁１６、排気マニホールド１７で構成される排気系１８においては、三元触媒１９が排気ガスを流入し得るように排気マニホールド１７に接続され、三元触媒１７より上流の位置にＯ2センサ２０が取り付けられている。
【００１７】
各気筒の点火プラグ１３には、イグナイタを一体に備える点火コイル２１が取り外し可能に取り付けてある。点火プラグ１３は、イグナイタに対して点火信号が入力された際に、火花放電のための高電圧を点火プラグ１３に対して印加するものである。点火信号は、エンジン１００の運転を制御する電子制御装置２２から出力される。なお、燃料噴射弁１１は、燃焼室１２に直接燃料を噴射するように取り付けるものであってもよい。
【００１８】
アンテナ１４は、マグネトロン２３とマグネトロン２３を制御する制御回路２４とを備えてなる高圧交流発生装置２５に接続される。アンテナ１４としては、ホーン型やモノポール型のものが使用できる。この実施形態では、ホーン型のアンテナ１４を用いており、マグネトロン２３が出力するマイクロ波は、導波管によりアンテナ１４に印加される。又、制御回路２４には、電子制御装置２２から出力される高圧交流発生信号が入力される構成で、制御回路２４は、入力される高圧交流発生信号に基づいてマグネトロン２２が出力するマイクロ波の出力時期及び出力電力を制御するものである。なお、モノポール型のアンテナを使用する場合にあっては、マイクロ波は導波管及び同軸ケーブルを介してアンテナに供給される。
【００１９】
電子制御装置２２は、中央演算処理装置２６と、記憶装置２７と、入力インターフェース２８と、出力インターフェース２９とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置２２は、記憶装置２７に格納された各種の制御プログラムを実行して、エンジン１００の運転制御を行うものである。
【００２０】
そして、Ｏ2センサ２０などの各種のセンサが出力する、エンジン１００の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース２８を介して中央演算処理装置２６に入力されるとともに、中央演算処理装置２６は出力インターフェース２９を介して制御のための信号を燃料噴射弁１１、点火コイル２１、高圧交流発生装置２５などに出力する。なお、エンジン１００の運転を制御するための各種のセンサについては、この分野で知られているものと同等であってよいので、説明を省略する。
【００２１】
このような構成において、このエンジン１００にあっては、運転状態では高圧交流発生装置２５が発生するマイクロ波をアンテナ１４から燃焼室７内に放射し、それにより生成されるプラズマと点火プラグ１３による火花放電とを反応させて、混合気に着火するように構成されている。プラズマを生成する場合、マイクロ波がアンテナ１４に印加されることにより、燃焼室１２内には、点火プラグ１３による火花放電に対して直交する方向に高周波電界が形成される。
【００２２】
点火に際しては、点火プラグ１３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１２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１３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１３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１２内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
【００２６】
以上において、プラズマを生成するために放射されたマイクロ波が、吸気ポート８に浸入すると、マイクロ波は吸気ポート８を通過してさらに吸気マニホールド６へと進行しようとする。しかしながら、吸気マニホールド６の取付端側の開口には網状部材１０が取り付けてあり、網状部材１０のメッシュがマイクロ波の波長より短い寸法の開口を有するものであるので、マイクロ波は網状部材１０により遮断される。すなわち、吸気ポート８に浸入したマイクロ波は、吸気ポート８から吸気系１の上流に進行することはない。
【００２７】
したがって、マイクロ波がエンジン１００の外部に漏洩することが抑制できる。このように、マイクロ波の漏洩を抑制することにより、電磁波の影響を受けやすい部品例えばイグナイタ一体式点火コイルや、各種センサ例えば電子スロットル機構におけるスロットル弁の開度センサなどが誤動作することを防止することができる。それゆえ、安全性を高めることができる。
【００２８】
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。
【００２９】
上述の実施形態においては、線材を編むことにより網状部材を形成したが、パンチングメタルのように、薄い鋼板に多数の貫通孔をあけて形成するものであってもよい。この場合、ガスケットの吸気ポートの入口側位置において、吸気ポートに対応する開口をあけることなくガスケットの素材に多数の貫通孔をあけて、ガスケットと一体に遮断手段を設けるものであってよい。このような構成にあって、貫通孔は、上述の実施形態と同様に、波長より短い寸法を有するもので形成する。また、その形状は、方形、五角形や六角形などの多角形、円形などである。
【００３０】
上述の実施形態においては、吸気系に遮断手段を設けるエンジン１００を説明したが、排気系にも設けるものであってよい。この場合、遮断手段すなわち網状部材は、上述の実施形態のものと同じであってよく、その取付位置は、シリンダヘッドと排気マニホールドとで挟むガスケットの部分よい。この排気系に設ける遮断手段にあっても、上述したようなガスケットと一体に形成されるものであってよい。
【００３１】
加えて、以上の説明においては、遮断手段をシリンダヘッド７と吸気マニホールド６や排気マニホールド１７との間に設ける構成を説明したが、吸気系１及び排気系１８を構成する吸気ポート８及び排気ポート１５の内部、あるいは吸気マニホールド６及び排気マニホールド１７の内部であってもよい。
【００３２】
又、高圧交流発生装置としては、上述のようなマグネトロンに代えて、進行波管などであってよく、さらには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。
【００３３】
加えて、上述の実施形態においては、ビーム型のアンテナを説明したが、モノポール型のアンテナであってもよい。
【００３４】
さらには、点火プラグ１の中心電極をアンテナとして機能させて、高周波給電部とするものであってもよい。この場合、高周波を一定の電圧で中心電極に継続して印加すると、中心電極の温度が過剰に上昇するため、中心電極の耐熱温度に基づいて設定する上限温度を下回るように、高周波の電圧を制御するものである。
【００３５】
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】
【００３６】
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】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態の概略構成を示す構成説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１…吸気系
６…吸気マニホールド
８…吸気ポート
１０…網状部材
１２…燃焼室
１５…排気ポート
１７…排気マニホールド
１８…排気系
【図１】
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