(57)【要約】【課題】点火に際してプラズマを使用する内燃機関にあっては、アルミ合金などの金属で製作されているシリンダヘッドの燃焼室やピストンなど壁面が、内燃機関の運転中にオゾンと接触することになり、点火時にプラズマを用いていない内燃機関に比較して、燃焼室やピストンなどが常時オゾンにさらされて、より早期に酸化してしまうことがある。【解決手段】点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマ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、燃焼室の内壁に無孔質の酸化膜を設けてなり、特には酸化膜を、少なくとも点火プラグの周辺位置に設けてなるものである。【選択図】図１
2010101206.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマ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、
燃焼室の内壁に無孔質の酸化膜を設けてなる火花点火式内燃機関。
【請求項２】
酸化膜を、少なくとも点火プラグの周辺位置に設けてなる請求項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、点火に際してプラズマを用い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、プラズマは、エネルギを加えることにより気体を構成する原子や分子の運動が激しくなり、その結果、それらの一部又は多くが負の電荷をもつ電子と正の電荷を持つイオンなどに分かれ、全体としては電気的中性を保ちながら動き回る、独特の性質を有する物質の状態である。このようなプラズマはまた、ＯＨラジカルやＮラジカルさらにはオゾンなどを含んでいる。
【０００５】
特許文献１に記載の内燃機関にあっては、アルミ合金などの金属で製作されているシリンダヘッドの燃焼室やピストンなど壁面は、内燃機関の運転中にオゾンと接触することになる。このため、点火時にプラズマを用いていない内燃機関に比較して、燃焼室やピストンなどが常時オゾンにさらされて、より早期に酸化してしまうことがある。
【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、点火プラグによる火花放電と燃焼室内に生成されるプラズマ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、燃焼室の内壁に無孔質の酸化膜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、酸化膜により燃焼室の内壁を構成する金属例えばアルミニウムがプラズマ中のオゾンにより酸化されることを抑制することが可能になる。この場合に、酸化膜が無孔質であるので、多孔質の酸化膜において孔にオゾンが浸入して酸化膜が酸化されることをも抑制することが可能になる。
【０００９】
酸化を効果的に抑制するためには、酸化膜を、少なくとも点火プラグの周辺位置に設けてなるものが好ましい。
【００１０】
なお、本発明において無孔質とは、酸化膜が表面に開口する孔を有していないもの、及び表面に開口する孔を封孔処理により塞いで使用時には表面に開口がない状態であるものを含むものである。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は、以上説明したような構成であり、燃焼の毎に生成されるプラズマによる燃焼室内壁の酸化を抑制することができる。
【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。以下の説明にあっては、１気筒の燃焼室を中心とした構造について説明する。エンジン１００は、アルミニウム製で、シリンダブロック１とそのシリンダブロック１に取り付けられるシリンダヘッド２とシリンダブロック１のシリンダボア３内を往復作動するピストン４とを主として備えている。
【００１４】
シリンダブロック１は、図示しないクランクシャフトの方向に３つのシリンダボア３を備えるものである。それぞれのシリンダボア３は、ウォータジャケット５で冷却される構造である。
【００１５】
シリンダヘッド２には、それぞれのシリンダボア３に対応してほぼドーム形状（ペントルーフ型）の燃焼室６が形成してあり、この燃焼室６を中心にして吸気ポート７、排気ポート８、点火プラグ取付孔９などが形成してある。そして、シリンダヘッド２には、吸気ポート７を開閉する吸気弁１０、排気ポート８を開閉する排気弁１１、点火プラグ１２が取り付けてある。以上に説明したシリンダブロック１及びシリンダヘッド２の構成自体は、この分野でよく知られている火花点火式のエンジンの構造と同じであってよい。
【００１６】
このシリンダヘッド２の、燃焼室６の天井面すなわちピストン４の頂面４ａに対向する面には、酸化膜１３が形成してある。この実施形態にあっては、点火プラグ１２が燃焼室６の天井に取り付けてあるので、酸化膜１３は、点火プラグ１２の周辺位置を含めて天井面全体に設けてある。なお、酸化膜１３は、非常に薄いものであり、図１にあっては、その形成位置を明確にするために、他の構成要素より厚みを強調して図示している。
【００１７】
酸化膜１３は、例えば陽極酸化処理により形成されるリン酸アルマイトである。リン酸アルマイトは、陽極酸化処理直後においては多孔質であるので、酸化膜表面を平滑化つまり無孔質とするために、封孔処理を施す。これに加えて、この実施形態においては、圧縮行程及び膨張行程の閉じている際に燃焼室６の天井面の一部を構成する吸気弁１０及び排気弁１１のそれぞれのバルブヘッド１０ａ，１１ａ、及び上死点の近傍位置において燃焼室６の底面となるピストン４の頂面４ａそれぞれの表面に対しても、封孔処理を施したリン酸アルマイトからなる酸化膜１４，１５，１６が形成してある。
【００１８】
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が発生するマイクロ波を例えば誘電体が充填されたホーン型のアンテナから燃焼室６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１２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。高圧交流発生装置は、マグネトロンとマグネトロンを制御する制御回路とを備える。マグネトロンが出力するマイクロ波は、導波管によりアンテナに供給される。制御回路は、エンジン１００の運転を制御する電子制御装置から出力される高圧交流発生信号に基づいてマグネトロン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。プラズマを生成する場合、マイクロ波がアンテナに供給されることにより、燃焼室６内には、点火プラグ１２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。
【００１９】
点火に際しては、点火プラグ１２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。
【００２０】
具体的には、点火プラグ１２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。
【００２１】
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。
【００２２】
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１２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。
【００２３】
このような燃焼時において、プラズマを生成することにより発生するラジカルのうち、オゾンは金属の酸化に顕著に作用するものであるが、燃焼室６の天井面、吸気弁１０と排気弁１１とのバルブヘッド１０ａ，１１ａ、及びピストン４の頂面４ａにはそれぞれ酸化膜１３，１４，１５，１６が形成してあるので、生成されたプラズマに含まれるオゾンによりシリンダヘッド２、吸気弁１０、排気弁１１及びピストン４が酸化されることはない。この場合、酸化膜１３，１４，１５，１６は封孔処理により表面が無孔状態になっているので、酸化膜１３，１４，１５，１６内にオゾンが浸入することもないので、酸化膜１３，１４，１５，１６自体が劣化（酸化）することもない。
【００２４】
したがって、このように、プラズマを使用して混合気に着火する方式のものであっても、燃焼室６及び燃焼室６に関わり合う吸気弁１０、排気弁１１及びピストン４の頂面４ａの酸化を抑制することができ、エンジン１００の耐久性が下がることを抑えることができる。
【００２５】
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。
【００２６】
酸化膜としては、上述の実施形態で説明したリン酸アルマイト以外に、無孔質のものであればよく、例えばＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ  Ｌｉｋｅ  Ｃａｒｂｏｎ）、ＳｉＯ2（酸化ケイ素）などであってもよい。これらの酸化膜にあっても、その表面にオゾンが入る可能性のある孔がないか、もしくは封孔処理を施すことにより孔がない状態と同様であるものを用いる。
【００２７】
又、陽極酸化処理により酸化膜１３，１４，１５，１６を形成するものを説明したが、酸化膜は薄膜形成技術、特には、化学的蒸着や物理的蒸着を含む気相法により形成するものであってよい。
【００２８】
さらに、上述の実施形態にあっては、点火プラグ１２の周辺を含んで、燃焼室６の天井面に酸化膜１３を形成するとともに、吸気弁１０のバルブヘッド１０ａ、排気弁１１のバルブヘッド１１ａ及びピストン４の頂面４ａにそれぞれ酸化膜１４，１５，１６を設けたものを説明したが、これに加えて、シリンダボア３に酸化膜を設けるものであってもよい。
【００２９】
高圧交流発生装置としては、上述のような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。
【００３０】
加えて、マイクロ波を放射するアンテナとしては、ホーン型、ビーム型、さらにはモノポール型のアンテナであってよい。
【００３１】
さらには、点火プラグ１２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。
【００３２】
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】
【００３３】
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】
【００３４】
【図１】本発明の実施形態を示す要部拡大断面図。
【符号の説明】
【００３５】
６…燃焼室
１２…点火プラグ
１３…酸化膜
１４…酸化膜
１５…酸化膜
１６…酸化膜
【図１】
2010101206.tif 000003