(57)【要約】【課題】火花点火式内燃機関において着火効率を改善するために電界と火花放電とを反応させプラズマを発生させることが考えられているが、マイクロ波を用いて電界を生成する場合、構成を簡素にするべくマイクロ波の放射用のアンテナとしてモノポール型アンテナを使用すると、全方位に指向性を有することから、点火プラグの近傍以外にも電磁波が放射されて電界が形成され、プラズマが点火プラグの近傍以外に形成されることがあり、予想外の位置に形成されたプラズマにより、燃焼が不安定になることがあった。【解決手段】電磁波により燃焼室内に生成される電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成し混合気に着火する火花点火式内燃機関であって、燃焼室の内径を、電磁波の波長の１／２以下に設定する。【選択図】図１
2010249028.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電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成し混合気に着火する火花点火式内燃機関であって、
燃焼室の内径を、電磁波の波長の１／２以下に設定する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、燃焼室内に電界を生成させ、電界と点火プラグによる火花放電とによりプラズマを生成し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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００７‐３２３４９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、大気圧下でプラズマを生成する方法として、電磁波特にはマイクロ波を用いるものが考えられている。マイクロ波を用いる場合、マイクロ波を出力する例えばマグネトロンと、燃焼室にマイクロ波を供給するように設けられる例えばモノポール型アンテナとを、導波管と同軸ケーブルとを介して接続する構成となる。この場合、モノポール型アンテナは、燃焼室内に突き出した状態で設置される。通常、モノポール型アンテナは、電磁波を放射するだけでよいので、点火プラグの中心電極や接地電極に比べて細いものでよい。
【０００６】
このようなモノポール型アンテナにあっては、基本的にはアンテナを中心に電界が形成されてプラズマが形成される。しかしながら、モノポール型アンテナのように全方位に指向性を有するアンテナでは、点火プラグの近傍以外にも電磁波が放射されて電界が形成されるため、プラズマが点火プラグの近傍以外に形成されることがある。このような場合、そのような予想外の位置に形成されたプラズマにより、燃焼が不安定になることがあった。
【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、本発明の火花点火式内燃機関は、電磁波により燃焼室内に生成される電界と点火プラグによる火花放電とを反応させてプラズマを生成し混合気に着火する火花点火式内燃機関であって、燃焼室の内径を、電磁波の波長の１／２以下に設定することを特徴とする。
【０００９】
このような構成によれば、燃焼室内に電磁波が放射されると、燃焼室の内径が電磁波の波長の１／２以下であるので、燃焼室内に拡散することが困難になる。このため、電磁波による電界を、燃焼室内の所望の位置に形成することが可能になる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明は、以上説明したような構成であり、燃焼室内の不要な位置への電磁波の放射を抑制することができ、よって予想外の位置にプラズマが生成されることを抑えて、良好な燃焼を保証することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の一実施形態の要部を拡大して示す断面図。
【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気筒における構成を示す、点火プラグ１の取り付けられた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。なお、この図１においては、点火プラグ１から点火コイルがはずされた状態で、エンジン１００を図示している。
【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。この実施形態では、中心電極１４を、電磁波であるマイクロ波を放射するためのアンテナとして機能させる。このために、点火プラグ１の中心電極１４には、火花放電のための点火コイルが接続されるとともに、プラズマを生成するための電磁波であるマイクロ波を出力する図示しないマグネトロンが接続されている。したがって、以下に説明するようにして、マグネトロンから出力されるマイクロ波が、点火プラグ１の中心電極１４に印加されるものである。
【００１５】
燃焼室６は、吸気弁１１及び排気弁１２により吸気ポート２の開口３及び排気ポート４の開口５が閉じられた状態で、ほぼ円錐形をしている。燃焼室６の下端つまりシリンダボア７ａと連続する位置の内法（内径）Ｄは、点火時に燃焼室６内に放射するマイクロ波の波長の１／２以下に設定している。つまり、燃焼室６の内径Ｄは、最大の寸法部分でマイクロ波の波長の１／２である。
【００１６】
このような構成において、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内に生成する電界と反応させることにより、点火プラグ１の火花放電を電界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。
【００１７】
点火に際しては、点火プラグ１に点火コイル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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【００２０】
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。
【００２１】
以上のようにして、燃焼室６内にプラズマを発生させる場合、点火プラグ１の中心電極１４を、マイクロ波を放射するアンテナとして機能させる。中心電極１４から放射されたマイクロ波は、中心電極１４近傍において最も強度の高い高周波電界を形成する。これは、燃焼室６がほぼ円錐形状をしており、点火プラグ１が取り付けられた燃焼室６の天井部分のほぼ中央からシリンダボア７ａに向かって内法が大きくなることにより、燃焼室６内がマイクロ波の遮断領域における寸法に近づくためである。つまり、燃焼室６は、上述したように、その最大寸法部分の内径Ｄがマイクロ波の波長の１／２以下に設定してあるので、中心電極１４から放射されたマイクロ波による高周波電界の強度は、中心電極１４から遠ざかるに従って対数的に減衰する。
【００２２】
この結果、放射されたマイクロ波は、点火に不必要な部位には到達するものの、非常に強度の低い高周波電界しか形成しない。つまり、高周波電界は、燃焼室６内に均等な強度で分布するものではなく、点火プラグ１の中心電極１４と接地電極１５との近傍、すなわち点火のタイミングで火花が発生する部位の近傍において最も強度が高くなるように分布する。従って、必要な部位でのみ高強度の高周波電界が形成されるので、良好な着火性を実現することができると共に、予想外の位置にプラズマが生成さることがなく不安定な燃焼の発生を抑制することができる。
【００２３】
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。
【００２４】
上述の実施形態においては、点火プラグ１の中心電極１４をアンテナとして機能させたが、中心電極１４とは別のアンテナを備えるものであってもよい。
【００２５】
上述の実施形態ではマイクロ波を出力するものとしてマグネトロンを説明したが、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。
【００２６】
また、電磁波の周波数についてはマイクロ波の周波数領域に限られるものではなく、点火プラグの火花放電部分に極性が交互に入れ替わる電界を生成しプラズマを発生させることが可能な周波数であればよい。
【００２７】
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】
【００２８】
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。
【符号の説明】
【００２９】
１…点火プラグ
６…燃焼室
Ｄ…内径
【図１】
2010249028.tif 000003