(57)【要約】【課題】混合器の長手方向寸法を短尺化し、取り付けスペースが狭小な場合でも取り付けが可能な混合器を提供すること。電磁波入力端子６と、高電圧パルス入力端子５と、高電圧パルス出力端子５０と、高電圧パルス入力端子５と高電圧パルス出力端子５０との間に、両端子と同軸に配設される電磁波漏洩防止手段３と、この電磁波漏洩防止手段３及び高電圧パルス出力端子５０を覆う絶縁体４と、この絶縁体４の一部を覆う筒状の導電部材からなる共振器２と、この共振器２の内部の環状の空間２０に、電磁波入力端子６の内部導体６ａを露出せしめるとともに、インピーダンス整合手段７を配設している。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
高電圧パルス発生装置からの高電圧パルスと電磁波発振器からの電磁波とを別々の入力端子で受け、点火装置へ供給する混合器であって、
電磁波入力端子と
高電圧パルス入力端子と、
高電圧パルス出力端子と、
前記高電圧パルス入力端子と高電圧パルス出力端子との間に配設される電磁波漏洩防止手段と、
前記電磁波漏洩防止手段及び高電圧パルス出力端子を覆う絶縁体と、
前記絶縁体の一部を覆う筒状の導電部材とからなり、
前記筒状の導電部材は、電磁波入力端子と接続される共振器を構成し、
該共振器の内部にはインピーダンス整合用調整手段を配設するようにした混合器。
【請求項２】
前記インピーダンス整合用調整手段は、共振器の内部に存在する軸方向及び／又は軸と直角方向に長さを変更可能とした導体である請求項１に記載の混合器。
【請求項３】
前記電磁波漏洩阻止手段を、高電圧パルス出力端子を覆う筒状体とした請求項１又は２に記載の混合器。
【請求項４】
前記高電圧パルス入力端子、高電圧パルス出力端子、電磁波漏洩防止手段及びこれらを覆う絶縁体を着脱可能に構成した請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の混合器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内燃機関の点火装置に放電用パルス電圧及び電磁波を供給する混合器に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関における混合気の点火は、通常、点火プラグによるスパーク放電によって行われているが、スパーク放電により生成されたプラズマに電磁波（マイクロ波）を照射し、プラズマの体積が増大させ、高ＥＧＲ、希薄燃焼（リーンバーン）の場合でも確実な着火を実現する手段が提案されている（特許文献１参照）。【０００３】
特許文献１に記載の技術では、パルス電圧のエネルギと電磁波エネルギとを同一の伝送線路に混合する混合器を備えている。この混合器３００は図６に示すように、電磁波が入力される第１入力端子３１０と、パルス電圧が入力される第２入力端子３１５と、パルス電圧と電磁波が出力される混合出力端子３４０と、一端が第２入力端子３１５に電気的に接続され、他端が混合出力端子の内側導体３４０ａに電気的に接続される棒状の第１導電部材３２０と、間隔を隔てて第１導電部材３２０を囲い、第１導電部材３２０と同軸に配置されて、第１入力端子３１０の内側導体３１０ａに電気的に接続される筒状の第２導電部材３２１と、第２導電部材３２１と間隔を隔てて第１導電部材３２０及び第２導電部材３２１を収容し、第１導電部材３２０及び第２導電部材３２１と同軸に配置されて、第１入力端子３１０の外側導体３１０ｂと混合出力端子３４０の外側導体３４０ｂとにそれぞれ電気的に接続される筒状の第３導電部材３３０とから構成されている。【０００４】
この混合器３００は、第１入力端子３１０から供給される電磁波は、第２導電部材３２０と第３導電部材３３０との空隙３２２を軸心と平行方向（長手方向）の共振器として構成し、インピーダンス整合を行って、第２導電部材３２０と第１導電部材３２０とを容量結合で接合することで電磁波はパルス電圧が流れる第１導電部材３２０を介して点火プラグＳＰに供給するようにしている。また、第２入力端子３１５と第１導電部材３２０との間には電磁波が第２入力端子３１５側に漏洩することを防止するための漏洩防止手段３２０（図例ではチョーク構造）を配設している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第５６３２９９３号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、この混合器３００は、混合器３００の長手方向で同軸の共振構造を構成し、インピーダンスの整合を行う構成となっているため、機器全体の長手方向寸法が長くなり、取り付ける内燃機関によってはエンジンフレームとの接合用ステーや他の機器等と干渉する場合があるという問題があった。【０００７】
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、混合器の長手方向寸法を短尺化し、取り付けスペースが狭小な場合でも取り付けが可能な混合器を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するためになされた発明は、
高電圧パルス発生装置からの高電圧パルスと電磁波発振器からの電磁波とを別々の入力端子で受け、点火装置へ供給する混合器であって、
電磁波入力端子と
高電圧パルス入力端子と、
高電圧パルス出力端子と、
前記高電圧パルス入力端子と高電圧パルス出力端子との間に配設される電磁波漏洩防止手段と、
前記電磁波漏洩防止手段及び高電圧パルス出力端子を覆う絶縁体と、
前記絶縁体の一部を覆う筒状の導電部材とからなり、
前記筒状の導電部材は、電磁波入力端子と接続される共振器を構成し、
該共振器の内部にはインピーダンス整合用調整手段を配設するようにした混合器である。【０００９】
本発明の混合器は、軸心と平行方向（長手方向）の同軸共振構造ではなく、軸心と直交方向（ラジアル方向）の共振構造を採用することで共振器の長手方向の寸法を短尺化し、取り付けスペース、特に長手方向が狭小な場合でも取り付けが可能となる。【００１０】
この場合において、インピーダンス整合用調整手段は、共振器の内部に存在する軸方向及び／又は軸と直角方向に長さを変更可能とした導体とすることができる。軸方向及び／又は軸と直角方向に長さを変更可能としたインピーダンス整合用調整手段によって、共振周波数を変更可能に構成し、電磁波の通過特性を調整することができる。【００１１】
この場合において、前記電磁波漏洩阻止手段を、高電圧パルス出力端子を覆う筒状体とすることができる。電磁波漏洩阻止手段をチョーク形状として高電圧パルス出力端子を覆うように構成することで長手方向の寸法の短尺を更に高めることができる。【００１２】
この場合において、前記高電圧パルス入力端子、高電圧パルス出力端子、電磁波漏洩防止手段及びこれらを覆う絶縁体を着脱可能に構成することができる。これによって、電磁波漏洩阻止手段を、高電圧パルス出力端子を覆うように構成した点火プラグ用コード（特殊ハイテンションケーブル）を利用することができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の混合器は、軸心と直交方向（ラジアル方向）の共振構造を採用することで共振器の長手方向の寸法を短尺化することができる。更に、電磁波漏洩阻止手段を、高電圧パルス出力端子を覆うように構成することで、共振器の長手方向の寸法を大幅に短尺化することができ、取り付けスペース、特に長手方向が狭小な場合でも取り付けが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】実施形態１の混合器を示す一部断面の正面図である。
【図２】実施形態２の混合器を示す一部断面の正面図である。
【図３】同混合器のインピーダンス整合手段である円筒状パイプの変形例を示す斜視図である。
【図４】実施形態３の混合器を示し、（ａ）一部断面の正面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ断面図である。
【図５】実施形態４の混合器を示す一部断面の正面図である。
【図６】従来の混合器を示す一部断面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
【００１６】
＜実施形態１＞混合器
本実施形態１は、本発明に係る混合器１である。当該混合器１は、高電圧パルス発生装置Ｐ（所謂点火コイルも含む。以下同じ。）からの高電圧パルスと電磁波発振器ＭＷからの電磁波とを別々の入力端子で受け、点火装置へ供給する混合器１であって、電磁波入力端子６と、高電圧パルス入力端子５と、高電圧パルス出力端子５０と、高電圧パルス入力端子５と高電圧パルス出力端子５０との間に、両端子と同軸に配設される電磁波漏洩防止手段３と、この電磁波漏洩防止手段３及び高電圧パルス出力端子５０を覆う絶縁体４と、この絶縁体４の一部を覆う筒状の導電部材からなる共振器２（ラジアル共振器）とを備えている。そして、この共振器２の内部の環状の空間２０に、電磁波入力端子６の内部導体６ａを露出（本実施例において、導体の露出には、導体を絶縁体で覆う場合も含む。以下同じ。）せしめ、供給される電磁波のインピーダンス（通常、同軸ケーブルで供給される場合は５０Ω）を、点火プラグＳＰのインピーダンスと整合させるインピーダンス整合手段７を配設したものである。
【００１７】
この混合器１は、高電圧パルス発生装置Ｐからの高電圧パルスが印加された点火プラグＳＰによるスパーク放電により生成されたプラズマに電磁波、（マイクロ波）を照射し、プラズマの体積が増大させ、高ＥＧＲ、希薄燃焼（リーンバーン）の場合でも確実な着火を実現するため、高電圧パルスと電磁波とを点火プラグに供給するための機器である。
【００１８】
そして、この混合器１は、共振器２の内部の円環状の空間２０に、電磁波入力端子６の内部導体６ａを露出して電磁波を共振器２の内部に供給する。また、空間２０に配設するインピーダンス整合手段７によってインピーダンス整合を行い、供給する電磁波を点火プラグＳＰの内部導体（通常、点火プラグＳＰの中心電極）に結合させ、点火プラグＳＰの先端（接地電極と対向する放電電極）側から燃焼室内に照射するようにしている。
【００１９】
共振器２は、供給する電磁波の共振部分である円環状の空間２０を形成する部分と、点火プラグＳＰが内部に挿入される筒状部分とに分かれる。筒状部分の先端は点火プラグＳＰのハウジング部分と接することでアースされ、供給する電磁波の外部への漏れを防止する。
【００２０】
インピーダンス整合手段７は、図１に示すように、環状の空間２０（本実施形態においては円環状）を形成するラジアル共振器２の円盤状の天板２１ａに配設される電磁波入力端子６と対向する底板２１ｂに配設され、電磁波入力端子６との距離Ｌを変化させることができるように図例上下方向に移動可能に配設されている。具体的には、底板２１ｂに形成されたネジ孔に螺号するボルト７１、このボルト７１を底板２１ｂに固定するナット７１ａ及びボルト７１先端を覆う誘電キャップ７１ｂから構成されている。この誘電キャップ７１ｂの大きさ、形状は特に限定するものではなく、電磁波入力端子６の外径と略同径の円盤状部材として構成する他、円環状の空間２０の水平方向の断面略全体を覆う形状としたり、空間２０の水平方向の断面の所定の面積を覆うようにした形状としたりすることもできる。
【００２１】
このインピーダンス整合手段７の電磁波入力端子６と誘電キャップ７１ｂの表面との距離Ｌを調整することでインピーダンスの整合を行い、供給される電磁波を高電圧パルス出力端子５０に結合させることで、点火プラグＳＰの内部導体に結合させるようにしている。結合した電磁波は高電圧パルス入力端子５側にも流れるものの、高電圧パルス入力端子５と高電圧パルス出力端子５０との間に配設される電磁波漏洩防止手段３によって、電磁波漏洩防止手段３の位置よりも上流側への漏洩を防止する。電磁波漏洩防止手段３は、図１に示す通り、点火プラグＳＰの入力端子側を開放した有底筒状のチョーク構造を採用し、チョーク深さは、供給する電磁波の波長λに対して１／４λとなるように構成している。
【００２２】
このように構成することで、供給される電磁波は、効率よく点火プラグＳＰの先端（接地電極と対向する放電電極）側から燃焼室内に照射される。
【００２３】
また、内部に円環状の空間２０を形成する共振器２は、長手方向寸法に制約があるような内燃機関の場合であっても、エンジンフレームとの接合用ステーや他の機器等と干渉することなく取り付けが可能となるように、円筒状の外径寸法Ｄ、高さ寸法Ｈとした場合、Ｄ＞２×Ｈとなるように構成することが好ましい。
【００２４】
−実施形態１の効果−
本実施形態１の混合器１は、軸心と直交方向（ラジアル方向）の共振構造を採用することで共振器の長手方向の寸法を短尺化することができる。
【００２５】
＜実施形態２＞混合器
本実施形態２の混合器１は、実施形態１とインピーダンス整合手段７、電磁波漏洩阻止手段３の配設位置が異なるだけでその他の構成は実施形態１と同様であり説明を省略する。
【００２６】
電磁波漏洩阻止手段３は、高電圧パルス出力端子５０を覆うようにされている。より具体的には、電磁波漏洩阻止手段３は、高電圧パルス出力端子５０が点火プラグＳＰの入力端子と接合した状態で、高電圧パルス出力端子５０及び点火プラグＳＰの入力端子との間に絶縁体を介して点火プラグＳＰの入力端子側を開放した有底筒状のチョーク構造を採用する。チョーク深さは、実施形態１と同様に供給する電磁波の波長λに対して１／４λとなるように構成している。
【００２７】
共振器２は、実施形態１と比べ、供給する電磁波の共振部分である円環状の空間２０を形成する部分に点火プラグＳＰの碍子部分が挿入され、筒状部分は点火プラグのハウジング（エンジンヘッドへの取り付け用の六角部分）にのみ接するように構成されている。
【００２８】
そして、実施形態２のインピーダンス整合手段７は、図２に示すように、円筒状空間２０と同心の円筒状パイプ７３とすることができる。この円筒状パイプ７３は、本実施形態においては、供給する電磁波の周波数によって定まる波長λに対して、λ／４の長さとし、一端が天板２１ａに当接するように配設される第１円筒状パイプ７３ａと、第１円筒状パイプ７３ａよりも小径で、一端が底板２１ｂに当接するように配設される第２円筒状パイプ７３ｂとから構成されている。
【００２９】
この場合、電磁波入力端子６の内部導体６ａは第１円筒状パイプ７３ａと接続される。内部導体６ａの接続位置は特に限定されるものではないが、図に示すように、第１円筒状パイプ７３ａの開放端近傍とすることが好ましい。
【００３０】
そして、このインピーダンス整合手段７では、点火プラグＳＰの内部導体、第１円筒状パイプ７３ａ及び第２円筒状パイプ７３ｂの直径比と間に介在する誘電体の比誘電率によって定まるインピーダンス（式１で示すＺ）を、第１円筒状パイプ７３ａ及び第２円筒状パイプ７３ｂの直径と間に介在させる誘電体によって調整し、供給する電磁波の結合度を高めるようにしている。
Ｚ＝ｌｏｇ１０（Ｄ／ｄ）×１３８／（εｒ）＾０．５・・・（式１）
但し、ｄは内側導体の外径、Ｄは外側導体の内径、εｒは内側導体と外側導体との間に充填される誘電体の比誘電率
【００３１】
このように２つの同軸共振器である第１円筒状パイプ７３ａ及び第２円筒状パイプ７３ｂによってインピーダンスの整合がとられ、供給される電磁波は点火プラグＳＰの先端（接地電極と対向する放電電極）側から燃焼室内に照射される。
【００３２】
また、図２に示すように、共振器２の天板２１ａを２重構造にすることができる。この場合、絶縁体４を覆うように下側の天板２１ａから円筒状パイプ２１ｄを延設し、上側の天板２１ａと円筒状パイプ２１ｄの上端との間に隙間Ｃを設けるように構成する。このように構成することで、両天板２１ａに挟まれた空間２０Ａがチョークとして機能し、電磁波漏洩防止手段３と同様の電磁波の高電圧パルス入力端子５側への漏洩を防止する。なお、空間２０Ａには、誘電体、例えばフッ素樹脂やＰＥＥＫ材を充填することでインピーダンスの整合をとることが好ましい。
【００３３】
また、第１円筒状パイプ７３ａの周面に開放端側から天板２１ａ側に向かって軸方向に伸びるスリットＳを形成することができる。このスリットＳの形成箇所、形成数は、特に限定するものではないが、本実施例では、図例のごとく周上均等に４箇所形成するようにしている。また、このスリットＳは、第２円筒状パイプ７３ｂにも形成することができる。
【００３４】
このように、インピーダンス整合手段７としての第１円筒状パイプ７３ａ、第２円筒状パイプ７３ｂの円周面をスリットＳによって分割することで、同軸共振の要領を減少させ、点火プラグＳＰの中心導体との結合度を高めることができる。
【００３５】
−実施形態２の効果−
本実施形態１の混合器１は、２つの同軸共振器によってインピーダンスの整合を図るようにしたから供給される電磁波に応じて最適なインピーダンス整合を行うことができる。
【００３６】
＜実施形態３＞混合器
本実施形態３の混合器１は、実施形態１、２とインピーダンス整合手段７が異なるだけでその他の構成は実施形態１、２と同様であり説明を省略する。実施形態３のインピーダンス整合手段７は、図４に示すように、円筒状の空間２０と同心の円筒状パイプ７０、この円筒状パイプ７０と電磁波入力端子６の内部導体６ａが接続される箇所と対面の位置に設けた切り欠き部７０ａに嵌め込む筒状絶縁体７２及びこの筒状絶縁体７２に進退自在に配設される導電部材７１から構成されている。
【００３７】
この円筒状パイプ７０は、供給される電磁波を点火プラグＳＰの中心導体に結合させるための結合管であり実施形態２の第２円筒状パイプ７３ｂと同様、一端が底板２１ｂに当接するように配設されている。
【００３８】
そして、図４（ｂ）に示すように、内部導体６ａが接続される箇所から、対面の位置に設けた切り欠き部７０ａまでの距離が、供給する電磁波の波長λに対して１／４λの整数倍となるように構成し、内部導体６ａが接続される箇所が供給する電磁波の節部分、インピーダンス整合手段７の近傍が供給する電磁波の腹部分となるようにする。
【００３９】
この切り欠き部７０ａに嵌入する筒状絶縁体７２、特に限定するものではないが、本実施例では、図例のごとく角筒の絶縁体、例えば、フッ素樹脂やＰＥＥＫ材を用い、下側の天板２１ａに当接するようにしている。
【００４０】
そして、筒状絶縁体７２の孔部に進退する導電部材７１は、特に限定するものではないが、本実施形態では上側の天板２１ａにナット７１ａで固定されるボルトを使用するようにしている。
【００４１】
このインピーダンス整合手段７は、導電部材７１としてのボルトの下面７１ｃの位置が円筒状パイプ７０の上端面より上側に位置するとき（図例の二点鎖線）は、円筒状パイプ７０の上端面と導電部材７１との間でコンデンサを形成し、円筒状パイプ７０の上端面より下側にあるときはスタブとして機能する。
【００４２】
このように構成でインピーダンスの整合を図ることで、供給される電磁波は点火プラグＳＰの先端（接地電極と対向する放電電極）側から燃焼室内に効率よく照射することができる。
【００４３】
−実施形態３の効果−
本実施形態１の混合器１は、同軸共振器を構成する円筒状パイプの電磁波入力端子の内部導体が接続される箇所と対面の位置に設けた切り欠き部に嵌め込む筒状絶縁体及びこの筒状絶縁体に進退自在に配設される導電部材によってインピーダンス整合手段を構成し、東電部材の位置によって擬似的なコンデンサ及びスタブを形成して入力される電磁波のインピーダンスを詳細に調整することができる。
【００４４】
＜実施形態４＞混合器
本実施形態４の混合器１は、図５に示す通り高電圧パルス入力端子５、高電圧パルス出力端子５０、電磁波漏洩防止手段３及びこれらを覆う絶縁体４０を着脱可能に構成する。インピーダンス整合手段７は、実施形態２と同様、円環状の空間２０と同心の円筒状パイプ７３とすることができる。この円筒状パイプ７３は、本実施形態においては、供給する電磁波の周波数によって定まる波長λに対して、λ／４の長さとし、一端が天板２１ａに当接するように配設される第１円筒状パイプ７３ａと、第１円筒状パイプ７３ａよりも小径で、一端が底板２１ｂに当接するように配設される第２円筒状パイプ７３ｂとから構成されている例を示すが、これに限られるものではなく、実施形態１又は実施形態３と同様の構造を採用しても構わない。
【００４５】
絶縁体４０は、内部に高電圧パルス発生装置Ｐからの高電圧パルスの供給を受ける高電圧パルス入力端子５、点火プラグＳＰの入力端子に高電圧パルスを供給する高電圧パルス出力端子５０を電気的に接続している。そして、電磁波漏洩阻止手段３は、実施形態２と同様に、高電圧パルス出力端子５０を覆うように構成されている。以下、これらをまとめて入力端子９と呼ぶ。
【００４６】
.
空間２０の中心は、点火プラグＳＰと入力端子９が挿通できるよう、天板２１ａ及び底板２１ｂの中心には孔部が形成されている。そして、入力端子９の絶縁体４０（４）の当該孔部に嵌入される。高電圧パルス出力端子５０及び電磁波漏洩防止手段３を覆う部分の絶縁体４は孔部より若干大径に構成し、その素材を可撓性材料とすることが好ましい。空間２０には、第２円筒状パイプ７３ｂと入力端子９との間に絶縁体４１（４）を配設している。この絶縁体４１は、ＰＥＥＫ材、フッ素樹脂、アルミナ、窒化ケイ素等種々の材質を選択することができる。供給される電磁波の周波数等に合わせ最適な誘電率の材質を選択し、インピーダンス整合手段７の微調整を行うことができる。
【００４７】
入力端子９は、内部の導電経路内にスプリングを設け、点火プラグＳＰとの接合を各自となるように構成している。また、高電圧パルス出力端子５０には、軸心と偏心し、軸心と直交する方向に移動する係合リングが配設し、点火プラグＳＰの入力端子（ダルマ端子）の段差部に係合させるようにしている。また、高電圧パルス入力端子５を点火プラグＳＰの軸心に対して直交するように構成しているがこの限りではない。
【００４８】
−実施形態４の効果−
本実施形態４の混合器１は、共振器２の部分と、高電圧パルス入力端子５、高電圧パルス出力端子５０、電磁波漏洩防止手段３及びこれらを覆う絶縁体４０とからなる入力端子９とに分割して構成したから、入力端子９の部分を点火プラグ用コードの先端を改良したコードとする等、低廉化を図ることができる。
【産業上の利用可能性】
【００４９】
以上説明したように、本発明の混合器は、一般的な内燃機関のみならず、エンジンヘッド周りに余裕の少ない内燃機関に好適に用いることができる。
【符号の説明】
【００５０】
１      混合器
２      共振器
２０    空間
３      電磁波漏洩防止手段
４      絶縁体
５      高電圧パルス入力端子
５０    高電圧パルス出力端子
６      電磁波入力端子
７      インピーダンス整合手段
７０    円筒状パイプ
７３    円筒状パイプ
７３ａ  第１円筒状パイプ
７３ｂ  第２円筒状パイプ
Ｐ      高電圧パルス発生装置
ＭＷ    電磁波発振器
ＳＰ    点火プラグ
【図１】
2017022849.tif 000003
【図２】
2017022849.tif 000004
【図３】
2017022849.tif 000005
【図４】
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【図５】
2017022849.tif 000007
【図６】
2017022849.tif 000008
【国際調査報告】
2017022849.tif 000009
2017022849.tif 000010