(57)【要約】【課題】燃費を向上する。【解決手段】着火装置２００は、燃焼室１４０を形成する壁面１３０ｃと離隔して対向する対向面２３０ａを有する給電側電極２３０と、壁面１３０ｃと給電側電極２３０の対向面２３０ａとの間に配される本体２１４を有する、絶縁体で構成されたスペーサ２１０と、給電側電極２３０に高周波電力を供給する高周波電源２４０とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
壁面と離隔して対向する対向面を有する給電側電極と、
前記壁面と前記給電側電極の対向面との間に配される本体を有する、絶縁体で構成されたスペーサと、
前記給電側電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備える着火装置。
【請求項２】
前記給電側電極は、
平板形状の本体部と、
前記本体部の外縁から外方に向かって突出した突出部と、
を有する請求項１に記載の着火装置。
【請求項３】
前記給電側電極の前記本体部には、陥没部が形成されており、
前記スペーサの前記本体は、前記陥没部に収容される請求項２に記載の着火装置。
【請求項４】
前記給電側電極は、エンジンの燃焼室に配され、前記壁面は、前記エンジンのシリンダヘッド、前記エンジンのシリンダブロック、および、前記エンジンのピストンのうち、少なくともいずれか１に設けられる請求項１から３のいずれか１項に記載の着火装置。
【請求項５】
前記壁面は、前記給電側電極が収容され、エンジンの燃焼室に連通する収容空間を形成し、
前記収容空間に連通する媒体流路をさらに備える請求項１から３のいずれか１項に記載の着火装置。
【請求項６】
前記燃焼室と前記収容空間とを連通し、前記エンジンのシリンダヘッド、前記エンジンのシリンダブロック、および、前記エンジンのピストンのうち、少なくともいずれか１に開口する連通孔をさらに備える請求項５に記載の着火装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、燃焼室に供給された燃料を着火させる着火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジンを構成するシリンダ（燃焼室）内に希薄予混合気を供給して燃焼させることで、排気ガス中のＮＯｘを低減したり、燃費を向上させたりする技術が開発されている。希薄予混合気を着火させる技術として、副室で生成した火炎を燃焼室に導入する技術が開発されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００６−１３２４１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上記特許文献１の技術では、副室で燃料を燃焼させるため、燃費の向上効果が低減してしまうという問題がある。
【０００５】
本開示は、このような課題に鑑み、燃費を向上することが可能な着火装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る着火装置は、壁面と離隔して対向する対向面を有する給電側電極と、前記壁面と前記給電側電極の対向面との間に配される本体を有する、絶縁体で構成されたスペーサと、前記給電側電極に高周波電力を供給する高周波電源と、を備える。
【０００７】
また、前記給電側電極は、平板形状の本体部と、前記本体部の外縁から外方に向かって突出した突出部と、を有してもよい。
【０００８】
また、前記給電側電極の前記本体部には、陥没部が形成されており、前記スペーサの前記本体は、前記陥没部に収容されてもよい。
【０００９】
また、前記給電側電極は、エンジンの燃焼室に配され、前記壁面は、前記エンジンのシリンダヘッド、前記エンジンのシリンダブロック、および、前記エンジンのピストンのうち、少なくともいずれか１に設けられてもよい。
【００１０】
また、前記壁面は、前記給電側電極が収容され、エンジンの燃焼室に連通する収容空間を形成し、前記収容空間に連通する媒体流路をさらに備えてもよい。
【００１１】
また、前記燃焼室と前記収容空間とを連通し、前記エンジンのシリンダヘッド、前記エンジンのシリンダブロック、および、前記エンジンのピストンのうち、少なくともいずれか１に開口する連通孔をさらに備えてもよい。
【発明の効果】
【００１２】
本開示の着火装置は、燃費を向上することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】エンジンを説明する図である。
【図２】第１の実施形態にかかる着火装置を説明する図である。
【図３】図３（ａ）は、給電側電極の対向面側を示す平面図である。図３（ｂ）は、給電側電極の対向面の逆側の面側を示す平面図である。
【図４】第２の実施形態にかかる着火装置を説明する図である。
【図５】図４のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】図６（ａ）は、変形例のスペーサを説明する図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）において破線で囲んだ領域の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。
【００１５】
（第１の実施形態）
図１は、エンジン１００を説明する図である。なお、本実施形態の図１をはじめとする以下の図では、垂直に交わるＸ軸、Ｙ軸、Ｚ軸を図示の通り定義している。図１に示すように、エンジン１００は、シリンダブロック１１０と、ピストン１２０と、コネクティングロッド１２２と、シリンダヘッド１３０と、吸気弁１３６と、排気弁１３８と、インジェクタ１５０と、着火装置２００とを含んで構成される。
【００１６】
シリンダブロック１１０は、金属で構成され、複数のシリンダボア１１２が形成されている。シリンダボア１１２には、ピストン１２０が摺動可能に配される。ピストン１２０は、コネクティングロッド１２２に連結されている。
【００１７】
シリンダヘッド１３０は、金属で構成され、シリンダブロック１１０に接続される。なお、シリンダヘッド１３０は、接地されている。エンジン１００では、シリンダボア１１２と、シリンダヘッド１３０と、ピストン１２０の冠面１２０ａとによって囲まれた空間が燃焼室１４０として形成される。
【００１８】
シリンダヘッド１３０には、吸気ポート１３２および排気ポート１３４が形成されている。吸気ポート１３２および排気ポート１３４は、燃焼室１４０に連通している。吸気ポート１３２と燃焼室１４０との間には、吸気弁１３６の先端が位置する。排気ポート１３４と燃焼室１４０との間には、排気弁１３８の先端が位置する。
【００１９】
吸気弁１３６は、不図示の吸気用カムシャフトによって、軸方向に移動される。これにより、吸気弁１３６は、吸気ポート１３２と燃焼室１４０との間を開閉する。排気弁１３８は、不図示の排気用カムシャフトによって、軸方向に移動される。これにより、排気弁１３８は、排気ポート１３４と燃焼室１４０との間を開閉する。
【００２０】
インジェクタ１５０は、吸気ポート１３２に燃料を噴射する。このため、吸気ポート１３２おいて、燃料と空気との混合気（予混合気）が生成される。予混合気は、吸気ポート１３２から燃焼室１４０に供給される。
【００２１】
着火装置２００は、燃焼室１４０の予混合気中の燃料を、所定のタイミングで着火させる。これにより、燃焼室１４０において予混合気が燃焼される。この燃焼によって、ピストン１２０が往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド１２２を通じて不図示のクランクシャフトの回転運動に変換される。
【００２２】
図２は、第１の実施形態にかかる着火装置２００を説明する図である。図２に示すように、着火装置２００は、スペーサ２１０と、電源プラグ２２０と、給電側電極２３０と、高周波電源２４０とを含んで構成される。
【００２３】
スペーサ２１０は、セラミック、石英ガラス、樹脂（例えば、テフロン（登録商標））等の絶縁体（誘電体）で形成される。スペーサ２１０は、筒部２１２と、本体２１４とを含んで構成される。筒部２１２は、円筒形状の部材である。筒部２１２は、シリンダヘッド１３０に形成された貫通孔１３０ａに挿通される。本実施形態において、貫通孔１３０ａの開口１３０ｂは、吸気ポート１３２と、排気ポート１３４との間の壁面１３０ｃに形成される（図１参照）。筒部２１２の先端は、燃焼室１４０内に配される。本体２１４は、筒部２１２の先端から径方向外方に延在した円板形状の部材である。本体２１４は、一方の面２１４ａが壁面１３０ｃに接触して燃焼室１４０内に配される。本体２１４における面２１４ａの逆側の面２１４ｂは、後述する給電側電極２３０の陥没部２３２ｃに接触する。
【００２４】
電源プラグ２２０は、金属で構成された円柱形状の部材である。電源プラグ２２０は、スペーサ２１０の筒部２１２内に挿通される。つまり、電源プラグ２２０は、筒部２１２に囲繞される。電源プラグ２２０の一端側には高周波電源２４０が接続される。電源プラグ２２０の他端側には、給電側電極２３０が接続される。具体的に説明すると、電源プラグ２２０の他端側には、ネジ穴２２２が形成されている。給電側電極２３０は、ネジ２２４がネジ穴２２２に螺合されることによって、電源プラグ２２０に接続（連結）される。
【００２５】
給電側電極２３０は、金属で構成され、壁面１３０ｃと離隔して対向する対向面２３０ａを有し、燃焼室１４０内に配される。図３は、給電側電極２３０の形状を説明する図である。図３（ａ）は、給電側電極２３０の対向面２３０ａ側を示す平面図である。図３（ｂ）は、給電側電極２３０の対向面２３０ａの逆側の面２３０ｂ側を示す平面図である。
【００２６】
図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、給電側電極２３０は、本体部２３２と、突出部２３４とを含んで構成される。本体部２３２は、円板形状の部位である。本体部２３２は、中央に挿通孔２３２ａが形成されている。挿通孔２３２ａには、ネジ２２４が挿通される。
【００２７】
図３（ａ）に示すように、給電側電極２３０の対向面２３０ａのうち、本体部２３２における挿通孔２３２ａの外方には、陥没部２３２ｃが形成されている。また、図３（ｂ）に示すように、給電側電極２３０の面２３０ｂのうち、本体部２３２における挿通孔２３２ａの外方には、溝部２３２ｂが形成されている。溝部２３２ｂは、ネジ２２４の頭部が当接する。溝部２３２ｂにおける図３（ｂ）中ＸＹ平面の大きさは、ネジ２２４の頭部の大きさよりも大きい。溝部２３２ｂの深さは（図３（ｂ）中Ｚ軸方向の長さ）、ネジ２２４の頭部の高さ以上である。
【００２８】
突出部２３４は、本体部２３２の外縁（外周）から径方向外方に向かって突出した部位である。突出部２３４は、本体部２３２の外周において、周方向に離隔して複数設けられる。突出部２３４は、基端部から先端部に向かって面積が漸減する形状である。
【００２９】
図２に戻って説明すると、給電側電極２３０は、本体部２３２に形成された陥没部２３２ｃにスペーサ２１０の本体２１４が収容されるように、電源プラグ２２０に接続される。つまり、本体部２３２は、スペーサ２１０の本体２１４より外縁（外周）が大きい。また、陥没部２３２ｃの深さＤ（図２中Ｚ軸方向の長さ）は、本体２１４の厚みＨ未満である。つまり、本体２１４の厚みＨと、陥没部２３２ｃの深さＤとの差分が、給電側電極２３０と壁面１３０ｃとの間隔Ｌとなる。
【００３０】
このように、給電側電極２３０は、対向面２３０ａが、燃焼室１４０内において、スペーサ２１０の本体２１４を挟んで壁面１３０ｃと対向して配されることになる。
【００３１】
高周波電源２４０は、電源プラグ２２０に高周波電力を供給（パルス電圧を供給）する。そうすると、給電側電極２３０に高周波電力が供給され、シリンダヘッド１３０が接地側電極として機能する。これにより、給電側電極２３０の周囲に非平衡プラズマが形成される（誘電バリア方式）。
【００３２】
以上説明したように、本実施形態の着火装置２００は、燃焼室１４０内で非平衡プラズマを形成することができる。これにより、燃焼室１４０内において、ＯラジカルやＯＨラジカルを生成することが可能となる。ＯラジカルやＯＨラジカルは、燃料（炭化水素）の着火促進効果を有する。このため、着火専用の燃料を使用することなく、早期に着火を行うことができる。したがって、副室を備える従来技術と比較して、燃費を向上させることが可能となる。
【００３３】
また、着火装置２００は、給電側電極２３０の本体部２３２が円板形状である。また、接地側電極として機能する壁面１３０ｃと、給電側電極２３０の対向面２３０ａとが対向する。つまり、プラズマを形成する２つの電極が平面的に対向している。これにより、平面形状のプラズマを形成することができる。つまり、プラズマを二次元的に広範囲に形成することが可能となる。したがって、点でプラズマを形成する従来技術と比較して、着火速度を向上させることが可能となる。
【００３４】
また、給電側電極２３０が突出部２３４を備えることにより、プラズマを分散化することができる。したがって、着火の効率を向上させることが可能となる。
【００３５】
また、スペーサ２１０が、本体２１４を備えることにより、給電側電極２３０の本体部２３２と壁面１３０ｃとの間隔Ｌを極めて小さくすることができる。これにより、高密度雰囲気（高圧雰囲気）の燃焼室１４０であっても効率よくプラズマを形成する（放電させる）ことが可能となる。
【００３６】
また、本体部２３２が陥没部２３２ｃを備え、本体２１４が陥没部２３２ｃ内に収容される。これにより、本体部２３２の熱膨張による本体２１４の破損を防止することができる。
【００３７】
（第２の実施形態：着火装置３００）
図４は、第２の実施形態にかかる着火装置３００を説明する図である。図４に示すように、着火装置３００は、スペーサ２１０と、電源プラグ２２０と、給電側電極２３０と、高周波電源２４０と、媒体流路３２０とを含んで構成される。なお、上記着火装置２００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００３８】
本実施形態の着火装置３００は、スペーサ２１０の本体２１４と、給電側電極２３０とが、燃焼室１４０ではなく、燃焼室１４０に連通した収容空間３１０に収容される。
【００３９】
収容空間３１０は、シリンダヘッド１３０内に形成される空間である。収容空間３１０は、第１壁面３１０ａと、第２壁面３１０ｂと、第３壁面３１０ｃとによって区画される。第１壁面３１０ａおよび第２壁面３１０ｂは、円形状である。第１壁面３１０ａおよび第２壁面３１０ｂは、互いに対向している。第１壁面３１０ａは、給電側電極２３０の対向面２３０ａと対向する。第１壁面３１０ａには、貫通孔１３０ａが形成される。第２壁面３１０ｂには、収容空間３１０と燃焼室１４０とを連通する連通孔３１２が形成されている。つまり、第２壁面３１０ｂの裏面が、燃焼室１４０の壁面１３０ｃとなる。第３壁面３１０ｃは、第１壁面３１０ａと第２壁面３１０ｂとを接続する面である。
【００４０】
連通孔３１２は、縮径部３１２ａと、小径部３１２ｂとを有する。縮径部３１２ａは、一端が第２壁面３１０ｂに開口し、他端が小径部３１２ｂに連続する。縮径部３１２ａは、一端から他端に向かうに従って径が漸減する。小径部３１２ｂは、一端が縮径部３１２ａに連続し、他端が壁面１３０ｃに開口する。
【００４１】
媒体流路３２０は、第３壁面３１０ｃに開口し、収容空間３１０に連通する流路である。媒体流路３２０には、水（気体または液体）が供給される。したがって、媒体流路３２０を通じて収容空間３１０に水が供給される。
【００４２】
図５は、図４のＶ−Ｖ線断面図である。なお、図５中、水の流れを実線の矢印で示す。また、図５中理解を容易にするために、給電側電極２３０およびネジ２２４を省略する。
【００４３】
図５に示すように、収容空間３１０は、図５中ＸＹ断面が略円形状となっている。媒体流路３２０の開口３２０ａは、第３壁面３１０ｃに形成される。したがって、開口３２０ａから供給された水は、第３壁面３１０ｃの接線方向もしくは、第３壁面３１０ｃに沿って流れる。換言すれば、収容空間３１０内で水が高速度で旋回するように開口３２０ａの位置が設定されている。したがって、媒体流路３２０を通過した水は、収容空間３１０内で旋回する。
【００４４】
媒体流路３２０によって、収容空間３１０に供給された水は、給電側電極２３０およびシリンダヘッド１３０（接地側電極）によってプラズマ化し、ＯラジカルおよびＯＨラジカルが生成される。こうして生成されたＯラジカルおよびＯＨラジカルは、連通孔３１２を通じて、燃焼室１４０に供給される。これにより、燃焼室１４０内の燃料を着火させることが可能となる。
【００４５】
また、上記したように、連通孔３１２は、縮径部３１２ａおよび小径部３１２ｂを有する。つまり、連通孔３１２は、収容空間３１０から燃焼室１４０に向かうに従って、流路断面積が小さくなる。これにより、連通孔が同径である場合と比較して、ＯラジカルおよびＯＨラジカルの流速を上昇させることができる。したがって、燃焼室１４０において、ＯラジカルおよびＯＨラジカルを広範囲に拡散させることができ、着火効率を向上させることが可能となる。
【００４６】
（変形例）
図６（ａ）は、変形例のスペーサ４１０を説明する図である。図６（ｂ）は、図６（ａ）において破線で囲んだ領域の拡大図である。図６（ａ）に示すように、スペーサ４１０は、絶縁体（誘電体）で形成され、筒部２１２と、本体４１４とを含んで構成される。なお、上記着火装置２００、３００と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
【００４７】
図６（ａ）に示すように、本体４１４は、基部４２０と、突部４２２とを含んで構成される。基部４２０は、筒部２１２の先端から径方向外方に延在した円板形状の部材である。基部４２０は、一方の面４２０ａが壁面１３０ｃに接触して燃焼室１４０内に配される。基部４２０の外周（外縁）は、給電側電極２３０の本体部２３２の外周（外縁）以上の大きさである。基部４２０における面４２０ａの逆側の面４２０ｂに突部４２２が設けられる。
【００４８】
突部４２２は、円柱形状であり、基部４２０における面４２０ａの中央から給電側電極２３０の本体部２３２側に突出する。突部４２２の外周（外縁）は、基部４２０の外周（外縁）より小さい。突部４２２は、給電側電極２３０の陥没部２３２ｃに収容される。突部４２２の先端の面４２２ａは、陥没部２３２ｃに接触する。
【００４９】
図６（ｂ）に示すように、突部４２２の高さ（基部４２０から面４２２ａまでの距離）Ｔは、陥没部２３２ｃの深さＤよりも大きい。したがって、基部４２０の面４２０ｂと、給電側電極２３０（裏面２３０ａ）との間に間隙が形成される。上記したように、基部４２０の外周（外縁）は、給電側電極２３０の本体部２３２の外周（外縁）以上の大きさである。このため、給電側電極２３０の裏面２３０ａは、基部４２０の面４２０ｂと対向して配される。つまり、接地側電極として機能する壁面１３０ｃと、給電側電極２３０との間に、基部４２０（絶縁体）が配されることになる。これにより、誘電バリア方式のプラズマを発生させることができ、プラズマを二次元的に広範囲に生成することが可能となる。
【００５０】
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。
【００５１】
例えば、上記実施形態において、給電側電極２３０の本体部２３２が円板形状である構成を例に挙げて説明した。しかし、本体部２３２は、壁面１３０ｃ、もしくは、第１壁面３１０ａと対向する対向面を有していれば、形状に限定はない。本体部２３２は、矩形の平板形状であってもよい。また、給電側電極２３０の面２３０ｂに凹凸が形成されていてもよい。これにより、プラズマを分散化させることができる。
【００５２】
また、上記実施形態において、スペーサ２１０の本体２１４が円板形状である構成を例に挙げて説明した。しかし、スペーサ２１０の本体２１４の形状に限定はない。本体２１４は、矩形の平板形状であってもよい。本体２１４は、給電側電極２３０と、接地側電極として機能する壁面１３０ｃ、もしくは、第１壁面３１０ａとの間に配されればよい。
【００５３】
また、上記実施形態において、給電側電極２３０が突出部２３４を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、突出部２３４は必須の構成ではない。
【００５４】
また、上記実施形態において、給電側電極２３０の本体部２３２に陥没部２３２ｃが形成される構成を例に挙げて説明した。しかし、陥没部２３２ｃは、必須の構成ではない。
【００５５】
また、上記第１の実施形態において、給電側電極２３０の対向面２３０ａが、シリンダヘッド１３０の壁面１３０ｃと対向する構成を例に挙げて説明した。しかし、給電側電極２３０の本体部２３２の対向面は、シリンダブロック１１０の壁面と対向してもよい。詳細には、シリンダブロック１１０における燃焼室１４０を形成する壁面のうち、ピストン１２０の上死点の上方、もしくは、上死点と対向する位置と、本体部２３２の対向面が対向してもよい。また、本体部２３２の対向面は、ピストン１２０の冠面１２０ａと対向してもよい。
【００５６】
また、上記第２の実施形態において、連通孔３１２が、シリンダヘッド１３０における燃焼室１４０を形成する壁面１３０ｃに開口する構成を例に挙げて説明した。しかし、連通孔３１２は、燃焼室１４０と連通すれば、開口位置に限定はない。連通孔３１２は、例えば、シリンダブロック１１０における燃焼室１４０を形成する壁面に開口してもよい。詳細には、連通孔３１２は、シリンダブロック１１０における燃焼室１４０を形成する壁面のうち、ピストン１２０の上死点の上方、もしくは、上死点と対向する位置に開口してもよい。また、連通孔３１２は、ピストン１２０の冠面１２０ａに開口してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００５７】
本開示は、燃焼室に供給された燃料を着火させる着火装置に利用することができる。
【符号の説明】
【００５８】
１００  エンジン
１１０  シリンダブロック
１２０  ピストン
１３０  シリンダヘッド
１３０ｃ  壁面
１４０  燃焼室
２００  着火装置
２１０  スペーサ
２１４  本体
２３０  給電側電極
２３０ａ  対向面
２３２  本体部
２３２ｃ  陥没部
２３４  突出部
２４０  高周波電源
３００  着火装置
３１０  収容空間
３１２  連通孔
３２０  媒体流路
【図１】
2018193872.tif 000003
【図２】
2018193872.tif 000004
【図３】
2018193872.tif 000005
【図４】
2018193872.tif 000006
【図５】
2018193872.tif 000007
【図６】
2018193872.tif 000008