(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
マイクロ波を、シリンダヘッド（１）と少なくとも１つのシリンダ（２３）を有するレシプロピストン内燃エンジンの燃焼室（２）内へ導入するための方法であって、
前記マイクロ波は、マイクロ波窓（６）を通して前記燃焼室（２）内へ導入され、
前記マイクロ波は、前記マイクロ波窓（６）を通過した後に、前記シリンダヘッド（１）内に配置された環状中空導体キャビティ（９）を通って前記燃焼室（２）の外周を走り、前記燃焼室（２）内へ半径方向に結合され、
前記マイクロ波窓（６）が、前記シリンダヘッド（１）の外部のマイクロ波供給装置（７）に対して前記燃焼室（２）を封止すると共に、マイクロ波透過性である固形材料で構成され、
前記シリンダヘッド（１）内に配置されると共に前記燃焼室（２）の周りに延在するチャネルとして、前記環状中空導体キャビティ（９）が構成されていることを特徴とする、方法。
【請求項２】
前記燃焼室（２）に向かって配向される少なくとも１つの出口開口部（１１、１３、１６）を含む少なくとも１つの前記環状中空導体キャビティ（９）であって、前記燃焼室（２）側を向く前記環状中空導体キャビティ（９）の壁を形成すると共に前記燃焼室（２）を包囲するバー（１０）を有する前記環状中空導体キャビティ（９）を通して、前記マイクロ波が前記燃焼室（２）内へ注入されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記マイクロ波は、前記環状中空導体キャビティ（９）の端部で前記燃焼室（２）内へ所定角度で注入されることを特徴とする、請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記マイクロ波は、前記環状中空導体キャビティ（９）から、
前記環状中空導体キャビティ（９）と前記燃焼室壁（８）の間で円周方向に延在するギャップ（１８）を通して、又は
前記環状中空導体キャビティ（９）と前記燃焼室壁（８）の間で円周方向に延在し、前記環状中空導体キャビティ（９）内の前記マイクロ波の経路の長さと共にサイズが増加する、ギャップ（１８）を通して、又は
前記環状中空導体キャビティ（９）と前記マイクロ波の伝搬方向に対して垂直な前記燃焼室壁（８）との間に配設され、好ましくは、前記環状中空導体キャビティ（９）内の前記マイクロ波の経路の長さと共にサイズが増加する、複数のギャップ（２０）を通して、又は
その組み合わせを通して、注入されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
【請求項５】
前記マイクロ波は、２５ＧＨｚ〜９０ＧＨｚ、好ましくは３６ＧＨｚの周波数で注入されることを特徴とする、請求項１から請求項４のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記マイクロ波は、インパルスパケットで導入され、前記インパルスパケットは、好ましくは、燃料混合気の点火が既に行われた後も維持されることを特徴とする、請求項１から請求項５のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記マイクロ波は、クランクシャフトの角度の関数として注入されることを特徴とする、請求項１から請求項６のうちいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
シリンダヘッド（１）と、マイクロ波窓（６）を通してその内部へマイクロ波が注入される燃焼室（２）とを有する少なくとも１つのシリンダ（２３）を有する内燃エンジン（２５）の前記燃焼室（２）内へマイクロ波エネルギーを導入するためのデバイスであって、
前記シリンダヘッド（１）は、前記燃焼室（２）の周りに円周方向に延在し、前記マイクロ波のための少なくとも１つの供給口、及び前記燃焼室（２）との間に配設される前記マイクロ波のための少なくとも１つの出口開口部（１４、１５’）を含む少なくとも１つの円周方向の環状中空導体キャビティ（９）を含み、
前記マイクロ波窓（６）が、前記シリンダヘッド（１）の外部のマイクロ波供給装置（７）に対して前記燃焼室（２）を封止すると共に、マイクロ波透過性である固形材料で構成され、
前記シリンダヘッド（１）内に配置されると共に前記燃焼室（２）の周りに延在するチャネルとして、前記環状中空導体キャビティ（９）が構成されていることを特徴とする、デバイス。
【請求項９】
前記環状中空導体キャビティ（９）に対して所定角度で配向される壁（１２）と、前記燃焼室（２）に向かう方向に配向される出口開口部（１４）と、が前記環状中空導体キャビティ（９）の端部に配設され、
前記環状中空導体キャビティ（９）が、前記燃焼室（２）側を向く前記環状中空導体キャビティ（９）の壁を形成すると共に前記燃焼室（２）を包囲するバー（１０）を有することを特徴とする、請求項８に記載のデバイス。
【請求項１０】
ギャップ（１８）が、前記環状中空導体キャビティ（９）と前記燃焼室壁（８）との間で円周方向に延在して提供されること、又は
ギャップ（１８）が、前記環状中空導体キャビティ（９）と前記燃焼室壁（８）との間で円周方向に延在し、前記環状中空導体キャビティ（９）内の前記マイクロ波の経路の長さと共にサイズが増加して提供されること、又は
複数のギャップ（２０）が、前記環状中空導体キャビティ（９）と前記マイクロ波の伝搬方向に対して垂直な前記燃焼室壁（８）との間に、好ましくは、前記環状中空導体キャビティ（９）内の前記マイクロ波の経路の長さと共にサイズが増加して提供されること、又は
それらの組み合わせが提供されること、を特徴とする請求項８又は９に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記環状中空導体キャビティ（９）は、リング（１７、１７’）を有する前記燃焼室（２）の周りに延在するチャネルとして構成され、該リングは、前記チャネル上へ挿入可能であり、好ましくは、前記燃焼室（２）内へ突出する突起（２２）を含む、請求項８から請求項１０のうちいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１２】
追加の、好ましくは同一の環状中空導体キャビティ（９’）が、前記環状中空導体キャビティ（９）に隣接して提供され、前記追加の環状中空導体キャビティ（９’）は、好ましくは、前記環状中空導体キャビティ（９）の出口開口部（２０）に対してオフセットされる出口開口部（２０’）を含むことを特徴とする、請求項８から請求項１１のうちいずれか１項に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記追加の環状中空導体キャビティ（９’）は、環状構成要素（１’）内に配設され、
該環状構成要素は、前記環状中空導体キャビティ（９）に対して対向方向に配設される前記環状構成要素（１’）の前記追加の環状中空導体キャビティ（９’）を有する前記環状中空導体キャビティ（９）に隣接して配設され、
前記環状構成要素（１’）と前記環状中空導体キャビティ（９）との間には、環状平リング（１７）が配設され、好ましくは、前記環状平リングには、前記燃焼室（２）内へ突出する突起（２２）が提供され、
前記環状平リングは、前記環状中空導体キャビティ（９、９’）の間に仕切り壁を形成すると共に、双方の環状中空導体キャビティ（９、９’）のための壁を形成することを特徴とする、請求項１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
請求項８から請求項１３のうちいずれか１項に記載のマイクロ波エネルギーを導入するためのデバイスを備える、内燃エンジン（２５）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、マイクロ波エネルギーをレシプロピストン内燃エンジンの燃焼室内へ導入するための方法、及び、マイクロ波エネルギーを、マイクロ波がマイクロ波窓を通って燃焼室内へ伝搬するシリンダヘッドと、燃焼室を有する少なくとも１つのシリンダとを有するレシプロピストン内燃エンジンの燃焼室内へ、導入するためのデバイスに関する。また、本発明はこのデバイスを有する内燃エンジンにも関する。
【背景技術】
【０００２】
独国特許出願公開第１０３５６９１６Ａ１号は、導入された燃料の燃料混合気をより良好に点火、燃焼させるために、内燃エンジンの燃焼室内で空間点火を発生させることを開示している。
【０００３】
従来のエンジンにおいて、点火可能な混合気は、円錐形状のシリンダヘッド内で圧縮され、点火プラグによって反応及び酸化が引き起こされる。それにより、化学酸化は、圧力及び反応の先端（薄層状の燃焼気相）として点火位置から円錐形状に広がる。圧力の先端は反応の先端よりも速く移動するため、シリンダの縁部に先に到達する。圧力の先端は、シリンダ縁部で反射され、反応の先端に向かって走る。双方の先端が合わさった場合、反応が収まり、これは効率を低下させ、汚染物質を生じさせることになる。
【０００４】
局所点火をマイクロ波による空間点火で置き換えることは、この影響を軽減する。点火の前には、混合気は、可能な限り均一に全体積にわたって励起されていなければならず、燃焼室中に分布した吸収を必要とする。そのため、材料パラメータｔａｎδ（ｔ）によって説明されるマイクロ波の吸収性能及び関連する侵入深さが重要である。
【０００５】
圧縮中には、点火される混合気の圧力及び温度に依存するイオン化が既に行われている。しかしながら、この特定の燃料分子のイオン化により、燃焼室内の点火可能な混合気によるマイクロ波の吸収率は、圧縮過程にわたって時間ベースで変動すると予想されなければならない。
【０００６】
上述の均一性は、完璧に達成することはできないので、実用上、反応の先端を外側から内側方向に走らせる必要がある。したがって、マイクロ波供給は、円筒形の燃焼室内で電場分布を発生させるよう見出されなければならず、電場分布は、外周全体に沿って均一に増加し、かつ、半径に沿って可能な限り均一に増加するか、又はより大きい半径の場合には、好ましくは、単調に増加する。電場分布の均一性は、混合気の吸収特性から可能な限り独立していなければならない。
【発明の概要】
【０００７】
そこで、本発明の目的は、可能な限り均一である燃焼空間全体における点火分布を達成すること、又は少なくとも燃焼室の縁部分において局所点火コアを発生させることである。
【０００８】
この目的は、請求項１に係る方法、及び請求項９に係るデバイス、及び請求項１５に係る内燃エンジンによって、本発明に従って達成される。更なる好ましい実施形態は、それぞれの従属請求項から導き出すことができる。
【０００９】
すなわち、本発明に係る方法は、マイクロ波がマイクロ波窓を通過した後に、燃焼室の外周に沿ってマイクロ波を走らせ、マイクロ波を燃焼室内へ半径方向に注入するものである。マイクロ波窓は、外部に対して燃焼室を封止しており、それ故、マイクロ波を封止するために使用されると共にマイクロ波の注入を容易にするものである。マイクロ波窓は、例えば、固形の温度安定材料、好ましくは、純度９９％を超えるセラミック材料、又はマイクロ波を可能な限り劣化させないために、それぞれの特性を有するマイクロ波透過性である別の固形材料から作製することができる。例えば、この用途では、サファイアガラス又は石英ガラスを使用することができる。したがって、マイクロ波は、燃焼室の周囲において１つの平面上にだけ、又は、種々の平面上に対向方向もしくは同一方向に走らせることができ、燃焼室壁を通して燃焼室内へ注入されることができる。
【００１０】
好ましくは、マイクロ波は、燃焼室の外周に配設される少なくとも１つの環状中空導体キャビティを通して燃焼室内へ注入され、中空導体キャビティは、燃焼室の方を向く少なくとも１つの出口開口部を有する。したがって、マイクロ波は、モードのリープ及び反射を回避しつつ最適な波伝導を提供する環状中空導体キャビティ内へ導入され、環状中空導体キャビティ全体の断面は、矩形、特に正方形、円形、又は楕円形とすることができる。断面は、環状中空導体キャビティにおけるフラッシュオーバーを防止するために、好ましくは正方形である。環状中空導体キャビティは、燃焼空間壁に直接隣接して、又は上述のように燃焼空間壁内に配設することができ、それにより、環状中空導体キャビティの少なくとも１つの出口開口部を通って燃焼室に向かう方向に半径方向に出て行くマイクロ波は、マイクロ波窓を通して燃焼室内へ直接注入される。したがって、少なくとも１つの出口開口部は、燃焼室の外周全体にわたって、又は、その一部分のみにわたってだけでも延在させることができる。
【００１１】
好ましくは、環状導体キャビティの端部において既に燃焼室の周りを走ったマイクロ波がマイクロ波源に戻る反射を防止するために、又は少なくとも実質的にそのような反射を軽減するために、マイクロ波は、環状中空導体キャビティの端部において所定角度で燃焼室内へ伝導される。
【００１２】
好ましくは、マイクロ波は、環状中空導体キャビティから、中空胴体キャビティ内のマイクロ波の経路の長さと共に増加するギャップであり、環状中空導体キャビティと燃焼室壁との間の円周方向のギャップを通して、又は、環状中空導体キャビティと燃焼室壁との間にマイクロ波の伝搬方向に対して垂直に配設されるギャップであり、好ましくは、環状中空導体キャビティ内のマイクロ波の経路の長さと共にサイズが増加する複数のギャップを通して、又は、それらの組み合わせを通して、導入される。これらの手段は、複数の点火コアを通して燃焼室内で空間点火を発生させるべく、十分な量のマイクロ波エネルギーを燃焼室内の最大数の場所に集中させるために使用される。
【００１３】
好ましくは、マイクロ波は、これらの周波数が燃焼空間内で所望の空間点火を発生させることが明らかになっていることから、２５ＧＨｚ〜９０ＧＨｚ、好ましくは３６ＧＨｚの周波数で導入される。
【００１４】
マイクロ波は、インパルスパケットで導入される場合が更に好ましく、インパルスパケットは、好ましくは、燃料混合気の点火が既に行われた後も維持される。したがって、燃料混合気の点火が最適化され、燃料混合気の燃焼は、点火が既に行われた後であっても更に励起され、燃焼室が既に膨張しつつあってもよい。
【００１５】
この方法の特別な利点は、マイクロ波がクランクシャフトの角度の関数として導入され、よって、点火の正確な制御を行うことができることにある。
【００１６】
マイクロ波窓を通してマイクロ波が燃焼室内へ導入されるシリンダヘッドを有する少なくとも１つのシリンダを有するレシプロピストン内燃エンジンの燃焼室内へ、マイクロ波エネルギーを導入するための本発明に係るデバイスにおいて、シリンダヘッドは、燃焼室の外周に延在すると共に、マイクロ波のための少なくとも１つの供給口と、環状中空導体キャビティと燃焼室との間に配設されるマイクロ波のための少なくとも１つの出口開口部とを有する、少なくとも１つの環状中空導体キャビティを含む。
【００１７】
好ましくは、環状導体キャビティの端部での反射を回避するために、燃焼室壁に向かう方向に、環状中空導体キャビティ及び出口開口部に対して所定角度で配置される壁が当該位置に配設される。
【００１８】
デバイスは、好ましくは、環状中空導体キャビティ内のマイクロ波の経路の長さと共にギャップのサイズが増加する、環状中空導体キャビティと燃焼室壁との間の円周方向のギャップを含むか、又は、デバイスは、好ましくは、環状中空導体キャビティ内のマイクロ波の経路の長さと共にサイズが増加し、かつ環状中空導体キャビティと燃焼室壁との間でマイクロ波の伝搬方向に対して垂直に配設される複数のギャップを含むか、又は、それらの組み合わせを含む。
【００１９】
コスト効率的な構成を有する本発明に係るデバイスを提供するために、環状中空導体キャビティは、中空導体を形成するべくチャネル上へ挿入可能なリングを有する、燃焼室の周りに延在するチャネルとして構成される。リングは、開いた側のチャネルを簡単な方法で覆い、製造を容易にする。好ましくは、リングは、燃焼室内へ延びる突起を含み、それにより、局所電場の増大がこれらの場所での点火量の増加を誘発することができる。
【００２０】
このリングは、好ましくは同一である追加の中空導体キャビティが、本発明に係るデバイスの別の好ましい実施形態によって提供され、第１の環状中空導体キャビティに隣接する場合に特に有利であり、好ましくは、追加の環状中空導体キャビティには、例えば、第１の環状中空導体キャビティの出口開口部に対してオフセットされる出口開口部が配設され、かつ、追加の環状中空導体キャビティは、好ましくは、中空導体キャビティの環状構成要素が対向方向に配向されて、第１の環状中空導体キャビティに隣接して配設される環状構成要素内に配設される。それにより、ワークピースと他方の中空導体キャビティとの間に環状仕切り板を配設することができ、該環状仕切り板は、中空導体キャビティ間に仕切り壁を形成すると共に、双方の環状中空導体キャビティのための壁を形成する。一方で、この構成によって、可能な限り多くの点火コアを発生させて空間点火を提供するために、対向するマイクロ波をそれぞれの環状中空導体キャビティ内へ注入すること、及び、出口開口部のオフセット配設を通してマイクロ波を燃焼室内へ注入することが容易になる。
【００２１】
加えて、局所電場の増大及び点火コアの発生のためのポイントを、燃焼空間内に、特に、シリンダヘッド内に配設することができる。必要であれば、本願出願人による欧州特許出願第１５１５７２９８．２号に係る少なくとも１つの追加のマイクロ波点火プラグを、シリンダヘッド内に配設することができる。
【００２２】
本発明に係る内燃エンジンは、レシプロピストン内燃エンジンとして構成され、上述の実施形態のうちの１つに係る、上述のデバイスを含む。
【００２３】
注入の数学的説明は、シリンダ座標系ｒ、φ、ｚに基づく。電気伝導境界によって画定される円筒形の空間において、外周に沿った電磁波の分布は、サイン関数又はコサイン関数によって定義され、また、半径に沿ったベッセル関数とも称される円筒関数によって定義される。電場線の配向に応じて、関連する固有モードは、ＴＥｍｎ、Ｔ又はＭｍｎモードで表される。したがって、第１の指数ｍは、方位角方向の極大の数に対応し、第２の指数ｎは、半径方向の極大の数に対応する。高い方位角方向の指数及び低い半径方向の指数を有するモードは、ウィスパリングギャラリーモードＷＧＭで表される。それらの電力は、実質的に中空円筒の縁部で振動する。半径方向の指数の増加と共に、振動電力は、燃焼室の内部へ移動する。
【００２４】
方位角方向及び時間ベースでπ／（２ｍ）だけオフセットされているものの、それ以外では同一である２つのモードの重ね合わせは、回転モードにつながる。これらは、文献において非常によく知られている。数学的に、方位角方向定在モードは、以下の式を使用して２つの対向回転モードによって表される。
0006280942.tif 000002
【００２５】
ｍ＝０の場合は、方位角方向に一定の分布である。
【００２６】
同様の式は、半径方向にも適用される。半径方向定在波を説明するベッセル関数は、内向き伝搬及び外向き伝搬のハンケル関数に分解することができる。
0006280942.tif 000003
【００２７】
式中、ｋｒは、半径方向の波数である。次式に比例する電界分布は、
0006280942.tif 000004
【００２８】
電力が螺旋形状で内向きに伝搬するモードを示している。関連する前面は、半径の減少と共にますます急になる。
【００２９】
本発明によれば、外周に沿って最大の均一性を伴う点火は、随意に、シリンダの外側部分で、又は体積全体で達成され、回転ウィスパリングギャラリーモードもしくは体積モードのいずれかが、制御された様式で燃焼空間において励起される。したがって、供給波導体、好ましくは、環状中空導体キャビティの形態の矩形の波導体が、燃焼室の周りに巻回される。理論的には、そのモードの中空導体波長を横断幾何学寸法によって変化させることができることが知られている。したがって、供給波導体及び円筒形の燃焼空間は、一実施形態において、波導体から燃焼空間内へ電力を注入するマイクロ波窓として作用する燃焼空間壁を通る周期的な開口部によって、互いに接続される。ここで、開口部の周期ｐは、次のように選択される。
0006280942.tif 000005
【００３０】
式中、ｋｌは、制御された様式で、燃焼室においてＴＥ０ｎモードを励起する、巻回した波導体におけるモードの軸方向の波数である。理想的な事例において、このモードは、一定の振幅を有する円形の内向きに走る前面を有する。供給された電力は、反対側の壁に直接到達し、そしてこの場所における、巻回した供給波導体内へ再度注入され得る。したがって、燃焼空間における該当経路長は、燃焼空間の直径に対応する。点火される混合気の吸収が悪い場合、電力の大部分が供給波導体内へ戻って注入され、マイクロ波源の方へ反射される。
【００３１】
よって、僅かに異なる開口部の周期が、本発明による代替例として選択される。したがって、前面は、傾斜している。電力は、螺旋形状で燃焼空間内へ伝搬するが、これは、長い経路長を容易にし、したがって、ｔａｎδから殆ど独立したマイクロ波電力の吸収を容易にする。開口部の幅は、燃焼室内へ注入される電力が外周に沿って一定であるように変化させる。
【００３２】
上で説明されるように、一定の位相を有する表面が半径に対して傾斜するほど、半径は小さくなる。電力が方位角の方向にだけ伝搬する半径が存在する。これは、燃焼室の内部において電場を伴わない部分となる。これは、燃焼室の中心において燃料濃度が低いときに有利である。励起したモードは、既に記載したウィスパリングギャラリーモードに対応する。この組み合わせには、巻回した波導体における波長を空間波長に対して短くしときに、特に効率的な様式で到達する。したがって、波導体には、非吸収誘電材料が充填される。
【００３３】
供給源から燃焼室への経路上で、マイクロ波は、圧力バリアとして構成される窓を乗り越えなければならない。巻回した／上反りの波導体中の誘電材料は、本発明に係るマイクロ波窓として使用することができる。
【００３４】
中空導体壁での点火を増大させることが有利であり得る。電磁波理論から、導入された誘電材料内に共振電場の増大を形成できることが知られている。これは、例えば、「点火リング」と称されるリングによって提供することができ、局所共振電場の増大はまた、燃焼室内にも到達し、この場所での点火も増大させる。
【００３５】
本発明によれば、点火リングは、追加的に、窓の機能を発揮させることができる。これらのリングが点火機能を伴わない窓としてだけ使用するものとされる場合、該リングは、好ましくは、バーの外側の空間に配設される。これは、縁部においていかなる電場の増大ももたらさない。
【００３６】
強力な電場の増大は、中心における同時かつ比較的弱い電場の励起にて縁部において得ることができ、体積モードへもＷＧＭへも注入が行われるように注入周期が選択される。これは、縁部分における電場の増大をもたらす。
【００３７】
燃焼室の縁部での電場の励起はまた、時間に基づいて制御することもできる。最初に、周波数が選択され、その周波数で、供給波導体によって、燃焼室全体を励起する体積モードへの注入が行われる。その後に、点火ＷＧＭへの注入が行われるように、周波数を変化させることができる。
【００３８】
巻回した波導体の端部には、４５°の角度に傾斜され、偏波を回転させるプレートを配設することができる。よって、巻回した導体の端部に到達するマイクロ波電力は、回転された偏波で反射される。よって、９０°回転させた偏波で燃焼空間内へ注入される電力は、前方方向に注入される電力を阻害しない。
【００３９】
いくつかの応用例では、シリンダヘッドの斜面において局所的に点火を増大させることが必要となり得る。電磁波の理論から、局所電場の増大が、好ましくは、導電先端部で起こることがよく知られている。これらの導電先端部がエンジン内の異なる場所（シリンダヘッド）に配設されたときに、局所電場の増大、したがって、局所点火が得られる。
【００４０】
したがって、本方法及び燃焼エンジンは、燃焼室内の燃料混合気の空間点火の開始の正確な制御を容易にし、よって、燃料の最適な低排出燃焼が達成され、従来のレシプロピストン内燃エンジンと比較して効率が高められる。一般的に、本発明は、希薄燃料混合気の確実な点火を容易にし、点火を達成するための追加的な濃縮を必要とせず、より少ない燃料消費につながる。排出物及びそれらの発生は、燃焼温度及び空気と燃料との混合比によって制御することができる。本発明による燃焼は、従来の点火の場合よりも急速に起こる。これは、「より低温」での燃焼を生じさせるため、効率が増加する。更には、原則としてより低温での燃焼過程により、より少ない汚染物質の排出を達成することができる。より低温での燃焼は、排気ガス中のＮＯの濃度を低減させる。空間点火により、燃焼過程は、従来の燃焼とは異なって、拡散炎の形態での燃焼の進行への依存が大幅に低くなる。これは、追加的な熱損失を回避することを助け、効率の増加を達成する。燃焼室の、及び酸化部分における空気の加熱段階は、このタイプの燃焼には提供されない。
【００４１】
続いて、本発明は、概略図を参照して更に詳細に説明することができる。本発明の追加的な特徴は、特許請求の範囲及び添付図面と組み合わせて、以降の説明から導き出すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１Ａ】一定のスロットを有するリングインジェクションを伴うシリンダヘッドを示す斜視図である。
【図１Ｂ】一定のスロットを有するリングインジェクションを伴うシリンダヘッドを示す上面図である。
【図１Ｃ】一定のスロットを有するリングインジェクションを伴うシリンダヘッドを示す断面図である。
【図２Ａ】経路にわたってギャップのサイズが増加する燃焼室内への環状ギャップを有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す斜視図である。
【図２Ｂ】経路にわたってギャップのサイズが増加する燃焼室内への環状ギャップを有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す上面図である。
【図２Ｃ】経路にわたってギャップのサイズが増加する燃焼室内への環状ギャップを有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す断面図である。
【図３Ａ】燃焼室内への複数の開口部を有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す斜視図である。
【図３Ｂ】燃焼室内への複数の開口部を有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す上面図である。
【図３Ｃ】燃焼室内への複数の開口部を有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す第１の断面図であり、内燃エンジンの詳細も示している。
【図３Ｄ】燃焼室内への複数の開口部を有するリングインジェクションを有するシリンダヘッドを示す第１の断面図に対して９０°オフセットした第２の断面図であり、断面図はまた、内燃エンジンの詳細も示している。
【図４Ａ】図３に係るリングインジェクションの対向部品を示す斜視図である。
【図４Ｂ】図３に係るリングインジェクションの対向部品を示す上面図である。
【図４Ｃ】図３に係るリングインジェクションの対向部品を示す、線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図４Ｄ】図３に係るリングインジェクションの対向部品を示す、線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図５Ａ】挿入されたカバーリングによって、拡大開口部を有する環状中空導体キャビティが形成される、図２に係るシリンダヘッドを示す斜視図である。
【図５Ｂ】挿入されたカバーリングによって、拡大開口部を有する環状中空導体キャビティが形成される、図２に係るシリンダヘッドを示す上面図である。
【図５Ｃ】挿入されたカバーリングによって、拡大開口部を有する環状中空導体キャビティが形成される、図２に係るシリンダヘッドを示す断面図である。
【図６Ａ】追加的な突起を有する環状中空導体キャビティを形成するためのカバーリングを示す斜視図である。
【図６Ｂ】追加的な突起を有する環状中空導体キャビティを形成するためのカバーリングを示す上面図である。
【図７Ａ】組み合わせた状態での図３及び図４に係るシリンダヘッドを示す斜視図である。
【図７Ｂ】組み合わせた状態での図３及び図４に係るシリンダヘッドを示す上面図である。
【図７Ｃ】組み合わせた状態での図３及び図４に係るシリンダヘッドを示す、線Ａ−Ａに沿った断面図である。
【図７Ｄ】組み合わせた状態での図３及び図４に係るシリンダヘッドを示す、線Ｂ−Ｂに沿った断面図である。
【図８】図３に係る実施形態において、リングインジェクションを有するシリンダを有する内燃エンジンの細部を通る断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４３】
続いて説明される図において、本発明を、種々の実施形態に基づいて例示的な様式で示す。個々の図面における同一の又は類似する要素には、同じ参照番号が付されている。
【００４４】
図１Ａは、上反り燃焼室２を含む、金属から作製されるシリンダヘッド１の斜視図を示す。この実施形態において、複数の貫通孔３は、燃焼室２内へつながり、貫通孔は燃焼室２の中心に配設され、燃料混合気はこの貫通孔を通して導入することができる。排気ガスは、このタイプのエンジンに典型的な様式で放出される。給気バルブ又は排気バルブは、一般的な様式でシリンダヘッド１に配設することができる。この実施形態は、必要であれば追加の点火プラグを挿入することができる、追加の貫通孔４を含む。十分なマイクロ波エネルギーが導入され、それにより燃焼室２において空間点火が達成されるのであれば、この貫通孔は、省略することもできる。シリンダヘッド１は、シリンダの外側に配設される空間から燃焼室２を分離するために、その外周又はその前部に図７において例示的な様式で示すマイクロ波窓６が配設される開口部５を含み、よって、いかなるガスも、この経路を通って、図７で示されるマイクロ波供給装置内へ再度移動することができない。開口部５は、キャビティ８の端部であり、該キャビティは、燃焼室２の周りに延在する環状キャビティ９につながる。図面から明らかなように、環状キャビティ９は、シリンダヘッド１内にチャネルとして構成され、該チャネルは図５及び図６を参照して下で示されるリング１７、１７’を使用することによって、環状中空導体キャビティになる。したがって、このキャビティは、環状キャビティ９として開いた実例で、及び環状中空導体キャビティ９としての閉じた実例で示される。燃焼室２を包囲するバー１０は、燃焼室２に向かって環状導体９の壁を形成する。バー１０は、中空導体キャビティ９の端部に開口部１１を含み、該開口部は、環状キャビティ９と燃焼室２とを接続する。加えて、環状キャビティ９の端部に配設される面壁１２は、所定の傾斜角度で構成され、それにより、環状キャビティ９内に延在するマイクロ波は所定角度で面壁１２に衝突し、それにより、マイクロ波は、環状キャビティ９において反射されないか、又は少ない程度で反射される。代わりに、環状キャビティ９を通って走るマイクロ波は、開口部１１から燃焼室内へ出ることができる。図１で示される実施形態において、壁形成バー１０は、チャネル形状の環状キャビティ９の周りの円周方向の外壁１３よりも低い、連続して一定の高さを有する。図１Ｃから特に明らかなように、環状キャビティ９は、シリンダヘッド１のより大きい凹部１４内に配設され、よって、該凹部は、円周方向の肩部１５を形成し、また、部分１５’内へも延在し、該部分は、面壁１２と偏向壁１６との間に延在し、該偏向壁は、マイクロ波が環状キャビティ９内へ入った後にマイクロ波を偏向させる。環状中空導体キャビティを形成するために、環状キャビティ９は、平リング１７（図５）によって覆われる。この平リング及び壁を形成する円周方向のバー１０の上縁部は、ギャップを作り出し、該ギャップを通して、マイクロ波は、環状中空導体キャビティ９を通って円周方向に走っている間に、燃焼室２内へ伝搬することができる。この部分は、図１Ｃにおいて参照番号１８で示される。
【００４５】
図２は、図１に対応するが、壁形成バー１０が連続的であることが異なり、これは、面壁１２の近位にあるその端部にはいかなる別個の開口部もないことを意味する。したがって、バーの高さは、偏向壁１６での環状キャビティ９の始まりから、面壁１２の終端部まで、連続的に減少する。また、ここでは、図５又は図６で示される平リング１７、１７’によっても、環状中空導体キャビティ９が形成される。
【００４６】
図３による実施形態では、単一の壁形成バーの代わりに、それらの間に配設される出口開口部２０を有する複数の個々のバー１９が提供される。この実施形態において、個々のバー１９は、一定の高さ及び一定の距離を有する。しかしながら、この距離は、環状キャビティ９の長さと共に変化させることができる。この実施形態において、追加の点火プラグのための貫通孔は示されていない。図１Ｂは、環状キャビティ９につながるキャビティ８を示す。また、ここでは、図５によるリング１７又は図６によるリング１７’を適用することによって、環状中空導体キャビティも形成される。図３Ｃ及び図３Ｄにおいて、図３Ａ及び図３Ｂに示される要素は、それらが可視的である限り、断面で示される。
【００４７】
図４は、シリンダヘッドの対向部品１’を示し、該対向部品は、本質的に図３のシリンダヘッド１に従って構成されるが、燃焼室２を拡大するための貫通開口部２１及びこの図に示されていないレシプロピストン内燃エンジンのピストンの貫通部を有するリングとして対向部品が構成される点が異なる。この環状キャビティは、ここでは、９’として示される。このシリンダヘッドの対向部品１’は、図３によるシリンダヘッド１に対向方向に取り付けることができ、これは、対向するバー１９が互いに向かって配向されることを意味し、図３Ｃ及び３Ｄによる凹部１４に、図５のリング１７又は図６のリング１７’を仕切りとして挿入することができる。それぞれのリング１７又は１７’は、シリンダヘッド１に、更にはシリンダヘッドの対向部品内に環状中空導体キャビティを形成する。それぞれのリング１７又は１７’は、凹部１４の肩部１５に接触する。この凹部は、シリンダヘッドの対向部品１’では省略されている。
【００４８】
図５は、壁形成バー１０を有する図２に係るシリンダヘッド１を示し、該壁形成バーの高さは環状キャビティ９の長さと共に減少し、挿入される平リング１７を有する環状中空導体キャビティ９’を形成する。
【００４９】
図６は、点火突起２２を有するリング１７’の構成を示し、該点火突起は、リングの中心点に向かう方向に配向され、局所電場の増大を発生させる。
【００５０】
図７は、個々のバー１９を有する図３及び図４のシリンダヘッド対向部品１’を有するシリンダヘッド１、及びシリンダヘッド１又はシリンダヘッド対向部品１’においてそれぞれの環状中空導体キャビティ９、９’を分割するための図５のリングとの組み合わせ体を示す。シリンダヘッド１及びシリンダヘッド部品１’において、それぞれのマイクロ波供給装置７は、中空キャビティ８の開口部５内への進入路の前方にマイクロ波窓６を含んで示される。この実施形態において、シリンダヘッド１及びシリンダヘッド対向部品１’は、マイクロ波供給装置７が互いに正確に対向して配設されるように互いに配設される。それぞれの用途の要件に応じて、回転による別の配設を選択することも、もちろん可能である。
【００５１】
図８は、シリンダヘッド１を有し、ピストン２４が可動なシリンダ２３を有するレシプロピストン内燃エンジン２５の詳細を概略的に示し、該シリンダヘッドには、図３に係る個々のバー１９を有する環状キャビティ９が、マイクロ波リング注入のために配設される。この図はまた、図７に示されるマイクロ波窓６を有するマイクロ波供給装置７も示す。
【００５２】
上述のように、それぞれの実施形態の個々の特徴は、それが有用であれば、別の実施形態の他の特徴と組み合わせることができる。図面から明らかなように、シリンダヘッド１は、簡単な様式で製作することができる構成要素であり、環状中空導体キャビティ９は、それぞれのリング１７又は１７’を挿入することによって形成される。それぞれのリング１７又は１７’は、シリンダヘッド対向部品１’のための仕切り壁として使用される。
【００５３】
シリンダヘッド１は、典型的な材料、一般的には金属から作製され、該材料は、用途に従って選択することができる。例えば、図示されている中空導体キャビティのマイクロ波のための境界は、金属から確実に作製され、例えば高電気伝導材料で被覆した表面によって伝導性を最適化するために、追加的な手段をとることができる。
【図１Ａ】
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【図１Ｂ】
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【図１Ｃ】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図３Ｃ】
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【図３Ｄ】
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【図４Ａ】
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【図４Ｂ】
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【図４Ｃ】
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【図４Ｄ】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図６Ａ】
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【図６Ｂ】
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【図７Ａ】
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【図７Ｂ】
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【図７Ｃ】
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【図７Ｄ】
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【図８】
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