(57)【要約】【課題】低電力で放電が可能な内燃機関の点火装置を提供する。【解決手段】内燃機関の点火装置３０は、制御装置３１と、マイクロ波発生電源３２と、マイクロ波伝送路３３と、マイクロ波放射器３４と、を備えている。マイクロ波放射器３４は、柱状の内側導体３６と、内側導体３６の外側に同軸状に設けられた筒状の外側導体３５と、を備えている。マイクロ波放射器３４の先端部３４ａが内燃機関の燃焼室に臨む状態で、マイクロ波放射器３４がシリンダヘッドに配置されている。マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ側には、マイクロ波によるプラズマ放電を発生させる間隙３８が形成されている。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関の点火装置であって、
電磁波を発生させる電磁波発生電源と、
柱状の内側導体および前記内側導体の外側に同軸状に設けられた筒状の外側導体を備え、一端が前記燃焼室内に臨む状態で配置されて、前記電磁波発生電源にて発生した電磁波を、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播させて前記燃焼室内に放射する電磁波放射器と、
を備え、
前記電磁波放射器には、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播してきた電磁波を前記外側導体の内側に反射させる部材と、電磁波によるプラズマ放電を発生させる間隙とが、前記燃焼室内に臨む一端側に形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項２】
請求項１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記燃焼室内に臨む一端側において、前記内側導体と前記外側導体とが接続されており、前記間隙は前記外側導体に形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項３】
請求項２に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記外側導体には、周方向に沿って前記間隙が複数形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項４】
請求項１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記電磁波放射器は、前記燃焼室内に臨む一端側において、前記内側導体と前記外側導体とを接続する接続部を有し、
前記間隙は前記接続部に形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記燃焼室内に臨む一端側において、前記内側導体および前記外側導体のうち少なくとも一方には、他方に対向する突起部が設けられており、前記突起部と他方との間で前記間隙を形成して、電磁波によるプラズマ放電を発生させる、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項６】
請求項１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記燃焼室内に臨む一端側において前記外側導体は開放されており、前記間隙は前記外側導体に形成されている、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【請求項７】
燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関の点火装置であって、
電磁波を発生させる電磁波発生電源と、
柱状の内側導体および前記内側導体の外側に同軸状に設けられた筒状の外側導体を備え、一端が前記燃焼室内に臨む状態で配置されて、前記電磁波発生電源にて発生した電磁波を、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播させて前記燃焼室内に放射する電磁波放射器と、
を備え、
前記電磁波放射器には、前記燃焼室に臨む一端側に、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播してきた電磁波を前記外側導体の内側に反射させる部材が形成されており、
前記外側導体には、前記燃焼室内に臨む一端側に、混合気を前記燃焼室から前記外側導体内に導入するための第１の間隙が形成されており、
前記内側導体には、前記燃焼室内に臨む一端側に、電磁波によるプラズマ放電を発生させる第２の間隙が形成されており、
前記第２の間隙にて発生したプラズマ放電によって前記外側導体内の混合気の温度を上昇させて、前記第１の間隙から前記燃焼室に噴出させる、
ことを特徴とする内燃機関の点火装置。
【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関し、特に、電磁波を利用して燃焼室内の混合気の点火を行う点火装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関の点火装置として、下記の特許文献１にはマイクロ波を利用した点火装置が開示されている。図１２を参照して、特許文献１に記載の内燃機関の点火装置について説明する。図１２は、従来技術に係る内燃機関の点火装置の概略構成を示す図である。点火装置１０１において、同軸的な共振器（同軸線路）１０３は、外側導体１０４と内側導体１０５とによって構成されている。内側導体１０５の一端部に設けられた結合箇所１０７には、供給線路１０８が同軸的に結合されている。マイクロ波発生電源によって発生させた例えばマイクロ波などの電磁波が、供給線路１０８を介して共振器１０３に供給される。一方、共振器１０３の開放した内側導体１０５の他端部１０５ａは内燃機関の燃焼室内に突出しており、他端部１０５ａが点火ピンとして燃焼室内の混合気の点火を行う。
【０００３】
また、下記の特許文献２には、内側導体が外側導体よりも内燃機関の燃焼室内に突出した点火装置が開示されている。
【０００４】
また、下記の特許文献３には、内部に放電空間が形成された放電容器を備えた放電ランプが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−８７４９８号公報
【特許文献２】特開２０１０−９６１０９号公報
【特許文献３】特開２００７−１１５５３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記の特許文献１，２に記載の点火装置は、マイクロ波を燃焼室内に効率良く供給することを目的としている。そのため、点火装置の終端部では、外側導体と内側導体とが一定の距離を隔てて設けられており、また、内側導体が外側導体よりも内燃機関の燃焼室内に突出している。このような点火装置では、外側導体と内側導体との間の距離が長くなるため、放電（点火）に際しては、大きな電力を供給する必要があったり、ＤＣ放電によるアシストが必要となったりする場合がある。
【０００７】
また、特許文献３に記載の点火装置は、点光源を形成することを目的としており、広域放電には適応していない。
【０００８】
本発明の目的は、低電力で放電が可能な内燃機関の点火装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関の点火装置であって、電磁波を発生させる電磁波発生電源と、柱状の内側導体および前記内側導体の外側に同軸状に設けられた筒状の外側導体を備え、一端が前記燃焼室内に臨む状態で配置されて、前記電磁波発生電源にて発生した電磁波を、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播させて前記燃焼室内に放射する電磁波放射器と、を備え、前記電磁波放射器には、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播してきた電磁波を前記外側導体の内側に反射させる部材と、電磁波によるプラズマ放電を発生させる間隙とが、前記燃焼室内に臨む一端側に形成されている、ことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係る内燃機関の点火装置であって、前記燃焼室内に臨む一端側において、前記内側導体と前記外側導体とが接続されており、前記間隙は前記外側導体に形成されている、ことを特徴とする。
【００１１】
また、本発明に係る内燃機関の点火装置であって、前記外側導体には、周方向に沿って前記間隙が複数形成されている、ことを特徴とする。
【００１２】
また、本発明に係る内燃機関の点火装置であって、前記電磁波放射器は、前記燃焼室内に臨む一端側において、前記内側導体と前記外側導体とを接続する接続部を有し、前記間隙は前記接続部に形成されている、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本発明に係る内燃機関の点火装置であって、前記燃焼室内に臨む一端側において、前記内側導体および前記外側導体のうち少なくとも一方には、他方に対向する突起部が設けられており、前記突起部と他方との間で前記間隙を形成して、電磁波によるプラズマ放電を発生させる、ことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明に係る内燃機関の点火装置であって、前記燃焼室内に臨む一端側において前記外側導体は開放されており、前記間隙は前記外側導体に形成されている、ことを特徴とする。
【００１５】
また、本発明は、燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関の点火装置であって、電磁波を発生させる電磁波発生電源と、柱状の内側導体および前記内側導体の外側に同軸状に設けられた筒状の外側導体を備え、一端が前記燃焼室内に臨む状態で配置されて、前記電磁波発生電源にて発生した電磁波を、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播させて前記燃焼室内に放射する電磁波放射器と、を備え、前記電磁波放射器には、前記燃焼室に臨む一端側に、前記内側導体と前記外側導体との間を伝播してきた電磁波を前記外側導体の内側に反射させる部材が形成されており、前記外側導体には、前記燃焼室内に臨む一端側に、混合気を前記燃焼室から前記外側導体内に導入するための第１の間隙が形成されており、前記内側導体には、前記燃焼室内に臨む一端側に、電磁波によるプラズマ放電を発生させる第２の間隙が形成されており、前記第２の間隙にて発生したプラズマ放電によって前記外側導体内の混合気の温度を上昇させて、前記第１の間隙から前記燃焼室に噴出させる、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によると、電磁波放射器の燃焼室内に臨む一端側に、電磁波を外側導体の内側に反射させる部材と、電磁波によるプラズマ放電を発生させる間隙とが形成されているため、ＤＣ放電などを用いずに又は低いＤＣ電力で、プラズマ放電を発生させて燃焼室内の混合気の点火を行うことが可能となる。すなわち、内側導体と外側導体との間を伝播してきた電磁波は、燃焼室内に臨む一端側で内側に反射される。このような状態の中で、電磁波放射器の燃焼室内に臨む一端側に間隙を設けることが、本発明の主たる構成である。このように電磁波が電磁波放射器の外側に放射され難い系に間隙を設けると、間隙での電磁波のエネルギー密度が容易に高まり、高電界部が形成される。その電界は電磁波の電力の増加に伴って増加することになるが、電界が雰囲気の絶縁破壊電界を超えると、プラズマ放電が生じる。本発明では、供給された電磁波が燃焼室内に放射されることがほとんど無いため、より小さい電力でプラズマ放電を誘起することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。
【図２】本発明の実施形態に係る点火装置のマイクロ波放射器を示す断面図である。
【図３】本発明の実施形態に係る点火装置のマイクロ波放射器を示す側面図である。
【図４】本発明の実施形態に係る点火装置のマイクロ波放射器を示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態に係るマイクロ波放射器によって形成される電界分布を示す図である。
【図６】マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。
【図７】マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。
【図８】マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。
【図９】マイクロ波放射器の他の構成例を示す正面図である。
【図１０】マイクロ波放射器の他の構成例によって形成される電界分布を示す図である。
【図１１】マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。
【図１２】従来技術に係る内燃機関の点火装置の概略構成を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
図１から図３を参照して、本発明の実施形態に係る内燃機関の点火装置について説明する。図１は、本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。図２は、本発明の実施形態に係る点火装置のマイクロ波放射器を示す断面図である。図３は、本発明の実施形態に係る点火装置のマイクロ波放射器を示す側面図である。本実施形態に係る内燃機関の点火装置は、マイクロ波を利用して内燃機関の燃焼室内の混合気の点火を行う。
【００１９】
図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダヘッド１１と、シリンダ１２と、シリンダ１２及びピストン１３により形成される燃焼室１４と、シリンダヘッド１１に設けられた吸気口１５を開閉する吸気弁１６と、シリンダヘッド１１に設けられた排気口１７を開閉する排気弁１８と、燃料噴射弁１９と、を備えている。吸気行程においては、吸気弁１６が開きピストン１３が下降することで吸気口１５から燃焼室１４内に吸気ガスが導入される。図１に示す内燃機関１０では、燃料噴射弁１９が吸気口１５に臨む状態で配置され、ここから燃料が吸気口１５に噴射されるため、燃焼室１４内には混合気が導入される。圧縮行程においては、吸気弁１６が閉じてピストン１３の上昇により混合気が圧縮される。本実施形態に係る点火装置３０は、燃焼室１４を臨む一端側に狭い間隙を設けて、強いマイクロ波電界を誘起して放電を形成することで、燃焼室１４内の圧縮混合気の点火を行う。これにより、ピストン１３が押し下げられ図示しないクランク軸に回転力が発生する。燃焼後のガスは、排気行程において排気弁１８が開きピストン１３が上昇することで、排気口１７へ排出される。
【００２０】
図１に示すように、本実施形態に係る点火装置３０は、制御装置３１と、マイクロ波発生電源３２と、マイクロ波伝送路３３と、マイクロ波放射器３４と、を備えている。
【００２１】
マイクロ波発生電源３２は、例えばマグネトロンや進行波増幅管や固体発振素子により構成することができ、マイクロ波などの電磁波を発生させる。なお、マイクロ波発生電源３２が、電磁波発生電源の一例に相当する。制御装置３１は、マイクロ波発生電源３２が発生させるマイクロ波のパルスの高さ及び幅のいずれか１つ以上を制御することで、その出力（電力）を制御する。マイクロ波発生電源３２は、燃焼室１４内の混合気の点火を行うタイミングでマイクロ波パルスを出力し、この出力されたマイクロ波パルスはマイクロ波伝送路３３を伝播する。
【００２２】
マイクロ波伝送路３３は、シリンダヘッド１１の内部を通ってその端部が燃焼室１４に臨んでいる。マイクロ波伝送路３３の端部には、マイクロ波発生電源３２にて発生しマイクロ波伝送路３３を伝播したマイクロ波などの電磁波を放射するマイクロ波放射器３４が設けられている。マイクロ波伝送路３３は、例えば同軸ケーブルや導波管により構成することができる。このように、マイクロ波放射器３４が燃焼室１４に臨む状態でシリンダヘッド１１に配置されていることで、マイクロ波放射器３４から燃焼室１４内にマイクロ波などの電磁波が放射される。すなわち、所定の部位において放電を生起し、燃焼室１４内の混合気に点火する。図１に示す例では、マイクロ波放射器３４が燃焼室１４の上面の中央部に配置されている場合を示している。なお、マイクロ波放射器３４が、電磁波放射器の一例に相当する。
【００２３】
次に、図２及び図３を参照してマイクロ波放射器３４について説明する。マイクロ波放射器３４は、外側導体３５と内側導体３６とによって構成された同軸構造を有する。外側導体３５は筒状の形状を有し、接地されている。内側導体３６は柱状の形状を有し、外側導体３５の中心軸に沿って外側導体３５内に配置されている。外側導体３５と内側導体３６とは、一定の間隔Ｌを隔てて配置されている。外側導体３５と内側導体３６との間には、空洞部３７が形成されている。空洞部３７には、固体状の誘電体が設置されていてもよい。マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ（終端部）の反対側において、マイクロ波伝送路３３が内側導体３６に接続されている。マイクロ波発生電源３２により発生させたマイクロ波などの電磁波が、マイクロ波伝送路３３を介してマイクロ波放射器３４に供給される。マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ（終端部）が内燃機関１０の燃焼室１４に臨む状態で、マイクロ波放射器３４がシリンダヘッド１１に配置される。マイクロ波伝送路３３を介してマイクロ波放射器３４に供給されたマイクロ波などの電磁波は、外側導体３５と内側導体３６との間を伝播し、その一部が燃焼室１４内に放射される。そして、燃焼室１４を臨む一端側に狭い間隙を設けて、強いマイクロ波電界を誘起して放電を形成する。
【００２４】
また、外側導体３５と内側導体３６とは、マイクロ波発生電源３２の出力インピーダンスと整合を図るために必要な間隔Ｌを隔てて配置されている。外側導体３５と内側導体３６との間（空洞部３７）に配置される誘電体の誘電率に依存するが、外側導体３５と内側導体３６との間の間隔Ｌは、一例として数ｍｍ程度（例えば３ｍｍ〜１０ｍｍ程度）となっている。
【００２５】
また、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ側において、空洞部３７に連通する間隙３８がマイクロ波放射器３４の側面に形成されている。一例として、先端部３４ａ（終端部）が、内側導体３６と外側導体３５とを接続する接続部に相当し、間隙３８は、外側導体３５の側面に形成されている。すなわち、内側導体３６と外側導体３５とは、先端部３４ａ（終端部）で接続されており、外側導体３５に間隙３８が形成されている。内側導体３６と外側導体３５とを先端部３４ａで接続すると、外側導体３５と内側導体３６との間を伝播してきたマイクロ波などの電磁波は、燃焼室１４内に放射されず、先端部３４ａにおいて外側導体３５の内側に反射されることになる。そのような状態の中で、小さな間隙３８を設けることが、本実施形態に係るマイクロ波放射器３４の主たる構成である。間隙３８を設けることにより、内側導体３６と外側導体３５との間を伝播するマイクロ波は、その一部が燃焼室１４内に放射されるが、そのほとんどが先端部３４ａで反射される状況に変わりはない。マイクロ波放射器３４の外側にマイクロ波が放射されない系に小さな間隙３８を設けると、間隙３８でのマイクロ波のエネルギー密度が高まり、高電界部が形成される。その電界はマイクロ波の電力の増加によって増加することになるが、その電界が雰囲気の絶縁破壊電界を超えると、プラズマ放電が生じる。本実施形態では、供給されたマイクロ波が燃焼室１４内に放射されることがほとんどないため、より小さな電力でプラズマ放電を誘起することが可能となる。以上のように、間隙３８の軸方向の幅Ｄは、マイクロ波のエネルギー密度を高めて、マイクロ波によるプラズマ放電の発生が可能な幅となっている。間隙３８の軸方向の幅Ｄは、一例として０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度であることが好ましい。図３に示す例においては、外側導体３５の側面には、周方向に沿って部分的に軸方向の幅が異なる間隙が形成されており、その間隙において軸方向の幅が幅Ｄとなっている箇所が、上述の間隙３８に相当する。このように、幅Ｄを有する複数の間隙３８が、外側導体３５の側面において周方向に沿って互いに所定距離を隔てた箇所に形成されていてもよい。すなわち、周方向に沿って部分的に幅Ｄを有する間隙３８が形成されていてもよい。
【００２６】
本実施形態においては、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ側において、外側導体３５及び内側導体３６のうち少なくとも一方に、他方に対向する突起部が設けられており、突起部と他方との間で間隙３８が形成されている。図２及び図３に示す例では、内側導体３６の先端部３４ａ側に、外側導体３５に対向する突起部３６ａが設けられており、その突起部３６ａと外側導体３５との間に間隙３８が形成されている。
【００２７】
以上のように、間隙３８の軸方向の幅Ｄを、外側導体３５と内側導体３６との間の間隔Ｌよりも短くすることにより、マイクロ波などの電磁波の供給に伴って間隙３８に高い電界が生じやすくなる。一例として、間隙３８の軸方向の幅Ｄを０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度にすることにより、間隙３８に高い電界が生じて絶縁破壊が生じ、その結果、マイクロ波によるプラズマ放電が間隙３８にて発生する。間隙３８にて発生したプラズマ放電によって、燃焼室１４内の混合気の点火を行うことが可能となる。このように間隙３８によってプラズマ放電を発生させることができるため、従来技術と比べて大きな電力を供給しなくてもプラズマ放電を発生させることが可能となる。また、ＤＣ放電によるアシストが不要となり、又は、ＤＣ放電の低電力化が可能となる。そのため、本実施形態に係るマイクロ波放射器３４によると、従来技術よりも低電力でプラズマ放電を発生させて、燃焼室１４内の混合気の点火を行うことが可能となる。従来技術においては、図１２に示すように、内側導体１０５と外側導体１０４とはその間隔Ｌを変えることなく、内側導体１０５が外側導体１０４に対して外側に突出している。そのような構造では、内側導体１０５と外側導体１０４との間を伝播するマイクロ波は、先端部（終端部）で反射されるのはその一部であり、多くは燃焼室内に放射される。このような従来技術に係る構成では、本実施形態に係るマイクロ波放射器３４と比較して、先端部での電界はより低くならざるを得ない。そのため、従来技術においては、放電（点火）時にＤＣ放電によるアシストが必要になったり、より大きな電力が必要になったりする。
【００２８】
また、本実施形態に係るマイクロ波放射器３４によると、間隙３８によって従来技術よりも低電力で放電塊を生成することが可能となる。そのことにより、火炎伝播が促進されて、希薄燃焼限界を向上させることが可能となる。その結果、燃焼効率を向上させることが可能となる。
【００２９】
次に、図４及び図５を参照して、マイクロ波放射器３４の具体例について説明する。図４は、本発明の実施形態に係る点火装置のマイクロ波放射器を示す断面図である。図５は、本発明の実施形態に係るマイクロ波放射器によって形成される電界分布を示す図である。ただし、以下に説明するマイクロ波の周波数及びマイクロ波放射器３４の寸法は一例であり、本発明はこの例に限定されない。また、以下に説明する条件を必ずしも満たさなくても、間隙３８にてプラズマ放電を発生させることができる。
【００３０】
図４に示すように、外側導体３５の内径φ１を６ｍｍとし、内側導体３６の直径φ２を２．５ｍｍとした。また、外側導体３５の側面に周方向に沿って１２箇所に間隙３８を設けた。間隙３８の軸方向の幅Ｄを０．５ｍｍとした。なお、図４及び図５においては、間隙３８及び間隙３８の周囲に形成される電界分布を分かりやすく説明するために、間隙３８を拡大して示している。また、固体状の誘電体３９を空洞部３７に設けた。誘電体３９の比誘電率は１．２５である。そして、マイクロ波発生電源３２によって１Ｗで２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させて、内側導体３６に供給した。
【００３１】
図５（ａ），（ｂ）に、電界分布の一例を示す。ここで、この例においては、間隙３８は、所定間隔をおいて軸方向の幅Ｄの部分を設けたものである。図５（ｂ）は、図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。電界分布は、間隙３８において最も高く（高電界域）、周囲へ向かうほど低くなっている（低電界域）。例えば間隙３８において、電界の最大値が１Ｗ供給時に３２０００Ｖ／ｍとなった。このように、間隙３８において電界強度を高めることができるため、間隙３８にてプラズマ放電を発生させることが可能となる。そのため、燃焼室１４内の混合気の点火を行うことが可能となる。従来技術と比べて大きな電力を供給せずに、また、ＤＣ放電によるアシストを用いずに又は低いＤＣ電力で、プラズマ放電を発生させることができるため、従来技術よりも低電力でプラズマ放電を発生させて、燃焼室１４内の混合気の点火を行うことが可能となる。
【００３２】
次に、図６を参照して、本実施形態に係るマイクロ波放射器の他の構成例について説明する。図６は、マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。図６に示すマイクロ波放射器３４においては、外側導体３５と内側導体３６との間の空洞部３７に、固体状の誘電体３９が配置されている。例えば、間隙３８にも誘電体３９が配置されている。このように誘電体３９を配置することにより、マイクロ波放射器３４の側面（間隙３８に存在する誘電体３９の表面上）でプラズマ放電が発生する。そのことにより、より低電力でプラズマ放電を発生させることが可能となる。
【００３３】
次に、図７を参照して、本実施形態に係るマイクロ波放射器の他の構成例について説明する。図７は、マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。図７に示すマイクロ波放射器３４においては、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ（終端部）が開放している。すなわち、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ側において、外側導体３５が開放している。さらに換言すると、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ（終端部）では、内側導体３６と外側導体３５とはその間隔Ｌを変えることが無い状態で、ともに先端部３４ａに達している。さらに、内側導体３６と外側導体３５とは、先端部３４ａにおいて接続されていない。このように、外側導体３５と内側導体３６とは間隔Ｌを隔てて配置されており、一例として、外側導体３５と内側導体３６との間には固体状の誘電体３９が配置されている。また、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａ側において、外側導体３５の側面に周方向に沿って複数の間隙３８が形成されている。このように、マイクロ波放射器３４の先端部３４ａを開放した場合であっても、図２に示すように先端部３４ａで内側導体３６と外側導体３５とが接続している場合と同様に、主たるマイクロ波は先端部３４ａで反射され、燃焼室１４に放射されるのはわずかである。その結果、外側導体３５に間隙３８を設けると、間隙３８で高電界が生じるため、低電力でプラズマ放電を誘起することが可能となる。
【００３４】
次に、図８から図１０を参照して、本実施形態に係るマイクロ波放射器の他の構成例について説明する。図８は、マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。図９は、マイクロ波放射器の他の構成を示す正面図である。図１０は、マイクロ波放射器の他の構成例における電界分布を示す図である。
【００３５】
図８に示すマイクロ波放射器５０は、上述したマイクロ波放射器３４と同様に、外側導体３５と内側導体３６とによって構成された同軸構造を有する。マイクロ波放射器５０の先端部５０ａ（終端部）が内燃機関１０の燃焼室１４に臨む状態で、マイクロ波放射器５０がシリンダヘッド１１に配置される。上述したマイクロ波放射器３４においては、マイクロ波放射器３４の側面に間隙３８が形成されている。これに対してマイクロ波放射器５０においては、マイクロ波放射器５０の先端部５０ａに、空洞部３７に連通する間隙５１が形成されている。一例として、先端部５０ａが、内側導体３６と外側導体３５とを接続する接続部に相当し、間隙５１は先端部５０ａに形成されている。すなわち、図２に示す構成と同様に、内側導体３６と外側導体３５とは先端部５０ａ（終端部）で接続されており、先端部５０ａ（接続部）に間隙５１が形成されている。内側導体３６と外側導体３５とを先端部５０ａで接続すると、外側導体３５と内側導体３６との間を伝播してきたマイクロ波などの電磁波は、燃焼室１４内に放射されず、先端部５０ａにおいて外側導体３５の内側に反射されこととなる。そのような状態の中で、小さな間隙５１を設けることが、本実施形態に係るマイクロ波放射器５０の主たる構成である。間隙５１を設けることにより、内側導体３６と外側導体３５との間を伝播するマイクロ波は、その一部が燃焼室１４内に放射されるが、そのほとんどが先端部５０ａで反射される状況に変わりはない。マイクロ波放射器５０の外側にマイクロ波が放射されない系に小さな間隙５０を設けると、間隙５０でのマイクロ波のエネルギー密度が高まり、高電界部が形成される。上述したように、電界が雰囲気の絶縁破壊電界を超えると、プラズマ放電が生じる。本実施形態では、供給されたマイクロ波が燃焼室１４内に放射されることがほとんどないため、より小さな電力で放電を誘起することが可能となる。本実施形態では、間隙５１の一部又はすべての幅は、上述した間隙３８と同様に、マイクロ波のエネルギー密度を高めて、マイクロ波によるプラズマ放電の発生が可能な幅となっている。
【００３６】
例えば、マイクロ波放射器５０の先端部５０ａ側において、外側導体３５には内側導体３６に対向する突起部３５ａが設けられており、内側導体３６には外側導体３５に対向する突起部３６ａが設けられている。そして、突起部３５ａと突起部３６ａとの間に間隙５１が形成されている。
【００３７】
図９に、間隙５１の形状の一例を示す。例えば図９（ａ）に示すように、内側導体３６の突起部３６ａの形状が円形の場合には、外側導体３５の突起部３５ａと内側導体３６の突起部３６ａとの間に形成される間隙５１の形状は環状となる。また、図９（ｂ）に示すように、円形の形状を有する突起部３６ａの一部が外側導体３５に向かって突起している場合には、環状の形状を有する間隙５１において、突起している箇所に対応する幅が狭くなっている。また、図９（ｃ）に示すように、内側導体３６の突起部３６ａが、中心から放射状に延びる４本の棒状の導体を有していてもよい。この場合、間隙５１は内側導体３６の突起部３６ａに対応した形状となり、部分的に間隙５１の幅が狭くなる。例えば、棒状の導体の先端から外側導体３５までの幅が狭くなる。また、図９（ｄ）に示すように、内側導体３６の突起部３６ａが、中心から放射状に延びる８本の棒状の導体を有していてもよい。この場合も、間隙５１の幅は部分的に狭くなる。図９（ａ）〜（ｄ）に示す例では、外側導体３５と内側導体３６とは、先端部５０ａにおいて接触（接続）していない。別の形態として、外側導体３５と内側導体３６とが、先端部５０ａにおいて部分的に接触（接続）していてもよい。例えば、複数の間隙が、先端部５０ａに部分的に形成されていてもよい。
【００３８】
図８及び図９に示すマイクロ波放射器５０によっても、上述したマイクロ波放射器３４と同様に、間隙５１にて電界強度を高めることができ、その結果、間隙５１によってプラズマ放電を発生させることが可能となる。間隙５１の形状によっては、間隙５１の一部にて電界強度を局所的に高めて、マイクロ波によるプラズマ放電を発生させることが可能となる。
【００３９】
次に、図１０を参照して、マイクロ波放射器５０の具体例について、従来技術に係る点火装置１０１と比較しながら説明する。図１０は、マイクロ波放射器の他の構成例によって形成される電界分布を示す図である。図１０（ａ）は、本実施形態に係るマイクロ波放射器の他の構成例における電界分布を示す図である。図１０（ｂ）は、従来技術に係る点火装置における電界分布を示す図である。ただし、以下に説明するマイクロ波の周波数及びマイクロ波放射器５０の寸法は一例であり、本発明はこの例に限定されない。また、以下に説明する条件を必ずしも満たさなくても、間隙５１にてプラズマ放電を発生させることができる。
【００４０】
図１０（ａ）に示す本実施形態に係るマイクロ波放射器５０において、外側導体３５の内径を１２ｍｍとし、内側導体３６の直径を５．２ｍｍとし、間隙５１の幅を１ｍｍとした。また、空洞部３７における比誘電率を１とした。
【００４１】
一方、図１０（ｂ）に示す従来技術に係る点火装置１０１において、外側導体１０４の内径を１２ｍｍとし、内側導体１０５の直径を５．２ｍｍとした。また、外側導体１０４と内側導体１０５との間の距離を、３．４ｍｍとした。また、外側導体１０４と内側導体１０５との間の空洞部における比誘電率を１とした。内側導体１０５は、外側導体１０４よりも突出している。内側導体１０５の突出している部分の長さは、１５ｍｍである。なお、本実施形態に係るマイクロ波放射器５０においては、内側導体３６は外側導体３５よりも突出していないため、内側導体３６の突出している部分の長さは、０ｍｍである。
【００４２】
そして、マイクロ波発生電源３２によって１Ｗで２．４５ＧＨｚのマイクロ波を発生させて、本実施形態に係る内側導体３６と従来技術に係る内側導体１０５とに供給する。
【００４３】
本実施形態に係るマイクロ波放射器５０によると、図１０（ａ）に示すように、電界分布は、間隙５１において最も高く（高電界域）、周囲へ向かうほど低くなっている（低電界域）。一方、図１０（ｂ）に示すように、従来技術に係る点火装置１０１では、電界分布は、内側導体１０５の突出した部分の周囲において高く（中電界域）、周囲へ向かうほど低くなっている（低電界域）。
【００４４】
図１０（ａ），（ｂ）の矢印Ｂ−Ｂ間における１Ｗ供給時の電界分布を、図１０（ｃ）に示す。図１０（ｃ）において、横軸は位置ｍｍを示し、縦軸は電界Ｖ／ｍを示している。マイクロ波放射器５０及び点火装置１０１が配置された位置を中心としている。電界分布６０は、本実施形態に係るマイクロ波放射器５０によって形成された電界分布を示す。電界分布６１は、従来技術に係る点火装置１０１によって形成された電界分布を示す。本実施形態に係るマイクロ波放射器５０によると、間隙５１において、電界の最大値が例えば１１６００Ｖ／ｍとなった。このように、間隙５１において電界強度を高めることができるため、間隙５１にてより低い電力でプラズマ放電を発生させることが可能となる。
【００４５】
一方で、従来技術に係る点火装置１０１においては、内側導体１０５と外側導体１０４とはその間隔Ｌを変えることなく、内側導体１０５が外側導体１０４に対して外側に突出している。このような構造では、内側導体１０５と外側導体１０４との間を伝播してきたマイクロ波は、先端部（終端部）で反射されるのはその一部であり、図１０（ｂ）に示すように、多くは燃焼室内に放射される。このような従来技術に係る点火装置１０１では、本実施形態に係るマイクロ波放射器と比較して、先端部での電界はより低くなる。そのため、従来技術においては、放電（点火）時にＤＣ放電によるアシストが必要になったり、大きな電力が必要になったりする。
【００４６】
次に、図１１を参照して、本実施形態に係るマイクロ波放射器の他の構成例について説明する。図１１は、マイクロ波放射器の他の構成例を示す断面図である。
【００４７】
図１１に示すマイクロ波放射器７０は、上述したマイクロ波放射器３４と同様に、外側導体７１と内側導体７２とによって構成された同軸構造を有する。外側導体７１は筒状の形状を有し、接地されている。内側導体７２は柱状の形状を有し、外側導体７１の中心軸に沿って外側導体７１内に配置されている。外側導体７１と内側導体７２との間には、空洞部７３が形成されている。また、内側導体７２の太さは途中で変化しており、マイクロ波放射器７０の先端部７０ａ側で相対的に太くなっている。このように、内側導体７２は、直径が相対的に短い部分７２ａと、直径が相対的に長い部分７２ｂとを含む。直径が相対的に短い部分７２ａと外側導体７１との間には、固体状の誘電体７４が配置されている。また、直径が相対的に長い部分７２ｂと外側導体７１との間には、空洞部７３が形成されている。マイクロ波放射器７０の先端部７０ａの反対側において、マイクロ波伝送路３３が内側導体７２に接続されている。マイクロ波発生電源３２により発生させたマイクロ波が、マイクロ波伝送路３３を介してマイクロ波放射器７０に供給される。マイクロ波放射器７０の先端部７０ａが内燃機関１０の燃焼室１４に臨む状態で、マイクロ波放射器７０がシリンダヘッド１１に配置される。マイクロ波伝送路３３を介してマイクロ波放射器７０に供給されたマイクロ波は、外側導体７１と内側導体７２との間を伝播し、その一部が燃焼室１４内に放射される。そして、燃焼室１４内を臨む一端側に狭い間隙を設けて、強いマイクロ波電界を誘起して放電を形成する。
【００４８】
内側導体７２の直径が相対的に長い部分７２ｂには、間隙７６が形成されている。間隙７６は、上述したマイクロ波放射器３４の間隙３８と同じ機能を有し、マイクロ波のエネルギー密度を高めて、マイクロ波によるプラズマ放電を発生させる。すなわち、間隙７６の軸方向の幅Ｄは、マイクロ波のエネルギー密度を高めて、マイクロ波によるプラズマ放電の発生が可能な幅となっている。間隙７６の軸方向の幅Ｄは、一例として０．１ｍｍ〜１ｍｍ程度であることが好ましい。また、先端部７０ａが、内側導体７２と外側導体７１とを接続する接続部に相当する。マイクロ波放射器７０の先端部７０ａは閉じており、外側導体７１と内側導体７２との間を伝播してきたマイクロ波は、先端部７０ａにおいて外側導体７１の内側に反射される。そして、間隙７６によってマイクロ波によるプラズマ放電が発生する。なお、間隙７６が、第２の間隙の一例に相当する。
【００４９】
マイクロ波放射器７０の先端部７０ａ側において、空洞部７３に連通する間隙７５が外側導体７１の側面に形成されている。間隙７５の大きさは、マイクロ波の伝播に支障がない大きさである。マイクロ波放射器７０の先端部７０ａが燃焼室１４に臨む状態でマイクロ波放射器７０が内燃機関１０に配置されることで、燃焼室１４内の混合気が間隙７５を介して空洞部７３に導入される。間隙７５が、第１の間隙の一例に相当する。なお、内側導体７２の直径が細い部分７２ａと外側導体７１との間に、固体状の誘電体７４を設けて隙間を埋めることにより、空洞部７３に導入された混合気がマイクロ波放射器５０の内部まで流入することを防止することができる。
【００５０】
次に、マイクロ波放射器７０の具体例について説明する。ただし、以下に説明するマイクロ波放射器７０の寸法は一例であり、本発明はこの例に限定されない。固体状の誘電体７４には、一例として石英を用いた。誘電体７４（石英）の比誘電率は３．８である。また、空洞部７３における比誘電率を１とした。内側導体７２のうち相対的に細い部分７２ａの直径を２．４ｍｍとし、相対的に太い部分７２ｂの直径を５．２ｍｍとした。また、外側導体７１の内径を１２ｍｍとした。外側導体７１と内側導体７２との間のインピーダンスは５０Ωである。誘電体７４の比誘電率と空洞部７３の比誘電率とが異なるため、内側導体７２の直径を変えて内側導体７２と外側導体７１との間の距離を変えることにより、インピーダンスを整合させることが可能となる。その結果、インピーダンスの不整合に起因するマイクロ波の反射を抑制し、その反射によるマイクロ波の損失を低減することが可能となる。
【００５１】
本実施形態に係るマイクロ波放射器７０によると、内側導体７２に形成された間隙７６において電界強度を高めることができため、間隙７６にてプラズマ放電を発生させることが可能となる。このように間隙７６によってプラズマ放電が可能となるため、従来技術と比べて大きな電力を供給しなくてもプラズマ放電を発生させることが可能となる。また、ＤＣ放電によるアシストが不要となり、又は、ＤＣ放電の低電力化が可能となる。そのため、本実施形態に係るマイクロ波放射器７０によると、従来技術よりも低電力でプラズマ放電を発生させて、燃焼室１４内の混合気の点火を行うことが可能となる。
【００５２】
また、外側導体７１に間隙７５を形成することにより、燃焼室１４内の混合気が間隙７５を介して空洞部７３（外側導体７１の内部）に導入される。内側導体７２に形成された間隙７６にて発生したプラズマ放電によって、空洞部７３に存在する混合気の温度が上昇し、また、混合気が膨張する。そして、高温で膨張した混合気は、外側導体７１に形成された間隙７５を介して燃焼室１４内に噴出する。燃焼室１４内に噴出した高温の混合気は、燃焼室１４内の広い範囲で点火（着火）源となり、燃焼室１４内の混合気を燃焼させる。そのことにより、火炎伝播が促進されて、希薄燃料限界を向上させることが可能となる。その結果、燃料効率を向上させることが可能となる。
【００５３】
なお、図１１に示すマイクロ波放射器７０においては、混合気を空洞部７３に導入するための間隙７５が、外側導体７１の側面に形成されている。別の形態として、混合気を空洞部７３に導入するための間隙７５が、マイクロ波放射器７０の先端部７０ａに形成されていてもよい。この場合においても、空洞部７３内で高温に膨張した混合気が、先端部７０ａに形成された間隙７５から燃焼室１４内に噴出し、燃焼室１４内の広い範囲で点火（着火）源となる。
【符号の説明】
【００５４】
１０  内燃機関、１１  シリンダヘッド、１２  シリンダ、１３  ピストン、１４  燃焼室、１５  吸気口、１６  吸気弁、１７  排気口、１８  排気弁、１９  燃料噴射弁、３０  点火装置、３１  制御装置、３２  マイクロ波発生電源、３３  マイクロ波伝送路、３４，５０，７０  マイクロ波放射器、３５，７１  外側導体、３５ａ，３６ａ  突起部、３６，７２  内側導体、３７，７３  空洞部、３８，５１，７５，７６  間隙、３９，７４  誘電体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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