JP2000230426A - マイクロ波点火装置を備えた内燃機関 - Google Patents

マイクロ波点火装置を備えた内燃機関

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俊洋 大釜
Tomoyuki Kimura
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 マイクロ波の周波数帯における燃焼室の共振
周波数がピストンの位置によって変化しないようにした
内燃機関、及びマイクロ波の周波数帯において燃焼室の
共振周波を簡便に調整できるようにした内燃機関を提供
する。 【解決手段】 燃焼室14の吸気口及び排気口をそれぞ
れ開閉する吸気弁16及び排気弁17が閉弁した状態に
おける燃焼室上面15の形状と、ピストン13の上面1
8の形状とがほぼ同一となるように構成する。さらに、
ピストン13の頂部に共振周波数を調整するためのスタ
ブ部材31を設け、スタブ部材31の突出量dを変化さ
せて共振周波数を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、マイクロ波を用い
て燃焼室内の混合気に点火するマイクロ波点火装置を備
えた内燃機関に関する。
【0002】
【従来の技術】内燃機関における混合気の点火は、通常
は点火プラグによる火花放電によって行われているが、
火花放電によって発生する電磁ノイズが車両に搭載され
ている電子機器の誤動作の原因となることがある。そこ
で、火花放電よらず、数ギガヘルツ(GHz)の周波数
を有する電磁波、すなわちマイクロ波を用いて点火する
マイクロ波点火装置が従来より提案されている。例えば
特許第2747476号公報には、シリンダ内のピスト
ンの端面に対向する位置にマイクロ波導波管を連結する
とともに、ピストンの端面にマイクロ波放電のための電
極を設けるようにした点火装置が示されている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】マイクロ波による点火
を行う場合、点火のための要するエネルギを燃焼室内に
効率よく伝送するためには、燃焼室の形状などで決まる
共振周波数に等しい周波数のマイクロ波を用いることが
望ましい。ところが上記従来の装置では、この点が全く
考慮されていないので、以下のような問題点があった。
【0004】すなわち一般的な内燃機関では、吸排気弁
がシリンダの中心軸に対して若干傾斜して設けられるた
め、燃焼室上部の断面は、湾曲した形状あるは台形状で
あるの対し、ピストン頂部は平面(断面が直線状)であ
るため、ピストンの位置によって燃焼室の共振周波数が
変化する。そのため、点火時期を変更すると共振周波数
が変化して点火を行うことができない場合があった。
【0005】また、マイクロ波を発生させるマグネトロ
ンとして既に家電製品で多数使用されているものの発振
周波数は2.45GHzであり、燃焼室の共振周波数は
この周波数に一致させることが望ましい。しかし、燃焼
室の形状(シリンダの内部形状とピストンの形状)は、
共振周波数以外の様々な要因によって決定されるため、
すべての機関において共振周波数が一定となるよう形状
を決定することは困難であった。
【0006】本発明は上述した点に鑑みなされたもので
あり、マイクロ波の周波数帯における燃焼室の共振周波
数がピストンの位置によって変化しないようにした内燃
機関を提供することを第1の目的とし、さらにマイクロ
波の周波数帯において燃焼室の共振周波数を簡便に調整
できるようにした内燃機関を提供することを第2の目的
とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
請求項1に記載の発明は、マイクロ波を用いて燃焼室内
の混合気に点火するマイクロ波点火装置を備えた内燃機
関において、前記燃焼室の吸気口及び排気口をそれぞれ
開閉する吸気弁及び排気弁が閉弁した状態における前記
燃焼室上面の形状と、前記機関のピストンの上面の形状
とがほぼ同一となるように構成したことを特徴とする。
【0008】この構成によれば、燃焼室のマイクロ波周
波数帯における共振周波数が、ピストンの位置に拘わら
ずほぼ一定となり、機関運転状態に応じて点火時期を変
化させる場合でも、エネルギ効率のより点火を行うこと
ができる。
【0009】請求項2に記載の発明は、マイクロ波を用
いて燃焼室内の混合気に点火するマイクロ波点火装置を
備えた内燃機関において、前記燃焼室のマイクロ波周波
数帯における共振周波数を調整するためのスタブ部材
を、前記燃焼室内に設けたことを特徴とする。
【0010】この構成によれば、スタブ部材により燃焼
室のマイクロ波周波数帯における共振周波数を調整する
ことが可能となり、種々の内燃機関においてマイクロ波
発振器の発振周波数と、燃焼室の共振周波数を容易に一
致させることができる。
【0011】前記スタブ部材は、前記機関のピストンの
頂部に設けられる。そして、前記スタブ部材のピストン
頂部からの突出量を変化させることにより、共振周波数
を調整する。また前記スタブ部材の形状を変更すること
により共振周波数を調整したり、複数のスタブ部材を着
脱可能とし、使用するスタブ部材の数を変更して調整す
るようにしてもよい。
【0012】
【発明の実施の形態】以下本発明の実施の形態を図面を
参照して説明する。図1は本発明の一実施形態にかかる
マイクロ波点火装置を備えた内燃機関の要部の構成を示
す図であり、図2は、図1の内燃機関要部の構成をより
詳細に示す断面図である。
【0013】図1のマイクロ波点火装置は、マイクロ波
(例えば周波数2.45GHz程度の電磁波)を発生す
るマグネトロン1と、マグネトロン1に接続された管状
導波管2と、管状導波管2に接続された同軸導波管3と
を備えている。内燃機関10は、シリンダヘッド11
と、シリンダ12と、ピストン13と、これらのシリン
ダヘッド11,シリンダ12及びピストン13により画
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(図示せず)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(図示せず)を開閉す
る排気弁17と、点火装置の同軸導波管3が挿入される
ガイド孔24とを備えている。
【0014】同軸導波管3は、中心導体21,絶縁部材
22及び外部導体23からなる。同軸導波管3は、シリ
ンダヘッド11のガイド孔24に挿入され、中心導体2
1が燃焼室14内に露出するように固定されており、中
心導体21が燃焼室内にマイクロ波を放射するアンテナ
として機能する。以上の構成によりマグネトロン1から
出力されるマイクロ波が燃焼室14内に放射され、燃焼
室内の混合気の点火が行われる。
【0015】次に本実施形態に特徴的な点について詳細
に説明する。図2は、吸気弁16及び排気弁17がとも
に閉弁した状態を示しており、この状態でシリンダヘッ
ド11と、吸気弁16と、排気弁17とで形成される燃
焼室14の上面15の形状と、ピストン13の上面18
の形状とはほぼ同一形状となるように、換言すれば燃焼
室上面15と、ピストン上面18とがほぼ平行となるよ
うに構成されている。すなわち、図2に一例を示すよう
に、燃焼室14の中心軸(シリンダ12の中心軸)を含
む任意の平面で切断した縦断面において、ピストン上面
18の輪郭線と、燃焼室上面15の輪郭線とがほぼ平行
となるように構成されている。換言すれば、ピストン1
3の上面18は、吸気弁16の軸線16aと垂直な面
と、排気弁17の軸線17aと垂直な面と、燃焼室上面
を形成するシリンダヘッド11の表面とほぼ平行な面と
で構成されている。
【0016】図3(a)は図2の構成を模式的に示した
図であり、また図3(b)は従来の内燃機関のピストン
形状と、燃焼室形状とを比較のために示す図である。図
3(b)の構成では、燃焼室上面151が円錐状の面で
あるのに対し、ピストン上面181が水平な面であるた
め、図4にラインL2で示すように点火時期θIG(ピ
ストンの位置)を変化させると、燃焼室のマイクロ波帯
における共振周波数f0は大きく変化するのに対し、図
3(a)に示す本実施形態の構成によれば、図4にライ
ンL1で示すように共振周波数f0を点火時期θIGに
拘わらずほぼ一定とすることができる。図4において、
0degはピストン13が上死点(TDC)にあるとき
対応し、角度が増加することは、ピストン13の位置が
下降することを意味する。
【0017】ここで、共振周波数f0の変化量は、点火
時期θIGの可変範囲内で最大15MHz以内(f0±
0.3%以内)とすることが望ましく、燃焼室上面15
の形状及びピストン上面18の形状は、この要求を満た
す程度の同一性または類似性を有するように構成する。
特許請求の範囲に記載した「ほぼ同一」とは、具体的に
はこのことに対応する。
【0018】一般に高さL、底面の半径Dである円筒空
間のマイクロ波共振周波数fcyl0は、下記式(1)
で与えられ、底面の半径Dのみに依存して変化する。燃
焼室14を円筒状空間と見た場合の底面、すなわち燃焼
室14の上面15と、ピストン13の上面18とを同一
の形状とすると、式(1)の関係が有効となり、円筒状
空間としての燃焼室の長さ(高さ)、すなわちピストン
13の位置に拘わらず、共振周波数f0が一定となると
考えられる。 fcyl0=c×2.404828/(π×D) (1) ここで、cは光の速度である。
【0019】また本実施形態では、ピストン13の頂部
には、中心導体21に対向する位置に金属製のスタブ部
材31が設けられている。スタブ部材31は、燃焼室1
4の共振周波数f0を調整するために設けられている。
ピストン13に設けられた取り付け孔13aには、雌ね
じ部が形成されており、スタブ部材31は、取り付け孔
13aにねじ込まれて、固定されている。したがって、
ピストン頂部からの突出量dは、容易に調整可能であ
り、燃焼室14の共振周波数f0がマグネトロン1の発
振周波数と等しくなるように容易に調整することができ
る。図5は、突出量dと、共振周波数f0との関係を示
す図であり、突出量dを増加させるほど、共振周波数f
0を低下させることができる。
【0020】なお本発明は上述した実施形態に限るもの
ではなく、種々の変形が可能である。例えば、吸排気弁
の軸線が、シリンダの軸線と平行となるように構成され
ている場合には、図3(c)に示すように、燃焼室上面
152と、ピストン上面182とがともに水平な面とな
るように構成してもよい。図4のラインL3は、この場
合の点火時期θIGと、共振周波数f0との関係を示し
たものであり、このような構成でも共振周波数f0をピ
ストンの位置に拘わらず一定とすることができる。
【0021】また上述した実施形態では、スタブ部材3
1の突出量dを変化させて、共振周波数f0を調整する
ようにしたが、これに限らず例えば形状の異なる複数の
スタブ部材を用意しておき、スタブ部材を取り替えるこ
とにより、すなわちスタブ部材の形状を変更することに
より調整したり、あるいは複数のスタブ部材を着脱可能
とし、ピストンに取り付けるスタブ部材の数を変更して
調整するようにしてもよい。
【0022】
【発明の効果】以上詳述したように請求項1の発明によ
れば、燃焼室の吸気口及び排気口をそれぞれ開閉する吸
気弁及び排気弁が閉弁した状態における燃焼室上面の形
状と、前記機関のピストンの上面の形状とがほぼ同一と
なるように構成されるので、燃焼室のマイクロ波周波数
帯における共振周波数が、ピストンの位置に拘わらずほ
ぼ一定となり、機関運転状態に応じて点火時期を変化さ
せる場合でも、確実に点火を行うことができる。
【0023】また請求項2の発明によれば、スタブ部材
により燃焼室のマイクロ波周波数帯における共振周波数
を調整することが可能となり、種々の内燃機関において
マイクロ波発振器の発振周波数と、燃焼室の共振周波数
を容易に一致させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態にかかる内燃機関及びマイ
クロ波点火装置の要部の構成を示す図である。
【図2】図1の内燃機関をより詳細に示す断面図であ
る。
【図3】従来例との対比を説明するための模式図であ
る。
【図4】ピストン位置と燃焼室の共振周波数との関係を
示す図である。
【図5】スタブ部材の突出量と燃焼室の共振周波数との
関係を示す図である。
【符号の説明】
1 マグネトロン 2 管状導波管 3 同軸導波管 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 燃焼室上面 18 ピストン上面 21 中心導体 23 外部導体 31 スタブ部材

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 マイクロ波を用いて燃焼室内の混合気に
    点火するマイクロ波点火装置を備えた内燃機関におい
    て、前記燃焼室の吸気口及び排気口をそれぞれ開閉する
    吸気弁及び排気弁が閉弁した状態における前記燃焼室上
    面の形状と、前記機関のピストンの上面の形状とがほぼ
    同一となるように構成したことを特徴とする内燃機関。
  2. 【請求項2】 マイクロ波を用いて燃焼室内の混合気に
    点火するマイクロ波点火装置を備えた内燃機関におい
    て、前記燃焼室のマイクロ波周波数帯における共振周波
    数を調整するためのスタブ部材を、前記燃焼室内に設け
    たことを特徴とする内燃機関。
JP11030798A 1999-02-09 1999-02-09 マイクロ波点火装置を備えた内燃機関 Withdrawn JP2000230426A (ja)

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