JP2010096144A - Spark-ignition internal combustion engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、燃焼室内にプラズマを生成させ、プラズマと点火プラグによる火花放電とにより混合気に着火する火花点火式内燃機関に関するものである。 The present invention relates to a spark ignition internal combustion engine that generates plasma in a combustion chamber and ignites an air-fuel mixture by plasma and spark discharge by an ignition plug.
従来、車両、特には自動車に搭載される火花点火式内燃機関においては、点火プラグの中心電極と接地電極との間の火花放電により、点火時期毎に燃焼室内の混合気に着火している。このような点火プラグによる着火にあって、例えば燃料を直接気筒内に噴射する型式の内燃機関において、噴射した燃料を点火プラグの火花放電の位置に分布させないと、着火しないことが希に生じる。 2. Description of the Related Art Conventionally, in a spark ignition internal combustion engine mounted on a vehicle, particularly an automobile, an air-fuel mixture in a combustion chamber is ignited at each ignition timing by spark discharge between a center electrode and a ground electrode of a spark plug. In such ignition by an ignition plug, for example, in an internal combustion engine of a type in which fuel is directly injected into a cylinder, if the injected fuel is not distributed at the spark discharge position of the ignition plug, it rarely occurs.
このため、このような内燃機関では、点火プラグの火花放電を補うために、例えば特許文献1に記載のもののように、点火プラグの放電領域にプラズマ雰囲気を生成しておき、プラズマ雰囲気中にアーク放電を行うことにより、従来に比べて高い電圧を印加することなく燃焼室内の混合気に確実に着火し、安定した火炎を得ることができるように構成したものが知られている。
ところで、大気圧下でプラズマを生成する方法として、マグネトロンを用いるものが考えられている。マグネトロンを用いて燃焼室内にプラズマを生成する場合、上述の特許文献1の補助電極のような、点火プラグ又はその周辺にマグネトロンからのマイクロ波を放射する電極つまりアンテナを設けるか、あるいは点火プラグの中心電極をアンテナとして使用することが考えられる。
By the way, as a method for generating plasma under atmospheric pressure, a method using a magnetron is considered. When plasma is generated in the combustion chamber using a magnetron, an electrode for radiating microwaves from a magnetron, that is, an antenna such as the auxiliary electrode of the above-mentioned
点火プラグは、一般的に、中心電極が円柱形あるいは針状形であるのに対して、接地電極は、例えば断面が方形の、中心電極に対向する面の幅や長さが中心電極の先端の面より大きいものである。そして、点火に際しては、接地電極を基準電位として、中心電極に負の高電圧を印加して火花放電を実施している。したがって、放電は、中心電極から電子が接地電極に対して放出されることにより起こる。 In general, a spark plug has a cylindrical or needle-shaped center electrode, whereas a ground electrode has a square cross section, for example, the width and length of the surface facing the center electrode is the tip of the center electrode. It is bigger than the surface. In ignition, spark discharge is performed by applying a negative high voltage to the center electrode with the ground electrode as a reference potential. Therefore, discharge occurs when electrons are emitted from the center electrode to the ground electrode.
ところが、このように電子が接地電極に向けて中心電極から放出されると、電子が拡散するために、上述した中心電極をマイクロ波のためのアンテナとしてプラズマを生成すると、プラズマの密度が低下する傾向にあり、それに伴って混合気への着火性能が低下する恐れが生じる。 However, when electrons are emitted from the center electrode toward the ground electrode in this way, the electrons diffuse, so that when plasma is generated using the above-described center electrode as an antenna for microwaves, the density of the plasma decreases. There is a tendency that the ignition performance of the air-fuel mixture is reduced accordingly.
そこで本発明は、このような不具合を解消することを目的としている。 Therefore, the present invention aims to eliminate such problems.
すなわち、本発明の火花点火式内燃機関は、電磁波により燃焼室内に生成されるプラズマと点火プラグによる火花放電とを反応させて混合気に着火する火花点火式内燃機関であって、点火プラグが、ハウジング内に絶縁されて取り付けられる中心電極と、中心電極から離れてハウジングの下端に設けられる接地電極とを備え、接地電極の電位を基準として点火時期毎に中心電極に正の高電圧を印加して火花放電を実施することを特徴とする。 That is, the spark ignition internal combustion engine of the present invention is a spark ignition internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture by reacting plasma generated in a combustion chamber by electromagnetic waves and spark discharge by an ignition plug, the ignition plug being It has a center electrode that is insulated and installed in the housing, and a ground electrode that is provided at the lower end of the housing away from the center electrode. A positive high voltage is applied to the center electrode at each ignition timing based on the potential of the ground electrode. And performing a spark discharge.
このような構成によれば、火花放電に際しては、中心電極が正の高電圧となるので、電子は接地電極から中心電極に向けて放出される。つまり、接地電極から放出された電子は、中心電極に集中するものとなる。この結果、火花放電とプラズマとを反応させる場合、プラズマを生成する位置の設定を容易になすことが可能になる。 According to such a configuration, at the time of spark discharge, since the center electrode becomes a positive high voltage, electrons are emitted from the ground electrode toward the center electrode. That is, electrons emitted from the ground electrode are concentrated on the center electrode. As a result, when the spark discharge and the plasma are reacted, it is possible to easily set the position for generating the plasma.
本発明は、以上説明したような構成であり、火花放電に際しては、中心電極が正の高電圧となるので、電子は接地電極から中心電極に向けて放出され接地電極から放出された電子は、中心電極に集中するものとなることで、火花放電とプラズマとを反応させる場合、プラズマを生成する位置の設定を容易になすことができる。 The present invention is configured as described above, and at the time of spark discharge, since the central electrode becomes a positive high voltage, electrons are emitted from the ground electrode toward the central electrode, and the electrons emitted from the ground electrode are By concentrating on the center electrode, when the spark discharge and the plasma are caused to react, the position for generating the plasma can be easily set.
以下、本発明の一実施形態を、図面を参照して説明する。 Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1に、1気筒における点火プラグ1の取付部分を拡大して示す火花点火式内燃機関であるエンジン100は、例えば3気筒のダブルオーバーヘッドカムシャフト(DOHC)形式のもので、吸気ポート2の開口3及び排気ポート4の開口5が、燃焼室6の天井部分のほぼ中央に取り付けられる点火プラグ1を中心として対向配置されて、1気筒当たりそれぞれ2ヶ所に開口するものである。すなわち、このエンジン100は、シリンダブロック7に取り付けられ、燃焼室6の天井部分を形成しているシリンダヘッド8には、吸気側と排気側とにそれぞれカムシャフト9、10が取り付けてある。シリンダヘッド8の吸気ポート2は、カムシャフト9が回転することにより往復作動する吸気弁11により、また排気ポート4は、カムシャフト10が回転することにより往復作動する排気弁12によりそれぞれ開閉されるものである。そして、燃焼室6の天井部分には、点火プラグ1が取り付けられてある。なお、点火プラグ1を除くエンジン100それ自体は、この分野で知られている火花点火式のものを適用するものであってよい。
FIG. 1 shows an
この実施例の点火プラグ1は、導電材料からなるハウジング13と、ハウジング13内に絶縁されて取り付けられる中心電極14と、中心電極14から離れてハウジング13の下端に設けられる接地電極15とを備える。すなわち、点火プラグ1は、ハウジング13がほぼ円柱形状の絶縁碍子16を支持し、絶縁碍子16の上端に取り付けられる接続端子17が、ハウジング13の下端から突出する中心電極14と図示しない中軸により電気的に接続され、ハウジング13下端から中心電極14下端に対向する位置まで延びる位置に接地電極15がハウジング13に一体的に設けてある構造である。絶縁碍子16は、中心電極14とエンジン100への取付部であるハウジング13とを絶縁するとともに、中心電極14と接続端子17との接続部材である中軸も絶縁するもので、ほぼ円筒形状をしている。
The
ハウジング13は、絶縁碍子16を収容するのに十分な内部空間を備える円筒形状のもので、導電材料である、例えばステンレス製のものである。ハウジング13は、その上端部分が、絶縁碍子16を密着し気密性を維持するために内側に絞り込まれている。また、その長手方向の中央部から下側部分の外周には、シリンダヘッド8への取付のための雄ねじ部18が形成してある。加えて、雄ねじ部18と上端部分との間には、取り付ける場合に取付台座部となる主体金具19が、雄ねじ部18より大きな外径で形成してある。
The
中心電極14は、例えば円柱状の金属材料にて形成されており、その下端が絶縁碍子16から露出するとともに、ハウジング13の下端から露出する。中心極14の先端はほぼ平坦な円形面で、接地電極15の上面とほぼ平行に対向している。
The
このような中心電極14に対して、接地電極15は、ハウジング13下端面に一体的に形成される側面視ほぼL字状のもので、その先端は、中心電極14の中心軸から間隙30をあけた位置まで延びている。接地電極15は、このように中心電極14に比較して長い上面を有しているので、その上面は中心電極14の先端より大面積の電子放出面となる。接地電極15は、このようにハウジング13に一体的に設けられているので、使用時にあってはハウジング13と同電位すなわち接地電位に維持される。
With respect to such a
このような点火プラグ1に対して、図2に示すように、イグナイタ20と点火コイル21とからなる点火装置22が混合器23を介して接続されるとともに、マグネトロン24及び制御回路25を備える高圧交流発生装置26が混合器23を介して接続される。点火装置22は、エンジン100の運転を制御するための、図示しない電子制御装置から各点火時期において点火信号が入力されると、イグナイタ20により点火コイル21が励起されて、点火プラグ1の中心電極14に対して正の高電圧を印加する構成である。
As shown in FIG. 2, an
高圧交流発生装置26は、制御回路25が上述の電子制御装置から高圧交流発生信号を受信すると、マグネトロン24が出力するマイクロ波の出力時期及び出力電力を制御するものである。マグネトロン24が出力するマイクロ波は、図示しない導波管及び同軸ケーブルを介して点火プラグ1の中心電極14に印加される。
The high-
このエンジン100にあっては、通常の運転状態では高圧交流発生装置26が発生するマイクロ波を、火花放電とほぼ同時あるいはその直後に中心電極14から燃焼室6内に放射し、それにより生成されるプラズマと点火プラグ1による火花放電とを反応させて、混合気に着火するように構成されている。
In this
点火に際しては、点火プラグ1に点火コイル(図示しない)により火花放電を発生させて、火花放電とほぼ同時あるいはその直後にマイクロ波により高周波電界を発生させてプラズマを生成させることにより、燃焼室6内の混合気を急速に燃焼させる構成である。
At the time of ignition, a spark discharge is generated in the
具体的には、点火プラグ1による火花放電が高周波電界中でプラズマになり、火炎が大きくなる。
Specifically, the spark discharge by the
これは、火花放電による電子の流れ及び火花放電によって生じたイオンやラジカルが、高周波電界の影響を受け振動、蛇行することで行路長が長くなり、周囲の水分子や窒素分子と衝突する回数が飛躍的に増加することによるものである。イオンやラジカルの衝突を受けた水分子や窒素分子は、OHラジカルやNラジカルになると共に、イオンやラジカルの衝突を受けた周囲の気体は電離した状態、言換するとプラズマ状態となることで、飛躍的に火炎が大きくなるものである。 This is because the flow of electrons due to the spark discharge and the ions and radicals generated by the spark discharge oscillate and meander due to the influence of the high-frequency electric field, resulting in a longer path length and the number of collisions with surrounding water and nitrogen molecules. This is due to a dramatic increase. Water molecules and nitrogen molecules that have been struck by ions and radicals become OH radicals and N radicals, and the surrounding gas that has been struck by ions and radicals is ionized, in other words, a plasma state. The flame will increase dramatically.
この結果、高周波電界と反応することにより増大した火花放電により混合気に着火するため、着火領域が拡大し、点火プラグ1のみの二次元的な着火から三次元的な着火になる。したがって、初期燃焼が安定し、上述したラジカルの増加に伴って燃焼が燃焼室6内に急速に伝播し、高い燃焼速度で燃焼が拡大する。
As a result, the air-fuel mixture is ignited by the spark discharge increased by reacting with the high-frequency electric field, so that the ignition region is expanded and the two-dimensional ignition of only the
この場合に、点火プラグ1は、火花放電に際して、中心電極14が正の高電圧となるので、電子は接地電極15から中心電極14に向けて放出されるものである。この実施形態においては、接地電極15の中心電極14と対向する上面は、中心電極14の先端に比べて大面積であるので、中心電極14の中心軸直下以外の位置から、電子が中心電極14に向けて放出される。そして、接地電極15の上面に比較して中心で極14の先端が小面積であるため、接地電極15から放出された電子は、中心電極14に集中し、その状態で火花放電が生じる。
In this case, the spark plug 1 emits electrons from the
この結果、火花放電とプラズマとを反応させる場合、プラズマを生成する位置が点火プラグ1の中心電極14と接地電極15との間隙30になり、電子が集中している位置にプラズマを生成するので、火花放電とプラズマとの反応が促進されるものである。このように、プラズマは、点火プラグ1の中心電極14の先端と接地電極15との間の間隙30に安定して生成することができるものである。
As a result, when spark discharge and plasma are reacted, the plasma is generated at the
なお、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではない。 In addition, this invention is not limited to the above-mentioned embodiment.
上述の実施形態にあっては、中心電極14の先端をほぼ平坦な円形面としたが、接地電極の一点に向かって針状に尖っているものであってもよい。
In the above-described embodiment, the tip of the
高圧交流発生装置としては、上述のようなマグネトロン以外に、進行波管などであってよく、さらには半導体によるマイクロ波発振回路を備えるものであってもよい。 The high-voltage AC generator may be a traveling wave tube or the like in addition to the magnetron as described above, and may further include a microwave oscillation circuit made of a semiconductor.
加えて、上述の実施形態においては、点火プラグ1の中心電極14をアンテナとしたが、ビーム型のアンテナや、モノポール型のアンテナであってもよい。
In addition, although the
さらには、点火プラグ1の中心電極14をアンテナとして機能させて、高周波給電部とする場合、高周波を一定の電圧で中心電極に継続して印加すると、中心電極の温度が過剰に上昇するため、中心電極の耐熱温度に基づいて設定する上限温度を下回るように、高周波の電圧を制御するものである。
Furthermore, when the
その他、各部の具体的構成についても上記実施形態に限られるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形が可能である。 In addition, the specific configuration of each part is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the present invention.
本発明の活用例として、ガソリンや液化天然ガスを燃料として点火プラグによる火花放電を着火に必要とする火花点火式内燃機関に活用することができる。 As an application example of the present invention, it can be used for a spark ignition type internal combustion engine that uses gasoline or liquefied natural gas as fuel and requires spark discharge by an ignition plug for ignition.
1…点火プラグ
13…ハウジング
14…中心電極
15…接地電極
20…イグナイタ
21…点火コイル
22…点火装置
24…マグネトロン
25…制御回路
26…高圧交流発生装置
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Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010101175A (en) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Daihatsu Motor Co Ltd | Method for controlling spark-ignition internal combustion engine |
JP2012154218A (en) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Daihatsu Motor Co Ltd | Spark-ignition control method for spark-ignition internal combustion engine |
JP2015140797A (en) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | ダイハツ工業株式会社 | internal combustion engine |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6436981A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-07 | Mazda Motor | Ignitor for engine |
JP2003187944A (en) * | 1999-08-17 | 2003-07-04 | Louis S Camilli | Current peaking spark plug |
JP2006070830A (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Denso Corp | Ignition device for internal combustion engine |
JP2007032349A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Denso Corp | Ignition device for internal combustion engine |
JP2007113570A (en) * | 2005-09-20 | 2007-05-10 | Imagineering Kk | Ignition device, internal combustion engine, ignition plug, plasma device, exhaust gas decomposition device, ozone generation/sterilization/infection device, and deodorizing device |
JP2008121462A (en) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Nissan Motor Co Ltd | Ignition device of internal combustion engine |
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2008
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Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS6436981A (en) * | 1987-07-31 | 1989-02-07 | Mazda Motor | Ignitor for engine |
JP2003187944A (en) * | 1999-08-17 | 2003-07-04 | Louis S Camilli | Current peaking spark plug |
JP2006070830A (en) * | 2004-09-03 | 2006-03-16 | Denso Corp | Ignition device for internal combustion engine |
JP2007032349A (en) * | 2005-07-25 | 2007-02-08 | Denso Corp | Ignition device for internal combustion engine |
JP2007113570A (en) * | 2005-09-20 | 2007-05-10 | Imagineering Kk | Ignition device, internal combustion engine, ignition plug, plasma device, exhaust gas decomposition device, ozone generation/sterilization/infection device, and deodorizing device |
JP2008121462A (en) * | 2006-11-09 | 2008-05-29 | Nissan Motor Co Ltd | Ignition device of internal combustion engine |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2010101175A (en) * | 2008-10-21 | 2010-05-06 | Daihatsu Motor Co Ltd | Method for controlling spark-ignition internal combustion engine |
JP2012154218A (en) * | 2011-01-25 | 2012-08-16 | Daihatsu Motor Co Ltd | Spark-ignition control method for spark-ignition internal combustion engine |
JP2015140797A (en) * | 2014-01-30 | 2015-08-03 | ダイハツ工業株式会社 | internal combustion engine |
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