JP2010101176A - 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、例えば大気圧下など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。このような、マグネトロンを用いる場合、通電後、マグネトロンが作動するまでに時間遅れがある。これは、マグネトロンが、陰極部を加熱した後にしか作動しないことに起因している。 By the way, as a method for generating plasma under atmospheric pressure, for example, a method using a magnetron is considered. In the case of using such a magnetron, there is a time delay until the magnetron operates after energization. This is due to the fact that the magnetron only operates after heating the cathode part.
内燃機関の燃焼室に対しては、吸気弁と排気弁とが設けてある。上述したように、マグネトロンからマイクロ波によりプラズマを燃焼室内に生成する場合、吸気弁と排気弁とのいずれかが開いている間に、開いた弁を介してマイクロ波が燃焼室外に漏洩することがある。このため、内燃機関の運転を制御する電子制御装置や自動車に搭載されているその他の電子機器などに影響を与える場合があった。 An intake valve and an exhaust valve are provided for the combustion chamber of the internal combustion engine. As described above, when plasma is generated from the magnetron by the microwave, the microwave leaks to the outside of the combustion chamber through the opened valve while either the intake valve or the exhaust valve is open. There is. For this reason, there are cases in which an electronic control device that controls the operation of the internal combustion engine or other electronic devices mounted on the automobile is affected.
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、吸気ポートに連通する吸気マニホールドを備える吸気系と排気ポートに連通する排気マニホールドを備える排気系とを備え、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、少なくとも吸気系に燃焼室内から漏洩する電磁波を遮断する遮断手段を設けてなることを特徴とする。 That is, the spark ignition internal combustion engine of the present invention includes an intake system including an intake manifold that communicates with an intake port and an exhaust system that includes an exhaust manifold that communicates with an exhaust port, and generates plasma and ignition generated in the combustion chamber by electromagnetic waves. A spark ignition type internal combustion engine that reacts with a spark discharge by a plug to ignite an air-fuel mixture, wherein at least an intake system is provided with a blocking means for blocking electromagnetic waves leaking from a combustion chamber.
このような構成によれば、吸気行程毎に燃焼室と吸気系の吸気ポートとが連通状態になった場合であっても、燃焼室内から漏洩する電磁波は、遮断手段により吸気系において遮断される。したがって、吸気ポートを介して燃焼室外に漏洩する電磁波が抑制されることにより、内燃機関の外部に存在する電子機器に対する電磁波の影響を最小限に抑えることが可能になる。 According to such a configuration, even when the combustion chamber and the intake port of the intake system are in communication with each other during the intake stroke, electromagnetic waves leaking from the combustion chamber are blocked in the intake system by the blocking means. . Therefore, by suppressing the electromagnetic wave leaking outside the combustion chamber through the intake port, it is possible to minimize the influence of the electromagnetic wave on the electronic device existing outside the internal combustion engine.
取付作業やメンテナンスを容易にするためには、遮断手段が、吸気系の吸気ポートと吸気マニホールドとの間に設けられる網状部材からなるものが好ましい。 In order to facilitate attachment work and maintenance, it is preferable that the blocking means is made of a mesh member provided between the intake port of the intake system and the intake manifold.
本発明は、以上説明したような構成であり、吸気系の吸気ポートを介して燃焼室外に漏洩する電磁波を遮断するので、内燃機関の外部に存在する電子機器に対する電磁波の影響を最小限に抑えることができる。 The present invention is configured as described above and blocks electromagnetic waves leaking outside the combustion chamber via the intake port of the intake system, thereby minimizing the influence of electromagnetic waves on electronic devices existing outside the internal combustion engine. be able to.
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気筒の構成を概略的に示したエンジン100は、自動車用の3気筒のものである。エンジン100の吸気系1は、エアクリーナ2と、吸入空気量を制御するスロットルバルブ3を有するスロットルボディ4と、吸入空気の脈動を抑えるためのサージタンク5を備える吸気マニホールド6と、シリンダヘッド7に形成される吸気ポート8と、吸気ポート8を開閉する吸気弁9と、吸気ポート8と吸気マニホールド6との間に設けられる遮断手段である網状部材10とを備えてなる。
An
吸気マニホールド6は、耐熱性を有する合成樹脂製で、シリンダヘッド7にガスケットを介して取り付けられている。この場合に、網状部材10は、ガスケットに設けられた貫通孔に取り付けられる。すなわち、ガスケットは、吸気マニホールド6とシリンダヘッド7との間に両者に挟み込まれてシール材として取り付けられ、吸気マニホールド6のそれぞれの枝管の開口に対応して貫通孔を備えている。言い換えれば、貫通孔は、シリンダヘッド7の吸気ポート8の吸気側の開口に対応している。したがって、この貫通孔に網状部材10を吸気マニホールド6とシリンダヘッド7とで挟み込むようにして取り付ければ、吸気マニホールド6の取付、取り外しの際に、網状部材10を容易に取り付けることができる。
The
網状部材10は、高導電性を有する縦線材と横線材とを編んで作成するものである。線材自体は、可能な限り細いものが好ましい。この場合に、網目形状は特に限定するものではない。又、網目の大きさ(メッシュ)は、使用するマイクロ波の周波数に応じて設定する。例えば、マイクロ波の周波数が2,45GHzである場合、その波長は約12cmであるので、この波長より十分に小さい寸法、例えば波長の1/4以下である30mm以下に設定する。このように網目の大きさを設定することにより、吸入空気の流入に対して抵抗になることはない。
The
網目の大きさは、マイクロ波の周波数に応じて設定するものであるが、吸気系1に設ける場合は、空気の吸入に対して抵抗とならない大きさをも考慮するものである。つまり、基本的には、マイクロ波の周波数言い換えれば波長に基づいて設定し、その中で、マイクロ波が網目を通過しない大きさの最大のものを選択することにより、吸気特性を低下させることなく網目の大きさを設定するものである。 The size of the mesh is set in accordance with the frequency of the microwave, but when it is provided in the intake system 1, the size that does not become a resistance against the inhalation of air is also taken into consideration. In other words, basically, it is set based on the frequency of the microwave, in other words, the wavelength, and by selecting the maximum one that does not allow the microwave to pass through the mesh, the intake characteristics are not degraded. The size of the mesh is set.
さらにこのエンジン100は、吸気ポート8に向けて燃料を噴射する燃料噴射弁11を備えている。燃料噴射弁11は、網状部材10に噴射された燃料が付着しないように、シリンダヘッド7に取り付けてある。又、シリンダヘッド7に形成される燃焼室12の天井部分には、点火プラグ13及び電磁波を燃焼室12内に放射するアンテナ14が取り付けてある。加えて、排気ポート15、排気弁16、排気マニホールド17で構成される排気系18においては、三元触媒19が排気ガスを流入し得るように排気マニホールド17に接続され、三元触媒17より上流の位置にO2センサ20が取り付けられている。
The
各気筒の点火プラグ13には、イグナイタを一体に備える点火コイル21が取り外し可能に取り付けてある。点火プラグ13は、イグナイタに対して点火信号が入力された際に、火花放電のための高電圧を点火プラグ13に対して印加するものである。点火信号は、エンジン100の運転を制御する電子制御装置22から出力される。なお、燃料噴射弁11は、燃焼室12に直接燃料を噴射するように取り付けるものであってもよい。
An
アンテナ14は、マグネトロン23とマグネトロン23を制御する制御回路24とを備えてなる高圧交流発生装置25に接続される。アンテナ14としては、ホーン型やモノポール型のものが使用できる。この実施形態では、ホーン型のアンテナ14を用いており、マグネトロン23が出力するマイクロ波は、導波管によりアンテナ14に印加される。又、制御回路24には、電子制御装置22から出力される高圧交流発生信号が入力される構成で、制御回路24は、入力される高圧交流発生信号に基づいてマグネトロン22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。なお、モノポール型のアンテナを使用する場合にあっては、マイクロ波は導波管及び同軸ケーブルを介してアンテナに供給される。
The
電子制御装置22は、中央演算処理装置26と、記憶装置27と、入力インターフェース28と、出力インターフェース29とを具備してなるマイクロコンピュータシステムを主体に構成されている。中央演算処理装置22は、記憶装置27に格納された各種の制御プログラムを実行して、エンジン100の運転制御を行うものである。
The
そして、O2センサ20などの各種のセンサが出力する、エンジン100の運転制御を行うために必要な情報が入力インターフェース28を介して中央演算処理装置26に入力されるとともに、中央演算処理装置26は出力インターフェース29を介して制御のための信号を燃料噴射弁11、点火コイル21、高圧交流発生装置25などに出力する。なお、エンジン100の運転を制御するための各種のセンサについては、この分野で知られているものと同等であってよいので、説明を省略する。
Information necessary for controlling the operation of the
このような構成において、このエンジン100にあっては、運転状態では高圧交流発生装置25が発生するマイクロ波をアンテナ14から燃焼室7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13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。プラズマを生成する場合、マイクロ波がアンテナ14に印加されることにより、燃焼室12内には、点火プラグ13による火花放電に対して直交する方向に高周波電界が形成される。
In such a configuration, in the
点火に際しては、点火プラグ13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12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13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13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12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
以上において、プラズマを生成するために放射されたマイクロ波が、吸気ポート8に浸入すると、マイクロ波は吸気ポート8を通過してさらに吸気マニホールド6へと進行しようとする。しかしながら、吸気マニホールド6の取付端側の開口には網状部材10が取り付けてあり、網状部材10のメッシュがマイクロ波の波長より短い寸法の開口を有するものであるので、マイクロ波は網状部材10により遮断される。すなわち、吸気ポート8に浸入したマイクロ波は、吸気ポート8から吸気系1の上流に進行することはない。
In the above, when the microwave radiated to generate plasma enters the
したがって、マイクロ波がエンジン100の外部に漏洩することが抑制できる。このように、マイクロ波の漏洩を抑制することにより、電磁波の影響を受けやすい部品例えばイグナイタ一体式点火コイルや、各種センサ例えば電子スロットル機構におけるスロットル弁の開度センサなどが誤動作することを防止することができる。それゆえ、安全性を高めることができる。
Therefore, the microwave can be prevented from leaking outside 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.
上述の実施形態においては、線材を編むことにより網状部材を形成したが、パンチングメタルのように、薄い鋼板に多数の貫通孔をあけて形成するものであってもよい。この場合、ガスケットの吸気ポートの入口側位置において、吸気ポートに対応する開口をあけることなくガスケットの素材に多数の貫通孔をあけて、ガスケットと一体に遮断手段を設けるものであってよい。このような構成にあって、貫通孔は、上述の実施形態と同様に、波長より短い寸法を有するもので形成する。また、その形状は、方形、五角形や六角形などの多角形、円形などである。 In the above-described embodiment, the net-like member is formed by knitting a wire, but it may be formed by forming a number of through holes in a thin steel plate like punching metal. In this case, at the inlet side position of the intake port of the gasket, a plurality of through holes may be formed in the gasket material without opening an opening corresponding to the intake port, and a blocking means may be provided integrally with the gasket. In such a configuration, the through-hole is formed with a dimension shorter than the wavelength, as in the above-described embodiment. Further, the shape is a square, a polygon such as a pentagon or a hexagon, or a circle.
上述の実施形態においては、吸気系に遮断手段を設けるエンジン100を説明したが、排気系にも設けるものであってよい。この場合、遮断手段すなわち網状部材は、上述の実施形態のものと同じであってよく、その取付位置は、シリンダヘッドと排気マニホールドとで挟むガスケットの部分よい。この排気系に設ける遮断手段にあっても、上述したようなガスケットと一体に形成されるものであってよい。
In the above-described embodiment, the
加えて、以上の説明においては、遮断手段をシリンダヘッド7と吸気マニホールド6や排気マニホールド17との間に設ける構成を説明したが、吸気系1及び排気系18を構成する吸気ポート8及び排気ポート15の内部、あるいは吸気マニホールド6及び排気マニホールド17の内部であってもよい。
In addition, in the above description, the configuration in which the blocking means is provided between the
又、高圧交流発生装置としては、上述のようなマグネトロンに代えて、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。 Further, the high-voltage AC generator may be a traveling wave tube or the like instead of the above-described magnetron, and may further include a semiconductor microwave oscillation circuit.
加えて、上述の実施形態においては、ビーム型のアンテナを説明したが、モノポール型のアンテナであってもよい。 In addition, although the beam type antenna has been described in the above-described embodiment, a monopole type antenna may be used.
さらには、点火プラグ1の中心電極をアンテナとして機能させて、高周波給電部とするものであってもよい。この場合、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, the center electrode of the spark plug 1 may function as an antenna to form a high-frequency power feeding unit. In this case, if the high frequency is continuously applied to the center electrode at a constant voltage, the temperature of the center electrode rises excessively, so the high frequency voltage is set to be lower than the upper limit temperature set based on the heat resistance temperature of the center electrode. It is something to control.
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…吸気系
6…吸気マニホールド
8…吸気ポート
10…網状部材
12…燃焼室
15…排気ポート
17…排気マニホールド
18…排気系
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ...
Claims (2)
少なくとも吸気系に燃焼室内から漏洩する電磁波を遮断する遮断手段を設けてなる火花点火式内燃機関。 It has an intake system that includes an intake manifold that communicates with the intake port and an exhaust system that includes an exhaust manifold that communicates with the exhaust port. A spark ignition internal combustion engine that ignites,
A spark ignition type internal combustion engine in which at least an intake system is provided with blocking means for blocking electromagnetic waves leaking from a combustion chamber.
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