JP2013194717A - Antenna structure, high-frequency radiation plug, and internal combustion engine - Google Patents

Antenna structure, high-frequency radiation plug, and internal combustion engine Download PDF

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To reduce costs by separating a high-frequency transmission channel from a radiation antenna and by respectively improving the versatility of insertion holes, high-frequency transmission channels, and antenna structures to increase the amount of high-frequency radiation energy while preventing an antenna conductor from melting.SOLUTION: An antenna structure to radiate high frequency into the combustion chamber of an internal combustion engine includes: an end cap part that blocks the inside opening of a through-hole provided in an internal combustion engine for guiding high frequency into the combustion chamber of the internal combustion engine; a radiation antenna provided at the end cap part to radiate electromagnetic waves into the combustion chamber of the internal combustion engine; and a power feeding part which connects the radiation antenna with a high-frequency transmission channel provided inside the through-hole to supply the high frequency from the high-frequency transmission channel to the radiation antenna. The high-frequency transmission channel is detachably provided on the power feeding part to enable transmission of the high frequency.

Description

本発明は、高周波を放射するためのアンテナ構造体、そのアンテナ構造体を備えた高周波放射用プラグ、その高周波放射用プラグを備えた内燃機関に関するものである。   The present invention relates to an antenna structure for radiating high frequency, a high frequency radiation plug including the antenna structure, and an internal combustion engine including the high frequency radiation plug.

従来から、高周波を放射するためのアンテナ構造体が知られている。例えば特許文献1には、この種のアンテナ構造体が設けられた内燃機関が開示されている。   Conventionally, an antenna structure for radiating a high frequency is known. For example, Patent Document 1 discloses an internal combustion engine provided with this type of antenna structure.

特許文献1に記載の内燃機関では、シリンダヘッドに電磁波供給路が埋設され、その電磁波供給路の燃焼室側の端面が放射アンテナとなっている。放射アンテナは、誘電体により被覆されている。   In the internal combustion engine described in Patent Document 1, an electromagnetic wave supply path is embedded in the cylinder head, and an end surface on the combustion chamber side of the electromagnetic wave supply path is a radiation antenna. The radiating antenna is covered with a dielectric.

特開2010−96128号公報JP 2010-96128 A

ところで、この種のアンテナ構造体では、高周波伝送路のために開ける挿入孔が、高周波伝送路と一体化したアンテナ構造体の形状に適合しなければならず、汎用性について限界があった。そのため、コストの増大を招いていた。   By the way, in this kind of antenna structure, the insertion hole opened for the high-frequency transmission path must be adapted to the shape of the antenna structure integrated with the high-frequency transmission path, and there is a limit in versatility. Therefore, the cost has been increased.

また、従来のアンテナ構造体では、内燃機関の筒内から反射した電波の多重反射が無い場合などは、電界ピーク値が低下しているため、プラズマ生成領域が局所的で、火炎伝播促進効果が指圧波形、熱発生率に現れない。火炎伝播促進効果が見られないということがあった。このように、ピーク電界強度の不足により、プラズマ拡張が不安定であり、アンテナからの輻射効率が低かった。   In addition, in the conventional antenna structure, when there is no multiple reflection of radio waves reflected from the cylinder of the internal combustion engine, the peak value of the electric field is lowered, so the plasma generation region is local, and the flame propagation promoting effect is achieved. It does not appear in the acupressure waveform and heat generation rate. There was a case that the flame propagation promoting effect was not seen. Thus, due to the lack of the peak electric field strength, the plasma expansion was unstable, and the radiation efficiency from the antenna was low.

また、従来のアンテナ構造体では、アンテナ導体に溶損が見られる場合もあった。   In the conventional antenna structure, the antenna conductor may be melted.

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、高周波伝送路と放射アンテナとを分離して、挿入孔、高周波伝送路、アンテナ構造体、それぞれの汎用性を向上させてコストを低減することである。   The present invention has been made in view of such points, and the object thereof is to separate the high-frequency transmission path and the radiating antenna and improve the versatility of the insertion hole, the high-frequency transmission path, and the antenna structure. It is to reduce the cost.

また、アンテナ導体の溶損を防止しながら、高周波の放射エネルギー量を増大させることにある。   Another object is to increase the amount of high-frequency radiation energy while preventing the antenna conductor from being melted.

第1の発明は、高周波を内燃機関の燃焼室に放射するアンテナ構造であって、高周波を内燃機関の燃焼室に導くために内燃機関に設けられた挿通孔の内側開口を塞ぐエンドキャップ部と、エンドキャップ部に設けられ、内燃機関の燃焼室に電磁波を放射する放射アンテナと、挿通孔内部に設けられる高周波伝送路と放射アンテナとを接続し、高周波伝送路から放射アンテナへ高周波を供給する給電部とを備え、高周波伝送路は、給電部に対して着脱自在かつ高周波伝達可能に設けられていることを特徴とする。   1st invention is an antenna structure which radiates | emits a high frequency to the combustion chamber of an internal combustion engine, Comprising: The end cap part which plugs up the inner side opening of the insertion hole provided in the internal combustion engine in order to guide a high frequency to the combustion chamber of an internal combustion engine; The radiation antenna that radiates electromagnetic waves to the combustion chamber of the internal combustion engine, and the high-frequency transmission path provided inside the insertion hole and the radiation antenna are connected to each other, and a high frequency is supplied from the high-frequency transmission path to the radiation antenna. The high-frequency transmission line is provided so as to be detachable and capable of high-frequency transmission with respect to the power supply unit.

第1の発明によれば、高周波伝送路が、給電部に対して着脱自在かつ高周波伝達可能に設けられているので、高周波伝送路と放射アンテナとを分離することができ、挿入孔、高周波伝送路、アンテナ構造体、それぞれの汎用性を向上させてコストを低減することができる。   According to the first invention, since the high-frequency transmission path is provided so as to be detachable and capable of high-frequency transmission with respect to the power feeding portion, the high-frequency transmission path and the radiation antenna can be separated, and the insertion hole, high-frequency transmission The cost can be reduced by improving the versatility of the road and the antenna structure.

実施形態に係る内燃機関の縦断面図である。1 is a longitudinal sectional view of an internal combustion engine according to an embodiment. 実施形態に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。It is a front view of the ceiling surface of the combustion chamber of the internal combustion engine which concerns on embodiment. 実施形態に係る点火装置および電磁波放射装置のブロック図である。It is a block diagram of the ignition device and electromagnetic wave radiation device concerning an embodiment. 実施形態に係る高周波放射用プラグの概念図である。It is a conceptual diagram of the plug for high frequency radiation which concerns on embodiment. 実施形態に係る放射アンテナの正面図である。It is a front view of the radiation antenna concerning an embodiment. 実施形態に係るアンテナ構造体の断面図である。It is sectional drawing of the antenna structure which concerns on embodiment. その他の実施形態に係るアンテナ構造体の断面図である。It is sectional drawing of the antenna structure which concerns on other embodiment.

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The following embodiments are essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.

本実施形態は、本発明に係る内燃機関10である。内燃機関10は、ピストン23が往復動するレシプロタイプの内燃機関である。内燃機関10は、内燃機関本体11と点火装置12と電磁波放射装置13と制御装置35とを備えている。内燃機関10では、点火装置12により混合気に点火して混合気を燃焼させる燃焼サイクルが繰り返し行われる。
−内燃機関本体−
The present embodiment is an internal combustion engine 10 according to the present invention. The internal combustion engine 10 is a reciprocating type internal combustion engine in which a piston 23 reciprocates. The internal combustion engine 10 includes an internal combustion engine body 11, an ignition device 12, an electromagnetic wave emission device 13, and a control device 35. In the internal combustion engine 10, a combustion cycle in which the air-fuel mixture is ignited by the ignition device 12 and the air-fuel mixture is combusted is repeatedly performed.
-Internal combustion engine body-

内燃機関本体11は、図1に示すように、シリンダブロック21とシリンダヘッド22とピストン23とを備えている。シリンダブロック21には、横断面が円形のシリンダ24が複数形成されている。各シリンダ24内には、ピストン23が往復自在に設けられている。ピストン23は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトに連結されている(図示省略)。クランクシャフトは、シリンダブロック21に回転自在に支持されている。各シリンダ24内においてシリンダ24の軸方向にピストン23が往復運動すると、コネクティングロッドがピストン23の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。   As shown in FIG. 1, the internal combustion engine body 11 includes a cylinder block 21, a cylinder head 22, and a piston 23. A plurality of cylinders 24 having a circular cross section are formed in the cylinder block 21. A piston 23 is provided in each cylinder 24 so as to reciprocate. The piston 23 is connected to the crankshaft via a connecting rod (not shown). The crankshaft is rotatably supported by the cylinder block 21. When the piston 23 reciprocates in the axial direction of the cylinder 24 in each cylinder 24, the connecting rod converts the reciprocating motion of the piston 23 into the rotational motion of the crankshaft.

シリンダヘッド22は、ガスケット18を挟んで、シリンダブロック21上に載置されている。シリンダヘッド22は、シリンダ24、ピストン23及びガスケット18と共に、円形断面の燃焼室20を区画する区画部材を構成している。燃焼室20の直径は、例えば、電磁波放射装置13が燃焼室20へ放射するマイクロ波の波長の半分程度である。   The cylinder head 22 is placed on the cylinder block 21 with the gasket 18 interposed therebetween. The cylinder head 22, together with the cylinder 24, the piston 23, and the gasket 18, constitutes a partition member that partitions the combustion chamber 20 having a circular cross section. The diameter of the combustion chamber 20 is, for example, about half the wavelength of the microwave that the electromagnetic wave emission device 13 radiates to the combustion chamber 20.

シリンダヘッド22には、各シリンダ24に対して、点火装置12の一部を構成する点火プラグ40が1つずつ設けられている。図2に示すように、点火プラグ40では、燃焼室20に露出する先端部が、燃焼室20の天井面51(シリンダヘッド22における燃焼室20に露出する面)の中心部に位置している。点火プラグ40の先端部の外周は、その軸方向から見て円形である。点火プラグ40の先端部には、中心電極40a及び接地電極40bが設けられている。中心電極40aの先端と接地電極40bの先端部との間には、放電ギャップが形成されている。   The cylinder head 22 is provided with one spark plug 40 that constitutes a part of the ignition device 12 for each cylinder 24. As shown in FIG. 2, in the spark plug 40, the tip exposed to the combustion chamber 20 is positioned at the center of the ceiling surface 51 of the combustion chamber 20 (the surface exposed to the combustion chamber 20 in the cylinder head 22). . The outer periphery of the distal end portion of the spark plug 40 is circular as viewed from the axial direction. A center electrode 40 a and a ground electrode 40 b are provided at the tip of the spark plug 40. A discharge gap is formed between the tip of the center electrode 40a and the tip of the ground electrode 40b.

シリンダヘッド22には、各シリンダ24に対して、吸気ポート25及び排気ポート26が形成されている。吸気ポート25には、吸気ポート25の吸気側開口25aを開閉する吸気バルブ27と、燃料を噴射するインジェクター29とが設けられている。一方、排気ポート26には、排気ポート26の排気側開口26aを開閉する排気バルブ28が設けられている。
−点火装置−
An intake port 25 and an exhaust port 26 are formed in the cylinder head 22 for each cylinder 24. The intake port 25 is provided with an intake valve 27 that opens and closes an intake side opening 25a of the intake port 25, and an injector 29 that injects fuel. On the other hand, the exhaust port 26 is provided with an exhaust valve 28 for opening and closing the exhaust side opening 26 a of the exhaust port 26.
-Ignition device-

点火装置12は、燃焼室20毎に設けられている。図3に示すように、各点火装置12は、高電圧パルスを出力する点火コイル14と、点火コイル14から出力された高電圧パルスが供給される点火プラグ40とを備えている。   The ignition device 12 is provided for each combustion chamber 20. As shown in FIG. 3, each ignition device 12 includes an ignition coil 14 that outputs a high voltage pulse, and an ignition plug 40 that is supplied with the high voltage pulse output from the ignition coil 14.

点火コイル14は、直流電源(図示省略)に接続されている。点火コイル14は、制御装置35から点火信号を受けると、直流電源から印加された電圧を昇圧し、昇圧後の高電圧パルスを点火プラグ40の中心電極40aに出力する。点火プラグ40では、高電圧パルスが中心電極40aに印加されると、放電ギャップにおいて絶縁破壊が生じてスパーク放電が生じる。スパーク放電の放電経路には、放電プラズマが生成される。中心電極40aには、高電圧パルスとしてマイナスの電圧が印加される。   The ignition coil 14 is connected to a DC power source (not shown). When the ignition coil 14 receives the ignition signal from the control device 35, the ignition coil 14 boosts the voltage applied from the DC power supply, and outputs the boosted high voltage pulse to the center electrode 40 a of the spark plug 40. In the spark plug 40, when a high voltage pulse is applied to the center electrode 40a, dielectric breakdown occurs in the discharge gap and spark discharge occurs. A discharge plasma is generated in the discharge path of the spark discharge. A negative voltage is applied to the center electrode 40a as a high voltage pulse.

なお、点火装置12は、放電プラズマに電気エネルギーを供給して放電プラズマを拡大させるプラズマ拡大部を備えていてもよい。プラズマ拡大部は、例えば、放電プラズマに高周波(例えばマイクロ波)のエネルギーを供給することによりスパーク放電を拡大させる。プラズマ拡大部によれば、希薄な混合気に対して着火の安定性を向上させることができる。プラズマ拡大部として、電磁波放射装置13を利用してもよい。
−電磁波放射装置−
The ignition device 12 may include a plasma expansion unit that supplies electric energy to the discharge plasma to expand the discharge plasma. A plasma expansion part expands a spark discharge by supplying high frequency (for example, microwave) energy to discharge plasma, for example. According to the plasma expansion part, it is possible to improve the stability of ignition with respect to a lean air-fuel mixture. The electromagnetic wave emission device 13 may be used as the plasma expansion unit.
-Electromagnetic radiation device-

電磁波放射装置13は、図3に示すように、電磁波発生装置31と電磁波切替器32と高周波放射用プラグ34とを備えている。電磁波放射装置13では、電磁波発生装置31と電磁波切替器32が1つずつ設けられ、燃焼室20毎に高周波放射用プラグ34が設けられている。   As shown in FIG. 3, the electromagnetic wave radiation device 13 includes an electromagnetic wave generator 31, an electromagnetic wave switch 32, and a high frequency radiation plug 34. In the electromagnetic wave radiation device 13, one electromagnetic wave generator 31 and one electromagnetic wave switch 32 are provided, and a high frequency radiation plug 34 is provided for each combustion chamber 20.

電磁波発生装置31は、制御装置35から電磁波駆動信号(パルス信号)を受けると、その電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘ってマイクロ波を連続的に出力する。電磁波発生装置31では、半導体発振器がマイクロ波を生成する。なお、半導体発振器の代わりに、マグネトロン等の他の発振器を使用してもよい。   When receiving the electromagnetic wave drive signal (pulse signal) from the control device 35, the electromagnetic wave generator 31 continuously outputs the microwave over the time of the pulse width of the electromagnetic wave drive signal. In the electromagnetic wave generator 31, a semiconductor oscillator generates microwaves. In place of the semiconductor oscillator, another oscillator such as a magnetron may be used.

電磁波切替器32は、1つの入力端子と、高周波放射用プラグ34毎に設けられた複数の出力端子とを備えている。入力端子は、電磁波発生装置31に電気的に接続されている。各出力端子は、対応する高周波放射用プラグ34の入力端子に電気的に接続されている。電磁波切替器32は、制御装置35により制御されて、複数の高周波放射用プラグ34の間で、電磁波発生装置31から出力されたマイクロ波の供給先を順番に切り替える。   The electromagnetic wave switch 32 includes one input terminal and a plurality of output terminals provided for each high frequency radiation plug 34. The input terminal is electrically connected to the electromagnetic wave generator 31. Each output terminal is electrically connected to the input terminal of the corresponding high-frequency radiation plug 34. The electromagnetic wave switch 32 is controlled by the control device 35 and sequentially switches the supply destination of the microwaves output from the electromagnetic wave generator 31 between the plurality of high-frequency radiation plugs 34.

高周波放射用プラグ34は、高周波を内燃機関の燃焼室に放射するアンテナ構造であって、図6に示すように、高周波を内燃機関の燃焼室に導くために内燃機関に設けられた挿通孔の内側開口を塞ぐエンドキャップ部51と、エンドキャップ部51に設けられ、内燃機関の燃焼室に電磁波を放射する放射アンテナ16と、挿通孔内部に設けられる高周波伝送路60と放射アンテナ16とを接続し、高周波伝送路60から放射アンテナ16へ高周波を供給する給電部52とを備え、高周波伝送路60は、給電部52に対して着脱自在かつ高周波伝達可能に設けられている。   The high frequency radiation plug 34 is an antenna structure that radiates high frequency to the combustion chamber of the internal combustion engine. As shown in FIG. 6, the high frequency radiation plug 34 has an insertion hole provided in the internal combustion engine for guiding the high frequency to the combustion chamber of the internal combustion engine. An end cap portion 51 that closes the inner opening, a radiation antenna 16 that is provided in the end cap portion 51 and radiates electromagnetic waves to the combustion chamber of the internal combustion engine, and a high-frequency transmission path 60 and a radiation antenna 16 that are provided inside the insertion hole are connected. The high-frequency transmission path 60 is provided so as to be detachable and capable of high-frequency transmission with respect to the power supply section 52.

給電部52は、一端が、放射アンテナ16の一端にエンド溶接される給電導体52aを備え、給電導体52aの他端には、高周波伝送路60の内部導体の端部に設けられた係止部に係合可能な係合部が設けられ、高周波伝送路60は、係止部と給電導体52aの係合部との係合により給電部52に着脱自在かつ高周波伝達可能に接続される。   The power feeding unit 52 includes a power feeding conductor 52 a whose one end is end-welded to one end of the radiation antenna 16. The other end of the power feeding conductor 52 a is a locking portion provided at the end of the internal conductor of the high-frequency transmission path 60. The high-frequency transmission path 60 is detachably connected to the power supply unit 52 and capable of high-frequency transmission by the engagement between the engaging part and the engagement part of the power supply conductor 52a.

この構造によれば、高周波伝送路60が、給電部52に対して着脱自在かつ高周波伝達可能に設けられているので、高周波伝送路60と放射アンテナ16とを分離することができ、挿入孔、高周波伝送路60、アンテナ構造体、それぞれの汎用性を向上させてコストを低減することができる。   According to this structure, since the high-frequency transmission path 60 is provided so as to be detachable and capable of high-frequency transmission with respect to the power supply unit 52, the high-frequency transmission path 60 and the radiation antenna 16 can be separated, The versatility of the high-frequency transmission line 60 and the antenna structure can be improved and the cost can be reduced.

エンドキャップ部51は、セラミックで構成されるベースセラミックと、相通孔に設けられた螺子部と螺合可能な螺合部とを有し、相通孔の螺子部と螺合することにより相通孔を封止する。   The end cap portion 51 has a base ceramic made of ceramic, and a screw portion that can be screwed with a screw portion provided in the through hole. The end cap portion 51 is screwed with the screw portion of the through hole, thereby forming the through hole. Seal.

このように、エンドキャップ部51は、内燃機関壁面にネジ締結される。   In this manner, the end cap portion 51 is screwed to the internal combustion engine wall surface.

ベースセラミックと嵌合ナット部の螺合部、及び給電導体52aの錨型中心導体はインサート成型される。   The base ceramic and the fitting portion of the fitting nut portion and the saddle-shaped center conductor of the power supply conductor 52a are insert-molded.

高周波伝送路60は、図4に示すように、同軸伝送路であって、高周波伝送路60には、高周波伝送用の導体として、中心導体61及び外側導体62が設けられている。中心導体61は、直線状の導体である。中心導体61は、高周波伝送路60の全長に亘って、電気絶縁体36の軸心上に設けられている。一方、外側導体62は、筒状導体により構成されている。   As shown in FIG. 4, the high-frequency transmission line 60 is a coaxial transmission line, and the high-frequency transmission line 60 is provided with a center conductor 61 and an outer conductor 62 as high-frequency transmission conductors. The center conductor 61 is a linear conductor. The center conductor 61 is provided on the axial center of the electrical insulator 36 over the entire length of the high-frequency transmission path 60. On the other hand, the outer conductor 62 is composed of a cylindrical conductor.

放射アンテナ16は、渦巻状に形成されてエンドキャップ部51に設けられている。
ここで、放射アンテナ16は、φ0.3高融点金属バネをエンドキャップにて接合したものである。
The radiating antenna 16 is formed in a spiral shape and provided on the end cap portion 51.
Here, the radiation antenna 16 is obtained by joining φ0.3 refractory metal springs with end caps.

−制御装置の動作−   -Control device operation-

制御装置35の動作について説明する。制御装置35は、各燃焼室20に対して、1回の燃焼サイクルに、点火装置12に混合気への点火を指示する第1動作と、混合気の着火後に電磁波放射装置13にマイクロ波の放射を指示する第2動作とを行う。   The operation of the control device 35 will be described. The control device 35 performs a first operation for instructing the ignition device 12 to ignite the air-fuel mixture in one combustion cycle for each combustion chamber 20, and a microwave is applied to the electromagnetic wave emission device 13 after the ignition of the air-fuel mixture. A second operation for instructing radiation is performed.

具体的に、制御装置35は、ピストン23が圧縮上死点の手前に位置する点火タイミングに第1動作を行う。制御装置35は、第1動作として点火信号を出力する。   Specifically, the control device 35 performs the first operation at the ignition timing at which the piston 23 is positioned before the compression top dead center. The control device 35 outputs an ignition signal as the first operation.

点火装置12では、点火信号を受けると、上述したように、点火プラグ40の放電ギャップにおいてスパーク放電が生じる。混合気は、スパーク放電により着火する。混合気が着火すると、燃焼室20の中心部の着火位置からシリンダ24の壁面へ向かって火炎が広がる。   When the ignition device 12 receives the ignition signal, spark discharge occurs in the discharge gap of the spark plug 40 as described above. The air-fuel mixture is ignited by spark discharge. When the air-fuel mixture is ignited, the flame spreads from the ignition position at the center of the combustion chamber 20 toward the wall surface of the cylinder 24.

制御装置35は、混合気が着火した後に、例えば火炎伝播の後半期間の開始タイミングに第2動作を行う。制御装置35は、第2動作として電磁波駆動信号を出力する。   After the air-fuel mixture has ignited, the control device 35 performs the second operation, for example, at the start timing of the second half period of flame propagation. The control device 35 outputs an electromagnetic wave drive signal as the second operation.

電磁波放射装置13は、電磁波駆動信号を受けると、上述したように、放射アンテナ16からマイクロ波の連続波(CW)を放射する。マイクロ波は、火炎伝播の後半期間に亘って放射される。   When receiving the electromagnetic wave drive signal, the electromagnetic wave radiation device 13 radiates a microwave continuous wave (CW) from the radiation antenna 16 as described above. Microwaves are emitted over the second half of the flame propagation.

アンテナ16の近傍では、火炎伝播の後半期間の間ずっと、燃焼室20において相対的に電界強度が強い強電界領域が形成される。火炎の伝播速度は、その火炎が強電界領域を通過する際にマイクロ波のエネルギーを受けて増大する。   In the vicinity of the antenna 16, a strong electric field region having a relatively strong electric field strength is formed in the combustion chamber 20 throughout the latter half of the flame propagation period. The propagation speed of the flame is increased by receiving microwave energy when the flame passes through the strong electric field region.

なお、マイクロ波のエネルギーが大きい場合には、強電界領域においてマイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマの生成領域では活性種(例えば、OHラジカル)が生成される。強電界領域を通過する火炎の伝播速度は、活性種により増大する。
《その他の実施形態》
When the microwave energy is large, microwave plasma is generated in the strong electric field region. Active species (for example, OH radicals) are generated in the generation region of the microwave plasma. The propagation speed of the flame passing through the strong electric field region is increased by the active species.
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前記実施形態は、以下のように構成してもよい。   The embodiment may be configured as follows.

給電部52は、一端が、放射アンテナ16の一端にエンド溶接される給電導体52aと、給電導体52aの他端と高周波伝送路60の間に設けられる同軸アダプタフェルール53とを備え、高周波伝送路60は、同軸アダプタフェルール53を介して給電部52に着脱自在かつ高周波伝達可能に接続される。   The power supply unit 52 includes a power supply conductor 52 a whose one end is end-welded to one end of the radiation antenna 16, and a coaxial adapter ferrule 53 provided between the other end of the power supply conductor 52 a and the high-frequency transmission path 60. 60 is connected to the power feeding section 52 via a coaxial adapter ferrule 53 so as to be detachable and capable of high frequency transmission.

同軸アダプタフェルール53は、断熱体54を備え、放射アンテナ16の給電部52は、高周波伝送路60から断熱体54の中心を通って伸びる中心導体と接続することにより高周波を伝達する。   The coaxial adapter ferrule 53 includes a heat insulator 54, and the power feeding portion 52 of the radiating antenna 16 transmits a high frequency by connecting to a central conductor extending from the high frequency transmission path 60 through the center of the heat insulator 54.

また、本実施形態では、アンテナの輻射効率を改善する為、給電線とアンテナ間に緩衝整合回路を設ける。これにより、プラズマ火炎伝播の効果向上、電力低減を図る。   In the present embodiment, a buffer matching circuit is provided between the feeder line and the antenna in order to improve the radiation efficiency of the antenna. This improves the effect of plasma flame propagation and reduces power.

なお、本実施形態では、エンジン筒内の電界強度を高める為、半導体アンプのアイソレーターを廃止している。   In this embodiment, the isolator of the semiconductor amplifier is eliminated in order to increase the electric field strength in the engine cylinder.

このように、エンジン内部を貫通した同軸管は先端で錨型中心導体と軸方向に摺動接合し電気導通を得る。   In this way, the coaxial tube penetrating the engine interior is slidably joined in the axial direction with the saddle-shaped central conductor at the tip to obtain electrical conduction.

アンテナの輻射効率を改善する為、給電線とアンテナ間に緩衝整合回路を設けてもよい。   In order to improve the radiation efficiency of the antenna, a buffer matching circuit may be provided between the feed line and the antenna.

このように、本実施形態では、アンテナ導体の溶損を防止しながら、高周波の放射エネルギー量を増大させることができる。   Thus, in this embodiment, the amount of high-frequency radiation energy can be increased while preventing the antenna conductor from being melted.

また、電界ピーク値を増加させ、プラズマ生成領域を拡大する。また、指圧波形、熱発生率などにおいて、火炎伝播促進効果を高めることができる。また、プラズマ拡張を安定的なものにし、アンテナからの輻射効率を向上させることができる。   In addition, the electric field peak value is increased and the plasma generation region is expanded. In addition, the flame propagation promoting effect can be enhanced in the finger pressure waveform, the heat generation rate, and the like. Further, the plasma expansion can be made stable, and the radiation efficiency from the antenna can be improved.

また、アンテナ導体の溶損も低減できる。   Further, the melting loss of the antenna conductor can be reduced.

前記実施形態は、以下のように構成してもよい。   The embodiment may be configured as follows.

同軸アダプタフェルール53は、給電導体52aの他端に接続されるアンテナ側電極と、高周波伝送路60から高周波を受ける高周波伝送路側電極と、アンテナ側電極と、高周波伝送路側電極との間に設けられる誘電体55とを備え、同軸アダプタフェルール53は、高周波伝送路60からアンテナの給電部52に誘電体55を介して容量接合により高周波を伝達する。   The coaxial adapter ferrule 53 is provided between the antenna side electrode connected to the other end of the power supply conductor 52a, the high frequency transmission path side electrode that receives a high frequency from the high frequency transmission path 60, the antenna side electrode, and the high frequency transmission path side electrode. The coaxial adapter ferrule 53 includes a dielectric 55, and transmits a high frequency from the high frequency transmission path 60 to the feeding portion 52 of the antenna via the dielectric 55 through a capacitive junction.

このように、前記実施形態では、中心導体61が放射アンテナ16に当接しているが、中心導体61が放射アンテナ16に容量結合されていてもよい。   As described above, in the embodiment, the center conductor 61 is in contact with the radiation antenna 16, but the center conductor 61 may be capacitively coupled to the radiation antenna 16.

この場合も、本実施形態では、アンテナ導体の溶損を防止しながら、高周波の放射エネルギー量を増大させることができる。   Also in this case, in this embodiment, the amount of high-frequency radiation energy can be increased while preventing the antenna conductor from being melted.

また、電界ピーク値を増加させ、プラズマ生成領域を拡大する。また、指圧波形、熱発生率などにおいて、火炎伝播促進効果を高めることができる。また、プラズマ拡張を安定的なものにし、アンテナからの輻射効率を向上させることができる。   In addition, the electric field peak value is increased and the plasma generation region is expanded. In addition, the flame propagation promoting effect can be enhanced in the finger pressure waveform, the heat generation rate, and the like. Further, the plasma expansion can be made stable, and the radiation efficiency from the antenna can be improved.

また、アンテナ導体の溶損も低減できる。   Further, the melting loss of the antenna conductor can be reduced.

また、前記実施形態では、放射アンテナ16が矩形に旋回する螺旋状に形成されていたが、放射アンテナ16が円形に旋回する螺旋状に形成されていてもよい。また、放射アンテナ16は、複数回に亘って往復するように折れ曲がった棒状のアンテナであってもよい。   Moreover, in the said embodiment, although the radiation antenna 16 was formed in the spiral shape which turns in a rectangle, the radiation antenna 16 may be formed in the spiral shape which turns in a circle. Further, the radiation antenna 16 may be a rod-shaped antenna that is bent so as to reciprocate a plurality of times.

また、前記実施形態において、高周波放射用プラグ34を内燃機関本体11に複数設けてもよい。   In the embodiment, a plurality of high-frequency radiation plugs 34 may be provided in the internal combustion engine body 11.

また、前記実施形態において、内燃機関10が他のタイプ(ディーゼルエンジン、エタノールエンジン、ガスタービン等)のものであってもよい。また、内燃機関10が航空機のエンジンである場合にエンジンの失火時に、点火装置12および電磁波放射装置13を用いて、スパーク放電によるプラズマをマイクロ波により拡大したマイクロ波プラズマを生成して再着火を行ってもよい。   In the embodiment, the internal combustion engine 10 may be of another type (diesel engine, ethanol engine, gas turbine, etc.). Further, when the internal combustion engine 10 is an aircraft engine, when the engine misfires, the ignition device 12 and the electromagnetic wave radiation device 13 are used to generate a microwave plasma obtained by expanding the spark discharge plasma using a microwave, and reignition is performed. You may go.

以上説明したように、本発明は、高周波を放射するための放射アンテナが誘電体により被覆されたアンテナ構造体、そのアンテナ構造体を備えた高周波放射用プラグ、その高周波放射用プラグを備えた内燃機関、及びアンテナ構造体の製造方法について有用である。   As described above, the present invention relates to an antenna structure in which a radiating antenna for radiating a high frequency is covered with a dielectric, a high-frequency radiating plug including the antenna structure, and an internal combustion engine including the high-frequency radiating plug. It is useful for an engine and a method for manufacturing an antenna structure.

16 放射アンテナ
34 アンテナ構造体
60 高周波伝送路
61 中心導体(高周波伝送用の導体)
62 外側導体(高周波伝送用の導体)
51 エンドキャップ部
52 給電部
52a 給電導体
53 同軸アダプタフェルール
54 断熱体
16 Radiating antenna
34 Antenna structure
60 High-frequency transmission line
61 Center conductor (conductor for high-frequency transmission)
62 Outer conductor (conductor for high-frequency transmission)
51 End cap
52 Power supply unit
52a Feeding conductor
53 Coaxial adapter ferrule
54 Thermal insulation

Claims (10)

高周波を内燃機関の燃焼室に放射するアンテナ構造であって、
高周波を内燃機関の燃焼室に導くために内燃機関に設けられた挿通孔の内側開口を塞ぐエンドキャップ部と、
エンドキャップ部に設けられ、内燃機関の燃焼室に電磁波を放射する放射アンテナと、
挿通孔内部に設けられる高周波伝送路と放射アンテナとを接続し、高周波伝送路から放射アンテナへ高周波を供給する給電部とを備え、
高周波伝送路は、給電部に対して着脱自在かつ高周波伝達可能に設けられている
ことを特徴とするアンテナ構造体。
An antenna structure that radiates high frequency into a combustion chamber of an internal combustion engine,
An end cap portion that closes an inner opening of an insertion hole provided in the internal combustion engine in order to guide the high frequency to the combustion chamber of the internal combustion engine;
A radiation antenna that is provided in the end cap portion and radiates electromagnetic waves to the combustion chamber of the internal combustion engine;
A high-frequency transmission line provided inside the insertion hole and a radiation antenna are connected, and a power supply unit that supplies high frequency from the high-frequency transmission line to the radiation antenna is provided
The antenna structure characterized in that the high-frequency transmission path is provided so as to be detachable and capable of high-frequency transmission with respect to the power feeding section.
請求項1において、
給電部は、一端が、放射アンテナの一端にエンド溶接される給電導体を備え、
給電導体の他端には、高周波伝送路の内部導体の端部に設けられた係止部に係合可能な係合部が設けられ、
高周波伝送路は、係止部と給電導体の係合部との係合により給電部に着脱自在かつ高周波伝達可能に接続されることを特徴とするアンテナ構造体。
In claim 1,
The power supply unit includes a power supply conductor whose one end is end-welded to one end of the radiation antenna,
The other end of the power supply conductor is provided with an engaging portion that can be engaged with the engaging portion provided at the end of the inner conductor of the high-frequency transmission path,
An antenna structure characterized in that the high-frequency transmission line is detachably connected to the power feeding portion and capable of high-frequency transmission by engagement of the locking portion and the engaging portion of the power feeding conductor.
請求項1において、
給電部は、一端が、放射アンテナの一端にエンド溶接される給電導体と、
給電導体の他端と高周波伝送路の間に設けられる同軸アダプタフェルールとを備え、
高周波伝送路は、同軸アダプタフェルールを介して給電部に着脱自在かつ高周波伝達可能に接続されることを特徴とするアンテナ構造体。
In claim 1,
The power supply unit has a power supply conductor whose one end is end-welded to one end of the radiation antenna;
A coaxial adapter ferrule provided between the other end of the feeding conductor and the high-frequency transmission path;
An antenna structure characterized in that the high-frequency transmission path is detachably connected to the power feeding portion and capable of high-frequency transmission via a coaxial adapter ferrule.
請求項3において、
同軸アダプタフェルールは、断熱体を備え、
放射アンテナの給電部は、高周波伝送路から断熱体の中心を通って伸びる中心導体と接続することにより高周波を伝達することを特徴とするアンテナ構造体。
In claim 3,
The coaxial adapter ferrule has a thermal insulator,
An antenna structure characterized in that a feeding portion of a radiating antenna is connected to a central conductor extending from a high-frequency transmission path through the center of a heat insulator to transmit a high frequency.
請求項3において、
同軸アダプタフェルールは、給電導体の他端に接続されるアンテナ側電極と、高周波伝送路から高周波を受ける高周波伝送路側電極と、
アンテナ側電極と、高周波伝送路側電極との間に設けられる誘電体とを備え、
同軸アダプタフェルールは、高周波伝送路からアンテナの給電部に誘電体を介して容量接合により高周波を伝達することを特徴とするアンテナ構造体。
In claim 3,
The coaxial adapter ferrule includes an antenna side electrode connected to the other end of the power supply conductor, a high frequency transmission path side electrode that receives a high frequency from the high frequency transmission path,
A dielectric provided between the antenna side electrode and the high frequency transmission line side electrode;
The coaxial adapter ferrule transmits a high frequency from a high frequency transmission line to a power feeding portion of the antenna through a dielectric through a capacitive junction.
請求項1乃至5の何れか1つにおいて、
エンドキャップ部は、相通孔に設けられた螺子部と螺合可能な螺合部を有し、相通孔の螺子部と螺合することにより相通孔を封止することを特徴とするアンテナ構造体。
In any one of claims 1 to 5,
The end cap portion includes a screw portion that can be screwed with a screw portion provided in the through hole, and the through hole is sealed by screwing with the screw portion of the through hole. .
請求項1乃至6の何れか1つにおいて、
放射アンテナは、渦巻状に形成されてエンドキャップ部に設けられていることを特徴とするアンテナ構造体。
In any one of Claims 1 thru | or 6,
A radiation antenna is formed in a spiral shape and provided in an end cap portion.
請求項1乃至7の何れか1つにおいて、
高周波伝送路は、同軸伝送路であることを特徴とするアンテナ構造体。
In any one of Claims 1 thru | or 7,
An antenna structure, wherein the high-frequency transmission line is a coaxial transmission line.
請求項1乃至8の何れか1つに記載のアンテナ構造体と、
アンテナ構造体を保持するケーシングとを備えている
ことを特徴とする高周波放射用プラグ。
The antenna structure according to any one of claims 1 to 8,
A high frequency radiation plug comprising a casing for holding an antenna structure.
請求項9に記載の高周波放射用プラグと、
燃焼室が形成されて、燃焼室に高周波を放射可能に高周波放射用プラグが取り付けられた内燃機関本体とを備えている
ことを特徴とする内燃機関。
A high-frequency radiation plug according to claim 9,
An internal combustion engine having an internal combustion engine body in which a combustion chamber is formed and a high frequency radiation plug is attached to the combustion chamber so as to radiate a high frequency.
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