JP2014202184A

JP2014202184A - 沿面放電装置および内燃機関

Info

Publication number: JP2014202184A
Application number: JP2013081425A
Authority: JP
Inventors: 清茂宮脇; Kiyoshige Miyawaki
Original assignee: Kyocera Corp
Current assignee: Kyocera Corp
Priority date: 2013-04-09
Filing date: 2013-04-09
Publication date: 2014-10-27

Abstract

【課題】沿面放電装置における点火に要する時間を短縮する。
【解決手段】
沿面放電装置２は、セラミックスから成る基体２１と、基体２１の内部に設けられた沿面放電用電極２２と、基体２１の内部のうち沿面放電用電極２２の近傍に設けられた発熱抵抗体２３とを備えている。発熱抵抗体２３が沿面放電用電極２２の近傍に設けられていることによって、沿面放電用電極２２の近傍に位置する燃料を加熱できる。これにより、沿面放電用電極２２による点火（引火）時の燃焼伝播を速やかにし、燃焼室１１内における燃焼時の温度および圧力を高めることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、沿面放電装置および内燃機関に関するものである。

内燃機関において、例えば、軽油を点火する場合にヒータを用いて点火（発火）を行なうためには２５０℃程度まで加熱する必要がある。そこで、点火をより効率的に行なうための構成として、特許文献１に記載のように沿面放電を用いて点火（引火）を行なう方法が知られている。沿面放電を用いる場合には、６０℃程度で軽油を点火（引火）することが可能であるために、効率的に点火を行なうことができる。

特開２０１２−３６７５６号公報

しかしながら、沿面放電を用いた場合であっても、６０℃程度まで燃焼機関内の軽油の温度を上昇させるための時間が必要であることから、この時間の短縮が求められている。

本発明の一態様の沿面放電装置は、内燃機関の燃焼室に用いられる沿面放電装置であって、セラミックスから成る基体と、基体の内部に設けられた沿面放電用電極と、基体の内部のうち沿面放電用電極の近傍に設けられた発熱抵抗体とを備えている。

本発明の一態様の内燃機関は、沿面放電装置と沿面放電装置に接合されたシリンダーヘドとを備えており、基体の貫通孔の内周面とシリンダーヘッドの内表面とによって燃焼室の内表面が形成されている。

本発明の一態様の沿面放電装置および内燃機関によれば、発熱抵抗体が沿面放電電極の近傍に設けられていることによって、沿面放電用電極の近傍に位置する燃料を加熱することができる。これにより、沿面放電用電極による点火（引火）を速やかに行なうことができる。

本発明の一実施形態の沿面放電装置およびこれを用いた内燃機関を示す断面図である。図１に示した沿面放電装置の平面図である。図１に示した沿面放電装置の沿面放電用電極の近傍を示す部分断面図である。沿面放電装置の変形例１を示す部分断面図である。沿面放電装置の変形例２を示す部分断面図である。沿面放電装置の変形例３を示す部分断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る沿面放電装置２およびこれを用いた内燃機関１０について、図面を参照して説明する。

＜沿面放電装置２の構成＞
図１は本発明の一実施形態の沿面放電装置２およびこれを用いた内燃機関１０（主点火元である点火プラグ、グロープラグまたはプラズマジェットシャワープラグおよび給排気部品等の部品類を図示せず）を示す断面図である。内燃機関１０は、例えば、車両に搭載されて用いられる。図１に示すように、内燃機関１０は、シリンダー１と、シリンダー１の上面に設けられた沿面放電装置２と、沿面放電装置２の上面に設けられたシリンダーヘッド３と、ピストン４とを備えている。沿面放電装置２の内周面とシリンダーヘッド３の内周面とによって、内燃機関１０の燃焼室１１の内表面が形成されている。燃焼室１１とは、燃料を燃焼するための部分である。シリンダーヘッド３は、吸気孔および排気孔を有し、グロープラグ等が設けられた、従来周知のものである。また、同様にピストン４およびシリンダー１も従来周知のものである。

本実施形態の内燃機関１０は、上述したとおり、シリンダーヘッド３とシリンダー１との間に沿面放電装置２を備えている。沿面放電装置２は、耐熱パッキン５を介して、シリンダー１およびシリンダーヘッド３に取り付けられている。図２および図３に示すように、沿面放電装置２は、基体２１と、基体２１の内部に設けられた沿面放電用電極２２と、沿面放電用電極２２の近傍に設けられた発熱抵抗体２３とを備えている。

基体２１は上面と下面とに貫通する貫通孔２１０を有する板状の部材である。図２に示すように、基体２１は、平面視したときの貫通孔２１０の形状が円形状である。基体２１は、平面視したときの外周の形状が四角形状である。この貫通孔２１０の内部が内燃機関１０における燃焼室１１として用いられる。すなわち、貫通孔２１０の内周面が内燃機関１０における燃焼室１１の内表面となる。貫通孔２１０の形状が円形状であることによって、燃焼室１１において生じる衝撃による影響を低減することができる。具体的には、基体２１の一部に衝撃による応力が集中することを抑制できる。基体２１は、例えば、アルミナまたは窒化珪素等のセラミック材料から成る。セラミック材料として窒化珪素を用いることによって耐熱性を向上させることができる。基体２１の寸法は以下のように設定できる。例えば、貫通孔２１０の内径は、例えば、３０〜８０ｍｍに設定できる。基体２１の厚みは、例えば、３〜１０ｍｍに設定できる。

基体２１の内部には、沿面放電用電極２２が設けられている。沿面放電用電極２２は、基体２１の貫通孔２１０の内周面に沿面放電を生じさせて、これにより生じた火花を用いて燃料に点火（引火）するための部材である。図２に示すように、沿面放電用電極２２は、貫通孔２１０を囲むように設けられている。燃焼室１１を囲むように沿面放電用電極２２が設けられていることによって、燃焼室１１の広範囲に沿面放電を生じさせることができる。つまり、燃焼室１１の広範囲において、点火（引火）を行なうことができる。その結果、燃焼室１１内の温度を迅速に上昇させることができ、燃焼室１１内の圧力上昇を図ることができるので、エネルギーの効率を向上させることができる。沿面放電用電極２２は、例えば、図３に示すように、貫通孔２１０の内周面に平行に設けられた２つの電極が、貫通孔２１０の内周面に平行な方向に並んで設けられている構成にすることができる。これにより、貫通孔２１０の内周面に沿面放電を生じさせることができる。

また、図４の（ａ）に示すように、沿面放電用電極２２は、貫通孔２１０の内周面に平行に設けられた２つの電極が、貫通孔２１０の内周面に垂直な方向に並んで設けられている構成にすることもできる。この場合、２つの電極のうち貫通孔２１０の内周面側に設けられている電極の幅を狭くするとともに、この電極を囲むように設けられている電極の幅を広くする。この構成によっても、貫通孔２１０の内周面に沿面放電を生じさせることができる。

沿面放電用電極２２としては、例えば、ＷまたはＭｏ等の高融点金属粉末あるいはＷ、ＭｏおよびＲｅ等の高融点金属粉末の混合物等を用いることができる。特に、基体２１を積層体で構成している場合には、同時焼成できるという点で、沿面放電用電極２２に高融点金属粉末材料をペースト状としたメタライズインクを用いることが好ましい。これにより、沿面放電装置２の生産性を向上させることができる。

基体２１の内部には、さらに、発熱抵抗体２３が設けられている。発熱抵抗体２３は、貫通孔２１０の内部を加熱するための部材である。図３に示すように、発熱抵抗体２３は、基体２１の内部のうち沿面放電用電極２２の近傍に設けられている。これにより、貫通孔２１０の内周面のうち沿面放電用電極２２が設けられた部位の近傍に位置する領域の近くにある燃料を加熱することができる。燃料の温度を上昇させることによって、沿面放電用電極２２による燃料の点火（引火）を容易に行なうことができる。さらに、発熱抵抗体２３は、貫通孔２１０を囲むように設けられている。これにより、貫通孔２１０の内周面の全体を加熱することができる。その結果、燃焼室１１における燃料の温度をさらに上昇させることができるので、沿面放電用電極２２による燃料の点火（引火）をより容易に行なうことができる。

発熱抵抗体２３は、図３および図４（ａ）に示すように、貫通孔２１０の内周面に平行に設けられている。これにより、より良好に貫通孔２１０の内周面を加熱することができる。また、図４（ｂ）、（ｃ）に示すように、貫通孔２１０の内周面に対して垂直に設けられていてもよい。これにより、燃焼室１１内で生じた衝撃による影響を低減することができる。

発熱抵抗体２３としては、例えば、ＷまたはＭｏ等の高融点金属粉末あるいはＷ、ＭｏおよびＲｅ等の高融点金属粉末の混合物等の金属材料を用いることができる。特に、基体２１を積層体で構成している場合には、同時焼成できるという点で、発熱抵抗体２３に高融点金属粉末材料をペースト状としたメタライズインクを用いることが好ましい。これにより、沿面放電装置２の生産性を向上させることができる。また、発熱抵抗体２３に用いる金属を沿面放電用電極２２に用いる金属と同じものにすることが好ましい。これにより、沿面放電装置２内において、各部材（基体２１、沿面放電用電極２２および発熱抵抗体２３）の熱膨張率の違いに起因して発生する熱応力を低減することができる。

以上の通り、本実施形態の沿面放電装置２および内燃機関１０は、発熱抵抗体２３が沿面放電電極の近傍に設けられていることによって、沿面放電用電極２２の近傍に位置する燃料を加熱することができる。これにより、沿面放電用電極２２による点火（引火）を速やかに行ない、同時多点点火（引火）により燃焼室１１内の温度上昇を迅速化でき、燃焼室１１内の圧力上昇をはかることができる。

なお、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更、改良などが可能である。例えば、本実施形態においては、基体２１における貫通孔２１０の内周面の形状が一様であったが、これに限られない。具体的には、図５（ａ）に示すように、断面視したときの形状が、凹形状であってもよい。また、図５（ｂ）に示すように、断面視したときの形状が、凸形状であってもよい。これらの構成にすることによって、燃焼室１１の内部において、対流する燃料が空気と混ざりやすくなるので、燃焼伝播速度を早くすることができる。これにより、燃焼に伴う燃焼室１１内の温度上昇を迅速化でき、燃焼室１１内の圧力上昇をより迅速に行なうことができる。

さらに、図６に示すように、基体２１の外周の形状が円形状であるとともに、この基体２１の外周の一部が取付部２４を介して外基体２５に取り付けられていてもよい。本変形例においては、この外基体２５が、シリンダーヘッド３およびシリンダー１に取り付けら
れている。このように、基体２１の外周の形状を内周の形状と等しく円形状にすることによって、熱応力によって基体２１が損傷する可能性を抑制できる。さらに、基体２１と外基体２５との間に空隙２６が設けられていることによって、燃焼室１１で生じた熱が外部に逃げることを抑制できる。その結果、燃焼室１１の内部の温度が上がり、燃焼室１１内での燃料燃焼時の燃焼時間が短時間化し、内燃機関１０のエネルギー効率をさらに上昇させることができる。

１：シリンダー
２：沿面放電装置
３：シリンダーヘッド
４：ピストン
５：耐熱パッキン
１０：内燃機関
１１：燃焼室
２１：基体
２１０：貫通孔
２２：沿面放電用電極
２３：発熱抵抗体
２４：取付部
２５：外基体
２６：空隙

Claims

内燃機関の燃焼室に用いられる沿面放電装置であって、
セラミックスから成る基体と、該基体の内部に設けられた沿面放電用電極と、前記基体の内部のうち前記沿面放電用電極の近傍に設けられた発熱抵抗体とを備えた沿面放電装置。
前記基体が上面と下面とに貫通する貫通孔を有するとともに、前記沿面放電用電極と前記発熱抵抗体とが前記貫通孔を囲むように位置していることを特徴とする請求項１に記載の沿面放電装置。
平面視したときに、前記貫通孔の形状および前記基体の外周の形状が円形状であることを特徴とする請求項２に記載の沿面放電装置。
請求項２または請求項３に記載の沿面放電装置と、該沿面放電装置に接合されたシリンダーヘッドとを備えており、前記基体の前記貫通孔の内周面と前記シリンダーヘッドの内表面とによって燃焼室の内表面が形成されている内燃機関。