JP2016142183A - Ignition device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、点火装置に関し、特に気密性を有する電磁波共振構造による点火プラグに関する。 The present invention relates to an ignition device, and more particularly to an ignition plug having an electromagnetic wave resonance structure having airtightness.
出願人は、内燃機関での燃焼にマイクロ波技術を応用することにより、空燃比の改善を図る技術の開発を進めてきた(例えば特許文献1)。特許文献1では、スパークプラグを用いて燃料に点火したのち、マイクロ波を照射することで点火した火炎を拡大する技術が開示されている。 The applicant has developed a technique for improving the air-fuel ratio by applying microwave technology to combustion in an internal combustion engine (for example, Patent Document 1). Patent Document 1 discloses a technique for expanding a flame ignited by irradiating a microwave after igniting fuel using a spark plug.
更に出願人は、入力されたマイクロ波を昇圧させて放電を生じさせる、マイクロ波共振構造を利用した点火プラグを開発した(特許文献2、3)。この点火プラグでは、マイクロ波を電源として用いるので、高速かつ継続的な放電を生じさせることができ、任意のタイミングで非平衡プラズマを生じさせることができる。これは、従来のスパークプラグでは実現できなかったことであり、この新しい点火プラグを用いることで、空燃比を改善することができている。 Further, the applicant has developed a spark plug using a microwave resonance structure that boosts the input microwave to generate discharge (Patent Documents 2 and 3). In this spark plug, since microwaves are used as a power source, high-speed and continuous discharge can be generated, and non-equilibrium plasma can be generated at an arbitrary timing. This cannot be realized by the conventional spark plug, and the air-fuel ratio can be improved by using this new spark plug.
しかし、特許文献2ないし4の点火プラグを圧縮比が高い内燃機関に装着して使用するためには、気密性が不十分であった。特に、上記の点火プラグでは、マイクロ波共振構造を採用しているため、電気的特性も考慮してシール材の配置を決める必要がある。 However, in order to use the spark plugs of Patent Documents 2 to 4 in an internal combustion engine having a high compression ratio, the airtightness is insufficient. In particular, since the above spark plug employs a microwave resonance structure, it is necessary to determine the arrangement of the sealing material in consideration of electrical characteristics.
本発明は、以上の点に鑑みてなされたものである。 The present invention has been made in view of the above points.
本発明の点火装置は、外部回路からの電磁波が入力される入力部と、電磁波共振構造により電磁波を昇圧し、軸方向の長さが前記電磁波の波長の4分の1に設定された昇圧部と、昇圧部の出力側に配備された放電部と、外部回路を伝送する電磁波と、昇圧部を伝送する電磁波のインピーダンス整合を行う結合部と、気密性を保持するシール材を備え、シール材が、昇圧部と結合部の境界近傍に配備されることを特徴とする。 The ignition device of the present invention includes an input unit to which an electromagnetic wave from an external circuit is input, and a booster unit that boosts the electromagnetic wave by an electromagnetic resonance structure, and whose axial length is set to a quarter of the wavelength of the electromagnetic wave. A discharge part disposed on the output side of the booster part, an electromagnetic wave that transmits the external circuit, a coupling part that performs impedance matching of the electromagnetic wave that is transmitted through the booster part, and a sealing material that maintains hermeticity, Is arranged in the vicinity of the boundary between the boosting unit and the coupling unit.
本発明によれば、電磁波共振構造を採用した点火プラグにおいて、気密性を確保することができる。 According to the present invention, airtightness can be ensured in a spark plug employing an electromagnetic resonance structure.
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、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. In addition, the following embodiment is a preferable illustration, Comprising: It does not intend restrict | limiting the range of this invention, its application thing, or its use.
(第1の実施形態)
図1は、点火装置1の構成を示す図である。この点火装置1は、ガソリンエンジン、ディーゼルエンジン等の内燃機関のシリンダヘッドの取付口に挿入され、燃料を点火する、一種の点火プラグとして機能する。点火装置1は、通常のスパークプラグと同様、シリンダヘッドの中心部に配置される。又、火炎伝播距離、初期燃焼期間、主燃焼期間等の短縮を目的とした多点点火のための補助点火装置として用いる場合(例えば、本出願人による特許文献4参照)、点火装置1は、シリンダヘッドの周辺部(例えば、排気/吸気ポート間、排気/排気ポート間、吸気/吸気ポート間)に複数設けるようにしてもよい。図1を参照して、点火装置1は、大きくは、入力部1a、結合部1b、共振部1cに分かれる。入力部1aには、発振器等の外部回路からマイクロ波が入力される。結合部1bでは、外部回路と共振部1cのインピーダンス整合を行う。特にマイクロ波の周波数帯域でのインピーダンス整合を行うことを目的とした容量結合を行う。共振部1cは、マイクロ波共振構造からなり、マイクロ波の昇圧を行う共振部1cに分かれる。共振部1cの先端部には放電電極16が配備される。また、点火装置1の各部分はケース11に収容される。ケース11は、接地電極も兼ねており、点火装置1は、共振部1cで昇圧されたマイクロ波が、放電電極16とケース11の間で放電を行う構成となっている。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the ignition device 1. The ignition device 1 functions as a kind of spark plug that is inserted into a mounting port of a cylinder head of an internal combustion engine such as a gasoline engine or a diesel engine and ignites fuel. The ignition device 1 is disposed at the center of the cylinder head, like a normal spark plug. When used as an auxiliary ignition device for multi-point ignition for the purpose of shortening the flame propagation distance, initial combustion period, main combustion period, etc. (see, for example, Patent Document 4 by the present applicant), the ignition device 1 is A plurality of cylinder heads may be provided in the periphery (for example, between exhaust / intake ports, between exhaust / exhaust ports, and between intake / intake ports). Referring to FIG. 1, ignition device 1 is roughly divided into
入力部1aには、外部の発振回路で生成されたマイクロ波を伝送する同軸ケーブルが接合される入力端子12、入力端子12から入力されたマイクロ波を先端部へ伝送する第1中心電極13が設けられる。第1中心電極13とケース11の間には誘電体21が設けられる。
The
結合部1bには、第1中心電極13、第2中心電極14が設けられる。第2中心電極14は、共振部1c側が底部となる筒状部18を有し、第1中心電極13はこの筒状部18に挿入される。つまり、棒状の第1中心電極13と筒状の第2中心電極14の筒部内壁は対向しており、この対向部分において第1中心電極13からのマイクロ波が容量結合により第2中心電極14へ伝送される。第2中心電極14とケース11の間にも誘電体22が設けられる。なお、仮に、外部回路(同軸ケーブルのインピーダンスを50Ω、共振部1cのインピーダンスを10Ωとした場合、虚数成分を無視して単純に考えた場合、結合部1bのインピーダンスはおおよそ20Ω程度に設計すればよい。
A
ここで、結合部1bのインピーダンスは、(1)第2中心電極14の筒状部分の内壁と、その筒状部分に挿入される第1中心電極13との位置関係(両電極間の距離や対向面積)、(2)第2中心電極14とケース11の位置関係(両社間の距離や対向面積)、(3)第2中心電極14とケース11の間に充填される誘電体23の材料などで決まる。
Here, the impedance of the
共振部1cには、第3中心電極15が設けられる。また、第3中心電極15の先端側周囲には円筒状の誘電体23が配備される。一方、第3中心電極15の後端側とケース11の間には誘電体23等は設けられておらず、環状空間である。第3中心電極15は第2中心電極14と接続しており、第2中心電極14のマイクロ波を放電電極16に伝送する。第3中心電極15は、マイクロ波のおおよそ4分の1波長の長さとなるように設計される。ここで、マイクロ波の4分の1波長とは、単に光速を周波数で除した値の4分の1の長さを指す訳ではなく、第3中心電極15の屈折率や、第3中心電極15の隣接部材である誘電体23の屈折率などを加味し、第3中心電極15を伝播するマイクロ波が実質的に4分の1波長となるような長さを指す。換言すれば、第3中心電極15の後端側にマイクロ波の節が来るようにした場合に、第3中心電極15の先端側にマイクロ波の腹が位置するような場合、第3中心電極15の長さはマイクロ波の4分の1波長に相当すると言える。繰り返しになるが、第3中心電極15の後端側にマイクロ波の節が位置し、先端側にマイクロ波の腹が来るように設計すれば、第3中心電極15の先端側に配置される放電電極16の電位を大きくすることができ、放電電極16とケース11の間に高電圧を生じさせて放電を起こさせることができる。
A
なお、共振部1cは、リアクタンス成分Lとしては、主として第3中心電極15のコイル成分で定義され、キャパシタンス成分Cとしては、主として第3中心電極15、放電電極16及びケース11で形成される容量で定義されると考えられる。具体的には、(1)放電電極16の形状、大きさ及びケース11との距離、(2)第3中心電極15とケース11との距離、(3)第3中心電極15とケース11の間に設けた間隙(空気層)17や誘電体24の長さの比率、等で決まると考えられる。そして、このLとCで規定される仮想的な等価回路がマイクロ波の周波数帯域において共振するよう、共振部1cが設計される。
In the resonance part 1c, the reactance component L is mainly defined by the coil component of the
上述のように点火装置1は、共振器による昇圧方式により、電源電圧(点火装置1に入力されるマイクロ波の電圧V1)よりも高い電圧Vc3を生成する。これにより、放電電極16と接地電極(ケース11)間に放電が生じる。放電電圧が、その近辺のガス分子のブレークダウン電圧を超えると、ガス分子から電子が放出されて非平衡プラズマが生成され、燃料が点火する。
As described above, the ignition device 1 generates the voltage Vc3 higher than the power supply voltage (the microwave voltage V1 input to the ignition device 1) by the boosting method using the resonator. As a result, discharge occurs between the
なお、点火装置1では、ケース11、各中心電極12、13、14は、例えばタングステン、モリブデン、黄銅、ステンレス(SUS)、黄タンタル、ベリリウム銅などの導電性の金属で構成することができる。なお、例えばこれら全ての部材に同じ材料(例えばタングステン)を用いてもよいし、用途に応じて適宜使い分けてもよい。但し、どの材料を用いる場合であっても、本願発明の範疇に属する。
In the ignition device 1, the
また、誘電体21、22、23はセラミック(アルミナ)、ステアタイト、窒化ケイ素などを用いることができる。
The
結合部1bの先端側には、点火装置1の気密性を確保するためのシール材31、32、33が設けられる。シール材31は、誘電体22とケース11の間に、パイプ状の誘電体22の外周を取り巻くように設けられる。シール材32は、第2中心電極14の底面に配備され、かつ、第3中心電極15の外周を取り巻くリング形状である。なお、シール材の材質としては、ロウ材(金ロウ、銀ロウなど)、メタライズ材、接着剤、ガラス材などを用いることができる。また、シール材の脱落や抜けを防止するために、シール材が配置される電極表面又は誘電体の表面は粗面、又は溝形状とし、その中にシール材を充填するようにしてもよい。
このように点火装置1では、結合部1bの先端側、つまり、結合部1bと共振部1cの境界近傍にシール材を配備している。上述のように、点火装置1では、結合部1bと共振部1cの境界近傍にマイクロ波の節が来るようにして、電位が低く(ゼロに)なるようにしている。従って、この領域にシール材を配置すれば、マイクロ波の特性(損失や位相)に対する影響は小さくて済む。
As described above, in the ignition device 1, the sealing material is disposed on the distal end side of the
また、仮にシール材をこの位置よりも先端側に配置した場合、シール材料の耐熱性の問題がある。例えば、600℃の高温にも対応可能とされる銀ロウを用いたとしても、先端側だと瞬時ではあるが1000℃を超える温度に晒される場合もあり、耐熱性の点で不十分である。これに対し、結合部1bと共振部1c近傍であれば、300℃程度の温度に対応可能であれば良いと考えられるので、材料の選択幅が広がる。なお、更に後方側にシール材を配置すれば、耐熱性のハードルは下がるが、その分、気泡が点火装置1内、特に結合部1bの内部に侵入するので、点火装置1の電気特性(周波数特性)に影響を与える恐れがある。更には、気泡の侵入により、結合部1bの部材間(誘電体と電極間)が高圧になり、点火装置1自体が破損する恐れもある。従って、耐熱性や、電気的/機械的特性の観点からの結合部1bの先端側にシール材を配置することが適している。
Further, if the sealing material is disposed on the tip side from this position, there is a problem of heat resistance of the sealing material. For example, even when using silver solder that can handle high temperatures of 600 ° C, it may be exposed to temperatures exceeding 1000 ° C instantaneously on the tip side, which is insufficient in terms of heat resistance. . On the other hand, if it is in the vicinity of the
また、2.45GHz帯の周波数を使用するため、コンデンサの容量が小さく済み、点火装置1は、小型化に有利である。また、昇圧方式を採用する結果、点火装置1のうち、放電電極16の近傍のみが高電位となるので、アイソレーションの点でも優れる。これらの点において、本発明の点火装置は、従来の共振構造の点火装置(例えば、特許文献5)よりも優れている。
In addition, since the frequency in the 2.45 GHz band is used, the capacitance of the capacitor is small, and the ignition device 1 is advantageous for downsizing. In addition, as a result of employing the boosting method, only the vicinity of the
なお、点火装置1は、マイクロ波により駆動するので、放電もマイクロ波(GHz)の周期で行われる。従って、発生したラジカルが死滅する前に、次の放電が行われるから、発生したOHラジカル等は死滅せず維持される。これに対し、従来のスパークプラグでは、高周波でのスパークのON/OFFを行うことができないため、一端発生したラジカルはすぐに死滅してしまう。従って、従来のスパークプラグを用いた場合、上記のような作用効果を奏することはできない。 In addition, since the ignition device 1 is driven by microwaves, discharge is also performed at a cycle of microwaves (GHz). Therefore, since the next discharge is performed before the generated radicals are killed, the generated OH radicals are maintained without being killed. On the other hand, since the conventional spark plug cannot turn on / off the spark at a high frequency, the radical generated once is immediately killed. Therefore, when a conventional spark plug is used, the above-described effects cannot be achieved.
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明の範囲はあくまでも特許請求の範囲に記載された発明に基づいて定められるものであり、上記実施形態に限定されるべきものではない。 The embodiment of the present invention has been described above. The scope of the present invention is determined based on the invention described in the claims, and should not be limited to the above embodiment.
例えば、本発明が対象とする点火装置は、上述の点火装置1に限られず、電磁波共振構造を採用した点火装置であれば、他の態様であってもよい。また、点火装置1はマイクロ波により動作するものとしているが、他の帯域を有する電磁波を使用するものでも良い。 For example, the ignition device targeted by the present invention is not limited to the ignition device 1 described above, and may be another mode as long as the ignition device adopts an electromagnetic resonance structure. Moreover, although the ignition device 1 shall operate | move with a microwave, you may use the electromagnetic waves which have another zone | band.
1 点火装置
1a 入力部
1b 結合部
1c 共振部
11 ケース(接地電極)
12 マイクロ波入力端子
13 第1中心電極
14 第2中心電極
15 第3中心電極
16 放電電極
17、18 空間
21、22、23 誘電体
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
12
図2も参照して、結合部1bの先端側には、点火装置1の気密性を確保するためのシール材31、32、33が設けられる。シール材31は、誘電体22とケース11の間に、パイプ状の誘電体22の外周を取り巻くように設けられる。シール材32は、第2中心電極14の底面に配備され、かつ、第3中心電極15の外周を取り巻くリング形状である。なお、シール材の材質としては、ロウ材(金ロウ、銀ロウなど)、メタライズ材、接着剤、ガラス材などを用いることができる。また、シール材の脱落や抜けを防止するために、シール材が配置される電極表面又は誘電体の表面は粗面、又は溝形状とし、その中にシール材を充填するようにしてもよい。
Referring also to FIG. 2 ,
Claims (1)
電磁波共振構造により電磁波を昇圧し、軸方向の長さが前記電磁波の波長の4分の1に設定された昇圧部と、
昇圧部の出力側に配備された放電部と、
外部回路を伝送する電磁波と、昇圧部を伝送する電磁波のインピーダンス整合を行う結合部と、
気密性を保持するシール材を備え、
シール材が、昇圧部と結合部の境界近傍に配備されることを特徴とする点火装置。 An input unit for receiving electromagnetic waves from an external circuit;
An electromagnetic wave is boosted by an electromagnetic wave resonance structure, and a pressure increasing unit in which an axial length is set to a quarter of the wavelength of the electromagnetic wave;
A discharge unit arranged on the output side of the boost unit;
A coupling unit that performs impedance matching between the electromagnetic wave transmitted through the external circuit and the electromagnetic wave transmitted through the booster;
Equipped with a sealing material that maintains hermeticity,
An ignition device characterized in that a sealing material is provided in the vicinity of a boundary between a boosting portion and a coupling portion.
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Citations (2)
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JP2004087498A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Robert Bosch Gmbh | Device for igniting air and fuel mixture of internal combustion engine |
JP2011150830A (en) * | 2010-01-20 | 2011-08-04 | Denso Corp | High frequency plasma ignition device |
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Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2004087498A (en) * | 2002-08-28 | 2004-03-18 | Robert Bosch Gmbh | Device for igniting air and fuel mixture of internal combustion engine |
JP2011150830A (en) * | 2010-01-20 | 2011-08-04 | Denso Corp | High frequency plasma ignition device |
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