JP2018193872A - Ignition device - Google Patents
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Abstract
Description
本開示は、燃焼室に供給された燃料を着火させる着火装置に関する。 The present disclosure relates to an ignition device that ignites fuel supplied to a combustion chamber.
エンジンを構成するシリンダ(燃焼室)内に希薄予混合気を供給して燃焼させることで、排気ガス中のNOxを低減したり、燃費を向上させたりする技術が開発されている。希薄予混合気を着火させる技術として、副室で生成した火炎を燃焼室に導入する技術が開発されている(例えば、特許文献1)。 Technologies have been developed that reduce NOx in exhaust gas and improve fuel efficiency by supplying a lean premixed gas into a cylinder (combustion chamber) constituting an engine and burning it. As a technique for igniting a lean premixed gas, a technique for introducing a flame generated in a sub chamber into a combustion chamber has been developed (for example, Patent Document 1).
しかし、上記特許文献1の技術では、副室で燃料を燃焼させるため、燃費の向上効果が低減してしまうという問題がある。 However, the technique disclosed in Patent Document 1 has a problem in that fuel efficiency is reduced because fuel is combusted in the sub chamber.
本開示は、このような課題に鑑み、燃費を向上することが可能な着火装置を提供することを目的としている。 In view of such a problem, the present disclosure is intended to provide an ignition device capable of improving fuel consumption.
上記課題を解決するために、本開示の一態様に係る着火装置は、壁面と離隔して対向する対向面を有する給電側電極と、前記壁面と前記給電側電極の対向面との間に配される本体を有する、絶縁体で構成されたスペーサと、前記給電側電極に高周波電力を供給する高周波電源と、を備える。 In order to solve the above-described problem, an ignition device according to an aspect of the present disclosure is provided between a power feeding side electrode having a facing surface that is spaced apart and opposed to a wall surface, and the wall surface and the facing surface of the power feeding side electrode. And a spacer made of an insulator and a high-frequency power source for supplying high-frequency power to the power supply side electrode.
また、前記給電側電極は、平板形状の本体部と、前記本体部の外縁から外方に向かって突出した突出部と、を有してもよい。 Moreover, the said electric power feeding side electrode may have a flat plate-shaped main-body part and the protrusion part which protruded toward the outward from the outer edge of the said main-body part.
また、前記給電側電極の前記本体部には、陥没部が形成されており、前記スペーサの前記本体は、前記陥没部に収容されてもよい。 Further, a depressed portion may be formed in the main body portion of the power supply side electrode, and the main body of the spacer may be accommodated in the depressed portion.
また、前記給電側電極は、エンジンの燃焼室に配され、前記壁面は、前記エンジンのシリンダヘッド、前記エンジンのシリンダブロック、および、前記エンジンのピストンのうち、少なくともいずれか1に設けられてもよい。 The power supply side electrode may be disposed in an engine combustion chamber, and the wall surface may be provided on at least one of the engine cylinder head, the engine cylinder block, and the engine piston. Good.
また、前記壁面は、前記給電側電極が収容され、エンジンの燃焼室に連通する収容空間を形成し、前記収容空間に連通する媒体流路をさらに備えてもよい。 The wall surface may further include a medium flow path that accommodates the power supply side electrode, forms a housing space that communicates with a combustion chamber of the engine, and communicates with the housing space.
また、前記燃焼室と前記収容空間とを連通し、前記エンジンのシリンダヘッド、前記エンジンのシリンダブロック、および、前記エンジンのピストンのうち、少なくともいずれか1に開口する連通孔をさらに備えてもよい。 The communication chamber may further include a communication hole that communicates with the combustion chamber and opens at least one of the cylinder head of the engine, the cylinder block of the engine, and the piston of the engine. .
本開示の着火装置は、燃費を向上することが可能となる。 The ignition device according to the present disclosure can improve fuel consumption.
以下に添付図面を参照しながら、本開示の一実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、理解を容易とするための例示にすぎず、特に断る場合を除き、本開示を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本開示に直接関係のない要素は図示を省略する。 Hereinafter, an embodiment of the present disclosure will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The dimensions, materials, and other specific numerical values shown in the embodiment are merely examples for facilitating understanding, and do not limit the present disclosure unless otherwise specified. In the present specification and drawings, elements having substantially the same functions and configurations are denoted by the same reference numerals, and redundant description is omitted, and elements not directly related to the present disclosure are not illustrated. To do.
(第1の実施形態)
図1は、エンジン100を説明する図である。なお、本実施形態の図1をはじめとする以下の図では、垂直に交わるX軸、Y軸、Z軸を図示の通り定義している。図1に示すように、エンジン100は、シリンダブロック110と、ピストン120と、コネクティングロッド122と、シリンダヘッド130と、吸気弁136と、排気弁138と、インジェクタ150と、着火装置200とを含んで構成される。
(First embodiment)
FIG. 1 is a diagram illustrating the
シリンダブロック110は、金属で構成され、複数のシリンダボア112が形成されている。シリンダボア112には、ピストン120が摺動可能に配される。ピストン120は、コネクティングロッド122に連結されている。
The
シリンダヘッド130は、金属で構成され、シリンダブロック110に接続される。なお、シリンダヘッド130は、接地されている。エンジン100では、シリンダボア112と、シリンダヘッド130と、ピストン120の冠面120aとによって囲まれた空間が燃焼室140として形成される。
The
シリンダヘッド130には、吸気ポート132および排気ポート134が形成されている。吸気ポート132および排気ポート134は、燃焼室140に連通している。吸気ポート132と燃焼室140との間には、吸気弁136の先端が位置する。排気ポート134と燃焼室140との間には、排気弁138の先端が位置する。
An
吸気弁136は、不図示の吸気用カムシャフトによって、軸方向に移動される。これにより、吸気弁136は、吸気ポート132と燃焼室140との間を開閉する。排気弁138は、不図示の排気用カムシャフトによって、軸方向に移動される。これにより、排気弁138は、排気ポート134と燃焼室140との間を開閉する。
The
インジェクタ150は、吸気ポート132に燃料を噴射する。このため、吸気ポート132おいて、燃料と空気との混合気(予混合気)が生成される。予混合気は、吸気ポート132から燃焼室140に供給される。
The
着火装置200は、燃焼室140の予混合気中の燃料を、所定のタイミングで着火させる。これにより、燃焼室140において予混合気が燃焼される。この燃焼によって、ピストン120が往復運動を行い、その往復運動が、コネクティングロッド122を通じて不図示のクランクシャフトの回転運動に変換される。
The
図2は、第1の実施形態にかかる着火装置200を説明する図である。図2に示すように、着火装置200は、スペーサ210と、電源プラグ220と、給電側電極230と、高周波電源240とを含んで構成される。
FIG. 2 is a diagram illustrating the
スペーサ210は、セラミック、石英ガラス、樹脂(例えば、テフロン(登録商標))等の絶縁体(誘電体)で形成される。スペーサ210は、筒部212と、本体214とを含んで構成される。筒部212は、円筒形状の部材である。筒部212は、シリンダヘッド130に形成された貫通孔130aに挿通される。本実施形態において、貫通孔130aの開口130bは、吸気ポート132と、排気ポート134との間の壁面130cに形成される(図1参照)。筒部212の先端は、燃焼室140内に配される。本体214は、筒部212の先端から径方向外方に延在した円板形状の部材である。本体214は、一方の面214aが壁面130cに接触して燃焼室140内に配される。本体214における面214aの逆側の面214bは、後述する給電側電極230の陥没部232cに接触する。
The
電源プラグ220は、金属で構成された円柱形状の部材である。電源プラグ220は、スペーサ210の筒部212内に挿通される。つまり、電源プラグ220は、筒部212に囲繞される。電源プラグ220の一端側には高周波電源240が接続される。電源プラグ220の他端側には、給電側電極230が接続される。具体的に説明すると、電源プラグ220の他端側には、ネジ穴222が形成されている。給電側電極230は、ネジ224がネジ穴222に螺合されることによって、電源プラグ220に接続(連結)される。
The
給電側電極230は、金属で構成され、壁面130cと離隔して対向する対向面230aを有し、燃焼室140内に配される。図3は、給電側電極230の形状を説明する図である。図3(a)は、給電側電極230の対向面230a側を示す平面図である。図3(b)は、給電側電極230の対向面230aの逆側の面230b側を示す平面図である。
The power
図3(a)、図3(b)に示すように、給電側電極230は、本体部232と、突出部234とを含んで構成される。本体部232は、円板形状の部位である。本体部232は、中央に挿通孔232aが形成されている。挿通孔232aには、ネジ224が挿通される。
As shown in FIGS. 3A and 3B, the power
図3(a)に示すように、給電側電極230の対向面230aのうち、本体部232における挿通孔232aの外方には、陥没部232cが形成されている。また、図3(b)に示すように、給電側電極230の面230bのうち、本体部232における挿通孔232aの外方には、溝部232bが形成されている。溝部232bは、ネジ224の頭部が当接する。溝部232bにおける図3(b)中XY平面の大きさは、ネジ224の頭部の大きさよりも大きい。溝部232bの深さは(図3(b)中Z軸方向の長さ)、ネジ224の頭部の高さ以上である。
As shown in FIG. 3A, a
突出部234は、本体部232の外縁(外周)から径方向外方に向かって突出した部位である。突出部234は、本体部232の外周において、周方向に離隔して複数設けられる。突出部234は、基端部から先端部に向かって面積が漸減する形状である。
The protruding
図2に戻って説明すると、給電側電極230は、本体部232に形成された陥没部232cにスペーサ210の本体214が収容されるように、電源プラグ220に接続される。つまり、本体部232は、スペーサ210の本体214より外縁(外周)が大きい。また、陥没部232cの深さD(図2中Z軸方向の長さ)は、本体214の厚みH未満である。つまり、本体214の厚みHと、陥没部232cの深さDとの差分が、給電側電極230と壁面130cとの間隔Lとなる。
Referring back to FIG. 2, the power
このように、給電側電極230は、対向面230aが、燃焼室140内において、スペーサ210の本体214を挟んで壁面130cと対向して配されることになる。
As described above, the power
高周波電源240は、電源プラグ220に高周波電力を供給(パルス電圧を供給)する。そうすると、給電側電極230に高周波電力が供給され、シリンダヘッド130が接地側電極として機能する。これにより、給電側電極230の周囲に非平衡プラズマが形成される(誘電バリア方式)。
The high
以上説明したように、本実施形態の着火装置200は、燃焼室140内で非平衡プラズマを形成することができる。これにより、燃焼室140内において、OラジカルやOHラジカルを生成することが可能となる。OラジカルやOHラジカルは、燃料(炭化水素)の着火促進効果を有する。このため、着火専用の燃料を使用することなく、早期に着火を行うことができる。したがって、副室を備える従来技術と比較して、燃費を向上させることが可能となる。
As described above, the
また、着火装置200は、給電側電極230の本体部232が円板形状である。また、接地側電極として機能する壁面130cと、給電側電極230の対向面230aとが対向する。つまり、プラズマを形成する2つの電極が平面的に対向している。これにより、平面形状のプラズマを形成することができる。つまり、プラズマを二次元的に広範囲に形成することが可能となる。したがって、点でプラズマを形成する従来技術と比較して、着火速度を向上させることが可能となる。
Further, in the
また、給電側電極230が突出部234を備えることにより、プラズマを分散化することができる。したがって、着火の効率を向上させることが可能となる。
Further, since the power
また、スペーサ210が、本体214を備えることにより、給電側電極230の本体部232と壁面130cとの間隔Lを極めて小さくすることができる。これにより、高密度雰囲気(高圧雰囲気)の燃焼室140であっても効率よくプラズマを形成する(放電させる)ことが可能となる。
In addition, since the
また、本体部232が陥没部232cを備え、本体214が陥没部232c内に収容される。これにより、本体部232の熱膨張による本体214の破損を防止することができる。
The
(第2の実施形態:着火装置300)
図4は、第2の実施形態にかかる着火装置300を説明する図である。図4に示すように、着火装置300は、スペーサ210と、電源プラグ220と、給電側電極230と、高周波電源240と、媒体流路320とを含んで構成される。なお、上記着火装置200と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Second embodiment: ignition device 300)
FIG. 4 is a diagram for explaining an
本実施形態の着火装置300は、スペーサ210の本体214と、給電側電極230とが、燃焼室140ではなく、燃焼室140に連通した収容空間310に収容される。
In the
収容空間310は、シリンダヘッド130内に形成される空間である。収容空間310は、第1壁面310aと、第2壁面310bと、第3壁面310cとによって区画される。第1壁面310aおよび第2壁面310bは、円形状である。第1壁面310aおよび第2壁面310bは、互いに対向している。第1壁面310aは、給電側電極230の対向面230aと対向する。第1壁面310aには、貫通孔130aが形成される。第2壁面310bには、収容空間310と燃焼室140とを連通する連通孔312が形成されている。つまり、第2壁面310bの裏面が、燃焼室140の壁面130cとなる。第3壁面310cは、第1壁面310aと第2壁面310bとを接続する面である。
The
連通孔312は、縮径部312aと、小径部312bとを有する。縮径部312aは、一端が第2壁面310bに開口し、他端が小径部312bに連続する。縮径部312aは、一端から他端に向かうに従って径が漸減する。小径部312bは、一端が縮径部312aに連続し、他端が壁面130cに開口する。
The
媒体流路320は、第3壁面310cに開口し、収容空間310に連通する流路である。媒体流路320には、水(気体または液体)が供給される。したがって、媒体流路320を通じて収容空間310に水が供給される。
The
図5は、図4のV−V線断面図である。なお、図5中、水の流れを実線の矢印で示す。また、図5中理解を容易にするために、給電側電極230およびネジ224を省略する。
5 is a cross-sectional view taken along line VV in FIG. In FIG. 5, the flow of water is indicated by solid arrows. Further, in order to facilitate understanding in FIG. 5, the power
図5に示すように、収容空間310は、図5中XY断面が略円形状となっている。媒体流路320の開口320aは、第3壁面310cに形成される。したがって、開口320aから供給された水は、第3壁面310cの接線方向もしくは、第3壁面310cに沿って流れる。換言すれば、収容空間310内で水が高速度で旋回するように開口320aの位置が設定されている。したがって、媒体流路320を通過した水は、収容空間310内で旋回する。
As shown in FIG. 5, the
媒体流路320によって、収容空間310に供給された水は、給電側電極230およびシリンダヘッド130(接地側電極)によってプラズマ化し、OラジカルおよびOHラジカルが生成される。こうして生成されたOラジカルおよびOHラジカルは、連通孔312を通じて、燃焼室140に供給される。これにより、燃焼室140内の燃料を着火させることが可能となる。
The water supplied to the
また、上記したように、連通孔312は、縮径部312aおよび小径部312bを有する。つまり、連通孔312は、収容空間310から燃焼室140に向かうに従って、流路断面積が小さくなる。これにより、連通孔が同径である場合と比較して、OラジカルおよびOHラジカルの流速を上昇させることができる。したがって、燃焼室140において、OラジカルおよびOHラジカルを広範囲に拡散させることができ、着火効率を向上させることが可能となる。
Further, as described above, the
(変形例)
図6(a)は、変形例のスペーサ410を説明する図である。図6(b)は、図6(a)において破線で囲んだ領域の拡大図である。図6(a)に示すように、スペーサ410は、絶縁体(誘電体)で形成され、筒部212と、本体414とを含んで構成される。なお、上記着火装置200、300と実質的に等しい構成要素については、同一の符号を付して説明を省略する。
(Modification)
FIG. 6A is a diagram illustrating a modified
図6(a)に示すように、本体414は、基部420と、突部422とを含んで構成される。基部420は、筒部212の先端から径方向外方に延在した円板形状の部材である。基部420は、一方の面420aが壁面130cに接触して燃焼室140内に配される。基部420の外周(外縁)は、給電側電極230の本体部232の外周(外縁)以上の大きさである。基部420における面420aの逆側の面420bに突部422が設けられる。
As shown in FIG. 6A, the
突部422は、円柱形状であり、基部420における面420aの中央から給電側電極230の本体部232側に突出する。突部422の外周(外縁)は、基部420の外周(外縁)より小さい。突部422は、給電側電極230の陥没部232cに収容される。突部422の先端の面422aは、陥没部232cに接触する。
The
図6(b)に示すように、突部422の高さ(基部420から面422aまでの距離)Tは、陥没部232cの深さDよりも大きい。したがって、基部420の面420bと、給電側電極230(裏面230a)との間に間隙が形成される。上記したように、基部420の外周(外縁)は、給電側電極230の本体部232の外周(外縁)以上の大きさである。このため、給電側電極230の裏面230aは、基部420の面420bと対向して配される。つまり、接地側電極として機能する壁面130cと、給電側電極230との間に、基部420(絶縁体)が配されることになる。これにより、誘電バリア方式のプラズマを発生させることができ、プラズマを二次元的に広範囲に生成することが可能となる。
As shown in FIG. 6B, the height T of the protrusion 422 (the distance from the base 420 to the
以上、添付図面を参照しながら実施形態について説明したが、本開示はかかる実施形態に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に技術的範囲に属するものと了解される。 As mentioned above, although embodiment was described referring an accompanying drawing, it cannot be overemphasized that this indication is not limited to this embodiment. It will be apparent to those skilled in the art that various changes and modifications can be made within the scope of the claims and that they naturally fall within the technical scope.
例えば、上記実施形態において、給電側電極230の本体部232が円板形状である構成を例に挙げて説明した。しかし、本体部232は、壁面130c、もしくは、第1壁面310aと対向する対向面を有していれば、形状に限定はない。本体部232は、矩形の平板形状であってもよい。また、給電側電極230の面230bに凹凸が形成されていてもよい。これにより、プラズマを分散化させることができる。
For example, in the above embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態において、スペーサ210の本体214が円板形状である構成を例に挙げて説明した。しかし、スペーサ210の本体214の形状に限定はない。本体214は、矩形の平板形状であってもよい。本体214は、給電側電極230と、接地側電極として機能する壁面130c、もしくは、第1壁面310aとの間に配されればよい。
Further, in the above embodiment, the configuration in which the
また、上記実施形態において、給電側電極230が突出部234を備える構成を例に挙げて説明した。しかし、突出部234は必須の構成ではない。
Moreover, in the said embodiment, the structure which the electric power
また、上記実施形態において、給電側電極230の本体部232に陥没部232cが形成される構成を例に挙げて説明した。しかし、陥没部232cは、必須の構成ではない。
Moreover, in the said embodiment, the structure by which the
また、上記第1の実施形態において、給電側電極230の対向面230aが、シリンダヘッド130の壁面130cと対向する構成を例に挙げて説明した。しかし、給電側電極230の本体部232の対向面は、シリンダブロック110の壁面と対向してもよい。詳細には、シリンダブロック110における燃焼室140を形成する壁面のうち、ピストン120の上死点の上方、もしくは、上死点と対向する位置と、本体部232の対向面が対向してもよい。また、本体部232の対向面は、ピストン120の冠面120aと対向してもよい。
In the first embodiment, the configuration in which the facing
また、上記第2の実施形態において、連通孔312が、シリンダヘッド130における燃焼室140を形成する壁面130cに開口する構成を例に挙げて説明した。しかし、連通孔312は、燃焼室140と連通すれば、開口位置に限定はない。連通孔312は、例えば、シリンダブロック110における燃焼室140を形成する壁面に開口してもよい。詳細には、連通孔312は、シリンダブロック110における燃焼室140を形成する壁面のうち、ピストン120の上死点の上方、もしくは、上死点と対向する位置に開口してもよい。また、連通孔312は、ピストン120の冠面120aに開口してもよい。
Moreover, in the said 2nd Embodiment, the
本開示は、燃焼室に供給された燃料を着火させる着火装置に利用することができる。 The present disclosure can be used for an ignition device that ignites fuel supplied to a combustion chamber.
100 エンジン
110 シリンダブロック
120 ピストン
130 シリンダヘッド
130c 壁面
140 燃焼室
200 着火装置
210 スペーサ
214 本体
230 給電側電極
230a 対向面
232 本体部
232c 陥没部
234 突出部
240 高周波電源
300 着火装置
310 収容空間
312 連通孔
320 媒体流路
DESCRIPTION OF
Claims (6)
前記壁面と前記給電側電極の対向面との間に配される本体を有する、絶縁体で構成されたスペーサと、
前記給電側電極に高周波電力を供給する高周波電源と、
を備える着火装置。 A power feeding side electrode having a facing surface that is spaced apart from the wall surface and facing the
A spacer composed of an insulator having a main body disposed between the wall surface and the opposing surface of the power supply side electrode;
A high frequency power supply for supplying high frequency power to the power supply side electrode;
An ignition device comprising:
平板形状の本体部と、
前記本体部の外縁から外方に向かって突出した突出部と、
を有する請求項1に記載の着火装置。 The power supply side electrode is:
A plate-shaped main body,
A protrusion protruding outward from the outer edge of the main body,
The ignition device according to claim 1, comprising:
前記スペーサの前記本体は、前記陥没部に収容される請求項2に記載の着火装置。 The body portion of the power supply side electrode is formed with a depressed portion,
The ignition device according to claim 2, wherein the main body of the spacer is accommodated in the depressed portion.
前記収容空間に連通する媒体流路をさらに備える請求項1から3のいずれか1項に記載の着火装置。 The wall surface accommodates the power supply side electrode and forms a housing space that communicates with a combustion chamber of the engine;
The ignition device according to any one of claims 1 to 3, further comprising a medium flow path communicating with the housing space.
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