JP4525335B2 - Internal combustion engine and ignition device thereof - Google Patents

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JP4525335B2 JP2004375733A JP2004375733A JP4525335B2 JP 4525335 B2 JP4525335 B2 JP 4525335B2 JP 2004375733 A JP2004375733 A JP 2004375733A JP 2004375733 A JP2004375733 A JP 2004375733A JP 4525335 B2 JP4525335 B2 JP 4525335B2
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P23/00—Other ignition
    • F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
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Description

本発明は、内燃機関及びその点火装置に関し、特に、電磁波を利用して燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関及びその点火装置に関する。   The present invention relates to an internal combustion engine and its ignition device, and more particularly to an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber using electromagnetic waves and its ignition device.

この種の内燃機関の点火装置として、下記特許文献１に示すものが開示されている。以下、特許文献１の内燃機関の点火装置について、図２３を用いて説明する。   As an ignition device for this type of internal combustion engine, a device disclosed in Patent Document 1 below is disclosed. Hereinafter, the ignition device for an internal combustion engine of Patent Document 1 will be described with reference to FIG.

図２３に示す点火装置１０１において、同軸的な共振器（同軸線路）１０３は、外側導体１０４及び内側導体１０５から成っている。共振器１０３の内側導体１０５の一端部に設けられた結合箇所１０７には、供給線路１０８が同軸的に誘導式及び／又は容量式に結合されており、マイクロ波電源により発生させた高周波信号（電磁波）がこの供給線路１０８を介して共振器１０３に供給される。一方、共振器１０３の開放した内側導体１０５の他端部１０５ａは内燃機関の燃焼室内に突入しており、この他端部１０５ａが点火ピンとして燃焼室内の混合気の点火を行う。   In the ignition device 101 shown in FIG. 23, a coaxial resonator (coaxial line) 103 includes an outer conductor 104 and an inner conductor 105. A supply line 108 is coaxially coupled inductively and / or capacitively to a coupling point 107 provided at one end of the inner conductor 105 of the resonator 103, and a high-frequency signal ( Electromagnetic wave) is supplied to the resonator 103 via the supply line 108. On the other hand, the other end 105a of the inner conductor 105 opened by the resonator 103 enters the combustion chamber of the internal combustion engine, and the other end 105a serves as an ignition pin to ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber.

また、その他の背景技術として、特許文献２〜４の内燃機関が開示されている。   Moreover, the internal combustion engine of patent documents 2-4 is disclosed as other background art.

特開２００４−８７４９８号公報JP 2004-87498 A 特開２００４−３４２８号公報JP 2004-3428 A 特開平１１−１０７８９６号公報JP-A-11-107896 特開平１０−１８４３６６公報JP 10-184366 A

特許文献１の点火装置１０１においては、共振器１０３の内側導体１０５の他端部１０５ａを燃焼室に臨ませることで、この他端部１０５ａにて燃焼室内の混合気の点火を行っている。しかし、燃焼室の周りには吸排気通路、吸排気弁、及び冷却水路等が配置されるため、点火装置１０１（内側導体１０５の他端部１０５ａ）の配設箇所には制約があり、燃焼室内の混合気の点火箇所にも制約がある。したがって、特許文献１においては、混合気の点火箇所の自由度が低く、燃焼室内の適切な箇所で混合気の点火を行うことが困難であるという問題点がある。   In the ignition device 101 of Patent Document 1, the other end portion 105a of the inner conductor 105 of the resonator 103 is exposed to the combustion chamber, whereby the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited by the other end portion 105a. However, since an intake / exhaust passage, an intake / exhaust valve, a cooling water passage, and the like are arranged around the combustion chamber, there are restrictions on the location of the ignition device 101 (the other end portion 105a of the inner conductor 105), and the combustion There are also restrictions on the ignition point of the air-fuel mixture in the room. Therefore, in Patent Document 1, there is a problem that the degree of freedom of the ignition point of the air-fuel mixture is low, and it is difficult to ignite the air-fuel mixture at an appropriate point in the combustion chamber.

本発明は、混合気の点火箇所の自由度を高めることができ、燃焼室内の適切な箇所で混合気の点火を行うことができる内燃機関及びその点火装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide an internal combustion engine that can increase the degree of freedom of the ignition point of an air-fuel mixture and can ignite the air-fuel mixture at an appropriate location in a combustion chamber, and an ignition device for the internal combustion engine.

本発明に係る内燃機関及びその点火装置は、上述した目的を達成するために以下の手段を採った。   The internal combustion engine and its ignition device according to the present invention employ the following means in order to achieve the above-described object.

本発明に係る内燃機関の点火装置は、燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関の点火装置であって、電磁波を発生させる電磁波発生源と、該電磁波発生源にて発生した電磁波を燃焼室内へ向けて放射する電磁波放射器と、燃焼室に臨む面または該面近傍に配設された電極であって、該電極近傍にて燃焼室内の電磁波の電界強度を局所的に高める点火用電極と、を備え、前記点火用電極は、電気的ギャップが形成される形状を呈しており、前記点火用電極の電気的ギャップにて電磁波の電界強度を局所的に高めてプラズマ放電を発生させることで、燃焼室内の混合気の点火を行うことを要旨とする。 An ignition device for an internal combustion engine according to the present invention is an ignition device for an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber, and an electromagnetic wave generation source that generates an electromagnetic wave, and the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation source. An electromagnetic wave radiator that radiates toward the surface, an electrode disposed near or in the vicinity of the surface facing the combustion chamber, and an ignition electrode that locally increases the electric field strength of the electromagnetic wave in the combustion chamber near the electrode; The ignition electrode has a shape in which an electrical gap is formed, and the electric field strength of electromagnetic waves is locally increased in the electrical gap of the ignition electrode to generate plasma discharge. The gist is to ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber.

本発明においては、燃焼室に臨む面またはその近傍に点火用電極が配設されていることで、この点火用電極の近傍にて燃焼室内の電磁波の電界強度を局所的に高めることができる。その結果、点火用電極の近傍にて放電が発生することで、燃焼室内の混合気の点火を行うことができる。ここでの点火用電極は、高耐電圧電線や電磁波伝送路に接続されている必要はなく、燃焼室に臨む面またはその近傍における任意の箇所に配設が可能であるため、点火用電極の配設箇所の自由度は高い。したがって、本発明によれば、混合気の点火箇所の自由度を高めることができ、燃焼室内の適切な箇所で混合気の点火を行うことができる。   In the present invention, since the ignition electrode is disposed on the surface facing the combustion chamber or in the vicinity thereof, the electric field strength of the electromagnetic wave in the combustion chamber can be locally increased in the vicinity of the ignition electrode. As a result, discharge is generated in the vicinity of the ignition electrode, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber can be ignited. The ignition electrode here does not need to be connected to a high withstand voltage electric wire or an electromagnetic wave transmission line, and can be disposed at any location on or near the surface facing the combustion chamber. There is a high degree of freedom in the location. Therefore, according to the present invention, the degree of freedom of the ignition point of the air-fuel mixture can be increased, and the air-fuel mixture can be ignited at an appropriate point in the combustion chamber.

さらに、本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極は、電気的ギャップが形成される形状を呈しており、前記点火用電極の電気的ギャップにて電磁波の電界強度を局所的に高めてプラズマ放電を発生させることで、燃焼室内の混合気の点火を行う。こうすれば、点火用電極の電気的ギャップにて発生するプラズマ放電により、燃焼室内の混合気の点火を適切に行うことができる。 Furthermore, in the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the ignition electrode has a shape in which an electrical gap is formed, and the electric field strength of the electromagnetic wave is locally reduced by the electrical gap of the ignition electrode. The gas mixture is ignited by raising the pressure to generate plasma discharge. In this way, the air-fuel mixture in the combustion chamber can be properly ignited by the plasma discharge generated in the electrical gap of the ignition electrode.

本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極は、燃焼室に臨む面または該面近傍に周囲と電気的に絶縁された状態で配設されているものとすることもできる。また、本発明に係る内燃機関の点火装置において、環状、環状の電極に対し切り欠きが設けられた形状、矩形状、矩形状の電極に対し切り欠きが設けられた形状、複数の環状の電極が同心円状に配置された形状、同心円状に配置された環状の電極の各々に対し切り欠きが設けられた形状、及び、複数の棒状の電極が各電極間に電気的ギャップが形成されるように配置された形状のいずれかの形状を呈するものとすることもできる。 In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the ignition electrode may be disposed on a surface facing the combustion chamber or in the vicinity of the surface in a state of being electrically insulated from the surroundings . Further, in the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, an annular shape, a shape provided with a notch for the annular electrode, a rectangular shape, a shape provided with a notch for the rectangular electrode, and a plurality of annular electrodes Are arranged concentrically, a shape in which notches are provided for each of the annular electrodes arranged concentrically, and a plurality of rod-shaped electrodes form an electrical gap between the electrodes. It can also take on any shape of the shapes arranged in.

本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極は、燃焼室内の混合気の点火が複数箇所にて行われるように、複数配設されているものとすることもできる。こうすれば、簡単な構成で燃焼室内の混合気を速やかに燃焼させることができる。また、この本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極として、複数の異なるサイズの電極が配設されており、前記電磁波発生源は、前記点火用電極の各サイズに対応した複数の周波数の電磁波を発生させるものとすることもできる。こうすれば、電磁波発生源が発生させる電磁波の周波数を調整することで混合気の点火箇所を調整することができるので、燃焼室内の混合気の点火をより適切に行うことができる。さらに、この本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記電磁波放射器は、複数配設されており、複数の電磁波放射器から放射される電磁波の位相関係を調整する位相調整器をさらに備えるものとすることもできる。こうすれば、複数の電磁波放射器から放射される電磁波の位相関係を調整することで混合気の点火箇所を調整することができるので、燃焼室内の混合気の点火をより適切に行うことができる。   In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, a plurality of the ignition electrodes may be arranged so that the air-fuel mixture in the combustion chamber is ignited at a plurality of locations. In this way, the air-fuel mixture in the combustion chamber can be burned quickly with a simple configuration. Further, in the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, a plurality of electrodes of different sizes are disposed as the ignition electrode, and the electromagnetic wave generation source includes a plurality of electromagnetic waves corresponding to each size of the ignition electrode. It is also possible to generate an electromagnetic wave having a frequency of. In this way, the ignition point of the air-fuel mixture can be adjusted by adjusting the frequency of the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation source, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber can be ignited more appropriately. Furthermore, in the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, a plurality of the electromagnetic wave radiators are provided, and further includes a phase adjuster for adjusting the phase relationship of the electromagnetic waves radiated from the plurality of electromagnetic wave radiators. It can also be. In this way, the ignition point of the air-fuel mixture can be adjusted by adjusting the phase relationship of the electromagnetic waves radiated from the plurality of electromagnetic wave radiators, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber can be ignited more appropriately. .

本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極は、燃焼室に臨むピストン頂面またはその近傍に配設されているものとすることもできる。本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極は、燃焼室に臨む吸気弁の傘部底面またはその近傍と、燃焼室に臨む排気弁の傘部底面またはその近傍と、の少なくとも１つに配設されているものとすることもできる。   In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the ignition electrode may be disposed on a piston top surface facing the combustion chamber or in the vicinity thereof. In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the ignition electrode is at least one of the bottom surface of the umbrella portion of the intake valve facing the combustion chamber or the vicinity thereof and the bottom surface of the umbrella portion of the exhaust valve facing the combustion chamber or the vicinity thereof. It can also be arranged in one.

本発明に係る内燃機関の点火装置において、内燃機関は、燃料を噴射する燃料噴射弁が燃焼室に臨む状態で配設され、燃焼室に臨むピストン頂面にキャビティ部が形成された筒内噴射式内燃機関であり、前記点火用電極は、該キャビティ部にて電磁波の電界強度を局所的に高めてプラズマ放電を発生させるように、該キャビティ部またはその近傍に配設されているものとすることもできる。こうすれば、筒内噴射式内燃機関において燃焼室内に形成された混合気の点火を適切に行うことができる。
In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the internal combustion engine is disposed in a state where a fuel injection valve for injecting fuel faces the combustion chamber, and in-cylinder injection in which a cavity portion is formed on a piston top surface facing the combustion chamber. The ignition electrode is disposed in or near the cavity so that the electric field strength of electromagnetic waves is locally increased in the cavity to generate plasma discharge. You can also. By so doing, it is possible to appropriately perform ignition of the air-fuel mixture formed in the combustion chamber in the direct injection internal combustion engine.

本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記電磁波放射器は、燃焼室に臨む状態でシリンダヘッドに配設されているものとすることもできる。こうすれば、電磁波を燃焼室内に広範囲かつ均質に放射することができる。   In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the electromagnetic wave radiator may be disposed on the cylinder head so as to face the combustion chamber. By doing so, electromagnetic waves can be radiated in a wide range and uniformly into the combustion chamber.

本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記電磁波放射器は、吸気通路に臨む状態で配設されていることで電磁波を吸気通路へ放射し、吸気通路と燃焼室との連通を開閉する吸気弁の傘部に、吸気通路に放射された電磁波を燃焼室内へ透過させる電磁波透過部材が配設されているものとすることもできる。こうすれば、電磁波放射器に高耐熱性の材料を用いる必要がないため、点火装置の低コスト化を実現することができる。この本発明に係る内燃機関の点火装置において、吸気通路における電磁波放射位置より上流に、電磁波を遮断または減衰させる手段が配設されているものとすることもできる。こうすれば、吸気通路上流への電磁波の伝搬を抑止することができる。また、この本発明に係る内燃機関の点火装置において、吸気通路の中心部における電磁波放射位置より下流に導電部が配設されていることで、吸気通路における電磁波放射位置より下流に同軸伝送路が形成されているものとすることもできる。こうすれば、電磁波放射位置より下流の吸気通路を同軸伝送路として機能させることができるので、電磁波を高効率で燃焼室内へ伝搬させることができる。さらに、この本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記導電部は、吸気通路の中心部に配置された吸気弁の軸部に設けられているものとすることもできる。こうすれば、簡単な構成で電磁波放射位置より下流の吸気通路を同軸伝送路として機能させることができる。   In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the electromagnetic wave radiator is disposed in a state facing the intake passage, so that the electromagnetic wave is radiated to the intake passage, and intake air that opens and closes communication between the intake passage and the combustion chamber. An electromagnetic wave transmitting member that transmits electromagnetic waves radiated to the intake passage into the combustion chamber may be disposed on the umbrella portion of the valve. By doing so, it is not necessary to use a highly heat-resistant material for the electromagnetic wave emitter, and thus the cost of the ignition device can be reduced. In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, means for blocking or attenuating electromagnetic waves may be disposed upstream of the electromagnetic wave radiation position in the intake passage. In this way, propagation of electromagnetic waves upstream of the intake passage can be suppressed. Further, in the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the conductive transmission portion is disposed downstream of the electromagnetic wave radiation position in the central portion of the intake passage, so that the coaxial transmission path is provided downstream of the electromagnetic wave radiation position in the intake passage. It can also be formed. By so doing, the intake passage downstream from the electromagnetic wave radiation position can function as a coaxial transmission line, and therefore, electromagnetic waves can be propagated into the combustion chamber with high efficiency. Furthermore, in the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the conductive portion may be provided on a shaft portion of an intake valve disposed in a central portion of the intake passage. In this way, the intake passage downstream of the electromagnetic wave radiation position can function as a coaxial transmission line with a simple configuration.

本発明に係る内燃機関の点火装置において、前記点火用電極の配設長さは、ｎを自然数とすると、電磁波の波長のｎ／４倍に略等しいものとすることもできる。こうすれば、燃焼室内の混合気の点火を効率よく行うことができる。   In the ignition device for an internal combustion engine according to the present invention, the arrangement length of the ignition electrode may be substantially equal to n / 4 times the wavelength of the electromagnetic wave, where n is a natural number. In this way, the air-fuel mixture in the combustion chamber can be ignited efficiently.

また、本発明に係る内燃機関は、燃焼室内の混合気の点火を点火装置により行う内燃機関であって、該点火装置が、本発明に係る内燃機関の点火装置であることを要旨とする。   The gist of the internal combustion engine according to the present invention is an internal combustion engine that performs ignition of an air-fuel mixture in a combustion chamber by an ignition device, and the ignition device is an ignition device for an internal combustion engine according to the present invention.

以下、本発明を実施するための形態（以下実施形態という）を図面に従って説明する。   DESCRIPTION OF EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments for carrying out the present invention (hereinafter referred to as embodiments) will be described with reference to the drawings.

図１，２は、本発明の実施形態に係る内燃機関の点火装置の概略構成を内燃機関とともに示す図であり、図１は全体の概略構成を示し、図２はピストンの概略構成を示す。本実施形態に係る内燃機関の点火装置は、電磁波を利用して燃焼室内の混合気の点火を行うものである。   1 and 2 are diagrams showing a schematic configuration of an ignition device for an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention, together with the internal combustion engine. FIG. 1 shows an overall schematic configuration, and FIG. 2 shows a schematic configuration of a piston. The ignition device for an internal combustion engine according to the present embodiment ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber using electromagnetic waves.

吸気行程においては、吸気弁８が開き吸気通路６から燃焼室３内に吸気ガスが導入される。図１に示す内燃機関１３では、燃料噴射弁５が吸気通路６に臨む状態で配設されていることで燃料が吸気通路６に噴射されるため、燃焼室３内には混合気が導入される。圧縮行程においては、吸気弁８が閉じピストン１１により混合気が圧縮される。そして、本実施形態に係る点火装置により燃焼室３内の圧縮混合気を点火して燃焼させることで、図示しないクランク軸に回転力を発生させる。燃焼後のガスは、排気行程において排気弁９が開くことで、排気通路７へ排出される。   In the intake stroke, the intake valve 8 is opened and intake gas is introduced into the combustion chamber 3 from the intake passage 6. In the internal combustion engine 13 shown in FIG. 1, since the fuel injection valve 5 is disposed so as to face the intake passage 6, fuel is injected into the intake passage 6, so that an air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber 3. The In the compression stroke, the intake valve 8 is closed and the air-fuel mixture is compressed by the piston 11. Then, the ignition device according to this embodiment ignites and burns the compressed air-fuel mixture in the combustion chamber 3 to generate a rotational force on a crankshaft (not shown). The burned gas is discharged into the exhaust passage 7 by opening the exhaust valve 9 in the exhaust stroke.

そして、本実施形態に係る点火装置は、電磁波を燃焼室３内に放射することで、燃焼室３内の混合気の点火を行う。そのために、本実施形態に係る点火装置は、以下に説明する電磁波発生電源１、電磁波伝送路２、電磁波放射器４、及び点火用電極１０を備えている。   The ignition device according to the present embodiment ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 by radiating electromagnetic waves into the combustion chamber 3. For this purpose, the ignition device according to this embodiment includes an electromagnetic wave generation power source 1, an electromagnetic wave transmission path 2, an electromagnetic wave radiator 4, and an ignition electrode 10 described below.

電磁波発生電源１は、例えばマグネトロンや進行波増幅管により構成することができ、電磁波（例えばマイクロ波）を発生させる。電磁波発生電源１は、発生させる電磁波のエネルギーの制御も可能である。電磁波発生電源１は、燃焼室３内の混合気の点火を行うときに電磁波を出力し、この出力された電磁波は電磁波伝送路２を伝搬する。   The electromagnetic wave generation power source 1 can be constituted by, for example, a magnetron or a traveling wave amplifier tube, and generates an electromagnetic wave (for example, a microwave). The electromagnetic wave generating power source 1 can also control the energy of electromagnetic waves to be generated. The electromagnetic wave generating power source 1 outputs an electromagnetic wave when the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 is ignited, and the output electromagnetic wave propagates through the electromagnetic wave transmission path 2.

電磁波伝送路２は、シリンダヘッド２２の内部を通ってその端部が燃焼室３に臨んでいる。電磁波伝送路２の端部には、電磁波発生電源１にて発生し電磁波伝送路２を伝搬した電磁波を放射する電磁波放射器４が設けられている。このように、電磁波放射器４が燃焼室３に臨む状態でシリンダヘッド２２に配設されていることで、電磁波放射器４から燃焼室３内に電磁波が放射される。図１に示す例では、電磁波放射器４が燃焼室３上面の中央部に配置されている場合を示しており、この電磁波放射器４の配置により、電磁波を燃焼室３内に広範囲かつ均質に放射することができる。   The end of the electromagnetic wave transmission path 2 faces the combustion chamber 3 through the inside of the cylinder head 22. An electromagnetic wave radiator 4 that radiates an electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation power source 1 and propagated through the electromagnetic wave transmission line 2 is provided at an end of the electromagnetic wave transmission line 2. Thus, electromagnetic waves are radiated from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3 by being disposed in the cylinder head 22 with the electromagnetic wave radiator 4 facing the combustion chamber 3. In the example shown in FIG. 1, the electromagnetic wave radiator 4 is disposed at the center of the upper surface of the combustion chamber 3, and the electromagnetic wave is disposed in the combustion chamber 3 in a wide range and uniformly by the arrangement of the electromagnetic wave radiator 4. Can radiate.

なお、ここでの電磁波伝送路２は、例えば同軸ケーブルや導波管により構成することができる。電磁波伝送路２を同軸ケーブルにより構成した場合は、例えば前述の図２３に示す同軸ケーブルの開放した内側導体１０５の他端部１０５ａにより、電磁波放射器４を構成することができる。一方、電磁波伝送路２を導波管により構成した場合は、例えば導波管の開放した端部を混合気が導波管内に流入しないように絶縁体（例えば誘電率の低いセラミック等の誘電体）で埋めることにより、電磁波放射器４を構成することができる。また、導電体により構成されるピストン１１、シリンダブロック２０、及びシリンダヘッド２２は、接地導体として機能することで、燃焼室３内の電磁波をシールドする役割も果たしている。   Here, the electromagnetic wave transmission path 2 can be constituted by a coaxial cable or a waveguide, for example. When the electromagnetic wave transmission path 2 is constituted by a coaxial cable, for example, the electromagnetic wave radiator 4 can be constituted by the other end portion 105a of the open inner conductor 105 of the coaxial cable shown in FIG. On the other hand, when the electromagnetic wave transmission path 2 is constituted by a waveguide, for example, an insulator (for example, a dielectric such as a ceramic having a low dielectric constant) prevents the air-fuel mixture from flowing into the waveguide at the open end of the waveguide. ), The electromagnetic wave radiator 4 can be configured. In addition, the piston 11, the cylinder block 20, and the cylinder head 22 that are made of a conductor also function as a ground conductor, thereby playing a role of shielding electromagnetic waves in the combustion chamber 3.

そして、本実施形態においては、図２（Ａ）のピストン１１の上面図及び図２（Ｂ）のピストン１１の断面図に示すように、環状の点火用電極１０が、燃焼室３に臨むピストン頂面１１ａに絶縁体１２（例えば誘電率の低いセラミック等の誘電体）を介した状態で取り付けられている。これによって、点火用電極１０が周囲（ピストン１１）と電気的に絶縁される。この点火用電極１０は、その近傍にて燃焼室３内の電磁波の電界強度を局所的に高める役割を果たす。すなわち、電磁波放射器４から放射された電磁波は燃焼室３内を満たすが、点火用電極１０の近傍では、点火用電極１０と燃焼室３内の空間の透磁率の違いから燃焼室３内の電磁波の平均電界の数十倍から数百倍程度の高電界を得ることができる。その結果、点火用電極１０の近傍にてプラズマ放電が発生するため、燃焼室３内の混合気の点火を行うことができる。例えば点火用電極１０の形状が図２に示す環状の場合は、その中央部にピストン頂面１１ａにほぼ平行方向の電気的ギャップ１０ａが形成されることで、この電気的ギャップ１０ａ及びその近傍にて電磁波の電界強度が局所的に高まりプラズマ放電が発生する。なお、図２に示す例では、１つの点火用電極１０がピストン頂面１１ａの中央部に配置されている場合を示している。また、点火用電極１０については、図２に示すように燃焼室３に露出していてもよいし、燃焼室３に臨むピストン頂面１１ａの近傍であれば燃焼室３に露出することなく絶縁体１２の内部に埋め込まれていてもよい。   In the present embodiment, as shown in the top view of the piston 11 in FIG. 2A and the cross-sectional view of the piston 11 in FIG. It is attached to the top surface 11a through an insulator 12 (for example, a dielectric such as ceramic having a low dielectric constant). As a result, the ignition electrode 10 is electrically insulated from the surroundings (piston 11). The ignition electrode 10 serves to locally increase the electric field strength of the electromagnetic wave in the combustion chamber 3 in the vicinity thereof. That is, the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave emitter 4 fills the combustion chamber 3, but in the vicinity of the ignition electrode 10, the electromagnetic wave in the combustion chamber 3 is caused by the difference in magnetic permeability between the ignition electrode 10 and the space in the combustion chamber 3. A high electric field of several tens to several hundred times the average electric field of electromagnetic waves can be obtained. As a result, plasma discharge is generated in the vicinity of the ignition electrode 10, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be ignited. For example, when the shape of the ignition electrode 10 is annular as shown in FIG. 2, an electrical gap 10a in a direction substantially parallel to the piston top surface 11a is formed at the center thereof, so that the electrical gap 10a and the vicinity thereof are formed. As a result, the electric field strength of the electromagnetic wave locally increases and plasma discharge occurs. In the example shown in FIG. 2, a case where one ignition electrode 10 is arranged at the center of the piston top surface 11a is shown. In addition, the ignition electrode 10 may be exposed to the combustion chamber 3 as shown in FIG. It may be embedded inside the body 12.

ここで、点火用電極１０に設けられる電気的ギャップ１０ａが小さい場合は、小さい電磁波のエネルギーでプラズマ放電を発生させることができ、混合気の点火を効率よく行うことができる。一方、点火用電極１０に設けられる電気的ギャップ１０ａが大きい場合は、良好な混合気の点火を行うために必要とする電磁波のエネルギーは大きいものの、より広範囲でプラズマ放電を行うことができ、より広範囲で混合気の点火を行うことができる。また、点火用電極１０を利用して混合気の点火をより効率よく行うためには、点火用電極１０の配設長さ（図２（Ａ）のｘで示す）が燃焼室３内の電磁波の波長のｎ／４（ｎは自然数）倍に略等しいことが好ましい。なお、典型的には、１Ｊ程度のエネルギーの電磁波を電磁波放射器４から放射することで、点火用電極１０の近傍にてプラズマ放電を発生させることができ、混合気の点火を行うことができる。   Here, when the electrical gap 10a provided in the ignition electrode 10 is small, plasma discharge can be generated with the energy of a small electromagnetic wave, and the mixture can be efficiently ignited. On the other hand, when the electrical gap 10a provided in the ignition electrode 10 is large, the energy of electromagnetic waves required to perform good air-fuel mixture ignition is large, but plasma discharge can be performed in a wider range. The air-fuel mixture can be ignited in a wide range. Further, in order to ignite the air-fuel mixture more efficiently using the ignition electrode 10, the arrangement length of the ignition electrode 10 (indicated by x in FIG. 2A) is the electromagnetic wave in the combustion chamber 3. It is preferable to be approximately equal to n / 4 (n is a natural number) times the wavelength. Typically, by emitting an electromagnetic wave having an energy of about 1 J from the electromagnetic wave radiator 4, a plasma discharge can be generated in the vicinity of the ignition electrode 10, and the air-fuel mixture can be ignited. .

以上説明したように、本実施形態においては、周囲と電気的に絶縁された点火用電極１０の近傍にて燃焼室３内の電磁波の電界強度を局所的に高めることができるので、点火用電極１０の近傍にてプラズマ放電が発生し、燃焼室３内の混合気の点火を行うことができる。ここでの点火用電極１０は、高耐電圧電線や電磁波伝送路２に接続されている必要はなく、また、周囲の導電部との電気的絶縁性が確保できれば燃焼室３に臨む面またはその近傍における任意の箇所に配設が可能であるため、点火用電極１０の配設箇所の自由度は高い。したがって、本実施形態によれば、混合気の点火箇所の自由度を高めることができ、燃焼室３内の適切な箇所で混合気の点火を行うことができる。   As described above, in the present embodiment, the electric field strength of the electromagnetic wave in the combustion chamber 3 can be locally increased in the vicinity of the ignition electrode 10 that is electrically insulated from the surroundings. Plasma discharge is generated in the vicinity of 10, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be ignited. Here, the ignition electrode 10 does not need to be connected to the high withstand voltage electric wire or the electromagnetic wave transmission path 2, and the surface facing the combustion chamber 3 or the surface thereof can be ensured if electrical insulation from the surrounding conductive portion can be ensured. Since it can be disposed at any location in the vicinity, the degree of freedom of the location where the ignition electrode 10 is disposed is high. Therefore, according to this embodiment, the degree of freedom of the ignition point of the air-fuel mixture can be increased, and the air-fuel mixture can be ignited at an appropriate location in the combustion chamber 3.

そして、点火用電極１０は、高耐電圧電線や電磁波伝送路２に接続されている必要がないため、より高い電磁波のエネルギーを点火用電極１０に供給することができる。したがって、本実施形態によれば、より希薄な混合気の点火を行うことができ、その結果、内燃機関１３の熱効率向上及びＮＯｘ低減を実現することができる。   Since the ignition electrode 10 does not need to be connected to the high withstand voltage electric wire or the electromagnetic wave transmission path 2, higher electromagnetic wave energy can be supplied to the ignition electrode 10. Therefore, according to the present embodiment, it is possible to ignite a leaner air-fuel mixture, and as a result, it is possible to improve the thermal efficiency and reduce NOx of the internal combustion engine 13.

次に、本実施形態における点火用電極１０の他の構成例について説明する。   Next, another configuration example of the ignition electrode 10 in the present embodiment will be described.

図３のピストン１１の上面図においては、複数の環状の点火用電極１０がピストン頂面１１ａの周方向に間隔をおいて配列されている。図３の構成例においても、点火用電極１０の各々は、ピストン頂面１１ａに絶縁体１２（図３では図示を省略）を介した状態で取り付けられており、周囲（ピストン１１）と電気的に絶縁されている。   In the top view of the piston 11 in FIG. 3, a plurality of annular ignition electrodes 10 are arranged at intervals in the circumferential direction of the piston top surface 11a. Also in the configuration example of FIG. 3, each of the ignition electrodes 10 is attached to the piston top surface 11a via an insulator 12 (not shown in FIG. 3), and is electrically connected to the surroundings (piston 11). Is insulated.

図３に示す構成例においては、点火用電極１０が複数配設されていることで、燃焼室３内の電磁波の電界強度を複数の箇所にて局所的に高めることができる。したがって、プラズマ放電を複数の箇所にて発生させることができ、燃焼室３内の混合気の点火を複数の箇所にて行うことができる。ここで、複数の箇所にて点火された混合気は急速に燃焼が進行するため、より希薄な混合気でも燃焼変動の小さい安定した燃焼を実現することができ、耐ノック性能を向上させることができる。したがって、内燃機関１３のさらなる熱効率向上及びＮＯｘ低減を実現することができる。   In the configuration example shown in FIG. 3, the electric field strength of the electromagnetic wave in the combustion chamber 3 can be locally increased at a plurality of locations by providing a plurality of ignition electrodes 10. Therefore, plasma discharge can be generated at a plurality of locations, and the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be ignited at a plurality of locations. Here, since the air-fuel mixture ignited at a plurality of points rapidly burns, even a leaner air-fuel mixture can realize stable combustion with small combustion fluctuations and improve knock-proof performance. it can. Therefore, further improvement in thermal efficiency and NOx reduction of the internal combustion engine 13 can be realized.

そして、図３に示す構成例においては、周囲と電気的に絶縁された複数の点火用電極１０を用いて燃焼室３内の複数の箇所にて混合気の点火を行うことができるので、燃焼室３内の複数の箇所にて混合気の点火を行うために高耐電圧電線に接続された複数の点火栓を燃焼室３に臨ませて配設する必要がない。したがって、簡単な構成で多点点火を行うことができる。   In the configuration example shown in FIG. 3, the mixture can be ignited at a plurality of locations in the combustion chamber 3 using a plurality of ignition electrodes 10 that are electrically insulated from the surroundings. In order to ignite the air-fuel mixture at a plurality of locations in the chamber 3, it is not necessary to arrange a plurality of spark plugs connected to the high withstand voltage electric wire so as to face the combustion chamber 3. Therefore, multipoint ignition can be performed with a simple configuration.

また、図４のピストン１１の上面図においては、ピストン頂面１１ａの中央部に環状の点火用電極１０−１が配置されているとともに、その周囲に複数の環状の点火用電極１０−２がピストン頂面１１ａの周方向に間隔をおいて配列されている。ここで、点火用電極１０−１の配設長さｘ１は点火用電極１０−２の配設長さｘ２より長く、点火用電極１０−１の電気的ギャップ１０ａ−１は点火用電極１０−２の電気的ギャップ１０ａ−２より大きい。そして、図４の構成例においても、点火用電極１０−１，１０−２の各々は、ピストン頂面１１ａに絶縁体１２（図４では図示を省略）を介した状態で取り付けられており、周囲（ピストン１１）と電気的に絶縁されている。   Further, in the top view of the piston 11 in FIG. 4, an annular ignition electrode 10-1 is disposed at the center of the piston top surface 11 a, and a plurality of annular ignition electrodes 10-2 are provided around it. They are arranged at intervals in the circumferential direction of the piston top surface 11a. Here, the arrangement length x1 of the ignition electrode 10-1 is longer than the arrangement length x2 of the ignition electrode 10-2, and the electrical gap 10a-1 of the ignition electrode 10-1 is the ignition electrode 10-. 2 is larger than the electrical gap 10a-2. Also in the configuration example of FIG. 4, each of the ignition electrodes 10-1 and 10-2 is attached to the piston top surface 11 a via an insulator 12 (not shown in FIG. 4), It is electrically insulated from the surroundings (piston 11).

図４に示す構成例においては、点火用電極１０−１の電気的ギャップ１０ａ−１及びその近傍にて電磁波の電界強度が高まるとともに、点火用電極１０−２の電気的ギャップ１０ａ−２及びその近傍にて電磁波の電界強度が高まる。これによって、ピストン頂面１１ａの中央部にて混合気の点火が広い範囲で行われるとともに、その周囲にて混合気の点火が複数箇所の狭い範囲で行われる。このように、図４に示す構成例においては、混合気の点火箇所だけでなく混合気の点火規模の自由度も高めることができるので、より希薄な混合気でも安定した燃焼を実現することができる。   In the configuration example shown in FIG. 4, the electric field strength of the electromagnetic wave increases at and near the electrical gap 10a-1 of the ignition electrode 10-1, and the electrical gap 10a-2 of the ignition electrode 10-2 and its The electric field strength of electromagnetic waves increases in the vicinity. As a result, the air-fuel mixture is ignited in a wide range at the central portion of the piston top surface 11a, and the air-fuel mixture is ignited in a narrow range at a plurality of locations. As described above, in the configuration example shown in FIG. 4, not only the ignition point of the air-fuel mixture but also the degree of freedom in the ignition scale of the air-fuel mixture can be increased. it can.

なお、図３，４に示す構成例においても、各点火用電極１０（図４の場合は点火用電極１０−１，１０−２）については、燃焼室３に露出していてもよいし、燃焼室３に臨むピストン頂面１１ａの近傍であれば燃焼室３に露出することなく絶縁体１２（図３，４では図示を省略）の内部に埋め込まれていてもよい。   3 and 4, each ignition electrode 10 (in the case of FIG. 4, the ignition electrodes 10-1 and 10-2) may be exposed to the combustion chamber 3, As long as it is in the vicinity of the piston top surface 11 a facing the combustion chamber 3, it may be embedded in the insulator 12 (not shown in FIGS. 3 and 4) without being exposed to the combustion chamber 3.

また、以上の本実施形態の説明においては、燃焼室３に臨むピストン頂面１１ａまたはその近傍に点火用電極１０を配設した場合について説明した。ただし、本実施形態においては、以下に説明するように、吸気通路６と燃焼室３との連通を開閉する吸気弁８と、排気通路７と燃焼室３との連通を開閉する排気弁９と、の少なくとも１つに点火用電極１０を配設することもできる。   In the above description of the present embodiment, the case where the ignition electrode 10 is disposed on the piston top surface 11a facing the combustion chamber 3 or in the vicinity thereof has been described. However, in this embodiment, as described below, an intake valve 8 that opens and closes communication between the intake passage 6 and the combustion chamber 3, and an exhaust valve 9 that opens and closes communication between the exhaust passage 7 and the combustion chamber 3, The ignition electrode 10 may be disposed on at least one of the above.

図５の吸排気弁８，９の下面図及び図６の吸排気弁８，９の断面図においては、燃焼室３に臨む面として吸気弁８の傘部８ａの底面及び排気弁９の傘部９ａの底面に、環状の点火用電極１０が絶縁体１２（例えば誘電率の低いセラミック等の誘電体）を介した状態で取り付けられている。吸気弁８及び排気弁９が導電体により構成される場合は、この絶縁体１２により点火用電極１０が周囲（吸気弁８及び排気弁９）と電気的に絶縁される。ただし、図７の吸排気弁８，９の断面図に示すように、吸気弁８の傘部８ａ及び排気弁９の傘部９ａがセラミック等の絶縁体１２により構成されている場合は、点火用電極１０の周囲に対する電気的絶縁を配慮する必要がなく、点火用電極１０を吸気弁８の傘部８ａ及び排気弁９の傘部９ａに直接配設することができる。   In the bottom view of the intake and exhaust valves 8 and 9 in FIG. 5 and the cross-sectional view of the intake and exhaust valves 8 and 9 in FIG. 6, the bottom face of the umbrella portion 8 a of the intake valve 8 and the umbrella of the exhaust valve 9 are the faces facing the combustion chamber 3. An annular ignition electrode 10 is attached to the bottom surface of the portion 9a with an insulator 12 (for example, a dielectric such as ceramic having a low dielectric constant) interposed therebetween. When the intake valve 8 and the exhaust valve 9 are made of a conductor, the insulator 12 electrically insulates the ignition electrode 10 from the surroundings (the intake valve 8 and the exhaust valve 9). However, as shown in the cross-sectional view of the intake and exhaust valves 8 and 9 in FIG. 7, if the umbrella portion 8 a of the intake valve 8 and the umbrella portion 9 a of the exhaust valve 9 are made of an insulator 12 such as ceramic, ignition is performed. There is no need to consider electrical insulation with respect to the periphery of the electrode 10 for ignition, and the ignition electrode 10 can be directly disposed on the umbrella portion 8a of the intake valve 8 and the umbrella portion 9a of the exhaust valve 9.

なお、ここでの点火用電極１０についても、図５〜７に示すように燃焼室３に露出していてもよいし、燃焼室３に臨む傘部８ａ，傘部９ａの底面の近傍であれば燃焼室３に露出することなく絶縁体１２の内部に埋め込まれていてもよい。また、図８の吸排気弁８，９の下面図に示すように、吸気弁８の傘部８ａのみに点火用電極１０を配設することもできる。さらに、排気弁９の傘部９ａのみに点火用電極１０を配設することもできる。   The ignition electrode 10 here may also be exposed to the combustion chamber 3 as shown in FIGS. 5 to 7, or near the bottom surface of the umbrella portion 8 a and the umbrella portion 9 a facing the combustion chamber 3. For example, the insulator 12 may be embedded without being exposed to the combustion chamber 3. In addition, as shown in the bottom view of the intake and exhaust valves 8 and 9 in FIG. Further, the ignition electrode 10 can be disposed only on the umbrella portion 9 a of the exhaust valve 9.

次に、本実施形態における点火用電極１０の他の形状例について説明する。   Next, another example of the shape of the ignition electrode 10 in the present embodiment will be described.

図９（Ａ）の点火用電極１０の平面図は、環状の点火用電極１０に切り欠き（電気的ギャップ１０ａ）が設けられていることで、点火用電極１０の形状がＣ字形状を呈する例を示している。そして、図９（Ｂ）の点火用電極１０の平面図は、環状の点火用電極１０に複数の切り欠き（電気的ギャップ１０ａ）が設けられている例を示している。   In the plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 9A, the shape of the ignition electrode 10 is C-shaped because the annular ignition electrode 10 is provided with a cutout (electrical gap 10a). An example is shown. The plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 9B shows an example in which a plurality of notches (electrical gaps 10a) are provided in the annular ignition electrode 10.

また、図９（Ｃ）の点火用電極１０の平面図は、点火用電極１０の形状が矩形状を呈する例を示している。そして、図９（Ｄ）の点火用電極１０の平面図は、矩形状の点火用電極１０に切り欠き（電気的ギャップ１０ａ）が設けられている例を示している。また、図９（Ｅ）の点火用電極１０の平面図は、点火用電極１０の形状が直線状（棒状）を呈する例を示している。その他にも、点火用電極１０として、多角形形状を呈する構成や金属粉末を配設した構成も採りうることができる。さらに、点火用電極１０の構成が複雑になるものの、点火用電極１０の形状が積層形状や螺旋形状を呈するものとすることもできる。なお、図９のｘは点火用電極１０の配設長さを示しており、点火用電極１０の配設長さｘは、前述したように、電磁波の波長のｎ／４（ｎは自然数）倍に略等しいことがより好ましい。   Further, the plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 9C shows an example in which the shape of the ignition electrode 10 is rectangular. The plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 9D shows an example in which the rectangular ignition electrode 10 is provided with a notch (electrical gap 10a). Moreover, the top view of the electrode 10 for ignition of FIG.9 (E) has shown the example in which the shape of the electrode 10 for ignition exhibits a linear form (bar shape). In addition, the ignition electrode 10 may be configured to have a polygonal shape or a configuration in which metal powder is disposed. Furthermore, although the configuration of the ignition electrode 10 is complicated, the shape of the ignition electrode 10 may be a laminated shape or a spiral shape. 9 indicates the arrangement length of the ignition electrode 10, and the arrangement length x of the ignition electrode 10 is n / 4 of the wavelength of the electromagnetic wave (n is a natural number) as described above. More preferably, it is approximately equal to twice.

これらの構成の点火用電極１０を電磁波の存在する燃焼室３に臨む面またはその近傍に配設すると、点火用電極１０と燃焼室３内の空間との透磁率の違いから、例えば図１０の電気力線図に示すように点火用電極１０の近傍に高電界が生じる。また、点火用電極１０に設けられる狭い電気的ギャップ１０ａは、高電界を発生させるために有効な方策となる。   When the ignition electrode 10 having such a configuration is disposed on the surface facing the combustion chamber 3 where electromagnetic waves exist or in the vicinity thereof, the difference in magnetic permeability between the ignition electrode 10 and the space in the combustion chamber 3 causes, for example, FIG. As shown in the electric field diagram, a high electric field is generated in the vicinity of the ignition electrode 10. Moreover, the narrow electrical gap 10a provided in the ignition electrode 10 is an effective measure for generating a high electric field.

また、図１１（Ａ）の点火用電極１０の平面図は、径の異なる複数の環状の点火用電極１０を同心円状に配設した例を示している。そして、図１１（Ｂ）の点火用電極１０の平面図は、同心円状に配設した環状の点火用電極１０の各々に切り欠き（電気的ギャップ１０ａ）が設けられている例を示している。   Further, the plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 11A shows an example in which a plurality of annular ignition electrodes 10 having different diameters are arranged concentrically. The plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 11B shows an example in which a cutout (electrical gap 10a) is provided in each of the annular ignition electrodes 10 arranged concentrically. .

また、図１２（Ａ）の点火用電極１０の平面図は、複数の棒状の点火用電極１０を、各点火用電極１０間に電極長手方向の電気的ギャップ１０ａが形成されるように、直線状に配置した例を示している。そして、図１２（Ｂ）の点火用電極１０の平面図は、複数の棒状の点火用電極１０を、各点火用電極１０間に電気的ギャップ１０ａが形成されるように、略十字状に配置した例を示している。そして、図１２（Ｃ）の点火用電極１０の平面図は、複数の棒状の点火用電極１０を、電極長手方向及びその垂直方向に関して間隔をおいて配置した例を示している。   Further, the plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 12A is a straight line so that a plurality of rod-like ignition electrodes 10 are formed between the respective ignition electrodes 10 so that an electrical gap 10a in the longitudinal direction of the electrode is formed. The example arrange | positioned in the shape is shown. In the plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 12B, a plurality of rod-like ignition electrodes 10 are arranged in a substantially cross shape so that an electrical gap 10a is formed between the ignition electrodes 10. An example is shown. The plan view of the ignition electrode 10 in FIG. 12C shows an example in which a plurality of rod-like ignition electrodes 10 are arranged at intervals in the electrode longitudinal direction and the vertical direction thereof.

また、点火用電極１０については、図１３（Ａ）の断面図に示すように、燃焼室３に臨む絶縁体１２表面に取り付けられていることで燃焼室３に露出していてもよいし、図１３（Ｂ）の断面図に示すように、燃焼室３に臨む絶縁体１２表面の近傍であれば燃焼室３に露出することなく絶縁体１２の内部に埋め込まれていてもよい。   The ignition electrode 10 may be exposed to the combustion chamber 3 by being attached to the surface of the insulator 12 facing the combustion chamber 3, as shown in the cross-sectional view of FIG. As shown in the cross-sectional view of FIG. 13B, it may be embedded in the insulator 12 without being exposed to the combustion chamber 3 as long as it is in the vicinity of the surface of the insulator 12 facing the combustion chamber 3.

次に、本実施形態における電磁波放射器４の他の構成例について説明する。   Next, another configuration example of the electromagnetic wave radiator 4 in the present embodiment will be described.

以上の本実施形態の説明においては、電磁波放射器４を燃焼室３に臨ませる状態でシリンダヘッド２２に配設した場合について説明した。ただし、本実施形態においては、図１４に示すように、電磁波放射器４を吸気通路６に臨ませる状態で配設することもできる。   In the above description of the present embodiment, the case where the electromagnetic wave radiator 4 is disposed in the cylinder head 22 in a state of facing the combustion chamber 3 has been described. However, in the present embodiment, as shown in FIG. 14, the electromagnetic wave radiator 4 can be disposed in a state of facing the intake passage 6.

図１４に示す構成例においては、吸気通路６と燃焼室３との連通を開閉する吸気弁８の傘部８ａに、絶縁体１２（例えば誘電率の低いセラミック等の誘電体）が配設されている。これによって、吸気弁８が閉じている状態でも、電磁波放射器４から吸気通路６に放射された電磁波は、この傘部８ａの絶縁体１２を透過して燃焼室３内へ伝搬する。このように、電磁波放射器４を吸気通路６に臨ませることによっても、電磁波を燃焼室３内へ向けて放射することは可能であり、吸気弁８の傘部８ａに配設された絶縁体１２は、吸気通路６内の電磁波を燃焼室３内へ透過させる電磁波透過部材として機能する。   In the configuration example shown in FIG. 14, an insulator 12 (for example, a dielectric such as a ceramic having a low dielectric constant) is disposed on the umbrella portion 8 a of the intake valve 8 that opens and closes communication between the intake passage 6 and the combustion chamber 3. ing. Thereby, even when the intake valve 8 is closed, the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiator 4 to the intake passage 6 is transmitted through the insulator 12 of the umbrella portion 8 a and propagates into the combustion chamber 3. As described above, it is possible to radiate electromagnetic waves toward the combustion chamber 3 even when the electromagnetic wave radiator 4 faces the intake passage 6, and an insulator disposed in the umbrella portion 8 a of the intake valve 8. 12 functions as an electromagnetic wave transmitting member that transmits electromagnetic waves in the intake passage 6 into the combustion chamber 3.

さらに、吸気通路６における電磁波放射位置（電磁波放射器４の配設位置）より上流には、吸気通路６上流への電磁波の伝搬を遮断するために導電性の網１４が設けられている。ここでの導電性の網１４における網目間隔は、電磁波が透過しないように吸気通路６内の電磁波の波長より短く設定されている。   Further, a conductive net 14 is provided upstream of the electromagnetic wave radiation position (position where the electromagnetic wave radiator 4 is disposed) in the intake passage 6 in order to block the propagation of electromagnetic waves upstream of the intake passage 6. Here, the mesh interval in the conductive mesh 14 is set shorter than the wavelength of the electromagnetic wave in the intake passage 6 so that the electromagnetic wave is not transmitted.

図１４に示す構成例においては、電磁波放射器４が高温となる燃焼室３に臨んでいないため、電磁波放射器４に高耐熱性の材料を用いる必要がない。したがって、点火装置の低コスト化を実現することができる。   In the configuration example shown in FIG. 14, since the electromagnetic wave radiator 4 does not face the combustion chamber 3 where the temperature is high, it is not necessary to use a highly heat-resistant material for the electromagnetic wave radiator 4. Therefore, cost reduction of the ignition device can be realized.

なお、図１４に示す構成例においては、導電性の網１４を設ける代わりに、電磁波の伝搬路（吸気通路６）のインピーダンスが変化するように、吸気通路６の断面積を変化（増大と減少のどちらでもよい）させることもできる。この構成によっても、吸気通路６上流への電磁波のエネルギーを十分に減衰させることができる。   In the configuration example shown in FIG. 14, instead of providing the conductive net 14, the sectional area of the intake passage 6 is changed (increased and decreased) so that the impedance of the electromagnetic wave propagation path (intake passage 6) changes. Can be used). Also with this configuration, the energy of electromagnetic waves upstream of the intake passage 6 can be sufficiently attenuated.

また、以下に説明するように、本実施形態に係る点火装置を筒内噴射式内燃機関に用いることもできる。   Further, as will be described below, the ignition device according to the present embodiment can be used for a direct injection internal combustion engine.

図１５に示す構成例においては、燃料を噴射する燃料噴射弁１５が燃焼室３に臨む状態でシリンダヘッド２２に配設されている。そして、燃焼室３に臨むピストン頂面１１ａには、混合気が形成されるキャビティ部１６が設けられている。さらに、環状の点火用電極１０がキャビティ部１６に絶縁体１２（例えば誘電率の低いセラミック等の誘電体）を介した状態で取り付けられていることで、点火用電極１０が周囲（ピストン１１）と電気的に絶縁されている。なお、図１５は、燃料噴射弁１５及び電磁波放射器４が燃焼室３上面の略中央部に配置されている場合を示している。   In the configuration example shown in FIG. 15, the fuel injection valve 15 that injects fuel is disposed in the cylinder head 22 so as to face the combustion chamber 3. The piston top surface 11a facing the combustion chamber 3 is provided with a cavity portion 16 where an air-fuel mixture is formed. Further, the annular ignition electrode 10 is attached to the cavity portion 16 with an insulator 12 (for example, a dielectric such as ceramic having a low dielectric constant) interposed therebetween, so that the ignition electrode 10 is surrounded (piston 11). And is electrically insulated. FIG. 15 shows a case where the fuel injection valve 15 and the electromagnetic wave radiator 4 are arranged at a substantially central portion on the upper surface of the combustion chamber 3.

図１５に示す構成例においては、ピストン頂面１１ａに形成されたキャビティ部１６に点火用電極１０を配設することで、キャビティ部１６にて電磁波の電界強度を局所的に高めてプラズマ放電を発生させることができる。これによって、燃焼室３内に形成された混合気の点火をキャビティ部１６にて行うことができる。したがって、筒内噴射式内燃機関において燃焼室３内に形成された混合気の点火を適切に行うことができる。   In the configuration example shown in FIG. 15, by disposing the ignition electrode 10 in the cavity portion 16 formed on the piston top surface 11a, the electric field strength of the electromagnetic wave is locally increased in the cavity portion 16 to cause plasma discharge. Can be generated. Thereby, the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 3 can be ignited in the cavity portion 16. Therefore, the air-fuel mixture formed in the combustion chamber 3 in the direct injection internal combustion engine can be appropriately ignited.

なお、筒内噴射式内燃機関においては、例えば図１６の構成例に示すように、点火用電極１０をキャビティ部１６の近傍に絶縁体１２を介した状態で配設することによっても、キャビティ部１６にて電磁波の電界強度を局所的に高めることができる。   In a cylinder injection internal combustion engine, for example, as shown in the configuration example of FIG. 16, the cavity portion can also be provided by disposing the ignition electrode 10 in the vicinity of the cavity portion 16 with the insulator 12 interposed therebetween. 16, the electric field strength of the electromagnetic wave can be locally increased.

また、本実施形態においては、以下に説明するように、複数の周波数の電磁波を燃焼室３内へ向けて放射することもできる。   In the present embodiment, as described below, electromagnetic waves having a plurality of frequencies can be radiated toward the combustion chamber 3.

図１７，１８に示す構成例においては、複数の電磁波発生電源１−１，１−２が設けられており、電磁波発生電源１−１は周波数ｆｒｅｑ１の電磁波を発生させ、電磁波発生電源１−２は周波数ｆｒｅｑ２（ｆｒｅｑ２≠ｆｒｅｑ１）の電磁波を発生させる。ここで、図１７は内部構成の概略を示し、図１８はピストン１１の上面図を示す。   17 and 18, a plurality of electromagnetic wave generation power sources 1-1 and 1-2 are provided. The electromagnetic wave generation power source 1-1 generates an electromagnetic wave having a frequency freq1, and the electromagnetic wave generation power source 1-2. Generates an electromagnetic wave having a frequency freq2 (freq2 ≠ freq1). Here, FIG. 17 shows an outline of the internal configuration, and FIG. 18 shows a top view of the piston 11.

そして、ピストン頂面１１ａの中央部に環状の点火用電極１０−１が配置されているとともに、その周囲に複数の環状の点火用電極１０−２がピストン頂面１１ａの周方向に間隔をおいて配列されている。ここで、点火用電極１０−１のサイズは点火用電極１０−２のサイズより大きく設定されており、点火用電極１０−１の配設長さｘ１は点火用電極１０−２の配設長さｘ２より長い。また、点火用電極１０−１，１０−２の各々は、ピストン頂面１１ａに絶縁体１２（図１８では図示を省略）を介した状態で取り付けられており、周囲（ピストン１１）と電気的に絶縁されている。   An annular ignition electrode 10-1 is disposed at the center of the piston top surface 11a, and a plurality of annular ignition electrodes 10-2 are spaced around the periphery of the piston top surface 11a. Are arranged. Here, the size of the ignition electrode 10-1 is set larger than the size of the ignition electrode 10-2, and the arrangement length x1 of the ignition electrode 10-1 is the arrangement length of the ignition electrode 10-2. It is longer than x2. Each of the ignition electrodes 10-1 and 10-2 is attached to the piston top surface 11a via an insulator 12 (not shown in FIG. 18), and is electrically connected to the surroundings (piston 11). Is insulated.

さらに、電磁波発生電源１−１，１−２が発生させる電磁波の周波数ｆｒｅｑ１，ｆｒｅｑ２は、点火用電極１０−１，１０−２の各サイズに対応して設定されている。より詳細には、電磁波発生電源１−１が発生させる電磁波の周波数ｆｒｅｑ１は、点火用電極１０−１の近傍にてプラズマ放電が発生するように設定されているとともに、電磁波発生電源１−２が発生させる電磁波の周波数ｆｒｅｑ２は、各点火用電極１０−２の近傍にてプラズマ放電が発生するように設定されている。ここでは点火用電極１０−１のサイズ（長さｘ１）は点火用電極１０−２のサイズ（長さｘ２）より大きいため、周波数ｆｒｅｑ１は周波数ｆｒｅｑ２より低く設定されている。なお、点火用電極１０−１，１０−２を利用して混合気の点火をより効率よく行うためには、点火用電極１０−１の配設長さｘ１が電磁波発生電源１−１が発生させる電磁波の波長λ１のｎ／４（ｎは自然数）倍に略等しく、点火用電極１０−２の配設長さｘ２（ｘ２＜ｘ１）が電磁波発生電源１−２が発生させる電磁波の波長λ２（λ２＜λ１）のｎ／４倍に略等しいことが好ましい。   Further, the frequencies freq1 and freq2 of the electromagnetic waves generated by the electromagnetic wave generating power supplies 1-1 and 1-2 are set corresponding to the sizes of the ignition electrodes 10-1 and 10-2. More specifically, the frequency freq1 of the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating power supply 1-1 is set so that plasma discharge is generated in the vicinity of the ignition electrode 10-1, and the electromagnetic wave generating power supply 1-2 is The frequency freq2 of the electromagnetic wave to be generated is set so that plasma discharge is generated in the vicinity of each ignition electrode 10-2. Here, since the size (length x1) of the ignition electrode 10-1 is larger than the size (length x2) of the ignition electrode 10-2, the frequency freq1 is set lower than the frequency freq2. In order to perform ignition of the air-fuel mixture more efficiently using the ignition electrodes 10-1 and 10-2, the arrangement length x1 of the ignition electrode 10-1 is generated by the electromagnetic wave generating power source 1-1. Is approximately equal to n / 4 (n is a natural number) times the wavelength λ1 of the electromagnetic wave to be generated, and the arrangement length x2 (x2 <x1) of the ignition electrode 10-2 is the wavelength λ2 of the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating power supply 1-2. It is preferably substantially equal to n / 4 times (λ2 <λ1).

図１７，１８に示す構成例において、電磁波発生電源１−１が周波数ｆｒｅｑ１の電磁波を発生させ電磁波放射器４から燃焼室３内へ周波数ｆｒｅｑ１の電磁波が放射されたときは、点火用電極１０−１の近傍（ピストン頂面１１ａの中央部）にて混合気の点火を行うことができる。一方、電磁波発生電源１−２が周波数ｆｒｅｑ２の電磁波を発生させ電磁波放射器４から燃焼室３内へ周波数ｆｒｅｑ２の電磁波が放射されたときは、各点火用電極１０−２の近傍（ピストン頂面１１ａの中央部の周囲）にて混合気の点火を行うことができる。また、電磁波発生電源１−１，１−２が周波数ｆｒｅｑ１，ｆｒｅｑ２の電磁波をそれぞれ発生させ電磁波放射器４から燃焼室３内へ周波数ｆｒｅｑ１，ｆｒｅｑ２の電磁波が放射されたときは、点火用電極１０−１，１０−２の近傍（ピストン頂面１１ａの中央部及びその周囲）にて混合気の点火を行うことができる。このように、図１７，１８に示す構成例においては、燃焼室３内へ放射する電磁波の周波数を制御することで、混合気の点火箇所を制御することができる。したがって、燃焼室３内の混合気の点火をより適切に行うことができ、より急速かつ安定した燃焼を実現することができる。   17 and 18, when the electromagnetic wave generating power source 1-1 generates an electromagnetic wave having the frequency freq1, and the electromagnetic wave having the frequency freq1 is radiated from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3, the ignition electrode 10- 1 can be ignited in the vicinity of 1 (the central portion of the piston top surface 11a). On the other hand, when the electromagnetic wave generating power source 1-2 generates an electromagnetic wave having the frequency freq2 and the electromagnetic wave having the frequency freq2 is radiated from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3, the vicinity of each ignition electrode 10-2 (piston top surface) The air-fuel mixture can be ignited around the central portion of 11a. Further, when the electromagnetic wave generating power sources 1-1 and 1-2 generate electromagnetic waves having frequencies freq1 and freq2, respectively, and electromagnetic waves having the frequencies freq1 and freq2 are emitted from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3, the ignition electrode 10 The air-fuel mixture can be ignited in the vicinity of -1 and 10-2 (the central portion of the piston top surface 11a and its periphery). As described above, in the configuration example shown in FIGS. 17 and 18, the ignition point of the air-fuel mixture can be controlled by controlling the frequency of the electromagnetic wave radiated into the combustion chamber 3. Therefore, ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be performed more appropriately, and more rapid and stable combustion can be realized.

なお、図１９に示す筒内噴射式内燃機関においても、燃焼室３内へ放射する電磁波の周波数を制御することで、混合気の点火箇所を制御することができる。図１９に示す筒内噴射式内燃機関の構成例においては、燃料を噴射する燃料噴射弁１５が燃焼室３に臨む状態でシリンダヘッド２２に配設されている。ピストン頂面１１ａにはキャビティ部１６が形成されており、環状の点火用電極１０−１がキャビティ部１６に絶縁体１２を介した状態で取り付けられている。そして、ピストン頂面１１ａにおけるキャビティ部１６の周囲には、複数の環状の点火用電極１０−２が絶縁体１２を介した状態でピストン頂面１１ａの周方向に間隔をおいて配列されている。ここで、点火用電極１０−１のサイズは点火用電極１０−２のサイズより大きく設定されており、点火用電極１０−１の配設長さｘ１は点火用電極１０−２の配設長さｘ２より長い。なお、点火用電極１０−１については、キャビティ部１６の近傍に配置してもよい。   In the cylinder injection internal combustion engine shown in FIG. 19, the ignition point of the air-fuel mixture can be controlled by controlling the frequency of the electromagnetic wave radiated into the combustion chamber 3. In the configuration example of the direct injection internal combustion engine shown in FIG. 19, the fuel injection valve 15 for injecting fuel is disposed in the cylinder head 22 so as to face the combustion chamber 3. A cavity portion 16 is formed on the piston top surface 11a, and an annular ignition electrode 10-1 is attached to the cavity portion 16 with an insulator 12 interposed therebetween. A plurality of annular ignition electrodes 10-2 are arranged around the cavity portion 16 on the piston top surface 11a at intervals in the circumferential direction of the piston top surface 11a with the insulator 12 interposed therebetween. . Here, the size of the ignition electrode 10-1 is set larger than the size of the ignition electrode 10-2, and the arrangement length x1 of the ignition electrode 10-1 is the arrangement length of the ignition electrode 10-2. It is longer than x2. Note that the ignition electrode 10-1 may be disposed in the vicinity of the cavity portion 16.

図１９に示す構成例において、低負荷運転時には、圧縮行程後期にて燃料が燃料噴射弁１５から燃焼室３内へ噴射されることで、混合気がキャビティ部１６に形成される。このとき、キャビティ部１６の周囲はほぼ空気層となる。そして、電磁波発生電源１−１が周波数ｆｒｅｑ１の電磁波を発生させ電磁波放射器４から燃焼室３内へ周波数ｆｒｅｑ１の電磁波が放射されることで、キャビティ部１６（点火用電極１０−１の近傍）にて混合気の点火が行われる。これによって、低負荷運転時には、成層燃焼をキャビティ部１６にて行うことができる。ここではキャビティ部１６の周囲はほぼ空気層であるため、点火用電極１０−２の近傍にて放電を発生させる必要はない。   In the configuration example shown in FIG. 19, during low load operation, fuel is injected from the fuel injection valve 15 into the combustion chamber 3 in the latter half of the compression stroke, whereby an air-fuel mixture is formed in the cavity portion 16. At this time, the periphery of the cavity portion 16 is substantially an air layer. Then, the electromagnetic wave generating power source 1-1 generates an electromagnetic wave having the frequency freq1, and the electromagnetic wave having the frequency freq1 is radiated from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3, whereby the cavity portion 16 (in the vicinity of the ignition electrode 10-1). The mixture is ignited at. Thus, stratified combustion can be performed in the cavity 16 during low-load operation. Here, since the periphery of the cavity portion 16 is almost an air layer, it is not necessary to generate a discharge in the vicinity of the ignition electrode 10-2.

一方、高負荷運転時には、吸気行程にて燃料が燃料噴射弁１５から燃焼室３内へ噴射されることで、混合気が燃焼室３内のほぼ全域に形成される。そして、電磁波発生電源１−１，１−２が周波数ｆｒｅｑ１，ｆｒｅｑ２の電磁波をそれぞれ発生させ電磁波放射器４から燃焼室３内へ周波数ｆｒｅｑ１，ｆｒｅｑ２の電磁波が放射されることで、点火用電極１０−１，１０−２の近傍にて混合気の点火が行われる。これによって、高負荷運転時には、燃焼室３内の広範囲にて混合気の多点点火を行うことができ、急速かつ安定した燃焼を行うことができる。以上のように、図１９に示す構成例においては、燃焼室３内の混合気の点火を内燃機関の運転状態に応じてより適切に行うことができる。   On the other hand, during high load operation, fuel is injected from the fuel injection valve 15 into the combustion chamber 3 during the intake stroke, so that an air-fuel mixture is formed in almost the entire area of the combustion chamber 3. Then, the electromagnetic wave generating power sources 1-1 and 1-2 generate electromagnetic waves having the frequencies freq1 and freq2, respectively, and the electromagnetic waves having the frequencies freq1 and freq2 are radiated from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3. The air-fuel mixture is ignited in the vicinity of -1 and 10-2. As a result, the multi-point ignition of the air-fuel mixture can be performed over a wide range in the combustion chamber 3 during high load operation, and rapid and stable combustion can be performed. As described above, in the configuration example shown in FIG. 19, ignition of the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be performed more appropriately according to the operating state of the internal combustion engine.

以上の図１７〜１９に示す構成例においては、点火用電極１０−１のサイズを点火用電極１０−２のサイズより小さく設定するとともに周波数ｆｒｅｑ１を周波数ｆｒｅｑ２より高く設定してもよい。また、点火用電極１０−１をピストン頂面１１ａの中央部に複数設けることもできる。   In the configuration examples shown in FIGS. 17 to 19, the size of the ignition electrode 10-1 may be set smaller than the size of the ignition electrode 10-2, and the frequency freq1 may be set higher than the frequency freq2. A plurality of ignition electrodes 10-1 may be provided at the center of the piston top surface 11a.

また、以上の図１７〜１９に示す構成例においては、電磁波放射器４を燃焼室３に臨ませる状態で配設した場合について説明したが、電磁波放射器４を吸気通路６に臨ませる状態で配設することもできる。   Further, in the configuration examples shown in FIGS. 17 to 19, the case where the electromagnetic wave radiator 4 is disposed in a state where it faces the combustion chamber 3 has been described. However, in the state where the electromagnetic wave radiator 4 faces the intake passage 6. It can also be arranged.

図２０に示す構成例においては、前述の図１４に示す構成例と比較して、吸気通路６の中心部に配置されている吸気弁８の軸部８ｂが導電体により構成されていることで、吸気通路６の中心部における電磁波放射位置（電磁波放射器４の配設位置）より下流に導電部が配設されている。これによって、吸気通路６における電磁波放射位置より下流に同軸伝送路が形成されている。なお、吸気弁８の軸部８ｂの導電体は、その一端が傘部８ａの中心部を通されて傘部８ａの底面まで延びている。また、吸気弁８の軸部８ｂが吸気管を貫通する部分に絶縁体８ｃが設けられていることで、軸部８ｂが吸気管と電気的に絶縁される。   In the configuration example shown in FIG. 20, compared to the configuration example shown in FIG. 14 described above, the shaft portion 8 b of the intake valve 8 disposed in the central portion of the intake passage 6 is made of a conductor. The conductive portion is disposed downstream from the electromagnetic wave radiation position (position where the electromagnetic wave radiator 4 is disposed) in the central portion of the intake passage 6. As a result, a coaxial transmission line is formed downstream of the electromagnetic wave radiation position in the intake passage 6. One end of the conductor of the shaft portion 8b of the intake valve 8 passes through the center portion of the umbrella portion 8a and extends to the bottom surface of the umbrella portion 8a. Further, since the insulator 8c is provided at a portion where the shaft portion 8b of the intake valve 8 penetrates the intake pipe, the shaft portion 8b is electrically insulated from the intake pipe.

前述の図１４に示す構成例では、吸気通路６が導波路として機能するので、電磁波放射器４から放射された電磁波を燃焼室３内へ伝搬させるために電磁波の周波数が吸気通路６の直径に制約を受けることになる。これに対して図２０に示す構成例では、電磁波放射位置より下流の吸気通路６を同軸伝送路として機能させることができるので、電磁波を燃焼室３内へ伝搬させるために電磁波の周波数が吸気通路６の直径に制約を受けることがない。したがって、電磁波放射器４に高耐熱性の材料を用いる必要がないとともに、電磁波の周波数や吸気通路６の直径に依存することなく電磁波を高効率で燃焼室３内へ伝搬させることができる。なお、図２０に示す構成例は、電磁波放射器４から複数の周波数の電磁波を放射する場合に特に有効となるが、電磁波放射器４から複数の周波数の電磁波を放射しない場合でも適用することができる。   In the configuration example shown in FIG. 14 described above, since the intake passage 6 functions as a waveguide, the frequency of the electromagnetic wave becomes the diameter of the intake passage 6 in order to propagate the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave radiator 4 into the combustion chamber 3. You will be restricted. On the other hand, in the configuration example shown in FIG. 20, the intake passage 6 downstream from the electromagnetic wave radiation position can function as a coaxial transmission path, and therefore the frequency of the electromagnetic wave is changed to the intake passage in order to propagate the electromagnetic wave into the combustion chamber 3. There is no restriction on the diameter of 6. Therefore, it is not necessary to use a highly heat-resistant material for the electromagnetic wave radiator 4, and the electromagnetic wave can be propagated into the combustion chamber 3 with high efficiency without depending on the frequency of the electromagnetic wave or the diameter of the intake passage 6. The configuration example shown in FIG. 20 is particularly effective when electromagnetic waves having a plurality of frequencies are radiated from the electromagnetic wave radiator 4, but can be applied even when electromagnetic waves having a plurality of frequencies are not radiated from the electromagnetic wave radiator 4. it can.

また、本実施形態においては、以下に説明するように、電磁波を複数の異なる箇所から燃焼室３内へ向けて放射することもできる。   In the present embodiment, as described below, electromagnetic waves can be radiated from a plurality of different locations into the combustion chamber 3.

図２１，２２に示す構成例においては、複数の電磁波放射器４−１，４−２が燃焼室３に臨む状態でシリンダヘッド２２の異なる位置に配設されており、電磁波発生電源１が発生させた電磁波は、電磁波伝送路２−１を伝搬して電磁波放射器４−１から放射されるとともに、電磁波伝送路２−２を伝搬して電磁波放射器４−２から放射される。ここで、図２１は内部構成の概略を示し、図２２はピストン１１の上面図を示す。   In the configuration example shown in FIGS. 21 and 22, a plurality of electromagnetic wave emitters 4-1 and 4-2 are arranged at different positions of the cylinder head 22 so as to face the combustion chamber 3, and the electromagnetic wave generating power source 1 is generated. The electromagnetic wave propagated through the electromagnetic wave transmission path 2-1 is radiated from the electromagnetic wave radiator 4-1 and is propagated through the electromagnetic wave transmission path 2-2 and radiated from the electromagnetic wave radiator 4-2. Here, FIG. 21 shows an outline of the internal configuration, and FIG. 22 shows a top view of the piston 11.

そして、ピストン頂面１１ａの中央部に環状の点火用電極１０−１が配置されているとともに、その周囲に複数の環状の点火用電極１０−２がピストン頂面１１ａの周方向に間隔をおいて配列されている。ここでの各点火用電極１０−１，１０−２のサイズは等しく設定されている。各点火用電極１０−１，１０−２は、ピストン頂面１１ａに絶縁体１２（図２２では図示を省略）を介した状態で取り付けられており、周囲（ピストン１１）と電気的に絶縁されている。   An annular ignition electrode 10-1 is disposed at the center of the piston top surface 11a, and a plurality of annular ignition electrodes 10-2 are spaced around the periphery of the piston top surface 11a. Are arranged. The sizes of the ignition electrodes 10-1 and 10-2 here are set equal. Each of the ignition electrodes 10-1 and 10-2 is attached to the piston top surface 11a via an insulator 12 (not shown in FIG. 22), and is electrically insulated from the surroundings (piston 11). ing.

さらに、電磁波伝送路２−２には、電磁波伝送路２−２を伝搬する電磁波の位相を調整することができる位相調整器として移相器２４が設けられている。この移相器２４における電磁波の移相量を調整することで、複数の電磁波放射器４−１，４−２から放射される電磁波の位相関係を調整することができる。   Further, the electromagnetic wave transmission line 2-2 is provided with a phase shifter 24 as a phase adjuster capable of adjusting the phase of the electromagnetic wave propagating through the electromagnetic wave transmission line 2-2. By adjusting the amount of phase shift of the electromagnetic wave in the phase shifter 24, the phase relationship of the electromagnetic waves radiated from the plurality of electromagnetic wave radiators 4-1 and 4-2 can be adjusted.

図２１，２２に示す構成例においては、複数の電磁波放射器４−１，４−２から放射される電磁波が燃焼室３内にて互いに干渉する。その際に、移相器２４における電磁波の移相量を制御して電磁波放射器４−１，４−２から放射される電磁波の位相差を制御することで、燃焼室３内における電磁波の強度分布を制御することができるので、混合気の点火箇所を制御することができる。例えば、移相器２４における電磁波の移相量を所定のΔθ１に制御することで、ピストン頂面１１ａの中央部における電界強度を周囲より高めることができる。したがって、点火用電極１０−１の近傍にてプラズマ放電を発生させることができ、点火用電極１０−１の近傍にて混合気の点火を行うことができる。一方、移相器２４における電磁波の移相量を所定のΔθ２（Δθ２≠Δθ１）に制御することで、ピストン頂面１１ａの周囲における電界強度を中央部より高めることができる。したがって、各点火用電極１０−２の近傍にてプラズマ放電を発生させることができ、各点火用電極１０−２の近傍にて混合気の点火を行うことができる。このように、図２１，２２に示す構成例においては、移相器２４の制御により混合気の点火箇所を制御することができるので、燃焼室３内の混合気の点火をより適切に行うことができ、より急速かつ安定した燃焼を実現することができる。なお、上記のΔθ１，Δθ２の値については、実験的または解析的に決定することができる。   In the configuration example shown in FIGS. 21 and 22, the electromagnetic waves radiated from the plurality of electromagnetic wave emitters 4-1 and 4-2 interfere with each other in the combustion chamber 3. At that time, the intensity of the electromagnetic wave in the combustion chamber 3 is controlled by controlling the phase difference of the electromagnetic wave radiated from the electromagnetic wave emitters 4-1 and 4-2 by controlling the phase shift amount of the electromagnetic wave in the phase shifter 24. Since the distribution can be controlled, the ignition point of the air-fuel mixture can be controlled. For example, by controlling the phase shift amount of the electromagnetic wave in the phase shifter 24 to a predetermined Δθ1, the electric field strength at the central portion of the piston top surface 11a can be increased from the surroundings. Therefore, plasma discharge can be generated in the vicinity of the ignition electrode 10-1, and the air-fuel mixture can be ignited in the vicinity of the ignition electrode 10-1. On the other hand, by controlling the phase shift amount of the electromagnetic wave in the phase shifter 24 to a predetermined Δθ2 (Δθ2 ≠ Δθ1), the electric field strength around the piston top surface 11a can be increased from the central portion. Therefore, plasma discharge can be generated in the vicinity of each ignition electrode 10-2, and the air-fuel mixture can be ignited in the vicinity of each ignition electrode 10-2. As described above, in the configuration example shown in FIGS. 21 and 22, the ignition point of the air-fuel mixture can be controlled by the control of the phase shifter 24, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be ignited more appropriately. And more rapid and stable combustion can be realized. The values of Δθ1 and Δθ2 can be determined experimentally or analytically.

なお、筒内噴射式内燃機関においても、移相器２４における電磁波の移相量を制御することで、混合気の点火箇所を制御することができる。その場合は、ピストン頂面１１ａに形成されたキャビティ部１６またはその近傍に点火用電極１０−１を配置し、その周囲に複数の点火用電極１０−２を配置する。そして、低負荷運転時には、移相器２４における電磁波の移相量をΔθ１に制御することで、キャビティ部１６（点火用電極１０−１の近傍）にて混合気を点火して成層燃焼を行う。一方、高負荷運転時には、移相器２４における電磁波の移相量をΔθ２に制御することで、各点火用電極１０−２の近傍にて混合気の多点点火を行う。以上の移相器２４の制御により、燃焼室３内の混合気の点火を内燃機関の運転状態に応じてより適切に行うことができる。   Also in the cylinder injection internal combustion engine, the ignition point of the air-fuel mixture can be controlled by controlling the phase shift amount of the electromagnetic wave in the phase shifter 24. In this case, the ignition electrode 10-1 is disposed in the cavity portion 16 formed in the piston top surface 11a or in the vicinity thereof, and a plurality of ignition electrodes 10-2 are disposed in the vicinity thereof. During low-load operation, the amount of phase shift of the electromagnetic wave in the phase shifter 24 is controlled to Δθ1, so that the air-fuel mixture is ignited in the cavity portion 16 (near the ignition electrode 10-1) and stratified combustion is performed. . On the other hand, at the time of high load operation, multipoint ignition of the air-fuel mixture is performed in the vicinity of each ignition electrode 10-2 by controlling the phase shift amount of the electromagnetic wave in the phase shifter 24 to Δθ2. By controlling the phase shifter 24 as described above, the air-fuel mixture in the combustion chamber 3 can be ignited more appropriately according to the operating state of the internal combustion engine.

以上の図２１，２２に示す構成例においては、電磁波放射器４−１，４−２を燃焼室３に臨ませる状態で配設した場合について説明したが、例えば電磁波放射器４−１を吸気通路６に臨ませる状態で配設することもできる。また、図２１，２２に示す電磁波を複数の異なる箇所から燃焼室３内へ向けて放射する構成例と、図１７〜１９に示す複数の周波数の電磁波を燃焼室３内へ向けて放射する構成例とを組み合わせて用いることもできる。   In the configuration examples shown in FIGS. 21 and 22 described above, the case where the electromagnetic wave emitters 4-1 and 4-2 are arranged in a state of facing the combustion chamber 3 has been described. It can also be arranged in a state of facing the passage 6. Further, a configuration example in which electromagnetic waves shown in FIGS. 21 and 22 are radiated into a combustion chamber 3 from a plurality of different locations, and a configuration in which electromagnetic waves with a plurality of frequencies shown in FIGS. It can also be used in combination with examples.

また、以上の図１７〜２２に示す構成例においては、点火用電極１０−１，１０−２の形状が環状である場合について説明したが、前述したように他の形状の点火用電極１０−１，１０−２を用いることもできる。そして、点火用電極１０−１，１０−２については、燃焼室３に露出していてもよいし、ピストン頂面１１ａの近傍であれば燃焼室３に露出することなく絶縁体１２の内部に埋め込まれていてもよい。さらに、点火用電極１０−１，１０−２の配設箇所については、ピストン頂面１１ａ以外であってもよく、例えば吸気弁８及び排気弁９の少なくとも１つに配設することもできる。   In the configuration examples shown in FIGS. 17 to 22, the case where the shape of the ignition electrodes 10-1 and 10-2 is annular has been described. However, as described above, the ignition electrodes 10- having other shapes are used. 1,10-2 can also be used. The ignition electrodes 10-1 and 10-2 may be exposed to the combustion chamber 3, or within the insulator 12 without being exposed to the combustion chamber 3 as long as they are in the vicinity of the piston top surface 11a. It may be embedded. Further, the location of the ignition electrodes 10-1 and 10-2 may be other than the piston top surface 11 a, for example, at least one of the intake valve 8 and the exhaust valve 9.

以上、本発明を実施するための形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等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内において、種々なる形態で実施し得ることは勿論である。   As mentioned above, although the form for implementing this invention was demonstrated, this invention is not limited to such embodiment at all, and it can implement with a various form in the range which does not deviate from the summary of this invention. Of course.

本発明の実施形態に係る内燃機関の点火装置の概略構成を内燃機関とともに示す図である。It is a figure showing a schematic structure of an ignition device of an internal-combustion engine concerning an embodiment of the present invention with an internal-combustion engine. 点火用電極の構成例を示す上面図及び断面図である。It is the upper side figure and sectional drawing which show the structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す上面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す上面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す下面図である。It is a bottom view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す下面図である。It is a bottom view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の近傍における電界を説明する図である。It is a figure explaining the electric field in the vicinity of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す平面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the electrode for ignition. 電磁波放射器の他の配設例を示す図である。It is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of an electromagnetic wave radiator. 点火用電極の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the electrode for ignition. 本発明の実施形態に係る内燃機関の点火装置の他の概略構成を内燃機関とともに示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the ignition device of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention with an internal combustion engine. 点火用電極の他の構成例を示す上面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 点火用電極の他の構成例を示す断面図である。It is sectional drawing which shows the other structural example of the electrode for ignition. 電磁波放射器の他の配設例を示す図である。It is a figure which shows the other example of arrangement | positioning of an electromagnetic wave radiator. 本発明の実施形態に係る内燃機関の点火装置の他の概略構成を内燃機関とともに示す図である。It is a figure which shows the other schematic structure of the ignition device of the internal combustion engine which concerns on embodiment of this invention with an internal combustion engine. 点火用電極の他の構成例を示す上面図である。It is a top view which shows the other structural example of the electrode for ignition. 従来における内燃機関の点火装置の概略構成を示す図である。It is a figure which shows schematic structure of the ignition device of the conventional internal combustion engine.

符号の説明Explanation of symbols

１ 電磁波発生電源、２ 電磁波伝送路、３ 燃焼室、４ 電磁波放射器、５，１５ 燃料噴射弁、６ 吸気通路、７ 排気通路、８ 吸気弁、８ａ，９ａ 傘部、９ 排気弁、１０ 点火用電極、１１ ピストン、１１ａ ピストン頂面、１２ 絶縁体、１３ 内燃機関、１４ 導電性の網、１６ キャビティ部、２０ シリンダブロック、２２ シリンダヘッド。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Electromagnetic wave generation power source, 2 Electromagnetic wave transmission path, 3 Combustion chamber, 4 Electromagnetic wave radiator, 5,15 Fuel injection valve, 6 Intake passage, 7 Exhaust passage, 8 Intake valve, 8a, 9a Umbrella part, 9 Exhaust valve, 10 Ignition Electrode for use, 11 piston, 11a piston top surface, 12 insulator, 13 internal combustion engine, 14 conductive net, 16 cavity part, 20 cylinder block, 22 cylinder head.

Claims (16)

燃焼室内の混合気の点火を行う内燃機関の点火装置であって、
電磁波を発生させる電磁波発生源と、
該電磁波発生源にて発生した電磁波を燃焼室内へ向けて放射する電磁波放射器と、
燃焼室に臨む面または該面近傍に配設された電極であって、該電極近傍にて燃焼室内の電磁波の電界強度を局所的に高める点火用電極と、
を備え、
前記点火用電極は、電気的ギャップが形成される形状を呈しており、
前記点火用電極の電気的ギャップにて電磁波の電界強度を局所的に高めてプラズマ放電を発生させることで、燃焼室内の混合気の点火を行うことを特徴とする内燃機関の点火装置。 An internal combustion engine ignition device for igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber,
An electromagnetic wave source that generates electromagnetic waves;
An electromagnetic wave radiator that radiates electromagnetic waves generated by the electromagnetic wave source toward the combustion chamber;
An electrode disposed near or in the vicinity of the surface facing the combustion chamber, and an ignition electrode for locally increasing the electric field strength of the electromagnetic wave in the combustion chamber in the vicinity of the electrode;
With
The ignition electrode has a shape in which an electrical gap is formed,
An ignition device for an internal combustion engine, wherein an air-fuel mixture in a combustion chamber is ignited by generating plasma discharge by locally increasing the electric field strength of electromagnetic waves at the electrical gap of the ignition electrode. 請求項１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極は、燃焼室に臨む面または該面近傍に周囲と電気的に絶縁された状態で配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to claim 1,
The ignition device for an internal combustion engine, characterized in that the ignition electrode is disposed in a state of being electrically insulated from the surroundings at or near the surface facing the combustion chamber. 請求項１または２に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極は、環状、環状の電極に対し切り欠きが設けられた形状、矩形状、矩形状の電極に対し切り欠きが設けられた形状、複数の環状の電極が同心円状に配置された形状、同心円状に配置された環状の電極の各々に対し切り欠きが設けられた形状、及び、複数の棒状の電極が各電極間に電気的ギャップが形成されるように配置された形状のいずれかの形状を呈することを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to claim 1 or 2,
The ignition electrode is annular, a shape in which notches are provided for the annular electrodes, a rectangular shape, a shape in which notches are provided for the rectangular electrodes, and a plurality of annular electrodes are arranged concentrically. Any of a shape, a shape in which notches are provided for each of the annular electrodes arranged concentrically, and a shape in which a plurality of rod-shaped electrodes are arranged so that an electrical gap is formed between the electrodes. An ignition device for an internal combustion engine characterized by having such a shape . 請求項１〜３のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極は、燃焼室内の混合気の点火が複数箇所にて行われるように、複数配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3,
An ignition device for an internal combustion engine, wherein a plurality of ignition electrodes are arranged so that an air-fuel mixture in a combustion chamber is ignited at a plurality of locations. 請求項４に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極として、複数の異なるサイズの電極が配設されており、
前記電磁波発生源は、前記点火用電極の各サイズに対応した複数の周波数の電磁波を発生させることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to claim 4,
As the ignition electrode, a plurality of electrodes of different sizes are disposed,
The ignition device for an internal combustion engine, wherein the electromagnetic wave generation source generates electromagnetic waves having a plurality of frequencies corresponding to the sizes of the ignition electrodes. 請求項４または５に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記電磁波放射器は、複数配設されており、
複数の電磁波放射器から放射される電磁波の位相関係を調整する位相調整器をさらに備えることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An internal combustion engine ignition device according to claim 4 or 5,
A plurality of the electromagnetic wave radiators are disposed,
An ignition device for an internal combustion engine, further comprising a phase adjuster that adjusts a phase relationship of electromagnetic waves emitted from a plurality of electromagnetic wave emitters. 請求項１〜６のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極は、燃焼室に臨むピストン頂面またはその近傍に配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
The ignition device for an internal combustion engine, wherein the ignition electrode is disposed on or near a piston top surface facing the combustion chamber. 請求項１〜７のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極は、燃焼室に臨む吸気弁の傘部底面またはその近傍と、燃焼室に臨む排気弁の傘部底面またはその近傍と、の少なくとも１つに配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 7,
The ignition electrode is arranged on at least one of the bottom surface of the umbrella portion of the intake valve facing the combustion chamber or the vicinity thereof and the bottom surface of the umbrella portion of the exhaust valve facing the combustion chamber or the vicinity thereof. An ignition device for an internal combustion engine. 請求項１〜６のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
内燃機関は、燃料を噴射する燃料噴射弁が燃焼室に臨む状態で配設され、燃焼室に臨むピストン頂面にキャビティ部が形成された筒内噴射式内燃機関であり、
前記点火用電極は、該キャビティ部にて電磁波の電界強度を局所的に高めてプラズマ放電を発生させるように、該キャビティ部またはその近傍に配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 6,
The internal combustion engine is a cylinder injection type internal combustion engine in which a fuel injection valve for injecting fuel is disposed in a state facing a combustion chamber, and a cavity portion is formed on a piston top surface facing the combustion chamber.
Ignition of an internal combustion engine, characterized in that the ignition electrode is disposed in or near the cavity so as to locally increase the electric field strength of electromagnetic waves in the cavity and generate plasma discharge. apparatus. 請求項１〜９のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記電磁波放射器は、燃焼室に臨む状態でシリンダヘッドに配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9,
The ignition device for an internal combustion engine, wherein the electromagnetic wave radiator is disposed on the cylinder head so as to face the combustion chamber. 請求項１〜９のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記電磁波放射器は、吸気通路に臨む状態で配設されていることで電磁波を吸気通路へ放射し、
吸気通路と燃焼室との連通を開閉する吸気弁の傘部に、吸気通路に放射された電磁波を燃焼室内へ透過させる電磁波透過部材が配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 9,
The electromagnetic wave radiator radiates electromagnetic waves to the intake passage by being arranged in a state facing the intake passage,
An ignition device for an internal combustion engine, characterized in that an electromagnetic wave transmitting member that transmits electromagnetic waves radiated to the intake passage into the combustion chamber is disposed in an umbrella portion of the intake valve that opens and closes communication between the intake passage and the combustion chamber . 請求項１１に記載の内燃機関の点火装置であって、
吸気通路における電磁波放射位置より上流に、電磁波を遮断または減衰させる手段が配設されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to claim 11,
An ignition device for an internal combustion engine, characterized in that means for blocking or attenuating electromagnetic waves is disposed upstream of the electromagnetic wave radiation position in the intake passage. 請求項１１または１２に記載の内燃機関の点火装置であって、
吸気通路の中心部における電磁波放射位置より下流に導電部が配設されていることで、吸気通路における電磁波放射位置より下流に同軸伝送路が形成されていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 The internal combustion engine ignition device according to claim 11 or 12,
An ignition device for an internal combustion engine, characterized in that a coaxial transmission path is formed downstream of an electromagnetic wave radiation position in the intake passage by disposing a conductive portion downstream of the electromagnetic wave radiation position in the central portion of the intake passage. . 請求項１３に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記導電部は、吸気通路の中心部に配置された吸気弁の軸部に設けられていることを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to claim 13,
The ignition device for an internal combustion engine, wherein the conductive portion is provided in a shaft portion of an intake valve disposed in a central portion of the intake passage. 請求項１〜１４のいずれか１に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記点火用電極の配設長さは、ｎを自然数とすると、電磁波の波長のｎ／４倍に略等しいことを特徴とする内燃機関の点火装置。 An ignition device for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 14,
An ignition device for an internal combustion engine, wherein the length of the ignition electrode is substantially equal to n / 4 times the wavelength of electromagnetic waves, where n is a natural number. 燃焼室内の混合気の点火を点火装置により行う内燃機関であって、
該点火装置が、請求項１〜１５のいずれか１に記載の点火装置であることを特徴とする内燃機関。 An internal combustion engine that performs ignition of an air-fuel mixture in a combustion chamber using an ignition device,
The internal combustion engine, wherein the ignition device is the ignition device according to any one of claims 1 to 15.
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