JP5256415B2

JP5256415B2 - 燃焼室の排気ガス後処理装置

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Publication number: JP5256415B2
Application number: JP2008066888A
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Inventors: 裕二池田
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Filing date: 2008-03-14
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Description

本発明は、内燃機関の技術分野に属し、吸排気系を備えた内燃機関における排気ガス後処理装置に関する。

内燃機関の排気ガスには、気体状成分、ＰＭ（パティキュレートマターのことであり、粒子状物質ともいう）、未燃炭化水素（ＵＢＣ、またはＨＣ）、一酸化炭素（ＣＯ）、酸化窒素（ＮＯ_x）、二酸化炭素（ＣＯ₂）、水蒸気（Ｈ₂Ｏ）、酸素（Ｏ₂）、窒素（Ｎ₂）などが含まれている。内燃機関のうち、例えばディーゼルエンジンの排気ガスに含まれるＰＭは、一般に、炭素質からなる煤、高沸点炭化水素成分からなる可燃性の有機成分、ミスト状の硫酸成分などを含んだ固体または液体の粒で直径が１０μｍを超えるものを指す。

排気ガスからこれらの成分を除去する排気ガス浄化装置として、例えば特許文献１は、排気通路に設けられたディーゼルパティキュレートフィルタと、このディーゼルパティキュレートフィルタと一体又はこのディーゼルパティキュレートフィルタの上流側に設けられたプラズマ発生装置とを有し、プラズマ発生装置の作用により、ディーゼルパティキュレートフィルタで捕集された排気微粒子の燃焼（酸化）に必要なＮＯ₂ や活性物質（活性酸素）を安定して供給できるようにした放電型排ガス浄化装置を開示している。

特許文献２は、内燃機関の排気管の途中に排気ガスを通気させて浄化する後処理装置を装備した排気浄化装置であって、後処理装置より上流側で排気ガス中に放電してプラズマを発生させるプラズマ発生装置と、このプラズマ発生装置の前段に装備されたフロースルー型の酸化触媒と、この酸化触媒より上流側で排気ガス中に燃料を添加する燃料添加手段と、この燃料添加手段により添加された燃料の上記酸化触媒上での酸化反応を可能ならしめる温度まで排気温度を上げる昇温手段とを備えた排気浄化装置を開示している。この装置を用いると、排気ガス中にプラズマ発生装置で放電して排気ガスを励起させることにより、未燃の炭化水素が活性化したラディカルに、酸素がオゾンに、ＮＯはＮＯ₂になり、これらの排気ガス励起成分が活性化状態となっていることから、従来より低い排気温度領域から後処理装置による排気浄化の効果が得られる。

特許文献３は、排出ガス管路内にパティキュレートフィルタとして構成された排出ガス後処理ユニットを配置し、その上流側にプラズマ反応器として構成された酸化反応器を設け、酸化反応器により、これに流入した排出ガス内に非熱プラズマを発生させ、排出ガス成分から酸化剤を生成し、この酸化剤によりパティキュレートフィルタ内で煤を焼却させ、パティキュレートフィルタを再生させるようにした排出ガス後処理方法及び装置を開示している。

特許文献４には、内燃機関の排気煙道上に、粒子状物質を捕集し得るフィルタ、排気ガス成分を吸着し得る吸着材、及び印加電圧によりプラズマを発生させ得るプラズマ発生器を配設して成る排気ガス浄化装置であって、上記フィルタ及び吸着材に蓄積した粒子状物質及び／又は排気ガス成分を常温から通常パティキュレートが着火しない温度で浄化する排気ガス浄化装置を開示している。この装置を用いると、ディーゼル排気に代表される内燃機関の排気ガスに含まれる有害物質やパティキュレートを排気温度が１５０℃以下の低温条件でも除去可能となる。

特許文献５には、燃焼装置の排気経路上に配設され、ＮＯx吸着剤及び／又は微粒子フィルタを備えた浄化手段と、上記排気経路上に配設されたプラズマ印加手段とを有する排気浄化装置であって、排気中の酸素濃度を検知する酸素濃度検知手段と、上記酸素濃度検知手段により検知された酸素濃度が所定値以上である場合は、上記浄化手段により排気浄化を行わせるとともに、上記浄化手段による吸着量が所定値以上になる場合は上記排気中の酸素濃度を低下させ、かつ、上記プラズマ印加手段を作動させる制御手段とを備えた排気浄化装置を開示している。この装置をボイラ、ガスタービンなどの固定燃焼装置あるいはディーゼル自動車など移動燃焼装置に適用すれば、従来のプラズマ法に比べ、常時電力を必要としないため、低コストで、プラズマ脱着による排ガスの高濃度化により高効率のNOｘとすすの同時除去処理が可能となる。

特許文献６は、リーンバーンエンジン等から排出された、粒子状物質を含む排気ガス中にてプラズマを発生させることにより複数の二酸化窒素および複数のオゾンを生成させ、それら二酸化窒素およびオゾンにより上記粒子状物質を酸化させることを特徴とする、リーンバーンエンジン等の排気ガスに含まれる粒子状物質の低減方法を開示している。

特許文献７は、所定のマイクロ波帯域を発生するマイクロ波発振装置と、所定のマイクロ波帯域を共振するマイクロ波共振空洞と、上記マイクロ波共振空洞内にマイクロ波を放射するマイクロ波放射手段と、上記マイクロ波共振空洞内の気体に対し部分放電して気体をプラズマ化するプラズマ着火手段とを備え、上記マイクロ波放射手段は、排ガスが流れる流路外周に周方向に配置して上記マイクロ波によって形成されるプラズマの生成領域が流路断面一様にマイクロ波による強電界場を形成する形状、寸法を有するマイクロ波放射アンテナである排ガス分解装置を開示している。この装置を用いると、燃焼・反応室での未燃ガスやスス、ＮＯ_x等の排ガスは、プラズマ発生に伴うオゾン、ＯＨラジカルの強酸化力によって炭素−炭素結合、炭素−水素結合を切断し、酸化、ＯＨラジカルによる化学反応によりＮＯ₂、ＣＯ₂などの安定した無害な酸化物や炭素へと排ガス成分を無害化する。

特開２００２−２７６３３３号公報特開２００４−３５３５９６号公報特表２００５−５０２８２３号公報特開２００４−２９３５２２号公報特開２００６−１３２４８３号公報特開２００４−１６９６４３号公報特開２００７−１１３５７０号公報

特許文献１ないし６の技術の場合、パティキュレートフィルタ又はその他の排気ガス浄化装置はレイアウト上、内燃機関の排気通路におけるシリンダヘッドから可成り下流側へ離れた部位に設けられるため、排気ガスが燃焼室から排気ガス浄化装置に到達するまでに排気ガスの温度が低下する。そこで、排気ガス浄化装置の温度を上げて排気ガス浄化装置での排気ガス成分の酸化反応などを促進し、これによって排気ガス浄化の効率を高めることが考えられる。しかし、そのために空燃比をリッチに設定したり、燃焼室下流側での後燃えを過大に行わせると、内燃機関の燃費が悪くなる。

本発明者は、特許文献７に開示された内燃機関における燃焼促進のメカニズムを推定し、それについて一定の知見を得た。それは、まず放電により小規模のプラズマが形成され、これに一定時間マイクロ波を照射すると、このマイクロ波パルスにより上記プラズマが拡大成長し、これによって混合気中の水分から大量のＯＨラジカルやオゾンが短時間で生成され、これらによって空気と燃料との混合気の燃焼反応が促進されるというものである。そして、この大量のＯＨラジカルやオゾンを適切に利用すれば排気ガスの成分の酸化反応を促進できることになる。

本発明は、このような点に着目してなされたものであり、その目的とするところは、爆発行程直後の燃焼室を反応器として用い、そこで上記したプラズマによるＯＨラジカル及びオゾンの大量生成から引き起こされる燃焼促進のメカニズムを応用して高温の排気ガスに大量のＯＨラジカル及びオゾンを供給することにより排気ガスの成分の酸化反応などを促進し、これによって高効率で排気ガス浄化を行える排気ガス後処理装置を提供することにある。

本発明は、シリンダブロックに貫通して設けられたシリンダにピストンを往復自在に嵌め、上記シリンダブロックの反クランクケース側にガスケットを介してシリンダヘッドを組み付け、上記シリンダヘッドに開口する吸気ポートを吸気バルブで開閉し、上記シリンダヘッドに開口する排気ポートを排気バルブで開閉するようにし、これらの部材により燃焼室を構成した内燃機関に設けられる燃焼室の排気ガス後処理装置である。この燃焼室の排気ガス後処理装置は、
上記燃焼室に露出する電極を有して上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つに設けられた放電装置と、
上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つに、燃焼室へ電磁波を放射できるように設けられたアンテナと、
上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つに設けられ、一端が上記アンテナに接続し、他端が絶縁体又は誘電体に覆われて上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つにおける燃焼室から離れた部位まで延びる電磁波伝送路と、
この電磁波伝送路に電磁波を供給する電磁波発生装置とを備え、
爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成している。

内燃機関の作動時に上記放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射すると、電極の近傍に放電によりプラズマが形成され、このプラズマはアンテナから一定時間供給された電磁波、つまり電磁波パルスからエネルギの供給を受けたプラズマにより大量に生成されたＯＨラジカル及びオゾンにより排気ガスの成分の酸化反応などが促進される。すなわち、電極近傍の電子が加速され、上記プラズマの領域外へ飛び出す。この飛び出した電子は、上記プラズマの周辺領域にある空気、燃料及び空気の混合気などのガスに衝突する。この衝突により周辺領域のガスが電離しプラズマになる。新たにプラズマになった領域内にも電子が存在する。この電子もまた電磁波パルスにより加速され、周辺のガスと衝突する。このようなプラズマ内の電子の加速、電子とガスとの衝突の連鎖により、周辺領域では雪崩式にガスが電離し、浮遊電子が生じる。この現象が放電プラズマの周辺領域に順次波及し、周辺領域がプラズマ化される。以上の動作により、プラズマの体積が増大する。この後、電磁波パルスの放射が終了すると、その時点でプラズマの存在する領域では、電離より再結合が優位になる。その結果、電子密度が低下する。それに伴いプラズマの体積は減少に転じる。そして、電子の再結合が完了すると、プラズマが消滅する。この間に大量に形成されたプラズマにより混合気中の水分などから大量に生成されたＯＨラジカル、オゾンにより排気ガスの成分の酸化反応などが促進される。

その場合、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に燃焼室を反応器として酸化反応などを行うので、排気ガスが高い温度にあることから、この面からも酸化反応が促進され、プラズマによるＯＨラジカル及びオゾンの大量生成から引き起こされる酸化反応などと相俟って排気ガス浄化の効率が高められる。その場合、空燃比をリッチに設定したり、燃焼室下流側での後燃えを過大に行わせるなどの処理を必ずしも要しないので、そのような処理を行わないときには内燃機関の燃費が悪くなることがない。

また、爆発行程により排気ガスが生じてから吸気バルブが吸気ポートを開き又は排気バルブが排気ポートを開くまでの間は電磁波の燃焼室から外への散逸が阻止され、さらに吸気バルブが吸気ポートを開き又は排気バルブが排気ポートを開いてからは電磁波の燃焼室から吸気ポート又は排気ポートへの散逸が吸気バルブ又は排気バルブのバルブフェイスにより或る程度阻止されるので、燃焼室という閉鎖空間又はそれに準じた空間が反応器となって排気ガスの成分の酸化反応などが安定的に行われる。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、
爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブが吸気ポートを開き又は排気バルブが排気ポートを開くまでの間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成してもよい。

このようにすれば、吸気バルブ及び排気バルブによって電磁波の燃焼室から外への散逸が阻止されるので、燃焼室という閉鎖空間が反応器となって排気ガスの成分の酸化反応などがさらに安定的に行われる。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、
クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出装置と、
このクランク角検出装置からの信号を受け、放電装置及び電磁波発生装置の作動を制御する制御装置とを備えていてもよい。

このようにすれば、クランク角に応じて電極の放電及びアンテナからの電磁波の放射が制御される。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、
上記アンテナに電磁波を供給したときにアンテナに生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に電極が位置づけられていてもよい。

このようにすれば、アンテナの上記部位から放射される電磁波の電界強度が周囲の電磁波の電界強度よりも強くなるので、電極での放電により形成されたプラズマに、近傍の上記部位からの電磁波パルスによりエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル、オゾンが効率よく大量に生成され、電極を中心にした領域の排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。また、アンテナの複数箇所に電磁波の電界強度が大になる部位ができるときは、各部位に対応して電極を位置づければ、燃焼室の複数の領域で排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置を用いると、燃焼室を反応器として用い、そこで上記したプラズマによるＯＨラジカル及びオゾンの大量生成から引き起こされる燃焼促進のメカニズムを応用して高温の排気ガスに大量のＯＨラジカル及びオゾンを供給するので、排気ガスの成分の酸化反応などが促進され、これによって高効率で排気ガス浄化を行うことができる。また、空燃比をリッチに設定したり、燃焼室下流側での後燃えを過大に行わせるなどの処理を必ずしも要しないので、そのような処理を行わないときには内燃機関の燃費が悪くなることがない。

爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブが吸気ポートを開き又は排気バルブが排気ポートを開くまでの間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射したときは、燃焼室という閉鎖空間が反応器となって酸化反応がさらに安定的に行われ、さらに高効率で排気ガス浄化を行うことができる。

クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角検出装置と、このクランク角検出装置からの信号を受け、放電装置及び電磁波発生装置の作動を制御する制御装置とを備えたときは、クランク角に応じて正確に排気ガス浄化が制御される。

上記アンテナに電磁波を供給したときにアンテナに生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に電極を位置づけたときは、電極を中心にした領域で排気ガス浄化を一層促進することができる。また、アンテナの複数箇所に電磁波の電界強度が大になる部位ができるときは、各部位に対応して電極を位置づければ、燃焼室の複数の領域で排気ガス浄化を一層促進することができる。

以下、本発明の実施の形態を説明する。図１は、本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置を備えた内燃機関Ｅの第１実施形態を示す。本発明が対象とする内燃機関は往復動機関であるが、この実施形態の内燃機関Ｅは、４サイクルのガソリン機関である。１００はシリンダブロックであって、このシリンダブロック１００には横断面がほぼ円形のシリンダ１１０が貫通して設けられ、このシリンダ１１０には、横断面がシリンダ１１０に対応したほぼ円形の形状をしたピストン２００が往復自在に嵌っている。このシリンダブロック１００の反クランクケース側には、ガスケット７００を介してシリンダヘッド３００が組み付けられている。シリンダヘッド３００には、一端がシリンダヘッド３００における上記シリンダ１１０に面する壁に開口し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して吸気通路の一部を構成する吸気ポート３１０と、一端がシリンダヘッド３００における上記シリンダ１１０に面する壁に開口し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して排気通路の一部を構成する排気ポート３２０が設けられている。シリンダヘッド３００には、吸気ポート３１０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３３０が設けられ、このガイド孔３３０に吸気バルブ５１０の棒形のバルブステム５１１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５１１の先端に設けられた傘形のバルブヘッド５１２によって吸気ポート３１０の燃焼室側の開口３１１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。また、シリンダヘッド３００には、排気ポート３２０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３４０が設けられ、このガイド孔３４０に排気バルブ５２０の棒形のバルブステム５２１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５２１の先端に設けられた傘形のバルブヘッド５２２によって排気ポート３２０の燃焼室側の開口３２１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。９１０は一端がピストン２００に連結され、他端が出力軸であるクランクシャフト９２０に連結されたコネクティングロッドである。そして、これらシリンダブロック１００、ピストン２００、ガスケット７００、シリンダヘッド３００、吸気バルブ５１０、及び排気バルブ５２０により燃焼室を構成している。６００は、電極が燃焼室４００に露出するようにシリンダヘッド３００に設けられた点火プラグであって、ピストン２００が上死点付近にあるときに電極で放電するように構成されている。よって、ピストン２００が上死点と下死点との間を２往復する間に、燃焼室４００において混合気の吸入、圧縮、爆発、及び排気ガスの排気の４つの行程を行うようにしている。しかし、この実施形態によって本発明が対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明は２サイクルの内燃機関、ディーゼル機関も対象にしている。対象とするガソリン機関には、燃焼室に吸入した空気に燃焼室で燃料を噴射して混合気を形成する直噴式ガソリン機関も含まれる。また対象とするディーゼル機関には、燃焼室に燃料を噴射する直噴式ディーゼル機関も、副室に燃料を噴射するようにした副室式ディーゼル機関も含まれる。また、この実施形態の内燃機関Ｅは４気筒であるが、これによって本発明が対象とする内燃機関の気筒数が限定解釈されることはない。また、この実施形態の内燃機関は２本の吸気バルブ５１０と２本の排気バルブ５２０を設けているが、これによって本発明が対象とする内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの本数が限定解釈されることはない。

図１及び図２に示すように、シリンダブロック１００には、上記燃焼室４００に露出する電極８１１を有する放電装置８１０が設けられている。シリンダブロック１００のシリンダ１１０を構成する壁には、この壁をシリンダ側から外壁まで貫通する孔が設けられ、この孔に管状の第１支持体１２０が設けられている。この第１支持体１２０はセラミックスで形成されている。このように第１支持体１２０を誘電体により形成してもよいが、絶縁体により形成してもよい。この第１支持体１２０は、一端の端面が上記シリンダ１１０を構成する壁と面一になってシリンダ１１０に露出しており、他端がシリンダブロック１００の外壁にまで至っている。そして、第１支持体１２０には放電装置８１０が設けられている。放電装置８１０は銅線により形成されているが、電気伝導体により形成されておればよい。ここでは一対の放電装置８１０が第１支持体１２０に埋まっており、第１支持体１２０のなかを通っている。各放電装置８１０の一端の端面が上記シリンダ１１０を構成する壁と面一になってシリンダ１１０に露出して電極８１１を構成しており、他端がシリンダブロック１００の外壁から外部へ引き出されている。一対の放電装置８１０のうち一方の放電装置８１０のシリンダブロック外壁から出た端部を放電用の電圧を発生させる放電用電圧発生装置９５０に接続し、他方の放電装置８１０のシリンダブロック外壁から出た端部を接地しておく。ここでは放電用電圧発生装置９５０は１２Ｖの直流電源であるが、例えば圧電素子又はその他の装置であってもよい。放電用電圧発生装置９５０により一対の放電装置８１０の間に電圧を印加すると、一対の電極８１１の間で放電するようになっている。変形例として、第１支持体に埋まって第１支持体のなかを通る放電線路を一本とし、これに放電用電圧発生装置を接続し、この放電用電圧発生装置により放電線路と接地部材であるシリンダブロックとの間に電圧を印加してもよい。そうすると、放電線路の電極とシリンダブロックとの間で放電が行われることになる。図２に示すように、この実施形態では放電装置８１０を４つ設け、これらを４つの電極８１１がシリンダ１１０の周方向にほぼ等間隔で位置するように配置している。しかし、本発明の排気ガス後処理装置は放電装置が１つであっても２つ以上の複数であってもよく、この実施形態によって放電装置の数及び配置は限定解釈されない。この実施形態では放電装置８１０の電極以外の部分と電極８１１とを同じ材料により一体的に設けたが、放電線路の電極以外の部分と電極とを別に形成して接続してもよく、放電線路の電極以外の部分と電極とを別異の材料により形成してもよい。放電装置として点火プラグを用いてもよい。放電装置は、放電により規模の大小を問わずプラズマを形成できるものであればよい。

図１及び図３に示すように、シリンダブロック１００には、アンテナ８２０が燃焼室４００へ電磁波を放射できるように設けられている。シリンダブロック１００のシリンダ１１０を構成する壁には、シリンダ１１０の半径が拡大する方向に凹み且つシリンダ１１０の周方向に延びる溝が設けられ、この溝に、周方向に周回する環状形の第２支持体１３０が設けられている。この第２支持体１３０はセラミックスで形成されている。このように第２支持体１３０を誘電体により形成してもよいが、絶縁体により形成してもよい。この第２支持体１３０は、内周面が上記シリンダ１１０を構成する壁と面一になってシリンダ１１０に露出している。そして、第２支持体１３０にはアンテナ８２０が設けられている。このアンテナ８２０は金属により形成されている。このアンテナは電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、アンテナと接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナから燃焼室へ電磁波が良好に放射されなければならない。このアンテナ８２０は棒形に形成されてシリンダ１１０を構成する壁に沿ってほぼ円弧形に湾曲している。例えば、このアンテナ８２０の長さを電磁波の４分の１波長に設定すると、アンテナ８２０に定在波が生じるので、アンテナ８２０の先端付近で電磁波の電界強度が大になる。また、例えば、このアンテナ８２０の長さを電磁波の４分の１波長の倍数に設定すると、アンテナ８２０に定在波が生じるため、アンテナ８２０の複数箇所で定在波の腹が生じて電磁波の電界強度が大になる。ここではアンテナ８２０は第２支持体１３０に埋まっており、アンテナ８２０の内周面が上記シリンダ１１０を構成する壁と面一になってシリンダ１１０に露出している。図１に示すように、アンテナ８２０の断面は全長にわたってほぼ中実の矩形に形成され、全長にわたって断面の周上の一辺でシリンダ１１０に露出している。しかし、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、断面形が中実の矩形に限定されないし、第２支持体のなかに完全に埋まっていてもよい。さらに、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにアンテナ８２０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に上記電極８１１が位置づけられている。ここではアンテナ８２０の先端と電極８１１とがシリンダ１１０を構成する壁に沿って所定間隔をあけて接近するように配置されている。よって、アンテナ８２０と上記した接地したシリンダブロック１００との間に電磁波を供給すると、アンテナ８２０から燃焼室４００へ電磁波を放射するようになっている。この実施形態の場合、上記アンテナ８２０は棒形のモノポールアンテナであり、そのなかでも屈曲したものであるが、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、これに限定されない。したがって、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、例えば、ダイポールアンテナ、八木・宇田アンテナ、単線給電アンテナ、ループアンテナ、位相差給電アンテナ、接地アンテナ、非接地型垂直アンテナ、ビームアンテナ、水平偏波全方向性アンテナ、コーナーアンテナ、くし形アンテナ、若しくはその他の線形アンテナ、マイクロストリップアンテナ、板形逆Ｆアンテナ、若しくはその他の平面アンテナ、スロットアンテナ、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、ホーンリフレクタアンテナ、カセグレンアンテナ、若しくはその他の立体アンテナ、ビバレージアンテナ、若しくはその他の進行波アンテナ、スター型ＥＨアンテナ、ブリッジ型ＥＨアンテナ、若しくはその他のＥＨアンテナ、バーアンテナ、微小ループアンテナ、若しくはその他の磁界アンテナ、又は誘電体アンテナであってもよい。

シリンダブロック１００には、電磁波伝送路８３０が設けられている。この電磁波伝送路８３０は、一端が上記アンテナ８２０に接続し、他端が誘電体に覆われてシリンダブロック１００における燃焼室４００から離れた部位まで延びている。シリンダブロック１００のシリンダ１１０を構成する壁には、この壁を上記第２支持体１３０の外周側から外壁まで貫通する孔が設けられ、この孔に管状の第３支持体１４０が設けられている。この第３支持体１４０はセラミックスで形成されている。このように第３支持体１４０を誘電体により形成してもよいが、絶縁体により形成してもよい。この第３支持体１４０は、一端が第２支持体１３０におけるシリンダ１１０から遠い側に接続しており、他端がシリンダブロック１００の外壁にまで至っている。そして、第３支持体１４０には電磁波伝送路８３０が設けられている。この電磁波伝送路８３０は銅線により形成されている。電磁波伝送路８３０は電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナ８２０へ電磁波が良好に伝送されなければならない。電磁波伝送路の変形例の一つとして、電気伝導体又は誘電体により形成された導波管よりなる電磁波伝送路がある。ここでは電磁波伝送路８３０が第３支持体１４０に埋まっており、第３支持体１４０のなかを通っている。電磁波伝送路８３０の一端が上記アンテナ８２０に接続しており、他端がシリンダブロック１００の外壁から外部へ引き出されている。よって、電磁波伝送路８３０と接地部材であるシリンダブロック１００との間に電磁波を供給すると、電磁波をアンテナ８２０に導くようになっている。

内燃機関Ｅ又はその周辺には、上記電磁波伝送路８３０に電磁波を供給する電磁波発生装置８４０が設けられている。この電磁波発生装置８４０は電磁波を発生するが、この実施形態の電磁波発生装置８４０は、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を発生するマグネトロンである。しかし、これによって本発明の排気ガス後処理装置の電磁波発生装置の構成は限定解釈されない。

そして、この排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室４００に排気ガスが残留している間に、放電装置８１０の電極８１１で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成している。さらに、この実施形態の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開くまでの間に、放電装置８１０の電極８１１で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成している（図４を参照）。シリンダブロック１００は接地されており、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の接地端子は接地されている。そして、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の作動は制御装置８８０により制御される。制御装置８８０はＣＰＵ、メモリ、記憶装置などを備えており、入力信号を演算処理して制御用信号を出力する。この制御装置８８０にはクランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０の信号線が接続され、このクランク角検出装置８９０から制御装置８８０へクランクシャフト９２０のクランク角の検出信号が送られてくる。よって、制御装置８８０はクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置８１０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する。しかし、これによって本発明の排気ガス後処理装置の制御装置の制御方法及び信号入出力の構成は限定解釈されない。

変形例として、上記実施形態の制御装置８８０の設定を変えて、爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開くまでの間だけ終わらず、さらに排気バルブ５２０が開き始めたあとまで放電装置８１０の電極８１１で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成した燃焼室の排気ガス後処理装置がある（図５を参照）。

従って、内燃機関Ｅの作動時に上記放電装置８１０の電極８１１で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射すると、電極８１１の近傍に放電によりプラズマが形成され、このプラズマはアンテナ８２０から一定時間供給された電磁波、つまり電磁波パルスからエネルギの供給を受けたプラズマにより大量に生成されたＯＨラジカル及びオゾンにより排気ガスの成分の酸化反応などが促進される。すなわち、電極近傍の電子が加速され、上記プラズマの領域外へ飛び出す。この飛び出した電子は、上記プラズマの周辺領域にある空気、燃料及び空気の混合気などのガスに衝突する。この衝突により周辺領域のガスが電離しプラズマになる。新たにプラズマになった領域内にも電子が存在する。この電子もまた電磁波パルスにより加速され、周辺のガスと衝突する。このようなプラズマ内の電子の加速、電子とガスとの衝突の連鎖により、周辺領域では雪崩式にガスが電離し、浮遊電子が生じる。この現象が放電プラズマの周辺領域に順次波及し、周辺領域がプラズマ化される。以上の動作により、プラズマの体積が増大する。この後、電磁波パルスの放射が終了すると、その時点でプラズマの存在する領域では、電離より再結合が優位になる。その結果、電子密度が低下する。それに伴いプラズマの体積は減少に転じる。そして、電子の再結合が完了すると、プラズマが消滅する。この間に大量に形成されたプラズマにより混合気中の水分などから大量に生成されたＯＨラジカル、オゾンにより排気ガスの成分の酸化反応などが促進される。

その場合、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室４００に排気ガスが残留している間に燃焼室４００を反応器として酸化反応などを行うので、排気ガスが高い温度にあることから、この面からも酸化反応が促進され、プラズマによるＯＨラジカル及びオゾンの大量生成から引き起こされる酸化反応などと相俟って排気ガス浄化の効率が高められる。その場合、空燃比をリッチに設定したり、燃焼室下流側での後燃えを過大に行わせるなどの処理を必ずしも要しないので、そのような処理を行わないときには内燃機関Ｅの燃費が悪くなることがない。

また、爆発行程により排気ガスが生じてから吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開くまでの間は電磁波の燃焼室４００から外への散逸が阻止され、さらに吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開いてからは電磁波の燃焼室４００から吸気ポート３１０又は排気ポート３２０への散逸が吸気バルブ５１０又は排気バルブ５２０のバルブフェイスにより或る程度阻止されるので、燃焼室４００という閉鎖空間又はそれに準じた空間が反応器となって排気ガスの成分の酸化反応が安定的に行われる。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成しておればよい。図５に示して説明した制御方法は、その一例である。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、図４を用いて説明したように、爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開くまでの間に、放電装置８１０の電極８１１で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成した。このようにすれば、吸気バルブ５１０及び排気バルブ５２０によって電磁波の燃焼室４００から外への散逸が阻止されるので、燃焼室４００という閉鎖空間が反応器となって排気ガスの成分の酸化反応などがさらに安定的に行われる。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成しておればよく、放電装置又は電磁波発生装置の制御方法及び信号入出力の構成を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、クランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０と、このクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置８１０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する制御装置８８０とを備えている。このようにすれば、クランク角に応じて電極８１１の放電及びアンテナ８２０からの電磁波の放射が制御される。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、アンテナと電極との位置関係を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにアンテナ８２０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に電極８１１を位置づけた。このようにすれば、アンテナ８２０の上記部位から放射される電磁波の電界強度が周囲の電磁波の電界強度よりも強くなるので、電極８１１での放電により形成されたプラズマに、近傍の上記部位からの電磁波パルスによりエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル、オゾンが効率よく大量に生成され、電極８１１を中心にした領域の排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。また、アンテナ８２０の複数箇所に電磁波の電界強度が大になる部位ができるときは、各部位に対応して電極８１１を位置づければ、燃焼室４００の複数の領域で排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。

次に、本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置の他の実施形態を説明する。第１実施形態の排気ガス後処理装置では上記燃焼室４００を構成する部材のうちシリンダブロック１００に放電装置８１０、アンテナ８２０、及び電磁波伝送路８３０を設けた。これに対し、第２実施形態の排気ガス後処理装置では上記燃焼室４００を構成する部材のうちガスケット７００に放電装置７６０、アンテナ７７０、及び電磁波伝送路７８０を設けた。

以下、第２実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置を説明する。図６は、上記ガスケット７００が装着された内燃機関Ｅの実施形態を示す。本発明が対象とする内燃機関は往復動機関であるが、この実施形態の内燃機関Ｅは、４サイクルのガソリン機関である。１００はシリンダブロックであって、このシリンダブロック１００には横断面がほぼ円形のシリンダ１１０が貫通して設けられ、このシリンダ１１０には、横断面がシリンダ１１０に対応したほぼ円形の形状をしたピストン２００が往復自在に嵌っている。このシリンダブロック１００の反クランクケース側には、シリンダヘッド３００が組み付けられており、このシリンダヘッド３００と、ピストン２００と、シリンダ１１０とにより、燃焼室４００を形成している。９１０は一端がピストン２００に連結され、他端が出力軸であるクランクシャフト９２０に連結されたコネクティングロッドである。シリンダヘッド３００には、一端が上記燃焼室４００に接続し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して吸気通路の一部を構成する吸気ポート３１０と、一端が上記燃焼室４００に接続し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して排気通路の一部を構成する排気ポート３２０が設けられている。シリンダヘッド３００には、吸気ポート３１０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３３０が設けられ、このガイド孔３３０に吸気バルブ５１０のバルブステム５１１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５１１の先端に設けられたバルブヘッド５１２によって吸気ポート３１０の燃焼室側の開口３１１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。また、シリンダヘッド３００には、排気ポート３２０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３４０が設けられ、このガイド孔３４０に排気バルブ５２０のバルブステム５２１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５２１の先端に設けられたバルブヘッド５２２によって排気ポート３２０の燃焼室側の開口３２１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。６００は、電極が燃焼室４００に露出するようにシリンダヘッド３００に設けられた点火プラグであって、ピストン２００が上死点付近にあるときに電極で放電するように構成されている。よって、ピストン２００が上死点と下死点との間を２往復する間に、燃焼室４００において混合気の吸入、圧縮、爆発、及び排気ガスの排気の４つの行程を行うようにしている。しかし、この実施形態によって本発明が対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明は２サイクルの内燃機関、ディーゼル機関も対象にしている。対象とするガソリン機関には、燃焼室に吸入した空気に燃焼室で燃料を噴射して混合気を形成する直噴式ガソリン機関も含まれる。また対象とするディーゼル機関には、燃焼室に燃料を噴射する直噴式ディーゼル機関も、副室に燃料を噴射するようにした副室式ディーゼル機関も含まれる。また、この実施形態の内燃機関Ｅは４気筒であるが、これによって本発明が対象とする内燃機関の気筒数が限定解釈されることはない。また、この実施形態の内燃機関は２本の吸気バルブ５１０と２本の排気バルブ５２０を設けているが、これによって本発明が対象とする内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの本数が限定解釈されることはない。

そして、このシリンダブロック１００とシリンダヘッド３００との間には、図７に示すようなガスケット７００が装着されている。上記ガスケット７００は、ほぼ一定厚さの薄い板形をしている。このガスケット７００には、シリンダ１１０に対応して開口７１０が設けられている。このガスケット７００には、さらにウォータージャケット、ボルト孔などに対応して孔が開いているが、これらによって本発明が対象とするガスケットの形状が限定解釈されることはない。

図８及び図９に示すように、上記ガスケット７００の厚さ方向の中間層７３０には放電装置としての放電線路７６０が設けられている。厚さ方向の中間層７３０とは、厚さ方向の中間部に形成されている層である。この中間層７３０はセラミックスで形成されている。中間層は、他にも合成ゴム、フッ素樹脂、シリコーン樹脂、メタ系アラミド繊維シートなどの合成樹脂、耐熱紙などを用いることができる。このように中間層を誘電体により形成してもよいが、絶縁体により形成してもよい。上記放電線路７６０は銅線により形成されているが、電気伝導体により形成されておればよい。放電線路７６０は、ガスケット７００における外周縁７２０と開口７１０との間に埋まっている。そして、放電線路７６０の外側の端部である外端は、ガスケット７００の外周縁７２０から露出して第１接続部７６１を形成している。また、放電線路７６０の内側の端部である内端は、ガスケット７００の外周縁から開口７１０の中心に向かって露出して電極７６２になっている。上記中間層７３０に対して厚さ方向の両側にある表面層７４０が電気伝導体で形成されており、ガスケット７００をシリンダブロック１００とシリンダヘッド３００との間に装着すると、一方の表面層７４０がシリンダブロック１００の端面に接触し、他方の表面層７４０がシリンダヘッド３００の端面に接触するようにしている。この表面層７４０は金属により形成されているが他の素材であってもよい。この実施形態では、厚さ方向の両側にある表面層７４０を電気伝導体で形成したが、本発明は、中間層に対して厚さ方向の少なくとも一方側にある表面層を電気伝導体で形成したガスケットの実施形態を含んでいる。よって、シリンダブロック１００、シリンダヘッド３００又は表面層７４０を接地し、第１接続部７６１と接地部材であるシリンダブロック１００、シリンダヘッド３００又は表面層７４０との間の電圧を印加すると、第１接続部７６１と接地部材との間で放電するようになっている。この実施形態では放電線路７６０の電極以外の部分と電極７６２とを同じ材料により一体的に設けたが、放電線路の電極以外の部分と電極とを別に形成して接続してもよく、放電線路の電極以外の部分と電極とを別異の材料により形成してもよい。

図８及び図１０に示すように、ガスケット７００にはアンテナ７７０が設けられている。このアンテナ７７０は金属により形成されている。このアンテナは電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、アンテナと接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナから燃焼室へ電磁波が良好に放射されなければならない。上記アンテナ７７０は、開口７１０の内周縁における厚さ方向の中間層７３０に設けられ、燃焼室４００へ電磁波を放射するようになっている。このアンテナ７７０は、棒形に形成され、その基端が厚さ方向の中間層７３０に設けられている。そして、このアンテナ７７０は、上記基端から先端に至る部分がほぼ円弧形に湾曲しており、開口７１０の内周縁に沿って開口７１０の周方向に延びている。例えば、この円弧形の部分の長さを電磁波の４分の１波長に設定すると、アンテナ７７０に定在波が生じるので、アンテナ７７０の先端付近で電磁波の電界強度が大になる。また、例えば、この円弧形の部分の長さを電磁波の４分の１波長の倍数に設定すると、アンテナ７７０に定在波が生じるため、アンテナ７７０の複数箇所で定在波の腹が生じて電磁波の電界強度が大になる。ここではアンテナ７７０は全長にわたって中間層７３０のなかにほぼ埋まっている。図１０に示すように、アンテナ７７０の断面は全長にわたってほぼ中実の円形に形成され、全長にわたって断面の周上の一点で中間層７３０のおける開口７１０の内周縁を形成する面に内側から接するように配置している。よって、アンテナ７７０は断面上ではこの部分において開口７１０の内周縁において燃焼室４００に露出することになる。しかし、本発明のガスケットのアンテナは、断面形が中実の円形に限定されないし、中間層のなかに完全に埋まっていてもよい。さらに、上記アンテナ７７０に電磁波を供給したときにアンテナ７７０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に上記電極７６２が位置づけられている。ここではアンテナ７７０の先端と電極７６２とが開口７１０の内周縁に沿って所定間隔をあけて接近するように配置され、ストリップライン線路を形成している。よって、第１接続部７６１と上記した接地部材との間に電磁波を供給すると、アンテナ７７０から燃焼室４００へ電磁波を放射するようになっている。なお、接地部材がストリップライン線路の接地側を兼ねてもよい。この実施形態の場合、上記アンテナ７７０は棒形のモノポールアンテナであり、そのなかでも屈曲したものであるが、本発明のガスケットのアンテナは、これに限定されない。したがって、本発明のガスケットのアンテナは、例えば、ダイポールアンテナ、八木・宇田アンテナ、単線給電アンテナ、ループアンテナ、位相差給電アンテナ、接地アンテナ、非接地型垂直アンテナ、ビームアンテナ、コーナーアンテナ、くし形アンテナ、若しくはその他の線形アンテナ、マイクロストリップアンテナ、板形逆Ｆアンテナ、若しくはその他の平面アンテナ、スロットアンテナ、ホーンアンテナ、若しくはその他の立体アンテナ、ビバレージアンテナ、若しくはその他の進行波アンテナ、スター型ＥＨアンテナ、ブリッジ型ＥＨアンテナ、若しくはその他のＥＨアンテナ、バーアンテナ、微小ループアンテナ、若しくはその他の磁界アンテナ、又は誘電体アンテナであってもよい。

図８及び図１０に示すように、上記ガスケット７００の厚さ方向の中間層７３０には電磁波伝送路７８０が設けられている。この電磁波伝送路７８０は銅線により形成されている。電磁波伝送路７８０は電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナへ電磁波が良好に伝送されなければならない。電磁波伝送路の変形例の一つとして、電気伝導体又は誘電体により形成された導波管よりなる電磁波伝送路がある。上記電磁波伝送路７８０は、ガスケット７００における外周縁７２０と開口７１０との間に埋まっている。そして、電磁波伝送路７８０の外側の端部である外端は、ガスケット７００の外周縁７２０から露出して第２接続部７８１を形成している。また、電磁波伝送路７８０の内側の端部である内端は、中間層７３０のなかで上記アンテナに接続されている。よって、第２接続部７８１と上記した接地部材との間に電磁波を供給すると、電磁波をアンテナ７７０に導くようになっている。

そして、このガスケット７００は、上記放電線路７６０、アンテナ７７０及び電磁波伝送路７８０と、ガスケット７００の厚さ方向の両端面との間を電気的に絶縁するように構成している。シリンダブロック１００、シリンダヘッド３００又は表面層７４０は接地されており、第１接続部７６１には放電用電圧発生装置９５０の陽極が接続され、第２接続部７８１には電磁波発生装置８４０の陽極が接続されている。これら放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の接地端子は接地されている。そして、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の作動は制御装置８８０により制御される。制御装置８８０はＣＰＵ、メモリ、記憶装置などを備えており、入力信号を演算処理して制御用信号を出力する。この制御装置８８０にはクランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０の信号線が接続され、このクランク角検出装置８９０から制御装置８８０へクランクシャフト９２０のクランク角の検出信号が送られてくる。よって、制御装置８８０はクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置８１０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する。この実施形態の放電用電圧発生装置９５０は１２Ｖの直流電源であるが、例えば圧電素子又はその他の装置であってもよい。電磁波発生装置８４０は電磁波を発生するが、この実施形態の電磁波発生装置８４０は、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を発生するマグネトロンである。しかし、これによって本発明のガスケットの制御装置の制御方法及び信号入出力の構成は限定解釈されない。

従って、上記ガスケット７００を、その開口７１０がシリンダ１１０に対応するようにシリンダブロック１００とシリンダヘッド３００との間に装着し、シリンダ１１０にピストン２００を往復自在に嵌め、通常に作動する内燃機関Ｅとしての４サイクルのガソリン機関を組む。放電線路７６０の第１接続部７６１と接地部材との間に電圧を印加できるようにしておく。電磁波伝送路７８０の第２接続部７８１と接地部材との間に電磁波を一定時間供給できるようにしておく。そして、内燃機関Ｅの作動時における爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電線路７６０の第１接続部７６１と接地部材への電圧印加と、電磁波伝送路の第２接続部７８１と接地部材への電磁波の供給とを行う。そうすると、電極７６２の近傍に放電によりプラズマが形成され、このプラズマはアンテナ７７０から一定時間供給された電磁波、つまり電磁波パルスからエネルギの供給を受け、プラズマによるＯＨラジカル及びオゾンの大量生成から排気ガスの成分の酸化反応などが促進される。すなわち、電極７６２の近傍の電子が加速され、上記プラズマの領域外へ飛び出す。この飛び出した電子は、上記プラズマの周辺領域にある空気、燃料及び空気の混合気などのガスに衝突する。この衝突により周辺領域のガスが電離しプラズマになる。新たにプラズマになった領域内にも電子が存在する。この電子もまた電磁波パルスにより加速され、周辺のガスと衝突する。このようなプラズマ内の電子の加速、電子とガスとの衝突の連鎖により、周辺領域では雪崩式にガスが電離し、浮遊電子が生じる。この現象が放電プラズマの周辺領域に順次波及し、周辺領域がプラズマ化される。以上の動作により、プラズマの体積が増大する。この後、電磁波パルスの放射が終了すると、その時点でプラズマの存在する領域では、電離より再結合が優位になる。その結果、電子密度が低下する。それに伴いプラズマの体積は減少に転じる。そして、電子の再結合が完了すると、プラズマが消滅する。この間に大量に形成されたプラズマにより混合気中の水分などから大量に生成されたＯＨラジカル、オゾンにより排気ガスの成分の酸化反応などが促進される。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成しておればよい。図５に示して説明した制御方法は、その一例である。そのような種々の実施形態のなかで、第２実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、図４を用いて説明したように、爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開くまでの間に、放電装置７６０の電極７６２で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ７７０から放射するように構成した。このようにすれば、吸気バルブ５１０及び排気バルブ５２０によって電磁波の燃焼室４００から外への散逸が阻止されるので、燃焼室４００という閉鎖空間が反応器となって排気ガスの成分の酸化反応などがさらに安定的に行われる。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成しておればよく、放電装置又は電磁波発生装置の制御方法及び信号入出力の構成を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第２実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、クランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０と、このクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置７６０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する制御装置８８０とを備えている。このようにすれば、クランク角に応じて電極７６２の放電及びアンテナ７７０からの電磁波の放射が制御される。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、アンテナと電極との位置関係を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ７７０に電磁波を供給したときにアンテナ７７０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に電極７６２を位置づけた。このようにすれば、アンテナ７７０の上記部位から放射される電磁波の電界強度が周囲の電磁波の電界強度よりも強くなるので、電極７６２での放電により形成されたプラズマに、近傍の上記部位からの電磁波パルスによりエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル、オゾンが効率よく大量に生成され、電極７６２を中心にした領域の排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。また、アンテナ７７０の複数箇所に電磁波の電界強度が大になる部位ができるときは、各部位に対応して電極７６２を位置づければ、燃焼室４００の複数の領域で排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。

また、既存の内燃機関に較べると主要な構造部材であるシリンダブロック１００、シリンダヘッド３００などをそのまま利用し、これらに放電線路７６０への電圧の印加、電磁波伝送路７８０への電磁波の供給さえ段取りすればよい。そのため、当該内燃機関Ｅの設計工数の最小化及び既存の内燃機関との部品の共通化が実現される。

本発明の内燃機関のガスケットは、中間層に対して厚さ方向の両側にある表面層の材質を限定しない。したがって、表面層は誘電体又は絶縁体であってもよい。そのような種々の実施形態のなかで、実施形態のガスケット７００は、上記中間層７３０を誘電体により形成し、上記中間層７３０に対して厚さ方向の両側にある表面層７４０を電気伝導体で形成した。このようにすれば、表面層７４０が放電線路７６０の電極７６２と対になる接地電極として機能し、電極７６２と表面層７４０との間で放電が行われる。また、表面層７４０が電磁波伝送路７８０と対になる接地導体として機能し、電磁波伝送路７８０と表面層７４０との間で電磁波が伝送される。中間層を絶縁体により形成し、中間層に対して厚さ方向の両側にある表面層を電気伝導体で形成したときも同様の作用及び固化が得られる。また、上記中間層を誘電体又は絶縁体により形成し、この中間層に対して厚さ方向の少なくとも一方側にある表面層が電気伝導体で形成されているときも同様の作用及び効果が得られる。また、表面層７４０を金属で形成したのでガスケット７００の剛性が向上する。

本発明の内燃機関のガスケットは、アンテナの構造、形状を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、実施形態のガスケット７００は、上記アンテナ７７０を棒形に形成し、その基端を厚さ方向の中間層７３０に設け、この基端から出て先端に至る部分を開口７１０の内周縁に沿って開口７１０の周方向に延ばした。このようにすれば、アンテナ７７０から放射された電磁波の電界強度が燃焼室４００の外縁付近で他の領域よりも強くなるので、ＯＨラジカル、オゾンが燃焼室４００の外縁付近で他の領域よりも多く分布する。そのため、燃焼室４００の外縁付近の酸化反応などが他の領域の酸化反応などよりも促進される。また、燃焼室４００の外縁付近で発生するスキッシュ流、タンブル、又はスワールを利用してＯＨラジカル又はオゾンと混合気などとの混合が促進される。

本発明の内燃機関のガスケットは、アンテナと電極との位置関係を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、実施形態のガスケット７００は、上記アンテナ７７０に電磁波を供給したときにアンテナ７７０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に電極７６２を位置づけた。このようにすれば、アンテナ７７０の上記部位から放射される電磁波の電界強度が周囲の電磁波の電界強度よりも強くなるので、電極７６２での放電により形成されたプラズマに、近傍の上記部位から電磁波パルスによるエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル、オゾンが効率よく大量に生成され、電極７６２を中心にした領域の酸化反応などが一層促進される。また、アンテナ７７０の複数箇所に電磁波の電界強度が大になる部位ができるときは、各部位に対応して電極７６２を位置づければ、燃焼室４００の複数の領域で酸化反応などが一層促進される。

次に、本発明のガスケットの変形例を説明する。これらの他の変形例のガスケットの説明では、第２実施形態のガスケット７００と同一の機能を発揮する部材、部分には第２実施形態のガスケット７００で用いた符号と同一の符号を付して、その説明を省略する。そして、これらの他の変形例のガスケットにおいて、第２実施形態のガスケット７００と構成の異なる点を説明する。したがって、記載のない構成は第２実施形態のガスケット７００の構成と同一である。

図１１は第１変形例のガスケット７００を示す。第２実施形態ののガスケット７００では、アンテナ７７０が全長にわたって中間層７３０のなかにほぼ埋まっていた。これに対し、第１変形例のガスケット７００では、アンテナ７７０の基端は厚さ方向の中間層７３０に設けられているが、この基端から延びて先端に至る部分が中間層７３０から外へ出ている。すなわち、アンテナ７７０の基端から延びる部分は、基端から開口７１０の中心に向かって延びてからほぼＬ字方に曲がり、その先はほぼ円弧形に湾曲しており、開口７１０の内周縁に沿って開口７１０の周方向に延びている。第２実施形態のガスケット７００のアンテナ７７０は全長にわたって中間層７３０のなかにほぼ埋まっているので、アンテナ７７０が燃焼室４００から受ける熱負荷およびアンテナ７７０が受ける機械的振動による疲労が軽減される。これに対し、第１変形例のガスケット７００のアンテナ７７０は、燃焼室４００に露出するので、アンテナ７７０から放射される電磁波の電界強度が大になる。その他の作用及び効果は第２実施形態のガスケット７００の場合と同様である。

図１２は第２変形例のガスケット７００を示す。このガスケット７００は、第１変形例のガスケット７００に類似しているが、それよりもアンテナ７７０の長さが長くなっている。すなわち、アンテナ７７０の基端から延びる部分は、基端から開口７１０の中心に向かって延びてからほぼＬ字方に曲がり、その先はほぼ円弧形に湾曲しており、開口７１０の内周縁に沿って開口７１０の周方向に開口７１０のほぼ１周にわたって延びている。このようにすれば、アンテナ７７０の長さが稼げるので、アンテナ７７０から放射される電磁波の電界強度が大になる。その他の作用及び効果は第１実施形態のガスケット７００の場合と同様である。このようにアンテナ７７０が長くなると、アンテナ７７０に定在波が生じるため、同じ周波数の電磁波であれば、それよりも短いアンテナを備えたガスケットよりもアンテナの複数の箇所で電磁波の電界強度が大になる部位ができる。図１３に示した第３変形例のガスケット７００では、第１変形例のガスケット７００では一つしかなかった電極７６２を開口７１０の内周縁に沿ってほぼ等間隔でもって複数設けた。各電極７６２はアンテナ７７０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に位置づけている。このようにすれば、アンテナ７７０の上記各部位から放射される電磁波の電界強度が周囲の電磁波の電界強度よりも強くなるので、各電極７６２での放電により形成されたプラズマに、対応する近傍の上記部位から電磁波パルスによるエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル、オゾンが効率よく大量に生成され、電極７６２を中心にした領域の酸化反応などが一層促進される。したがって、燃焼室４００の複数の領域で酸化反応などが一層促進される。

図１４は第４変形例のガスケット７００を示す。第２実施形態のガスケット７００では放電線路７６０も電磁波伝送路７８０も銅線により形成した。これに対し、第４変形例のガスケット７００では、上記中間層７３０にシールドケーブルＳを設け、このシールドケーブルＳの内部電線の芯線により電磁波伝送路を構成している。ここで、シールドケーブルＳは、銅線などの電気伝導体よりなる芯線と、この芯線を覆う絶縁体よりなる内部被覆とを有する内部電線と、この内部電線を覆う電気伝導体よりなる外部導体と、この外部導体を覆う絶縁体よりなる外部被覆とを備えている。このようにすれば、シールドケーブルＳを用いて比較的簡単にガスケット７００を製造することができる。その他の作用及び効果は第２実施形態のガスケット７００の場合と同様である。同様にして上記中間層にシールドケーブルを設け、このシールドケーブルの内部電線の芯線により放電線路を構成してもよい。

図１５は第５変形例のガスケット７００を示す。第２実施形態のガスケット７００ではガスケット７００の厚さ方向の中間層７３０に放電線路７６０を設け、この放電線路７６０の第１接続部７６１に放電用電圧発生装置９５０の陽極を接続し、接地部材であるシリンダブロック１００、シリンダヘッド３００又は表面層７４０を接地し、第１接続部７６１と上記接地部材との間の電圧して、第１接続部７６１と接地部材との間で放電するようにした。これに対し、第５変形例のガスケット７００では、ガスケット７００の厚さ方向の中間層７３０に、放電線路７６０を一対設けている。各放電線路７６０の外側の端部である外端は、ガスケット７００の外周縁７２０から露出してそれぞれ第１接続部７６１を形成している。また、各放電線路７６０の内側の端部である内端は、ガスケット７００の外周縁から開口７１０の中心に向かって露出してそれぞれ電極７６２になっている。これらの放電線路７６０の電極は近接して配置されている。このようにすれば、放電線路７６０の第１接続部同士の間に電圧を印加すると、電極間で放電が行われる。これらの放電線路７６０の電極７６２を近接して配置したときには、低い印加電圧で放電を行うことができる。そうすれば、ＯＨラジカル及びオゾンの発生が促進され、この発生したＯＨラジカル及びオゾンの持続時間が長くなり、消費電力が低減され、しかも放電の行われる領域の温度上昇が抑制されることから内燃機関における窒素酸化物の発生量が低減する。その他の作用及び効果は第２実施形態のガスケット７００の場合と同様である。

次に、第３実施形態の排気ガス後処理装置を説明する。第３実施形態の排気ガス後処理装置では上記燃焼室４００を構成する部材のうちシリンダヘッド３００に放電装置８１０を設け、排気バルブ５２０にアンテナ８２０を設け、シリンダヘッド３００に電磁波伝送路８３０を設けた。

以下、第３実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置を説明する。図１６は、内燃機関Ｅの実施形態を示す。本発明が対象とする内燃機関は往復動機関であるが、この実施形態の内燃機関Ｅは、４サイクルのガソリン機関である。１００はシリンダブロックであって、このシリンダブロック１００には横断面がほぼ円形のシリンダ１１０が貫通して設けられ、このシリンダ１１０には、横断面がシリンダ１１０に対応したほぼ円形の形状をしたピストン２００が往復自在に嵌っている。このシリンダブロック１００の反クランクケース側には、シリンダヘッド３００が組み付けられており、このシリンダヘッド３００と、ピストン２００と、シリンダ１１０とにより、燃焼室４００を形成している。９１０は一端がピストン２００に連結され、他端が出力軸であるクランクシャフト９２０に連結されたコネクティングロッドである。シリンダヘッド３００には、一端が上記燃焼室４００に接続し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して吸気通路の一部を構成する吸気ポート３１０と、一端が上記燃焼室４００に接続し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して排気通路の一部を構成する排気ポート３２０が設けられている。シリンダヘッド３００には、吸気ポート３１０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３３０が設けられ、このガイド孔３３０に吸気バルブ５１０の棒形のバルブステム５１１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５１１の先端に設けられた傘形のバルブヘッド５１２によって吸気ポート３１０の燃焼室側の開口３１１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。また、シリンダヘッド３００には、排気ポート３２０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３４０が設けられ、このガイド孔３４０に排気バルブ５２０の棒形のバルブステム５２１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５２１の先端に設けられた傘形のバルブヘッド５２２によって排気ポート３２０の燃焼室側の開口３２１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。８１０は一対の電極８１２、８１３が燃焼室４００に露出するようにシリンダヘッド３００に設けられた点火プラグであって、ピストン２００が上死点付近にあるときに電極で放電するように構成されている。よって、ピストン２００が上死点と下死点との間を２往復する間に、燃焼室４００において混合気の吸入、圧縮、爆発、及び排気ガスの排気の４つの行程を行うようにしている。しかし、この実施形態によって本発明が対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明は２サイクルの内燃機関、ディーゼル機関も対象にしている。対象とするガソリン機関には、燃焼室に吸入した空気に燃焼室で燃料を噴射して混合気を形成する直噴式ガソリン機関も含まれる。また対象とするディーゼル機関には、燃焼室に燃料を噴射する直噴式ディーゼル機関も、副室に燃料を噴射するようにした副室式ディーゼル機関も含まれる。また、この実施形態の内燃機関Ｅは４気筒であるが、これによって本発明が対象とする内燃機関の気筒数が限定解釈されることはない。また、この実施形態の内燃機関は２本の吸気バルブ５１０と２本の排気バルブ５２０を設けているが、これによって本発明が対象とする内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの本数が限定解釈されることはない。７００は、シリンダブロック１００とシリンダヘッド３００との間に装着されたガスケットである。

上記点火プラグ８１０は、本発明の排気ガス後処理装置の放電装置８１０としても機能する。この放電装置８１０は、上記シリンダヘッド３００に設けられている。この放電装置８１０は、燃焼室４００を構成する壁に取り付けられており、燃焼室４００の外側に配置された接続部８１１と、上記接続部８１１に電気的に接続された第１の電極８１２と、シリンダヘッド３００に接触して接地された第２の電極８１３とを備えており、この第１の電極８１２と第２の電極８１３とが所定の隙間をあけて対向し、いずれも上記燃焼室４００に露出している。放電装置８１０は、放電用の電圧を発生させる放電用電圧発生装置９５０に接続されている。ここでは放電用電圧発生装置９５０は１２Ｖの直流電源及び点火コイルである。このシリンダヘッド３００を接地し、接続部８１１を放電用電圧発生装置９５０に接続し、シリンダへッド３００と接続部８１１との間に電圧を印加すると、第１の電極８１２と第２の電極８１３との間で放電するようになっている。このように一対の電極を設けずに、放電装置の電極と燃焼室を構成する壁、又はその他の接地部材との間で放電させるようにしてもよい。内燃機関が例えばディーゼルエンジンであるときは、本来、点火プラグを備えていないので、燃焼室に露出する電極を有して上記シリンダヘッドに設けられた放電装置を新たに設けることになる。その場合、放電装置としてここで説明したような点火プラグを設け、これを放電用電圧発生装置に接続してもよい。しかし、放電装置は、放電により規模の大小を問わずプラズマを形成できるものであればよいので、点火プラグでなくてもよく、例えば圧電素子又はその他の装置であってもよい。

図１７ないし図１９に示すように、上記排気バルブ５２０のバルブヘッド５２２のバルブフェイス５２２ｂには、アンテナ８２０が設けられている。バルブフェイス５２２ｂは、バルブヘッド５２２の面のうち排気ポート３２０に面する背面とは反対側にある面であり、バルブヘッド５２２によって排気ポート３２０の燃焼室側の開口３２１を閉じたときに燃焼室４００に面することになる面である。このアンテナ８２０は金属により形成されている。このアンテナは電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、アンテナと接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナから燃焼室４００へ電磁波が良好に放射されなければならない。このアンテナ８２０は棒形に形成されて湾曲しており、バルブヘッド５２２のバルブフェイス５２２ｂにおいて中心を取り囲むようにほぼＣ字形に形成されており、燃焼室４００へ電磁波を放射するようになっている。すなわち、アンテナ８２０は、バルブヘッド５２２をバルブステム５２１が延びる方向に沿ってみたときに、バルブフェイス５２２ｂを取り囲むようにほぼＣ字形に、つまり一部が欠落した環状形に形成されている。バルブステム５２１におけるガイド孔３４０に嵌る部位の内部は誘電体で形成されて基本部５２１ａを形成し、この基本部５２１ａの外周側におけるガイド孔３４０に嵌る部位が金属で形成されて外周部５２１ｂとなっている。この外周部５２１ｂを金属で形成したのは耐摩擦性及び耐熱性の向上のためであるが、他の材料で形成してもよい。また、バルブステム５２１においてガイド孔３４０に嵌る部位以外の部分まで誘電体で形成してもよい。さらに、バルブヘッド５２２において上記バルブステム５２１の基本部５２１ａに連続する部位は誘電体により形成されて基本部５２２ａとなっている。そして、バルブヘッド５２２の燃焼室側になるバルブフェイス５２２ｂは金属で形成されている。バルブフェイス５２２ｂを金属で形成したのは耐熱性の向上のためであるが、他の材料で形成してもよい。アンテナ８２０は、バルブヘッド５２２の基本部５２２ａの背面に設けられている。ここでは上記誘電体としてセラミックスを用いているが、他の誘電体又は絶縁体で形成してもよい。また、例えば、このアンテナ８２０の長さを電磁波の４分の１波長に設定すると、アンテナ８２０に定在波が生じるので、アンテナ８２０の先端付近で電磁波の電界強度が大になる。さらに、例えば、アンテナ８２０の長さを電磁波の４分の１波長の倍数に設定すると、アンテナ８２０に定在波が生じるため、アンテナ８２０の複数箇所で定在波の腹が生じて電磁波の電界強度が大になる。アンテナ８２０はバルブヘッド５２２のなかに埋まっていてもよい。さらに、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにバルブヘッド５２２のバルブフェイス５２２ｂの周囲に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に上記第１の電極８１２と第２の電極８１３とが位置づけられている。ここではアンテナ８２０の先端が第１の電極８１２と第２の電極８１３とに接近するように配置されている。よって、アンテナ８２０と接地部材であるシリンダヘッド３００との間に電磁波を供給すると、アンテナ８２０から燃焼室４００へ電磁波を放射するようになっている。そして、このアンテナ８２０の一端が次に説明する電磁波伝送路８３０に接続している。この実施形態の場合、上記アンテナ８２０は棒形のモノポールアンテナであり、そのなかでも湾曲したものであるが、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、これに限定されない。したがって、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、例えば、ダイポールアンテナ、八木・宇田アンテナ、単線給電アンテナ、ループアンテナ、位相差給電アンテナ、接地アンテナ、非接地型垂直アンテナ、ビームアンテナ、水平偏波全方向性アンテナ、コーナーアンテナ、くし形アンテナ、若しくはその他の線形アンテナ、マイクロストリップアンテナ、板形逆Ｆアンテナ、若しくはその他の平面アンテナ、スロットアンテナ、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、ホーンリフレクタアンテナ、カセグレンアンテナ、若しくはその他の立体アンテナ、ビバレージアンテナ、若しくはその他の進行波アンテナ、スター型ＥＨアンテナ、ブリッジ型ＥＨアンテナ、若しくはその他のＥＨアンテナ、バーアンテナ、微小ループアンテナ、若しくはその他の磁界アンテナ、又は誘電体アンテナであってもよい。

図１８に示すように、上記排気バルブ５２０のバルブステム５２１には電磁波伝送路８３０が設けられている。この電磁波伝送路８３０は銅線により形成されている。電磁波伝送路８３０は電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナ８２０へ電磁波が良好に伝送されなければならない。電磁波伝送路の変形例の一つとして、電気伝導体又は誘電体により形成された導波管よりなる電磁波伝送路がある。バルブステム５２１におけるガイド孔３４０に嵌る部位には受電部５２１ｃが設けられている。この受電部５２１ｃは電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよい。ここでは受電部５２１ｃはバルブステム５２１の外周部に設けているが、内部に設けてもよい。ただし、受電部５２１ｃの形状及び材質は、後述のとおり給電部材８６０との結合方式により選ばれる。この受電部はバルブステムにおけるガイド孔に嵌る部位よりも上記バルブヘッドから遠い部位に設けてもよい。この電磁波伝送路８３０は、一端が上記アンテナ８２０に接続し、他端が絶縁体又は誘電体に覆われてバルブステム５２１におけるガイド孔３４０に嵌る部位にある受電部５２１ｃまで延びて当該受電部５２１ｃに接続している。ここでは電磁波伝送路８３０はバルブステム５２１の基本部５２１ａのなかを延びているので、電磁波伝送路８３０の他端は誘電体に覆われて受電部５２１ｃまで延びていることになる。しかし、基本部が絶縁体により形成されたときは、電磁波伝送路の他端は絶縁体に覆われて受電部まで延びていることになる。よって、受電部５２１ｃとシリンダヘッド３００などの接地部材との間に電磁波を供給すると、電磁波をアンテナ８２０に導くようになっている。

内燃機関Ｅ又はその周辺には、上記受電部５２１ｃに電磁波を供給する電磁波発生装置８４０が設けられている。この電磁波発生装置８４０は電磁波を発生するが、この実施形態の電磁波発生装置８４０は、２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波を発生するマグネトロンである。しかし、これによって本発明の排気ガス後処理装置の電磁波発生装置の構成は限定解釈されない。

図１７及び図１８に示すように、上記受電部５２１ｃは上記排気バルブ５２０における上記バルブステム５２１の外面に露出している。シリンダヘッド３００には誘電部材８５０と給電部材８６０とが設けられている。誘電部材８５０はセラミックにより形成され、少なくとも上記排気バルブ５２０における上記バルブヘッド５２２が排気ポート３２０の燃焼室側の開口を閉じたときに上記受電部５２１ｃに近接する。誘電部材は誘電体により形成されておればよい。また、給電部材８６０は金属により形成され、上記誘電部材８５０に対して上記排気バルブ５２０におけるバルブステム５２１と反対側から近接する。給電部材８６０は電気伝導体より形成されておればよい。誘電部材８５０を介した給電部材８６０と受電部５２１ｃとの間での電磁波のやり取りは、電界結合式（容量式）、磁界結合式（誘導式）のいずれの方式であってもよい。給電部材８６０と受電部５２１と形状及び材質は、その方式に応じて選択すればよい。例えば電界結合式を用いるならば、給電部材８６０と受電部５２１ｃとには、対向する板状の電気伝導体を選択すればよい。または給電部材８６０と受電部５２１ｃとにそれぞれ、電磁波発生装置８４０の発生する電磁波に対し所定の利得を有する電界アンテナを選択すればよい。磁界結合式を用いるならば、給電部材８６０と受電部５２１ｃとには、コイル状の電気伝導体を選択すればよい。または給電部材８６０と受電部５２１ｃとにそれぞれ、電磁波発生装置８４０の発生する電磁波に対し所定の利得を有する磁界アンテナを選択すればよい。そして、この給電部材８６０に上記電磁波発生装置８４０の出力信号が入れられていて、電磁波発生装置８４０から電磁波を供給するようになっている。

図１７に示すように、上記シリンダヘッド３００には排気ポート３２０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するバルブガイド装着孔３５０が設けられ、このバルブガイド装着孔３５０にセラミックスよりなる筒形のバルブガイド３６０が嵌まり、このバルブガイド３６０の孔によってガイド孔３４０が構成されている。バルブガイドは誘電体であればよい。そして、このバルブガイド３６０における、少なくとも上記排気バルブ５２０におけるバルブヘッド５２２が排気ポート３２０の燃焼室側の開口を閉じたときに上記受電部５２１ｃに近接する部位が誘電部材８５０になっている。

そして、この排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室４００に排気ガスが残留している間に、放電装置８１０の第１の電極８１２と第２の電極８１３とで放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成している。シリンダブロック１００、又はシリンダヘッド３００は接地されており、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の接地端子は接地されている。そして、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の作動は制御装置８８０により制御される。制御装置８８０はＣＰＵ、メモリ、記憶装置などを備えており、入力信号を演算処理して制御用信号を出力する。この制御装置８８０にはクランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０の信号線が接続され、このクランク角検出装置８９０から制御装置８８０へクランクシャフト９２０のクランク角の検出信号が送られてくる。よって、制御装置８８０はクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置８１０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する。しかし、これによって本発明の排気ガス後処理装置の制御方法及び信号入出力の構成は限定解釈されない。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成しておればよい。図５に示して説明した制御方法は、その一例である。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、図４を用いて説明したように、爆発行程により排気ガスが生じてから、吸気バルブ５１０が吸気ポート３１０を開き又は排気バルブ５２０が排気ポート３２０を開くまでの間に、放電装置８１０の電極８１１で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成した。このようにすれば、吸気バルブ５１０及び排気バルブ５２０によって電磁波の燃焼室４００から外への散逸が阻止されるので、燃焼室４００という閉鎖空間が反応器となって排気ガスの成分の酸化反応などがさらに安定的に行われる。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成しておればよく、放電装置又は電磁波発生装置の制御方法及び信号入出力の構成を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、クランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０と、このクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置８１０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する制御装置８８０とを備えている。このようにすれば、クランク角に応じて電極８１１の放電及びアンテナ８２０からの電磁波の放射が制御される。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置は、アンテナと電極との位置関係を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにアンテナ８２０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に電極８１１を位置づけた。このようにすれば、アンテナ８２０の上記部位から放射される電磁波の電界強度が周囲の電磁波の電界強度よりも強くなるので、電極８１１での放電により形成されたプラズマに、近傍の上記部位からの電磁波パルスによりエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル、オゾンが効率よく大量に生成され、電極８１１を中心にした領域の排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。また、アンテナ８２０の複数箇所に電磁波の電界強度が大になる部位ができるときは、各部位に対応して電極８１１を位置づければ、燃焼室４００の複数の領域で排気ガスの成分の酸化反応などが一層促進される。

また、既存の内燃機関に較べると主要な構造部材であるシリンダブロック１００などをそのまま利用し、これらに排気バルブ５２０及びその周辺構造の改造を行い、この実施形態のようにもともと点火プラグ８１１が必須である内燃機関Ｅは別としてそうでない内燃機関にはシリンダヘッドに放電装置を設ければよい。そのため、当該内燃機関Ｅの設計工数の最小化及び既存の内燃機関との多くの部品の共通化が実現される。

本発明の排気ガス後処理装置は、アンテナの形状又は構造を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ８２０を、排気バルブ５２０のバルブフェイス５２２ｂにおいて中心を取り囲むようにほぼＣ字形に形成し、このアンテナ８２０の一端を電磁波伝送路８３０に接続した。このようにすれば、アンテナ８２０をバルブフェイス５２２ｂににコンパクトに設けられる。

本発明の排気ガス後処理装置は、電磁波発生装置から電磁波伝送路へ電磁波を伝送するための構造を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の排気ガス後処理装置は、上記受電部５２１ｃが上記排気バルブ５２０のバルブステム５２１の外面に露出しており、上記シリンダヘッド３００に設けられ、少なくとも上記排気バルブ５２０のバルブヘッド５２２が排気ポート３２０の燃焼室側の開口を閉じたときに上記受電部５２１ｃに近接する誘電体よりなる誘電部材８５０と、上記シリンダヘッド３００に設けられ、この誘電部材８５０に対して上記バルブステム５２１と反対側から近接する電気伝導体よりなる給電部材８６０を備え、この給電部材８６０に電磁波発生装置８４０から電磁波を供給するように構成した。このようにすれば、電磁波発生装置８４０からの電磁波が、給電部材８６０、誘電部材８５０、及び受電部５２１ｃを介して非接触でもって電磁波伝送路８３０へ伝送される。

本発明の排気ガス後処理装置は、ガイド孔付近の構造を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の排気ガス後処理装置は、上記シリンダヘッド３００に排気ポート３２０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するバルブガイド装着孔３５０を設け、このバルブガイド装着孔３５０に誘電体よりなる筒形のバルブガイド３６０を嵌め、このバルブガイド３６０の孔によってガイド孔３４０を構成し、このバルブガイド３６０における、少なくとも上記バルブヘッド５２２が排気ポート３２０の燃焼室側の開口を閉じたときに上記受電部５２１ｃに近接する部位を誘電部材とした。このようにすれば、公知のバルブガイド装着構造を利用することで、電磁波発生装置８４０からの電磁波が非接触でもって電磁波伝送路８３０へ伝送される。

本発明の排気ガス後処理装置は、アンテナと電極との位置関係を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第３実施形態の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにバルブヘッド５２２のバルブフェイス５２２ｂの周囲に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に第１の電極８１２及び第２の電極８１３を位置づけた。このようにすれば、第１の電極８１２及び第２の電極８１３で放電により形成されたプラズマに、近くにあるアンテナ８２０からの電磁波パルスが放射されるので、上記プラズマにエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル及びオゾンが効率よく大量に生成される。そのため、酸化反応などが一層促進される。

次に、本発明のバルブを用いた排気ガス後処理装置の変形例を説明する。この変形例の排気ガス後処理装置は、排気バルブ５２０の構成のみが第３実施形態の排気ガス後処理装置と異なっている。第３実施形態の排気ガス後処理装置の排気バルブ５２０では、バルブステム５２１におけるガイド孔３４０に嵌る部位の内部を基本部５２１ａとして誘電体又は絶縁体で形成し、この基本部５２１ａの外周側におけるガイド孔３４０に嵌る部位を外周部５２１ｂとして金属で形成した。これに対し、図２０に示すように、変形例の排気ガス後処理装置の排気バルブ５２０では、基本部５２１ａも外周部５２１ｂも一体的に構成し、これを誘電体又は絶縁体で形成した。このようにすれば、バルブステム５２１の直径が同じであれば誘電体又は絶縁体が閉める容積が大きくなる。そのため、第３実施形態と変形例とで電磁波伝送路８３０のインピーダンスを同レベルに設定する場合、変形例の電磁波伝送路８３０の断面積を大きく設定することができるので、電磁波伝送路８３０の伝送効率が上がる。その他の作用及び効果は第３実施形態の排気ガス後処理装置の場合と同様である。

以上で説明した実施形態では、排気バルブを用いて排気ガス後処理装置を構成した。すなわち、これらの排気ガス後処理装置は、排気バルブ５２０のバルブヘッド５２２のバルブフェイス５２２ｂにアンテナ８２０を設け、排気バルブ５２０のバルブステム５２１に電磁波伝送路８３０を設け、排気バルブ５２０のバルブステム５２１に設けた受電部５２１ｃに電磁波を供給する電磁波発生装置８４０を設け、上記排気バルブ５２０のバルブヘッド５２２が上記排気ポート３２０の燃焼室側の開口３２１を閉じた圧縮行程に放電装置８１０の電極で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成した。しかし、本発明は、吸気バルブを用いて排気ガス後処理装置を構成した実施形態を含んでいる。すなわち、吸気バルブを用いた排気ガス後処理装置は、吸気バルブのバルブヘッドのバルブフェイスにアンテナを設け、吸気バルブのバルブステムに電磁波伝送路を設け、吸気バルブのバルブステムに設けた受電部に電磁波を供給する電磁波発生装置を設け、上記吸気バルブのバルブヘッドが上記吸気ポートの燃焼室側の開口を閉じた圧縮行程に放電装置の電極で放電させ、電磁波発生装置から電磁波伝送路を介して供給した電磁波をアンテナから放射するように構成する。この場合、吸気バルブ、アンテナ、電磁波伝送路、受電部、電磁波発生装置、放電装置、その電極などの構成は排気バルブを用いた排気ガス後処理装置における排気バルブなどと同様に構成する。そして、吸気バルブを用いた排気ガス後処理装置により得られる作用及び効果は上述した各実施形態により得られる作用及び効果と同様である。そして、上記アンテナを、バルブフェイスにおいて中心を取り囲むようにほぼＣ字形に形成し、このアンテナの一端を電磁波伝送路に接続したときに得られる作用及び効果は上述した各実施形態により得られる作用及び効果と同様である。また、上記受電部が上記バルブステム外面に露出しており、上記シリンダヘッドに設けられ、少なくとも上記バルブヘッドが吸気ポートの燃焼室側の開口を閉じたときに上記受電部に近接する誘電体よりなる誘電部材と、上記シリンダヘッドに設けられ、この誘電部材に対して上記バルブステムと反対側から近接する電気伝導体よりなる給電部材を備え、この給電部材に電磁波発生装置から電磁波を供給するように構成したときに得られる作用及び効果は上述した各実施形態により得られる作用及び効果と同様である。さらに、上記シリンダヘッドに吸気ポートからシリンダヘッド外壁まで貫通するバルブガイド装着孔が設けられ、このバルブガイド装着孔に誘電体よりなる筒形のバルブガイドが嵌まり、このバルブガイドの孔によってガイド孔が構成されており、このバルブガイドにおける、少なくとも上記バルブヘッドが吸気ポートの燃焼室側の開口を閉じたときに上記受電部に近接する部位が誘電部材になっているときに得られる作用及び効果は上述した各実施形態により得られる作用及び効果と同様である。また、上記アンテナに電磁波を供給したときにアンテナに生じる電磁波の電界強度が大となった部位の近傍に電極が位置づけられているときに得られる作用及び効果は上述した各実施形態により得られる作用及び効果と同様である。

次に、第４実施形態の排気ガス後処理装置を説明する。第４実施形態の排気ガス後処理装置では上記燃焼室４００を構成する部材のうちシリンダヘッド３００に放電装置８１０、アンテナ８２０、及び電磁波伝送路８３０を設けた。

以下、第４実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置を説明する。図２１及び図２２は、内燃機関Ｅの実施形態を示す。本発明が対象とする内燃機関は往復動機関であるが、この実施形態の内燃機関Ｅは、４サイクルのガソリン機関である。１００はシリンダブロックであって、このシリンダブロック１００には横断面がほぼ円形のシリンダ１１０が貫通して設けられ、このシリンダ１１０には、横断面がシリンダ１１０に対応したほぼ円形の形状をしたピストン２００が往復自在に嵌っている。このシリンダブロック１００の反クランクケース側には、シリンダヘッド３００が組み付けられており、このシリンダヘッド３００と、ピストン２００と、シリンダ１１０とにより、燃焼室４００を形成している。９１０は一端がピストン２００に連結され、他端が出力軸であるクランクシャフト９２０に連結されたコネクティングロッドである。シリンダヘッド３００には、一端が上記燃焼室４００に接続し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して吸気通路の一部を構成する吸気ポート３１０と、一端が上記燃焼室４００に接続し且つ他端がシリンダヘッド３００の外壁に開口して排気通路の一部を構成する排気ポート３２０が設けられている。シリンダヘッド３００には、吸気ポート３１０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３３０が設けられ、このガイド孔３３０に吸気バルブ５１０の棒形のバルブステム５１１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５１１の先端に設けられた傘形のバルブヘッド５１２によって吸気ポート３１０の燃焼室側の開口３１１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。また、シリンダヘッド３００には、排気ポート３２０からシリンダヘッド３００の外壁まで貫通するガイド孔３４０が設けられ、このガイド孔３４０に排気バルブ５２０の棒形のバルブステム５２１が往復自在に嵌まっており、カムなどを有する動弁機構（図示省略）によりバルブステム５２１の先端に設けられた傘形のバルブヘッド５２２によって排気ポート３２０の燃焼室側の開口３２１を所定タイミングでもって開閉するように構成している。８１０は一対の電極８１２、８１３が燃焼室４００に露出するようにシリンダヘッド３００に設けられた点火プラグであって、ピストン２００が上死点付近にあるときに電極で放電するように構成されている。よって、ピストン２００が上死点と下死点との間を２往復する間に、燃焼室４００において混合気の吸入、圧縮、爆発、及び排気ガスの排気の４つの行程を行うようにしている。しかし、この実施形態によって本発明が対象とする内燃機関が限定解釈されることはない。本発明は２サイクルの内燃機関、ディーゼル機関も対象にしている。対象とするガソリン機関には、燃焼室に吸入した空気に燃焼室で燃料を噴射して混合気を形成する直噴式ガソリン機関も含まれる。また対象とするディーゼル機関には、燃焼室に燃料を噴射する直噴式ディーゼル機関も、副室に燃料を噴射するようにした副室式ディーゼル機関も含まれる。また、この実施形態の内燃機関Ｅは４気筒であるが、これによって本発明が対象とする内燃機関の気筒数が限定解釈されることはない。また、この実施形態の内燃機関は２本の吸気バルブ５１０と２本の排気バルブ５２０を設けているが、これによって本発明が対象とする内燃機関の吸気バルブ又は排気バルブの本数が限定解釈されることはない。７００は、シリンダブロック１００とシリンダヘッド３００との間に装着されたガスケットである。

上記点火プラグ８１０は、本発明の排気ガス後処理装置の放電装置８１０としても機能する。この放電装置８１０は、シリンダヘッド３００における燃焼室４００を構成する壁に取り付けられており、燃焼室４００の外側に配置された接続部８１１と、上記接続部８１１に電気的に接続された第１の電極８１２と、シリンダヘッド３００に接触して接地された第２の電極８１３とを備えており、この第１の電極８１２と第２の電極８１３とが所定の隙間をあけて対向し、いずれも上記燃焼室４００に露出している。放電装置８１０は、放電用の電圧を発生させる放電用電圧発生装置９５０に接続されている。ここでは放電用電圧発生装置９５０は１２Ｖの直流電源及び点火コイルである。このシリンダヘッド３００を接地し、接続部８１１を放電用電圧発生装置９５０に接続し、シリンダへッド３００と接続部８１１との間に電圧を印加すると、第１の電極８１２と第２の電極８１３との間で放電するようになっている。このように一対の電極を設けずに、放電装置の電極と燃焼室を構成する壁、又はその他の接地部材との間で放電させるようにしてもよい。内燃機関が例えばディーゼルエンジンであるときは、本来、点火プラグを備えていないので、燃焼室に露出する電極を有して上記シリンダヘッドに設けられた放電装置を新たに設けることになる。その場合、放電装置としてここで説明したような点火プラグを設け、これを放電用電圧発生装置に接続してもよい。しかし、放電装置は、放電により規模の大小を問わずプラズマを形成できるものであればよいので、点火プラグでなくてもよく、例えば圧電素子又はその他の装置であってもよい。

シリンダヘッド３００には、アンテナ８２０が燃焼室４００へ電磁波を放射できるように設けられている。シリンダヘッド３００の燃焼室４００を構成する壁には、この壁を燃焼室側から外壁まで貫通する孔が設けられ、この孔の燃焼室側の開口付近に内側支持体３７０が設けられ、それよりも外側に内側支持体３７０と連続するように管状の外側支持体３８０が設けられている。これらの内側支持体３７０及び外側支持体３８０はセラミックスで形成されている。このように内側支持体３７０及び外側支持体３８０を誘電体により形成してもよいが、絶縁体により形成してもよい。そして、内側支持体３７０のなかにアンテナ８２０が設けられている。このアンテナ８２０は金属により形成されている。このアンテナは電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、アンテナと接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナから燃焼室へ電磁波が良好に放射されなければならない。このアンテナ８２０は棒形に形成されて上記孔の燃焼室側の開口付近に配置されており、上記シリンダヘッド３００から燃焼室４００へ突出して設けられている。上記内側支持体３７０は、上記アンテナ８２０を覆うように上記シリンダヘッド３００の燃焼室４００を構成する壁から燃焼室側へ膨出して設けられた膨出部３７１を有している。この膨出部３７１は絶縁体又は誘電体で形成すればよいが、ここでは内側支持体３７０の一部をなすのでセラミックスで形成されている。膨出部を内側支持体と別異の材質で形成してもよい。例えば、このアンテナ８２０の長さを電磁波の４分の１波長に設定すると、アンテナ８２０に定在波が生じるので、アンテナ８２０の先端付近で電磁波の電界強度が大になる。また、例えば、このアンテナ８２０の長さを電磁波の４分の１波長の倍数に設定すると、アンテナ８２０に定在波が生じるため、アンテナ８２０の複数箇所で定在波の腹が生じて電磁波の電界強度が大になる。ここではアンテナ８２０は内側支持体３７０に埋まっている。アンテナ８２０の断面は全長にわたってほぼ中実の円形に形成されているが、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、断面形が中実の矩形に限定されない。さらに、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにアンテナ８２０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３が位置づけられている。ここではアンテナ８２０の先端と第１の電極８１２及び第２の電極８１３とがシリンダヘッド３００における燃焼室４００を構成する壁に沿って所定間隔をあけて接近するように配置されている。よって、アンテナ８２０と上記した接地したシリンダヘッド３００との間に電磁波を供給すると、アンテナ８２０から燃焼室４００へ電磁波を放射するようになっている。この実施形態の場合、上記アンテナ８２０は棒形のモノポールアンテナであり、そのなかでも屈曲したものであるが、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、これに限定されない。したがって、本発明の排気ガス後処理装置のアンテナは、例えば、ダイポールアンテナ、八木・宇田アンテナ、単線給電アンテナ、ループアンテナ、位相差給電アンテナ、接地アンテナ、非接地型垂直アンテナ、ビームアンテナ、水平偏波全方向性アンテナ、コーナーアンテナ、くし形アンテナ、若しくはその他の線形アンテナ、マイクロストリップアンテナ、板形逆Ｆアンテナ、若しくはその他の平面アンテナ、スロットアンテナ、パラボラアンテナ、ホーンアンテナ、ホーンリフレクタアンテナ、カセグレンアンテナ、若しくはその他の立体アンテナ、ビバレージアンテナ、若しくはその他の進行波アンテナ、スター型ＥＨアンテナ、ブリッジ型ＥＨアンテナ、若しくはその他のＥＨアンテナ、バーアンテナ、微小ループアンテナ、若しくはその他の磁界アンテナ、又は誘電体アンテナであってもよい。

上記シリンダヘッド３００には、電磁波伝送路８３０が設けられている。電磁波伝送路８３０は一端が上記アンテナ８２０に接続し、他端が誘電体に覆われてシリンダヘッド３００の外壁まで貫通して延びている。電磁波伝送路８３０は上記外側支持体３８０なかに設けられている。この電磁波伝送路８３０は銅線により形成されている。電磁波伝送路８３０は電気伝導体、誘電体、絶縁体などのいずれで形成してもよいが、接地部材との間に電磁波を供給したときにアンテナ８２０へ電磁波が良好に伝送されなければならない。電磁波伝送路の変形例の一つとして、電気伝導体又は誘電体により形成された導波管よりなる電磁波伝送路がある。ここでは電磁波伝送路８３０が外側支持体３８０に埋まっており、外側支持体３８０のなかを通っている。電磁波伝送路８３０の一端が上記アンテナ８２０に接続しており、他端がシリンダヘッド３００の外壁から外部へ引き出されている。よって、電磁波伝送路８３０と接地部材であるシリンダヘッド３００との間に電磁波を供給すると、電磁波をアンテナ８２０に導くようになっている。

図２１に示すように、上記アンテナ８２０は、孔の延びる方向に沿ってシリンダヘッド３００の外壁側から燃焼室４００へ向かって延びてからＬ字形に曲がり、先端がシリンダヘッド３００の燃焼室４００を構成する壁に沿って上記放電装置８１０の第１の電極８１２及び第２の電極８１３に指向している。また、図２２に示すように、ピストン２００が往復する方向からみたときに、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３は燃焼室４００の中心付近に配置されている。そして、上記アンテナ８２０は、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位に向かう途中に設けられている。さらに、この実施形態では排気バルブ５２０が複数設けられている。ここでは排気バルブ５２０が２つ設けられている。そして、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３並びにアンテナ８２０が、この第１の電極８１２及び第２の電極８１３とアンテナ８２０とを結ぶ仮想的な線が、シリンダヘッド３００において二つの吸気ポート３１０及び二つの排気ポート３２０のうち隣接する二つの排気ポート３２０の間を通るように配置されている。

そして、この排気ガス後処理装置は、爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、放電装置８１０の第１の電極８１２と第２の電極８１３との間で放電させ、電磁波発生装置８４０から電磁波伝送路８３０を介して供給した電磁波をアンテナ８２０から放射するように構成している。シリンダヘッド３００は接地されており、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の接地端子は接地されている。そして、放電用電圧発生装置９５０及び電磁波発生装置８４０の作動は制御装置８８０により制御される。制御装置８８０はＣＰＵ、メモリ、記憶装置などを備えており、入力信号を演算処理して制御用信号を出力する。この制御装置８８０にはクランクシャフト９２０のクランク角を検出するクランク角検出装置８９０の信号線が接続され、このクランク角検出装置８９０から制御装置８８０へクランクシャフト９２０のクランク角の検出信号が送られてくる。よって、制御装置８８０はクランク角検出装置８９０からの信号を受け、放電装置８１０及び電磁波発生装置８４０の作動を制御する。しかし、これによって本発明の排気ガス後処理装置の制御方法及び信号入出力の構成は限定解釈されない。

また、既存の内燃機関に較べると主要な構造部材であるシリンダブロック１００などをそのまま利用し、これらにシリンダヘッド３００の改造を行い、この実施形態のようにもともと点火プラグ８１０が必須である内燃機関Ｅは別としてそうでない内燃機関にはシリンダヘッドに放電装置を設ければよい。そのため、当該内燃機関の設計工数の最小化及び既存の内燃機関との多くの部品の共通化が実現される。また、膨出部３７１によりアンテナ８２０が燃焼室４００から受ける熱負荷およびアンテナ８２０が受ける機械的振動による疲労が軽減される。

本発明の排気ガス後処理装置は、アンテナはシリンダヘッドから燃焼室へ突出して設けられておればよく、アンテナの先端の向きを限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ８２０の先端が上記放電装置８１０の第１の電極８１２及び第２の電極８１３に指向して設けられている。このようにすれば、第１の電極８１２とび第２の電極８１３との間で放電により形成されたプラズマにアンテナ８２０からの電磁波パルスが集中的に放射されるので、上記プラズマにエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル及びオゾンが効率よく大量に生成される。そのため、酸化反応などが一層促進される。

本発明の排気ガス後処理装置は、上記シリンダヘッドに設けられた放電装置に電極が、燃焼室に露出するように設けられておればよく、電極の位置を限定しない。また、上記アンテナはシリンダヘッドから燃焼室へ突出して設けられておればよく、アンテナの位置を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の排気ガス後処理装置は、ピストン往復方向からみて、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３を燃焼室４００の中心付近に配置し、上記アンテナ８２０を、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位に向かう途中に設けた。このようにすれば、第１の電極８１２及び第２の電極８１３の近傍に放電により形成されたプラズマはアンテナ８２０から放射された電磁波パルスからエネルギの供給を受けて体積が増大するが、このアンテナ８２０が上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位に向かう途中に設けられているので、大量のプラズマが上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位まで分布し、このプラズマによって大量生成されたＯＨラジカル及びオゾンにより、燃焼火炎が上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁へと向かうことになる。

本発明の排気ガス後処理装置は、電極とアンテナとの相対位置を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の排気ガス後処理装置は、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３並びにアンテナ８２０を、この第１の電極８１２及び第２の電極８１３とアンテナ８２０とを結ぶ仮想的な線が、シリンダヘッド３００において二つの吸気ポート３１０及び二つの排気ポート３２０のうち隣接する二つの排気ポート３２０の間を通るように配置した。このようにすれば、排気ポート３２０の間の面を有効に利用してアンテナ８２０が配置される。

本発明の排気ガス後処理装置は、アンテナと電極との位置関係を限定しない。そのような種々の実施形態のなかで、第１実施形態の排気ガス後処理装置は、上記アンテナ８２０に電磁波を供給したときにアンテナ８２０に生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に第１の電極８１２及び第２の電極８１３を位置づけた。このようにすれば、第１の電極８１２及び第２の電極８１３で放電により形成されたプラズマに、近くにあるアンテナ８２０からの電磁波パルスが放射されるので、上記プラズマにエネルギが集中的に供給されてＯＨラジカル及びオゾンが効率よく大量に生成される。そのため、酸化反応などが一層促進される。

次に、本発明の排気ガス後処理装置の変形例を説明する。この変形例の排気ガス後処理装置は、アンテナ８２０の数及び配置のみが第４実施形態の排気ガス後処理装置と異なっている。第４実施形態の排気ガス後処理装置では、設けたアンテナ８２０が一つであった。これに対し、図２３に示した変形例の排気ガス後処理装置では、これと同じアンテナ８２０を複数設けている。ピストン２００が往復する方向からみて、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３が燃焼室４００の中心付近に配置されている。また、ピストン２００が往復する方向からみて、複数の上記アンテナ８２０が、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位に向かって並ぶように設けられている。ここではピストン２００が往復する方向からみて中心から放射状に延びる４方向に沿ってそれぞれ３つのアンテナ８２０が並んでいる。隣り合う各方向はほぼ９０度の角度をなしている。また、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３並びにアンテナ８２０が、この第１の電極８１２及び第２の電極８１３とアンテナ８２０とを結ぶ仮想的な線が、シリンダヘッド３００において二つの吸気ポート３１０及び二つの排気ポート３２０のうち隣接する二つのポートの間を通るように配置されている。

本発明の排気ガス後処理装置の変形例は、ピストン往復方向からみて、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３を燃焼室４００の中心付近に配置し、複数の上記アンテナ８２０を、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位に向かって並ぶように設けた。このようにすれば、第１の電極８１２及び第２の電極８１３の近傍に放電により形成されたプラズマはアンテナ８２０から放射された電磁波パルスからエネルギの供給を受けて体積が増大するが、このアンテナ８２０が上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位まで並ぶので、大量のプラズマが上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３からシリンダ壁に対応する部位まで分布し、このプラズマによって大量生成されたＯＨラジカル及びオゾンにより、燃焼火炎が上記電極からシリンダ壁へと向かうことになる。

本発明の排気ガス後処理装置の変形例は、上記第１の電極８１２及び第２の電極８１３並びにアンテナ８２０を、この第１の電極８１２及び第２の電極８１３とアンテナ８２０とを結ぶ仮想的な線が、シリンダヘッド３００において二つの吸気ポート３１０及び二つの排気ポート３２０のうち隣接する二つのポートの間を通るように配置した。このようにすれば、ポート間の面を有効に利用してアンテナ８２０を配置することができる。その他の作用及び効果は第４実施形態の排気ガス後処理装置の場合と同様である。

本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置では、一対の電極、又は電極及びこれと対をなす接地部材は、誘電体により被覆されていてもよい。この場合、電極間又は電極と設置部材の間に印加された電圧によって、誘電体バリア放電が行われる。誘電体バリア放電では、電極又は接地部材を覆う誘電体表面に電荷が蓄積され放電が制限されるため、放電はごく短時間に且つごく小規模に行われる。放電が短期間で終了するため周辺部の熱化が起こらない。すなわち電極間での放電によるガスの温度上昇が低減する。ガスの温度上昇の低減は、内燃機関でのＮＯ_Xの発生量低減に資する。

電磁波伝送路を設ける部材は、アンテナを設ける部材に応じて変わり、シリンダブロック又はシリンダヘッドなどになる。

本発明は、以上の実施形態の特徴を組み合わせた実施形態を含んでいる。また、以上の実施形態は本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置のいくつかの例を示したに過ぎない。したがって、これらの実施形態の記載によって本発明の燃焼室の排気ガス後処理装置が限定解釈されることはない。

本発明の第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関の燃焼室付近における縦断面図である。本発明の第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関のシリンダブロックを電磁波伝送路の位置で断面して拡大した拡大横断面図である。本発明の第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関のシリンダブロックをアンテナの位置で断面して拡大した拡大横断面図である。本発明の第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置の作動を説明する説明図である。本発明の第１実施形態の燃焼室の排気ガス後処理装置の別の作動を説明する説明図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いたガスケットを備えた実施形態の内燃機関の燃焼室付近における縦断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いたガスケットの斜視図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いたガスケットの一つの開口付近を、ガスケットの厚さ方向に向いた面で断面してみせた横断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いたガスケットを放電線路に沿った面で断面し、拡大してみせた拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いたガスケットを電磁波伝送路に沿った面で断面し、拡大してみせた拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いた第１変形例のガスケットの一つの開口付近を、ガスケットの厚さ方向に向いた面で断面してみせた横断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いた第２変形例のガスケットの一つの開口付近を、ガスケットの厚さ方向に向いた面で断面してみせた横断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いた第３変形例のガスケットの一つの開口付近を、ガスケットの厚さ方向に向いた面で断面してみせた横断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いた第４変形例のガスケットを電磁波伝送路に沿った面で断面し、拡大してみせた拡大縦断面図である。本発明の第２実施形態の排気ガス後処理装置で用いた第５変形例のガスケットの一つの開口付近を、ガスケットの厚さ方向に向いた面で断面してみせた横断面図である。本発明の第３実施形態の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関の燃焼室付近における縦断面図である。本発明の第３実施形態の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関の排気ポート付近における拡大した縦断面図である。本発明の第３実施形態のバ排気ガス後処理装置で用いた排気バルブの拡大した縦断面図である。本発明の第３実施形態の排気ガス後処理装置で用いた排気バルブのバルブヘッドをバルブフェイスの側からみた拡大図である。本発明の第３実施形態の排気ガス後処理装置で用いた排気バルブの拡大した縦断面図である。本発明の第４実施形態の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関の燃焼室付近における縦断面図である。本発明の第４実施形態の排気ガス後処理装置を備えた実施形態の内燃機関のシリンダブロックをピストン往復方向に向いた面で断面して拡大した拡大横断面図である。本発明の第４実施形態の排気ガス後処理装置の変形例を用いた内燃機関のシリンダブロックをピストン往復方向に向いた面で断面して拡大した拡大横断面図である。

符号の説明

Ｅ内燃機関
１００シリンダブロック
１１０シリンダ
２００ピストン
３００シリンダヘッド
３２０排気ポート
３２１開口
３４０ガイド孔
３５０バルブガイド装着孔
３６０バルブガイド
４００燃焼室
５２０排気バルブ
５２１バルブステム
５２１ａ基本部
５２１ｂ外周部
５２２バルブヘッド
５２２ａ基本部
５２２ｂバルブフェイス
８１０放電装置
８１１電極
８２０アンテナ
８３０電磁波伝送路
８４０電磁波発生装置
８５０誘電部材
８６０給電部材

Claims

シリンダブロックに貫通して設けられたシリンダにピストンを往復自在に嵌め、上記シリンダブロックの反クランクケース側にガスケットを介してシリンダヘッドを組み付け、上記シリンダヘッドに開口する吸気ポートを吸気バルブで開閉し、上記シリンダヘッドに開口する排気ポートを排気バルブで開閉するようにし、これらの部材により燃焼室を構成した内燃機関に設けられる燃焼室の排気ガス後処理装置であって、
上記燃焼室に露出する電極を有して上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つに設けられた放電装置と、
上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つに、燃焼室へ電磁波を放射できるように設けられたアンテナと、
上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つに設けられ、一端が上記アンテナに接続し、他端が絶縁体又は誘電体に覆われて上記燃焼室を構成する部材のうち少なくとも一つにおける燃焼室から離れた部位まで延びる電磁波伝送路と、
この電磁波伝送路に電磁波を供給する電磁波発生装置とを備え、
上記アンテナに電磁波を供給したときに上記アンテナに生じる電磁波の電界強度が大になる部位の近傍に上記電極が位置づけられ、
爆発行程により排気ガスが生じてから燃焼室に排気ガスが残留している間に、上記放電装置の電極で放電させ、上記電磁波発生装置から上記電磁波伝送路を介して供給した電磁波を上記アンテナから放射するように構成した燃焼室の排気ガス後処理装置。
爆発行程により排気ガスが生じてから、上記吸気バルブが上記吸気ポートを開き又は上記排気バルブが上記排気ポートを開くまでの間に、上記放電装置の電極で放電させ、上記電磁波発生装置から上記電磁波伝送路を介して供給した電磁波を上記アンテナから放射するように構成した請求項１の燃焼室の排気ガス後処理装置。
クランクシャフトのクランク角を検出するクランク角度検出装置と、
このクランク角度検出装置からの信号を受け、上記放電装置及び上記電磁波発生装置の作動を制御する制御装置とを備えている請求項１又は請求項２の燃焼室の排気ガス後処理装置。