JP5973956B2 - Ignition device for internal combustion engine - Google Patents

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Description

本発明は内燃機関の点火装置に関し、特に、電磁波を利用することで燃焼室内の混合気の点火を行う点火装置に関する。   The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine, and more particularly to an ignition device for igniting an air-fuel mixture in a combustion chamber by using electromagnetic waves.

内燃機関の点火装置として、数GHzの周波数を有するマイクロ波等の電磁波を用いることで、燃焼室内の混合気の点火を行う点火装置が知られている。例えば非特許文献1には、既存の点火装置よりも広範囲で点火を行うことを目的として、マイクロ波を伝搬させる同軸路にて生じるマイクロ波の共振を利用した点火装置が開示されている。また、特許文献1には、広範囲で点火を行うことを目的として、燃焼室内にて生じるマイクロ波の共振を利用した点火装置が開示されている。   As an ignition device for an internal combustion engine, an ignition device that ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber by using an electromagnetic wave such as a microwave having a frequency of several GHz is known. For example, Non-Patent Document 1 discloses an ignition device that uses microwave resonance generated in a coaxial path through which microwaves are propagated for the purpose of performing ignition in a wider range than existing ignition devices. Patent Document 1 discloses an ignition device that uses microwave resonance generated in a combustion chamber for the purpose of performing ignition in a wide range.

特開2012−149607号公報JP 2012-149607 A

A Novel Spark−Plug for Improved Ignition in Engines With Gasoline Direct Injection(GDI),Klaus Linkenheil et.al,IEEE Transactions on Plasma Science,Vol.33,No.5,October 2005.A Novel Spark-Plug for Improved Ignition in Engines With Gasoline Direct Injection (GDI), Klaus Linkenheil et. al, IEEE Transactions on Plasma Science, Vol. 33, no. 5, October 2005.

ところで、内燃機関においては燃焼効率の向上が望まれている。燃焼効率の向上を図るためには、より低いエネルギ(低電力)で、より広範囲の点火を実現することが考えられる。上記の非特許文献1に記載された点火装置では、同軸路の内側導体の先端部(アンテナ電極の先端部)のみに高電界が形成されるため、放電を誘起する高電界領域が、数mmオーダの範囲というように狭くなってしまう。そのため、より広い範囲の点火を実現することが困難であった。また、特許文献1に記載された点火装置によると、より広い範囲での点火が可能であるが、燃焼室内の広い領域に高電界が形成されるため、点火に要するエネルギ(電力)が増大する。従って、低エネルギ(低電力)で点火を実現することが困難であった。以上のように、従来技術では、低エネルギ(低電力)で広範囲の点火を実現することが困難であった。   By the way, in an internal combustion engine, improvement in combustion efficiency is desired. In order to improve the combustion efficiency, it is conceivable to realize a wider range of ignition with lower energy (low power). In the ignition device described in Non-Patent Document 1 above, a high electric field is formed only at the tip of the inner conductor of the coaxial path (the tip of the antenna electrode). The range of the order becomes narrow. For this reason, it has been difficult to realize a wider range of ignition. Further, according to the ignition device described in Patent Document 1, ignition in a wider range is possible, but since a high electric field is formed in a wide region in the combustion chamber, energy (electric power) required for ignition increases. . Therefore, it has been difficult to realize ignition with low energy (low power). As described above, in the conventional technology, it is difficult to realize a wide range of ignition with low energy (low power).

本発明の目的は、より低いエネルギ(電力)で、より広範囲の点火が可能な点火装置を提供することである。   An object of the present invention is to provide an ignition device capable of performing a wider range of ignition with lower energy (electric power).

本発明は、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手段と、一方の端部が前記燃焼室に臨む状態で配置され、他方の端部が接地終端又は開放終端であり、前記電磁波発生手段にて発生した電磁波を前記一方の端部から前記燃焼室内に供給する第1の電磁波供給手段と、前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部と前記他方の端部との間に接続され、前記電磁波発生手段にて発生した電磁波を前記第1の電磁波供給手段へ供給する第2の電磁波供給手段と、を備え、前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波供給手段で共振し得る第1の電磁波を発生させ、前記第1の電磁波が発生している間に前記燃焼室で共振し得る第2の電磁波の発生を開始する、ことを特徴とする内燃機関の点火装置である。   The present invention relates to an ignition device for an internal combustion engine that ignites an air-fuel mixture in a combustion chamber, the electromagnetic wave generating means for generating an electromagnetic wave, and one end portion arranged in a state facing the combustion chamber, and the other end portion Is a ground terminal or an open terminal, and the first electromagnetic wave supplying means for supplying the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating means into the combustion chamber from the one end, and the one of the first electromagnetic wave supplying means A second electromagnetic wave supply means connected between the end portion and the other end portion for supplying the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation means to the first electromagnetic wave supply means, the electromagnetic wave generation means Generates a first electromagnetic wave that can resonate with the first electromagnetic wave supply means, and starts generating a second electromagnetic wave that can resonate with the combustion chamber while the first electromagnetic wave is being generated. Ignition device for internal combustion engine It is.

また、前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波供給手段に対する前記第2の電磁波供給手段の接続位置に応じて、前記第1の電磁波供給手段で共振し得る周波数を変えて前記第1の電磁波を発生させ、前記燃焼室で共振し得る周波数を変えて前記第2の電磁波を発生させてもよい。   Further, the electromagnetic wave generating means changes the frequency at which the first electromagnetic wave supply means can resonate according to the connection position of the second electromagnetic wave supply means with respect to the first electromagnetic wave supply means, thereby changing the first electromagnetic wave. And the second electromagnetic wave may be generated by changing a frequency capable of resonating in the combustion chamber.

また、前記第1の電磁波供給手段の前記他方の端部が接地終端の場合、前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部から前記他方の端部までの長さが、前記第2の電磁波の波長の2分の1の奇数倍となり、前記第1の電磁波供給手段に対する前記第2の電磁波供給手段の接続位置と前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部との間の長さが、前記第1の電磁波の波長の4分の1の奇数倍となり、かつ、前記第2の電磁波の波長の2分の1の整数倍となるように、前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波及び前記第2の電磁波を発生させてもよい。   Further, when the other end of the first electromagnetic wave supply means is a ground termination, the length from the one end to the other end of the first electromagnetic wave supply means is the second end. An odd multiple of one-half of the wavelength of the electromagnetic wave, and the length between the connection position of the second electromagnetic wave supply means to the first electromagnetic wave supply means and the one end of the first electromagnetic wave supply means The electromagnetic wave generating means is configured to be an odd multiple of a quarter of the wavelength of the first electromagnetic wave and an integral multiple of a half of the wavelength of the second electromagnetic wave. One electromagnetic wave and the second electromagnetic wave may be generated.

また、前記第1の電磁波供給手段の前記他方の端部が開放終端の場合、前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部から前記他方の端部までの長さが、前記第2の電磁波の波長の4分の1の奇数倍となり、前記第1の電磁波供給手段に対する前記第2の電磁波供給手段の接続位置と前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部との間の長さが、前記第1の電磁波の波長の4分の1の奇数倍となり、かつ、前記第2の電磁波の波長の2分の1の整数倍となるように、前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波及び前記第2の電磁波を発生させてもよい。   Further, when the other end of the first electromagnetic wave supply means is an open terminal, the length from the one end to the other end of the first electromagnetic wave supply means is the second end. An odd multiple of a quarter of the wavelength of the electromagnetic wave, and the length between the connection position of the second electromagnetic wave supply means with respect to the first electromagnetic wave supply means and the one end of the first electromagnetic wave supply means The electromagnetic wave generating means is configured to be an odd multiple of a quarter of the wavelength of the first electromagnetic wave and an integral multiple of a half of the wavelength of the second electromagnetic wave. One electromagnetic wave and the second electromagnetic wave may be generated.

また、前記第1の電磁波供給手段は、内側導体及び前記内側導体の外側に同軸状に設けられた外側導体を備え、一方の端部が前記燃焼室に臨む状態で配置され、他方の端部が、内側導体と外側導体とが短絡した接地終端又は内側導体と外側導体とが接続されていない開放終端であり、前記電磁波発生手段にて発生した電磁波を内側導体と外側導体との間を伝搬させて前記一方の端部から前記燃焼室内に供給する同軸路であってもよい。   The first electromagnetic wave supply means includes an inner conductor and an outer conductor provided coaxially on the outer side of the inner conductor, and is disposed with one end facing the combustion chamber, and the other end. Is a grounding termination in which the inner conductor and the outer conductor are short-circuited or an open termination in which the inner conductor and the outer conductor are not connected, and the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generating means propagates between the inner conductor and the outer conductor. A coaxial path that is supplied from the one end to the combustion chamber may be used.

本発明によると、電磁波発生手段によって第1の電磁波を発生させると、第1の電磁波は第1の電磁波供給手段にて共振し、これにより、第1の電磁波供給手段の一方の端部における電界が高くなり、一方の端部の先端部にてプラズマが発生する。そして、電磁波発生手段によって第2の電磁波を発生させると、第2の電磁波は燃焼室内で共振し、これにより、燃焼室内の広範囲にて電界が高くなる。このとき、第1の電磁波によって生成されたプラズマがトリガの役割を果たすため、第2の電磁波のみを燃焼室内に供給する場合と比べて、より低い電力で燃焼室内に広範囲のプラズマを形成することが可能となる。その結果、より低い電力で、より広範囲に亘って点火を行うことが可能となる。   According to the present invention, when the first electromagnetic wave is generated by the electromagnetic wave generating means, the first electromagnetic wave resonates in the first electromagnetic wave supplying means, and thereby the electric field at one end of the first electromagnetic wave supplying means. Becomes higher, and plasma is generated at the tip of one end. When the second electromagnetic wave is generated by the electromagnetic wave generating means, the second electromagnetic wave resonates in the combustion chamber, thereby increasing the electric field over a wide range in the combustion chamber. At this time, since the plasma generated by the first electromagnetic wave serves as a trigger, a wider range of plasma is formed in the combustion chamber with lower power than when only the second electromagnetic wave is supplied into the combustion chamber. Is possible. As a result, it is possible to perform ignition over a wider range with lower power.

本発明の実施形態に係る内燃機関の概略構成を示す図である。1 is a diagram showing a schematic configuration of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態に係る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 which concerns on 1st Embodiment of this invention. マイクロ波の発生タイミングを示す図である。It is a figure which shows the generation | occurrence | production timing of a microwave. 第1実施形態における給電位置と共振周波数及び反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric power feeding position in 1st Embodiment, a resonant frequency, and a reflectance. 共振を誘起するマイクロ波の条件を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conditions of the microwave which induces a resonance. 実施例1にて用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す図である。It is a figure which shows the frequency and half wavelength of the microwave used in Example 1. FIG. 実施例1における電界分布を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Example 1. FIG. 実施例1における電界分布を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Example 1. FIG. 比較例1に用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す図である。It is a figure which shows the frequency and half wavelength of the microwave used for the comparative example 1. FIG. 比較例1における電界分布を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Comparative Example 1. FIG. 比較例1における電界分布を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Comparative Example 1. FIG. 本発明の第2実施形態に係る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 which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 第2実施形態における給電位置と共振周波数及び反射率との関係を示すグラフである。It is a graph which shows the relationship between the electric power feeding position in 2nd Embodiment, a resonant frequency, and a reflectance. 共振を誘起するマイクロ波の条件を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conditions of the microwave which induces a resonance. 共振を誘起するマイクロ波の条件を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conditions of the microwave which induces a resonance. 共振を誘起するマイクロ波の条件を説明するための模式図である。It is a schematic diagram for demonstrating the conditions of the microwave which induces a resonance. 実施例2にて用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す図である。It is a figure which shows the frequency and half wavelength of the microwave used in Example 2. FIG. 実施例2における電界分布を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Example 2. FIG. 実施例2における電界分布を示す模式図である。6 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Example 2. FIG. 比較例2に用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す図である。It is a figure which shows the frequency and half wavelength of the microwave used for the comparative example 2. 比較例2における電界分布を示す模式図である。10 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Comparative Example 2. FIG. 比較例2における電界分布を示す模式図である。10 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Comparative Example 2. FIG. 比較例2における電界分布を示す模式図である。10 is a schematic diagram showing an electric field distribution in Comparative Example 2. FIG.

[第1の実施の形態]
図1に、本発明の実施形態に係る内燃機関の一例を示す。内燃機関100は、シリンダヘッド102と、シリンダ104と、シリンダ104及びピストン106により形成される燃焼室108と、シリンダヘッド102に設けられた吸気口110を開閉する吸気弁112と、シリンダヘッド102に設けられた排気口114を開閉する排気弁116と、燃料噴射弁118とを含む。吸気工程においては、吸気弁112が開きピストン106を下降させることで、吸気口110から燃焼室108内に吸気ガスが導入される。燃料噴射弁118が吸気口110に臨む状態で配置されていることで、燃料が吸気口110に噴射されるため、燃焼室108内に混合気が導入される。圧縮工程においては、吸気弁112が閉じてピストン106の上昇により混合気が圧縮される。点火装置10は、マイクロ波等の電磁波を燃焼室108内に放射することで、燃焼室108内の混合気の点火を行う。燃焼後のガスは、排気工程において排気弁116が開くことで、排気口114へ排出される。
[First Embodiment]
FIG. 1 shows an example of an internal combustion engine according to an embodiment of the present invention. The internal combustion engine 100 includes a cylinder head 102, a cylinder 104, a combustion chamber 108 formed by the cylinder 104 and the piston 106, an intake valve 112 that opens and closes an intake port 110 provided in the cylinder head 102, and a cylinder head 102. An exhaust valve 116 that opens and closes the provided exhaust port 114 and a fuel injection valve 118 are included. In the intake process, the intake valve 112 is opened and the piston 106 is lowered to introduce intake gas into the combustion chamber 108 from the intake port 110. By disposing the fuel injection valve 118 so as to face the intake port 110, fuel is injected into the intake port 110, so that the air-fuel mixture is introduced into the combustion chamber 108. In the compression process, the intake valve 112 is closed, and the air-fuel mixture is compressed by raising the piston 106. The ignition device 10 ignites the air-fuel mixture in the combustion chamber 108 by radiating electromagnetic waves such as microwaves into the combustion chamber 108. The gas after combustion is discharged to the exhaust port 114 when the exhaust valve 116 is opened in the exhaust process.

点火装置10は、電磁波伝搬手段としてのマイクロ波放射器20と、電磁波発生電源60と、制御装置62と、電磁波伝送路64とを含む。電磁波発生電源60は、例えばマグネトロン、進行波増幅管又は固体発振素子等により構成され、マイクロ波等の電磁波を発生させる。制御装置62は、電磁波発生電源60が発生させるマイクロ波のパルスの高さ及び幅のいずれか1つ以上を制御することで、その出力(電力)を制御する。電磁波発生電源60は、燃焼室108内の混合気の点火を行うタイミングでマイクロ波パルスを出力し、この出力されたマイクロ波パルスは電磁波伝送路64を伝搬する。電磁波伝送路64は、例えば同軸ケーブルや導波管によって構成される。電磁波伝送路64の端部には、燃焼室108に臨む状態でマイクロ波放射器20が設けられている。一例として、マイクロ波放射器20は、燃焼室108の上面の中央部に配置されている。マイクロ波放射器20は、電磁波発生電源60にて発生して電磁波伝送路64を伝搬したマイクロ波を燃焼室108内に放射する。なお、混合気の点火に用いられる電磁波はマイクロ波に限られないが、以下では一例としてマイクロ波を用いる例について説明する。   The ignition device 10 includes a microwave radiator 20 as an electromagnetic wave propagation means, an electromagnetic wave generation power source 60, a control device 62, and an electromagnetic wave transmission path 64. The electromagnetic wave generation power source 60 is configured by, for example, a magnetron, a traveling wave amplifier tube, a solid oscillation element, or the like, and generates an electromagnetic wave such as a microwave. The control device 62 controls the output (electric power) by controlling one or more of the height and width of the microwave pulse generated by the electromagnetic wave generation power source 60. The electromagnetic wave generation power source 60 outputs a microwave pulse at the timing of igniting the air-fuel mixture in the combustion chamber 108, and the output microwave pulse propagates through the electromagnetic wave transmission path 64. The electromagnetic wave transmission path 64 is configured by, for example, a coaxial cable or a waveguide. A microwave radiator 20 is provided at the end of the electromagnetic wave transmission path 64 so as to face the combustion chamber 108. As an example, the microwave radiator 20 is disposed at the center of the upper surface of the combustion chamber 108. The microwave radiator 20 radiates the microwave generated by the electromagnetic wave generation power source 60 and propagated through the electromagnetic wave transmission path 64 into the combustion chamber 108. In addition, although the electromagnetic waves used for ignition of the air-fuel mixture are not limited to microwaves, an example using microwaves will be described below as an example.

図2に、第1実施形態に係るマイクロ波放射器20を示す。マイクロ波放射器20は、第1の同軸路30と、電磁波伝送路64を伝搬してきたマイクロ波を第1の同軸路30に供給する第2の同軸路40とを含む。   FIG. 2 shows a microwave radiator 20 according to the first embodiment. The microwave radiator 20 includes a first coaxial path 30 and a second coaxial path 40 that supplies the microwave transmitted through the electromagnetic wave transmission path 64 to the first coaxial path 30.

第1の同軸路30は、外側導体32と内側導体34とによって構成された同軸構造を有する。外側導体32は筒状の形状を有する。内側導体34は柱状の形状を有し、外側導体32の中心軸に沿って外側導体32内に配置されている。外側導体32と内側導体34との間には、誘電体36が配置されている。一例として、誘電体36は空気であってもよいし、固体状の物質であってもよい。第1の同軸路30の一方の端部30aは、燃焼室108に臨む状態で配置されている。その一方の端部30aにおいては、外側導体32は開放端となっており、内側導体34の先端部34aが燃焼室108内に突出している。また、第1の同軸路30の他方の端部30bは、外側導体32と内側導体34とが接続されて短絡した接地終端となっている。なお、第1の同軸路30が、第1の電磁波供給手段の一例に相当する。   The first coaxial path 30 has a coaxial structure constituted by an outer conductor 32 and an inner conductor 34. The outer conductor 32 has a cylindrical shape. The inner conductor 34 has a columnar shape and is disposed in the outer conductor 32 along the central axis of the outer conductor 32. A dielectric 36 is disposed between the outer conductor 32 and the inner conductor 34. As an example, the dielectric 36 may be air or a solid substance. One end 30 a of the first coaxial path 30 is arranged so as to face the combustion chamber 108. At one end 30 a, the outer conductor 32 is an open end, and the tip end 34 a of the inner conductor 34 protrudes into the combustion chamber 108. Further, the other end 30b of the first coaxial path 30 is a ground terminal that is short-circuited by the outer conductor 32 and the inner conductor 34 being connected. The first coaxial path 30 corresponds to an example of a first electromagnetic wave supply unit.

また、第1の同軸路30の一方の端部30aと他方の端部30bとの間に、第2の同軸路40が接続されている。第2の同軸路40の一方の端部は給電位置50にて第1の同軸路30に接続され、第2の同軸路40の他方の端部は電磁波伝送路64に接続されている。第2の同軸路40は、外側導体42と内側導体44とによって構成された同軸構造を有する。外側導体42は筒状の形状を有する。内側導体44は柱状の形状を有し、外側導体42の中心軸に沿って外側導体42内に配置されている。外側導体42と内側導体44との間には、誘電体46が配置されている。一例として、誘電体46は空気であってもよいし、固体状の物質であってもよい。例えば、第1の同軸路30の外側導体32と第2の同軸路40の外側導体42とを接続され、第1の同軸路30の内側導体34と第2の同軸路40の内側導体44とが接続されている。なお、第2の同軸路40が、第2の電磁波供給手段の一例に相当する。   A second coaxial path 40 is connected between one end 30 a and the other end 30 b of the first coaxial path 30. One end of the second coaxial path 40 is connected to the first coaxial path 30 at the feeding position 50, and the other end of the second coaxial path 40 is connected to the electromagnetic wave transmission path 64. The second coaxial path 40 has a coaxial structure constituted by an outer conductor 42 and an inner conductor 44. The outer conductor 42 has a cylindrical shape. The inner conductor 44 has a columnar shape and is disposed in the outer conductor 42 along the central axis of the outer conductor 42. A dielectric 46 is disposed between the outer conductor 42 and the inner conductor 44. As an example, the dielectric 46 may be air or a solid substance. For example, the outer conductor 32 of the first coaxial path 30 and the outer conductor 42 of the second coaxial path 40 are connected, and the inner conductor 34 of the first coaxial path 30 and the inner conductor 44 of the second coaxial path 40 are Is connected. The second coaxial path 40 corresponds to an example of a second electromagnetic wave supply unit.

ここで、第1の同軸路30の全体の長さ(一方の端部30aから他方の端部30bまでの長さ)を長さL1とし、一方の端部30aから給電位置50(接続位置)までの長さを長さL2とし、給電位置50から他方の端部30bまでの長さを長さL3とする。なお、図2に示す例では、第2の同軸路40をマイクロ波供給手段として用いているが、第2の同軸路40の代わりに導波路等をマイクロ波供給手段として用いてもよい。   Here, the entire length of the first coaxial path 30 (the length from one end 30a to the other end 30b) is defined as a length L1, and the feeding position 50 (connection position) from one end 30a. The length from the power feeding position 50 to the other end 30b is defined as a length L3. In the example shown in FIG. 2, the second coaxial path 40 is used as the microwave supply unit, but a waveguide or the like may be used as the microwave supply unit instead of the second coaxial path 40.

そして、電磁波伝送路64を介してマイクロ波放射器20に供給されたマイクロ波等の電磁波は、第2の同軸路40の外側導体42と内側導体44との間を伝搬して第1の同軸路30に供給され、さらに、第1の同軸路30の外側導体32と内側導体34との間を伝搬し、第1の同軸路30の一方の端部30aから燃焼室108内に放射される。   Then, an electromagnetic wave such as a microwave supplied to the microwave radiator 20 via the electromagnetic wave transmission path 64 propagates between the outer conductor 42 and the inner conductor 44 of the second coaxial path 40 and the first coaxial. The first coaxial path 30 is further propagated between the outer conductor 32 and the inner conductor 34, and is radiated into the combustion chamber 108 from one end 30 a of the first coaxial path 30. .

第1の同軸路30では、所定の周波数のマイクロ波が所定の共振モードで共振する。電磁波発生電源60は、制御装置62の制御に基づき、第1の同軸路30にて共振する周波数のマイクロ波を発生させる。マイクロ波が第1の同軸路30で共振している状態では、マイクロ波のエネルギ反射が少なく、マイクロ波のエネルギのほとんどが第1の同軸路30内に蓄えられる。すなわち、第1の同軸路30は、一方の端部30aと他方の端部30bとの間でマイクロ波を共振させる共振器として機能することになる。以下の説明では、第1の同軸路30にて共振するマイクロ波を「第1のマイクロ波」と称し、第1のマイクロ波の周波数を「周波数fa」と称し、第1のマイクロ波の波長を「波長λa」と称することとする。   In the first coaxial path 30, a microwave having a predetermined frequency resonates in a predetermined resonance mode. The electromagnetic wave generating power source 60 generates a microwave having a frequency that resonates in the first coaxial path 30 based on the control of the control device 62. In a state where the microwave is resonating in the first coaxial path 30, there is little energy reflection of the microwave, and most of the microwave energy is stored in the first coaxial path 30. That is, the first coaxial path 30 functions as a resonator that resonates microwaves between one end 30a and the other end 30b. In the following description, the microwave that resonates in the first coaxial path 30 is referred to as “first microwave”, the frequency of the first microwave is referred to as “frequency fa”, and the wavelength of the first microwave. Is referred to as “wavelength λa”.

また、燃焼室108では、所定の周波数のマイクロ波が所定の共振モードで共振する。電磁波発生電源60は、制御装置62の制御に基づき、燃焼室108にて共振する周波数のマイクロ波を発生させる。マイクロ波が燃焼室108内で共振している状態では、マイクロ波のエネルギ反射が少なく、マイクロ波のエネルギのほとんどが燃焼室108内に蓄えられる。以下の説明では、燃焼室108にて共振するマイクロ波を「第2のマイクロ波」と称し、第2のマイクロ波の周波数を「周波数fb」と称し、第2のマイクロ波の波長を「波長λb」と称することとする。   In the combustion chamber 108, a microwave having a predetermined frequency resonates in a predetermined resonance mode. The electromagnetic wave generating power source 60 generates a microwave having a frequency that resonates in the combustion chamber 108 based on the control of the control device 62. In a state where the microwave is resonating in the combustion chamber 108, the reflection of the microwave energy is small, and most of the microwave energy is stored in the combustion chamber 108. In the following description, the microwave that resonates in the combustion chamber 108 is referred to as “second microwave”, the frequency of the second microwave is referred to as “frequency fb”, and the wavelength of the second microwave is referred to as “wavelength”. It will be referred to as “λb”.

ここで、図3を参照して、第1のマイクロ波及び第2のマイクロ波を発生させるタイミングについて説明する。電磁波発生電源60は、制御装置62の制御の下、第1のマイクロ波(fa)を供給し、第1のマイクロ波(fa)の供給開始と同時又は直後に第2のマイクロ波(fb)の供給を開始する。例えば図3に示すように、時間t1〜t2の間で第1のマイクロ波(fa)を供給する場合、時間t1〜t2の間で第2のマイクロ波(fb)の供給を開始する。すなわち、第1のマイクロ波(fa)が供給されている間に、第2のマイクロ波(fb)の供給を開始すればよい。一例として、第2のマイクロ波(fb)を供給している時間間隔Δt2は、第1のマイクロ波(fa)を供給している時間間隔Δt1以上となっており、具体例として、Δt1は1ms程度であり、Δt2は1〜5ms程度である。なお、第1のマイクロ波の供給開始の直後とは、時間t1〜t2の間の時間に相当する。   Here, the timing for generating the first microwave and the second microwave will be described with reference to FIG. The electromagnetic wave generation power supply 60 supplies the first microwave (fa) under the control of the control device 62, and the second microwave (fb) is simultaneously with or immediately after the start of the supply of the first microwave (fa). Start supplying. For example, as shown in FIG. 3, when the first microwave (fa) is supplied between the times t1 and t2, the supply of the second microwave (fb) is started between the times t1 and t2. That is, the supply of the second microwave (fb) may be started while the first microwave (fa) is being supplied. As an example, the time interval Δt2 for supplying the second microwave (fb) is equal to or longer than the time interval Δt1 for supplying the first microwave (fa). As a specific example, Δt1 is 1 ms. Δt2 is about 1 to 5 ms. Note that “immediately after the start of supply of the first microwave” corresponds to a time period between time t1 and time t2.

第1のマイクロ波を供給すると、第1のマイクロ波が第1の同軸路30にて共振し、第1の同軸路30内に定在波が形成され、第1の同軸路30内の電界強度が高くなる。また、燃焼室108内に突出した内側導体34の先端部34aの電界強度が高くなり、その先端部34a付近に比較的小規模なプラズマが形成される。そして、第1のマイクロ波の供給開始と同時又は直後に第2のマイクロ波の供給を開始すると、第2のマイクロ波が燃焼室108内にて共振し、燃焼室108内に定在波が形成される。このとき、第1の同軸路30の一方の端部30aを起点として、中央部に高電界が形成され、周辺部に低電界が形成される。そして、第1のマイクロ波の供給により先端部34a付近に発生した小規模のプラズマが初期電子供給の役割を果たし、その小規模のプラズマがトリガとなって、燃焼室108内の広い範囲にプラズマが形成される。そして、燃焼室108内に発生したプラズマによって、燃焼室108内の混合気を点火することが可能となる。その結果、難燃性の混合気(例えば、超希薄混合気、大量のEGRを含有した混合気、難燃性燃料を使用した混合気等)を、失火や燃焼変動させずに安定して燃焼させることが可能となり、エンジン燃費を向上させることが可能となる。   When the first microwave is supplied, the first microwave resonates in the first coaxial path 30, a standing wave is formed in the first coaxial path 30, and the electric field in the first coaxial path 30 is formed. Strength increases. In addition, the electric field strength at the tip 34a of the inner conductor 34 protruding into the combustion chamber 108 is increased, and a relatively small plasma is formed in the vicinity of the tip 34a. When the supply of the second microwave is started simultaneously with or immediately after the supply of the first microwave, the second microwave resonates in the combustion chamber 108 and a standing wave is generated in the combustion chamber 108. It is formed. At this time, starting from one end 30a of the first coaxial path 30, a high electric field is formed in the central portion and a low electric field is formed in the peripheral portion. The small-scale plasma generated in the vicinity of the tip portion 34 a by the supply of the first microwave plays a role of initial electron supply, and the small-scale plasma serves as a trigger, and the plasma is spread over a wide range in the combustion chamber 108. Is formed. The air-fuel mixture in the combustion chamber 108 can be ignited by the plasma generated in the combustion chamber 108. As a result, a flame-retardant mixture (for example, an ultra-lean mixture, a mixture containing a large amount of EGR, a mixture using a flame-retardant fuel, etc.) is stably burned without misfiring or fluctuating combustion. It becomes possible to improve engine fuel consumption.

従来においては、燃焼室108内に電界を形成した後、DC放電や紫外線照射等のアシストを利用して混合気を点火する必要があった。これに対して、本実施形態によると、第1のマイクロ波の供給により発生した小規模のプラズマがトリガとして機能するため、燃焼室108内で共振する第2のマイクロ波を単独で供給する場合と比べて、より低い電力で、燃焼室108内の広範囲にプラズマを形成して混合気を点火することが可能となる。   Conventionally, after an electric field is formed in the combustion chamber 108, it is necessary to ignite the air-fuel mixture using an assist such as DC discharge or ultraviolet irradiation. On the other hand, according to this embodiment, since the small-scale plasma generated by supplying the first microwave functions as a trigger, the second microwave that resonates in the combustion chamber 108 is supplied alone. Compared to the above, it is possible to ignite the air-fuel mixture by forming plasma in a wide range in the combustion chamber 108 with lower electric power.

次に、第1の同軸路30及び燃焼室108のそれぞれの共振周波数と、給電位置50(長さL2)との関係について説明する。但し、以下に説明するマイクロ波の周波数、燃焼室108の寸法及び第1の同軸路30の寸法は一例であり、本発明はこの例に限定されない。   Next, the relationship between the resonance frequencies of the first coaxial path 30 and the combustion chamber 108 and the power feeding position 50 (length L2) will be described. However, the microwave frequency, the dimension of the combustion chamber 108, and the dimension of the first coaxial path 30 described below are examples, and the present invention is not limited to this example.

一例として、燃焼室108の形状を円筒状とし、円筒状の燃焼室108の直径Dを90mmとし、高さHを10mmとした。また、第1の同軸路30の誘電体36を空気とし、第1の同軸路30のインピーダンスを50Ωとした。第1の同軸路30の全体の長さL1を90mmとし、内側導体34の先端部34aを燃焼室108内に2mm突出させた。そして、給電位置50(長さL2)を20〜80mmの範囲で変化させ、各位置における燃焼室108及び第1の同軸路30のそれぞれの共振周波数と反射率とを、シミュレーションによって計算した。反射率は、燃焼室108及び第1の同軸路30へのマイクロ波の入射エネルギの指標を表し、反射率のレベルが低いほど、燃焼室108及び第1の同軸路30へのマイクロ波の入射エネルギが大きいことを表す。   As an example, the shape of the combustion chamber 108 is cylindrical, the diameter D of the cylindrical combustion chamber 108 is 90 mm, and the height H is 10 mm. The dielectric 36 of the first coaxial path 30 is air, and the impedance of the first coaxial path 30 is 50Ω. The entire length L1 of the first coaxial path 30 was 90 mm, and the tip end portion 34a of the inner conductor 34 was projected 2 mm into the combustion chamber 108. And the electric power feeding position 50 (length L2) was changed in the range of 20-80 mm, and each resonance frequency and reflectance of the combustion chamber 108 and the 1st coaxial path 30 in each position were calculated by simulation. The reflectance represents an index of the incident energy of the microwaves to the combustion chamber 108 and the first coaxial path 30, and the incidence of the microwaves to the combustion chamber 108 and the first coaxial path 30 becomes lower as the reflectance level is lower. Indicates that energy is large.

図4(a)に燃焼室108についての計算結果を示し、図4(b)に第1の同軸路30についての計算結果を示す。図4(a)に示すように、燃焼室108の共振周波数は2.54〜2.56GHzの範囲に含まれ、給電位置50(長さL2)を変えてもほとんど変化しない。ちなみに、燃焼室108の共振周波数は、燃焼室108の形状と大きさに依存し、共振器のQ値は導電率に依存する。一方、反射率は、給電位置50に応じて大きく変化する。反射率が小さいほど、燃焼室108内にエネルギを蓄えることが可能となる。一例として、燃焼室108での反射率は0.2以下となることが好ましく、図4(a)に示す例では、長さL2は40〜60mmの範囲に含まれることが好ましい。   FIG. 4A shows the calculation result for the combustion chamber 108, and FIG. 4B shows the calculation result for the first coaxial path 30. As shown in FIG. 4A, the resonance frequency of the combustion chamber 108 is included in the range of 2.54 to 2.56 GHz, and hardly changes even if the power feeding position 50 (length L2) is changed. Incidentally, the resonance frequency of the combustion chamber 108 depends on the shape and size of the combustion chamber 108, and the Q value of the resonator depends on the conductivity. On the other hand, the reflectance varies greatly depending on the power feeding position 50. The smaller the reflectance, the more energy can be stored in the combustion chamber 108. As an example, the reflectance in the combustion chamber 108 is preferably 0.2 or less, and in the example illustrated in FIG. 4A, the length L2 is preferably included in the range of 40 to 60 mm.

一方、図4(b)に示すように、第1の同軸路30においては、給電位置(長さL2)が20〜30mmの範囲では共振周波数は2.5GHz近傍の値となり、長さL2が50mmの場合には共振周波数は4GHz近傍の値となり、長さL2が60〜80mmの場合には共振周波数は1GHz近傍の値となる。反射率は0.9程度となり、比較的小規模のプラズマを内側導体34の先端部34aに形成する機能を果たす。   On the other hand, as shown in FIG. 4B, in the first coaxial path 30, the resonance frequency becomes a value in the vicinity of 2.5 GHz in the range where the power feeding position (length L2) is 20 to 30 mm, and the length L2 is In the case of 50 mm, the resonance frequency is a value in the vicinity of 4 GHz, and in the case where the length L2 is 60 to 80 mm, the resonance frequency is a value in the vicinity of 1 GHz. The reflectivity is about 0.9, and functions to form a relatively small-scale plasma at the tip end 34a of the inner conductor 34.

ここで、図5を参照して、第1の同軸路30及び燃焼室108のそれぞれで共振を誘起することが可能なマイクロ波の波長(周波数)について説明する。図5は、第1の同軸路30及び燃焼室108を模式的に示すとともに、第1のマイクロ波及び第2のマイクロ波の波形を模式的に示す図である。第1の同軸路30にて共振を誘起することが可能な第1のマイクロ波(周波数fa、波長λa)、及び、燃焼室108にて共振を誘起することが可能な第2のマイクロ波(周波数fb、波長λb)は、以下の条件を満たす。
(1)第1の同軸路30の長さL1は、(λb/2)の奇数倍である。
(2)給電位置50(長さL2)は、(λa/4)の奇数倍であり、(λb/2)の整数倍である。
上記の条件を満たすことで、第1のマイクロ波は、給電位置50が「波の節」となる場合に、燃焼室108の端面(一方の端部30a)にて「波の腹」となる波長を有することになる。また、第2のマイクロ波は、給電位置50が「波の節」となる場合に、燃焼室108の端面(一方の端部30a)にて「波の節」となる波長を有することになる。
Here, with reference to FIG. 5, the wavelength (frequency) of the microwave that can induce resonance in each of the first coaxial path 30 and the combustion chamber 108 will be described. FIG. 5 is a diagram schematically showing the first coaxial path 30 and the combustion chamber 108 and also schematically showing the waveforms of the first microwave and the second microwave. A first microwave (frequency fa, wavelength λa) that can induce resonance in the first coaxial path 30 and a second microwave (that can induce resonance in the combustion chamber 108 ( The frequency fb and the wavelength λb) satisfy the following conditions.
(1) The length L1 of the first coaxial path 30 is an odd multiple of (λb / 2).
(2) The feeding position 50 (length L2) is an odd multiple of (λa / 4) and an integral multiple of (λb / 2).
By satisfying the above conditions, the first microwave becomes “antinode of the wave” at the end face (one end 30a) of the combustion chamber 108 when the power feeding position 50 becomes a “wave node”. Will have a wavelength. In addition, the second microwave has a wavelength that becomes a “wave node” at the end face (one end portion 30a) of the combustion chamber 108 when the power supply position 50 becomes a “wave node”. .

例えば図5(a)に示す例では、燃焼室108の端面(一方の端部30a)と接地端面(他方の端部30b)との間の長さL1は、(λb/2)と等しくなっている。また、給電位置50(長さL2)も、(λa/4)及び(λb/2)と等しくなっている。   For example, in the example shown in FIG. 5A, the length L1 between the end face (one end 30a) of the combustion chamber 108 and the ground end face (the other end 30b) is equal to (λb / 2). ing. The power feeding position 50 (length L2) is also equal to (λa / 4) and (λb / 2).

また、図5(b)に示す例では、長さL1は(λb/2)と等しくなっており、長さL2は(3λa/4)及び(λb/2)と等しくなっている。   In the example shown in FIG. 5B, the length L1 is equal to (λb / 2), and the length L2 is equal to (3λa / 4) and (λb / 2).

また、図5(c)に示す例では、長さL1は(λb+λb/2)と等しくなっており、長さL2は(λa/4)及び(λb/2)と等しくなっている。または、長さL2は(3λa/4)及び(λb+λb/2)と等しくなっている。   In the example shown in FIG. 5C, the length L1 is equal to (λb + λb / 2), and the length L2 is equal to (λa / 4) and (λb / 2). Alternatively, the length L2 is equal to (3λa / 4) and (λb + λb / 2).

また、図5(d)に示す例では、長さL1は(λb+λb/2)と等しくなっており、長さL2は(λa+λa/4)及び(λb+λb/2)と等しくなっている。または、長さL2は(3λa/4)及び(λb/2)と等しくなっている。   In the example shown in FIG. 5D, the length L1 is equal to (λb + λb / 2), and the length L2 is equal to (λa + λa / 4) and (λb + λb / 2). Alternatively, the length L2 is equal to (3λa / 4) and (λb / 2).

以上の条件を満たす第1のマイクロ波を供給すると、第1のマイクロ波が第1の同軸路30にて共振し、第1の同軸路30内に定在波が形成され、第1の同軸路30内の電界強度が高くなる。また、上記の条件を満たす第2のマイクロ波を供給すると、第1の同軸路30の一方の端部30aを中心に燃焼室108内に電界が広がり、第2のマイクロ波が燃焼室108内にて共振して定在波が形成され、燃焼室108内の広い範囲に高電界が形成されることになる。   When the first microwave that satisfies the above conditions is supplied, the first microwave resonates in the first coaxial path 30, and a standing wave is formed in the first coaxial path 30. The electric field strength in the path 30 is increased. When the second microwave that satisfies the above condition is supplied, the electric field spreads in the combustion chamber 108 around the one end 30a of the first coaxial path 30, and the second microwave is generated in the combustion chamber 108. And a standing wave is formed, and a high electric field is formed in a wide range in the combustion chamber 108.

(実施例1)
次に、マイクロ波放射器20の具体例を説明する。まず、図4に示す計算結果を踏まえ、好ましい実施例1について説明する。図6に、実施例1にて用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す。実施例1では、給電位置50(長さL2)を50mmに設定した。この位置に給電位置50を設定すると、図6(a),(b)に示すように、第1の同軸路30の共振周波数は3.986GHzとなり、反射率は0.67となり、半波長(λa/2)は37mmとなる。また、燃焼室108の共振周波数は2.544GHzとなり、反射率は0.2となり、半波長(λb/2)は57mmとなる。
Example 1
Next, a specific example of the microwave radiator 20 will be described. First, a preferred embodiment 1 will be described based on the calculation results shown in FIG. FIG. 6 shows the frequency and half wavelength of the microwave used in Example 1. In Example 1, the power feeding position 50 (length L2) was set to 50 mm. When the feeding position 50 is set at this position, as shown in FIGS. 6A and 6B, the resonance frequency of the first coaxial path 30 is 3.986 GHz, the reflectance is 0.67, and the half wavelength ( λa / 2) is 37 mm. The resonance frequency of the combustion chamber 108 is 2.544 GHz, the reflectance is 0.2, and the half wavelength (λb / 2) is 57 mm.

図7に、周波数が3.986GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を模式的に示す。なお、本願においては、電界分布の強度をハッチングにて表しているが、この表示態様は、説明の便宜上、模式的なものであり、実際の電界は、より滑らかに分布している。周波数が3.986GHzのマイクロ波を第1の同軸路30に供給すると、他方の端部30b(接地終端)と給電位置50とを波(電界)の節とする定在波が形成される。その結果、第1の同軸路30内の電界強度が高くなり、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界域が形成される。このとき、長さL2、長さL3及び波長λaの関係は、次のようになる。一方の端部30aと給電位置50との間の長さL2(=50mm)は{(λa/4)+(λa/2)}と等しくなり、給電位置50と他方の端部30b(接地終端)との間の長さL3(=40mm)は(λa/2)と等しくなる。   FIG. 7 schematically shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 3.986 GHz is supplied. In the present application, the intensity of the electric field distribution is indicated by hatching, but this display mode is schematic for convenience of explanation, and the actual electric field is distributed more smoothly. When a microwave having a frequency of 3.986 GHz is supplied to the first coaxial path 30, a standing wave is formed with the other end 30 b (ground termination) and the feeding position 50 as a node of a wave (electric field). As a result, the electric field strength in the first coaxial path 30 is increased, and a high electric field region is formed around the distal end portion 34 a of the inner conductor 34. At this time, the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength λa is as follows. The length L2 (= 50 mm) between one end 30a and the feeding position 50 is equal to {(λa / 4) + (λa / 2)}, and the feeding position 50 and the other end 30b (ground termination) ) Is equal to (λa / 2).

図8に、周波数が2.544GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が2.544GHzのマイクロ波を第1の同軸路30を介して燃焼室108に供給すると、燃焼室108の共振周波数では第1の同軸路30内に定在波は形成されない。その結果、マイクロ波のエネルギのほとんどが燃焼室108内に供給され、広い範囲に高電界を形成することが可能となる。具体的には、燃焼室108内の電界は、燃焼室108の径方向の中央部(第1の同軸路30の一方の端部30a)にて最も高くなり、周囲部(径方向の外側)へ向かうほど低くなる。このように、燃焼室108内の電界分布は、第1の同軸路30の一方の端部30aを中心として軸対称に形成される。このとき、長さL2、長さL3及び波長λbの関係は、次のようになる。長さL2(=50mm)は(λb/2.4)と等しくなり、長さL3(=40mm)は(λb/3)と等しくなる。   FIG. 8 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 2.544 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 2.544 GHz is supplied to the combustion chamber 108 via the first coaxial path 30, no standing wave is formed in the first coaxial path 30 at the resonance frequency of the combustion chamber 108. As a result, most of the microwave energy is supplied into the combustion chamber 108, and a high electric field can be formed over a wide range. Specifically, the electric field in the combustion chamber 108 is highest at the radial center of the combustion chamber 108 (one end 30a of the first coaxial path 30), and the surrounding portion (outside in the radial direction). The lower it gets, the lower it goes. Thus, the electric field distribution in the combustion chamber 108 is formed axially symmetrically about the one end 30 a of the first coaxial path 30. At this time, the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength λb is as follows. The length L2 (= 50 mm) is equal to (λb / 2.4), and the length L3 (= 40 mm) is equal to (λb / 3).

そして、周波数が3.986GHzの第1のマイクロ波を供給することで、図7に示すように、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界が形成されて比較的小規模なプラズマが形成され、周波数が2.544GHzの第2のマイクロ波を供給することで、図8に示すように、燃焼室108内の広い範囲に高電界が形成される。第1のマイクロ波に起因して発生した小規模なプラズマがトリガ(初期電子供給)の役割を果たし、燃焼室108内の広い範囲でプラズマが形成され、燃焼室108内の混合気を着火させることが可能となる。これにより、DC放電等のアシストを用いずに、混合気を着火させることが可能となる。   Then, by supplying the first microwave having a frequency of 3.986 GHz, as shown in FIG. 7, a high electric field is formed around the front end portion 34a of the inner conductor 34, and a relatively small plasma is formed. Then, by supplying the second microwave having a frequency of 2.544 GHz, a high electric field is formed in a wide range in the combustion chamber 108 as shown in FIG. A small-scale plasma generated due to the first microwave serves as a trigger (initial electron supply), and a plasma is formed in a wide range in the combustion chamber 108 to ignite the air-fuel mixture in the combustion chamber 108. It becomes possible. As a result, the air-fuel mixture can be ignited without using assistance such as DC discharge.

なお、長さL2、長さL3及び波長の関係が、図5に示す理想的な関係を満たさなくても、理想的な関係からのずれが小さければ、実施例1のように、第1の同軸路30及び燃焼室108内で共振を発生させ、燃焼室108内の広い範囲にプラズマを形成することができる。   Even if the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength does not satisfy the ideal relationship shown in FIG. 5, if the deviation from the ideal relationship is small, as in the first embodiment, the first Resonance is generated in the coaxial path 30 and the combustion chamber 108, and plasma can be formed in a wide range in the combustion chamber 108.

(比較例1)
次に、実施例1に対する比較例1について説明する。図9に、比較例1にて用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す。比較例1では、給電位置50(長さL2)を30mmに設定した。この位置に給電位置50を設定すると、図9(a),(b)に示すように、第1の同軸路30の共振周波数は2.375GHzとなり、反射率は0.52となり、半波長(λa/2)は62mmとなる。また、燃焼室108の共振周波数は2.564GHzとなり、反射率は0.84となり、半波長(λb/2)は57mmとなる。
(Comparative Example 1)
Next, Comparative Example 1 with respect to Example 1 will be described. FIG. 9 shows the frequency and half wavelength of the microwave used in Comparative Example 1. In Comparative Example 1, the power feeding position 50 (length L2) was set to 30 mm. When the feeding position 50 is set at this position, as shown in FIGS. 9A and 9B, the resonance frequency of the first coaxial path 30 is 2.375 GHz, the reflectance is 0.52, and the half wavelength ( λa / 2) is 62 mm. The resonance frequency of the combustion chamber 108 is 2.564 GHz, the reflectance is 0.84, and the half wavelength (λb / 2) is 57 mm.

図10に、周波数が2.375GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が2.375GHzのマイクロ波を第1の同軸路30に供給すると、他方の端部30b(接地終端)と給電位置50とを波(電界)の節とし、一方の端部30a(燃焼室108側の端部)を波の腹とする定在波が形成される。その結果、第1の同軸路30内の電界強度が高くなり、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界が形成される。このとき、長さL2、長さL3及び波長λaの関係は、次のようになる。長さL2(=30mm)は(λa/4)と等しくなり、長さL3(=60mm)は(λa/2)と等しくなる。   FIG. 10 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 2.375 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 2.375 GHz is supplied to the first coaxial path 30, the other end 30 b (ground termination) and the feeding position 50 serve as a wave (electric field) node, and one end 30 a (combustion chamber). A standing wave having an antinode at the end on the 108 side is formed. As a result, the electric field strength in the first coaxial path 30 is increased, and a high electric field is formed around the distal end portion 34 a of the inner conductor 34. At this time, the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength λa is as follows. The length L2 (= 30 mm) is equal to (λa / 4), and the length L3 (= 60 mm) is equal to (λa / 2).

図11に、周波数が2.564GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が2.564GHzのマイクロ波を第1の同軸路30を介して燃焼室108に供給すると、他方の端部30b(接地終端)と給電位置50とを波(電界)の節とし、一方の端部30a(燃焼室108側の端部)を波の腹とする定在波が形成される。その結果、第1の同軸路30内にてマイクロ波のエネルギが消費され、燃焼室108に供給されるマイクロ波のエネルギが低減するため、燃焼室108内にて広い範囲に高電界を形成することができなくなる。このとき、長さL2、長さL3及び波長λbの関係は、次のようになる。L2(=30mm)は(λb/4)と等しくなり、L3(=60mm)は(λb/2)と等しくなる。   FIG. 11 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 2.564 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 2.564 GHz is supplied to the combustion chamber 108 via the first coaxial path 30, the other end 30 b (ground termination) and the feeding position 50 are used as a wave (electric field) node. A standing wave is formed with the end 30a (end on the combustion chamber 108 side) as the antinode of the wave. As a result, microwave energy is consumed in the first coaxial path 30, and microwave energy supplied to the combustion chamber 108 is reduced, so that a high electric field is formed in a wide range in the combustion chamber 108. I can't do that. At this time, the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength λb is as follows. L2 (= 30 mm) is equal to (λb / 4), and L3 (= 60 mm) is equal to (λb / 2).

比較例1では、燃焼室108内にて広い範囲に高電界を形成することができないため、燃焼室108内の広い範囲にプラズマを形成して混合気を着火させることができない。   In Comparative Example 1, since a high electric field cannot be formed in a wide range in the combustion chamber 108, plasma cannot be formed in a wide range in the combustion chamber 108 to ignite the air-fuel mixture.

[第2の実施の形態]
図12に、第2実施形態に係る点火装置10A及びマイクロ波放射器20Aの構成を示す。点火装置10Aは、第1実施形態に係るマイクロ波放射器20の代わりにマイクロ波放射器20Aを含む。マイクロ波放射器20Aは、第1実施形態と同様に、第1の同軸路30と第2の同軸路40とを含む。第2実施形態では、第1の同軸路30の他方の端部30bは、外側導体32と内側導体34とが接続されていない開放終端となっている。なお、内側導体34の先端部34aとは反対側の端部を、第1の同軸路30の他方の端部30b(開放終端)とする。
[Second Embodiment]
FIG. 12 shows the configuration of the ignition device 10A and the microwave radiator 20A according to the second embodiment. The ignition device 10A includes a microwave radiator 20A instead of the microwave radiator 20 according to the first embodiment. The microwave radiator 20A includes a first coaxial path 30 and a second coaxial path 40, as in the first embodiment. In the second embodiment, the other end 30b of the first coaxial path 30 is an open end where the outer conductor 32 and the inner conductor 34 are not connected. Note that the end of the inner conductor 34 opposite to the tip 34 a is the other end 30 b (open end) of the first coaxial path 30.

第1実施形態と同様に、電磁波発生電源60は、制御装置62の制御の下、第1のマイクロ波を供給し、第1のマイクロ波の供給開始と同時又は直後に、第2のマイクロ波の供給を開始する。その結果、第1のマイクロ波の供給に起因して先端部34a付近に発生した小規模なプラズマが初期電子供給の役割を果たすことで、燃焼室108内の広い範囲にプラズマが形成され、燃焼室108内の混合気を点火することが可能となる。   Similar to the first embodiment, the electromagnetic wave generating power supply 60 supplies the first microwave under the control of the control device 62, and at the same time or immediately after the start of the supply of the first microwave, the second microwave is supplied. Start supplying. As a result, the small-scale plasma generated in the vicinity of the tip portion 34a due to the supply of the first microwave plays a role of supplying initial electrons, so that plasma is formed in a wide range in the combustion chamber 108, and combustion The air-fuel mixture in the chamber 108 can be ignited.

次に、第1の同軸路30及び燃焼室108のそれぞれの共振周波数と、給電位置50(長さL2)との関係について説明する。但し、以下に説明するマイクロ波の周波数、燃焼室108の寸法及び第1の同軸路30の寸法は一例であり、本発明はこの例に限定されない。   Next, the relationship between the resonance frequencies of the first coaxial path 30 and the combustion chamber 108 and the power feeding position 50 (length L2) will be described. However, the microwave frequency, the dimension of the combustion chamber 108, and the dimension of the first coaxial path 30 described below are examples, and the present invention is not limited to this example.

第1実施形態と同様に、一例として、燃焼室108の形状を円筒状とし、円筒状の燃焼室108の直径Dを90mmとし、高さHを10mmとした。また、第1の同軸路30の誘電体36を空気とし、第1の同軸路30のインピーダンスを50Ωとした。第1の同軸路30の全体の長さL1を90mmとし、内側導体34の先端部34aを燃焼室108内に2mm突出させた。そして、給電位置50(長さL2)を10〜90mmの範囲で変化させ、各位置における燃焼室108及び第1の同軸路30のそれぞれの共振周波数と反射率とを、シミュレーションによって計算した。   Similar to the first embodiment, as an example, the shape of the combustion chamber 108 is cylindrical, the diameter D of the cylindrical combustion chamber 108 is 90 mm, and the height H is 10 mm. The dielectric 36 of the first coaxial path 30 is air, and the impedance of the first coaxial path 30 is 50Ω. The entire length L1 of the first coaxial path 30 was 90 mm, and the tip end portion 34a of the inner conductor 34 was projected 2 mm into the combustion chamber 108. And the electric power feeding position 50 (length L2) was changed in the range of 10-90 mm, and the resonant frequency and reflectance of each of the combustion chamber 108 and the 1st coaxial path 30 in each position were calculated by simulation.

図13(a)に燃焼室108についての計算結果を示し、図13(b)に第1の同軸路30についての計算結果を示す。図13(a)に示すように、燃焼室108の共振周波数は2.54GHz近傍の値となり、給電位置50(長さL2)を変えてもほとんど変化しない。一方、反射率は、給電位置50に応じて大きく変化する。燃焼室108での反射率は0.2以下となることが好ましいので、長さL2は20〜40mm、80〜90mmの範囲に含まれることが好ましい。   FIG. 13A shows the calculation result for the combustion chamber 108, and FIG. 13B shows the calculation result for the first coaxial path 30. As shown in FIG. 13A, the resonance frequency of the combustion chamber 108 is a value in the vicinity of 2.54 GHz, and hardly changes even if the power feeding position 50 (length L2) is changed. On the other hand, the reflectance varies greatly depending on the power feeding position 50. Since the reflectance in the combustion chamber 108 is preferably 0.2 or less, the length L2 is preferably included in the range of 20 to 40 mm and 80 to 90 mm.

一方、図13(b)に示すように、第1の同軸路30においては、給電位置(長さL2)に応じて、3GHz近傍(共振周波数A)と1.5GHz近傍(共振周波数B)の周波数で共振が発生する。反射率は0.9程度となり、比較的小規模のプラズマを内側導体34の先端部34aに形成する機能を果たす。   On the other hand, as shown in FIG. 13B, in the first coaxial path 30, the vicinity of 3 GHz (resonance frequency A) and the vicinity of 1.5 GHz (resonance frequency B) according to the feeding position (length L 2). Resonance occurs at frequency. The reflectivity is about 0.9, and functions to form a relatively small-scale plasma at the tip end 34a of the inner conductor 34.

ここで、図14〜図16を参照して、第1の同軸路30及び燃焼室108のそれぞれで共振を誘起することが可能なマイクロ波の波長(周波数)について説明する。図14〜図16は、第1の同軸路30及び燃焼室108を模式的に示すとともに、第1のマイクロ波及び第2のマイクロ波の波形を模式的に示す図である。第1の同軸路30にて共振を誘起することが可能な第1のマイクロ波(周波数fa、波長λa)、及び、燃焼室108にて共振を誘起することが可能な第2のマイクロ波(周波数fb、波長λb)は、以下の条件を満たす。
(3)第1の同軸路30の長さL1は、(λb/4)の奇数倍である。
(4)給電位置50(長さL2)は、(λa/4)の奇数倍であり、(λb/2)の整数倍である。
上記の条件を満たすことで、第1のマイクロ波は、給電位置50が「波の節」となる場合に、燃焼室108の端面(一方の端部30a)にて「波の腹」となる波長を有することになる。また、第2のマイクロ波は、給電位置50が「波の節」となる場合に、燃焼室108の端面(一方の端部30a)にて「波の節」となる波長を有することになる。
Here, with reference to FIGS. 14 to 16, the wavelength (frequency) of the microwave that can induce resonance in each of the first coaxial path 30 and the combustion chamber 108 will be described. 14 to 16 are diagrams schematically showing the first coaxial path 30 and the combustion chamber 108, and also schematically showing waveforms of the first microwave and the second microwave. A first microwave (frequency fa, wavelength λa) that can induce resonance in the first coaxial path 30 and a second microwave (that can induce resonance in the combustion chamber 108 ( The frequency fb and the wavelength λb) satisfy the following conditions.
(3) The length L1 of the first coaxial path 30 is an odd multiple of (λb / 4).
(4) The feeding position 50 (length L2) is an odd multiple of (λa / 4) and an integral multiple of (λb / 2).
By satisfying the above conditions, the first microwave becomes “antinode of the wave” at the end face (one end 30a) of the combustion chamber 108 when the power feeding position 50 becomes a “wave node”. Will have a wavelength. In addition, the second microwave has a wavelength that becomes a “wave node” at the end face (one end portion 30a) of the combustion chamber 108 when the power supply position 50 becomes a “wave node”. .

例えば図14に示す例では、図14(a)に示すように、長さL1は(3λb/4)と等しくなっており、給電位置50(長さL2)は(λb/2)と等しくなっている。波長の関係が「λb<λa」となる一例では、図14(b)に示すように、給電位置50(長さL2)は(λa/4)と等しくなっている。一方、波長の関係が「λb>λa」となる一例では、図14(c)に示すように、長さL2は(3λa/4)と等しくなっている。   For example, in the example shown in FIG. 14, as shown in FIG. 14A, the length L1 is equal to (3λb / 4), and the feeding position 50 (length L2) is equal to (λb / 2). ing. In an example in which the wavelength relationship is “λb <λa”, the feeding position 50 (length L2) is equal to (λa / 4) as shown in FIG. On the other hand, in an example in which the wavelength relationship is “λb> λa”, the length L2 is equal to (3λa / 4) as shown in FIG.

また、図15に示す例では、図15(a)に示すように、長さL1は(λb+λb/4)と等しくなっており、長さL2は(λb/2)と等しくなっている。波長の関係が「λb<λa」となる一例では、図15(b)に示すように、長さL2は(λa/4)と等しくなっている。一方、波長の関係が「λb>λa」となる一例では、図15(c)に示すように、長さL2は(3λa/4)と等しくなっている。   In the example shown in FIG. 15, as shown in FIG. 15A, the length L1 is equal to (λb + λb / 4), and the length L2 is equal to (λb / 2). In an example in which the wavelength relationship is “λb <λa”, the length L2 is equal to (λa / 4) as shown in FIG. On the other hand, in an example in which the wavelength relationship is “λb> λa”, the length L2 is equal to (3λa / 4) as shown in FIG.

また、図16に示す例では、図16(a)に示すように、長さL1は(λb+3λb/4)と等しくなっており、長さL2は(λb+λb/2)と等しくなっている。波長の関係が「λb<λa」となる一例では、図16(b)に示すように、長さL2は(3λa/4)と等しくなっている。一方、波長の関係が「λb>λa」となる一例では、図16(c)に示すように、長さL2は(2λa+λa/4)と等しくなっている。   In the example shown in FIG. 16, as shown in FIG. 16A, the length L1 is equal to (λb + 3λb / 4), and the length L2 is equal to (λb + λb / 2). In an example in which the wavelength relationship is “λb <λa”, the length L2 is equal to (3λa / 4) as shown in FIG. On the other hand, in an example in which the wavelength relationship is “λb> λa”, the length L2 is equal to (2λa + λa / 4) as shown in FIG.

以上の条件を満たす第1のマイクロ波を供給すると、第1のマイクロ波が第1の同軸路30にて共振し、第1の同軸路30内に定在波が形成され、第1の同軸路30内の電界強度が高くなる。また、上記の条件を満たす第2のマイクロ波を供給すると、第1の同軸路30の一方の端部30aを中心に燃焼室108内に電界が広がり、第2のマイクロ波が燃焼室108内にて共振して定在波が形成され、燃焼室108内の広い範囲に高電界が形成されることになる。   When the first microwave that satisfies the above conditions is supplied, the first microwave resonates in the first coaxial path 30, and a standing wave is formed in the first coaxial path 30. The electric field strength in the path 30 is increased. When the second microwave that satisfies the above condition is supplied, the electric field spreads in the combustion chamber 108 around the one end 30a of the first coaxial path 30, and the second microwave is generated in the combustion chamber 108. And a standing wave is formed, and a high electric field is formed in a wide range in the combustion chamber 108.

(実施例2)
次に、マイクロ波放射器20Aの具体例について説明する。まず、図13に示す計算結果を踏まえ、好ましい実施例2について説明する。図17に、実施例2にて用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す。実施例2では、給電位置50(長さL2)を20mmに設定した。この位置に給電位置50を設定すると、図17(a),(b)に示すように、第1の同軸路30の共振周波数は3.112GHzとなり、反射率は0.69となり、半波長(λa/2)は47mmとなる。また、燃焼室108の共振周波数は2.536GHzとなり、反射率は0.04となり、半波長(λb/2)は58mmとなる。
(Example 2)
Next, a specific example of the microwave radiator 20A will be described. First, a preferred embodiment 2 will be described based on the calculation results shown in FIG. FIG. 17 shows the frequency and half wavelength of the microwave used in Example 2. In Example 2, the power feeding position 50 (length L2) was set to 20 mm. When the feeding position 50 is set at this position, as shown in FIGS. 17A and 17B, the resonance frequency of the first coaxial path 30 is 3.112 GHz, the reflectance is 0.69, and the half wavelength ( λa / 2) is 47 mm. The resonance frequency of the combustion chamber 108 is 2.536 GHz, the reflectance is 0.04, and the half wavelength (λb / 2) is 58 mm.

図18に、周波数が3.112GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が3.112GHzのマイクロ波を第1の同軸路30に供給すると、他方の端部30b(開放終端)を波(電界)の腹とし、そこからL31(=23mm=λa/4)離れた位置を波の節とし、さらにL32(=47mm=λa/2)離れた給電位置50を波の節とし、一方の端部30a(燃焼室108側の端部)を波の腹とする定在波が形成される。その結果、第1の同軸路30内の電界強度が高くなり、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界域が形成される。なお、長さL2(=20mm)は(λa/4)と等しくなる。   FIG. 18 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 3.112 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 3.112 GHz is supplied to the first coaxial path 30, the other end 30b (open end) is taken as an antinode of the wave (electric field), and L31 (= 23 mm = λa / 4) away from the antinode. The position is a wave node, the power supply position 50 further away from L32 (= 47 mm = λa / 2) is the wave node, and one end 30a (the end on the combustion chamber 108 side) is the antinode of the wave A wave is formed. As a result, the electric field strength in the first coaxial path 30 is increased, and a high electric field region is formed around the distal end portion 34 a of the inner conductor 34. The length L2 (= 20 mm) is equal to (λa / 4).

図19に、周波数が2.536GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が2.536GHzのマイクロ波を第1の同軸路30を介して燃焼室108に供給すると、燃焼室108の共振周波数では第1の同軸路30内に定在波は形成されない。その結果、マイクロ波のエネルギのほとんどが燃焼室108内に供給され、広い範囲に高電界を形成することが可能となる。具体的には、燃焼室108内の電界は、燃焼室108の径方向の中央部にて最も高くなり、周囲部へ向かうほど低くなる。このとき、長さL2、長さL3及び波長λbの関係は、次のようになる。長さL2(=20mm)は(λb/5.8)と等しくなり、長さL3(=70mm)は(λb/1.7)と等しくなる。   FIG. 19 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 2.536 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 2.536 GHz is supplied to the combustion chamber 108 via the first coaxial path 30, no standing wave is formed in the first coaxial path 30 at the resonance frequency of the combustion chamber 108. As a result, most of the microwave energy is supplied into the combustion chamber 108, and a high electric field can be formed over a wide range. Specifically, the electric field in the combustion chamber 108 is highest at the central portion in the radial direction of the combustion chamber 108 and becomes lower toward the peripheral portion. At this time, the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength λb is as follows. The length L2 (= 20 mm) is equal to (λb / 5.8), and the length L3 (= 70 mm) is equal to (λb / 1.7).

そして、周波数が3.112GHzの第1のマイクロ波を供給することで、図18に示すように、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界が形成されて比較的小規模なプラズマが形成され、周波数が2.536GHzの第2のマイクロ波を供給することで、図19に示すように、燃焼室108内の広い範囲に高電界が形成される。第1のマイクロ波に起因して発生した小規模なプラズマがトリガの役割を果たし、燃焼室108内の広い範囲でプラズマが形成され、燃焼室108内の混合気を着火させることが可能となる。   Then, by supplying the first microwave having a frequency of 3.112 GHz, a high electric field is formed around the tip end portion 34a of the inner conductor 34 to form a relatively small plasma as shown in FIG. Then, by supplying the second microwave having a frequency of 2.536 GHz, a high electric field is formed in a wide range in the combustion chamber 108 as shown in FIG. A small-scale plasma generated due to the first microwave plays a role of a trigger, and a plasma is formed in a wide range in the combustion chamber 108, so that the air-fuel mixture in the combustion chamber 108 can be ignited. .

なお、長さL2、長さL3及び波長の関係が、図14〜16に示す理想的な関係を満たさなくても、理想的な関係からのずれが小さければ、実施例2のように、第1の同軸路30及び燃焼室108内で共振を発生させ、燃焼室108内の広い範囲にプラズマを形成することができる。   If the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength does not satisfy the ideal relationship shown in FIGS. Resonance can be generated in one coaxial path 30 and the combustion chamber 108, and plasma can be formed in a wide range in the combustion chamber 108.

(比較例2)
次に、実施例2に対する比較例2について説明する。図20に、比較例2にて用いたマイクロ波の周波数及び半波長を示す。比較例2では、給電位置50(長さL2)を60mmに設定した。この位置に給電位置50を設定すると、図20(a),(b)に示すように、第1の同軸路30の第1の共振周波数aは1.563GHzとなり、反射率は0.97となり、半波長(λa/2)は94mmとなる。また、第1の同軸路30の第2の共振周波数aは3.165GHzとなり、反射率は0.94となり、半波長(λa/2)は46mmとなる。また、燃焼室108の共振周波数は2.537GHzとなり、反射率は0.93となり、半波長(λb/2)は58mmとなる。
(Comparative Example 2)
Next, Comparative Example 2 with respect to Example 2 will be described. FIG. 20 shows the frequency and half wavelength of the microwave used in Comparative Example 2. In Comparative Example 2, the power feeding position 50 (length L2) was set to 60 mm. When the feeding position 50 is set at this position, as shown in FIGS. 20A and 20B, the first resonance frequency a 1 of the first coaxial path 30 is 1.563 GHz, and the reflectance is 0.97. next, half-wavelength (λa 1/2) becomes 94 mm. The second resonance frequency a 2 is 3.165GHz next to the first coaxial line 30, the reflectivity is 0.94, the half-wavelength ([lambda] a 2/2) becomes 46 mm. The resonance frequency of the combustion chamber 108 is 2.537 GHz, the reflectance is 0.93, and the half wavelength (λb / 2) is 58 mm.

図21に、周波数が1.563GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が1.563GHzのマイクロ波を第1の同軸路30に供給すると、一方の端部30a(燃焼室108側の端部)と他方の端部30b(開放終端)とを波(電界)の腹とする定在波が形成される。その結果、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界が形成される。   FIG. 21 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 1.563 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 1.563 GHz is supplied to the first coaxial path 30, one end 30a (end on the combustion chamber 108 side) and the other end 30b (open end) are connected to the wave (electric field). A standing wave is formed. As a result, a high electric field is formed around the distal end portion 34 a of the inner conductor 34.

図22に、周波数が3.165GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が3.165GHzのマイクロ波を第1の同軸路30に供給すると、他方の端部30b(開放端部)を波(電界)の腹とし、給電位置50の近傍を波の節とし、一方の端部30a(燃焼室108側の端部)を波の腹とする定在波が形成される。その結果、内側導体34の先端部34aの周囲に高電界が形成される。   FIG. 22 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 3.165 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 3.165 GHz is supplied to the first coaxial path 30, the other end 30b (open end) is an antinode of a wave (electric field), the vicinity of the feeding position 50 is a wave node, A standing wave is formed with the end 30a (the end on the side of the combustion chamber 108) of which is an antinode of the wave. As a result, a high electric field is formed around the distal end portion 34 a of the inner conductor 34.

図23に、周波数が2.537GHzのマイクロ波を供給したときの電界分布を示す。周波数が2.537GHzのマイクロ波を第1の同軸路30を介して燃焼室108に供給すると、他方の端部30b(開放端部)を波(電界)の腹とし、給電位置50を波の節とし、一方の端部30a(燃焼室108側の端部)を波の節とする定在波が形成される。その結果、第1の同軸路30内にてマイクロ波のエネルギが消費され、燃焼室108に供給されるマイクロ波のエネルギが低減するため、燃焼室108内にて広い範囲に高電界を形成することができなくなる。このとき、長さL2、長さL3及び波長λbの関係は、次のようになる。長さL2(=60mm)は(λb/2)と等しくなり、長さL3(=30mm)は(λb/4)と等しくなる。   FIG. 23 shows an electric field distribution when a microwave having a frequency of 2.537 GHz is supplied. When a microwave having a frequency of 2.537 GHz is supplied to the combustion chamber 108 via the first coaxial path 30, the other end 30b (open end) is an antinode of the wave (electric field), and the power feeding position 50 is the wave. A standing wave is formed with a node, and one end 30a (an end on the combustion chamber 108 side) as a wave node. As a result, microwave energy is consumed in the first coaxial path 30, and microwave energy supplied to the combustion chamber 108 is reduced, so that a high electric field is formed in a wide range in the combustion chamber 108. I can't do that. At this time, the relationship between the length L2, the length L3, and the wavelength λb is as follows. The length L2 (= 60 mm) is equal to (λb / 2), and the length L3 (= 30 mm) is equal to (λb / 4).

比較例2では、燃焼室108内にて広い範囲に高電界を形成することができないため、燃焼室108内の広い範囲にプラズマして混合気を着火させることができない。なお、比較例2においては、第1の同軸路30の長さL1が(λb/4)の奇数倍であり、給電位置50(長さL2)が(λb/2)の整数倍となっているが、図23に示すように、燃焼室108内の広い範囲に高電界が形成されない。これは、第1の同軸路30の一方の端部30a(燃焼室108の端面)にて「波の節」となるように給電位置50が設定されているものの、第1の同軸路30と第2の同軸路40(給電ポート)との交点(給電位置50)と、第1の同軸路30の他方の端部30b(開放終端)との間で強い共振が発生し、その結果、燃焼室108へのマイクロ波の供給が阻害され、燃焼室108内に強い共振が生じなくなっているからである。   In Comparative Example 2, since a high electric field cannot be formed in a wide range in the combustion chamber 108, plasma cannot be ignited by plasma in a wide range in the combustion chamber 108. In Comparative Example 2, the length L1 of the first coaxial path 30 is an odd multiple of (λb / 4), and the feeding position 50 (length L2) is an integral multiple of (λb / 2). However, as shown in FIG. 23, a high electric field is not formed in a wide range in the combustion chamber 108. This is because the feeding position 50 is set so as to be a “wave node” at one end 30 a of the first coaxial path 30 (end surface of the combustion chamber 108). Strong resonance occurs between the intersection (feeding position 50) with the second coaxial path 40 (feeding port) and the other end 30b (open end) of the first coaxial path 30, resulting in combustion. This is because the supply of microwaves to the chamber 108 is hindered and no strong resonance occurs in the combustion chamber 108.

10,10A 点火装置、20,20A マイクロ波放射器、30 第1の同軸路、32,42 外側導体、34,44 内側導体、36 誘電体、40 第2の同軸路、50 給電位置、60 電磁波発生電源、62 制御装置、64 電磁波伝送路、100 内燃機関、102 シリンダヘッド、104 シリンダ、106 ピストン、108 燃焼室、110 吸気口、112 吸気弁、114 排気口、116 排気弁、118 燃料噴射弁。   10, 10A ignition device, 20, 20A microwave radiator, 30 first coaxial path, 32, 42 outer conductor, 34, 44 inner conductor, 36 dielectric, 40 second coaxial path, 50 feeding position, 60 electromagnetic wave Generation power source, 62 control device, 64 electromagnetic wave transmission path, 100 internal combustion engine, 102 cylinder head, 104 cylinder, 106 piston, 108 combustion chamber, 110 intake port, 112 intake valve, 114 exhaust port, 116 exhaust valve, 118 fuel injection valve .

Claims (5)

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手段と、
一方の端部が前記燃焼室に臨む状態で配置され、他方の端部が接地終端又は開放終端であり、前記電磁波発生手段にて発生した電磁波を前記一方の端部から前記燃焼室内に供給する第1の電磁波供給手段と、
前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部と前記他方の端部との間に接続され、前記電磁波発生手段にて発生した電磁波を前記第1の電磁波供給手段へ供給する第2の電磁波供給手段と、
を備え、
前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波供給手段で共振し得る第1の電磁波を発生させ、前記第1の電磁波が発生している間に前記燃焼室で共振し得る第2の電磁波の発生を開始する、
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,
Electromagnetic wave generating means for generating electromagnetic waves;
One end is disposed facing the combustion chamber, the other end is a ground termination or an open termination, and electromagnetic waves generated by the electromagnetic wave generation means are supplied from the one end into the combustion chamber. First electromagnetic wave supply means;
A second electromagnetic wave connected between the one end and the other end of the first electromagnetic wave supply means and supplying the electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave generation means to the first electromagnetic wave supply means Supply means;
With
The electromagnetic wave generation means generates a first electromagnetic wave that can resonate by the first electromagnetic wave supply means, and generates a second electromagnetic wave that can resonate in the combustion chamber while the first electromagnetic wave is generated. To start the
An ignition device for an internal combustion engine.
請求項1に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波供給手段に対する前記第2の電磁波供給手段の接続位置に応じて、前記第1の電磁波供給手段で共振し得る周波数を変えて前記第1の電磁波を発生させ、前記燃焼室で共振し得る周波数を変えて前記第2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 1,
The electromagnetic wave generation unit generates the first electromagnetic wave by changing a frequency at which the first electromagnetic wave supply unit can resonate according to a connection position of the second electromagnetic wave supply unit with respect to the first electromagnetic wave supply unit. And changing the frequency that can resonate in the combustion chamber to generate the second electromagnetic wave,
An ignition device for an internal combustion engine.
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記第1の電磁波供給手段の前記他方の端部が接地終端の場合、前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部から前記他方の端部までの長さが、前記第2の電磁波の波長の2分の1の奇数倍となり、前記第1の電磁波供給手段に対する前記第2の電磁波供給手段の接続位置と前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部との間の長さが、前記第1の電磁波の波長の4分の1の奇数倍となり、かつ、前記第2の電磁波の波長の2分の1の整数倍となるように、前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波及び前記第2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 1 or 2,
When the other end of the first electromagnetic wave supply means is a ground termination, the length from the one end to the other end of the first electromagnetic wave supply means is the length of the second electromagnetic wave. An odd multiple of one half of the wavelength, and the length between the connection position of the second electromagnetic wave supply means to the first electromagnetic wave supply means and the one end of the first electromagnetic wave supply means is The electromagnetic wave generating means is configured to be an odd multiple of a quarter of the wavelength of the first electromagnetic wave and an integral multiple of a half of the wavelength of the second electromagnetic wave. Generating an electromagnetic wave and the second electromagnetic wave;
An ignition device for an internal combustion engine.
請求項1又は請求項2に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記第1の電磁波供給手段の前記他方の端部が開放終端の場合、前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部から前記他方の端部までの長さが、前記第2の電磁波の波長の4分の1の奇数倍となり、前記第1の電磁波供給手段に対する前記第2の電磁波供給手段の接続位置と前記第1の電磁波供給手段の前記一方の端部との間の長さが、前記第1の電磁波の波長の4分の1の奇数倍となり、かつ、前記第2の電磁波の波長の2分の1の整数倍となるように、前記電磁波発生手段は、前記第1の電磁波及び前記第2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 1 or 2,
When the other end of the first electromagnetic wave supply means is an open terminal, the length from the one end to the other end of the first electromagnetic wave supply means is the length of the second electromagnetic wave. An odd multiple of a quarter of the wavelength, and the length between the connection position of the second electromagnetic wave supply means to the first electromagnetic wave supply means and the one end of the first electromagnetic wave supply means is The electromagnetic wave generating means is configured to be an odd multiple of a quarter of the wavelength of the first electromagnetic wave and an integral multiple of a half of the wavelength of the second electromagnetic wave. Generating an electromagnetic wave and the second electromagnetic wave;
An ignition device for an internal combustion engine.
請求項1から請求項4のいずれか一項に記載の内燃機関の点火装置であって、
前記第1の電磁波供給手段は、内側導体及び前記内側導体の外側に同軸状に設けられた外側導体を備え、一方の端部が前記燃焼室に臨む状態で配置され、他方の端部が、内側導体と外側導体とが短絡した接地終端又は内側導体と外側導体とが接続されていない開放終端であり、前記電磁波発生手段にて発生した電磁波を内側導体と外側導体との間を伝搬させて前記一方の端部から前記燃焼室内に供給する同軸路である、
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 4,
The first electromagnetic wave supply means includes an inner conductor and an outer conductor provided coaxially on the outer side of the inner conductor, and is disposed with one end facing the combustion chamber, and the other end is It is a ground termination in which the inner conductor and the outer conductor are short-circuited or an open termination in which the inner conductor and the outer conductor are not connected to each other, A coaxial path for supplying the combustion chamber from the one end;
An ignition device for an internal combustion engine.
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