JP6059998B2 - 点火装置 - Google Patents

Description

本発明は、難着火性機関の点火を行う点火装置であって、電磁波を利用して燃焼室内の混合気の点火をする点火装置に関する。

自動車エンジン等の内燃機関において燃焼排気中に含まれる環境負荷物質の低減や更なる燃費の向上のため、空気燃料混合気の希薄化、高過給気化等が図られている。
一般に、希薄燃焼機関や、高過給気混合燃焼機関は難着火性であるため、より着火性に優れた点火装置が望まれている。
このような難着火性機関においても優れた着火性が期待できる点火装置として、特許文献１には、同軸導波管構造体の内側導体の一方の端部を内燃機関の燃焼室内に突出させ、他方の端部に高周波の電気的エネルギを同軸的に誘導式及び／又は容量式に結合される供給線路を設けた点火装置が開示されている。

特許文献１の点火装置では、供給線路の端部とこの端部に向かい合う相応の端面を備えた容量式に結合するための導波管構造体の内側端部とが、それぞれ向かい合う端面が誘電体を介してキャパシタンスを形成している。

特開２００４−８７４９８号公報

ところが、特許文献１にあるような従来の点火装置では、電極の先端において高電界を生成し高周波プラズマを発生させようとした場合、供給線路との結合が、容量的な結合に過ぎず、インピーダンス整合を図りながら同軸路で燃焼室まで電力を伝送し、中心導体の先端に高電界場を生成して放電させるためには、増幅器で大電力を生成する必要があり、高周発振器及び増幅器の大型化、高額化が避けられない。
また、特許文献１にあるような従来の点火装置では、供給線路結合部のウエブ構造が複雑で製造コストの増大を招くおそれがある。さらに、従来の点火装置では、電費が悪く、燃費向上に貢献できないおそれもある。

そこで、本願発明は、かかる実情に鑑み、高周波の電気的エネルギを効率的に利用し、電費の低減を図ると共に、小型化が容易で搭載性に優れた点火装置の提供を目的とするものである。

本発明では、 内燃機関（３）に設けられ、少なくとも、所定の周波数（ｆ）を有する高周波を発振する高周波発振部（２０）と、該発振部（２０）で発生した高周波電力を増幅する高周波増幅部（２１）と、該増幅部（２１）で増幅された高周波を放射する内側導体放電部（１３）と該放電部（１３）と同心に配設した外側導体（１２２）とからなる同軸共振部（１２、１２ｂ）を含む点火部（１０）と、を具備し、上記放電部（１３）の先端において、高電界を作用させて高周波プラズマを発生して上記内燃機関（３）の燃焼室（３２）内に導入した混合気を点火する点火装置であって、
一端に同軸コネクタ（２３）を設けた同軸ケーブル（２２）を介して上記増幅器（２１）と上記点火部（１０、１０ａ、１０ｂ）とを接続するに際して、
上記同軸コネクタ（２３）内で上記同軸ケーブル（２２）の内側導体に接続する入力アンテナ（２４、２４ａ）と、上記中心電極放電部（１３）の基端側に延設した内側導体アンテナ部（１１１、１１１ａ）とを、具備し、
所定の比誘電率（εｒ）を有する耐熱性誘電材料からなる入力共振部誘電体（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）を設けて、上記入力アンテナ（２４、２４ａ）と上記内側導体アンテナ部（１１１、１１１ａ）とを上記入力共振部誘電体（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）内に向かって所定の長さだけ突出せしめると共に、上記入力アンテナ（２４、２４ａ）と上記内側導体アンテナ部（１１１、１１１ａ）とを、径方向、又は／及び、軸方向に所定のアンテナ間距離（Ｌ_Ｈ、Ｌ_Ｖ）だけ離隔して配設せしめた入力共振部（１１、１１ａ）を設けたことを特徴とする。

本発明によれば、前記入力アンテナ（２４、２４ａ）から供給される電磁波により前記誘電体共振部（１１、１１ａ、１１ｂ）が励振され、前記入力共振部（１１、１１ａ、１１ｂ）への高周波入力を一定とした場合、空胴共振器を用いた場合に比べ、該共振部（１１、１１ａ、１１ｂ）の大きさを、前記共振部を構成する誘電体材料の比誘電率εｒの平方根分の１に縮小させることができる。
これにより、前記入力共振部（１１、１１ａ、１１ｂ）内部に蓄積される高周波電力が一定のままでも、上記中心導体放電部（１３）の周囲に発生する高周波電界の最大電界強度（Ｅｍａｘ）を、上記誘電体（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）の比誘電率εｒの平方根倍に上昇させて、高周波放電を起こり易くして、前記増幅部（２１）への負荷を低減しつつ、構成が簡易で、安定した着火を行う点火装置が実現できる。

本発明の第１の実施形態における点火装置１の概要を示す縦断面図 図１Ａに示す点火装置１の最大電界強度を与える入力アンテナと出力アンテナとのアンテナ間距離を算出する特性図 図１Ａに示す点火装置１の要部における電界分布図 比誘電率と入力周波数と誘電体直径との相関を示す特性図 比誘電率と入力周波数とアンテナ間距離との相関を示す特性図 比較例と共に本発明の効果を示す特性図 本発明の実施例１として示す、点火装置１において誘電体としてクオーツを用いた場合の電界強度に対する効果を示す特性図 本発明の実施例２として示す、点火装置１において誘電体としてアルミナを用いた場合の電界強度に対する効果を示す特性図 同軸共振部誘電体の外径と中心導体の外径との関係に対する同軸共振部誘電体の誘電率の影響を示す特性図 本発明の第２の実施形態における点火装置１ａの概要を示す縦断面図 図４Ａに示す点火装置１ａの要部における電界強度分布図 本発明の第３の実施形態における点火装置１ｂの概要を示す縦断面図 本発明の第３の実施形態における点火装置１ｂの効果を示す特性図

図１Ａ、図１Ｂ、図１Ｃを参照して本発明の第１の実施形態における点火装置１について説明する。
点火装置１は、放電部１３の先端において、高電界を作用させて高周波プラズマを発生して内燃機関３の燃焼室３２内に導入した混合気を点火する点火装置であり、以下の特徴を有するものである。

点火装置１は、図略の内燃機関３のシリンダヘッド３０に設けたプラグホール３１内に固定される点火部１０と、高周波エネルギ（例えば、周波数ｆ：２．０ＧＨｚ〜３．０ＧＨｚ、波長λ：１００〜１５０ｍｍ）を供給する高周波電源２と、そのエネルギを、点火部１０まで伝送する同軸ケーブル２２と、同軸ケーブル２２と点火部１０とを接続する同軸コネクタ２３とによって構成されている。
高周波電源２は、所定の周波数ｆを有する高周波を発振する高周波発振部２０と、高周波発振部２０から発振された高周波電力を増幅する高周波増幅部２１とによって構成されている。

本発明の要部である点火部１０は、内燃機関３の燃焼室３２内に高周波を放射する内側導体放電部１３と放電部１３と同心に配設した外側導体１２２とからなる同軸共振部１２に所定の比誘電率εｒを有する耐熱性誘電材料からなる略筒状に形成された入力共振部誘電体１１０を含む入力共振部１１を設けたことを特徴とする。
本実施形態における入力共振部１１は、一端に同軸コネクタ２３を設けた同軸ケーブル２２を介して増幅器２１と点火部１０とが接続されている。
同軸ケーブル２２の内側導体には、同軸コネクタ２３内で入力アンテナ２４が接続されている。

中心電極放電部１３の基端側には、内側導体アンテナ部１１１が延設されている。
本実施形態における入力共振部誘電体１１０は、点火部１０の基端側に設けられ略円筒状に形成されている。
入力アンテナ２４と内側導体アンテナ部１１１とを入力共振部誘電体１１０内に向かって所定の長さだけ突出せしめると共に、入力共振部誘電体１１０の中心に内側導体アンテナ部１１１を配設し、入力アンテナ２４の中心軸を上記内側導体アンテナ部１１１に対して径方向に所定のアンテナ間距離Ｌ_Ｈだけずらした位置に配設せしめている。

本実施形態における入力共振部１１は、入力共振部誘電体１１０と、これを覆う入力共振部筐体１１２と、コネクタ２３内に配設した中心導体２４に延設され、入力共振部誘電体１１０内にλ／４だけ突出する入力アンテナ２４と、入力共振部誘電体１１０の中心に配設され、誘電体１１０内にλ／４だけ突出する内側導体アンテナ部１１１とによって構成されている。
なお、λは、高周波電源２から点火部１０に入力される高周波の誘電体１１０内における波長を意味する。以下の説明においても同様である。

入力共振部誘電体１１０を覆う共振筐体１１２は、金属製（例えば、鉄、ニッケル、これらの合金、又は、ステンレス）からなり、共振器の外側導体を兼用している。
誘電体１１０は、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３、Ｂａ（Ｓｎ・Ｍｇ・Ｔａ）Ｏ_３、Ｂ（Ｚｎ・Ｔａ）Ｏ_３、Ｂａ（Ｚｒ・Ｚｎ・Ｔａ）Ｏ_３、（Ｚｒ・Ｓｒ・Ｔｉ）Ｏ_４、Ｂａ_２Ｔｉ_９Ｏ_２０、（Ｐｂ・Ｂａ）Ｎｄ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４、（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｂａ）Ｎｄ−ＴｉＯ_３、耐熱性結晶化ガラス、透光性アルミナ、ＰＬＺＴ（ＰｂＺｒＯ_３・ＰｂＴｉＯ_２・Ｌａ_２Ｏ_３）、ルビー、サファイア、ＹＡＧ、Ｂａ（Ｍｇ、Ｔａ）Ｏ_３、Ｂａ｛Ｓｎ、Ｚｒ（Ｍｇ、Ｔａ）｝Ｏ_３系ペロブスカイト型酸化物いずれかからの公知の耐熱性誘電材料を適宜用いることができる。

本実施形態における共振器誘電体１１０は、直径φＤ_１１０（直径Ｄ_１１０は、下記式１によって求められる。）、厚さλ／２（例えば、５．０ｃｍ〜７．５ｃｍ）以上の略円柱状に形成されている。
入力アンテナ２４は、誘電体１１０を覆う筐体１１２の内側表面から、入力アンテナ２４の先端部２４１までの長さを入力アンテナ突出長さＬ_ＩＮとすると、Ｌ_ＩＮは、λ／４に等しく、誘電体１１０の内側に向かって、λ／４だけ突出するように設けられている。

同様に、内側導体アンテナ部１１１は、誘電体１１０の内側に向かって、λ／４だけ突出するように設けられている。
さらに、入力アンテナ２４の先端部２４１と内側導体アンテナ部１１１の先端部との間の軸方向の距離はλ／４に設定されている。

また、入力する高周波の共振周波数ｆ、入力共振部誘電体１１０の比誘電率εｒ、及び、外径Ｄ_１１０、光速Ｃとの間には、以下に示す式１の関係が成り立つ。
なお、比誘電率εｒの測定は周波数依存性があるため、入力条件と同じ周波数で測定した値を用いる。

また、本実施形態においては、入力アンテナ２４の軸中心と内側導体アンテナ部１１１の軸中心との間の径方向アンテナ間距離Ｌ_Ｈは、下記式２の関係を満たすように設定されている。
式２は、誘電体１１０の直径Ｄ_１１０と、水平方向のアンテナ間距離Ｌ_Ｈとの関係において、入力共振部１１内におけるマイクロ波電界強度分布が、入力アンテナ２４の位置で極小（Ｍｉｎ）となり、内側導体アンテナ部１１１の位置で極大（Ｍａｘ）となる関係を零次ベッセル関数Ｊ_０＝０の解を求めることによって算出したものである。

図１Ｂに、零次ベッセル関数Ｊ_０と共振体１１におけるアンテナ位置とを重ね合わせた状態を示す。
また、入力アンテナ２４から電磁波が入力されると、図１Ｃに示すようなＴＭ０２０モードに入力共振部誘電体１１０が励振され、内側導体アンテナ部１１１の周辺の電界強度が最も高くなる。
なお、径方向アンテナ間距離Ｌ_Ｈは、±１ミリ程度の誤差を許容するものである。

例えば、供給する高周波の周波数ｆを２．５ＧＨｚとした場合、空胴導波管を用いた場合には、その内径は、約２１．０ｃｍとなるが、比誘電率εｒが９．４のアルミナを用いることによって、誘電体１１０の直径φＤ_１１０を６．８５ｃｍに縮小することができ、電界強度を約３倍に強めることができる。
このとき、径方向のアンテナ間距離Ｌ_Ｈを数２の式によって求めた２．３３ｃｍとすることによって、内側導体アンテナ部１１１周辺の電界強度が最も強くなる。

また、表１、図１Ｄ、図１Ｅは、比誘電率εｒの異なる共振器誘電体１１０の共振器直径φＤ_１１０（ｃｍ）と、入力周波数ｆ（ＧＨｚ）との相関、及び、零次ベッセル関数Ｊ_０＝０の極大値（ｃｍ）をアンテナ間距離Ｌ_Ｈとしたときの、入力周波数ｆ（ＧＨｚ）との相関を示すシミュレーション結果である。
なお、比誘電率は入力周波数に依存して変化するため、各周波数における実測値を用いて、共振器直径及びアンテナ間距離を算出しており、図１Ｄ、１Ｅ及び表１に示す比誘電率εｒは誘電体材料の違いを示す代表値である。

さらに、入力共振部１１に連設して、同軸共振部１２が設けられており、同軸共振部１２は、内側導体アンテナ部１１１に延設して先端方向に向かって伸びる長軸状の中心導体１２１と、その周囲を覆うように同軸に設けられた略円柱状の同軸共振部誘電体１２０と、その外周を覆う外側導体１２２とによって構成されている。
同軸共振部１２は、中心導体１２１の先端で、誘電体１２０から燃焼室３２内に突出する中心導体放電部１３の周辺の電界強度が最も高くなるように、中心導体１２１に導入された高周波の定在波を形成し、中心導体放電部１３の周辺の気体をプラズマ化して燃焼室３２内の混合気の着火が可能となる。

同軸共振部１２においては、中心導体１２１の外径φＤ_１２１と、外側導体_１２２の内径、即ち、同軸共振部誘電体１２０の外径φＤ_１２０と同軸共振部誘電体１２０の比誘電率εｒを調整して、インピーダンス整合を図っている。
なお、同軸共振部誘電体１２０の外径は、シリンダヘッド３０のプラグホール３１内に搭載する関係上φ３０ｍｍ以下とするのが望ましい。

また、誘電体１２０の軸方向の長さ、即ち同軸共振部１２の長さＬ_１２は、増幅器２１から供給される高周波の半波長（λ／２）の奇数倍（２ｎ＋１、ｎは整数）に設定され、中心導体１２１の先端は、誘電体１２０の先端から、λ／４だけ突出するように設けられている。
さらに、一般に同軸構造体の特性インピーダンスＺ_０は、下記式４で表されることが知られている。

例えば、誘電体１２０に比誘電率εｒが９．４のアルミナを用い、中心導体１２１の外径Ｄ_１２１をφ０．５ｍｍとすると、外側導体１２２の内径、即ち、同軸共振部誘電体１２０の外径φＤ_１２０をφ２５．８ｍｍとすると、特性インピーダンスＺ_０は５０Ωとなり、インピーダンス整合を図ることができる。

外部導体１２２は、入力共振部筐体１１２に延設して設けられており、プラグホール３１内に保持固定するための、六角部１２３、ネジ部１２４、１２５が外周に設けられている。
外部導体１２２の先端の一部が内燃機関３の燃焼室３２内に突出して、略環状のシュラウド部１２６を形成している。

中心導体１２１の先端が誘電体１２０から燃焼室３２側に突出する出力側突出長さＬ_ＯＵＴ２は、供給される高周波の誘電体１１０内における波長λの１／４の長さに形成されている。
なお、同軸ケーブル２２、同軸コネクタ２３は、公知のものを適宜利用することができ、いずれも特性インピーダンスＺ_０が、例えば、５０Ωとなるようにインピーダンス整合が図られている。

加えて、入力共振部誘電体１１０と、同軸共振部誘電体１２０とは、インピーダンス整合を図ることができれば、同一材料を用いて一体に形成しても良いし、比誘電率εｒの異なる材料を用いて別々に形成しても良い。
高周波発生器２０は、例えば、マグネトロンや直流電源から高周波交流を発生させる半導体発振器等の公知の高周波発生器を用いることができる。

本発明の点火装置１では、入力共振部１１において、高周波増幅器２１から放電部１０に投入される電力を増幅するのではなく、供給される高周波電力は一定でも、入力共振部１１に誘電体として空気を用いた場合に比べ、入力共振部１１を構成する誘電体に高い比誘電率εｒを有するものを用いることにより、その大きさ（Ｄ_１１０）をその比誘電率εｒの平方根分の１に縮小させることができるので、高周波の電界強度を√ε倍に高めることができる。
これによって入力共振部１１内部に蓄積される高周波電力は一定であっても電界強度を強くして放電の開始と維持が容易となり、少ない電力投入量でも高圧力場での放電形成が容易となり、着火性に優れた内燃機関の点火装置が実現できる。

なお、上記実施形態においては、同軸共振部１２として、略軸状の中心導体１２１と、略円筒状の誘電体１２０と、略円筒状の外部導体１２１とを同心に配設して同軸構造としたものを示したが、本発明は、同軸共振部１１として、円筒状に形成したものに限るものではなく、これらを楕円筒状や矩形筒状などの公知の導波管を適用した形状でもよい。
また、本発明は、入力共振部１１において、コネクタ２３に設けた入力アンテナ２４と内側導体アンテナ部１１１とを誘電体１１０内に対向させることによって、入力共振部１１のサイズを誘電体１１０の比誘電率εｒの平方根分の１に縮小して、電界強度を相対的に強化して、速やかに放電を引き起こして、早期に安定した着火の実現を図ることを必須の要件とする限りにおいて、適宜変更可能であり、同軸共振部１２に代えて同軸ケーブルを介装して燃焼室３２に接続するようにしても良い。

図２Ａ、図２Ｂ、図２Ｃを参照して、本発明の効果について説明する。
図２Ａは、入力共振部１１に誘電体１１０として比誘電率εｒ＝１．０００５９の空気を用いた場合を比較例１とし、誘電体１１０として、比誘電率εｒが３．４のクオーツを用いた場合を実施例１とし、比誘電率εｒ９．４のアルミナを用いた場合を実施例２として、共振部１１の直径Ｄ_１１０及び、中心導体１３の周辺の最大電界強度Ｅｍａｘ（Ｖ／ｍ）を算出した結果を示す。

本図に示すように、誘電体１１０の比誘電率εｒが高くなるほど、共振部１１の直径Ｄ_１１０を小さくすることができ、それの分、最大電界強度を強くできることが判明した。
図２Ｂは、実施例１における中心導体先端部１３周辺の電界強度分布を、図２Ｃは、実施例２の電界強度分布をシミュレーションした結果である。

図３は、同軸共振部１２の特性インピーダンスＺ_０を５０Ωとする場合に、誘電体１２０の比誘電率εｒの違いによる中心導体１２１の外径φＤ_１２１と、外側導体１２２の内径、即ち、誘電体１２０の外径φＤ_１２０との設定条件を示す。
同軸共振部１２の特性インピーダンスを５０Ωとすることにより、同軸ケーブル２２、同軸コネクタ２３等に市販品を用いた場合のインピーダンス整合が容易となる。

誘電体１２０をプラグホール３２内に配設する関係から、誘電体１２０の外径φＤ_１２０は、φ３０ｍｍ以下とするのが望ましく、中心導体１２１の機械的強度、耐久性を考慮すると、φ０．１ｍｍ以上とするのが望ましい。
その結果、車載等のエンジンに用いる場合には、搭載性を考慮して、比誘電率εｒの範囲を１〜１００で適宜選択するのが望ましい。
このような場合、比誘電率が１００を超えると、誘電体１２０が小さくなり、製造が困難となるおそれがあるためである。
但し、内燃機関の大きさに応じて、誘電体１２０の外径φＤ_１２０は適宜選択可能であり、本発明において、必ずしも誘電体１２０の外径をφ３０ｍｍ以下に限定する必要はなく、比誘電率εｒを１００以下に限定する必要もない。

図４を参照して本発明の第２の実施形態における点火装置１ａの概要について説明する。なお、上記実施形態と同様の構成については、同じ符号を付し、本実施形態における特徴的な部分については、枝番としてａの符号を付したので、共通する構成については説明を省略し、特徴的な部分を中心に説明する。他の実施形態においても同様とする。
上記実施形態においては、入力共振部１１において、入力アンテナ２４の軸芯と中心導体共振アンテナ部１１１の軸芯とが径方向に所定のアンテナ間距離Ｌ_Ｈだけずらして配設した例を示したが、本実施形態では、入力共振部１１ａにおいて、入力アンテナ２４ａと中心導体入力共振部１１１とが同軸上に配設され、軸方向に所定のアンテナ間距離Ｌ_Ｖだけ離した状態で設けられている点が相違する。

本実施形態において、入力共振部１１ａで、入力アンテナ２４ａから入力された高周波が誘電体１１０ａを励振して、内側導体アンテナ部１１１ａに伝送されるためには、周波数ｆと、誘電体１１０ａの比誘電率εｒ、及び、外径φＤ_１１０ａとが、下記式３を満たす必要がある。

本実施形態におけるアンテナ間距離Ｌ_Ｖは、誘電体１１０ａ内における電磁波の波長λの４分の１程度に設定するのが望ましい。
例えば、高周波電源の周波数ｆを、２．５ＧＨｚとしたときに、比誘電率εｒが９．４のアルミナを誘電体１１０ａとして用いることにより、外径φＤ_１１０ａをφ３．０ｃｍに縮小することができ、軸方向のアンテナ間距離Ｌ_Ｖを、λ／４、即ち、３．０ｃｍに設定することにより、誘電体１１０ａ内における電界強度分布が最大となる位置に中心導体１１ａを配設することができる。
なお、本実施形態においては、入力共振部１１ａが同軸構造となっているので、同軸共振部１２と一体に設けても良い。

図５を参照して本発明の第３の実施形態における点火装置１ｂについて説明する。
上記実施形態においては、所定の周波数ｆを有する高周波電力を給電するに際して、入力共振部１１、１１ａに、所定の比誘電率εｒの入力共振部誘電体１１０、１１０ａを設けて、誘電体１１０、１１０ａ内に突出せしめた同軸コネクタ２３に接続した入力アンテナ２４、２４ａと、内側導体アンテナ部１１１、１１１ａと、を所定のアンテナ間距離Ｌ_Ｈ、Ｌ_Ｖだけ離隔して配設することにより、共振部１１、１１ａのサイズを、誘電体として空気を用いた場合の√εｒ分の１に縮小し、電界強度を√εｒ倍にする構成について説明したが、本実施形態においては、上記実施形態と同様の構成を基本としつつ、入力共振部誘電体１１０ｂ、及び、同軸共振部誘電体１２０ｂとして、透光性を有する誘電材料を用いる共に、増幅器２１と同軸コネクタ２３との間に介装した増幅器２１から供給される高周波電力を分配する電力分配器４０と、分配器４０によって分配された電力を紫外線に変換する紫外線発生器４１と、紫外線発生器４１で発生した紫外線を入力共振部１１ｂに伝送する紫外線光伝送手段４２（光ファイバ）と、紫外線光伝送手段４２を入力共振部１１ｂに接続する光コネクタ４３と、を具備する点が相違する。

本実施形態においては、入力共振部誘電体１１０ｂ及び同軸共振部誘電体１２０ｂとして、石英、耐熱性結晶化ガラス、透光性アルミナ、ＰＬＺＴ（ＰｂＺｒＯ_３・ＰｂＴｉＯ_２・Ｌａ_２Ｏ_３）、ルビー、サファイア、ＹＡＧ、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ_３、Ｂａ｛Ｓｎ、Ｚｒ（Ｍｇ、Ｔａ）｝Ｏ_３系ペロブスカイト型酸化物のいずれかから選択した透光性誘電材料を用いることができる。
本実施形態においては、高周波発振器２０から発振された高周波電力は、増幅器２１によって増幅された後、分配器４０を介して、そのエネルギの一部を紫外線発光装置４１に分配し、紫外線発光装置４１から光ファイバ４２及び光コネクタ４３を介して紫外線導入孔１１３からプラグ部１０ｂ内に紫外線が照射される。

紫外線導入孔１１３から導入された紫外線は、透光性の誘電体１１０ｂ、１２０ｂを介して、高周波と同軸で、燃焼室３２内に導入される。
その結果、紫外線による初期電子効果により、高圧力場での高周波プラズマ放電が起こり易くすることができることが確認された。
放電の安定化を図るためには、きっかけとなる初期電子の存在が有効で、一定以上の紫外線を照射することにより、安定して初期電子を発生させることができるためと推察される。

ここで、図６を参照して、本発明の効果を確認するために行った試験結果について説明する。
本実施形態における点火装置１ａを用い、紫外線発光装置４１として水銀ランプを用いて、水銀ランプへの供給エネルギを１Ｗから１０Ｗに変化させたときを実施例１、２、３とし水銀ランプからの紫外線照射を行わない状態を比較例として、放電形成に必要な高周波電力を計測した。なお、測定は常温、大気圧下で行った。

図６の実施例１に示すように、紫外線を照射しない比較例においては、放電の開始に、１４０Ｗの電力が必要とされたが、紫外線を１Ｗ照射するだけで放電形成に必要な高周波電力が８０Ｗまで低減され、約４０％の電力低減効果を発揮することが確認された。
また、これにより、放電形成のために必要な電界を２３％低減できることが実験的に確認された。
さらに、図６の実施例２、３に示すように、１Ｗから１０Ｗまで紫外線放射用の電力を増加しても、放電形成のための高周波電力の削減効果は発揮されず、１Ｗ程度で効果が飽和し、必要以上に紫外線放射に電力を分配しても、却ってバラツキが大きくなり、着火安定性が損なわれることが判明した。

なお、本発明は上記実施形態に限定するものではなく、高周波によって高圧場に強電界を作用させて高周波プラズマを発生させて内燃機関の点火を行う点火装置において、所定の比誘電率を有する誘電体内に一定の距離を隔てて入力アンテナと中心導体アンテナ部とを突出させた入力共振部を設けることにより、空洞共振管等空気を誘電体とする場合に比べ、共振部のサイズを√εｒ分の１に縮小することで、電界強度を強くし、放電を起こり易くして点火装置としての着荷安定性の向上を図る趣旨に反しない限りにおいて適宜変更可能である。
例えば、上記第１、第３の実施形態においては、入力共振部誘電体１１０の厚さをλ／２の厚さに形成し、入力アンテナ２４の先端と内側導体アンテナ部１１１の先端と同一平面上に位置し、径方向にのみ位置すれさせた例を示したが、入力共振部誘電体１１０の厚さをλ/２より厚くし、入力アンテナ２４の先端と内側導体アンテナ部１１１の先端とが軸方向にも離隔するように構成してもよい。

さらに、第２の実施形態においても、誘電体に紫外線透過材料を用い、紫外線を導入するようにしても良い。
また、紫外線を導入する位置は必ずしも点火部１０の中心とする必要はなく、径方向にずらした位置に設けても良い。

１、１ａ、１ｂ 点火装置
１０、１０ａ、１０ｂ 放電部（点火栓）
１１、１１ａ、１１ｂ 入力共振部
１１０、１１０ａ、１１０ｂ 入力共振部誘電体
１１１、１１１ａ、１１１ｂ 内側導体アンテナ部
１１２,１１２ａ、１１２ｂ 入力共振部外部導体（ハウジング部）
１２、１２ａ、１２ｂ 同軸共振部
１２０、１２０ａ、１２０ｂ 同軸共振部誘電体
１２１ 中心導体
１２２ 同軸共振管
１２３、１２４ ハウジング固定部
１２５ 共振管露出部
１３ 放電部
２ 高周波電源
２０ 高周波発振部
２１ 増幅部
２２ 同軸ケーブル
２３ 同軸コネクタ
２３０ 雄コネクタ
２３１ 雌コネクタ
２４、２４ａ 入力アンテナ
２４１、２４１ａ 入力アンテナ突出部
３０ シリンダブロック
３１ プラグホール
３２ 燃焼室
Ｄ_１１０ 入力共振部誘電体外径
Ｄ_１２０ 同軸共振部誘電体外径
Ｄ_１２１ 中心導体外径
Ｌ_ＩＮ、Ｌ_ＯＵＴ１、Ｌ_ＯＵＴ２ アンテナ突出長さ（λ／４）
Ｌ_Ｈ 径方向アンテナ間距離
Ｌ_Ｖ 軸方向アンテナ間距離（λ／４）

Claims (6)

1. 内燃機関（３）に設けられ、
   少なくとも、
   所定の周波数（ｆ）を有する高周波を発振する高周波発振部（２０）と、
   該発振部（２０）で発生した高周波電力を増幅する高周波増幅部（２１）と、
   該増幅部（２１）で増幅された高周波を放射する内側導体放電部（１３）と該放電部（１３）と同心に配設した外側導体（１２２）とからなる同軸共振部（１２、１２ｂ）を含む点火部（１０）と、を具備し、
   上記放電部（１３）の先端において、高電界を作用させて高周波プラズマを発生して上記内燃機関（３）の燃焼室（３１）内に導入した混合気を点火する点火装置であって、
   一端に同軸コネクタ（２３）を設けた同軸ケーブル（２２）を介して上記増幅器（２１）と上記点火部（１０、１０ａ、１０ｂ）とを接続するに際して、
   上記同軸コネクタ（２３）内で上記同軸ケーブル（２２）の内側導体に接続する入力アンテナ（２４、２４ａ）と、
   上記中心電極放電部（１３）の基端側に延設した内側導体アンテナ部（１１１、１１１ａ）とを、具備し、
   所定の比誘電率（εｒ）を有する耐熱性誘電材料からなる入力共振部誘電体（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）を設けて、
   上記入力アンテナ（２４、２４ａ）と上記内側導体アンテナ部（１１１、１１１ａ）とを上記入力共振部誘電体（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）内に向かって所定の長さだけ突出せしめると共に、
   上記入力アンテナ（２４、２４ａ）と上記内側導体アンテナ部（１１１、１１１ａ）とを、径方向、又／及び、軸方向に所定のアンテナ間距離（Ｌ_Ｈ、Ｌ_Ｖ）だけ離隔して配設せしめた入力共振部（１１）を設けたことを特徴とする点火装置
2. 上記入力共振部誘電体（１１０）の中心に上記内側導体アンテナ部（１１１）を配設し、上記入力アンテナ（２４、２４ａ）の中心軸を上記内側導体アンテナ部（１１１）に対して径方向に所定のアンテナ間距離（Ｌ_Ｈ）だけずらした位置に配設し、
   上記高周波増幅器（２１）から供給される高周波の周波数をｆ（Ｈｚ）とし、上記入力共振部誘電体（１１０）の外径をφＤ_１１０（ｍｍ）とし、上記共振部誘電体（１１０）の比誘電率をεｒとしたとき、下記式１、及び、式２の関係を満たす請求項１に記載の点火装置
   

   
3. 上記入力共振部誘電体（１１０ａ）の中心に、上記入力アンテナ（２４ａ）と上記内側導体アンテナ部（１１１ａ）とを、軸方向に対して所定のアンテナ間距離（Ｌ_Ｖ）として、前記高周波の波長λの４分の１の距離を設けて、同軸上に配設せしめ、 上記高周波増幅器（２１）から供給される高周波電力の周波数をｆ（Ｈｚ）とし、上記入力共振部誘電体（１１０ａ）の外径をφＤ_１１０（ｍｍ）とし、上記入力共振部誘電体（１１０）の比誘電率をεｒとしたとき、
   下記式３の関係を満たす請求項１に記載の点火装置
   

   
4. 上記同軸共振部（１２、１２ｂ）が、
   上記内側導体アンテナ部（１１１）に延設して設けた長軸状の内側導体（１２１）と、
   該内側導体（１２１）を覆う略筒状の同軸共振部誘電体（１２０、１２０ｂ）と、
   該同軸共振部誘電体（１２０、１１２０ｂ）を覆う略筒状の外側導体（１２２）とからなり、
   上記同軸共振部の長さ（Ｌ_１２）が、上記増幅器（２１）から供給される高周波の半波長（λ／２）の奇数倍である請求項１ないし３のいずれか記載の点火装置
5. 上記入力共振部誘電体（１１０、１１０ａ、１１０ｂ）が、Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、３Ａｌ_２Ｏ_３・２ＳｉＯ_２、２ＭｇＯ・２Ａｌ_２Ｏ_３・５ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２、ＺｒＯ_２、ＭｇＴｉＯ_３−ＣａＴｉＯ_３、Ｂａ（Ｓｎ・Ｍｇ・Ｔａ）Ｏ_３、Ｂ（Ｚｎ・Ｔａ）Ｏ_３、Ｂａ（Ｚｒ・Ｚｎ・Ｔａ）Ｏ_３、（Ｚｒ・Ｓｒ・Ｔｉ）Ｏ_４、Ｂａ_２Ｔｉ_９Ｏ_２０、（Ｐｂ・Ｂａ）Ｎｄ_２Ｔｉ_５Ｏ_１４、（Ｐｂ、Ｂｉ、Ｂａ）Ｎｄ−ＴｉＯ_３、耐熱性結晶化ガラス、透光性アルミナ、ＰＬＺＴ（ＰｂＺｒＯ_３・ＰｂＴｉＯ_２・Ｌａ_２Ｏ_３）、ルビー、サファイア、ＹＡＧ、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ_３、Ｂａ｛Ｓｎ、Ｚｒ（Ｍｇ、Ｔａ）｝Ｏ_３系ペロブスカイト型酸化物いずれかから選択した耐熱性誘電材料からなる請求項１ないし４のいずれか記載の点火装置
6. 上記増幅器（２１）と上記同軸コネクタ（２３）との間に介装した上記増幅器（２１）から供給される高周波電力を分配する電力分配器（４０）と、
   該分配器（４０）によって分配された電力を紫外線に変換する紫外線発生器（４１）と、
   該紫外線発生器（４１）で発生した紫外線を上記入力共振部（１１ｂ）に伝送する紫外線光伝送手段（４２）と、
   該紫外線光伝送手段を上記入力共振部（１１ｂ）に接続する光コネクタ（４３）と、を具備すると共に、
   少なくとも、上記入力共振部誘電体（１１０ｂ）が、石英、耐熱性結晶化ガラス、透光性アルミナ、ＰＬＺＴ（ＰｂＺｒＯ_３・ＰｂＴｉＯ_２・Ｌａ_２Ｏ_３）、ルビー、サファイア、ＹＡＧ、Ｂａ（ＭｇＴａ）Ｏ_３、Ｂａ｛Ｓｎ、Ｚｒ（Ｍｇ、Ｔａ）｝Ｏ_３系ペロブスカイト型酸化物のいずれかから選択した透光性誘電材料 からなる請求項１ないし５のいずれか記載の点火装置

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