JP6739348B2 - 点火ユニット、点火システム、及び内燃機関 - Google Patents
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Description
−点火システム10の構成−
図1を参照して、本実施形態に係る点火システム10は、放電装置2、放射装置3、これらにマイクロ波を供給する電磁波発振器5と、電磁波発振器5を制御する制御装置6からなる。放電装置2は、詳しくは後述するが、出願人が開発した一種の点火プラグである。放射装置3は電磁波を放射する。本実施形態ではマイクロ波を放射するものとして説明するが、他の周波数帯域の電磁波を放射するものであってもよい。
が入力される入力部分2a、通常50Ω系で設計された電磁波発振器5やマイクロ波を伝送する同軸ケーブルと、放電装置2の共振構造部分とのインピーダンス整合を行うための部分である結合部分2b、及びマイクロ波共振構造で形成されマイクロ波の電圧の増幅を行う増幅部分2cからなる。また、増幅部分2cの先端部には放電電極26を有する。放電装置2は導電性の金属からなる筒状のケース21により内部の各部材が収容される。
リアクタンスLは、第3中心電極25のコイル成分に相当する。
電電極26と接地電極(ケース21)間に放電が生じる。放電電圧が、その近辺のガス分子のブレークダウン電圧を超えると、ガス分子から電子が放出されて非平衡プラズマが生成され、燃料が点火する。
次に、点火システム10による動作例を説明する。典型的には、まず初めに制御装置6は、電磁波発振器5から放電装置2に対してのみマイクロ波が供給されるように電磁波発振器5を制御する。電磁波発振器5は例えば2出力(2チャンネル)構成とし、一方のチャンネルAは放電装置2に接続し、他方のチャンネルBは放射装置3に接続する。つまり、制御装置6は、まずチャンネルAに対し制御を行う一方、チャンネルBの出力はオフになるよう制御する。そして、放電装置2による放電により、燃焼室の燃料が点火したら、次は火炎を拡大させる目的で、制御装置6は、電磁波発振器5のチャンネルBの出力をオンにするよう制御し、放射装置3からマイクロ波を放射させる。これにより火炎が拡大される。
図7に示すように、放電装置2と放射装置3をそれぞれ傾けて配置させても良い。この配置にすれば、放射装置3から放射されるマイクロ波が放電装置2の先端部に照射されやすくなる。
図8に示すように、本実施形態に係る点火ユニット1Cは、放電装置2と放射装置3を一体化させた構成である。点火ユニット1Cは、放電装置2Cの外周に筒状に放射装置3Cを形成している。
図9は、第3実施形態に係る点火ユニット1Cの変形例である。誘導筒31の先端部分の外周側は、絶縁筒34、導体筒35に覆われない構成としてもよい。これにより、誘導筒31の先端部からはより効果的にマイクロ波を放射することができる。
図10に示すように、本実施形態に係る点火ユニット1Dも、第3実施形態と同様、放電装置と放射装置を一体化させたものである。但し、点火ユニット1Fでは、放電装置2のケーシング21の外周側(絶縁筒33側)の表面にマイクロ波を伝播させる構成としている点で、第3実施形態と相違する。つまり、ケーシング21が第3実施形態の絶縁筒33の機能を兼ねている。
図11に示すように、本実施形態に係る点火ユニット1Eも、第3、第4実施形態と同様、放電装置と放射装置を一体化させたものである。但し、放電装置の構成が、他の実施形態とは異なる。
本発明は、図12に示すような点火ユニット一体型インジェクタ1Fにも適用できる。この一体型インジェクタ1Fは、第5実施形態の点火ユニット1Eの中心電極71をインジェクタ本体に置き変えたものである。つまり、燃料噴射管の表面に誘電体82を設けることでマイクロ波が共振する構造を形成し、マイクロ波の電圧を増幅させ、また、燃料噴射間の先端部に突起状の放電電極85を設け、放電電極85と接地電極83間で放電を生じさせることにより、燃料噴射管から噴射させる燃料を点火する。
2 放電装置
3 放射装置
4 ケーシング
5 電磁波発振器
6 制御装置
10 点火システム
Claims (7)
- 電磁波発振器から出力された電磁波が入力される入力部分と、該入力部分に入力された電磁波を昇圧する共振構造からなる昇圧手段と、該昇圧手段の出力側に設けられた放電部を有する放電装置と、
前記電磁波発振器から出力された電磁波が入力される伝送路と、該伝送路により伝送された電磁波を燃焼室に放射するアンテナ部と有する電磁波放射装置と、を備え、
前記電磁波発振器の第1出力に対し、前記放電装置の入力部分が接続され、前記電磁波発振器の第2出力に対し、前記放電装置の入力部分とは別に設けられた前記電磁波放射装置の伝送路が接続され、前記第2出力をオフにして前記電磁波発振器から前記放電装置に電磁波が供給される状態から、前記第2出力をオンにして前記電磁波発振器から前記電磁波放射装置に電磁波が供給される状態に切り替えられる点火ユニット。 - 放電装置と電磁波放射装置を収容し、放電装置が挿入される第1孔、電磁波放射装置が挿入される第2孔を有する収容部を更に備え、
該収容部が、内燃機関のシリンダヘッドの単一の孔に挿入可能であることを特徴とする、請求項1に記載の点火ユニット。 - 前記放電装置は、中心電極と、中心電極を包囲する筒状導体と、筒状導体の内壁と中心電極の間に介在する誘電体を有し、
中心電極は、電磁波発振器からの電磁波が入力される第1部分と、第1部分に容量結合する第2部分を有し、
第2部分の先端部と、筒状導体の内壁との間で放電が行われることを特徴とする、請求項1に記載の点火ユニット。 - 電磁波を発振する発振器と、
前記発振器から出力された電磁波が入力される入力部分と、該入力部分に入力された電磁波を昇圧する共振構造からなる昇圧手段と、該昇圧手段の出力側に設けられた放電部と、を有する放電装置と、
前記発振器から出力された電磁波が入力される伝送路と、該伝送路により伝送された電磁波を燃焼室に放射するアンテナ部と有する放射装置と、
放電装置と放射装置を制御する制御装置を備え、
前記発振器の第1出力に対し、前記放電装置の入力部分が接続され、前記発振器の第2出力に対し、前記放電装置の入力部分とは別に設けられた前記放射装置の伝送路が接続されており、
前記制御装置は、
まず、前記第2出力をオフとする一方、前記第1出力をオンとすることで、前記発振器から電磁波が供給される前記放電装置の放電により、燃焼室内の燃料を点火する第1動作を行い、
次に、前記第2出力をオンとすることで、前記発振器から電磁波が供給される前記放射装置からの電磁波の放射により、点火した火炎を拡大させる第2動作を行う、点火システム。 - 制御装置は、
低負荷であるときの第1の運転条件を満たす間は、前記第1動作のみを行い、
高負荷であるときの第2の運転条件を満たす場合は、前記第1動作と前記第2動作を交互に繰り返すことを特徴とする、請求項4に記載の点火システム。 - 請求項4に記載の点火システムと、
ピストンの頂面に配置され、前記放射装置からの電磁波を受信するアンテナを備え、
前記アンテナがセラミック材料で形成された基板と、該基板上に形成された導体により構成されたことを特徴とする、内燃機関。 - 請求項4に記載の点火システムと、
シリンダヘッドの底面に配置され、前記放射装置からの電磁波を受信するアンテナを備え、
前記アンテナがセラミック材料で形成された基板と、該基板上に形成された導体により構成されたことを特徴とする、内燃機関。
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