WO2012161231A1 - 電磁波放射装置 - Google Patents
電磁波放射装置 Download PDFInfo
- Publication number
- WO2012161231A1 WO2012161231A1 PCT/JP2012/063226 JP2012063226W WO2012161231A1 WO 2012161231 A1 WO2012161231 A1 WO 2012161231A1 JP 2012063226 W JP2012063226 W JP 2012063226W WO 2012161231 A1 WO2012161231 A1 WO 2012161231A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- electromagnetic wave
- output
- antenna
- terminal
- antennas
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
- F02P23/00—Other ignition
- F02P23/04—Other physical ignition means, e.g. using laser rays
- F02P23/045—Other physical ignition means, e.g. using laser rays using electromagnetic microwaves
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
-
- H—ELECTRICITY
- H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H05H—PLASMA TECHNIQUE; PRODUCTION OF ACCELERATED ELECTRICALLY-CHARGED PARTICLES OR OF NEUTRONS; PRODUCTION OR ACCELERATION OF NEUTRAL MOLECULAR OR ATOMIC BEAMS
- H05H1/00—Generating plasma; Handling plasma
- H05H1/24—Generating plasma
- H05H1/46—Generating plasma using applied electromagnetic fields, e.g. high frequency or microwave energy
- H05H1/461—Microwave discharges
- H05H1/463—Microwave discharges using antennas or applicators
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
- F02M27/00—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like
- F02M27/04—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism
- F02M2027/047—Apparatus for treating combustion-air, fuel, or fuel-air mixture, by catalysts, electric means, magnetism, rays, sound waves, or the like by electric means, ionisation, polarisation or magnetism with a pulsating magnetic field
Definitions
- the present invention relates to an electromagnetic wave emission device that generates electromagnetic wave plasma by radiating electromagnetic waves.
- Patent Document 1 describes this type of electromagnetic wave radiation device.
- FIG. 8 of Japanese Patent Application Laid-Open No. 51-77719 describes an internal combustion engine having an electromagnetic wave radiation device that can switch a microwave supply destination to four systems by a distributor (switch).
- microwave energy is coupled to the burning plasma mixture via a spark plug.
- the distributor rotates the rotor and switches the switch.
- the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to improve controllability of switching timing in an electromagnetic wave radiation device capable of switching terminal antennas that supply electromagnetic waves among a plurality of terminal antennas. There is.
- the first invention relates to an electromagnetic wave oscillator that oscillates an electromagnetic wave, a plurality of terminal antennas to which the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillator is radiated, and an electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillator between the plurality of terminal antennas.
- the present invention is directed to an electromagnetic wave radiation device that includes a switching device that switches a terminal antenna to be supplied, and that generates electromagnetic wave plasma using electromagnetic waves radiated from the terminal antenna.
- the switch receives a cavity resonator that forms a resonance space for resonating the electromagnetic wave output from the electromagnetic wave oscillator, and an electromagnetic wave generated by the electromagnetic wave oscillator, An input-side antenna that radiates the electromagnetic wave to the resonant space; and a plurality of output-side antennas that are provided corresponding to each of the terminal antennas, and that receive the electromagnetic wave output to the corresponding terminal antenna in the resonant space; An electromagnetic wave transmission line connecting the output antenna and the terminal antenna, respectively, and adjusting means for adjusting the electrical characteristics or conduction state of the transmission line; By switching the transmission line that allows the electromagnetic wave to pass between the lines, the output-side antenna that receives the electromagnetic wave is switched in the resonance space.
- the terminal antenna that supplies the electromagnetic wave is switched by switching the output side antenna that receives the emitted electromagnetic wave from the input side antenna to the resonance space.
- Switching of the output-side antenna that receives electromagnetic waves is performed by controlling adjusting means that adjusts the electrical characteristics or conduction state of the transmission line of each electromagnetic wave. That is, switching of the terminal antenna that supplies electromagnetic waves is performed by controlling the adjusting means.
- each of the output side antennas is exposed to a strong electric field region where an electric field is relatively strong in the resonance space.
- the cavity resonator is provided with a plurality of the output-side antennas for one strong electric field region.
- the input side antenna when the input side antenna receives a microwave, at least resonance points equal to or more than the number of the output side antennas are formed, and each of the output side antennas Are opposed to the resonance points of the input antenna at intervals.
- the input-side antenna is formed in a spiral shape.
- the electromagnetic wave oscillator continuously outputs an electromagnetic wave pulse, and the electromagnetic wave oscillator oscillates the electromagnetic wave pulse over an electromagnetic wave driving period.
- the control means which continues switching the terminal antenna which supplies is provided.
- the switching of the terminal antenna that supplies electromagnetic waves is performed by controlling adjusting means that adjusts the electrical characteristics or conduction state of each electromagnetic wave transmission line. Switching of the terminal antenna that supplies electromagnetic waves is performed by electrical adjustment. Therefore, the switching timing can be finely adjusted relatively easily, and the controllability of the switching timing can be improved.
- microwaves can be transmitted with high efficiency in the switch.
- the cavity resonator can be made compact.
- the input-side antenna is formed in a spiral shape, the volume occupied in the length direction of the input-side antenna can be reduced, and the cavity resonator can be made compact. .
- the oscillation control of the electromagnetic wave can be facilitated.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an internal combustion engine according to an embodiment.
- FIG. 2 is a block diagram of the electromagnetic wave emission device according to the embodiment.
- FIG. 3 is a schematic configuration diagram of a switch according to the embodiment.
- FIG. 4 is a schematic configuration diagram of an adjustment mechanism according to Modification 1 of the embodiment.
- FIG. 5 is a schematic configuration diagram of a switch according to the second modification of the embodiment.
- FIG. 6 is a time chart showing the switching timing of the microwaves in the electromagnetic wave emission device of Modification 2 of the embodiment.
- FIG. 7 is a schematic configuration diagram of a switch according to Modification 3 of the embodiment.
- Embodiment 1 is essentially preferable examples, and are not intended to limit the scope of the present invention, its application, or its use.
- the first embodiment is a multi-cylinder engine 10 including an electromagnetic wave emission device 13 according to the present invention.
- the electromagnetic wave emission device 13 constitutes a part of a plasma generation device 30 that generates microwave plasma by radiating microwaves to the combustion chamber 20 of each cylinder 24.
- the engine 10 includes an engine body 11 and a plasma generation device 30. -Engine body-
- the engine body 11 includes a cylinder block 21, a cylinder head 22, and a piston 23 as shown in FIG.
- a plurality of cylinders 24 having a circular cross section are formed in the cylinder block 21.
- a piston 23 is provided in each cylinder 24 so as to reciprocate.
- the piston 23 is connected to the crankshaft via a connecting rod (not shown).
- the crankshaft is rotatably supported by the cylinder block 21.
- the cylinder head 22 is placed on the cylinder block 21 with the gasket 18 interposed therebetween.
- the cylinder head 22 defines the combustion chamber 20 together with the cylinder 24 and the piston 23.
- the cylinder head 22 is provided with one spark plug 15 for each cylinder 24.
- the cylinder head 22 has an intake port 25 and an exhaust port 26 for each cylinder 24.
- the intake port 25 is provided with an intake valve 27 and an injector 29.
- the exhaust port 26 is provided with an exhaust valve 28.
- the plasma generation device 30 includes a discharge device 12 and an electromagnetic wave emission device 13.
- the plasma generation device 30 generates microwave plasma obtained by enlarging the discharge plasma by supplying microwave energy radiated by the electromagnetic wave radiation device 13 to the discharge plasma generated by the discharge device 12.
- the discharge device 12 is provided for each combustion chamber 20.
- the discharge device 12 includes a pulse generator 14 that outputs a high voltage pulse, and a discharger 15 that generates a discharge in a discharge gap when the high voltage pulse from the pulse generator 14 is applied.
- the pulse generator 14 is an ignition coil for automobiles, for example.
- the pulse generator 14 is connected to a direct current power source (for example, an automobile battery) (not shown).
- a direct current power source for example, an automobile battery
- the pulse generator 14 boosts the voltage applied from the DC power supply, and outputs the boosted high voltage pulse to the discharger 15.
- the discharger 15 is, for example, an automobile spark plug.
- a high voltage pulse is supplied to the spark plug 15 via a mixer 34 described later.
- dielectric breakdown occurs in the discharge gap between the center electrode 41 and the ground electrode 42, and discharge plasma (spark discharge) is generated.
- the electromagnetic wave radiation device 13 includes an electromagnetic wave power source 31, an electromagnetic wave oscillator 32, a switch 33, a mixer 34, and a terminal antenna 41.
- the center electrode 41 of the spark plug 15 also serves as the terminal antenna 41.
- an electromagnetic power source 31, an electromagnetic wave oscillator 32, and a switch 33 are provided one by one, and a mixer 34 and a terminal antenna 41 are provided for each combustion chamber 20.
- the electromagnetic wave power supply 31 supplies a pulse current to the electromagnetic wave oscillator 32 when receiving an electromagnetic wave drive signal from the electronic control unit 35.
- the electromagnetic wave drive signal is a pulse signal.
- the electromagnetic wave power supply 31 outputs a pulse current at a predetermined duty ratio from the rising point to the falling point of the electromagnetic wave drive signal.
- the pulse current is continuously output over the time of the pulse width of the electromagnetic wave drive signal.
- the electromagnetic wave oscillator 32 is, for example, a magnetron. When receiving the pulse current, the electromagnetic wave oscillator 32 outputs a microwave pulse. The electromagnetic wave oscillator 32 continuously outputs the microwave pulse over the time of the pulse width of the electromagnetic wave driving signal.
- the electromagnetic wave oscillator 32 can use another oscillator such as a semiconductor oscillator instead of the magnetron.
- the switch 33 switches the antenna that supplies the microwave output from the electromagnetic wave oscillator 32 among the plurality of terminal antennas 41.
- the switch 33 is controlled by the electronic control unit 35. Details of the switch 33 will be described later.
- the mixer 34 receives the high voltage pulse from the pulse generator 14 and the microwave from the electromagnetic wave oscillator 32 at separate input terminals, and outputs the high voltage pulse and the microwave from the same output terminal to the spark plug 15. .
- the mixer 34 is configured to be able to mix high voltage pulses and microwaves.
- the first input terminal is electrically connected to the pulse generator 14, the second input terminal is electrically connected to the switch 33, and the output terminal is electrically connected to the terminal antenna 41. . -Switcher-
- the switch 33 includes a cavity resonator 50, an input side antenna 51, an output side antenna 52, and an adjustment mechanism 53.
- the cavity resonator 50 forms a resonance space 60 for resonating the microwave output from the electromagnetic wave oscillator 32.
- the input-side antenna 51 receives the microwave generated by the electromagnetic wave oscillator 32 and radiates the microwave to the resonance space 60.
- the same number of output antennas 52 as the terminal antennas 41 are provided.
- the output side antenna 52 is provided corresponding to each of the terminal antennas 41.
- the output-side antenna 52 receives the microwave output to the corresponding terminal antenna 41 in the resonance space 60.
- the adjusting mechanism 53 is provided in each of the microwave transmission lines 55 that connect the output-side antenna 52 and the terminal antenna 41.
- the adjusting mechanism 53 constitutes adjusting means for adjusting the electrical characteristics or conduction state of the transmission line 55.
- the switch 33 is configured so that each adjustment mechanism 53 is controlled by the electronic control unit 35 and switches the transmission line 55 that allows the microwaves to pass between the plurality of transmission lines 55, thereby receiving the microwave in the resonance space 60.
- the side antenna 52 is switched.
- the cavity resonator 50 is a box-shaped member that does not transmit microwaves.
- the cavity resonator 50 is formed in a rectangular parallelepiped shape.
- n is a natural number of 2 or more, and is appropriately set according to the number of output-side antennas 52.
- the input side antenna 51 is a rod-shaped conductor, and the microwave generated by the electromagnetic wave oscillator 32 is input thereto.
- the cavity resonator 50 is integrated with the electromagnetic wave oscillator 32 (magnetron), and the output antenna of the electromagnetic wave oscillator 32 also serves as the input side antenna 51.
- the input-side antenna 51 receives microwaves generated by the main body (vacuum tube) of the electromagnetic wave oscillator 32.
- the input side antenna 51 may be connected to the output antenna of the electromagnetic wave oscillator 32 via a coaxial cable or a coaxial waveguide.
- the input side antenna 51 is provided on one end side in the longitudinal direction of the cavity resonator 50.
- the input side antenna 51 passes through the bottom surface (lower surface) of the cavity resonator 50 in FIG. 3 and is exposed to the resonance space 60.
- the microwave generated by the main body (vacuum tube) of the electromagnetic wave oscillator 32 is radiated from the input side antenna 51 to the resonance space 60.
- the microwave resonates in the TE 10 mode, for example.
- the resonance space 60 in FIG. 3 is the figure which looked at the inside of the resonance space 60 from the side. In FIG. 3, the path of the switching signal and the electromagnetic wave drive signal is shown, but the path of the ignition signal is omitted, and this point is the same in FIGS. 5 and 7.
- Each output side antenna 52 is a rod-shaped conductor, and receives the microwave radiated from the input side antenna 51 to the resonance space 50.
- Each output-side antenna 52 penetrates the upper surface of the cavity resonator 50 in FIG. 3 and is exposed to the resonance space 60.
- the output side antennas 52 are arranged at equal intervals in the longitudinal direction of the cavity resonator 50.
- Each output-side antenna 52 is disposed at the antinode of the standing wave formed by the microwave in the resonance space 60.
- Each output antenna 52 is exposed to a strong electric field region where the electric field is relatively strong in the resonance space 60.
- Each output antenna 52 has a protruding length in the resonance space 50 according to the characteristic impedance of the transmission line 55 connected to the output antenna 52.
- the protruding length of each output-side antenna 52 is, for example, a quarter of the wavelength ⁇ of the microwave output from the electromagnetic wave oscillator 32.
- a micro transmission line 55 (for example, a coaxial cable) is connected to the base end of each output-side antenna 52.
- the other end of the transmission line 55 is connected to the second input terminal of the mixer 34.
- Each output antenna 52 is connected to the terminal antenna 41 via the mixer 34.
- Each output-side antenna 52 receives the microwave output to the corresponding terminal antenna 41.
- Each adjustment mechanism 53 is a switch element that switches the transmission line 55 between a conduction state (on state) and a non-conduction state (off state). Each adjustment mechanism 53 is switched on / off in response to a switching signal output from the electronic control unit 35.
- the switch element a Schottky diode, a PIN diode, a FET switch, an IC switch, a MEMS switch, or the like can be used.
- a switch element with high withstand voltage is suitable.
- the switch 33 is controlled by the electronic control unit 35 so that only one of the plurality of adjusting mechanisms 53 is in a conductive state. Only the output side antenna 52 corresponding to the adjustment mechanism 53 in the conductive state receives the microwave in the resonance space 60. Then, the microwave received by the output antenna 52 is supplied to the corresponding terminal antenna 41. In the switch 33, the adjustment mechanism 53 to be in a conductive state is switched in order. As a result, the output-side antenna 52 that receives the microwave in the resonance space 60 is switched in order, and the terminal antenna 41 to which the microwave is supplied is switched in order. -Operation of plasma generator-
- the operation of the plasma generation device 30 will be described in connection with the operation of the engine body 11.
- the engine 10 performs a plasma ignition operation for igniting an air-fuel mixture in the combustion chamber 20 by microwave plasma generated by the plasma generator 30.
- the ignition timing is shifted between the plurality of combustion chambers 20.
- the intake valve 27 is opened and the intake stroke is started. Then, immediately after the piston 23 passes through the top dead center, the exhaust valve 28 is closed, and the exhaust stroke ends.
- the electronic control unit 35 outputs an injection signal to the injector 29 corresponding to the cylinder 24 during the intake stroke, and causes the injector 29 to inject fuel.
- the intake valve 27 is closed and the intake stroke is completed.
- the electronic control unit 35 outputs an ignition signal to the pulse generator 14 corresponding to the cylinder 24 during the compression stroke, immediately before the piston 23 reaches top dead center.
- the high voltage pulse output from the pulse generator 14 is supplied to the spark plug 15.
- discharge plasma is generated in the discharge gap of the spark plug 15.
- the electronic control unit 35 outputs an electromagnetic wave drive signal to the electromagnetic wave power source 31 immediately before the high voltage pulse is output from the pulse generator 14 corresponding to each cylinder 24.
- the adjustment mechanism 53 of the switch 33 Prior to the output of the electromagnetic wave drive signal, the adjustment mechanism 53 of the switch 33 is switched so that the spark plug 15 corresponding to the pulse generator 14 to which the ignition signal is input becomes the microwave supply destination. ing.
- the electronic control unit 35 switches the adjustment mechanism 53 of the transmission line 55 connected to the terminal antenna 41 of the cylinder 24 to be ignited this time to the conducting state, and adjusts the transmission mechanism 55 of the transmission line 55 connected to the terminal antenna 41 of the cylinder 24 previously ignited. Is switched to the non-conducting state.
- a pulse current is output from the electromagnetic wave power source 31 to the electromagnetic wave oscillator 32, and a microwave pulse is output from the electromagnetic wave oscillator 32.
- the microwave pulse is radiated from the terminal antenna 41 (the center electrode 41 of the spark plug 15) to the combustion chamber 20.
- the microwave pulse is continuously emitted immediately before and after the discharge plasma is generated.
- a strong electric field region (a region where the electric field strength is relatively strong in the combustion chamber 20) is formed in the vicinity of the tip of the center electrode 41 by the microwave pulse.
- the discharge plasma absorbs microwave energy and expands to become a relatively large microwave plasma.
- the air-fuel mixture is ignited by the microwave plasma, and combustion of the air-fuel mixture is started.
- the emission start timing of the microwave pulse from the terminal antenna 41 may be after the generation of the discharge plasma, as long as the discharge plasma is not extinguished.
- the switching of the terminal antenna 41 that supplies the microwave is performed by controlling each adjustment mechanism 53 that adjusts the conduction state of the transmission line 55 of each microwave.
- Switching of the terminal antenna 41 that supplies the microwave is performed by electrical adjustment. Therefore, the switching timing can be finely adjusted relatively easily, and the controllability of the switching timing can be improved.
- the adjustment mechanism 53 is configured to be able to adjust the self-inductance, the resistance value, or the capacitance as the electrical characteristics.
- the adjustment mechanism 53 is controlled to adjust the electrical characteristics of each transmission line 55, so that the transmission line 55 through which the microwave is most likely to pass is switched among all the transmission lines 55.
- the output-side antenna 53 connected to the transmission line 55 through which waves most easily pass receives the microwaves in the resonance space 60.
- each adjustment mechanism 53 adjusts the self-inductance, among all the adjustment mechanisms 53, the self-inductance of the adjustment mechanism 53 of the transmission line 55 connected to the output-side antenna 53 that wants to receive microwaves is minimized. Adjusted.
- the adjusting mechanism 53 includes a cylindrical insulator 61 through which the transmission line 55 is inserted, a coil 62 wound around the outer peripheral surface of the insulator 61, and the coil 62 as a power source 65. And an electric circuit 63 connected to the electric circuit 63 and a switch 64 provided in the electric circuit 63.
- the switch 64 of the adjustment mechanism 53 is set to the on state, the self-inductance of the portion inserted through the insulator 61 of the transmission line 55 increases due to the magnetic field formed by the current flowing through the coil 62.
- the switch 64 of the adjustment mechanism 53 of the transmission line 55 of the output antenna 53 that does not receive the microwave is set to the on state, and the adjustment mechanism 53 of the transmission line 55 of the output antenna 53 that receives the microwave
- the switch 64 is set to an off state.
- output-side antennas 52 are respectively provided on two surfaces facing each other.
- a plurality of output-side antennas 52 are arranged at equal intervals in the longitudinal direction on the upper and lower surfaces of the cavity resonator 50, respectively.
- a pair of upper-side output-side antennas 52 and lower-side output-side antennas 52 are arranged at positions of antinodes of standing waves formed by microwaves.
- the second modification since a plurality of output-side antennas 52 are provided for one strong electric field region in the cavity resonator 50, a large number of systems can be obtained without enlarging the cavity resonator 50 so much. Microwaves can be distributed to
- the plasma generation device 30 constitutes an exhaust gas purification device that purifies exhaust gas using plasma.
- the plasma generator 30 is provided so that the discharge gap of each spark plug 15 is located in the exhaust flow path in the exhaust pipe 65.
- the radiating ends of the terminal antennas 41a to 41f (center electrode) of each spark plug 15 are exposed to the exhaust passage.
- the plasma generation device 30 includes a plasma control device 70 (control means) that controls the discharge device 12 and the electromagnetic wave emission device 13.
- the plasma generator 30 controls the on / off of the electromagnetic wave power source 31 of the electromagnetic wave emission device 13 and outputs an ignition signal to the pulse generator 14 during the electromagnetic wave driving period in which the electromagnetic wave power source 31 is set to the on state.
- a switch signal is output to the switch 33.
- the exhaust gas purification operation by the plasma generator 30 will be described.
- the plasma control device 70 In the exhaust gas purification operation, for example, when the circulation of the exhaust gas is started in the exhaust pipe 65, the plasma control device 70 outputs a drive start signal, and the electromagnetic wave power supply 31 is set to the on state. Then, the electromagnetic wave power supply 31 starts to output a pulse current at a predetermined duty ratio, and the electromagnetic wave oscillator 32 receiving the pulse current starts to output a microwave pulse at a predetermined duty ratio. The electromagnetic wave driving period starts. The electromagnetic wave driving period is continued until the plasma control device 70 outputs a driving end signal and the electromagnetic wave power supply 31 is set to the off state.
- microwave pulses are continuously output at a predetermined duty ratio.
- the plasma control device 70 is configured so that the microwaves for a predetermined time are sequentially supplied to all the terminal antennas 41a to 41f. A switching signal is output to the adjusting mechanism 53. Further, the plasma control device 70 supplies an ignition signal to the pulse generator 14 corresponding to the terminal antennas 41a to 41f from which microwaves are radiated. As a result, a high voltage pulse is supplied to the terminal antennas 41a to 41f that are emitting microwaves, and the discharge plasma generated by the high voltage pulses absorbs microwave energy and expands.
- the electromagnetic wave power source 31 is improved while the microwave pulse is continuously output to the electromagnetic wave oscillator 32 so that the microwave plasma is generated without interruption at any position in the exhaust flow path. Makes it easier to control.
- each output antenna 52 faces the input antenna 51 at a predetermined interval.
- the input side antenna 51 is configured such that a plurality of resonance points are formed at predetermined positions when microwaves are input.
- Each output antenna 52 faces each resonance point in the input antenna 51.
- the direction of each output antenna 52 is set in consideration of the direction of the electric field and magnetic field at the resonance point.
- the input side antenna 51 is formed in a spiral shape, the length of the occupied space of the input side antenna 51 is shortened.
- the embodiment may be configured as follows.
- the plasma generator 30 may omit the discharge device 12 and generate the microwave plasma only with the electromagnetic wave emission device 13. In this case, the peak power required to generate the microwave plasma increases, but the apparatus configuration can be simplified. Further, instead of the discharge device 12, a glow plug that emits thermoelectrons may be used. In this case, the thermoelectrons are accelerated by microwave energy, and microwave plasma is generated.
- the center electrode 41 to which the high voltage pulse is supplied is used as the terminal antenna.
- the terminal antenna 41 may be provided separately from the center electrode 41.
- the terminal antenna 41 can be provided, for example, so as to penetrate the ignition plug 15 or can be provided on the cylinder head 22.
- the switch 33 transmits the electromagnetic waves so that the number of terminal antennas 41 that simultaneously supply electromagnetic waves is plural (a number smaller than the total number of terminal antennas 41).
- the terminal antenna 41 to be supplied may be switched.
- the combination of the plurality of adjustment mechanisms 53 set to the on state is changed.
- a plurality of terminal antennas 41 may be provided for one combustion chamber 20.
- microwaves are radiated from the plurality of terminal antennas 41 at different timings.
- microwave plasma is generated at different timings.
- the present invention is useful for an electromagnetic wave radiation device that radiates an electromagnetic wave to generate an electromagnetic wave plasma.
- Electromagnetic radiation apparatus 10
- Plasma generator 12
- Electromagnetic wave oscillator 33
- Switch 41
- Terminal antenna 50
- Cavity resonator 51
- Input side antenna 52
- Output side antenna 53
- Adjustment mechanism (adjustment means)
- Microwave transmission line 60 Resonance space
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Plasma & Fusion (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Combustion & Propulsion (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Ignition Installations For Internal Combustion Engines (AREA)
- Plasma Technology (AREA)
Abstract
複数の終端アンテナ41の間で、電磁波を供給する終端アンテナ41を切替可能な電磁波放射装置30において、切替タイミングの制御性を向上させる。切替器33は、共振空間60を形成する空胴共振器50と、電磁波発振器32で生成された電磁波が入力されて電磁波を共振空間60に放射する入力側アンテナ51と、各終端アンテナ41に対応して設けられ、共振空間60において、対応する終端アンテナ41に出力する電磁波を受信する複数の出力側アンテナ52と、出力側アンテナ52と終端アンテナ41とを接続する電磁波の伝送線路55にそれぞれ設けられ、伝送線路55の電気特性又は導通状態を調節する調節機構53とを有している。切替器33は、調節機構53が制御されて、複数の伝送線路55の間で電磁波を通過させる伝送線路55を切り替えることで、共振空間60において電磁波を受信する出力側アンテナ52を切り替える。
Description
本発明は、電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置に関するものである。
従来から、電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置が知られている。例えば特許文献1には、この種の電磁波放射装置が記載されている。
特開昭51-77719号公報の図8には、分配器(切替器)により4系統にマイクロ波の供給先を切り替え可能な電磁波放射装置を有する内燃機関が記載されている。この内燃機関では、マイクロ波エネルギーが、スパークプラグを介して、燃焼中のプラズマ混合物に結合される。分配器は、ロータを回転させて、スイッチの切り替えが行われる。
ところで、従来の電磁波放射装置では、機械式の切替器により電磁波を供給する終端アンテナの切り替えが行われるため、切替タイミングを微調節することが困難であった。例えば、エンジンの複数の燃焼室に対して点火タイミングに合わせて順番に電磁波を放射する場合に、エンジンの回転数の変化に対して、切替タイミングを微調節することが困難であった。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的は、複数の終端アンテナの間で、電磁波を供給する終端アンテナを切替可能な電磁波放射装置において、切替タイミングの制御性を向上させることにある。
第1の発明は、電磁波を発振する電磁波発振器と、前記電磁波発振器から出力された電磁波が放射される複数の終端アンテナと、前記複数の終端アンテナの間で、前記電磁波発振器から出力された電磁波を供給する終端アンテナを切り替える切替器とを備え、前記終端アンテナから放射した電磁波により電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置を対象とする。そして、この電磁波放射装置は、前記切替器は、前記電磁波発振器から出力される電磁波を共振させるための共振空間を形成する空胴共振器と、前記電磁波発振器で生成された電磁波が入力されて、該電磁波を前記共振空間に放射する入力側アンテナと、前記終端アンテナの各々に対応して設けられ、前記共振空間において、対応する終端アンテナに出力する電磁波を受信する複数の出力側アンテナと、前記出力側アンテナと前記終端アンテナとを接続する電磁波の伝送線路にそれぞれ設けられ、該伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段とを有し、前記調節手段が制御されて、複数の伝送線路の間で電磁波を通過させる伝送線路を切り替えることで、前記共振空間において電磁波を受信する出力側アンテナを切り替える。
第1の発明では、切替器において、入力側アンテナから共振空間に電磁波が放射され、その放射された電磁波を受信する出力側アンテナを切り替えることにより、電磁波を供給する終端アンテナが切り替えられる。電磁波を受信する出力側アンテナの切り替えは、各電磁波の伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段を制御することにより行われる。つまり、電磁波を供給する終端アンテナの切り替えは、調節手段を制御することにより行われる。
第2の発明は、第1の発明において、前記出力側アンテナの各々が、前記共振空間において相対的に電界が強くなる強電界領域に露出している。
第3の発明は、第2の発明において、前記空胴共振器では、1つの前記強電界領域に対して複数の前記出力側アンテナが設けられている。
第4の発明は、第1又は第2の発明において、前記入力側アンテナが、マイクロ波が入力されると、少なくとも前記出力側アンテナの数以上の共振点が形成され、前記出力側アンテナの各々は、間隔を隔てて、前記入力側アンテナの各共振点に対向している。
第5の発明は、第4の発明において、前記入力側アンテナが、螺旋状に形成されている。
第6の発明は、第1乃至第5の何れか1つの発明において、前記電磁波発振器が、連続的に電磁波パルスを出力し、前記電磁波発振器が電磁波パルスを発振する電磁波駆動期間に亘って、電磁波を供給する終端アンテナを切り替え続ける制御手段を備えている。
本発明では、電磁波を供給する終端アンテナの切り替えが、各電磁波の伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段を制御することにより行われる。電磁波を供給する終端アンテナの切り替えは、電気的な調節により行われる。従って、切替タイミングを比較的容易に微調節することができ、切替タイミングの制御性を向上させることができる。
また、第2の発明では、各出力側アンテナが共振空間において強電界領域に露出しているので、切替器において高効率でマイクロ波を伝送できる。
また、第3の発明では、空胴共振器において1つの強電界領域に対して複数の出力側アンテナが設けられているので、空胴共振器のコンパクト化を図ることができる。
また、第5の発明では、入力側アンテナが螺旋状に形成されているので、入力側アンテナの長さ方向における占有体積を小さくすることができ、空胴共振器のコンパクト化を図ることができる。
また、第6の発明では、連続的に電磁波パルスを出力するように電磁波の発振が制御されるので、電磁波の発振制御を容易化させることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物、あるいはその用途の範囲を制限することを意図するものではない。
《実施形態1》
《実施形態1》
本実施形態1は、本発明に係る電磁波放射装置13を備えた多気筒エンジン10である。電磁波放射装置13は、各シリンダ24の燃焼室20にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成するプラズマ生成装置30の一部を構成する。エンジン10は、エンジン本体11とプラズマ生成装置30とを備えている。
-エンジン本体-
-エンジン本体-
エンジン本体11は、図1に示すように、シリンダブロック21とシリンダヘッド22とピストン23とを備えている。シリンダブロック21には、円形断面のシリンダ24が複数形成されている。各シリンダ24内には、ピストン23が往復自在に設けられている。ピストン23は、コネクティングロッドを介して、クランクシャフトに連結されている(図示省略)。クランクシャフトは、シリンダブロック21に回転自在に支持されている。
シリンダヘッド22は、ガスケット18を挟んで、シリンダブロック21上に載置されている。シリンダヘッド22は、シリンダ24及びピストン23と共に、燃焼室20を区画している。シリンダヘッド22には、各シリンダ24に対して、点火プラグ15が1つずつ設けられている。また、シリンダヘッド22には、各シリンダ24に対して、吸気ポート25及び排気ポート26が形成されている。吸気ポート25には、吸気バルブ27及びインジェクター29が設けられている。一方、排気ポート26には、排気バルブ28が設けられている。
-プラズマ生成装置-
-プラズマ生成装置-
プラズマ生成装置30は、図2に示すように、放電装置12と電磁波放射装置13とを備えている。プラズマ生成装置30は、放電装置12により生成された放電プラズマに、電磁波放射装置13が放射するマイクロ波のエネルギーを供給することにより、放電プラズマを拡大させたマイクロ波プラズマを生成する。
放電装置12は、燃焼室20毎に設けられている。放電装置12は、高電圧パルスを出力するパルス生成器14と、該パルス生成器14からの高電圧パルスが印加されると放電ギャップにおいて放電が生じる放電器15とを備えている。
パルス生成器14は、例えば自動車用の点火コイルである。パルス生成器14は、直流電源(例えば自動車用のバッテリー)に接続されている(図示省略)。パルス生成器14は、電子制御装置35から点火信号を受けると、直流電源から印加された電圧を昇圧し、昇圧後の高電圧パルスを放電器15に出力する。放電器15は、例えば自動車用の点火プラグである。点火プラグ15には、後述の混合器34を介して高電圧パルスが供給される。点火プラグ15では、高電圧パルスが供給されると、中心電極41と接地電極42の間の放電ギャップにおいて、絶縁破壊が生じて放電プラズマ(スパーク放電)が生成される。
電磁波放射装置13は、電磁波用電源31と電磁波発振器32と切替器33と混合器34と終端アンテナ41とを備えている。本実施形態では、点火プラグ15の中心電極41が終端アンテナ41を兼ねている。電磁波放射装置13では、電磁波用電源31と電磁波発振器32と切替器33が1つずつ設けられ、燃焼室20毎に混合器34と終端アンテナ41が設けられている。
電磁波用電源31は、電子制御装置35から電磁波駆動信号を受けると、電磁波発振器32にパルス電流を供給する。電磁波駆動信号はパルス信号である。電磁波用電源31は、電磁波駆動信号の立ち上がり時点から立ち下がり時点に亘って、所定のデューティー比でパルス電流を出力する。パルス電流は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘って継続的に出力される。
電磁波発振器32は、例えばマグネトロンである。電磁波発振器32は、パルス電流を受けるとマイクロ波パルスを出力する。電磁波発振器32は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘ってマイクロ波パルスを継続的に出力する。なお、電磁波発振器32は、マグネトロンの代わりに、半導体発振器等の他の発振器を使用することもできる。
切替器33は、複数の終端アンテナ41の間で、電磁波発振器32から出力されたマイクロ波を供給するアンテナを切り替える。切替器33は、電子制御装置35により制御される。切替器33についての詳細は後述する。
混合器34は、パルス発生器14からの高電圧パルスと電磁波発振器32からのマイクロ波とを別々の入力端子で受けて、同じ出力端子から点火プラグ15へ高電圧パルスとマイクロ波とを出力する。混合器34は、高電圧パルスとマイクロ波とを混合可能に構成されている。混合器34では、第1入力端子がパルス発生器14に電気的に接続され、第2入力端子が切替器33に電気的に接続され、出力端子が終端アンテナ41に電気的に接続されている。
-切替器-
-切替器-
切替器33について詳述する。切替器33は、図3に示すように、空胴共振器50と入力側アンテナ51と出力側アンテナ52と調節機構53とを備えている。空胴共振器50は、電磁波発振器32から出力されるマイクロ波を共振させるための共振空間60を形成する。入力側アンテナ51は、電磁波発振器32で生成されたマイクロ波が入力されて、そのマイクロ波を共振空間60に放射する。出力側アンテナ52は、終端アンテナ41と同数設けられている。出力側アンテナ52は、終端アンテナ41の各々に対応して設けられている。出力側アンテナ52は、共振空間60において、対応する終端アンテナ41に出力するマイクロ波を受信する。調節機構53は、出力側アンテナ52と終端アンテナ41とを接続するマイクロ波の伝送線路55にそれぞれ設けられている。調節機構53は、伝送線路55の電気特性又は導通状態を調節する調節手段を構成している。切替器33は、各調節機構53が電子制御装置35に制御されて、複数の伝送線路55の間でマイクロ波を通過させる伝送線路55を切り替えることで、共振空間60においてマイクロ波を受信する出力側アンテナ52を切り替える。
具体的に、空胴共振器50は、マイクロ波を透過しない箱状部材である。空胴共振器50は、直方体状に形成されている。共振空間60の長手方向の長さLは、入力側アンテナ51から共振空間60に放射されたマイクロ波の波長をλとした場合に、L=n×(λ/2)の関係を満たす。なお、nは、2以上の自然数であり、出力側アンテナ52の数に応じて適宜設定される。
入力側アンテナ51は、棒状の導体であり、電磁波発振器32で生成されたマイクロ波が入力される。本実施形態では、空胴共振器50が電磁波発振器32(マグネトロン)に一体化され、電磁波発振器32の出力アンテナが入力側アンテナ51を兼ねている。入力側アンテナ51には、電磁波発振器32の本体部(真空管)で生成されたマイクロ波が入力される。なお、入力側アンテナ51を、同軸ケーブル又は同軸導波管を介して、電磁波発振器32の出力アンテナに接続してもよい。
入力側アンテナ51は、空胴共振器50の長手方向の一端側に設けられている。入力側アンテナ51は、図3における空胴共振器50の底面(下面)を貫通し、共振空間60に露出している。電磁波発振器32の本体部(真空管)で生成されたマイクロ波は、入力側アンテナ51から共振空間60へ放射される。共振空間60では、マイクロ波が例えばTE10モードで共振する。なお、図3における共振空間60は、共振空間60の内部を側方から見た図である。図3では、切替信号及び電磁波駆動信号の経路を記載しているが、点火信号の経路は省略しており、この点は図5及び図7でも同様である。
各出力側アンテナ52は、棒状の導体であり、入力側アンテナ51から共振空間50に放射されたマイクロ波を受信する。各出力側アンテナ52は、図3における空胴共振器50の上面を貫通し、共振空間60に露出している。出力側アンテナ52は、空胴共振器50の長手方向に等間隔で配置されている。各出力側アンテナ52は、共振空間60においてマイクロ波により形成される定在波の腹の位置に配置されている。各出力側アンテナ52は、共振空間60において相対的に電界が強くなる強電界領域に露出している。また、各出力側アンテナ52は、その出力側アンテナ52に接続する伝送線路55の特性インピーダンスに合わせて、共振空間50における突出長が設定されている。各出力側アンテナ52の突出長は、例えば、電磁波発振器32から出力されたマイクロ波の波長λの4分の1である。
各出力側アンテナ52の基端には、マイクロの伝送線路55(例えば、同軸ケーブル)の一端が接続されている。伝送線路55の他端は、混合器34の第2入力端子に接続されている。各出力側アンテナ52は、混合器34を介して、終端アンテナ41に接続されている。各出力側アンテナ52は、対応する終端アンテナ41に出力するマイクロ波を受信する。
各調節機構53は、導通状態(オン状態)と非導通状態(オフ状態)との間で伝送線路55を切り替えるスイッチ素子である。各調節機構53は、電子制御装置35が出力する切替信号を受けて、オン/オフが切り替えられる。スイッチ素子としては、ショットキーダイオード、PINダイオード、FETスイッチ、ICスイッチ、MEMSスイッチ等を使用することができる。伝送線路55では、マイクロ波プラズマを生成するために、電力が比較的大きいマイクロ波が流れるので、耐圧性の高いスイッチ素子が好適である。
切替器33は、複数の調節機構53のうち1つだけが導通状態になるように、電子制御装置35によって制御される。導通状態の調節機構53に対応する出力側アンテナ52だけが、共振空間60においてマイクロ波を受信する。そして、その出力側アンテナ52で受信されたマイクロ波は、対応する終端アンテナ41へ供給される。切替器33では、導通状態にする調節機構53が順番に切り替えられる。その結果、共振空間60においてマイクロ波を受信する出力側アンテナ52が順番に切り替わり、マイクロ波が供給される終端アンテナ41が順番に切り替わる。
-プラズマ生成装置の動作-
-プラズマ生成装置の動作-
エンジン本体11の動作を絡めてプラズマ生成装置30の動作を説明する。
エンジン10は、プラズマ生成装置30によって生成したマイクロ波プラズマにより、燃焼室20の混合気に着火するプラズマ着火運転を行う。複数の燃焼室20の間では点火タイミングがずれている。
各シリンダ24では、ピストン23が上死点を達する直前に、吸気バルブ27が開かれて、吸気行程が開始される。そして、ピストン23が上死点を通過した直後に、排気バルブ28が閉じられて、排気行程が終了する。電子制御装置35は、吸気行程中のシリンダ24に対応するインジェクター29に対して噴射信号を出力し、そのインジェクター29に燃料を噴射させる。
続いて、ピストン23が下死点を通過した直後に、吸気バルブ27が閉じられて、吸気行程が終了する。吸気行程が終了すると、圧縮行程が開始される。電子制御装置35は、圧縮行程中のシリンダ24に対応するパルス生成器14に対して、ピストン23が上死点に達する直前に点火信号を出力する。これにより、パルス生成器14から出力された高電圧パルスが、点火プラグ15へ供給される。その結果、点火プラグ15の放電ギャップにおいて放電プラズマが生成される。
また、電子制御装置35は、各シリンダ24に対応するパルス生成器14から高電圧パルスが出力される直前に、電磁波用電源31に電磁波駆動信号を出力する。なお、電磁波駆動信号の出力に先立って、点火信号が入力されるパルス生成器14に対応する点火プラグ15がマイクロ波の供給先になるように、切替器33の調節機構53の切り替えが行われている。電子制御装置35は、今回点火するシリンダ24の終端アンテナ41に接続する伝送線路55の調節機構53を導通状態へ切り替え、前回点火したシリンダ24の終端アンテナ41に接続する伝送線路55の調節機構53を非導通状態へ切り替えている。
これにより、電磁波用電源31から電磁波発振器32へパルス電流が出力され、電磁波発振器32からマイクロ波パルスが出力される。マイクロ波パルスは、終端アンテナ41(点火プラグ15の中心電極41)から燃焼室20へ放射される。マイクロ波パルスは、放電プラズマが生成される直前から直後に亘って継続的に放射される。放電プラズマが生じるタイミングでは、マイクロ波パルスにより強電界領域(燃焼室20において電界強度が相対的に強い領域)が、中心電極41の先端の近傍に形成されている。放電プラズマはマイクロ波のエネルギーを吸収して拡大し、比較的大きなマイクロ波プラズマになる。燃焼室20では、マイクロ波プラズマにより混合気が体積着火され、混合気の燃焼が開始される。
なお、終端アンテナ41からのマイクロ波パルスの放射開始タイミングは、放電プラズマが消滅する前であれば、放電プラズマの生成後であってもよい。
シリンダ24では、混合気が燃焼するときの膨張力により、ピストン23が下死点側へ動かされる。そして、ピストン23が下死点に達する直前に、排気バルブ28が開かれて、排気行程が開始される。上述したように、排気行程は、吸気行程の開始直後に終了する。
-実施形態の効果-
-実施形態の効果-
本実施形態では、マイクロ波を供給する終端アンテナ41の切り替えが、各マイクロ波の伝送線路55の導通状態を調節する各調節機構53を制御することにより行われる。マイクロ波を供給する終端アンテナ41の切り替えは、電気的な調節により行われる。従って、切替タイミングを比較的容易に微調節することができ、切替タイミングの制御性を向上させることができる。
また、本実施形態では、各出力側アンテナ52が共振空間60において強電界領域に露出しているので、切替器33において高効率でマイクロ波を伝送できる。
-実施形態の変形例1-
-実施形態の変形例1-
変形例1では、調節機構53が、電気特性として、自己インダクタンス、抵抗値、又は静電容量を調節可能に構成されている。切替器33は、調節機構53が制御されて、各伝送線路55の電気特性が調節されることにより、全ての伝送線路55の中でマイクロ波が最も通過しやすい伝送線路55が切り替えられ、マイクロ波が最も通過しやすい伝送線路55に接続する出力側アンテナ53が、共振空間60においてマイクロ波を受信する。
例えば、各調節機構53が自己インダクタンスを調節する場合は、全ての調節機構53の中で、マイクロ波を受信させたい出力側アンテナ53に接続する伝送線路55の調節機構53の自己インダクタンスが最小に調節される。
例えば、調節機構53は、図4に示すように、伝送線路55が挿通される筒状の絶縁体61と、その絶縁体61の外周面に巻かれたコイル62と、そのコイル62を電源65に接続する電気回路63と、その電気回路63に設けられたスイッチ64とを備えている。調節機構53のスイッチ64がオン状態に設定されると、コイル62を流れる電流が形成する磁界により、伝送線路55の絶縁体61に挿通する部分の自己インダクタンスが増大する。切替器33では、マイクロ波を受信させない出力側アンテナ53の伝送線路55の調節機構53のスイッチ64がオン状態に設定され、マイクロ波を受信させる出力側アンテナ53の伝送線路55の調節機構53のスイッチ64がオフ状態に設定される。
-実施形態の変形例2-
-実施形態の変形例2-
変形例2では、図5に示すように、空胴共振器50において、互いに相対する2つの面に出力側アンテナ52が、それぞれ設けられている。図5では、空胴共振器50の上面と下面にそれぞれ、長手方向に複数の出力側アンテナ52が等間隔に配列されている。空胴共振器50では、マイクロ波により形成される定在波の腹の位置に、一対の上面側の出力側アンテナ52及び下面側の出力側アンテナ52が配置されている。変形例2によれば、空胴共振器50において1つの強電界領域に対して複数の出力側アンテナ52が設けられているので、空胴共振器50をそれほど大型化させることなく、多くの系統へマイクロ波を分配することができる。
変形例2では、プラズマ生成装置30が、プラズマにより排気ガスを浄化する排気ガス浄化装置を構成している。プラズマ生成装置30は、各点火プラグ15の放電ギャップが排気管65内の排気流路に位置するように設けられている。各点火プラグ15の終端アンテナ41a~41f(中心電極)の放射端は、排気流路に露出している。
プラズマ生成装置30は、放電装置12と電磁波放射装置13を制御するプラズマ制御装置70(制御手段)を備えている。プラズマ生成装置30は、電磁波放射装置13の電磁波用電源31をオン/オフ制御すると共に、電磁波用電源31がオン状態に設定されている電磁波駆動期間に、パルス発生器14に点火信号を出力すると共に、切替器33に切替信号を出力する。
プラズマ生成装置30による排気ガス浄化動作について説明する。
排気ガス浄化動作では、例えば排気管65において排気ガスの流通が開始されると、プラズマ制御装置70が駆動開始信号を出力し、電磁波用電源31がオン状態に設定される。そうすると、電磁波用電源31は、所定のデューティー比でパルス電流を出力し始め、そのパルス電流を受けた電磁波発振器32が所定のデューティー比でマイクロ波パルスを出力し始める。電磁波駆動期間が開始される。電磁波駆動期間は、プラズマ制御装置70が駆動終了信号を出力して電磁波用電源31がオフ状態に設定されるまで継続される。
電磁波駆動期間中は、所定のデューティー比でマイクロ波パルスが継続的に出力される。また、電磁波駆動期間中は、プラズマ制御装置70が、図6に示すように、全ての終端アンテナ41a~41fに対して一定時間のマイクロ波が順番に供給されるように、切替器33の各調節機構53へ切替信号を出力する。また、プラズマ制御装置70は、マイクロ波が放射される終端アンテナ41a~41fに対応するパルス発生器14へ点火信号を供給する。その結果、マイクロ波を放射中の終端アンテナ41a~41fに高電圧パルスが供給され、その高電圧パルスにより生成された放電プラズマが、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。
ここで、プラズマにより排気ガスを浄化する場合は、排気ガスがプラズマに接触する時間が長くなるほど、排気ガスの有害物質の分解率が向上する。そのため、電磁波発振器32にマイクロ波パルスを連続出力させて、排気流路において何れかの位置でマイクロ波プラズマが途切れることなく生成されるようにして、前記分解率を向上させつつ、電磁波用電源31の制御を容易化させている。
なお、空胴共振器50において、互いに相対する2つ面に出力側アンテナ52を設ける構成は、プラズマ生成装置30をエンジン10に適用する場合にも採用できる。
-実施形態の変形例3-
-実施形態の変形例3-
変形例3では、図7に示すように、入力側アンテナ51に対して、各出力側アンテナ52が所定の間隔を隔てて対面している。
入力側アンテナ51は、マイクロ波が入力されると、所定の位置に複数の共振点が形成されるように構成されている。各出力側アンテナ52は、入力側アンテナ51における各共振点に対面している。各出力側アンテナ52の向きは、共振点における電界及び磁界の方向を考慮して設定されている。変形例3では、入力側アンテナ51が螺旋状に形成されているので、入力側アンテナ51の占有空間の長さが短縮されている。
《その他の実施形態》
《その他の実施形態》
前記実施形態は、以下のように構成してもよい。
前記実施形態において、プラズマ生成装置30は、放電装置12を省略して、電磁波放射装置13だけでマイクロ波プラズマを生成してもよい。この場合、マイクロ波プラズマを生成するのに必要なピーク電力は大きくなるが、装置構成を簡素化できる。また、放電装置12の代わりに、熱電子を放出するグロープラグを使用してもよい。この場合、マイクロ波のエネルギーにより熱電子が加速されて、マイクロ波プラズマが生成される。
また、前記実施形態では、高電圧パルスが供給される中心電極41を終端アンテナとしていたが、中心電極41とは別途に終端アンテナ41を設けてもよい。終端アンテナ41は、例えば点火プラグ15を貫通するように設けたり、シリンダヘッド22に設けたりすることができる。
また、前記実施形態において、終端アンテナ41が3つ以上ある場合に、切替器33は、同時に電磁波を供給する終端アンテナ41が複数(終端アンテナ41の総数より少ない数)となるように、電磁波を供給する終端アンテナ41を切り替えてもよい。例えば、前記実施形態では、オン状態に設定される複数の調節機構53の組合せが変えられる。
また、前記実施形態において、1つの燃焼室20に対して複数の終端アンテナ41を設けてもよい。燃焼室20では、複数の終端アンテナ41からタイミングをずらしてマイクロ波が放射される。複数の終端アンテナ41の近傍では、異なるタイミングでマイクロ波プラズマが生成される。
以上説明したように、本発明は、電磁波を放射して電磁波プラズマを生成する電磁波放射装置について有用である。
13 電磁波放射装置
30 プラズマ生成装置
32 電磁波発振器
33 切替器
41 終端アンテナ
50 空胴共振器
51 入力側アンテナ
52 出力側アンテナ
53 調節機構(調節手段)
55 マイクロ波の伝送線路(電磁波の伝送線路)
60 共振空間
30 プラズマ生成装置
32 電磁波発振器
33 切替器
41 終端アンテナ
50 空胴共振器
51 入力側アンテナ
52 出力側アンテナ
53 調節機構(調節手段)
55 マイクロ波の伝送線路(電磁波の伝送線路)
60 共振空間
Claims (6)
- 電磁波を発振する電磁波発振器と、
前記電磁波発振器から出力された電磁波が放射される複数の終端アンテナと、
前記複数の終端アンテナの間で、前記電磁波発振器から出力された電磁波を供給する終端アンテナを切り替える切替器とを備え、
前記終端アンテナから放射した電磁波により電磁波プラズマを生成する、又は対象物質を加熱する電磁波放射装置であって、
前記切替器は、
前記電磁波発振器から出力される電磁波を共振させるための共振空間を形成する空胴共振器と、
前記電磁波発振器で生成された電磁波が入力されて、該電磁波を前記共振空間に放射する入力側アンテナと、
前記終端アンテナの各々に対応して設けられ、前記共振空間において、対応する終端アンテナに出力する電磁波を受信する複数の出力側アンテナと、
前記出力側アンテナと前記終端アンテナとを接続する電磁波の伝送線路にそれぞれ設けられ、該伝送線路の電気特性又は導通状態を調節する調節手段とを有し、
前記調節手段が制御されて、複数の伝送線路の間で電磁波を通過させる伝送線路を切り替えることで、前記共振空間において電磁波を受信する出力側アンテナを切り替える
ことを特徴とする電磁波放射装置。 - 請求項1において、
前記出力側アンテナの各々は、前記共振空間において相対的に電界が強くなる強電界領域に露出している
ことを特徴とする電磁波放射装置。 - 請求項2において、
前記空胴共振器では、1つの前記強電界領域に対して複数の前記出力側アンテナが設けられている
ことを特徴とする電磁波放射装置。 - 請求項1又は2において、
前記入力側アンテナは、マイクロ波が入力されると、少なくとも前記出力側アンテナの数以上の共振点が形成され、
前記出力側アンテナの各々は、間隔を隔てて、前記入力側アンテナの各共振点に対向している
ことを特徴とする電磁波放射装置。 - 請求項4において、
前記入力側アンテナは、螺旋状に形成されている
ことを特徴とする電磁波放射装置。 - 請求項1乃至5の何れか1つにおいて、
前記電磁波発振器は、連続的に電磁波パルスを出力し、
前記電磁波発振器が電磁波パルスを発振する電磁波駆動期間に亘って、電磁波を供給する終端アンテナを切り替え続ける制御手段を備えている
ことを特徴とする電磁波放射装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2013516424A JP6179004B2 (ja) | 2011-05-24 | 2012-05-23 | 電磁波放射装置 |
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2011-115292 | 2011-05-24 | ||
JP2011115292 | 2011-05-24 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2012161231A1 true WO2012161231A1 (ja) | 2012-11-29 |
Family
ID=47217307
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/JP2012/063226 WO2012161231A1 (ja) | 2011-05-24 | 2012-05-23 | 電磁波放射装置 |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP6179004B2 (ja) |
WO (1) | WO2012161231A1 (ja) |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014101796A (ja) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | プラズマ点火装置 |
CN103982339A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-08-13 | 波思环球(北京)科技有限公司 | 一种提高燃油效率的装置及方法 |
JP6275343B1 (ja) * | 2015-01-05 | 2018-02-07 | アークス エナジーArcs Energy | 燃料活性化及びエネルギー放出装置、システム及びそれらの方法 |
CN110011561A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | 济南爱我本克网络科技有限公司 | 一种高功率电磁脉冲发生器 |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5177719A (ja) * | 1974-08-12 | 1976-07-06 | Ei Uii Uoodo Maikeru | |
JPS57203870A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | High-frequency ignition apparatus for internal combustion engine |
JP2003509832A (ja) * | 1999-09-13 | 2003-03-11 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシュルシュ シャンティフィク(セ・エヌ・エル・エス) | マイクロ波システム |
JP2009508045A (ja) * | 2005-09-09 | 2009-02-26 | ビーティーユー インターナショナル インコーポレイテッド | 内燃機関用マイクロ波燃焼システム |
JP2010520399A (ja) * | 2007-03-01 | 2010-06-10 | ルノー・エス・アー・エス | 単一の電力段による複数のプラグコイルの制御 |
WO2012005201A1 (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-12 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ生成装置 |
WO2012124671A2 (ja) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | イマジニアリング株式会社 | 内燃機関 |
Family Cites Families (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP4900768B2 (ja) * | 2004-06-22 | 2012-03-21 | 芝浦メカトロニクス株式会社 | プラズマ発生装置及びプラズマ処理装置 |
JP4724625B2 (ja) * | 2006-08-30 | 2011-07-13 | 株式会社サイアン | プラズマ発生装置およびそれを用いるワーク処理装置 |
JP5231308B2 (ja) * | 2009-03-31 | 2013-07-10 | 東京エレクトロン株式会社 | プラズマ処理装置 |
-
2012
- 2012-05-23 JP JP2013516424A patent/JP6179004B2/ja active Active
- 2012-05-23 WO PCT/JP2012/063226 patent/WO2012161231A1/ja active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS5177719A (ja) * | 1974-08-12 | 1976-07-06 | Ei Uii Uoodo Maikeru | |
JPS57203870A (en) * | 1981-06-11 | 1982-12-14 | Nissan Motor Co Ltd | High-frequency ignition apparatus for internal combustion engine |
JP2003509832A (ja) * | 1999-09-13 | 2003-03-11 | サントル ナショナル ドゥ ラ ルシュルシュ シャンティフィク(セ・エヌ・エル・エス) | マイクロ波システム |
JP2009508045A (ja) * | 2005-09-09 | 2009-02-26 | ビーティーユー インターナショナル インコーポレイテッド | 内燃機関用マイクロ波燃焼システム |
JP2010520399A (ja) * | 2007-03-01 | 2010-06-10 | ルノー・エス・アー・エス | 単一の電力段による複数のプラグコイルの制御 |
WO2012005201A1 (ja) * | 2010-07-07 | 2012-01-12 | イマジニアリング株式会社 | プラズマ生成装置 |
WO2012124671A2 (ja) * | 2011-03-14 | 2012-09-20 | イマジニアリング株式会社 | 内燃機関 |
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2014101796A (ja) * | 2012-11-20 | 2014-06-05 | Ngk Spark Plug Co Ltd | プラズマ点火装置 |
CN103982339A (zh) * | 2014-05-12 | 2014-08-13 | 波思环球(北京)科技有限公司 | 一种提高燃油效率的装置及方法 |
JP6275343B1 (ja) * | 2015-01-05 | 2018-02-07 | アークス エナジーArcs Energy | 燃料活性化及びエネルギー放出装置、システム及びそれらの方法 |
CN110011561A (zh) * | 2019-03-26 | 2019-07-12 | 济南爱我本克网络科技有限公司 | 一种高功率电磁脉冲发生器 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP6179004B2 (ja) | 2017-08-16 |
JPWO2012161231A1 (ja) | 2014-07-31 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP6086446B2 (ja) | 内燃機関 | |
JPWO2012124671A1 (ja) | 内燃機関 | |
JP6082880B2 (ja) | 高周波放射用プラグ | |
JP2010096109A (ja) | 点火装置 | |
US8813717B2 (en) | Internal combustion engine | |
WO2015025913A1 (ja) | 内燃機関の点火装置及び内燃機関 | |
WO2012005201A1 (ja) | プラズマ生成装置 | |
WO2015030247A2 (ja) | プラズマ発生装置及び内燃機関 | |
JP6179004B2 (ja) | 電磁波放射装置 | |
US9599089B2 (en) | Internal combustion engine and plasma generation provision | |
JP6298961B2 (ja) | 電磁波放射装置 | |
JP5957726B2 (ja) | 点火プラグ、及び内燃機関 | |
JP2011007163A (ja) | 火花点火式内燃機関 | |
JP6086443B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP6023966B2 (ja) | 内燃機関 | |
JP6145759B2 (ja) | アンテナ構造、高周波放射用プラグ、及び内燃機関 | |
JP6145760B2 (ja) | 高周波放射用プラグ及び内燃機関 | |
JP5866679B2 (ja) | 高周波伝送線路 | |
JP5994062B2 (ja) | アンテナ構造体、高周波放射用プラグ、内燃機関 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 12789214 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
ENP | Entry into the national phase |
Ref document number: 2013516424 Country of ref document: JP Kind code of ref document: A |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 12789214 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |