WO2013021993A1 - 内燃機関 - Google Patents

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WO2013021993A1
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combustion engine
internal combustion
electromagnetic waves
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Inventor
池田　裕二
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イマジニアリング株式会社
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    • 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
    • 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
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/02—Other installations having inductive energy storage, e.g. arrangements of induction coils
    • 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
    • F02P9/00—Electric spark ignition control, not otherwise provided for
    • F02P9/002—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression
    • F02P9/007—Control of spark intensity, intensifying, lengthening, suppression by supplementary electrical discharge in the pre-ionised electrode interspace of the sparking plug, e.g. plasma jet ignition

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine that promotes combustion of an air-fuel mixture using electromagnetic waves.
  • Patent Document 1 discloses this type of internal combustion engine.
  • the internal combustion engine described in Patent Document 1 includes an ignition device that radiates microwaves to a combustion chamber before and after ignition of an air-fuel mixture to cause plasma discharge.
  • the ignition device creates a local plasma using the discharge of the ignition plug so that the plasma is generated in a high pressure field, and this plasma is grown by the microwave. Local plasma is generated in the discharge gap between the tip of the anode terminal and the ground terminal.
  • the present invention has been made in view of the above points, and an object thereof is to effectively radiate electromagnetic waves from a radiation antenna to a combustion chamber in an internal combustion engine that promotes combustion of an air-fuel mixture in the combustion chamber using electromagnetic waves. There is to make it.
  • a first invention includes an internal combustion engine body in which a combustion chamber is formed, and an electromagnetic wave radiation device that radiates electromagnetic waves from a radiation antenna to the combustion chamber, and promotes combustion of an air-fuel mixture by the electromagnetic waves radiated to the combustion chamber.
  • the radiating antenna extends along the section screen in an insulating member provided on a section screen that divides the combustion chamber, and the insulating member includes the radiating antenna with respect to the radiating antenna.
  • a grounded ground conductor is provided on the opposite side of the combustion chamber.
  • a second invention includes an internal combustion engine body in which a combustion chamber is formed and an electromagnetic wave radiation device that radiates electromagnetic waves from a radiation antenna to the combustion chamber, and promotes combustion of the air-fuel mixture by the electromagnetic waves radiated to the combustion chamber.
  • the radiating antenna is formed in a spiral shape in an insulating member provided on a section screen that divides the combustion chamber, and the insulating member is disposed on the radiating antenna with respect to the combustion chamber.
  • a grounded ground conductor is provided on the opposite side.
  • the insulating member is provided with the ground conductor, electromagnetic waves can be effectively radiated from the radiation antenna to the combustion chamber.
  • 1 is a longitudinal sectional view of an internal combustion engine according to an embodiment. It is a front view of the ceiling surface of the combustion chamber of the internal combustion engine which concerns on embodiment. It is a block diagram of the ignition device and electromagnetic wave radiation device concerning an embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of the insulating member which concerns on embodiment. It is the front view which looked at the insulating member which concerns on embodiment from the combustion chamber side. It is a front view of the piston top surface concerning an embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of the internal combustion engine which concerns on the modification of embodiment. It is a schematic block diagram of the radiation antenna which concerns on the modification of embodiment.
  • the present embodiment is an internal combustion engine 10 according to the present invention.
  • the internal combustion engine 10 is a reciprocating type internal combustion engine in which a piston 23 reciprocates.
  • the internal combustion engine 10 includes an internal combustion engine body 11, an ignition device 12, an electromagnetic wave emission device 13, and a control device 35. In the internal combustion engine 10, a combustion cycle in which the air-fuel mixture is ignited by the ignition device 12 and the air-fuel mixture is combusted is repeatedly performed.
  • -Internal combustion engine body
  • the internal combustion engine main 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 in between.
  • the cylinder head 22, together with the cylinder 24, the piston 23, and the gasket 18, constitutes a partition member that partitions the combustion chamber 20 having a circular cross section.
  • the diameter of the combustion chamber 20 is, for example, about half the wavelength of the microwave that the electromagnetic wave emission device 13 radiates to the combustion chamber 20.
  • the cylinder head 22 is provided with one spark plug 40 that constitutes a part of the ignition device 12 for each cylinder 24.
  • the tip exposed to the combustion chamber 20 is positioned at the center of the ceiling surface 51 of the combustion chamber 20 (the surface exposed to the combustion chamber 20 in the cylinder head 22).
  • the outer periphery of the distal end portion of the spark plug 40 is circular as viewed from the axial direction.
  • a center electrode 40 a and a ground electrode 40 b are provided at the tip of the spark plug 40.
  • a discharge gap is formed between the tip of the center electrode 40a and the tip of the ground electrode 40b.
  • An intake port 25 and an exhaust port 26 are formed in the cylinder head 22 for each cylinder 24.
  • the intake port 25 is provided with an intake valve 27 that opens and closes an intake side opening 25a of the intake port 25, and an injector 29 that injects fuel.
  • the exhaust port 26 is provided with an exhaust valve 28 for opening and closing the exhaust side opening 26 a of the exhaust port 26.
  • the intake port 25 is designed so that a strong tumble flow is formed in the combustion chamber 20.
  • each ignition device 12 is provided for each combustion chamber 20. As shown in FIG. 3, each ignition device 12 includes an ignition coil 14 that outputs a high voltage pulse, and an ignition plug 40 that is supplied with the high voltage pulse output from the ignition coil 14.
  • the ignition coil 14 is connected to a DC power source (not shown).
  • the ignition coil 14 boosts the voltage applied from the DC power supply, and outputs the boosted high voltage pulse to the center electrode 40 a of the spark plug 40.
  • the spark plug 40 when a high voltage pulse is applied to the center electrode 40a, dielectric breakdown occurs in the discharge gap and spark discharge occurs. A discharge plasma is generated in the discharge path of the spark discharge. A negative voltage is applied to the center electrode 40a as a high voltage pulse.
  • the ignition device 12 may include a plasma expansion unit that supplies electric energy to the discharge plasma to expand the discharge plasma.
  • a plasma expansion part expands a spark discharge by supplying high frequency (for example, microwave) energy to discharge plasma, for example. According to the plasma expansion part, it is possible to improve the stability of ignition with respect to a lean air-fuel mixture.
  • the electromagnetic wave emission device 13 may be used as the plasma expansion unit.
  • the electromagnetic wave radiation device 13 includes an electromagnetic wave generator 31, an electromagnetic wave switch 32, and a radiation antenna 16.
  • the electromagnetic wave generation device 31 and the electromagnetic wave switch 32 are provided one by one, and the radiation antenna 16 is provided for each combustion chamber 20.
  • the electromagnetic wave generator 31 When receiving the electromagnetic wave drive signal from the control device 35, the electromagnetic wave generator 31 repeatedly outputs a microwave pulse at a predetermined duty ratio.
  • the electromagnetic wave drive signal is a pulse signal.
  • the electromagnetic wave generator 31 repeatedly outputs the microwave pulse over the time of the pulse width of the electromagnetic wave drive signal.
  • a semiconductor oscillator In the electromagnetic wave generator 31, a semiconductor oscillator generates a microwave pulse. In place of the semiconductor oscillator, another oscillator such as a magnetron may be used.
  • the electromagnetic wave switch 32 includes one input terminal and a plurality of output terminals provided for each radiation antenna 16.
  • the input terminal is connected to the electromagnetic wave generator 31.
  • Each output terminal is connected to a corresponding radiation antenna 16.
  • the electromagnetic wave switch 32 is controlled by the control device 35 and sequentially switches the supply destination of the microwaves output from the electromagnetic wave generator 31 between the plurality of radiation antennas 16.
  • the radiation antenna 16 is provided on the insulating member 100 in a ring shape provided on the ceiling surface 51 of the combustion chamber 20.
  • the radiation antenna 16 is embedded in the insulating member 100.
  • the radiating antenna 16 is formed in an annular shape in a front view of the ceiling surface 51 of the combustion chamber 20, and surrounds the tip of the spark plug 40.
  • the radiation antenna 16 may be formed in a C shape in a front view of the ceiling surface 51 of the combustion chamber 20.
  • a plate-like ground conductor 101 is embedded in the insulating member 100 together with the radiation antenna 16.
  • the ground conductor 101 is grounded by being electrically connected to the cylinder head 22 or the like.
  • the ground conductor 101 is formed in, for example, a C shape. Inside the insulating member 100, the ground conductor 101 is provided at a distance from the radiation antenna 16. The ground conductor 101 is provided along the radiation antenna 16.
  • the length in the circumferential direction of the radiation antenna 16 (the length of the center line in the middle between the outer circumference and the inner circumference) is set to a length that is half the wavelength of the microwave radiated from the radiation antenna 16.
  • the radiation antenna 16 is electrically connected to the output terminal of the electromagnetic wave switch 32 through a microwave transmission line 33 embedded in the cylinder head 22.
  • the transmission line 33 is connected to the radiation antenna 16 through the opening of the C-shaped ground conductor 101.
  • a plurality of receiving antennas 52 a and 52 b that resonate with microwaves radiated from the electromagnetic wave emission device 13 to the combustion chamber 20 are provided on a partition member that partitions the combustion chamber 20.
  • two receiving antennas 52 a and 52 b are provided on the top of the piston 23.
  • Each of the receiving antennas 52 a and 52 b is formed in an annular shape, and the center thereof coincides with the central axis of the piston 23.
  • Each receiving antenna 52a, 52b is provided in a region near the outer periphery of the top of the piston 23.
  • the first receiving antenna 52a is located near the outer periphery of the piston 23, and the second receiving antenna 52b is located inside thereof.
  • the region near the outer periphery of the top portion of the piston 23 is a region outside the center of the top portion of the piston 23 and the middle of the outer periphery. A period during which the flame passes through the region near the outer periphery is referred to as a “second half period of flame propagation”.
  • Each of the receiving antennas 52 a and 52 b is provided on an insulating layer 56 formed on the top surface of the piston 23.
  • Each of the receiving antennas 52a and 52b is electrically insulated from the piston 23 by the insulating layer 56, and is provided in an electrically floating state.
  • the operation of the control device 35 will be described.
  • the control device 35 performs a first operation for instructing the ignition device 12 to ignite the air-fuel mixture in one combustion cycle for each combustion chamber 20, and a microwave is applied to the electromagnetic wave emission device 13 after the ignition of the air-fuel mixture.
  • a second operation for instructing radiation is performed.
  • control device 35 performs the first operation at the ignition timing at which the piston 23 is positioned before the compression top dead center.
  • the control device 35 outputs an ignition signal as the first operation.
  • spark discharge occurs in the discharge gap of the spark plug 40 as described above.
  • the air-fuel mixture is ignited by spark discharge.
  • the flame spreads from the ignition position of the air-fuel mixture at the center of the combustion chamber 20 toward the wall surface of the cylinder 24.
  • the control device 35 performs the second operation after the air-fuel mixture has ignited, for example, at the start timing of the second half period of flame propagation.
  • the control device 35 outputs an electromagnetic wave drive signal as the second operation.
  • the electromagnetic wave radiation device 13 When receiving the electromagnetic wave drive signal, the electromagnetic wave radiation device 13 repeatedly radiates the microwave pulse from the radiation antenna 16 as described above.
  • the microwave pulse is emitted repeatedly over the second half of the flame propagation.
  • the output timing and pulse width of the electromagnetic wave drive signal are set so that the microwave pulse is repeatedly emitted over a period in which the flame passes through a region near the outer periphery of the top surface of the piston 23.
  • the microwave pulse resonates.
  • a strong electric field region having a relatively strong electric field strength is formed in the combustion chamber 20 throughout the latter half of the flame propagation.
  • the propagation speed of the flame is increased by receiving microwave energy when the flame passes through the strong electric field region.
  • microwave plasma When the microwave energy is large, microwave plasma is generated in the strong electric field region. Active species (for example, OH radicals) are generated in the generation region of the microwave plasma. The propagation speed of the flame passing through the strong electric field region is increased by the active species. -Effect of the embodiment-
  • the radiation antenna 16 is provided in a region near the outer periphery of the ceiling surface of the combustion chamber 20.
  • the radiation antenna 16 protrudes from the ceiling surface 51 of the combustion chamber 20.
  • the radiation antenna 16 is formed in a spiral shape and embedded in the insulating member 100.
  • the length of the radiation antenna 16 is a quarter of the wavelength of the microwave in the radiation antenna 16.
  • the radiation antenna 16 is electrically connected to the output terminal of the electromagnetic wave switch 32 through a microwave transmission line 33 embedded in the cylinder head 22.
  • a ring-shaped grounding conductor 111 is embedded in a columnar insulating member 100 provided with a radiation antenna 16.
  • a transmission line 33 is inserted inside the ground conductor 111.
  • the ground conductor 111 is disposed in the vicinity of the radiation antenna 16. In the modification, by providing the ground conductor 111, the energy of the microwave radiated from the radiation antenna 16 to the combustion chamber 20 is increased.
  • the present invention is useful for an internal combustion engine that promotes combustion of an air-fuel mixture using electromagnetic waves.

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Abstract

　本発明は、電磁波を利用して燃焼室における混合気の燃焼を促進させる内燃機関において、放射アンテナから燃焼室へ効果的に電磁波を放射させることを目的とする。本発明は、燃焼室が形成された内燃機関本体と、放射アンテナから前記燃焼室へ電磁波を放射する電磁波放射装置とを備え、前記燃焼室へ放射した電磁波により混合気の燃焼を促進させる内燃機関であって、前記放射アンテナは、前記燃焼室を区画する区画面に設けられた絶縁部材において、前記区画面に沿って延びており、前記絶縁部材には、前記放射アンテナに対して前記燃焼室の反対側に、接地された接地導体が設けられていることを特徴とする。

Description

内燃機関
　本発明は、電磁波を利用して混合気の燃焼を促進させる内燃機関に関するものである。
　従来から、電磁波を利用して混合気の燃焼を促進させる内燃機関が知られている。例えば特許文献１には、この種の内燃機関が開示されている。
　特許文献１に記載の内燃機関は、混合気の着火前や着火後に燃焼室にマイクロ波を放射して、プラズマ放電を起こす点火装置を備えている。点火装置は、高圧場においてプラズマが生成されるように、点火プラグの放電を用いて局所的なプラズマを作り、このプラズマをマイクロ波により成長させる。局所的なプラズマは、陽極端子の先端部とグランド端子部との間の放電ギャップに生成される。
特開２００７－１１３５７０号公報
　ところで、従来の内燃機関では、放射アンテナから燃焼室へ効果的に電磁波を放射することが考えられていない。
　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、電磁波を利用して燃焼室における混合気の燃焼を促進させる内燃機関において、放射アンテナから燃焼室へ効果的に電磁波を放射させることにある。
　第１の発明は、燃焼室が形成された内燃機関本体と、放射アンテナから前記燃焼室へ電磁波を放射する電磁波放射装置とを備え、前記燃焼室へ放射した電磁波により混合気の燃焼を促進させる内燃機関であって、前記放射アンテナは、前記燃焼室を区画する区画面に設けられた絶縁部材において、前記区画面に沿って延びており、前記絶縁部材には、前記放射アンテナに対して前記燃焼室の反対側に、接地された接地導体が設けられている。
　第２の発明は、燃焼室が形成された内燃機関本体と、放射アンテナから前記燃焼室へ電磁波を放射する電磁波放射装置とを備え、前記燃焼室へ放射した電磁波により混合気の燃焼を促進させる内燃機関であって、前記放射アンテナは、前記燃焼室を区画する区画面に設けられた絶縁部材内において、螺旋状に形成され、前記絶縁部材には、前記放射アンテナに対して前記燃焼室の反対側に、接地された接地導体が設けられている。
　本発明では、絶縁部材に接地導体が設けられているので、放射アンテナから燃焼室へ効果的に電磁波を放射することができる。
実施形態に係る内燃機関の縦断面図である。 実施形態に係る内燃機関の燃焼室の天井面の正面図である。 実施形態に係る点火装置および電磁波放射装置のブロック図である。 実施形態に係る絶縁部材の縦断面図である。 実施形態に係る絶縁部材を燃焼室側から見た正面図である。 実施形態に係るピストン頂面の正面図である。 実施形態の変形例に係る内燃機関の縦断面図である。 実施形態の変形例に係る放射アンテナの概略構成図である。
　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。
　本実施形態は、本発明に係る内燃機関１０である。内燃機関１０は、ピストン２３が往復動するレシプロタイプの内燃機関である。内燃機関１０は、内燃機関本体１１と点火装置１２と電磁波放射装置１３と制御装置３５とを備えている。内燃機関１０では、点火装置１２により混合気に点火して混合気を燃焼させる燃焼サイクルが繰り返し行われる。
　－内燃機関本体－
　内燃機関本体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、横断面が円形のシリンダ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。各シリンダ２４内においてシリンダ２４の軸方向にピストン２３が往復運動すると、コネクティングロッドがピストン２３の往復運動をクランクシャフトの回転運動に変換する。
　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、ピストン２３及びガスケット１８と共に、円形断面の燃焼室２０を区画する区画部材を構成している。燃焼室２０の直径は、例えば、電磁波放射装置１３が燃焼室２０へ放射するマイクロ波の波長の半分程度である。
　シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、点火装置１２の一部を構成する点火プラグ４０が１つずつ設けられている。図２に示すように、点火プラグ４０では、燃焼室２０に露出する先端部が、燃焼室２０の天井面５１（シリンダヘッド２２における燃焼室２０に露出する面）の中心部に位置している。点火プラグ４０の先端部の外周は、その軸方向から見て円形である。点火プラグ４０の先端部には、中心電極４０ａ及び接地電極４０ｂが設けられている。中心電極４０ａの先端と接地電極４０ｂの先端部との間には、放電ギャップが形成されている。
　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、吸気ポート２５の吸気側開口２５ａを開閉する吸気バルブ２７と、燃料を噴射するインジェクター２９とが設けられている。一方、排気ポート２６には、排気ポート２６の排気側開口２６ａを開閉する排気バルブ２８が設けられている。なお、内燃機関１０は、燃焼室２０において強いタンブル流が形成されるように吸気ポート２５が設計されている。
　－点火装置－
　点火装置１２は、燃焼室２０毎に設けられている。図３に示すように、各点火装置１２は、高電圧パルスを出力する点火コイル１４と、点火コイル１４から出力された高電圧パルスが供給される点火プラグ４０とを備えている。
　点火コイル１４は、直流電源（図示省略）に接続されている。点火コイル１４は、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点火プラグ４０の中心電極４０ａに出力する。点火プラグ４０では、高電圧パルスが中心電極４０ａに印加されると、放電ギャップにおいて絶縁破壊が生じてスパーク放電が生じる。スパーク放電の放電経路には、放電プラズマが生成される。中心電極４０ａには、高電圧パルスとしてマイナスの電圧が印加される。
　なお、点火装置１２は、放電プラズマに電気エネルギーを供給して放電プラズマを拡大させるプラズマ拡大部を備えていてもよい。プラズマ拡大部は、例えば、放電プラズマに高周波（例えばマイクロ波）のエネルギーを供給することによりスパーク放電を拡大させる。プラズマ拡大部によれば、希薄な混合気に対して着火の安定性を向上させることができる。プラズマ拡大部として、電磁波放射装置１３を利用してもよい。
　－電磁波放射装置－
　電磁波放射装置１３は、図３に示すように、電磁波発生装置３１と電磁波切替器３２と放射アンテナ１６とを備えている。電磁波放射装置１３では、電磁波発生装置３１と電磁波切替器３２が１つずつ設けられ、燃焼室２０毎に放射アンテナ１６が設けられている。
　電磁波発生装置３１は、制御装置３５から電磁波駆動信号を受けると、所定のデューティー比でマイクロ波パルスを繰り返し出力する。電磁波駆動信号はパルス信号である。電磁波発生装置３１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繰り返し出力する。電磁波発生装置３１では、半導体発振器がマイクロ波パルスを生成する。なお、半導体発振器の代わりに、マグネトロン等の他の発振器を使用してもよい。
　電磁波切替器３２は、１つの入力端子と、放射アンテナ１６毎に設けられた複数の出力端子とを備えている。入力端子は、電磁波発生装置３１に接続されている。各出力端子は、対応する放射アンテナ１６に接続されている。電磁波切替器３２は、制御装置３５により制御されて、複数の放射アンテナ１６の間で、電磁波発生装置３１から出力されたマイクロ波の供給先を順番に切り替える。
　放射アンテナ１６は、図４に示すように、燃焼室２０の天井面５１に設けられたリング状に絶縁部材１００に設けられている。放射アンテナ１６は、絶縁部材１００に埋設されている。放射アンテナ１６は、図５に示すように、燃焼室２０の天井面５１の正面視において、円環状に形成され、点火プラグ４０の先端部を囲っている。なお、放射アンテナ１６は、燃焼室２０の天井面５１の正面視においてＣ字状に形成されていてもよい。
　また、絶縁部材１００には、放射アンテナ１６と共に、板状の接地導体１０１が埋設されている。接地導体１０１は、シリンダヘッド２２等に電気的に接続されることで接地されている。接地導体１０１は、例えばＣ字状に形成されている。絶縁部材１００の内部では、接地導体１０１が放射アンテナ１６と間隔を隔てて設けられている。接地導体１０１は、放射アンテナ１６に沿って設けられている。
　放射アンテナ１６の周方向の長さ（外周と内周の真ん中の中心線の長さ）は、放射アンテナ１６から放射されるマイクロ波の波長の２分の１の長さに設定されている。放射アンテナ１６は、シリンダヘッド２２に埋設されたマイクロ波の伝送線路３３を介して、電磁波切替器３２の出力端子に電気的に接続されている。伝送線路３３は、Ｃ字状の接地導体１０１の開口を挿通して、放射アンテナ１６に接続されている。
　内燃機関本体１１では、燃焼室２０を区画する区画部材に、電磁波放射装置１３から燃焼室２０へ放射されたマイクロ波に共振する複数の受信アンテナ５２ａ，５２ｂが設けられている。本実施形態では、図１及び図６に示すように、２個の受信アンテナ５２ａ，５２ｂがピストン２３の頂部に設けられている。各受信アンテナ５２ａ，５２ｂは、円環状に形成され、その中心がピストン２３の中心軸に一致している。
　各受信アンテナ５２ａ，５２ｂは、ピストン２３の頂部の外周寄りの領域に設けられている。２つの受信アンテナ５２ａ，５２ｂのうち、第１受信アンテナ５２ａは、ピストン２３の外周近傍に位置し、その内側に第２受信アンテナ５２ｂが位置している。なお、ピストン２３の頂部の外周寄りの領域とは、ピストン２３の頂部における中心と外周の真ん中よりも外側の領域である。この外周寄りの領域を火炎が通過する期間を、「火炎伝播の後半期間」という。
　各受信アンテナ５２ａ，５２ｂは、ピストン２３の頂面に形成された絶縁層５６上に設けられている。各受信アンテナ５２ａ，５２ｂは、絶縁層５６によりピストン２３から電気的に絶縁され、電気的にフローティングの状態で設けられている。
　－制御装置の動作－
　制御装置３５の動作について説明する。制御装置３５は、各燃焼室２０に対して、１回の燃焼サイクルに、点火装置１２に混合気への点火を指示する第１動作と、混合気の着火後に電磁波放射装置１３にマイクロ波の放射を指示する第２動作とを行う。
　具体的に、制御装置３５は、ピストン２３が圧縮上死点の手前に位置する点火タイミングに第１動作を行う。制御装置３５は、第１動作として点火信号を出力する。
　点火装置１２は、点火信号を受けると、上述したように、点火プラグ４０の放電ギャップにおいてスパーク放電が生じる。混合気は、スパーク放電により着火する。混合気が着火すると、燃焼室２０の中心部の混合気の着火位置からシリンダ２４の壁面へ向かって火炎が広がる。
　制御装置３５は、混合気が着火した後に、例えば火炎伝播の後半期間の開始タイミングに第２動作を行う。制御装置３５は、第２動作として電磁波駆動信号を出力する。
　電磁波放射装置１３は、電磁波駆動信号を受けると、上述したように、放射アンテナ１６からマイクロ波パルスを繰り返し放射する。マイクロ波パルスは、火炎伝播の後半期間に亘って繰り返し放射される。電磁波駆動信号の出力タイミング及びパルス幅は、火炎がピストン２３の頂面の外周寄りの領域を通過する期間に亘ってマイクロ波パルスが繰り返し放射されるように設定されている。
　各受信アンテナ５２では、マイクロ波パルスが共振する。２つの受信アンテナ５２がある燃焼室２０の外周寄りの領域では、火炎伝播の後半期間の間ずっと、燃焼室２０において相対的に電界強度が強い強電界領域が形成される。火炎の伝播速度は、その火炎が強電界領域を通過する際にマイクロ波のエネルギーを受けて増大する。
　なお、マイクロ波のエネルギーが大きい場合には、強電界領域においてマイクロ波プラズマが生成される。マイクロ波プラズマの生成領域では活性種（例えば、ＯＨラジカル）が生成される。強電界領域を通過する火炎の伝播速度は、活性種により増大する。
　－実施形態の効果－
　本実施形態では、絶縁部材１００に接地導体１１１が設けられているので、放射アンテナ１６から燃焼室２０へ効果的に電磁波を放射することができる。
　－実施形態の変形例－
　実施形態の変形例では、図７に示すように、放射アンテナ１６が、燃焼室２０の天井面の外周寄りの領域に設けられている。放射アンテナ１６は、燃焼室２０の天井面５１から突出している。放射アンテナ１６は、図８に示すように、螺旋状に形成され、絶縁部材１００内に埋設されている。放射アンテナ１６の長さは、その放射アンテナ１６におけるマイクロ波の波長の４分の１である。放射アンテナ１６は、シリンダヘッド２２に埋設されたマイクロ波の伝送線路３３を介して、電磁波切替器３２の出力端子に電気的に接続されている。
　変形例では、放射アンテナ１６が設けられた柱状の絶縁部材１００に、リング板状の接地導体１１１が埋設されている。接地導体１１１の内側には、伝送線路３３が挿通されている。接地導体１１１は、放射アンテナ１６に近接して配置されている。変形例では、接地導体１１１を設けることにより、放射アンテナ１６から燃焼室２０へ放射されるマイクロ波のエネルギーを増大させている。
　以上説明したように、本発明は、電磁波を利用して混合気の燃焼を促進させる内燃機関について有用である。
              １０       内燃機関
              １１       内燃機関本体
              １３       電磁波放射装置
              １６       放射アンテナ
              ２０       燃焼室
              １００    絶縁部材
              １１１    接地導体

Claims (2)

  1. 　燃焼室が形成された内燃機関本体と、
    　放射アンテナから前記燃焼室へ電磁波を放射する電磁波放射装置とを備え、
    　前記燃焼室へ放射した電磁波により混合気の燃焼を促進させる内燃機関であって、
    　前記放射アンテナは、前記燃焼室を区画する区画面に設けられた絶縁部材において、前記区画面に沿って延びており、
    　前記絶縁部材には、前記放射アンテナに対して前記燃焼室の反対側に、接地された接地導体が設けられている
    ことを特徴とする内燃機関。
  2. 　燃焼室が形成された内燃機関本体と、
    　放射アンテナから前記燃焼室へ電磁波を放射する電磁波放射装置とを備え、
    　前記燃焼室へ放射した電磁波により混合気の燃焼を促進させる内燃機関であって、
    　前記放射アンテナは、前記燃焼室を区画する区画面に設けられた絶縁部材内において、螺旋状に形成され、
    　前記絶縁部材には、前記放射アンテナに対して前記燃焼室の反対側に、接地された接地導体が設けられている
    ことを特徴とする内燃機関。
     
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