WO2013035880A1 - 高周波放射用プラグ - Google Patents

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池田　裕二
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イマジニアリング株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a high-frequency radiation plug in which a radiation antenna is provided at one end of a casing.
  • Japanese Patent Laid-Open No. 58-213120 discloses a glow plug attached to a diesel engine as this type of high-frequency radiation plug.
  • a glow plug described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 58-213120 includes a tubular outer conductor, an inner conductor passing through the axis of the outer conductor, a resistance wire substantially integrally connected to the outer conductor and the inner conductor, respectively. And a dielectric filled between the outer conductor and the inner conductor.
  • a screw to be attached to the cylinder head is formed on the outer peripheral portion of the outer conductor.
  • the resistance wire protrudes into the combustion chamber and is formed on the loop antenna to perform microwave oscillation.
  • the casing is used as the outer conductor of the transmission line. Therefore, when a current flows through an object to which the high frequency radiation plug is attached, the current may become high frequency noise radiated from the radiation antenna.
  • the grounding conductor of the spark plug is electrically connected to the cylinder head of the internal combustion engine. Therefore, a current flows through the cylinder head with the spark discharge, and the current may become high-frequency noise radiated from the radiation antenna through the casing.
  • the present invention has been made in view of such a point, and an object thereof is to suppress high-frequency noise radiated from a radiation antenna in a high-frequency radiation plug in which a radiation antenna is provided at one end of a casing.
  • 1st invention is comprised with the transmission line which transmits electromagnetic waves, the radiation antenna for radiating the electromagnetic waves supplied via the said transmission line, and a cylindrical conductor, and the said radiation antenna is provided in one end
  • a high-frequency radiation plug including a casing for accommodating the transmission line extending from the radiation antenna to the other end side, wherein a central conductor electrically connected to the radiation antenna is spaced apart from the central conductor in the casing.
  • An outer conductor surrounding the central conductor is embedded in an insulator to form the transmission line, and the outer conductor is provided in a non-contact manner on the casing.
  • the outer conductor of the transmission line is provided in contact with the casing.
  • the outer conductor does not conduct to an object to which the high-frequency radiation plug is attached through a casing made of the conductor.
  • the insulator of the transmission line includes a plate-like conductor having a larger area than the end surface of the outer conductor on the radiation antenna side, and the radiation antenna and the outer conductor. In between, the outer conductor and the casing are embedded in the center conductor without contact.
  • the plate conductor is embedded between the radiation antenna and the outer conductor in the transmission line insulator.
  • the plate-like conductor has a larger area than the end face of the outer conductor on the side of the radiation antenna, and promotes the radiation of electromagnetic waves in the radiation antenna.
  • the plate-like conductor is embedded in the insulator so as not to contact the central conductor without conducting the outer conductor and the casing.
  • the plate-like conductor is formed in a ring shape or a C-shape, and is embedded in the insulator so as to surround the center conductor.
  • a ring-shaped or C-shaped plate-like conductor is embedded in the insulator so as to surround the central conductor.
  • the outer conductor of the transmission line since the outer conductor of the transmission line is not in contact with the casing in the high-frequency radiation plug, the outer conductor does not conduct to the object to which the high-frequency radiation plug is attached via the casing. Therefore, even if a current flows through the object to which the high frequency radiation plug is attached, the current is not transmitted to the outer conductor via the casing. Therefore, it is suppressed that the electric current which flows into a target object turns into the high frequency noise radiated
  • FIG. 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 plug for high frequency radiation which concerns on embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of the plug for high frequency radiation which concerns on the modification of embodiment. It is a longitudinal cross-sectional view of another form of the plug for high frequency radiation 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.
  • 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 high frequency radiation plug 34.
  • the electromagnetic wave radiation device 13 one electromagnetic wave generator 31 and one electromagnetic wave switch 32 are provided, and a high frequency radiation plug 34 is provided for each combustion chamber 20.
  • the electromagnetic wave generator 31 When receiving the electromagnetic wave drive signal (pulse signal) from the control device 35, the electromagnetic wave generator 31 continuously outputs the microwave over the time of the pulse width of the electromagnetic wave drive signal.
  • a semiconductor oscillator generates microwaves.
  • 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 high-frequency radiation plug 34.
  • the input terminal is electrically connected to the electromagnetic wave generator 31.
  • Each output terminal is electrically connected to the input terminal of the corresponding high-frequency radiation plug 34.
  • 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 high-frequency radiation plugs 34.
  • the high-frequency radiation plug 34 is formed in a substantially cylindrical shape as a whole.
  • the high-frequency radiation plug 34 includes a ceramic structure 36 in which a conductor is embedded in a ceramic 63 (electrical insulator), and a casing 37 that houses the ceramic structure 36.
  • the ceramic structure 36 is formed in a cylindrical shape.
  • the ceramic structure 36 includes a transmission unit 38 provided with a microwave transmission line 60 and a radiation unit 39 provided with the radiation antenna 16.
  • the transmission unit 38 and the radiation unit 39 are integrated.
  • the transmission part 38 occupies most.
  • one end portion constitutes a radiating portion 39 and the remaining portion constitutes a transmission portion 38.
  • a center conductor 61 and an outer conductor 62 constituting a microwave transmission line 60 are embedded in a ceramic 63.
  • the center conductor 61 is a linear conductor.
  • the center conductor 61 is provided on the axial center of the ceramic structure 36 over the entire length of the transmission portion 38.
  • the outer conductor 62 is, for example, a rectangular cylindrical conductor.
  • the outer conductor 62 surrounds the central conductor 61 with the ceramic 63 interposed therebetween.
  • the outer conductor 62 is provided at a certain distance from the center conductor 61 over its entire length. Only one end of the outer conductor 62 is exposed at the end face of the ceramic structure 36.
  • one end of the transmission unit 38 is a microwave input terminal. In the transmission unit 38, the microwave input from the input terminal is transmitted to the radiation unit 39 without leaking outside the outer conductor 62.
  • the outer conductor 62 is configured by combining a conductor layer and a cylindrical conductor (via hole). Also good. In that case, the distance between the cylindrical conductors adjacent to each other in the microwave transmission direction is set in the outer conductor 62 so that the microwave does not leak outside the outer conductor 62.
  • the radiation antenna 16 is embedded so as not to be exposed to the outer surface of the ceramic structure 36. That is, the entire surface of the radiation antenna 16 is covered with the ceramic 63.
  • the radiation antenna 16 is a conductor formed in a spiral shape.
  • the radiation antenna 16 is integrated with the central conductor 61 of the transmission unit 38 at the input end.
  • the casing 37 is formed in a substantially cylindrical shape.
  • the inner diameter of the casing 37 is uniform over the axial direction of the casing 37.
  • the inner diameter of the casing 37 is approximately equal to the outer diameter of the ceramic structure 36.
  • a ceramic structure 36 is fitted into the casing 37 so that the end face of the radiation part 39 is exposed at one end and the end face of the transmission part 38 is exposed at the other end. From one end of the casing 37, a part of the radiating portion 39 protrudes so that a part of the radiating antenna 16 is located outside the casing 37.
  • the outer diameter of the casing 37 changes at one place in the axial direction of the casing 37.
  • a step is formed on the outer peripheral surface of the casing 37 only at one location.
  • the outer diameter on the distal end side where the radiation part 39 is exposed is smaller than the outer diameter on the proximal end side where the transmission part 38 is exposed.
  • the high frequency radiation plug 34 is attached to the cylinder head 22 so that the radiation part 39 is exposed to the combustion chamber 20.
  • the high frequency radiation plug 34 is screwed into the mounting hole of the cylinder head 22.
  • the input terminal of the transmission part 38 is connected to the output terminal of the electromagnetic wave switch 32 via a coaxial cable (not shown).
  • the microwave when a microwave is input from the input terminal of the transmission unit 38, the microwave passes through the inside of the outer conductor 62 of the transmission unit 38. The microwaves that have passed through the transmission unit 38 are radiated from the radiation antenna 16 to the combustion chamber 20.
  • the outer conductor 62 is provided in a non-contact manner on the casing 37.
  • the outer conductor 62 does not conduct through the metal casing 37 to the cylinder head 22 to which the high frequency radiation plug 34 is attached. Therefore, even if a spark current or the like flows through the cylinder head 22, the spark current or the like is not transmitted to the outer conductor 62 via the casing 37.
  • a plurality of receiving antennas 52 that resonate with microwaves radiated from the radiation antenna 16 to the combustion chamber 20 are provided on the partition members that partition the combustion chamber 20.
  • Each receiving antenna 52 is formed in an annular shape. As shown in FIG. 1, two receiving antennas 52 are provided on the top of the piston 23.
  • Each receiving antenna 52 is electrically insulated from the piston 23 by an insulating layer 56 formed on the top surface of the piston 23, 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 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 radiates a microwave continuous wave (CW) from the radiation antenna 16 as described above. Microwaves are emitted over the second half of the flame propagation.
  • the output timing and pulse width of the electromagnetic wave drive signal are set such that microwaves are radiated over a period in which the flame passes through the region where the two receiving antennas 52 are provided.
  • each receiving antenna 52 the microwave resonates.
  • a strong electric field region having a relatively strong electric field strength is formed in the combustion chamber 20 throughout the second half period 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 outer conductor 62 of the transmission line 60 is not in contact with the casing 37 in the high frequency radiation plug 34, the outer conductor 62 is attached to the cylinder head 22 to which the high frequency radiation plug 34 is attached via the casing 37. Not conducting. Therefore, even if a current flows through the cylinder head 22, the current is not transmitted to the outer conductor 62 via the casing 37. Therefore, the current flowing through the cylinder head 22 is prevented from becoming microwave noise radiated from the radiation antenna 16.
  • the plate-like conductor 65 is embedded between the radiation antenna 16 and the outer conductor 62 in the ceramic structure 36.
  • the plate-like conductor 65 has a larger area than the end face of the outer conductor 62 on the side of the radiation antenna 16, and is provided to improve the microwave radiation efficiency in the radiation antenna 16.
  • the plate-like conductor 65 is formed in a ring shape or a C-shape, and is embedded in the ceramic 63 so as to surround the center conductor 61 with a space therebetween.
  • the plate-like conductor 65 is not in contact with the center conductor 61.
  • the plate conductor 65 is provided along the cross-sectional direction of the ceramic structure 36.
  • the plate-like conductor 65 is in contact with only the outer conductor 62 of the outer conductor 62 and the casing 37 so as not to make the outer conductor 62 and the casing 37 conductive.
  • the plate-like conductor 65 is in contact with the end face of the outer conductor 62 on the radiation antenna 16 side.
  • the plate conductor 65 is electrically connected to the outer conductor 62.
  • the plate-like conductor 65 may be in contact with only the casing 37 of the outer conductor 62 and the casing 37. Further, the plate-like conductor 65 may be in non-contact with both the outer conductor 62 and the casing 37. ⁇ Other Embodiments >>
  • the embodiment may be configured as follows.
  • the central conductor 61 is integrated with the radiating antenna 16, but the central conductor 61 may be capacitively coupled to the radiating antenna 16.
  • a plurality of high-frequency radiation plugs 34 may be provided in the internal combustion engine body 11.
  • the present invention is useful for a high-frequency radiation plug in which a radiation antenna is provided at one end of a casing.

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Abstract

　本発明は、ケーシングの一端に放射アンテナが設けられた高周波放射用プラグにおいて、放射アンテナから放射される高周波ノイズを抑制することを課題とする。本発明は、電磁波を伝送する伝送線路と、前記伝送線路を介して供給された電磁波を放射するための放射アンテナと、筒状の導体により構成され、一端に前記放射アンテナが設けられると共に、該放射アンテナから他端側に延びる前記伝送線路を収容するケーシングとを備えた高周波放射用プラグであって、前記ケーシング内では、前記放射アンテナに電気的に接続された中心導体と、間隔を隔てて前記中心導体を囲う外側導体とが絶縁体に埋設されて前記伝送線路を構成し、前記外側導体は、前記ケーシングに非接触に設けられていることを特徴とする。

Description

高周波放射用プラグ
　本発明は、ケーシングの一端に放射アンテナが設けられた高周波放射用プラグに関するものである。
　従来から、ケーシングの一端に放射アンテナが設けられた高周波放射用プラグが知られている。例えば特開昭５８－２１３１２０号公報には、この種の高周波放射用プラグとして、ディーゼルエンジンに取り付けられるグロープラグが開示されている。
　特開昭５８－２１３１２０号公報に記載のグロープラグは、管状の外部導体と、この外部導体の軸心を通る内部導線と、外部導体と内部導線にそれぞれ実質一体的に接続された抵抗線と、外部導体と内部導線との間に充填される誘電体とからなっている。外側導体の外周部には、シリンダヘッドに取り付けられるためのねじが形成されている。抵抗線は、燃焼室内に突出して、マイクロ波発振を行うためにループ状アンテナに形成されている。
特開昭５８－２１３１２０号公報
　ところで、従来の高周波放射用プラグでは、ケーシングを伝送線路の外側導体に利用している。そのため、高周波放射用プラグを取り付ける対象物に電流が流れると、その電流が放射アンテナから放射される高周波のノイズとなるおそれがある。
　例えば、高周波放射用プラグを内燃機関に取り付ける場合、点火プラグの接地導体が内燃機関のシリンダヘッドに電気的に接続されている。そのため、スパーク放電に伴ってシリンダヘッドに電流が流れ、その電流がケーシングを介して放射アンテナから放射される高周波のノイズとなるおそれがある。
　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、ケーシングの一端に放射アンテナが設けられた高周波放射用プラグにおいて、放射アンテナから放射される高周波ノイズを抑制することにある。
　第１の発明は、電磁波を伝送する伝送線路と、前記伝送線路を介して供給された電磁波を放射するための放射アンテナと、筒状の導体により構成され、一端に前記放射アンテナが設けられると共に、該放射アンテナから他端側に延びる前記伝送線路を収容するケーシングとを備えた高周波放射用プラグであって、前記ケーシング内では、前記放射アンテナに電気的に接続された中心導体と、間隔を隔てて前記中心導体を囲う外側導体とが絶縁体に埋設されて前記伝送線路を構成し、前記外側導体は前記ケーシングに非接触に設けられている。
　第１の発明では、高周波放射用プラグにおいて、伝送線路の外側導体がケーシングに非接触に設けられている。外側導体は、導体により構成されたケーシングを介して、高周波放射用プラグを取り付ける対象物に導通しない。
　第２の発明は、第１の発明において、前記伝送線路の前記絶縁体には、前記外側導体の前記放射アンテナ側の端面よりも面積が大きい板状導体が、前記放射アンテナと前記外側導体との間において、前記外側導体と前記ケーシングを導通させることなく前記中心導体に非接触に埋設されている。
　第２の発明では、板状導体が、伝送線路の絶縁体における放射アンテナと外側導体との間に埋設されている。板状導体は、外側導体の放射アンテナ側の端面よりも面積が大きく、放射アンテナにおける電磁波の放射を促進する。板状導体は、外側導体とケーシングを導通させることなく中心導体に非接触に、絶縁体に埋設されている。
　第３の発明は、第２の発明において、前記板状導体は、リング状またはＣ字状に形成され、前記中心導体を囲うように前記絶縁体に埋設されている。
　第３の発明では、リング状またはＣ字状の板状導体が、中心導体を囲うように絶縁体に埋設されている。
　本発明では、高周波放射用プラグにおいて伝送線路の外側導体をケーシングに非接触にしているため、ケーシングを介して、高周波放射用プラグを取り付ける対象物に外側導体が導通しない。そのため、高周波放射用プラグを取り付ける対象物に電流が流れても、その電流がケーシングを介して外側導体へ伝わることがない。従って、対象物に流れる電流が放射アンテナから放射される高周波のノイズとなることが抑制される。
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。 実施形態に係る高周波放射用プラグの縦断面図である。 実施形態の変形例に係る高周波放射用プラグの縦断面図である。 実施形態の変形例に係る高周波放射用プラグの別の形態の縦断面図である。
　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。
　－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と高周波放射用プラグ３４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毎に高周波放射用プラグ３４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（パルス信号）を受けると、その電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘ってマイクロ波を連続的に出力する。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、高周波放射用プラグ３４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に電気的に接続されている。各出力端子は、対応する高周波放射用プラグ３４の入力端子に電気的に接続されている。電磁波切替器３２は、制御装置３５により制御されて、複数の高周波放射用プラグ３４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。
　高周波放射用プラグ３４は、図１に示すように、全体として略円柱状に形成されている。高周波放射用プラグ３４は、図４に示すように、セラミック６３（電気絶縁体）に導体が埋設されたセラミック構造体３６と、そのセラミック構造体３６を収容するケーシング３７とを備えている。
　セラミック構造体３６は、円柱状に形成されている。セラミック構造体３６は、マイクロ波の伝送線路６０が設けられた伝送部３８と、放射アンテナ１６が設けられた放射部３９とを備えている。伝送部３８と放射部３９は一体化されている。セラミック構造体３６では、伝送部３８が大部分を占めている。セラミック構造体３６では、一端部が放射部３９を構成し、残りが伝送部３８を構成している。
　伝送部３８では、マイクロ波の伝送線路６０を構成する中心導体６１及び外側導体６２がセラミック６３に埋設されている。中心導体６１は、直線状の導体である。中心導体６１は、伝送部３８の全長に亘って、セラミック構造体３６の軸心上に設けられている。一方、外側導体６２は、例えば矩形筒状の導体である。外側導体６２は、セラミック６３を挟んで中心導体６１を囲っている。外側導体６２は、その全長に亘って、中心導体６１に対して一定の距離を隔てて設けられている。外側導体６２は、その一端だけがセラミック構造体３６の端面に露出している。高周波放射用プラグ３４では、伝送部３８の一端がマイクロ波の入力端子になっている。伝送部３８では、入力端子から入力されたマイクロ波が外側導体６２の外側へ漏れることなく放射部３９へ伝送される。
　なお、特開平１０－７５１０８号公報に記載された積層化技術を利用してセラミック構造体３６を製造する場合は、導体層と筒状導体（バイアホール）を組み合わせて外側導体６２を構成してもよい。その場合に、外側導体６２は、外側導体６２の外側へマイクロ波が漏洩しないように、マイクロ波の伝送方向に隣り合う筒状導体の間の距離が設定される。
　放射部３９では、セラミック構造体３６の外面に露出しないように、放射アンテナ１６が埋設されている。つまり、放射アンテナ１６の全表面は、セラミック６３により被覆されている。放射アンテナ１６は、螺旋状に形成された導体である。放射アンテナ１６は、その入力端で伝送部３８の中心導体６１と一体化されている。
　ケーシング３７は、略円筒状に形成されている。ケーシング３７の内径は、ケーシング３７の軸方向に亘って一様である。ケーシング３７の内径は、セラミック構造体３６の外径に概ね等しい。ケーシング３７には、一端において放射部３９の端面が露出して他端において伝送部３８の端面が露出するように、セラミック構造体３６が嵌め込まれている。ケーシング３７の一端からは、放射アンテナ１６の一部がケーシング３７の外側に位置するように、放射部３９の一部が突出している。
　ケーシング３７の外径は、ケーシング３７の軸方向において１箇所で変化している。ケーシング３７の外周面には、１箇所だけ段差が形成されている。ケーシング３７では、放射部３９が露出する先端側の外径が、伝送部３８が露出する基端側の外径よりも小さい。
　高周波放射用プラグ３４は、放射部３９が燃焼室２０に露出するように、シリンダヘッド２２に取り付けられている。高周波放射用プラグ３４は、シリンダヘッド２２の取付孔に螺合されている。高周波放射用プラグ３４は、伝送部３８の入力端子が同軸ケーブル（図示省略）を介して電磁波切替器３２の出力端子に接続されている。高周波放射用プラグ３４では、伝送部３８の入力端子からマイクロ波が入力されると、マイクロ波が伝送部３８の外側導体６２の内側を通過する。伝送部３８を通過したマイクロ波は、放射アンテナ１６から燃焼室２０へ放射される。
　本実施形態の高周波放射用プラグ３４では、外側導体６２がケーシング３７に非接触で設けられている。外側導体６２は、金属製のケーシング３７を介しては、高周波放射用プラグ３４を取り付けるシリンダヘッド２２に導通しない。従って、シリンダヘッド２２にスパーク電流等が流れても、そのスパーク電流等がケーシング３７を介して外側導体６２へ伝わることがない。
　また、内燃機関本体１１では、燃焼室２０を区画する区画部材に、放射アンテナ１６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５２が設けられている。各受信アンテナ５２は、円環状に形成されている。図１に示すように、受信アンテナ５２は、ピストン２３の頂部に２つ設けられている。各受信アンテナ５２は、ピストン２３の頂面に形成された絶縁層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では、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からマイクロ波の連続波（ＣＷ）を放射する。マイクロ波は、火炎伝播の後半期間に亘って放射される。電磁波駆動信号の出力タイミング及びパルス幅は、２つの受信アンテナ５２が設けられた領域を火炎が通過する期間に亘ってマイクロ波が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、マイクロ波が共振する。２つの受信アンテナ５２の近傍では、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、高周波放射用プラグ３４において伝送線路６０の外側導体６２をケーシング３７に非接触にしているため、ケーシング３７を介して、高周波放射用プラグ３４を取り付けるシリンダヘッド２２に外側導体６２が導通しない。そのため、シリンダヘッド２２に電流が流れても、その電流がケーシング３７を介して外側導体６２へ伝わることがない。従って、シリンダヘッド２２に流れる電流が放射アンテナ１６から放射されるマイクロ波のノイズとなることが抑制される。
　－実施形態の変形例－
　変形例では、図５に示すように、板状導体６５が、セラミック構造体３６における放射アンテナ１６と外側導体６２との間に埋設されている。板状導体６５は、外側導体６２の放射アンテナ１６側の端面よりも面積が大きく、放射アンテナ１６におけるマイクロ波の放射効率を向上させるために設けられている。
　板状導体６５は、リング状またはＣ字状に形成され、間隔を隔てて中心導体６１を囲うようにセラミック６３に埋設されている。板状導体６５は、中心導体６１に非接触である。板状導体６５は、セラミック構造体３６の断面方向に沿って設けられている。
　また、板状導体６５は、外側導体６２とケーシング３７を導通させないように、外側導体６２とケーシング３７のうち外側導体６２だけに当接している。板状導体６５は、外側導体６２の放射アンテナ１６側の端面に当接している。板状導体６５は、外側導体６２に電気的に接続されている。
　なお、図６に示すように、板状導体６５が、外側導体６２とケーシング３７のうちケーシング３７だけに当接していてもよい。また、板状導体６５が、外側導体６２とケーシング３７の両方に非接触であってもよい。
　《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。
　前記実施形態では、中心導体６１が放射アンテナ１６に一体化されているが、中心導体６１が放射アンテナ１６に容量結合されていてもよい。
　また、前記実施形態において、高周波放射用プラグ３４を内燃機関本体１１に複数設けてもよい。
　以上説明したように、本発明は、ケーシングの一端に放射アンテナが設けられた高周波放射用プラグについて有用である。
              １０       内燃機関
              １１       内燃機関本体
              １６       放射アンテナ
              ３４       高周波放射用プラグ
              ３６       セラミック構造体
              ３７       ケーシング
              ６０       伝送線路
              ６１       中心導体
              ６２       外側導体
              ６３       セラミック（絶縁体）

Claims (3)

  1. 　電磁波を伝送する伝送線路と、
    　前記伝送線路を介して供給された電磁波を放射するための放射アンテナと、
    　筒状の導体により構成され、一端に前記放射アンテナが設けられると共に、該放射アンテナから他端側に延びる前記伝送線路を収容するケーシングとを備えた高周波放射用プラグであって、
    　前記ケーシング内では、前記放射アンテナに電気的に接続された中心導体と、間隔を隔てて前記中心導体を囲う外側導体とが絶縁体に埋設されて前記伝送線路を構成し、
    　前記外側導体は、前記ケーシングに非接触に設けられている
    ことを特徴とする高周波放射用プラグ。
  2. 　請求項１において、
    　前記伝送線路の前記絶縁体には、前記外側導体の前記放射アンテナ側の端面よりも面積が大きい板状導体が、前記放射アンテナと前記外側導体との間において、前記外側導体と前記ケーシングを導通させることなく前記中心導体に非接触に埋設されている
    ことを特徴とする高周波放射用プラグ。
  3. 　請求項２において、
    　前記板状導体は、リング状またはＣ字状に形成され、前記中心導体を囲うように前記絶縁体に埋設されている
    ことを特徴とする高周波放射用プラグ。
     
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