WO2016021574A2 - インジェクタユニット、及び点火プラグ - Google Patents

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池田　裕二
實 牧田
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イマジニアリング株式会社
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    • F02P15/006—Ignition installations combined with other systems, e.g. fuel injection
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01T—SPARK GAPS; OVERVOLTAGE ARRESTERS USING SPARK GAPS; SPARKING PLUGS; CORONA DEVICES; GENERATING IONS TO BE INTRODUCED INTO NON-ENCLOSED GASES
    • H01T13/00—Sparking plugs
    • H01T13/40—Sparking plugs structurally combined with other devices

Definitions

  • the present invention relates to an injector unit.
  • the present invention relates to an injector unit for making it possible to use gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG) in an existing diesel engine.
  • gaseous fuel such as compressed natural gas (CNG)
  • CNG compressed natural gas
  • the present invention also relates to a spark plug used in such an injector unit.
  • Retrofit technology improves engine exhaust performance by changing or adding parts to an existing engine. For example, it is recommended by the United States Environmental Protection Agency (EPA) (Non-Patent Document 1). This retrofit technology is also called aftermarket.
  • EPA United States Environmental Protection Agency
  • Non-patent Document 2 since the ignition temperature of CNG is higher than that of light oil, it cannot be ignited by simply replacing the injector. Therefore, it is conceivable to use light oil as a pilot or to use ignition means such as a spark plug (Non-patent Document 2).
  • Patent Document 1 is an example of the former, and Patent Documents 2 and 3 are examples of the latter.
  • Patent Document 1 when the configuration of Patent Document 1 is adopted, it is necessary to mount both a light oil tank and a natural gas tank on the automobile, which increases the weight of the automobile and increases the maintenance burden. Moreover, it is necessary to consider both light oil supply and natural gas supply, which is complicated for the driver.
  • Patent Document 3 When the configuration described in Patent Document 3 is adopted, there is no need to provide a hole in the manifold, but the structure is complicated and expensive, so it is not suitable for the retrofit technique.
  • the present invention has been made in view of the above points.
  • the injector unit of the present invention includes an injector, an igniter that boosts a microwave by a resonance structure and discharges it, and a casing that houses the injector and the igniter.
  • the igniter has a discharge part, a first part for transmitting the input microwave, a second part for capacitive coupling to perform impedance matching between the microwave and the igniter, and a capacitively coupled microwave to the discharge part.
  • a third portion. The igniter is bent at the boundary between the first part and the second part, the boundary between the second part and the third part, or the first part.
  • gas fuel such as CNG can be used in an existing diesel engine.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of an injector unit 1.
  • FIG. (A) is a partially sectional front view
  • (b) is a partially sectional side view
  • (c) is a partially sectional rear view
  • (d) is a plan view
  • (e) is a bottom view.
  • 2 is a diagram showing a configuration of an igniter 3.
  • FIG. (A) is a front view
  • (b) is a cross-sectional front view. This is an equivalent circuit of the igniter 3. It is a figure which shows the other structural example of the injector unit. It is a figure which shows the other structural example of the injector unit. It is a figure which shows the other structural example of the injector unit. It is a figure which shows the other structural example of the injector unit.
  • FIG. 1 is a diagram showing the configuration of the injector unit 1.
  • A is a partially sectional front view
  • (b) is a partially sectional side view
  • (c) is a partially sectional rear view
  • (d) is a plan view
  • (e) is a bottom view.
  • the injector unit 1 includes two CNG injectors 2 and 2 for injecting CNG, which is a kind of gaseous fuel, an igniter 3, and a casing 4 for storing them.
  • the injector 2 is a solenoid injector that is widely used as a port injection injector.
  • the injector 2 is provided with a rear end portion 2a in which a filter or the like is accommodated, a central portion 2b in which a solenoid or the like for driving the needle valve is accommodated, a needle valve, a nozzle, or the like. It has the front-end
  • the diameter of the center part 2b is larger than the diameter of the front-end
  • the igniter 3 is a kind of ignition means for igniting CNG.
  • the igniter 3 is a kind of spark plug that discharges by generating a high voltage by a boosting method using a resonator. By this discharge, electrons are emitted from the gas molecules in the vicinity thereof to generate non-equilibrium plasma, thereby igniting the fuel.
  • CNG has a higher ignition temperature than light oil, and compression self-ignition is difficult. Therefore, in the injector unit 1, the igniter 3 is used for ignition assist.
  • an igniter 3 includes an input portion 3a to which a microwave is input, and a coupling portion 3b in which capacitive coupling for the purpose of impedance matching between the microwave and the igniter 3 is performed. And an amplification / discharge portion 3c for performing voltage amplification and discharge. Then, referring to FIG. 1B, it is bent at the boundary between the input portion 3a and the coupling portion 3b and at the boundary between the coupling portion 3b and the amplification / discharge portion 3c.
  • the igniter 3 accommodates internal members by a case 31 made of conductive metal. Details of the configuration of the igniter 3 will be described later.
  • the casing 4 is a columnar member having a plurality of cylindrical portions, and is divided into a rear end portion 4a, a central portion 4b, and a front end portion 4c as shown in FIG. The diameter of each part becomes small in order of 4c, 4b, 4a.
  • the two injectors 2 are arranged point-symmetrically with respect to the center of the casing 4, and the igniter 3 is in a direction orthogonal to the line segment connecting the injectors 2A and 2B. Placed in.
  • the injector unit 1 is inserted together with the casing 4 into a cylinder head of a diesel engine which is a kind of compression ignition type engine. Due to the heat dissipation of the CNG injector 2 and the igniter 3, the casing 4 is made of a metal having high thermal conductivity. Accordingly, since the injector 2 and the igniter 3 are actually hidden in the casing 4, they cannot be seen when the injector unit 1 is viewed from the front. However, for convenience of explanation, the casing 4 is illustrated as being transparent.
  • the rear end 2a and the central portion 2b of the injector 2 are disposed at the rear end 4a of the casing 4, and the front end 2c is disposed at the central portion 4b.
  • the input portion 3a is disposed at the rear end portion 4a of the casing 4
  • the coupling portion 3b is disposed across the rear end portion 4a and the central portion 4b
  • the amplification / discharge portion 3c is disposed at the central portion 4b. Be placed.
  • the diameter of the central portion 2b of the injector 2 is larger than that of the tip portion 2c. Therefore, if the igniter 3 has a straight structure like a normal igniter, the input portion 3a of the igniter 3 and the central portion 2b of the injector interfere with each other. On the other hand, since the igniter 3 is bent, the input portion 3a and the central portion 2b do not interfere with each other.
  • the igniter 3 has a straight structure, the amplification / discharge part 3c cannot be arranged at the central part 4b of the casing, and must be arranged at the rear end part 4a. As a result, since discharge occurs behind the injection port of the injector 2, it is difficult to ignite the fuel.
  • the two injectors 2 are shifted from the center line (line passing through the center of the casing 4) (for example, if the two injectors 2 are shifted to the left side of the paper in FIG. 1B), Even if the igniter 3 does not have a bending structure, it is possible to dispose the injector 2 and the igniter 3 so that the leading ends of both the injector 2 and the igniter 3 are located in the central portion 4b of the casing.
  • the two injectors 2 are preferably arranged symmetrically with respect to the center of the casing 4. Accordingly, the bending structure of the igniter 3 contributes to an improvement in the injection performance of the injector 2.
  • the input portion 3a is provided with an input terminal 32 for inputting a microwave generated by an external oscillation circuit, and a first center electrode 33a.
  • the first center electrode 33a transmits microwaves.
  • a dielectric 39 a such as ceramic is provided between the first center electrode 33 a and the case 31.
  • 1st center electrode 33b and 2nd center electrode 34 are provided in joint part 3b.
  • This coupling portion 3b is provided exclusively for the purpose of impedance matching between the oscillation circuit and the igniter 3.
  • the first center electrode 33b is connected to the first center electrode 33a and is bent at the connection portion.
  • the second center electrode 34 has a cylindrical configuration having a bottom portion on the amplification / discharge portion 3c side, and the cylindrical portion surrounds the first center electrode 33b.
  • the cylindrical inner walls of the rod-shaped first center electrode 33b and the cylindrical second center electrode 34 are opposed to each other, and the microwave from the first center electrode 33 is transmitted to the second center electrode 34 by capacitive coupling at the opposed portion. Is done.
  • the cylindrical portion of the second center electrode 34 is filled with a dielectric 39 b such as ceramic, and a dielectric 39 a such as ceramic is also provided between the second center electrode 34 and the case 31.
  • the third center electrode 35 and the discharge electrode 36 are provided in the amplification / discharge part 3c.
  • the third center electrode 35 is connected to the second center electrode 34, and the microwave of the second center electrode 34 is transmitted.
  • the discharge electrode 36 is attached to the tip of the third center electrode 35.
  • the third center electrode 35 has a coil component, and the microwave potential increases as it passes through the third center electrode 35. As a result, a high voltage of several tens of KV is generated between the discharge electrode 36 and the case 31, and a discharge occurs between the discharge electrode 36 and the case 31.
  • FIG. 3 is a diagram showing an equivalent circuit of the igniter 3.
  • a microwave (voltage V1, frequency 2.45 GHz) input from an external oscillation circuit (MW) is connected to a resonance circuit including a capacitor C3, a reactance L, and a capacitor C2 via a capacitor C1.
  • a discharge unit is provided in parallel with the capacitor C3.
  • C1 corresponds to the coupling capacitance, and mainly the positional relationship between the second center electrode 34 and the first center electrode 33 (distance between the electrodes and the area facing each other) and the material filled between the electrodes (in this example, It is determined by the ceramic structure dielectric 39b).
  • the first center electrode 33 may be configured to be movable in the axial direction in order to easily adjust the impedance.
  • the capacitance C2 is a grounded capacitance formed by the second center electrode 34 and the case 31, and is determined by the distance between the second center electrode 34 and the case 31, the facing area, and the dielectric constant of the dielectric 39c.
  • the case 31 is made of a conductive metal and functions as a ground electrode.
  • the reactance L corresponds to the coil component of the third center electrode 35.
  • the capacity C3 is a discharge capacity formed by the third center electrode 35, the discharge electrode 36, and the case 31. This is because (1) the shape and size of the discharge electrode 36 and the distance between the case 31, (2) the distance between the third center electrode 35 and the case 31, and (3) between the third center electrode 35 and the case 31. It is determined by the gap (air layer) 37 provided, the thickness of the dielectric 39d, and the like. If C2 >> C3, the potential difference between both ends of the capacitor C3 can be made sufficiently larger than V1, and as a result, the discharge electrode 36 can be set to a high potential. Furthermore, since C3 can be reduced, the area of the capacitor can be reduced.
  • the capacitance C3 is substantially determined by the portion of the third center electrode 35 and the case 31 that face each other across the dielectric 39d. In other words, the capacitance C3 can be adjusted by changing the length of the gap (air layer) 37 in the axial direction.
  • the coupling capacitance C1 When it can be considered that the coupling capacitance C1 is sufficiently small, the capacitance C3, the reactance L, and the capacitance C2 form a series resonance circuit, and the resonance frequency f can be expressed by Equation 1.
  • the igniter 3 is designed so that the discharge capacity C3, the coil reactance L, and the ground capacity C2 satisfy the relationship of Formula 1.
  • the igniter 3 generates a voltage Vc3 higher than the power supply voltage (the microwave voltage V1 input to the igniter 3) by a boosting method using a resonator. As a result, discharge occurs between the discharge electrode 36 and the ground electrode (case 31). When the discharge voltage exceeds the breakdown voltage of the gas molecules in the vicinity, electrons are emitted from the gas molecules, non-equilibrium plasma is generated, and the fuel is ignited.
  • the igniter 3 is advantageous for downsizing.
  • the igniter of the present invention is superior to a conventional igniter having a resonance structure (for example, Patent Document 4).
  • the igniter 3 has a bent structure, the igniter can be inserted into a narrow space like the injector unit 1.
  • the igniter 3 is bent at the boundary between the input portion 3a and the coupling portion 3b and at the boundary between the coupling portion 3b and the amplification / discharge portion 3c. If it is configured to be bent at the coupling portion 3b, the distribution of the magnitude of capacitive coupling generated between the first center electrode 33 and the second center electrode 34 is not targeted, and as a result, the discharge generated from the discharge electrode 56 is not generated. Since it has directivity, it is not preferable. In addition, bending the second center electrode 34, which is a cylindrical member, is also difficult in terms of manufacturing.
  • first center electrode 33 and the second center electrode 34 do not face each other at the boundary between the input portion 3a and the coupling portion 3b, the first center electrode 33 and the second center electrode can be bent even at this position. 34 does not significantly affect the magnitude of the capacitive coupling that occurs between them. Therefore, since the design value of the already designed igniter can be utilized, the man-hour for electrical design can be reduced.
  • the bent portion of the igniter 3 has a square shape, but may have a structure bent in an R shape (slowly).
  • An igniter 3 in which only one portion is bent may be used as shown in FIG. According to this configuration, the discharge point of the igniter can be brought close to the jet of the injector.
  • the igniter 3 can be realized by bending the boundary portion between the input portion 3a and the coupling portion 3b and not bending the boundary portion between the coupling portion 3b and the amplification / discharge portion 3c.
  • the tip of the injector and igniter can be arranged at the tip 4c of the casing 4, and the injection port of the injector and the discharge part of the igniter can be brought close to the combustion chamber.
  • this igniter 3 is realizable by extending the length of the part which does not oppose the 2nd center electrode 34 among the 1st center electrodes 33b.
  • an igniter 3 in which the length of the coupling portion 3b is increased and only one portion is bent may be used. According to this configuration, the injection port of the injector can be brought close to the combustion chamber, and the discharge location of the igniter can be brought close to the jet flow of the injector.
  • the igniter of the present invention can be bent and its length can be changed, it can be easily adapted to various cylinder heads.
  • the injector unit 1 is used for retrofit, it is necessary to cope with various types of diesel engines (cylinder heads), but it is complicated to individually design an igniter for each engine.
  • the igniter of the present invention since the bending or length adjustment is performed at a location that does not affect the electrical characteristics, the design of igniters having various shapes can be performed without significantly increasing the number of electrical design steps. Is possible. As a result, the development cost can be reduced, and thus the cost of the product can be reduced, which is beneficial to the purchaser.
  • FIG. 5 A form as shown in FIG. 5 is also conceivable.
  • (A) is a partially sectional front view
  • (b) is a partially sectional side view
  • (c) is a partially sectional rear view
  • (d) is a plan view
  • (e) is a bottom view.
  • the distal end portion (amplification / discharge portion 3 c) of the igniter 3 is displaced from the central axis of the casing 4.
  • the distal end portion of the igniter 3 is on the central axis of the casing 4. It is in.
  • the igniter 3 has a straight structure like a normal igniter, the input portion 3a of the igniter 3 and the central portion 2b of the injector interfere with each other. .
  • the tip of the igniter 3 can be disposed on the central axis of the casing without interfering with the injector 2. That is, since the discharge by the igniter 3 is performed at the center of the casing, it contributes to the improvement of the ignition characteristics of the fuel.
  • FIG. 6 A form as shown in FIG. 6 is also conceivable. In this embodiment, two igniters 3 are used.
  • FIG. (A) of the figure shows an example in which the tip portion (amplification / discharge portion 3 c) of the igniter 3 is arranged in the central portion 4 b of the casing 4.
  • discharge by the igniter 3 can be performed near the injection port of the injector 2.
  • FIG. 5B shows an example in which the tip of the igniter 3 is exposed from the tip 4c of the casing 4 and protrudes into the combustion chamber of the engine. Thereby, since the discharge by the igniter 3 is performed, the ignition characteristic of the fuel can be improved.
  • (C) shows that one of the two igniters 3 is exposed from the tip 4c of the casing 4, while the other is not exposed, and the tip is arranged near the injection port of the injector 2.
  • the igniter 3 in the vicinity of the injection port of the injector 2 is discharged, and seed plasma is generated by injecting fuel in this state.
  • the seed plasma is expanded by discharging the igniter 3 exposed from the casing 4. Thereby, the ignition characteristic of fuel can be improved.
  • the igniter 3 has a bent configuration. In the case of a straight structure like a normal igniter, these arrangements are impossible. That is, by using the igniter 3 having a bent structure, the ignition characteristics of the fuel can be improved.

Abstract

【課題】　既存のディーゼルエンジンにおいてＣＮＧ等の気体燃料を使用可能とする。 【解決手段】　インジェクタと、共振構造によりマイクロ波を昇圧し、放電を行うイグナイタと、インジェクタ及びイグナイタを収納するケーシングを備える。イグナイタは、放電部、入力されたマイクロ波を伝送する第１部分、前記マイクロ波と該イグナイタとのインピーダンス整合を行うために容量結合を行う第２部分、容量結合されたマイクロ波を放電部に伝送する第３部分を有する。また、イグナイタは、第１部分と第２部分の境界、第２部分と第３部分の境界、又は第１部分内において屈曲している。

Description

インジェクタユニット、及び点火プラグ
　本発明は、インジェクタユニットに関する。特に、既存のディーゼルエンジンにおいて圧縮天然ガス（ＣＮＧ：Compressed Natural Gas）等の気体燃料を使用可能とするためのインジェクタユニットに関する。また、このようなインジェクタユニットに用いられる点火プラグに関する。
　ディーゼル排ガスを減らすための一手法として、レトロフィット技術がある。レトロフィット技術とは、既存のエンジンに対して部品を変更・追加することによりエンジンの排気性能を改善するものである。例えば、アメリカ合衆国環境保護庁（ＥＰＡ：Environmental Protection Agency）が推奨している（非特許文献１）。このレトロフィット技術はアフターマーケットとも呼ばれている。
　また、ディーゼル排ガスを減らす方法として、燃料を軽油からＣＮＧに変更することも有効である。そこで、軽油インジェクタをＣＮＧインジェクタに交換することも考えられる。
　しかし、ＣＮＧは軽油よりも着火温度が高いので、単にインジェクタを交換するだけでは着火することができない。そこで、軽油をパイロットとして使用するか、点火プラグ等の着火手段を併用することが考えられる（非特許文献２）。前者の例としては特許文献１が、後者の例として特許文献２、３がある。
http://www.epa.gov/cleandiesel/technologies/index.htm（米国EPAホームページ、平成26年5月30日検索） 「高効率大型ガスエンジンを開発」（三井造船技報No.191(2007-6), P.19-25） 特開２０１２－１４９５３７号公報 米国公開２０１２－１０３３０２号公報 米国特許８０９１５２８号公報 米国特許７９６３２６２号公報 特開２００７－１１３５７０号公報 国際公開第２０１２／００５２０１号公報
　しかし、特許文献１の構成を採用した場合、自動車に軽油用タンクと天然ガス用タンクの両方を搭載する必要があり、自動車の重量が大きくなったり、メンテナンス負担が増大したりする。また、軽油の給油と天然ガスの給油の両方を考慮する必要があり、運転手には煩雑である。
　特許文献２に記載の構成では、吸気マニフォルド側に別途インジェクタを設ける必要があり、インジェクタ挿入用の孔を加工する必要がある。したがって、レトロフィット技術には適さない。
　特許文献３に記載の構成を採用した場合、マニフォルドに孔を設ける必要は無いが、構造が複雑であり高価なため、レトロフィット技術には適さない。
　本発明は、以上の点に鑑みてなされたものである。
　本発明のインジェクタユニットは、インジェクタと、共振構造によりマイクロ波を昇圧し、放電を行うイグナイタと、インジェクタ及びイグナイタを収納するケーシングを備える。イグナイタは、放電部、入力されたマイクロ波を伝送する第１部分、マイクロ波と該イグナイタとのインピーダンス整合を行うために容量結合を行う第２部分、容量結合されたマイクロ波を放電部に伝送する第３部分を有する。該イグナイタは、第１部分と第２部分の境界、第２部分と第３部分の境界、又は第１部分内において屈曲していることを特徴とする。
　本発明のインジェクタユニットによれば、既存のディーゼルエンジンにおいてＣＮＧ等の気体燃料を使用可能とする。
インジェクタユニット１の構成を示す図である。（ａ）は一部断面の正面図、（ｂ）は一部断面の側面図、（ｃ）は一部断面の背面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は底面図である。 イグナイタ３の構成を示す図である。（ａ）は正面図であり、（ｂ）は断面正面図である。 イグナイタ３の等価回路である。 インジェクタユニット１の他の構成例を示す図である。 インジェクタユニット１の他の構成例を示す図である。 インジェクタユニット１の他の構成例を示す図である。
　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、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。
（第１の実施形態）
　図１は、インジェクタユニット１の構成を示す図である。（ａ）は一部断面の正面図、（ｂ）は一部断面の側面図、（ｃ）は一部断面の背面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は底面図である。同図に示すように、インジェクタユニット１は、気体燃料の一種であるＣＮＧを噴射する２個のＣＮＧインジェクタ２、２と、イグナイタ３と、これらを収納するケーシング４からなる。
　インジェクタ２は、本例では、ポート噴射用のインジェクタで広く用いられているソレノイドインジェクタである。図１（ａ）を参照して、インジェクタ２は、フィルタ等が収容される後端部２ａ、ニードルバルブを駆動するためのソレノイド等が収容される中央部２ｂ、ニードルバルブやノズル等が配置される先端部２ｃを有する。中央部２ｂの直径は先端部２ｃの直径よりも大きく、典型的には２倍以上である。
　イグナイタ３は、ＣＮＧを着火するための着火手段の一種である。このイグナイタ３は、共振器による昇圧方式により高電圧を生成して放電を行う点火プラグの一種である。この放電により、その近辺のガス分子から電子が放出されて非平衡プラズマが生成され、これにより燃料が点火する。ＣＮＧは軽油よりも着火温度が高く、圧縮自着火が困難である。そこで、インジェクタユニット１では、着火アシストのためイグナイタ３が用いられる。
　図１（ａ）又は図２（ａ）を参照してイグナイタ３は、マイクロ波が入力される入力部分３ａ、マイクロ波とイグナイタ３のインピーダンス整合等を目的とした容量結合が行われる結合部分３ｂ、及び電圧の増幅や放電を行う増幅／放電部分３ｃに分かれる。そして、図１（ｂ）を参照して、入力部分３ａと結合部分３ｂの境界及び結合部分３ｂと増幅／放電部分３ｃの境界で屈曲している。イグナイタ３は導電性の金属からなるケース３１により内部の各部材が収容される。イグナイタ３の構成の詳細は後述する。
　ケーシング４は、複数の筒部を有する円柱状の部材であり、図１（ａ）のように後端部４ａ、中央部４ｂ、先端部４ｃに分かれる。各部位の直径は、４ｃ、４ｂ、４ａの順に小さくなっている。ここで図１（ｄ）又は（ｅ）を参照して、２つのインジェクタ２は、ケーシング４の中心に対し点対称に配置され、イグナイタ３は、インジェクタ２Ａ及び２Ｂを結ぶ線分に直交する方向に配置される。
　インジェクタユニット１は、圧縮着火方式エンジンの一種であるディーゼルエンジンのシリンダヘッドに、ケーシング４ごと挿入される。ＣＮＧインジェクタ２、イグナイタ３の放熱の関係上、ケーシング４は熱伝導率の高い金属で構成される。従い、実際にはインジェクタ２やイグナイタ３はケーシング４に隠れるので、インジェクタユニット１を正面視等した場合視認できないが、本図では説明の便宜上、ケーシング４は透明なものとして図示している。
　なお、図１の例では、インジェクタ２のうち、後端部２ａと中央部２ｂはケーシング４の後端部４ａに配置され、先端部２ｃは中央部４ｂに配置される。また、イグナイタ３のうち、入力部分３ａはケーシング４の後端部４ａに配置され、結合部分３ｂは後端部４ａと中央部４ｂにまたがって配置され、増幅／放電部分３ｃは中央部４ｂに配置される。
　インジェクタ２は、先端部２ｃに比べて中央部２ｂの直径が大きい。従って、仮にイグナイタ３が通常のイグナイタのようにストレートな構造の場合、イグナイタ３の入力部分３ａとインジェクタの中央部２ｂが干渉する。これに対し、イグナイタ３は屈曲しているため、上記入力部分３ａと中央部２ｂは干渉しない。
　換言すれば、イグナイタ３がストレートな構造の場合、増幅／放電部分３ｃをケーシングの中央部４ｂに配置することができず、後端部４ａに配置せざるを得ない。この結果、インジェクタ２の噴射口よりも後ろ側で放電が起きることとなるので、燃料を点火させることが困難となる。
　尚、仮に２つのインジェクタ２を中心線（ケーシング４の中心を通る線）からずらせて配置すれば（例えば２個のインジェクタ２を、図１（ｂ）における紙面左側にずらせて配置すれば）、イグナイタ３を曲げ構造にしなくてもインジェクタ２とイグナイタ３の両方の先端部がケーシングの中央部４ｂに位置するように配置させることもできる。しかし、噴射性能を考慮すれば、２つのインジェクタ２はケーシング４の中心に対し点対称に配置した方が好ましい。従い、イグナイタ３を曲げ構造にすることは、インジェクタ２の噴射性能向上にも寄与する。
　次に、イグナイタ３の構成を説明する。イグナイタ３の断面正面図である図２（ｂ）も参照して、入力部分３ａには、外部の発振回路で生成されたマイクロ波を入力する入力端子３２、第１中心電極３３ａが設けられる。第１中心電極３３ａはマイクロ波を伝送する。第１中心電極３３ａとケース３１の間にはセラミック等の誘電体３９ａが設けられる。
　結合部分３ｂには、第１中心電極３３ｂ、第２中心電極３４が設けられる。この結合部分３ｂは、専ら、発振回路とイグナイタ３のインピーダンス整合を行うことを目的に設けられている。第１中心電極３３ｂは、第１中心電極３３ａに接続しており、かつその接続部分で屈曲している。第２中心電極３４は、増幅／放電部分３ｃ側に底部を有する筒状構成であり、筒状部が第１中心電極３３ｂを囲む。棒状の第１中心電極３３ｂと筒状の第２中心電極３４の筒部内壁は対向しており、この対向部分において第１中心電極３３からのマイクロ波が容量結合により第２中心電極３４へ伝送される。第２中心電極３４の筒状部分には、セラミック等の誘電体３９ｂが充填され、第２中心電極３４とケース３１の間にもセラミック等の誘電体３９ａが設けられる。
　増幅／放電部分３ｃには、第３中心電極３５、放電電極３６が設けられる。第３中心電極３５は、第２中心電極３４と接続しており、第２中心電極３４のマイクロ波が伝送される。放電電極３６は、第３中心電極３５の先端部に取付けられる。第３中心電極３５はコイル成分を有しており、マイクロ波の電位は第３中心電極３５を通過するに従い高くなる。その結果、放電電極３６とケース３１の間に数十ＫＶの高電圧が発生し、放電電極３６とケース３１の間で放電が起きる。
　図３は、イグナイタ３の等価回路を示す図である。外部の発振回路（ＭＷ）から入力されるマイクロ波（電圧Ｖ１、周波数２．４５ＧＨｚ）は容量Ｃ１を介して、容量Ｃ３、リアクタンスＬ、容量Ｃ２からなる共振回路に接続される。また、容量Ｃ３と並列に放電部が設けられる。
　ここで、Ｃ１は結合容量に相当し、主に第２中心電極３４と第１中心電極３３の位置関係（両電極間の距離や対向する面積）や電極間に充填される材料（本例ではセラミック構造の誘電体３９ｂ）により決まる。第１中心電極３３は、インピーダンスの調整を容易にすべく、その軸芯方向に移動可能な構成としても良い。
　容量Ｃ２は、第２中心電極３４とケース３１によって形成される接地容量であり、第２中心電極３４とケース３１との距離や対向面積、及び誘電体３９ｃの誘電率によって決まる。ケース３１は導電性の金属で構成されており、接地電極としても機能する。
　リアクタンスＬは、第３中心電極３５のコイル成分に相当する。
　容量Ｃ３は、第３中心電極３５、放電電極３６及びとケース３１によって形成される放電容量である。これは、（１）放電電極３６の形状、大きさ及びケース３１との距離、（２）第３中心電極３５とケース３１との距離、（３）第３中心電極３５とケース３１の間に設けた間隙（空気層）３７や誘電体３９ｄの厚み、等で決まる。Ｃ２＞＞Ｃ３とすれば、容量Ｃ３の両端の電位差をＶ１よりも十分に大きくすることができ、その結果、放電電極３６を高電位にすることができる。更にはＣ３を小さくすることができるから、コンデンサの面積も小さくて済む。なお、容量Ｃ３は実質的には、第３中心電極３５とケース３１のうち、誘電体３９ｄを挟んで対向する部分によって決まる。逆に言えば、間隙（空気層）３７の軸方向の長さを変えることで容量Ｃ３の調整を行うこともできる。　
　結合容量Ｃ１が十分に小さいと看做せる場合、容量Ｃ３、リアクタンスＬ、容量Ｃ２は直列共振回路をなし、共振周波数ｆは数式１で表現できる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
　つまり、ｆ＝２．４５ＧＨｚとした場合に、放電容量Ｃ３、コイルリアクタンスＬ、及び接地容量Ｃ２が数式１の関係を満たすようにイグナイタ３は設計される。
　上述のようにイグナイタ３は、共振器による昇圧方式により、電源電圧（イグナイタ３に入力されるマイクロ波の電圧Ｖ１）よりも高い電圧Ｖｃ３を生成する。これにより、放電電極３６と接地電極（ケース３１）間に放電が生じる。放電電圧が、その近辺のガス分子のブレークダウン電圧を超えると、ガス分子から電子が放出されて非平衡プラズマが生成され、燃料が点火する。
　また、２．４５ＧＨｚ帯の周波数を使用するため、コンデンサの容量が小さく済み、イグナイタ３は、小型化に有利である。また、昇圧方式を採用する結果、イグナイタ３のうち、放電電極３６の近傍のみが高電位となるので、アイソレーションの点でも優れる。これらの点において、本発明のイグナイタは、従来の共振構造のイグナイタ（例えば、特許文献４）よりも優れている。
　更にイグナイタ３は屈曲構造としているので、インジェクタユニット１のように、狭い空間にイグナイタを挿入することができる。
　なお、イグナイタ３では、入力部分３ａと結合部分３ｂの境界、及び結合部分３ｂと増幅／放電部分３ｃの境界において屈曲している。仮に結合部分３ｂで屈曲させる構成とすると、第１中心電極３３と第２中心電極３４の間で生じる容量結合の大きさの分布が軸対象にならず、この結果、放電電極５６から生じる放電が指向性を持つので好ましくない。また、筒状部材である第２中心電極３４を屈曲させることは、製造面でも困難性を伴う。
　これに対し、一方、入力部分３ａと結合部分３ｂの境界では、第１中心電極３３と第２中心電極３４は対向しないので、この位置で屈曲させても第１中心電極３３と第２中心電極３４の間で生じる容量結合の大きさにはさほど影響を与えない。従って、既に設計したイグナイタの設計値が活かせるので、電気設計の工数を減らすことができる。
　なお、上記のイグナイタ３屈曲部は角状であるが、Ｒ状に（ゆるやかに）曲げた構造であっても良い。
（第２の実施形態）　
　図４に示すような形態も考えられる。
　同図（ａ）のように、１箇所のみを屈曲させたイグナイタ３を用いても良い。この構成によれば、イグナイタの放電箇所をインジェクタの噴流に近づけることができる。なお、このイグナイタ３は、入力部分３ａと結合部分３ｂの境界部分を屈曲させ、結合部分３ｂと増幅／放電部分３ｃの境界部分は屈曲させない構成とすることにより実現できる。
　同図（ｂ）のように、結合部分３ｂの長さを長くしたイグナイタ３を用いても良い。この構成によれば、インジェクタ及びイグナイタの先端部をケーシング４の先端部４ｃに配置でき、インジェクタの噴射口やイグナイタの放電部を燃焼室に接近させることができる。これにより、インジェクタユニット１による着火特性を向上させることができる。なお、このイグナイタ３は、第１中心電極３３ｂのうち、第２中心電極３４と対向しない部分の長さを延長することで実現できる。
　同図（ｃ）のように、結合部分３ｂの長さを長くし、かつ、１箇所のみを屈曲させたイグナイタ３を用いても良い。この構成によれば、インジェクタの噴射口を燃焼室に接近させ、かつ、イグナイタの放電箇所をインジェクタの噴流に近づけることができる。
　但し、上記（ａ）～（ｃ）のいずれを採用するかは、インジェクタユニット１が取付けられるシリンダヘッドの孔（インジェクタ挿入用の孔）の形状、大きさによる。本発明のイグナイタは屈曲することができ、かつ長さの変更ができるため、様々なシリンダヘッドに対応させることが容易である。特にインジェクタユニット１をレトロフィット用に使用する場合、様々なタイプのディーゼルエンジン（のシリンダヘッド）に対応する必要があるが、各エンジンに対し、個別にイグナイタを設計することは煩雑である。しかし、本願発明のイグナイタによれば、電気特性に影響を及ぼさない箇所で曲げたり、或いは長さ調整を行ったりするので、電気設計の工数を著しく増加させること無く、様々な形状のイグナイタの設計が可能となる。この結果、開発コストを低減でき、ひいては商品のコストダウンを図ることができ、購入者に恩恵を与える。
（第３の実施形態）　
　図５に示すような形態も考えられる。（ａ）は一部断面の正面図、（ｂ）は一部断面の側面図、（ｃ）は一部断面の背面図、（ｄ）は平面図、（ｅ）は底面図である。
　第１、第２実施形態では、イグナイタ３の先端部（増幅／放電部分３ｃ）がケーシング４の中心軸からずれていたが、本実施形態では、イグナイタ３の先端部がケーシング４の中心軸上にある。
　仮にイグナイタ３が通常のイグナイタのようにストレートな構造の場合、イグナイタ３の入力部分３ａとインジェクタの中央部２ｂが干渉するため、イグナイタ３の先端部をケーシングの中心軸上に配置させることができない。
　これに対し、本実施形態のイグナイタ３は屈曲しているため、インジェクタ２と干渉することなく、イグナイタ３の先端部をケーシングの中心軸上に配置させることができる。つまり、ケーシングの中心でイグナイタ３による放電が行われるので、燃料の着火特性の向上に寄与する。
（第４の実施形態）
　図６に示すような形態も考えられる。本実施形態では、イグナイタ３を２つ用いた構成としている。
　同図（ａ）はイグナイタ３の先端部（増幅／放電部分３ｃ）をケーシング４の中央部４ｂに配置させた例である。この例では、インジェクタ２の噴射口近辺でイグナイタ３による放電が行うことができる。
　同図（ｂ）は、イグナイタ３の先端部をケーシング４の先端部４ｃから露出させ、エンジンの燃焼室内に突き出させた例である。これにより、イグナイタ３による放電が行われるので、燃料の着火特性を向上させることができる。
　同図（ｃ）は、２つのイグナイタ３のうち、一方のイグナイタはケーシング４の先端部４ｃから露出する一方、他方は露出させず、インジェクタ２の噴射口近辺に先端部を配置させる。例えば、燃料の噴射前は、インジェクタ２の噴射口の近辺にあるイグナイタ３を放電させ、この状態で燃料を噴射させることで種プラズマを生成させる。そして、燃料の噴射後は、ケーシング４から露出する方のイグナイタ３を放電させることにより、種プラズマを拡大させる。これにより、燃料の着火特性を向上させることができる。
　なお、これらの例はいずれも、イグナイタ３が屈曲構成であるからこそ実現可能な例である。仮に通常のイグナイタのようにストレートな構造の場合、これらの配置は不可能である。即ち、屈曲構造のイグナイタ３を用いることにより、燃料の着火特性を向上させることができる。
　以上、本発明の実施形態について説明した。本発明の範囲はあくまでも特許請求の範囲に記載された発明に基づいて定められるものであり、上記実施形態に限定されるべきものではない。
１　　インジェクタユニット
２　　インジェクタ
３　　イグナイタ
　３ａ　入力部分
　３ｂ　結合部分
　３ｃ　増幅／放電部分
　３１　ケース（接地電極）
　３２　マイクロ波入力端子
　３３　第１中心電極
　３４　第２中心電極
　３５　第３中心電極
　３６　放電電極
　３７　空隙
　３９　誘電体
４　　ケーシング

Claims (2)

  1. 　インジェクタと、
    　共振構造によりマイクロ波を昇圧し、放電を行うイグナイタと、
    　インジェクタ及びイグナイタを収納するケーシングを備え、
    　イグナイタは、
    　放電部と、
    　入力されたマイクロ波を伝送する第１部分と、
    　マイクロ波と該イグナイタとのインピーダンス整合を行うために容量結合を行う第２部分と、
    　容量結合されたマイクロ波を放電部に伝送する第３部分を有し、
    　該イグナイタは、第１部分と第２部分の境界、第２部分と第３部分の境界、又は第１部分内において屈曲していることを特徴とするインジェクタユニット。
  2. 　放電部と、
    　入力されたマイクロ波を伝送する第１部分と、
    　マイクロ波と該イグナイタとのインピーダンス整合を行うために容量結合を行う第２部分と、
    　容量結合されたマイクロ波を放電部に伝送する第３部分を有し、
    　該イグナイタは、第１部分と第２部分の境界、第２部分と第３部分の境界、又は第１部分内において屈曲していることを特徴とするイグナイタ。
     
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