WO2016027877A1 - 点火プラグ、圧縮着火式内燃機関 - Google Patents

点火プラグ、圧縮着火式内燃機関 Download PDF

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igniter
center electrode
spark plug
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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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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • H01T13/20—Sparking plugs characterised by features of the electrodes or insulation
    • H—ELECTRICITY
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    • F02P—IGNITION, OTHER THAN COMPRESSION IGNITION, FOR INTERNAL-COMBUSTION ENGINES; TESTING OF IGNITION TIMING IN COMPRESSION-IGNITION ENGINES
    • F02P3/00—Other installations
    • F02P3/01—Electric spark ignition installations without subsequent energy storage, i.e. energy supplied by an electrical oscillator

Definitions

  • the present invention relates to a spark plug, and more particularly to a spark plug suitable for use in a diesel engine using gaseous fuel such as CNG (Compressed Natural Gas).
  • gaseous fuel such as CNG (Compressed Natural Gas).
  • Diesel engines which is a type of compression ignition type internal combustion engine, ignition is performed by injecting liquid fuel into air that has become hot during the compression stroke.
  • Diesel engines are excellent in efficiency and can be applied to various types of fuels (petroleum fuels such as light oil and heavy oil, squalene and ester liquid fuels), and can be applied to various engines ranging from small high-speed engines to huge low-speed engines for ships. It has the advantage of being able to.
  • Non-Patent Document 1 Non-Patent Document 1
  • CNG contains methane (CH4) as a main component, so that carbon may adhere to the discharge part of the spark plug and ignition may not be performed.
  • the present invention has been made in view of the above points.
  • the spark plug of the present invention includes a center electrode that transmits microwaves, a discharge electrode that is attached to the tip of the center electrode, a ground electrode that is spaced apart from the center electrode and the periphery of the discharge electrode, An insulator for insulating the electrode and the ground electrode is provided, and the tip of the insulator is arranged behind the rear end of the discharge electrode.
  • the compression ignition type internal combustion engine of the present invention is characterized by using gaseous fuel as fuel and using the above-mentioned spark plug as ignition means.
  • the present invention it is possible to prevent the ignition characteristics of the spark plug from being deteriorated due to the adhesion of carbon.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a diesel engine 10.
  • 3 is a partial cross-sectional front view showing a configuration of an injector unit 6.
  • FIG. 3 is a partial cross-sectional front view showing the configuration of the igniter 3.
  • FIG. 3 is an enlarged view of a tip portion of an igniter 3.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an equivalent circuit of an igniter 3.
  • FIG. It is a front view of the partial cross section which shows the structure of the igniter 300 which concerns on a comparative example.
  • It is a partial sectional front view which shows the structure of the igniter 310 which concerns on a comparative example.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of timing control of fuel injection by an injector 1 and discharge by an igniter 3.
  • 1 is a diagram illustrating a configuration of a diesel engine 100.
  • FIG. 2 is a bottom view of a cylinder head of the diesel engine 100.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating a configuration of a diesel engine 10.
  • the diesel engine 10 is an example of a compression ignition type internal combustion engine of the present invention.
  • the engine body is shown in a partially sectional front sectional view.
  • an injector unit 6 including an injector for injecting CNG fuel into a combustion chamber 28 and an igniter for igniting the fuel is inserted into the cylinder head 21 of the diesel engine 10.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional front view showing the configuration of the injector unit 6.
  • the injector unit 6 includes an injector 1, an igniter 3, and a casing 4 that houses them.
  • the igniter 3 is disposed on the central axis of the casing 4 and two injectors 1 are disposed adjacent to the igniter 3.
  • the igniter 3 is a kind of spark plug whose tip is discharged.
  • the microwave of the 2.45 GHz band generated by the microwave (MW) generator 42 resonates, and the microwave is boosted by the resonance, and the tip (discharge portion) ) Is a high voltage, and the discharge is generated at the tip. Details will be described later.
  • the injector 1 is of a miniaturized type because it is integrated with the igniter 3. Since the fuel injection amount decreases due to the downsizing, the injector unit 6 uses a plurality (two) of injectors to compensate for this.
  • the control device 41 controls the injection timing and injection pressure (injection size) of the injector 1, and controls the microwave generator 42.
  • the microwave generator 42 generates an input voltage to the igniter 3 by using an oscillator that oscillates an AC signal of 2.45 GHz, a circuit that controls ON / OFF of the microwave, and a microwave generated from a power source of a car battery (for example, DC 12V).
  • An amplification circuit that performs amplification to meet the specifications is provided. That is, the control device 41 indirectly controls the igniter 3 by controlling the microwave generator 42. In other words, the discharge timing of the igniter 3 can be freely controlled by controlling the generation timing of the microwave by the microwave generator 42.
  • the igniter 3 includes an input portion 3a to which microwaves are input, a coupling portion 3b for performing capacitive coupling for the purpose of impedance matching between the microwave and the igniter 3, and an amplification / discharge portion 3c for performing voltage amplification and discharge. Divided.
  • the igniter 3 accommodates internal members by a case 31 made of conductive metal.
  • 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 33.
  • the first center electrode 33 transmits microwaves.
  • a dielectric 39 a such as ceramic is provided between the first center electrode 33 and the case 31.
  • the second center electrode 34 has a cylindrical configuration having a bottom portion on the amplification / discharge portion 3 c side, and the cylindrical portion surrounds the first center electrode 33.
  • the cylindrical inner walls of the rod-shaped first center electrode 33 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 c 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.
  • a dielectric 39d such as ceramic is filled.
  • a cavity 37 that is not filled with the dielectric 39d is provided between the third center electrode 35 and the casing 31.
  • 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.
  • annular space 38a is provided between the rear end surface 361 of the discharge electrode 36 and the front end surface 391 of the dielectric 39d. This is because when the tip of the igniter 3 is placed in a CH4 (methane) environment, carbon fills the annular space 38b between the discharge electrode 36 and the case (ground electrode) 31, so that the discharge electrode 36 and the case (ground) It is provided for the purpose of preventing the discharge between the electrodes) 31 from being hindered.
  • FIG. 4 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 2).
  • FIGS. 6 and 7 are examples of other igniters made by the inventors.
  • the igniter 310 in FIG. 7 has a configuration in which the distal end surface of the discharge electrode 36 and the distal end surface of the dielectric 39d are continuous surfaces and performs creeping discharge using the distal end surface of the dielectric 39d. In some cases, creeping discharge cannot be sufficiently performed due to carbon adhering to the front end surface of the dielectric 39d.
  • the above-described igniter 3 such a problem due to carbon adhesion can be solved.
  • the control device 41 controls the injector 1 so that the injection of CNG fuel is started when the crank angle of the piston 27 becomes approximately ⁇ 90 degrees.
  • the control device 41 continuously or intermittently discharges between the discharge electrode 36 (first electrode) of the igniter 3 and the casing 41 (between the second electrodes) which is also a ground electrode while the injector 1 is injecting CNG fuel.
  • the microwave generator 42 is controlled to be performed automatically.
  • the igniter 3 is discharged during fuel injection, and the gas in the vicinity of the igniter 3 is brought into a non-equilibrium plasma state so that CNG fuel can be ignited even in a normal diesel engine. ing.
  • the temperature in the combustion chamber 28 is not so high during the period before the ignition after the start of fuel injection. Therefore, during this time, the carbon attached to the tip of the igniter 3 cannot be burned out, and the attached carbon accumulates.
  • an annular space 38a is provided between the rear end surface 361 of the discharge electrode 36 and the front end surface 391 of the dielectric 39d. That is, if carbon adhering between the start of combustion injection and ignition is accumulated in the annular space 38a, carbon is not accumulated in the annular space 38b between the discharge electrode 36 and the case 31, and the discharge is performed. It is possible to prevent the performance from deteriorating.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating a configuration of a diesel engine 100 according to the second embodiment.
  • the engine body is shown in a partially sectional front sectional view.
  • FIG. 10 is a bottom view of the cylinder head 21 ′ of the diesel engine 100.
  • the present embodiment has six igniters 3.
  • the injector 1 has six injection nozzles, and six igniters are arranged corresponding to the directions of the respective injection nozzles. Thereby, it can discharge reliably with respect to the fuel injected from each nozzle. Moreover, before fuel injection, radicals in the region where fuel is injected can be effectively increased in advance.
  • both the injector and the igniter are accommodated in the injector unit. Therefore, it is suitable as an aftermarket technology. That is, by removing an injector for an existing diesel engine and replacing it with the injector unit 6, effects such as improvement of fuel consumption and reduction of NOx are obtained.
  • Injector 3 Igniter 3a Input part 3b Coupling part 3c Amplification / discharge part 31 Case (ground electrode) 32 microwave input terminal 33 first center electrode 34 second center electrode 35 third center electrode 36 discharge electrode 37 gap 38a annular space 38b annular space 39 dielectric 4 casing 6 injector unit 10 diesel engine 41 controller 42 microwave generator 100 diesel engine

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Abstract

【課題】　炭素の付着による、点火プラグの点火特性の低下を防ぐ。マイクロ波を伝送する中心電極と、中心電極の先端部に取付けられる放電電極と、中心電極及び放電電極の周辺部にこれらと離間して設けられた接地電極と、中心電極と接地電極を絶縁する絶縁体を備え、該絶縁体の先端が、放電電極の後端よりも後方に配置される。

Description

点火プラグ、圧縮着火式内燃機関
　本発明は、点火プラグに関し、特にＣＮＧ（Compressed Natural Gas、圧縮天然ガス）等の気体燃料を用いるディーゼルエンジンに用いて好適な点火プラグに関する。
　圧縮着火式内燃機関の一種であるディーゼルエンジンでは、圧縮行程で高温になった空気に液体燃料を噴射することで着火させる。ディーゼルエンジンは、効率に優れ、様々な燃料（軽油、重油等の石油系燃料や、スクワレン、エステル系の液体燃料）に適用でき、小型高速機関から巨大な船舶用低速機関まで様々な機関に適用できる、といった長所がある。
　しかし、ディーゼルエンジンの場合、ＮＯｘの排ガスやススの発生、等の欠点を有していた。これに対し、ディーゼル排ガスを減らすことができる燃料として、ＣＮＧが注目されている。しかし、ＣＮＧは軽油と比較して着火温度が高い。従って、従来のディーゼルエンジンをＣＮＧ燃料により動作させることはできないため、例えば軽油をパイロット燃料として使用したり、点火プラグ等の着火手段を用いたりする必要がある（非特許文献１）。
「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） 米国特許７９６３２６２号公報
　着火手段として点火プラグを用いた場合、ＣＮＧはメタン（ＣＨ４）を主成分としているため、点火プラグの放電部分に炭素が付着し、点火が行えなくなる場合がある。
　本発明は、以上の点に鑑みてなされたものである。
　本発明の点火プラグは、マイクロ波を伝送する中心電極と、中心電極の先端部に取付けられる放電電極と、中心電極及び放電電極の周辺部にこれらと離間して設けられた接地電極と、中心電極と接地電極を絶縁する絶縁体を備え、該絶縁体の先端が、放電電極の後端よりも後方に配置されることを特徴とする。
　本発明の圧縮着火式内燃機関は、気体燃料を燃料として用い、上述の点火プラグを着火手段として用いることを特徴とする。
　本発明によれば、炭素の付着による、点火プラグの点火特性の低下を防ぐことができる。
ディーゼルエンジン１０の構成を示す図である。 インジェクタユニット６の構成を示す一部断面の正面図である。 イグナイタ３の構成を示す一部断面の正面図である。 イグナイタ３の先端部分の拡大図である。 イグナイタ３の等価回路を図である。 比較例に係るイグナイタ３００の構成を示す一部断面の正面図である。 比較例に係るイグナイタ３１０の構成を示す一部断面の正面図である。 インジェクタ１による燃料噴射と、イグナイタ３による放電のタイミング制御の例を示す図である。 ディーゼルエンジン１００の構成を示す図である。 ディーゼルエンジン１００のシリンダヘッドの底面図である。
　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、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、ディーゼルエンジン１０の構成を示す図である。このディーゼルエンジン１０は、本発明の圧縮着火式内燃機関の一例である。エンジン本体部に関しては、一部断面の正面断面図で示している。同図に示すように、ディーゼルエンジン１０のシリンダヘッド２１には、ＣＮＧ燃料を燃焼室２８に噴射するインジェクタと、その燃料を点火するためのイグナイタを含むインジェクタユニット６が挿入される。
　図２は、インジェクタユニット６の構成を示す一部断面の正面図である。インジェクタユニット６は、インジェクタ１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。
　イグナイタ３は、ケーシング４の中心軸上に配置され、これに隣接して２つのインジェクタ１が配置される。イグナイタ３は、先端部が放電する、一種の点火プラグである。但し、通常のスパークプラグとは違い、マイクロ波（ＭＷ）発生器４２により発生した２．４５ＧＨｚ帯のマイクロ波が共振する構造となっており、共振によりマイクロ波が昇圧されて先端部（放電部）が高電圧となり、先端部で放電が起きる構成である点が相違する。詳細は後述する。
　インジェクタ１は、イグナイタ３と一体化する関係上、小型化したタイプのものが用いられる。小型化により、燃料の噴射量が低下するため、これを補うべく、インジェクタユニット６はインジェクタを複数（２個）用いている。
　再び図１に戻り、制御装置４１は、インジェクタ１の噴射タイミングや噴射圧（噴射の大きさ）を制御したり、マイクロ波発生器４２を制御したりする。マイクロ波発生器４２は、２．４５ＧＨｚの交流信号を発振器する発振器、マイクロ波のＯＮ／ＯＦＦを制御する回路、カーバッテリー（例えば直流１２Ｖ）の電源から生成されたマイクロ波をイグナイタ３の入力電圧仕様に合うように増幅を行う増幅回路等を備える。つまり、制御装置４１は、マイクロ波発生器４２を制御することで間接的にイグナイタ３を制御する。逆に言えば、マイクロ波発生器４２によるマイクロ波の生成タイミングを制御することにより、イグナイタ３の放電タイミングを自由に制御できる。リアクタンスの大きい点火コイルを使用する通常のスパークプラグでは、高速な応答は困難であり、連続的な放電を行うことが難しい。一方、イグナイタ３はマイクロ波により駆動するため高速な応答が可能であり、マイクロ波発生器４２を自由に制御することにより、任意のタイミングで高周波での、あたかも連続的な放電を生じさせることができる。従って、後述するような様々な制御が可能である。この点で従来のスパークプラグとは大きく相違する。
　図３を参照して、イグナイタ３の構成の詳細を説明する。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。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。
　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３３が設けられる。第１中心電極３３はマイクロ波を伝送する。第１中心電極３３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３３、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３３を囲む。棒状の第１中心電極３３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３９ｃ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とケーシング３１の間にはセラミック等の誘電体３９ｄが充填される。但し、後述のように、放電容量Ｃ３を調整する目的で、第３中心電極３５とケーシング３１の間には誘電体３９ｄが充填されない空洞部３７を有している。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。
　また、図４を参照して、放電電極３６の後端面３６１と誘電体３９ｄの先端面３９１の間には環状空間３８ａを設けている。これはＣＨ４（メタン）環境下にイグナイタ３の先端部を配置した場合に炭素が放電電極３６とケース（接地電極）３１間の環状空間３８ｂに充填されることにより、放電電極３６とケース（接地電極）３１間の放電が妨げられることを防ぐ目的で設けられる。
　図４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２）よりも優れている。
　なお、図６、７は発明者らが試作した他のイグナイタの例である。図６のイグナイタ３００では、ＣＨ４を含む環境下で着火試験を行った場合、誘電体３９ｄの先端面に炭素が付着することにより放電電極３６とケース３１間の放電が十分に行えない場合があった。図７のイグナイタ３１０は、放電電極３６の先端面と誘電体３９ｄの先端面が連続面となっており、誘電体３９ｄの先端面を利用した沿面放電を行う構成であるが、この場合においても誘電体３９ｄの先端面に炭素が付着することにより沿面放電が十分に行えない場合があった。これに対し、上述のイグナイタ３によれば、このような炭素付着による不具合を解決することができる。
　次に図８を参照して、インジェクタ１による燃料噴射と、イグナイタ３による放電のタイミング制御の例を示す。制御装置４１は、ピストン２７のクランク角度が大よそ－９０度となった時点でＣＮＧ燃料の噴射が開始されるよう、インジェクタ１を制御する。また、制御装置４１は、インジェクタ１がＣＮＧ燃料を噴射している間、イグナイタ３の放電電極３６（第１電極）と接地電極でもあるケーシング４１（第２電極間）で放電が連続的又は断続的に行われるよう、マイクロ波生成器４２を制御する。
　上述のようにＣＮＧ燃料は着火温度が高いため、通常のディーゼルエンジンの圧力下でＣＮＧ燃料のみで駆動させるのは困難である。これに対し、本実施形態では燃料の噴射中にイグナイタ３を放電させ、イグナイタ３近辺のガスが非平衡プラズマ化された状態とすることにより、ＣＮＧ燃料が通常のディーゼルエンジンにおいても着火できるようにしている。
　但し、再び図８を参照し、燃料噴射開始後、着火前の期間中は、燃焼室２８内の温度がさほど高くない。従って、この間はイグナイタ３の先端部に付着した炭素を焼き切ることができず、付着した炭素が蓄積していく。このことを考慮し、イグナイタ３では、放電電極３６の後端面３６１と誘電体３９ｄの先端面３９１の間には環状空間３８ａを設けている。つまり、燃焼噴射開始から着火までの間に付着する炭素を環状空間３８ａ内に蓄積させるようにしておけば、放電電極３６とケース３１間の環状空間３８ｂに炭素が蓄積されることがなく、放電性能が低下ことを防ぐことができる。
　なお、燃料噴射から一定期間が経過し、燃料室２８の燃料が着火したあとは、燃焼室の温度が高くなるため、この熱により環状空間３８ｂに付着した炭素を焼き切ることができ、誘電体３９ｄの先端面には炭素が付着していない状態となる。
　なお、イグナイタ３は、マイクロ波により駆動するので、放電もマイクロ波（ＧＨｚ）の周期で行われる。従って、発生したラジカルが死滅する前に、次の放電が行われるから、発生したＯＨラジカル等は死滅せず維持される。これに対し、従来のスパークプラグでは、高周波でのスパークのＯＮ／ＯＦＦを行うことができないため、一端発生したラジカルはすぐに死滅してしまう。従って、従来のスパークプラグを用いた場合、上記のような作用効果を奏することはできない。
（第２の実施形態）
　図９は、第２実施形態に係るディーゼルエンジン１００の構成を示す図である。エンジン本体部に関しては、一部断面の正面断面図で示している。図１０は、このディーゼルエンジン１００のシリンダヘッド２１’の底面図である。
　これらの図に示すように、本実施形態ではイグナイタ３を６個有している。本実施形態ではインジェクタ１は６つの噴射ノズルを有しており、各噴射ノズルの方向に対応させて、６つのイグナイタを配置している。これにより、各ノズルから噴射される燃料に対し確実に放電することができる。また、燃料噴射前にあっては、燃料が噴射される領域のラジカルを予め、効果的に増やすことができる。
　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。
　なお、第１実施形態では、インジェクタユニットにインジェクタとイグナイタの両方を収容している。従って、アフターマーケット向け技術として適している。つまり、既存のディーゼルエンジン用のインジェクタを取り外し、このインジェクタユニット６に差し替えることによって、燃費の向上やＮＯｘ低減等の効果を奏するからである。
１　　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
　３８ａ　環状空間
　３８ｂ　環状空間
　３９　誘電体
４　ケーシング
６　　インジェクタユニット
１０　ディーゼルエンジン
４１　制御装置
４２　マイクロ波生成器
１００　ディーゼルエンジン

Claims (2)

  1. 　マイクロ波を伝送する中心電極と、
    　中心電極の先端部に取付けられる放電電極と、
    　中心電極及び放電電極の周辺部にこれらと離間して設けられた接地電極と、
    　中心電極と接地電極を絶縁する絶縁体を備え、
    　該絶縁体の先端が、放電電極の後端よりも後方に配置されることを特徴とする、点火プラグ。
  2. 　気体燃料を用いる圧縮着火式内燃機関であって、
    　請求項１に記載の点火プラグを着火手段として用いることを特徴とする、圧縮着火式内燃機関。
PCT/JP2015/073471 2014-08-21 2015-08-21 点火プラグ、圧縮着火式内燃機関 WO2016027877A1 (ja)

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Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2009281188A (ja) * 2008-05-20 2009-12-03 Aet Inc 火花放電点火方式とマイクロ波プラズマ点火方式を併用する点火装置
JP2012219766A (ja) * 2011-04-13 2012-11-12 Daihatsu Motor Co Ltd 火花点火式内燃機関の火花点火制御方法

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