WO2017065310A1 - 点火装置 - Google Patents

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池田　裕二
實 牧田
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Definitions

  • the present invention relates to an ignition device that is used in an internal combustion engine and ignites fuel.
  • Patent Document 1 discloses a technique for expanding a flame ignited by irradiating a microwave after igniting fuel using a spark plug.
  • Patent Document 2 an ignition device having a microwave resonance structure
  • the ignition device of Patent Document 2 has a structure in which a microwave input from an external oscillator is boosted by a resonance structure, and a discharge is generated between a discharge electrode at the tip and a ground electrode. If a repetitive pulsed microwave is input from the outside, repetitive discharge can be performed and stable ignition can be performed. Moreover, since plasma (OH radicals) can be continuously supplied to the ignition region, lean combustion is possible. Since the diameter is about 4 mm, which is about 1/3 of a normal spark plug (diameter 12 mm), the diameter of the valve can be increased, which contributes to higher efficiency of the internal combustion engine. Moreover, since it has a small diameter, it is also suitable for an auxiliary ignition device for multipoint ignition.
  • the ignition device of Patent Document 2 since the ignition device of Patent Document 2 has a small diameter, the volume of the discharge region is small. Therefore, when used for ignition of a fuel having inferior ignitability as compared with a large internal combustion engine or gasoline such as natural gas, the ignition power may be insufficient.
  • an external circuit for example, a 50 ⁇ system
  • a matching portion for matching the impedance of the resonance structure portion are provided inside the plug.
  • impedance mismatch occurs due to a change in electrical resistance between the discharge electrode and the ground electrode, the microwave is reflected, and the microwave energy cannot be efficiently input to the plasma.
  • measures such as microwave input waveform, level control, and circuit design in which impedance mismatching is unlikely to occur are taken, a fundamental solution is also desired.
  • the present invention has been made in view of the above points.
  • the present invention provides a rectangular parallelepiped first substrate and a second substrate, and one or a plurality of intermediate substrates provided between the first substrate and the second substrate and having a longer side shorter than the first and second substrates.
  • the first substrate is provided with an input portion for receiving electromagnetic waves from the outside, a first electrode portion, and an electromagnetic wave transmission line for connecting the input portion and the first electrode portion on the surface on the intermediate substrate side.
  • the second substrate is provided with an electromagnetic wave resonance part and a second electrode part electrically connected to the electromagnetic wave resonance part on the surface on the intermediate substrate side, the first electrode part, the second electrode part, and the electromagnetic wave transmission
  • Each of the part of the line and the part of the resonance part is opposed to each other with a space at a place where the intermediate substrate is not provided.
  • the stability of ignition by an ignition device using microwaves can be improved.
  • FIG. 1 is an external view of a spark plug according to a first embodiment of the present invention.
  • (A) is an exploded perspective view with the case removed,
  • (b) is a view showing the back side of the first substrate, and
  • (c) is an enlarged view of the front end portion of the front side of the second substrate.
  • the ignition plug which concerns on 2nd Embodiment of this invention is shown, (a) is a whole top view, (b) is AA sectional drawing of (a), (c) is the front view seen from the discharge part side, d) is a perspective view showing a resonance electrode.
  • the spark plug 1 of the present embodiment includes a first substrate 13, an intermediate substrate 14, an intermediate substrate 15, and a second substrate 16 in order from the upper side, and these four substrates are in a rectangular parallelepiped shape. In the case 11. Further, each of the four substrates is made of an insulating material such as ceramic.
  • the SMA connector 12 to which a coaxial cable 29 (see FIG. 7 and the like) for transmitting a microwave generated by an external oscillator (not shown) is connected is attached to the left short side of the first substrate 13.
  • a metal pattern 13b that prevents microwaves from leaking to the outside is formed over the entire surface.
  • an electrode 13a is formed on the short side at the right end, and a microwave transmission path 13c, which is a stripline-shaped metal pattern, electrically connects the electrode 13a and the SMA connector 12. Formed to connect.
  • a resonance part 16a is formed on the upper surface of the second substrate 16, and a discharge electrode 16b is formed on the short side on the right side so as to be electrically connected to the resonance part 16a, while a ground electrode 16c is connected to the discharge electrode 16b. Separated but formed close together. Further, a metal pattern 16d that prevents the microwave flowing through the resonance part 16a from leaking outside is formed on the entire bottom surface of the second substrate.
  • the intermediate substrates 14 and 15 are arranged so as to be sandwiched between the first substrate 13 and the second substrate 14, and the length of the long side is shorter than that of the first substrate 13 and the second substrate 14. For this reason, the right side of the lower surface of the first substrate 13 and the right side of the upper surface of the second substrate 13 face each other with a space therebetween. That is, the first electrode 13a, the discharge electrode 16b, a part of the microwave transmission path 13c, and a part of the resonance part 16a are opposed to each other with a space at a location where the intermediate substrate 14 is not provided. This space functions as a coupling portion 17 for guiding the microwave flowing through the microwave transmission path 13c of the first substrate 13 to the resonance portion 16 of the second substrate 14 by electric field coupling.
  • a metal pattern that shields the microwave flowing through the microwave transmission path 13 c of the first substrate 13 from the second substrate 16 is formed on the upper surface of the intermediate substrate 15. The metal pattern may be formed on the lower surface of the intermediate substrate 14.
  • the microwave input from the SMA connector 12 is transmitted through the microwave transmission path 13c. Then, the microwave is guided to the resonance part 16 of the second substrate 14 by electric field coupling through the coupling part 17.
  • the resonance unit 16 has a microwave resonance structure, and the microwave induced in the resonance unit 16 is boosted and becomes a high potential at the discharge electrode 16b. As a result, discharge occurs between the discharge electrode 16b and the ground electrode 16c (hereinafter, this discharge is referred to as “first discharge”). Plasma is generated by the first discharge, and this is used as a seed fire, and discharge is generated between the electrodes 13a of the first substrate 13 (hereinafter, this discharge is referred to as “second discharge”).
  • the distance between the discharge electrode 16b and the ground electrode 16c is, for example, 0.3 mm.
  • the distance between the discharge electrode 16b and the electrode 13a is 4 mm as an example. Therefore, the discharge volume of the second discharge is larger than that of the first discharge.
  • the spark plug of the present invention since the discharge gap length of the spark plug of the conventional microwave resonance structure of Patent Document 2 is 0.3 mm, the spark plug of the present invention has a larger discharge volume than the conventional product and can generate a large plasma.
  • FIG. 6A is an equivalent circuit of a resonance structure portion of a spark plug having a conventional microwave resonance structure.
  • a microwave is input from an external microwave oscillator
  • a current flows through the capacitor C1 from the left to the right in FIG.
  • a strong resonance current flows in the loop circuit formed by the reactance L and the capacitors C3 and C2 by resonating with the frequency of the microwave
  • a high voltage is generated particularly at both ends of the capacitor C3.
  • Dielectric breakdown occurs at both ends, and discharge generates plasma.
  • Both ends of the capacitor C3 are equivalent to a state in which the resistor Rp is connected in parallel from the released state.
  • the impedance is changed from an originally impedance matching state with the 50 ⁇ external circuit to an inconsistent state, so that the microwave is reflected.
  • FIG. 6B is an equivalent circuit of the resonance structure portion of the spark plug 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • both ends of the resistors Rp1 and Rp2 are considered to be equivalent to the released state.
  • a microwave is input from an external microwave oscillator, first, a current flows through the capacitor C1.
  • a strong resonance current flows through the loop circuit formed by the capacitors C3 and C2 and the reactance L in resonance with the microwave frequency, a high voltage is generated particularly at both ends of the capacitor C3. Dielectric breakdown occurs at both ends of the capacitor C3 and discharge occurs to generate plasma (this corresponds to the first discharge described above).
  • the resistor Rp1 is changed from the released state to the state connected in parallel.
  • the reflectance resulting from plasma generation is about 80%, but in the spark plug 1 according to the first embodiment of the present invention, the reflectance is suppressed to about 10%. It was confirmed experimentally that it was possible.
  • FIG. 7 is a diagram illustrating an example in which the spark plug 1 is used in place of a spark plug.
  • FIG. 8 shows an example in which the spark plug 1 is provided on the side of the combustion chamber.
  • four spark plugs 1 (1A to 1D) are inserted between the cylinder block 26 and the cylinder head 27 (usually at a location where a gasket is inserted).
  • an annular receiving antenna 43 is formed on the top surface of the piston 25.
  • a microwave is fed to the spark plug 1 to cause the above-mentioned “second discharge”.
  • this second discharge is also derived from the receiving antenna 43, and a large discharge can be generated between the spark plug 1 and the receiving antenna 43. Thereby, suppression of knocking or the like can be achieved.
  • microwaves have been described as an example of electromagnetic waves, but electromagnetic waves in other wavelength ranges may be used.
  • the internal combustion engine to which the present ignition device is applied is assumed to be a reciprocating gasoline engine or a rotary gasoline engine for automobiles, but may be applied to, for example, an engine using natural gas as fuel or an engine using light oil as fuel. .
  • the first discharge is generated between the discharge electrode 16b and the ground electrode 16c.
  • the metal part of the case 11 functions as the ground electrode, and the discharge is generated between the discharge electrode 16b and the case 11. You may make it produce.
  • FIG. 9 shows an ignition device for multipoint ignition according to a reference example.
  • Microwaves transmitted by the coaxial cable 29 are radiated from the planar antenna 41 provided in the cylinder head toward the combustion chamber 42 and received by the receiving antennas 43a to 43d provided on the top surface of the piston 25.
  • Each receiving antenna 43 is composed of an 8 to 9 mm square patch antenna and a resonating part.
  • the microwave received by the patch antenna part is boosted by the resonating part and discharged at the tip of the resonating part. Yes.
  • multipoint ignition is to be realized.
  • the spark plug according to the second embodiment is configured by further bundling a plurality of substrates each having a structure in which the substrates 13 to 16 are stacked.
  • an example of bundling 9 pieces in 3 rows each in the vertical and horizontal directions is shown.
  • one short side of the first substrate 13 of the plurality of spark plugs 1 serves as an electromagnetic wave input unit.
  • a connector for example, SMA connector 12 for connecting to the coaxial cable 31 connected to the electromagnetic wave oscillator may be provided in each of the input units, and each may be connected to an external electromagnetic wave oscillator. The connection may be made via a distributor.
  • each input part (the opposite end of the electrode 13a of the transmission line 13c) is electrically connected, and connected to one external electromagnetic wave oscillation, and electromagnetic waves (microwaves) are transmitted to each ignition plug without going through a distributor. 1 may be transmitted.
  • the spark plug of the third embodiment is a spark plug in which the equivalent circuit (see FIG.
  • the spark plug 3 is connected to a hollow cylindrical case 30 and an input portion 33 that is substantially coaxial with the case 30 and connected at one end to an external electromagnetic wave oscillator MW.
  • a center electrode 31 having an antenna portion 31a that radiates electromagnetic waves supplied from the input portion 33 at the end, and a shield that covers the shaft portion 31b having a smaller diameter than the antenna portion 31a that connects the antenna portion 31a of the center electrode 31 and the input portion 33 It comprises a pipe 33, and a resonance electrode 32 comprising a discharge part 32a covering the antenna part 31a and a cylindrical resonance part 32b covering the shield pipe 33. Then, the electromagnetic wave supplied from the resonance unit Re is boosted to increase the potential difference between the discharge unit 32a and the ground electrode 30a formed at the tip of the case 30, and the primary plasma SP1 is generated.
  • the discharge part 32a which covers the antenna part 31a which comprises the resonance electrode 32 may be a cylindrical part, as shown in FIG.11 (d), it is comprised so that it may become a semicircle shape. And the discharge part 32a and the resonance part 32b are connected by the connection part 32c which notched leaving the circular arc part of about 15 thru
  • the resonance electrode 32 is manufactured by cutting out a thin cylindrical metal material.
  • the ground electrode 30a formed at the tip of the case 30 is preferably formed with a plurality of notches (slits S) as shown in FIGS. 11 (b) to 11 (c). The ignitability to the air-fuel mixture when installed can be improved.
  • the shield pipe 33 is a shield for preventing the electromagnetic wave supplied from the shaft portion 31b to the resonance portion 32b from being capacitively coupled, and is electrically insulated from the center electrode 31 and the resonance electrode 32.
  • One end of the shield pipe 33 is formed integrally with the input portion 33 and is fixed to the anti-ground electrode side of the case 30.
  • a ceramic pipe, ceramic powder, or the like may be filled as an insulator between the inner peripheral surface of the shield pipe 33 and the outer peripheral surface of the center electrode 31 for insulation.
  • the insulating pipe has a step on the inner peripheral surface of the case 30 so that the resonance electrode 32 can be positioned. It is preferable to arrange the insulating pipe 34 along the shape of the gap between the outer peripheral surface of the shield pipe 33 and the inner peripheral surface of the resonance part 32b.
  • an electromagnetic wave (2.45 GHz microwave in this embodiment) supplied from the external electromagnetic wave oscillator MW is transmitted from the antenna portion 31a of the center electrode 31 to the resonance portion 32b of the resonance electrode 32 via the discharge portion 32a.
  • the voltage is boosted by the resonance portion Re formed between the outer peripheral surface and the inner peripheral surface of the case 30, and the potential difference between the discharge portion 32a of the resonance electrode 32 and the ground electrode 30a is increased.
  • primary plasma SP1 is generated between the discharge part 32a and the ground electrode 30a.
  • the antenna unit 31a and the discharge unit 32a form a capacitor that is capacitively coupled.
  • the generation of the primary plasma SP1 causes impedance mismatch, but electromagnetic waves passing through the center electrode 31 not passing through the resonance part Re are supplied from the antenna part 31a to the primary plasma SP1. SP1 is maintained and expanded.
  • the supplied electromagnetic waves are supplied in pulses, and the primary plasma SP1 is generated at approximately the same timing as the ignition timing with a general spark plug from 5 microseconds. It is preferable to supply an electromagnetic wave with an oscillation time of 20 microseconds, and thereafter oscillate with an oscillation time of 10 nanoseconds to 500 nanoseconds as short as possible. In this embodiment, oscillation occurs at 50 nanoseconds.
  • the duty ratio is 30 to 80%, preferably 40 to 60%, and in this embodiment, the duty ratio is 50%.
  • the electromagnetic wave is oscillated 300 to 1000 times, preferably 600 to 800 times, and about 700 times in this embodiment.
  • the primary plasma SP1 is maintained and expanded, and the plasma is generated only by electromagnetic waves.
  • reliable combustion can be maintained in a so-called super-lean state with a high air-fuel ratio.

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Abstract

【課題】点火力が大きく、かつ反射電力の少ない電磁波共振構造の点火装置を提供する。直方体状の第１基板及び第２基板と、第１基板及び第２基板の間に設けられ、長辺の長さが第１及び第２基板よりも短い１又は複数の中間基板と、を備え、第１基板には、外部からの電磁波の入力を受ける入力部、第１電極部、及び入力部と第１電極部を接続する電磁波伝送線路が中間基板側の面に設けられ、第２基板には、電磁波共振部、電磁波共振部と電気的に接続された第２電極部が中間基板側の面に設けられており、第１電極部と第２電極部、及び電磁波伝送線路の一部と共振部の一部のそれぞれが、中間基板の設けられていない箇所において空間を隔てて対向することを特徴とする。

Description

点火装置
　本発明は、内燃機関に用いられ、燃料を点火する点火装置に関する。
　出願人は、内燃機関での燃焼にマイクロ波技術を適用することにより、空燃比の改善を図る技術の開発を進めてきた（例えば特許文献１）。特許文献１では、スパークプラグを用いて燃料に点火したのち、マイクロ波を照射することで点火した火炎を拡大する技術が開示されている。
　また、出願人は、マイクロ波共振構造による点火装置を開発した（特許文献２）。特許文献２の点火装置は、外部発振器から入力したマイクロ波を共振構造により昇圧し、先端の放電電極と接地電極間で放電を生じさせる構造である。外部から繰り返しパルス状のマイクロ波を入力すれば、繰り返しの放電をさせることができ、安定した着火を行うことができる。また、プラズマ（ＯＨラジカル）を点火領域に連続的に供給することができるから、リーンでの燃焼が可能である。直径は約４ｍｍ程度であり、通常のスパークプラグ（直径１２ｍｍ）の１／３程度であるため、バルブ径の大径化も可能となり、内燃機関の高効率化にも寄与できる。また、小径であるから、多点着火用の補助点火装置にも適する。
特許第４８７６２１７号公報 国際公開公報２０１５／０２５９１３号
　しかし、特許文献２の点火装置は、小径であるゆえ、放電領域の体積が小さい。そのため、大型の内燃機関、又は天然ガス等のガソリンよりも着火性に劣る燃料の点火に用いる場合、点火力が不十分な場合がある。
　また、特許文献２の点火装置では、外部回路（例えば５０Ω系）と、共振構造部のインピーダンスを整合させるための整合部がプラグ内部に設けられる。しかし、放電によりプラズマが生じた場合、放電電極と接地電極間の電気抵抗変化により、インピーダンスの不整合が起こり、マイクロ波が反射し、マイクロ波のエネルギーがプラズマに効率的に投入できない。マイクロ波の入力波形や、レベル制御や、インピーダンス不整合が起きにくい回路設計等の対策を講じてはいるものの、根本的な解決も望まれる。
　本発明は、以上の点に鑑みてなされたものである。
　本発明は、直方体状の第１基板及び第２基板と、第１基板及び第２基板の間に設けられ、長辺の長さが第１及び第２基板よりも短い１又は複数の中間基板と、を備え、第１基板には、外部からの電磁波の入力を受ける入力部、第１電極部、及び入力部と第１電極部を接続する電磁波伝送線路が中間基板側の面に設けられ、第２基板には、電磁波共振部、電磁波共振部と電気的に接続された第２電極部が中間基板側の面に設けられており、第１電極部と第２電極部、及び電磁波伝送線路の一部と共振部の一部のそれぞれが、中間基板の設けられていない箇所において空間を隔てて対向することを特徴とする。
　本発明によれば、マイクロ波を利用した点火装置による点火の安定性を向上させることができる。
本発明の第１実施形態に係る点火プラグの外観図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグの図。（ａ）はケースを外した状態の分解斜視図、（ｂ）は第１基板の裏面側を示す図、（ｃ）は第２基板の表面側先端部を拡大した図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグの断面図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグの各基板の表面を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグの各基板の裏面を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグの等価回路を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグを用いた内燃機関の例を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る点火プラグを用いた内燃機関の他の例を示し、（ａ）はピストン上昇前の一部断面図、（ｂ）はピストン上昇後（ＴＤＣ近辺）の一部断面図、（ｃ）はそのときのピストンを頂面から見たときの図である。 参考例に係る多点点火を行う内燃機関の図である。 本発明の第２実施形態を示す概略図である。 本発明の第２実施形態に係る点火プラグを示し、（ａ）は全体平面図、（ｂ）は（ａ）のＡ－Ａ断面図、（ｃ）は放電部側から見た正面図、（ｄ）は共振電極を示す斜視図である。
　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。
＜実施形態1＞
　図１乃至図５を参照して、本実施形態の点火プラグ１は、上側から順に第１基板１３、中間基板１４、中間基板１５、第２基板１６からなり、これらの４つの基板は直方体状のケース１１に収納される。また、上記の４つの基板はいずれもセラミック等の絶縁材料からなる。
　第１基板１３の左側の短辺には、図示しない外部発振器で生成されたマイクロ波を伝送する同軸ケーブル２９（図７等参照）が接続されるＳＭＡコネクタ１２が装着される。第１基板１３の上面には、マイクロ波が外部に漏えいすることを防止する金属パターン１３ｂが全面にわたり形成される。また、第１基板１３の下面側には、右端の短辺に電極１３ａが形成され、更に、ストリップライン状の金属パターンであるマイクロ波伝送路１３ｃが、電極１３ａとＳＭＡコネクタ１２を電気的に接続するように形成される。
　第２基板１６の上面には共振部１６ａが形成され、その右側の短辺には放電電極１６ｂが共振部１６ａと電気的に接続するように形成される一方、接地電極１６ｃが放電電極１６ｂと離間するが近接して形成される。また、第２基板の下面には、共振部１６ａを流れるマイクロ波が外部に漏えいすることを防止する金属パターン１６ｄが全面にわたり形成される。
　中間基板１４及び１５は、第１基板１３と第２基板１４に挟まれるように配置され、長辺の長さは第１基板１３と第２基板１４よりも短い。このため、第１基板１３の下面の右辺側と、第２基板１３の上面の右辺側が空間を隔てて対向する。つまり、第１電極１３ａと放電電極１６ｂ、及びマイクロ波伝送路１３ｃの一部と共振部１６ａの一部のそれぞれが、中間基板１４の設けられていない箇所において空間を隔てて対向する。この空間は、第１基板１３のマイクロ波伝送路１３ｃを流れるマイクロ波を電界結合により第２基板１４の共振部１６に誘導するための結合部１７として機能する。また、中間基板１５の上面には、第１基板１３のマイクロ波伝送路１３ｃを流れるマイクロ波を、第２基板１６に対してシールドする金属パターンが形成される。尚、この金属パターンは中間基板１４の下面に形成しても良い。
　次に、点火プラグ１の動作を説明する。ＳＭＡコネクタ１２から入力されたマイクロ波は、マイクロ波伝送路１３ｃを伝送する。そして、上記の結合部１７を介して、このマイクロ波は電界結合により第２基板１４の共振部１６に誘導される。共振部１６は、マイクロ波共振構造を有し、共振部１６に誘導されたマイクロ波は昇圧され、放電電極１６ｂで高電位になる。その結果、放電電極１６ｂと接地電極１６ｃの間で放電が生じる（以下、この放電のことを「第１の放電」と呼ぶ）。第１の放電によりプラズマが生成し、これを種火として、第１基板１３の電極１３ａとの間で放電が生じる（以下、この放電のことを「第２の放電」と呼ぶ）。
　尚、点火プラグ１においては、放電電極１６ｂと接地電極１６ｃの距離は一例として、０．３ｍｍである。また、放電電極１６ｂと電極１３ａの距離は一例として４ｍｍである。従って、放電体積は、第２の放電の方が第１の放電よりも大きい。尚、特許文献２の従来型のマイクロ波共振構造の点火プラグの放電ギャップ長は０．３ｍｍであるので、本発明の点火プラグは従来品よりも放電体積が大きく、大きなプラズマを生成できる。
　従来のマイクロ波共振構造の点火プラグでは、放電によりプラズマが生じると反射が起きる。等価回路を用いこれを説明する。図６（ａ）は、従来のマイクロ波共振構造の点火プラグの共振構造部の等価回路である。まず、外部のマイクロ波発振器からマイクロ波が入力されると、コンデンサＣ１に同図の左から右に向かって電流が流れる。次に、このマイクロ波の周波数に共振して、リアクタンスＬ、コンデンサＣ３、Ｃ２で形成されるループ回路に強い共振電流が流れると、特にコンデンサＣ３の両端に高い電圧が発生するし、コンデンサＣ３の両端で絶縁破壊となり、放電してプラズマが発生する。コンデンサＣ３の両端は、解放状態から抵抗Ｒｐが並列に接続された状態と等価になる。これにより、もともと５０Ω系の外部回路とインピーダンス整合が取れていた状態から、インピーダンスが不整合の状態に変化するので、マイクロ波が反射するのである。
　一方、図６（ｂ）は、本発明の第１実施形態に係る点火プラグ１の共振構造部の等価回路である。プラズマが発生していない状態では、抵抗Ｒｐ１、Ｒｐ２の両端は解放状態と等価であると考える。外部のマイクロ波発振器からマイクロ波が入力されると、まずコンデンサＣ１に電流が流れる。このマイクロ波の周波数に共振して、コンデンサＣ３、Ｃ２、及びリアクタンスＬで形成されるループ回路に強い共振電流が流れると、特にコンデンサＣ３の両端に高い電圧が発生する。コンデンサＣ３の両端で絶縁破壊となり、放電してプラズマが発生する（これは上述の第１の放電に相当する）。コンデンサＣ３の両端には、解放状態から抵抗Ｒｐ１が並列に接続された状態に変化する。この状態では、（ａ）の従来型の点火プラグと同様、インピーダンスの不整合状態が起きているので、反射波が大きい。次に、コンデンサＣ３の両端で発生したプラズマを種火として伝送線（マイクロ波伝送路１３ｃ）との間で放電が発生する（これは上述の第２の放電に相当する）。これにより、伝送線とグランド（ＧＮＤ）の間に強い電流が流れる（電気回路的には、解放状態から抵抗Ｒｐ２が接続された状態となる）。しかし、伝送線と直結した経路による放電では共振器（共振部１６）を介さないから、インピーダンス不整合による反射の発生量を減らすことができ、入力電力を高効率にプラズマに与えることができる。つまり、反射波が大きい期間は上述の第１の放電の期間のみに留めることができ、第２の放電の期間では反射波を小さく抑えることができる。
　なお、一例として、従来型のマイクロ波共振構造の点火プラグでは、プラズマ生成に起因する反射率は８０％程度であるが、本発明の第１実施形態に係る点火プラグ１では１０％程度に抑えることができていることを実験的に確認した。
　次に、本発明の点火プラグの使用例を説明する。図７は、点火プラグ１をスパークプラグに代えて使用した例を示す図である。
　図８は、点火プラグ１を燃焼室の側方に設けた例である。同図の（ａ）～（ｃ）を参照して、シリンダブロック２６とシリンダヘッド２７の間（通常、ガスケットが挿入される箇所）に４つの点火プラグ１（１Ａ～１Ｄ）が挿入される。一方、ピストン２５の頂面には円環状の受信アンテナ４３が形成される。ピストン２５が上死点に到達するタイミングにおいて点火プラグ１にマイクロ波を給電して上述の「第２の放電」を起こさせる。そうすると、この第２の放電が受信アンテナ４３にも派生し、点火プラグ１と受信アンテナ４３の間で大きな放電を生じさせることができる。これにより、ノッキングの抑制等を図ることができる。
　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。
　上記の各例では、例えば電磁波の一例としてマイクロ波を例に説明したが、他の波長域の電磁波であってもよい。
　また、本点火装置が適用される内燃機関は自動車用のレシプロガソリンエンジン、ロータリーガソリンエンジンが想定されるが、例えば天然ガスを燃料とするエンジン、又は軽油を燃料とするエンジンに適用してもよい。
　又、上記では第１の放電が放電電極１６ｂと接地電極１６ｃの間で生じるものとしたが、例えば、ケース１１の金属部を接地電極として機能させ、放電電極１６ｂとケース１１の間で放電を生じさせるようにしても良い。
（参考例）
　図９は、参考例に係る、多点点火用の点火装置である。同軸ケーブル２９により伝送されたマイクロ波を、シリンダヘッドに設けた平面アンテナ４１から燃焼室４２に向けて放射させ、これをピストン２５の頂面に設けた受信アンテナ４３ａ～４３ｄで受信するようにする。各受信アンテナ４３は、８～９ｍｍ角の平面パッチアンテナと、共振部とからなり、パッチアンテナ部で受信したマイクロ波が共振部で昇圧されて、共振部の先端部で放電する構造となっている。これにより、多点点火を実現しようとするものである。
＜実施形態２＞
　実施形態２の点火プラグは、図１０に示すように、各基板１３～１６を積層して点火プラグを構成したものをさらに複数束ねて構成するようにしている。図例では縦横それぞれ３列とした９個を束ねた例をしめすが、４列１６個等、これらに限られるものではない。
　複数の点火プラグ１の第１基板１３の一方の短辺には、上述したように、電磁波の入力部となる。この入力部のそれぞれに、電磁波発振器と繋がる同軸ケーブル３１と連結するためのコネクタ（例えば、ＳＭＡコネクタ１２）を配設するように構成し、それぞれを外部の電磁波発振器と接続しても構わないが、分配器を介して接続するようにしても構わない。また、それぞれの入力部（伝送路１３ｃの電極１３ａの逆側端部）を電気的に接続し、１の外部の電磁波発振と接続し分配器を介することなく電磁波（マイクロ波）を各点火プラグ１に伝送するようにしても構わない。
＜実施形態３＞
　実施形態３の点火プラグは、実施形態１で説明した基盤型点火プラグ１の等価回路（図６（ｂ）参照）を円筒形上で実現した点火プラグである。この点火プラグ３は、図１１に示すように、中空円筒状のケース３０と、ケース３０と略同軸状で、一端が外部の電磁波発振器ＭＷと接続される入力部３３と連結されるとともに、他端に入力部３３から供給される電磁波を放射するアンテナ部３１ａを形成した中心電極３１と、中心電極３１のアンテナ部３１ａと入力部３３を連結するアンテナ部３１ａより小径の軸部３１ｂを覆うシールドパイプ３３と、アンテナ部３１ａを覆う放電部３２ａとシールドパイプ３３を覆う筒状の共振部３２ｂとからなる共振電極３２とから構成される。そして、共振部Ｒｅで供給される電磁波が昇圧され放電部３２ａとケース３０の先端に形成された接地電極３０ａとの間の電位差が高められ、１次プラズマＳＰ１が生成される。
　共振電極３２を構成するアンテナ部３１ａを覆う放電部３２ａは、筒状部であっても構わないが、図１１（ｄ）に示すように、半円形状となるように構成している。そして、放電部３２ａと共振部３２ｂは１５乃至３０°程度の円弧部を残して切り欠いた連結部３２ｃによって連結されている。図より明らかなように、共振電極３２は薄肉の円筒状金属材料を切り欠いて製作する。ケース３０の先端に形成される接地電極３０ａは、図１１（ｂ）～（ｃ）に示すように、複数の切り欠き部（スリットＳ）を形成することが好ましく、これにより、内燃機関に配設したときの混合気への着火性を向上させることができる。
　シールドパイプ３３は、軸部３１ｂから共振部３２ｂへ供給される電磁波が容量結合しないためのシールドで、中心電極３１及び共振電極３２と電気的に絶縁されている。シールドパイプ３３は、一端が入力部３３と一体に形成し、ケース３０の反接地電極側に固定するようにしている。シールドパイプ３３の内周面と中心電極３１の外周面との間には絶縁体としてセラミックパイプやセラミック粉末等を充填し、絶縁するようにしても構わない。また、シールドパイプ３３の外周面と共振部３２ｂの内周面との間にも絶縁パイプを設けることが好ましく、この絶縁パイプは共振電極３２の位置決めができるようにケース３０内周面の段差とシールドパイプ３３の外周面と共振部３２ｂの内周面との隙間形状に沿った絶縁パイプ３４を配設することが好ましい。
　上記構成において、外部の電磁波発振器ＭＷから供給される電磁波（本実施形態においては２．４５ＧＨｚのマイクロ波）は中心電極３１のアンテナ部３１ａから放電部３２ａを介して共振電極３２の共振部３２ｂの外周面とケース３０の内周面との間に形成される共振部Ｒｅで昇圧され、共振電極３２の放電部３２ａと接地電極３０ａとの間の電位差が高められる。その結果、放電部３２ａと接地電極３０ａとの間で１次プラズマＳＰ１が生成される。アンテナ部３１ａと放電部３２ａは、容量結合されるコンデンサを形成している。
　１次プラズマＳＰ１が生成されることで、インピーダンスの不整合が生じるが、共振部Ｒｅを介さない中心電極３１を通る電磁波は、アンテナ部３１ａから電磁波が１次プラズマＳＰ１に供給され、１次プラズマＳＰ１が維持拡大される。
　この点火プラグ３を内燃機関に使用する場合、供給数ル電磁波はパルスで供給し、一般的な点火プラグとの点火タイミングと略同一のタイミングで１次プラズマＳＰ１が生成するように５マイクロ秒から２０マイクロ秒の発振時間で電磁波を供給するとともに、その後も発振時間１０ナノ秒から５００ナノ秒、可及的に短い時間で発振することが好ましいが、本実施形態においては、５０ナノ秒で発振し、デューティ比３０から８０％、好ましくは４０から６０％、本実施形態においては、５０％のデューティ比としている。そして、発振回数とし３００から１０００回、好ましくは６００から８００回、本実施形態においては、７００回程度の電磁波を発振するようにしている。
　このような発振パターンを、図６（ｂ）に示す等価回路で表さすことのできる上記構成の筒状点火プラグにおいて実施することで、１次プラズマＳＰ１が維持拡大し、電磁波のみで生成するプラズマで、空燃比の高い所謂スーパーリーン状態で確実な燃焼を維持することができる。
１　　　点火プラグ
１２　　ＳＭＡコネクタ
１３　　第１基板
１３ａ　電極
１３ｃ　マイクロ波伝送路
１４　　中間基板
１５　　中間基板
１６　　第２基板
１６ａ　共振部
１６ｂ　中心電極
１６ｃ　接地電極
３　　　点火装置（点火プラグ）
３０　　ケース
３１　　中心電極
３１ａ　アンテナ
３１ｂ　軸部
３２　　共振電極
３２ａ　放電部
３２ｂ　共振部
３２ｃ　連結部
３３　　シールドパイプ

Claims (5)

  1. 　直方体状の第１基板及び第２基板と、
    　第１基板及び第２基板の間に設けられ、長辺の長さが第１及び第２基板よりも短い１又は複数の中間基板と、を備え、
    　第１基板には、外部からの電磁波の入力を受ける入力部、第１電極部、及び入力部と第１電極部を接続する電磁波伝送線路が中間基板側の面に設けられ、
    　第２基板には、電磁波共振部、電磁波共振部と電気的に接続された第２電極部が中間基板側の面に設けられており、
    　第１電極部と第２電極部、及び電磁波伝送線路の一部と共振部の一部のそれぞれが、中間基板の設けられていない箇所において空間を隔てて対向することを特徴とする点火装置。
  2. 　前記入力部が第１基板の一方の短辺側に設けられ、前記第１電極部が該第１基板の他方の短辺側に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の点火装置。
  3. 　前記電磁波伝送線路を流れる電磁波が電界結合により前記共振部に誘導され、該誘導された電磁波が共振部により昇圧されることによって前記第２電極部において第１の放電を生じさせ、
    　この第１の放電を契機として、第２電極部と前記第１電極部の間で該第１の放電よりも放電体積が大きな第２の放電を生じさせることによって点火を行うことを特徴とする請求項１又は２に記載の点火装置。
  4. 　前記第２基板には、前記第２電極部に近接して接地電極部が設けられており、前記第１の放電が該第２電極部と該接地電極部との間で生じることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の点火装置。
  5. 　中空円筒状のケースと、
    　該ケースと略同軸状で、一端が外部の電磁波発振器と接続される入力部を形成するとともに、他端に入力部から供給される電磁波を放射するアンテナ部を形成した中心電極と、
    　該中心電極のアンテナ部と入力部を連結する軸部を覆うシールドパイプと、
    　前記アンテナ部を覆う放電部と前記シールドパイプを覆う筒状の共振部とからなる共振電極とから構成される点火装置。
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