JP2012159033A - エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置を備えたエンジンにおいて、電磁波放射器における同軸ケーブルの接続部の損傷を抑制する。
【解決手段】エンジン５に、エンジン本体２０に一体化されて、電磁波放射器４０の入力側に接続する同軸ケーブル５０を保持する保持部材５１を設ける。そして、同軸ケーブル５０において、保持部材５１に保持された箇所と電磁波放射器４０に接続された箇所との間を、電磁波放射器４０と共に振動させる。
【選択図】図３

Description

本発明は、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置を備えたエンジンに関するものである。

従来から、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置を備えたエンジンが知られている。この種のエンジンが、例えば特許文献１に開示されている。

具体的に、特許文献１には、マイクロ波によりマイクロ波プラズマが生成される内燃機関が記載されている。この内燃機関では、スパークプラグの放電電極により形成された放電プラズマに、電磁波放射器（アンテナ）から電磁波が照射されて放電プラズマが成長拡大する。この内燃機関は、内部ＥＧＲ方式の内燃機関であり、吸気行程が始まる直前に残留ガス中の成分がプラズマ処理される。

特開２００９−３６２００号公報

ところで、従来のエンジンでは、エンジンの運転中に、電磁波を放射する電磁波放射器の入力側に接続する同軸ケーブルにエンジンの振動が伝わる。そのため、電磁波放射器における同軸ケーブルの接続部が、振動により損傷するおそれがある。

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、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置を備えたエンジンにおいて、電磁波放射器における同軸ケーブルの接続部の損傷を抑制することにある。

第１の発明は、燃焼室が形成されたエンジン本体と、電磁波を発振する電磁波発振器と、上記エンジン本体に取り付けられ、電磁波発振器から入力された電磁波を燃焼室へ放射する電磁波放射器とを有し、該電磁波放射器から放射する電磁波により燃焼室において電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置とを備えたエンジンを対象とする。そして、このエンジンは、上記エンジン本体に一体化されて、上記電磁波放射器の入力側に接続する同軸ケーブルを保持する保持部材を備えている。

第１の発明では、電磁波放射器の入力側に接続する同軸ケーブルが、保持部材により保持される。保持部材は、エンジン本体に一体化され、エンジン本体と共に振動する。他方、エンジン本体に取り付けられた電磁波放射器も、エンジン本体と共に振動する。従って、同軸ケーブルでは、保持部材に保持された箇所と電磁波放射器に接続された箇所との間が、電磁波放射器と共に振動する。

第２の発明は、第１の発明において、上記エンジン本体には、複数の燃焼室が形成され、上記プラズマ生成装置は、上記複数の燃焼室に対応する複数の電磁波放射器を備え、上記保持部材は、上記複数の電磁波放射器の入力側にそれぞれ接続する複数の同軸ケーブルを保持する一体の部材である。

第２の発明では、複数の電磁波放射器の入力側にそれぞれ接続する複数の同軸ケーブルが、一体の保持部材により保持される。

上記第２の発明では、複数の同軸ケーブルが一体の保持部材により保持される。従って、同軸ケーブル毎に個別に保持部材を設ける場合に比べて、エンジンの構成を簡素化することができる。

本発明では、同軸ケーブルにおいて、保持部材に保持された箇所と電磁波放射器に接続された箇所との間が電磁波放射器と共に振動するようにしている。このため、保持部材により同軸ケーブルを保持しない場合に比べて、電磁波放射器における同軸ケーブルの接続部に作用する力が低減される。従って、電磁波放射器における同軸ケーブルの接続部の損傷を抑制することができる。

実施形態におけるエンジンの概略構成図である。 実施形態におけるプラズマ生成装置の概略構成図である。 実施形態におけるエンジン本体の概略上面図である。 実施形態におけるエンジン本体の概略側面図である。

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、燃焼室１０にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマ（電磁波プラズマ）を生成するプラズマ生成装置３０を備えたエンジン５である。このエンジン５は、ピストン２３が往復動するレシプロタイプのエンジンである。エンジン５は例えば自動車に搭載されている。エンジン５は、エンジン本体２０とプラズマ生成装置３０とを備えている。プラズマ生成装置３０は、エンジン５の着火装置を構成し、燃焼室１０が形成されたエンジン本体２０に取り付けられている。

エンジン本体２０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（例えば４つ）形成されている。各シリンダ２４内には、ピストン２３が摺動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及びピストン２３と共に、燃焼室１０を区画している。シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、中心電極１５ａと接地電極１５ｂの間に放電ギャップが形成されたスパークプラグ１５が１つずつ設けられている。また、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を開閉する排気バルブ２８が設けられている。

プラズマ生成装置３０は、図２に示すように、点火コイル３１とスパークプラグ１５とパルス電源３２と電磁波発振器３３（例えば、マグネトロン）と混合器３４を備えている。点火コイル３１は、電子制御装置３５（ＥＣＵ）から点火信号を受けると、高電圧パルスを混合器３４に出力する。パルス電源３２は、電子制御装置３５から電磁波発振信号を受けると、電磁波発振器３３に電力を供給する。電力を受けた電磁波発振器３３は、混合器３４にマイクロ波パルスを出力する。混合器３４は、高電圧パルスとマイクロ波パルスを混合してスパークプラグ１５の中心電極１５ａに出力する。そうすると、スパークプラグ１５の放電ギャップでスパーク放電が生じ、そのスパーク放電により生じたプラズマに対して中心電極１５ａからマイクロ波が照射される。スパーク放電により生じたプラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収して拡大する。このようにして、プラズマ生成装置３０は非平衡のマイクロ波プラズマを生成する。中心電極１５ａはアンテナとして機能する。

本実施形態では、点火コイル３１と混合器３４とスパークプラグ１５とを一体化した点火ユニット４０が、エンジン本体２０のプラグ取付孔にそれぞれ設けられている。プラグ取付孔は、シリンダ２４毎に設けられている。各プラグ取付孔に、点火ユニット４０が取り付けられている。プラズマ生成装置３０は、複数の点火ユニット４０を備えている。図２では、点火ユニット４０を１つだけ記載し、残りの点火ユニット４０の記載は省略している。

また、プラズマ生成装置３０は、電磁波発振器３３から出力されたマイクロ波を各シリンダ２４の着火タイミングに合わせて分配する分配器（図示省略）を備えている。プラズマ生成装置３０は、電磁波発振器３３を１つだけ備えている。各点火ユニット４０には、分配器から延びる同軸ケーブル５０が接続されている。電磁波発振器３３が発振する電磁波は、分配器により各シリンダ２４の点火ユニット４０に分配される。電磁波発振器３３は、分配器を介してマイクロ波を混合器３４に出力する。プラズマ生成装置３０は、エンジン本体２０の各シリンダ２４の燃焼室１０の混合気を着火させる。

点火ユニット４０は、電磁波発振器３３から入力された電磁波を燃焼室１０へ放射する電磁波放射器４０を構成している。プラズマ生成装置３０は、電磁波放射器４０から放射するマイクロ波により燃焼室においてマイクロ波プラズマを生成する。

本実施形態では、エンジン５が、図３及び図４に示すように、分配器と点火ユニット４０とを接続する同軸ケーブル５０を保持する保持部材５１を備えている。保持部材５１は、同軸ケーブルの途中を保持する。保持部材５１は、エンジン本体２０と一体化されている。保持部材５１は、複数の点火ユニット４０の入力側の接続部４１にそれぞれ接続する全同軸ケーブル５０を保持する一体の部材である。

具体的に、保持部材５１は、板状の部材である。保持部材５１には、同軸ケーブル５０を挿通させる挿通孔５２が４つ形成されている。保持部材５１の下端は、エンジン本体２０の上面に固定されている。保持部材５１は、少なくとも挿通孔５２の直下の部分がエンジン本体２０の上面に固定されている。同軸ケーブル５０は、挿通孔５２にはめ込まれて、保持部材５１に固定されている。
−実施形態の効果−

本実施形態では、同軸ケーブル５０において、保持部材５１に保持された箇所と点火ユニット４０に接続された箇所との間が点火ユニット４０と共に振動するようにしている。このため、保持部材５１により同軸ケーブル５０を保持しない場合に比べて、点火ユニット４０における同軸ケーブル５０の接続部４１に作用する力が低減される。従って、点火ユニット４０における同軸ケーブル５０の接続部４１の損傷を抑制することができる。
《その他の実施形態》

上記実施形態は、以下のように構成してもよい。

上記実施形態について、例えば、点火ユニット４０の接続部がプラグ取付孔内にある場合は、その接続部に接続する同軸ケーブルをプラグ取付孔に嵌め込み、プラグ取付孔により同軸ケーブルを保持してもよい。この場合、同軸ケーブルを部分的に太くして、その太くした部分がプラグ取付孔に嵌り込むようにしてもよい。上記保持部材５１と併せて、プラグ取付孔により同軸ケーブルが保持される。

また、上記実施形態では、エンジン５が多気筒であったが、単気筒のエンジンであってもよい。その場合、保持部材５１は、１本の同軸ケーブルを保持する。

また、本実施形態では、高電圧パルスを印加するスパークプラグ１５の中心電極１５ａを電磁波用のアンテナとして利用したが、中心電極１５ａとは別途に電磁波用のアンテナを設けてもよい。その場合、混合器３４は必要なく、点火コイル３１とスパークプラグ１５とが直接接続され、分配器と電磁波用のアンテナとが同軸ケーブルを介して接続される。電磁波用のアンテナは、スパークプラグ１５に内蔵してもよいし、スパークプラグ１５と別体にしてシリンダヘッド２２に設けてもよい。

また、上記実施形態において、プラズマ生成装置３０が、スパークプラグ１５のような放電器を有しておらず、電磁波のみにより電磁波プラズマを生成するように構成されていてもよい。

また、上記実施形態において、エンジン５がディーゼルエンジンであってもよい。この場合は、プラズマ生成装置３０は、例えばインジェクターから噴霧された燃料に対して電磁波プラズマを生成して、燃料の反応を促進させる。

以上説明したように、本発明は、燃焼室に電磁波を放射して電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置を備えたエンジンについて有用である。

２０ エンジン本体
４０ 点火ユニット（電磁波照射器）
５０ 同軸ケーブル
５１ 保持部材

Claims (2)

1. 燃焼室が形成されたエンジン本体と、
   電磁波を発振する電磁波発振器と、上記エンジン本体に取り付けられ、電磁波発振器から入力された電磁波を燃焼室へ放射する電磁波放射器とを有し、該電磁波放射器から放射する電磁波により燃焼室において電磁波プラズマを生成するプラズマ生成装置とを備えたエンジンであって、
   上記エンジン本体に一体化されて、上記電磁波放射器の入力側に接続する同軸ケーブルを保持する保持部材を備えている
   ことを特徴とするエンジン。
2. 請求項１において、
   上記エンジン本体には、複数の燃焼室が形成され、
   上記プラズマ生成装置は、上記複数の燃焼室に対応する複数の電磁波放射器を備え、
   上記保持部材は、上記複数の電磁波放射器の入力側にそれぞれ接続する複数の同軸ケーブルを保持する一体の部材である
   ことを特徴とするエンジン。
   
   

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