特許 5957726 点火プラグ、及び内燃機関

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5957726

(24)【登録日】2016年7月1日

(45)【発行日】2016年7月27日

(54)【発明の名称】点火プラグ、及び内燃機関

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/40 20060101AFI20160714BHJP

   F02P 3/01 20060101ALI20160714BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20160714BHJP

   F02P 23/04 20060101ALI20160714BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/40

   F02P3/01 A

   F02P13/00 301J

   F02P23/04 B

【請求項の数】6

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2013-516425(P2013-516425)

(86)(22)【出願日】2012年5月23日

(86)【国際出願番号】JP2012063230

(87)【国際公開番号】WO2012161232

(87)【国際公開日】20121129

【審査請求日】2015年5月8日

(31)【優先権主張番号】特願2011-115304(P2011-115304)

(32)【優先日】2011年5月24日

(33)【優先権主張国】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】504293528

【氏名又は名称】イマジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】池田 裕二

【審査官】 出野 智之

(56)【参考文献】

【文献】 国際公開第２００９／００８５２０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０４−１４９９８６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１０１１７４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ １３／４０

Ｆ０２Ｐ ３／０１

Ｆ０２Ｐ １３／００

Ｆ０２Ｐ ２３／０４

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

棒状の第１導電部材と、該第１導電部材が内側に設けられた略筒状の絶縁部材と、該絶縁部材により前記第１導電部材から電気的に絶縁されて、前記第１導電部材及び前記絶縁部材を収容する略筒状の第２導電部材とを有し、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に電位差が与えられると、内燃機関の燃焼室に露出する先端側において放電が生じ、前記燃焼室の混合気に点火する点火プラグ本体と、
前記点火プラグ本体に取り付けられ、外部から供給された高周波を前記燃焼室へ放射させるアンテナとを備えた点火プラグであって、
前記アンテナは、前記第２導電部材の先端面上において外周寄りの位置に配置されていることを特徴とする点火プラグ。

【請求項2】

前記アンテナは、前記第２導電部材の周方向に延びていることを特徴とする請求項１に記載の点火プラグ。

【請求項3】

前記アンテナは、Ｃ字状または環状に形成されていることを特徴とする請求項２に記載の点火プラグ。

【請求項4】

請求項１乃至５の何れか１つにおいて、
前記アンテナは、前記第２導線部材の表面上の絶縁層上に設けられていることを特徴とする請求項１、２又は３の何れか１つに記載の点火プラグ。

【請求項5】

燃焼室が形成された内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に取り付けられた、請求項１乃至４の何れか１つに記載の点火プラグとを備え、
前記点火プラグの放電と同時期に、前記アンテナから前記燃焼室へ高周波を放射することを特徴とする内燃機関。

【請求項6】

燃焼室が形成された内燃機関本体と、
前記内燃機関本体に取り付けられた、請求項１乃至４の何れか１つに記載の点火プラグとを備え、
混合気に着火した直後に、前記アンテナから前記燃焼室へ高周波を放射することを特徴とする内燃機関。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、電磁波を放射するためのアンテナを有する点火プラグ、及びその点火プラグを備えた内燃機関に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来から、電磁波を放射するためのアンテナを有する点火プラグが知られている。特開２０１０−１０１１７４号公報には、この種の点火プラグが開示されている。

【0003】

特開２０１０−１０１１７４号公報の図２には、絶縁碍子の下側先端の表面にアンテナが設けられた点火プラグが記載されている。アンテナは、中心電極とは間隔をあけて中心電極を取り巻くように、所定幅の円弧状の金属箔からなる。この点火プラグのアンテナには、点火コイルから中心電極に高電圧が印加される際に、高圧交流発生装置からマイクロ波が印加される。点火プラグが取り付けられたエンジンでは、マイクロ波により生成されるプラズマが火花放電と反応して、混合気が着火される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０１０−１０１１７４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

ところで、従来の点火プラグは、アンテナから放射する高周波により、放電が生じる領域の電界強度を強くして、混合気の着火性を高めることができる。従って、その点火プラグを使用した内燃機関では、混合気のリーン化によってポンピングロスを減少させて、燃費を向上させることができる。

【0006】

しかし、高周波のエネルギーは、放電が生じる領域に集中し、着火後の火炎の伝播速度にほとんど影響を与えない。他方、内燃機関では、混合気をリーンにするほど火炎の伝播速度が低下するので、未燃のまま排出される燃料が増加する。従って、従来の点火プラグを使用した内燃機関では、ポンピングロスの減少により燃費は向上するものの、未燃の燃料が増加する分だけ、燃費の向上度合いが低下してしまう。

【0007】

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、内燃機関の燃焼室へ高周波を放射するためのアンテナを有する点火プラグにおいて、アンテナから放射する高周波を利用して、火炎の伝播速度を増大させることにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

第１の発明は、棒状の第１導電部材と、該第１導電部材が内側に設けられた略筒状の絶縁部材と、該絶縁部材により前記第１導電部材から電気的に絶縁されて、前記第１導電部材及び前記絶縁部材を収容する略筒状の第２導電部材とを有し、前記第１導電部材と前記第２導電部材との間に電位差が与えられると、内燃機関の燃焼室に露出する先端側において放電が生じ、前記燃焼室の混合気に点火する点火プラグ本体と、前記点火プラグ本体に取り付けられ、外部から供給された高周波を前記燃焼室へ放射させるアンテナとを備えた点火プラグを対象とし、前記アンテナは、前記第２導電部材の先端側の表面上に設けられている。

【0009】

第１の発明では、アンテナが、点火プラグ本体のうち、第２導電部材の先端側の表面上に設けられている。アンテナは、点火プラグの中で、放電が生じる領域から離れた第２導電部材の表面上に設けられている。高周波は、放電が生じる領域から離れた第２導電部材の表面上のアンテナから放射される。

【0010】

第２の発明は、第１の発明において、前記アンテナが、前記第２導電部材の先端面上に設けられている。

【0011】

第２の発明では、第２導電部材の先端側のうち、内面や外面ではなく先端面上に、アンテナが設けられている。

【0012】

第３の発明は、第２の発明において、前記アンテナが、前記第２導電部材の先端面上において外周寄りの位置に配置されている。

【0013】

第３の発明では、第２導電部材の先端面において放電が生じる領域から離れる側に、アンテナが位置している。

【0014】

第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、前記アンテナが、前記第２導電部材の周方向に延びている。

【0015】

第４の発明では、第２導電部材の先端側の表面上に、第２導電部材の周方向に延びるアンテナが設けられている。従って、アンテナから高周波が放射されると、第２導電部材の周方向に延びる領域の電界が強められる。

【0016】

第５の発明は、第４の発明において、前記アンテナが、Ｃ字状または環状に形成されている。

【0017】

第５の発明では、第２導電部材の先端側の表面上に、Ｃ字状または環状のアンテナが設けられている。

【0018】

第６の発明は、第１乃至第５の何れか１つの発明において、前記アンテナが、前記第２導線部材の表面上の絶縁層上に設けられている。

【0019】

第６の発明では、第２導線部材の表面上に絶縁層が形成され、その絶縁層上にアンテナが設けられている。

【0020】

第７の発明は、燃焼室が形成された内燃機関本体と、前記内燃機関本体に取り付けられた、第１乃至第６の何れか１つに記載の点火プラグとを備え、前記点火プラグの放電と同時期に、前記アンテナから前記燃焼室へ高周波を放射する内燃機関である。

【0021】

第７の発明では、第２導電部材の表面上にアンテナが設けられた点火プラグが、内燃機関本体に取り付けられている。高周波は、点火プラグの放電と同時期にアンテナから燃焼室へ放射される。

【0022】

第８の発明は、燃焼室が形成された内燃機関本体と、前記内燃機関本体に取り付けられた、第１乃至第６の何れか１つに記載の点火プラグとを備え、混合気に着火した直後に、前記アンテナから前記燃焼室へ高周波を放射する内燃機関である。

【0023】

第８の発明では、第２導電部材の表面上にアンテナが設けられた点火プラグが、内燃機関本体に取り付けられている。高周波は、混合気に着火した直後にアンテナから燃焼室へ放射される。

【発明の効果】

【0024】

本発明では、点火プラグの中で、放電が生じる領域から離れた第２導電部材の表面上にアンテナを設けている。従って、従来の点火プラグに比べて、放電が生じる領域へ供給される高周波のエネルギーが減少し、放電が生じる領域の外側へ供給される高周波のエネルギーが増大する。着火直後に火炎面が通過する領域に、高周波のエネルギーが供給される。従って、高周波のエネルギーが火炎伝播に与える影響が増大し、火炎の伝播速度を増大させることができる。

【0025】

また、第３の発明では、第２導電部材の先端面において放電が生じる領域から離れる側にアンテナが位置しているので、高周波のエネルギーが火炎伝播に与える影響が増大し、火炎の伝播速度を増大させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0026】

【図1】実施形態に係る内燃機関の概略構成図である。

【図2】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。

【図3】実施形態に係る点火プラグの縦断面図である。

【図4】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。

【発明を実施するための形態】

【0027】

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。
《実施形態》

【0028】

本実施形態は、本発明に係る点火プラグ１５を有する内燃機関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４０と電磁波放射装置５０とを備えている。

【0029】

内燃機関本体１１には、燃焼室２０が形成されている。点火装置４０は、スパーク放電（極細の非体積プラズマ）よりも強力な強力プラズマ（体積プラズマ）を生成して混合気に点火する点火動作を行う。電磁波放射装置５０は、ギガヘルツ帯のマイクロ波（例えば、２．４５ＧＨｚのマイクロ波）を発振する電磁波発振器５２と、その電磁波発振器５２から供給されたマイクロ波を燃焼室２０へ放射するためのアンテナ５４とを備えている。電磁波放射装置５０は、アンテナ５４からマイクロ波を放射して、着火後の火炎にマイクロ波のエネルギーを供給して、着火後の火炎の伝播速度を増大させる。なお、内燃機関１０は、電子制御装置６０（ＥＣＵ）により制御される。
−内燃機関本体−

【0030】

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。

【0031】

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、円形断面の燃焼室２０を形成している。燃焼室２０の直径は、例えば電磁波放射装置５０が放射するマイクロ波の波長の半分程度である。

【0032】

シリンダヘッド２２には、各シリンダ２４に対して、点火装置４０の一部を構成する点火プラグ１５が１つずつ設けられている。点火プラグ１５では、燃焼室２０に露出する先端部１５ａが、燃焼室２０の天井面（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１５の先端部１５ａには、放電ギャップを形成する中心電極３１及び接地電極３４が設けられている。点火プラグ１５についての詳細は後述する。

【0033】

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。

【0034】

内燃機関１０は、燃焼室２０において強いタンブル流が形成されるように吸気ポート２５が設計されている。タンブル流は、吸気行程から圧縮行程に亘って形成される。
−点火装置−

【0035】

点火装置４０は、各燃焼室２０に対応して設けられている。点火装置４０は、高周波を燃焼室２０へ供給して、スパーク放電よりも強力な強力プラズマを生成する。図２に示すように、点火装置４０は、高電圧パルスを出力する点火コイル４１と、キロヘルツ帯からメガヘルツ帯の周波数の交流（例えば、１００ＭＨｚの高周波）を出力する交流電圧発生器４２と、点火コイル４１から出力された高電圧パルスと交流電圧発生器４２から出力された交流とを混合する混合ユニット４３と、混合ユニット４３から出力された高電圧パルス及び交流が供給される上述の点火プラグ１５とを備えている。点火装置４０は、電子制御装置６０から点火信号を受けると前記点火動作を行う。

【0036】

点火コイル４１は、点火プラグ１５の中心電極３１へ高電圧パルスを印加して、放電ギャップにおいてスパーク放電を生じさせる高電圧パルス印加部を構成している。交流電圧発生器４２は、中心電極３１に電気エネルギーを供給することで、スパーク放電に伴い生成された放電プラズマを拡大して強力プラズマを生成するプラズマ拡大部を構成している。

【0037】

なお、点火装置４０は、点火コイル４１と混合ユニット４３を省略してもよい。その場合は、スパーク放電より強力な強力プラズマが形成されるように、交流電圧発生器４２における交流の出力電圧及び出力時間が設定される。

【0038】

なお、交流電圧発生器４２が出力する交流電圧の周波数は、燃焼室２０に誘導電界が形成されるように設定される。一方、電磁波発振器５２が発振するマイクロ波の周波数は、燃焼室２０に放射電界（輻射電界）が形成されるように設定される。交流電圧の周波数は、電磁波発振器５２が出力するマイクロ波の周波数よりも低い。

【0039】

点火コイル４１及び交流電圧発生器４２は、直流電源（例えば自動車用のバッテリー）に接続されている（図示省略）。点火コイル４１は、電子制御装置６０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混合ユニット４３へ出力する。交流電圧発生器４２は、電子制御装置６０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すると共に交流に変換して、高電圧の交流を混合ユニット４３へ出力する。交流電圧発生器４２は、点火コイル４１が高電圧パルスを出力するのと同時期に、高電圧の交流を出力する。混合ユニット４３は、別々の入力端子で受けた高電圧パルス及び交流を同じ出力端子から点火プラグ１５の中心電極３１へ出力する。点火プラグ１５では、中心電極３１に高電圧パルス及び高電圧の交流が印加されると、高電圧パルスにより放電ギャップでスパーク放電が生じると共に、高電圧の交流により放電ギャップに電界が形成される。スパーク放電により生じた放電プラズマは、交流の電気エネルギーを受けて拡大して強力プラズマになる。つまり、スパーク放電が生成された領域では、スパーク放電と電界とが反応して、強力プラズマが生成される。強力プラズマは熱プラズマである。

【0040】

なお、本実施形態では、点火プラグ１５の中心電極３１に交流電圧を印加しているが、点火プラグ１５の中心電極３１に所定の期間に亘って連続的に電圧（ＣＷ電圧）を印加して、強力プラズマを生成してもよい。何れの場合であっても、強いタンブル流に対して強力プラズマが消滅しないように、１回の点火動作において、点火プラグ１５へ供給される電気エネルギーの大きさが設定される。
−電磁波放射装置−

【0041】

電磁波放射装置５０は、図２に示すように、電磁波用電源５１と電磁波発振器５２と分配器５３と複数のアンテナ５４とを備えている。電磁波用電源５１と電磁波発振器５２と分配器５３の各々は、内燃機関１０に対して、例えば１つだけ設けられている。アンテナ５４は、各燃焼室２０に１つずつ設けられている。なお、図２では、１つの燃焼室２０に対応するアンテナ５４だけを記載している。

【0042】

電磁波用電源５１は、電子制御装置６０から電磁波駆動信号を受けると、電磁波発振器５２にパルス電流を供給する。電磁波駆動信号はパルス信号である。電磁波用電源５１は、電磁波駆動信号の立ち上がり時点から立ち下がり時点に亘って、所定のデューティー比で繰り返しパルス電流を出力する。パルス電流は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘って繰り返し出力される。

【0043】

電磁波発振器５２は、例えば半導体発振器である。電磁波発振器５２は、パルス電流を受けるとマイクロ波パルスを出力する。電磁波発振器５２は、電磁波駆動信号のパルス幅の時間に亘ってマイクロ波パルスを繰り返し出力する。なお、電磁波発振器５２として、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。

【0044】

分配器５３は、複数のアンテナ５４の間で、電磁波発振器５２から出力されたマイクロ波を供給するアンテナを切り替える。分配器５３は、電子制御装置６０から切替信号を受けると、複数のアンテナ５４に対して順番にマイクロ波を供給する。電子制御装置６０は、各燃焼室２０において、点火動作の直後にアンテナ５４から電磁波を放射できるように、切替信号を出力する。アンテナ５４は、点火プラグ１５の先端面に設けられている。アンテナ５４についての詳細は後述する。
−点火プラグ−

【0045】

点火プラグ１５は、図３に示すように、点火プラグ本体３０と前記アンテナ５４とを備えている。点火プラグ本体３０は、中心電極３１と絶縁碍子３２とハウジング３３と接地電極３４とを備えている。

【0046】

中心電極３１は、棒状の第１導電部材を構成している。絶縁碍子３２は、中心電極３１が内側に設けられた略円筒状の絶縁部材を構成している。ハウジング３３は、絶縁碍子３２により中心電極３１から電気的に絶縁されて、中心電極３１及び絶縁碍子３２を収容する略円筒状の第２導電部材を構成している。

【0047】

点火プラグ本体３０は、シリンダヘッド２２のプラグ取付孔に取り付けられている。点火プラグ本体３０は、中心電極３１とハウジング３３との間に電位差が与えられると、燃焼室２０に露出する先端側において放電が生じ、燃焼室２０の混合気に点火する。

【0048】

具体的に、中心電極３１は、円柱状の金属であり、絶縁碍子３２の内側に嵌め込まれている。中心電極３１の軸心は、絶縁碍子３２の軸心と一致している。中心電極３１の基端には、接続端子３１ａが形成されている。接続端子３１ａには、混合ユニット４３の出力端子が電気的に接続される。

【0049】

本実施形態では、点火プラグ１５が、中心電極３１に抵抗が設けられていない抵抗なしプラグである。なお、点火プラグ１５は、必ずしも抵抗なしプラグである必要はなく、中心電極３１の途中に抵抗を設けてもよい。

【0050】

絶縁碍子３２は、長さ方向に外径が段階的に変化する略円筒状に形成されている。絶縁碍子３２は、例えばセラミックにより構成されている。絶縁碍子３２では、燃焼室２０に露出する側の外径が最も小さくなっている。

【0051】

ハウジング３３は、略円筒状の金属である。ハウジング３３の内側には、円形断面の第１貫通孔３７が形成されている。第１貫通孔３７は、ハウジング３３の外周面の軸心から偏心して形成されている。つまり、第１貫通孔３７の軸心は、ハウジング３３の外周面の軸心からずれている。第１貫通孔３７には、絶縁碍子３２が嵌め込まれている。第１貫通孔３７の壁面は、点火プラグ本体３０の先端側を除いて、絶縁碍子３２の外周面に当接している。点火プラグ本体３０の先端側では、ハウジング３３の内周面と絶縁碍子３２の外周面の間に隙間が形成されている。

【0052】

また、ハウジング３３の外径は、点火プラグ本体３０の先端から離れるに従って段階的に大きくなっている。ハウジング３３の外周面では、外径が最も小さい先端側に、ネジ溝（図示省略）が形成されている。点火プラグ本体３０は、シリンダヘッド２２のプラグ取付孔のネジ溝に、ハウジング３３の外周面のネジ溝を螺合させることにより、シリンダヘッド２２に取り付けられる。ハウジング３３は、シリンダヘッド２２に当接することで接地される。シリンダヘッド２２に取り付けられた状態では、図１に示すように、点火プラグ本体３０の先端部１５ａが燃焼室２０に露出している。

【0053】

接地電極３４は、ハウジング３３の先端面に連結されている。接地電極３４は、点火プラグ１５の先端面から点火プラグ１５の軸方向へ突出し、途中で点火プラグ１５の内側へ折れ曲がって、中心電極３１の先端面と対面している。接地電極３４では、折れ曲がり箇所よりも基端側が基端部３４ａを構成し、折れ曲がり箇所よりも先端側が先端部３４ｂを構成している。接地電極３４の先端部３４ｂと中心電極３１の先端面との間には、放電ギャップが形成されている。

【0054】

本実施形態では、ハウジング３３のうち、燃焼室２０に露出する先端部１５ａの表面上に、絶縁層５５（絶縁体）を介して、前記アンテナ５４が設けられている。具体的には、アンテナ５４は、ハウジング３３の先端面上に設けられている。アンテナ５４は、絶縁層５５によってハウジング３３から電気的に絶縁されている。アンテナ５４は、Ｃ字の薄板状に形成されている。アンテナ５４は、図４に示すように、その両端が基端部３４ａを挟むように配置されている。アンテナ５４は、ハウジング３３の周方向に延びている。アンテナ５４の幅は、ハウジング３３の周方向に一定である。アンテナ５４は、正面視において、その外周がハウジング３３の外周と概ね一致している。アンテナ５４は、ハウジング３３の先端面上において外周寄りの位置に配置されている。

【0055】

ハウジング３３には、上述のように第１貫通孔３７が偏心して形成されることで、第１貫通孔３７が偏心する側の薄肉部３３ａと、その薄肉部３３ａよりも厚みが大きい厚肉部３３ｂとが存在している。上記接地電極３４の基端部３４ａは厚肉部３３ｂに位置している。

【0056】

厚肉部３３ｂには、アンテナ５４へ供給するマイクロ波が流れる同軸線路を形成するために、ハウジング３３の軸方向に貫通する第２貫通孔３８が形成されている。第２貫通孔３８では、棒状の中心導体３５と、円筒状の絶縁体３６と、円筒面を形成する第２貫通孔３８の壁面により、同軸線路が構成されている。中心導体３５は、絶縁体３６によりハウジング３３から電気的に絶縁されている。中心導体３５の先端は、絶縁層５５を介して、アンテナ５４の一端（Ｃ字の端）に容量結合されている。中心導体３５の基端は、同軸ケーブル（図示省略）を介して、分配器５３に接続されている。なお、中心導体３５の先端が、絶縁層５５を貫通してアンテナ５４に直接接続されていてもよい。
−点火動作、及び放射動作−

【0057】

点火装置４０による混合気の点火動作、及びその点火動作直後の電磁波放射装置５０による放射動作について説明する。

【0058】

内燃機関１０では、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で、点火装置４０が点火動作を行う。点火動作は、電子制御装置６０が点火信号を出力することで行われる。点火装置４０では、点火信号を受けた点火コイル４１から高電圧パルスが出力されると共に、点火信号を受けた交流電圧発生器４２から高電圧の交流が出力される。高電圧パルス及び高電圧の交流が供給された点火プラグ１５の放電ギャップでは、上述したように、強力プラズマが生成され、混合気が着火される。強力プラズマによれば、希薄の混合気に着火させることが可能である。

【0059】

電子制御装置６０は、混合気の着火後（点火信号の出力から所定時間後）に、電磁波駆動信号を出力する。電磁波駆動信号は、アンテナ５４の内側から広がる火炎面が通過する前に出力される。

【0060】

電磁波放射装置５０では、電磁波駆動信号を受けた電磁波用電源５１が、電磁波駆動信号のパルス幅の期間に亘って、パルス電流を繰り返し出力する。電磁波発振器５２は、パルス電流を受けて、マイクロ波パルスを分配器５３へ繰り返し出力する。分配器５３に入力されたマイクロ波は、アンテナ５４から着火直後の燃焼室２０へ放射される。マイクロ波は、火炎面がアンテナ５４を通過する前から、火炎面が通過した後に亘って、放射される。

【0061】

アンテナ５４の近傍には、燃焼室２０において電界強度が相対的に強い強電界領域が形成される。本実施形態では、点火プラグ１５の先端面の正面視において、放電が生じる領域（放電ギャップ）よりも外側にアンテナ５４が位置しているので、放電が生じる領域の外側に強電界領域が形成される。強電界領域では、プラズマが生成されて、ＯＨラジカルなどの活性種が生成される。強電界領域を通過する火炎の酸化反応は、活性種により促進される。さらに、強電界領域では、火炎中の電子等が電磁波のエネルギーを受ける。その結果、強電界領域を通過する火炎の伝播速度が増大する。
−実施形態の効果−

【0062】

本実施形態では、点火プラグ１５の中で、放電が生じる領域から離れたハウジング３３の表面上に、アンテナ５４を設けている。そのため、着火後の火炎面が通過する領域にマイクロ波のエネルギーを供給することができるので、火炎の伝播速度を増大させることができる。

【0063】

また、本実施形態では、ハウジング３３の先端面において放電が生じる領域から離れる側にアンテナ５４が位置しているので、着火後の火炎の伝播速度を効果的に増大させることができる。
−実施形態の変形例−

【0064】

変形例では、点火プラグ１５の放電と同時期に、アンテナ５４から燃焼室２０へマイクロ波が放射される。電子制御装置６０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で、点火信号及び電磁波駆動信号を出力する。

【0065】

燃焼室２０では、点火装置４０により生成された強力プラズマが生成されている期間に、アンテナ５４からマイクロ波が放射される。点火装置４０により生成された強力プラズマは、マイクロ波のエネルギーを吸収してさらに拡大する。マイクロ波により拡大したプラズマは、拡大前に比べて全体的に温度が低くなる。そのため、拡大前に比べて、ＯＨラジカル等の活性種の生存期間が長くなる。従って、混合気の化学反応（酸化反応）が促進され、活性種により火炎の伝播速度を増大させることができる。

【0066】

特に、変形例では、放電が生じる領域から離れた位置にアンテナ５４が配置されているので、放電が生じる領域に電気エネルギーが集中しすぎることが回避される。マイクロ波は、点火装置４０により生成された強力プラズマの外側から放射され、強力プラズマは効果的に拡大される。従って、マイクロ波により効果的に火炎の伝播速度を増大させることができる。
《その他の実施形態》

【0067】

前記実施形態は、以下のように構成してもよい。

【0068】

前記実施形態において、内燃機関１０が直噴式のエンジンであってもよいし、ロータリエンジンであってもよい。

【0069】

また、前記実施形態において、点火装置４０が、スパーク放電により混合気に点火してもよい。その場合、点火装置４０は、交流電圧発生器４２及び混合ユニット４３を有していない。

【0070】

また、前記実施形態において、点火プラグ１５がプラズマジェット式であってもよい。点火プラグ１５の先端部１５ａには、燃焼室２０の一部を構成する小空間が形成される。点火プラグ１５は、連続的な電圧、又は繰り返しの電圧パルスが印加されて、前記小空間で生成された強力プラズマが、該小空間の外側の燃焼室２０へプラズマを噴射する。

【0071】

また、前記実施形態において、点火コイル４１から点火プラグ１５に瞬間的に高電圧パルスを印加した直後に、コンデンサに蓄えられた大電流を点火プラグ１５に供給することにより、強力プラズマを生成してもよい。

【0072】

また、前記実施形態において、アンテナ５４がＣ字状ではなく円環状に形成されていてもよい。

【0073】

また、前記実施形態において、アンテナ５４が絶縁体（または誘電体）により覆われていてもよい。アンテナ５４は、絶縁層５５と、被覆する絶縁体とにより挟まれることになる。

【0074】

また、前記実施形態において、火炎面が通過した後の領域にマイクロ波を放射してマイクロ波プラズマを生成することにより、火炎面の後方から火炎の伝播速度を増大させてもよい。

【0075】

また、前記実施形態において、ハウジング３３の内部で同軸線路が複数の分岐線路に分岐して、各分岐線路がアンテナ５４に接続又は容量結合されていてもよい。

【産業上の利用可能性】

【0076】

以上説明したように、本発明は、電磁波を放射するためのアンテナを有する点火プラグ、及びその点火プラグを備えた内燃機関について有用である。

【符号の説明】

【0077】

１０ 内燃機関
１５ 点火プラグ
２０ 燃焼室
３０ 点火プラグ本体
３１ 中心電極（第１導電部材）
３２ 絶縁碍子（絶縁部材）
３３ ハウジング（第２導電部材）
３４ 接地電極
５４ アンテナ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】