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(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】
(24)【登録日】2024-09-10
(45)【発行日】2024-09-19
(54)【発明の名称】プラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電構造
(51)【国際特許分類】
F02B 23/10 20060101AFI20240911BHJP
F02B 67/00 20060101ALI20240911BHJP
F02P 15/04 20060101ALI20240911BHJP
【ＦＩ】
F02B23/10 M
F02B67/00 J
F02P15/04
【請求項の数】
10
(21)【出願番号】P 2021088471
(22)【出願日】2021-05-26
(65)【公開番号】P2021188618
(43)【公開日】2021-12-13
【審査請求日】2021-05-26
【審判番号】
【審判請求日】2023-04-05
(31)【優先権主張番号】202010453985.9
(32)【優先日】2020-05-26
(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN
(73)【特許権者】
【識別番号】521228916
【氏名又は名称】北京▲ぼー▼徳恒激光科技有限公司
【氏名又は名称原語表記】Ｂｅｉｊｉｎｇ ＢＤＨ Ｌａｓｅｒ Ｓｃｉｅｎｃｅ ＆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｉｎｃ． Ｌｔｄ．
【住所又は居所原語表記】Ｒｏｏｍ ２－７２０， ６Ｆ， Ｂｕｉｌｄｉｎｇ ２， Ｎｏ．３５ Ｓｈａｎｇｄｉ Ｅａｓｔ Ｒｏａｄ， Ｈａｉｄｉａｎ Ｄｉｓｔｒｉｃｔ， １０００８５ Ｂｅｉｊｉｎｇ， Ｃｈｉｎａ
(74)【代理人】
【識別番号】100134636
【弁理士】
【氏名又は名称】金高 寿裕
(72)【発明者】
【氏名】ジャン，ジユエン
(72)【発明者】
【氏名】ウ，ジャンシン
(72)【発明者】
【氏名】ワン，ウェイピン
【合議体】
【審判長】山本 信平
【審判官】倉橋 紀夫
【審判官】青木 良憲
(56)【参考文献】
【文献】特表昭６３－５０１５２０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００６－１３２５１８（ＪＰ，Ａ）
【文献】中国特許出願公開第１０７０６１１０２（ＣＮ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
F02B 23/10
F02B 67/00
F02P 15/04
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
プラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電構造であって、ピストンの最上部に設けられ、第１組み合わせ形状及び第１可動電極構造を有する可動電極と、
前記ピストンの最上部に設けられ、前記ピストンの上面及び前記第１可動電極構造から形成される分散型マルチキャビティ構造燃焼室と、
シリンダブロックの最上部又はシリンダヘッドの底部に設けられ、第２組み合わせ形状及び第２構造を有する固定電極と、
前記可動電極と前記固定電極によって構成される間隔可変放電領域と、を含み、
前記可動電極は少なくとも１つの第１放電電極を含み、前記少なくとも１つの第１放電電極は前記ピストンの最上部に設けられ、前記第１組み合わせ形状及び前記第１可動電極構造を有し、前記少なくとも１つの第１放電電極は前記ピストンと一体に設けられ、前記少なくとも１つの第１放電電極は前記ピストンに追従して往復運動し、
前記ピストンは前記エンジンのクランクロッドに接続され、前記ピストンは前記エンジンのクランクロッドを介して共通アースに接続され、
前記可動電極としてオープン放電リングを含み、前記固定電極として前記オープン放電リングと同数の閉ループ放電リングを含み、
前記オープン放電リング及び前記閉ループ放電リングが、それぞれ放電面を含み、
前記オープン放電リング及び前記閉ループ放電リングが対向し、その軸線が重なることで、前記オープン放電リングの前記放電面と前記閉ループ放電リングの前記放電面が互いに対向し、
前記分散型マルチキャビティ構造燃焼室が燃焼室メインキャビティと燃焼室サブキャビティを含み、
前記燃焼室メインキャビティは、前記オープン放電リングの内側の領域であり、
前記燃焼室サブキャビティは、前記オープン放電リングの外側の領域である、プラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電構造。
【請求項2】
前記可動電極は１グループのオープン放電リングを含み、前記１グループのオープン放電リングは、前記ピストンの最上部に設けられ、ピストンの上面の幾何学的中心と同心であり、前記ピストンの上面は、前記固定電極に面する前記ピストンの最上部の端面であり、
前記１グループのオープン放電リングは、第１最内層放電リング、第１最外層放電リング、及び前記第１最内層放電リングと前記第１最外層放電リングとの間に位置する少なくとも１つの第１中間層放電リングを含み、前記第１最内層放電リングは第１高さを有し、前記第１最内層放電リングの径方向に沿った前記第１最内層放電リングの断面は上狭下広の台形であり、前記第１最内層放電リングの上端狭面は放電面であり、前記少なくとも１つの第１中間層放電リングの上端狭面は放電面であり、前記第１最外層放電リングの上端狭面は放電面であり、前記第１最内層放電リングの放電面はまた前記ピストンの上面とされ、前記１グループのオープン放電リングの複数の放電面は高さが同じであり、
前記１グループのオープン放電リングの径方向に沿った前記１グループのオープン放電リングのそれぞれの幅の範囲は０．５～５ｍｍであり、
前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の範囲は１～９．５ｍｍであり、前記第１最内層放電リングの外側から前記第１最内層放電リングに隣接する第１中間層放電リングの内側までの距離は、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の２倍であり、前記１グループのオープン放電リングのうち隣接する２つの放電リングの対向する両側の間の距離も、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の２倍であり、
前記第１最外層放電リングの外側からピストントップランドの内縁までの距離は、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離に等しく、
前記可動電極は複数のノッチをさらに含み、前記複数のノッチは、円周を均等に分割するように前記１グループのオープン放電リングに分布し、前記複数のノッチのそれぞれの幅の範囲は２～１０ｍｍであり、
前記１グループのオープン放電リングのそれぞれの放電リングに設けられた少なくとも１つのノッチの数は、前記第１最内層放電リングから前記第１最外層放電リングに向かってリング１つずつ増加し、前記第１最内層放電リングに設けられた前記少なくとも１つのノッチは、前記第１最内層放電リングの径方向に沿って位置合わせるように、前記１グループのオープン放電リングのそれぞれの放電リングに設けられ、
前記第１最内層放電リングに隣接する第１中間層放電リングには、前記第１最内層放電リングの少なくとも１つのノッチからずらされた少なくとも１つのノッチがさらに設けられ、前記第１最内層放電リングに隣接する第１中間層放電リングに増設された前記少なくとも１つのノッチの数は、前記第１最内層放電リングの少なくとも１つのノッチの数と同じであり、
前記第１最外層放電リングには、前記第１最外層放電リングに隣接する第１中間層放電リングに設けられた少なくとも１つのノッチからずらされた少なくとも１つのノッチがさらに設けられ、前記第１最外層放電リングに増設された前記少なくとも１つのノッチの数は、前記第１最外層放電リングに隣接する第１中間層放電リングに設けられた前記少なくとも１つのノッチの数と同じであり、
前記少なくとも１つの第１放電電極は、前記１グループのオープン放電リングを有する、請求項１に記載のピストン放電構造。
【請求項3】
前記分散型マルチキャビティ構造燃焼室は、前記第１最内層放電リングの内側、前記１グループのオープン放電リングの隣接する２つの放電リングの間、及び前記第１最外層放電リングの外側の凹領域を含み、前記燃焼室メインキャビティは、前記第１最内層放電リングの内側の平らな「ω」字形に凹んだ領域であり、前記燃焼室メインキャビティの凹部の直径は前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の２倍であり、前記燃焼室メインキャビティの最大深さの範囲は０．５～５ｍｍであり、
前記ピストン放電構造はスキッシュ流ガイド突起及びスキッシュ流ガイドリッジをさらに含み、
前記スキッシュ流ガイド突起は前記燃焼室メインキャビティの凹み中心に設けられ、前記凹み中心は前記ピストンの上面の幾何学的中心と重なり、前記スキッシュ流ガイド突起の縦断面は「ベル型」であり、前記スキッシュ流ガイド突起の底面積は前記燃焼室メインキャビティの底面積の２０％～５０％であり、前記スキッシュ流ガイド突起の高さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの５０％～７０％であり、
前記燃焼室サブキャビティは、前記固定電極から前記可動電極への方向において前記可動電極に対して下方に凹んだ領域を有し、前記凹んだ領域は、前記１グループのオープン放電リングの隣接する２つの放電リングの間、及び前記第１最外層放電リングの外側と前記ピストントップランドの内縁の間に位置し、前記燃焼室サブキャビティの凹み深さは、前記ピストントップランドから前記ピストンの上面の幾何学的中心に向かって徐々に大きくなり、前記燃焼室サブキャビティの凹み深さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの３０％～７０％であり、
前記スキッシュ流ガイドリッジは、前記燃焼室サブキャビティと前記可動電極の複数のノッチとの交差位置に設けられ、前記スキッシュ流ガイドリッジは前記交差位置の中心に位置し、前記スキッシュ流ガイドリッジの長さは前記１グループのオープン放電リングの径方向に沿い、前記スキッシュ流ガイドリッジの幅は前記１グループのオープン放電リングの円周方向に沿い、前記スキッシュ流ガイドリッジは「ベル型」の断面を有し、前記スキッシュ流ガイドリッジのリッジ高さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの３０％～７０％であり、前記スキッシュ流ガイドリッジの長手方向の両側にガイドスロープが対称的又は非対称的に設けられ、前記スキッシュ流ガイドリッジの短手方向の両側にガイドスロープが対称的又は非対称的に設けられる、請求項２に記載のピストン放電構造。
【請求項4】
前記固定電極は、前記シリンダブロックの最上部又はシリンダヘッドの底部に固定され、前記第２組み合わせ形状及び前記第２構造を有する少なくとも１つの第２放電電極であり、前記少なくとも１つの第２放電電極は前記可動電極の真上に位置し、前記可動電極の放電面に面する前記少なくとも１つの第２放電電極の端面は放電面とされ、前記可動電極が死点位置に位置する場合、前記少なくとも１つの第２放電電極と前記可動電極との間には、前記ピストンの最上面に垂直な方向に固定ギャップがあり、前記少なくとも１つの第２放電電極は外部電源に接続され、且つ前記少なくとも１つの第２放電電極と前記可動電極は、軸線が重なる、請求項２又は３に記載のピストン放電構造。
【請求項5】
前記固定電極は１グループの閉ループ放電リングを含み、前記１グループの閉ループ放電リングは、前記可動電極の１グループのオープン放電リングと同じ幾何学的中心を有し、第２最内層放電リング、第２最外層放電リング、及び第２最内層放電リングと第２最外層放電リングとの間に位置する少なくとも１つの第２中間層放電リングを含み、前記第２最内層放電リングの厚さの範囲は１～８ｍｍであり、前記第２最内層放電リングの断面は矩形であり、前記第１最内層放電リングの放電面に向かう前記第２最内層放電リングの端面は放電面とされ、前記第２最内層放電リングの上端面と前記第１最内層放電リングの上端狭面は平行であり、且つ中心線は位置合わせるように設けられ、前記第２最内層放電リングの幅の範囲は０．２～４ｍｍであり、
前記ピストン放電構造は、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート、複数グループの直線形径方向接続インダクタ、及び複数の湾曲形固定支持インダクタをさらに含む、請求項４に記載のピストン放電構造。
【請求項6】
前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記可動電極の中心位置に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートはねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体であり、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートの厚さ及び直径の範囲は３～１０ｍｍであり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタのそれぞれの厚さは前記第２最内層放電リングの厚さの６０％～８５％であり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタのそれぞれの幅の範囲は１～９ｍｍであり、
前記複数グループの直線形径方向接続インダクタは、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートと前記第２最内層放電リングを連通する第１グループの直線形径方向接続インダクタ、及び前記１グループの閉ループ放電リングの隣接する２つごとの閉ループ放電リングを連通する少なくとも１つの第２グループの直線形径方向接続インダクタを含み、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタの各グループの数は異なり、前記複数グループの各グループにおける直線形径方向接続インダクタの数は、前記ピストンの上面の幾何学的中心から前記ピストントップランドに向かう方向に沿って直前のグループにおける直線形径方向接続インダクタの数の２倍であり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタに含まれる各グループは円周を均等に分割するようにずらして分布し、
前記複数の湾曲形固定支持インダクタの厚さ及び幅の範囲は１～９ｍｍであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは円周を均等に分割するように分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記第２最外層放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結され、
又は
前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記第２最外層放電リングと前記第２最外層放電リングに接続された第２グループの直線形径方向接続インダクタのうちの１つとの交差位置に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートはねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースとして設けられ、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタは前記１グループの閉ループ放電リングと連通し、前記１グループの閉ループ放電リングの中心で交差し、
前記複数の湾曲形固定支持インダクタは円周を均等に分割するように分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記第２最外層放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結される、請求項５に記載のピストン放電構造。
【請求項7】
前記間隔可変放電領域は前記第１最内層放電リングの放電面と前記第２最内層放電リングの放電面との間により形成され、前記ピストンとともに動く前記第１最内層放電リングの放電面の異なる位置又は時刻に基づいて、前記間隔可変放電領域は第１予備イオン化領域、第２イオン化領域及び第３強化燃焼領域にさらに細分され、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さであり、
前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さの範囲は０．２～１ｍｍであり、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さの範囲は０．０２～０．０９ｍｍであり、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さの範囲は０．１～０．５ｍｍである、請求項５又は６に記載のピストン放電構造。
【請求項8】
前記ピストンの直径≦２０ｍｍである場合、前記可動電極は１つのオープン放電リングを含み、前記１つのオープン放電リングの上端面は放電面であり、前記１つのオープン放電リングの径方向における前記１つのオープン放電リングの放電面の幅の範囲は０．３～２ｍｍであり、前記１つのオープン放電リングは３つのノッチを含み、前記３つのノッチは円周を均等に分割するように前記１つのオープン放電リングに分布し、前記３つのノッチのそれぞれの幅の範囲は２～５ｍｍであり、
前記１つのオープン放電リングの内側からピストンの上面の幾何学的中心までの距離の範囲は１～３ｍｍであり、前記１つのオープン放電リングの外側から前記ピストンのトップランドの内縁までの距離は、前記１つのオープン放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離に等しく、前記ピストンの上面は、前記固定電極に面する前記ピストンの最上部の端面であり、
前記分散型マルチキャビティ構造燃焼室は分散型２キャビティ構造であり、前記分散型２キャビティ構造は燃焼室メインキャビティ及び燃焼室サブキャビティを含み、
前記燃焼室メインキャビティは、前記固定電極から前記可動電極への方向において前記可動電極に対して下方に凹んだ領域を有し、前記凹んだ領域は前記１つのオープン放電リングの内側から構成される球面形状を有し、前記燃焼室メインキャビティの直径の範囲は２～５ｍｍであり、前記燃焼室メインキャビティの最大深さの範囲は０．２～２ｍｍであり、
前記燃焼室サブキャビティは、前記１つのオープン放電リングの外側から前記トップランドの内縁までの範囲で凹んだ領域を含み、前記燃焼室サブキャビティの凹み深さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの５％～４０％である、請求項１に記載のピストン放電構造。
【請求項9】
前記固定電極は１つの閉ループ放電リングを含み、前記１つの閉ループ放電リングは前記１つのオープン放電リングと同じ幾何学的中心を有し、前記１つの閉ループ放電リングの厚さの範囲は１～１０ｍｍであり、前記１つの閉ループ放電リングの断面は矩形であり、前記１つのオープン放電リングの放電面に向かう前記１つの閉ループ放電リングの端面は放電面であり、前記１つの閉ループ放電リングの放電面の幅の範囲は０．２～２ｍｍであり、前記ピストン放電構造は、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート、複数の直線形径方向接続インダクタ、及び複数の湾曲形固定支持インダクタをさらに含み、
前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記１つの閉ループ放電リングの中心に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートはねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体であり、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートの厚さは前記１つの閉ループ放電リングの厚さに等しく、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートの直径の範囲は２～３ｍｍであり、
前記複数の直線形径方向接続インダクタの数は３つ又は４つであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタのそれぞれの厚さは前記１つの閉ループ放電リングの厚さの６０％～８５％であり、前記複数の直線形径方向接続インダクタのそれぞれの幅の範囲は１～３ｍｍであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタは、円周を均等に分割するように、前記１つの閉ループ放電リングと前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートとの間に分布し、且つ前記複数の直線形径方向接続インダクタは前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートと前記１つの閉ループ放電リングを連通し、
前記複数の湾曲形固定支持インダクタの数は３つであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタのそれぞれの厚さは前記１つの閉ループ放電リングの厚さに等しく、前記複数の湾曲形固定支持インダクタのそれぞれの幅の範囲は１～９ｍｍであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは、円周を均等に分割するように、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記１つの閉ループ放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結され、
又は
前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記１つの閉ループ放電リングと前記複数の直線形径方向接続インダクタのうちの１つとの交差位置に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートは１つのねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースであり、
前記複数の直線形径方向接続インダクタの数は３つ又は４つであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタは円周を均等に分割するように、前記１つの閉ループ放電リングの内側に分布し、前記複数の直線形径方向接続インダクタは前記１つの閉ループ放電リングの中心で交差し、
前記複数の湾曲形固定支持インダクタの数は３つであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは、円周を均等に分割するように、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記１つの閉ループ放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結される、請求項８に記載のピストン放電構造。
【請求項10】
前記間隔可変放電領域は、前記可動電極の１つのオープン放電リングの放電面と前記固定電極の１つの閉ループ放電リングの放電面との間の間隔可変放電領域であり、前記ピストンの運動に追従する前記可動電極の１つのオープン放電リングの放電面の異なる位置又は時刻に基づいて、前記間隔可変放電領域は、第１予備イオン化領域、第２イオン化領域及び第３強化燃焼領域に細分され、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さであり、
前記可動電極の１つのオープン放電リングに垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さの範囲は０．２～１ｍｍであり、前記可動電極の１つのオープン放電リングに垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さの範囲は０．０２～０．０９ｍｍであり、前記可動電極の１つのオープン放電リングに垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さの範囲は０．１～０．５ｍｍである、請求項９に記載のピストン放電構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本願は、２０２０年５月２６日に提出された中国特許出願第２０２０１０４５３９８５．９号の優先権を主張し、上記中国特許出願で開示されている全内容は本願の一部として援用されている。
【0002】
本開示の実施例は、プラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電構造に関する。
【背景技術】
【0003】
今日の世界では、生産力の急速な発展に伴い、エネルギー消費量が日々増加しており、一次エネルギーが徐々に枯渇し、生態環境の継続的な悪化が人類の生存を深刻に脅し、「生態環境を保護し、緑豊かで美しい家を一緒に建てる」ことは急務となっている。均質燃焼技術は、この時代の要求に応じて、燃料の清潔化、燃焼の精密化、制御のインテリジェント化、さらなる高効率化、省エネ化及びより低排出化の「グリーン燃焼」への発展が期待される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【0004】
本開示の少なくとも１つの実施例はプラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電機構を提供し、該ピストン放電構造は、可動電極、分散型マルチキャビティ構造燃焼室、固定電極及び間隔可変放電領域を含む。可動電極はピストンの最上部に設けられ、第１組み合わせ形状及び第１可動電極構造を有し、分散型マルチキャビティ構造燃焼室は前記ピストンの最上部に設けられ、固定電極はシリンダブロックの最上部又はシリンダヘッドの底部に設けられ、第２組み合わせ形状及び第２構造を有し、間隔可変放電領域は前記可動電極と前記固定電極によって構成される。
【0005】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記可動電極は少なくとも１つの第１放電電極を含み、前記少なくとも１つの第１放電電極は前記ピストンの最上部に設けられ、前記第１組み合わせ形状及び前記第１可動電極構造を有し、前記少なくとも１つの第１放電電極は前記ピストンと一体に設けられ、前記少なくとも１つの第１放電電極は前記ピストンに追従して往復運動し、前記ピストンは前記エンジンのクランクロッドに接続され、前記ピストンは前記エンジンのクランクロッドを介して共通アースに接続され、前記少なくとも１つの第１放電電極と前記固定電極とは、形状が同じであり、軸線が重なる。
【0006】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記可動電極は１グループのオープン放電リングを含み、前記１グループのオープン放電リングは、前記ピストンの最上部に設けられ、ピストンの上面の幾何学的中心と同心であり、前記ピストンの上面は、前記固定電極に面する前記ピストンの最上部の端面であり、前記１グループのオープン放電リングは、第１最内層放電リング、第１最外層放電リング、及び前記第１最内層放電リングと前記第１最外層放電リングとの間に位置する少なくとも１つの第１中間層放電リングを含み、前記第１最内層放電リングは第１高さを有し、前記第１最内層リングの径方向に沿った前記第１最内層放電リングの断面は上狭下広の台形であり、前記第１最内層放電リングの上端狭面は放電面であり、前記少なくとも１つの第１中間層放電リングの上端狭面は放電面であり、前記第１最外層放電リングの上端狭面は放電面であり、前記第１最内層放電リングの放電面はまた前記ピストンの上面とされ、前記１グループのオープン放電リングの複数の放電面は高さが同じであり、平行であり、前記１グループのオープン放電リングの径方向に沿った前記１グループのオープン放電リングのそれぞれの幅の範囲は０．５～５ｍｍであり、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の範囲は１～９．５ｍｍであり、前記第１最内層リングの外側から前記第１最内層放電リングに隣接する第１中間層放電リングの内側までの距離は、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の２倍であり、前記１グループのオープン放電リングのうち隣接する２つの放電リングの対向する両側の間の距離も、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の２倍であり、前記第１最外層放電リングの外側からピストントップランドの内縁までの距離は、前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離に等しく、前記可動電極は複数のノッチをさらに含み、前記複数のノッチは、円周を均等に分割するように前記１グループのオープン放電リングに分布し、前記複数のノッチのそれぞれの幅の範囲は２～１０ｍｍであり、前記１グループのオープン放電リングのそれぞれの放電リングに設けられた少なくとも１つのノッチの数は、前記第１最内層放電リングから前記第１最外層放電リングに向かってリング１つずつ増加し、前記第１最内層放電リングに設けられた前記少なくとも１つのノッチは、前記第１最内層放電リングの径方向に沿って位置合わせるように、前記１グループのオープン放電リングのそれぞれの放電リングに設けられ、前記第１最内層放電リングに隣接する第１中間層放電リングには、前記第１最内層放電リングの少なくとも１つのノッチからずらされた少なくとも１つのノッチがさらに設けられ、前記第１最内層放電リングに隣接する第１中間層放電リングに増設された前記少なくとも１つのノッチの数は、前記第１最内層放電リングの少なくとも１つのノッチの数と同じであり、前記第１最外層放電リングには、前記第１最外層放電リングに隣接する第１中間層放電リングに設けられた少なくとも１つのノッチからずらされた少なくとも１つのノッチがさらに設けられ、前記第１最外層放電リングに増設された前記少なくとも１つのノッチの数は、前記第１最外層放電リングに隣接する第１中間層放電リングに設けられた前記少なくとも１つのノッチの数と同じである。
【0007】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記分散型マルチキャビティ構造燃焼室は、前記第１最外層放電リングの内側、前記１グループのオープン放電リングの隣接する２つの放電リングの間、及び前記第１最外層放電リングの外側の凹領域を含み、前記分散型マルチキャビティ構造燃焼室は燃焼室メインキャビティ及び燃焼室サブキャビティを含み、前記燃焼室メインキャビティは、前記第１最外層放電リングの内側の平らな「ω」字形に凹んだ領域であり、前記燃焼室メインキャビティの凹部の直径は前記第１最内層放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離の２倍であり、前記燃焼室メインキャビティの最大深さの範囲は０．５～５ｍｍであり、前記ピストン放電構造はスキッシュ流ガイド突起及びスキッシュ流ガイドリッジをさらに含み、前記スキッシュ流ガイド突起は前記燃焼室メインキャビティの凹み中心に設けられ、前記凹み中心は前記ピストンの上面の幾何学的中心と重なり、前記スキッシュ流ガイド突起の縦断面は「ベル型」であり、前記スキッシュ流ガイド突起の底面積は前記燃焼室メインキャビティの底面積の２０％～５０％であり、前記スキッシュ流ガイド突起の高さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの５０％～７０％であり、前記燃焼室サブキャビティは、前記１グループのオープン放電リングの隣接する２つの放電リングの間及び前記第１最外層放電リングの外側に、前記第１最外層放電リングの径方向に沿って球面状に凹んだ領域を含み、前記燃焼室サブキャビティの凹み深さは、前記ピストントップランドから前記ピストンの上面の幾何学的中心に向かって徐々に大きくなり、前記燃焼室サブキャビティの凹み深さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの３０％～７０％であり、前記スキッシュ流ガイドリッジは、前記燃焼室サブキャビティと前記可動電極の複数のノッチとの交差位置に設けられ、前記スキッシュ流ガイドリッジは前記交差位置の中心に位置し、前記スキッシュ流ガイドリッジの長さは前記１グループのオープン放電リングの径方向に沿い、前記スキッシュ流ガイドリッジの幅は前記１グループのオープン放電リングの円周方向に沿い、前記スキッシュ流ガイドリッジは「ベル型」の断面を有し、前記スキッシュ流ガイドリッジのリッジ高さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの３０％～７０％であり、前記スキッシュ流ガイドリッジの長手方向の両側にガイドスロープが対称的又は非対称的に設けられ、前記スキッシュ流ガイドリッジの短手方向の両側にガイドスロープが対称的又は非対称的に設けられる。
【0008】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記固定電極は、前記シリンダブロックの最上部又はシリンダヘッドの底部に固定され、前記第２組み合わせ形状及び前記第２構造を有する少なくとも１つの第２放電電極であり、前記少なくとも１つの第２放電電極は前記可動電極の真上に位置し、前記可動電極の放電面に面する前記少なくとも１つの第２放電電極の端面は放電面とされ、前記可動電極が死点位置に位置する場合、前記少なくとも１つの第２放電電極と前記可動電極との間には、前記固定電極に垂直な方向に固定ギャップがあり、前記少なくとも１つの第２放電電極は外部電源に接続され、且つ前記少なくとも１つの第２放電電極と前記可動電極は、形状が同じであり且つ軸線が重なる。
【0009】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記固定電極は１グループの閉ループ放電リングを含み、前記１グループの閉ループ放電リングは、前記可動電極の１グループのオープン放電リングと同じ幾何学的中心を有し、第２最内層放電リング、第２最外層放電リング、及び第２最内層放電リングと第２最外層放電リングとの間に位置する少なくとも１つの第２中間層放電リングを含み、前記第２最内層放電リングの厚さの範囲は１～８ｍｍであり、前記第２最内層放電リングの断面は矩形であり、前記第１最内層放電リングの放電面に向かう前記第２最内層放電リングの端面は放電面とされ、前記第２最内層放電リングの上端面と前記第１最内層放電リングの上端狭面は平行であり、且つ中心線は位置合わせるように設けられ、前記第２最内層放電リングの幅の範囲は０．２～４ｍｍであり、前記ピストン放電構造は、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート、複数グループの直線形径方向接続インダクタ、及び複数の湾曲形固定支持インダクタをさらに含む。
【0010】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記可動電極の中心位置に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートはねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体であり、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートの厚さ及び直径の範囲は３～１０ｍｍであり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタのそれぞれの厚さは前記第２最内層放電リングの厚さの６０％～８５％であり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタのそれぞれの幅の範囲は１～９ｍｍであり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタは、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートと前記第２最内層放電リングを連通する第１グループの直線形径方向接続インダクタ、及び前記１グループの閉ループ放電リングの隣接する２つごとの閉ループ放電リングを連通する少なくとも１グループの第２グループの直線形径方向接続インダクタを含み、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタの各グループの数は異なり、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタは、前記ピストントップランドから前記ピストンの上面の幾何学的中心の方向に向かって１グループずつ一倍を増やし、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタに含まれる各グループは円周を均等に分割するようにずらして分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの厚さ及び幅の範囲は１～９ｍｍであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは円周を均等に分割するように分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記第２最外層放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結され、又は前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記第２最外層放電リングと前記第２最外層放電リングに接続された第２グループの直線形径方向接続インダクタのうちの１つとの交差位置に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートはねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースとして設けられ、前記複数グループの直線形径方向接続インダクタは前記１グループの閉ループ放電リングと連通し、前記１グループの閉ループ放電リングの中心で交差し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは円周を均等に分割するように分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記第２最外層放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結される。
【0011】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記間隔可変放電領域は前記第１最内層放電リングの放電面と前記第２最内層放電リングの放電面との間により形成され、前記ピストン運動に追従する前記第１最内層放電リングの放電面の異なる位置又は時刻に基づいて、前記間隔可変放電領域は第１予備イオン化領域、第２イオン化領域及び第３強化燃焼領域にさらに細分され、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さであり、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さの範囲は０．２～１ｍｍであり、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さの範囲は０．０２～０．０９ｍｍであり、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さの範囲は０．１～０．５ｍｍである。
【0012】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記ピストンの直径≦２０ｍｍである場合、前記可動電極は１つのオープン放電リングを含み、前記１つのオープン放電リングの上端面は放電面であり、前記１つのオープン放電リングの径方向における前記１つのオープン放電リングの放電面の幅の範囲は０．３～２ｍｍであり、前記１つのオープン放電リングは３つのノッチを含み、前記３つのノッチは円周を均等に分割するように前記１つのオープン放電リングに分布し、前記３つのノッチのそれぞれの幅の範囲は２～５ｍｍであり、前記１つのオープン放電リングの内側からピストンの上面の幾何学的中心までの距離の範囲は１～３ｍｍであり、前記１つのオープン放電リングの外側から前記ピストンのトップランドの内縁までの距離は、前記１つのオープン放電リングの内側から前記ピストンの上面の幾何学的中心までの距離に等しく、前記ピストンの上面は、前記固定電極に面する前記ピストンの最上部の端面であり、前記分散型マルチキャビティ構造燃焼室は分散型２キャビティ構造であり、前記分散型２キャビティ構造は燃焼室メインキャビティ及び燃焼室サブキャビティを含み、前記燃焼室メインキャビティは、前記１つのオープン放電リングの内側の球面状に凹んだ領域を含み、前記燃焼室メインキャビティの直径の範囲は２～５ｍｍであり、前記燃焼室メインキャビティの最大深さの範囲は０．２～２ｍｍであり、前記燃焼室サブキャビティは、前記１つのオープン放電リングの外側から前記トップランドの内縁までの範囲で球面状に凹んだ領域を含み、前記燃焼室サブキャビティの凹み深さは前記燃焼室メインキャビティの最大深さの５％～４０％である。
【0013】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記固定電極は１つの閉ループ放電リングを含み、前記１つの閉ループ放電リングは前記１つのオープン放電リングと同じ幾何学的中心を有し、前記１つの閉ループ放電リングの厚さの範囲は１～１０ｍｍであり、前記１つの閉ループ放電リングの断面は矩形であり、前記１つのオープン放電リングの放電面に向かう前記１つの閉ループ放電リングの端面は放電面であり、前記１つの閉ループ放電リングの放電面の幅の範囲は０．２～２ｍｍであり、前記ピストン放電構造は、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート、複数の直線形径方向接続インダクタ、及び複数の湾曲形固定支持インダクタをさらに含み、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記１つの閉ループ放電リングの中心に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートはねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体であり、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートの厚さは前記１つの閉ループ放電リングの厚さに等しく、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートの直径の範囲は２～３ｍｍであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタの数は３つ又は４つであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタのそれぞれの厚さは前記１つの閉ループ放電リングの厚さの６０％～８５％であり、前記複数の直線形径方向接続インダクタのそれぞれの幅の範囲は１～３ｍｍであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタは、円周を均等に分割するように、前記１つの閉ループ放電リングと前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートとの間に分布し、且つ前記複数の直線形径方向接続インダクタは前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートと前記１つの閉ループ放電リングを連通し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの数は３つであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタのそれぞれの厚さは前記１つの閉ループ放電リングの厚さに等しく、前記複数の湾曲形固定支持インダクタのそれぞれの幅の範囲は１～９ｍｍであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは、円周を均等に分割するように、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記１つの閉ループ放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結され、又は前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートが前記１つの閉ループ放電リングと前記複数の直線形径方向接続インダクタのうちの１つとの交差位置に設けられる場合、前記少なくとも１つの円筒形給電接続ポートは１つのねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタの数は３つ又は４つであり、前記複数の直線形径方向接続インダクタの数は円周を均等に分割するように、前記１つの閉ループ放電リングの内側に分布し、前記複数の直線形径方向接続インダクタは前記１つの閉ループ放電リングの中心で交差し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの数は３つであり、前記複数の湾曲形固定支持インダクタは、円周を均等に分割するように、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に分布し、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの一端は、前記１つの閉ループ放電リングに接続され、前記複数の湾曲形固定支持インダクタの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、前記シリンダブロックの最上部又は前記シリンダヘッドの底部に締結される。
【0014】
例えば、本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電機構において、前記間隔可変放電領域は、前記可動電極の１つのオープン放電リングの放電面と前記固定電極の１つの閉ループ放電リングの放電面との間の間隔可変放電領域であり、前記ピストン運動に追従する前記可動電極の１つのオープン放電リングの放電面の異なる位置又は時刻に基づいて、前記間隔可変放電領域は、第１予備イオン化領域、第２イオン化領域及び第３強化燃焼領域に細分され、前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さ＞前記第１最内層放電リングの放電面に垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さであり、前記可動電極の１つのオープン放電リングに垂直な方向における前記第１予備イオン化領域の長さの範囲は０．２～１ｍｍであり、前記可動電極の１つのオープン放電リングに垂直な方向における前記第２イオン化領域の長さの範囲は０．０２～０．０９ｍｍであり、前記可動電極の１つのオープン放電リングに垂直な方向における前記第３強化燃焼領域の長さの範囲は０．１～０．５ｍｍである。
【図面の簡単な説明】
【0015】
本開示の実施例の技術案をより明確に説明するために、以下、実施例の図面を簡単に説明し、当然ながら、以下に説明される図面は、本開示の実施例の一部に過ぎず、本開示を制限するものではない。
【発明を実施するための形態】
【0016】
本開示の実施例の目的、技術案及び利点をより明確にするために、以下、本開示の実施例の図面を参照しながら、本開示の実施例の技術案を明確且つ完全に説明する。勿論、説明される実施例は本開示の一部の実施例に過ぎず、全部の実施例ではない。説明される本開示の実施例に基づいて、当業者が創造的な労働を必要とせずに得られるすべての他の実施例は、本開示の保護範囲に属する。
【0017】
特に定義しない限り、本開示に使用されている技術用語又は科学用語は当業者が理解できる通常の意味を有する。本開示に使用されている「第１」、「第２」、「第３」、「第４」及び類似する用語は、いずれの順序、数又は重要性も示すものではなく、異なる構成要素を区別するためのものに過ぎない。同様に、「１つ」、「１」又は「該」等の類似する用語は数を制限するものではなく、少なくとも１つあることを示すものである。「含む」又は「備える」等の類似する用語は、「含む」又は「備える」の前に記載された素子又は部材が「含む」又は「備える」の後に挙げられる素子又は部材及びその同等物を含むことを意味する。「接続」又は「連結」等の類似する用語は、物理的又は機械的接続に限定されず、直接接続されるか間接的に接続されるかに関わらず、電気的接続を含んでもよい。「上」、「下」等は、相対位置関係を示すだけであり、説明対象の絶対位置が変わると、該相対位置関係もその分変化する可能性がある。
【0018】
周知のように、燃焼は、物理的・化学的変化が動的に結合され、相互作用する複雑な過程である。火炎は弱イオン化現象であり、熱エネルギー伝導、分子拡散は火炎の正常な伝播にとって重要な要素である。初期の試験によると、ガスが強い電磁場の作用下で、火炎中のイオンが加速し、中性粒子を駆動して乱流を形成させる。均質燃焼は、熱力学的燃焼とは異なり、燃料の化学エネルギーを機械エネルギー（運動エネルギー）に変換して仕事を実現し、従って、均質燃焼は、間欠（パルス）式であり、排気量が小さく、時間が短く（最小はｍｓレベル）、空間が制限される（シリンダ制約）等の基本的な特徴を有する。省エネ・排出削減の最初の段階はエネルギー形態の変換を最大限に実現することである。
【0019】
内燃機関は、１００年以上の発展を通じて、技術が進歩しているが、現在では以下の問題が存在している。（１）点火又は圧縮点火という従来の着火方式は燃焼室の構造を決めており、燃焼室をメインキャビティ、サブキャビティに分けるための改良はいくつかあり、メイン燃焼室を弱いスワール流薄板型、中スワール流盤型、ω型、凹み型、強いスワール流Ｍ型等の複数の形状に設計するが、燃焼室の共通の特徴は「シングルキャビティ型」の構造であり、理想的な着火及び燃焼の多発性及び均一性を実現しにくいことが証明された。（２）燃焼という重要な過程で、従来の設計理念は「点火又は圧縮点火後のことを放任する」という簡単な方式を採用し、一回の間欠（パルス）式燃焼の全過程管理を考慮せず、特に、燃焼発展過程中のガス分子密度、圧力勾配、温度勾配及び酸素濃度等の重要パラメータの動的変化の影響を深く考慮せず、さらに対応する有効な解決策を提案していない。勿論、従来の燃焼室のキャビティ形、点火装置又は圧縮点火装置及び着火方式では、パラメータの動的変化の影響を考慮したくても、実現できない。（３）プラズマ点火（着火）を採用する従来の特許技術の多くは、「電火点火（着火）」及び「点火又は圧縮点火後のことを放任する」という古い技術に限定され、根本的な技術革新がない。（４）省エネ・排出削減の標準がますます厳しくなる中、世界の各大手自動車会社はこれまで以上に新しい燃焼技術を重要視し、均質圧縮着火（Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎ Ｉｇｎｉｔｉｏｎ、ＨＣＣＩ）技術は、時代に応じて登場し、トレンドになっており、点火、圧縮点火は均質圧縮着火へ発展する傾向を示す。これまで、均質圧縮自己着火燃焼エンジンＰＣＣＩ、複合燃焼式エンジンＣＣＳ等の複数のバージョンが発売されている。しかし、上記エンジンを実際に使用した結果、ＨＣＣＩ運転モードは、エンジンの全負荷範囲内の狭い中負荷域のみで信頼できる圧縮点火及び燃焼を実現でき、低負荷域、高負荷域では、理想的な燃焼は言うまでもなく、信頼できる圧縮点火さえも実現できず、ひいては燃焼が困難であり、従って、アイドリング（又は起動）、高速加速、高速運転時にこの技術革新を使用せずに、従来のスパークプラグ点火を補充として使用しなければならない。そのため、実際のＨＣＣＩは、均質燃焼のより効率的な省エネ・排出削減の問題を根本的に解決できず、妥協案に過ぎず、その効果は設計当初の意図からはるかに遠い。
【0020】
以上のように、内燃機関技術の発展はまだ多くの余地があり、より高度な技術的改良をさらに探求する必要があり、実際の市場でも、内燃機関技術の改良が急務となっている。
【0021】
本開示の実施例は以下の目的を実現するためのものである。（１）「均質」に基づき多発的で均一な着火を本格的に追求し、燃焼遅延が短く、反応速度が正常で、発展状態が均一で、残存物がなく、仕事効率が高い理想的な燃焼をさらに追求し、このような理想的な燃焼は「均一燃焼」と略称される。（２）ピストン運動の特徴を組み合わせて、特殊な放電構造及びそれとマッチングする燃焼室キャビティ形を設計し、電気エネルギーが点火（着火）にしか用いられないという従来の理念を打ち破る。「面放電」の方法で、放電エネルギー（イオン化度）及びタイミング（又は時刻）を正確に制御し、さまざまなイオン化強度及び複数のステップで放電を実行する。先ず、圧縮過程での低圧均質ガスを予備イオン化し、ガス分子の運動活性を向上させ、次に、圧縮後の高圧均質ガスをイオン化し、所定形状の大体積プラズマ雲（プラズマ）を発生させる。プラズマ雲（プラズマ）の光エネルギー、射線エネルギー、電磁エネルギー、熱エネルギー等の放射作用、即ち雲の励起を利用し、多発的で均一な着火を確実に実現し、燃焼の開始及び発展のために、単一の「自己着火温度」よりも有利な「自己着火温度＋プラズマ雲励起」の二重の有益な条件を提供する。（３）「点火又は圧縮点火後のことを放任する」という古い技術を革新し、一回の間欠（パルス）式燃焼に対して時間次元上の全過程、空間次元上の全（燃焼室）領域の精細な制御（全過程全領域制御と略称する）を実行する。特に、燃焼発展の中期、後期に適度な放電エネルギーを維持し続けて、燃焼を強化し、「均一燃焼」状態を実現し、さらに必要な電磁エネルギー場という「ソフト条件」を提供する。（４）特殊な放電構造に合わせるために、元の「シングルキャビティ型」を「分散型マルチキャビティ」構造に改良するように燃焼室のキャビティ形を革新し、理想的な多発的で均一な着火及び均一燃焼を確実に実現するために、爆燃の発生を回避し、さらに必要な機械的構造という「ハード条件」を提供する。（５）上記の技術革新の思想を十分に実行し、これらの抜本的な改革を堅持しないと、従来の電気スパークプラグ、圧縮点火装置、燃焼室構造及び作動モードは、「全過程全領域制御」を実現できず、また、理想的な多発的で均一な着火及び均一燃焼も実現できない。（６）燃焼効率、バーンアウト率及び有効仕事を最大限に向上させ、より厳しい省エネ・排出削減標準を満たし、次世代エンジンの研究のために、適切で実行し得る技術案を提供し、強固な産業基盤を構築する。
【0022】
本開示の少なくとも１つの実施例はプラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電機構を提供し、該ピストン放電構造は、可動電極、分散型マルチキャビティ構造燃焼室、固定電極及び間隔可変放電領域を含む。可動電極はピストンの最上部に設けられ、第１組み合わせ形状及び第１可動電極構造を有し、分散型マルチキャビティ構造燃焼室はピストンの最上部に設けられ、固定電極はシリンダブロックの最上部又はシリンダヘッドの底部に設けられ、第２組み合わせ形状及び第２構造を有し、間隔可変放電領域は前記可動電極と前記固定電極によって構成される。
【0023】
本開示の実施例に係るプラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電機構（Ｐｌａｓｍａ Ｅｘｃｉｔｉｎｇ Ｈｏｍｏｇｅｎｅｏｕｓ Ｃｈａｒｇｅ Ｕｎｉｆｏｒｍ Ｃｏｍｂｕｓｔｉｏｎ）は、「雲エンジン」又はＰＥＨＣＵＣと略称され、該ピストン放電機構の作動原理は、関連する均質圧縮着火技術とは異なる。該ピストン放電機構は、エンジンの多発的で均一な着火及び均一燃焼を実現し、燃焼効率を大幅に向上させ、より高い省エネ排出標準を満たすことができ、さらに、気相均質が完全であり、全燃焼室領域及び全燃焼過程の制御が正確であり、予備イオン化が均質ガス分子の運動活性を向上させ、プラズマ雲が多発的な着火及び燃焼を励起させ、ポストイオン化が燃焼の発展を強化し、燃焼残存がないという技術的効果を有する。
【0024】
以下、図面を参照しながら本開示の実施例及びいくつかの例を詳細に説明する。
【0025】
図１Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係るピストン放電構造の模式図であり、図１Ｂは本開示の少なくとも別の実施例に係るピストン放電構造の模式図であり、図１Ｃは本開示の少なくともさらに別の実施例に係るピストン放電構造の模式図である。
【0026】
例えば、図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、ピストン放電構造は、可動電極１、分散型マルチキャビティ構造燃焼室２、固定電極３及び間隔可変放電領域４を含む。可動電極１はピストン１３の最上部１３１に設けられ、第１組み合わせ形状及び第１可動電極構造を有する。分散型マルチキャビティ構造燃焼室２はピストンの最上部１３１に設けられ、分散型マルチキャビティ構造燃焼室２はピストンの上面１３２及び可動電極１の第１可動電極構造から形成される。固定電極３はシリンダブロック２２１の最上部２２２に設けられてもよく（図１Ｂ及び図１Ｃ参照）、シリンダヘッド１２１の底部１２２に設けられてもよい（図１Ａ参照）。固定電極３と可動電極１は、ピストン１３に垂直な方向に対向して設けられ、エンジンの作動過程で、固定電極３と可動電極１の対向する端面の間に放電現象が発生する。間隔可変放電領域４は、可動電極１と固定電極３によって構成され、即ち、間隔可変放電領域４は可動電極１と固定電極３との間の空間であり、間隔可変放電領域４の間のガスはガスイオン化現象が発生し、それにより、プラズマ気流が発生する。該ピストン放電機構は、エンジンの多発的で均一な着火及び均一燃焼を実現し、燃焼効率を大幅に向上させ、より高い省エネ排出標準を満たすことができる。
【0027】
なお、第１可動電極構造は複数の放電電極からなる複合構造であってもよく、第１組み合わせ形状とは、第１可動電極構造の複数の放電電極からなる複合構造の形状を指し、後で図面を参照して詳細に説明する。可動電極１及び固定電極３に記載の「移動」及び「固定」という２つの用語は本開示の実施例を制限するものではない。いくつかのエンジンでは、固定電極３が移動可能であり、可動電極１が固定して設けられる可能性もある。分散型マルチキャビティ構造燃焼室２について記載の「分散型マルチキャビティ構造」は本開示の実施例を制限するものではない。間隔可変放電領域４について記載の「間隔可変放電」は本開示の実施例を制限するものではなく、間隔可変放電領域４の間隔変化は、エンジンが作動する時の運動時刻に対するものである。
【0028】
例えば、可動電極は少なくとも１つの第１放電電極を含む。少なくとも１つの第１放電電極はピストンの最上部に設けられ、第１組み合わせ形状及び第１可動電極構造を有し、少なくとも１つの第１放電電極はピストンと一体に設けられる。少なくとも１つの第１放電電極はピストンに追従して往復運動でき、ピストンはエンジンのクランクロッドに接続され、ピストンはエンジンのクランクロッドを介して共通アースに接続される。図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、可動電極１は複数の第１放電電極を含む。複数の第１放電電極はピストンの最上部１３１に設けられ、第１組み合わせ形状及び第１可動電極構造を有し、複数の第１放電電極はピストン１３と一体に設けられる。複数の第１放電電極の上端面は、ピストンの上面１３２の部分である。複数の第１放電電極はピストン１３に追従して往復運動でき、ピストン１３はエンジンのクランクロッドに接続され、ピストン１３はエンジンのクランクロッドを介して共通アースに接続される。つまり、可動電極１は接地される。
【0029】
例えば、ピストン１３の直径は１１０ｍｍ～１３０ｍｍであってもよく、例えば１２０ｍｍである。
【0030】
例えば、図２は本開示の少なくとも１つの実施例に係る可動電極の模式図である。図２に示すように、可動電極１は１グループのオープン放電リング１－１－Ｎを含み、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎはピストンの最上部１３１に設けられ、ピストンの上面１３２の幾何学的中心と同心である。ピストンの上面１３２は、固定電極２に面するピストンの最上部１３１の端面である。「少なくとも１グループのオープン放電リング」の「オープン」という用語は、図２に示すように、１グループのオープン放電リングの平面形状が円周において不連続であることを示す。
【0031】
例えば、図２に示すように、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎは、第１最内層放電リング１－１－１、第１最外層放電リング１－１－３、及び第１最内層放電リング１－１－１と第１最外層放電リング１－１－３との間に位置する少なくとも１つの第１中間層放電リング１－１－２を含む。例えば、少なくとも１つの第１中間層放電リング１－１－２の数が１つであることを例とすると（図２）、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎは３つの放電リングを含む。第１最内層放電リング１－１－１、第１最外層放電リング１－１－３及び第１中間層放電リング１－１－２は同心の円環状である。可動電極１の１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの入れ子構造は、エンジン内のガスイオン化の均一性に有益である。
【0032】
例えば、他の実施例では、第１中間層放電リング１－１－２の数は２つ、３つ等であってもよく、エンジンのピストンのサイズに基づいて１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電リングの数を設計することができ、本開示の実施例はこれに限定されない。
【0033】
例えば、図３Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る可動電極の、図２のＡ１－Ｂ１線に沿った断面模式図であり、図３Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る可動電極の、図２のＡ２－Ｂ２線に沿った断面模式図である。図３Ａ及び図３Ｂに示すように、第１最内層放電リング１－１－１は第１高さを有し（例えば、第１最内層放電リング１－１－１は、ピストントップランド１３３の内縁１３４に対して固定電極２の方向に向かって突出する）、第１最内層リング１－１－１の径方向に沿った第１最内層放電リング１－１－１の断面は上狭下広の台形である。ピストントップランド１３３とはピストンの側縁を指す。内縁とはピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０に接近するエッジを指す。該台形の底面はトップランド１３３の上面と同じ平面に位置する。同様に、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの径方向に沿った第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の断面形状は、第１最内層リング１－１－１の径方向に沿った第１最内層放電リング１－１－１の断面形状と同じである。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎは複数の放電面１－２－Ｎを含む。第１最内層放電リング１－１－１の上端狭面は放電面１－２－１であり、即ち、第１最内層放電リング１－１－１の固定電極２に接近する端面は放電面１－２－１である。第１最内層放電リング１－１－１の放電面は固定電極２と対向して設けられる。第１最内層放電リング１－１－１の放電面はまたピストンの上面１３２とされる。例えば、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎはピストン１３と一体に形成され、例えばピストンの上面１３２の部分は放電面１－２－Ｎである。同様に、第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の上端狭面は放電面１－２－２及び放電面１－２－３である。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの複数の放電面１－２－Ｎは高さが同じであり、平行である。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの径方向に沿った１グループのオープン放電リング１－１－Ｎのそれぞれの幅Ｗ１の範囲は０．５～５ｍｍであり、例えば幅Ｗ１は１．５ｍｍである。第１最内層リング１－１－１の径方向に沿った第１最内層放電リング１－１－１の断面の底面の幅は、例えば３ｍｍである。なお、ここでの幅とは、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの径方向に沿った１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電面１－２－Ｎの幅を指す。
【0034】
例えば、他の実施例では、第１中間層放電リング１－１－２の数は２、３、４等であってもよいが、本開示の実施例はこれに限定されない。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの径方向に沿った第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の断面形状は、第１最内層リング１－１－１の径方向に沿った第１最内層放電リング１－１－１の断面形状と互いに異なってもよい。例えば、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの径方向に沿った第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の断面の側辺は円弧状に設けられる。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの複数の放電面１－２－Ｎは高さが同じではないように設けられてもよい。例えば、ピストン１３の中心Ｘ０からピストン１３のエッジに向かう方向に、第１最内層放電リング１－１－１、第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の高さは徐々に増加し、又は徐々に減少する。
【0035】
例えば、図２及び図３Ａに示すように、第１最内層放電リング１－１－１の内側からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０までの距離Ｄ１の範囲は１～９．５ｍｍであり、例えば９ｍｍである。内側はピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０に接近する側を示す。第１最内層リング１－１－１の外側から第１最内層放電リング１－１－１に隣接する第１中間層放電リング１－１－２の内側までの距離Ｄ１１は、第１最内層放電リング１－１－１の内側からピストンの上面１３２の幾何学的中心Ｘ０までの距離Ｄ１の２倍であり、例えば１８ｍｍである。外側はピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０から離れた側を示す。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎのうち隣接する２つの放電リングの対向する両側の間の距離Ｄ１２（例えば、第１中間層放電リング１－１－２の外側と第１最外層放電リング１－１－３の内側）も、第１最内層放電リング１－１－１の内側からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０までの距離Ｄ１の２倍であり、例えば１８ｍｍである。第１最外層放電リング１－１－３の外側からピストントップランド１３３の内縁１３４までの距離Ｄ１３は、第１最内層放電リング１－１－１の内側からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０までの距離Ｄ１に等しく（例えば、ほぼ等しい）、例えば９ｍｍである。
【0036】
例えば、ピストントップランド１３３の幅は２～３ｍｍであり、例えば２．５ｍｍである。
【0037】
例えば、図２及び図３Ｂに示すように、可動電極１は複数のノッチＫ１をさらに含む。複数のノッチＫ１は、円周を均等に分割するように１グループのオープン放電リング１－１－Ｎに分布する。複数のノッチＫ１のそれぞれの幅Ｍ１の範囲は２～１０ｍｍであり（例えば、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの円周方向に沿ったノッチＫ１の幅）、例えば幅Ｍ１は６ｍｍである。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎのそれぞれの放電リングに少なくとも１つのノッチＫ１が設けられる。例えば、図２に示すように、複数のノッチＫ１が設けられ、ノッチＫ１の数は第１最内層放電リング１－１－１からリング１つずつ増加する。つまり、第１最内層放電リング１－１－１、第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３に開けられたノッチＫ１の数は徐々に増加する。第１最内層放電リング１－１－１に設けられたノッチＫ１は、第１最内層放電リング１－１－１の径方向に沿って位置合わせるように、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎのそれぞれの放電リングに設けられる。つまり、第１最内層放電リング１－１－１に設けられたノッチＫ１は、対応して、第１最外層放電リング１－１－３及び第１中間層放電リング１－１－２に開けられる。例えば、第１最内層放電リング１－１－１には円周を均等に分割するように３つのノッチＫ１が設けられ、３つのノッチＫ１間の夾角は６０°である。第１最内層放電リング１－１－１の径方向に沿って、第１最内層放電リング１－１－１の３つのノッチＫ１に対応する位置に、それぞれ第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３に３つのノッチＫ１が開けられる。第１最内層放電リング１－１－１に隣接する第１中間層放電リング１－１－２には、第１最内層放電リング１－１－１の３つのノッチＫ１からずらされた３つのノッチＫ１がさらに設けられ、第１中間層放電リング１－１－２に増設されたノッチＫ１の数は、第１最内層放電リング１－１－１のノッチＫ１の数と同じであり、例えば３つである。即ち、第１中間層放電リング１－１－２のノッチＫ１の数は、第１最内層放電リング１－１－１のノッチＫ１の数の２倍である。第１中間層放電リング１－１－２に設けられた６つのノッチＫ１は円周を均等に分割するように分布し、隣接する２つのノッチＫ１間の夾角は３０°である。第１最外層放電リング１－１－３には、第１最外層放電リング１－１－３に隣接する第１中間層放電リング１－１－２に設けられた複数のノッチＫ１からずらされた複数のノッチＫ１がさらに設けられ、第１最外層放電リング１－１－３に増設されたノッチＫ１の数は、第１中間層放電リング１－１－２に設けられたノッチＫ１の数と同じであり、例えば６つである。即ち、第１最外層放電リング１－１－３のノッチＫ１の数は第１中間層放電リング１－１－２のノッチＫ１の数の２倍である。第１最外層放電リング１－１－３に設けられた１２個のノッチＫ１は円周を均等に分割するように分布し、隣接する２つのノッチＫ１間の夾角は１５°である。上記の規則にしたがって、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎのそれぞれの放電リングにノッチＫ１が設けられる。ノッチＫ１は１グループのオープン放電リング１－１－Ｎのそれぞれの放電リングをマルチセグメント構造に分割し、ガスイオン化の均一性に有益であり、さらにエンジンの多発的で均一な着火及び均一燃焼の実現に寄与する。
【0038】
例えば、他の実施例では、第１最内層放電リング１－１－１に設けられたノッチＫ１の数は４つ等であってもよい。そのような場合に対応して、第１中間層放電リング１－１－２に設けられたノッチＫ１の数は８つ等であってもよく、第１最外層放電リング１－１－３に設けられたノッチＫ１の数は１６個等であってもよい。
【0039】
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、分散型マルチキャビティ構造燃焼室２は、第１最外層放電リング１－１－１の内側、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの隣接する２つの放電リングの間（例えば、第１最内層放電リング１－１－１の外側と第１中間層放電リング１－１－２の内側との間、第１中間層放電リング１－１－２の外側と第１最外層放電リング１－１－３の内側との間）、及び第１最外層放電リング１－１－３の外側の凹領域（例えば、第１最外層放電リング１－１－３の外側とピストントップランドの内縁１３４との間）を含む。分散型マルチキャビティ構造燃焼室２は燃焼室メインキャビティ２－１及び燃焼室サブキャビティ２－２を含む。
【0040】
例えば、図３Ａ及び図３Ｂに示すように、燃焼室メインキャビティ２－１は、第１最外層放電リング１－１－１の内側の平らな「ω」字形に凹んだ領域であり、燃焼室メインキャビティ２－１の凹部の直径は第１最内層放電リング１－１－１の内側からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０までの距離の２倍である。燃焼室メインキャビティの最大深さＨ１（図３Ａに示される）の範囲は０．５～５ｍｍであり、例えば最大深さＨ１は２．３ｍｍである。燃焼室サブキャビティ２－２は、１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの隣接する２つの放電リングの間（例えば、第１最内層放電リング１－１－１の外側と第１中間層放電リング１－１－２の内側との間、第１中間層放電リング１－１－２の外側と第１最外層放電リング１－１－３の内側との間）及び第１最外層放電リング１－１－３の外側の凹領域（例えば、第１最外層放電リング１－１－３の外側とピストントップランドの内縁１３４との間）を含む。燃焼室サブキャビティ２－２の凹み深さは、ピストントップランド１３４からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０に向かって徐々に大きくなる。例えば、第１最内層放電リング１－１－１の外側と第１中間層放電リング１－１－２の内側との間の深さＨ１１＞第１中間層放電リング１－１－２の外側と第１最外層放電リング１－１－３の内側との間の深さＨ１２＞第１最外層放電リング１－１－３の外側とピストントップランドの内縁１３４との間の深さＨ１３である。燃焼室サブキャビティ２－２の凹み深さ（例えば、深さＨ１１、深さＨ１２又は深さＨ１３）は燃焼室メインキャビティの最大深さの３０％～７０％である。
【0041】
例えば、第１最内層放電リング１－１－１の外側と第１中間層放電リング１－１－２の内側との間の深さＨ１１の範囲は、例えば２．０～２．２ｍｍであり、例えば２．１ｍｍである。例えば、第１中間層放電リング１－１－２の外側と第１最外層放電リング１－１－３の内側との間の深さＨ１の範囲は、例えば１．８～２．０ｍｍであり、例えば１．９ｍｍである。例えば、第１最外層放電リング１－１－３の外側とピストントップランドの内縁１３４との間の深さＨ１３の範囲は、例えば１．６～１．８ｍｍであり、例えば１．７ｍｍである。
【0042】
例えば、図２及び図３Ａに示すように、ピストン放電構造はスキッシュ流ガイド突起２－１－１をさらに含む。スキッシュ流ガイド突起２－１－１は燃焼室メインキャビティ２－１の凹み中心に設けられ、凹み中心はピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０と重なる。スキッシュ流ガイド突起２－１－１の縦断面は「ベル型」である。なお、「ベル型」とは、スキッシュ流ガイド突起２－１－１の縦断面の輪郭形状の上半が放物線に類似することを指す。スキッシュ流ガイド突起２－１－１の底面積は燃焼室メインキャビティ２－１の底面積の２０％～５０％である。例えば、スキッシュ流ガイド突起２－１－１の底面の幅は５．４ｍであり、スキッシュ流ガイド突起２－１－１の高さＨ２は燃焼室メインキャビティの最大深さＨ１の５０％～７０％であり、例えば高さＨ２は１．３ｍｍである。
【0043】
なお、スキッシュ流ガイド突起２－１－１に記載の「スキッシュ流ガイド」は本開示の実施例を制限するものではなく、異なる技術的特徴の名称を区別するためのものに過ぎない。
【0044】
例えば、図２及び図３Ｂに示すように、ピストン放電構造は複数グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎをさらに含む。複数グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎは、燃焼室サブキャビティ２－２と可動電極１の複数のノッチＫ１との交差位置に設けられ、スキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎは交差位置の中心に位置する。例えば、複数グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎは、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３を含む。第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の数は、それぞれ第１最内層放電リング１－１－１、第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３のノッチＫ１の数と同じであり、即ち、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１の数は３つであり、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２の数は６つであり、第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の数は１２個である。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの径方向に沿った第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の長さは同じである（例えば、ほぼ同じである）。１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの円周方向に沿った第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の幅は同じである（例えば、ほぼ同じである）。それにより、プラズマの流れは、第１最内層放電リング１－１－１、第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の間でより均一である。
【0045】
例えば、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジの高さは同じではなく、又は同じである。図３Ｂに示すように、スキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎのリッジ高さは、燃焼室メインキャビティの最大深さＨ１の３０％～７０％である。例えば、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１のリッジ高さＨ３は、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１の上端面（即ち、固定電極３に接近する表面）から第１最内層放電リング１－１－１の内側の最低点までの距離であり、例えば、リッジ高さＨ３は１．２５ｍｍである。例えば、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２のリッジ高さＨ４は、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２の上端面（即ち、固定電極３に接近する表面）から第１最内層放電リング１－１－１の外側と第１中間層放電リング１－１－２の内側との間の領域の最低点までの距離であり、例えばリッジ高さＨ４は１．１５ｍｍである。例えば、第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３のリッジ高さＨ５は、第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の上端面（即ち、固定電極３に接近する表面）から第１中間層放電リング１－１－２の外側と第１最外層放電リング１－１－３の内側との間の領域の最低点までの距離であり、例えばリッジ高さＨ５は１．１２ｍｍである。例えば、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の上端面は面一である。例えば、スキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎは「ベル型」の断面を有する。スキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎの長手方向の両側にガイドスロープが対称的又は非対称的に設けられ、スキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎの短手方向の両側にガイドスロープが対称的又は非対称的に設けられる。それにより、プラズマの流れは、第１最内層放電リング１－１－１、第１中間層放電リング１－１－２及び第１最外層放電リング１－１－３の間でより均一であり、ガスイオン化の均一性に有益であり、エンジンの多発的で均一な着火及び均一燃焼の実現に寄与する。
【0046】
例えば、図２に示すように、燃焼室メインキャビティ２－１及び燃焼室サブキャビティ２－２は複雑な「ラビリンス型」に形成され、その結果、エンジン内のガスイオン化はより十分であり、燃焼はより均一である。
【0047】
なお、複数グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎについて記載の「スキッシュ流ガイド」は本開示の実施例を制限するものではなく、本開示の実施例では、「スキッシュ流ガイド」は別の技術特徴の名称を区別することに用いられる。
【0048】
例えば、他の実施例では、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１の数は４つ等であってもよい。このような場合に対応して、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２の数は８つ等であってもよく、第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の数は１６個等であってもよい。
【0049】
例えば、他の実施例では、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の上端面は、面一ではなくてもよい。例えば、ピストン１３の中心からピストン１３のエッジに向かう方向に、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１、第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２及び第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３の上端面は互いにずれる。
【0050】
例えば、他の実施例では、ピストン放電構造は第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３を含まなくてもよく、即ち、第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１及び第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２のみが設けられ、本開示の実施例はこれに限定されない。
【0051】
例えば、固定電極は、シリンダブロックの最上部又はシリンダヘッドの底部に固定され、第２組み合わせ形状及び第２構造を有する少なくとも１つの第２放電電極である。図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃに示すように、固定電極３は、シリンダブロックの最上部２２２又はシリンダヘッドの底部１２２に固定され、第２組み合わせ形状及び第２構造を有する複数の第２放電電極である。複数の第２放電電極は可動電極１の真上に位置し、可動電極１の放電面に向かう複数の第２放電電極の端面は放電面とされる。可動電極１が上死点ＴＤＣ位置にある場合、複数の第２放電電極と可動電極１との間には、固定電極３に垂直な方向に固定ギャップがあり、複数の第２放電電極は外部電源に接続されて、固定電極３と可動電極１との間に電圧差を形成する。
【0052】
なお、第２構造は複数の第２放電電極からなる複合構造であってもよく、第２組み合わせ形状とは、第２構造の複数の第２放電電極からなる複合構造の形状を指し、後で図面を参照して詳細に説明する。上死点ＴＤＣ位置とは、エンジン作動過程で、ピストン１３が上下往復移動の過程でシリンダヘッド１２１と最も近い位置を指す。
【0053】
例えば、図４は本開示の少なくとも１つの実施例に係る固定電極の模式図である。図４に示すように、固定電極３は１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎを含み、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎは、可動電極１の１グループのオープン放電リング１－１－Ｎと同じ幾何学的中心を有し且つ形状の輪郭が類似する。１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎは、第２最内層放電リング３－１－１、第２最外層放電リング３－１－３、及び第２最内層放電リング３－１－１と第２最外層放電リング３－１－３との間に位置する少なくとも１つの第２中間層放電リング３－１－２を含む。例えば、少なくとも１つの第２中間層放電リング３－１－２の数が１つであることを例とすると（図４）、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎは３つの放電リングを含む。第２最内層放電リング３－１－１、第２最外層放電リング３－１－３及び第２中間層放電リング３－１－２は同心の円環状である。固定電極３の１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの入れ子構造は、エンジン内のガスイオン化の均一性に有益であり、ガスイオン化の均一性に有益であり、エンジンの多発的で均一な着火及び均一燃焼の実現に寄与する。
【0054】
例えば、他の実施例では、第２中間層放電リング３－１－２の数は２つ、３つ等であってもよいが、本開示の実施例はこれに限定されない。
【0055】
例えば、図５Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る固定電極の、図４のＡ３－Ｂ３線に沿った断面模式図であり、図５Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る固定電極の、図４のＡ４－Ｂ４線に沿った断面模式図であり、図５Ａ及び図５Ｂに示すように、第２最内層リング３－１－１の径方向に沿った第２最内層放電リング３－１－１の断面は矩形であり、第２最内層放電リング３－１－１の厚さＨ２１（図５Ａ参照）（即ち、第２最内層リング３－１－１の径方向に沿った幅）の範囲は１～８ｍｍであり、例えば厚さＨ２１は４ｍｍである。同様に、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの径方向に沿った第２中間層放電リング３－１－２及び第２最外層放電リング３－１－３の断面形状は、第２最内層リング３－１－１の径方向に沿った第２最内層放電リング３－１－１の断面形状と同じである。１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎは複数の放電面３－２－Ｎを含む。第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に向かう第２最内層放電リング３－１－１の端面は放電面３－２－１とされる。同様に、第２中間層放電リング３－１－２及び第２最外層放電リング３－１－３の端面はそれぞれ放電面３－２－２及び放電面３－２－３である。１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの複数の放電面３－２－Ｎは高さが同じであり（例えば、ほぼ同じである）且つ平行である。第２最内層放電リング３－１－１の幅Ｗ２１（図５Ａ参照）（即ち、第２最内層放電リング３－１－１の放電面３－２－１の幅）の範囲は０．２～４ｍｍであり、例えば幅Ｗ２１は２ｍｍである。
【0056】
例えば、他の実施例では、第２中間層放電リング３－１－２の数は２、３、４等であってもよいが、本開示の実施例はこれに限定されない。１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの径方向に沿った第２中間層放電リング３－１－２及び第２最外層放電リング３－１－３の断面形状は、第２最内層リング３－１－１の径方向に沿った第２最内層放電リング３－１－１の断面形状と互いに異なってもよい。例えば、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの径方向に沿った第２中間層放電リング３－１－２及び第２最外層放電リング３－１－３の断面の側辺は円弧状に設けられる。１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの複数の放電面３－２－Ｎは高さが同じではないように設けられてもよい。例えば、ピストン１３の中心からピストン１３のトップランド１３３に向かう方向に、第２最内層放電リング３－１－１、第２中間層放電リング３－１－２及び第２最外層放電リング３－１－３の高さは徐々に増加し、又は徐々に減少する。
【0057】
例えば、図２及び図４に示すように、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎと１グループのオープン放電リング１－１－Ｎとは、放電リングの数が同じであり、位置が対向し（即ち、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎと１グループのオープン放電リング１－１－Ｎとの軸線は重なる）、その結果、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎと１グループのオープン放電リング１－１－Ｎとの放電面を互いに対向させ、それにより、作動過程でのエンジンのガスイオン化能力を向上させる。
【0058】
例えば、図６は本開示の少なくとも１つの実施例に係る別の固定電極の模式図である。図４及び図６に示すように、ピストン放電構造は、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート３－３、複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌ、及び複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎをさらに含む。例えば、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート３－３は、数が１つであり、給電導入端子１７（図１Ａ、図１Ｂ及び図１Ｃ参照）に接続して、外部電源に接続することに用いられる。
【0059】
例えば、図７は本開示の少なくとも１つの実施例に係る固定電極の、図６のＡ５－Ｂ５線に沿った断面模式図である。図６及び図７に示すように、円筒形給電接続ポート３－３が可動電極１の中心位置、即ち固定電極２の中心位置に設けられる場合、円筒形給電接続ポート３－３はねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体であり、円筒形給電接続ポート３－３の厚さＨ３４（図７参照）及び直径の範囲は３～１０ｍｍである。例えば、円筒形給電接続ポート３－３の厚さは４ｍｍであり、円筒形給電接続ポート３－３の直径は５ｍｍである。
【0060】
例えば、図５Ｂに示すように、複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌは、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌ、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌ、及び第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌを含む。複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌのそれぞれの厚さは第２最内層放電リング３－１－Ｎの厚さＷ２１の６０％～８５％であり、例えば、複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌのそれぞれの厚さは３．５ｍｍである。複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌのそれぞれの幅Ｗ３２の範囲は１～９ｍｍであり、例えば幅Ｗ３２は２ｍｍである。
【0061】
例えば、図６に示すように、複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌは、第２最内層放電リング３－１－１の内側に位置する第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌ（円筒形給電接続ポート３－３が固定電極３の中心に設けられる場合、図６に示すように、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌは円筒形給電接続ポート３－３と第２最内層放電リング３－１－１を連通する）、第２最内層放電リング３－１－１と第２中間層放電リング３－１－２を連通する第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌ、及び第２中間層放電リング３－１－２と第２最外層放電リング３－１－３を連通する第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌを含む。複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌの各グループの数は異なり、例えば、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌ、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌ及び第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌの数は互いに異なる。複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌは、ピストントップランド１３３からピストンの上面１３２の幾何学的中心の方向に向かって１グループずつ一倍を増やす。つまり、第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌの数は、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌの数の２倍であり、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌの数は、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌの数の２倍である。例えば、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌと第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１との位置は対向し、且つ第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌと第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１との数は同じである。例えば、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌと第２グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－２とは位置が対向し、且つ数が同じである。例えば、第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌと第３グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－３とは位置が対向し、且つ数が同じである。複数グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－Ｎの分布形態を参照し、複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌに含まれる各グループは円周を均等に分割するように千鳥状に分布する。例えば、図６に示すように、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌの数は３つであり、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌの数は６つであり、第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌの数は１２個である。複数グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－Ｎ－Ｌによって、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの放電面３－２－Ｎの放電量をより均一にすることができる。
【0062】
例えば、他の実施例では、第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌの数は４つであってもよい。このような場合に対応して、第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌの数は８つであってもよく、第３グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－３－Ｌの数は１６個であってもよい。
【0063】
なお、本開示の実施例に記載の「位置が対向する」とは、例えば、ピストン１３に垂直な方向における第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌの正投影と、ピストン１３に垂直な方向における第１グループのスキッシュ流ガイドリッジ２－２－１の正投影とは、軸線が重なり且つ形状が同じであることを指す。
【0064】
例えば、図４及び図５Ｂに示すように、複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎは円周を均等に分割するように分布する３つの湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎを含む。なお、「湾曲形」は絶対的なものではなく、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎは直線形であってもよく、本開示の実施例はこれに限定されない。例えば、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの数は４、５、６等であってもよく、本開示はこれに限定されない。複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎはインピーダンス整合の役割を果たすことができる。
【0065】
例えば、図４及び図５Ｂに示すように、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの厚さＨ３１及び幅Ｗ３３の範囲は１～９ｍｍである。例えば、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの厚さＨ３１は４ｍｍであり、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの幅Ｗ３３は４ｍｍである。複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの隣接する２つの間の夾角は６０°である。複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの一端は、第２最外層放電リング３－１－３に接続され、複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎの他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、シリンダブロックの最上部２２２又はシリンダヘッドの底部１２２に締結される。
【0066】
例えば、別の実施例では、図４に示すように、円筒形給電接続ポート３－３が第２最外層放電リング３－１－３と第２最外層放電リング３－１－３に接続された第２グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－２－Ｌのうちの１つとの交差位置に設けられる場合、円筒形給電接続ポート３－３はねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体であり、円筒形給電接続ポート３－３の厚さＨ３４（図７に示される）及び直径の範囲は３～１０ｍｍである。例えば、円筒形給電接続ポート３－３の厚さは４ｍｍであり、円筒形給電接続ポート３－３の直径は５ｍｍである。第１グループの直線形径方向接続インダクタ３－４－１－Ｌは１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの中心交差箇所に連通する。
【0067】
例えば、図８に示すように、間隔可変放電領域４は第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１と第２最内層放電リング３－１－１の放電面３－２－１との間により形成され、即ち、１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの放電面３－２－Ｎと１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電面１－２－Ｎとの間により形成される。例えば、少なくとも１つの第１放電電極と固定電極３とは、形状が同じであり、軸線が重なる。少なくとも１つの第２放電電極と可動電極１は、形状が同じであり、且つ軸線が重なる。例えば、第２最内層放電リング３－１－１の上端面と第１最内層放電リング１－１－１の上端狭面は平行し、且つ第２最内層放電リング３－１－１と第１最内層放電リング１－１－１との中心線Ｘ１は位置合わせるように設けられる。例えば、第２中間層放電リング３－１－２の上端面と第１中間層放電リング１－１－２の上端狭面は平行であり、且つ第２中間層放電リング３－１－２と第１中間層放電リング１－１－２との中心線Ｘ２は位置合わせるように設けられる。例えば、第２最外層放電リング３－１－３の上端面と第１最外層放電リング１－１－３の上端狭面は平行であり、且つ第２最外層放電リング３－１－３と第１最外層放電リング１－１－３との中心線Ｘ３は位置合わせるように設けられる。
【0068】
例えば、図１３は本開示する一実施例に係る可変放電間隔の模式図である。図１３に示すように、ピストン１３の運動に追従する第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１の異なる位置又は時刻に基づいて、間隔可変放電領域４は第１予備イオン化領域４－１、第２イオン化領域４－２及び第３強化燃焼領域４－３にさらに細分される。第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に垂直な方向に沿った第１予備イオン化領域４－１の長さＳ１１＞第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に垂直な方向に沿った第３強化燃焼領域４－３の長さＳ１３＞第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に垂直な方向に沿った第２イオン化領域４－２の長さＳ１２である。第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に垂直な方向に沿った第１予備イオン化領域４－１の長さＳ１１の範囲は０．２～１ｍｍであり、例えば長さＳ１１は０．３ｍｍである。第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に垂直な方向に沿った第２イオン化領域４－２の長さＳ１２の範囲は０．０２～０．０９ｍｍであり、例えば長さＳ１２は０．０３ｍｍである。第１最内層放電リング１－１－１の放電面１－２－１に垂直な方向に沿った第３強化燃焼領域４－３の長さＳ１３の範囲は０．１～０．５ｍｍであり、例えば長さＳ１３は０．１５ｍｍである。上記のように設計されたサイズは、エンジンの全負荷域で、７ＭＰａ気圧以下で、多発的で均一な着火及び点火を確実に実現することができる。その後、異なる間隔での燃焼過程について詳細に説明する。
【0069】
例えば、ピストン１３の直径が２０ｍｍ未満である場合、可動電極１及び固定電極３の電極の数を減少して設計することができ、後で詳細に説明する。
【0070】
例えば、図９Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係る別の可動電極の模式図であり、図９Ｂは本開示する一実施例に係る可動電極の、図９ＡのＣ１－Ｄ１線に沿った断面模式図である。図９Ａ及び図９Ｂに示すように、可動電極１は１つのオープン放電リング１－１を含む。１つのオープン放電リング１－１の上端面は放電面１－２、即ち、固定電極３に接近するオープン放電リング１－１の端面である。１つのオープン放電リング１－１の径方向に沿った１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２の幅Ｗ０の範囲は０．３～２ｍｍである。１つのオープン放電リング１－１は３つのノッチＫを含む。３つのノッチＫは円周を均等に分割するように１つのオープン放電リング１－１に分布し、隣接する２つのノッチＫの夾角は６０°である。３つのノッチＫのそれぞれの幅Ｍの範囲は２～５ｍｍである。１つのオープン放電リング１－１の内側の深さはＨ０１であり、１つのオープン放電リング１－１の外側からピストントップランドの内縁１３４までの領域の深さはＨ０２であり、１つのオープン放電リング１－１の内側の深さＨ０１＞１つのオープン放電リング１－１の外側からピストントップランドの内縁１３４までの領域の深さＨ０２である。１つのオープン放電リング１－１の内側縁からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０１までの距離Ｄ０の範囲は１～３ｍｍである。１つのオープン放電リング１－１の外側縁からピストンのトップランドの内縁１３４までの距離Ｄ０１は、１つのオープン放電リング１－１の内側縁からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０１までの距離Ｄ０に等しい。
【0071】
例えば、図９Ａ及び図９Ｂに示すように、分散型マルチキャビティ構造燃焼室２は分散型２キャビティ構造であり、分散型２キャビティ構造２は燃焼室メインキャビティ２－１及び燃焼室サブキャビティ２－２を含む。燃焼室メインキャビティ２－１は、オープン放電リング１－１の内側の球面状に凹んだ領域を含み、燃焼室メインキャビティ１－１の直径の範囲は２～５ｍｍである（例えば、燃焼室メインキャビティ１－１の直径は、１つのオープン放電リング１－１の内側からピストンの上面の幾何学的中心Ｘ０１までの距離Ｄ０の２倍である）。燃焼室メインキャビティ１－１の最大深さＨ０１（即ち、１つのオープン放電リング１－１の内側の深さ）の範囲は０．２～２ｍｍである。燃焼室サブキャビティ２－２は、１つのオープン放電リング１－１の外側からトップランドの内縁１３４までの範囲で球面状に凹んだ領域を含む。燃焼室サブキャビティ２－２の凹み深さＨ０２（即ち、１つのオープン放電リング１－１の外側からピストントップランドの内縁１３４までの領域の深さ）は燃焼室メインキャビティ１－１の最大深さＨ０１の５％～４０％である。
【0072】
図１０Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係るさらに別の固定電極の模式図であり、図１０Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る固定電極の、図１０ＡのＣ２－Ｄ２線に沿った断面模式図である。図１１Ａは本開示の少なくとも１つの実施例に係るさらに別の固定電極の模式図であり、図１１Ｂは本開示の少なくとも１つの実施例に係る固定電極の、図１１ＡのＣ３－Ｄ３線に沿った断面模式図である。
【0073】
例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、固定電極３は１つの閉ループ放電リング３－１を含む。閉ループ放電リング３－１と１つのオープン放電リング３－２とは、形状が同じであり、軸線が重なる。１つの閉ループ放電リング３－１の厚さＨ２１０の範囲は１～１０ｍｍである。１つの閉ループ放電リング３－１の断面は矩形であり、それにより、閉ループ放電リング３－１が圧縮応力に耐える能力を向上させる。１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に向かう１つの閉ループ放電リング３－１の端面は放電面３－２である。１つの閉ループ放電リング３－１の放電面３－２の幅Ｗ２１０の範囲は０．２～２ｍｍである。
【0074】
例えば、他の実施例では、１つの閉ループ放電リング３－１の断面は台形、正方形等であってもよく、本開示の実施例はこれに限定されない。
【0075】
例えば、ピストン放電構造は、少なくとも１つの円筒形給電接続ポート、複数の直線形径方向接続インダクタ、及び複数の湾曲形固定支持インダクタをさらに含む。図１０Ａ及び図１１Ａに示すように、ピストン放電構造は、１つの円筒形給電接続ポート３－３－０、複数の直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌ及び複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０をさらに含む。図１０Ａに示される複数の直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌの数は３つであり、複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０の数は３つである。例えば、隣接する２つの直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌの間の夾角は６０°である。例えば、隣接する２つの湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０の夾角は６０°である。例えば、直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌは円周を均等に分割するように１つの閉ループ放電リング３－１の内側に分布する。例えば、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０は円周を均等に分割するようにシリンダブロックの最上部２２２又はシリンダヘッドの底部１２２に分布する。例えば、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０の一端は、１つの閉ループ放電リング３－１に接続され、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０の他端は、ねじ穴又は貫通穴が設けられ、シリンダブロックの最上部２２２又はシリンダヘッドの底部１２２に締結される。
【0076】
例えば、他の実施例では、複数の直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌの数は４つ、５つ等であってもよく、複数の湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０の数は４つ、５つ等であってもよい。例えば、円筒形給電接続ポート３－３－０の数は複数であってもよく、例えば２つ、３つ等である。
【0077】
例えば、図１０Ａに示すように、円筒形給電接続ポート３－３－０は１つの閉ループ放電リング３－１と直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌのうちの１つとの交差位置に設けられ、円筒形給電接続ポート３－３－０は１つのねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースである。例えば、直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌは１つの閉ループ放電リング３－１の中心で交差する。
【0078】
例えば、別の実施例では、図１１Ａに示すように、円筒形給電接続ポート３－３－０が１つの閉ループ放電リング３－１の中心に設けられる場合、円筒形給電接続ポート３－３－０はねじ山又はマウント又はプラグインインタフェースを有する円筒体である。直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌは、円周を均等に分割するように、１つの閉ループ放電リング３－１と円筒形給電接続ポート３－３－０との間に分布し、直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌは円筒形給電接続ポート３－３－０と１つの閉ループ放電リング３－１を連通する。
【0079】
例えば、図１１Ｂに示すように、円筒形給電接続ポート３－３－０の厚さは１つの閉ループ放電リング３－１の厚さＨ２１０に等しく、円筒形給電接続ポート３－３－０の直径の範囲は２～３ｍｍである。
【0080】
例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌのそれぞれの厚さＨ３１０は１つの閉ループ放電リング３－１の厚さＨ２１０の６０％～８５％であり、直線形径方向接続インダクタ３－４－０－Ｌのそれぞれの幅Ｗ２０の範囲は１～３ｍｍである。
【0081】
例えば、図１０Ａ及び図１０Ｂに示すように、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０のそれぞれの厚さＨ３１０は１つの閉ループ放電リング３－１の厚さＨ２１０に等しく、湾曲形固定支持インダクタ３－５－Ｎ－０のそれぞれの幅Ｗ３０の範囲は１～９ｍｍである。
【0082】
例えば、図１２は本開示の少なくとも１つの実施例に係る可動電極と固定電極の対応関係の模式図である。図１２に示すように、閉ループ放電リング３－１と１つのオープン放電リングは同じ幾何学的中心を有し、間隔可変放電領域４は、１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２と固定電極３の１つの閉ループ放電リング３－１の放電面３－２との間により形成される。例えば、１つのオープン放電リング１－１と１つの閉ループ放電リング３－１とは、形状が同じであり、軸線が重なる。例えば、１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２と１つの閉ループ放電リング３－１の放電面３－２は平行し、且つ１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２と１つの閉ループ放電リング３－１の放電面３－２との中心線Ｘ１１は位置合わせるように設けられる。
【0083】
例えば、図１３に示すように、ピストン１３の運動に追従する可動電極１の１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２の異なる位置又は時刻に基づいて、間隔可変放電領域４は第１予備イオン化領域４－１、第２イオン化領域４－２及び第３強化燃焼領域４－３にさらに細分される。１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に垂直な方向に沿った第１予備イオン化領域４－１の長さＳ１１＞１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に垂直な方向に沿った第３強化燃焼領域４－３の長さＳ１３＞１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に垂直な方向に沿った第２イオン化領域４－２の長さＳ１２である。１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に垂直な方向に沿った第１予備イオン化領域４－１の長さＳ１１は０．２～１ｍｍであり、例えば０．３ｍｍである。１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に垂直な方向に沿った第２イオン化領域４－２の長さＳ１２は０．０２～０．０９ｍｍであり、例えば０．０３ｍｍである。１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２に垂直な方向に沿った第３強化燃焼領域４－３の長さＳ１３の範囲は０．１～０．５ｍｍであり、例えば０．１５ｍｍである。上記のように設計されたサイズは、エンジンの全負荷域で、７ＭＰａ気圧以下で、多発的で均一な着火及び点火を確実に実現することができる。その後、異なる間隔での燃焼過程について詳細に説明する。
【0084】
本開示の実施例を理解しやすくするために、上記の技術案及び該技術案によるエンジンの燃焼過程への改善効果を提供する。従って、ピストン放電構造の作動過程をさらに説明するが、本開示の制限を構成するものではない。
【0085】
本開示の実施例は主に基本的な燃焼法則及びガス放電原理に依拠する。以下のように示す。
【0086】
１）質量作用の法則
【数1】
【0087】
式（１）では、ｋnは定量的因子、Ａは燃焼物、Ｂは酸化物、Ｃ、Ｅは燃焼生成物である。順方向及び逆方向の化学反応速度は単位時間、単位体積燃料及び酸素の消費量で示すことができ、順方向及び逆方向の化学反応速度は反応物の濃度に比例する。
【0088】
２）アレニウスの法則（Ａｒｒｅｎｉｕｓ）
【数2】
【0089】
式（２）では、Ｇは反応速度ｍ3／（ｓ．ｍｏｌ）、ｇ0は衝撃頻度又は回数因子ｍ3／（ｓ．ｍｏｌ）、Ｅは反応物活性化エネルギーｋｊ／ｍｏｌ、Ｒは一般ガス定数８．３１４×１０3ｋｊ／（ｍｏｌ．Ｋ）、Ｔは温度Ｋであり、化学反応速度は、均一な濃度条件において反応物活性化エネルギー、温度と指数関数的に関連する。
【0090】
３）パッシェンの法則
【数3】
【0091】
式（３）では、Ｖsは絶縁破壊電圧、Ｐはガス放電の放電気圧、ｄはガス放電の放電間隔、Ａ、Ｂ、ｙはガス性質、ガス放電の電極材料、ガス放電の電極形状及び電極構造（電界分布）に関連する係数である。パッシェンの法則から分かるように、ガスイオン化の絶縁破壊電圧Ｖsは積ｐｄの関数であり、電極材料、電極形状、電極構造が決められた場合、ｐ、ｄが変化しても、積ｐｄが変化しない限り、絶縁破壊電圧Ｖsは変化せず、１０ＭＰａレベルの気圧範囲に適用する。
【0092】
例えば、図１Ａ及び図１３に示すように、エンジンのピストン１３の運動中の異なる位置又は時刻に基づいて、エンジンの均質ガス圧縮過程で、可動電極１の１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電面１－２－Ｎ（又は１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２）が所定のある上死点前（ＢＴＣＤ）の位置に運動し、且つ放電面３－２－Ｎとの間の間隔が広い場合、放電面１－２－Ｎは弱い放電エネルギーを印加し始め、弱強度の電磁エネルギー場を形成する。この段階で、先ず、完全に圧縮されていないエンジン内の低圧均質ガスを予備イオン化し始め、ガス分子の運動活性を向上させ、可動電極１は運動過程で徐々にスキッシュ乱流を生成する。放電面１－２－Ｎが上死点（ＴＤＣ）の位置に運動し、放電面１－２－Ｎと固定電極３の１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの放電面３－２－Ｎ（又は１つの閉ループ放電リング３－１の放電面３－２）との間に所定の非常に狭いギャップを形成する場合、エンジン内の気圧の増加に伴って、放電エネルギーは徐々に強化し、ピークに達し、さらに高強度の電磁エネルギー場を形成する。エンジン内の非常に狭いギャップに圧縮後の高圧均質ガスがイオン化され、それにより、マルチリング・マルチセグメント・大体積のプラズマ雲（プラズマ）を発生させ、この時、信頼できる多発的で均一な着火を広範囲において実現し、また、スキッシュ乱流も最も強く、プラズマ雲が放電領域（即ち、放電面１－２－Ｎと放電面３－２－Ｎの間）外の他の部分の圧縮ガスを励起させて燃焼を開始するのを助け、燃焼の発展のために、単一の「自己着火温度」よりも有益な「自己着火温度＋プラズマ雲励起」の二重の有益な条件を提供する。エンジンの燃焼発展の中期、後期に、放電面１－２－Ｎが上死点（ＴＤＣ）を離れ、所定のある上死点後（ＡＴＤＣ）の位置に移動し始める場合、依然として適当な放電エネルギーを維持し続け、燃焼を強化し、燃焼効率、バーンアウト率及び有効仕事を最大限に向上させる。放電面１－２－Ｎが所定のある上死点後（ＡＴＤＣ）の位置を離れ、放電面１－２－Ｎと放電面３－２－Ｎとの間の距離が再び所定値に広がる時、放電を停止し（即ち、給電導入端子１７に電気エネルギーを提供しなくなる）、一回の間欠（パルス）式燃焼の全過程の精細な管理を終了する。作動過程全体は、具体的に広い間隔の予備イオン化、狭いギャップのイオン化、プラズマ雲励起、中等間隔の強化燃焼（予備イオン化、イオン化、雲励起、強化と略称される）という４つのステップ（段階）に分けられ、以下のように詳述した。
【0093】
予備イオン化段階では、予備イオン化を事前に制御し、均質ガス分子の運動活性を大幅に向上させ、その後のイオン化のために十分に準備する。可動電極１の１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電面１－２－Ｎ（又は１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２）（即ち、ピストンの上面１３１）が所定のある上死点前（ＢＴＤＣ）の位置に移動し、間隔可変放電領域４が第１予備イオン化領域４－１である場合、所定の初期放電時刻（均質ガスの稀薄度に基づいて異なる初期放電時刻ｔ０を設定できる）に、固定電極３に低い予備イオン化電気エネルギー（例えば、電圧ｖと電流ｉの積である初期放電エネルギーｊ）を印加して（即ち、給電導入端子１７に電気エネルギーを提供する）低強度の電磁エネルギー場を形成する。先ず、圧縮過程での低圧均質ガスを第１予備イオン化領域４－１で予備イオン化し、活性分子の数、平均運動エネルギー、効果的な衝撃頻度及び衝撃回数等を向上させ、所定の変化率で放電エネルギーを徐々に増加し、設けられた放電構造は、広範囲（基本的に燃焼室の全領域をカバーする）の予備イオン化及び後のイオン化、励起、強化の効果を確保することができる。可動電極１の運動過程で、分散型マルチキャビティ構造燃焼室２の燃焼室メインキャビティ２－１、燃焼室サブキャビティ２－２はスキッシュ乱流を徐々に形成する。初期放電時刻ｔ０に、第１予備イオン化領域４－１内の気圧（ｐ）は低く、間隔Ｓ１１（即ち、式（３）の距離ｄ）は大きく、気圧と間隔の積（ｐｄ）（即ち、絶縁破壊電圧Ｖs）は過渡定数であり、圧縮過程での気圧の急激な増加及び間隔の急激な減少の動的変化に従って急激に変化することがない。設定された初期放電時刻ｔ０、初期放電エネルギーｊ、放電エネルギー変化率ｄｊ／ｄｔという３つのデータは非常に重要であり、特にｊの絶縁破壊電圧Ｖsは、予備イオン化段階でランダム着火を発生させずにガス分子の運動活性のみを活性化することを確保し、次のイオン化を確実に実現するためのキーポイントである。
【0094】
イオン化段階では、多発的で均一な着火を実現し、燃焼の開始及び発展のためにより優れる条件を提供する。可動電極１の１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電面１－２－Ｎ（又は１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２）が上死点（ＴＤＣ）の位置に運動し、間隔可変放電領域４が第２予備イオン化領域４－２である場合、固定電極３の放電エネルギーをある所定のピーク（負荷に応じて、異なるピークが設定される）に増加し、高強度の電磁エネルギー場を形成し、第２予備イオン化領域４－２で完全に圧縮された高圧均質ガスは、設定された特定の形状（図２に示される可動電極１はマルチリング・マルチセグメントの形状を有する）の非常に狭いギャップにマルチリング、マルチセグメント、大体積のプラズマ雲（プラズマ）を発生させ、それにより、信頼できる多発的で均一な着火を実現し、着火範囲（又は体積）及び均一性は点火、圧縮点火よりも明らかに優れている。この時、プラズマ雲（プラズマ）は燃焼室メインキャビティ２－１及び燃焼室サブキャビティ２－２内に分布している未燃焼の均質ガスを包み、燃焼の開始及び発展のために、単一の「自己着火温度」よりも有益な「自己着火温度＋プラズマ雲励起」の二重の有益な条件を提供する。また、スキッシュ乱流は最高強度に達し、燃焼の開始及び発展を助ける。第２予備イオン化領域４－２、及び固定電極３の１グループの閉ループ放電リング３－１－Ｎの放電面３－２－Ｎ（又は１つの閉ループ放電リング３－１の放電面３－２）と対向するスキッシュ流ガイド突起２－１－１、ガイドリッジ２－２－Ｎとの間の非イオン化領域は、いずれも強い電磁エネルギー場の作用にあり、着火の火炎のイオンの移動速度を加速し、中性粒子を駆動して運動に参加させ、新しい乱流を形成し、燃焼の開始及び発展により有益である。この時、第２予備イオン化領域４－２内の気圧値は非常に高く（例えば、ＭＰａレベルに達する）、第２予備イオン化領域４－２の間隔ｄ値は非常に狭く（例えば、μｓレベルである）、気圧と間隔の積（ｐｄ）（即ち、絶縁破壊電圧Ｖs）は基本的に安定し、イオン化に必要なエネルギーは増加するが、絶縁破壊電圧Ｖsは変化しない。本開示に設定されるイオン化ギャップ値は、１０ＭＰａレベルの範囲で高圧均質ガスを確実にイオン化することを確保することができ、新型エンジンの設計ニーズを満たすことができる。
【0095】
励起段階では、均一燃焼を実現する。マルチリング・マルチセグメント・大体積のプラズマ雲（プラズマ）の各セグメントは、各セグメントの周辺に光エネルギー、射線エネルギー、電磁エネルギー、熱エネルギー等を放射する。可動電極１の１グループのオープン放電リング１－１－Ｎの放電面１－２－Ｎ（又は１つのオープン放電リング１－１の放電面１－２）が上死点後（ＢＴＤＣ）の位置に運動し、間隔可変放電領域４が第３予備イオン化領域４－３である場合、放電面１－２－Ｎと放電面３－２－Ｎとの間のプラズマ雲は、燃焼室メインキャビティ２－１及び燃焼室サブキャビティ２－２内の未燃焼の高圧均質ガス（燃焼室のほぼ全領域を占める）を包み、「自己着火温度＋プラズマ雲励起」の二重作用下で燃焼の開始及び発展を励起させる。ピストン放電構造と分散型マルチキャビティ構造燃焼室２とのマッチングにより、励起（放射）作用の距離はどこでもほぼ等しくなり、従って、良好な多発的で均一な着火のため、燃焼の均一性は点火式の均質燃焼、圧縮点火式の拡散燃焼よりも明らかに優れ、基本的に均一燃焼を実現する。分散型マルチキャビティ構造燃焼室２のガイド突起２－１－１、ガイドリッジ２－２－Ｎは、強いスキッシュ乱流及びクロスフローを形成し、分散型マルチキャビティ構造燃焼室２の複雑な「ラビリンス型」キャビティ壁はガス分子の衝撃、回転の頻度を増加し、キャビティ電磁エネルギー場の作用下でイオンが加速して中性粒子を運動駆動して形成する乱流は、さらに非定常ガス媒体場に混合し、気圧、温度、分子密度、酸素濃度等の動的変化の悪影響を打ち消し、高エネルギー密度（サブ）渦の形成の邪魔となり、燃焼を促進するとともに爆燃のリスクを効果的に回避する。
【0096】
強化段階では、事前制御及び全領域制御に基づき、さらに全過程制御を完了し、それにより、燃焼効率、バーンアウト率及び有効仕事を大幅に向上させる。エンジンの燃焼開始後に、「点火又は圧縮点火後のことを放任する」ことではなく、燃焼発展の中期、末期に、適当な放電エネルギーを印加し続け、電磁エネルギー場の作用を維持し、燃焼火炎のイオン化度を補強し、イオンが加速して中性粒子を駆動して新しい乱流を形成させる過程を継続し、未燃焼の均質ガスの分子密度、酸素濃度等の分布を均一化し、燃焼を強化し、燃焼効率、バーンアウト率を最大限に向上させ、有効仕事を強化する。ピストン１３が所定の上死点後（ＡＴＤＣ）の位置を離れ、又は仕事ストローク開始後の所定の時刻に、放電エネルギーを除去し（即ち、給電導入端子１７に電気エネルギーを提供しなくなる）、一回の完全な「雲」励起過程を終了し、後続のストロークが継続し、このように繰り返す。
【0097】
本開示の実施例に係るプラズマ雲励起均質均一燃焼型エンジン用のピストン放電機構は、可変放電間隔、マルチリング・マルチセグメント構造放電領域、分散型マルチキャビティ構造の「ラビリンス型」燃焼室等の構造上の特徴を有する。該ピストン放電機構は、全領域全過程を正確に制御する燃焼制御モードを採用し、予備イオン化、イオン化、雲励起、強化燃焼の４つのステップを実行し、燃焼室の全領域、一回の間欠（パルス）式燃焼の全過程を精細に制御し、ＲＦ放電を利用してプラズマ雲（プラズマ）の光、射線、電磁、熱エネルギー等の放射作用、即ち「雲励起」を発生させ、多発的で均一な着火及び均一燃焼を確実に実現し、燃焼効率、バーンアウト率、有効仕事を大幅に向上させ、全負荷の範囲で確実に作動でき、より高い省エネ排出標準を満たし、例えば、ガソリン、ディーゼル、燃料ガス（ＣＮＧ、ＬＮＧ、ＬＰＧ等）、ジメチルエーテル（ＤＭＥ）、メタノール（ＣＨ3ＯＨ）等の複数の燃料に適用する。さらに、該ピストン放電機構は、構造がコンパクトで、コストが低く、工業的に実現されやすく、内燃機関の製造産業に幅広く使用でき、特に、新型のクリーンなメタノール燃料の均質燃焼の大規模な応用を促進する。
【0098】
なお、本開示の実施例に関する具体的な設計パラメータ、例えば放電リングの幅等については、簡略化のため公差を示していないが、すべての設計パラメータは、その値の、例えば±１５％、また例えば±２５％の範囲内で変動できる。
【0099】
なお、
（１）本開示の実施例の図面は、本開示の実施例に関する構造のみに関し、他の構造は通常の設計を参照すればよい。
（２）矛盾のない場合、本開示の実施例及び実施例の特徴を互いに組み合わせて新しい実施例を得ることができる。
（１）本開示の実施例の図面は、本開示の実施例に関する構造のみに関し、他の構造は通常の設計を参照すればよい。
（２）矛盾のない場合、本開示の実施例及び実施例の特徴を互いに組み合わせて新しい実施例を得ることができる。
【0100】
以上は本開示の具体的な実施形態に過ぎず、本開示の保護範囲を制限するものではない。当業者が本開示に開示された技術的範囲内で容易に想到し得る変更や置換は、いずれも本開示の保護範囲内に含まれるべきである。従って、本開示の保護範囲は、請求項の保護範囲に準じるべきである。
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4】
【図5A】
【図5B】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【図11A】
【図11B】
【図12】
【図13】