JPH0160670B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ ギヤツプを区画形成する第１及び第２電極
と、電気エネルギの所定の量を蓄積すべく、実質
的に上記第１及び第２電極に連続する蓄電手段と
を備え、 上記ギヤツプの全域で電気エネルギの上記所定
の量が放電され、該所定の量の大きさが燃料の燃
焼を開始させるための高エネルギのプラズマを形
成するのに充分であり、 上記蓄電手段と上記電極のインダクタンスが、
電気エネルギの上記所定の量が60ナノ秒以内に上
記ギヤツプ全域で放電されるように、充分低いこ
とを特徴とする燃料の燃焼を開始させる装置。 ２ 上記第１及び第２電極が共通の軸の廻りに対
称である請求項１記載の装置。 ３ 上記放電ギヤツプが環状に形成され、且つ上
記共通の軸上に設けられると共に該軸に沿つて延
びる請求項２記載の装置。 ４ 上記蓄電手段が、上記第１及び第２電極に
夫々接続された第１及び第２蓄積プレートを有す
る請求項１記載の装置。 ５ 略10マイクロ秒未満で上記蓄電手段を電気エ
ネルギの上記所定の量で充電すべく上記蓄電手段
に接続された手段を有する請求項１記載の装置。 ６ 上記蓄電手段に蓄積された電気エネルギの上
記所定の量が、 上記全域及び上記電極同志の間に逆方向ピンチ
放電を生じさせるのに充分な大きさを有して且つ
上記電極を通る電流を生成し、該電流の量が次の
式で与えられる請求項２記載の装置。 Ｉ＝√8Pπ²r²／μ 但し、Ｉは電流 Ｐは磁気圧 ｒは共通の軸からの半径 μは自由空間の透過率 ７ 高エネルギプラズマを用いて燃焼室内で空
気・燃料の混合気の燃焼を開始させるための装置
において、 基準軸の廻りに対称で放電ギヤツプを区画形成
する第１及び第２電極と、 上記ギヤツプの全域で上記電極の間に放電を生
じさせるのに充分な大きさの電気エネルギの所定
の量を蓄積すべく上記電極に接続された手段とを
備え、 上記放電が上記空気・燃料の混合気の燃焼を開
始させ、 上記電極と上記蓄電手段とが上記装置内の放電
回路を形成し、該放電回路が自己インダクタンス
を有すると共に、上記自己インダクタンスを最小
にしこれにより上記放電回路に流入する電流によ
り生成される磁力の大きさを最小にするように形
成され、 上記放電回路の自己インダクタンスが電気エネ
ルギの所定の量を上記蓄電手段から放電回路へ略
60ナノ秒未満で伝達するのに充分に低いことを特
徴とする燃料の燃焼を開始させるための装置。 ８ 上記第１及び第２電極と上記放電ギヤツプが
同軸上に設けられ、上記放電ギヤツプが環状に形
成されて上記軸に沿つて延び、電気エネルギの上
記所定の量と上記磁力が上記ギヤツプ全域に対し
上記電極の間で逆方向ピンチ放電を生じさせるの
に充分に大きい請求項７記載の装置。 技術分野 本発明は、一般に、燃料の燃焼とりわけ内燃機
関での燃料の燃焼を開始することに係り、特に、
大エネルギプラズマによる燃焼開始技術を用いて
燃焼性を改善するという方法を実施した装置に係
る。 背景技術 自動車に用いられているもののような一般の内
燃機関には、燃焼シリンダ室内での燃料の燃焼を
開始するために火花発生装置が長年使用されてい
る。燃料の燃焼を開始する“スパークプラグ”型
の装置がこれまで最も一般的に使用されている
が、これらの装置は燃料の燃焼性を最大にする場
合には特に効果的ではなく、従つて所望の動力出
力レベルを得るには付加的な燃料が必要とされ、
その上、燃料の燃焼が不完全であるために大気汚
染を生じ、これに対して何らかの処置ととらねば
ならないことが分つている。満足な作動を確保す
るため、公知のスパークプラグ装置では、これに
より発生される火花放電を、最適な（化学量論的
に）燃料−空気混合体が存在するような燃焼室内
の領域に伝えることが必要とされる。というの
は、燃焼室内の化学量論的領域からの燃焼のエネ
ルギ密度は通常燃料の他部分の燃焼を確保するに
充分な程大きいからである。火花放電により作り
出されたエネルギは化学量論的でない燃料−空気
混合体の燃焼を誘起するには不充分であるから、
火花放電が燃焼室内の化学量論的領域に達するこ
とを確保するには、燃料対空気の濃厚な混合体が
これまで必要とされている。然し乍ら、火花放電
が到達する燃焼室内の容積には限度があるから、
冷えた状態からの始動、アイドリング或いは部分
負荷作動状態の下では、燃料−空気混合体の化学
量論的な値を常に与えることはできない。 火花放電装置によつて作り出されるエネルギが
比較的小さいということに関連した上記の問題が
あるために、火花放電によつて与えられるエネル
ギを増大する多数の試みがこれまでになされてい
ると共に、“高温火花”を作るように公知スパー
クプラグの種々の改良が論じられているが、公知
のスパークプラグ装置の中で、化学量論的レベル
より低い燃料−空気混合体をほゞ完全に燃焼させ
るに要する出力レベルを与えることのできるもの
は実際上皆無である。 燃料−空気混合体に与えられるエネルギのレベ
ルを増大するために、米国特許第3842818号に開
示されたように点火プラズマを発生する点火装置
が案出されているが、これらのプラズマ発生装置
で得られるエネルギレベルは化学量論的レベルか
ら比較的離れた燃料−空気混合体の燃焼を開始す
るには不充分であり、従つてこのような燃料−空
気混合体の化学量論的領域が点火プラズマに接近
している時しか満足な結果が得られない。 前記の問題を解消する別の公知の試みは、燃料
−空気混合体の層を形成するような物理的形態に
された燃焼室を設け、一般の火花放電開始装置の
すぐ近くの領域に濃厚な混合体を作り、それによ
り開始火花が化学量論的レベルに近い燃料−空気
混合体の領域に到達することを確保するというも
のである。 発明の開示 本発明は、燃焼室内での燃料の燃焼によつて作
り出されるものに匹敵するようなエネルギ密度を
有する燃焼開始プラズマを発生して、化学量論的
レベルから比較的離れた燃料−空気混合体の燃焼
を開始させ、それにより希薄な燃料−空気混合体
でも使用できるようにして運転の経済性を向上す
ると共に炭化水素の放出量を減少させるような燃
焼開始装置を備えた燃焼開始システムを提供す
る。又、この燃焼開始システムは、燃焼室に通じ
た燃焼開始装置へ同軸ケーブルによつて電気エネ
ルギを付与するための高圧パルス電源も備えてい
る。上記の燃焼開始装置は、上記パルス電源から
導出された多量の電気エネルギを蓄積する容量性
部分と、この容量性部分に接続された電極部分と
を備え、この電極部分は逆方向ピンチ技術を用い
て大エネルギプラズマ放電を作り出す１対の同心
電極を含んでいる。この放電は、大きな磁気圧力
により外方に推進される逆方向線状ピンチ放電へ
と変換されて大エネルギのプラズマジエツトを形
成し、これは燃焼室へ直線状に付与される。プラ
ズマジエツトに本来含まれる非常に大きな電力レ
ベルは、蓄積エネルギを容量性部分から電極部分
へと迅速に伝達できるように電極部分と容量性部
分とを密接に接近させることによつても達成され
る。

【図面の簡単な説明】

明細書の１部を構成し、明細書を読む際に参照
され、そして種々の図面の同様の部分が同じ参照
番号で示された添付図面において： 第１図は本発明による燃焼開始システムの簡単
なブロツク及び回路図、 第２図は第１図に示された燃焼開始システムに
用いられる或る形態の燃焼開始装置を示した端面
図、 第３図は第２図の３−３線に沿つた縦断面図、 第４図は第１図に示された燃焼開始システムに
用いるのに適した別の形態の燃焼開始装置の縦断
面図、 第５図は第１図に示された燃焼開始システムに
用いるのに適した燃焼開始装置の１端を示した
図、 第６図は第５図に示された装置の縦断面図、 第７図は第５図に示された装置の他端を示す
図、 第８図は第２図ないし第４図に示された装置に
用いるのにも適した第５図ないし第７図に示した
装置のチツプ部分の拡大縦断面詳細図、 第９図は第２図ないし第７図に示したいずれか
の装置に用いるのに適した別のチツプ部分設計を
示す縦断面詳細図、 第１０図は第５図ないし第７図に示された燃焼
開始装置のチツプ部分の縦断面図であつて、燃料
開始装置の放電中に発生されるプラズマと、磁界
と、電流との関係を矢印及び点線で示した図、 第１１図は特に一般の自動車に用いられるもの
のような内燃機関に適用される本発明による燃焼
開始システムのブロツク、概略及び回路図、そし
て 第１２図は第１１図に示された電子式配電装置
の１つの現在の好ましい形態を示した詳細回路図
である。

【発明の詳細な説明】

本発明は、燃料の燃焼を開示するのに用いられ
る媒体のエネルギ密度を高くすることによつて燃
料の燃焼効率を改善することに係り、これは燃料
自体の燃焼によつて作られるエネルギ密度より大
きいか又はほゞそれに近いようなエネルギ密度を
有するプラズマを発生することによつて達成され
るが、このプラズマを発生するのに要する電気エ
ネルギ入力は燃料の燃焼により生じるエネルギの
数パーセントに過ぎないものである。 燃料の燃焼を生じさせるのに費されるエネルギ
の量には限度があることが明らかである。然し乍
ら、内燃機関は比較的効率が低いので、燃焼効率
の充分な増加を実現する場合には、燃焼を開始す
るのに或る程度の付加的なエネルギが費されるこ
とがある。例えば、燃焼を開始するのに使用でき
るエネルギの最大量をE_iとし、そして最も希薄な
燃料混合体の燃焼を開始するのに要するエネルギ
を (1) E_i／V_i とする。但し、V_i燃焼開始放電の量である。E_iは
所定値以上に増加できないので、E_i／V_iの値を最
大にするためには、V_iを最小にすることが必要と
なる。本発明は、その１部分として、エネルギ源
からのエネルギE_iを燃焼開始放電へ付与するのに
要する時間を最小にすることによりV_iが最小にさ
れるという事実の認識を含む。エネルギE_iの付与
時間を最小にするため、燃焼開始キヤパシタC_iが
燃焼燃料の付近に配置されて伝送線によつて蓄積
キヤパシタC_sに接続されるような独特なエネルギ
付与系が設けられる。本発明を簡単に理論的に説
明するため、本発明により構成された燃焼開始装
置がその電気特性に関して点線２０内に一般に示
された第１図について述べる。この燃焼開始装置
２０は容量性部分C_iと、誘導性部分L_iと、抵抗性
部分R_iと、端子２２間に示された火花ギヤツプと
を備えており、この火花ギヤツプは誘導性部分L_i
及び抵抗性部分R_iと直列であり、容量性部分C_iと
並列である。 この燃焼開始装置２０は、スイツチ２４と、固
有インダクタンスL_tを有する伝送線２６とを経て
電源２８に接続され、該電源の構造については以
下で詳細に述べる。さて、内燃機関の燃焼室内の
燃焼を開始すべき燃料例えばガソリンに隣接した
領域に燃焼開始装置２０が配置されているものと
仮定すれば、スイツチ２５を開位置へ切換え、こ
れにより電源２８でキヤパシタC_sを所望の電圧に
充電させる。この電圧は装置２０の放電を開始す
るのに要する電圧よりも若干大きなものである。
次いで、スイツチ２４を閉じて、キヤパシタC_sの
電荷をキヤパシタC_iへ伝送せしめ、装置２０のブ
レークダウン電圧に達するまでキヤパシタC_iを充
電せしめる。装置２０のブレークダウン電圧に達
すると、キヤパシタC_iは放電して大エネルギのプ
ラズマジエツトを発生し、これに隣接した燃料の
燃焼を開始させる。装置２０の放電のタイミング
に対して考えられる唯一の制御手段はスイツチ２
４を閉じるタイミングだけであり、従つて、キヤ
パシタC_iを充電するに要する時間と、装置２０の
ブレークダウンが生じてプラズマジエツトを開始
するに要する時間と、プラズマジエツトにより燃
料の燃焼を行なうに要する時間との和が、燃焼室
内に実質的な変化が生じるに要する時間よりも短
くなければならないことが明らかであろう。キヤ
パシタC_iを燃焼開始装置２０の一体部分にするこ
とにより、装置２０をブレークダウンレベルまで
放電してプラズマジエツトを発生させるに要する
時間が最小にされる。 キヤパシタC_iは装置２０の一体部分にされるの
で、このキヤパシタによつて占有される物理的な
スペースを最小にすることが必要である。典型的
に数マイクロ秒程度である比較的短い時間内にキ
ヤパシタC_iを所要の電圧レベルに充電することに
より、水のように誘電率が比較的大きい絶縁材で
もキヤパシタC_iの構造体として使用できる。装置
２０の放電時間を決定することにより、インダク
タンスL_t及びキヤパシタンスC_sの最大値が予め決
定される。 典型的に、キヤパシタC_iは約10マイクロ秒或い
はそれ以下充電され、そして好ましくは約1.5マ
イクロ秒で充電され、これにより、同軸伝送ケー
ブル及び燃焼開始装置２０の同軸構造を用いるこ
とにより最も良好に合致させることのできるL_tの
値が指定される。 燃焼開始装置によつて作り出される全電力は次
式で与えられる。 電力＝R_iI²＋L〓_iＩ＋L_iII〓 但し、Ｉは電流であり、・は時間の導関数を表
わす。R_iI²成分は公知の型式の装置で通常得られ
るオーミツク加熱を表わしている。然し乍ら、最
後の２つの成分L〓_iＩ及びL_iII〓発生されるプラズマ
から生じる付加的な電力及び回路に蓄積される磁
気出力を各々表わしており、公知装置の中でこれ
ら２つの成分から実質的な電力を発生するものは
ない。装置２０によつて与えられる最大電流は次
式で示される。 Ｉ＝Ｖ√C_i／L_i 但し、ＶはキヤパシタC_iにエネルギが蓄積され
るところの電圧である。燃焼開始装置２０の内部
導体の中心から半径ｒのところの磁気圧力Ｐは Ｐ＝μI²／8π²r² で与えられ電極間で放電される電流は Ｉ＝√8Pπ²r²／μ で与えられそしてキヤパシタC_iに蓄積されるエネ
ルギは Ｅ＝１／２C_iV² で与えられるので、最大磁気圧力P_naxは P_nax＝Ｅ／4π²r²L_i となり、従つて磁気圧力Ｐを最大にするにはL_iを
最小にすることが絶対的に必要である。L_iを小さ
くするため、キヤパシタC_iは燃焼開始装置と一体
的に配置されそして内部電極はプラズマ室の外部
では比較的大きな直径を有している。全インダク
タンスL_iは小さくなければならないが、最終的に
プラズマ自体に関与されるインダクタンス部分は
できるだけ大きくなければならず、このため燃焼
開始装置２０の内部導体の半径はプラズマ室内で
は小さくされる。 さて第３図を参照すれば、第１図に参照番号２
０で一般的に示された燃焼開始装置は、高圧電極
３０を備えており、そして適当な導電物質を加工
することによつて作られた一体部材を備えてい
る。電極３０は、３６で一般的に示された過渡蓄
積キヤパシタの高圧プレート３４に電気接続され
た円柱状の後部３２と、この後部３２よりも実質
的に直径の小さい円柱ロツド状の部材即ち幹３９
を含む前部３８とを備えている。装置２０の前部
３８には環状フランジ４０が設けられており、そ
の縁の直径は幹３９の直径より大きく、そして上
記前部３８は細長いチツプ４２で終わり、その外
端は対称的に丸みが付けられている。チツプ４２
の直径は幹３９の直径よりも若干小さい。 更に、燃焼開始装置２０は、電極３０の前部３
８を取り巻く円筒状の前部区分４６を作るように
適当に成形された導電性物質より成る一体構造の
第２電極４４も備えており、この第２電極はその
外端にリング状空胴４８を含み、これは前部３８
の基部に垂直に前部３８に対して軸方向に同心的
に延びる環状面５０を形成する。本質的に電極３
０の前部３８全体が空胴４８内に配置され、そし
て前部区分４６の外縁５２と横方向に整列する点
まで長手方向外方に延びる。この第２電極４４の
後部区分５４も円筒状であるが、該後部区分は前
部区分４６より直径が小さく、電極３０の後部３
２の大部分を取り巻いている。後部区分５４の基
部は蓄積キヤパシタ３６の接地プレート５６に適
当に電気接続される。プレート３４及び５６は参
照番号５８で概略的に示された同軸ケーブルによ
り適当な電気エネルギ源（後で詳細に説明する）
に接続される。 電極３０及び３４は、水、オイル、グリセリン
又は適当な固体物質のような種々の誘電体のいず
れかより成る絶縁体６０の層によつて互いに絶縁
される。絶縁体６０は幹３９を取り巻いてフラン
ジ４０と面５０との間に延びる比較的薄いスリー
ブ６２を含む。プレート３４及び５６はここでは
円形として示されているが、いかなる形状を用い
てもよく、そして実際には後の説明で明らかとな
るようにこれらプレートによつて占有されるスペ
ースを小さくするようにこれらプレートが折り返
されてもよいことに注意されたい。いずれにせ
よ、装置のキヤパシタ部分を形成するプレート
を、点火チツプを形成する装置の上記前部へ出来
るだけ接近して配置して、放電回路のインダクタ
ンスを最小にすることが重要である。 第４図に示された別の形態の燃焼開始装置２０
は第２図及び第３図に示された実施例と構造的に
は同様であるが、多くの点で異なる。先ず第１
に、高圧電極３０の前部６４に設けられた幹６６
の外部自由端は、第２の接地電極４４の前部区分
７０の外周縁６８により形成される平面から長手
方向内方に離間されている。幹６６はフランジ４
０に類似した環状フランジ７２を備えており、こ
れは円錐状のチツプ７４で終わる。第２電極４４
の前部区分７０は、燃焼空胴７８の一端を部分的
に形成して高圧電極の前部６４を取り巻く皿状の
面７６を備えている。第３図及び第４図に示され
た燃焼開始装置はその他の全ての点では本質的に
同じである。 さて、更に別の形態の燃焼開始装置が示された
第５図ないし第７図について説明する。第５図な
いし第７図の装置は鋳造セラミツクのような絶縁
材の一体的な細長い本体を備え、この本体は主部
分８０と、該主部分の一端でこれに一体的に形成
されたスリーブ部分８２とを有している。主部分
８０は複数個の半径方向のひだによつて形成さ
れ、これらのひだは第７図に最もよく示された星
状の断面を有する長手方向に延びたフイン８４を
構成する。スリーブ部分８２とは逆の主部分８０
の一端はその内部領域と同様に本質的に開いてい
るが、その反対端はスリーブ部分８２を取り巻く
肩部８６によつて包囲されている。金属化加工の
如きによつて与えられた適当な導電性の内部カバ
ー９０は本質的に本体の主部分８０の内面全体を
覆い、一方、フイン８４及び肩部８６の外面にも
同様の外部カバー９２が与えられる。製造を容易
にするためには、スリーブ部分８２の外面域に対
しても金属化を行なうことが必要であるが、これ
は加工を行なうが如きによつて後で除去されても
よい。内部カバー８８及び外部カバー９０は本体
の主部分８０を構成する絶縁体によつて互いに電
気的に絶縁され、そして実際には、第３図及び第
４図に示された装置について述べたプレート３４
及び５６と同様のキヤパシタプレートを形成す
る。 １対の円柱ラグ９２及び９４は、本体の主部分
８０の開端付近で内部及び外部カバー８８及び９
０へろう付けの如きによつて各々接合され、装置
の高圧端子及び接地端子をなす。この装置の高圧
部分は、更に、導電性物質で形成されてスリーブ
部分８２で包囲された円筒状の幹９９も備えてお
り、該幹９６の一端はろう付けの如きによつて内
部の電気的カバー８８に接合され、そしてその他
端は先のとがつた円形チツプ９８で終わる。幹９
６には穴１００が設けられており、該穴は本体の
主部分８０の開いた内部領域付近の幹端からチツ
プ９８付近の位置まで幹を貫通して長手方向に延
びている。穴１００は幹９６を内部カバー８８に
ろう付けする間に幹９６の膨張を許容するもので
ある。本体及びスリーブ部分８０及び８２に対し
セラミツクの代りに水や、イソプロピルアルコー
ルや、オイルのような別の適当な絶縁材を用いて
もよいが、この場合には、このような液体を収容
するために本体及びスリーブ部分８０及び８２に
一般的に適合するケースが設けられることに注意
されたい。 第８図及び第９図は、チツプの２つの好ましい
形態と、それに対して現在分つている最適な幾何
学設計パラメータとを示している。第８図に示さ
れた先のとがつた円錐状のチツプの場合には、チ
ツプの材料厚みによつて平らな面１０２が構成さ
れ、この面は幹９６の長手軸に対して角度Ａを形
成し、これは０ないし45゜である。チツプの前面
１０４は中心の頂点１０６から後方に傾斜され、
そして幹９６の長手軸に直角に延びる軸に対して
角度Ｂを形成し、この角度15゜ないし90゜の範囲内
にあるのが最適である。長さ“ｌ”は、上記の角
度と、燃焼開始装置の特定の使用目的における条
件とによつて決定される。或る場合には、肩部８
６（及びこれに適合する外部カバー９０）の外部
に環状の斜面１０８を形成し、該斜面の内縁をス
リーブ部分８２の周囲から半径方向に離間するこ
とが所望される。斜面１０８は幹９６の長手軸か
らの法線に対して角度Ｃを形成し、これは角度
“Ｄ”に等しくされるのが好ましい。第９図に示
されたチツプも第８図に示されたものと同様であ
るが、第９図のチツプには半径ｒの丸い前面１１
０が設けられており、その後面１１２は前方に傾
斜されて、幹９６の長手軸に直角な軸に対して角
度Ｄを形成し、これは０ないし45゜であるのが好
ましい。 燃焼開始装置の放電中に該装置のチツプに形成
されるプラズマについて示した第１０図を参照さ
れたい。チツプの形状は第６図及び第８図に示し
たものと同様に示されているが、以下の説明はこ
こに開示した他のチツプ形状及びその等効物にも
適用されることを理解されたい。 燃焼開始装置の放電を生じさせる初期段階は、
後述の高圧パルス電源を用いて装置の容量性部分
（例えば第３図及び第４図のプレート３４及び５
６）を絶えず迅速に充電することである。前記し
たように、この容量性部分の充電は約10マイクロ
秒内で行なわれ、そして好ましくは約1.5マイク
ロ秒内で行なわれる。この容量性部分が充分な高
電圧に充電されると、チツプ９８の外縁１１４と
接地電極１１６との間に電気的なブレークダウン
が生じる。容量性部分は30ないし100KVの電圧
に充電されるのが好ましい。第３図及び第４図に
示された型式の装置の場合には、初期のブレーク
ダウンは環状フランジ４０及び７２とそれに対応
する前部区分４６及び７０の側壁の内面域との間
に生じる放電電流の“流れ”を構成する。然し乍
ら、幹９６を経てチツプへと流れる矢印１１８で
示された電流が急激に増加する時には、接地電極
１１６の面域と外縁１１４との間で幹９６に一般
的に平行に幹９６を取り巻く経路へとブレークダ
ウン電流の流れがただちに移行される。ブレーク
ダウン電流の流れのこの移行により、装置の高圧
部分と接地部分との間のインピーダンスは、幹９
６に流れる電流１１８により幹９６の周りに逆
EMFが発生されるために、外縁１１４と接地電
極１１６との間の線に沿つて最小値となる。 このようにして生じるブレークダウン電流は矢
印１２０で示された円筒状シースの形態で流れ
得、これは幹９６を完全に取り巻き、そしてスリ
ーブ部分８２によつて幹９６から絶縁され、この
ブレークダウン電流と同時に、幹９６に流れる電
流１１８により、幹９６の周りに円筒リング状の
磁界が発生され、これに対応する磁束線の方向が
既知の右手の法則に基いて１２２で部分的に示さ
れている。このようにして生じた電磁界１２２
は、シース電流１２０に対して半径方向外方の圧
力を与え、これによりこの電流を外方に移動する
ようにして、良く知られた逆方向線型ピンチ効果
を生じさせる。電流１１８が増加するにつれて、
放電シース電流１２０も同様に増加し、この増加
によつて放電プラズマのジユール熱の増加が引き
起こされ、これにより電流１２０のエネルギ密度
及び熱圧力が高められる。幹９６を通る電流１１
８と放電電流１２０が更に増加を続けると、幹９
６の回りの周磁界１２２による増加逆方向ピンチ
磁気圧とプラズマ放電１２０の増熱圧力とが共同
して上記放電１２０を幹９６から半径方向外方に
離れるようにさせる。放電電流１２０はエネルギ
密度が増加し続けそして矢印１２４，１２６及び
１２８で示された次々の位置へと半径方向に広が
り続け、この円筒状のシート放電の直径はチツプ
９８の直径より大きくなつて、電流がチツプ９８
から流れ出す点をチツプの外縁１１４からチツプ
の前面１３０へと移行せしめ、それにより、流れ
出す放電電流が環状の“かさ型”の放電形状を形
成するようにせしめる。放電電流１２０がチツプ
９８の縁１１４よりも広がると、放電は第１０図
の左側に向つて軸方向前方に自由に移行し、そし
て結局は、シヤフト９６を長手方向に整列された
矢印１３２で示された経路をとり、かくて放電は
第１０図の左側に向けて、燃焼室の如き領域内で
点火さるべき燃料へと前方に付与される。 もちろん、この大エネルギのシース電流放電に
より幹９６及びチツプ９８の周りの雰囲気がイオ
ン化されて大エネルギのプラズマが発生される。
電磁界が生じると共に圧力及びエネルギが迅速に
確立されることによつて放電に与えられる力によ
り、プラズマは投石式即ち噴射状に燃料に付与さ
れる。エネルギをチツプ９８に迅速に与えそして
電極を前記の幾何学形状にしたことにより、燃料
を点火するように付与されるプラズマジエツトの
電力は装置の容量性部分を充電するのに用いられ
た電力よりも何倍以上も大きなものとなる。 装置の容量性部分を充電するところの電位並び
にチツプの特定の幾何学形状に基いて、装置は便
利にも約1.2ないし約60ナノ秒内に放電され、そ
して好ましくは1.2ないし約２ナノ秒内に放電さ
れる。放電の速度は形成されるプラズマジエツト
のエネルギ密度及び形状に影響し、放電時間が短
いと、エネルギ密度が大きくて細くて然も線型の
形状を有するプラズマジエツトが形成されるが、
放電時間が長いと、エネルギ密度が若干小さくて
形状的に広がつたプラズマジエツトが形成され
る。本発明の燃焼開始装置では、チツプ９８が接
地電極１１６から長手方向に離間されていると共
にチツプ９８が接地電極１１６によつて取り巻か
れており、従つて電極間の高電圧でイオン化を行
なうスペースが比較的広いことによつても、速い
燃焼速度が得られる。かくして、放電の直前に非
常に広いスペースが電導性となる（イオン化によ
り）。 多くの使用目的では第３図および第４図の実施
例に示されたように装置のチツプ部分を取り巻く
側壁を設ける必要がない。チツプを取り巻く壁は
放電回路の全抵抗値を望ましく減少するように働
くが、このような側壁を用いて最適な結果を得る
という必要性は、特定の使用目的に関与した多数
の設計条件によつて決められる。 さて、本発明の１部を構成する燃焼開始装置を
用いた燃焼開始システムが示された第１１図及び
第１２図について説明する。これは自動車に用い
られるもののような一般の内燃機関に用いるのに
特に適したものである。 第１１図に示されたように、燃焼開始システム
は特に四気筒エンジンに適用されているが、本発
明はいかなる数の燃焼室を有するエンジンにも等
しく適用されることが以下の説明より明らかとな
ろう。一般的に云えば、燃焼開始システムは点線
１３４内に示された主電源と、高圧パルス発生器
１３６と、参照番号１３８で概略的に示された本
質的に一般の配電装置と、火花ギヤツプ装置１４
０と、標準点火コイル１４２と、大エネルギ蓄積
キヤパシタ１４４と、第１１図に参照番号１４６
によりブロツク形態で各々示されそして第１２図
に詳細に示された複数個の電子式配電回路とを備
えている。 電源１３４は一般の12ボルト又は24ボルトの蓄
電池１４８を備え、この蓄電池は自動車エンジン
によつて機械的に駆動される交流発電機のような
一般の充電装置１５０に並列関係で接続され、そ
して更に１対の出力ライン１５２及び１５４にも
接続される。高圧パルス発生器１３６は、出力ラ
イン１５２及び１５４に各々接続された分岐ライ
ン１５６及び１５８を経て電源１３４から電力を
導出する。配電回路１４６の各入力も同様に配電
ライン１６０及び１６２によつて出力ライン１５
２及び１５４に接続されると共に高圧パルス発生
器１３６に並列関係で接続される。配電装置１３
８の入力はライン１６４によつて電源１４３に接
続される。配電装置１３８は一般設計のものであ
り、エンジンの４つのシリンダの各々に対応する
出力端子を備えており、これら端子はそれに対応
する出力ライン１６６に作動的に接続され、これ
らラインはそれに対応する電子配電回路１４６の
トリガ入力に各々接続される。又、出力ライン１
６６の各々はそれに対応するダイオード１７４を
経てライン１８２にも接続され、このライン１８
２は点火コイル１４２の入力を構成する。点火コ
イル１４２は、自動車エンジンの電気系統に通常
用いられる一般設計のコイルであつてもよいし、
或いは分路型インダクタを構成するものであつて
もよい。というのは、このようなコイルは、一般
設計の場合のように点火を開始するのではなく、
ここに示す使用目的の場合には電子パルスを付与
するタイミングを制御する手段として働くに過ぎ
ないからである。コイル１４２の出力はライン１
８４により火花キヤツプ装置１４０のトリガ端子
１８６に接続される。 火花ギヤツプ装置１４０は、円筒のような適当
な幾何学形状を有する包囲された気密筐体を備
え、これには大気圧レベル以上に加圧された空気
のような適当なガスが充填される。火花ギヤツプ
装置１４０は更に第１及び第２の離間された電極
１８８及び１９０も備えており、これらの電極間
にはエアギヤツプが形成されてトリガ端子１８６
の至近点に位置される。端子１９０は接地点１９
２に接続され、一方、端子１８８はライン１９４
を経て高圧パルス発生器１３６の負の出力ライン
１９６へ接続され、パルス発生器１３６の正の出
力ライン１９８は接地点２００に接続される。 高圧パルス発生器１３６は、約15000ないし
50000ボルトの一定のSCRトリガ電圧を有する一
般設計のSCR電力インバータ型のものであり、
１秒当たり約10パルスというパルス繰返数で高圧
蓄積キヤパシタ１４４を約30ないし40KVに充電
するように設計される。高圧蓄積キヤパシタ１４
４はセラミツク構造のものであり、長寿命及び信
頼性を確保するために約100KVの定格を有する
ものであるのが好ましい。この蓄積キヤパシタ１
４４の一方のプレートはパルス発生器１３６及び
火花ギヤツプ装置１４０の両方に接続され、キヤ
パシタ１４４の他方のプレートはライン２０２に
よつて電子配電回路１４６の各々に直列に接続さ
れる。抵抗２０４の片側はキキヤパシタ１４４と
回路１４６との間でライン２０２に接続され、抵
抗２０２の他側は接地点２０６に接続される。 各々の電子配電回路１４６は配電ライン１６２
及び１６０に各々接続された１対の入力ライン２
０８及び２１０を有しており、従つて各回路１４
６は互いに並列関係に配置される。各々の配電回
路１４６は、IEEEの第12：７巻、第25及び26頁
に示されたような一般設計の可変時間電力ワンシ
ヨツトマルチバイブレータを本質的に備えてい
る。 さて特に第１２図を参照すれば、配電回路１４
６はSCR（サイリスタ）２１２を備えており、そ
のアノードはダイオード２１４を経てライン２０
８に接続され、一方そのゲートはライン１６６に
接続される。TRIAC２１６の一方の主端子は抵
抗２１８，２２０及びキヤパシタ２２２を経てラ
イン２０２とライン２２４とに接続され、ライン
２２４は燃焼開始装置（第１１図の点線２２６内
に概略的に示された）の各々を接続する回路の接
地部分２２４を形成する。TRIAC２１６の他方
の主端子及びゲートは各々抵抗２２８及び２３０
を経てライン２０２及び接地部分２２４に接続さ
れる。入力ライン２１０はSCR２１２のカソー
ドに接続され、一方この入力ライン２１０と
TRIAC２１６のゲートとの間にはキヤパシタ２
３２が接続される。高圧付与ライン２３４はライ
ン２０２に接続され、配電回路１４６をそれに対
応する燃焼開始装置２２６に接続する同軸ケーブ
ルの高圧部を形成し、装置２２６はそれに対応す
るエンジンシリンダに接続される。 第１１図に示されたように、各々の燃焼開始装
置２２６はキヤパシタ２３６で示された容量性部
分と、高圧電極２３８と、接地電極２４０と、参
照番号２４２で示されたこれら電極２３８と２４
０との間の火花ギヤツプとを備えている。 燃焼開始システムの作動について説明すれば、
電力は電源１３４から出力ライン１５２及び１５
４を経て配電装置１３８及びパルス発生器１３６
へ付与される。高圧パルス発生器は約５ミリアン
ペアの直流出力を有し、蓄積キヤパシタ１４４を
約50KVに充電する。ライン１６４の電圧は一般
のやり方で所定の時間シーケンスで配電装置１３
８の出力ライン１６６に選択的に接続される。自
動車エンジンが配電装置１３８内のロータを機械
的に回転する時にライン１６６がライン１６４に
順次に接続され、それにより生じる点火信号がラ
イン１８２を経て点火コイル１４２へ付与され、
この点火コイルは本発明においてはトリガ端子１
８６への点火信号の付与に時間遅れを与えるよう
に働き、端子１８６へ点火信号を付与する前にキ
ヤパシタ１４４が所望のレベルに充電されるよう
に種々の部品の値が選択される。 さて、キヤパシタ１４４が完全に充電されそし
て燃焼開始装置２２６の一つが点火を行なおうと
していると仮定すれば、トリガ端子１８６に付与
された制御信号によつて火花ギヤツプ装置１４０
内の火花ギヤツプ１８７にブレークダウンが誘起
され、これにより端子１８８と１９０との間に点
火火花が発生されてキヤパシタ１４４が接地点１
９２へ接続される。この点において、キヤパシタ
１４４はライン２０２へ放電し、それにより生じ
た電流が配電回路１４６の各々と、それに対応す
る高圧付与ライン２３４とに与えられる。キヤパ
シタ１４４の充電と同時に、配電装置１３８によ
つて発生される点火信号は、点火されるべきシリ
ンダに対応する付勢された１本の出力ライン１６
６によつて、SCR２１２のトリガ端子に与えら
れる。従つてSCR２１２はTRIAC２１６を付勢
するように働き、TRIAC２１６は点火されよう
としているシリンダに関連した接地部分２２４を
ライン２４４を経て接地電位に接続するように働
き、これにより蓄積キヤパシタ１４４はこれに蓄
積されたエネルギを、点火されようとしているシ
リンダの高圧ライン２３４を経て放出することが
できる。ライン２３４を経て与えられたエネルギ
は燃焼開始装置２２６の容量性部分２３６へ付与
される。燃焼開始装置２２６の容量性部分２３６
が規定のレベルまで充電され、この充電が約1.5
マイクロ秒内に完了すると、ギヤツプ２４２に電
気的なブレークダウンが生じて、容量性部分２３
６が放電され、これにより装置２２６が付勢され
てプラズマジエツトを発生し、点火されるべきシ
リンダ内の燃料の燃焼を開始させる。 以上の説明より、本発明の燃焼開始装置及び燃
焼開始システムは本発明の目的を確実に達成する
だけでなく、特に簡単に然も非常に効果的に上記
目的を達成することが明らかであろう。本発明の
燃焼開始装置は、該燃料を含む色々な型式の燃料
の燃焼を開始する多数の使用目的に適用されるこ
とを理解されたい。本発明を説明するために選択
された前記の実施例に対し本発明の要旨から逸脱
せずに種々の変更又は追加がなされ得ることが当
業者に明らかであろう。従つて、ここに求めここ
に与えられるべき保護は請求の範囲に述べた要旨
にまで拡張されるべきものとしそしてその全ての
等効物は完全に本発明の範囲内に含まれるものと
理解されたい。