(57)【要約】  内燃機関が、主燃焼室（１４）の少なくとも一部を画定するシリンダ・ヘッド（１０）を含む。主燃焼室（１４）は、希釈燃焼混合気を収容するようになっている。ヘッド中の副燃焼空洞（３６）が、燃焼室（１４）と流体連通している開放端部を有する。この副燃焼空洞（３６）は、副燃焼空洞中に受け入れられた希釈燃焼混合気の実質的にすべてが燃焼室（１４）から受け入れた希釈燃焼混合気であるように、開放端部を介して燃焼室から希釈燃焼混合気の一部を受け入れるようになっている。幾つかの実施形態では、点火源（１８）が、副燃焼空洞（３６）中の開放端部に対向する端部に位置する。穴あき部材（４２）が、点火源（１８）に隣接し、かつその中に１つまたは複数の穴（４６）を有する。これらの穴（４６）は、燃焼混合気を点火源（１８）に通過させ、副燃焼空洞（３６）中の希釈燃焼混合気が点火されると、点火された希釈燃焼混合気の一部を主燃焼室（１４）の中へ噴射するように動作可能である。
2007533897.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
燃焼混合気を収容するようになっている主燃焼室の少なくとも一部を画定するヘッドを含み、
前記希釈燃焼混合気を圧縮するために移動可能な圧縮部材を前記燃焼室中に含み、
前記機関はさらに、前記主燃焼室に隣接して配置され、かつそれと流体連通している開放端部を有する、前記ヘッド中の副燃焼空洞を特徴とし、前記副燃焼空洞は、前記副燃焼空洞中に受け入れられた前記希釈燃焼混合気の実質的にすべてが前記主燃焼室中に収容された前記燃焼混合気の一部から供給されるように、前記開放端部を介して前記希釈燃焼混合気の一部を受け入れるようになっており、
前記副燃焼空洞中で前記開放端部に対向する前記空洞の端部に実質的に位置する点火源を含む内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関は、着脱自在に収容された保持体ハウジングを前記ヘッド中にさらに含み、前記点火源は前記保持体ハウジングにより保持される、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記点火源に隣接しかつその中に１つまたは複数の穴を有する穴あき部材をさらに含み、前記穴は、前記主燃焼室に供給された前記希釈燃焼混合気からの前記希釈燃焼混合気を前記点火源まで通過させ、前記副燃焼空洞中の前記燃焼混合気が点火されると、前記点火された燃焼混合気の一部を前記副燃焼空洞から前記主燃焼室の中へ噴射するように動作可能である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記穴あき部材は、前記保持体ハウジング上に位置する、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
前記穴あき部材は、前記点火源の電極を囲む遮蔽ハウジングである、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項６】
前記穴あき部材は、前記点火源の少なくとも一部を囲むハウジングである、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項７】
前記穴あき部材は、前記開放端部と前記点火源との間にある、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項８】
前記点火源は、前記開放端部に対向する前記副燃焼空洞の前記端部にある、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記点火源は、点火プラグの中心電極および接地電極である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記穴あき部材は、前記点火源の上に位置する、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記ヘッドは、前記点火源を前記主燃焼室に対して第１の位置に位置決めするようになっている第１の保持体ハウジングまたは前記点火源を前記主燃焼室に対して第２の位置に位置決めするようになっている第２の保持体ハウジングのどちらかを少なくとも１つの副燃焼空洞の中に収容するが、両方の保持体が同じ副燃焼空洞の中に同時に収容されないようになっている、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記ヘッドは少なくとも、第１の保持体ハウジングおよび第２の保持体ハウジングを収容するようになっており、前記第１の保持体ハウジングは前記点火源を保持し、かつその上に前記穴あき部材を有するようになされ、前記第２の保持体ハウジングは前記点火源を保持するようになっているが、前記穴あき部材を割愛する、請求項１１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記点火源は点火プラグの中心電極および接地電極であり、
空洞が実質的に円筒形であり、前記空洞の長手中心軸が前記点火プラグの長手中心軸と一致する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記点火源は、前記点火に隣接する前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を前記主燃焼室中の流体の流れから保護するために、前記主燃焼室から十分な距離をおいて前記副燃焼空洞の中に配置される、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項１５】
内燃機関の主燃焼室中の希釈燃焼混合気を燃焼させる方法であって、
希釈燃焼混合気を主燃焼室に供給するステップと、
前記主燃焼室からの前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を副燃焼空洞の中へ前記副燃焼空洞の開放端部を介して受け入れるステップであって、前記副燃焼空洞中の前記希釈燃焼混合気の実質的にすべてが前記主燃焼室から受け入れた前記希釈燃焼混合気であるようになっており、前記副燃焼空洞は前記主燃焼室に隣接しかつその外部に配置される、受け入れるステップと、
点火に隣接する前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を前記主燃焼室中の流体の流れから保護するために、前記点火源を前記開放端部に対向する前記副燃焼空洞中に、前記主燃焼室空洞から十分な距離をおいて位置決めするステップと、
前記点火源によって前記副燃焼空洞中の前記希釈燃焼混合気に点火するステップと、
前記副燃焼空洞からの前記点火された希釈燃焼混合気によって前記主燃焼室中の前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部に点火するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの穴を介して希釈燃焼混合気を前記空洞から前記燃焼室の中へ噴射するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記空洞中の前記希釈燃焼混合気に点火するステップは、前記点火源が前記副燃焼空洞の外部にかつ前記主燃焼室の内部に位置決めされていたら、それが必要としたはずの電圧よりも低い電圧を前記点火源に供給するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記点火源の温度が、前記点火源が前記副燃焼空洞の外部にかつ前記主燃焼室の内部に位置決めされた場合のその温度よりも低い、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
点火源を収容して、少なくとも１つの主燃焼室を有する内燃機関の中に取り付くための保持体であって、
前記点火源を収容する保持体ハウジングと、
前記点火源が前記主燃焼室の外部にある状態で、前記内燃機関に当接して前記保持体を前記内燃機関に対して位置決めするようになっている、前記ハウジング上の外部肩部とを含み、前記保持体ハウジングはさらに、前記点火源の周囲に実質的に静止した領域を形成するように前記内燃機関と協働するようになっている保持体。
【請求項２０】
前記点火源は、点火プラグの中心電極および少なくとも１つの接地電極である、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２１】
前記保持体は、前記点火プラグに当接して前記点火プラグを前記保持体ハウジングに対して軸方向に位置決めするようになっている内部肩部を前記ハウジングの中にさらに含み、
前記内部肩部および前記外部肩部は、少なくとも前記中心電極を前記燃焼室の外部に位置決めするように協働する、請求項２０に記載の保持体。
【請求項２２】
前記保持体ハウジングは実質的に管状であり、
前記保持体は、前記保持体内部の流体を前記内燃機関の中へ噴射するようになっている穴あき遮蔽部を前記保持体ハウジングの一端にさらに含む、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２３】
前記保持体は、前記内燃機関に螺合するようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２４】
前記保持体は、前記内燃機関に固締されるようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２５】
前記保持体ハウジングは、遮蔽ハウジングによって少なくとも一部が実質的に囲われている点火プラグを収容するようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２６】
前記内燃機関は、主燃焼室と、前記主燃焼室と連通している副燃焼空洞とを有し、
前記保持体ハウジングは、前記副燃焼空洞の中に収容されるようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２７】
点火プラグを収容して内燃機関の中に取り付くための保持体であって、
点火プラグを内部に収容するようになっている実質的に管状の保持体ハウジングと、
流体を前記保持体ハウジング内部の中へ通過させ、前記流体の少なくとも一部が点火されるとき、前記流体の少なくとも一部を前記保持体ハウジングから噴射するようになっている１つまたは複数の穴を有する、前記保持体ハウジングの一端にある穴あきハウジングとを含み、前記保持体ハウジングは、前記点火源の周囲に実質的に静止した領域を形成するために少なくとも前記穴あきハウジングと協働するようになっている保持体。
【請求項２８】
前記保持体は、前記点火プラグが前記内燃機関の主燃焼室の外部にある状態で、前記内燃機関に当接して前記保持体を前記機関に対して位置決めするようになっている外部肩部を前記保持体ハウジングの上にさらに含む、請求項２７に記載の保持体。
【請求項２９】
前記点火プラグに当接して前記点火プラグを前記保持体ハウジングに対して軸方向に位置決めするようになっている内部肩部を前記保持体ハウジングの中にさらに含む、請求項２８に記載の保持体。
【請求項３０】
前記内燃機関は、主燃焼室と、前記主燃焼室と連通している副燃焼空洞とを有し、
前記保持体ハウジングは前記副燃焼空洞の中に収容されるようになっている、請求項２７に記載の保持体。
【請求項３１】
前記保持体ハウジングは、前記内燃機関に螺合するようになっている、請求項２７に記載の保持体。
【請求項３２】
前記保持体は、前記内燃機関に固締されるようになっている、請求項２７に記載の保持体。
【請求項３３】
前記保持体ハウジングは、遮蔽ハウジングによって少なくとも一部が実質的に囲われている点火プラグを収容するようになっている、請求項２７に記載の保持体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は内燃機関に関し、さらに詳細には、内燃機関内部の燃料と空気との混合気に点火することに関する。
【０００２】
米国政府は、本発明における支払い済み使用許諾権を有し、かつ本特許の所有者にエネルギー省によって裁定されたＤＥ−ＦＣ０２−０１ＣＨ１１０８０；Ｗ（Ａ）−０２７；ＣＨ−１０７３の条項によって規定された妥当な条件で他者に使用許諾を与えることを要求する権利を限定的な状況において有するものである。
【０００３】
本出願は、「System and Method for Improving Ignitability of Dilute Combustion Mixtures」と題する、２００３年１１月３日に出願の米国特許出願第１０／７０００３９号の利益を主張するものである。
【背景技術】
【０００４】
燃料消費量および排出物質を低減しようと、機関設計者は、時として希釈した燃焼混合気または給気（dilute combustion mixture or charge）で稼動する機関の作製に着手した。例えば、この給気は、化学量論的燃焼を実現するのに要するよりも多くの酸素を含み、それに対応して少ない燃料を含み得る。希釈剤は、不活性の、例えば、排気ガス再循環（ＥＧＲ）を備えるシステムにおける排気ガスまたは他の希釈剤でもよい。しかし、希釈した給気で機関を稼働させることには困難が伴う。例えば、希釈給気は、点火が難しく、一旦点火しても、希釈した給気がシリンダ内部で安定して燃焼しないので不点火になり易い。このような不点火は、動力出力の低下、燃料消費量の増加、および望ましい水準を超えた排出物質の増加として現出する。したがって、機関設計者は、希釈給気で機関を稼働させることに対する困難に対処するために様々な方策を取ってきた。
【０００５】
幾つかの機関設計は、主燃焼室の外部に、主燃焼室に供給された燃料を超える追加的な燃料を収容する予燃焼室を備えた。追加的な燃料は、予燃焼室の中に、主燃焼室中の希釈した燃焼混合気よりも燃焼し易くかつ安定した火炎を生成し易いより濃厚な燃料混合気を作成する。したがって、予燃焼室中のより濃厚な混合気が点火され、かつ主燃焼室の中に放出されて、主燃焼室中の希釈した燃焼混合気に点火する。しかし、追加的な燃料を予燃焼室に供給することによって、燃焼室の中に導入される燃料の総量が多くなり、それはある程度燃料消費量および排出物質を増加させる。
【０００６】
他の機関設計では、燃焼室が、点火源に近接してより濃厚な混合気を含む層状燃焼混合気を作成するように構成される。層状混合気は、例えば、燃料を点火源に近接して燃焼室中に導入することによって、またはより濃厚な燃焼混合気を点火源の周囲に非均一に分布させる様態で燃料もしくは燃焼混合気を噴射することによって実現される。点火源に近接するより濃厚な燃焼混合気が点火され、したがって得られる火炎は、燃焼混合気の希釈部分の中で発生した火炎よりも強力であり、かつ安定して燃焼混合気の希釈領域の中へ広がる。残念なことであるが、希釈されすぎて容易に燃焼しない燃焼混合気のポケットを形成することなく、一貫して層状燃焼混合気を実現することは難しい。希釈されすぎて容易に燃焼しない燃焼混合気の領域は完全燃焼できず、それによって未燃焼の燃料のために機関効率の低下をもたらすばかりでなく、排出物質の増加をもたらすことになる。
【０００７】
したがって、追加的な燃料を燃焼室に導入する必要がなく、しかも実施が容易な希釈燃焼混合気を燃焼するシステムおよび方法に対する必要性が存在する。
【発明の要約】
【０００８】
本発明は一般に、より点火し易くかつより安定的に燃焼する混合気の領域を創出することによって希釈燃焼混合気を燃焼するシステムおよび方法を包含する。
【０００９】
本発明に係る１つの例示的な実施形態は内燃機関を含む。この内燃機関は、燃焼室の少なくとも一部を画定する本体を含む。燃焼室は、燃焼混合気を収容するようになっている。燃焼室中の圧縮部材が、本体によって実質的に封止するようになっており、燃焼混合気を圧縮するように移動可能である。本体中の空洞が、燃焼室と流体連通している開放端部を有する。空洞の中に受け入れられた燃焼混合気の実質的にすべてが、燃焼室から受け入れた燃焼混合気であるように、空洞は、開放端部を介して燃焼室中へ燃焼混合気の一部を受け入れるようになっている。空洞はさらに、その内部に実質的に静止した領域を創出するようになっている。点火源が、空洞中で開放端部に対向する端部に位置する。穴あき部材が点火源に隣接し、かつその中に１つまたは複数の穴を有する。これらの穴は、燃焼混合気を点火源まで通過させ、空洞中の燃焼混合気が点火されると、点火された燃焼混合気の一部を燃焼室の中へ噴射するように動作可能である。
【００１０】
本発明に係る別の例示的な実施形態は、点火源（ignition source）を収容して内燃機関の中に取り付くための保持体（carrier）を含む。この保持体は、点火源を収容するようになっている保持体ハウジングを含む。保持体ハウジング上の外部肩部が、点火源が燃焼室の外部にある状態で、内燃機関に当接して保持体を内燃機関に対して位置決めする。保持体ハウジングはさらに、点火源の周囲に実質的に静止した領域を形成するように内燃機関と協働するようになっている。この保持体は、保持体ハウジングの一端に穴あきハウジングを含み、それは保持体ハウジングの内部へ流体を通過させ、流体の少なくとも一部が点火されるとき、この流体の少なくとも一部を保持体ハウジングから噴射するようになっている１つまたは複数の穴を有し得る。この場合に、保持体ハウジングは、点火源の周囲に実質的に静止した領域を形成するように少なくとも穴あきハウジングと協働するようになっている。
【００１１】
本発明に係る別の例示的な実施形態は、内燃機関の燃焼室中の希釈燃焼混合気に点火する方法を含む。本方法によれば、希釈燃焼混合気が燃焼室の中に収容される。空洞中の燃焼混合気の実質的にすべてが燃焼室から受け入れた希釈燃焼混合気であるように、燃焼室からの希釈燃焼混合気の少なくとも一部が空洞の開放端部を介して受け入れられるようになっている。空洞は、燃焼室の外部にあり、その内部に実質的に追加的な流れを誘導することなく、その内部の希釈燃焼混合気を燃焼室中の流体の流れから実質的に保護する。空洞中の希釈燃焼混合気は、空洞中の開放端部に対向する点火源によって点火される。燃焼室中の希釈燃焼混合気は、空洞からの点火された希釈燃焼混合気によって点火される。
【００１２】
本発明の１つまたは複数の実施形態の詳細は、添付の図面および以下の説明に呈示される。本発明の他の特徴、目的、および利点は、その説明および図面から、ならびに特許請求の範囲から明白になる。
【００１３】
様々な図面中の同様の参照符号は同様の要素を指す。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１を参照すると、本発明にしたがって構築された内燃機関の断面が示されている。本機関は、燃焼室１４の壁表面１２の少なくとも一部を形成するヘッド１０を含む。図１の例示的な実施形態では、燃焼室１４は円筒形構成であり、その内部に直線往復動する円筒形ピストン１６を収容する。本明細書では図１の円筒形燃焼室１４および直線往復動ピストン１６に関して論じるが、本発明は他の種類の内燃機関、例えば、ヴァンケル型ロータリー機関にも等しく応用可能である。したがって、本明細書に説明する本発明の構想は、図１の例示的な直線往復動機関に限定されるものではないことを理解すべきである。
【００１５】
本機関は、直噴式機関構成におけるような空気、または気化器式すなわち非直噴式機関構成におけるような空気と燃料との混合気を燃焼室１４の中へ流入可能にするように動作可能な吸気通路１５をさらに含む。排気通路１７も備わっており、燃焼室１４から排気を流出可能にするように動作可能である。
【００１６】
ヘッド１０は、Ｊ型点火プラグ２４の接地電極２０および中心電極２２として、図１の例示的な実施形態に示した点火源（ignition source）１８を組み込む。点火源１８は、本明細書では点火プラグ２４の構成要素として説明されているが、内燃機関に応用するのに適切な任意の他の種類の点火源でもよい。点火プラグ２４は、ヘッド１０の中の開口空間２６の中に収容される。ヘッド１０は、点火プラグ２４を直接に収容しかつそれと係合するように構成可能であるし、またはヘッド１０は、点火プラグ２４もしくは他の種類の点火源１８を収容しかつそれと係合する点火プラグ保持体（spark plug carrier）２８を収容しかつそれと係合するように構成することも可能である。１つの例示的な実施形態では、点火プラグ保持体２８はヘッド１０によって螺合可能であり、次に、この保持体は点火プラグ２４に螺合可能である。点火プラグ保持体２８は、ヘッド１０の中に固締されるか、ヘッド１０の中に摩擦によって保持されるか、ヘッド１０の中に溶接もしくは接着されるか、または別様に固着されることも本発明の範囲内である。
【００１７】
点火プラグ保持体２８は管状構成であり、一端が燃焼室１４に対して開口して点火プラグ保持体２８内部へ流体を連通させる。点火プラグ２４は、点火プラグ保持体２８の内部で肩部３０に当接して実質的にそれを封止する座部３２を有する。肩部３０は、点火プラグ２４を保持体２８に対して位置決めする役割を果たす。点火プラグ保持体２８は、開放空間２６の内部に当接し、保持体２８をヘッド１０に対して、したがって燃焼室１４の壁表面１２に対して位置決めする肩部３４を有する。点火プラグ保持体２８の肩部３０およびヘッド１０の肩部３４の位置は、燃焼室１４の内部から所定の距離に点火源１８を位置決めして保護領域３６を作成するように選択される。この保護領域３６の内部では、少なくとも点火源１８の周囲領域は実質的に静止状態である。
【００１８】
図２は、点火プラグ保持体２８およびヘッド１０の以上に論じた配置において、遮蔽型点火プラグ４０を組み込む１つの別法による例示的な実施形態を示す。この遮蔽型点火プラグ４０は、点火源１８を包囲する遮蔽ハウジング（shield housing）４２を含む。遮蔽ハウジング４２は、保護領域３６の少なくとも一部と重なる遮蔽領域４４を画定する。遮蔽ハウジング４２は、図２に図示するように保護領域３６内部に存在してもよいし、または燃焼室１４の中へ少なくとも一部が突出してもよい。流体が遮蔽ハウジング４２を通過できるように、１つまたは複数の穴４６が遮蔽ハウジング４２の中に設けられる。これらの穴４６の数、形状、大きさ、および向きは、給気を燃焼室１４から遮蔽領域４４の中へ流入させ、さらに、遮蔽領域４４中の給気が点火されると、燃焼中および未燃焼の給気を遮蔽領域４４から燃焼室１４の中へ噴射するためのノズルとして動作するように構成される。換言すれば、燃焼室１４からの給気の一部が、遮蔽領域４４に進入して点火源１８によって点火される。遮蔽領域４４の中の給気が燃焼するとき、遮蔽領域４４中の圧力が急激に上昇して、穴４６を介して燃焼中および未燃焼の給気を強制的に噴出する。穴４６は、燃焼室１４の中へ速くかつ深く飛び出す１筋または複数の流れ（典型的には１つの穴４６ごとに１筋の流れ）に、遮蔽領域４４からの噴出給気を集束させる。したがって、給気が燃焼室１４中の幾つかの箇所（すなわち、これらの流れ）で、しかも燃焼室１４の内部のより深い箇所から点火されるので、噴射された燃焼中の給気は、燃焼室の周辺で点火プラグから点火する通常の機関よりも向上した様態で燃焼室１４中の給気を点火する。
【００１９】
図３は、点火源１８を実質的に包囲する一体型遮蔽ハウジング５０を備えた点火プラグ保持体４８を組み込む１つの別法による例示的な実施形態を示す。この一体型遮蔽ハウジング５０は、上記と同様に、遮蔽領域４４中の給気が点火されると、燃焼中および未燃焼の給気を燃焼室１４の中へ噴射するためのノズルとして動作するように構成された１つまたは複数の穴４６を含む。一体型遮蔽ハウジング５０は、図中に示したように保護領域３６の中に位置してもよいし、または少なくとも一部が燃焼室１４の中へ突出してもよい。
【００２０】
点火プラグ保持体２８または４８を使用すると、特定のヘッド１０構成のためのモジュール方式で、点火プラグの位置決めおよび遮蔽ハウジング４２および５０の具備を可能にする。特定のヘッド１０構成に適合し、かつそれぞれが点火プラグ２４または４０を様々に位置決めする多様な点火プラグ保持体２８または４８を設けることができる。燃焼室１４に対する点火プラグ２４または４０の望ましい位置に応じて、かつ遮蔽ハウジング５０が望ましいかどうかに応じて、適切な点火プラグ保持体２８または４８が選択される。したがって、点火プラグ保持体２８および４８は、様々な望ましい点火プラグ位置を備えかつ遮蔽ハウジングを具備するように幾つものヘッド１０構成を用意する必要性を排除する。
【００２１】
図１〜３を一括して参照すると、点火源１８は、たとえ給気が希釈されていても、より完全でかつより一貫した給気の点火を促進する様態で燃焼室１４に対して位置決めされる。本明細書では参照の便宜のために、点火源１８から燃焼室１４の壁表面１２までの距離を後退距離Ｒと呼ぶ。この後退距離Ｒは、点火源１８が燃焼室１４の実質的に外部に存在するように、かつ点火源１８と燃焼室１４との間に給気の点火を助ける保護領域３６を画定するように選択される。保護領域３６は、少なくとも点火源１８に隣接する給気が燃焼室１４内部の乱流および他の流体運動から実質的に保護されるように、すなわち、静止状態にあるように構成される。さらには、保護領域３６は、追加的な乱流または渦流を誘導することなく点火源１８に隣接する給気を維持するように、すなわち、給気を実質的に静止状態に維持するようになっている。幾つかの事例では、より急速に保護領域３６に給気を充満させるために保護領域３６の開口周囲に流れを誘導することが望ましい場合もある。
【００２２】
図の例示的な実施形態では、点火源１８は、少なくとも中心電極２２が燃焼室１４の外部に位置するように後退している。保護領域３６は、点火プラグ２４または４０、燃焼室１４の壁表面１２、および保持体２８または４８によって境界が区切られている。点火源１８は、図１に示したように保護領域３６の開放端部に対向する端部に位置決め可能であるし、または保護領域３６中の別の位置に位置決めすることも可能である。遮蔽ハウジング４２または５０を具備する実施形態では、遮蔽ハウジング４２または５０が遮蔽領域４４の少なくとも一部を静止状態にするのを助けるように動作する。様々な例示の実施形態のそれぞれでは、保護領域３６が実質的に円筒形であり、一方の端部が燃焼室１４と連通しており、他方の対向端部に点火プラグ２４または４０を有する。例示の実施形態におけるように、保護領域３６の長手中心軸を点火プラグ２４または４０の長手中心軸と実質的に一致するように構成すると、ヘッド１０の他の領域の中へ張り出さない空間効率的な構成が備わる。しかし、保護領域３６は、本明細書では実質的に円筒形として図示されているが、それは円筒形である必要はなく、球形、立方形、ピラミッド形、または不規則形のような他の非円筒形構成で実施することも可能である。さらには、望ましければ、保護領域３６の長手中心軸は、点火プラグ２４または４０の長手軸と芯違いにして、それに対して角度を付けて設けられてもよい。
【００２３】
給気が燃焼室１４の中に導入されるとき、一部は保護領域３６の中へ流入する。保護領域３６中のこのような給気の一部は、燃焼室１４中の給気と実質的に同じ組成を有する。したがって、過剰な酸素によって希釈された給気（すなわち、希薄な給気）および／または不活性の希釈剤によって希釈された給気のような、希釈給気が燃焼室１４の中へ導入されれば、保護領域３６中の給気の一部は、燃焼室中の給気と実質的に同じ希釈剤の比率を有することになる。
【００２４】
点火源１８は保護領域３６中の給気の一部を点火し、次いで保護領域３６中の点火された給気は燃焼室１４中の給気の残部を点火する。点火源１８の周囲領域は遮蔽され、したがって燃焼室１４中の乱流および他の流体の流れによって相対的に乱されることがないので、保護領域３６の中の点火源１８周辺の給気の一部は、燃焼室１４の中にある場合よりも点火し易い。さらには、得られる火炎核は制御比率で成長し、燃焼室１４に進入する前に確立されることになる。したがって、その火炎は、燃焼室１４の隅々に安定して広がりかつその中の給気を点火するための実質的なエネルギーおよび大きさを有する。その結果、燃焼室１４中の混合気がより完全にかつより一貫して点火することになる。より完全でかつより一貫した点火は、点火サイクル間の図示平均有効圧力（ＩＭＥＰ）［indicated man effective pressure］のより小さい変動係数およびより小さい標準偏差（lower standard deviation）の０〜１０％の質量含有率燃焼［mass fraction burn］（ＭＦＢ）として現出する。
【００２５】
点火源１８を燃焼室１４から後退させると、火炎は保護領域３６から燃焼室１４の中へ移動しなければならないので、点火源１８の発火と燃焼室１４中の給気の点火との間に遅延が生じる。この遅延量は後退距離Ｒの関数であって、すなわち、後退距離Ｒが大きくなればなるほど、それだけ点火が遅延し、特定の燃焼システム（圧縮比、ピストン・ボウル形状など）に望ましいように調整可能である。遅延を補償するために、燃焼室１４中の給気が、後退した点火源１８を具備しない機関の中で点火された場合とほぼ同じクランク角で点火されるように、機関の点火時期が早められる。時期が早められるので、点火源１８は、燃焼室１４および保護領域３６の中の圧力がより低い圧縮行程のより早い時期に点火される。このようなより低い圧力では、保護領域３６の中の給気を点火するのに必要なエネルギーは、より高い圧力におけるよりも小さい。したがって、点火プラグ２４または４０の場合では、点火プラグの電圧要求量はより少なく、点火プラグの寿命が延びる。対照的に、通常のシステムにおける点火プラグの電圧要求量の削減は、燃料消費量、排出物質、またはノッキング限界に悪影響を及ぼさないで行うことが困難である。点火源１８を後退させることの追加的な利点は、点火プラグ２４または４０とヘッド１０との間のより大きな伝熱であり、したがって点火プラグの先端および座部の温度を低下させることになる。
【００２６】
本発明の幾つかの実施形態を説明してきたが、本発明の趣旨および範囲から逸脱することなく様々な変更がなされ得ることが理解されよう。したがって、他の実施形態も添付の特許請求の範囲内にある。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】非遮蔽点火プラグを組み込む、本発明にしたがって構築された機関を示す断面図である。
【図２】遮蔽点火プラグを組み込む、本発明にしたがって構築されたシリンダ・ヘッドを示す断面図である。
【図３】遮蔽ハウジングを有する点火プラグ保持体を組み込む、本発明にしたがって構築された機関を示す断面図である。
【図１】
2007533897.tif 000003
【図２】
2007533897.tif 000004
【図３】
2007533897.tif 000005
【手続補正書】
【提出日】平成17年11月21日(2005.11.21)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関であって、
燃焼混合気を収容するようになっている主燃焼室の少なくとも一部を画定するヘッドを含み、
前記希釈燃焼混合気を圧縮するために移動可能な圧縮部材を前記燃焼室中に含み、
前記機関はさらに、前記主燃焼室に隣接して配置され、かつそれに接合して流体連通している開放端部を有する、前記ヘッド中の副燃焼空洞を特徴とし、前記副燃焼空洞は、前記副燃焼空洞中に受け入れられた前記希釈燃焼混合気の実質的にすべてが前記主燃焼室中に収容された前記燃焼混合気の一部から供給されるように、前記開放端部を介して前記希釈燃焼混合気の一部を受け入れるようになっており、
前記副燃焼空洞中に位置する点火源であって、前記点火源に隣接する前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を実質的に静止状態に維持するように動作可能な距離だけ前記主燃焼室から後退させた点火源を含む内燃機関。
【請求項２】
前記内燃機関は、着脱自在に収容された保持体ハウジングを前記ヘッド中にさらに含み、前記点火源は前記保持体ハウジングにより保持される、請求項２に記載の内燃機関。
【請求項３】
前記内燃機関は、前記開放端部と前記点火源との間にありかつその中に１つまたは複数の穴を有する穴あき部材をさらに含み、前記穴は、前記主燃焼室に供給された前記希釈燃焼混合気からの前記希釈燃焼混合気を前記点火源まで通過させ、前記副燃焼空洞中の前記燃焼混合気が点火されると、前記点火された燃焼混合気の一部を前記副燃焼空洞から前記主燃焼室の中へ噴射するように動作可能である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項４】
前記穴あき部材は、前記保持体ハウジング上に位置する、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項５】
（削除）
【請求項６】
前記穴あき部材は、前記点火源の少なくとも一部を囲むハウジングである、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項７】
（削除）
【請求項８】
前記点火源は、前記開放端部に対向する前記副燃焼空洞の前記端部にある、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項９】
前記点火源は、点火プラグの中心電極および接地電極である、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１０】
前記穴あき部材は、前記点火源の上に位置する、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項１１】
前記ヘッドは、前記点火源を前記主燃焼室に対して第１の位置に位置決めするようになっている第１の保持体ハウジングまたは前記点火源を前記主燃焼室に対して第２の位置に位置決めするようになっている第２の保持体ハウジングのどちらかを少なくとも１つの副燃焼空洞の中に収容するが、両方の保持体が同じ副燃焼空洞の中に同時に収容されないようになっている、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１２】
前記ヘッドは少なくとも、第１の保持体ハウジングおよび第２の保持体ハウジングを収容するようになっており、前記第１の保持体ハウジングは前記点火源を保持し、かつその上に前記穴あき部材を有するようになされ、前記第２の保持体ハウジングは前記点火源を保持するようになっているが、前記穴あき部材を割愛する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１３】
前記点火源は点火プラグの中心電極および接地電極であり、
空洞が実質的に円筒形であり、前記空洞の長手中心軸が前記点火プラグの長手中心軸と一致する、請求項１に記載の内燃機関。
【請求項１４】
前記点火源は、前記点火に隣接する前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を前記主燃焼室中の流体の流れから保護するために、前記主燃焼室から十分な距離をおいて前記副燃焼空洞の中に配置される、請求項３に記載の内燃機関。
【請求項１５】
内燃機関の主燃焼室中の希釈燃焼混合気を燃焼する方法であって、
希釈燃焼混合気を主燃焼室に収容するステップと、
前記主燃焼室からの前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を副燃焼空洞の中へ、前記主燃焼室に接合している、前記副燃焼空洞の開放端部を介して受け入れるステップであって、前記副燃焼空洞中の前記希釈燃焼混合気の実質的にすべてが前記主燃焼室から受け入れた前記希釈燃焼混合気であるようになっており、前記副燃焼空洞は前記主燃焼室に隣接しかつその外部に配置される、受け入れるステップと、
点火に隣接する前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を前記主燃焼室中の流体の流れから保護するようになされた前記主燃焼空洞からの距離をおく、前記開放端部に対向する前記副燃焼空洞中の前記点火源によって、前記副燃焼空洞中の前記希釈燃焼混合気に点火するステップと、
前記副燃焼空洞からの前記点火された希釈燃焼混合気によって、前記主燃焼室中の前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を点火するステップと、を含む方法。
【請求項１６】
少なくとも１つの穴を介して希釈燃焼混合気を前記空洞から前記燃焼室の中へ噴射するステップをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記空洞中の前記希釈燃焼混合気に点火するステップは、前記点火源が前記副燃焼空洞の外部にかつ前記主燃焼室の内部に位置決めされていたら、それが必要としたはずの電圧よりも低い電圧を前記点火源に供給するステップを含む、請求項１５に記載の方法。
【請求項１８】
前記点火源の温度が、前記点火源が前記副燃焼空洞の外部にかつ前記主燃焼室の内部に位置決めされた場合のその温度よりも低い、請求項１５に記載の方法。
【請求項１９】
点火源を収容して、燃焼混合気を収容する少なくとも１つの主燃焼室と、前記主燃焼室に接合する開放端部を有する空洞とを有する内燃機関の中に取り付くための保持体であって、
前記点火源を収容して前記空洞の中に取り付くようになっている保持体ハウジングを含み、前記保持体はさらに、前記保持体ハウジングの中へ受け入れられた前記燃焼混合気の実質的にすべてが前記主燃焼室中の前記燃焼混合気から受け入れられるように、前記開放端部を介して前記燃焼混合気の一部を受け入れるようになっており、
前記点火源が前記主燃焼室の外部にある状態で、前記内燃機関に当接し、かつ前記点火源に隣接する前記希釈燃焼混合気の少なくとも一部を前記主燃焼室中の流体の流れから保護するように動作可能な距離をおいて、前記保持体を位置決めするようになっている外部肩部を前記ハウジングの上に含む保持体。
【請求項２０】
前記点火源は、点火プラグの中心電極および少なくとも１つの接地電極である、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２１】
前記保持体は、前記点火プラグに当接して前記点火プラグを前記保持体ハウジングに対して軸方向に位置決めするようになっている内部肩部を前記ハウジングの中にさらに含み、
前記内部肩部および前記外部肩部は、少なくとも前記中心電極を前記燃焼室の外部に位置決めするように協働する、請求項２０に記載の保持体。
【請求項２２】
前記保持体ハウジングは実質的に管状であり、
前記保持体は、前記保持体内部の流体を前記内燃機関の中へ噴射するようになっている穴あき遮蔽部を前記保持体ハウジングの一端にさらに含む、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２３】
前記保持体は、前記内燃機関に螺合するようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２４】
前記保持体は、前記内燃機関に固締されるようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２５】
前記保持体ハウジングは、遮蔽ハウジングによって少なくとも一部が実質的に囲われている点火プラグを収容するようになっている、請求項１９に記載の保持体。
【請求項２６】
（削除）
【請求項２７】
（削除）
【請求項２８】
（削除）
【請求項２９】
（削除）
【請求項３０】
（削除）
【請求項３１】
（削除）
【請求項３２】
（削除）
【請求項３３】
（削除）
【国際調査報告】
2007533897.tif 000006
2007533897.tif 000007
2007533897.tif 000008