(57)【要約】  一般的に、予燃焼室を有するプレチャンバーユニットであって、予燃焼室の消炎面から離すように火炎成長を方向付けるように働く流動場および流動場の力を予燃焼室内に生じさせる構成の１つ以上の吸気ポートを含む予燃焼室を有するプレチャンバーユニットの実施形態。
2014502692.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配させる方法であって、前記予燃焼室の少なくとも１つの吸気ポートを、前記燃料−酸化剤の混合物が前記予燃焼室に流れて、火炎核と前記予燃焼室の内表面との相互作用を減少させる流動場の力を生成するように、構成することを含む、方法。
【請求項２】
前記予燃焼室の中心に向かう前記予燃焼室内の燃料−酸化剤の混合比を増大させることをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項３】
前記予燃焼室の前記内表面に接近する前記燃料−酸化剤の混合比を低下させることをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項４】
火炎成長を消炎する前記予燃焼室の前記内表面に接近する流動場の速度を低下させることをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項５】
前記予燃焼室の前記内表面での前記火炎核の消炎を低下させることをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項６】
前記予燃焼室内に１つ以上の電極を配置して、電極ギャップを設けることをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項７】
前記電極ギャップにおける前記燃料−酸化剤の混合比を増大させる前記流動場の力を生成することをさらに含む、請求項６に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項８】
前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させるのに十分な前記流動場の力を前記電極ギャップ内に生成することをさらに含む、請求項６に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項９】
前記予燃焼室の前記内表面から離すように前記火炎核を移動させるのに十分な前記流動場の力を前記電極ギャップ内に生成することをさらに含む、請求項６に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１０】
前記１つ以上の電極の第１の電極を中心絶縁体で取り囲み、前記中心絶縁体を、前記１つ以上の電極の周りで外向きに延在するシェル内に囲み、前記電極ギャップ内の前記流動場の力が、前記火炎核と前記中心絶縁体との相互作用を減少させるのに十分であることをさらに含む、請求項６に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１１】
前記電極ギャップ内に前記流動場の力を生成して、前記予燃焼室の前記内表面の方へ向かう前記火炎核の移動速度を低下させることをさらに含む、請求項６に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１２】
前記電極ギャップ内に、約１．０メートル／秒〜約１００．０メートル／秒の流動場の速度を生成することをさらに含む、請求項７、８、９、１０、または１１のいずれか一項に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１３】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記燃料−酸化剤の混合物の少なくとも１つの補充ストリームを、前記予燃焼室の前記内表面に向け、それにより、前記流動場の力を方向転換させて前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用の減少を達成する、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１４】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室の中心絶縁体の方に向けることを含む、請求項１３に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室内の１つ以上の電極の方に向けることを含む、請求項１３に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１６】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室のシェルの方に向けることを含む、請求項１３に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１７】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記少なくとも１つの補充ストリームを、前記予燃焼室の前記内表面上の予め定められたポイント位置の方に向けることを含む、請求項１３に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１８】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記少なくとも１つの補充ストリームを、予め定められた角度で前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置の方に向ける、請求項１７に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１９】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置に向けられた前記少なくとも１つの補充ストリームに、予め定められた速度を生成する、請求項１８に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項２０】
中心絶縁体のコアノーズ、前記中心絶縁体の前記コアノーズの上隅、１つ以上の電極、および前記シェルからなる群の１つ以上から前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置を選択することをさらに含む、請求項１７に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項２１】
前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置から予め定められた距離で前記少なくとも１つの吸気ポートを配置するように前記予燃焼室を構成することをさらに含む、請求項１８に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項２２】
前記予燃焼室の前記内表面から前記少なくとも１つの補充ストリームが跳ね返り、前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用の減少を達成することをさらに含む、請求項１３に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項２３】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することによって、前記予燃焼室の前記内表面上のポイント位置から跳ね返る補充ストリームを生成する、請求項２２に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項２４】
前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置から予め定められた距離で前記少なくとも１つの吸気ポートを配置し、前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置から跳ね返る補充ストリームを生成することをさらに含む、請求項２３に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項２５】
ａ）電極ギャップを設けるために距離をおいて配置された第１の電極および第２の電極；
ｂ）前記第１の電極および前記第２の電極を少なくとも部分的に囲む予燃焼室；および
ｃ）前記予燃焼室の外表面と内表面との間を連通している少なくとも１つの吸気ポートであって、前記電極ギャップを橋絡する火花によって燃料−酸化剤の混合物を点火すると、前記予燃焼室内に、火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させる流動場の力を生成するように適合された少なくとも１つの吸気ポート
を含むプレチャンバーユニット。
【請求項２６】
前記流動場の力が、前記予燃焼室の前記内表面に接近する前記燃料−酸化剤の混合比を低下させる、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項２７】
前記流動場の力が、前記予燃焼室の中心の方に向かう燃料−酸化剤の混合比を増大させる、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項２８】
前記予燃焼室内の前記流動場の力が、前記予燃焼室の前記内表面に接近するに従って流動場の速度を低下させる、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項２９】
前記予燃焼室の中心に向かう前記燃料−酸化剤の比が増大されることによって、前記燃料−酸化剤の混合物が点火されると、前記予燃焼室の前記内表面での火炎成長の消炎が低下される、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３０】
前記予燃焼室の中心に向かう前記燃料−酸化剤の混合比が増大されることによって、前記予燃焼室内の前記燃料−酸化剤の混合物の燃焼率が増加する、請求項２９に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３１】
前記電極ギャップにおける前記流動場の力が、前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させる、請求項２７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３２】
前記流動場の力が、前記電極ギャップにおける前記燃料−酸化剤の混合比を増大させる、請求項２７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３３】
前記予燃焼室が、中心絶縁体を包み込むシェルを含み、前記中心絶縁体が前記第１の電極を取り囲み、前記シェルが、前記第１の電極および前記第２の電極の周りで外向きに延在するように構成され、および前記流動場の力が、前記火炎核と前記中心絶縁体の前記内表面との相互作用を減少させる、請求項２７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３４】
前記電極ギャップ内の流動場の速度が、約１．０ｍ／秒〜約１００．０ｍ／秒の範囲であり、前記速度が、前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させるのに十分である、請求項３１、３２、または３３のいずれか１項に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３５】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、前記予燃焼室の前記内表面の方へ向かう少なくとも１つの補充ストリームを意図する構成を含み、前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させる前記流動場の力を生じさせる、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３６】
前記内表面が前記予燃焼室の中心絶縁体を含む、請求項３５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３７】
前記内表面が前記第１の電極および前記第２の電極を含む、請求項３５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３８】
前記内表面が前記予燃焼室のシェルを含む、請求項３５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項３９】
前記少なくとも１つの吸気ポートの前記構成が、前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室の前記内表面上の予め定められたポイント位置の方へ向ける、請求項３５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４０】
前記少なくとも１つの吸気ポートの前記構成が、前記少なくとも１つの補充ストリームを、予め定められた角度で、前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置の方へ向ける、請求項３９に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４１】
前記少なくとも１つの吸気ポートの前記構成が、前記少なくとも１つの補充ストリームを、予め定められた速度で前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置の方へ向ける、請求項４０に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４２】
前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置が、中心絶縁体のノーズ、中心絶縁体のノーズの上隅、中心絶縁体のノーズの下隅、中心絶縁体のノーズの側面、およびシェルからなる群の１つ以上から選択される、請求項４１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４３】
前記予燃焼室が、前記少なくとも１つの吸気ポートを前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置から予め定められた距離で配置する構成を有する、請求項４１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４４】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、それぞれ実質的に同様の構造を有する複数の吸気ポートを含む、請求項４３に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４５】
前記予燃焼室内の前記流動場の力が、前記予燃焼室の前記内表面から跳ね返る少なくとも１つの補充ストリームから生じる、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４６】
前記少なくとも１つの吸気ポートの構成が、前記予燃焼の前記内表面上のポイント位置に対して、前記予燃焼室の前記内表面から跳ね返る補充ストリームを生成して前記予燃焼室内部に前記流動場の力を生じさせるような構成である、請求項４５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４７】
前記予燃焼室の構成が、前記少なくとも１つの吸気ポートを前記予燃焼室の前記内表面上の前記ポイント位置から予め定められた距離で配置して、前記予燃焼室の前記内表面から跳ね返る補充ストリームを生成し、前記予燃焼室内部に前記流動場の力を生じさせるような構成である、請求項４６に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４８】
前記内表面が中心絶縁体を含み、そこから前記少なくとも１つの補充ストリームが跳ね返り、前記流動場の力を生成し、それにより、前記電極ギャップにおける前記燃料−酸化剤の混合比を増大する、請求項４５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項４９】
前記補充ストリームが前記中心絶縁体から跳ね返り、前記電極ギャップに前記流動場の力を生成し、それにより、前記燃料−酸化剤の混合物に点火時、前記火炎核と前記中心絶縁体との相互作用を減少させる、請求項４８に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５０】
前記内表面がシェルを含み、そこから補充ストリームが跳ね返り、前記電極ギャップに前記流動場の力を生成し、それにより、点火時に、前記火炎核と前記中心絶縁体との相互作用を減少させる、請求項４５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５１】
前記少なくとも１つの吸気ポートが軸方向吸気ポートおよび複数の側方吸気ポートを含む、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５２】
前記軸方向吸気ポートが、前記予燃焼室の外表面と前記内表面との間の前記プレチャンバーユニットの中心縦軸に実質的に軸方向に整列し、前記予燃焼室が、約２ミリメートル〜約４ミリメートル厚さの予燃焼室壁を有し、前記軸方向吸気ポートの直径が約１ミリメートル〜約２ミリメートルである、請求項５１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５３】
前記複数の側方吸気ポートが４個の側方吸気ポート〜６個の側方吸気ポートを含み、それぞれが、約５ミリメートル〜約７ミリメートルの半径で、前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置されている、請求項５２に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５４】
前記複数の側方吸気ポートの各々が、約２０度〜約３０度の範囲の側方吸気ポート角度で内向きに前記予燃焼室壁の前記外表面と前記内表面との間を連通している、請求項５３に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５５】
前記予燃焼室が、約８００ｍｍ３〜約１０００ｍｍ３の全体積部を囲む、請求項５４に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５６】
前記予燃焼室が、前記電極ギャップの前方の第１の予燃焼室体積部と、前記電極ギャップの後方の第２の予燃焼室体積部を囲む、請求項５５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５７】
前記第１の予燃焼室体積部の体積が、約３５０ｍｍ３〜約４５０ｍｍ３である、請求項５６に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５８】
前記第１の予燃焼室体積部を規定する前記予燃焼室の内径が、約９ミリメートル〜約１３ミリメートルである、請求項４８に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項５９】
前記予燃焼室の、前記第１の予燃焼室を規定する前記電極ギャップの前方の部分の高さが、約３ミリメートル〜約５ミリメートルである、請求項５８に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６０】
前記第２の予燃焼室体積部の体積が、約４５０ｍｍ３〜約５５０ｍｍ３である、請求項５９に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６１】
前記予燃焼室の挿入深さが、約６ミリメートル〜約８ミリメートルである、請求項６０に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６２】
前記第１の電極および前記第２の電極がデュアルバースパークプラグ電極を含む、請求項６１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６３】
前記複数の側方吸気ポートが、第１のセットの３個の側方吸気ポート〜４個の側方吸気ポートを含み、それぞれが、約６ミリメートル〜約８ミリメートルの第１の半径で前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置された外部ポート開口部を有し、前記第１のセットが、約３０度〜約４０度の前記第２の電極に対して前記外部ポート開口部の割付角を与える、約３ミリメートル〜約４ミリメートルのスワールオフセットを有している、請求項５２に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６４】
前記第１のセットの側方吸気ポートの各々が、約２５度〜約３５度の範囲の側方吸気ポート角度で内向きに前記予燃焼室壁の前記外表面と前記内表面との間を連通している、請求項６３に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６５】
３個の側方吸気ポート〜４個の側方吸気ポートの第２のセットの側方吸気ポートをさらに含み、それぞれが、約７ミリメートル〜約９ミリメートルの第２の直径で前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置された外部ポート開口部を有し、前記第２のセットが、約８０度〜約１００度の範囲の前記第２の電極に対して前記外部ポート開口部の割付角与える、約１ミリメートル〜約２ミリメートルのスワールオフセットを有している、請求項６４に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６６】
前記第１のセットの側方吸気ポートの各々が、約５０度〜約６０度の範囲の側方吸気ポート角度で内向きに前記予燃焼室壁の前記外表面と前記内表面との間を連通している、請求項６５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６７】
前記予燃焼室が、約８００ｍｍ３〜約１０００ｍｍ３の全体積部を囲む、請求項６５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６８】
前記予燃焼室が、前記電極ギャップの前方の第１の予燃焼室体積部と、前記電極ギャップの後方の第２の予燃焼室体積部を囲む、請求項６５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項６９】
前記第１の予燃焼室体積部の体積が、約５５０ｍｍ３〜約６５０ｍｍ３である、請求項６８に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７０】
前記第１の予燃焼室体積部を規定する前記予燃焼室の内径が、約９ミリメートル〜約１３ミリメートルである、請求項６９に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７１】
前記第２の予燃焼室体積部の体積が約２５０ｍｍ３〜約３５０ｍｍ３である、請求項７０に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７２】
前記予燃焼室の挿入深さが約３ミリメートル〜約５ミリメートルである、請求項７１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７３】
前記第１の電極および前記第２の電極がＪギャップ電極を含む、請求項７２に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７４】
第１の電極および前記第２の電極が、デュアルバースパークプラグ電極、Ｊギャップスパークプラグ電極、環状スパークプラグ電極構造、巨大な丸型スパークプラグ電極、３突起スパークプラグ電極構造、巨大な矩形スパークプラグ電極、および４ブレードスパークプラグ電極からなる群から選択される、請求項２５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７５】
前記少なくとも１つの吸気ポートの前記構成が、流動場の力をさらに発展させ、それにより、前記予燃焼室内のある量の残留ガスと前記補充ストリームとの混合を高め、前記プレチャンバーの前記内表面または前記ある量の残留ガスの温度を低下させる、請求項３５に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項７６】
予燃焼室を含むスパークプラグであって、その予燃焼室は、スパークプラグを設置したとき、１つ以上の吸気ポートを介してエンジンの主燃焼室と流体連通し、少なくとも２つの電極がそれらの間に電極ギャップを規定するように前記予燃焼室内に配置される、スパークプラグにおいて、少なくとも１つの吸気ポートの構成が、前記少なくとも１つの吸気ポートを通って前記予燃焼室へ流入する燃料−酸化剤の混合物の流れにより、前記電極ギャップを橋絡する火花による点火後に形成された前記予燃焼室の内表面に接近する火炎成長速度を低下させるような構成であることを特徴とする、スパークプラグ。
【請求項７７】
前記少なくとも１つの吸気ポートの構成が、前記少なくとも１つの吸気ポートを通る前記燃料−酸化剤の混合物の流れが、第１に、前記予燃焼室の前記内表面上のポイント位置に向けられ、その後、前記ポイント位置から電極ギャップの方へ向きを変えるような構成である、請求項７６に記載のスパークプラグ。
【請求項７８】
前記予燃焼室の前記内面が一部分において消炎面を含む、請求項７７に記載のスパークプラグ。
【請求項７９】
前記少なくとも１つの吸気ポートの構成が、前記少なくとも１つの吸気ポートを通る前記燃料−酸化剤の混合物の流れが、前記予燃焼室の前記内表面の前記消炎面に接近する電極ギャップ内の流動場全体の速度を低下させるような構成である、請求項７８に記載のスパークプラグ。
【請求項８０】
前記少なくとも１つの吸気ポートが前記予燃焼室壁の上半分に配置されている、請求項７９に記載のスパークプラグ。
【請求項８１】
前記少なくとも１つの吸気ポートが予燃焼室上部壁に配置されている、請求項７９に記載のスパークプラグ。
【請求項８２】
前記少なくとも１つの吸気ポートの縦軸が、前記スパークプラグの縦軸と９０度未満の角度をなす、請求項８１に記載のスパークプラグ。
【請求項８３】
前記予燃焼室の前記内表面が一部分において、中心絶縁体を包み込むシェルを含み、このシェルが、前記少なくとも２つの電極のうちの第１の電極を取り囲み、および前記ポイント位置が前記中心絶縁体上に存在する、請求項７９に記載のスパークプラグ。
【請求項８４】
前記予燃焼室の前記内表面が一部分において、中心絶縁体を包み込むシェルを含み、このシェルが、前記少なくとも２つの電極のうちの第１の電極を取り囲み、および前記ポイント位置が前記シェル上に発生する、請求項７９に記載のスパークプラグ。
【請求項８５】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、４個の側方吸気ポート〜６個の側方吸気ポートを含み、それぞれが、約５ミリメートル〜約７ミリメートルの半径で前記スパークプラグの縦軸から半径方向外向きに配置された外部開口部を有する、請求項８３に記載のスパークプラグ。
【請求項８６】
前記複数の側方吸気ポートの各々が、前記スパークプラグの縦軸と、約２０度〜約３０度の範囲の角度をなす、請求項８５に記載のスパークプラグ。
【請求項８７】
約２ミリメートル〜約４ミリメートルの厚さの予燃焼室壁の外表面と前記内表面との間の前記スパークプラグの中心縦軸と実質的に軸方向に整列された軸方向吸気ポートをさらに含む、請求項８６に記載のスパークプラグ。
【請求項８８】
前記側方吸気ポートおよび前記軸方向吸気ポートの各々の直径が約１ミリメートル〜約２ミリメートルである、請求項８７に記載のスパークプラグ。
【請求項８９】
前記電極ギャップの前方の第１の予燃焼室の体積が、約３５０ｍｍ３〜約４５０ｍｍ３である、請求項８８に記載のスパークプラグ。
【請求項９０】
前記第１の予燃焼室を規定する前記予燃焼室の内径が約９ｍｍ〜約１３ｍｍである、請求項８９に記載のスパークプラグ。
【請求項９１】
前記予燃焼室の、前記第１の予燃焼室を規定する前記電極ギャップの前方の部分の高さが、約３ミリメートル〜約５ミリメートルである、請求項９０に記載のスパークプラグ。
【請求項９２】
第２の予燃焼室の、前記電極ギャップの後方の体積が、約４５０ｍｍ３〜約５５０ｍｍ３の範囲である、請求項９１に記載のスパークプラグ。
【請求項９３】
前記予燃焼室の挿入深さが約６ｍｍ〜約８ｍｍである、請求項９２に記載のスパークプラグ。
【請求項９４】
前記少なくとも２つの電極がデュアルバースパークプラグ電極を含む、請求項９３に記載のスパークプラグ。
【請求項９５】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、第１のセットの３個の側方吸気ポート〜４個の側方吸気ポートを含み、それぞれが、約６ミリメートル〜約８ミリメートルの第１の半径で前記スパークプラグの縦軸から半径方向外向きに配置された外部ポート開口部を有し、前記第１のセットが、約３ミリメートル〜約４ミリメートルのスワールオフセットを有し、それにより、前記第２の電極に対する前記外部ポート開口部の割付角を約３０度〜約４０度の範囲にしている、請求項７６に記載のスパークプラグ。
【請求項９６】
前記少なくとも１つの吸気ポートの縦軸が、前記スパークプラグの縦軸と９０度未満の角度をなす、請求項９５に記載のスパークプラグ。
【請求項９７】
前記第１のセットの側方吸気ポートの各々が、前記スパークプラグの縦軸と約２５度〜約３５度の範囲の角度をなす、請求項９６に記載のスパークプラグ。
【請求項９８】
第２のセットの３個の側方吸気ポート〜４個の側方吸気ポートをさらに含み、それぞれが、約７ミリメートル〜約９ミリメートルの第２の直径で前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置された外部ポート開口部を有し、前記第２のセットが、約１ミリメートル〜約２ミリメートルのスワールオフセットを有し、それにより、前記第２の電極に対する前記外部ポート開口部の割付角を約８０度〜約１００度の範囲にしている、請求項９７に記載のスパークプラグ。
【請求項９９】
前記第２のセットの側方吸気ポートの各々が、前記スパークプラグの前記縦軸と約５０度〜約６０度の範囲の角度をなす、請求項９８に記載のスパークプラグ。
【請求項１００】
前記予燃焼室が、約５５０ｍｍ３〜約６５０ｍｍ３の体積を有する前記電極ギャップの前方の第１の予燃焼室体積部を規定する、請求項９９に記載のスパークプラグ。
【請求項１０１】
前記第１の予燃焼室を規定する前記予燃焼室の内径が９ｍｍ〜１３ｍｍである、請求項１００に記載のスパークプラグ。
【請求項１０２】
前記予燃焼室が、２５０ｍｍ３〜３５０ｍｍ３の体積を有する前記電極ギャップの後方の第２の予燃焼室体積部を規定する、請求項１０１に記載のスパークプラグ。
【請求項１０３】
前記予燃焼室の挿入深さが３ミリメートル〜５ミリメートルである、請求項１０２に記載のスパークプラグ。
【請求項１０４】
前記予燃焼室が、約８００ｍｍ３〜約１０００ｍｍ３の全体積部を囲む、請求項１０３に記載のスパークプラグ。
【請求項１０５】
前記側方吸気ポートおよび前記軸方向吸気ポートの各々の直径が約１ミリメートル〜約２ミリメートルである、請求項１０４に記載のスパークプラグ。
【請求項１０６】
前記流動場の、前記電極ギャップ内の速度が、約１．０ｍ／秒〜約１００．０ｍ／秒である、請求項９５または１０５に記載のスパークプラグ。
【請求項１０７】
ａ）電極ギャップを設けるために距離をおいて配置された第１の電極および第２の電極；
ｂ）前記第１の電極および前記第２の電極を少なくとも部分的に囲む予燃焼室；および
ｃ）前記予燃焼室の外表面と内表面との間を連通している少なくとも１つの吸気ポートであって、前記予燃焼室の中心に向かう燃料−酸化剤の混合比を増大させる流動場の力を前記予燃焼室内に生成するように適合された構成を有する少なくとも１つの吸気ポート
を含むプレチャンバーユニット。
【請求項１０８】
前記流動場の力が、前記電極ギャップを橋絡する火花により燃料−酸化剤の混合物が点火されると、火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させる、請求項１０８に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１０９】
前記少なくとも１つの吸気ポートの前記構成により、前記燃料−酸化剤の混合物の少なくとも１つの補充ストリームを生成し、それにより、前記予燃焼室内のある量の残留ガスと前記補充ストリームとの混合を高め、前記予燃焼室の前記内表面または前記ある量の残留ガスの温度を低下させる、請求項１０８に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１１０】
ａ）電極ギャップを設けるために距離をおいて配置された第１の電極および第２の電極；
ｂ）前記第１の電極および前記第２の電極を少なくとも部分的に囲む予燃焼室；および
ｃ）前記予燃焼室の外表面と内表面とを連通している少なくとも１つの吸気ポートであって、燃料−酸化剤の混合物の少なくとも１つの補充ストリームを生成し、それにより、前記予燃焼室内のある量の残留ガスと前記補充ストリームとの混合を高め、前記予燃焼室の前記内表面または前記ある量の残留ガスの温度を低下させるように適合された構成を有する少なくとも１つの吸気ポート
を含むプレチャンバーユニット。
【請求項１１１】
前記少なくとも１つの吸気ポートの前記構成により、前記予燃焼室内に流動場の力を生成し、それにより、前記予燃焼室の中心に向かう燃料−酸化剤の混合比を増大させる、請求項１１１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１１２】
前記予燃焼室内の前記流動場の力が、前記電極ギャップを橋絡する火花により前記燃料−酸化剤の混合物が点火されると、火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させる、請求項１１１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１１３】
予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配させる方法であって、前記燃料−酸化剤の混合物が前記予燃焼室に流れて流動場の力を生成し、それにより、前記予燃焼室の中心に向かう前記予燃焼室内の燃料−酸化剤の混合比を増大させるように、前記予燃焼室の少なくとも１つの吸気ポートを構成することを含む、方法。
【請求項１１４】
前記前記予燃焼室の少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、流動場の力を生成し、それにより、火炎核と前記予燃焼室の内表面との相互作用を減少させることをさらに含む、請求項１１４に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１１５】
前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記予燃焼室への前記燃料−酸化剤の混合物の補充ストリームを生成して流動場の力を生成し、それにより、前記予燃焼室内のある量の残留ガスと前記補充ストリームとの混合を高め、前記予燃焼室の前記内表面または前記ある量の残留ガスの温度を低下させることをさらに含む、請求項１１５に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１１６】
前記予燃焼室への前記燃料−酸化剤の混合物の補充ストリームを生成し、それにより、前記予燃焼室内のある量の残留ガスと前記補充ストリームとの混合を高め、前記予燃焼室の前記内表面または前記ある量の残留ガスの温度を低下させるようにする、前記予燃焼室の少なくとも１つの吸気ポートを構成することを含む、予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配させる方法。
【請求項１１７】
前記予燃焼室の前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記予燃焼室内に流動場の力を生成し、それにより、火炎核と前記予燃焼室の内表面との相互作用を減少させることをさらに含む、請求項１１７に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１１８】
前記予燃焼室の前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することが、前記予燃焼室内に流動場の力を生成し、それにより、火炎核と前記予燃焼室の内表面との相互作用を減少させることをさらに含む、請求項１１７に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項１１９】
開示の任意の実施形態を参照して本明細書で実質的に説明するような、請求項２６に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１２０】
開示の任意の実施形態を参照して本明細書で実質的に説明するような、請求項７７に記載のスパークプラグ。
【請求項１２１】
添付の図面に示す任意の実施形態を参照して本明細書で説明するようなプレチャンバーユニット。
【請求項１２２】
開示の任意の実施形態を参照して本明細書で実質的に説明するような、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配させる方法。
【請求項１２３】
添付の図面に示す任意の実施形態を参照して本明細書で説明するような、予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配させる方法。
【請求項１２４】
本明細書で説明するまたは特許請求するいずれかの発明。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
特許協力条約に基づく本国際出願は、２０１０年１２月３１日出願の米国仮特許出願第６１／４６０，３３７号の利益を主張し、これは、参照することにより本書に組み込まれる。
【０００２】
Ｉ．技術分野
概して、プレチャンバーユニットの実施形態は、予燃焼室を有していて、予燃焼室は、予燃焼室内において、火炎成長を予燃焼室の消炎面から離れる方向に向ける流動場および流動場の力（flow field force）を得る構成の１つ以上の吸気ポートを含む。
【０００３】
具体的には、予燃焼室の実施形態は、内表面および１つ以上の吸気ポートを有していて、これらは、予燃焼室の内部において火炎成長を予燃焼室の消炎面から離れる方向に向ける流動場および流動場の力を得るために、燃料−酸化剤の混合物の補充（in-filling）ストリームが予燃焼室の内表面の１つ以上の個所から跳ね返る方向に向ける構成で設けられている。
【背景技術】
【０００４】
ＩＩ．背景
天然ガスなどの気体燃料で動くエンジンには、燃料に対する酸化剤の割合が比較的高い希薄混合気を供給し得る。従来のプレチャンバースパークプラグを使用して、希薄燃焼エンジンにおける希薄可燃限界を高め得る。一例として、米国特許第７，９２２，５５１号では、エンドキャップにある周囲穴によって生じた渦巻き効果により、より広い表面積にわたって放電エネルギーを広げることによって電極腐食を低減させるプレチャンバースパークプラグが説明されている。しかしながら、概して、具体的に米国特許第７，９２２，５５１号で説明されているように、希薄燃焼エンジンにおける従来のプレチャンバースパークプラグの使用には、依然として以下のような複数の未解決の欠点がある。
【０００５】
従来のプレチャンバースパークプラグの第１の実質的な欠点は、予燃焼室の構成では、スパークプラグの火花間隙領域に適切に燃料を集中させないことであり得る。この欠点の一態様は、火花間隙領域内の流動場の力が無秩序となり得ること、または、流動場がほとんどないかまたは全くないデッドゾーンをも生じさせることであり得る。その結果、火炎核を消炎面から離すように移動させる流動場の力がないために、火炎核の消炎を生じ得る。
【０００６】
従来のプレチャンバースパークプラグの第２の実質的な欠点は、プレチャンバーの構成では、消炎面の近傍で火炎核の広がりを助長すること、または消炎面の方に向かって火炎成長を助長することであり得る。
【０００７】
従来のプレチャンバースパークプラグでの第３の実質的な欠点は、プレチャンバーの構成では、プレチャンバー内部またはプレチャンバーの内表面の温度を十分に低下させるように、補充ストリームと残留ガスを混合しない場合があり、それにより、燃料−酸化剤の混合物の自己着火が生じ得ることであり得る。
【０００８】
従来のプレチャンバースパークプラグでの第４の実質的な欠点は、プレチャンバーの構成では、希薄混合気を用いては燃焼率を十分に高められず、それにより、燃焼率がより高いものと比較するとより勢いの弱い火炎ジェットを主燃焼室に広めることであり得る。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
燃焼が遅くかつ不安定な１つ以上の燃料−酸化剤の混合物、消炎、自己着火、および勢いの低下した火炎ジェットをもたらす従来のプレチャンバースパークプラグでのこれらのおよび他の未解決の欠点は、本発明によって対処される。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
ＩＩＩ．発明の開示
従って、本発明の幅広い目的は、予燃焼室内に流動場および流動場の力を生成し、それにより、従来のプレチャンバースパークプラグと比較して、電極ギャップ領域における燃料−酸化剤の混合比の増大；消炎面へ向かう燃料−酸化剤の混合物の流れを減少させる、または消炎面から離れる方向に向けられたまたは移動する燃料−酸化剤の混合物の流れを生成する、予燃焼室の中心領域における燃料−酸化剤の混合比を増大する、火炎成長を消炎面から離れる方向に向けるかまたは移動させる、火炎成長を予燃焼室の中心領域へ向けるかまたは移動させる、燃料−酸化剤の混合比が増大している予燃焼室の領域へと火炎成長を向けるまたは移動させる、補充ストリームと残留燃焼ガスとの混合を高める、燃料−酸化剤の混合物の燃焼率を高める、および勢いの増した火炎ジェットを生成する、電極ギャップ内の流動場のうちの１つ以上を達成できる構成を有する予燃焼室ユニットの予燃焼室の実施形態を提供することとし得る。
【００１１】
本発明の別の幅広い目的は、予燃焼室内の燃料−酸化剤の混合物に点火時に、予燃焼室の消炎面から離れるように火炎核を移動させるかまたは予燃焼室の消炎面へ向かう火炎核の移動を減少させるのに十分な流動場の力を有する電極ギャップに関連付けられた第１の再循環ゾーン、予燃焼室の中心に接近する燃料−酸化剤の混合比が増大した（単位体積当たりの燃料の質量が増加した、または燃料濃度が高められた）第２の再循環ゾーン、および残留ガスと補充ストリームとの混合が高められた第３の再循環ゾーンのうちの１つ以上を達成できる、予燃焼室内に流動場および流動場の力を生成する構成を有する予燃焼室ユニットの予燃焼室の実施形態を提供することとし得る。
【００１２】
本発明の別の幅広い目的は、予燃焼室内の燃料−酸化剤の混合物に点火時に、予燃焼室の消炎面から離すように火炎核を移動させるかまたは予燃焼室の消炎面へ向かう火炎核の移動を減少させるのに十分な流動場の力を有する電極ギャップに関連付けられた第１の再循環ゾーン、予燃焼室の中心に接近する燃料−酸化剤の混合比が増大した（単位体積当たりの燃料の質量が増加した、または燃料濃度が高められた）第２の再循環ゾーン、および残留ガスと補充ストリームとの混合が高められた第３の再循環ゾーンのうちの１つ以上を達成できる、予燃焼室内に本発明の流動場および本発明の流動場の力を生成する構成を有する予燃焼室を含むプレチャンバースパークプラグの実施形態を提供することとし得る。
【００１３】
本発明の別の幅広い目的は、電極ギャップ領域における燃料−酸化剤の混合比を増大させる；消炎面へ向かう燃料−酸化剤の混合物の流れを減少させる、または消炎面から離れる方向に向けられたまたは移動する燃料−酸化剤の混合物の流れを生成する、予燃焼室の中心領域における燃料−酸化剤の混合比を増大させる、火炎成長を消炎面から離れる方向に向けるかまたは移動させる、火炎成長を予燃焼室の中心領域へ向けるかまたは移動させる、燃料−酸化剤の混合比が増大している予燃焼室の領域の方へと火炎成長を向けるかまたは移動させる、補充ストリームと残留燃焼ガスとの混合を高める、予燃焼室内の燃料−酸化剤の混合物の燃焼率を高める、およびエンジンの主燃焼室に展開された勢いが増した火炎ジェットを生成する、電極ギャップ内の流動場の利点のうちの１つ以上を提供するために、複数の異なる構成の予燃焼室ユニットから上述の本発明の再循環ゾーン、流動場、または流動場の力の１つ以上を達成できる予燃焼室ユニットを作製するまたは使用する方法を提供することとし得る。
【００１４】
当然、本発明の別の目的は、明細書、図面、および特許請求の範囲の他の領域全体に開示される。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
ＩＶ．図面の簡単な説明
【図１】本発明のプレチャンバーユニットの特定の実施形態を含む往復エンジンの概略図である。
【図２】プレチャンバーユニットの予燃焼室内部の本発明の流動場の特定の実施形態を示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図３】従来のプレチャンバースパークプラグの予燃焼室内部の従来の流動場を示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図４】プレチャンバーユニットの予燃焼室内部の本発明の流動場の特定の実施形態を示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図５】プレチャンバーユニットの予燃焼室内部の本発明の流動場の第２の特定の実施形態を示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図６】従来のプレチャンバースパークプラグの予燃焼室内部の従来の流動場を有する、燃料−酸化剤の混合物の燃焼から生じる従来の火炎成長および火炎ジェットを示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図７】プレチャンバーユニットの予燃焼室内部の本発明の流動場を有する、燃料−酸化剤の混合物の燃焼から生じる本発明の火炎成長および火炎ジェットを示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図８】Ｊギャップの形態の第１の電極および第２の電極の側面図である。
【図９】Ｊギャップの電極ギャップにおける従来の流動場および従来の流動場の力を示す、図８に示す第１の電極の上部拡大断面図である。
【図１０】Ｊギャップの電極ギャップにおける本発明の流動場および本発明の流動場の力を示す、図８に示す第１の電極の上部拡大断面図である。
【図１１】図１０に示すＪギャップの電極ギャップにおける本発明の流動場および本発明の流動場の力を生成するプレチャンバーユニットの予燃焼室内部の本発明の流動場の特定の実施形態を示す、図１の２−２に沿って取った拡大断面図である。
【図１２】図９と同様の電極ギャップにおいて従来の流動場の力を有する従来の流動場から生じる従来の初期火炎成長を示す、Ｊギャップ構造の形態の第１の電極および第２の電極の拡大側面図である。
【図１３】電極ギャップにおいて従来の流動場の力を有する従来の流動場から生じる図１２に示す初期火炎成長に続く従来の火炎成長を示す、Ｊギャップ構造の形態の第１の電極および第２の電極の拡大側面図である。
【図１４】電極ギャップにおいて従来の流動場の力を有する従来の流動場から生じる図１３に示す火炎成長に続く従来の火炎成長を示す、Ｊギャップ構造の形態の第１の電極および第２の電極の拡大側面図である。
【図１５】図１０および図１１に示すように電極ギャップにおいて本発明の流動場の力を有する本発明の流動場から生じる本発明の初期火炎成長を示す、Ｊギャップ構造の形態の第１の電極および第２の電極の拡大側面図である。
【図１６】図１０および図１１に示すように電極ギャップにおいて本発明の流動場の力を有する本発明の流動場から生じる電極ギャップ内での火炎核の動きを示す、図１５に示す初期火炎成長に続く本発明の火炎成長を示す、Ｊギャップ構造の形態の第１の電極および第２の電極の拡大側面図である。
【図１７】図１０および図１１に示すように電極ギャップにおいて本発明の流動場の力を有する本発明の流動場から生じる電極ギャップ内での火炎核の動きを示す、図１６に示す火炎成長に続く本発明の火炎成長を示す、Ｊギャップ構造の形態の第１の電極および第２の電極の拡大側面図である。
【図１８】中心電極の形態の第１の電極およびデュアルバー構造の形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図１９】中心電極の形態の第１の電極およびＪギャップの形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図２０】中心電極の形態の第１の電極および環状リングの形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図２１】巨大中心電極の形態の第１の電極および４突起構造の形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図２２】中心電極の形態の第１の電極および３突起構造の形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図２３】巨大矩形中心電極の形態の第１の電極および４突起構造の形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図２４】矩形中心電極の形態の第１の電極および４バー構造の形態の第２の電極を示す拡大端面図である。
【図２５】図１８に示すような中心電極の形態の第１の電極とデュアルバーの形態の第２の電極とを備える第１の予燃焼室体積部および第２の予燃焼室体積部を含む予燃焼室体積部を囲む予燃焼室構造の本発明の予燃焼室の特定の実施形態の図２８の２５−２５に沿って取った拡大断面図である。
【図２６】第１のプレチャンバー体積部を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の図２８の２５−２５に沿って取った拡大断面図である。
【図２７】第２のプレチャンバー体積部を示す、予燃焼室構造の本発明の予燃焼室の特定の実施形態の図２８の２５−２５に沿って取った拡大断面図である。
【図２８】特定の寸法関係を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の斜視図である。
【図２９】本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の特定の寸法関係を示す、図２８の２５−２５に沿って取った拡大断面図である。
【図３０】図１９に示すような中心電極の形態の第１の電極およびＪギャップの形態の第２の電極を備える第１の予燃焼室体積部と第２の予燃焼室体積部とを含む予燃焼室体積部を囲む予燃焼室構造の本発明の予燃焼室の特定の実施形態の図３３の３０−３０に沿って取った拡大断面図である。
【図３１】第１のプレチャンバー体積部を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の図３３の３０−３０に沿って取った拡大断面図である。
【図３２】第２のプレチャンバー体積部を示す、予燃焼室構造の本発明の予燃焼室の特定の実施形態の図３３の３０−３０に沿って取った拡大断面図である。
【図３３】特定の寸法関係を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の上面図である。
【図３４】本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の寸法関係を示す、図３３の３０−３０に沿って取った拡大断面図である。
【図３５】特定の寸法関係を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の上面図を示す。
【図３６】特定の寸法関係を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の側面図である。
【図３７】特定の寸法関係を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の上面図である。
【図３８】特定の寸法関係を示す、本発明の予燃焼室構造の特定の実施形態の側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
Ｖ．発明を実施する１つまたは複数の態様
ここで、主に図１を参照すると、本発明のプレチャンバーユニット（２）の特定の実施形態を含む往復動ピストンエンジン（１）の概略図が示されている。往復動ピストンエンジン（１）は１つ以上の主燃焼室（３）を含み得る。エンジン（１）は、少なくとも１つのシリンダーヘッド（４）を有し、かつ各主燃焼室（３）の方へ向かうまたはそこからの流れをとぎれとぎれに可能にするように動作できる１つ以上のバルブ（５）を有し得る。燃料−酸化剤混合物吸気系（６）は、主燃焼室（３）の各々と流体的に連通する供給通路（７）を提供する。気化器などの燃料−酸化剤混合物移動手段（８）が、供給通路（７）を通って主燃焼室（３）まで、ある量の燃料−酸化剤の混合物（９）を供給する。燃料−酸化剤の混合物（９）は、ある量の燃料（１０）（例えば、天然ガス、バイオガス、ガソリン、ディーゼル、アルコール、または他の燃料またはこれらの様々な組み合わせ）と、ある量の酸化剤（１１）（例えば空気、酸素、亜酸化窒素、または他の酸化剤、またはこれらの様々な組み合わせ）とを含み得る。
【００１７】
ある量の燃料−酸化剤の混合物（９）の供給は、クランクシャフト（図示せず）に結合されたエンジン（１）の複数の部分（例えばピストン（１２））の位置に対してタイミングを合わせることができ、それにより、主燃焼室（３）の対応する１つにおける、ある量の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼から生じるガスの膨張を、往復動ピストンエンジン（１）のクランクシャフトの回転運動へ変換する。
【００１８】
引き続き図１を参照して説明すると、本発明のプレチャンバーユニット（２）の実施形態は、エンジン（１）の主燃焼室（３）における燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼がプレチャンバーユニット（２）の予燃焼室（１３）内で開始できるように、エンジン（１）の１つ以上の主燃焼室（３）と関連させて配置され得る。燃料−酸化剤の混合物（９）は、予燃焼室（１３）内に、圧力、温度、および分配に関して十分に制御された流動場（１４）（図２、図４、図５の例に示すように）を有することができ、点火時に、１つ以上の火炎ジェット（１５）（図６、図７の例に示すように）を主燃焼室（３）に展開して、主燃焼室（３）内である量の燃料−酸化剤の混合物（９）を燃焼させる。本発明のプレチャンバーユニット（２）のいくつかの実施形態は、往復動ピストンエンジン（１）と共に使用するための多数のおよび多岐にわたる従来の大量生産されたまたは連続生産の工業用スパークプラグに、本発明の予燃焼室（１３）と本発明の予燃焼室（１３）内での流動場（１４）および流動場の力（１６）（図２、図４、図５、図１０の例に示すように）の制御方法とを統合するかまたは組み込む（retro-fitting）ことによって生成することができる；しかしながら、本発明は、そのようなことに限定されず、および本発明のプレチャンバーユニット（２）、本発明の予燃焼室（１３）、および本発明の予燃焼室（１３）内で本発明の流動場（１４）および本発明の流動場の力（１６）を生成する方法の実施形態を、２ストロークエンジン、４ストロークエンジンなどとして構成されるかどうかにかかわらず、多数のおよび多岐にわたる往復動ピストンエンジン（１）と共に用いることができ、かつロータリーエンジン、ヴァンケルエンジンなどの他のタイプのエンジン（個別におよびまとめて「エンジン」）と共に使用できる。
【００１９】
ここで主に図１および図２を参照して説明すると、本発明のプレチャンバーユニット（２）の特定の実施形態は、中心電極（１８）を取り囲む中心絶縁体（１７）を含み得る。中心電極（１８）（「第１の電極」とも称する）は、絶縁線（１９）によって、エンジン（１）の外部にある点火装置（２０）（点火コイルまたはマグネット回路など）に接続でき、接地電極（２１）（「第２の電極」とも称する）との間で電極ギャップ（２２）を形成している（以下さらに説明するように、適用例に応じて多数のおよび多岐にわたる構造配置では１つ以上の電極を提供できる）。一般に金属から形成または組み立てられるシェル（２３）が、中心絶縁体（１７）の一部分を取り囲むまたは包むことができる。シェル（２３）は、一般に嵌合螺旋状ネジ山（２５）によってエンジン（１）のシリンダーヘッド（４）と封止可能にかみ合って封止面を形成するように（図１の例に示すように）構成されたシェル外表面（２４）を提供し、これらは、プレチャンバーユニット（２）の予燃焼室（１３）を主燃焼室（３）に対して、その内部での燃料−酸化剤の混合物（９）の点火を行うために、適切な関係で配置する。
【００２０】
ここで主に図２を参照して説明すると、本発明のプレチャンバーユニット（２）の実施形態は予燃焼室（１３）を提供する。予燃焼室（１３）は、中心電極（１８）および接地電極（２１）を少なくとも部分的に囲むように外向きに延出するシェル（２３）によって形成できる（図２５〜２７および図２９の例に示すように）。特定の実施形態に関しては、予燃焼室（１３）は、予燃焼室要素（２６）をシェル（２３）のベースに結合することによって形成できる（図２〜７、図３０〜３２および図３４の例に示すように）。予燃焼室（１３）の種々の実施形態は、主燃焼室（３）の内部体積部の方に向けて配置されるプレチャンバー外表面（２８）を有する予燃焼室壁（２７）を含む。予燃焼室内表面（３０）は、シェル（２３）の対応する内表面、予燃焼室要素（２６）、中心絶縁体（１７）、または予燃焼室体積部（２９）を囲む他の内表面を含む（個別におよびまとめて「内表面」（３０）と称する）。
【００２１】
予燃焼室（１３）の内表面（３０）は、シェル（２３）の延在部分によって、または予燃焼室要素（２６）をシェル（２３）のベースに結合することによって、または他の方法で形成されたかにかかわらず、予燃焼室（１３）の予燃焼室外表面（２８）と予燃焼室内表面（３０）との間を連通している１つ以上の吸気−排気ポート（３１）（「吸気ポート」とも称する）をさらに提供できる。１つ以上の吸気ポート（３１）は、ある量の燃料−酸化剤の混合物（９）を主燃焼室（３）から予燃焼室（１３）へ移動させ、かつ予燃焼室（１３）から主燃焼室（３）へ火炎ジェット（１５）を展開させるように構成できる。
【００２２】
予燃焼室（１３）内でのある量の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼は、電極ギャップ（２２）間での火花の生成によって開始し得る。吸気ポート（３１）は、主燃焼室（３）内である量の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼を生じさせる、主燃焼室（３）の個所に火炎ジェット（１５）を展開させるように構成できる。
【００２３】
引き続き主に図２を参照して説明すると、本発明のいくつかの実施形態に関しては、軸方向吸気ポート（３２）を、プレチャンバーユニット（２）の中心縦軸（３３）と実質的に軸方向に整列させることができる。いくつかの実施形態に関しては、１つ以上の側方吸気ポート（３４）が、中心縦軸（３３）の周りに半径方向に離間して配置され得る。本発明のいくつかの実施形態は、軸方向吸気ポート（３２）および１つ以上の側方吸気ポート（３４）の双方を提供できる（図２〜７および図３３〜３８の例に示すように）；しかしながら、本発明はそのように限定されず、および本発明の特定の実施形態は、適用例に応じて、軸方向吸気ポート（３２）のみ、または側方吸気ポート（３４）のみを提供してもよい。主燃焼室（３）においてある量の燃料−酸化剤の混合物（９）が圧縮すると、ある量の燃料−酸化剤の混合物（９）の一部分が、対応する１つ以上の補充ストリーム（３５）として軸方向吸気ポート（３２）および側方吸気ポート（３４）を通過できる。燃料−酸化剤の混合物（９）の補充ストリーム（３５）は、予燃焼室体積部（２９）内部に、流動場の力（１６）を有する流動場（１４）を形成できる（図３〜１１の例において、矢印の頭が流れの方向を示し、かつ矢印本体の長さが長いほど速度が速いことを示す。）。これにより、従来の流動場と本発明の流動場との比較を可能にしている。
【００２４】
流動場（１４）および流動場の力（１６）は、計算流体力学（「ＣＦＤ」）を使用して分析できる。コンピュータを使用して、燃料−酸化剤の混合物（９）および火炎成長（３９）と、本発明のプレチャンバーユニット（２）および従来のプレチャンバースパークプラグの種々の実施形態によって規定された予燃焼室（１３）の内表面（３０）との相互作用をシミュレーションするのに必要な計算を行った。Convergent Science, Inc.が提供するCONVERGE（商標）ＣＦＤソフトウェアを使用して、本発明のプレチャンバーユニット（２）および従来のプレチャンバースパークプラグの流動場（１４）および流動場の力（１６）を分析した。ＣＦＤを使用して、予燃焼室（１３）の内表面（３０）の内側での（すなわち予燃焼室の中心に向かう）燃料−酸化剤の混合物（９）の比の増大、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する燃料−酸化剤の混合物（９）の比の低下、または予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する流動場（１４）速度の低下を計算できる。
【００２５】
第１に、従来のものであるかまたは本発明に従う１つ以上の特徴を含むかに関わらず、予燃焼室（１３）は、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する流動場の力（１６）および流動場の速度を定量化するために、ＣＦＤを使用して分析可能であり、かつまた、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に対する燃料−酸化剤の混合物（９）の比の分配を定量化するために使用できる。第２に、予燃焼室（１３）の吸気ポート（３１）は、直径（７２）、長さ（７１）、角度（７８）、中心軸（３３）からの半径（７５）、側方吸気ポート（３４）の数、またはスワールオフセット（swirl offset）（７７）（図２８、図２９、および図３５の例に示すような）のうちの１つ以上を変更することによって、修正できる。この修正リストは、全ての修正、または可能な修正の組み合わせもしくは置換を含むものではなく、当業者が、説明および図面と共に、本発明に包含される多数のおよび多岐にわたるプレチャンバーユニット（２）を作製および使用するのに十分なものである。そこで、ＣＦＤを用いて、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する流動場の力（１６）および流動場の速度を定量化するために分析を行うことができ、かつまた予燃焼室（１３）の内表面（３０）に対する燃料−酸化剤の混合物（９）の比の分配を定量化できる。第１のＣＦＤの分析は第２のＣＦＤと比較されて、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する流動場の力（１６）および速度の低下、予燃焼室（１３）の内表面（３０）の内側の燃料−酸化剤の混合物（９）の比の増大、または予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する燃料−酸化剤の混合物（９）の比の低下があるかどうかを判断できる。
【００２６】
ＣＦＤはまた、予燃焼室（１３）の内表面（３０）との相互作用または巻き込みによる火炎成長（３９）の増加率、火炎成長（３９）の低下率、または予燃焼室（１３）の内表面（３０）での火炎成長（３９）の消炎の低下（図６および図７の例に示すように）の計算にも使用できる。第１に、予燃焼室（１３）は、ＣＦＤを使用して分析して、内表面（３０）に対して火炎核（４４）の位置を決定し、かつ予燃焼室（１３）内の火炎成長（３９）率を定量化できる。第２に、吸気ポート（３１）を上述の通り修正できる。その後、ＣＦＤを使用して分析を行って、内表面（３０）に対する火炎核（４４）の位置を決定し、かつ予燃焼室（１３）内の火炎成長（３９）率を定量化することができる。第１のＣＦＤの分析を第２のＣＦＤの分析と比較して、火炎成長（３９）率の増加、予燃焼室（１３）の内表面（３０）との火炎核（４４）の相互作用または巻き込みの減少、または予燃焼室（１３）の内表面（３０）での火炎核（４４）の消炎の低下を判断できる。
【００２７】
高速のシュリーレン（Schlieren）撮影および平面レーザー誘起蛍光（Planar Laser Induced Fluorescence）撮影と組み合わせて、特別に構成された機器を備えた光学エンジンを使用して、火炎成長（３９）率の増加、予燃焼室（１３）の内表面（３０）との火炎核（４４）の相互作用の減少、予燃焼室（１３）の内表面（３０）での火炎核（４４）の消炎の低下、予燃焼室（１３）の内表面（３０）の内側の燃料−酸化剤の混合物（９）の比の増大、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する燃料−酸化剤の混合物（９）の比の低下、または予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する流動場（１４）の速度の低下に関して、ＣＦＤ分析結果を実験的に検証できる。熱発生率（ＨＲＲ）およびブレーキ熱効率（ＢＴＥ）などのエンジンの燃焼性能に関する別の測定値が、１つまたは複数の末端効果の定量化を可能にする。
【００２８】
従来のプレチャンバースパークプラグと、本発明に従って修正されたプレチャンバーユニット（２）との典型的な比較手段は、表１の一番目の欄にリストし、かつ予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近する流動場の速度（１秒当たりのメートル）（「ｍ／秒」）、火炎成長（３９）と予燃焼室（１３）の消炎面との相互作用（平方ミリメートル）（「ｍｍ２」）、火炎ジェット（１５）の勢い（１秒当たりのグラム−メートル）（「ｇ−ｍ／秒」）、火炎成長率（ｍ／秒）、および燃料−酸化剤の混合比を含む。表１は、従来のプレチャンバーユニットおよび本発明に従って修正されたプレチャンバーユニットの各々に対する、ＣＦＤによって得られたこれらの測定値の例示的な値をさらにリストする；しかしながら、本発明はこれらの例示的な値に限定されず、かつ適用例に応じて、本発明に従って修正されたプレチャンバーユニットは、従来のプレチャンバーユニットと比較すると、測定値の１つ以上に大なり小なり差を生じ得る。
【００２９】
【表１】
2014502692.tif 000003
【００３０】
ここで主に図２、図４、および図５を参照すると、予燃焼室（１３）の予燃焼室外表面（２８）および予燃焼室内表面（３０）の構造、プレチャンバー体積部（２９）、軸方向吸気ポート（３２）の構造、１つ以上の側方吸気ポート（３４）の構造、および１つ以上のこれらの構造の全体的な構造的関係（例えば、以下さらに説明するように、ＣＦＤ分析に基づいて予め定められた距離とし得る、内表面（３０）上のポイント位置（３６）からの軸方向吸気ポート（３２）または１つ以上の側方吸気ポート（３４）の距離）を、以下さらに説明するように、変更し、これに対応して、流量、流れの速度、流れの方向、補充ストリーム（３５）とポイント位置（３６）（ＣＦＤ分析に基づいて予め定められたポイント位置（３９）とし得る）などの予燃焼室（１３）の内表面（３０）との相互作用、ポイント位置（３６）に対する入射角（３７）（ＣＦＤ分析に基づいて予め定められた入射角（３７）とし得る）、ポイント位置（３６）におけるリバウンド角度（３８）（ＣＦＤ分析に基づいて予め定められたリバウンド角度（３８）とし得る）、すなわちポイント位置（３６）からの方向転換（「跳ね返り（ricochet）」とも称する）、ポイント位置（３６）からのリバウンド速度などに関して補充ストリーム（３５）の特性を変更できる。補充ストリーム（３５）の特徴を変更するための予燃焼室（１３）または吸気ポート（３２）（３４）の構造の変更は、対応して、予燃焼室（１３）内部の流動場（１４）およびこれと関連する流動場の力（１６）の特性を変更でき、従来のプレチャンバースパークプラグで達成される従来の流動場および従来の流動場の力の特性と比較して、利点をもたらす。
【００３１】
図２および図４は、プレチャンバーユニット（２）の予燃焼室（１３）に燃料−酸化剤の混合物（９）を分配する方法を使用して得ることができる結果の説明に役立つ例、および本発明に従って予燃焼室（１３）または吸気ポート（３２）（３４）、またはそれら双方の構造を修正することによって予燃焼室（１３）内部の流動場（１４）に達成できる好都合な再循環パターンを提供する。本発明の特定の実施形態に関して、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に関する１つ以上の側方吸気ポート（３４）の構造は、補充ストリーム（３５）を、シェル（２３）上のポイント位置（３６）、中心絶縁体（１７）、中心電極（１８）、または内表面（３０）の他の位置または領域などのような予燃焼室（１３）の内表面（３０）の方に向けることができ、そのようなパラメータは、本発明のプレチャンバーユニット（２）の予燃焼室（１３）によって囲まれた多数のおよび多岐にわたる異なる着火用端部（ファイヤリングエンド）（firing end）（５３）（すなわち電極構成）間で同様の好都合な結果を達成するために調整できる（以下さらに説明するように、図１８〜２４の例を参照）。
【００３２】
再度、主に図２、図４および図５を参照して説明すると、本発明の多数のおよび多岐にわたる実施形態に関して、予燃焼室（１３）および関連の軸方向吸気ポート（３２）または１つ以上の側方吸気ポート（３４）を、補充ストリーム（３５）に「跳ね返り効果」を生じさせる特性を生成するように構築できる。本発明の実施形態によれば、用語「跳ね返り効果」は、予燃焼室体積部（２９）内部に流動場（１４）およびこれに関連する流動場の力（１６）を生成するための、予燃焼室（１３）の内表面（３０）上の対応する１つ以上のポイント位置（３６）からの１つ以上の補充ストリーム（３５）のリバウンド、方向転換、偏向角度（３８）などを意味し、この流動場および流動場の力は、従来のプレチャンバースパークプラグと比較して、予燃焼室（１３）の中心に向かう燃料−酸化剤の混合物（９）の比を増大させる、または火炎成長（３９）と予燃焼室（１３）の内表面（３０）との相互作用を減少させる。予燃焼室（１３）の中心に向かう燃料−酸化剤の混合物（９）の比の増大、または火炎成長（３９）または火炎核（４４）と予燃焼室（３０）の内表面（３０）との相互作用の減少は、予燃焼室（１３）内部の電極ギャップ（２２）を橋絡する火花によって燃料−酸化剤の混合物（９）を点火すると、実質的に燃料−酸化剤の燃焼率を高め、かつ主燃焼室（３）に展開され得る火炎成長（３９）および火炎ジェット（１５）の勢いを実質的に高めることができる（以下さらに説明するように、図６および図７に比較によって示すように）。
【００３３】
補充ストリーム（３５）に関する跳ね返り効果により、構造的にまたは実質的に同一とし得る従来のプレチャンバースパークプラグの従来の流動場と比較して、完全に欠けている、実質的に欠けているとし得る、または高めることができる、１つ以上の流れ再循環ゾーン（４０）（４１）（４２）または流れ再循環ゾーン（４０）（４１）（４２）が組み合わさった流動場（１４）を、予燃焼室（１３）内に生成するのに十分な流動場の力（１６）を生じさせることができる。
【００３４】
再度、主に図２を参照して説明すると、補充ストリーム（３５）の跳ね返り効果を生じさせることによって、予燃焼室（１３）内に流動場（１４）の第１の再循環ゾーン（４０）、第２の再循環ゾーン（４１）、および第３の再循環ゾーン（４２）のうちの１つ以上が生じ得る。生じた再循環ゾーン（４０）（４１）（４２）の各々は、従来の流動場に勝る利点を提供し得る。
【００３５】
第１の再循環ゾーン（４０）は、予燃焼室（１３）内で燃料−酸化剤の混合物（９）に点火すると十分な流動場の力（１６）を有する電極ギャップ（２２）に関連する流動場（１４）に逆流領域（４３）を生じて、従来の流動場と比較すると、予燃焼室（１３）の内表面（３０）から離れるように火炎核（４４）を移動させ得るか、または予燃焼室（１３）の内表面（３０）、または消炎面の方へ向かう移動または速度を低下させて（図７の例に示すように）、予燃焼室（１３）の内表面（３０）との相互作用に起因する火炎成長（３９）が消炎されるのを低減させ得る。特定の実施形態に関しては、逆流領域（４３）における流動場の力（１６）は、火花核（４４）を、消炎面から離れるように逃がして第２の再循環ゾーン（４１）（図７の例に示すような）へと移動させるのに十分とし得る。
【００３６】
第２の再循環ゾーン（４１）は、従来の流動場と比べると、予燃焼室（１３）の中心に接近したまたはそこに向かう燃料−酸化剤の混合物（９）の比の増大（体積当たりの燃料質量の増加、または燃料濃度の増加）（または、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に接近して体積当たりの燃料質量の低下）を達成でき、これは、予燃焼室（１３）内の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼率の増加を生じ、これにより、従来の流動場（４５）と比較して火炎成長（３９）率の増加およびエンジン（１）の主燃焼室（３）内で展開される火炎ジェット（１５）の勢いの増加を生じ得る（図７の例に示すように）。
【００３７】
第３の再循環ゾーン（４２）は、従来の流動場と比べると、残留ガスと補充ストリーム（３５）との混合を高め、対応して予燃焼室（１３）内の表面温度および残留ガス温度を低下させる。これにより、予燃焼室（１３）内で燃料−酸化剤の混合物（９）が自己着火する傾向を低下させる。
【００３８】
ここで主に、実質的に同じ断面構造を有する予燃焼室（１３）の対照比較を提供する図３〜図５を参照して説明する。図３は、跳ね返り効果を達成しなかった従来の流動場（４５）を示す。図４および図５は、補充ストリーム（３５）が跳ね返り効果を生み出した本発明の流動場の力（１６）の実施形態を示す。それぞれの予燃焼室（１３）内での本発明の流動場の力（１６）（図４の例に示すように）と従来の流動場の力（４７）（図３の例に示すように）との方向および速度（矢印の頭は流れの方向を示し、かつ速度は、矢印本体の長さが長いほど速い）を比較することによって理解できるように、跳ね返り効果（図４の例に示すような）で生じる、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に向かいかつそこに接近する速度の遅い燃料−酸化剤の混合物（９）の本発明の流動場の力（１６）と比較して、従来の流動場（４５）（図３の例に示すような）は、内表面（３０）の方へ向かって移動する電極ギャップ（２２）内側の燃料−酸化剤の混合物（９）の速度が速い。中心絶縁体（１７）（ノーズ（８６）、ノーズの下隅、ノーズの側面のいずれか１つ以上を含む）などの予燃焼室（１３）の内表面（３０）に向かって移動しかつ接近する比較的速い速度の燃料−酸化剤の混合物（９）は（図３の例に示すように）、点火したとき、本発明の流動場の力（１６）（図４の例に示すように）と比較すると、対応して、中心絶縁体（１７）の消炎面の方へ火炎核（４４）を移動させるかまたは配置させることができる（図６の例に示すように）。本発明の流動場の力は、予燃焼室（１３）の内表面（３０）の方へ移動しかつ接近する速度の遅い燃料−酸化剤の混合物（９）は、点火したとき、火炎核（４４）を、中心絶縁体（１７）の消炎面から比較的より遠くに離して配置する（図７の例に示すように）。
【００３９】
ここで主に図５を参照して説明すると、いくつかの実施形態に関して、予燃焼室（１３）および吸気ポート（３１）の構造は、十分な跳ね返り効果を生じて、予燃焼室（１３）内に、電極ギャップ（２２）内に逆流領域（４３）を生成しかつ第１の電極（１８）および第２の電極（２１）の周りにも延在する十分な流動場の力（１６）を有する本発明の流動場（１４）の実施形態を生成できる。逆流領域（４３）は、図４に示す例によって達成されたように内表面（３０）に向かいかつ接近する燃料−酸化剤の混合物（９）の速度を低下させることよりはむしろ、従来のプレチャンバースパークプラグと比較すると、流動場の力（１６）の方向を逆にする、または電極ギャップ（２２）の領域におよび第１の電極（１８）および第２の電極（２１）の周りにも逆流領域（４３）を生成することができ、逆流領域は、予燃焼室（１３）の内表面（３０）から離れて、全体的に予燃焼室（１３）の中心の方に向かって移動する。燃料−酸化剤の混合物（９）に点火すると、流動場の力（１６）は、火炎核（４４）を中心絶縁体（１７）の消炎面（図７の例に示すような）から離れるように移動させ、かつ火炎成長（３９）を、従来のプレチャンバースパークプラグと比べて単位容積当たりの燃料質量が増加するまたは燃料−酸化剤の混合比が増大する第２の再循環ゾーン（４１）に向けてまたはそのゾーン内へと移動させるのに十分とし得る。逆流領域（４３）を生じさせる流動場の力（１６）の実施形態における燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼は、従来の流動場（４５）における燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼と比較すると、エンジン（１）の主燃焼室（３）に、実質的に高い割合で、実質的に勢いの増した火炎ジェット（１５）を発生できる。
【００４０】
ここで主に、実質的に同じ断面構造を有する予燃焼室（１３）の対照比較を提供する図６および図７を参照して説明する。図６は、補充ストリーム（３５）が跳ね返り効果を生じない、予燃焼室（１３）における従来の火炎成長（４６）を示す。図７は、跳ね返り効果を生じた本発明の流動場（１４）の実施形態において発生する本発明の火炎成長（３９）を示す。理解できるように、予燃焼室（１３）内の従来の流動場（４５）（図６の例に示すような）は、燃料−酸化剤の混合物（９）を点火すると、電極ギャップ（２２）の領域内で十分な速度を有するため、火炎成長（３９）を中心電極（１８）の消炎面、中心絶縁体（１７）、およびシェル（２３）の方へ移動させる。特定の実施形態に関しては、電極ギャップ（２２）内での本発明の流動場（１４）の速度は、１秒当たり約１．０メートル〜１秒当たり約１００．０メートルとし得る。上述の通り、火炎核（４４）および従来の火炎成長（４５）と消炎面との相互作用または巻き込みの増加は、予燃焼室（１３）における燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼率を低下させることがあり、それに対応して、火炎成長率、およびエンジン（１）の主燃焼室（３）に展開される火炎ジェット（１５）の勢いを低下させる。
【００４１】
ここで主に、跳ね返り効果を生じた流動場（１４）を有する予燃焼室（１３）における火炎成長（３９）を示す図７を参照して説明する。跳ね返り効果は、従来の流動場（４５）に勝るいくつかの利点を与える。第１に、跳ね返り効果は、上述の通り電極ギャップ（２２）に流動場の力（１６）を生成でき、この流動場の力は、電極ギャップ（２２）内の火炎核（４４）を、火炎成長（３９）を妨害、抑制、または鈍化し得る（まとめて「消炎」）内表面（３０）（例えば、図７の例では中心絶縁体（１７）およびシェル（２３））から離れるように移動させるのに十分とし得る。火炎成長（３９）の消炎を行う予燃焼室（１３）の内表面（３０）と火炎核（４４）との相互作用または巻き込みを減少させることによって、予燃焼室（１３）における燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼率が実質的に増加し得る。第２に、電極ギャップ（２２）における、予燃焼室（１３）の中心に向かう火炎核（４４）の移動は、第２の再循環ゾーン（４１）の方向での火炎成長（３９）を促進でき、これは、既に述べた通り、予燃焼室（１３）の中心に接近するに従って燃料−酸化剤の混合物（９）の比を増大し得る（単位体積当たりの燃料質量の増加、または燃料濃度の増加）。予燃焼室（１３）内の燃料濃度の高いところへの火炎核（４４）の移動は、予燃焼室（１３）内での燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼率の実質的な増加、およびエンジン（１）の主燃焼室（３）に展開された火炎ジェット（１５）の勢いの実質的な増加を生じ得る。
【００４２】
ここで、図８を参照すると、９／１０−９／１０線断面図が示され、これはＪギャップ（J-gap）電極の中心電極（１８）の電極先端部（４８）（図９の例に示すような）に関する従来の流動場の力（４７）、およびＪギャップ電極の同様に構成された中心電極（１８）の電極先端部（４８）（図１０の例に示すような）に関する本発明の流動場の力（４９）の比較を可能にする。
【００４３】
ここで主に図９を参照して説明すると、矢印は、上述の通り跳ね返り効果を生じていない従来のプレチャンバープラグにおけるＪギャップ電極の電極ギャップ（２２）における従来の流動場の力（４７）の方向および速度を表す。図示の通り、従来の流動場（４５）およびこれに対応する従来の流動場の力（４７）は、流動場（１４）の方向を、いくつかの方向に実質的に無秩序にでき、電極ギャップ（２２）内に、低速な流速を有する、または流動場（１４）のないデッドゾーン（５０）さえも有する領域を生じ得る。このことにより、消炎面から離すように火炎核（４４）を移動させる流動場の力（１６）がないために、消炎を生じ得る。
【００４４】
ここで主に図１０を参照して説明すると、矢印は、図１１の例で詳述するように、Ｊギャップ電極の電極ギャップ（２２）に対して跳ね返り効果を生じた本発明の予燃焼室ユニット（１３）の実施形態におけるＪギャップ電極の電極ギャップ（２２）における本発明の流動場の力（４９）の実施形態の方向および速度を表す。図示の通り、本発明の流動場の力（４９）およびこれに対応する本発明の流動場（１４）は、秩序または均一性が比較的より優れており、燃料−酸化剤の混合物（９）の流れの方向は、実質的に一方向にあり、速度がより速く、かつ電極ギャップ（２２）および消炎面から外向きの方向である、またはこれらの組み合わせであるとし得る。これにより、火炎核（４４）を表面から迅速に移動させるための流動場の力（１６）が十分にあるため、火炎核（４４）の消炎を低下させる。
【００４５】
ここで主に図１１を参照して説明すると、予燃焼室（１３）および吸気ポート（３１）（３４）は、上述したような１つ以上の態様に関して、Ｊギャップ形態の第１の電極（１８）および第２の電極（２１）を囲む予燃焼室（１３）の内表面（３０）の１つ以上つポイント位置（３６）からの補充ストリーム（３５）の跳ね返りを生じさせるように構成できる。図示の通り、特定の実施形態は、補充ストリーム（３５）を第２の電極（２１）（アース用ストラップとも称する）の方へ向ける軸方向吸気ポート（３２）を含むことができる。１つ以上の側方吸気ポート（３４）（すなわち、第１のセット（５１）の側方吸気ポート（３４）および第２のセット（５２）の側方吸気ポート（３４））は、補充ストリーム（３５）を、シェル（２３）の対向内表面（３０）上の対応するポイント位置（３６）の方へ向けるように構成できる。１つ以上の側方吸気ポート（３４）（すなわち第１のセット（５１））の構成は、電極ギャップ（２２）の方へ跳ね返る１つ以上つポイント位置（３６）に対して、入射角（３７）および偏向角度（３８）を生じ得る。さらに、１つ以上の側方吸気ポート（３４）、すなわち第２のセット（５２）は、電極ギャップ（２２）の方へ向けることができる。跳ね返ったおよび方向付けられた補充ストリーム（３５）の複合効果によって、予燃焼室（１３）に好都合な本発明の流動場の力（４９）および本発明の流動場（１４）が生成され、Ｊギャップ形態の第１および第２の電極（１８）（２１）を囲む。
【００４６】
ここで図１２〜１４および図１５〜１７を参照して説明すると、これら図は、Ｊギャップ電極（１８）（２１）に対する従来の流動場（４５）（図９の例に示すような）の燃料−酸化剤の混合物（９）の点火時の従来の火炎成長（４６）（図１２〜１４の例に示すように）を、同様に構成されたＪギャップ電極（１８）（２１）に対する本発明の流動場（１４）（図１０の例に示すような）における同じ燃料−酸化剤の混合物（９）の点火時の本発明の火炎成長（３９）（図１５〜１７の例に示すような）と比較して示す。
【００４７】
ここで図１２と図１５を比較して説明すると、従来の流動場（４５）（図９の例に示すような）における燃料−酸化剤の混合物（９）の点火および初期の従来の火炎成長（４６）（図１２の例に示すような）、および本発明の流動場（１４）（図１０の例に示すような）における燃料−酸化剤の混合物（９）の点火および初期の本発明の火炎成長（３９）（図１５の例に示すような）は、いくつかの実施形態に関しては同様とし得るが、または他の実施形態に関しては、点火火花または初期火炎核（４４）は、従来の流動場の力（４７）と同じような現象と比較すると、本発明の流動場の力（４９）によって実質的に移動させることができる。
【００４８】
ここで図１３と図１６を比較して説明すると、いくつかの実施形態に関する本発明の流動場（１４）（図１０の例に示すような）の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼に起因して続いて生じる本発明の火炎成長（３９）（図１６の例に示すような）の展開は、従来の流動場（４５）の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼に起因して生じる従来の火炎成長（４６）（図１３の例に示すような）と比較して、加速度的に発生し得る（図１３と図１６の例を比較することによって示すように）。それに加えて、または火炎成長（３９）の速度増加と組み合わせて、本発明の流動場（１４）の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼から生じる火炎成長（３９）は、本発明の流動場（１４）の方向において、従来の流動場（４５）において発生するものよりも大きく移動し得る（図１３と図１６の例を比較することによって示すように）。
【００４９】
ここで図１４および図１７を比較すると、いくつかの実施形態に関しては、本発明の流動場（１４）（図１０の例に示すような）の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼から生じる、実質的に大きく発生した火炎成長（３９）は（図１７の例に示すように）、従来の流動場（４５）（図９の例に示すような）の燃料−酸化剤の混合物（９）の燃焼から生じる従来の火炎成長（４６）（図１４の例に示すような）と比較すると実質的に短い期間で電極ギャップ（２２）から外向きに動くことができる。本発明の予燃焼室（１３）内でのその後の火炎成長（３９）率は、引き続き従来のプレチャンバースパークプラグよりも高く維持できる。
【００５０】
ここで主に図１８〜２４を参照して説明すると、それら図の各々は、本発明による予燃焼室ユニット（２）の実施形態と共に使用できるスパークプラグの着火用端部（５３）における第１の電極（１８）および第２の電極（２１）の構成の例を提供する；しかしながら、本発明は、当業者が、多数のおよび多岐にわたる他の電極構成を備える本発明を作製しかつ使用するために、十分な数の例を提供している図１８〜２４に示されるような電極構成に限定されない。
【００５１】
これらの実施形態では、予燃焼室（１３）を含むスパークプラグであって、その予燃焼室は、前記スパークプラグが設置されると、エンジン（１）の主燃焼室（３）と１つ以上の吸気ポート（３１）を介して流体連通し、および少なくとも２つの電極（１８）（２１）がそれら電極間に電極ギャップ（２２）を規定して前記予燃焼室（３）内に配置される、スパークプラグにおいて、少なくとも１つの吸気ポート（３１）が、前記少なくとも１つの吸気ポート（３１）を通って前記予燃焼室に至る燃料−酸化剤の混合物の流れによって、電極ギャップ（２２）を橋絡する火花による点火後に形成されて前記予燃焼室の内表面（３０）の方へ向かいかつそれに接近する火炎成長（３９）（すなわち成長する炎）の速度を低下させるように構成されていることを特徴とするスパークプラグを含むことができる。
【００５２】
図１８は、デュアルバースパークプラグ電極ギャップの着火用端部（５３）を示す（図２〜７の例にも示す）。デュアルバースパークプラグ電極構造（５４）は、一般に、埋立地ガスおよび消化ガスなどのバイオ燃料を燃焼する天然ガスエンジン（１）に使用される。これらの燃料は、一般に、低エネルギー含量であるため、初期の火炎成長中は消炎の影響を受けやすい。デュアルバー形態によってもたらされるような比較的小さな電極ギャップの表面積は、これらの応用に好都合とし得る。
【００５３】
図１９は、従来のＪギャップスパークプラグ電極構造（５５）（図８〜１７の例にも示す）の着火用端部（５３）を示す。
【００５４】
図２０は、環状スパークプラグ電極構造（５６）の着火用端部（５３）を示す。このタイプの電極ギャップ（２２）は、一般に、耐久性の高められたスパークプラグを必要とする天然ガスエンジンにおいて使用される。電極ギャップの表面積は、デュアルバーおよびＪギャップスパークプラグ電極構造（５５）の表面積よりも著しく大きい。
【００５５】
図２１は、巨大な丸型スパークプラグ電極構造（５７）の着火用端部（５３）を示す。このタイプの電極ギャップ（２２）は、一般に、スパークプラグの耐久性が比較的長い必要のある天然ガスエンジンにおいて使用される。電極ギャップの表面積は、環状スパークプラグ電極ギャップ（５６）の表面積よりも大きいとし得る。
【００５６】
図２２は、３突起スパークプラグ電極構造（５８）の着火用端部（５３）を示す。このタイプの電極ギャップ（２２）は、比較的低いエンジン出力密度で動作する天然ガスエンジンにおいて使用できる。
【００５７】
図２３は、巨大な矩形スパークプラグ電極構造（５９）の着火用端部を示す。このタイプの電極ギャップ（２２）は、比較的高いエンジン出力密度で動作する天然ガスエンジンにおいて使用される。
【００５８】
図２４は、４ブレードスパークプラグ電極構造（６０）の着火用端部（５３）を示す。このタイプの電極ギャップ（２２）は、比較的高いエンジン出力密度で動作する天然ガスエンジンにおいて使用できる。巨大タイプの電極ギャップとは異なり、ブレードタイプの電極ギャップは、電極の空気力学的な障害を低下させるように設計できる。
【００５９】
ここで、跳ね返り効果を達成し、かつ跳ね返り効果を生じさせる上述の利点を示す本発明の特定の実施形態の実施例を提供する図２５〜３８を参照する；しかしながら、これら実施例はなんら限定を意味するものではなく、本明細書で提供される説明および図示と共に、当業者が、本発明による予燃焼室ユニット（２）の多数のおよび多岐にわたる実施形態を実施しかつ使用するのに十分なものである。
【実施例】
【００６０】
実施例１．デュアルバー−デュアル電極ギャップ
ここで主に図２５〜２９を参照して説明すると、中心電極（６３）の形態の第１の電極（１８）と、中心電極（６３）の形態の第１の電極（１８）から離れて配置された、第１のバー（６１）および第２のバー（６２）の形態の接地デュアルバー電極（５４）の形態（図１８の例に示すような）の第２の電極（２１）とを含み、第１のバー（６１）と第２のバー（６２）との間の位置にデュアル電極ギャップ（図１８の例および図２〜７の例に示すよう）を提供する、本発明のプレチャンバーユニット（２）の特定の実施形態の実施例を提供する。中心絶縁体（１７）は中心電極（６３）を取り囲む。金属シェル（２３）が中心電極（６３）を包み、かつ外向きに延出して、全体的にシリンダー状のシェル外表面（２４）と、中心絶縁体（１７）および第１の電極（１８）および第２の電極（２１）を取り囲む、全体的にシリンダー状のシェル予燃焼室内表面（３０）とを有する予燃焼室（１３）を提供する。予燃焼室（１３）は、全体的に平坦な予燃焼室上部（６４）（図２５〜２９の例に示すように）を有する。予燃焼室の内径（６５）は、約９ｍｍ〜約１３ｍｍの範囲で提供できる（図２９の例に示すように）。予燃焼室（１３）は、約６ｍｍ〜約８ｍｍの（図２９の例に示すように）挿入深さ（６６）（主燃焼室（３）に延在する外表面（２８）の部分）を有し得る。
【００６１】
予燃焼室（１３）の内表面（３０）の関係部分は、約８００ｍｍ３〜約１０００ｍｍ３の全体積部（６７）を囲むことができる（図２５の例に示すように）。電極ギャップ（２２）の前方の予燃焼室（１３）の構成は、約３５０ｍｍ３〜約４５０ｍｍ３の第１の予燃焼室体積部（６８）を囲むことができる（図２６の例に示すように）。第１の予燃焼室体積部（６８）は、例えば、第１の予燃焼室体積部（６８）を規定するシリンダー状内表面（３０）の予燃焼室の内径（６５）を増減することによって、調整できる。電極ギャップ（２２）の後方の予燃焼室（１３）の構成は、約４５０ｍｍ３〜約５５０ｍｍ３の第２の予燃焼室体積部（６９）を囲むことができる（図２７の例に示すように）。第２の予燃焼室体積部（６９）は、例えば、第２の予燃焼室体積部（６９）を規定するシリンダー状内表面（３０）の予燃焼室の内径（６５）を増減することによって、調整できる。図２５〜２９の例は、大きな直径の予燃焼室（１３）の内表面（３０）によって規定された第１のプレチャンバー体積部（６８）と、小さな直径の予燃焼室（１３）の内表面（３０）によって規定された第２のプレチャンバー体積部（６９）とをそれぞれ有する。第１の予燃焼室体積部（６８）の高さ（７０）は、約３ｍｍ〜約５ｍｍの範囲とし得る（図２９の例に示すように）。
【００６２】
予燃焼室（１３）は、シェル（２３）を延在させることによって、または予燃焼室要素（２６）をシェル（２３）のベースに結合させることによって、または他の方法で形成されたかどうかにかかわらず、プレチャンバーユニット（２）の中心縦軸（３３）と実質的に軸方向に整列された軸方向吸気ポート（３２）を有することができる（図２９の例に示すように）。軸方向吸気ポート（３２）は、予燃焼室（１３）の外表面（２８）と内表面（３０）との間で、縦軸（３３）に沿って、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲の長さ（７１）を有することができる（予燃焼室壁（２７）の厚さである）（図２９の例に示すように）。軸方向吸気ポート（３２）は、約１ミリメートル〜約２ミリメートルの直径（７２）を有することができる（図２９の例に示すように）。
【００６３】
ここで主に図２８を参照して説明すると、側方吸気ポート（３４）の各々は、約１ｍｍ〜約２ミリメートル（「ｍｍ」）の範囲の直径（７２）を有することができる（図２８の例に示すように）。各側方吸気ポート（３４）は、約５ｍｍ〜約７ｍｍの第１の半径（７５）で軸方向吸気ポート（３２）から半径方向外向きに配置された外部ポート開口部（７３）を有することができる（図２８の例に示すように）。側方吸気ポート（３４）の各々は、約２０度〜約３０度の範囲の側方吸気ポート角度（７８）で内向きに予燃焼室壁（２７）の外表面（２８）と内表面（３０）との間で連通でき（図２８の例に示すように）、対応して、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に内部ポート開口部（７４）を配置する（図２８の例に示すように）。
【００６４】
実施例２．Ｊギャップ電極
ここで主に図３０〜３８を参照して説明すると、中心電極（６３）の形態の第１の電極（１８）と、電極ギャップ（２２）を提供するように（図３０の例に示すように）中心電極（６３）の軸に沿った上方にある距離離れて配置された、接地したＪ−電極（図１９および図１０〜１１および図１５〜１７の例にも示す）の形態の第２の電極（２１）とを有する本発明のプレチャンバーユニット（２）の特定の実施形態の実施例を提供する。中心絶縁体（１７）は中心電極（６３）を取り囲む。金属シェル（２３）が中心電極（６３）を囲み、かつ外向きに延出して、中心絶縁体（１７）および第１の電極（１８）および第２の電極（２１）を取り囲む全体的にシリンダー状のシェル外表面（２４）と全体的にシリンダー状の内表面（３０）とを有する予燃焼室（１３）を提供する。シリンダー状予燃焼室（１３）の実質的に閉鎖した端部は、平坦な予燃焼室上部（６４）を有する（図３０〜３８の例に示すように）。予燃焼室の内径（６５）は、約９ｍｍ〜約１３ｍｍの範囲で設けることができる（図３４の例に示すように）。予燃焼室（１３）は、約３ｍｍ〜約５ｍｍの挿入深さ（６６）（主燃焼室（３）に延在する部分）を有することができる（図３４の例に示すように）。
【００６５】
予燃焼室（１３）の内表面（３０）の関係部分は、約８００ｍｍ３〜約１０００ｍｍ３の全体積部（６７）を囲むことができる（図３０の例に示すように）。電極ギャップ（２２）の前方の予燃焼室（１３）の構成は、約５５０ｍｍ３〜約６５０ｍｍ３の第１の予燃焼室体積部（６８）を囲むことができる（図３１の例に示すように）。第１の予燃焼室体積部（６８）は、例えば、第１の予燃焼室体積部（６８）を規定するシリンダー状内表面の予燃焼室の内径（６５）を増減することによって、調整できる。電極ギャップ（２２）の後方の予燃焼室（１３）の構成は、約２５０ｍｍ３〜約３５０ｍｍ３の第２の予燃焼室体積部（６９）を囲むことができる（図３２の例に示すように）。第２の予燃焼室体積部（６９）は、例えば、第２の予燃焼室体積部（６９）を規定するシリンダー状内表面の予燃焼室の内径（６５）を増減することによって、調整できる。図３０〜３８の例は、大きな直径の予燃焼室（１３）の内表面によって規定された第１のプレチャンバー体積部（６８）と、小さな直径の予燃焼室（１３）の内表面（３０）によって規定された第２のプレチャンバー体積部（６９）とをそれぞれ有する。中心電極（６３）の電極先端部（４８）のあたりから予燃焼室上部（６４）の内面まで測定した第１の予燃焼室体積部（６８）の高さ（７０）は、約６ｍｍ〜約８ｍｍの範囲とし得る（図３４の例に示すように）。
【００６６】
予燃焼室（１３）は、シェル（２３）を延在させることによって、または予燃焼室要素（２６）をシェル（２３）のベースに結合させることによって、または他の方法で形成されるかどうかにかかわらず、プレチャンバーユニット（２）の中心縦軸（３３）と実質的に軸方向に整列された軸方向吸気ポート（３２）を有することができる（図３４の例に示すように）。軸方向吸気ポート（３２）は、予燃焼室上部（６４）の外表面（２８）と内表面（３０）との間の縦軸（３３）に沿って、約２ｍｍ〜約４ｍｍの範囲の長さ（７１）を有することができる（予燃焼室壁（２７）の厚さである）（図３４の例に示すように）。軸方向吸気ポート（３２）は、約１ミリメートル〜約２ミリメートル（「ｍｍ」）の直径（７２）を有することができる（図３３の例に示すように）。
【００６７】
図３３に示すように、予燃焼室（１３）は、軸方向吸気ポート（３２）から半径方向外向きに配置されかつその周りで半径方向にほぼ等間隔に６個から８個の側方吸気ポート（３４）を含むことができる。側方吸気ポート（３４）は、第１のセット（５１）の３個〜４個の側方吸気ポート（３４）と、第２のセット（５２）の３個〜４個の側方吸気ポート（３４）とを含むことができ、第１および第２のセット（５１）（５２）の各々は、異なる構造を有することができる。
【００６８】
ここで主に図３５および図３６を参照して説明すると、第１のセット（５１）の側方吸気ポート（３４）の各々は、約１ｍｍ〜約２ミリメートル（「ｍｍ」）の範囲の直径（７２）を有することができる（図３３の例に示すように）。第１のセット（５１）の側方吸気ポート（３４）の各々は、約６ｍｍ〜約８ｍｍの第１の半径（７５）で、中心縦軸（３３）から半径方向外向きに配置された外部ポート開口部（７３）を含むことができる（図３６の例に示すように）。第１のセット（５１）の側方吸気ポート（３４）の各々は、３ｍｍ〜４ｍｍのスワールオフセット（７７）を有することができ、これは、側方吸気ポートの中心軸（７６）と本発明のプレチャンバーユニットの中心縦軸（３３）との間の垂直距離を規定する（図３５の例に示すように）。第１のセット（５１）の側方吸気ポート（３４）の各々は、予燃焼室壁（２７）の外表面（２８）と内表面（３０）との間で、約２５度〜約３５度の範囲の側方吸気ポート角度（７８）で内向きに連通する（図３６の例に示すように）。第１のセット（５１）の側方吸気ポート（３４）の各々の外部ポート開口部（７３）は等間隔とし得、かつ、単一の側方吸気ポート（３４）が、アース用ストラップ電極（２１）の基準位置（８０）から約３０度〜約４０度の第１の割付角（index angle）（７９）で配置されている（図３５の例に示すように）。
【００６９】
ここで主に図３７および図３８を参照して説明すると、第２のセット（５２）の側方吸気ポート（３４）の各々は、約１ｍｍ〜約２ミリメートル（「ｍｍ」）の範囲の直径（７２）を有することができる（図３３の例に示すように）。第２のセット（５２）の側方吸気ポート（３４）の各々は、約７ｍｍ〜約９ｍｍの第２の直径（８１）で、中心縦軸（３３）から半径方向外向きに配置された外部ポート開口部（７３）を有することができる（図３８の例に示すように）。第２のセット（５２）の側方吸気ポート（３４）の各々は、１ｍｍ〜２ｍｍの第２のスワールオフセット（８３）を有することができ、これは、側方吸気ポートの中心軸（８２）と本発明のプレチャンバーユニットの中心縦軸（３３）との間の垂直距離を規定する（図３７の例に示すように）。第２のセット（５２）の側方吸気ポート（３４）の各々は、約５０度〜約６０度の範囲の第２の側方吸気ポート角度（８４）で内向きに予燃焼室壁（２７）の外表面（２８）と内表面（３０）との間で連通できる（図３８の例に示すように）。第２のセット（５２）の側方吸気ポート（３４）の各々の外部ポート開口部（７３）は等間隔とし得、かつ単一の側方吸気ポート（３４）が、アース用ストラップ電極（２１）の基準位置（８０）から約８０度〜約１００度の第２の割付角（８５）で配置されている（図３７の例に示すように）。
【００７０】
上記から容易に理解できるように、本発明の基本的な概念は、様々な方法で実現し得る。本発明は、最良の形態を含む、装置およびそのような装置の使用方法を含む発明のパッシブチャンバスパークプラグの多数のかつ多様な実施形態を含む。
【００７１】
従って、本出願に添付の図面または表での説明または図示によって開示した本発明の特定の実施形態または要素は、なんら限定を意図するものではなく、一般的に本発明に包含される多数のかつ多様な実施形態、またはその任意の特定の要素に対して包含される均等物の例示である。さらに、単一の実施形態または本発明の要素の具体的な説明は、考えられる全ての実施形態または要素を明示しない可能性もある；説明および図面によって多くの代替例が暗示されている。
【００７２】
装置の各要素または方法の各ステップは、装置の用語または方法の用語によって説明され得ることを理解されたい。そのような用語は、本発明に権利が与えられる暗黙的に網羅する広い範囲を明示したい場合に置き換えることができる。一例としてであるが、方法の全ステップは、動作、そのような動作を行う手段、またはそのような動作の原因となる要素として開示し得ることを理解されたい。同様に、装置の各要素は、物理的な要素、またはその物理的な要素が容易にする動作として開示され得る。一例としてであるが、「火花、スパーク」の開示は、「スパーキング（火花を散らさせる）」の動作の開示を包含することを理解されたい−明白に議論するか否かにかかわらず−および、反対に、「スパーキング（火花を散らさせる）」の動作を効果的に開示した場合、そのような開示は、「火花、スパーク」を、および「スパーキングの（火花を散らさせる）ための手段」の開示も包含すると理解されたい。各要素またはステップのそのような代替用語は、説明に明白に含まれると理解されたい。
【００７３】
加えて、使用される各用語に関して、本出願におけるその利用がそのような解釈と矛盾しない限り、辞書の共通の定義は、Random House Webster's Unabridged Dictionary, second editionに含まれるような各用語の説明に含まれると理解されたく、各定義は、参照により本書に組み込まれることを理解されたい。
【００７４】
本明細書の全ての数値は、明白に示すか否かにかかわらず、用語「約」によって修正されるものと考えられる。本発明のために、範囲は、「約」１つの特定の値から「約」別の特定の値までと表現され得る。そのような範囲で表される場合、別の実施形態は、一方の特定の値から他方の特定の値までを含む。端点による数の範囲の列挙は、その範囲に入る全ての数値を含む。１から５までの数の範囲は、例えば数値１、１．５、２、２．７５、３、３．８０、４、５などを含む。範囲のそれぞれの端点は、他方の端点に関係していても、および他方の端点とは無関係でも、双方で重要であることをさらに理解されたい。値を、先行詞「約」を使用することによって近似値であると表現するとき、特定の値が別の実施形態を形成することを理解されたい。用語「約」は、一般的に、当業者が、列挙された数値と均等であるとまたは同じ機能または結果を有していると判断するであろう数値の範囲を指す。同様に、先行詞「実質的に」は、概して、完全にではないが、同じ形態、方法または程度を意味し、および特定の要素は、当業者が同じ機能または結果を有していると判断するであろう範囲の構成を有する。特定の要素が、先行詞「実質的に」を使用することによって近似値として表される場合、特定の要素は別の実施形態を形成することを理解されたい。
【００７５】
さらに、本発明のために、用語「ａ」または「ａｎ」の付いた実在物は、限定されていない限り、１つ以上のその実在物を指す。そのため、本明細書では用語「ａ」または「ａｎ」、「１つ以上」および「少なくとも１つ」は、交換可能に使用され得る。
【００７６】
それゆえ、本出願人は、少なくとも：ｉ）本明細書で開示および説明するプレチャンバーユニットまたはプレチャンバースパークプラグの各々、ｉｉ）開示および説明する関連の方法、ｉｉｉ）これらの装置および方法の各々と同様のもの、均等物、および暗黙の変形例、ｉｖ）図示、開示、または説明した機能の各々を達成する代替的な実施形態、ｖ）開示および説明されるものが達成されると暗黙に示された機能の各々を達成する代替的な設計および方法、ｖｉ）分離独立した発明として示す各特徴、構成要素、およびステップ、ｖｉｉ）開示の種々のシステムまたは構成要素によって強化された適用、ｖｉｉｉ）そのようなシステムまたは構成要素によって生産された得られた製品、ｉｘ）実質的に上記でかつ添付の例のいずれかを参照して説明した方法および装置、ｘ）開示した先の要素の各々の種々の組み合わせおよび置換を特許請求すると理解されたい。
【００７７】
本出願の背景セクションは、本発明が関係する努力傾注分野の状態を提供する。このセクションはまた、本発明が注目している技術の現状についての関連する情報、問題、または関心事に関して有用な、いくつかの米国特許、特許出願、公開公報、または特許請求された発明の主題のパラフレージングを組み込み得るまたは含み得る。本明細書に引用されるまたは組み込まれるいずれの米国特許、特許出願、公開公報、陳述書または他の情報も、本発明に関する先行技術として認められると解釈され、そのように受け取られ、またはみなされることは意図していない。
【００７８】
本出願に記載する特許請求の範囲は、もしある場合には、本発明のこの説明の一部として参照により本書に組み込まれ、かつ本出願は、特許請求の範囲またはその任意の要素または構成要素のいずれかまたは全てを支持する追加的な説明として、そのような特許請求の範囲のそのように組み込まれた内容の全てまたは一部分を使用する権利を明確に留保し、かつ本出願人は、さらに、本出願によってまたは任意のそれに続く出願またはその継続、分割、または一部継続出願によって保護が求められる主題を定義するために必要に応じて、または任意の利益を得るために必要に応じて、いずれかの国または条約の特許法、規則、または規制に従うまたは順守する費用削減のために必要に応じて、そのような特許請求の範囲またはその任意の要素または構成要素のそのように組み込まれた内容の任意の部分または全てを、説明から特許請求の範囲に、またはその逆に動かす権利を明確に留保し、かつ参照により組み込まれたそのような内容は、任意のそれに続く出願、その分割、または一部継続出願または任意の再発行または延長を含む、本出願の係属の最中全てで存続する。
【００７９】
本明細書で記載する特許請求の範囲は、もしある場合には、さらに、本発明の限られた数の好ましい実施形態の境界を説明しようとするものであり、かつ特許請求され得る本発明の最も広範囲な実施形態、または本発明の実施形態の完全なリストと解釈されるものではない。本出願人は、任意の継続、分割、または一部継続、または同様の出願の一部として、上記の説明に基づく特許請求の範囲をさら発展させるいかなる権利も放棄しない。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【手続補正書】
【提出日】平成25年8月21日(2013.8.21)
【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】
予燃焼室を提供するステップであって、前記予燃焼室が：
前記予燃焼室内に配置された第１の電極および第２の電極であって、電極ギャップを設けるように距離をおいて配置された第１の電極および第２の電極；
前記予燃焼室の外表面と内表面との間を連通している少なくとも１つの吸気ポートであって；前記予燃焼室の前記内表面に前記燃料−酸化剤の混合物の少なくとも１つの補充ストリームを向けるように構成された少なくとも１つの吸気ポート
を含むステップ；および
前記少なくとも１つの吸気ポートを介して燃料−酸化剤の混合物の少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室に投入するステップ
を含む、予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配させる方法。
【請求項２】
前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室の中心絶縁体の方に向けるように、前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項３】
前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室内の１つ以上の電極の方に向けるように、前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項４】
前記少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室のシェルの方に向けるように、前記少なくとも１つの吸気ポートを構成することをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項５】
中心絶縁体のコアノーズ、前記中心絶縁体の前記コアノーズの上隅、１つ以上の電極、および前記シェルからなる群から選択される、前記予燃焼室の前記内表面上の少なくとも１つのポイント位置に前記燃料−酸化剤の混合物の少なくとも１つの補充ストリームを向けるための前記少なくとも１つの吸気ポートを構成するステップをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項６】
前記予燃焼室の前記内表面から前記少なくとも１つの補充ストリームが跳ね返り、前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用の減少を達成することをさらに含む、請求項１に記載の予燃焼室で燃料−酸化剤の混合物を分配する方法。
【請求項７】
電極ギャップを設けるように距離をおいて配置された第１の電極および第２の電極；
前記第１の電極および前記第２の電極を少なくとも部分的に囲む予燃焼室；および
前記予燃焼室の外表面と内表面との間を連通している少なくとも１つの吸気ポートであって、少なくとも１つの補充ストリームを前記予燃焼室の前記内表面の方に向けて、前記火炎核と前記予燃焼室の前記内表面との相互作用を減少させるように構成された少なくとも１つの吸気ポート
を含むプレチャンバーユニット。
【請求項８】
前記内表面が中心絶縁体を含み、そこから前記少なくとも１つの補充ストリームが跳ね返るよう構成され、流動場の力を生成し、前記電極ギャップにおける前記燃料−酸化剤の混合比を増大する、請求項７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項９】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、前記プレチャンバーユニットの中心縦軸と実質的に軸方向に整列された軸方向吸気ポートを含み、かつ４個の側方吸気ポート〜６個の側方吸気ポートの各々が、約５ミリメートル〜約７ミリメートルの半径で、前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置されている、請求項７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１０】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、前記プレチャンバーユニットおよび複数の側方吸気ポートの中心縦軸と実質的に軸方向に整列された軸方向吸気ポートを含み、および前記複数の側方吸気ポートの各々が、約２０度〜約３０度の範囲の側方吸気ポート角度で内向きに前記予燃焼室壁の前記外表面と前記内表面との間を連通している、請求項７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１１】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、前記プレチャンバーユニットの中心縦軸と実質的に軸方向に整列された軸方向吸気ポートを含み、および第１のセットの３個の側方吸気ポート〜４個の側方吸気ポートの各々が、約６ミリメートル〜約８ミリメートルの第１の半径で前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置された外部ポート開口部を有し、前記第１のセットが、約３ミリメートル〜約４ミリメートルのスワールオフセットを有し、それにより、前記第２の電極に対する前記外部ポート開口部の割付角を約３０度〜約４０度にしている、請求項７に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１２】
前記第１のセットの側方吸気ポートの各々が、約２５度〜約３５度の範囲の側方吸気ポート角度で内向きに前記予燃焼室壁の前記外表面と前記内表面との間を連通している、請求項１１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１３】
３個の側方吸気ポート〜４個の側方吸気ポートを含む第２のセットの側方吸気ポートをさらに含み、それぞれが、約７ミリメートル〜約９ミリメートルの第２の直径で前記軸方向吸気ポートから半径方向外向きに配置された外部ポート開口部を有し、前記第２のセットが、約８０度〜約１００度の範囲の前記第２の電極に対して前記外部ポート開口部の割付角与える、約１ミリメートル〜約２ミリメートルのスワールオフセットを有している、請求項１１に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１４】
前記第１のセットの側方吸気ポートの各々が、約５０度〜約６０度の範囲の側方吸気ポート角度で内向きに前記予燃焼室壁の前記外表面と前記内表面との間を連通している、請求項１３に記載のプレチャンバーユニット。
【請求項１５】
前記少なくとも１つの吸気ポートが、流動場の力を発展させるように構成され、それにより、前記予燃焼室内のある量の残留ガスと前記補充ストリームとの混合を高め、前記プレチャンバーの前記内表面または前記ある量の残留ガスの温度を低下させる、請求項７に記載のプレチャンバーユニット。
【国際調査報告】
2014502692.tif 000042
2014502692.tif 000043
2014502692.tif 000044