(57)【要約】  シャトル電極を備えたスパークプラグ（１）が、中性ガスを用いて希釈された主チャージ（１２）が点火される燃焼室（１１）を備える内燃機関（２）に提供され、上記スパークプラグ（１）は、中心電極（６）が通じており、ラミネーションインジェクタ（１７）が、容易に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含むパイロットチャージ（１８）を圧力下で噴射することができるラミネーションキャビティ（１５）を収納しており、上記キャビティ（１５）は、ラミネーションダクト（１６）によって燃焼室（１１）に接続されており、一方で、シャトル電極（２０）は、中心電極（６）と接地電極（７）との間に差し挿まれていて、ラミネーションダクト（１６）の中で平行移動することができる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内燃機関（２）用のシャトル電極を備えたスパークプラグ（１）であって、前記スパークプラグ（１）は、少なくとも電極（６、７）と、基部ねじ切り部（５）を有する金属製基部（４）の中に収納されたセラミック絶縁体（３）とを備え、前記スパークプラグ（１）は、ラミネーションダクト（１６）を通じて前記内燃機関（２）の中に含まれる燃焼室（１１）に接続されたラミネーションキャビティ（１５）をさらに備え、ラミネーションインジェクタ（１７）は、予め加圧されたパイロットチャージ（１８）を前記キャビティ（１５）の中に直接的または間接的に噴射することができ、前記チャージ（１８）は、スパークによって容易に点火される燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含んでおり、それが、
・前記ラミネーションキャビティ（１５）に通じる少なくとも１つの中心電極（６）と、
・全面的または部分的に電気伝導性材料でできており、小隙間を有しながら前記ラミネーションダクト（１６）の中に部分的または全面的に収納されている少なくとも１つのシャトル電極（２０）であって、前記シャトル電極（２０）が、前記中心電極（６）と接地電極（７）との間に差し挿まれていて、一方で、前記接地電極（７）に面し、前記燃焼室（１１）の中に行き渡った前記圧力にさらされている室側端部（２１）と、他方で、前記中心電極（６）に面し、前記ラミネーションキャビティ（１５）の中に行き渡った前記圧力にさらされているキャビティ側端部（２２）とを有しており、前記シャトル電極（２０）が、前記後者の前記圧力が、前記燃焼室（１１）の中に行き渡った前記圧力より低いときには、前記ラミネーションキャビティ（１５）に向かって、もしくは前記後者の中の前記圧力が、前記ラミネーションキャビティ（１５）の中に行き渡った前記圧力より低いときには、前記燃焼室（１１）に向かって前記ガス圧力の前記影響下で前記ダクト（１６）の中に平行移動することができる、少なくとも１つのシャトル電極（２０）と、
・前記ラミネーションキャビティ（１５）に最も近い前記シャトル電極（２０）の前記位置を決定する少なくとも１つのキャビティ側シャトル電極橋台（２３）と、
・前記燃焼室（１１）に最も近い前記シャトル電極（２０）の前記位置を決定する少なくとも１つの室側シャトル電極橋台（２４）と
を備えることを特徴とする、シャトル電極を備えたスパークプラグ（１）。
【請求項２】
前記シャトル電極（２０）が、それが前記ラミネーションキャビティ（１５）に最も近いときには、前記ラミネーションダクト（１６）の全部または一部を閉じ、一方でそれが、前記燃焼室（１１）に最も近く配置されているときには、より広い区分で前記ダクト（１６）を開くことを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項３】
前記ラミネーションダクト（１６）の全部または一部が、前記導管（１６）と一体化しており、前記シャトル電極（２０）と前記導管（１６）との間に半径方向および／または軸方向に差し挿まれている、電気絶縁性および／または熱的絶縁性および／または耐火性の材料でできた絶縁スリーブ（２５）を備え、前記シャトル電極（２０）が、前記スリーブ（２５）の内部で平行移動することができることを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項４】
前記絶縁スリーブ（２５）が、前記ガスが前記ラミネーションキャビティ（１５）から前記燃焼室（１１）に、またはその逆に通ることを可能にするガス通過用の少なくとも１つの長手方向チャネル（３５）を備え、前記チャネル（３５）が、前記スリーブ（２５）の内部および／または前記内面上もしくは外面上に配置されていることができることを特徴とする、請求項３に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項５】
前記シャトル電極（２０）が、電気的絶縁材料でできた絶縁シャトル本体（２６）を含み、前記本体（２６）が、それが一体化している導電性コア（２７）によって全長にわたって横断されており、前記コア（２７）が、電気伝導性材料でできており、前記コア（２７）の第１の端部（２８）が、前記接地電極（７）に面し、一方、前記コア（２７）の第２の端部（２９）が、前記中心電極（６）に面していることを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項６】
前記キャビティ側シャトル電極橋台（２３）が、前記ラミネーションダクト（１６）の中、または前記ダクト（１６）のどちらかの端部に配置されたシャトル電極閉鎖部座（３０）を含み、前記座（３０）が、前記シャトル電極（２０）の周縁部、および／または端部に含まれるシャトル電極閉鎖部フランジ（３１）と協働することを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項７】
前記シャトル電極閉鎖部座（３０）および前記シャトル電極閉鎖部フランジ（３１）が、相互に接触しているとき、シールを形成し、前記シールが、前記燃焼室（１１）の中に広がる前記圧力が、前記ラミネーションキャビティ（１５）の中に広がる前記圧力より大きいとき、ガスが前記接触点を通過することをいっさい防止することを特徴とする、請求項６に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項８】
前記室側シャトル電極橋台（２４）が、前記ラミネーションダクト（１６）の中もしくは前記ダクト（１６）のどちらかの端部、または前記金属製基部（４）の中に配置されたシャトル電極開口部座（３２）を含み、前記座（３２）が、前記シャトル電極（２０）の前記周縁部、および／または前記端部に含まれるシャトル電極開口部フランジ（３３）と協働することを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項９】
前記シャトル電極開口部座（３２）および前記シャトル電極開口部フランジ（３３）が、ガスが前記接触点を通過することをいっさい防止するように、相互に接触しているとき、シールを形成することを特徴とする、請求項８に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１０】
前記シャトル電極（２０）が、前記シャトル電極（２０）を、前記シャトル電極（２０）の前記ダクト（１６）に対する軸方向位置にかかわらず、前記ラミネーションダクト（１６）の中のほぼ中央に、そして前記ダクト（１６）とほぼ同じ長手方向方位に維持する案内手段（３４）を周縁部に備えることを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１１】
前記シャトル電極（２０）が、前記ガスが前記ラミネーションキャビティ（１５）から前記燃焼室（１１）に、またはその逆に通ることを可能にするガス通過用の少なくとも１つの長手方向チャネル（３５）を備え、前記チャネル（３５）が、前記シャトル電極（２０）の内部および／または前記表面上に配置されていて、前記シャトル電極（２０）の全長にわたって設置されている可能性があり、一方で、前記チャネル（３５）の前記２つの端部が、前記室側端部（２１）と前記キャビティ側端部（２２）でそれぞれ、または前記長さの一部だけに沿って開いており、一方で、前記チャネル（３５）の前記端部の少なくとも１つが、前記シャトル電極（２０）の前記外面から半径方向に開いていることを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１２】
前記シャトル電極閉鎖部フランジ（３１）および前記シャトル電極開口部フランジ（３３）が、一方で前記ラミネーションキャビティ（１５）と、他方で少なくとも１つのガス噴射開口部（３８）を介して前記燃焼室（１１）と同時に通じているトーチ点火副燃焼室（３７）を、−前記閉鎖部／開口部フランジ（３６）が前記シャトル電極開口部座（３２）と接触しているとき−前記ラミネーションダクト（１６）と共に画定する単一閉鎖部／開口部フランジ（３６）を一緒に形成することを特徴とする、請求項６および９に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１３】
前記トーチ点火副燃焼室（３７）が、前記絶縁スリーブ（２５）の内部に配置されることを特徴とする、請求項３および１２に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１４】
前記絶縁スリーブ（２５）が、前記金属製基部（４）から突出して、そこから前記ガス噴射開口部（３８）が開いている、突出した噴射ドーム（４７）を呈することを特徴とする、請求項１３に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１５】
前記突出した噴射ドーム（４７）が、前記絶縁スリーブ（２５）上のインサートであることを特徴とする、請求項１４に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１６】
前記シャトル電極開口部座（３２）が、前記突出した噴射ドーム（４７）中に配置されることを特徴とする、請求項１４に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１７】
前記トーチ点火副燃焼室（３７）の内周壁が、円筒形であり、一方で、前記閉鎖部／開口部フランジ（３６）が、前記副燃焼室（３７）の中の低半径方向隙間に収納されていることを特徴とする、請求項１２に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１８】
前記シャトル電極（２０）が、前記燃焼室（１１）の近くに、すなわち、それが協働する前記室側シャトル電極橋台（２４）周辺に、またはそれと接触して配置されるとき、前記シャトル電極閉鎖部フランジ（３１）が、前記ラミネーションキャビティ（１５）を前記燃焼室（１１）と接続する少なくとも１つのガス噴射開口部（３８）を開放することを特徴とする、請求項６に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項１９】
直前記ラミネーションインジェクタ（１７）が、前記パイロットチャージ（１８）を、前記金属製基部（４）が前記基部ねじ切り部（５）を用いてその中にねじ込まれる、ねじ山付きプラグ凹所（４０）の中、もしくは前記金属製基部（４）の外周縁上、または前記凹所（４０）の中および前記基部（４）の前記周縁部の両方に配置される環状パイロットチャージ噴射室（３９）を通して、インジェクタ排出ダクト（４２）を介して、前記ラミネーションキャビティ（１５）の中に直接的または間接的に噴射することができ、前記環状チャンバ（３９）が、前記金属製基部（４）の中にほぼ半径方向に配置された少なくとも１つのガス噴射チャネル（４１）を介して前記ラミネーションキャビティ（１５）と通じていることを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【請求項２０】
前記ラミネーションキャビティ（１５）が、前記セラミック絶縁体（３）の内部に配置されることを特徴とする、請求項１に記載のシャトル電極を備えたスパークプラグ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の主題は、スパーク単独によって、または周知のパイロットチャージおよびスパークによる点火によって、内燃機関の燃焼室に導入された主チャージに点火することを可能にする、シャトル電極を備えた点火プラグであり、上記スパークプラグは、上記パイロットチャージの効率を、上記主チャージに点火するのに最適にするように設計される。
【背景技術】
【０００２】
現状技術による往復動内燃機関の最高および平均効率は、比較的低い。自動車では、最高効率は、オットーサイクルポジティブ点火機関では、ほぼ３５パーセント程度であり、ディーゼルサイクル機関では、ほぼ４０パーセント程度である。自走車機関の現在の平均効率に関しては、ほとんどの場合、ポジティブ点火機関では、２０パーセント未満、ディーゼル機関では２５パーセント未満である。
【０００３】
上記機関では、燃料の燃焼によって放出されて、有用な動作に変換されないエネルギーの一部分は、冷却システムの中、および上記機関の排気の熱の形で主に放散される。
【０００４】
低い効率に加えて、自動車で使用される往復動内燃機関は、環境および健康に有害である汚染ガスおよび汚染粒子を生み出す。
【０００５】
こうした不利な特徴にもかかわらず、より良いエネルギーに関する、環境的、機能的、および経済的な妥協案を提供する他の解決策がないために、オットーサイクルまたはディーゼルサイクルの内燃機関が、世界中に流通しているほぼすべての自動車に据え付けられている。
【０００６】
この状況は、内燃機関のエネルギーおよび環境のバランスをなんとしても改善するべく機関製造業者によって研究開発において払われている大幅な労力を説明している。こうした労力は、そのような機関を構築し、新しい方略の実施を可能にする新機能でそれらを補うのに使用される技術を完成させることを特に目的とするものである。
【０００７】
こうした方略の中に、往復動内燃機関の空気および燃料チャージを中性ガスまたは酸素が豊富な新鮮な空気を用いて希釈することがある。
【０００８】
本発明は、そのような希釈に焦点を置いており、特に、多くの場合ガソリンまたは天然ガスを消費するポジティブ点火を用いる往復動内燃機関を対象とする。
【０００９】
新鮮な空気を用いて、または予め冷却された排出ガスを用いてポジティブ点火機関のチャージを希釈することで、上記機関の平均熱力学的効率および／または最高熱力学的効率を上げることが可能になる。このことにより、生み出される同じ動作量に対する燃料消費量が結果的に削減される。
【００１０】
ポジティブ点火機関が、部分的トルクで作動するとき、希釈されたチャージをシリンダに導入すると、希釈されていないチャージを導入するよりも生じるポンプ損失が少なくなる。上記損失の減少は、希釈されたチャージは、同じエネルギー含量で、より大きい体積を有しているという事実に起因する。したがって、上記シリンダに同じエネルギー量を導入するために、スロットルバルブによって通常なされる上記機関の吸気上でのスロットリングは、顕著ではなくなり、かつ上記吸入で起こるガスの圧力は、高くなる。
【００１１】
さらに、同じエネルギーがポジティブ点火機関のシリンダに導入された状態では、チャージを希釈すると、後者の質量および総熱容量は増大する。したがって、他の条件が同じなら、上記チャージの燃焼は、より低い温度で起こる。燃焼によって発生される酸化窒素の量を減少することに加えて、上記低温は、上記チャージによってその熱の一部を上記壁へ伝達することに起因するシリンダの壁の熱損失を削減する。
【００１２】
最終的には、チャージが、具体的には、低酸素である、または酸素を含まない中性ガスを用いて希釈される場合、上記チャージは、空気と燃料の混合物の制御不良自己点火に反応しにくい。この自己点火は、がたがた音の原因であり、ポジティブ点火機関の効率を悪化させ、それらの機械的な構成要素に損傷を与える爆発的燃焼によって特徴付けられる望ましくない現象である。チャージの希釈によってもたらされる、がたがた音への減感により、上記機関が、より高い圧縮比で作動すること、または効率を高める可能性のある最も好ましい時間に誘発された点火を用いて作動すること、またはその両方が可能になる。
空気および燃料チャージの希釈とのこの特有の関連において、化学量論的混合物上で作動しているポジティブ点火機関が、存在しており、上記機関は、「希薄混合物」とも呼ばれる過剰空気量で作動している。
【００１３】
化学量論的混合物で作動する機関は、燃焼から生じる汚染物質を後処理するよく知られた装置である、スリーウェイ触媒コンバータとだけ適合性を有している。上記触媒コンバータは、熱機関の燃焼室において燃焼されていない炭化水素を燃焼させるのに関与するものである。この燃焼の生成物は、大気の中にすでに存在する水蒸気および二酸化炭素である。さらに、上記スリーウェイ触媒コンバータは、周知のとおり汚染した一酸化炭素も二酸化炭素に変換するためにその一酸化炭素の酸化を完了し、酸化窒素を、地球上の大気の約７８パーセントを構成しており、本来無公害である大気の二窒素に還元する。
【００１４】
スリーウェイ触媒作用による酸化窒素の還元には、機関に導入されるチャージが、化学量論的である必要がある、すなわち、それが、上記チャージに含有される炭化水素の燃焼に必要な適正な量の酸素の量を含有している必要がある。「過剰な酸素は、スリーウェイ触媒コンバータによって酸化窒素を還元することを不可能にする。したがって、過剰空気の中で作動している機関の排気ガスの中に含有される酸化窒素を、スリーウェイ触媒コンバータを用いて後処理することは可能ではない。
【００１５】
これは、−これまで以上に厳しい環境規制を満たすために−過剰空気の中で作動している機関が、酸化窒素トラップ、または酸化窒素を選択的に尿素に還元するための何らかの型の触媒装置などの、酸化窒素を還元するように特に設計された装置をここで備えている理由を説明する。そのような装置は、一般的には、未燃炭化水素を予め燃焼しておき、そしてますます頻繁に、微粒子フィルタの一酸化炭素の酸化を完了させるツーウェイ酸化触媒コンバータの排出口に配置される。
【００１６】
ヨーロッパのユーロＶＩ規格の効力が発生して以来、ディーゼル機関が、当然過剰空気の中で作動すると考えると、ほとんどすべてのヨーロッパのディーゼル車は、酸化窒素を後処理して、二窒素に変換する装置を備えている。
【００１７】
この装置の課題は、それらが、高価で、複雑であること、そして、それらのサイズおよび保守管理制約が、上記装置が、実際には過剰空気の中でだけ作動することができるディーゼル機関上だけでほぼ使用されているほど高いことである。
【００１８】
ポジティブ点火機関に関する限り、それらが、基本的に単純で、安価であるスリーウェイ触媒コンバータと適合性を有する状態を維持するように、機関製造業者は、なんとしてもそれらを化学量論的混合物と機能させるように努力している。
【００１９】
酸化窒素トラップまたは酸化窒素を尿素に選択的に還元するための触媒装置の特有の経済的欠点に悩まされる必要なく、ポジティブ点火機関のチャージの希釈によって誘発される燃料消費の削減から恩恵を得るためには、したがって、上記機関の上記チャージを、酸素が豊富な空気を用いてではなく、酸素がない中性ガスを用いて希釈することが必要である。
【００２０】
この後者のガスは、通常、機関自体の排気ガスを再利用することで供給され、上記ガスは、酸素をもはや含有してなく、利用可能であり、かつ豊富である。この方略は、「排気ガス再循環方式」、より正確には頭字語「ＥＧＲ：Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ」として知られている。
【００２１】
上記ガスは、ポジティブ点火機関の排気において高温で出ており、それらが、上記機関に導入されたチャージを過熱することを防止するために、それらを新鮮なガスと混合する前にそれらの温度を下げることが必要である。
【００２２】
この方略は「冷却ＥＧＲ」として知られており、これは、再循環排気ガスを上記機関によって受容された新鮮なガスと混合する前に、再循環排気ガスが、冷却されることを必要とする。「フランス語化した英語」の形態の「ＥＧＲ  ｒｅｆｒｏｉｄｉ」という用語が、フランス人のモータリストによって使用されている。
【００２３】
ＥＧＲガスの従来の冷却は、少なくとも２つの目的で必要とされる。
【００２４】
第１に、ポジティブ点火機関によって消費されるＥＧＲガス／新しいガス混合物の温度は、全トルクで作動するときに、上記機関の体積効率が高い状態を維持するように、低い状態を維持しなければならない。実際に、所与の吸気圧力では、上記機関のシリンダに導入される多量の上記混合物は、上記混合物が冷温であることがいっそう重要である。上記機関がターボチャージャによって、または何らかの別の手段によって過給される場合、ＥＧＲガスの予冷は、さらにより不可欠になる。
【００２５】
第２に、ＥＧＲガス／新鮮なガスの混合物が高温であるほど、上記機関の効率に弊害をもたらすがたがた音の発生が、より促進される。
【００２６】
課題は、冷却ＥＧＲを用いて希釈されたチャージが、低酸素であることである。具体的には、チャージが、化学量論的で、がたがた音に抵抗する状態を維持することが、探求される目標でもあるので、これは逆説的である。この酸素減損によって、燃焼の初期化を成し遂げることはより困難になり、上記燃焼の進行は、上記チャージが冷却ＥＧＲを用いて希釈されないときより遅くなる。
【００２７】
ポジティブ点火機関では、燃焼の初期化は、相互から１ミリメートルの十分のいくつかのところに配置された２つの電極の間に、高温アークを作成することによって行われる。
【００２８】
空気燃料チャージが、冷却ＥＧＲを用いて大量に希釈される場合、電気アークは、酸素および燃料が全般的に不十分な混合物を通過する。偶然にも、スパークプラグの陰極を陽極から１ミリメートルの十分のいくつか隔てる空間が、十分な可燃性を有するＥＧＲガス／新鮮なガスの混合物を含有していない場合には、ポケットは、酸素および／または燃料が他より豊富な状態で、実際には、不均質性が、燃焼室の３次元空間の中に必然的に作り出されるという理由で、不点火のリスクが、高くなる。
【００２９】
燃焼が、要望通り初期化される場合には、チャージに含有される燃料エネルギーは、熱として放出され始め、炎が出現し始める。こうするために、上記炎は、可燃物層の後に可燃物層と、連続的手法によって、包囲ＥＧＲガス／新鮮なガスの混合物に、その熱を伝達する。各層は、その前の層によってその点火温度に導かれ、燃焼し、それが次の層に、以下同様に伝達する熱を放出する。連鎖反応の原則によれば、炎は、ポジティブ点火機関の燃焼室の３次元空間の中に伝搬する。
【００３０】
冷却ＥＧＲの主な課題は、それが、燃焼の初期化を困難にし、次いで、その温度の全体的低下と、燃焼室の容積の中で、そしてしたがって炎の経路上で見つかる燃焼物および／または燃料の含有量の不均質性との両方が原因で、後者の進行をかなり遅らせることである。
【００３１】
そのうえ、実験は、冷却ＥＧＲチャージ含有量が高いほど、機関は、より不安定になることを示す。特定の含有量から、不点火が発生し、−それまでチャージの冷却ＥＧＲ含有量と共に増加傾向にあった−効率は、低下する。上記ＥＧＲの中の特定の含有量を越えると、ポジティブ点火モータは停止し、燃焼は、自ら初期化することができない。
【００３２】
さらに、排出ガスの未燃の炭化水素および一酸化炭素含有量は、チャージの冷却ＥＧＲ含有量と平行して増加することが観察される。これは、あまりに乏しくて経路上で炎と遭遇して適切に燃焼することができない混合物のポケットと、機関の燃焼室の冷温内部壁近くに炎を閉じ込める境界層のシックニングとの両方に起因する。
【００３３】
実験は、点火力が高いほど、機関の安定性に大きく影響を及ぼすことなく、チャージの冷却ＥＧＲ含有量を増加させる可能性がより高くなることをさらに示す。
【００３４】
このように、−米国の「Ｓｏｕｔｈｗｅｓｔ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ  Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ」などの−多くの研究室は、チャージの冷却ＥＧＲ含有量のアクセス可能な限界を追求するように、ますます強力な電気点火装置を開発してきた。この方略の目的は、言うまでもなく、ポジティブ点火機関の効率を改善することである。
【００３５】
電気点火の力を求めるリープフロッギングの課題は、それらのパフォーマンスがそれらの力と共に急速に低下するということである。追加的な点火力をだんだん少なくするには、より多くの電力が、必要とされる。
【００３６】
さらに、高電力は、電極が、可燃物ポケットを横切るより多くの可能性をスパークに付与するために、スパークプラグから離れる方向に移動する場合、またはスパークの持続時間が増大される場合、またはスパークが再発生する場合に限り、重要である。このことは、スパークプラグの電気絶縁を達成するために、それをより複雑にするますます高い電圧および電気出力につながり、一方同時にスパークプラグの寿命を大幅に短縮する。
チャージに点火することの難しさは、さらに、冷却ＥＧＲは、そのがたがた音に対する感度が、なんとしても下げられるように求められる過給機付きのポジティブ点火機関上ではいっそう興味深いという事実から生じる。しかしながら、過給圧が高いほど、ＥＧＲガス／新鮮なガスの混合物の濃度が、スパーク誘導の瞬間にスパークプラグの電極間においてより重要になり、上記スパークを誘導するのに必要な電圧がより高くなる。
【００３７】
この観点から、同じエネルギーが機関のシリンダに導入された状態では、電極の間にあるガスの質量は増大し、上記ガスの自己点火に対する抵抗も増大するので、冷却ＥＧＲは、正しい方向に進まない。
【００３８】
出願人に帰属する特許ＦＲ２９８６５６４は、この課題にしっかりと応じたものであることを留意されたい。上記特許に記載の内燃機関用のスパーク点火および高圧ラミネーション装置は、冷却ＥＧＲを用いて希釈されておらず、燃料が潜在的にいくぶん豊富であるという理由から高い可燃性を有する、ほぼ化学量論的なパイロットチャージを、高圧下において、スパークプラグの中央で、スパークが誘発されるすぐ前に、噴射することを提案している。
【００３９】
上記装置によって噴射されれば、電気アークが上記電極の間に形成されるとすぐに、上記パイロットチャージは、スパークプラグの電極を浸し、上記チャージは、直ちに発火し、それが含有するエネルギーを放出する。このように、上記チャージはそれ自体で、それに点火することを可能にした電気アークの力より数百倍から数千倍大きい力の点火手段を構成する。電気的手段だけでそのような点火力を得ることは、事実上不可能である。
【００４０】
経験上、利用できる単一の最も強力な電気点火装置だけを用いたほぼ３０パーセント程度の率と比較して、そのような装置を用いれば、ほぼ５０パーセント程度の冷却ＥＧＲ率が可能である。
【００４１】
特許ＦＲ２９８６５６４で採用される手法は、発明者Ｆｒｅｄ  Ｎ．  ＳａｕｅｒおよびＪ．  Ｂｒｉａｎ  Ｂａｒｒｙの米国特許第４，３１９，５５２号、またはＢｏｓｃｈ社に帰属する特許ＤＥ４１４０９６２Ａ１の中の関連形態で見られることを留意される必要がある。
【００４２】
いかなる場合も、Ｏｒｂｉｔａｌ社の米国特許第６，５６４，７７０号は、その記述によれば、その対象が、比較的低い圧力ではできるだけ均質な主チャージの構成を確実にし、ＥＧＲを用いて高度に希釈された主チャージの点火にはパイロットチャージを提供しないものであるという理由から、このカテゴリに分類されない。
【００４３】
特許ＦＲ２９８６５６４によって、およびそれらが列挙されている関連特許において説明された装置の課題は、非常に効率的である燃焼の初期化におけるものではなく、上記燃焼の進行におけるものである。特に、主チャージに含有される燃料の燃焼した一部分が約５０パーセントに達するとき、燃焼は、ほとんど進まず、その結果、主チャージ全体を燃焼させるのに必要とされる総時間が、冷却ＥＧＲを用いて希釈されていない主チャージ全体を燃焼させるのに必要とされる時間より長くなる。
【００４４】
結果的に、冷却ＥＧＲの潜在的なエネルギーゲインの部分は、あまりにゆっくり進行する燃焼が原因で失われる。
【００４５】
しかしながら、一方では、その冷却ＥＧＲ含有量がほぼ５０パーセント程度であり、他方では、後者が希釈されていないチャージを燃焼させるときに、同じ上記機関上で見られるものに相当する安定性および燃焼の総持続時間を備えた主チャージと同時にポジティブ点火機関を作動させることが可能であれば、冷却ＥＧＲの最大の恩恵が、見られるであろう。
【発明の概要】
【００４６】
解決策は、パイロットチャージが導入される副燃焼室の使用によってもたらされる可能性があり、米国特許第４，３１９，５５２号で提案されるように、上記副燃焼室は、スパークプラグの電極を収納し、しかも上記スパークプラグの一体部分を形成することもできる。
【００４７】
そのような副燃焼室の第１の利点は、それが、潜在的に、パイロットチャージをスパークプラグの電極にできるだけ近い状態に保つことであり、これは、上記チャージの点火の前に、ポジティブ点火モータの主燃焼室における、上記チャージの分散を制限することを可能にする。
【００４８】
上記副燃焼室の第２の利点は、点火されると、パイロットチャージが、フレーミングガストーチを、上記副燃焼室の中に備えられる開口部を通して、ポジティブ点火機関の主燃焼室に高速で送る上記副燃焼室に加圧することである。
【００４９】
通常のスパークプラグを備えた例のように、燃焼室の中心から開始するのではなく、炎は、燃焼室の多数の場所で初期化され、室の周縁部から半径方向に室の中心に向かって、そして各トーチの間で接線方向に進行するので、トーチを用いた主チャージのこの点火は、非常に効率的である。
【００５０】
したがって、燃料のエネルギーは、非常に短い時間に放出され、これは、誘発が、動作に関してより生産的であるだけでなく、さらに、そのような高速燃焼に起因するがたがた音に対する感度が低下したことで、上記機関を著しく高い容量比で作動させることが可能になるので、ポジティブ点火機関の熱力学的効率に好都合である。
【００５１】
いかなる場合も、米国特許第４，３１９，５５２号、または出願人に帰属している特許ＦＲ２，９８６，５６４または先に述べた関連特許で提唱された解決策は、燃料だけを、または燃料だけではないもの、および空気と燃料の混合物ではないものを副燃焼室の中に噴射する必要のある多数の特許と比較することができない。
【００５２】
これらの特許には、例えば、Ｆｌｕｉｄ  Ｒｅｓｅａｒｃｈ社に帰属している特許ＧＢ２３１１３２７Ａ、Ｔｉｃｅ  Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ社に帰属している米国特許第４，８６４，９８９号、Ｇｅｎｅｒａｌ  Ｍｏｔｏｒｓに帰属している米国特許第４，１２４，０００号、フォードモーター社に帰属している米国特許第４，２３９，０２３号、発明者Ｄｉｅｔｅｒ  Ｋｕｈｎｅｒｔに帰属している米国特許第４，８９２，０７０号、発明者Ｒａｄｕ  ＯｐｒｅａおよびＥｄｗａｒｄ  Ｒａｋｏｓｉに帰属している米国特許第２００１／００５００６９Ａ１号、またはＦｏｒｍｕｌａ  １の機関用にドイツの会社「Ｍａｈｌｅ」によって開発された、「乱流ジェット点火」と呼ばれる点火システムの原則に基づく、発明者Ｗｉｌｌｉａｍ  Ａｔｔａｒｄに帰属している米国特許第２０１２／０１０３３０２Ａ１号が含まれる。
【００５３】
実のところ、いわゆる「燃費がよい」ポジティブ点火機関を目的としていて、チャージは、概して、燃料は低濃度であるが、酸素は高濃度であるので、唯一の目的が、点火の点の周囲で燃料チャージを豊かにすることである上述の特許の中に記載された解決策と、特許ＦＲ２９８６５６４および以下に記載する関連特許の中に記載される解決策との間には根本的な相違がある。これららの特許は、冷却ＥＧＲを用いて高度に希釈されたチャージを用いて作動しているポジティブ点火機関を主に対象としており、上述の特許は、チャージが、概して、燃料および酸素が低濃度であるので、燃料および酸素が高濃度の混合物を点火点の周囲に供給するように意図されている。
【００５４】
現時点で、特許ＦＲ２，９８６，５６で提案されるように、上記チャージを用いてスパークプラグの電極を包囲するために、空気および燃料から構成される高度な可燃性を有するパイロットチャージを噴射することが、ＥＧＲを用いて高度に希釈された主チャージを効果的に点火することを可能にすることが注目されている。
【００５５】
上記主チャージが点火されると、上記チャージに含有される燃料の総量の約５０パーセントが、燃焼されるまで、燃焼は、急速に進行することがさらに注目されている。上記５０パーセントを越えると、燃焼は、より緩慢に進化し、その結果、主チャージの中の特定のＥＧＲ含有量から、ポジティブ点火機関の熱力学的効率が、予想通りに増大するのではなく減少するようになる。
【００５６】
米国特許第４，３１９，５５２号の中で提案されるように、パイロットチャージが、その中にスパークプラグの電極が収納されている副燃焼室に噴射された場合、５０パーセントを越える燃焼の進行についての後者の課題は、完全にまたは部分的に解決されると想定される。
【００５７】
実際に、上記副燃焼室は、点火点の周囲で大きな半径方向長さにわたって燃焼を共に初期化する、高速で動画化されるフレーミングガスのトーチを、その開口部を通して噴射し、さらに上記トーチに対して垂直に炎の進行を強化する、火炎面に畝を付ける。
【００５８】
しかしながら、後者の解決策は、多くの理由で完全に満足なものではなく、いくつかの理由で、特にポジティブ点火機関との関連で、副燃焼室に基づいた点火装置を結果的に断念することになった。
【００５９】
実のところ、効率的であるために、その中を通って、フレーミングガスが噴射されて、トーチを形成する開口部が、機関の冷温内部壁に触れないように、副燃焼室は、十分に突出したドームを有していなければならない。高速で上記開口部を通過することによって、上記ガスは、Ｓｔｕａｒｔ Ｈｅｒｂｅｒｔ−Ａｋｒｏｙｄによって発明され、１８９１年１２月４日の特許ＣＨＤ４２２６の中に記載されている、内燃機関の点火システムと同じように「フレーミングボール」のように−特定の温度から−挙動する上記ドームを加熱する。そのようなホットスポットは、次いで、スパークによって制御されない主チャージの不用意な点火を結果的にもたらす可能性がある。続いて起こり得るがたがた音は、ポジティブ点火機関に損傷を与える、または破壊することさえある可能性がある。
【００６０】
１つの解決策は、上記ドームを、それがホットスポットになるのを防止するために、集中的に冷却することであり得る。しかしながら、結果として生じる熱搬出が、一方で、その温度および速度が、上記ドームの開口部を通って通過する間に低下されるフレーミングガストーチの効率に、他方で、ポジティブ点火機関の熱力学的効率に悪い影響を及ぼす。
【００６１】
換言すれば、ドームが熱すぎても、または冷たすぎても、最も重要なのは、主チャージの点火は、副燃焼室およびパイロットチャージに依存しすぎるようになる。ポジティブ点火機関が、ＥＧＲを用いた主チャージの希釈をほとんど、または全く必要としないときには、この依存性は、不利な条件であり、これは、多くの場合に起こる。
【００６２】
実際に、高圧に導かれる空気燃料パイロットチャージの構成は、エネルギーの点で自由でない。まず、ポジティブ点火機関それ自体によって駆動される圧縮器を必要とする空気を圧縮すること、次いで、上記空気の中に燃料を噴射することが必要である。別の方略は、予め形成された空気と燃料の混合物を直接圧縮することにある場合もある。
【００６３】
同じ点火効率では、パイロットチャージの質量が、主チャージと比べて小さいほど、それが高率ＥＧＲ下で作動するとき、ポジティブ点火機関の最終的なエネルギー出力が、良くなることは、無視することができないエネルギーコストの理由で、留意する必要がある。したがって、上記パイロットチャージの質量に対して可能な限り大きい主チャージに点火するための特定の性能を、パイロットチャージに与えるためにできるすべてのことをすることが必要である。
【００６４】
換言すれば、同じ点火効率では、パイロットチャージは、結果的に、可能な最低圧力下で、可能な最少量の空気と燃料の混合物の圧縮をもたらさなければならない。
【００６５】
しかしながら、特に主チャージが、ＥＧＲを用いてほとんど、または全く希釈されていないときには、パイロットチャージの圧縮に関するエネルギー消費は、必ずしも正当化されない。しかしながら、−大部分の動作時間における車両機関の作用作を特徴付ける−部分的チャージで、ポンプ損失は、吸気弁の柔軟な制御によって減らすことができる。
【００６６】
部分的チャージで、「可変弁作動」として知られるこの方略は、都合よく、ＥＧＲを置き換えて、結果的に、エネルギーを大いに消費するパイロットチャージを使わざる得なくなることなく、上記ＥＧＲによって可能になるものと同様のポジティブ点火機関収率をもたらす。
【００６７】
強力なターボ過給下での高チャージは、パイロットチャージが必要ではない別の事例である場合もある。
【００６８】
実際に、ＥＧＲは、同じエネルギーをポジティブ点火機関のシリンダの中に導入される状態に必要とされるブースト圧力を上げる。非常に高いチャージで、一方で、上記機関のチャージが、ＥＧＲを用いて希釈されているとき、ポジティブ点火機関用の所望の力を得るために、過給機圧縮器は、チャージが希釈されなかった場合より激しく動作しなければならない。ＥＧＲの特定の率を越えると、機関の排気に配置されるタービンは、上記圧縮器を動かすのに十分な力をもはや有していない。アクセス可能なＥＧＲの率は、パイロットチャージが、燃焼の初期化および進行を確実にするのにもはや必要ではない点に制限される。
【００６９】
要するに理想的状態は、上記チャージが、ＥＧＲを用いて、ほとんどまたは全く希釈されないときには、従来型のスパークプラグを用いて、そして上記チャージが、ＥＧＲを用いて高度に希釈されるときには、可能であれば副燃焼室を備えた、パイロットチャージを用いる引火装置を用いて、主チャージに点火するべきである。
【００７０】
第２のスパークプラグは、この必要性を最終的に補償することができる。しかしながら、シリンダ当たり４つの弁、および直接燃焼室に通じているインジェクタを備えた現代の自動車機関のシリンダヘッドの中に上記第２のスパークプラグを収容することは、実質的に不可能である。
【００７１】
したがって、一方で、特許ＦＲ２９８６５６４の中で述べられた原則によるパイロットチャージ噴射を用いるとき、例えば米国特許第４，３１９，５５２号に記載されているような副燃焼室の長所から、他方で、従来型のスパークプラグを備えた従来型の点火の長所から、同時に恩恵を得ることを望む場合、従来型のスパークプラグが、作動するとき、上記副燃焼室を引き戻すことが可能でなければならず、逆もまた同じである。
【００７２】
さらに、副燃焼室が使用されるとき、上記副燃焼室が、前述のように、「フレーミングボール」点火装置のように挙動しないこと、または少なくとも主チャージの燃焼の初期化が、選択された時間に効率的に誘発され、制御されていない時間には起こらないことが必要となる。
【００７３】
これは、フレーミングガストーチを、主チャージを含有する機関の燃焼室の３次元空間の中に拡散することにおける上記副燃焼室の効果を減少させることなく、自己点火を誘発しやすい副燃焼室のフレーミング区分を冷却する必要がある。
【００７４】
しかしながら、現代の過給機関が、ほとんどの場合に、直接的なガソリン噴射を受容する限りにおいて、同じ手段を用いながら、パイロットチャージを用いずに主チャージに点火することが可能であることを望む場合、パイロットチャージを点火するためにスパークプラグの電極がその中に収納されている副燃焼室の採用は、ほぼ不可能である。
【００７５】
実際に、ＥＧＲを用いて冷却されるチャージを大いに希釈することは、この型の機関では非常に有利である。しかしながら、燃料インジェクタによって形成される高度に可燃性を有する燃料混合物が、上記電極を浸すように、直接噴射を伴う過給機関のスパークプラグの電極は、突出していなければならない。ここで、上記電極が、開口部を備えた副燃焼室の内部にある場合、この条件は、満たされてなく、燃焼の初期化は、もはや保証されることができない。この課題を回避するために、そのエネルギーコストが、収益的に限界ではないパイロットチャージによる点火を常に用いることが、必要である。
【００７６】
上記電極が、副燃焼室の中に収納されている場合に、燃料混合物を用いてスパークプラグの電極に達することの難しさは、例えば、Ｐｅｕｇｅｏｔ  Ｃｉｔｒｏｅｎ  Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅに帰属している特許ＥＰ１４６４８０４Ａ１で、詳細に対処されており、この特許は、重大な直接的噴射圧が、副燃焼室の内側の空気と燃料の混合物の部分が、上記副燃焼室の壁の開口部を通って侵入するのを促進することを主張している。
そのうえ、後者の特許は、暗にそこにおいて対処されている「フレーミングボール」効果が、潜在的に副燃焼室によって生み出され、がたがた音を誘発する理由でモータリストによって恐れられている、同じ出願人の特許ＥＰ１４１１２２１Ａ２の原則を継承している。
【００７７】
実際に、上記特許の請求項１０では、副燃焼室の壁を、少なくとも１０Ｗ／Ｋ／ｍ、好ましくは少なくとも３０Ｗ／Ｋ／ｍの２０℃の熱伝導率を有する合金から形成することが、提案されている。副燃焼室の壁が、「フレーミングボール」効果を回避するために、可及的速やかに冷却することが可能であるように、この特徴が、求められていると考えられる。
【００７８】
同じ特許の請求項１３では、副燃焼室の壁および開口部は、耐火材で被覆されることができ、これは、フレーミングガストーチの温度を極端に下げないように、そして熱機関の冷温部分へのあまりに多くの熱搬出を回避するように、材料を十分な高温にさらに保つことの必要性を示していることがさらに見つけられる。しかしながら、そのような耐火材は、それに関しては克服しがたい「フレーミングボール」効果を必ず促進することになる。
【００７９】
さらに、上記特許ＥＰ１４６４８０４Ａ１およびＥＰ１４１１２２１Ａ２に開示される潜在的課題は、副燃焼室がその中に配置されるスパークプラグを記載する多くの特許において、さまざまな形態で見られることが、容易に理解される。これらの特許には、ＤＥ０６７５２７２Ａ１および変型例ＷＯ０３／０７１６４４Ａ１の下で知られているもの、およびＥＰ１１４３１２６Ａ２またはＥＰ１７０１４１９Ａ１の下で公告されたものが含まれる。
【００８０】
１９３６年７月１４日の米国特許第２，０４７，５７５号によって証明されるように、一体化された副燃焼室を備えたスパークプラグを生み出すというアイデアは古いことに留意されたい。
【００８１】
さらに、これらの特許の中に開示されたスパークプラグは、開口部を備えた単純キャップを含む「受動的な」副燃焼室を備える。この型の副燃焼室は、安定した速度で作動する機関で主に使われる。実際に、フレーミングガストーチが、上記開口部を通って十分な放出速度に達するべく、十分な差圧が、副燃焼室の中に含有されるチャージの一部分の点火時に得られるように、上記副燃焼室の開口部の区分が、提供される。
【００８２】
課題は、副燃焼室が、上記開口部を通じて空になる場合、それが、同じ開口部を通じて充填もすることである。したがって、そのようなスパークプラグの使用は、開口部の区分と機関の回転速度との間の正確なバランスによるものである。このことは、この型のスパークプラグが、ポジティブ点火機関の速度が、絶えず変化している車では使用されていない理由を説明する助けとなる。
【００８３】
副燃焼室の高温と、充填することおよび空にすることとによって提起される課題に加えて、特許ＦＲ２９８６５６４で提案されるように、空気と燃料の混合物を含んでいるパイロットチャージの噴射との特有の関連において、主チャージの中での上記パイロットチャージの分散についての課題は、上記パイロットチャージの点火の前に、同様に起こることに留意する必要がある。そのような分散は、主チャージに点火するパイロットチャージの特定の効率を下げる。これは、上記パイロットチャージの質量を増やすことによって、唯一補うことができ、これは、ポジティブ点火機関の最終的なエネルギー効率を犠牲にして行われる。
【００８４】
課題は、パイロットチャージを主チャージに導入するインジェクタが、主チャージの圧力より必然的に大きい圧力下で、上記パイロットチャージの噴射を実行するためには時間を必要とするという事実から生じる。
【００８５】
パイロットチャージの噴射圧力は、ほぼ一定のままであり、一方、ポジティブ点火機関のピストンが、上死点に向かって上昇することに続いて、主チャージの圧力は、圧縮の影響下で増大することも留意する必要がある。パイロットチャージの噴射の開始は、したがって、上記噴射の終了より大きい差圧下で起こる。パイロットチャージの成分ガスの噴射速度は、噴射の終了時より噴射の開始時により大きいということになる。
【００８６】
可能ではないが、大容積副燃焼室が存在する場合を除いて、パイロットチャージの一部は、副燃焼室の開口部から、絶えず出て行き、ＥＧＲの高含有量を有する主チャージと混合する。パイロットチャージと主チャージとの間の混合物は、噴射の開始時に特に顕著である。したがって、このようにして空気、燃料、およびＥＧＲで構成される混合物の燃焼性は、必然的に、副燃焼室の容積の中と副燃焼室の外とでは不均質になる。可及的速やかに発火するパイロットチャージの効率、ならびに主チャージに点火する燃焼ガストーチの効率は、低下することになる。効率のこの低下は、パイロットチャージの空気および燃料質量の増加によって唯一相殺され得るが、それは、ポジティブ点火機関の全体的エネルギー効率を犠牲にする。
【００８７】
理想的には、したがって、上記パイロットチャージの点火の前に主チャージの中にパイロットチャージを分散させることは、何としても回避されなければならない。
【００８８】
さらに、理想的には、これまで見てきたように、ポジティブ点火機関が、ＥＧＲの高水準下で作動するときだけ、副燃焼室の中に空気燃料パイロットチャージを噴射することが必要となり、他方で、上記機関が、低ＥＧＲ下、または全くない状態でだけ作動するときには、従来型のスパークプラグが、主チャージに点火するのに使用されなければならない。
【００８９】
圧縮のエネルギーのコストを最小化するために、パイロットチャージの重量を最低限に制限すること、および主チャージに点火する上記パイロットチャージの効率を可能な限り上昇させることは、機関が、高い割合の冷却ＥＧＲの下で作動しているとき、常に目的の一部でなければならない。
【００９０】
従来型のスパークプラグだけが主チャージに点火するのに使用されるとき、副燃焼室が、「フレーミングボール」のような何らかの方法で挙動することができないように、副燃焼室が除去されることが−ここでも、理想的に−最善であろう。
【００９１】
最終的に、非常に高水準の冷却ＥＧＲの下で燃焼を開始するのに、かつ主チャージの中に含有された燃料の約５０パーセントが燃焼されるまで、上記燃焼を進行するのに効率的であると証明された、特許ＦＲ２９８６５６４によって説明される装置に、上記燃料の少なくとも９０パーセント、または１００パーセントが、燃焼されるまで、非常に迅速に上記燃焼を進行させる能力を与えることは、非常に有利である。
【００９２】
これは、米国特許第４，３１９，５５２号によって提起されるように副燃焼室を用いて、しかし上記予燃室の通常の重大な欠陥を回避し、かつ効率を大幅に向上させるという唯一の条件で、実現されることができる。
【００９３】
これらの目的はすべて、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグによって対処されるものであり、これは、−具体的な実施形態によれば−
・パイロットチャージが、噴射され、フレーミングガストーチを用いて主チャージに点火するために次いで点火される副燃焼室の利点から、およびガソリンの直接的な噴射と適合性を有し、かつ上記電極の間に形成される電気アークを用いて直接に主チャージに点火することを可能にする、副燃焼室で包囲されていない突出した電極の利点から、単一のスパークプラグを用いて恩恵をうけることと、
・副燃焼室が、主チャージの時機を逸した自己点火を引き起こす可能性がある何らかのフレーミングスポットを発生させることを防止することと、
・ＥＧＲを用いて高度に希釈された主チャージの燃焼を初期化するためだけでなく、上記主チャージの全てが燃焼するまで上記燃焼が急速に進行することを確実にするためにも必要なパイロットチャージの質量を最小化することと、
・後者の目的において、上記主チャージにおいて上記パイロットチャージを噴射する間、主チャージにおけるパイロットチャージの分散を回避することと
を可能にする。
【００９４】
これらの目的を達成するために、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、
・副燃焼室を、それが無用であるときには引き戻し、次いで上記副燃焼室は、突出した電極に置き換えられることと、
・副燃焼室が引き戻されると、２つの燃焼サイクルの間に、フレーミングガスにさらされた上記副燃焼室の表面を能動的に冷却することと、
・パイロットチャージのガスが、主チャージのガスと混合する可能性がない密閉空間の中で実行されるパイロットチャージの噴射時間の大部分の間、副燃焼室を閉状態に保つことと
を可能にする。
【００９５】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、点火スパークを生じさせるために、上記スパークプラグの端子の電圧を大幅に上昇させることを必要とせず、上記電圧は、通常のスパークプラグで通常使用される電圧に近い状態を維持することを留意する必要がある。
【００９６】
シャトル電極を備えた上記スパークプラグは、自動車を含む、それが目的とされる大部分の用途の経済的な制約と適合性を有する状態を維持するために、大量生産するのに安価であると予想される。さらに、上記スパークプラグの実用寿命は、従来型のスパークプラグの実用寿命と類似していると想定される。
【００９７】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、どのような種類であっても、それが消費するのが、ガス状、液状、または固体状のどのような燃料であっても、そして主チャージが、希釈されるのに、冷却された、もしくは冷却されていないＥＧＲを用いようとも、どのような種類の中性ガスを用いようとも、または酸素もしくは他の燃焼物が豊富なガスを用いようとも、いかなる内燃ポジティブ点火機関にでも適用され得ると考えられる。
【００９８】
さらに、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグの副燃焼室によって受容されるパイロットチャージは、ポジティブ点火機関の主チャージを構成する燃料および／または燃焼物とは異なる燃料および／または燃焼物を含有してもよいと考えられる。
【００９９】
本発明のシャトル電極を備えたスパークプラグは、ピストンが、平行移動して、主チャージが点火され得る燃焼室を−シレンダヘッドと共に−形成することができる少なくとも１つのシリンダを備えた内燃機関に提供され、後者は、一方で、燃焼物と燃料の混合物を含んでいて、他方で、酸素が豊富な空気を用いて、または中性ガスを用いて多かれ少なかれ希釈されており、上記内燃機関は、上記室に通じる吸気ダクトおよび排気ダクトをさらに備える。
【０１００】
本発明のシャトル電極を備えたスパークプラグは、少なくとも電極と、基部スレッドを有する金属製基部の中に収納されたセラミック絶縁体と、少なくとも１つの中心電極と、少なくとも１つの接地電極とを備え、上記スパークプラグは、ラミネーションダクトによって内燃機関の中に含まれる燃焼室に接続されたラミネーションキャビティをさらに備え、一方で、ラミネーションインジェクタは、予め加圧されたパイロットチャージを上記キャビティの中に直接的または間接的に噴射することができ、上記チャージは、スパークを用いて非常に燃し易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含んでおり、上記シャトル電極を備えたスパークプラグは、本発明によって、
・ラミネーションキャビティに通じる少なくとも１つの中心電極と、
・全面的または部分的に電気伝導性材料でできており、小隙間を有しながらラミネーションダクトの中に部分的または全面的に収納されている少なくとも１つのシャトル電極であって、上記シャトル電極が、中心電極と接地電極との間に差し挿まれていて、第１に、接地電極に面し、燃焼室の中に行き渡った圧力にさらされている室側端部と、第２に、中心電極に面し、ラミネーションキャビティの中に行き渡った圧力にさらされているキャビティ側端部とを有しており、上記シャトル電極が、その中に行き渡った圧力が、燃焼室の中に行き渡った圧力より低いときには、ラミネーションキャビティに向かって、もしくは後者の中に行き渡った圧力が、ラミネーションキャビティの中に行き渡った圧力より低いときには、燃焼室に向かってガスの圧力の影響下で上記ダクトの中で平行移動することができる、少なくとも１つのシャトル電極と、
・ラミネーションキャビティに最も近いシャトル電極の位置を決定する少なくとも１つのキャビティ側シャトル電極橋台と、
・燃焼室に最も近いシャトル電極の位置を決定する少なくとも１つの室側シャトル電極橋台と
を備える。
【０１０１】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、それがラミネーションキャビティに最も近いときには、ラミネーションダクトの全部または一部を閉じ、一方でそれが、燃焼室に最も近く配置されているときには、それは、より広い区分で上記ダクトを開く、シャトル電極を備える。
【０１０２】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、上記ダクトと一体化しており、シャトル電極と上記ダクトとの間に半径方向および／または軸方向に差し挿まれている、電気絶縁性および／または熱的絶縁性および／または耐火性の材料を含む絶縁スリーブを有するラミネーションダクトの全部または一部を備え、上記シャトル電極は、上記スリーブの内部で平行移動することができる。
【０１０３】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、ガスがラミネーションキャビティから燃焼室に、またはその逆に移動することを可能にするガス通過用の少なくとも１つの長手方向チャネルを備える絶縁スリーブを備え、上記チャネルは、上記スリーブの内部および／または内面上もしくは外面上に配置されている可能性がある。
【０１０４】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、電気的絶縁材料でできた絶縁シャトル本体を含むシャトル電極を備え、上記本体は、それが一体化している導電性コアによって長手方向に一方の側から他方の側へ横断されており、上記コアは、電気伝導性材料でできており、上記コアの第１の端部は、接地電極に面し、一方、上記コアの第２の端部は、中心電極に面している。
【０１０５】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、ラミネーションダクトの中、または上記ダクトのどちらかの端部に配置されたシャトル電極閉鎖部座を含むキャビティ側シャトル電極橋台を備え、上記座は、シャトル電極の周縁部、および／または端部に嵌められるシャトル電極閉鎖部フランジと協働する。
【０１０６】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、相互に接触しているとき、シールを形成する、シャトル電極閉鎖部座およびシャトル電極閉鎖部フランジを備え、上記シールは、燃焼室の中に広がる圧力が、ラミネーションキャビティの中に広がる圧力より大きいとき、ガスが上記接触点を通過することをいっさい防止する。
【０１０７】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、ラミネーションダクトの中もしくは上記ダクトのどちらかの端部、または金属製基部の中に配置されたシャトル電極開口部座を含む室側シャトル電極橋台を備え、上記座は、シャトル電極の周縁部、および／または端部に嵌められるシャトル電極開口部フランジと協働する。
【０１０８】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、ガスが上記接触点を通過することをいっさい防止するように、相互に接触しているとき、シールを形成する、シャトル電極開口部座およびシャトル電極開口部フランジを備える。
【０１０９】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、上記シャトル電極を、上記シャトル電極の上記ダクトに対する軸方向位置にかかわらず、ラミネーションダクトの中のほぼ中央に、そして上記ダクトとほぼ同じ長手方向方位に維持する案内手段を周縁部に備えるシャトル電極を備える。
【０１１０】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、ガスがラミネーションキャビティから燃焼室に、またはその逆に移動することを可能にするガス通過用の少なくとも１つの長手方向チャネルを備えるシャトル電極を備え、上記チャネルは、上記シャトル電極の内部および／または表面上に配置されている可能性があり、上記シャトル電極の全長にわたって設けられている可能性があり、一方で、上記チャネルの２つの端部は、室側の端部とキャビティ側の端部でそれぞれ、または上記長さの一部だけに沿って開いており、一方で、上記チャネルの上記２つの端部の少なくとも１つは、シャトル電極の外面から半径方向に開いている。
【０１１１】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、一方でラミネーションキャビティと、他方で少なくとも１つのガス噴射開口部を介して燃焼室と同時に通じているトーチ点火副燃焼室を、−上記閉鎖部／開口部フランジがシャトル電極開口部座と接触しているとき−ラミネーションダクトと共に画定する１つの単一閉鎖部／開口部フランジを一緒に形成する、シャトル電極閉鎖部フランジおよびシャトル電極開口部フランジを備える。
【０１１２】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、絶縁スリーブの内部に配置されるトーチ点火副燃焼室を備える。
【０１１３】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、金属製基部から突出して、そこからガス噴射開口部が開いている、突出した噴射ドームを呈する絶縁スリーブを備える。
【０１１４】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、絶縁スリーブ上のインサートである突出した噴射ドームを備える。
【０１１５】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、突出した噴射ドームの中に配置されるシャトル電極開口部座を備える。
【０１１６】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、円筒形であるトーチ点火副燃焼室の内周壁を備え、一方で、閉鎖部／開口部フランジは、上記副燃焼室の中の低半径方向隙間に収納されている。
【０１１７】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、シャトル電極が、燃焼室の近くに、すなわち、それが協働する室側シャトル電極橋台周辺に、またはそれと接触して配置されるとき、シャトル電極閉鎖部フランジが、ラミネーションキャビティを燃焼室と接続する少なくとも１つのガス噴射開口部を開放することを可能にする。
【０１１８】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、パイロットチャージを、金属製基部が基部スレッドを用いてその中にねじ込まれる、ねじ山付きプラグ凹所の中、もしくは上記金属製基部の外周縁上、または上記凹所の中および上記基部の上記周縁部の両方に配置されるパイロットチャージ噴射の環状室を通して、インジェクタ排出ダクトを介して、ラミネーションキャビティの中に直接的または間接的に噴射することができるインジェクタを備え、上記環状室は、金属製基部の中にほぼ半径方向に配置された少なくとも１つのガス噴射チャネルを介してラミネーションキャビティと通じている。
【０１１９】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグは、セラミック絶縁体の内部に配置されたラミネーションキャビティを備える。
【０１２０】
添付図面を参照しながらこのあとに続き、非限定的な例として提供される説明は、本発明、それが備える特徴、およびそれが提供する可能性のある恩恵をいっそう良く理解することを可能にする。
【図面の簡単な説明】
【０１２１】
【図１】シャトル電極を備えたスパークプラグが、内燃機関のシリンダヘッドの中に据え付けられ得ることを示すための、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグの概略断面図である。
【図２】シャトル電極が、ラミネーションダクトの中に含まれる絶縁スリーブにおいて平行移動することができる電気伝導性材料の単一部片でできている、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグの概略断面図であり、シャトル電極閉鎖部座は、キャビティ側にシャトル電極橋台を形成し、一方で、シャトル電極開口部座は、室側にシャトル電極橋台を形成し、両方の上記橋台は、シャトル電極の中に含まれる閉鎖部−開口部フランジと協働する。
【図３−８】本発明による、そして図２に示す特定の構成によるシャトル電極を備えたスパークプラグの概略断面の部分クローズアップ図であり、上記クローズアップ図は、上記スパークプラグの作用のさまざまな相を図示する。
【図９】本発明による、そして図２に示す変型実施形態による、シャトル電極を備えたスパークプラグの３次元図である。
【図１０】本発明による、そして図２に示す変型実施形態による、シャトル電極を備えたスパークプラグの切断縦断面の３次元図である。
【図１１】本発明による、そして図２に示す変型実施形態による、シャトル電極を備えたスパークプラグの分解３次元図である。
【図１２】シャトル電極が、それが一体化している導体コアによって一方の側から他方の側に長さに沿って横断されている絶縁シャトル本体を含む、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグの概略断面図であり、キャビティ側シャトル電極橋台は、ラミネーションダクトの端部に配置されたシャトル電極閉鎖部座を含み、シャトル電極閉鎖部フランジと協働する上記座は、シャトル電極の端部に設けられる。
【図１３−１８】本発明による、そして図１２に示す特定の構成による、シャトル電極を備えたスパークプラグの概略断面の部分クローズアップ図であり、上記クローズアップ図は、上記スパークプラグの作用のさまざまな相を図示する。
【図１９】本発明による、そして図１２に示す変型実施形態による、シャトル電極を備えたスパークプラグの３次元図である。
【図２０】本発明による、そして図１２に示す変型実施形態による、シャトル電極を備えたスパークプラグの切断縦断面の３次元図である。
【図２１】本発明による、そして図１２に示す変型実施形態による、シャトル電極を備えたスパークプラグの分解３次元図である。
【発明を実施するための形態】
【０１２２】
図１〜図２１は、シャトル電極を備えたスパークプラグ１、構成要素のさまざまな詳細、変型例、およびアクセサリを示す。
【０１２３】
図１に図示したように、シャトル電極を備えたスパークプラグ１は、ピストン９が平行移動して、主チャージ１２が点火され得る燃焼室１１を−シリンダヘッド１０と共に−構成することができる少なくとも１つのシリンダ８を備える内燃機関２に提供され、後者は、一方で、燃焼物と燃料の混合物を含んでいて、他方で、酸素が豊富な空気を用いて、または中性ガスを用いて多かれ少なかれ希釈されている。
【０１２４】
シャトル電極を備えたスパークプラグ１が提供される内燃機関２は、燃焼室１１に通じる吸気ダクト１３および排気ダクト１４をさらに備える。一方で、上記スパークプラグ１は、基部スレッド５を有する金属製基部４の中に収納されているセラミック絶縁体３を備える。
【０１２５】
シャトル電極を備えたスパークプラグ１は、少なくとも１つの中心電極６および少なくとも１つの接地電極７をさらに備える一方で、それは、ラミネーションダクト１６によって燃焼室１１に接続されたラミネーションキャビティ１５をさらに備え、一方で、ラミネーションインジェクタ１７は、ラミネーション圧縮器１９によって予め加圧されたパイロットチャージ１８を直接的または間接的に上記キャビティ１５の中に噴射することができ、上記チャージ１８は、スパークを用いて容易に燃やすことができる燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含んでいる。
【０１２６】
図１〜図２１は、シャトル電極を備えたスパークプラグ１は、中心電極６が、ラミネーションキャビティ１５の中に通じているという点において現状技術とは異なることを示す。
【０１２７】
図１〜図２１は、シャトル電極を備えたスパークプラグ１が、全面的または部分的に電気伝導性材料でできており、ラミネーションダクト１６の中の小隙間を用いて部分的にまたは全体的に収納されているシャトル電極２０を含むことを示す。
【０１２８】
図１〜図２１では、シャトル電極２０は、中心電極６と接地電極７との間に差し挿まれていて、一方で、接地電極７に面し、燃焼室１１の中に行き渡る圧力にさらされている室側端部２１と、他方で、中心電極６に面し、ラミネーションキャビティ１５の中に行き渡る圧力にさらされているキャビティ側端部２２とを有することに留意されよう。
【０１２９】
本発明のシャトル電極を備えたスパークプラグ１によれば、上記シャトル電極２０は、後者の中に行き渡った圧力が、燃焼室１１の中に行き渡った圧力より低いときには、ラミネーションキャビティ１５に向かって、もしくは後者の中に行き渡る圧力が、ラミネーションキャビティ１５の中に行き渡る圧力より低いときには、燃焼室１１に向かってガスの圧力の影響下でラミネーションダクト１６の中で平行移動することができることに留意されよう。
【０１３０】
シャトル電極２０は、さらに、長所または所望の作用モードとは何ら解釈され得ない重力または加速の影響下で、ラミネーションダクト１６の中に移動することができることに留意され得よう。
【０１３１】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１は、ラミネーションキャビティ１５に最も近いシャトル電極２０の位置を決定する少なくとも１つのキャビティ側シャトル電極橋台２３をさらに備える。
【０１３２】
最終的に、本発明による上記スパークプラグ１は、燃焼室１１に最も近いシャトル電極２０の位置を決定する少なくとも１つの室側シャトル電極橋台２４を備える。
【０１３３】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の実施形態によれば、キャビティ側シャトル電極橋台２３および／または室側シャトル電極橋台２４はそれぞれ、中心電極６および／または接地電極７を含むことができることに留意されよう。
【０１３４】
あるいは、シャトル電極２０は、それが平行移動してラミネーションダクト１６の中に入ることを妨げることなく、それが、上記軸に沿って回転するのを防止する、縦軸に沿って回転するインデックス付与手段を備えることができる。
【０１３５】
好都合にも、シャトル電極２０および／またはそれが中で平行移動するラミネーションダクト１６は、周知の減摩性および／または非接着性およびまたは耐火性を有する材料で被覆され得ることに留意されよう。
【０１３６】
さらに、シャトル電極２０は、中空であっても、または軽減手段を有していてもよく、一方で、当業者に知られているあらゆる種類の電極が、室側端部２１またはキャビティ側端部２２で、中心電極６、接地電極７に適用され得る。
【０１３７】
図２〜図２１で特に認識し易い、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の実施形態によれば、シャトル電極２０は、それがラミネーションキャビティ１５に最も近いときに、ラミネーションダクト１６の全部または一部を閉じ、一方でそれが、燃焼室１１に最も近く配置されるときに、それは、より広い区分で上記ダクト１６を開く。
【０１３８】
図２〜図１１に図示されるように、ラミネーションダクト１６の全部または一部は、上記ダクト１６と一体化しており、シャトル電極２０と上記ダクト１６との間に半径方向および／または軸方向に差し挿まれている、電気絶縁性および／または熱的絶縁性および／または耐火性の材料でできた絶縁スリーブ２５を備えることができる上記シャトル電極２０は、上記スリーブ２５の内部で平行移動することができる。
【０１３９】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の実施形態によれば、絶縁スリーブ２５は、セラミック絶縁３と一体化されていてもよく、後者と同じ材料片で準備されていてもよいと留意される必要がある。あるいは、空気ギャップが、上記スリーブ２５と上記ダクト１６との間の熱交換を制限するように、絶縁スリーブ２５の少なくとも一部とラミネーションダクト１６との間に残っていてもよい。
【０１４０】
図３〜図８および図１１は、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の変型実施形態として、絶縁スリーブ２５は、ガスがラミネーションキャビティ１５から燃焼室１１に、またはその逆に移動することを可能にするガス通過用の少なくとも１つの長手方向チャネル３５を備え、上記チャネル３５は、上記スリーブ２５の内部および／または内面上もしくは外面上に配置されている可能性があることを示す。
【０１４１】
図１２〜図２１は、シャトル電極２０は、自体が電気的絶縁材料でできている、絶縁シャトル本体２６を含むことができ、上記本体２６は、それが一体化している導電性コア２７によって長手方向に端から端まで横断されており、上記コア２７は、電気伝導性材料でできていて、上記コア２７の第１の端部２８は、接地電極７に面し、一方、上記コア２７の第２の端部２９は、中心電極６に面していることを具体的に示す。
【０１４２】
図３〜図８、図１１、図１３〜図１８、および図２０および図２１は、キャビティ側シャトル電極橋台２３は、ラミネーションダクト１６の中、または上記ダクト１６のどちらかの端部に設けられたシャトル電極閉鎖部座３０を含み、上記座３０は、シャトル電極２０の周縁部、および／または端部に設けられるシャトル電極閉鎖部フランジ３１と協働することを明白にする。
【０１４３】
ラミネーションダクト１６が、絶縁スリーブ２５を収納している場合、シャトル電極閉鎖部座３０は、上記スリーブ２５の中、または上記スリーブ２５の端部に配置されてもよいと留意される必要がある。
【０１４４】
シャトル電極閉鎖部フランジ３１は、電気伝導性材料でできているシャトル電極２０に取り付けられるために、熱的絶縁性および／または耐火性の材料でできていることができるとさらに留意される必要がある。
【０１４５】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の実施形態として、シャトル電極閉鎖部座３０およびシャトル電極閉鎖部フランジ３１は、それらが相互に接触しているとき、シールを形成することができ、上記シールは、燃焼室１１の中に広がる圧力が、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より大きいとき、ガスが上記接触点を通過することをいっさい防止する。
【０１４６】
図２〜図８は、室側シャトル電極橋台２４は、ラミネーションダクト１６の中または上記ダクト１６のどちらかの端部、または金属製基部４の中に配置されるシャトル電極開口部座３２を含み、上記座３２は、シャトル電極２０の周縁部、および／または端部に設けられるシャトル電極開口部フランジ３３と協働することを明白に示す。
【０１４７】
ラミネーションダクト１６が、絶縁スリーブ２５を収納する場合、シャトル電極開口部座３２は、上記スリーブ２５の中、または上記スリーブ２５のどちらかの端部に配置されることができると留意される必要がある。
【０１４８】
シャトル電極開口部フランジ３３は、熱的絶縁性および／または耐火性の材料でできていて、シャトル電極２０に取り付けられることができ、後者は、電気伝導性材料でできているとさらに留意される必要がある。
【０１４９】
ガスが上記接触点を通過することをいっさい防止するように、相互に接触しているとき、シャトル電極開口部座３２およびシャトル電極開口部フランジ３３は、シールを提供することができることをさらに理解されたい。
【０１５０】
図２１は、シャトル電極２０は、上記シャトル電極２０の上記ダクト１６に対する軸方向位置にかかわらず、ラミネーションダクト１６の中のほぼ中央に、そしてシャトル電極２０を上記ダクト１６とほぼ同じ長手方向方位に保持する案内手段３４を周縁部に備えることができることを明白に示す。
【０１５１】
図９および図１９を除いた図２〜図２１は、シャトル電極２０は、ガスがラミネーションキャビティ１５から燃焼室１１に、またはその逆に移動することを可能にするガス通過用の少なくとも１つの長手方向チャネル３５を備えることができ、上記チャネル３５は、上記シャトル電極２０の内部および／または表面上に配置されていて、上記シャトル電極２０の全長にわたって設置されている可能性があり、一方で、上記チャネル３５の２つの端部は、室側の端部２１とキャビティ側の端部２２でそれぞれ、または上記長さの一部だけで開いており、一方で、上記チャネル３５の上記２つの端部の少なくとも１つは、シャトル電極２０の外面から半径方向に開いていることを示す。
【０１５２】
図２〜図８、図１０および図１１に示すように、シャトル電極閉鎖部フランジ３１およびシャトル電極開口部フランジ３３は、−上記閉鎖部―開口部フランジ３６がシャトル電極開口部座３２と接触しているとき−ラミネーションダクト１６と共に、トーチ点火副燃焼室３７を画定する単一の閉鎖部―開口部フランジ３６を一緒に形成することができる。
【０１５３】
この場合、トーチ点火副燃焼室３７は、金属製基部４の中、または絶縁スリーブ２５の中で、一方でラミネーションキャビティ１５と、他方で、例えばほぼ半径方向に配置されていてもよい、少なくとも１つのガス噴射口部３８を介して燃焼室１１と同時に通じていると留意される必要がある。
【０１５４】
ガス噴出開口部３８は、燃焼室１１に向かってだいたい方向付けられていてもよく、金属製基部４の円周のだいたい接線方向に出てもよいことに留意されよう。さらに、ガス噴出開口部３８の幾何形状は、上記開口部３８から出るガスの噴射が、かなり有向的に提供されるのか、それともかなり拡散的に提供されるのかによって、変化し得る。
【０１５５】
例えば、ガス噴出開口部３８は、円筒形、円錐形でもよく、または、収束的または発散的な形をしていてもよい。さらに、閉鎖部−開口部フランジ３６は、電気伝導性材料でできているシャトル電極２０上に配置されるために、熱的絶縁性および／または耐火性の材料でできていることができる。
【０１５６】
図３〜図８、図１０および図１１は、トーチ点火副燃焼室３７が、絶縁スリーブ２５の内部に配置され得ることを示す。
【０１５７】
この場合、絶縁スリーブ２５は、金属製基部４から突出して、そこからガス噴射開口部３８が開く、突出した噴射ドーム４７を呈し、上記ドーム４７は、クランプによって、またはクリンピングフランジによって、例えば、上記基部４の中の定位置に保持されることができる。
【０１５８】
そのうえ、図２〜図１１に示すように、突出した噴出ドーム４７は、同様に、電気絶縁性および／または熱的絶縁性および／または耐火性の材料でできている絶縁スリーブ２５上のインサートであってもよい。
【０１５９】
この特有の構成は、具体的には、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１を組み立てること、およびシャトル電極２０を構成している閉鎖部／開口部フランジ３６をトーチ点火副燃焼室３７の中に据え付けることを可能にする。
【０１６０】
図３〜図８は、シャトル電極開口部座３２が、突出した噴出ドーム４７の中に配置され得ることを示す。
【０１６１】
図１０および図１１では特に認識し易いように、トーチ点火副燃焼室３７の内周壁は、円筒形であってもよく、一方で、閉鎖部／開口部フランジ３６は、ラミネーションダクト１６に対するシャトル電極２０の位置に関係なく、上記フランジ３６と上記壁との間に小半径方向隙間を残すように、上記副燃焼室３７の中の小半径方向隙間に収納されていることができ、上記小半径方向隙間は、ラミネーションキャビティ１５と燃焼室１１との間のガスの通過を減速させる制限的通過を構成している。
【０１６２】
そのうえ、図１３、図１６、図１７、および図１８は、シャトル電極２０が、燃焼室１１の近くに、すなわち、それが協働する室側シャトル電極橋台２４周辺に、またはそれと接触して配置されるとき、シャトル電極閉鎖部フランジ３１は、ラミネーションキャビティ１５を燃焼室１１と接続する少なくとも１つのガス噴射開口部３８を開放することが可能であり、上記開口部３８は、例えば、金属製基部４の中にほぼ半径方向に配置されており、燃焼室１１に向かってだいたい方向付けられ、金属製基部４の円周のだいたい接線方向に出ることを示す。
【０１６３】
さらに、ガス噴出開口部３８の幾何形状は、上記開口部３８から出るガスの噴射が、かなり有向的に提供されるのか、それともかなり拡散的に提供されるのかによって、変化し得る。例えば、ガス噴出開口部３８は、円筒形、円錐形でもよく、または、収束的または発散的な形をしていてもよい。
【０１６４】
図２および図１２に具体的に示される本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の変型例によれば、ラミネーションインジェクタ１７は、パイロットチャージ１８を、インジェクタ排出管４２を経て、環状パイロットチャージ噴射室３９を介して上記キャビティ１５の中に直接的または間接的に噴射することができる。
【０１６５】
そのような場合には環状パイロットチャージ噴射室３９は、金属製基部４が基部ねじ切り部５を用いてその中にねじ込まれる、ねじ山付きスパークプラグ凹所４０の中、もしくは上記金属製基部４の外周上、または上記凹所４０の中、および上記基部４の上記周縁部上の両方に配置され、上記環状室３９は、金属製基部４の中にほぼ半径方向、または場合によっては後者の接線方向に配置された少なくとも１つのガス噴射チャネル４１を介してラミネーションキャビティ１５と通じている。
【０１６６】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の別の変型例として、ラミネーションキャビティ１５は、セラミック絶縁体３の内部に配置されることに留意されよう。あるいは、上記キャビティ１５は、熱的絶縁性および／または耐火性の材料で被覆されることができる。
【０１６７】
シャトル電極２０、キャビティ側シャトル電極橋台２３、または室側シャトル電極橋台２４などの、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の主な革新的構成要素は、中心電極に面する接地電極がない従来型のスパークプラグの金属製基部がその中にねじ込まれる、シリンダヘッド１０の中に加えられた基部の中に収納されてもよいことに留意されよう。
【０１６８】
本発明の作用
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の作用は、図１〜図２１中の説明図から容易に理解される。
【０１６９】
図１は、シャトル電極を備えたスパークプラグ１は、ここでは内燃機関２上に取り付けられており、金属製基部４は、上記機関２のシリンダヘッド１０の中にねじ込まれていることを示す。
【０１７０】
上記作用を詳述すると、図２〜図１１に図示されるように本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の例示的実施形態は、ここでは、保持されることになり、これらの図では、この事例では金属であるシャトル電極２０が、１つの電気伝導性材料だけでできていることが分かる。この例によれば、シャトル電極２０は、シャトル電極２０とラミネーションダクト１６との間に半径方向に差し挿まれ、セラミックまたは同種のものなどの電気的絶縁性および熱的絶縁性の材料を含む、ラミネーションダクト１６の中に含まれた絶縁スリーブ２５の中に平行移動することができる。
【０１７１】
絶縁スリーブ２５は、ガスがラミネーションキャビティ１５から燃焼室１１に、またはその逆に移動することを可能にする、ガス通過用の３つの長手方向大断面チャネル３５を有することに留意されよう。上記チャネル３５は、上記スリーブ２５の内部に配置されている。
【０１７２】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１のこの非制限的な実施形態によれば、キャビティ側シャトル電極橋台２３は、絶縁スリーブ２５の端部に配置されるシャトル電極閉鎖部座３０を含み、上記座３０は、シャトル電極２０の周縁部にあるシャトル電極閉鎖部フランジ３１と協働することに留意されたい。
【０１７３】
燃焼室１１の圧力が、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より大きいときに、ガスが上記接触点を通過することをいっさい防止するように、シャトル電極閉鎖部座３０およびシャトル電極閉鎖部フランジ３１は、相互に接触しているとき、シールを形成することを理解されたい。
【０１７４】
さらにこの例示的実施形態によれば、室側シャトル電極橋台２４は、絶縁スリーブ２５の中にさらに設けられるシャトル電極開口部座３２を含み、上記座３２は、シャトル電極２０によって周縁部および／または端部に設けられるシャトル電極開口部フランジ３３と協働することも留意されよう。
【０１７５】
シャトル電極開口部座３２およびシャトル電極開口部フランジ３３は、何らかのガスが上記接点を通過することを防止するように相互に接触しているとき、シールを形成すると留意される必要がある。
【０１７６】
作用を説明するために、ここで検討されている本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の実施形態によれば、シャトル電極閉鎖部フランジ３１およびシャトル電極開口部フランジ３３は、組み合わされて一緒に１つの単一閉鎖部／開口部フランジ３６を形成するとさらに留意される必要がある。これは、図２〜図８、および図１０および図１１で特に認識し易い。
【０１７７】
閉鎖部／開口部フランジ３６が、それが協働するシャトル電極開口部座３２と接触しているとき、それは、一方でラミネーションキャビティ１５と、他方で少なくとも８つのガス噴射開口部３８を介して燃焼室１１と同時に通じているトーチ点火副燃焼室３７を、絶縁スリーブ２５と一緒に画定することを、図３、図６〜図８、および図１０でさらに留意されたい。
【０１７８】
この特定の例によれば、上記開口部３８の直径は、１ミリメートルの１５／１００であると想定される。
【０１７９】
図２〜図１１で特に図示されるように、トーチ点火副燃焼室３７を受容するために、絶縁スリーブ２５は、上記副燃焼室３７が配置される突出した噴射ドーム４７によって延長される。図示されるように、上記ドーム４７は、金属製基部４から突出しており、ガス噴射開口部３８は、上記ドーム４７から開く。
【０１８０】
図２〜図１１に示されるように、突出した噴射ドーム４７は、熱的絶縁性および耐火性の材料で同様にできている絶縁スリーブ２５に加えられた要素であり、一方で、シャトル電極開口部座３２は、実際に上記ドーム４７の中に配置されている。
【０１８１】
トーチ点火副燃焼室３７の内周壁は、円筒形であり、一方で、閉鎖部／開口部フランジ３６は、ラミネーションダクト１６に対するシャトル電極２０の位置に関係なく、上記フランジ３６と上記壁との間に小半径方向隙間を残すように、上記副燃焼室３７の中の低半径方向隙間−例えば１ミリメートルの５／１００−に収納されていることに留意されよう。
【０１８２】
上記低半径方向隙間は、燃焼室１１からラミネーションキャビティ１５に、またはその逆に移送されるガスの大部分を、トーチ点火副燃焼室３７の内周壁と閉鎖部／開口部フランジ３６との間ではなく、ガス噴射開口部３８を通して移動させる。
【０１８３】
ラミネーションキャビティ１５の圧力が、燃焼室１１の中に広がる圧力より低いのか、それとも高いのかによって、シャトル電極２０は、図４および図５に示すような、キャビティ側シャトル電極橋台２３上に、それとも図２および図３、図６〜図８、および図１０に図示されるように、室側シャトル電極橋台２４上に自体を配置するように作られ得ると留意される必要がある。
この事例では、そしてまさに述べたように、キャビティ側シャトル電極橋台２３は、シャトル電極閉鎖部座３０にほかならず、一方で、室側シャトル電極橋台２４は、シャトル電極開口部座３２を含む。
【０１８４】
シャトル電極２０が、キャビティ側シャトル電極橋台２３と接触しているとき、室側端部２１と接地電極７との間に残された空間は、この解説用の例では、１ミリメートルの７／１０であり、一方で、キャビティ側端部２２と中心電極６との間に残された空間は、１ミリメートルの１／１０である。
【０１８５】
対照的に、容易に考え得るように、シャトル電極２０が、室側シャトル電極橋台２４と接触しているとき、室側端部２１と接地電極７との間に残された空間は、１ミリメートルの１／１０であり、一方で、キャビティ側端部２２と中心電極６との間に残された空間は、１ミリメートルの７／１０ミリメートルである。
【０１８６】
このようにして、接地電極７と中心電極６との間に生み出される電気アーク−その他の方法では、スパークと名付けられる−の全長は、一定の１ミリメートルの８／１０あり、一方で、シャトル電極２０が一方の橋台２３、２４から、他方に進むために移動しなければならない距離は、１ミリメートルの６／１０である。
【０１８７】
したがって、好都合にも、上記電気アークを作成するために生成された電圧は、一定で、かつポジティブ点火機関のスパークプラグとの関連において通常使用される値に近い状態を維持し、一方で、上記アークの最大長は、シャトル電極２０がキャビティ側シャトル電極橋台２３と接触しているとき、燃焼室１１の中で、そしてシャトル電極２０が室側シャトル電極橋台２４と接触しているとき、ラミネーションキャビティ１５の中で発生する。
【０１８８】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の作用を理解するために、作用を内燃機関２の４つのステージに分解することは、有用である。
【０１８９】
第一段階では、上記機関２は、実質的には希釈されていない、したがって可燃性の高い主チャージ１２を燃焼すると考えられる。上記パイロットチャージ１８を圧縮し、この関連において、上記機関２に最高効率を提供しなければならないことを回避する、パイロットチャージ１８の使用は、必要ではない。
【０１９０】
シャトル電極２０が、キャビティ側シャトル電極橋台２３と接触している状態において、内燃機関２の吸気位相の間、ピストン９は、下ってシリンダ８の中に進む。燃焼室１１の容積は増大し、上記室１１の中に広がる圧力は低下する。主チャージ１２は、吸気弁４５を通って内燃機関２の吸気ダクト１３を経てシリンダ８の中に導入される。
【０１９１】
したがって、燃焼室１１の中に広がる圧力は、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より瞬間的に低くなる。その結果、ラミネーションキャビティ１５の中に含有されたガスは、次いでそれが協働するシャトル電極閉鎖部座３０との閉接点が形成されるまで、閉鎖部／開口部フランジ３６上に力を及ぼす。当該状況は、図６に図示される。
【０１９２】
上記力の後、閉鎖部／開口部フランジ３６とシャトル電極閉鎖部座３０との間の接触は、解かれ、シャトル電極２０は、閉鎖部／開口部フランジ３６がシャトル電極開口部座３２と接触するまで、燃焼室１１に向かって移動し、これも、同様に図６に図示される。
【０１９３】
そうする中で、ラミネーションキャビティ１５の中に依然として含有される直前のサイクルの燃焼された、または非燃焼のガスは、後者から抜け出て、絶縁スリーブ２５、トーチ点火副燃焼室３７、およびガス噴射開口部３８の中に含まれる、ガス通過用の３つの長手方向チャネル３５を主におよびそれぞれ通って燃焼室１１に向かって進む。
【０１９４】
その行路の間、閉鎖部／開口部フランジ３６は、最初のうちは部分的に、次いで、それがシャトル電極開口部座３２に向かって移動するにつれて次第に、そして最終的には完全にガス噴射開口部３８を開くことによって、ガス通過用の長手方向チャネル３５を利用したガス通路を漸進的に開くとさらに留意される必要がある。
ちょうど今説明したシーケンスは、図３の中に図示された状況において本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１を見つけることを可能にする。
【０１９５】
ピストン９が、最低死点に到達し、吸気弁４５が閉じると、上記ピストン９は、シリンダ８の中を上昇して、主チャージ１２を圧縮し始める。燃焼室１１の容積は、減少し、上記室１１の中に広がる圧力は、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より高くなる点まで上昇する。
【０１９６】
その結果、燃焼室１１の中に含有されたガスは、それが協働するシャトル電極開口部座３２との閉接点が形成される時点まで、閉鎖部／開口部フランジ３６上に力を及ぼす。その結果、シャトル電極２０は、閉鎖部／開口部フランジ３６が、シャトル電極閉鎖部座３０に当接して、再びそれと閉接点を形成するまで、移動する。このことは、図４に示される状況を導く。
【０１９７】
閉鎖部／開口部フランジ３６が、その間にシャトル電極閉鎖部座３０と閉接点を形成する短い瞬間を除いた、すべての場合において、上記フランジ３６上に作用して、シャトル電極２０を平行移動で動かすのは、主に、ラミネーションキャビティ１５から燃焼室１１に、またはその逆方向の後者の移動と関連付けられる動的なガス圧であると留意される必要がある。
【０１９８】
閉鎖部／開口部フランジ３６を通過して、燃焼室１１からラミネーションキャビティ１５に、またはその逆に進むガスの量は、ピストン９の動きによって決まるが、さらに、一方で、シリンダ８の中に含有された上記ガスの全容積と燃焼室１１の中に含有された上記ガスの全容積との間の比率によって決まり、他方で、トーチ点火副燃焼室３７、ガス通過用の長手方向チャネル３５、ラミネーションキャビティ１５、ガス噴射チャネル４１、環状パイロットチャージ噴射室３９、およびインジェクタ排出管４２の中に含有された上記ガスの全容積によって決まることを理解すべきである。
【０１９９】
閉鎖部／開口部フランジ３６が、シャトル電極開口部座３２と閉鎖部接触を形成するとき、そして燃焼室１１内の圧力が、上昇している間、上記フランジ３６によって上記室１１の中に含有されたガスの圧力にさらされる総断面は、ガス噴射開口部３８の総断面よりかなり大きいとさらに留意される必要がある。このことは、シャトル電極２０上に、シリンダ８におけるピストン９の上昇の間に、ラミネーションキャビティ１５に向かってそれを十分に高い速度で押し進めるのに十分な力を作り出すことを可能にする。
【０２００】
シリンダ８の中で上昇を続けるピストン９は、主チャージ１２を圧縮し、これは、漸進的に、閉鎖部／開口部フランジ３６をシャトル電極閉鎖部座３０上に押圧する。
【０２０１】
主チャージ１２が点火される必要があるとき、１ミリメートルの１／１０の電気アークが、上記中心電極６とシャトル電極２０のキャビティ側端部２２との間に生じ、一方で、１ミリメートルの７／１０の第２の電気アークが、接地電極７とシャトル電極２０の室側端部２１との間に生じるように、高電圧流が、中心電極６に加えられる。この状況は、図５に示される。
【０２０２】
中心電極６とシャトル電極２０のキャビティ側端部２２との間の距離が、不十分であるので、ラミネーションキャビティ１５に存在し得る可燃性を有するガスは、点火されない。実際に、上記距離は、ラミネーションキャビティ１５の内面に沿って並ぶ周知の炎−閉鎖部層の厚さを下回っている。
【０２０３】
主チャージ１２自体は、実質的に希釈されてなく、高度な可燃性を有する主チャージ１２を用いて作動しているどのようなポジティブ点火機関においても見られる条件と類似の条件下で、点火される。
【０２０４】
ピストン９が、上死点を横切ると、それは、下ってシリンダ８の中に進んで、そのとき燃えている主チャージ１２の成分ガスを緩和させる。上記ピストン９は、この降下を行い、一方で、上記クランク軸４３が協働する連結棒４４を用いて、内燃機関２の中に含まれるクランク軸４３上に作用をもたらす。
【０２０５】
ピストン９が下死点の近くに到着するとき、内燃機関２の排気弁４６は、広がり、既燃ガスは、燃焼室１１から排気ダクト１４を通って抜け出し始める。上記室１１の中に広がる圧力は、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より急激に低くなる点まで急落する。
【０２０６】
ラミネーションキャビティ１５の中に含有されたガスは、次いでそれが協働するシャトル電極閉鎖部座３０との閉接点が形成されるまで、閉鎖部／開口部フランジ３６上に力を及ぼす。
【０２０７】
この作用の後、そして図６に示されるように、シャトル電極２０は、閉鎖部／開口部フランジ３６がシャトル電極開口部座３２と接触するまで、燃焼室１１に向かって移動する、あるいは、そうではなく、実際には、ピストン９が下死点を越えて進んでしまったので、この移動に残された時間が短すぎる場合、それは、燃焼ガスを燃焼室１１から排気ダクト１４を通じて吐出し始める。
【０２０８】
ピストン９の排気行程の間、ガス圧は、燃焼室１１の中で、シャトル電極２０がラミネーションキャビティ１５に向かって後退することができる点まで実質的に上がり、そして閉鎖部／開口部フランジ３６が、シャトル電極閉鎖部座３０と接触するまでそうなることを理解されたい。すべてまたは一部において起こるこの状況は、図４に図示される。
【０２０９】
ピストン９が排気行程終了時に上死点に到達していると、内燃機関２は、その点火が、従来型のスパークプラグを備え、ほとんど希釈されていない、または全く希釈されていない、したがって、高度な可燃性を有する主チャージ１２を作用させる、すべての上記ポジティブ点火機関２で見られる条件と類似の条件下で、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１によって引き起こされると解釈される新しい４サイクル熱力学サイクルを実行することができる。
【０２１０】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の利点は、主チャージ１２が、例えば「冷却ＥＧＲ」と呼ばれる冷却された再循環排出ガスを用いて高度に希釈されているときにだけ有意である。実際に、結果として生じるガス混合物は、点火に対してより強い抵抗性を有し、燃焼室１１の３次元空間における、燃焼の急速な進行は決して引き起こさない。
【０２１１】
このような条件下でパイロットチャージ１８の使用は、上記チャージ１８が、燃焼を開始することだけでなく、さらに上記燃焼をできるだけ短時間で進行させることにおいても、効率的であるという条件で推奨され、これらの２つの目標は、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１によってまさにかなえられる。
【０２１２】
作用を説明するためにここで検討されるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の実施形態の非制限的な例によれば、パイロットチャージ１８は、主チャージ１２の中に含有される燃料の１パーセントを含有すると想定される。
【０２１３】
前述のように、シャトル電極２０がキャビティ側シャトル電極橋台２３と接触しているとき、上記機関２の吸気位相の間、ピストン９は、下ってシリンダ８の中に進む。
【０２１４】
燃焼室１１の容積は、増大し、上記室１１の中に広がる圧力は、低下する。主チャージ１２は、内燃機関２の吸気ダクト１３を経て、吸気弁４５を通ってシリンダ８の中に導入される。
【０２１５】
前述のように、燃焼室１１の中の圧力は、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より瞬間的に低くなる。その結果、ラミネーションキャビティ１５の中に含有されたガスは、次いで、それが協働するシャトル電極閉鎖部座３０との閉接点が形成されるまで、閉鎖部／開口部フランジ３６上に力を及ぼす。
【０２１６】
これが発生した後、そして図６に示されるように、閉鎖部／開口部フランジ３６とシャトル電極閉鎖部座３０との間の接触は、解かれ、シャトル電極２０は、閉鎖部／開口部フランジ３６がシャトル電極開口部座３２と接触するまで、燃焼室１１に向かって移動する。
【０２１７】
そうする中で、ラミネーションキャビティ１５の中に依然として含有される直前のサイクルの燃焼された、または非燃焼のガスは、後者から抜け出て、絶縁スリーブ２５、トーチ点火副燃焼室３７、および８つのガス噴射開口部３８の中に含まれる、ガス通過用の３つの長手方向チャネル３５をそれぞれ通って、燃焼室１１に向かって進む。
【０２１８】
ピストン９が、下死点に到達し、吸気弁４５が閉じると、上記ピストン９は、昇ってシリンダ８に戻り、冷却ＥＧＲを用いて強く希釈された主チャージ１２を圧縮し始める。燃焼室１１の容積は、減少し、上記室１１の中の圧力は、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力より高くなる点まで上昇する。
【０２１９】
その結果、燃焼室１１の中に含有されたガスは、それが協働するシャトル電極開口座３２との閉接点が形成されるそのときまで、閉鎖部／開口部フランジ３６上に力を及ぼす。その結果、そして図４に示されるように、シャトル電極２０は、閉鎖部／開口部フランジ３６が、シャトル電極閉鎖部座３０に当接して、後者との閉接点を形成するまで、迅速に移動する。
【０２２０】
ピストン９がシリンダ８の中で上昇し続けるとき、燃焼室１１の中に広がる圧力は、上昇し続けるが、一方で、ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力は、もはや上昇せず、閉鎖部／開口部フランジ３６が、シャトル電極閉鎖部座３０に当接して、それとともに密接を形成するとき、それが有していた値を保持する。
【０２２１】
ラミネーションキャビティ１５は、燃焼室１１の中に含有されたガスが、もはや侵入することができない保護された容積をこのとき形成する。
【０２２２】
ラミネーションインジェクタ１７が、容易に燃焼し易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含むパイロットチャージ１８を、インジェクタ排出管４２を通じて、そしてねじ山付きスパークプラグ凹所４０の中に配置された環状パイロットチャージ噴射室３９を経てラミネーションキャビティ１５の中に噴射し始めるのは、この瞬間である。
【０２２３】
図２〜図１２に見られるように、これは、環状パイロットチャージ噴射室３９は、−この非制限的な例によれば−環状パイロットチャージ噴射室３９のレベルの金属製基部４の中に半径方向に配置されたガス噴射４１の８つのチャネルによってラミネーションキャビティ１５と通じているという事実によって可能になる。
【０２２４】
ラミネーションキャビティ１５が、閉じていて保護された容積を最初に形成するとき、パイロットチャージ１８を形成する高度に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物は、低燃焼性ガスを用いて希釈されていない、なぜならば、それが、主チャージ１２を形成する、冷却ＥＧＲを用いて高度に希釈されているからである。
【０２２５】
閉鎖部／開口部フランジ３６がシャトル電極閉鎖部座３０上で隣接する前には、ラミネーションキャビティ１５の中に導入された残留ＥＧＲ希釈ガスだけが、残っており、上記希釈されたガスは、パイロットチャージ１８のほんの数パーセントを表している。
【０２２６】
ラミネーションインジェクタ１７によるパイロットチャージ１８のラミネーションキャビティ１５への噴射を開始することは、上記インジェクタ１７の動力および流量を考慮に入れる、内燃機関２の管理コンピュータ（図示せず）の命令で誘発され、その結果、主チャージ１２の点火前に、クランクシャフト４３をほんの数度回転させると、上記キャビティ１５内の圧力が、燃焼室１１の中に広がる圧力より大きくなることに留意されよう。
【０２２７】
ラミネーションキャビティ１５の中に広がる圧力が、燃焼室１１の中に広がる圧力より実際に大きくなるとき、力が、容易に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を主に含むガスによって閉鎖部／開口部フランジ３６上に及ぼされる。
【０２２８】
その結果、上記フランジ３６は、燃焼室１１に向かって迅速に移動して、シャトル電極開口部座３２上に当接し、それとともに閉接点を形成する。この状況は、図７の中に明白に図示される。
変位の間、閉鎖部／開口部フランジ３６は、パイロットチャージ１８を構成する容易に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物の少量部分を、主にガス噴射開口部３８を通して出す。
【０２２９】
シャトル電極開口部座３２と接触すると、１ミリメートルの７／１０の電気アークが、上記中心電極６とシャトル電極２０のキャビティ側端部２２との間に生じ、一方で、第２の、１ミリメートルの１／１０の電気アークが、接地電極７とシャトル電極２０の室側端部２１との間に生じるべく、高圧電流が、ここで中心電極６に加えられ得るように、上記フランジ３６は、シャトル電極２０のキャビティ側端部２２を中心電極６から１ミリメートルの７／１０だけ効率的に移動させた。この状況は、図８の中に図示される。
【０２３０】
パイロットチャージ１８が、このようにして発生されたスパークの熱に局所的にさらされることから、そしてそれが主に高度に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含むという理由で、圧力が、燃焼室１１の中で同時に広がる圧力より数バール上回る、ラミネーションキャビティ１５の中および環状パイロットチャージ噴射室３９の中で激しく上昇するとき、それは迅速に発火する。
【０２３１】
その結果、パイロットチャージ１８のさらなる未燃の一部分は、８つのガス噴射開口部３８を通じて燃焼室１１に噴射され、上記一部分のすぐ後に、それに点火するフレーミングガストーチが続き、上記トーチは、さらに、図７に示すように、スパークが誘発される前に、ガス噴射開口部３８を通じて噴射されたパイロットチャージ１８の成分ガスの一部に点火する。
【０２３２】
この特定の構成は、いくつかの利点を提供し、その全てが、パイロットチャージ１８を用いた主チャージ１２の最も効率的点火に恩恵を与え、後者は、特にラミネーション圧縮器１９を用いて、圧縮のエネルギーのコストを最小化する可能性が最も低い。
【０２３３】
まず第１に、そして我々が上で見てきたように、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１は、上記パイロットチャージ１８の噴射の間、および後者の点火の前に、主チャージ１２におけるパイロットチャージ１８の何らかの過剰な分散を回避することを可能にする。
【０２３４】
次いで、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１は、パイロットチャージ１８の一部が、フレーミングガストーチを用いて上記部分に点火する前に、容易に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物の中で非常に局所的にそれを濃縮するために、数マイクロ秒の間、主チャージ１２に侵入することを可能にする。この特徴は、フレーミングガスによって、あまりに多くの熱が、ラミネーションキャビティ１５の内部壁、および特にガス通過用の長手方向チャネル３５の内部壁、トーチ点火副燃焼室３７、およびガス噴射開口部３８に無駄に伝達されるのを回避することを可能にする。
【０２３５】
さらに、図８の中に明らかに示されるように、突出した噴射ドーム４７の中に半径方向に配置される８つのガス噴射開口部３８を通じて放出されたフレーミングガスは、燃焼室１１の多数の場所で、主チャージ１２に点火するフレーミングガストーチを形成し、上記チャージ１２の燃焼は、次いで、上記室１１の周縁部から上記室１１の中心まで半径方向に、そして各上記トーチの間で接線方向に進行する。
【０２３６】
上記トーチが燃焼室１１の容積の中に侵入することに起因する強力な局部的乱気流は、さらに、各上記トーチによって発生される炎の正面を折り曲げることに有利に働き、これは、さらに、主チャージ１２の高速燃焼を促進することにおけるそれらの効果を増大させる。
【０２３７】
ついでながら中心電極６とガス噴射開口部３８との間のガスの容積が、ラミネーションインジェクタ１７の排出口と上記中心電極６との間のガスの容積に対して大きいほど、トーチの構成の前にガス噴射開口部３８によって吐出される未燃の燃焼物とＡＦ燃料の混合物ＡＦの質量は、大きくなることに留意されよう。したがって、自動車技師が、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の各種構成要素の相対位置および容積を適切に適応させることによってこの比率を選ぶことが可能である。
【０２３８】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１は、内燃機関２が希釈されていない主チャージ１２を用いて、したがってパイロットチャージ１８を用いることなく、長期間作動するときであっても、突出した噴射ドーム４７の清浄さを確実にすることを容易にすることにさらに留意されよう。
【０２３９】
実際には、よく知られているように、ポジティブ点火機関の燃焼室１１に導入されるスパークプラグのセラミック絶縁体ヘッドは、すべての炭素デポジットまたは炭化油を燃焼させる約摂氏４００度と、それを超えると、主チャージ１２の制御不良自己点火の深刻なリスクが存在する摂氏８００度との間で、温度を理想的に維持する必要がある。
【０２４０】
したがって、作用を説明するための例としてちょうどとりあげてきた、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の特定の構成によれば、低温が原因で、汚染される可能性があるのは、または過度な温度が原因で、主チャージ１２の制御不良自己点火を引き起こす可能性があるのは、突出した噴射ドーム４７であることが、観察される。
【０２４１】
上記フランジ３６は、フレーミングガスが、それをかすめてラミネーションキャビティ１５から出る、または後者に入るときに、熱くなって高熱になり、次いで主チャージ１２の燃焼が、それが協働するシャトル電極閉鎖部座３０上で数回休止することによって終了されると、冷却するという点において、閉鎖部／開口部フランジ３６の汚れは、特定の課題を何らもたらさない。
【０２４２】
主チャージ１２の燃焼が、パイロットチャージ１８を必要としないとき、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１は、むしろ「冷温」スパークプラグのように挙動し、突出した噴射ドーム４７は、内燃機関２が、公称動作温度に到達したとき、摂氏１１０度程度に通常維持されるシリンダヘッド１０と自体が接触している金属製基部４と直接接触している。
【０２４３】
空隙は、上記スリーブ２５と上記ダクト１６との間の熱交換を制限するように、絶縁スリーブ２５の部分とラミネーションダクト１６との間に残されることができると留意される必要がある。このことは、突出した噴射ドーム４７の平均温度を調整することを可能にする。
【０２４４】
あるいは、掃除が成し遂げられるまで、上記ドーム４７の温度を上げるラミネーションインジェクタ１７を用いてパイロットチャージ１８を定期的に噴射することによって、突出した噴射ドーム４７を熱的に掃除することが、可能である。
【０２４５】
対照的に、これが妥当である場合には、例えば内燃機関２の給気位相または排気位相の間に、例えばラミネーションキャビティ１５の中に空気単体の噴射を実施することによって、突出した噴射ドーム４７の温度を下げることが同様に可能である。
【０２４６】
点火電圧を制限することにおけるシャトル電極２０の決定的な役割は、着目されなければならない。実際に、高い点火電圧は、特に、それらが含有する電極の腐食によりスパークプラグの実用寿命を大きく下げる。さらに、そのような電圧は、収納するのが困難であり、温度変化の影響下で破断を起こし易い塊状の絶縁体を必要とする。
【０２４７】
ここでは、他の条件が同じなら、必要な点火電圧は、電極間空間の長さと、ほぼ比例し、他方で、上記電極の間のガスの濃度が高いほど、上記電圧は、高くなる必要がある。
【０２４８】
したがって、過給機付きのポジティブ点火機関では、例えばターボチャージャによって、特に推奨され、点火時に主チャージ１２の圧力を上昇させる対応物を用いて、上記機関の容量比、およびしたがってそれらの平均効率を上昇させることを好都合にも可能にする、冷却ＥＧＲの方略に関する難しさを理解することは、容易である。
【０２４９】
このことは、あまりに高い点火電圧を使用することを回避するために、後者の間の距離を狭くすることを必要とする電極の間に高濃度のガスをもたらす。
【０２５０】
しかしながら、シャトル電極２０が、ラミネーションキャビティ１５、または燃焼室１１のいずれかの中の最大長のスパークを二者択一的に許可するために移動するので、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の作用を説明するためにここで使用される例によれば、上記スパークの全長は、１ミリメートルの８／１０に常に制限され続ける。
【０２５１】
機関が、冷却ＥＧＲを用いて高度に希釈された主チャージ１２を作動させる場合、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１は、高度に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を含むパイロットチャージ１８を使用するので、結果的に生じる電極間空間は、常に十分であり、一方で、主チャージ１２が、希釈されていない場合、電極間空間は、当業者によって通常維持される技術的な規則による状態を維持する。
【０２５２】
したがって、シャトル電極２０は、収容するのが困難になるであろう、それぞれがコイルおよび導電ワイヤを備えた二点点火方式、または高点火電圧を必要とする増大した総電極間空間のどちらかを提供する必要なく、２つの別個の点火場所−この場合、ラミネーションキャビティ１５および燃焼室１１−を提供する。
どちらか一方の選択は、ラミネーションインジェクタ１７が、パイロットチャージ１８をラミネーションキャビティ１５の中に噴射するのかしないのかによって、自動的に行われる。
【０２５３】
ラミネーション圧縮器１９、ラミネーションインジェクタ１７、またはラミネーションキャビティ１５に、高度に燃え易い燃焼物とＡＦ燃料の混合物を供給することを可能にする何らかの要素が故障した場合に、すべての上記機関２が、冷却ＥＧＲを用いて希釈されていない主チャージ１２を作動させるとき、シャトル電極を備えたスパークプラグ１は、内燃機関２が正常に動作することを可能にすることにさらに留意される必要がある。
【０２５４】
この場合、主チャージ１２の点火は、もはや何らかの「受動的な」副燃焼室を介して引き起こされることは全くなく−この種類の副燃焼室は、無限に可変的な速度およびチャージで動作している自動車機関には適していない−、その作用が、自動車産業で通常に大量生産されて、大量に市場に出されるスパークプラグの作用と類似している、ガソリンの直接的な噴射と適合性を有する突出した電極を介して引き起こされる。
【０２５５】
図２〜図１１に示される、本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の変型実施形態は、作用を説明するための例として選ばれた。図１２〜図２１に示される、上記スパークプラグ１の別の実施形態は、類似の原則に基づいていること、そして今まで提供してきた説明は、上記作用に関して同じ相対オーダに分類される上記図１２〜図２１に容易に適応させられ得ることを留意される必要がある。
【０２５６】
本発明によるシャトル電極を備えたスパークプラグ１の可能性は、今まで説明してきた適用例に限定されるものではない。前述の説明は、ほんの一例として提供されていて、上記本発明の範囲を制限するものではなく、記載された要素を何らかの他の等価な要素に置き換えることが、本発明の範囲を越えていると解釈されてはならないこともさらに理解される必要がある。
【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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【国際調査報告】
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