特許 6236520 能動掃気プレチャンバ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6236520

(24)【登録日】2017年11月2日

(45)【発行日】2017年11月22日

(54)【発明の名称】能動掃気プレチャンバ

(51)【国際特許分類】

   F02B 19/12 20060101AFI20171113BHJP

   F02B 19/08 20060101ALI20171113BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20171113BHJP

   H01T 13/46 20060101ALI20171113BHJP

   H01T 13/54 20060101ALI20171113BHJP

【ＦＩ】

   F02B19/12 A

   F02B19/08 A

   F02P13/00 301J

   F02P13/00 302B

   H01T13/46

   H01T13/54

【請求項の数】19

【全頁数】12

(21)【出願番号】特願2016-501675(P2016-501675)

(86)(22)【出願日】2014年3月12日

(65)【公表番号】特表2016-512587(P2016-512587A)

(43)【公表日】2016年4月28日

(86)【国際出願番号】US2014024904

(87)【国際公開番号】WO2014165236

(87)【国際公開日】20141009

【審査請求日】2015年11月16日

(31)【優先権主張番号】61/778,266

(32)【優先日】2013年3月12日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】513159376

【氏名又は名称】プロメテウス アプライド テクノロジーズ，エルエルシー

(74)【代理人】

【識別番号】100079108

【弁理士】

【氏名又は名称】稲葉 良幸

(74)【代理人】

【識別番号】100109346

【弁理士】

【氏名又は名称】大貫 敏史

(74)【代理人】

【識別番号】100117189

【弁理士】

【氏名又は名称】江口 昭彦

(74)【代理人】

【識別番号】100134120

【弁理士】

【氏名又は名称】内藤 和彦

(72)【発明者】

【氏名】ソティロポロ，マリア，エマニュエラ

(72)【発明者】

【氏名】トッツィ，ルイージ，ピー．

【審査官】 中川 康文

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−１４２９３１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−０９６０８９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０９７７１０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０１９３０００３（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０１９４５８７０（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第０２１５３５９８（ＵＳ，Ａ）

【文献】 実開昭５３−１０１１０４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５６−０６９４１６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５８−２０４９２１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第０４６４６６９５（ＵＳ，Ａ）

【文献】 国際公開第８８／００６２３１（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開平０３−０５７８８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０４−０８９８６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０４−１０００５５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０４−２８７８２６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００４／０１００１７９（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００５／０２１１２１７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特開２００６−１４４６４８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−２７０５４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０３０９４７５（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２０１０／０８２４０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１２／０１２５２８７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 米国特許出願公開第２０１３／００５５９８６（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 特表２０１４−５０２６９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許第４１２８０８１（ＵＳ，Ａ）

【文献】 米国特許第７２４３６３４（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ０２Ｂ １／００−２３／１０

Ｆ０２Ｐ １／００−３／１２

Ｆ０２Ｐ ７／００−１７／１２

Ｈ０１Ｔ ７／００−２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

外表面及びプレチャンバ容積部を囲む内表面を含むプレチャンバと、
燃料空気混合気を前記プレチャンバ容積部内に導入するための、前記外表面と前記内表面との間を連通する１以上の掃気ポートと、
スパークギャップ電極接合体であって、
前記プレチャンバ容積部内に配置された１次電極と、
前記プレチャンバ容積部内に配置され、前記１次電極からずれて、１以上の電極ギャップを形成する、１以上の接地電極と、を含むスパークギャップ電極接合体と、
前記プレチャンバ容積部の全体のより小さな部分を含む割れ目容積部と、
各々が、主燃焼室と連通する入口、及び、前記割れ目容積部と連通する出口を含み、前記割れ目容積部に燃料リッチガス混合気を直接運ぶ１以上の補助掃気ポートと、を含む受動プレチャンバを備え、
前記１以上の補助掃気ポートが、前記受動プレチャンバ内の残留ガスで前記燃料空気混合気の混合を引き起こすように構成される、予燃焼室。

【請求項2】

前記１以上の補助掃気ポートが、約１より大きい長さ対直径比を有する、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項3】

前記１以上の補助掃気ポートが、約３より大きい長さ対直径比を有する、請求項２に記載の予燃焼室。

【請求項4】

前記１以上の補助掃気ポートが、前記プレチャンバの長手軸に平行なポート軸を有する、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項5】

前記１以上の補助掃気ポートのうちの少なくとも１つが、収束入口及び閉塞オリフィスを有する、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項6】

前記１以上の補助掃気ポートの各々が、入口角を規定する入口軸、及び、出口角を含む出口軸を有し、前記入口角が前記出口角と異なる、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項7】

前記１以上の補助掃気ポートの各々の前記出口が、前記スパークギャップ電極接合体に近接している、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項8】

前記１以上の補助掃気ポートの各々の前記出口が、前記割れ目容積部内への流動場に直接影響を与えるのに十分に前記スパークギャップ電極接合体に近接している、請求項７に記載の予燃焼室。

【請求項9】

前記１以上の補助掃気ポートの各々の前記出口が、前記１以上の掃気ポートから離れている、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項10】

前記１以上の補助掃気ポートが、前記受動プレチャンバ内の燃焼から実質的に勢いを弱めた火炎ジェットを生成するように構成される、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項11】

前記１以上の補助掃気ポートが前記プレチャンバの周辺に配置される、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項12】

前記プレチャンバが、約１０００立方ミリメートルより大きいプレチャンバ容積部を規定し、前記スパークギャップ電極接合体が、約１００立方ミリメートルより大きい容積部を有する、請求項１に記載の予燃焼室。

【請求項13】

プレチャンバを設けるステップであって、前記プレチャンバが、
外表面及びプレチャンバ容積部を囲む内表面と、
燃料空気混合気を前記プレチャンバ容積部内に導入するための、前記外表面と前記内表面との間を連通する１以上の掃気ポートと、
スパークギャップ電極接合体であって、
前記プレチャンバ容積部内に配置された１次電極と、
前記プレチャンバ容積部内に配置され、前記１次電極からずれて、１以上の電極ギャップを形成する、１以上の接地電極と、を含むスパークギャップ電極接合体と、
各々が、主燃焼室と連通する入口、及び、前記プレチャンバの割れ目容積部と連通する出口を含む１以上の補助掃気ポートを備える、プレチャンバを設けるステップであって、前記割れ目容積部は、前記プレチャンバ容積部の全体のより小さな部分を含む、ステップと、
１以上の燃料空気混合気の補充ストリームを、前記１以上の掃気ポートを通じて前記プレチャンバ容積部に導入するステップと、
１以上の燃料リッチ空気混合気の補充ストリームを、前記１以上の補助掃気ポートを通じて前記割れ目容積部に直接導入するステップと、
前記１以上の電極ギャップのうちの少なくとも１つの間にスパークを導入し、前記燃料空気混合気を点火するステップと、を含み、
前記１以上の補助掃気ポートが、前記プレチャンバ内の残留ガスで前記燃料空気混合気の混合を引き起こすように構成される、能動掃気の方法。

【請求項14】

前記１以上の補助掃気ポートが、約１より大きい長さ対直径比を有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項15】

前記１以上の補助掃気ポートが、約３より大きい長さ対直径比を有する、請求項１４に記載の方法。

【請求項16】

前記１以上の補助掃気ポートが、前記プレチャンバの長手軸に平行なポート軸を有する、請求項１３に記載の方法。

【請求項17】

前記１以上の補助掃気ポートの各々が、入口角を規定する入口軸、及び、出口角を含む出口軸を有し、前記１以上の補助掃気ポートのうちの少なくとも１つに対して、前記入口角が前記出口角と異なる、請求項１３に記載の方法。

【請求項18】

前記１以上の補助掃気ポートのうちの少なくとも１つの前記出口が、前記割れ目容積部内への流動場に直接影響を与えるのに十分に前記スパークギャップ電極接合体に近接している、請求項１３に記載の方法。

【請求項19】

前記１以上の補助掃気ポートが、前記プレチャンバ内の燃焼から実質的に勢いを弱めた火炎ジェットを生成するように構成される、請求項１３に記載の方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本出願は、２０１３年３月１２日付けで出願された「能動掃気プレチャンバ」と題する米国特許出願第６１／７７８，２６６号の優先権を主張し、この米国特許出願は、２０１２年９月１日付けで出願された「Method and apparatus for achieving high power flame jets while reducing quenching and autoignition in prechamber spark plugs for gas engines」と題する米国特許出願第１３／６０２，１４８号（‘１４８号出願）、及び２０１２年９月１日付けで出願された「Method and apparatus for achieving high power flame jets while reducing quenching and autoignition in prechamber spark plugs for gas engines」と題する国際特許出願ＰＣＴ／ＵＳ２０１２／５３５６８号（‘５６８号出願）に関連する。これらの両出願は、２０１１年９月３日付けで出願された「Method and apparatus for achieving high power flame jets while reducing quenching and autoignition in prechamber spark plugs for gas engines」と題する米国特許出願第６１／５７３，２９０号（‘２９０号出願）の優先権を主張している。本出願はまた、２０１１年１２月３０日付けで出願された「Prechamber Ignition System」と題する国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１１／００２０１２号（‘０１２号出願）に関連し、この国際特許出願は、２０１０年１２月３１日付けで出願された「High efficiency ricochet effect passive chamber spark plug」と題する米国特許出願第６１／４６０，３３７号の優先権を主張する。先述の各特許出願の全内容が、本開示と一貫性のある範囲で、参照により本明細書に組み込まれる。

【0002】

本開示は、概して、能動掃気プレチャンバのためのシステム及び方法、より詳細には、プレチャンバの燃焼効率を改善し、エンジン出力を高め、エンジン燃焼による汚染物質の排出を削減する能動掃気プレチャンバに関する。

【背景技術】

【0003】

シリンダボアの直径が２００ｍｍより大きい大型ガスエンジンは、通常、燃料が豊富に供給される予燃焼室を使用して、主燃焼室内の希薄空気／燃料混合気を用いて火炎伝播速度を増加させる。燃料を直接導入しない予燃焼装置として定義された内燃機関用受動プレチャンバは、ガスエンジンと共に使用され得る。これらの概念は、それほど大規模でないスパークギャップ電極接合体を用いて、比較的小さい排気量のエンジンにおいて非常に有効であることが分かっているが、排気量がより大きく、出力密度がより高いエンジン、及びより大規模なスパークギャップ電極接合体を用いるエンジンの性能は実質的に改善される必要がある。

【図面の簡単な説明】

【0004】

【図1】特定の実施形態に係る受動予燃焼室を示す。

【図2a】特定の実施形態に係る例示的受動予燃焼室を示す。

【図2b】特定の実施形態に係る別の例示的受動予燃焼室を示す。

【図3】特定の実施形態に係る、大型プレチャンバ容積部を備えたプレチャンバスパークプラグを示す。

【図4】特定の実施形態に係る、大型スパークギャップ電極接合体を備えたプレチャンバスパークプラグを示す。

【図5】特定の実施形態に係る、大型プレチャンバ容積部及び大型スパークギャップ電極接合体を備えたプレチャンバスパークプラグを示す。

【図6】特定の実施形態に係る、補助掃気ポートを含むプレチャンバスパークプラグを示す。

【図7】特定の実施形態に係る、大型プレチャンバ容積部、大型スパークギャップ電極接合体及び補助掃気ポートを備えたプレチャンバスパークプラグを示す。

【図8】特定の実施形態に係る、収束入口及び閉塞オリフィス領域を備えた補助掃気ポートを含むプレチャンバスパークプラグを示す。

【発明を実施するための形態】

【0005】

例示的な受動プレチャンバ（「ＰＰＣ」）スパークプラグを図１及び図２に示す。図１に示す受動プレチャンバスパークプラグは、’０１２出願において説明され、特許請求されている。図１は、予燃焼室（１３）を提供するプレチャンバユニットを示す。予燃焼室（１３）は、中心電極（１８）及び接地電極（２１）を少なくとも部分的に囲むように外向きに延在するシェル（２３）によって形成されることができる。特定の実施形態に関しては、予燃焼室（１３）は、予燃焼室構成要素（２６）をシェル（２３）の基部に結合することによって形成されることができる。予燃焼室（１３）の様々な実施形態は、主燃焼室の内部容積部に向かって配置されたプレチャンバ外表面（２８）を有する予燃焼室壁（２７）を有することができる。予燃焼室内表面（３０）は、シェル（２３）の対応する内表面、予燃焼室構成要素（２６）、中心絶縁体（１７）、又は予燃焼室容積部（２９）を囲む他の内表面（個別に、及びまとめて「内表面」（３０）と呼ぶ）を含む。

【0006】

予燃焼室（１３）の内表面（３０）は、シェル（２３）の拡張によって、又は、予燃焼室構成要素（２６）をシェル（２３）の基部に結合することによって、又は、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）との間を連通する１以上の吸気−排出ポート（３１）（「掃気ポート」とも呼ぶ）をさらに設けることができる。１以上の掃気ポート（３１）は、ある量の燃料酸化剤混合物（９）を主燃焼室から予燃焼室（１３）内に移送し、火炎ジェット（１５）を予燃焼室（１３）から主燃焼室内に展開させるように構成されることができる。

【0007】

予燃焼室（１３）内でのある量の燃料酸化剤混合物（９）の燃焼は、電極ギャップ（２２）の間でスパークを発生させることによって開始されることができる。掃気ポート（３１）は、主燃焼室内である量の燃料酸化剤混合物（９）の燃焼が生じる、主燃焼室内の場所へ火炎ジェット（１５）を展開させるように構成されることができる。

【0008】

図１に示すように、予燃焼室（１３）における火炎成長（３９）は流動場（１４）を有する。まず、電極ギャップ（２２）内の流動場の力（１６）は、火炎成長（３９）を妨害、阻止又は鈍化（まとめて「消炎」）し得る内表面（３０）（例えば、中心絶縁体（１７）及びシェル（２３））から離れるように電極ギャップ（２２）内の火炎核（４４）を移動させるのに十分であり得る。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）との相互作用又は巻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混合物（９）の燃焼率が実質的に増加し得る。火炎核（４４）が、予燃焼室（１３）内部の燃料濃度のより高いところへ移動することにより、予燃焼室（１３）の内部での燃料酸化剤混合物（９）の燃焼率が実質的に増加し、エンジンの主燃焼室内に展開される火炎ジェット（１５）の勢いが実質的に強くなる。予燃焼室（１３）及び掃気ポート（３１）の構造によって、電極ギャップ（２２）内、かつ第１電極（１８）及び第２電極（２１）の周りにさらに延在する逆流領域（４３）を発生させるのに十分な流動場の力（１６）を有する予燃焼室（１３）の内部に、本発明の流動場（１４）の実施形態を発生させるのに十分な跳ね返り効果を得ることができる。軸方向吸気ポート（３２）は、プレチャンバユニット（２）の中心長手軸（３３）と実質的に軸方向に整列させることができる。特定の実施形態に関しては、１以上の側方吸気ポート（３４）が、中心長手軸（３３）の周りに半径方向に離間して配置することができる。

【0009】

本発明の特定の実施形態では、軸方向吸気ポート（３２）及び１以上の側方吸気ポート（３４）の両方を設けることができる。しかしながら、本発明はそのように限定されず、本発明の特定の実施形態は、用途に応じて軸方向吸気ポート（３２）のみ、又は側方吸気ポート（３４）のみを設けてもよい。ある量の燃料酸化剤混合物（９）を主燃焼室内で圧縮すると、ある量の燃料酸化剤混合物（９）の一部が、対応する１以上の補充ストリーム（３５）として軸方向吸気ポート（３２）及び側方吸気ポート（３４）を通過することができる。燃料酸化剤混合物（９）の補充ストリーム（３５）は、流動場の力（１６）を有する流動場（１４）（図１において、矢印の頭が流れ方向を示し、矢印本体の長さが長いほど速度が速いことを示し、これにより、従来の流動場と本発明の流動場とを比較することができる）を予燃焼室容積部（２９）の内部に形成することができる。

【0010】

図２ａは、‘５６８出願に説明され、特許請求されるような例示的受動プレチャンバスパークプラグを示す。図２ａに示すような特定の実施形態では、予燃焼室（２００）は、吸気ポート長さ（２２０）を有する中心吸気ポート（２１０）を含んでもよい。特定の実施形態では、中心穴長さは、約１ｍｍ〜約１３ｍｍであってもよい。特定の実施形態では、中心電極（１８）からの予燃焼室天井距離（「Ｌ」）（２３０）は、約５ｍｍ〜約８５ｍｍであってもよい。特定の実施形態では、予燃焼室内径（「Ｄ」）（２４０）は、約４ｍｍ〜約３５ｍｍであってもよい。特定の実施形態では、シリンダヘッド点火デッキ（２６０）から予燃焼室（２００）の頂部（２７０）までの予燃焼室挿入深さ（２５０）は、約０ｍｍ〜約２５ｍｍであってもよい。

【0011】

図２ｂは、‘０１２出願に説明され、特許請求されるような例示的受動プレチャンバスパークプラグを示す。矢印は、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）の実施形態の方向及び速度を示し、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が得られている。図示するように、本発明の流動場の力（４９）及び対応する本発明の流動場（１４）は、秩序又は均一性が比較的より優れており、燃料酸化剤混合物（９）の流れ方向は、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）及び消炎面から外向きの方向であり、又はこれらの組合せであり得る。これにより、火炎核（４４）を表面から離れるように迅速に移動させるのに十分な流動場の力（１６）があるため、火炎核（４４）（図１に示す）の消炎を抑制することができる。

【0012】

予燃焼室（１３）及び吸気ポート（３１）（３４）は、上記のような１以上の態様に関して、Ｊギャップ形態の第１電極（１８）及び第２電極（２１）を囲む予燃焼室（１３）の内表面（３０）上の１以上のポイント位置（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されることができる。図示するように、特定の実施形態は、補充ストリーム（３５）を第２電極（２１）（アース用ストラップとも呼ぶ）に向かって方向付ける軸方向吸気ポート（３２）を含むことができる。１以上の側方吸気ポート（３４）は、シェル（２３）の対向内表面（３０）上の対応するポイント位置（３６）に向かって補充ストリーム（３５）を方向付けるように構成されることができる。シェル（２３）は、通常、封止面を引き寄せる嵌合螺旋状ねじ山（２５）によってエンジンのシリンダヘッドに封止可能に嵌合するように構成されたシェル外表面（２４）を設け、プレチャンバユニット（２）の予燃焼室（１３）を、主燃焼室に対して、その内部で燃料酸化剤混合物（９）の点火を行うために、適切な関係で配置してもよい。１以上の側方吸気ポート（３４）の構成により、電極ギャップ（２２）に向かって跳ね返る１以上のポイント位置（３６）に対する入射角（３７）及び偏向角（３８）が生じ得る。さらに、１以上の側方吸気ポート（３４）は、電極ギャップ（２２）に向かって方向付けられることができる。跳ね返った補充ストリーム（３５）と方向付けられた補充ストリーム（３５）との複合効果により、Ｊギャップ形態の第１電極（１８）及び第２電極（２１）を囲む、有利な本発明の流動場の力（４９）及び本発明の流動場（１４）を予燃焼室（１３）内に発生させることができる。中心絶縁体（１７）（図２ｂに示すようなノーズ（８６）、ノーズの下隅部、ノーズの側面のうちの任意の１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混合物（９）は（図１の例に示すように）、点火した時に、本発明の流動場の力（１６）と比較すると、対応して、中心絶縁体（１７）の消炎面に向かって火炎核（４４）を移動させるか、又は、位置付けされ得る。本発明の流動場の力（１６）は、予燃焼室（１３）の内表面（３０）に向かって移動し、かつ接近する速度の遅い燃料酸化剤混合物（９）を有し、これにより、点火した時に、火炎核（４４）が中心絶縁体（１７）の消炎面から比較的さらに離れるように位置付けられる（図２ｂの例に示す）。

【0013】

ＰＰＣスパークプラグの例示的非限定例が、’１４８出願、’５６８出願及び’０１２出願に開示され、これらは参照によって本明細書に組み込まれる。特定の実施形態では、性能の改良は、図３に示すようなより大型のプレチャンバ容積部で、又は、図４に示すようなより大型のスパークギャップ電極接合体（４１０）で、又は、図５に示すようなより大型のプレチャンバ容積部とより大型のスパークギャップ電極接合体との組合せで達成することができる。しかしながら、これらの構成では、掃気／排出ポートから離れた領域における掃気が不十分であり得る。この状態は、特定の実施形態による「能動掃気」という新規な概念で著しく改善することができる。

【0014】

特定の実施形態では、能動掃気の概念は、排出ポートに対向し、図６に示すように割れ目容積部（６１０）として識別される、プレチャンバの領域内に燃料リッチガス混合気を導入するための補助掃気ポート（６２０）の形成に基づいてもよい。大容積プレチャンバ及び／又は大型スパークギャップ電極接合体を備えたプレチャンバでは、燃料リッチガス混合気が、排出／掃気ポートに隣接する領域内のみで得られ得る。この状態は、他の掃気の少ない領域で終端する補助掃気ポートで改善されてもよい。特定の実施形態では、この領域は、図６の右の概略図に示すような大型スパークギャップ電極接合体（４１０）、又は、図６の左の概略図に示すような従来の排出／掃気ポートから離れた領域内で寸法の大きいプレチャンバによって、又は、図７に示すような大型スパークギャップ電極接合体と大型プレチャンバ容積部との組合せによって形成されてもよい。

【0015】

特定の実施形態では、補助掃気ポート（６２０）は、より大きい収束入口ポート、及び、プレチャンバ内での燃焼中に音速が得られる図８に示すような、より小さい閉塞オリフィス領域を有するように構成されてもよい。この構成により、プレチャンバ内での燃焼中に、圧力降下を最小化しながら、割れ目容積部（６１０）に導入される燃料混合気の流れを増加させるというさらなる利点がもたらされてもよい。特定の実施形態では、１以上の補助掃気ポート（６２０）は収束入口領域（８１０）を有してもよい。特定の実施形態では、１以上の補助掃気ポート（６２０）は閉塞オリフィス領域（８２０）を有してもよい。

【0016】

特定の実施形態では、より大型のプレチャンバ容積部が、高出力火炎ジェットを生成するのに必要とされ、又は、排気量のより大きいエンジンシリンダが備えられていてもよい。さらに、より大型のスパークギャップ電極接合体が、高出力密度エンジンの耐久性を改善するのに必要とされてもよい。しかしながら、寸法の大きいプレチャンバ、及び／又は、大型スパークギャップ電極接合体を有するプレチャンバを用いると、割れ目容積部（６１０）の掃気が不十分であることから、過早点火マージンが著しく劣化し、次いで、エンジンの出力定格を制限し得る。特定の実施形態では、割れ目容積部（６１０）の掃気が不十分であることから、燃料空気混合気分布の流速場が過度に不均一となり、結果的に失火限界が低下し得る。

【0017】

特定の実施形態では、１以上の補助掃気ポート（６２０）によって、燃料リッチ混合気を割れ目容積部（６１０）に導入することができ、それによって、残留ガスを冷却し、過早点火の発生を防ぐ。特定の実施形態では、より秩序があり、より強力な流速場が、スパークギャップ電極接合体領域内で得られ得る。この状態により、可燃限界が著しく広がり、プレチャンバの燃焼効率が著しく改善され得る。特定の実施形態では、能動掃気の概念を用いる受動プレチャンバによって、エンジン出力が増加し、エンジン燃焼による汚染物質の排出が削減され得る。

【0018】

特定の実施形態では、予燃焼室は、プレチャンバ容積部を囲む外表面及び内表面を含むプレチャンバと、燃料空気混合気をプレチャンバ容積部内へ導入するための、外表面と内表面との間を連通する１以上の排出ポートと、スパークギャップ電極接合体であって、プレチャンバ容積部内に配置された１次電極、及び、プレチャンバ容積部内に配置され、１次電極からずれて１以上の電極ギャップを形成する、１以上の接地電極を含むスパークギャップ電極接合体と、割れ目容積部（６１０）と、それぞれが、主燃焼室と連通する入口及び割れ目容積部（６１０）と連通する出口を含む１以上の補助掃気ポート（６２０）と、を含む受動プレチャンバを含んでもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、新気燃料空気混合気を受動プレチャンバの割れ目容積部（６１０）に直接導入するように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、約１より大きい長さ対直径比を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、約３より大きい長さ対直径比を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、プレチャンバの長手軸に実質的に平行なポート軸を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のうちの少なくとも１つは収束入口を有する。１以上の補助掃気ポート（６２０）のうちの少なくとも１つの出口は閉塞オリフィスを含んでもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、入口角を規定する入口軸及び出口角を含む出口軸を有してもよく、入口角は出口角と異なっていてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、受動プレチャンバ内の残留ガスで新気燃料空気混合気の混合を引き起こすように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、スパークギャップ電極接合体内に、均一で高速の流れを発生させるように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）それぞれの出口は、スパークギャップ電極接合体に近接していてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のそれぞれの出口は、割れ目容積部（６１０）への流動場に直接影響を与えるのに十分スパークギャップ電極接合体に近接していてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のそれぞれの出口は、１以上の排出ポートから離れていてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、受動プレチャンバ内の燃焼から実質的に勢いを弱めた火炎ジェットを発生させるように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、プレチャンバの周辺に位置付けされてもよい。プレチャンバは、約１０００立方ミリメートルより大きいプレチャンバ容積部を規定してもよい。スパークギャップ電極接合体は、約１００立方ミリメートルより大きい容積部を有してもよい。

【0019】

特定の実施形態では、能動掃気の方法は、プレチャンバ容積部を囲む外表面及び内表面、燃料空気混合気をプレチャンバ容積部内へ導入するための、外表面と内表面との間を連通する１以上の排出ポート、スパークギャップ電極接合体であって、プレチャンバ容積部内に配置された１次電極と、プレチャンバ容積部内に配置され、１次電極からずれて１以上の電極ギャップを形成する、１以上の接地電極と、を含むスパークギャップ電極接合体、並びに、それぞれが、主燃焼室と連通する入口及びプレチャンバの割れ目容積部（６１０）に連通する出口を含む１以上の補助掃気ポート（６２０）を含むプレチャンバを設けるステップと、１以上の燃料空気補充ストリームを、１以上の穴部を通してプレチャンバ容積部に導入するステップと、１以上の電極ギャップのうちの少なくとも１つの間にスパークを導入し、燃料空気混合気を点火するステップと、を含んでもよい。本方法は、１以上の新気燃料空気補充ストリームを、１以上の補助掃気ポート（６２０）を通して割れ目容積部（６１０）に導入するステップをさらに含んでもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、約１より大きい長さ対直径比を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、約３より大きい長さ対直径比を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）はプレチャンバの長手軸に実質的に平行なポート軸を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のうちの少なくとも１つは収束入口を有してもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のうちの少なくとも１つの出口は閉塞オリフィスを含んでもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、入口角を規定する入口軸及び出口角を含む出口軸を有してもよく、１以上の補助掃気ポート（６２０）のうちの少なくとも１つに対して、入口角は出口角と異なる。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、プレチャンバ内の残留ガスで、１以上の新気燃料空気補充ストリームの混合を引き起こすように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、スパークギャップ電極接合体内に均一で高速の流れを発生させるように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のうちの少なくとも１つの出口は、スパークギャップ電極接合体に近接していてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のそれぞれの出口は、割れ目容積部（６１０）内への流動場に直接影響を与えるのに十分スパークギャップ電極接合体に近接していてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）のそれぞれの出口は、１以上の排出ポートから離れていてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、プレチャンバ内の燃焼から実質的に勢いを弱めた火炎ジェットを発生させるように構成されてもよい。１以上の補助掃気ポート（６２０）は、プレチャンバの周辺に位置付けされてもよい。プレチャンバは、約１０００立方ミリメートルより大きいプレチャンバ容積部を規定してもよい。スパークギャップ電極接合体は、約１００立方ミリメートルより大きい容積部を有してもよい。

【0020】

本発明について、その特定の実施形態を参照して説明してきたが、様々な変更がなされ得、添付の特許請求の範囲によって定義されるような本発明の真の趣旨及び範囲から逸脱することなく、均等物が代用され得ることを当業者によって理解されたい。さらに、多くの修正を行い、特定の状況、材料、組成物、方法、１以上の操作を本発明の目的、趣旨及び範囲に適応してもよい。そのような修正形態はすべて、本明細書に添付する特許請求の範囲内に入るものとする。特に、本明細書に開示された方法は、特定の順に行われた特定の操作に関して説明してきたが、これらの操作は組み合わされ、細分化され、順序変更されて、本発明の教示から逸脱することなく均等な方法が形成されてもよいことが理解される。したがって、本明細書において特に指示がない限り、操作の順序及びグループ化は、本発明を限定しない。

【図1】

【図2a】

【図2b】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】