特許 6548629 エンジンの作動における燃焼を促進する方法及びエンジン用のスパークプラグ

(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】6548629

(24)【登録日】2019年7月5日

(45)【発行日】2019年7月24日

(54)【発明の名称】エンジンの作動における燃焼を促進する方法及びエンジン用のスパークプラグ

(51)【国際特許分類】

   H01T 13/54 20060101AFI20190711BHJP

   F02P 13/00 20060101ALI20190711BHJP

   F02P 23/04 20060101ALI20190711BHJP

   F02B 19/12 20060101ALI20190711BHJP

   F02B 23/08 20060101ALI20190711BHJP

   F02M 61/14 20060101ALI20190711BHJP

【ＦＩ】

   H01T13/54

   F02P13/00 302B

   F02P13/00 303A

   F02P23/04 A

   F02B19/12 A

   F02B19/12 D

   F02B23/08 R

   F02M61/14 310P

   F02M61/14 310S

   F02M61/14 310U

【請求項の数】20

【全頁数】36

(21)【出願番号】特願2016-500795(P2016-500795)

(86)(22)【出願日】2014年3月7日

(65)【公表番号】特表2016-512914(P2016-512914A)

(43)【公表日】2016年5月9日

(86)【国際出願番号】US2014021610

(87)【国際公開番号】WO2014149947

(87)【国際公開日】20140925

【審査請求日】2017年3月6日

(31)【優先権主張番号】13/833,226

(32)【優先日】2013年3月15日

(33)【優先権主張国】US

(31)【優先権主張番号】14/045,625

(32)【優先日】2013年10月3日

(33)【優先権主張国】US

(73)【特許権者】

【識別番号】503400008

【氏名又は名称】ウッドワード，インコーポレーテッド

【氏名又は名称原語表記】Ｗｏｏｄｗａｒｄ，Ｉｎｃ．

(74)【代理人】

【識別番号】100097320

【弁理士】

【氏名又は名称】宮川 貞二

(74)【代理人】

【識別番号】100131820

【弁理士】

【氏名又は名称】金井 俊幸

(74)【代理人】

【識別番号】100100398

【弁理士】

【氏名又は名称】柴田 茂夫

(74)【代理人】

【識別番号】100155192

【弁理士】

【氏名又は名称】金子 美代子

(72)【発明者】

【氏名】ハンプソン，グレゴリー ジェームズ

(72)【発明者】

【氏名】チエラ，ドメニコ

【審査官】 杉山 健一

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１２−１１４０７７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００８−５０４６４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１２−００４１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 米国特許出願公開第２０１１／０１４８２７４（ＵＳ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｔ ７／００−２３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

エンジンの作動における燃焼を促進する方法であって：
前記エンジンの燃焼室からの燃料混合気をスパークプラグのエンクロージャ内に受け取るステップと；
前記エンクロージャ内のスパークギャップ内で、前記受け取った燃料混合気を点火するステップと；
前記点火された燃料混合気を、前記スパークギャップを通して、前記エンクロージャに入るピーク流速の１０％以上のピーク流速で、前記エンクロージャの燃焼室側の端部から離れるように方向付けるステップと；
前記点火されて前記方向付けられた燃料混合気を、再循環ゾーンを形成する第１のステージに移動させるステップとを備える；
方法。

【請求項2】

前記スパークギャップを通るピーク流速が５ｍ／秒以上であり、前記スパークギャップから残留ガスをパージする、
請求項１に記載の方法。

【請求項3】

前記スパークギャップの高さＨが２．５ｍｍ以上かつ前記スパークギャップ内の前記ピーク流速がＶで、（Ｈ／Ｖ）×３６０×ＲＰＭがエンジンのクランク角３度以下である、
請求項１又は請求項２に記載の方法。

【請求項4】

スワール流に含まれる前記燃料混合気を、前記エンクロージャの内部の周辺と、前記燃焼室側の端部とは反対側の前記エンクロージャの端部とへ方向付けるステップと；
前記スパークギャップ内で点火する前記燃料混合気を前記第１のステージ内で前記スワール流から保護するステップとを備える；
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の方法。

【請求項5】

前記スパークギャップから出た前記点火された前記第１のステージ内の燃料混合気を、前記エンクロージャの内部の周辺に移動させて前記スワール流の燃料を消費させるステップを備える、
請求項４に記載の方法。

【請求項6】

前記スパークプラグのサイズはＭ１４からＭ２４であり、
前記燃料混合気の燃焼による前記エンクロージャ内の最大圧力を、前記スパークギャップでの前記燃料混合気の点火から、前記エンジンのクランク角７度以上遅延させるステップを備える、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の方法。

【請求項7】

前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部とは反対側の半分に存在する前記燃料混合気が概ねすべて点火された場合にのみ、前記点火された燃料混合気を前記エンクロージャ内から前記エンジンの燃焼室に噴射するステップを備える、
請求項１乃至請求項６のいずれか１項に記載の方法。

【請求項8】

エンジン用のスパークプラグであって、
前記スパークプラグのエンクロージャ内のスパークギャップと；
前記エンクロージャの内側の通路であって、エンジンの作動中に前記エンクロージャの外側から流れを受け取り、前記流れを、前記スパークギャップを通して、前記エンクロージャの燃焼室側の端部から離れるように方向付ける通路とを備え；
前記スパークプラグが、前記エンクロージャへのピーク流速の１０％以上となるピーク流速を前記スパークギャップ内に作り出す、前記スパークプラグの燃焼室側の端部に向けて中心電極の端部を超えて延在する速度制御管を有する１以上の接地電極を含み、
前記スパークギャップの下流側に、前記スパークギャップ内で点火された流れが入る第１のステージであって、再循環ゾーンを形成する第１のステージが設けられている、
スパークプラグ。

【請求項9】

前記スパークプラグは前記スパークギャップ内に５ｍ／秒以上の前記ピーク流速を作り出すように構成された、
請求項８に記載のスパークプラグ。

【請求項10】

前記スパークギャップの高さがＨかつ前記スパークギャップ内の前記ピーク流速がＶで、エンジンのクランク角３度以下の（Ｈ／Ｖ）×３６０×ＲＰＭを作り出す、
請求項８又は請求項９に記載のスパークプラグ。

【請求項11】

前記スパークプラグはＭ１４からＭ２４で、Ｈが２．５ｍｍ以上である、
請求項１０に記載のスパークプラグ。

【請求項12】

前記スパークプラグはサイズがＭ１４からＭ２４のスパークプラグであり、前記通路が前記スパークギャップの端部を越えて前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部に向かって１．０ｍｍ以上延在する、
請求項８乃至請求項１１のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

【請求項13】

前記通路は、前記スパークギャップを含むと共に前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部から離れるように前記スパークギャップの対向する端部から０．１ｍｍ以上延在する、
請求項１２に記載のスパークプラグ。

【請求項14】

前記通路内へ流れを方向付けるように配向された、前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部内の第１の孔と；
流れを、前記通路の外側の周辺と、前記燃焼室側の端部とは反対側の前記エンクロージャの端部とへ方向付けるように配向された、前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部内の第２の孔とを備える；
請求項１２又は請求項１３に記載のスパークプラグ。

【請求項15】

前記スパークプラグのサイズはＭ１４からＭ２４であり、
前記スパークプラグは、前記スパークギャップでの点火から前記エンジンのクランク角７度以上で、燃料混合気の燃焼により前記エンクロージャ内の圧力が最大圧力に到達するように構成された、
請求項８乃至請求項１４のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

【請求項16】

金属シェルと；
前記シェル内の電気絶縁体と；
前記絶縁体から延在する前記中心電極と；
前記中心電極とにより前記スパークギャップを画成する前記１以上の接地電極及び前記通路を画成する１以上の接地電極とを備える；
請求項８乃至請求項１５のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

【請求項17】

１を超える接地電極が前記通路を画成し、前記接地電極は交わらない、
請求項１６に記載のスパークプラグ。

【請求項18】

前記１以上の接地電極は管を備え、前記管は前記通路を画成すると共に前記管から前記シェルに向かって前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部から離れるように延在するアームを備える、
請求項１６又は請求項１７に記載のスパークプラグ。

【請求項19】

前記中心電極は軸方向断面が多角形である、
請求項１６乃至請求項１８のいずれか１項に記載のスパークプラグ。

【請求項20】

前記１以上の接地電極は、前記中心電極の軸方向断面と同じ形状に前記通路を画成する、
請求項１９に記載のスパークプラグ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本願は、２０１３年３月１５日に出願された一部継続出願である米国特許出願第１３／８３３，２２６号の優先権を主張し、及び、２０１０年１１月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／４１６，５８８号の恩典を請求する２０１１年３月８日に出願された同時継続の米国特許出願第１３／０４２，５９９号の恩典を請求する。２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８３３，２２６号は、一部継続出願であり、２０１０年１１月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／４１６，５８８号の恩典を請求する２０１１年３月８日に出願された米国特許出願第１３／０４２，５９９号の一部継続出願である２０１２年１月１０日に出願された同時継続の米国特許出願第１３／３４７，４４８号の恩典を請求する。

【0002】

本願は、２０１０年１１月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／４１６，５８８号の恩典を請求する２０１１年３月８日に出願された同時継続の米国特許出願第１３／０４２，５９９号の一部継続出願でありかつ恩典を請求する２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８３３，２２６号の継続出願である２０１３年１０月３日に出願された米国特許出願第１４／０４５，６２５号の優先権を主張する。２０１３年３月１５日に出願された米国特許出願第１３／８３３，２２６号の継続出願である２０１３年１０月３日に出願された米国特許出願第１４／０４５，６２５号は、２０１０年１１月２３日に出願された米国特許仮出願第６１／４１６，５８８号の恩典を請求する２０１１年３月８日に出願された米国特許出願第１３／０４２，５９９号の一部継続出願である２０１２年１月１０日に出願された同時継続の米国特許出願第１３／３４７，４４８号の一部継続出願でありかつ恩典を請求する。

【背景技術】

【0003】

この明細書は、内燃機関エンジン用のスパークプラグに関する。

【0004】

天然ガス等の気体燃料で作動するエンジンには、一般に、希薄混合気が供給される。希薄混合気は、「化学的に正しい量」又は化学量論量（理論量）を超える余剰空気を含む燃料混合気である。希薄混合気を用いると、失火、不完全燃焼等の燃焼不良及び燃費の低下を招くことが多く、燃焼の改善を図ろうとするとデトネーション（ノッキングの原因となる異常燃焼）あるいはスパークプラグの寿命を縮める高い火花エネルギーの使用を発生することが多い。こうした事態を招く要因の一つとして、従来のスパークプラグでは、作動中のエンジンのシリンダ内における希薄混合気の点火を効果的かつ確実（安定的）に行う能力の低いことが挙げられる。予燃焼チャンバすなわちプレチャンバを用いることにより、希薄混合気をより効果的に燃焼することができる。

【0005】

プレチャンバスパークプラグは、典型的には天然ガスリーンバーンエンジン又は自動車用リーンガソリンエンジン等のリーンバーンエンジンの希薄燃焼限界を高めるために用いられる。米国特許第５，５５４，９０８号に開示されるような公知のプレチャンバスパークプラグでは、スパークギャップが、エンジンシリンダの全排気量（全行程容積）のうち比較的小さな一部に相当する容積を有するキャビティ（空洞）に収められている。このキャビティの一部分は、ドーム状に設けられると共に、様々な接線方向の導入／放出孔を有する。エンジンの作動中、圧縮サイクルでエンジンのピストンが上方に移動する際、燃料混合気は導入孔を通じてプレチャンバ内へ押し込まれる。この孔の向き（配向）により、プレチャンバのキャビティ内側の燃料混合気及びプレチャンバを出る反応噴流（ジェット）の運動が決まる。

【0006】

プレチャンバのキャビティ内における燃料混合気の燃焼率（バーンレート）が増大すると、エンジンの燃焼室内への貫通性が高い火炎噴流（ジェット）が発生する。燃料混合気が希薄であっても、この火炎噴流により、エンジンの燃焼室内における急速で再現性の高い火炎伝播を実現するエンジンの能力が向上する。従来のプレチャンバスパークプラグの多くは、性能特性に再現性がなく、予測不可能なため、所望の変動係数（ＣＯＶ）の値を超える超過、及びラフネス（粗さ）の尺度上にある失火につながる。さらに、従来のプレチャンバスパークプラグの多くは製造上のばらつきによる影響を受けやすく、さらなるＣＯＶの増加を招く燃焼ガス除去不足に悩まされている。

【0007】

内燃エンジンにおける新気の充填は、通常は、多くの点（例えば、当量比、乱流、温度、残留物質）でサイクル毎に非均質で再現性がないものであるが、スパークプラグ設計で挑む課題の一つは、燃焼工程において再現性があって、制御可能な点火遅れ時間を実現するプラグを新たに創り出すことである。製造又は部品又はそれらの組み立てのばらつきの影響を比較的受け難いスパークプラグの実現も望ましい。

【0008】

スパークプラグ設計で挑む別の課題は、スパークプラグの早期摩耗である。典型的には、スパークプラグの早期摩耗は、理論混合気の高い燃焼温度によって引き起こされる。ＢＭＥＰ（正味平均有効圧力）が高いエンジンに適用されたスパークプラグが、交換を要するまでに８００から１０００時間しか持たないのは珍しいことではない。これにより、予定しないエンジンのダウンタイム（休止時間）が発生して、エンジンのオペレータ（操作者）にかかわる運転コストが増えることになる。

【発明の概要】

【0009】

態様によっては、スパークプラグはＣＯＶが低く、寿命が長く、高速の火炎噴流を生じることができる。これにより、メインチャンバでの燃焼がより速やかに行われるようになり、ＮＯｘと燃費（又は燃料効率）のトレードオフの関係が改善する。

【0010】

態様によっては、プレチャンバ（予燃焼室）スパークプラグは、金属シェルと、シェルに取り付けられた端部キャップと、中心電極と、接地電極とを含む。また、プレチャンバスパークプラグは、シェル内に配置された絶縁体を含む。実施によっては、中心電極は、絶縁体に囲まれる第１の部分と、絶縁体からプレチャンバ内に延在する第２の部分とを有する。プレチャンバの容積は、シェルと端部キャップとにより画成（定め形成）される。実施によっては、接地電極は、シェルに取り付けられる。実施によっては、接地電極は、中心電極を囲むように間を隔てて配置されたインナーリングと、シェルに取り付けられたアウターリングと、インナーリングとアウターリングとを接続する複数のスポークとを含む。実施によっては、接地電極は、筒形状に形成され、この筒形状により、中央孔に流入して中心電極と接地電極との間のギャップ（隙間）を通過する流れ（一次）が、横断方向の孔を介して流入する流れ（二次）に妨害されないようにする。また、この筒形状により、周縁部において接地電極の後側を通る横断方向の孔の流れは、ギャップから出る際に火炎核に合流するように方向付けられる。さらに、中心電極は、中央孔からギャップを通過する流れの流線を改善する空気力学的形状を持っている。

【0011】

別の態様において、内燃機関内での燃焼が促進される。燃料混合気は、プレチャンバスパークプラグのプレチャンバ内で点火される。実施によっては、プレチャンバ内で燃料混合気を点火することは、第１のポートを提供して、中心電極と接地電極との間のギャップ内への第１の量の燃料混合気の流れ、ここで、その流れの方向はプレチャンバの前チャンバからの主に逆方向である（流れの大部分はこの方向であり、場合によっては、すべての流れがこの方向である）流れ、を許容すること、及び、ギャップ内の燃料混合気に点火することを含み、この点火により火炎核が発生する。この火炎核は、プレチャンバの後チャンバへ移動させられ、第２の量の燃料混合気が後チャンバへ流れて火炎核により点火されるように、第２のポートが前チャンバ内への第２の量の燃料混合気の（横方向の）流れを許容する。また、第２の流れは、方位角における均一性が向上しかつプレチャンバ内に乱流が発生するように、後チャンバ内に拡大する火炎を方位角方向に拡げるように作用するスワール（渦巻き／旋回）を有してもよく、これにより燃焼はさらに加速される。第１及び第２の量の燃料混合気を点火することにより、プレチャンバ内の圧力が上昇し、第１及び第２のポートから火炎噴流を流出させる。ポートの孔の大きさと角度とは、火炎噴流の速度とメインチャンバへの貫通性を最大化するように制御することができ（例えば、場合によって改善又は最適化される等）、メインチャンバ内における燃焼を強化することができる。孔の大きさにより流入量及び流出量の両方が制御される。孔の大きさは、エンジン固有の所望の点火遅れ時間、噴流速度、及び火炎噴流の貫通性、ひいてはメインチャンバにおける燃焼率を実現するように制御することができる（例えば、場合によって改善又は最適化される等）。

【0012】

さらに別の態様において、プレチャンバスパークプラグは、シェルと、シェルに取り付けられた端部キャップとを含む。さらに、プレチャンバスパークプラグは、シェル内に配設された絶縁体を含む。実施によっては、中心電極は、絶縁体に囲まれた第１の部分と、絶縁体からプレチャンバ内に延在する第２の部分とを有する。プレチャンバは、シェルと端部キャップとにより画成される。実施によっては、接地電極は、シェルに取り付けられる。実施によっては、接地電極は、中心電極を囲むように間隔を置いて配置されるインナーリングと、このインナーリングから半径方向の外側へ突出してインナーリングを定位置に保持する複数のスポークとを含む。実施によっては、各スポークの端部がシェルに取り付けられる。

【0013】

別の態様において、プレチャンバスパークプラグが製造される。接地電極がシェルに取り付けられる。実施によっては、接地電極が筒状の電極を含む。実施によっては、筒状の電極は、中心電極を囲むように配置されたインナーリングを有する。

【0014】

実施によっては、貴金属が、スパーク面である中心電極及び接地電極に取り付けられる。中心電極と接地電極との間のギャップは、製造及び組立の間に正確に形成されるように、製造及び組み立ての間にギャップ形成工具で形成され、それにより、製造後に再度ギャップを形成する必要性が減少する。実施によっては、このギャップ形成工具を中心電極と接地電極との間に挿入してから、接地電極をシェルへ最終的に取り付ける。実例によっては、これが、かかる工程の最終加熱ステップであれば、上記ギャップは最良の状態に維持される。実施によっては、正確で高い公差のギャップを形成するように、電子ビーム（ＥＢ）、ウォータージェット、及び他の適切な材料除去法によって、接地電極が取り付けられた後にスパークギャップが形成される。理想的な新たなスパークギャップの範囲は、０．１５ｍｍから０．３５ｍｍである。

【0015】

実施によっては、筒状の接地電極と中心電極とを同軸にした配置では、流れがギャップを通過して接地電極の後側へ向かう条件を創り出すことができるが、このような配置は、プレチャンバにおいて、シリンダヘッドのプレチャンバがスパークプラグのシェルの壁の代わりとなるような、スパークプラグのシェルを必要としないヘッド設計で実現できる。さらに、シリンダのヘッド装置内のプレチャンバスパークプラグ又はプレチャンバのいずれかに燃料を加えることにより、希薄作動限界をさらに拡張するようにしてもよい。このような装置は「燃料供給機能付き」装置と呼ぶことができる。

【0016】

別の態様において、プレチャンバスパークプラグは、シェルと、絶縁体と、中心電極と、接地電極とを含む。シェルは複数の通気孔を含む。絶縁体はシェル内に配置される。中心電極は、絶縁体に囲まれて、シェルによって画成されたプレチャンバ内に延在する。絶縁体は、中心電極周りに同軸上に配置される。接地電極は、絶縁体に取り付けられ、中心電極の遠位端を取り囲む。接地電極は、中心電極を囲むように間隔を置いて配置された筒状のリングを含み、空気力学的ラム領域として作用する形状を形成する中心電極の遠位端を軸線方向に越えて半径方向にオフセットされた周方向の延長部を有する。

【0017】

別の態様において、内燃機関内における燃焼を促進する。燃料混合気は、プレチャンバスパークプラグのプレチャンバ内で点火される。燃料混合気を点火することは、複数の通気孔を提供してプレチャンバのスパークギャップ内への燃料混合気の一次の流れを許容すること、及び、燃料混合気に点火することを含み、その点火により火炎核が発生する。次に、この火炎核は、プレチャンバの第１のステージへ移動させられ、プレチャンバの第１のステージは、中心電極と同軸上の絶縁体に取り付けられた接地電極の間に配置されたキャビティによって画成され、再循環ゾーンを形成することにより「火炎保持部」として機能する。火炎核が第１のステージに移動せられた後、絶縁体に取り付けられた接地電極の外側に配置されたキャビティによって画成されたプレチャンバの第２のステージ全体に燃料混合気の二次の流れが拡散するように、燃料混合気の二次の流れが複数の通気孔を通ってプレチャンバに提供される。最終的に、火炎核は、第１のステージから第２のステージへ移動して燃料混合気の二次の流れを点火して、プレチャンバ全体に火炎が広がるようにし、プレチャンバ内にて大部分の燃料を燃焼させる。これにより、圧力が大幅に上昇して火炎噴流が通気孔から放射される。

【0018】

別の態様において、プレチャンバスパークプラグは、シェルと、絶縁体と、中心電極と、接地電極とを含む。絶縁体はシェル内に配置される。中心電極は、絶縁体に囲まれた第１の部分と、絶縁体からプレチャンバ内に延在する、シェルによって画成された第２の部分とを有する。接地電極は、絶縁体に取り付けられており、スパークギャップを形成する中心電極を囲むように間隔を置いて配置されたインナーリングを含む。

【0019】

態様によっては、電気スパークの代わりに、ギャップ表面の間の位置にレーザ光線の焦点を当て、ＡＦＲを点火温度まで加熱し、電子ではなく光子によって火炎核を形成する。実施によっては、ギャップ領域に光線をもたらし、焦点を当てる手段を含む。電気スパークでは、圧力が上昇するにつれて絶縁破壊及び火花を達成するために高圧が必要となるが、レーザ光線による点火の利点は、シリンダの圧力条件による影響を受けにくいことである。レーザによる点火によれば、従来の電気点火システムの絶縁破壊限界を超えた圧力での点火を行える可能性がある。

【0020】

第１の態様では、エンジンの作動における燃焼を促進する方法であって：エンジンの燃焼室からの燃料混合気をスパークプラグのエンクロージャ内に受け取るステップと；エンクロージャ内のスパークギャップ内で、受け取った燃料混合気を点火するステップと；点火された燃料混合気がスパークギャップを通ってその大部分がピーク流速でエンクロージャの燃焼室側端部から離れるように、スパークギャップを通るピーク流速をエンクロージャへのピーク流速の１０％以上の流速で方向付けるステップとを備える。点火された燃料混合気の大部分は、エンクロージャ（筐体や容器等の囲い）の燃焼チャンバ側端部から遠ざけるように方向付けられるが、場合によっては、流れのすべてがこの方向に方向付けられる。

【0021】

第２の態様は、第１の態様において、スパークギャップを通るピーク流速が５ｍ／秒以上であり、スパークギャップから残留ガスをパージする。

【0022】

第３の態様は、第１の態様又は第２の態様において、スパークギャップの高さＨが２．５ｍｍ以上かつスパークギャップ内のピーク流速がＶで、Ｈ／Ｖ＊３６０＊ＲＰＭがエンジンのクランク角３度以下である。

【0023】

第４の態様は、第１の態様乃至第３の態様のいずれか１つにおいて、スワール流に含まれる燃料混合気を、エンクロージャの内部の周辺と、燃焼室側端部とは反対側のエンクロージャの端部とへ方向付けるステップと；スパークギャップ内で点火する燃料混合気をスワール流から保護するステップとを備える。

【0024】

第５の態様は、第４の態様において、スパークギャップから出る点火された燃料混合気を、スワール流から保護するステップを備える。

【0025】

第６の態様は、第１の態様乃至第５の態様のいずれか１つにおいて、スパークプラグのサイズはＭ１４からＭ２４であり、燃料混合気の燃焼によるエンクロージャ内の最大圧力を、スパークギャップでの燃料混合気の点火から、エンジンのクランク角７度以上遅延させるステップを備える。

【0026】

第７の態様は、第１の態様乃至第６の態様のいずれか１つにおいて、エンクロージャの燃焼室側端部とは反対側の半分に存在する燃料混合気が概ねすべて点火された場合にのみ、点火された燃料混合気をエンクロージャ内からエンジンの燃焼室に噴射するステップを備える。燃料混合気の大部分は点火されるが、場合によっては、すべての燃料混合気が点火される。

【0027】

第８の態様では、エンジン用スパークプラグは、スパークプラグのエンクロージャ内のスパークギャップと；エンクロージャの内側の通路であって、エンジンの作動中にエンクロージャの外側から流れを受け取り、流れがスパークギャップを通ってその大部分がエンクロージャの燃焼室側端部から離れるように方向付ける通路とを備え；スパークプラグが、エンクロージャへのピーク流速の１０％以上となるピーク流速をスパークギャップ内に作り出す手段を含む。エンクロージャの内側の通路は、エンクロージャの燃焼チャンバ側端部から流れを遠ざけるように方向付ける。場合によっては、流れの大部分はこの方向に方向付けられるが、場合によっては、すべての流れがこの方向に方向付けられる。

【0028】

第９の態様は、第８の態様において、スパークプラグはスパークギャップ内に５ｍ／秒以上のピーク流速を作り出すように構成されている。

【0029】

第１０の態様は、第８の態様又は第９の態様において、スパークギャップの高さがＨかつスパークギャップ内のピーク流速がＶで、エンジンのクランク角３度以下のＨ／Ｖ＊３６０＊ＲＰＭを作り出す。

【0030】

第１１の態様は、第１０の態様において、スパークプラグはＭ１４からＭ２４で、Ｈが２．５ｍｍ以上である。

【0031】

第１２の態様は、第８の態様乃至第１１の態様のいずれか１つにおいて、スパークプラグはサイズがＭ１４からＭ２４のスパークプラグであり、通路がスパークギャップの端部を越えてエンクロージャの燃焼室側の端部に向かって１．０ｍｍ以上延在する。

【0032】

第１３の態様は、第１２の態様において、通路は、スパークギャップを含み、スパークギャップの対向する端部からエンクロージャの燃焼室側端部から離れるように、０．１ｍｍ以上延在する。

【0033】

第１４の態様は、第１２の態様又は第１３の態様において、通路内へ流れを方向付けるように配向された、エンクロージャの燃焼室側端部内の孔と；流れを、通路の外側の周辺と、燃焼室側端部とは反対側のエンクロージャの端部とへ方向付けるように配向された、エンクロージャの燃焼室側端部内の孔とを備える。

【0034】

第１５の態様は、第８の態様乃至第１４の態様のいずれか１つにおいて、スパークプラグのサイズはＭ１４からＭ２４であり、スパークプラグは、スパークギャップでの点火からエンジンのクランク角７度以上で、燃料混合気の燃焼によりエンクロージャ内の圧力が最大圧力に到達するように構成されている。

【0035】

第１６の態様は、第８の態様乃至第１５の態様のいずれか１つにおいて、金属シェルと；シェル内の電気絶縁体と；絶縁体から延在する中心電極と；中心電極とによりスパークギャップを画成する１以上の接地電極及び通路を画成する１以上の接地電極とを備える。

【0036】

第１７の態様は、第１６の態様において、１を超える接地電極が通路を画成し、接地電極は交わらない。

【0037】

第１８の態様は、第１６の態様又は第１７の態様において、１以上の接地電極は管を備え、管は通路を画成すると共に管からシェルに向かってエンクロージャの燃焼室側端部から離れるように延在するアームを備える。

【0038】

第１９の態様は、第１６の態様乃至第１８の態様のいずれか１つにおいて、中心電極は軸方向断面が多角形である。

【0039】

第２０の態様は、第１９の態様において、１以上の接地電極は、中心電極の軸方向断面と同じ形状に通路を画成する。

【0040】

他の態様、目的及び利点は、以下の詳細な説明及び添付図面によりさらに明らかになるであろう。

【図面の簡単な説明】

【0041】

本特許又は特許出願書類には、少なくとも１つのカラー図面が含まれている。カラー図面を伴う本特許又は特許出願公開のコピーは、請求して所要の料金を支払えば、庁から入手できる。

【0042】

添付の図面は本特許開示のいくつかの態様を示す。

【0043】

【図1】例示のプレチャンバスパークプラグの一部の断面図である。

【0044】

【図2】例示の筒状電極の斜視図である。

【0045】

【図3】第１及び第２の電極の表面リングの例を示す図である。

【0046】

【図4】例示の筒状電極の平面図である。

【0047】

【図5】基材上に第１の電極の表面リングを有する例示の筒状電極の断面図である。

【0048】

【図6】例示の筒状電極の斜視図である。

【0049】

【図7】プレチャンバスパークプラグのための例示の端部キャップの端面図である。

【0050】

【図8】図７の例示の端部キャップの断面図である。

【0051】

【図9】例示のプレチャンバスパークプラグの一部の断面図である。

【0052】

【図10】寸法を記した例示のプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの断面図である。

【0053】

【図11A】方形の電極を有する例示のプレチャンバスパークプラグを示す図である。

【図11B】三角形の電極を有する例示のプレチャンバスパークプラグを示す図である。

【0054】

【図12】複数の接地電極を有する例示のスパークプラグ・アセンブリを示す図である。

【0055】

【図13】スパークギャップの上方に中心合わせした速度制御管を有する例示のスパークプラグ・アセンブリを示す図である。

【0056】

【図14】例示の大口径のピストンシリンダアセンブリ及び例示のプレチャンバスパークプラグの断面図である。

【0057】

【図15】別の例示のプレチャンバスパークプラグの断面図である。

【0058】

【図16】プレチャンバへ入る燃料流を示した図１５の例示のプレチャンバスパークプラグの断面図である。

【0059】

【図17】プレチャンバ内に二次の燃料インジェクタを有する例示のプレチャンバスパークプラグの断面図である。

【0060】

【図18】点火／スパークプラグとの例示の組み合わせのガス進入弁の断面図である。

【0061】

【図19】図１８の例示の点火／スパークプラグの拡大断面図である。

【0062】

【図20】プレチャンバのクレビスの拡大断面図である。

【0063】

【図21】ろう付けのリングを含む例示のプレチャンバスパークプラグの一部の断面図である。

【0064】

【図22】図２１のプレチャンバスパークプラグ内に配設された例示のろう付けのリングの拡大図である。

【0065】

【図23A】速度制御管を有さないプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの上面図である。

【図23B】速度制御管を有さないプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの断面図である。

【0066】

【図24】前方の速度制御管を有する、図２３Ａ及び図２３Ｂのプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの断面図である。

【0067】

【図25】後方の速度制御管を有する、図２３Ａ及び図２３Ｂのプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの断面図である。

【0068】

【図26】前方及び後方の両方の速度制御管を有する、図２３Ａ及び図２３Ｂのプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの断面図である。

【0069】

【図27A】速度制御管の無いプレチャンバスパークプラグにおける計算による流体力学解析の結果の速度を示す図である。

【図27B】速度制御管の無いプレチャンバスパークプラグにおける計算による流体力学解析の結果の速度ベクトルを示す図である。

【図27C】速度制御管の無いプレチャンバスパークプラグにおける計算による流体力学解析の結果の燃料混合気の分布を示す図である。

【0070】

【図28A】図１０のように構成したプレチャンバスパークプラグにおいて、図２７Ａ乃至図２７Ｃと同じ条件における計算による流体力学解析の結果の速度を示す図である。

【図28B】図１０のように構成したプレチャンバスパークプラグにおいて、図２７Ａ乃至図２７Ｃと同じ条件における計算による流体力学解析の結果の速度ベクトルを示す図である。

【図28C】図１０のように構成したプレチャンバスパークプラグにおいて、図２７Ａ乃至図２７Ｃと同じ条件における計算による流体力学解析の結果の燃料混合気の分布を示す図である。

【0071】

【図29】図１０のように構成したプレチャンバスパークプラグにおいて、図２８Ａ及び図２８Ｂの条件とは異なる条件での速度を示す、計算による流体力学解析の結果を示す図である。

【0072】

一以上の実施の詳細を、添付の図面及び下記の説明で述べる。他の特徴、目的、及び利点は、説明、図面、及び特許請求の範囲から明らかになろう。

【発明を実施するための形態】

【0073】

ここでの概念は、プレチャンバスパークプラグに関する。実例によっては、プラグの態様は、燃焼プロセス中の再現及び制御が可能な点火遅れ時間の提供に関係する課題を扱う。実施例によっては、スパークプラグは、より高効率な燃焼プロセスと、より長い寿命とを達成する。プレチャンバスパークプラグは、例えば、火炎核の発達、点火遅れ時間、火炎噴流の放射、及び主燃焼室の燃焼率を制御する筒状の速度制御管を含むことができ、その結果エンジン性能が向上するかもしれない。例によっては、点火遅れ時間とは、スパークから、燃焼によりプレチャンバ内、ひいては主燃焼室内の容積部の圧力が増大するのに十分になるまでの期間のことをいう。

【0074】

図１は、例示のプレチャンバスパークプラグ１００の一部の断面図である。プレチャンバスパークプラグ１００は、長手方向軸線１０１と、この長手方向軸線１０１に沿って延在し、さらに絶縁体１０４から、後チャンバ１０６及び前チャンバ１０８に分割された予燃焼チャンバ内に延在する中心電極１０２とを有する。接地電極として機能する筒状電極１１０は、シェル１１２の内側に配設されている。図１において、筒状電極１１０は、一続きの（切れ目の無い）シリンダ（円筒）として示されているが、この筒状電極１１０は、他の筒形状（例えば、方形、三角形、その他）とすることができ、場合によっては、中心電極１０２の軸方向断面に合わせてもよい。実施によっては、シェル１１２は、高温曝露に耐え得る高い強度の金属からできている。シェル１１２は、スパークプラグのプレチャンバ容積部の一部を形成する。シェル１１２は、絶縁体１０４に取り付けられると共に、端部キャップ１１６を保持する。端部キャップ１１６は、スパークプラグ１００のプレチャンバ容積部の一端と、前チャンバ１０８の境界とを画成（定め形成）する。端部キャップ１１６は平坦とすることができ、ドーム形、Ｖ字円錐形、又は他の形状とすることができる。場合によっては、端部キャップ１１６は、図示のようにシェル１１２に取り付けられる別体品としてではなく、シェル１１２に一体化することができる。筒状電極１１０のディスク部１１４は、後チャンバ１０６と前チャンバ１０８とを分離するように設けられている。図１に示すように、実施によっては、シェル１１２の内側の表面１１８は、プレチャンバスパークプラグ１００の組み立てにおいて、筒状電極１１０を段状部分１２０上に着座させることができるように、段状部分１２０を有してもよい。

【0075】

図２は、例示の筒状電極１１０の斜視図である。筒状電極１１０は、この筒状接地電極１１０内に組み込まれるインナーリング１３０とアウターリング１３２とを有する。図２の例において、インナーリング１３０とアウターリング１３２とは３つのスポーク１３４により接続される。筒状電極１１０の中央部分におけるインナーリング１３０から延在しているのは、筒状のインナーリング又は速度制御管１３６である。図１に示すように、この速度制御管１３６は、ディスク部１１４から前チャンバ１０８内まで一方向に延在するように設けられる。中央開口１３８は、インナーリング１３０と速度制御管１３６とを貫通して延在して設けられる。他の例では、接地電極１１０は、中心電極１０２の端部又は側壁によりスパークギャップを形成するＪ形状のような他の設計であり、中心電極１０２は、前側及び／又は後側に溶接されて、又は取り付けられて、速度制御管を形成する。

【0076】

図２をさらに参照して説明すると、例示の筒状電極１１０は、銅合金、ニッケル合金、又は他の比較的高い導電性を有する金属で作られることができる。実施によっては、インナーリング１３０の内面１４０には貴金属が固着又は堆積される。貴金属は、典型的には、スパークプラグの寿命の延長及び性能の向上を図るように、スパークプラグの電極上に用いられる。この場合に選択される貴金属は、高い融点、高い導電性、そして高い耐酸化性を有する。実施によっては、例えば、白金（プラチナ）又はその合金、ロジウム又はその合金、タングステン又はその合金、ニッケル又はその合金、イリジウム又はその合金で設けられた第１の電極の表面リング１４２により、インナーリング１３０の内面１４０はライニングされる。実施によっては、インナーリング１３０の内面１４０は、イリジウム−ロジウム合金又はニッケル合金によりライニングされて設けられる。再び図１を参照すると、第２の電極の表面リング１４４は、第１の電極の表面リング１４２と同様又は類似の材料で設けられ、中心電極１０２の外面１４６に固着又は堆積される。表面材は、中心電極１０２及び／又は筒状電極１１０の構造体全体を構成する、又は、溶接、ろう付けあるいは他の適切な取り付け方法により構造材に取り付けられる。接地電極の場合、代わりのスパーク表面材は、接地電極の構造体に圧入、ろう付け、又は溶接される筒の形状に合わせて作成することができる。筒状電極１１０は、筒状電極１１０の基部構造の内径に挿入された異なる材料のリングを有していてもよい。異なる材料は、例えば、高い耐食性又は耐酸化性を持ち、筒状電極１１０の基部の材料とは異なる材料とすることができる。リングを挿入する目的は、高価な耐食性材料及び耐酸化性材料をスパーク面にのみ追加することで、電極の耐食性及び耐酸化性を高めることである。

【0077】

再び図２を参照すると、例示のスポーク１３４は、製造を容易にするために縁部（エッジ）を直角として設けてもよく、又はスポーク１３４の間の空間を流れる気体の抵抗が減少するように曲面状の表面として設けてもよい。筒状電極１１０の支持構造は、中実の「車輪」型であって、中心電極１０２と同心の筒状電極１１０を支持するスポーク又は他のいずれかの機構を備えるものであってもよい。例示の支持機構は、シェル１１２の側壁、後壁、又は他の部分に取り付けられたタブ（つまみ）又は脚等を含む。場合によっては、インナーリング１３０とアウターリング１３２とを接続するスポークの数を増減して設けてもよい。場合によっては、筒状電極１１０は、貴金属製の電極の表面リングを有して設けられない。ある例では、筒状電極１１０の全体は、ニッケル合金等の単一材料で設けられる。

【0078】

例示の筒状電極１１０は、実質的な単体（例えば、単体又は３もしくは４個のような小さな数の個数）として鋳造又は機械加工して設けられてもよいが、第１の電極の表面リングは、ある種の貴金属又は類似の適切な金属製の別体のリングで設けられてもよい。筒状電極１１０を、粉末金属を焼結、あるいは射出成形して製造することも考えられる。粉末金属を焼結するのではなく溶融する他の製造技術も考えられる。実施によっては、第１及び第２の電極の表面リング１４２、１４４を、例えば、任意の長さに切断してリングを形成できる円筒状又は矩形の棒材から製造する。実施によっては、第１及び第２の電極の表面リング１４２、１４４を平板材から製造し、パンチプレスを用いて単体の平板材から多数の電極の表面リング１４２、１４４を打ち抜いて設ける。図３は、第１及び第２の電極の表面リング１４２、１４４の例を示す。ここで、２つの電極の表面リングは単一工程（１ショット）で打ち抜かれ、第１及び第２の電極の表面リング１４２、１４４は３つのタブ１４８を介して取り付けられて設けられる。実施によっては、第１及び第２の電極の表面リング１４２、１４４は、電極の表面リング１４２、１４４の間の正しい間隔が維持される位置で、タブ１４８により筒状電極１１０に組み付けられる。第１の電極の表面リング１４２が筒状電極１１０に取り付けられ、第２の電極の表面リング１４４が中心電極１０２に取り付けられた後、タブ１４８は取り除かれる。第１の電極の表面リング１４２は、製造、組み立て、取り付け、及び／又は熱膨張に適合するように１つ以上の半円状の部分に切り分けてもよい。

【0079】

図４に筒状電極の他の例を示す。この例では、インナーリング１３０、アウターリング１３２、スポーク１３４、及び速度制御管１３６は、筒状電極１１０と実質的に同一（記載したような作動に影響を与える変化なしに）に設けられる。しかし、筒状電極１１１では、第２の電極の表面リング１４４が３つのタブ１５６により第１の電極の表面リング１４２に取り付けられて設けられる。このように、第１及び第２の電極の表面リング１４２、１４４の間の正しい間隔は、組み立てが完了するまで維持される。組み立て後、タブ１５６を、機械的に、又は電子ビームにより、又はウォータージェットにより、又は類似の方法で取り除くことができる。しかし、実施によっては、タブ１５６を、例えば、筒状電極１１１や第２の電極の表面リング１４４で用いる材料よりも実質的に融点が低い材料で製造してもよい。このように設けると、筒状電極１１１又はプレチャンバスパークプラグ１００の他のコンポーネントが損傷しないで、筒状電極１１１のプレチャンバスパークプラグ１００への組み付けの後で、タブ１５６を燃焼又は溶融により取り除くことができる。

【0080】

第１の電極の表面リング１４２を例示の筒状電極１１０に取り付ける方法はいくつかある。実施によっては、筒状電極１１０を第１の電極表面リング１４２の周りに鋳造する。実施によっては、内面に貴金属層又は同様に適切な金属の層を固着した別体の金属リングを、筒状電極１１０のインナーリング１３０に組み付ける。

【0081】

例えば、物理蒸着（ＰＶＤ）又は化学的気相成長（ＣＶＤ）を利用して、電極の表面リングの材料を、粉末金属基材上へ堆積させることができる。粉末金属基材は、中空円筒に設けられてもよく、電極の表面リングの材料をこの中空円筒の内面に堆積させてもよい。この円筒を輪切りにして、多数の第１の電極の表面リング１４２を得ることができる。小さい中空円筒の外側に同じ材料を堆積する場合、これを輪切りにして多数の第２の電極の表面リング１４４を得ることができる。このような方法で製造することにより、第１の電極の表面リング１４２は、筒状電極１１０の中央開口に挿入でき、定位置に溶接又はろう付けすることができる。図５は、例えば、ニッケル合金又は高導電性合金からなる基材１４３に、第１の電極の表面リング１４２を固着又は堆積させた筒状電極１１０の断面図である。実施によっては、溶接は１ヶ所又は数ヶ所でのタック溶接により行われ、材料毎に異なる熱膨張率に起因する相対的な移動を許容する。筒状電極１１０に貴金属を付加する上記方法を用いることにより、従来のプレチャンバスパークプラグで用いられた典型的な量よりも少ない貴金属でプレチャンバスパークプラグ１００を製造することができ、このため、多くの従来のプレチャンバスパークプラグよりも安価にプレチャンバスパークプラグ１００を製造できる。

【0082】

実施によっては、筒状電極１１０を別々の構成部品から組み立ててもよい。図５はまた、別体に設けられたディスク部１１４と速度制御管１３６とを有する筒状電極１１０の断面図を示す。実施によっては、速度制御管１３６は、一端にノッチ部１５２を有し、このノッチ部はディスク部１１４の環状受容部１５４に圧入（プレス嵌め）される。実施によっては、環状受容部１５４は、これを定位置に保持する速度制御管１３６のノッチ部１５２内に向けて内方にプレスされてもよい。実施によっては、ノッチ部１５２は、環状突出部を含み、この環状突出部の外周周りに筒状電極１１０の環状受容部１５４の窪みが嵌合して、ディスク部１１４と速度制御管１３６との間の取り付けをより良好にする。実施によっては、ノッチ部１５２は、環状受容部１５４の内側の表面に対応する形でねじ切り（加工）され、速度制御管１３６をディスク部１１４に螺合できるように設けられている。

【0083】

再び図１を参照すると、エンジンの作動中の例示の態様において、燃料混合気は、エンジン（不図示）のメインシリンダから、端部キャップ１１６（図７及び図８参照）の中央孔１６２と、複数の外縁孔１６４（図７及び図８参照）とを通って、プレチャンバスパークプラグ１００の前チャンバ１０８に吸入される。中央孔１６２は、それの流れを速度制御管１３６のところで速度制御管１３６の中へ向けるように、配向される。したがって、中央孔１６２を通って吸入される燃料混合気は、速度制御管１３６を通り、中心電極１０２と筒状電極１１０との間の、電気火花による点火が行われるスパークギャップへと流れる。速度制御管１３６は、中央孔１６２からの流れを集め、管１３６の内側の流れを停滞させて、管１３６の外側周辺の圧力及び筒状電極１１０の出口の圧力よりも高い圧力を生成する。中央孔１６２からの流れの速度と圧力差とにより高速の流れが生じ、この流れは速度制御管１３６に案内されて、スパークギャップを通り抜けて後チャンバ１０６へ向かう。同様に、燃料混合気の速度により、最初の火炎核が後チャンバ１０６に移動される。

【0084】

例示の実施によっては、一次の中央孔を通る流れには、低いレベルの残留物を伴う新気（新鮮な気体）の燃料混合気が含まれる。この一次の流れは、スパークギャップ域へ押し入り、前回の燃焼イベント（燃焼事象）で生じた残留物を均一に後方へ押して、スパークギャップ領域から排出する。この作用により、スパークギャップの残留物が効率的にパージ（浄化）される、すなわち、プレチャンバ内の残留物を「制御」する。従来のプレチャンバスパークプラグでは、残留ガスをうまく「制御」できない、又はまったく「制御」できず、新気とスパーク時の残留物との、制御されない不明の混合物が生じる。これが、従来のプレチャンバスパークプラグにおける、ショット間の燃焼の変動の主な原因である。したがって、このような設計により、残留物を効率的に後方に（端部キャップから離れる方向に）パージする残留ガスの制御が行われ、この制御により、場合によっては極めて低い変動（ＣＯＶ）を達成できる。

【0085】

実施例によっては、周縁孔１６４は、周縁孔１６４を通って吸入された燃料混合気にスワール運動（渦運動）を発生させるように配向されている。スワール運動を行う燃料混合気は、速度制御管１３６の外側を通過し、後チャンバ１０６に向かって流れる。後チャンバ１０６において、燃料混合気は、中央孔からの流れに乗る火炎核により点火される。燃料混合気のスワール運動に起因して発生する乱流により、後チャンバ１０６内の燃料を主に消費すると共に後チャンバ１０６周りに拡がる火炎核が分配（分散）される。例えば、火炎核は、後チャンバ１０６内のわずかな燃料を除くすべての燃料を消費することができる。場合によっては、火炎核は、後チャンバ１０６内のすべての燃料を消費する。これにより、後チャンバ１０６から前チャンバ１０８へと燃料混合気の燃焼が進行する際に、より速く燃焼し、プレチャンバ内の圧力が急速に増加する。その結果、燃料混合気はより完全に燃焼するので、プレチャンバ内の圧力は増加する。これにより、高速の火炎噴流（ジェット）が、中央孔１６２及び複数の外縁孔１６４を通過して、主燃焼室（不図示）へ流入する。

【0086】

このように、火炎核が後チャンバ１０６に流れることにより点火を遅らせることができる。実施によっては、燃焼工程は後チャンバ１０６において開始され、発生した火炎が主燃焼室内に放射される前に燃焼工程は前チャンバ１０８を通過する。点火遅れ時間を延長することで、より完全に燃焼が行われるので、この工程は再現性が高く、変動が少ないため、典型的な従来のプレチャンバスパークプラグよりもＣＯＶ（変動係数）が低くなる。点火遅れによるさらなる利点は、点火遅れのない場合よりもシリンダの圧力が低いときに、燃焼サイクルの早い時点でスパークを開始できることである。シリンダの圧力が低いときにスパークを開始することにより、プレチャンバスパークプラグ１００の寿命が延びる。プレチャンバスパークプラグ１００は、スパークギャップ内でのスパークイベント後、７度以上のエンジンクランク角で、燃料混合気の燃焼による最大エンクロージャ圧力（包囲圧力、容器圧力）に達するように構成されている。

【0087】

さらに、例示のプレチャンバスパークプラグを構成する際に、筒状電極１１０の後方の後チャンバ１０６と筒状電極１１０の前方の前チャンバ１０８との容積を特定（場合によっては改良又は最適化）して火炎核の拡大を制御することにより、点火遅れ時間を制御できる。後チャンバ１０６の容積に対する前チャンバ１０８の容積の比が、中央孔１６２から流出する火炎噴流（ジェット）の大きさと貫通性とを制御する。

【0088】

図６は、例示の筒状電極１８０の斜視図である。筒状電極１８０は、接地電極として機能し、この筒状電極１８０は、アウターリングを持たないことを除き、筒状電極１１０と同一である。筒状電極１８０は、中央開口１３８を有するインナーリング１３０を含む。このインナーリング１３０は、軸線方向に延在して速度制御管１３６を形成する。図６に示す実施の形態では、３つのスポーク１３４は、インナーリング１３０の外面から半径方向の外側に延在する。実施によっては、筒状電極１８０は、各スポーク１３４の端部１８２をシェル１１２に直接に取り付けることによりプレチャンバスパークプラグ１００に組み付けられる。取り付けは溶接又はろう付け等で行うことができる。

【0089】

図７及び図８は、それぞれ、プレチャンバスパークプラグ１００の例示の端部キャップ１１６を端面より見る図及び断面図である。実施によっては、端部キャップ１１６は、カップ状に設けられ、シェル１１２の端部から僅かに突出して設けられる。端部キャップ１１６は、実施によっては、プレチャンバスパークプラグ１００の長手方向軸線１０１上に中心を置く中央孔１６２を有する。中央孔１６２は、前チャンバ１０８内への燃料混合気の流量（フローレート）及びスパークギャップ内の速度を制御するように構成される。端部キャップ１１６は、複数の外縁孔１６４をさらに含む。これらの外縁孔１６４は、端部キャップ１１６の側壁１６６又はシェル１１２自身に穿孔するか、成形してもよい。外縁孔１６４は、予燃焼チャンバ内で燃料混合気のスワール（渦巻き／旋回）運動を発生させるように構成される。実施によっては、端部キャップ１１６は、溶接、ろう付け等によりシェル１１２に取り付けられる。端部キャップ１１６は、平坦（シェルに対して垂直）な形状であってもよく、「Ｖ字」形状であってもよい。シェル１１２及び端部キャップ１１６の形状は、端部キャップ１１６が平坦で、挿入深さの大半はシェル１１２の長さによるものであるように形成してもよい。シェル１１２及び端部キャップ１１６の形状は、端部キャップ１１６の形状が突出していて（ドーム形又は「Ｖ字」形）、挿入深さの一部はこの端部キャップの形状の長さによるものであるように形成してもよい。

【0090】

図７及び図８は、側壁１６６に７つの外縁孔１６４と７つの外縁孔軸線１６８とを有する端部キャップ１１６の例を示す。図７では説明を容易にするために、１つの外縁孔軸線１６８のみを示す。図７は、外縁孔１６４用の例示のスワール角度（旋回角度）と、プレチャンバスパークプラグ１００の長手方向軸線１０１とをさらに含む端部キャップ１１６を端面より見る図である。この図では、端部キャップ１１６がシェル１１２に組み付けられる際に存在するであろう位置に配置されている。図８は、端部キャップ１１６の断面図であり、外縁孔１６４用の例示の貫通角度を示す図である。中心孔の大きさは、直径０．１ｍｍ〜２．０ｍｍの範囲になりやすく、しかし、より大きな大きさであってもよい。

【0091】

例示の端部キャップ１１６の他の実施では、７つではない数の外縁孔１６４を有してもよい。外縁孔１６４は、どの外縁孔軸線１６８も長手方向軸線１０１と交わらないように向けられている。上記のように、図７に外縁孔１６４のスワール角度を示す。図７に示すように、スワール角度は、外縁孔軸線１６８と放射状線１６９との間の角度として画成され、放射状線１６９は、端部キャップ１１６の中心から突出して、外縁孔１６４により画成されるシリンダの両端間の中間の外縁孔軸線１６８上の点を通過する。

【0092】

図７及び図８に示す例では、スワール角は４５度に設けられているが、他の例では、その角度は４５度以外の角度で設けられてもよい。図８は、外縁孔１６４の貫通角度を示す図である。図８に示すように、貫通角度は、外縁孔軸線１６８と長手方向軸線１０１又は長手方向軸線１０１に平行な線１７１との間の角度により画成される。エンジンの作動中、燃料混合気がプレチャンバの前チャンバ１０８内に導入されると、外縁孔１６４の成す角度により、プレチャンバ内の燃料混合気にスワール（渦巻き／旋回）効果が発生する。外縁孔１６４の厳密な位置（すなわち、側壁１６６上の位置）及び構成（例えば、直径、角度）は、予燃焼チャンバ内の所望の流れ場及び燃料混合気の分配（分布）を実現するように定められる。

【0093】

図９は、例示のプレチャンバスパークプラグ２００の断面図である。プレチャンバスパークプラグ２００は、長手方向軸線２０１を有する。中心電極１０２は、長手方向軸線２０１に沿って延在し、さらに絶縁体１０４から後チャンバ１０６及び前チャンバ１０８に分割されたプレチャンバ内までに延在するように設けられる。筒状電極２１０は、シェル１１２の内側に配設され、接地電極として機能する。筒状電極２１０のディスク部２１４は、前チャンバ１０８から後チャンバ１０６を分離するように設けられる。端部キャップ１１６は、プレチャンバスパークプラグ２００の端部を画成すると共に前チャンバ１０８の境界を画成する。実施によっては、シェル１１２の内側の表面１１８は、プレチャンバスパークプラグ２００の組み立てにおいて、筒状電極２１０を段状部分１２０上に着座させることができるように、段状部分１２０を有してもよい。接地電極は薄いリングとしても構成してもよく、薄いリングは、シェル（１１２）からコアが延在する基部付近や、シェルの先端（１０８）付近を含むシェルのいずれかの場所に取り付けられた、又は端部キャップそのもの（１１６）から取り付けられた脚部によって浮かせられている。溶接、ろう付け、レーザ溶接等の任意の取り付け方法を用いて管を取付けることもできる。

【0094】

作動において、例示のプレチャンバスパークプラグ２００は、前述した例示のプレチャンバスパークプラグ１００の作動と同様に作動する。しかし、図９から分かるように、筒状のインナーリング又は速度制御管２３６は、前チャンバ１０８内と後チャンバ１０６内との両方に向かって軸方向に延在して設けられる。速度制御管２３６の長さを増加すること、すなわち、後チャンバ１０６内に延在する部分を追加することにより、点火遅れ時間をさらに延ばすことができる。この場合、点火遅れ時間は、速度制御管２３６の後方への延長部分の長さと、速度制御管２３６の後方への延長部分における流速により制御される。速度制御管２３６における流速は、中央ポート（中央孔）１６２を通る質量流量の関数である。速度制御管２３６を延ばすことによる点火遅れ時間の延長により、プレチャンバスパークプラグ１００の場合よりもさらに早期のスパーク開始が可能となる。シリンダ圧力が低い時点でのより早期のスパーク開始は、スパークプラグの寿命を延長する。このような設計により、貴金属をまったく用いない中心電極及び接地電極を有するプレチャンバスパークプラグの製造が可能となる。これにより、材料コストを削減することができると共に、スパークプラグの実質的な製造及び組み立てを簡易化することができる。しかし、貴金属又は非貴金属のリングを接地電極内に挿入できるような設計とすることもでき、貴金属又は非貴金属のリングは接地電極の本体と電気的に接続されているため、シェルとも接触する。このリングインサートは、圧入、締り嵌め、レーザ仮溶接、レーザ溶接、ろう付けによって取り付けてもよい。この設計により、単に、スポークで拘束された部位と接地電極管の非拘束部位との熱膨張の差に起因して溶接部が軟化したり破断したりしても、リングインサートは定位置に保持される。

【0095】

図１０は、図９のプレチャンバスパークプラグ・アセンブリ（組立体）に類似する例示のプレチャンバスパークプラグ・アセンブリの断面図である。図１０における特定の関連する寸法がＡ〜Ｋとして示されている。寸法は、Ｍ１４からＭ２４のサイズのプレチャンバスパークプラグに関連する（すなわち、シェルのねじ部分がＭ１４からＭ２４のメートルねじであるスパークプラグ）。したがって、例えば、シェルの外径はねじの谷径よりもわずかに小さい。よって、後チャンバ１０６及び前チャンバ１０８の全容積は、１０００ｍｍ^３と３０００ｍｍ^３との間の範囲にある。

【0096】

例示において、寸法Ａは、中心電極１０２のスパーク面を越えて接地電極２１０が延在する長さであり、通路の一部を形成する。場合によっては、寸法Ａの最小長さは１．０ｍｍである。延在する接地電極は、速度制御管２３６を形成する。したがって、寸法Ａは、速度制御管２３６の寸法を特徴づけることができる。速度制御管２３６は、停滞圧力ゾーンを形成し、これにより燃料混合気の流れが火炎核を後チャンバ１０６内に一掃する。場合によっては、中心電極１０２の端部と端部キャップ１１６との間の隙間は、１ｍｍと１２ｍｍとの間を変動することができる。寸法Ｂは、接地電極２１０がスパークプラグエンクロージャの燃焼室側端から離れる方向の延長部の寸法である。この延長部とスパークギャップとで、通路の一部を形成する。場合によっては、寸法Ｂの長さは少なくとも０．１ｍｍである。

【0097】

図示の実施例において、寸法Ｃ及びＤは、速度制御管２３６の入口管ノッチ（切欠き）の断面積を画成する。場合によっては、寸法Ｃ、すなわちノッチの深さは、０．１０から０．７０ｍｍの間の範囲である。場合によっては、寸法Ｄ、すなわちノッチの長さは、０．１から４．０ｍｍの間の範囲である。入口管ノッチは、低速度運転及びコールドスタート（冷間始動）時の火炎核消失効果を最小にする。寸法Ｅは、中心電極１０２の火炎保持ノッチの深さを画成する。場合によっては、寸法Ｅの範囲は０．１０から０．７０ｍｍである。火炎保持ノッチは、より優れた再循環を可能にするとともに、火炎核が後プレチャンバ１０６へ移動する際の消失効果を減らすことができる。

【0098】

例示の中心電極１０２は、寸法Ｆ及びＧにより画成される丸め前部を有することができる。例示において、寸法Ｆは中心電極１０２の丸めた先端部の曲率半径である。丸めた先端部によって、より対称的な流れがスパークギャップへ導かれ、流れ抵抗も減少する。湾曲の無い平坦な先端部は、製造が容易で、ここに記載する実施において用いることもできるものの、乱流がより多く発生し、流速も低下する。したがって、場合によっては、丸めた先端部を用いるかもしれない。中心電極１０２の半径は、寸法Ｇによって画成される。場合によっては、寸法Ｇの長さは３ｍｍである。場合によっては、寸法Ｆは、Ｇ／Ｆ≦１を満たすように選択することができる。

【0099】

例示において、スパークギャップ面の長さは、寸法Ｈによって画成される。場合によっては、寸法Ｈの範囲は、２．５０から６．００ｍｍの間である。例示において、スパークギャップは、中心電極１０２と接地電極２３６との間の距離であり、これを寸法Ｊと指定する。場合によっては、スパークギャップ距離は、スパークギャップ面に沿う単一の値ではない。接地電極２３６は、テーパ角Ｋにより画成される円錐形状を有することができる。場合によっては、テーパ角Ｋの範囲は、０．１０度と２．５度との間とすることができる。例示においては、スパークギャップ距離は、接地電極２３６の前部で最小となり、接地電極２３６の後部で最大になる。

【0100】

例によっては、コールドスタート中、スパーク面の前部にある最小ギャップ付近の領域でスパークが発生する。場合によっては、コールド時、寸法Ｊは、０．１０から０．２０ｍｍの間の範囲で最小の寸法とすることができる。スパークプラグが公称暖機運転になると、スパークギャップ面の前方の方がスパークギャップ面の後方よりも温かくなる。スパークギャップ面の前部の熱膨張が大きくなると、スパークギャップ距離はより均一になり、スパーク面の長さ方向に沿って平行となる。公称暖機運転中のスパークギャップの寸法Ｊは、０．４２ｍｍの長さとすることができる。両表面が平行なスパークギャップは、その全長に渡ってスパークを生じることができ、火炎核の発生を増やすことができる。

【0101】

接地電極及び中心電極は、それぞれ、円筒形（筒形）、多角形、不規則形、又は他の形にすることができる。例えば、図１０は、円筒形の中心電極１０２及び円筒形の接地電極２３６の断面を示す。中心電極及び接地電極は、図１１Ａ及び図１１Ｂに示す例示の方形や三角形などの多角形としてもよい。両電極の前部の速度制御管は、両電極と同様の形状（すなわち、図１１Ｂの場合は三角形）、又は、両電極の形状とは異なる形状とすることができる。両電極は、不規則形としてもよく、電極の一部の形状を異なる形状としてもよい。例えば、電極の内周の形状をその電極の外周の形状と異なるようにしてもよい。また、電極を、軸方向に沿って変化する形状とすることもできる。電極に、テーパを付けても、段状の変化を付けても、その他の寸法変化を付けてもよい。中心電極及び接地電極を同一形状とする必要はない。例えば、中心電極のスパーク面と、接地電極の対応する表面とは、一致させてもよく、中心電極の前方の部分（すなわち、速度制御管）を異なる形状としてもよい。

【0102】

両電極は、異なる形状とすることができ、又は、異なる若しくは複数の、部分、配置、位置、又はスパーク面を含むことができる。例えば、図１２は、単一の中心電極７０２を囲む複数の接地電極７０４ａ、７０４ｂを有する例示のスパークプラグ・アセンブリを示す。例示の接地電極７０４ａ、７０４ｂは、隣接しているが、交わらない。複数の接地電極７０４ａ、７０４ｂは、スパークギャップを通過する流路を画成する。接地電極７０４ａ、７０４ｂは、前方に延在する壁部を有することができ、この壁部と共に速度制御管をスパークギャップの先に形成する。また、両電極７０４ａ、７０４ｂは、後方へ延在する延長部を有することができる。他の実例によっては、速度制御管を、両接地電極７０４ａ、７０４ｂの前向き又は後ろ向きの表面に取り付けることができる。

【0103】

図１３は、例示のスパークプラグ・アセンブリの前断面を示す。この例において、速度制御管８０６は、中心電極８０２とＪ字形の接地電極８０４との間のスパークギャップ上に中心がある円筒である。例示の速度制御管８０６は、接地電極８０４又は中心電極８０２に取り付けることができる。場合によっては、管８０６は、ギャップの側面の上方を下向きに延在する部分を有することができる。速度制御管は、円筒形、多角形、その他の形状とすることができる。速度制御管を中心電極に中心合わせする必要はない。

【0104】

図１４は、例示のプレチャンバスパークプラグ・アセンブリ３００の断面図である。プレチャンバスパークアセンブリ３００は、大口径のピストンシリンダチャンバ３０２のヘッド内にプレチャンバ３０４を含む。プレチャンバ３０４内にはスパークプラグ３０６があり、スパークプラグ３０６は、大口径のピストンシリンダ３０２のヘッド内にプレチャンバ３０４を有するように構成されている。

【0105】

図１５は、図１４の例示のプレチャンバスパークプラグ・アセンブリ３００のプレチャンバ３０４の拡大断面図である。プレチャンバ３０４は、エンジン燃焼室３０２に、一連の通気孔３２４を介して接続されており、シェル３３４により境界が付けられている。通気孔３２４は、燃料混合気のプレチャンバ３０４への進入を許容し、火炎がプレチャンバ３０４を出て、シリンダアセンブリ３０２へ進入することを許容する。図１５では、通気孔が３つあるものとして図示したが、これ以上でもこれ以下でもよい。さらに、通気孔３２４（又はここに記載するいずれかの孔）は、スロットや他の形状の有形孔として形成することができる。

【0106】

例示のプレチャンバ３０４は、長手方向軸線３０１と、長手方向軸線３０１に沿って軸方向に延在して予燃焼室（プレチャンバ）３０４へ入る中心電極３１０とを有する。中心電極３１０の遠位端における中心電極のまわりには、接地電極３０８がある。接地電極３０８は絶縁体３１２に取り付けられており、絶縁体３１２は中心電極３１０を接地電極３０８から絶縁している。場合によっては、中心電極３１０が絶縁体３１２の内部を通って電圧源（不図示）に接続され、電気的に接地されたシェル３３４に至る。

【0107】

接地電極３０８は、中心電極３１０の遠位端の周辺に円形の領域を形成し、中心電極３１０の遠位端の周辺にスパークギャップ３１４を形成する。また、スパークギャップ３１４は、中心電極３１０の外周面と、中心電極３１０を囲むように間を隔てて配置される接地電極３０８の筒状のインナーリングとの間にある。絶縁体３１２は、中心電極３１０の周りに、スパークギャップ３１４の上から、プレチャンバ３０４の頂部まで、軸方向に延在している。絶縁体３１２は、速度制御管として機能する。さらに、スパークギャップ３１４の上方には、絶縁体３１２に穿設された横断方向の２つのスロット又は孔３１８がある。横断方向孔３１８は、点火イベント（点火事象）後に火炎核を換気するように働く。

【0108】

実例によっては、中心電極３１０の周りで絶縁体３１２の内側の領域は、プレチャンバ３０４の第１のステージ３２０と呼ばれる。第１のステージ３２０は、点火イベントにて発生した火炎核が、接地電極３０８と中心電極３１０とに過度の損傷を与えないように保護及び制御されるように、燃料を小さなスペースに制限することができる。絶縁体３１２には、２つの横断方向の孔３１８を設けたが、これより多くても少なくてもよい。

【0109】

実例によっては、絶縁体３１２の外側でシェル３３４により境界を成す領域は、プレチャンバ３０４の第２のステージ３２２と呼ばれる。図示の例において、第２のステージ３２２は、通気孔３２４を通ってエンジン燃焼室３０２（すなわちシリンダ）内へ出ていく前に火炎核が膨張し始める場所である。

【0110】

さらに、例示の接地電極３０８は、中心電極３１０以上にプレチャンバ３０４の奥へさらに延在する。図１５に示すように、例示の接地電極３０８は、空気力学的なノーズコーンを形成している中心電極３１０の遠位端を軸方向に越えて、半径方向にオフセットした周方向延長部を有する。空気力学的なノーズコーンの形状は、接地電極３０８と中心電極３１０との間の空間を通過する燃料混合気の流れを促進するように構成されている。ノーズコーンは、接地電極３０８の前縁周りの流れを円滑に案内するように（流れの分離を最小限にするように）設計されている点で、空気力学的であると言える。他の例では、接地電極３０８のノーズを丸めることもできよう。延長部は、空気力学的ラム領域３１６（すなわち、速度制御管）を形成する。空気力学的ラム領域３１６は、主シリンダチャンバ３０２からプレチャンバ３０４へ流れ込む気相（混合気）を捕捉するように機能する。捕捉された気相は、スパークギャップ３１４で点火される燃料混合気である。スパークギャップ３１４を通る気相は、スパークギャップ３１４に平行に流れ、流速範囲は５ｍ／秒以上であり、場合によっては５０ｍ／秒とすることもできる。高さＨ、ギャップを通る流速Ｖを有する、したがってＨ／Ｖ＊３６０＊ＲＰＭ（（Ｈ／Ｖ）×３６０×ＲＰＭ）（ＲＰＭは１分間あたりの回転数）の関係のスパークギャップは、エンジンのクランクを角３度以下とすることができる。

【0111】

余談ではあるが、スパークギャップ３１４の幅を変更することにより、実例によっては、スパークプラグの耐用寿命に影響がある。例えば、スパークギャップの軸線方向長さを増加させることにより、スパークが発生するところの表面積が増加する。したがって、中心電極３１０及び接地電極３１０を構成する材料が、プラグ自体の修理又は交換が必要になるまで腐食するには、より長い時間がかかる。しかし、幅を増加させることの欠点は、それにより第１のステージが縮小されてしまうので、燃料の初期点火が、より難しくなってしまうことである。

【0112】

図１６に、例示のプレチャンバ３０４内の燃焼の発生及びその管理の仕方の一例を流体力学的に図解する。先ず、燃料と空気の混合気が、シリンダアセンブリ３０２から通気孔３２４を通ってプレチャンバに流入する。関連するエンジンシステム（不図示）の圧縮行程で、エンジンの燃焼室３０２とプレチャンバ３０４との間に生じた差圧によって流れが発生する。流れはそれぞれ、一次及び二次の流れ３２８及び３３０から構成される。一次及び二次の流れ３２８、３００がプレチャンバ３０４に流入すると、一次及び二次の流れ３２８、３００は、燃料を均一に分散した新気で、先行する点火工程に由来する残留燃料を、スパークギャップ３１４及び第２のステージからパージする。二次の流れは、プレチャンバ３０４の第２のステージ３２２周りに均一に分散される。一次の流れ３２８は、空気力学的ラム領域に３１６に捕捉される。空気力学的ラム領域３１６は、一次の流れをスパークギャップ３１４の周辺に集める。スパークギャップ３１４への一次の流れ３２８の速度は、毎秒１メートルと１００メートルとの間である。一次の流れ３２８の一部の燃料は、スパークギャップ３１４の周辺に集まり、空気力学的ラム領域３１６内の場所と第１のステージ３２０との間に差圧を生じる。これによって、プレチャンバ３０４の第１のステージ３２０に燃料が流入する。スパークギャップ３１４に流入する流れは、スパークギャップ３１４の残留物をパージし、残留物の大部分が新気に代わる。例えば、残留物を、新気が大半を占める混合気で置き換えることができる。場合によっては、混合気が新気と残留物とを含むが、場合によっては、混合気のすべてが新気である。特定の実施の形態では、中心電極３１０の遠位端は、スパークギャップ３１４内への一次の流れ３２８を促進するように平坦である。

【0113】

また、実例によっては、燃料が横断方向の孔３１８を通って流れる。この流れは、大部分が端部キャップから離れる後ろ向きである。したがって、流れの大部分はこの方向に向き、場合によってはすべての流れがこの方向に向く。横断方向の孔３１８は、中心軸線３０１に対して垂直にならないように、角度がオフセットされている。これにより、二次の流れ３３０からの燃料混合気が第１のステージ３２０を満たしてしまうことを防ぐことができる。したがって、空気力学的ラム領域３１６によって生じた差圧は、横断方向の孔３１８によっては阻害されない。横断方向の孔３１８を流れが通り抜けても、その入口における速度は維持される。これにより、空気力学的ラム領域３１６内の流体の停滞圧力よりも低い圧力が維持される。よって、スパークギャップ全域にわたり差圧が生じる。

【0114】

一旦、例示のスパークギャップ３１４で火花が生じると、スパークギャップ３１４内の燃料が着火して、火炎核３３２が発生する。差圧により、火炎核３３２はプレチャンバ３０４の第１のステージ３２０に移動するが、第１のステージ３２０が比較的小さく構成されているため、火炎核３３２は外側環境から保護される。第１のステージ３２０は、火炎の保持部として機能する。火炎核は上へと移動して、中心電極３１０内に位置するノッチ３３２に進入する。今度はノッチ３３２が、接地電極３０８の逆向きの段付構造３３４へと火炎核を導入する。一次の流れが第１のステージ３２０に入るとともに、逆向きの段付構造が再循環ゾーンを形成する。そして、スパークギャップ３１４に流入する一次の流れによって火炎核を消失しないように保護しつつ、その場に存在する燃料をいくらか捕捉して火炎核をわずかばかり成長させる。したがって、ノッチ３３２及び逆向きの段付構造３３４は、より高速の一次の流れ３２８から火炎核を保護する火炎保持部を形成する。

【0115】

また、横断方向の孔３１８からは最低限の燃料しか第１のステージ３２０に進入できないので、火炎核３３２は小さいままである。これにより、第１のステージ３２０内の温度は低く保たれ、スパークギャップ３１４、接地電極３０８、及び中心電極３１０への損傷も最低限に抑えられる。

【0116】

図示の実施例において、火炎核３３２は第１のステージ内の燃料を消費しつつ、横断方向の孔３１８を抜けてプレチャンバ３０４の第２のステージ３２２へ移動する。火炎核３３２は、二次の流れ３３０に運ばれて接地電極３０８の周りを取り巻く。ここで、火炎核３３２が広がり始め、第２のステージ３２２内の燃料を消費する。そして、火炎は拡大し、プレチャンバ３０４内の圧力が大幅に増加する。そして、通気孔３２４からエンジン燃焼室３０２に対して火炎を噴射して、エンジン燃焼室３０２内の燃料を点火する。

【0117】

中心電極３１０の周辺における火炎核３３２の流れを制御することにより、プレチャンバスパークプラグ・アセンブリ３００の耐用寿命を延ばすことができる。これは、第１のステージが中心電極３１０を囲むため、小さい火炎核３３２しかその周辺で燃焼することができないからである。スパークギャップが何ら保護されずに露出していた従来のシステムとは対照的である。

【0118】

図１７に、プレチャンバ３０４内の例示の二次の燃料インジェクタ（燃料噴射装置）３２６を示す。例示の二次の燃料インジェクタ３２６は、プレチャンバ３０４内へ燃料を噴射する。別の一次の燃料インジェクタ（不図示）は、メインシリンダチャンバ３０２内へ燃料を噴射し、この燃料が通気孔３２４を通してプレチャンバ３０４内へ移動する。二次の燃料インジェクタ３２６により、プレチャンバの混合気を通常の一次の噴射よりもリッチな（濃縮された）混合気とすることができる。

【0119】

典型的には、例示のシリンダチャンバ３０２の空燃比は、理論空燃比（ストイキ比）である。すなわち、燃焼の前は、同量の燃料と空気とがシリンダ３０２内に存在する。したがって、プレチャンバ３０４内の空燃比は、通気孔３２４を通った流れと比べると、理論空燃比以下（リーン）である。二次の燃料インジェクタ３２６を有するプレチャンバ３０４において、適正に燃料リッチ化された環境を提供するために、二次の燃料インジェクタ３２６は、空気に対する燃料の割合を増加させる。一般に、この増加により、主燃焼室から進入してくるリーン（空気量過剰）な混合気が理論空燃比にされる、言い換えれば、燃焼前にプレチャンバ３０４内には空気が存在するので、プレチャンバの燃料をメインチャンバの空燃比の２倍を超えるまでリッチ化（濃縮）することは、特別なことではない。プレチャンバ３０４をリッチ化することにより、点火工程はより高温になる。しかし、点火工程をより高温にすると、中心電極及び接地電極３１０、３０８の耐用寿命が損なわれる。この例では、燃料供給（燃料リッチ化）プレチャンバにおいて、最低限のリッチ化のみ施すか又はまったくリッチ化をしないので、プレチャンバ内の空燃比はメインチャンバにみられるリーンな混合気に近い空燃比となり、理論空燃比のリッチ化からは極力離れたものとなる。プレチャンバにおけるリッチ化を減らすことにより、スパーク面及び周辺の燃焼温度は低くなり、スパークプラグの寿命が延びる。

【0120】

図１８は、プレチャンバ４０４のシェル４１６と一体に形成され、スパークプラグ４００と組み合わされたガス進入弁４０２を示す。図１８に示す特定の実施の形態には、３つの異なるガス進入弁４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃがある。ガス進入弁４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃは、貯蔵チャンバ４３０の燃料をプレチャンバ４０４に供給する。図１７に関して説明したように、ガス進入弁４０２により、ユーザはプレチャンバ４０４内の空燃比の濃度を調整することができる。さらに、特定の実施の形態において、絶縁体４１４、中心電極４０６、及び接地電極４０８を含むスパークプラグ４００は、ガス進入弁４０２の部分から取り外すことが可能であるので、スパークプラグ４００の迅速な交換が促進される。

【0121】

図１９は、図１８のプレチャンバ４０４の拡大図である。プレチャンバ４０４は、通気孔４１２を有する端部キャップ４４０により、エンジン（不図示）システムのシリンダに接続されている。先に検討した実施と同様に、プレチャンバ４０４は、中心電極４０６と、接地電極４０８と、通気孔４１２と、絶縁体４１４と、シェル４１６とを含む。この実施の形態にも、空気力学的ラム４２８がある。さらに、絶縁体は、横断方向の孔又はスロット４１８を含む。横断方向の孔３１８（図１５）と同様、スロット４１８を設けることにより、絶縁体４１４に接続された接地電極４０８と、中心電極４０６と、の間に形成されたキャビティによって画成された第１のステージ４２０から、及びシェル４１６と、絶縁体４１４に取り付けられた接地電極４０８と、の間に形成されたキャビティによって画成された第２のステージ４２２からのアクセスが可能になる。

【0122】

例によっては、第１の差圧は、エンジンシステムの圧縮行程で生じ、圧縮行程は、燃料混合気を、通気孔４１２を通してプレチャンバ４０４内に、毎秒１メートルと百メートルとの間の速度で、逆向きに且つ端部キャップから離れる方向に押し込む。この混合気がプレチャンバ４０４に流入するとともに、この混合気は、中心電極４０６と接地電極４０８との間に形成されたスパークギャップ４２４の周囲に集まる。このスパークギャップ４２４の幅は比較的に小さいので、プレチャンバ４０４の第１のステージ４２０と第２のステージとの間の第２の差圧が得られる。したがって、スパークギャップ４２４でスパーク（火花）が発生すると、燃料混合気を火花点火することによって生じた火炎核が第２の差圧によって第１のステージ４２０に引き込まれる。第１のステージは拡大面積部を有するため、流れが減速されて再循環ゾーンが形成される。拡大面積部は、中心電極のスパーク面領域の出口のところにノッチを刻むことにより形成されている。再循環ゾーンは、反応性粒子を再循環ループに保持することができ、火炎保持部として効率的に作動するため、スパークガス領域から押し流される火炎核が立ち消えになることを防ぐことができる。この火炎核は、スロット４１８から第２のステージ４２２へ出ていくまで、第１のステージの燃料を燃焼し続ける。第２のステージにおいて、火炎核は、プレチャンバ４０４内の燃料を消費して火炎へと成長する。これにより、プレチャンバ４０４の圧力が大幅に増加し、通気孔４１２から火炎を噴出させる。

【0123】

火炎核をスパークギャップ領域から取り出して火炎保持部に投入することにより、スパーク面の温度を下げことができる。スパーク面の温度を下げることにより、スパークプラグの寿命切れの主因である、高温酸化環境下におけるスパーク面の高温酸化を減らすことができる。したがって、スパークの発生後、スパークギャップから高温の火炎核を取り出すことによりスパーク面ひいてはスパークプラグの寿命を延ばすことができ、火炎核の消失の可能性を減らす（又は防ぐ）ことができる。

【0124】

実例によっては、中央孔の流れ、すなわち一次の孔の流れの別の役割は、スパーク発生前の導入時中に、筒状接地電極及びスパーク領域を冷却することである。なぜなら、導入される新気の方がプレチャンバ内の残留ガスよりも低温であるからである。これにより、スパークプラグの表面の寿命がさらに延びることに加えて、プレチャンバの表面温度も下がり、温度が新気の自己点火温度未満に維持される。

【0125】

前述の例と同様に、中心電極４０６の周辺の火炎核の流れを制御することにより、例示のスパークプラグ４００の耐用寿命を大幅に延ばすことができる。なぜなら、スパークギャップが保護されずに露出していた一部の従来のシステムとは異なり、第１のステージが中心電極４０６を囲んでおり、小さな火炎核はその周辺でしか燃焼できないようになっているからである。

【0126】

別の例において、図２０に示すとおり、シェル９３４及び絶縁体９１２の基部、すなわち根本部に近接した位置で、セラミック製の絶縁体９１２の外表面と、シェル９３４の内表面との間にクレビス（間隙）９３６が形成される。クレビス９３６は、熱い残留燃料／ガスから、より冷温のシェル領域への熱伝達を増進するよう設計されている。なお、シェル領域は、シリンダ（不図示）ヘッドのねじで係止されることにより、背面から冷却される（水冷又は油冷が想定される）。クレビス９３６の表面積対容積比は大きく、これにより残留ガスの冷却が促進される、したがって残留ガスの反応性が「急冷」される。

【0127】

一の実施の形態において、クレビス９３６の容積は、プレチャンバ９０４の容積の約１／５から１／１０になるよう設計されており、プレチャンバ９０４が残留ガスで満たされると、エンジンの圧縮比で許容される容積以下（すなわち、圧縮比１０：１のＣＲエンジンの場合、プレチャンバのガス容積は圧縮により１／１０となる）のスペースのみを占めるクレビス９３６に残留ガスを圧縮して入れる。

【0128】

さらなる実施の形態では、残留ガスを冷却するためのクレビス９３６の熱除去能力をさらに向上するため、シェル９３４をクレビス９３６に「ねじ止め」する場合と同様の手段によって、クレビス領域の表面積を増やすことを含むことができる。

【0129】

製造方法に関しては、ろう付けリングを接地電極の上又は下に用いてろう付けオーブンで融解すると、良好な熱伝達が得られるだろう。同様に、レーザ溶接機や摩擦溶接機等で接地電極をシェルに溶接することができる。

【0130】

図２１は、ろう付けのリングを有する例示のプレチャンバスパークプラグの一部を示す断面図である。図２２は、図２１のプレチャンバスパークプラグ内に配置されたろう付けのリングの拡大図である。接地電極１０１０のアウターリング１０３２は、角度のある切り欠き１００６を有し、ろう付けのリング１００２は、レーザ溶接の前にこの切り欠き１００６によってできた環状ギャップ（環状隙間）１００４上に載せられる。図２１に示す例において、組み立て時に、接地電極１０１０はシェル１１２に圧入され、これにより、接地電極１０１０は段部１２０に載せられる。接地電極１０１０が段部１２０に載せられた後、ろう付けのリング１００２が環状のギャップ１００４に入れられる。ろう付けのリング１００２が環状ギャップ１００４に入れられた後、レーザ溶接機を用いてろう付けのリング１００２を融かして環状ギャップ１００４に流し込み、接地電極１０１０をシェル１１２にろう付け溶接により接着することができる。これにより、接地電極１０１０とシェル１１２とは強固に結合されるため、接地電極１０１０とシェル１１２の結合後には両者の間に熱変形は起きない。また、ろう付けのリング１００２のみが融けて、接地電極１０１０とシェル１１２とは、ろう付け溶接後も変形しない。さらに、角度のある切り欠き１００６は、角度が付けられていなくてもよく、接地電極１０１０の切り欠き部は、ろう付けのリング１００２を保持するための適切な形状であればどのような形状であってもよい。例えば、切り欠きは、円錐形や長方形でもよい。さらに、溶融した状態のろう付けのリング１００２を環状ギャップ１００４に流し込む工程は、フラックスを用いて支援してもよい。フラックスを角度のある切り欠き１００６又はシェル１１２に塗布して、ろう付けのリング１００２が融ける際に角度のある切り欠き１００６及びシェル１１２に向かって引き込まれて環状ギャップ１００４を埋めるようにしてもよい。ろう付けに用いる典型的なフラックスは、ホウ砂、ホウ酸塩、フルオロホウ酸塩、フッ化物、及び塩化物等である。余談だが、この工程にろう付け溶接の工程を用いる必要はない。接地電極１０１０は、ろう付けの工程によりシェル１１２に取り付けることができる。ろう付けの工程、ろう付け溶接の工程に関わらず、ろう付けのリングはアルミシリコン合金、銅合金、銅亜鉛合金、金銀合金、ニッケル合金、銀合金等の合金からなる。

【0131】

さらに、中心電極は、中実の金属合金でできていてもよく、又は、一方のシリンダが基材と呼ばれ、他方のシリンダが貴金属材と呼ばれる２つのシリンダを溶接してできたものであってもよい。製造工程で適切なアライメント（整列、芯出し）を得た後、貴金属と基材とは、抵抗溶接、慣性溶接、及びレーザ溶接等の様々な方法により接合することができる。

【0132】

同様に、貴金属製の中空シリンダを作成して、直径が縮小された中心電極の上から被せることによって、「ピン」の外側にシリンダが存在する構造を得ることができる。貴金属製中空のシリンダは、溶接又は機械的手段（ねじ等）により固定される保持キャップによって定位置に保持される。

【0133】

ここでの概念は、プレチャンバスパークプラグの他の構造にも適用できるが、既存の構造に速度制御管を含むように構成することもできる。例えば、図２３Ａ及び図２３Ｂに、端部キャップ５１２を有するが、速度制御管は有さないスパークプラグ５００を示す。図２３Ａは、スパークプラグ５００の端部キャップを上から見た図である。図２３Ｂは、スパークプラグ５００の断面図である。筒状の接地電極５０５が、アーム５０６ａ、５０６ｂによってシェル５０３から支持されている。アーム５０６ａ、５０６ｂは、シェル５０３の側壁に取り付けられるのではなく、逆向きに延びてシェル５０３の後方の表面に取り付けられる。接地電極５０６は、中心電極５０２を囲むが、スパークギャップ５０４によって中心電極５０２から離間している。端部キャップ５１２は、電極５０２及び５０６を囲む。端部キャップ５１２は、その上部に複数の中央孔５１０ａ〜５１０ｆと複数の横断方向の孔５０８ａ、５０８ｂを有する。

【0134】

図２４は、スパークプラグ５２０を作製するために、ここでの概念に則ってどのようにスパークプラグ５００を適用するかについての例を示す。例示のスパークプラグ５２０は、図２３に示すスパークプラグ５００と概ね同じであるが（説明した作用に影響を及ぼすような変更はない）、前方の速度制御管５１４を含む。速度制御管５１４は、接地電極５０６の前方に、アーム５０６ａ、５０６ｂ、及びリング等のその他のいずれかの支持部材にも取り付けることができる。

【0135】

図２５は、スパークプラグ５３０を作製するために、ここでの概念に則ってどのようにスパークプラグ５００を適用するかについての例を示す。例示のスパークプラグ５３０は、図２３に示すスパークプラグ５００と概ね同じであるが（説明した作用に影響を及ぼすような変更はない）、後方の速度制御管５１５を含む。速度制御管５１５は、接地電極５０６の後方に、アーム５０６ａ、５０６ｂ、及びリング等のその他のいずれかの支持部材にも取り付けることができる。

【0136】

図２６は、スパークプラグ５４０を作製するために、ここでの概念に則ってどのようにスパークプラグ５００を適用するかについての例を示す。例示のスパークプラグ５４０は、図２３に示すスパークプラグ５００と概ね同じであるが（説明した作用に影響を及ぼすような変更はない）、前方及び後方の両速度制御管５１４及び５１５を含む。速度制御管５１４、５１５は、接地電極５０６に、アーム５０６ａ、５０６ｂ、及びリング等のその他のいずれかの支持部材にも取り付けることができる。

【0137】

図１０に示すように構成したプレチャンバスパークプラグと、寸法と構造は同一だが速度制御管を含まないプレチャンバスパークプラグとを用いて、計算による流体力学（ＣＦＤ）解析を行った。図２７Ａは、速度制御管を有さないスパークプラグの速度をプロットしたものである。図２８Ａは、図１０に示すように構成されたスパークプラグの速度をプロットしたものである。両図において、スパークプラグの端部は、エンジン燃焼室に突出している。流れの方向を示すために、プロットの上に矢印が重ねてある。図２７Ｂは、速度制御管を有さないスパークプラグの速度ベクトルをプロットしたものである。図２８Ｂは、図１０に示すように構成されたスパークプラグの速度ベクトルをプロットしたものである。図２７Ｃは、速度制御管を有さないスパークプラグの燃料混合気の分布をプロットしたものである。図２８Ｃは図１０に示すように構成されたスパークプラグの燃料混合気の分布をプロットしたものである。

【0138】

いずれの構成も、３．０ｍｍ直径のスパーク面（すなわち、スパークギャップを形成する隣接した表面）と、０．４２ｍｍの最大スパークギャップを有し、シェル１１２及び端部キャップの構造が同一なＭ１８プラグである。ボア口径１５５ｍｍ、７５０ｒｐｍで回転する１８０ｍｍストロークを有するエンジンの、上死点前のクランク角２０度における状態を示すためにシェル１１２の外側の状況をモデル化した。図２７Ａ乃至図２７Ｃは速度制御管を有さず、スパーク面や中心電極５０２の端部を越えて延在したり、スパーク面から後方へ延在したりしない典型的なリング状の接地電極５０５を有する。接地電極５０５の軸線方向長さは１．２５ｍｍであり、長さ１．２５ｍｍのスパーク面を形成する。図２８Ａ乃至図２８Ｃは、中心電極１０２の端部を越えて燃焼室側のプラグの端部に向けて延在する速度制御管２３６を有する接地電極を有する。管２３６は、中心電極１０２を取り囲んでスパーク面から後方へ延在する。中心電極１０２の端部を越えて速度制御管２３６をどこまで延ばすかについては、下記に説明する速度を得るために、従来の流体解析を用いて選定した。スパーク面の後方へ速度制御管２３６をどこまで延ばすかについては、従来の流体解析を用いて、スパークギャップから出る流れをプレチャンバの乱流から遮断するように選定した。図２８Ａ乃至図２８Ｃのスパーク面は、中心電極１０２の丸めた先端の基部から始まり、直径のステップまで後方に向かって延在し、その長さは３．５ｍｍである。

【0139】

図２７Ａ及び図２８Ａは、速度のプロットからも分かるように、中心孔１６２を通って燃焼室から流入する新気の燃料混合気のピーク速度は、図２７Ａの６４ｍ／秒、図２８Ａの５４ｍ／秒のいずれの場合においても概ね同一であった。しかし、図２７Ａ、２７Ｂでは、流入した流れが中心電極５０２の端部に衝突して、流れの大部分が横方向外向きに方向付けられて、次第に接地電極５０５の周囲を回ってプレチャンバの後部までくる。したがって、流れの大部分はこの方向であり、場合によっては、すべての流れがこの方向である。中心電極５０２の端部の停滞ゾーンは、流入する流れをさらに横方向外向きに方向付ける高い圧力を発生する。反対に、接地電極５０５の前方の高速は、プレチャンバの後部からの流れを、スパークギャップを通して引き込む低圧力ゾーンを作り出す。スパーク面の中点におけるピーク速度は８ｍ／秒であるが、この流れは後方から前方に向かう。エンジン作動中、プレチャンバの後部に残留ガス（燃焼した燃料混合気）が溜まりやすい。したがって、このサイクルにより、残留ガスは後方から前方への流れでスパークギャップに提供される。図２７Ｃを参照すると、最も高いラムダ値（すなわち、最もリーンな燃料混合気）は、プレチャンバ内の後方と、スパークギャップ内及びその背後とで見られることが確認できる。

【0140】

対照的に、図２８Ａ、図２８Ｂにおいては、流入する流れが中心電極１０２の端部に衝突して、最初は横向きに方向付けられているものの、流れは速度制御管２３６の壁に捕捉されて、スパークギャップ内に向けて後方へと方向付けられる。中心電極１０２の端部の停滞ゾーンは、流れをさらに速度制御管及び後方へと方向付ける高圧を発生する。速度制御管２３６の長さは、この流れパターンを達成するように選定される。スパーク面の中点におけるピーク速度は４４ｍ／秒である。さらに、この流れは、中央孔１６２を介して燃焼室から直接受け取った新気の燃料混合気である。図２８Ｃを参照して、最も低いラムダ値（すなわち、最もリッチな空燃比）は、中央孔１６２から速度制御管２３６の内側を経てスパークギャップ内へ向かう間に見られることが確認できる。したがって、このサイクルにより、新気の燃料混合気が前方から後方への流れでスパークギャップに提供される。新気の燃料混合気は、スパーク面の全体、そしてプレチャンバの後方へと、スパークギャップ（前回の燃焼サイクルによる）内に存在する残留物をすべて一掃しながらプレチャンバの後方領域に燃料を供給するために十分な速度を維持する。スパークプラグが点火されると、電気スパークによって発生した火炎核が、スパークギャップを素早く通ってプレチャンバの後方部に達し、スパーク面で核が消失される可能性を低減する。場合によっては、この火炎核がスパークギャップを通り抜ける速度は、核を消失することなく大きなスパーク面を得ることを可能にするが、これはギャップを通り抜ける速度がゼロ又は低速である場合に得られるスパーク面よりも大きい。一般に、スパーク面が大きいほど、電気スパークを発生する表面積が大きくなり、火花を発生する材料の摩耗が減少するため、スパークプラグの寿命が延びる。

【0141】

図２８Ａ乃至図２８Ｃの例では、スパーク面の中点におけるピーク速度は、流入する流れの中央孔１６２におけるピーク速度の８１％だが、ここでの概念は、わずか１０％から１００％までもの間で機能する。図２９は、図２８Ａ乃至図２８Ｃのプレチャンバプラグを図２８Ａ乃至図２８Ｃと同じ条件で、回転数を１５００ｒｐｍに変更して作動した、別の例を示す。この例において、中央孔１６２を通って燃焼室から流入する新気の燃料混合気のピーク速度は５５ｍ／秒である。スパーク面の中点におけるピーク速度は２７ｍ／秒である。よって、スパーク面の中点におけるピーク速度は、流入する流れの中央孔１６２におけるピーク速度の４９％である。とりわけ、上述のとおり、スパークギャップには、燃焼のために前方から後方への新気の混合気の流れが供給されるが、この速度はスパーク面全体及びプレチャンバの後方に至るまで維持される。ここに記載されたすべての実施（図２３を除く）により、同様の流れパターン及び性能が得られる。

【0142】

本明細書は多くの詳細を含むが、それらは請求され得る事項の範囲を制限するものではなく、むしろ特定の例における特有な特徴の記載であると理解すべきである。別々の実施の文脈において本明細書に記載される特定の特徴を組み合わせることもできる。それとは逆に、単一の実施の文脈において記載された様々な特徴は、複数の実施を別々で、又は任意で適切なサブコンビネーション（副結合）で、実施することもできる。

【0143】

多くの例を記載した。それでもなお、当然のことながら、様々な改変を行うことができる。したがって、他の実施は、以下の請求項の範囲に含まれる。
１． 第１の態様の方法は；
エンジンの作動における燃焼を促進する方法であって：
前記エンジンの燃焼室からの燃料混合気をスパークプラグのエンクロージャ内に受け取るステップと；
前記エンクロージャ内のスパークギャップ内で、前記受け取った燃料混合気を点火するステップと；
前記点火された燃料混合気が前記スパークギャップを通ってその大部分がピーク流速で前記エンクロージャの燃焼室側端部から離れるように、前記スパークギャップを通るピーク流速を前記エンクロージャへのピーク流速の１０％以上の流速で方向付けるステップとを備える。
２． 第２の態様の方法は、上記第１の態様において、前記スパークギャップを通るピーク流速が５ｍ／秒以上であり、前記スパークギャップから残留ガスをパージする。
３． 第３の態様の方法は、上記第１の態様又は第２の態様において、前記スパークギャップの高さＨが２．５ｍｍ以上かつ前記スパークギャップ内の前記ピーク流速がＶで、Ｈ／Ｖ＊３６０＊ＲＰＭがエンジンのクランク角３度以下である。
４． 第４の態様の方法は、上記第１の態様乃至第３の態様のいずれかにおいて、
スワール流に含まれる前記燃料混合気を、前記エンクロージャの内部の周辺と、前記燃焼室側端部とは反対側の前記エンクロージャの端部とへ方向付けるステップと；
前記スパークギャップ内で点火する前記燃料混合気を前記スワール流から保護するステップとを備える。
５． 第５の態様の方法は、上記第４の態様において、前記スパークギャップから出る前記点火された燃料混合気を、前記スワール流から保護するステップを備える。
６． 第６の態様の方法は、上記第１の態様乃至第５の態様のいずれかにおいて、前記スパークプラグのサイズはＭ１４からＭ２４であり、前記燃料混合気の燃焼による前記エンクロージャ内の最大圧力を、前記スパークギャップでの前記燃料混合気の点火から、前記エンジンのクランク角７度以上遅延させるステップを備える。
７． 第７の態様の方法は、上記第１の態様乃至第６の態様のいずれかにおいて、前記エンクロージャの前記燃焼室側端部とは反対側の半分に存在する前記燃料混合気が概ねすべて点火された場合にのみ、前記点火された燃料混合気を前記エンクロージャ内から前記エンジンの燃焼室に噴射するステップを備える。
８． 第８の態様のエンジン用のスパークプラグは；
スパークプラグのエンクロージャ内のスパークギャップと；
前記エンクロージャの内側の通路であって、エンジンの作動中に前記エンクロージャの外側から流れを受け取り、前記流れが前記スパークギャップを通ってその大部分が前記エンクロージャの燃焼室側端部から離れるように方向付ける通路とを備え；
前記スパークプラグが、前記エンクロージャへのピーク流速の１０％以上となるピーク流速を前記スパークギャップ内に作り出す手段を含む。
９． 第９の態様のスパークプラグは、上記第８の態様において、前記スパークプラグは前記スパークギャップ内に５ｍ／秒以上の前記ピーク流速を作り出すように構成されている。
１０． 第１０の態様のスパークプラグは、上記第８の態様又は第９の態様において、前記スパークギャップの高さがＨかつ前記スパークギャップ内の前記ピーク流速がＶで、エンジンのクランク角３度以下のＨ／Ｖ＊３６０＊ＲＰＭを作り出す。
１１． 第１１の態様のスパークプラグは、上記第１０の態様において、前記スパークプラグはＭ１４からＭ２４で、Ｈが２．５ｍｍ以上である。
１２． 第１２の態様のスパークプラグは、上記第８の態様乃至第１１の態様のいずれかにおいて、前記スパークプラグはサイズがＭ１４からＭ２４のスパークプラグであり、前記通路が前記スパークギャップの端部を越えて前記エンクロージャの前記燃焼室側の端部に向かって１．０ｍｍ以上延在する。
１３． 第１３の態様のスパークプラグは、上記第１２の態様において、前記通路は、前記スパークギャップを含み、前記スパークギャップの対向する端部から前記エンクロージャの前記燃焼室側端部から離れるように、０．１ｍｍ以上延在する。
１４． 第１４の態様のスパークプラグは、上記第１２の態様又は第１３の態様において、前記通路内へ流れを方向付けるように配向された、前記エンクロージャの前記燃焼室側端部内の孔と；
流れを、前記通路の外側の周辺と、前記燃焼室側端部とは反対側の前記エンクロージャの端部とへ方向付けるように配向された、前記エンクロージャの前記燃焼室側端部内の孔とを備える。
１５． 第１５の態様のスパークプラグは、上記第８の態様乃至第１４の態様のいずれかにおいて、前記スパークプラグのサイズはＭ１４からＭ２４であり、前記スパークプラグは、前記スパークギャップでの点火から前記エンジンのクランク角７度以上で、燃料混合気の燃焼により前記エンクロージャ内の圧力が最大圧力に到達するように構成されている。
１６． 第１６の態様のスパークプラグは、上記第８の態様乃至第１５の態様のいずれかにおいて、
金属シェルと；
前記シェル内の電気絶縁体と；
前記絶縁体から延在する中心電極と；
前記中心電極とにより前記スパークギャップを画成する１以上の接地電極及び前記通路を画成する１以上の接地電極とを備える。
１７． 第１７の態様のスパークプラグは、上記第１６の態様において、１を超える接地電極が前記通路を画成し、前記接地電極は交わらない。
１８． 第１８の態様のスパークプラグは、上記第１６の態様又は第１７の態様において、前記１以上の接地電極は管を備え、前記管は前記通路を画成すると共に前記管から前記シェルに向かって前記エンクロージャの前記燃焼室側端部から離れるように延在するアームを備える。
１９． 第１９の態様のスパークプラグは、上記第１６の態様乃至第１８の態様のいずれかにおいて、前記中心電極は軸方向断面が多角形である。
２０． 第２０の態様のスパークプラグは、上記第１９の態様において、前記１以上の接地電極は、前記中心電極の軸方向断面と同じ形状に前記通路を画成する。

【符号の説明】

【0144】

１００、２００ プレチャンバスパークプラグ
１０２、４０６、５０２、７０２、８０２ 中心電極
１０４、４１４、９１２ 絶縁体
１０６ 後チャンバ
１０８ 前チャンバ
１１０、１１１、２１０、１８０ 筒状電極
１１２、３３４、４１６、５０３、９３４ シェル
１１４、２１４ ディスク部
１１６、４４０、５１２ 端部キャップ
１１８ 表面
１２０ 段状部分
１３０ インナーリング
１３２、１０３２ アウターリング
１３４ スポーク
１３６、２３６、５１４、５１５、８０６ 速度制御管
１３８ 中央開口
１４０ 内面
１４２ 第１の電極の表面リング
１４４ 第２の電極の表面リング
１４６ 外面
１４８、１５６ タブ
１５２ ノッチ部
１５４ 環状受容部
１６２ 中央孔
１６４ 外縁孔、周縁孔
１６８ 外縁孔軸線
１６９ 放射状線
１７１ 長手方向軸線に平行な線
１８２ 端部
２０１、３０１ 長手方向軸線
３００ プレチャンバスパークアセンブリ
３０２ ピストンシリンダ
３０４、４０４、９０４ プレチャンバ
３１４、４２４、５０４ スパークギャップ
３１６ 空気力学的ラム領域
３１８、５０８ａ、５０８ｂ 横断方向の孔
３２０、４２０ 第１のステージ
３２２、４２２ 第２のステージ
３２４、４１２ 通気孔
３３０ 二次の流れ
３３２ 火炎核
４００、５００、５２０、５３０、５４０ スパークプラグ
４０２ａ、４０２ｂ、４０２ｃ ガス進入弁
４０８、５０５、７０４ａ、７０４ｂ、８０４、１０１０ 接地電極
４１８ スロット
４２８ 空気力学的ラム
４３０ 貯蔵チャンバ
５０６ａ、５０６ｂ アーム
５１０ａ〜ｆ 中央孔
９３６ クレビス
１００２ ろう付けのリング
１００４ 環状のギャップ
１００６ 切り欠き

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11A】

【図11B】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】

【図17】

【図18】

【図19】

【図20】

【図21】

【図22】

【図23A】

【図23B】

【図24】

【図25】

【図26】

【図27A】

【図27B】

【図27C】

【図28A】

【図28B】

【図28C】

【図29】