JP2000505175A - 点火プラグを備えたコンピュータ制御される内燃機関 - Google Patents
点火プラグを備えたコンピュータ制御される内燃機関Info
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Abstract
(57)【要約】
燃料源からの燃料を燃やす内燃機関、及びピストンシリンダーを有するブロック組立体、ピストンシリンダーに連結されている燃焼室及び燃焼室に空気/燃料混命物を送り出すための、燃焼室と通じている空気/燃料混合領域を有するエンジン。燃料送り出し系は、ブロック組立体に連結されており、かつ燃料送り出し系は選択された量の燃料を混合領域に送り出して、その中で空気と混合して、約20:1〜45:1の範囲の空気対燃料比を持つ空気/燃料混合物を用意すべく適合されている。放電プラグは、燃焼室内で放電を発生させて空気/燃料混合物を爆発させるべく位置されている。放電プラグは、約1.8〜3.0mmの放電間隙で互いに軸方向に空間的に離れている中心電極と外側電極を有する。一実施態様の中心電極は、4.0〜7.5mmの範囲の直径を有するInconell 600鋼合金電極である。一実施態様において、電子制御モジュール(ECM)がエンジンに接続されて、運転パラメータを制御し、ECMは、約20:1〜45:1の範囲の空気対燃料比で空気/燃料混合物の形成を制御するようプログラムされているPROMを有する。
Description
【発明の詳細な説明】
点火プラグを備えたコンピュータ制御される内燃機関
関連した出願の引照
これは1996年7月17日に出願された米国出願第08/665,517号の部分継続
出願である。これはまた1996年7月9日に出願された米国出願第08/677,508
号の部分継続出願でもある。
技術分野
本発明は内燃機関に関し、かつ改良された動力、燃料能率および十分に減少し
た放出物を与える、燃料の有効燃焼のための内燃機関に用いられる装置およびこ
の内燃機関と共に用いられる装置に関する。
発明の背景
慣用のガソリンで動力を供給される内燃機関では、ガソリンが燃料噴射器また
はキャブレータを介して経路を通じて運ばれ、それから空気と混合されて約10
:1〜14.7:1の気燃比となる。それから、ガソリンと空気混合物は燃焼室
に送りだされ、点火プラグにより発生した火花により発火される。慣用のエンジ
ン配置は、相当量のガソリンが燃焼室に送りだされる空気燃料混合物に含まれて
いるようなものであり、ガソリンは点火プラグの火花により発火時に少しも消費
されない。結果として、エンジンは燃焼されないガソリン、および一酸化炭素、
二酸化炭素、炭化水素ま
たは窒素酸化物(NOX)のような他の放出物を含む排気物を放出する。
1980年代の末期の後建造された大抵の車両には、電子制御モジュールまたはE
CMとしても知られる慣用のオンボードコンピュータが車両に取り付けられてエ
ンジンに連結されている。ECMは、エンジンへの燃料流れや燃料送出しを含む
広範囲のエンジン条件を制御しかつ監視する。ECMはまた種々の駆動条件にお
いて空気燃料混合物の気燃比も制御する。例えば、スロットルが部分的に開かれ
たときに通常駆動のための気燃比は14.7:1である。丘の上へ負荷を引っ張
り上げるときのような、付加的な動力が必要でありかつスロットルが広く開いて
いるときには、ECMは気燃比を12:1に調節し、したがって必要な動力増加
を達成するためにいっそう多くの燃料が用いられる。ECMはエンジン内の多数
のセンサを監視し種々の作動パラメータを調節して気燃比を選択された値に維持
する。ECMはまた、エンジンから所望の動力を達成するようにエンジンのピス
トンがシリンダ内の選択された位置にあるときに空気燃料混合物を爆発させるた
めに火花発生のためのエンジンのタイミングも制御する。
ECMは、エンジンの作動のための指令とキャリブレーションデータを含むP
ROM(プログラム可能な−Read-Onlyメモリ)のような一つまたは複数のコン
ピュータチップを有する。しかしながら、車両の製造
業者により与えられるコンピュータチップは、合理的な燃料能率と容認できる放
出物とともに十分な動力を与える容認できるエンジン性能を達成するために慣用
の点火プラグでエンジン作動のための工場設定値を用いてプログラムされている
。
慣用のECMは、取り外して、種々の指令とキャリブレーションデータでプロ
グラムされた注文のチップと交換して、出力のようなエンジンの性能の面を変更
して改善することができるコンピュータチップまたはPROMを有する。他のE
CMは、種々の指令とキャリブレーションデータで再プログラムできる再プログ
ラム可能なPROM(例えばフラッシュEEPROM)を有する。例えば、注文
のコンピュータチップまたは再プログラムは、エンジンの動力を増加させるため
のECM用の指令とキャリブレーションデータを有し、そのため典型的には燃料
能率が減少し、容認できない高いエンジン放出物になることが多い。したがって
、これらの注文のコンピュータチップは、費用のかかる合衆国試験過程と他の必
要条件を満足しなければ、道路車両(例えば競争用でない車両またはオフロード
でない車両)の場合に、典型的には違法である。
ECMにより制御されるエンジンは空気燃料混合物の発火のために慣用の点火
プラグを用いている。慣用の点火プラグは、同様に寸法決めされた接地電極から
約0. 8mmの間隙だけ間隔を置いた1.3mm〜2.0mmの直径の中心電極を有
する。点火プラグは車両のコ
イルに接続され、中心電極の電圧がイオン化点に達すると、電荷が火花の形態で
間隙を飛び越える。点火プラグは、火花が間隙を横切ってアークを描くことがで
きる必要な火花電圧を与える慣用の15,000-30,000ボルトコイルにより駆動され
るのが典型的である。
慣用の点火プラグ設計は、発生した火花が比較的小さい青い火花であるような
ものである。この小さい青い火花は、下降行程でエンジンのピストンの一つを駆
動するように、通常燃焼室内で空気燃料混合物を爆発させるのに十分な熱を与え
る。慣用の点火プラグにより、消費者が容認できるレベルと考えるレベルで作動
できるとは言え、点火プラグはエンジンの性能を必然的に最適化しない。火花を
発生するのにあまり大きくない電圧を必要とする比較的小さい間隙を有し、その
ため冷たいまたはより低い動力の火花になる。このより低い動力火花は空気燃料
混合物を熱い火花より低い能率で発火させ、したがってエンジンから所望の出力
を達成するのにいっそう多い燃料が空気燃料混合物で必要である。したがって、
エンジンはより低い燃料能率で作動する。さらに、点火プラグが不十分に発火す
ると、燃料の不完全燃焼になり、それによっていっそうエンジン放出物が多くな
る。
燃料能率の容認できない減少と放出物の増加もなく動力の増加を得ようとして
、点火プラグと他のエンジン構成要素に対し多数の改変が試みられた。一例とし
て、米国イリノイ州のスプリットファイアが、火花が
アークを描くことができる二つの領域を与えるV形の接地電極から標準の火花間
隙により間隔を置いた標準の中心電極を有する点火プラグを製造している。スプ
リットファイアの点火プラグの一つの目標は、空気燃料混合物を発火させるため
にいっそう多くの火花を発生させるように接地電極の各脚まで火花がアークを描
くことができることである。 Nologyエンジニアリングのために、ドイツ連邦共
和国のBERUが点火コイルから点火プラグを通る電流の非常に能率的な導入の
ために2mmの直径の銀の中心電極を有するSilverstoneTMの点火プラグを製造し
ている。しかしながら、SilverstoneTMの点火プラグは、他の慣用の点火プラグ
の細い青い火花よりいっそう強力な、より熱い火花をつくるように、増加した利
用できる火花電圧を与えるいっそう高い電圧の改装点火コイルと組み合わされて
いる。SilverstoneTMの点火プラグが強力な、より熱い火花を与えるけれども、
この点火プラグは慣用のエンジンによりいっそう大きい出力を得るためにいっそ
う高い電圧コイルの使用を必要とする。SilverstoneTMの点火プラグの別の欠陥
は、銀の中心電極が比較的柔らかであり、より強力な、いっそう熱い火花の発生
により、有効寿命が他の慣用の点火プラグよりいっそう短くなることである。
慣用の点火プラグの中心電極はまた、火花が間隙を横切って広がる比較的小さ
い表面積を有する。しかしながら、小さな表面積は点火プラグの寿命中火花発生
からのいっそう局部化された熱にさらされる。なぜなら、火花は小さな面積から
発生できるだけであるからである。結果として、慣用の点火プラグの中心電極が
時間にわたって磨耗し、それにより点火プラグの有効寿命が減らされる。
慣用の点火プラグの火花の温度がいっそう低いためおよび中心電極の表面積が
いっそう小さいため、着火しない数がいっそう多くなる。点火プラグが着火しな
いと、適正な火花が与えられないかまたは火花がサイクル期間中空気燃料混合物
に着火しない。したがって、着火しない点火プラグはエンジンの燃料能率と出力
を減らしかつエンジンの放出物を増加させる。
慣用の点火プラグにより、排気温度が比較的高くなり、そのためエンジンはよ
り熱くなり、それによりエンジンのための冷却系統などを必要とする。これらの
より高い温度は点火プラグにより引き起こされる。なぜなら、より低い電力火花
により大きくない熱を与え、したがって空気燃料混合物の爆発の始まりと同時に
より少ない空気燃料混合物が着火される。結果として、空気燃料混合物を通る成
長から火炎の速度がいっそう遅くなり、したがって燃焼室で混合物を爆発させる
ためにいっそう多くの時間が必要である。このいっそう長い爆発時間のため、運
動エネルギーに変換されな熱エネルギーがいっそう多くなり、したがって燃焼排
気物がいっそう熱くなり、そのためエンジン作動温度がいっそう高くなる。これ
らの高い、エンジン作動温度の
ため、エンジン構成要素を高い作動温度に耐えることができる材料で作ることが
必要になり、それにより典型的にはエンジンのコストと重さを増大させる。
発明の概要
本発明は、エンジン放出物を増加させずに動力と燃料能率の増加を達成しよう
とする際に慣用の内燃機関が遭遇する欠陥を克服する、内燃機関におけるエンジ
ン制御系と放電発生装置の組み合わせを提供する。本発明の一つの代表的な例に
おいて、電子制御モジュールが内燃機関に連結されかつ燃焼室への燃料流れを制
御して、約20:1〜45:1の範囲の気燃比を有する空気燃料混合物になるよ
うにプログラムされている。放電発生装置が空気燃料混合物の爆発のための燃焼
室に隣接して設けられている。放電発生装置は、約12.56mm2またはそれ以
上の表面積を有する火花面のある拡大された第一の電極を有する。火花面は約1
.8mmまたはそれ以上の放電間隙により接地電極から離れて間隔を置いている。
放電発生装置は、より急速な燃料爆発のための、より短い火炎正面成長期間およ
び空気燃料混合物の実質的に完全な燃焼のための間隙を横切る拡大された高い電
力の熱い火花を発生させ、それにより動力の減少なしで燃料能率を増加させかつ
エンジン放出物を減少させる。
一実施例では、電子制御モジュールは、気燃比を20:1〜45:1の範囲内
の選択された値に維持するためにエンジンの燃料送出し系を制御するようにプロ
グラムされた取り外し可能なコンピュータチップを有する。点火プラグは、約4
mmまたはそれ以上の直径を有しかつ1.8mmまたはそれ以上の放電間隙を有する
中心電極を有する。接地電極は中心電極の火花面から軸方向に間隔を置いた火花
接地面を有し、火花接地面は火花面の表面積と同じかまたはそれより大きい表面
積を有する。したがって、中心電極の火花面、接地電極の火花接地面および間隙
は約22.61mm3またはそれ以上の容積を有する拡大された爆発面積を区画す
る。
本発明はまた、空気燃料混合物を内燃機関の燃焼室で爆発させる方法を提供す
る。その方法は、一実施例では、約20:1またはそれ以上の気燃比を有する空
気燃料混合物を燃焼室へ供給し、一対の軸方向に間隔を置いた電極の間に約1.
8mmまたはそれより大きい放電間隙を横切る一つまたはそれ以上の放電を発生さ
せ、その際一対の電極のうちの一つは約12.56mm2の火花面を有し、そして
空気燃料混合物を一つまたは複数の放電で爆発させることを含む。
図面の簡単な記載
第1図は隠された線で示した複数の点火プラグおよび本発明によりエンジンに
接続された電子制御モジュールを有する内燃機関の概略図である。
第2図は第1図のエンジンの燃料送出し系の概略図である。
第3図は第1図のエンジンの燃料噴射器および関連
した燃焼室の拡大された概略横断面図であり、点火プラグは燃焼室に隣接して示
してある。
第4図は第1図の電子制御モジュールの拡大した部分破断等角投影図であり、
モジュール外側ハウジングの部分はコンピュータチップを示すために破断して示
してある。
第5図は第1図の電子制御モジュールのそれに代わる実施例の拡大した部分破
断等角投影図であり、モジュールの外側ハウジングの部分はコンピュータチップ
を示すために破断して示してある。
第6図は第3図の点火プラグの拡大側面図である。
第7図は第6図の点火プラグの接地電極と中心電極の拡大した側面等角投影図
であり、選択された時間内で発生した複数の火花が燃料爆発領域に示されている
。
第8図は中心および接地電極を有する慣用の従来技術の点火プラグの部分側面
図であり、電極がその間でアークを描く火花とともに示されでいる。
第9図は第1図の点火プラグのそれに代わる実施例の部分破断側面図である。
第10図は第9図の点火プラグの中心電極の拡大底面図である。
第11図は第1図のエンジンの別の燃料送出し系を示す概略図であり、燃料送
出し系はそこにキャブレータを有する。
発明の詳細な記載
本発明による内燃機関に連結されたエンジン制御系
と点火プラグの実施例を以下添付図面を参照して述べる。第1図に最もよく見ら
れるように、内燃機関12のエンジン制御系10は燃料送出し系14に作用連結
されている。エンジン制御系10は、車両15に取り付けられかつエンジン12
に作用連結された「オンボードコンピュータ」とも呼ばれる電子制御モジュール
(ECM)を有する。エンジン制御系10は、燃料送出し系14を通る燃料流を
含むエンジン12の作用パラメータ、およびエンジンの燃焼室17への選択され
た気燃比をもつ気燃混合物の送出しを制御しかつ監視する。エンジン制御系10
は、エンジンに取り付けられた点火プラグ18による火花発生のタイミングおよ
び気燃混合物の爆発も制御する。エンジン制御系10と点火プラグ18はこの代
表的な実施例では、本発明のエンジン制御系と点火プラグのない同様な大きさの
エンジンに比較してエンジン12は動力が増加してエンジン放出物が減少すると
ともに燃料能率の高い仕方で作動するように組み合わされる。
第2図に最も良く見られるように、代表的な実施例の燃料送出し系14は、燃
料管24に連結された複数の燃料噴射器22を有する燃料噴射系20を含む。燃
料管24は燃料ライン26に作用連結され、この燃料ライン26は次いで燃料タ
ンク28に連結され、したがって燃料ラインと燃料管は燃料タンク28からガソ
リンを燃料噴射器22へ運ぶ。燃料ライン26は、ガソリンを燃料タンク28か
ら燃料噴射器22の方へく
み上げる燃料ポンプ30を有する。燃料ポンプ30は、ガソリンが燃料噴射器2
2へ進んで燃料噴射器を通る速度をECMが制御するようにECM16に作用連
結されかつこれにより制御される。燃料フイルタ32は、ガスが燃料噴射器22
に到達する前に不純物を取り除いて燃料噴射器が詰まるのを避けるために燃料が
燃料ラインを通って流れる際にガソリンを濾過するために燃料ライン26に連結
されている。
第3図に最も良く見られるように、各燃料噴射器22は、ガソリンと空気を混
合するための混合域を与えるためにガソリンを吸気マニホルド32へ送り出し、
吸気マニホルドはエンジン12の燃焼室17のうちの一つと連通している。燃料
噴射器22は、吸気マニホルド32の中へ突出する慣用の噴射器ノズル34を有
する。噴射器ノズル34は燃料管24からガソリンの一部を受けてそれを吸気マ
ニホルド32へ向けて非常に微細に霧化された燃料を作る。微細に霧化された燃
料は吸気マニホルド32内の空気と組み合わされ、気燃混合物は点火プラグ18
による爆発のために燃料室17に入る。
エンジン12は、排気マニホルド36、吸気マニホルド32に連結されたフィ
ルタ38、吸気弁40および排気弁42を有する。エンジン12はまた燃焼室1
7の下にピストンシリンダ46を有する慣用のエンジンブロック組立体44と、
シリンダ内を往復動するピストン48とを有する。本発明による点火プラグ18
は燃焼室17の頂部に位置している。
本発明により作用する噴射器ノズル34は選択された量の燃料を吸気マニホル
ド32の中へ噴射して、選択された気燃比で空気と混合して非常に貧弱な気燃混
合物を与える。気燃混合物は燃焼室17へ進み、そこでその上昇行程中ピストン
48により圧縮され、気燃混合物は、シリンダ46内のピストンの位置に対して
選択された時間に点火プラグ18により爆発される。点火プラグ18はECM1
6に作用連結されていて、ECMはシリンダ46内のピストンの位置に対して点
火プラグによる放電を発生するためのタイミングを制御する。本発明の改良され
た点火プラグ18の詳細はECM16の説明に続いて以下に述べる。
第4図に最も良く見られるように、ECM16は、プリント回路板54に取り
付けられた複数の慣用のコンピュータ構成要素56を含む保護外側ハウジング5
2を有する。特別にプログラムされた主要コンピュータチップ58またはプログ
ラム可能なリードオンレイメモリ(PROM)の形態のメモリ装置が、プリント
回路板54から延びている複数のコネクタピンにより接続されている。コンピュ
ータチップ58は、本発明のエンジン制御系10の部分として作用するときに性
能の所望のバランス、燃料能率および放出物特性を達成するためにエンジンの配
列に対応する複数の指令、キャリブレーションデータおよび他のエンジン作動パ
ラメータでプログラムされている。
ECM16は、主要コンピュータチップ56が故障の場合に使用される慣用の
バックアップエンジン作動パラメータでプログラムされるバックアップコンピュ
ータチップ62も有する。このバックアップコンピュータチップ62は、エンジ
ンがピーク性能より実質的に小さい性能のときに作動するけれども、一例として
、車両がサービスステーションまたは修理ショップへ駆動されることができるよ
うになっている「リンプホームチップ」と呼ばれる。
第5図に最も良く見られるように、これに代わる実施例において、ECM16
は、回路板ブリッジ68から延びる複数のコネクタピン66により接続された車
両15のための慣用の工場でプログラムされたコンピュータチップ64を有する
。ブリッジ68は、本発明を備えていない車両のために、工場でプログラムされ
たコンピュータチップ64が差し込まれるのが通常であるプリント回路板54か
ら延びるコネクタピン60の上へ取り外し可能に差し込む。したがって、工場で
プログラムされたコンピュータチップ64は、本発明のECMプリント回路板5
4にブリッジ68を経て依然として作用連結されている。
本発明による補足コンピュータチップ70がブリッジ68に取り付けられかつ
ブリッジを経てECMプリント回路板54に作用連結されている。補足コンピュ
ータチップ70は、特別な形式の車両15のための気燃比、燃料表、点火タイミ
ング表、およびシステム活
動設定を含む選択された指令およびキャリブレーションデータでプログラムされ
ている。補足コンピュータチップ70は、工場でプログラムされたコンピュータ
チップ64の指令およびキャリブレーションデータを支配するように慣用の仕方
でプログラムされ、したがってECM16は補足コンピュータチップからの指令
およびキャリブレーションデータを利用した。補足コンピュータチップ70また
は工場でプログラムされたチップ64が何かの理由のために作用するのをやめた
場合に、この代わりの実施例では、ECM16により使用されるように慣用の「
リンプホーム」チップ62も設けられている。
第4図に示した実施例の特別にプログラムされたコンピュータチップ58およ
び第5図に示したそれに代わる実施例の補足コンピュータチップ70は、ECM
が約20:1から45:1までの範囲の気燃比を有する気燃混合物を与えるため
に制御している特別なエンジンのためのデータパラメータでプログラムされてい
る。多くの車両製造業者が広範囲の車両モデルのための同様なエンジン配置を使
用しているので、実質的に同じ指令およびキャリブレーションデータを有する同
様にプログラムされたコンピュータチップを、同様なエンジン配置を有する全て
の形式のために用いることができる。一例として、一組の指令およびキャリブレ
ーションデータを広範囲のシボレー車両に用いることができると共に、第二組の
指令とキャリブレーション
データを広範囲のフオード車両に用いることができる。結果として、本発明は、
慣用のエンジン出力と燃料能率を増加するとともに、放出物を減少させるために
用いられる改装製品として大いに効果的である。
さらにもう一つの代わりの実施例(図示せず)において、ECM16がプログ
ラム可能な、消し得るおよび再プログラム可能な、フラッシュEEPROMのよ
うな永久PROMの形態のメモリ装置を有する。本発明をその最初の製造中車両
に組み込むときに、選択された指令とキャリブレーションデータがEEPROM
に始めから組み込まれる。本発明が改装過程で設置されるときに、EEPROM
を消して慣用技術により再プログラムし、選択された指令とキャリブレーション
データを組み込む。
第4図と第5図に示したECM16の構造構成要素は第5図に示したブリッジ
68を除いて、慣用の構成要素であり、これらの慣用の構成要素は慣用の方法で
相互接続される。さらに、プログラムされたコンピュータチップ58、リンプホ
ームチップ62におけるコンピュータプログラム構造も慣用のものである。した
がって、ECMの構造的な構成要素とプログラム構造をさらに述べない。しかし
ながら、予めプログラムされたコンピュータチップ58と補足コンピユータチッ
プ70は、慣用の工場でプログラムされたECMにおけるPROMに与えられて
いない、以下述べる指令、作動特性およびキャリブレーションデータを含む。
一つの典型的な実施例では、ECM16および350hp,8-シリンダエンジン(
以下、350 Chevyエンジンと呼ぶ)を有する1992シボレートラックには、ECM
(第4図)に設置したコンピュータチップ58および本発明の点火プラグ18(
第3図)が設けられている。コンピュータチップ58は約20:1またはそれ以
上の気燃比、好ましくは20:1から45:1までの範囲、いっそう好ましくは
約30:1の範囲の気燃比を与えてそれを維持するようにプログラムされている
。ここで用いる「気燃比」は、標準産業実施による標準温度と圧力の与えられた
重量の空気/燃料の等価なべーパー形態としての空気対燃料の重量比(通常ポン
ド対ポンドまたはキログラム対キログラム)である。慣用の点火プラグ用いる同
様な350 Chevyエンジンに使用される慣用のプログラムされたコンピュータチッ
プでは、コンピュータチップは約10:1から14.7:1の気燃比を与えてそ
れを維持するようにプログラムされている。したがって、本発明を組み込んであ
るエンジンのためのコンピュータチップ58の中へプログラムされる気燃比は慣
用的にプログラムされるコンピュータチップの気燃比より実質的に高い(または
より貧弱である)。第5図に示したそれに代わる実施例では、1992シボレー
のための工場でプログラムされたコンピュータチップ64およびECMプログラ
ム構造は、補足コンピュータチップの気燃比のために使用できる最大数値が25
.5:1であるようなものであ
る。本発明の典型的な実施例は25.5:1以上の気燃比、例えば約30:1を
用いるので、補足コンピュータチップ70はより少ない燃料を使う小型のエンジ
ンのために用いられるのが典型的である他の指令およびキャリブレーションデー
タでプログラムされる。結果として、補足コンピュータチップ70は25.5:
1の気燃比を達成するための350Chevyエンジンに通常与えられるよりいっそ
う少ない燃料を、大型のエンジンに与え、それによってエンジンの作動中実際の
気燃比はいっそう高くなる。一例として、工場の設定と異なる一定の基本パルス
幅でプログラムされ、それにより燃料噴射器が開いたままでいる時間を変える。
350Chevyエンジンのために、基本パルス幅が135から129の工場設定値から変
更され、それにより燃料噴射器がサイクル毎にガソリンを吸気マニホルドの中へ
噴射する時間を減少させる。したがって、補足コンピュータチップ70は、たと
えその気燃比の値が最大の利用できる設定数値の25.5:1のより大きいとし
ても、約30:1の有効気燃比を与えるようにプログラムされている。
二つの典型的な実施例の予めプログラムされたコンピュータチップ58(第4
図)および補足コンピュータチップ70(第5図)もエンジンの排気ガス再循環
(EGR)系を制御する。EGR系をONにすると、その系は、排気ガス中にあ
る未燃燃料を燃やそうとして排気ガスを吸気マニホルドの中へ戻すように再循環
させる。本発明で用いられた予めプログラムされたコンピュータチップ58(第
4図)は、EGR系がOFFのままでいるようにプログラムされているので、排
気ガスの再循環はない。薄い気燃混合物が、以下述ベる点火プラグにより発生さ
れた放電により実質的に完全燃焼されるので、EGR系は活動されない。したが
って排気物再循環は必要でない。
補足コンピュータチップ70(第5図)でプログラムされたEGRデータは、
エンジンの作動条件がEGR系を活動させるデータパラメータに到達しないよう
に設定されている。したがって、EGR系はOFFのままである。また、補足コ
ンピュータチップ70は、工場でプログラムされたコンピュータチップ64に設
けられたEGR系診断プログラムを無能にするようにプログラムされており、し
たがって診断プログラムは車両作動中進行しない。比較のために、工場でプログ
ラムされたコンピュータチップ64(第5図)の工場設定値は、EGR系がエン
ジンの速度、温度、スロットル位置およびマニホルド圧力に応じてONとOFF
にされるようなものであり、したがってEGR系は、本発明が組み込まれていな
いエンジンを用いると大部分の正常駆動条件中ONにされるだろう。
工場でプログラムされたコンピュータチップ64の工場設定値は、エンジンの
複数のセンサにより与えられるデータを監視するために種々の駆動条件でONと
OFFにされるブロックラーンメモリ(BLM)プロ
グラムも有する。BLMプログラムは、慣用の方法で、特別なデータパラメータ
を修正して、所望の値(例えば14.7:1の工場設定値)に維持する。
予めプログラムされたコンピュータチップ58(第4図)を用いた本発明の実
施例では、予めプログラムされたコンピュータチップは、気燃比を30:1を含
めて、約20:1から45:1までの範囲の選択された値に維持するBLMプロ
グラムを含む。第5図に示したこれに代わる実施例では、工場で予めプログラム
されたコンピュータチップ64を支配しかつBLMプログラムをOFFにしたま
まにするようにプログラムされている。
予めプログラムされたコンピュータチップ58(第4図)および補足コンピュ
ータチップ70(第5図)が、空気と混合するために吸気マニホルドに与えられ
る燃料の量を制御して選択された気燃比を維持する、燃料表でプログラムされる
。燃料表の値は、エンジン速度とマニホルド圧力に応じて与えられる。表1に最
もよく見られるように、本発明を組み込んである35OChevyエンジンのための燃料
表は400rpmから4800rpmまでの範囲にわたるエンジン速度でおよび200KPaから100
KPaまでの範囲にわたるマニホルド圧力に対し与える。図示した燃料表は、約3
0:1の気燃比を維持する燃料値を有する。比較のために、表2は、本発明で修
正される前の同じ350Chevyエンジンのためのマニホルド圧力および同じエン
ジン速度のための標準燃料値
を有する完全な表を与える。
表1−燃料表表2−燃料表 従来技術 表1と2の間を比較すれば分かるように、作動条件ごとに、本発明を設置した
(表1)350Chevyエンジンのための燃焼室に、本発明のない(表2)同じエ
ンジンのための燃焼室より少ない燃料が与えられている。本発明を設置した35
0Chevyエンジンの試験の示す所によれば、約30%から80%の燃料能率の増
加を示したが、本発明のない同じエンジンと比較して、なお出力の増加とエンジ
ン放出物の減少を達成した。
予めプログラムされたコンピュータチップ58(第4図)と補足コンピュータ
チップ70(第5図)の各々が、点火プラグで火花を発生させるために、15,000
ボルトコイルのような慣用のコイルから電流が点火プラグ18(第3図)に与え
られるときに制御する点火タイミング表でプログラムされる。火花発生のための
タイミングは、エンジンのマニホルド圧力とエンジン速度に応じている。室内の
ピストンの位置に対する火花発生のためのタイミングは、ピストンの上死点位置
(すなわち、ピストン行程の頂部)の前の度数として慣用の仕方で点火タイミン
グ表に表されている。したがって、点火タイミング表の0(ゼロ)の値は上死点
における点火発生を示す。
本発明が設置された350Chevyエンジンのための典型的な点火タイミング表
は表3に示してある。比較のために、本発明のない同じ350Chevyエンジンの
ための工場設定値を有する点火タイミング表を表4に示してある。
表3−点火タイミング表
表4−点火タイミング表 従来技術 予めプログラムされたコンピュータチップ58(第4図)および補足コンピュ
ータチップ70(第5図)の各々の点火タイミング表は、ピストンが上死点前の
少なくとも11度にまたは11度内にあるときに点火プラグ18(第3図)が火
花を発生させて、気燃混合物を爆発させるように適合されている。結果として、
本発明が設置されている350Chevyエンジンは、貧弱な気燃混合物のより少な
い燃料を燃焼させるときに、出力の増加を達成する。
表3と表4の間を比較すると、予めプログラムされたコンピュータチップ58
(第4図)または補足コンピュータチップ70(第5図)の点火タイミング表は
、同じマニホルド圧力とエンジン速度について本発明のない慣用のエンジンで典
型的に起こるよりピストンが上死点のいっそう近くにあるときに火花が発生する
ように設定されている。例外は、より低いエンジン速度(800〜1200rpm
)で、より高い圧力(90KPa-100KPaの間)のときにのみ起こる。
また、本発明により、本発明がエンジンに組み込まれてないときより低い温度
で運転することができる。試験の示すところによれば、350Chevyエンジンの
排気マニホルドにおける排気温度は、本発明のない同じ350Chevyエンジンの
排気温度に比較して、約44.9%〜46.7%だけ減少した。本発明が設備さ
れた350Chevyエンジンは約319°Fから360°Fの排気温度があったが
、本発明のないかつ工場の設定値を有する同じエンジンは同じ時間間隔を運転す
ると約535°Fから600°Fの排気温度であった。したがって、本発明を設
備したエンジンは著しく低い温度で作動する。さらに、これらの減少した排気温
度のため、エンジンの運転中のNOx の生成と放出が減少する。
前述したように動力の増加と放出物の減少した燃料能率を達成するために、2
0:1〜45:1の気燃比を有する気燃混合物が、本発明の点火プラグ18から
の拡大された高いエネルギー放電により爆発して、気燃混合物の急速なかつ実質
的に完全な燃焼が達成される。第6図に最も良く見られるように、点火プラグ1
8は金属外筒80と磁気碍子84を有し、その外筒の下端からねじ付き金属下方
体82が延びている。磁気碍子84はねじ付き下方体82を通り、金属外筒80
を通りそして金属外筒の上部から上方へ突出している。頂部の端子86は磁気碍
子84を通って上方へこれを越えて延びている。頂部端子86は慣用の点火プラ
グワイヤ(図示せず)に接続するようになっており、この点火プラグワイヤは、
点火プラグ18に電流を与える慣用の15,000ボルトコイルのような慣用のコイル
(図示せず)に接続されている。
頂部端子86は中心電極88に電気的に接続され、この中心電極88は磁気碍
子84を通って下方へ延びて磁気碍子84の下の位置で終わっている。中心電極
の底端部は、接地電極92から軸方向に離れて間隔を置いており、接地電極92
は点火プラグ18のねじ付き下方体82に接続されている。中心電極の火花面9
0は、火花間隙とも呼ばれる、拡大放電間隙94により接地電極92から間隔を
置いている。
中心電極88はほぼ円筒状の導電部材であり、火花面90はほぼ4.0mmから
7.5mmの範囲の直径を有し、4.0mm〜6.7mmの範囲の直径がもっと好まし
く、4.0mmから4.5mmの範囲がもっといっそう好ましい。第6図に示した一
つの典型的な実施例におい
て、中心電極の火花面90はほぼ4.0mmの直径を有する。中心電極88はその
長さに沿ってほぼ一定の直径を有するが、これに代わる実施例はその上に火花面
90を含む拡大した底端部を有する中心電極を有し、中心電極の残りはより小さ
な横断面積を有する。
例証のために、慣用の点火プラグ204の中心電極200と接地電極202を
第8図に示してある。慣用の中心電極200は約2.0mmの直径を有する。本発
明の典型的な実施例の点火プラグ18(第6図)を慣用の点火プラグ204(第
8図)と比較すると、代表的な実施例の中心電極88とその火花面90は、慣用
の点火プラグの中心電極200より約2.0〜・3.75倍である直径を有する
。中心電極88の横断面積と火花面の表面積は約12.568mm〜44.156
mm2であり、これは慣用の点火プラグの中心電極200の3.142mm2より約4
.0から14.053倍大きい。
典型的な実施例の点火プラグ18は、鋼合金であるインコネル600で作られ
た中心電極88を有する。これに代わる実施例では、中心電極88はプラチナ、
銀、鋼または他の金属合金を含む他の導電性材料で作られている。
第7図に最もよく見られるように、本発明の接地電極92がL形でありかつ一
端でねじ付き下方体82に連結されている。接地電極92は、火花接地面98を
有するほぼ円筒形の自由端部分96を有し、火花接地
面98は中心電極の火花面90から放電間隙94だけ軸方向に間隔を置いている
。接地電極の自由端部分96とその火花接地面98は約4.0mm〜7.5mmの範
囲の直径を有する。比較のために、第8図に示した慣用の接地電極202は、約
2mm〜3mmの幅の自由端を有する。
第6図と第7図に示した接地電極の火花接地面98は、中心電極の火花面90
の表面積に実質的に等しいかまたはそれより大きい表面積を有する。典型的な実
施例では、中心電極の火花面90と接地電極の火花接地面98はほぼ平らであり
かつ互いに平行でありかつ約4.5mmの直径を有する。したがって、火花面90
と火花接地面98は、その間で放電がエンジンの作動中アークを描くほぼ同じ表
面積を有する。
火花面90と火花接地面98の間を延びている点火間隙94は少なくともほぼ
1.8mmの長さを有し、いっそう好ましくは約2.0mm〜3.0mmの範囲にある
。典型的な実施例では、火花間隙94は約2.0mmである。比較のために、第8
図に示した慣用の点火プラグ204の火花間隙206は約0.8mmである。した
がって、点火プラグ18の典型的な実施例の点火プラグ18の火花間隙94は慣
用の火花間隙より約2.25倍から3.75倍大きい。拡大された火花間隙94
は中心電極の火花面および接地電極火花接地面98と組み合わされて、放電が点
火プラグ18の作用中広がるほぼ22.62mm3の容積またはそれ以上の容積を
有
する拡大された円筒形の爆発面積100を区画する。
中心電極の拡大された火花面90と組み合わせた本発明の点火プラグ18の拡
大された火花間隙94は、電圧が火花間隙におけるガスまたは空気/燃料混合物
のイオン化点に到達する前に中心電極の火花面90上に電荷がより大きく結集す
ることを考慮に入れている。一度イオン化点に到達すると、電荷が一つまたはそ
れ以上の放電の形態で間隙を横切って飛び越える。したがって、中心電極の火花
面90の拡大された表面積は、より多くのエネルギーを蓄えることができかつイ
オン化点に到達すると、ほぼ同時に釈放されることができ、それにより中心電極
と接地電極88と92の間に高いエネルギーが放電することになる。したがって
、点火プラグ18の火花間隙94を横切ってアークを描く放電がいっそう大きく
、熱くかつ慣用の点火プラグから発生した火花よりいっそう強力である。
点火プラグ18により発生した、拡大された熱い強力な放電により、燃焼室内
の薄い気燃混合物のいっそう急速な爆発が引き起こされ、それによってエンジン
からのいっそう大きな出力と空気燃料混合物による急速な火炎前面成長が与えら
れる。空気燃料混合物の多くが同時に爆発され、混合物の残余を燃やすのに必要
な時間がいっそう少ないので、爆発はいっそう急速である。拡大された、熱い強
力な放電のため、薄い空気燃料混合物の実質的な完全燃焼になり、それによりエ
ンジンからの放出物が最小になる。
比較のために、第8図に示した慣用の点火プラグ204は0.8mmの小さな間
隙およびいっそう小さな火花面を有する中心電極を有し、この小さな火花面は火
花間隙206内のガスまたは空気/燃料混合物のイオン化点に到達するために中
心電極200にいっそう少ないエネルギーを必要とする。したがって、より少な
くて強力な、細い火花208は火花間隙を飛び越えるのに充分である。より少な
い強力な火花は、大気圧条件で青いまたは部分的にオレンジ色を有するのが典型
的である。火花が120psiのような圧縮下につくられるときに、低い動力の火
花が減らされて見るのがむずかしい。
試験の示すところによれば、雰囲気条件で本発明の点火プラグ18が、拡大さ
れた火花間隙94を横切るアークを描く大きな白い放電を発生する。白い放電は
いっそう熱くて高いエネルギーでありかつ慣用の点火プラグにより与えられる青
いまたはオレンジ色の火花より一層強力な放電である。本発明の点火プラグの白
い放電はまた、慣用の点火プラグの青いまたはオレンジ色の火花の長さのざっと
2.25倍から3.75倍である長さを有する。したがって、本発明の点火プラ
グ18は、実質的に同時のいっそう多くの気燃混合物の爆発のための増加した表
面積を有する高いエネルギー、熱い放電をつくり、それにより燃焼室内で実質的
に全ての気燃混合物を爆発させるためにいっそう少ない時間を必要とする。また
、試験の示すところによれ
ば、点火プラグ18により発生した大きな白い放電がいっそう明るくなりかつ1
20psiまでのような、圧縮下でむくむく立ち上がる煙となって現れるかまたは
半径方向に膨張する。したがって、点火プラグ18の性能は圧縮下で減らされるよ
りもいっそう高められるように思われる。
さらに、試験の示すところによると、1秒の1/60または1/125のよう
な選択された時間内で、約120psiの圧縮条件下の点火プラグ18は複数の高
いエネルギーの白い放電が爆発領域に発生する。点火プラグ18は、慣用の点火
プラグを駆動するために用いられるのが典型的な慣用の15,000ボルトから30,000
ボルトコイルまでの電流からこれらの放電をつくる。したがって、点火プラグ1
8は、本発明の利益を達成するために車両の中へ改装されるときに用いられるい
っそう高い電圧コイルを必要としない。
電圧試験の示すところによれば、約2.0mmの火花間隙94だけ接地電極の火
花接地面98から離れるように軸方向に間隔を置いた4.5mmの直径火花面90
のあるインコネル600中心電極88を有する代表的な実施例の点火プラグ18
は、ほぼ大気圧条件で火花間隙94を横切る高いエネルギーの白い放電を発生す
るために3キロボルト(KV)しか必要としない。同じ点火プラグ18が、約1
20psiのときに火花間隙94を横切る放電を発生するために6KVを必要とし
た。
同じ電圧試験は、ACCEL,A/C Delco,スプリットファイアおよびシルバーストーン
点火プラグを含む四つの慣用の点火プラグでもって実施され、その点火プラグの
各々は約0.76 mm〜0.8mmの充分小さな火花間隙をもっていた。ACCEL点火プラ
グは大気圧条件で点火するために3KVを必要としそして120psiで点火する
ために4KVを必要とした。A/C Delco点火プラグは大気圧条件で点火するのに
5KVを必要とし、120psiで点火するのに8KVを必要とした。スプリット
ファイアは大気圧条件で点火するのに6KVを必要とし、120psiで点火する
のに9KVを必要とした。シルバーストーン電極を有するシルバーストーンは大
気圧で点火するのに7KVを必要としかつ120psiで点火するのに10KVを
必要とした。
本発明の点火プラグ18により、エンジンは慣用の点火プラグを用いた同じエ
ンジンより低い温度で運転することができる。点火プラグ18は、慣用の点火プ
ラグより急速に空気燃料混合物を爆発させる、より大きく、より熱い、より高い
エネルギー放電を発生させる。結果として、より多くの空気燃料混合物が実質的
に同時に爆発し、火炎前方成長がいっそう急速であり、したがって空気燃料混合
物を実質的に完全に燃やすのに、より少ない時間が必要である。さらに、いっそ
う大きな、より熱い、高いエネルギー放電がいっそう多くの熱エネルギーを空気
燃料混合物に運び、それにより火炎前方成長を加速しかついっそう有効でかつ完
全
な燃焼を与える。さらに、燃焼により発生した多くの熱または熱エネルギーが、
ピストンをシリンダ内の下降行程で駆動する運動エネルギーに変換される。した
がって、排気温度はより低くかつエンジンはより低温で運転する。
第3図に最もよく見られるように、点火プラグ18は拡大された中心電極88
および接地電極92とともに燃焼室17の頂部に位置決めされる。点火プラグ1
8は拡大された白い高いエネルギー放電を発生させ、貧弱な空気燃料混合物を爆
発させ、それにより下降行程中ピストンシリンダ29内のほぼ上死点からピスト
ン30を駆動してエンジンからの増加した動力を達成する。
約30:1の気燃比を与えるように形成されているECMを有しかつ本発明の
改良された点火プラグ18を有する350Chevyエンジンを備えた車両を試験し
たところ、種々の駆動条件について約30%〜80%の動力増加を示した。35
0Chevyエンジンの放出物の試験も、アイドリング(800rpm)で100万(ppm)
当たり161部から6ppmまでおよび巡回(2400rpm)で18ppmから3ppmまで
のエンジンの炭化水素放出物の減少を示した。一酸化炭素のエンジンの放出物は
アイドリングで0.06%から0.0%におよび巡回で0.03%から0.0%
に減少した。したがって、本発明を設置したエンジンは動力と燃料効率の増加お
よび放出物の減少を示した。
第9図に最も良く見えるように、本発明の他の実施例の点火プラグ110は下
方体114を有する金属外筒112を有し、下方体114はねじ付き下端部11
6を有する。磁気碍子118が金属外筒112を通って金属外筒112の上部か
ら遠ざかるように延びている。頂部端子120が磁気碍子118の頂部から突出
しており、頂部端子は、磁気碍子とねじ付き下方体114を通って下方へ延びる
中心電極122に連結されている。磁気碍子118は、中心電極122を金属外
筒112から絶縁するように金属外筒のねじ付き下方体114を通って延びる下
方絶縁スリーブ124を有する。
中心電極122は軸部126を有し、この軸部は頂部端子120から下方絶縁
スリーブ124を通って延びて、拡大した底端部128で終わっている。中心電
極の底端部128は、拡大された放電間隙134により接地電極132から離れ
るように間隔を置いている。図示の実施例では、中心電極の軸部126は約3mm
の範囲の直径を有し、かつ中心電極の底端部128は約4.0mmから7.5mmの
範囲の直径を有する。これに代わる実施例(図示せず)では、軸部を底端部から
区別する寸法上の差がないように、約4.0mmから7.5mmの範囲の直径を有す
る。
第9図に最も良く見られるように、中心電極の底端部128は下方絶縁磁気ス
リーブ124の下端138内にへこんでいる。絶縁スリーブ124は中心電極の
底端部128を通り、金属外筒のねじ付き丁方体114を通って延びて、底端部
128と接地電極132の間の位置で終わっている。したがって、底端部の火花
面130は選択された距離だけ下方絶縁スリーブの下方体138内でへこんでい
る。第9図の実施例では、底端部の火花面は約0.5mmの距離だけ碍子スリーブ
の下端130内でへこんでいる。しかしながら、ほかの実施例について凹所の深
さは0.5mmより大きいかまたは小さい。
へこんだ火花面130は接地電極132に面しており、したがって点火プラグ
110により発生した放電はねじ付き下方体114に作用することなく火花面と
接地電極132の間を延びている。図示の実施例では、火花面130は約3.0
mmの放電間隙134を区画するように接地電極132から離れている。これに代
わる実施例では、放電間隙134は少なくとも2.5mmまたはそれ以上である。
この実施例の点火プラグ110は慣用のエンジンの中へ容易に改装できるよう
に考慮した外側寸法と形状を維持している。なぜなら、増加した間隙寸法を達成
するために慣用の点火プラグより点火プラグのねじ付き下方体114から実質的
に遠く離れるように延ばされていないからである。結果として、点火プラグ11
0は、間隙134を横切って延びる拡大された高いエネルギー放電を考慮した大
きな火花面130を有する中心電極122となり、それによって薄い空気燃料混
合物の急速なかついっそう有効な爆発になる。
第10図に最も良く見られるように、中心電極の底端部128の代わりの実施
例は、接地電極に面する相対的に大きな表面積を与えるほぼ卵形のまたは円みの
ついたD形の火花面130を有する。火花面130について、拡大された高いエ
ネルギー放電を与える他の形状を用いることもできる。
第11図に最も良く見られるように、それに代わる実施例は、燃料の流量を計
測して、空気と混合されて燃焼室へ送り出される燃料の量を制御しかつ空気燃料
混合物の気燃比を制御するキャブレータ152を有する内燃機関150を備えて
いる。図示のキャブレータ152は、ニードルバルブ154、フロート室156
、フロート158、主要ジェット160、エアブリーダ162、改変された主ノ
ズル164、小さなベンチュリ166、大きなベンチュリ168、絞り弁170
、スロットル弁172、空気孔174および慣用の設計の加速ポンプ176を有
する固定ベンチュリキャブレータである。参照符号AとMはそれぞれ空気と空気
燃料混合物の方向性流れである。改変された主要ノズル164は、そこを通る燃
料の流れを制限して非常に薄い空気燃料混合物を与える。一方の実施例の主要ノ
ズル164は、燃料を通過させかつ空気と混合させて少なくとも20:1の空気
対燃料の比を与え、好ましくは約20:1から45:1の範囲の気燃比を与える
ように寸法決めされた出口孔である。
主要ノズル164から排出される微細に霧化された燃料が空気Aの酸素と混合
され、その結果としての空気燃料混合物Mがスロットルバルブ172によって進
められて燃焼室(図示せず)の中へ入る。キャブレータ152を有する実施例で
は、内燃機関150は、前述した拡大された高いエネルギー放電を発生する点火
プラグ18を有する。各点火プラグ18は燃焼室に放電をつくるように位置決め
されている。燃焼室内の空気燃料混合物Mは拡大された高い放電により爆発され
、空気燃料混合物が急速に爆発的にそして有効に燃やされて、増加した燃焼室能
率を維持しながら、エネルギー放出物を減少させて、増加した動力を発生する。
第3、6、7、9および10図に示した本発明の点火プラグ18は、燃料噴射
系またはキャブレータを有する慣用の内燃機関に改装過程として取り付けられる
ようになっている。したがって、既存の内燃機関は慣用の点火プラグを本発明の
点火プラグ18と置き換えることにより改装される。キャブレータまたは燃料噴
射系は人手によりまたはECMまたは他の制御組立体を修正して約20:1〜4
5:1の範囲内の気燃比を与えるように調整される。
したがって、本発明により、高い燃焼室燃焼能率と実質的に増加した燃料能率
が得られる。さらに、内燃機関はより低い温度で運転され、望ましくないガスの
放出が慣用のエンジンと比較して実質的に減らされる。結果として、触媒変換器
のような放出物を減らすため
の内燃機関の構成要素を除くことができる。さらに、本発明の燃料を供給する組
立体を備えた内燃機関は実質的に完全な燃料燃焼により炭素または同様なもので
汚染されない。さらに、排気マフラーへの汚染も少なくなる。
ここに開示された本発明の多数の改変と変形は当業者によりこの開示を考慮し
て考えられるだろう。それ故、改変、変形およびその均等物は次の請求の範囲に
より定義される発明の精神と範囲内にありながら実施できることを理解しなけれ
ばならない。
【手続補正書】
【提出日】1999年7月16日(1999.7.16)
【補正内容】
(1)「請求の範囲」を別紙の通り訂正する。
(2)「図面」を別紙の通り訂正する。
請求の範囲
1.燃料燃焼室(17)と、空気燃料混合物を燃焼室(17)へ送り出すために
燃焼室(17)と連通する空気燃料混合領域とを備えたピストンシリンダを有す
るエンジン(12)と、
エンジン(12)に連結されかつ燃料源(28)に連結された燃料送出し系( 14)
とを備え、この燃料送出し系(14)は選択された燃料の量を混合領域へ
送り出して空気と混合して空気燃料混合物を形成し、
さらに燃焼室(17)で放電を発生させるためにエンジン(12)に接続され
かつ位置決めされた放電発生装置(18)を備え、該放電発生装置(18)が、 中心電極(88、122)及び軸方向に離れて間隔を置かれた接地電極(92、 132)を有する点火プラグである
ところの、
燃料源(28)からの燃料により動力を供給される内燃機関組立体において、
該中心電極(88、122)が実質的に平らな火花面を有し、該火花面が約少 なくとも12.56mm2の表面積を有し、かつ該接地電極(92、132)が 、該火花面に平行でありかつ火花面に面している実質的に平らな接地面を有し
、
かつ該中心電極(88、122)と該接地電極(92、132)との間に約少な
くとも2.0mmの距離を有する放電間隙(94、134)があり、かつ該放電 間隙が
放電間隙(94、134)を横切る放電が発生すると空気燃料混合物を爆
発させるように位置決めされていることを
特徴とする内燃機関組立体。
2.燃料送出し系は、燃料噴射器と、燃料噴射器を燃料源に連結する燃料ライン
とを有し、燃料送出し系は燃料噴射器を通って流れる燃料の量を制御する燃料
流制御装置を有する、請求の範囲1の内燃機関組立体。
3.燃料流制御装置は、約少なくとも20:1の気燃比を与えるために燃料の量
を制御するための選択されたデータでプログラムされたメモリを有する電子制御
モジュールである、請求の範囲2の内燃機関組立体。
4.燃料送出し系により送り出される選択された燃料の量が、約20:1〜45
:1の範囲の気燃比を与える量である、請求の範囲1の内燃機関組立体。
5.該接地面が該火花面の表面積と実質的に等しいか又は該火花面の表面積より 大きい表面積を有する
、請求の範囲1の内燃機関組立体。
6.中心電極は約4.0mmの直径を有する請求の範囲5の内燃機関組立体。
7.中心電極はニッケル-クロム-鉄鋼合金電極である、請求の範囲5の内燃機関
組立体。
8.該中心電極(88、122)は約4.0mm〜7.5mmの範囲の直径を有
する、請求の範囲1の内燃機関組立体。
9.該放電間隙(94、134)は約2.0mm〜3.0mmの範囲の長さを有
する、請求の範囲1の内燃機関組立
体。
10.エンジンが、燃焼室(17)へ送り出される空気燃料混合物のための燃料
を供給する燃料送出し系(14)を有し、この燃料送出し系(14)は、空気燃
料混合物を形成するために燃料送り出しを制御する電子制御モジュール(16)
に接続されており、
電子制御モジュール(16)に接続可能なメモリ装置(58)を備え、このメ
モリ装置(58)は、空気燃料混合物の形成を制御するために選択されたデータ
でプログラムされ、かつ
燃焼室(17)に隣接するエンジンに連結可能な放電発生装置(18)を備え
、該放電発生装置(18)は中心電極(88、122)及び軸方向に離れて間隔 を置かれた接地電極(92、132)を持つ点火プラグであるところの
、
内燃機関に連結するための燃料節約兼動力増加組立体において、
該中心電極(88、122)が実質的に平らな火花面を有し、該火花面が約少 なくとも12.56mm2の表面積を有し、かつ該接地電極(92、132)が 、該火花面に平行でありかつ火花面に面している実質的に平らな接地面を有し、
かつ該中心電極(88、122)と該接地電極(92、132)との間に約少な
くとも2.0mmの距離を有する間隙(94、134)があり、該放電発生装置(18)
は空気燃料混合物を爆発させるために間隙を横切る放電を発生させるよ
うになっていることを特徴とする燃料節約兼
動力増加組立体。
11.メモリ装置(58)が電子制御モジュールに取り外し可能に接続可能なコ
ンピューターチップであり、このチップが少なくとも20:1の範囲の気燃比を
与えるために選択されたデータでプログラムされる、請求の範囲10の組立体。
12.該接地面が該火花面の表面積と実質的に等しいか又は該火花面の表面積よ り大きい表面積を有する、
請求の範囲10の組立体。
13.中心電極は約少なくとも4.0mmの直径を有する、請求の範囲12の組
立体。
14.間隙(94、134)は約2.0mm〜3.0mmの範囲の距離を有する
、請求の範囲10の組立体。15
.本体(114)と、
この本体(114)に連結されかつ開放した端部で終わっている絶縁体(12 4)
と、
絶縁体に連結されかつ本体と電気的な接触をしていない中心電極(88、12 2)
とを有し、この中心電極は一端に、絶縁体の開放した端部内で選択された距
離だけへこんでいる火花面を有し、ここで該火花面が約少なくとも12.56m m2の表面積を有することを特徴とし、
また
本体に連結されかつ中心電極の火花面に面する火花接地面を有する接地電極を
備え、前記火花接地面は絶縁体の開放した端部内で部分的に延びる火花間隙をそ
の間に区画するために選択された距離だけ中心電極の火花面から間隔を
置いており、ここで、該火花接地面は該火花面の表面積と実質的に等しいか又は 火花面の表面積より大きい表面積を有するところの
点火プラグ。16
.本体と、 この本体に連結されかつ開放した端部で終わっている絶縁体と、 絶縁体に連結されかつ本体と電気的な接触をしていない中心電極とを有し、こ の中心電極は一端に、絶縁体の開放した端部内で選択された距離だけへこんでい る火花面を有し
、該火花面は少なくとも約4.0mmの直径を有し、かつ 本体に連結されかつ中心電極の火花面に面する火花接地面を有する接地電極を 備え、前記火花接地面は絶縁体の開放した端部内で部分的に延びる火花間隙をそ の間に区画するために選択された距離だけ中心電極の火花面から間隔を置いてお り、ここで、該火花接地面は該火花面の表面積と実質的に等しいか又は火花面の 表面積より大きい表面積を有する点火プラグ。 17
.中心電極がニッケル-クロム-鉄鋼合金電極である、請求の範囲15の点火
プラグ。18
.本体と、 この本体に連結されかつ開放した端部で終わっている絶縁体と、 絶縁体に連結されかつ本体と電気的な接触をしていない中心電極とを有し、こ の中心電極は一端に、火花間隙があ るように、絶縁体の開放した端部内で選択された距離だけへこんでいる火花面を 有し、
この火花間隙は少なくとも約2.0mmであり、かつ 本体に連結されかつ中心電極の火花面に面する火花接地面を有する接地電極を 備え、前記火花接地而は絶縁体の開放した端部内で部分的に延びる火花間隙をそ の間に区画するために選択された距離だけ中心電極の火花面から間隔を置いてお り、ここで、該火花接地面は該火花面の表面積と実質的に等しいか又は火花面の 表面積より大きい表面積を有する点火プラグ。 19
.本体と、 この本体に連結されかつ開放した端部で終わっている絶縁体と、 絶縁体に連結されかつ本体と電気的な接触をしていない中心電極とを有し、こ の中心電極は一端に、火花間隙があるように、絶縁体の開放した端部内で選択さ れた距離だけへこんでいる火花面を有し、
この火花間隙は約2.0mm〜3.0
mmの範囲にあり、かつ 本体に連結されかつ中心電極の火花面に面する火花接地面を有する接地電極を 備え、前記火花接地面は絶縁体の開放した端部内で部分的に延びる火花間隙をそ の間に区画するために選択された距離だけ中心電極の火花面から間隔を置いてお り、ここで、該火花接地面は該火花面の表面積と実質的に等しいか又は火花面の 表面積より大きい表面積を有する点火プラグ
。20
.燃焼室に少なくとも20:1の選択された気燃比を有する空気燃料混合物
を供給し、
中心電極及び軸方向に離れて間隔を置かれた接地電極を有する放電発生装置を
持つ燃焼室内に放電を生じさせ、ここで該中心電極が実質的に平らな火花面を有 し、 該接地電極が、該火花面に平行でありかつ火花面に面している実質的に平らな 接地面を有し、
かつ少なくとも1.8mmの長さを有する選択された放電間隔が
あり、その火花面は少なくとも12.568mm2の表面積を有しており、そし
て
空気燃料混合物を放電で爆発させる工程を含む、内燃機関の燃焼室内で空気燃
料混合物を爆発させる方法。21
.空気燃料混合物を供給する段階が、約20:1〜45:1の範囲の選択さ
れた気燃比を有する空気燃料混合物を供給することを含む、請求の範囲20の方
法。22
.放電間隙が約1.8mm〜3mmの範囲の長さを有する、請求の範囲20
の方法。
【図1】【図2】
【図3】【図4】
【図5】【図6】
【図7】【図8】
【図9】【図10】
【図11】
─────────────────────────────────────────────────────
フロントページの続き
(81)指定国 EP(AT,BE,CH,DE,
DK,ES,FI,FR,GB,GR,IE,IT,L
U,MC,NL,PT,SE),OA(BF,BJ,CF
,CG,CI,CM,GA,GN,ML,MR,NE,
SN,TD,TG),AP(GH,KE,LS,MW,S
D,SZ,UG,ZW),UA(AM,AZ,BY,KG
,KZ,MD,RU,TJ,TM),AL,AM,AT
,AU,BA,BB,BG,BR,BY,CA,CH,
CN,CU,CZ,DE,DK,EE,ES,FI,G
B,GE,GH,HU,IL,IS,JP,KE,KG
,KP,KR,KZ,LC,LK,LR,LS,LT,
LU,LV,MD,MG,MK,MN,MW,MX,N
O,NZ,PL,PT,RO,RU,SD,SE,SG
,SI,SK,TJ,TM,TR,TT,UA,UG,
US,UZ,VN,YU
(72)発明者 カント,アーハン
アメリカ合衆国,グアム 96912,デドド,
サリスバリー ストリート 251
Claims (1)
- 【特許請求の範囲】 1.燃料源からの燃料により動力を供給される内燃機関組立体において、 燃料燃焼室と、空気燃料混合物を燃焼室へ送りだすために燃焼室と連通する 空気燃料混合領域とを備えたピストンシリンダを有するエンジンと、 エンジンに連結されかつ燃料源に連結された燃料送出し系とを備え、この燃 料送出し系は選択された燃料の量を混合領域へ送り出して空気と混合して空気燃 料混合物を形成し、その際選択された燃料の量は約少なくとも20:1の気燃比 を与える量であり、 さらに燃焼室で放電を発生させるためにエンジンに接続されかつ位置決めさ れた放電発生装置を備え、この放電発生装置は少なくとも約2.0mmの長さを有 する放電間隙により互いに間隔を置いた一対の電極を有しかつ放電間隙を横切る 放電が発生すると空気燃料混合物を爆発させるように位置決めされている内燃機 関組立体。 2.燃料送出し系は、燃料噴射器と、燃料噴射器を燃焼源に連結する燃料ライン とを有し、燃料送出し系は燃料噴射器を通つて流れる燃料の量を制御する燃料 流制御装置を有する、請求の範囲1の内燃機関組立体。 3.燃料流制御装置は、約少なくとも20:1の気燃比を与えるために燃料の量 を制御するための選択されたデータでプログラムされたメモリを有する電子制御 モジュールである、請求の範囲2の内燃機関組立体。 4.燃料送出し系により送りだされる選択された燃料の量が、約20:1〜45 :1の範囲の気燃比を与える量である、請求の範囲1の内燃機関組立体。 5.放電発生装置は、火花面を備えた中心電極と、放電間隙により火花面から間 隔を置いた火花接地面を有する接地電極とを有する点火プラグであり、火花面は 約少なくとも12.568mm2の表而積を有する、請求の範囲1の内燃機関組立 体。 6.中心電極は約4.0mmの直径を有する請求の範囲5の内燃機関組立体。 7.中心電極はインコネル600鋼合金電極である、請求の範囲5の内燃機関組 立体。 8.放電発生装置は、中心電極と、放電間隙により互いに間隔を置いた接地電極 とを有する点火プラグであり、中心電極は約4.0mm〜7.5mmの範囲の直径を 有する、請求の範囲1の内燃機関組立体。 9.放電発生装置は、中心電極と、放電間隙により互いに間隔を置いた接地電極 とを有する点火プラグであり、前記放電間隙は約2.0mm〜3.0mmの範囲の長 さを有する、請求の範囲1の内燃機関組立体。 10.内燃機関に連結するための燃料節約兼動力増加組立体において、エンジン は、燃焼室へ送りだされる空気燃料混合物のための燃料を供給する燃料送出し系 を有し、この燃料送出し系は、空気燃料混合物を形成するために燃料送り出しを 制御する電子制御モジュー ルに接続され、 電子制御モジュールに接続可能なメモリ装置を備え、このメモリ装置は、空気 燃料混合物が約少なくとも20:1の気燃比を有するように空気燃料混合物の形 成を制御するために選択されたデータでプログラムされ、 燃焼室に隣接するエンジンに連結可能な放電発生装置を備え、放電発生装置は 約少なくとも2.0mmの距離を有する間隙だけ互いに間隔を置いた一対の電極を 有し、放電発生装置は空気燃料混合物を爆発させるために間隙を横切る放電を発 生させるようになっている、内燃機関に連結するための燃料節約兼動力増加組立 体。 11.メモリ装置が電子制御モジュールに取り外し可能に接続可能なコンピュー タチップであり、PROMが約20:1〜45:1の範囲の気燃比を与えるため に選択されたデータでプログラムされる、請求の範囲10の組立体。 12.放電発生装置は、中心電極と、互いに間隙により間隔を置いた接地電極と を有する点火プラグであり、中心電極は約12mm2の表面積を有する火花発生面 を有する、請求の範囲10の組立体。 13.中心電極は約少なくとも4.0mmの直径を有する、請求の範囲12の組立 体。 14.放電発生装置は、中心電極と、互いに間隙により間隔を置いた接地電極と を有する点火プラグであり、前記間隙は約2.0mm〜3.0mmの範囲の距離を有 する、請求の範囲10の組立体。 15.燃料源から燃料により動力を供給される内燃機関組立体において、 燃料燃焼室を有するピストンシリンダ、空気入口および空気燃料混合物を燃焼 室へ送りだすために空気入口および燃焼室と連通する空気燃料混合領域を有する エンジンと、 エンジンおよび燃料源に連結された燃料送出し系を備え、この燃 料送出し系は燃料を燃料混合領域の方へ燃料を指向させる燃料送出しノズルを有 し、この燃料送出しノズルは空気燃料混合物に約少なくとも20:1の選択され た気燃比を与えるために空気入口からの空気と混合するために空気混合領域の中 へ選択された燃料の量を与えるように位置決めされ、また エンジンに連結されかつ燃焼室内で空気燃料混合物を爆発させるために燃焼室 で放電を発生させるように位置決めされ、放電発生装置は第一の電極および互い に間隔を置いてその間に放電間隙を区画するための第二の接地電極を有し、第一 の電極は約少なくとも4.0mmの直径を有する内燃機関組立体。 16.燃料送出し系が燃料噴射系である、請求の範囲15の内燃機関組立体。 17.燃料送出し系がキャブレータである、請求の範囲15の内燃機関組立体。 18.放電発生装置が点火プラグである、請求の範囲15の内燃機関組立体。 19.第一の電極が実質的に平らな火花面を有し、第二の電極が、火花面に平行 でありかつ火花面に面する 実質的に平らな火花接地面を有する接地電極である、請求の範囲15の内燃機関 組立体。 20.第一の電極がインコネル600鋼合金電極である、請求の範囲15の内燃 機関組立体。 21.火花発生装置は、本体部分と、本体部分に連結されかつ開放した端部で終 わる絶縁体とを有する点火プラグであり、第一の電極は絶縁体を通って延びて第 二の接地電極に面する火花面で終わっている中心電極であり、中心電極の火花面 は絶縁体の開放端部内で選択された距離だけへこんでいて、絶縁体の開放端部の 中へ部分的に延びている放電間隙を形成している、請求の範囲15の内燃機関組 立体。 22.選択された気燃比が約20:1〜45:1の範囲内にある、請求の範囲1 5の内燃機関組立体。 23.本体と、 この本体に連結されかつ開放した端部で終わっている絶縁体と、 絶縁体に連結されかつ本体と電気的な接触をしていない中心電極とを有し、こ の中心電極は一端に、絶縁体の開放した端部内で選択された距離だけへこんでい る火花面を有し、また 本体に連結されかつ中心電極の火花面に面する火花接地面を有する接地電極を 備え、前記火花接地面は絶縁体の開放した端部内で部分的に延びる火花間隙をそ の間に区画するために選択された距離だけ中心電極の火花面から間隔を置いてい る点火プラグ。 24.中心電極の火花面は約少なくとも12.568mm2の表面積を有する、請 求の範囲23の点火プラグ。 25.中心電極の火花面は少なくとも約4.0mmの直径を有する請求の範囲23 の点火プラグ。 26.中心電極がインコネル600鋼合金電極である、請求の範囲23の点火プ ラグ。 27.火花間隙が少なくとも約2.0mmである、請求の範囲23の点火プラグ。 28.火花間隙が約2.0mm〜3.0mmの範囲にある、請求の範囲23の点火プ ラグ。 29.内燃機関の燃焼室内で空気燃料混合物を爆発させる方法において、 燃焼室に少なくとも20:1の選択された気燃比を有する空気燃料混合物を供 給し、 少なくとも1.8mmの長さを有する選択された放電間隙により第二の接地電極 から間隔を置いた火花面を有する第一の電極を有する放電発生装置で燃焼室内に 放電を発生させ、その際火花面は少なくとも12.568mmの表面積を有してお り、そして 空気燃料混合物を放電で爆発させる段階からなる方法。 30.空気燃料混合物を供給する段階が、約20:1〜45:1の範囲の選択さ れた気燃比を有する空気燃料混合物を供給することを含む、請求の範囲29の方 法。 31.放電を発生させる段階が、約1.8mm〜3mmの 範囲の長さを有する放電間隙を横切る放電を発生させることを含む、請求の範囲 29の方法。 32.放電を発生させる段階が、放電間隙を横切る白色の放電を発生させること を含む、請求の範囲29の方法。
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