JP6548629B2 - Method for promoting combustion in engine operation and spark plug for engine - Google Patents

Method for promoting combustion in engine operation and spark plug for engine Download PDF

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Description

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。   This application claims the benefit of priority to US Ser. No. 13 / 833,226, which is a continuation-in-part, filed Mar. 15, 2013, and US patent application filed on Nov. 23, 2010. Claim the benefits of co-pending U.S. patent application Ser. No. 13 / 042,599, filed March 8, 2011, claiming the benefit of Provisional Application No. 61 / 416,588. U.S. patent application Ser. No. 13 / 833,226, filed Mar. 15, 2013, is a continuation-in-part application and is U.S. Provisional Patent Application No. 61 / 416,588, filed November 23, 2010. Co-pending U.S. Patent Application No. 13 filed January 10, 2012 which is a partial continuation of U.S. Patent Application No. 13 / 042,599 filed March 8, 2011 claiming the benefit of Claim the benefits of / 347, 448.

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。   This application claims the benefit of US Provisional Application No. 61 / 416,588, filed Nov. 23, 2010, copending US Patent Application No. 13/042, filed Mar. 8, 2011, US filed on October 3, 2013, which is a continuation-in-part of US patent application Ser. No. 13 / 833,226, filed on Mar. 15, 2013, which is a partial continuation application of US Pat. Claims priority to patent application no. 14 / 045,625. No. 14 / 045,625, filed Oct. 3, 2013, which is a continuation of U.S. patent application Ser. No. 13 / 833,226, filed Mar. 15, 2013, is incorporated herein by reference. It is a continuation-in-part of US Patent Application No. 13 / 042,599 filed March 8, 2011 claiming the benefit of US Provisional Patent Application No. 61 / 416,588, filed on March 23, It is a continuation-in-part and claims benefit of co-pending US patent application Ser. No. 13 / 347,448, filed Jan. 10, 2012.

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。   This specification relates to a spark plug for an internal combustion engine.

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。   Engines operated with gaseous fuels, such as natural gas, are generally supplied with a lean mixture. A lean mixture is a fuel mixture that contains excess air that is "chemically correct" or stoichiometric (theoretical). The use of a lean mixture often leads to misfires, incomplete combustion and other combustion defects and reduced fuel consumption, and attempts to improve combustion lead to detonation (abnormal combustion causing knocking) or a decrease in spark plug life. It often results in the use of high spark energy. One of the factors causing such a situation is that the conventional spark plug has a low ability to effectively and reliably (thin) the ignition of the lean mixture in the cylinder of the operating engine. By using a pre-combustion chamber or pre-chamber, lean mixtures can be burned more effectively.

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。   Pre-chamber spark plugs are typically used to increase the lean burn limit of lean burn engines such as natural gas lean burn engines or automotive lean gasoline engines. In the known pre-chamber spark plugs as disclosed in U.S. Pat. No. 5,554,908, the spark gap corresponds to a relatively small portion of the total displacement (total stroke volume) of the engine cylinder. It is contained in the cavity which has it. A portion of this cavity is dome-shaped and has various tangential inlet / outlet holes. During operation of the engine, as the piston of the engine moves upward in the compression cycle, the fuel mixture is forced into the prechamber through the inlet holes. The orientation (orientation) of this hole determines the movement of the fuel mixture inside the cavity of the prechamber and the reaction jet (jet) leaving the prechamber.

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。   As the burn rate of the fuel mixture in the prechamber cavity increases, a flame jet (jet) is generated that has a high penetration into the combustion chamber of the engine. Even if the fuel mixture is lean, this flame jet enhances the engine's ability to achieve rapid and reproducible flame propagation within the engine's combustion chamber. Many conventional pre-chamber spark plugs are not repeatable and unpredictable in their performance characteristics, resulting in excesses beyond the desired coefficient of variation (COV) values and misfires on the scale of roughness (roughness). Connect. In addition, many of the conventional pre-chamber spark plugs are susceptible to manufacturing variations and suffer from under-combustion gas removal that results in further increases in COV.

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。   Fresh air filling in internal combustion engines is usually non-homogeneous and non-reproducible per cycle at many points (e.g. equivalence ratio, turbulence, temperature, residuals), but is challenged by spark plug designs One of the problems is to create a new plug that is reproducible in the combustion process and achieves controllable ignition delay time. It is also desirable to realize a spark plug that is relatively insensitive to variations in manufacturing or parts or their assembly.

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。   Another challenge to the spark plug design is the premature wear of the spark plug. Typically, premature wear of the spark plug is caused by the high combustion temperature of the theoretical mixture. It is not uncommon for spark plugs applied to engines with high BMEP (Net Average Effective Pressure) to have only 800 to 1000 hours to require replacement. This causes unplanned engine downtime and increases the operating cost for the engine operator.

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。   In some embodiments, spark plugs have low COV, long life, and can produce high speed flame jets. Thereby, combustion in the main chamber can be performed more quickly, and the trade-off relationship between NOx and fuel efficiency (or fuel efficiency) is improved.

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。   In embodiments, the pre-chamber (pre-combustion chamber) spark plug includes a metal shell, an end cap attached to the shell, a center electrode, and a ground electrode. The pre-chamber spark plug also includes an insulator disposed within the shell. In some implementations, the center electrode has a first portion surrounded by an insulator and a second portion extending from the insulator into the prechamber. The volume of the prechamber is defined by the shell and the end cap. In some implementations, the ground electrode is attached to the shell. In some implementations, the ground electrode includes an inner ring spaced around the center electrode, an outer ring attached to the shell, and a plurality of spokes connecting the inner ring and the outer ring. In some implementations, the ground electrode is formed in a cylindrical shape, which causes the flow (primary) flowing into the central hole and passing through the gap between the central electrode and the ground electrode in the transverse direction. Do not disturb the flow (secondary) flowing through the holes. Also, with this cylindrical shape, the flow of transverse holes through the back side of the ground electrode at the periphery is directed to merge with the flame kernel as it exits the gap. In addition, the central electrode has an aerodynamic shape that improves the streamlines of the flow from the central bore through the gap.

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)。   In another aspect, combustion in the internal combustion engine is promoted. The fuel mixture is ignited in the prechamber of the prechamber spark plug. In some implementations, igniting the fuel mixture in the pre-chamber provides a first port to flow a first quantity of fuel mixture into the gap between the center electrode and the ground electrode. Here, the flow direction is mainly the reverse direction from the pre-chamber of the pre-chamber (most of the flow is this direction, and in some cases, all the flow is this direction) And igniting the fuel mixture in the gap, this ignition generates a flame kernel. The flame kernel is moved to the back chamber of the prechamber, and the second port is inserted into the front chamber so that a second quantity of fuel mixture flows to the back chamber and is ignited by the flame kernel. Allows (lateral) flow of fuel mixture in an amount of. Also, the second flow acts as a swirl that acts to spread the expanding flame in the back chamber in the azimuth direction so that the uniformity in the azimuth angle is improved and turbulence is generated in the pre-chamber. And the combustion may be further accelerated. By igniting the first and second quantities of fuel mixture, the pressure in the pre-chamber is increased causing the flame jets to flow out of the first and second ports. The size and angle of the port holes can be controlled (eg, optionally improved or optimized, etc.) to maximize flame jet velocity and penetration into the main chamber, and can be controlled within the main chamber. The combustion can be intensified. The size of the holes controls both inflow and outflow. The size of the holes can be controlled to achieve the engine's desired desired ignition delay time, jet velocity, and flame jet penetration and thus burn rate in the main chamber (eg, possibly improved or optimized Etc.).

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。   In yet another aspect, the pre-chamber spark plug includes a shell and an end cap attached to the shell. In addition, the pre-chamber spark plug includes an insulator disposed within the shell. In some implementations, the center electrode has a first portion surrounded by an insulator and a second portion extending from the insulator into the prechamber. The prechamber is defined by the shell and the end cap. In some implementations, the ground electrode is attached to the shell. In some implementations, the ground electrode includes an inner ring spaced around the center electrode and a plurality of spokes projecting radially outwardly from the inner ring to hold the inner ring in place. . Depending on the implementation, the end of each spoke is attached to the shell.

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。   In another aspect, a pre-chamber spark plug is manufactured. A ground electrode is attached to the shell. In some implementations, the ground electrode includes a cylindrical electrode. In some implementations, the tubular electrode has an inner ring disposed to surround the center electrode.

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。   In some implementations, noble metals are attached to the center and ground electrodes that are spark surfaces. The gap between the center electrode and the ground electrode is formed with a gap forming tool during manufacture and assembly so that it is accurately formed during manufacture and assembly, thereby requiring regap formation after manufacture Sex decreases. In some implementations, the gap forming tool is inserted between the center electrode and the ground electrode before the ground electrode is finally attached to the shell. In some instances, if this is the final heating step of such a process, the gap is maintained at its best. In some implementations, the spark gap is formed after the ground electrode is attached by electron beam (EB), water jet, and other suitable material removal methods to form precise, high tolerance gaps. The ideal new spark gap range is 0.15 mm to 0.35 mm.

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。   Depending on the implementation, an arrangement where the cylindrical ground electrode and the center electrode are coaxial allows flow to pass through the gap and create a condition towards the back of the ground electrode, but such an arrangement is a pre-chamber In a head design which does not require the shell of the spark plug such that the pre-chamber of the cylinder head substitutes for the shell wall of the spark plug. Furthermore, the lean operating limit may be further extended by adding fuel to either the pre-chamber spark plug or the pre-chamber in the cylinder head assembly. Such devices can be referred to as "fueled" devices.

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。   In another aspect, the pre-chamber spark plug includes a shell, an insulator, a center electrode, and a ground electrode. The shell includes a plurality of vents. An insulator is disposed within the shell. The center electrode is surrounded by an insulator and extends into the pre-chamber defined by the shell. The insulator is coaxially disposed around the center electrode. The ground electrode is attached to the insulator and surrounds the distal end of the center electrode. The ground electrode includes a tubular ring spaced around the center electrode and radially beyond the distal end of the center electrode forming a shape that acts as an aerodynamic ram area Have circumferential extensions offset to each other.

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。   In another aspect, combustion is promoted in an internal combustion engine. The fuel mixture is ignited in the prechamber of the prechamber spark plug. Ignition of the fuel mixture includes providing a plurality of vents to allow primary flow of the fuel mixture into the spark gap of the prechamber, and igniting the fuel mixture, The ignition generates a flame kernel. Next, the flame kernel is moved to the first stage of the prechamber, and the first stage of the prechamber is a cavity disposed between the center electrode and the ground electrode mounted on the insulator coaxially with the center electrode. And function as a "flame holder" by forming a recirculation zone. After the flame kernel has been moved to the first stage, a secondary fuel mixture across the second stage of the prechamber defined by the cavity located outside the ground electrode attached to the insulator. As the flow is diffused, a secondary flow of fuel mixture is provided to the pre-chamber through the plurality of vents. Finally, the flame kernel travels from the first stage to the second stage to ignite the secondary flow of the fuel mixture, causing the flame to spread throughout the prechamber and Burn part of the fuel. This causes the pressure to rise significantly and the flame jets to be emitted from the vent.

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。   In another aspect, the pre-chamber spark plug includes a shell, an insulator, a center electrode, and a ground electrode. An insulator is disposed within the shell. The central electrode has a first portion surrounded by the insulator and a second portion defined by the shell extending from the insulator into the pre-chamber. The ground electrode is attached to the insulator and includes an inner ring spaced around the center electrode forming the spark gap.

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。   In some embodiments, instead of an electrical spark, the laser beam is focused to a position between the gap surfaces, the AFR is heated to the ignition temperature, and the flame nuclei are formed by photons rather than electrons. Depending on the implementation, it includes means for bringing and focusing light rays in the gap area. Electric sparks require high pressure to achieve breakdown and sparking as the pressure increases, but the advantage of ignition by a laser beam is that it is less sensitive to the pressure conditions of the cylinder. Laser ignition may allow ignition at pressures above the breakdown limit of conventional electrical ignition systems.

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。   In a first aspect, a method of promoting combustion in the operation of an engine comprising: receiving a fuel mixture from a combustion chamber of the engine into an enclosure of a spark plug; fuel received within a spark gap within the enclosure Igniting the mixture; and peaking the peak flow rate through the spark gap to the enclosure such that the ignited fuel mixture leaves the combustion chamber side end of the enclosure at a peak flow rate through the spark gap at most of the peak flow rate. Directing at a flow rate of 10% or more of the flow rate. Most of the ignited fuel mixture is directed away from the combustion chamber end of the enclosure (such as the enclosure or vessel) but in some cases all of the flow is directed in this direction .

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。   In a second aspect, in the first aspect, the peak flow velocity through the spark gap is 5 m / sec or more, and the residual gas is purged from the spark gap.

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。   According to a third aspect, in the first aspect or the second aspect, the height H of the spark gap is 2.5 mm or more, the peak flow velocity in the spark gap is V, and the H / V * 360 * RPM is a crank of the engine The angle is less than 3 degrees.

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。   According to a fourth aspect, in any one of the first aspect to the third aspect, the fuel mixture contained in the swirl flow, an enclosure around the inside of the enclosure and an enclosure opposite to the combustion chamber side end Directing to the end of the fuel cell; and protecting the fuel mixture igniting in the spark gap from swirling.

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。   A fifth aspect comprises, in the fourth aspect, protecting the ignited fuel mixture exiting the spark gap from swirl flow.

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。   According to a sixth aspect, in any one of the first to fifth aspects, the size of the spark plug is M14 to M24, and the maximum pressure in the enclosure due to combustion of the fuel mixture A step of delaying the crank angle of the engine by 7 degrees or more from the ignition of the fuel mixture is provided.

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。   According to a seventh aspect, in any one of the first to sixth aspects, only when substantially all of the fuel mixture present in the half opposite to the combustion chamber side end of the enclosure is ignited Injecting the ignited fuel mixture into the combustion chamber of the engine from within the enclosure. Most of the fuel mixture is ignited, but in some cases all fuel mixtures are ignited.

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。   In an eighth aspect, a spark plug for an engine includes: a spark gap in an enclosure of the spark plug; and a passage inside the enclosure, receiving flow from the outside of the enclosure during operation of the engine, the flow passing through the spark gap And a passage directing the majority away from the combustion chamber end of the enclosure; the spark plug includes means for creating a peak flow velocity in the spark gap that is at least 10% of the peak flow velocity into the enclosure. Passages inside the enclosure direct flow away from the combustion chamber end of the enclosure. In some cases, most of the flow is directed in this direction, but in some cases, all flow is directed in this direction.

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。   In a ninth aspect, in the eighth aspect, the spark plug is configured to produce a peak flow velocity of 5 m / sec or more in the spark gap.

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。   According to a tenth aspect, in the eighth aspect or the ninth aspect, the height of the spark gap is H, the peak flow velocity in the spark gap is V, and the H / V * 360 * RPM of the crank angle of 3 degrees or less of the engine Produce

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。   In an eleventh aspect according to the tenth aspect, the spark plugs are M14 to M24, and H is 2.5 mm or more.

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。   According to a twelfth aspect, in any one of the eighth aspect to the eleventh aspect, the spark plug is a spark plug having a size of M14 to M24, and the passage extends beyond the end of the spark gap and the combustion chamber of the enclosure It extends 1.0 mm or more toward the side end.

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。   According to a thirteenth aspect, in the twelfth aspect, the passage includes a spark gap, and extends 0.1 mm or more away from the combustion chamber side end of the enclosure from the opposite end of the spark gap.

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。   A fourteenth aspect is according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect, wherein the hole in the combustion chamber end of the enclosure is oriented to direct the flow into the passage; the flow is around the outer periphery of the passage And a hole in the combustion chamber end of the enclosure, oriented to direct toward the end of the enclosure opposite the combustion chamber end.

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。   According to a fifteenth aspect, in any one of the eighth to fourteenth aspects, the spark plug has a size of M14 to M24, and the spark plug has an engine crank angle of 7 degrees or more from ignition at the spark gap. The combustion of the fuel mixture causes the pressure in the enclosure to reach the maximum pressure.

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。   A sixteenth aspect according to any one of the eighth through fifteenth aspects, the spark gap comprising: a metal shell; an electrical insulator within the shell; a center electrode extending from the insulator; and a center electrode. And one or more ground electrodes defining the passage.

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。   In a seventeenth aspect, in the sixteenth aspect, more than one ground electrode defines a passage, and the ground electrodes do not intersect.

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。   According to an eighteenth aspect, in the sixteenth aspect or the seventeenth aspect, the at least one ground electrode comprises a tube, the tube defining a passage and being away from the combustion chamber side end of the enclosure from the tube toward the shell And an extending arm.

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。   According to a nineteenth aspect, in any one of the sixteenth to eighteenth aspects, the central electrode has a polygonal axial cross section.

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。   According to a twentieth aspect, in the nineteenth aspect, the one or more ground electrodes define a passage in the same shape as the axial cross section of the center electrode.

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。   Other aspects, objects and advantages will become more apparent from the following detailed description and the accompanying drawings.

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。   The patent or patent application document contains at least one color drawing. Copies of this patent or patent application publication with color drawings may be obtained from the Office upon request and payment of the required fee.

添付の図面は本特許開示のいくつかの態様を示す。   The accompanying drawings illustrate some aspects of the present patent disclosure.

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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of an example pre-chamber spark plug.

例示の筒状電極の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an exemplary cylindrical electrode.

第1及び第2の電極の表面リングの例を示す図である。It is a figure which shows the example of the surface ring of a 1st and 2nd electrode.

例示の筒状電極の平面図である。It is a top view of the example cylindrical electrode.

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。FIG. 5 is a cross-sectional view of an exemplary cylindrical electrode having a surface ring of a first electrode on a substrate.

例示の筒状電極の斜視図である。FIG. 1 is a perspective view of an exemplary cylindrical electrode.

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。FIG. 7 is an end view of an example end cap for a pre-chamber spark plug.

図7の例示の端部キャップの断面図である。FIG. 8 is a cross-sectional view of the example end cap of FIG. 7;

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。FIG. 7 is a cross-sectional view of a portion of an example pre-chamber spark plug.

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。FIG. 6 is a cross-sectional view of an exemplary pre-chambered spark plug assembly with the dimensions noted.

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。FIG. 7 illustrates an exemplary pre-chamber spark plug having square electrodes. 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。FIG. 7 illustrates an exemplary pre-chamber spark plug having triangular electrodes.

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。FIG. 7 illustrates an exemplary spark plug assembly having a plurality of ground electrodes.

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。FIG. 7 illustrates an exemplary spark plug assembly having a velocity control tube centered above the spark gap.

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。FIG. 2 is a cross-sectional view of an example large bore piston cylinder assembly and an example pre-chamber spark plug.

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。FIG. 7 is a cross-sectional view of another exemplary pre-chamber spark plug.

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。FIG. 16 is a cross-sectional view of the example pre-chamber spark plug of FIG. 15 showing fuel flow into the pre-chamber;

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。FIG. 6 is a cross-sectional view of an exemplary pre-chamber spark plug having a secondary fuel injector in the pre-chamber.

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。FIG. 5 is a cross-sectional view of an example combination gas entry valve with a spark / spark plug.

図18の例示の点火/スパークプラグの拡大断面図である。FIG. 19 is an enlarged cross-sectional view of the example spark / spark plug of FIG. 18;

プレチャンバのクレビスの拡大断面図である。It is an expanded sectional view of a clevis of a prechamber.

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。FIG. 6 is a cross-sectional view of a portion of an exemplary pre-chamber spark plug including a braze ring.

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。FIG. 22 is an enlarged view of an exemplary brazing ring disposed within the pre-chamber spark plug of FIG. 21.

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。FIG. 5 is a top view of a pre-chamber spark plug assembly without a velocity control tube. 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。FIG. 10 is a cross-sectional view of a pre-chamber spark plug assembly without a velocity control tube.

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。FIG. 23C is a cross-sectional view of the pre-chamber spark plug assembly of FIGS. 23A and 23B having a forward velocity control tube.

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。FIG. 24 is a cross-sectional view of the pre-chamber spark plug assembly of FIGS. 23A and 23B with a rear speed control tube.

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。FIG. 24 is a cross-sectional view of the pre-chamber spark plug assembly of FIGS. 23A and 23B having both forward and aft velocity control tubes.

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。FIG. 5 is a diagram showing the velocity of the result of computational fluid dynamics analysis in a pre-chamber spark plug without a velocity control tube. 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。FIG. 7 shows velocity vectors as a result of computational fluid dynamics analysis in a pre-chamber spark plug without a velocity control tube. 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。FIG. 5 shows the distribution of fuel mixture as a result of computational fluid dynamics analysis in a pre-chamber spark plug without a velocity control tube.

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。In the pre-chamber spark plug configured as in FIG. 10, it is a diagram showing the velocity of the result of the hydrodynamic analysis by calculation under the same conditions as in FIG. 27A to FIG. 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。In the pre-chamber spark plug configured as shown in FIG. 10, it shows the velocity vector of the result of the hydrodynamic analysis under the same conditions as in FIG. 27A to FIG. 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。In the pre-chamber spark plug configured as shown in FIG. 10, it shows the distribution of the fuel mixture as a result of hydrodynamic analysis by calculation under the same conditions as in FIG. 27A to FIG. 27C.

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。In the pre-chamber spark plug configured as shown in FIG. 10, it shows the results of computational fluid dynamics analysis showing the velocity under conditions different from those of FIGS. 28A and 28B.

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。   The details of one or more implementations are set forth in the accompanying drawings and the description below. Other features, objects, and advantages will be apparent from the description, the drawings, and the claims.

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。   The concept here relates to a prechamber spark plug. In some instances, the plug aspect addresses the issues associated with providing an ignition delay that can be reproduced and controlled during the combustion process. In some embodiments, the spark plug achieves a more efficient combustion process and a longer life. The pre-chamber spark plug can include, for example, tubular speed control tubes to control flame kernel development, ignition delay time, flame jet radiation, and combustion rate of the main combustion chamber, resulting in improved engine performance It may be. In some cases, the ignition delay time refers to a period from spark to sufficient pressure for combustion to increase the pressure in the prechamber and hence in the main combustion chamber.

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。   FIG. 1 is a cross-sectional view of a portion of an example pre-chamber spark plug 100. The pre-chamber spark plug 100 extends along the longitudinal axis 101 and along the longitudinal axis 101 and further from the insulator 104 into the pre-combustion chamber divided into the rear chamber 106 and the front chamber 108 And a center electrode 102. The cylindrical electrode 110 functioning as a ground electrode is disposed inside the shell 112. In FIG. 1, the cylindrical electrode 110 is shown as a series of (unbroken) cylinders (cylindrical), but this cylindrical electrode 110 may be of other cylindrical shapes (e.g. square, triangular, etc.) In some cases, it may conform to the axial cross section of the center electrode 102. In some implementations, the shell 112 is made of a high strength metal that can withstand high temperature exposure. The shell 112 forms part of the pre-chamber volume of the spark plug. The shell 112 is attached to the insulator 104 and holds the end cap 116. End cap 116 defines one end of the pre-chamber volume of spark plug 100 and the boundary of front chamber 108. End cap 116 may be flat and may be dome-shaped, V-shaped or other shapes. In some cases, the end cap 116 can be integral to the shell 112 rather than as a separate piece attached to the shell 112 as shown. The disk portion 114 of the cylindrical electrode 110 is provided to separate the rear chamber 106 and the front chamber 108. As shown in FIG. 1, in some implementations, the inner surface 118 of the shell 112 is stepped so that the tubular electrode 110 can be seated on the stepped portion 120 in the assembly of the pre-chamber spark plug 100. It may have a portion 120.

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。   FIG. 2 is a perspective view of an exemplary cylindrical electrode 110. The cylindrical electrode 110 has an inner ring 130 and an outer ring 132 incorporated in the cylindrical ground electrode 110. In the example of FIG. 2, the inner ring 130 and the outer ring 132 are connected by three spokes 134. Extending from the inner ring 130 at the central portion of the cylindrical electrode 110 is a cylindrical inner ring or speed control tube 136. As shown in FIG. 1, the speed control pipe 136 is provided to extend in one direction from the disk portion 114 into the front chamber 108. A central opening 138 is provided extending through the inner ring 130 and the speed control tube 136. In another example, the ground electrode 110 is another design such as a J-shape in which a spark gap is formed by the end or side wall of the center electrode 102, and the center electrode 102 is welded to the front side and / or the rear side Or attached to form a speed control tube.

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。   With further reference to FIG. 2, the illustrated tubular electrode 110 can be made of a copper alloy, a nickel alloy, or other relatively high conductivity metal. In some implementations, a noble metal is affixed or deposited on the inner surface 140 of the inner ring 130. Noble metals are typically used on spark plug electrodes to extend the spark plug life and improve performance. The noble metals selected in this case have a high melting point, high conductivity and high oxidation resistance. Depending on the implementation, for example, the inner ring 130 by means of the surface ring 142 of the first electrode provided with platinum (platinum) or an alloy thereof, rhodium or an alloy thereof, tungsten or an alloy thereof, nickel or an alloy thereof, iridium or an alloy thereof. The inner surface 140 of the is lined. In some implementations, the inner surface 140 of the inner ring 130 is lined with an iridium-rhodium alloy or a nickel alloy. Referring again to FIG. 1, the surface ring 144 of the second electrode is provided with a material similar to or similar to the surface ring 142 of the first electrode and is affixed or deposited to the outer surface 146 of the center electrode 102. The surface material constitutes the entire structure of the center electrode 102 and / or the tubular electrode 110 or is attached to the structure by welding, brazing or other suitable attachment method. In the case of the ground electrode, alternative spark facings can be made to the shape of the cylinder being press-fit, brazed or welded into the structure of the ground electrode. The tubular electrode 110 may have a ring of different material inserted into the inner diameter of the base structure of the tubular electrode 110. The different material may be, for example, a material having high corrosion resistance or oxidation resistance and different from the material of the base of the cylindrical electrode 110. The purpose of inserting the ring is to enhance the corrosion and oxidation resistance of the electrode by adding expensive corrosion and oxidation resistant materials only to the spark surface.

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。   Referring again to FIG. 2, the exemplary spokes 134 may be provided with square edges to facilitate manufacturing, or to reduce the resistance of the gas flowing in the space between the spokes 134. It may be provided as a curved surface. The support structure of the tubular electrode 110 may be a solid "wheel" type, with spokes or any other mechanism that supports the tubular electrode 110 concentric with the center electrode 102. Exemplary support mechanisms include tabs or legs or the like attached to the side wall, back wall, or other portions of the shell 112. In some cases, the number of spokes connecting the inner ring 130 and the outer ring 132 may be increased or decreased. In some cases, the tubular electrode 110 is not provided with a surface ring of a noble metal electrode. In one example, the entire cylindrical electrode 110 is provided by a single material such as a nickel alloy.

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。   The illustrated cylindrical electrode 110 may be cast or machined as a substantially single piece (e.g. single piece or a small number such as 3 or 4), but the surface ring of the first electrode May be provided in a separate ring of some noble metal or similar suitable metal. It is also conceivable to manufacture the cylindrical electrode 110 by sintering or injection molding powder metal. Other manufacturing techniques are conceivable which melt rather than sinter the powder metal. In some implementations, the surface rings 142, 144 of the first and second electrodes are manufactured, for example, from cylindrical or rectangular bars that can be cut to any length to form a ring. Depending on the implementation, the surface rings 142, 144 of the first and second electrodes are manufactured from flat sheet material, and the surface rings 142, 144 of many electrodes are punched out from a single flat sheet material using a punch press. FIG. 3 shows an example of the surface rings 142 144 of the first and second electrodes. Here, the surface rings of the two electrodes are punched out in a single step (one shot), and the surface rings 142, 144 of the first and second electrodes are attached and provided via the three tabs 148. In some implementations, the surface rings 142, 144 of the first and second electrodes are assembled to the tubular electrode 110 by the tabs 148 at a position where the correct spacing between the surface rings 142, 144 of the electrodes is maintained. After the surface ring 142 of the first electrode is attached to the cylindrical electrode 110 and the surface ring 144 of the second electrode is attached to the center electrode 102, the tab 148 is removed. The surface ring 142 of the first electrode may be cut into one or more semicircular portions to accommodate manufacturing, assembly, mounting, and / or thermal expansion.

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。   FIG. 4 shows another example of the cylindrical electrode. In this example, the inner ring 130, the outer ring 132, the spokes 134, and the speed control tube 136 are provided substantially the same as the cylindrical electrode 110 (without any change affecting operation as described). However, in the cylindrical electrode 111, the surface ring 144 of the second electrode is provided attached to the surface ring 142 of the first electrode by the three tabs 156. Thus, the correct spacing between the surface rings 142, 144 of the first and second electrodes is maintained until assembly is complete. After assembly, the tabs 156 can be removed mechanically, or by an electron beam, or by a water jet, or in a similar manner. However, depending on the implementation, the tab 156 may be made of, for example, a material having a substantially lower melting point than the material used in the cylindrical electrode 111 and the surface ring 144 of the second electrode. In this way, the tab 156 is removed by burning or melting after assembly of the tubular electrode 111 to the prechamber spark plug 100 without damaging the tubular electrode 111 or other components of the prechamber spark plug 100. be able to.

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。   There are several ways of attaching the surface ring 142 of the first electrode to the illustrated cylindrical electrode 110. In some implementations, the cylindrical electrode 110 is cast around the first electrode surface ring 142. In some implementations, a separate metal ring, with a noble metal layer or similar suitable metal layer affixed to its inner surface, is assembled to the inner ring 130 of the tubular electrode 110.

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。   For example, physical vapor deposition (PVD) or chemical vapor deposition (CVD) can be used to deposit the material of the surface ring of the electrode onto the powder metal substrate. A powder metal substrate may be provided on the hollow cylinder and the material of the surface ring of the electrode may be deposited on the inner surface of the hollow cylinder. The cylinder can be cut into sections to obtain the surface rings 142 of a number of first electrodes. If the same material is deposited on the outside of a small hollow cylinder, it can be cut into slices to obtain the surface rings 144 of a number of second electrodes. By manufacturing in this way, the surface ring 142 of the first electrode can be inserted into the central opening of the cylindrical electrode 110 and can be welded or brazed in place. FIG. 5 is a cross-sectional view of the cylindrical electrode 110 in which the surface ring 142 of the first electrode is fixed or deposited on a base material 143 made of, for example, a nickel alloy or a highly conductive alloy. In some implementations, welding is done by tack welding at one or more locations, allowing relative movement due to different coefficients of thermal expansion for each material. By using the above method of adding noble metal to the cylindrical electrode 110, the pre-chamber spark plug 100 can be manufactured with less noble metal than the typical amount used in conventional pre-chamber spark plugs, The pre-chamber spark plug 100 can be manufactured less expensively than many conventional pre-chamber spark plugs.

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。   Depending on the implementation, the tubular electrode 110 may be assembled from separate components. FIG. 5 also shows a cross-sectional view of a tubular electrode 110 having a separate disc portion 114 and a speed control tube 136. In some implementations, the velocity control tube 136 has a notch 152 at one end, which is press fit into the annular receiver 154 of the disk portion 114. Depending on the implementation, the annular receiver 154 may be pressed inwardly into the notch 152 of the velocity control tube 136 which holds it in place. Depending on the implementation, the notch portion 152 includes an annular protrusion, and the recess of the annular receiving portion 154 of the cylindrical electrode 110 is fitted around the outer periphery of the annular protrusion so that the disc portion 114 and the speed control tube 136 Make the installation between the better. In some implementations, the notches 152 may be threaded (machined) to correspond to the inner surface of the annular receiver 154 so that the speed control tube 136 can be threaded onto the disc 114.

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。   Referring again to FIG. 1, in the illustrated mode of operation of the engine, the fuel mixture is from the main cylinder of the engine (not shown) and the central bore 162 of the end cap 116 (see FIGS. 7 and 8). It is drawn into the front chamber 108 of the pre-chamber spark plug 100 through the plurality of outer edge holes 164 (see FIGS. 7 and 8). The central bore 162 is oriented to direct its flow at the velocity control tube 136 into the velocity control tube 136. Therefore, the fuel mixture drawn in through the central hole 162 flows through the speed control pipe 136 into the spark gap between the central electrode 102 and the cylindrical electrode 110 where the ignition by the electric spark is performed. The velocity control tube 136 collects the flow from the central bore 162 and stagnates the flow inside the tube 136 to produce a pressure higher than the pressure around the outside of the tube 136 and the pressure at the outlet of the cylindrical electrode 110. The velocity of the flow from the central bore 162 and the pressure differential create a high velocity flow which is guided to the velocity control tube 136 and through the spark gap towards the rear chamber 106. Similarly, the velocity of the fuel mixture causes the first flame kernel to be moved to the rear chamber 106.

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。   In some exemplary implementations, the flow through the primary central hole includes a fresh air fuel mixture with low levels of residue. This primary flow penetrates into the spark gap area and pushes the residue generated from the previous combustion event back uniformly out of the spark gap area. This action effectively purges the residue of the spark gap, i.e. "controls" the residue in the pre-chamber. With conventional pre-chamber spark plugs, residual gas can not be "controlled" or not "controlled" well, resulting in an uncontrolled and unknown mixture of fresh air and residues from sparking. This is the main cause of inter-shot combustion variation in conventional pre-chamber spark plugs. Thus, such a design provides control of the residual gas, which purges the residue back (away from the end cap) efficiently, which in some cases achieves very low variation (COV) it can.

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。   In some embodiments, the peripheral holes 164 are oriented to generate swirl movement (vortex movement) in the fuel mixture drawn through the peripheral holes 164. The fuel mixture performing the swirling motion passes outside the speed control pipe 136 and flows toward the rear chamber 106. In the aft chamber 106, the fuel mixture is ignited by the flame kernel which rides the flow from the central bore. The turbulent flow generated due to the swirling motion of the fuel mixture mainly consumes the fuel in the rear chamber 106 and distributes (distributes) flame nuclei spreading around the rear chamber 106. For example, the flame kernel can consume all but a small amount of fuel in the rear chamber 106. In some cases, the flame kernel consumes all of the fuel in the rear chamber 106. As a result, as the combustion of the fuel mixture proceeds from the rear chamber 106 to the front chamber 108, the fuel burns faster, and the pressure in the prechamber rapidly increases. As a result, the pressure in the pre-chamber increases as the fuel mixture burns more completely. As a result, high-speed flame jets (jets) pass through the center hole 162 and the plurality of outer edge holes 164 and flow into the main combustion chamber (not shown).

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。   In this manner, ignition can be delayed by the flow of the flame kernel into the rear chamber 106. In some implementations, the combustion process is initiated in the rear chamber 106 and the combustion process passes through the front chamber 108 before the generated flame is emitted into the main combustion chamber. By extending the ignition delay time, the process is more repeatable and less fluctuating, as combustion is more complete, resulting in a lower COV (coefficient of variation) than typical conventional pre-chamber spark plugs. . A further advantage of the ignition delay is that the spark can be initiated early in the combustion cycle when the cylinder pressure is lower than without the ignition delay. By starting the spark when the pressure in the cylinder is low, the life of the pre-chamber spark plug 100 is extended. The pre-chamber spark plug 100 is configured to reach the maximum enclosure pressure (enclosure pressure, vessel pressure) due to combustion of the fuel mixture at an engine crank angle of 7 degrees or more after a spark event in the spark gap.

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。   Furthermore, in constructing the exemplary pre-chamber spark plug, the volumes of the rear chamber 106 behind the cylindrical electrode 110 and the front chamber 108 in front of the cylindrical electrode 110 are specified (or, in some cases, improved or optimized) By controlling the expansion of the flame kernel, the ignition delay time can be controlled. The ratio of the volume of the front chamber 108 to the volume of the rear chamber 106 controls the size and penetration of the flame jet (jet) exiting the central bore 162.

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。   FIG. 6 is a perspective view of an exemplary cylindrical electrode 180. The cylindrical electrode 180 functions as a ground electrode, and the cylindrical electrode 180 is the same as the cylindrical electrode 110 except that it has no outer ring. The cylindrical electrode 180 includes an inner ring 130 having a central opening 138. The inner ring 130 extends axially to form a speed control tube 136. In the embodiment shown in FIG. 6, the three spokes 134 extend radially outward from the outer surface of the inner ring 130. In some implementations, the tubular electrodes 180 are assembled to the pre-chamber spark plug 100 by attaching the end 182 of each spoke 134 directly to the shell 112. The attachment can be performed by welding or brazing.

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。   7 and 8 are end and top views, respectively, of an exemplary end cap 116 of the pre-chamber spark plug 100. FIG. In some implementations, the end cap 116 is cup-shaped and slightly protrudes from the end of the shell 112. The end cap 116 has a central hole 162 centered on the longitudinal axis 101 of the pre-chamber spark plug 100, depending on the implementation. The central bore 162 is configured to control the flow rate (flow rate) of the fuel mixture into the front chamber 108 and the velocity in the spark gap. End cap 116 further includes a plurality of outer edge holes 164. These outer edge holes 164 may be drilled or shaped in the side wall 166 of the end cap 116 or the shell 112 itself. The outer edge holes 164 are configured to generate swirl (swirl / swirl) motion of the fuel mixture within the pre-combustion chamber. In some implementations, the end cap 116 is attached to the shell 112 by welding, brazing or the like. End cap 116 may be flat (perpendicular to the shell) or "V" shaped. The shape of the shell 112 and the end cap 116 may be formed such that the end cap 116 is flat and most of the insertion depth is due to the length of the shell 112. The shape of the shell 112 and the end cap 116 is such that the shape of the end cap 116 is protruding (dome or "V" shaped) and a portion of the insertion depth is due to the length of the shape of the end cap And so on.

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。   7 and 8 show examples of end caps 116 having seven outer edge holes 164 and seven outer edge hole axes 168 in the side wall 166. Only one outer hole axis 168 is shown in FIG. 7 for ease of explanation. FIG. 7 is a view from an end view of the end cap 116 further including an exemplary swirl angle (pivot angle) for the outer edge hole 164 and the longitudinal axis 101 of the pre-chamber spark plug 100. In this figure, the end cap 116 is located at the position that would be present when assembled to the shell 112. FIG. 8 is a cross-sectional view of the end cap 116 showing an exemplary penetration angle for the outer edge hole 164. The size of the central hole tends to be in the range of 0.1 mm to 2.0 mm in diameter, but may be larger.

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。   Other implementations of the illustrated end cap 116 may have more than seven outer edge holes 164. The outer edge holes 164 are oriented such that no outer edge hole axis 168 intersects the longitudinal axis 101. As described above, FIG. 7 shows the swirl angle of the outer edge hole 164. As shown in FIG. 7, the swirl angle is defined as the angle between the perimeter hole axis 168 and the radial line 169, the radial line 169 projects from the center of the end cap 116 and is defined by the perimeter hole 164. Passing a point on the intermediate outer hole axis 168 between the two ends of the cylinder.

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。   In the example shown in FIGS. 7 and 8, the swirl angle is provided at 45 degrees, but in another example, the angle may be provided at an angle other than 45 degrees. FIG. 8 is a view showing the penetration angle of the outer edge hole 164. As shown in FIG. 8, the penetration angle is defined by the angle between the outer bore axis 168 and the longitudinal axis 101 or a line 171 parallel to the longitudinal axis 101. During operation of the engine, when the fuel mixture is introduced into the pre-chamber 108 of the pre-chamber, the angle formed by the outer edge holes 164 creates a swirl (swirl / swirl) effect on the fuel mixture in the pre-chamber. The exact location (i.e., location on sidewall 166) and configuration (e.g., diameter, angle) of outer edge hole 164 is such as to achieve the desired flow field and fuel mixture distribution within the pre-combustion chamber. It will be determined.

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。   FIG. 9 is a cross-sectional view of an exemplary pre-chamber spark plug 200. The prechamber spark plug 200 has a longitudinal axis 201. The center electrode 102 is provided to extend along the longitudinal axis 201 and further to extend into the pre-chamber divided from the insulator 104 into the back chamber 106 and the front chamber 108. The cylindrical electrode 210 is disposed inside the shell 112 and functions as a ground electrode. The disk portion 214 of the cylindrical electrode 210 is provided to separate the rear chamber 106 from the front chamber 108. End cap 116 defines the end of pre-chamber spark plug 200 and defines the boundary of front chamber 108. In some implementations, the inner surface 118 of the shell 112 may have a stepped portion 120 so that the tubular electrode 210 can be seated on the stepped portion 120 in the assembly of the pre-chamber spark plug 200. Good. The ground electrode may also be configured as a thin ring, which is attached anywhere near the base where the core extends from the shell (112) or anywhere in the shell including near the tip (108) of the shell Or by a leg attached from the end cap itself (116). The tube may also be attached using any attachment method such as welding, brazing, laser welding and the like.

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。   In operation, the illustrated pre-chamber spark plug 200 operates similar to the operation of the illustrated pre-chamber spark plug 100 described above. However, as can be seen in FIG. 9, a tubular inner ring or speed control tube 236 is provided extending axially towards both the front chamber 108 and the rear chamber 106. The ignition delay time can be further extended by increasing the length of the speed control tube 236, ie, by adding a portion extending into the rear chamber 106. In this case, the ignition delay time is controlled by the length of the extension to the rear of the speed control pipe 236 and the flow velocity in the extension to the rear of the speed control pipe 236. The flow rate in the speed control tube 236 is a function of mass flow through the central port (central bore) 162. The extension of the ignition delay time by extending the speed control pipe 236 enables spark initiation earlier than in the case of the pre-chamber spark plug 100. The earlier spark initiation at lower cylinder pressures prolongs the life of the spark plug. Such a design allows for the manufacture of a pre-chamber spark plug having a center electrode and a ground electrode without any precious metals. This can reduce the material cost and simplify the substantial manufacture and assembly of the spark plug. However, it is also possible to design the noble metal or non-noble metal ring to be able to be inserted into the ground electrode, since the noble metal or non-noble metal ring is in electrical contact with the body of the ground electrode and thus also in contact with the shell. The ring insert may be attached by press fit, interference fit, laser pre-welding, laser welding, brazing. This design keeps the ring insert in place, even if the weld softens or breaks due to differences in thermal expansion between the spoke-constrained portion and the unconstrained portion of the ground electrode tube. Be done.

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と3000mmとの間の範囲にある。 FIG. 10 is a cross-sectional view of an exemplary pre-chamber spark plug assembly similar to the pre-chamber spark plug assembly of FIG. Certain related dimensions in FIG. 10 are shown as A-K. The dimensions relate to pre-chamber spark plugs of size M14 to M24 (ie spark plugs in which the threaded portion of the shell is a M14 to M24 metric thread). Thus, for example, the outer diameter of the shell is slightly smaller than the root diameter of the screw. Thus, the total volume of the rear chamber 106 and the front chamber 108 is in the range between 1000 mm 3 and 3000 mm 3 .

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。   In the example, the dimension A is a length that the ground electrode 210 extends beyond the sparking surface of the center electrode 102 and forms part of the passage. In some cases, the minimum length of dimension A is 1.0 mm. The extending ground electrode forms a velocity control tube 236. Thus, dimension A can characterize the velocity control tube 236 dimensions. The velocity control tube 236 forms a stagnant pressure zone whereby the flow of fuel mixture sweeps the flame kernel into the back chamber 106. In some cases, the gap between the end of center electrode 102 and end cap 116 can vary between 1 mm and 12 mm. Dimension B is the dimension of the extension of the ground electrode 210 in the direction away from the combustion chamber side end of the spark plug enclosure. The extension and the spark gap form part of the passage. In some cases, the length of dimension B is at least 0.1 mm.

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。   In the illustrated embodiment, dimensions C and D define the cross-sectional area of the inlet tube notch of velocity control tube 236. In some cases, the dimension C, ie the depth of the notch, is in the range between 0.10 and 0.70 mm. In some cases, the dimension D, ie the length of the notch, is in the range between 0.1 and 4.0 mm. The inlet tube notch minimizes flame nucleation effects during low speed operation and cold start. The dimension E defines the depth of the flame retention notch of the center electrode 102. In some cases, the range of dimension E is 0.10 to 0.70 mm. The flame retention notch allows for better recirculation and can reduce the loss effect as the flame kernel travels to the post pre-chamber 106.

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。   The illustrated center electrode 102 can have a rounded front defined by dimensions F and G. In the example, dimension F is the radius of curvature of the rounded tip of center electrode 102. The rounded tip directs more symmetrical flow into the spark gap and also reduces flow resistance. A flat tip with no curvature is easy to manufacture and although it can also be used in the implementation described here, more turbulence is generated and the flow velocity is also reduced. Thus, in some cases, a rounded tip may be used. The radius of the center electrode 102 is defined by the dimension G. In some cases, the length of dimension G is 3 mm. In some cases, the dimension F can be selected to satisfy G / F ≦ 1.

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。   In the example, the length of the spark gap surface is defined by the dimension H. In some cases, the range of dimension H is between 2.50 and 6.00 mm. In the example, the spark gap is the distance between the center electrode 102 and the ground electrode 236, which is designated as dimension J. In some cases, the spark gap distance is not a single value along the spark gap surface. The ground electrode 236 can have a conical shape defined by a taper angle K. In some cases, the range of taper angles K can be between 0.10 degrees and 2.5 degrees. In the example, the spark gap distance is minimum at the front of the ground electrode 236 and maximum at the rear of the ground electrode 236.

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。   In some instances, during a cold start, sparking occurs in the area near the minimum gap at the front of the spark surface. In some cases, when cold, the dimension J can be the smallest dimension in the range between 0.10 and 0.20 mm. When the spark plug is nominally warmed up, the front of the spark gap surface is warmer than the rear of the spark gap surface. As the thermal expansion at the front of the spark gap surface increases, the spark gap distance becomes more uniform and parallel along the length of the spark surface. The dimension J of the spark gap during nominal warm-up operation can be 0.42 mm in length. A spark gap in which both surfaces are parallel can create a spark over its entire length, which can increase the generation of flame nuclei.

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。   The ground and center electrodes may be cylindrical (cylindrical), polygonal, irregular or other shapes, respectively. For example, FIG. 10 shows a cross section of a cylindrical center electrode 102 and a cylindrical ground electrode 236. The center electrode and the ground electrode may be polygons such as the example square and triangle shown in FIGS. 11A and 11B. The velocity control tube at the front of both electrodes can be similar in shape to both electrodes (i.e. triangular in the case of FIG. 11B) or a shape different from the shape of both electrodes. Both electrodes may be irregular, or some of the electrodes may have different shapes. For example, the shape of the inner periphery of the electrode may be different from the shape of the outer periphery of the electrode. The electrodes can also be shaped to vary along the axial direction. The electrodes may be tapered, stepped or other dimensional change. The center electrode and the ground electrode do not have to have the same shape. For example, the spark surface of the center electrode and the corresponding surface of the ground electrode may coincide, and the portion in front of the center electrode (i.e. the velocity control tube) may be shaped differently.

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。   Both electrodes may be of different shapes, or may include different or multiple portions, arrangements, locations or sparking surfaces. For example, FIG. 12 shows an exemplary spark plug assembly having a plurality of ground electrodes 704 a, 704 b surrounding a single center electrode 702. The illustrated ground electrodes 704a, 704b are adjacent but do not intersect. The plurality of ground electrodes 704a, 704b define a flow path that passes through the spark gap. The ground electrodes 704a, 704b may have a forwardly extending wall with which the speed control tube is formed beyond the spark gap. Also, both electrodes 704a, 704b may have an extension that extends rearward. In other instances, speed control tubes can be attached to the forward or backward facing surfaces of both ground electrodes 704a, 704b.

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。   FIG. 13 shows a front cross section of an exemplary spark plug assembly. In this example, the velocity control tube 806 is a cylinder centered on the spark gap between the center electrode 802 and the J-shaped ground electrode 804. The illustrated velocity control tube 806 can be attached to the ground electrode 804 or the center electrode 802. In some cases, the tube 806 can have a portion that extends downwardly above the sides of the gap. The velocity control tube can be cylindrical, polygonal or other shape. There is no need to center the speed control tube on the center electrode.

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。   FIG. 14 is a cross-sectional view of an exemplary pre-chamber spark plug assembly 300. Pre-chamber spark assembly 300 includes a pre-chamber 304 within the head of a large bore piston cylinder chamber 302. There is a spark plug 306 in the pre-chamber 304, and the spark plug 306 is configured to have the pre-chamber 304 in the head of the large bore piston cylinder 302.

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。   15 is an enlarged cross-sectional view of the pre-chamber 304 of the example pre-chamber spark plug assembly 300 of FIG. The prechamber 304 is connected to the engine combustion chamber 302 through a series of vents 324 and is bounded by a shell 334. The vents 324 allow fuel mixture to enter the pre-chamber 304 and allow flames to exit the pre-chamber 304 and enter the cylinder assembly 302. Although FIG. 15 illustrates that there are three air vents, it may be more or less. Additionally, the vents 324 (or any of the holes described herein) may be formed as slots or other shaped tangible holes.

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。   The illustrated pre-chamber 304 has a longitudinal axis 301 and a central electrode 310 extending axially along the longitudinal axis 301 and entering the pre-combustion chamber (pre-chamber) 304. Around the center electrode at the distal end of the center electrode 310 is a ground electrode 308. The ground electrode 308 is attached to the insulator 312, which insulates the center electrode 310 from the ground electrode 308. In some cases, center electrode 310 is connected to a voltage source (not shown) through the interior of insulator 312 to an electrically grounded shell 334.

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。   The ground electrode 308 forms a circular area around the distal end of the center electrode 310 and forms a spark gap 314 around the distal end of the center electrode 310. In addition, the spark gap 314 is located between the outer peripheral surface of the center electrode 310 and the cylindrical inner ring of the ground electrode 308 disposed at an interval so as to surround the center electrode 310. An insulator 312 extends axially around the center electrode 310 from above the spark gap 314 to the top of the pre-chamber 304. The insulator 312 functions as a speed control pipe. Further, above the spark gap 314 there are two transverse slots or holes 318 drilled in the insulator 312. The transverse holes 318 serve to ventilate the flame kernel after an ignition event.

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。   In some instances, the area inside center insulator 310 around center electrode 310 is referred to as first stage 320 of pre-chamber 304. The first stage 320 limits the fuel to a small space so that the flame kernel generated at the ignition event is protected and controlled so as not to cause excessive damage to the ground electrode 308 and the center electrode 310. Can. The insulator 312 has two transverse holes 318, but may be more or less.

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。   In some instances, the area bounded by shell 334 outside insulator 312 is referred to as second stage 322 of pre-chamber 304. In the illustrated example, the second stage 322 is where the flame kernel begins to expand prior to exiting through the vent 324 and into the engine combustion chamber 302 (i.e., the cylinder).

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。   Furthermore, the illustrated ground electrode 308 extends further back into the pre-chamber 304 than the center electrode 310. As shown in FIG. 15, the exemplary ground electrode 308 has a radially offset circumferential extension axially beyond the distal end of the center electrode 310 forming an aerodynamic nose cone. . The shape of the aerodynamic nose cone is configured to facilitate the flow of the fuel mixture passing through the space between the ground electrode 308 and the center electrode 310. The nose cone is said to be aerodynamic in that it is designed to smoothly guide the flow around the leading edge of the ground electrode 308 (to minimize flow separation). In other examples, the nose of the ground electrode 308 could be rounded. The extension forms an aerodynamic ram area 316 (i.e. a speed control tube). The aerodynamic ram area 316 functions to capture the gas phase (air-fuel mixture) flowing from the main cylinder chamber 302 into the pre-chamber 304. The trapped gas phase is a fuel mixture that is ignited at the spark gap 314. The gas phase passing through the spark gap 314 flows parallel to the spark gap 314, and the flow velocity range is 5 m / sec or more, and may be 50 m / sec in some cases. The spark gap has a relationship of height H, flow velocity V through the gap, and thus H / V * 360 * RPM ((H / V) × 360 × RPM) (RPM is the number of revolutions per minute) The crank can be made 3 degrees or less.

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。   As an aside, changing the width of the spark gap 314 affects the useful life of the spark plug in some instances. For example, increasing the axial length of the spark gap increases the surface area where sparks are generated. Thus, it takes longer for the materials comprising the center electrode 310 and the ground electrode 310 to corrode until the plug itself needs to be repaired or replaced. However, the disadvantage of increasing the width is that the initial ignition of the fuel becomes more difficult since it reduces the first stage.

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。   An example of how combustion occurs in the illustrated pre-chamber 304 and how it is managed is illustrated in FIG. First, a mixture of fuel and air flows from the cylinder assembly 302 through the vent 324 into the pre-chamber. During the compression stroke of the associated engine system (not shown), flow is generated by the differential pressure generated between the combustion chamber 302 and the pre-chamber 304 of the engine. The flows are comprised of primary and secondary flows 328 and 330, respectively. When the primary and secondary streams 328, 300 flow into the prechamber 304, the primary and secondary streams 328, 300 are fresh air uniformly dispersed in fuel, sparking residual fuel from the previous ignition step. Purge from the gap 314 and the second stage. The secondary flow is evenly distributed around the second stage 322 of the prechamber 304. The primary flow 328 is captured 316 in the aerodynamic ram area. The aerodynamic ram area 316 collects primary flow around the spark gap 314. The velocity of primary flow 328 into spark gap 314 is between 1 meter and 100 meters per second. A portion of the fuel in primary flow 328 collects around spark gap 314, creating a differential pressure between a location within aerodynamic ram area 316 and first stage 320. Thus, the fuel flows into the first stage 320 of the prechamber 304. The flow entering the spark gap 314 purges the residue of the spark gap 314 and most of the residue is replaced by fresh air. For example, the residue can be replaced by a mixture that is predominantly fresh air. In some cases, the mixture comprises fresh air and residues, but in some cases, all of the mixture is fresh air. In certain embodiments, the distal end of center electrode 310 is flat to facilitate primary flow 328 into spark gap 314.

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。   Also, in some instances, fuel flows through the transverse holes 318. This flow is mostly backwards away from the end cap. Thus, the majority of the flow is in this direction, and in some cases all the flow is in this direction. The transverse holes 318 are angularly offset so as not to be perpendicular to the central axis 301. This can prevent the fuel mixture from the secondary stream 330 from filling the first stage 320. Thus, the differential pressure generated by the aerodynamic ram area 316 is not impeded by the transverse holes 318. As the flow passes through the transverse holes 318, the velocity at its inlet is maintained. This maintains a pressure lower than the stagnant pressure of fluid in the aerodynamic ram area 316. Thus, a differential pressure is generated across the spark gap.

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。   Once a spark is generated in the illustrated spark gap 314, the fuel in the spark gap 314 is ignited and a flame kernel 332 is generated. The differential pressure causes the flame kernel 332 to move to the first stage 320 of the prechamber 304, but because the first stage 320 is configured to be relatively small, the flame kernel 332 is protected from the outside environment. The first stage 320 functions as a flame holder. The flame kernel travels up and enters a notch 332 located in the center electrode 310. Notches 332 now introduce the flame kernel into the counterstepped structure 334 of the ground electrode 308. As the primary flow enters the first stage 320, the counter-directed stepped structure forms a recirculation zone. Then, while protecting the flame kernel from being lost by the primary flow flowing into the spark gap 314, some of the fuel existing there is captured to grow the flame kernel slightly. Thus, the notches 332 and the counterstepped stepped structure 334 form a flame holder that protects the flame kernel from the faster primary stream 328.

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。   Also, the flame kernel 332 remains small because only minimal fuel can enter the first stage 320 from the transverse holes 318. This keeps the temperature in the first stage 320 low and also minimizes damage to the spark gap 314, the ground electrode 308, and the center electrode 310.

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。 In the illustrated embodiment, the flame kernel 332 travels to the second stage 322 of the prechamber 304 through the transverse holes 318 while consuming fuel in the first stage. The flame kernels 332 are carried by the secondary flow 330 and surround the ground electrode 308 . Here, the flame kernel 332 starts to spread, and the fuel in the second stage 322 is consumed. Then, the flame expands and the pressure in the prechamber 304 significantly increases. Then, a flame is injected from the air vent 324 to the engine combustion chamber 302 to ignite the fuel in the engine combustion chamber 302.

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。   By controlling the flow of flame kernels 332 around the center electrode 310, the useful life of the pre-chamber spark plug assembly 300 can be extended. This is because only the small flame kernel 332 can burn around there since the first stage surrounds the center electrode 310. This is in contrast to conventional systems where the spark gap was exposed without any protection.

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。   An exemplary secondary fuel injector (fuel injector) 326 in the pre-chamber 304 is shown in FIG. The illustrated secondary fuel injector 326 injects fuel into the pre-chamber 304. Another primary fuel injector (not shown) injects fuel into the main cylinder chamber 302, which moves through the vent 324 into the pre-chamber 304. The secondary fuel injectors 326 allow the mixture in the prechamber to be richer (enriched) than the normal primary injection.

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。   Typically, the air-fuel ratio of the illustrated cylinder chamber 302 is the stoichiometric air-fuel ratio (stoichiometric ratio). That is, before combustion, the same amount of fuel and air are present in the cylinder 302. Therefore, the air-fuel ratio in the prechamber 304 is less than the stoichiometric air-fuel ratio (lean) as compared to the flow through the vent 324. In the pre-chamber 304 with the secondary fuel injectors 326, the secondary fuel injectors 326 increase the ratio of fuel to air in order to provide a properly fuel-enriched environment. Generally, this increase causes the lean (air excess) mixture entering from the main combustion chamber to be made to the stoichiometric air fuel ratio, in other words, since air is present in the prechamber 304 before combustion, Enrichment (enrichment) of the chamber fuel to more than twice the air-fuel ratio of the main chamber is not special. By enriching the pre-chamber 304, the ignition process becomes hotter. However, if the ignition process is heated to a higher temperature, the service life of the center and ground electrodes 310, 308 is impaired. In this example, since the fuel supply (fuel enrichment) pre-chamber is only minimally enriched or not enriched at all, the air-fuel ratio in the pre-chamber is an air near the lean mixture in the main chamber. It becomes a fuel ratio, and it is as far as possible from the enrichment of the theoretical air fuel ratio. By reducing the enrichment in the pre-chamber, the combustion temperature at and around the spark surface is reduced, extending the life of the spark plug.

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。   FIG. 18 shows the gas inlet valve 402 integrally formed with the shell 416 of the prechamber 404 and combined with the spark plug 400. In the particular embodiment shown in FIG. 18, there are three different gas inlet valves 402a, 402b, 402c. The gas inlet valves 402 a, 402 b, 402 c supply the fuel of the storage chamber 430 to the pre-chamber 404. As described with respect to FIG. 17, the gas inlet valve 402 allows the user to adjust the concentration of the air-fuel ratio in the pre-chamber 404. Furthermore, in certain embodiments, spark plug 400 including insulator 414, center electrode 406, and ground electrode 408 can be removed from portions of gas entry valve 402 so that spark plug 400 can be quickly replaced. Is promoted.

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。   FIG. 19 is an enlarged view of the pre-chamber 404 of FIG. The pre-chamber 404 is connected to the cylinder of an engine (not shown) system by an end cap 440 having a vent 412. Similar to the previously discussed implementation, the prechamber 404 includes a center electrode 406, a ground electrode 408, a vent 412, an insulator 414, and a shell 416. There is also an aerodynamic ram 428 in this embodiment. Additionally, the insulator includes transverse holes or slots 418. Similar to the transverse holes 318 (FIG. 15), the provision of the slots 418 allows the first electrode defined by the cavity formed between the ground electrode 408 connected to the insulator 414 and the center electrode 406. Access from the second stage 422 defined by the cavity formed between the stage 420 and the shell 416 and the ground electrode 408 attached to the insulator 414.

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。   In some instances, the first differential pressure occurs on the compression stroke of the engine system, and the compression stroke causes the fuel mixture to flow through the vent 412 into the prechamber 404 at a speed between 1 and 100 meters per second. Push in the opposite direction and away from the end cap. As the air-fuel mixture flows into the prechamber 404, the air-fuel mixture gathers around the spark gap 424 formed between the center electrode 406 and the ground electrode 408. Because the width of the spark gap 424 is relatively small, a second differential pressure between the first stage 420 and the second stage of the pre-chamber 404 is obtained. Therefore, when a spark is generated in the spark gap 424, the flame kernel generated by spark ignition of the fuel mixture is drawn into the first stage 420 by the second differential pressure. Because the first stage has an enlarged area, the flow is decelerated to form a recirculation zone. The enlarged area is formed by notching the notch at the exit of the spark surface area of the center electrode. The recirculation zone can hold the reactive particles in the recirculation loop and operate efficiently as a flame holder, thereby preventing the flame kernels being flushed out of the spark gas region from becoming extinguished. The flame kernel continues to burn the first stage fuel until it exits the slot 418 to the second stage 422. In the second stage, the flame kernel consumes the fuel in the pre-chamber 404 and grows into a flame. As a result, the pressure in the prechamber 404 is greatly increased, and the flame is ejected from the vent 412.

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。   The temperature of the spark surface can be lowered by taking out the flame kernel from the spark gap region and injecting it into the flame holder. By reducing the temperature of the spark surface, it is possible to reduce the high temperature oxidation of the spark surface in a high temperature oxidation environment, which is a main cause of the end of life of the spark plug. Therefore, by taking out the high temperature flame kernel from the spark gap after the spark generation, the life of the spark surface and hence the spark plug can be extended, and the possibility of the flame kernel disappearance can be reduced (or prevented).

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。   In some instances, another role of the central bore flow, i.e., the primary bore flow, is to cool the cylindrical ground electrode and spark area during introduction prior to sparking. This is because fresh air introduced is cooler than residual gas in the pre-chamber. In addition to further extending the life of the surface of the spark plug, this also lowers the surface temperature of the pre-chamber and maintains the temperature below the autoignition temperature of fresh air.

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。   Similar to the previous example, controlling the flow of flame kernels around the center electrode 406 can significantly extend the useful life of the illustrated spark plug 400. Because, unlike some prior systems where the spark gap was unprotected and exposed, the first stage surrounded the center electrode 406 so that small flame kernels could only burn around it It is because

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。   In another example, as shown in FIG. 20, a clevis is formed between the outer surface of the ceramic insulator 912 and the inner surface of the shell 934 at a position close to the base or base of the shell 934 and the insulator 912. A (gap) 936 is formed. Clevis 936 is designed to enhance heat transfer from the hot residual fuel / gas to the cooler shell region. The shell region is cooled from the rear surface by being locked by a screw of a cylinder (not shown) (water or oil cooling is assumed). The surface area to volume ratio of Clevis 936 is high, which promotes cooling of the residual gas and thus "quenchs" the reactivity of the residual gas.

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。   In one embodiment, the volume of the clevis 936 is designed to be about 1/5 to 1/10 of the volume of the pre-chamber 904, so that when the pre-chamber 904 is filled with residual gas, the compression ratio of the engine The residual gas is compressed into Clevis 936 which occupies only a space less than that allowed by (ie, in the case of a CR engine with a compression ratio of 10: 1, the gas volume of the prechamber will be 1/10 by compression).

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。   In a further embodiment, to further improve the heat removal ability of clevis 936 to cool residual gas, the surface area of the clevis area is increased by the same means as "screwing" shell 934 onto clevis 936. Can be included.

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。   Regarding the manufacturing method, good heat transfer will be obtained if melting is done in a brazing oven using a brazing ring above or below the ground electrode. Similarly, the ground electrode can be welded to the shell with a laser welder, friction welder or the like.

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。   FIG. 21 is a cross-sectional view of a portion of an exemplary pre-chamber spark plug having a braze ring. FIG. 22 is an enlarged view of a braze ring disposed within the pre-chamber spark plug of FIG. 21; The outer ring 1032 of the ground electrode 1010 has an angled notch 1006 and the brazed ring 1002 rests on the annular gap 1004 created by the notch 1006 prior to laser welding. In the example shown in FIG. 21, at the time of assembly, the ground electrode 1010 is pressed into the shell 112, whereby the ground electrode 1010 is mounted on the step 120. After the ground electrode 1010 is mounted on the step 120, the braze ring 1002 is placed in the annular gap 1004. After the brazing ring 1002 is placed in the annular gap 1004, the laser welding machine is used to melt the brazing ring 1002 and pour it into the annular gap 1004, and the ground electrode 1010 is bonded to the shell 112 by brazing. be able to. As a result, the ground electrode 1010 and the shell 112 are firmly coupled, so that thermal deformation does not occur between the ground electrode 1010 and the shell 112 after the coupling. Also, only the brazing ring 1002 melts, and the ground electrode 1010 and the shell 112 do not deform after brazing. Furthermore, the angled notch 1006 may not be angled, and the notch of the ground electrode 1010 may be of any suitable shape for retaining the braze ring 1002 It may be. For example, the notch may be conical or rectangular. Additionally, the step of flowing the molten braze ring 1002 into the annular gap 1004 may be assisted with a flux. Flux may be applied to the angled notch 1006 or shell 112 to be drawn towards the angled notch 1006 and the shell 112 as the braze ring 1002 melts to fill the annular gap 1004. . Typical fluxes used for brazing are borax, borates, fluoroborates, fluorides, chlorides and the like. As an aside, it is not necessary to use the process of brazing welding for this process. The ground electrode 1010 can be attached to the shell 112 by a brazing process. Regardless of the brazing process and the brazing welding process, the brazing ring is made of an alloy such as aluminum silicon alloy, copper alloy, copper-zinc alloy, gold-silver alloy, nickel alloy, silver alloy and the like.

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。   Furthermore, the center electrode may be made of a solid metal alloy, or one cylinder is called a substrate and the other is a weld between two cylinders called noble metal material. May be After proper alignment (alignment, centering) is obtained in the manufacturing process, the noble metal and the base material can be joined by various methods such as resistance welding, inertia welding, and laser welding.

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。   Similarly, a hollow cylinder made of precious metal can be made and placed over the center electrode of reduced diameter to obtain a structure in which the cylinder is outside the "pin". The noble metal hollow cylinder is held in place by a holding cap which is fixed by welding or mechanical means (such as screws).

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。   The concepts herein are applicable to other structures of the pre-chamber spark plug, but can be configured to include speed control tubes in existing structures. For example, FIGS. 23A and 23B show a spark plug 500 with an end cap 512 but without a speed control tube. FIG. 23A is a top view of the end cap of the spark plug 500. FIG. 23B is a cross-sectional view of the spark plug 500. FIG. A cylindrical ground electrode 505 is supported from the shell 503 by the arms 506a, 506b. The arms 506 a, 506 b are not attached to the side wall of the shell 503 but extend in the opposite direction and attached to the rear surface of the shell 503. The ground electrode 506 surrounds the center electrode 502 but is spaced apart from the center electrode 502 by a spark gap 504. End cap 512 encloses electrodes 502 and 506. End cap 512 has a plurality of central holes 510a-510f and a plurality of transverse holes 508a, 508b at its top.

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。   FIG. 24 shows an example of how to apply spark plug 500 in accordance with the concepts herein to produce spark plug 520. The illustrated spark plug 520 is generally similar to the spark plug 500 shown in FIG. 23 (without any changes to affect the described operation), but includes a forward velocity control tube 514. The velocity control tube 514 can be attached to the front of the ground electrode 506, to the arms 506a, 506b, and any other support member such as a ring.

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。   FIG. 25 shows an example of how to apply spark plug 500 in accordance with the concepts herein to produce spark plug 530. As shown in FIG. The illustrated spark plug 530 is generally the same as the spark plug 500 shown in FIG. 23 (without changes that affect the described operation), but includes a rearward velocity control tube 515. The velocity control tube 515 can be attached to the rear of the ground electrode 506 to the arms 506a, 506b and any other support member such as a ring.

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。   FIG. 26 shows an example of how to apply spark plug 500 in accordance with the concepts herein to produce spark plug 540. The illustrated spark plug 540 is generally the same as the spark plug 500 shown in FIG. 23 (without changes to affect the described operation), but includes both forward and aft speed control tubes 514 and 515. The speed control tubes 514, 515 can be attached to the ground electrode 506, to the arms 506a, 506b and any other support member such as a ring.

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。   Computational Fluid Dynamics (CFD) analysis was performed using a pre-chamber spark plug configured as shown in FIG. 10 and a pre-chamber spark plug identical in size and structure but not including a velocity control tube. FIG. 27A is a plot of the velocity of a spark plug without a velocity control tube. FIG. 28A is a plot of the speed of a spark plug configured as shown in FIG. In both figures, the end of the spark plug projects into the engine combustion chamber. An arrow is superimposed over the plot to indicate the direction of flow. FIG. 27B is a plot of the velocity vector of a spark plug without a velocity control tube. FIG. 28B is a plot of the velocity vector of the spark plug configured as shown in FIG. FIG. 27C is a plot of the fuel mixture distribution of a spark plug without a velocity control tube. FIG. 28C is a plot of the fuel mixture distribution of the spark plug configured as shown in FIG.

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。   Both configurations have a 3.0 mm diameter sparking surface (i.e. an adjacent surface forming a spark gap) and a maximum spark gap of 0.42 mm, and the shell 112 and end cap are identical in structure to the M18 plug It is. The situation outside shell 112 was modeled to show the condition at a 20 mm crank angle before top dead center for an engine with a bore diameter of 155 mm and a 180 mm stroke rotating at 750 rpm. 27A-27C show a typical ring-shaped ground electrode 505 that does not have a velocity control tube and does not extend beyond the sparking surface or the end of the center electrode 502 or rearward from the sparking surface. Have. The axial length of the ground electrode 505 is 1.25 mm, and forms a sparking surface having a length of 1.25 mm. 28A-28C have a ground electrode with a speed control tube 236 extending beyond the end of the center electrode 102 towards the end of the plug on the combustion chamber side. A tube 236 extends rearward from the sparking surface around the center electrode 102. The extent to which the velocity control tube 236 extends beyond the end of the center electrode 102 was selected using conventional fluid analysis to obtain the velocity described below. The extent to which the velocity control tube 236 extends aft of the sparking surface was selected using conventional fluid analysis to isolate the flow exiting the spark gap from pre-chamber turbulence. The sparking surface of FIGS. 28A-28C starts at the base of the rounded tip of the center electrode 102 and extends rearward to a step of diameter, the length of which is 3.5 mm.

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。   27A and 28A show that the peak velocity of the fresh air fuel mixture flowing from the combustion chamber through the central hole 162 is 64 m / s in FIG. 27A and 54 m / m in FIG. 28A, as can be seen from the velocity plot. It was almost the same in any case of seconds. However, in FIGS. 27A, 27 B, the inflowing flow impinges on the end of the center electrode 502 and most of the flow is directed laterally outward, gradually rotating around the ground electrode 505 to the pre-chamber. It will come to the rear. Thus, most of the flow is in this direction, and in some cases all flows are in this direction. The stagnant zone at the end of the center electrode 502 generates high pressure which directs the incoming flow further laterally outward. Conversely, the high velocity ahead of the ground electrode 505 creates a low pressure zone that draws the flow from the back of the prechamber through the spark gap. The peak velocity at the midpoint of the spark surface is 8 m / s, but this flow is from the rear to the front. During engine operation, residual gas (burned fuel mixture) tends to accumulate at the rear of the prechamber. Thus, with this cycle, residual gas is provided to the spark gap in a backward to forward flow. Referring to FIG. 27C, it can be seen that the highest lambda value (ie, the leanest fuel mixture) is seen aft in the pre-chamber and in and behind the spark gap.

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。   In contrast, in FIGS. 28A, 28 B, the incoming flow impinges on the end of the center electrode 102 and is initially oriented transversely, but the flow is trapped in the wall of the velocity control tube 236 , Directed backward into the spark gap. A stagnant zone at the end of the center electrode 102 generates high pressure which directs the flow further into the velocity control tube and aft. The length of the velocity control tube 236 is selected to achieve this flow pattern. The peak velocity at the midpoint of the spark surface is 44 m / s. Further, this flow is a fresh air fuel mixture directly received from the combustion chamber via the central bore 162. Referring to FIG. 28C, it can be confirmed that the lowest lambda value (i.e., the richest air-fuel ratio) is observed from the central hole 162 through the inside of the speed control pipe 236 into the spark gap. Thus, this cycle provides fresh air fuel mixture to the spark gap in a forward to aft flow. The fresh air fuel mixture supplies fuel to the back region of the prechamber while sweeping away any residue present in the spark gap (due to the previous combustion cycle) all over the spark surface and back of the prechamber. Maintain sufficient speed to do. When the spark plug is ignited, the flame kernel generated by the electric spark passes quickly through the spark gap to the back of the prechamber, reducing the possibility of the nucleus being lost at the spark surface. In some cases, the speed at which this flame kernel passes through the spark gap makes it possible to obtain a large spark surface without losing the kernel, which is obtained when the speed through the gap is zero or low. Larger than face. In general, the larger the spark surface, the greater the surface area that generates an electrical spark, and the less wear on the material that generates the spark, the longer the life of the spark plug.

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。   In the example of FIGS. 28A-28C, the peak velocity at the midpoint of the sparking surface is 81% of the peak velocity at the central hole 162 of the incoming flow, but the concept here is only between 10% and 100%. Function. FIG. 29 shows another example in which the pre-chamber plug of FIG. 28A to FIG. 28C is operated at the same rotation speed as 1500 rpm under the same conditions as FIG. 28A to FIG. 28C. In this example, the peak velocity of the fresh air fuel mixture entering the combustion chamber through the central bore 162 is 55 m / s. The peak velocity at the midpoint of the spark surface is 27 m / s. Thus, the peak velocity at the midpoint of the spark surface is 49% of the peak velocity at the central hole 162 of the incoming flow. In particular, as mentioned above, the spark gap is supplied with a stream of fresh air mixture from the front to the back for combustion, but this speed is maintained up to the entire spark surface and to the back of the prechamber. . Similar flow patterns and performance are obtained with all implementations described herein (except for FIG. 23).

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。   Although the specification contains many details, it should be understood that they are not intended to limit the scope of what may be claimed, but rather to a description of the particular features in a particular example. Certain features described herein may also be combined in the context of separate implementations. Conversely, various features that are described in the context of a single implementation can also implement multiple implementations separately or optionally in appropriate subcombinations (subcombinations).

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。
Many examples have been described. Nevertheless, it goes without saying that various modifications can be made. Accordingly, other implementations are within the scope of the following claims.
1. The method of the first aspect is
A method of promoting combustion in the operation of an engine:
Receiving a fuel mixture from a combustion chamber of the engine into a spark plug enclosure;
Igniting the received fuel mixture within a spark gap within the enclosure;
The peak flow rate through the spark gap is set at 10% of the peak flow rate into the enclosure such that the ignited fuel mixture leaves the combustion chamber side end of the enclosure at the peak flow rate mostly through the spark gap. Directing at a flow rate of% or more.
2. In the method of the second aspect, in the first aspect, the peak flow velocity through the spark gap is 5 m / sec or more, and the residual gas is purged from the spark gap.
3. In the method according to the third aspect, in the first aspect or the second aspect, the height H of the spark gap is 2.5 mm or more, and the peak flow velocity in the spark gap is V, H / V * 360 * RPM is less than 3 degrees crank angle of the engine.
4. In the method of the fourth aspect, in any of the first to third aspects,
Directing the fuel mixture contained in the swirl flow to the periphery of the interior of the enclosure and to the end of the enclosure opposite the combustion chamber end;
Protecting the fuel mixture ignited in the spark gap from the swirl flow.
5. The method of the fifth aspect comprises, in the fourth aspect, protecting the ignited fuel mixture exiting the spark gap from the swirl flow.
6. In the method according to the sixth aspect, in any of the first to fifth aspects, the size of the spark plug is M14 to M24, and the maximum pressure in the enclosure due to the combustion of the fuel mixture is And a step of delaying the crank angle of the engine by 7 degrees or more from the ignition of the fuel mixture at the spark gap.
7. In the method according to the seventh aspect, in any one of the first aspect to the sixth aspect, substantially all of the fuel mixture present in the half opposite to the combustion chamber side end of the enclosure is ignited Only if this is the case is the step of injecting the ignited fuel mixture from within the enclosure into the combustion chamber of the engine.
8. A spark plug for an engine of the eighth aspect;
With a spark gap in a spark plug enclosure;
A passage inside the enclosure that receives flow from the outside of the enclosure during engine operation, and the flow is directed through the spark gap such that the majority of the flow is away from the combustion chamber end of the enclosure Equipped with an aisle;
The spark plug includes means for creating a peak flow rate in the spark gap that is at least 10% of the peak flow rate into the enclosure.
9. In the spark plug of the ninth aspect, in the eighth aspect, the spark plug is configured to generate the peak flow velocity of 5 m / sec or more in the spark gap.
10. In a spark plug according to a tenth aspect, in the eighth aspect or the ninth aspect, the height of the spark gap is H, the peak flow velocity in the spark gap is V, and the crank angle of the engine is 3 degrees or less Produces H / V * 360 * RPM.
11. In a spark plug according to an eleventh aspect, in the tenth aspect, the spark plugs are M14 to M24, and H is 2.5 mm or more.
12. In a spark plug according to a twelfth aspect, in any of the eighth aspect to the eleventh aspect, the spark plug is a spark plug having a size of M14 to M24, and the passage exceeds an end of the spark gap. It extends 1.0 mm or more toward the end on the combustion chamber side of the enclosure.
13. In the spark plug of the thirteenth aspect, in the twelfth aspect, the passage includes the spark gap, and is separated from the combustion chamber side end of the enclosure from the opposite end of the spark gap. .1 mm or more.
14. The spark plug of the fourteenth aspect is the hole according to the twelfth aspect or the thirteenth aspect, wherein the hole in the combustion chamber side end of the enclosure is oriented to direct the flow into the passage;
A hole in the combustion chamber end of the enclosure, oriented to direct flow towards the outer periphery of the passage and to the end of the enclosure opposite the combustion chamber end. Prepare.
15. In the spark plug of the fifteenth aspect, in any of the eighth aspect to the fourteenth aspect, the size of the spark plug is M14 to M24, and the spark plug is configured to ignite the engine from the ignition at the spark gap. At a crank angle of 7 degrees or more, the pressure in the enclosure reaches the maximum pressure by the combustion of the fuel mixture.
16. The spark plug of the sixteenth aspect is any one of the eighth to fifteenth aspects described above,
With metal shells;
An electrical insulator in said shell;
A center electrode extending from the insulator;
The center electrode may include at least one ground electrode defining the spark gap and at least one ground electrode defining the passage.
17. In the spark plug of the seventeenth aspect, in the sixteenth aspect, more than one ground electrode defines the passage, and the ground electrodes do not intersect.
18. The spark plug of the eighteenth aspect is the spark plug according to the sixteenth aspect or the seventeenth aspect, wherein the one or more ground electrodes comprise a tube, the tube defining the passage and directing from the tube to the shell. And an arm extending away from the combustion chamber end of the enclosure.
19. In the spark plug of the nineteenth aspect, in any of the sixteenth to eighteenth aspects, the central electrode has a polygonal axial cross section.
20. In the spark plug of the twentieth aspect, in the nineteenth aspect, the one or more ground electrodes define the passage in the same shape as an axial cross section of the center electrode.

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
100, 200 pre-chamber spark plug 102, 406, 502, 702, 802 center electrode 104, 414, 912 insulator 106 back chamber 108 front chamber 110, 111, 210, 180 cylindrical electrode 112, 334, 416, 503, 934 Shell 114, 214 Disc portion 116, 440, 512 End cap 118 Surface 120 Stepped portion 130 Inner ring 132, 1032 Outer ring 134 Spokes 136, 236, 514, 515, 806 Speed control tube 138 Central opening 140 Inner surface 142 First The surface ring 144 of the electrode The surface ring 146 of the second electrode Outer surface 148, 156 Tab 152 Notch 154 Annular receiver 162 Center hole 164 Outer hole 168 Peripheral hole 168 Outer hole axis 169 Radial 171 parallel to the longitudinal axis Line 182 End 201, 301 Longitudinal axis 300 Prechamber spark assembly 302 Piston cylinder 304, 404, 904 Prechamber 314, 424, 504 Spark gap 316 Aerodynamic ram area 318, 508a, 508b Transverse bore 320, 420 First stage 322, 422 Second stage 324, 412 Vent 330 Secondary flow 332 Flame core 400, 500, 520, 530, 540 Spark plug 402a, 402b, 402c Gas entry valve 408, 505, 704a, 704b 804, 1010 Grounding electrode 418 Slot 428 Aerodynamic ram 430 Storage chamber 506a, 506b Arm 510a-f Central hole 936 Clevis 1002 Brazing ring 1004 Annular gap 1006 Cutting Missing

Claims (20)

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、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。
A method of promoting combustion in the operation of an engine:
Receiving a fuel mixture from a combustion chamber of the engine into a spark plug enclosure;
Igniting the received fuel mixture within a spark gap within the enclosure;
The ignited fuel-air mixture, and through the spark gap, more than 10% of the peak flow rate of the peak flow rate entering the enclosure, and the step applying rectangular direction away from the end of the combustion chamber side of the enclosure ;
Moving the ignited and directed fuel mixture to a first stage forming a recirculation zone ;
Method.
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。
The peak flow velocity through the spark gap is 5 m / s or more, and purges residual gas from the spark gap.
The method of claim 1.
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。
The height H of the spark gap is 2.5 mm or more, the peak flow velocity in the spark gap is V, and ( H / V ) × 360 × RPM is 3 crank angles or less of the engine.
A method according to claim 1 or claim 2.
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。
Directing the fuel mixture contained in the swirl flow to the periphery of the interior of the enclosure and to the end of the enclosure opposite the end on the combustion chamber side;
Protecting the fuel mixture ignited in the spark gap from the swirl flow in the first stage ;
A method according to any one of the preceding claims.
前記スパークギャップから出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。
The fuel mixture in said said ignited first stage exiting from the spark gap, an internal step is moved Ru is consumed fuel in the swirl flow in the periphery of the enclosure,
5. The method of claim 4.
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。
The sizes of the spark plugs are M14 to M24,
Delaying the maximum pressure in the enclosure due to the combustion of the fuel mixture from the ignition of the fuel mixture at the spark gap by a crank angle of at least 7 degrees of the engine;
A method according to any one of the preceding claims.
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、
請求項1乃至請求項6のいずれか1項に記載の方法。
Only when the fuel mixture existing in the half opposite to the end on the combustion chamber side of the enclosure is almost completely ignited, the ignited fuel mixture is transmitted from the inside of the enclosure to the combustion chamber of the engine With the step of injecting
A method according to any one of the preceding claims.
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
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。
A spark plug for an engine,
A spark gap in the spark plug enclosure;
An inner passage of the enclosure to receive the flow from the outside of the enclosure during operation of the engine, the flow, and through the spark gap, the direction away from the end of the combustion chamber side of the enclosure Equipped with an aisle;
The spark plug extends beyond the end of the center electrode toward the end on the combustion chamber side of the spark plug, creating a peak flow velocity in the spark gap that is 10% or more of the peak flow velocity to the enclosure one or more ground electrodes having a speed control tube seen including,
Downstream of the spark gap, there is provided a first stage into which the flow ignited in the spark gap enters and which forms a recirculation zone.
Spark plug.
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。
The spark plug is configured to produce the peak flow velocity of 5 m / s or more in the spark gap,
The spark plug according to claim 8.
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。
The height of the spark gap is H and the peak flow velocity in the spark gap is V, producing ( H / V ) x 360 x RPM with a crank angle of 3 degrees or less of the engine,
The spark plug according to claim 8 or 9.
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。
The spark plugs are M14 to M24, and H is 2.5 mm or more.
A spark plug according to claim 10.
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。
The spark plug is a spark plug having a size of M14 to M24, and the passage extends beyond the end of the spark gap toward the end on the combustion chamber side of the enclosure by 1.0 mm or more.
A spark plug according to any one of claims 8 to 11.
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。
Said passage, said extending above 0.1mm from opposite ends of the spark gap away from the end of the combustion chamber side of the enclosure together comprising the spark gap,
A spark plug according to claim 12.
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。
A first hole in the combustion chamber end of the enclosure, oriented to direct flow into the passageway;
Flow, and an outer periphery of said passage, said the end of the combustion chamber side is oriented to direct the an end portion of the enclosure on the opposite side, the inside end portion of the combustion chamber side of the enclosure With 2 holes;
The spark plug according to claim 12 or claim 13.
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。
The sizes of the spark plugs are M14 to M24,
The spark plug is configured such that the pressure in the enclosure reaches a maximum pressure by combustion of a fuel mixture at a crank angle of 7 degrees or more of the engine from ignition at the spark gap.
The spark plug according to any one of claims 8 to 14.
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。
With metal shells;
An electrical insulator in said shell;
It said center electrode extending from the insulator;
And a least one ground electrode defining the one or more ground electrodes and said passage defining said spark gap by said central electrode;
The spark plug according to any one of claims 8 to 15.
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。
More than one ground electrode defines the passage, the ground electrodes do not intersect;
The spark plug according to claim 16.
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、
請求項16又は請求項17に記載のスパークプラグ。
The one or more ground electrodes comprise a tube, the tube defining the passage and comprising an arm extending from the tube towards the shell and away from the combustion chamber end of the enclosure.
A spark plug according to claim 16 or 17.
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。
The central electrode is polygonal in axial cross section,
A spark plug according to any one of claims 16 to 18.
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。
The one or more ground electrodes define the passage in the same shape as the axial cross section of the center electrode,
The spark plug according to claim 19.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833485B2 (en) 2018-12-06 2020-11-10 Federal-Mogul Ignition Gmbh Pre-chamber spark plug

Families Citing this family (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR3060222B1 (en) * 2016-12-09 2019-05-17 Vianney Rabhi ELECTRODE-NAVETTE IGNITION CANDLE
JP6966872B2 (en) 2017-05-22 2021-11-17 株式会社リコー Terahertz wave generator, inspection device
CN107317221B (en) * 2017-07-06 2022-12-27 张蝶儿 Spark plug with flow amplification kit
EP3514346A1 (en) 2018-01-23 2019-07-24 Ricoh Company, Ltd. Ignition device and internal combustion engine
CN108321678B (en) * 2018-01-31 2019-10-15 山东大学 A kind of precombustion-chamber ignition structure, system and its working method
DE102018212894A1 (en) 2018-08-02 2020-02-06 Robert Bosch Gmbh Method of manufacturing a spark plug electrode assembly and a spark plug, spark plug electrode assembly and spark plug
CN111120077A (en) * 2019-12-31 2020-05-08 中国第一汽车股份有限公司 Precombustion chamber, internal combustion engine and automobile
DE102021214150A1 (en) * 2021-12-10 2023-06-15 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Spark plug with a small ignition gap and flat ignition element surfaces
DE102021214629A1 (en) * 2021-12-17 2023-06-22 Robert Bosch Gesellschaft mit beschränkter Haftung Spark plug with element for directing the flow on the front side of the housing on the combustion chamber side
CN114991940B (en) * 2022-06-09 2023-07-21 北京航空航天大学 Aeroengine combustion chamber adapting to negative carbon biofuel

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ATE156568T1 (en) 1994-03-29 1997-08-15 Dieter Dr Kuhnert PRECHAMBER IGNITION DEVICE
EP1209335A1 (en) * 1999-06-11 2002-05-29 Hitachi, Ltd. Cylinder injection engine and fuel injection nozzle used for the engine
EP1766208B1 (en) * 2004-06-24 2019-12-25 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug
JP2006049206A (en) * 2004-08-06 2006-02-16 Denso Corp Spark plug for internal combustion engine
US20060082276A1 (en) * 2004-10-14 2006-04-20 Havard Karina C Ignition device having noble metal fine wire electrodes
US8461750B2 (en) * 2009-09-11 2013-06-11 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug and electrodes therefor
DE102010004851B4 (en) * 2009-12-18 2014-05-28 Federal-Mogul Ignition Gmbh Prechamber spark plug for a gas-powered internal combustion engine
JP5530940B2 (en) * 2010-01-15 2014-06-25 日本特殊陶業株式会社 Spark plug and method of manufacturing the spark plug
DE102010022564B4 (en) * 2010-06-02 2019-02-21 Mtu Friedrichshafen Gmbh Pre-chamber spark plug and method for its production
US9172217B2 (en) * 2010-11-23 2015-10-27 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug with tubular electrode and method of manufacturing same
US9476347B2 (en) * 2010-11-23 2016-10-25 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow in fuel-fed prechambers
US8584648B2 (en) * 2010-11-23 2013-11-19 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow
JP2014525546A (en) * 2011-09-03 2014-09-29 プロメテウス アプライド テクノロジーズ,エルエルシー Method and apparatus for achieving high power flame jet and suppressing extinguishing and self-ignition in a pre-chamber spark plug for a gas engine

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10833485B2 (en) 2018-12-06 2020-11-10 Federal-Mogul Ignition Gmbh Pre-chamber spark plug

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