JP7183692B2 - 点火装置及び内燃機関 - Google Patents

Description

本発明は、点火装置及び内燃機関に関する。

近年、熱電併給システム（コージェネレーションシステム）の発電機用エンジンは、ＣＯ₂の削減及びＮＯ_Xの低減の観点から、より高効率であることが求められている。エンジンの高効率化を図るためには、高過給、高圧縮、及び超希薄条件において、エンジンで希薄混合気中の燃料を安定して燃焼できる必要がある。

高過給、高圧縮、超希薄のエンジンで火花点火により着火する場合は、点火前の筒内圧力が高いことに加えて超希薄であることから、点火プラグに供給するエネルギーを大幅に増加させる必要がある。このようなエンジンに使用される点火装置として、例えば、予燃焼室であるプレチャンバーを用いて、希薄混合気をより効率的に燃焼させるプレチャンバープラグがある。

このようなプレチャンバープラグとして、例えば、シリンダヘッドに設けたレーザ点火プラグからプリチャンバの内室内にレーザ放射線を入射させることで、プリチャンバの内室内に存在する空気／燃料混合物を点火させる点火プラグがある（例えば、特許文献１参照）。

しかしながら、従来の点火装置では、プレチャンバーを有するため、エンジンの圧縮行程でプレチャンバーの内側とエンジン主燃焼室を連通するプレチャンバー孔を通じて主燃焼室からプレチャンバー内側に向かって混合気が流入する。このプレチャンバー内側への混合気の流入により、プレチャンバー内の混合気の流速が早くなる。そのため、混合気の流速の早い領域に点火点がある場合、点火によって生じた初期火炎が消炎しやすいため、燃焼室で燃料を着実に着火させることができない可能性がある。

本発明の一態様は、点火点及びその周囲の混合気の流速を低減させ、着火の安定性を高めることができる点火装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による点火装置は、内燃機関の主燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料を点火するための点火装置であって、前記燃料の点火点を囲う予備燃焼室を形成するように設けられ、前記主燃焼室と前記予備燃焼室とを連通する複数の連通孔を備える仕切部材と、前記仕切部材の内面から内側に突出するように設けられた第１の干渉部材と、を有し、前記複数の連通孔は、その軸線が前記第１の干渉部材と交わるように前記仕切部材に設けられる第１連通孔と、その軸線が前記第１の干渉部材と交わらないように前記仕切部材に設けられる第２連通孔とを含む。

本発明の一態様による点火装置は、点火点及びその周囲の混合気の流速を低減させ、着火の安定性を高めることができる。

第１の実施形態に係る点火装置を備える内燃機関を示す断面図である。 第１の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図２に示す１Ａ－１Ａ断面図である。 点火炎が発生している状態を示す説明図である。 第２の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図５に示す２Ａ－２Ａ断面図である。 図５に示す２Ｂ－２Ｂ断面図である。 第３の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図８に示す３Ａ－３Ａ断面図である。 図８に示す３Ｂ－３Ｂ断面図である。 第４の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図１１に示す４Ａ－４Ａ断面図である。 図１１に示す４Ｂ－４Ｂ断面図である。 第５の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図１４に示す５Ａ－５Ａ断面図である。 図１４に示す５Ｂ－５Ｂ断面図である。 図１４に示す５Ｃ－５Ｃ断面図である。 第６の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図１８に示す６Ａ－６Ａ断面図である。 図１９に示す６Ｂ－６Ｂ断面図である。 図１８に示す６Ｃ－６Ｃ断面図である。 図１８に示す６Ｄ－６Ｄ断面図である。 第７の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図２３に示す７Ａ－７Ａ断面図である。 図２４に示す７Ｂ－７Ｂ断面図である。 図２４に示す７Ｃ－７Ｃ断面図である。 図２３に示す７Ｄ－７Ｄ断面図である。 図２３に示す７Ｅ－７Ｅ断面図である。 第８の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図２９に示す８Ａ－８Ａ断面図である。 図３０に示す８Ｂ－８Ｂ断面図である。 図３０に示す８Ｃ－８Ｃ断面図である。 図２９に示す８Ｄ－８Ｄ断面図である。 図２９に示す８Ｅ－８Ｅ断面図である。 第９の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図である。 図３２に示す９Ａ－９Ａ断面図である。

以下、実施形態について詳細に説明する。

［第１の実施形態］
第１の実施形態に係る点火装置を内燃機関に適用した場合について、図面を参照して説明する。本実施形態では、内燃機関として発電用のガスエンジンを用いた場合について説明する。

＜内燃機関＞
図１は、第１の実施形態に係る点火装置を備える内燃機関を示す断面図である。本明細書では、３軸方向（Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、Ｚ軸方向）の３次元直交座標系を用いる。レーザ装置の光源からのレーザ光の出射方向を＋Ｚ方向とし、レーザ光の光軸に直交する面において、互いに直交する２つの方向のうち一方をＸ軸方向とし、他方をＹ軸方向として説明する。

図１に示すように、内燃機関（エンジン）１０は、点火装置１１Ａ、シリンダヘッド１２、シリンダ１３、ピストン１４、吸気ポート１５、排気ポート１６、吸気弁１７、及び排気弁１８を有する。シリンダ１３内には、点火装置１１Ａ、シリンダヘッド１２、ピストン１４、吸気弁１７及び排気弁１８に囲まれることで、エンジン１０の主燃焼室１９が形成されている。

点火装置１１Ａの先端は、シリンダヘッド１２に主燃焼室１９側に突出して設けられている。点火装置１１Ａは、レーザ装置２１、窓部材２２、筺体（ハウジング）２３、プレチャンバーキャップ（仕切部材）２４Ａ、及び第１の干渉部材２５Ａを有する。主燃焼室１９内に供給された混合気が、主燃焼室１９からプレチャンバーキャップ２４Ａの複数の連通孔（プレチャンバー孔）２４１を通して、プレチャンバーキャップ２４Ａの内部のプレチャンバーである予備燃焼室２６に供給される。予備燃焼室２６に供給された混合気中にレーザ光ＬＢを照射して、レーザ光ＬＢを集光させる。レーザ光ＬＢの集光点を点火点（ブレイクダウンポイント）ＢＰとしてプラズマを発生させることで、混合気中の燃料を点火する。点火装置１１Ａの詳細については、後述する。

シリンダヘッド１２は、鉄又はアルミ二ウム合金等からなる成型品であるシリンダーブロックによって形成されている。

シリンダ１３は、底部を有する筒状の金属部材であり、点火装置１１Ａ、吸気弁１７、及び排気弁１８を受け入れるための複数の開口部を有する。運転状態において、吸気弁１７、及び排気弁１８は、主燃焼室１９内に空気と燃料とが所定の比率で供給されるように開く。

ピストン１４は、図示しないクランク軸と図示しない連結棒とに接続されており、前記クランク軸の回転によって往復運動している。

点火装置１１Ａ、吸気弁１７及び排気弁１８は、エンジン１０の外部に設けられている、図示しない駆動装置と電気的に接続されており、点火装置１１Ａは、図示しない制御装置の指示に基づいて前記駆動装置により制御される。

エンジン１０の動作について簡単に説明する。吸気弁１７が吸気ポート１５内を上昇して、吸気ポート１５より燃料と空気とを含む可燃性の混合気を主燃焼室１９内に噴出させる（吸気工程）。その後、ピストン１４が上昇して、混合気が圧縮される（圧縮工程）。主燃焼室１９内の圧縮された混合気が点火装置１１Ａの予備燃焼室２６内に供給される。点火装置１１Ａは、供給された混合気中にレーザ装置２１から出射したレーザ光を集光させ、プラズマを発生させる。発生したプラズマにより、混合気中の燃料に点火させる（着火）。予備燃焼室２６の中で、燃料の点火により混合気を予備燃焼させる。そして、予備燃焼室２６の中で予備燃焼した混合気をプレチャンバーキャップ２４Ａのプレチャンバー孔２４１から点火フレア（点火炎）として主燃焼室１９内に噴出する。主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して主燃焼することで、主燃焼室１９内の燃焼ガスが膨張する。これにより、ピストン１４が降下する（燃焼工程）。その後、排気弁１８が排気ポート１６を上昇して、排気ポート１６より、燃焼ガスを主燃焼室１９の外へ排気する（排気工程）。

このように、エンジン１０では、吸気工程、圧縮工程、燃焼工程、及び排気工程からなる４つ工程を１サイクルとして、一連の工程が繰り返される。そして、主燃焼室１９内の気体の体積変化に対応してピストン１４が運動し、運動エネルギーを生じさせる。燃料には、例えば、天然ガスや都市ガス等が用いられる。

なお、点火装置１１Ａにおけるレーザ光の出射は、図示していない制御装置の指示に基づいて図示していない駆動装置により制御される。吸気弁１７及び排気弁１８は、図示していない装置で４行程に対して適切なタイミングで動作している。

また、エンジン１０は、４サイクルエンジンであるが、２サイクルエンジンでもよい。

＜点火装置＞
点火装置１１Ａについて説明する。点火装置１１Ａの構成を図２及び図３に示す。図２は、本実施形態に係る点火装置を主燃焼室１９側から見た時のプレチャンバーキャップ２４Ａの構成を示す正面図であり、図３は、図２に示す１Ａ－１Ａ断面図である。なお、図１～図５中の一点鎖線は、点火装置１１Ａの長手方向（Ｚ軸方向）の中心線（中心軸）Ｊを示す。中心軸Ｊは、レーザ装置から照射されるレーザ光の光軸と一致しており、レーザ装置の中心軸でもある。

図２及び図３に示すように、点火装置１１Ａは、レーザ装置２１、窓部材２２、ハウジング２３、プレチャンバーキャップ２４Ａ、及び第１の干渉部材２５Ａを有する。プレチャンバーキャップ２４Ａの内部にプレチャンバー（予備燃焼室）２６が形成される。

レーザ装置２１は、レーザ光を射出する光源と、レーザ光を集光させる集光光学系とを有する。レーザ装置２１は、光源から射出されたレーザ光ＬＢを予備燃焼室２６内に集光させる。レーザ装置２１は、その長手方向（Ｚ軸方向）の軸が、ピストン１４（図１参照）の往復運動する方向（Ｚ軸方向）と並行となるように配置されている。

前記光源としては、例えば、面発光レーザや端面発光レーザ等の半導体レーザ等を用いることができる。中でも、前記光源として、面発光レーザを用いることが好ましい。面発光レーザは、励起用光源であり、複数の発光部を有している。各発光部は、垂直共振器型の面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）である。面発光レーザから出射されるレーザ光の波長は、例えば、約８０８ｎｍである。面発光レーザは、出射されるレーザ光の、温度による波長ずれが非常に小さい。そのため、面発光レーザは、波長ずれによって特性が大きく変化するＱスイッチ式のレーザ共振器でレーザ光のエネルギー密度を高めるのに有利な光源である。面発光レーザは、図示しない駆動装置と電気的に接続されており、図示しないエンジン制御装置の指示に基づいて、面発光レーザが駆動して、面発光レーザからレーザ光が出射される。

集光光学系は、少なくとも１つの集光レンズを有する。集光レンズは、レーザ光の断面積等に応じて適切なものが選択される。集光光学系は、光源から出射されたレーザ光ＬＢを集光する。

集光光学系は、集光レンズの他に、レーザ光を発散する凹レンズ、レーザ光をコリメートするコリメートレンズを有していてもよい。また、集光光学系は、光ファイバやＱスイッチ式のレーザ共振器等の他の光学素子を有していてもよい。

集光光学系は、光ファイバを備えることで、光源から出射されたレーザ光を光ファイバの一端に入射させ、その他端から出射させることができる。そのため、レーザ光は光ファイバ一端を介して任意の場所から出射させることができるので、光源や集光光学系の配置の自由度が増大する。また、エンジン１０（図１参照）の周辺の高温領域から光源を遠ざけることができるので、エンジン１０の冷却方法の幅を広げることができる。さらに、振動源であるエンジン１０（図１参照）から光源を遠ざけた位置に設けることができるので、光源から出射されるレーザ光のぶれを防ぐことができる。

集光光学系は、Ｑスイッチ式のレーザ共振器を備えることで、レーザ共振器に入射されたレーザ光のエネルギー密度が高められ、波長が例えば約１０６４ｎｍのレーザ光を短いパルス幅で出射させることができる。レーザ共振器に入射されたレーザ光は、レーザ共振器内で共振し増幅することで、レーザ光のエネルギー密度が高くなる。そして、レーザ光の吸収量が飽和すると、Ｑスイッチ発振が発生する。これにより、エネルギー密度の高いレーザ光がレーザ共振器から短いパルス幅でエネルギーを集中させて出射される。なお、集光光学系がレーザ共振器を備える場合、レーザ共振器に入射されるレーザ光を、「励起光」ともいう。レーザ共振器から出射されるレーザ光を、パルスレーザ光ともいう。パルスレーザ光の波長は、例えば、約１０６４ｎｍである。

レーザ装置２１は、集光光学系によりレーザ光を集光させることで、集光点で高いエネルギー密度を得ることができる。集光されたレーザ光ＬＢは、ある一定のエネルギー密度を超えると、予備燃焼室２６内の混合気に含まれる気体を構成する分子が電離し、陽イオンと電子とに別れ、プラズマ化（ブレークダウン）する。

窓部材２２は、図３に示すように、光学窓２２１と、光学窓保持部材２２２とを有する。集光光学系から出射されたレーザ光ＬＢは、光学窓２２１を透過して、予備燃焼室２６内で集光される。

光学窓２２１は、図３に示すように、レーザ装置２１から出射されるレーザ光ＬＢの光路上に配置されている。

光学窓２２１の平面視における形状は、特に限定されるものではなく、例えば、矩形状、円形状、楕円状、長方形状、多角形状等であってもよい。

光学窓２２１は、透明又は半透明の材料で構成される。光学窓２２１の材料としては、例えば、光学ガラス、耐熱ガラス、石英ガラス、サファイアガラス等を用いることができる。特に、光学窓２２１は、予備燃焼室２６内に発生する燃焼圧力からハウジング２３の内部の光学部材等を保護するため、十分な耐圧強度が必要となる。光学窓２２１の材料としては、光学窓２２１の厚みが薄くても、高温高圧環境下で優れた耐久性を有するサファイアガラスを用いることが好ましい。

光学窓２２１は、レーザ光が通過する入射面に反射防止（ＡＲ：Ａｎｔｉ Ｒｅｆｌｅｃｔｉｏｎ）膜（ＡＲ膜）を有してもよい。反射防止膜は、光学窓２２１の入射面に設けられ、レーザ光の反射を抑制する膜である。反射防止膜は、波長が１０６４ｎｍのレーザ光に対しては高い透過率を有する。

反射防止膜を形成する材料としては、例えば、Ｓｉ、Ｎａ、Ａｌ、Ｃａ、Ｍｇ、Ｂ、Ｃ、Ｃａ、Ｔｉ、Ｖ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｃｕ、Ｚｎ、Ｇａ、Ｓｒ、Ｚｒ、Ｎｂ、Ｒｕ、Ｐｄ、Ａｇ、Ｉｎ、Ｓｎ、Ｈｆ、Ｔａ、Ｗ、Ｏｔ、Ａｕ、及びＢｉのいずれかを主成分とする材料、又は前記主成分の窒化物、酸化物、炭化物、及びフッ化物のいずれかを少なくとも一つ含む材料を用いることができる。反射防止膜を光学窓２２１に形成する方法としては、例えば、蒸着、スパッタ、溶射、塗布、又はゾルゲル法等を用いることができる。反射防止膜は、一層でもよいし、多層でもよい。

光学窓保持部材２２２は、図３に示すように、ハウジング２３の内面に固定されている。光学窓保持部材２２２は、溶接、ねじ止め、焼きばめ、接着等によりハウジング２３の内面に固定できる。

光学窓保持部材２２２は、その内面で、接合材としてロウ材を用いてロウ付けにより、光学窓２２１を固定して保持できる。なお、接合材として、ロウ材の他に、高温での耐熱性を有する他の接合材を用いてもよい。また、接合材を用いずに、ねじ止めや焼きばめ等により、光学窓保持部材２２２に光学窓２２１を固定してもよい。

光学窓保持部材２２２を形成する材料としては、例えば、鉄、ニッケル、Ｎｉ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ系合金、ステンレス等の耐熱性金属材料を用いることができる。Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金として、例えば、インコネル等が挙げられる。Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ系合金として、例えば、コバール等が挙げられる。中でも、本実施形態では、光学窓２２１は、サファイアで形成されることが好ましいことから、光学窓保持部材２２２を形成する材料は、サファイアと熱膨張係数の近いコバールを使用することが好ましい。

光学窓保持部材２２２は、光学窓保持部材２２２を固定するハウジング２３と同一材料で形成することが好ましい。光学窓保持部材２２２及びハウジング２３は、予備燃焼室２６に晒されているので、予備燃焼室２６の温度の影響を受けやすい。光学窓保持部材２２２及びハウジング２３が、同一材料で形成されていれば、同じ熱膨張係数を有する。そのため、光学窓保持部材２２２及びハウジング２３が予備燃焼室２６の温度の影響を受けて高温（例えば、数百℃～約１０００℃程度）になっても、熱膨張係数の差により生じる応力が光学窓保持部材２２２とハウジング２３との接合部に加わることを抑制できる。これにより、応力差に起因して、光学窓保持部材２２２とハウジング２３との接合部が引っ張られ、前記接合部に亀裂が生じる等の接合部に加わる負荷を軽減できるので、光学窓２２１を光学窓保持部材２２２に安定して固定することができる。

プレチャンバーキャップ２４Ａは、図３に示すように、ハウジング２３の端部から主燃焼室１９側に突出し、内部に所定の空間（プレチャンバー）が形成されるように設けられている。プレチャンバーが、予備燃焼室２６となる。プレチャンバーキャップ２４Ａは、ロウ材や溶接等によりハウジング２３と接合されている。プレチャンバーキャップ２４Ａは、点火装置１１Ａの軸方向（Ｚ軸方向）から見た時、ハウジング２３と同様、円型に形成されている。

プレチャンバーキャップ２４Ａは、例えば、鉄、Ｎｉ－Ｆｅ系合金、Ｃｒ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金、Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ系合金、ステンレス等の耐熱性金属が用いられる。Ｎｉ－Ｃｒ－Ｆｅ系合金として、例えば、インコネル等が挙げられる。Ｎｉ－Ｃｏ－Ｆｅ系合金として、例えば、コバール等が挙げられる。

プレチャンバーキャップ２４Ａは、図２及び図３に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂに、主燃焼室１９と予備燃焼室２６とを連通する連通孔（プレチャンバー孔）２４１Ａ～２４１Ｄを有する。本実施形態では、プレチャンバーキャップ２４Ａの軸方向（Ｚ軸方向）に対して直交する面である内周面２４ｂに設けられるプレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを、第１プレチャンバー孔という。

第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂの周方向にほぼ等間隔に円状に設けられている。主燃焼室１９内に供給された混合気は、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通して、予備燃焼室２６内に供給される。

第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、図３に示すように、それぞれの軸線（孔の中心軸）が点火点ＢＰと重ならないようプレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂに設けることが好ましい。これにより、点火点ＢＰに混合気が流れるのを低減できるため、点火点ＢＰ及びその付近（点火点ＢＰ付近）における混合気の流速は低下する。なお、図３では、第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄの軸線のみを示すが、他の第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃの軸線も第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄの軸線と同様の傾きを示す。

図３に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、それぞれの軸線が第１の干渉部材２５Ａと交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂに設けられている。第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから予備燃焼室２６内に流入した混合気は第１の干渉部材２５Ａに衝突しやすくなるので、混合気の流れの向きは変えやすく、混合気は光学窓２２１側に向かって流れやすくなる。そのため、点火点ＢＰ及びその周囲における混合気の流速は低下する。

図３に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの向きがそれぞれの軸線の交点の近くに点火点ＢＰが位置するように設けることが好ましい。第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのうち対向する孔同士の軸線は、第１の干渉部材２５Ａの一部と交わるように設けられている。そのため、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、点火点ＢＰ及びその周囲に向かって流れる際に、第１の干渉部材２５Ａで変更される。

第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、図２に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのいずれかと、第１の干渉部材２５Ａを介して対向した位置（第１の干渉部材２５Ａを介して反対側の位置）に設けられている。本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのうち、第１プレチャンバー孔２４１Ａと第１プレチャンバー孔２４１Ｃとが第１の干渉部材２５Ａを介して対向するように設けられている。第１プレチャンバー孔２４１Ｂと第１プレチャンバー孔２４１Ｄとが第１の干渉部材２５Ａを介して対向するように設けられている。なお、対向した位置とは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのいずれか一つの孔と、他の孔とが、第１の干渉部材２５Ａを介して完全に反対側の位置である必要はなく、一部ずれていてもよい。

また、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの数は、偶数であるが、偶数でも奇数でもよい。なお、第１プレチャンバー孔の数が奇数の場合は、いずれか一つの第１プレチャンバー孔は、第１の干渉部材２５Ａを介して対向した位置に他の第１プレチャンバー孔は存在しないことになる。

第１の干渉部材２５Ａは、図３に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ａの主燃焼室１９側（すなわち、ピストン１４（図１参照）側）の前方内面２４ａに前方内面２４ａから内側に向かって突出するように設けられている。すなわち、第１の干渉部材２５Ａの軸方向（Ｚ軸方向）の厚さがプレチャンバーキャップ２４Ａの厚さよりも大きくなるように形成されている。本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａは、円柱状に形成されている。

第１の干渉部材２５Ａは、混合気の流速を低減する機能と、混合気の流れの向きを変える機能との何れか一方又は両方の機能を有する。すなわち、第１の干渉部材２５Ａは、流速低減部材又は流向変更部材として機能することができる。

第１の干渉部材２５Ａは、上述の通り、図３に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのそれぞれの軸線と交わるように、前方内面２４ａに設けられている。これにより、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから予備燃焼室２６内に流入した混合気は第１の干渉部材２５Ａに衝突することで、混合気の流れの向きは変わり、混合気は光学窓２２１側に向かって流れやすくなる。そのため、点火点ＢＰ及びその付近における混合気の流速は低下する。

第１の干渉部材２５Ａは、第１の干渉部材２５Ａの端面２５ａに点火点ＢＰが近接するように設計されている。第１の干渉部材２５Ａの端面２５ａ付近には混合気の境界層が形成される。境界層内では混合気の流速が遅くなる。そのため、端面２５ａを点火点ＢＰに近接した位置に設けることで、点火点ＢＰは混合気の境界層内に含められるので、初期火炎は安定して形成されやすくなる。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａは、点火点ＢＰと第１の干渉部材２５Ａの端面２５ａまでの距離が、プレチャンバーキャップ２４Ａの内径に対して、３０％以下であるように配置されていることが好ましい。そして、第１の干渉部材２５Ａは、点火点ＢＰと第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのそれぞれの軸線までの距離が、プレチャンバーキャップ２４Ａの内径に対し、５０％以下の範囲であるように配置されていることが好ましい。これにより、点火点ＢＰ及びその周囲を流れる混合気の流速を低減できると共に、点火点ＢＰ及びその周囲以外を流れる混合気の流速を高めることができる。予備燃焼室２６内の混合気の流速が早いほど、予備燃焼室２６内に生じる火炎は早く広がりやすいので、点火炎の噴射が強くなる。

第１の干渉部材２５Ａは、図２に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのうち、対向するプレチャンバー孔同士をむすぶ直線と交わるように設けることが好ましい。本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａの一部が、対向する第１プレチャンバー孔２４１Ａと第１プレチャンバー孔２４１Ｃとを結ぶ直線、及び対向する第１プレチャンバー孔２４１Ｂと第１プレチャンバー孔２４１Ｄとを結ぶ直線と交わるように設けられている。これにより、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、第１の干渉部材２５Ａに当たり易くなり、混合気の流れの向きが変更される。

第１の干渉部材２５Ａを形成する材料は、特に限定されないが、プレチャンバーキャップ２４Ａと同様の材料を用いて作製することができる。

上記のように構成された点火装置１１Ａでは、図４に示すように、レーザ装置２１から出射されたレーザ光ＬＢは、光学窓２２１を通って、予備燃焼室２６内で集光する。主燃焼室１９に供給された混合気は、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って、予備燃焼室２６内に強制的に供給されると、レーザ光ＬＢの集光点が点火点ＢＰとなり、混合気中の燃料が燃焼する（予備燃焼）。燃料が予備燃焼することで、図４に示すように、点火フレア（点火炎）３１が発生する。発生した点火炎３１は、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って、主燃焼室１９に噴射される。主燃焼室１９に噴射した点火炎３１が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。また、点火炎３１が第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから主燃焼室１９に噴出することで、主燃焼室１９の着火エネルギーを増大させる。

このとき、図３に示すように、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。混合気が予備燃焼室２６内に流入すると、図３に示すように、混合気は流れＦ１－１に沿って流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ａと衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、流れＦ１－２となって、混合気は、光学窓２２１及び光学窓保持部材２２２を備える窓部材２２側に向かって流れる。混合気が窓部材２２に衝突すると、流れＦ１－３のように、混合気の流れは反転して、第１の干渉部材２５Ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ１－４のように、第１の干渉部材２５Ａに向かって流れる。予備燃焼室２６の混合気は、点火点ＢＰで予備燃焼した後、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ（図２参照）から点火炎３１（図４参照）となって排出される。本実施形態では、点火点ＢＰ及びその周囲は、第１の干渉部材２５Ａの端面２５ａの混合気の境界層に入っているため、混合気の流速が低減し、安定した初期火炎の形成に有利になる。

混合気の流れが流れＦ１－１から流れＦ１－２に変わることで、点火点ＢＰは第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄからの混合気の流れに晒されない。そのため、燃料が燃焼する初期の段階で安定して火炎を形成できる。

以上のように、点火装置１１Ａは、プレチャンバーキャップ２４Ａの内部の予備燃焼室２６に、第１の干渉部材２５Ａを、プレチャンバーキャップ２４Ａの主燃焼室１９側の前方内面２４ａから内側に向かって突出するように設けている。第１の干渉部材２５Ａは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄのそれぞれの軸線と交わるように、前方内面２４ａに設けられている。第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線上の近くに点火点ＢＰが存在するように設けられている。第１の干渉部材２５Ａが第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と交わるように設けられることで、第１の干渉部材２５Ａは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから予備燃焼室２６内に流入する混合気の流れの向きを変更できる。その結果、点火点ＢＰ及びその周囲における混合気の流速を遅くできる。これにより、点火点ＢＰにおいて安定して初期火炎を形成できるので、燃料の点火時に安定して燃料を点火させることができる。この結果、予備燃焼室２６内で、レーザ光ＬＢによる燃料の点火の安定性を高めることができる。また、点火点ＢＰ及びその周囲以外の混合気の流速を維持することができるので、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）を主燃焼室１９に均一に噴射できる。

点火装置１１Ａは、第１の干渉部材２５Ａを、第１の干渉部材２５Ａの端面２５ａ付近に形成される境界層中に点火点が存在するように設けている。境界層中の混合気の流速は境界層外の流速よりも遅くできるので、点火点ＢＰ及びその周囲を流れる混合気の流速を遅くできる。これにより、点火点ＢＰ及びその周囲における混合気の流速を遅くできる。

点火装置１１Ａは、第１の干渉部材２５Ａを、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と交わるように設けている。これにより、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから供給される混合気は第１の干渉部材２５Ａに当たり易くなるため、点火点ＢＰ及びその周囲における混合気の流速を遅くできる。この結果、燃料の点火時に安定して燃料を点火させることができる。また、点火点ＢＰ及びその周囲以外の混合気の流速を維持することができるので、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）は主燃焼室１９に均一に噴射させ易くなる。

点火装置１１Ａは、第１の干渉部材２５Ａを、第１の干渉部材２５Ａを介して対向する第１プレチャンバー孔２４１Ａと第１プレチャンバー孔２４１Ｃとを結ぶ直線、及び第１の干渉部材２５Ａを介して対向する第１プレチャンバー孔２４１Ｂと第１プレチャンバー孔２４１Ｄとを結ぶ直線に交わるように設けている。これにより、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから供給される混合気が第１の干渉部材２５Ａに当たり易くなる。この結果、点火点ＢＰ及びその周囲における混合気の流速を遅くできるので、燃料の点火時に安定して燃料を点火させることができる。また、点火点ＢＰ及びその周囲以外の混合気の流速を維持することができるので、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）を主燃焼室１９に均一に噴射し易くなる。さらに、第１の干渉部材２５Ａの設置数を最小限に抑えることができる。

点火装置１１Ａは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを、図２に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも外側に配置している。これにより、点火点ＢＰ及びその周辺に第１の干渉部材２５Ａ側に向かう混合気の流れが形成されることで、初期火炎が窓部材２２や内周面２４ｂで冷却されることを防げるため、初期火炎を安定して形成できる。よって、点火装置１１Ａは、初期火炎が冷却されるのを低減できるため、着火の安定性を高めることができる。

従来のプレチャンバープラグを用いた点火装置の場合、プレチャンバーでは、エンジンの圧縮行程でプレチャンバーの内側とエンジンの主燃焼室を連通するプレチャンバー孔を通じて主燃焼室からプレチャンバー内側に向かって混合気が流入する。流入した混合気はプレチャンバー内の奥（図１に示すレーザ装置や火花点火プラグ側）へ向かって進むため、この流れによって初期火炎がプレチャンバーの奥に流される。プレチャンバーの奥側の壁面は一般にシリンダヘッドの冷却水により冷却されているため、温度が低い。一方、プレチャンバーヘッドの主燃焼室に突出している壁面はシリンダヘッドに接していないため、温度が高い。そのため、初期火炎がプレチャンバーの奥に流されて、プレチャンバーの奥側の壁面、又はレーザ装置や火花点火プラグの壁面に接触すると、プレチャンバー内で発生した初期火炎は冷却される可能性がある。特に火花点火プラグを用いる場合、中心電極と接地電極の間に発生した初期火炎が冷却されると、初期燃焼速度が低下して失火率が増大したり、初期燃焼速度にバラツキが生じて燃焼サイクルの変動が増大すると、着火が不安定性になる。特に、燃焼速度が遅い燃焼条件の場合に、着火が不安定性になりやすい傾向にある。このような燃焼速度が遅い燃焼条件として、例えば、ガスエンジンの場合、希薄燃焼（リーンバーン）の場合等がある。ガスエンジン以外のエンジンの場合、燃焼速度が遅い燃料種を用いる場合等がある。

これに対し、点火装置１１Ａは、上記の通り、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを、図２及び図３に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも外側に配置している。これにより、点火点ＢＰ及びその周辺に第１の干渉部材２５Ａ側に向かう混合気の流れが形成されるため、初期火炎が窓部材２２側や内周面２４ｂの奥側の面に流されることを防げる。窓部材２２や内周面２４ｂは一般にシリンダヘッド１２（図１参照）の冷却水により冷却されているため、温度が低い。一方、プレチャンバーキャップ２４Ａはシリンダヘッド１２（図１参照）に接していないため、温度が高い。点火装置１１Ａは、初期火炎が窓部材２２側や内周面２４ｂに流されることを防げるため、初期火炎が窓部材２２側や内周面２４ｂで冷却されることを抑制できる。よって、点火装置１１Ａは、プレチャンバーキャップ２４Ａ内に生じた初期火炎を保炎して、安定した初期火炎を形成できるため、着火の安定性を高めることができる。なお、燃焼速度が早い場合は、初期火炎が窓部材２２へ流される前に火炎成長することができる。そのため、例えば、リーンバーンの場合、又は点火点ＢＰやプレチャンバーキャップ２４Ａ内の混合気の乱流や流速が弱い場合等のように、燃焼速度が遅く、初期火炎が成長しにくい燃焼条件でも、安定して初期火炎を形成できる。

点火装置１１Ａは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂの周方向にほぼ等間隔に円状に設けている。第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線は主燃焼室１９に対して均一に配置されるので、プレチャンバーキャップ２４Ａからの火炎噴射が主燃焼室１９に対して均一な方向に行われる。これにより、主燃焼室１９における火炎広がりは均一となり、主燃焼室１９の燃焼速度を高めることができる。

点火装置１１Ａは、プレチャンバーキャップ２４Ａがシリンダヘッド１２に接触する状態でシリンダヘッド１２に挿入されている。これにより、点火装置１１Ａは、プレチャンバーキャップ２４Ａから容易に着脱できる。

エンジン１０（図１参照）は、点火装置１１Ａを備えているので、安定して着火させることができるので、効率的に運転できる。これにより、エンジン１０（図１参照）の性能を向上させることができる。

本実施形態では、本実施形態に係る点火装置１１Ａが内燃機関として燃焼ガスによってピストンを運動させる発電用のガスエンジンの点火装置に用いられる場合について説明したが、これに限定されるものではない。点火装置１１Ａは、例えば、ロータリーエンジン、自動車用のガソリンエンジン、ガスタービンエンジン、又はジェットエンジン等の燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成するものに用いることができる。また、点火装置１１Ａは、排熱を利用して動力、温熱、又は冷熱を取り出し、総合的にエネルギー効率を高めるシステムであるコジェネレーションに用いることもできる。

なお、本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａは、円柱状に形成されているが、第１の干渉部材２５Ａの形状は、楕円柱、多面体、円筒、楕円筒、円錐、楕円錐、円錐台、楕円錐台又は球形等でもよい。この場合、第１の干渉部材２５Ａの点火点に最も近い部分は、面又は曲面とすることが好ましい。第１の干渉部材２５Ａの点火点に最も近い部分が、面又は曲面であれば、混合気の流れの向きを変更させる効果、境界層を用いた流速低減効果、及び、後述する、よどみ点による流速低減効果が得られやすい。

本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線は、第１の干渉部材２５Ａと交わっているが、交わっていなくてもよい。

本実施形態では、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂに４つの第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄが設けられているが、内周面２４ｂに設けられる第１プレチャンバー孔の数は、少なくとも２つ以上であればよい。

本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、図２に示すように、全て同心円上に配置されているが、同心円上に配置されていなくてもよい。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａは、プレチャンバーキャップ２４Ａの前方内面２４ａに溶接されてもよいし、プレチャンバーキャップ２４Ａと第１の干渉部材２５Ａを３Ｄプリンタ等で切削して前方内面２４ａに一体に形成してもよい。

本実施形態では、プレチャンバーキャップ２４Ａは、ハウジング２３に接合されているが、例えば、窓部材２２やシリンダヘッド１２に接合されてもよい。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａは、プレチャンバーキャップ２４Ａの前方内面２４ａに設けられているが、混合気の流速を低減させることができればよく、プレチャンバーキャップ２４Ａの内周面２４ｂやハウジング２３に設けてもよい。

本実施形態では、ハウジング２３を、光学窓保持部材２２２と同一材料で形成する場合の他に、ハウジング２３及びプレチャンバーキャップ２４Ａを光学窓保持部材２２２と同一材料で形成してもよい。

［第２の実施形態］
第２の実施形態に係る点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図２及び図３に示す第１の実施形態の点火装置１１Ａのプレチャンバーキャップ２４Ａの前方内面２４ａに、更にプレチャンバー孔を設けたこと以外は同様であるため、プレチャンバーキャップの構成についてのみ説明する。

図５は、第２の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図６は、図５に示す２Ａ－２Ａ断面図であり、図７は、図５に示す２Ｂ－２Ｂ断面図である。図５～図７に示すように、点火装置１１Ｂは、プレチャンバーキャップ２４Ｂの前方内面２４ａに、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを有する。本実施形態では、プレチャンバーキャップ２４Ｂの軸方向（Ｚ軸方向）である前方内面２４ａに、プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを、第２プレチャンバー孔という。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、図５に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ｂの端部をレーザ光の入射側に向かって見た時、前方内面２４ａに四角形状の４つの角に位置するように配置されている。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、図７に示すように、それぞれの軸線が点火装置１１Ｂの長手方向の中心軸Ｊとほぼ並行に設けられている。第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、それぞれの軸線が点火点ＢＰの近くにならないように設けられている。なお、図７では、第２プレチャンバー孔２４２Ｂ及び２４２Ｄの軸線のみを示すが、他の第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｃの軸線も第２プレチャンバー孔２４２Ｂ及び２４２Ｄの軸線と同様の傾きを示す。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、点火点ＢＰと第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄのそれぞれの軸線までの距離が、プレチャンバーキャップ２４Ｂの内径に対して、１０％以上となるように設けられていることが好ましい。点火点ＢＰと第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄのそれぞれの軸線までの距離が、プレチャンバーキャップ２４Ｂの内径に対して、１０％以上であれば、点火点ＢＰ及びその周囲を流れる混合気の流速をより効果的に低下させることができる。また、点火点ＢＰと第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄのそれぞれの軸線までの距離が、プレチャンバーキャップ２４Ｂの内径に対して、１０％以上であれば、点火点ＢＰ及びその周囲以外の領域を流れる混合気の流速を早めることができる。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、図５に示すように、プレチャンバーの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも外側に配置されている。

第１の干渉部材２５Ａは、図６及び図７に示すように、その軸方向が点火装置１１Ｂの中心線と並行に前方内面２４ａに設けられており、第１の干渉部材２５Ａは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線と重ならないように設けられている。そのため、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから予備燃焼室２６内に流入した混合気は、流れＦ２－１のように流れ、第１の干渉部材２５Ａに衝突しない。よって、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通った混合気の流れは、ほとんど変更されない。

点火装置１１Ｂでは、予備燃焼室２６の混合気が点火点ＢＰで予備燃焼すると、点火炎３１（図４参照）が第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄからシリンダ１３のボア方向（Ｘ軸方向）に噴射する。第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄからは、主にエンジン１０（図１参照）の主燃焼室１９のピストン軸方向（＋Ｚ軸方向）に点火炎３１（図４参照）が噴射する。主燃焼室１９に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。また、点火炎３１（図４参照）が第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの他に、さらに第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから主燃焼室１９に噴出することで、主燃焼室１９の着火エネルギーをさらに増大させる。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。プレチャンバーキャップ２４Ｂ内における混合気の流れＦ１－１～Ｆ１－４は、上記の第１の実施形態と同様であるため、説明は省略する。

図７に示すように、主燃焼室１９からさらに第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。混合気が予備燃焼室２６内に流入すると、混合気は流れＦ２－１のように、内周面２４ｂに沿って窓部材２２に向かって流れる。混合気が内周面２４ｂに沿って流れるのは、混合気の粘性の特徴等から、混合気の流れが壁に引き寄せられるコアンダ効果による。

混合気が窓部材２２に衝突すると、流れＦ２－２のように、混合気の流れは反転して、第１の干渉部材２５Ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ２－３のように、第１の干渉部材２５Ａに向かって流れる。予備燃焼室２６の混合気は、点火点ＢＰで予備燃焼した後、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄ（図５参照）から点火炎３１（図４参照）となって排出される。本実施形態では、点火点ＢＰ及びその周囲は、第１の干渉部材２５Ａの端面２５ａの混合気の境界層に入っているため、混合気の流速が低減し、安定した初期火炎の形成に有利になる。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄ（図５参照）を通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ２－１のように、内周面２４ｂに沿って窓部材２２に向かって流れる。そのため、点火点ＢＰは第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄからの混合気の流れに晒されない。よって、燃料が燃焼する初期の段階で安定して火炎を形成できる。

点火装置１１Ｂは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線が第１の干渉部材２５Ａと交わらないように、複数の第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを前方内面２４ａに有している。これにより、点火点ＢＰ及びその周囲の混合気の流速は低減させつつ、予備燃焼室２６内の点火点ＢＰの周囲以外の領域を流れる混合気の流速を早めることができる。点火点ＢＰ及びその周囲で安定して着火した火炎が点火点ＢＰの周囲以外の領域に到達すると、点火点ＢＰの周囲以外の領域は、混合気の流速が早いため、予備燃焼室２６内に火炎がより早く広がる。予備燃焼室２６内で火炎がより早く広がることで、予備燃焼室２６の混合気は第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから主燃焼室１９により強く噴射できるため、主燃焼室１９における混合気中の燃料の燃焼をより早めることができる。

点火装置１１Ｂは、上記の第１の実施形態に係る点火装置１１Ａと同様、第１の干渉部材２５Ａを、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と交わるように設けている。これにより、点火装置１１Ｂは、燃料の点火時に安定して燃料を点火させることができると共に、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）を主燃焼室１９に均一に容易に噴射させることができる。

点火装置１１Ｂは、前方内面２４ａに、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを四角形状の４つの角に位置するように設けているので、予備燃焼室２６の混合気を第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから主燃焼室１９に向かってほぼ均一に噴射できる。これにより、主燃焼室１９の燃焼をより均一で早くすることができる。

点火装置１１Ｂは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの数は、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの数と同じにしている。第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、孔の向きをシリンダ１３のボア方向（Ｘ軸方向）としている。第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、孔の向きをピストン１４の往復運動の方向（Ｚ軸方向）としている。燃焼が行われる上死点付近の主燃焼室１９は円盤状で、ボア方向（Ｘ軸方向）が広い形となる。第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの数を第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの数以下とし、ボア方向（Ｘ軸方向）のプレチャンバー孔の数をピストン１４の往復運動の方向（Ｚ軸方向）のプレチャンバー孔の数以上とする。これにより、主燃焼室１９に第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄからより均一に点火炎３１（図４参照）は噴射し易くなる。この結果、主燃焼室１９内において火炎を均一に広げることができ、主燃焼室１９の燃焼速度を早めることができる。

点火装置１１Ｂは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とが交差しないように、プレチャンバーキャップ２４Ｂに設けられている。これにより、主燃焼室１９内に点火炎３１（図４参照）を均一に広げることができるので、主燃焼室１９の燃焼速度を早めることができる。

点火装置１１Ｂは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを、図５に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ｂの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも外側に配置している。これにより、点火点ＢＰ及びその周辺に第１の干渉部材２５Ａ側に向かう混合気の流れが形成されることで、初期火炎が窓部材２２や内周面２４ｂに流されることを防げるため、初期火炎が窓部材２２や内周面２４ｂで冷却されることを防ぐことができる。初期火炎を保炎することで、安定した初期火炎を形成できるため、着火の安定性を高めることができる。点火装置１１Ｂは、例えば、リーンバーンの場合、又は点火点ＢＰやプレチャンバーキャップ２４Ｂ内の混合気の乱流や流速が弱い場合等のように、特に、燃焼速度が遅く、初期火炎が成長しにくい燃焼条件でも、安定して初期火炎を形成できる。

点火装置１１Ｂは、点火装置１１Ｂを、点火装置１１Ｂの中心軸Ｊに垂直な平面に投影したとき、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄと中心軸とを結ぶ線分は中心軸のみで交わり、いずれの線分も重ならないように配置している。すなわち、投影面で、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄとが円周方向で千鳥状となるように配置されている。主燃焼室１９に対して第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線が均一となるように配置される。これにより、主燃焼室１９内において火炎を均一に広げることができるので、主燃焼室１９の燃焼速度をさらに早めることができる。

なお、本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと同様に、４つにしているが、これに限定されるものではなく、２つ以上でもよい。本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの数は、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの数以下であることが好ましい。一般に、エンジン１０（図１参照）の上死点における主燃焼室１９の形状は平たい円盤状であり、シリンダ１３のボア方向（Ｘ軸方向）の長さは、シリンダ１３のピストン１４の往復運動の方向（Ｚ軸方向）の長さよりも長い。そのため、予備燃焼室２６内の燃料をボア方向（Ｘ軸方向）に噴射する第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの数を、予備燃焼室２６内の燃料をピストン軸方向（Ｚ軸方向）に噴射する第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの数以上とすれば、主燃焼室１９内において点火炎３１（図４参照）を均一に広げることができる。

本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、点火装置１１Ａの軸方向視において、プレチャンバーの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも内側に配置されないように設置されてもよいし、半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）と交わるように設置されてもよい。

本実施形態では、点火装置１１Ｂの軸線と４つの第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線との成す角度はすべて同じであるが、異なっていてもよい。

本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、図２に示すように、全て同心円上に配置されているが、同心円上に配置されていなくてもよい。

［第３の実施形態］
第３の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図５～図７に示す第２の実施形態の点火装置１１Ｂの第１の干渉部材２５Ａの大きさ、及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの向きを変更したこと以外は同様である。そのため、プレチャンバーキャップ２４Ｃの構成についてのみ説明する。

図８は、第３の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図９は、図８に示す３Ａ－３Ａ断面図であり、図１０は、図８に示す３Ｂ－３Ｂ断面図である。図８～図１０に示すように、点火装置１１Ｃは、上記図５～図７に示す第２の実施形態の点火装置１１Ｂの第１の干渉部材２５Ａに代えて、第１の干渉部材２５Ｂを有するものである。そして、プレチャンバーキャップ２４Ｃの第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とが交差しないように、前方内面２４ａに設けられている。

第１の干渉部材２５Ｂの軸方向に対して直交する方向から見た時の、第１の干渉部材２５Ｂの直径は、上記図５～図７に示す第２の実施形態の点火装置１１Ｂの第１の干渉部材２５Ａの直径よりも大きく形成されている。第１の干渉部材２５Ｂの直径は、プレチャンバーキャップ２４Ｃの半径Ｒに対して、２５％以上であることが好ましく、４０％～８０％の範囲内であることがより好ましい。

第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、図９に示すように、その軸線が第１の干渉部材２５Ｂと交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｃの内周面２４ｂに設けられている。なお、図９では、第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄの軸線のみを示すが、他の第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃの軸線も第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄの軸線と同様の傾きを示す。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、図１０に示すように、その軸線が点火装置１１Ｃの長手方向の中心軸Ｊと交わるように、プレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａに設けられている。なお、図１０では、第２プレチャンバー孔２４２Ｂ及び２４２Ｄの軸線のみを示すが、他の第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｃの軸線も第２プレチャンバー孔２４２Ｂ及び２４２Ｄの軸線と同様の傾きを示す。

点火装置１１Ｂの中心軸Ｊに対して第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線の成す角度α１（図９参照）は、点火装置１１Ｂの中心軸Ｊに対して第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線の成す角度β１（図１０参照）よりも大きくなるように設計されている。なお、角度α１は、点火装置１１Ｂの中心軸Ｊに対して第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線の成す角度αの一例であり、角度β１は、点火装置１１Ｂの中心軸Ｊに対して第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線の成す角度βの一例である。

本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、レーザ装置２１の長手方向（Ｚ軸方向）の中心軸Ｊと第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線とのなす角度α１が４５°以上となるように設けられている。さらに、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、レーザ装置２１の中心軸Ｊと第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とのなす角度β１が４５°未満となるように設けられている。角度α１及び角度β１が、それぞれ上記範囲内であれば、点火炎３１が主燃焼室１９内に向かって均一に噴射されるため、主燃焼室１９内において火炎を均一に広げることができる。角度α１は、５０°以上が好ましく、５５°以上がより好ましい。角度β１は、４０°以下が好ましく、３５°以下がより好ましい。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、上記の点火装置１１Ａの第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと同様、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから流入する混合気が点火点ＢＰ及びその周辺に第１の干渉部材２５Ｂに向かうように配置することが好ましい。第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、図８に示すように、プレチャンバーの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも外側に配置されている。

点火装置１１Ｃでは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから主燃焼室１９内に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ（図８参照）を通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。図９に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通過した混合気は、流れＦ３－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂ側に向かって流れる。混合気は第１の干渉部材２５Ａに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ３－２のように、窓部材２２に向かって流れ、窓部材２２に衝突する。

混合気は窓部材２２に衝突すると、流れＦ３－３のように、混合気の流れは反転して、窓部材２２から第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ３－３のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ｂと衝突することで、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。よどみ点とは、混合気の流れが第１の干渉部材２５Ｂと衝突して生じた、流速がゼロ付近となる点という。本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａの前方付近によどみ点が形成されている。

また、図１０に示すように、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄ（図８参照）を通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ４－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂの側面に向かって流れる。そして、混合気は第１の干渉部材２５Ｂに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ４－２のように、窓部材２２に向かって流れ、窓部材２２に衝突する。

混合気が窓部材２２に衝突すると、流れＦ４－３のように、混合気の流れが反転して、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ４－４のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。

点火装置１１Ｃは、上記の通り、第１の干渉部材２５Ｂを、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｃの内周面２４ｂに設けている。そして、第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａを、予備燃焼室２６内に供給された混合気が第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに衝突した際に形成されるよどみ点の近傍に点火点ＢＰが存在するように設けている。よどみ点付近では混合気の流速が遅くなるので、点火点ＢＰの周囲の混合気の流速を遅くできる。これにより、点火点ＢＰにおいて安定して初期火炎を形成できる。

また、第１の干渉部材２５Ｂは、上記の通り、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｃの内周面２４ｂに設ける。これにより、点火点ＢＰで生じた点火炎３１（図４参照）の拡散が、第１の干渉部材２５Ｂで防がれることを低減できる。よって、予備燃焼室２６内で予備燃焼して生じた点火炎３１（図４参照）を第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄからより均一の強さで噴射できる。

点火装置１１Ｃは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを、その軸線が点火装置１１Ｃの中心軸Ｊと交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａに設けている。これにより、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線は、点火点ＢＰから第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄへ向かう火炎の進行経路とほぼ同じとなる。そのため、点火点ＢＰで生じた点火炎３１（図４参照）は、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄからより均一の強さで噴射できる。

よって、点火装置１１Ｃは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから噴射される点火炎３１（図４参照）の強さをより均一にできるので、主燃焼室１９における混合気中の燃料の燃焼をより早めることができる。

また、点火装置１１Ｃは、点火装置１１Ｃの中心軸Ｊと第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とのなす角度β１が４５°未満となるように設けられている。第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから流入した混合気は、コアンダ効果によりプレチャンバーの内周面３４ｂのように窓部材２２へ向かって流れることができる。そのため、点火点ＢＰに主燃焼室１９側へ向かう流れが確実に発生し、安定して着火させることができる。

また、点火装置１１Ｃは、上記の点火装置１１Ａ及び１１Ｂと同様、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを、図８に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ｃの内周面２４ｂの半径Ｒの半分（１／２×Ｒ）よりも外側に配置している。これにより、点火点ＢＰ及びその周辺に第１の干渉部材２５Ｂ側に向かう混合気の流れが形成されることで、初期火炎が窓部材２２や内周面２４ｂに流されることを防げるため、初期火炎が窓部材２２や内周面２４ｂで冷却されることを防ぐことができる。初期火炎を保炎することで、安定した初期火炎を形成できるため、着火の安定性を高めることができる。点火装置１１Ｃは、上記の点火装置１１Ａ及び１１Ｂと同様、例えば、リーンバーンの場合、又は点火点ＢＰやプレチャンバーキャップ２４Ｃ内の混合気の乱流や流速が弱い場合等のように、特に、燃焼速度が遅く、初期火炎が成長しにくい燃焼条件でも、安定して初期火炎を形成できる。

点火装置１１Ｃは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを、その軸線が点火装置１１Ｃの中心軸Ｊと交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｃに設けている。これにより、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ４－２のように、第１の干渉部材２５Ｂの側面から窓部材２２に向かって流れる。そのため、点火点ＢＰは第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄからの混合気の流れに晒されない。よって、燃料が燃焼する初期の段階で安定して火炎を形成できる。

点火装置１１Ｃは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と点火装置１１Ｃの中心軸Ｊとのなす角度を角度α１は、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線と点火装置１１Ｃの中心軸Ｊとのなす角度を角度βよりも大きくしている。すなわち、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と点火装置１１Ｃの中心軸Ｊとのなす角度を角度α１とし、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線と点火装置１１Ｃの中心軸Ｊとのなす角度を角度βとしたとき、角度α１＞角度βの関係が成り立つ。角度α１を角度βよりも大きくすることで、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）を主燃焼室１９内のボア方向（Ｘ軸方向）に噴射させることができる。また、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）をピストン１４側に均一に容易に噴射させることができる。

なお、本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線の角度は、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから流入する混合気がコアンダ効果により、内周面２４ｂに沿って流れることができる角度であればよい。

本実施形態では、レーザ装置２１の長手方向（Ｚ軸方向）の中心線とそれぞれの第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線との成す角度α１は、全て同じであるが、異なっていてもよい。

本実施形態では、レーザ装置２１の長手方向（Ｚ軸方向）の中心線とそれぞれの第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とのなす角度β１は、全て同じであるが、異なっていてもよい。

本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とは交差していてもよい。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ａをプレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａに設ける代わりに、プレチャンバーキャップ２４Ｃの形状を変形して、混合気の流速を低減できるように形成してもよい。

［第４の実施形態］
第４の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃの第１の干渉部材２５Ｂの構成と、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの数を変更したこと以外は同様である。そのため、本実施形態では、プレチャンバーキャップの構成についてのみ説明する。

図１１は、第４の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図１２は、図１１に示す４Ａ－４Ａ断面図であり、図１３は、図１１に示す４Ｂ－４Ｂ断面図である。図１１～図１３に示すように、点火装置１１Ｄは、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃの第１の干渉部材２５Ｂを第１の干渉部材２５Ｄに変更したものである。そして、点火装置１１Ｄは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを備えるプレチャンバーキャップ２４Ａを第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'を備えるプレチャンバーキャップ２４Ｄに変更したものである。

プレチャンバーキャップ２４Ｄの第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'は、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'の軸線とが交差しないように、前方内面２４ａに設けられている。

第１の干渉部材２５Ｄは、図１２に示すように、軸方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向から見た時、台形状に形成されている。第１の干渉部材２５Ｄは、レーザ装置２１に対向する面の長さの方が、プレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａと接する面の長さよりも長くなるように設計されている。

第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'とは、上述の通り、プレチャンバーキャップ２４Ｄの前方内面２４ａ及び内周面２４ｂに設けられている。このとき、図１２及び図１３に示すように、点火装置１１Ｃの中心軸Ｊと第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線とのなす角度α２が、点火装置１１Ｃの中心軸Ｊと第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'の軸線とのなす角度β２よりも大きくする。なお、角度α２は、点火装置１１Ｂの中心軸Ｊに対して第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線の成す角度αの一例であり、角度β２は、点火装置１１Ｃの中心軸Ｊと第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'の軸線とのなす角度βの一例である。

角度α２が大きいと、燃焼炎が第１の干渉部材２５Ｄで遮られることを低減できるので、予備燃焼室２６内に生じた点火炎３１（図４参照）を第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから主燃焼室１９のボア方向（Ｘ軸方向）に安定して噴射できる。また、角度β２の角度が小さければ、予備燃焼室２６内に生じた点火炎３１（図４参照）は、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'から噴出し易くなる。そのため、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'から主燃焼室１９のピストン１４（図１参照）の往復運動方向に点火炎３１（図４参照）を安定して噴射できる。

本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線とレーザ装置２１の長手方向（Ｚ軸方向）の中心線の主燃焼室１９側とのなす角度α２（図１２参照）が４５°以上となるように設けられている。第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'の軸線と点火装置１１Ｃの中心軸Ｊの主燃焼室１９側とのなす角度β２（図１３参照）が４５°未満となるように設けられている。角度α２及び角度β２が、それぞれ上記範囲内であれば、光学窓保持部材２２２とプレチャンバーキャップ２４Ｄの接合部に向かう流れが生じるため、プレチャンバーキャップ２４Ｄ内の広い範囲で混合気の流速を早めることができる。そのため、点火点ＢＰ及びその周囲以外の領域を流れる混合気の流速を早めることができる。角度α１は、５０°以上が好ましく、５５°以上がより好ましい。角度β１は、４０°以下が好ましく、３５°以下がより好ましい。

また、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'の軸線は、予備燃焼室２６内の光学窓保持部材２２２とプレチャンバーキャップ２４Ｄの側面との近くを向いている。予備燃焼室２６内に供給される混合気は、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'を通過した直後に第１の干渉部材２５Ｄで流れの向きが変えられるわけではない。そのため、上記の第３実施形態のように、混合気が第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通過した直後に第１の干渉部材２５Ｂで流れの向きが変更される場合に比べて、予備燃焼室２６内を循環する混合気の流速は早くなる。これにより、予備燃焼室２６内の火炎の広がりはより早くなる。

点火装置１１Ｄでは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'とから主燃焼室１９内に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。図１２に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通過した混合気は、流れＦ５－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｄ側に向かって流れる。混合気は第１の干渉部材２５Ｄに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ５－２のように、窓部材２２に向かって流れ、窓部材２２に衝突する。

混合気は窓部材２２に衝突すると、混合気の流れは反転して、混合気は、流れＦ５－３のように、窓部材２２から第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ５－４のように、第１の干渉部材２５Ｄに向かって流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ｄと衝突することで、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。

また、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'を通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ６－１のように、予備燃焼室２６内を内周面２４ｂに向かって流れる。そして、混合気は窓部材２２に衝突すると、流れＦ６－２のように、混合気の流れが反転して、第１の干渉部材２５Ｄの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ６－３のように、第１の干渉部材２５Ｄに向かって流れる。

予備燃焼室２６の混合気が点火点ＢＰで予備燃焼すると、点火炎３１（図４参照）が第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄからシリンダ１３のボア方向（Ｘ軸方向）に噴射する。第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'からは、主にエンジン１０（図１参照）の主燃焼室１９のピストン軸方向（＋Ｚ軸方向）に点火炎３１（図４参照）が噴射する。

点火装置１１Ｄは、上記の通り、第１の干渉部材２５Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'とを備えることで、予備燃焼室２６内を循環する混合気の流速を早くすることができる。これにより、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'から噴射される点火炎３１（図４参照）の強さをより大きくすることができるため、主燃焼室１９における混合気中の燃料の燃焼をより早めることができる。

また、点火装置１１Ｄは、前方内面２４ａに設ける点火炎３１（図４参照）の噴射孔を、２つの第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'のみとしている。プレチャンバーキャップ２４Ｄに設ける点火炎３１（図４参照）の噴射孔の数を少なくすることで、予備燃焼室２６内に生じる点火炎３１（図４参照）を第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'から主燃焼室１９内により均一に噴射させることができる。また、点火炎３１（図４参照）を第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'から主燃焼室１９内により強力に噴射させることができる。これにより、主燃焼室１９における燃焼効果をより高めることができる。

なお、本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'は、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と第２プレチャンバー孔２４２Ａ'及び２４２Ｂ'の軸線とが交差するように設けられてもよい。

［第５の実施形態］
第５の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃの第１の干渉部材２５Ｂに、前方内面から窓部材にかけて矩形状に形成された側板部を設けたものである。そのため、本実施形態では、側板部の構成についてのみ説明する。

図１４は、第５の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図１５は、図１４に示す５Ａ－５Ａ断面図であり、図１６は、図１４に示す５Ｂ－５Ｂ断面図であり、図１７は、図１４に示す５Ｃ－５Ｃ断面図である。図１４及び図１５に示すように、点火装置１１Ｅは、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃの第１の干渉部材２５Ｂの外周に、矩形状に形成された側板部２５１Ａ～２５１Ｄを備えたものである。

側板部２５１Ａ～２５１Ｄは、プレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａから窓部材２２にかけて設けられている。側板部２５１Ａ～２５１Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂの周方向に設けられている。側板部２５１Ａと側板部２５１Ｃとは、第１の干渉部材２５Ｂを介して対向するように第１の干渉部材２５Ｂに設けられている。側板部２５１Ｂと側板部２５１Ｄとは、第１の干渉部材２５Ｂを介して対向するように第１の干渉部材２５Ｂに設けられている。

側板部２５１Ａ～２５１Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂと同一の材料を用いて形成することができるが、異なる材料を用いてもよい。

側板部２５１Ａ～２５１Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂに公知の接合方法を用いて接合することができ、第１の干渉部材２５Ｂにロウ材用いて接合してもよいし、溶接して接合するようにしてもよい。

点火装置１１Ｅでは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄから主燃焼室１９内に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄ及び第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。図１６に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通過した混合気の流れＦ３－１～Ｆ３－３は、上記の図８～図１０に示す第３の実施形態に係る点火装置１１Ｃの場合と同様であるため、説明は省略する。

第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄを通過した混合気の流れＦ４－１～Ｆ４－３も、図１７に示すように、上記の図８～図１０に示す第３の実施形態に係る点火装置１１Ｃの場合と同様であるため、説明は省略する。

点火装置１１Ｅは、第１の干渉部材２５Ｂに側板部２５１Ａ～２５１Ｄを備えることにより、燃焼時に第１の干渉部材２５Ｂに加わる熱をプレチャンバーキャップ２４Ｃに伝えることができるので、第１の干渉部材２５Ｂの温度を下げることができる。そのため、第１の干渉部材２５Ｂが過度に過熱されることを抑えることができるので、プレチャンバーキャップ２４Ｃの損傷を抑制できる。

［第６の実施形態］
第６の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃのプレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａに設けた第２プレチャンバー孔の数を２つに変更したものである。そして、第１の干渉部材２５Ｂの外周の一部に、前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて他の第１の干渉部材をさらに設け、複数の第１の干渉部材を設けたものである。そのため、本実施形態では、他の第１の干渉部材の構成についてのみ説明する。

図１８は、第６の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図１９は、図１８に示す６Ａ－６Ａ断面図であり、図２０は、図１９に示す６Ｂ－６Ｂ断面図である。図１８～図２０に示すように、点火装置１１Ｆは、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃのプレチャンバーキャップ２４Ｃを、前方内面２４ａに２つの第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを備えるプレチャンバーキャップ２４Ｅに変更したものである。そして、点火装置１１Ｆは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて第１の干渉部材２５Ｄを備える。

２つの第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａに、軸方向（Ｚ軸方向）視において、第１の干渉部材２５Ｂを介して対向するように設けられている。

第１の干渉部材２５Ｄは、図１９及び図２０に示すように、第１の干渉部材２５Ｂの外周の一部に第１の干渉部材２５Ｂを介して一対設けられている。一対の第１の干渉部材２５Ｄは、図１９に示すように、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて、前方内面２４ａと内周面２４ｂと第１の干渉部材２５Ｂとを連結するように設けられている。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｄは、図２０に示すように、軸方向視において扇型に形成されている。第１の干渉部材２５Ｄの、前方内面２４ａと内周面２４ｂとに接する面は前方内面２４ａと内周面２４ｂに対応するように湾曲して形成されている。

第１の干渉部材２５Ｄは、図１９に示すように、第１の干渉部材２５Ｂの軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向から見た時、第１の干渉部材２５Ｂの外周に軸方向に沿って、内周面２４ｂ及び第１の干渉部材２５Ｂと接するように形成されている。そして、第１の干渉部材２５Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂの側面から窓部材２２側にかけて内周面２７１が拡径するように形成されている。

第１の干渉部材２５Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂと同様の材料を用いて製造できる。

第１の干渉部材２５Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂに公知の接合方法を用いて接合することができ、第１の干渉部材２５Ｂにロウ材用いて接合してもよいし、溶接して接合するようにしてもよい。

点火装置１１Ｆでは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂとから主燃焼室１９内に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。図２１は、図１８に示す６Ｃ－６Ｃ断面図であり、図２２は、図１８に示す６Ｄ－６Ｄ断面図である。図２１に示すように、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給され、図２２に示すように、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。図２１に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通過した混合気は、流れＦ５－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｃ側に向かって流れる。混合気は第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｃに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ５－２のように、窓部材２２側に向かって流れ、窓部材２２に衝突する。なお、図２１では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃから流入する混合気の流れのみを示すが、他の第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄから流入する混合気の流れも第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃから流入する混合気の流れと同様の流れを示す。

混合気は窓部材２２に衝突すると、混合気の流れは反転して、混合気は、流れＦ５－２のように、窓部材２２側から第１の干渉部材２５Ｄに沿いつつ、第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ５－３のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ｂと衝突することで、上述の通り、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。

また、図２２に示すように、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ６－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂの側面に向かって流れる。そして、混合気は第１の干渉部材２５Ｂに衝突すると、混合気の流れの向きが変わる。混合気は、流れＦ６－２のように、内周面２４ｂと略並行に窓部材２２側に向かって流れ、窓部材２２に衝突する。

混合気が窓部材２２に衝突すると、流れＦ６－３のように、混合気の流れが反転して、窓部材２２側から第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ６－４のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。

点火装置１１Ｆは、図２１に示すように、第１の干渉部材２５Ｂを、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線と交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに設けている。そして、第１の干渉部材２５Ｄの端面２５ａを、予備燃焼室２６内に供給された混合気が第１の干渉部材２５Ｄの端面２５ａに衝突した際に形成されるよどみ点の近傍に点火点ＢＰが存在するように設けている。よどみ点付近では混合気の流速が遅くなるので、点火点ＢＰの周囲の混合気の流速を遅くできる。これにより、点火点ＢＰにおいて安定して初期火炎を形成できる。

点火装置１１Ｆは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて第１の干渉部材２５Ｄを第１の干渉部材２５Ｂに備える。第１の干渉部材２５Ｄは、第１の干渉部材２５Ｂの熱を第１の干渉部材２５Ｄを通じてシリンダヘッド１２（図１参照）及び窓部材２２側へ逃がすことができる。シリンダヘッド１２（図１参照）や点火装置１１Ｆの回りは図示しない冷却液体により冷却されており、窓部材２２やプレチャンバーキャップ２４Ｅの側面も冷却液体により冷却されている。そのため、第１の干渉部材２５Ｂの熱を第１の干渉部材２５Ｄを通じてシリンダヘッド１２（図１参照）及び窓部材２２に放熱することで、第１の干渉部材２５Ｂの異常な過熱を低減できる。第１の干渉部材２５Ｂが燃焼熱によって異常に過熱されると、壁面付近で燃料が自着火することによって、プレイグニッションやノッキング等の異常燃焼を発生する可能性がある。点火装置１１Ｆでは、第１の干渉部材２５Ｂの熱を第１の干渉部材２５Ｄを通じてシリンダヘッド１２（図１参照）及び窓部材２２に放熱することで、第１の干渉部材２５Ｂの異常な過熱を低減できる。よって、点火装置１１Ｆは、主燃焼室１９において異常燃焼が生じるのを防ぐことができるので、エンジン１０（図１参照）の安定的な運転を図ることができる。

なお、本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｄは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａに一対設けられているが、これに限定されない。第１の干渉部材２５Ｄの数は、１つでもよいし、３つ以上でもよく、プレチャンバーキャップ２４Ｅの大きさ、又は第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄや第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂの数や位置等に応じて適宜設計可能である。

本実施形態では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄの軸線は第１の干渉部材２５Ｂと交わっているが、第１の干渉部材２５Ｄとも交わってもよい。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｄは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａに溶接されてもよいし、プレチャンバーキャップ２４Ｅと第１の干渉部材２５Ｄとを３Ｄプリンタ等で切削して前方内面２４ａに一体に形成してもよい。

［第７の実施形態］
第７の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図１８～図２２に示す第６の実施形態の点火装置１１Ｆのプレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに内側に突出した他の第１の干渉部材を第１の干渉部材２５Ｂよりも点火点ＢＰ側にさらに設けたこと以外は同様である。そのため、本実施形態では、他の第１の干渉部材の構成についてのみ説明する。

図２３は、第７の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図２４は、図２３に示す７Ａ－７Ａ断面図であり、図２５は、図２４に示す７Ｂ－７Ｂ断面図であり、図２６は、図２４に示す７Ｃ－７Ｃ断面図である。図２３及び図２４に示すように、点火装置１１Ｇは、上記図１８～図２０に示す第６の実施形態の点火装置１１Ｆのプレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに、第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｄの他に、第１の干渉部材２５Ｅを更に備えたものである。

図２４に示すように、第１の干渉部材２５Ｄは、軸方向（Ｚ軸方向）に対して直交する方向から見た時、台形状に形成されている。第１の干渉部材２５Ｄは、レーザ装置２１に対向する面の長さの方が、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａと接する面の長さよりも長くなるように設計されている。また、図２５に示すように、第１の干渉部材２５Ｄを点火装置１１Ｇの軸方向（Ｚ軸方向）から見た時、第１の干渉部材２５Ｄは扇型に形成されている。

図２３に示すように、第１の干渉部材２５Ｅは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに対向するように内周面２４ｂに一対設けられている。第１の干渉部材２５Ｅは、図２６に示すように、軸方向（Ｚ軸方向）において、両面が凸面を有する凸レンズ（両凸レンズ）の形状に形成されている。第１の干渉部材２５Ｅは、図２７に示すように、点火装置１１Ｇの軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向から見た時、板状に形成されている。

第１の干渉部材２５Ｅは、図２４に示すように、点火装置１１Ｇの軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向から見た時、点火点ＢＰ側に設けている。本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｅは、点火点ＢＰよりも窓部材２２側に、第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｄと所定の間隔を有した状態で設けられている。

図２６に示すように、一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の間には、予備燃焼室２６内に供給された混合気が通過できるように隙間が形成されている。

図２７は、図２３に示す７Ｄ－７Ｄ断面図である。図２７に示すように、第１の干渉部材２５Ｅは、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線と交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに設けている。

第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂとの内径、配置位置、孔の向き、プレチャンバーキャップ２４Ｅの内部形状や容積、第１の干渉部材２５Ｂ～２５Ｄの形状や配置位置等は、後述する混合気の流れＦ７－４、Ｆ７－５、Ｆ８－４及びＦ８－５を発生させるために適切に設定される。また、後述する混合気の流れＦ７－４、Ｆ７－５、Ｆ８－４及びＦ８－５の発生は、流体シミュレーション等から確認できる。

点火装置１１Ｇでは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂから主燃焼室１９内に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。図２８は、図２３に示す７Ｅ－７Ｅ断面図である。混合気は、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを通って予備燃焼室２６内に供給される。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。図２８に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通過した混合気は、流れＦ７－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｃ側に向かって流れる。混合気は第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｃに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ７－２のように、第１の干渉部材２５Ｅと衝突する。なお、図２８では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃから流入する混合気の流れのみを示すが、他の第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄから流入する混合気の流れも第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃから流入する混合気の流れと同様の流れを示す。

混合気は、流れＦ７－３のように、第１の干渉部材２７Ｄを迂回して一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の間の隙間へと向かうように流れる。混合気は、窓部材２２側に向かって流れる。この時、混合気の一部は、流れＦ７－４のように、第１の干渉部材２５Ａ側に流れる。

第１の干渉部材２５Ａ側に流れた混合気は、流れＦ７－５のように、窓部材２２から第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ７－５のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ｂと衝突することで、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。

一方、一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の隙間を流れた混合気が窓部材２２に衝突すると、混合気の流れは反転して、混合気は、一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の隙間を通過する。隙間を通過した混合気は、流れＦ７－４のように、隙間に流れずに分離した混合気と共に、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。

また、図２７に示すように、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ８－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂの側面及び第１の干渉部材２５Ｄの表面側に向かって流れる。そして、混合気は第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｃに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ８－２のように流れ、第１の干渉部材２５Ｅと衝突する。

混合気は、流れＦ８－３のように、第１の干渉部材２５Ｅを迂回して一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の間の隙間へと向かうように流れる。そして、隙間を抜けた混合気は、窓部材２２側に向かって流れる。この時、混合気の一部は、流れＦ８－４のように、第１の干渉部材２５Ａ側に流れる。

第１の干渉部材２５Ｂ側に流れた混合気は、流れＦ８－５のように、窓部材２２から第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ８－５のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。点火点ＢＰ及びその周辺には、第１の干渉部材２５Ｂへと向かう混合気の流れが形成される。混合気は、第１の干渉部材２５Ｂと衝突することで、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。

一方、一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の隙間を流れた混合気が窓部材２２に衝突すると、混合気の流れは反転して、混合気は、一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の隙間を通過する。隙間を通過した混合気は、流れＦ８－４のように、隙間に流れずに分離した混合気と共に、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。

点火装置１１Ｇは、一対の第１の干渉部材２５Ｅをさらに備えることで、点火点ＢＰへ主燃焼室１９から流入した混合気が到達するまでに必要な距離を短くできる。これにより、点火装置１１Ｇが、例えば、内燃機関として発電用のガスエンジンに用いられる場合、点火点ＢＰにフレッシュな（残留排気ガスがあまり混合していない）混合気が供給され易くなるため、さらに安定して着火させることができる。

点火装置１１Ｇが内燃機関として発電用のガスエンジンに用いられる場合、圧縮工程の前の段階では、プレチャンバーキャップ２４Ｅ内には排気ガス（残留排気ガス）が充満している。そのため、従来のプレチャンバープラグを用いた点火装置では、点火点に到達した混合気に残留排気ガス成分が多く含まれる可能性がある。例えば、リーンバーンでは、排気ガス中に窒素や未燃焼の残存酸素が多量に含まれている。主燃焼室のリーン（希薄）な混合気がプレチャンバー内の排気ガスと混合することで、プレチャンバー内の混合気は主燃焼室の混合気以上にリーンな状態となる。また、少なくとも点火点の混合気がリーンな状態では着火できない可能性がある。これは、主燃焼室の混合気が可燃限界濃度の範囲内であったとしても、プレチャンバー内の残留排気ガスが主燃焼室の混合気に混合することで、点火点ＢＰに供給される混合気が可燃限界濃度の範囲外（よりリーンな方向）になる可能性があるためである。これに対し、本実施形態の点火装置１１Ｇは、主燃焼室１９の混合気が可燃限界濃度の範囲内の状態を維持して点火点ＢＰに到達し易くなり、プレチャンバーキャップ２４Ｅ内の残留排気ガスの影響を受け難くなるため、さらに安定して着火できる。そのため、エンジン１０（図１参照）の運転の更なる安定化を図ることができる。

点火装置１１Ｇは、一対の第１の干渉部材２５Ｅを、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線とが交わるように配置している。これにより、流れＦ７－４とＦ７－５を強く発生させることができる。これにより、点火点ＢＰに主燃焼室１９側へ向かう流れが確実に発生し、安定的に着火させることができる。

なお、本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線は第１の干渉部材２５Ｅと交わっているが、第１の干渉部材２５Ｅと交わっていなくてもよい。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｄの軸方向視における形状は扇型としているが、これに限定されない。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｅは、点火装置１１Ｇの軸方向視において両凸レンズの形状に形成されているが、内周面２４ｂに接するように設けることができ、一対の第１の干渉部材２５Ｅ同士の間に隙間が形成できれば特に限定されない。

本実施形態では、第１の干渉部材２５Ｅは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに溶接されてもよいし、プレチャンバーキャップ２４Ｅと第１の干渉部材２５Ｅを３Ｄプリンタ等で切削して第１の干渉部材２５Ｅに一体に形成してもよい。

［第８の実施形態］
第８の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態に係る点火装置は、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃのプレチャンバーキャップ２４Ｃの前方内面２４ａに設けた第２プレチャンバー孔の数を２つに変更したものである。そして、第１の干渉部材２５Ｂに、前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて他の第１の干渉部材をさらに設け、プレチャンバーキャップ２４Ｃの内周面２４ｂに第２の干渉部材を設けたものである。そのため、本実施形態では、他の第１の干渉部材と、第２の干渉部材の構成についてのみ説明する。

図２９は、第８の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップの構成を示す正面図であり、図３０は、図２９に示す８Ａ－８Ａ断面図であり、図３１は、図３０に示す８Ｂ－８Ｂ断面図であり、図３２は、図３０に示す８Ｃ－８Ｃ断面図である。図２９及び図３１に示すように、点火装置１１Ｈは、上記図８～図１０に示す第３の実施形態の点火装置１１Ｃのプレチャンバーキャップ２４Ｃを、前方内面２４ａに２つの第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを備えるプレチャンバーキャップ２４Ｅに変更したものである。そして、点火装置１１Ｈは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて第１の干渉部材２５Ｆを備えると共に、内周面２４ｂに第２の干渉部材２７を更に備える。

図２９及び図３０に示すように、第１の干渉部材２５Ｆは、プレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに、第１の干渉部材２５Ｂを介して対向するように一対設けられている。一対の第１の干渉部材２５Ｆは、前方内面２４ａから内周面２４ｂにかけて、プレチャンバーキャップ２４Ｅの前方内面２４ａと内周面２４ｂと第１の干渉部材２５Ｂとを連結するように設けられている。

第１の干渉部材２５Ｆは、図３０に示すように、点火装置１１Ｈの軸方向（Ｚ軸方向）と直交する方向から見た時、プレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに軸方向に沿って延在している。

第１の干渉部材２５Ｆは、図３１に示すように、軸方向視において扇型に形成されており、前方内面２４ａと内周面２４ｂとに接する面は前方内面２４ａと内周面２４ｂに対応するように湾曲して形成されている。

第１の干渉部材２５Ｆは、第１の干渉部材２５Ｂと同様の材料を用いて製造できる。

第１の干渉部材２５Ｆは、第１の干渉部材２５Ｂに公知の接合方法を用いて接合することができ、第１の干渉部材２５Ｂにロウ材用いて接合してもよいし、溶接して接合するようにしてもよい。

図３０に示すように、第２の干渉部材２７は、プレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに、第１の干渉部材２５Ｆと接するように設けられている。

第２の干渉部材２７は、図３０に示すように、板状に形成されている。第２の干渉部材２７は、図３２に示すように、軸方向視において前方内面２４ａから窓部材２２にかけてリング状に形成され、貫通孔２７ａを有する筒状体である。

図３３は、図２９に示す８Ｄ－８Ｄ断面図である。図３３に示すように、第２の干渉部材２７は、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線と交わるようにプレチャンバーキャップ２４Ｅの内周面２４ｂに設けられている。

第２の干渉部材２７は、第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｅと同様の材料を用いて製造できる。

第２の干渉部材２７は、内周面２４ｂや第１の干渉部材２５Ｆに公知の接合方法を用いて接合することができ、内周面２４ｂにロウ材用いて接合してもよいし、溶接して接合するようにしてもよい。

図３０に示すように、窓部材２２と、プレチャンバーキャップ２４Ｄと、第２の干渉部材２７とにより、残留排ガス貯留空間Ｓが形成される。第２の干渉部材２７の貫通孔２７ａを通過した混合気は、残留排ガス貯留空間Ｓ内に残留排ガスとして貯留される。

点火装置１１Ｈでは、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂから主燃焼室１９内に噴射した点火炎３１（図４参照）が主燃焼室１９の混合気中の燃料を点火して燃焼する（主燃焼）。図３４は、図２９に示す８Ｅ－８Ｅ断面図である。混合気は、図３４に示すように、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に供給され、図３３に示すように、主燃焼室１９から第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを通って予備燃焼室２６内に供給される。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に混合気が供給される。図３４に示すように、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通過した混合気は、流れＦ９－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂ側に向かって流れる。混合気は第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｅに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ９－２のように、第２の干渉部材２７の貫通孔２７ａへと向かうように流れる。混合気は、貫通孔２７ａを通過して残留排ガス貯留空間Ｓ内に流れる。この時、混合気の一部は、流れＦ９－４のように、第１の干渉部材２５Ａ側に流れる。なお、図３３では、第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃから流入する混合気の流れのみを示すが、他の第１プレチャンバー孔２４１Ｂ及び２４１Ｄから流入する混合気の流れも第１プレチャンバー孔２４１Ａ及び２４１Ｃから流入する混合気の流れと同様の流れを示す。

第１の干渉部材２５Ａ側に流れた混合気は、流れＦ９－５のように、窓部材２２から第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ９－５のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ｂと衝突することで、上述の通り、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。

一方、残留排ガス貯留空間Ｓ内に流れた混合気は、流れＦ９－３のように、窓部材２２の表面に衝突して内周面２４ｂの方向に拡散する。残留排ガス貯留空間Ｓ内の混合気は、残留排ガス貯留空間Ｓ内を循環する。

また、図３３に示すように、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂを通って予備燃焼室２６内に供給された混合気は、流れＦ１０－１のように、予備燃焼室２６内を第１の干渉部材２５Ｂの側面及び第１の干渉部材２５Ｆの表面側に向かって流れる。そして、混合気は第１の干渉部材２５Ｂ及び２５Ｅに衝突すると、混合気の流れの向きが変わり、混合気は、流れＦ１０－２のように、第２の干渉部材２７と衝突する。

混合気は、流れＦ１０－３のように、第２の干渉部材２７の貫通孔２７ａへと向かうように流れ、貫通孔２７ａを通過して残留排ガス貯留空間Ｓ内に流れる。この時、混合気の一部は、流れＦ１０－５のように、第１の干渉部材２５Ｂ側に流れる。

第１の干渉部材２５Ｂ側に流れた混合気は、流れＦ１０－６のように、第２の干渉部材２７から第１の干渉部材２５Ｂの端面２５ａに向かって流れる。混合気は、点火点ＢＰ及びその周辺において、流れＦ１０－６のように、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。点火点ＢＰ及びその周辺には、第１の干渉部材２５Ｂへと向かう混合気の流れが形成される。混合気は、第１の干渉部材２５Ｂと衝突することで、混合気と第１の干渉部材２５Ｂとの衝突点付近に混合気のよどみ点が生じる。

一方、残留排ガス貯留空間Ｓ内に流れた混合気は、流れＦ１０－４のように、窓部材２２の表面に衝突して内周面２４ｂの方向に拡散する。残留排ガス貯留空間Ｓ内の混合気は、残留排ガス貯留空間Ｓ内を循環して、第２の干渉部材２７の貫通孔２７ａを抜ける。貫通孔２７ａから抜けた混合気は、流れＦ１０－５のように、貫通孔２７ａに流れずに分離した混合気と共に、第１の干渉部材２５Ｂに向かって流れる。

よって、点火装置１１Ｈは、第１の干渉部材２５Ｆ及び第２の干渉部材２７を設け、窓部材２２の前方（－Ｚ軸方向側）に、窓部材２２と、プレチャンバーキャップ２４Ｅと、第２の干渉部材２７とにより、残留排ガス貯留空間Ｓを形成している。これにより、残留排ガス貯留空間Ｓが混合気を残留排ガスとして貯留するガス貯留槽として機能できる。また、残留排ガス貯留空間Ｓ内の混合気は貫通孔２７ａを通って予備燃焼室２６内に移動することになるため、残留排ガス貯留空間Ｓ内の混合気は予備燃焼室２６内に移動しにくい。そのため、プレチャンバー内残留排ガスを残留排ガス貯留空間Ｓに貯留し、主燃焼室１９から流入した混合気とあまり混合させないようにすることで、点火点ＢＰに流れる残留排ガスの残留率が低下させることができる。残留排ガスの残留率が低下することで、点火点ＢＰでの着火の安定性を高めることができる。よって、点火装置１１Ｇを用いれば、エンジンの安定的な運転を図ることができる。

点火装置１１Ｈは、プレチャンバーキャップ２４Ｅ内の窓部材２２の射出側に残留排ガス貯留空間Ｓを形成することで、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂとから流入した混合気をより早く点火点ＢＰに流入させることができる。これにより、混合気の流入量をより多くすることができる。混合気の流入量が多くなることで、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと、第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂとに近い領域の残留排ガスの残留率は低くなる。これにより、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄと第２プレチャンバー孔２４２Ａ及び２４２Ｂから点火点ＢＰに供給される残留排ガスの流量を低減できる。

なお、本実施形態では、第２プレチャンバー孔２４２Ａ～２４２Ｄの軸線は第１の干渉部材２５Ｅと交わっているが、第１の干渉部材２５Ｅと交わっていなくてもよい。

本実施形態では、第２の干渉部材２７の貫通孔２７ａの形状を円形にしているが、三角形や四角形等の多角形や楕円形としてもよい。

［第９の実施形態］
第９の実施形態による点火装置について、図面を参照して説明する。なお、上記実施形態と同様の機能を有する部材には、同一の符号を付して詳細な説明は省略する。本実施形態は、第１の実施形態に係る点火装置は、上記図２及び図３に示す第１の実施形態の点火装置１１Ａのレーザ装置２１と、窓部材２２の光学窓２２１とを火花点火プラグに変更したこと以外は同様であるため、火花点火プラグの構成についてのみ説明する。

図３５は、第９の実施形態に係る点火装置を主燃焼室側から見た時のプレチャンバーキャップ２４Ａの構成を示す正面図であり、図３６は、図３５に示す９Ａ－９Ａ断面図である。図３５及び図３６に示すように、点火装置１１Ｉは、レーザ装置２１と、窓部材２２の光学窓２２１とに代えて火花点火プラグ４１を用いたものである。

火花点火プラグ４１としては、公知の点火プラグを用いることができる。火花点火プラグ４１は、インシュレーター４１１と、中心電極４１２と、接地電極４１３とを有する。

インシュレーター４１１は、中心電極４１２を内部に電気的に絶縁状態で支持している。

中心電極４１２は、インシュレーター４１１の端部から予備燃焼室２６側に突出して設けられている。

接地電極４１３は、矩形状に形成されており、中心電極４１２から所定の間隔（放電ギャップ）だけ離れた位置に設けられている。接地電極４１３は、インシュレーター４１１の端面に設けた固定端に溶接等により固定される。

点火装置１１Ｉでは、エンジン１０の吸気工程の間に、エンジン１０（図１参照）の主燃焼室１９に供給された混合気が、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って、予備燃焼室２６内に強制的に供給される。その後、中心電極４１２と接地電極４１３との間に電圧を印加して、放電ギャップに、プラズマアーク、すなわち火花放電を発生させる。火花放電が混合気に印加すると、放電ギャップに、点火炎３１（図４参照）が生成される。点火炎３１（図４参照）は、エンジン１０（図１参照）の燃焼工程の間に、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから主燃焼室１９に噴出する。

このとき、主燃焼室１９から第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄを通って予備燃焼室２６内に流入した混合気は流れＦ１１－１に沿って流れる。混合気は、第１の干渉部材２５Ａの近くで流れの向きが変わり、流れＦ１１－２となって、光学窓２２１側に向かって流れる。予備燃焼室２６の混合気は、放電ギャップで発生した火花放電により燃焼した後、第１プレチャンバー孔２４１Ａ～２４１Ｄから点火炎３１（図４参照）となって排出される。本実施形態では、放電ギャップ付近は、第１の干渉部材２５Ａにより、混合気の流れの向きが変更されているため、混合気の流速は遅くなっている。そのため、混合気の流速が低減し、安定して初期火炎を形成できる。

一般に、火花点火プラグを用いた火花点火において、予備燃焼室２６内を流れる混合気の流速が早い場合、放電エネルギーを高めることで、予備燃焼室２６内に初期火炎を形成している。本実施形態によれば、放電ギャップ付近における混合気の流速を低減できるため、放電エネルギーが低くても点火初期に火炎核を形成できる。放電エネルギーを低くすることで、中心電極４１２及び接地電極４１３の摩耗を抑えることができる。

よって、本実施形態によれば、火花点火プラグ４１を用いる場合でも、燃料の点火の安定性を高めることができると共に、火花点火プラグ４１の長寿命化を図ることができる。

以上の通り、実施形態を説明したが、上記実施形態は、例として提示したものであり、上記実施形態により本発明が限定されるものではない。上記実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の組み合わせ、省略、置き換え、変更等を行うことが可能である。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１０ 内燃機関（エンジン）
１１Ａ～１１Ｉ 点火装置
１９ 主燃焼室
２１ レーザ装置
２２ 窓部材
２２１ 光学窓
２３ ハウジング
２４Ａ～２４Ｅ プレチャンバーキャップ（仕切部材）
２４１ 連通孔（プレチャンバー孔）
２４１Ａ～２４１Ｄ 第１連通孔（第１プレチャンバー孔）
２４２Ａ～２４２Ｄ、２４２Ａ'、２４２Ｂ' 第２連通孔（第２プレチャンバー孔）
２５Ａ～２５Ｅ 第１の干渉部材
２６ 予備燃焼室
２７ 第２の干渉部材
４１ 火花点火プラグ
α１、α２、β１、β２ 角度
Ｓ 残留排ガス貯留空間

特表２０１４－５２２９３９号公報

Claims (16)

1. 内燃機関の主燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料を点火するための点火装置であって、
   前記燃料の点火点を囲う予備燃焼室を形成するように設けられ、前記主燃焼室と前記予備燃焼室とを連通する複数の連通孔を備える仕切部材と、
   前記仕切部材の内面から内側に突出するように設けられた第１の干渉部材と、
   を有し、
   前記複数の連通孔は、その軸線が前記第１の干渉部材と交わるように前記仕切部材に設けられる第１連通孔と、その軸線が前記第１の干渉部材と交わらないように前記仕切部材に設けられる第２連通孔とを含む、点火装置。
2. 前記第１の干渉部材が、２つの前記連通孔を結ぶ直線に交わるように設けられる、請求項１に記載の点火装置。
3. 前記第２連通孔は、その軸線が前記点火装置の中心軸と交わるように前記仕切部材に設けられる、請求項１又は２に記載の点火装置。
4. 前記第１連通孔の軸線と前記点火装置の中心軸とのなす角度を角度αとし、
   前記第２連通孔の軸線と前記点火装置の中心軸とのなす角度を角度βとした時、
   角度α＞角度βである、請求項１～３の何れか一項に記載の点火装置。
5. 前記第２連通孔の数は、前記第１連通孔の数以下である、請求項１～４の何れか一項に記載の点火装置。
6. 前記第１連通孔の軸線と前記第２連通孔の軸線が交差しない、請求項１～５の何れか一項に記載の点火装置。
7. 前記点火装置を前記点火装置の中心軸に垂直な平面に投影したとき、前記中心軸と前記仕切部材の内面との最大の距離をＲとして、すべての前記連通孔は、前記中心軸からＲ／２の位置又は前記中心軸からＲ／２よりも外側の位置に配置されている、請求項１～６の何れか一項に記載の点火装置。
8. 前記点火装置を前記点火装置の中心軸に垂直な平面に投影したとき、それぞれの前記連通孔と前記中心軸とを結ぶ線分は前記中心軸のみで交わり、いずれの線分も重ならないことを特徴とする、請求項１～７の何れか一項に記載の点火装置。
9. 前記第１の干渉部材の外周に、前記第１の干渉部材と前記仕切部材とをつなぐ側板部を有する、請求項１～８の何れか一項に記載の点火装置。
10. 前記第１の干渉部材が、前記仕切部材の内面に複数設けられ、
    一の前記第１の干渉部材の外周の一部と一の前記第１の干渉部材の前記点火点側との何れか一方又は両方に、他の前記第１の干渉部材が設けられる請求項１～９の何れか一項に記載の点火装置。
11. 前記仕切部材から突出し、開口部を有する第２の干渉部材をさらに備える、請求項１～１０の何れか一項に記載の点火装置。
12. 前記第２の干渉部材は、少なくとも１つの前記連通孔の軸線と交わる、請求項１１に記載の点火装置。
13. 前記第２の干渉部材よりも前記主燃焼室側に前記点火点が位置する、請求項１１又は１２に記載の点火装置。
14. 前記仕切部材がエンジンヘッドに接触する状態でエンジンヘッドに挿入される、請求項１～１３の何れか一項に記載の点火装置。
15. 前記燃料の点火に、レーザ光が用いられ、
    前記レーザ光の集光点が、前記点火点となる、請求項１～１４の何れか一項に記載の点火装置。
16. 燃料を燃焼させて燃焼ガスを生成する内燃機関であって、
    主燃焼室と、
    請求項１～１５の何れか一項に記載の点火装置とを有し、
    前記主燃焼室で前記主燃焼室内の前記燃料に点火して主燃焼が行われ、前記点火装置の前記予備燃焼室において前記主燃焼に先立って予備燃焼が行われ、
    前記主燃焼室内の前記燃料は、前記予備燃焼室における前記燃料の点火により生じる点火炎によって点火される内燃機関。

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