DE10046882A1

DE10046882A1 - Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, die eine verbesserte Selbstreinigungsfunktion hat

Info

Publication number: DE10046882A1
Application number: DE10046882A
Authority: DE
Inventors: Ken Hanashi; Yasutake Ishino; Hironori Osamura
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 1999-09-22
Filing date: 2000-09-21
Publication date: 2001-06-07
Anticipated expiration: 2020-09-22
Also published as: JP2001093645A; JP4248704B2; DE10046882B4; GB0023205D0; GB2354550A; GB2354550B; US6552476B1

Abstract

Bei einer Zündkerze mit einer Mittelelektrode (4), einer ersten und einer zweiten Masseelektrode (6, 7), einem Isolator (3) und einem Metallgehäuse (2) ist ein erster Entladungsspalt zwischen einem vorderen Ende der Mittelelektrode und einer vorderen Seite der ersten Masseelektrode gebildet und ein zweiter Entladungsspalt ist zwischen einem vorderen Ende der zweiten Elektrode und einer vorderen Seite der Mittelelektrode gebildet. Verschiedene Größenbeziehungen von A, B, C, D und H sind definiert, wobei A ein Abstand des ersten Entladungsspaltes ist, B eine radiale Dicke des vorderen Endes des Isolators ist, C ein kürzester Abstand zwischen dem Isolator und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode ist, D ein kürzester Abstand zwischen dem Basispunkt (an dem ein diametral reduzierter Abstand mit einem Basisabschnitt einstückig verbunden ist) der Mittelelektrode und dem inneren vorderen Ende des Isolators ist und H eine Distanz der Funkenentladung ist, die entlang der Endfläche des Isolators kriecht.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, die eine verbesserte Selbstreinigungsfunktion durch eine Ausnutzung von Funkenentladungen hat, die über eine Oberfläche kriechen.

In den letzten Jahren, als der Umweltschutz mehr und mehr in den Blickpunkt des Interesses rückte, wurden Schichtlade- Verbrennungsmotoren mit einem geringeren Kraftstoffverbrauch im allgemeinen als umweltfreundliche Motoren betrachtet.

Wenn jedoch geschichtete Kraftstoffmischungen in einer Verbrennungskammer verbrannt werden, werden kraftstoffreiche Mischungen in der Nähe einer Zündkerze konzentriert, so dass die Zündkerze dazu neigen kann, durch Kohlenstoff zu verglimmen oder zu verrußen. Die Kohlenstoffverrußung verschlechtert eine Isolationswirkung eines Isolators um eine Mittelelektrode, so dass eine Funkenentladung nicht durch einen regulären Entladungsspalt auftreten kann, der zwischen Mittel- und Masseelektrode vorgesehen ist, sondern zwischen einer Oberfläche des Isolators, an der Kohlenstoff abgelagert ist, und einem Inneren eines Metallmontagegehäuses an einem Abschnitt, der bezüglich einer vorderen Endfläche des Isolators tief im Inneren des Metallgehäuses ist.

Zur Bewältigung dieses Problems sind selbstreinigende Zündkerzen bekannt, wie sie in den Druckschriften JP-Y 2-53-41629 oder JP-A-47-19236 offenbart sind.

Gemäß der Druckschrift JP-Y 2-53-41629 hat die Zündkerze eine Vielzahl von Elektroden, die eine erste und eine zweite Masseelektrode bilden. Ein erster Entladungsspalt ist zwischen der ersten Masseelektrode und der Mittelelektrode ausgebildet und ein zweiter Entladungsspalt ist zwischen der zweiten Masseelektrode und der Mittelelektrode ausgebildet. Eine reguläre Funkenentladung tritt durch den ersten Entladungsspalt auf, und wenn der Isolator durch eine Kohlenstoffablagerung verrußt ist, tritt eine Funkenentladung durch den zweiten Entladungsspalt auf und nicht durch den Abschnitt, der tief im Inneren des Metallgehäuses ist, so dass der Kohlenstoff verbrannt werden kann, ohne das Zündvermögen der Zündkerze zu beeinträchtigen.

Gemäß der Druckschrift JP-A-47-19236 sind des weiteren der reguläre erste Entladungsspalt und der zweite Entladungsspalt offenbart, durch die Funken entladen werden, wenn der Isolator verrußt ist. Es ist in diesem Fall kennzeichnend, dass ein vorderes Ende der Mittelelektrode annähernd auf gleicher Höhe ist wie ein vorderes Ende des Isolators.

Da deshalb die Funkenentladung an dem ersten Entladungsspalt an einer Position auftritt, die annähernd auf der gleichen Höhe ist wie der zweite Entladungsspalt, wird daher angenommen, dass die verschiedenen Zündverhalten sowohl des ersten als auch des zweiten Entladungsspalts keinen großen Unterschied zeigen.

Jedoch hat die Zündkerze gemäß der Druckschrift JP-Y 2-53- 41629 einen Nachteil, dass ein großer Unterschied des Zündvermögens zwischen den verschiedenen Funkenentladungen an dem ersten und dem zweiten Entladungsspalt vorhanden ist, da der zweite Entladungsspalt an einem Führungsende des Metallgehäuses an einer Position angeordnet ist, die von dem ersten Entladungsspalt weit entfernt ist, so dass das Antriebsverhalten insbesondere bei der Verbrennung von geschichtetem Kraftstoff in ungünstiger Weise beeinflusst wird.

Da des weiteren die Funkenentladung an dem zweiten Entladungsspalt an einer Stelle auftritt, die von dem Führungsende des Isolators aus tief in einer Isolatorbasis ist, tritt in der Regel eine Kanalbildung auf.

Andererseits gibt es gemäß der in der Druckschrift JP-A-47- 19236 offenbarten Zündkerze außerdem ein Problem, dass das Zündvermögen nicht gut ist, wenn das vordere Ende der ersten Elektrode nahezu die gleiche Höhe haben muss wie das vordere Ende des Isolators, so dass das vordere Ende des Isolators ein Abkühlen von Flammenkernen bewirken kann, die durch eine Funkenentladung an dem ersten Entladungsspalt erzeugt werden. Obwohl an den Oberflächen des Isolators haftender Kohlenstoff durch eine kriechende Entladung entlang der Oberfläche des Isolators durch den zweiten Entladungsspalt verbrannt wird, gibt es des weiteren ein Problem, dass in der Regel eine Kanalbildung auftritt, so dass Rillen an der Oberfläche des Isolators ausgebildet werden können, wie dies in den Fig. 12A und 12B gezeigt ist. Die Fig. 12A zeigt den Isolator der Zündkerze, wenn er in einer axialen Richtung der Mittelelektrode betrachtet wird, und die Fig. 12B zeigt den Isolator in einer Seitenansicht.

Die vorliegende Erfindung wurde angesichts des vorstehend erwähnten Problems ausgestaltet und die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor vorzusehen, bei der eine deutlich längere Lebensdauer bezüglich der Verrußungsbeständigkeit in solch einer Art und Weise sichergestellt wird, dass eine Luftspaltfunkenentladung bei einem guten Zündvermögen gewöhnlich an einem ersten Entladungsspalt auftritt und, wenn der Isolator verrußt ist, eine Flächenkriechfunkenentladung an einem zweiten Entladungsspalt auftritt, um an der Oberfläche des Isolators abgelagerten Kohlenstoff zu verbrennen, während die Kanalbildung an der Oberfläche des Isolators beschränkt ist.

Um die vorstehend erwähnte Aufgabe zu erreichen, hat die Zündkerze eine Mittelelektrode, eine erste und eine zweite Masseelektrode, einen Isolator und ein Metallgehäuse. Der erste Entladungsspalt ist zwischen einem vorderen Ende der Mittelelektrode und einer vorderen Seite der ersten Masseelektrode gebildet und der zweite Entladungsspalt ist zwischen einem vorderen Ende der zweiten Elektrode und einer vorderen Seite der Mittelelektrode gebildet.

In diesem Fall sind die Größenbeziehungen der Mittelelektrode, der ersten Masseelektrode, der zweiten Masseelektrode, des Isolators und des Metallgehäuses jeweils in folgenden Bereichen:

A ≦ (C + D) + 0,5B

B ≧ 0,6 mm

C ≦ 1,6 mm

H ≧ 0,9 mm, wobei

A ein Abstand des ersten Entladungsspaltes ist,
B eine radiale Dicke des vorderen Endes des Isolators ist,
C ein kürzester Abstand zwischen dem Isolator und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode ist,
D ein kürzester Abstand zwischen einem Basispunkt der Mittelelektrode, an dem ihr diametral reduzierter Abschnitt mit ihrem Basisabschnitt einstückig verbunden ist, und dem inneren vorderen Ende des Isolators ist, und
H eine Distanz der Funkenentladung ist, die entlang der Endfläche des Isolators kriecht.

Es ist des weiteren vorzuziehen, dass die Größenbeziehungen der Mittelelektrode, der ersten Masseelektrode, der zweiten Masseelektrode, des Isolators und des Metallgehäuses jeweils in folgenden Bereichen sind:

A ≦ (C + D) + 0,5B

B ≧ 0,6 mm

C ≦ 1,6 mm

E ≦ 0

-0,5G ≦ F ≦ 0

|B| + |E| + |F| ≧ 1,2 mm, wobei

A ein Abstand des ersten Entladungsspaltes ist,
B eine radiale Dicke des vorderen Endes des Isolators ist,
C ein kürzester Abstand zwischen dem Isolator und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode ist,
D ein kürzester Abstand zwischen dem Basispunkt der Mittelelektrode und dem inneren vorderen Ende des Isolators ist,
E eine axiale Länge von dem inneren vorderen Ende des Isolators zu dem Basispunkt der Mittelelektrode ist (mit einem Pluszeichen versehen, falls der Basispunkt von dem inneren vorderen Ende des Isolators vorsteht),
F eine axiale Länge von dem vorderen Ende des Isolators zu dem gehäuseseitigen vorderen Ende der zweiten Elektrode ist (mit einem Pluszeichen versehen, falls das gehäuseseitige vordere Ende der zweiten Elektrode von dem vorderen Ende des Isolators vorsteht), und
G eine axiale Dicke des vorderen Endes der zweiten Elektrode ist.

Um eine Zündkerze mit einer längeren (Nutzungs-)Lebensdauer zu verwirklichen, ist es vorzuziehen, dass zumindest das vordere Ende der ersten Masseelektrode oder das vordere Ende der Mittelelektrode mit einem Edelmetallstück versehen ist, das vorzugsweise aus einem der Werkstoffe reines Pt, reines Ir, Pt- Legierung oder Ir-Legierung geschaffen ist.

Andere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung und auch Betriebsverfahren und die Funktion der zugehörigen Bauteile werden aus der folgenden detaillierten Beschreibung, den angehängten Ansprüchen und den beigefügten Zeichnungen ersichtlich, die Bestandteil dieser Anmeldung sind.

Fig. 1 zeigt eine Halbschnittansicht einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2 zeigt ausschnittartig eine vergrößerte Ansicht der Zündkerze gemäß der Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine Vorderansicht der Zündkerze gemäß der Fig. 1;

Fig. 4 zeigt ausschnittartig eine vergrößerte Ansicht einer Zündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 5 zeigt ausschnittartig eine vergrößerte Ansicht einer Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 6 zeigt ausschnittartig eine vergrößerte Ansicht einer Zündkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;

Fig. 7 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einem ersten Funkenentladungsspalt A und einem kürzesten Abstand C;

Fig. 8 zeigt eine Tabelle einer Beziehung zwischen dem kürzesten Abstand C und einem Funkenentladungsmodus;

Fig. 9 zeigt eine Ansicht einer Änderung von Funkenentladungsmodi gemäß Änderungen des kürzesten Abstandes C;

Fig. 10 zeigt eine graphische Darstellung einer Beziehung zwischen einer Flächenkriechfunkenentladungsdistanz H und einer Rillentiefe;

Fig. 11 zeigt eine graphische Darstellung von Änderungen der Rillentiefe gemäß Änderungen der axialen Längen E und F;

Fig. 12A ist eine Teilansicht eines Isolators, wenn er in einer axialen Richtung einer Mittelelektrode betrachtet wird, und dient der Erläuterung einer Kanalbildung; und

Fig. 12B zeigt eine Seitenansicht eines Isolators zum Erläutern der Kanalbildung.

Die Fig. 1 bis 3 zeigen eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung. Die Zündkerze 1 hat ein röhrenartiges Metallgehäuse 2 mit einem Gewinde 2a zum Anbringen an einen (nicht gezeigten) Motorzylinderblock. Ein aus einer Aluminiumkeramik (Al₂O₃) geschaffener Isolator 3 ist in das Gehäuse 2 eingepasst und ein Führungsendabschnitt 3b des Isolators 3 ragt aus dem vorderen Ende des Gehäuses 2 heraus. Eine Mittelelektrode 4 ist in einem Durchgangsloch 3a des Isolators 3 eingefügt und befestigt, um so durch den Isolator 3 an dem Gehäuse 2 gehalten und von diesem isoliert zu sein. Ein Führungsendabschnitt der Mittelelektrode 4 ragt aus dem Führungsendabschnitt 3b des Isolators 3 heraus.

Der Führungsendabschnitt 3b des Isolators 3 ist mit einem diametral reduzierten Isolatorabschnitt 3c versehen, dessen Durchmesser in einer axialen Richtung annähernd gleichbleibend und kleiner als ein Durchmesser eines Isolatorbasisabschnittes des Führungsendabschnittes 3b ist, wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist.

Die Mittelelektrode 4 hat die Gestalt einer Säule, deren inneres Element aus einem Metallwerkstoff mit einer guten Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Kupfer zusammengesetzt ist, und deren Außenelement aus einem Metallwerkstoff mit einer guten Wärmefestigkeit und Korrosionsbeständigkeit wie zum Beispiel eine Legierung auf Ni-Basis zusammengesetzt ist. Wie dies in der Fig. 2 gezeigt ist, ragt das vordere Ende der Mittelelektrode 4 aus dem diametral reduzierten Isolatorabschnitt 3c heraus. Ein Ende eines Elektrodenbasisabschnittes 4a ist mit einem ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnitt 4b einstückig verbunden, dessen Durchmesser kleiner ist als derjenige des Elektrodenbasisabschnittes 4a. Des weiteren ist ein Edelmetallstück 10, das einen zweiten diametral reduzierten Elektrodenabschnitt bildet, an einem Führungsende des ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnittes 4b angeordnet. Ein Basispunkt X, der einen Grenzbereich des ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnitts 4b und des Edelmetallstücks 10 darstellt (der nächste Punkt von dem vorderen Ende des Isolators 3, an dem der Durchmesser der Mittelelektrode 4 reduziert ist und somit eine Kante bildet), ist um 0,15 mm von dem vorderen Ende des diametral reduzierten Isolatorabschnitts 3c nach innen angeordnet.

Wie dies in den Fig. 2 und 3 gezeigt ist, sind eine erste Masseelektrode 5 und zweite Masseelektroden 6 und 7 jeweils durch einen Schweißvorgang an dem Führungsende des Gehäuses 2 befestigt. Jedes Ende der zweiten Masseelektroden 6 und 7 ist um einen Kreis herum angeordnet, dessen Durchmesser um einen Abstand C größer ist als ein Außendurchmesser des diametral reduzierten Isolatorabschnittes 3c. Die erste Masseelektrode 5 und die zweiten Masseelektroden 6 und 7 sind aus einer Legierung auf Ni-Basis zusammengesetzt.

Die erste Masseelektrode 5 liegt dem Edelmetallstück 10 gegenüber, um einen ersten Entladungsspalt zwischen einer vorderen Endfläche oder -kante des Edelmetallstückes 10 und einer Führungsendseitenfläche oder -kante der ersten Masseelektrode 5 zu bilden. Jede der zweiten Masseelektroden 6 und 7 liegt ebenfalls dem Edelmetallstück 10 und dem Isolator 3 gegenüber, um einen zweiten Entladungsspalt zwischen einer Seitenfläche oder -kante des Edelmetallstückes 10 und einer vorderen Endfläche oder -kante der zweiten Elektroden 6 oder 7 über den Isolator 3 (dem diametral reduzierten Isolatorabschnitt 3c) zu bilden.

Das an dem Führungsendabschnitt der Mittelelektrode 4 ausgebildete Edelmetallstück 10 ist aus einer Ir-Legierung geschaffen (90 Gewichts-% Ir; 10 Gewichts-% Rh bei diesem Ausführungsbeispiel). Andererseits ist ein Stück 11, das aus einer Pt-Legierung geschaffen ist (90 Gewichts-% Pt; 10 Gewichts-% Ni bei diesem Ausführungsbeispiel), durch einen Widerstandsschweißvorgang mit der Oberfläche der Masseelektrode 5 an dem ersten Entladungsspalt verbunden.

Bevorzugte Größenbeziehungen der Bauteile der Zündkerze 1 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel werden unter Bezugnahme auf die Fig. 2 nachfolgend beschrieben.

Ein Abstand A des ersten Entladungsspaltes beträgt 1,1 mm, eine radiale Dicke B des vorderen Endes des Isolators 3 (diametral reduzierter Isolatorabschnitt 3c) beträgt 1,0 mm, ein kürzester Abstand C zwischen einer Seitenfläche des Isolators 3 (der diametral reduzierte Isolatorabschnitt 3c) und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode 6, 7 beträgt 0,6 mm, ein kürzester Abstand D zwischen dem Basispunkt X des Edelmetallstückes 10 und dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 (der diametral reduzierte Isolatorabschnitt 3c) beträgt 0,2 mm, eine axiale Länge E von dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 (der diametral reduzierte Isolatorabschnitt 3c) zu dem Basispunkt X des Edelmetallstückes 10 beträgt -1,5 mm (mit einem Pluszeichen versehen, falls der Basispunkt X von dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 vorsteht) und eine axiale Länge F von dem vorderen Ende des Isolators 3 (der diametral reduzierte Isolatorabschnitt 3c) zu einem dem Gehäuse 2 zugewandten vorderen Ende der zweiten Elektrode 6, 7 beträgt -0,3 mm (mit einem Pluszeichen versehen, falls das dem Gehäuse 2 zugewandte vordere Ende der zweiten Elektrode 6, 7 von dem vorderen Ende des Isolators 3 vorsteht).

Ein Testergebnis der Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel zeigte eine Distanz H einer Flächenkriechentladung über das vordere Ende des Isolators 3 von 1,2 mm, und ein Zündvermögen und eine Kanalbildungsunterdrückungsfunktion waren zufriedenstellend.

Die Fig. 4 zeigt eine Zündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispieles ist. Gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ragt der erste diametral reduzierte Elektrodenabschnitt 4b ohne das Edelmetallstück 10 aus dem vorderen Ende des Isolators 3 heraus. Obwohl des weiteren der Basispunkt X des ersten Ausführungsbeispieles ein Grenzbereich des ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnitts 4b und des Edelmetallstücks 10 ist, ist der Basispunkt X gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel ein Grenzbereich des Elektrodenbasisabschnittes 4a und des ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnitts 4b (der nächste Punkt von dem vorderen Ende des Isolators 3, bei dem der Durchmesser der Mittelelektrode 4 reduziert ist und somit eine Kante bildet). Außerdem hat der Isolator 3 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel einen konischen Außenflächenabschnitt anstelle des diametral reduzierten Isolatorabschnitts 3c gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel. Daher kann gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel der Basispunkt X des ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnittes 4b zum Definieren des kürzesten Abstandes D oder der axialen Länge E oder F der Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel anstelle des Basispunktes X des Edelmetallstückes 10 verwendet werden, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel dargestellt wurde.

Die Fig. 5 zeigt eine Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispiels ist. Gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ragt der erste diametral reduzierte Elektrodenabschnitt 4b ohne das Edelmetallstück 10 aus dem vorderen Ende des Isolators 3 heraus, wie dies bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Der Isolator 3 ist mit dem diametral reduzierten Isolatorabschnitt 3c versehen, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.

Die Fig. 6 zeigt eine Zündkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung, das eine Abwandlung des ersten Ausführungsbeispieles ist. Anstelle des diametral reduzierten Isolatorabschnitts 3c gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel hat der Isolator 3 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel einen konischen Außenflächenabschnitt, wie dies bei dem zweiten Ausführungsbeispiel gezeigt ist. Das Edelmetallstück 10 ist an dem Führungsende des ersten diametral reduzierten Elektrodenabschnittes 4b angeordnet, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel gezeigt ist.

Die Zündkerzen gemäß dem zweiten, dem dritten oder dem vierten Ausführungsbeispiel haben eine Größenbeziehung ihrer Bauteile, wie dies bei dem ersten Ausführungsbeispiel offenbart ist, und es wurde bei experimentellen Versuchen herausgefunden, dass sie dieselbe Funktion und dieselbe Wirkung hinsichtlich des Zündvermögens und der Kanalbildungsunterdrückungsfunktion wie das erste Ausführungsbeispiel haben.

Obwohl eine Ir-Ligierung mit 10 Gewichts-% Rh als das Edelmetallstück 10 verwendet wird, können andere Edelmetallwerkstoffe wie z. B. reines Ir oder Pt oder eine Pt- Legierung verwendet werden, um dieselbe Funktion und dieselbe Wirkung zu erreichen, die bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen offenbart ist.

Um die vorliegende Erfindung näher zu erläutern, werden die bevorzugten Wertebereiche von jeder der vorstehend erwähnten Größen nachfolgend auf der Grundlage der experimentellen Versuchergebnisse und Studien beschrieben.

Reguläre Funkenentladung durch den ersten Entladungsspalt

Der Versuch wurde durchgeführt, um eine Größenbeziehung der verschiedenen Bauteile der Zündkerze herauszufinden und um den Bedingungen zu genügen, dass eine reguläre Funkenentladung durch den ersten Entladungsspalt zwischen dem Edelmetallstück 10 der Mittelelektrode 4 und der ersten Masseelektrode 5 auftritt, um einen Kraftstoff in einer Verbrennungskammer fehlerfrei zu zünden, und dass, wenn das Ende des Isolators 3 durch eine Kohlenstoffablagerung verrußt ist, eine Funkenentladung durch den zweiten Entladungsspalt zwischen der Mittelelektrode 4 und der zweiten Masseelektrode 6, 7 auftritt, um an Oberflächen des Isolators 3 abgelagerten Kohlenstoff zu verbrennen und um diese zu reinigen.

Die Fig. 7 zeigt das Versuchsergebnis, das einen Bereich des Abstandes A des ersten Entladungsspaltes in Bezug zu dem kürzesten Abstand C zwischen dem Isolator und der zweiten Elektrode 6, 7 darstellt, bei dem eine Entladung durch den ersten Entladungsspalt zuverlässig auftritt, wenn der Isolator nicht verrußt ist.

In der Fig. 7 zeigt ein Bezugszeichen O das Auftreten einer Funkenentladung durch den ersten Entladungsspalt und ein Bezugszeichen x zeigt das Auftreten einer Funkenentladung durch den zweiten Entladungsspalt. Die radiale Dicke B des vorderen Endes des Isolators 3 beträgt 1,0 mm und der kürzeste Abstand D zwischen dem Basispunkt X der Mittelelektrode und dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 beträgt 0,2 mm.

Aus dem in der Fig. 7 gezeigten Versuchsergebnis ist ersichtlich, dass als eine Bedingung zum Bewirken der Funkenentladung durch den ersten Entladungsspalt, wenn der Isolator nicht verrußt ist, die folgende Gleichung erfüllt sein muss:

A ≦ (C + D) + 0,5B

Funkenentladung durch den zweiten Entladungsspalt bei einer Verrußung

Als ein Ergebnis eines Vergleichsversuches mit sechs Umgebungsdrücken zeigt die Fig. 8 verschiedene Modi einer Funkenentladung, wenn der Isolator 3 durch eine Kohlenstoffablagerung daran bei einer Bedingung verrußt ist, dass der Abstand A des ersten Entladungsspaltes 1,4 mm beträgt. Ein Bezugszeichen O zeigt das Auftreten einer in der Fig. 9 gezeigten Funkenentladung a durch den zweiten Entladungsspalt, ein Bezugszeichen x zeigt das Auftreten einer in der Fig. 9 gezeigten Funkenentladung b zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Gehäuse und ein Bezugszeichen Δ zeigt ein gemischtes Auftreten sowohl der Funkenentladung a als auch der Funkenentladung b.

Wie dies in der Fig. 8 gezeigt ist, tritt die Funkenentladung a auf, falls der kürzeste Abstand C zwischen dem Isolator 3 und der zweiten Masseelektrode 6, 7 nicht mehr als 1,6 mm beträgt, und der bevorzugte kürzeste Abstand C beträgt nicht mehr als 1,2 mm, bei dem die Funkenentladung a stets sichergestellt ist.

Unterdrücken des Auftretens einer Kanalbildung

Wenn der Isolator 3 durch Kohlenstoff verrußt ist, wird der Kohlenstoff durch die Funkenentladung durch den zweiten Entladungsspalt verbrannt, die dergestalt auftritt, dass sie entlang der Oberfläche des Isolators 3 kriecht, so dass die Oberfläche des Isolators 3 gereinigt werden kann. Jedoch verursacht die Flächenkriechfunkenentladung entlang der Oberfläche des Isolators 3 in der Regel die Kanalbildung derart, dass der Isolator 3 zerkratzt wird, so dass daran Rillen ausgebildet werden, wie dies in den Fig. 12A und 12B gezeigt ist. Wenn die Kanalbildung auftritt, gelangen Funken der Funkenentladung durch den zweiten Entladungsspalt in die Rillen. Als ein Ergebnis verschlechtert sich das Zündvermögen und des weiteren verringert sich die Wärmebeständigkeit der Zündkerze, da sich Wärme in der Regel an den Kanten der an der Endfläche des Isolators 3 ausgebildeten Rillen staut.

Um dieses Problem zu erforschen, wurde ein Versuch durchgeführt, um eine Größenbeziehung der Bauteile der Zündkerze herauszufinden, bei der Kohlenstoff verbrannt wird und die Bildung der Rillen infolge der Kanalbildung unterdrückt wird, wenn die Flächenkriechfunkenentladung entlang der Endfläche des Isolators 3 auftritt. Die Fig. 10 zeigt das Versuchsergebnis.

Das Versuchsergebnis zeigt eine Beziehung zwischen einer Distanz H einer Funkenentladung, die entlang der Endfläche des Isolators 3 kriecht, wobei die Distanz an einer horizontalen Linie in der Fig. 10 aufgetragen ist, und einer Rillentiefe, die an der Endfläche des Isolators 3 infolge einer Kanalbildung ausgebildet wird, wobei die Rillentiefe darin an einer vertikalen Linie aufgetragen ist.

Der vorstehend erwähnte Funkenentladungsbeständigkeitsversuch wurde bei einer Bedingung ausgeführt, dass Funken an dem zweiten Entladungsspalt bei vier Umgebungsdrücken und bei einem 60-Hz- Intervall für 150 Stunden entladen wurden.

Um sicherzustellen, dass die Rillentiefe bei der Zündkerze mit einer Anti-Kanalbildungswirkung weniger als 0,05 mm nach dem Beständigkeitstest beträgt, kann aus dem Versuchsergebnis geschlossen werden, dass eine Distanz von mehr als 0,9 mm der Funkenentladung entlang der Endfläche des Isolators 3 notwendig ist. Die Ursache dafür ist, dass die gesamte Energiedichte der Funkenentladung geringer ist, je größer die Flächenkriechdistanz H entlang der Endfläche des Isolators 3 ist. Demgemäß kann die Rillenbildung an der Endfläche des Isolators 3 beschränkt werden, was zu einem Unterdrücken der Kanalbildungserzeugung führt.

Um die näheren Umstände des Unterdrückens der Kanalbildungserzeugung zu erforschen, wurde ein anderer Versuch durchgeführt. Der Versuch ist unter Bezugnahme auf die Fig. 11 beschrieben.

Die Fig. 11 zeigt als ein Ergebnis eines Versuchs, der dem Versuch gemäß der Fig. 10 ähnlich ist, eine Tiefenänderung einer aufgrund der Kanalbildung an der Endfläche des Isolators 3 ausgebildeten Rille gemäß verschiedener Änderungen einer axialen Länge E von dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 zu dem Basispunkt X der Mittelelektrode 4 (mit einem Pluszeichen versehen, falls der Basispunkt X von dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 vorsteht) und einer axialen Länge F von dem vorderen Ende des Isolators 3 zu einem dem Gehäuse 2 zugewandten vorderen Ende der zweiten Elektrode 6, 7 (mit einem Pluszeichen versehen, falls das dem Gehäuse 2 zugewandte vordere Ende der zweiten Elektrode 6, 7 von dem vorderen Ende des Isolators 3 vorsteht). Eine radiale Dicke B des vorderen Endes des Isolators 3 beträgt 0,9 mm.

Es kann gefolgert werden, dass die Rillenbildung infolge der Kanalbildung beschränkt werden kann, falls die Distanz der Funkenentladung, die entlang der Endfläche des Isolators kriecht, groß genug ist, so dass die folgende Bedingung erfüllt ist:

|B| + |E| + |F| ≧ 1,2 mm

Andere Bedingungen

Es ist vorzuziehen, dass die radiale Dicke B des vorderen Endes des Isolators 3 nicht weniger als 0,6 mm beträgt. Falls die Dicke B weniger als 0,6 mm beträgt, ist eine Isolierung zwischen der Mittelelektrode 4 und dem Gehäuse 2 nicht ausreichend, so dass Funken von der Mittelelektrode 4 über den Isolator 3 direkt zum Gehäuse 2 entladen werden können.

Es ist des weiteren vorzuziehen, dass die axiale Länge E von dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 zu dem Basispunkt X der Mittelelektrode 4 nicht mehr als 0 mm beträgt (das bedeutet, dass der Basispunkt X von dem inneren vorderen Ende des Isolators 3 nicht vorsteht). Falls die axiale Länge E mehr als 0 mm beträgt, ist die Distanz der Funkenentladung, die entlang der Endfläche des Isolators 3 kriecht, nicht groß genug, so dass eine Kanalbildung nicht unterdrückt werden kann.

Es ist außerdem vorzuziehen, dass die axiale Länge F von dem vorderen Ende des Isolators 3 zu einem dem Gehäuse 2 zugewandten vorderen Ende der zweiten Elektrode 6, 7 nicht mehr als 0 mm beträgt (das bedeutet, dass das dem Gehäuse 2 zugewandte vordere Ende der zweiten Elektrode 6, 7 nicht von dem vorderen Ende des Isolators 3 vorsteht) und dass deren Absolutwert nicht größer ist als die Hälfte einer axialen Dicke G eines vorderen Endes der zweiten Elektrode 6, 7. Falls der Absolutwert der axialen Länge F größer ist als die Hälfte einer axialen Dicke G, werden Funken an einem vom Gehäuse 2 abgewandten Ende der zweiten Elektrode 6, 7 entladen, so dass die Flächenkriechdistanz für eine Funkenentladung nicht groß genug ist.

Falls des weiteren der Absolutwert der axialen Länge F größer ist als die axiale Dicke G, wird Kraftstoff zwischen der zweiten Elektrode 6, 7 und dem Isolator 3 überbrückt, obwohl die Flächenkriechdistanz hinreichend groß sein kann.

Falls der Kraftstoff wie vorstehend erwähnt überbrückt wird, wird es sehr schwierig, eine Funkenentladung zwischen der zweiten Elektrode 6, 7 und der Mittelelektrode 4 zu erzeugen, wenn der Isolator 3 an seinem Ende durch Kohlenstoff verrußt ist. Dadurch kann die Selbstreinigungsfunktion der Zündkerze beeinträchtigt werden.

Wie dies vorstehend beschrieben ist, hat die bei der vorliegenden Erfindung verwendete Zündkerze eine Eigenschaft, dass eine Luftspaltfunkenentladung bei einem guten Zündvermögen gewöhnlich an einem ersten Entladungsspalt auftritt und, wenn der Isolator verrußt ist, eine Flächenkriechfunkenentladung an einem zweiten Entladungsspalt auftritt, um an der Oberfläche des Isolators abgelagerten Kohlenstoff zu verbrennen, während die Kanalbildung an der Oberfläche des Isolators beschränkt ist.

Bei der Zündkerze mit der Mittelelektrode 4, der ersten und der zweiten Masseelektrode 6, 7, dem Isolator 3 und dem Metallgehäuse 2 ist der erste Entladungsspalt zwischen dem vorderen Ende der Mittelelektrode und der vorderen Seite der ersten Masseelektrode gebildet und der zweite Entladungsspalt ist zwischen dem vorderen Ende der zweiten Elektrode und der vorderen Seite der Mittelelektrode gebildet. Verschiedene Größenbeziehungen von A, B, C, D und H sind definiert, wobei A der Abstand des ersten Entladungsspaltes ist, B die radiale Dicke des vorderen Endes des Isolators ist, C der kürzeste Abstand zwischen dem Isolator und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode ist, D der kürzeste Abstand zwischen dem Basispunkt (an dem der diametral reduzierte Abstand mit dem Basisabschnitt einstückig verbunden ist) der Mittelelektrode und dem inneren vorderen Ende des Isolators ist und H die Distanz der Funkenentladung ist, die entlang der Endfläche des Isolators kriecht.

Claims

1. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, die folgendes aufweist:
eine Mittelelektrode (4) mit einem Basisabschnitt, einem diametral reduzierten Abschnitt, dessen Basispunkt (X) mit einem Ende des Basisabschnittes einstückig verbunden ist, und einem vorderen Ende;
einen Isolator (3) mit einem vorderen Ende, wobei der Isolator die Mittelelektrode so umschließt und hält, dass sowohl das vordere Ende als auch der diametral reduzierte Abschnitt der Mittelelektrode aus dem vorderen Ende des Isolators herausragen;
ein Metallgehäuse (2) mit einem Führungsende, wobei das Metallgehäuse den Isolator so hält, dass das vordere Ende des Isolators aus dem Führungsende des Metallgehäuses (2) herausragt;
eine erste Masseelektrode (5) mit einem Führungsende und einem vorderen Ende, wobei das Führungsende der ersten Masseelektrode an dem Führungsende des Metallgehäuses so befestigt ist, dass ein erster Entladungsspalt zwischen dem vorderen Ende der ersten Masseelektrode und der Mittelelektrode gebildet ist, und
eine zweiten Masseelektrode (6, 7) mit einem Führungsende und einem vorderen Ende, wobei das Führungsende der zweiten Masseelektrode an dem Führungsende des Metallgehäuses befestigt ist und das vordere Ende der zweiten Masseelektrode radial außerhalb des vorderen Endes des Isolators so angeordnet ist, dass ein zweiter Entladungsspalt zwischen dem vorderen Ende der zweiten Masseelektrode und dem diametral reduzierten Abschnitt der Mittelelektrode gebildet ist,
wobei Größenbeziehungen der Mittelelektrode, der ersten Masseelektrode, der zweiten Masseelektrode, des Isolators und des Metallgehäuses jeweils in folgenden Bereichen sind:
A ≦ (C + D) + 0,5B
B ≧ 0,6 mm
C ≦ 1,6 mm
H ≧ 0,9 mm, wobei
A ein Abstand des ersten Entladungsspaltes ist,
B eine radiale Dicke des vorderen Endes des Isolators ist,
C ein kürzester Abstand zwischen dem Isolator und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode ist,
D ein kürzester Abstand zwischen dem Basispunkt der Mittelelektrode und dem inneren vorderen Ende des Isolators ist, und
H eine Distanz einer Funkenentladung ist, die entlang der Endfläche des Isolators kriecht.

2. Zündkerze für einen Verbrennungsmotor, die folgendes aufweist:
eine Mittelelektrode (4) mit einem Basisabschnitt, einem diametral reduzierten Abschnitt, dessen Basispunkt (X) mit einem Ende des Basisabschnittes einstückig verbunden ist, und einem vorderen Ende;
einen Isolator (3) mit einem vorderen Ende, wobei der Isolator die Mittelelektrode so umschließt und hält, dass sowohl das vordere Ende als auch der diametral reduzierte Abschnitt der Mittelelektrode aus dem vorderen Ende des Isolators herausragen;
ein Metallgehäuse (2) mit einem Führungsende, wobei das Metallgehäuse den Isolator so hält, dass das vordere Ende des Isolators aus dem Führungsende des Metallgehäuses herausragt;
eine erste Masseelektrode (5) mit einem Führungsende und einem vorderen Ende, wobei das Führungsende der ersten Masseelektrode an dem Führungsende des Metallgehäuses so befestigt ist, dass ein erster Entladungsspalt zwischen dem vorderen Ende der ersten Masseelektrode und dem vorderen Ende der Mittelelektrode gebildet ist; und
eine zweite Masseelektrode (6, 7) mit einem Führungsende und einem vorderen Ende, wobei das Führungsende der zweiten Masseelektrode an dem Führungsende des Metallgehäuses befestigt ist und das vordere Ende der zweiten Masseelektrode radial außerhalb des vorderen Endes des Isolators so angeordnet ist, dass ein zweiter Entladungsspalt zwischen dem vorderen Ende der zweiten Masseelektrode und dem diametral reduzierten Abschnitt der Mittelelektrode gebildet ist,
wobei Größenbeziehungen der Mittelelektrode, der ersten Masseelektrode, der zweiten Masseelektrode, des Isolators und des Metallgehäuses jeweils in folgenden Bereichen sind:
A ≦ (C + D) + 0,5B
B ≧ 0,6 mm
C ≦ 1,6 mm
E ≦ 0
-0,5G ≦ F ≦ 0
|B| + |E| + |F| ≧ 1,2 mm, wobei
A ein Abstand des ersten Entladungsspaltes ist,
B eine radiale Dicke des vorderen Endes des Isolators ist,
C ein kürzester Abstand zwischen dem Isolator und dem vorderen Ende der zweiten Elektrode ist,
D ein kürzester Abstand zwischen dem Basispunkt der Mittelelektrode und einem inneren vorderen Ende des Isolators ist,
E eine axiale Länge von dem inneren vorderen Ende des Isolators zu dem Basispunkt der Mittelelektrode ist (mit einem Pluszeichen versehen, falls der Basispunkt von dem inneren vorderen Ende des Isolators vorsteht),
F eine axiale Länge von dem vorderen Ende des Isolators zu dem gehäuseseitigen vorderen Ende der zweiten Elektrode ist (mit einem Pluszeichen versehen, falls das gehäuseseitige vordere Ende der zweiten Elektrode von dem vorderen Ende des Isolators vorsteht), und
G eine axiale Dicke des vorderen Endes der zweiten Elektrode ist.

3. Zündkerze gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Masseelektrode oder die Mittelelektrode an einem Abschnitt mit einem Edelmetallstück versehen ist, an dem der erste Funkenentladungsspalt gebildet ist.

4. Zündkerze gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die erste Masseelektrode oder die Mittelelektrode an einem Abschnitt mit einem Edelmetallstück versehen ist, an dem der erste Funkenentladungsspalt gebildet ist.

5. Zündkerze gemäß Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Edelmetallstück aus einem der Werkstoffe reines Pt, reines Ir, Pt-Legierung oder Ir-Legierung geschaffen ist.