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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die zur Bereitstellung
von Zündung
in einem Innenverbrennungsmotor verwendet wird.
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Als
eine Zündkerze,
die zur Bereitstellung von Zündung
in einem Innenverbrennungsmotor, wie zum Beispiel einem Fahrzeugmotor,
verwendet wird, sind viele Zündkerzen
von dem Typ, in welchem ein Edelmetallchip, welcher hauptsächlich aus
Pt, Ir oder Ähnlichem
besteht, auf ein Vorderende von einer Elektrode geschweißt ist,
vorgeschlagen. Diese Konfiguration wird angewandt, weil ein Entladungsbereich
der Zündkerze so
angeordnet ist, dass er in eine Verbrennungskammer hineinragt, um
die Zündfähigkeit
der Zündkerze
zu erhöhen,
und daher ist der Entladungsbereich hohen Temperaturen ausgesetzt.
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Seit
Neuem tendieren Motorköpfe
dazu, eine komplizierte Struktur zu haben, und ein Raum, der in dem
Bereich eines Ventils ist, und in welchem eine Zündkerze montiert werden soll,
ist reduziert. Daher besteht ein zunehmender Bedarf an kleinen Zündkerzen,
in welchen der äußere Durchmesser
eines Passgewindebereiches, von einer Metallhülse auf zwölf Millimeter oder kleiner
reduziert ist. Wenn der innere Durchmesser von einer Metallhülse reduziert
ist, ist die Distanz zwischen der Seitenfläche von einer Mittelelektrode,
die von einem Isolator hervorragt, und der Innenseite der Metallhülse kürzer als
in einer konventionellen Zündkerze.
Ein Problem tritt auf, darin bestehend, daß eine sogenannte Seitenentladung,
in welcher ein Funken zwischen der Mittelelektrode und der Metallhülse erzeugt
ist, leicht auftritt. Wenn solch eine Seitenentladung auftritt,
ist Funkenentladung nicht in dem Funkenentladungsspalt erzeugt,
was sich nachteilig auf eine Zündfähigkeit
auswirkt. Um Seitenentladung zu verhindern, wurden verschiedene
Techniken vorgeschlagen.
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In
der in JP-A-2000-243535 beschriebenen Zündkerze hat sich gezeigt, daß in der
Konfiguration, in welcher der Entladungsbereich aus einem feuerbeständigen Edelmetallchip
hergestellt ist, Verschleiß des
Entladungsbereiches nicht weiter voranschreitet, sogar, wenn die
Wärmedissipationseigenschaft
der Mittelelektrode etwas durch Reduktion des Durchmessers der Mittelelektrode
beeinträchtigt
ist. Daher ist die Distanz zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode und
der Innenfläche
der Metallhülse
ausreichend gesichert durch Reduktion des Durchmessers der Mittelelektrode,
wobei das Auftreten von Seitenentladung reduziert ist.
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Um
weiterhin die Arbeitsleistung und den Kraftstoffverbrauch zu verbessern,
fordern neuere Innenverbrennungsmotoren eine Erhöhung von Temperatur und Druck
in der Verbrennungskammer und müssen
die Zündung
eines mageren Kraftstoffgemisches ermöglichen. In der in JP-A-2000-243535
beschriebenen Zündkerze
jedoch besteht eine Möglichkeit,
daß Seitenentladung
unter diesen Bedingungen nicht ausreichend eliminiert werden kann.
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Es
ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze
bereitzustellen, welche einen Edelmetallchip in einem Entladungsbereich
hiervon verwendet, ein Passgewindebereich mit einem Außendurchmesser
von 12 mm oder weniger und welche Zündkerze das Auftreten von Seitenentladung
verhindern kann, eine geringe Größe hat und
eine ausgezeichnete Zündfähigkeit
bereitstellt.
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Die
obenstehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde gelöst durch
den Gegenstand des Anspruch 1. Vorteilhafte Aspekte und Weiterbildungen
der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und
den Zeichnungen.
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Gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine Zündkerze vorgeschlagen, welche
umfasst:
Einen Isolator mit einer axialen Aufnehmung oder Loch
oder Durchbohrung in einer axialen Richtung der Zündkerze;
eine
Mittelelektrode, die in einer Vorderend-Seite der axialen Aufnehmung
des Isolators angeordnet ist, so dass die Mittelelektrode mit einem
Vorderende von der Vorderend-Seite
des Isolators herausragt, wobei die Mittelelektrode umfasst: ein
Elektrodenbasisteil; und einen Edelmetall-Chip, der an einem Vorderende des Elektrodenbasisteils
befestigt ist;
eine Metallhülse,
die den Isolator umgibt; und
eine Masseelektrode, von welcher
ein Ende mit der Metallhülse
verbunden ist, und ein anderer Endbereich gegenüber dem Edelmetall-Chip angeordnet
ist, so dass ein Funkenentladungsspalt zwischen der Masseelektrode
und dem Edelmetall-Chip gebildet ist, wobei
mit einem äußeren Durchmesser
eines Vorderendes der Metallhülse,
M, mit einem inneren Durchmesser dieses Vorderendes der Metallhülse, D1,
und mit einem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die ein Vorderende
des Isolators beinhaltet, D2, die folgenden Beziehungen erfüllt sind:
M ≤ 10,1 mm,
0,5
mm ≤ D2 < 1,4 mm, und
D1/D2 ≥ 3,5.
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Bei
Zündkerzen,
in welchen der Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
10,1 mm oder kleiner ist (entsprechend dem Gewindedurchmesser M12),
ist die Distanz zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode und
der Innenfläche
der Metallhülse
kleiner als die bei einer konventionellen Zündkerze (einer Zündkerze
in welcher der Vorderend-Außendurchmesser
M größer ist
als 10,1 mm), und daher kann Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode
und der Metallhülse
auftreten. Daher ist die Zündkerze
der Erfindung so strukturiert, dass mit dem inneren Durchmesser
der Vorderendfläche
der Metallhülse,
D1, und dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene die das Vorderende
des Isolators enthält,
D2, die Beziehung D1/D2 ≥ 3,5
erreicht ist. Entsprechend dieser Konfiguration kann die Distanz
zwischen der Seitenfläche
der Mittelelektrode und der Innenfläche der Metallhülse ausreichend
gesichert werden und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode
und der Metallhülse
kann unterdrückt
werden. Wenn D1/D2 < 3,5
ist, kann die Distanz zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode und
der Innenfläche
der Metallhülse
nicht ausreichend gesichert werden, und Seitenentladung zwischen
der Mittelelektrode und der Metallhülse kann auftreten. Weiter
bevorzugt ist die Beziehung D1/D2 ≥ 5,0
gesetzt.
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Der
Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
bedeutet den äußeren Durchmesser
des Vorderendes ausschließlich
eines angefasten Bereiches, welcher in der Kante des Vorderendes
der Metallhülse gebildet
ist (d. h., der angefaste Bereich ist nicht von M abgezogen). Die
Erfindung kann auch auf eine sogenannte gewindelose Kerze angewandt werden,
in welcher ein Passgewindebereich nicht in der Außenseitenfläche der
Metallhülse
gebildet ist.
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In
einer Zündkerze
in welcher der Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
10,1 mm oder kleiner ist, ist es bevorzugt, um eine Struktur mit
D1/D2 ≥ 3,5
zu bilden, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm zu setzen,
wobei D2 der äußere Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält,
ist. Wenn D2 auf diese Weise gesetzt ist, kann D1/D2 ≥ 3,5 leicht
erreicht werden, während
der Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
zu 10,1 mm oder kleiner gesetzt ist.
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Auch
in der Zündkerze
von JP-A-2000-243535, ist, wie in der Erfindung, vorgeschlagen,
daß der
Entladungsbereich durch einen Edelmetallchip konfiguriert ist und
der Durchmesser der Mittelelektrode reduziert ist, wobei die Distanz
zwischen der Seitenfläche
der Mittelelektrode und der Innenfläche der Metallhülse ausreichend
gesichert werden kann, so daß Seitenentladung
zwischen der Mittelelektrode und der Metallhülse unterdrückt werden kann. In der Zündkerze
von JP-A-2000-243535 ist jedoch die Wärmedissipationseigenschaft der
Mittelelektrode in Bezug auf die Reduktion des Durchmessers der
Mittelelektrode nicht betrachtet. In einer Situation, in der Seitenentladung
leicht auftritt, wenn die Temperatur und der Druck weiter erhöht werden,
ist es daher schwierig, einfach den Durchmesser der Mittelelektrode
zu reduzieren.
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Im
Gegensatz hierzu ist in der Zündkerze
der Erfindung gemäß einem
weiteren bevorzugten Aspekt die Mittelelektrode konfiguriert durch:
Ein Elektrodenbasisteil, das aus reinem Ni oder einer Ni-Legierung
welche 85 Gew.-% oder mehr von Ni enthält, gefertigt ist; und der
Edelmetallchip ist an das Vorderende des Elektrodenbasisteils fixiert.
Da ein Edelmetallchip auf dem Vorderende der Mittelelektrode angeordnet
ist und reines Ni oder eine Ni-Legierung mit 85 Gew.-% oder mehr
von Ni als das Elektrodenbasisteil verwendet wird, ist der Wärmewiderstand
der Mittelelektrode gesichert und Verschleiß des Entladungsbereiches ist
unterdrückt. Daher
kann der äußere Durchmesser
D2 der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält,
zu 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm gesetzt
werden, wie oben beschrieben, und Seitenentladung kann unterdrückt werden.
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Wenn
die Mittelelektrode ein Elektrodenbasisteil umfasst, das aus einer
Ni-Legierung, welche Ni in einer Menge von weniger als 85 Gew.-%
enthält,
gefertigt ist, ist der Wärmewiderstand
der Mittelelektrode nicht ausreichend gesichert, und daher kann
die Wirkung des Unterdrückens
von Verschleiß des
Entladungsbereiches nicht erreicht werden.
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Gemäß einem
weiteren günstigen
Aspekt umfasst die Zündkerze
der vorliegenden Erfindung:
Einen Isolator mit einer axialen
Aufnehmung in einer axialen Richtung der Zündkerze;
eine Mittelelektrode,
die auf einer Vorderendseite der axialen Aufnehmung des Isolators
angeordnet ist, so daß ein
Vorderende der Mittelelektrode von der Vorderendseite des Isolators
herausragt, wobei die Mittelelektrode umfasst: ein Elektrodenbasisteil;
und einen Edelmetallchip, der auf ein Vorderende des Elektrodenbasisteils fixiert
ist;
eine Metallhülse,
die den Isolator umgibt; und
eine Masseelektrode, in welcher
ein Ende an die Metallhülse
verbunden ist, und ein anderer Endbereich gegenüber dem Edelmetallchip angeordnet
ist, so dass ein Fun kenentladungsspalt zwischen der Masseelektrode und
dem Edelmetallchip gebildet ist, wobei
das Elektrodenbasisteil
gebildet ist durch: einen innerhalb des Elektrodenbasisteils angeordneten
Kern, wobei der Kern 90 Gew.-% oder mehr von einem Metall, enthält wobei
das Metall, wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr aufweist; und einer Hautschicht, welche den Kern umgibt,
und in welcher eine Filmdicke an einem Vorderende des Isolators
5 μm oder
mehr beträgt,
wobei die Hautschicht aus reinem Ni oder einer Ni-Legierung, welche
eine geringere thermische Leitfähigkeit
als der Kern hat, gefertigt ist, und
mit einem äußeren Durchmesser
eines Vorderendes der Metallhülse,
M, einem inneren Durchmesser des Vorderendes der Metallhülse, D1,
und einem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält,
D2, sind die folgenden Beziehungen erfüllt:
M ≤ 10,1 mm
0,5
mm ≤ D2 < 1.4 mm, und
D1/D2 ≥ 3.5.
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In
dem Fall einer Zündkerze,
in welcher der Vorderend-Außendurchmesser
M von der Metallhülse
10,1 mm oder kleiner ist, (entsprechend dem Gewindedurchmesser M12),
ist die Distanz zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode und
der Innenfläche
der Metallhülse
kleiner als die Distanz einer konventionellen Zündkerze (einer Zündkerze
in welcher der Vorderend-Außendurchmesser
M größer ist
als 10,1 mm), und daher kann Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode
und der Metallhülse
auftreten. Daher ist die Zündkerze
der Erfindung so strukturiert, daß mit dem inneren Durchmesser der
Vorderendfläche
der Metallhülse,
D1, und dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält, D2,
die Beziehung D1/D2 ≥ 3,5
erreicht. Entsprechend dieser Konfiguration kann die Distanz zwischen
der Seitenfläche
der Mittelelektrode und der Innenfläche der Metallhülse ausreichend
gesichert werden und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode
und der Metallhülse
kann unterdrückt
werden. Wenn D1/D2 < 3,5
ist, kann die Distanz zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode und
der Innenfläche
der Metallhülse
nicht ausreichend gesichert werden, und Seitenentladung kann zwischen
der Mittelelektrode und der Metallhülse auftreten. Mehr bevorzugt
ist die Beziehung D1/D2 ≥ 5,0
gesetzt.
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In
einer Zündkerze,
in der der Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
10,1 mm oder weniger beträgt,
ist es bevorzugt, um eine Struktur mit D1/D2 ≥ 3,5 zu bilden, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm zu setzen,
wobei D2 der äußere Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält
ist. Wenn D2 auf diese Weise gesetzt ist, kann D1/D2 ≥ 3,5 leicht
erreicht werden, während
der Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
auf 10,1 mm oder kleiner gesetzt wird.
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Auch
in der Zündkerze
von JP-A-2000-243535 ist, wie in der Erfindung, vorgeschlagen, daß der Entladungsbereich
durch einen Edelmetallchip konfiguriert ist und dass der Durchmesser
der Mittelelektrode reduziert ist, wobei die Distanz zwischen der
Seitenfläche
der Mittelelektrode und der Innenseite der Metallhülse ausreichend
gesichert werden kann, so daß Seitenentladung
zwischen der Mittelelektrode und der Metallhülse unterdrückt werden kann. In der Zündkerze
von JP-A-2000-243535 jedoch ist die Wärmedissipationseigenschaft
der Mittelelektrode in Bezug auf die Reduktion des Durchmessers
der Mittelelektrode nicht betrachtet. In einer Situation, in der
Seitenentladung leicht auftritt, wenn die Temperatur und der Druck
weiter erhöht
werden, ist es schwierig, einfach den Durchmesser der Mittelelektrode
zu reduzieren. Im Gegensatz hat die Mittelelektrode in der Zündkerze
der Erfindung: Ein Elektrodenbasisteil, geformt durch: Einen Kern,
welcher innerhalb des Elektrodenbasisteils angeordnet ist, wobei
der Kern 90 Gew.-% oder mehr von einem Metall enthält, wobei
das Metall, wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr aufweist; und eine Hautschicht, welche den Kern umgibt
und, wobei eine Filmdicke am Vorderende des Isolators 5 μm oder mehr
beträgt,
wobei die Hautschicht aus einem reinen Ni oder einer Ni-Legierung
gefertigt ist, welche eine geringere thermische Leitfähigkeit
als der Kern aufweist; und der Edelmetallchip ist am dem Vorderende
des Elektrodenbasisteils fixiert. Da ein Edelmetallchip an dem Vorderende
der Mittelelektrode angeordnet ist und das Elektrodenbasisteil gebildet
ist durch: einen Kern, der innerhalb des Elektrodenbasisteils angeordnet
ist und 90 Gew.-% oder mehr von einem Metall enthält, wobei
das Metall, wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr aufweist; und der Hautschicht, welche den Kern umgibt
und in welcher eine Filmdicke an dem Vorderende des Isolators 5 μm oder mehr
beträgt,
wobei die Hautschicht aus einem reinen Ni oder einer Ni-Legierung
mit einer geringeren thermischen Leitfähigkeit als der des Kerns aufweist,
gefertigt ist, ist der Wärmewiderstand
der Mittelelektrode gesichert und Verschleiß des Entladungsbereiches ist
unterdrückt.
Daher kann der äußere Durchmesser
D2 der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält,
zu 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm gesetzt
werden, wie oben beschrieben, und Seitenentladung kann unterdrückt werden.
Thermische Leitfähigkeiten
von reinen Metallen sind in RIKA NENPYO (ver. 2002) aufgelistet.
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Wenn
die Filmdicke der Hautschicht an dem Vorderende des Isolators kleiner
ist als 5 μm,
ist die Hautschicht so dünn,
daß das
Kernmaterial, das eine größere Ausdehnung
aufweist, das Hautmaterial bricht, so daß es freigelegt ist und daher
ist der Verschleißwiderstand
des Elektrodenbasisteils selber verringert. In dem Falle einer Ni-Legierung
mit einem Ni-Gehalt von weniger als 85 Gew.-% ist die Dicke der
Hautschicht vorzugsweise auf 5 μm
bis 500 μm
gesetzt. Wenn die Dicke größer als
500 μm ist,
kann der Wärmewiderstand
nicht gesichert werden und der Verschleißwiderstand ist verringert.
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In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ragt das Vorderende des Isolators vorzugsweise von dem Vorderende
der Metallhülse
heraus oder ist ebenfalls vorzugsweise in einer virtuellen Ebene
die das Vorderende der Metallhülse
enthält,
angeordnet, und wenn ein äußerer Durchmesser
des Isolators in einer virtuellen Ebene, die eine Vorderendfläche der
Metallhülse
enthält,
D3 ist, ist die Beziehung D1/D3 > 1,8
gesetzt. Wenn die Beziehung D1/D3 > 1,8,
wie oben beschrieben, gesetzt ist, kann die Lücke, die zwischen der Außenseite
des Isolators und der Metallhülse
gebildet ist, größer gemacht
werden und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode und der
Metallhülse
kann weiter unterdrückt
werden. Wenn die Beziehung D1/D3 ≤ 1,8
gesetzt ist, ist die Lücke
zwischen der Außenseite
des Isolators und der Metallhülse
extrem klein und die oben erwähnten Wirkungen
können
nicht ausreichend erreicht werden. Weiterhin ist es bevorzugt D3 ≥ D2 + 0,1
mm zu setzen. Wenn die Beziehung D3 < D2 + 0,1 mm gesetzt ist, ist die Dicke
des Isolators extrem dünn
und daher hat der Isolator unzureichende dielektrische Stärke und
erzeugt dadurch ein Problem, darin bestehend, daß dielektrischer Durchbruch
und Ähnliches
leicht auftreten. Mehr bevorzugt ist die Beziehung D1/D3 > 2,0 gesetzt.
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In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ist das Vorderende des Isolators vorzugsweise auf einer hinteren
Endfläche
in Bezug auf das Vorderende der Metallhülse angeordnet, und, mit einem äußeren Durchmesser des
Vorderendes des Isolators D4 ist die Beziehung D1/D4 > 1,8 gesetzt. Wenn
die Beziehung D1/D4 > 1,8 gesetzt
ist wie oben beschrieben, kann die Lücke die zwischen der Außenseite
des Isolators und der Metallhülse
gebildet ist, größer gemacht
werden und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode und der
Metallhülse
können
weiter unterdrückt
werden. Wenn die Beziehung D1/D4 ≤ 1,8
gesetzt ist, ist die Lücke
zwischen der Außenseite
des Isolators und der Metallhülse
extrem klein und die oben erwähnten
Wirkungen können nicht
ausreichend erreicht werden. Noch mehr ist es bevorzugt, D4 ≥ D2 + 0,1
mm zu setzen. Wenn D4 < D2 +
0,1 mm gesetzt ist, ist die Dicke des Isolators extrem dünn und daher
hat der Isolator eine unzureichende dielektrische Stärke und
erzeugt dadurch ein Problem darin bestehend, daß dielektrischer Durchbruch
und Ähnliches
leicht auftreten. Mehr bevorzugt ist die Beziehung D1/D4 > 2,0 gesetzt. Wie in 3 gezeigt, ist der äußere Durchmesser
D4 des Vorderendes des Isolators ein Durchmesser von einer virtuellen
Linie, die durch Schneiden einer virtuellen Ebene, welche die Vorderendseite
des Isolators enthält,
mit einer virtuellen Seitenfläche
gebildet ist, welche virtuelle Seitenfläche durch Ausdehnen der Seitenfläche des
Isolators zur Vorderendseite hin erhalten wird.
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In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
kann der Edelmetallchip in erster Linie (50 Gew.-% oder mehr) aus
einem von Ir und Pt enthalten. Sogar in einer Umgebung, wo die Temperatur
der Mittelelektrode betriebsbedingt erhöht ist, ermöglichen diese Metallelemente,
dass der Entladungsbereich einen exzellenten Verschleißwiderstand
aufweist.
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In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
kann der Edelmetallchip eine Ir-Legierung umfassen, welche hauptsächlich (50
Gew.-% oder mehr) Ir enthält
und zu welcher ein oder zwei oder mehr von Pt, Rh, Ni, Ru, Pd, W
und Re zugesetzt sind. Ir wird in einem Hochtemperaturbereich leicht
oxidiert und verflüchtigt.
In dem Fall, wenn der Edelmetallchip hauptsächlich Ir enthält, wobei
Ir in dem Entladungsbereich benutzt wird, wie es ist, ist daher
Verschleiß aufgrund
von Oxidation oder Verflüchtigung
problematischer als Funkenverschleiß. Daher umfasst der Edelmetallchip
vorzugsweise eine Ir-Legierung die hauptsächlich Ir enthält und zu
welcher ein oder zwei oder mehr von W, Pt, Rh, Ni, Ru, Pd und Re
hinzugefügt
sind, wobei eine Oxidation oder Verflüchtigung von Ir wirksam unterdrückt werden
kann, so daß dem
Entladungsbereich ausgezeichneter Verschleißwiderstand verliehen wird.
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Wenn
der Edelmetallchip eine Ir-Legierung umfasst, welche hauptsächlich Ir
enthält,
und zu welcher Rh hinzugefügt
wird, ist es möglich,
Verschleiß aufgrund
von Oxidation oder Verflüchtigung
und Entladungsverschleiß zu
unterdrücken,
aber es besteht die Möglichkeit,
daß abnormer
Verschleiß in
dem Entladungsbereich in der Form auftritt, daß die Seitenfläche des
Entladungsbereiches oder des funkenbildenden Bereiches abgetragen
oder geeicht wird (gauged). Wenn der Edelmetallchip eine Ir-Legierung,
welche hauptsächlich
Ir enthält,
umfasst, zu welcher Rh hinzugefügt
ist, und zu welcher weiter Ni hinzugefügt ist, kann daher abnormer Verschleiß beim Unterdrücken von
Verschleiß aufgrund
von Oxidation oder Verflüchtigung
oder Entladungsverschleiß unterdrückt werden.
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Wenn
der Edelmetallchip auf der Basis der oben erwähnten Ir-Legierung konfiguriert
ist, können
ein oder zwei oder mehr von einem Oxid, Karbid, einem Nitrid und
einem Borid von einem oder zwei oder mehreren von Elementen, die
von Y, Zr, und La ausgewählt
sind, hinzugefügt
werden, um Oxidation und Verflüchtigung
von Ir zu verhindern. Zum Beispiel kann ein Oxid (beinhaltend ein
komplexes Oxid) von einem oder zwei oder mehreren Elementen, die
von Y, Zr und La ausgewählt
sind, in einem Bereich von 0,1 Gew.-% bis 15 Gew.-% enthalten sein.
Entsprechend dieser Konfiguration kann Verschleiß aufgrund von Oxidation oder
Verflüchtigung
von der Ir Komponente effektiver unterdrückt werden. Wenn der Gehalt
von dem Oxid kleiner ist als 0,1 Gew.-%, ist die Wirkung des Verhinderns
von Oxidation und Verflüchtigung
von Ir durch Hinzufügen
des Oxids nicht ausreichend erreicht. Im Gegenteil, wenn der Inhalt
des Oxids größer als
15 Gew.-% ist, ist der thermische Schockwiderstand von dem Chip
herabgesetzt. Als Ergebnis können
Defekte, wie zum Beispiel Sprünge,
in dem Fall wenn zum Beispiel der Chip an einer Elektrode durch
Schweißen
oder Ähnlichem
fixiert ist, auftreten. Als das Oxid ist Y2O3 bevorzugt. Alternativ können La2O3, ZrO2 und Ähnliche
vorzugsweise verwendet werden.
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In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ist ein abgefaster Bereich vorzugsweise in einer inneren peripheren
Kante des Vorderendes der Metallhülse gebildet. Entsprechend
dieser Konfiguration ist die Distanz zwischen dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode und dem inneren Durchmesser der Vorderendseite der
Metallhülse
vergrößert und
Seitenentladung kann weiter unterdrückt werden.
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In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ist eine Minimumdistanz in der axialen Richtung zwischen dem Kern
des Elektrodenbasisteils und dem Edelmetallchip vorzugsweise 2 mm
oder weniger. Entsprechend dieser Konfiguration kann Wärmeüberschuss
von dem Edelmetallchip wirksam auf den Kern der Mittelelektrode übertragen
werden und daher ist der Verschleißwiderstand des Edelmetallchips
verbessert.
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Gemäß einem
zusätzlichen
Aspekt der Erfindung wird eine Zündkerze
bereitgestellt, umfassend: Einen Isolator mit einer axialen Aufnehmung
in einer axialen Richtung; und eine Mittelelektrode, die in einer
Vorderendseite der axialen Aufnehmung des Isolator angeordnet ist,
so dass ein Vorderende der Mittelelektrode von dem Vorderende des
Isolators hervorragt. Die Mittelelektrode umfasst ein Elektrodenbasisteil,
das gemäß einem
Aspekt der Erfindung aus reinem Ni oder einer Ni-Legierung, die
85 Gew.-% oder mehr von Ni enthalten kann, gemäß einem anderen Aspekt der
Erfindung ist das Elektrodenbasisteil gebildet durch: einen innerhalb des
Elektrodenbasisteils angeordneten Kern, wobei der Kern 90 Gew.-%
oder mehr von einem Metall, enthält wobei
das Metall, wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr aufweist; und einer Hautschicht, welche den Kern umgibt,
und in welcher eine Filmdicke an einem Vorderende des Isolators
5 μm oder
mehr beträgt,
wobei die Hautschicht aus reinem Ni oder einer Ni-Legierung, welche
eine geringere thermische Leitfähigkeit
als der Kern hat, gefertigt ist; und einen Edelmetallchip, der an
ein Vorderende der Elektrodenbasis fixiert ist, Die Zündkerze
umfasst weiter eine Metallhülse,
die den Isolator umgibt, und ein anderer Endbereich ist gegenüber dem
Edelmetallchip angeordnet, so dass ein Funkenentladungsspalt zwischen
der Grundelektrode und Edelmetallchip gebildet ist, wobei M, D1
und D2, wie hierin definiert, M ≤ 10,1
mm, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm und D1/D2 ≥ 3,5 erfüllen.
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Die
Erfindung ist nicht auf die Aspekte der unterschiedlichen Elektrodenbasisteile
beschränkt.
Vielmehr sind jegliche Konfigurationen von Mittelelektroden unter
Verwendung geeigneter Materialien, auch in der Form von Verbundmaterialien,
auch mit mehr als zwei unterschiedlichen Materialien im Verbund
oder unter Verwendung spezieller Werkstoffe erfasst.
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Nachfolgend
werden Ausführungsformen
der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen
erläutert:
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1 ist eine Frontschnittansicht,
die eine erste Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zündkerze zeigt,
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2 ist eine Frontschnittansicht,
die Hauptbereiche von 1 zeigt,
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3 ist eine Frontschnittansicht,
die Hauptbereiche einer zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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4 ist eine Frontschnittansicht,
die Hauptbereiche einer dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt,
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5 ist eine Frontschnittansicht,
die Hauptbereiche einer vierten Ausführungsform der Erfindung zeigt
und
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6 ist eine Frontschnittansicht,
die Hauptbereiche einer Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Zündkerze
zeigt, bei welcher ein Basisbereich dicker ist als ein Vorderendbereich.
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Im
folgenden werden verschiedene Ausführungsformen der Erfindung
mit Bezug auf die begleitenden Bezeichnungen beschrieben. Jedoch
sollte die vorliegende Erfindung nicht als hierauf beschränkt ausgelegt werden.
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Eine
in den 1 und 2 gezeigte Zündkerze 100,
welche einen Widerstand enthält,
ist ein Beispiel der Erfindung und umfasst: eine zylindrische Metallhülse 1;
einen Isolator 2, welcher in die Metallhülse 1 eingepasst
ist, so daß ein
Vorderendbereich hieraus hervorragt; eine Mittelelektrode 3,
die innerhalb des Isolators 2 angeordnet ist, wobei ein
Entladungsbereich herausragt; und eine Masseelektrode 4,
welche so angeordnet ist, daß sie
gegenüber
einer Seitenfläche
des Entladungsbereich oder des funkenbildenden Bereiches 31 angeordnet
ist (die Mittelelektrode 3). Die Masseelektrode 4 ist
so gebogen daß die
Vorderendfläche
der Seitenfläche
des Entladungsbereiches 31 im wesentlichen parallel gegenübersteht
und ein Entladungsbereich 32 ist dem Entladungsbereich 31 gegenüber gebildet.
Ein Spalt zwischen den Entladungsbereichen 31 und 32 ist
als Funkenentladungsspalt g gebildet. Andererseits ist ein hinterer
Endbereich der Masseelektrode 4 durch Schweißen oder Ähnlichem
fixiert an und integriert mit der Metallhülse 1.
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Die
Metallhülse 1 ist
aus Kohlenstoffstahl oder Ähnlichem
gefertigt. Wie in 1 gezeigt,
ist ein Gewindebereich 12 für die Anbringung der Zündkerze 100 an
einen nicht gezeigten Motorblock in der äußeren Umfangsfläche der
Metallhülse
gebildet. Zum Beispiel ist der Vorderend-Außendurchmesser
M des Gewindebereiches 6,5 mm (nominale Gewindegröße von M8)
bis 10,0 mm (nominale Gewindegröße von M12).
Die Metallhülse
hat einen Vorsprung 1c, welcher umfangsmäßig von
der Innenfläche
herausragt, und eine hintere Endstufe 1d durch welche der
Vorsprung 1c mit der Innenfläche der Metallhülse verbunden
ist. Die hintere Endstufe 1d belegt Stufe 2a des
Isolators 2, welche Stufe 2a zwischen einem vorderen
Bereich 2i des Isolators 2 und einem hinteren
Bereich 2g des Isolators 2 gebildet ist, wodurch
der Isolator 2 an die Metallhülse 1 mit einem hierzwischen
angeordneten Dichtungsring 63 fixiert ist.
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Die
Mittelelektrode 3 ist durch den Entladungsbereich 31 und
ein Elektrodenbasisteil 3a konfiguriert. Das Elektrodenbasisteil 3a ist
aus reinem Ni oder einer Ni- Legierung,
die 85 Gew.-% oder mehr von Ni enthält, hergestellt oder, speziell,
einer 95 Gew.-% Ni-Legierung. In dem Elektrodenbasisteil 3a der
Mittelelektrode 3 ist der Durchmesser der Vorderendseite
reduziert und die Vorderendfläche
ist abgeflacht. Ein Edelmetallchip von einer kreisförmigen plattenähnlichen
Form, der den Entladungsbereich 31 ausmacht, ist auf der
Vorderendfläche
angeordnet, und ein geschweißter
Bereich W ist entlang der Außenkante
der verbindenden Fläche gebildet,
um den Chip durch Laserschweißen,
Elektronenstrahlschweißen,
Widerstandsschweißen
oder Ähnlichem
zu fixieren und hierdurch den Entladungsbereich 31 zu bilden.
Der Entladungsbereich 32 ist durch Anordnen von einem ähnlichen
Chip auf der Masseelektrode 4 und in einer Position die
dem Entladungsbereich 31 entspricht, sowie durch Bilden
von einem ähnlichen
geschweißten
Bereich W entlang der Außenkante
der verbinden Fläche
um den Chip zu fixieren, gebildet ist. Die Entladungsbereiche 31 und 32 sind
aus einem Metall, das hauptsächlich
aus Pt, Ir und W besteht, gefertigt. Speziell sind Pt-Legierungen,
wie zum Beispiel Pt-Ir, Pt-Rh und Pt-Rh-Ni sowie Ir-Legierungen,
wie zum Beispiel Ir- 5 Gew.-% Pt, Ir-20Rh, Ir-Rh-Ni, Ir-Rh-Ni-Pt, Ir-Ru-Rh-Ni
und Ir-Rh-W nützlich.
In einer Alternative kann der Entladungsbereich 32 weggelassen
werden. Hierin bedeutet der Ausdruck "Entladungsbereich" einen Bereich von einem verbundenen
Chip, welcher nicht durch die Variation in der Zusammensetzung aufgrund
von Schweißen
beeinflusst ist (zum Beispiel ein Bereich, ausschließlich eines
Bereiches, in welchem das Metall durch Schweißen mit dem Material der Masseelektrode
oder der Mittelelektrode legiert ist). Da ein Edelmetallchip an
dem Vorderende der Mittelelektrode konfiguriert ist und reines Ni
oder eine Ni-Legierung, die 85 Gew.-% oder mehr von Ni enthält, als
das Elektrodenbasisteil verwendet wird, ist der Wärmewiderstand
der Mittelelektrode weiter gesichert, und Verschleiß der Entladungsbereiche
ist unterdrückt.
Daher kann der äußere Durchmesser
der Mittelelektrode reduziert werden, wie beschrieben.
-
Mit
dem Außendurchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält,
D2, ist die Beziehung 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm gesetzt.
Wenn D2 auf diese Weise gesetzt ist, kann die Beziehung D1/D2 ≥ 3,5 leicht
erreicht werden, wie unten beschrieben wird.
-
Der
Isolator 2 ist aus einem gesinterten Körper von Keramik, wie zum Beispiel
Alumina oder Aluminiumnitrid, gebildet. Eine Aufnehmung 6,
in welche die Mittelelektrode 3 eingepasst werden soll,
ist innerhalb des Isolators entlang seiner axialen Richtung O gebildet.
Eine Anschlusssäule 13 ist
an einer Endseite der Aufnehmung 6 eingepasst und fixiert
und die Mittelelektrode 3 ist auf ähnliche Weise an die andere
Endseite eingepasst und fixiert. In der Aufnehmung 6 ist
ein Widerstand 15 zwischen der Anschlusssäule 13 und
der Mittelelektrode 3 angeordnet. Die Endbereiche des Widerstandes 15 sind
elektrisch mit der Mittelelektrode 3 und der Anschlusssäule 13 mittels
leitfähiger
Glassiegelschichten 16 bzw. 17 verbunden.
-
Andererseits
ist mit einem inneren Durchmesser der Vorderendfläche der
Metallhülse 1,
D1, und dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode 3 in einer virtuellen Ebene, die das
Vorderende des Isolators 2 enthält, D2, die Beziehung D1/D2 ≥ 3,5 gesetzt.
In dem Falle einer Zündkerze,
in welcher der Vorderend-Außendurchmesser
M der Metallhülse
10,1 mm oder kleiner ist, ist die Distanz zwischen der Seitenfläche der
Mittelelektrode 3 und der Innenfläche der Metallhülse 1 kleiner
als die Distanz bei einer konventionellen Zündkerze (eine Zündkerze
in welcher der Vorderend-Außendurchmesser
M größer ist
als 10,1 mm), und daher kann Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode 3 und
der Metallhülse 1 auftreten.
Daher ist die erfindungsgemäße Zündkerze 100 so
strukturiert, daß,
mit dem inneren Durchmesser der Vorderendfläche der Metallhülse 1,
D1, und dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode 3 in einer virtuellen Ebene welche
das Vorderende des Isolators 2 enthält, D2, die Beziehung D1/D2 ≥ 3,5 erreicht.
Entsprechend dieser Konfiguration kann die Distanz zwischen der
Seitenfläche
der Mittelelektrode 3 und der Innenfläche der Metallhülse 1 ausreichend
gesichert werden und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode 3 und
der Metallhülse 1 können unterdrückt werden.
-
Mit
dem äußeren Durchmesser
des Isolators in einer virtuellen Ebene welche eine Vorderendfläche der
Metallhülse
enthält,
D3, ist die Beziehung D1/D3 > 1,8
gesetzt. Wenn die Beziehung D1/D3 > 1,8
gesetzt ist, wie beschrieben, kann der Spalt der zwischen der Außenseite
des Isolators und der Metallhülse
gebildet ist, größer gemacht
werden und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode und der
Metallhülse
können weiter
unterdrückt
werden.
-
Als
nächstes
wird Ausführungsform
2 der erfindungsgemäßen Zündkerze
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
-
Eine
Zündkerze 200,
gezeigt in 3, hat eine
Struktur, in welcher das Vorderende des Isolators 2 der oben
beschriebenen Zündkerze 100 so
modifiziert ist, daß es
von dem Vorderende der Metallhülse 1 herausragt,
und das Vorderende des Isolators 2 ist auf der hinteren
Endseite in Bezug auf das Vorderende von Metallhülse 1 angeordnet.
In 3 sind die Komponenten
die identisch zu denen in 2 sind,
durch die selben Referenzzeichen bezeichnet. Diese Ausführungsform
ist in der gleichen Weise wie Ausführungsform 1 konfiguriert,
außer
den oben beschriebenen Lagebeziehungen. In der folgenden Beschreibung werden
daher hauptsächlich
die Lagebeziehungen zwischen dem Isolator und der Metallhülse diskutiert.
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In
der Zündkerze 200 von
Ausführungsform
2 ist das Vorderende des Isolators 2 auf der hinteren Endseite
bezüglich
dem Vorderende der Metallhülse 1 angeordnet,
und, mit dem äußeren Durchmesser
des Vorderendes des Isolators 2, D4, ist D1/D4 > 1, 8 gesetzt. Wenn
D1/D4 > 1, 8 gesetzt
ist, wie oben beschrieben, kann der Spalt, der zwischen der Außenfläche des
Isolators und der Metallhülse
gebildet ist, größer gefertigt werden
und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode und der Metallhülse kann
weiter unterdrückt
werden. Selbstverständlich
sind mit dem inneren Durchmesser des Vorderendes der Metallhülse, D1,
und dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene die das Vorderende
des Isolator enthält,
D2, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm und D1/D2 ≥ 3,5 gesetzt.
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Als
nächstes
wird Ausführungsform
3 der erfindungsgemäßen Zündkerze
unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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Eine
Zündkerze 300,
gezeigt in 4, hat eine
Struktur, in welcher die Mittelelektrode 3 der oben beschriebenen
Zündkerze 100,
in einer unterschiedlichen Weise konfiguriert ist. In 4 sind Komponenten, die identische
zu denen von 2 sind,
durch die selben Referenzeichen bezeichnet. Diese Ausführungsform
ist in der selben Weise wie Ausführungsform
1 konfiguriert, außer
den oben beschriebenen Lagebeziehungen. In der folgenden Beschreibung
werden daher hauptsächlich
die Lagebeziehungen zwischen dem Isolator und der Metallhülse diskutiert.
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Eine
Mittelelektrode 330 ist durch den Entladungsbereich 31,
einer Hautschicht 330a und einem Kern 330b konfiguriert.
Die Hautschicht 330a ist aus einer Ni-Legierung, speziell
einer Ni-Legierung, wie zum Beispiel INCONEL 600 (Handelsmarke von
INCO Limited) hergestellt. An dem Vorderende des Isolators hat die Hautschicht
eine Dicke von 5 μm
oder mehr. Ein Edelmetallchip von einer kreisförmigen plattenähnlichen Form,
der den Entladungsbereich oder den funkenbildenden Bereich 31 bildet,
ist auf dem Vorderende der Mittelelektrode 3 angeordnet
und ein geschweißter
Bereich W ist entlang der Außenkante
von der verbindenden Fläche
gebildet, um den Chip durch Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder Ähnlichem
zu fixieren, wodurch der Entladungsbereich 31 gebildet
ist. Der Edelmetallchip der den Entladungsbereich 31 bildet,
ist aus irgendeinem der Materialien hergestellt, die oben beschrieben
worden sind.
-
Andererseits
enthält
der Kern 330b 90 Gew.-% oder mehr von einem Metall, wobei
das Metall wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr beträgt.
Speziell ist der Kern durch einen Kern aus einer Legierung wie zum
Beispiel einer 98 Gew.-% Cu-Legierung, reinem Ni oder Ähnlichem
gefertigt. Da ein Edelmetallchip in dem Vorderende der Mittelelektrode
angeordnet ist und das Elektrodenbasisteil gebildet ist durch: einen
Kern, der innenseitig angeordnet ist und 90 Gew.-% oder mehr von
einem Metall, wobei das Metall, wenn es rein ist, eine thermische
Leitfähigkeit
von einem reinen Metall 90 W·mK
oder mehr aufweist, enthält;
und einer Hautschicht welche den Kern umgibt, in welcher Hautschicht
die Filmdicke an dem Vorderende des Isolators 5 bis 20 μm beträgt und welche
aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, ist der Wärmewiderstand
der Mittelelektrode gesichert und Verschleiß des Entladungsbereiches ist
unterdrückt.
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Die
Mittelelektrode 330 kann in der gleichen Weise wie in der
herkömmlichen
Weise gebildet werden durch: zuerst Formen der Hautschicht 330a in
eine tassenähnliche
Form; Ein führen
des Kern 330b in die Ausnehmung der tassenähnlichen
Form; Durchführen
eines Fließ-Preß-Prozesses
oder Ähnlichem.
In einer Alternative kann die Mittelelektrode 330 durch
Durchführung
eines Fließ-Preß-Prozesses
oder Ähnlichem
auf einer Verbundstruktur des Kerns 330b und der Hautschicht 330a geformt
werden.
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Als
nächstes
wird Ausführungsform
4 der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen
beschrieben.
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Eine
Zündkerze 400,
gezeigt in 5, hat eine
Struktur, in welcher das Vorderende des Isolators 2 auf der
hinteren Endseite in Bezug zu dem Vorderende von Metallhülse 1 angeordnet
ist, anstelle der oben beschriebenen Struktur, in welcher das Vorderende
von Isolator 2 der Zündkerze 300 von
dem Vorderende der Metallhülse 1 hervorragt.
In 5 sind Komponenten,
die identisch zu denen von 4 sind,
mit den selben Bezugszeichen bezeichnet. Diese Ausführungsform
ist in der selben Weise wie Ausführungsform
3 konfiguriert, außer
den oben beschriebenen Lagebeziehungen. In der folgenden Beschreibung
werden daher hauptsächlich
die Lagebeziehungen zwischen dem Isolator und der Metallhülse diskutiert.
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In
der Zündkerze 400 von
Ausführungsform
4 ist das Vorderende des Isolators 2 auf der hinteren Endseite
in Bezug auf das Vorderende der Metallhülse 1 angeordnet und,
mit dem äußeren Durchmesser
des Vorderendes des Isolators 2, D4, ist die Beziehung
D1/D4 > 1,8 gesetzt.
Wenn die Beziehung D1/D4 > 1,8,
wie beschrieben, gesetzt ist, kann der Spalt, der zwischen dem Isolator
und der Metallhülse
gebildet ist, größer gefertigt
werden, und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode und der
Metallhülse
können
weiter unterdrückt
werden. Selbstverständlich
sind mit einem Innendurchmesser des Vorderendes der Metallhülse, D1, und
dem äußeren Durchmesser
der Mittelelektrode in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende
des Isolators enthält,
D2, die Beziehung 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm und D1/D2 ≥ 3,5 gesetzt.
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In
der Mittelelektrode 3 oder 330 kann der Durchmesser
eines Basisbereiches größer sein
als der des Vorderendseitenbereiches. Entsprechend dieser Konfiguration
kann die wärmedissipationseigenschaft
der Mittelelektrode verbessert werden und die Verschleißfestigkeit
des Entladungsbereiches kann weiter erhöht werden. In 6 ist die äußere periphere Fläche der
Mittelelektrode 3 in eine konische Form gebildet, so daß der Durchmesser
eines Basisbereiches der Elektrode größer ist als der eines Vorderendseitenbereiches.
In einer Alternative kann eine Stufe in der äußeren peripheren Fläche gebildet
werden, so daß ein
Basisbereich mit einem großen
Durchmesser, in welchem der Durchmesser im wesentlichem gleichmäßig, ist
und ein Vorderendbereich mit einem kleinen Durchmesser gebildet
sind. Obwohl 6 die Mittelelektrode 3 zeigt,
kann die Mittelelektrode 330 auch in der selben weise konfiguriert
werden.
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In 6 ist ein angefaster Bereich 11 in
der inneren Fläche
des Vorderendes der Metallhülse
gebildet. Durch Bilden des angefasten Bereiches 11 ist
die Distanz zwischen dem äußeren Durchmesser
D2 der Mittelelektrode 3 und dem inneren Durchmesser D1
der Vorderendfläche
der Metallhülse 1 vergrößert, so
daß Seitenentladung
weiter unterdrückt
werden kann.
-
Um
die Wirkungen der Erfindung nachzuprüfen, wurden die folgenden verschiedenen
Experimente als Beispiele durchgeführt.
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Beispiel 1:
-
Verschiedene
Proben der Zündkerzen
mit den Strukturen wie in den 2 und 4 gezeigt, wurden in der
folgenden Weise vorbereitet. Zuerst wurde gesinterte Aluminiumoxidkeramik
als das Material des Isolators 2 ausgewählt, eine Ni-80 Gew.-% Ni-Legierung,
eine Ni-85 Gew.-% Ni-Legierung oder eine 95 Gew.-% Ni-Legierung
als das Elektrodenbasisteil der Mittelelektrode 3, ein
Kern von einer 98 Gew.-% Cu-Legierung und eine Hautschicht von einer
95 Gew.-% Ni-Legierung als die Mittelelektrode 330, sowie
Ir-5 Gew.-% Pt als das Material von den Edelmetallchips zum Bilden
der Entladungsbereiche 31, 32. Jeder von den Edelmetallchips
hatte eine Säulenform
mit einer Höhe
von 0,4 mm und einem Durchmesser von 0,6 mm. Die Abmessungen, die
in 2 gezeigt sind, wurden
wie folgt gesetzt, M: 8,45 mm (entsprechend einer Nenngewindegröße von M10), D1:
6 mm, D3: 4,2 mm und g: 0,9 mm. Als Vergleichsbeispiele wurden Zündkerzen
produziert, in welchen INCONEL 600 (eine Ni-Cr-Fe Legierung mit einem Ni-Gehalt von
etwa 72 Gew.-%) als das Material der Mittelelektrode verwendet wurden
und wobei das Material des Isolators sowie das Material und die
Abmessungen des Edelmetallchips wie oben beschrieben gesetzt waren.
Die Filmdicke der Hautschicht an dem Vorderende des Isolators betrug
300 μm.
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Zündkerzen
in welchen die Abmessung D2 in
2,
wie in Tabelle 1 aufgelistet ist, gesetzt ist, wurden in einen Sechszylinder
DOHC Benzinmotor mit 2000 cm
3 (cc) Hubraum
eingebaut. Der Motor wurde kontinuierlich bei 5600 UPM (rpm) in
einer Vollgasbedingung (Drosselklappe vollständig geöffnet) für 50 Stunden betrieben. Nach
dem Betrieb wurde die Spaltvergrößerung gemessen.
Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Proben in welchen die
Spaltvergrößerung kleiner
als 0,1 mm war, wurden als
bewertet,
und die, in welchen die Spaltvergrößerung gleich zu oder größer als
0,1 mm war und kleiner als 0,3 mm war, wurden
bewertet. Proben
von
und
wurden
als akzeptabel bewertet. Proben, in welchen die Spaltvergrößerung gleich
zu oder größer als
0,3 mm war und kleiner als 0,4 mm ist, wurden als Δ bewertet.
Proben in welchen die Spaltvergrößerung gleich
zu oder größer als
0,4 mm ist, wurden als
. bewertet und als
unakzeptabel bewertet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt.
-
-
Wie
aus Tabelle 1 gesehen werden kann, war in den Zündkerzen (Proben 1, 5, 7) in
welchen die Mittelelektrode einen Durchmesser von 1,5 mm hatte,
die Spaltvergrößerung kleiner
als 0,3 mm. Andererseits war in dem Fall, wo der Durchmesser der
Mittelelektrode reduziert ist (der Durchmesser der Mittelelektrode
ist 1,0 mm), in der Zündkerze
(Probe 2), die die Mittelelektrode in welcher das Elektrodenbasisteil
durch INCO 600 gebildet ist, und die Zündkerze (Probe 3) in welcher
das Elektrodenbasisteil aus einer 80 Gew.-% Ni-Legierung hergestellt ist, die Spaltvergrößerung gleich
zu oder größer als
0,5 mm. In der Zündkerze
(Probe 4), in welcher das Elektrodenbasisteil aus einer 85 Gew.-%
Ni-Legierung hergestellt
ist, der Zündkerze
(Probe 6), in welcher das Elektrodenbasisteil aus einer 95 Gew.-%
Ni-Legierung hergestellt
ist und in der Zündkerze
(Probe 8), welche die Mittelelektrode, in welcher das Elektrodenbasisteil
gebildet ist durch: den Kern, der innenseitig angeordnet ist, und
90 Gew.-% oder mehr von einem Metall (in den Beispielen Cu), wobei
das Metall, wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr aufweist, und die Hautschicht, welche den Kern umgibt,
in welcher die Filmdicke an dem Vorderende des Isolators 5μm oder mehr
beträgt
und welche aus einer Ni-Legierung hergestellt ist, benutzt, war
die Spaltvergrößerung kleiner
als 0,3 mm, oder Verschleiß der
Entladungsbereiche war unterdrückt.
Und zwar ist der Wärmewiderstand
der Mittelelektrode gesichert und Verschleiß der Entladungsbereiche ist
unterdrückt
durch Verwendung von: der Konfiguration, worin eine Mittelelektrode
konfiguriert ist durch ein Elektrodenbasisteil, das aus einer Ni-Legierung
die 85 Gew.-% oder mehr von Ni enthält, gefertigt ist, und einem
Edelmetallchip, der auf ein Vorderende des Elektrodenbasisteils
fixiert ist; oder die Konfiguration wobei die Mittelelektrode konfiguriert
ist durch: ein Elektrodenbasisteil, das geformt ist durch einen
Kern, der innenseitig angeordnet ist und 90 Gew.-% oder mehr von
einem Metall, wobei das Metall wenn es rein ist, eine thermische
Leitfähigkeit
von 90 W·mK
oder mehr aufweist, enthält
und eine Hautschicht welche den Kern umgibt, in welcher die Filmdicke
an einem Vorderende des Isolators 5 μm oder mehr beträgt und welche
aus einer Ni-Legierung gefertigt ist; und ein Edelmetallchip, der
an das Vorderende des Elektrodenbasisteils fixiert ist.
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Beispiel 2:
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Als
nächstes
wurden verschiedene Proben der Zündkerzen
mit den Strukturen wie in den 2 und 4 gezeigt, in der folgenden
Weise vorbereitet. Gesinterte Aluminakeramik wurde als das Material
von Isolator 2 ausgewählt,
eine Ni 95 Gew.-% Ni-Legierung als das Elektrodenbasisteil der Mittelelektrode 3 (Proben
9 bis 12) einem Kern von einer 98 Gew.-% Cu-Legierung und eine Hautschicht,
gefertigt aus INCONEL 600, als die Mittelelektrode 330 (Proben
13 bis 16), und Ir-5 Gew.-% Pt als das Material der Edelmetallchips
zum Bilden der Entladungsbereiche 31, 32. Die
Abmessungen die in 2 gezeigt
sind, wurden wie folgt gesetzt, M: 8,45 mm, D3: 4,2 mm und g: 0,9
mm. Die Abmessungen D1 und D2 wurden wie in der Tabelle 2 unten
aufgelistet gesetzt.
-
Die
Proben wurden zum Testen in einem Sechszylinder DOHC Benzinmotor
mit 2000 cm
3 (cc) Hubraum montiert. Der
Motor wurde bei 700 UPM (rpm) in einer Leerlaufbedingung betrieben.
Die Wellenform einer Seitenentladung wurde unter Verwendung einer
Referenzkerze, in welcher die Masseelektrode
4 entfernt wurde,
gemessen. In einem Test, welcher eine Probekerze benutzt, wurde,
wenn einer Wellenform, die identisch mit der für den Fall der Referenzkerze
war, produziert wurde, gewertet, daß "Seitenentladung" auftrat. Unter 1000 Messungen wurden
Messungen, in denen die Wellenform produziert wurde, gezählt, um
die Seitenentladungs-Auftretensrate zu prüfen. Proben, in denen die Seitenentladungs-Auftretensrate
gleich oder größer als
0 und kleiner als 10 % war, wurden als
bewertet,
die, in welchen die Seitenentladungs-Auftretensrate gleich oder
größer als
10 % und kleiner als 25 % war wurden als Δ bewertet, und die in welchen
die Seitenentladungs-Auftretensrate gleich oder größer als
25 % waren wurden als
. bewertet. Die Ergebnisse
sind in Tabelle 2 gezeigt.
-
-
In
Proben 9, 13 traten Seitenentladung mit einer Auftretensrate von
25% oder mehr auf, aber in Proben 10, 11, 12, 14, 15 und 16 war
die Seitenentladungs-Auftretensrate kleiner als 25%. In Proben 11,
12, 15 und 16, weiterhin, war die Seitenentladungs-Auftretensrate
kleiner als 10 %. Und zwar wenn die Beziehung D1/D2 ≥ 3,5 gesetzt
ist, kann die Distanz zwischen der Seitenfläche der Mittelelektrode und
der Innenfläche
der Metallhülse
hinreichend gesichert werden, und Seitenentladung zwischen der Mittelelektrode
und der Metallhülse kann
unterdrückt
werden. Wenn D1/D2 ≥ 5,0
gesetzt ist, kann Seitenentladung wirksamer unterdrückt werden.
-
Beispiel 3:
-
Als
Nächstes
wurden verschiedene Proben der Zündkerzen
mit den Strukturen wie in 2 und 4 gezeigt in der folgenden
Weise präpariert.
Ein Isolator und eine Mittelelektrode, die aus den selben Materialien, wie
denen in Ausführungsform
2 gewählten,
gefertigt sind, und die Abmessungen die in 2 gezeigt sind, wurden wie folgt ge setzt,
M: 8,45 mm, D2 : 1,0 mm und g: 0,9 mm. Die Abmessungen D1 und D3
wurden, wie in der Tabelle 3 unten aufgelistet, gesetzt.
-
In
der gleichen Weise wie oben beschrieben, wurden die Proben zum Testen
in einem Sechszylinder DOHC Benzinmotor mit 2000 cm
3 (cc)
Hubraum montiert. Der Motor wurde bei 700 UPM (rpm) in einer Leerlaufbedingung
betrieben. Die Wellenform von einer Seitenentladung wurde unter
Verwendung von einer Referenzkerze, in welcher die Masseelektrode
4 entfernt
wurde, gemessen. In einem Test, welcher eine Probenkerze benutzte,
wurde, wenn eine Wellenform, die identisch mit der für den Fall
von der Referenzkerze war, produziert wurde, gewertet, daß "Seitenentladung" auftrat. Unter 1000
Messungen wurden Messungen, in welchen die Wellenform produziert
wurde, zum Überprüfen der
Seitenentladungs-Auftretensrate
gezählt.
Eine Ni-95 Gew.-% Ni-Legierung wurde als das Elektrodenbasisteil
der Mittelelektrode
3 (Proben 17 bis 20) verwendet oder
ein Kern von einer 98 Gew.-% Cu-Legierung und einer Hautschicht,
die aus INCONEL 600 gefertigt wurde, wurde als die Mittelelektrode
330 (Proben
21 bis 24) verwendet. Proben, in welchen die Seitenentladungs-Auftretensrate
gleich oder größer als
0 und kleiner als 10 % waren, wurden als
gewertet,
solche, in welchen die Seitenentladungs-Auftretensrate gleich oder
größer als
10 % und kleiner als 25 % waren, wurden als Δ gewertet und solche in welchen
die Seitenentladungs-Auftretensrate
gleich zu oder größer als
25 % waren, wurden als
. gewertet. Die Resultate
sind in Tabelle 3 gezeigt.
-
Die
Proben wurden zum Testen in einem Vierzylinder DOHC Benzinmotor
mit 2000 cm
3 (cc) Hubraum montiert und ein
Rußverschmutzungstest
wurde in Übereinstimmung
mit JIS D1606 (2001) durchgeführt.
Das vorbestimmte Laufmuster, das in JIS D 1606 spezifiziert ist,
wurde als ein Zyklus gesetzt. Für
jede der Proben wurden Zyklen gezählt bis der Isolationswiderstand
auf 10 MΩ reduziert
war. Proben, in welchen die gezählte Zyklenzahl
8 oder mehr war, wurden als
bewertet,
die in welchen die gezählte
Zyklenzahl 5 bis 7 war, wurden als Δ bewertet, und die, in welchen
die gezählte
Zyklenzahl kleiner als 5 war, wurden als
. bewertet.
Die Resultate sind in Tabelle 3 gezeigt.
-
-
In
Proben 17 und 21 trat Seitenentladung bei einer Rate von 25 % oder
mehr auf, aber in Proben 18, 19, 20, 22, 23 und 24 war die Seitenentladungs-Auftretensrate
kleiner als 25 %. In Proben 19, 20, 23 und 24 waren weiterhin die
Seitenentladung-Auftretensraten kleiner als 10 %. Und zwar, wenn
die Beziehung D1/D3 > 1,8
gesetzt ist, kann das Gasvolumen, das von der Außenfläche des Isolators und der Metallhülse definiert ist,
vergrößert werden,
und Seitenentladung kann weiter unterdrückt werden. Wenn die Beziehung
D1/D3 > 2,0 gesetzt
ist, kann Seitenentladung wirksamer unterdrückt werden.
-
In
Proben 17, 18, 19, 21, 22 und 23 war die gezählte Zyklenzahl kleiner als
5. Andrerseits war in Proben 20 und 24 die gezählte Zyklenzahl 5 oder mehr.
Und zwar wenn die Beziehung D3 ≥ D2
+ 0,1 mm gesetzt ist, ist der Kontaminationswiderstand des Isolators
verbessert.
-
Die
Erfindung ist nicht auf die oben beschriebenen speziellen Ausführungsformen
beschränkt
und kann in Ausführungsformen,
welche verschieden in Übereinstimmung
mit dem Zweck und der Verwendung innerhalb des Bereichs der Erfindung
verändert
sind, realisiert werden. In der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 ist zum
Beispiel der geschweißte
Bereich W, der an die Mittelelektrode 3 geschweißt werden
soll, entlang der Außenkante
der verbindenden Seite gebildet, wie in 2 gezeigt. Die Erfindung ist auf diese
Konfiguration nicht beschränkt.
Der geschweißte
Bereich kann kontinuierlich in einer radialen Richtung von einem
Edelmetallchip 31' gebildet
sein. Entsprechend dieser Konfiguration kann der Edelmetallchip 31' fester an die
Mittelelektrode 3 geschweißt werden.
-
In
der erfindungsgemäßen Zündkerze
ist eine einzelne Masseelektrode 4 gezeigt. In einer Alternative kann
eine Vielzahl von Masseelektroden angeordnet werden. Entsprechend
zu dieser Konfiguration ist die Zündfähigkeit der Zündkerze
verbessert.
-
Die
Masseelektrode 3 der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 hat eine
konische Fläche,
in welcher der Durchmesser progressiv Richtung des Vorderendes der
Mittelelektrode reduziert ist, welches Vorderende von der Vorderendseite
des Isolators hervorragt und das Vorderende ist in eine Form mit
einem kleinen Durchmesser geformt. Die Erfindung ist nicht auf diese
Konfiguration beschränkt.
Die Mittelelektrode kann eine konische Fläche haben, in welcher der Durchmesser
progressiv reduziert ist, wie er von einer hinteren Endseite in
Bezug auf die Vorderendseite des Isolator hin zum Vorderende der
Mittelelektrode voranschreitet.