DE102004044152B4

DE102004044152B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102004044152B4
Application number: DE102004044152.9A
Authority: DE
Inventors: Osamu Yoshimoto; Wataru Matsutani
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-09-11
Filing date: 2004-09-13
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2024-09-14
Also published as: US20050057135A1; DE102004044152A1; FR2860654B1; US7164225B2; FR2860654A1

Abstract

Zündkerze (300) umfassend: einen Isolator (2) mit einer axialen Aufnehmung (6) in einer axialen Richtung der Zündkerze (300); eine Mittelelektrode (330), die in einer Vorderend-Seite der axialen Aufnehmung des Isolators (2) angeordnet ist, so dass die Mittelelektrode (330) mit einem Vorderende von der Vorderend-Seite des Isolators (2) herausragt, wobei die Mittelelektrode (330) ein Elektrodenbasisteil (330a; 330a, 330b) und einen Edelmetall-Chip (31) umfasst, der an einem Vorderende des Elektrodenbasisteils (330a; 330a, 330b) befestigt ist; wobei die äußere periphere Fläche der Mittelelektrode (330) in eine konische Form gebildet ist, sodass ein Durchmesser eines Basisbereiches der Mittelelektrode (330) größer ist als ein Durchmesser eines Vorderendseitenbereiches der Mittelelektrode (330), wobei die Zündkerze (300) ferner aufweist: eine Metallhülse (1), die den Isolator (2) umgibt; und eine Masseelektrode (4), von welcher ein Ende mit der Metallhülse (1) verbunden ist, und ein anderer Endbereich gegenüber dem Edelmetall-Chip (31) angeordnet ist, so dass ein Funkenentladungsspalt (g) zwischen der Masseelektrode (4) und dem Edelmetall-Chip (31) gebildet ist, und wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: M ≤ 10,1 mm, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm, und D1/D2 ≥ 3,5,wobei M ein äußerer Durchmesser eines Vorderendes der Metallhülse (1) ist, D1 ein innerer Durchmesser dieses Vorderendes der Metallhülse (1) ist und D2 ein äußerer Durchmesser der Mittelelektrode (330) in einer virtuellen Ebene ist, die ein Vorderende des Isolators (2) beinhaltet, wobei das Vorderende des Isolators (2) von dem Vorderende der Metallhülse (1) herausragt oder in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende der Metallhülse (1) beinhaltet, angeordnet ist, und wobei die folgenden Beziehungen ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, die zur Bereitstellung von Zündung in einem Innenverbrennungsmotor verwendet wird.
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.
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.
In der in JP 2000-243 535 A 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.
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 2000-243 535 A beschriebenen Zündkerze jedoch besteht eine Möglichkeit, daß Seitenentladung unter diesen Bedingungen nicht ausreichend eliminiert werden kann.
Dokument US 2003/0 117 052 A1 bezieht sich auf eine Zündkerze mit einem Gewindedurchmesser kleiner oder Gleich M12. Ein Anschlusselement ist mit der Mittelelektrode über eine leitfähigen Bindeschicht verbunden. Das Anschlusselement weist eine Vickershärte im Bereich von 150 HV bis 300 Hv auf.
Dokument EP 1 189 318 A2 bezieht sich auf eine Zündkerze, die eine Mittelelektrode aufweist. Die Mittelelektrode ist aus einem Elektrodenbasismaterial gefertigt, das aus einer Nickellegierung besteht, die einen Legierungsbestandteil enthält, sodass die Legierung in der Lage ist, einen Halbleiter mit einem negativen Temperaturkoeffizient zu bilden.
Dokument US 4 514 657 A bezieht sich auf eine Zündkerze, die eine zusätzlich Elektrode in der Erdungselektrode aufweist. Durch die zusätzliche Elektrode wird der Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Erdungselektrode verringert.
Dokument US 4 795 944 A offenbart eine Zusammensetzung für die Widerstands-Bindeschicht zwischen der Mittelelektrode und dem Anschlusselement. Die Zusammensetzung hat einen Widerstand im Bereich von 4000 bis 7000 Ohm.
Dokument DE 600 01 301 T2 offenbart ein Zündkerze mit einer optimierten Wandstärke des mittleren Schaftabschnitts des Isolators relativ zur Durchgangsöffnung.
Es ist daher 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.
Die obenstehende Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde gelöst durch den Gegenstand des Anspruchs 1 bzw. durch den Gegenstand des Anspruchs 2.
Vorteilhafte Aspekte und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung wird eine Zündkerze vorgeschlagen, welche umfasst:
Einen Isolator mit einer axialen Aufnehmung oder einem Loch oder einer 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.
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.
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.
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.
Auch in der Zündkerze von JP 2000-243 535 A , 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 2000-243 535 A 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.
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.
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.
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 Funkenentladungsspalt 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.
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.
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.
Auch in der Zündkerze von JP 2000-243 535 A 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 2000-243 535 A 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.
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.
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 > 2,0 gesetzt. Wenn die Beziehung D1/D3 > 2,0, wie eben 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. Daher ist die Beziehung D1/D3 > 2,0 gesetzt.
In der erfindungsgemäßen Zündkerze ist das Vorderende des Isolators alternativ 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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen erläutert:
1 ist eine Frontschnittansicht, die eine Zündkerze zeigt,
2 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptbereiche von 1 zeigt,
3 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptbereiche einer zweiten Zündkerze zeigt,
4 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptbereiche einer dritten Zündkerze zeigt,
5 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptbereiche einer vierten Zündkerze zeigt und
6 ist eine Frontschnittansicht, die Hauptbereiche einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zündkerze zeigt, bei welcher ein Basisbereich dicker ist als ein Vorderendbereich.
Im Folgenden werden verschiedene erläuternde Beispiele mit Bezug auf die begleitenden Bezeichnungen beschrieben. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als hierauf beschränkt ausgelegt werden.
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.
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.
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 Beispiel 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 dieselben Referenzzeichen bezeichnet. Dieses Beispiel ist in der gleichen Weise wie Beispiel 1 konfiguriert, außer den oben beschriebenen Lagebeziehungen. In der folgenden Beschreibung werden daher hauptsächlich die Lagebeziehungen zwischen dem Isolator und der Metallhülse diskutiert.
In der Zündkerze 200 von Beispiel 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.
Als nächstes wird Beispiel 3 der Zündkerze unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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 identisch zu denen von 2 sind, durch dieselben Referenzzeichen bezeichnet. Dieses Beispiel ist in derselben Weise wie Beispiel 1 konfiguriert, außer den oben beschriebenen Lagebeziehungen. In der folgenden Beschreibung werden daher hauptsächlich die Lagebeziehungen zwischen dem Isolator und der Metallhülse diskutiert.
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.
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; Einführen 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.
Als nächstes wird Beispiel 4 der Zündkerze unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben.
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 denselben Bezugszeichen bezeichnet. Dieses Beispiel ist in derselben Weise wie Beispiel 3 konfiguriert, außer den oben beschriebenen Lagebeziehungen. In der folgenden Beschreibung werden daher hauptsächlich die Lagebeziehungen zwischen dem Isolator und der Metallhülse diskutiert.
In der Zündkerze 400 von Beispiel 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.
In der Mittelelektrode 3 oder 330 ist der Durchmesser eines Basisbereiches größer 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 einem Vergleichsbeispiel, das dem Verständnis der Erfindung dient, 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 derselben Weise konfiguriert werden.
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.
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.
Zündkerzen in welchen die Abmessung D2 in 2, wie in Tabelle 1 aufgelistet ist, gesetzt ist, wurden in einen Sechszylinder DOHC Benzinmotor mit 2000 cm³ (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 O bewertet. Proben von
und O 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. Tabelle 1:
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 5 μm 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.
Beispiel 2:
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 cm³ (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 O 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. Tabelle 2:

Probe D2 D1 D1/D2 Seitenentladung

9 2.45 6 2.45 ^·

10 1.40 6 4.29 Δ

11 1.00 6 6.00 o

12 0.60 6 10.00 o

13 2.45 6 2.45 ^·

14 1.40 6 4.29 Δ

15 1.00 6 6.00 o

16 0.60 6 10.00 o
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 denselben Materialien, wie denen in Ausführungsform 2 gewählten, gefertigt sind, und die Abmessungen die in 2 gezeigt sind, wurden wie folgt gesetzt, 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 cm³ (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 O 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 cm³ (cc) Hubraum montiert und ein Rußverschmutzungstest wurde in Übereinstimmung mit JIS D 1606 (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 O 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. Tabelle 3:

Probe	D1	D3	D1/D3	Seitenentladung	Kontaminationswiderstand
17	6	4.2	1.43	^·	o
18	6	3.3	1.82	Δ	o
19	6	2.7	2.22	o	o
20	6	1.8	3.33	o	^·
21	6	4.2	1.43	^·	o
22	6	3.3	1.82	Δ	o
23	6	2.7	2.22	o	o
24	6	1.8	3.33	o	^·

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 in verschiedener Weise 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 Isolators hin zum Vorderende der Mittelelektrode voranschreitet.

Claims

Zündkerze (300) umfassend: einen Isolator (2) mit einer axialen Aufnehmung (6) in einer axialen Richtung der Zündkerze (300); eine Mittelelektrode (330), die in einer Vorderend-Seite der axialen Aufnehmung des Isolators (2) angeordnet ist, so dass die Mittelelektrode (330) mit einem Vorderende von der Vorderend-Seite des Isolators (2) herausragt, wobei die Mittelelektrode (330) ein Elektrodenbasisteil (330a; 330a, 330b) und einen Edelmetall-Chip (31) umfasst, der an einem Vorderende des Elektrodenbasisteils (330a; 330a, 330b) befestigt ist; wobei die äußere periphere Fläche der Mittelelektrode (330) in eine konische Form gebildet ist, sodass ein Durchmesser eines Basisbereiches der Mittelelektrode (330) größer ist als ein Durchmesser eines Vorderendseitenbereiches der Mittelelektrode (330), wobei die Zündkerze (300) ferner aufweist: eine Metallhülse (1), die den Isolator (2) umgibt; und eine Masseelektrode (4), von welcher ein Ende mit der Metallhülse (1) verbunden ist, und ein anderer Endbereich gegenüber dem Edelmetall-Chip (31) angeordnet ist, so dass ein Funkenentladungsspalt (g) zwischen der Masseelektrode (4) und dem Edelmetall-Chip (31) gebildet ist, und wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: M ≤ 10,1 mm, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm, und D1/D2 ≥ 3,5, wobei M ein äußerer Durchmesser eines Vorderendes der Metallhülse (1) ist, D1 ein innerer Durchmesser dieses Vorderendes der Metallhülse (1) ist und D2 ein äußerer Durchmesser der Mittelelektrode (330) in einer virtuellen Ebene ist, die ein Vorderende des Isolators (2) beinhaltet, wobei das Vorderende des Isolators (2) von dem Vorderende der Metallhülse (1) herausragt oder in einer virtuellen Ebene, die das Vorderende der Metallhülse (1) beinhaltet, angeordnet ist, und wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: D1/D3 > 2,0, und D3 ≥ D2 + 0,1 mm, wobei D3 ein äußerer Durchmesser des Isolators (2) in einer virtuellen Ebene ist, die eine Vorderendfläche der Metallhülse (1) beinhaltet.
Zündkerze (400), umfassend: einen Isolator (2) mit einer axialen Aufnehmung (6) in einer axialen Richtung der Zündkerze (400); eine Mittelelektrode (330), die in einer Vorderend-Seite der axialen Aufnehmung des Isolators (2) angeordnet ist, so dass die Mittelelektrode (330) mit einem Vorderende von der Vorderend-Seite des Isolators (2) herausragt, wobei die Mittelelektrode (330) ein Elektrodenbasisteil (330a; 330a, 330b) und einen Edelmetall-Chip (31) umfasst, der an einem Vorderende des Elektrodenbasisteils (330a; 330a, 330b) befestigt ist; wobei die äußere periphere Fläche der Mittelelektrode (330) in eine konische Form gebildet ist, sodass ein Durchmesser eines Basisbereiches der Mittelelektrode (330) größer ist als ein Durchmesser eines Vorderendseitenbereiches der Mittelelektrode (330), wobei die Zündkerze (400) ferner aufweist: eine Metallhülse (1), die den Isolator (2) umgibt; und eine Masseelektrode (4), von welcher ein Ende mit der Metallhülse (1) verbunden ist, und ein anderer Endbereich gegenüber dem Edelmetall-Chip (31) angeordnet ist, so dass ein Funkenentladungsspalt (g) zwischen der Masseelektrode (4) und dem Edelmetall-Chip (31) gebildet ist, und wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: M ≤ 10,1 mm, 0,5 mm ≤ D2 < 1,4 mm, und D1/D2 ≥ 3,5, wobei M ein äußerer Durchmesser eines Vorderendes der Metallhülse (1) ist, D1 ein innerer Durchmesser dieses Vorderendes der Metallhülse (1) ist und D2 ein äußerer Durchmesser der Mittelelektrode (330) in einer virtuellen Ebene ist, die ein Vorderende des Isolators (2) beinhaltet, wobei das Vorderende des Isolators (2) bezüglich dem Vorderende der Metallhülse (1) zurückversetzt angeordnet ist, und wobei die folgenden Beziehungen erfüllt sind: D1/D4 > 1,8, und D4 ≥ D2 + 0,1 mm, wobei D4 ein äußerer Durchmesser des Vorderendes des Isolators (2) ist
Zündkerze (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Elektrodenbasisteil (330a) aus reinem Ni oder einer Ni-Legierung, die mindestens 85 Gew.-% oder mehr von Ni enthält, gefertigt ist.
Zündkerze (300) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Elektrodenbasisteil (330a, 330b) umfasst: einen Kern (330b), der innerhalb des Elektrodenbasisteils (330a, 330b) angeordnet ist, wobei der Kern (330b) 90 Gew.-% oder mehr von einem Metall enthält, welches Metall, wenn es rein ist, eine thermische Leitfähigkeit 90 W/mK oder mehr aufweist; und eine Hautschicht (330a), welche den Kern (330b) umgibt, und wobei eine Dicke der Hautschicht (330a) an einem Vorderende des Isolators (2) 5 μm oder mehr beträgt, wobei die Hautschicht (330a) aus reinem Ni oder einer Ni-Legierung besteht, welche eine geringere thermische Leitfähigkeit als der Kern (330b) aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei ein minimaler Abstand in einer axialen Richtung zwischen dem Kern (330b) des Elektrodenbasisteils (330a, 330b) und dem Edelmetall-Chip (31) 2 mm oder weniger beträgt.
Zündkerze (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Edelmetall-Chip (31) im wesentlichen Ir oder Pt enthält.
Zündkerze (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Edelmetall-Chip (31) eine Ir-Legierung umfasst, welche hauptsächlich Ir enthalt und weiterhin wenigstens ein Element enthalt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Pt, Rh, Ni, Ru, Pd, W und Re besteht.
Zündkerze (300) nach Anspruch 7, wobei der Edelmetall-Chip (31) weiterhin wenigstens ein Oxid oder/und ein Carbid oder/und ein Nitrid oder/und ein Bond wenigstens eines Elements enthalt, das aus der Gruppe ausgewählt ist, welche aus Y, Zr und La besteht.
Zündkerze (300) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, die eine Fase (11) umfasst, die an einer inneren Randkante von dem Vorderende der Metallhülse (1) gebildet ist.