DE102004046862B4

DE102004046862B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102004046862B4
Application number: DE102004046862.1A
Authority: DE
Inventors: Hirohito Ito; Takahiro Matsuura
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2003-09-26
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2017-09-07
Anticipated expiration: 2024-09-28
Also published as: DE102004046862A1; FR2860351A1; FR2860351B1; US7352121B2; US20050093416A1

Abstract

Zündkerze (100) umfassend: einen Isolator (2) mit einer axialen Ausnehmung (6), die in einer axialen Richtung (O) entlang einer Achse der Zündkerze gebildet ist; eine Mittenelektrode (3), die in der axialen Ausnehmung des Isolators (6) angeordnet ist; eine Metallhülse (1), die so geformt ist, dass sie den Isolator (2) umgibt; und eine Masseelektrode (4), welche einen Masseelektrodenkörper (4a), dessen eines Ende (42) mit der Metallhülse (1) verbunden ist, und eine erste Edelmetallspitze (41) umfasst, die im Bereich des anderen Endes (44) des Masseelektrodenkörpers (4a) gebildet ist, wobei: eine Distanz t in der axialen Richtung (O) zwischen einer Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) und einer Innenumfangsfläche (45) des Masseelektrodenkörpers (4a) nicht kleiner ist als 0,3 mm; dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) gegenüber einer Stirnfläche (31a) einer zweiten Edelmetallspitze (31) der Mittenelektrode (3) angeordnet ist, so dass die Zündkerze eine Beziehung θ1 + θ2 ≤ 93° erfüllt, wobei θ1 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s1 und s2 ist, θ2 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s3 und s4 ist, s1 definiert ist als eine Linie, welche sich parallel zu der axialen Richtung (O) erstreckt und in einer an die Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) grenzenden Seitenfläche enthalten ist, s2 definiert ist als eine Linie, welche eine Seitenkante (41b) der Stirnfläche (41) der ersten Edelmetallspitze (41) dort, wo die Seitenfläche an die Stirnfläche (41a) grenzt, mit einem Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche (45) des Masseelektrodenkörpers (4a) und der Endfläche am anderen Ende (44) des Masseelektrodenkörpers (4a) verbindet, s3 definiert ist als eine Linie, welche sich parallel zur der axialen Richtung (O) erstreckt und in einer an die Stirnfläche (31a) der zweiten Edelmetallspitze (31) grenzenden Seitenfläche enthalten ist, und ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze, welche für Zündung in einem Innenverbrennungsmotor verwendet wird.
Als Zündkerzen, welche für Zündung in einem Innenverbrennungsmotor, wie zum Beispiel Kfz-Motoren, verwendet werden, sind viele Zündkerzen von dem Typ mit einer ersten Edelmetallspitze oder einer Spitze aus einem edlem Metall, die an den Bereich einer Stirnfläche oder eines Stirn-Endes eines Masselektrodenkörpers (das heißt das Ende gegenüber dem Ende des Masseelektrodenkörpers, welches letztere Ende an eine Metallhülse gebondet ist) aus dem folgenden Grund vorgeschlagen worden. Dieser Typ Zündkerze ist bereitgestellt, so daß ein Zündbereich der Zündkerze in eine Verbrennungskammer hervorragt (oder herausragt bei Betrachtung der Zündkerze für sich von einer Seite), um die Zündfähigkeit der Zündkerze zu verbessern. Entsprechend ist der Zündbereich einer hohen Temperatur ausgesetzt.
Während der Bedarf für höhere Motorleistungsfähigkeit jüngst gewachsen ist, wird für Zündkerzen eine größere Verbesserung der Zündfähigkeit gefordert. Vergrößerung der Axialrichtungsdistanz (im Folgenden als Vorsprungsbetrag bezeichnet) zwischen einer Stirnfläche einer ersten Edelmetallspitze (gebondet auf den Masseelektrodenkörper) gegenüber einer Mittenelektrode und einer Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers ist wirksam, um die Zündfähigkeit zu verbessern. Dies gilt aus dem folgenden Grund: Ein Flammenkern, der in einem Funkenentladungsspalt, der zwischen der Mittenelektrode und der Masseelektrode (oder der ersten Edelmetallspitze) gebildet ist, neigt aufgrund von Wirbeln o. ä. zu wachsen. Es besteht jedoch eine Möglichkeit, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, so daß er auf diese Weise vom Wachsen in einem Wachstumsprozeß des Flammenkerns abgehalten wird (im Folgenden auch als Löschvorgang bezeichnet), falls der Vorsprungsbetrag klein ist. Daher ist eine Struktur, in welcher der Vorsprungsbetrag der ersten an einen Masseelektrodenkörper gebondeten Edelmetallspitze groß gefertigt wird, so daß auf diese Weise das Wachstum des Flammenkerns beschleunigt ist, weit genutzt (siehe japanische Patentoffenlegung JP 2001-345 162 A , entsprechend der Druckschrift US 2001/0 029 916 A1 ).
Jedoch kann sogar in der Zündkerze mit einem vergrößerten Vorsprungsbetrag, wie in der japanischen Patentoffenlegung Nr. 2001-345162 , der Löschvorgang immer noch auftreten, so daß das Wachstum des Flammenkerns behindert wird. Dies liegt daran, daß die Zündkerze eine Struktur hat, in welcher der Flammenkern während des Wachsens in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper oder dem Isolator kommt. Aus diesem Grund besteht ein Problem darin, daß die Zündfähigkeit nicht ausreichend gesichert werden kann.
Aus der Druckschrift US 2003/0 155 849 A1 ist eine gattungsgemäße Zündkerze bekannt, bei der eine axiale Distanz zwischen den beiden Edelmetallspitzen etwa 1 mm, ein axialer Vorsprung der an der Masseelektrode angebrachten Edelmetallspitze 0,3 bis 1,5 mm und deren Querschnittfläche 0,1 bis 1,15 mm² beträgt.
Aus der Druckschrift EP 1 276 189 A1 ist eine Zündkerze bekannt, bei der der minimale Abstand der Masseelektrode vom Isolator 1,5 mm beträgt.
Aus der Druckschrift US 2002/0 105 254 A1 ist eine Zündkerze bekannt, bei der die Querschnittfläche 0,1 bis 0,6 mm² beträgt.
Aus der Druckschrift US 2002/0 158 559 A1 ist eine Zündkerze bekannt, bei der das Verhältnis aus der Länge der Masseelektrode zu ihrem Querschnitt 1,5/mm bis 4,39/mm beträgt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze mit einem vergrößerten Vorsprungsbetrag und exzellenter Zündfähigkeit bereitzustellen, welche so weit wie möglich verhindert, daß ein Masseelektrodenkörper oder Isolator in Kontakt mit einem Flammenkern kommt, so daß das Wachstum des Flammenkerns nicht durch den Masseelektrodenkörper oder den Isolator gestört ist.
Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung wurde gelöst durch Bereitstellen einer Zündkerze gemäß Anspruch 1
Die erfindungsgemäße Zündkerze ist so konfiguriert, daß die Axialrichtungsdistanz t zwischen der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze und der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers nicht kleiner ist als 0,3 mm. Wenn der Vorsprungsbetrag der ersten Edelmetallspitze von dem Masseelektrodenkörper in dieser Weise vergrößert ist, besteht eine verringerte Wahrscheinlichkeit, daß ein Flammenkern, der in einem Funkenentladungsspalt, der zwischen der Mittenelektrode und der ersten Edelmetallspitze gebildet ist, erzeugt ist, aufgrund von Wirbeln o. ä. in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, während der Flammenkern wächst. Entsprechend ist das Wachstum des Flammenkerns beschleunigt, so daß Zündfähigkeit verbessert ist. Falls die Axialrichtungsdistanz t zwischen der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze und der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers kleiner als ist als 0,3 mm, ist es schwierig, wirksam zu verhindern, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, wie oben beschrieben. Vorzugsweise ist die Axialrichtungsdistanz t zwischen der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze und der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers so gesetzt, daß sie nicht größer ist als 1,5 mm. Falls die Axialrichtungsdistanz t zwischen der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze und der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers größer ist als 1,5 mm, ist die Wärmekapazität der ersten Edelmetallspitze vergrößert, so daß auf diese Weise die Haltbarkeit der ersten Edelmetallspitze verringert ist.
Die Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers bedeutet hier eine Fläche der Masseelektrode auf einer Seite gegenüber der Mittenelektrode.
Weiterhin ist die erfindungsgemäße Zündkerze so konfiguriert, daß die Zündkerze die Beziehung θ1 + θ2 ≤ 93°, erfüllt ist, wobei θ1 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s1 und s2 ist, und θ2 ist ein eingeschlossener Winkel zwischen Linien s3 und s4, wobei die virtuelle Linie s1 definiert ist, als eine Linie parallel zur Axialrichtung und umfassend die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche (gegenüber der Mittenelektrode) der ersten Edelmetallspitze (in einem Querschnitt, der durch das Zentrum der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers geht, und die Achse umfaßt), die virtuelle Linie s2 ist definiert als eine Linie, die die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze mit einem Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers verbindet, die virtuelle Linie s3 ist definiert als eine Linie parallel zur axialen Richtung und umfaßt die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche (gegenüber der Masseelektrode) der Mittenelektrode (im Querschnitt), und die virtuelle Linie s4 ist definiert als eine Linie, die die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der Mittenelektrode sowie eine Tangente zum Isolator umfaßt.
Sogar in der Zündkerze mit einem vergrößerten Vorsprungsbetrag wie oben beschrieben, kann der Löschvorgang immer noch auftreten und auf diese Weise das Wachstum des Flammenkerns behindern, weil die Zündkerze eine Struktur hat, in welcher der Flammenkern in Kontakt mit dem Massenelektrodenkörper oder dem Isolator kommt, wenn der Flammenkern wächst. Wenn die Zündkerze erfindungsgemäß konfiguriert ist, so daß die Zündkerze die Beziehung θ1 + θ2 ≤ 93° erfüllt, in welcher θ1 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s1 und s2 ist, und θ2 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s3 und s4 ist, wobei: die virtuelle Linie s1 definiert ist als eine Linie parallel zu der Axialrichtung und umfaßt: die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze (in einem Querschnitt, der die Achse umfaßt), die virtuelle Linie s2 ist definiert als eine Linie, die die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze mit einem Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers verbindet, die virtuelle Linie s3 ist definiert als eine Linie parallel zur Axialrichtung und umfaßt die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der Mittenelektrode (in dem Querschnitt), und die virtuelle Linie s4 ist definiert als eine Linie, die die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der Mittenelektrode sowie eine Tangente zum Isolator umfaßt, in dieser Konfiguration ist es möglich, eine Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers, die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes in Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze angeordnet ist, oder eine Kontaktfläche des Isolators, die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes mit Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der Mittenelektrode angeordnet ist, zu reduzieren. Weiterhin ist es möglich, die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern mit dem Masseelektrodenkörper oder dem Isolator in Kontakt kommt, wenn der Flammenkern wächst, zu verringern. In Konsequenz kann der Flammenkern effizient wachsen. Entsprechend kann Zündfähigkeit verbessert werden. Falls der Wert von θ1 + θ2 größer ist als 93°, ist es schwierig, daß der Flammenkern effizient in der zuvor erwähnten Weise wächst. Es ist selbstverständlich, daß jeder der θ1 + θ2 nicht kleiner ist als 0°. Außerdem ist der Wert von θ1 + θ2 vorzugsweise nicht größer als 85°, weiter vorzugsweise nicht größer als 50°. Der Winkel bedeutet einen Winkel zwischen virtuellen Linien s1 und s2 (s3 und s4). In der Erfindung ist der Winkel ein spitzer Winkel. Weiterhin ist θ2 vorzugsweise nicht größer als 35°. Wenn θ2 so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 35°, kann die Dicke des Isolators hinreichend gesichert werden, so daß verhindert wird, daß der Isolator gelöchert wird.
Vorzugsweise ist in der erfindungsgemäßen Zündkerze der eingeschlossene Winkel θ1 zwischen den virtuellen Linien s1 und s2 nicht größer als 45°. Für größere Verbesserung der Zündfähigkeit ist es notwendig, das Wachstum des Flammenkerns in einer Verbrennungskammer eines Motors effektiver zu beschleunigen. Die Masseelektrode ist im Allgemeinen auf einer inneren Fläche der Verbrennungskammer relativ zur Mittenelektrode angebracht. Aus diesem Grunde kann, wenn besser verhindert ist, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, Zündfähigkeit weiter verbessert werden. Entsprechend kann, wenn θ1 so gesetzt ist, daß er nicht größer als 45° ist, die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, wenn der Flammenkern wächst, zufriedenstellend verringert werden, so daß der Flammenkern effektiver wachsen kann. In Konsequenz ist Zündfähigkeit weiter verbessert. Falls θ1 größer ist als 45°, ist es schwierig, den Flammenkern effektiv in der zuvor beschriebenen Weise wachsen zu lassen.
Vorzugsweise umfaßt in der erfindungsgemäßen Zündkerze die Mittenelektrode eine zweite Edelmetallspitze, die wie eine Säule geformt ist und an einer Stirn der Mittenelektrode gebildet ist; und die erste Edelmetallspitze ist wie eine Säule geformt, so daß der Durchmesser der ersten Edelmetallspitze auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze größer ist als der Durchmesser der zweiten Edelmetallspitze auf der Stirnfläche der zweiten Edelmetallspitze und nicht größer als 0,8 mm. Eine Zündkerze kann eine zweite Edelmetallspitze, die wie eine Säule geformt ist und an einer Stirn einer Mittenelektrode angeordnet ist aufweisen. Dies liegt daran, daß ein Zündbereich auf der Mittenelektrodenfläche ebenso wie auf der Masseelektrodenfläche einer hohen Temperatur ausgesetzt ist. Wenn der Durchmesser von jeder der ersten und zweiten Edelmetallspitzen so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 0,8 mm, kann die Zündfähigkeit der Zündkerze effektiv verbessert werden. Wenn der Durchmesser von entweder der ersten Edelmetallspitze oder der zweiten Edelmetallspitze so gesetzt ist, daß er größer ist als 0,8 mm, besteht eine Möglichkeit, daß die Zündfähigkeit verringert wird.
Wenn die mit der ersten und zweiten Edelmetallspitze versehene Zündkerze an einen Innenverbrennungsmotor angebracht ist, verschleißt die erste Edelmetallspitze leichter als die zweite Edelmetallspitze. Dies ergibt sich aus dem folgenden Grund. Da die Masseelektrode an der inneren Seite der Verbrennungskammer relativ zur Mittenelektrode angebracht ist, wie oben beschrieben, ragt die erste Edelmetallspitze tiefer in die Verbrennungskammer. Entsprechend kann Wärme, die vom Inneren der Verbrennungskammer empfangen wird, kaum von der ersten Edelmetallspitze zu einem Maschinenkopf oder ähnlichem abgestrahlt werden. Daher ist in dieser Erfindung der Durchmesser der ersten Edelmetallspitze so gesetzt, daß er größer ist als der Durchmesser der zweiten Edelmetallspitze. Entsprechend dieser Konfiguration kann der Verschleißwiderstand der ersten Edelmetallspitze auch vergrößert werden.
Vorzugsweise umfaßt in der erfindungsgemäßen Zündkerze die Mittenelektrode einen sich verjüngenden Bereich, mit einem Durchmesser, der Richtung einer Spitze des sich verjüngenden Bereiches abnimmt; und der Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers ist gegenüber dem sich verjüngenden Bereich angeordnet, wenn ein Querschnitt genommen wird. Entsprechend dieser Konfiguration kann eine Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers, die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes in Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze mehr reduziert werden, so daß der Flammenkern effektiv wachsen kann. Entsprechend kann die Zündfähigkeit der Zündkerze verbessert werden.
Um die erste Edelmetallspitze und den Masseelektrodenkörper miteinander zu bonden, kann Laserschweißen als eine effektive Bonding-Methode verwendet werden. Vorzugsweise umfaßt in der erfindungsgemäßen Zündkerze die Masseelektrode weiterhin einen geschmolzenen Bereich zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper; und der geschmolzene Bereich ist so gebildet, daß die erste Edelmetallspitze auf den Masseelektrodenkörper lasergeschweißt ist, so daß die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers nicht kleiner ist als 0,25 mm. Entsprechend dieser Konfiguration kann Laserschweißen so durchgeführt werden, daß ein Raum zum Bilden des geschmolzenen Bereiches durch Laserschweißen, hinreichend zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers gesichert ist. Auf diese Weise können die erste Edelmetallspitze und der Masseelektrodenkörper fest aneinander gebondet werden. Falls die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers kleiner ist als 0,25 mm, besteht eine Wahrscheinlichkeit, daß die erste Edelmetallspitze nicht fest auf den Masseelektrodenkörper über/auf den durch Laserschweißen geschmolzenen Bereich gebondet werden kann. Vorzugsweise ist der geschmolzene Bereich in der erfindungsgemäßen Zündkerze so gebildet, daß er sich zu der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers erstreckt. Wenn der begrenzte Raum zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers höchst effektiv zur Bildung des geschmolzenen Bereiches genutzt wird, kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper maximiert werden. Andererseits kann die Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers, die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes bezüglich der Fläche des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze angeordnet ist, so ausreichend wie möglich reduziert werden, so daß der Flammenkern effizienter wachsen kann.
Wie oben beschrieben, ist es bevorzugt, daß die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Seitenkante des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers so weit wie möglich reduziert ist, um die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, so weit wie möglich zu verringern. Als Ergebnis ist der Raum für die Bildung des geschmolzenen Bereiches begrenzt. Das heißt, die Länge des geschmolzenen Bereiches kann nicht größer werden als die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers. In Konsequenz besteht die Möglichkeit, daß ausreichende Bondingstärke auf der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers mit Bezug auf die erste Edelmetallspitze nicht erhalten werden kann. Daher erfüllt in der erfindungsgemäßen Zündkerze die kürzeste Distanz D1 vorzugsweise die Beziehung D2 > D2, wobei D2 die kürzeste Distanz zwischen der ersten Edelmetallspitze und einem ersten Bereich des geschmolzenen Bereiches, welcher erste Bereich am nächsten zu einem Ende des Masseelektrodenkörpers liegt, betrachtet von der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers. Das heißt, die Länge des geschmolzenen Bereiches auf einer Endseite (das heißt der Metallhülsenseite) der Masseelektrode in Bezug auf die erste Edelmetallspitze unterliegt nicht solch einer Einschränkung wie die Länge auf der Fläche des anderen Endes der Masseelektrode in Bezug auf die erste Edelmetallspitze. In Konsequenz kann der geschmolzene Bereich auf einer Endseite der Masseelektrode so geformt werden, daß er eine größere Breite aufweist als die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers. Als Ergebnis kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper als Ganzes in dem begrenzten Raum verbessert werden für die Bildung des geschmolzenen Bereiches.
Vorzugsweise weist der Masseelektrodenkörper in der erfindungsgemäßen Zündkerze eine Schräge auf, die in einem Eckbereich zwischen jeder von gegenüberliegenden Seitenflächen des Masseelektrodenkörpers und der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers gebildet ist; und der Masseelektrodenkörper erfüllt die Beziehung D3 < D1, worin D3 die kürzeste Distanz zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge ist, und D1 ist die kürzeste Distanz zwischen der Fläche des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers und der ersten Edelmetallspitze betrachtet von der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers. Wenn die Schräge in dem Masseelektrodenkörper so bereitgestellt ist, daß die Beziehung D3 < D1 erfüllt ist, kann die Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers in der Nähe der ersten Edelmetallspitze weiter reduziert werden. In Konsequenz kann die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, effektiver reduziert werden.
Um die erste Edelmetallspitze und den Masseelektrodenkörper aneinander zu bonden, kann Laserschweißen als ein effektives Bondingverfahren verwendet werden. Vorzugsweise umfaßt die Masseelektrode in der erfindungsgemäßen Zündkerze weiterhin einen geschmolzenen Bereich zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper; und der geschmolzene Bereich ist in solcher Weise gebildet, daß die erste Edelmetallspitze an den Masseelektrodenkörper lasergeschweißt ist, in der Konfiguration, daß die kürzeste Distanz D3 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge nicht kleiner ist als 0,25 mm. Entsprechend dieser Konfiguration kann Laserschweißen durchgeführt werden, so daß der Raum zur Bildung des geschmolzenen Bereiches durch Laserschweißen ausreichend zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge der Masseelektrode gesichert werden kann. Auf diese Weise können die erste Edelmetallspitze und der Masseelektrodenkörper fest aneinander gebondet werden.
Vorzugsweise ist der geschmolzene Bereich in der erfindungsgemäßen Zündkerze so gebildet, daß er sich zur Schräge erstreckt. Wenn der begrenzte Raum zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge, höchst effektiv für die Bildung des geschmolzenen Bereiches genutzt ist, kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper maximiert werden. Andererseits kann die Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers, die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes in Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes auf der Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze angeordnet ist, so weit wie möglich reduziert werden, so daß der Flammenkern effizient wachsen kann.
Wie oben beschrieben, ist es bevorzugt, daß die kürzeste Distanz D3 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge des Masseelektrodenkörpers so weit wie möglich reduziert ist, um die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper kommt, so weit wie möglich reduziert wird. Als Ergebnis ist der Raum zur Bildung des geschmolzenen Bereiches begrenzt. Das heißt, die Länge des geschmolzenen Bereiches zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge kann nicht größer sein als die kürzeste Distanz D3. Als Ergebnis besteht die Gefahr, daß ausreichende Bondingstärke zwischen der Schräge des Masseelektrodenkörpers und der ersten Edelmetallspitze erreicht werden kann. Daher erfüllt die kürzeste Distanz D3 vorzugsweise in der erfindungsgemäßen Zündkerze die Beziehung D2 > D3, worin D2 die kürzeste Distanz zwischen der ersten Edelmetallspitze und einem ersten Bereich des geschmolzenen Bereiches, welcher erste Bereich einem Ende des Masseelektrodenkörpers nächst gelegen ist, gesehen von der Innenumfangsfläche des Masseelektrodenkörpers. Das heißt, die Länge des geschmolzenen Bereiches auf einer Endseite (das heißt der Metallhülsenseite) der Masseelektrode in Bezug auf die erste Edelmetallspitze unterliegt nicht solcher Einschränkung wie die Länge zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge des Masseelektrodenkörpers. In Konsequenz kann der geschmolzene Bereich auf einer Endseite der Masseelektrode geformt werden kann, so daß er eine Breite aufweist, die größer ist als die kürzeste Distanz D3 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Schräge des Masseelektrodenkörpers. Als Ergebnis kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper als Ganzes in dem begrenzten Raum zur Bildung des geschmolzenen Bereiches verbessert werden.
Ausführungsformen der Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Hierbei zeigt:
1 eine Frontquerschnittsansicht, die eine Zündkerze entsprechend Ausführungsform 1 der Erfindung zeigt,
2 eine Frontquerschnittsansicht, die einen Hauptteil der 1 zeigt.
3 eine Frontansicht einer Innenumfangsfläche 45 eines Masseelektrodenkörpers 4a, wie in 1 gezeigt, und
4 eine Frontansicht einer Innenumfangsfläche 245 eines Masseelektrodenkörpers 204a der Zündkerze entsprechend Ausführungsform 2 der Erfindung.
Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben. Jedoch sollte die vorliegende Erfindung nicht als hierauf begrenzt angesehen werden. 1 bis 3 zeigen eine Zündkerze 100 mit Widerstand entsprechend Ausführungsform 1 der Erfindung. Die Zündkerze 100 mit Widerstand hat eine zylindrische Metallhülse 1, einen Isolator 2, eine Mittenelektrode 3 und eine Masseelektrode 4. Der Isolator 2 ist in die Metallhülse 1 so eingepaßt, daß ein Stirnbereich des Isolators 2 von der Metallhülse 1 herausragt. Die Mittenelektrode 3 ist innerhalb des Isolators 2 bereitgestellt, während die Mittenelektrode 3 eine zweite Edelmetallspitze 31 hat, welche von dem Isolator 2 herausragt. Die Masseelektrode 4 hat ein Ende (eine Verbindungsfläche 42 eines Masseelektrodenkörpers), welches mit der Metallhülse 1 verbunden ist. Die Masseelektrode 4 hat eine erste Edelmetallspitze 41, die an eine Innenumfangsfläche 45 nahe dem anderen Ende (eine Endseite 44 gegenüber der Verbindungsfläche des Masseelektrodenkörpers) gebondet ist. Die Masseelektrode 4 ist gebogen, so daß eine Stirnfläche der ersten Edelmetallspitze 41 gegenüber einer Stirnfläche der zweiten Edelmetallspitze 31 angeordnet ist. Ein Funkenspalt g ist zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und der zweiten Edelmetallspitze 31 gebildet.
Die Metallhülse 1 ist aus Karbonstahl oder ähnlichem gefertigt. Wie in 1 gezeigt, ist ein Gewindebereich 12 in einer äußeren Umfangsseite der Metallhülse 1 gebildet, so daß die Zündkerze 100 an einem nicht gezeigten Maschinenblock angebracht werden kann. Der Isolator 2 ist aus einem keramikgesinterten Körper gefertigt, wie zum Beispiel Alumina oder Aluminiumnitrid. Der Isolator 2 weist eine Ausnehmung 6 auf, die hierin in seiner axialen Richtung gebildet ist, um die Mittenelektrode 3 einzupassen. Eine Anschlußsäule 13 ist in einen Endbereich der Ausnehmung 6 aufgenommen und fixiert. Ebenso ist die Mittenelektrode 3 in dem Bereich des anderen Endes der Ausnehmung 6 aufgenommen und fixiert. Ein Widerstand 15 ist in der Ausnehmung 6 und zwischen der Anschlußsäule 13 und dem Mittenanschluß 3 angeordnet. Entgegengesetzte Endbereiche des Widerstands 15 sind elektrisch zur Mittenelektrode 3 und zur Anschlußsäule 13 durch Dichtschichten 16 und 17 aus elektrisch leitfähigem Glas verbunden.
Die Mittenelektrode 3 ist aus einer Ni-Legierung wie zum Beispiel INCONEL 600 (registrierte Handelsmarke von Inco Limited) gefertigt. Die Stirnfläche der Mittenelektrode 3 ist abgeflacht, während der Durchmesser der Mittenelektrode 3 auf der Stirnfläche reduziert ist. Die zweite Edelmetallspitze 31 ist auf der Stirnfläche der Mittenelektrode 3 wie folgt gebildet. Eine scheibenförmige oder säulenförmige Edelmetallspitze ist auf der Stirnfläche der Mittenelektrode aufgelagert und gebondet durch Laserschweißen, Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder ähnlichem, entlang eines äußeren Kantenbereiches der Verbindungsfläche der Mittenelektrode 3. Auf diese Weise ist die zweite Edelmetallspitze 31 gebildet. Die zweite Edelmetallspitze 31 ist aus Metall, das Pt, Ir und W als Hauptkomponenten umfaßt, gefertigt. Speziell umfassen Beispiele des Metalls: Pt-Legierungen wie Pt-Ir und Pt-Rh; und Ir-Legierungen wie Ir-5 Gew.-% Pt, Ir-20 Gew.-% Rh, Ir-5 Gew.-% Pt-1 Gew.-% Rh-1 Gew.-% Ni und Ir-10 Gew.-% Rh-5 Gew.-% Ni. Die zweite Edelmetallspitze 31 ist nicht hierauf eingeschränkt. Jede andere bekannte Edelmetallspitze kann angemessen verwendet werden.
Ein Ende (Verbindungsfläche 42) der Masseelektrode 4 ist an der Stirnfläche der Metallhülse 1 durch Schweißen oder ähnlichem fixiert, so daß die Masseelektrode 4 mit der Metallhülse 1 integriert ist. Andererseits ist die erste Edelmetallspitze 41 an den Bereich (den anderen Endbereich oder Andere-Ende-Bereich) des Andere-Endes (der Endfläche 44 gegenüber der Verbindungsfläche 42) des Masseelektrodenkörpers 4a gebondet, so daß sie gegenüber der Stirnfläche der Mittenelektrode (speziell der Edelmetallspitze 31) angeordnet ist. Die erste Edelmetallspitze 41 ist wie folgt gebildet. Eine scheibenförmige oder säulenförmige Edelmetallspitze ist in einer vorbestimmten Position der Masseelektrode 4 bereitgestellt und durch Laserschweißen gebondet. Auf diese Weise ist die erste Edelmetallspitze 41 gebildet. Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder ähnliches können als andere Befestigungsverfahren als Laserschweißen verwendet werden. Der Masseelektrodenkörper 4a ist aus INCONEL 600 gefertigt. Die erste Edelmetallspitze 41 ist aus Metall, das Pt, Ir und W als Hauptkomponenten umfaßt, gefertigt. Speziell umfassen Beispiele des Metalls: Pt-Legierungen wie Pt-20 Gew.-% Ni, Pt-20 Gew.-% Rh und Pt-20 Gew.-% Rh-5 Gew.-% Ni; und Ir-Legierungen wie Ir-5 Gew.-% Pt, Ir-20 Gew.-% Rh und Ir-11 Gew.-% Ru-8 Gew.% Rh-1 Gew.-% Ni. Die erste Edelmetallspitze 41 ist nicht hierauf beschränkt. Jede andere bekannte Edelmetallspitze kann angemessen verwendet werden.
Die erste Edelmetallspitze 41 hat einen Durchmesser ϕ von 0,6 mm und einen Vorsprungsbetrag t von 0,8 mm von dem Masseelektrodenkörper 4a. Weil der Vorsprungsbetrag t der ersten Edelmetallspitze 41 von der Masseelektrode 4a so gesetzt ist, daß er nicht kleiner ist als 0,3 mm, besteht aufgrund von Wirbeln oder ähnlichem eine geringe Wahrscheinlichkeit, daß ein Flammenkern, der in dem Funkenentladungsspalt g, der zwischen der zweiten Edelmetallspitze 31 und der ersten Edelmetallspitze 41 gebildet ist, beim Wachsen des Flammenkerns in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper 4a kommt. Entsprechend ist das Wachstum des Flammenkerns beschleunigt, um so die Zündfähigkeit zu verbessern.
Die zweite Edelmetallspitze 31 weist einen Durchmesser ϕ von 0,55 mm auf. Wenn der Durchmesser von sowohl der ersten als auch der zweiten Edelmetallspitze 41 und 31 so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 0,8 mm, kann die Zündfähigkeit der Zündkerze effektiv verbessert werden. Weiterhin kann der Verschleißwiderstand der ersten Edelmetallspitze 41 vergrößert werden, weil der Durchmesser der ersten Edelmetallspitze 41 so gesetzt ist, daß er größer ist als der Durchmesser der zweiten Edelmetallspitze 31.
Weiterhin ist ein eingeschlossener Winkel von 20° zwischen den virtuellen Linien s1 und s2 gebildet, wenn eine virtuelle Linie s1 definiert ist als eine Linie parallel zur Axialrichtung und die Seitenkante des anderen Endes 41b auf der Stirnfläche 41a der ersten Edelmetallspitze 41 umfaßt, während eine virtuelle Linie s2 definiert ist als eine Linie, die die Seitenkante des anderen Endes 41b mit einem Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche 45 des Masseelektrodenkörpers 4a und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a verbindet. Weiterhin ist ein eingeschlossener Winkel von 45° zwischen den virtuellen Linien s3 und s4 gebildet, wenn eine virtuelle Linie s3 definiert wird als eine Linie parallel zur Axialrichtung und die Seitenkante des anderen Endes 31b auf der Stirnfläche 31a der zweiten Edelmetallspitze 31 umfaßt, während eine virtuelle Linie s4 definiert ist als eine Linie, die die Seitenkante des anderen Endes 31b sowie eine Tangente zum Isolator umfaßt. Sei θ1 der eingeschlossene Winkel zwischen den virtuellen Linien s1 und s2. Sei θ2 der eingeschlossene Winkel zwischen den virtuellen Linien s3 und s4. Wenn die eingeschlossenen Winkel θ1 und θ2 die Beziehung θ1 + θ2 ≤ 93° in der zuvor erwähnten Weise erfüllen, ist es möglich, die Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers 4a (die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes in Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes 41b der Stirnfläche 41a der ersten Edelmetallspitze 41 angeordnet ist) und die Kontaktfläche des Isolators 2 (die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes in Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes 31b in der Stirnfläche 31a der zweiten Edelmetallspitze 31) zu reduzieren. Entsprechend kann die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern beim Wachsen in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper 4a oder dem Isolator 2 kommt, zufriedenstellend verringert werden und der Flammenkern kann effizient wachsen. Auf diese Weise ist Zündfähigkeit weiter verbessert.
Weiterhin kann, wenn der eingeschlossene Winkel θ1 zwischen den virtuellen Linien s1 und s2 so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 45°, besser verhindert werden, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper 4a der Masseelektrode 4 kommt, welche in der Innenseite der Verbrennungskammer (oder weiter innen gelegen) in Bezug auf die Mittenelektrode 3 angebracht ist. In Konsequenz kann der Flammenkern effizienter wachsen, so daß Zündfähigkeit weiter verbessert ist.
Wie in 2 gezeigt, ist der Schnittpunkt 4b zwischen der Innenumfangsfläche 45 des Masseelektrodenkörpers 4a und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a gegenüber einem sich verjüngenden Bereich 32 der Mittenelektrode 3 angeordnet. Aus diesem Grunde kann die Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers 4a (die auf der Seite des Bereichs des anderen Endes in Bezug auf die Seitenkante des anderen Endes 41b auf der Stirnfläche 41a der ersten Edelmetallspitze 41 angeordnet ist) weiter reduziert werden, so daß der Flammenkern effizient wachsen kann. Entsprechend ist die Zündfähigkeit mehr verbessert.
Wie in 3 gezeigt, beträgt die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a etwa 0,29 mm. Wenn die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a auf nicht kleiner als 0,25 mm in der zuvor erwähnten Weise gesetzt ist, kann ein Raum zur Bildung eines geschmolzenen Bereiches 43 durch Laserschweißen ausreichend zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a gesichert werden, so daß die erste Edelmetallspitze 41 und der Masseelektrodenkörper 4a aneinander fest gebondet werden können.
Der geschmolzene Bereich 43 ist so geformt, daß er sich zu der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a erstreckt. Entsprechend kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und dem Masseelektrodenkörper 4a maximiert werden, wenn der eingegrenzte Raum zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a höchst effektiv für die Bildung des geschmolzenen Bereiches 43 verwendet ist.
Die kürzeste Distanz D2 zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und einem Bereich P1 des geschmolzenen Bereiches 43, welcher Bereich P1 nächstgelegen zu einem Ende 42 des Masseelektrodenkörpers 4a ist, etwa 1,0 mm. Die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und dem Masseelektrodenkörper 4a kann als Ganzes in dem begrenzten Raum zur Bildung des geschmolzenen Bereiches 43 verbessert werden, wenn die kürzeste Distanz D2 so gesetzt ist, daß sie größer ist als die kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze 41 und der Fläche des anderen Endes 44 des Masseelektrodenkörpers 4a, das heißt D2 > D2. Um solch einen Effekt ausreichend zu erzielen, ist in dieser Ausführungsform D2 so gesetzt, daß D2 nicht kleiner ist als zweimal so groß wie D1.
Als nächstes wird Ausführungsform 2 der Erfindung unter Bezugnahme auf 4 beschrieben. Die Zündkerze entsprechend Ausführungsform 2 ist verschieden von der Zündkerze 100 entsprechend Ausführungsform 1 hauptsächlich hinsichtlich der Form des Masseelektrodenkörpers 4a. Entsprechend werden hauptsächlich sich von Zündkerze 100 der Ausführungsform 1 unterscheidende strukturelle Teile beschrieben werden, während die Beschreibung über die gleichen strukturellen Teile wie in der Zündkerze 100 unterlassen oder vereinfacht wird.
Ähnlicher zu Zündkerze 100 weist die Zündkerze entsprechend Ausführungsform 2 eine zylindrische Metallhülse 1, einen Isolator 2, eine Mittenelektrode 3 und eine Masseelektrode 204 auf. Der Isolator 2 ist in die Metallhülse 1 so eingepaßt, daß ein Stirnbereich des Isolators 2 von der Metallhülse 1 herausragt. Die Mittenelektrode 3 ist innerhalb des Isolators 2 bereitgestellt, während eine zweite Edelmetallspitze 31 von dem Isolator 2 herausragt. Die Masseelektrode ist gegenüber einer Stirnfläche der zweiten Edelmetallspitze 31 (der Mittenelektrode 3) angeordnet. Die Masseelektrode weist einen aus INCONEL 600 gefertigten Masseelektrodenkörper 204a auf. Wie in 4 gezeigt, ist eine erste Edelmetallspitze 241 in dem Bereich des anderen Endes der Masseelektrode bereitgestellt. Die erste Edelmetallspitze 241 ist wie folgt gebildet. Eine scheibenförmige oder säulenförmige Edelmetallspitze ist in einer vorbestimmten Position des Masseelektrodenkörpers 204a bereitgestellt und durch Laserschweißen fixiert. Auf diese Weise ist die erste Edelmetallspitze 241 gebildet. Elektronenstrahlschweißen, Widerstandsschweißen oder ähnliches können als andere fixierende Verfahren als Laserschweißen verwendet werden. Die erste Edelmetallspitze 241 ist aus einem Metall, das Pt, Ir und W als Hauptkomponenten umfaßt, gefertigt. Speziell, umfassen Beispiele des Metalls: Pt-Legierungen wie Pt-20 Gew.-% Ni und Pt-20 Gew.-% Rh; und Ir-Legierungen wie Ir-5 Gew.-% Pt und Ir-20 Gew.-% Rh.
Der Masseelektrodenkörper 204a weist ein Paar von Schrägen (Fasen) 246 auf, die in einem Eckbereich (äquivalent zu einem Eckbereich in Ausführungsform 1) zwischen jeder der gegenüberliegenden Seitenflächen 247 des Masseelektrodenkörpers 204a und der Fläche des anderen Endes 244 des Masseelektrodenkörpers 204a gebildet sind. Die kürzeste Distanz D3 zwischen der Schräge 246 und der ersten Edelmetallspitze 241 beträgt etwa 0,27 mm. Andererseits ist die kürzeste Distanz D1 zwischen der Fläche des anderen Endes 244 des Masseelektrodenkörpers 204a und der Edelmetallspitze 241 etwa 0,29 mm. Wenn die Schräge 246 die Beziehung D3 < D1 erfüllt, und in dem Masseelektrodenkörper 204a bereitgestellt ist, kann eine Kontaktfläche des Masseelektrodenkörpers 204a in der Nähe der ersten Edelmetallspitze 241 weiter reduziert werden, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß der Flammenkern in Kontakt mit dem Masseelektrodenkörper 204a kommt, effektiver verringert werden.
Weiterhin ist ein Raum für die Bildung eines geschmolzenen Bereiches 243 durch Laserschweißen ausreichend zwischen der ersten Edelmetallspitze 241 und der Schräge 246 gesichert, so daß die erste Edelmetallspitze 241 und der Masseelektrodenkörper 204a aneinander fest gebondet werden können, wenn die kürzeste Distanz D3 zwischen der ersten Edelmetallspitze 241 und der Schräge 246 nicht kleiner ist als 0,25 mm.
Der geschmolzene Bereich 243 so geformt, daß er sich zu der Schräge 246 erstreckt. Entsprechend kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze 241 und dem Masseelektrodenkörper 204a maximiert werden, wenn der begrenzte Raum zwischen der ersten Edelmetallspitze 241 und der Schräge 246 aufs Effektivste verwendet wird, um den geschmolzenen Bereich 243 zu bilden.
Die kürzeste Distanz D2 zwischen der ersten Edelmetallspitze 241 und einem Bereich P1 des geschmolzenen Bereichs 243, welcher Bereich P1 nächstgelegen zu einem Ende (nicht gezeigt) des Masseelektrodenkörpers 204a ist, beträgt 1,0 mm. Wenn die kürzeste Distanz D2 so gesetzt ist, daß sie größer ist als die kürzeste Distanz D3 zwischen der Schräge 246 und der ersten Edelmetallspitze 241, das heißt D2 > D3, kann die Bondingstärke zwischen der ersten Edelmetallspitze 241 und dem Masseelektrodenkörper 204a als Ganzes verbessert werden in dem eingeschränkten Raum zur Bildung des geschmolzenen Bereiches 243. Um solch einen Effekt ausreichend zu erzielen, ist D2 so gesetzt, daß es nicht kleiner ist als zweimal so groß wie D3. In dieser Ausführung ist der Bereich P1 in der Mitte der Innenumfangsfläche 45 des Masseelektrodenkörpers 4a angeordnet, kann aber auch mit Abstand von der Mitte angeordnet werden.
Beispiel 1
Um die Wirkung der Erfindung zu bestätigen, wurden verschiedene Tests wie folgt ausgeführt.
Verschiedene Proben der Zündkerze mit der Form wie in 1 und 2 gezeigt, wurden wie folgt präpariert. Als Erstes wurden gesinterte Aluminakeramik, INCONEL 600, Ir-20 Gew.-% Rh und Pt-20 Gew.-% Ni gewählt als Materialien: des Isolators 2, des Mittenelektrodenkörpers 3a, der Mittenelektrode 3, der zweiten Edelmetallspitze 31 und der ersten Edelmetallspitze 41. Die erste Edelmetallspitze 41 war in der Form einer Säule mit einer Höhe t von 0,8 mm und einem Durchmesser ϕ von 0,6 mm geformt.
Nachdem die Winkel θ1 und θ2 in 2 wie in Tabelle 1 gesetzt waren, wurde die Zündkerze 100 in einem Sechszylinder DOHC-Benzinmotor mit 2000 cm³ (cc) Hubraum angebracht. Ein Zündfähigkeitstest wurde durchgeführt, während der Motor in Leerlauf war (bei einer Maschinendrehzahl von 700 UPM (rpm)). In diesem Test wurde der Wert von A/F (Luft-Brennstoff), der gemessen wurde, wenn ein HC-Spike zehnmal pro drei Minuten unter der zuvor erwähnten Motorbedingung auftrat, als eine Zündgrenze angesehen, um die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 zu untersuchen. Entsprechend diesem Test wurde bereits herausgefunden, daß Hydrokarbon (HC) erzeugt wird, wenn der Motor Fehlzündung aufweist. Aus diesem Grunde kann der Wert von A/F, der gemessen ist, wenn ein HC-Spike in einer vorbestimmten Zahl von Häufigkeit aufgetreten ist, als Zündgrenze angesehen werden. Die Proben, die ein A/F von nicht kleiner als 18 zeigen, sind mit ”OO” markiert, die Proben, die ein A/F von nicht kleiner als 17,5 und kleiner als 18 zeigen, sind markiert als ”o”, die Proben, die ein A/F von nicht kleiner als 17 und kleiner als 17,5 zeigen, sind mit ”Δ” markiert, und die Proben, die ein A/F von kleiner als 17 zeigen, sind mit ”x” markiert. Ergebnisse der Tests sind auch in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1

No. θ1 θ2 θ1 + θ2 Zündfähigkeit

A 5 45 50 OO

B 20 45 65 o

C 45 35 80 o

D 50 35 85 o

E 45 45 90 Δ

F 45 48 93 Δ

G 45 50 95 X

H 60 45 105 X
Wie in Tabelle 1 gezeigt, war der A/F nicht kleiner als 17 in jeder von Probe A (θ1 + θ2 = 50°), Probe B (θ1 + θ2 = 65°), Probe C (θ1 + θ2 = 80°), Probe D (θ1 + θ2 = 85°), Probe E (θ1 + θ2 = 90°) und Probe F (θ1 + θ2 = 93°), während der A/F kleiner als 17 war in jeder von Probe G (θ1 + θ2 = 95°) und Probe H (θ1 + θ2 = 105°). Wenn der Wert von θ1 + θ2 so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 93°, liegt gute Zündfähigkeit vor. Weiterhin war der A/F in jeder der Proben A, B, C und D nicht kleiner als 17,5. Wenn der Wert von θ1 + θ2 so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 85°, ist Zündfähigkeit verbessert. Außerdem war der A/F in Probe A nicht kleiner als 18. Wenn der Wert von θ1 + θ2 so gesetzt ist, daß er nicht größer ist als 50°, ist effiziente und exzellente Zündfähigkeit erreicht.
Ähnlich zu Beispiel 1 wurden verschiedene Proben der Zündkerze mit der wie in 1 und 2 gezeigten Form, wie folgt präpariert. Speziell wurden gesinterte Aluminakeramik, INCONEL 600, IR-20 Gew.-% Rh und Pt-20 Gew.-% Ni als die Materialien gewählt von: dem Isolator 2, dem Mittenelektrodenkörper 3a der Mittenelektrode 3, der zweiten Edelmetallspitze 31 und der ersten Edelmetallspitze 41. Die erste Edelmetallspitze 41 war in der Form einer Säule mit einer Höhe t von 0,8 mm und einem Durchmesser ϕ von 0,6 mm geformt.
Nachdem die Winkel θ1 und θ2 in 2 gesetzt waren, wie in Tabelle 2 gezeigt, wurde die Zündkerze 100 in einem Sechszylinder DOHC-Benzinmotor mit 2000 cm³ (cc) Hubraum angebracht. Ein Zündfähigkeitstest wurde in der gleichen Weise wie in Beispiel 1 durchgeführt, während der Motor in Leerlauf war (bei einer Maschinendrehzahl von 700 UPM (rpm)). In diesem Test wurde der Wert von A/F (Luft-Brennstoff), der gemessen wird, wenn ein HC-Spike zehnmal pro drei Minuten unter den zuvor erwähnten Maschinenbedingungen auftrat, als eine Zündgrenze angesehen, um die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 zu untersuchen. Die Proben, die ein A/F von nicht kleiner als 18 aufweisen, sind mit ”OO” markiert, und die Proben, die ein A/F von nicht kleiner als 17,5 und kleiner als 18 aufweisen, sind mit ”o” markiert. Ergebnisse der Tests sind in Tabelle 2 gezeigt. Tabelle 2

No. θ1 θ2 θ1 + θ2 Zündfähigkeit

D 50 35 85 o

I 45 40 85 OO

J 40 45 85 OO
Entsprechend Tabelle 2 war das A/F in jeder der Proben von Probe I(θ1 = 45° und θ2 = 40°) und Probe J (θ1 = 40° und θ2 = 45°) nicht kleiner als 18, während das A/F in Probe D (θ1 = 50° und θ2 = 35°) nicht kleiner als 17,5 und kleiner als 18 war. Wenn θ1 so gesetzt ist, daß es nicht größer ist als 45°, ist effiziente und exzellente Zündfähigkeit erreicht. Die Erfindung ist nicht auf die spezifischen Ausführungsformen eingeschränkt. Verschiedene Veränderungen können in Übereinstimmung mit Zwecken und Anwendungen innerhalb des Gedankens und des Bereiches der Erfindung gemacht werden. Zum Beispiel ist die Mittenelektrode in der erfindungsgemäßen Zündkerze 100 nicht auf die Mittenelektrode 3, die mit der zweiten Edelmetallspitze 31 versehen ist, eingeschränkt. Das heißt, sie kann durch eine Mittenelektrode 3 ersetzt werden, die nicht mit einer zweiten Edelmetallspitze 31 versehen ist.
In der beschriebenen Zündkerze 100 hat jede der Mittenelektrode 3 und der Masseelektrode 4 nur einen Elektrodenkörper. Die Erfindung ist nicht hierauf eingeschränkt. Zum Beispiel kann die Mittenelektrode 3 als eine Mittenelektrode gebildet sein, welche einen Elektrodenkörper, der als ihre Oberfläche oder Hüllfläche ausgeführt ist, und einen Metallkern hat, der in die Innenseite des Elektrodenkörpers eingefügt ist. In ähnlicher Weise kann die Masseelektrode 4 als eine Masseelektrode gebildet sein, die einen als ihre Oberfläche oder Hüllfläche gebildeten Elektrodenkörper hat und einen Metallkern, der in die Innenseite des Elektrodenkörpers eingefügt ist. In diesem Fall kann der Metallkern aus einem Metall wie Cu, Ag etc. oder einer Legierung von Cu, Ag, etc. gefertigt sein.

Claims

Zündkerze (100) umfassend: einen Isolator (2) mit einer axialen Ausnehmung (6), die in einer axialen Richtung (O) entlang einer Achse der Zündkerze gebildet ist; eine Mittenelektrode (3), die in der axialen Ausnehmung des Isolators (6) angeordnet ist; eine Metallhülse (1), die so geformt ist, dass sie den Isolator (2) umgibt; und eine Masseelektrode (4), welche einen Masseelektrodenkörper (4a), dessen eines Ende (42) mit der Metallhülse (1) verbunden ist, und eine erste Edelmetallspitze (41) umfasst, die im Bereich des anderen Endes (44) des Masseelektrodenkörpers (4a) gebildet ist, wobei: eine Distanz t in der axialen Richtung (O) zwischen einer Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) und einer Innenumfangsfläche (45) des Masseelektrodenkörpers (4a) nicht kleiner ist als 0,3 mm; dadurch gekennzeichnet, dass eine Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) gegenüber einer Stirnfläche (31a) einer zweiten Edelmetallspitze (31) der Mittenelektrode (3) angeordnet ist, so dass die Zündkerze eine Beziehung θ1 + θ2 ≤ 93° erfüllt, wobei θ1 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s1 und s2 ist, θ2 ein eingeschlossener Winkel zwischen virtuellen Linien s3 und s4 ist, s1 definiert ist als eine Linie, welche sich parallel zu der axialen Richtung (O) erstreckt und in einer an die Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) grenzenden Seitenfläche enthalten ist, s2 definiert ist als eine Linie, welche eine Seitenkante (41b) der Stirnfläche (41) der ersten Edelmetallspitze (41) dort, wo die Seitenfläche an die Stirnfläche (41a) grenzt, mit einem Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche (45) des Masseelektrodenkörpers (4a) und der Endfläche am anderen Ende (44) des Masseelektrodenkörpers (4a) verbindet, s3 definiert ist als eine Linie, welche sich parallel zur der axialen Richtung (O) erstreckt und in einer an die Stirnfläche (31a) der zweiten Edelmetallspitze (31) grenzenden Seitenfläche enthalten ist, und s4 definiert ist als eine Linie, welche von der Seitenkante (31b) dort, wo die Seitenfläche an die Stirnfläche (31a) der zweiten Edelmetallspitze (31) der Mittenelektrode (3) grenzt, ausgeht und tangential zu dem Isolator verläuft.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, wobei der eingeschlossene Winkel θ1 zwischen den virtuellen Linien s1 und s2 eine Beziehung θ1 ≤ 45° erfüllt.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: die Mittenelektrode (3) eine zweite Edelmetallspitze (31) umfaßt, die eine Säulenform aufweist und an einer Stirn der Mittenelektrode (31a) gebildet ist; und die erste Edelmetallspitze Säulenform aufweist, wobei ein Durchmesser der ersten Edelmetallspitze (41) auf einer Stirnfläche (41a) der ersten Edelmetallspitze (41) größer ist als ein Durchmesser der zweiten Edelmetallspitze (31) an einer Stirnfläche (31a) der zweiten Edelmetallspitze (31) und nicht größer ist als 0,8 mm.
Zündkerze (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Mittenelektrode (3) einen sich verjüngenden Bereich (32) mit einem in Richtung einer Spitze des sich verjüngenden Bereiches (32) reduzierten Durchmesser umfaßt; und ein Schnittpunkt zwischen der Innenumfangsfläche (45) des Masseelektrodenkörpers (4a) und der Endfläche (44) am anderen Ende (44) des Masseelektrodenkörpers (4a), gesehen in dem Schnitt, dem sich verjüngenden Bereich gegenüberliegend angeordnet ist.
Zündkerze (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: die Masseelektrode (4) weiterhin einen geschmolzenen Bereich (43) zwischen der ersten Edelmetallspitze und dem Masseelektrodenkörper umfaßt; und die erste Edelmetallspitze an den Masseelektrodenkörper lasergeschweißt ist, so daß der geschmolzene Bereich in einer Konfiguration gebildet ist, daß eine kürzeste Distanz D1 zwischen der ersten Edelmetallspitze und der Fläche des anderen Endes (44) des Masseelektrodenkörpers nicht kleiner ist als 0,25 mm.
Zündkerze (100) nach Anspruch 5, wobei der geschmolzene Bereich (43) sich zur Endfläche (44) des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers (4a) erstreckt.
Zündkerze (100) nach Anspruch 5 oder 6, wobei die kürzeste Distanz D1 eine Beziehung D2 > D1 erfüllt, wobei D2 eine kürzeste Distanz zwischen der ersten Edelmetallspitze (41) und einem ersten Bereich (P1) des geschmolzenen Bereiches ist, wobei der erste Bereich (P1), gesehen auf die Innenumfangsfläche (45) des Masseelektrodenkörpers (4a), dem einen Ende (42) des Masseelektrodenkörpers (4a) nächstgelegen ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 7, wobei D2 nicht kleiner ist als ein zweifaches von D1.
Zündkerze (100) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei: der Masseelektrodenkörper (204a) eine Schräge (246) aufweist, die in einem Eckbereich zwischen einer von einander gegenüberliegenden Seitenflächen (247) des Masseelektrodenkörpers (204a) und der Endfläche (244) des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers (204a) gebildet ist; und der Masseelektrodenkörper (204a) eine Beziehung D3 < D1 erfüllt, in welcher D3 eine kürzeste Distanz zwischen der ersten Edelmetallspitze (241) und der Schräge (246) ist, und D1, gesehen auf die Innenumfangsfläche (245) des Masseelektrodenkörpers (204a), eine kürzeste Distanz zwischen der Endfläche (244) des anderen Endes des Masseelektrodenkörpers (204a) und der ersten Edelmetallspitze (241) ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 9, wobei: die Masseelektrode (204) weiterhin einen geschmolzenen Bereich (243) zwischen der ersten Edelmetallspitze (241) und dem Masseelektrodenkörper (204a) umfaßt; und die erste Edelmetallspitze (241) an den Masseelektrodenkörper (204a) lasergeschweißt ist, so daß der geschmolzene Bereich (243) in einer Konfiguration gebildet ist, daß eine kürzeste Distanz D3 zwischen der ersten Edelmetallspitze (241) und der Schräge (246) nicht kleiner ist als 0,25 mm.
Zündkerze (100) nach Anspruch 9 oder 10, wobei der geschmolzene Bereich (243) sich zur Schräge (246) hin erstreckt.
Zündkerze (100) nach einem der Ansprüche 9 bis 11, wobei die kürzeste Distanz D3 eine Beziehung D2 > D3 erfüllt, wobei D2 eine kürzeste Distanz zwischen der ersten Edelmetallspitze (241) und einem ersten Bereich (P1) des geschmolzenen Bereiches (243) ist, wobei der erste Bereich (P1), gesehen auf die Innenumfangsfläche (245) des Masseelektrodenkörpers (204a), dem einen Ende des Masseelektrodenkörpers (204a) nächstgelegen ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 12, wobei D2 nicht kleiner ist als ein zweifaches von D3.
Zündkerze (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die erste Edelmetallspitze eine aus der aus einer Pt-Ni-Legierung, einer Pt-Rh-Legierung und einer Pt-Rh-Ni-Legierung bestehenden Gruppe ausgewählte Legierung enthält.