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Die
vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Verbrennungskraftmaschie.
Sie betrifft im Allgemeinen Zündkerzen
für eine
Verwendung in Kraftfahrzeugen oder Systemen für eine gleichzeitige Erzeugung
bzw. Kraft-Wärme-Kopplung-Systemen. Genauer
gesagt betrifft die Erfindung einen verbesserten Aufbau einer Zündkerze,
die eine Vielzahl von Mittelelektroden aufweist. Der verbesserte
Aufbau der Zündkerze
stellt eine hohe Leistungsfähigkeit
der Zündkerze
für eine
Zündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches
und eine ausreichende Stärke
von Massenelektroden der Zündkerze
sicher.
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Herkömmliche
Zündkerzen
für eine
Verwendung in Verbrennungskraftmaschinen umfassen im Allgemeinen
einen rohrförmige
Metallmantel, eine Isoliereinrichtung bzw. einen Isolator, eine
Mittelelektrode und eine Massenelektrode.
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Der
Metallmantel weist einen Außengewindeabschnitt
zur Befestigung der Zündkerze
in einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine auf. Die Isoliereinrichtung
weist eine Mittelbohrung auf, die darin ausgebildet ist, und ist
in dem metallischen Mantel derart befestigt, dass ein zugehöriges Ende von
einem Ende des Metallmantels herausragt. Die Mittelelektrode ist
in der Mittelbohrung der Isoliereinrichtung derart gesichert, dass
ein zugehöriges
Ende von dem Ende der Isoliereinrichtung hervorragt. Die Massenelektrode
weist eine Seitenfläche
auf und ist mit dem Ende des Metallmantels auf eine derartige Weise
verbunden, dass die zugehörige
Seitenfläche dem
Ende der Mittelelektrode gegenüberliegt
und davon beabstandet ist, so dass ein Elektrodenabstand beziehungsweise
eine Funkenstrecke dazwischen gebildet ist.
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In
jüngster
Zeit ist eine Vergrößerung von Komprimierungsverhältnissen
von Verbrennungskraftmaschinen zum Zwecke einer Vergrößerung einer
Leistungsausgabe und einer Verbesserung der Kraftstoffeinsparungen
verfolgt worden. Zur gleichen Zeit kann jedoch eine derartige Vergrößerung des Komprimierungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine ein Klopfen der Kraftmaschine verursachen,
was Vibrationen und eine Beschädigung
bei der Kraftmaschine zur Folge hat.
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Ein
möglicher
Weg zur Vermeidung des Kraftmaschinenklopfens ist, die Verbrennung
in einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine zu beschleunigen,
um den Verbrennungszyklus der Kraftmaschine abzuschließen, bevor
das Kraftmaschinenklopfen auftritt.
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Es
ist bekannt, dass eine Bereitstellung einer Vielzahl von separaten
Zündfunken
bei der Verbrennungskammer, anders ausgedrückt einer Initiierung der Verbrennung
bei einer Vielzahl von beabstandeten Punkten in der einzelnen Verbrennungskammer Wirkung
zeigt. Durch eine gleichzeitige Bereitstellung von mehr als einem
Zündfunken
kann die Zeit, die für eine
Ausbreitung der Flamme über
die Verbrennungskammer erforderlich ist, in großem Umfang verringert werden,
wodurch die Verbrennung auf wirksame Weise beschleunigt wird.
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Um
eine Vielzahl separater Zündfunken
bei einer einzelnen Verbrennungskammer bereitzustellen, ist in der
japanischen ungeprüften
Patentveröffentlichung
JP 57-193 777 A beispielsweise
eine Zündkerze
offenbart, die eine Vielzahl von Mittelelektroden aufweist.
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Demgegenüber kann
eine Vergrößerung des Komprimierungsverhältnisses
einer Verbrennungskraftmaschine, wie es vorstehend beschrieben ist, ebenso
eine Vergrößerung der
erforderlichen Zündspannung
(das heißt
der elektrischen Spannung, die für
eine Funkenbildung erforderlich ist) einer Zündkerze, die für die Kraftmaschine
verwendet wird, verursachen.
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Eine
derartige Vergrößerung der
erforderlichen Zündspannung
bedeutet, dass es für
die Zündkerze
schwierig wird, Zündfunken
in einer Funkenstrecke der Zündkerze
zu erzeugen. Somit können an
Stelle normaler Zündfunken,
die in der Funkenstrecke erzeugt werden, ”Nebenzündfunken” erzeugt werden.
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Die
Nebenzündfunken
sind Zündfunken,
die von einer Mittelelektrode der Zündkerze entlang der Außenfläche der
Isoliereinrichtung kriechen und zu dem Metallmantel der Zündkerze
fliegen. Genauer gesagt fliegen die Nebenzündfunken über eine Lufttasche oder einen
Atmungsraum, die zwischen der Außenfläche der Isoliereinrichtung
und der Innenfläche
des Metallmantels gebildet ist, wobei somit Kraftmaschinenfehlzündungen
die Folge sind. Dementsprechend wird, wenn Nebenzündfunken
erzeugt werden, die Leistung der Kraftmaschine abfallen.
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Außerdem hat
der aktuelle Bedarf nach einer höheren
Leistungsausgabe einer Verbrennungskraftmaschine eine Vergrößerung der
Größen von
Einlass- und Auslassventilen für
die Kraftmaschine und eine Sicherstellung eines Wasserkühlmantels
zur Kühlung
der Kraftmaschine erforderlich gemacht. Als Folge ist es für eine für die Kraftmaschine
zur verwendende Zündkerze,
die eine Vielzahl von Mittelelektroden aufweist, erforderlich, eine
begrenzte Größe zu haben,
die nicht größer als
die einer herkömmlichen
Zündkerze
ist, die lediglich eine Mittelelektrode aufweist.
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Diese
Begrenzung in der Größe der Zündkerze,
die sogar noch mehr als eine Mittelelektrode aufweist, macht eine
Verkleinerung einer Lufttaschengröße bzw. Atmungsraumgröße der Zündkerze erforderlich;
die Lufttaschengröße ist hierbei
als die minimale Entfernung zwischen der Innenfläche des Metallmantels und der
Außenfläche der
Isoliereinrichtung auf einer Referenzebene definiert, die das Ende
des Metallmantels umfasst.
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Zusätzlich zu
der Vergrößerung der
erforderlichen Zündspannung
der Zündkerze,
wie es vorstehend beschrieben ist, kann jedoch die verkleinerte Lufttaschengröße der Zündkerze
ebenso Nebenzündfunken
in der Zündkerze
verursachen.
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Folglich
ist es erforderlich, die Lufttaschengröße der Zündkerze unter der Begrenzung
der Größe der Zündkerze über einer
bestimmten Stufe zu halten, um eine Erzeugung von Nebenzündfunken
zu verhindern.
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Man
kann zum Zwecke der Sicherstellung der Lufttaschengröße der Zündkerze
eine Vergrößerung der
Innenfläche
des Metallmantels in Betracht ziehen, so dass sie mit der Außenfläche derselben konzentrisch
ist. Dies hat jedoch eine Verkleinerung der Wanddicke des Metallmantels
bei dem zugehörigen
Ende zur Folge, so dass lediglich solche Massenelektroden, die dünn sind
und eine kleine Querschnittsfläche
aufweisen, mit dem Ende des Metallmantels verbunden werden können. Folglich
wird es unmöglich,
eine ausreichende Stärke
der Massenelektroden sicherzustellen.
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Des
Weiteren wird, da die Innenfläche
des Metallmantels der Zündkerze
im Vergleich mit der einer herkömmlichen Zündkerze,
die die gleiche Größe und den
gleichen thermischen Wert aufweist, das Volumen der Lufttasche,
die zwischen der Außenfläche der
Isoliereinrichtung und der Innenfläche des Metallmantels gebildet
wird, dementsprechend vergrößert. Somit
strömt
eine beträchtliche
Menge von Verbrennungsgas in die Lufttasche, wodurch mehr Wärme zu der
Zündkerze übertragen
wird. Als Folge steigt die Temperatur des Endabschnitts der Zündkerze,
der in der Verbrennungskammer angeordnet ist, entsprechend an, was
eine Vorzündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches und einen Leistungsabfall der Kraftmaschine
zur Folge hat.
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In
der
FR 2 188 915 A5 ist
eine Zündkerze
für eine
Verbrennungskraftmaschine beschrieben, die einen rohrförmigen Metallmantel,
der eine Achse aufweist, wobei der Metallmantel ebenso einen ersten Endabschnitt,
der in einer Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine
anzuordnen ist, und einen zweiten Endabschnitt aufweist, der entgegengesetzt
zu dem ersten Endabschnitt ist, eine zylindrische Isoliereinrichtung,
die in dem Metallmantel befestigt ist, wobei die Isoliereinrichtung
ein erstes Ende, das außerhalb
des ersten Endabschnitts des Metallmantels offengelegt ist, und
ein zweites Ende aufweist, das entgegengesetzt zu dem ersten Ende
ist, wobei die Isoliereinrichtung ebenso eine Vielzahl von darin
ausgebildeten Bohrungen aufweist, die sich von dem ersten Ende zu
dem zweiten Ende der Isoliereinrichtung erstrecken, und eine Vielzahl
von Mittelelektroden umfasst, die jeweils in einer der Bohrungen
in der Isoliereinrichtung gehalten werden, wobei die Mittelelektroden
jeweils eine Achse aufweisen.
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In
der
US 1 560 512 A ist
eine Zündkerze
beschrieben, die einen Metallmantel, eine Vielzahl von dickwandigen
Abschnitten, die in dem ersten Endabschnitt des Metallmantels ausgebildet
sind, und eine Vielzahl von dünnwandigen
Abschnitten umfasst, die in dem ersten Endabschnitt des Metallmantels
ausgebildet sind, wobei jeder der dünnwandigen Abschnitte eine
Innenfläche
aufweist, die in einem Winkelbereich nach außen vertieft ist, der einen Schnittpunkt
der Innenfläche
mit einer Referenzlinie umfasst, wobei die Referenzlinie definiert
ist, sich von der Achse des Metallmantels durch die Achse zweier Elektroden
im Isolator auf einer Referenzebene zu erstrecken, die definiert
ist, sich senkrecht zu der Achse des Metallmantels durch einen Innenrand
des ersten Endabschnitts des Metallmantels zu erstrecken.
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Es
ist eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze
bereitzustellen, die eine Vielzahl von Mittelelektroden und einen
verbesserten Aufbau aufweist; der verbesserte Aufbau verhindert eine
Erzeugung von Nebenzündfunken
in der Zündkerze,
ohne die Stärke
der Massenelektroden der Zündkerze
zu opfern.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Zündkerze gemäß Patentanspruch
1 gelöst.
Vorteilhafte Weiterentwicklungen sind in abhängigen Patentansprüchen angegeben.
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Erfindungsgemäß ist eine
Zündkerze
bereitgestellt, die einen rohrförmigen
Metallmantel, eine zylindrische Isoliereinrichtung bzw. einen zylindrischen
Isolator, eine Vielzahl von Mittelelektroden, eine Vielzahl von
dickwandigen Abschnitten, eine Vielzahl von Massenelektroden und
eine Vielzahl von dünnwandigen
Abschnitten umfasst.
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Der
rohrförmige
Metallmantel weist eine Achse auf; er weist ebenso einen ersten
Endabschnitt, der in einer Verbrennungskammer einer Verbrennungskraftmaschine
anzuordnen ist, und einen zweiten Endabschnitt auf, der entgegengesetzt zu
dem ersten Endabschnitt ist.
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Die
zylindrische Isoliereinrichtung ist bei dem Metallmantel befestigt.
Die Isoliereinrichtung weist ein erstes Ende, das außerhalb
des ersten Endabschnitts des Metallmantels offengelegt ist, und ein
zweites Ende auf, das entgegengesetzt zu dem ersten Ende ist; sie
weist ebenso eine Vielzahl von darin ausgebildeten Bohrungen auf,
die sich von dem ersten Ende zu dem zweiten Ende der Isoliereinrichtung
erstrecken.
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Die
Vielzahl von Mittelelektroden wird jeweils in einer der Bohrungen
in der Isoliereinrichtungen gehalten; jede der Mittelelektroden
weist eine Achse auf.
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Die
Vielzahl von dickwandigen Abschnitten ist in dem ersten Endabschnitt
des Metallmantels ausgebildet; die Vielzahl von Massenselektroden
ist jeweils mit einem der Vielzahl von dickwandigen Abschnitten
verbunden.
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Die
Vielzahl von dünnwandigen
Abschnitten ist ebenso bei dem ersten Endabschnitt des Metallmantels
ausgebildet. Jeder der dünnwandigen
Abschnitte weist eine Innenfläche
auf, die nach außen
in einem Winkelbereich vertieft ist, der den Schnittpunkt der Innenfläche mit
einer Referenzlinie umfasst; die Referenzlinie ist definiert, sich
von der Achse des Metallmantels durch die Achse einer der Vielzahl
von Mittelelektroden auf einer Referenzebene zu erstrecken, die
definiert ist, sich senkrecht zu der Achse des Metallmantels durch
einen Innenrand des ersten Endabschnitts des Metallmantels zu erstrecken.
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Bei
einer herkömmlichen
Zündkerze,
die eine Vielzahl von Mittelelektroden aufweist, weist die Entfernung
zwischen des Metallmantels und der Isoliereinrichtung den minimalen Wert
auf einer Referenzlinie auf, die die gleiche Definition wie die
vorstehend definierte Referenzlinie der erfindungsgemäßen Zündkerze
aufweist; Nebenzündfunken
werden hauptsächlich
bei einer derartigen Stelle erzeugt, bei der die Entfernung zwischen
dem Metallmantel und der Isoliereinrichtung am kürzesten ist.
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Im
Vergleich mit herkömmlichen
Zündkerzen,
die eine Vielzahl von Mittelelektroden aufweisen, weist die erfindungsgemäße Zündkerze
die Vielzahl von dünnwandigen
Abschnitten auf, von denen jeder derart angeordnet ist, dass die
zugehörige
Innenfläche
die Referenzlinie schneidet, so dass die minimale Entfernung zwischen
dem Metallmantel und der Isoliereinrichtung auf der Referenzebene vergrößert wird.
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Es
ist zu bevorzugen, dass auf der Referenzebene die minimale Entfernung
zwischen dem Metallmantel und der Isoliereinrichtung in radialer
Richtung des Metallmantels in dem Bereich von 1,2 bis 1,6 mm liegt.
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Als
Ergebnis ist eine ausreichend große Lufttaschengröße bzw.
ein ausreichend großer
Atmungsraum der Zündkerze
sichergestellt; dadurch wird eine Erzeugung von Nebenzündfunken
verhindert.
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Ferner
ist in der erfindungsgemäßen Zündkerze
jede der Vielzahl von Massenelektroden mit einem der Vielzahl von
dickwandigen Abschnitten verbunden.
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Es
ist zu bevorzugen, dass jeder der dickwandigen Abschnitte des Metallmantels
eine Dicke aufweist, die größer oder
gleich 0,8 mm ist; es ist ebenso zu bevorzugen, dass jede der Massenelektroden
mit einem Teil eines der dickwandigen Abschnitte verbunden ist,
der auf der Referenzebene eine Linie schneidet, die sich durch die
Achse einer der Vielzahl von Mittelelektroden senkrecht zu der Referenzlinie
erstreckt, die durch die Achse der Mittelelektrode geht.
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Zusätzlich weist
gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung der Metallmantel einen ringförmigen Wulst oder eine ringförmige Rippe auf,
der sich von der Innenfläche
des Metallmantels nach Innen erstreckt und von dem ersten Endabschnitt
des Metallmantels beabstandet ist; alle dickwandigen Abschnitte
sind näher
bei der Achse des Metallmantels als der ringförmige Wulst des Metallmantels
ausgebildet.
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Als
Folge sind die Massenelektroden, die eine große Querschnittsfläche und
eine ausreichende Stärke
aufweisen, mit den dickwandigen Abschnitten verbunden, ohne die
Lufttaschengröße der Zündkerze
zu verringern.
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Folglich
weist die erfindungsgemäße Zündkerze
einen verbesserten Aufbau auf, der eine ausreichende Stärke der
Massenelektroden der Zündkerze
sicherstellt, während
eine Erzeugung vom Nebenzündfunken
der Zündkerze
verhindert wird, so dass die Leistungsfähigkeit der Zündkerze
zur Zündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches verbessert wird.
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Des
Weiteren ist es zu bevorzugen, dass in der erfindungsgemäßen Zündkerze
der erste Endabschnitt des Metallmantels eine Querschnittsfläche bei
der Referenzebene aufweist, die größer oder gleich 39,2 mm2 ist.
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Bei
einer Spezifizierung der Querschnittsfläche der Zündkerze, wie sie vorstehend
genannt ist, kann das Volumen der Lufttasche, die zwischen der Innenfläche des
Metallmantels und der Außenfläche der
Isoliereinrichtung gebildet wird, verringert werden, wodurch auf
zuverlässige
Weise eine Vorzündung
des Luft-Kraftstoff-Gemisches verhindert wird.
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Es
ist ebenso zu bevorzugen, dass in der erfindungsgemäßen Zündkerze
ein Abschnitt der Isoliereinrichtung, der durch den ersten Endabschnitt des
Metallmantels umgeben ist, eine minimale Dicke von Seitenwänden, die
die Vielzahl von Bohrungen in der Isoliereinrichtung bilden, in
dem Bereich von 0,5 bis 0,8 mm aufweist.
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Bei
einem Spezifizieren der minimalen Dicke der Isoliereinrichtung,
wie sie vorstehend genannt ist, kann die Isolierleistung der Isoliereinrichtung
(das heißt
die zugehörige
Durchschlagsspannung oder Stehspannung) sichergestellt werden.
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Außerdem ist
es ebenso zu bevorzugen, dass in der erfindungsgemäßen Zündkerze
jeder der Vielzahl von dünnwandigen
Abschnitten einen darin ausgebildeten Einschnitt aufweist.
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Der
Einschnitt wird durch ein Wegschneiden des dünnsten Teils des dünnwandigen
Abschnitts im Vorfeld ausgebildet, so dass ein Kollabieren oder Versagen
des ersten Endabschnitts des Metallmantels verhindert wird, wobei
es somit ermöglicht
wird, dass die Zündkerze
sanft in der Verbrennungskammer der Kraftmaschine befestigt oder
daraus entfernt wird.
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Zusätzlich kann
in der erfindungsgemäßen Zündkerze
eine Innenfläche
des ersten Endabschnitts des Metallmantels mit einer Vielzahl von kreisförmigen Bögen ausgebildet
sein. Genauer gesagt kann die Innenfläche des ersten Endabschnitts des
Metallmantels mit einer Vielzahl von kreisförmigen Bögen ausgebildet sein, von denen
jeder einen Mittelpunkt auf der Achse einer der Vielzahl von Mittelelektroden
aufweist, und einer Vielzahl von kreisförmigen Bögen ausgebildet sein, von denen
jeder einen Mittelpunkt auf der Achse des Metallmantels aufweist.
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Die
Innenfläche
des ersten Endabschnitts des Metallmantels kann ebenso mit einer
Ellipse, einem Vieleck oder einer Kombination einer Vielzahl von
kreisförmigen
Bögen und
einer Vielzahl von geraden Linien ausgebildet sein.
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Die
vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen
Beschreibung und der beigefügten
Zeichnung bevorzugter Ausführungsbeispiele
der Erfindung besser verständlich,
die jedoch nicht als Begrenzung der Erfindung auf die spezifischen
Ausführungsbeispiele
verstanden werden sollen, sondern nur zum Zwecke der Beschreibung
und des Verständnisses
dienen.
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Es
zeigen:
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1A eine
Teilquerschnittsseitenansicht, die einen Gesamtaufbau einer Zündkerze
gemäß einem
ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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1B eine
Endansicht der Zündkerze
gemäß 1A von
dem zugehörigen
unteren Ende,
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1C eine
Teilquerschnittsseitenansicht, die einen wesentlichen Teil der Zündkerze
gemäß 1 von der zugehörigen linken Seite zeigt,
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2 eine
vergrößerte Teilquerschnittsseitenansicht,
die zwei Funkenstrecken und ihre Umgebung in der Zündkerze
gemäß 1 zeigt,
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3 eine
Endansicht der Zündkerze
gemäß 1A,
wobei zugehörige
Massenelektroden von dem zugehörigen
Bodenende weggelassen sind,
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4 eine
graphische Darstellung, die Untersuchungsergebnisse bezüglich der
Beziehung zwischen einer Dicke einer Isoliereinrichtung der Zündkerze
gemäß 1A und
der Auftrittsrate eines dielektrischen Durchschlags der Zündkerze
zeigt,
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5 eine
graphische Darstellung, die Untersuchungsergebnisse bezüglich der
Beziehung zwischen einer Lufttaschengröße der Zündkerze gemäß 1A und
der Auftrittsrate von Nebenzündfunken
in der Zündkerze
zeigt,
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6A eine
Teilquerschnittsseitenansicht, die einen wesentlichen Teil einer
Zündkerze
gemäß einem
zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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6B eine
Querschnittsansicht entlang Linien A-A gemäß 6A,
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6C eine
erhöhte
Seitenansicht der Zündkerze
gemäß 6A von
der zugehörigen
linken Seite,
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7 eine
erhöhte
Seitenansicht, die einen wesentlichen Teil der Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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8 eine
erhöhte
Seitenansicht, die einen wesentlichen Teil einer Zündkerze
gemäß einem vierten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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9 eine
erhöhte
Seitenansicht, die einen wesentlichen Teil einer Zündkerze
gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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10 eine
Endansicht, die eine Zündkerze gemäß einem
sechsten Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Weglassen von zugehörigen Massenelektroden zeigt,
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11 eine
Endansicht, die eine Zündkerze gemäß einem
siebten Ausführungsbeispiel
der Erfindung unter Weglassen von zugehörigen Massenelektroden zeigt,
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12A eine Teilquerschnittsseitenansicht, die einen
wesentlichen Teil einer Zündkerze
gemäß einem
achten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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12B eine Querschnittsansicht entlang Linien B-B
in 12A,
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13A eine Teilquerschnittsseitenansicht, die einen
wesentlichen Teil einer Zündkerze
gemäß einem
neunten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt,
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13B eine Querschnittsansicht entlang Linien C-C
in 13A,
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14 eine
Endansicht einer Zündkerze
gemäß einem
zehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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15 eine
Endansicht einer Zündkerze
gemäß einem
elften Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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16 eine
Endansicht einer Zündkerze
gemäß einem
zwölften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung,
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17 eine
Endansicht einer Zündkerze
gemäß einem
dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung und
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18 eine
Endansicht einer Zündkerze
gemäß einem
vierzehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung.
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 18 beschrieben.
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Es
ist anzumerken, dass aus Gründen
der Klarheit und Verständlichkeit
identische Bauelemente mit identischen Funktionen in den unterschiedlichen
Ausführungsbeispielen
der Erfindung mit den gleichen Bezugszeichen in jeder der Figuren
markiert worden sind, wo es möglich
ist.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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In 1 ist ein Gesamtaufbau einer Zündkerze 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt.
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Die
Zündkerze 1 weist
ein Paar separater Funkenstrecken bzw. Elektrodenabstände 31 und 32 zur
Zündung
eines Luft-Kraftstoff-Gemisches
bei zwei beabstandeten Punkten in einer Verbrennungskammer einer
Verbrennungskraftmaschine auf. Wenn die Zündkerze 1 bei der
(nicht gezeigten) Kraftmaschine bzw. dem Motor installiert ist,
befinden sich beide Funkenstrecken 31 und 32 innerhalb
einer einzelnen (nicht gezeigten) Verbrennungskammer, wodurch das
Luft-Kraftstoff-Gemisch
mittels Zündfunken,
die in den zwei getrennten Funkenstrecken erzeugt werden, gezündet wird.
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Wie
es in 1 gezeigt ist, umfasst die Zündkerze 1 einen
Metallmantel 10, eine Isoliereinrichtung bzw. einen Isolator 11,
ein Paar von Mittelelektroden 12 und 13 und ein
Paar von Massenelektroden 20 und 21.
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Der
Metallmantel 10 weist im Wesentlichen eine rohrförmige Form
auf und ist aus einem leitfähigen
Metallmaterial, wie beispielsweise kohlenstoffarmern Stahl, hergestellt.
Der Metallmantel 10 ist mit einem Außengewindeabschnitt 101 versehen,
der angepasst ist, in eine zusammenwirkende Innengewindeöffnung einzugreifen,
die in der Verbrennungskammer bereitgestellt ist.
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Die
Isoliereinrichtung oder der Isolator 11, die eine zylindrische
Form aufweist, ist bei dem Metallmantel 10 befestigt und
teilweise darin beinhaltet, so dass beide zugehörigen Enden aus dem Metallmantel 10 herausragen.
Die Isoliereinrichtung 11 ist aus einer Aluminiumkeramik
(Al2O3) hergestellt.
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Unter
Bezugnahme auf 2 weist der Metallmantel 10 ebenso
einen ringförmigen
Wulst bzw. eine ringförmige
Rippe 102 auf, der sich von der Innenfläche des Metallmantels 10 nach
innen erstreckt. Demgegenüber
ist die Isoliereinrichtung 11 mit einem stumpfkegelförmigen bzw.
frustokonischen Abschnitt 113 versehen, der nach unten
konisch zulaufend ist und eine Außenfläche aufweist, die dem ringförmigen Wulst
bzw. der ringförmigen
Rippe 102 des Metallmantels 10 gegenüberliegt.
Eine (nicht gezeigte) ringförmige
Dichtung ist zwischen dem ringförmigen Wulst 102 des
Metallmantels 10 und des stumpfkegelförmigen Abschnitts 113 der
Isoliereinrichtung 11 angeordnet, um eine gasdichte Dichtung
zwischen dem Metallmantel 10 und der Isoliereinrichtung 11 zu bilden.
Zusätzlich
weist der ringförmige
Wulst 102 des Metallmantels 10 einen Innendurchmesser
D1 auf, auf den nachstehend als Wulstdurchmesser D1 Bezug genommen
wird.
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Zurück zu 1 weisen sowohl der rohrförmige Metallmantel 10 als
auch die zylindrische Isoliereinrichtung 11 eine Achse
auf; die Achsen des Metallmantels 10 und der Isoliereinrichtung 11 stimmen
miteinander überein
und definieren eine Achse Z1 der Zündkerze 1. Die Isoliereinrichtung 11 weist zwei
Bohrungen 111 und 112 auf, die darin ausgebildet
sind und die sich in eine Richtung erstrecken, die im Wesentlichen
parallel zu und auf jeder Seite der Achse Z1 erstrecken.
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Die
Mittelelektroden 12 und 13 sind aus einer leitenden
Nibasierenden Legierung hergestellt und weisen jeweils eine im Wesentlichen
zylindrische Form auf. Die Mittelelektrode 12 ist in der
Bohrung 111 der Isoliereinrichtung 11 zusammen
mit einem Kohlenstoff-Widerstandselement 14 und einem zylindrischen
Stamm bzw. Stopfen 16 angeordnet; dagegen sind die Mittelelektrode 13,
ein Kohlenstoff-Widerstandselement 15 und
ein zylindrischer Stamm bzw. Stopfen 17 in der anderen
Bohrung 112 der Isoliereinrichtung 11 positioniert.
Beide Stämme 16 und 17 sind
aus einem leitenden Metallmaterial, beispielsweise einem kohlenstoffarmen
Stahl, hergestellt. Alle Lücken
zwischen diesen Bauelementen in den Bohrungen 111 und 112 sind
mit einem leitenden Glasmaterial zur Abdichtung gefüllt.
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Ferner
weist die Mittelelektrode 12, wie es in 2 gezeigt
ist, einen zylindrischen Hauptkörperabschnitt 121,
der in der Bohrung 111 der Isoliereinrichtung 11 gehalten
wird, und eine Schulter bzw. einen Ansatz 122 auf, der
an den Hauptkörperabschnitt 121 bei
dem zugehörigen
Ende angrenzt. Auf ähnliche
Weise umfasst die Mittelelektrode 13 eine zylindrischen
Hauptkörperabschnitt 131 und
eine Schulter bzw. einen Ansatz 132. In diesem Ausführungsbeispiel
weisen beide Ansätze 122 und 132 beispielsweise
eine stumpfkegelförmige
Form auf.
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Mit
den Enden der Ansätze 122 und 132,
die sich bei der entgegengesetzten Seite der Hauptkörperabschnitte 121 und 131 befinden,
werden zylindrische Bausteine bzw. Chips 18 und 19,
die einen kleineren Durchmesser als die Hauptkörperabschnitte 121 und 131 aufweisen,
jeweils durch Laserschweißen
verbunden. Aufgrund der Verwendung von Laserschweißen gemäß diesem
Ausführungsbeispiel sind
Schweißlagen 123 und 133 vorhanden,
die zwischen dem Ansatz 122 und dem Baustein 18 sowie zwischen
dem Ansatz 123 und Baustein 19 jeweils ausgebildet
sind.
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Die
zwei Bausteine 18 und 19 sind aus einem Edelmetall
oder einer zugehörigen
Legierung hergestellt, beispielsweise einer Legierung aus Ir (Iridium)
und Rh (Rhodium), die einen hohen Schmelzpunkt aufweist, genauer
gesagt Ir-10Rh. Des Weiteren sind hinsichtlich der Strapazierfähigkeit
die zwei Bausteine 18 und 19 vorzugsweise aus
einer Ir-basierenden
Legierung hergestellt, die Ir in einer Menge von mehr als 50 Gewicht-%
umfasst.
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Jeder
der zwei Stämme 16 und 17 ist
mit einem Anschluss versehen, der bei einem zugehörigen Ende
ausgebildet ist, das sich auf der entgegengesetzten Seite der Mittelelektrode
befindet; ein Kabel, das eine Hochspannung führt, ist mit dem Anschluss verbunden.
Es ist erforderlich anzumerken, dass diese Anschlüsse entweder
individuell oder einstückig mit
dem Stamm 16 oder 17 ausgebildet sein können. Diese
Anschlüsse
sind in die Isoliereinrichtung 11 eingebettet, um eine
erforderliche Isolierentfernung dazwischen aufrechtzuerhalten.
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Der
Metallmantel 10 weist einen Endabschnitt 103 auf,
der in der Verbrennungskammer zu platzieren ist. Der Endabschnitt 103 umfasst
ein Ende, an das ein Paar von Massenelektroden 20 und 21,
die aus einer leitenden Ni-basierenden
Legierung hergestellt sind, geschweißt ist. Beide Massenelektroden 20 und 21 sind
im Wesentlichen um 90 Grad gebogen oder angewinkelt, womit sie eine
L-Form ausbilden.
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Die
Massenelektrode 20 umfasst einen Schenkelabschnitt 201,
der sich von dem Ende des Metallmantels 10 parallel zu
der Achse Z1 erstreckt, und einen gegenüberliegenden Abschnitt 202,
der sich von dem Schenkelabschnitt 201 senkrecht zu der
Achse Z1 erstreckt. Auf ähnliche
Weise weist die Massenelektrode 21 einen Schenkelabschnitt 211, der
parallel zu der Achse Z1 ist, und einen gegenüberliegenden Abschnitt 212 auf,
der senkrecht zu der Achse Z1 ist.
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Als
Ergebnis liegen sich der Baustein 18, der mit der Mittelelektrode 12 verbunden
ist, und der gegenüberliegende
Abschnitte 202 der Massenelektrode 20 einander über dem
Elektrodenabstand bzw. der Funkenstrecke 31 gegenüber; dagegen
sind der Baustein 19, der mit der Mittelelektrode 13 verbunden
ist, und der gegenüberliegende
Abschnitte 212 der Massenelektrode 21 über den
Elektrodenabstand 32 einander gegenüberliegend.
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Unter
Bezugnahme auf 3 ist die Form des Endabschnitts 103 des
Metallmantels 10 entlang der Achse Z1 betrachtet gezeigt,
wobei die damit verbundenen Massenelektroden 20 und 21 weggelassen
sind.
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Der
Endabschnitt 103 des Metallmantels 10 weist, wie
es in 3 gezeigt ist, eine zylindrische Außenfläche auf,
deren Durchmesser D2 nachstehend als der Außendurchmesser D2 des Endabschnitts 103 bezeichnet
wird. Demgegenüber
ist die Innenfläche
des Endabschnitts 103 des Metallmantels 10 nicht
zylindrisch. Genauer gesagt ist die Innenfläche des Endabschnitts 103 aus
einem ersten Abschnitt 104a, einem zweiten Abschnitt 104b,
einem dritten Abschnitt 104c und einem vierten Abschnitt 104d zusammengesetzt.
Der erste Abschnitt 104a und der zweite Abschnitt 104b sind
auf der Grundlage eines kreisförmigen
Bogens ausgebildet, der einen zugehörigen Mittelpunkt auf der Achse
Z2 der Mittelelektrode 12 aufweist, und eines kreisförmigen Bogens
ausgebildet, der denselben auf der Achse Z3 der Mittelelektrode 13 aufweist;
dagegen sind der dritte Abschnitt 104c und der vierte Abschnitt 104d auf
der Grundlage von zwei kreisförmigen
Bögen ausgebildet,
die einen gemeinsamen Mittelpunkt auf der Achse Z1 der Zündkerze 1 teilen.
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Dementsprechend
werden bei der Herstellung der Außen- und der Innenfläche des
Endabschnitts 103 des Metallmantels 10, die jeweils
zylindrisch bzw. nicht zylindrisch sind, ein Paar von dickwandigen
Abschnitten 105a und ein Paar von dünnwandigen Abschnitten 105b in
dem Endabschnitt 103 ausgebildet. Das Paar von dickwandigen
Abschnitten 105a weist zugehörige Innenflächen auf,
die den dritten und vierten Abschnitten 104c und 104d der
Innenfläche
des Endabschnitts 103 entsprechen, wohingegen das Paar
von dünnwandigen Abschnitten 105b zugehörige Innenflächen aufweist, die
den ersten und zweiten Abschnitten 104a und 104b derselben
entsprechen.
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Des
Weiteren sind das Paar von dickwandigen Abschnitten 105a und
das Paar von dünnwandigen
Abschnitten 105b in der Umfangsrichtung des Metallmantels 10 so
wechselweise angeordnet, dass sich der Abschnitt 104a und
der Abschnitt 104b bei zugehörigen Mittelpunkten mit einer
ersten Referenzlinie 302 bzw. einer zweiten Referenzlinie 303 schneiden,
wohingegen sich der dritte Abschnitt 104c und der vierte
Abschnitt 104d bei zugehörigen Mittelpunkten einer dritten
Referenzlinie 304 schneiden. Die erste Referenzlinie 302 ist
definiert, sich von der Achse Z1 der Zündkerze 1 durch die
Achse Z2 der Mittelelektrode 12 auf einer Referenzebene 301 zu erstrecken,
die definiert ist, sich senkrecht zu der Achse Z1 durch den Innenrand
des Endabschnitts 103 des Metallmantels 10 zu
erstrecken. Auf ähnliche Weise
ist die zweite Referenzlinie 303 definiert, sich von der
Achse Z1 der Zündkerze 1 durch
die Achse Z3 der Mittelelektrode 13 auf der Referenzebene 301 zu
erstrecken. Demgegenüber
ist die dritte Referenzlinie 304 definiert, sich senkrecht
zu der ersten Referenzlinie 302 oder zweiten Referenzlinie 303 durch die
Achse Z1 der Zündkerze 1 zu
erstrecken.
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In
einer herkömmlichen
Zündkerze,
die eine Vielzahl von Mittelelektroden aufweist, weist die Entfernung
zwischen der Innenfläche
des Metallmantels und der Außenfläche der
Isoliereinrichtung auf der Ebene, die das Ende des Metallmantels
umfasst, im Allgemeinen den minimalen Wert auf einer Referenzlinie
auf, die sich von der Zündkerzenachse
durch die Achse einer der Vielzahl von Mittelelektroden erstreckt.
Wie es vorstehend beschrieben ist, ist der minimale Wert als die
Lufttaschengröße bzw.
Atmungsraumgröße der Zündkerze
definiert, und wenn die Lufttaschengröße nicht ausreichend groß ist, können Nebenzündfunken
in der Zündkerze
erzeugt werden.
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Da
die Zündkerze 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
das Paar von dünnwandigen
Abschnitten 105b aufweist, schneiden sich die Innenflächen hiervon
mit den ersten und zweiten Referenzlinien 302 bzw. 303,
so dass eine ausreichend große
Lufttaschengröße der Zündkerze 1 sichergestellt
ist, wodurch eine Erzeugung von Nebenzündfunken verhindert wird.
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Zusätzlich ist
ein Radius R1 der zwei kreisförmigen
Bögen,
mit denen die ersten und zweiten Abschnitte 104a und 104b der
Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 ausgebildet werden, auf der
Grundlage einer Lufttaschengröße der Zündkerze 1,
die zur Unterdrückung
einer Erzeugung von Nebenzündfunken
erforderlich ist, bestimmt. Die dritten und vierten Abschnitte 104c und 104d der
Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 sind gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
gleichzeitig mit der Innenfläche
des ringförmigen
Wulstes 102 des Metallmantels 10 gefertigt worden.
Folglich weisen die zwei Abschnitte 104c und 104d einen
Radius R2 auf, der gleich einer Hälfte des Wulstdurchmesser D1
ist.
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Unter
Bezugnahme auf 1B und 3 werden
die Massenelektroden 20 und 21 mit dem Paar von
dickwandigen Abschnitten 105a des Metallmantelendabschnitts 103 verbunden.
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Genauer
gesagt sind die zwei Massenelektroden so angeordnet, dass sie, wenn
sie entlang der Achse Z1 der Zündkerze 1 betrachtet
werden, parallel zueinander sind. Die Massenelektrode 20 wird
mit einem Teil eines des Paares von dickwandigen Abschnitten 105a verbunden,
der sich mit einer Linie schneidet, die sich von der Achse Z2 der
Mittelelektrode 12 senkrecht zu der ersten Referenzlinie 302 erstreckt.
Auf ähnliche
Weise wird die Massenelektrode 21 mit einem Teil des anderen
dickwandigen Abschnitts 105a verbunden, der sich mit einer
Linie schneidet, die sich von der Achse Z3 der Mittelelektrode 13 senkrecht
zu der zweiten Referenzlinie 303 erstreckt.
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Wenn
die zwei Massenelektroden 20 und 21 wie vorstehend
beschrieben angeordnet sind, werden die Entfernungen zwischen der
Mittelelektrode 12 und der Massenelektrode 20 und
zwischen der Mittelelektrode 13 und der Massenelektrode 21 kurz, wodurch
verhindert wird, dass die zwei Massenelektroden zu lang werden.
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Des
Weiteren ist das Paar von dickwandigen Abschnitten 105a so
angeordnet, dass die Entfernungen hiervon zu den zwei Mittelelektroden 12 und 13 ausreichend
groß sind.
Somit werden Massenelektroden 20 und 21, die eine
große
Querschnittsfläche und
eine ausreichende Stärke
aufweisen, mit dem Paar von dickwandigen Abschnitten 105a verbunden,
ohne die Lufttaschengröße der Zündkerze 1 zu verringern.
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Wie
es in 1B und 1C gezeigt
ist, weist jeder der Schenkelabschnitte 201 und 211 der Massenelektroden 20 und 21 bei
dem zugehörigen Ende,
das an den Metallmantel 10 angrenzt, eine Endflächenfläche S und
ein Paar von Seitenlängen
a und b auf. Die Massenelektroden 20 und 21 weisen jeweils
eine Länge
L1 zwischen dem Ende des Schenkelabschnitts, der an den Metallmantel 10 angrenzt,
und dem Ende des zugehörigen
gegenüberliegenden
Abschnitts auf. Um eine ausreichende Stärke bei einer praktischen Verwendung
sicherzustellen, ist es zu bevorzugen, dass jede der Seitenlängen a und
b nicht kleiner als 0,8 mm ist und das Verhältnis von S/L1 größer als
0,16 ist.
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Außerdem wird
in der Zündkerze 1 die
Endflächenfläche des
Metallmantelendabschnitts 103 mit Hilfe des Paares von
dickwandigen Abschnitten 105a vergrößert. Als Folge wird das Volumen
der Lufttasche, die zwischen der Innenfläche des Metallmantels 10 und
der Außenfläche der
Isoliereinrichtung 11 ausgebildet ist, verringert, wodurch
eine Vorzündung des
Luft-Kraftstoff-Gemisches verhindert wird. Genauer gesagt wird,
wenn der Wulstdurchmesser D1 der Zündkerze 1 12 mm ist,
die Vorzündung
auf zuverlässige
Weise verhindert, indem spezifiziert wird, dass die Endflächenfläche des
Metallmantelendabschnitts 103 nicht kleiner als 39,2 mm2 ist.
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Für die Zündkerze 1,
die soweit beschrieben worden ist, ist die Wirkung der Parameter
hinsichtlich der Auftrittsrate eines dielektrischen Durchschlags und
der Auftrittsrate von Nebenzündfunken
untersucht worden.
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Zuerst
ist die Beziehung zwischen der Isolationsdicke T1 der Isoliereinrichtung 11 und
der Auftrittsrate eines dielektrischen Durchschlags der Zündkerze 1 mittels
einer experimentellen Untersuchung bestimmt worden.
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Die
Isolationsdicke T1 ist, wie es in 2 gezeigt
ist, die minimale Dicke der Isoliereinrichtung 11 in dem
zugehörigen
Abschnitt, der durch den Metallmantelendabschnitt 103 umgeben
ist Die Isolationsdicke T1 beeinflusst die Leistungsfähigkeit
der Zündkerze 1 bei
der Verhinderung eines zugehörigen
dielektrischen Durchschlags (d. h. bei der Sicherstellung einer
Haltespannung oder Stehspannung der Zündkerze 1).
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In 4 sind
die Untersuchungsergebnisse hinsichtlich der Beziehung zwischen
der Isolationsdicke T1 und der Auftrittsrate eines dielektrischen Durchschlags
der Zündkerze 1 gezeigt.
Die Untersuchung ist unter Verwendung einer 4-Zylinder-Kraftmaschine
mit 1800 cc unter einer Betriebsbedingung durchgeführt worden,
bei der die Kraftmaschinenlast wiederholt zehnmal mit einer Kraftmaschinengeschwindigkeit
von 1000 Upm von einem Leerlauf zu einer Vollgasbeschleunigung variiert
worden ist; bei diesem Betriebszustand ist eine erforderliche Zündspannung
im Allgemeinen hoch und dementsprechend neigt der dielektrische
Durchschlag der Zündkerze
dazu, aufzutreten.
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Bei
der Untersuchung geprüfte
Zündkerzen wiesen
einen Aufbau auf, bei dem der Außendurchmesser des Außengewindeabschnitts 101 des
Metallmantels 10 14 mm beträgt; die Entfernung L2 zwischen
der Achse Z2 der Mittelelektrode 12 und der Achse Z3 der
Mittelelektrode 13 4 mm beträgt; der Wulstdurchmesser D1
8,5 mm beträgt;
der Außendurchmesser
D2 des Metallmantelendabschnitts 103 12 mm beträgt; der
Radius R1 zur Bildung des Paars von dünnwandigen Abschnitten 105b des
Metallmantelendabschnitts 103 3,25 mm beträgt; und
der Radius R2 zur Bildung des Paars von dickwandigen Abschnitten 105a des
Metallmantelendabschnitts 103 4,25 mm beträgt.
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Bei
der Untersuchung ist die Isolationsdicke T1 variiert worden, um
die sich ergebende Auftrittsrate eines dielektrischen Durchschlags
der Zündkerze zu
bestimmen. Genauer gesagt sind für
jede der 3 vorgegebenen Isolationsdicken T1 von 0,4 mm, 0,5 mm und
0,6 mm 40 Zündkerzen
geprüft
worden, die die gleiche vorgegebene Isolationsdicke T1 aufweisen;
das Verhältnis
der Anzahl von Zündkerzen,
bei denen der dielektrische Durchschlag aufgetreten ist, zu der
Gesamtanzahl von 40 ist als die Auftrittsrate eines dielektrischen
Durchschlags für
die vorgegebene Isolationsdicke T1 gezählt worden.
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Aus 4 ist
ersichtlich, dass, wenn die Isolationsdicke T1 der Isoliereinrichtung 11 größer oder gleich
0,7 mm ist, die Haltespannung der Zündkerze 1 sichergestellt
ist, wodurch ein zugehöriger
dielektrischer Durchschlag verhindert wird.
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Außerdem sind
Zündkerzen,
die einen Metallmantel aufweisen, der einen Außengewindeabschnitt mit einem
Außendurchmesser
aufweist, der nicht größer als
14 mm ist, im Allgemeinen dimensionalen Beschränkungen unterworfen, die die
Größen der
Elektroden, die für
eine Unterbringung von Elektroden verfügbaren Räume und die Einteilungsräume umfassen.
Aufgrund derartiger dimensionaler Beschränkungen weisen diese Zündkerzen
im Allgemeinen eine Obergrenze der Isolationsdicke T1 gleich 0,8
mm auf.
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Folglich
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der dimensionale Bereich der Isolationsdicke T1 für die Zündkerze 1 derart
spezifiziert worden, dass T1 in dem Bereich von 0,5 bis 0,8 mm liegt.
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Als
nächstes
ist die Beziehung zwischen der Lufttaschengröße L3 der Zündkerze 1 und der
Auftrittsrate von Nebenzündfunken
in der Zündkerze
mittels einer experimentellen Untersuchung bestimmt worden.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, hat die Lufttaschengröße L3 eine
große
Wirkung hinsichtlich der Leistungsfähigkeit der Zündkerze 1 bei
der Unterdrückung
einer Erzeugung von Nebenzündfunken. Da
Nebenzündfunken über die
Lufttasche zu dem Metallmantel 10 fliegen, weist eine größere Lufttaschengröße L3 größere Vorteile
bei der Unterdrückung
der Erzeugung von Nebenzündfunken
auf.
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In 5 sind
die Untersuchungsergebnisse hinsichtlich der Beziehung zwischen
der Lufttaschengröße L3 und
der Auftrittsrate von Nebenzündfunken (d.
h. die Wahrscheinlichkeit eines Auftretens von Nebenzündfunken)
gezeigt. Die Untersuchung ist unter Verwendung einer 4-Zylinder-Kraftmaschine
mit 1800 cc unter einem Leerlaufzustand ausgeführt worden, bei dem die Kraftmaschinengeschwindigkeit 800
Upm beträgt
und die Kühlwassertemperatur 50 Grad
Celsius beträgt.
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In
der Untersuchung geprüfte
Zündkerzen wiesen
einen Aufbau auf, bei dem der Außendurchmesser des Außengewindeabschnitts 101 des
Metallmantels 10 14 mm beträgt; die Entfernung L2 zwischen
der Achse Z2 der Mittelelektrode 12 und der Achse Z3 der
Mittelelektrode 13 4 mm beträgt; der Wulstdurchmesser D1
8,5 mm beträgt;
der Außendurchmesser
D2 des Metallmantelendabschnitts 103 1,2 mm beträgt; der
Radius R1 zur Bildung des Paares von dünnwandigen Abschnitten 105b des
Metallmantelendabschnitts 103 3,25 mm beträgt; und
der Radius R2 zur Bildung des Paares von dickwandigen Abschnitten 105a des
Metallmantelendabschnitts 103 4,25 mm beträgt. Die
Lufttaschengröße L3 in
diesen Zündkerzen
ist variiert worden, um die sich ergebende Auftrittsrate von Nebenzündfunken
zu bestimmen.
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Aus 5 ist
ersichtlich, dass, wenn die Lufttaschengröße L3 größer oder gleich 1,2 mm ist,
eine Erzeugung von Nebenzündfunken
in der Zündkerze vollständig unterdrückt wird.
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Des
Weiteren sind Zündkerzen,
die einen Metallmantel aufweisen, der einen Gewindeabschnitt mit
einem Außendurchmesser
von nicht mehr als 14 mm aufweist, im Allgemeinen dimensionalen
Beschränkungen
unterworfen, wie es vorstehend beschrieben ist. Aufgrund der dimensionalen
Beschränkungen
weisen diese Zündkerzen
im Allgemeinen eine obere Grenze der Lufttaschengröße L3 gleich 1,6
mm auf.
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Folglich
ist in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
der dimensionale Bereich der Lufttaschengröße L3 für die Zündkerze 1 derart spezifiziert worden,
dass L3 in dem Bereich von 1,2 bis 1,6 mm liegt.
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Zusammenfassend
weist die Zündkerze 1 gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel,
die das Paar von Mittelelektroden 12 und 13 aufweist,
einen verbesserten Aufbau auf, bei dem ein Paar von dickwandigen
Abschnitten 105a und ein Paar von dünnwandigen Abschnitten 105b in
dem Metallmantelendabschnitt 103 ausgebildet sind.
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Das
Paar von dünnwandigen
Abschnitten 105b ist an derartigen Stellen angeordnet,
bei denen die Entfernung zwischen der Innenfläche des Metallmantels 10 und
der Außenfläche der
Isoliereinrichtung 11 im Allgemeinen den kleinsten Wert
ohne es aufweist; genauer gesagt ist es so angeordnet, dass die
zugehörigen
Innenflächen
sich mit den ersten und zweiten Referenzlinien 302 bzw. 303 schneiden.
Als Folge ist eine ausreichend große Lufttaschengröße L3 der
Zündkerze 1 sichergestellt,
wodurch eine Erzeugung von Nebenzündfunken verhindert wird.
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Das
Paar von dickwandigen Abschnitten 105a ist an derartigen
Stellen angeordnet, bei denen die Entfernung zwischen der Innenfläche des
Metallmantels 10 und der Außenfläche der Isoliereinrichtung 11 groß ist. Als
Folge sind die Massenelektroden 20 und 21, die
einen große
Querschnittsfläche
und eine ausreichende Stärke
aufweisen, mit den dickwandigen Abschnitten 105a verbunden,
ohne die Lufttaschengröße L3 der
Zündkerze 1 zu
verringern. Zusätzlich
ist es zu bevorzugen, dass das Paar von dickwandigen Abschnitten 105a eine
Dicke T2 in der radialen Richtung des Metallmantels 10 aufweist,
die nicht kleiner als 0,8 mm ist, wodurch eine ausreichende Dicke
der Massenelektroden 20 und 21 sichergestellt
ist.
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Ferner
sind die Massenelektroden 20 und 21 mit dem Paar
von dickwandigen Abschnitten 105a derart verbunden, dass
die Entfernungen zwischen der Mittelelektrode 12 und der
Massenelektrode 20 und zwischen der Mittelelektrode 13 und
der Massenelektrode 21 kurz werden. Als Folge wird verhindert, dass
die zwei Massenelektroden 20 und 21 zu lang werden,
wodurch eine ausreichende zugehörige Stärke sichergestellt
ist.
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Des
Weiteren wird mit Hilfe der dickwandigen Abschnitte 105a die
Endflächenfläche des
Metallmantelendabschnitts 103 vergrößert. Folglich wird das Volumen
der Lufttasche, die zwischen der Innenfläche des Metallmantels 10 und
der Außenfläche der Isoliereinrichtung 11 gebildet
wird, verringert, wodurch eine Vorzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches verhindert
wird.
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[Zweite bis fünfte Ausführungsbeispiele]
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In 6A–6C ist
ein wesentlicher Teil einer Zündkerze
gemäß dem zweiten
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt.
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Die
Zündkerze
weist einen Aufbau auf, der beinahe identisch zu demjenigen der
Zündkerze 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist; folglich ist nachstehend lediglich der Unterschied zwischen diesen
Aufbauten beschrieben.
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Die
Zündkerze
weist, wie es in 6B gezeigt ist, ein Paar von
dünnwandigen
Abschnitten 105b auf, von denen jeder einen Einschnitt 106 aufweist,
der durch ein Wegschneiden des dünnsten
Teil des Abschnitts 105b ausgebildet wird. Ferner weist unter
Bezugnahme auf 6C der Einschnitt 106 die Form
eines Rechtecks auf, wenn er von der Seite der Zündkerze betrachtet wird.
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Wenn
die Dicke der dünnwandigen
Abschnitte 105b zum Zwecke einer Sicherstellung einer ausreichenden
Lufttaschengröße der Zündkerze
auf eine Stufe, die dünner
als 0,5 mm ist, verringert wird, kollabiert bzw. versagt der Metallmantelendabschnitt 103 der
Zündkerze,
was darin ausgebildete Grate zur Folge hat. Aufgrund der Grate kann
die Zündkerze nicht
sanft in die Verbrennungskammer eingepasst werden oder daraus entfernt
werden.
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Durch
das Wegschneiden des dünnsten
Teils des dünnwandigen
Abschnitts 105b im Voraus wird verhindert, dass der Metallmantelendabschnitt 103 der
Zündkerze
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
kollabiert.
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Außerdem kann
der Einschnitt 106c in den dünnwandigen Abschnitten 105 die
Form eines Dreiecks, wie es in 7 gemäß dem dritten
Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, die Form eines Halbkreises, wie es in 8 gemäß dem vierten
Ausführungsbeispiel
gezeigt ist, oder eine U-Form aufweisen, wie es in 9 gemäß dem fünften Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt ist.
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[Sechstes Ausführungsbeispiel]
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In 10 ist
das Ende des Metallmantels 10 einer Zündkerze gemäß dem sechsten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die zugehörigen Massenelektroden
weggelassen sind.
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In
dem ersten Ausführungsbeispiel
der Erfindung ist die Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 mit einer Vielzahl von
kreisförmigen Bögen ausgebildet;
in dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
ist sie jedoch mit einer Ellipse ausgebildet. Als Ergebnis wird
eine schnelle Änderung
der Dicke in den Grenzflächen
zwischen den dickwandigen Abschnitten 105a und den dünnwandigen
Abschnitten 105b verhindert, wodurch die Herstellung des Metallmantels 10 vereinfacht
wird, wenn er beispielsweise durch Kaltverformen hergestellt wird.
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[Siebtes Ausführungsbeispiel]
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In 11 ist
das Ende des Metallmantels 10 einer Zündkerze gemäß dem siebten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die zugehörigen Massenelektroden
weggelassen sind.
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Der
einzige Unterschied zwischen dem Aufbau der Zündkerze und demjenigen der
Zündkerze 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist, dass die Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 der Zündkerze mit einem Vieleck ausgebildet
ist, während
die der Zündkerze 1 mit
einer Vielzahl von kreisförmigen
Bögen ausgebildet
ist.
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Die
Bildung der Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
kann ebenso die notwendige Lufttaschengröße der Zündkerze sicherstellen, während es ermöglicht wird,
dass die Massenelektroden der Zündkerze
mit dem Metallmantelendabschnitt 103 über eine ausreichend große Grenzfläche dazwischen
verbunden werden.
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[Achtes Ausführungsbeispiel]
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In 12A–12B ist das Ende des Metallmantels 10 einer
Zündkerze
gemäß dem achten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die zugehörigen Massenelektroden
weggelassen sind.
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Der
einzige Unterschied zwischen dem Aufbau der Zündkerze und demjenigen der
Zündkerze 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist, dass die Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 der Zündkerze mit einer Vielzahl
von kreisförmigen
Bögen und
einer Vielzahl von geraden Linien ausgebildet ist, während diejenige
der Zündkerze 1 mit
der Vielzahl von kreisförmigen
Bögen ausgebildet
ist.
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Genauer
gesagt umfasst das Paar von dünnwandigen
Abschnitten 105b der Zündkerze
gemäß dem vorliegenden
Ausführungsbeispiel
jeweils eine Innenfläche,
die die Form eines Rechtecks aufweist, um weiter die Dicke der dünnwandigen
Abschnitte 105b zu verringern, wodurch die Wirkung zur
Unterdrückung
von Nebenzündfunken
verbessert wird.
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[Neuntes Ausführungsbeispiel]
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In 13A–13B ist das Ende des Metallmantels 10 einer
Zündkerze
gemäß dem neunten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung gezeigt, wobei die zugehörigen Massenelektroden
weggelassen sind.
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Der
einzige Unterschied zwischen dem Aufbau der Zündkerze und demjenigen der
Zündkerze 1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
ist, dass die Innenfläche
des Metallmantelendabschnitts 103 der Zündkerze mit einer Vielzahl
von kreisförmigen
Bögen und
einer Vielzahl von geraden Linien ausgebildet ist, während diejenige
der Zündkerze 1 mit
der Vielzahl von kreisförmigen
Bögen ausgebildet
ist.
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Genauer
gesagt umfasst jeder des Paares von dickwandigen Abschnitten 105a der
Zündkerze gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel
eine Innenfläche,
die die Form eines Rechtecks aufweist, so dass beide dickwandigen
Abschnitte 105a näher an
die Achse des Metallmantels 10 als der ringförmige Wulst 102 des
Metallmantels 10 kommen. Als Ergebnis wird die Dicke der
dickwandigen Abschnitte 105a vergrößert, wodurch es ermöglicht wird,
dass die Massenelektroden der Zündkerze
mit dem Metallmantelendabschnitt 103 über eine größere Grenzfläche dazwischen
verbunden werden.
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[Zehnte bis zwölfte Ausführungsbeispiele]
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In 14 ist
eine Endansicht gezeigt, die eine Zündkerze gemäß dem zehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt. In der Zündkerze
sind die zwei Massenelektroden 20 und 21 mit dem
Metallmantelendabschnitt 103 derart verbunden, dass sie,
wenn sie entlang der Achse der Zündkerze
betrachtet werden, parallel zueinander sind, wobei beide hiervon
mit dem gleichen dickwandigen Abschnitt 105a des Metallmantelendabschnitts 103 verbunden sind.
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In 15 ist
eine Endansicht einer Zündkerze
gemäß dem elften
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt. In der Zündkerze
sind die zwei Massenelektroden 20 und 21 mit dem
Metallmantelendabschnitt 103 derart verbunden, dass sie,
wenn sie entlang der Achse Z1 der Zündkerze betrachtet werden,
nicht parallel zueinander sind, wobei jede mit einem unterschiedlichen
dickwandigen Abschnitt 105a des Metallmantelendabschnitts 103 verbunden
ist.
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In 16 ist
eine Endansicht gezeigt, die eine Zündkerze gemäß dem zwölften Ausführungsbeispiel der Erfindung
zeigt. In der Zündkerze
sind die zwei Massenelektroden 20 und 21 mit dem
Metallmantelendabschnitt 103 derart verbunden, dass sie,
wenn sie entlang der Achse der Zündkerze
betrachtet werden, nicht parallel zueinander sind, wobei beide mit
dem gleichen dickwandigen Abschnitt 105a des Metallmantelendabschnitts 103 verbunden
sind.
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[Dreizehnte und Vierzehnte Ausführungsbeispiele]
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In 17 ist
eine Endansicht gezeigt, die eine Zündkerze gemäß dem dreizehnten Ausführungsbeispiel
der Erfindung zeigt.
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Die
Zündkerze
weist drei Mittelelektroden 12, 13 und 13A sowie
drei Massenelektroden 20, 21 und 21A auf,
von denen jede eine Funkenstrecke bzw. einen Elektrodenabstand in
der Zündkerze
zusammen mit der entsprechenden der drei Mittelelektroden bildet.
Ebenso sind in der Zündkerze
drei dickwandige Abschnitte 105a und drei dünnwandige
Abschnitte 105b in dem Metallmantelendabschnitt 103 ausgebildet.
Des Weiteren sind die drei Massenelektroden mit dem Metallmantelendabschnitt 103 derart verbunden,
dass sie, wenn sie entlang der Achse der Zündkerze betrachtet werden,
parallel zueinander sind, wobei alle hiervon mit dem gleichen dickwandigen
Abschnitt 105a des Metallmantelendabschnitts 103 verbunden
sind.
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Auf ähnliche
Weise ist in 18 das Ende einer Zündkerze
gemäß dem vierzehnten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung gezeigt.
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Die
Zündkerze
weist drei Mittelelektroden 12, 13, 13A sowie
drei Massenelektroden 20, 21 und 21A auf;
es gibt drei dickwandige Abschnitte 105a und drei dünnwandige
Abschnitte 105b, die in dem Metallmantelendabschnitt 103 der
Zündkerze
ausgebildet sind. Die drei Massenelektroden sind mit dem Metallmantelendabschnitt 103 derart
verbunden, dass sie, wenn sie entlang der Achse der Zündkerze betrachtet
werden, nicht parallel zueinander sind, wobei jede mit einem unterschiedlichen
dickwandigen Abschnitt 105a des Metallmantelendabschnitts 103 verbunden
ist.
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Obwohl
die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele der Erfindung
gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für denjenigen, der die Erfindung
in die Praxis umsetzt, sowie für
einen Fachmann ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen
und Verbesserungen bei der Erfindung ausgeführt werden können, ohne
den Bereich des offenbarten Konzeptes zu verlassen. Derartige Modifikationen, Änderungen
und Verbesserungen innerhalb des Standes der Technik sollen durch die
beigefügten
Patentansprüche
abgedeckt sein.
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Wie
es vorstehend beschrieben ist, umfasst eine erfindungsgemäße Zündkerze
einen rohrförmigen
Metallmantel, eine zylindrische Isoliereinrichtung, eine Vielzahl
von Mittelelektroden und eine Vielzahl von Massenelektroden. Der
Metallmantel weist einen Endabschnitt auf, in dem eine Vielzahl von
dickwandigen Abschnitten und eine Vielzahl von dünnwandigen Abschnitten ausgebildet
sind. Die Isoliereinrichtung ist in dem Metallmantel befestigt.
Die Mittelelektroden werden jeweils in einer von einer Vielzahl
von axialen Bohrungen in der Isoliereinrichtung gehalten. Die Massenelektroden
sind jeweils mit einem der dickwandigen Abschnitte verbunden, um eine
ausreichende Stärke
der Massenelektroden sicherzustellen. Die dünnwandigen Abschnitte weisen jeweils
eine Innenfläche
auf, die in einem Winkelbereich, der den Schnittpunkt der Innenfläche mit
einer Referenzlinie umfasst, nach außen vertieft ist, wodurch eine
ausreichende Lufttaschengröße der Zündkerze
sichergestellt ist. Folglich weist die Zündkerze eine große Leistungsfähigkeit
zum Zünden
eines Luft-Kraftstoff-Gemisches sowie eine ausreichende Stärke der
Massenelektroden auf.