DE102005006393A1

DE102005006393A1 - Zündkerze mit hochgradig fester und hitzebeständiger Masseelektrode

Info

Publication number: DE102005006393A1
Application number: DE200510006393
Authority: DE
Inventors: Tetsuya Kariya Watanabe
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-02-12
Filing date: 2005-02-11
Publication date: 2005-09-01
Also published as: US20050179353A1; JP2005228562A

Abstract

Eine Zündkerze hat eine Metallhülle (10), die einen Gewindeabschnitt (11) mit einem Außendurchmesser (M) von 18 mm oder mehr hat, einen Isolator, eine Mittelelektrode und eine mit der Metallhülle (10) durch Widerstandsschweißen verbundene Masseelektrode (40). Die Zündkerze hat einen verbesserten Aufbau, der die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt: 0,7 ≦ B/C ≦ 1,0; 60° ≦ Θ ≦ 90°; 1,0 < (t/sin Θ) und 0,20 < B/D < 0,65, wobei B und C die Radialdicken der Metallhülle (10) auf einer ersten und einer zweiten Bezugsebene (201, 202) sind, t die Dicke der Masseelektrode (40) ist, Θ der Befestigungswinkel der Masseelektrode (40) zur Metallhülle (10) ist und D ein Parameter ist, der die Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser (M) des Gewindeabschnitts (11) und dem Innendurchmesser der Metallhülle (10) auf der ersten Bezugsebene (201) entspricht.

Description

Diese Anmeldung beansprucht die Priorität der am 12. Februar 2004 eingereichten japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-35208, deren Inhalt hiermit in die vorliegende Anmeldung durch Bezugnahme aufgenommen wird.
Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Zündkerzen für Gasmotoren. Insbesondere bezieht sich die Erfindung auf eine Zündkerze, bei der ein Gewindeabschnitt einer Metallhülle einen Außendurchmesser von größer oder gleich 18 mm hat und bei der eine mit der Metallhülle durch Widerstandschweißen verbundene Masseelektrode eine hohe Festigkeit und eine hohe Hitzebeständigkeit hat.

Herkömmliche Zündkerzen für Benzinmotoren von Kraftfahrzeugen oder für Gasmotoren von Kraft-Wärme-Kopplungssystemen haben im Allgemeinen eine rohrförmige Metallhülle, einen Isolator, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode.

Die Metallhülle hat einen Gewindeabschnitt, um die Zündkerze in eine Brennkammer des Motors einzubauen. Der Isolator weist in sich eine Zentralbohrung auf und ist so in der Metallhülle befestigt, dass ein Ende von ihm von einem Ende der Metallhülle vorragt. Die Mittelelektrode ist so in der Zentralbohrung des Isolators festgemacht, dass ein Ende von ihr von dem Ende des Isolators vorragt. Die Masseelektrode hat ein mit dem Ende der Metallhülle verbundenes Fußende und einen Spitzenabschnitt mit einer Seitenfläche, die dem Ende der Mittelelektrode über einen Funkenspalt dazwischen zugewandt ist.

Solche Zündkerzen werden im Allgemeinen nach dem Außendurchmesser des Gewindeabschnitts der Metallhülle eingeteilt. So hat zum Beispiel eine Zündkerze mit dem JIS-Maß M18 (JIS: Japanischer Industriestandard) einen Außendurchmesser des Gewindeabschnitts der Metallhülle von 18 mm.

In den letzten Jahren wurden zwecks Erhöhung des Motorwirkungsgrades Gasmotoren für Kraft-Wärme-Kopplungssysteme entwickelt, die sich durch eine hohe Verdichtung und eine hohe Leistungsabgabe auszeichnen. Zündkerzen für solche Gasmotoren müssen eine entsprechend hohe Festigkeit besitzen. Zu diesem Zweck hat der Gewindeabschnitt der Metallhülle bei diesen Zündkerzen im Allgemeinen einen Außendurchmesser von 18 mm, also einen Außendurchmesser, der größer als ein Außendurchmesser von 14 mm oder weniger ist, wie er im Allgemeinen bei Zündkerzen für Benzinmotoren von Kraftfahrzeugen verwendet wird.

Des Weiteren ist in diesen Zündkerzen die Masseelektrode im Allgemeinen höheren Temperaturen ausgesetzt als die Masseelektrode in Zündkerzen von Benzinmotoren. Und zwar beträgt die Temperatur der Masseelektrode bei einer Zündkerze in einem Benzinmotor unter Normallast im Allgemeinen bis zu 800°C; doch erreicht sie bei einer Zündkerze in einem Gasmotor unter Normallast einen höheren Wertebereich von 850 bis 900°C.

Es ist demnach vorzuziehen, in das Grundmaterial der Masseelektrode einer Zündkerze für einen Gasmotor Metallmaterialien mit einer hohen Wärmeleitfähigkeit wie zum Beispiel Cu einzubetten, wodurch die Wärmeübertragung von der Masseelektrode zu der Metallhülle, mit der die Masseelektrode verbunden ist, gesteigert wird.

Andererseits ist es vorzuziehen, dass die gesamte Masseelektrode aus einer Legierung auf Ni-Basis besteht, die eine gewisse Menge A1 (Aluminium) enthält, wodurch ihre Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit verbessert wird.

Die Masseelektrode wird mit der Metallhülle im Allgemeinen durch Schweißen verbunden. Und zwar werden das Fußende der Masseelektrode und das Ende der Metallhülle durch Widerstandsschweißen verschweißt, bei dem durch beide Enden ein hoher elektrischer Strom fließt.

Die Untersuchungsergebnisse des Erfinders ergaben jedoch, dass die durch das Widerstandsschweißen erreichte Schweißstellenfestigkeit zwischen Masseelektrode und Metallhülle abnimmt, wenn der Außendurchmesser des Gewindeabschnitts der Metallhülle auf 18 mm oder mehr steigt.

So haben, wie in 10A gezeigt ist, das Ende 10a der Metallhülle 10 und das Fußende 40a der Masseelektrode 40 ungefähr die gleiche Dicke, wenn die Metallhülle 10 einen Gewindeabschnitt hat, dessen Außendurchmesser M 14 mm beträgt. Wenn die Masseelektrode 40 dann durch Widerstandsschweißen mit der Metallhülle 10 verschweißt wird, kann daher die durch den hohen Strom erzeugte Hitze wirksam auf sowohl das Fußende 40a als auch auf das Ende 10a verteilt werden, wodurch die Materialien der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 an den beiden Enden ausreichend aufschmelzen und sich mischen.

Wenn dagegen, wie in 10B gezeigt ist, die Metallhülle 10 einen Gewindeabschnitt hat, dessen Außendurchmesser M 18 mm beträgt, ist das Ende 10a der Metallhülle 10 dicker als das Fußende 40a der Masseelektrode 40. Wenn die Masseelektrode 40 dann durch Wiederstandsschweißen mit der Metallhülle 10 verschweißt wird, kann sich die durch den hohen Strom erzeugte Hitze in den Abschnitt des Endes 10a der Metallhülle 10 ausbreiten, der sich nicht mit dem Fußende 40a der Masseelektrode 40 in Kontakt befindet, und in die Luft abgeleitet werden. Demnach können die Materialien der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 nicht ausreichend in ihren Verbindungsabschnitten aufschmelzen und sich mischen.

Dadurch kann die Masseelektrode 40 nicht mit ausreichend hoher Schweißstellenfestigkeit mit der Metallhülle 10 verschweißt werden, sodass sie leicht von der Metallhülle 10 abbrechen kann.

Der Erfinder führte die Untersuchung mit zwei verschiedenen Arten Masseelektroden durch. Eine Art bestand aus mehreren Metallmaterialien einschließlich Cu, das im Grundmaterial der Masseelektrode eingebettet war; die andere Art bestand aus einer Legierung auf Ni-Basis, die eine bestimmte Menge A1 enthielt. Die oben beschriebene Abnahme des Schweißstellenfestigkeit zwischen Masseelektrode und Metallhülle wurde bei beiden Arten der Masseelektrode festgestellt.

Um die Schweißstellenfestigkeit zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle sicherzustellen, könnte man darüber nachdenken, das Widerstandsschweißen in einer inaktiven Gasatmosphäre durchzuführen. Allerdings würde dies zusätzliche Vorrichtungen oder Geräte erfordern, was zu einer Erhöhung der Fertigungskosten führen würde.

Es ist daher Hauptaufgabe der Erfindung, eine Zündkerze zur Verfügung zu stellen, bei der ein Gewindeabschnitt einer Metallhülle einen Außendurchmesser von größer oder gleich 18 mm hat und bei der eine mit der Metallhülle durch Widerstandsschweißen verbundene Masseelektrode eine hohe Festigkeit und eine hohe Hitzebeständigkeit hat.

Der Erfinder nahm an, dass er sowohl die hohe Festigkeit als auch die hohe Hitzebeständigkeit der Masseelektrode erfolgreich sicherstellen kann, wenn er geeignete Bereiche für die Abmessungen der Metallhülle und den Befestigungswinkel der Masseelektrode an der Metallhülle definieren und das Material und den Aufbau der Masseelektrode festlegen würde.

Die Erfindung fußt auf den Versuchsergebnissen der Untersuchung, die der Erfinder auf Grundlage der obigen Überlegung durchgeführt hat.

Gemäß einer ersten Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, mit:
einer rohrförmigen Metallhülle, die eine Achse sowie ein Ende und einen Gewindeabschnitt an ihrem Außenumfang hat, wobei der Gewindeabschnitt einen Außendurchmesser von 18 mm oder mehr hat;
einem in der Metallhülle befestigten hohlen Isolator, der ein Ende hat, das von dem Ende der Metallhülle vorragt;
einer in dem Isolator festgemachten Mittelelektrode, die ein Ende hat, das von dem Ende des Isolators vorragt; und
einer Masseelektrode, die ein mit dem Ende der Metallhülle verbundenes Fußende sowie einen Spitzenabschnitt hat, der dem Ende der Mittelelektrode über einen Funkenspalt zugewandt ist,
wobei die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt sind:
0,7 ≤ B/C ≤ 1,0; und
0,20 < B/D < 0,65, wobei
B die Radialdicke der Metallhülle auf einer ersten Bezugsebene ist, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse der Metallhülle durch eine Kante des Endes der Metallhülle verläuft,
C die Radialdicke der Metallhülle auf einer zweiten Bezugsebene ist, die definitionsgemäß parallel mit 0,5 mm Abstand zur ersten Bezugsebene verläuft, und
D ein Parameter ist, der der halben Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Gewindeabschnitts der Metallhülle und dem Innendurchmesser der Metallhülle auf der ersten Bezugsebene entspricht.

Wenn die Abmessungszusammenhänge zwischen B, C und D wie oben festgelegt werden, wird dafür gesorgt, dass sich die Radialdicke B der Metallhülle in Radialrichtung der Metallhülle der Dicke der Masseelektrode an ihrem Fußende annähert.

Dementsprechend kann die Hitze, die durch den hohen Strom während des Widerstandsschweißens der Masseelektrode und der Metallhülle erzeugt wird, wirksam auf die Verbindungsabschnitte des Fußendes der Masseelektrode und des Endes der Metallhülle verteilt werden, wodurch eine hohe Schweißstellenfestigkeit zwischen Masseelektrode und Metallhülle sichergestellt wird.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, mit:
einer rohrförmigen Metallhülle, die eine Achse sowie ein Ende und einen Gewindeabschnitt an ihrem Außenumfang hat, wobei der Gewindeabschnitt einen Außendurchmesser von 18 mm oder mehr hat;
einem in der Metallhülle befestigten hohlen Isolator, der ein Ende hat, das von dem Ende der Metallhülle vorragt;
einer in dem Isolator festgemachten Mittelelektrode, die ein Ende hat, das von dem Ende des Isolators vorragt; und
einer Masseelektrode, die ein mit dem Ende der Metallhülle verbundenes Fußende hat, an dem die Masseelektrode senkrecht zur Richtung der Achse der Metallhülle einen Querschnitt hat, der eine Mitte, zwei erste Gegenseiten und zwei zweite Gegenseiten hat, die kürzer als die ersten Gegenseiten sind, und die außerdem einen Spitzenabschnitt hat, der dem Ende der Mittelelektrode über einen Funkenspalt zugewandt ist,
wobei die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt sind:
0,7 ≤ B/C ≤ 1,0;
60° ≤ θ ≤ 90°; und
1,0 < B/(t/sin θ) ≤ 1,6, wobei
B die Radialdicke der Metallhülle auf einer ersten Bezugsebene ist, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse der Metallhülle durch eine Kante des Endes der Metallhülle verläuft,
C die Radialdicke der Metallhülle auf einer zweiten Bezugsebene ist, die definitionsgemäß parallel mit 0,5 mm Abstand zur ersten Bezugsebene verläuft,
t die Dicke der Masseelektrode ist, die dem Mindestabstand zwischen den ersten beiden Gegenseiten des Querschnitts der Masseelektrode entspricht, und
θ der Winkel zwischen einer der ersten beiden Gegenseiten des Querschnitts der Masseelektrode und einer Bezugslinie ist, die definitionsgemäß über den Querschnitt der Masseelektrode durch die Mitte des Querschnitts verläuft und die Achse der Metallhülle schneidet.

Wenn die Abmessungszusammenhänge zwischen B, C, t und θ wie oben festgelegt werden, lassen sich die Masse elektrode und die Metallhülle mit großen Verbindungsabschnitten zwischen dem Fußende der Masseelektrode und dem Ende der Metallhülle verschweißen, während verhindert wird, dass das Fußende der Masseelektrode von dem Ende der Metallhülle vorragt und sich der Spitzenabschnitt der Masseelektrode von dem Ende der Mittelelektrode entfernt.

Dementsprechend wird eine hohe Schweißstellenfestigkeit zwischen Masseelektrode und Metallhülle sichergestellt, während die Ausbildung des Funkenspalts zwischen dem Spitzenabschnitt der Masseelektrode und dem Ende der Mittelelektrode gewährleistet wird.

Es ist vorzuziehen, dass die Masseelektrode bei den obigen erfindungsgemäßen Zündkerzen aus mehreren Metallmaterialien besteht, einschließlich eines Metallgrundmaterial und eines Metallmaterials, das in dem Metallgrundmaterial eingebettet ist und eine andere Wärmeleitfähigkeit als das Metallgrundmaterial hat.

Das in dem Metallgrundmaterial eingebettete Metallmaterial ist vorzugsweise Cu. Da Cu eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, lässt sich im Motorbetrieb, wenn Zündkerze eingebaut ist, wirksam Wärme von der Masseelektrode zur Metallhülle übertragen.

Darüber hinaus hat das Metallgrundmaterial, das eine Legierung auf Ni-Basis sein kann, vorzugsweise einen höheren spezifischen Widerstand als jedes andere Metallmaterial der Masseelektrode. Wenn die Masseelektrode durch das Widerstandsschweißen mit der Metallhülle verschweißt wird, kann die Masseelektrode demnach als Ganzes der Hitze widerstehen, die durch den hohen Strom während des Widerstandsschweißens erzeugt wird.

Andererseits besteht die Masseelektrode vorzugsweise aus einer Legierung auf Ni-Basis, die eine Menge von 1 Gew.-% oder mehr A1 (Aluminium) enthält. Dadurch kann auf der Außenfläche der Masseelektrode eine robuste Oxidschicht ausgebildet werden, wodurch sich die Hochtemperatur-Oxidationsfestigkeit der Masseelektrode verbessert.

Ein vollständigeres Verständnis der Erfindung ergibt sich anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung auf diese bestimmten Ausführungsbeispiele zu verstehen sind, sondern lediglich der Erläuterung und dem Verständnis dienen.
Es zeigen:
1 seitlich im Teilschnitt den Gesamtaufbau einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
2A seitlich im Schnitt eine Masseelektrode der Zündkerze von 1 und 2B einen Schnitt entlang der Linie C-C von 2A, wobei beide Figuren einen mehrlagigen Aufbau der Masseelektrode darstellen;
3A vergrößert den in 1 durch einen Kreis angegeben Abschnitt A der Zündkerze von 1 und 3B einen Schnitt entlang der Linie C-C von 3A;
4 vergrößert eine Metallhülle der Zündkerze von 1, die ein Ende mit großer Radialdicke hat;
5 grafisch den Zusammenhang zwischen dem Abmessungsverhältnis B/D und der Schweißstellenfestigkeit einer Widerstandsverschweißung zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle der Zündkerze von 1;
6A und 6B im Teilschnitt die Orientierung der Masseelektrode bezüglich der Metallhülle in der Zündkerze von 1 bei verschiedenen Befestigungswinkeln;
7 grafisch den Zusammenhang zwischen dem Abmessungsverhältnis B/S und der Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung zwischen der Masseelektrode und der Metallhülle der Zündkerze von 1;
8 vergrößert eine Metallhülle der Zündkerze von 1, die eine sich zu ihrem Ende hin verjüngende Außenfläche hat;
9 im Schnitt drei verschiedene Ausführungsbeispiele für den Querschnitt der Massenelektrode der Zündkerze von 1; und
10A und 10B Darstellungen zur Veranschaulichung eines Problems bezüglich der Schweißstellenfestigkeit einer Widerstandsverschweißung zwischen der Massenelektrode und der Metallhülle einer Zündkerze.
Unter Bezugnahme auf die 1–9 werden nun die Ausführungsbeispiele der Erfindung beschrieben.
Es ist zu beachten, dass zur Verbesserung der Klarheit und des Verständnisses, wann immer möglich, gleiche Bauteile mit gleichen Funktionen in verschiedenen Ausführungsbeispielen der Erfindung in jeder Figur mit den gleichen Bezugszahlen bezeichnet worden sind.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
1 zeigt den Gesamtaufbau einer Zündkerze 100 gemäß dem ersten Ausführungsbeispiele der Erfindung.
Die Zündkerze 100 ist für die Verwendung in Gasmotoren von Kraft-Wärme-Kopplungssystemen ausgelegt. Der Einbau der Zündkerze 100 in den Gasmotor erfolgt, indem sie mittels eines in einem (nicht gezeigten) Motorkopf des Motors vorgesehenen Gewindelochs in eine (nicht gezeigte) Brennkammer eingebaut wird.
Wie in 1 gezeigt ist, setzt sich die Zündkerze 100 im Wesentlichen aus einer Metallhülle 10, einem Isolator 20, einer Mittelelektrode 30 und einer Masseelektrode 40 zusammen.
Die rohrförmige Metallhülle 10 besteht aus einem leitenden Metallmaterial, beispielsweise aus einem Stahl mit niedrigem Kohlenstoffgehalt. Die Metallhülle 10 hat an ihrem Außenumfang einen Gewindeabschnitt 11, um die Zündkerze 100 wie oben beschrieben in die Brennkammer des Motors einzubauen.
Der Gewindeabschnitt 11 der Metallhülle 10 hat einen Außendurchmesser von 18 mm oder mehr. Dieser Bereich entspricht einem Bereich von M18 oder mehr gemäß JIS (Japanischer Industriestandard).
Der Isolator 20, der aus einer Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) besteht, ist in der Metallhülle 10 befestigt und teilweise in der Metallhülle 10 untergebracht, sodass ein Ende 20a des Isolators 20 von einem Ende 10a der Metallhülle 10 vorragt, während das andere Ende 20b des Isolators 20 von dem anderen Ende 10b der Metallhülle 10 vorragt.
Die säulenförmige Mittelelektrode 30 ist in einer Zentralbohrung 21 des Isolators 20 festgemacht, sodass sie gegenüber der Metallhülle 10 elektrisch isoliert ist. Die Mittelelektrode 30 ist zusammen mit dem Isolator 20 teilweise in der Metallhülle 10 untergebracht, sodass ein Ende 30a der Mittelelektrode 30 von dem Ende 20a des Isolators 20 vorragt.
Die Mittelelektrode 30 besteht aus einem hochgradig wärmeleitfähigen Metallmaterial wie Cu als Kernmaterial und einem hochgradig hitze- und korrosionsbeständigen Metallmaterial wie einer Legierung auf Ni-Basis (Ni: Nickel) als Verkleidungsmaterial.
Mit dem Ende 30a der Mittelelektrode 30 ist ein Edelmetallplättchen 31 verbunden, das als Funkenelement der Zündkerze 100 dient.
Das zylinderförmige Edelmetallblättchen 31 besteht bei diesem Ausführungsbeispiel vorzugsweise aus einer Legierung auf Ir-Basis (Ir: Iridium) und ist mit dem Ende 30a der Mitteleelektrode 30 durch Laserschweißen verbunden.
Die säulenförmige Masseelektrode 40 ist an ihrem Fußende 40a durch Widerstandsschweißen mit dem Ende 10a der Metallhülle 10 verbunden. Die Masseelektrode 40 ist L-förmig gebogen, sodass sie einen Spitzenabschnitt 40b hat, dessen Seitenfläche über einen Funkenspalt 50 dem Edelmetallblättchen 31 zugewandt ist.
Die säulenförmige Massenelektrode 40 hat bei diesem Ausführungsbeispiel senkrecht zu ihrer Längsrichtung einen rechteckigen Querschnitt.
Um die Wärmeübertragung von der Masseelektrode 40 zur Metallhülle 10 zu steigern, besteht die Masseelektrode 40 außerdem, wie zuvor beschrieben wurde, vorzugsweise aus mehreren Metallmaterialien.
Und zwar enthält die Masseelektrode 40, wie in den 2A und 2B gezeigt ist, drei verschiedene Metalllagen, und zwar eine erste Lage 401 aus Inconel^TM, eine zweite Lage 402 aus Cu und eine dritte Lage 403 aus Ni. In der ersten Lage 401 ist die zweite Lage 402 eingebettet, während die dritte Lage 403 in der zweiten Lage 402 eingebettet ist. Nähere Einzelheiten über den mehrlagigen Aufbau der Masseelektrode 40 lassen sich der JP 1999-111426 A entnehmen, deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme vollständig aufgenommen wird.
Unter den drei Metallmaterialien der Masseelektrode 40 hat Inconel, das eine Legierung auf Ni-Basis ist und als das Metallgrundmaterial der Masseelektrode 40 dient, einen höheren spezifischen Widerstand und eine geringere Wärmeleitfähigkeit als Cu und Ni. Wenn die Masseelektrode 40 durch Widerstandsschweißen mit der Metallhülle 10 verschweißt wird, können daher das aufgeschmolzene Cu und Ni, die die zweite bzw. dritte Lage 402 und 403 bilden, daran gehindert werden, aus der ersten Lage 401 auszufließen. Dementsprechend kann die Masseelektrode 40 als Ganzes der Hitze wiederstehen, die durch den hohen Strom während des Widerstandsschweißens erzeugt wird.
Da Cu eine hohe Wärmeleitfähigkeit hat, ist es außerdem möglich, im Betrieb des Gasmotors, wenn die Zündkerze 100 eingebaut ist, die Hitze wirksam von der Masseelektrode 40 zur Metallhülle 10 zu übertragen.
Wie in 3A gezeigt ist, hat die rohrförmige Metallhülle 10 eine Achse P, die in den Figuren als eine Strich-Punkt-Linie angegeben ist.
Die Metallhülle 10 hat auf einer ersten Bezugsebene 201, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse P durch eine Kante des Endes 10a der Metallhülle 10 verläuft, einen Innenradius R.
Die Metallhülle 10 hat auf der ersten Bezugsebene 201 eine Radialdicke B in einem Bereich von beispielsweise 2,0 bis 2,2 mm.
Die Metallhülle 10 hat außerdem auf einer zweiten Bezugsebene 202, die definitionsgemäß parallel in einem Abstand von 0,5 mm zur ersten Bezugsebene 201 verläuft, eine Radialdicke C. Die Radialdicke C der Metallhülle 10 liegt in einem Bereich von beispielsweise 2,0 bis 2,2 mm.
Das Verhältnis B/C zwischen den beiden Radialdicken der Metallhülle 10 entspricht dem Verjüngungsgrad der Außenfläche der Metallhülle 10 in einem Bereich von der ersten Bezugsebene 201 zur zweiten Bezugsebene 202.
Und zwar gibt ein Verhältnis B/C von 1,0 an, dass die Außenfläche der Metallhülle 10 in dem Bereich von der ersten Bezugsebene 201 zur zweiten Bezugsebene 202 parallel zu ihrer Achse P verläuft. Andererseits verjüngt sich die Außenfläche der Metallhülle 10 von der zweiten Bezugsebene 202 zur ersten Bezugsebene 201 umso mehr, je kleiner der Wert B/C ist.
In diesem Ausführungsbeispiel beträgt der Wert B/C ungefähr 1,0, d.h. die Außenfläche der Metallhülle 10 verläuft in dem Bereich von der ersten Bezugsebene 201 zur zweiten Bezugsebene 202 ungefähr parallel zur Achse P.
Wie die beiden 3B und 3A zeigen, hat die Masseelektrode 40 senkrecht zur Richtung der Achse P der Metallhülle 10 einen Querschnitt, bei dem zwei erste Gegenseiten jeweils eine Länge L haben und zwei zweite Gegenseiten jeweils eine Länge t haben, die kleiner als L ist. Die Längen L und t werden im Folgenden als die Breite L und die Dicke t der Masseelektrode 40 bezeichnet.
Darüber hinaus wird ein Parameter D verwendet, der der Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser M des Gewindeabschnitts 11 der Metallhülle 10 und dem Innendurchmesser der Metallhülle 10 auf der ersten Bezugsebene 201 entspricht. Mit anderen Worten ist der Parameter D gleich (M/2) – R.
Bei diesem Ausführungsbeispiel liegt der Parameter D in einem Bereich von beispielsweise 4,4 bis 4,5 mm. Dementsprechend liegt das Verhältnis B/D zwischen der Radialdicke B der Metallhülle 10 und dem Parameter D in einem Bereich von 0,44 bis 0,50.
Mit zunehmendem Verhältnis B/D nimmt die Radialdicke B der Metallhülle 10 auf der ersten Bezugsebene 201 bezüglich eines gegebenen Innenradius R und Außendurchmessers D von ihr zu, was zu einem größeren Abschnitt des Endes 10a der Metallhülle 10 führt, mit dem das Fußende 40a der Masseelektrode 40 nicht verbunden wird. Dadurch kann die Hitze, die durch den hohen Strom beim Widerstandverschweißen der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 erzeugt wird, nicht wirksam auf die Verbindungs abschnitte der Metallhülle 10 und der Masseelektrode 40 verteilt werden.
Mit abnehmendem Verhältnis B/D nimmt dagegen die Radialdicke B der Metallhülle 10 bezüglich des gegebenen Innenradius R und Außendurchmessers D ab, was zu weniger Raum auf dem Ende 10a der Metallhülle 10 führt, der für das Widerstandsschweißen zur Verfügung steht. Dadurch wird es unmöglich, das Fußende 40a der Masseelektrode 40 mit dem Ende 10a der Metallhülle 10 zu verbinden.
Dementsprechend gibt es einen bevorzugten Bereich für das Verhältnis B/D, der auf Grundlage von Ergebnissen eines Schweißstellenfestigkeitsversuches ermittelt wurde, der von dem Erfinder wie unten beschrieben durchgeführt wurde.
In dem Schweißstellenfestigkeitsversuch wurde die Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung zwischen der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 anhand verschiedener Mustermetallhüllen 10 und Mustermasseelektroden 40 beurteilt.
Und zwar wurden durch Widerstandsschweißen eine Mustermasseelektrode 40 und eine Mustermetallhülle 10 miteinander verbunden und jeweils an zwei verschiedenen Haltern befestigt. Dann wurden die beiden Halter in entgegengesetzte Richtungen gezogen, bis die Mustermasseelektrode 40 von der Mustermetallhülle 10 abbrach oder die Mustermasseelektrode 40 selbst durchbrach, wobei dann die Zugfestigkeit gemessen wurde.
Die untersuchten Mustermetallhüllen 10 hatten entweder die in 3A oder die in 4 gezeigte Form. Bei den Mustermetallhüllen 10, die die in 3A gezeigte Form hatten, betrug das Verhältnis B/C wie zuvor beschrieben 1,0, lagen die Radialdicken B und C im Bereich von 2,0 bis 2,2 mm, lag der Parameter D im Bereich von 4,4 bis 4,5 mm und lag das Verhältnis B/D in einem Bereich von 0,44 bis 0,50.
Bei den Metallhüllenmustern 10, die die in 4 gezeigte Form hatten und die zu Vergleichszwecken untersucht wurden, betrug das Verhältnis B/C dagegen 1,0, lagen die Radialdicken B und C in einem Bereich von 3,1 bis 3,4 mm, lag der Parameter D in einem Bereich von 4,4 bis 4,5 mm und lag das Verhältnis B/D in einem Bereich von 0,65 bis 0,78.
Im Hinblick auf die Masseelektrode 40 wurden in Kombination mit den verschiedenen oben angesprochenen Mustermetallhüllen 10 zwei verschiedene Arten Mustermasseelektroden untersucht. Die eine Art hatte eine Breite L von 4,1 mm und eine Dicke t von 1,6 mm; die andere Art hatte eine Breite L von 2,6 mm und eine Dicke t von 1,3 mm. Dabei ist zu beachten, dass die beiden Dicken t von 1,6 mm und 1,3 mm kleiner als die Radialdicke B jeder Mustermetallhülle 10 waren.
Die Versuchsergebnisse für die Schweißstellenfestigkeit sind in 5 gezeigt. In 5 gibt die horizontale Achse das Verhältnis B/D und die vertikale Achse die sich ergebende Zugfestigkeit an. Das Symbol "x" steht für die Mustermasseelektroden 40, die eine Breite L von 4,1 mm und eine Dicke t von 1,6 mm hatten und die von der Mustermetallhülle 10 abbrachen, das Symbol "⦁" für diejenigen, bei denen L 4,1 mm und t 1,6 mm betrug und die durchbrachen, das Symbol "Δ" für diejenigen, bei denen L 2,6 mm und t 1,3 mm betrug und die von der Mustermetallhülle 10 abbrachen, und das Symbol "O" für diejenigen, bei denen L 2,6 mm und t 1,3 mm betrug und die durchbrachen.
Wie aus 5 hervorgeht, brach die Mustermasseelektrode 40 von der Mustermetallhülle 10 ab, wenn das Verhältnis B/D zu groß war, d.h. wenn die untersuchte Mustermetallhülle 10 eine zu große Radialdicke B hatte.
Wenn das Verhältnis B/D zu klein war, d.h. wenn die untersuchte Mustermetallhülle 10 eine zu geringe Radialdicke B hatte, brach die Mustermasseelektrode 40 ebenfalls von der Mustermetallhülle 10 ab.
Es ist zu beachten, dass neben den oben beschriebenen Mustermetallhüllen 10 zum Vergleich zwei weitere Mustermetallhüllen 10 untersucht wurden, die jeweils eine geringere Radialdicke B als die Dicke t der damit gepaarten Mustermasseelektrode 40 hatten. Mit den beiden Mustermetallhüllen 10 wurde eine sehr geringe Schweißstellenfestigkeit erzielt, wie durch die beiden Symbole "x" und "Δ" in der linken unteren Ecke von 5 angegeben ist.
Als das Verhältnis B/D dagegen in einem Bereich von 0,20 bis 0,65 lag, war die Schweißstellenfestigkeit, wie sich aus 5 ergibt, so hoch, dass die Masseelektrode 40 durchbrach, bevor sie von der Mustermetallhülle 10 abbrach.
Um eine hohe Schweißstellenfestigkeit für die Widerstandsverschweißung zwischen der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 sicherzustellen, ist es demnach vorzuziehen, dass das Verhältnis B/D im Bereich 0,20 bis 0,65 liegt.
Wenn das Verhältnis B/D in den obigen Bereich fällt, haben die Dicke t der Masseelektrode 40 und die Radialdicke B der Metallhülle 10 ungefähr den gleichen Wert, sodass die Hitze, die durch den hohen Strom während des Widerstandsschweißens erzeugt wird, wirksam auf die Verbindungsabschnitte der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 verteilt werden kann, wodurch die Materialien ausreichend in diesen Abschnitten aufschmelzen und sich mischen.
Auf Grundlage der obigen Ergebnisse wurde eine weitere Untersuchung durchgeführt, um die für die Widerstandsverschweißung geeignete Orientierung des Fußendes 40a der Masseelektrode 40 zum Ende 10a der Metallhülle 10 zu bestimmen.
Wie in den 6A und 6B gezeigt ist, hat die säulenförmige Masseelektrode 40 an ihrem Fußende 40a senkrecht zur Richtung der Achse P einen Querschnitt, der eine Mitte G, die beiden ersten Gegenseiten und die beiden zweiten Gegenseiten umfasst, die kürzer als die ersten Gegenseiten sind.
In diesen Figuren ist außerdem eine Bezugslinie 203 angegeben, die definitionsgemäß über den Querschnitt durch dessen Mitte G verläuft und die Achse P schneidet.
In 6A ist die Masseelektrode 40 bezüglich der Metallhülle 10 so orientiert, dass die beiden ersten Gegenseiten des Querschnitts der Masseelektrode 40 senkrecht zur Bezugslinie 203 verlaufen. Dementsprechend ist der Abstand S zwischen den beiden ersten Gegenseiten in Richtung der Bezugslinie 203 gleich der Dicke der Masseelektrode, die der zuvor beschriebenen Länge der beiden zweiten Gegenseiten entspricht.
In 6B ist die Masseelektrode 40 dagegen bezüglich der Metallhülle 10 mit einem Befestigungswinkel θ zwischen den beiden ersten Gegenseiten des Querschnittes der Masseelektrode 40 und der Bezugslinie 203 orientiert. Dementsprechend ist der Abstand S zwischen den beiden ersten Gegenseiten in Richtung der Bezugslinie 203 gleich t/sin θ.
Wenn der Befestigungswinkel θ einen kleinen Wert von weniger als 60°, also beispielsweise 30° annimmt, entfernt sich der Spitzenabschnitt 40b der Masseelektrode 40 von dem Edelmetallplättchen 31, sodass er nicht zusammen mit dem Edelmetallplättchen 31 den Funkenspalt 50 bilden kann. Der Befestigungswinkel θ beträgt daher vorzugsweise nicht weniger als 60°.
Damit der Spitzenabschnitt 40b der Masseelektrode 40 in Richtung der Achse P an dem Edelmetallplättchen 31 ausgerichtet ist, ist es außerdem vorzuziehen, dass der Befestigungswinkel θ gleich 90° ist.
Dementsprechend liegt der Befestigungswinkel θ vorzugsweise in einem Bereich von 60 bis 90°.
Um die Schweißstellenfestigkeit zwischen der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 noch zuverlässiger sicherzustellen, hat der Erfinder die Wirkung des Verhältnisses B/S (S = t/sin θ) auf die Schweißstellenfestigkeit untersucht.
Bei dieser Untersuchung wurden Mustermasseelektroden 40 der beiden verschiedenen oben beschriebenen Arten in Kombination mit verschiedenen Mustermetallhüllen 10 untersucht, bei denen das Verhältnis B/D im Bereich 0,20 bis 0,65 lag.
7 zeigt die Untersuchungsergebnisse. In der Figur bezeichnet die horizontale Achse das Verhältnis B/S und die vertikale Achse die sich ergebende Zugfestigkeit. Dabei steht das Symbol "x" für die Mustermasseelektroden 40, die eine Breite L von 4,1 mm und eine Dicke t von 1,6 mm hatten und die von der Mustermetallhülle 10 abbrachen, das Symbol "⦁" für diejenigen, bei denen L 4,1 mm und t 1,6 mm betrug und die durchbrachen, das Symbol "Δ" für diejenigen, bei denen L 2,6 mm und t 1,3 mm betrug und die von der Mustermetallhülle 10 abbrachen, und das Symbol "O" für diejenigen, bei denen L 2,6 mm und t 1,3 mm betrug und die durchbrachen.
Wie aus 7 hervorgeht, war bei einem Verhältnis B/S von weniger als 1,0 die Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung so gering, dass die Mustermasseelektrode 40 von der damit gepaarten Mustermetallhülle 10 abbrach. Das lag daran, dass das Ende 10a der Mustermetallhülle 10 das Fußende 40a der Mustermetallhülle 40 nicht vollständig überdecken konnte, dass also das Fußende 40a von dem Ende 10a vorragte, was zu der geringen Schweißstellenfestigkeit dazwischen führte.
Als das Verhältnis B/S größer als 1,6 war, war die Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung ebenfalls so gering, dass die Mustermasseelektrode 40 von der damit gepaarten Mustermetallhülle 10 abbrach. Das lag daran, dass die Radialdicke B der Metallhülle 10 so groß war, dass die Hitze, die durch den hohen Strom während des Widerstandsschweißens erzeugt wurde, nicht wirksam auf die Verbindungsabschnitte des Fußendes 40a der Mustermasseelektrode 40 und des Endes 10a der Mustermetallhülle 10 verteilt werden konnte.
Als das Verhältnis B/S in einem Bereich von 1,0 bis 1,6 lag, war die Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung dagegen so hoch, dass die Mustermasseelektrode 40 durchbrach, bevor sie von der damit gepaarten Mustermetallhülle 10 abbrach.
Um eine hohe Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung zwischen der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10 sicherzustellen, ist es demnach vorzuziehen, dass das Verhältnis B/S im Bereich 1,0 bis 1,6 liegt.
Zusammengefasst hat die erfindungsgemäße Zündkerze 100 mit der Metallhülle 10, die den Gewindeabschnitt 11 mit dem Außendurchmesser M von 18 mm oder mehr hat, und mit der durch Widerstandsschweißen mit der Metallhülle 10 verbundenen Masseelektrode 40 einen verbesserten Aufbau, der durch Abmessungszusammenhänge gekennzeichnet ist, wonach:
das Verhältnis B/C zwischen den Radialdicken der Metallhüllen 10 auf der ersten und zweiten Bezugsebene 201 und 202 1,0 beträgt;
das Verhältnis B/D zwischen der Radialdicke B der Metallhülle 10 auf der ersten Bezugsebene 201 und dem Parameter D, der der halben Differenz zwischen dem Außendurchmesser M des Gewindeabschnitts 11 und dem Innendurchmesser 2R der Metallhülle 10 auf der ersten Bezugsebene 201 entspricht, im Bereich 0,20 bis 0,65 liegt;
der Befestigungswinkel θ zwischen den beiden ersten Gegenseiten des Querschnittes der Masseelektrode 40 senkrecht zur Richtung der Achse P und der Bezugslinie 203 im Bereich 60 bis 90° liegt; und
das Verhältnis B/S (d.h. B/(t/sin θ)) zwischen der Radialdicke B der Metallhülle 10 auf der ersten Bezugsebene 201 und dem Abstand S zwischen den beiden ersten Gegenseiten des Querschnittes der Masseelektrode 40 in Richtung der Bezugslinie 203 im Bereich 1,0 bis 1,6 liegt.
Dieser verbesserte Aufbau gewährleistet eine hohe Schweißstellenfestigkeit der Widerstandsverschweißung zwischen der Masseelektrode 40 und der Metallhülle 10.
Darüber hinaus besteht die Masseelektrode 40 in der Zündkerze 100 vorzugsweise aus mehreren Metallmaterialien, einschließlich eines Metallgrundmaterials aus Inconel sowie Cu, das in dem Metallgrundmaterial eingebettet ist, wodurch eine hohe Hitzebeständigkeit der Masseelektrode 40 sichergestellt wird.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
Bei der Zündkerze 100 gemäß dem vorstehenden Ausführungsbeispiel ist das Verhältnis B/C gleich 1,0; die Außenfläche der Metallhülle 10 verläuft also in dem Bereich von der ersten Bezugsebene 201 zur zweiten Bezugsebene 202 parallel zu ihrer Achse P.
Dieses Ausführungsbeispiel sieht dagegen eine Zündkerze 100 vor, bei der das Verhältnis B/C weniger als 1,0, aber mehr als 0,7 beträgt. Mit anderen Worten verjüngt sich die Außenfläche der Metallhülle 10, wie in 8 gezeigt ist, von der zweiten Bezugsebene 202 zur ersten Bezugsebene 201.
Mit einer solchen sich verjüngenden Metallhülle 10 erzielte der Erfinder bei einer experimentellen Unter suchung die gleichen Tendenzen und Abmessungsverhältnisse wie bei der Metallhülle 10 in dem vorstehenden Ausführungsbeispiel.
Es ist demnach vorzuziehen, dass die erfindungsgemäße Zündkerze 100 den Zusammenhang 0,7 ≤ B/C ≤ 1,0 erfüllt.
[Weitere Ausführungsbeispiele]
Oben wurden zwar verschiedene Ausführungsbeispiele der Erfindung angegeben und beschrieben, doch wird derjenige, der die Erfindung ausführt, und der Fachmann erkennen, dass verschiedene Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne von dem hier offenbarten Konzept abzuweichen.
So ist bei den vorstehenden Ausführungsbeispielen lediglich ein Edelmetallplättchen 31 mit dem Ende 30a der Mittelelektrode 30 verbunden. Allerdings kann die Zündkerze 100 neben dem Edelmetallplättchen 31 auch ein weiteres Edelmetallplättchen enthalten, das durch beispielsweise Widerstandsschweißen mit der Seitenfläche des Spitzenabschnittes 40b der Masseelektrode 40 verbunden wird, sodass es dem Edelmetallplättchen 31 über den Funkenspalt 50 zugewandt ist. Das Edelmetallplättchen kann aus einer Legierung auf Pt-Basis bestehen, und eine Zylinderform haben.
Darüber hinaus enthält die Masseelektrode 40 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen drei Metalllagen, die aus Inconel, Cu bzw. Ni bestehen. Allerdings können die drei Metalllagen auch aus anderen Metallmaterialien bestehen.
Darüber hinaus kann anstelle des obigen mehrlagigen Aufbaus die gesamte Masseelektrode 40 aus einer Legierung auf Ni-Basis bestehen, die beispielsweise 1 Gew.-% oder mehr A1 (Aluminium) enthält. Dadurch kann auf der Außenfläche der Masseelektrode 40 eine robuste Oxidschicht ausgebildet werden, wodurch sich die Hochtemperatur-Oxidationsbeständigkeit der Masseelektrode 40 verbessert.
Es wird darauf hingewiesen, dass der Erfinder eine experimentelle Untersuchung mit Masseelektroden 40 durchgeführt hat, die aus der oben beschriebenen Legierung auf Ni-Basis bestanden und 1, 2 oder 3% A1 enthielten, wobei er die gleichen Tendenzen und Abmessungszusammenhänge wie bei der Masseelektrode 40 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen erhielt.
Darüber hinaus hat die Masseelektrode 40 in den vorstehenden Ausführungsbeispielen eine Säulenform und einen rechteckigen Querschnitt. Die Masseelektrode 40 kann jedoch auch verschiedene andere Querschnittsformen haben, beispielsweise die in 9 gezeigten.
Solche Abwandlungen, Änderungen und Verbesserungen, die wie oben im üblichen fachlichen Können liegen, sollen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt sein.
Eine Zündkerze hat eine Metallhülle, die einen Gewindeabschnitt mit einem Außendurchmesser von 18 mm oder mehr hat, einen Isolator, eine Mittelelektrode und eine mit der Metallhülle durch Widerstandsschweißen verbundene Masseelektrode. Die Zündkerze hat einen verbesserten Aufbau, der die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt: 0,7 ≤ B/C ≤ 1,0; 60° ≤ θ ≤ 90°; 1,0 < (t/sin θ); und 0,20 < B/D < 0,65, wobei B und C die Radialdicken der Metallhülle auf einer ersten und einer zweiten Bezugs ebene sind, t die Dicke der Masseelektrode ist, θ der Befestigungswinkel der Masseelektrode zur Metallhülle ist und D ein Parameter ist, der der Hälfte der Differenz zwischen dem Außendurchmesser des Gewindeabschnitts und dem Innendurchmesser der Metallhülle auf der ersten Bezugsebene entspricht.

Claims

Zündkerze (100), mit: einer rohrförmigen Metallhülle (10), die eine Achse (P) sowie ein Ende (10a) und einen Gewindeabschnitt (11) an ihrem Außenumfang hat, wobei der Gewindeabschnitt (11) einen Außendurchmesser (M) von 18 mm oder mehr hat; einem in der Metallhülle (10) befestigten hohlen Isolator (20), der ein Ende (20a) hat, das von dem Ende (10a) der Metallhülle (10) vorragt; einer in dem Isolator (20) festgemachten Mittelelektrode (30), die ein Ende (30a) hat, das von dem Ende (20a) des Isolators (20) vorragt; und einer Masseelektrode (40), die ein mit dem Ende (10a) der Metallhülle (10) verbundenes Fußende (40a) sowie einen Spitzenabschnitt (40b) hat, der dem Ende (30a) der Mittelelektrode (30) über einen Funkenspalt (50) zugewandt ist, wobei die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt sind: 0,7 ≤ B/C ≤ 1,0; und 0,20 < B/D < 0,65, wobei B die Radialdicke der Metallhülle (10) auf einer ersten Bezugsebene (201) ist, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse (P) der Metallhülle (10) durch eine Kante des Endes (10a) der Metallhülle (10) verläuft, C die Radialdicke der Metallhülle (10) auf einer zweiten Bezugsebene (202) ist, die definitionsgemäß parallel mit 0,5 mm Abstand zur ersten Bezugsebene (201) verläuft, und D ein Parameter ist, der der halben Differenz zwischen dem Außendurchmesser (M) des Gewindeabschnitts (11) der Metallhülle (10) und dem Innendurchmesser der Metallhülle (10) auf der ersten Bezugsebene entspricht.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, bei der die Masseelektrode (40) aus mehreren Materialien besteht, einschließlich eines Metallgrundmaterials (401) und eines Metallmaterials (402, 403), das in dem Metallgrundmaterial (401) eingebettet ist und eine andere Wärmeleitfähigkeit als das Metallgrundmaterial (401) hat.
Zündkerze (100) nach Anspruch 2, bei der das Metallgrundmaterial (401) einen spezifischen Widerstand hat, der höher als jedes andere Metallmaterial (402, 403) der Masseelektrode (40) ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 3, bei der das Metallgrundmaterial (401) eine Legierung auf Ni-Basis ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 4, bei der in dem Grundmaterial (401) Cu eingebettet ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 2, bei der das Metallgrundmaterial (401) eine Legierung auf Ni-Basis ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 2, bei der in das Grundmaterial (401) Cu eingebettet ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, bei der die Masseelektrode (40) aus einer Legierung auf Ni-Basis besteht, die 1 Gew.-% oder mehr A1 enthält.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, bei der die Radialdicke B der Metallhülle (10) gleich ihrer Radialdicke C ist, sodass die Metallhülle (10) eine Außenfläche hat, die in einem Bereich von der ersten Bezugsebene (201) zur zweiten Bezugsebene (202) parallel zu ihrer Achse (P) verläuft.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, bei der die Radialdicken B und C der Metallhülle (10) den Abmessungszusammenhang 0,7 ≤ B/C < 1,0 erfüllen, sodass die Metallhülle (10) eine Außenfläche hat, die sich von der zweiten Bezugsebene (202) zur ersten Bezugsebene (201) verjüngt.
Zündkerze (100), mit: einer rohrförmigen Metallhülle (10), die eine Achse (P) sowie ein Ende (10a) und einen Gewindeabschnitt (11) an ihrem Außenumfang hat, wobei der Gewindeabschnitt (11) einen Außendurchmesser (M) von 18 mm oder mehr hat; einem in der Metallhülle (10) befestigten hohlen Isolator (20), der ein Ende (20a) hat, das von dem Ende (10a) der Metallhülle (10) vorragt; einer in dem Isolator (20) festgemachten Mittelelektrode (30), die ein Ende (30a) hat, das von dem Ende (20a) des Isolators (20) vorragt; und einer Masseelektrode (40), die ein mit dem Ende (10a) der Metallhülle (10) verbundenes Fußende (40a) hat, an dem die Masseelektrode (40) senkrecht zur Richtung der Achse (P) der Metallhülle (10) einen Querschnitt hat, der eine Mitte (G), zwei erste Gegenseiten und zwei zweite Gegenseiten hat, die kürzer als die ersten Gegenseiten sind, und die außerdem einen Spitzenabschnitt (40b) hat, der dem Ende (30a) der Mittelelektrode (30) über einen Funkenspalt (50) zugewandt ist, wobei die folgenden Abmessungszusammenhänge erfüllt sind: 0,7 ≤ B/C ≤ 1,0; 60° ≤ θ ≤ 90°; und 1,0 < B/(t/sin θ) ≤ 1,6, wobei B die Radialdicke der Metallhülle (10) auf einer ersten Bezugsebene (201) ist, die definitionsgemäß senkrecht zur Achse (P) der Metallhülle (10) durch eine Kante des Endes (10a) der Metallhülle (10) verläuft, C die Radialdicke der Metallhülle (10) auf einer zweiten Bezugsebene (202) ist, die definitionsgemäß parallel mit 0,5 mm Abstand zur ersten Bezugsebene (201) verläuft, t die Dicke der Masseelektrode (40) ist, die dem Mindestabstand zwischen den ersten beiden Gegenseiten des Querschnitts der Masseelektrode (40) entspricht, und θ der Winkel zwischen einer der ersten beiden Gegenseiten des Querschnitts der Masseelektrode (40) und einer Bezugslinie (203) ist, die definitionsgemäß über den Querschnitt der Masseelektrode (40) durch die Mitte (G) des Querschnitts verläuft und die Achse (P) der Metallhülle (10) schneidet.
Zündkerze (100) nach Anspruch 11, bei der der folgende Abmessungszusammenhang erfüllt ist: 0,20 < B/D < 0,65, wobei D ein Parameter ist, der der halben Differenz zwischen dem Außendurchmesser (M) des Gewindeabschnitts (11) der Metallhülle (10) und dem Innendurchmesser der Metallhülle (10) auf der ersten Bezugsebene (201) entspricht.
Zündkerze (100) nach Anspruch 11, bei der die Masseelektrode (40) aus mehreren Materialien besteht, einschließlich eines Metallgrundmaterials (401) und eines Metallmaterials (402, 403), das in dem Metallgrundmaterial (401) eingebettet ist und eine andere Wärmeleitfähigkeit als das Metallgrundmaterial (401) hat.
Zündkerze (100) nach Anspruch 13, bei der das Metallgrundmaterial (401) einen spezifischen Widerstand hat, der höher als jedes andere Metallmaterial (402, 403) der Masseelektrode (40) ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 14, bei der das Metallgrundmaterial (401) eine Legierung auf Ni-Basis ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 15, bei der in dem Grundmaterial (401) Cu eingebettet ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 13, bei der das Metallgrundmaterial (401) eine Legierung auf Ni-Basis ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 13, bei der in das Grundmaterial (401) Cu eingebettet ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 11, bei der die Masseelektrode (40) aus einer Legierung auf Ni-Basis besteht, die 1 Gew.-% oder mehr A1 enthält.
Zündkerze (100) nach Anspruch 11, bei der die Radialdicke B der Metallhülle (10) gleich ihrer Radial dicke C ist, sodass die Metallhülle (10) eine Außenfläche hat, die in einem Bereich von der ersten Bezugsebene (201) zur zweiten Bezugsebene (202) parallel zu ihrer Achse (P) verläuft.
Zündkerze (100) nach Anspruch 11, bei der die Radialdicken B und C der Metallhülle (10) den Abmessungszusammenhang 0,7 ≤ B/C < 1,0 erfüllen, sodass die Metallhülle (10) eine Außenfläche hat, die sich von der zweiten Bezugsebene (202) zur ersten Bezugsebene (201) verjüngt.