DE102005036949B4

DE102005036949B4 - Zündkerze mit mehreren Masseelektroden

Info

Publication number: DE102005036949B4
Application number: DE102005036949.9A
Authority: DE
Inventors: Tsunenobu Hori; Shinichi Okabe
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-08-06
Filing date: 2005-08-05
Publication date: 2017-12-07
Anticipated expiration: 2025-08-06
Also published as: US7170219B2; DE102005036949A1; US20060028107A1; JP2006049206A

Abstract

Zündkerze (S5; S6) mit: einer rohrförmigen Metallhülse (4), die einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt (42) bei einem zugehörigen Außenumfang aufweist, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) eine Größe von kleiner oder gleich M14 aufweist, einem Isolator (2), der in der Metallhülse (4) befestigt ist, wobei der Isolator (2) eine Bohrung (21), die durch ihn hindurch ausgebildet ist, und ein Ende (22) aufweist, das von einem Ende (41) der Metallhülse (4) herausragt, einer zylindrischen Mittelelektrode (3), die in der Bohrung (21) des Isolators (2) befestigt ist, wobei die Mittelelektrode (3) eine Achse und ein Ende (31) aufweist, das von dem Ende (22) des Isolators (2) herausragt, einer ersten Masseelektrode (51), die ein Basisende (510), das mit dem Ende (41) der Metallhülse (4) verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt (511) aufweist, der dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) über einen ersten Elektrodenabstand in einer axialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einer zweiten Masseelektrode (52), die ein Basisende (520), das mit dem Ende (41) der Metallhülse (4) verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt (521) aufweist, der einer Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode (3) über einen zweiten Elektrodenabstand in einer radialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, wobei eine Größe A des ersten Elektrodenabstands, der eine minimale Entfernung zwischen dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) und dem Spitzenabschnitt (511) der ersten Masseelektrode (51) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, in einem Bereich von 0,4 bis 1,0 mm liegt, eine Wanddicke T des Isolators (2) bei dem Ende (22) des Isolators (2) in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm liegt, eine Entfernung B, die eine minimale Entfernung zwischen dem Isolator (2) und dem Spitzenabschnitt (521) der zweiten Masseelektrode (52) ist, in einem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm liegt und ein Parameter C, der eine Entfernung zwischen einer metallhülsenseitigen Ecke eines Rands (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) und dem Innenrand des Endes des Isolators (2) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) darstellt, in einem Bereich ...

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
1. Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen Zündkerzen für eine Verwendung in Verbrennungskraftmaschinen von Automobilen und Kraft-Wärme-Kopplungssystemen.
Genauer gesagt betrifft die Erfindung eine Zündkerze mit mehreren Masseelektroden, die ein hohes Leistungsvermögen aufweist, das Luft-Kraftstoff-Gemisch zu zünden (nachstehend als Zündfähigkeit bezeichnet), und eine lange Lebensdauer aufweist.
2. Beschreibung des Standes der Technik
In 36 ist eine existierende Zündkerze 9 für eine Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine eines Automobils gezeigt, die eine rohrförmige Metallhülse 94, einen Isolator 92, eine zylindrische Mittelelektrode 93, eine erste Masseelektrode 951 und ein Paar von zweiten Masseelektroden 952 umfasst.
(Bspw. offenbart eine derartige Mehrfachmasseelektrode-Zündkerze das japanische Patent JP 3140006 B2 , von der ein englischsprachiges Äquivalent das US-Patent US 6229253 B1 ist.)
Die rohrförmige Metallhülse 94 weist einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt 940 für einen Einbau der Zündkerze 9 in die Verbrennungskammer der Kraftmaschine auf.
Der Isolator 92 weist eine Bohrung 921 auf, die durch ihn hindurch ausgebildet ist, und ist in der Metallhülse 94 derart befestigt, dass ein zugehöriges Ende 922 von einem Ende 941 der Metallhülse 94 herausragt.
Die zylindrische Mittelelektrode 93 ist in der Bohrung 921 des Isolators 92 befestigt und weist ein Ende 931 auf, das von dem Ende 922 des Isolators 92 herausragt.
Die erste Masseelektrode 951 weist ein Basisende, das mit dem Ende 941 der Metallhülse 94 verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der dem Ende 931 der Mittelelektrode 93 über einen ersten Elektrodenabstand A in der axialen Richtung der Mittelelektrode 93 gegenüberliegt.
Jede der zweiten Masseelektroden 952 weist ein Basisende, das mit dem Ende 941 der Metallhülse 94 verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 93 über einen zweiten Elektrodenabstand G in der radialen Richtung der Mittelelektrode 93 gegenüberliegt.
In einer derartigen Zündkerze 9 werden normale Zündfunken über dem ersten Elektrodenabstand A bei einem normalen Zustand der Zündkerze entladen.
Wenn jedoch die Verbrennungstemperatur des Luft-Kraftstoff-Gemisches niedrig ist, wird die Temperatur bei der Außenoberfläche des Isolators 92 dementsprechend niedrig sein. Als Ergebnis wird sich Kohlenstoff bei der Außenoberfläche des Isolators 92 ablagern, wobei somit eine "Kohlenstoffverschmutzung" ("carbon-fouling") des Isolators 92 verursacht wird.
Im Allgemeinen verursacht die Kohlenstoffverschmutzung eines Isolators in einer Zündkerze, dass der Isolationswiderstand zwischen einer Mittelelektrode und einer Metallhülse der Zündkerze verkleinert wird, wobei sogar ein Fehlzünden der Kraftmaschine die Folge ist.
In der Zündkerze 9 werden jedoch, wenn der Isolator 92 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, an Stelle normaler Zündfunken "Seitenzündfunken" bzw. Seitenfunken über den zweiten Elektrodenabständen G entladen, wodurch die Kohlenstoffablagerung auf der Außenoberfläche des Isolators 92 verbrannt wird.
Als Ergebnis wird die Außenoberfläche des Isolators 92 durch die Zündkerze 9 selbst gereinigt, wobei somit der Isolationswiderstand und die Zündfähigkeit der Zündkerze 9 wiederhergestellt werden.
Zur gleichen Zeit können jedoch Seitenfunken ein "Kanalisierungsproblem" verursachen und die Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 93 abtragen bzw. abnutzen. Das Kanalisierungsproblem bezeichnet hierbei ein Phänomen, bei dem die Wärmeenergie, die von den Seitenfunken zu dem Ende 922 des Isolators 92 übertragen wird, den Isolator 92 teilweise zum Schmelzen bringt, wodurch Kanäle bei dem Ende 922 des Isolators 92 ausgebildet werden.
Dementsprechend ist es für die Zündkerze 9 erforderlich, Seitenfunken nur zu entladen, wenn der Isolator 92 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, so dass die Haltbarkeit und Zündfähigkeit der Zündkerze 9 sichergestellt werden können.
Wenn die Zündkerze 9 jedoch in einer modernen Kraftmaschine verwendet wird, die von einem Typ mit hoher Komprimierung und magerer Verbrennung ist und in Kombination mit einem Auflader und einem EGR-System (Exhaust Gas Recirculation bzw. Abgasrückführungssystem) verwendet wird, ist die Strömungsgeschwindigkeit in der Nähe der Zündkerze 9 hoch. (Eine derartige Kraftmaschine wird nachstehend als Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit bezeichnet.)
Die hohe Strömungsgeschwindigkeit zwingt normale Zündfunken, die in dem ersten Elektrodenabstand A der Zündkerze 9 entladen werden, von der normalen Bahn abzuweichen (d.h. in der axialen Richtung der Mittelelektrode 93), wobei somit die erforderliche Spannung der Zündkerze 9 für ein Entladen von normalen Zündfunken vergrößert wird.
Als Ergebnis wird, auch wenn der Isolator 92 nicht mit Kohlenstoff verschmutzt ist, die Auftrittsrate von Seitenzündfunken zunehmen, so dass die Ausbildung von Kanälen bei dem Isolator 92 sowie eine Abnutzung bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 93 erleichtert werden kann, wobei somit die Lebensdauer der Zündkerze 9 verkürzt wird.
Um die vorstehend beschriebene Schwierigkeit zu beheben, kann überlegt werden, als Gegenmaßnahme die erforderliche Spannung der Zündkerze 9 für ein Entladen normaler Zündfunken zu verkleinern, wodurch die Auftrittsrate von Seitenfunken verringert wird. Zur gleichen Zeit kann jedoch ein Verkleinern der erforderlichen Spannung zum Entladen normaler Zündfunken verursachen, dass die Auftrittsrate von Seitenfunken verkleinert wird, auch wenn der Isolator 92 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wobei somit die Selbstreinigungsfähigkeit der Zündkerze 9 verkleinert wird.
Die Druckschrift US 6 229 253 B1 beschreibt eine Zündkerze mit einem spezifischen Elektrodenabstand zwischen einem Isolator und Elektroden. Die Druckschrift DE 197 04 524 C2 beschreibt eine weitere Zündkerze für eine Brennkraftmaschine. Die Druckschrift EP 1 239 563 A1 beschreibt eine weitere Zündkerze. Die Druckschrift US 6 316 868 B1 beschreibt eine weitere Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit einer Selbstreinigungsfunktion. Die Druckschrift DE 600 11 017 T2 beschreibt eine weitere Zündkerze. Die Druckschrift US 2003/0 085 643 A1 beschreibt eine weitere Zündkerze. Die Druckschrift US 2002/0 121 849 A1 beschreibt eine Zündkerze und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Die Druckschrift DE 103 27 596 A1 beschreibt eine weitere Zündkerze. Die Druckschrift EP 1 414 120 A2 beschreibt eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor.
KURZZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist in Anbetracht der vorstehend beschriebenen Schwierigkeit gemacht worden.
Es ist folglich eine Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Zündkerze mit mehreren Masseelektroden bereitzustellen, die eine hohe Zündfähigkeit und eine lange Lebensdauer aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Zündkerze gemäß Patentanspruch 1 und eine Zündkerze gemäß Patentanspruch 11 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in den abhängigen Patentansprüchen angegeben.
Gemäß einer Ausgestaltung wird eine Zündkerze bereitgestellt, die eine rohrförmige Metallhülse, einen Isolator, eine zylindrische Mittelelektrode, eine erste Masseelektrode und eine zweite Masseelektrode umfasst.
Die rohrförmige Metallhülse weist einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt bei einem zugehörigen Außenumfang auf; der mit einem Gewinde versehene Abschnitt weist eine Größe auf, die kleiner oder gleich M14 ist.
Der Isolator ist in der Metallhülse befestigt. Der Isolator weist eine Bohrung, die durch ihn hindurch ausgebildet ist, und ein Ende auf, das von einem Ende der Metallhülse herausragt.
Die zylindrische Mittelelektrode ist in der Bohrung des Isolators befestigt. Die Mittelelektrode weist eine Achse und ein Ende auf, das von dem Ende des Isolators herausragt.
Die erste Masseelektrode weist ein Basisende, das mit dem Ende der Metallhülse verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der dem Ende der Mittelelektrode über einen ersten Elektrodenabstand in der axialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegt.
Die zweite Masseelektrode weist ein Basisende, das mit dem Ende der Metallhülse verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode über einen zweiten Elektrodenabstand in der radialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegt.
In der Zündkerze sind die nachstehend genannten Maßparameter spezifiziert.
Eine Größe A des ersten Elektrodenabstands, die die minimale Entfernung zwischen dem Ende der Mittelelektrode und dem Spitzenabschnitt der ersten Masseelektrode in der axialen Richtung der Mittelelektrode ist, liegt in dem Bereich von 0,4 bis 1,0 mm.
Eine Wanddicke T des Isolators bei dem Ende des Isolators liegt in dem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm.
Eine Entfernung B, die die minimale Entfernung zwischen dem Isolator und dem Spitzenabschnitt der zweiten Masseelektrode ist, liegt in dem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm.
Eine Entfernung C, die eine Entfernung zwischen einem Rand des Spitzenabschnitts der zweiten Masseelektrode und dem Innenrand des Endes des Isolators in der axialen Richtung der Mittelelektrode ist, liegt in dem Bereich von –1,0 bis 0,5 mm. Der Rand des Spitzenabschnitts der zweiten Masseelektrode liegt dem Ende der Metallhülse gegenüber. Die Entfernung C nimmt einen positiven Wert an, wenn der Rand des Spitzenabschnitts der zweiten Masseelektrode näher bei dem Ende der Mittelelektrode ist als es der Innenrand des Endes des Isolators in der axialen Richtung der Mittelelektrode ist.
Durch ein Spezifizieren der Bereiche von Parametern A, T, B und C, wie es vorstehend genannt ist, werden eine hohe Zündfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Zündkerze S1 sichergestellt.
Es ist zu bevorzugen, dass die Entfernung B in der Zündkerze S1 in dem Bereich von 0,2 mm bis (A – 0,05 mm) liegt.
Gemäß einer zweiten Ausgestaltung ist eine Zündkerze bereitgestellt, die eine rohrförmige Metallhülse, einen Isolator, eine zylindrische Mittelelektrode, eine erste Masseelektrode und eine zweite Masseelektrode umfasst.
Die rohrförmige Metallhülse weist einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt bei einem zugehörigen Außenumfang auf; der mit einem Gewinde versehene Abschnitt weist eine Größe auf, die kleiner oder gleich M14 ist.
Der Isolator ist in der Metallhülse befestigt. Der Isolator weist eine Bohrung, die durch ihn hindurch ausgebildet ist, und ein Ende auf, das von einem Ende der Metallhülse herausragt.
Die zylindrische Mittelelektrode ist in der Bohrung des Isolators befestigt. Die Mittelelektrode weist eine Achse und ein Ende auf, das von dem Ende des Isolators herausragt.
Die erste Masseelektrode weist ein Basisende, das mit dem Ende der Metallhülse verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der dem Ende der Mittelelektrode über einen ersten Elektrodenabstand in der axialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegt.
Die zweite Masseelektrode weist ein Basisende, das mit dem Ende der Metallhülse verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt auf, der der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode über einen zweiten Elektrodenabstand in der radialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegt.
In der Zündkerze gemäß der zweiten Ausgestaltung sind die nachstehend genannten Maßparameter spezifiziert.
Eine Entfernung L, die eine Entfernung zwischen einem Innenrand des Basisendes der zweiten Masseelektrode und der Achse der Mittelelektrode in der radialen Richtung der Mittelelektrode ist, ist kleiner oder gleich 3,5 mm.
Die Wanddicke T des Isolators bei dem Ende des Isolators liegt in dem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm.
Die Entfernung B liegt in dem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm.
Die Entfernung C liegt in dem Bereich von –1,0 bis 0,5 mm. Durch ein Spezifizieren der Bereiche von Parametern L, T, B und C, wie es vorstehend genannt ist, werden eine hohe Zündfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Zündkerze S2 sichergestellt.
Es ist zu bevorzugen, dass die Größe A des ersten Elektrodenabstands in der Zündkerze S2 in dem Bereich von 0,4 bis 1,1 mm liegt.
Es ist ferner zu bevorzugen, dass in beiden vorstehend genannten Zündkerzen eine Entfernung D, die eine Entfernung zwischen dem Innenrand des Endes der Metallhülse und der Außenoberfläche des Isolators in der radialen Richtung der Mittelelektrode ist, in dem Bereich von 0,6 bis 1,6 mm liegt.
Es ist ebenso zu bevorzugen, dass in beiden vorstehend genannten Zündkerzen ein Außendurchmesser E des Isolators bei dem Ende des Isolators in dem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm liegt.
Es ist ebenso zu bevorzugen, dass in beiden vorstehend genannten Zündkerzen zumindest eine der Mittelelektrode, der ersten Masseelektrode und der zweiten Masseelektrode ein Basiselement und ein Entladungselement umfasst, das mit dem Basiselement verbunden ist und aus einem Edelmetall oder einer zugehörigen Legierung hergestellt ist.
Das Entladungselement ist vorzugsweise aus einer Pt basierenden Legierung hergestellt, das Pt in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der aus Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Andererseits ist das Entladungselement vorzugsweise aus einer Ir-basierenden Legierung hergestellt, die Ir in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Wenn die Mittelelektrode ein Basiselement und ein Entladungselement umfasst, weist das Entladungselement eine Länge mit einem ersten Ende, das das Ende der Mittelelektrode darstellt, und einem zweiten Ende auf, das mit dem Basiselement verbunden ist. Es ist zu bevorzugen, dass eine Querschnittsfläche S1 des Entladungselements, die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements ist, in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt; eine Entfernung F1 von dem ersten Ende des Entladungselements zu dem Basiselement in der Längsrichtung des Entladungselements liegt in dem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm.
Wenn die erste Masseelektrode ein Basiselement und ein Entladungselement umfasst, weist das Entladungselement eine Länge mit einem ersten Ende, das dem Ende der Mittelelektrode in der axialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegt, und ein zweites Ende auf, das mit dem Basiselement verbunden ist. Es ist zu bevorzugen, dass eine Querschnittsfläche S2 des Entladungselements, die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements ist, in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt; eine Entfernung S2 von dem ersten Ende des Entladungselements zu dem Basiselement in der Längsrichtung des Entladungselements liegt in dem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm.
Gemäß einer Ausgestaltung umfasst die zweite Masseelektrode ein Basiselement und ein Entladungselement, wobei das Entladungselement eine Länge mit einem ersten Ende, das der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode in der radialen Richtung der Mittelelektrode gegenüberliegt, und ein zweites Ende aufweist, das mit dem Basiselement verbunden ist. Eine Querschnittsfläche S3 des Entladungselements, die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements ist, liegt in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm²; eine Entfernung F3 von dem ersten Ende des Entladungselements zu dem Basiselement in der Längsrichtung des Entladungselements liegt in dem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm.
Des Weiteren ist es ebenso zu bevorzugen, dass bei beiden vorstehend genannten Zündkerzen der mit einem Gewinde versehene Abschnitt der Metallhülse eine Größe aufweist, die kleiner oder gleich M12 ist.
Es ist ferner zu bevorzugen, dass bei beiden vorstehend genannten Zündkerzen der mit einem Gewinde versehene Abschnitt der Metallhülse eine Größe aufweist, die kleiner oder gleich M10 ist.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
Die vorliegende Erfindung wird aus der ausführlichen Beschreibung, die nachstehend angegeben ist, und aus der beigefügten Zeichnung eines Beispiels, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser ersichtlich, die jedoch nicht zur Begrenzung der Erfindung auf die spezifischen Ausführungsbeispiele hergenommen werden sollen, sondern lediglich zum Zwecke der Beschreibung und des Verständnisses dienen.
Es zeigen:
1 eine Teilquerschnittsseitendarstellung, die den Gesamtaufbau einer Zündkerze gemäß einem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, zeigt,
2 eine Enddarstellung der Zündkerze gemäß 1,
3 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen Endabschnitt der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
4 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die die Entfernung C in der Zündkerze gemäß 1 darstellt, wenn sie einen positiven Wert annimmt,
5 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die die Entfernung C in der Zündkerze gemäß 1 veranschaulicht, wenn sie einen negativen Wert annimmt,
6 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die normale Zündfunken veranschaulicht, die in der Zündkerze gemäß 1 entladen werden,
7 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die Seitenfunken veranschaulicht, die in der Zündkerze gemäß 1 entladen werden,
8 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Größe A des ersten Elektrodenabstands und der Auftrittsrate von Seitenfunken in der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
9 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Größe A des ersten Elektrodenabstands in der Zündkerze gemäß 1 und dem COV des IMEP einer getesteten Kraftmaschine zeigt,
10 eine graphische Darstellung, die die Änderung des Isolationswiderstands der Zündkerze gemäß 1 mit einem Laufenlassen einer getesteten Kraftmaschine zeigt,
11 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Wanddicke T des Isolators und dem Isolationswiderstand der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
12 eine Darstellung, die die Art und Weise eines EIN-AUS-Betriebs eines Kraftmaschinenanlassers veranschaulicht, der mit der Zündkerze gemäß 1 getestet wird,
13 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Entfernung B in der Zündkerze gemäß 1 und der Startfähigkeit einer getesteten Kraftmaschine zeigt,
14 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die "Innenfunken" veranschaulicht, die in der Zündkerze gemäß 1 entladen werden,
15 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Entfernung B und einer Auftrittsrate von "Innenfunken" in der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
16 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Entfernung C in der Zündkerze gemäß 1 und dem COV des IMEP einer getesteten Kraftmaschine zeigt,
17 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Größe A des ersten Elektrodenabstands und einer Entfernung B sowie dem Isolationswiderstands der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
18 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Entfernung D und dem Isolationswiderstand der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
19 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen dem Enddurchmesser E des Isolators und dem Isolationswiderstand der Zündkerze gemäß 1 zeigt,
20 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
21 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Entfernung L und der erforderlichen Spannung der Zündkerze gemäß 20 zum Entladen normaler Zündfunken zeigt,
22 eine graphische Darstellung, die die Beziehung zwischen der Entfernung L und einer Auftrittsrate von Seitenfunken in der Zündkerze gemäß 20 zeigt,
23 eine Darstellung, die eine maximale Abnutzungstiefe d1 bei der Außenseitenoberfläche einer Mittelelektrode einer Zündkerze veranschaulicht,
24 eine graphische Darstellung, die die Änderungen von maximalen Abnutzungstiefen d1 in drei unterschiedlichen Zündkerzen zeigt,
25 und 26 Darstellungen, die eine maximale Kanaltiefe d2 bei einem Isolator einer Zündkerze zeigen,
27 eine graphische Darstellung, die die maximalen Kanaltiefen d2 in drei unterschiedlichen Zündkerzen zeigt,
28 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
29 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
30 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,
31 und 32 vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellungen, die einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen,
33–35 Enddarstellungen, die mögliche Variationen von Masseelektroden in Zündkerzen gemäß der Erfindung veranschaulichen, und
36 eine vergrößerte Teilquerschnittsseitendarstellung, die einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß dem Stand der Technik zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Eine Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 35 beschrieben.
Es ist anzumerken, dass zum Zwecke der Klarheit und Verständlichkeit identische Bauelemente, die identische Funktionen dem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und in unterschiedlichen Ausführungsbeispielen der Erfindung aufweisen, mit den gleichen Bezugszeichen in jeder der Figuren markiert worden sind, wo es möglich ist.
[Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist]
In 1 bis 3 ist der Gesamtaufbau einer Zündkerze S1 gemäß einem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, gezeigt. Die Zündkerze S1 ist für eine Verwendung in einer Verbrennungskraftmaschine eines Kraftfahrzeugs entworfen.
Die Zündkerze S1 umfasst einen Isolator 2, eine zylindrische Mittelelektrode 3, eine rohrförmige Metallhülse 4, eine erste Masseelektrode 51 und ein Paar von zweiten Masseelektroden 52.
Die rohrförmige Metallhülse 4 weist einen mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt 42 auf, der bei einem zugehörigen Außenumfang ausgebildet ist, und einen sechseckigen Kopfabschnitt 43 auf. Der mit einem Außengewinde versehene Abschnitt 42 weist eine Größe von M14 auf, wie es in JIS spezifiziert ist. Die Metallhülse 4 ist aus einem leitfähigen metallischen Material hergestellt, bspw. kohlenstoffarmer bzw. weicher Stahl.
Der Einbau der Zündkerze S1 in eine Verbrennungskraftmaschine wird durch Einsetzen derselben in eine (nicht gezeigte) Verbrennungskammer der Kraftmaschine erreicht. Genauer gesagt wird bei dem Einbau der sechseckige Kopfabschnitt 43 eingedreht, um einen Eingriff zwischen dem mit einem Außengewinde versehenen Abschnitt 42 der Metallhülse 4 und einer mit einem Innengewinde versehenen Bohrung, die in dem (nicht gezeigten) Zylinderkopf der Verbrennungskraftmaschine bereitgestellt ist, zu bilden.
Der Isolator 2 ist in der Metallhülse befestigt und teilweise darin beinhaltet, so dass ein Ende 22 des Isolators 2 von einem Ende 41 der Metallhülse 4 herausragt. Der Isolator 2 weist eine Durchgangsbohrung 21 auf, die sich in die Längsrichtung des Isolators 2 erstreckt. Der Isolator 2 ist aus einer Aluminiumkeramik (Al₂O₃) hergestellt.
Die zylindrische Mittelelektrode 3 ist in der Durchgangsbohrung 21 des Isolators 2 befestigt, so dass sie elektrisch von der Metallhülse 4 isoliert ist. Die Mittelelektrode 3 ist teilweise in der Metallhülse 4 zusammen mit dem Isolator 2 beinhaltet, so dass ein Ende 31 der Mittelelektrode 3 von dem Ende 22 des Isolators 2 herausragt.
Die Mittelelektrode 3 ist aus einem hoch-wärmeleitfähigen metallischen Material, wie bspw. Cu, als das Kernmaterial und einem hoch-wärmewiderstandsfähigen, korrosionswiderstandsfähigen metallischen Material, wie bspw. einer Ni-(Nickel-)basierenden Legierung als das Hüllmaterial hergestellt.
Die erste Masseelektrode 51 weist ein Basisende 510 auf, das mit dem Ende 41 der Metallhülse 4 bspw. durch Widerstandsschweißen verbunden ist. Die erste Masseelektrode 51 weist ebenso einen Spitzenabschnitt 511 auf, der dem Ende 31 der Mittelelektrode 3 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 über einen ersten Elektrodenabstand gegenüberliegt.
Die erste Masseelektrode 4 ist bspw. aus einer Ni-basierenden Legierung hergestellt; sie ist gemäß diesem Beispiel säulenförmig, bspw. ein näherungsweise L-förmiges Prisma.
Die zwei zweiten Masseelektroden 52 sind, wie es in den 2 bis 3 gezeigt ist, auf der gleichen Durchmesserlinie der Metallhülse 4 angeordnet, wobei die Mittelelektrode 3 dazwischen angeordnet ist.
Jede zweite Masseelektrode 52 weist ein Basisende 520 auf, das mit dem Ende 41 der Metallhülse 4 bspw. durch Widerstandsschweißen verbunden ist; sie weist ebenso einen Spitzenabschnitt 521 auf, der eine Endoberfläche aufweist, die der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 über einen zweiten Elektrodenabstand gegenüberliegt.
Gemäß diesem Beispiel ist, wie es in 2 gezeigt ist, die Endoberfläche des Spitzenabschnitts 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 in der radialen Richtung der Mittelelektrode 3 vertieft.
Jede zweite Masseelektrode 52 ist bspw. aus einer Nibasierenden Legierung hergestellt; sie ist gemäß diesem Beispiel säulenförmig, bspw. ein näherungsweise L-förmiges Prisma.
Die Zündkerze S1 ist konfiguriert, normale Zündfunken über den ersten Elektrodenabstand zu entladen, wenn der Isolator nicht mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wodurch das Luft-/ Kraftstoff-Gemisch in der Verbrennungskammer der Kraftmaschine gezündet wird; sie ist ebenso konfiguriert, Seitenzündfunken bzw. Seitenfunken (side sparks) über den zweiten Elektrodenabstand zu entladen, wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wodurch der Isolator 2 durch das Verbrennen der Kohlenstoffablagerung darauf gereinigt wird.
Nachdem der Gesamtaufbau der Zündkerze S1 beschrieben worden ist, werden nachstehend unter Bezugnahme auf die 3 bis 5 dimensionale Parameter bzw. Maßparameter A, T, B, C, D und E, die für die Zündfähigkeit und Lebensdauer der Zündkerze S1 kritisch sind, definiert und spezifiziert.
Der Parameter A ist als die minimale Entfernung zwischen dem Ende 31 der Mittelelektrode 3 und dem Spitzenabschnitt 511 der ersten Masseelektrode 51 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 definiert. Der Parameter A wird nachstehend vereinfacht als eine Größe A des ersten Elektrodenabstands bezeichnet.
In diesem Bespiel ist die Größe A des ersten Elektrodenabstands mittels experimenteller Untersuchungen in dem Bereich von 0,4 bis 1,0 mm spezifiziert.
Durch das Spezifizieren der oberen Grenze der Größe A des ersten Elektrodenabstands, wie es vorstehend genannt ist, können, wenn der Isolator 2 nicht mit Kohlenstoff verschmutzt ist, normale Zündfunken auf zuverlässige Weise über den ersten Elektrodenabstand entladen werden, wodurch verhindert wird, dass Seitenfunken auftreten. Dementsprechend kann eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 (wie es in 25 und 27 veranschaulicht ist) und eine Abnutzung bzw. ein Abtragen der Mittelelektrode 3 (wie es in 23 veranschaulicht ist) unterdrückt werden.
Demgegenüber wird es durch ein Spezifizieren der unteren Grenze der Größe A des ersten Elektrodenabstands, wie es vorstehend genannt ist, dem Flammenkern ermöglicht, ohne Störung zu wachsen, und der Veränderungskoeffizient (Coefficient of Variation bzw. COV) des angegebenen mittleren effektiven Drucks (Indicated Mean Effective Pressure bzw. IMEP) für die Kraftmaschine kann klein gemacht werden. Demensprechend ist die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 sichergestellt.
Der Parameter T ist als die Wanddicke des Isolators 2 bei dem Ende 22 des Isolators 2 definiert. Der Parameter T wird nachstehend vereinfacht als eine Wanddicke T des Isolators 2 bezeichnet.
Gemäß diesem Beispiel ist die Wanddicke T des Isolators 2 durch experimentelle Untersuchungen in dem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren der oberen Grenze der Wanddicke T des Isolators 2, wie es vorstehend genannt ist, wird es ermöglicht, dass die Wärmekapazität des Isolators 2 klein ist, so dass das Ende 22 des Isolators 2 einfach auf eine hohe Temperatur erwärmt werden kann. Dementsprechend kann der Kohlenstoff, der bei dem Ende 22 anhaftet, auf einfache Weise verbrannt werden, so dass verhindert wird, dass der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt wird. Es ist insbesondere von Vorteil, dass weiterhin verhindert werden kann, dass der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt wird, auch wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands so klein gemacht wird, dass sie nicht größer als 1,0 mm ist.
Demgegenüber wird durch ein Spezifizieren der unteren Grenze der Wanddicke T des Isolators 2, wie es vorstehend genannt ist, die Stärke des Isolators 2 bei dem Ende 22 sichergestellt.
Der Parameter B ist als die minimale Entfernung zwischen dem Isolator 2 und dem Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 definiert. Der Parameter B wird nachstehend vereinfacht als eine Entfernung B bezeichnet.
Gemäß diesem Beispiel ist die Entfernung B mittels experimenteller Untersuchungen in dem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren der oberen Grenze der Entfernung B, wie es vorstehend genannt ist, ist es möglich, ein Auftreten von "Innenfunken" (inside sparks) in der Zündkerze S1 zu verhindern, wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wodurch eine Fehlzündung der Kraftmaschine verhindert wird.
Die Innenfunken bezeichnen hierbei Zündfunken, die von der Mittelelektrode 3 entlang der Außenoberfläche des Isolators 2 zu der Innenseite einer Lufttasche kriechen, die zwischen der Außenoberfläche des Isolators 2 und der Innenoberfläche der Metallhülse 4 gebildet ist, und über die Lufttasche bzw. den Lufteinschluss zu der Innenoberfläche der Metallhülse 4 springen. Die Innenfunken haben eine Fehlzündung der Kraftmaschine zur Folge, da der Raum in der Innenseite der Lufttasche so klein ist, dass sich die Anfangsflamme darin nicht erfolgreich ausbreiten kann.
Ferner ist es zu bevorzugen, dass die Entfernung B kleiner als (A – 0,05) ist, so dass die Seitenfunken zuverlässiger über die zweiten Elektrodenabstände entladen werden können, wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wobei somit der Isolator 2 durch ein Verbrennen der Kohlenstoffablagerung auf dem Isolator 2 gereinigt wird.
Demgegenüber ist es durch ein Spezifizieren der unteren Grenze der Entfernung B, wie es vorstehend genannt ist, möglich, eine Bildung einer "Kraftstoffbrücke" in der Zündkerze S1 bei niedrigen Temperaturen zu verhindern, so dass ein Nebenschluss der Zündkerze S1 verhindert ist, wobei die Kraftmaschine erfolgreich gestartet werden kann.
Die Kraftstoffbrücke bezeichnet hierbei ein Phänomen, bei dem flüssiger Kraftstoff den Raum zwischen dem Isolator 2 und dem Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 füllt, wobei somit eine Brücke des Kraftstoffs über dem Raum gebildet wird.
Der Parameter C ist als eine Entfernung zwischen einem Rand 522 des Spitzenabschnitts 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 und dem Innenrand des Endes 22 des Isolators 2 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 definiert; der Rand 522 liegt dem Ende 41 der Metallhülse 4 gegenüber. Der Parameter C wird nachstehend vereinfacht als eine Entfernung C bezeichnet.
Gemäß diesem Beispiel ist die Entfernung C mittels experimenteller Untersuchungen in dem Bereich von –1,0 bis 0,5 mm spezifiziert. Die Entfernung C nimmt einen positiven Wert an, wenn der Rand 522, wie es in 4 gezeigt ist, näher bei dem Ende 31 der Mittelelektrode 3 ist als es der Innenrand des Endes 22 des Isolators 2 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 ist. Demgegenüber nimmt die Entfernung C einen negativen Wert an, wenn der Rand 522, wie es in 5 gezeigt ist, weiter von dem Ende 31 der Mittelelektrode 3 weg ist als es der Innenrand des Endes 22 des Isolators 2 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 ist.
Durch ein Spezifizieren der oberen Grenze der Entfernung C, wie es vorstehend beschrieben ist, ist es möglich, ein Auftreten von Innenfunken in der Zündkerze S1 zu verhindern.
Demgegenüber ist es durch ein Spezifizieren der unteren Grenze der Entfernung C, wie es vorstehend genannt ist, der Anfangsflamme in dem zweiten Elektrodenabstand ermöglicht, sich erfolgreich auszubreiten, wobei somit die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 sichergestellt ist, wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist.
Der Parameter D ist als eine Entfernung zwischen dem Innenrand 411 des Endes 41 der Metallhülse 4 und der Außenoberfläche des Isolators 2 in der radialen Richtung der Mittelelektrode 3 definiert. Der Parameter D wird nachstehend vereinfacht als eine Entfernung D bezeichnet.
Gemäß diesem Bespiel ist die Entfernung D vorzugsweise in dem Bereich von 0,6 bis 1,6 mm spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren des vorstehend genannten Bereichs ist der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 sichergestellt, es wird verhindert, dass der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt wird, und die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 ist sichergestellt.
Dies ist deshalb der Fall, da es, wenn die Entfernung D über der oberen Grenze ist, für Kohlenstoff einfach ist, in die Innenseite der Lufttasche zwischen der Außenoberfläche des Isolators 2 und der Innenoberfläche der Metallhülse 4 zu strömen. Dementsprechend wird sich Kohlenstoff leicht auf dem inneren Abschnitt der Außenoberfläche des Isolators 2 ablagern, wobei somit eine Verschmutzung des Isolators 2 mit Kohlenstoff und eine Verkleinerung des Isolationswiderstands zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 verursacht wird.
Demgegenüber werden, wenn die Entfernung D unter der unteren Grenze ist, Seitenfunken von dem Isolator 2 zu dem Innenrand 411 des Endes 41 der Metallhülse 4 entladen (nicht zu dem Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52), wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wobei somit die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 verkleinert wird.
Der Parameter E ist als der Außendurchmesser des Isolators 2 bei dem Ende 22 des Isolators 2 definiert. Der Parameter E wird nachstehend vereinfacht als ein Enddurchmesser E des Isolators 2 bezeichnet.
Gemäß diesem Beispiel ist der Enddurchmesser E des Isolators 2 vorzugsweise in dem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren der oberen Grenze des Enddurchmessers E des Isolators 2, wie es vorstehend genannt ist, wird es ermöglicht, dass die Wärmekapazität dieses Endabschnitts des Isolators 2, der das Ende 22 umfasst, in ausreichendem Maße klein ist, so dass er auf einfache Weise auf eine hohe Temperatur erwärmt werden kann, wobei somit der Isolator 2 durch ein Verbrennen der Kohlenstoffablagerung darauf gereinigt wird.
Demgegenüber wird durch ein Spezifizieren der unteren Grenze des Enddurchmessers E des Isolators 2, wie es vorstehend genannt ist, verhindert, dass die Mittelelektrode 3 zu dünn gemacht wird, so dass der Wärmebereich der Zündkerze S1 sichergestellt ist und eine Vorzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs verhindert ist.
Zusammenfassend weist die Zündkerze S1 gemäß dem vorliegenden Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, einen verbesserten Aufbau auf, wobei die Größe A des ersten Elektrodenabstands, die Wanddicke T des Isolators 2, die Entfernung B und die Entfernung C in den nachstehend genannten Bereichen spezifiziert sind:
0,4 mm ≤ A ≤ 1,0 mm;
0,3 mm ≤ T ≤ 0,8 mm;
0,2 mm ≤ B ≤ 0,9 mm
(vorzugsweise 0,2 mm ≤ B ≤ (A – 0,05 mm)); und
–1,0 mm ≤ C ≤ 0,5 mm.
Durch ein Spezifizieren der vorstehend genannten Bereiche werden eine hohe Zündfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Zündkerze S1 sichergestellt.
Es ist zu bevorzugen, dass in der Zündkerze S1 die Entfernung D in dem Bereich von 0,6 bis 1,6 mm spezifiziert ist.
Es ist ebenso zu bevorzugen, dass in der Zündkerze S1 der Enddurchmesser E des Isolators 2 in dem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm spezifiziert ist.
Die vorstehend genannten Bereiche der Parameter A, T, B, C, D und E sind durch Experimente bestimmt worden, die nachstehend beschrieben sind.
Experiment 1
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Wirkung der Größe A des ersten Elektrodenabstands auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Probezündkerzen, die die Größe A des ersten Elektrodenabstands in dem Bereich von 0,4 bis 1,6 mm aufweisen, sind für das Experiment hergestellt worden, wobei für jede gilt: die Wanddicke T des Isolators 2 ist 1,0 mm; die Entfernung B ist 0,5 mm; die Entfernung C ist –0,2 mm; und die minimale Entfernung L zwischen dem Innenrand des Basisendes 520 jeder der zweiten Masseelektroden 52 und der Achse Z der Mittelelektrode 3 ist 4,5 mm.
Es ist erforderlich anzumerken, dass der vorstehend genannte Wert von 1,0 mm für die Wanddicke T des Isolators 2 außerhalb des Bereichs von 0,3 bis 0,8 mm liegt, der für die Zündkerze S1 spezifiziert ist; dennoch gelten die experimentellen Ergebnisse weiterhin für die Zündkerze S1, da die Wanddicke T des Isolators 2 beinahe keinen Einfluss auf die Beziehung zwischen der Größe A des ersten Elektrodenabstands und er Auftrittsrate von Seitenfunken in der Zündkerze S1 hat.
Zuerst sind die Probezündkerzen unter Verwendung von zwei unterschiedlichen Kraftmaschinen getestet worden, um die Wirkung der Größe A des ersten Elektrodenabstands auf die Auftrittsrate von Seitenfunken in der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Die erste Kraftmaschine ist eine allgemeine Kraftmaschine mit 600 cc, vier Zylindern und normaler Ansaugung gewesen; die zweite ist eine Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit mit 250 cc, sechs Zylindern und einem Auflader gewesen. Eine Testbedingung mit Vollgas und 5600 Upm ist für beide Kraftmaschinen verwendet worden, unter der ein Auftreten von Seitenfunken leicht geschieht.
Jede der Probezündkerzen ist für 200 kontinuierliche Zyklen eines Kraftmaschinenbetriebs getestet worden. Während des Tests sind normale Zündfunken 61, wie sie in 6 veranschaulicht sind, für einige Zyklen entladen worden; Seitenfunken 62, wie sie in 7 veranschaulicht sind, sind für andere Zyklen entladen worden.
Ein Auftreten von Seitenfunken während des Tests ist auf der Grundlage des Signalverlaufs der Entladungsspannung der Probezündkerze bestimmt worden; dann ist das Verhältnis der Anzahl eines Auftretens von Seitenfunken zu der Gesamtanzahl von Entladungen (d.h. 200) als die Auftrittsrate von Seitenfunken für die Probezündkerze gezählt worden.
In 8 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die Kurve a1 die Ergebnisse mit der allgemeinen Kraftmaschine angibt, während die Kurve a2 die mit der Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit angibt.
Wie es aus 8 ersichtlich ist, ist bei der allgemeinen Kraftmaschine, wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands nicht größer als 1,3 mm gewesen ist, ein Auftreten von Seitenfunken bei normalen Bedingungen der Probezündkerzen verhindert worden, so dass eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 und ein Abtragen der Mittelelektrode 3 in dem Probezündkerzen unterdrückt worden ist.
Anders ausgedrückt ist es bei einer Verwendung in einer allgemeinen Kraftmaschine möglich, eine lange Lebensdauer der Zündkerze S1 sicherzustellen, wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands in dem herkömmlichen Bereich von 1,1 bis 1,3 mm liegt.
Wie es ebenso aus 8 ersichtlich ist, sind bei der Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit Seitenfunken bei normalen Bedingungen der Probezündkerzen aufgetreten, wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands nicht kleiner als 1,1 mm gewesen ist.
Anders ausgedrückt können bei einer Verwendung in einer Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit Seitenfunken in der Zündkerze S1 bei einer zugehörigen normalen Bedingung auftreten, wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands in dem herkömmlichen Bereich von 1,1 bis 1,3 mm liegt.
Dies ist der Fall, da es auf Grund der hohen Strömungsgeschwindigkeit und des hohen Drucks in der Nähe des ersten Elektrodenabstands schwierig wird, normale Zündfunken über den ersten Elektrodenabstand zu entladen, so dass Seitenfunken an Stelle von normalen Zündfunken von der äußeren Oberfläche des Isolators 2 zu jeder der zweiten Masseelektroden 52 entladen werden können. Als Ergebnis können Kanäle bei dem Ende des Isolators 2 gebildet werden und eine Abnutzung der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 kann sich vergrößern, wobei somit die Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Zündkerze S1 verringert wird.
Demgegenüber ist es aus 8 ersichtlich, dass es bei einer Verwendung in einer Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit möglich ist, ein Auftreten von Seitenfunken in der Zündkerze S1 bei einer zugehörigen normalen Bedingung durch ein Spezifizieren der Größe A des ersten Elektrodenabstands auf nicht größer als 1,0 mm zu verhindern.
Dies ist der Fall, da die erforderliche Spannung der Zündkerze S1 für ein Entladen von normalen Zündfunken mit der Größe A des ersten Elektrodenabstands abnimmt, so dass es einfach wird, normale Zündfunken über den ersten Elektrodenabstand zu entladen. Dementsprechend wird ein Auftreten von Seitenfunken verhindert, so dass eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 sowie eine Abnutzung der Mittelelektrode 3 in der Zündkerze S1 unterdrückt werden.
Zweitens sind die Probezündkerzen unter Verwendung der Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit getestet worden, um die Wirkung der Größe A des ersten Elektrodenabstands auf die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 ist bezüglich des COV des IMEP für 200 kontinuierliche Zyklen des Kraftmaschinenbetriebs ausgewertet worden. Der COV des IMEP kann hierbei durch (Standardabweichung des IMEP / arithmetisches Mittel des IMEP) × 100% dargestellt werden. Eine Testbedingung bei Leerlauf und 700 Upm ist verwendet worden.
In 9 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die horizontale Achse die Größe A des ersten Elektrodenabstands angibt, während die vertikale Achse den sich ergebenden COV des IMEP angibt.
Wie es aus 9 ersichtlich ist, hat mit einer Abnahme der Größe A des ersten Elektrodenabstands der COV des IMEP zugenommen, anders ausgedrückt hat die Zündfähigkeit der Probezündkerze abgenommen. Wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands kleiner als 0,4 mm gewesen ist, ist die Zündfähigkeit der Probezündkerzen beträchtlich abgefallen. Dies ist der Fall, da der Flammenkern nicht erfolgreich anwachsen konnte, wenn die Größe A des ersten Elektrodenabstands zu klein gewesen ist.
Anders ausgedrückt kann durch ein Spezifizieren der Größe A des ersten Elektrodenabstands auf nicht größer als 0,4 mm die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 sichergestellt werden.
Dementsprechend kann durch ein Spezifizieren der Größe A des ersten Elektrodenabstands in der Zündkerze S1 auf den Bereich von 0,4 bis 1,0 mm eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 und eine Abnutzung bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 unterdrückt werden und die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 kann sichergestellt werden.
Experiment 2
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Wirkung der Wanddicke T des Isolators 2 auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Drei Probezündkerzen mit unterschiedlichen Größen A des ersten Elektrodenabstands und Wanddicken T des Isolators 2 sind für das Experiment hergestellt worden. Die erste ist eine herkömmliche Zündkerze gewesen, bei der die Größe A des ersten Elektrodenabstands 1,1 mm gewesen ist und die Wanddicke T des Isolators 2 1,0 mm gewesen ist. Die zweite ist erhalten worden, indem die Größe A des ersten Elektrodenabstands verringert worden ist, wobei A 0,7 mm gewesen ist und T 1,0 mm gewesen ist. Die dritte ist erhalten worden, indem sowohl die Größe A des ersten Elektrodenabstands als auch die Wanddicke T des Isolators 2 verringert worden ist, wobei A 0,7 mm gewesen ist und T 0,6 mm gewesen ist. Zusätzlich ist in jeder der Probezündkerzen die Entfernung B 0,5 mm gewesen und die Entfernung C ist –0,2 mm gewesen.
Die Probezündkerzen sind unter Verwendung eines Kraftfahrzeugs getestet worden, das durch eine Direkteinspritzung-Kraftmaschine mit 2000 cc und 4 Zyklen angetrieben worden ist.
Es ist erforderlich anzumerken, dass es, wenn eine Zündkerze in einer derartigen Direkteinspritzungskraftmaschine verwendet wird, für den Isolator 2 der Zündkerze sehr leicht ist, mit Kohlenstoff verschmutzt zu werden.
Genauer gesagt ist jede der Probezündkerzen in der Kraftmaschine eingebaut worden; dann ist die Kraftmaschine bei einer Umgebungstemperatur von –20°C entsprechend einem Fahrmuster für 10 Zyklen gefahren worden. Das Fahrmuster ist entworfen worden, um ein Vorauslieferungsverschmutzen zu simulieren, das auftritt, wenn neue Fahrzeuge von Fabriken an Händler geliefert werden. Am Ende jedes Zyklus ist der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 der Probezündkerze entsprechend dem Messverfahren, das in JIS B 8031 spezifiziert ist, gemessen worden.
In 10 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die Kurve b0 die Ergebnisse für die erste Probezündkerze angibt, die Kurve b1 die für die zweite angibt und die Kurve b2 die für die dritte angibt.
Wie es aus 10 ersichtlich ist, hat mit dem Laufenlassen der Kraftmaschine der Isolationswiderstand der zweiten Probezündkerze schneller als der der ersten Probezündkerze abgenommen.
Dies ist der Fall, da bei der zweiten Probezündkerze auf Grund der verringerten Größe A des ersten Elektrodenabstands die Auftrittsrate von Seitenfunken niedrig geworden ist, auch wenn der Isolator 2 bereits mit Kohlenstoff verschmutzt worden ist. Dementsprechend ist der Selbstreinigungseffekt der zweiten Probezündkerze durch Seitenfunken (d.h. der Effekt des Verbrennens der Kohlenstoffablagerung auf dem Isolator 2 durch die Seitenfunken) verringert worden, wobei der Isolationswiderstand derselben dementsprechend verkleinert worden ist.
Demgegenüber hat, wie es aus 10 ersichtlich ist, bei einem Laufenlassen der Kraftmaschine der Isolationswiderstand der dritten Probezündkerze langsamer als der der ersten Probezündkerze abgenommen.
Dies ist der Fall, da bei der dritten Probezündkerze die Temperatur bei dem Ende 22 des Isolators 2 auf Grund der verringerten Wanddicke T des Isolators 2 hoch geworden ist. Dementsprechend ist der Selbstreinigungseffekt der dritten Probezündkerze durch die hohe Temperatur verbessert worden, wobei der Isolationswiderstand derselben dementsprechend verringert worden ist.
Um eine sorgfältige Untersuchung der Wirkung der Wanddicke T des Isolators 2 auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S1 vorzunehmen, sind Probezündkerzen mit unterschiedlichen Wanddicken T des Isolators 2 hergestellt worden und auf die gleiche Weise wie bei dem vorstehend beschriebenen Test getestet worden. Bei jeder der Probezündkerzen ist die Größe A des ersten Elektrodenabstands 0,7 mm gewesen, die Entfernung B ist 0,5 mm gewesen und die Entfernung C ist –0,2 mm gewesen. Für jede der Probezündkerzen ist der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 lediglich einmal bei dem Ende des zehnten Zyklus des Laufenlassens der Kraftmaschine gemessen worden.
In 11 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei der weiße Balken den Isolationswiderstand bei der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Zündkerze, die ein A von 1,1 mm und T von 1,0 mm aufweist, angibt, während die schraffierten Balken die Isolationswiderstände der Probezündkerzen angeben, die das gleiche A von 0,7 mm und unterschiedliche T aufweisen.
Wie es aus 11 ersichtlich ist, hat der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 mit einer Abnahme in der Wanddicke T des Isolators 2 zugenommen.
Wenn die Wanddicke T des Isolators 2 auf 0,8 mm verkleinert worden ist, ist der Isolationswiderstand der Probezündkerze, die die verringerte A von 0,7 mm aufweist, gleich dem der herkömmlichen Zündkerze geworden.
Anders ausgedrückt kann, indem die Wanddicke T des Isolators 2 auf nicht größer als 0,8 mm spezifiziert wird, verhindert werden, dass der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt wird und der Isolationswiderstand der Zündkerze S1 kann sichergestellt werden.
Ferner ist es für die Wanddicke T des Isolators 2 erforderlich, nicht kleiner als 0,3 mm zu sein, so dass die Stärke des Isolators 2 bei dem Ende 22 hiervon sichergestellt werden kann.
Dementsprechend kann, indem die Wanddicke T des Isolators 2 in dem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm spezifiziert wird, verhindert werden, dass der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt wird, und die Stärke des Isolators 2 kann sichergestellt werden.
Experiment 3
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Wirkung der Entfernung B auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Probezündkerzen mit unterschiedlichen Entfernungen B sind hergestellt worden, wobei bei jeder hiervon die Größe A des ersten Elektrodenabstands 0,7 mm gewesen ist und die Entfernung C –0,2 mm gewesen ist.
Zuerst sind, um die Wirkung der Entfernung B auf die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 bei niedrigen Temperaturen zu bestimmen, die Probezündkerzen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen allgemeinen Kraftmaschine getestet worden.
Genauer gesagt ist während des Tests ein EIN-/AUS-Betrieb des Starters bzw. Anlassers der Kraftmaschine in der in 12 gezeigten Art und Weise bei einer Umgebungstemperatur von –25°c wiederholt worden, bis die Kraftmaschine erfolgreich gestartet worden ist. Dann ist die Anzahl von Wiederholungen des EIN-/AUS-Betriebs für jede der Probezündkerzen aufgezeichnet worden.
Die kleinere Zahl von Wiederholungen des EIN-/AUS-Betriebs zeigt an, dass die Probezündkerze eine bessere Zündfähigkeit bei der niedrigen Temperatur von –25°C aufwies. Wenn die Zahl von Wiederholungen des EIN-/AUS-Betriebs nicht größer als drei Mal gewesen ist, wird die Probezündkerze als eine ausreichende Zündfähigkeit aufweisend betrachtet.
In 13 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die horizontale Achse die Entfernung B angibt, während die vertikale Achse die Zahl von Wiederholungen des EIN-/AUS-Betriebs anzeigt. Zusätzlich zeigt die graphische Darstellung "○" an, das der Kraftmaschinenstart erfolgreich gewesen ist, während die graphische Darstellung "X" anzeigt, dass der Kraftmaschinenstart fehlgeschlagen ist.
Wie es aus 13 ersichtlich ist, ist, wenn die Entfernung B gleich 0,1 mm gewesen ist, der Kraftmaschinenstart fehlgeschlagen, obwohl der EIN-/AUS-Betrieb 10 Mal wiederholt worden ist. Dies ist der Fall, da gemäß einer Überprüfung nach dem Test eine Kraftstoffbrücke zwischen der Außenoberfläche des Isolators 2 und dem Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 in der Probezündkerze gebildet worden ist.
Demgegenüber ist, wenn die Entfernung B nicht kleiner als 0,2 mm gewesen ist, der Kraftmaschinenstart bei einem höchstens dreimaligen Wiederholen des EIN-/AUS-Betriebs erfolgreich gewesen.
Anders ausgedrückt ist es, indem die Entfernung B auf nicht weniger als 0,2 mm spezifiziert wird, möglich, eine Bildung einer Kraftstoffbrücke in der Zündkerze S1 bei niedrigen Temperaturen zu verhindern, so dass die Kraftmaschine erfolgreich gestartet werden kann.
Zweitens sind, um die Wirkung der Entfernung B auf die Auftrittsrate von Innenfunken in der Zündkerze S1 zu bestimmen, die Probezündkerzen unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit getestet worden. Die Testbedingung ist Vollgas und 5600 Upm gewesen. Zusätzlich sind, um die Probezündkerzen zu zwingen, Innenfunken zu entladen, die ersten Masseelektroden 51 von diesen Probezündkerzen entfernt worden.
Wie es vorstehend beschrieben ist, können Innenfunken in der Zündkerze S1 auftreten, wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist. Wie es in 14 gezeigt ist, kriechen Innenfunken von der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 entlang dem Pfad 63 zu der Innenseite der Lufttasche und springen über die Lufttasche zu der Innenoberfläche der Metallhülse 4.
Die Innenfunken haben eine Fehlzündung der Kraftmaschine zur Folge, da der Raum in der Innenseite der Lufttasche so klein ist, dass die Anfangsflamme sich darin nicht erfolgreich ausbreiten kann.
In 15 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die horizontale Achse die Entfernung B anzeigt, während die vertikale Achse die sich ergebende Auftrittsrate von Innenfunken anzeigt.
Wie es aus 15 ersichtlich ist, sind, wenn die Entfernung B nicht größer als 0,9 mm gewesen ist, Innenfunken vollständig unterdrückt worden.
Anders ausgedrückt kann, indem die Entfernung B auf nicht größer als 0,9 mm spezifiziert wird, ein Auftreten von Innenfunken in der Zündkerze S1 verhindert werden, wodurch eine Fehlzündung der Kraftmaschine verhindert wird.
Dementsprechend kann, indem die Entfernung B in dem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm spezifiziert wird, die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 bei niedrigen Temperaturen sichergestellt werden und eine Fehlzündung der Kraftmaschine auf Grund von Innenfunken kann verhindert werden.
Experiment 4
Dieses Experiment ist durchgeführt worden, um die Wirkung der Entfernung C auf die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 durch Seitenfunken zu bestimmen.
In dem Experiment ist die vorstehend beschriebene Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit verwendet worden und die Testbedingung ist Leerlauf und 700 Upm gewesen.
Die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 durch Seitenfunken ist ebenso in Bezug auf einen COV des IMEP für 200 kontinuierliche Zyklen des Kraftmaschinenbetriebs wie in dem Experiment 2 bewertet worden. Zusätzlich sind, um die Probezündkerzen zu zwingen, Seitenfunken zu entladen, die ersten Masseelektroden 51 von den Probezündkerzen entfernt worden.
In 16 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die horizontale Achse die Entfernung C anzeigt, während die vertikale Achse den sich ergebenden COV des IMEP anzeigt.
Wie es aus 16 ersichtlich ist, ist, wenn die Entfernung C auf unter –1,0 mm verkleinert ist, der COV des IMEP schnell vergrößert worden. Dies ist der Fall, da, wenn die Entfernung C verkleinert wird, der Raum, der für das Ausbreiten der Anfangsflamme verfügbar ist, entsprechend verkleinert wird.
Anders ausgedrückt ist es zur Sicherstellung der Zündfähigkeit der Zündkerze S1 durch Seitenfunken erforderlich, dass die Entfernung C nicht kleiner als –1,0 mm wird.
Demgegenüber ist, wenn die Entfernung C auf über 0,5 mm vergrößert ist, der COV des IMEP ebenso schnell vergrößert worden. Dies ist der Fall, da, wenn die Entfernung C vergrößert wird, die Entfernung B entsprechend vergrößert wird, wobei somit ein Auftreten von Innenfunken verursacht wird.
Anders ausgedrückt ist es zur Sicherstellung der Zündfähigkeit der Zündkerze S1 durch Seitenfunken ebenso erforderlich, dass die Entfernung C nicht größer als 0,5 mm wird.
Dementsprechend kann, indem die Entfernung C in dem Bereich von –1,0 bis 0,5 mm spezifiziert wird, die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 durch Seitenfunken sichergestellt werden.
Experiment 5
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Beziehung zwischen der Größe A des ersten Elektrodenabstands und der Entfernung B zu bestimmen.
Probezündkerzen, die unterschiedliche Größen A des ersten Elektrodenabstands und Entfernungen B aufweisen, sind für das Experiment hergestellt worden, wobei bei jeder hiervon die Entfernung C – 0,2 mm gewesen ist und die Wanddicke T des Isolators 2 0,6 mm gewesen ist.
Die Probezündkerzen sind auf die gleiche Weise wie in dem Experiment 2 getestet worden, wobei der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 in jeder dieser Probezündkerzen am Ende des zehnten Zyklus des Kraftmaschinenbetriebs gemessen worden ist.
In 17 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die graphische Darstellung "○" die Probezündkerzen anzeigt, die den Isolationswiderstand auf dem gleichen Pegel wie den der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Zündkerze aufweisen, die graphische Darstellung " " diejenigen anzeigt, die den Isolationswiderstand aufweisen, der dem der herkömmlichen Zündkerze überlegen ist, und die graphische Darstellung "X" diejenigen anzeigt, die den Isolationswiderstand aufweisen, der dem der herkömmlichen Zündkerze unterlegen ist.
Wie es aus 17 ersichtlich ist, ist, wenn die Entfernung B größer als (A – 0,05 mm) gewesen ist, der Isolationswiderstand der Probezündkerze dem der herkömmlichen Zündkerze unterlegen gewesen. Dies ist der Fall, da es schwierig geworden ist, Seitenfunken zu entladen, auch wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt gewesen ist, so dass der Isolator 2 nicht durch ein Verbrennen der Kohlenstoffablagerung darauf durch Seitenfunken gereinigt werden konnte.
Dementsprechend können, indem die Entfernung B auf nicht weniger als (A – 0,05 mm) spezifiziert wird, Seitenfunken zuverlässig in der Zündkerze S1 entladen werden, wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, wodurch der Isolator 2 gereinigt wird.
Experiment 6
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Wirkung der Entfernung D auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Probezündkerzen, die unterschiedliche Entfernungen D aufweisen, sind für das Experiment hergestellt worden, wobei bei jeder hiervon die Größe A des ersten Elektrodenabstands 0,7 mm gewesen ist, die Entfernung B 0,5 mm gewesen ist, die Entfernung C – 0,2 mm gewesen ist und die Wanddicke T des Isolators 2 0,6 mm gewesen ist.
Die Probezündkerzen sind auf die gleiche Weise wie in dem Experiment 2 getestet worden, wobei der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 in jeder dieser Probezündkerzen am Ende des zehnten Zyklus des Laufenlassens der Kraftmaschine (des Kraftmaschinenbetriebs) gemessen worden ist.
In 18 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die horizontale Achse die Entfernung D anzeigt, während die vertikale Achse den sich ergebenden Isolationswiderstand anzeigt.
Wie es aus 18 ersichtlich ist, ist der Isolationswiderstand vergrößert, wenn die Entfernung D verkleinert wird. Dies ist der Fall, da gemäß einer Überprüfung nach dem Test bei einer kleineren Entfernung D sich weniger Kohlenstoff auf dem Innenseitenabschnitt der Außenoberfläche des Isolators 2 abgelagert hat, anders ausgedrückt, es ist für Kohlenstoff schwieriger geworden, in die Lufttasche zwischen der Außenoberfläche des Isolators 2 und der Innenoberfläche der Metallhülse 4 zu strömen.
Es ist aus 18 ersichtlich, dass, indem die Entfernung D auf nicht größer als 1,6 mm spezifiziert wird, der Isolationswiderstand der Zündkerze S1 sichergestellt werden kann.
Außerdem haben, obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, wenn die Entfernung D auf unter 0,6 mm verkleinert worden ist, die Zündfähigkeiten der Probezündkerzen schnell abgenommen.
Dies ist der Fall, da, wenn die Entfernung D zu klein gewesen ist, Seitenfunken von dem Isolator 2 zu dem Innenrand 411 des Endes 41 der Metallhülse 4 entladen worden sind (nicht zu dem Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52), wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist.
Dementsprechend können, indem die Entfernung D in den Bereich von 0,6 bis 1,6 mm spezifiziert wird, der Isolationswiderstand und die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 sichergestellt werden.
Experiment 7
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Wirkung des Enddurchmessers E des Isolators 2 auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S1 zu bestimmen.
Probezündkerzen, die unterschiedliche Enddurchmesser E des Isolators 2 aufweisen, sind für das Experiment hergestellt worden, wobei bei jeder hiervon die Größe A des ersten Elektrodenabstands 0,7 mm gewesen ist, die Wanddicke T des Isolators 2 0,6 mm gewesen ist, die Entfernung B 0,5 mm gewesen ist und die Entfernung C – 0,2 mm gewesen ist.
Die Probezündkerzen sind auf die gleiche Weise wie in dem Experiment 2 getestet worden, wobei der Isolationswiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der Metallhülse 4 bei jeder dieser Probezündkerzen am Ende des zehnten Zyklus des Laufenlassens der Kraftmaschine gemessen worden ist.
In 19 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die schraffierten Balken die Isolationswiderstände der Probezündkerzen mit unterschiedlichen Enddurchmessern E des Isolators 2 anzeigen, während der weiße Balken den Isolationswiderstand der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Zündkerze anzeigt, bei der die Größe A des ersten Elektrodenabstands 1,1 mm gewesen ist, die Wanddicke T des Isolators 2 1,0 mm gewesen ist und der Enddurchmesser E des Isolators 4,3 mm gewesen ist.
Wie es aus 19 ersichtlich ist, hat der Isolationswiderstand mit einer Verkleinerung des Enddurchmessers E des Isolators 2 zugenommen. Dies ist der Fall, da mit dem kleineren Enddurchmesser E des Isolators 2 der Endabschnitt des Isolators 2, der das Ende 22 umfasst, eine kleinere Wärmekapazität aufwies, so dass er einfacher auf eine hohe Temperatur erwärmt werden konnte, wobei somit der Isolator 2 durch ein Verbrennen der Kohlenstoffablagerung darauf gereinigt wird.
Es ist aus 19 ersichtlich, dass, indem der Enddurchmesser E des Isolators 2 auf nicht größer als 3,9 mm spezifiziert wird, der Isolationswiderstand der Zündkerze S1 sichergestellt werden kann.
Außerdem ist, obwohl es in der Zeichnung nicht gezeigt ist, wenn der Enddurchmesser E des Isolators 2 auf unter 2,1 mm verkleinert ist, der Außendurchmesser der Mittelelektrode 3 dementsprechend auf unter 1,5 mm verkleinert. Dementsprechend konnte Wärme nicht effektiv von dem Isolator 2 durch die Mittelelektrode 3 zu der Außenseite der Verbrennungskammer übertragen werden, wobei somit eine Vorzündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs induziert wird.
Anders ausgedrückt ist es zur Sicherstellung des Wärmebereichs der Zündkerze S1 und zur Verhinderung einer Vorzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches erforderlich, dass der Enddurchmesser E des Isolators 2 nicht kleiner als 2,1 mm ist.
Dementsprechend können, indem der Enddurchmesser E des Isolators 2 in dem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm spezifiziert wird, der Isolationswiderstand und der Wärmebereich der Zündkerze S1 sichergestellt werden.
[Erstes Ausführungsbeispiel]
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zündkerze S2 veranschaulicht, die einen Aufbau aufweist, der beinahe identisch zu dem der Zündkerze S1 gemäß dem vorstehend beschriebenen Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, ist.
Der einzige Unterschied zwischen den Zündkerzen S1 und S2 ist, dass in der Zündkerze S2 der effektive Bereich eines Parameters L an Stelle desjenigen der Größe A des ersten Elektrodenabstands, wie sie bei der Zündkerze S1 spezifiziert ist, spezifiziert wird.
Der Parameter L ist unter Bezugnahme auf 20 als eine Entfernung zwischen dem Innenrand des Basisendes 520 jeder der zweiten Masseelektroden 52 und der Achse Z der Mittelelektrode 3 in der radialen Richtung der Mittelelektrode 3 definiert. Der Parameter L wird nachstehend vereinfacht als eine Entfernung L bezeichnet.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Entfernung L durch experimentelle Untersuchungen auf kleiner oder gleich 3,5 mm spezifiziert.
Dementsprechend sind in der Zündkerze S2 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Entfernung L, die Wanddicke T des Isolators 2, die Entfernung B und die Entfernung C in den nachstehenden Bereichen spezifiziert:
L ≤ 3,5 mm;
0,3 mm ≤ T ≤ 0,8 mm;
0,2 mm ≤ B ≤ 0,9 mm; und
–1,0 mm ≤ C ≤ 0,5 mm.
Durch ein Spezifizieren des Bereichs der Entfernung L, wie es vorstehend genannt ist, ist die erforderliche Spannung der Zündkerze S2 für ein Entladen von normalen Zündfunken klein gemacht. Somit können, wenn der Isolator 2 nicht mit Kohlenstoff verschmutzt ist, normale Zündfunken auf zuverlässige Weise über den ersten Elektrodenabstand entladen werden, wodurch ein Auftreten von Seitenfunken verhindert wird. Dementsprechend können eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 (wie es in 25 und 26 veranschaulicht ist) und eine Abnutzung der Mittelelektrode 3 (wie es in 23 veranschaulicht ist) unterdrückt werden.
Durch ein Spezifizieren der Bereiche der Parameter T, B und C, wie es vorstehend genannt ist, werden die gleichen Effekte wie in dem vorangegangenen Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, erreicht.
Dementsprechend sind eine hohe Zündfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Zündkerze S2 sichergestellt. Es ist zu bevorzugen, dass in der Zündkerze S2 die Entfernung L auf nicht weniger als (D + E/2) spezifiziert ist, so dass die Verbindungsstärke zwischen der Metallhülse 4 und jeder der zweiten Masseelektroden 52 sichergestellt werden kann.
Es ist ebenso zu bevorzugen, dass in der Zündkerze S2 die Größe A des ersten Elektrodenabstands in dem Bereich von 0,4 bis 1,1 mm spezifiziert ist.
Als Ergebnis kann ein Auftreten von Seitenfunken zuverlässiger verhindert werden, wenn der Isolator 2 nicht mit Kohlenstoff verschmutzt ist, so dass eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 und eine Abnutzung der Mittelelektrode 3 zuverlässiger unterdrückt werden können. Gleichzeitig kann der COV des IMEP für die Kraftmaschine unterdrückt werden und die Zündfähigkeit der Zündkerze S2 kann zuverlässiger sichergestellt werden.
Ferner ist es ebenso zu bevorzugen, dass in der Zündkerze S2 die Entfernung D in dem Bereich von 0,6 bis 1,6 mm spezifiziert wird, so dass die gleiche Wirkung wie in dem vorstehend beschriebenen Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, erreicht werden kann.
Des Weiteren ist es ebenso zu bevorzugen, dass in der Zündkerze S2 der Enddurchmesser E des Isolators 2 in dem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm spezifiziert wird, so dass die gleiche Wirkung wie in dem vorstehend beschriebenen Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, erreicht werden kann.
Der vorstehend genannte Bereich der Entfernung L ist durch ein nachstehend beschriebenes Experiment bestimmt worden.
Experiment 8
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um die Wirkung der Entfernung L auf die Leistungsfähigkeit der Zündkerze S2 zu bestimmen.
Probezündkerzen, die unterschiedliche Entfernungen L aufweisen, sind für das Experiment hergestellt worden, wobei bei jeder hiervon die Größe A des ersten Elektrodenabstands 1,1 mm gewesen ist, die Entfernung B 0,5 mm gewesen ist, die Entfernung C – 0,2 mm gewesen ist, die Entfernung D 0,6 mm gewesen ist, der Enddurchmesser E des Isolators 2 4,3 mm gewesen ist und die Wanddicke T des Isolators 2 1,0 mm gewesen ist.
Zuerst sind die Probezündkerzen getestet worden, um die Wirkung der Entfernung L auf die erforderliche Spannung zum Entladen normaler Zündfunken zu bestimmen.
In dem Test ist jede Probezündkerze in einer geschlossenen Luftkammer auf die gleiche Weise wie in dem Fall, bei dem sie in einer Verbrennungskammer einer Kraftmaschine eingebaut werden, eingebaut worden. Der Druck in der Luftkammer ist bei 0,6 Mpa gehalten worden; die Temperatur und der Druck außerhalb der Luftkammer sind die Zimmertemperatur bzw. der atmosphärische Druck gewesen. Dann sind die maximalen und minimalen erforderlichen Spannungen für 200 kontinuierliche Zyklen einer Entladung auf der Grundlage des Signalverlaufs der Entladungsspannung bestimmt worden.
In 21 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die graphische Darstellung "☐" die maximalen erforderlichen Spannungen anzeigen, während die graphischen Darstellungen "◊" die minimalen erforderlichen Spannungen anzeigen.
Wie es aus 21 ersichtlich ist, sind sowohl die maximalen als auch die minimalen erforderlichen Spannungen für ein Entladen normaler Zündfunken mit der Entfernung L verkleinert worden.
Anders ausgedrückt ist verdeutlicht worden, dass die erforderliche Spannung der Zündkerze S2 zum Entladen normaler Zündfunken durch ein Verringern der Entfernung L verkleinert werden konnte.
Die vorstehend genannten Testergebnisse können wie nachstehend beschrieben erklärt werden: die zweiten Masseelektroden 52 haben einen Effekt einer Unterdrückung einer Ableitung des elektrischen Felds in dem ersten Elektrodenabstand bereitgestellt (anders ausgedrückt eine Verstärkung des elektrischen Felds in dem ersten Elektrodenabstand), wodurch die erforderliche Spannung für ein Entladen normaler Zündfunken verringert worden ist; ein derartiger Effekt ist durch ein Verringern der Entfernung L verstärkt worden.
Zweitens sind zur Bestimmung der Wirkung der Entfernung L auf die Auftrittsrate von Seitenfunken die Probezündkerzen auf die gleiche Weise wie in dem Experiment 1 getestet worden.
In 22 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die graphische Darstellung "☐" die Ergebnisse mit der allgemeinen Kraftmaschine anzeigen, während die graphischen Darstellungen "◊" diejenigen mit der Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit anzeigen.
Wie es aus 22 ersichtlich ist, ist bei der allgemeinen Kraftmaschine, wenn die Entfernung L nicht größer als 5 mm gewesen ist, ein Auftreten von Seitenfunken bei normalen Bedingungen der Probezündkerzen verhindert worden, so dass eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 und einer Abnutzung der Mittelelektrode 3 in den Probezündkerzen unterdrückt worden sind.
Anders ausgedrückt ist es bei einer Verwendung in einer allgemeinen Kraftmaschine möglich, eine lange Lebensdauer der Zündkerze S2 sicherzustellen, wenn die Entfernung L einen herkömmlichen Wert von 4,5 mm aufweist.
Ferner sind, wie es aus 8 ersichtlich ist, bei der Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit Seitenfunken bei einer normalen Bedingung der Probezündkerze aufgetreten, wenn die Entfernung L den herkömmlichen Wert von 4,5 mm aufwies. Wenn jedoch die Entfernung L nicht größer als 3,5 mm gewesen ist, ist ein Auftreten von Seitenfunken bei normalen Bedingungen der Probezündkerzen verhindert worden.
Anders ausgedrückt ist es bei einer Verwendung in einer Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit möglich, eine lange Lebensdauer der Zündkerze S2 sicherzustellen, wenn die Entfernung L nicht größer als 3,5 mm ist.
Dies ist der Fall, da die erforderliche Spannung der Zündkerze S2 für ein Entladen normaler Zündfunken mit der Entfernung L abnimmt, wie es vorstehend beschrieben ist, so dass es für normale Zündfunken einfach wird, über den ersten Elektrodenabstand entladen zu werden. Dementsprechend kann ein Auftreten von Seitenfunken bei einer normalen Bedingung der Zündkerze S2 verhindert werden, so dass eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 und eine Abnutzung der Mittelelektrode 3 in der Zündkerze S2 unterdrückt werden können.
Zusätzlich ist die Größe A des ersten Elektrodenabstands, die bei diesem Experiment verwendet worden ist, 1,1 mm gewesen. Es ist jedoch einfach zu verstehen, dass mit einer Größe A des ersten Elektrodenabstands, die kleiner als 1,1 mm ist, wie bspw. diejenige, die in dem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, spezifiziert ist, ein Auftreten von Seitenfunken bei einer normalen Bedingung der Zündkerze S2 zuverlässiger verhindert werden kann.
Dementsprechend können, indem die Entfernung L auf nicht größer als 3,5 mm spezifiziert wird, eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 und eine Abnutzung bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 unterdrückt werden und die Zündfähigkeit der Zündkerze S2 kann sichergestellt werden.
Experiment 9
Dieses Experiment ist ausgeführt worden, um eine Abnutzung bzw. ein Abtragen bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 und eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 in den Zündkerzen S1 und S2 gemäß der vorliegenden Erfindung und der vorstehend beschriebenen herkömmlichen Zündkerze zu bewerten.
Die Werte von Parametern A, B, C, D, E, T, L bei jeder der drei Zündkerzen sind in einer TABELLE 1 angegeben. TABELLE 1

Herkömmlich S1 S2

A 1,1 0,7 1,1

B 0,5 0,5 0,5

C –0,2 –0,2 –0,2

D 2,2 1,3 1,3

E 4,3 3,3 3,3

T 1,0 0,6 0,6

L 4,5 4,5 3,1
Zuerst sind die Zündkerzen getestet worden, um eine Abnutzung bzw. ein Abtragen bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 zu bewerten. Die vorstehend beschriebene Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit ist bei dem Test verwendet worden; die Testbedingung ist Vollgas und 5600 Upm gewesen, unter der es für Seitenfunken leicht ist, aufzutreten.
Die Abnutzung bzw. das Abtragen bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 ist bezüglich einer "maximalen Abnutzungstiefe d1" bewertet worden. Die maximale Abnutzungstiefe d1 bezeichnet hierbei unter Bezugnahme auf 23 die maximale Tiefe des vertieften Abschnitts 39 der Mittelelektrode 3, der auf Grund einer Abnutzung bzw. eines Abtragens gebildet wird. Während des Tests ist die maximale Abnutzungstiefe d1 bei 30-Std-Intervallen für 180 Std. gemessen worden.
In 24 sind die Testergebnisse gezeigt, wobei die Kurve C0 Ergebnisse für die herkömmliche Zündkerze anzeigt, die Kurve C1 diejenigen für die Zündkerze S1 anzeigt und die Kurve C2 diejenigen für die Zündkerze S2 anzeigt.
Wie es aus 24 ersichtlich ist, hat bei beiden Zündkerzen S1 und S2 die maximale Abnutzungstiefe d1 viel langsamer zugenommen als bei der herkömmlichen Zündkerze.
Anders ausgedrückt weisen im Vergleich mit der herkömmlichen Zündkerze beide Zündkerzen S1 und S2 gemäß der vorliegenden Erfindung einen deutlich höheren Widerstand bzgl. einer Abnutzung bei der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 auf.
Zweitens sind die Zündkerzen getestet worden, um eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 zu bewerten. Die vorstehend genannte Kraftmaschine mit hoher Strömungsgeschwindigkeit ist ebenso bei dem Test verwendet worden; die Testbedingung ist eine Drossel von 80% und 3600 Upm gewesen, unter der es für Kanäle einfach ist, bei dem Isolator 2 gebildet zu werden.
Die Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 ist bezüglich einer "maximalen Kanaltiefe d2" bewertet worden. Die maximale Kanaltiefe d2 bezeichnet hierbei unter Bezugnahme auf die 25 und 26 die maximale Tiefe der Kanäle, die bei der Außenoberfläche des Isolators 2 auf Grund von Seitenfunken gebildet werden, von dem Ende 22 des Isolators 2 in der Längsrichtung des Isolators 2. Die maximale Kanaltiefe d2 ist am Ende eines kontinuierlichen Laufenlassens der Kraftmaschine von 400 Std. gemessen worden.
In 27 sind die Testergebnisse gezeigt. Wie es aus der Figur ersichtlich ist, ist bei beiden Zündkerzen S1 und S2 die maximale Kanaltiefe d2 deutlich kleiner gewesen als bei der herkömmlichen Zündkerze.
Anders ausgedrückt können beide Zündkerzen S1 und S2 gemäß der vorliegenden Erfindung eine Bildung von Kanälen bei dem Isolator 2 zuverlässiger als die herkömmliche Zündkerze unterdrücken.
Dementsprechend ist es aus den Ergebnissen dieses Experiments verdeutlicht worden, dass beide Zündkerzen S1 und S2 gemäß der vorliegenden Erfindung eine lange Lebensdauer aufweisen.
[Zweites Ausführungsbeispiel]
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zündkerze S3 veranschaulicht, die einen beinahe identischen Aufbau zu denjenigen der Zündkerzen S1 und S2 gemäß dem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und dem vorangegangenen ersten Ausführungsbeispiel aufweist.
Der einzige Unterschied zwischen der Zündkerze S3 und den Zündkerzen S1 und S2 ist, dass in der Zündkerze S3 die Mittelelektrode 3 und die erste Masseelektrode 51 jeweils ein Entladungselement umfassen, das aus einem Edelmetall oder einer zugehörigen Legierung hergestellt ist.
Genauer gesagt umfasst, wie es in 28 gezeigt ist, die Mittelelektrode 3 ein Basiselement 30 und ein Entladungselement 11.
Das Entladungselement 11 weist ein erstes Ende, das das Ende 31 der Mittelelektrode 3 darstellt, und ein zweites Ende auf, das bspw. durch Laserschweißen mit dem Basiselement 30 verbunden ist.
Das Entladungselement 11 weist eine Länge F1 auf, die eine Entfernung von dem ersten Ende des Entladungselements 11 (d.h. dem Ende 31 der Mittelelektrode 3) zu dem Basiselement 30 in der Längsrichtung des Entladungselements 11 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Länge F1 des Entladungselements 11 in dem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm spezifiziert.
Das Entladungselement 11 weist ebenso eine Querschnittsfläche S1 auf, die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements 11 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche S1 des Entladungselements 11 in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren der Bereiche von F1 und S1, wie es vorstehend genannt ist, wird die Zündfähigkeit der Zündkerze S1 verbessert.
Demgegenüber umfasst die erste Masseelektrode 51 ein Basiselement 510 und ein Entladungselement 12. Das Entladungselement 12 ist teilweise in dem Basiselement 510 eingebettet, so dass eine freigelegte Fläche des Entladungselements 12 der Mittelelektrode 3 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel sind beide Entladungselemente 11 und 12 vorzugsweise aus einer Pt-basierenden Legierung hergestellt, die Pt in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der aus Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Andernfalls werden beide Entladungselemente 11 und 12 vorzugsweise aus einer Ir-basierenden Legierung hergestellt, die Ir in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Indem das Material der Entladungselemente 11 und 12 wie vorstehend genannt spezifiziert wird, ist es möglich, eine Abnutzung bzw. ein Abtragen dieser Entladungselemente zu unterdrücken, wobei somit eine lange Lebensdauer der Zündkerze S3 sichergestellt ist.
[Drittes Ausführungsbeispiel]
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zündkerze S4 veranschaulicht, die einen Aufbau aufweist, der beinahe identisch zu dem der Zündkerze S3 gemäß dem vorangegangenen Ausführungsbeispiel ist.
Der einzige Unterschied zwischen den Zündkerzen S3 und S4 ist, dass in der Zündkerze S4 das Entladungselement 12 der ersten Masseelektrode 51 von einer Seitenoberfläche des Basiselements 510 herausragt.
Genauer gesagt weist, wie es in 29 gezeigt ist, das Entladungselement 12 ein erstes Ende, das der Mittelelektrode 3 in der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt, und ein zweites Ende auf, das bspw. durch Laserschweißen mit dem Basiselement 510 verbunden ist.
Das Entladungselement 12 weist eine Länge F2 auf, die eine Entfernung von dem ersten Ende des Entladungselements 12 zu der Seitenoberfläche des Basiselements 510 in der Längsrichtung des Entladungselements 12 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Länge F2 des Entladungselements 12 in dem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm spezifiziert.
Das Entladungselement 12 weist ebenso eine Querschnittsfläche S2 auf, die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements 12 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche S2 des Entladungselements 12 in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren der Bereiche von F2 und S2, wie es vorstehend genannt ist, wird die Zündfähigkeit der Zündkerze S4 verbessert.
[Viertes Ausführungsbeispiel]
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zündkerze S5 veranschaulicht, die einen Aufbau aufweist, der beinahe identisch zu dem der Zündkerze S3 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel ist.
Der einzige Unterschied zwischen den Zündkerzen S3 und S5 ist, dass in der Zündkerze S5 ebenso jede der zweiten Masseelektroden 52 ein Entladungselement umfasst, das aus einem Edelmetall oder einer zugehörigen Legierung hergestellt ist.
Genauer gesagt umfasst, wie es in 30 gezeigt ist, jede zweite Masseelektrode 52 ein Basiselement 520 und ein Entladungselement 13.
Das Entladungselement 13 weist ein erstes Ende, das der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode 3 in der radialen Richtung der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt, und ein zweites Ende auf, das bspw. durch Laserschweißen mit dem Basiselement 520 verbunden ist.
Das Entladungselement 13 weist eine Länge F3 auf, die eine Entfernung von dem ersten Ende des Entladungselements 13 zu dem Basiselement 520 in der Längsrichtung des Entladungselements 13 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Länge F3 des Entladungselements 13 in dem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm spezifiziert.
Das Entladungselement 13 weist ebenso eine Querschnittsfläche S3 auf, die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements 13 ist.
Gemäß diesem Ausführungsbeispiel ist die Querschnittsfläche S3 des Entladungselements 13 in dem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² spezifiziert.
Durch ein Spezifizieren der Bereiche von F3 und S3, wie es vorstehend genannt ist, wird die Zündfähigkeit der Zündkerze S5 verbessert.
[Fünftes Ausführungsbeispiel]
In diesem Ausführungsbeispiel ist eine Zündkerze S6 veranschaulicht, die einen Aufbau aufweist, der beinahe identisch zu denjenigen der Zündkerzen S1 bis S5 gemäß dem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und den vorangegangenen Ausführungsbeispielen ist.
Der einzige Unterschied zwischen den Zündkerzen S1 bis S5 und der Zündkerze S6 ist, dass der mit einem Gewinde versehene Abschnitt 42 der Metallhülse 4 eine Größe von M14 bei den Zündkerzen S1 bis S5 aufweist; bei der Zündkerze S6 weist er jedoch eine Größe von weniger als M14 auf.
Genauer gesagt weist bei der Zündkerze S6 der mit einem Gewinde versehene Abschnitt 42 der Metallhülse 4 eine Größe von M12 oder M10 auf, wie es in 31 und 32 gezeigt ist.
Mit der verringerten Größe des mit einem Gewinde versehenen Abschnitts 42 weisen andere Maßparameter, wie bspw. die Wanddicke T des Isolators 2, die Entfernung L, die Entfernung D und der Enddurchmesser E des Isolators 2 entsprechend kleinere Werte bei den vorstehend spezifizierten Bereichen auf.
Dementsprechend wird es möglich, die Zündkerze S6 kompakt zu machen, wobei somit eine größere Flexibilität bei dem Kraftmaschinenentwurf bereitgestellt wird. Bspw. können die Einlass- und Auslassventile für die Kraftmaschine groß gemacht werden und ein Wassermantel zur Kühlung der Kraftmaschine kann sichergestellt werden.
[Weitere Variationen]
Während die vorstehend beschriebenen spezifischen Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt und beschrieben worden sind, ist es für diejenigen, die die Erfindung in die Praxis umsetzen, und für Fachleute ersichtlich, dass verschiedene Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen bei der Erfindung ausgeführt werden können, ohne den Bereich des offenbarten Konzepts zu verlassen.
Bspw. sind in den 33 bis 35 Variationen der ersten Masseelektrode 51 und der zweiten Masseelektroden 52 veranschaulicht.
In 33 verjüngt sich der Spitzenabschnitt 511 der ersten Masseelektrode 51 nach innen, wenn sie entlang der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 betrachtet wird.
In 34 weist der Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 eine flache Endoberfläche auf, die der Mittelelektrode 3 gegenüberliegt.
In 35 verjüngt sich der Spitzenabschnitt 521 jeder der zweiten Masseelektroden 52 nach innen, wenn sie entlang der axialen Richtung der Mittelelektrode 3 betrachtet wird.
Ferner ist in dem Beispiel, das zum Verständnis der Erfindung nützlich ist, und in den vorangegangenen Ausführungsbeispielen die Anzahl der zweiten Masseelektroden 52 zwei; es können jedoch ebenso lediglich eine oder mehr als zwei zweite Masseelektroden 52 eingesetzt werden.
Zusätzlich sind in den vorstehend beschriebenen Experimenten lediglich drei Kraftmaschinen unterschiedlicher Typen verwendet worden; die gleiche Tendenz und ähnliche Ergebnisse können jedoch bei anderen Typen von Kraftmaschinen beobachtet werden.
Derartige Modifikationen, Änderungen und Verbesserungen innerhalb der Fähigkeiten eines Fachmanns sollen durch die beigefügten Patentansprüche abgedeckt sein.
Eine Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Metallhülse, einen Isolator, eine zylindrische Mittelelektrode, eine erste Masseelektrode und eine zweite Masseelektrode. Die erste Masseelektrode ist nach der Mittelelektrode in der axialen Richtung der Mittelelektrode ausgerichtet, um einen ersten Elektrodenabstand zu bilden, über den normale Zündfunken entladen werden, wenn der Isolator nicht mit Kohlenstoff verschmutzt ist. Die zweite Masseelektrode ist nach der Mittelelektrode in der radialen Richtung der Mittelelektrode ausgerichtet, um einen zweiten Elektrodenabstand zu bilden, über den Seitenfunken entladen werden, wenn der Isolator mit Kohlenstoff verschmutzt ist. Die Zündkerze weist einen verbesserten Aufbau auf, bei dem Maßparameter A, T, B, C, L, D und E spezifiziert sind, um in geeigneten Bereichen zu liegen, die durch experimentelle Untersuchungen bestimmt werden. Der verbesserte Aufbau stellt eine hohe Zündfähigkeit und eine lange Lebensdauer der Zündkerze sicher.

Claims

Zündkerze (S5; S6) mit: einer rohrförmigen Metallhülse (4), die einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt (42) bei einem zugehörigen Außenumfang aufweist, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) eine Größe von kleiner oder gleich M14 aufweist, einem Isolator (2), der in der Metallhülse (4) befestigt ist, wobei der Isolator (2) eine Bohrung (21), die durch ihn hindurch ausgebildet ist, und ein Ende (22) aufweist, das von einem Ende (41) der Metallhülse (4) herausragt, einer zylindrischen Mittelelektrode (3), die in der Bohrung (21) des Isolators (2) befestigt ist, wobei die Mittelelektrode (3) eine Achse und ein Ende (31) aufweist, das von dem Ende (22) des Isolators (2) herausragt, einer ersten Masseelektrode (51), die ein Basisende (510), das mit dem Ende (41) der Metallhülse (4) verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt (511) aufweist, der dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) über einen ersten Elektrodenabstand in einer axialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einer zweiten Masseelektrode (52), die ein Basisende (520), das mit dem Ende (41) der Metallhülse (4) verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt (521) aufweist, der einer Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode (3) über einen zweiten Elektrodenabstand in einer radialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, wobei eine Größe A des ersten Elektrodenabstands, der eine minimale Entfernung zwischen dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) und dem Spitzenabschnitt (511) der ersten Masseelektrode (51) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, in einem Bereich von 0,4 bis 1,0 mm liegt, eine Wanddicke T des Isolators (2) bei dem Ende (22) des Isolators (2) in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm liegt, eine Entfernung B, die eine minimale Entfernung zwischen dem Isolator (2) und dem Spitzenabschnitt (521) der zweiten Masseelektrode (52) ist, in einem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm liegt und ein Parameter C, der eine Entfernung zwischen einer metallhülsenseitigen Ecke eines Rands (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) und dem Innenrand des Endes des Isolators (2) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) darstellt, in einem Bereich von –1,0 bis 0,5 mm liegt, wobei der Rand (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) dem Ende (41) der Metallhülse (4) gegenüberliegt, wobei der Parameter C einen positiven Wert annimmt, wenn die metallhülsenseitige Ecke des Rands (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) näher bei dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) ist als es der Innenrand des Endes (22) des Isolators (2) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, wobei die zweite Masseelektrode (52) ein Basiselement (520) und ein Entladungselement (13) umfasst, das Entladungselement (13) aus einem Edelmetall oder einer Legierung des Edelmetalls hergestellt ist, das Entladungselement (13) eine Länge mit einem ersten Ende, das der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode (3) in der radialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einem zweiten Ende aufweist, das mit dem Basiselement (520) verbunden ist, eine Querschnittsfläche des Entladungselements (13), die senkrecht zu einer Längsrichtung des Entladungselements (13) ist, in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt, und eine Entfernung (F3) von dem ersten Ende des Entladungselements (13) zu dem Basiselement (520) in der Längsrichtung des Entladungselements (13) in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Entfernung B in einem Bereich von 0,2 mm bis (A – 0,05 mm) liegt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei eine Entfernung D, die eine Entfernung zwischen einem Innenrand des Endes (41) der Metallhülse (4) und einer Außenoberfläche des Isolators (2) in der radialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, in einem Bereich von 0,6 bis 1,6 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei ein Außendurchmesser E des Isolators (2) bei dem Ende (22) des Isolators (2) in einem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Entladungselement (13) aus einer Pt-basierenden Legierung hergestellt ist, die Pt in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei das Entladungselement (13) aus einer Ir-basierenden Legierung hergestellt wird, die Ir in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Mittelelektrode (3) ein Basiselement (30) und ein Entladungselement (11) umfasst, wobei das Entladungselement (30) eine Länge mit einem ersten Ende, das das Ende (31) der Mittelelektrode (3) darstellt, und einem zweiten Ende aufweist, das mit dem Basiselement (30) verbunden ist, und wobei eine Querschnittsfläche S1 des Entladungselements (11), die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements (11) ist, in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt und eine Entfernung F1 von dem ersten Ende des Entladungselements (11) zu dem Basiselement (30) in der Längsrichtung des Entladungselements (11) in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die erste Masseelektrode (51) ein Basiselement (510) und ein Entladungselement (12) umfasst, wobei das Entladungselement (12) eine Länge mit einem ersten Ende, das dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einem zweiten Ende aufweist, das mit dem Basiselement (510) verbunden ist, wobei eine Querschnittsfläche S2 des Entladungselements (12), die senkrecht zu einer Längsrichtung des Entladungselements (12) ist, in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt und eine Entfernung F2 von dem ersten Ende des Entladungselements (12) zu dem Basiselement (510) in der Längsrichtung des Entladungselements (12) in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) der Metallhülse (4) eine Größe von kleiner oder gleich M12 aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 9, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) der Metallhülse (4) eine Größe von kleiner oder gleich M10 aufweist.
Zündkerze (S2 bis S6) mit: einer rohrförmigen Metallhülse (4), die einen mit einem Gewinde versehenen Abschnitt (42) bei einem zugehörigen Außenumfang aufweist, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) eine Größe von kleiner oder gleich M14 aufweist, einem Isolator (2), der in der Metallhülse (4) befestigt ist, wobei der Isolator (2) eine Bohrung (21), die durch ihn hindurch ausgebildet ist, und ein Ende (22) aufweist, das von einem Ende (41) der Metallhülse (4) herausragt, einer zylindrischen Mittelelektrode (3), die in der Bohrung (21) des Isolators (2) befestigt ist, wobei die Mittelelektrode (3) eine Achse und ein Ende (31) aufweist, das von dem Ende (22) des Isolators (2) herausragt, einer ersten Masseelektrode (51), die ein Basisende (510), das mit dem Ende (41) der Metallhülse (4) verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt (511) aufweist, der dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) über einen ersten Elektrodenabstand in einer axialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einer zweiten Masseelektrode (52), die ein Basisende (520), das mit dem Ende (41) der Metallhülse (4) verbunden ist, und einen Spitzenabschnitt (521) aufweist, der einer Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode (3) über einen zweiten Elektrodenabstand in einer radialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, wobei eine Entfernung L, die eine Entfernung zwischen einem Innenrand des Basisendes (520) der zweiten Masseelektrode (52) und der Achse der Mittelelektrode (3) in der radialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, kleiner oder gleich 3,5 mm ist, eine Wanddicke T des Isolators (2) bei dem Ende (22) des Isolators (2) in einem Bereich von 0,3 bis 0,8 mm liegt, eine Entfernung B, die eine minimale Entfernung zwischen dem Isolator (2) und dem Spitzenabschnitt (521) der zweiten Masseelektrode (52) ist, in einem Bereich von 0,2 bis 0,9 mm liegt und ein Parameter C, der eine Entfernung zwischen einer metallhülsenseitigen Ecke eines Rands (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) und dem Innenrand des Endes (22) des Isolators (2) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) darstellt, in einem Bereich von –1,0 bis 0,5 mm liegt, wobei der Rand (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) dem Ende (41) der Metallhülse (4) gegenüberliegt, wobei der Parameter C einen positiven Wert annimmt, wenn die metallhülsenseitige Ecke des Rands (522) des Spitzenabschnitts (521) der zweiten Masseelektrode (52) näher bei dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) ist als es der Innenrand des Endes (22) des Isolators (2) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei eine Größe A des ersten Elektrodenabstands, die eine minimale Entfernung zwischen dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) und dem Spitzenabschnitt (521) der ersten Masseelektrode (52) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, in einem Bereich von 0,4 bis 1,1 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei eine Entfernung D, die eine Entfernung zwischen einem Innenrand des Endes (41) der Metallhülse (4) und einer Außenoberfläche des Isolators (2) in der radialen Richtung der Mittelelektrode (3) ist, in einem Bereich von 0,6 bis 1,6 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei ein Außendurchmesser E des Isolators (2) bei dem Ende (22) des Isolators (2) in einem Bereich von 2,1 bis 3,9 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei zumindest eine der Mittelelektrode (3), der ersten Masseelektrode (51) und der zweiten Masseelektrode (52) ein Basiselement (30, 510, 520) und ein Entladungselement (11, 12, 13) umfasst, das mit dem Basiselement (30, 510, 520) verbunden ist, wobei das Entladungselement (11, 12, 13) aus einem Edelmetall oder einer Legierung des Edelmetalls hergestellt ist.
Zündkerze nach Anspruch 15, wobei das Entladungselement (11, 12, 13) aus einer Pt-basierenden Legierung hergestellt ist, die Pt in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Zündkerze nach Anspruch 15, wobei das Entladungselement (11, 12, 13) aus einer Ir-basierenden Legierung hergestellt wird, die Ir in einer Menge von nicht weniger als 50 Gewichtsprozent und zumindest einen Zusatzstoff umfasst, der aus Pt, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Os, Y und Y₂O₃ ausgewählt wird.
Zündkerze nach Anspruch 15, wobei die Mittelelektrode (3) ein Basiselement (30) und ein Entladungselement (11) umfasst, wobei das Entladungselement (11) eine Länge mit einem ersten Ende, das das Ende (31) der Mittelelektrode (3) darstellt, und einem zweiten Ende aufweist, das mit dem Basiselement (30) verbunden ist, und wobei eine Querschnittsfläche S1 des Entladungselements (11), die senkrecht zu der Längsrichtung des Entladungselements (11) ist, in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt und eine Entfernung F1 von dem ersten Ende des Entladungselements (11) zu dem Basiselement (30) in der Längsrichtung des Entladungselements (11) in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 15, wobei die erste Masseelektrode (51) ein Basiselement (510) und ein Entladungselement (12) umfasst, wobei das Entladungselement (12) eine Länge mit einem ersten Ende, das dem Ende (31) der Mittelelektrode (3) in der axialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einem zweiten Ende aufweist, das mit dem Basiselement (510) verbunden ist, wobei eine Querschnittsfläche S2 des Entladungselements (12), die senkrecht zu einer Längsrichtung des Entladungselements (12) ist, in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt und eine Entfernung F2 von dem ersten Ende des Entladungselements (12) zu dem Basiselement (510) in der Längsrichtung des Entladungselements (12) in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 15, wobei die zweite Masseelektrode (52) ein Basiselement (520) und ein Entladungselement (13) umfasst, wobei das Entladungselement (13) eine Länge mit einem ersten Ende, das der Außenseitenoberfläche der Mittelelektrode (3) in der radialen Richtung der Mittelelektrode (3) gegenüberliegt, und einem zweiten Ende aufweist, das mit dem Basiselement (520) verbunden ist, wobei eine Querschnittsfläche S3 des Entladungselements (13), die senkrecht zu einer Längsrichtung des Entladungselements (13) ist, in einem Bereich von 0,1 bis 0,8 mm² liegt und eine Entfernung F3 von dem ersten Ende des Entladungselements (13) zu dem Basiselement (520) in der Längsrichtung des Entladungselements (13) in einem Bereich von 0,3 bis 1,5 mm liegt.
Zündkerze nach Anspruch 11, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) der Metallhülse (4) eine Größe von kleiner oder gleich M12 aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 21, wobei der mit einem Gewinde versehene Abschnitt (42) der Metallhülse (4) eine Größe von kleiner oder gleich M10 aufweist.