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TECHNISCHER HINTERGRUND
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Die
Erfindung betrifft eine Zündkerze
gemäß dem Oberbegriff
des Anspruchs 1.
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Die
Erfindung bezieht sich allgemein auf Zündkerzen in Verbrennungsmotoren
von Kraftfahrzeugen und Kraft-Wärme-Kopplungssystemen.
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf eine Zündkerze
mit einem verbesserten Aufbau, der eine hohe Befähigung der Zündkerze
zum Zünden
des Luft-Kraftstoff-Gemischs
(nachstehend als Zündvermögen der
Zündkerze
bezeichnet) gewährleistet.
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Herkömmliche
Zündkerzen
für Verbrennungsmotoren
haben im Allgemeinen eine rohrförmige
Metallhülle,
einen Isolator, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode.
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Die
rohrförmige
Metallhülle
hat einen Gewindeabschnitt, um die Zündkerze in eine Brennkammer des
Motors einzupassen.
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Der
Isolator hat eine durch ihn hindurchgehende Zentralbohrung und ist
so in der Metallhülle
fixiert, dass ein Ende von ihm aus einem Ende der Metallhülle vorragt.
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Die
Mittelelektrode ist in der Zentralbohrung des Isolators befestigt
und hat ein aus dem Ende des Isolators vorragendes Ende.
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Die
Masseelektrode hat ein mit dem Ende der Metallhülle verbundenes Fußende und
einen Spitzenabschnitt, der dem Ende der Mittelelektrode in der
Axialrichtung des Isolators über
einen Funkenspalt zugewandt ist.
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In
den letzten Jahren hat der Bedarf nach einer höheren Ausgangsleistung und
einem besseren Kraftstoffverbrauch der Verbrennungsmotoren es erforderlich
gemacht, die Größe der Einlass-
und Auslassventile für
den Motor zu erhöhen
und für
einen Wassermantel zu sorgen, um den Motor zu kühlen. Dadurch steht weniger
Raum für
den Einbau einer Zündkerze
im Motor zur Verfügung,
weswegen die Zündkerze
einen kompakten (genauer gesagt schlankeren) Aufbau haben muss.
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Und
zwar hatte bei einer Zündkerze
in der Vergangenheit der Gewindeabschnitt der Metallhülle eine
Größe von M14
nach JIS (Japanischer Industriestandard); doch muss der Gewindeabschnitt
nun eine Größe von kleiner
oder gleich M12 nach JIS haben.
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Wie
in 13 gezeigt ist, ist in einer solchen kompakten
Zündkerze 9 der
Isolierabstand, der dem Mindestabstand zwischen dem Isolator 92 und
einem Fußendenabschnitt 951 der
Masseelektrode 95 entspricht, entsprechend kleiner.
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Wenn
sich auf der Oberfläche
des Isolators 92 Kohlenstoff abgelagert hat, können mithin
anstelle normaler Funken, die über
den Funkenspalt G entladen werden, „Seitenfunken” P entladen
werden. Die Seitenfunken P stehen dabei für Funken, die von der Mittelelektrode 93 aus
an der Außenfläche des
Isolators 92 entlang kriechen und zum Fußendenabschnitt 951 der
Masseelektrode 95 springen.
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Falls
die Oberfläche
des Isolators 92 mit elektrisch leitendem Kohlenstoff verschmutzt
ist, erhöht
sich nämlich
beim Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Mittelelektrode 93 und
der Masseelektrode 95 das elektrische Potenzial auf der Außenfläche des
Isolators 92. Wenn sich das elektrische Potenzial über ein
bestimmtes Niveau hinaus erhöht
hat, können
dann die Seitenfunken P über
den Luftspalt zwischen der Außenfläche des
Isolators 92 und dem Fußendenabschnitt 951 der
Masseelektrode 95 entladen werden. Anders als normale Funken können die
Seitenfunken P das Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer des
Motors nicht zuverlässig
zünden,
weswegen das Zündvermögen der Zündkerze
abnimmt.
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Dementsprechend
sind Seitenfunken zu einer großen
Hürde bei
der Entwicklung von kompakten Zündkerzen
geworden.
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Um
das Entstehen von Seitenfunken zu verhindern, schlägt die
JP 60-235379 A eine
Zündkerze vor,
die geeignet festgelegte Abmessungsparameter wie den Enddurchmesser
des Isolators hat.
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Allerdings
hat der Isolator bei der offenbarten Zündkerze einen langen Abschnitt,
der in die Brennkammer des Motors hineinragen soll. Obwohl die Entstehung
von Seitenfunken verhindert werden kann, ist es dadurch nach wie
vor schwierig, ein hohes Zündermögen der
Zündkerze
zu gewährleisten. Da
der in die Brennkammer hineinragende Abschnitt des Isolators lang
ist, ist nämlich
auch die Länge
vom Ende des Isolators zu dem Bereich, wo der Isolator über einen
Metallring mit der Metallhülle
verbunden ist, entsprechend lang. Dadurch wird die Temperatur am
Ende des Isolators hoch, so dass es Kohlenstoff schwer fällt, sich
auf der Oberfläche
des Isolators abzulagern, was die Entstehung von Seitenfunken verhindert.
Allerdings kann die hohe Temperatur am Ende des Isolators gleichzeitig
eine Vorzündung
des Luft-Kraftstoff-Gemischs verursachen, wodurch das Zündvermögen der
Zündkerze
abnimmt.
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Da
der in die Brennkammer hineinragende Abschnitt des Isolators lang
ist, ist auch, wie in 13 gezeigt ist, der Raum S zwischen
dem Isolator und der Masseelektrode entsprechend klein. Dadurch
fällt es
der entstehenden Flamme schwer sich auszubreiten, weswegen das Zündvermögen der Zündkerze
abnimmt.
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Es
ist demnach wünschenswert,
das Entstehen von Seitenfunken zu verhindern, ohne dass der in die
Brennkammer hineinragende Abschnitt des Isolators lang ist.
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KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Zündkerze mit einem verbesserten
Aufbau zur Verfügung
zu stellen, der das Auftreten von Seitenfunken verhindert und ein
hohes Zündvermögen der
Zündkerze
gewährleistet.
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Die
Aufgabe wird durch eine Zündkerze
mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Gemäß der Erfindung
ist eine Zündkerze
vorgesehen, die die Merkmale von Patentanspruch 1 aufweist.
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Bei
der obigen Zündkerze
nimmt der Außendurchmesser
des Isolators von der Kante der Innenfläche des Isolators am ersten
Ende des Isolators zu einer ersten Bezugsebene hin zu, die definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators verläuft
und in der Längsrichtung
0,1 mm von der Kante der Innenfläche
des Isolators zum zweiten Ende des Isolators hin entfernt ist.
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Des
Weiteren liegt bei der obigen Zündkerze ein
erstes Volumen V1, das dem Volumen eines Abschnitts des Isolators
zwischen der Kante der Innenfläche
des Isolators und der ersten Bezugsebene entspricht, im Bereich
0,15 bis 0,38 mm3.
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Es
vorzuziehen, dass das erste Volumen V1 im Bereich 0,15 bis 0,34
mm3 liegt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung nimmt bei der obigen Zündkerze
der Außendurchmesser
des Isolators von der Kante der Innenfläche des Isolators am ersten
Ende des Isolators zu einer zweiten Bezugsebene hin zu, die definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators verläuft und
in der Längsrichtung
0,2 mm von der Kante der Innenfläche
des Isolators zum zweiten Ende des Isolators hin entfernt ist.
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Des
Weiteren liegt bei der obigen Zündkerze ein
zweites Volumen V2, das dem Volumen eines Abschnitts des Isolators
zwischen der Kante der Innenfläche
des Isolators und der zweiten Bezugsebene entspricht, im Bereich
0,5 bis 0,84 mm3.
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Es
ist vorzuziehen, dass das zweite Volumen V2 im Bereich 0,5 bis 0,79
mm3 liegt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung nimmt bei der obigen Zündkerze
der Außendurchmesser
des Isolators von der Kante der Innenfläche des Isolators am ersten
Ende des Isolators zu einer dritten Bezugsebene hin zu, die definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators verläuft und
in der Längsrichtung
0,3 mm von der Kante der Innenfläche
des Isolators zum zweiten Ende des Isolators hin entfernt ist.
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Des
Weiteren liegt bei der obigen Zündkerze ein
drittes Volumen V3, das dem Volumen eines Abschnitts des Isolators
zwischen der Kante der Innenfläche
des Isolators und der dritten Bezugsebene entspricht, im Bereich
0,8 bis 1,42 mm3.
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Es
ist vorzuziehen, dass das dritte Volumen V3 im Bereich 0,8 bis 1,39
mm3 liegt.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung liegt bei der obigen Zündkerze
der Mindestabstand C zwischen der Innenfläche der Metallhülle und
der Außenfläche des
Isolators in einer vierten Bezugsebene, die definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators durch die Innenkante des Endes der Metallhülle verläuft, im
Bereich 0,4 bis 1,6 mm.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung enthält
bei der obigen Zündkerze
die Mittelelektrode ein Grundelement und ein Entladungselement.
Das Entladungselement hat eine Länge
mit einem das Ende der Mittelelektrode bildenden ersten Ende und einem
mit dem Grundelement verbundenen zweiten Ende.
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Des
Weiteren liegt bei der obigen Zündkerze eine
Querschnittsfläche
S1 des Entladungselements, die senkrecht zur Längsrichtung des Entladungselements
verläuft,
im Bereich 0,1 bis 0,8 mm2 und liegt ein
Abstand F1 vom ersten Ende des Entladungselements zum Grundelement
in der Längsrichtung
des Entladungselements im Bereich 0,3 bis 1,5 mm.
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Es
ist vorzuziehen, dass das Entladungselement der Mittelelektrode
aus einer Legierung auf Ir-Basis besteht, die eine Menge von mehr
als 50 Gewichtsprozent Ir und mindestens einen Zusatzstoff enthält und einen
Schmelzpunkt von mehr als 2000°C
hat.
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Es
ist außerdem
vorzuziehen, dass der mindestens eine Zusatzstoff aus Pt, Rh, Ni,
W, Pd, Ru, Re, Al, Al2O3,
Y und Y2O3 gewählt ist.
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Gemäß einer
Ausgestaltung der Erfindung enthält
bei der obigen Zündkerze
die Masseelektrode ein Grundelement und ein Entladungselement. Das Entladungselement
hat eine Länge
mit einem dem Ende der Mittelelektrode zugewandten ersten Ende und
einem mit dem Grundelement verbunden zweiten Ende.
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Des
Weiteren liegt bei der obigen Zündkerze eine
Querschnittsfläche
S2 des Entladungselements, die senkrecht zur Längsrichtung des Entladungselements
verläuft,
im Bereich 0,1 bis 0,8 mm2 und liegt ein
Abstand F2 vom ersten Ende des Entladungselements zum Grundelement
in der Längsrichtung
des Entladungselements im Bereich 0,3 bis 1,5 mm.
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Es
ist vorzuziehen, dass das Entladungselement der Masseelektrode aus
einer Legierung auf Pt-Basis besteht, die eine Menge von mehr als
50 Gewichtsprozent Pt und mindestens einen Zusatzstoff enthält und einen
Schmelzpunkt von mehr als 1500°C
hat.
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Es
ist außerdem
vorzuziehen, dass der mindestens eine Zusatzstoff aus Ir, Rh, Ni,
W, Pd, Ru und Re gewählt
ist.
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Wenn
die effektiven Bereiche der Abmessungsparameter V1, V2, V3, C, F1,
S1, F2, S2, T und d wie oben festgelegt werden, kann das Entstehen von
Seitenfunken in der Zündkerze
verhindert und ein hohes Zündvermögen der
Zündkerze
gewährleistet
werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Ein
vollständiges
Verständnis
der Erfindung ergibt sich aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den
beigefügten
Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele
der Erfindung, die jedoch nicht als Einschränkung der Erfindung auf bestimmte
Ausführungsbeispiele
verstanden werden sollten, sondern lediglich der Erläuterung
und dem Verständnis
dienen.
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Es
zeigen:
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1 im
Teilschnitt den Gesamtaufbau einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der
Erfindung;
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2 vergrößert im
Teilschnitt das erste Volumen V1 in der Zündkerze von 1;
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3 vergrößert im
Teilschnitt das zweite Volumen V2 in der Zündkerze von 1;
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4 vergrößert im
Teilschnitt das dritte Volumen V3 in der Zündkerze von 1;
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5 vergrößert im
Teilschnitt einen Endabschnitt der Zündkerze von 1;
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6A grafisch
den Zusammenhang zwischen dem ersten Volumen V1 und dem Isolierwiderstand
der Zündkerze
von 1;
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6B grafisch
den Zusammenhang zwischen dem ersten Volumen V1 und der Häufigkeit von
Seitenfunken in der Zündkerze
von 1;
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7 eine
Darstellung des ersten Volumens V1 und der Form eines Isolatorendabschnitts
der Zündkerze
von 1;
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8 grafisch
die Wirkung des Durchmessers d der Mittelelektrode auf den Zusammenhang zwischen
dem ersten Volumen V1 und der Häufigkeit von
Seitenfunken in der Zündkerze
von 1;
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9 grafisch
den Zusammenhang zwischen dem zweiten Volumen V2 und der Häufigkeit von
Seitenfunken in der Zündkerze
von 1;
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10 grafisch
den Zusammenhang zwischen dem dritten Volumen V3 und der Häufigkeit von
Seitenfunken in der Zündkerze
von 1;
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11 vergrößert im
Teilschnitt einen Endabschnitt einer Zündkerze gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel
der Erfindung;
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12 grafisch
den Zusammenhang zwischen dem ersten Volumen V1 und der Häufigkeit von
Seitenfunken in der Zündkerze
von 11;
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13 vergrößert im
Teilschnitt einen Endabschnitt einer herkömmlichen Zündkerze.
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BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN
AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Die
bevorzugten Ausführungsbeispiele
werden nun unter Bezugnahme auf die 1–12 beschrieben.
Es ist zu beachten, dass aus Gründen der
Klarheit und des Verständnisses
gleiche Bauteile mit gleichen Funktionen in verschiedenen Ausführungsbeispielen
der Erfindung, wann immer möglich, in
jeder Figur mit der gleichen Bezugszahl markiert worden sind.
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[Erstes Ausführungsbeispiel]
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1 zeigt
den Gesamtaufbau einer Zündkerze
S1 gemäß dem ersten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung. Die Zündkerze
S1 ist zur Verwendung in Verbrennungsmotoren von Kraftfahrzeugen
ausgelegt.
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Wie
in 1 gezeigt ist, enthält die Zündkerze S1 einen Isolator 2,
eine Mittelelektrode 3, eine rohrförmige Metallhülle 4 und
eine Masseelektrode 5.
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Die
rohrförmige
Metallhülle 4 ist
an ihrem Außenrand
mit einem Außengewindeabschnitt 42 ausgebildet
und hat einen sechseckigen Kopfabschnitt 43. Der Außengewindeabschnitt 42 hat
eine Größe im Bereich
M8 bis M14 nach JIS. Die Metallhülle 4 besteht
aus einem leitenden Metallmaterial, z. B. aus Stahl mit niedrigem
Kohlenstoffgestalt.
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Der
Einbau der Zündkerze
S1 in einen Verbrennungsmotor erfolgt, indem sie in eine (nicht
gezeigte) Brennkammer des Motors eingepasst wird. Und zwar wird
beim Einbau auf den sechseckigen Kopfabschnitt 43 ein Drehmoment
aufgebracht, um so für
eine Verbindung zwischen dem Außengewindeabschnitt 42 der
Metallhülle 4 und
einer im (nicht gezeigten) Zylinderkopf der Brennkammer vorgesehenen
Innengewindebohrung zu sorgen.
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Der
Isolator 2 hat ein erstes Ende 22 und ein zweites
Ende 22a, die sich in der Längsrichtung des Isolators 2 gegenüberliegen.
Der Isolator 2 hat außerdem
eine Durchgangsbohrung 21, die in der Längsrichtung des Isolators 2 verläuft. Der
Isolator 2 ist so in der Metallhülle 4 fixiert und
teilweise in ihr enthalten, dass sein erstes Ende 22 aus
einem Ende 41 der Metallhülle 4 vorragt. Der
Isolator 2 besteht aus einer Aluminiumoxidkeramik (Al2O3).
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Zwischen
dem Isolator 2 und der Metallhülle 4 befindet sich
ein Metallring 6, über
den Wärme
von dem Isolator 2 zur Metallhülle 4 übertragen
wird, wodurch sich die Temperatur des Isolators 2 verringert.
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Die
zylinderförmige
Mittelelektrode 3 ist in der Durchgangsbohrung 21 des
Isolators 2 befestigt, so dass sie elektrisch von der Metallhülle 4 isoliert
ist. Die Mittelelektrode 3 ist zusammen mit dem Isolator 2 teilweise
in der Metallhülle 4 enthalten,
so dass ein Ende 39 der Mittelelektrode 3 aus
dem ersten Ende 22 des Isolators 2 vorragt.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
besteht die Mittelelektrode 3 aus einem Grundelement 30 und
einem Entladungselement 33.
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Das
Grundelement 30 besteht aus einem hochgradig wärmeleitfähigen Metallmaterial
wie Cu als Kernmaterial und einem hochgradig wärmebeständigen und korrosionsbeständigen Metallmaterial wie
einer Legierung auf Ni-Basis (Ni: Nickel) als Überzugsmaterial.
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Das
Entladungselement 33 hat ein das Ende 39 der Mittelelektrode 3 bildendes
erstes Ende und ein durch z. B. Laserschweißen mit dem Grundelement 30 verbundenes
zweites Ende.
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Das
Entladungselement 33 besteht vorzugsweise aus einer Legierung
auf Ir-Basis (Ir: Iridium), die eine Menge von mehr als 50 Gewichtsprozent
Ir und mindestens einen Zusatzstoff enthält und deren Schmelzpunkt mehr
als 2000°C
beträgt.
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Des
Weiteren wird der mindestens eine Zusatzstoff für das Entladungselement 33 vorzugsweise aus
Pt (Platin), Rh (Rhodium), Ni, W (Wolfram), Pd (Palladium), Ru (Ruthenium),
Re (Rhenium), Al (Aluminium), Al2O3 (Aluminiumoxid), Y (Yttrium) und Y2O3 (Yttriumoxid)
gewählt.
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Wird
das Material des Entladungselements 33 wie oben festgelegt,
lässt sich
die Haltbarkeit des Entladungselements 33 sicherstellen.
Darüber
hinaus sollte das Entladungselement 33 die unten beschriebenen
Abmessungsparameter haben.
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Die
Masseelektrode 5 hat einen Fußendenabschnitt 51,
der durch z. B. Widerstandsschweißen mit dem Ende 41 der
Metallhülle 4 verbunden
ist. Die Masseelektrode 5 hat außerdem einen Spitzenabschnitt 52,
der dem Ende 39 der Mittelelektrode 3 in der Längsrichtung
des Isolators 2 über
einen Funkenspalt G zugewandt ist.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
besteht die Masseelektrode 5 aus einem Grundelement 50 und einem
Entladungselement 53.
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Das
Grundelement 50 ist säulenförmig und entspricht
bei diesem Ausführungsbeispiel
z. B. ungefähr
einem L-förmigen Prisma.
Das Grundelement 50 besteht aus einer Legierung auf Ni-Basis,
die hauptsächlich
aus Ni besteht.
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Das
Entladungselement 53 ist zylinderförmig und hat ein erstes Ende 59,
das dem Ende 39 der Mittelelektrode 3 über den
Funkenspalt G zugewandt ist, und ein zweites Ende, das z. B. durch
Laserschweißen
mit dem Grundelement 50 verbunden ist.
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Das
Entladungselement 53 besteht vorzugsweise aus einer Legierung
auf Pt-Basis, die eine Menge von mehr als 50 Gewichtsprozent Pt
und mindestens einen Zusatzstoff enthält und deren Schmelzpunkt großer als
1500°C ist.
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Des
Weiteren wird der mindestens eine Zusatzstoff für das Entladungselement 53 vorzugsweise aus
Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Re gewählt.
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Wird
das Material des Entladungselements 53 wie oben festgelegt,
lässt sich
die Haltbarkeit des Entladungselements 53 sicherstellen.
Darüber
hinaus sollte das Entladungselement 53 die unten beschriebenen
Abmessungsparameter haben.
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Die
Zündkerze
S1 ist so gestaltet, dass sie entlang des Funkenspalts G zwischen
dem Ende 39 der Mittelelektrode 3 und dem Ende 59 der
Masseelektrode 5 Funken abgibt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch
innerhalb der Brennkammer des Motors entzündet wird.
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Nachdem
der Gesamtaufbau der Zündkerze S1
beschrieben wurde, werden im Folgenden nun die Abmessungsparameter
V1, V2, V3, C, T, d, F1, S1, F2 und S2 definiert und festgelegt,
die für
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 kritisch sind.
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Wie
in 2 gezeigt ist, nimmt der Außendurchmesser des Isolators 2 von
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 am ersten Ende 22 (d. h. von der
Innenkante des ersten Endes 22) zu einer ersten Bezugsebenen 101 hin
zu. Die erste Bezugsebene 101 verläuft definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators 2 und ist in der Längsrichtung 0,1 mm von der
Kante der Innenfläche
des Isolators 2 entfernt.
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Der
Parameter V1 ist als das Volumen eines Endabschnitts des Isolators 2 zwischen
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 und der ersten Bezugsebene 101 definiert.
Der Parameter V1 wird im Folgenden einfach als erstes Volumen V1
bezeichnet.
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Der
Endabschnitt, der in 2 schraffiert ist, ist in jedem
Längsschnitt
des Isolators 2 ungefähr
bogenförmig.
Der Endabschnitt enthält
einen inneren Endabschnitt 23 um die Innenkante des ersten
Endes 22 herum und einen äußeren Endabschnitt 24 um
die Schnittlinie zwischen der Außenfläche des Isolators 2 und
der ersten Bezugsebene 101 herum.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde das erste Volumen V1 anhand von experimentellen Untersuchungen
so festgelegt, dass es im Bereich 0,15 bis 0,38 mm3 liegt.
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Durch
Festlegung des obigen Bereichs wird das Auftreten von Seitenfunken
P verhindert, die ansonsten entlang des Luftspalts zwischen der
Außenfläche des
Isolators 2 und dem Fußendenabschnitt 51 der
Masseelektrode 5 entladen würden.
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Und
zwar ragt der innere Endabschnitt 23 tiefer als jeder andere
Abschnitt des Isolators 2 in die Brennkammer des Motors
hinein, da der Außendurchmesser
des Isolators 2 von der Innenkante des ersten Endes 22 aus
zur ersten Bezugsebene 101 zunimmt. Da das erste Volumen
V1 so klein ist, dass es nicht mehr als 0,38 mm3 beträgt, ist
auch die Wärmekapazität des inneren
Endabschnitts 23 ausreichend klein. Folglich erwärmt sich
der innere Endabschnitt 23 leicht auf eine hohe Temperatur,
so dass es möglich
ist, Kohlenstoff, der am inneren Endabschnitt 23 anhaftet,
abzubrennen, was den Kohlenstoff daran hindert, sich darauf abzulagern.
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Dementsprechend
kann auch dann, wenn sich Kohlenstoff auf dem äußeren Endabschnitt 24 abgelagert
hat, zwischen der Mittelelektrode 3 und dem äußeren Endabschnitt 24 ein
hoher Isolierwiderstand sichergestellt werden. Wenn zwischen der
Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 5 eine
elektrische Spannung angelegt wird, ist das elektrische Potenzial
auf dem äußeren Endabschnitt 24,
von dem ansonsten die Seitenfunken P entladen würden, somit sehr niedrig. Dadurch
kann das Entstehen von Seitenfunken P verhindert werden und werden
normale Funken entlang des Funkenspalts G entladen.
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Des
Weiteren geht bei herkömmlichen
Zündkerzen
im Allgemeinen die Vorzündung
des Luft-Kraftstoff-Gemischs vom äußeren Endabschnitt 24 aus,
an dem die Temperatur des Isolators am höchsten ist. Bei der Zündkerze
S1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel
kann jedoch der innere Endabschnitt 23 auf eine hohe Temperatur
erwärmt
werden, ohne den in die Brennkammer des Motors vorragenden Abschnitt
des Isolators 2 lang zu machen. Daher kann die Temperatur
des äußeren Endabschnitts 24 niedrig
gehalten werden, so dass das Entstehen einer Vorzündung des
Luft-Kraftstoff-Gemischs verhindert werden kann.
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Da
bei der Zündkerze
S1 der in die Brennkammer des Motors vorragende Abschnitt des Isolators
kurz gehalten und das erste Volumen V1 verringert werden kann, wird
darüber
hinaus ausreichender Raum zwischen dem Isolator 2 und der
Masseelektrode 5 für
die Ausbreitung der entstehenden Flamme sichergestellt. Dadurch
wird verhindert, dass sich das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 aufgrund unzureichenden Raums für die Ausbreitung der entstehenden
Flamme verringert.
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Indem
also die Obergrenze des ersten Volumens V1 wie oben festgelegt wird,
wird das Auftreten von Seitenfunken P verhindert und ein hohes Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
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Es
ist vorzuziehen, dass das erste Volumen V1 kleiner oder gleich 0,34
mm3 beträgt,
um noch zuverlässiger
das Auftreten der Seitenfunken P zu verhindern und ein hohes Zündvermögen der
Zündkerze S1
zu gewährleisten.
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Indem
andererseits die Untergrenze des ersten Volumens V1 wie oben festgelegt
wird, wird eine ausreichende Festigkeit des Endabschnitts des Isolators 2 sichergestellt.
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Wie
in 3 gezeigt ist, nimmt der Außendurchmesser des Isolators 2 von
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 am ersten Ende 22 zu einer zweiten
Bezugsebene 102 hin zu. Die zweite Bezugsebene 102 verläuft definitionsgemäß senkrecht zur
Längsrichtung
des Isolators 2 und ist in der Längsrichtung 0,2 mm von der
Kante der Innenfläche des
Isolators 2 entfernt.
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Der
Parameter V2 ist als das Volumen des Abschnitts des Isolators 2 zwischen
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 und der zweiten Bezugsebene 102 definiert,
der in 3 schraffiert ist. Der Parameter V2 wird im Folgenden
einfach als zweites Volumen V2 bezeichnet.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde das zweite Volumen V2 anhand von experimentellen Untersuchungen
so festgelegt, dass es im Bereich 0,5 bis 0,84 mm3 liegt.
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Indem
die Obergrenze des zweiten Volumens V2 wie oben festgelegt wird,
wird das Auftreten der Seitenfunken P zuverlässiger verhindert und wird das
Zündvermögen der
Zündkerze
S1 zuverlässiger gewährleistet.
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Es
ist vorzuziehen, dass das zweite Volumen V2 kleiner oder gleich
0,79 mm3 ist.
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Indem
andererseits die Untergrenze des zweiten Volumens V2 wie oben festgelegt
wird, wird eine ausreichende Festigkeit des Abschnitts des Isolators 2 zwischen
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 und der zweiten Bezugsebene 102 sichergestellt.
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Wie
in 4 gezeigt ist, nimmt der Außendurchmesser des Isolators 2 von
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 am ersten Ende 22 zu einer dritten
Bezugsebene 103 hin zu. Die dritte Bezugsebene 103 verläuft definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators 2 und ist in der Längsrichtung 0,3 mm von der
Kante der Innenfläche
des Isolators 2 entfernt.
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Der
Parameter V3 ist als das Volumen des Abschnitts des Isolators 2 zwischen
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 und der dritten Bezugsebene 103 definiert,
der in 4 schraffiert ist. Der Parameter V3 wird im Folgenden
einfach als drittes Volumen V3 bezeichnet.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde das dritte Volumen V3 anhand von experimentellen Untersuchungen
so festgelegt, dass es im Bereich von 0,8 bis 1,42 mm3 liegt.
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Indem
die Obergrenze des dritten Volumens V3 wie oben festgelegt wird,
wird das Auftreten der Seitenfunken P zuverlässiger verhindert und wird
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 zuverlässiger
gewährleistet.
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Es
ist vorzuziehen, dass das dritte Volumen V3 kleiner oder gleich
1,39 mm3 ist.
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Indem
andererseits die Untergrenze des dritten Volumens V3 wie oben festgelegt
wird, wird eine ausreichende Festigkeit des Abschnitts des Isolators 2 zwischen
der Kante der Innenfläche
des Isolators 2 und der dritten Bezugsebene 103 sichergestellt.
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Wie
in 5 gezeigt ist, ist der Parameter C als der Mindestabstand
zwischen der Innenfläche
der Metallhülle 4 und
der Außenfläche das
Isolators 2 in einer vierten Bezugsebene 104 definiert.
Die vierte Bezugsebene 104 verläuft definitionsgemäß senkrecht
zur Längsrichtung
des Isolators 2 durch die Innenkante des Endes 41 der
Metallhülle 4.
Der Parameter C wird im Folgenden einfach als Abstand C bezeichnet.
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Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde der Abstand C so festgelegt, dass er im Bereich 0,4 bis 1,6
mm liegt.
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Indem
der obige Bereich festgelegt wird, wird der Isolierwiderstand zwischen
der Mittelelektrode 3 und der Metallhülle 4 sichergestellt,
wird verhindert, dass der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt,
und wird das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
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Und
zwar fällt
es dem Kohlenstoff, wenn der Abstand C über der Obergrenze liegt, leicht,
in das Innere eines zwischen der Außenfläche des Isolators 2 und
der Innenfläche
der Metallhülle 4 gebildeten Luftspalts
einzudrängen.
Dadurch lagert sich der Kohlenstoff leicht am Innenabschnitt der
Außenfläche des
Isolators 2 ab, was dazu führt, dass der Isolator 2 mit
Kohlenstoff verschmutzt und der Isolierwiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und
der Metallhülle 4 abnimmt.
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Wenn
andererseits der Abstand C unterhalb der Untergrenze liegt, werden
leicht Seitenfunken von dem Isolator 2 zur Metallhülle 4 entladen,
wenn der Isolator 2 mit Kohlenstoff verschmutzt ist, was das
Zündvermögen der
Zündkerze
S1 verringert.
-
Der
Parameter T ist, wie in 5 gezeigt ist, als Mindestwanddicke
des Isolators 2 in der vierten Bezugsebene 104 definiert.
Der Parameter T wird im Folgenden einfach als Wanddicke T des Isolators 2 bezeichnet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde die Wanddicke T des Isolators 2 so festgelegt, dass
sie im Bereich 0,3 bis 1,8 mm liegt.
-
Indem
die Obergrenze der Wanddicke T des Isolators 2 wie oben
festgelegt wird, wird die Wärmekapazität des Isolators 2 klein
genug gehalten, um den Kohlenstoff, der an dem Isolator 2 anhaftet,
abzubrennen, was eine Verschmutzung des Isolators 2 mit
Kohlenstoff verhindert.
-
Indem
andererseits die Untergrenze der Wanddicke T des Isolators 2 wie
oben festgelegt wird, wird ein ausreichender Isolierwiderstand zwischen
der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode 5 sichergestellt.
-
Der
Parameter d ist, wie in 5 gezeigt ist, als der Außendurchmesser
der Mittelelektrode 3 in der vierten Bezugsebene 104 definiert.
Der Parameter d wird im Folgenden einfach als Durchmesser d der
Mittelelektrode 3 bezeichnet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde der Durchmesser d der Mittelelektrode 3 so festgelegt, dass
er im Bereich 0,8 bis 2,6 mm liegt.
-
Indem
die Obergrenze des Durchmessers d der Mittelelektrode 3 wie
oben festgelegt wird, kann die Zündkerze
S1 kompakt gehalten werden.
-
Indem
andererseits die Untergrenze des Durchmessers d der Mittelelektrode 3 wie
oben festgelegt wird, ist es möglich,
den Erwärmungsbereich der
Zündkerze
S1 sicherzustellen, zuverlässig
eine Vorzündung
des Luft-Kraftstoff-Gemischs zu verhindern und die Haltbarkeit der
Mittelelektrode 3 zu gewährleisten.
-
Wie
oben beschrieben wurde, besteht die Mittelelektrode 3 aus
dem Grundelement 30 und dem Entladungselement 33.
Das Grundelement 30 hat, wie in 5 gezeigt
ist, einen Abschnitt kleinen Durchmessers 34, dessen Außendurchmesser
kleiner als der oben definierte Durchmesser d der Mittelelektrode 3 ist,
und einen Abschnitt abnehmenden Durchmessers 35, der sich
zum Ende 39 der Mittelelektrode 3 hin verjüngt. Der
Abschnitt abnehmenden Durchmessers 35 hat ein Ende, mit
dem das zweite Ende des Entladungselements 33 durch Laserschweißen verbunden
ist. Dementsprechend befindet sich zwischen dem Abschnitt abnehmenden Durchmessers 35 und
dem Entladungselement 33 eine Schweißschicht 36.
-
Der
Parameter F1 ist, wie in 5 gezeigt ist, als der Abstand
vom Abschnitt abnehmenden Durchmessers 35 des Grundelements 30 zum
ersten Ende des Entladungselements 33 (d. h. zum Ende 39 der
Mittelelektrode 3) in der Längsrichtung des Entladungselements 33 definiert.
Der Parameter F1 wird im Folgenden einfach als Länge F1 des Entladungselements 33 bezeichnet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde die Länge
F1 des Entladungselements 33 so festgelegt, dass sie im
Bereich 0,3 bis 1,5 mm liegt.
-
Indem
der obige Bereich festgelegt wird, werden die Haltbarkeit des Entladungselements 33 und
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
-
Und
zwar wäre,
wenn die Länge
F1 des Entladungselements 33 oberhalb der Obergrenze läge, die
Temperatur am ersten Ende Entladungselements 33 zu hoch,
so dass der Verschleiß des
Entladungselements 33 durch Heißgaskorrosion erleichtert würde. Wenn
die Länge
F1 des Entladungselements 33 andererseits unterhalb der
Untergrenze läge,
würde die
entstehende Flamme mit dem Grundelement 30 in Kontakt kommen,
so dass sie rasch abgekühlt
würde.
Dadurch würde
sich das Zündvermögen der Zündkerze
S1 verringern.
-
Der
Parameter S1 ist als Querschnittfläche des Entladungselements 33 senkrecht
zur Längsrichtung
des Entladungselements 33 definiert. Der Parameter S1 wird
im Folgenden einfach als Querschnittsfläche S1 des Entladungselements 33 bezeichnet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde die Querschnittfläche
S1 des Entladungselements 33 so festgelegt, dass sie im
Bereich 0,1 bis 0,8 mm2 liegt.
-
Indem
der obige Bereich festgelegt wird, werden die Haltbarkeit des Entladungselements 33 und
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
-
Und
zwar würde,
wenn die Querschnittfläche S1
des Entladungselements 33 oberhalb der Obergrenze läge, die
entstehende Flamme rasch durch das Entladungselement 33 abgekühlt werden,
wodurch das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 abnähme.
Wenn die Querschnittfläche
S1 des Entladungselements 33 andererseits unterhalb der
Untergrenze läge,
würde das
Entladungselement 33 rasch abgetragen werden.
-
Indem
die beiden Bereiche F1 und S1 wie oben festgelegt werden, wird zudem
das Entladungselement 33 verschlankt. Dadurch erhöht sich
die Stärke
des elektrischen Felds am ersten Ende des Entladungselements 33,
so dass die erforderliche Zündspannung
der Zündkerze
S1 (d. h. die zum Entladen normaler Funken entlang des Funkenspalts
G erforderliche elektrische Spannung) verringert werden kann, wodurch
das Auftreten der Seitenfunken P wirksam verhindert wird.
-
Ähnlich wie
die oben beschriebene Schweißschicht 36 ist,
wie in 5 gezeigt ist, zwischen dem Grundelement 50 und
dem Entladungselement 53 der Masseelektrode 5 eine
weitere Schweißschicht 54 ausgebildet.
-
Der
Parameter F2 ist als der Abstand vom Grundelement 50 zum
ersten Ende 59 des Entladungselements 53 in der
Längsrichtung
des Entladungselements 53 definiert. Der Parameter F2 wird im
Folgenden einfach als Länge
F2 des Entladungselements 53 bezeichnet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
ist die Länge
F2 des Entladungselements 53 so festgelegt, dass sie im
Bereich 0,3 bis 1,5 mm liegt.
-
Indem
der obige Bereich festgelegt wird, werden die Haltbarkeit des Entladungselements 53 und
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
-
Und
zwar würde,
wenn die Länge
F2 des Entladungselements 53 oberhalb der Obergrenze läge, die
Temperatur am ersten Ende 59 des Entladungselements 53 zu
hoch werden, so dass der Verschleiß des Entladungselements 53 durch
Heißgaskorrosion
erleichtert würde.
Wenn die Länge
F2 des Entladungselements 53 andererseits unterhalb der Untergrenze
läge, würde die
entstehende Flamme mit dem Grundelement 50 in Kontakt kommen,
wodurch sie rasch abgekühlt
würde.
Dadurch würde sich
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 verringern.
-
Der
Parameter S2 ist als Querschnittfläche des Entladungselements 53 senkrecht
zur Längsrichtung
des Entladungselements 53 definiert. Der Parameter S2 wird
im Folgenden einfach als Querschnittfläche S2 des Entladungselements 53 bezeichnet.
-
Bei
diesem Ausführungsbeispiel
wurde die Querschnittfläche
S2 des Entladungselements 53 so festgelegt, dass sie im
Bereich 0,1 bis 0,8 mm2 liegt.
-
Indem
der obige Bereich festgelegt wird, werden die Haltbarkeit des Entladungselements 53 und
das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
-
Und
zwar würde,
wenn die Querschnittfläche S2
des Entladungselements 53 oberhalb der Obergrenze läge, die
entstehende Flamme rasch durch das Entladungselement 53 abgekühlt werden,
wodurch das Zündvermögen der
Zündkerze
S1 abnähme.
Wenn die Querschnittfläche
S2 des Entladungselements 53 andererseits unterhalb der
Untergrenze läge,
würde das
Entladungselement 53 leicht abgetragen werden.
-
Indem
die beiden Bereiche F2 und S2 wie oben festgelegt werden, wird zudem
das Entladungselement 53 verschlankt. Dadurch kann die
erforderliche Zündspannung
der Zündkerze
S1 verringert werden, was das Auftreten der Seitenfunken P wirksam verhindert.
-
Zusammengefasst
hat die Zündkerze
S1 gemäß diesem
Ausführungsbeispiel
einen verbesserten Aufbau, bei dem das erste Volumen V1, das zweite
Volumen V2, das dritte Volumen V3, der Abstand C, die Wanddicke
T des Isolators 2, der Durchmesser d der Mittelelektrode 3,
die Länge
F1 des Entladungselements 33, die Querschnittsfläche S1 des
Entladungselements 33, die Länge F2 des Entladungselements 53 und
die Querschnittfläche
S2 des Entladungselements 53 so festgelegt sind, dass sie
in die folgenden Bereiche fallen:
0,15 mm3 ≤ V1 ≤ 0,38 mm3;
(vorzugsweise 0,15 mm3 ≤ V1 ≤ 0,34 mm3)
0,5 mm3 ≤ V2 ≤ 0,84 mm3;
(vorzugsweise 0,5 mm3 ≤ V2 ≤ 0,79 mm3)
0,8 mm3 ≤ V3 ≤ 1,42 mm3;
(vorzugsweise 0,8 mm3 ≤ V3 ≤ 1,39 mm3)
0,4 mm ≤ C ≤ 1,6 mm;
0,3 mm ≤ T ≤ 1,8 mm;
0,8
mm ≤ d ≤ 2,6 mm;
0,3
mm ≤ F1 ≤ 1,5 mm;
0,1
mm2 ≤ S1 ≤ 0,8 mm2;
0,3 mm ≤ F2 ≤ 1,5 mm; und
0,1 mm2 ≤ S2 ≤ 0,8 mm2.
-
Indem
die obigen Bereiche festgelegt werden, wird das Auftreten von Seitenfunken
in der Zündkerze
S1 verhindert und ein hohes Zündvermögen der
Zündkerze
S1 gewährleistet.
-
Unter
den obigen Bereichen wurden diejenigen für das erste Volumen V1, das
zweite Volumen V2 und das dritte Volumen V3 anhand der unten beschriebenen
Experimente festgelegt.
-
Experiment 1
-
Dieses
Experiment wurde durchgeführt,
um die Zusammenhänge
zwischen dem ersten Volumen V1 und dem Isolierwiderstand der Zündkerze
S1 und zwischen dem ersten Volumen V1 und der Häufigkeit von Seitenfunken in
der Zündkerze
S1 zu ermitteln.
-
Für das Experiment
wurden Musterzündkerzen
mit verschiedenen Werten für
das erste Volumen V1 angefertigt, bei denen jeweils der Außendurchmesser
des Isolators 2 an der in der Längsrichtung des Isolators 0,4
mm von seinem ersten Ende 22 beabstandeten Stelle 3,4 mm
betrug; die Wanddicke des Isolators 2 an derselben Stelle
0,64 mm betrug; der Durchmesser d der Mittelelektrode 3 2,1
mm betrug; die Größe des Gewindeabschnitts 42 der
Metallhülle 4 M10
entsprach; der Abstand C 1,6 mm betrug; die Querschnittfläche S1 des
Entladungselements 33 0,24 mm2 betrug;
seine Länge
F1 1,0 mm betrug, die Querschnittsfläche S2 des Entladungselements 53 0,38
mm2 betrug; seine Länge F2 1,0 mm betrug; und der
Funkenspalt G 0,6 mm groß war.
-
Die
Musterzündkerzen
wurden gemäß dem Kohlenstoffverschmutzung-Untersuchungsverfahren untersucht,
das in der JIS-D1606 spezifiziert ist. Dann wurde für jede dieser
untersuchten Musterzündkerzen
gemäß dem in
JIS B8031 spezifizierten Messverfahren der Isolierwiderstand zwischen
der Mittelelektrode 3 und der Masseelektrode ermittelt.
-
6A zeigt
die Untersuchungsergebnisse, wobei die horizontale Achse das erste
Volumen V1 angibt, während
die vertikale Achse den sich ergebenden Isolierwiderstand angibt.
-
Wie
in 6A zu erkennen ist, nahm der Isolierwiderstand
mit dem ersten Volumen V1 zu.
-
Nach
der obigen Untersuchung wurden die mit Kohlenstoff verschmutzten
Musterzündkerzen eine
Minute lang im Leerlauf getestet, um bei diesen Musterzündkerzen
die Häufigkeit
von Seitenfunken zu messen. Das Auftreten von Seitenfunken während der
Untersuchung wurde basierend auf der Wellenform der Entladungsspannung
der Musterzündkerze ermittelt,
wobei dann das Verhältnis
der Zahl der aufgetretenen Seitenfunken zur Gesamtzahl der Entladungen
während
der Untersuchung als Häufigkeit der
Seitenfunken in der Musterzündkerze
gezählt wurde.
-
6B zeigt
die Untersuchungsergebnisse, wobei die horizontale Achse das erste
Volumen V1 angibt, während
die vertikale Achse die sich ergebende Häufigkeit von Seitenfunken angibt.
-
Wie
in 6B zu erkennen ist, nahm die Häufigkeit an Seitenfunken mit
dem ersten Volumen V1 ab. Als das erste Volumen V1 auf 0,38 mm3 sank, wurden die Seitenfunken deutlich
unterdrückt.
Als das erste Volumen V1 weiter auf 0,34 mm3 sank,
wurden die Seitenfunken vollständig
unterdrückt.
-
Die
in den 6A und 6B gezeigten Untersuchungsergebnisse
lassen sich unter Bezugnahme auf 7 wie folgt
erklären.
-
Wie
in 7 gezeigt ist, nimmt der Außendurchmesser D des Isolators 2 in
der ersten Bezugsebene 101 mit dem ersten Volumen V1 zu.
Mit zunehmendem Außendurchmesser
D entfernt sich der äußere Endabschnitt 24 weiter
von der Mittelelektrode 3, die Wärme vom Isolator 2 zur
Außenseite
der Brennkammer ableitet.
-
Wenn
das erste Volumen V1 groß ist,
ist auch die Temperatur am äußeren Endabschnitt 24 hoch,
so dass es Kohlenstoff schwer fällt,
sich darauf abzulagern. Dadurch kann, wie in 6A gezeigt
ist, der Isolierwiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und
der Masseelektrode 5 ein hohes Niveau halten.
-
Gleichzeitig
fällt es
jedoch schwer, die Ablagerung von Kohlenstoff auf dem inneren Endabschnitt 23 und
dem Weg vom inneren Endabschnitt 23 zum äußeren Endabschnitt 24 zu
verhindern, so dass das elektrische Potenzial am äußeren Endabschnitt 24 steigt.
Deswegen ist, wie in 6B gezeigt ist, die Häufigkeit
von Seitenfunken entsprechend hoch.
-
Wenn
andererseits das erste Volumen V1 klein ist, fällt es schwer, die Ablagerung
von Kohlenstoff auf dem äußeren Endabschnitt 24 zu
verhindern. Dadurch nimmt, wie in 6A gezeigt
ist, der Isolierwiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und der
Masseelektrode 5 ab.
-
Gleichzeitig
ist jedoch die Temperatur am inneren Endabschnitt 23 so
hoch, dass es Kohlenstoff schwer fällt, sich auf dem inneren Endabschnitt 23 abzulagern.
Daher kann ein hoher Isolierwiderstand zwischen der Mittelelektrode 3 und
dem äußeren Endabschnitt 24 sichergestellt
werden, wodurch das elektrische Potenzial am äußeren Endabschnitt 24 abnimmt.
Deswegen ist, wie in 6B gezeigt ist, die Häufigkeit
von Seitenfunken entsprechend gering.
-
Um
das Auftreten von Seitenfunken zu verhindern und ein hohes Zündvermögen der
Zündkerze S1
zu gewährleisten,
ist es also notwendig, das erste Volumen V1 so festzulegen, dass
es nicht größer als 0,38
mm3 ist. Außerdem ist es vorzuziehen,
das erste Volumen V1 so festzulegen, dass es nicht größer als 0,34
mm3 ist.
-
Experiment 2
-
Dieses
Experiment wurde durchgeführt,
um die Wirkung des Durchmessers d der Mittelelektrode 3 auf
den Zusammenhang zwischen dem ersten Volumen V1 und der Häufigkeit
von Seitenfunken in die Zündkerze
S1 zu untersuchen.
-
8 zeigt
die Ergebnisse des Experiments, wobei die sich ergebenden Häufigkeiten
der Seitenfunken für
verschiedene Durchmesser d der Mittelelektrode 3 mit den
Eintragungen ”O” für 2,1 mm,
den Eintragungen ”☐” für 1,4 mm
und den Eintragungen ”Δ” für 0,7 mm
unterschieden werden.
-
Wie
in 8 zu erkennen ist, wurde für alle verschiedenen Durchmesser
d der Mittelelektrode 3 die gleiche Tendenz beobachtet.
Und zwar wurden die Seitenfunken ungeachtet des Durchmessers d der
Mittelelektrode 3 deutlich unterdrückt, wenn das erste Volumen
V1 nicht größer als
0,38 mm3 war.
-
Die
obigen experimentellen Ergebnisse lassen sich wie folgt erklären.
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Wenn
der Durchmesser d der Mittelelektrode 3 abnimmt, entfernt
sich der innere Endabschnitt 23 von der Metallhülle 4,
was das Auftreten von Seitenfunken erschwert.
-
Um
jedoch gleichzeitig den Durchmesser d der Mittelelektrode 3 zu
verringern, ohne das erste Volumen V1 zu ändern, muss die Dicke des Endabschnitts
des Isolators 2 erhöht
werden. Dadurch fällt
es schwer, den inneren Endabschnitt 23 auf eine hohe Temperatur
zu erhitzen, was es erschwert, eine Ablagerung von Kohlenstoff auf
dem inneren Endabschnitt 23 zu verhindern.
-
Die
beiden obigen Wirkungen des Durchmessers d der Mittelelektrode heben
sich also gegenseitig auf, so dass sich bei der Häufigkeit
von Seitenfunken für
die verschiedenen Durchmesser d der Mittelelektrode 3 die
gleiche Tendenz beobachten lässt.
-
Experiment 3
-
Dieses
Experiment wurde auf die gleiche Weise wie das Experiment 1 durchgeführt, um
bei der Zündkerze
S1 den Zusammenhang zwischen dem zweiten Volumen V2 und der Häufigkeit
von Seitenfunken zu ermitteln.
-
9 zeigt
die experimentellen Ergebnisse, wobei die horizontale Achse das
zweite Volumen V2 angibt, während
die vertikale Achse die sich ergebende Häufigkeit der Seitenfunken angibt.
-
Wie
in 9 zu erkennen ist, nahm die Häufigkeit von Seitenfunken mit
dem zweiten Volumen V2 ab. Als das zweite Volumen V2 auf 0,84 mm3 sank, wurden die Seitenfunken deutlich
unterdrückt. Als
das zweite Volumen V2 weiter auf 0,79 mm3 sank, wurden
die Seitenfunken vollständig
unterdrückt.
-
Um
das Auftreten von Seitenfunken zu verhindern und eine hohes Zündvermögen der
Zündkerze
S1 zu gewährleisten,
ist es also notwendig, das zweite Volumen V2 so festzulegen, dass
es nicht größer als
0,84 mm3 ist. Darüber hinaus ist es vorzuziehen,
das zweite Volumen V2 so festzulegen, dass es nicht größer als
0,79 mm3 ist.
-
Experiment 4
-
Dieses
Experiment wurde auf die gleiche Weise wie das Experiment 1 durchgeführt, um
den Zusammenhang zwischen dem dritten Volumen V3 und der Häufigkeit
von Seitenfunken in der Zündkerze
S1 zu ermitteln.
-
10 zeigt
die experimentellen Ergebnisse, wobei die horizontale Achse das
dritte Volumen V3 angibt, während
die vertikale Achse die sich ergebende Häufigkeit der Seitenfunken angibt.
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Wie
in 10 zu erkennen ist, nahm die Häufigkeit der Seitenfunken mit
dem dritten Volumen V3 ab. Als das dritte Volumen V3 auf 1,42 mm3 sank, wurden die Seitenfunken deutlich
unterdrückt.
Als das dritte Volumen V3 weiter auf 1,39 mm3 sank,
wurden die Seitenfunken vollständig
unterdrückt.
-
Um
das Auftreten von Seitenfunken zu verhindern und ein hohes Zündvermögen der
Zündkerze S1
zu gewährleisten,
ist es also notwendig, das dritte Volumen V3 so festzulegen, dass
es nicht größer als 1,42
mm3 ist. Darüber hinaus ist es vorzuziehen,
das dritte Volumen V3 so festzulegen, dass es nicht größer als
1,39 mm3 ist.
-
[Zweites Ausführungsbeispiel]
-
Dieses
Ausführungsbeispiel
befasst sich mit einer Zündkerze
S2, die beinahe den gleichen Aufbau wie die Zündkerze S1 gemäß dem vorigen
Ausführungsbeispiel
hat.
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Wie
in 11 gezeigt ist, hat die Masseelektrode 5 der
Zündkerze
S2 jedoch kein Entladungselement 53, so dass eine Seitenfläche 59 des
Spitzenabschnitts 52 der Masseelektrode 5 direkt
dem Ende 39 der Mittelelektrode 3 zugewandt ist.
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Die
Abmessungsparameter V1, V2, V3, C, T, d, F1 und S1 haben bei dieser
Zündkerze
S2 die gleichen Definitionen wie bei der Zündkerze S1.
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Des
Weiteren wurden bei der Zündkerze
S2 die obigen Parameter so festgelegt, dass sie in den gleichen
Bereichen wie bei der Zündkerze
S1 liegen, damit auch bei der Zündkerze
S2 die beim vorigen Ausführungsbeispiel
beschriebenen Wirkungen erzielt werden können.
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Experiment 5
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Dieses
Experiment wurde auf die gleiche Weise wie das Experiment 1 durchgeführt, um
den Zusammenhang zwischen dem ersten Volumen V1 und der Häufigkeit
von Seitenfunken in der Zündkerze
S2 zu ermitteln.
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12 zeigt
die experimentellen Ergebnisse im Vergleich mit denen von Experiment
1, wobei die Eintragungen ”
” die Ergebnisse
mit der Zündkerze S2
angeben, während
die Eintragungen ”O” diejenigen
mit der Zündkerze
S1 angeben.
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Wie
in 12 zu erkennen ist, ergab sich mit der Zündkerze
S2 die gleiche Tendenz wie mit der Zündkerze S1. Und zwar wurden,
als das erste Volumen V1 nicht größer als 0,38 mm3 war,
die Seitenfunken auch in der Zündkerze
S2 deutlich unterdrückt.
-
Gleichzeitig
war aber bei der Zündkerze
S2 die Häufigkeit
der Seitenfunken insgesamt höher
als bei der Zündkerze
S1. Dies lag daran, dass die erforderliche Zündspannung der Zündkerze
S2 aufgrund des fehlenden Entladungselements 53 höher als
bei der Zündkerze
S1 war.
-
Nachdem
nun die obigen besonderen Ausführungsbeispiele
der Erfindung aufgezeigt und beschrieben wurden, wird der Praktiker
und Fachmann verstehen, dass verschiedene Abwandlungen, Änderungen
und Verbesserungen an der Erfindung vorgenommen werden können, ohne
vom Grundgedanken des hier offenbarten Konzepts abzuweichen. Solche im
fachlichen Können
liegenden Abwandlungen, Änderungen
und Verbesserungen sollen von den beigefügten Ansprüchen abgedeckt werden.