DE102005056673A1

DE102005056673A1 - Kompaktstruktur einer Zündkerze, die entwickelt ist, um einen gewünschten Hitzebereich sicherzustellen

Info

Publication number: DE102005056673A1
Application number: DE102005056673A
Authority: DE
Inventors: Keiji Kariya Kanao
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2004-11-29
Filing date: 2005-11-28
Publication date: 2006-07-13
Anticipated expiration: 2025-11-29
Also published as: DE102005056673B4; US20060113883A1; US7298070B2; JP4293121B2; JP2006156110A

Abstract

Eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor ist vorgesehen, die eine Mittelelektrode hat, die aus einem oxidationsresistenen Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, und einem thermisch leitenden Abschnitt ausgebildet ist, der aus Metall gemacht ist. Der oxidationsresistente Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, nimmt wenigstens einen oberen Abschnitt der Mittelelektrode ein, der außerhalb eines Porzellanisolierelements frei liegt. Der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, liegt zu einem Abschnitt eines Außenumfangs der Mittelelektrode frei, der einem Isolierelementmontageabschnitt einer Zündkerzenmontageschale durch das Porzellanisolierelement in einer Richtung senkrecht zu einer Axialrichtung der Mittelelektrode gegenüberliegt, wodurch eine Übertragung oder Verteilung von Hitze von der Mittelelektrode zu der Montageschale durch das Porzellanisolierelement erleichtert wird, um einen gewünschten Hitzebereich sicherzustellen.

Description

QUERBEZUG ZU VERWANDTEN DOKUMENTEN
Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der japanischen Patentanmeldung Nr. 2004-344506, die am 29. November 2004 eingereicht wurde, deren Offenbarung hier als Referenz einbezogen ist.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Technisches Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Kompaktstruktur einer Zündkerze für Verbrennungsmotoren, die in Automobilen, Kraftwärmekopplungssystemen oder Gasförderpumpen verwendet werden können, und im Speziellen auf solch eine Zündkerze, die entworfen ist, um einen gewünschten Hitzebereich sicherzustellen.

Zündkerzen werden gewöhnlich in Verbrennungsmotoren verwendet, wie diejenigen, die in Automobilen montiert sind. Die Ausgabe des Motors wird erhöht oder die Kraftstoffverbrauchsrate wird verbessert durch ein Erhöhen des Durchmessers der Einlassventile oder Auslassventile, die zu einem Einlasskrümmer oder Auslasskrümmer des Verbrennungsmotors führen. Das Kühlsystem wird auch durch ein Erhöhen der Größe eines Wassermantels (Wasserschlauch) verbessert, wenn es notwendig wird. Dadurch werden verkleinerte Zündkerzen benötigt, in denen ein Gewinde, das an einer Montageschale (Montageabschnitt) ausgebildet ist, einen Durchmesser von M12 oder weniger hat, wie in JIS spezifiziert ist. Das Verkleinern der Zündkerzen erfordert ein dünner machen der Mittelelektroden von diesen.

Im Allgemeinen ist es für Zündkerzen erforderlich, das Überhitzen der Spitze der Mittelelektrode zu minimieren, um die Vorzündung zu verhindern. Dazu lehrt die japanische Erstveröffentlichung Nr. 5-13147 die Verwendung einer Mittelelektrode 9, wie in 9 gezeigt ist, die aus einem thermisch hochleitenden Cu-gemachten Kern 91 und einer aus Ni-gemachten Außenlage 92 gemacht ist, um den Grad einer Übertragung oder Verteilung von Hitze von der Zündkerze (d.h. den Hitzebereich) zu verbessern.

Das Ganze des Cu-gemachten Kerns 91 ist jedoch im Inneren der aus Ni-gemachten Außenlage 92 angeordnet, was somit zu einem Mangel in einer Übertragung von thermischer Energie von der Außenfläche der Mittelelektrode zu einem Porzellanisolierelement führt, das die Mittelelektrode umgibt, im Hinblick auf eine Verbesserung des Hitzebereichs der Zündkerze.

Das dünner machen der Mittelelektrode 9 erfordert ein Verringern des Durchmessers des aus Cu-gemachten Kerns 91. Solch eine Verringerung führt zu einer Verringerung einer thermischen Leitfähigkeit der Mittelelektrode, die zu einer Verringerung des Hitzebereichs der Zündkerze führt. Das dünner machen der Mittelelektrode 9 kann auch durch ein Verringern der Dicke der aus Ni-gemachten Außenlage 92 erreicht werden, jedoch hat Cu eine höhere thermisch Ausdehnung, wodurch bewirkt wird, dass sich der aus Cu-gemachte Kern 91 ausdehnt, um die aus Ni-gemachte Außenlage 92 physisch zu beschädigen, wenn die Temperatur der Mittelelektrode 9 ansteigt.

Die Verbesserung des Grads der Verteilung von Hitze von den Zündkerzen wird typischerweise erreicht durch ein Verringern der Länge von einem Bein (auch Nase genannt) des Porzellanisolierelements (d.h. der Abstand zwischen dem Spitzenende des Porzellanisolierelements und einem Abschnitt des Porzellanisolierelements, der durch eine Montageschale (Montageabschnitt) der Zündkerze getragen wird). Dies führt jedoch zu dem Nachteil, dass die Antifoulingfähigkeit (Antiverschmutzungsfähigkeit. Antiablagerungsfähigkeit) der Zündkerze abnimmt.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist deshalb eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.

Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Kompaktstruktur einer Zündkerze für Verbrennungsmotoren vorzusehen, die entworfen ist, um einen gewünschten Hitzebereich sicherzustellen.

Gemäß einem Aspekt der Erfindung ist eine Zündkerze für Verbrennungsmotoren vorgesehen. Die Zündkerze hat: (a) eine Kerzenmontageschale, die mit einem Gewinde ausgestattet ist, das an einem Außenumfang von dieser ausgebildet ist, und einen Durchmesser von M12 oder weniger hat, wobei die Montageschale einen Isolierelementmontageabschnitt hat, der in ihr ausgebildet ist; (b) ein Porzellanisolierelement, das im Inneren der Montageschale so angeordnet ist, um ein Spitzenende zu haben, das von der Montageschale hervorsteht, wobei das Porzellanisolierelement einen Montageabschnitt hat, der an dem Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale getragen bzw. gehalten wird; (c) eine Masseelektrode; und (d) eine Mittelelektrode, die einen Elektrodenabstand zwischen sich selbst und der Masseelektrode definiert. Die Mittelelektrode wird im Inneren des Porzellanisolierelements zurückgehalten, um einen oberen Abschnitt zu haben, der außerhalb des Porzellanisolierelements frei liegt, und hat einen oxidationsresistenten Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, und einen thermisch leitenden Abschnitt, der aus Metall gemacht ist. Der oxidationsresistente Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, ist aus einem Material gemacht, das eine Hauptkomponente von Ni und ein Zusatzelement von wenigstens einem von Cr und Al enthält, und nimmt wenigstens den oberen Abschnitt der Mittelelektrode ein. Der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, ist aus einem von Cu, einer Cu-Legierung, Ni und einem Verbundmaterial gemacht, das wenigstens zwei von Cu, einer Cu-Legierung und Ni enthält, und liegt zu einem Abschnitt von einem Außenumfang der Mittelelektrode frei, der dem Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale durch das Porzellanisolierelement in einer Richtung gegenüberliegt, die senkrecht zu einer Axialrichtung der Mittelelektrode ist. Dies erleichtert die Übertragung oder Verteilung von Hitze, wenn sie von einer Verbrennungskammer des Motors zu der Mittelelektrode übertragen wird, zu der Montageschale durch das Porzellanisolierelement.

Die Struktur der Zündkerze führt auch zu einem verkürzten Hitzeübertragungsweg, der sich von der Mittelelektrode zu dem Porzellanisolierelement, zu dem Isolierelementmontageabschnitt und zu der Montageschale erstreckt, wodurch der Grad der Verteilung von Hitze von der Mittelelektrode verbessert wird. Dies gestattet, dass die Mittelelektrode im Durchmesser verringert wird, aber stellt auch einen gewünschten Hitzebereich der Zündkerze sicher.

Der oxidationsresistente Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, nimmt wenigstens den oberen Abschnitt der Mittelelektrode ein, wodurch die Oxidationskorrosion der Mittelelektrode minimiert wird, um die Haltbarkeit von dieser sicherzustellen.

In der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung hat das Porzellanisolierelement ein Basisende gegenüber dem Spitzenende in seiner Längsrichtung. Das Porzellanisolierelement hat in sich einen Elektrodenmontageabschnitt ausgebildet, der die Mittelelektrode trägt bzw. hält. Der Elektrodenmontageabschnitt ist näher zu dem Basisende gelegen als der Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale.

Der thermisch leitende Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, liegt zu einem Abschnitt des Außenumfangs der Mittelelektrode in einem Bereich frei, der sich von einem Abschnitt der Mittelelektrode, der 5 mm bis 10 mm entfernt von einem oberen Ende des oberen Abschnitts der Mittelelektrode gelegen ist, zu einem Basisende der Mittelelektrode gegenüber dem oberen Ende in einer Längsrichtung der Mittelelektrode erstreckt. Dies stellt einen gewünschten Hitzebereich der Zündkerze sicher und minimiert eine thermische Ausdehnung der Mittelelektrode.

Der Elektrodenmontageabschnitt kann alternativ näher zu dem Spitzenende des Porzellanisolierelements gelegen sein als der Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale. Dies minimiert die thermische Ausdehnung der Mittelelektrode, was zu einer Verringerung einer Größe der Zündkerze führt.

Der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, der Mittelelektrode hat ein oberes Ende, das 2 mm bis 7 mm entfernt von dem Spitzenende des Porzellanisolierelements gelegen ist. Dies stellt einen gewünschten Hitzebereich der Zündkerze und eine physische Festigkeit bzw. Stärke der Spitze des Porzellanisolierelements sicher.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird vollständiger verstanden von der detaillierten Beschreibung, die nachstehend gegeben ist, und von den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, die jedoch nicht herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu begrenzen, sondern nur zum Zweck der Erklärung und des Verstehens.
In den Zeichnungen ist:
1 eine vergrößerte Längsteilschnittansicht, die eine Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
2 eine Längsteilschnittansicht, die eine Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
3 eine Längsschnittansicht, die eine interne Struktur einer Mittelelektrode zeigt, die in der Zündkerze von 2 angeordnet ist;
4 eine vergrößerte Längsteilschnittansicht, die eine Zündkerze gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
5 eine vergrößerte Längsteilschnittansicht, die eine Zündkerze gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
6 ein Graph, der experimentell erhaltene Beziehungen zwischen einem axialen Abstand A, wie in 1 angezeigt ist, und der Zeit zeigt, bei der die Vorzündung beginnt aufzutreten;
7 ein Graph, der experimentell erhaltene Beziehungen zwischen einem axialen Abstand B, wie in 4 angezeigt, und einer Abnahme der Größe einer Zündkerze zeigt;
8 ein Graph, der experimentell erhaltene Beziehungen zwischen einem axialen Abstand B, wie in 4 gezeigt ist, und der Zeit zeigt, bei der die Vorzündung beginnt aufzutreten; und
9 eine Längsschnittansicht, die eine interne Struktur einer Mittelelektrode zeigt, die in einer herkömmlichen Zündkerze angeordnet ist.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nun bezugnehmend auf die Zeichnungen, im Speziellen auf 1 und 2, ist eine Zündkerze 1 gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt, die in Verbrennungsmotoren verwendet werden kann.
Die Zündkerze 1 hat einen hohle, zylindrische, metallische Zündkerzenmontageschale 2, ein Porzellanisolierelement 3, eine Mittelelektrode 4 und eine Masseelektrode 11.
Die Zündkerzenmontageschale 2 hat an einem Außenumfang von ihr ein Zündkerzeninstallationsgewinde 21 für ein Installieren der Zündkerze 1 in dem Motor ausgebildet. Das Gewinde 21 hat einen Gewindedurchmesser von M12 (d.h. 12 mm) oder weniger, wie in JIS spezifiziert ist. Der Gewindedurchmesser ist vorzugsweise größer oder gleich M8. Das Porzellanisolierelement 3 wird im Inneren der Zündkerzenmontageschale 2 zurückgehalten, um ein Spitzenende 31 zu haben, das von einem Ende der Zündkerzenmontageschale 2 hervorsteht. Die Mittelelektrode 4 wird in dem Porzellanisolierelement 3 zurückgehalten, und hat eine Spitze 41, die nach außen von dem Spitzenende 31 des Porzellanisolierelements 3 frei liegt. Die Masseelektrode 11 ist an einem Basisende von ihr an der Zündkerzenmontageschale 2 angeschweißt bzw. befestigt, um, wie klar in 2 gezeigt ist, einen Elektrodenabstand G zwischen sich selbst und der Spitze 41 der Mittelelektrode 4 zu definieren.
Die Mittelelektrode 4 ist, wie in 3 gezeigt ist, aus einem oxidationsresistenten Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, und einem thermisch hochleitenden Abschnitt 43 gemacht, der aus Metall gemacht ist. Der oxidationsresistente Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, ist aus einem Material gemacht, das eine Hauptkomponente von Ni (Nickel) oder Fe (Eisen) und einen Zusatz von wenigstens einem von Cr (Chrom) und Al (Aluminium) enthält. Das Material kann 70 bis 98 Gew.-% von Ni oder Fe enthalten. Der Zusatz kann 1 bis 20 Gew.-% von Cr oder 0,5 bis 5 Gew.-% von Al im Hinblick auf eine Oxidationsresistenz oder einer Erleichterung der Bearbeitung bzw. des Herstellens der Mittelelektrode 4 enthalten. Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus einer Legierung gemacht ist, ist aus Cu (Kupfer), einer Kupferlegierung, Ni oder einem Verbundmaterial gemacht, das zwei oder drei von diesen enthält.
Wieder bezugnehmend auf 1 hat die Mittelelektrode 4 einen Abschnitt 401, der außerhalb des Porzellanisolierelements 3 freiliegt, der durch wenigstens einen Teil des oxidationsresistenten Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, ausgebildet ist. Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, bildet einen Außenumfang der Mittelelektrode 4 aus, der wenigstens einem ringförmigen Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 2 gegenüber liegt, an den das Porzellanisolierelement 3 gesetzt ist, in einer Radiusrichtung der Mittelelektrode 4.
Das Porzellanisolierelement 3 hat an einer Innenumfangsfläche von sich einen ringförmigen Schultersitz 32 ausgebildet, der als ein Rückhalteelement dient, um die Mittelelektrode 4 innerhalb des Porzellanisolierelements 3 zurückzuhalten. Der ringförmige Schultersitz 32 ist näher zu einem Basisabschnitt (d.h. ein in der Zeichnung dargestellter oberer Abschnitt) des Porzellanisolierelements 3 gelegen als der Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 2.
Der ringförmige Schultersitz 32 des Porzellanisolierelements 3, der dazu dient, die Mittelelektrode 4 zu tragen bzw. abzustützen, ist an einer Innenwand des Porzellanisolierelements 3 ausgebildet, und steht im Inneren einer Axialbohrung bzw. eines Axiallochs 33 des Porzellanisolierelements 3 hervor. Die Mittelelektrode 4 hat eine ringförmige Schulter 44, die an einem Außenumfang von ihr ausgebildet ist, die an den Schultersitz 32 des Porzellanisolierelements 3 gesetzt ist.
Der Schultersitz 22, der dazu dient, das Porzellanisolierelement 3 zu tragen bzw. abzustützen, ist an einer Innenwand der Zündkerzenmontageschale 2 ausgebildet. Das Porzellanisolierelement 3 hat an einem Außenumfang von sich eine ringförmige Schulter 34 ausgebildet, die an den Schultersitz 22 durch eine ringförmige Dichtung 12 gesetzt ist.
Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, liegt zu einem Abschnitt des Außenumfangs der Mittelelektrode 4 frei in einem Bereich, der sich von einem Abschnitt der Mittelelektrode 4, der 5 bis 10 mm von dem Spitzenende 31 entfernt gelegen ist, zu dem Basisende 48 der Mittelelektrode 4 erstreckt. Im Speziellen ist, wie klar in 1 gezeigt ist, der axiale Abstand A zwischen dem Spitzenende 31 und einem freiliegenden oberen Ende 431 des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, das eine Grenzfläche mit dem oxidationsresistenten Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, an der Außenfläche der Mittelelektrode 4 in der Axialrichtung der Mittelelektrode 4 ausbildet, ausgewählt, um innerhalb einem Bereich von 5 bis 10 mm zu liegen. Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, besteht aus zwei Abschnitten: einem oberen Abschnitt und einem Basisabschnitt. Der obere Abschnitt erstreckt sich ins Innere des oxidationsresistenten Abschnitts 42, der aus einer Legierung gemacht ist. Der Basisabschnitt liegt zu der Innenwand des Porzellanisolierelements 3 bei dem Außenumfang der Mittelelektrode 4 frei und erstreckt sich von dem freiliegenden oberen Ende 431 zu dem Basisende 48 (d.h. das obere Ende, wie in 3 gezeigt ist) der Mittelelektrode 4.
Die Mittelelektrode 4 hat einen Edelmetallchip 45, der an ihrer Spitze angeschweißt bzw. befestigt ist. Der Edelmetallchip 45 ist aus Ir-Metall, einer Ir-Legierung, Pt-Metall oder einer Pt-Legierung gemacht. In gleicher Weise hat die Masseelektrode 11, wie klar in 2 gezeigt ist, an ihrer Spitze einen Edelmetallchip 115 angeschweißt bzw. befestigt, der dem Edelmetallchip 45 durch den Elektrodenabstand G gegenüberliegt. Der Edelmetallchip 115 ist aus Ir-Metall, einer Ir-Legierung, einem Pt-Metall oder einer Pt-Legierung gemacht.
Der oxidationsresidente Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, kann aus INCONEL 600 (ein eingetragenes Warenzeichen von Inco Alloys International) gemacht sein, das eine Hauptkomponente Ni und eineb Zusatz von 15 Gewichtsprozent Chrom enthält. Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, kann aus purem Cu gemacht sein.
Die Mittelelektrode 4 hat einen Durchmesser von 1,2mm bis 2,2mm bei einem Abschnitt von ihr, der dem Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 2 in der Radiusrichtung von ihr gegenüberliegt.
Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, der Mittelelektrode 4 hat, wie vorstehend beschrieben ist, den oberen Abschnitt, der, wie klar in 3 gezeigt ist, sich von dem freiliegenden oberen Ende 431 zu der Spitze der Mittelelektrode 4 innerhalb des oxidationsresistenten Abschnitts 42, der aus einer Legierung gemacht ist, als ein Ganzes erstreckt. Der oxidationsresistente Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, kann wenigstens den freiliegenden Abschnitt 401 der Mittelelektrode 4 einnehmen, der anders ist als der Edelmetallchip 45.
Die zuvor beschriebene Struktur der Zündkerze 1 bietet die folgenden vorteilhaften Effekte.
Die Mittelelektrode 4 hat den thermisch hochleitenden Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, der zu wenigstens einem Abschnitt des Porzellanisolierelements 3 freiliegt, der dem Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 2 in der Radiusrichtung von ihr bei der Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 4 gegenüberliegt. Dies erleichtert eine Übertragung von Hitze, wie sie von einer Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors durch die Mittelelektrode 4 zu dem Porzellanisolierelement 3 und zu der Zündkerzenmontageschale 2 für ein Ableiten von dieser übertragen wird.
Während der Verwendung der Zündkerze 1, wird die Mittelelektrode 4 bei ihrer Spitze starker Hitze in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors unterzogen. Solch eine Hitze wird zu dem Basisabschnitt der Mittelelektrode 4 übertragen. Das meiste der Hitze wird zu dem Porzellanisolierelement 3, das um den Außenumfang der Mittelelektrode 4 herum gelegen ist, und zu der Montageschale 2 durch den Schultersitz 22 übertragen, und wird außerhalb der Zündkerzenmontageschale 2 abgeleitet.
Im Speziellen dient der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, dazu, die thermische Energie, wie sie von der Spitze der Mittelelektrode 4 (d.h. dem oxidationsresistenten Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist) übertragen wird, zu der Zündkerzenmontageschale 2 entlang eines kurzen, thermisch leitenden Wegs entweichen zu lassen, der sich von der Außenwand der Mittelelektrode 4 zu dem Porzellanisolierelement 3 und zu der Zündkerzenmontageschale 2 durch den Schultersitz 22 hindurch erstreckt, wodurch die Hitzeübertragung von der Mittelelektrode 4 zu der Zündkerzenmontageschale 2 erleichtert wird. Dies ermöglicht nicht nur, dass der Durchmesser der Mittelelektrode 4 der Zündkerze 1 verringert werden kann, sondern auch, dass der Hitzebereich verbessert werden kann.
Die Mittelelektrode 4 liegt bei ihrem oberen Abschnitt (d.h. der Abschnitt 401) direkt zu der starken Hitze in der Verbrennungskammer des Verbrennungsmotors frei. Der obere Abschnitt ist durch den oxidationsresistenten Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, ausgebildet oder eingenommen, wodurch eine Oxidationskorrosion der Mittelelektrode 4 minimiert wird, um die Haltbarkeit von ihr sicherzustellen.
Der ringförmige Schultersitz 32 des Porzellanisolierelements 3, an dem die Mittelelektrode 4 zurückgehalten wird, ist näher zu dem Basisende der Zündkerze 1 gelegen als der Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 2, wodurch gestattet wird, dass die Nase des Porzellanisolierelements 3 in einer Dicke erhöht wird. Im Speziellen hat das Porzellanisolierelement 3 einen geringeren Außendurchmesser bei der Nase, die sich zu seiner Spitze von dem Schultersitz 22 erstreckt, und einen größeren Innendurchmesser bei seinem anderen Abschnitt, der sich zu seinem Basisende von dem Schultersitz 22 erstreckt. In einem Bereich von solch einem größeren Innendurchmesser des Porzellanisolierelements 3 hat die Mittelelektrode 4 einen größeren Außendurchmesser. Deshalb ermöglicht ein Ausbilden des ringförmigen Schultersitzes 32 näher zu dem Basisende des Porzellanisolierelements 3 als der Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 22, dass ein Abschnitt des Porzellanisolierelements 3 nahe dem ringförmigen Schultersitz 32 in einer Dicke erhöht ist.
Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, liegt, wie vorstehend beschrieben ist, zu einem Abschnitt des Außenumfangs der Mittelelektrode 4 frei, der einen Bereich einnimmt, der sich von einem Abschnitt der Mittelelektrode 4, der 5mm bis 10mm von dem Spitzenende 31 entfernt ist, zu dem Basisende 48 der Mittelelektrode 4 erstreckt, wodurch ein gewünschter Hitzebereich der Zündkerze 1 sichergestellt und die thermische Ausdehnung der Mittelelektrode 4 minimiert wird.
4 zeigt die Zündkerze 1 gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung, in der das Porzellanisolierelement 3 einen ringförmigen Schultersitz 320 hat, der näher zu seinem oberen Ende gelegen ist als der Schultersitz 22 der Zündkerzenmontageschale 2.
Wie in der ersten Ausführungsform besteht die Mittelelektrode 4 aus dem thermisch hochleitenden Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, und dem oxidationsresistenten Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist. Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, hat ein oberes Ende 432, das 2mm bis 7mm entfernt gelegen ist von dem Spitzenende 31 des Porzellanisolierelements 3. Im Speziellen liegt der axiale Abstand B zwischen dem oberen Ende 432 des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, und dem Spitzenende 31 des Porzellanisolierelements 3 innerhalb einem Bereich von 2mm bis 7mm.
Der ringförmige Schultersitz 320, der dazu dient, die Mittelelektrode 4 zu tragen bzw. abzustützen, ist an der Innenwand des Porzellanisolierelements 3 ausgebildet und steht ins Innere der Axialbohrung bzw. des Axiallochs 33 des Porzellanisolierelements 3 vor. Die Mittelelektrode 4 hat das ringförmige Schulterelement 44, das an dem Außenumfang von ihr ausgebildet ist, das an den Schultersitz 32 des Porzellanisolierelements 3 gesetzt ist. Die Mittelelektrode ist aus einem kleinen Durchmesserabschnitt 46, der sich von dem Schultersitz 320 zu der Spitze von ihr erstreckt, und einem großen Durchmesserabschnitt 47 gemacht, der sich von dem Schultersitz 320 zu dem Basisende von ihr erstreckt. Der kleine Durchmesserabschnitt kann einen Durchmesser von 0,8mm bis 1,4mm haben. Der große Durchmesserabschnitt kann einen Durchmesser von 1,2mm bis 2,2mm haben. Andere Anordnungen sind identisch mit denjenigen in der ersten Ausführungsform und auf eine detaillierte Erklärung von diesen wird hier verzichtet.
Die Struktur dieser Ausführungsform dient dazu, die thermische Ausdehnung der Mittelelektrode 4 zu minimieren, was zu einer Verringerung des Elektrodenabstands G führt. Der größte Anteil der thermischen Ausdehnung der Mittelelektrode 4 resultiert von der thermischen Ausdehnung des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, der einen höheren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Wenn das obere Ende 432 des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, näher zu dem Basisende der Mittelelektrode 4 ausgebildet ist als der Schultersitz 320 des Porzellanisolierelements 3, dient somit der oxidationsresistente Abschnitt 42, der aus einer Legierung gemacht ist, als ein Stoppelement, um die thermische Ausdehnung des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, in einer Längsrichtung von ihm zu der Spitze 41 hin zu unterdrücken, wodurch eine gewünschte Größe des Elektrodenabstands G sichergestellt wird.
Das obere Ende 432 des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, ist, wie vorstehend beschrieben ist, 2mm bis 7mm entfernt von dem Spitzenende 31 des Porzellanisolierelements 3 entfernt gelegen, wodurch ein gewünschter Hitzebereich der Zündkerze 1 und eine gewünschte mechanische Festigkeit der Spitze 31 des Porzellanisolierelements 3 sichergestellt wird.
5 zeigt die Zündkerze 1 gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, in der der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, der Mittelelektrode 4 aus einem Verbundmaterial gemacht ist, das eine Kombination von Cu und Ni enthält.
Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, besteht im Wesentlichen aus einem Außenumfangsabschnitt 433 und einem Kernabschnitt 434, der sich ins Innere des Außenumfangsabschnitts 433 erstreckt. Der Außenumfangsabschnitt 433 ist aus purem Cu gemacht, das eine höhere thermische Leitfähigkeit hat. Der Kernabschnitt 434 ist aus purem Ni gemacht, das einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat. Der Außenumfangsabschnitt 433 umgibt die Gesamtheit des Kernabschnitts 434 und hat eine Dicke von 0,1mm bis 0,4mm.
Der thermisch hochleitende Abschnitt 43, der aus Metall gemacht ist, ist aus einer Kombination von Cu, das eine höhere thermische Leitfähigkeit hat, und Ni gemacht, das einen niedrigeren thermischen Ausdehnungskoeffizienten hat, wodurch ein Defekt der Mittelelektrode 4 minimiert wird, der durch die thermische Ausdehnung von dieser verursacht wird, und wodurch auch ein hoher Hitzebereich der Zündkerze 1 hergestellt wird.
Andere Anordnungen sind identisch mit denjenigen in der ersten Ausführungsform und auf eine detaillierte Erklärung von diesen wird hier verzichtet.
Es wurden Tests durchgeführt, um den Hitzebereich der Zündkerze 1 der ersten Ausführungsform zu bewerten. Testergebnisse sind in einem Graphen von 6 gezeigt.
Zuerst wurden Testproben vorbereitet, die dieselbe Struktur haben, wie die der Zündkerze 1 der ersten Ausführungsform, aber einen unterschiedlichen axialen Abstand A zwischen dem Spitzenende 31 des Porzellanisolierelements 3 und dem freiliegenden oberen Ende 431 des thermisch hochleitenden Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, in einem Bereich von 4mm bis 14mm haben und es wurden Zeiten beobachtet, bei denen Vorzündungen in den Testproben begonnen haben aufzutreten. Dies wurde erreicht durch ein Ändern der Zündzeitabstimmung in jeder der Testproben, die in einem Automobilverbrennungsmotor installiert worden sind, und durch Herausfinden der Zeit, wenn die Vorzündung begonnen hat aufzutreten. Wenn die Vorzündung früher begonnen hat, bedeutet das, dass der Grad der Verteilung von Hitze von dem Porzellanisolierelement 3 zu der Zündkerzenmontageschale 2 höher ist, d.h. der Hitzebereich ist höher. Dies ist so weil, wenn die Zündzeitabstimmung, die die Vorzündung bewirkt, früher ist, dies zu einer erhöhten Dauer der Verbrennung des Luftkraftstoffgemischs führt, sodass die Mittelelektrode 4 eine größere Hitzemenge aufnimmt, und harten Umweltbedingungen bzw. Umgebungsbedingungen unterzogen wird.
In dem Graph von 6 zeigt die vertikale Achse die Zündzeitabstimmung, wenn die Vorzündung beginnt aufzutreten, wie durch die Winkelposition der Kurbelwelle des Verbrennungsmotors ausgedrückt ist (d.h. durch den Kurbelwinkel).
Der Verbrennungsmotor, wie er in den vorstehenden Tests verwendet wurde, war ein Sechszylinder-Zweilitermotor. Die Tests wurden durch Betreiben des Verbrennungsmotors bei Vollgas bzw. Volllast bei 5600 U/min durchgeführt und durch Vorverlegen der Zündzeitabstimmung in jeder von den Testproben. Die Zündkerzenmontageschale 2 von jeder der Testproben hatte das Gewinde 21 vom Durchmesser M10.
Es wurden auch die selben vorstehend beschriebenen Tests an Vergleichstestproben durchgeführt, die, wie in 9 gezeigt ist, jeweils mit der Mittelelektrode 9 ausgestattet sind, die aus dem Cu-Kern 91 und der Außenlage 92 gebildet ist, die aus einer Ni-Legierung gemacht ist, und Gewinde von M10 und M14 haben,. Testergebnisse sind in dem Graph von 6 gezeigt. "
" bezeichnet jede von den Testproben, die dieselbe Struktur hat, wie die der Zündkerze 1. Gestrichelte Linien bezeichnen die Vergleichsproben, die mit den Gewinden M10 bzw. M14 ausgestattet sind. Dasselbe gilt für einen Graph von 8, der später beschrieben wird.
Der Graph von 6 zeigt, dass je kleiner der axiale Abstand A ist, desto früher ist die Zündzeitabstimmung, die bewirkt, dass die Vorzündung auftritt, was einen höheren Grad von Verteilung von Hitze von den Testproben vorsieht, und dass wenn der axiale Abstand A 10mm oder weniger ist, der Grad von Hitzeverteilung in den Testproben höher ist als der der Vergleichstestproben, die die Gewinde von M14 haben, und dass die Testproben alle einen höheren Grad von Hitzeverteilung haben als die Vergleichstestproben, die die Gewinde von M10 haben, ungeachtet des axialen Abstands A.
Es wurden auch Testproben vorbereitet, die dieselbe Struktur haben, wie die der Zündkerze 1 der ersten Ausführungsform und die einen unterschiedlichen axialen Abstand A innerhalb einem Bereich von 4mm bis 14mm haben, und es wurde der Elektrodenabstand G nach den Haltbarkeitstests gemessen, um die thermische Ausdehnung der Mittelelektrode 4 zu bewerten.
Die Haltbarkeitstests wurden durchgeführt unter Verwendung eines Sechszylinder-Zweiliter-Verbrennungsmotors, der bei Vollgas bzw. Volllast bei 5600U/min betrieben wurde. Das obere Ende 41 der Mittelelektrode 4 wurde bis auf 900°C aufgeheizt.
Die Zündkerzenmontageschale 2 jeder der Testproben hatte das Gewinde 21 vom Durchmesser M10. Testergebnisse sind durch Symbole "
" in einem Graph von 7 angezeigt. Der Graph zeigt, dass wenn ein axialer Abstand A 5mm oder mehr ist, der Elektrodenabstand G keine Verringerung in der Größe erfährt.
Es wurden auch Testproben vorbereitet, die dieselbe Struktur haben, wie die der Zündkerze 1 der zweiten Ausführungsform, und die einen unterschiedlichen axialen Abstand B zwischen dem oberen Ende 432 des thermisch hochleitendem Abschnitts 43, der aus Metall gemacht ist, und dem Spitzenende 31 des Porzellanisolierelements 3 innerhalb einem Bereich von 3mm bis 9mm haben, und es wurden Zeiten beobachtet, bei denen Vorzündungen in den Testproben aufzutreten begannen, um den Hitzebereich zu bewerten. Testergebnisse sind in einem Graph von 8 gezeigt.
Der Graph zeigt, dass wenn der axiale Abstand B 7mm oder weniger ist, der Grad von Hitzeverteilung in den Testproben höher ist als der der Vergleichstestproben, die die Gewinde von M14 haben.
Während die vorliegende Erfindung im Hinblick auf die bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von ihr zu erleichtern, sollte es klar zu erkennen sein, dass die Erfindung in verschiedenen Arten ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Deshalb sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen der gezeigten Ausführungsformen einschließen kann, die ausgeführt werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie es in den angehängten Ansprüchen dargelegt ist.
Eine Zündkerze für einen Verbrennungsmotor ist vorgesehen, die eine Mittelelektrode hat, die aus einem oxidationsresistenten Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, und einem thermisch leitenden Abschnitt gebildet ist, der aus Metall gemacht ist. Der oxidationsresistente Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, nimmt wenigstens einen oberen Abschnitt der Mittelelektrode ein, der außerhalb eines Porzellanisolierelements frei liegt. Der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, liegt zu einem Abschnitt eines Außenumfangs der Mittelelektrode frei, der einem Isolierelementmontageabschnitt einer Zündkerzenmontageschale durch das Porzellanisolierelement in einer Richtung gegenüberliegt, die senkrecht zu einer Axialrichtung der Mittelelektrode ist, wodurch eine Übertragung oder Verteilung von Hitze von der Mittelelektrode zu der Montageschale durch das Porzellanisolierelement erleichtert wird, um einen gewünschten Hitzebereich sicherzustellen.

Claims

Zündkerze für einen Verbrennungsmotor mit: einer Zündkerzenmontageschale, die mit einem Gewinde ausgestattet ist, das an ihrem Außenumfang ausgebildet ist und einen Durchmesser von M12 oder weniger hat, wobei die Montageschale einen Isolierelementmontageabschnitt hat, der in ihr ausgebildet ist; einem Porzellanisolierelement, das im Inneren der Montageschale so angeordnet ist, um ein Spitzenende zu haben, das von der Montageschale hervorsteht, wobei das Porzellanisolierelement einen Montageabschnitt hat, der an dem Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale getragen wird; einer Masseelektrode; und einer Mittelelektrode, die einen Elektrodenabstand zwischen sich selbst und der Masseelektrode definiert, wobei die Mittelelektrode im Inneren des Porzellanisolierelements zurückgehalten wird, um einen oberen Abschnitt zu haben, der außerhalb des Porzellanisolierelements frei liegt, und der einen oxidationsresistenten Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, und einen thermisch leitenden Abschnitt hat, der aus Metall gemacht ist, wobei der oxidationsresistente Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, aus einem Material gemacht ist, das eine Hauptkomponente von Ni und einen Zusatz von wenigstens einem von Cr und Al enthält, wobei der oxidationsresistente Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, wenigstens den oberen Abschnitt der Mittelelektrode einnimmt, wobei der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, von wenigstens einem von Cu, einer Cu-Legierung, Ni und einem Verbundmaterial gemacht ist, das wenigstens zwei von Cu, einer Cu-Legierung, und Ni enthält, wobei der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, zu einem Abschnitt eines Außenumfangs der Mittelelektrode frei liegt, der dem Isoliermontageabschnitt der Montageschale durch das Porzellanisolierelement in einer Richtung senkrecht zu einer Axialrichtung von der Mittelelektrode gegenüberliegt.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei das Porzellanisolierelement ein Basisende gegenüber dem Spitzenende in einer Längsrichtung von sich hat, wobei das Porzellanisolierelement in sich einen Elektrodenmontageabschnitt ausgebildet hat, der die Mittelelektrode trägt, wobei der Elektrodenmontageabschnitt näher zu dem Basisende gelegen ist als der Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale.
Zündkerze gemäß Anspruch 2, wobei der thermisch leitende Abschnitt, der aus einer Legierung gemacht ist, zu einem Abschnitt des Außenumfangs der Mittelelektrode in einem Bereich frei liegt, der sich von einem Abschnitt der Mittelelektrode, der 5mm bis 10mm entfernt von einem Spitzenende des oberen Abschnitts der Mittelelektrode gelegen ist, zu einem Basisende der Mittelelektrode gegenüber dem Spitzenende in einer Längsrichtung der Mittelelektrode erstreckt.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei das Porzellanisolierelement in sich einen Elektrodenmontageabschnitt ausgebildet hat, der die Mittelelektrode trägt, wobei der Elektrodenmontageabschnitt näher zu dem Spitzenende des Porzellanisolierelements gelegen ist als der Isolierelementmontageabschnitt der Montageschale.
Zündkerze gemäß Anspruch 4, wobei der thermisch leitende Abschnitt, der aus Metall gemacht ist, der Mittelelektrode ein oberes Ende hat, das 2mm bis 7mm entfernt von dem Spitzenende des Porzellanisolierelements gelegen ist.