DE102007000519A1

DE102007000519A1 - Zündkerze für eine Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102007000519A1
Application number: DE102007000519A
Authority: DE
Inventors: Yasushi Kariya Kawashima
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-18
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2008-04-30
Also published as: US20080093964A1; JP2008123989A; US7652413B2

Abstract

Eine Zündkerze, die in einen Zylinderkopf gepasst ist, hat eine Mittelelektrode mit einem Edelmetall-Endstückabschnitt, der eine Schnittfläche S1 zwischen 0,07 mm2 und 0,95 mm2 hat und dessen Schmelzpunkt bei 2000°C oder darüber liegt, und sie hat eine Masseelektrode mit einem Edelmetall-Endstückabschnitt mit einer Schnittfläche S2, dessen Schmelzpunkt bei 1700°C oder höher liegt. Die Kerze hat eine Länge H in einem Bereich von 6,5 mm und 10 mm zwischen dem Kopf und dem Spitzenabschnitt der Mittelelektrode, eine Länge G im Bereich von 1,1 mm und 2,0 mm zwischen den Endstückabschnitten, eine Länge J zwischen dem Kopf und dem Gehäuse, und eine Länge F, die J <= F <= H - 1,0 mm erfüllt, zwischen dem Kopf und einem Isolator, und einen Sackspalt P zwischen dem Gehäuse und dem Isolator, der P >= 1,1 x (G + 0,0345 x S1-1,2418 + 0,0327 x S2-1,2418) erfüllt.

Description

Diese Anmeldung basiert auf der und beansprucht die Priorität der am 18. Oktober 2006 eingereichten frühere Japanischen Patentanmeldung 2006-283484 und der am 14. Mai 2007 eingereichten früheren Japanischen Patentanmeldung 2007-127662 , sodass deren Inhalte hiermit unter Bezugnahme eingegliedert sind.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zündkerze, die in einer Brennkraftmaschine angeordnet ist, und im Besonderen auf eine Zündkerze mit einem langen Funkenentladungsspalt und einem Elektronenzündungsbereich, der in eine Brennkammer der Kraftmaschine weit vorsteht.
In einer Brennkraftmaschine wurde eine Kühlleistung erhöht, indem die Anordnung von in dem Zylinderkopf angeordneten Wassermänteln verbessert wurde. Daher ist eine Struktur eines Zylinderkopfs kompliziert und ein Raum zum Einpassen einer Zündkerze in einen Zylinderkopf der Kraftmaschine ist eingeengt. In diesem Fall ist es erforderlich, den Durchmesser des Außengewindes der Zündkerze, das mit einem Innengewinde des Kopfs in Eingriff kommen soll, zu verringern. Wenn jedoch der Durchmesser des Gewindes verringert wird, dann ist ein oberer Abschnitt eines an einer Außenumfangsfläche einer Mittelelektrode angeordneten Isolators dünner gemacht, sodass auf ungewünschte Weise ein dielektrischer Durchschlag in der Zündkerze verursacht wird und eine Sackbohrung eingeengt wird, die zwischen dem Isolator und dem mit einer Masseelektrode verbundenen Gehäuse ausgebildet ist, sodass querfliegende Funken verursacht werden. Unter den querfliegenden Funken werden Funken auf ungewünschte Weise von der Mittelelektrode durch einen Flächenabschnitt des Isolators zu einem Endabschnitt des Gehäuses entladen.
Um diese Probleme zu lösen offenbart die Japanische Patenveröffentlichung Nr. 2000-243535 eine Zündkerze mit einer Befestigungsschraube, die mit einem Zylinderkopf in Eingriff ist. Der Durchmesser der Schraube ist gleich oder kleiner als 12 mm. Bei dieser Kerze ist die Dicke eines oberen Abschnitts eines Isolators derart festgelegt, dass sie gleich oder größer als 1,1 mm ist, um eine Spannungsfestigkeit des Isolators zu erhöhen, und der Durchmesser einer Mittelelektrode ist verringert, um eine Sackbohrung mit dem Zweck aufzuweiten, ein Phänomen querfliegender Funken zu verhindern.
Wenn jedoch diese in der Veröffentlichung offenbarte Zündkerze für eine lange Zeitspanne verwendet wird, dann werden die Spitzen bzw. Endstücke der einander zugewandten Mittel- und Masseelektroden infolge der zwischen den Elektrodenspitzen entladenen Funken geschmolzen und gehen teilweise verloren. Daher ist ein Funkenentladungsspalt zwischen den Endstücken verlängert. Dieser verlängerte Funkenentladungsspalt induziert leicht querfliegende Funken. Auch wenn die Kerze mit einer in der Veröffentlichung offenbarten Struktur querfliegende Funken verhindern kann, wenn sie für eine vergleichsweise kurze Zeitspanne verwendet wird, können querfliegende Funken in der Kerze leicht auftreten, wenn Funken zwischen den Endstücken der Mittel- und Masseelektroden für eine lange Zeitspanne entladen werden, sodass die Endstücke der Elektroden verloren gehen. Das heißt, wenn eine Zündkerze für ihren ursprünglichen Zweck für eine lange Zeitspanne verwendet wird, verliert die Zündkerze ihre ursprüngliche Funktion.
Ferner wurden in jüngster Zeit ein niedriger Kraftstoffverbrauch und eine geringe Emission erforderlich, sodass für eine Zündkerze eine höhere Zündleistung wünschenswert ist. Um die höhere Zündleistung zu realisieren ist eine Zündkerze der Verlängerungsbauweise erforderlich, die einen weiten Funkenentladungsspalt hat. Bei der Zündkerze der Verlängerungsbauweise stehen die Endstücke der Mittel- und der Masseelektroden von einem Zylinderkopf weit in eine Brennkammer der Kraftmaschine vor, um einen Zündungsbereich zwischen den Endstücken in der Mitte der Brennkammer zu platzieren. Wenn eine Kerze der Bauweise mit einem weiten Funkenentladungsspalt eine in der Veröffentlichung Nr. 2000-243535 offenbarte Struktur hat, kann die Kerze nicht nur die querfliegenden Funken leicht verursachen, sondern es ist zudem schwierig, die Bauteile zum Zwecke des Verhinderns der Vorzündung übermäßig in Richtung der Verbrennungskammer vorstehen zu lassen.
Außerdem hat die Zündkerze der Verlängerungsbauweise eine lange Masseelektrode, die sich von einem metallenen Gehäuse erstreckt. Wenn Funken zwischen den Endstücken der Mittel- und Masseelektrode entladen werden, ist es schwierig, die in der Spitze der Masseelektrode aufgenommene Wärme auf das Gehäuse zu übertragen. Daher wird die Spitze der Masseelektrode leicht auf eine hohe Temperatur aufgewärmt, sodass die Spitze auf ungewünschte Weise geschmolzen oder durch ein Gas der Kammer oxidiert werden kann.
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung unter Berücksichtigung der Nachteile der herkömmlichen Zündkerze eine Zündkerze zu schaffen, die Funken zwischen Endstückabschnitten der Elektroden bei einer hohen Zündleistung für eine lange Zeitspanne stabil entlädt, ohne querfliegende Funken oder eine Verringerung der Endstückabschnitte zu verursachen.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung wird die Aufgabe gelöst, indem eine Zündkerze bereitgestellt wird, die folgendes aufweist: eine Mittelelektrode; einen an einer Außenumfangsfläche der Mittelelektrode angeordneten Isolator, sodass ein Endabschnitt erhalten wird, der von einer Endfläche eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine in eine Brennkammer der Kraftmaschine vorsteht, die der Endfläche des Zylinderkopfs zugewandt ist; ein an einer Außenumfangsfläche des Isolators angeordnetes und an dem Zylinderkopf befestigtes Metallgehäuse, um einen der Brennkammer zugewandten Endabschnitt zu erhalten; eine an dem Gehäuse angebrachte Masseelektrode; einen an der Mittelelektrode angeordneten Endstückabschnitt, der in der Verbrennungskammer platziert ist; und einen an der Masseelektrode angeordneten weiteren Endstückabschnitt, sodass zwischen den Endstückabschnitten ein Funkenentladungsspalt ausgebildet ist. Zwischen dem Isolator und dem Gehäuse ist eine Sackbohrung ausgebildet, die der Verbrennungskammer zugewandt ist. Eine Funkenpositionslänge H zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endstückabschnitt der Mittelelektrode ist auf innerhalb eines Bereichs von 6,5 mm bis 10 mm festgelegt. Eine Funkenentladungsspaltlänge G zwischen den Endstückabschnitten ist auf innerhalb eines Bereichs von 1,1 mm bis 2,0 mm festgelegt. Die Gehäusepositionslänge J zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endabschnitt des Gehäuses, die Funkenpositionslänge H und eine Isolatorpositionslänge F zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endabschnitt des Isolators sind so festgelegt, dass sie eine Beziehung von J ≤ F ≤ H – 1,0 mm erfüllen. Eine Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts der Mittelelektrode an einer zu einer Mittelachse der Mittelelektrode senkrecht verlaufenden Ebene ist auf innerhalb eines Bereichs von 0,07 mm² bis 0,95 mm² festgelegt. Der Endstückabschnitt der Mittelelektrode ist aus einem ersten Edelmetall gefertigt, dessen Schmelzpunkt gleich oder höher als 2000 °C liegt oder er ist aus einer ersten Legierung gefertigt, die das erste Edelmetall enthält. Der Endstückabschnitt der Masseelektrode ist aus einem zweiten Edelmetall gefertigt, dessen Schmelzpunkt gleich oder höher als
1700 °C ist, oder er ist aus einer zweiten Legierung gefertigt, die das zweite Edelmetall enthält. Die Funkenentladungsspaltlänge G, die Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts der Mittelelektrode, eine Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts der Masseelektrode an einer zu einer Mittelachse des Masseelektrodenbauteils senkrecht verlaufenden Ebene und ein Sackspalt P der Sackbohrung, der die Hälfte einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser des Endabschnitts des Gehäuses und einem Außendurchmesser des Endabschnitts des Isolators bezeichnet, sind so festgelegt, dass sie eine Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) erfüllen, wenn die Flächen S1 und S2 in mm² ausgedrückt sind, während die Länge G und der Spalt P in mm ausgedrückt sind.
Wenn bei dieser Struktur der Zündkerze ein Spannungsunterschied zwischen den Elektroden angelegt wird, dann werden zwischen den Elektroden Funken entladen und ein Gas der Brennkammer wird abgebrannt, um die Kraftmaschine mit einem Antriebsdrehmoment zu versorgen.
Die Kerze kann eine hohe Zündleistung durch die Strukturen haben, die beispielsweise in dem Bereich von 6,5 mm ≤ H, dem Bereich von 1,1 mm ≤ G und der Beziehung J ≤ F ≤ H – 1,0 mm liegen. Ferner kann die Kerze zuverlässig querfliegende Funken durch den Bereich G ≤ 2,0 mm und die Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) selbst dann verhindern, wenn die Kerze Funkenentladungen für eine lange Zeitspanne durchführt. Außerdem kann die Kerze zuverlässig ein Oxidieren und Schmelzen des Endstückabschnitts der Masseelektrode wegen des Bereichs H ≤ 10 mm und der Tatsache verhindern, dass der Masseelektrodenspitzenabschnitt aus einem Edelmetall mit einem Schmelzpunkt gleich oder höher als 1700 °C oder aus einer dieses Edelmetall enthaltenden Legierung gefertigt ist. Da ferner der Endstückabschnitt der Mittelelektrode aus einem Edelmetall mit einem Schmelzpunkt gleich oder höher als 2000 °C oder aus einer dieses Edelmetall enthaltenden Legierung gefertigt ist, wird der Mittelelektrodenspitzenabschnitt schwerlich geschmolzen oder verloren.
Dementsprechend kann die Kerze stabil Funken zwischen den Endstückabschnitten der Mittel- und der Masseelektrode bei einer hohen Zündleistung und für eine lange Zeitspanne entladen, ohne querfliegende Funken zu verursachen oder die Endstückabschnitte zu verringern.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt dieser Erfindung wird die Aufgabe gelöst, indem eine Zündkerze bereitgestellt wird, die die Mittel- und die Masseelektrode mit den Endstückabschnitten, den Isolator und das Gehäuse aufweist und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Funkenpositionslänge H so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 6,5 mm ist, die Funkenentladungsspaltlänge G so festgelegt ist, dass sie gleich oder größer als 1,1 mm ist und die Gehäusepositionslängen J, F und H so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von J ≤ F ≤ H – 1,0 mm erfüllen, und die Schnittfläche des Endstückabschnitts der Mittelelektrode so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 0,95 mm² ist.
Mit dieser Struktur der Kerze kann die Zündkerze eine hohe Zündleistung haben.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt dieser Erfindung wird die Aufgabe gelöst, indem eine Zündkerze bereitgestellt wird, die die Mittel- und die Masseelektrode mit den Endstückabschnitten, den Isolator und das Gehäuse aufweist, und die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Funkenentladungsspaltlänge G so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 2,0 mm ist, die Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts der Mittelelektrode so festgelegt ist, dass sie gleich oder größer als 0,07 mm² ist, die Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts der Masseelektrode so festgelegt ist, dass sie gleich oder größer als 0,07 mm² ist und die Länge G, die Flächen S1 und S2 und der Sackspalt P so festgelegt sind, dass sie die Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) erfüllen, wenn die Flächen S1 und S2 in mm² ausgedrückt werden, während die Länge G und der Spalt P in mm ausgedrückt werden.
Mit dieser Struktur der Kerze können querfliegende Funken in der Zündkerze effizient verhindert werden.
1 ist eine Seitenansicht einer in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschine eingeschraubten Zündkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Schnittansicht des Zylinderkopfs;
2 ist eine vergrößerte Ansicht, die in einem Teilschnitt einen Zündungsbereich der in 1 gezeigten Zündkerze zeigt;
3 ist eine Frontansicht eines in 1 gezeigten hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitts;
4A ist eine Seitenansicht eines hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitts gemäß einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels;
4B ist eine Draufsicht des in 4A gezeigten Passabschnitts;
5 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf die Funkenpositionslänge der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
6 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf eine Funkenentladungsspaltlänge der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
7 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf eine Differenz zwischen einer Funkenpositionslänge und einer Isolatorpositionslänge der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
8A ist ein Graph, der eine Änderung der Dicke eines Endstückabschnitts einer Mittelelektrodenspitze mit Bezug auf eine Schnittfläche des Endstückabschnitts der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
8B ist ein Graph, der eine Änderung der Dicke eines Endstückabschnitts einer Masseelektrode mit Bezug auf eine Schnittfläche der Spitze der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
9 ist ein Graph, der eine Änderung einer Rate, mit der querfliegende Funken auftreten, mit Bezug auf einen Sackspalt der in 2 gezeigten Zündkerze zeigt;
10 ist ein Graph, der eine Änderung des Zündzeitgebungsvorlaufs mit Bezug auf eine Dicke eines vorderen Endabschnitts eines Isolators der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
11 ist ein Graph, der eine Änderung einer Kraftmaschinendrehzahl bezüglich einer Schenkellänge der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
12 ist ein Graph, der eine Änderung des Zündzeitgebungsvorlaufs bezüglich eines Durchmessers einer Mittelelektrode der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
13 ist ein Graph, der eine Temperaturänderung einer Masseelektrode mit Bezug auf eine Masseelektrodenlänge der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
14 ist ein Graph, der eine Änderung einer Masseelektrodenlänge an einem Oxidationswiderstandsgrenzwert mit Bezug auf eine Schnittfläche der Masseelektrode der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
15 ist ein Graph, der eine Temperaturänderung einer Masseelektrode mit Bezug auf eine Abdeckblechlänge der in 2 gezeigten Kerze zeigt;
16 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf eine Differenz H–J der in 2 gezeigten Kerze zeigt; und
17 zeigt eine Frontansicht der Masseelektrode 5a gemäß einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels.
Nun wird unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen ein Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung beschrieben.
1 ist eine Seitenansicht einer in einen Zylinderkopf einer Brennkraftmaschinen eingeschraubten Zündkerze gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung mit einer Schnittansicht des Zylinderkopfs, während 2 eine vergrößerte Teil-Schnittansicht eines Zündungsbereichs der in 1 gezeigten Zündkerze ist.
Wie in 1 und 2 gezeigt ist, hat die (nicht gezeigte) Brennkraftmaschine eine Vielzahl von Zylindern. Ein Kopf 10 eines jeden Zylinders hat eine Innenfläche 10a, die einer Brennkammer 20 der Kraftmaschine zugewandt ist. An jeden Kopf 10 ist eine Zündkerze 1 derart gepasst, dass sie sich in die Kammer 20 erstreckt. Die Zündkerze 1 hat eine säulenförmige Mittelelektrode 2 mit einem in der Kammer 20 angeordneten vorderen Abschnitt, einen an einer Außenumfangsfläche der Mittelelektrode 7 angeordneten zylindrischen Isolator 6, ein fest an einer Außenumfangsfläche des Isolators 6 angeordnetes Metallgehäuse 2, sodass dieses durch den Isolator 6 von der Mittelelektrode 7 isoliert ist, und eine an einem vorderen Endabschnitt des Gehäuses 2 angebrachte säulenförmige Masseelektrode 5, sodass diese in der Kammer 20 angeordnet ist. Die Mittelelektrode 7 hat einen Endstückabschnitt 7a, der an deren vorderem Ende angeordnet ist. Die Masseelektrode 5 hat einen Endstückabschnitt 5a, der so angeordnet ist, dass er dem Endstückabschnitt 7a zugewandt ist. Ein Funkenentladungsspalt ist zwischen den Endstückabschnitten 5a und 7a ausgebildet.
Der Kopf 10 hat ein Innengewinde 11 in seinem Kerzenloch 10e. Das Gehäuse 2 hat ein Außengewinde 3, das an dessen Außenumfangsfläche an einer Vorderseite des Gehäuses 2 ausgebildet ist. Das Außengewinde 3 des Gehäuses 2 ist mit dem Innengewinde 11 des Kopfs 10 in Eingriff, um die Zündkerze 1 fest an dem Kopf 10 zu befestigen.
In dem Kopf 10 sind Wassermäntel 10b bei Einlass- und Auslassventilen 10c angeordnet. Wasser passiert die Mäntel 10b, um den Kopf 10 und die Kerze 1 zu kühlen. Die Kerze 1 ist zwischen den Ventilen 10c angeordnet. Die Ventile 10c werden geöffnet und geschlossen, um Luft in die Brennkammern 20 einzulassen bzw. um Abgas von der Kammer 20 auszulassen. In jüngster Zeit wurde es erforderlich, die Leistung der Kraftmaschine weiter zu verbessern, sodass die Struktur des Kopfs 10 kompliziert wurde. Beispielsweise befinden sich die Mäntel 10b in der Nähe der Kerze 1, um die Kerze 1 effizient zu kühlen, und ein Winkel zwischen den Einlass- und Auslassventilen 10c ist klein gemacht, um das Brenngas in der Kammer 10 effizient zu verbrennen. Diese komplizierte Struktur des Kopfs 10 engt den Anordnungsraum der in den Kopf 10 gepassten Kerze 1 ein.
Das Gehäuse 2 ist nahezu in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet. Das Gehäuse 2 hat eine ringförmige vordere Endfläche 2a an einem vorderen Endabschnitt, der so angeordnet ist, dass er von der Innenfläche 10a des Kopfs 10 in die Brennkammer 20 vorsteht. Der Isolator 6 hat eine ringförmige vordere Endfläche 6a eines vorderen Abschnitts, der so angeordnet ist, dass er von der Fläche 10a des Kopfs 10 und der Endfläche 2a des Gehäuses 2 in die Kammer 20 vorsteht. Der Isolator 6 hat einen Kopfabschnitt 6b, der von dem Kopf 10 in das Kerzenloch 10e an der der Kammer 20 entgegengesetzten Rückseite vorsteht. An einem Kontaktbereich, der sich an der hinteren Seite der Kerze 1 bezüglich einer ringförmigen Kontaktlinie 12a befindet, ist ein erhabener Abschnitt 2b des Gehäuses 2 unter Verwendung einer Differenz einer thermischen Ausdehnung zwischen dem Isolator 6 und dem Gehäuse 2 fest an einen erhabenen Abschnitt 6c des Isolators 6 gepasst. Eine axiale Sackbohrung 12, die an der Kontaktlinie 12a geschlossen ist, ist zwischen dem Isolator 6 und dem Gehäuse 2 ausgebildet und ist der Brennkammer 20 zugewandt.
Die mit dem Isolator 6 bedeckte Mittelelektrode 7 erstreckt sich entlang einer Längsrichtung der Kerze 1 und ein vorderer Abschnitt der Elektrode 7 ist verjüngt und der Kammer 20 ausgesetzt. Der Endstückabschnitt 7a der Mittelelektrode 7 ist an dem verjüngten Abschnitt der Elektrode 7 in der Brennkammer 20 platziert. Die Masseelektrode 5 erstreckt sich von der Endfläche 2a des Gehäuses 2 entlang der Längsrichtung, sodass sie in der Kammer 20 platziert ist. Die Masseelektrode 5 wird in einer senkrecht zu der Längsrichtung verlaufenden Querrichtung nahezu in einer L-Gestalt gebogen, sodass der Endstückabschnitt 5a der Elektrode 5 dem Endstückabschnitt 7a der Elektrode 7 entlang der Längsrichtung zugewandt ist.
Der Endstückabschnitt 7a der Mittelelektrode 7 ist aus einem ersten Edelmetall mit einem Schmelzpunkt gleich oder höher als 2000 °C oder aus einer Metalllegierung gefertigt, die dieses erste Edelmetall enthält. Beispielsweise ist der Endstückabschnitt 7a aus Iridium (Ir) oder einer Iridiumlegierung gefertigt, die 50 oder mehr Gewichtsprozent Iridium enthält. Der Endstückabschnitt 5a der Masseelektrode 5 ist aus einem zweiten Edelmetall mit einem Schmelzpunkt gleich oder höher als 1700 °C und einem Oxidationswiderstand gefertigt oder ist aus einer Metalllegierung gefertigt, die das zweite Edelmetall enthält. Beispielsweise ist der Endstückabschnitt 5a aus Platin (Pt) oder einer Platinlegierung gefertigt, die 50 oder mehr Gewichtsprozent Platin enthält. Da der Endstückabschnitt 7a aus einem Metallmaterial mit einem hohen Schmelzpunkt gefertigt ist, wird der Endstückabschnitt 7a infolge der zwischen den Endstückabschnitten 5a und 7a entladenen Funken schwerlich geschmolzen oder verringert. Da der Endstückabschnitt 5a aus einem Metallmaterial mit einem Oxidationswiderstand bei einer vergleichsweise hohen Temperatur gefertigt ist, wird der Endstückabschnitt 5a in einer sauren Atmosphäre bei einer hohen Temperatur, etwa einem Verbrennungsgas, schwerlich oxidiert.
Das Gehäuse 2 hat einen hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitt 2c mit sechs Flächen an der Rückseite des Gehäuses 2. Der Abschnitt 2c ist an einer Außenumfangsfläche des Kopfabschnitts 6b des Isolators 6 angeordnet. Ein Dichtungsring 4 ist zwischen dem Werkzeuganlegeabschnitt 2c und dem Gewinde 3 an dem Gehäuse 2 angebracht.
3 ist eine Frontansicht des hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitts 2c gemäß diesem Ausführungsbeispiel. Wie in 3 gezeigt ist, wird zum in Eingriff gelangen des Außengewindes 3 des Gehäuses 2 mit dem Innengewinde 11 des Kopfs 10 ein Befestigungswerkzeug, etwa ein Kerzenschlüssel (nicht gezeigt) an zwei Flächen des Werkzeuganlegeabschnitts 2c angelegt. Der Werkzeuganlegeabschnitt 2c wird durch das Befestigungswerkzeug bei einem bestimmten Befestigungsdrehmoment gedreht, um den Dichtungsring 4 zwischen dem Abschnitt 2c und der oberen Endfläche 10d des Kopfs 10 zu platzieren. Daher ist das Gehäuse 2 fest in dem Kopf 10 angeordnet, um die Zündkerze 1 an den Kopf 10 zu passen.
Wenn bei dieser Struktur der Zündkerze 1 ein Kraftstoff und Luft zu der Kammer 20 zugeführt werden, wird ein Spannungsunterschied zwischen den Elektroden 5 und 7 angelegt. Daher treten zwischen den Endstückabschnitten 5a und 7a Funkenentladungen auf und der Kraftstoff wird verbrannt, um in der Kraftmaschine ein Antriebsdrehmoment zu erzeugen.
4A ist eine Seitenansicht eines bi-hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitts gemäß einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels, während 4B eine Draufsicht des bi-hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitts ist. An Stelle des in 3 gezeigten Abschnitts 2c kann für die Kerze 1 der in 4A und 4B gezeigte bi-hexagonale Werkzeuganlegeabschnitt verwendet werden. Da der bi-hexagonale Werkzeuganlegeabschnitt mit zwölf Flächen eine Wanddicke hat, die stärker als die des hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitts ist, hat der bi-hexagonale Werkzeuganlegeabschnitt eine höhere Festigkeit. Daher kann die Zündkerze 1 bei einem hohen Befestigungsdrehmoment an dem Kopf 10 befestigt werden.
Als nächstes werden unter Bezugnahme auf 1 und 2 Längen, der Spalt, die Breite, der Durchmesser, die Dicke und Schnittflächen beschrieben, die dazu erforderlich sind, die Positionsbeziehung der an dem Kopf 10 angebrachten Zündkerze 1 auszudrücken.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen der Innenfläche 10a des Zylinderkopfs 10, die der Kammer 20 zugewandt ist, und einer Oberseite des Endstückabschnitts 7a der in die Kammer 20 vorstehenden Mittelelektrode 7 ist als eine Funkenpositionslänge H definiert.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen den Endstückabschnitten 5a und 7a ist als eine Funkenentladungsspaltlänge G definiert.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen der Innenfläche 10a des Kopfs 10 und der Endfläche 2a des Gehäuses 2 ist als eine Gehäusepositionierungslänge (oder Ummantelungslänge) J definiert.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen der Innenfläche 10a des Kopfs 10 und der Endfläche 6a des Isolators 6 ist als eine Isolatorpositionslänge F definiert.
Die halbe Differenz zwischen einem Innendurchmesser D1 des Gehäuses 2 und einem Außendurchmesser D2 der Endfläche 6a des Isolators 6 ist als ein Sackspalt P (P = (D1 – D2)/2) der Sackbohrung 12 definiert.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen der Kontaktlinie 12a und der Endfläche 6a des Isolators 6 ist als eine Schenkellänge L definiert.
Wie in 3 und 4B gezeigt ist, ist eine Weite zwischen den zwei Flächen des Werkzeuganlegeabschnitts 2c, an das ein Befestigungswerkzeug angelegt wird, als eine Zwei-Flächenweite Q definiert.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen einer oberen Fläche des Dichtungsrings 4, der der oberen Seitenfläche 10d des Kopf 10 zugewandt ist, und einem Ende des Innengewindes 11 des Kopfs 10, der der Kammer 20 zugewandt ist, ist als eine Passungslänge R definiert.
Ein längsgerichteter Abstand zwischen der Endfläche 10a des Kopfs 10 und einer Endfläche 5b der Masseelektrode 5 an einer der Mittelelektrode 7 gegenüberliegenden Seite ist als eine Masseelektrodenpositionslänge K definiert.
Ein Durchmesser des Außengewindes 3 des Gehäuses 2 ist als ein Gewindedurchmesser M definiert.
Der Kopfabschnitt 6b des Isolators 6 hat einen Außendurchmesser Z.
Eine längsgerichtete Länge des Endstückabschnitts 5a der Masseelektrode 5 ist als eine Vorsprunglänge U des Endstückabschnitts 5a definiert.
Eine Fläche des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 an einer zu der Längsrichtung (d.h. einer Mittelachse des Mittelelektrodenbauteils 7a) senkrechten Ebene ist als eine Schnittfläche S1 definiert.
Eine Fläche des Endstückabschnitts 5a der Masseelektrode 5 an einer zu der Längsrichtung (d.h. einer Mittelachse des Masseelektrodenbauteils 5a) senkrechten Ebene ist als eine Schnittfläche S2 definiert.
Eine Fläche der Masseelektrode 5 an einer zu einer Erstreckungsrichtung der Masseelektrode 5 senkrechten Ebene ist als eine Schnittfläche S3 definiert.
Der Innendurchmesser D1 des Gehäuses 2 ist definiert.
Der Außendurchmesser D2 der Endfläche 6a des Isolators 6 ist definiert.
Ein Außendurchmesser D3 der Mittelelektrode 7 ist definiert.
Ein Außendurchmesser D4 des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 ist definiert.
Ein Außendurchmesser D5 des Endstückabschnitts 5a der Masseelektrode 5 ist definiert.
Eine Wanddicke T des Endabschnitts 6a des Isolators 6 ist definiert.
Diese Längen H, G, J, F, R, K und U, der Spalt P, die Weite Q, die Durchmesser D1 bis D5 und die Dicke T sind in mm ausgedrückt. Die Flächen S1 bis S3 sind in mm² ausgedrückt.
Als nächstes wird auf Grundlage der in 5 bis 16 gezeigten Versuchsergebnisse die Positionsbeziehung in der Zündkerze 1 beschrieben. Diese Ergebnisse werden erhalten, indem Funken in Prüflingen der Zündkerze 1 entladen werden.
5 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf die Funkenpositionslänge H in der Kerze 1 zeigt. Eine Zündleistung der Kerze 1 wird auf Grundlage eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf 5 abgeschätzt. Um die in 5 gezeigten Versuchsergebnisse zu erhalten, wurde eine sechszylindrige Brennkraftmaschine mit 2000cc Hubraum bei 600upm (Umdrehungen pro Minute) in einem Leerlaufbetrieb betrieben. In der Kerze 1 ist die Funkenentladungsspaltlänge G auf 1,1 mm festgelegt, die Schnittfläche S1 ist auf 0,95 mm² festgelegt, die Schnittfläche S2 ist auf 0,95 mm² festgelegt, die Schnittfläche S3 ist auf 2 mm² festgelegt, die Gehäusepositionslänge J ist auf Null festgelegt und die Isolatorpositionslänge F und die Zündpositionslänge H sind so festgelegt, dass sie eine Beziehung von F = H – 1 mm erfüllen. Wie später beschrieben ist, verleiht die auf 1,1 mm festgelegte Länge G der Kerze 1 die härteste Bedingung für die Zündleistung.
Wie in 5 gezeigt ist, ist dann, wenn die Länge H kleiner als 6,5 mm ist, ein Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 17,0. Daher ist die Zündleistung der Kerze 1 beträchtlich verschlechtert. Wenn im Gegensatz dazu die Länge H den Wert 10 mm überschreitet, dann ist die Masseelektrode 5 so verlängert, dass sie eine Wärmeübertragungsleistung verschlechtert. Wenn die Elektrode 5 Wärme von den Funken empfängt, wird daher die Elektrode 5 bei einer hohen Temperatur aufgeheizt und kann einfach beschädigt, oxidiert oder geschmolzen werden.
Dementsprechend kann dann, wenn die Länge H auf einen Bereich innerhalb von 6,5 mm bis 10 mm (6,5 mm ≤ H ≤ 10 mm) festgelegt ist, die Kerze 1 eine hohe Zündleistung vorweisen und die Elektrode 5 wird schwerlich beschädigt, oxidiert oder geschmolzen.
6 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf die Funkenentladungsspaltlänge G in der Kerze 1 zeigt. Eine Zündleistung der Kerze 1 wird unter Bezugnahme auf 6 abgeschätzt. In 6 gezeigte Versuchsergebnisse wurden unter den gleichen Bedingungen wie für die in 5 gezeigten Ergebnisse erhalten. Die Funkenpositionslänge H, die bei 6,5 mm festgelegt ist, bringt die Kerze 1 in den für die Zündleistung schwierigsten Zustand. Die Isolatorpositionslänge F ist auf 5,5 mm festgelegt. Die Flächen S1 bis S3 und die Länge J sind auf die selbe Weise festgelegt, wie sie in 5 gezeigt ist.
Wie in 6 gezeigt ist, wird das Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis kleiner als 17,0 wenn die Länge G kleiner als 1,1 mm ist. Daher wird die Zündleistung der Kerze 1 beträchtlich verschlechtert. Wenn im Gegensatz dazu die Länge G den Wert 2,0 mm überschreitet, überschreitet die Kerze 1 einen Grenzwert querfliegender Funken zu einer Endzeit der Kerzenbetriebsdauer. Das heißt, wenn die Kerze 1 für eine lange Zeitspanne verwendet wird, wird die Länge G infolge der Verringerung der Endstückabschnitte 5a und 7a übermäßig verlängert und die querfliegenden Funken können einfach in der Kerze 1 auftreten.
Wenn die Länge G auf einen Bereich von 1,1 mm bis 2,0 mm festgelegt ist (1,1 mm ≤ G ≤ 2,0 mm), dann kann die Kerze 1 eine hohe Zündleistung vorweisen und die querfliegenden Funken treten in der Kerze 1 schwerlich auf.
Wenn die Länge G auf innerhalb eines Bereichs von 1,3 mm bis 2,0 mm festgelegt ist (1,3 mm ≤ G ≤ 2,0 mm), dann überschreitet das Luft-Kraftstoff-Verhältnis einen Wert von 17,4. Daher kann die Zündkerze 1 eine hervorragende Zündleistung vorweisen.
7 ist ein Graph, der eine Änderung des Grenz-Luft- Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf eine Differenz zwischen der Funkenpositionslänge H und der Isolatorpositionslänge F in der Kerze 1 zeigt. Eine Zündleistung der Kerze 1 wird unter Bezugnahme auf 7 abgeschätzt. Die in 7 gezeigten Versuchsergebnisse wurden unter den gleichen Bedingungen wie jene für die in 6 gezeigten Ergebnisse erhalten. Die Funkenentladungsspaltlänge G ist auf 1,1 mm festgelegt, um einige der Prüflinge der Kerze 1 in die für die Zündleistung härteste Bedingung zu bringen. Die Länge G ist zudem für andere Prüflinge der Kerze 1 auf 1,3 mm festgelegt. Die Funkenpositionslänge H ist für einige Prüflinge der Kerze 1 auf den niedrigen Grenzwert von 6,5 mm festgelegt und ist für andere Prüflinge der Kerze 1 auf den hohen Grenzwert von 10,0 mm festgelegt. Die Flächen S1 bis S3 und die Länge J sind auf die selbe wie in 6 gezeigte Weise festgelegt.
Wie in 7 gezeigt ist, wird das Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis außerordentlich kleiner als 17,0, wenn die Differenz H – J kleiner als 1,0 mm ist, sodass die Zündleistung der Kerze 1 beträchtlich verschlechtert wird. Daher sollte die Differenz H – F gleich oder größer als 1,0 mm (1,0 mm ≤ H – F) sein, um eine hohe Zündleistung zu erhalten. Verglichen mit der auf 1,1 mm festgelegten Länge G erhöht die auf 1,3 mm festgelegte Länge G das Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis, sodass die Zündleistung der Kerze 1 verbessert wird.
Ferner lehren andere Versuchsergebnisse (die nicht gezeigt sind) dass dann, wenn die Länge F kleiner als die Länge J ist, die Zündleistung beträchtlich verschlechtert wird. Daher sollte die Länge F gleich oder größer als die Länge J (J ≤ F) sein, um die hohe Zündleistung beizubehalten.
Dementsprechend kann die Kerze 1 dann eine hohe Zündleistung vorweisen, wenn die Längen J, F und H eine Beziehung von J ≤ F ≤ H – 1,0 mm erfüllen.
Überdies lehren noch weitere Versuchsergebnisse (die nicht gezeigt sind), dass dann, wenn die Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 kleiner als 0,07 mm² ist, die Temperatur des Endstückabschnitts 7a beträchtlich erhöht wird. Daher wird der Endstückabschnitt 7a einfach geschmolzen und verringert. Wenn im Gegensatz dazu die Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 den Wert 0,95 mm² überschreitet, dann verschwinden an dem Endstückabschnitt 7a während den Funkenentladungen erzeugte Flammenkerne einfach, da die Wärme des Kerns zu der Breite des Endstückabschnitts 7a übertragen wird. Daher wird die Zündleistung der Kerze 1 verschlechtert.
Wenn die Schnittfläche S1 auf innerhalb eines Bereichs von 0,07 mm² bis 0,95 mm² festgelegt ist (0,07 mm² ≤ S1 ≤ 0,95 mm²), wenn mit anderen Worten der Durchmesser D4 des Endstückabschnitts 7a eine Beziehung von 0,3 mm ≤ D4 ≤ 1,1 mm erfüllt, dann kann dementsprechend die Zündkerze eine hohe Zündleistung vorweisen und der Endstückabschnitt 7a wird schwerlich verringert.
Jeder der Endstückabschnitte 5a und 7a sollte aus einem Material mit einem hohen Schmelzpunkt gefertigt sein. Die Mittelelektrode 7 wird als eine negative Elektrode verwendet, sodass der Endstückabschnitt 7a eine Temperatur erreicht, die höher als die des Endstückabschnitts 5a liegt. Um zu verhindern, dass der Endstückabschnitt 7a durch die zwischen den Elektroden 5 und 7 entladenen Funken stark verringert wird, ist ein Schmelzpunkt des Endstückabschnitts 7a so festgelegt, dass er höher als jener des Endstückabschnitts 5a ist. Der Endstückabschnitt 7a ist bevorzugterweise aus einem Edelmetall (bspw. Indium) gefertigt, dessen Schmelzpunkt gleich oder höher als 2000 °C liegt, oder aus einer Legierung, die das Metall enthält. Der Endstückabschnitt 5a ist bevorzugterweise aus einem Edelmetall (bspw. Platin), gefertigt, dessen Schmelzpunkt gleich oder höher als 1700 °C ist, oder aus einer Legierung, die das Metall enthält.
Der Sackspalt P sollte so festgelegt sein, dass das Auftreten querfliegender Funken selbst dann unterdrückt wird, wenn die Kerze 1 für eine lange Zeitspanne verwendet wird. Mit anderen Worten sollte der Sackspalt P unter Berücksichtigung einer Änderung der Funkenentladungsspaltlänge G festgelegt sein, die auf Grundlage der Verringerung der Endstückabschnitte 5a und 7a verursacht wird.
8A ist ein Graph, der eine Änderung ΔG1 der Dicke des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 mit Bezug auf eine Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts 7a zeigt, während 8B ein Graph ist, der eine Änderung ΔG2 der Dicke des Endstückabschnitts 5a der Masseelektrode 5 mit Bezug auf die Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts 5a zeigt. Eine auf Grundlage der Verringerung des Endstückabschnitts 7a verursachte Zunahme der Länge G wird mit Bezug auf 8A abgeschätzt und eine auf Grundlage der Verringerung des Endstückabschnitts 5a verursachte Zunahme der Länge G wird unter Bezugnahme auf 8B abgeschätzt. Nachdem das Fahrzeug 105000 Meilen (fast 169000 Kilometer) unter Verwendung der Kerze 1 gelaufen ist, wurden die in 8A gezeigten Versuchsergebnisse aus Prüflingen der Endstückabschnitte 7a erhalten, die aus vier unterschiedlichen Materialien gefertigt waren, deren Schmelzpunkte jeweils gleich oder höher als 2000 °C waren. Auf die gleichen Weisen wurden die in 8B gezeigten Versuchsergebnisse aus Prüflingen des Endstückabschnitts 5a erhalten, die aus vier unterschiedlichen Materialien gefertigt waren, deren Schmelzpunkte jeweils gleich oder höher als 1700 °C lagen. Eine in 8 gezeigte durchgezogene Linie wird so gezogen, dass sie die aus den Prüflingen des Endstückabschnitts 7a erhaltenen Versuchsergebnisse passiert, deren Schmelzpunkt bei 2000 °C liegt. Eine in 8B gezeigte Linie wird so gezogen, dass sie die aus den Prüflingen des Endstückabschnitts 5a erhaltenen Versuchsergebnisse passiert, deren Schmelzpunkt bei 1700 °C liegt. Mit anderen Worten gibt die in 8A durchgezogene Linie eine Änderung des am meisten verringerten Endstückabschnitts 7a an und eine in 8B durchgezogene Linie gibt eine Änderung des am meisten verringerten Endstückabschnitts 5a an.
Wie in 8A und 8B gezeigt ist, erfüllen eine Änderung ΔG1 der Dicke des Endstückabschnitts 7a und die Fläche S1 eine Beziehung von ΔG1 (mm) = 0,0345 × S1^–1,2418 und eine Änderung ΔG2 der Dicke des Endstückabschnitts 5a und die Fläche S2 erfüllen eine Beziehung von ΔG2 (mm) = 0,0327 × S2^–1,2418. Daher erfüllt eine Zunahme ΔG der Funkenentladungsspaltlänge G eine Beziehung von ΔG(mm) = ΔG1 + ΔG2 = 0,0345 × S1–1,2418 + 0,0327 × S2–1,2418.
Daher wird eine Funkenentladungsspaltlänge G + ΔG bestimmt, die durch die Laufleistung von 105000 Meilen zugenommen hat.
9 ist ein Graph, der eine Änderung einer Rate, bei der querfliegenden Funken auftreten, mit Bezug auf den Sackspalt P zeigt. In 9 gezeigte Versuchsergebnisse wurden erhalten, indem die vergrößerte Funkenentladungsspaltlänge G + ΔG als Parameter verwendet wurde. Eine Kraftmaschine mit vier Zylindern und einem Hubraum von 2000cc wurde in einem Zustand einer weit geöffneten Drossel (WOT) und einer Kraftmaschinendrehzahl von 1000upm betrieben. In der Kerze 1 ist die Schnittfläche S3 der Masseelektrode 5 auf 3,4 mm² festgelegt, die Länge J ist auf 0 mm festgelegt und die Längen F und H sind so festgelegt, dass sie eine Beziehung von F = H – 1,0 mm erfüllen. In dem Fall, in dem G = 1,5 mm ist und S1 = S2 = 0,38 mm² beträgt, wird G + ΔG = 1,72 mm erhalten. In dem Fall, in dem G = 1,5 mm und S1 = S2 = 0,24 mm² ist, wird G + ΔG = 1,90 mm erhalten. In dem Fall, in dem G = 1,5 mm und S1 = S2 = 0,126 mm² ist, wird G + ΔG = 2,38 mm erhalten.
Wie in 9 gezeigt ist, nimmt die Rate, mit der querfliegende Funken auftreten, mit zunehmendem Sackspalt P ab. Wenn der Sackspalt P so festgelegt ist, dass er gleich oder größer als 1,1 × (G + ΔG) ist, dann erreicht die Rate dieses Auftretens Null und das Auftreten der querfliegenden Funken kann im Wesentlichen oder vollständig unterdrückt werden.
Dementsprechend kann das Auftreten von querfliegenden Funken im Wesentlichen in der Kerze 1 verhindert werden, wenn der Spalt P, die Länge G und die Flächen S1 und S2 so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) erfüllen.
Da beispielsweise G + ΔG = 2,38 mm im Falle von G = 1,5 mm und S1 = S2 = 0,126 mm² ist (siehe die die schwarzen Kreise passierende Linie), ist ein Spalt P von gleich oder größer als 2,62 mm (= 1,1 × 2,38) erforderlich, um das Auftreten von querfliegenden Funken zu verhindern.
Auf Grundlage anderer Versuchsergebnisse wurde herausgefunden, dass dann, wenn der Endabschnitt 6a des Isolators 6 eine Dicke T hat, die kleiner als 0,3 mm ist, der Isolator 6 keinen Widerstand gegen die Spannung der Mittelelektrode 7 sicherstellen würde. Wenn im Gegensatz dazu die Dicke T größer als 1,0 mm ist, dann wird die Wärmekapazität des Endabschnitts 6a des Isolators 6 erhöht. In diesem Fall kann der Endabschnitt 6a des Isolators 6 noch nach dem Entladen des Funkens bei einer hohen Temperatur beibehalten werden, sodass eine frühzeitige Zündung bzw. Vorzündung leicht verursacht wird.
Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass eine Dicke T des Endabschnitts 6a des Isolators 6 auf innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm bis 1,0 mm (0,3 mm ≤ T ≤ 1,0 mm) festgelegt ist.
Ein bevorzugter Bereich der Schenkellänge L ist unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben. 10 ist ein Graph, der eine Änderung eines Zündzeitgebungsvorlaufs mit Bezug auf die Dicke T des Endabschnitts 6a des Isolators 6 zeigt. In 10 gezeigte Versuchsergebnisse wurden im Fall D4 = 1,9 mm, S3 = 3,4 mm, J = 0 mm und F = H – 1,0 mm erhalten, wobei die Schenkellänge L als Parameter geändert wird.
Wie in 10 gezeigt ist, wird mit zunehmender Länge L der Zündzeitgebungsvorlauf verringert, sodass leicht eine vorzeitige Zündung in der Kerze 1 verursacht wird. Wenn die Länge L größer als 19 mm ist, dann wird der Zündzeitgebungsvorlauf leicht kleiner als 15 Grad. Daher ist es schwierig, die frühzeitige Zündung in der Kerze 1 zu verhindern. Dementsprechend ist es zu bevorzugen, dass die Länge L gleich oder kleiner als 19 mm ist.
11 ist ein Graph, der eine Änderung einer Kraftmaschinendrehzahl zeigt, die verursacht, dass der Widerstand des Isolators 6 mit Bezug auf die Schenkellänge L gleich oder kleiner als 10 MΩ ist. In 11 gezeigte Versuchsergebnisse wurden auf Grundlage eines Smolder Fouling Tests nach JIS (Japanischer Industrie Standard) D1606 5.2 Niedriglastanpassungsfähigkeitstest (1) durch Betreiben einer vierzylindrigen Kraftmaschine mit 2000cc Hubraum erhalten.
Wie in 11 gezeigt ist, kann dann, wenn die Länge kleiner als 10 mm ist, die Kerze 1 keinen hervorragenden Widerstand gegen Smolder Fouling beibehalten. Daher ist es vorzuziehen, dass die Länge L gleich oder größer als 10 mm ist. Dementsprechend ist es dann, wenn die bevorzugten Bereiche der Länge L kombiniert werden, vorzuziehen, dass die Länge L auf einen Bereich innerhalb 10 mm bis 19 mm (10 mm ≤ L ≤ 19 mm) festgelegt ist.
12 ist ein Graph, der eine Änderung des Zündzeitgebungsvorlaufs mit Bezug auf den Durchmesser D3 der Mittelelektrode 7 zeigt. Die in 12 gezeigten Versuchsergebnisse wurden im Fall von L = 19 mm, T = 1,0 mm, S3 = 3,4 mm², J = 0 mm und F = H – 1,0 mm erhalten.
Wie in 12 gezeigt ist, nimmt der Zündzeitgebungsvorlauf mit abnehmendem Durchmesser D3 ab, sodass eine vorzeitige Zündung in der Kerze 1 leicht verursacht wird. Wenn der Durchmesser D3 kleiner als 1,9 mm ist, dann wird der Zündzeitgebungsvorschub kleiner als 15 Grad. Daher ist es schwierig, den Widerstand gegen vorzeitiges Zünden der Kerze 1 sicherzustellen. Dementsprechend ist es zum Sicherstellen des Widerstands gegen vorzeitiges Zünden zu bevorzugen, dass der Durchmesser D3 gleich oder größer als 1,9 mm ist.
Wenn im Gegensatz dazu der Durchmesser D3 den Wert 2,8 mm überschreitet, dann wird ein Außendurchmesser des Isolators 6 übermäßig groß. Da der Innendurchmesser D1 des Gehäuses 2 im Vorfeld bestimmt wird, ist es schwierig, den Sackspalt P zum Verhindern des Auftretens querfliegender Funken festzulegen.
Dementsprechend wird es bevorzugt, dass die Mittelelektrode 7 den Durchmesser D3 hat, der innerhalb eines Bereichs von 1,9 mm bis 2,8 mm festgelegt ist (1,9 mm ≤ D3 ≤ 2,8 mm).
Beispielsweise ist im Fall vom M = 12 mm der Durchmesser D3 bevorzugterweise so festgelegt, dass er gleich oder kleiner als 2,5 mm ist. Im Fall von M = 10 mm ist der Durchmesser D3 bevorzugterweise so festgelegt, dass er gleich oder kleiner als 2,3 mm ist. Zum Sicherstellen der Spannungsfestigkeit des Isolators 6 sollte der Isolator 6 aus einem Material gefertigt sein, das einen Spannungswiderstand von 30 kV/mm hat.
Da eine Kraftmaschine mit kleinen Abmessungen erforderlich ist, ist der Durchmesser D3 des Außengewindes 3 des Gehäuses 2 bevorzugterweise so festgelegt, dass er gleich oder kleiner als 12 mm ist. Im Fall von M < 8 mm kann die Wärmekapazität des Gehäuses 2 ungenügend sein, sodass es Wärme von der Elektrode 5 aufnimmt und es schwierig ist, das Auftreten querfliegender Funken zu unterdrücken. Dementsprechend wird bevorzugt, dass der Durchmesser D3 des Außengewindes 3 auf innerhalb eines Bereichs von 8 mm bis 12 mm festgelegt wird (8 mm ≤ M ≤ 12 mm).
Nun wird ein Bereich der Einpasslänge R beschrieben. Es ist erforderlich, einen Raum für Wassermantel 10b in dem Kopf 10 sicherzustellen. Ferner ist es erforderlich, einen Winkel zwischen dem Einlassventil und dem Auslassventil 10c einzuengen. Diese Erfordernisse verlängern die Einpasslänge R. Die Einpasslänge R ist bevorzugterweise so festgelegt, dass sie gleich oder größer als 25 mm ist. Wenn jedoch der Isolator 6 mit dem Kopf 10 entlang der Längsrichtung verlängert ist, dann wird der Isolator 6 einfach verbogen, wenn der Isolator 6 zum Einpassen der Elektrode 7 gehandhabt wird. Um den Isolator 6 zuverlässig zu handhaben ist die Einpasslänge R bevorzugterweise so festgelegt, dass sie gleich oder kleiner als 35 mm ist. Dementsprechend ist es vorzuziehen, dass die Einpasslänge R auf innerhalb eines Bereichs von 25 mm bis 35 mm festgelegt wird (25 mm ≤ R ≤ 35 mm).
Nun wird ein Bereich der in 3 oder 4B gezeigten Zwei-Flächen-Breite Q beschrieben. Da eine Brennkraftmaschine mit kleiner Abmessung erforderlich wurde, wird der Innendurchmesser des Kerzenlochs 10e auf ungewünschte Weise verkleinert. Daher ist die Zwei-Flächen-Breite Q bevorzugterweise so festgelegt, dass sie gleich oder kleiner als 16 mm ist (Q ≤ 16 mm). Da der in 4B gezeigte bi-hexagonale Werkzeuganlegeabschnitt hinsichtlich der Festigkeit besser als der in 3 gezeigte hexagonale Werkzeuganlegeabschnitt ist, kann die Zündkerze 1 mit dem bi-hexagonalen Werkzeuganlegeabschnitt mit einem hohen Einsetzdrehmoment an den Kopf 10 eingesetzt werden.
Ein Bereich des Außendurchmessers Z des Kopfabschnitts 6b wird nun beschrieben. Um die Kerze 1 zuverlässig vor Schwingungen der Kraftmaschine und/oder Schlägen zu schützen, sollte die Kerze 1 eine bestimmte Festigkeit haben. Daher ist der Außendurchmesser Z bevorzugterweise so festgelegt, dass er gleich oder größer als 7 mm ist (Z ≥ 7 mm).
Ein Bereich der Schnittfläche S3 der Masseelektrode 5 wird unter Bezugnahme auf 13 und 14 beschrieben. Wenn die Masseelektrode 5 infolge von zwischen den Elektroden 5 und 7 entladenen Funken auf eine Temperatur erwärmt wird, die höher als der auf 1050 °C festgelegte Oxidationswiderstandsgrenzwert ist, dann kann die Elektrode 5 leicht oxidiert und durch das Gas der Kammer 20 weg erodiert werden. Da ferner die Masseelektrodenpositionslänge K erhöht ist, wird die Temperatur der Elektrode 5 erhöht. Daher ist die Länge K unter der Bedingung festgelegt, dass die Temperatur der Elektrode 5 zuverlässig in einen Temperaturbereich geändert wird, der niedriger als ein bei 1050 °C festgelegter Oxidationswiderstandsgrenzwert ist. 13 ist ein Graph, der eine Änderung der Temperatur der Elektrode 5 mit Bezug auf die Länge K zeigt. Die in 13 gezeigten Versuchsergebnisse wurden von Prüflingen der Kerze 1 erhalten, die jeweils die Schnittfläche S3 mit dem Wert 1 mm², 2 mm², 4 mm² bzw. 5 mm² bei J = 0 mm haben. Da J = 0 mm ist, steht das Gehäuse 2 nicht in die Kammer 20 vor und die Endfläche 2a des Gehäuses 2 und die Innenfläche 10a des Kopfs 10 sind an der gleichen Ebene platziert.
Wie in 13 gezeigt ist, können dann, wenn die Länge K kleiner als 8,5 mm ist, zwischen den Elektroden 5 und 7 keine Funken entladen werden. Um Funken zuverlässig zu entladen, wird die Länge K bevorzugterweise auf gleich oder größer als ein Zündungsgrenzwert von 8,5 mm festgelegt. Im Fall einer Zündkerze, die die Schnittfläche S3 ≤ 1 mm² hat, überschreitet die den Zündungsgrenzwert erfüllende Elektrode 5 (K ≥ 8,5 mm) den Oxidationswiderstandsgrenzwert (1050 °C). Daher ist dann, wenn der Zündgrenzwert berücksichtigt wird, die Schnittfläche S3 bevorzugterweise auf gleich oder größer als 2 mm² festgelegt (S3 ≥ 2 mm²). Mit zunehmender Fläche S3 wird die Länge K an dem Oxidationswiderstandsgrenzwert (1050 °C) vergrößert, um der Masseelektrode 5 zu ermöglichen, weiter in die Kammer 20 hineinzuragen. Daher wird mit zunehmender Fläche S3 ein oberer Grenzwert der Länge K vergrößert. Genauer gesagt ist an dem Oxidationswiderstandsgrenzwert eine Beziehung von K = 1,4 × S3 + 9,2 mm erfüllt.
14 ist ein Graph, der eine Änderung der Länge K bei dem Oxidationswiderstandsgrenzwert (1050 °C) mit Bezug auf die Schnittfläche S3 der Masseelektrode 5 zeigt. Wie in 14 gezeigt ist, wird eine Linie gezogen, die die Beziehung von K = 1,4 × S3 + 9,2 mm erfüllt. Wenn der Zündungsgrenzwert berücksichtigt wird, dann ist die Fläche S3 bevorzugterweise auf gleich oder größer als 2 mm² festgelegt, um die Beziehung von S3 ≤ (K – 9,2 mm)/1,4 zu erfüllen. Dementsprechend ist die Fläche S3 bevorzugterweise so festgelegt, dass eine Beziehung von 2 mm² ≤ S3 ≤ (K – 9,2 mm)/1,4 erfüllt ist.
Unter Bezugnahme auf 15 und 16 wird ein Bereich der Ummantelungslänge J des Gehäuses 2 beschrieben. 15 ist ein Graph, der eine Änderung der Temperatur der Masseelektrode 5 mit Bezug auf die Ummantelungslänge J zeigt. In 15 gezeigte Versuchsergebnisse wurden aus Prüflingen der Kerze 1 erhalten, die jeweils die Ummantelungslänge J von 0 mm, 1 mm, 2 mm, 2,5 mm bzw. 3 mm bei H = 0 und S3 = 2 mm² haben.
Wie in 15 gezeigt ist, wird die Länge K der Masseelektrode 5 mit zunehmender Abdeckblechlänge J verkürzt. Daher wird die Temperatur der Elektrode 5 mit zunehmender Ummantelungslänge J gesenkt. In dem Fall der Länge J = 0 mm erreicht die Temperatur der Elektrode 5 den Oxidationswiderstandsgrenzwert (1050 °C). Wenn im Gegensatz dazu die Länge J gleich oder größer als 1 mm ist, dann verursacht die Ummantelung des Gehäuses 2, dass die Elektrode 5 die Wärme effizient zu dem Gehäuse 2 abgibt. Daher ist die Länge J bevorzugterweise auf gleich oder größer als 1 mm festgelegt.
Genauer gesagt ist die Länge J so festgelegt, dass sie gleich oder größer als 2,5 mm ist. In diesem Fall wird die Toleranz des Oxidationswiderstandsgrenzwerts erhöht. Da ferner die Elektrode 5 verkürzt ist, wird die Elektrode 5 kaum beschädigt.
Eine Zündleistung der Kerze 1 wird unter Bezugnahme auf 16 abgeschätzt. 16 ist ein Graph, der eine Änderung eines Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnisses mit Bezug auf die Differenz H – J zwischen den Längen H und J zeigt. Die in 16 gezeigten Versuchsergebnisse wurden erhalten, indem eine sechszylindrige Kraftmaschine mit einem Hubraum von 2000cc bei einer Kraftmaschinendrehzahl von 600upm in einem Leerlaufbetrieb betrieben wurde. Prüflinge der Kerze 1 wurden gemeinsam so angepasst, dass sie die Flächen S1 = 0,95 mm², S2 = 0,95 mm² und S3 = 3,4 mm² und eine Differenz H – F = 1 mm haben. Ferner wurden die Prüflinge so angepasst, dass sie eine Kombination der Längen G = 1,1 mm (härteste Bedingung für die Zündleistung) und H = 6,5 mm (Minimalwert), eine Kombination der Längen G = 1,1 mm und H = 10 mm (Maximalwert), eine Kombination der Längen G = 1,3 mm und H = 6,5 mm bzw. eine Kombination der Längen G = 1,3 mm und H = 10 mm haben.
Wie in 16 gezeigt ist, wird das Grenz-Luft-Kraftstoff-Verhältnis größer als 17,0, wenn die Differenz H – J gleich oder größer als 2 mm ist. Daher ist es zum Erhöhen einer Zündleistung der Kerze 1 besser, wenn die Differenz H – J gleich oder größer als 2 mm ist.
Dementsprechend sind die Längen J und die Funkenpositionslänge H bevorzugterweise so festgelegt, dass sie eine Beziehung von 1 mm ≤ J ≤ H – 2 mm erfüllen, wenn der Oxidationswiderstandsgrenzwert berücksichtigt wird.
Noch bevorzugterweise sind die Länge J und die Funkenpositionslänge H so festgelegt, dass sie eine Beziehung von 2,5 mm ≤ J ≤ H – 2 mm erfüllen.
Unter der Annahme, dass der Endstückabschnitt 5a der Masseelektrode 5 nicht von der Fläche der Masseelektrode 5 vorsteht, wird die Wärme der an dem Endstückabschnitt 5a erzeugten Flammenkerne leicht zu der Masseelektrode 5 übertragen. Daher ist es schwierig, dass die Flammenkerne an der Elektrode 5 wachsen, die eine große Wärmekapazität hat. Jedoch steht in der Kerze 1 der Endstückabschnitt 5a von der Fläche der Elektrode 5 in Richtung des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 so vor, dass er dem Endstückabschnitt 7a zugewandt ist. Dementsprechend können die Flammenkerne ungeachtet der Wärmekapazität der Elektrode 5 zuverlässig wachsen und die Zündleistung der Kerze 1 kann verbessert werden.
Bei anderen Versuchsergebnissen wurde herausgefunden, dass die Zündleistung der Kerze 1 beträchtlich verbessert wurde, wenn die Vorraglänge U des Endstückabschnitts 5a gleich oder größer als 0,3 mm war. Wegen einer Wärmepunktbegrenzung für den Endstückabschnitt 5a zum Sicherstellen eines Widerstands gegen das Schmelzen des Endstückabschnitts 5a wird eine Länge U bevorzugt, die gleich oder kleiner als 1,5 mm ist. Dementsprechend ist die Länge U bevorzugterweise auf innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm bis 1,5 mm festgelegt (0,3 mm ≤ U ≤ 1,5 mm).
Wenn die Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts 5a kleiner als 0,07 mm² ist, dann wird der Endstückabschnitt 5a infolge der Funken beträchtlich aufgewärmt, sodass er auf anormale Weise schmilzt und ein Abschnitt des Endstückabschnitts 5a verloren geht. Daher verschlechtert sich ein Widerstand gegen die Verringerung des Endstückabschnitts 5a. Wenn im Gegensatz dazu die Schnittfläche S2 den Wert 0,95 mm² überschreitet, dann wird die Wärmekapazität des Endstückabschnitts 5a übermäßig vergrößert. Daher sind an dem Endstückabschnitt 5a zur Funkenentladung erzeugte Flammenkerne manchmal verschwunden. Das heißt, die Zündleistung der Kerze 1 ist verschlechtert. Dementsprechend ist die Schnittfläche S2 bevorzugterweise auf innerhalb eines Bereichs von 0,07 mm² bis 0,95 mm² festgelegt (0,07 mm² ≤ S2 ≤ 0,95 mm²). Mit anderen Worten ist der Durchmesser D5 des in einer säulenartigen Gestalt ausgebildeten Endstückabschnitts 5a bevorzugterweise auf einen Wert innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm bis 1,1 mm festgelegt (0,3 mm ≤ D5 ≤ 1,1 mm).
Der Endstückabschnitt 7a der Mittelelektrode 7 wird als eine negative Elektrode verwendet, sodass der Endstückabschnitt 7a eine Temperatur erreicht, die höher als die des Endstückabschnitts 5a ist. Um zu verhindern, dass der Endstückabschnitt 7a durch zwischen den Elektroden 5 und 7 entladene Funken in einem großen Ausmaß verringert wird, ist der Endstückabschnitt 7a aus einem Material gefertigt, dessen Schmelzpunkt gleich oder höher als 2000 °C ist, etwa aus Iridium oder aus einer Iridiumlegierung, die 50 oder mehr Gewichtsprozent Iridium enthält. Da im Gegensatz dazu der Endstückabschnitt 5a der Masseelektrode 5 als eine positive Elektrode verwendet wird, ist der Endstückabschnitt 5a in eine Oxidationsatmosphäre bei einer hohen Temperatur gebracht. Um zu verhindern, dass der Endstückabschnitt 5a durch das Gas der Kammer 20 zu einem großen Ausmaß oxidiert wird, ist der Endstückabschnitt 5a aus Platin, das einen besseren Oxidationswiderstand hat, oder aus einer Platinlegierung gefertigt, die 50 oder mehr Gewichtsprozent Platin enthält.
17 ist eine Frontansicht der Masseelektrode 5a gemäß einer Modifikation dieses Ausführungsbeispiels. Wie in 17 gezeigt ist, erstreckt sich der obere Abschnitt der Masseelektrode 5a bei einer Neigung bezüglich der Mittelelektrode 5a. Genauer gesagt ist die sich von dem Gehäuse 2 erstreckende Masseelektrode 5a in Richtung der Mittelelektrode 5a bei einem Winkel gebogen, der kleiner als 90 Grad ist und der Endstückabschnitt 5a reicht gerade über den Endstückabschnitt 7a. Daher kann die Masseelektrode 5a verglichen mit einem Fall, in dem die Masseelektrode 5a um 90 Grad gebogen ist, verkürzt werden.
Mit diesem Aufbau der Elektrode 5a kann die infolge von Funken in der Elektrode 5a aufgenommene Wärme verringert werden und die aufgenommene Wärme kann effizient zu dem Gehäuse 2 übertragen werden. Dementsprechend kann die Temperatur der Elektrode 5a gesenkt werden. Ferner kann die Elektrode 5a, deren Temperatur gesenkt ist, einen höheren Widerstand gegen Oxidation aufweisen.
Wie vorstehend beschrieben ist, ist die Kerze 1 durch einen derartigen spezifischen Aufbau gekennzeichnet, dass die Länge H in einem Bereich von 6,5 mm ≤ H ≤ 10 mm festgelegt ist, die Länge G in einem Bereich von 1,1 mm ≤ G ≤ 2,0 mm festgelegt ist, die Längen J, F und H in einer Beziehung von J ≤ F ≤ H – 1,0 mm festgelegt sind, die Schnittfläche S1 in einem Bereich von 0,07 mm² ≤ S1 ≤ 0,95 mm² festgelegt ist, der Endstückabschnitt 5a aus Platin (Pt) oder einer Platinlegierung, die 50 oder mehr Gewichtsprozent Platin enthält, gefertigt ist, der Endstückabschnitt 7a aus Iridium (Ir) oder einer 50 oder mehr Gewichtsprozent Iridium enthaltenden Iridiumlegierung gefertigt ist und der Spalt P, die Länge G und die Flächen S1 und S2 in einer Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) festgelegt sind.
Dementsprechend kann die Kerze infolge des Bereichs von 6,5 mm ≤ H, des Bereichs von 1,1 mm ≤ G, der Beziehung J ≤ F ≤ H – 1,0 mm und des Bereichs von S1 ≤ 0,95 mm² eine gute Zündleistung vorweisen.
Ferner kann die Kerze 1 infolge des Bereichs von G ≤ 2,0 mm und der Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) selbst dann zuverlässig querfliegende Funken verhindern, wenn die Zündkerze 1 für eine lange Zeitspanne Funkenentladungen durchführt.
Außerdem kann die Kerze 1 infolge des Bereichs von H ≤ 10 mm, der Schnittfläche S1 gleich oder größer als 0,07 mm², dem aus Platin (Pt) oder einer Platinlegierung gefertigten Endstückabschnitt 5a und dem aus Iridium (Ir) oder einer Iridiumlegierung gefertigten Endstückabschnitt 7a zuverlässig das Oxidieren und Schmelzen der Endstückabschnitte der Elektroden 5 und 6 verhindern.
Die Kerze 1 ist ferner gekennzeichnet durch einen bestimmten Aufbau, etwa der Dicke T, die auf einen Bereich von 0,3 mm ≤ T ≤ 1,0 mm festgelegt ist, den Durchmesser D3, der auf einen Bereich von 1,9 mm ≤ D3 ≤ 2,8 mm festgelegt ist, die Schenkellänge L, die auf einen Bereich von 10 mm ≤ L ≤ 19 mm festgelegt ist. Dementsprechend kann die Kerze 1 wegen eines Bereichs von 1,9 mm ≤ D3 und eines Bereichs von L ≤ 19 mm einen Widerstand gegen eine frühzeitige Zündung bzw. Vorzündung vorweisen. Ferner kann die Kerze 1 wegen eines Bereichs von 10 mm ≤ L einen hervorragenden Widerstand gegen Smolder Fouling vorweisen. Überdies kann die Kerze 1 wegen eines Bereichs von D3 ≤ 2,8 mm den Sackspalt P sicherstellen.
Die Kerze 1 ist ferner durch einen bestimmten Aufbau gekennzeichnet, etwa den Durchmesser M des Außengewindes 3 des Gehäuses 2, der auf innerhalb eines Bereichs von 8 mm bis 12 mm festgelegt ist, die Einpasslänge R, die auf gleich oder kleiner als 25 mm festgelegt ist, den Durchmesser Z des Kopfabschnitts 6b des Isolators 6, der auf gleich oder größer als 7 mm festgelegt ist und die Zwei-Flächen-Breite Q, die auf gleich oder kleiner als 16 mm festgelegt ist. Dementsprechend können querfliegende Funken infolge des Durchmessers M, der gleich oder großer als 8 mm ist, weiter verhindert werden, eine Kerze 1 mit kleiner Abmessung, die eine hohe Festigkeit aufweist, kann infolge des Durchmessers M gleich oder kleiner als 12 mm, der Zwei-Flächen-Breite Q gleich oder kleiner als 16 mm und des Durchmessers Z gleich oder größer als 7 mm hergestellt werden, und ein Winkel zwischen den Ventilen 10c kann infolge der Einpasslänge R enger gemacht werden, die gleich oder kleiner als 25 mm ist.
Die Kerze 1 ist ferner durch einen bestimmten Aufbau der Länge K und der Schnittfläche S3 gekennzeichnet, die in einer Beziehung von 2 mm ≤ S3 ≤ (K – 9,2 mm)/1,4 festgelegt sind. Dementsprechend kann die Kerze 1 zuverlässig eine höhere Zündleistung und einen Widerstand gegen Oxidation und Erosion des Endstückabschnitts 5a der Masseelektrode 5 vorweisen.
Die Kerze 1 ist ferner durch einen bestimmten Aufbau der Ummantelungslänge J gekennzeichnet, die auf einen Bereich von J ≥ 1 mm festgelegt ist. Dementsprechend kann die Kerze 1 zuverlässig einen Widerstand gegen Oxidation und Erosion des Endstückabschnitts 5a der Masseelektrode 5 vorweisen.
Die Kerze 1 ist ferner durch einen bestimmten Aufbau der Längen J und H gekennzeichnet, die bei einer Beziehung von H – J ≥ 2 mm festgelegt sind. Dementsprechend kann die Kerze 1 zuverlässig eine hohe Zündleistung vorweisen.
Die Kerze 1 ist ferner durch einen bestimmten Aufbau des Masseelektrodenspitzenabschnitts 5a gekennzeichnet, der von der der Mittelelektrode 7 zugewandten Masseelektrode 5 in Richtung des Endstückabschnitts 7a der Mittelelektrode 7 vorragt. Dementsprechend können Flammenkerne an dem Endstückabschnitt 5a zuverlässig wachsen und die Kerze 1 kann zuverlässig eine hohe Zündleistung vorweisen.
Die Kerze 1 ist ferner durch einen bestimmten Aufbau gekennzeichnet, etwa durch die Vorraglänge U, die in einem Bereich von 0,3 mm ≤ U ≤ 1,5 mm festgelegt ist, und durch die Schnittfläche S2, die in einem Bereich von 0,07 mm² ≤ S2 ≤ 0,95 mm² festgelegt ist. Dementsprechend kann die Kerze 1 infolge von 0,3 mm ≤ U und S2 ≤ 0,95 mm² zuverlässig eine hohe Zündleistung vorweisen. Ferner kann die Kerze 1 zuverlässig einen Widerstand gegen Schmelzen des Endstückabschnitts 5a infolge von 0,07 mm² ≤ S2 und U ≤ 1,5 mm vorweisen.
Dieses Ausführungsbeispiel sollte nicht als die vorliegende Erfindung auf den Aufbau dieses Ausführungsbeispiels beschränkend betrachtet werden und die Struktur dieser Erfindung kann mit der Struktur kombiniert werden, die auf dem Stand der Technik basiert.
Eine Zündkerze, die in einen Zylinderkopf gepasst ist, hat eine Mittelelektrode mit einem Edelmetall-Endstückabschnitt, der eine Schnittfläche S1 zwischen 0,07 mm² und 0,95 mm² hat und dessen Schmelzpunkt bei 2000 °C oder darüber liegt, und sie hat eine Masseelektrode mit einem Edelmetall-Endstückabschnitt mit einer Schnittfläche S2, dessen Schmelzpunkt bei 1700 °C oder höher liegt. Die Kerze hat eine Länge H in einem Bereich von 6,5 mm und 10 mm zwischen dem Kopf und dem Endstückabschnitt der Mittelelektrode, eine Länge G im Bereich von 1,1 mm und 2,0 mm zwischen den Endstückabschnitten, eine Länge J zwischen dem Kopf und dem Gehäuse, und eine Länge F, die J ≤ F ≤ H – 1,0 mm erfüllt, zwischen dem Kopf und einem Isolator, und einen Sackspalt P zwischen dem Gehäuse und dem Isolator, der P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) erfüllt.

Claims

Zündkerze mit: einer Mittelelektrode; einem Isolator, der an einer Außenumfangsfläche der Mittelelektrode angeordnet ist, wobei der Isolator einen Endabschnitt hat, der von einer Endfläche eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine in eine Verbrennungskammer der Kraftmaschine vorsteht, die der Endfläche des Zylinderkopfs zugewandt ist; einem metallenen Gehäuse, das an einer Außenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist und an dem Zylinderkopf befestigt ist, wobei das Gehäuse einen Endabschnitt hat, der der Verbrennungskammer zugewandt ist, wobei zwischen dem Isolator und dem Gehäuse eine Sackbohrung derart ausgebildet ist, dass sie der Verbrennungskammer zugewandt ist; einer Masseelektrode, die an dem Gehäuse angebracht ist; einem Endstückabschnitt, der an der Mittelelektrode so angeordnet ist, dass er in der Verbrennungskammer platziert ist; und einem weiteren Endstückabschnitt, der an der Masseelektrode so angeordnet ist, dass er zwischen den Endstückabschnitten einen Funkenentladungsspalt ausbildet, wobei die Funkenpositionslänge H zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endstückabschnitt der Mittelelektrode auf innerhalb eines Bereichs von 6,5 mm bis 10 mm festgelegt ist, eine Funkenentladungsspaltlänge G zwischen den Endstückabschnitten auf innerhalb eines Bereichs von 1,1 mm bis 2,0 mm festgelegt ist, eine Gehäusepositionslänge J zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und der Endfläche des Gehäuses, die Funkenpositionslänge H und eine Isolatorpositionslänge F zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endabschnitt des Isolators so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von J ≤ F ≤ H – 1,0 mm erfüllen, eine Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts der Mittelelektrode an einer zu einer Mittelachse der Mittelelektrode senkrecht verlaufenden Ebene auf innerhalb eines Bereichs von 0,07 mm² bis 0,95 mm² festgelegt ist, der Endstückabschnitt der Mittelelektrode aus einem ersten Edelmetall gefertigt ist, dessen Schmelzpunkt bei oder über 2000 °C liegt, oder aus einer das erste Edelmetall enthaltenden ersten Legierung gefertigt ist, der Endstückabschnitt der Masseelektrode aus einem zweiten Edelmetall gefertigt ist, dessen Schmelzpunkt bei oder über 1700 °C liegt, oder aus einer das zweite Edelmetall enthaltenden zweiten Legierung gefertigt ist, und die Funkenentladungsspaltlänge G, die Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts der Mittelelektrode, eine Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts der Masseelektrode an einer zu einer Mittelachse des Masseelektrodenbauteils senkrecht verlaufenden Ebene und ein Sackspalt P der Sackbohrung, der eine Hälfte einer Differenz zwischen einem Innendurchmesser des Endabschnitts des Gehäuses und einem Außendurchmesser des Endabschnitts des Isolators bezeichnet, so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) erfüllen, wobei die Flächen S1 und S2 in mm² ausgedrückt sind, während die Länge G und der Spalt P in mm ausgedrückt sind.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei die Funkenentladungsspaltlänge G auf innerhalb eines Bereichs von 1,3 mm bis 2,0 mm festgelegt ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Endabschnitt des Isolators eine Dicke T hat, die auf innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm bis 1,0 mm festgelegt ist, die Mittelelektrode einen Durchmesser D3 hat, der auf innerhalb eines Bereichs von 1,9 mm bis 2,8 mm festgelegt ist, die Sackbohrung an einer Kontaktlinie geschlossen ist, an der das Gehäuse und der Isolator aneinander angebracht sind, und eine Schenkellänge L zwischen der Kontaktlinie und dem Endabschnitt des Isolators auf innerhalb eines Bereichs von 10 mm bis 19 mm festgelegt ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, ferner mit: einem Dichtungsring, der an einer zweiten Endfläche des Zylinderkopfs an einer der Verbrennungskammer entgegengesetzten Seite angebracht ist, wobei das Gehäuse ein Außengewinde hat, das in einem Innengewinde des Zylinderkopfs sitzt, wobei das Außengewinde des Gehäuses einen Durchmesser M hat, der auf innerhalb eines Bereichs von 8 mm bis 12 mm festgelegt ist, wobei eine Einpasslänge R zwischen einer Endfläche des dem Zylinderkopf zugewandten Dichtungsrings und einem Ende des Außengewindes des der Verbrennungskammer zugewandten Zylinderkopfs auf gleich oder kleiner als 25 mm festgelegt ist, wobei der Isolator einen Kopfabschnitt hat, der von dem Zylinderkopf an der der Verbrennungskammer entgegengesetzten Seite vorragt, wobei ein Durchmesser des Kopfabschnitts auf gleich oder größer als 7 mm festgelegt ist, wobei das Gehäuse einen Werkzeugansetzabschnitt mit zumindest zwei Flächen an der der Verbrennungskammer entgegengesetzten Seite des Zylinderkopfs so hat, dass ein Befestigungswerkzeug an die beiden Flächen des Werkzeugpassabschnitts angesetzt wird, um das Gehäuse an dem Zylinderkopf zu befestigen, und wobei eine Breite zwischen den beiden Flächen des Werkzeugpassabschnitts auf gleich oder kleiner als 16 mm festgelegt ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei eine Masseelektrodenpositionslänge zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und einer Endfläche der Masseelektrode an einer der Mittelelektrode gegenüberliegenden Seite durch K in mm ausgedrückt ist, eine Schnittfläche der Masseelektrode an einer zu einer Erstreckungsrichtung der Masseelektrode senkrecht verlaufenden Ebene durch S3 in mm² ausgedrückt ist, und die Länge K und die Fläche S3 so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von 2 mm ≤ S3 ≤ (K – 9,2 mm)/1,4 erfüllen.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei das Gehäuse eine Ummantelung hat, die um 1 mm oder mehr von der Endfläche des Zylinderkopfs in die Verbrennungskammer vorragt.
Zündkerze gemäß Anspruch 6, wobei die Länge J der Ummantelung und die Funkenpositionslänge H in mm ausgedrückt werden und so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von 1 mm ≤ J ≤ H – 2 mm erfüllen.
Zündkerze gemäß Anspruch 6, wobei die Länge J der Ummantelung und die Funkenpositionslänge H in mm ausgedrückt werden und so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von 2,5 mm ≤ J ≤ H – 2 mm erfüllen.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Endstückabschnitt der Masseelektrode von einer der Mittelelektrode zugewandten Fläche der Masseelektrode in Richtung der Mittelelektrodenspitze vorragt.
Zündkerze gemäß Anspruch 9, wobei eine Vorraglänge des Endstückabschnitts der Masseelektrode auf innerhalb eines Bereichs von 0,3 mm bis 1,5 mm festgelegt ist und die Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts der Masseelektrode auf innerhalb eines Bereichs von 0,07 mm² bis 0,95 mm² festgelegt ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Endstückabschnitt der Mittelelektrode aus einer 50 oder mehr Gewichtsprozent Iridium enthaltenden Iridiumlegierung gefertigt ist und der Endstückabschnitt der Masseelektrode aus einer 50 oder mehr Gewichtsprozent Platin enthaltenden Platinlegierung gefertigt ist.
Zündkerze mit: einer Mittelelektrode; einem Isolator, der an einer Außenumfangsfläche der Mittelelektrode angeordnet ist, wobei der Isolator einen Endabschnitt hat, der von einer Endfläche eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine in eine Verbrennungskammer der Kraftmaschine vorsteht, die der Endfläche des Zylinderkopfs zugewandt ist; einem metallenen Gehäuse, das an einer Außenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist und an dem Zylinderkopf befestigt ist, wobei das Gehäuse einen Endabschnitt hat, der der Verbrennungskammer zugewandt ist; einer Masseelektrode, die an dem Gehäuse angebracht ist; einem Endstückabschnitt, der an der Mittelelektrode so angeordnet ist, dass er in der Verbrennungskammer platziert ist; und einem weiteren Endstückabschnitt, der an der Masseelektrode so angeordnet ist, dass zwischen den Endstückabschnitten ein Funkenentladungsspalt ausgebildet ist, wobei eine Funkenpositionslänge H zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endstückabschnitt der Mittelelektrode so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 6,5 mm ist, eine Funkenentladungsspaltlänge G zwischen den Endstückabschnitten so festgelegt ist, dass sie gleich oder größer als 1,1 mm ist, wobei eine Gehäusepositionslänge J zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endabschnitt des Gehäuses, die Funkenpositionslänge H und eine Isolatorpositionslänge F zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endabschnitt des Isolators so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von J ≤ F ≤ H – 1,0 mm erfüllen, und eine Schnittfläche des Endstückabschnitts der Mittelelektrode an einer zu einer Mittelachse der Mittelelektrode senkrecht verlaufenden Ebene so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 0,95 mm² ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 12, wobei eine Schnittfläche des Endstückabschnitts der Masseelektrode an einer zu der Mittelachse der Masseelektrode senkrecht verlaufenden Ebene so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 0,95 mm², und eine Vorraglänge des Endstückabschnitts der Masseelektrode so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 0,3 mm ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 12, wobei das Gehäuse eine Ummantelung hat, das von der Endfläche des Zylinderkopfs in die Verbrennungskammer vorragt, wobei eine Vorraglänge J des Abdeckblechs und die Funkenpositionslänge H so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von J ≤ H – 2 mm erfüllen.
Zündkerze mit: einer Mittelelektrode; einem Isolator, der an einer Außenumfangsfläche der Mittelelektrode angeordnet ist, wobei der Isolator einen Endabschnitt hat, der von einer Endfläche eines Zylinderkopfs einer Brennkraftmaschine in eine Verbrennungskammer der Kraftmaschine vorsteht, die der Endfläche des Zylinderkopfs zugewandt ist; einem metallenen Gehäuse, das an einer Außenumfangsfläche des Isolators angeordnet ist und an dem Zylinderkopf befestigt ist, wobei das Gehäuse einen Endabschnitt hat, der der Verbrennungskammer zugewandt ist, wobei zwischen dem Isolator und dem Gehäuse eine Sackbohrung derart ausgebildet ist, dass sie der Verbrennungskammer zugewandt ist; einer Masseelektrode, die an dem Gehäuse angebracht ist; einem Endstückabschnitt, der an der Mittelelektrode so angeordnet ist, dass er in der Verbrennungskammer platziert ist; und einem weiteren Endstückabschnitt, der an der Masseelektrode so angeordnet ist, dass zwischen den Endstückabschnitten einen Funkenentladungsspalt ausgebildet ist, wobei eine Funkenentladungsspaltlänge G zwischen den Endstückabschnitten so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 2,0 mm ist, eine Schnittfläche S1 des Endstückabschnitts der Mittelelektrode an einer zu einer Mittelachse der Mittelelektrode senkrecht verlaufenden Ebene so festgelegt ist, dass sie gleich oder größer als 0,07 mm² ist, und die Länge G, die Flächen S1 und S2 und ein Sackspalt P der Sackbohrung, der eine Hälfte der Differenz zwischen einem Innendurchmesser des Endabschnitts des Gehäuses und einem Außendurchmesser des Endabschnitts des Isolators bezeichnet, so festgelegt sind, dass sie eine Beziehung von P ≥ 1,1 × (G + 0,0345 × S1^–1,2418 + 0,0327 × S2^–1,2418) erfüllen, wobei die Flächen S1 und S2 in mm² ausgedrückt werden, während die Länge G und der Spalt P in mm ausgedrückt werden.
Zündkerze gemäß Anspruch 15, wobei eine Schnittfläche S2 des Endstückabschnitts der Masseelektrode an einer zu einer Mittelachse der Masseelektrode senkrecht verlaufenden Ebene so festgelegt ist, dass sie gleich oder größer als 0,07 mm² ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 15, wobei eine Funkenpositionslänge zwischen der Endfläche des Zylinderkopfs und dem Endstückabschnitt der Mittelelektrode so festgelegt ist, dass sie gleich oder kleiner als 10 mm ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 15, wobei der Endstückabschnitt der Mittelelektrode aus einem ersten Edelmetall gefertigt ist, dessen Schmelzpunkt bei oder über 2000 °C liegt, oder aus einer das erste Edelmetall enthaltenden ersten Legierung gefertigt ist, und der Endstückabschnitt der Masseelektrode aus einem zweiten Edelmetall gefertigt ist, dessen Schmelzpunkt bei oder über 1700 °C liegt, oder aus einer das zweite Edelmetall enthaltenden zweiten Legierung gefertigt ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 15, wobei das Gehäuse ein Außengewinde hat, das in einem Innengewinde des Zylinderkopfs sitzt, und wobei das Außengewinde des Gehäuses einen Durchmesser hat, der so festgelegt ist, dass er gleich oder größer als 8 mm ist.