DE102007000520A1

DE102007000520A1 - Zündkerze mit einem Strömungsformer zum Formen eines Rollwirbel zu einer gewünschten Strömung in einer Brennkammer

Info

Publication number: DE102007000520A1
Application number: DE102007000520A
Authority: DE
Inventors: Ken Kariya Hanashi; Takayuki Nishio Takeuchi
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-17
Publication date: 2008-05-08
Anticipated expiration: 2027-10-18
Also published as: FR2919965B1; US20080092839A1; DE102007000520B4; JP4762110B2; FR2919965A1; JP2008108479A; US7768184B2

Abstract

Eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine wird bereitgestellt, die eine hohle zylindrische Metallhülse mit einem zu einer Brennkammer der Maschine freiliegenden offenen Endabschnitt, eine mit der Metallhülse verbundene Masseelektrode und eine Mittelelektrode aufweist, die in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um einen Zündspalt zwischen sich und der Masseelektrode festzulegen. Die Zündkerze weist zudem einen Strömungsformer auf, der an einem Außenumfang des offenen Endabschnitts der Metallhülse geometrisch ausgebildet ist, um Rollwirbel eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zu Wirbelströmungen zu formen, die zu einem Mittelabschnitt der Brennkammer hin ausgerichtet sind. Das stellt die Stabilität einer Ausrichtung der Rollwirbel sicher, um eine Funkenbewegung zu steuern, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer verbessert wird.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die folgende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen, wie z. B. Automobilbenzinmaschinen, und genauer gesagt auf einen verbesserten Aufbau einer derartigen Zündkerze, die mit einem Strömungsformer ausgerüstet ist, der dazu dient, Rollwirbel zu Strömungen zu formen, die sich im Inneren einer Brennkammer der Maschine ausrichten, um die Zündfähigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu verbessern.
Es wurden verschiedene Arten von Zündkerzen vorgeschlagen, die so gestaltet sind, dass sie verbesserte Aufbauten und Materialien einer Mittelelektrode und/oder einer Masseelektrode zum Verbessern der Zündfähigkeit eines Luft- Kraftstoff-Gemisches innerhalb einer Brennkammer der Maschine aufweisen. Beispielsweise zeigt JP-Nr. 2005-63705 einen geometrischen Aufbau und ein Material der Mittelelektrode der Zündkerze zum Verbessern deren Wärmebeständigkeit und Verschleißfestigkeit.
In typischen Brennkraftmaschinen werden Strömungen eines Luft-Kraftstoff-Gemisches, das durch Teile der Zündkerze, wie z. B. die Mittelelektrode und die Masseelektrode strömt, die zu einer Brennkammer der Maschine hin freiliegen, üblicherweise durch Rollwirbel des Luft-Kraftstoff-Gemisches gestört, was zu der Instabilität beim Erzeugen einer Abfolge von Funken zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode führt. In den letzten Jahren traten Brennkraftmaschinen auf, in denen die Gestaltung von Einlassanschlüssen oder Kolbenköpfen verändert worden ist, um die Leistungsausgabe von der Maschine zu verbessern, so dass die Geschwindigkeit von Strömungen des Luft-Kraftstoff-Gemisches erhöht ist, was eine verstärkte Verteilung der Rollwirbel ergibt. Dies führt zu einer Instabilität der Größe oder der Orientierung der Funken. Die Flamme des Gemisches, wie sie in der Brennkammer erzeugt wird, kann abhängig von der Orientierung einer Funkenbewegung ungewünschterweise gekühlt oder zerstreut werden, was eine unerwünschte Form der Flamme ergibt, was wiederum zu einer dürftigen Zündung des Gemisches beiträgt. Der Aufbau der Zündkerze, wie er in der vorhergehend genannten Veröffentlichung gezeigt ist, hat dasselbe Problem, wie es vorhergehend beschrieben worden ist.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen, wie z. B. Automobilbenzinmotoren, bereitzustellen, die gestaltet ist, um Rollwirbel eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu Strömungen zu formen, die sich zu einem mittleren Abschnitt einer Brennkammer der Maschine ausrichten, wodurch die Stabilität einer Funkenbewegung sichergestellt wird, um die Zündfähigkeit des Gemisches zu verbessern.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Zündkerze bereitgestellt, die in Automobilbenzinmotoren eingesetzt werden kann. Die Zündkerze hat: (a) ein hohles zylindrisches Metallgehäuse, das einen offenen oberen Endabschnitt aufweist, der zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine freiliegt; (b) eine Masseelektrode, die mit dem Metallgehäuse verbunden ist; (c) eine Mittelelektrode, die in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um einen Funkenspalt zwischen dieser und der Masseelektrode festzulegen; (d) eine Porzellanisolierung, die in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um zwischen dem Metallgehäuse und der Mittelelektrode elektrisch zu isolieren; und (e) einen Strömungsformer, der geometrisch an einem Außenumfang des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses ausgebildet ist, um Rollwirbel eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu Wirbelströmungen zu formen, die sich zu einem Mittelabschnitt der Brennkammer hin ausrichten. Dies stellt die Stabilität einer Orientierung der Rollwirbel sicher, um eine Funkenbewegung zu steuern, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer verbessert wird. Der Strömungsformer ist bei Zündfähigkeitszuständen mit wenig Kraftstoff nützlich, wie z. B. einem mageren Verbrennen.
Bei der bevorzugten Form der Erfindung hat die Porzellanisolierung eine Nase, die von einer oberen Fläche des oberen Endabschnitts der Metallhülse vorsteht. Die Wirbelströmungen, die durch den Strömungsformer erzeugt werden, treten um einen Außenumfang der Nase der Porzellanisolierung, wodurch das Formen der Wirbelströmungen verbessert wird.
Der Strömungsformer kann durch einen Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses festgelegt sein. Der Abschnitt setzt sich zu einer oberen Fläche des oberen Endabschnitts fort und ist zu einer Längsmittellinie des Metallgehäuses hin abgeschrägt, so dass ein Außendurchmesser des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses zu der oberen Fläche des oberen Endabschnittes hin abnimmt. Insbesondere dient die Schrägstellung der oberen Fläche dazu, die Orientierung der Wirbelströmungen zu verbessern.
Der Winkel θ, den eine Linientangente des abgeschrägten Abschnitts des Außenumfangs des Metallgehäuses an einem Schnittpunkt mit der oberen Fläche des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses zu einer Ebene einnimmt, die festgelegt so ist, dass sie sich über die obere Fläche des oberen Endabschnitts erstreckt, ist ausgewählt, um in einem Bereich von 10° bis 60° zu liegen. Das verbessert die Orientierung der Wirbelströmungen.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses kann so geformt sein, dass die Linientangente zu dem abgeschrägten Abschnitt durch den Funkenspalt hindurchtritt, wodurch eine Funkenbewegung optimiert wird, um die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemisches in der Brennkammer zu verbessern.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des oberen Endabschnitts, der den Strömungsformer festlegt, kann eine Breite W2 in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Längsmittellinie des Metallgehäuses haben, die 0,5 mm oder mehr beträgt. Ein Verhältnis der Breite W2 zu einer Breite W1 der oberen Fläche des oberen Endabschnitts in der seitlichen Richtung (W2/W1) befindet sich in einem Bereich von 0,5 bis 1,0. Das stellt die Größe des abgeschrägten Abschnitts sicher, die groß genug ist, um die Wirbelströmungen zu dem mittleren Abschnitt der Brennkammer hin auszurichten.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, kann alternativ wenigstens teilweise eine konische Fläche an diesem ausgebildet aufweisen, entlang der der Außendurchmesser des oberen Endabschnitts zu der oberen Fläche hin abnimmt.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, kann zudem wenigstens eine abgestufte Absatzfläche an diesem ausgebildet aufweisen, so dass der Außendurchmesser des oberen Endabschnitts stufenweise zu der oberen Fläche hin abnimmt.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, kann auch eine gekrümmte Fläche aufweisen.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, kann alternativ eine Fläche aufweisen, die so gekrümmt ist, dass ein Grad, mit dem der Innendurchmesser des oberen Endabschnitts zu der oberen Fläche des oberen Endabschnitts hin abnimmt, zu der oberen Fläche hin abnimmt wird.
Der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, kann alternativ eine Fläche aufweisen, die so gekrümmt ist, dass ein Grad, mit dem der Innendurchmesser des oberen Endabschnitts zu der oberen Fläche des oberen Endabschnitts hin abnimmt, zu der oberen Fläche hin abnimmt.
Der Strömungsformer kann so ausgebildet sein, dass er 50% oder mehr des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses in Anspruch nimmt.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung ist aus der nachfolgend gegebenen ausführlichen Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung besser verständlich, die jedoch nicht als die Erfindung auf die speziellen Ausführungsbeispiele beschränkend angesehen werden sollen, sondern nur dem Zweck der Erklärung und des Verständnisses dienen.
In den Zeichnungen:
1 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen oberen Abschnitt einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung darstellt;
2 ist eine schematische Ansicht, die einen Betrieb eines Strömungsformers darstellt, der an der Zündkerze von 1 innerhalb einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine vorgesehen ist;
3 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine erste Abwandlung der Zündkerze von 1 darstellt;
4 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine zweite Abwandlung der Zündkerze von 1 darstellt;
5 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine dritte Abwandlung der Zündkerze von 1 darstellt;
6 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine vierte Abwandlung der Zündkerze von 1 darstellt;
7 ist eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine fünfte Abwandlung der Zündkerzen von 1 bis 6 darstellt; und
8 ist eine teilweise geschnittene Ansicht, die die Zündkerze von 1 zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Mit Bezug auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten beziehen, insbesondere mit Bezug auf 8, ist eine Zündkerze 100 gezeigt, die in Brennkraftbenzinmaschinen für Automobilfahrzeuge verwendet werden kann.
Die Zündkerze 100 weist ein zylindrisches Metallgehäuse oder -hülse 1, eine Porzellanisolierung 2, eine Mittelelektrode 3 und eine Masseelektrode 4 auf.
Die Metallhülse 1 ist aus einem hohlen Metallzylinder gemacht und weist ein daran geschnittenes Gewinde 1a zum Montieren der Zündkerze 100 in einem Maschinenblock (nicht gezeigt) auf.
Die Porzellanisolierung 2, die aus einem elektrisch isolierenden Material wie z. B. Aluminium hergestellt ist, wird koaxial in der Metallhülse 1 gehalten. Die Metallhülse 1 hat einen oberen ringförmigen Ansatz 1b, der nach innen gekrümmt ist, um die Porzellanisolierung 2 fest darin zu halten. Die Mittelelektrode 3, auf die eine hohe Spannung aufgebracht wird, ist in ein mittleres Durchgangsloch 2a der Porzellanisolierung 2 eingepasst. Anders gesagt ist die Mittelelektrode 3 in der Metallhülse 1 angeordnet. Die Porzellanisolierung 2 ist zwischen der Metallhülse 1 und der Mittelelektrode 3 platziert.
Die Mittelelektrode 3 ist aus einem wärmeresistenten Basismaterial, wie z. B. einer Nickellegierung hergestellt, und hat eine Spitze 3a, die sich von einer oberen Fläche 2b der Porzellanisolierung 2 nach außen erstreckt. Die Masseelektrode 4 hat eine L-Form und erstreckt sich von einem oberen Ende 11 der Metallhülse 1 so, dass sie der Mittelelektrode 3a gegenüberliegt. Die Masseelektrode 4 ist wie die Mittelelektrode 3 aus einem wärmebeständigen Basismaterial hergestellt, wie z. B. einer Nickellegierung.
Die Mittelelektrode 3 weist ein Edelmetallstück 5 auf, das an die Spitze 3a geschweißt ist. In ähnlicher Weise hat die Masseelektrode 4 ein Edelmetallstück 6, das an deren Innenfläche geschweißt ist, um einen Zündspalt 7 zwischen den Edelmetallstücken 5 und 6 festzulegen. In Verwendung wird die Mittelelektrode 3 gewöhnlicherweise mit einem höheren Potential als die Masseelektrode 4 ausgewählt, in manchen Fällen aber mit einem niedrigeren Potential als die Masseelektrode 4. In jedem Fall sind die Mittelelektrode 3 und die Masseelektrode 4 so ausgewählt, dass sie eine gegebene Potentialdifferenz zwischen sich aufweisen.
Die Mittelelektrode ist an einem oberen Ende elektrisch mit einem Mittelschaft 8 und einem Anschluss 9 verbunden. Bei Verwendung der Zündkerze 100 ist der Anschluss 9 mit einem externen Hochspannungszufuhrkreislauf zu verbinden. Eine Dichtung 10 ist an einem Außenumfang des Gehäuses 1 über dem Gewinde 1a angebracht, wie es in der Zeichnung dargestellt ist.
1 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen oberen Abschnitt der Zündkerze 100 darstellt. Die Zündkerze 100 ist vorzugsweise so gestaltet, dass die obere Fläche 2b der Porzellanisolierung 2 innerhalb einer Brennkammer 20 eines Zylinders der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) von einer ringförmigen oberen Fläche 111 des oberen Endes 11 der Metallhülse 1 nach außen vorsteht, wenn die Zündkerze 100 in der Maschine eingebaut ist.
Die Metallhülse 1 ist mit einem Strömungsformer versehen, der an dem oberen Ende 11 ausgebildet ist. Genauer gesagt hat das obere Ende der Metallhülse 1 eine ringförmige konische Fläche 112, die an dessen Außenumfangswand als der Strömungsformer ausgebildet ist. Die konische Fläche 112 erstreckt sich über den Gesamtumfang des oberen Endes 11 der Metallhülse 1, so dass die Metallhülse 1 einen Außendurchmesser D aufweist, der zu der oberen Fläche 111 des oberen Endes 11 hin abnimmt. Anders gesagt ist die Fläche 112 gestaltet, dass sie sich zu dem oberen Ende 11 hin so verjüngt, dass sie einen Winkel θ aufweist, den eine Linie Y, die sich entlang d. h. tangential zu der konischen Fläche 112 erstreckt, an einem Schnittpunkt zwischen der konischen Fläche 12 und der oberen Fläche 111 des oberen Endes 11 zu einer Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche 111 erstreckt, und der in einem Bereich von 10° bis 60° liegt. Die Breite W2 eines Abschnitts des oberen Endes 11, der die konische Fläche 112 festlegt, d. h. der Abstand zwischen einem Außenrand und einem Innenrand der konischen Fläche 112 in einer seitlichen Richtung senkrecht zu der Länge der Zündkerze 100 beträgt 0,5 mm oder mehr. Ein Verhältnis der Breite W2 zu der Breite W1 des oberen Endes 11, anders gesagt eine Wandstärke der oberen Fläche 111 (d.h. W2/W1), befindet sich in einem Bereich von 0,5 bis 1,0.
Nachfolgend ist der Betrieb der Zündkerze 100 mit Bezug auf 2 beschrieben.
Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 26 ergibt gewöhnlicherweise ein Ausbilden von Rollwirbeln 21 des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Brennkammer 20, wie es durch schwarze Pfeile in der Zeichnung angedeutet ist. Die konische Fläche 112 des Endabschnitts 11 der Metallhülse 1 dient als der Strömungsformer, um die Rollwirbel 21 zu zwei Wirbelströmungen zu formen: Gemischströmungen 21a, die an einem stromaufwärtigen Abschnitt (d. h. einem linken Abschnitt aus Sicht der Zeichnung) der konischen Fläche 112 reflektiert und zu dem Zündspalt 7 ausgerichtet werden, und Gemischströmungen 21b, die Überbleibsel der Rollwirbel 21 sind und die, wie es klar in der Zeichnung dargestellt ist, um den Umfang der Porzellanisolierung 2 strömen. Insbesondere setzen sich die Gemischströmungen 21b entlang Pfaden fort, die sich von dem stromaufwärtigen Abschnitt zu einem stromabwärtigen Abschnitt der konischen Fläche 112 um den Umfang der Porzellanisolierung 2 erstrecken, und werden dann gesammelt und zu der Mitte der Brennkammer 20 hin gleichmäßig gelenkt, wie es durch einen weißen Pfeil 22 angezeigt ist. Die Rollwirbel 21 sind, wie es aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, Turbulenzen des Luft/Kraftstoff-Gemisches, die in dem frühen Stadium des Verdichtungshubs oder der Aufwärtsbewegung des Kolbens 26 in der Brennkammer 20 erzeugt werden, sie strömen aufwärts, während sie aus Sicht der Zeichnung vertikal rotieren, und treten durch die Breite der Masseelektrode 4 hindurch. Die Rollwirbel 21 drehen sich innerhalb der Brennkammer 20 typischerweise unabhängig von der Stelle der Masseelektrode 4 in der Brennkammer 20, wie es durch die Pfeile 21 angedeutet wird. Die Mitte der Brennkammer 20, auf die hierin Bezug genommen wird, ist die Mitte eines Volumens in der Brennkammer 20 während der Aufwärtsbewegung oder dem Verdichtungshub des Kolbens 26.
Die konische Fläche 112, wie sie vorhergehend beschrieben ist, dient dazu, die Rollwirbel 21 in die zwei Gruppen umzuwandeln: die Gemischströmungen 21a, die zu dem Zündspalt 7 hin ausgerichtet sind, und die Gemischströmungen 21b, die zu der Mitte der Brennkammer 20 ausgerichtet sind, wodurch eine Bewegung von Funken 23, die zwischen dem Stück 5 der Mittelelektrode 3 und dem Stück 6 der Masseelektrode 4 abgegeben werden, stabil tief zu der Mitte der Brennkammer 20 hin geleitet oder gezwungen wird, d. h. in dieselbe Richtung wie die Gemischströmungen 21b.
Die stabile Bewegung des Funkens 23, der zu der Mitte der Brennkammer 20 ausgerichtet ist, stellt eine schnelle und stabile Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Brennkammer 20 sicher und verbessert eine Flammenbewegung, wie sie durch einen Pfeil 24 angedeutet ist, um eine Flammenkugel 24 auszubilden. Die konische Fläche 112 dient somit dazu, die Fähigkeit der Zündkerze 100 zu verbessern, das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Brennkammer 20 zu zünden, und ist insbesondere unter Zündfähigkeitsbedingungen mit wenig Kraftstoff, wie z. B. einem mageren Brennen, wirksam.
Der Winkel θ, den die zu der konischen Fläche 112 tangentiale Linie Y zu der Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche 111 erstreckt, wird, wie es vorhergehend beschrieben ist, ausgewählt, um zwischen 10° und 60° zu liegen, wobei es aber experimentell herausgefunden wurde, dass dieser Winkel bevorzugt so bestimmt sein soll, dass die Linie Y zwischen einer Linie J und einer Linie K liegt. Die Linie J ist eine Linie, die sich von einer Schnittstelle zwischen der konischen Fläche 112 und der oberen Fläche 111 zu einem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C (d.h. einer axialen Mittellinie) der Zündkerze 100 (d.h. der Metallhülse 1) und einer Ebene erstreckt, die sich an der oberen Endfläche 2b der Porzellanisolierung erstreckt (d.h. ein Schnittpunkt zwischen der oberen Endfläche 2b und einem oberen Abschnitt 3a der Mittelelektrode 3, die von der Porzellanisolierung 2 nach außen freiliegt). Die Linie K ist eine Linie, die sich von der Schnittstelle zwischen der konischen Fläche 112 und der oberen Fläche 111 zu einem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der oberen Endfläche 4a der Masseelektrode 4 erstreckt. Es wurde experimentell befunden, dass der Winkel θ des Weiteren vorzugsweise so bestimmt sein soll, dass die Linie Y durch den Zündspalt 7 tritt. Es wurde experimentell herausgefunden, dass, wenn der Winkel θ weniger als 10° oder mehr als 60° ist, die vorhergehend beschriebenen Vorteile der Zündkerze 100 gering sind.
3 bis 6 stellen Abwandlungen der Zündkerze 100 dar.
In 3 besteht die konische Fläche 112 des oberen Endes 11 der Metallhülse 1 aus zwei ringförmigen Flächen 112a und 112b, die sich hinsichtlich einer Schrägstellung zu der Länge (d.h. der Längsmittellinie C) der Metallhülse 1 voneinander unterscheiden. Die Schrägstellung einer inneren der ringförmigen Flächen 112a und 112b (d.h. der inneren Fläche 112b) zu der Längsmittellinie C ist vorzugsweise geringer als die einer äußeren der ringförmigen Flächen 112a und 112b (d.h. der ringförmigen Fläche 112a).
Jede der ringförmigen abgeschrägten Flächen 112a und 112b erstrecken sich über den Gesamtumfang des oberen Endes 11 der Metallhülse 1. Wie in dem ersten Ausführungsbeispiel weist die konische Fläche 112 den Außendurchmesser D auf, der von einem äußeren Rand der abgeschrägten Fläche 112a zu einem inneren Rand der abgeschrägten Fläche 112b abnimmt.
Der Winkel θ, den die zu einer inneren der abgeschrägten Flächen 112a und 112b (d.h. der abgeschrägten Fläche 112b) tangentiale Linie Y an einem Schnittpunkt zwischen der inneren und der oberen Fläche 111 des oberen Endes 11 zu der Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche 111 erstreckt, ist ausgewählt, um zwischen 10° bis 60° zu liegen, und ist vorzugsweise so ausgewählt, dass die Linie Y zwischen der Linie J und der Linie K liegt. Die Linie J ist eine Linie, die sich von einer Schnittstelle zwischen der abgeschrägten Fläche 112b und der oberen Fläche 111 zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der Ebene erstreckt, die sich an der oberen Endfläche 2b der Porzellanisolierung 2 erstreckt. Die Linie K ist eine Linie, die sich von der Schnittstelle zwischen der abgeschrägten Fläche 112b und der oberen Fläche 111 zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der oberen Endfläche 4a der Masseelektrode 4 erstreckt. Es wurde zudem experimentell herausgefunden, dass der Winkel θ des Weiteren vorzugsweise so ausgewählt sein soll, dass die Linie Y durch den Zündspalt 7 tritt. Es wurde experimentell herausgefunden, dass, wenn der Winkel θ weniger als 10° oder mehr als 60° ist, die vorhergehend beschriebenen Vorteile der Zündkerze 100 gering sind. Die konische Fläche 112 kann zudem aus drei oder mehreren ringförmigen abgeschrägten Flächen bestehen, die sich in einer Schrägstellung zu der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 voneinander unterscheiden. Die abgeschrägten Flächen 112a und 112b sind vorzugsweise geformt, um die Schrägstellungen aufzuweisen, die von einer Außenseite zu einer Innenseite der Metallhülse 1 abnehmen. Anders gesagt ist die sich verjüngende Fläche 112 vorzugsweise als ein Ganzes geformt, um einen Krümmungsradius zu der Mitte aufzuweisen, wie er außerhalb der Metallhülse 1 festgelegt ist.
Andere Anordnungen sind im Aufbau identisch mit denen von 1, und deren ausführliche Erklärung wird hier unterlassen.
In 4 weist das obere Ende 11 der Metallhülse 1 eine Vielzahl von horizontalen ringförmigen Absatzflächen 113 auf, die stufenweise an deren Außenumfangswand als der Strömungsformer ausgebildet sind. Jede der ringförmigen Absatzflächen 113 erstreckt sich über den Gesamtumfang des oberen Endes 11 der Metallhülse 1 im Wesentlichen in rechten Winkeln zu der Längsmittellinie C. Der Außendurchmesser D der Metallhülse 1 nimmt stufenweise von einem äußeren Rand einer äußersten der Absatzflächen 113 zu einem inneren Rand einer innersten der Absatzflächen 113 ab.
Der Winkel θ, den die zu den Absatzflächen 113 tangentiale Linie Y, d.h. die sich durch äußere Ecken der Absatzflächen 113 erstreckt, zu der Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche 111 erstreckt, ist ausgewählt, um zwischen 10° bis 60° zu liegen, und ist vorzugsweise so ausgewählt, dass die Linie Y zwischen der Linie J und der Linie K liegt. Die Linie J ist eine Linie, die sich von einem äußeren Rand der oberen Fläche 111 zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der Ebene erstreckt, die sich an der oberen Endfläche 2b der Porzellanisolierung 2 erstreckt. Die Linie K ist eine Linie, die sich von dem äußeren Rand der oberen Fläche 111 zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der oberen Endfläche 4a der Masseelektrode 4 erstreckt. Es wurde zudem experimentell herausgefunden, dass der Winkel θ des Weiteren vorzugsweise so ausgewählt sein soll, dass die Linie Y durch den Zündspalt 7 tritt. Es wurde experimentell herausgefunden, dass, wenn der Winkel θ weniger als 10° oder mehr als 60° ist, die vorhergehend beschriebenen Vorteile der Zündkerze 100 gering sind.
Das obere Ende 11 der Metallhülse 1 kann alternativ so geformt sein, dass sie eine einzige ringförmige Absatzfläche als den Strömungsformer aufweist.
Jede der ringförmigen Absatzflächen 113 kann mit einem Winkel zu der Längsmittellinie C abgeschrägt sein, der anders als 90° ist.
In 5 weist das obere Ende 11 der Metallhülse 1 eine ringförmige gekrümmte Fläche 114 auf, die an dessen Außenumfangswand als der Strömungsformer ausgebildet ist. Die gekrümmte Fläche 114 erstreckt sich über den Gesamtumfang des oberen Endes 11 der Metallhülse 1 und ist gestaltet, um einen Bogen in einem Längsquerschnitt der Metallhülse 1 aufzuweisen, der einen Radius R hat, welcher an einem Punkt zentriert ist, der außerhalb der Metallhülse 1 festgelegt ist. Die gekrümmte Fläche 114 ist eben, wodurch die Steuerung und Formgebung der Rollwirbel 21 verbessert wird.
Die Mitte des Radius R kann so festgelegt sein, dass die gekrümmte Fläche 114 so geformt ist, dass ein Grad, mit dem der Außendurchmesser der Metallhülse 1 abnimmt, von einem äußeren Rand zu einem inneren Rand der gekrümmten Fläche 114 geringer wird. Andersherum kann die Mitte des Radius R so festgelegt sein, dass die gekrümmte Fläche 114 so geformt ist, dass der Grad, mit dem der Außendurchmesser D der Metallhülse 1 abnimmt, von dem inneren Rand zu dem äußeren Rand der gekrümmten Fläche 114 geringer wird.
Der Winkel θ, den die zu der gekrümmten Fläche 114 tangentiale Linie Y an einem Schnittpunkt von dieser mit der oberen Fläche 111 des oberen Endes 11 zu der Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche 111 erstreckt, ist ausgewählt, um zwischen 10° bis 60° zu liegen, und ist vorzugsweise so ausgewählt, dass die Linie Y zwischen der Linie J und der Linie K liegt. Die Linie J ist eine Linie, die sich von einem äußeren Rand der oberen Fläche 111 (d.h. der innere Rand der gekrümmten Fläche 114) zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der Ebene erstreckt, die sich an der oberen Endfläche 2b der Porzellanisolierung 2 erstreckt. Die Linie K ist eine Linie, die sich von dem äußeren Rand der oberen Fläche 111 zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der oberen Endfläche 4a der Masseelektrode 4 erstreckt. Es wurde zudem experimentell herausgefunden, dass der Winkel θ des Weiteren vorzugsweise so ausgewählt sein soll, dass die Linie Y durch den Zündspalt 7 tritt. Es wurde experimentell herausgefunden, dass, wenn der Winkel θ weniger als 10° oder mehr als 60° beträgt, die vorhergehend beschriebenen Vorteile der Zündkerze 100 gering sind.
Andere Anordnungen sind identisch mit denen im Aufbau von 1 und deren ausführliche Beschreibung wird hier unterlassen.
Der Aufbau der Metallhülse in 6 ist eine Kombination aus denen in 3 und 5. Insbesondere besteht der Strömungsformer, der durch die Außenumfangswand des oberen Endes 11 der Metallhülse 1 festgelegt ist, aus zwei Flächen: einer inneren ringförmigen gekrümmten Fläche 115 und einer äußeren ringförmigen abgeschrägten Fläche 116, die flach ist. Jede von der gekrümmten Fläche 115 und der abgeschrägten Fläche 116 erstreckt sich über den Gesamtumfang des oberen Endes 11 der Metallhülse 1. Die gekrümmte Fläche 115 ist geformt, um einen Bogen in einem Längsquerschnitt der Metallhülse 1 aufzuweisen, der den Radius R aufweist, welcher an einem außerhalb der Metallhülse 1 festgelegten Punkt zentriert ist. Die gekrümmte Fläche 115 ist eben, wodurch die Steuerung und Formgebung der Rollwirbel 21 verbessert wird.
Die Mitte des Radius R kann festgelegt sein, um die gekrümmte Fläche 115 so zu formen, dass ein Grad, mit dem der Außendurchmesser D der Metallhülse 1 abnimmt, von einem äußeren Rand zu einem inneren Rand der gekrümmten Fläche 115 geringer wird. Andersherum kann die Mitte des Radius R festgelegt sein, um die gekrümmte Fläche 115 so zu formen, dass die Rate, mit der der Außendurchmesser D der Metallhülse 1 abnimmt, von dem inneren Rand zu dem äußeren Rand der gekrümmten Fläche 114 geringer wird.
Der Winkel θ, den die zu der gekrümmten Fläche 115 tangentiale Linie Y an einem Schnittpunkt von dieser mit der oberen Fläche 111 des oberen Endes 11 zu der Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche 111 erstreckt, ist ausgewählt, um zwischen 10° bis 60° zu liegen, und vorzugsweise so ausgewählt, dass die Linie Y zwischen der Linie J und der Linie K liegt. Die Linie J ist eine Linie, die sich von einem äußeren Rand der oberen Fläche 111 (d.h. dem inneren Rand der gekrümmten Fläche 115) zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der Ebene erstreckt, die sich an der oberen Endfläche 2b der Porzellanisolierung 2 erstreckt. Die Linie K ist eine Linie, die sich von dem äußeren Rand der oberen Fläche 111 zu dem Schnittpunkt zwischen der Längsmittellinie C der Metallhülse 1 und der oberen Endfläche 4a der Masseelektrode 4 erstreckt. Es wurde zudem experimentell herausgefunden, dass der Winkel θ des Weiteren vorzugsweise so ausgewählt ist, dass die Linie Y durch den Zündspalt 7 tritt. Es wurde experimentell herausgefunden, dass, wenn der Winkel θ weniger als 10° oder mehr als 60° beträgt, die vorhergehend beschriebenen Vorteile der Zündkerze 100 gering sind.
Die Krümmung der gekrümmten Fläche 115 verbessert die Steuerung und Formgebung der Rollwirbel 21 des Luft-Kraftstoff-Gemisches, um deren Zündstabilität sicherzustellen.
Die konische Fläche 112 in 1, die abgeschrägten Flächen 112a und 112b in 3, die Absatzflächen 113 in 4, die gekrümmte Fläche 114 in 5 und die gekrümmte Fläche 115 und die schräge Fläche 116 in 6 können alternativ geformt sein, um 50% oder mehr des Gesamtumfangs des oberen Endes 11 der Metallhülse 1 in Anspruch zu nehmen. Beispielsweise hat das obere Ende der Metallhülse 1, wie es in 7 dargestellt ist, eine Vielzahl von flachen Aussparungen 31, um jede von der konischen Fläche 112, den abgeschrägten Flächen 112a und 112b, den Absatzflächen 113, der gekrümmten Fläche 114, der gekrümmten Fläche 115 und der abgeschrägten Fläche 116 in eine Vielzahl von Bereiche aufzuteilen, die Wege festlegen, entlang denen die Rollwirbel 21 zu den Gemischströmungen 21a und 21b geformt werden.
Das Edelmetallstück 5 der Mittelelektrode 3 kann geformt so sein, dass es einen Durchmesser von 0,3 mm bis 2,5 mm aufweist. Der Abstand zwischen dem Edelmetallstück 5 und dem Edelmetallstück 6 der Masseelektrode 4, d.h. der Zündspalt 7, kann ausgewählt sein, um 0,4 mm bis 1,5 mm zu betragen. Jedes der Edelmetallstücke 5 und 6 kann aus einer Legierung hergestellt sein, die eine Hauptkomponente von wenigstens einem von Pt, Ir und Rh und wenigstens eines von den Additiven von Pt, Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Al, Al₂O₃, Y und Y₂O₃ beinhaltet. Während die vorliegende Erfindung hinsichtlich der bevorzugten Ausführungsbeispiele offenbart worden ist, um deren besseres Verständnis zu vereinfachen, sollte es verstanden sein, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt sein kann, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung dahingehend verstanden sein, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Abwandlungen zu den gezeigten Ausführungsbeispielen umfassen kann, die ausgeführt werden können, ohne von dem Grundsatz der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüchen dargelegt ist.
Eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine wird bereitgestellt, die eine hohle zylindrische Metallhülse mit einem zu einer Brennkammer der Maschine freiliegenden offenen Endabschnitt, eine mit der Metallhülse verbundene Masseelektrode und eine Mittelelektrode aufweist, die in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um einen Zündspalt zwischen dieser und der Masseelektrode festzulegen. Die Zündkerze weist zudem einen Strömungsformer auf, der an einem Außenumfang des offenen Endabschnitts der Metallhülse geometrisch ausgebildet ist, um Rollwirbel von einem Luft-Kraftstoff-Gemisch zu Wirbelströmungen zu formen, die zu einem Mittelabschnitt der Brennkammer hin ausgerichtet sind. Dies stellt die Stabilität der Ausrichtung der Rollwirbel sicher, um eine Funkenbewegung zu steuern, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer verbessert wird.

Claims

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit: einem hohlen zylindrischen Metallgehäuse, das einen zu einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine hin freiliegenden, offenen oberen Endabschnitt aufweist; einer Masseelektrode, die mit dem Metallgehäuse verbunden ist; einer Mittelelektrode, die in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um einen Zündspalt zwischen sich und der Masseelektrode festzulegen; einer Porzellanisolierung, die in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um zwischen dem Metallgehäuse und der Mittelelektrode elektrisch zu isolieren; und einem Strömungsformer, der an einem Außenumfang des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses geometrisch ausgebildet ist, um Rollwirbel eines Luft-Kraftstoff-Gemisches zu Wirbelströmungen zu formen, die zu einem Mittelabschnitt der Brennkammer hin ausgerichtet sind.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei die Porzellanisolierung eine Nase aufweist, die von einer oberen Fläche des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses vorsteht.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei der Strömungsformer durch einen Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses festgelegt ist, wobei sich der Abschnitt zu einer oberen Fläche des oberen Endabschnitts fortsetzt und zu einer Längsmittellinie des Metallgehäuses abgeschrägt ist, so dass ein Außendurchmesser des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses zu der oberen Fläche des oberen Endabschnitts hin abnimmt.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei ein Winkel θ, den eine zu dem abgeschrägten Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses tangentiale Linie an einem Schnittpunkt mit der oberen Fläche des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses zu einer Ebene einnimmt, die so festgelegt ist, dass sie sich über die obere Fläche des oberen Endabschnitts erstreckt, ausgewählt ist, um in einem Bereich von 10° bis 60° zu liegen.
Zündkerze nach Anspruch 4, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses so geformt ist, dass die zu dem abgeschrägten Abschnitt tangentiale Linie durch den Zündspalt tritt.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des oberen Endabschnitts, der den Strömungsformer festlegt, eine Breite W2 in einer seitlichen Richtung rechtwinklig zu der Längsmittellinie des Metallgehäuses hat, die 0,5 mm oder mehr beträgt, und sich ein Verhältnis der Breite W2 zu einer Breite W1 der oberen Fläche des oberen Endabschnitts in der seitlichen Richtung (W2/W1) in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 befindet.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, wenigstens teilweise an dieser eine konische Fläche ausbildet, entlang der der Außendurchmesser des oberen Endabschnitts zu der oberen Fläche hin abnimmt.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, an dieser wenigstens eine stufenartige Absatzfläche so ausbildet, dass der Außendurchmesser des oberen Endabschnitts stufenartig in Richtung der oberen Fläche abnimmt.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, eine gekrümmte Fläche aufweist.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, eine Fläche aufweist, die so gekrümmt ist, dass ein Grad, mit dem der Innendurchmesser des oberen Endabschnitts zu der oberen Fläche des oberen Endabschnitts hin abnimmt, zu der oberen Fläche hin abnimmt.
Zündkerze nach Anspruch 3, wobei der abgeschrägte Abschnitt des Außenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformer festlegt, eine Fläche aufweist, die so gekrümmt ist, dass ein Grad, mit dem der Innendurchmesser des oberen Endabschnitts zu der oberen Fläche des oberen Endabschnitts hin abnimmt, zu der oberen Fläche hin zunimmt.
Zündkerze nach Anspruch 1, wobei den Strömungsformer 50% oder mehr des oberen Endabschnitts des Metallgehäuses in Anspruch nimmt.