DE102007000555A1

DE102007000555A1 - Zündkerze mit einem Strömungsformgeber zum formen eines Wirbels in eine gewünschte Strömung in einer Verbrennungskammer

Info

Publication number: DE102007000555A1
Application number: DE102007000555A
Authority: DE
Inventors: Takayuki Nishio Takeuchi; Ken Kariya Hanashi
Original assignee: Denso Corp; Nippon Soken Inc
Current assignee: Denso Corp; Soken Inc
Priority date: 2006-10-24
Filing date: 2007-10-23
Publication date: 2008-06-05
Anticipated expiration: 2027-10-24
Also published as: US7893604B2; JP4762109B2; US20080092838A1; DE102007000555B4; JP2008108478A

Abstract

Es ist eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die folgendes aufweist: eine hohle, zylindrische Metallhülse mit einem offenen Endabschnitt, der einer Brennkammer der Kraftmaschine auszusetzen ist, eine Masseelektrode, die an die Metallhülse gefügt ist, eine Mittelelektrode, die in der Metallhülse angeordnet ist, um zwischen sich selbst und der Masseelektrode einen Funkenspalt zu definieren. Die Zündkerze hat zudem einen Strömungsformgeber, der geometrisch an einem Innenumfang des offenen Endabschnitts der Metallhülse ausgebildet ist, um Verwirbelungen des Luft-Kraftstoff-Gemischs in Wirbelströmungen zu formen, die in Richtung eines mittleren Abschnitts der Verbrennungskammer gerichtet sind. Dies stellt die Stabilität der Ausrichtung der Verwirbelungen sicher, um einen Funkenflug zu steuern, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer verbessert wird.

Description

Die vorliegende Anmeldung beansprucht den Nutzen der am 24. Oktober 2006 eingereichten Japanischen Patentanmeldung Nr. 2006-288190 , deren Offenbarung hiermit durch Bezugnahme eingegliedert ist.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich im Allgemeinen auf eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen, etwa für Benzinkraftmaschinen eines Kraftfahrzeugs, und insbesondere auf eine verbesserte Struktur einer solchen Zündkerze, die mit einem Strömungsformgeber ausgestattet ist, der dazu dient, Wirbel in Strömungen umzugestalten, die ins Innere einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine gerichtet sind, um die Zündfähigkeit eines Luft-Kraftstoff-Gemischs zu verbessern.
Es wurden verschiedene Bauarten von Zündkerzen entworfen, um verbesserte Strukturen und Materialien einer Mittelelektrode und/oder einer Masseelektrode zum Verbessern der Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine zu erhalten. Beispielsweise lehrt die Japanische Patenterstveröffentlichung Nr. 2005-63705 eine geometrische KonFig.ation und ein Material der Mittelelektrode der Zündkerze, um deren Wärmebeständigkeit und Abnutzungsbeständigkeit zu verbessern.
In typischen Brennkraftmaschinen werden Ströme eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, die durch Teile der Zündkerze, etwa die Mittelelektrode und die Masseelektrode strömen, die einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine ausgesetzt sind, für gewöhnlich durch Verwirbelungen des Luft-Kraftstoff-Gemischs gestört, was zu einer Instabilität beim Erzeugen einer Funkenabfolge zwischen der Mittel- und der Masseelektrode führt. In den letzten Jahren tauchten Brennkraftmaschinen auf, in denen die KonFig.ation von Einlassöffnungen oder Kolbenköpfen modifiziert wurde, um die Kraftabgabe von der Kraftmaschine zu verbessern, sodass die Geschwindigkeit der Strömungen des Luft-Kraftstoff-Gemischs erhöht wurden, was zu einer erhöhten Verteilung der Verwirbelungen führt. Dies führt zu einer Instabilität der Größe oder Ausrichtung der Funken. Die Flamme des Gemischs, die in der Verbrennungskammer erzeugt wird, kann in Abhängigkeit von der Ausrichtung eines Funkenflugs auf ungewünschte Weise abgekühlt oder verteilt werden, was eine ungewünschte Flammenform ergibt, die zu einer schlechten Verbrennung des Gemischs beiträgt. Der in der vorgenannten Veröffentlichung gelehrte Aufbau der Zündkerze hat die gleichen Probleme, wie sie vorstehend beschrieben sind.
Es ist daher eine Hauptaufgabe der Erfindung, die Nachteile aus dem Stand der Technik zu vermeiden.
Es ist eine weitere Aufgabe der Erfindung, eine Zündkerze für Brennkraftmaschinen, etwa für Benzinkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen, zu schaffen, die dazu entworfen ist, Verwirbelungen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in Strömungen zu formen, die zu einem zentralen Abschnitt einer Verbrennungskammer der Kraftmaschine gerichtet sind, wodurch die Stabilität des Funkenflugs sichergestellt wird, um die Zündfähigkeit des Gemischs zu verbessern.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung ist eine Zündkerze vorgesehen, die in Benzinkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen eingesetzt werden kann. Die Zündkerze weist folgendes auf: (a) ein hohles, zylindrisches Metallgehäuse, das einen offenen vorderen Endabschnitt hat, der einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine ausgesetzt ist; (b) eine an das Metallgehäuse gefügte Masseelektrode; (c) eine in dem Metallgehäuse angeordnete Mittelelektrode, sodass zwischen ihr und der Masseelektrode ein Funkenspalt definiert ist; (d) einen Porzellanisolator, der in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um zwischen dem Metallgehäuse und der Mittelelektrode elektrisch zu isolieren; und (e) einen Strömungsformgeber, der geometrisch an dem vorderen Endabschnitt des Metallgehäuses ausgebildet ist, um Verwirbelungen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs in Wirbelströmungen zu formen, die in Richtung eines zentralen Abschnitts der Verbrennungskammer gerichtet sind. Dies stellt die Stabilität der Ausrichtung der Verwirbelungen sicher, um einen Funkenflug zu steuern, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer verbessert wird. Der Strömungsformgeber ist unter Bedingungen einer schlechten Kraftstoffzündfähigkeit nützlich, etwa bei einer mageren Verbrennung.
In der bevorzugten Art der Erfindung hat der Porzellanisolator eine Nase, die von einer vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts der Metallhülse vorsteht. Die durch den Strömungsformgeber erzeugten Wirbelströmungen führen um einen Außenumfang der Nase des Porzellanisolators herum, wodurch die Formgebung der Wirbelströmungen verbessert wird.
Der Strömungsformgeber ist durch einen Abschnitt eines Innenumfangs des Metallgehäuses definiert. Der Abschnitt ist zu einer vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts durchgängig und ist zu einer längsgerichteten Mittellinie des Metallgehäuses schräg, sodass er einen Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts des Metallgehäuses hat, der in Richtung der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts zunimmt. Insbesondere dient die Neigung der vorderen Fläche dazu, die Ausrichtung der Wirbelströmungen zu verbessern.
Der Winkel Θ. der von einer an dem abgeschrägten Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, tangential anliegenden Linie mit einer Ebene aufgespannt ist, die so definiert ist, dass sie sich über der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts erstreckt, ist so ausgewählt, dass er in einem Bereich von 10° bis 60° liegt. Dies verbessert die Ausrichtung der Wirbelströmungen.
Der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, hat eine Breite W2 in einer Querrichtung, die senkrecht zu der längsgerichteten Mittellinie des Metallgehäuses verläuft, welche 0,5mm oder mehr beträgt. Ein Verhältnis aus der Breite W2 zu einer Breite W1 der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts in der Querrichtung (W2/W1) liegt in einem Bereich von 0,5 bis 1,0. Dies stellt die Abmessung des schrägen Abschnitts sicher, die groß genug ist, um die Wirbelströmungen zu dem zentralen Abschnitt der Verbrennungskammer zu richten.
Der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, kann alternativ eine zumindest teilweise daran ausgebildete schräge Fläche haben, entlang der der Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts in Richtung zu der vorderen Fläche zunimmt.
Der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, kann zudem zumindest eine daran ausgebildete, abgestufte Schulterfläche haben.
Der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, kann zudem eine gekrümmte Fläche aufweisen.
Der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, kann alternativ eine Fläche aufweisen, die derart gekrümmt ist, dass eine Rate, mit der der Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts in Richtung der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts zunimmt, in Richtung der vorderen Fläche abnimmt.
Der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, kann alternativ eine Fläche aufweisen, die derart gekrümmt ist, dass eine Rate, mit der der Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts in Richtung der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts zunimmt, in Richtung der vorderen Fläche zunimmt.
Der Strömungsformgeber kann so ausgebildet sein, dass er 50% oder mehr des offenen Endabschnitts des Metallgehäuses beansprucht.
Die vorliegende Erfindung wird aus der nachstehend gegebenen ausführlichen Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung ersichtlicher, jedoch sollten diese nicht dazu herangezogen werden, um die Erfindung auf die besonderen Ausführungsbeispiele zu beschränken, sondern sie dienen lediglich dem Zwecke der Erläuterung und des Verständnisses.
In den Zeichnungen ist:
1 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die einen vorderen Abschnitt einer Zündkerze gemäß dem ersten Ausführungsbeispiel der Erfindung veranschaulicht;
2 eine schematische Ansicht, die eine Arbeitsweise eines an der Zündkerze von 1 innerhalb einer Verbrennungskammer einer Brennkraftmaschine vorgesehenen Strömungsformgebers veranschaulicht;
3 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine erste Modifikation der Zündkerze von 1 veranschaulicht;
4 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine zweite Modifikation der Zündkerze von 1 veranschaulicht;
5 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine dritte Modifikation der Zündkerze von 1 veranschaulicht;
6 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine vierte Modifikation der Zündkerze von 1 veranschaulicht;
7 eine teilweise vergrößerte Schnittansicht, die eine fünfte Modifikation der Zündkerzen von 1 bis 6 veranschaulicht; und
8 eine Teilschnittansicht, die die Zündkerze von 1 zeigt.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in verschiedenen Ansichten bezeichnen, insbesondere unter Bezugnahme auf 8, ist eine Zündkerze 100 gezeigt, die in Benzin-Brennkraftmaschinen von Kraftfahrzeugen verwendet werden kann.
Die Zündkerze 100 hat ein zylindrisches Metallgehäuse oder eine Hülse 1, einen Porzellanisolator 2, eine Mittelelektrode 3 und eine Masseelektrode 4.
Die Metallhülse 1 ist aus einem hohlen, metallenen Zylinder gefertigt und hat ein darin eingeschnittes Gewinde 1a zum Montieren der Zündkerze 100 in einem Maschinenblock (nicht gezeigt).
Der Porzellanisolator 2, der aus einem elektrisch isolierenden Material, etwa aus Aluminiumoxid, gefertigt ist, ist koaxial in der Metallhülse 1 gehalten. Die Metallhülse 1 hat einen vorderen Ringvorsprung 1b, der einwärts gekrempelt ist, um den Porzellanisolator 2 fest damit zu halten. Die Mittelelektrode 3, an der eine hohe Spannung anzulegen ist, ist in ein mittleres Durchgangsloch 2a des Porzellanisolators 2 gepasst. Mit anderen Worten ist die Mittelelektrode 3 in der Metallhülse 1 angeordnet. Der Porzellanisolator 2 befindet sich zwischen der Metallhülse 1 und der Mittelelektrode 3.
Die Mittelelektrode 3 ist aus einem wärmebeständigen Basismaterial, etwa aus einer Nickellegierung gefertigt und hat ein Vorderende 3a, das sich aus einer vorderen Fläche 2b des Porzellanisolators 2 heraus erstreckt. Die Masseelektrode 4 hat eine L-Gestalt und erstreckt sich von einem vorderen Ende 11 der Metallhülse 1 derart, dass sie dem vorderen Ende 3a der Mittelelektrode 3 zugewandt ist. Die Masseelektrode 4 ist, ebenso wie die Mittelelektrode 3, aus einem wärmebeständigen Basismaterial, etwa aus einer Nickellegierung gefertigt.
Die Mittelelektrode 3 hat ein Edelmetallbauteil 5, das an das vordere Ende 3a geschweißt ist. Auf ähnliche Weise hat die Masseelektrode 4 ein Edelmetallbauteil 6, das an ihre Innenfläche geschweißt ist, sodass zwischen den Edelmetallbauteilen 5 und 6 ein Funkenspalt 7 definiert ist. In der Anwendung ist die Mittelelektrode 3 für gewöhnlich an einem höheren Potenzial als die Masseelektrode 4 platziert, in manchen Fällen jedoch auch bei einem niedrigeren Potenzial als die Masseelektrode 4.
In jedem Fall sind die Mittelelektrode 3 und die Masseelektrode 4 derart platziert, dass zwischen ihnen eine vorgegebene Potenzialdifferenz vorhanden ist.
Die Mittelelektrode 3 ist elektrisch an ein vorderes Ende eines Mittelschafts 8 und an einen Anschluss 9 angeschlossen. Im Gebrauch der Zündkerze 100 ist der Anschluss 9 an eine externe Hochspannungszuführschaltung anzuschließen. Ein Dichtungsring 10 ist an einen Außenumfang des Gehäuses 1 oberhalb des Gewindes 1a angebracht, wie dies in der Zeichnung zu sehen ist.
1 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen vorderen Abschnitt der Zündkerze 100 veranschaulicht. Die Zündkerze 100 ist vorzugsweise derart gestaltet, dass die vordere Fläche 2b des Porzellanisolators 2 aus einer ringförmigen vorderen Fläche 111 des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1 in eine Verbrennungskammer 20 eines Zylinders der Brennkraftmaschine (nicht gezeigt) vorsteht, wenn die Zündkerze 100 in der Kraftmaschine installiert ist.
Die Metallhülse 1 ist mit einem Strömungsformgeber ausgestattet, der an dem vorderen Ende 11 ausgebildet ist. Insbesondere hat das vordere Ende der Metallhülse 1 eine ringförmige, abgeschrägte Fläche 112, die als der Strömungsformgeber an deren Innenumfangswand ausgebildet ist. Die abgeschrägte Fläche 112 ist, gesehen in einem vertikalen Querschnitt der Zündkerze 100, im Wesentlichen eben und erstreckt sich über den gesamten Umfang des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1, sodass sie einen Innendurchmesser D der Metallhülse 1 hat, der in Richtung der vorderen Fläche 111 des vorderen Endes 11 zunimmt. Mit anderen Worten ist die Fläche 112 derart gestaltet, dass sie von dem vorderen Ende 11 einwärts abgeschrägt ist, um einen Winkel Θ zu erhalten, den eine an der abgeschrägten Fläche 112 an dem Schnitt zwischen der abgeschrägten Fläche 112 und der vorderen Fläche 111 anliegende, das heißt, sich entlang der abgeschrägten Fläche 112 erstreckende Linie Y, mit einer Ebene aufspannt, die so definiert ist, dass sie sich über die vordere Fläche 112 erstreckt, und der (der Winkel) in einem Bereich von 10° bis 60° liegt. Die Breite W2 eines Abschnitts des vorderen Endes 11, der die abgeschrägte Fläche 112 definiert, d.h. der Abstand zwischen einer Außenkante und einer Innenkante der abgeschrägten Fläche 112 in einer Querrichtung, die senkrecht zu der Länge der Zündkerze 100 verläuft, beträgt 0,5mm oder mehr. Ein Verhältnis aus der Breite W2 zu der Breite W1 des vorderen Endes 11, mit anderen Worten einer Wanddicke der vorderen Fläche 111 (d.h., W2/W1), liegt in einem Bereich von 0,5 bis 1,0.
Die Arbeitsweise der Zündkerze 100 wird nachstehend unter Bezug auf 2 beschrieben.
Eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 26 führt für gewöhnlich zu einer Ausbildung von Verwirbelungen 21 innerhalb der Verbrennungskammer 20. Die abgeschrägte Fläche 112 des Endabschnitts 11 der Metallhülse 1 dient als der Strömungsformgeber, um die Verwirbelungen 21, die an der linken Seite der Zeichnungen aufwärts gerichtet sind, in Wirbelströmungen 21a zu formen, die durch schwarze Pfeile angezeigt sind, die entlang eines stromaufwärtigen Abschnitts (d.h., eines linken Abschnitts, wie in den Zeichnungen gesehen) der abgeschrägten Fläche 112 strömen, um die Seitenwand des Porzellanisolators 2 herumführen und sich dann entlang eines stromabwärtigen Abschnitts (d.h., eines linken Abschnitts in den Zeichnungen) der abgeschrägten Fläche 112 bewegen, wodurch die Wirbelströmungen 21a zu der Mitte der Verbrennungskammer 20 gleichmäßig gerichtet und gesammelt werden, wie dies durch einen weißen Pfeil 22 angezeigt ist. Die Verwirbelungen 21 sind, wie dies aus dem Stand der Technik gut bekannt ist, Turbulenzen eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, die in der frühen Stufe des Verdichtungstakts oder der Aufwärtsbewegung des Kolbens 26 innerhalb der Verbrennungskammer 20 erzeugt werden, aufwärts strömen, während sie sich vertikal drehen, wie dies in der Zeichnung angezeigt ist, und die Breite der Masseelektrode 4 passieren. Die Verwirbelungen 21 drehen sich typischerweise, wie dies durch die Pfeile 21 angezeigt ist, innerhalb der Verbrennungskammer 20 ungeachtet der Stelle der Masseelektrode 4 innerhalb der Verbrennungskammer 20. Die Mitte der Verbrennungskammer 20, wie sie hier bezeichnet ist, ist die Mitte eines Volumens in der Verbrennungskammer 20 während der Aufwärtsbewegung oder des Verdichtungstakts des Kolbens 26.
Die vorstehend beschriebene abgeschrägte Fläche 112 dient dazu, die Wirbelströmungen 21a abwärts oder in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer 20 zu zwingen, wodurch ein Funkenflug 23, der zwischen dem Bauteil 5 der Mittelelektrode 3 und dem Bauteil 6 der Masseelektrode 4 entladen wird, tief in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer 20 stabil gerichtet wird, das heißt, in der selben Richtung wie die Wirbelströmungen 21a.
Der stabile Flug der Funken 23, die zu der Mitte der Verbrennungskammer 20 gerichtet sind, stellt eine sichere und stabile Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer 20 sicher und verbessert einen Flammenfluss, wie dies durch einen Pfeil 24 angezeigt ist, sodass eine Flammenkugel 24 ausgebildet wird. Dementsprechend dient die abgeschrägte Fläche 112 dazu, die Fähigkeit der Zündkerze 100 zum Zünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer 20 zu verbessern und sie ist insbesondere in Zuständen einer schlechten Kraftstoffzündfähigkeit, etwa bei der mageren Verbrennung, wirkungsvoll.
Der Winkel Θ, der von der sich von der abgeschrägten Fläche 112 erstreckenden Linie Y und der Ebene eingeschlossen ist, die sich über die vordere Fläche 111 erstreckt, wie dies vorstehend beschrieben ist, ist so ausgewählt, dass er ausgedrückt als eine Ausrichtung der Wirbelströmungen 21a in Richtung der Mitte der Verbrennungskammer 20 zwischen 10° und 60° liegt, aber es wurde experimentell herausgefunden, dass er bevorzugter Weise in einem Bereich von 20° bis 40° und noch bevorzugter Weise um 30° herum liegt. Es wurde experimentell herausgefunden, dass dann, wenn der Winkel Θ kleiner als 10° oder größer als 60° ist, die vorstehend beschriebenen Vorteile der Zündkerze 100 klein werden.
3 bis 6 veranschaulichen Modifikationen der Zündkerze 100.
In 3 ist die abgeschrägte Fläche 112 des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1 aus zwei ringförmigen, schrägen Flächen 112a und 112b gefertigt, die bezüglich der Länge der Zündkerze 100, (d.h., bezüglich einer längsgerichteten Mittellinie C)(d.h., der Metallhülse 1) voneinander verschiedene Neigungen haben. Die Neigung der Inneren der schrägen Flächen 112a und 112b (d.h., der schrägen Fläche 112b) bezüglich der längsgerichteten Mittellinie C ist bevorzugter Weise größer als die der äußeren der schrägen Flächen 112a und 112b (d.h., der schrägen Fläche 112a).
Jede der schrägen Flächen 112a und 112b erstreckt sich über den gesamten Umfang des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1. Die abgeschrägte Fläche 112 hat ebenso wie in dem ersten Ausführungsbeispiel den Innendurchmesser D, der von einer Innenkante der schrägen Fläche 112b zu einer Außenkante der schrägen Fläche 112a zunimmt. Der Winkel Θ, der von der Linie Y, die an der äußeren der schrägen Flächen 112a und 112b (d.h., an der schrägen Fläche 112a) an einem Schnittpunkt zwischen der schrägen Fläche 112a und der vorderen Fläche 111 des vorderen Endes 11 anliegt, und der Ebene aufgespannt wird, die so definiert ist, dass sie sich über die vordere Fläche 111 erstreckt, ist so ausgewählt, dass er in einem Bereich von 10° bis 60° liegt, bevorzugter Weise in einem Bereich von 20° bis 40° und noch bevorzugter Weise um 30° liegt. Die abgeschrägte Fläche 112 kann zudem aus drei oder mehreren ringförmigen schrägen Flächen gebildet sein, deren Neigung bezüglich der längsverlaufenden Mittellinie C der Metallhülse 1 verschieden voneinander sind. Die schrägen Flächen 112a und 112b sind bevorzugter Weise so geformt, dass sie Neigungen haben, die von einer Außenseite zu der Innenseite der Metallhülse 1 zunehmen. Mit anderen Worten ist die abgeschrägte Fläche 112 bevorzugter Weise als Gesamtheit so geformt, dass sie einen Krümmungsradius zu der Mitte hat, die außerhalb der Metallhülse 1 an der längsverlaufenden Mittellinie C definiert ist.
Weitere Anordnungen sind identisch zu jenen des Aufbaus gemäß 1 und deren ausführliche Erläuterung wird hier ausgelassen.
In 4 hat das vordere Ende 11 der Metallhülse 1 eine Vielzahl von horizontalen, ringförmigen Schulterflächen 113, die stufenweise an der Innenumfangswand davon als der Strömungsformgeber ausgebildet sind. Jede der ringförmigen Schulterflächen 113 erstreckt sich über den gesamten Umfang des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1 im Wesentlichen bei rechten Winkeln bezüglich der längsverlaufenden Mittellinie C. Der Innendurchmesser D der Metallhülse 1 nimmt von einer Innenkante der innersten Schulterfläche 113 zu einer Außenkante einer äußersten Schulterfläche 113 schrittweise zu. Der Winkel Θ, der von einer Linie Y, die sich, wie aus der Zeichnung ersichtlich ist, an inneren Kanten oder Ecken der Schulterflächen 113 gerade erstreckt, mit der Ebene aufgespannt wird, die so definiert ist, dass sie sich über die vordere Fläche 111 erstreckt, ist derart ausgewählt, dass er in einem Bereich von 10° bis 60°, bevorzugter Weise in einem Bereich von 20° bis 40° und am bevorzugtesten bei ca. 30° liegt. Das vordere Ende 11 der Metallhülse 1 kann alternativ so geformt sein, dass es eine einzelne ringförmige Schulterfläche als Strömungsformgeber hat.
Jede der ringförmigen Schulterflächen 113 kann bei einem sich von 90° bezüglich der längsverlaufenden Mittellinie C verschiedenen Winkel geneigt sein.
In 5 hat das vordere Ende 11 der Metallhülse 1 eine ringförmige, gekrümmte Fläche 114, die an der Innenumfangswand davon als Strömungsformgeber ausgebildet ist. Die gekrümmte Fläche 114 erstreckt sich über den gesamten Umfang des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1 und ist derart geformt, dass sie einen Bogen in einem Längsschnitt der Metallhülse 1 hat, der einen Radius R mit einem Mittelpunkt an einem Punkt hat, der außerhalb der Metallhülse 1 an einer Linie M definiert ist, die sich entlang der Innenwand der Metallhülse 1 erstreckt. Die gekrümmte Fläche 114 ist gleichmäßig, wodurch die Steuerung und die Formung der Verwirbelungen 21 verbessert wird. Der Winkel Θ. der von der an der gekrümmten Fläche 114 an einem Schnittpunkt zwischen der gekrümmten Fläche 114 und der vorderen Fläche 111 des vorderen Endes 11 anliegt, mit der Ebene aufgespannt wird, die so definiert ist, dass sie sich über die vordere Fläche 111 erstreckt, ist so ausgewählt, dass er innerhalb eines Bereichs von 10° bis 60°, bevorzugter Weise innerhalb eines Bereichs von 20° bis 40° und am bevorzugtesten bei ca. 30° liegt.
Der Mittelpunkt des Radius R kann außerhalb der Linie M und der Metallhülse 1 definiert sein. In diesem Fall ist die gekrümmte Fläche 114 so geformt, dass eine Rate zunimmt, mit der der Innendurchmesser D der Metallhülse 1 von einer Innenkante zu einer Außenkante der gekrümmten Fläche 114 zunimmt. Umgekehrt kann der Mittelpunkt des Radius R innerhalb (d.h., an der rechten Seite) der Linie M und außerhalb der Metallhülse 1 definiert sein. In diesem Fall ist die gekrümmte Fläche 114 so geformt, dass die Rate abnimmt, mit der der Innendurchmesser D der Metallhülse 1 von der Innenkante zu der Außenkante der gekrümmten Fläche 114 zunimmt.
Die weiteren Anordnungen sind identisch zu jenen des Aufbaus gemäß 1 und deren ausführliche Erläuterung wird hier ausgelassen.
Der Aufbau der Metallhülse 1 aus 6 stellt eine Kombination von 3 und 5 da. Insbesondere ist der durch die Innenumfangswand des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1 definierte Strömungsformgeber aus zwei Flächen aufgebaut: einer äußeren, ringförmigen, gekrümmten Fläche 115 und einer inneren, ringförmigen, schrägen Fläche 116. Sowohl die gekrümmte Fläche 115 als auch die schräge Fläche 116 erstrecken sich über den gesamten Umfang des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1. Die gekrümmte Fläche 115 ist so geformt, dass sie einen Bogen in einem Längsschnitt der Metallhülse 1 aufweist, der einen Radius R hat, dessen Mittelpunkt an einem Punkt liegt, der außerhalb einer sich entlang der Innenwand der Metallhülse 1 erstreckenden Linie M definiert ist. Der Mittelpunkt des Radius R kann alternativ innerhalb der Linie M definiert sein. Die schräge Fläche 116 läuft von der gekrümmten Fläche 115 kontinuierlich fort und ist innerhalb der Metallhülse 1 abgeschrägt. Der Winkel Θ, der von der an der gekrümmten Fläche 115 an einem Schnittpunkt zwischen der gekrümmten Fläche 115 und der vorderen Fläche 116 des vorderen Endes 11 anliegenden Linie Y und der Ebene aufgespannt wird, die so definiert ist, dass sie sich über die vordere Fläche 111 erstreckt, ist so ausgewählt, dass er innerhalb eines Bereichs von 10° bis 60°, bevorzugter Weise innerhalb eines Bereichs von 20° bis 40°, und am bevorzugtesten bei ca. 30° liegt.
Die Krümmung der gekrümmten Fläche 115 verbessert die Steuerung und die Formgebung der Verwirbelungen 21 des Luft-Kraftstoff-Gemischs um die Stabilität dessen Zündung zu verbessern.
Die abgeschrägte Fläche 112 in 1, die schrägen Flächen 112a und 112b in 3, die Schulterflächen 113 in 4, die gekrümmte Fläche 114 in 5 und die gekrümmte Fläche 115 und die schräge Fläche 116 in 6 können alternativ so geformt sein, dass sie 50% oder mehr des gesamten Umfangs des vorderen Endes 11 der Metallhülse 1 belegen. Beispielsweise hat das vordere Ende der Metallhülse 1 eine Vielzahl von ebenen Vertiefungen 31, wie dies in 7 dargestellt ist, um jede der abgeschrägten Fläche 112, der schrägen Flächen 112a und 112b, der Schulterflächen 113, der gekrümmten Fläche 114, der gekrümmten Fläche 115 und der schrägen Fläche 116 in eine Vielzahl von Abschnitten zu unterteilen, die Pfade definieren, entlang denen die Verwirbelungen 21 in die Wirbelströmungen 21a geformt werden.
Das Edelmetallbauteil 5 der Mittelelektrode 3 kann so geformt sein, dass es einen Durchmesser von 0,3mm bis 2,5mm hat. Der Abstand zwischen dem Edelmetallbauteil 5 und dem Edelmetallbauteil 6 der Masseelektrode 4, d.h., der Funkenspalt 7, kann so ausgewählt sein, dass er 0,4mm bis 1,5mm beträgt. Sowohl das Edelmetallbauteil 5 als auch das Edelmetallbauteil 6 können aus einer Legierung gefertigt sein, die als Hauptkomponente zumindest Pt, Ir und/oder Rh und als Additiv zumindest Pt, Ir, Rh, Ni, W, Pd, Ru, Al, Al₂O₃, Y und/oder Y₂O₃ enthält.
Während die vorliegende Erfindung ausgedrückt als bevorzugte Ausführungsbeispiele offenbart wurde, um deren besseres Verständnis zu vereinfachen, ist es anzumerken, dass die Erfindung auf verschiedene Arten ausgeführt werden kann, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass sie alle möglichen Ausführungsbeispiele und Modifikationen der gezeigten Ausführungsbeispiele abdeckt, die ausgeführt werden können, ohne von dem Prinzip der Erfindung abzuweichen, wie es in den beiliegenden Ansprüchen dargelegt ist.
Es ist eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine vorgesehen, die folgendes aufweist: eine hohle, zylindrische Metallhülse mit einem offenen Endabschnitt, der einer Brennkammer der Kraftmaschine auszusetzen ist, eine Masseelektrode, die an die Metallhülse gefügt ist, eine Mittelelektrode, die in der Metallhülse angeordnet ist, um zwischen sich selbst und der Masseelektrode einen Funkenspalt zu definieren. Die Zündkerze hat zudem einen Strömungsformgeber, der geometrisch an einem Innenumfang des offenen Endabschnitts der Metallhülse ausgebildet ist, um Verwirbelungen des Luft-Kraftstoff-Gemischs in Wirbelströmungen zu formen, die in Richtung eines mittleren Abschnitts der Verbrennungskammer gerichtet sind. Dies stellt die Stabilität der Ausrichtung der Verwirbelungen sicher, um einen Funkenflug zu steuern, wodurch die Zündfähigkeit des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Verbrennungskammer verbessert wird.

Claims

Zündkerze für eine Brennkraftmaschine mit: einem hohlen, zylindrischen Metallgehäuse, das einen offenen vorderen Endabschnitt hat, der einer Brennkammer einer Brennkraftmaschine auszusetzen ist; einer Masseelektrode, die an das Metallgehäuse gefügt ist; einer Mittelelektrode, die in dem Metallgehäuse so angeordnet ist, dass zwischen ihr und der Masseelektrode einen Funkenspalt definiert ist; einem Porzellanisolator, der in dem Metallgehäuse angeordnet ist, um zwischen dem Metallgehäuse und der Mittelelektrode elektrisch zu isolieren; und einem Strömungsformgeber, der geometrisch an dem vorderen Endabschnitt des Metallgehäuses ausgebildet ist, um Verwirbelungen des Luft-Kraftstoff-Gemischs in Wirbelströmungen zu formen, die in Richtung eines mittleren Abschnitts der Verbrennungskammer gerichtet sind.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Porzellanisolator eine Nase aufweist, die von einer vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts der Metallhülse vorsteht.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Strömungsformgeber durch einen Abschnitt eines Innenumfangs des Metallgehäuses definiert ist, wobei der Abschnitt zu einer vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts fortlaufend ist und in Richtung einer längsgerichteten Mittellinie des Metallgehäuses derart schräg ist, dass ein Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts des Metallgehäuses in Richtung zu der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts zunimmt.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei ein Winkel Θ, der von einer an dem schrägen Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, tangential anliegenden Linie mit einer Ebene aufgespannt ist, die so definiert ist, dass sie sich über die vordere Fläche des vorderen Endabschnitts erstreckt, so ausgewählt ist, dass er in einem Bereich von 10° bis 60° liegt.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, eine Breite W2 in einer senkrecht zu der längsgerichteten Mittellinie des Metallgehäuses verlaufenden Querrichtung hat, die die 0,5mm oder mehr beträgt, und wobei ein Verhältnis der Breite W2 zu einer Breite W1 der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts in der Querrichtung (W2/W1) in einem Bereich von 0,5 bis 1,0 liegt.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei an dem schrägen Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäues, der den Strömungsformgeber definiert, zumindest teilweise eine schräge Fläche ausgebildet ist, entlang der der Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts in Richtung zu der vorderen Fläche zunimmt.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, zumindest eine abgestufte Absatzfläche aufweist, die an diesem ausgebildet ist.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, eine gekrümmte Fläche aufweist.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, eine Fläche aufweist, die derart gekrümmt ist, dass eine Rate, mit der der Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts in Richtung zu der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts zunimmt, in Richtung zu der vorderen Fläche abnimmt.
Zündkerze gemäß Anspruch 3, wobei der schräge Abschnitt des Innenumfangs des Metallgehäuses, der den Strömungsformgeber definiert, eine Fläche aufweist, die derart gekrümmt ist, dass eine Rate, mit der der Innendurchmesser des vorderen Endabschnitts in Richtung zu der vorderen Fläche des vorderen Endabschnitts zunimmt, in Richtung zu der vorderen Fläche zunimmt.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei der Strömungsformgeber 50% oder mehr des offenen Endabschnitts des Metallgehäuses belegt.