DE102011006597A1

DE102011006597A1 - Indirekt einspritzender Verbrennungsmotor und Zündkerze der Hilfskammerart, die in einem indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor montiert ist

Info

Publication number: DE102011006597A1
Application number: DE102011006597A
Authority: DE
Inventors: Kouji Yamanaka; Toshikazu Shimizu; Masayuki Tamura; Shunsaku Nakai; Seiichi Ito; Yuki Sato; Yosuke Shiraga
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2010-03-31
Filing date: 2011-03-31
Publication date: 2012-03-15
Anticipated expiration: 2031-04-01
Also published as: JP2011214492A; DE102011006597B4; JP5451490B2

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze (11), die in einem indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor (1) montiert ist. In der Zündkerze (11) sind eine Mittelelektrode (16a) und eine Masseelektrode (16b) innerhalb einer Zündkammer (14) derart enthalten, dass sie einander gegenüberstehen. Eine Zündkerzenabdeckung weist eine Vielzahl an Kommunikationslöchern (15) auf, die eine Kommunikation zwischen der Zündkammer (14) und einer Verbrennungskammer (3) bewerkstelligen. Wenn ein Abstand von einem mit einem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt (17) der Mittelelektrode (16a) zu einem Schnittpunkt O der Kommunikationslöcher (15) die Größe Z hat und ein Durchmesser eines virtuellen Kreises, der die Mitten der Kommunikationslöcher (15) verbindet, die Größe L hat, wird eine Beziehung 0,3 < Z/L' < 0,7 verwirklicht.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor, der in einem Kraftfahrzeug oder dergleichen montiert ist, und auf eine Zündkerze, die in dem indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor montiert ist.
Beschreibung des zugehörigen Standes der Technik
Es sind Verbrennungsmotoren bekannt, die als ein indirekt einspritzender Verbrennungsmotor bezeichnet sind. Beispiele von diesem Verbrennungsmotor sind beispielsweise in den Dokumenten JP-A-2007-77902 und JP-A-2007-40174 offenbart.
In dem indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor- wird während eines Kompressionsprozesses ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Kraftstoff und Luft für die Verbrennung in eine Zündkammer befördert als ein Ergebnis davon, dass ein Kolben innerhalb einer Verbrennungskammer sich nach oben bewegt. In der Nähe des Endes des Kompressionsprozesses oder zu Beginn eines Expansionsprozesses wird ein Zündfunke zwischen einer Mittelelektrode und einem Entladungsabschnitt, der in einer Erdungselektrode (Masseelektrode) vorgesehen ist, gezündet, wodurch eine Verbrennungsflamme innerhalb der Zündkammer erzeugt wird. In dem Expansionsprozess wird die Verbrennungsflamme von der Zündkammer in die Verbrennungskammer über ein Kommunikationsloch gelangt. Als ein Ergebnis kann die Verbrennung des Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer in günstiger Weise voranschreiten.
Anders ausgedrückt ergibt sich ein Zündverfahren, bei dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in die Zündkammer von der Verbrennungskammer eingetreten ist, durch eine Zündkerze per Funken gezündet wird, und bei dem die Verbrennungsflamme, die als ein Ergebnis davon erzeugt worden ist, von dem Kommunikationsloch ausgegeben wird. In diesem Verfahren wird eine Mehrpunktzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Verbrennungskammer schnell ausgeführt, und ein stabiler Betrieb kann sogar in einem Verbrennungsmotor ausgeführt werden, der Stadtgas, dessen Hauptkomponente Methan oder dergleichen ist, das eine relativ geringe Verbrennbarkeit oder dergleichen aufweist, als ein Brennstoff nutzt. Daher ist die Zündkerze mit dieser Zündkammer besonders vorteilhaft für die Energieerzeugung bei Gasverbrennungsmotoren, die eine relativ große Bohrung haben, gasförmigen Kraftstoff nutzen und mit einer mageren Verbrennung arbeiten. Anders ausgedrückt verwirklicht die Zündkerze das Verkürzen der Verbrennungsperiode des Verbrennungsmotors und trägt zu einem verbesserten thermischen Wirkungsgrad und zu einer verringerten Emission, wie beispielsweise zu einer NOx-Reduktion, bei.
In der vorliegenden Erfindung bezieht sich eine Zündkerze, die in einem indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor montiert ist, nach Bedarf auf eine Zündkerze der Hilfskammerart.
Wie dies in der JP-A-2001-284014 beschrieben ist, ist aus dem Stand der Technik bekannt, dass die Masseelektrode (Erdungselektrode) der Zündkerze das Flammenkernanwachsen nach dem Zünden behindert (Lösch-Effekt). Daher hat eine Masseelektrode mit einer großen Breite einen höheren Löscheffekt, und die Zündfähigkeit verschlechtert sich. Jedoch ist in einer herkömmlichen Zündkerze der Hilfskammerart die Größe und der Aufbau der Masseelektrode, die die Zündfähigkeit verbessert und eine stabile Zündung ermöglicht, unklar. Insbesondere gelangt in der Zündkerze der Hilfskammerart das Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Zündkammer von der Verbrennungskammer durch das Kommunikationsloch während des Verbrennungsprozesses. Daher neigt die Strömungsrate des Luft-Kraftstoff-Gemisches innerhalb der Zündkammer dazu, zuzunehmen. Wenn eine eine hohe Geschwindigkeit aufweisende Luft-Kraftstoff-Gemisch-Strömung mit einer hohen Geschwindigkeit direkt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode strömt, kann die Funkenausbildung unstabil werden. Wenn andererseits der Betrieb in unterbrochener Weise wiederholt wird, neigt die Temperatur der Masseelektrode dazu, zuzunehmen. Daher kann es sein, dass ein Abkühlen der Masseelektrode (allgemein wird dies als ”Wärmeabziehen” bezeichnet und bringt eine Wärmeabgabe von der Masseelektrode und eine Wärmeübertragung zu einer Basisendseite der Masseelektrode mit sich, die durch das Luft-Kraftstoff-Gemisch ausgeführt wird, das von der Zündkammer in die Verbrennungskammer über das Kommunikationsloch befördert wird) nicht ausreichend wird. In derartigen Fällen arbeitet die Masseelektrode selbst als eine Oberflächenzündvorrichtung, erzeugt einen Funken und stellt eine Zündperiode ein. Daher wird der Funken sogar dann erzeugt, wenn die Rolle der Zündkerze der Hilfskammerart außer Acht gelassen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung ist im Lichte der vorstehend dargelegten Probleme gemacht worden. Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Zündkerze der Hilfskammerart zu schaffen, die stabil und in vorteilhafter Weise eine Funkenzündung erzeugt, und einen Verbrennungsmotor zu schaffen, der dazu in der Lage ist, einen günstigen Betrieb unter Verwendung der Zündkerze auszuführen.
Um die vorstehend beschriebene Aufgabe zu lösen, hat eine Zündkerze der vorliegenden Erfindung einen Basisaufbau wie folgt. Anders ausgedrückt wird eine Zündkerze geschaffen mit einer Zündkerzenabdeckung, in der eine Zündkammer ausgebildet ist, einer Mittelelektrode, die an einer Mittellinie der Zündkerze angeordnet ist, und einer Masseelektrode, die so ausgebildet ist, dass sie der Mittelelektrode gegenübersteht und so ausgebildet ist, dass sie einen Entladungsabschnitt aufweist, der symmetrisch in Bezug auf die Mittellinie der Zündkerze ausgebildet ist, wobei sowohl die Mittelelektrode als auch die Masseelektrode innerhalb der Zündkammer montiert sind, wobei die Zündkerzenabdeckung eine Vielzahl an Kommunikationslöchern aufweist, die eine Kommunikation zwischen der Zündkammer und einer Verbrennungskammer bewirken, die einem Kolben eines Verbrennungsmotors im montierten Zustand zugewandt ist, bei dem die Zündkerze in einem Zylinderkopf montiert ist. In dieser Zündkerze ist ein Schnittpunkt an Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern an der Mittellinie der Zündkerze an einer Position festgelegt, die sich näher zu der Seite des Entladungsabschnittes als an der Zündkammerseite befindliche Öffnungen der Kommunikationslöcher befindet und die an einer Seite ist, die von der Mittelelektrode aus dem Entladungsabschnitt entgegengesetzt ist; sind die in Vielzahl vorhandenen Kommunikationslöcher jeweils so ausgebildet, dass sie gleichmäßig an einer Peripherie der Mittellinie der Zündkerze als Kommunikationslöcher angeordnet sind, die zu dem Schnittpunkt hin gerichtet sind; ist ein mit einem kleinen Durchmesser versehener Endstückabschnitt, der dem Entladungsabschnitt gegenübersteht, in der Mittelelektrode vorgesehen; und trifft eine Gasströmung, die von der Verbrennungskammer in die Zündkammer über die Vielzahl an Kommunikationslöchern strömt, an dem Schnittpunkt zusammen, strömt sie zu der Seite der Masseelektrode und zwischen dem Entladungsabschnitt und zu dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt derart, dass die Masseelektrode umgangen wird.
Gemäß diesem Aufbau sind die in Vielzahl vorhandenen Kommunikationslöcher jeweils gleichmäßig an dem Umfang der Zündkerzenmittellinie als Kommunikationslöcher angeordnet, die zu dem Schnittpunkt der Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern gerichtet sind. Daher vermengt sich das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von jedem Kommunikationsloch in die Zündkammer strömt, an dem Schnittpunkt der Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern. Darüber hinaus ist der Schnittpunkt der Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern an der Zündkerzenmittellinie an einer Position angeordnet, die näher zu der Entladungsabschnittsseite als die Zündkammer-Seitenöffnungen der Kommunikationslöcher ist, und an einer Seite, die von der Mittelelektrode aus gesehen entgegengesetzt dem Entladungsabschnitt ist. Daher wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich an dem Schnittpunkt vermischt hat, daran gehindert, dass es zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt direkt strömt, und zwar als ein Ergebnis des Vorhandenseins der Mittelelektrode, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch umgeht die Mittelelektrode (Bypass). Daher strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich an dem Mittelabschnitt vermischt hat, zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt bei einer verringerten Geschwindigkeit. Somit gelangt die Strömungsrate des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt strömt, nicht in einen Hochgeschwindigkeitszustand, und die Funkenausbildung kann stabil ausgeführt werden. Darüber hinaus ist der mit einem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt, der dem Entladungsabschnitt gegenüberliegt, an der Mittelelektrode vorgesehen. Daher befindet sich der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt an einer Position, die von der Seite des vorstehend beschriebenen Schnittpunkts durch die Erdungselektrode (Masseelektrode) verborgen ist. Als ein Ergebnis erreicht die Hauptströmung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, die sich an dem Schnittpunkt vermischt hat, einen Zündpunkt, der zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt ausgebildet ist, in einem Zustand, bei dem die Hauptströmung mit Sicherheit verschoben ist (versetzt ist).
Aus der vorstehend beschriebenen Darlegung folgt, dass in einer Zündkerze der Hilfskammerart, bei der eine Zündkammer, die eine Mittelelektrode und eine Erdungselektrode (Masseelektrode) aufweist, innerhalb einer Zündkerzenabdeckung versehen ist, und eine Zündzeit festgelegt wird, indem ein Funken zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode erzeugt wird, die Funkenzündung stabil und günstig erzeugt werden kann.
Ein weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Beziehung 0,3 < Z/L' < 0,7 verwirklicht wird, wobei Z einen Abstand von dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt zu dem Schnittpunkt entlang der Mittellinie der Zündkerze repräsentiert und L einen Durchmesser eines virtuellen Kreises repräsentiert, der die Mitte der an der Verbrennungskammerseite befindlichen Öffnung jedes der Kommunikationslöcher verbindet.
Im Allgemeinen wird, wenn der Abstand Z entlang der Zündkerzenmittellinie von dem mit einem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt zu dem Schnittpunkt verkürzt ist, ein Kühleffekt auf die Masseelektrode verringert. Die Temperatur der Masseelektrode steigt an und eine anomale Verbrennung tritt auf. Im Gegensatz dazu wird, wenn der vorstehend beschriebene Abstand Z verlängert wird, die Strömungsrate der zunehmenden Luftströmung von dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das an dem Schnittpunkt sich vermischt hat, zu langsam, was in ähnlicher Weise zu einer Verringerung des Kühleffektes an der Masseelektrode führt.
Daher wird, wie dies vorstehend beschrieben ist, das Verhältnis aus dem Abstand Z zu dem Durchmesser L' des virtuellen Kreises, der die Mitten der Kommunikationslöcher verbindet, auf 0,3 < Z/L' < 0,7 festgelegt. Als ein Ergebnis kann der Kühleffekt auf die Masseelektrode in wirksamer Weise erreicht werden. Darüber hinaus kann als ein Ergebnis von 0,3 < Z/L' < 0,7 in der Beziehung zwischen Z/L' und COVi (die Variierbarkeit des effektiven Hauptdrucks) (siehe die nachstehend beschriebene 5), COVi bei 1,0% oder geringer gehalten werden, und die Verbrennung kann in stabiler Weise ausgeführt werden.
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die an der Zündkammerseite befindlichen Öffnungen der Kommunikationslöcher näher zu der Masseelektrode als die an der Verbrennungskammerseite befindlichen Öffnungen der Kommunikationslöcher angeordnet sind, und ein Winkel, der sich zwischen der Mittellinie der Zündkerze und einer Mittellinie jedes der Kommunikationslöcher ergibt, in einem Bereich von 40 Grad bis 70 Grad bei Messung in Uhrzeigerrichtung ist.
Der Winkelgrenzwert wird aus dem folgenden Grund festgelegt. Wenn der durch die Zündkerzenmittellinie und die Mittellinie des Kommunikationsloches ausgebildete Winkel geringer als 40 Grad beträgt, kann es sein, dass, wenn die Flamme von der Zündkerzenkammer zu der Verbrennungskammer über die Kommunikationslöcher während des Expansionsprozesses abgestrahlt wird, die Flamme zu der Seite des Kolbens ausgegeben wird, kann es sein, dass, die Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bis lediglich zu dem Bereich der Kolbenseite begrenzt wird, und kann es sein, dass das Gemisch nicht in günstiger Weise in der Nähe der Seitenfläche der Verbrennungskammer verbrannt wird. Wenn andererseits der durch die Zündkerzenmittellinie und die Mittellinie des Kommunikationsloches ausgebildete Winkel größer als 70 Grad ist, kann es sein, dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von jedem Kommunikationsloch in die Zündkammer geströmt ist, nicht zu einer ansteigenden Luftströmung wird, die zu dem Bereich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode strömt.
Daher beträgt in der vorliegenden Erfindung der durch die Zündkerzenmittellinie und die Mittellinie des Kommunikationsloches ausgebildete Winkel 70 Grad oder weniger, so dass das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von jedem Kommunikationsloch in die Zündkammer geströmt ist, zu einer ansteigenden Luftströmung wird, die zu dem Bereich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode strömt. Als ein Ergebnis davon wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich an dem Schnittpunkt vermischt hat, zu der ansteigenden Luftströmung, die zu dem Bereich zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode strömt, und strömt zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt bei einer verringerten Geschwindigkeit, wobei die Masseelektrode umgangen wird (Bypass).
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass eine Beziehung Dc < L < Do × N verwirklicht ist, wobei Dc einen Durchmesser des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes repräsentiert, L eine Breite des Entladungsabschnittes reprasentiert, Do ein Lochdurchmesser jedes der Kommunikationslöcher repräsentiert und N die Anzahl an Kommunikationslöchern repräsentiert.
Als ein Ergebnis davon, dass die Bedingung Dc < L erfüllt wird, ist im Hinblick auf die Positionsbeziehung zwischen dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt und dem Entladungsabschnitt der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt an einer Position, die mit Sicherheit von der Schnittpunktseite aus durch die Masseelektrode verborgen ist. Außerdem kann als ein Ergebnis davon, dass die Bedingung L < Do × N erfüllt ist, ein übermäßiges Unterdrücken der Strömungsrate des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das zwischen der Mittelelektrode und der Erdungselektrode strömt, vermieden werden, ohne dass sich eine signifikante Zunahme bei der Breite der Mittelelektrode in Bezug auf die Summe der Bereiche der Vielzahl an Kommunikationslöchern ergibt. Als ein Ergebnis umgeht das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich an dem Schnittpunkt vermischt hat, in geeigneter Weise die Mittelelektrode, strömt es zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt bei einer in geeigneter Weise verringerten Geschwindigkeit, und kann die Funkenausbildung weiter stabilisiert werden.
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die Masseelektrode durch einen Cantileveraufbau, der sich bis über die Mitte der Zündkerze hinaus von einem Umfangsabschnitt um die Mittelinie der Zündkerze unter Betrachtung in einer Richtung der Mittellinie der Zündkerze erstreckt, einen Aufbau einer geraden Linie, der ein Paar an gegenüberstehenden Umfangsabschnitten um die Mittellinie der Zündkerze über der Mitte der Zündkerze unter Betrachtung der Richtung der Mittellinie der Zündkerze verbindet, oder einen kreuzförmigen Aufbau montiert ist, der zwei Paare an Umfangsabschnitten miteinander verbindet, die alle 90 Grad um die Mittellinie der Zündkerze über der Mitte der Zündkerze unter Betrachtung in der Richtung der Mittellinie der Zündkerze positioniert sind.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann die Masseelektrode genau an einer gewünschten Position durch die Anwendung des Cantileveraufbaus (Einarmaufbau), des geraden Aufbaus oder des kreuzförmigen Aufbaus angeordnet werden.
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die Kommunikationslöcher vorzugsweise in einer Anzahl von 3 bis 5 vorhanden sind.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann als ein Ergebnis davon, dass die Anzahl an Kommunikationslöchern auf fünf oder weniger begrenzt ist, kann eine Vergeudung, die auf das Bohren von unnötigen Löchern zurückzuführen ist, beseitigt werden. Wenn andererseits die Anzahl an Kommunikationslöchern zwei oder weniger beträgt, wird, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch an dem Schnittpunkt sich vermischt und die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zu der Seite der Masseelektrode geführt wird, es schwierig, eine gleichförmige Strömung mit der Zündkerzenmittellinie als Mittelachse zu erzielen. Daher beträgt die Anzahl an Kommunikationslöchern drei oder mehr, und eine gleichförmige Strömung kann erzielt werden, bei der die Mittellinie der Zündkerze die Mittelachse ist.
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass die Zündkammer eine Kapazität (Fassungsvermögen) von 850 bis 1600 mm³ hat und der Abstand Z beträgt 4 mm < Z < 8 mm.
Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann als ein Ergebnis davon, dass der Bereich des Fassungsvermögens der Zündkammer und der Bereich des Abstandes entlang der Zündkerzenmittelinie von dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt zu dem Schnittpunkt vorgeschrieben ist, ein Fassungsvermögen der Zündkammer und ein Abstand entlang der Mittellinie der Zündkerze von dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt zu dem Mittelabschnitt erlangt werden, die für eine stabile Funkenausbildung geeignet sind.
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt eine lineare Nut hat, die in der Richtung ausgebildet Ist, die von dem Entladungsabschnitt weg weist. Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann als ein Ergebnis davon, dass die Nut in dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt in der Richtung ausgebildet ist, die von dem Entladungsabschnitt weg weist, eine Funkenausbildung stabilisiert und sichergestellt werden.
Ein wiederum weiteres Merkmal der Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass ein zu dem Verbrennungsmotor gelieferter Kraftstoff ein gasförmiger Kraftstoff ist. Wie dies vorstehend beschrieben ist, kann eine Funkenausbildung und kann eine Verbrennung in der Zündkammer sogar in einem Verbrennungsmotor stabil ausgeführt werden, der eine magere Verbrennung mit einer geringen Gaskraftstoffkonzentration in der Verbrennungskammer ausführt. Daher kann das Ausstrahlen der Flamme in die Verbrennungskammer über die Kommunikationslöcher als ein Ergebnis der Verbrennung in der Einspritzkammer stabil ausgeführt werden, und die magere Verbrennung in der Verbrennungskammer kann in geeigneter Weise ausgeführt werden.
Ein Merkmal des Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung ist, dass, wie dies vorstehend beschrieben ist, der Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze versehen Ist, als die Zündkerze der Hilfskammerart bezeichnet ist, und in der Zündkerze der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt und der Abgabeabschnitt (Entladungsabschnitt) so vorgesehen sind, dass sie einen Funken erzeugen, um einen gasförmigen Kraftstoff in der Verbrennungskammer über die Zündkammer zu zünden.
Wie dies vorstehend im Hinblick auf die Zündkerze der vorliegenden Erfindung beschrieben ist, strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich an dem Schnittpunkt in der Zündkammer vermischt hat, zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt bei einer verringerten Geschwindigkeit. Die Strömungsrate des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt strömt, wird nicht zu einem Hochgeschwindigkeitszustand gelangen, und die Funkenausbildung kann stabil ausgeführt werden. Als ein Ergebnis davon, dass die Funkenausbildung stabil ausgeführt wird, kann die Verbrennung in der Zündkammer stabil ausgeführt werden. Als ein Ergebnis der Verbrennung in der Zündkammer kann das Abstrahlen der Flamme in die Verbrennungskammer über die Kommunikationslöcher stabil ausgeführt werden, und kann eine magere Verbrennung in der Verbrennungskammer in geeigneter Weise ausgeführt werden.
Ein Verfahren zum Zünden des Verbrennungsmotors ist außerdem gemäß der vorliegenden Erfindung vorgesehen, wobei dieses Zündverfahren auf eine Zündkerze angewendet wird, als die Zündkerze der Hilfskammerart bezeichnet ist, die die vorstehend erläuterten grundsätzlichen Strukturmerkmale aufweist. Ein Merkmal des Verfahrens ist, dass ein Schnittpunkt von Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern an der Mittellinie der Zündkerze an einer Position festgelegt wird, die näher zu der Seite des Entladungsabschnittes als die an der Zündkammerseite befindlichen Öffnungen der Kommunikationslöcher ist, und an einer Seite, die von der Mittelelektrode aus dem Entladungsabschnitt entgegengesetzt ist; die Vielzahl an Kommunikationslöchern jeweils so ausgebildet sind, dass sie an einem Umfang der Mittellinie der Zündkerze als Kommunikationslöcher gleichmäßig angeordnet sind, die zu dem Schnittpunkt hin gerichtet sind; ein mit einem kleinen Durchmesser versehener Endstückabschnitt, der dem Entladungsabschnitt gegenübersteht, in der Mittelelektrode vorgesehen wird; und im Ansprechen auf eine Bewegung des Kolbens zu dem Zylinderkopf hin ein gasförmiger Kraftstoff dazu gebracht wird, dass er von der Verbrennungskammer in die Zündkammer über die Vielzahl an Kommunikationslöchern so strömt, dass das Gas an einem Schnittpunkt zusammentrifft, zu der Seite der Masseelektrode strömt und zwischen dem Entladungsabschnitt und dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt derart strömt, dass die Masseelektrode umgangen wird, zum Zwecke des Zündens, so dass Verbrennungsflammen, die von dem Zündpunkt in die Verbrennungskammer zu dem in der Verbrennungskammer befindlichen gasförmigen Kraftstoff gestrahlt werden, gezündet werden.
In dem Zündverfahren für den Verbrennungsmotor, das sich in der vorstehend beschriebenen Weise auf die Zündkerze der vorliegenden Erfindung bezieht, strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das sich an dem Schnittpunkt in der Zündkammer vermischt hat, zwischen der Mittelelektrode und der Entladungselektrode bei einer verringerten Geschwindigkeit. Daher gelangt die Strömungsrate des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das zwischen der Mittelelektrode und der Entladungselektrode strömt, nicht in einen Hochgeschwindigkeitszustand, und eine Funkenbildung kann in stabiler Weise ausgeführt werden. Als ein Ergebnis davon, dass die Funkenbildung in dieser Weise stabil ausgeführt wird, kann die Verbrennung in der Zündkammer stabil ausgeführt werden. Als ein Ergebnis der Verbrennung in der Zündkammer kann das Abstrahlen der Flamme in die Verbrennungskammer über die Zündlöcher stabil ausgeführt werden, und kann die Verbrennung in der Verbrennungskammer in geeigneter Weise ausgeführt werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt eine Gesamtaufbauabbildung eines Verbrennungsmotors und einer Zündkerze, die in dem Verbrennungsmotor der vorliegenden Erfindung enthalten ist.
2 zeigt eine vertikale Querschnittsansicht der Zündkerze der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt eine Ansicht von unten der Zündkerze der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt eine Darstellung der Strömungsratenverteilung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das durch ein Kommunikationsloch bei einer Zündzeit tritt.
5 zeigt ein Diagramm einer Beziehung zwischen Z/L' und COVi.
Die 6A und 6B zeigen eine vertikale Querschnittsansicht und eine horizontale Querschnittsansicht von Hauptabschnitten einer Zündkerze, die eine Erdungselektrode (Masseelektrode) gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel aufweist.
Die 7A und 7B zeigen eine vertikale Querschnittsansicht und eine horizontale Querschnittsansicht von Hauptabschnitten einer Zündkerze, die eine Masseelektrode gemäß einem wiederum anderen Ausführungsbeispiel aufweist.
8 zeigt eine Darstellung einer Zündkerze, die eine Masseelektrode gemäß wiederum anderen Ausführungsbeispiel aufweist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Ein Ausführungsbeispiel eines indirekt einspritzenden Verbrennungsmotors (der nachstehend einfach als ”Verbrennungsmotor” bezeichnet ist) und einer Zündkerze, die in dem Verbrennungsmotor montiert ist (Zündkerze der Hilfskammerart) der vorliegenden Erfindung sind nachstehend unter Bezugnahme auf die 1 bis 5 beschrieben.
Zunächst ist der Gesamtaufbau des Verbrennungsmotors beschrieben. Wie dies in 1 gezeigt ist, weist ein Verbrennungsmotor 1 gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel folgendes auf: einen Kolben 2; einen Zylinder 4, in dem der Kolben 2 untergebracht ist und der mit einer oberen Fläche des Kolbens 2 eine Verbrennungskammer 3 ausbildet; und eine Zündkerze 11, die in einem Zylinderkopf 6 montiert ist.
Als ein Ergebnis einer hin- und hergehenden Bewegung des Kolbens 2 innerhalb des Zylinders 4 und eines Öffnungs-/Schließ-Betriebs eines Einlassventils 5 und eines Auslassventils (nicht dargestellt) werden ein Einlassprozess (Ansaugtakt), ein Kompressionsprozess (Kompressionstakt), ein Verbrennungsexpansionsprozess (Expansionstakt) und ein Abgabeprozess (Auslasstakt) jeweils in Aufeinanderfolge in der Verbrennungskammer 3 ausgeführt. Als ein Ergebnis davon wird eine Verbrennung erreicht, bei der die hin- und hergehende Bewegung des Kolbens 2 als eine Drehbewegung einer Kurbelwelle C durch eine Verbindungsstange ausgegeben wird. Ein derartiger Aufbau wie dieser ist ähnlich dem eines typischen Verbrennungsmotors der Vier-Takt-Art. Die Kurbelwelle C weist einen Startermotor M auf, der eine Drehung der Kurbelwelle ohne begleitende Verbrennung in der Verbrennungskammer 3 in einer frühzeitigen Stufe des Startens sicherstellt.
Der Verbrennungsmotor 1 nutzt beispielsweise Stadtgas (13A), das ein gasförmiger Kraftstoff ist, als Kraftstoff G. In dem Einlassprozess befindet sich das Einlassventil 5 in einem offenen Zustand, und ein Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff G (wie beispielweise ein mageres Gemisch) wird von einer Einlassöffnung 8 in die Verbrennungskammer 3 angesaugt. In dem Kompressionsprozess und in dem Verbrennungsexpansionsprozess wird das in die Verbrennungskammer 3 angesaugte Luft-Kraftstoff-Gemisch komprimiert und verbrannt und expandiert. In dem Auslassprozess befindet sich das Auslassventil in einem offenen Zustand, und das Verbrennungsabgas wird von der Verbrennungskammer 3 zu einer Abgabeöffnung (nicht dargestellt) abgegeben.
Eine Vertiefung 7 ist in der oberen Fläche 2a des Kolbens 2 ausgebildet, die dem Zylinderkopf 6 zugewandt ist. Als ein Ergebnis davon ist die Verbrennungskammer 3 durch einen Raum, der durch die Vertiefung 7 ausgebildet ist, zusätzlich zu dem Raum zwischen der oberen Fläche 2a des Kolbens 2 und der Innenfläche des Zylinders 4 ausgebildet. Als ein Ergebnis davon, dass die Verbrennungskammer 3 in dieser Weise ausgebildet ist, kann, wenn der Kolben 2 sich während des Kompressionsprozesses anhebt, eine Wirbelströmung von dem Umfang der Vertiefung 7 zu der Mitte der Vertiefung 7 hin erzeugt werden.
In der in dem Zylinderkopf 6 vorgesehenen Einlassöffnung 8 ist ein Kraftstofflieferabschnitt 9 vorgesehen, der den Kraftstoff G in die angesaugte Luft einspritzt, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff G (wie beispielsweise ein mageres Gemisch) wird erzeugt. Als ein Ergebnis davon, dass das Einlassventil 5 offen ist, wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch aus Luft und Kraftstoff G (wie beispielsweise ein mageres Gemisch) in die Verbrennungskammer 3 angesaugt. Hierbei kann die Menge an Kraftstoff, die von dem Kraftstofflieferabschnitt 9 eingespritzt wird, frei geändert werden, und das Mischungsverhältnis aus Luft und Kraftstoff G kann frei in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors 1 geändert werden.
Die Zündkerze 11 hat einen grob zylindrischen Zündkerzenkörper 12 und eine Zündkerzenabdeckung 13, die eine Zündkammer 14 in dem Endstückabschnitt des Zündkerzenkörpers 12 ausbildet (Endabschnitt an der unteren Seite in 1). Die Zündkerzenabdeckung 13 ist mit dem Zündkerzenkörper 12 einstückig ausgebildet. Die Zündkerzenabdeckung 13 ist zu einer mit einem Boden versehenen Zylinder geformt und hat eine kuppelartige Form, von der die Spitze sich an der Endstückseite (untere Seite in 1) des Zündkerzenkörpers 12 befindet, unter Betrachtung in einer Querschnittsansicht entlang einer Ebene, die durch eine Zündkerzenmittellinie (Linie W in 1) der Verbrennungskammer 3 tritt. Die Zündkerzenmittellinie W ist eine Linie, die senkrecht zu einer Längsrichtung (axiale Richtung) LT des Zündkerzenkörpers 12 steht, und tritt durch eine Mittelposition des Querschnitts des Zündkerzenkörpers 12.
Der Zündkerzenkörper 12 ist derart vorgesehen, dass die Zündkerzenmittellinie W mit einer Zylindermittellinie (Linie S in 1) der Verbrennungskammer 3 übereinstimmt. Die Zündkerze 11 ist derart vorgesehen, dass ihr Zündkerzenabdeckungskopfabschnitt 13a in die Verbrennungskammer 3 in einem Zustand vorragt, bei dem die Zündkerze 11 durch einen Öffnungsabschnitt 20 tritt, der in dem Zylinderkopf 6 ausgebildet ist. Der Öffnungsabschnitt 20 bewirkt eine Kommunikation zwischen dem oberen Abschnitt des Zylinderkopfes 6 und der Verbrennungskammer 3.
In der Zündkerzenabdeckung 13 (insbesondere in dem Zündkerzenabdeckungskopfabschnitt 13a) ist eine Vielzahl an Kommunikationslöchern 15 ausgebildet, die eine Kommunikation zwischen der Verbrennungskammer 3 und der Zündkammer 14 bewirken. Die Zündkerze 11 ist so aufgebaut, dass eine Funkenzündung des Luft-Kraftstoff-Gemisches bewirkt wird, das von der Verbrennungskammer 3 in die Zündkammer 14 über die Kommunikationslöcher 15 strömt, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird. Die Verbrennungsflamme, die als ein Ergebnis der Verbrennung erzeugt wird, wird dann in die Verbrennungskammer 3 über die Kommunikationslöcher 15 gestrahlt. In dieser Weise befördern die in Vielzahl vorgesehenen Kommunikationslöcher 15 das Luft-Kraftstoff-Gemisch von der Verbrennungskammer 3 in die Zündkammer 14 und strahlen die Verbrennungsflamme von der Zündkammer 14 in die Verbrennungskammer 3, wodurch das Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrannt wird, das in die Verbrennungskammer 3 gesaugt worden ist. Hierbei besteht das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in die Zündkammer 14 strömt, gänzlich aus dem Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von der Verbrennungskammer 3 über die Kommunikationslöcher 15 strömt, und weder der Kraftstoff G noch das Luft-Kraftstoff-Gemisch wird zu der Zündkammer 14 von einer anderen Quelle außer der Verbrennungskammer 3 geliefert.
Eine Steuervorrichtung 40 ist durch einen Mikroprozessor oder dergleichen aufgebaut, der dazu in der Lage ist, die Programme laufen zu lassen, die den Verbrennungsmotor 1 steuern. Die Steuervorrichtung 40 ist derart aufgebaut, dass die zeitliche Abstimmung der Funkenabgabe (Funkenentladung) zwischen der Mittelelektrode 16a und einer Masseelektrode 16b der Zündkerze 11 gesteuert wird.
In einem derartigen Verbrennungsmotor 1, wie er vorstehend beschrieben ist, ist ein Basisbetrieb wie folgt. Während des stetigen Betriebs, wie beispielsweise ein Nennbetrieb (Standardbetrieb) fuhrt der Verbrennungsmotor 1 den Einlassprozess aus, bei dem das Luft-Kraftstoff-Gemisch in die Verbrennungskammer 3 als ein Ergebnis davon angesaugt wird, dass der Kolben 2 bis unter den oberen Totpunkt in einen Zustand abfällt, bei dem das Einlassventil 5 offen ist. Danach führt der Verbrennungsmotor 1 den Kompressionsprozess aus, bei dem das in der Verbrennungskammer 3 befindliche Luft-Kraftstoff-Gemisch komprimiert wird, als eine Folge davon, dass der Verbrennungsmotor 1 in einem Zustand ansteigt, bei dem das Einlassventil 5 und das Auslassventil geschlossen sind. Während des Kompressionsprozesses nimmt das Fassungsvermögen der Verbrennungskammer 3 ab, als ein Ergebnis davon, dass das der Kolben 2 bis über einen unteren Totpunkt ansteigt. Daher strömt das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das in die Verbrennungskammer 3 angesaugt worden ist, in die Zündkammer 14 über die Kommunikationslöcher 15.
Die Steuervorrichtung 40, die den Betrieb des Verbrennungsmotors 1 steuert, betreibt den Zündkerzenkörper 12 bei einer Zündzeit (wie beispielsweise unmittelbar vor dem oberen Totpunkt) und zündet das Luft-Kraftstoff-Gemisch in der Zündkammer 14 durch ein Erzeugen einer Funkenzündung an einem Zündpunkt. Dann schreitet die Verbrennung in der Zündkammer 14 voran, und die Verbrennungsflamme strahlt in die Verbrennungskammer 3 über die Kommunikationslöcher 15. Als ein Ergebnis wird das in der Verbrennungskammer 3 befindliche Luft-Kraftstoff-Gemisch gezündet, und der Verbrennungsexpansionsprozess wird ausgeführt. Danach wird der Auslassprozess ausgeführt, bei dem das in der Verbrennungskammer 3 befindliche Verbrennungsabgas zu der Auslassöffnung geleitet und abgegeben wird als ein Ergebnis davon, dass der Kolben 2 in einem Zustand ansteigt (sich nach oben bewegt), bei dem das Auslassventil offen ist.
In dieser Weise ist der Verbrennungsmotor 1 als ein Verbrennungsmotor der Vier-Takt-Art aufgebaut, der wiederholt eine Abfolge an Betriebsvorgängen ausführt, um den Einlassprozess, den Kompressionsprozess, den Kompressionsexpansionsprozess und den Auslassprozess in dieser Reihenfolge auszuführen.
Der Gesamtaufbau der Zündkerze und des Verbrennungsmotors gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel und das Betriebsverfahren des Verbrennungsmotors sind vorstehend beschrieben. Spezielle Aufbauarten der Zündkerze der vorliegenden Erfindung sind nachstehend erläutert.
Kommunikationsloch
Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel sind, wie dies in 2 dargestellt ist, vier Kommunikationslöcher 15, die beispielsweise zylindrisch sind und die eine Kommunikation zwischen der Verbrennungskammer 3 und der Zündkammer 14 bewirken, gleichmäßig an dem Umfang der Zündkerzenmittellinie W so angeordnet, dass sie eine Phasendifferenz von 90 Grad haben. Die Kommunikationslöcher 15 sind in einer Richtung ausgerichtet, die zu dem vorstehend beschriebenen Schnittpunkt O weist. Eine an der Zündkammerseite befindliche Öffnung 15b ist weiter zu der Seite der Masseelektrode 16b hin als eine an der Verbrennungskammerseite befindliche Öffnung 15a positioniert. Ein Winkel, der in der Richtung des Uhrzeigersinns durch die Zündkerzenmittellinie W und die Mittellinie w des Kommunikationslochs 15 ausgebildet ist, beträgt 60 Grad. Daher kann eine Strömung aus dem Luft-Kraftstoff-Gemisch von den Kommunikationslöchern 15 zu der Seite der Masseelektrode 16b über den Schnittpunkt O ausgebildet werden. Die Mittellinie w des Kommunikationslochs 15 ist eine Linie in der Längsrichtung, die durch die Mittelposition eines Querschnitts, der senkrecht zu der Längsrichtung des Kommunikationslochs 15 ist, tritt.
Mittelelektrode
Wie dies in den 2 bis 4 gezeigt ist, ist die Mittelelektrode 16a so vorgesehen, dass sie von einem Stützabschnitt 19, der aus einem isolierenden Material, wie beispielsweise Aluminiumoxidkeramik besteht, zu der Seite des Kommunikationslochs 15 innerhalb der Zündkammer 14 vorragt. Die Mittelelektrode 16a ist so aufgebaut, dass sie einen Basisabschnitt 16n und einen mit einem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt 17 an der Endstückseite (die Seite zur Masseelektrode 16b hin) des Basisabschnittes 16n an einer Position hat, die einem Abgabeabschnitt (Entladungsabschnitt) 18 der Erdungselektrode (Masseelektrode) 16b gegenübersteht. Der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt 17 ist zu einer kreisartigen Säule mit einem kreisartigen Querschnitt geformt. Ein Innenmaterial des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes 17 besteht aus einem Metallmaterial mit einer überlegenen thermischen Leitfähigkeit, wie beispielsweise Cu, und sein Außenmaterial besteht aus einem metallischen Material mit einem Wärmewiderstand und einem Erosionswiderstand, wie beispielsweise einer Legierung auf der Basis von Ni. Die Endstückfläche des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes 17 ist eine flache Fläche, die parallel zu dem Abgabeabschnitt (Entladungsabschnitt) 18 ist. Die Basisendseite des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes 17 ist mit einem Führungsabschnitt 17a zum Führen des Luft-Kraftstoff-Gemisches versehen, dessen Durchmesser zu der Seite der Masseelektrode 16b hin kleiner wird. Darüber hinaus ist ein Luft-Kraftstoff-Gemisch-Raum 190, in den das Luft-Kraftstoff-Gemisch eintreten kann, am Umfang des Stützabschnittes 19 ausgebildet. Die Außenumfangsfläche 19a des Stützabschnittes 19 ist außerdem zu einer winkligen Fläche derart ausgebildet, dass der Durchmesser des Stützabschnittes 19 zu der Masseelektrode 16b hin kleiner wird. Die Neigungsrichtung der Außenumfangsfläche 19a ist eine Richtung, die zu einem Mittelelektrodenseitenende 160 der Erdungselektrode 16 weist, wie dies in 4 gezeigt ist, wenn die Erdungselektrode 16b von der Endstückseite aus betrachtet wird.
Als ein Ergebnis wird eine Strömungsratenverteilung, die mit der Zündkerzenmittellinie W als Mittelachse axial symmetrisch ist, in einer seitlichen Richtung der Erdungselektrode (Masseelektrode 16b) (nach vorn/nach hinten weisende Richtung in der Zeichnungsebene von 2) an dem Umfang des Stützabschnittes 19, der Mittelelektrode 16a und der Masseelektrode 16b verwirklicht.
Darüber hinaus wird als ein Ergebnis davon, dass eine lineare Nut 17b in der Richtung ausgebildet ist, die von dem Abgabeabschnitt (Entladungsabschnitt) 18 weg weist, wobei sie in dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt 17 vorgesehen ist, wie dies in 2 gezeigt ist, eine Funkenausbildung stabilisiert und sichergestellt.
Wie dies 3 deutlich zeigt, hat gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel die Masseelektrode 16b einen Aufbau eines freitragenden einseitig eingespannten Armes (nachstehend als Cantileveraufbau bezeichnet), der sich bis über die Mitte der Zündkerze hinaus von einem Abschnitt des Umfangs in der Peripherie der Zündkerzenmittellinie erstreckt. An einer Position der Masseelektrode 16b, die zu dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt 17 gegenübersteht, ist ein Edelmetallendstück, das aus Pt oder einer Legierung aus Pt besteht, an einem Bereich fixiert, der vorstehend als Abgabeabschnitt (Entladungsabschnitt) 18 bezeichnet ist. Die gesamte Erdungselektrode (Masseelektrode) 16b besteht beispielsweise aus einer Ni-Legierung, die Cr enthält.
Beziehung zwischen der Vielzahl an Kommunikationslöchern und den Elektroden.
In der Zündkerze 11 der vorliegenden Erfindung ist der Schnittpunkt O der Mittellinien w der Vielzahl an Kommunikationslöchern 15 an eine Position an der Zündkerzenmittellinie W gesetzt, die näher zu der Seite der Masseelektrode 16b als die an der Zündkammerseite befindlichen Öffnungen 15b der Kommunikationslöcher 15 ist, und an der Seite, die von der Mittelelektrode 16a gesehen dem Abgabeabschnitt (Entladungsabschnitt) 18 entgegengesetzt ist. Jedes aus der Vielzahl an Kommunikationslöchern 15 (vier in dem Beispiel von 2) ist so ausgebildet, dass es gleichmäßig in der Peripherie der Zündkerzenmittellinie W angeordnet ist, wobei die Kommunikationslöcher 15 zu dem Schnittpunkt O gerichtet sind.
Als ein Ergebnis der Anwendung dieses Aufbaus vermengen sich die Gasströmungen des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das von der Verbrennungskammer 3 in die Zündkammer 14 über die Vielzahl an Kommunikationslöchern 15 strömt, an dem Schnittpunkt 0, und strömen zu der Seite der Masseelektrode 16b. Das Luft-Kraftstoff-Gemisch strömt dann zwischen dem Entladungsabschnitt 18 und dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt 17, wobei die Masseelektrode 16b umgangen wird (siehe die 3 und 4).
4 zeigt die Strömungsratenverteilung des Luft-Kraftstoff-Gemisches über die Kommunikationslöcher 15 zur Zündzeit. Zur Zündzeit erreicht das Luft-Kraftstoff-Gemisch, das von der Verbrennungskammer 3 in die Zündkammer 14 strömt, eine maximale Strömungsrate (8 m/s bis 19 m/s) in der Nähe der Kommunikationslöcher 15 in der Nähe des Schnittpunktes 0, der der Zusammentreffpunkt ist, und unterhalb der Masseelektrode 16b. Jedoch wird die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, die von dem Schnittpunkt O zu der Masseelektrode 16b hin ansteigt, behindert, und das Luft-Kraftstoff-Gemisch umgeht die Masseelektrode 16b und strömt zwischen der Mittelelektrode 16a und der Masseelektrode 16b bei einer verringerten Geschwindigkeit. Daher kann eine stabile Funkenerzeugung zwischen der Mittelelektrode 16a und dem Entladungsabschnitt 18, der an der Masseelektrode 16b vorgesehen ist, sichergestellt werden.
Wie dies in 2 und in 3 gezeigt ist, wird, wenn ein Abstand von dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endabschnitt 17 zu dem Schnittpunkt O entlang der Mittellinie W der Zündkerze durch Z repräsentiert wird, und der Durchmesser eines virtuellen Kreises C0, der die Mitte der an der Verbrennungskammerseite befindlichen Öffnung 15b jedes Kommunikationslochs 15 verbindet, durch L repräsentiert wird, eine Beziehung 0,3 < Z/L' < 0,7 verwirklicht.
5 zeigt eine Darstellung einer Beziehung zwischen Z/L' und COVi (COVi ist ein symbolischer Ausdruck der Variierbarkeit (Veränderbarkeit) des effektiven Hauptdrucks, die in der Zeichnung dargestellt ist). Wie 5 deutlich zeigt, steigt, wenn Z/L' von dem vorstehend beschriebenen Bereich abweicht, COVi an und wird die Verbrennung unstabil.
Hierbei wird, wenn das Fassungsvermögen der Zündkammer 14 die Größe 850 mm³ bis 1600 mm³ aufweist und der Durchmesser L' des virtuellen Kreises C0, der die Mitte der an der Verbrennungskammerseite befindlichen Öffnung 15b jedes Kommunikationslochs 15 verbindet, 10 mm bis 14 mm beträgt, Z so festgelegt, dass er 4 mm < Z < 8 mm wird.
Außerdem wird, wie dies in 2 und in 3 gezeigt ist, wenn der Durchmesser des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes 17 die Größe Dc hat, die Breite des Entladungsabschnittes 18 die Größe L hat, der Lochdurchmesser des Kommunikationsloches 15 die Größe Do hat und die Anzahl an Kommunikationslöchern die Größe N beträgt, der Wert L so festgelegt, dass die Beziehung Dc < L < Do × N erfüllt wird.
Hierbei ist, wie dies in 3 und in 6B gezeigt ist, die Breite L des Entladungsabschnittes 18 jene Breite des Entladungsabschnittes 18, die dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt 17 entspricht, der an dem Endstück der Mittelelektrode 16a vorgesehen ist. Wenn die Masseelektrode 16b den Cantileveraufbau hat, ist die Breite L eine Breite in der seitlichen Richtung des Balkens des Cantileveraufbaus (eine Breite in der radialen Richtung (nach oben/nach unten weisende Richtung in 3 und in 6B), die durch die Mitte des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes 17 tritt, wenn der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endabschnitt 17 von der Seite der Bodenfläche aus betrachtet wird). Wenn die Masseelektrode 16b an beiden Enden gestützt Ist, wie dies in den 7A und 7B gezeigt ist und in 8 gezeigt ist, ist mit der Breite L eine Breite in der seitlichen Richtung des Balkens, wenn die Masseelektrode 16b einen geraden Aufbau hat, und eine Breite in der seitlichen Richtung eines Balkens, wenn die Masseelektrode 16b einen kreuzförmigen Aufbau hat, bezeichnet.
Als ein Ergebnis davon, dass die Bedingung Dc < L erfüllt ist, befindet sich der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt 17 der Mittelelektrode 16a an einer Position, die von der Seite des Schnittpunktes O aus verborgen ist, wie dies vorstehend beschrieben ist, an der hinteren Flächenseite der Masseelektrode 16b.
Andererseits kann als ein Ergebnis davon, dass die Bedingung L < Do × N erfüllt ist, die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches zwischen dem mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt 17 an der Mittelelektrode 16a und dem Entladungsabschnitt 18 der Erdungselektrode 16b geführt werden, ohne eine wesentliche Zunahme der Breite L der Erdungselektrode (Masseelektrode) 16b, und eine Zündung unter Verwendung eines Funkens kann in günstiger Weise erzeugt werden.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist nachstehend beschrieben.

(1) Gemäß dem vorstehend erläuternden Ausführungsbeispiel hat die Masseelektrode einen Cantileveraufbau, bei dem die Masseelektrode 16b durch einen rechteckigen Körper ausgebildet ist, von dem die Länge in der Richtung der Balkenbreite sich nicht im Hinblick auf die Längsrichtung ändert. Jedoch kann, wie dies in 6A und 6B gezeigt ist, die Masseelektrode 16b einen Cantileveraufbau mit einem trapezartigen Aufbau haben, der an der Cantileverbasisendseite breit ist und an der Cantileverendstückendseite schmal ist. In diesem Beispiel kann die Änderung des Abstandes zwischen der Mittelelektrode 16a und der Masseelektrode 16b unterdrückt werden. Außerdem kann, wie dies in 7A und 7B gezeigt ist, die Erdungselektrode (Masseelektrode) 16b einen Aufbau einer geraden Linie haben, bei dem die Masseelektrode 16b mit einem Paar an Umfangsabschnitten verbunden ist, die in einer gegenüberliegenden Weise an dem Umfang der Zündkerzenmittellinie W derart positioniert sind, dass sie sich über die Mitte der Zündkerze erstrecken unter Betrachtung aus der Richtung der Zündkerzenmittellinie W. Wenn dieser Aufbau angewendet wird, kann die Masseelektrode 16b durch den Zündkerzenkörper 12 mit Sicherheit gestützt werden. Darüber hinaus kann, wie dies in 8 gezeigt ist, die Masseelektrode 16b einen kreuzförmigen Aufbau haben, bei dem die Masseelektrode 16b an zwei Paaren an Umfangsabschnitten, die alle 90 Grad am Umfang der Zündkerzenmittellinie W positioniert sind, derart verbunden sein, dass diese sich über die Zündkerzenmitte erstrecken unter Betrachtung aus der Richtung der Zündkerzenmittellinie W. Wenn dieser Aufbau angewendet wird, kann die Masseelektrode 16b durch den Zündkerzenkörper 12 mit Sicherheit weiter gestützt werden.
(2) Gemäß dem vorliegenden Ausführungsbeispiel beträgt die Anzahl an Kommunikationslöchern 15 vier Löcher. Jedoch beträgt die Anzahl an Kommunikationslöchern 15 vorzugsweise drei oder mehr und fünf oder weniger Löcher. Als ein Ergebnis davon, dass die Anzahl an Kommunikationslöchern 15 auf fünf oder weniger begrenzt ist, kann eine Verschwendung vermieden werden, die auf ein Bohren von unnötigen Kommunikationslöchern 15 zurückzuführen ist. Wenn andererseits die Anzahl an Kommunikationslöchern 15 zwei oder weniger Löcher bei dem Aufbau beträgt, bei dem die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemisches, das an dem Schnittpunkt O zusammentrifft, wie dies vorstehend beschrieben ist, zu der Seite der Masseelektrode 16b geführt wird, ist eine gleichmäßige Strömung, dessen Mittelachse die Mittellinie W der Zündkerze ist, schwierig zu erreichen.

Gemäß dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel beträgt der Winkel, der durch die Mittellinie W der Zündkerze und die Mittellinie w des Kommunikationslochs 15 ausgebildet wird, 15 bis 60 Grad. Jedoch ist es ausreichend, dass eine Strömung zu der Seite der Masseelektrode 16b ausgebildet wird, und der Winkel kann 60 Grad oder weniger betragen.
Eine Zündkerze der Hilfskammerart kann vorgesehen werden, die dazu in der Lage ist, stabil und günstig eine Funkenzündung zu erzeugen, wobei die Zündkerze gemäß der vorliegenden Erfindung als Zündkerze der Hilfskammerart ausgebildet ist, die mit einer Zündkammer versehen ist, die eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode innerhalb einer Zündkerzenabdeckung aufweist, und bei der eine Zündzeit festgelegt wird, indem ein Funken zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode erzeugt wird. Darüber hinaus ist ein Verbrennungsmotor, der eine derartige Zündkerze der Hilfskammerart aufweist und dazu in der Lage ist, in stabiler und günstiger Weise eine Funkenzündung zu erzeugen, geschaffen worden, und ein Betriebsverfahren für einen Verbrennungsmotor, das einen derartigen Betrieb ausführen kann, kann verwirklicht werden.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze 11, die in einem indirekt einspritzenden Verbrennungsmotor 1 montiert ist. In der Zündkerze 11 sind eine Mittelelektrode 16a und eine Masseelektrode 16b innerhalb einer Zündkammer 14 derart enthalten, dass sie einander gegenüberstehen. Eine Zündkerzenabdeckung weist eine Vielzahl an Kommunikationslöchern 15 auf, die eine Kommunikation zwischen der Zündkammer 14 und einer Verbrennungskammer 3 bewerkstelligen. Wenn ein Abstand von einem mit einem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt 17 der Mittelelektrode 16a zu einem Schnittpunkt O der Kommunikationslöcher 15 die Größe Z hat und ein Durchmesser eines virtuellen Kreises, der die Mitten der Kommunikationslöcher 15 verbindet, die Größe L' hat, wird eine Beziehung 0,3 < Z/L' < 0,7 verwirklicht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2007-77902 A [0002]
JP 2007-40174 A [0002]
JP 2001-284014 A [0006]

Claims

Zündkerze, versehen mit einer Zündkerzenabdeckung, in der eine Zündkammer ausgebildet ist, einer Mittelelektrode, die an einer Mittellinie der Zündkerze angeordnet ist, und einer Masseelektrode, die so ausgebildet ist, dass sie der Mittelelektrode gegenübersteht und so ausgebildet ist, dass sie einen Entladungsabschnitt aufweist, der symmetrisch in Bezug auf die Mittellinie der Zündkerze ausgebildet ist, wobei sowohl die Mittelelektrode als auch die Masseelektrode innerhalb der Zündkammer montiert sind, wobei die Zündkerzenabdeckung eine Vielzahl an Kommunikationslöchern aufweist, die eine Kommunikation zwischen der Zündkammer und einer Verbrennungskammer bewirken, die einem Kolben eines Verbrennungsmotors im montierten Zustand zugewandt ist, bei dem die Zündkerze in einem Zylinderkopf montiert ist, wobei ein Schnittpunkt an Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern an der Mittellinie der Zündkerze an einer Position festgelegt ist, die sich näher zu der Seite des Entladungsabschnittes als an der Zündkammerseite befindliche Öffnungen der Kommunikationslöcher befindet und die an einer Seite ist, die von der Mittelelektrode aus dem Entladungsabschnitt entgegengesetzt ist; die in Vielzahl vorhandenen Kommunikationslöcher jeweils so ausgebildet sind, dass sie gleichmäßig an einer Peripherie der Mittellinie der Zündkerze als Kommunikationslöcher angeordnet sind, die zu dem Schnittpunkt hin gerichtet sind; ein mit einem kleinen Durchmesser versehener Endstückabschnitt, der dem Entladungsabschnitt gegenübersteht, in der Mittelelektrode vorgesehen ist; und eine Gasströmung, die von der Verbrennungskammer in die Zündkammer über die Vielzahl an Kommunikationslöchern strömt, an dem Schnittpunkt zusammentrifft, zu der Seite der Masseelektrode strömt und zwischen dem Entladungsabschnitt und dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt derart strömt, dass die Masseelektrode umgangen wird.
Zündkerze gemäß Anspruch 1, wobei eine Beziehung 0,3 < Z/L' < 0,7 verwirklicht wird, wobei Z einen Abstand von dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt zu dem Schnittpunkt entlang der Mittellinie der Zündkerze repräsentiert und L' einen Durchmesser eines virtuellen Kreises repräsentiert, der die Mitte der an der Verbrennungskammerseite befindlichen Öffnung jedes der Kommunikationslöcher verbindet.
Zündkerze gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die an der Zündkammerseite befindlichen Öffnungen der Kommunikationslöcher näher zu der Masseelektrode als die an der Verbrennungskammerseite befindlichen Öffnungen der Kommunikationslöcher angeordnet sind, und ein Winkel, der sich zwischen der Mittellinie der Zündkerze und einer Mittellinie jedes der Kommunikationslöcher ergibt, in einem Bereich von 40 Grad bis 70 Grad bei Messung in Uhrzeigerrichtung ist.
Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Beziehung Dc < L < Do × N verwirklicht ist, wobei Dc einen Durchmesser des mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnittes repräsentiert, L eine Breite des Entladungsabschnittes repräsentiert, Do ein Lochdurchmesser jedes der Kommunikationslöcher repräsentiert und N die Anzahl an Kommunikationslöchern repräsentiert.
Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Masseelektrode durch einen Cantileveraufbau, der sich bis über die Mitte der Zündkerze hinaus von einem Umfangsabschnitt um die Mittelinie der Zündkerze unter Betrachtung in einer Richtung der Mittellinie der Zündkerze erstreckt, einen Aufbau einer geraden Linie, der ein Paar an gegenüberstehenden Umfangsabschnitten um die Mittellinie der Zündkerze über der Mitte der Zündkerze unter Betrachtung der Richtung der Mittellinie der Zündkerze verbindet, oder einen kreuzförmigen Aufbau montiert ist, der zwei Paare an Umfangsabschnitten miteinander verbindet, die alle 90 Grad um die Mittellinie der Zündkerze über der Mitte der Zündkerze unter Betrachtung in der Richtung der Mittellinie der Zündkerze positioniert sind.
Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Kommunikationslöcher in einer Anzahl von 3 bis 5 vorhanden sind.
Zündkerze gemäß Anspruch 2, wobei die Zündkammer ein Fassungsvermögen von 850 bis 1600 mm³ hat und der Abstand Z beträgt: 4 mm < Z < 8 mm.
Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt eine lineare Nut aufweist, die in der Richtung ausgebildet ist, die von dem Entladungsabschnitt weg weist.
Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei Kraftstoff, der zu dem Verbrennungsmotor geliefert wird, gasförmiger Kraftstoff ist.
Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei der mit dem kleinen Durchmesser versehene Endstückabschnitt und der Entladungsabschnitt so vorgesehen sind, dass ein Funken erzeugt wird zum Zünden eines gasförmigen Kraftstoffes in der Verbrennungskammer über die Zündkammer.
Verfahren zum Zünden in einem Verbrennungsmotor mit einer Zündkerze, die mit folgendem versehen ist: mit einer Mittelelektrode, die an einer Mittellinie der Zündkerze angeordnet ist, und einer Masseelektrode, die so ausgebildet ist, dass sie der Mittelelektrode gegenübersteht und so ausgebildet ist, dass sie einen Entladungsabschnitt aufweist, der symmetrisch in Bezug auf die Mittellinie der Zündkerze ausgebildet ist, wobei ein Zündpunkt zwischen der Mittelelektrode und dem Entladungsabschnitt erzeugt wird, und sie durch eine Zündkerzenabdeckung bedeckt ist, in der eine Zündkammer ausgebildet ist, wobei die Zündkerze an einem Zylinderkopf montiert wird, wobei eine Vielzahl an Kommunikationslöchern, die eine Kommunikation zwischen der Zündkammer und einer Verbrennungskammer bewirken, einem Kolben zugewandt sind und durch die Zündkerzenabdeckung hindurch ausgebildet sind, wobei ein Schnittpunkt von Mittellinien der Vielzahl an Kommunikationslöchern an der Mittellinie der Zündkerze an einer Position festgelegt wird, die näher zu der Seite des Entladungsabschnittes als die an der Zündkammerseite befindlichen Öffnungen der Kommunikationslöcher ist, und an einer Seite, die von der Mittelelektrode aus dem Entladungsabschnitt entgegengesetzt ist; die Vielzahl an Kommunikationslöchern jeweils so ausgebildet sind, dass sie an einem Umfang der Mittellinie der Zündkerze als Kommunikationslöcher gleichmäßig angeordnet sind, die zu dem Schnittpunkt hin gerichtet sind; ein mit einem kleinen Durchmesser versehener Endstückabschnitt, der dem Entladungsabschnitt gegenübersteht, in der Mittelelektrode vorgesehen wird; und im Ansprechen auf eine Bewegung des Kolbens zu dem Zylinderkopf hin ein gasförmiger Kraftstoff dazu gebracht wird, dass er von der Verbrennungskammer in die Zündkammer über die Vielzahl an Kommunikationslöchern so strömt, dass das Gas an einem Schnittpunkt zusammentrifft, zu der Seite der Masseelektrode strömt und zwischen dem Entladungsabschnitt und dem mit dem kleinen Durchmesser versehenen Endstückabschnitt derart strömt, dass die Masseelektrode umgangen wird, zum Zwecke des Zündens, so dass Verbrennungsflammen, die von dem Zündpunkt in die Verbrennungskammer zu dem in der Verbrennungskammer befindlichen gasförmigen Kraftstoff gestrahlt werden, gezündet werden.