DE102013219941B4

DE102013219941B4 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102013219941B4
Application number: DE102013219941.4A
Authority: DE
Inventors: Toshimasa SAJI; Hirokazu Kurono; Toshitaka Honda
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2012-10-01
Filing date: 2013-10-01
Publication date: 2019-07-04
Anticipated expiration: 2033-10-02
Also published as: DE102013219941A1; CN103715612A; JP2014089947A; US20140091707A1; CN103715612B; US8928214B2; JP5715212B2

Abstract

Zündkerze (1), die umfasst:einen Isolator (2) mit einem Axialloch (4), das sich in einer Axialrichtung erstreckt,eine Mittenelektrode (5), die in eine vordere Endseite des Axiallochs (4) eingesteckt ist,eine Metallhülse (3), die an einem Außenumfang des Isolators (2) vorgesehen ist, undeinen Widerstand (7), der in dem Axialloch (4) an einer Position angeordnet ist, die weiter nach hinten hin liegt als die Mittenelektrode (5),wobei der Isolator (2) einen Stufenteil (14) umfasst, der in die Metallhülse (3) direkt oder über eine ringförmige Plattenpackung (22) eingreift,wobei der Widerstand (7) weiter nach hinten hin in der Axialrichtung (14) angeordnet ist als der Stufenteil,wobei, wenn die relative Dichte eines Teils des Isolators (2), der zwischen einer radialen virtuellen Ebene (VS1) mit einem darin enthaltenen vorderen Ende (2A) des Isolators (2) und einer radialen virtuellen Ebene (VS5) mit einem darin enthaltenen vorderen Ende (2H) eines Teils des Isolators (2), der in Kontakt mit der Metallhülse (3) oder der Plattenpackung (22) ist, angeordnet ist, als A (%) bezeichnet wird und die relative Dichte eines Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene (VS5) mit dem darin enthaltenen vorderen Ende (2H) des Teils des Isolators (2), der in Kontakt mit der Metallhülse (3) oder der Plattenpackung (22) ist, und einer radialen virtuellen Ebene (VS3)mit einer darin enthaltenen Mitte des Widerstands (7) in der Axialrichtung angeordnet ist, als B (%) bezeichnet wird, die folgenden Gleichungen erfüllt werden:93,90 ≤ A, und 0,10 ≤ A-B ≤ 0,90.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für die Verwendung in einem Verbrennungsmotor oder ähnlichem.
Hintergrund
Eine Zündkerze ist in einem Verbrennungsmotor (Motor) montiert und wird verwendet, um eine Luft/Kraftstoff-Mischung oder ähnliches in einer Verbrennungskammer zu zünden. Allgemein umfasst die Zündkerze: einen Isolator mit einem Axialloch, das sich in einer Axialrichtung erstreckt; eine Mittenelektrode, die in eine vorderen Endseite des Axiallochs eingesteckt ist; eine Metallhülse, die an einem Außenumfang des Isolators vorgesehen ist; und eine Erdungselektrode, die an einem vorderen Endteil der Metallhülse fixiert ist. Außerdem ist der Isolator derart an der Metallhülse fixiert, dass ein an einem Außenumfang des Isolators vorgesehener Stufenteil in einen Innenumfang der Metallhülse direkt oder über eine Plattenpackung aus Metall eingreift. Wenn dann der Verbrennungsmotor in Betrieb ist, wird die von einem vorderen Endteil des Isolators empfangene Wärme hauptsächlich von dem Stufenteil zu der Metallhülse geleitet.
Weiterhin ist ein Funkenentladungsspalt zwischen einem fernen Endteil der Erdungselektrode und einem vorderen Endteil der Mittenelektrode definiert. Indem eine Hochspannung an dem Funkenentladungsspalt angelegt wird, um eine Funkenentladung zu erzeugen, wird die Luft/Kraftstoff-Mischung gezündet (siehe zum Beispiel JP 2007 - 242 588 A ). Um dabei die Erzeugung eines Hochfrequenzrauschens in Verbindung mit der Anlegung der Hochspannung zu unterdrücken, ist ein Metall und Glas enthaltender Widerstand weiter hinten als die Mittenelektrode in dem Axialloch (d.h. entlang eines Stromversorgungspfads des Funkenentladungsspalts) an einer Position, die weiter hinten als der Stufenteil liegt, vorgesehen.
Um Anforderungen an einen sparsameren Kraftstoffverbrauch und Umweltschutzregelungen zu erfüllen, wurden in den letzten Jahren Motoren mit einer hohen Superladung und Motoren mit hohen Verdichtungsverhältnissen vorgeschlagen. Weil in diesen Motoren ein relativ hoher Druck in einer Verbrennungskammer erzeugt wird, ist eine relativ hohe Spannung erforderlich, um eine Funkenentladung (eine Funkenentladungsspannung) zu erzeugen. Wenn die Funkenentladungsspannung erhöht wird, wird eine durch den Isolator dringende Funkenentladung (Durchgangsentladung) an einer Position erzeugt, die weiter vorne zu der vorderen Endseite hin als die Position liegt, an welcher der Isolator die Metallhülse oder die Plattenpackung kontaktiert (insbesondere an einer dünneren Position). Dementsprechend kann eine normale Funkenentladung gestört werden (eine Flamme verursacht werden).
Unter Berücksichtigung der vorstehend geschilderten Umstände wird die Spannungsfestigkeit des Isolators verbessert, indem die Dichte (die relative Dichte) des Isolators erhöht wird, um die Erzeugung der Durchgangsentladung zu unterdrücken. Bei der Zündkerze aus dem Stand der Technik ist die relative Dichte des Isolators über alle Teile des Isolators hinweg gleichmäßig.
Eine Zündkerze mit einem Isolator der aus mehreren Grünlingen hergestellt ist, ist aus der WO 2009/ 126 864 A2 bekannt. Ein weiterer Isolator einer Zündkerze der einen aluminiumoxidbasierten gesinterten Körper enthält ist in der EP 2 190 085 A1 beschrieben. Ein Herstellungsverfahren für einen gesinterten Keramik-Körper ist in der EP 0 548 424 A1 beschrieben. Aus der EP 2 482 397 A1 ist eine Zündkerze mit einem Isolator bekannt.
Zusammenfassung
Wenn jedoch die relative Dichte des Isolators weiter erhöht wird, wird auch die Wärmeleitfähigkeit des Isolators erhöht. Deshalb wird die an dem vorderen Endteil des Isolators empfangene Wärme über einen Teil des Isolators, der weiter hinten zu der hinteren Endseite hin als der Stufenteil angeordnet ist, zu dem Widerstand übertragen. Daraus resultiert eine Beeinträchtigung des Metalls und des Glases in dem Widerstand, wodurch der Widerstandswert des Widerstands drastisch erhöht werden kann.
Angesichts der oben geschilderten Umstände, gibt die vorliegende Erfindung eine Zündkerze an, die eine Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands effektiv unterdrücken und gleichzeitig eine hervorragende Spannungsfestigkeit realisieren kann.
Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze angegeben, die umfasst: einen Isolator mit einem Axialloch, das sich in einer Axialrichtung erstreckt; eine Mittenelektrode, die in eine vordere Endseite des Axiallochs eingesteckt ist; eine Metallhülse, die an einem Außenumfang des Isolators vorgesehen ist; und einen Widerstand, der in dem Axialloch an einer Position angeordnet ist, die weiter hinten als die Mittenelektrode liegt; wobei der Isolator einen Stufenteil umfasst, der in die Metallhülse direkt oder über eine ringförmige Plattenpackung eingreift; wobei der Widerstand weiter hinten in der Axialrichtung angeordnet ist als der Stufenteil; wobei, wenn die relative Dichte eines Teils des Isolators, der zwischen einer radialen virtuellen Ebene mit einem darin enthaltenen vorderen Ende des Isolators und einer radialen virtuellen Ebene mit einem darin enthaltenen vorderen Ende eines Teils des Isolators, der in Kontakt mit der Metallhülse oder der Plattenpackung ist, angeordnet ist, als A (%) bezeichnet wird und die relative Dichte eines Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen vorderen Ende des Teils des Isolators, der in Kontakt mit der Metallhülse oder der Plattenpackung ist, und einer radialen virtuellen Ebene mit einer darin enthaltenen Mitte des Widerstands in der Axialrichtung angeordnet ist, als B (%) bezeichnet wird, die folgenden Gleichungen erfüllt werden:

93,90 ≤ A und 0,10 ≤ A-B ≤ 0,90.

Unter der „relativen Dichte“ ist hier das Verhältnis der tatsächlichen Dichte des Isolators zu der theoretischen Dichte des Isolators zu verstehen. Unter der „theoretischen Dichte“ ist die Dichte zu verstehen, die aus dem Anteil von Oxiden berechnet wird, der durch das Ausdrücken der Anteile der Elemente in dem Isolator in Bezug auf Oxide auf der Basis der Mischregel erhalten wird. Unter der „tatsächlichen Dichte“ ist die tatsächliche Dichte des Isolators zu verstehen, die auf der Basis des archimedischen Prinzips gemessen wird. In dem archimedischen Prinzip wird die Tatsache genutzt, dass ein Festkörper in einer Flüssigkeit eine Auftriebskraft erfährt, die gleich dem Gewicht der durch den Festkörper verdrängten Flüssigkeit ist. Das Volumen eines zu messenden Objekts wird auf der Basis des Gewichts einer Probe erhalten, das in einem Zustand gemessen wird, in dem die Probe eine Auftriebskraft in reinem Wasser erfährt, und des Gewichts der Probe, das in einem trockenen Zustand in der Atmosphäre gemessen wird, wobei die Dichte des zu messenden Objekts auf der Basis des erhaltenen Volumens berechnet wird. Bei der Berechnung der Dichte wird eine Korrektur auf der Basis einer Änderung in der Dichte durch die Temperatur des reinen Wassers vorgenommen, um die Messgenauigkeit zu erhöhen.
Gemäß dem ersten Aspekt ist die relative Dichte A (%) des Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen vorderen Ende des Isolators und der radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen vorderen Ende des Teils des Isolators, der in Kontakt mit der Metallhülse oder der Plattenpackung ist, angeordnet ist (d.h. des Teils des Isolators, wo die Durchgangsentladung erzeugt wird, wobei dieser Teil nachfolgend auch als vorderer Endteil des Isolators bezeichnet wird), derart konfiguriert, dass er die Gleichung 93,90% ≤ A erfüllt. Folglich kann die Erzeugung einer Durchgangsentladung zuverlässiger verhindert werden.
Weiterhin ist gemäß dem ersten Aspekt die relative Dichte B (%) des Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen vorderen Ende des Teils des Isolators, der in Kontakt mit der Metallhülse oder der Plattenpackung ist, und der radialen virtuellen Ebene mit der darin enthaltenen Mitte des Widerstands in der Axialrichtung angeordnet ist (nachfolgend auch als mittlerer Teil des Isolators bezeichnet), derart konfiguriert, dass er die Gleichung 0,10 ≤ A-B erfüllt. Die relative Dichte B des mittleren Teils des Isolators ist nämlich derart konfiguriert, dass sie um 0,10% kleiner als die relative Dichte A des vorderen Endteils des Isolators ist. Folglich kann die Wärmeleitfähigkeit des mittleren Teils des Isolators relativ klein vorgesehen werden. Daraus resultiert, dass eine Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands unterdrückt werden kann, wodurch die Lebensdauer des Widerstands verlängert werden kann.
Wenn dagegen die Differenz der relativen Dichte zwischen dem vorderen Endteil und dem mittleren Teil des Isolators zu groß vorgesehen ist und eine Last auf den Isolator in einer die Axiallinie kreuzenden Richtung ausgeübt wird, konzentriert sich eine mechanische Spannung an einem Grenzteil zwischen dem vorderen Endteil und dem mittleren Teil des Isolators, was dazu führen kann, dass der Isolator bricht.
Weil also gemäß dem ersten Aspekt die Gleichung A-B ≤ 0,90 erfüllt wird, kann eine Konzentration einer mechanischen Spannung an dem Grenzteil zwischen dem vorderen Endteil und dem mittleren Teil des Isolators zuverlässiger verhindert werden. Daraus resultiert, dass eine hervorragende mechanische Festigkeit in dem Isolator realisiert wird.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zündkerze gemäß dem ersten Aspekt vorgesehen, wobei die folgende Gleichung erfüllt wird:

0,15 ≤ A-B ≤ 0,50.

Weil gemäß dem zweiten Aspekt die Gleichung 0,15 ≤ A-B erfüllt wird, kann die Wärmeleitfähigkeit des mittleren Teils des Isolators kleiner vorgesehen werden. Folglich kann effektiver verhindert werden, dass Wärme zu dem Widerstand geleitet wird, wodurch eine Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands weiter unterdrückt werden kann.
Weil weiterhin gemäß dem zweiten Aspekt die Gleichung A-B ≤ 0,50 erfüllt wird, kann eine Konzentration einer mechanischen Spannung an dem Grenzteil zwischen dem vorderen Endteil und dem mittleren Teil des Isolators zuverlässiger verhindert werden, wodurch die mechanische Festigkeit des Isolators weiter verbessert werden kann.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zündkerze gemäß dem ersten oder zweiten Aspekt vorgesehen, wobei, wenn die relative Dichte eines Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene mit der darin enthaltenen Mitte des Widerstands in der Axialrichtung und einer radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen hinteren Ende des Isolators als C (%) bezeichnet wird, die folgende Gleichung erfüllt wird:

C ≤ B.

Wenn beim Anordnen der Widerstandszusammensetzung, die nach dem Sintern ein Widerstand wird, und der Mittenelektrode in dem Axialloch die Produktivität betrachtet wird, werden die Mittenelektrode und die Widerstandszusammensetzung vorzugsweise derart in das Innere des Axiallochs eingeführt, dass der Isolator so gehalten wird, dass die Öffnung an der Rückseite des Axiallochs nach oben gerichtet ist. Wenn dabei der Schwerpunkt des Isolators relativ nach hinten hin angeordnet ist und der Isolator in dem oben beschriebenen Zustand gehalten wird, neigt der Isolator zu einem Kippen. Dies kann eine Reduktion der Produktivität zur Folge haben.
Deshalb ist gemäß dem dritten Aspekt die relative Dichte C (%) des Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene mit der darin enthaltenen Mitte des Widerstands und der radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen hinteren Ende des Isolators angeordnet ist (nachfolgend auch als hinterer Endteil des Isolators bezeichnet), derart konfiguriert, dass er die Beziehung C ≤ B erfüllt. Weil folglich der Schwerpunkt des Isolators weiter nach vorne hin angeordnet werden kann, kann ein Kollabieren des Isolators zuverlässig verhindert werden. Dadurch kann die Produktivität weiter verbessert werden.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Zündkerze gemäß einem der ersten bis dritten Aspekte vorgesehen, wobei der Durchmesser eines Teils des Axiallochs, in dem der Widerstand angeordnet ist, 2,9 mm oder kleiner ist.
Gemäß dem vierten Aspekt ist der Durchmesser des Teils des Axiallochs, in dem der Widerstand angeordnet ist, 2,9 mm oder kleiner, sodass der Widerstandswert des Widerstands zu einer Erhöhung neigt. Dies ist effektiv, um die Wärmeleitfähigkeit mittels der Dichte wie in den ersten und zweiten Aspekten zu steuern. Vorzugsweise ist der Durchmesser des Teils des Axiallochs, wo der Widerstand angeordnet ist, konstant in der Richtung der Axiallinie.
Figurenliste

1 ist eine teilweise ausgeschnittene Vorderansicht, die die Konfiguration einer Zündkerze zeigt.
2 ist eine teilweise ausgeschnittene Vorderansicht, die eine Gummipressformmaschine zum Erzeugen eines Isolators zeigt.
3 ist eine vergrößerte Schnittansicht des Isolators usw.
4 ist eine vergrößerte Schnittansicht eines Isolators usw. gemäß einer anderen Ausführungsform.

Ausführliche Beschreibung
Im Folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung mit Bezug auf die Zeichnungen beschrieben. 1 ist eine teilweise ausgeschnittene Vorderansicht, die eine Zündkerze 1 zeigt. Es ist zu beachten, dass in 1 die Richtung einer Axiallinie CL1 der Zündkerze 1 der vertikalen Richtung in der Figur entspricht, wobei die untere Seite der Figur der vorderen Endseite und die obere Seite der Figur der hinteren Endseite der Zündkerze 1 entspricht.
Die Zündkerze 1 umfasst einen Isolator 2, der ein zylindrischer Isolator ist, eine zylindrische Metallhülse 3, die den Isolator 2 hält, usw.
Es ist bekannt, dass der Isolator 2 durch das Sintern von Aluminiumoxid oder ähnlichem ausgebildet wird und umfasst: einen Hinterendseiten-Körperteil 10, der an einer hinteren Endseite ausgebildet ist; einen Teil 11 mit einem großen Durchmesser, der radial nach außen an einer Position vorsteht, die weiter vorne zu einer vorderen Endseite hin liegt als der Hinterendseiten-Körperteil 10; einen mittleren Körperteil 12, der dünner als der Teil 11 mit einem großen Durchmesser an einer Position ausgebildet ist, die weiter zu der vorderen Endseite hin liegt als der Teil 11 mit einem großen Durchmesser; und einen Nasenteil 13, der dünner als der mittlere Körperteil 12 an einer Position ausgebildet ist, die weiter zu der vorderen Endseite hin liegt als der mittlere Körperteil 12. Außerdem sind in dem Isolator 2 der Teil 11 mit einem großen Durchmesser, der mittlere Körperteil 12 und ein Großteil des Nasenteils 13 im Inneren der Metallhülse 3 aufgenommen. Weiterhin ist ein sich verjüngender Stufenteil 14 an einem Verbindungsteil ausgebildet, der zwischen dem mittleren Körperteil 12 und dem Nasenteil 13 derart vorgesehen ist, dass er diese kontinuierlich verbindet. Der Isolator 2 greift in die Metallhülse 3 an dem Stufenteil 14 ein. Außerdem ist ein Axialloch 4 in dem Isolator 2 derart ausgebildet, dass es sich entlang der Axiallinie CL1 durch den Isolator 2 erstreckt.
Wie in 2 gezeigt, kann der Isolator 2 ausgebildet werden, indem eine Gummipressformmaschine 41 mit einer zylindrischen Gummiform 42 verwendet wird. Insbesondere wird ein Pulvermaterial PM, das ein Aluminiumoxidpulver als Hauptbestandteil enthält, in die Gummiform 42 geladen und wird ein stabförmiger (nadelförmiger) Pressstift 43 in die Gummiform 42 eingeführt. Dann wird eine Kraft auf das Pulvermaterial PM in einer Radialrichtung von der Gummiform 42 ausgeübt, um das Pulvermaterial PM zu verdichten und dadurch einen Pressling aus dem Pulvermaterial PM zu formen. Der auf diese Weise erhaltene Pressling wird an seinem Außenumfang geformt, wobei der geformte Pressling dann gesintert wird, um den Isolator 2 zu erhalten.
Wie in 1 gezeigt, wird eine Mittenelektrode 5 in das Axialloch 4 an einer vorderen Endseite eingesteckt und dann an dieser Position fixiert. Die Mittenelektrode 5 umfasst eine Innenschicht 5A, die aus einem Metall (zum Beispiel Kupfer, einer Kupferlegierung, reinem Nickel (Ni) oder ähnlichem) ausgebildet ist, das eine hervorragende Wärmeleitfähigkeit aufweist, und eine Außenschicht 5B, die vor allem aus Ni ausgebildet ist. Außerdem weist die Mittenelektrode 5 insgesamt eine stabartige Form (eine zylindrische Form) auf und steht von einem vorderen Ende des Isolators 2 an einem vorderen Endteil desselben vor.
Außerdem ist eine Anschlusselektrode 6 in das Axialloch 4 an einer hinteren Endseite derart eingesteckt, dass die Anschlusselektrode 6 von einem hinteren Ende des Isolators 2 vorsteht und an dieser Position fixiert wird.
Weiterhin ist ein zylindrischer Widerstand 7 in dem Axialloch 4 an einer Position angeordnet, die weiter hinten als die Mittenelektrode 5 liegt. Dieser Widerstand 7 weist einen Widerstandswert auf, der gleich oder größer als ein vorbestimmter Wert (zum Beispiel 100 Ω) ist, um ein Hochfrequenzrauschen zu unterdrücken, und wird durch das Erhitzen und Abdichten einer Widerstandsverbindung, die aus einem leitenden Material (zum Beispiel Kohlenstoff oder ähnlichem), Glas und ähnlichem besteht, zu einer erforderlichen Form ausgebildet. Der Widerstand 7 ist elektrisch mit der Mittenelektrode 5 und der Anschlusselektrode 6 jeweils über leitende Glasdichtungsschichten 8, 9 an seinen beiden Endteilen verbunden. Der Widerstand 7 ist weiter hinten in der Richtung der Axiallinie CL1 angeordnet als ein Stufenteil 21, der weiter unten beschrieben wird. Der Widerstand 7 wird ausgebildet, indem der Isolator 2 an dem Teil 11 mit einem großen Durchmesser mittels eines vorbestimmten Haltewerkzeugs (nicht gezeigt) gehalten wird, sodass eine Hinterendseiten-Öffnung des Axiallochs 4 nach oben gerichtet ist, die Mittenelektrode 5 und die Widerstandsverbindung in dem Axialloch 4 von der Hinterendseiten-Öffnung her angeordnet werden und dann die Widerstandsverbindung erhitzt wird.
Außerdem ist die Metallhülse 3 aus einem Metall wie etwa einem Stahl mit einem geringen Kohlenstoffgehalt oder ähnlichem zu einer zylindrischen Form ausgebildet und ist ein Gewindeteil (ein Außengewindeteil) 15 an einer Außenumfangsfläche der Metallhülse 3 ausgebildet, sodass die Zündkerze 1 in einer Verbrennungsvorrichtung wie etwa einem Verbrennungsmotor, einem Brennstoffzellen-Reformer oder ähnlichem montiert werden kann. Außerdem ist ein Sitzteil 16 derart ausgebildet, dass er radial nach außen zu einer Position vorsteht, die weiter hinten zu der hinteren Endseite hin liegt als der Gewindeteil 15, und ist eine ringförmige Dichtung 18 in einen Gewindehals 17 an einem hinteren Ende des Gewindeteils 15 gepasst. Weiterhin ist ein Werkzeugeingreifteil 19 mit einem hexagonalen Querschnitt an einer hinteren Endseite der Metallhülse 3 derart vorgesehen, dass ein Werkzeug wie etwa ein Schraubenschlüssel oder ähnliches in einen Eingriff mit demselben gebracht wird, wenn die Metallhülse 3 in der Verbrennungsvorrichtung montiert wird. Außerdem ist ein gecrimpter Teil 20 an einem hinteren Endteil der Metallhülse 3 derart vorgesehen, das er nach hinnen gebogen ist.
Weiterhin ist die Stufe bzw. ein Vorsprungsteil 21 an einer Innenumfangsfläche der Metallhülse 3 vorgesehen, sodass der Isolator 2 dort eingreift. Der Isolator 2 wird in die Metallhülse 3 von der hinteren Endseite aus zu einer vorderen Endseite eingesteckt und an der Metallhülse 3 fixiert, indem ein Hinterendseiten-Öffnungsteil der Metallhülse 3 radial nach innen gecrimpt wird, sodass also der gecrimpte Teil 20 in einem Zustand ausgebildet wird, in dem der Stufenteil 14 des Isolators 2 in den Vorsprungsteil 21 über eine ringförmige Plattenpackung 22 aus einem vorbestimmten Metall eingreift. Es ist zu beachten, dass das Anordnen der Plattenpackung 22 zwischen dem Stufenteil 14 und dem Vorsprungsteil 21 die Gasdichtigkeit in einer Verbrennungskammer aufrechterhält, um ein Lecken eines Brennstoffgases, das in einen Zwischenraum zwischen dem Nasenteil 13 des Isolators 2 und der Innenumfangsfläche der Metallhülse 3 eintritt, zu verhindern.
Um weiterhin eine vollständige Abdichtung durch das Crimpen sicherzustellen, sind ringförmige Ringglieder 23, 24 zwischen der Metallhülse 3 und dem Isolator 2 an der hinteren Endseite der Metallhülse 3 angeordnet und ist ein Talkpulver 25 zwischen den Ringgliedern 23, 24 vorgesehen. Die Metallhülse 3 hält den Isolator 2 über die Plattenpackung 22, die Ringglieder 23, 24 und den Talk 25.
Außerdem ist eine Erdungselektrode 27 mit einem vorderen Endteil 26 der Metallhülse 3 verbunden. Die Erdungselektrode 27 ist zur Hälfte entlang der Länge gebogen, sodass eine Seitenfläche an einer fernen Endseite einem vorderen Endteil der Mittenelektrode 5 zugewandt ist, wenn die Erdungselektrode 27 derart mit der Metallhülse 3 verbunden ist. Dann wird ein Funkenentladungsspalt 28 zwischen dem vorderen Endteil der Mittenelektrode 5 und dem fernen Endteil der Erdungselektrode 27 definiert, sodass eine Funkenentladung in diesem Funkenentladungsspalt 28 in einer Richtung herbeigeführt wird, die der Axiallinie CL1 folgt.
Im folgenden wird die Konfiguration des Isolators 2 beschrieben, die einen kennzeichnenden Teil der Erfindung darstellt. In dieser Ausführungsform ist wie in 3 gezeigt (in 3 ist der einfacheren Darstellung halber auf die Schraffierung der Metallhülse 3 oder ähnliches verzichtet), wenn die relative Dichte eines vorderen Endteils 2A, der weiter unten beschrieben wird, des Isolators 2 als A (%) bezeichnet wird und die relative Dichte eines mittleren Teils 2B, der weiter unten beschrieben wird, des Isolators 2 als B (%) bezeichnet wird, der Isolator 2 derart konfiguriert, dass er die Gleichungen 93,90 ≤ A und 0,10 ≤ A-B ≤ 0,90 (oder vorzugsweise 0,15 ≤ A-B ≤ 0,50) erfüllt. Die relative Dichte B des mittleren Teils 2B ist um 0,10% oder mehr und 0,90% oder weniger kleiner vorgesehen als die relative Dichte A des vorderen Endteils 2A, sodass die Wärmeleitfähigkeit des mittleren Teils 2B relativ klein wird.
Der vordere Endteil 2A bildet einen Teil (einen durch schräge Linien schraffierten Teil in 3) des Isolators 2, der zwischen einer radialen virtuellen Ebene VS1 mit einem darin enthaltenen vorderen Ende 2F und einer radialen virtuellen Ebene VS2 mit einem darin enthaltenen vorderen Ende 2G eines Teils, der die Plattenpackung 22 kontaktiert, angeordnet ist, wobei dieser Teil einen dünnsten Teil des Isolators 2 umfasst. Außerdem bildet der mittlere Teil 2B einen Teil (einen durch ein Punktmuster schraffierten Teil in 3), der zwischen der virtuellen Ebene VS2 und einer radialen virtuellen Ebene VS3 mit einer darin enthaltenen Mitte 7C des Widerstands 7 in der Richtung der Axiallinie CL1 angeordnet ist.
Unter der „relativen Dichte“ ist das Verhältnis der tatsächlichen Dichte des Isolators 2 zu der theoretischen Dichte des Isolators 2 zu verstehen. Unter der „theoretischen Dichte“ ist die Dichte zu verstehen, die aus dem Anteil von Oxiden berechnet wird, der durch das Ausdrücken der Anteile der Elemente in dem Isolator 2 (der zum Beispiel durch EPMA gemessen werden kann) in Bezug auf Oxide auf der Basis der Mischregel erhalten wird. Unter der „tatsächlichen Dichte“ ist die tatsächliche Dichte des Isolators zu verstehen, die auf der Basis des archimedischen Prinzips gemessen wird.
Beim Ausbilden des Isolators können die relativen Dichten A, B derart vorgesehen werden, dass sie die oben genannte Beziehung erfüllen, indem der von der Gummiform 42 auf das Pulvermaterial PM ausgeübte Druck gesteuert wird (indem der auf den Teil in Entsprechung zu dem vorderen Endteil 2A ausgeübte Druck größer vorgesehen wird als der auf den Teil in Entsprechung zu dem mittleren Teil 2B ausgeübte Druck). Außerdem können die relativen Dichten A, B derart vorgesehen werden, dass sie die oben genannte Beziehung erfüllen, indem die Dicke der Gummiform 42 gesteuert wird (indem die Dicke eines Teils der Gummiform 42, der den Druck auf den Teil in Entsprechung zu dem vorderen Endteil 2A ausübt, kleiner vorgesehen wird als die Dicke eines Teils der Gummiform 42, der den Druck auf den Teil in Entsprechung zu dem mittleren Teil 2B ausübt) oder indem die Härte der Gummiform 42 gesteuert wird (indem die Härte des Teils der Gummiform 42, der den Druck auf den Teil in Entsprechung zu dem vorderen Endteil 2A ausübt, größer vorgesehen wird als die Härte des Teils der Gummiform 42, die den Druck auf den Teil in Entsprechung zu dem mittleren Teil 2B ausübt).
Wie oben beschrieben liegt also gemäß der Ausführungsform die relative Dichte des vorderen Endteils 2A des Isolators 2 bei 93,90% oder mehr. Folglich kann die Erzeugung einer Durchgangsentladung zuverlässiger verhindert werden.
Weiterhin ist die relative Dichte B (%) des mittleren Teils 2B derart konfiguriert, dass sie die Gleichung 0,10 ≤ A-B erfüllt. Folglich kann die Wärmeleitfähigkeit an dem mittleren Teil 2B relativ klein vorgesehen werden, sodass die durch den vorderen Endteil 2A empfangene Wärme kaum zu dem Widerstand 7 geleitet wird. Daraus resultiert, dass eine Erhöhung in dem Widerstandswert des Widerstands 7 unterdrückt werden kann, wodurch die Lebensdauer des Widerstands 7 verlängert werden kann.
Außerdem ist in der Ausführungsform der Isolator 2 derart konfiguriert, dass die Gleichung A-B ≤ 0,90 erfüllt wird, wodurch eine Konzentration einer mechanischen Spannung an einem Grenzteil zwischen dem vorderen Endteil 2A und dem mittleren Teil 2B zuverlässiger verhindert werden kann. Daraus resultiert, dass eine hervorragende mechanische Festigkeit in dem Isolator 2 erzielt werden kann.
Weiterhin neigt in dem Axialloch 4 des Isolators 2 der Widerstandswert des Widerstands 7 zu einer Erhöhung in einer Konfiguration, in welcher der Durchmesser des Teils des Isolators 2, wo der Widerstand 7 angeordnet ist, einen Wert von 2,9 mm oder weniger aufweist. Dabei kann die Erhöhung des Widerstandswerts effektiv unterdrückt werden, indem der erste Aspekt und der zweite Aspekt verwendet werden. In 3 und 4 wird in dem Axialloch 4 des Isolators 2 der Durchmesser des Teils des Isolators 2, wo der Widerstand 7 angeordnet ist, durch 2d angegeben.
Dann wurden ein Spannungsfestigkeitstest und ein Widerstandslebensdauertest an Proben von Zündkerzen durchgeführt, in denen die relative Dichte A (%) von vorderen Endteilen und die relative Dichte B (%) von mittleren Teilen der Isolatoren variiert wurden, um den durch die Ausführungsform vorgesehenen Effekt zu prüfen. Außerdem wurde ein Biegefestigkeitstest an Proben von Isolatoren durchgeführt, in denen die relativen Dichten A, B variiert wurden.
Der Spannungsfestigkeitstest lässt sich wie folgt zusammenfassen. Es wurden 50 Proben mit der gleichen relativen Dichte A und der gleichen relativen Dichte B vorbereitet, die dann in einem vorbestimmten Motor montiert wurden. Dann wurde eine Spannung von 40 kV an den Proben (Funkenentladungsspalten) angelegt. Dann wurde bei den 50 Proben die Anzahl von Proben gezählt, in denen eine Durchgangsentladung durch den vorderen Endteil des Isolators erzeugt wurde, um die Erzeugungsrate der Durchgangsentladung (eine Durchdringungsrate) zu berechnen. Dabei wurden die Proben mit einer Durchdringungsrate von weniger als 5% als mit einer sehr guten Spannungsfestigkeit bewertet und durch „⊙“ angegeben. Die Proben mit einer Durchdringungsrate von 5% oder mehr und weniger als 15% wurden als mit einer guten Spannungsfestigkeit bewertet und durch „○“ angegeben. Dagegen wurden die Proben mit einer Durchdringungsrate von 15% oder mehr und weniger als 25% als mit einer schlechten Spannungsfestigkeit bewertet und durch „△“ angegeben. Die Proben mit einer Durchdringungsrate von 25% oder mehr wurden als mit einer sehr schlechten Spannungsfestigkeit bewertet und durch „×“ angegeben.
Der Widerstandslebensdauertest lässt sich wie folgt zusammenfassen. Es wurden 10 Proben mit der gleichen relativen Dichte A und der gleichen relativen Dichte B vorbereitet und dann in Transistorzündungsvorrichtungen für ein Kraftfahrzeug montiert. Dann wurden die vordere Endteile der Proben auf 400°C erhitzt und wurde eine Entladungsspannung von 30kV an den Proben angelegt, um 3600 Funkenentladungen pro Minute zu erzeugen. In jeder Probe wurde die Zeitdauer, während welcher ein Widerstandswert bei normalen Temperaturen doppelt so hoch wurde wie ein Widerstandswert bei normalen Temperaturen vor dem Test gemessen (Verdoppelungszeit), und wurde ein Durchschnitt der Verdoppelungszeiten der 10 Proben berechnet (durchschnittliche Verdoppelungszeit). Dabei wurden die Proben mit einer durchschnittlichen Verdoppelungszeit von mehr als 100 Stunden als sehr effektiv für das Unterdrücken einer Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands bewertet und durch „⊙“ angegeben. Die Proben mit einer durchschnittlichen Verdoppelungszeit von mehr als 50 Stunden, aber weniger als 100 Stunden wurden als effektiv für das Unterdrücken einer Erhöhung des Widerstandswerts bewertet und durch „○“ angegeben. Dagegen wurden die Proben mit einer durchschnittlichen Verdoppelungszeit von mehr als 10 Stunden aber weniger als 30 Stunden als mit einer kleinen Neigung zu einer Erhöhung des Widerstandswerts bewertet und durch „△“ angegeben. Die Proben mit einer durchschnittlichen Verdoppelungszeit von 10 Stunden oder weniger wurden als mit einer großen Neigung zu einer Erhöhung des Widerstandswerts bewertet und durch „×“ angegeben.
Der Biegungsfestigkeitstest lässt sich wie folgt zusammenfassen. Es wurden 50 Proben mit der gleichen relativen Dichte A und der gleichen relativen Dichte B vorbereitet und fixiert, indem sie an einem Teil gehalten wurden, der sich von einem Teil mit einem großen Durchmesser zu einem Stufenteil erstreckt. Dann wurde eine Last von 5,5 N * m an einem vordersten Endteil jeder Probe entlang einer Richtung angelegt, die die Axiallinie mit rechten Winkeln kreuzt. Dann wurde bei den 50 Proben die Anzahl von Proben, bei denen ein Bruch herbeigeführt wurde, gezählt, um eine Brucherzeugungsrate zu berechnen. Dabei wurden die Proben mit einer Brucherzeugungsrate von weniger als 5% als mit einer sehr guten mechanischen Festigkeit bewertet und durch „⊙“ angegeben. Die Proben mit einer Bruchrate von 5% oder mehr und weniger als 10% wurden als mit einer guten mechanischen Festigkeit bewertet und durch „○“ angegeben. Dagegen wurden die Proben mit einer Brucherzeugungsrate von 10% oder mehr und weniger als 20% als mit einer schlechten mechanischen Festigkeit bewertet und durch „△“ angegeben. Die Proben mit einer Brucherzeugungsrate von 20% oder mehr wurden als mit einer sehr schlechten mechanischen Festigkeit bewertet und durch „×“ angegeben.

Die Tabelle 1 zeigt die Testergebnisse. Die Proben 1 bis 8 in der Tabelle 1 sind Proben, die die Anforderungen des ersten Aspekts (Anspruch 1) nicht erfüllen. Und die Proben 11 bis 27 sind Proben, die die Anforderungen des ersten Aspekts 1 (Anspruch 1) erfüllen. [Tabelle 1]

	Relative (%)	Dichte	Durchmesser 2d des Teils des Axiallochs in dem Isolator, in dem der Widerstand angeordnet ist (mm)	A-B (%)	Spannungsfestigkeitstest	Widerstandslebensdauertest	Biegefestigkeitstest
	Teil A	Teil B		A-B (%)	Spannungsfestigkeitstest	Widerstandslebensdauertest	Biegefestigkeitstest
Probe 1	93,25	93,22	ϕ2,4	0,03	△	×	△
Probe 2	93,25	93,22	ϕ2,9	0,03	△	×	△
Probe 3	93,25	93,22	ϕ3,9	0,03	×	○	×
Probe 4	93,88	93,76	ϕ3,9	0,12	×	○	○
Probe 5	95,12	95,10	ϕ3,9	0,02	○	×	○
Probe 6	96,75	96,74	ϕ3,9	0,01	⊙	×	⊙
Probe 7	95,42	95,33	ϕ3,9	0,09	○	×	○
Probe 8	96,79	95,88	ϕ3,9	0,91	⊙	⊙	×
Probe 11	93,90	93,79	ϕ2,4	0,11	○	○	○
Probe 12	93,90	93,79	ϕ2,9	0,11	○	○	○
Probe 13	93,90	93,79	ϕ3,9	0,11	○	○	○
Probe 14	94,32	94,20	ϕ3,9	0,12	○	○	○
Probe 15	95,45	95,35	ϕ3,9	0,10	○	○	○
Probe 16	96,46	96,33	ϕ3,9	0,13	⊙	○	⊙
Probe 17	96,83	96,69	ϕ3,9	0,14	⊙	○	⊙
Probe 18	96,84	96,69	ϕ2,4	0,15	⊙	⊙	⊙
Probe 19	96,84	96,69	ϕ2,9	0,15	⊙	⊙	⊙
Probe 20	96,84	96,69	ϕ3,9	0,15	⊙	⊙	⊙
Probe 21	96,83	96,33	ϕ2,4	0,50	⊙	⊙	⊙
Probe 22	96,83	96,33	ϕ2,9	0,50	⊙	⊙	⊙
Probe 23	96,83	96,33	ϕ3,9	0,50	⊙	⊙	⊙
Probe 24	96,83	96,32	ϕ3,9	0,51	⊙	⊙	○
Probe 25	96,82	95,92	ϕ2,4	0,90	⊙	⊙	○
Probe 26	96,82	95,92	ϕ2,9	0,90	⊙	⊙	○
Probe 27	96,82	95,92	ϕ3,9	0,90	⊙	⊙	○

Wie in der Tabelle 1 gezeigt, hat sich herausgestellt, dass die Proben mit einer relativen Dichte A von weniger als 93,90% (Proben 1 bis 4) eine schlechte Spannungsfestigkeit aufweisen.
Dagegen hat sich bestätigt, dass die Proben mit einer relativen Dichte A von 93,90% oder größer (Proben 5 bis 8, 11 bis 27) zwar eine gute Spannungsfestigkeit aufweisen, wobei jedoch dann, wenn A-B kleiner als 0,10% ist (Proben 5 bis 7) die Widerstandswerte der Widerstände zu einer Erhöhung neigen. Dies ist darauf zurückzuführen, dass der mittlere Teil des Isolators beinahe die gleiche hohe Wärmeleitfähigkeit aufweist wie der vordere Endteil, sodass die von dem vorderen Endteil empfangene Wärme leichter über den mittleren Teil zu dem Widerstand übertragen wird.
Weiterhin hat sich herausgestellt, dass die Probe, bei der A-B größer als 0,90% ist (Probe 8) eine schlechte mechanische Festigkeit aufweist. Dies ist wahrscheinlich darauf zurückzuführen, dass die relativen Dichten des vorderen Endteils und des mittleren Teils zu groß sind, sodass sich eine mechanische Spannung an dem Grenzteil zwischen dem vorderen Endteil und dem mittleren Teil konzentriert.
Im Gegensatz dazu hat sich deutlich herausgestellt, dass die Proben, bei denen die relative Dichte A 93,90% oder mehr beträgt und A-B 0,10% oder größer und 0,90% oder kleiner ist (Proben 11 bis 27) eine gute Spannungsfestigkeit aufweisen, eine Erhöhung des Widerstandswerts der Widerstände effektiv unterdrücken und eine gute mechanische Festigkeit aufweisen.
Außerdem hat sich herausgestellt, dass die Proben, bei denen A-B 0,15% oder mehr und 0,50% oder weniger beträgt (Proben 18 bis 23) eine Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands sehr effizient unterdrücken und eine sehr gute mechanische Festigkeit aufweisen. Weiterhin hat sich herausgestellt, dass eine sehr gute Spannungsfestigkeit erzielt werden kann, indem die relative Dichte A auf 96,46% oder größer gesteuert wird.
Die Testergebnisse zeigen, dass der Isolator vorzugsweise derart konfiguriert ist, dass die relative Dichte A bei 93,90% oder mehr liegt und A-B die Beziehung 0,10 ≤ A-B ≤ 0,90 erfüllt, um eine gute Spannungsfestigkeit, eine effektive Unterdrückung einer Erhöhung des Widerstandswerts des Widerstands und eine gute mechanische Festigkeit vorzusehen.
Und um weiterhin eine weitere Verbesserung in der Effektivität der Unterdrückung des Widerstandswerts des Widerstands und in der mechanischen Festigkeit zu realisieren, ist der Isolator vorzugsweise derart konfiguriert, dass A-B die Beziehung 0,15 ≤ A-B ≤ 0,50 erfüllt.
Außerdem liegt die relative Dichte A vorzugsweise bei 96,46% oder mehr, um die Spannungsfestigkeit weiter zu verbessern.
Weiterhin neigt der Widerstandswert des Widerstands zu einer Erhöhung, wenn der Durchmesser des Teils des Axiallochs in dem Isolator, wo der Widerstand angeordnet ist, den Wert von 2,9 mm oder kleiner erfüllt. Dabei werden vorzugsweise der erste Aspekt und der zweite Aspekt verwendet.
Natürlich können auch weitere hier nicht beschriebene Anwendungsbeispiele und Modifikationsbeispiele verwendet werden.

(a) In der Ausführungsform greift der Isolator 2 (der Stufenteil 14) in die Metallhülse 3 (den Vorsprungsteil 21) über die Plattenpackung 22 wie in 4 gezeigt ein (wobei die Schraffierung der Metallhülse 3 usw. der Einfachheit halber weggelassen ist), wobei der Isolator 2 (der Stufenteil 14) aber auch direkt in die Metallhülse 3 (den Vorsprungsteil 21) eingreifen kann, ohne dass die Plattenpackung 22 vorgesehen ist. In diesem Fall bildet der vordere Endteil 2A einen Teil (einen mit schrägen Linien in 4 schraffierten Teil) des Isolators 2, der zwischen der virtuellen Ebene VS1 und einer radialen virtuellen Ebene VS5 mit einem darin enthaltenen vorderen Ende 2H eines Teils des Isolators 2, der in Kontakt mit der Metallhülse 3 kommt, angeordnet ist. Außerdem bildet der mittlere Teil 2B einen Teil (einen mit einem Streumuster schraffierten Teil in 4) des Isolators 2, der zwischen der virtuellen Ebene VS5 und der virtuellen Ebene VS3 angeordnet ist.
(b) In der Ausführungsform erzeugt die Zündkerze 1 eine Funkenentladung in dem Funkenentladungsspalt 28, um darin eine Luft/Kraftstoff-Mischung zu zünden, wobei die Konfiguration der Zündkerze, auf die das technische Konzept der Erfindung angewendet werden kann, jedoch nicht darauf beschränkt ist. Folglich kann das technische Konzept der Erfindung zum Beispiel auf eine Zündkerze (eine Plasmastrahl-Zündkerze) angewendet werden, in der ein Hohlraum in einem vorderen Endteil eines Isolators vorgesehen ist und eine Luft/Kraftstoff-Mischung durch das Strahlen eines in dem Hohlraum erzeugten Plasmas gezündet wird.
(c) In der Ausführungsform ist die Erdungselektrode 27 mit dem vorderen Endteil 26 der Metallhülse 3 verbunden, wobei die Erfindung aber auch auf eine Konfiguration angewendet werden kann, in der eine Erdungselektrode durch das Ausschneiden eines Teils einer Metallhülse (oder eines Teils einer Metalleinrichtung an einem vorderen Ende, die zuvor an die Metallhülse geschweißt wurde) ausgebildet wird (siehe zum Beispiel JP 2006 - 236 906 A ).
(d) In der Ausführungsform ist der Werkzeugeingreifteil 19 in einer Form mit einem hexagonalen Querschnitt ausgebildet, wobei die Erfindung jedoch nicht auf diese Form beschränkt ist. Zum Beispiel kann der Werkzeugeingreifteil auch mit einer Bi-HEX-Form (modifizierten dodekagonalen Form) (ISO 22977:2005 (E)) ausgebildet sein.

Claims

Zündkerze (1), die umfasst: einen Isolator (2) mit einem Axialloch (4), das sich in einer Axialrichtung erstreckt, eine Mittenelektrode (5), die in eine vordere Endseite des Axiallochs (4) eingesteckt ist, eine Metallhülse (3), die an einem Außenumfang des Isolators (2) vorgesehen ist, und einen Widerstand (7), der in dem Axialloch (4) an einer Position angeordnet ist, die weiter nach hinten hin liegt als die Mittenelektrode (5), wobei der Isolator (2) einen Stufenteil (14) umfasst, der in die Metallhülse (3) direkt oder über eine ringförmige Plattenpackung (22) eingreift, wobei der Widerstand (7) weiter nach hinten hin in der Axialrichtung (14) angeordnet ist als der Stufenteil, wobei, wenn die relative Dichte eines Teils des Isolators (2), der zwischen einer radialen virtuellen Ebene (VS1) mit einem darin enthaltenen vorderen Ende (2A) des Isolators (2) und einer radialen virtuellen Ebene (VS5) mit einem darin enthaltenen vorderen Ende (2H) eines Teils des Isolators (2), der in Kontakt mit der Metallhülse (3) oder der Plattenpackung (22) ist, angeordnet ist, als A (%) bezeichnet wird und die relative Dichte eines Teils des Isolators, der zwischen der radialen virtuellen Ebene (VS5) mit dem darin enthaltenen vorderen Ende (2H) des Teils des Isolators (2), der in Kontakt mit der Metallhülse (3) oder der Plattenpackung (22) ist, und einer radialen virtuellen Ebene (VS3)mit einer darin enthaltenen Mitte des Widerstands (7) in der Axialrichtung angeordnet ist, als B (%) bezeichnet wird, die folgenden Gleichungen erfüllt werden: 93,90 ≤ A, und 0,10 ≤ A-B ≤ 0,90.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1, wobei die folgende Gleichung erfüllt wird: 0,15 ≤ A-B ≤ 0,50.
Zündkerze (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei, wenn die relative Dichte eines Teils des Isolators (2), der zwischen der radialen virtuellen Ebene (VS3) mit der darin enthaltenen Mitte des Widerstands (7) in der Axialrichtung und einer radialen virtuellen Ebene mit dem darin enthaltenen hinteren Ende des Isolators angeordnet ist, als C (%) bezeichnet wird, die folgende Gleichung erfüllt wird: C ≤ B.
Zündkerze (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Durchmesser eines Teils des Axiallochs, in dem der Widerstand (7) angeordnet ist, 2,9 mm oder kleiner ist.