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Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der am 8. September 2014 eingereichten
japanischen Patentanmeldung Nr. 2014-182557 , deren Gesamtinhalt hierin durch Bezugnahme aufgenommen worden ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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1. Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine.
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2. Beschreibung des einschlägigen Stands der Technik
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Die
japanische Patentoffenlegungsschrift Nr. 2013-186998 beschreibt eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine, die so konfiguriert ist, dass sie zwischen ihrer zylindrischen Masseelektrode und ihrer zylindrischen Mittelelektrode eine Funkenentladung erzeugt, wenn an der Mittelelektrode eine hochfrequente Spannung anliegt. Diese Zündkerze weist eine Struktur auf, in der ein zylindrischer Isolator derart angeordnet ist, dass das distale Ende desselben in das Innere der zylindrischen Masseelektrode vorsteht, und das distale Ende der Mittelelektrode in das Innere des zylindrischen Isolators vorsteht.
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In dieser Zündkerze wird anfangs, wenn eine hochfrequente Spannung oder eine Impulsspannung an der Mittelelektrode anliegt, eine Korona- oder Büschelentladung (Streamer-Entladung) erzeugt, so dass die Oberfläche des Isolators hauptsächlich von der Masseelektrode her bedeckt ist. Danach breitet sich die Korona- oder Büschelentladung in Richtung auf die Mittelelektrode aus, woraus resultiert, dass zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode ein Entladungsweg entsteht, und eine Glimmentladung oder eine Bogenentladung erzeugt wird. Durch diese Entladung wird ein Kraftstoff-Luftgemisch gezündet. Sofern nicht anders angegeben, bedeutet das Wort „Entladung” nachstehend nicht „Korona- oder Büschelentladung”, sondern Glimmentladung oder Bogenentladung.
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Wenn die erzeugte Entladung die Oberfläche des Isolators anhaltend bedeckt, da der Kühlverlust hoch ist und sich dementsprechend eine Flamme nicht hinreichend ausbreiten kann, ist die Zündfähigkeit gering. Dementsprechend muss bewirkt werden, dass die erzeugte Entladung sich von der Oberfläche des Isolators löst und sich durch eine Luftströmung innerhalb einer Brennkammer in der Luft ausbreitet. Damit sich die Entladung durch eine Luftströmung hinreichend ausbreiten kann, muss die Zündkerze auf einer Brennkraftmaschine derart montiert werden, dass die relative Position der Entladung zum Isolator und die Richtung der Luftströmung in einer geeigneten Beziehung zueinander stehen.
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Die Masseelektrode, der Isolator und die Mittelelektrode der Zündkerze, die in dieser Patentschrift beschrieben sind, weisen aber jeweils in der Umfangsrichtung der Kerze eine einheitliche Form auf. Dementsprechend ist die Position, an der sich eine Entladung zu ereignen beginnt, nicht auf eine spezifische Umfangsposition der Zündkerze festgelegt. Das heißt, da die Entladungsstartposition willkürlich ist, kann keine stabile Ausbreitung einer erzeugten Entladung, in egal welcher Richtung die Zündkerze relativ zu der Richtung der Luftströmung innerhalb der Brennkammer ausgerichtet ist, bewirkt werden.
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KURZFASSUNG
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Eine beispielhafte Ausführungsform sieht eine Zündkerze für eine Brennkraftmaschine vor, welche aufweist:
eine zylindrische Masseelektrode;
einen zylindrischen Isolator, der im Inneren der Masseelektrode gehalten wird und in Richtung auf eine distale Endseite der Zündkerze über ein distales Ende der Masseelektrode hinaus vorsteht; und
eine Mittelelektrode, die im Inneren des Isolators gehalten wird und in Richtung auf die distale Endseite über ein distales Ende des Isolators vorsteht,
wobei die Zündkerze so konfiguriert ist, dass sie eine Entladung zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode erzeugt, wenn eine hochfrequente Spannung an der Mittelelektrode anliegt, wobei,
wenn ein Segment einer Leitung, die sich in einer radialen Richtung der Kerze so erstreckt, dass ein willkürlicher Startpunkt auf einer Oberfläche der Masseelektrode und einer äußeren Umfangsoberfläche des Isolators verbunden wird, ein Leitungssegment H ist, ein Punkt einer Überschneidung zwischen dem Leitungssegment H und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators ein Schnittpunkt K ist, eine Länge des Leitungssegments H L1 ist und ein axialer Abstand zwischen dem Schnittpunkt K und dem distalen Ende des Isolators L2 ist, ist die Masseelektrode auf der Oberfläche desselben mit einem kürzesten Entladungsbildungsbereich als der Startpunkt lokal entlang einer Umfangsrichtung der Kerze angeordnet, an der ein Wert von (L1 + L2) minimal wird.
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Gemäß der beispielhaften Ausführungsform ist eine Zündkerze angeordnet, die sicherstellt, dass eine Brennkraftmaschine eine stabil hohe Zündfähigkeit aufweist.
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Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung werden anhand der nachstehenden Beschreibung einschließlich der Zeichnungen und Ansprüche offenbar.
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KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
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Es zeigen:
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1 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einer Zündkerze gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine perspektivische Ansicht eines distalen Endteils der Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform;
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3 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, des distalen Endteils der Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform;
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4 eine Draufsicht auf die Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform von der distalen Endseite her betrachtet;
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5 eine Querschnittansicht von 4, die entlang der Linie V-V erstellt worden ist;
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6 ein Diagramm zur Erläuterung, wie bewirkt wird, dass eine erzeugte Entladung sich in der Zündkerze gemäß der ersten Ausführungsform ausbreitet;
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7 eine Draufsicht auf eine Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung von der distalen Endseite her betrachtet;
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8 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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9 eine Draufsicht auf die Zündkerze gemäß der dritten Ausführungsform von der von der distalen Endseite her betrachtet;
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10 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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11 eine Draufsicht auf die Zündkerze gemäß der vierten Ausführungsform von der distalen Endseite her betrachtet;
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12 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einem experimentellen Beispiel;
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13 eine Draufsicht auf die Zündkerze gemäß dem experimentellen Beispiel von der distalen Endseite her betrachtet;
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14 einen Graphen, der Messergebnisse eines Experiments zeigt, die an der Zündkerze gemäß dem experimentellen Beispiel vorgenommen wurden;
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15 ein Diagramm zur Erläuterung eines Zustands einer Entladung, wenn eine Entladungsstartposition α = Π/2 ist;
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16 ein Diagramm zur Erläuterung eines Zustands einer Entladung, wenn die Entladungsstartposition α = 0 ist;
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17 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung;
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18 eine Draufsicht auf die Zündkerze gemäß der fünften Ausführungsform von der distalen Endseite her betrachtet;
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19 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer sechsten Ausführungsform der Erfindung;
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20 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer siebten Ausführungsform der Erfindung;
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21 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer achten Ausführungsform der Erfindung;
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22 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer neunten Ausführungsform der Erfindung; und
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23 eine Vorderansicht, teilweise im Querschnitt, von einem distalen Endteil einer Zündkerze gemäß einer zehnten Ausführungsform der Erfindung.
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BEVORZUGTE AUSFÜHRUNGSFORMEN DER ERFINDUNG
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Zündkerzen gemäß den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen können für eine Brennkraftmaschine eines Fahrzeugs verwendet werden. Nachstehend ist unter der distalen Endseite eine Endseite der Zündkerze zu verstehen, von der sie in eine Brennkammer einer Maschine eingefügt wird, und unter der proximalen Endseite ist die andere Endseite gegenüber der distalen Endseite zu verstehen. Weiterhin versteht man unter der axialen Richtung der Kerze die Längsrichtung der Zündkerze, unter der radialen Richtung der Kerze die radiale Richtung der Zündkerze und unter der Umfangsrichtung der Kerze die Umfangsrichtung der Zündkerze.
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In den nachstehend beschriebenen Ausführungsformen sind identische oder äquivalente Komponenten, Teile oder Bereiche mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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Erste Ausführungsform
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Eine Zündkerze 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung wird unter Bezugnahme auf 1 bis 6 beschrieben. Wie in 1 und 2 gezeigt ist, beinhaltet die Zündkerze 1 eine zylindrische Masseelektrode 2, einen zylindrischen Isolator 3, der im Inneren der Masseelektrode 2 so gehalten wird, dass er in Richtung auf die distale Endseite über das distale Ende der Masseelektrode 2 hinaus vorsteht, und eine Mittelelektrode 4, die im Inneren des Isolators 3 gehalten wird, so dass sie in Richtung auf die distale Endseite über das distale Ende des Isolators 3 hinaus vorsteht. Die Zündkerze 1 ist so konfiguriert, dass sie eine Entladung zwischen der Masseelektrode 2 und der Mittelelektrode 4 erzeugt, wenn an der Mittelelektrode 4 eine hochfrequente Spannung anliegt.
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Die Struktur der Zündkerze 1 wird nachstehend unter Bezugnahme auf 3 bis 5 ausführlich beschrieben. Eine Leitung, die sich in der radialen Richtung der Kerze so erstreckt, dass sie einen willkürlichen Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 und die äußere Umfangsoberfläche des Isolators 3 verbindet, sei ein Leitungssegment H (siehe 5). Der Punkt einer Überschneidung zwischen dem Leitungssegment H und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 sei ein Schnittpunkt K. Man nimmt hier an, dass die Länge des Leitungssegments H L1 ist, und dass die axiale Länge zwischen dem Schnittpunkt K und dem distalen Ende des Isolators 3 L2 ist. Die Masseelektrode 2 ist auf deren Oberfläche mit einem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 ausgebildet. Die Summe von L1 und L2, d. h. der Wert von (L1 + L2) wird minimal, wenn der Startpunkt sich an dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 befindet.
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Die Definition des kürzesten Entladungsbildungsbereichs 21 ist folgendermaßen. Das Segment einer Leitung, die sich in der radialen Richtung der Kerze so erstreckt, dass sie einen willkürlichen Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 verbindet, ist als das Leitungssegment H definiert. Wenn der Startpunkt auf den Punkt A, der in 4 und 5 gezeigt ist, festgelegt wird, verbindet das Leitungssegment H den Punkt A und den Punkt B, die in 4 und 5 gezeigt sind, wobei der Punkt B ein Punkt gegenüber dem Punkt A in der radialen Richtung der Kerze ist. Der Punkt B wird zum Schnittpunkt K. Der Abstand La zwischen den Punkten A und B ist die Länge L1 des Leitungssegments H. Die axiale Länge Lb zwischen dem Punkt B und dem distalen Ende des Isolators 3 ist die axiale Länge L2 zwischen dem Schnittpunkt K und dem distalen Ende des Isolators 3.
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Wenn der Startpunkt auf den Punkt C, der in 3 und 4 gezeigt ist, festgelegt wird, verbindet das Leitungssegment H den Punkt C mit dem Punkt D, wie in 3 und 4 gezeigt ist, wobei der Punkt D dem Punkt C in der radialen Richtung der Kerze gegenüberliegt. Der Punkt D wird zum Schnittpunkt K. Der Abstand Lc zwischen den Punkten C und D wird zur Länge L1 des Leitungssegments H. Die axiale Länge Ld zwischen dem Punkt D und dem distalen Ende des Isolators 3 ist die axiale Länge L2 zwischen dem Schnittpunkt K und dem distalen Ende des Isolators 3.
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Wenn dementsprechend der Startpunkt auf den Punkt A festgelegt wird, L1 + L2 = La + Lb, und wenn der Startpunkt auf den Punkt C festgelegt wird, L1 + L2 = Lc + Ld. Da La = Lc und Lb < Ld, ist La + Lb > Lc + Ld. Der Wert von (L1 + L2) hängt von der Position des Startpunkts auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 ab.
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In dieser Ausführungsform wird der Wert (L1 + L2) maximal, wenn der Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 auf den Punkt C festgelegt wird. Dementsprechend ist der Punkt C an dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 vorhanden. Somit ist der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 lokal entlang der Umfangsrichtung der Kerze vorhanden. Der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ist zudem an einem Punkt gegenüber dem Punkt C gegenüber der Mittelelektrode 4 vorhanden.
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Die Masseelektrode 2 dient auch als das Gehäuse 11 und ist mit einem Befestigungsgewindeteil 11 an deren äußerer Umfangsoberfläche ausgebildet, so dass sie mit einer Brennkraftmaschine verschraubt werden kann, wie in 1 gezeigt ist. Der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ist an zwei verschiedenen Positionen entlang der Umfangsrichtung der Kerze angeordnet. Der Abstand entlang der Umfangsrichtung der Kerze zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 ist größer oder gleich Π/2 [rad]. In dieser Ausführungsform liegen die beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 einander auf der Mittelelektrode 4 gegenüber, und der Abstand dazwischen ist Π [rad]. Von der distalen Endseite der Kerze her betrachtet, ist hier der Abstand entlang der Umfangsrichtung der Kerze zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 als der Winkel definiert, der durch zwei Geraden gebildet wird, die jeweils den Mittelpunkt der Kerze und den entsprechenden kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 verbinden.
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Wie in 2 bis 4 gezeigt ist, beinhaltet die Masseelektrode 2 zwei vorstehende Masseteile 22, die in Richtung auf die distale Endseite von deren distalem Ende vorstehen. Die beiden vorstehenden Masseteile 22 sind jeweils in den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 angeordnet. Jedes von den vorstehenden Masseteilen 22 ist mit einer inneren Gegenfläche 221 ausgebildet. Die beiden inneren Gegenflächen 221 der beiden vorstehenden Masseteile 22 liegen einander auf dem Isolator 3 gegenüber. Jedes von den kürzesten Entladungsbildungsteilen 21 ist an dem distalen Ende der entsprechenden inneren Gegenfläche 221 angeordnet.
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In dieser Ausführungsform sind die inneren Gegenflächen 221 flach und zueinander parallel. Jede von den inneren Gegenflächen 221 liegt der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 gegenüber. Wie in 4 gezeigt ist, stimmt die Position der Basis der Senkrechten, die vom Mittelpunkt der Kerze zur inneren Gegenfläche 221 gezogen wird, mit der Position des kürzesten Entladungsbildungsbereichs 21 aus Sicht der distalen Endseite der Kerze überein.
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In dieser Ausführungsform weist die Mittelelektrode 4 eine Säulenform auf, und der Isolator 3 weist eine zylindrische Form auf, die koaxial ist mit der Mittelelektrode 4. Die Masseelektrode 2, die als das Gehäuse 11 dient, weist im Wesentlichen eine zylindrische Form auf, die koaxial ist mit der Mittelelektrode 4 und dem Isolator 3 mit Ausnahme der Teile, in denen die vorstehenden Masseteile 22 ausgebildet sind. Die innere Gegenfläche 221 des vorstehenden Masseteils 22 bildet eine Tangente der inneren Umfangsoberfläche 23 der zylindrischen Masseelektrode 2 (Gehäuse 11) aus Sicht der axialen Richtung der Kerze. Die Kontaktposition zwischen der inneren Umfangsoberfläche 23 und der inneren Gegenfläche 221 stimmt mit der Position des kürzesten Entladungsbildungsbereichs 21 aus Sicht der distalen Endseite der Kerze überein.
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Da 2 das distale Endteil der Zündkerze 1 schematisch darstellt, ist die Eckposition zwischen der distalen Endoberfläche und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 ohne gekrümmte Oberfläche dargestellt. Tatsächlich weist jedoch die Eckposition zwischen der distalen Endoberfläche und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 eine gekrümmte Oberfläche auf, wie in 3 und 5 gezeigt ist.
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Die vorstehend beschriebene erste Ausführungsform stellt die nachstehend beschriebenen Vorteile bereit. Die Zündkerze 1 beinhaltet die kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 auf der Oberfläche der Masseelektrode 2, an denen jeweils der Wert (L1 + L2) minimal wird. An den kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 kann sich problemlos eine Entladung ereignen. Das heißt, dass sich an spezifischen Positionen entlang der Umfangsrichtung der Kerze problemlos eine Entladung ereignen kann. Dementsprechend kann die Zündkerze 1 auf der Brennkraftmaschine so montiert werden, dass bewirkt wird, dass sich eine an dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 als einem Startpunkt ereignende Entladung durch eine Luftströmung effizient ausbreiten und sich mit hoher Wahrscheinlichkeit von der Oberfläche des Isolators 3 lösen kann. Demzufolge stellt die Zündkerze 1 eine stabile Zündfähigkeit fest.
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Insbesondere wenn die Zündkerze 1 auf der Brennkraftmaschine in einer Stellung montiert ist, in der die Anordnungsrichtung der Mittelelektrode 4 und der kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 aus Sicht der distalen Endseite der Kerze im rechten Winkel zur Richtung einer Luftströmung F ist, wie in 6 gezeigt ist, verläuft die Richtung einer Entladung S1, die sich an dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 ereignet, schätzungsweise im rechten Winkle zur Richtung der Luftströmung F. In diesem Zustand wird bewirkt, dass die Entladung S1 sich durch die Luftströmung F1 großzügig ausbreiten kann, so dass sie einer Entladung S2 entspricht.
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Die Stellung der Zündkerze 11 relativ zur Brennkraftmaschine kann durch Anpassen der Dicke einer Dichtung, die zwischen dem Gehäuse 11 und der Brennkraftmaschine angeordnet ist, oder durch Zuschneiden eines Befestigungsgewindeteils 111 des Gehäuses 11 und eines entsprechenden Innengewindeteil der Brennkraftmaschine angepasst werden.
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Der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ist an zwei unterschiedlichen Positionen entlang der Umfangsrichtung der Kerze so angeordnet, dass die beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 einander auf der Mittelelektrode 4 gegenüberliegen. Wenn dementsprechend die Zündkerze 1 auf der Brennkraftmaschine so befestigt ist, dass die Anordnungsrichtung der Mittelelektrode 4 und der kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 im rechten Winkel zur Richtung der Luftströmung F ist, kann bewirkt werden, dass sich eine Entladung problemlos ausbreiten kann. Das heißt, dass, wenn in diesem Fall die Entladung S1 sich an beiden der zwei kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 zu ereignen beginnt, die Richtung der Anordnung der Oberfläche des Isolators 3 und die Entladung S1 schätzungsweise im rechten Winkel zur Richtung der Luftströmung F sind. Somit bewirkt die Luftströmung F, dass sich die Entladung effizient ausbreiten kann, so dass die Entladung sich problemlos vom Isolator 3 lösen kann.
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Die Masseelektrode 2 beinhaltet die beiden vorstehenden Masseteile 22, die zu der distalen Endseite von dem distalen Ende derselben vorstehen und in denen die kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 angeordnet sind. Dementsprechend kann ein Bereich, an dem die Länge L1 des Leitungssegments H gering ist, ohne Weiteres als der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ausgebildet werden.
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Demzufolge stellt die Zündkerze 1 gemäß dieser Ausführungsform sicher, dass eine Brennkraftmaschine eine stabile Zündfähigkeit aufweist.
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Zweite Ausführungsform
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 7 beschrieben. Wie in 7 gezeigt ist, ist in der zweiten Ausführungsform die innere Gegenfläche 221 eines jeden vorstehenden Masseteils 22 als gekrümmte Oberfläche ausgebildet. In der zweiten Ausführungsform ist die innere Gegenfläche 221 bogenförmig so gekrümmt, dass sie, von der distalen Endseite der Kerze her betrachtet, in Richtung auf die Mittelelektrode 4 konvex ist. Der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ist an einem Teil der gekrümmten inneren Gegenfläche 221 angeordnet, der sich am nächsten zur äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 auf der distalen Endseite befindet.
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Mit Ausnahme der vorstehenden Schilderung weist die zweite Ausführungsform die gleiche Struktur auf wie die erste Ausführungsform.
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Gemäß der zweiten Ausführungsform kann der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ohne Weiteres an einer spezifischen Position angeordnet sein, da die innere Gegenfläche 221 so gekrümmt ist, dass sie in Richtung auf die Mittelelektrode 4 und den Isolator 3 konvex ist. Neben diesem Vorteil bietet die zweite Ausführungsform die gleichen Vorteile wie jene, die durch die erste Ausführungsform bereitgestellt werden.
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Dritte Ausführungsform
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 eine dritte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in 8 und 9 gezeigt ist, sind in der dritten Ausführungsform zwei nadelförmige vorstehende Masseteile 220 an dem distalen Ende eines Hauptteils 20 der Masseelektrode 2 so befestigt, dass sie von dem Hauptteil 20 zur distalen Endseite vorstehen. Das distale Ende eines jeden vorstehenden Masseteils 220 dient als der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21.
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Das distale Endteil des Hauptteils 20 der Masseelektrode 2 ist so angeordnet, dass es in der axialen Richtung der Kerze entlang deren Gesamtumfang mit Ausnahme der nadelförmigen vorstehenden Masseteile 220 eben abschließt. Die Anordnung der vorstehenden Masseteile 220 auf dem distalem Endteil des Hauptteils 20 der Masseelektrode 2 ermöglicht die Reduktion der Länge L2. In dieser Ausführungsform ist der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21, der als der Startpunkt dient, wo der Wert (L1 + L2) minimal wird, in dem distalen Ende eines jeden vorstehenden Masseteils 220 ausgebildet.
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Mit Ausnahme der vorstehenden Schilderung weist die dritte Ausführungsform die gleiche Struktur auf wie die erste Ausführungsform.
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Gemäß der dritten Ausführungsform kann die Masseelektrode 2 problemlos hergestellt werden, und die kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 können ohne weiteres ausgebildet werden, weil der Hauptteil 20 der Masseelektrode 2 keine komplizierte Form aufweisen muss. Zudem kann ein Metallelement mit einer Nadelform, das an dem distalen Ende des Hauptteils 20 befestigt ist, als das vorstehende Masseteil 220 verwendet werden, und das distale Ende des nadelförmigen Metallelements kann als der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 verwendet werden. Die dritte Ausführungsform bietet neben diesem Vorteil die gleichen Vorteile wie jene, die durch die erste Ausführungsform bereitgestellt werden.
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Vierte Ausführungsform
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Als nächstes wird eine vierte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 10 und 11 beschrieben. Wie in 10 und 11 gezeigt ist, ist in der vierten Ausführungsform der Abstand entlang der Umfangsrichtung der Kerze zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 kleiner als Π [rad] festgelegt. In der ersten Ausführungsform ist der Abstand entlang der Umfangsrichtung der Kerze zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 Π [rad], und diese beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 sind an den Positionen ausgebildet, die in Bezug auf die Mittelelektrode 4 symmetrisch sind (siehe 4). In dieser Ausführungsform sind die beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 an Positionen ausgebildet, die in Bezug auf die Mittelelektrode 4 asymmetrisch sind. Der Abstand (Winkel θ) entlang der Umfangsrichtung der Kerze zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 ist kleiner als Π [rad] und größer oder gleich Π/2 [rad].
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Das heißt, dass in dieser Ausführungsform die beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 so ausgebildet sind, dass deren innere Gegenflächen 221 einander versetzt gegenüberliegen, so dass die Beziehung von Π/2 [rad] ≤ θ < Π [rad] erfüllt ist. Der Winkel θ ist der Winkel, der durch die Normalen zu den innere Gegenflächen 221 gebildet wird.
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Die beiden inneren Gegenflächen 221 sind so ausgebildet, dass, von der distalen Endseite der Kerze her betrachtet, der Abstand zwischen ihnen von einem Ende zum anderen Ende graduell abnimmt. Wenn übrigens die Zündkerze 1 auf einer Brennkraftmaschine so befestigt ist, dass aus der Richtung Luft strömt, die, von der distalen Endseite der Kerze her betrachtet, einen im Wesentlichen geraden Winkel mit den Normalen der beiden inneren Gegenflächen 221 bildet, kann bewirkt werden, dass eine erzeugte Entladung sich effizient ausbreiten kann.
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Mit Ausnahme der vorstehenden Schilderung weist die vierte Ausführungsform die gleiche Struktur wie die erste Ausführungsform aus.
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Der Effekt der Ausbreitung einer erzeugten Entladung, die durch die vierte Ausführungsform erhalten wird, ist geringer als in der ersten Ausführungsform. Wie jedoch aus den Beschreibungen der nachstehend beschriebenen experimentellen Beispiele hervorgeht, ist der Effekt der Ausbreitung einer erzeugten Entladung, die durch diese Ausführungsform erhalten wird, ausreichend, um eine stabile Zündfähigkeit sicherzustellen, da der Winkel θ größer als Π/2 [rad] ist. Die vierte Ausführungsform stellt neben diesem Vorteil die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform bereit.
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Experimentelle Beispiele
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung führten ein Experiment durch, um einen passenden Bereich für den Abstand zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 entlang der Umfangsrichtung der Kerze zu ermitteln, also den Winkel θ. In diesem Experiment wurde eine Zündkerze 9, die keine kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 beinhaltete, verwendet. Wie in 12 und 13 gezeigt ist, beinhaltet die Zündkerze 9 die zylindrische Masseelektrode 2, den zylindrischen Isolator 3, der im Inneren der Masseelektrode 2 gehalten wird, so dass er in Richtung auf die distale Endseite über das distale Ende der Masseelektrode 2 hinaus hervorsteht, und die Mittelelektrode 4, die im Inneren des Isolators 3 gehalten wird, so dass sie in Richtung auf die distale Endseite über das distale Ende des Isolators 3 hinaus vorsteht.
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Im Gegensatz zur Zündkerze 1 der ersten Ausführungsform schließt in dieser Zündkerze 9 das distale Endteil der Masseelektrode 2 an seinem gesamten Umfang in der Umfangsrichtung der Kerze eben ab. Das heißt, dass die Abstände L1 und L2 entlang des gesamten Umfangs in der Umfangsrichtung der Kerze konstant sind. Insbesondere beträgt der Durchmesser der Mittelelektrode 4 1,6 mm, beträgt der Durchmesser des Isolators 3 4,75 mm, ist L1 = 0,25 mm und ist L2 = 3,0 mm.
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Die Zündkerze 9 wurde in einen Druckbehälter gelegt.
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In den Druckbehälter wurde unter hohem Druck stehend Luft eingebracht, so dass sie darin in einer bestimmten Richtung strömte. Der Druck der unter hohem Druck stehenden Luft war auf 0,6 MPa festgelegt, und die Strömungsgeschwindigkeit war auf 30 m/s festgelegt. In diesem Zustand lag an der Zündkerze 9 eine hochfrequente Spannung an, die bewirken sollte, dass sie Entladungen erzeugte. Die Frequenz und die Spannung der hochfrequenten Spannung waren jeweils auf 820 kHz und 20 kVpp festgelegt. Die Entladungszyklusperiode war auf 0,8 ms festgelegt.
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Eine Hochgeschwindigkeitskamera wurde verwendet, die überwachen sollte, wie die Ausbreitung der erzeugten Entladungen unter den vorstehenden Einstellungsbedingungen bewirkt wurde. Man stellte fest, dass die Entladungsstartpositionen in der Umfangsrichtung der Kerze willkürlich sind. 14 zeigt eine Beziehung zwischen den Entladungsstartpositionen und den Werten der Ausbreitungsflächen der erzeugten Entladungen, die durch dieses Experiment erhalten wurden. Der Entladungsstartposition ist eine Startposition P, an der sich eine Entladung in der Masseelektrode 2 zu ereignen beginnt. Hier ist der Winkel, der durch den Vektor, der vom Mittelpunkt der Kerze zur Startposition P verläuft, und den Vektor mit der Richtung (der linksgerichteten Richtung in 15 und 16), die entgegengesetzt zum Vektor der Luftströmung F gerichtet ist, gebildet wird, als eine Entladestartposition α definiert. Das heißt, dass die Entladungsstartposition, die in 15 gezeigt ist, Π/2 [rad] ist, und dass die Entladungsstartposition α, die in 16 gezeigt ist, 0 [rad] ist. Zudem ist der Abstand von der Mitte der Kerze zum Ende, in der radialen Kerzenrichtung der Entladung S2 in dem Moment, wenn sie sich am weitesten entfernt von der Mitte der Kerze ausgebreitet hat, als eine Entladungsausbreitung M der Entladung S2 definiert. In 15 und 16 bezeichnet ein Bezugszeichen S1 eine Entladung unmittelbar nach deren Start, und das Bezugszeichen S2 bezeichnet die Entladung, die durch die Luftströmung F ausgebreitet worden ist.
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Wie in 14 gezeigt ist, wird die Entladungsausbreitung M maximal, wenn die Entladungsstartposition α etwa Π/2 [rad] ist, und wird minimal, wenn die Entladungsstartposition α etwa 0 [rad] ist. Die Entladungsausbreitung M ist mäßig groß, wenn die Entladungsstartposition α etwa 3Π/4 [rad] beträgt. Über die Entladungsausbreitung M, wenn die Entladungsstartposition α in etwa Π/4 [rad] beträgt, wurden keine Daten erhalten. Es kann jedoch davon ausgegangen werden, dass, aufgrund der Symmetrie in der Struktur, die Entladungsausbreitung M, wenn die Entladungsstartposition α etwa Π/4 [rad] beträgt, nahezu identisch ist zu der, wenn die Entladungsstartposition α etwa 3Π/4 [rad] beträgt.
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Aus den vorstehenden Ergebnissen kann geschlossen werden, dass es zu bevorzugen ist, den Abstand entlang der Umfangsrichtung der Kerze (oder den Winkel α, siehe 11) zwischen den beiden kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 gleich Π [rad] einzustellen, und dass die Entladungsausbreitung ausreichend groß wird, wenn der Winkel θ größer gleich Π/2 [rad] ist. Das heißt, dass durch Befestigen der Zündkerze 1 auf einer Brennkraftmaschine, so dass die Anordnungsrichtung der beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 senkrecht zur Luftströmungsrichtung ist, eine erzeugte Entladung ungeachtet dessen, an welchem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 die Entladung sich zu ereignen beginnt, sich ausreichend ausbreiten kann. Wenn der Winkel θ größer oder gleich Π/2 [rad] festgelegt ist, kann die Zündkerze 1 so befestigt werden, dass die Entladungsstartposition α die Beziehung von Π/4 [rad] ≤ α < 3Π/4 [rad] erfüllt.
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Fünfte Ausführungsform
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Als nächstes wird eine fünfte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 17 und 18 beschrieben. Wie in 17 und 18 gezeigt ist, ist in der fünften Ausführungsform eine Verlängerungselektrode 41 mit der Mittelelektrode 4 verbunden, wobei sich die Verlängerungselektrode 41 radial nach außen von der Mittelelektrode 4 in Richtung auf die kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 erstreckt.
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Die Verlängerungselektrode 41 besteht aus einem plattenförmigen Element, das entlang der distalen Endoberfläche des Isolators 3 so angeordnet ist, dass es den gesamten Umfang der äußeren Umfangsoberfläche der Mittelelektrode 4 berührt. Wie in 18 gezeigt ist, weist die Verlängerungselektrode 41, von der axialen Richtung der Kerze her betrachtet, eine rechteckige Form auf, deren Längsrichtung parallel zu der Anordnungsrichtung der beiden kürzesten Entladungsbildungsbereiche 21 ist.
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Wie in 17 gezeigt ist, beinhaltet die Verlängerungselektrode 41 proximal gebogene Teile 411, die von deren äußerem Ende in der radialen Richtung der Kerze in Richtung auf die proximale Endseite über das distale Ende des Isolators 3 gebogen sind. Die proximal gebogenen Teile 411 sind so gebogen, dass sie sich entlang der Oberfläche des Isolators 3 von der distalen Endoberfläche in Richtung auf die äußere Umfangsoberfläche des Isolators 3 erstrecken. Zwischen jedem proximal gebogenen Teil 411 und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 ist ein Spalt ausgebildet.
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Wenn der Abstand in der axialen Richtung der Kerze zwischen dem proximalen Ende des proximal gebogenen Teils 411 und dem distalen Ende des Isolators 3 L3 ist, und der Abstand in der radialen Richtung der Kerze zwischen dem proximalen Ende des proximal gebogenen Teils 411 und der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 L4 ist, gilt die Beziehung L4 < L3. Mit Ausnahme der vorstehenden Schilderung weist die fünfte Ausführungsform die gleiche Struktur wie die erste Ausführungsform auf.
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Gemäß der fünften Ausführungsform wird die Entladungsstartposition durch den kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 betriebssicherer gemacht, weil der Kriechabstand entlang der Oberfläche des Isolators 3 zwischen dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 und der Verlängerungselektrode 41 reduziert werden kann.
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Da die Verlängerungselektrode 41 die proximal gebogenen Teile 411 beinhaltet, wird der Entladungsweg entlang der Oberfläche des Isolators 3 linear, wenn eine Entladung sich zu ereignen beginnt. Somit wird bewirkt, dass die Entladung sich ohne weiteres durch eine Luftströmung ausbreiten kann. Die proximal gebogenen Teile 411 sind eher zu der proximalen Endseite gebogen als es das distale Ende des Isolators 3 ist. Dementsprechend kann der Kriechabstand zwischen dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 und der Verlängerungselektrode 41 weiter reduziert werden. Somit wird durch den kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 die Betriebssicherheit der Entladungsstartposition erhöht.
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Da die Beziehung von L4 < L3 erfüllt ist, kann eine Entladung effizienter zu dem Entladungsweg zwischen dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 und der Verlängerungselektrode 41 geführt werden. Die fünfte Ausführungsform stellt neben diesem Vorteil die gleichen Vorteile wie jene der ersten Ausführungsform bereit.
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Sechste Ausführungsform
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Als nächstes wird eine unter Bezugnahme auf 19 eine sechste Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in 19 gezeigt ist, sind in der sechsten Ausführungsform zwei nadelförmige, nach innen vorstehende Teile 222 in der Masseelektrode 2 angeordnet. Das Hauptteil 20 der Masseelektrode 2 beinhaltet zwei distal vorstehende Teile 22. Das einwärts vorstehende Teil 222 ist so angeordnet, dass es sich radial einwärts von den inneren Gegenflächen 221 des entsprechenden distal vorstehenden Teils 22 erstreckt. Das heißt, dass das einwärts vorstehende Teil 222 in Richtung auf die äußere Umfangsoberfläche des Isolators 3 vorsteht. Die innere Endkante des einwärts vorstehenden Teils 222 bildet den kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 aus, der als ein Entladungsstartpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 dient und an dem der Wert von (L1 + L2) minimal wird.
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Die inneren Gegenflächen 221 des distal vorstehenden Teils 22 sind an einer Position angeordnet, die von der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 weiter entfernt ist als die Position der inneren Gegenflächen 221 der Zündkerze 1 der ersten Ausführungsform (siehe 3). Jedes distal vorstehende Teil 222 kann befestigt werden, indem ein geeignetes säulenförmiges Element in ein Loch gestapelt wird, das aus dem Hauptteil 20 herausgeschnitten wird. Abgesehen von der vorstehenden Erläuterung, ist die sechste Ausführungsform mit der Struktur der ersten Ausführungsform identisch.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann die Zündfähigkeit erhöht werden, da eine Entladung sich problemlos an den kürzesten Entladungsbildungsbereichen 21 ereignen kann. Die sechste Ausführungsform stellt neben diesem Vorteil die gleichen Vorteile wie jene der ersten Ausführungsform bereit.
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Siebte Ausführungsform
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 20 eine siebte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in 20 gezeigt ist, ist in der siebten Ausführungsform ein Stufenteil 223 in jedem distal vorstehenden Teil 22 der Masseelektrode 2 angeordnet. Das Stufenteil 223 wird ausgebildet, indem bewirkt wird, dass ein Teil des äußeren Umfangs des distal vorstehenden Teils 22 in Richtung auf die distale Endseite über den Innenumfang des distal vorstehenden Teils 22 hinaus vorsteht. Die innere Endkante des Stufenteils 223 ist entfernt von der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 angeordnet. Das Stufenteil 223 ist mit einem Aussparungsteil 224 ausgebildet, das von innen her so ausgeschnitten wird, dass es sich in der Richtung senkrecht zu der axialen Richtung der Kerze erstreckt.
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In dieser Ausführungsform wird der Wert von (L1 + L2) nicht minimal, wenn die innere Endkante des Stufenteils 223 als der Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 festgelegt wird. Das heißt, dass die innere Endkante des Stufenteils 223 nicht der kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 ist. Wie in der ersten Ausführungsform ist in dieser Ausführungsform ein Teil der inneren Gegenfläche 221 des distal vorstehenden Teils 22 der Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2, an der der Wert (L1 + L2) minimal wird.
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Die siebte Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Achte Ausführungsform
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 21 eine achte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in 21 gezeigt ist, weist in dieser Ausführungsform das distale vorstehende Teil 22 eine distale Endoberfläche 225 auf, die eine konkav gekrümmte Oberfläche ist. Die Außenumfangs-Endkante 226 der distalen Endoberfläche 225 des distal vorstehenden Teils 22 ist eher zur distalen Endseite als die Innenumfangs-Endkante 227 des distal vorstehenden Teils 22 positioniert. In dieser Ausführungsform wird jedoch der Wert von (L1 + L2) nicht minimal, wenn die Außenumfangs-Endkante 226 als der Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2 festgelegt wird. Das heißt, dass die Außenumfangs-Endkante 226 nicht der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 ist. Ein Teil der Innenumfangs-Endkante 227 ist der Startpunkt auf der Oberfläche der Masseelektrode 2, an der der Wert von (L1 + L2) minimal wird.
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Die achte Ausführungsform weist die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform auf.
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Neunte Ausführungsform
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Als Nächstes wird unter Bezugnahme auf 22 eine neunte Ausführungsform der Erfindung beschrieben. Wie in 22 gezeigt ist, ist in dieser Ausführungsform die distale Endoberfläche 225 des distal vorstehenden Teils 22 verjüngt, so dass sie sich der distalen Endseite in Richtung auf die Mittelachse der Kerze nähert. Wie in der ersten Ausführungsform dient in dieser Ausführungsform die Innenumfangs-Endkante des distal vorstehenden Teils 22 als der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21. Mit Ausnahme der vorstehenden Schilderung weist die neunte Ausführungsform die gleiche Struktur auf wie die erste Ausführungsform auf.
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Gemäß dieser Ausführungsform kann problemlos so konfiguriert werden, dass der Wert von (L1 + L2) an dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 kleiner ist als der an einem beliebigen anderen Bereich. Das heißt, dass der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 leichter ausgebildet werden kann. Da der kürzeste Entladungsbildungsbereich 21 an einem spitzen Eckteil ausgebildet ist, ereignet sich darüber hinaus leichter eine elektrische Feldkonzentration, und dementsprechend kann sich eine Entladung leichter ereignen. Die neunte Ausführungsform stellt neben diesem Vorteil die gleichen Vorteile wie die erste Ausführungsform bereit.
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Zehnte Ausführungsform
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Als Nächstes wird eine zehnte Ausführungsform der Erfindung unter Bezugnahme auf 23 beschrieben. Diese Ausführungsform ist eine Modifikation der fünften Ausführungsform. In der fünften Ausführungsform ist das proximal gebogene Teil 411 so gekrümmt, dass es sich entlang der Oberfläche des Isolators 3 von der distalen Endoberfläche zu der äußeren Umfangsoberfläche des Isolators 3 erstreckt, wie in 17 gezeigt ist. In dieser Ausführungsform hingegen ist das proximal gebogene Teil 411 in einem schätzungsweise rechten Winkel von der Außenumfangs-Endkante der Verlängerungselektrode 41 in Richtung auf die proximale Endseite gebogen, wie in 23 gezeigt ist.
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Weiterhin ist die proximale Endoberfläche 412 des proximal gebogenen Teils 411 so verjüngt, dass sie sich der proximalen Endseite in Richtung auf die Mittelachse der Kerze nähert. Dementsprechend wird durch die Innenumfangs-Endkante der proximalen Endoberfläche 412 des proximal gebogenen Teils 411 eine spitze Ecke gebildet. Mit Ausnahme der vorstehenden Schilderung weist die zehnte Ausführungsform die gleiche Struktur auf wie die erste Ausführungsform.
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Gemäß der zehnten Ausführungsform kann eine Entladung zwischen dem kürzesten Entladungsbildungsbereich 21 und der Innenumfangs-Endkante der proximalen Endoberfläche 412 stabil erzeugt werden, da die Innenumfangs-Endkante der proximalen Endoberfläche 412 des proximal gebogenen Teils 411 an der spitzen Ecke ausgebildet ist. Die zehnte Ausführungsform stellt neben diesem Vorteil die gleichen Vorteile wie die fünfte Ausführungsform bereit.
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Die vorstehend erläuterten bevorzugten Ausführungsformen sind beispielhaft für die Erfindung gemäß der vorliegenden Anmeldung, die ausschließlich durch die nachstehend angehängten Ansprüche beschrieben wird. Es wird darauf hingewiesen, dass Modifikationen der bevorzugten Ausführungsformen fachmännisch ausgeführt werden können.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2014-182557 [0001]
- JP 2013-186998 [0003]
