DE102017120166A1

DE102017120166A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102017120166A1
Application number: DE102017120166.1A
Authority: DE
Inventors: Masamichi Shibata; Ryuichi Ohno; Kenji Hattori
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2016-09-06
Filing date: 2017-09-01
Publication date: 2018-03-08
Anticipated expiration: 2037-09-02
Also published as: DE102017120166B4; JP2018041573A; US20180069378A1; US9948067B2; JP6729206B2; DE102017120166B9

Abstract

Eine Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung beinhaltet eine zylindrische Metallhülle, eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode. Die Mittelelektrode weist einen Endabschnitt auf, welcher außerhalb eines Endes der Metallhülle hervorsteht. Die Masseelektrode ist an ihrem einen Ende mit der Metallhülle verbunden und weist eine Innenoberfläche auf, die dem Endabschnitt der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist. Die Masseelektrode weist eine maximale Breite W auf, die eine Beziehung von 1,3 ≤ W ≤ 2,0 erfüllt. Ein Abstand d zwischen dem Mittelpunkt einer Endoberfläche der Mittelelektrode und der Innenoberfläche der Masseelektrode auf einer Ebene, die sich senkrecht zu einer Achse der Zündkerze durch den Mittelpunkt der Mittelelektrode erstreckt, ist derart ausgewählt, dass dieser eine Beziehung von W + 0,525 ≤ d ≤ 1,07W + 0,66 erfüllt. Dies stellt die Stabilität der Zündfähigkeit der Zündkerze sicher.

Description

Querverweis auf verwandtes Dokument
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der Japanischen Patentanmeldung mit der Nr. 2016 173408 , eingereicht am 6. September 2016, deren Offenbarung hierin durch Bezugnahme mit aufgenommen wird.
Hintergrund
Technisches Gebiet
Die Erfindung betrifft allgemein eine Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung, die zum Beispiel in einem Kraftfahrzeug verwendet wird.
Stand der Technik
Bestimmte Zündkerzen, die als eine Zündvorrichtung für Fremdzündmaschinen wie beispielsweise Maschinen mit interner Verbrennung verwendet werden, die in Kraftfahrzeugen angebracht sind, sind mit einer Mittelelektrode und einer Masseelektrode ausgestattet, welche einander in einer axialen Richtung der Zündkerze gegenüberliegend angeordnet sind, um eine Entladungsstrecke (auch als eine Funkenstrecke bezeichnet) zu definieren. Diese Art von Zündkerzen dient dazu, in der Funkenstrecke eine Funkenabfolge zu erzeugen, um in einer Brennkammer der Maschine ein Luft-Kraftstoff-Gemisch zu entzünden.
Typischerweise werden Strömungen des Gemischs, wie beispielsweise Strudel oder Tumbles, in der Brennkammer erzeugt. Derartige Gemischströmungen treten auch durch die Funkenstrecke durch, um eine Zündung des Gemischs in der Brennkammer sicherzustellen. Ein Abschnitt der Masseelektrode, die mit einem Kopf eines Gehäuses (auch als eine Metallhülle bzw. Metallschale bezeichnet) der Zündkerze verbunden ist, kann sich allerdings abhängig von einer Orientierung der Zündkerze, die in der Maschine mit interner Verbrennung angebracht ist (welche untenstehend auch als eine Montageorientierung bezeichnet werden wird), auf einer stromaufwärtigen Seite der Zündkerze in der Gemischströmung befinden. Der Abschnitt der Masseelektrode behindert somit die Gemischströmung in der Brennkammer, was zu einem Risiko führen kann, dass die Gemischströmung um die Funkenstrecke herum stagniert, was in einer Verschlechterung der Zündfähigkeit der Zündkerze resultiert. Mit anderen Worten weisen die Zündkerzen einen Nachteil auf, dass die Zündfühigkeit abhängig von ihrer Montageorientierung variiert. In den letzten Jahren werden häufig viele Magerverbrennungs-Maschinen mit interner Verbrennung verwendet. Derartige Arten von Maschinen weisen ein Risiko auf, dass die Montageorientierung der Zündkerze in Instabilität bei der Verbrennung des Gemischs resultiert.
Für gewöhnlich ist es schwierig für Maschinen mit interner Verbrennung, die Montageorientierung der Zündkerze, das heißt, die Lage der Masseelektrode in einer Umfangsrichtung der Zündkerze, zu steuern. Das liegt daran, dass die Montageorientierung der Zündkerze für gewöhnlich von einer Orientierung eines Außengewindes, das auf dem Gehäuse der Zündkerze ausgebildet ist, oder dem Grad, bis zu welchem die Zündkerze bei einem Zündkerzen-Montagebetrieb in die Maschine mit interner Verbrennung befestigt ist, abhängt.
Die japanische Patenterstveröffentlichung mit der Nr. 9-148045 lehrt eine Zündkerze, die derart gestaltet ist, dass diese eine Masseelektrode aufweist, in welcher ein Loch ausgebildet ist, oder welche durch eine Mehrzahl von dünnen Platten an das Gehäuse geschweißt ist, um das Problem zu beseitigen, dass die Elektrode die Gemischströmung behindert.
Das Loch, das in der Masseelektrode der Zündkerze ausgebildet ist, kann allerdings in einer Abnahme der mechanischen Stärke der Masseelektrode resultieren. Das Verdicken der Masseelektrode stellt sicher, dass ihre mechanische Stärke die Unterbrechung der Gemischströmung erleichtern wird.
Ferner resultiert die Verwendung der dünnen Platten, durch welche die Masseelektrode an das Gehäuse geschweißt wird, in einer komplizierten Konfiguration der Masseelektrode, welche zu einer erhöhten Anzahl von Produktionsprozessen oder erhöhten Produktionskosten der Zündkerze führen wird.
Kurzfassung
Es ist daher eine Aufgabe, eine Zündkerze vorzusehen, welche einen vereinfachten Aufbau aufweist und dazu in der Lage ist, die Stabilität der Verbrennung von Kraftstoff in einer Maschine sicherzustellen.
Gemäß einem Aspekt bzw. einer Ausführungsform der Offenbarung ist eine Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung vorgesehen, welche bei Automobilen verwendet werden kann. Die Zündkerze weist auf: (a) eine zylindrische Metallhülle, welche ein Ende aufweist und in einer Maschine mit interner Verbrennung angebracht ist; (b) eine Mittelelektrode, welche durch die Metallhülle gehalten und von der Metallhülle elektrisch isoliert ist, wobei die Mittelelektrode eine Länge aufweist und außerhalb des Endes der Metallhülle freigelegt ist; und (c) eine Masseelektrode, welche eine Länge aufweist und mit dem Ende der Metallhülle verbunden ist, wobei die Masseelektrode sich erstreckt, um eine Innenoberfläche aufzuweisen, die einem Ende der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist.
Die Masseelektrode weist in einer ersten Richtung, die senkrecht zu einer zweiten Richtung verläuft, eine maximale Abmessung auf. Die zweite Richtung ist eine Richtung, in welcher die Innenoberfläche dem Ende der Mittelelektrode gegenüberliegend angeordnet ist. Die maximale Abmessung ist derart ausgewählt, dass diese eine Beziehung von 1,3 (mm) ≤ W ≤ 2,0 (mm) erfüllt.
Ein Abstand zwischen einem ersten Mittelpunkt und einem zweiten Mittelpunkt ist derart ausgewählt, dass dieser eine untenstehende Beziehung erfüllt. Der erste Mittelpunkt ist der Mittelpunkt einer Endoberfläche der Mittelelektrode in ihrer axialen Richtung. Eine gedachte Ebene ist derart definiert, dass diese durch den ersten Mittelpunkt durchtritt, der senkrecht zu der axialen Richtung der Mittelelektrode verläuft. Der zweite Mittelpunkt ist der Mittelpunkt einer Schnittlinie zwischen der gedachten Ebene und der Innenoberfläche der Masseelektrode. W + 0,525 ≤ d ≤ 1,07W + 0,66 wobei d der Abstand zwischen dem ersten Mittelpunkt und dem zweiten Mittelpunkt ist und W die maximale Abmessung der Masseelektrode ist.
Der vorstehende Aufbau der Zündkerze stellt eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit von zum Beispiel einem Luft-Kraftstoff-Gemisch um die Funkenstrecke in einer Maschine herum sicher, selbst wenn die Masseelektrode sich bei der Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in einer Brennkammer der Maschine stromaufwärts der Mittelelektrode befindet, mit anderen Worten dort, wo die höchste Wahrscheinlichkeit besteht, dass die Strömung des Luft-Kraftstoff-Gemischs um die Funkenstrecke herum zum Stillstand kommt. Kurz zusammengefasst ist die Zündkerze dazu in der Lage, eine Verschlechterung der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in der Brennkammer zu minimieren, welche sich aus der unerwünschten Orientierung der Zündkerze zu der Maschine ergibt. Die Stabilität beim Entzünden des Luft-Kraftstoff-Gemischs, so wie diese ungeachtet einer Montageorientierung der Zündkerze zu der Maschine durch die Zündkerze erreicht wird, beseitigt die Notwendigkeit, der Installation der Zündkerze, z. B. der Konfiguration eines Montagegewindes in dem Maschinenkopf oder dem Befestigen der Zündkerze in den Maschinenkopf, besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Die Stabilität der Zündung wird nur dadurch erreicht, dass zwei Arten von dimensionalen Zuständen der vorstehenden maximalen Abmessung und des Abstands zwischen den ersten und zweiten Mittelpunkten erfüllt sind. Dies ermöglicht, dass die Zündkerze einen vereinfachten Aufbau aufweist, um die Instabilität bei der Zündung des Luft-Kraftstoff-Gemischs zu beseitigen.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die vorliegende Erfindung wird aus der detaillierten Beschreibung, die nachfolgend angegeben wird, und aus den beiliegenden Zeichnungen der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung, welche allerdings nicht dazu herangezogen werden sollten, um die Erfindung auf die spezifischen Ausführungsformen zu beschränken, sondern nur der Erläuterung und dem besseren Verständnis dienen sollten, vollständiger verstanden werden.
Es zeigt/es zeigen:
1 eine Teillängsschnittansicht, welche eine Zündkerze gemäß einer Ausführungsform veranschaulicht.
2 eine vergrößerte Teilansicht, welche einen Bereich um eine Funkenstrecke der Zündkerze von 1 veranschaulicht.
3 eine Teilseitenillustration, so wie diese in einer Richtung Y in 2 betrachtet wird.
4 eine Schnittansicht einer Zündkerze, so wie der Schnitt entlang der Linie IV-IV in 2 vorgenommen worden ist.
5 einen Graphen, welcher Ergebnisse von Zündleistungsversuchen an der Zündkerze von 1 darstellt.
6 einen dreidimensionalen Graphen der Versuchsergebnisse in 5.
7 eine dreidimensionale linear interpolierte Ansicht des Graphen von 6.
8 einen dreidimensionalen Graphen, welcher eine Differenz zwischen einem Kammabschnitt und einer Referenzebene in 7 darstellt.
9 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einem Abstand d und einer Breite W in einem Bereich darstellt, in dem in 8 eine Magergrenze A/F um mindestens 0,05 verbessert wird.
10 einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen einem Abstand d und einer Breite W in einem Bereich darstellt, in dem in 8 eine Magergrenze A/F um mindestens 0,15 verbessert wird.
11 eine Ansicht, welche eine Strömung von Luft-Kraftstoff-Gemisch demonstriert, wenn eine Masseelektrode eine große Breite aufweist.
12 eine Ansicht, welche eine Strömung von Luft-Kraftstoff-Gemisch demonstriert, wenn eine Masseelektrode eine kleine Breite aufweist.
13 eine vergrößerte Ansicht, welche einen Bereich um eine Zündkerze eines modifizierten Aufbaus einer Zündkerze herum veranschaulicht.
14 einen Graphen, welcher Ergebnisse von Zündleistungsversuchen an der Zündkerze von 13 darstellt.
15 einen Teilquerschnitt einer modifizierten Form einer Zündkerze; und
16 einen Teilquerschnitt einer modifizierten Form einer Zündkerze.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
Nun wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen die Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform dieser Offenbarung gezeigt, wobei in allen unterschiedlichen Ansichten gleiche Bezugszeichen gleiche Teile bezeichnen werden.
Die Zündkerze 100, die in den 1 bis 4 veranschaulicht ist, wird bei einer Kraftfahrzeugmaschine verwendet. Die Zündkerze 100 ist in ein Schraubenloch befestigt, das in einem (nicht näher dargestellten) Maschinenkopf ausgebildet ist, welcher eine Brennkammer in der Maschine definiert.
Die Zündkerze 100 ist, wie in 1 veranschaulicht wird, mit der Metallhülle bzw. Metallschale 10 ausgestattet, die als ein Befestigungsgehäuse dient. Die Metallhülle 10 weist eine hohle zylindrische Gestalt auf und ist aus einem leitfähigen, eisenhaltigen Material wie beispielsweise kohlenstoffarmem Stahl hergestellt. Die Metallhülle 10 weist das Montagegewinde 10a auf, welches in einen (nicht näher dargestellten) Maschinenblock befestigt ist. Die Metallhülle 10 weist den Isolator 20 auf, der fest darin platziert ist, welcher aus Aluminiumoxidkeramik (Al₂O₃) hergestellt ist. Der Isolator 20 weist das Ende 21 (d. h. einen Kopf) auf, das außerhalb des Endes 11 der Metallhülle 10 freigelegt ist.
Die Zündkerze 100 beinhaltet auch die Mittelelektrode 30 und die Masseelektrode 40, von welchen jede eine säulenartige Gestalt aufweist und eine angegebene Länge aufweist. Die Mittelelektrode 30 ist in dem axialen Loch 22 des Isolators 20 festgemacht. Die Mittelelektrode 30 ist von der Metallhülle 10 elektrisch isoliert. Die Mittelelektrode 30 weist eine zylindrische Gestalt auf und besteht aus einem inneren Kern und einem äußeren Kern. Der innere Kern ist aus einem thermisch gut leitähigen metallischen Material hergestellt, wie beispielsweise Cu. Der äußere Kern ist aus einem gut wärme- und korrosionsbeständigen Material hergestellt, wie beispielsweise einer metallischen Legierung auf Ni-Basis. Die Mittelelektrode 30 weist, wie in 2 zu sehen ist, den spitz zulaufenden Endabschnitt 31 auf, der sich außerhalb des Endes 21 des Isolators 20 erstreckt.
Die Masseelektrode 40 weist eine Länge auf, die aus dem ersten Endabschnitt 41 und dem zweiten Endabschnitt 42 besteht. Die Masseelektrode 40 ist an dem ersten Endabschnitt 41 an das Ende 11 der Metallhülle 10 geschweißt. Die Masseelektrode 40 ist gebogen, um den zweiten Endabschnitt 42 aufzuweisen, welcher sich ausgehend von dem ersten Endabschnitt 41 in einem spitzen Winkel zu der Achse 33 (d. h. einer Längsmittellinie) der Mittelelektrode 30 hin zu dem Endabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 erstreckt. Die Masseelektrode 40 weist eine zylindrische (z. B. rechteckige oder prismatische) Gestalt auf. Zum Beispiel weist die Masseelektrode 40, wie in 4 deutlich veranschaulicht ist, einen rechteckigen querverlaufenden Querschnitt auf, der sich senkrecht zu ihrer Länge erstreckt.
Genauer gesagt ist ein Winkel, welchen die Achse 44 (d. h. eine Längsmittellinie) des zweiten Endabschnitts 42 der Masseelektrode 40, welche durch die Endoberfläche 43 (welche untenstehend auch als eine Masseelektrodenendoberfläche bezeichnet wird) des zweiten Endabschnitts 42 durchtritt, mit der Achse 33 (d. h. einer Längsmittellinie) der Mittelelektrode 30 bildet, ausgewählt, um ein spitzer Winkel α zu sein, wie in 2 deutlich veranschaulicht ist. Mit anderen Worten ist die Masseelektrode 40 (d. h. der zweite Endabschnitt 42) geometrisch orientiert, um hin zu der Mittelelektrode 30 schräg zu stehen. Die Masseelektrode 40 ist aus einer Legierung auf Ni-Basis hergestellt, die hauptsächlich Ni enthält.
Der Winkel α, wie dieser hierin definiert ist, ist ein Winkel, welchen die Längsmittellinie (d. h. die Achse 44) des zweiten Endabschnitts 42 der Masseelektrode 40 mit der Längsmittellinie der Zündkerze 100 (d. h. der Achse 33 oder 52 der Mittelelektrode 30 oder des Mittelelektrodenplättchens 50) bildet, welche auf eine Ebene projiziert werden, welche derart definiert ist, dass diese sich durch die Achse 33 der Mittelelektrode 30 und den Mittelpunkt einer Oberfläche des Kontakts (d. h. einem Verbindungsstück bzw. einer Verbindungsstelle) zwischen dem Ende der Masseelektrode und dem Ende 11 der Metallhülle 10 erstreckt.
Die Mittelelektrode 30 weist das Edelmetallplättchen 50 auf (welches auch als ein Mittelelektrodenplättchen bezeichnet wird), das an den Endabschnitt 31 lasergeschweißt ist. Das Mittelelektrodenplättchen 50 erstreckt sich in Ausrichtung zu der Achse 33 der Mittelelektrode 30. Mit anderen Worten fällt die Achse 33 der Mittelelektrode 30 mit der Achse 52 des Mittelelektrodenplättchens 50 zusammen, aber die Achsen 33 und 52 können allerdings alternativ auch nicht in Ausrichtung zueinander orientiert sein, das heißt, diese können sich parallel zueinander erstrecken.
Der zweite Endabschnitt 42 der Masseelektrode 40 weist die Innenoberfläche 45 auf, welche der Mittelelektrode 30 gegenüberliegend angeordnet ist, und an welche das zylindrische Edelmetallplättchen 60 (welches untenstehend auch als ein Masseelektrodenplättchen bezeichnet wird) geschweißt ist. Das Masseelektrodenplättchen 60 erstreckt sich, wie in 2 zu sehen ist, außerhalb seines Verbindungsstücks zu der Masseelektrode 40, mit anderen Worten steht dieses außerhalb der Breite der Masseelektrodenendoberfläche 43 hin zu dem Mittelelektrodenplättchen 50 hervor. Das Masseelektrodenplättchen 60 erstreckt sich hin zu der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50, um eine Funkenstrecke zwischen seiner Spitzenendoberfläche 61 und der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50 auszubilden.
Das Mittelelektrodenplättchen 50 weist die Achse 52 (d. h. eine Längsmittellinie) auf, welche die Achse 62 der Masseelektrode 30, die in einem angegebenen Intervall voneinander entfernt sind, schräg schneidet, quer darüber verläuft oder über diese verläuft. Genauer gesagt ist ein Winkel β, wie in 2 veranschaulicht wird, welchen die Achse 52 der Mittelelektrode 30 mit der Achse 62 des Masseelektrodenplättchens 60 bildet, vorzugsweise derart ausgewählt, um ein Volumen eines Flammenkerns zu minimieren, welcher die Masseelektrode 40 direkt kontaktiert, um einen Kälteverlust (d. h. Wärmeverlust) des Flammenkerns zu senken. Der Winkel β ist vorzugsweise größer als oder gleich 5° und kleiner als oder gleich 7°.
Die Schweißnaht (d. h. Verbindungsstück bzw. Verbindung) des Masseelektrodenplättchens 60 zu der Masseelektrode 40 befindet sich, wie in 2 deutlich veranschaulicht wird, auf der Seite (d. h. einer oberen Seite, so wie diese in 2 betrachtet wird) der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50, die der Metallhülle 10 in der Richtung der Achse 33 der Mittelelektrode 30 gegenüberliegt. Mit anderen Worten befindet sich die Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50 in der Längsrichtung der Zündkerze 100 zwischen der Schweißnaht des Masseelektrodenplättchens 60 und der Metallhülle 10.
Das Mittelelektrodenplättchen 50 kann derart geformt sein, dass dieses eine Säulen- oder Scheibenform aufweist, und ist vorzugsweise aus einem prismatischen oder zylindrischen Element hergestellt. Um den Kühlverlust (d. h. Wärmeverlust) eines Flammenkerns an das Material der Masseelektrode 40 zu minimieren, ist das Masseelektrodenplättchen 60 vorzugsweise in der Gestalt einer Stange geformt, welche die Spitzenendoberfläche (d. h. eine Entladungsoberfläche) 61 aufweist, die sich von der Masseelektrode 40 entfernt befindet.
Das Material des Mittelelektrodenplättchens 50 und des Masseelektrodenplättchens 60 kann aus einer der folgenden Legierungen ausgewählt sein: Pt (Platin)-Ir (Iridium), Pt-Rh (Rhodium), Pt-Ni (Nickel), Ir-Rh, und/oder Ir-Y (Yttrium).
Das Mittelelektrodenplättchen 50 und das Masseelektrodenplättchen 60 können auch aus einer Legierung hergestellt sein, welche hauptsächlich Pt und zumindest einen Zusatzstoff ausgewählt aus der folgenden Liste enthält: Ir, Ni, Rh, W, Pd, Ru und/oder Os. Zum Beispiel ist eine derartige Legierung, die hauptsächlich Pt und zumindest einen Zusatzstoff ausgewählt aus der folgenden Liste enthält: Ir von höchstens 50% nach Gewicht (Gewichtsprozent), Ni von höchstens 40 Gewichtsprozent, Rh von höchstens 50 Gewichtsprozent, W von höchstens 30 Gewichtsprozent, Pd von höchstens 40 Gewichtsprozent, Ru von höchstens 30 Gewichtsprozent, und Os von höchstens 20 Gewichtsprozent.
Das Material des Mittelelektrodenplättchens 50 und des Masseelektrodenplättchens 60 kann alternativ eine Legierung sein, welche hauptsächlich Ir und zumindest einen Zusatzstoff ausgewählt aus der folgenden Liste enthält: Rh, Pt, Ni, W, Pd, Ru und/oder Os. Zum Beispiel ist eine derartige Legierung, die hauptsächlich Ir und zumindest einen Zusatzstoff ausgewählt aus der folgenden Liste enthält: Rh von höchstens 50 Gewichtsprozent, Pt von höchstens 50 Gewichtsprozent, Ni von höchstens 40 Gewichtsprozent, W von höchstens 30 Gewichtsprozent, Pd von höchstens 40 Gewichtsprozent, Ru von höchstens 30 Gewichtsprozent, und Os von höchstens 20 Gewichtsprozent.
Beim Betrieb der Zündkerze 100 werden in der Funkenstrecke zwischen den Spitzenendoberflächen 51 und 61 der Plättchen 50 und 60 Funken erzeugt, wodurch in einer Brennkammer der Maschine ein Luft-Kraftstoff-Gemisch entzündet wird. Ein Flammenkern, so wie dieser durch den Funken in der Funkenstrecke entwickelt wird, wächst, wodurch eine Verbrennung des Gemischs in der Brennkammer erreicht wird.
Die Zündkerze 100 ist, wie in den 3 und 4 zu sehen ist, derart gestaltet, dass diese in einer Umfangsrichtung der Metallhülle 10 eine maximale Breite W (mm) der Masseelektrode 40 aufweist. In der folgenden Erörterung wird die maximale Breite W auch als eine maximale Abmessung bezeichnet werden. In einem Fall, bei dem die Masseelektrode 40 eine zylindrische Gestalt aufweist und einen kreisförmigen oder ovalen querverlaufenden Querschnitt aufweist, der senkrecht zu der Länge der Masseelektrode 40 vorgenommen worden ist, entspricht die maximale Breite W einer maximalen Durchmesser der Masseelektrode 40. In dieser Offenbarung ist die maximale Abmessung W durch eine Abmessung der Masseelektrode 40 in einer ersten Richtung definiert, in welche sich die Linie 300 erstreckt, wie in 4 veranschaulicht wird. Die erste Richtung verläuft senkrecht zu einer zweiten Richtung, in welche sich die Linie 400 erstreckt. Die zweite Richtung ist eine Richtung, in welcher die innere Seitenoberfläche 45 der Masseelektrode 40 dem Ende der Mittelelektrode 30 (d. h. der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50) gegenüberliegend angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die zweite Richtung eine Richtung, in welcher die zweite Linie 400 sich im Wesentlichen parallel zu der Oberfläche des Endes 11 der Metallhülle 10 zwischen der Längsmittellinie des ersten Endabschnitts 41 der Masseelektrode 40 und der Längsmittellinie (d. h. der Achse 33 oder 52) der Mittelelektrode 30 erstreckt.
Die maximale Breite W der Masseelektrode 40 ist derart ausgewählt, dass diese eine Beziehung von 1,3 mm ≤ W ≤ 2,0 mm erfüllt. In der folgenden Erörterung wird die maximale Breite W einfach als die Breite W der Masseelektrode 40 bezeichnet werden. Bei dieser Ausführungsform weist die Masseelektrode 40, wie vorstehend beschrieben, einen rechteckigen querverlaufenden Querschnitt auf. Die maximale Breite W entspricht somit einer Breite der Innenoberfläche 45 des zweiten Endabschnitts 42 der Masseelektrode 40, welche dem Mittelelektrodenplättchen 50 auf dem Endabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 gegenüberliegend angeordnet ist. Die Innenoberfläche 45 wird auch als eine Seitenoberfläche der Masseelektrode 40 bezeichnet werden. Die maximale Breite W kann alternativ eine Breite der äußeren Seitenoberfläche 46 der Masseelektrode 40 sein. Die äußere Seitenoberfläche 46 ist eine von vier Seitenoberflächen der Masseelektrode 40, welche sich in der Längsrichtung der Masseelektrode 40 erstrecken, und befindet sich auf der Seite der Innenoberfläche 45 gegenüber der Mittelelektrode 30, mit anderen Worten liegt diese der Innenoberfläche 45 durch eine Abmessung der Masseelektrode 40, die senkrecht zu der Breite W verläuft, gegenüber.
Wenn die Breite W derart ausgewählt ist, dass diese den vorstehenden Zustand erfüllt, ist es empfehlenswert, dass der Abstand d (d. h. ein minimaler Abstand mm) zwischen dem Mittelpunkt A und dem Mittelpunkt B die untenstehende Gleichung (1) erfüllt, wie in den 2 und 4 veranschaulicht wird. Der Mittelpunkt A, welcher untenstehend auch als ein erster Mittelpunkt bezeichnet wird, ist der Mittelpunkt der Endoberfläche des Endabschnitts 31 der Mittelelektrode 30 (d. h. der Mittelpunkt der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50 in der axialen Richtung (d. h. der Längsrichtung) der Mittelelektrode 31). Der Mittelpunkt B, welcher untenstehend auch als ein zweiter Mittelpunkt bezeichnet wird, ist der Mittelpunkt einer Schnittlinie zwischen der gedachten Ebene X und der Innenoberfläche 45 der Masseelektrode 40. Die gedachte Ebene X erstreckt sich durch den Mittelpunkt A der Endoberfläche des Spitzenendabschnitts 51, der senkrecht zu der Achse 33 der Mittelelektrode 30 verläuft (d. h. die Längsmittellinie der Metallhülle 10), mit anderen Worten erstreckt sich diese parallel zu der horizontalen Richtung in 2 oder parallel zu einer Papieroberfläche der Zeichnung von 4. W + 0,525 ≤ d ≤ 1,07W + 0,66 (1)
Es ist noch eher vorzuziehen, dass der Abstand d (mm) derart ausgewählt ist, dass dieser die untenstehende Gleichung (2) erfüllt. W + 0,6 ≤ d ≤ 1,17W + 0,42 (2)
Der Abstand d kann durch eine Länge einer horizontalen Linie (d. h. der zweiten Linie 400) ausgedrückt werden, die sich ausgehend von dem Mittelpunkt A der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50, die senkrecht zu der Innenoberfläche 45 verläuft, entlang der gedachten Ebene X erstreckt.
Eine Strömung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs, so wie dieses in der Brennkammer der Maschine mit interner Verbrennung erzeugt wird, bewegt sich geeignet in die Funkenstrecke zwischen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40, um eine Zündung der Zündkerze 100 zu erreichen. Es besteht, wie vorstehend beschrieben, ein Risiko, dass die Masseelektrode 40 sich weiter auf einer stromaufwärtigen Seite der Funkenstrecke entlang der Strömung des Gemischs befindet als die Mittelelektrode 30 abhängig von der Montageorientierung der Zündkerze 100 zu der Maschine mit interner Verbrennung.
Die Montageorientierung der Zündkerze 100 kann auch darin resultieren, dass die Masseelektrode 40 sich stromabwärts der Funkenstrecke oder an der gleichen Position wie die Funkenstrecke entlang der Strömung des Gemischs befindet. Wenn die Masseelektrode 40 sich auf der stromaufwärtigen Seite der Funkenstrecke befindet, kann dies bewirken, dass die Strömung des Gemischs durch die Masseelektrode behindert wird, sodass diese um die Funkenstrecke herum zum Stillstand kommt, wobei dies in Instabilität bei der Zündung des Gemischs in der Brennkammer resultiert.
Um das vorstehende Problem zu beheben, ist die Zündkerze 100 dieser Ausführungsform derart gestaltet, dass diese die Masseelektrode 40 aufweist, deren maximale Breite W (mm) derart ausgewählt ist, dass diese eine Beziehung von 1,3 ≤ W ≤ 2,0 erfüllt, und auch den Abstand d zwischen der Masseelektrode 40 und der Mittelelektrode 30 aufweist, welcher die vorstehende Gleichung (1) oder (2) erfüllt. Dies stellt eine gewünschte Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs um die Funkenstrecke herum sicher, selbst wenn die Masseelektrode 40 sich bei der Strömung des Gemischs in der Brennkammer stromaufwärts der Mittelelektrode 30 befindet, mit anderen Worten besteht die höchste Wahrscheinlichkeit, dass die Strömung des Gemischs um die Funkenstrecke herum zum Stillstand kommt. Kurz zusammengefasst ist die Zündkerze 100 dieser Ausführungsform dazu in der Lage, eine Verschlechterung der Zündung des Gemischs in der Bremskammer zu minimieren, welche sich aus der unerwünschten Orientierung der Zündkerze 100 zu der Maschine ergibt. Die Stabilität beim Entzünden des Gemischs, so wie diese ungeachtet der Montageorientierung der Zündkerze 100 zu der Maschine durch die Zündkerze 100 erreicht wird, beseitigt die Notwendigkeit, der Installation der Zündkerze 100, z. B. Konfiguration des Montagegewindes in dem Maschinenkopf oder dem Befestigen der Zündkerze 100 in den Maschinenkopf, eine besondere Aufmerksamkeit zu schenken. Die Stabilität der Zündung wird, wie vorstehend beschrieben, nur dadurch erreicht, dass zwei Arten von dimensionalen Zuständen der Breite W der Masseelektrode 40 und des Abstands d zwischen der Mittelelektrode 30 und der Masseelektrode 40 erfüllt sind. Dies ermöglicht, dass die Zündkerze 100 einen vereinfachten Aufbau aufweist, um die Instabilität bei der Zündung des Gemischs zu beseitigen. Die Gründe, aus denen sich die vorstehenden günstigen Vorteile ergeben, indem die Breite Wund der Abstand d ausgewählt werden, um die vorstehenden Gleichungen (1) und (2) zu erfüllen, wird später unter Bezugnahme auf die 11 und 12 erörtert werden.
Die Zündkerze 100 ist ebenfalls derart gestaltet, dass diese in ihrer radialen Richtung nach innen schräg steht, mit anderen Worten, dass diese den zweiten Endabschnitt 42 der Masseelektrode 40 aufweist, welcher schräg hin zu dem Endabschnitt 31 der Mittelelektrode 30 orientiert ist, sodass der Winkel α zwischen der Achse der Masseelektrode 40 (d. h. dem zweiten Endabschnitt 42) und der Achse 33 der Mittelelektrode 30 ein spitzer Winkel (d. h., kleiner als 90°) ist. Dies ermöglicht, dass die Masseelektrode 40 verglichen mit typischen Zündkerzen, bei denen die Masseelektrode 40, welche im Wesentlichen im rechten Winkel zu der Achse 33 der Mittelelektrode 30 gebogen ist, um einen Spitzenabschnitt aufzuweisen, der sich über die Spitze der Mittelelektrode 30 erstreckt, verkürzt werden kann, um das Übertragen von Wärme ausgehend von dieser zu erleichtern. Der Aufbau der Zündkerze 100 dieser Ausführungsform stellt einen gewünschten Grad von Wärmewiderstand der Masseelektrode 40 sicher, ohne deren mechanische Stärke zu opfern.
Die Zündkerze 100 ist ebenfalls mit dem Mittelelektrodenplättchen 50 ausgestattet, welches die Gestalt einer Stange aufweist und sich ausgehend von der Spitze des Endabschnitts 31 der Mittelelektrode 30 erstreckt oder hervorsteht. Die Endoberfläche des Endabschnitts 31 der Mittelelektrode 30, wie diese in den Gleichungen (1) und (2) bezeichnet wird, ist die Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50. Die Richtung der Achse 52 des Mittelelektrodenplättchens 50 fällt mit der der Achse der Zündkerze 100 (d. h. der Längsmittellinie der Metallhülle 10) zusammen. Das Mittelelektrodenplättchen 50 kann in einer zylindrischen Gestalt mit einem kreisförmigen querverlaufenden Querschnitt geformt sein. Dies erleichtert das Schweißen des Mittelelektrodenplättchens 50 an die Mittelelektrode 30.
Die Zündkerze 100 ist ebenfalls mit dem Masseelektrodenplättchen 60 ausgestattet, welches die Gestalt einer Stange (z. B. eine zylindrische Stange) aufweist und sich ausgehend von der Innenoberfläche 45 der Masseelektrode 40 hin zu dem Mittelelektrodenplättchen 50 der Mittelelektrode 30 erstreckt oder hervorsteht, um die Funkenstrecke zwischen ihr und dem Ende des Masseelektrodenplättchens 50 zu definieren. Mit anderen Worten definieren die Mittelelektrode 30 und die Masseelektrode 40 einen Punkt-zu-Punkt-Aufbau, bei welchem die Edelmetallplättchen 50 und 60 einander durch die Funkenstrecke gegenüberliegend angeordnet sind, wodurch diese die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 steigern.
Die Gründe, warum der Abstand d zwischen der Masseelektrode 40 und der Mittelelektrode 30 derart ausgewählt ist, dass dieser eine Gleichung (1) oder (2) in einem Zustand erfüllt, in dem die Breite W der Masseelektrode 40 eine Beziehung von 1,3 ≤ W ≤ 2,0 erfüllt, werden untenstehend unter Bezugnahme auf die 5 bis 10 beschrieben werden.
Die vorstehenden numerischen Zustände werden unter Verwendung von Ergebnissen von Auswertungsversuchen abgeleitet, die mit Proben der Zündkerze 100 durchgeführt werden, wie untenstehend beschrieben wird.
Jede Probe der Zündkerze 100 weist die folgende Beschreibung auf.

1. Die Masseelektrode 40 weist eine konstante Dicke t von 1,3 mm auf. Die Dicke t ist eine Abmessung, die in 2 veranschaulicht wird.
2 Das Masseelektrodenplättchen 60 weist einen Durchmesser φ von 0,7 mm und eine Länge von 0,8 mm auf, das heißt einen Abstand zwischen der Oberfläche 45 der Masseelektrode 40 und der Endoberfläche des Masseelektrodenplättchens 60.
3 Das Mittelelektrodenplättchen 50 weist einen Durchmesser φ von 0,55 mm und eine Länge L von 0,8 mm auf.
4 Das Montagegewinde 10a weist einen Gewindedurchmesser (d. h. einen Außendurchmesser) von 12 mm auf.
5 Die Funkenstrecke beträgt 0,85 mm.
6 Das Mittelelektrodenplättchen 50 ist derart orientiert, dass dieses eine Längsmittellinie (d. h. die Achse 52) aufweist, die zu der Achse der Zündkerze 100 ausgerichtet ist.

Die Orientierung der Zündkerze 100 ist derart, dass die äußere Seitenoberfläche 46 der Masseelektrode 40 (gegenüber der inneren Seitenoberfläche 45) dem Einlassventil der Maschine gegenüberliegend angeordnet ist, mit anderen Worten ist die äußere Seite der Seitenoberfläche 46 der Masseelektrode 40 die stromaufwärtige Seite der Strömung des Gemischs (siehe die 11 und 12).
Wir führten unter Verwendung einer 1800 cm³ Vierzylindermaschine, die bei 2.000 U/min läuft, Zündleistungsversuche durch. Ein indizierter mittlerer Effektivdruck Pmi betrug 0,28 Mpa. Es wurde die Magergrenze A/F (d. h. ein magerstes Luft-Kraftstoff-Verhältnis, welches keine Fehlzündung verursacht) verwendet. Zu beachten ist, dass ein Wert des A/F an einem Punkt, wenn eine 3%ige Variation des Pmi auftritt, als die Magergrenze A/F definiert ist.
Für die Zündleistungsversuche haben wir elf Arten von Testproben der Zündkerze 100 vorbereitet, welche Werte der Breite W der Masseelektrode 40 aufweisen, die sich in Einheiten von 0,1 mm zwischen 1,2 mm und 2,2 mm unterscheiden. Wir haben auch jede Art der Testproben, welche den gleichen Wert der Breite W aufweisen, in dreizehn Arten unterteilt, welche Werte des Abstands d aufweisen, die sich in Einheiten von 0,1 mm zwischen 1,7 mm und 2,9 mm unterscheiden. Wir haben daher insgesamt 143 Arten von Testproben der Zündkerze 100 vorbereitet und die Versuche bei jedem Typ durchgeführt, um fünfmal die Magergrenze A/F zu messen. Wir haben eine Spanne der gemessenen Werte der Magergrenze A/F bestimmt. Es ist zu beachten, dass der Abstand d durch Verändern der Neigung (d. h. des Winkels α) des zweiten Endabschnitts 42 der Masseelektrode 40, eines Radius der Krümmung einer Biegung R der Masseelektrode 40 und einer Höhe der Biegung R (d. h. eine Länge des ersten Endabschnitts 41, der sich ausgehend von dem Ende 11 der Metallhülle 10 vertikal erstreckt) geändert wurde.
Ergebnisse der Zündleistungsversuche werden in einer Tabelle von 5 gezeigt. Die Tabelle listet eine Spanne von Werten der Magergrenze A/F auf, so wie diese durch fünfmaliges Messen jeder der vorstehenden 143 Arten von Testproben abgeleitet wurden. Die Tabelle zeigt, dass es, wie in den Zellen der Tabelle angegeben ist, die durch eine dicke Linie umschlossen sind, eine Spanne R1 des Abstands d gibt, in welcher der Wert der Magergrenze A/F relativ groß wird, mit anderen Worten wird die Stabilität der Verbrennung in der Maschine gesteigert, und zeigt ebenfalls, dass es in der Spanne R1 auch eine Spanne R2 gibt, wie durch straffierte Linien angegeben wird, in welcher der Wert der Magergrenze A/F weiter groß wird, mit anderen Worten die Stabilität der Verbrennung in der Maschine weiter gesteigert wird. In den Spannen R1 und R2 nimmt der Wert des Abstands d mit einer Zunahme des Werts der Breite W zu.
Ein Durchschnitt der Werte der Magergrenze A/F, der durch fünfmaliges Messen jeder Testprobe in 5 abgeleitet ist, die Breite Wund der Abstand d haben Beziehungen, die in 6 gezeigt werden. 6 ist ein dreidimensionaler Graph, welcher die Breite W für jeden numerischen Zustand diskret darstellt. Der Graph von 6 zeigt, dass die Magergrenze A/F sich verändert, um als eine Funktion des Abstands d in einer Spanne von 1,3 bis 2,0 mm einen Scheitelpunkt aufzuweisen. Der Graph zeigt auch, dass die Scheitelpunkte in eine Spanne fallen, in welcher der Abstand d bei einer Zunahme der Breite W groß wird, und dass Referenzwerte der Magergrenze A/F, so wie diese durch flache Abschnitte der Spannen außer Sparrenabschnitten (einschließlich der Scheitelpunkte) ausgedrückt werden, bei einer Abnahme der Breite W zunehmen.
7 zeigt einen dreidimensionalen Graphen, der durch Interpolieren zwischen den zwei benachbarten Spannen der Breite W in 6 abgeleitet wird. Der Graph von 7 zeigt, dass die Magergrenze A/F grundsätzlich einen konstanten Referenzwert in jeder Spanne der Breite W aufweist und es gibt eine schrägstehende Ebene S, wo der Referenzwert bei einer Abnahme der Breite W zunimmt. Der Graph zeigt auch, dass die Magergrenze A/F einen Kammabschnitt P aufweist, welcher ausgehend von der schrägstehenden Ebene S zu der positiven Seite hervorsteht und sich durch die Scheitelpunkte erstreckt.
8 ist ein dreidimensionaler Graph, welcher eine Differenz zwischen dem Kammabschnitt P und der Referenzebene S für jeden Wert der Breite W darstellt. In 8 ist die Referenzebene S eine horizontale Ebene, die eine Achse, die den Abstand d angibt, und eine Achse, die die Breite W angibt, beinhaltet. Der Kammabschnitt P steht ausgehend von der Referenzebene S in der Form eines Bergs hervor. Der Bereich P1 ist eine Spanne, in welcher die Magergrenze A/F auf Grundlage der Referenzebene S um mindestens 0,1 verbessert ist. Der Bereich P2 ist eine Spanne, in welcher die Magergrenze A/F auf Grundlage der Referenzebene S um mindestens 0,05 verbessert ist. Der Bereich P3 ist eine Spanne, in welcher die Magergrenze A/F auf Grundlage der Referenzebene S um weniger als 0,05 verbessert ist.
9 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen dem Abstand d und der Breite W in dem Bereich P2 darstellt, der in 8 gezeigt wird. Genauer gesagt gibt der Graph von 9 eine Schnittfläche des Kammabschnitts P an, wobei der Schnitt entlang einer Ebene vorgenommen worden ist, wo die Magergrenze A/F in dem dreidimensionalen Graphen von 8 0,05 beträgt. Liniensegmente, die sich durch die Zeichnungspunkte in 9 erstrecken, stellen Grenzen zwischen den Bereichen P2 und P3 dar. Die Grenzen (d. h. die Liniensegmente) sind linear approximiert, um zwei Linien L1 (d = W + 0,525) und L2 (d = 1,0714W + 0,6571) zu definieren. Eine Fläche zwischen den approximierten Linien L1 und L2 gibt einen Bereich an, in dem die Magergrenze A/F um mindestens 0,05 verbessert ist. Der Graph von 9 zeigt daher, dass, wenn der Abstand d zwischen der Masseelektrode 40 und der Mittelelektrode 30 derart ausgewählt ist, dass dieser die vorstehende Gleichung (1) in dem Zustand erfüllt, in dem die Breite W (mm) der Masseelektrode 40 eine Beziehung von 1,3 ≤ W ≤ 2,0 erfüllt, die Magergrenze A/F gesteigert ist, um die Stabilität bei der Verbrennung des Gemischs in der Maschine zu verbessern.
10 zeigt einen Graphen, welcher eine Beziehung zwischen dem Abstand d und der Breite W in dem Bereich P1 darstellt, der in 8 gezeigt wird. Genauer gesagt gibt der Graph von 10 eine Schnittfläche des Kammabschnitts P an, wobei der Schnitt entlang einer Ebene vorgenommen worden ist, wo die Magergrenze A/F in dem dreidimensionalen Graphen von 8 0,1 beträgt. Liniensegmente, die sich durch die Zeichnungspunkte in 10 erstrecken, stellen Grenzen zwischen den Bereichen P2 und P3 dar. Die Grenzen (d. h. die Liniensegmente) sind linear approximiert, um zwei Linien L3 (d = W + 0,6) und L4 (d = 1,1714W + 0,4171) zu definieren. Eine Fläche zwischen den approximierten Linien L1 und L2 gibt einen Bereich an, in dem die Magergrenze A/F um mindestens 0,05 verbessert ist. Eine Fläche zwischen den angenäherten Linien L3 und L4 gibt einen Bereich an, in dem die Magergrenze A/F um mindestens 0,1 verbessert ist. Der Graph von 10 zeigt daher, dass, wenn der Abstand d zwischen der Masseelektrode 40 und der Mittelelektrode 30 derart ausgewählt ist, dass dieser die vorstehende Gleichung (2) in dem Zustand erfüllt, in dem die Breite W (mm) der Masseelektrode 40 eine Beziehung von 1,3 ≤ W ≤ 2,0 erfüllt, die Magergrenze A/F weiter gesteigert ist, um die Stabilität bei der Verbrennung des Gemischs in der Maschine weiter zu verbessern.
Ein Mechanismus zum Erreichen des optimalen Werts des Abstands d, der durch Auswählen der Breite W der Masseelektrode 40 abgeleitet wird, wird untenstehend unter Bezugnahme auf die 11 und 12 erörtert werden.
Wenn die Masseelektrode 40, wie in 11 demonstriert wird, sich weiter stromaufwärts einer Strömung des Gemischs befindet als das Mittelelektrodenplättchen 50 (d. h. die Spitzenendoberfläche 51) sich in der Brennkammer der Maschine befindet, behindert die Masseelektrode 40 die Strömung des Gemischs, wodurch diese bewirkt, dass die Strömung des Gemischs um die Funkenstrecke herum auf der Mittelelektrode 30 zum Stillstand kommt, was in einem Versagen beim Ausbreiten oder Verlängern von Funken auf die Strömung des Gemischs in der Brennkammer resultiert. Typischerweise ist es bekannt, dass die Verlängerung eines Funkens in einer Zunahme der Länge des Funkens resultiert, der mit dem Gemisch kontaktiert, wodurch sich die Leichtigkeit, mit welcher das Gemisch entzündet wird, verbessert. Das Versagen bei Verlängern des Funkens resultiert daher in einer Verschlechterung der Zündfähigkeit der Zündkerze 100. Die Zündfähigkeit wird daher gesteigert, indem die Stabilität der Strömung des Gemischs um die Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50 sichergestellt wird, ohne diese zum Stillstand zu bringen.
Ein Stillstand der Strömung des Gemischs um die Masseelektrode 40 herum entwickelt hinter der Masseelektrode 40 einen Bereich, in dem die Strömung des Gemischs durch die Breite W der Masseelektrode 40 behindert wird, sodass die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs stromabwärts der Masseelektrode 40 abnimmt, aber eine derartige Abnahme ist nicht direkt proportional zu dem Abstand d. Ein derartiger Bereich ist in zwei Bereiche unterteilt: in einem Bereich ist ein Abfall der Strömungsgeschwindigkeit groß und in dem zweiten Bereich ist ein Abfall der Strömungsgeschwindigkeit klein. Wie in 11 demonstriert wird, wird eine Zunahme der Breite W (oder des Durchmessers) der Masseelektrode 40 Ströme des Gemischs erzeugen, die stark von dessen Hauptstrom getrennt sind, welcher hinter der inneren Seitenoberfläche 45 der Masseelektrode 40 zu Wirbeln wird. Dies resultiert unabhängig von dem Abstand d in einer Abnahme der Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs auf der stromabwärtigen Seite der Masseelektrode 40.
Eine Abnahme der Breite W der Masseelektrode 40 resultiert, wie in 12 demonstriert wird, in einer Abnahme der Erzeugung von getrennten Strömen des Gemischs, was hinter der inneren Seitenoberfläche 45 der Masseelektrode 40 kleine Wirbel erzeugt. Verglichen mit dem Beispiel von 11 wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs somit auf der stromabwärtigen Seite der Masseelektrode 40 kaum verringert, wodurch ein Bereich erzeugt wird, in dem die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs stark von dem Abstand d hinter der Masseelektrode 40 abhängt, mit anderen Worten wird die Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs hinter der Masseelektrode 40 maximiert. Das bedeutet, dass es einen Wert des Abstands d gibt, welcher die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 steigert.
Es ist bekannt, dass dann, wenn eine typische Art der Masseelektrode, welche eine Breite W von 2,1 bis 2,7 mm und eine Dicke t von 1,2 bis 1,4 mm aufweist, sich bei einer Strömung des Gemischs stromaufwärts einer Mittelelektrode befindet und der Abstand d zwischen der Masseelektrode und der Mittelelektrode größer eingestellt ist als die Größe der Funkenstrecke, die Zündfähigkeit unverändert bleibt. Wir haben allerdings herausgefunden, dass die Zündfähigkeit von dem Abstand d zwischen der Masseelektrode 40 und der Funkenstrecke (d. h. der Mittelelektrode 30) abhängt, wenn die Breite W der Masseelektrode 40 derart ausgewählt ist, dass diese eine Beziehung von 1,3 ≤ W ≤ 2,0 mm erfüllt.
Modifikationen
Modifikationen der Zündkerze 100 werden untenstehend unter Bezugnahme auf die 13 bis 16 erörtert werden.
Die Zündkerze 100 der vorstehenden Ausführungsform ist derart gestaltet, dass diese die Achse 52 des Mittelelektrodenplättchens 50 aufweist, die zu der Achse der Zündkerze 100 ausgerichtet ist, allerdings kann die Achse des Mittelelektrodenplättchens 50 alternativ in Fehlausrichtung ausgehend von der Achse der Zündkerze 100 orientiert sein. Die Achse 62 des Masseelektrodenplättchens 60 kann die Achse 33 der Mittelelektrode 30, die in einem angegebenen Intervall voneinander entfernt sind, schneiden, quer darüber verlaufen oder über diese verlaufen. Alternativ kann das Mittelelektrodenplättchen 50, wie in 13 veranschaulicht wird, schräg zu der Masseelektrode 40 abgewinkelt sein, um die Achse 52 (d. h. die Längsmittellinie) aufzuweisen, die sich im Wesentlichen senkrecht zu der inneren Seitenoberfläche 45 der Masseelektrode 40 erstreckt, mit anderen Worten in Ausrichtung zu der Achse 62 des Masseelektrodenplättchens 60 (d. h. einer Richtung, in welcher die innere Seitenoberfläche 45 der Spitzenendoberfläche 51 des Mittelelektrodenplättchens 50 gegenüberliegend angeordnet ist).
Wir haben auch Testproben der Zündkerze 100 in 13 vorbereitet und wie bei der vorstehenden Ausführungsform von 2 mit den Testproben Zündleistungsversuche durchgeführt. Die Testproben sind hinsichtlich der Beschreibung mit denen identisch, die bei der vorstehenden Ausführungsform verwendet werden, außer dass die Achse 52 des Mittelelektrodenplättchens 50 zu der Achse 62 des Masseelektrodenplättchens 60 ausgerichtet ist.
Für die Zündleistungsversuche haben wir zwei Arten von Testproben der Zündkerze 100 vorbereitet, bei welchen die Breite W der Masseelektrode 40 1,5 mm und 1,7 mm beträgt. Wir haben auch jede Art der Testproben, welche den gleichen Wert der Breite W aufweisen, in dreizehn Arten unterteilt, welche Werte des Abstands d aufweisen, die sich in Einheiten von 0,1 mm zwischen 1,7 mm und 2,9 mm unterscheiden. Wir haben daher insgesamt 26 Arten von Testproben der Zündkerze 100 vorbereitet und bei jedem Typ die Versuche durchgeführt, um fünfmal die Magergrenze A/F zu messen.
Ergebnisse der Zündleistungsversuche werden in einer Tabelle von 14 gezeigt. Die Tabelle listet, wie in 5, eine Spanne von Werten der Magergrenze A/F auf, so wie diese durch fünfmaliges Messen jeder der vorstehenden 26 Arten von Testproben abgeleitet wurden. Die Tabelle zeigt, dass im Wesentlichen die gleichen Ergebnisse der Versuche wie bei der Ausführungsform von 2 erhalten werden, weil die Stabilität der Zündfähigkeit der Zündkerze 100 von der Breite W der Masseelektrode 40 und dem Strömungszustand des Gemischs (d. h. der Strömungsgeschwindigkeit des Gemischs) in einem Raum stromaufwärtsseitig eines Funkenerzeugungspunkts auf der Masseelektrode 30 abhängt, aber weniger durch die Orientierung der Achse 52 des Mittelelektrodenplättchens 50 beeinflusst wird, das dem Masseelektrodenplättchen 60 gegenüberliegend angeordnet ist.
Die Masseelektrode 40 der Zündkerze 100 bei der vorstehenden Ausführungsform und die Modifikation sind derart geformt, dass diese einen rechteckigen querverlaufenden Querschnitt aufweisen, allerdings kann diese alternativ eine andere Konfiguration aufweisen. Zum Beispiel kann die Masseelektrode 40, wie in 15 veranschaulicht wird, so geformt sein, dass diese einen trapezförmigen querverlaufenden Querschnitt aufweist, so wie dieser senkrecht zu der Länge der Masseelektrode 40 vorgenommen worden ist. In dem Beispiel von 15 bildet die innere Seitenoberfläche der Masseelektrode 40 die kürzere Basis des Trapezes aus, während die äußere Seitenoberfläche 46, welche stromaufwärts einer Strömung des Gemischs gegenüberliegend angeordnet ist, die längere Basis des Trapezes ausbildet. Mit anderen Worten weist die Masseelektrode 40 die kürzere Basislänge S1 und die längere Basislänge 52 auf. Die längere Basislänge S2 entspricht der maximalen Breite W der Masseelektrode 40.
Die Masseelektrode 40 kann alternativ, wie in 16 veranschaulicht wird, so geformt sein, dass diese abgeschrägte Ecken aufweist, welche eine im Wesentlichen achteckige querverlaufende Schnittfläche definieren. Bei diesem Beispiel ist eine maximale Breite W der Masseelektrode 40 durch einen minimalen Abstand S4 zwischen zwei oder vier längeren Seiten der Masseelektrode 40 definiert, welche einander in einer Richtung gegenüberliegen, die senkrecht zu einer Linie 150 verläuft, die durch die Mittelpunkte der Masseelektrode 40 und des Mittelelektrodenplättchens 50 durchtritt, aber nicht durch einen Abstand 53 zwischen gegenüberliegenden Kanten einer flachen Fläche von entweder der inneren Seitenoberfläche 45 oder der äußeren Seitenoberfläche 46.
Während die vorliegende Erfindung in Bezug auf die bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um deren besseres Verständnis zu erleichtern, sollte festgehalten werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ohne sich von dem Prinzip der Erfindung zu entfernen. Daher sollte die Erfindung so verstanden werden, dass diese alle möglichen Ausführungsformen und Modifikationen an der gezeigten Ausführungsform beinhaltet, welche ausgeführt werden können, ohne sich von dem Prinzip der Erfindung zu entfernen, wie in den anliegenden Ansprüchen dargelegt wird.
Die Masseelektrode 40 ist bei der vorstehenden Ausführungsform derart gestaltet, dass diese in einem angegebenen Winkel hin zu der Mittelelektrode 30 schräg steht, aber alternativ derart ausgebildet sein kann, dass diese den zweiten Endabschnitt 42 aufweist, welcher in rechten Winkeln zu der Achse 33 der Mittelelektrode 30 gebogen ist und sich über den Kopf der Mittelelektrode 30 erstreckt.
Sowohl die Mittelelektrode 30 als auch die Masseelektrode 40 sind mit den Edelmetallplättchen 50 und 60 ausgestattet, allerdings weist nur die Mittelelektrode 30 das Edelmetallplättchen 50 auf.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2016173408 [0001]
JP 9-148045 [0006]

Claims

Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung, aufweisend: eine zylindrische Metallhülle (10), welche ein Ende (11) aufweist und in einer Maschine mit interner Verbrennung angebracht ist; eine Mittelelektrode (30), welche durch die Metallhülle gehalten und von der Metallhülle elektrisch isoliert ist, wobei die Mittelelektrode eine Länge aufweist und außerhalb des Endes (11) der Metallhülle freigelegt ist; und eine Masseelektrode (40), welche eine Länge aufweist und mit dem Ende der Metallhülle verbunden ist, wobei die Masseelektrode sich erstreckt, um eine Innenoberfläche (45) aufzuweisen, die einem Ende der Mittelelektrode (30) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die Masseelektrode in einer ersten Richtung, die senkrecht zu einer zweiten Richtung verläuft, eine maximale Abmessung (W) aufweist, wobei die zweite Richtung eine Richtung ist, in welcher die Innenoberfläche (45) dem Ende der Mittelelektrode (30) gegenüberliegend angeordnet ist, wobei die maximale Abmessung derart bestimmt wird, dass diese eine Beziehung von 1,3 (mm) ≤ W ≤ 2,0 (mm) erfüllt, und wobei ein Abstand zwischen einem ersten Mittelpunkt (A) und einem zweiten Mittelpunkt (B) derart ausgewählt wird, dass dieser eine untenstehende Beziehung erfüllt, wobei der erste Mittelpunkt ein Mittelpunkt einer Endoberfläche (51) der Mittelelektrode (30) in ihrer axialen Richtung ist, wobei der zweite Mittelpunkt ein Mittelpunkt einer Schnittlinie zwischen einer gedachten Ebene und der Innenoberfläche der Masseelektrode ist, wobei die gedachte Ebene durch den ersten Mittelpunkt tritt, der senkrecht zu der axialen Richtung der Mittelelektrode verläuft, W + 0,525 ≤ d ≤ 1,07W + 0,66 wobei d der Abstand zwischen dem ersten Mittelpunkt und dem zweiten Mittelpunkt ist und W die maximale Abmessung der Masseelektrode ist.
Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung gemäß Anspruch 1, wobei der Abstand d zwischen dem ersten Mittelpunkt und dem zweiten Mittelpunkt derart ausgewählt ist, dass dieser eine untenstehende Beziehung erfüllt. W + 0,6 ≤ d ≤ 1,17W + 0,42
Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung gemäß Anspruch 1, wobei die Masseelektrode derart geformt ist, dass diese hin zu der Mittelelektrode schräg steht.
Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung gemäß Anspruch 3, wobei die Mittelelektrode ein darauf platziertes säulenartiges Mittelelektrodenplättchen (50) aufweist, welches eine Endoberfläche (51) aufweist, welche die Endoberfläche der Mittelelektrode definiert, und wobei eine Achse (52) des Mittelelektrodenplättchens in Ausrichtung zu einer Achse der Zündkerze orientiert ist.
Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung gemäß Anspruch 3, wobei die Mittelelektrode ein darauf platziertes säulenartiges Mittelelektrodenplättchen (50) aufweist, welches eine Endoberfläche (51) aufweist, welche die Endoberfläche der Mittelelektrode definiert, und wobei eine Achse (52) des Mittelelektrodenplättchens in einer Richtung ausgerichtet ist, in welcher die Innenoberfläche der Masseelektrode dem Ende der Mittelelektrode (30) gegenüberliegend angeordnet ist.
Zündkerze für eine Maschine mit interner Verbrennung gemäß Anspruch 1, wobei die Masseelektrode ein säulenartiges Masseelektrodenplättchen (60) aufweist, das darin platziert ist, welches sich ausgehend von der Innenoberfläche der Masseelektrode erstreckt und der Mittelelektrode durch eine Funkenstrecke gegenüberliegend angeordnet ist.