DE102018120757A1

DE102018120757A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102018120757A1
Application number: DE102018120757.3A
Authority: DE
Inventors: Kenji Ban
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2017-09-02
Filing date: 2018-08-24
Publication date: 2019-03-07
Also published as: JP2019046661A; JP6611769B2

Abstract

Die Zündkerze (100) umfasst einen Isolator (10), der ein axiales Loch (12) aufweist, eine Mittelelektrode (20), die in einer vorderen Seite des axialen Lochs (12) angeordnet ist, und ein Metallgehäuse (50), auf dem ein Schraubengewinde (ST) gebildet ist. Das Metallgehäuse (50) umfasst einen ersten Unterstützungsabschnitt (56B), der den Isolator (10) in einem Durchgangsloch (59) des Metallgehäuses (50) unterstützt. Der Isolator (10) umfasst einen zweiten Unterstützungsabschnitt (16B), der die Mittelelektrode (20) in dem axialen Loch (12) unterstützt. Wenn ein Bereich von einem vorderen Ende des ersten Unterstützungsabschnitts (56B) zu einem hinteren Ende des zweiten Unterstützungsabschnitts (16B) ein spezifischer Bereich RG1 ist, der spezifische Bereich RG1 eine Länge L1 aufweist, ein Bereich von einer Position P1, die um L1 von einer Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur hinteren Seite beabstandet ist, bis zu einer Position P2, die um (1,5×L1) von der Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur hinteren Seite beabstandet ist, ein rückseitiger Bereich RGb ist, und ein Bereich von einer Position P3, die um L1 von der Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur vorderen Seite beabstandet ist, bis zu einer Position P4, die um (1,5×L1) von der Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur vorderen Seite beabstandet ist, ein vorderseitiger Bereich RGf ist, dann ist L1 ≤ 5,5 mm erfüllt. Eine hintere Endposition Pmb des Schraubengewindes (ST) befindet sich innerhalb des rückseitigen Bereichs RGb und eine vordere Endposition Pmf des Schraubengewindes (ST) befindet sich innerhalb des vorderseitigen Bereichs RGf.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Patentschrift betrifft eine Zündkerze zum Entzünden von Kraftstoff in einem Verbrennungsmotor oder dergleichen.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In einer Zündkerze, die für einen Verbrennungsmotor verwendet wird, ist ein Schraubengewinde zum Montieren der Zündkerze an einem Verbrennungsmotor auf einem Metallgehäuse gebildet. Zum Beispiel umfasst ein Metallgehäuse einer Zündkerze, das in der Japanischen Patent-Auslegeschrift (Kokai) Nr. 2006-286612 offenbart ist, einen zylindrischen Spitzenabschnitt, der sich in Bezug zu einer Dichtung, die die Lücke zwischen dem Verbrennungsmotor und dem Metallgehäuse abdichtet, in Vorwärtsrichtung befindet. Ein Schraubengewinde ist über nahezu der gesamten äußeren Umfangsfläche des Spitzenabschnitts gebildet.
In den letzten Jahren bestand indes aufgrund der Verringerung des Durchmessers einer Zündkerze, der Erhöhung der Verbrennungstemperatur eines Verbrennungsmotors usw. ein Bedarf an einer verbesserten Wärmeleitungsleistung der Zündkerze. Es kann indes nicht gesagt werden, dass die vorhergehende Technologie hinsichtlich der Wärmeleitungsleistung eine ausreichend verbesserte Struktur zum Montieren des Metallgehäuses am Verbrennungsmotor bereitstellt. Daher besteht eine Gefahr, dass Hitze in der Nähe eines Zünden des an der Spitze der Zündkerze nicht wirksam über das Metallgehäuse an den Verbrennungsmotor abgegeben werden kann.
Die vorliegende Patentschrift offenbart eine neue Technologie, die in der Lage ist, die Wärmeleitungsleistung einer Zündkerze zu verbessern.
KURZDARSTELLUNG DER ERFINDUNG
Die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Technologie kann in den folgenden Anwendungsbeispielen ausgeführt werden.
ANWENDUNGSBEISPIEL 1
Zündkerze, umfassend:

einen röhrenförmigen Isolator, der ein sich entlang einer Achse erstreckendes axiales Loch aufweist und der eine erste Fläche mit verringertem Außendurchmesser aufweist, deren Außendurchmesser in Richtung einer Vorderseite verringert ist;
eine stabförmige Mittelelektrode, die an der Vorderseite des axialen Lochs angeordnet ist und sich entlang der Achse erstreckt, wobei die Mittelelektrode eine zweite Fläche mit verringertem Außendurchmesser aufweist, deren Außendurchmesser in Richtung der Vorderseite verringert ist; und
ein Metallgehäuse, das an einem Außenumfang des Isolators angeordnet ist, wobei das Metallgehäuse ein Durchgangsloch aufweist, das entlang der Achse in das Metallgehäuse eindringt, und eine Außenumfangsfläche aufweist, auf der ein Schraubengewinde gebildet ist, das zum Montieren der Zündkerze an einem Verbrennungsmotor verwendet wird,
wobei das Metallgehäuse einen ersten Unterstützungsabschnitt umfasst, der in dem Durchgangsloch die erste Fläche mit verringertem Außendurchmesser des Isolators direkt oder über ein anderes Element unterstützt,
wobei der Isolator einen zweiten Unterstützungsabschnitt umfasst, der in dem axialen Loch und an einer in Bezug zum ersten Unterstützungsabschnitt hinteren Seite die zweite Fläche mit verringertem Außendurchmesser der Mittelelektrode direkt oder über ein anderes Element unterstützt, wobei
L1 ≤ 5,5 mm erfüllt ist, wenn
ein Bereich in einer axialen Richtung von einem vorderen Ende des ersten Unterstützungsabschnitts zu einem hinteren Ende des zweiten Unterstützungsabschnitts ein spezifischer Bereich ist,
der spezifische Bereich eine axiale Länge L1 aufweist,
ein Bereich in der axialen Richtung von einer Position, die um L1 von einer axialen Mitte des spezifischen Bereichs zur hinteren Seite beabstandet ist, bis zu einer Position, die um (1,5×L1) von der axialen Mitte des spezifischen Bereichs zur hinteren Seite beabstandet ist, ein rückseitiger Bereich ist, und
ein Bereich in der axialen Richtung von einer Position, die um L1 von der axialen Mitte des spezifischen Bereichs zur vorderen Seite beabstandet ist, bis zu einer Position, die um (1,5×L1) von der axialen Mitte des spezifischen Bereichs zur vorderen Seite beabstandet ist, ein vorderseitiger Bereich ist,
unter Positionen mit dem gleichen Außendurchmesser in dem Schraubengewinde, das den gleichen Außendurchmesser wie ein Teilkreisdurchmesser des Schraubengewindes aufweist, eine hintere Endposition, die sich am weitesten hinten befindet, innerhalb des rückseitigen Bereichs liegt, und
unter den Positionen mit dem gleichen Außendurchmesser in dem Schraubengewinde eine vordere Endposition, die sich am weitesten vorne befindet, sich innerhalb des vorderendseitigen Bereichs befindet.

In dem Zustand, in dem die Zündkerze an dem Verbrennungsmotor montiert ist, befinden sich Abschnitte des Bereichs, auf dem das Schraubengewinde gebildet ist, in der Nähe der vorderen Endposition und der hinteren Endposition in einem im Vergleich mit dem mittleren Abschnitt des Bereichs besseren Kontakt mit dem Verbrennungsmotor. Daher ist die Wärmeleitungsleistung in den Abschnitten in der Nähe des vorderen Endes und des hinteren Endes des Bereichs, auf dem das Schraubengewinde gebildet ist, höher als im mittleren Abschnitt des Bereichs. Ferner ist es, da der erste Unterstützungsabschnitt und der zweite Unterstützungsabschnitt als ein Hauptwärmeleitungsweg für Hitze zur Mittelelektrode dienen, wahrscheinlich, dass das Metallgehäuse eine hohe Temperatur in dem spezifischen Bereich aufweist. Da gemäß der vorhergehenden Struktur L1 ≤ 5,5 mm erfüllt ist, wird verhindert, dass der Abstand zwischen dem ersten Unterstützungsabschnitt und dem zweiten Unterstützungsabschnitt übermäßig zunimmt, wodurch verhindert wird, dass der Wärmeleitungsweg in dem Isolator, der die niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, übermäßig lang ist. Ferner befinden sich das vordere Ende und das hintere Ende des Bereichs, auf dem der Schraubenkopf gebildet ist, in der Nähe des spezifischen Bereichs des Metallgehäuses. Folglich kann die Hitze der Mittelelektrode wirksam über den Isolator und das Metallgehäuse an den Verbrennungsmotor abgegeben werden. Dementsprechend kann die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze verbessert werden.
ANWENDUNGSBEISPIEL 2
Zündkerze gemäß Anwendungsbeispiel 1, wobei L1 ≤ 2,5 mm erfüllt ist.
Da gemäß der vorhergehenden Struktur der Abstand zwischen dem ersten Unterstützungsabschnitt und dem zweiten Unterstützungsabschnitt verkürzt ist, kann der Wärmeleitungsweg, der durch den Isolator verläuft, der eine niedrige Wärmeleitfähigkeit aufweist, verkürzt sein. Folglich kann die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze weiter verbessert werden.
ANWENDUNGSBEISPIEL 3
Zündkerze gemäß Anwendungsbeispiel 1 oder 2, wobei
das Metallgehäuse aufweist: einen hervorstehenden Abschnitt, der radial nach außen hervorsteht und eine vorderseitige Fläche aufweist, die mit dem Verbrennungsmotor direkt oder über ein anderes Element zu verbinden ist; und einen vorderen Abschnitt, der sich in Bezug zum hervorstehenden Abschnitt auf der vorderen Seite befindet, und
der vordere Abschnitt aufweist: einen Schraubabschnitt, der ein Abschnitt des Schraubengewindes zwischen der vorderen Endposition und der hinteren Endposition ist; und einen Nicht-Schraubabschnitt, der ein Abschnitt des Schraubengewindes ist, der sich von dem Schraubabschnitt unterscheidet.
Was die axiale Länge des vorderen Abschnitts betrifft, so ist eine vorbestimmte Länge in Bezug auf den Verbrennungsmotor erforderlich. Gemäß der vorhergehenden Struktur kann die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze bei gleichzeitiger Gewährleistung der erforderlichen Länge des vorderen Abschnitts verbessert werden.
Die in der vorliegenden Patentschrift offenbarte Technologie kann auf verschiedene Arten ausgeführt werden. Zum Beispiel kann die vorliegende Erfindung auf Arten, wie beispielsweise als eine Zündkerze, eine Zündvorrichtung, die die Zündkerze verwendet, ein Verbrennungsmotor, der mit der Zündkerze ausgerüstet ist, und ein Verbrennungsmotor ausgeführt werden, der mit der Zündvorrichtung ausgerüstet ist, die die Zündkerze verwendet.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindungen werden unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, sind aber nicht darauf beschränkt.

1 zeigt eine Querschnittsansicht einer Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs AA in 1.
3A und 3B zeigen erklärende Diagramme für den Wärmeübertragungsweg gemäß der Ausführungsform.

AUSFÜHRUNGSFORMEN ZUM DURCHFÜHREN DER ERFINDUNG
AUSFÜHRUNGSFORM:
STRUKTUR DER ZÜNDKERZE:
1 ist eine Querschnittsansicht einer Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform. Eine abwechselnd kurz und lang gestrichelte Linie in 1 stellt eine Achse AX der Zündkerze 100 dar. Eine Richtung parallel zur Achse AX (Aufwärts-Abwärtsrichtung in 1) wird auch als eine axiale Richtung bezeichnet. Die radiale Richtung eines Kreises um die Achse AX auf einer Ebene senkrecht zur Achse AX wird einfach als „radiale Richtung“ bezeichnet, und die Umfangsrichtung des Kreises wird einfach als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Die Abwärtsrichtung in 1 wird als „Vorwärtsrichtung FD“ bezeichnet und die Aufwärtsrichtung in 1 wird als „Rückwärtsrichtung BD“ bezeichnet. Die untere Seite in 1 wird als „Vorderseite“ der Zündkerze 100 bezeichnet und die obere Seite in 1 wird als „Rückseite“ der Zündkerze 100 bezeichnet.
Die Zündkerze 100 ist an einem Verbrennungsmotor montiert und wird zum Entzünden von Verbrennungsgas in einem Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors verwendet. Die Zündkerze 100 umfasst einen Isolator 10, eine Mittelelektrode 20, eine Masseelektrode 30, eine Anschlusselektrode 40, ein Metallgehäuse 50, einen Widerstand 70 und leitfähige Dichtungselemente 60 und 80.
Der Isolator 10 ist ein im Wesentlichen zylindrisches Element, das ein axiales Loch 12 aufweist, das ein Durchgangsloch ist, das sich in der axialen Richtung erstreckt und in den Isolator 10 eindringt. Der Isolator 10 ist aus einem Keramikmaterial, wie beispielsweise Aluminiumoxid, gebildet. Der Isolator 10 umfasst einen Flanschabschnitt 19, einen hinteren Stammabschnitt 18, einen vorderen Stammabschnitt 17, einen Abschnitt 15 mit verringertem Außendurchmesser und einen Beinabschnitt 13.
Der Flanschabschnitt 19 ist ein Abschnitt des Isolators 10, der sich in der axialen Richtung im Wesentlichen in der Mitte befindet. Der hintere Stammabschnitt 18 befindet sich in Bezug zum Flanschabschnitt 19 auf der hinteren Seite und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als derjenige des Flanschabschnitts 19. Der vordere Stammabschnitt 17 befindet sich in Bezug zum Flanschabschnitt 19 auf der vorderen Seite und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als derjenige des Flanschabschnitts 19. Der Beinabschnitt 13 befindet sich in Bezug zum vorderen Stammabschnitt 17 auf der vorderen Seite und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner ist als derjenige des vorderen Stammabschnitts 17. Der Außendurchmesser des Beinabschnitts 13 ist in Richtung der Vorderseite verringert. Wenn die Zündkerze 100 an einem Verbrennungsmotor (nicht gezeigt) montiert ist, liegt der Beinabschnitt 13 im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors frei. Der Abschnitt 15 mit verringertem Außendurchmesser ist zwischen dem Beinabschnitt 13 und dem vorderen Stammabschnitt 17 gebildet. Der Abschnitt 15 mit verringertem Außendurchmesser weist einen Außendurchmesser auf, der von der hinteren Seite zur vorderen Seite verringert ist.
Der Isolator 10 umfasst, was die Struktur seiner inneren Umfangsseite betrifft, einen rückseitigen Abschnitt 12L mit großem Innendurchmesser, einen vorderseitigen Abschnitt 12S mit kleinem Innendurchmesser und einen Abschnitt 16 mit verringertem Innendurchmesser, der zwischen dem Abschnitt 12L mit großem Innendurchmesser und dem Abschnitt 12S mit kleinem Innendurchmesser gebildet ist. Der Innendurchmesser des Abschnitts 12L mit großem Innendurchmesser (dem Durchmesser des axialen Lochs 12) ist größer als derjenige des Abschnitts 12S mit kleinem Innendurchmesser. Der Abschnitt 16 mit verringertem Innendurchmesser ist ein Abschnitt, dessen Innendurchmesser von der hinteren Seite in Richtung der vorderen Seite verringert ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist die axiale Position des Abschnitts 16 mit verringertem Innendurchmesser die Position eines vorderseitigen Abschnitts des vorderen Stammabschnitts 17.
Das Metallgehäuse 50 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial (z. B. einem kohlenstoffarmen Stahlmaterial) gebildet und ist ein zylindrisches Metallelement zum Befestigen der Zündkerze 100 am Motorkopf (nicht gezeigt) des Verbrennungsmotors. Das Metallgehäuse 50 weist ein Durchgangsloch 59 auf, das derart gebildet ist, dass es entlang der Achse AX in das Metallgehäuse 50 eindringt. Das Metallgehäuse 50 ist am radialen Umfang (d. h. dem Außenumfang) des Isolators 10 angeordnet. Das heißt, der Isolator 10 ist in das Durchgangsloch 59 des Metallgehäuses 50 eingesetzt und wird darin gehalten. Das vordere Ende des Isolators 10 steht in Bezug zum vorderen Ende des Metallgehäuses 50 zur Vorderseite hervor. Das hintere Ende des Isolators 10 steht in Bezug zum hinteren Ende des Metallgehäuses 50 zur Hinterseite hervor.
Das Metallgehäuse 50 weist auf: einen Werkzeugeingriffsabschnitt 51, der die Form einer sechseckigen Säule aufweist und mit dem ein Drehmomentschlüssel für die Zündkerze in Eingriff zu bringen ist; einen vorderen Abschnitt 52; und einen flanschförmigen hervorstehenden Abschnitt 54, der zwischen dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 und dem vorderen Abschnitt 52 gebildet ist. Ein Intervall zwischen gegenseitig parallelen Seitenflächen (auch als Eingriffsflächen bezeichnet) des Werkzeugeingriffsabschnitts 51, das heißt eine Länge zwischen entgegengesetzten Seiten, beträgt zum Beispiel 10 mm bis 16 mm.
Der hervorstehende Abschnitt 54 steht in Bezug zu einem Druckverformungsabschnitt 58 an der hinteren Seite und dem vorderen Abschnitt 52 an der vorderen Seite radial nach außen hervor. Eine vorderseitige Fläche 54s des hervorstehenden Abschnitts 54 ist mit dem Motorkopf (in der Folge beschrieben) des Verbrennungsmotors über eine Dichtung 5 (in der Folge beschrieben) verbunden.
Der vordere Abschnitt 52 ist ein Abschnitt, der sich in Bezug zum hervorstehenden Abschnitt 54 an der Vorderseite befindet und der an einem Montageloch zu montieren ist, das in dem Motorkopf des Verbrennungsmotors gebildet ist. Der vordere Abschnitt 52 weist auf: einen Schraubabschnitt 522, der eine äußere Umfangsfläche 52o aufweist, an der ein Schraubengewinde ST zum Montieren der Zündkerze 100 an dem Verbrennungsmotor gebildet ist; und Nicht-Schraubabschnitte 521 und 523, die sich vom Schraubabschnitt 522 unterscheiden. Der Nenndurchmesser des vorderen Abschnitts 52 beträgt zum Beispiel M8 bis M14. Die Struktur des vorderen Abschnitts 52 wird später im Detail beschrieben.
Die Dichtung 5, die aus Metall hergestellt ist und eine Ringform aufweist, ist zwischen dem vorderen Abschnitt 52 und dem hervorstehenden Abschnitt 54 des Metallgehäuses 50 eingesetzt und eingepasst. Wenn die Zündkerze 100 an dem Verbrennungsmotor montiert ist, dichtet die Dichtung 5 die Lücke zwischen der Zündkerze 100 und dem Verbrennungsmotor (Motorkopf) ab.
Das Metallgehäuse 50 weist ferner auf: einen dünnen Crimp-Abschnitt 53, der an der hinteren Seite des Werkzeugeingriffsabschnitts 51 bereitgestellt ist; und den dünnen Druckverformungsabschnitt 58, der zwischen dem hervorstehenden Abschnitt 54 und dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 bereitgestellt ist. Die ringförmigen Leitungspackungen 6 und 7 sind in einer ringförmigen Region angeordnet, die zwischen Folgendem gebildet ist: der inneren Umfangsfläche eines Abschnitts des Metallgehäuses 50 vom Werkzeugeingriffsabschnitt 51 zum Crimp-Abschnitt 53; und der äußeren Umfangsfläche des hinteren Stammabschnitts 18 des Isolators 10. Der Raum zwischen den zwei Leitungspackungen 6 und 7 ist in dieser Region mit Pulver aus einem Talk 9 gefüllt. Das hintere Ende des Crimp-Abschnitts 53 ist radial nach innen gebogen und an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 10 (dem hinteren Stammabschnitt 18) befestigt. Der Druckverformungsabschnitt 58 des Metallgehäuses 50 wird durch Druck mittels des Crimp-Abschnitts 53 verformt, der an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 10 befestigt ist, der während der Herstellung in Richtung der Vorderseite gedrückt wird. Der Isolator 10 wird über die Leitungspackungen 6 und 7 und den Talk 9 gemeinsam mit der Druckverformung des Druckverformungsabschnitts 58 in das Metallgehäuse 50 in Richtung der Vorderseite gedrückt. Der Abschnitt 15 mit verringertem Außendurchmesser des Isolators 10 wird durch einen Vorsprungsabschnitt 56, der an einer Position am inneren Umfang des Metallgehäuses 50 und im vorderen Abschnitt 52 gebildet ist, über eine ringförmige Plattenpackung 8 gedrückt, die aus Eisen hergestellt ist. Folglich verhindert die Plattenpackung 8, dass Gas im Verbrennungsraum des Verbrennungsmotors durch die Lücke zwischen des Metallgehäuses 50 und dem Isolator 10 nach außen austritt.
Die Mittelelektrode 20 ++ einen stabförmigen Mittelektrodenkörper 21, der sich in die axiale Richtung erstreckt, und eine Mittelelektrodenspitze 29. Der Mittelelektrodenkörper 21 ist an der Vorderseite des axialen Lochs 12 des Isolators 10 angeordnet. Das heißt, die hintere Seite der Mittelelektrode 20 (die hintere Seite des Mittelelektrodenkörpers 21) wird in dem axialen Loch 12 gehalten. Der Mittelelektrodenkörper 21 ist aus einem Metall, z. B. Nickel (Ni), das eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Hitzebeständigkeit aufweist, oder einer Legierung gebildet, die Ni als Hauptbestandteil enthält (z. B. NCF 600, NCF 601). Der Mittelelektrodenkörper 21 kann eine zweischichtige Struktur aufweisen, die Folgendes umfasst: ein Basismaterial, das aus Ni oder Ni-Legierung gebildet ist; und einen Kernabschnitt, der in dem Basismaterial vergraben ist. In diesem Fall ist der Kernabschnitt zum Beispiel aus Kupfer, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als das Basismaterial, oder aus einer Legierung gebildet, die Kupfer als Hauptbestandteil enthält.
Der Mittelelektrodenkörper 21 weist auf: einen Flanschabschnitt 24, der an einer vorbestimmten Position in der axialen Richtung bereitgestellt ist; einen Kopfabschnitt 23, der ein Abschnitt an der in Bezug zum Flanschabschnitt 24 hinteren Seite ist; und einen Beinabschnitt 25, der ein Abschnitt an der in Bezug zum Flanschabschnitt 24 vorderen Seite ist. Der Flanschabschnitt 24 wird von der Vorderseite durch den Abschnitt 16 mit verringertem Innendurchmesser des Isolators 10 unterstützt. Das heißt, der Mittelelektrodenkörper 21 ist mit dem Abschnitt 16 mit verringertem Innendurchmesser in Eingriff. Die vordere Seite des Beinabschnitts 25, d. h. die vordere Seite des Mittelelektrodenkörpers 21, steht in Bezug zum vorderen Ende des Isolators 10 zur vorderen Seite hervor.
Die Mittelelektrodenspitze 29 ist ein Element, das zum Beispiel eine im Wesentlichen zylindrische Form aufweist und mit dem vorderen Ende des Mittelelektrodenkörpers 21 (dem vorderen Ende des Beinabschnitts 25) unter Verwendung von zum Beispiel Laserschweißen verbunden ist. Die vordere Endfläche der Mittelelektrodenspitze 29 ist eine erste Entladungsfläche 295, die eine Funkenstrecke mit einer später beschriebenen Masseelektrodenspitze 39 bildet. Die Mittelelektrodenspitze 29 besteht zum Beispiel aus einem Edelmetall mit hohem Schmelzpunkt, wie beispielsweise Iridium (Ir) oder Platin (Pt), oder einer Legierung, die das Edelmetall als einen Hauptbestandteil enthält.
Die Anschlusselektrode 40 ist ein stabförmiges Element, das sich in die axiale Richtung erstreckt und sich von der hinteren Seite in das axiale Loch 12 des Isolators 10 erstreckt. Das heißt, in dem axialen Loch 12 befindet sich die Anschlusselektrode 40 auf der in Bezug zur Mittelelektrode 20 hinteren Seite. Die Anschlusselektrode 40 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial (z. B. kohlenstoffarmem Stahl) gebildet und eine Plattierungsschicht aus Ni oder dergleichen ist zum Beispiel zum Zweck des Korrosionsschutzes auf der Fläche der Anschlusselektrode 40 gebildet.
Die Anschlusselektrode 40 weist auf einen Kopfabschnitt 41 und einen Beinabschnitt 42 an der in Bezug zum Kopfabschnitt 41 vorderen Seite. Der Kopfabschnitt 41 liegt auf der in Bezug zum Isolator 10 hinteren Seite frei. Der Kopfabschnitt 41 weist eine darin gebildete Aussparung 43 auf, mit der ein Leistungsversorgungselement, wie beispielsweise ein Federelement (nicht gezeigt), in Kontakt gelangt. Eine hohe Spannung, um zu bewirken, dass Funkenentladung auftritt, wird über das Leistungsversorgungselement an die Anschlusselektrode 40 angelegt. Der Beinabschnitt 42 ist in dem axialen Loch 12 des Isolators 10 angeordnet.
Der Widerstand 70 ist im axialen Loch 12 des Isolators 10 zwischen dem vorderen Ende der Anschlusselektrode 40 und dem hinteren Ende der Mittelelektrode 20 angeordnet. Der Widerstand 70 weist einen Widerstand von zum Beispiel 1 KΩ oder höher (z. B. 5 KΩ) auf und weist eine Funktion zum Verringern des elektrischen Wellenrauschens, wenn der Funke auftritt, auf. Der Widerstand 70 ist zum Beispiel aus einer Zusammensetzung gebildet, die Glaspartikel als Hauptbestandteil, Keramikpartikel, die sich von Glas unterscheiden, und ein leitfähiges Material enthält.
Die Lücke zwischen dem Widerstand 70 und der Mittelelektrode 20 in dem axialen Loch 12 ist mit dem leitfähigen Dichtungselement 60 gefüllt. Die Lücke zwischen dem Widerstand 70 und der Anschlusselektrode 40 ist mit dem Dichtungselement 80 gefüllt. Das heißt, das Dichtungselement 60 ist mit der Mittelelektrode 20 und dem Widerstand 70 in Kontakt und trennt die Mittelelektrode 20 und den Widerstand 70 voneinander. Das Dichtungselement 80 ist mit dem Widerstand 70 und der Anschlusselektrode 40 in Kontakt und trennt den Widerstand 70 und die Anschlusselektrode 40 voneinander. So verbinden die Dichtungselemente 60 und 80 die Mittelelektrode 20 über den Widerstand 70 elektrisch und physikalisch mit der Anschlusselektrode 40. Die Dichtungselemente 60 und 80 sind aus einem leitfähigen Material gebildet, zum Beispiel einer Zusammensetzung, die Glaspartikel aus Material auf B₂O₃-SiO₂-Basis oder dergleichen und Metallpartikel (Cu, Fe usw.) enthält.
Die Masseelektrode 30 weist einen Masseelektrodenkörper 31 und die Masseelektrodenspitze 39 auf. Der Masseelektrodenkörper 31 ist ein stabförmiger Körper, der einen rechteckigen Querschnitt aufweist. Der Masseelektrodenkörper 31 weist als beide Endflächen eine verbundene Endfläche 312 und eine freie Endfläche 311 auf, die sich auf der zur verbundenen Endfläche 312 entgegengesetzten Seite befindet. Die verbundene Endfläche 312 ist mittels zum Beispiel Widerstandsschweißen mit einem vorderen Ende 50A des Metallgehäuses 50 verbunden. Dementsprechend sind das Metallgehäuse 50 und der Masseelektrodenkörper 31 elektrisch miteinander verbunden. Ein Abschnitt des Masseelektrodenkörpers 31 in der Nähe der verbundenen Endfläche 312 erstreckt sich in die Richtung der Achse AX, während ein Abschnitt davon in der Nähe der freien Endfläche 311 sich in die Richtung senkrecht zur Achse AX erstreckt. Der stabförmige Masseelektrodenkörper 31 ist an einem mittleren Abschnitt davon um etwa 90° gebogen.
Der Masseelektrodenkörper 31 ist aus einem Metall, z. B. Ni, das eine hohe Korrosionsbeständigkeit und hohe Hitzebeständigkeit aufweist, oder einer Legierung gebildet, die Ni als Hauptbestandteil enthält (z. B. NCF 600, NCF 601). Wie der Mittelelektrodenkörper 21 kann der Masseelektrodenkörper 31 eine zweischichtige Struktur aufweisen, die Folgendes umfasst: ein Basismaterial; und einen Kernabschnitt, der aus einem Metall (z. B. Kupfer) gebildet ist, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist als das Basismaterial und in dem Basismaterial vergraben ist.
Die Masseelektrodenspitze 39 weist zum Beispiel eine zylindrische Form oder die Form einer viereckigen Säule auf und weist eine zweite Entladungsfläche 395 auf, die der ersten Entladungsfläche 295 der vorhergehend genannten Mittelelektrodenspitze 29 gegenüberliegt. Die Lücke zwischen der ersten Entladungsfläche 295 und der zweiten Entladungsfläche 395 ist eine so genannte Funkenstrecke, in der Funkenentladung auftritt. Wie die Mittelelektrodenspitze 29 ist die Masseelektrodenspitze 39 zum Beispiel aus einem Edelmetall oder einer Legierung gebildet, die das Edelmetall als einen Hauptbestandteil enthält.
2 ist eine vergrößerte Ansicht eines Bereichs AA, der in 1 gezeigt ist. Wie in 2 gezeigt, ist eine hintere Endfläche des Vorsprungsabschnitts 56 des Metallgehäuses 50 eine Fläche mit verringertem Innendurchmesser, deren Innendurchmesser in Richtung der Vorderseite verringert ist. Die hintere Endfläche des Vorsprungsabschnitts 56 ist der Fläche 15F mit verringertem Außendurchmesser, die die äußere Umfangsfläche des Abschnitts 15 mit verringertem Außendurchmesser des Isolators 10 ist, mit der Plattenpackung 8 dazwischen gegenüberliegend. Man kann sagen, dass ein Abschnitt 56B des Vorsprungsabschnitts 56, der die Plattenpackung 8 berührt, ein Unterstützungsabschnitt ist, der die Fläche 15F mit verringertem Außendurchmesser über die Plattenpackung 8 in dem Durchgangsloch 59 unterstützt. Der Abschnitt 56B des Vorsprungsabschnitts 56, der die Plattenpackung 8 berührt, wird auch als ein erster Unterstützungsabschnitt 56B bezeichnet.
Eine vordere Endfläche 24F des Flanschabschnitts 24 des Mittelelektrodenkörpers 21 ist eine Fläche mit verringertem Außendurchmesser, deren Außendurchmesser in Richtung der vorderen Seite verringert ist. Die vordere Endfläche 24F des Flanschabschnitts 24 ist mit einer inneren Umfangsfläche des Abschnitts 16 mit verringertem Innendurchmesser des Isolators 10 in Kontakt. Man kann sagen, dass ein Abschnitt 16B des Abschnitts 16 mit verringertem Innendurchmesser, der die vordere Endfläche 24F berührt, ein Unterstützungsabschnitt ist, der die vordere Endfläche 24F des Flanschabschnitts 24 der Mittelelektrode 20 (den Mittelelektrodenkörper 21) in dem axialen Loch 12 direkt unterstützt. Der Abschnitt 16B des Abschnitts 16 mit verringertem Innendurchmesser, der die vordere Endfläche 24F berührt, wird auch als ein zweiter Unterstützungsabschnitt 16B bezeichnet. Der zweite Unterstützungsabschnitt 16B befindet sich an der in Bezug zum ersten Unterstützungsabschnitt 56B hinteren Seite.
Es wird angenommen, dass ein Bereich in der axialen Richtung von einem vorderen Ende CPf des ersten Unterstützungsabschnitts 56B zu einem hinteren Ende CPb des zweiten Unterstützungsabschnitts 16B ein spezifischer Bereich RG1 ist. Die axiale Länge des spezifischen Bereichs RG1 wird mit L1 bezeichnet. Die Länge L1 ist nicht größer als 5,5 mm und vorzugsweise nicht größer als 2,5 mm. Zum Beispiel beträgt die Länge L1 2 mm.
Eine axiale Position, die um L1 von einer axialen Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur hinteren Seite beabstandet ist, ist mit P1 bezeichnet. Eine axiale Position, die um (1,5×L1) von der axialen Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur hinteren Seite beabstandet ist, ist mit P2 bezeichnet. Ein Bereich in der axialen Richtung von der Position P1 zur Position P2 wird als ein rückseitiger Bereich RGb bezeichnet.
Eine axiale Position, die um L1 von der axialen Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur vorderen Seite beabstandet ist, ist mit P3 bezeichnet. Eine axiale Position, die um (1,5×L1) von der axialen Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 zur vorderen Seite beabstandet ist, ist mit P4 bezeichnet. Ein Bereich in der axialen Richtung von der Position P3 zur Position P4 wird als ein vorderseitiger Bereich RGf bezeichnet.
Der vordere Abschnitt 52 des Metallgehäuses 50 weist den Schraubabschnitt 522 und die Nicht-Schraubabschnitte 521 und 523 auf, wie vorhergehend beschrieben. Der Teilkreisdurchmesser des Schraubengewindes ST, der auf dem Schraubabschnitt 522 gebildet ist, ist mit ER bezeichnet. Im Querschnitt, der in 2 gezeigt ist, sind die Abschnitte Pm mit dem gleichen Außendurchmesser, die jeweils den gleichen Außendurchmesser aufweisen wie der Teilkreisdurchmesser ER des Schraubengewindes ST, durch schwarze Punkte dargestellt. Unter den Abschnitten Pm mit dem gleichen Außendurchmesser wird eine Position, die sich am weitesten hinten befindet, als eine hintere Endposition Pmb bezeichnet und eine Position, die sich am weitesten vorne befindet, wird als eine vordere Endposition Pmf bezeichnet. Der Schraubabschnitt 522 ist ein Abschnitt des vorderen Abschnitts 52 zwischen der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb. Der rückseitige Nicht-Schraubabschnitt 521 ist ein Abschnitt des vorderen Abschnitts 52 an der in Bezug zur hinteren Endposition Pmb hinteren Seite. Der vorderseitige Nicht-Schraubabschnitt 523 ist ein Abschnitt des vorderen Abschnitts 52 an der in Bezug zur vorderen Endposition Pmf vorderen Seite.
Die hintere Endposition Pmb des Schraubabschnitts 522 liegt innerhalb des vorhergehend beschriebenen rückseitigen Bereichs RGb. Die vordere Endposition Pmf des Schraubabschnitts 522 liegt innerhalb des vorhergehend beschriebenen vorderseitigen Bereichs RGf.
Ein Zwischenraum CL1 zwischen einer äußeren Umfangsfläche 17o des vorderen Stammabschnitts 17 des Isolators 10 und einer inneren Umfangsfläche 52i des vorderen Abschnitts 52 des Metallgehäuses 50 ist nicht größer als 0,3 mm und beträgt zum Beispiel 0,1 mm bis 0,2 mm.
Gemäß der Zündkerze 100 der vorliegenden Ausführungsform ist, wie vorhergehend beschrieben, L1 ≤ 5,5 mm erfüllt, die hintere Endposition Pmb des Schraubabschnitts 522 liegt innerhalb des rückseitigen Bereichs RGb und die vordere Endposition Pmf des Schraubabschnitts 522 liegt innerhalb des vorderseitigen Bereichs RGf, wodurch die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze verbessert wird.
In der Folge wird eine ausführliche Beschreibung gegeben. Der vordere Endabschnitt der Mittelelektrode 20 ist dem Verbrennungsgas ausgesetzt und weist daher eine hohe Temperatur auf. Die Hitze des vorderen Endabschnitts der Mittelelektrode 20 wird auf den Flanschabschnitt 24 übertragen, der sich auf der hinteren Seite befindet. Dann wird die Hitze über den zweiten Unterstützungsabschnitt 16B, an dem der Flanschabschnitt 24 mit dem Abschnitt 16 mit verringertem Innendurchmesser des Isolators 10 in Kontakt ist, auf den Isolator 10 übertragen, wie durch einen Pfeil AR1 angegeben. Die auf den Isolator 10 übertragene Hitze wird hauptsächlich über die Plattenpackung 8 und den ersten Unterstützungsabschnitt 56B auf das Metallgehäuse 50 übertragen, wie durch einen Pfeil AR3 angegeben. Indes wird die auf den Isolator 10 übertragene Hitze auch über den Zwischenraum CL1 auf Das Metallgehäuse 50 übertragen, wie durch einen Pfeil AR2 angegeben. Das heißt, die Hitze der Mittelelektrode 20 wird hauptsächlich in einem Bereich in der Nähe des spezifischen Bereichs RG1 (in der Nähe der Mitte CC) auf das Metallgehäuse 50 übertragen. So dienen der erste Unterstützungsabschnitt 56B und der zweite Unterstützungsabschnitt 16B als ein wesentlicher Wärmeleitungsweg für die Hitze der Mittelelektrode 20 und deshalb ist es wahrscheinlich, dass das Metallgehäuse 50 eine hohe Temperatur in dem spezifischen Bereich RG1 aufweist. Da in der vorliegenden Ausführungsform L1 ≤ 5,5 mm erfüllt ist, wird verhindert, dass der Abstand zwischen dem ersten Unterstützungsabschnitt 56B und dem zweiten Unterstützungsabschnitt 16B übermäßig zunimmt, wodurch verhindert wird, dass der Wärmeleitungsweg in dem Isolator 10, dessen Wärmeleitfähigkeit niedriger ist als diejenige des Metallgehäuses 50, übermäßig lang ist.
3A und 3B sind erklärende Diagramme für einen Wärmeübertragungsweg gemäß der Ausführungsform. 3A zeigt einen Zustand, in dem die Zündkerze 100 an einem Innengewinde GS montiert ist, das an einem Motorkopf EH eines Verbrennungsmotors montiert ist. In dem Zustand, in dem die Zündkerze 100 an dem Motorkopf EH des Verbrennungsmotors montiert ist, sind Abschnitte in der Nähe der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb des Schraubabschnitts 522, auf dem das Schraubengewinde ST gebildet ist, im Vergleich zu einem Abschnitt in der Umgebung der Mitte des Schraubabschnitts 522 in besserem Kontakt mit dem Motorkopf EH. Der Grund dafür ist der folgende. In dem Zustand, in dem die Zündkerze 100 an dem Motorkopf EH montiert ist, erstreckt sich der Schraubabschnitt 522 in die axiale Richtung, wodurch die Zündkerze 100 an dem Motorkopf EH befestigt ist. Daher weisen die Abschnitte in der Nähe der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb des Schraubabschnitts 522 eine hervorragende Wärmeleitungsleistung auf und dienen als Hauptwärmeübertragungswege. Andererseits ist die Wärmeleitungsleistung in der Nähe der Mitte des Schraubabschnitts 522 schlecht und daher dient der mittlere Abschnitt nicht als Hauptwärmeübertragungsweg.
In der vorliegenden Ausführungsform liegt die vordere Endposition Pmf innerhalb des vorderseitigen Bereichs RGf und die hintere Endposition Pmb liegt innerhalb des rückseitigen Bereichs RGb. Daher befinden sich, wie in 3A gezeigt, die vordere Endposition Pmf und die hintere Endposition Pmb in der Nähe des vorhergehend genannten spezifischen Bereichs RG1 (in der Nähe der Mitte CC), in dem die Wärme von der Mittelelektrode 20 auf das Metallgehäuse 50 übertragen wird. Daher wird, wie durch die Pfeile AR in 3A gezeigt, die Wärme des Metallgehäuses 50 von dem Abschnitt in der Nähe der Mitte CC durch die Abschnitte in der Nähe der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb übertragen, um durch einen relativ kurzen Weg an den Motorkopf EH abgegeben zu werden. Folglich kann die Hitze der Mittelelektrode 20 wirksam über den Isolator 10 und das Metallgehäuse 50 an den Verbrennungsmotor abgegeben werden. Dementsprechend kann die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze 100 verbessert werden.
3B zeigt einen Zustand, in dem eine Zündkerze 100x gemäß einer Vergleichsausführungsform an einem Innengewinde GS montiert ist, das auf einem Motorkopf EH eines Verbrennungsmotors gebildet ist. Ein Metallgehäuse 50x der Zündkerze 100x gemäß dem Vergleichsbeispiel weist einen vorderen Abschnitt 52x auf, der sich von dem vorderen Abschnitt 52 der vorliegenden Erfindung unterscheidet. Die Zündkerze 100x der Vergleichsausführungsform ist bis auf die Struktur des Metallgehäuses 50x identisch mit der Zündkerze 100 der vorliegenden Ausführungsform. Auf einer äußeren Umfangsfläche 52ox des vorderen Abschnitts 52x des Metallgehäuses 50x gemäß der Vergleichsausführungsform ist ein Schraubengewinde STx über die gesamte Länge in der axialen Richtung gebildet. Daher ist der vordere Abschnitt 52x durchgehend als ein Schraubabschnitt ausgestaltet und weist keinen Nicht-Schraubabschnitt auf. Daher befindet sich eine vordere Endposition Pmfx des Schraubabschnitts 52x in der Nähe eines vorderen Endes des vorderen Abschnitts 52x und eine hintere Endposition Pmbx des Schraubabschnitts befindet sich in der Nähe eines hinteren Endes des vorderen Abschnitts 52x. Daher sind in der Vergleichsausführungsform, wie in 3B gezeigt, die vordere Endposition Pmfx und die hintere Endposition Pmbx von der Position der vorhergehenden Mitte CC entfernt, in der die Wärme von der Mittelelektrode 20 auf das Metallgehäuse 50x übertragen wird. Dementsprechend wird, wie durch die Pfeile ARx in 3B gezeigt, die Hitze des Metallgehäuses 50 von dem Abschnitt in der Nähe der Mitte CC durch die Abschnitte in der Nähe der vorderen Endposition Pmfx und der hinteren Endposition Pmbx übertragen, um durch eine Route, die länger ist als diejenige der vorliegenden Ausführungsform, an den Motorkopf EH abgegeben zu werden. Somit kann gemäß der Zündkerze 100 der vorliegenden Ausführungsform die Hitze der Mittelelektrode 20 wirksam über das Metallgehäuse 50 durch den Wärmeübertragungsweg, der kürzer ist als derjenige der Zündkerze 100x der Vergleichsausführungsform, an den Motorkopf EH abgegeben werden.
Wenn die vordere Endposition Pmf näher an der Mitte CC in Bezug zum vorderseitigen Bereich RGf liegt oder die hintere Endposition Pmb näher an der Mitte CC in Bezug zum rückseitigen Bereich RGb liegt, wird die axiale Länge des Schraubabschnitts 522 übermäßig verkürzt. Folglich wird der Bereich, in dem der vordere Abschnitt 52 und der Motorkopf EH sich in gutem Kontakt miteinander befinden, übermäßig verkleinert. In diesem Fall ist es, sogar wenn die vordere Endposition Pmf und die hintere Endposition Pmb sich in der Nähe des spezifischen Bereichs RG1 (in der Nähe der Mitte CC) befinden, schwierig, die Hitze der Mittelelektrode 20 wirksam über das Metallgehäuse 50 an den Motorkopf EH abzugeben. Da die vorliegende Ausführungsform einen solchen Nachteil verhindert, kann die Hitze der Mittelelektrode 20 über das Metallgehäuse 50 an den Motorkopf EH abgegeben werden.
In der vorliegenden Ausführungsform erfüllt eine axiale Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1, das heißt eine axiale Länge L1 von dem vorderen Ende CPf des ersten Unterstützungsabschnitts 56B zum hinteren Ende CPb des zweiten Unterstützungsabschnitts 16B L1 ≤ 2,5 mm. Folglich wird der Abstand zwischen dem ersten Unterstützungsabschnitt 56B und dem zweiten Unterstützungsabschnitt 16B weiter verkürzt, wodurch der Wärmeleitungsweg, der durch den Isolator 10 verläuft, dessen Wärmeleitfähigkeit niedrig ist, weiter verkürzt wird. Folglich kann die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze 100 weiter verbessert werden.
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst der vordere Abschnitt 52 des Metallgehäuses 50 den Schraubabschnitt 522 und die Nicht-Schraubabschnitte 521 und 523, die sich von dem Schraubabschnitt 522 unterscheiden. Was die axiale Länge des vorderen Abschnitts 52 betrifft, ist eine vorbestimmte Länge in Verhältnis zum Motorkopf EH des Verbrennungsmotors erforderlich. Gemäß dieser Struktur kann die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze 100 bei gleichzeitiger Gewährleistung der erforderlichen Länge des vorderen Abschnitts 52 verbessert werden.
Zum Beispiel ist die axiale Länge des Schraubabschnitts 522 in der vorliegenden Ausführungsform kleiner als die Hälfte der axialen Länge des vorderen Abschnitts 52. Das heißt, die axiale Länge des Schraubabschnitts 522 ist kürzer als die Summe der axialen Längen der Nicht-Schraubabschnitte 521 und 523.
BEWERTUNGSTEST:
In einem Bewertungstest wurden 23 Typen von Probestücken von Zündkerzen vorbereitet, in denen die axiale Länge L1 des in 2 gezeigten spezifischen Bereichs RG1 und die axiale Länge des Schraubabschnitts 522 eingestellt wurden, wie in Tabelle 1 gezeigt. Die axiale Länge des Schraubabschnitts 522 ist die Länge von der vorderen Endposition Pmf zur hinteren Endposition Pmb des in 2 gezeigten Schraubabschnitts 522.
Tabelle 1

L1 (mm)

1,5 2,5 4 5,5 8

Länge des Schraubabschnitts 4×L1 C C C - -

3×L1 A A B B C

2×L1 A A B B C

L1 D D C C C

0,5×L1 D D D D C
Die axiale Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 wurde auf eines von 1,5 mm, 2,5 mm, 4 mm, 5,5 mm und 8 mm eingestellt. Die Länge L1 wurde durch Anpassen der axialen Position des Abschnitts 16 mit verringertem Innendurchmesser in dem Isolator 10 variiert.
Die axiale Länge des Schraubabschnitts 522 wurde auf eines von (0,5×L1), L1, (2×L1), (3×L1) und (4×L1) eingestellt. Jeder Schraubabschnitt 522 wurde an einer Position in der Umgebung der axialen Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 gebildet.
Die Elemente, die den entsprechenden Probestücken gemein sind, sind die folgenden.

Nenndurchmesser des Schraubabschnitts 522: M10
Steigung des Schraubengewindes ST: 1 mm
Axiale Länge L2 des vorderen Abschnitts 52 (1): 26,5 mm
Außendurchmesser des vorderen Stammabschnitts 17 des Isolators 10 (2): 6,2 mm
Innendurchmesser des Abschnitts mit großem Innendurchmesser 12L des Isolators 10 (2): 2,7 mm
Innendurchmesser des Abschnitts mit kleinem Innendurchmesser 12S des Isolators 10 (2): 1,55 mm

Probestücke mit der axialen Länge des Schraubabschnitts 522, die (4×L1) betrug, und der axialen Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1, die entweder 5,5 mm oder 8 mm betrug, wurden nicht vorbereitet.
In dem Bewertungstest wurde ein Vorzündungstest basierend auf JIS D1606 durchgeführt. Die Zusammenfassung des Vorzündungstests ist die folgende. Jedes Probestück wird an einem Vierzylinder-Motor mit Turbolader und Direkteinspritzung montiert, der einen Hubraum von 1,6 L aufweist, und der Motor wird bei 6000 U/min unter Vollgas betrieben. In diesem Zustand wird der Zündzeitpunkt allmählich in Intervallen von 1° vom normalen Zündzeitpunkt vorverlegt. An jedem Zündzeitpunkt wird basierend auf der Wellenform eines Stroms, der durch die Elektroden 20 und 30 fließt, geprüft, ob eine Vorzündung auftritt, wodurch der Zündzeitpunkt, an dem Vorzündung auftritt (auch als Zündwinkel AG, an der Vorzündung auftritt, bezeichnet), identifiziert wird. Wenn der Zündwinkel, an dem Vorzündung auftritt, größer wird, wird das Auftreten von Vorzündung weniger wahrscheinlich, das heißt die Wärmeleitungsleistung ist höher und die Hitzebeständigkeit ist höher.
Auf ähnliche Weise wurde als ein Probestück für die Vergleichsausführungsform ein Probestück vorbereitet, in dem das Schraubengewinde ST über die gesamte Länge des vorderen Abschnitts 52 gebildet war (siehe 3B), und die axiale Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 1,8 mm betrug. Dann wurde das Probestück der Vergleichsausführungsform einem ähnlichen Vorzündungstest unterzogen und ein Zündwinkel AG0, an der Vorzündung auftritt, wurde identifiziert. Eine Differenz (AG-AG0) zwischen dem Zündwinkel AG, an der Vorzündung auftritt, von jedem Probestück und dem Zündwinkel AG0, an der Vorzündung auftritt, des Probestücks der Vergleichsausführungsform wurde als ein Bewertungswert berechnet.
Ein Probestück, das eine Differenz (AG-AG0) von nicht weniger als 2° aufwies, wurde als „A“ bewertet, ein Probestück, das eine Differenz (AG-AG0) von nicht weniger als 1° und weniger als 2° aufwies, wurde als „B“ bewertet, ein Probestück, das eine Differenz (AG-AG0) von nicht weniger als 0° und weniger als 1° aufwies, wurde als „C“ bewertet, und ein Probestück, das eine Differenz (AG-AG0) von weniger als 0° (d. h. einen negativen Wert) aufwies, wurde als „D“ bewertet.
Die Bewertungsergebnisse sind in Tabelle 1 gezeigt. Unter 5 Typen von Mustern, bei denen die Länge des Schraubabschnitts 522 (0,5×L1) betrug, wurden Probestücke, bei denen die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 1,5 mm, 2,5 mm, 4 mm beziehungsweise 5,5 mm betrug, als „D“ bewertet und ein Probestück, bei dem Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 8 mm betrug, wurde als „C“ bewertet. Indes wurden unter 5 Typen von Probestücken, bei denen die Länge des Schraubabschnitts 522 L1 betrug, Probestücke, bei dem die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 1,5 mm beziehungsweise 2,5 mm betrug, als „D“ bewertet, und Probestücke, bei denen die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 4 mm, 5,5 m beziehungsweise 8 mm betrug, wurden als „C“ bewertet.
Es stellt sich heraus, dass wenn die Länge des Schraubabschnitts 522 kleiner als (2×L1) ist, die Wärmeleitungsleistung sogar nicht verbessert werden kann, wenn die vordere Endposition Pmf und die hintere Endposition Pmb des Schraubabschnitts 522 in der Nähe des spezifischen Bereichs RG1 liegen. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass der Kontaktbereich zwischen dem Schraubabschnitt 522 und dem Motorkopf EH klein ist, wie vorhergehend beschrieben.
Drei Typen von Probestücken mit der Länge des Schraubabschnitts 522 gleich (4×L1) wurden als „C“ bewertet. Es stellt sich heraus, dass wenn die Länge des Schraubabschnitts 522 größer als (3×L1) ist, die Wärmeleitungsleistung sogar dann nicht verbessert werden kann, wenn der Kontaktbereich zwischen dem Schraubabschnitt 522 und dem Motorkopf EH groß genug ist. Es wird angenommen, das der Grund hierfür ist, dass der Wärmeübertragungsweg zu lang wird, da die vordere Endposition Pmf und die hintere Endposition Pmb des Schraubabschnitts 522 übermäßig weit von dem spezifischen Bereich RG1 entfernt sind, insbesondere weil der Abstand zwischen der Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 und jeder von der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb (1,5×L1) überschreitet, wie vorhergehend beschrieben.
Vier Typen von Probestücken mit der Länge L1, wobei der spezifische Bereich RG1 8 mm betrug, wurden als „C“ bewertet. Es stellt sich heraus, dass wenn die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 5,5 mm überschreitet, die Wärmeleitungsleistung unabhängig von der Länge des Schraubabschnitts 522 verbessert werden kann. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass der Hauptwärmeübertragungsweg von der Mittelelektrode 20 auf das Metallgehäuse 50 übermäßig lang wird, weil der Abstand zwischen dem zweiten Unterstützungsabschnitt 16B und dem ersten Unterstützungsabschnitt 56B übermäßig erhöht ist, wie vorhergehend beschrieben.
Derweil wurden Probestücke, bei denen die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 eines von 1,5 mm, 2,5 mm, 4 mm und 5,5 mm betrug und die Länge des Schraubabschnitts 522 entweder (2×L1) oder (3×L1) betrug, als „B“ oder besser bewertet. Das heißt, es stellt sich heraus, dass die Wärmeleitungsleistung in diesen Probestücken verbessert ist. Es wird angenommen, dass der Grund dafür der folgende ist. Da die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 nicht größer als 5,5 mm ist, ist der Abstand zwischen dem zweiten Unterstützungsabschnitt 16B und dem ersten Unterstützungsabschnitt 56B geeignet und daher ist der Hauptwärmeübertragungsweg von der Mittelelektrode 20 zum Metallgehäuse 50 nicht übermäßig lang. Da die Länge des Schraubabschnitts 522 gleich (2×L1) oder länger gemacht werden kann, kann ein ausreichender Kontaktbereich zwischen dem Schraubabschnitt 522 und dem Motorkopf EH sichergestellt werden. Da der Abstand zwischen der Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 und jeder von der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb gleich (1,5×L1) oder kürzer gemacht werden kann, kann der Wärmeübertragungsweg von dem Metallgehäuse 50 zum Motorkopf EH verkürzt werden.
Wenn L1 ≤ 5,5 mm erfüllt ist und die vordere Endposition Pmf sich in dem vorderseitigen Bereich RGf befindet, während die hintere Endposition Pmb sich in dem rückseitigen Bereich RGb befindet wie in der vorliegenden Ausführungsform, kann der Abstand zwischen dem zweiten Unterstützungsabschnitt 16B und dem ersten Unterstützungsabschnitt 56B verkürzt werden, die Länge des Schraubabschnitts 522 kann gleich (2×L1) oder länger gemacht werden, und der Abstand zwischen der Mitte CC des spezifischen Bereichs RG1 und jeder von der vorderen Endposition Pmf und der hinteren Endposition Pmb kann gleich (1,5×L1) oder kürzer gemacht werden. Folglich stellt sich heraus, dass gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeleitungsleistung der Zündkerze 100 verbessert werden kann.
Genauer gesagt, wurden unter den Probestücken, bei denen die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 eines von 1,5 mm, 2,5 mm, 4 mm und 5,5 mm betrug und die Länge des Schraubabschnitts 522 entweder (2×L1) oder (3×L1) betrug, die Probestücke, bei denen die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 4 mm beziehungsweise 5,5 mm betrug, als „B“ bewertet. Unter diesen Probestücken wurden die Probestücke, bei denen die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 1,5 mm beziehungsweise 2,5 mm betrug, als „A“ bewertet.
Von dem Vorhergehenden stellt sich heraus, dass die Zündkerze 100 der vorliegenden Ausführungsform die Wärmeleitungsleistung weiter verbessern kann, indem sie L1 ≤ 2,5 mm erfüllt. Es wird angenommen, dass der Grund hierfür ist, dass der Hauptwärmeübertragungsweg von der Mittelelektrode 20 zum Metallgehäuse 50 weiter verkürzt werden kann, weil der Abstand zwischen dem zweiten Unterstützungsabschnitt 16B und dem ersten Unterstützungsabschnitt 56B weiter verkürzt werden kann.
ABWANDLUNGEN:

(1) In der Zündkerze 100 der vorhergehenden Ausführungsform unterstützt der erste Unterstützungsabschnitt 56B des Metallgehäuses 50 in dem Durchgangsloch 59 die Fläche mit verringertem Außendurchmesser 15F des Isolators 10 über die Plattenpackung 8, die ein anderes Element ist. Anstatt dieser Struktur kann die Plattenpackung 8 weggelassen werden und der erste Unterstützungsabschnitt 56B kann direkt die Fläche 15F mit verringertem Außendurchmesser des Isolators 10 unterstützen.
(2) In der Zündkerze 100 der vorhergehenden Ausführungsform unterstützt der zweite Unterstützungsabschnitt 16B des Isolators 10 in dem axialen Loch 12 direkt die vordere Endfläche 24F der Mittelelektrode 20. Anstatt dieser Struktur kann der zweite Unterstützungsabschnitt 16B die vordere Endfläche 24F der Mittelelektrode 20 über ein anderes Element, z. B. eine ringförmige Packung, unterstützen.
(3) In dem Zustand, in dem die Zündkerze 100 der vorhergehenden Ausführungsform an dem Verbrennungsmotor montiert ist, ist der hervorstehende Abschnitt 54 des Metallgehäuses 50 über die Dichtung 5 als ein anderes Element mit dem Motorkopf EH des Verbrennungsmotors verbunden. Anstatt dieser Struktur kann die Dichtung 5 weggelassen werden und der hervorstehende Abschnitt 54 kann direkt mit dem Motorkopf EH des Verbrennungsmotors verbunden werden.
(4) In der Zündkerze 100 der vorhergehenden Ausführungsform erfüllt die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 L1 ≤ 2,5 mm. Die Länge L1 des spezifischen Bereichs RG1 kann indes eine Länge von größer als 2,5 mm und nicht größer als 5,5 mm, zum Beispiel 3 mm oder 4 mm, sein.
(5) Der vordere Abschnitt 52 der Zündkerze 100 der vorhergehenden Ausführungsform weist den Schraubabschnitt 522 und den rückseitigen Nicht-Schraubabschnitt 521 und den Nicht-Schraubabschnitt 523 auf der vorderen Seite auf. Anstatt dieser Struktur kann der vordere Abschnitt 52 in dem Fall, in dem die axiale Länge des Montagelochs des Motorkopfs EH, in dem das Innengewinde GS gebildet wird, kurz genug ist, einen Schraubabschnitt aufweisen, während er keinen Nicht-Schraubabschnitt aufweist.
(6) Die spezifische Struktur der Zündkerze 100 der vorhergehenden Ausführungsform ist ein Beispiel und es kann eine andere Struktur angenommen werden. Zum Beispiel können, was das Zündende der Zündkerze betrifft, verschiedene Strukturen angenommen werden. Zum Beispiel liegt auch eine Zündkerze, in der eine Masseelektrode und eine Mittelelektrode einander in der Richtung senkrecht zur Achse gegenüberliegen, um eine Lücke zu bilden, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung. Ferner liegt auch eine Vorkammerkerze, in der ein Nebenverbrennungsraum derart angeordnet ist, dass er durch ein Metallgehäuse oder eine Kappe umgeben ist, die an dem vorderen Ende des Metallgehäuses bereitgestellt ist, innerhalb des Schutzbereichs der vorliegenden Erfindung. In dieser Kerze entzündet Funkenentladung Kraftstoffgas, das durch Durchgangslöcher, die in der Kappe bereitgestellt sind, in den Nebenverbrennungsraum eingeführt wird, und eine Flamme, die durch die Verbrennung des Kraftstoffgases erzeugt wird, wird durch die Löcher der Kappe nach außen gestrahlt. Da in dieser Kerze die Mittelelektrode der Kerze einer höheren Verbrennungshitze ausgesetzt ist, ist eine weitere Verbesserung der Wärmeleitungsleistung erwünscht.

Die Plattenpackung 8 kann anstatt aus Eisen aus einem Material gebildet werden, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise Kupfer oder kupferplattiertes Eisen. Die Metallumhüllung 50 kann anstatt aus einem kohlenstoffarmen Stahlmaterial aus einem Material gebildet werden, das eine höhere thermische Leitfähigkeit aufweist, wie beispielsweise einer Legierung, die Kupfer enthält, z. B. Berylliumkupfer. In diesem Fall kann die Wärmeleitungsleistung weiter verbessert werden.
Die Gewindesteigung des Schraubabschnitts 522 des vorderen Abschnitts 52 kann kleiner als die typische Steigung sein (z. B. 1 mm). In diesem Fall kann, da der Kontakt zwischen dem Schraubabschnitt 522 und dem Motorkopf EH verbessert wird, die Wärmeleitungsleistung weiter verbessert werden.
Zum Beispiel sind das Material des Isolators 10 und das Material der Anschlusselektrode 40 nicht auf die vorhergehend beschriebenen Materialien beschränkt. Zum Beispiel kann der Isolator 10 anstatt aus dem Keramikmaterial, das Aluminiumoxid (Al₂O₃) als Hauptbestandteil enthält, aus einem Keramikmaterial gebildet sein, das eine andere Verbindung (z. B. AIN, ZrO₂, SiC, TiO₂, Y₂O₃ oder dergleichen) als Hauptbestandteil enthält.
Die Ausführungsform und die Abwandlungen der vorliegenden Erfindung wurden vorhergehend beschrieben. Die vorliegende Erfindung ist indes nicht auf die Ausführungsform und Abwandlungen beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann in verschiedenen Formen in der Praxis angewandt werden, ohne von ihrem Gedanken und Schutzbereich abzuweichen.
Bezugszeichenliste

5: Dichtung
6: Leitungspackung
8: Plattenpackung
9: Talk
10: Isolator
12: axiales Loch
12L: Abschnitt mit großem Innendurchmesser
12S: Abschnitt mit kleinem Innendurchmesser
13: Beinabschnitt
15: Abschnitt mit verringertem Außendurchmesser
15F: Fläche mit verringertem Außendurchmesser
16: Abschnitt mit verringertem Innendurchmesser
16B: zweiter Unterstützungsabschnitt
17: vorderer Stammabschnitt
18: hinterer Stammabschnitt
19: Flanschabschnitt
20: Mittelelektrode
21: Mittelelektrodenkörper
23: Kopfabschnitt
24: Flanschabschnitt
24F: Vordere Endfläche
25: Beinabschnitt
29: Mittelelektrodenspitze
30: Masseelektrode
31: Masseelektrodenkörper
39: Masseelektrodenspitze
40: Anschlusselektrode
41: Kopfabschnitt
42: Beinabschnitt
43: Aussparung
50: Metallgehäuse
50A: vorderes Ende
51: Werkzeugeingriffsabschnitt
52: Vorderer Abschnitt
53: Crimp-Abschnitt
54: Hervorstehender Abschnitt
56: Vorsprungsabschnitt
56B: erster Unterstützungsabschnitt
58: Druckverformungsabschnitt
59: Durchgangsloch
60: Dichtungselement
70: Widerstand
80: Dichtungselement
100: Zündkerze
295: erste Entladungsfläche
311: freie Endfläche
312: verbundene Endfläche
395: zweite Entladungsfläche
521, 523: Nicht-Schraubabschnitt
522: Schraubabschnitt
ER: Teilkreisdurchmesser
ST: Schraubengewinde
AX: Achse
RGb: rückseitige Bereich
RGf: vorderseitige Bereich

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

JP 2006286612 [0002]

Claims

Zündkerze (100), aufweisend: einen röhrenförmigen Isolator (10), der ein sich entlang einer Achse (AX) erstreckendes axiales Loch (12) hat und der und eine erste Fläche mit verringertem Außendurchmesser (15F) aufweist, deren Außendurchmesser in Richtung einer Vorderseite verringert ist; eine stabförmige Mittelelektrode (20), die an der Vorderseite des axialen Lochs (12) angeordnet ist und sich entlang der Achse (AX) erstreckt, wobei die Mittelelektrode (20) eine zweite Fläche mit verringertem Außendurchmesser (24F) aufweist, deren Außendurchmesser in Richtung der Vorderseite verringert ist; und ein Metallgehäuse (50), das an einem Außenumfang des Isolators (10) angeordnet ist, wobei das Metallgehäuse (50) ein Durchgangsloch (59) aufweist, welches das Metallgehäuse (50) entlang der Achse (AX) durchdringt, und eine Außenumfangsfläche (52o) aufweist, auf der ein Schraubengewinde (ST) gebildet ist, das zum Montieren der Zündkerze (100) an einem Verbrennungsmotor (EH) verwendet wird, wobei das Metallgehäuse (50) einen ersten Unterstützungsabschnitt (56B) aufweist, der in dem Durchgangsloch (59) die erste Fläche (15F) mit verringertem Außendurchmesser des Isolators (10) direkt oder über ein anderes Element unterstützt, wobei der Isolator (10) einen zweiten Unterstützungsabschnitt (16B) aufweist, der in dem axialen Loch (12) und an einer in Bezug zum ersten Unterstützungsabschnitt (56B) hinteren Seite die zweite Fläche mit verringertem Außendurchmesser (24F) der Mittelelektrode (20) direkt oder über ein anderes Element unterstützt, wobei L1 ≤ 5,5 mm erfüllt ist, wenn ein Bereich in einer axialen Richtung entlang der Achse (AX) von einem vorderen Ende des ersten Unterstützungsabschnitts (56B) zu einem hinteren Ende des zweiten Unterstützungsabschnitts (16B) ein spezifischer Bereich (RG1) ist, der spezifische Bereich (RG1) eine axiale Länge L1 aufweist, ein Bereich in der axialen Richtung von einer Position (P1), die um L1 von einer axialen Mitte (CC) des spezifischen Bereichs (RG1) zur hinteren Seite beabstandet ist, bis zu einer Position (P2), die um (1,5×L1) von der axialen Mitte (CC) des spezifischen Bereichs (RG1) zur hinteren Seite beabstandet ist, ein rückseitiger Bereich (RGb) ist, und ein Bereich in der axialen Richtung von einer Position (P3), die um L1 von der axialen Mitte (CC) des spezifischen Bereichs (RG1) zur vorderen Seite beabstandet ist, bis zu einer Position (P4), die um (1,5×L1) von der axialen Mitte (CC) des spezifischen Bereichs (RG1) zur vorderen Seite beabstandet ist, ein vorderseitiger Bereich (RGf) ist, unter Positionen (Pm) mit dem gleichen Außendurchmesser in dem Schraubengewinde (ST), das den gleichen Außendurchmesser wie ein Teilkreisdurchmesser (ER) des Schraubengewindes (ST) aufweist, eine hintere Endposition (Pmb), die sich am weitesten hinten befindet, innerhalb des rückseitigen Bereichs (RGb) liegt, und unter den Positionen (Pm) mit dem gleichen Außendurchmesser in dem Schraubengewinde (ST) eine vordere Endposition (Pmf), die sich am weitesten vorne befindet, sich innerhalb des vorderseitigen Bereichs (RGf) befindet.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, wobei L1 ≤ 2,5 mm erfüllt ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei: das Metallgehäuse (50) aufweist: einen hervorstehenden Abschnitt (54), der radial nach außen hervorsteht und eine vorderseitige Fläche (54s) aufweist, die mit dem Verbrennungsmotor (EH) direkt oder über ein anderes Element zu verbinden ist; und einen vorderen Abschnitt (52), der sich in Bezug zum hervorstehenden Abschnitt (54) auf der vorderen Seite befindet, und der vordere Abschnitt (52) aufweist: einen Schraubabschnitt (522), der ein Abschnitt des Schraubengewindes (ST) zwischen der vorderen Endposition (Pmf) und der hinteren Endposition (Pmb) ist; und einen Nicht-Schraubabschnitt (521, 523), der ein Abschnitt des Schraubengewindes (ST) ist, der sich von dem Schraubabschnitt (522) unterscheidet.
Zündkerze (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Isolator (10) einen Flanschabschnitt (19) und einen vorderen Stammabschnitt (17) umfasst, wobei der vordere Stammabschnitt (17) sich an der in Bezug zu dem Flanschabschnitt (19) vorderen Seite befindet und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als derjenige des Flanschabschnitts (19).
Zündkerze (100) nach Anspruch 4, wobei ein Zwischenraum (CL1) zwischen einer äußeren Umfangsfläche (17o) des vorderen Stammabschnitts (17) des Isolators (10) und einer inneren Umfangsfläche (52i) des vorderen Abschnitts (52) des Metallgehäuses (50) nicht größer als 0,3 mm ist.