DE102019122976A1

DE102019122976A1 - Zündkerze

Info

Publication number: DE102019122976A1
Application number: DE102019122976.6A
Authority: DE
Inventors: Tatsuya Gozawa
Original assignee: NGK Spark Plug Co Ltd
Current assignee: Niterra Co Ltd
Priority date: 2018-08-27
Filing date: 2019-08-27
Publication date: 2020-02-27
Also published as: US20200106246A1; CN110867729A; JP6843933B2; US10714904B2; JP2020194762A; CN110867729B

Abstract

Eine Zündkerze weist auf: einen Isolator (10) mit einem axialen Loch (12); eine Mittelelektrode (20), die in einer vorderen Endseite des axialen Loches (12) gehalten wird; ein zylindrisches Metallgehäuse (2), der um den Isolator (10) herum angeordnet ist und einen Dichtteil (SP) aufweist, der mit einer äußeren Umfangsfläche des Isolators (10) in Kontakt gebracht ist; eine Masseelektrode (30), die so angeordnet ist, dass sie mit der Mittelelektrode (20) einen Spalt (G) bildet; und eine Kappe (90), die mit einem vorderen Endteil (61) des Metallgehäuses (2) verbunden ist, um einen Hilfsbrennraum (BS) in ihr zu definieren, in welchem der Spalt (G) ausgebildet ist, wobei die Kappe (90) wenigstens ein Durchgangsloch (95a) aufweist, das dafür ausgebildet ist, eine Verbindung zwischen dem Hilfsbrennraum (BS) und der Außenseite herzustellen, wobei die Bedingung (B/A) ≤ 0,25 erfüllt ist, wobei A ein Volumen eines imaginären Raumes darstellt, der an einer Position vor dem Dichtteil (SP) definiert ist; und B ein Volumen von Teilen der Masse- und der Mittelelektrode (20, 30) darstellt, die sich in dem imaginären Raum befinden.

Description

ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Zündkerze.
Herkömmlicherweise werden Zündkerzen in Brennkraftmaschinen wie etwa Benzinmotoren und Gasmotoren verwendet. Die japanische Patent-Auslegeschrift Nr. 2017-103179 offenbart eine Zündkerze des Typs, welcher einen Hilfsbrennraum aufweist. Bei dieser Zündkerze ist eine Kappe an einem vorderen Endteil eines Metallgehäuses befestigt, so dass der Hilfsbrennraum innerhalb der Kappe definiert ist. In der Kappe ist ein Loch ausgebildet, so dass eine Verbindung zwischen dem Hilfsbrennraum und der Außenseite hergestellt wird. Ein Luft-Kraftstoff-Gemisch wird durch das Loch in der Kappe in den Hilfsbrennraum eingeleitet. Ferner sind eine Mittelelektrode und eine Masseelektrode in dem Hilfsbrennraum angeordnet. Wenn in einem Spalt zwischen der Mittelelektrode und der Masseelektrode eine Funkenentladung erzeugt wird, wird das in den Hilfsbrennraum eingeleitete Luft-Kraftstoff-Gemisch durch die Funkenentladung entzündet. Bei der Zündung entwickelt sich eine Flamme, und diese breitet sich durch das Loch in der Kappe hindurch zur Außenseite aus, das heißt in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Durch diese Flammenausbreitung wird das Luft-Kraftstoff-Gemisch im Brennraum verbrannt.
KURZDARSTELLUNG
Es kann jedoch nicht behauptet werden, dass der oben offenbarte Zündkerzentyp ausreichend weiterentwickelt wurde, um die Wärme- und Druckverluste im Hilfsbrennraum zu reduzieren. Es besteht daher die Möglichkeit, dass sich die Wärme- und Druckverluste im Hilfsbrennraum übermäßig vergrößern, wodurch die Zündkerze möglicherweise keine ausreichende Zündfähigkeit (z. B. Verbrennungsstabilität) erreicht.
Ein Hauptvorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass eine Zündkerze des einen Hilfsbrennraum aufweisenden Typs bereitgestellt wird, die in der Lage ist, eine verbesserte Zündfähigkeit zu erreichen.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Zündkerze bereitgestellt, welche aufweist: eine Mittelelektrode, die sich in einer Richtung einer Achse der Zündkerze erstreckt; einen Isolator, der ein in der Richtung der Achse in ihm ausgebildetes axiales Loch aufweist, um die Mittelelektrode in einer vorderen Endseite des axialen Loches zu halten; ein zylindrisches Metallgehäuse, das um einen Außenumfang des Isolators herum angeordnet ist und einen Dichtteil aufweist, der direkt oder über ein anderes Element mit einer äußeren Umfangsfläche des Isolators in Kontakt gebracht ist; eine Masseelektrode, die so angeordnet ist, dass sie mit der Mittelelektrode einen Spalt bildet; und eine Kappe, die mit einem vorderen Endteil des Metallgehäuses verbunden ist, um eine Vorderendöffnung des Metallgehäuses zu bedecken und einen Hilfsbrennraum in ihm zu definieren, in welchem der Spalt ausgebildet ist, wobei die Kappe wenigstens ein in ihr ausgebildetes Durchgangsloch aufweist, um eine Verbindung zwischen dem Hilfsbrennraum und der Außenseite herzustellen, wobei die Bedingung (B/A) ≤ 0,25 erfüllt ist, wobei eine imaginäre Ebene, die sich senkrecht zur Achse erstreckt, um eine Vorderendöffnung des axialen Loches des Isolators zu schließen, als eine erste imaginäre Ebene bezeichnet wird; eine imaginäre Ebene, die eine minimale Fläche aufweist, um eine innenflächenseitige Öffnung des Durchgangsloches der Kappe zu schließen, als eine zweite imaginäre Ebene bezeichnet wird; A ein Volumen eines imaginären Raumes darstellt, der durch eine Innenfläche der Kappe, eine Fläche des Metallgehäuses, eine Fläche des Isolators, die erste imaginäre Ebene und die zweite imaginäre Ebene definiert ist; und B ein Volumen von Teilen der Mittel- und der Masseelektrode darstellt, die sich in dem imaginären Raum befinden.
Es versteht sich, dass die vorliegende Erfindung in verschiedenen Formen ausgeführt werden kann, wie etwa nicht nur als Zündkerze, sondern auch als eine Zündvorrichtung mit einer Zündkerze, eine Brennkraftmaschine mit einer Zündkerze und dergleichen.
Die anderen Aufgaben und Merkmale der vorliegenden Erfindung werden auch aus der folgenden Beschreibung ersichtlich.
Figurenliste

1 ist eine Schnittansicht (Querschnittsansicht) einer Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist eine Endansicht der Zündkerze 100, in einer Richtung von vorn nach hinten entlang einer Achse AX der Zündkerze 100 gesehen.
3 ist eine Schnittansicht (Querschnittsansicht) eines vorderen Endteils der Zündkerze 100 entlang der Linie A-A von 2.
4A und 4B sind schematische Ansichten zur Erläuterung des Volumens A eines in der Zündkerze 100 definierten imaginären Raumes.
5A und 5B sind schematische Ansichten zur Erläuterung des Volumens B von Teilen einer Masse- und einer Mittelelektrode der Zündkerze 100, die sich in dem imaginären Raum befinden.
6 ist eine Schnittansicht (Querschnittsansicht) eines vorderen Endteils einer Zündkerze gemäß einem modifizierten Beispiel der Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen detailliert beschrieben.
AUSFÜHRUNGSFORM
1 ist eine Schnittansicht (Querschnittsansicht) einer Zündkerze 100 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der vorliegenden Beschreibung wird eine Richtung parallel zu einer Achse AX der Zündkerze 100 (d. h. eine vertikale Richtung in 1) auch als „axiale Richtung“ bezeichnet; eine Richtung eines Radius eines Kreises, der auf einer zur Achse AX senkrechten und auf ihr zentrierten Ebene gezeichnet ist, wird auch als „radiale Richtung“ bezeichnet; und eine Richtung entlang eines Umfangs des Kreises wird auch als „Umfangsrichtung“ bezeichnet. Ferner werden die obere und die untere Seite in 1 als hintere bzw. vordere Seite der Zündkerze 100 bezeichnet. Eine Richtung zur vorderen Seite hin wird als „Vorwärtsrichtung FD“ bezeichnet, und eine Richtung zur hinteren Seite hin wird als „Rückwärtsrichtung BD“ bezeichnet.
Die Zündkerze 100 ist für eine Verwendung in einer Brennkraftmaschine wie etwa einem Gasmotor eingerichtet, um ein Brenngas in einem Brennraum der Brennkraftmaschine zu zünden. Wie in 1 dargestellt, weist die Zündkerze 100 einen Isolator 10, eine Mittelelektrode 20, eine Masseelektrode 30, eine Anschlusselektrode 40, einen Metallgehäuse 2 mit einem inneren und einem äußeren Metallgehäuseteil 50 und 60, einen Widerstand 70, leitfähige Dichtungselemente 80A und 80B und eine Kappe 90 auf.
Der Isolator 10 hat eine im Wesentlichen zylindrische Form mit einem axialen Loch 12, das durch ihn hindurch entlang der Achse AX ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist der Isolator 10 aus einem keramischen Material wie etwa Aluminiumoxid hergestellt. Der Isolator 10 weist einen Bundabschnitt 19, einen hinteren Körperabschnitt 18, einen vorderen Körperabschnitt 17, einen Abschnitt mit abnehmendem Außendurchmesser 15 und einen Fußabschnitt 13 auf.
Der Bundabschnitt 19 befindet sich in der axialen Richtung an einem im Wesentlichen mittleren Teil des Isolators 10. Der hintere Körperabschnitt 18 befindet sich hinter dem Bundabschnitt 19 und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als derjenige des Bundabschnitts 19 ist. Der vordere Körperabschnitt 17 befindet sich vor dem Bundabschnitt 19 und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als derjenige des hinteren Körperabschnitts 18 ist. Der Fußabschnitt 13 befindet sich vor dem vorderen Körperabschnitt 17 und weist einen Außendurchmesser auf, der kleiner als derjenige des vorderen Körperabschnitts 17 ist und nach vorn hin allmählich abnimmt. Der Abschnitt mit abnehmendem Außendurchmesser 15 befindet sich zwischen dem Fußabschnitt 13 und dem vorderen Körperabschnitt 17 und weist einen Außendurchmesser auf, der von hinten nach vorn allmählich abnimmt.
Der Isolator 10 weist, als seine Konfiguration des Innenumfangs, einen Bereich mit großem Innendurchmesser 12L, einen Bereich mit kleinem Innendurchmesser 12S und einen Bereich mit abnehmendem Innendurchmesser 16 auf. Der Bereich mit großem Innendurchmesser 12L befindet sich in einer hinteren Endseite des Isolators 10. Der Bereich mit kleinem Innendurchmesser 12S befindet sich vor dem Bereich mit großem Innendurchmesser 17 und hat einen kleineren Innendurchmesser als der Bereich mit großem Innendurchmesser 12L. Der Bereich mit abnehmendem Innendurchmesser 16 befindet sich zwischen dem Bereich mit großem Innendurchmesser 12L und dem Bereich mit kleinem Innendurchmesser 12S, so dass sein Innendurchmesser von hinten nach vorn allmählich abnimmt. Bei der vorliegenden Ausführungsform entspricht die Position des Bereichs mit abnehmendem Innendurchmesser 16 in der axialen Richtung der Position eines vorderen Endteils des vorderen Körperabschnitts 17 in der axialen Richtung.
Das innere Metallgehäuseteil 50 besteht aus einem leitfähigen Metallmaterial wie etwa kohlenstoffarmem Stahl und weist eine zylindrische Form auf, mit einem entlang der Achse AX durch es hindurch ausgebildeten Durchgangsloch 59. Das innere Metallgehäuseteil 50 ist um einen Außenumfang des Isolators 10 herum angeordnet, so dass es den Isolator 10 in der radialen Richtung umgibt. Anders ausgedrückt, der Isolator 10 ist in das Durchgangsloch 59 des inneren Metallgehäuseteils 50 eingesetzt und wird in ihm gehalten, wobei ein vorderer Endteil des Isolators 10 (Fußabschnitt 13) von einem vorderen Ende des inneren Metallgehäuseteils 50 aus nach vorn vorsteht und ein hinterer Endteil des Isolators 10 von einem hinteren Ende des inneren Metallgehäuseteils 50 aus nach hinten vorsteht.
Das innere Metallgehäuseteil 50 weist einen sechseckigen, säulenförmigen Werkzeugeingriffsabschnitt 51 auf, der für das Ansetzen eines Zündkerzenschlüssels ausgebildet ist, einen Befestigungsgewindeabschnitt 52, der mit einem Außengewinde zur Anbringung des äußeren Metallgehäuseteils 60 auf ihm ausgebildet ist, und einen bundförmigen Sitzabschnitt 54, der zwischen dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 und dem Befestigungsgewindeabschnitt 52 ausgebildet ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Befestigungsgewindeabschnitt 52 einen Nenndurchmesser von z.B. M8 bis M14 auf.
Ein metallischer Innendichtring 5A ist auf einem Teil des inneren Metallgehäuseteils 50 zwischen dem Befestigungsgewindeabschnitt 52 und dem Sitzabschnitt 54 angebracht, um ein Spiel zwischen dem Sitzabschnitt 54 des inneren Metallgehäuseteils 50 und dem weiter unten erwähnten Sitzabschnitt 64 des äußeren Metallgehäuseteils 60 abzudichten.
Das innere Metallgehäuseteil 50 weist außerdem einen dünnen Crimpabschnitt 53 auf, der hinter dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 vorgesehen ist, und einen dünnen Druckverformungsabschnitt 58, der zwischen dem Sitzabschnitt 54 und dem Werkzeugeingriffsabschnitt 51 vorgesehen ist. Ringförmige Dichtpackungen 6 und 7 sind in einem Ringraum zwischen einer inneren Umfangsfläche eines Teils des inneren Metallgehäuseteils 50 vom Werkzeugeingriffsabschnitt 51 bis zum Crimpabschnitt 53 und einer äußeren Umfangsfläche des hinteren Körperabschnitts 18 des Isolators 10 angeordnet. Ein Teil des Ringraumes zwischen diesen zwei Dichtpackungen 6 und 7 ist mit einem Talkumpulver 9 gefüllt. Ein hinteres Ende des Crimpabschnitts 53 ist radial einwärts gebördelt und an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 10 befestigt. Der Druckverformungsabschnitt 58 wird druckverformt, wenn der an der äußeren Umfangsfläche des Isolators 10 befestigte Crimpabschnitt 53 während der Herstellung der Zündkerze 100 nach vorn geschoben wird. Mit dieser Druckverformung des Druckverformungsabschnitts 58 wird der Isolator 10 über die Dichtpackungen 6 und 7 und das Talkum 9 im inneren Metallgehäuseteil 50 nach vorn geschoben. Das innere Metallgehäuseteil 50 weist ferner einen Stufenabschnitt 56 auf, der auf seinem Innenumfang an einer Position ausgebildet ist, die dem Befestigungsgewindeabschnitt 52 entspricht. Wenn der Isolator 10 nach vorn geschoben wird, wird der Abschnitt mit abnehmendem Außendurchmesser 15 des Isolators 10 über eine ringförmige Plattenpackung 8 gegen den Stufenabschnitt 56 gedrückt. Die Plattenpackung 8 wird daher zwischen dem Abschnitt mit abnehmendem Außendurchmesser 15 und dem Stufenabschnitt 56 gehalten, so dass sie ein Entweichen von Gas aus dem Brennraum der Brennkraftmaschine durch einen Zwischenraum zwischen dem inneren Metallgehäuseteil 50 und dem Isolator 10 verhindert.
Hierbei wird ein Teil des Stufenabschnitts 56, der mit der äußeren Umfangsfläche des Isolators 10 (genauer, mit der äußeren Umfangsfläche des Abschnitts mit abnehmendem Außendurchmesser 15) über die Plattenpackung 8 in Kontakt gebracht wird, auch als „Dichtteil SP“ bezeichnet.
Das äußere Metallgehäuseteil 60 ist aus einem leitfähigen Metallmaterial hergestellt, welches dasselbe wie dasjenige des inneren Metallgehäuseteils 50 oder diesem ähnlich ist, und weist eine zylindrische Form auf, mit einem entlang der Achse AX durch es hindurch ausgebildeten Durchgangsloch 69. Das äußere Metallgehäuseteil 60 ist auf einem Außenumfang des inneren Metallgehäuseteils 50 an einer Position vor dem Sitzabschnitt 54 des inneren Metallgehäuseteils 50 angeordnet. Ein Innengewinde 66 ist auf einer inneren Umfangsfläche des äußeren Metallgehäuseteils 60 ausgebildet und steht mit dem Außengewinde des Befestigungsgewindeabschnitts 52 des inneren Metallgehäuseteils 50 in Eingriff. Durch den Eingriff des Außengewindes und des Innengewindes 66 ist ein Teil des inneren Metallgehäuseteils 50, der sich vor dem Sitzabschnitt 54 befindet, in das Durchgangsloch 69 des äußeren Metallgehäuseteils 60 eingesetzt und wird darin gehalten.
Das äußere Metallgehäuseteil 60 weist einen Befestigungsgewindeabschnitt 62 und einen Sitzabschnitt 64, der an einer Position hinter dem Befestigungsgewindeabschnitt 62 ausgebildet ist, auf, wie in 1 dargestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform weist der Befestigungsgewindeabschnitt 62 einen Nenndurchmesser von z. B. M10 bis M18 auf. Auf einer äußeren Umfangsfläche des Befestigungsgewindeabschnitts 62 ist ein Außengewinde ausgebildet, so dass die Zündkerze 100 an einem Zylinderkopf der Brennkraftmaschine durch Einschrauben des Außengewindes in ein Zündkerzenloch des Zylinderkopfs angebracht wird.
Eine ringförmige metallische äußere Dichtung 5B ist auf einem Teil des äußere Metallgehäuseteil 60 zwischen dem Befestigungsgewindeabschnitt 62 und dem Sitzabschnitt 64 angebracht, um, wenn die Zündkerze 100 an der Brennkraftmaschine angebracht ist, einen Zwischenraum zwischen der Zündkerze 100 und der Brennkraftmaschine (Zylinderkopf) abzudichten.
Die Kappe 90 ist mit einem vorderen Endteil 61 des äußeren Metallgehäuseteils 60 verbunden, so dass sie Vorderendöffnungen 60o und 50o des äußeren und des inneren Metallgehäuseteils 50 und 60 verschließt. Die Gestaltung der Kappe 90 wird weiter unten ausführlicher erläutert. Durch die Kappe 90 wird ein Hilfsbrennraum BS definiert, so dass der weiter unten erwähnte Spalt G in dem Hilfsbrennraum BS gebildet wird.
Die Kappe 90 ist aus einem sehr korrosions- und hitzebeständigen Metallmaterial wie etwa aus Nickel (Ni), einer Ni-basierten Legierung (wie beispielsweise NCF 600, NCF 601 usw.) oder Wolfram (W) hergestellt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das äußere Metallgehäuseteil 60 aus einer Ni-Legierung hergestellt, und die Kappe 90 ist mit dem äußeren Metallgehäuseteil 60 aus einem Stück hergestellt. Anders ausgedrückt, das äußere Metallgehäuseteil 60 und die Kappe 90 sind als ein einziges Teil aus demselben Material hergestellt. Alternativ dazu kann die Kappe 90 getrennt von dem äußeren Metallgehäuseteil 60 geformt und durch Schweißen mit dem vorderen Endteil 61 des äußeren Metallgehäuseteils 60 verbunden werden.
Die Mittelelektrode 20 weist eine Stabform auf, die sich entlang der Achse AX erstreckt. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Mittelelektrode 20 aus einem sehr korrosions- und hitzebeständigen Metallmaterial wie etwa aus Nickel (Ni) oder einer Ni-basierten Legierung (wie beispielsweise NCF 600, NCF 601 usw.) hergestellt. Alternativ dazu kann die Mittelelektrode 20 eine doppelschichtige Struktur aufweisen, die eine Elektrodenbasis, die z. B. aus Ni oder Ni-Legierung hergestellt ist, und einen Kern aufweist, der in die Elektrodenbasis eingebettet ist und z.B. aus Kupfer (Cu) oder einer Cu-basierten Legierung mit einer Wärmeleitfähigkeit, die höher als diejenige der Elektrodenbasis ist, hergestellt ist. Die Mittelelektrode 20 ist in eine vordere Endseite des axialen Loches 12 des Isolators 10 eingesetzt und wird in dieser gehalten.
Die Mittelelektrode 20 weist einen Bundabschnitt 24, der an einer vorbestimmten Position in der axialen Richtung ausgebildet ist, einen Kopfabschnitt 23 (als einen Elektrodenkopf), der sich hinter dem Bundabschnitt 24 befindet, und einen Fußabschnitt 25 (als einen Elektrodenfuß), der sich vor dem Bundabschnitt 24 befindet, auf. Der Bundabschnitt 24 wird von seiner vorderen Endseite aus durch den Abschnitt mit abnehmendem Innendurchmesser 16 des Isolators 10 gestützt, d. h. auf dem Abschnitt mit abnehmendem Innendurchmesser 16 des Isolators 10 gehalten. Ein hinterer Endteil des Fußabschnitts 25 ist in dem axialen Loch 12 angeordnet (Bereich mit kleinem Innendurchmesser 12S), während ein vorderer Endteil des Fußabschnitts 25 aus einem vorderen Ende des Isolators 10 herausragt. Eine vordere Endfläche des Fußabschnitts 25 dient als eine erste Entladungsfläche 20S, welche mit der weiter unten erwähnten zweiten Entladungsfläche 30S der Masseelektrode 30 einen Spalt G bildet.
Die Anschlusselektrode 40 weist eine Stabform auf, die sich in der axialen Richtung erstreckt. Die Anschlusselektrode 40 wird von der hinteren Endseite aus in das axiale Loch 12 des Isolators 10 eingesetzt und befindet sich hinter der Mittelelektrode 20 im axialen Loch 12. Die Anschlusselektrode 40 ist aus einem leitfähigen Material wie etwa kohlenstoffarmem Stahl hergestellt. Zur Verhinderung von Korrosion ist eine Plattierung aus Ni usw. auf eine Oberfläche der Anschlusselektrode 40 aufgebracht.
Die Anschlusselektrode 40 weist einen Bundabschnitt 42 (als einen Anschlussbund), der an einer vorbestimmten Position in der axialen Richtung ausgebildet ist, einen Kappenbefestigungsabschnitt 41, der sich hinter dem Bundabschnitt 42 befindet, und einen Fußabschnitt 43 (als einen Anschlussfuß), der sich vor dem Bundabschnitt 42 befindet, auf. Der Kappenbefestigungsabschnitt 41 ragt aus der hinteren Seite des Isolators 10 heraus, während der Fußabschnitt 43 in das axiale Loch 12 des Isolators 12 eingesetzt und in diesem angeordnet ist. Auch wenn dies in den Zeichnungen nicht explizit dargestellt ist, wird eine Zündkerzenkappe mit einem Hochspannungskabel am Kappenbefestigungsabschnitt 41 befestigt, um eine Hochspannung zur Erzeugung einer Funkenentladung anzulegen.
Der Widerstand 70 ist zwischen einem vorderen Ende der Anschlusselektrode 40 und einem hinteren Ende der Mittelelektrode 20 innerhalb des axialen Loches 12 des Isolators 10 angeordnet. Der Widerstand 70 weist einen Widerstandswert von z. B. 1 KΩ oder mehr (bei der vorliegenden Ausführungsform 5 KΩ) auf und erfüllt die Funktion einer Verringerung von Funkstörungen, die bei der Erzeugung einer Funkenentladung verursacht werden. Der Widerstand 70 ist z. B. aus einer Zusammensetzung hergestellt, welche Glaspartikel als Hauptbestandteil, Partikel aus einem anderen keramischem Material als Glas und ein leitfähiges Material enthält.
Ein Raum zwischen dem Widerstand 70 und der Mittelelektrode 20 innerhalb des axialen Loches 12 ist mit dem leitfähigen Dichtelement 80A gefüllt; und ein Raum zwischen dem Widerstand 70 und der Anschlusselektrode 40 innerhalb des axialen Loches 12 ist mit dem leitfähigen Dichtelement 80B gefüllt. Anders ausgedrückt, das Dichtelement 80A wird mit der Mittelelektrode 20 und mit dem Widerstand 70 in Kontakt gebracht, so dass es die Mittelelektrode 20 und den Widerstand 70 auf Abstand voneinander hält; und das Dichtelement 80B wird mit dem Widerstand 70 und der Anschlusselektrode 40 in Kontakt gebracht, so dass es den Widerstand 70 und die Anschlusselektrode 40 auf Abstand voneinander hält. Auf diese Weise sind die Dichtelemente 80A und 80B so angeordnet, dass sie die Mittelelektrode 20 und die Anschlusselektrode 40 über den Widerstand 70 elektrisch und physisch miteinander verbinden. Jedes der Dichtelemente 80A und 80B ist aus einem leitfähigen Material hergestellt, wie etwa einer Zusammensetzung, welche Partikel aus Glas (wie etwa B₂O₃-SiO₂-Glas) und Partikel aus Metallmaterial (wie etwa Cu oder Fe) enthält.
Die Masseelektrode 30 weist die Form einer Säule mit rechteckigem Querschnitt auf, mit zwei Endabschnitten: einem Verbindungs-Endabschnitt 32 und einem freien Endabschnitt 31, der sich gegenüber dem Verbindungs-Endabschnitt 32 befindet. Der Verbindungs-Endabschnitt 32 ist z. B. durch Widerstandsschweißen mit dem vorderen Ende des inneren Metallgehäuseteils 50 verbunden. Das Metallgehäuse 2 (inneres und äußeres Metallgehäuseteil 50 und 60) und die Masseelektrode 30 sind daher elektrisch und physisch miteinander verbunden. Ferner ist die Masseelektrode 30 an einem mittleren Teil derselben um etwa 90 Grad umgebogen, so dass sich ein Teil der Masseelektrode 30 in der Nähe des Verbindungs-Endabschnitts 32 in einer Richtung parallel zur Achse AX erstreckt, während sich ein Teil der Masseelektrode 30 in der Nähe des freien Endabschnitts 31 in einer Richtung senkrecht zur Achse AX erstreckt.
Die Masseelektrode 30 ist aus einem sehr korrosions- und hitzebeständigen Metallmaterial wie etwa aus Ni oder einer Ni-basierten Legierung (wie beispielsweise NCF 600, NCF 601 usw.) hergestellt. Wie im Falle der Mittelelektrode 20 kann die Masseelektrode 30 alternativ dazu eine doppelschichtige Struktur aufweisen, die eine Elektrodenbasis, die z. B. aus Ni oder Ni-Legierung hergestellt ist, und einen Kern aufweist, der in die Elektrodenbasis eingebettet ist und aus einem Metallmaterial (wie etwa Cu) mit einer Wärmeleitfähigkeit, die höher als diejenige der Elektrodenbasis ist, hergestellt ist. Eine rückseitige Fläche des freien Endabschnitts 31 dient als eine zweite Entladungsfläche 30S, welche mit der ersten Entladungsfläche 20S der Mittelelektrode 20 den Spalt G bildet. Die erste und die zweite Entladungsfläche 20S und 30S liegen einander in der Richtung der Achse AX gegenüber und sind einander zugewandt. Der Spalt G ist ein sogenannter Entladungsspalt, in welchem eine Funkenentladung erzeugt wird.
2 ist eine Endansicht der Zündkerze 100, von der vorderen Endseite aus in einer Rückwärtsrichtung BD entlang der Achse AX gesehen. Wie in 2 dargestellt, weist die Kappe 90 mehrere (bei der vorliegenden Ausführungsform vier) durch sie hindurch ausgebildete Durchgangslöcher 95a bis 95d auf, um eine Verbindung zwischen dem Hilfsbrennraum BS und der Außenseite herzustellen. Die Durchgangslöcher 95a bis 95d sind in der Umfangsrichtung voneinander beabstandet. In 2 sind zum Zweck der Veranschaulichung Öffnungen 95ao bis 95do der Durchgangslöcher 95a bis 95d an einer inneren Umfangsfläche der Kappe 90 (hier auch als „innenflächenseitige Öffnungen 95ao bis 95do“ bezeichnet) und die Schwerpunkte CPa bis CPd der Öffnungen 95ao bis 95do dargestellt.
Hierbei wird eine Richtung, welche durch die Achse AX verläuft und in welcher sich der freie Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 erstreckt, als eine erste Richtung D1 bezeichnet, und eine Richtung senkrecht zur ersten Richtung D1 wird als eine zweite Richtung D2 bezeichnet. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist jedes der vier Durchgangslöcher 95a bis 95d an einer Umfangsposition angeordnet, welche mit der ersten und der zweiten Richtung D1 und D2 einen Winkel von 45° bildet. Aus diesem Grund sind die Durchgangslöcher 95a bis 95d in 1 nicht sichtbar.
3 ist eine Schnittansicht (Querschnittsansicht) eines vorderen Endteils der Zündkerze 100 entlang der Linie A-A von 2. Genauer, 3 zeigt einen Schnitt (Querschnittsansicht) CF1 des vorderen Endteils der Zündkerze 100 entlang einer Ebene, welche die Achse AX, den Schwerpunkt CPa der innenflächenseitigen Öffnung 95ao des Durchgangsloches 95a und den Schwerpunkt CPb der innenflächenseitigen Öffnung 95bo des Durchgangsloches 95b enthält. Wie in 3 dargestellt, weist die Kappe 90 eine im Wesentlichen halbkugelförmige, hohle Form auf. Der Hilfsbrennraum BS ist dementsprechend im Wesentlichen halbkugelförmig.
Der vordere Endteil des Fußabschnitts 13 (Isolator 10), die Masseelektrode 30 und der vordere Endteil des Fußabschnitts 25 (Mittelelektrode 20) befinden sich innerhalb des Hilfsbrennraumes BS. Ferner befindet sich der Spalt G im Hilfsbrennraum BS.
Bei der vorliegenden Ausführungsform sind in der Kappe 90 keine Durchgangslöcher an Positionen des Schnitts mit der Achse AX ausgebildet, wie in 2 und 3 dargestellt. Die Positionen der vier Durchgangslöcher 95a bis 95d in der axialen Richtung stimmen im Wesentlichen mit der Position des freien Endabschnitts 31 der Masseelektrode 30 in der axialen Richtung und der Position des Spaltes G in der axialen Richtung überein.
Wie in 3 durch gestrichelte Linien angegeben, wird eine imaginäre Ebene, die sich senkrecht zur Achse AX erstreckt, um eine Vorderendöffnung 12o des axialen Loches 12 des Isolators 10 zu schließen, als eine erste imaginäre Ebene VS1 bezeichnet; und imaginäre Ebenen, die minimale Flächen aufweisen, um die innenflächenseitigen Öffnungen 95ao bis 95do der Durchgangslöcher 95a bis 95d zu schließen, werden jeweils als zweite imaginäre Ebenen VS2a bis VS2d bezeichnet. In 2 sind die vier zweiten imaginären Ebenen VS2a bis VS2d, die den vier innenflächenseitigen Öffnungen 95ao bis 95do entsprechen, durch Schraffur gekennzeichnet. In 3 sind die zwei zweiten imaginären Ebenen VS2a und VS2b, die den zwei innenflächenseitigen Öffnungen 95ao und 95bo entsprechen, durch gestrichelte Linien angegeben.
4A, 4B, 5A und 5B sind schematische Ansichten zur Erläuterung des Volumens A eines in der Zündkerze 100 definierten imaginären Raumes W und des Volumens B von Teilen VP der Masse- und der Mittelelektrode 30 und 20, die sich in dem imaginären Raum W befinden. Genauer, 4A und 5A zeigen jeweils den Schnitt (Querschnitt) CF1 des vorderen Endteils der Zündkerze 100; und 4B und 5B zeigen jeweils einen Schnitt (Querschnitt) CF2 des vorderen Endteils der Zündkerze 100 entlang der Linie B-B von 2, d. h. entlang einer Ebene, welche die Achse AX enthält und sich parallel zu der ersten Richtung D1 erstreckt, in welcher sich der freie Endabschnitt 31 der Masseelektrode 30 erstreckt.
Wie in 4A und 4B durch Schraffur dargestellt, ist der imaginäre Raum W an einem Ort vor dem Dichtteil SP durch eine Innenfläche 90i der Kappe 90, eine Fläche des Metallgehäuses 2 (z. B. eine vordere Endfläche 50s und eine innere und eine äußere Umfangsfläche 50i und 50u des inneren Metallgehäuseteils 50), eine Fläche des Isolators 10 (z. B. eine vordere Endfläche 13a und eine äußere Umfangsfläche 13o des Fußabschnitts 13), die erste imaginäre Ebene VS1 und die zweiten imaginären Ebenen VS2a bis VS2d definiert. Der imaginäre Raum W wird als der Raum angesehen, welcher als der Hilfsbrennraum BS dient. Zum Zweck der Veranschaulichung sind in 4A und 4B Teile der Zündkerze 100, die nicht zum imaginären Raum W (Hilfsbrennraum BS) gehören, nicht mit einer Schraffur versehen.
Wie in 5A und 5B durch Schraffur dargestellt ist, sind die Teile VP der Masse- und der Mittelelektrode 30 und 20 im imaginären Raum W angeordnet. Zum Zweck der Veranschaulichung sind der Zündkerze 100, die nicht zu den Teilen VP gehören, nicht mit einer Schraffur versehen.
Bei der vorliegenden Ausführungsform funktioniert die Zündkerze 100 wie folgt. Die Zündkerze 100 wird verwendet, indem sie an der Brennkraftmaschine wie etwa einem Gasmotor angebracht wird, wie oben erwähnt. Hierbei ist die Brennkraftmaschine mit einer Zündanlage ausgestattet (wie etwa einer Volltransistor-Zündanlage), die eine vorbestimmte Stromquelle hat. Wenn durch die Zündanlage eine Spannung zwischen der Masseelektrode 30 und der Mittelelektrode 20 der Zündkerze 100 angelegt wird, so wird eine Funkenentladung im Spalt G zwischen der Masseelektrode 30 und der Mittelelektrode 20 erzeugt, das heißt im Hilfsbrennraum BS innerhalb der Kappe 9. Andererseits wird ein Brenngas im Brennraum der Brennkraftmaschine durch die Durchgangslöcher 95a bis 95d der Kappe 90 hindurch in den Hilfsbrennraum BS eingeleitet. Das Brenngas im Hilfsbrennraum BS wird dann durch die erzeugte Funkenentladung entzündet. Mit der Verbrennung des entzündeten Brenngases entwickelt sich eine Flamme, und diese breitet sich durch die Durchgangslöcher 95a bis 95d der Kappe 90 hindurch zur Außenseite aus, das heißt in den Brennraum der Brennkraftmaschine. Das Brenngas im Brennraum der Brennkraftmaschine wird durch die sich ausbreitende Flamme entzündet. Infolgedessen wird das gesamte Brenngas im Brennraum sogar in der Brennkraftmaschine, wo der Brennraum ein relativ großes Volumen hat, schnell verbrannt.
In dem Fall, dass die Flamme, die sich im imaginären Raum W entwickelt hat, mit der Masseelektrode 30 oder der Mittelelektrode 20 innerhalb des imaginären Raumes W in Kontakt kommt, bevor sie sich durch die Durchgangslöcher 95a bis 95d der Kappe 90 hindurch zum Brennraum der Brennkraftmaschine ausbreitet, tritt ein Wärmeverlust (Verlust thermischer Energie) der Flamme durch den Löscheffekt der Elektrode 30, 20 auf. Der Wärmeverlust der Flamme führt zu einer Verschlechterung der Zündfähigkeit zum Verursachen der Entzündung des Brenngases im Brennraum der Brennkraftmaschine. In dem Fall, dass die Flamme, die sich im imaginären Raum W entwickelt hat, mit der Masseelektrode 30 oder der Mittelelektrode 20 innerhalb des imaginären Raumes W in Kontakt kommt, bevor sie sich durch die Durchgangslöcher 95a bis 95d der Kappe 90 hindurch zum Brennraum der Brennkraftmaschine ausbreitet, tritt außerdem ein Druckverlust der Flamme durch Kontakt der Flamme mit der Elektrode 30, 20 auf. Der Druckverlust der Flamme verursacht eine Verringerung der kinetischen Energie der Flamme. Infolge dieser Verringerung der kinetischen Energie der Flamme wird die Vergrößerung der Flamme im Brennraum der Brennkraftmaschine erschwert. Der Druckverlust der Flamme führt somit ebenfalls zu einer Verschlechterung der Zündfähigkeit.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Zündkerze 100 so gestaltet, dass sie der Bedingung (B/A) ≤ 0,25 genügt, wodurch das Volumen B der Teile VP der Masse- und der Mittelelektrode 30 und 20, die sich im imaginären Raum W befinden, relativ zum Volumen A des imaginären Raumes W (als des Hilfsbrennraumes BS) genügend klein ist. Infolgedessen werden die Wärme- und Druckverluste, die durch Kontakt der im imaginären Raum W entwickelten Flamme mit der Elektrode 30, 20 verursacht werden, reduziert. Die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 wird daher verbessert.
Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Ausführungsform die Bedingung (B/A) ≤ 0,15 erfüllt. Bei dieser Gestaltung ist das Volumen B der Teile VP der Masse- und der Mittelelektrode 30 und 20, die sich im imaginären Raum W befinden, relativ zum Volumen A des imaginären Raumes W erst recht ausreichend klein. Die Wärme- und Druckverluste, die durch Kontakt der Flamme, die sich im imaginären Raum W entwickelt hat, mit der Elektrode 30, 20 verursacht werden, werden demzufolge noch stärker reduziert. Somit wird die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 noch weiter verbessert.
Vorzugsweise wird bei der vorliegenden Ausführungsform auch die Bedingung 0,005 ≤ (B/A) erfüllt. Bei dieser Gestaltung wird das Volumen B der Teile VP der Masse- und der Mittelelektrode 30 und 20, die sich im imaginären Raum W befinden, relativ zum Volumen A des imaginären Raumes W nicht übermäßig klein. Dadurch wird verhindert, dass die Verschleißbeständigkeit der Masse- und der Mittelelektrode 30 und 20 zu stark verringert wird.
Außerdem beträgt bei der vorliegenden Ausführungsform vorzugsweise die Breite des Spaltes G zwischen der Mittelelektrode 20 und der Masseelektrode 30 in der axialen Richtung, das heißt der Abstand zwischen der ersten Entladungsfläche 20S und der zweiten Entladungsfläche 30S, 0,2 mm oder mehr. Wenn der Spalt L eine geringe Größe hat, kommt die Flamme, die sich im Spalt G entwickelt, mit der Elektrode 20, 30 in dem Stadium in Kontakt, in dem der Kern der Flamme klein ist. Der Löscheffekt der Elektrode 30, 20 wird groß, was dazu führt, dass der Flamme ein großer Teil der Energie entzogen wird. Anders ausgedrückt, je kleiner der Spalt G ist, desto geringer ist das Wachstum der Flamme. Der Löscheffekt der Elektroden 30 und 20 wird in dem Fall, wenn die Breite des Spalts 0,2 mm oder größer ist, im Vergleich zu dem Fall, wenn die Breite des Spalts kleiner als 0,2 mm ist, wirksam verringert. Die Wärmemenge, die von der Zündkerze 100 in den Brennraum der Brennkraftmaschine freigesetzt wird, wird folglich vergrößert, so dass sich die Brenngeschwindigkeit des Brenngases erhöht. Somit wird die Zündfähigkeit der Zündkerze 100 weiter verbessert.
BEWERTUNGSPRÜFUNGEN
Die folgenden Bewertungsprüfungen wurden durchgeführt, um die Wirkungen der obigen Ausführungsform zu überprüfen.
Für die Bewertungsprüfung wurden 30 Arten von Zündkerzen-Mustern vorbereitet, bei denen die Anzahl der in der Kappe 90 ausgebildeten Durchgangslöcher (im Weiteren auch einfach als „Löcheranzahl“ bezeichnet), der Durchmesser R1 der jeweiligen Durchgangslöcher (im Weiteren auch einfach als „Lochdurchmesser R1“ bezeichnet, siehe 2), der Anordnungswinkel θ der jeweiligen Durchgangslöcher (siehe 3), das Volumen A des imaginären Raumes W (siehe 4), das Volumen B der Teile VP (siehe 5) und/oder die Breite des Spaltes G in der axialen Richtung (im Weiteren auch einfach als „Spaltbreite“ bezeichnet) variiert wurde.
Hierbei wird der Anordnungswinkel θ unter Bezugnahme auf 3 erläutert, wobei das Durchgangsloch 95a als Beispiel verwendet wird. Im Schnitt (Querschnitt) CF1 (3), der entlang der Ebene verläuft, welche die Achse AX und den Schwerpunkt CPa der innenflächenseitigen Öffnung 95ao des Durchgangsloches 95a enthält, wird ein Punkt, der auf der Achse AX liegt und von der ersten Entladungsfläche 20S und der zweiten Entladungsfläche 30S äquidistant ist, als ein Spaltmittelpunkt GP bezeichnet; ein Strahl, der vom Spaltmittelpunkt GP ausgeht und sich zum Durchgangsloch 95a hin in einer zur Achse AX senkrechten Richtung erstreckt, wird als erster Strahl L1 bezeichnet; und ein Strahl, der vom Spaltmittelpunkt GP ausgeht und durch den Schwerpunkt CPa der innenflächenseitigen Öffnung 95ao des Durchgangsloches 95a verläuft, wird als zweiter Strahl L2 bezeichnet. Der Anordnungswinkel θ des Durchgangsloches 95a ist ein Winkel, der im Schnitt (Querschnitt) CF1 zwischen dem ersten und dem zweiten Strahl L1 und L2 gebildet wird.
Der Lochdurchmesser R1 wurde mit 1 mm oder 2 mm gewählt. Die Löcheranzahl wurde mit 2, 4, 6 oder 8 gewählt. Der Anordnungswinkel θ wurde mit 15 Grad, 30 Grad, 45 Grad, 60 Grad oder 75 Grad gewählt. Das Volumen A wurde durch Anpassen des Innendurchmessers der Kappe 90 und der Länge der Kappe 90 in der Richtung der Achse AX mit 350 mm³, 450 mm³, 550 mm³ oder 650 mm³ gewählt. Das Volumen B wurde durch Anpassen des Außendurchmessers R2 des Fußabschnitts 25 der Mittelelektrode 20 (siehe 3), der Überstandslänge H2 des Fußabschnitts 25 der Mittelelektrode 20 bezüglich des vorderen Endes des Isolators 10 (siehe 3), der Länge H1 des freien Endabschnitts 31 der Masseelektrode 30 in der Richtung der Achse AX (siehe 3) und der Länge W des freien Endabschnitts 31 der Masseelektrode 30 in der zweiten Richtung D2 (siehe 2) mit 1,4 mm³, 2,4 mm³, 3,3 mm³, 4,1 mm³, 7,3 mm³, 15 mm³, 23,1 mm³, 37,9 mm³, 47,5 mm³, 52,5 mm³, 54,8 mm³, 68 mm³, 87,5 mm³ oder 87,8 mm³ gewählt. Die Breite des Spaltes G wurde mit 0,7 mm, 0,6 mm, 0,5 mm, 0,4 mm, 0,3 mm, 0,2 mm oder 0,1 mm gewählt.

Der Lochdurchmesser R1, die Löcheranzahl, der Anordnungswinkel θ, das Volumen A, das Volumen B und die Spaltbreite der jeweiligen Muster sind zusammen mit dem Verhältnis des Volumens A zum Volumen B (im Weiteren auch als „Volumenverhältnis B/A“ bezeichnet) in TABELLE 1 angegeben. Tabelle 1

Nr.	Lochdurchmesser (mm)	Löcheranzahl	Anordnungswinkel (Grad)	Volumen A (mm³)	Volumen B (mm³)	(B/A)	Spaltbreite (mm)	Verbrennungsstabilität	Verschleißbeständigkeit	Brenngeschwindigkeit
1	1	4	15	350	1,4	0,004	0,7	A	B	A
2	1	4	30	350	2,4	0,007	0,7	A	A	A
3	1	4	45	350	4,1	0,012	0,7	A	A	A
4	1	4	60	350	7,3	0,021	0,7	A	A	A
5	1	4	75	350	15	0,043	0,7	A	A	A
6	1	4	45	350	23,1	0,066	0,7	A	A	A
7	1	4	45	350	37,9	0,108	0,7	A	A	A
8	1	4	45	350	47,5	0,136	0,7	A	A	A
9	1	4	45	350	52,5	0,15	0,7	A	A	A
10	1	4	45	350	54,8	0,157	0,7	B	A	A
11	1	4	45	350	68	0,194	0,7	B	A	A
12	1	4	45	350	87,5	0,25	0,7	B	A	A
13	1	4	45	350	87,8	0,251	0,7	C	A	A
14	1	4	45	450	87,8	0,195	0,7	B	A	A
15	1	4	45	550	87,8	0,160	0,7	B	A	A
16	1	4	45	650	87,8	0,135	0,7	A	A	A
17	1	4	45	650	3,3	0,005	0,7	A	A	A
18	1	4	45	650	2,4	0,004	0,7	A	B	A
19	1	2	45	350	15	0,043	0,7	A	A	A
20	1	6	45	350	15	0,043	0,7	A	A	A
21	1	8	45	350	15	0,043	0,7	A	A	A
22	0,5	4	45	350	15	0,043	0,7	A	A	A
23	1,5	4	45	350	15	0,043	0,7	A	A	A
24	2	4	45	350	15	0,043	0,7	A	A	A
25	1	4	45	350	52,5	0,15	0,6	A	A	A
26	1	4	45	350	52,5	0,15	0,5	A	A	A
27	1	4	45	350	52,5	0,15	0,4	A	A	A
28	1	4	45	350	52,5	0,15	0,3	A	A	A
29	1	4	45	350	52,5	0,15	0,2	A	A	A
30	1	4	45	350	52,5	0,15	0,1	A	A	B

Der Innendurchmesser des inneren Metallgehäuseteils 50 wurde für alle Muster einheitlich mit 7,2 mm gewählt.
Unter Verwendung der obigen vorbereiteten Muster von Zündkerzen wurden die Prüfung der Verbrennungsstabilität, die Prüfung der Verschleißbeständigkeit und die Prüfung der Brenngeschwindigkeit durchgeführt.
Bei der Prüfung der Verbrennungsstabilität wurde jedes Muster geprüft, indem das Muster in einen realen 1,6-Liter-Vierzylinder-Reihenbenzinmotor mit Direkteinspritzung mit einem Kompressor eingebaut wurde und der Benzinmotor 3000 Zyklen laufen gelassen wurde, unter den Bedingungen einer Drehzahl von 2000 U/min, eines indizierten Mitteldrucks (Net Mean Effective Pressure, NMEP) von 1200 kPa und eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) von 14,5. Danach wurde der Variationskoeffizient (Coefficient Of Variance, COV) des indizierten Mitteldrucks während des Betriebs des Benzinmotors bestimmt. Je niedriger der Variationskoeffizient des indizierten Mitteldrucks ist, desto kleiner ist die Wahrscheinlichkeit von Fehlzündungen, und desto höher ist die Zündfähigkeit des Musters.
Die Kriterien für die Bewertung der Verbrennungsstabilität waren folgende: „A“, wenn der Variationskoeffizient des indizierten Mitteldrucks kleiner als 1 % war; „B“, wenn der Variationskoeffizient des indizierten Mitteldrucks größer oder gleich 1 % und kleiner als 2 % war; und „C“, wenn der Variationskoeffizient des indizierten Mitteldrucks größer oder gleich 2 % war. Die Ergebnisse der Bewertung der Verbrennungsstabilität der jeweiligen Muster sind ebenfalls in TABELLE 1 angegeben.
Die Verbrennungsstabilität wurde für sämtliche Muster Nr. 1 bis 12 und 14 bis 30, welche die Bedingung (B/A) ≤ 0,25 erfüllten, mit „A“ oder „B“ bewertet. Dagegen wurde die Verbrennungsstabilität für das Muster Nr. 13, welches die Bedingung (B/A) > 0,25 erfüllte, mit „C“ bewertet. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Zündkerze 100 durch Erfüllung der Bedingung (B/A) ≤ 0,25 eine verbesserte Zündfähigkeit erreicht.
Unter den Mustern Nr. 1 bis 12 und 14 bis 30, welche die Bedingung (B/A) ≤ 0,25 erfüllten, wurde die Verbrennungsstabilität für die Muster Nr. 1 bis 9 und 16 bis 30, welche die Bedingung (B/A) ≤ 0,15 erfüllten, mit „A“ bewertet, während die Verbrennungsstabilität für die Muster Nr. 10 bis 12, 14 und 15, welche die Bedingung (B/A) > 0,15 erfüllten, mit „B“ bewertet wurde. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Zündkerze 100 durch Erfüllung der Bedingung (B/A) ≤ 0,15 eine weiter verbesserte Zündfähigkeit erreicht.
Bei der Prüfung der Verschleißbeständigkeit wurde jedes Muster geprüft, indem das Muster in einen realen 2-Liter-Vierzylinder-Reihenbenzinmotor mit Direkteinspritzung mit einem Kompressor eingebaut wurde und der Benzinmotor 100 Stunden laufen gelassen wurde, unter den Bedingungen einer Drehzahl von 4000 U/min, von Vollgas (Wide-Open Throttle, WOT), eines indizierten Mitteldrucks von 190 kPa und eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) von 12. Nach dem Betrieb des Benzinmotors wurde der Betrag der Vergrößerung der Spaltbreite gemessen. Je kleiner der Betrag der Vergrößerung der Spaltbreite ist, desto höher ist die Verschleißbeständigkeit des Musters.
Die Kriterien für die Bewertung der Verschleißbeständigkeit waren folgende: „A“, wenn der Betrag der Vergrößerung der Spaltbreite kleiner als 0,2 mm war; und „B“, wenn der Betrag der Vergrößerung der Spaltbreite größer oder gleich 0,2 mm und kleiner als 0,3 mm war. Es gab kein Muster, bei dem die Spaltbreite um 0,3 mm oder mehr vergrößert wurde. Die Ergebnisse der Bewertung der Verschleißbeständigkeit der jeweiligen Muster sind ebenfalls in TABELLE 1 angegeben.
Die Verschleißbeständigkeit wurde für sämtliche Muster Nr. 2 bis 17 und 19 bis 30, welche die Bedingung 0,005 ≤ (B/A) erfüllten, mit „A“ bewertet. Dagegen wurde die Verschleißbeständigkeit für die beiden Muster Nr. 1 und 18, welche die Bedingung 0,005 > (B/A) erfüllten, mit „B“ bewertet. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass durch Erfüllung der Bedingung 0,005 ≤ (B/A) verhindert wird, dass sich die Verschleißbeständigkeit der Zündkerze 100 zu stark verringert.
Bei der Prüfung der Brenngeschwindigkeit wurde jedes Muster geprüft, indem das Muster in einen realen 1,6-Liter-Vierzylinder-Reihenbenzinmotor mit Direkteinspritzung mit einem Kompressor eingebaut wurde und der Benzinmotor 3000 Zyklen laufen gelassen wurde, unter den Bedingungen einer Drehzahl von 2000 U/min, eines indizierten Mitteldrucks (Net Mean Effective Pressure, NMEP) von 1200 kPa und eines Luft-Kraftstoff-Verhältnisses (A/F) von 14,5. Danach wurde die Zeit, die benötigt wurde, um den verbrannten Massenanteil (Mass Fraction Burned, MFB) des Kraftstoffs von 10 % auf 90 % zu ändern, während des Betriebs des Benzinmotors gemessen. Je kürzer die gemessene Zeit ist, desto höher ist die Brenngeschwindigkeit des Musters.
Ferner wurde eine gewöhnliche Zündkerze ohne Kappe 90 (das heißt eine Standardzündkerze für einen Prüfungs-Benzinmotor) als Vergleichsbeispiel vorbereitet und auf dieselbe Weise wie oben geprüft. Es wurde der prozentuale Wert bestimmt, um den sich die für das Muster gemessene Zeit gegenüber der für das Vergleichsbeispiel gemessenen Zeit verkürzt hatte (im Weiteren als „Abnahmerate“ bezeichnet).
Die Kriterien für die Bewertung der Brenngeschwindigkeit waren folgende: „A“, wenn die Abnahmerate höher als 20 % war; und „B“, wenn die Abnahmerate größer oder gleich 10 % und niedriger als 20 % war. Es gab kein Muster, durch welches die Abnahmerate niedriger als 10 % war. Die Ergebnisse der Bewertung der Brenngeschwindigkeit der jeweiligen Muster sind ebenfalls in TABELLE 1 angegeben.
Die Brenngeschwindigkeit wurde für sämtliche Muster Nr. 1 bis 29, bei denen die Spaltbreite größer oder gleich 0,2 mm war, mit „A“ bewertet. Dagegen wurde die Brenngeschwindigkeit für das Muster Nr. 30, bei welchem die Spaltbreite kleiner als 0,2 mm war, mit „B“ bewertet. Aus diesen Ergebnissen ist ersichtlich, dass die Zündkerze eine verbesserte Zündfähigkeit erreicht, indem die Spaltbreite so gesteuert wird, dass sie 0,2 mm oder mehr beträgt.
MODIFIZIERTE BEISPIELE
Die oben erläuterte spezielle Gestaltung der Zündkerze 100 stellt lediglich eine Ausführungsform dar, und es ist nicht beabsichtigt, die vorliegende Erfindung darauf zu begrenzen.
6 ist eine Schnittansicht (Querschnittsansicht) eines modifizierten Beispiels der obigen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die der Ansicht in 3 entspricht. Das modifizierte Beispiel von 6 ist hinsichtlich seiner Struktur der obigen Ausführungsform ähnlich, mit Ausnahme eines Metallgehäuses 2B, einer Kappe 90B, einer Masseelektrode 30B und eines Isolators 10B, wie in 6 dargestellt.

(1) Das Metallgehäuse 2B ist aus einem Stück ausgebildet und nicht in zwei Teile aufgeteilt. Die Kappe 90B ist durch Schweißen mit einer vorderen Endfläche des Metallgehäuses 2B verbunden. Ferner ist die Masseelektrode 30B in der Form einer runden Stange (eines Stabes) entlang der Achse AX ausgebildet. Eine hintere Endfläche der Masseelektrode 30B dient als zweite Entladungsfläche 30S. Eine vordere Endfläche der Masseelektrode 30B ist durch Schweißen mit einer Innenfläche der Kappe 90B verbunden. Die Masseelektrode 30B ist daher über die Kappe 90B mit dem Metallgehäuse 2B elektrisch verbunden. Auf diese Weise können die Kappe und das Metallgehäuse in verschiedenen Formen variiert werden.
(2) In der in 6 dargestellten Schnittansicht betrachtet, ist eine vordere Endfläche 13sB des Isolators 10B (Fußabschnitt 13) nicht senkrecht zur Achse AX, sondern ist bezüglich der Achse AX geneigt. Eine Vorderendöffnung 12oB des axialen Loches 12B des Isolators 10B ist dementsprechend auf dieselbe Weise geneigt, wie die vordere Endfläche 13sB des Isolators 10B. In diesem Fall wird eine imaginäre Ebene, die durch ein hinteres Ende der Öffnung 12oB verläuft und sich senkrecht zur Achse AX erstreckt, wie in 6 dargestellt, als eine erste imaginäre Ebene VS1 bezeichnet.
(3) Da an den innenflächenseitigen Öffnungen 95aoB und 95boB der Durchgangslöcher 95aB und 95bB der Kappe 90B abgeschrägte Bereiche FR vorgesehen sind, wie in 6 dargestellt, ist der Durchmesser der Durchgangslöcher 95aB und 95bB teilweise vergrößert. In diesem Fall werden imaginäre Ebenen, die minimale Flächen aufweisen, um die innersten Teile der Durchgangslöcher 95aB und 95bB mit Ausnahme der abgeschrägten Bereiche FR zu schließen, als zweite imaginäre Ebenen VS2a und VS2b bezeichnet.

Obwohl dies in den Zeichnungen nicht speziell dargestellt ist, kann die Kappe 90 bei der obigen Ausführungsform, statt in einer Halbkugelform, in einer zylindrischen Form ausgebildet sein. In diesem Fall hat der vordere Endbereich des imaginären Raumes W eine zylindrische Form.
Bei der obigen Ausführungsform werden die äußere Umfangsfläche des Abschnitts mit abnehmendem Außendurchmesser 15 des Isolators 10 und der Dichtteil SP des Stufenabschnitts 56 des inneren Metallgehäuseteils 50 über die Plattenpackung 8 miteinander in Kontakt gebracht. Alternativ dazu können die äußere Umfangsfläche des Abschnitts mit abnehmendem Außendurchmesser 15 des Isolators 10 und der Dichtteil SP des Stufenabschnitts 56 des inneren Metallgehäuseteils 50 in direkten Kontakt miteinander gebracht werden.
Die Materialien, Formen und Abmessungen der jeweiligen Zündkerzenkomponenten, wie etwa der Mittelelektrode 20, der Anschlusselektrode 40, der Masseelektrode 30 und des Metallgehäuses 2, können je nach Bedarf variiert werden. Obwohl bei der obigen Ausführungsform die Mittelelektrode 20 und die Masseelektrode 30 jeweils aus nur einem Material ausgebildet sind, können die Mittelelektrode 20 und die Masseelektrode 30 alternativ dazu so ausgebildet sein, dass sie einen Elektrodenkörper und eine Elektrodenspitze, die mit dem Elektrodenkörper verbunden ist und aus einem Material hergestellt ist, das eine höhere Beständigkeit gegen Funkenentladung als das Material (z. B. Ni-Legierung) des Elektrodenkörpers aufweist, umfassen. Beispiele für ein solches Material der Spitze sind Edelmetalle wie etwa Iridium (Ir) und Platin (Pt), Wolfram (W) und eine Legierung, welche wenigstens eines dieser Metalle enthält. In diesem Fall dient eine Fläche der Elektrodenspitze als die Entladungsfläche.
Obwohl die vorliegende Erfindung oben unter Bezugnahme auf die spezielle Ausführungsform und die Beispiele beschrieben wurde, sind die oben beschriebene Ausführungsform und die Beispiele dazu bestimmt, das Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, und nicht dazu, die vorliegende Erfindung darauf zu beschränken. Verschiedene Änderungen und Modifikationen können an der obigen Ausführungsform und den Beispielen vorgenommen werden, ohne den Schutzumfang der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die vorliegende Erfindung schließt Äquivalente davon ein.
Der gesamte Inhalt der japanischen Patentanmeldungen Nr. 2018-158069 (angemeldet am 27. August 2018) und Nr. 2019-095225 (angemeldet am 21. Mai 2019) ist durch Querverweis hierin aufgenommen. Der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung ist durch die folgenden Ansprüche definiert.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2017103179 [0002]
JP 2018158069 [0071]

Claims

Zündkerze (100), aufweisend: eine sich in einer Richtung einer Achse (AX) der Zündkerze (100) erstreckende Mittelelektrode (20; 20S); einen Isolator (10; 10B) mit einem darin in der Richtung der Achse (AX) ausgebildeten axialen Loch (12; 12B), um die Mittelelektrode (20; 20S) in einer vorderen Endseite des axialen Loches (12; 12B) zu halten; ein zylindrisches Metallgehäuse (2; 2B), das um einen Außenumfang des Isolators (10; 10B) herum angeordnet ist und einen Dichtteil (SP) aufweist, der direkt oder über ein anderes Element (8) mit einer äußeren Umfangsfläche des Isolators (10; 10B) in Kontakt gebracht ist; eine Masseelektrode (30; 30B), die so angeordnet ist, dass sie mit der Mittelelektrode (20; 20B) einen Spalt (G) bildet; und eine mit einem vorderen Endteil (61) des Metallgehäuses (2; 2B) verbundene Kappe (90; 90B), um eine Vorderendöffnung (50o, 60o) des Metallgehäuses (2; 2B) zu bedecken und darin einen Hilfsbrennraum (BS) zu definieren, in welchem der Spalt (G) ausgebildet ist, wobei die Kappe (90; 90B) wenigstens ein in ihr ausgebildetes Durchgangsloch (95a bis 95d; 95aB, 95bB) aufweist, um eine Verbindung zwischen dem Hilfsbrennraum (BS) und der Außenseite herzustellen, wobei die Bedingung (B/A) ≤ 0,25 erfüllt ist, wobei eine sich senkrecht zur Achse (AX) erstreckende imaginäre Ebene, um eine Vorderendöffnung (12o; 12oB) des axialen Loches (12; 12B) des Isolators (10; 10B) zu schließen, als eine erste imaginäre Ebene (VS1) bezeichnet wird; eine imaginäre Ebene, die eine minimale Fläche aufweist, um eine innenflächenseitige Öffnung (95ao bis 95do; 95aoB bis 95boB) des wenigstens einen Durchgangsloches (95a bis 95d; 95aB, 95bB) der Kappe (90; 90B) zu schließen, als eine zweite imaginäre Ebene (VS2a bis VS2d) bezeichnet wird; A ein Volumen eines imaginären Raumes (W) darstellt, der durch eine Innenfläche (90i) der Kappe (90; 90B), eine Fläche (50s, 50u, 50i) des Metallgehäuses (2; 2B), eine Fläche (13o, 13s) des Isolators (10; 10B), die erste imaginäre Ebene (VS1) und die zweite imaginäre Ebene (VS2a bis VS2d) definiert ist; und B ein Volumen von Teilen (VP) der Mittel- und der Masseelektrode (20, 30; 20B, 30B) darstellt, die sich in dem imaginären Raum (W) befinden.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1, wobei die Bedingung (B/A) ≤ 0,15 erfüllt ist.
Zündkerze (100) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bedingung (B/A) ≥ 0,005 erfüllt ist.
Zündkerze nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Breite des Spaltes (G) zwischen der Mittelelektrode (20; 20B) und der Masseelektrode (30; 30B) in der Richtung der Achse (AX) 0,2 mm oder mehr beträgt.