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Technischer Bereich
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Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Zündkerzen und Verbrennungsmotoren.
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Technischer Hintergrund
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Eine Zündkerze mit einem Platz für eine Vorkammer ist in der Entwicklung. Ein Patentdokument
JP2007-40174A offenbart eine Zündkerze mit einer Vorkammer, die kleiner als eine Hauptbrennkammer ist und sich in einem zentralen Bereich auf der Seite eines Zylinderkopfes befindet, und mindestens einem Düsenloch, das in der Grenze zwischen der Vorkammer und der Hauptbrennkammer ausgebildet und zum Gasaustausch angeordnet ist. Bei dieser Zündkerze wird das Gasgemisch in der Hauptbrennkammer verbrannt, indem es in der Vorkammer eine Zündung zulässt und eine brennerartige Flamme in die Hauptbrennkammer einleitet.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Bei der in dem oben genannten Patentdokument offenbarten Technik trifft die ausgestoßene Flamme jedoch auf den Kolben und/oder den Zylinderkopf, so dass Wärme abgeführt wird, was zu Wärmeverlusten führt. Infolgedessen ist der Motorwirkungsgrad tendenziell niedriger.
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Angesichts dieses Problems ist es Gegenstand der vorliegenden Erfindung, eine Technik oder Vorrichtung zur Verringerung des Wärmeverlustes und damit zur Verbesserung des Motorwirkungsgrades bereitzustellen.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst eine Vorrichtung eine Zündkerze, die umfasst: eine Mittelelektrode mit einem vorderen Endabschnitt; eine Masseelektrode mit einem gegenüberliegenden Abschnitt, der dem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode gegenüberliegt und dadurch eine Funkenstrecke zwischen dem vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode und dem gegenüberliegenden Abschnitt der Masseelektrode bildet; und eine Abdeckung, die den vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode und den gegenüberliegenden Abschnitt der Masseelektrode von einer Vorderseite abdeckt und mindestens ein Düsenloch beinhaltet.
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Gemäß einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet die Abdeckung ferner einen rückwärtigen Abschnitt, der sich auf einer rückwärtigen Seite des Düsenlochs befindet, und einen vorderen Abschnitt, der sich auf einer Vorderseite des Düsenlochs befindet und dünner als der rückwärtige Abschnitt der Abdeckung gemacht wird, und das Düsenloch ist so ausgerichtet, dass in einem eingebauten Zustand, in dem die Zündkerze in einem Verbrennungsmotor eingebaut ist, eine Mittellinie des Düsenlochs der Zündkerze eine Oberseite eines Kolbens des Verbrennungsmotors in einem oberen Totpunkt schneidet, und ein Abstand L von einer Mitte der Oberseite des Kolbens zu einem Schnittpunkt zwischen der Mittellinie des Düsenlochs und der Oberseite des Kolbens in dem oberen Totpunkt kleiner als oder gleich einem Zylinderbohrungsradius Rb einer Zylinderbohrung des Verbrennungsmotors und größer als oder gleich einer Hälfte des Zylinderbohrungsradius Rb eingestellt ist.
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Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Winkel, der zwischen einer axialen Mittellinie des Düsenlochs und einer axialen Linie der Zündkerze gebildet wird, größer als oder gleich 75° und kleiner als oder gleich 125°. Das Düsenloch ist so ausgebildet, dass die axiale Mittellinie des Düsenlochs eine innere Umfangsfläche schneidet, die eine Zylinderbohrung des Verbrennungsmotors in einem eingebauten Zustand definiert, in dem die Zündkerze im Verbrennungsmotor eingebaut ist.
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Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Vorrichtung ein Verbrennungsmotor, der einen Motorblock (wie einen Zylinderkopf und einen Zylinderblock) mit einer Zylinderbohrung umfasst, sowie einen in der Zylinderbohrung gleitend aufgenommenen Kolben und eine Zündkerze, die eine Mittelelektrode, eine Masseelektrode und eine Abdeckung umfasst. Die Zündkerze gemäß dem dritten Aspekt kann die Zündkerze gemäß dem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung oder die Zündkerze gemäß dem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung sein. Alternativ deckt die Abdeckung der Zündkerze gemäß dem dritten Aspekt einen vorderen Endabschnitt der Mittelelektrode und einen gegenüberliegenden Abschnitt der Masseelektrode von einer vorderen Seite ab (in den 1 und 4 von einer unteren Seite aus gesehen) und beinhaltet mindestens ein Düsenloch, das zwischen einem rückwärtigen Abschnitt auf einer rückwärtigen Seite (Oberseite in 1 und 4) näher an einem rückwärtigen Ende (oberes Ende) der Zündkerze und einem vorderen Abschnitt auf einer vorderen Seite (Unterseite in 1 und 4) näher an einem vorderen Ende (unteres Ende) der Zündkerze ausgebildet ist. In diesem Fall ist das Düsenloch geöffnet, um das Verbrennungsgasgemisch aus der Vorkammer nur in Richtung eines Umfangsbereichs der Brennkammer auszustoßen. Der Umfangsbereich ist ein Bereich außerhalb einer imaginären zylindrischen Oberfläche mit einer Achse, die mit einer axialen Linie der Zylinderbohrung übereinstimmt, und einem Radius, der größer als eine halbe radiale Entfernung von der axialen Mittellinie der Zylinderbohrung bis zur zylindrischen Innenfläche der Zylinderbohrung ist. Vorzugsweise sind alle in der Abdeckung ausgebildeten Düsenlöcher auf den Umfangsbereich außerhalb der imaginären zylindrischen Oberfläche gerichtet, um das Verbrennungsgasgemisch in den Umfangsbereich auszustoßen, und die Abdeckung ist so ausgebildet, dass ein Ausstoß des Verbrennungsgasgemischs in einen zentralen Bereich der Oberseite des Kolbens verhindert wird.
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Figurenliste
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- 1 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Zündkerze nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 2 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen vorderen Abschnitt der Zündkerze von 1 zeigt.
- 3 ist eine Schnittansicht, die die Zündkerze von 1 in einem eingebauten oder montierten Zustand zeigt, in dem die Zündkerze in einem Verbrennungsmotor angeordnet ist.
- 4 ist eine Schnittansicht, die den Aufbau einer Zündkerze gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- 5 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen vorderen Abschnitt der Zündkerze aus 4 zeigt.
- 6 ist eine Schnittansicht, die die Zündkerze von 4 im eingebauten Zustand zeigt, in dem die Zündkerze in einem Verbrennungsmotor angeordnet ist.
- 7 ist eine Schnittansicht, die eine Zündkerze im eingebauten Zustand zeigt, in einem experimentellen Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel).
- 8 ist eine Schnittansicht, die eine Zündkerze im eingebauten Zustand zeigt, in einem experimentellen Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel).
- 9 ist eine vergrößerte Schnittansicht, die einen vorderen Abschnitt einer Zündkerze gemäß einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
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Moden zur Durchführung der Erfindung
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<Erste Ausführungsform>
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Eine Zündkerze 100 gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in den 1, 2 und 3 dargestellt. 1 ist eine Schnittansicht, die schematisch den Aufbau der Zündkerze 100 gemäß der ersten Ausführungsform darstellt. In 1 erstreckt sich die Zündkerze 100 von einem ersten Ende (oberes Ende in 1) zu einem zweiten Ende (unteres Ende). In der folgenden Erklärung wird das zweite (untere) Ende als vorderes Ende (oder Vorderende) und das erste (obere) Ende als hinteres Ende (oder Hinterende) bezeichnet. Eine Vorderseite (Unterseite) ist eine Seite in Richtung des vorderen (unteren) Endes der Zündkerze 100, und eine Rückseite (Oberseite) ist eine Seite in Richtung des hinteren (oberen) Endes.
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In den 1 und 2 ist eine axiale Mittellinie CX (die Längsachse der Zündkerze) der Zündkerze 100 durch eine Zweipunkt-Kettenlinie dargestellt. 3 zeigt die Zündkerze 100 in einem montierten Zustand (oder eingebauten Zustand), in dem die Zündkerze 100 in einem Verbrennungsmotor eingebaut ist. In 3 zeigt eine Zweipunkt-Kettenlinie eine Oberseite 173 eines Zylinderkopfes an. Diese innere Oberfläche 173 ist eine Deckenfläche, die die Brennkammer definiert. In 3 ist die axiale Mittellinie CX der Zündkerze 100 durch eine Einpunkt-Kettenlinie dargestellt).
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Die Zündkerze 100 wird am Verbrennungsmotor befestigt und dient zur Zündung im Motor. Im eingebauten oder montierten Zustand, in dem die Zündkerze 100 im Motor eingebaut ist, ist der vordere Endabschnitt (unterer Endabschnitt gemäß 1, 2 und 3) der Zündkerze 100 im Brennraum des Verbrennungsmotors angeordnet, und der hintere Endabschnitt (oberer Endabschnitt in den Figuren) der Zündkerze 100 befindet sich außerhalb der Brennkammer. Die Zündkerze 100 dieses Beispiels beinhaltet mindestens eine Mittelelektrode 10, eine Masseelektrode 13, ein Isolierelement 20, eine Anschlusselektrode 30 und eine Metallhülle (Hauptmetallteil) 40.
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Die Mittelelektrode 10 ist ein schaftförmiges Elektrodenelement. Die Mittelelektrode 10 erstreckt sich entlang der axialen Mittellinie CX der Zündkerze 10, so dass eine Mittelachse der Mittelelektrode 13 mit der axialen Mittellinie CX der Zündkerze 100 übereinstimmt. Die Mittelelektrode 10 wird durch das Isolierelement 20 von der Metallhülle 40 gehalten. Ein vorderes Ende 11 der Mittelelektrode 10 ist vorstehend und in Vorwärtsrichtung (nach unten in den 1 und 2) von einer Öffnung 40A an der vorderen Seite der Metallhülle 40 freigelegt. Die Mittelelektrode 10 ist über die auf der Rückseite angeordnete Anschlusselektrode 30 mit einer externen Stromquelle elektrisch verbunden.
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Die Masseelektrode 13 ist eine stabförmige Elektrode, die sich zu einer gegenüberliegenden Position erstreckt, die dem vorderen Ende 11 der Mittelelektrode 10 auf der Vorderseite des vorderen Endes 11 der Mittelelektrode 10 gegenüberliegt. Die Masseelektrode 13 erstreckt sich nach vorne (in den 1 und 2 nach unten) von einem umlaufenden Wandabschnitt, der die Öffnung an der vorderen Seite der Metallhülle 40A umgibt und definiert, und krümmt sich auf dem Weg. Dann erstreckt sich die Masseelektrode 13 seitlich (in den 1 und 2 nach rechts) zur gegenüberliegenden Position gegenüber dem vorderen Ende 11 der Mittelelektrode 10. Die Masseelektrode 13 beinhaltet einen gegenüberliegenden Abschnitt 13A, der dem vorderen Ende 11 der Mittelelektrode 10 gegenüberliegt. Zwischen dem gegenüberliegenden Abschnitt 13A der Masseelektrode 13 und dem vorderen Ende 11 der Mittelelektrode 10 wird eine Funkenstrecke oder Entladungslücke SG gebildet.
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Das Isolierelement 20 ist ein rohrförmiges Element mit einer axialen Bohrung 21, die sich durch das Isolierelement 20 auf und entlang einer Längsmittellinie des Isolierelements 20 erstreckt. So ist beispielsweise das Isolierelement 20 aus einem keramischen Sinterkörper aus Aluminiumoxid und/oder Aluminiumnitrid hergestellt. In einem vorderen Abschnitt der axialen Bohrung 21 des Isolierelements 20 ist die Mittelelektrode 10 aufgenommen, und das vordere Ende 11 der Mittelelektrode 10 steht vom Isolierelement 20 ab und ist davon freigelegt. Ein rückwärtiger Abschnitt der axialen Bohrung 21 des Isolierelements 20 hält die Anschlusselektrode 30, die ein schaftförmiges Elektrodenelement ist. Ein hinterer Endabschnitt 31 der Anschlusselektrode 30 ragt von einem hinteren offenen Ende 22 des Isolierelements 20 nach hinten (nach oben), so dass der hintere Endabschnitt 31 der Anschlusselektrode 30 mit der externen Stromquelle verbunden werden kann. Die Anschlusselektrode 30 ist mit der Mittelelektrode 10 über einen mit einem Glasdichtungsmaterial versiegelten Widerstand 35 elektrisch verbunden, um zu verhindern, dass zum Zeitpunkt der Funkenzündung Funkgeräusche entstehen. Eine Mittelachse des Isolierelements 20 ist mit der axialen Mittellinie CX der Zündkerze 100 deckungsgleich.
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Die Metallhülle 40 ist ein rohrförmiges metallisches Element mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und einer Bohrung 41 in der Mitte. So ist beispielsweise die Metallhülle 40 aus einem Kohlenstoffstahl hergestellt. Eine Mittelachse der Metallhülle 40 ist mit der axialen Mittellinie CX der Zündkerze 100 deckungsgleich. Das vordere Ende der Metallhülle 40 definiert die Öffnung 40A an der vorderen Seite, und die Masseelektrode 13 ist, wie bereits erwähnt, mit diesem vorderen Ende der Metallhülle 40 verbunden.
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Die Zündkerze 100 beinhaltet weiterhin eine Abdeckung 50 mit einem vorderen Abschnitt in Form einer Kuppel. Die Abdeckung 50 beinhaltet einen hinteren Abschnitt oder einen rohrförmigen Schaftabschnitt 53, der sich von dem (kuppelförmigen) vorderen Abschnitt nach hinten (nach oben) erstreckt. Die Abdeckung 50 (oder der kuppelförmige vordere Abschnitt der Abdeckung 50) bedeckt das vordere Ende 11 der Mittelelektrode 10 und den gegenüberliegenden Abschnitt 13A der Masseelektrode 13 von der Vorderseite (von der Unterseite aus gesehen in den 1 und 2) und bildet dadurch einen Vorkammer- oder Vorkammerraum 63, der von der Abdeckung 50 eingeschlossen ist. Der Schaftabschnitt 53 der Abdeckung 50 umschließt die Metallhülle 40, mit Ausnahme eines hinteren Abschnitts 40B der Metallhülle 40, der nicht von dem Schaftabschnitt 53 der Abdeckung 50 umgeben ist. In diesem Beispiel sind der (kuppelförmige) vordere Abschnitt und der Schaftabschnitt 53 der Abdeckung 50 integrale Bestandteile einer einzelnen Einheit. Es ist jedoch möglich, die Konstruktion zu verwenden, bei der der (kuppelförmige) Vorderteil und der Schaftteil 53 zwei verschiedene Elemente sind.
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Wie in 2 dargestellt, ist die Abdeckung 50 (oder der kuppelförmige vordere Abschnitt der Abdeckung 50) mit einer Vielzahl der Düsenlöcher 61 auf der Rückseite (Oberseite) eines Scheitelpunktes 51A der Abdeckung 50 ausgebildet. Der Scheitelpunkt 51A ist die Spitze des kuppelförmigen Vorderteils der Abdeckung 50. Wie in 2 dargestellt, ist der Scheitelpunkt 51A ein Tiefpunkt der Abdeckung 50 und befindet sich auf der axialen Mittellinie CX. Zum Beispiel sind dort 4~8 der Düsenlöcher 61. In diesem Beispiel ist jedes der Düsenlöcher 61 ein Durchgangsloch mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form und einer kreisförmigen Querschnittsform. Die Düsenlöcher 61 sind in einem imaginären Kreis mit der Mitte auf der axialen Mittellinie CX der Zündkerze 100 angeordnet. Die Düsenlöcher 61 sind in diesem Beispiel in regelmäßigen Abständen im imaginären Kreis umlaufend angeordnet.
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Die Vorkammer 63 (Zündkammer) ist ein Raum, der durch die Abdeckung 50 abgedeckt ist. Die Vorkammer 63 steht in fließender Verbindung mit der Hauptbrennkammer des Motors durch die Düsenlöcher 61.
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Die Wanddicke der Abdeckung 50 ist in einem vorderen Abschnitt 50A auf der vorderen (unteren) Seite der Düsenlöcher 61 kleiner als in einem hinteren Abschnitt auf der hinteren (oberen) Seite der Düsenlöcher 61.
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In einem Abschnitt (von 2), der durch Schneiden der Abdeckung 50 durch eine imaginäre Ebene erhalten wird, die die axiale Mittellinie CX der Zündkerze 100 und eine axiale Mittellinie HX eines der Düsenlöcher 61 enthält, ist das Düsenloch 61 durch eine seitliche Rückrandlinie und eine seitliche Vorderrandlinie definiert. So ist beispielsweise die Länge L1 der hinteren Seitenrandlinie des Düsenlochs 61 im Querschnitt größer als die Länge L2 der vorderen Seitenrandlinie. Es ist wünschenswert, dass die Differenz zwischen der Länge L1 der hinteren Seitenrandlinie und der Länge L2 der vorderen Seitenrandlinie des Düsenlochs 61 größer oder gleich 0,1 mm ist. Mit anderen Worten, die Länge L2 der vorderen Seitengrenze ist kleiner, um einen Betrag größer oder gleich 0,1 mm, zum Beispiel, als die Länge L1 der hinteren Seitengrenze.
Es gibt keine spezifische Begrenzung der Wanddicke des vorderen Abschnitts 50A. Vorzugsweise ist die Wanddicke des vorderen Abschnitts 50A größer oder gleich 0,3 mm und kleiner oder gleich 1,5 mm, zum Beispiel. Es gibt keine spezifische Begrenzung der Wanddicke des hinteren Seitenabschnitts 50B. Vorzugsweise ist die Wanddicke des hinteren Abschnitts 50B größer oder gleich 0,5 mm und kleiner oder gleich 2,5 mm, zum Beispiel.
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In diesem Beispiel ist die Wanddicke der Abdeckung 50 zum Scheitelpunkt 51A hin allmählich verkleinert.
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In diesem Beispiel sind die Düsenlöcher 61 wie in 3 dargestellt gebildet, welche die Zündkerze 100 im eingebauten oder montierten Zustand zeigt, in dem die Zündkerze 100 im Verbrennungsmotor eingebaut ist. Wie in 3 dargestellt, schneidet die axiale Mittellinie HX jedes der Düsenlöcher 61 eine obere Fläche (oder Oberseite) 65A eines Kolbens 65A am oberen Totpunkt, an einem Schnittpunkt S. Die axiale Mittellinie HX des Düsenlochs 61 stimmt mit einer Mittellinie der aus dem Düsenloch 61 austretenden Verbrennungsflamme überein. Das Düsenloch 16 ist so ausgerichtet, dass die Verbrennungsflamme aus der Vorkammer in eine Richtung ausgestoßen wird, die sich entlang der axialen Mittellinie HX erstreckt.
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In 3 ist L ein Abstand zwischen dem Schnittpunkt S und einem Mittelpunkt P der Oberseite 65A des Kolbens 65, und Rb ist ein Radius einer Zylinderbohrung oder ein radialer Abstand von der axialen Mittellinie der Zylinderbohrung zu einer die Zylinderbohrung definierenden zylindrischen Innenfläche 171. Jedes der Düsenlöcher 61 ist so ausgebildet, dass es einer folgenden relativer Gleichung (1) zwischen dem Abstand L zwischen dem Schnittpunkt S und der Mitte P und dem Zylinderbohrungsradius Rb genügt. In diesem Beispiel sind alle Düsenlöcher 61 so ausgebildet, dass jedes der Düsenlöcher 61 der relativen Gleichung (1) entspricht.
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Relative Gleichung (1) 0,5Rb ≤ L ≤ Rb
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Mit anderen Worten, der Schnittpunkt S zwischen der axialen Mittellinie HX des Düsenlochs 61 und der Oberseite 65A des Kolbens liegt in einem in 3 dargestellten Bereich E. Der Bereich E ist ein ringförmiger Bereich, der radial zwischen einer inneren gedachten zylindrischen Oberfläche mit einem Radius gleich einem Bruchteil (oder der Hälfte) des Zylinderbohrungsradius Rb und einer äußeren gedachten zylindrischen Oberfläche mit einem Radius gleich dem Zylinderbohrungsradius Rb begrenzt ist. Die inneren und äußeren imaginären Zylinderflächen sind gekrümmte Oberflächen von rechten Kreiszylindern, und die inneren und äußeren imaginären Zylinderflächen sind koaxial zueinander, so dass die axiale Mittellinie der Zylinderbohrung oder des Kolbens eine gemeinsame Achse ist.
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Vorzugsweise sind die Düsenlöcher 61 so ausgebildet, dass sie einer nachfolgenden relativen Gleichung (2) genügen. Eine relative Gleichung (3) ist eine noch bevorzugtere Beziehung.
Relative Gleichung (2) 0,7Rb ≤ L ≤ Rb
Relative Gleichung (3) 0,8Rb ≤ L ≤ Rb
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Die so konstruierte Zündkerze 100 bietet folgende Effekte und Funktionen.
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Die Abdeckung 50 der Zündkerze 100 ist so ausgebildet, dass sie den dünneren vorderen Abschnitt 50A auf der Vorderseite der Düsenlöcher 61 und den dickeren hinteren Abschnitt 50B auf der Rückseite aufweist. Daher kann die Zündkerze 100 verhindern, dass die Temperatur durch die im vorderen Teil 50A angesammelte Wärme erhöht wird, und so eine Vorzündung in der Hauptbrennkammer verhindern. Darüber hinaus sichert der dickere rückwärtige Abschnitt 50B die mechanische Festigkeit der Abdeckung 50.
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Darüber hinaus sind die Düsenlöcher 61 so ausgebildet, dass sie die relative Gleichung (1) erfüllen. Diese Anordnung der Düsenlöcher 61 begrenzt den Wärmeverlust durch Wärmeübertragung auf den Kolben 65 und den Zylinderkopf, wodurch die Zündkerze 100 den Motorwirkungsgrad verbessern kann.
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Wenn der Schnittpunkt S näher an der Mitte P innerhalb des Bereichs E liegt, wird die Zeit, in der die Verbrennungsgase auf den Kolben 65 treffen, länger. Dadurch wird dem Kolben 65 Wärme entzogen, so dass der Wärmeverlust erhöht und der Motorwirkungsgrad verringert wird.
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Liegt der Schnittpunkt S außerhalb des Bereichs E von 3, so wird die Wärme an den Zylinderkopf abgegeben, so dass der Wärmeverlust erhöht und der Motorwirkungsgrad verringert wird.
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Gemäß dieser Ausführungsform befindet sich der Schnittpunkt S jedes der Düsenlöcher 61 im Bereich E. Daher ist es möglich, den Wärmeverlust durch Wärmeübertragung auf Kolben und Zylinderkopf zu begrenzen und den Motorwirkungsgrad zu verbessern.
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<Zweite Ausführungsform>
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Die 4~6 zeigen eine Zündkerze 200 gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Zündkerze 200 gemäß der zweiten Ausführungsform beinhaltet eine Abdeckung 150, die sich von der Abdeckung 50 gemäß der ersten Ausführungsform unterscheidet. Im Übrigen ist die Zündkerze 200 im Wesentlichen identisch zu der Zündkerze 100 der ersten Ausführungsform. Dementsprechend erhalten die entsprechenden Teile die gleichen Bezugszeichen und es entfällt die wiederholte Erklärung.
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Die in den 4~6 dargestellte Abdeckung 150 ist wie ein hohler runder Zylinder mit einem geschlossenen Ende oder einem geschlossenen Boden geformt. Die Abdeckung 150 dieses Beispiels beinhaltet einen hinteren Abschnitt oder Rohrschaftabschnitt 153 und einen vorderen Abschnitt, der das vordere Ende 11 der Mittelelektrode 10 und den gegenüberliegenden Abschnitt 13A der Masseelektrode 13 von der Vorderseite (in den 4 und 5v on der Unterseite ausgesehen) abdeckt. Der hintere Abschnitt 153 umschließt den vorderen Abschnitt der Metallhülle 40. Der hintere Endabschnitt 40B der Metallhülle 40 wird nicht vom hinteren Abschnitt 153 der Abdeckung 150 umschlossen.
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Wie in 5 dargestellt, ist der vordere Abschnitt der Abdeckung 150 mit einer Vielzahl von Düsenlöchern 161 ausgebildet. Zum Beispiel gibt es 4~8 der Düsenlöcher 161. In diesem Beispiel ist jedes der Düsenlöcher 161 ein Durchgangsloch mit einer im Wesentlichen zylindrischen Form. In diesem Beispiel weist jedes der Düsenlöcher 161 eine kreisförmige Querschnittsform auf. Die Düsenlöcher 161 sind auf der Rückseite (Oberseite) einer vorderen Stirnwand oder der vorderen Stirnfläche 157 der Abdeckung 150 ausgebildet. Die Düsenlöcher 161 sind in einem imaginären Kreis angeordnet, der von der vorderen Stirnwand 157 der Abdeckung 150 so beabstandet ist, dass der Abstand von der vorderen Stirnwand oder der vorderen Stirnfläche 157 gleichmäßig ist. Die Düsenlöcher 161 sind im imaginären Kreis in regelmäßigen Abständen in Umfangsrichtung angeordnet. Die vordere Stirnwand oder vordere Stirnfläche 157 des Deckels 150 bildet einen geschlossenen Boden, der nicht mit einem Durchgangsloch ausgebildet ist. In diesem Beispiel ist die vordere Stirnwand 157 flach.
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In der Zündkerze 200, wie in 6 dargestellt, ist der Winkel θ (Düsenlochwinkel in Bezug auf die axiale Mittellinie CX), der zwischen der axialen Mittellinie CX der Zündkerze 200 und der axialen Mittellinie HX jedes der Düsenlöcher 161 gebildet ist, größer oder gleich 75° und kleiner oder gleich 125°. Im eingebauten oder montierten Zustand, in dem die Zündkerze 200 wie in 6 dargestellt in dem Verbrennungsmotor eingebaut ist, schneidet die axiale Mittellinie HX jedes der Düsenlöcher 161 eine innere Umfangsfläche 171 des Zylinderkopfes. Mit anderen Worten, ist eine Höhe h eines Schnittpunktes T zwischen der axialen Mittellinie HX des Düsenlochs 161 und dem Zylinderkopf von einer Unterseite 175 der Brennkammer kleiner als eine Gesamthöhe H der inneren Umfangsfläche 171 der Brennkammer. Die Unterseite 175 wird durch die Oberseite des Kolbens im oberen Totpunkt definiert.
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8 zeigt eine Konfiguration, die diese Bedingung nicht erfüllt. Wie in 8 dargestellt, schneidet die axiale Mittellinie HX des Düsenlochs 161 die Deckenfläche 173 des Zylinderkopfes, anstatt die innere Umfangsfläche 171 des Zylinderkopfes zu schneiden. In der Konfiguration aus 8 ist die Höhe h des Schnittpunktes T größer als die Gesamthöhe H.
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Die Gesamthöhe H der Innenumfangsfläche 171 entspricht einer Höhe H der Innenumfangsfläche des Zylinderkopfes in den nachstehenden Tabellen 1 und 2. In den Versuchsbeispielen 1~4 ist die Gesamthöhe H z.B. auf 5mm eingestellt.
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Vorzugsweise ist der Winkel θ der Düsenbohrungen 161 in Bezug auf die axiale Mittellinie CX größer oder gleich 75° und kleiner oder gleich 110°. Weiter bevorzugt ist der Winkel θ größer oder gleich 75° und kleiner oder gleich 100°. Im Beispiel aus 6 und im Beispiel aus 8 ist der Winkel θ gleich 90°.
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Die so konstruierte Zündkerze 200 bietet folgende Effekte und Funktionen.
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In der Zündkerze 200 ist jedes der Düsenlöcher 161 so ausgerichtet, dass die axiale Mittellinie HX des Düsenlochs 161 die innere Umfangsfläche 171 der Brennkammer im montierten oder eingebauten Zustand, in dem die Zündkerze 200 in einen Verbrennungsmotor eingebaut ist, schneidet. Mit dieser Konfiguration kann die Zündkerze 200 den Wärmeverlust durch Wärmeübertragung auf den Kolben oder den Zylinderkopf begrenzen und den Motorwirkungsgrad verbessern.
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In der Konfiguration, die nicht die Bedingung der zweiten Ausführungsform erfüllt, wird der Wirkungsgrad des Motors durch eines der folgenden Phänomene (1) und (2) schlechter.
- (1) Die Zeit, in der das Verbrennungsgasgemisch auf den Kolben 65 trifft, wird länger. Dadurch wird die Wärme an den Kolben 65 abgegeben, der Wärmeverlust erhöht und der Motorwirkungsgrad verschlechtert.
- (2) Die Wärme wird an die Deckenfläche 173 (deckenbildende Innenfläche) abgegeben, der Wärmeverlust entsprechend erhöht und der Motorwirkungsgrad verschlechtert.
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Die Zündkerze 200 der zweiten Ausführungsform eliminiert sowohl die Phänomene (1) als auch (2) und begrenzt den Wärmeverlust durch Wärmeübertragung auf den Kolben 65 und die Deckenwand (173) des Zylinderkopfes, so dass die Zündkerze 200 den Motorwirkungsgrad verbessern kann.
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[Praktische Beispiele]
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Experiment 1 (entspricht der ersten Ausführungsform)
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Versuchsmethode
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Experimentelles Beispiel 1 (Praxisbeispiel 1)
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Es wurde die in 3 dargestellte Zündkerze 100 verwendet. Detaillierte Bedingungen sind in einer Tabelle 1 aufgeführt. Diese Zündkerze 100 erfüllt die Bedingung der ersten Ausführungsform.
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Experimentelles Beispiel 2 (Vergleichsbeispiel)
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Es wurde eine Zündkerze 100 aus 7 verwendet. Die detaillierten Bedingungen sind in der folgenden Tabelle 1 aufgeführt. Diese Zündkerze 100 erfüllt nicht die Bedingung der ersten Ausführungsform.
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Bewertungsmethode
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Als Motor wurde ein aufgeladener Reihen-Vierzylindermotor mit einem Hubraum von 1,6 I verwendet. Der Verbrennungsdruck wurde unter folgenden Bedingungen mit einem Drucksensor gemessen, der in einem Motorzylinder dieses Motors angebracht war, und es wurde ein verbrannter Massenanteil (MFB) berechnet. Ein Drehwinkel des Kurbelwinkels, der für die Variation des verbrannten Massenanteils von 10% bis 70% erforderlich ist, wird als MFB10-70% definiert und als Index für die Auswertung verwendet. Ein kleinerer Wert als MFB10-70% bedeutet eine höhere Verbrennungsgeschwindigkeit im Zylinder und einen höheren Wirkungsgrad des Motors.
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<Bedingungen>
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- Höchster Ansaugdruck: 1400kPa
- Höchste Motordrehzahl: 4000 U/min.
- Luft-Kraftstoff-Verhältnis: Stöchiometrisch
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<Bewertung>
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MFB10-70% wurde zur Auswertung mit einer Referenzzündkerze ohne Abdeckung verglichen.
- ○: MFB10-70% ist kleiner als der Wert der Referenzzündkerze.
- ×: MFB10-70% ist größer als der Wert der Referenzzündkerze.
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Versuchsergebnisse
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Es wurde bestätigt, dass das Versuchsbeispiel 1 im Motorwirkungsgrad höher war als das Versuchsbeispiel 2.
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Tabelle 1
| Experimentelle Beispiele | Bohrungsradius Rb (mm) | Höhe H der inneren Umfangsfläche des Zylinderkopfes | L (mm) | Versuchsergebnis |
| 1 | 40 | 5 | 32,6 | ○ |
| 2 | 40 | 5 | 8,7 | × |
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Experiment 2 (entspricht der zweiten Ausführungsform)
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Versuchsmethode
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Experimentelles Beispiel 3 (Praxisbeispiel 2)
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Es wurde die in 6 dargestellte Zündkerze 200 verwendet. Detaillierte Bedingungen sind in einer Tabelle 2 aufgeführt. Diese Zündkerze 200 erfüllt die Bedingung der zweiten Ausführungsform.
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Experimentelles Beispiel 4 (Vergleichsbeispiel)
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Es wurde eine Zündkerze 200 verwendet, die in 8 dargestellt ist. Die detaillierten Bedingungen sind in der folgenden Tabelle 2 aufgeführt. Diese Zündkerze 200 erfüllt nicht die Bedingung der zweiten Ausführungsform.
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Bewertungsmethode
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Die Bewertungsmethode war die gleiche wie die Bewertungsmethode im oben genannten Experiment 1 (entsprechend der ersten Ausführungsform).
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Versuchsergebnisse
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Es wurde bestätigt, dass das Versuchsbeispiel 3 im Motorwirkungsgrad höher war als das Versuchsbeispiel 4.
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Tabelle 2
| Experimentelle Beispiele | Bohrungsradius Rb (mm) | Höhe H der inneren Umfangsfläche des Zylinderkopfes | h (mm) | Versuchsergebnis |
| 3 | 40 | 5 | 1,9 | ○ |
| 4 | 40 | 5 | 6,9 | × |
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<Weitere Ausführungsformen (Variationsbeispiele)>
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Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben genannten Ausführungsformen beschränkt. Es ist möglich, verschiedene andere Ausführungsformen, verschiedene Modifikationen und Variationen im Rahmen der vorliegenden Erfindung einzusetzen.
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- (1) Die Form der Abdeckung (50, 150) der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Form der Abdeckung 50 und die Form der Abdeckung 150 in den vorstehenden Ausführungsformen beschränkt. Verschiedene Modifikationen in der Form sind möglich. So kann beispielsweise die Form der Abdeckung ein quadratischer oder rechteckiger Kasten, ein Kegel, eine trigonale Pyramide oder eine quadratische Pyramide oder viereckige Pyramide sein.
- (2) Die Anzahl der Düsenlöcher (61, 161) in der Abdeckung ist nicht auf die Anzahl der Düsenlöcher in den vorhergehenden Ausführungsformen beschränkt. Es ist möglich, die Anzahl der Düsenbohrungen nach Bedarf zu ändern.
- (3) Die Abdeckung der vorliegenden Erfindung ist nicht auf die Abdeckungen 50 und 150 mit den Schaftabschnitten 53 und 153 beschränkt. In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, eine Abdeckung 52 zu verwenden, die keinen Schaftabschnitt aufweist, wie in 9 dargestellt.
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Im Beispiel von 9 ist die Abdeckung 52 ohne Schaftabschnitt mit dem vorderen Ende der Metallhülle 42 verbunden oder verschweißt. In diesem Beispiel ragt ein gegenüberliegender Abschnitt 14A der Masseelektrode 13 radial nach innen von der Seitenwand oder der Umfangswand der Abdeckung 52. In 9 sind die gleichen Bezugszeichen für Teile angegeben, die den Teilen gemäß der ersten Ausführungsform entsprechen. Die Düsenlöcher 61 sind auf der vorderen (unteren) Seite des gegenüberliegenden Abschnitts 14A der Masseelektrode im Beispiel von 9 ausgebildet.
- (4) Im Beispiel der ersten Ausführungsformen erfüllen alle Düsenlöcher 61 eine der Gleichungen (1), (2) und (3). In der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Zündkerze zu verwenden, bei der mindestens eines der Düsenlöcher 61 eine der Beziehungen (1), (2) und (3) erfüllt.
- (5) Im Beispiel der zweiten Ausführungsformen erfüllen alle Düsenlöcher 161 sowohl die Anforderung (1) des Winkels der Lochmittellinie HX als auch die Anforderung (2) des Schnittpunktes mit der Umfangswandfläche 171 des Zylinderkopfes oder der Brennkammer. In der vorliegenden Erfindung ist es jedoch möglich, die Zündkerze einzusetzen, bei der mindestens eines der Düsenlöcher 161 diese beiden Anforderungen erfüllt.
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Diese Anmeldung basiert auf einer früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2018 -
126571 vom 3. Juli 2018 und einer früheren
japanischen Patentanmeldung Nr. 2019-080748 vom 22. April 2019. Der gesamte Inhalt dieser japanischen Patentanmeldungen wird hiermit durch Verweis aufgenommen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2007040174 A [0002]
- JP 2018 [0054]
- JP 126571 [0054]
- JP 2019080748 [0054]
